KR20060118508A - 공기처리방법 및 공기처리기 - Google Patents

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KR20060118508A
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헤르만누스 게르하르두스 마리아 실데르휴이스
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Abstract

실내와 같은 폐쇄공간의 공기정화를 위해, 공기처리기와 공기처리방법을 소개한다. 공기처리기는 통과하는 공기를 자극하기 위한 팬(16)과 UV처리실(20)을 갖춘다. UV처리실 내부에서 자외선 광원(11)으로부터 자외선이 조사되어 공기중의 미생물을 죽인다. 공기처리기는 높은 유량이 생기면서도 공기중의 모든 미생물을 살균하도록 구성된다. 높은 유량과 공기정화 성능으로, 공기처리기는 단기간내에 폐쇄공간내의 공기를 정화할 수 있다.

Description

공기처리방법 및 공기처리기{AIR TREATMENT METHOD AND DEVICE}
본 발명은 공기중의 미생물을 살균하는 공기처리방법과 공기처리기에 관한 것이다.
방, 집, 빌딩 등의 인간이나 동물의 거주환경인 폐쇄공간에는 바이러스, 박테리아, 균류 등의 미생물과 먼지와 같은 수많은 오염입자들이 존재한다. 이들 오염입자들은 그 공간에서 살고있는 인간이나 동물의 건강을 해친다.
폐쇄공간내의 공기를 정화처리하는 장치가 미국특허 5,185,015에 소개되었다. 기존의 공기처리기에는 3가지 필터가 있다. 제1 필터는 일정 크기 이상의 입자들을 여과하고, 제2 필터는 소정의 화학입자들을 여과하며, 제3 필터는 자외선 조사에 의해 재생될 공기중의 박테리아를 제거한다.
그러나, 기존의 공기처리기는 공기정화 성능과 유량에 제한이 있다. 유량이 작은 공기처리기는 장기간에 걸쳐 폐쇄되어 있는 좁은 실내에 사용할 때만 유효하다. 예를 들어 문이나 창문이 열려 보통의 오염된 공기가 실내로 들어간 뒤에는, 실내공기가 오염되어 버리고, 이 오염을 정화하려면 실내공간을 폐쇄한 뒤 오랜 시간이 걸린다.
또, 기존의 공기처리기는 공기중에서 비교적 큰 미생물을 제거하는데만 적합 하다. 기존의 공기처리기는 일정 필터 직경보다 큰 입자를 걸러내는 일반 필터를 이용한다. 크기가 작은 미생물은 필터를 통과하므로 공기중에 잔류한다.
공기처리기의 유량을 증가시키는 것은 박테리아와 바이러스 등의 모든 미생물을 완전히 살균해야만 가능하다. 미생물을 죽이지 못하는 정도로 자외선을 사용하면, 미생물이 변이되는데, 이는 미생물은 일정량 이상의 자외선에 노출되어야만 죽기 때문이다. 변이된 미생물은 그렇지 않은 미생물보다 인간과 동물에 더 위협적이므로, 일정량 이상의 자외선을 미생물에 비춰 미생물을 확실히 죽여야만 한다. 따라서, 모든 미생물을 살균하여 변이가 전혀 없도록 하는 고성능 공기처리기가 필요하다.
본 발명의 목적은 작은 미생물도 살균하기에 적합한 공기처리기를 제공하는데 있다.
이 목적은 아래를 구비한 공기처리기에 의해 달성된다:
- 공기입구와 공기출구를 갖춘 하우징;
- 하우징의 공기입구부터 공기출구까지 공기흐름을 가속하는 팬; 및
- 공기입구 하류에 배치되고, 공기를 자외선에 노출시켜 공기중의 미생물을 살균하기 위한 자외선 광원을 갖춘 UV처리실.
본 발명에 따른 공기처리기는 공기중의 미생물을 자외선에 노출시켜 기존의 필터로 미생물을 걸러내는 것이 아니라 살균하도록 구성된다. 따라서, 공기처리기는 일정 필터 직경보다 큰 사이즈를 갖는 미생물만이 아니라 어떤 사이즈의 미생물도 살균하기에 적합하다.
큰 미생물을 죽이려면 자외선량이 많아야 하지만, 작은 미생물을 죽이는데는 비교적 자외선량이 적어도 된다. 따라서, 공기처리기는 공기가 자외선에 노출되기 전에 소정 필터 직경보다 큰 사이즈의 입자와 미생물을 공기에서 제거하기 위한 필터를 UV처리실 상류측에 배치한다. 그러므로, 작은 미생물만 UV처리실에 도달한다. 이런 소형 미생물은 소량의 자외선으로도 죽일 수 있으므로, 미생물 전체를 죽이는데도 적은 자외선이 필요할 뿐이다.
UV처리실에서, 공기, 특히 공기중의 각각의 미생물에 자외선을 조사한다. 각각의 미생물은 살균에 필요한 최소량의 자외선을 받아야 한다. 즉, 미생물 각각이 일정 시간동안 일정량의 자외선을 받아야 함을 의미한다. 일정 최소 시간동안 UV처리실에 공기가 잔류하고 자외선 광원에서 자외선을 조사하도록 UV처리실을 구성한다.
바람직한 자외선 광원은 파장이 253-257nm, 바람직하게는 253.7nm인 자외선을 방출한다.
단위시간당 대량의 공기정화를 위해, 공기처리기내의 모든 부품, 특히 여러개의 필터를 상보적으로 선택하여 서로에 대해 상대적으로 배치한다. 일례로, 본 발명에 따른 공기처리기는 먼지필터와 HEPA 필터를 구비한다. 먼지필터는 하우징을 지나는 공기로부터 먼지와 같은 대형입자를 모두 걸러낸다. 먼지필터는 교환형이고 세척 가능한 것으로 하여 필터 청소가 쉽고 수명이 오래가도록 하는 것이 좋다.
먼지필터에서 걸러지지 않은 작은 입자들은 HEPA(high efficiency particle arrestance) 필터에서 처리된다. HEPA 필터는 작은 입자를 처리하는 것으로 알려진 필터이다. HEPA 필터는 0.3㎛ 이상의 입자들을 걸러내는 비율에 있어서 차이가 있다고 알려졌다.
본 발명에 의하면, HEPA 필터는 유리섬유로 이루어졌고, 0.3㎛ 이상의 대형입자의 약 99.97%를 걸러내는데 사용된다. 이런 HEPA 필터는 H13 HEPA 필터로 잘 알려져 있고 거의 모든 먼지입자들은 물론 대형 박테리아를 공기중에서 제거한다.
먼지필터나 HEPA 필터 대신, 일정한 크기 이상의 오염입자들을 제거하는데 다른 필터를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 카본필터를 사용하기도 한다.
전술한 바와 같이, HEPA 필터와 같은 필터는 공기중의 대형 박테리아를 걸러낼 수 있다. 따라서 이들 대형 박테리아는 필터에 잔류한다. 필터가 온실기능을 하므로, 대형 박테리아의 성장이 예상되고, 박테리아가 변이되리라고 본다. 또, 필터를 지나는 공기와 입자들 때문에 필터가 마모되기도 한다. 따라서, 대형입자와 대형 박테리아는 필터에서 조기에 걸러진다고는 해도 HEPA 필터를 통과할 우려가 있다. 이를 피하기 위해, 자외선 광원에서 필터로 자외선을 비춰 필터에 잔류하는 박테리아를 죽인다. 파장 253-257nm, 바람직하게는 253.7nm의 자외선을 방출하는 광원이 바람직하다.
그러므로, 필터에 있는 박테리아를 죽이면, 오염물속에서 성장하거나 필터에 잔류하는 동안 변이될 수 있는 모든 박테리아가 필터를 통과할 수 없게 된다. 또, 변이된 박테리아가 대량으로 잔류하는 낡은 필터를 분리할 필요도 없고 필터가 모모되자마자 새 필터로 안전하게 교환할 수 있다.
박테리아 살균을 위해 소정의 최소량의 자외선을 박테리아에 조사해야 한다. 조사된 자외선량은 자외선 전력에 박테리아가 노출된 시간에 자외선 전력을 곱한 값에 해당한다. 따라서, 고출력 자외선 광원을 이용하면 짧은 시간만 박테리아를 자외선에 노출시켜도 살균이 가능하다. 그러나, 필터에 걸러진 박테리아는 움직일 수가 없어 필터의 자외선 광원은 저출력인데, 이는 박테리아를 오랫동안 노출시킬 수 있어, 살균에 필요한 최소의 자외선량을 조사해도 되기 때문이다.
UV처리실내의 모든 미생물에 자외선을 비추고 어떤 미생물도 다른 미생물의 그늘을 통해 자외선 광원을 통과하지 않도록 하기 위해, 공기처리기 내부에 팬을 설치해 UV처리실내의 기류를 난류로 만든다. 즉, UV처리실 상류에 팬을 설치하고, 팬에 의해 가압된 기류가 팬의 압력측에서 항상 난류가 되도록 한다. 공기가 흡입되는 측의 기류는 비교적 낮은 유량의 층류이다. 그러나, 높은 유량일 경우 흡입측의 흐름도 난류이므로, 본 발명의 공기처리기에서 높은 유량만을 사용할 때는 UV처리실의 하류에 팬을 설치할 수도 있다.
UV처리실 내벽면에 자외선 반사층을 설치할 수 있다. 이 경우, 광원에서 방사된 자외선을 더 효율적으로 사용해 미생물에 조사할 수 있다. UV처리실을 처음 통과했을 때 미생물에 부딪히지 않은 자외선은 반사층에서 반사되어 다른 미생물에 부딪힐 수 있다.
알루미늄 금속격자로 반사층을 구성하면 더 바람직함이 밝혀졌다. 사용된 파장대의 자외선은 알루미늄에서 일부 반사된다.
가능한한 전방향으로 나오는 자외선으로 UV처리실을 채워 미생물에 자외선이 부딪힐 확률을 높이려면, 자외선이 반사될 때 자외선이 산란되는 것이 좋다. 따라서, 반사층의 표면을 거칠게 하여 반사광을 산란시키는 것이 바람직하다. 일례로, 스퍼터링된 알루미늄으로 반사층을 형성하면, 스퍼터링된 알루미늄층에 입사된 자외선은 반사되면서 산란된다.
한편, 공기처리실은 UV처리실 상류에 공기를 냉각하고 탈수하기 위한 냉각기를 구비한다.
냉각기는 주로 박테리아, 바이러스, 균류 등의 미생물을 포함한 소형 입자만을 함유한 공기를 받고 2가지 기능을 한다. 냉각기는 공기를 냉각하면서 탈수시킨다. 공기는 냉각되어 최적의 온도로 UV처리실에 공급된다. 어느 온도가 최적인지에 대해서는 후술한다.
공기를 탈수하면 물분자가 미생물이 흡착되는 것을 방지할 수 있는데, 물분자가 흡착되면 미생물 둘레에 자외선 방어막을 이루게 된다. 물분자가 흡착된 미생물을 죽이려면 거의 4배의 자외선량을 조사해야 함이 밝혀졌다. 공기를 탈수하면 방어막이 줄어들어 박테리아를 죽이는데 필요한 자외선량도 줄일 수 있다.
공기를 냉각하면 탈수도 이루어진다. 공기의 온도가 낮을수록 물분자 함유량도 줄어든다. 공기를 냉각하면 공기중의 물이 응축된다. 응축된 물을 탱크에 저장하고, 가득 차면 탱크를 비운다. 또, 응축된 물을 바로바로 배수시켜도 된다. 한편, 미생물을 살균한 뒤에 공기중에서 응축된 물을 증발시키면, 부자연스럽게 건조한 공기가 공기처리기에서 배출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 필터가 있다면 필터 하류에 또 냉각기가 있다면 그 하류에 이오나이저를 설치하여 공기의 흐름방향에 수직으로 전자를 흐르게 한다.
이오나이저는 전기장을 만든다. 이오나이저의 기능은 한쪽 전극에서 다른쪽 전극으로 흐르는 전자로부터 생긴다. 미생물이 전자에 부딪히면 죽거나 약화된다. 이오나이저가 UV처리실 하류에 있으면, 자외선 처리필터에서 살아남아 변이된 미생물도 전자에 부딪혀 죽게된다. 전자의 흐름을 크게 하려면, 이오나이저의 자극 표면적을 키운다. 예를 들어, 도체 와이어 브러시로 전극을 구성할 수 있다.
이오나이저는 공기를 재수화시키는 기능도 한다. 이오나이저의 2개 전극 사이에 전기장이 생기면, 물분자가 극성을 띠게 되어 같은 방향으로 배향된다. 이 현상은 당업자에게 잘 알려진 현상이다. 물분자는 극성 때문에 공기중의 분자에 쉽게 부착되므로, 공기를 천연 수화도까지 수화시킨다.
본 발명에 따른 공기처리기의 경우, 필터 하류에 제2 카본필터를 설치할 수 있다. 이 카본필터는 기체를 거르는 것으로서, 공기중의 악취를 제거한다.
또 다르게는, 냉각기와 카본필터를 하나의 필터로 결합할 수 있다. 결합된 필터를 물 등의 액체를 걸러내는 외에 극성을 띤 기체도 걸러낼 수 있으며, 공기를 냉각할 수 있다. 결합된 필터에 있는 전극의 전위를 조정하면 필터를 통과하는 공기의 습도와 온도를 조절할 수 있다.
습도를 조절해 미생물에 흡착되는 물의 양을 조절하려면, 공기처리기의 냉각기 하류에 습도센서를 설치하는데, 이 센서는 공기의 습도를 판단하고 이에 따른 습도데이터를 출력한다. 습도데이터는 센서에서 프로세서로 보내지고, 프로세서는 냉각기를 제어하여 UV처리실에 원하는 습도를 부여한다. 따라서, UV처리실 내부의 공기습도를 공기입구를 통해 공기처리기에 들어가는 공기의 습도와 무관하게 원하는 값으로 유지할 수 있다. 습도센서는 UV처리실 내부에 설치하여 처리실의 습도값을 바로 얻도록 하는 것이 좋다.
마찬가지로, 온도조절을 위해 냉각기 하류에 온도센서를 설치하는데, 온도센서는 공기의 온도를 판단하고 이에 따른 온도데이터를 출력한다. 온도데이터는 센서로부터 프로세서로 보내지고, 프로세서는 냉각기를 조절하여 UV처리실 내부온도를 원하는 값으로 조절한다. 그러므로, 공기처리기의 공기입구로 들어가는 공기의 온도가 일정 값 이상이기만 하면 UV처리실 내부공기 온도를 원하는 값으로 유지할 수 있다.
공기처리기의 제1 온도센서를 UV처리실 바로 하류에 배치한다. UV처리실을 나가는 공기의 온도는 미생물에 조사되는 자외선량의 측정수단이 된다. 그러므로, 배출되는 공기의 온도를 판단하고 조절하면, 미생물을 죽이기에 충분한 자외선을 조사할 수 있다.
일례로, 자외선 광원에 제2 온도센서를 설치하고, 이 센서로부터 프로세서로 온도데이터를 보낸다. 프로세서는 수신한 온도데이터를 기초로 자외선 광원의 출력을 조절하여 광원의 저냉각이나 과열을 방지한다. UV처리실로 들어가는 공기의 온도가 변하고 UV처리실로 들어가는 유량도 변하므로, 제2 자외선 광원은 작동중에 열을 발생시키거나 열교환을 일으키는 문제를 가질 수 있고, 이 경우 과열이나 저냉각이 생긴다. 과열이나 저냉각은 광원의 온도를 측정하고 이 온도를 기준으로 광원의 출력을 조절하면 방지된다.
유리하게도, 제1, 제2 자외선 광원은 커버에 설치되고, 커버는 자외선을 투과한다. 커버는 광원이 고장날 경우 자외선에 존재하는 유해 화합물로부터 인간을 보호한다. 또, 커버가 있으면, 공기처리기로 들어가는 찬 공기로 인해 자외선 광원이 갑자기 냉각되는 것을 방지할 수도 있다. UV처리실로 들어가는 찬 공기는 처리성능에 영향을 주므로 이 문제는 아주 중요하다. 커버를 테프론으로 만드는 것이 좋은데, 테프론은 자외선은 투과시키되 빛에 의해 열화되지 않기 때문이다.
광원에서 나온 빛을 투과하는 커버를 유해화합물을 갖는 TL(tube light)이나 개스방전등과 같은 다른 광원과 같이 사용하면, 이들 광원이 깨졌을 때 새어나올 유해화합물로부터 보호할 수 있다. 또, 유리로 이루어진 램프와 같이 사용하면, 램프가 깨졌을 때 유리파편이 커버 밖으로 나오지 못하게 한다.
공기처리기의 하우징의 공기입구와 공기출구는 어떤 자외선도 빠져나오지 못하도록 구성되는데, 이는 사용된 자외선이 인체에 유해하기 때문이다. 당업자라면 이런 구성을 어떻게 하는지 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 예를 들면, 미로형 구성을 채택할 수 있다. 또, 자외선 흡수층을 하우징 벽면 전체나 일부분에 설치할 수도 있다.
본 발명에 따른 공기처리기는 의료용, 주거용, 상업용, 공업용, 군사용, 동물사육용으로 사용할 수 있고, 그 자체가 독립적으로 사용되거나 다른 공기조화시스템의 일부분으로 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 공기처리방법도 제공하는데, 이 방법은 공기를 흐르게 하는 단계; 및 공기류를 자외선에 노출시켜 공기중의 미생물을 살균하기 위해 자외선을 조사하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기처리기의 개략적 구조도;
도 2a는 본 발명에 따른 공기처리기의 사시도;
도 2b는 도 2a의 단면도;
도 2C-E는 도 2B의 부분확대도;
도 3은 오염입자 제거율을 오염입자 크기의 함수로 보여주는 그래프;
도 4는 냉각공기 유량으로 자외선 광원의 효율을 보여주는 그래프.
공기처리기(1)는 기다란 튜브형 하우징(2)을 갖추고 있는데, 하우징의 단면은 원형이나 타원형이지만, 사각형이나 다각형과 같은 단면을 갖는 것도 가능하다. 하우징(2)의 단면의 형상은 길이를 따라 변할 수도 있다. 바람직한 하우징(2) 단면은 원형으로서 길이를 따라 그 직경이 0.2-0.3m로 일정한 것이 좋다.
하우징의 제1 단부에는 공기입구(4)가, 제2 단부에는 공기출구(6)가 있다. 공기는 대부분 입구(4)로부터 하우징(2)을 통과해 출구(6)를 향해 흐른다. 하우징(2)의 종축선은 그 하단부에 위치한 공기입구(4)와 상단부의 공기출구(6)에 대해 수직일 수 있다. 그러나, 공기처리기의 방향은 어떻게도 선택할 수 있다.
공기입구(4)부터 출구(6)까지 하우징(2)을 통과하는 공기는 먼지필터(10), HEPA 필터(12), 카본필터(14), 팬(16), 이오나이저(18) 및 자외선 광원(22)을 갖는 UV 처리실(20) 등의 여러 부분을 통과하면서, 입자를 걸르거나 모든 바이러스나 박테리아 등의 공기처리기내의 유해 미생물을 살균한다. 먼지필터(10), HEPA 필터(12) 및 카본필터(14)가 도 1에는 하우징(2)에서 떨어져 있는 것으로 도시되어 있지만, 경우에 따라서는 (파단선으로 표시된) 하우징(2)의 내벽면에서 돌출하여 하우징(2)을 통과하는 모든 공기가 필터를 지나가도록 할 수도 있다.
먼지필터(10)는 공기중의 비교적 대형 분진을 걸러내기 위해 공기입구(4)의 하류에 위치한다. 공기처리기(1)의 첫번째 필터인 먼지필터(10)를 프리필터라 하기도 한다. 먼지필터(10)는 교환이나 세척이 가능한 것이 바람직하다.
HEPA(High Efficiency Particulate Air) 필터(12)는 마이크로파이버글래스로 제작하는 것이 바람직하고, 먼지필터(10)의 하류에 위치하여 크기 0.1~0.3㎛ 이상의 작은 입자들을 걸러낸다. HEPA 필터(12)는 공기중 오염물을 99.97% 제거하고, 또한 공기중에 존재하는 바이러스, 박테리아, 균류를 걸러내기도 한다. HEPA 필터(12) 부근에 설치된 비교적 소형의 자외선 광원(11)은 HEPA 필터(12)에서 걸러낸 바이러스, 박테리아 및 균류를 살균한다. HEPA 필터(12)는 교환하도록 한다. 또, 자외선 광원(11)은 40℃ 정도의 온도에서 253nm 정도의 방사선을 낸다. 자외선 광원(11)은 HEPA 필터(12) 측면에서 하우징(2)의 공기입구(4)를 향하는 것이 바람직하다.
카본필터(14)는 HEPA 필터(12) 하류에 설치되고, 적당한 전위의 전극(도시 안됨)을 갖추고 있어, 극성에 의해 액체(특히 물)와 기체를 캡처한다. 따라서, 카본필터(14)를 통과하는 공기의 습도는 카본필터의 전극의 전위를 조절하여 통제할 수 있다. 공기의 습도를 조절하면, UV처리실(20)내 공기처리효율을 조정한다는 관점에서 바이러스와 박테리아에 붙는 물의 양을 조정할 수 있다. 카본필터의 하류, 바람직하게는 UV처리실(20) 안에 위치하는 습도센서(13)는 이곳에 연결된 프로세서(15)에서 처리되는 습도데이터를 제공한다. 프로세서(15)는 카본필터(14)의 전극에 연결되고, 공기처리기(1)의 공기입구(4)로 들어가는 공기의 습도와 무관하게 UV처리실(20) 내부습도를 40~50%로 하도록 전극의 전위를 조절한다. 카본필터(14)에서 기체도 걸러지므로, 공기처리기(1)를 통과하는 공기중의 어떤 냄새도 낮출 수 있다.
팬(16)은 카본필터(14) 하류에 위치하여 공기처리기(1)내의 공기유량을 높인다. UV처리실(20) 안에 있는 온도센서(17)는 프로세서에 연결된다 (이 프로세서는 전술한 프로세서(15)와 같을 수도, 아닐 수도 있다). 이 프로세서는 팬(16)의 모터에 연결되어 모터의 속도(따라서 공기처리기(1)의 내부 공기유량)를 통제하여 UV 처리실(20)의 내부온도를 일정하게 한다. 내부온도는 UV처리실(20)내의 자외선 광원(22)을 흐르는 공기량에 의한 광원의 냉각량에 따라 좌우된다.
실질적으로는, 1.5m/sec의 속도로 자외선 광원(22)을 따라 공기가 흘러 UC처리실(20)의 온도가 약 40℃의 안정온도에 도달한다. 이 온도는 UV처리실의 공기를 안정화시키는데 최적의 온도로서, 공기입구(4)에서 공기처리기를 들어가는 공기의 온도와는 무관하게 팬(16)의 모터 속도를 조절하여 얻어진다. 공기처리기(1)의 구조에 따라서는, 공기 유량을 56㎥/h 내지 380㎥/h로 얻을 수 있고, 이 유량은 공기처리기(1)에서 처리되는 바닥면적 4m x 8m의 평균 방에 한시간에 여러번 들어갈 수 있다. 방안에 존재하는 거의 모든 공기를 처리하는 공기량이 방 전체에 생기도록 하는 최소의 유량은 약 1.5 m/sec이다.
팬(16)을 먼지필터(10), HEPA 필터(12) 및 카본필터(14) 하류에 배치하면, 팬(16)을 청결하게 유지할 수 있다. 그러나, 팬(16)을 이들 필터의 일부나 전체 상류에 배치한다면, 팬(16)의 하류의 모든 필터는 오염된 팬(16)에서 모든 분진을 제거해야 할 것이다.
이오나이저(18)는 팬(16)의 하류에 위치하고 공기의 이온상태를 인간에게 친숙한 중성값으로 복귀시킨다.
UV처리실(20)에는 자외선 광원(22)이 들어있는데, 광원으로는 253nm의 파장이나 기타 적당한 파장의 자외선을 내는 것이 바람직하고, 40℃에서 100% 출력을 내는 것이 좋다. 자외선 광원(22)에 온도센서(24)를 달아 그 출력을 조절함으로써 과냉각이나 저냉각으로부터 광원을 보호한다. UV처리실(20)의 벽면은 자외선을 최대한 반사하도록 만든다. 이를 위해, UV처리실(20) 벽면에 알루미늄을 스퍼터링했다. 따라서, 직접반사 자외선과 7배까지의 반사광에 의해 UV처리실(20)의 살균효과를 300%까지 증가시킬 수 있다. 자외선 광원(22)은 동작중에 오존을 생성하지 않도록 구성된다.
공기처리기(1)에서 자외선이 전혀 빠져나가지 않도록 공기출구(6)를 구성한다. 공기출구(6)의 벽면에 특수한 방사선 흡수페인트를 바르고 공기출구의 구조를 미로같이 만들면 어떤 방사선도 빠져나가지 않도록 할 수 있다.
온도센서(17,24)와 습도센서(13)에서 나온 신호를 이들에 연결된 각각의 프 로세서에서 평가하고, 잠재적인 흡수상태가 감지되거나 공기처리기(1)의 부품 교환 상태가 제기될 경우 각각의 센서에 연결된 프로세서들이 공기처리기(1)를 정지시키도록 한다. 이런 상황의 예를 들면: 팬(16)의 정지, 부품의 과열이나 저냉각, 필터의 교환주기의 도달 등이 있다.
도 2a는 단면이 원형인 하우징(2)을 보여주는데, 하우징(2)의 앞부분은 내부 부품들을 볼 수 있도록 힌지 방식으로 열린다. 앞부분에는 공기입구(4)와 공기출구(6)가 있다. 공기입구(4)의 내부에 먼지필터(10)가 설치된다.
공기처리기(1)에 필터하우징(8)이 있는데, 이 하우징 안에 HEPA 필터, 필터 자외선 광원이 들어있고, 가능하다면 냉각기 및/또는 카본필터도 들어있을 수 있다. 도 2a의 실시예에서, UV처리실에 4개의 자외선 광원(22)을 마련해 단위시간당 자외선을 충분히 발생시켜 단위시간당 UV처리실을 통과하는 모든 미생물을 살균하도록 한다. 팬(16)은 공기출구(6) 바로 상류에 배치한다.
도 2b는 도 2a의 공기처리기(1)의 단면도이다. 도 2b의 화살표는 공기처리기(1)에서 공기가 흐르는 방향이다.
공기입구(4)와 공기출구(6)는 하우징(2)의 양단에 마련된다. 자외선 광원과 공기입구(4) 사이에 제1 자외선 보호커버(30)를 설치한다. 마찬가지로, 공기출구(6) 상류에 제2 자외선 보호커버(32)를 설치한다. 이들 제1, 제2 보호커버(30,32)로 인해, 어떤 자외선도 공기처리기(1)를 나갈 수 없다. 공기처리기(1)를 통해 흐르는 공기는 보호커버(30,32)는 자유롭게 통과한다.
도 2c는 도 2b의 확대도로서, 자외선 보호커버(30)의 구조를 확대해 보여준 다. 자외선 흡수층으로 코팅된 V형 판을 이용해 자외선의 투과는 방지하되 공기는 자유롭게 흐르게 한다.
도 2b에 의하면, HEPA 필터(12)는 원통형으로 하우징(2)과 동축으로 배치되므로, 필터 표면적을 크게 한다. 필터표면적이 크면 공기저항이 낮고 필터특성은 양호하여, 수명이 길고 필터용량이 커진다. 제1 자외선 광원(11)을 HEPA 필터의 중심에 배치하여(도 2c 참조), 광원 둘레의 HEPA 필터 표면에 자외선을 비춘다. 이런 구성에서는, 자외선의 방향이 HEPA 필터 표면에 수직이라는 장점이 생긴다. EK라서, 자외선을 더 효과적으로 사용할 수 있는데, 이는 HEPA 필터에 점이나 섬유가 전혀 없고 이들 점이나 섬유는 다른 섬유로 가려질 수 있기 때문이다.
도 2D는 도 2b의 IID 확대도로서, 필터하우징(8) 안에 냉각기(14A)와 카본필터(14B)가 설치된다. 또, UV처리실(20) 안에 있는 4개의 자외선 광원(22)은 작동중에 처리실 내부의 자외선 강도가 균일하도록 배치된다.
도 2B, 2E(도 2B의 IIE 확대도)에 도시된 바와 같이, UV처리실(20) 하류측에 제2 보호커버(32)를 배치하는데, 이 보호커버는 양극(18A)과 음극(18B)을 갖춘 이오나이저와 팬(16) 하류측에 위치하기도 한다.
도 2A-E에 도시된 공기처리기(1)는 온도센서, 습도센서, 미생물 센서 등의 여러가지 센서를 구비하지만, 이들이 도 2A-E에는 도시되지 않았다. 또, 도 2A-E의 실시예는 도 1의 실시예와 거의 비슷하다.
미생물센서는 공기중의 미생물 수를 판단할 수 있다. 이런 센서는 공기입구(4) 바로 하류와 공기출구(6) 바로 상류에 배치된다. 이들 미생물센서를 프로세 서에 연결하면 살균인자 등을 결정할 수 있다. 이런 살균인자는 디스플레이될 수 있다. 좀더 복잡한 경우, 공기중의 미생물 갯수를 이용해 공기처리기(1)를 제어할 수 있다.
본 발명의 공기처리기가 인체에 유해한 파장의 자외선을 사용하므로, 덮개의 개방상태를 감지하는 개방센서 등의 보안대책을 다양하게 강구하여, 자외선이 사람에게 조사되지 않도록 필요시 자외선 광원을 정지시킨다.
또, 자외선 광원을 오존을 발생시키지 않는 종류로 채택하고, 공기처리기는 그 자체나 필터의 상태를 사용자에게 알려주는 디스플레이를 갖출 수 있다. 디스플레이를 프로세서에 연결하여 공기처리기를 제어할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 의한 방법과 장치는 유량이 많은 공기중의 모든 미생물을 살균하기에 적합하지만, 기존의 공기처리기는 공기중의 미생물과 분진만을 여과할 뿐이다. 도 3은 미생물 제거율을 미생물의 크기의 함수로 나타낸 그래프이다. 미생물을 그 크기에 따라 먼지, 꽃가루, 담배, 곰팡이, 박테리아, 바이러스로 분류한다. 실선은 종래의 공기처리기의 성능을, 파단선은 본 발명의 공기처리기의 성능을 보여준다.
종래의 공기처리기는 1㎛ 이하의 모든 오염입자를 100% 제거한다. 몇몇 더 작은 오염입자들이 제거되기는 하지만, 0.1㎛ 이하의 오염입자들은 공기중에 그대로 남아있다. 따라서, 공기중에서 오염입자들을 99.97%까지 제거할 수 있다. 살균이란 오염입자들을 99.9999%까지 제거하는 것을 의미하므로, 종래의 공기처리기는 공기정화기라고 보는 것이 맞다.
본 발명의 공기처리기는 공기중의 소형 오염입자들을 제거할 수 있다. 파단선으로 표시한 것처럼, 거의 100% 제거할 수 있다. 영국의 Microsearch Laboratories Ltd와 독일 Bioctc 등의 독립 연구기관에 의하면, 본 발명의 공기처리기로 오염물을 99.9999%까지 제거할 수 있다고 한다. 따라서, 앞에서 정의한 살균의 정의에 의하면, 본 발명의 공기처리기는 공기살균기라 할 수 있다.
공기처리기에 돌연변이 미생물이 잔류하는 것을 막기 위해, 모든 미생물을 살균해야 한다. 따라서, 자외선에 노출되는 미생물 각각이 미생물을 죽이는 최소의 자외선량을 받아야 한다. 자외선 광원과 이것에 의한 자외선 출력의 효율성을 높이는 방식은 여러가지 있을 수 있다. 예를 들면, UV처리실에 반사층을 마련하거나, 공기를 미리 여과하거나, 공기를 탈수하거나, 공기의 온도와 유량을 조절할 수 있다.
도 4는 자외선 광원의 출력효율을 이곳을 지나는 공기량의 함수로 나타낸 그래프로서, 공기의 온도는 20℃이다. 자외선 광원의 출력은 작동온도에 따라 다르다. 최적의 작동온도는 전술한 바와 같이 40℃이다. 자외선 광원은 이곳을 지나는 공기로 인해 냉각된다. 공기가 광원을 냉각시키면, 전력소비량이 정격전력 이상으로 높아져 발생 열을 증가시킨다. 이렇게 되면, 자외선 광원을 최적의 작동온도로 유지할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 자외선 광원은 1.52 m/sec의 유량에서 효과적으로 구동되고, 이 유량은 전술한 바와 같은 1.5 m/sec의 최저 필요 유량보다 높다. 동시에, UV 광원이 정격전력보다 높은 전력에서 구동되므로, 공기에 의한 냉각효과를 보상할 만큼의 열을 발생시킨다. 자외선 광원을 적당한 커버로 덮으면 광원이 냉각되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 공기처리법은 본 발명의 공기처리기에서 실행되는 것이지만 다른 공기처리기에서도 사용할 수 있다. 예를 들면, 살균을 위해서는 자외선 처리가 아주 적당하다. 병원에서는 여러가지 물건을 살균해야 한다. 또, 공기 말고 다른 유체, 예컨대 병원에서 사용되는 산소와 같은 기체와 물을 살균할 수도 있다. 경우에 따라서는, 사전 여과를 채택할 수 있다.
본 발명에 따른 공기처리기와 방법으로는, 모든 바이러스, 박테리아, 곰팡이 기타 유해 미생물을 살균하고 먼지와 기타 입자를 제거하여 일정 공간을 안전하게 정화할 수 있다. 공기처리기의 설계는 미생물을 죽이는데 필요한 자외선량을 기초로 한다. UV처리실의 크기, UV처리실 내부의 유속, 공기의 출구속도 등과 같은 여러 변수를 적절히 선택하여 흐르는 공기중의 모든 미생물을 죽이면서도, 청정한 공기를 실내공기에 혼합할 수 있다. 즉, 실내의 다른쪽의 공기를 강제로 공기처리기로 흡입시킨다. 따라서, 여러 미생물이 유해한 미생물로 변이되는 것을 방지한다.

Claims (38)

  1. 공기입구와 공기출구를 갖춘 하우징;
    하우징의 공기입구부터 공기출구까지 공기흐름을 가속하는 팬; 및
    공기입구 하류에 배치되고, 공기를 자외선에 노출시켜 공기중의 미생물을 살균하기 위한 자외선 광원을 갖춘 UV처리실;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  2. 제1항에 있어서, 공기가 자외선에 노출되기 전에 소정 필터 직경보다 큰 사이즈의 입자와 미생물을 공기에서 제거하기 위한 필터를 UV처리실 상류측에 배치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 필터가,
    대형 먼지입자를 공기중에서 제거하기 위해 공기입구 하류에 있는 먼지필터; 및
    소형 먼지입자와 대형 미생물을 공기중에서 제거하기 위해 먼지필터 하류에 있는 HEPA 필터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  4. 제2항에 있어서, 상기 필터가 먼지입자와 미생물을 공기중에서 제거하도록 공기입구 하류에 있는 카본필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  5. 제2항에 있어서, 상기 필터에 자외선을 비추기 위한 자외선 광원을 설치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  6. 제1항에 있어서, UV처리실의 내부 공기흐름이 난류가 되도록 팬을 UV처리실 상류에 배치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  7. 제2항에 있어서, 상기 필터 하류에 냉각기를 두어 공기를 냉각하고 또 냉각에 의해 탈수하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  8. 제7항에 있어서, 냉각기 하류에 습도센서를 설치하고, 습도센서로부터 프로세서가 습도데이터를 받으며, 프로세서가 냉각기를 제어하여 UV처리실에 원하는 습도를 부여하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 습도센서를 UV처리실 내부에 설치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  10. 제7항 내지 9항중의 어느 하나에 있어서, 냉각기 하류에 제1 온도센서를 배치하고, 이 온도센서로부터 프로세서가 제1 온도데이터를 받으며, 프로세서는 팬의 속도를 조절하여 유량을 제어해 UV처리실을 나가는 공기의 온도를 원하는 온도로 하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 온도센서를 UV처리실 바로 하류에 배치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  12. 제1항 내지 11항중의 어느 하나에 있어서, 공기의 방향에 수직으로 전자를 흐르게 하는 이오나이저를 상기 필터 하류에 배치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  13. 제7항 내지 11항중의 어느 하나에 있어서, 공기의 방향에 수직으로 전자를 흐르게 하는 이오나이저를 냉각기 하류에 배치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  14. 제1항 내지 12항중의 어느 하나에 있어서, 상기 필터 하류에 제2 카본필터를 배치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  15. 제7항 내지 11항중의 어느 하나에 있어서, 상기 필터 하류에 제2 카본필터를 배치하되, 카본필터와 냉각기를 하나로 결합하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  16. 제1항 내지 15항중의 어느 하나에 있어서, UV처리실 내벽면에 자외선 반사층 을 제공하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  17. 제16항에 있어서, 상기 반사층이 알루미늄으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 상기 반사층의 표면에서 반사된 자외선이 산란되도록 반사층 표면이 거친 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  19. 제16항 내지 18항중의 어느 하나에 있어서, 상기 반사층이 스퍼터링된 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  20. 제1항 내지 19항중의 어느 하나에 있어서, 제2 온도센서와 이 온도센서로부터 제2 온도데이터를 받는 프로세서가 제2 자외선 광원에 설치되고, 상기 프로세서는 자외선 광원의 과열이나 저냉각을 방지하기 위해 자외선 광원의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  21. 제1항 내지 20항중의 어느 하나에 있어서, 공기중의 미생물 갯수를 판단하는 미생물센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  22. 제21항에 있어서, 상기 미생물센서를 프로세서에 연결하여, 판단된 미생물 수에 응답해 프로세서가 공기처리기를 제어하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서, 공기입구 바로 하류에 제1 미생물센서를 배치하고 공기출구 바로 상류에 제2 미생물센서를 배치하되, 이들 2개의 센서를 프로세서에 연결하며, 공기처리기에서 나오는 공기중의 미생물 갯수와 공기처리기로 들어가는 공기중의 미생물 갯수를 기초로 프로세서가 살균인자를 결정하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  24. 제1항 내지 23항중의 어느 하나에 있어서, 자외선을 투과시키는 커버에 자외선 광원을 설치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  25. 제24항에 있어서, 상기 커버가 테프론으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  26. 제1항 내지 25항중의 어느 하나에 있어서, 하우징에서 자외선이 전혀 유출되지 않도록 공기입구와 공기출구를 구성하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  27. 제1항 내지 26항중의 어느 하나에 있어서, 하우징 벽면에 자외선 흡수층을 설치하는 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  28. 제1항 내지 27항중의 어느 하나에 있어서, 상기 자외선 광원에서 나온 자외선의 파장이 253nm 내지 257nm이되, 바람직하게는 253.7nm인 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  29. 제5항에 있어서, 상기 자외선 광원에서 나온 자외선의 파장이 253nm 내지 257nm이되, 바람직하게는 253.7nm인 것을 특징으로 하는 공기처리기.
  30. 공기처리기를 갖춘 공기조화시스템에 있어서:
    상기 공기처리기가,
    - 공기입구와 공기출구를 갖춘 하우징;
    - 하우징의 공기입구부터 공기출구까지 공기흐름을 가속하는 팬;
    - 공기중의 대형 먼지입자 제거를 위해 공기입구 하류에 있는 먼지필터;
    - 공기중의 소형 먼지입자와 대형 미생물 제거를 위해 먼지필터 하류에 있는 HEPA 필터;
    - HEPA 필터에 자외선을 조사하기 위한 제1 자외선 광원; 및
    - 상기 HEPA 필터 하류에 배치되고, 자외선을 조사하기 위한 제2 자외선 광원을 갖춘 UV처리실;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
  31. - 공기를 흐르게 하는 단계; 및
    - 상기 공기류를 자외선에 노출시켜 공기중의 미생물을 살균하기 위해 자외 선을 조사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  32. 제31항에 있어서, 공기류를 자외선에 노출시키기에 앞서 소정 필터 직경보다 큰 입자와 미생물들을 공기류에서 여과하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 공기류를 자외선에 노출시키기에 앞서 공기를 탈수하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  34. 제31항 내지 33항중의 어느 하나에 있어서,
    - 공기류의 온도를 판단하는 단계; 및
    - 공기온도에 반응해 유속을 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  35. 제31항 내지 34항중의 어느 하나에 있어서, 공기가 흐르는 방향에 직각으로 전자를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  36. 제31항 내지 35항중의 어느 하나에 있어서,
    - 자외선 광원의 온도를 판단하는 단계; 및
    - 자외선 광원의 과열이나 저냉각을 방지하기 위해 자외선 광원의 전력소비 를 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  37. 제31항 내지 36항중의 어느 하나에 있어서,
    - 공기중의 미생물 수를 판단하는 단계; 및
    - 판단된 미생물 수에 응답하여 유속, 탈수정도 및 자외선 광원의 전력소비량중의 하나나 그 이상을 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
  38. 제37항에 있어서,
    - 공기를 자외선에 노출하기에 앞서 공기중의 입력 미생물 수를 판단하는 단계;
    - 공기가 자외선에 노출된 뒤 공기중의 출력 미생물 수를 판단하는 단계; 및
    상기 입출력 미생물 수로부터 살균인자를 결정하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 유속, 탈수정도 및 자외선 광원의 전력소비량을 상기 살균인자에 응답해 조절하는 것을 특징으로 하는 공기처리방법.
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