KR20080008501A - 공기 청정기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 청정기에 관한 것으로, 광촉매를 도포한 팬 표면에 자외선으로 산화·환원 반응을 유도하여 유해 물질을 정화시키고, 팬을 회전시켜 광촉매와 유해 물질의 접촉 확률을 높임으로써, 자외선에 의해 활성화된 광촉매의 산화·환원 반응의 효율을 증대시키며, 광촉매를 도포한 팬으로 공기 청정기의 풍량 증대를 가능케하고, 자외선 내벽에 반사율이 높은 반사판을 구비하여 팬에 조사되는 자외선의 양을 극대화시킴으로써, 광촉매의 산화·환원 반응이 증가시키는 공기 청정기를 제공하기 위한 것으로서, 그 기술적 구성은 광촉매가 도포되어 모터에 의해 회동되도록 구비되는 팬; 상기 팬의 외주면에 원통 형상의 내벽에 소정의 간격으로 구비되는 자외선 LED;, 그리고 상기 자외선 LED로부터 조사되는 자외선을 상기 팬으로 반사시키도록 구비되는 내벽 반사판;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
광촉매, 이산화 티탄, 자외선, 산화·환원 반응, 공기 청정기

Description

공기 청정기{an Air Conditioner}
도 1은 본 발명에 따른 공기 청정기의 개략적인 정면도 및 투과도,
도 2는 본 발명에 따른 공기 청정기의 개략적인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명>
10: 팬 20: 자외선 LED
30: 내벽 31: 내벽 반사판
40: 모터
본 발명은 공기 청정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매를 도포한 팬 표면에 자외선으로 산화·환원 반응을 유도하여 유해 물질을 정화시키고, 팬을 회전시켜 광촉매와 유해 물질의 접촉 확률을 높임으로써, 자외선에 의해 활성화된 광촉매의 산화·환원 반응의 효율을 증대시키며, 광촉매를 도포한 팬으로 공기 청정 기의 풍량 증대를 가능케하고, 자외선 내벽에 반사율이 높은 반사판을 구비하여 팬에 조사되는 자외선의 양을 극대화시킴으로써, 광촉매의 산화·환원 반응이 증가시키는 공기 청정기에 관한 것이다.
일반적으로, 청정한 공기, 균일한 온도 및 적정한 습도는 실내 환경의 질을 결정하는 주요한 요소이나 산업화로 인해 실내 또는 폐쇄된 공간에는 다양한 형태의 유해 물질이 포함되어 있으며, 공기를 통해 전파되는 감염성 미생물, 유기 오염 물질, 대기 오염 물질(황산화물, 다이옥신), 유해 악취 가스(포름 알데히드, 아세트 알데히드, 카시린, 톨루엔, 스틸렌)등이 실내 공기에 포함되어 있으며, 인체에 축적되거나 직접적으로 영향을 미쳐 면역성을 약화시키고, 만성 기관지염, 폐기능 손상등을 야기시키는 각종 질환의 원인이 되며, 생명을 직접적으로 위협하는 요인이 되고 있다.
이와 같은 유해 환경으로부터 실내 공기의 질을 개선하기 위해 광촉매를 이용한 공기 청정 방식은 광촉매인 이산화 티탄(TiO2)의 강력한 살균, 산화 반응을 이용한 것이며, 나노 미터 크기의 이산화 티탄(TiO2) 결정에 380nm 이하의 자외선을 조사하면 분자 내에서 산화 환원 반응 및 친수성 반응이 이루어지며, 광촉매 표면에서는 절대 온도 30.000K 에서 소각하는 것과 같은 효과를 발휘하여 아세트알데히드, 카시린, 툴루엔, 스텔렌과 같은 유기 휘발성 화합물(VOCs), 라돈 가스, 포름 알데히드등 건축물에서 발생하는 유해 물질, 황화수소, 암모니아 같은 악취가스, 황산화물(SOx)와 같은 대기 오염 물질을 산화 분해하고, 트리 클로로 에틸렌(tricholorethylene)등의 유기 염소 화합물, 페놀(phenol) 화합물, 폴리 염화 비닐(PCB), 환경 호로몬(bisphenol,nonylphenol,estradiol), 다이옥신(dioxin), 아세트 알데히드, 카시린, 톨루엔, 스틸렌 황화수소, 메틸메루카프탄, 유화메틸, 트리메틸아민, 아소길초산, 암모니아를 산화 분해하며, 박테리아, 세균등 미생물에 대하여 강력한 살균력으로 분해하여 이산화 탄소(CO2)와 물(H2O)로 산화시키고, 독성 물질을 제거하는 강력한 공기 정화 효과를 발휘하는 특성을 갖는다.
그리고, 광촉매의 강력한 살균, 산화반응을 이용하는 공기청정기는 광촉매 작용이 기재에 코팅된 광촉매 표면에서 이루어지기 때문에 공기와의 접촉면이 클수록 처리 능력은 증대되고, 이산화 티탄(TiO2)의 밴드 갭 에너지(band gab energy, Eg)에 해당하는 빛 에너지를 적절하게 조사시켜 줌으로서 처리 능력이 향상된다.
한편, 광촉매에 의한 살균, 산화 반응은 광촉매 표면의 접촉에 의해 이루어지기 때문에 광촉매 표면의 청결 상태가 공기 정화 효율을 결정하는 요소가 되며, 광촉매는 자외선의 흡수에 의해 초 친수성을 갖기 때문에 수분과 접촉하면 광촉매의 표면에 수막이 형성되어 이물질을 제거할 수 있는 자정 작용이 수행되나, 수막은 광촉매와 오염 물질의 접촉을 막아 정화 효율을 감소시키게 되며, 오염 물질의 산화 과정에서 발생하는 물은 극히 미세한 양이고, 반응과 동시에 수증기 형태로 증발됨으로써 자정작용에 이용되지 못한다.
그리고, 이론상으로는 촉매는 화학 반응을 일으켜도 자기 자신은 변화하지 않으므로 수명이 영구적이지만, 실제로는 화학 반응의 장소인 촉매 표면이 오염됨으로 촉매로서의 활성이 저하되는 특성이 있으며, 이를 해결하기 위해서는 표면을 세정하여 재생해주는 프로그램이 수반되어야 하며, 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)등의 알칼리류에 속하는 이온이 표면에 흡착되어 퇴적하는 무기물에 의한 오염의 경우에는 광촉매 반응에 의해 분해되지 않음으로 표면에 이물질을 남기게된다.
또한, 질소 산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)등은 산화 과정에서 저농도의 질산이나 황산으로 변화하여 광촉매 표면에 남아 투막을 형성하여 광촉매 작용을 저하시키므로 정기적으로 세척하여 표면의 투막을 제거함에 따른 탈착의 번거로움과 환경에 따라 단시간 내에 오염될 수가 있기 때문에 지속적인 촉매 효과를 기대하기 어렵다.
여기서, 대한민국 특허 공개2003-0048989는 중심에 자외선 램프를 배치하고, 이를 감싸는 형상으로 광촉매 필터를 배치한 구조로 전기 집진 장치를 통과한 공기가 광촉매 필터와 항균 및 탄소 필터를 거치도록 함으로써, 공기 청정 효과를 얻을 수 있도록 한 것이다.
그리고, 광촉매 필터와 전기 집진 장치, 기타 필터가 함께 작용하도록 구성됨으로써 광촉매가 보조적인 기능을 수행하도록 구성되어 있으나 광촉매 필터 조립체를 구성하는 광촉매의 기재가 필터로 이루어져 있어 자외선의 흡수 사각 지대가 발생하여 전면에서의 광촉매 반응을 유도할 수 없는 한계가 있고, 산화 반응시 광촉매 필터 표면에 부착된 찌꺼기를 제거하기 위하여 주기적으로 필터를 교체 및 세척하여야 하며, 필터 교체 및 세척등의 주기적인 외부 관리에 의존하여야 함으로 유지 관리 비용이 증대되는 단점이 있다.
또한, 대한민국 특허 등록10-0235088호는 산화티타늄을 처리한 유리 구슬을 산화 티타늄 처리한 필터 위에 배치시키고, 각 유리 구슬 및 필터를 수조 내에 일부가 침적되도록 설치하며, 유입된 물에 자외선이 조사되도록 하여 흡입된 공기를 유리구슬, 필터 및 물에 접촉되도록 한 구조이다.
여기서, 상기 구조는 공기와 물을 접촉시켜 공기를 씻어내는 방법으로 공기를 정화하고, 광촉매의 작용에 의해 수조내의 물의 탈취 및 자정능력을 갖는 것으로 설명되어 있으나 물에 접촉한 광촉매는 초 친수성에 의해 표면에 수막을 형성하여 오염 물질의 산화 반응을 제한하는 특성이 있기 때문에 광촉매의 산화 반응에 의한 자정 능력이 제한되며, 수조 내의 물은 자외선 램프에 의해 조사된 자외선에 의해 정화되어 오염이 억제되어 광촉매의 효율이 낮아지는 단점이 있다..
또한, 기존 공기 청정기에서는 먼지 등의 입자를 헤파 필터를 사용하여 제거한 후, 부가 기능으로 음이온 발생이나 탈취를 위하여 오존 또는 이산화 티탄(TiO2)촉매를 이용하는 방법은 이산화 티탄(Ti02)의 탈취 및 살균 기능으로 격자 구조의 벌크 타입으로 양단 전극에 고전압의 전압을 가하여 사용하는 방법의 경우 전극의 일부에 고전계가 인가되어 방전 현상이 발생되어 촉매 효율이 저하되거나, 고전압의 사용에 따른 발화의 위험성 및 촉매 두께의 제한 및 촉매의 강도 저하등의 여러가지 문제점이 있었다.
그러나, 광촉매인 이산화 티탄을 고정된 형태로 사용할 경우에는 공기 청정기의 유로에 영향을 주어 풍량이 낮아지고, 자외선에 의하여 활성화된 광촉매인 이산화 티탄 이온의 재결합 속도가 증가하여 효율이 감소하며, 자외선 생성을 위하여 구비되는 고전압은 전극에 고전계(high voltage field)를 발생시켜 방전 현상이 발생되고, 촉매 효율의 저하, 고전압의 사용에 따른 발화의 위험성, 촉매 두께의 제한, 촉매 강도의 저하 및 오존 부산물 생성등의 문제점이 있으며, 종래 기술에 따른 중앙 광원 주위에 환형 구조의 이산화 티탄 촉매와 광원사이에 공기를 통과시키는 방법은 촉매의 효율성을 저하시키는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 광촉매를 도포한 팬 표면에 자외선으로 산화·환원 반응을 유도하여 유해 물질을 정화시키고, 팬을 회전시켜 광촉매와 유해 물질의 접촉 확률을 높임으로써, 자외선에 의해 활성화된 광촉매의 산화·환원 반응의 효율을 증대시키며, 광촉매를 도포한 팬으로 공기 청정기의 풍량 증대를 가능케하고, 자외선 내벽에 반사율이 높은 반사판을 구비하여 팬에 조사되는 자외선의 양을 극대화시킴으로써, 광촉매의 산화·환원 반응이 증가시키는 공기 청정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 광촉매가 도포되어 모 터에 의해 회동되도록 구비되는 팬; 상기 팬의 외주면에 원통 형상의 내벽에 소정의 간격으로 구비되는 자외선 LED;, 그리고 상기 자외선 LED로부터 조사되는 자외선을 상기 팬으로 반사시키도록 구비되는 내벽 반사판;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 팬은 하나 이상 다수개 구비될 수 있다.
또한, 상기 자외선 LED는 환형 자외선 램프로 대체가능하다.
한편, 상기 광촉매는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O2, WO3 및 페롭스카이트형 복합 금속 산화물(SrTiO3)으로 대체 가능하다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 예시도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 청정기의 개략적인 정면도 및 투과도이다. 도면에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 공기 청정기는 팬(fan,10)과 자외선 LED(light emitting diode,20)와 내벽(30)과 내벽 반사판(31)과 모터(motor,40)로 이루어진다.
그리고, 상기 팬(10)은 일정 두께의 광촉매가 도포되어 공기의 유동을 발생시키도록 구비되며, 유동을 발생시키는 날개차(impeller)와 날개차로 유입 및 유출되는 유동을 안내하는 케이싱(casing)으로 이루어진다.
여기서, 상기 팬(10)은 날개차의 회전축과 평행 방향으로 공기의 유동이 발 생하며, 날개차 입구 및 출구의 유동 방향이 회전축과 일치하고, 팬(10)에 입력된 에너지가 유체의 속도를 증가시키도록 구비된 축류 송풍기(axial-flow fan)와, 원심력에 의한 압력을 증가시키는 반경류형 송풍기(radial-flow fan)와, 날개차 내에서 축 방향과 반경 방향의 유동이 동시에 존재하며, 유량 및 압력을 증가시키는 혼합류형 송풍기(mixed-flow fan)에서 선택 가능하다.
더불어, 상기 팬(10)은 날개차의 회전에 구속되지 않으며, 압전 소자를 구비하여 모터(40)를 제거한 송풍기로 대체 가능하다.
또한, 상기 자외선 LED(ultraviolet-ray light emitting diode,20)는 상기 팬(10)의 외주면에 소정의 간격으로 구비되며, 발광 파장은 반도체에 도핑되는 불순물의 종류에 따라 인화 갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자의 발광은 파장 700nm의 적색과 질소 원자의 발광은 파장 550nm의 녹색으로 구분되며, 자외선의 파장을 발광하는 불순물을 도핑하는 것이 바람직하며, 소형화 및 전력의 효율의 이점이 있다.
그리고, 상기 자외선 LED(20)는 상기 팬(10)의 외주면을 따라 환형으로 형성되는 자외선 램프로 대체 가능하며, 상기 자외선 LED(20) 및 자외선 램프의 파장은 1nm-100nm의 영역대를 가지고 있으며, 파장의 성격에 따라 장파장 자외선(400nm-320nm), 중파장 자외선(320nm-280nm)과, 단파장 자외선(280nm)에서 선택 가능하다.
이때, 상기 자외선 LED(20)는 상기 팬(10)의 광촉매의 산화·환원 반응과 함께 살균 기능 또는 탈취 기능을 구비할 수 있으며, 254nm의 파장대와 185nm의 파장 대가 가장 강력한 살균력을 가지는 파장이며, 상기 254nm 파장대의 자외선은 생물의 단백질을 공격하여 생물을 사멸시키므로, 254nm 파장대의 자외선을 이용하는 것이 바람직하다.
더불어, 185nm 파장대의 자외선은 산소(O2)를 오존(O3)으로 변경시키며, 상기한 오존은 세균을 죽이므로, 185nm 파장대의 자외선으로 대체 가능하다.
한편, 상기 내벽(30)은 상기 팬(10)의 외주면에 상기 자외선 LED(20)를 구비하며 원통형상으로 이루어진다.
이때, 상기 내벽 반사판(31)은 반사재(reflecting material)로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 자외선 LED(20)가 발생시킨 자외선이 공기 청정기의 외부로 누출되는 것을 방지하기 위하여 내벽(30) 주위를 둘러싸는 반사재로 이루어진 반사체를 사용하고, 팬(10)에 조사되는 자외선의 밀도가 저하되는 것을 방지하며, 상기 반사재는 산란단면적(散亂斷面積)이 크고, 이산화 티탄의 광촉매로부터 발생하는 이온을 흡수하지 않도록 흡수단면적이 작은 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 반사재는 베릴륨 및 산화물 그리고 흑연에서 선택 가능하다
여기서, 상기 모터(40)는 상기 팬(10)의 중심축과 연결되어 팬(10)을 회동되도록 구비되며, 전기 에너지를 전자 유도 현상으로 기계 에너지로 변환시켜 회전 운동의 동력을 생산하고, 전원(電源)의 종별에 따라 직류 전동기 및 3상 교류용과 단상 교류용의 교류 전동기를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 청정기의 개략적인 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 자외선 LED(20)는 상기 팬(10)의 사이에 구비된다.
여기서, 광촉매를 도포한 상기 팬(10)은 하나 이상 다수개 더 구비될 수 있으며, 상기 팬(10) 표면에 광촉매가 도포되어 자외선으로 산화·환원 반응이 유도되어 유해 물질의 정화가 이루어지고, 상기 팬(10)의 회전으로 광촉매가 유해 물질과의 접촉 면적이 증가되며, 상기 자외선 LED(20)로부터 조사되는 자외선에 의해 활성화된 광촉매의 산화·환원 반응율이 증가하고, 상기 팬(10)의 회전으로 유로의 저항 요소를 줄일 수 있기 때문에 풍량 증대가 가능하며, 에너지 효율을 높이기 위하여 내벽 반사판(31)이 구비된다.
따라서, 광촉매를 도포한 팬 표면에 자외선으로 산화·환원 반응을 유도하여 유해 물질을 정화시키고, 팬을 회전시켜 광촉매와 유해 물질의 접촉 확률을 높임으로써, 자외선에 의해 활성화된 광촉매의 산화·환원 반응의 효율을 증대시키며, 광촉매를 도포한 팬으로 공기 청정기의 풍량 증대를 가능케하고, 자외선 내벽에 반사율이 높은 반사판을 구비하여 팬에 조사되는 자외선의 양을 극대화시킴으로써, 광촉매의 산화·환원 반응이 증가시키는등의 이점이 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 광촉매를 도포한 팬 표면에 자외선으로 산화·환원 반응을 유도하여 유해 물질을 정화시키고, 팬을 회전시켜 광촉매와 유해 물질의 접촉 확률을 높임으로써, 자외선에 의해 활성화된 광촉매의 산화·환원 반응의 효율을 증대시키며, 광촉매를 도포한 팬으로 공기 청정기의 풍량 증대를 가능케하고, 자외선 내벽에 반사율이 높은 반사판을 구비하여 팬에 조사되는 자외선의 양을 극대화시킴으로써, 광촉매의 산화·환원 반응이 증가시되는등의 효과를 거둘 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이같은 특정 실시예에만 한정되지 않으며 해당 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허 청구 범위내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능 할 것이다.

Claims (4)

  1. 광촉매가 도포되어 모터(40)에 의해 회동되도록 구비되는 팬(10);
    상기 팬(10)의 외주면에 원통 형상의 내벽(30)에 소정의 간격으로 구비되는 자외선 LED(20);, 그리고
    상기 자외선 LED(20)로부터 조사되는 자외선을 상기 팬(10)으로 반사시키도록 구비되는 내벽 반사판(31);
    으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기 청정기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팬(10)은 하나 이상 다수개 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 공기 청정기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 자외선 LED(20)는 환형 자외선 램프로 대체가능한 것을 특징으로 하는 공기 청정기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광촉매는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O2, WO3 및 페롭스카이트형 복합 금속 산화물(SrTiO3)으로 대체 가능한 것을 특징으로 하는 공기 청정기.
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