KR200346263Y1 - 광촉매 살균정수 장치를 이용한 직결형 광촉매 살균 정수기 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 광촉매를 이용한 살균정수기에 관한 것이다. 자외선 조사에 의한 광촉매 표면에서의 강력한 산화-환원력을 이용하여 음용수에 함유될 수 있는 세균을 살균 처리함과 동시에 각종 유기물까지 제거할 수 있으며, 정수, 살균까지 마친 음용수가 정수기 저장용기 내에서 2차적으로 오염되는 것을 방지하기 위해 저장 용기 내의 음용수의 살균을 되풀이할 수 있도록 구성되는 직결형 광촉매 살균 정수기에 관한 것이다.
Description
기존의 음용수 정수장치는 고형물을 제거하기 위한 필터 외에 유기물을 제거하기 위한 활성탄 필터 통과 후 미세 필터를 거친 후 역삼투 방식이나 중공사막 방식으로 정수하여 저장조로 보내어 저장하거나 포스트 카본 필터를 그대로 마시는 형태이다. 이러한 방법의 정수방법은 인체에 유용한 미네랄까지 제거되거나, 사용한 필터의 사용기한에 따라 냄새 발생 및 병원균의 살균이 불확실하여 지는 등 마시기에 부적당하다는 단점이 있다.
병원균에 대한 문제점을 보완하기 위해서 자외선 살균장치가 부착된 정수장치가 보급되고는 있으나 환경호르몬 등과 같은 각종 유해화학물질은 분해할 수 없는 단점이 있다. 또한 일반 정수장치의 경우 각종 필터의 사용기한을 초과한 경우나 외부 공기가 정수장치 내부로 유입되는 구조는 병원균이나 각종 유기물 등이 함유되는 점이 문제점으로 지적되어 왔다.
또한 광촉매를 이용한 순환방식의 정수기가 있으나 저장 용기와 중공사막 필터, 포스트 카본필터를 연속적으로 순환시키는 방식이다. 이러한 정수기도 일반 정수기와 마찬가지로 필터의 사용기한에 따라 냄새 발생 및 병원균의 살균이 불확실하여 지는 등 마시기에 부적당하다는 단점이 있다.
1차적으로 맥반석, 게르마늄, 유리, 옥, 일라이트등을 알갱이 형태로 단독이나 적당한 비율로 혼합한 물질를 지지체로 사용하여 산화티탄을 주성분으로 하는 광촉매를 코팅하여 음용수를 살균 정수시키고 2차적으로 광촉매를 코팅처리한 은, 스텐레스 스틸 등의 와이어 또는 그물망, SUS Wool(SUS 극세사, SUS fiber), 그리고 은 wool(은 극세사, 은 fiber)이나 백금, 팔라듐, 금 등 귀금속을 도금처리한 금속 와이어 또는 그물망, SUS Wool(SUS 극세사, SUS fiber) 그리고 은 wool(은 극세사, 은 fiber)을 사용하여 물의 흐름 저항을 작게 하고 접촉효율을 높혀 광분해반응 효율을 크게 하였다.
1차 광촉매 지지체와 2차 광촉매 지지체를 석영관과 그 주위로 충진하고 1~100 W 자외선 램프나 블랙라이트 램프의 빛 에너지를 이용하는 광촉매 분해반응으로 병원균의 살균 및 환경 호르몬 등의 오염물질을 지속적으로 분해 제거하는 살균정수장치이다.
광촉매 정수장치는 프리필터, 프리카본필터, 중곡사막 필터, 포스트카본 필터를 설치하여 음용수 중에 함유된 고형물을 제거하고 물 중에 존재할 수 있는 병원균의 살균의 살균과 염소계 화합물 등과 같은 미량의 환경호르몬이나 냄새 등을 광촉매 살균 정수 장치를 이용하여 분해할 수 있는 정수장치를 개발하고자 하였다.
광촉매는 촉매에 쪼여진 빛 에너지에 의해 활성이 높은 물질을 표면에 생성하여 화학반응을 촉진시키는 물질로서 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석 (SnO2) 등이 있으며, 이 중에서 내산, 내 알칼리성이 강하고 인체에 무해한 산화티탄이 널리 알려져 있다.
광촉매에 밴드갭(band gap) 에너지 이상의 빛을 쪼여주면 전자와 정공이 생성되고, 이들에 의해 강한 산화-환원 반응이 진행되며 이 과정에서 유해화학물질이나 병원균이 접촉하여 분해 또는 살균처리 된다.
본 고안은 인체에 유용한 미네랄은 제거하지 않으면서 병원균과 환경호르몬 등과 같은 유해화학물질을 자외선이 조사된 광촉매의 강력한 산화-환원력에 의한 살균 및 분해력을 강화하여 안심하고 마실 수 있는 광촉매 살균 정수기의 개발에 관한 것이다.
자외선이 조사된 산화티탄 광촉매의 강력한 산화 환원력을 이용하여 상수도 및 지하수에 함유될 수 있는 환경호르몬과 같은 유해화학물질 및 병원균을 분해 및 살균할 수 있는 광촉매 살균 장치 및 직결형 정수기로서 광촉매 살균 장치는 광촉매 필터 층을 2중으로 형성하여 최대한 광촉매와 음용수의 접촉시간을 길게하여 광촉매로 인한 살균력과 유해물질의 분해를 향상시키는데 있다.
도 1은 본 고안에 따른 저장용 광촉매 살균 정수기의 전체 구성도
도 2는 본 고안에 따른 광촉매 살균 장치
도 3은 본 고안에 따른 광촉매 살균 장치 부분 확대도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 프리필터 2: 프리카본필터
3: 중공사막필터 4: 포스트카본필터
5: 광촉매 살균 정화 장치 6: 유입구
7: 유출구 8: 하우징
9: 전원 공급선 10: 제 1 뚜껑부재
11: 제 2 뚜껑부재 12: 석영관
13: 자외선 램프 14: 제 1 광촉매 필터층
15: 제 2 광촉매 필터층
도1에 본 고안에 따른 직결형 광촉매 살균 정수기의 전체 구성도를 나타낸다. 기존의 음용수 정수장치는 고형물을 제거하기 위한 필터 외에 유기물을 제거하기 위한 프리카본필터 통과 후 역삼투 방식으로 정수하여 저장조로 보내어 저장하거나 중공사막필터를 거친 후 마지막 카본 필터를 거쳐 저장용기에 저장하여 마시는 형태이다. 이러한 방법의 정수방법은 인체에 유용한 미네랄까지 제거되거나, 사용한 전처리 필터나 포스트 카본 필터의 사용기한에 따라 냄새 발생 및 병원균의 살균이 불확실하여 지는 등 마시기에 부적당하다는 단점이 있으며, 저장용기에서 2차 오염이 일어날 수 있는 위험성을 가지고 있다. 이런한 오염의 문제를 없애주기 위하여 광촉매 살균 정수 장치를 사용하였다. 원수가 프리필터(1), 프리카본필터(2), 증공사막 필터(3)나 역삼투압필터, 광촉매 살균 정수 장치(5)를 통하여 환경호르몬과 같은 유해화학물질 및 병원균을 분해 및 살균할 수 있는 정수기이다.
도2, 도3에 광촉매 살군 정수 장치의 구성도를 보였다. 본 고안은 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 것으로, 유입관(6)과, 유입관을 통하여 유입된 유체를 정화하기 위한 하우징(8)을 구비한 광촉매를 이용한 정화장치에 있어서, 유입관을 통하여 유입된 유체가 하우징내에서 정화되는 동안 제 1 광촉매 필터층(14)과 제 2 광촉매 필터층(15)을 통과하여 유출되는 것을 특징으로 한다.
또, 하우징은 통형상으로 마련되되 양측단에 제1뚜껑부재와(10), 제2뚜껑부재(11)가 체결수단에 의해 각기 구비되고, 제1뚜껑부재는 하우징내에 설치되는 석영관(12)을 고정 지지할 수 있도록 공간부가 형성되되 그 내벽에는 적어도 하나 이상의 오링과 오링 삽입홈이 구비되며, 제2뚜껑부재는 하우징내에서 정화처리된 유체를 하우징 외부로 배출할 수 있도록 하우징의 장축상에 유출구(7)가 구비되고, 제1뚜껑부재와 제2뚜껑부재의 체결부위에는 기밀상태를 유지할 수 있도록 적어도 하나 이상의 오링과 오링 삽입홈이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 석영관에 내재되는 자외선램프의 전원공급선(9)을 하우징 외부로 인출할 수 있도록 관통공이 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 스테인레스 스틸, 알루미늄 원통형 타공판 또는 타공판을 원통형으로 만든 후 하우징과 석영관 사이에 원통형 타공판을 형성시키는 것을 특징으로 한다.하우징과 원통형 타공판 사이에 산화티탄 광촉매가 코팅된 실리카알루미나, 맥반석, 유리, 옥, 게르마늄, 활성탄, 제올라이트, 일라이트 등을 충진시켜 제 1차 광촉매 필터층으로 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 스테인레스 스틸, 알루미늄 타공판에 산화티탄 광촉매를 코팅 한 것을 특징으로 한다.
또한, 실리카알루미나, 실리카 겔, 알루미나, 맥반석, 유리비드, 옥, 게르마늄, 활성탄, 제올라이트, 일라이트 등 단독 또는 2종이상 혼합된 지지체에 산화티탄이 코팅된 소정크기의 구형 또는 원통형의 알갱이들을 아래로 갈수록(또는 위로 갈수록) 입자 크기가 점점 작아지게 충진하는 것을 특징으로 한다.
또, 원통형 타공판과 석영관 사이에 은 또는 스텐레스 스틸로 제조된 그물 망이나 와이어나 은, 백금, 팔라듐, 금 등 귀금속을 도금 처리한 금속 와이어 또는 그물망, SUS wool(SUS 극세사, SUS fiber), 은 wool(은 극세사, 은 fiber), 구리 wool(구리 극세사, 구리 fiber) 등과 같은 지지체에 산화티탄을 코팅하여 충진한 제 2 광촉매 필터층이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 광촉매는 산화티탄 100 중량부에 대해 백금, 은, 팔라듐, 니켈, 코발트, 크롬, 철, 아연의 금속이 단독 또는 2종 이상이 0.01~30 중량부로 첨가된 것을 특징으로 한다.
그리고 자외선램프(13)는 하우징의 규격 및 오염원에 따라 근자외선(UV-A 315-400㎚), 중자외선(UV-B 280-315㎚), 원자외선(UV-C 100-280㎚)을 방출할 수 있도록 선택되며, 블랙라이트 램프도 사용이 가능하다.
이하에는 전술한 기술적 구성을 참조하여 광촉매를 이용한 정화장치의 작용효과를 상세히 설명한다.
자외선램프에 전원이 인가되고, 유입구를 통하여 음용수가 하우징내로 유입되면, 먼저 하우징과 원형타공판 사이의 제 1차 광촉매 필터층 사이로 물이 유입되고 유입된 물들은 제 1차 광촉매 필터를 통과하고, 원형 타공판을 통과할 때 자외선램프에서 방사된 자외선과 광촉매간의 광반응으로 인하여 제 1차 정화가 이루어진다. 이때 충진된 광촉매 지지체가 위로 갈수록 밀도가 달라지는데 이는 충진된 지지체에 의해 유입되는 물의 양들을 조절을 하여 배출구 쪽에 가깝게 유입되는 음용수도 살균 정화가 이루어지게 하였다. 또한 제 2 광촉매 필터층을 통과하여 완전한 살균 정화가 이루어지게 하여 배출구로 나가게 하였다.
즉, 광촉매에 밴드갭(BAND GAP) 에너지 이상의 빛을 가하면 전자와 정공이 생성되고, 이들에 의한 강한 산화 ·환원 반응이 진행된다. 그 결과, 산화 ·환원 과정에서 유기물이 분해되어 인체에 무해한 이산화탄소와 물로 변환된다.
한편, 산화티탄에 단독 또는 혼합하여 백금, 은, 납, 니켈, 주석, 크롬, 철, 마그네슘의 금속 및 산화물이 첨가됨으로서, 광촉매 표면에 생성된 전자와 정공이 다시 원위치하는 현상이 지연된다. 이에 따라, 오염물질과 반응할 수 있는 가능성이 증대되어 오염물질의 분해효율을 향상시킬 수 있게된다.
본 고안은 광촉매와 빛에너지를 이용하여 병원균의 살균과 환경 호르몬 등과 같은 유해물질도 제거할 수 있으므로 인체에 유용한 미네랄 성분을 제거하지 않는 최적의 음용수를 제공하여 국민 보건 향상에 기여할 수 있는 광촉매 살균 정수기이다. 또한 기존의 정수기를 이용하여 쉽게 변환할 수 있어 적은 비용으로 최적의 음용수를 마실 수 있는 정수기로 만들 수 있다.
Claims (6)
- 상. 하부에 뚜껑 부재와 처리 대상수의 유입구 및 유출구를 가지며 석영관과 자외선 램프, 전원공급선이 구비되고 산화티탄 광촉매를 사용하여 유체를 살균처리하는 광촉매 살균처리 장치에 있어서; 유입관을 통하여 유입된 유체가 하우징 내에서 처리되는 동안 제1 광촉매 필터층(14)과 제2 광촉매 필터층(15)을 통과하는광촉매 살균 장치에 있어서; 이러한 광촉매 살균처리 장치가 한 개씩 또는 2개 이상이 직렬 또는 병렬로 연결되어 유체를 살균처리 시켜 유출시키는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균처리 장치.
- 제1항에 있어서, 제 1차 광촉매 필터층이 하우징과 스테인레스 스틸, 알루미늄 원통형 타공판 또는 타공판을 원통형으로 만든 타공판 사이에 설치되는 광촉매 살균처리 장치에 있어서; 산화티탄 광촉매가 코팅된 실리카알루미나, 맥반석, 유리, 옥, 게르마늄, 활성탄, 제올라이트, 일라이트 중에서 단독 또는 2종 이상이 선택되어 제 1차 광촉매 필터층에 충진되어 형성되는 광촉매 살균처리 장치.
- 제1항에 있어서, 제 2차 광촉매 필터층은 원통형 타공판과 석영관 사이에 설치되되, 제 2차 광촉매 필터층에는 은 또는 스테인레스 스틸로 제조된 그물 망이나 와이어, 은 백금 팔라듐 금 등 귀금속을 도금 처리한 금속와이어 또는 그물망, SUS wool(SUS 극세사, SUS fiber), silver wool(은 극세사, 은 fiber), 구리 wool(구리 극세사, 구리fiber) 등에서 선택된 지지체에 산화티탄을 코팅하여 충진되는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균처리 장치.
- 제2항에 있어서, 제 1차 광촉매 필터층에는 산화티탄이 코팅된 소정크기의 구형 또는 원통형의 알갱이들이 아래(또는 상부)로 갈수록 점점 작아지도록 충진되는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균처리 장치.
- 제2항에 있어서, 스테인레스 스틸, 알루미늄 원통형 타공판 또는 타공판을 원통형으로 만든 타공판에 산화티탄 광촉매를 코팅한 것으로 형성된 것을 특징으로 하는 광촉매 살균처리 장치.
- 제1항에 있어서, 광촉매는 산화티탄 100 중량부에 대해 백금, 은, 팔라듐, 니켈, 코발트, 크롬, 철, 아연의 금속이 단독 또는 2종 이상이 0.01~30 중량부로 첨가된 것을 특징으로 하는 광촉매 살균처리 장치.
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