KR20070115117A - 오염된 공기의 정화 장치 - Google Patents

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KR20070115117A
KR20070115117A KR1020060049044A KR20060049044A KR20070115117A KR 20070115117 A KR20070115117 A KR 20070115117A KR 1020060049044 A KR1020060049044 A KR 1020060049044A KR 20060049044 A KR20060049044 A KR 20060049044A KR 20070115117 A KR20070115117 A KR 20070115117A
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Abstract

본 발명은 악취 또는 휘발성 유기 물질 등으로 오염된 공기를 정화하는 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 정화 장치는 오염된 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치로서, 상기 오염된 공기 정화장치는 통형상의 하우징, 상기 하우징의 외측에 설치된 오염된 공기 흡입구, 상기 흡입구에 연결되고 상기 하우징 내부에 수납된 하나 또는 그 이상의 백필터(bag filter), 상부는 관로를 통하여 상기 백필터에만 연결되고 하부는 개방되어 관로를 통하여 백필터로부터 공급된 공기가 하부로 배출될 수 있도록 형성된 통형상의 광화학촉매 산화부, 상기 백필터 내측에 위치하고 상부가 개방된 산화부 외측통과 상기 광화학촉매 산화부 사이의 공간으로 정의되고 상기 광화학촉매 산화부 하부로 배출된 공기가 상기 공간을 통하여 상부로 배출될 수 있도록 형성된 후처리부, 상기 하우징내 후처리부 상부에 위치한 공기 배출 팬(fan) 및 상기 공기 배출팬 후단에 연결되어 공기를 하우징 외곽으로 배출시키는 공기 배출구로 이루어져 있고, 상기 광화학촉매 산화부는 TiO2가 코팅된 하나 또는 그 이상의 플레이트 및 하나 또는 그 이상의 UV 램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
광화학촉매, UV 램프, 오존, 악취, 휘발성 유기 물질, 진공청소, 진공 블로우어, 물레방아

Description

오염된 공기의 정화 장치{DEVICE FOR PURIFYING POLLUTED AIR}
도 1은 종래 바이오 클라이맥스사의 오염공기 중의 악취와 휘발성 유기물질 처리장치를 개략적으로 도시한 정단면도,
도 2는 본 발명의 출원인이 먼저 출원한 대한민국 공개특허 제2002-0035432호에 기재된 장치를 개략적으로 도시한 정단면도,
도 3은 본 발명의 오염된 공기 정화 장치의 첫번째 실시형태를 나타내는 도면으로서 (a)는 평면도, (b)는 정단면도,
도 4는 본 발명의 오염된 공기 정화 장치에 포함되는 광화학촉매 산화부의 한가지 형태를 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 5는 본 발명의 오염된 공기 정화 장치에 포함되는 광화학촉매 산화부의 또 한가지 형태를 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 6은 본 발명의 오염된 공기 정화 장치에 포함되는 광화학촉매 산화부의 또다른 한가지 형태를 개략적으로 나타내는 정단면도,
도 7은 본 발명의 광화학촉매 산화부내에 광화학촉매가 설치된 한가지 형태를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명의 오염된 공기 정화 장치의 산화부 외측통 내에 물을 수납하여 공기 중 오염물질을 추가로 제거하는 경우를 나타낸 공기 정화 장치의 정단면 도,
도 9는 본 발명의 오염된 공기 정화 장치의 두번째 실시형태를 나타내는 도면으로서 (a)는 평면도, (b)는 정단면도,
도 10은 본 발명의 오염된 공기 정화 장치의 세번째 실시형태를 나타내는 도면으로서 (a)는 평면도, (b)는 정단면도, 그리고
도 11은 본 발명의 오염된 공기 정화 장치의 네번째 실시형태를 나타내는 도면으로서 (a)는 평면도, (b)는 정단면도이다.
본 발명은 악취 또는 휘발성 유기 물질 등으로 오염된 공기를 정화하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 많은 냄새 원인물질과 휘발성 유기 물질 등을 포함하는 공기를 흡입한 후 이를 적절한 과정을 거쳐 여과 및 산화제거시킴으로써 청정한 공기만 재배출하는 오염된 공기 정화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 산업시설, 음식점 또는 화장실 등과 같은 시설에서 배기되는 공기는 악취가 심하고, 인체 및 자연환경에 유해한 휘발성 유기 물질(VOC)을 다량 포함하고 있다. 따라서, 주위 환경으로 악취를 가진 공기 등이 배출될 경우에는 불쾌감을 유발할 뿐만 아니라, 환경과 인체에 유해하게 되므로 공기 중에서 악취를 제공하는 원인 물질을 제거할 필요가 있는 것이다.
악취를 포함하는 공기 중에서 악취의 원인이 되는 물질이나 휘발성 유기 물질 등을 제거하기 위한 기술로 여러가지가 개발되었는데, 독일의 "바이오 클라이메틱(Bio Climatic)"사 에서는 도 1에서 개략적으로 도시한 바와 같이 오존산화와 UV 광산화반응을 이용하여 오염된 공기중에서 악취를 제거하고 휘발성 유기물질을 처리하는 장치를 개발하였다. 상기 장치의 구성을 살펴보면 오염공기의 유입구(1)와 필터(3)를 구비하여 먼지입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버(5)와; 오존발생 UV 램프(7)가 공기 흐름방향을 가로질러 설치되어 상기 전처리 챔버(5)를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기물질(VOC)을 광산화 및 오존산화반응 처리하는 광산화 반응 챔버(9)와; 탄소가 충진된 흡착수단(11)을 구비하여 상기 광산화반응 챔버(9)를 통과한 공기 중에서 미처리된 물질들을 흡착처리하기 위한 흡착 챔버(13) 및 배기구(15)를 포함하고 있다.
상기 오염공기 처리장치에서는 오염된 공기 중의 먼지입자는 전처리 챔버(5)를 거치면서 걸러지고, 이후 공기 중 악취와 휘발성 유기 화합물 중 일부가 광산화 반응 챔버(9)를 거치면서 분해 및 산화되며, 나머지 잔존 유해물질은 흡착 챔버(13)를 거쳐 흡착되어 최종적으로 정화된 공기가 배출되도록 하고 있다.
그러나, 상기 방법에 의할 경우 정화된 공기를 얻을 수는 있지만, 광산화 반응 챔버(9)의 산화처리 효율이 8~9%로 낮아 별도의 탄소가 충진된 흡착수단(11)을 구비한 흡착 챔버(13)에서 나머지 대부분의 오염물질을 흡착할 필요가 있었다. 그 러나, 오염물질을 흡착에 의해 제거할 경우 흡착 수단(11)내에 오염물질이 부착되어 시간이 경과함에 따라 막힘이 발생하거나 흡착효율이 감소하게 되므로 상기 흡착 수단을 주기적으로 교체해 주어야 한다는 문제가 있다.
이러한 문제점은 광산화 반응 챔버(9)의 산화처리 효율이 매우 낮아 실질적으로 유해물질의 제거에 큰 기여를 하지 못한다는데 기인한다.
본 발명의 출원인은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 대한민국 공개특허공보 제2002-0035432호에서 도 2에 도시한 바와 같이 오염공기가 유입되는 유입구와; 상기 유입구의 일단에 연결되고 내부에 필터를 구비하여 상기 유입구를 통하여 유입된 오염공기에서 먼지 및 미세 먼지 입자를 걸러주기 위한 전처리 챔버와; 상기 전처리 챔버의 출구 단부에 연결되며, 그 내부에는 오존발생 UV 램프가 구비되고, TiO2계 광화학촉매가 도포되어 상기 전처리 챔버를 통과한 오염공기에서 악취와 휘발성 유기 물질(VOC)을 광산화반응 및 오존산화반응 처리하기 위한 광산화반응 챔버와; 상기 광산화반응 챔버의 출구 단부에 연결되고 오존반응촉매가 함유된 후처리수단을 구비하여 상기 광산화 반응 챔버를 통과한 공기에 함유된 잔류 오존을 제거하기 위한 후처리 챔버와; 상기 후처리 챔버의 출구 단부에 연결되는 공기 배출구를 포함하여 구성되는 오염공기 처리장치를 제안한 바 있다.
상기 대한민국 공개특허공보에서 제안한 본 출원인의 발명은 상기 바이오 클라이매틱사의 종래기술과 비교할 때, 단지 잔류 오존을 제거하기 위한 후처리 챔버가 필요할 뿐 흡착 챔버는 필요하지 않아 흡착 수단의 주기적인 교체와 같은 설비유지작업과 추가적인 재료 투입이 필요하지 않다는 것이다.
이러한 차이는 TiO2계 광화학촉매가 도포되어 광산화 반응을 촉진할 뿐만 아니라 UV 램프를 오존 발생 UV 램프로 대체 함으로써 공기 중 산소의 일부를 오존으로 변화시켜 반응성을 높인 것에 기인한다.
그러나, 상기 대한민국 공개특허공보 제2002-0035432호에서 제안된 기술은 대형 빌딩 등과 같은 대량의 오염된 공기를 처리하기 위한 대용량 냄새 제거 장치로서 가정용 등의 소형 냄새 제거 장치로 사용하기에는 적합하지 않다.
이는, 충분한 악취 및 휘발성 유기 물질 제거 효과를 얻기 위하여 유입구, 전처리 챔버, 광산화반응 챔버, 후처리 챔버 및 배출구를 직렬적으로 연결하였기 때문인데, 이러할 경우 충분한 공기 처리 용량을 가지기 위해서는 크기가 대형화되기 때문에 가정용으로 사용되기에는 적합하지 않은 것이다.
또한, 상기 종래의 오염된 공기 처리장치에 비하여 사람이 많이 밀집한 곳에 서 정화된 공기를 배출하는 경우가 많은 소형 공기 처리장치의 경우에는 상기 대형의 공기 정화 장치에 비하여 배출되는 공기 중의 오존 농도도 가급적이면 보다 낮은 범위로 유지할 필요가 있다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로서 가정용으로 적합한 구조를 가지면서 오염된 공기의 처리 성능, 인체 유해성 및 용량에는 전혀 문제가 없는 오염된 공기 정화 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 공기 중에 혹시 미량 포함되어 배출될지도 모르는 오존의 함량을 더욱 감소할 수 있는 오염된 공기 정화 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 오염된 공기 처리 기능과 진공 청소기 기능을 겸비한 오염된 공기 정화 장치를 제공하는 것을 또 하나의 목적으로 한다.
본 발명은 외기와의 환기를 통하여 신선한 공기를 공급가능한 오염된 공기 정화 장치를 제공하는 것을 마지막 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 처리 장치는 오염된 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치로서, 상기 오염된 공기 정화장치는 통형상의 하우징, 상기 하우징의 외측에 설치된 오염된 공기 흡입구, 상기 흡입구에 연결되고 상기 하우징 내부에 수납된 하나 또는 그 이상의 백필터(bag filter), 상부는 관로를 통하여 상기 백필터에만 연결되고 하부는 개방되어 관로를 통하여 백필터로부터 공급된 공기가 하부로 배출될 수 있도록 형성된 통형상의 광화학촉매 산화부, 상기 백필터 내측에 위치하고 상부가 개방된 산화부 외측통과 상기 광화학촉매 산화부 사이의 공간으로 정의되고 상기 광화학촉매 산화부 하부로 배출된 공기가 상기 공간을 통하여 상부로 배출될 수 있도록 형성된 후처리부, 상기 하우징내 후처리부 상부에 위치한 공기 배출 팬(fan) 및 상기 공기 배출팬 후단에 연결되어 공기를 하우징 외곽으로 배출시키는 공기 배출구로 이루어져 있고, 상기 광화학촉매 산화부는 TiO2가 코팅된 하나 또는 그 이상의 플레이트 및 하나 또는 그 이상의 UV 램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 백필터 중 하나의 후단에는 관로를 통하여 고압 블로우어가 연결되고, 백필터에는 상기 광화학촉매 산화부에 연결된 관로와 상기 고압 블로우어(blower)에 연결되는 관로를 선택할 수 있는 밸브가 추가로 장착되어 흡입된 공기를 고압 블로우어를 통하여 바로 배출하는 경우와 광화학촉매 산화부를 경유하여 정화시키는 경우로 나누어 선택하여 처리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 공기 정화 장치의 또다른 일례는 오염된 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치로서, 상기 오염된 공기 정화장치는 통형상의 하우징, 상기 하우징의 외측에 설치되고 실내공기를 흡입하는 실내용 흡입구, 상기 하우징의 외측에 설치되고 실외공기를 흡입하는 실외용 흡입구, 상기 하우징 내에 수납되며 상기 실내용 흡입구를 통하여 흡입된 공기와 상기 실외용 흡입구를 통하여 흡입된 공기를 열교환 시키는 열교환기, 실외 공기가 통과할 수 있도록 상기 열교환기에 연결된 하나 또는 그 이상의 백필터(외기용 백필터), 실내공기가 통과할 수 있도록 상기 열교환기에 연결된 하나 또는 그 이상의 백필터(내기용 백필터), 상부는 관로를 통하여 상기 외기용 백필터 및 내기용 백필터에만 연결되고 하부는 개방되어 관로를 통하여 상기 외기용 및 내기용 백필터로부터 공급된 공기가 하부로 배출될 수 있도록 형성된 통형상의 광화학촉매 산화부, 상기 백필터 내측에 위치하고 상부가 개방된 산화부 외측통과 상기 광화학촉매 산화부 사이의 공간으로 정의되고 상기 광화학촉매 산화부 하부로 배출된 공기가 상기 공간을 통하여 상부로 배출될 수 있도록 형성된 후처리부, 상기 하우징내 후처리부 상부에 위치한 공기 배출 팬(fan) 및 상기 공기 배출팬 후단에 연결되어 공기를 하우징 외곽으로 배출시키는 공기 배출구로 이루어져 있고, 상기 광화학촉매 산화부는 TiO2가 코팅된 하나 또는 그 이상의 플레이트 및 하나 또는 그 이상의 UV 램프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 내기용 백필터 중 하나의 후단에는 관로를 통하여 고압 블로우어 가 연결되고, 백필터에는 상기 광화학촉매 산화부에 연결된 관로와 상기 고압 블로우어(blower)에 연결되는 관로를 선택할 수 있는 밸브가 추가로 장착되어 흡입된 공기를 고압 블로우어를 통하여 바로 배출하는 경우와 광화학촉매 산화부를 경유하여 정화시키는 경우로 나누어 선택하여 처리할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 특징을 가지는 본 발명의 각 정화 장치들은, 별도의 흡입구를 추가로 포함하여 상기 고압 블로우어와 연결된 백필터가 상기 별도의 흡입구에 연결되어 상기 별도의 흡입구를 통하여 공기를 흡입하도록 하는 것이 보다 바람직하다.
그리고, 상기 광화학촉매 산화부에 포함되는 하나 또는 그 이상의 플레이트는 상기 광화학촉매 산화부 전체 길이에 걸쳐 상기 광화학촉매 산화부 내벽으로부터 중심의 오존 발생 UV 램프의 중심을 향하여 돌출된 형태로 설치된 것이 좋다.
또는, 상기 광화학촉매 산화부에 포함되는 하나 또는 그 이상의 플레이트는 상기 광화학촉매 산화부의 내벽을 따라 상부에서 하부까지 이어지는 나선형상을 가지는 것이 공기의 압력감소를 최소화하고 공기 체류시간을 증가시켜 소형 공기 정화 장치에 적합하다.
광화학촉매의 효과를 보다 높이기 위해서는, 상기 플레이트는 일정간격을 두고 구획된 복수의 세그먼트로 이루어진 것이 난류를 발생시킬 수 있으므로 효과적 이다.
광화학촉매 산화부의 산화력을 보다 높이기 위해서는, 상기 하나 또는 그 이상의 UV 램프는 오존 발생 UV 램프인 것이 바람직하다.
균일한 공기 처리를 위해서는, 상기 UV 램프가 복수개일 경우 상기 광화학촉매 산화부의 중심과 동일하며 상기 광화학촉매 산화부의 내부에 포함되는 원의 원주 상에서 동일한 간격으로 배치되어 있는 것이 좋다.
이때, 상기 광화학촉매 산화부의 중앙에는 코로나 음이온 발생기가 추가로 배치되면 공기 청정 기능까지 확보할 수 있어 공기 정화에 보다 효과적이다.
공기정화 반응기로부터 발생되어, 반응참여후 잔류한 강 산화 성분을 제거하여 인체 등에 미치는 영향을 최소화 하기 위해서는, 상기 후처리부에는 MnO2 와 CuO를 포함하는 오존촉매 성분이 담체 또는 하니콤 형상의 공기 이동 경로 표면에 함침되거나 코팅된 형태의 후처리 수단이 포함된 것이 좋다.
광화학촉매 산화부에서 배출되는 공기 성분을 추가적으로 정화하기 위해서는, 상기 산화부 외측통 하부에는 물이 수납되고 상기 광화학촉매 산화부 하단에는 리듀서(reducer)가 연결되어 상기 리듀서가 상기 물에 침적됨으로써 광화학촉매 산화부 하부에서 배출되는 공기가 물속을 통과하도록 형성된 것이 좋다.
공기의 수막통과에 의한 압력손실을 가급적으로 줄이면서 물과 공기의 접촉빈도를 높이기 위해서는, 상기 관 내부에는 교반기가 설치되어 있는 것이 좋다.
상기 교반기를 설치한 경우 적절한 침적 깊이는 10 cm 이하이다.
또한, 공기 흐름방향에서 보아 상기 후처리수단 후방에는 흡착 수단이 더 포함되어 후처리수단에 의해 처리된 공기가 상기 흡착 수단을 경유하도록 이루어질 경우 혹시 잔존할지 모르는 오염원까지 제거할 수 있어 공기 정화에 보다 효과적이다.
이하, 첨부한 도면을 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 아래의 설명에서는 하기하는 바와 같이 오염된 공기 정화 장치는 기재의 간편함을 위하여 공기 정화 장치 또는 정화 장치로도 사용되고 있음을 유의할 필요가 있다.
도 3에 본 발명의 오염된 공기 정화 장치(100)의 첫번째 실시형태를 나타내었다.
도면에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 오염된 공기 정화 장치(100)은 통형상의 하우징(122), 상기 하우징(122)의 외측에 설치된 오염된 공기 흡입구(107), 상기 흡입구(107)에 연결되고 상기 하우징(122) 내부에 수납된 하나 또는 그 이상의 백필터(bag filter)(101), 상부는 관로(105)를 통하여 상기 백필터(101)에만 연결되고 하부는 개방되어 관로를 통하여 백필터로부터 공급된 공기가 하부로 배출될 수 있도록 형성된 통형상의 산화부(106), 상기 백필터 내측에 위치하고 상부가 개방된 산화부 외측통(116)과 상기 광화학촉매 산화부 사이의 공간으로 정의되고 상기 광화학촉매 산화부 하부로 배출된 공기가 상기 공간을 통하여 상부로 배출될 수 있도록 형성된 후처리부(109), 상기 하우징(122)내 후처리부 상부에 위치한 공기 배출 팬(fan)(114) 및 상기 공기 배출팬(114) 후단에 연결되어 공기를 하우징 외곽으로 배출시키는 공기 배출구(108)로 이루어져 있으며, 하우징(122)으로 공기의 출입은 공기 흡입구와 공기 배출구를 통해서만 이루어져 있도록 상기 하우징은 상기 공기 흡입구와 공기 배출구 이외의 부위에서는 밀폐된 형상을 가지고 있다.
공기는 우선, 공기 정화 장치의 흡입구를 통하여 흡입된다.
상기 오염된 공기 정화 장치의 흡입구(107)를 통하여 흡입된 오염된 공기 중에 포함된 먼지 등의 미세 입자는 상기 흡입구에 연결된 백필터(101)에 의해 여과된다. 따라서, 상기 백필터(101)를 경유한 공기 중에는 미세 입자의 함량이 급격히 감소하게 된다. 다만, 상기 백필터를 통하여 공기는 상기 도면에서처럼 반드시 상향으로 이동하는 것은 아니며, 반대로 하향으로 이동할 수도 있다. 본 발명에서는 백필터의 배치방향은 특별히 제한되지 않는다. 특히, 공기가 하향으로 이동할 수 있도록 백필터가 하향으로 배치되는 경우에는 공기 정화 장치의 전원을 차단한 경우에도 먼지가 백필터로부터 분리되지 않고 안정적으로 보관될 수 있다는 효과를 얻을 수도 있다.
그러나, 상기 공기 중의 휘발성 유기 물질이나 악취 원인 물질로서 입자상 물질이 아닌 물질은 백필터에 의한 물리적 여과로는 제거되지 않고 여전히 잔류하게 된다. 따라서, 상기 잔류하는 악취 원인 물질이나 휘발성 유기 물질을 제거하는 특별한 처리가 필요하다. 본 발명에서는 상기 악취 원인 물질이나 휘발성 유기 물질을 산화 반응에 의하여 제거하는 방식을 채택한다.
따라서, 상기 백필터를 경유한 공기는 관로를 통하여 상기 백필터에만 연통되도록 연결된 상기 광화학촉매 산화부(106)를 경유한다. 상기 광화학촉매 산화부의 구체적인 형상의 일례를 도 4에 도시하였다. 도 4의 형상은 광화학촉매 산화부가 원통형인 경우를 나타내는 것이나 상기 광화학촉매 산화부는 통형상을 가지기만 하면 되며 4각형이나 오각형 등 단면의 형상에는 크게 구애되지 않는다. 상기 광화학촉매 산화부의 중심에는 봉형의 UV 램프(102)가 설치된다. 또한 상기 광화학촉매 산화부의 내부에 포함된 하나 또는 그 이상의 플레이트 표면(115)에는 TiO2계 광화학촉매가 코팅되어 있다. 상기 TiO2계 광화학촉매는 자외선 등의 단파장 광선이 조사될 경우 가전자 밴드에서 전도 밴드로 여기된 전자 또는 정공이 공기 중의 수분 등과 반응하여 수퍼 옥사이드(O2 -) 라디칼 또는 히드록시(OH)라디칼을 형성시키고 상기 라디칼 등에 의해 공기 중에 포함된 악취 원인 물질이나 휘발성 유기 물질 등이 강한 산화반응을 통하여 제거되게 된다.
따라서, 상기 TiO2계 광화학촉매를 여기시키기 위한 단파장 광원이 필요하게 되는데, 상기 UV 램프(102)는 상기 단파장 광원의 역할을 수행한다. 또한, 상기 UV 램프를 오존 발생 UV 램프로 사용할 경우에는 단파장 광원의 역할을 수행하는 동시에 공기 중의 산소를 여기시켜 오존도 형성시키는데, 상기 오존도 강한 반응성의 물질로서 산화반응에 참여할 뿐만 아니라, 반응기내의 TiO2계 광화학촉매에 의한 슈퍼옥사이드 생성반응에도 참여하게 된다.
자외선의 통과가 용이하도록 상기 TiO2계 광화학촉매가 코팅된 플레이트(110, 110')는 유리 또는 석영판 등 투명성의 물질로 이루어지는 것이 보다 유리하나 금속 플레이트 등의 불투명 플레이트를 사용하여도 큰 문제는 없다.
또한, 상기 플레이트는 공기가 광화학촉매 산화부를 경유하면서 표면과의 접 촉시간은 가급적 증가하는 반면 공기의 흐름 방향으로의 압력손실은 가급적 감소시키는 형태로 설치되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에서 채용된 플레이트(110)는 도 4에서 볼 수 있듯이 상기 광화학촉매 산화부 전체 길이에 걸쳐 상기 광화학촉매 산화부 내벽으로부터 중심의 오존 발생 UV 램프의 중심을 향하여 돌출된 형태로 설치될 수 있다.
상기 광화학촉매 산화부(106)를 통과한 공기는 대부분의 냄새 원인 물질이 제거된 상태로서 청정한 공기이지만, 오존 이나 수퍼 옥사이드 또는 히드록시 라디칼 등과 같이 바로 배출될 경우에 인체에 영향을 미칠 수 있는 물질이 일부 포함될 수 있으므로 이를 제거하는 단계가 필요하다.
따라서, 오존 등의 산화성 물질을 제거하기 위하여 후처리부(109)에 후처리수단(103)이 설치된다. 상기 후처리부(109)는 상술하였듯이 상기 백필터(101) 내측에 형성된 산화부 외측통(116)과 상기 외측통 내부에 위치하는 광화학촉매 산화부(106) 사이의 공간으로 정의되는데, 상기 공간은 공기의 흐름 경로를 제공한다. 상기 후처리수단(103)은 상기 공기의 흐름 경로 도중에 설치된다. 상기 후처리수단(103)은 통상적으로 사용되는 오존 반응 촉매로서 MnO2와 CuO를 포함하는 오존촉매 성분이 담체나 하니콤 형태의 공기 통로 표면에 코팅 또는 함침된 형태로 사용 될 수 있다. 특히, 담체의 경우에는 알갱이 형태로서 프레임내에 충진되어 공기의 이동경로를 형성하면서 반응을 촉진시킬 수 있다.
상술한 본 발명의 첫번째 측면은 다양한 형태로 개량하여 사용할 수 있는데, 이들은 각각 다음과 같은 형태로 나타날 수 있다.
상기 도 4에 기재된 형태의 광화학촉매 산화부(106)의 변형예로서 도 5 및 도 6을 들 수 있다. 도 5에는 도 4에서처럼 오존 발생 UV 램프(102)가 중앙에 1개 설치되는 것이 아니라, 상기 광화학촉매 산화부 내에 복수개 설치된 경우를 나타낸다. 상기 복수개 설치된 오존 발생 UV 램프(102)를 통한 균일한 자외선 공급을 위해서는 상기 광화학촉매 산화부의 중심과 일치하는 중심을 가지는 원으로서 상기 광화학촉매 산화부 내에 포함되는 원주상에 일정간격을 두고 상술한 UV 램프를 복수개 설치할 수 있다. 상기 원의 중심과 UV 램프사이의 거리(즉, 원의 반경)는 상기 광화학촉매 산화부에 내접하는 원의 반경의 1/4 내지 3/4 인 것이 바람직하다. 만일 거리가 너무 멀 경우 플레이트(110)와의 간섭이 일어날 수 있으며, 거리가 너무 가까울 경우에는 복수개 설치한 효과를 얻기 어렵기 때문이다.
이때, 도 6에 기재한 바와 같이 중심부에는 코로나 음이온 발생기(111)를 추가로 설치할 수 있다. 상기 코로나 음이온 발생기는 음이온을 발생시키므로 상기 냄새 제거 효과 이외에 공기를 신선한 공기를 정화하는 공기 청정효과를 추가로 얻 을 수 있다.
또한, 상기 TiO2계 광화학촉매가 코팅된 플레이트의 변형예로서는 도 7에 기재된 나선형 플레이트(110')를 들 수 있다. 상기 나선형 플레이트(110')를 사용할 경우에는 공기의 체류시간은 증가하는 반면 공기 흐름에 대한 저항은 크게 증가하지 않아 광화학촉매 산화부의 길이가 충분하지 않을 경우에도 원활한 공기 흐름은 유지하면서 충분한 반응효율을 얻을 수 있으므로 본 발명에서 대상으로 하는 소형 장치에 유리하다.
이때, 공기의 흐름에 약간의 난류 성질을 부여하여 공기의 혼합을 용이하게 하기 위해서 상기 나선형 플레이트는 도 7에서 점선으로 표시한 바와 같이 복수개의 세그먼트(segment)로 나뉘어진 형상을 가지는 것이 바람직하다.
그리고, 배출되는 공기 중 오존 이나 각종 라디칼 등의 강산화성 성분을 보다 엄밀히 규제하기 위해서는 상기 배출공기를 물 속에 통과시키는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 도 8에 도시한 바와 같이 상기 산화부 외측통내에 물을 저장하고 상기 광화학촉매 산화부의 하부를 가이드 리듀서(118)으로 연장하여 공기가 물을 통과하도록 유도하는 것이 바람직하다. 이때, 물을 이용하여 공기중의 강산화성 성분 등을 충분히 제거하기 위해서는 공기가 물과 접촉하는 시간이 길어야 하므 로 물속에 상기 광화학촉매 산화부의 하부를 연장한 관이 물에 침적되는 깊이가 깊을 필요가 있으나, 이러할 경우 최종적으로 공기를 배출하는 팬에 부하가 가중되므로 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는 팬의 부하를 가중시키지 않으면서 충분한 제거효과를 얻기 위해서 관의 하부 물 표면 부근에 교반기(117)를 설치하였다. 상기 교반기를 설치할 경우 교반기에 의해 물과 공기가 접촉하는 면적이 증가하므로 관의 침적깊이가 크지 않더라도 용이하게 강산화성 친수성 성분 등을 제거할 수 있다. 상기 교반기는 물을 교반시킬 수만 있다면 어떤 형태든 가능하며, 특히 물레방아 형태 등이 효과적이다. 그 결과 상기 관의 침적 깊이는 10 cm 이하로 유지될 수 있고, 그 때의 압력손실량은 약 30mmAq 정도이므로, 큰 압력 손실없이 물과 공기와의 접촉빈도를 높일 수 있다.
또한, 상기 광화학촉매 산화부(106)의 바닥부에는 UV 램프나 음이온 방전기 등이 연결되어 있으므로 물에 침적되면 안된다.
그리고, 상기 물속에는 KI를 포화농도 이하로 용해시켜 사용할 수 있다. 상기 KI에 오존이 접촉할 경우 오존을 산소로 변경시키고 요오드 이온이 침전되는 반응을 일으키며, 수산기 라디칼이 접촉할 경우 KOH를 형성시키므로 상기 KI는 물의 오존제거 효과를 보다 높일 수 있다. KI의 용해량은 특별히 제한되지 않으나, 포 화농도 이상일 경우에는 반응에 참여하기 어려우므로 포화농도 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
그 외에도, 최종적으로 배출되는 공기 중 수분 등을 제거하거나 살균 등을 도모하기 위해서 숯, 활성탄 또는 제올라이트 등으로 이루어진 흡착수단(112)을 공기 흐름방향에서 볼 때 상기 후처리 수단 이후(즉, 본 발명의 장치 구성에서는 상기 후처리 수단(103) 바로 위쪽)에 추가로 설치할 수 있다. 본 발명의 흡착수단(112)은 상기 바이오 클라이맥스사에서 채용한 것과 유사한 것이지만, 그 효과는 전혀 다르다. 즉, 상기 바이오 클라이맥스사에서 채용한 종래의 장치에서는 상기 흡착 챔버(13)에서 대부분의 정화가 이루어지기 때문에 흡착챔버에 오염원이 흡착되는 속도가 매우 빨라 흡착 챔버의 교체 주기가 짧아진다는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 대부분의 오염원은 이미 광화학촉매 산화부 및 후처리 수단 등에서 이미 제거된 이후 이므로 상기 흡착수단에 흡착되는 물질의 양은 무시할 수 있을 정도로 작을 뿐이고, 그 용도도 혹시 포함되어 있을지 모르는 오염원을 제거하기 위한 것이므로 흡착 수단은 매우 긴 교체주기로 또는 반영구적으로 사용될 수 있다.
도 9에 본 발명의 오염된 공기 정화 장치의 다른 한가지 실시형태(두번째 실시형태)를 나타내었다.
도 9의 정화 장치는 복수개의 백필터(101) 중 하나를 고압 블로우어(118)에 연결하여 사용하는 것을 제외하고는 상술한 도 3의 정화 장치 및 그 변형예(즉, 본 발명의 첫번째 실시형태)와 동일한 특징을 가진다.
또한 상기 고압 블로우어에 연결된 백필터는 밸브에 의해 고압 블로우어(118) 작동시에는 고압 블로우어(118)와 연결되도록 하고, 배출팬(114)의 작동시에는 상기 본 발명의 첫번째 실시형태에서 설명한 정화 장치와 마찬가지로 관로를 통하여 광화학촉매 산화부(106)에 연결되도록 할 수 있다. 또한 상기 고압 블로우어(118)에 연결된 백필터에는 별도의 흡입구(도시생략)가 연결되어 다른 백필터로의 압력분산을 피할 수도 있다.
통상 블로우어라 함은 흡입구와 토출구의 압력비가 1.1 내지 2.0인 송풍수단을 일컫는데 진공 청소기 등에 많이 사용되고 있다. 상기 고압 블로우어의 압력으로 인하여 실내에 존재하는 먼지 나 쓰레기 등을 고압으로 흡입할 수 있기 때문에, 본 실시형태의 정화 장치는 진공 청소기의 기능도 겸비할 수 있다.
도 10에 본 발명의 정화 장치의 또 하나의 실시형태(세번째 실시형태)를 나타내었다. 도 10에서 볼 수 있듯이, 본 실시형태의 정화 장치는 2개의 흡입구(107, 123)를 가진다. 상기 흡입구 중 하나는 외기(외부공기)를 흡입할 수 있으며, 나머지 하나는 내기(실내 공기)를 흡입하도록 설계된다. 다만, 외기와 내기의 온도차가 상당할 경우 열손실 또는 냉각손실 등이 발생할 수 있으므로 도 11에 도 시된 바와 같이 흡입된 내기와 외기는 흡입구에 연결된 열교환기(124)를 통하여 열교환 된다. 상기 열교환된 외기는 하나 또는 그 이상의 백필터(101)를 통하여 상기 본 발명의 첫번째 실시형태에서 설명한 것과 동일한 경로를 통하여 정화되어 실내용 배출구를 통하여 배출된다. 반면, 열교환된 내기는 내기에 연결된 하나 또는 그 이상의 백필터를 통하여 상기 외기와 동일한 경로를 통하여 정화되어 다시 실내로 배출될 수도 있으며, 또는 상기 내기에 연결된 백필터(101)에 장착된 밸브 조작을 통하여 실외용 배출구를 통하여 배출된다. 실외용 배출구(121)에는 실내용 배출구(108)와 마찬가지로 배출팬(120)이 부착되어 있으며, 백필터-배출팬-실외용 배출구는 관로로 연결되어 실외용 배출구(121)로 배출되는 내기가 실내용 배출구로 배출되는 외기와 혼합되지 않도록 이루어진다. 또한, 내기 흡입구(107)와 실외용 배출구(121)에 연결되는 백 필터와 외기 흡입구 및 실내용 배출구에 연결되는 백 필터는 적절한 갯수로 선택하여 사용할 수 있다.
본 실시형태에서의 오염된 공기 정화 장치는 상기와 같이 외기용 흡입구(123)와 내기용 흡입구(107), 실내용 배출구(108)와 실외용 배출구(121), 및 열교환기(124)를 둔다는 것 이외의 다른 구성은 상기 첫번째 실시형태에서의 정화 장치와 동일하다.
본 발명의 또 하나의 실시형태는 도 11에 도시되어 있다. 본 실시형태에서 예시한 오염된 공기 정화 장치는 3개의 흡입구를 가진다. 하나는 본 발명의 두번 째 실시형태에서 설명한 고압 블로우어에 연결된 백필터(101)와 연통하는 흡입구이며, 나머지는 본 발명의 세번째 실시형태에서 나타낸 내기 흡입(107)구와 외기 흡입구(123)이다. 즉, 본 실시형태는 본 발명의 두번째 실시형태와 세번째 실시형태를 조합한 것이다. 따라서, 상기 고압 블로우어(118)에 연결된 백필터와 연통하는 흡입구는 별도로 설치되지 않고 내기 흡입구와 겸용으로 사용될 수도 있다. 본 발명의 고압 블로우어(118)는 백필터 중 하나에 연결되며 내기 흡입구(107)와 외기 흡입구(123)는 적절한 갯수의 백필터에 각각 연결되어 정화된 후 실외용 배출구(121)와 실내용 배출구(108)를 통하여 배출된다. 상기 백필터에 연결되는 방식과 공기의 정화 방식 등은 상술한 실시형태에서의 그것과 동일하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 오염된 공기 정화 장치는 적은 부피를 가지고도 충분히 다량의 공기를 효율적으로 처리할 수 있도록 설계되었을 뿐만 아니라 추가적인 블로우어 또는 팬을 설치함으로서 진공 청소기능과 공기 교환 및 청정 기능 등을 가진 효율적인 소형 공기 정화 장치인 것이다.
이상은 본 발명의 몇몇 바람직한 실시예를 통하여 설명한 것으로서, 상기 실시에는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항과 그로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의할 경우에는 국소배기초소형탈취장치, 작업장공기정화용 또는 가정용 등 소형으로 사용하기에 적합한 오염된 공기 정화 장치를 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 진공 청소 기능 및 공기 청정/열교환 기능을 가진 고효율 공기 정화장치도 제공할 수 있다.

Claims (18)

  1. 오염된 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치로서,
    상기 오염된 공기 정화장치는 통형상의 하우징, 상기 하우징의 외측에 설치된 오염된 공기 흡입구, 상기 흡입구에 연결되고 상기 하우징 내부에 수납된 하나 또는 그 이상의 백필터(bag filter), 상부는 관로를 통하여 상기 백필터에만 연결되고 하부는 개방되어 관로를 통하여 백필터로부터 공급된 공기가 하부로 배출될 수 있도록 형성된 통형상의 광화학촉매 산화부, 상기 백필터 내측에 위치하고 상부가 개방된 산화부 외측통과 상기 광화학촉매 산화부 사이의 공간으로 정의되고 상기 광화학촉매 산화부 하부로 배출된 공기가 상기 공간을 통하여 상부로 배출될 수 있도록 형성된 후처리부, 상기 하우징내 후처리부 상부에 위치한 공기 배출 팬(fan) 및 상기 공기 배출팬 후단에 연결되어 공기를 하우징 외곽으로 배출시키는 공기 배출구로 이루어져 있고,
    상기 광화학촉매 산화부는 TiO2가 코팅된 하나 또는 그 이상의 플레이트 및 하나 또는 그 이상의 UV 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 백필터 중 하나의 후단에는 관로를 통하여 고압 블 로우어가 연결되고, 백필터에는 상기 광화학촉매 산화부에 연결된 관로와 상기 고압 블로우어(blower)에 연결되는 관로를 선택할 수 있는 밸브가 추가로 장착되어 흡입된 공기를 고압 블로우어를 통하여 바로 배출하는 경우와 광화학촉매 산화부를 경유하여 정화시키는 경우로 나누어 선택하여 처리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 별도의 흡입구를 추가로 포함하여 상기 고압 블로우어와 연결된 백필터가 상기 별도의 흡입구에 연결되어 상기 별도의 흡입구를 통하여 공기를 흡입하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  4. 오염된 공기를 정화하기 위한 공기 정화 장치로서,
    상기 오염된 공기 정화장치는 통형상의 하우징, 상기 하우징의 외측에 설치되고 실내공기를 흡입하는 실내용 흡입구, 상기 하우징의 외측에 설치되고 실외공기를 흡입하는 실외용 흡입구, 상기 하우징 내에 수납되며 상기 실내용 흡입구를 통하여 흡입된 공기와 상기 실외용 흡입구를 통하여 흡입된 공기를 열교환 시키는 열교환기, 실외 공기가 통과할 수 있도록 상기 열교환기에 연결된 하나 또는 그 이상의 백필터(외기용 백필터), 실내공기가 통과할 수 있도록 상기 열교환기에 연결된 하나 또는 그 이상의 백필터(내기용 백필터),
    상부는 관로를 통하여 상기 외기용 백필터 및 내기용 백필터에만 연결되고 하부는 개방되어 관로를 통하여 상기 외기용 및 내기용 백필터로부터 공급된 공기가 하부로 배출될 수 있도록 형성된 통형상의 광화학촉매 산화부, 상기 백필터 내측에 위치하고 상부가 개방된 산화부 외측통과 상기 광화학촉매 산화부 사이의 공간으로 정의되고 상기 광화학촉매 산화부 하부로 배출된 공기가 상기 공간을 통하여 상부로 배출될 수 있도록 형성된 후처리부, 상기 하우징내 후처리부 상부에 위치한 공기 배출 팬(fan) 및 상기 공기 배출팬 후단에 연결되어 공기를 하우징 외곽으로 배출시키는 공기 배출구로 이루어져 있고,
    상기 광화학촉매 산화부는 TiO2가 코팅된 하나 또는 그 이상의 플레이트 및 하나 또는 그 이상의 UV 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 내기용 백필터 중 하나의 후단에는 관로를 통하여 고압 블로우어가 연결되고, 백필터에는 상기 광화학촉매 산화부에 연결된 관로와 상기 고압 블로우어(blower)에 연결되는 관로를 선택할 수 있는 밸브가 추가로 장착되어 흡입된 공기를 고압 블로우어를 통하여 바로 배출하는 경우와 광화학촉매 산화부를 경유하여 정화시키는 경우로 나누어 선택하여 처리할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 별도의 흡입구를 추가로 포함하여 상기 고압 블로우어와 연결된 백필터가 상기 별도의 흡입구에 연결되어 상기 별도의 흡입구를 통하여 공기를 흡입하는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광화학촉매 산화부에 포함되는 하나 또는 그 이상의 플레이트는 상기 광화학촉매 산화부 전체 길이에 걸쳐 상기 광화학촉매 산화부 내벽으로부터 중심의 오존 발생 UV 램프의 중심을 향하여 돌출된 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광화학촉매 산화부에 포함되는 하나 또는 그 이상의 플레이트는 상기 광화학촉매 산화부의 내벽을 따라 상부에서 하부까지 이어지는 나선형상을 가지는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 플레이트는 일정간격을 두고 구획된 복수의 세그먼트로 이루어진 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 UV 램프는 오존 발생 UV 램프인 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 UV 램프가 복수개일 경우 상기 광화학촉매 산화부의 중심과 동일하며 상기 광화학촉매 산화부의 내부에 포함되는 원의 원주 상에서 동일한 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 광화학촉매 산화부의 중앙에는 코로나 음이온 발생기가 추가로 배치되는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 후처리부에는 MnO2와 CuO를 포함하는 오존촉매 성분이 담체 또는 하니콤 형상의 공기 이동 경로 표면에 함침되거나 코팅된 형태의 후처리 수단이 포함된 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화부 외측통에는 물이 수납되고 상기 광화학촉매 산화부 하단에는 관이 연결되어 상기 관이 상기 물에 침적됨으로써 광화학촉매 산화부 하부에서 배출되는 공기가 물속을 통과하도록 형성된 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 관 내부에는 교반기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 관의 침적 깊이는 10 cm 이하인 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 물 속에는 포화농도 이하의 KI가 용해된 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
  18. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 공기 흐름방향에서 보아 상 기 후처리수단 후방에는 숯, 활성탄 또는 제올라이트를 포함하는 흡착 수단이 더 포함되어 후처리수단에 의해 처리된 공기가 상기 흡착 수단을 경유하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 오염된 공기 정화 장치.
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