KR20100029668A - 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜 - Google Patents
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- Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
Abstract
본 발명은 자외선을 이용하여 공기를 정화시키는 공기청정펜에 관한 것으로서, 저에너지의 직류전압을 공급하는 정류회로를 갖는 전원부와, 상기 전원부로부터 직류전압을 공급받아서 자외선 파장대의 광에너지를 조사하는 자외선램프와, 상기 자외선램프로부터 방사되는 자외선을 받아 밴드갭 이상의 광에너지를 흡수하여 오염물질을 산화시켜 분해하는 광촉매 프로펠러와 센서에 의해 상기 자외선램프를 제어하는 컨트롤부로 구성되어 있기 때문에, 일반적인 펜과 교체하여 공기 중의 가스상 오염물질인 질소산화물, 탄화수소, 일산화탄소, 황산화물, 오존 등과, VOC물질인 포름알데히드, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 라돈 등과 담배연기와 그 냄새, 기타 암모니아 등의 악취를 산화 분해시켜 공기를 정화하고, 집먼지 진드기, 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 세균 등 유해생물 세균을 사멸시키는 탁월한 효과가 있는 기능을 수행하며, 자외선 영역(U.V)의 LED를 이용하여 저에너지(3~5V)에서 광촉매를 구동시킬 수 있으므로 에너지 효율이 높은 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒:Photocatalyst) 공기청정펜이라고 할 수 있다.
부수적으로는 살충제나 아로마향 등을 리필할 수 있는 용액통과 음이온발생부가 있기 때문에 여름에는 살충효과를 볼 수 있으며, 일반적인 방향제의 효과를 겸비한 음이온의 방출로 인해서 각종 가스상 오염물질인 질소산화물, 황산화물, 탄화수소, 일·이산화 탄소 등과 VOC물질인 포름알데히드, 톨루엔 등과 담배연기 등을 중화 침전시켜 공기를 정화하고, 세균 박테리아 악취 등을 제거한다. 그리고 각 종 유해 전자파의 중화와 신경통, 천식, 불면증 등 각종 만성질환의 예방 및 치료에 도움을 주며, 인체를 활성화해 피로를 회복시키고 스트레스 해소와 학습의 증진에도 도움을 줄 수 있다.
자외선, 자외선램프, 공기정화, 새집증후군, 공기청정펜
Description
도 1은 일반적인 전등의 표준을 분류한 규격표.
도 2는 자외선엘이디의 조사각도와 색을 보여주는 발광도.
도 3은 본 발명의 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜의 일실시 측면도.
도 4는 소켓컨버터의 외관을 보여주는 사시도.
도 5는 필라멘트전구나 형광등 전구의 조명수단을 생략하고, 숫소켓(Mail Socket)과 암소켓(Female)으로 구성되며, 내부에 본 발명의 필수 구성요소를 내장한 소켓컨버터(Socket Converter) 형식으로 보조광원을 부착할 수 있게 설계된 자외선램프를 이용한 광촉매 공기정화 소켓컨버터.
도 6은 필라멘트등을 소켓컨버터에 부착하는 사시도.
도 7은 3파장형광등을 소켓컨버터에 부착하는 사시도.
도 8은 공기청정펜의 효능을 보여주는 설명도.
도 9는 395nm~420nm에서 강한 자외선을 발광하는 유브이엘이디(자외선램프)의 측정도.
도 10은 프로펠러 회전축의 내부(The Inner Part)를 광촉매로 코팅하고, 그 내부에 자외선을 조사하여 공기청정 효과를 얻기 위한 프로펠러의 사시도.
도 11은 일반적인 쿨링펜을 개조하여 프로펠러에는 광촉매를 코팅하고 모터부 또는 모터를 지지하는 지지부에 자외선램프를 장착하는 일실시 예의 사시도.
도 12는 일반적인 쿨링펜을 개조하여, 광촉매를 코팅한 프로펠러를 갖춘 쿨링펜과 자외선램프를 갖춘 피시비(PCB)부와, 공기청정용 필터부를 순서대로 조립하여 공기청정기 구실까지 겸용할 수 있는 본 발명의 또 다른 일실시 예의 사시도.
도 13은 일반적인 환풍기를 개조하여 프로펠러에는 광촉매를 코팅하고 모터부 또는 모터를 지지하는 지지부에 자외선램프를 장착하는 본 발명의 일실시 예의 사시도.
도 14는 일반적인 선풍기를 개조하여, 광촉매를 코팅한 프로펠러의 뒷 축(Rear Axile) 내부에 광촉매를 코팅하고, 프로펠러를 조이는 캡 또는 모터 외부 케이스의 일 측에 자외선램프를 장착하여 선풍기 겸 공기청정까지 겸용할 수 있는 본 발명의 또 다른 일실시 예의 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 도면 부호의 설명>
2c(빨강 원) : 광촉매(TiO2)가 코팅된 프로펠러
2d(보라 원) : 자외선램프(UV, Ultra Violet Lamp)
사각초록 : 공기청정용 필터부
본 발명은 공기 중에 함유된 휘발성 유기물질이나 담배연기 등 각종 오염물질을 광촉매를 이용하여 제거하는 공기정화기에 관한 것으로서, 특히 자외선 영역(UV : Ultra Violet)의 자외선램프(이하, UV LED, 자외선 엘이디 또는 자외선램프라 한다)를 구동시켜 광촉매의 정화작용을 이용하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜에 관한 것이다.
일반적으로, 공기 중에 함유된 휘발성 유기물질이나 담배연기 등 각종 오염물질을 제거하는 공기정화기는 자외선램프와 광촉매를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 공기정화기에서, 자외선램프로부터 광촉매를 향해 자외선이 조사되면 광촉매는 자외선램프로부터 자외선을 받아 밴드갭 이상에 해당하는 광에너지를 흡수하면, 광촉매 내부의 가전자대에 채워진 전자들이 전도대로 이동하는 전자의 여기 현상이 일어난다.
전자가 여기 되면 가전자대에 남아있는 정공에 휘발성 유기물질이나 담배연기 등과 같은 각종 오염물질이 전자의 도너로서 작용하여 실내공기 중에 함유된 각종 오염물질을 산화시켜 분해함으로써 실내공기를 정화하도록 되어 있다.
음이온은 공기 중의 원자가 전자를 얻어 (-)전자를 띠고 있는 원자요소를 말하는 것으로, 깊은 산속이나 해안 폭포수 아래에서 주로 발생한다. 인공적인 발생은 주로 전기적 장치에 의해 발생한다. 그 원리는 침 전극(니들 포인트)에 고압의 부(-)고전압을 인가시키면 고 에너지 공정에 의해 침 끝으로부터 음전기를 띤 전자가 전리를 일으킬 수 있을 정도의 에너지를 가지고 고속으로 방출되어 공기 중의 분자와 충돌하여 음이온을 발생시킨다.
일반적으로 음이온은 각종 가스상 오염물질인 질소산화물, 황산화물, 탄화수소, 일·이산화 탄소 등과 VOC물질인 포름알데히드, 톨루엔 등과 담배연기 등을 중화 침전시켜 공기를 정화하고, 세균 박테리아 악취 등을 제거한다. 그리고 각종 유해 전자파의 중화와 신경통, 천식, 불면증 등 각종 만성질환의 예방 및 치료에 도움을 주며, 인체를 활성화시켜 피로를 회복시키고 스트레스 해소와 학습의 증진에도 많은 도움을 준다.
이러한 음이온의 효과를 이용하여 공기정화기에 부착 사용하거나, 스탠드식 음이온 공기정화기로도 사용한다. 필터의 청소나, 교체의 번거로움이나, 비용이 들지않고, 소음이 없고, 콤팩트한 사이즈로 장소의 구애를 받지 않는 장점이 있다. 이러한 음이온 공기정화기들은 대부분 금속 니들 포인트 방전극에 고전압을 인가하여 공기를 정화하는 방식(특,공개190-00123)으로 음이온 발생시 부수적으로 발생하는 오존과 질소산화물이 논란으로 되어왔다. 특히 밀폐된 공간에서는 산소의 부족으로 기준치 이하의 오존도 인체에 치명적인 악영향을 끼칠 수 있다는 우려도 있다.
음이온 발생 조명등의 종래 기술로는 음이온발생 공기정화장치(특,공개1994-0004876)가 있는데 이 또한 니들포인트에 고전압을 인가하여 음이온을 발생시키는 방법으로, 상기 음이온 공기정화기의 문제점을 배제할 수 없다 하겠다.
또 종래기술의 스탠드식 음이온 공기정화기나 음이온 공기정화 조명등 등 어느 것이나 방전극의 공기 중 전리시 침전되는 오염물질이 방전극에 부착되어 음이 온 발생 효율이 저하되는 단점이 있는데, 종래 기술이나, 현재의 기술로 된 어느 종류의 음이온 발생기도 이를 해결하지 못하고 있다.
한편, 광촉매란, 산화 금속 반도체에 자외선을 조사하여, 오염물질의 분해와 악취 등을 제거하는 것으로, 광촉매의 대표적인 것으로 TiO2(Titanium dioxide)가 널리 사용되고 있다. 태양광이나 형광등에서 조사되는 300~400nm 대역의 파장을 갖는 자외선을 TiO2가 코팅된 물체의 표면에 조사하면, 전자들이 전도대에 전이되어 전자와 정공이 형성된다. 이러한 전자와 정공은 매우 강한 산화력과 환원력이 있으므로 공기 중의 수증기(H2O)나 산소(O2) 등과 반응하여 강한 OH라디칼, H라디칼(radical), 등을 발생시켜 모든 유기물이나, 오염물질을 산화, 분해하는 기능으로, 공기 중의 가스상 오염물질인 질소산화물, 탄화수소, 일산화탄소, 황산화물, 오존 등과, VOC물질인 포름알데히드, 톨루엔, 크실렌, 벤젠, 라돈 등과 담배연기와 그 냄새, 기타 암모니아 등의 악취를 산화 분해시켜 공기를 정화하고, 집먼지 진드기, 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 세균 등 유해생물 세균을 사멸시키는 탁월한 효과가 있으며, 조명등의 자외선을 차단하여 시력을 보호하면서도 햇볕을 쬐는 효과와 같은, 생물의 생육촉진 효과도 있다.
광촉매의 이런 효과로 최근 출시되는 필터와, 전기집진, 광촉매 등의 복합식 공기정화기에 많이 사용되고 있으며, 광촉매 공기정화 조명등의 종래 기술로는 램프의 반사경에 코팅하는 기술(실,공개0184967)이 있는데, 광촉매의 효과는 광원인 가시광선이나 자외선이 충분히 조사(照射) 되고, TiO2의 입자가 적을수록, TiO2의 지지대(코팅면적)가 클수록, 비례하여 그 효과가 큰데, 상기 기술은 반사판에 반사 되는 정도의 적은 광원과 코팅하는 정도의 엷은 지지대로 얼마나 효과가 있을지 의심스럽다. 상기 살펴본 종래의 기술들은 광원의 결핍과 지지대의 부족으로 큰 효과를 기대하기는 어려운 실정이다.
또한, 본 발명과 유사한 대한민국에 특허출원(10-2006-0067841)된 기술인 <공기 청정기>는 그 기술적 구성이 광촉매가 도포되어 모터에 의해 회동되도록 구비되는 팬; 상기 팬의 외주면에 원통 형상의 내벽에 소정의 간격으로 구비되는 UV LED; 그리고 상기 UV LED로부터 조사되는 자외선을 상기 팬으로 반사시키도록 구비되는 내벽 반사판;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이 발명의 핵심이다.
그러나 상기와 같은 방법으로 구성된 공기청정기는 차단막 없이 원통 형상의 내벽에 자외선LED를 구비하므로 인해서, 결과적으로 인체에 해로운 자외선을 외부에 직접적으로 노출시키는 단점이 있기 때문에, 자동차의 내부에 설계되는 공기순환기에 장착하는 일실시 방식과 같이 사람의 시선이 닿지 않는 곳에서만 사용해야 하는 직접적인 결점을 노출하고 있다.
그런데 이와 같은 종래의 광촉매를 이용한 공기정화기 시스템에 있어서는, 광촉매를 여기 시키기 위한 여기 광원으로 자외선 영역의 저항열전자방출식(예를 들면, 전구), 플라즈마식(예를 들면, 형광등)을 이용하므로 고에너지(30~40V이상)가 필요하며, 고에너지 전원이 있는 곳에서만 작동이 가능하다는 문제점이 있었다.
또한, 분광 스펙트럼에서 불필요한 에너지 대역의 발광 에너지 소모로 에너 지 효율이 떨어지고, 광원의 부피 및 내구성에 한계가 있어 시스템 구성시 규모 및 설치에 한계가 있다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, UV LED에서 나오는 자외선이 광촉매를 직접 조사하여 저에너지(3~5V)에서 광촉매를 구동시킬 수 있는 UV LED를 이용한 광촉매 공기정화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 광촉매에 양공 캐리어를 여기 하는데 필요한 에너지 대역의 광 스펙트럼만 이용하므로 에너지 효율이 좋은 LED를 이용한 광촉매 공기정화기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, LED를 이용하므로 시스템의 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있고, 소형화가 가능하여 정화 효율을 높일 수 있는 LED를 이용한 광촉매 공기정화등을 제공하는 데 있다.
본 발명은 다양한 종류의 자외선램프를 핵심으로 사용할 수 있으며, 그중에서도 에너지 효율이 좋은 자외선엘이디(UV LED : Ultra Violet Light Emitting Diode)를 선택적으로 사용하는데, 상기 자외선엘이디 램프에서 방사되는 자외선을 이용하여 오염된 공기를 정화할 수 있는 방법에 관한 것이라 할 수 있다.
상기에 전술하였듯이 본원 발명의 핵심 구성체인 자외선엘이디에 대하여 좀더 자세히 기술하면 다음과 같다.
반도체의 p-n 접합구조를 이용하여 주입된 소수 경력(전자 또는 양공)을 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 발광시키는 것을 LED(light emitting diode)라고한다.
반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상은 1923년 탄화규소 결정의 발광 관측에서 비롯되었는데, 1923년에 비소화갈륨 p-n 접합에서의 고 발광효율이 발견되면서부터 그 연구가 활발히 진행되었다.
LED 는 크게 나누어 보면 다음과 같다. 1: LED 는 자유 캐리어의 재결합에 의한 것과, 2: 불순물 발광중심에서의 재결합에 의한 것이 있다. 1에서 발광파장은 대략 ch/Eg(c 는 광속, h 는 플랑크 상수, EG 에너지 폭)와 같으며, 비소화 갈륨의 경우에 약 900nm인 근적외광이 되고 갈륨-비소-인에서는 인의 함유량 증가에 따라 EG 증가하므로 가시발광 다이오드가 된다. 2에서 발광파장은 반도체에 첨가되는 불순물의 종류에 따라 다르고 인화 갈륨인 경우, 아연 및 산소 원자가 관여하는 발광은 적색(파장 700nm)이고, 질소 원자가 관여하는 발광은 녹색(파장 550nm)이며 발광 다이오드는 종래의 광원에 비해 소형이고, 수명은 길며, 전기에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 전력이 적게 들고 효율이 좋다.
또한, 고속응답이라 자동차 계기류의 표시소자, 광 통신용 광원 등 각종 전자기기의 표시용 램프, 숫자표시 장치나 계산기의 카드 판독기 등에 쓰이고 주입형 반도체 레이저는 주입 밀도가 매우 높은 발광 다이오드의 일종이며, 반전분포가 발생하여 간섭성 빛을 생기게 할 수 있다.
LED 불빛의 색깔은 기본적으로 햇빛처럼 백색도 있고, 빨간색, 청색, 노란 색, 녹색 또는 어떤 것은 빨강, 파랑, 녹색이 같이 혼합되어 있는 것도 있고 본원 발명의 자외선을 발생하는 LED 램프도 있어 자외선을 이용하여 유해 공기를 살균하고 순환시키는 효과도 가질 수 있으며, LED 소자는 질소(N)와 갈륨(Ga), 인다움(In)을 나노(10억 분의 1)미터 구조 안에 배치한 것으로 혼합물 조성비에 따라 다양한 색깔의 빛을 내고 질화물 반도체를 이용한 LED는 빛의 삼원색뿐 아니라 적외선 자외선까지 마음대로 만들 수 있는 것이다.
미국의 한 연구팀은 GAN 에 기초한 자외선 LED(이하 UV LED라 한다)들로부터의 280nm 빛을 써서 물속의 대장균(E.Colin) 박테리아 농도를 10만 분의 1 이하로 줄일 수 있었고 이러한 개념을 증명하는 실험은 1ml의 대장균을 첨가한 물 시료를 두 개의 UV LED로부터의 50 마이크로 와트의 빛에 노출시켜서 확인이 되어 자외선 발광다이오드(UV LED, 자외선램프) 광원이 직접적인 살균 효과가 무척 강하다는 것이 최초로 보고된 바 있다.
이 실험은 미국의 Hydro-Photon사의 지원과 University of California at Santa Barbara의 Shoji Nakam 교수 연구팀이 제공한 UV LED들을 써서 University of Maine에서 수행되었으며 UV LED가 일반 형광용 UV 램프에 비하여 적은 전력사용으로 DNA나 RNA를 가진 것들은 모두 죽일 수 있다는 것이 밝혀졌고 이는 자외선을 발하는 LED 에 의한 직접적 살균 효과로서는 최초의 결과 라고 말하였다.
UVA(Ultra Violet Alpha)는 인체에 무해하며 TiO2는 UV의 차단제로 본 발명에서의 자외선램프 조사범위에 광촉매 프로펠러가 대부분 위치되므로, UVA에 대한 피해 염려는 조금도 할 필요가 없다. 상기 충분한 광촉매의 지지대와 충분한 광원 의 확보로 종래 기술보다 월등히 향상된 광촉매 효과를 볼 수 있다 하겠다.
광촉매제는 TiO2로서 UV에 반응하여 산화 환원력을 발휘하는데, 가시광선에 반응하는 첨가제를 넣어 광촉매 작용을 할 수 있게 개발되어 있다.
종래의 기술에서는 음이온이나 광촉매의 한가지 기능의 공기정화기는 있어도, 본 발명에서처럼 두 가지 기능의 동시 효과로 공기를 정화하는 공기청정펜은 아직 없었다. 음이온으로 중화 침전되는 미세 오염물질을 광촉매가 산화 분해시켜 그 시너지효과로 인해, 기존 한 가지 기능의 공기정화기에 비해 월등히 향상된 공기정화 효과를 나타낸다.
이상과 같은 효과를 내기 위하여 게시하는 도면을 이용하여 설명해 보기로 하자면, 도 1은 일반적인 펜의 밝기나 전력 소모율 등의 표준을 분류한 규격표이며, 도 2는 자외선엘이디가 발광하면서 그 발광에너지가 형성하는 조사각도와 발광색이 보라색광임을 여실히 보여준다. 엄밀한 의미에서 말하자면 보다 효율이 좋은 자외선은 보라색 아래의 우리 눈에 보이지 않는 비가시광선이라고 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 광촉매 공기청정펜을 이용한 자외선램프의 내부구조를 보여주는 측면도인데, 소켓의 내부에 광촉매 공기청정펜이 내장되어 발광을 하게 되면 바로 위의 광촉매 공기청정펜이 작동하여 광촉매 정화 작용을 수행하게 된다. 도 3의 흐름을 다시 설명하자면 공기필터(Air Filter)로 들어온 공기는 보라색의 광촉매 공기청정펜을 통과하면서 상기 코팅 면에서 일어나는 광촉매 작용에 의해 정화된 공기로 변하게 된다. 물론 여기에는 자외선엘이디가 조사되어야 기능을 수행할 수 있다.
그러므로 상기 광촉매 공기청정펜은 공기의 흐름을 모터가 달린 펜에 의해서 수행하며, 광촉매 공기청정펜에 추가할 수 있는 센서는 공기의 습도 유무, 오염 유무, 온도 유무, 광도의 측정에 대해 감지기능을 수행하는데, 상기 센서에서 감지되는 신호를 근거로 도면에 도시하지는 않았지만 청정펜 내부의 피시비(PCB: Printed Circuit Board)에 내장되어 있는 컨트롤러부에 의해서 제어가 되며, 상기 컨트롤러부의 마이콤(MICOM : Micro Computer)은 자외선엘이디의 점멸 유무 및 모터의 동작 유무, 위험 수준의 오존이나 가스 등을 감지하면 경고를 울려 주는 부저의 동작 유무, 살충용액통(Insecticide Box)의 동작 유무 등에 대한 결정 과정을 수행할 수 있으며 이를 특징으로 한다.
도 4는 소켓컨버터의 외관을 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4 사시도의 내부 측면도인데, 필라멘트발광체를 갖는 전구나 3파장형광등의 조명수단을 생략하고, 오직 소켓의 내부에서 공기정화 기능만을 수행하도록 설계가 되었으며, 숫소켓(Mail Socket)과 암소켓(Female)으로 구성된 함체의 내부에는 자외선엘이디 등 본 발명의 필수 구성요소만 내장한 소켓컨버터(Socket Converter) 형식으로 되어 있는 구조를 가지고 있는 도면이다.
또한, 도 3과 도 5는 본 발명에 적용되는 광촉매의 작용원리를 설명하는 상세 구조도라고도 할 수 있는데, 상기 광촉매는 가전자대 E, 전도대 D, 밴드갭 G를 가지며, 밴드갭 G는 광촉매의 고윳값으로 이산화티탄(TiO2 )의 경우 약 3eV로 파장으로 환산하면 400nm이다. 상기 이산화티탄(TiO2 ) 광촉매(60)에 광에너지가 조사되면 광촉매(60) 내부에 전자 e - , 정공 h+ 쌍이 생성되어 표면으로 취출되고, 흡 착물질과 반응시키면 A는 A- 로 환원되고 알칼리 R은 R+ 로 산화되어 광촉매 반응이 일어난다.
한편, 상기 광촉매는 이산화티탄(TiO2)으로 제한되는 것은 아니며, TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O2, WO3 및 페롭스카이트형 복합 금속 산화물(SrTiO3)으로 대체 가능한 것을 특징으로 하여 금속산화물의 단일 또는 복합물을 선택적으로 사용하여도 좋다.
전도대 D로 이동하는 전자의 여기 현상으로 전자 e- 가 빠져나간 곳에 정공 h+ 가 생기게 되는데, 이러한 상태가 광촉매의 여기 상태이다.
이때, 여기 전자 e- 가 갖는 환원력보다 정공 h+ 가 갖는 산화력이 훨씬 크므로, 전자 e- 가 여기 되면 가전자대 E에 남아있는 정공 h+ 에 실내공기 중에 함유된 휘발성 유기물질이나 담배연기 등과 같은 각종 오염물질이 전자의 도너로서 작용하여 각종 오염물질을 산화시켜 분해함으로써 광촉매의 표면으로부터 아래와 같은 화학반응이 발생하여 실내공기가 정화되는 것이다.
VOC(휘발성 유기화합물) → CO2+ H2 O + Mineral acid(무기산)
따라서, 350~400nm의 광에너지를 광촉매(60)에 조사하면 공기 속의 유기물은 물(H 2 O)과 이산화탄소(CO2 )로 산화되어 냄새는 제거된다.
광촉매 탈취 반응은 상온에서 가능하며 산소의 환원에 의해 생성된 O2 는 과산화수소를 거쳐 보다 산화력이 강한 수산 래디컬 OH로 되기도 하고 혹은 물과 산소로 된다.
한편, 실내공기 중에 함유된 휘발성 유기물질이나 담배연기 등과 같은 각종 오염물질을 제거하는 공기정화를 예로 들어 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 유해물질을 포함한 각종 폐수 즉, 상·하수도, 산업폐수 처리, 한국형 냉장고에서 김치 등의 냄새 제거 등에 이용하여도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명의 일실시 예에서는 교류 전원부를 직류로 정류하여 이용하는 반도체 LED에 전원을 공급하는 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 광촉매 공기청정펜 내에 배터리 또는 축전지를 내장하여 전원을 공급하여도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이고, 이에 따라 전원이 없는 공간에서도 사용이 가능하다.
도 6은 필라멘트등을 보조펜으로 하여 소켓컨버터에 부착하는 사시도이며, 도 7은 3파장형광등을 소켓컨버터에 부착하는 사시도이다.
도 8은 유브이엘이디 공기정화 공기청정펜의 효능을 보여주는 설명도인데 공기정화의 다양한 기능에 관해서는 앞에서 서술하였기 때문에 생략한다.
도 9는 395nm~420nm에서 강한 자외선을 발광하는 유브이엘이디(자외선램프)의 측정도인데, 이 도면에서 알 수 있듯이 자외선엘이디는 어느 특정 파장만을 발광시키기 때문에 잡광에 의한 효율 손실이나 전력 손실을 막을 수 있는 장점이 있으며, 가장 바람직하게는 400nm이하의 자외선 파장만을 추출하여 발광하는 자외선램프를 본원 발명에 사용하는 것이 바람직하다고 할 수 있다.
도 10은 프로펠러의 중앙에 있는 회전축 중에서 뒷 축면의 내부(The Inner Part)를 광촉매로 코팅하고, 그 내부에 자외선을 조사하여 공기청정 효과를 얻기 위한 프로펠러의 사시도를 보여 주고 있다.
도 11은 일반적인 쿨링펜을 개조하여 프로펠러에는 광촉매를 코팅하고 모터부 또는 모터를 지지하는 지지부에 자외선램프를 장착하는 일실시 예의 사시도이다. 그러므로 공기순환용 송풍기(送風機, Fan) 중에서 컴퓨터의 쿨링펜, 환풍기, 냉장고펜, 자동차펜, 청소기펜 등 도 11과 같이 사각 또는 원형의 외부 케이스로 마감하여 이루어지는 펜에 있어서, 상기 송풍기 모터부의 동력(動力)을 받으면 회전하는 프로펠러(2c) 또는 모터부의 일 측 중에서 적어도 하나에 광촉매를 도포하고; 상기 프로펠러 외주면에 구성된 원통 형상의 내벽을 제외한 모터부 또는 모터부를 지지하는 지지부의 일 측에 적어도 하나의 자외선램프(2d)를 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜인 것이 바람직하다.
또한 도 12는 일반적인 쿨링펜을 개조하여, 광촉매를 코팅한 프로펠러를 갖춘 쿨링펜과 자외선램프를 갖춘 피시비(PCB)부와, 공기청정용 필터부를 순서대로 조립하여 공기청정기 구실까지 겸용할 수 있는 본 발명의 또 다른 일실시 예의 사시도를 보여주고 있다. 상기 도 12에서 처럼 공기청정펜의 일 측에 자외선을 효과적으로 반사하는 반사판을 장착하는 것도 바람직하며 이를 특징으로 한다.
도 13은 일반적인 환풍기를 개조하여 프로펠러에는 광촉매를 코팅하고 모터부 또는 모터를 지지하는 지지부에 자외선램프를 장착하는 본 발명의 일실시 예의 사시도이다. 그러므로 도 13의 예와 같은 공기순환용 송풍기(送風機, Fan)에 있어서, 상기 송풍기의 프로펠러(2c)와 송풍기의 일 측 중에서 적어도 하나에 광촉매를 도포하고; 상기 송풍기 중에서 프로펠러의 안쪽 측면(面) 부위에 자외선을 조사할 수 있는 범위 내(內)의 모터 축(軸) 부근 지역의 일 측에 적어도 하나의 자외선램프를 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜인 것이 또하나의 다른 실시 예라 할 수 있다.
또한 도 14는 일반적인 선풍기를 개조하여, 광촉매를 코팅한 프로펠러의 뒷 축(Rear Axile) 내부면에만 광촉매를 코팅하고, 프로펠러를 조이는 캡 또는 모터 외부 케이스의 일 측에 자외선램프를 장착하여 선풍기 겸 공기청정까지 겸용할 수 있는 본 발명의 또 다른 일실시 예의 사시도를 보여주고 있다. 그러므로 도 14의 예와 같은 공기순환용 송풍기(送風機, Fan)에 있어서, 상기 송풍기 프로펠러(2c)의 뒷 축 내부(Inner Part)에 광촉매를 도포하고; 상기 송풍기 프로펠러의 뒷 축 내부 쪽으로만 자외선을 조사할 수 있는 방식으로 구성된 적어도 하나의 자외선램프를 상기 송풍기의 그물망 고정 캡(Cap) 또는 모터부(Motor Part)의 일 측에 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜인 것 또한 가장 바람직하다 할 수 있을 것이다.
또한, 상기 적어도 하나의 자외선램프를 제어하는 제어부를 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜인 것도 중요한데, 자외선 램프 중에서 UV LED는 직류를 사용하고 있기 때문에 상기 청정펜이 교류로 동작할 때에는; 상기 교류를 직류의 적정전압으로 맞추어 주는 전원부를 포함하는 제어부가 있어야 하는 것이다.
그리고 상기 제어부에는 적어도 하나의 센서부를 추가하는 것을 특징으로 하 는데 가령 오염된 공기를 감지하여 제어부에 동작명령을 보내는 센서부가 있다면 자동으로 상기 공기청정펜이 작동을 하기 때문에 편리한 효과를 기대할 수 있을 것이다.
만일에 상기 광촉매 공기청정 작용이 수치상 부족하다고 판단될 경우를 대비하여, 상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 적어도 하나의 음이온 발생부, 원적외선부, 레디칼 발생부, 기타의 공기청정장치 중에서 적어도 하나를 추가하는 것도 바람직할 것이다.
또한 상기 펜이 달린 모터를 생략하고 기체의 대류(對流) 이동을 위하여 적어도 하나의 한쪽면이 다른 쪽과 온도차를 갖기 때문에 공기의 순환이 가능한 펠티어효과를 이용한 장치 또는 압전선형 모터를 이용한 장치 또는 대류이동수단을 갖춘 기타의 장치를 추가하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에는 적어도 하나의 화공약품, 향료 또는 살충제를 리필하여 사용하는 용액통을 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜인 것도 바람직하다 할 수 있을 것이다. 이러한 구성은 냄새가 심한 지역에서 사용할 때에 효력을 발휘할 수 있다.
그리고 상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 무선으로 동작하여 상기 제어부를 통제하는 적어도 하나의 송수신장치를 추가하는 것을 특징으로 하면 원격지에서 본 발명품을 제어할 수 있기 때문에 편리하다 할 수 있을 것이다.
본 발명 중에서 가장 중요한 부분이 바로 본 발명의 프로펠러 형상을 서로 겹치게 설계하여 정면에서 바라볼 때에 뒷 축 방향으로부터 발생하는 빛이 앞쪽으 로 투과되지 않게 성형하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜인 것이 좋다. 자외선은 인체에 직접 조사되면 아주 유해하기 때문에 상기와 같은 설계를 한다면 선풍기 등과 같이 차단막이 없어서 자외선이 그대로 노출되는 방식의 송풍기에서 유용한 효과를 기대할 수 있을 것이다.
상기와 같은 설명을 다시 부언하자면, 상기 설명 중의 센서는 주야의 상태를 감지하는 광전센서에 의해서 조명수단을 제어하는 동시에 광촉매 작용도 제어할 수 있게 해주거나 또는 습도센서나 온도센서, 냄새센서, 가스센서, 적외선센서, PIR센서, 초음파센서 등을 이용하여 습도가 높을 때는 습도센서의 제어신호를, 냄새가 많을 때에는 냄새센서의 제어 신호 등을 이용하여 더욱 활발하게 본 발명품이 가동되게 할 수도 있다.
또한, 다양한 공기정화 효과를 얻기 위하여 상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 적어도 하나의 음이온 발생부, 원적외선부를 추가하는 것을 특징으로 할 수도 있으며, 상기 조명수단을 갖춘 펜에서의 조명수단을 유선(有線) 또는 무선(無線)을 이용하여 온/오프(On/Off) 제어시키는 장치를 추가하는 것을 특징으로 하는 것도 바람직하다고 할 수 있다. 이는 일반적인 펜이 천정에 부착되어 있을 때 점멸을 제어하기 위하여 유선스위치를 추가하거나 무선으로 점멸을 수행할 수 있는 장치를 추가할 수도 있다는 뜻이다.
또한, 상기 펜이 달린 모터는 아무리 무소음모터를 채용하더라도 먼지 등에 의해 시간이 지날수록 소음이 발생하게 되는데 이를 방지하기 위하여, 상기 펜이 달린 모터를 생략하고 대류(對流)의 이동을 위하여 적어도 하나의 펠티어효과를 이 용한 장치, 압전선형 모터 또는 히팅 수단에 의한 대류이동수단을 갖춘 장치를 추가하는 것을 특징으로 한다. 펠티어효과는 반도체에 전원을 가하면 양면에 서로 다른 온도의 차이가 발생하기 때문에 상기 온도차에 의해서 무소음으로 대류가 이동하는 효과를 기대할 수 있으며, 또는 니코롬선 등을 이용하여 발열을 시켜 습기를 제거함과 동시에 공기를 대류 시키는 방식 등등 대류이동수단을 구현하는 장치를 채용하는 것도 바람직하다고 할 수 있다.
일반적으로 아로마 향에는 음이온이 많이 함유되어 있다고 하는데 이러한 효과를 증진시키기 위하여 향료를 담은 용액통을 본원 발명 공기청정펜의 일 측에 내장하는 것을 특징으로 한다. 이를테면 아로마 향에 의해 실내공기를 부드럽게 중화시키면서 음이온 효과를 볼 수도 있으며, 살충제를 용액통에서 발산시키게 한다면 여름철에 모기나 해충을 박멸할 수 있는 효능도 기대할 수 있을 것이다. 그러므로 상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 적어도 하나의 화공약품, 향료 또는 살충제를 리필하여 사용하는 용액통을 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜인 것이 가장 바람직하다.
정화된 실내공기를 더욱 청량하고 상쾌한 기분까지 느낄 수 있게 발향(發香)하는 향료를 용액통에 리필하여, 향기 용액통이 램프의 발열과 함께 발향케 하는 것을 특징으로 한다. 향의 발향으로 인하여 TV 시청이나, 독서, 공부나 업무를 볼 때, 업무 효율이나 학습 능력의 증진에 도움을 주고, 심신의 피로회복과 스트레스 해소에 도움을 줄 수 있을 것이다.
향(香)은 예로부터, 서양에서는 "아로마 테라피"라 하여 여러 가지 질환의 보조 치료제로 사용되어 왔으며, 심신의 안정, 스트레스 해소, 우울증 해소, 기억력 증진, 공기의 살균, 항균작용, 비염의 치료, 소염, 천식, 감기, 발모, 면역력 증강 등 실로 다양한 효과로 건강에 도움을 준다.
아로마는 휘발성이 높은 음이온으로, 음이온과 결합할 때 그 시너지로 인해 가장 큰 효과를 발휘하는 것으로 알려져 있다.
또한, 추가되는 음이온 발생기의 구성은, 음이온 발생기의 도선과 피복재에 음이온 방사물질을 코팅하고, 음이온발생기의 일 측과 프로펠러에 나노 용액을 코팅함으로써 오존과 NOx등의 유해물질이 부수적으로 발생하지 않고 음이온 발생 효율이 감소하지 않고 지속되는 장점을 꾀할 수도 있다.
본 발명에서는 펜 프로펠러의 외주에 가시광선이나 자외선에 반응하는 나노 TiO2가 코팅된 10~40 매쉬 크기의 여러 가지 모양의 그라스비드를 프로펠러 외주에 투명 바인더로 부착시키거나, 혹은 프로펠러 표면에 산화규소의 박막을 배양한 성막(成幕) 기술을 이용, 나노 TiO2 졸이나, 겔을 코팅한 프로펠러를 사용한다. 그라스비드는 그 모양이나 크기를 광촉매 효율이 가장 높게 선택하여 사용할 수 있다.
이와 같은 그라스비드나 성막 기술로 된 프로펠러는 일반프로펠러 표면에 코팅하는 것보다 몇 배 많은 TiO2가 코팅된 것과 같은, 높은 집적도로 효과 또한 일반 프로펠러보다 4~5배 크다. 그리고 반드시 케이스 또는 프로펠러 내, 외주에 코팅하는 이유는 광 촉매제가 광원을 조사받아 촉매작용을 할 때는 반드시 공기와의 접촉이 필요하기 때문이다.
상기 프로펠러 부분은 고강도 플라스틱을 채택하여, 플라스틱용 나노 TiO2가 코팅된 그라스비드를 투명 바인더로 부착하여 사용할 수 있을 것이며, 또한 상기 공기청정펜의 내, 외부에 나노 TiO2를 코팅하여, 광촉매 지지대를 최대화함과 동시에, 음이온 방전 시 하전 되는 오염물질이 부착되지 않게 하여, 상기 부품들의 오염을 방지한다. TiO2는 방오(防汚) 기능이 뛰어난 물질이며, 초 친수성으로 욕실 등에 광촉매 코팅 램프를 사용할 때 램프에 김이 서리지 않는 장점이 있다.
광촉매 기능은 음이온의 방출에 의해 침전되는 오염물질을 산화 분해시켜 공기정화에 시너지 효과를 발휘함은 물론, 음이온이 양이온인 오염물질을 중화 침전하는 량을 감소시켜 빠르고 많은 음이온 생성과 음이온의 공기 잔존율을 높이는 작용을 한다.
광촉매의 광원은 외부 광원에 의해서 조사되는 자외선이나 가시광선 외에 다수개의 자외선램프를 상기 공기청정펜의 본체에 나열 내장하여 펜에서의 자외선 광원 부족을 보충하게 하는 것이 바람직하다.
그러므로 상기 청정펜의 일 측에 상기 청정펜을 구동시키며 외부 전원의 공급원으로 활용할 수도 있는 전원을 확보하기 위한 적어도 하나의 충전식 전지를 내장하며; 상기 충전식 전지에 전기를 공급하기 위한 적어도 하나의 태양전지(Solar Cell)를 상기 청정펜의 일 측에 내장하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜을 구성할 수도 있다.
상기와 같은 태양전지에 의한 구성은 자체 전원으로 가동되기 때문에 에너지 절감의 효과가 크다고 할 수 있는데, 일실시 예로서 일조량이 풍부한 자동차의 앞유리에 본 발명품을 부착하면 자동차의 전원 공급을 직접 받지 않으면서 동작하기 때문에 여름철 곰팡이의 침습을 예방하며 실내를 항상 청정하게 정화시킬 수 있을 것이다. 이는 자동차에 내장된 밧테리를 보호하며, 또 다른 기능으로는 본 발명품에 자동차 전방상황을 촬영할 수 있는 이미지센서 및 기타 센서를 가진 블랙박스를 내장하여 사용할 수도 있을 것이다. 또한, 사무실이나 아파트의 베란다 창 측에 부착을 한다면 외부 전원의 공급이 없어도 항상 청정한 공기를 얻을 수 있을 것이다.
본 발명은 구조가 간단하며 청소나 유지 관리비가 필요 없고, 가격이 저렴하며 경제적이고, 종래기술의 한 가지 기능의 공기정화기보다 월등히 향상된 기능으로 공기를 정화하며, 숲 속과 같은 풍부한 자연의 음이온과 살균효과의 광촉매 기능과 아로마 테라피 효과 등으로 공기정화와 건강증진의 효과까지 볼 수 있다.
상기와 같은 구성으로 청정펜에 전원이 인가되면, 동시에 음이온이 발생하며, 자외선이 광촉매가 코팅된 프로펠러에 조사되어 광촉매 정화 기능이 일어나게 되어 공기를 정화하며, 발향 카트리지에서 발향되는 아로마는 음이온과 결합하여 가장 큰 시너지 효과를 나타낸다.
상기의 설명에서와 같이 본 발명에 의한 자외선을 이용한 광촉매 공기청정펜에 의하면, 자외선 영역(U.V)의 LED와 광촉매 코팅 프로펠러를 이용하여 저에너지(3~5V)에서 광촉매를 구동시킬 수 있으며, 전원이 없는 공간에서도 정화 시스템을 가동시킬 수 있다는 효과가 있다.
그리고 본 발명에 의하면, 광촉매에 양공 캐리어를 여기 하는데 필요한 에너 지 대역의 광 스펙트럼만 이용하므로 에너지 효율이 좋다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, LED를 이용하므로 공기청정펜의 수명을 획기적으로 증가시킬 수 있고, 소형화가 가능하여 정화 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.
Claims (11)
- 공기순환용 송풍기(送風機, Fan)에 있어서,상기 송풍기의 프로펠러(2c)와 송풍기의 일 측 중에서 적어도 하나에 광촉매를 도포하고;상기 송풍기 중에서 프로펠러 내측면(面)에 자외선을 조사할 수 있는 범위 내(內)의 모터 축(軸) 부근의 일 측에 적어도 하나의 자외선램프를 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜.
- 공기순환용 송풍기(送風機, Fan)에 있어서,상기 송풍기 프로펠러(2c)의 뒷 축 내부(Inner Part)에 광촉매를 도포하고;상기 송풍기 프로펠러의 뒷 축 내부에만 자외선을 조사할 수 있는 방식으로 구성된 적어도 하나의 자외선램프를 상기 송풍기의 그물망 고정 캡 또는 모터부의 일 측에 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜.
- 공기순환용 송풍기(送風機, Fan) 중에서 컴퓨터의 쿨링펜, 환풍기, 냉장고펜, 자동차펜, 청소기펜 등과 같이 사각 또는 원형의 외부 케이스로 마감하여 이루어지는 펜에 있어서,상기 송풍기 모터부의 동력(動力)을 받으면 회전하는 프로펠러(2c) 또는 모 터부의 일 측 중에서 적어도 하나에 광촉매를 도포하고;상기 프로펠러 외주면에 구성된 원통 형상의 내벽을 제외한 모터부 또는 모터부를 지지하는 지지부의 일 측에 적어도 하나의 자외선램프(2d)를 부착하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 자외선램프를 제어하는 적어도 하나의 제어부를 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 제어부에는 적어도 하나의 센서부를 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매(光觸媒) 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 적어도 하나의 음이온 발생부, 원적외선부, 레디칼 발생부 기타의 공기청정장치 중에서 적어도 하나를 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 펜이 달린 모터를 생략하고 대류(對流)의 이동을 위하여 적어도 하나의 펠티어효과 또는 압전선형 모터를 이용한 장치 또는 히팅 수단에 의한 대류이동수단을 갖춘 장치를 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 적어도 하나의 화공약품, 향료 또는 살충제를 리필하여 사용하는 용액통을 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 광촉매 공기청정펜의 일 측에 무선으로 동작하여 상기 제어부를 통제하는 적어도 하나의 송수신장치를 추가하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 프로펠러의 형상을 서로 겹치게 설계하여 정면에서 바라볼 때에 뒷 축 방향으로부터 발생하는 빛이 투과되지 않게 성형하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜.
- 제 1항 또는 제 2항, 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서,상기 청정펜의 일 측에 상기 청정펜을 구동시키며 외부 전원의 공급원으로 활용할 수도 있는 전원을 확보하기 위한 적어도 하나의 충전식 전지를 내장하며;상기 충전식 전지에 전기를 공급하기 위한 적어도 하나의 태양전지(Solar Cell)를 상기 청정펜의 일 측에 내장하는 것을 특징으로 하는 자외선램프를 이용한 광촉매 공기청정펜.
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |