KR20100093283A - 무동력 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지하철 역사 등과 같은 건축물 실내에 공기를 공급하는 공기조화기 등에 설치되어 외부유입공기 중의 미세먼지를 제거하는 미세먼지 저감장치로서, 다수의 축류 방식 싸이클론(axial-flow type cyclone) 구조로 이루어져 있으며, 유입된 공기의 유속을 이용하여 원심력을 발생시키는 구조를 가지고 있어 별도의 원심력 발생을 위한 동력이 필요 없으며 외부유입공기 중의 미세먼지 제거 효율을 향상시키고 유지보수를 최소화 시킨 새로운 형태의 미세먼지 저감장치에 관한 것이다.

싸이클론, 미세먼저, 저감, 필터, 공기조화기, 제거

Description

무동력 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치{Non-powered Air Filtering Apparatus using Cyclone Structure}

본 발명은, 지하철 역사 등과 같은 건축물 실내에 공기를 공급하는 공기조화기 등에 설치되어 외부유입공기 중의 미세먼지를 제거하는 미세먼지 저감장치에 관한 것으로서, 다수의 축류 방식 싸이클론(axial-flow type cyclone) 구조로 이루어져 있으며, 유입된 공기의 유속을 이용하여 원심력을 발생시키는 구조를 가지고 있어, 별도의 원심력 발생을 위한 동력이 필요 없으며 외부유입공기 중의 미세먼지 제거 효율을 향상시키고 유지보수를 최소화 시킨 새로운 형태의 미세먼지 저감장치에 관한 것이다.

지하철 역사 등과 같은 건축물의 실내에는 외부로부터 신선한 공기를 계속 공급하여야 하고, 이를 위해서는 공기조화기가 이용된다. 공기조화기에는 외부로부터의 유입공기 및 내부순환 공기 중에서 이물질을 제거하기 위한 에어 필터가 구비되어 있다. 통상의 에어 필터는 공기는 통과하되 유입공기 중의 이물질이 통과하지 못하는 미세한 통과공이 형성되어 있는 구조를 가지고 있는데, 이러한 에어 필 터에 있어서는 유지 관리가 매우 중요하다. 에어 필터의 통과공이 막히게 되면, 이물질 제거 성능의 저하는 물론이고, 공기 공급압력에 손실이 발생하게 되어 공기조화기의 작동 효율이 저하된다. 따라서 에어 필터의 통과공이 막히지 않도록 청소 및 교체등의 지속적인 유지관리가 필요하다.

종래의 에어 필터의 경우, 이물질로 인해 통과공이 막히게 되면 살수하여 세척하거나 필터 여재를 교체하는 방법을 통해 청소를 하였다. 그러나 이러한 살수 세척은 세정수의 공급, 순환, 폐기 등을 위한 추가적인 설비가 필요하다. 또한, 겨울철에는 세정수 공급관에 고여있는 물 및 필터와 주변설비에 잔존하는 물로 인한 동파 가능성이 있고 에어 필터 자체가 손상되는 경우가 있으며, 그에 따라 필터 여재를 교체하여야 할 필요가 생기게 되는데, 에어 필터 여제의 교체에는 추가적인 비용이 소요되는 단점이 있다. 또한 살수된 물이 에어 필터에 남아 있는 경우에는 미생물 번식 가능성이 높아 미생물의 번식처 역할을 수행할 수 도 있는데, 이 경우, 미생물 번식으로 인하여 에어 필터를 통과한 공기가 생물학적으로 오염되어 사람들의 건강에 악영향을 줄 수 있다.

한편, 진공청소 방법에 의해 에어 필터를 청소할 수도 있으나, 이 경우에도 흡인을 위한 펌프설비와 모여진 이물질을 포집할 수 있는 백필터 등과 같은 별도의 부속설비가 필요하다. 또한, 흡입부에 침착된 이물질로 인해 설비의 고장이 빈번하게 발생하며, 흡입부 및 이송관에 이물질이 막히게 되어 효율이 낮아지는 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 에어 필터가 가지는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 유입되는 공기의 유속을 이용함으로써 무동력 방식으로 작동할 수 있도록 하여 별도의 작동 전원이 필요하지 않도록 하며, 필터의 교체 등과 같은 고비용의 유지 보수가 필요하지 않으며, 설치위치 및 용도에 따라 복수 개로 사용할 수 있도록 하며, 수요에 맞추어 적절히 용량을 조절할 수 있도록 하는 새로운 방식의 미세먼지 저감장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 복수개의 축방향 관통공이 형성되어 있는 본체로 이루어지며; 상기 축방향 관통공의 내부에는, 축과 상기 축의 측면에 부착되어 흐름을 형성하는 날개로 이루어지고 상기 날개의 외면은 축방향 관통공의 내면에 긴밀하게 접하고 있어 상기 축방향 관통공의 유입구를 통해 유입된 외부유입공기가 유입되는 방향과 나란하게 배치되어 있는 축의 날개를 따라 회전하면서 상기 축방향 관통공을 지나가게 하는 싸이클론 흐름 형성부재가 구비되어 있고; 상기 축방향 관통공의 후방으로 본체에는 동축으로 유출구가 형성되어 있으며; 상기 축방향 관통공과 상기 유출구 사이에는 축방향에 수직한 횡방향으로 미세먼지를 수집하는 수집공간이 형성되고; 상기 수집공간의 하부에는 취합부가 형성되어 있는 구성을 가지고 있어, 외부유입공기가 축류형태로 상기 축방향 관통공의 싸이클론 흐름 형성부재를 통과하면서 원심력에 의해 미세먼지가 상기 수집공간으 로 흩어지게 되도록 함으로써 별도의 동력원 없이도 외부유입공기의 흐름을 통해 외부유입공기로부터 미세먼지를 제거하게 되는 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치가 제공된다.

이러한 본 발명에 있어서, 상기 유출구에는 본체의 배면측 외부에서 본체의 내측 방향으로 함몰되어 있는 함몰편이 더 구비될 수 있으며, 상기 축방향 관통공으로만 공기가 불어넣어지도록 상기 축방향 관통공의 유입구 각각에는 직접 외부공기의 유입을 유도하는 유도관이 설치되며, 유출구를 벗어난 정화된 공기가 배출관을 통해서만 흐르도록 각각의 유출구에는 배출관이 더 설치될 수도 있다.

또한, 이러한 본 발명에 있어서, 상기 축방향 관통공, 싸이클론 흐름 형성부재 및 수집공간은 복층으로 구비될 수 있으며, 구체적으로 상기 본체 내에는 2개의 싸이클론 흐름 형성부재가 한 쌍을 이루도록 내부 수직 구획판이 구비되어 있고, 상기 내부 수직 구획판에 의해 구분되는 한 쌍의 싸이크론 흐름 형성부재의 날개는, 날개를 통과한 외부유입공기가 서로 마주보는 방향으로 회전하도록 구성될 수도 있다.

본 발명에서는 위에서 언급한 과제를 해결하는 효과가 발휘되는데, 구체적으로는 우선 장치의 작동을 위하여 별도의 전원이 필요하지 않게 되는 효과가 발휘된다. 싸이클론 방식의 기존 장치에서는 원심력을 발생시키기 위하여 별도의 동력을 사용하여야 하고, 그에 따라 추가적인 전원이 필요하였으나, 본 발명의 경우에는 장치로 유입되는 공기흐름을 그대로 이용하여 원심력을 발생시키기 때문에, 기존 장치와는 달리 별도의 동력이 필요하지 않게 된다. 또한, 원심력 발생에 사용되는 베어링, 팬벨트 등의 소모품이 사용되지 않기 때문에, 오염물질의 부착에 의한 고장이나 교체가 필요 없게 되며, 그에 따라 장치의 소형화, 저비용화 및 유지보수 최소화를 이룰 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

또한, 본 발명에 따르면, 장치의 교체가 필요하지 않게 된다. 즉, 종래의 장치에서는 일정 시간 사용 후 필터 여제의 교체가 필요하고 이러한 교체는 일정 시간 간격으로 주기적으로 이루어져야 하므로, 그에 따른 비용 등이 소요되는 단점이 있었으나, 본 발명에 따른 장치는 반영구적으로 사용할 수 있으므로, 교체 등의 유지 관리에 소요되는 비용이나 노력을 최소화할 수 있게 된다는 장점이 있다.

더 나아가 본 발명에 따른 장치는, 설치위치 및 용도에 따라 복수 개로 사용할 수 있는 구조를 가지고 있으므로, 적용성이 높아 사용할 수 있는 범위가 넓다는 장점이 있다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 미세먼지 저감장치(1)를 상세히 설명한다.

도 1에는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치(1)의 개략적인 정면 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1에 도시된 미세먼지 저감장치(1)의 배면 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1에서 선A-A에 따른 단면 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 배면 사시도가 도시되어 있다. 도 5에는 유입관과 배출관이 설치된 상태에서 도 1의 선 B-B에 따른 단면도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치(1)는, 복수개의 축방향 관통공(10)이 형성되어 있는 본체(2)로 이루어져 있는데, 상기 축방향 관통공(10)의 내부에는. 축(21)과 상기 축(21)의 측면에 부착되어 흐름을 형성하는 날개(22)로 이루어진 싸이클론 흐름 형성부재(20)가 구비되어 있다. 상기 날개(22)의 외면은 축방향 관통공(10)의 내면에 긴밀하게 접하고 있어, 축방향 관통공(10)의 유입구를 통해 유입된 외부유입공기는 유입되는 방향과 나란하게 배치되어 있는 축(21)의 날개(22)를 따라 회전하여 싸이클론 흐름을 만들면서 상기 축방향 관통공(10)을 지나가게 된다. 이와 같이 본 발명에서는 외부유입공기를 강제 송풍하여 싸이클론 흐름을 만드는 것이 아니라, 외부유입공기가 자연스럽게 축방향 관통공(10)을 지나면서 원심력을 가진 싸이클론 흐름이 만들어지는 구조를 가지고 있으므로, 종래의 기술처럼 강제 송품 등을 위한 별도의 동력 장치 및 전원 공급이 필요없게 된다. 따라서 동력 장치가 필요 없는 본 발명의 장치는 그 구조가 간소화될 수 있으며, 장치의 운용에 소요되는 비용도 절감되어 높은 경제성을 가지게 되는 장점이 있다.

상기 축방향 관통공(10)의 후방으로 본체(2)에는 동축으로 유출구(11)가 형성되는데, 상기 유출구(12)의 주변에는 도면에 도시된 실시예처럼 본체(2)의 배면측 외부에서 본체(2)의 내측 방향으로 함몰되어 있는 함몰편(12)이 구비될 수 있다. 상기 함몰편(12)은 후술하는 것처럼, 싸이크론 흐름 형성부재(20)를 지나온 공기 중에 포함되어 있는 미세 입자들이 쉽게 유출구(11)를 빠져나가지 못하게 하는 기능을 한다.

상기 축방향 관통공(10)과 상기 유출구(11)(도면에 도시된 실시예에서는 함몰편(12))의 사이에는 축방향에 수직한 횡방향으로 미세먼지를 수집하는 수집공간(30)이 형성되어 있다. 상기 수집공간(30)의 하부에는 취합부(31)가 형성되어 있다.

위와 같은 본 발명의 미세먼지 저감장치(1)에서는 축방향 관통공(10)의 유입구를 통해 외부공기가 유입되면, 축방향 관통공(10)의 내부에 설치된 싸이클론 흐름 형성부재(20)의 날개(22)를 따라 흐르게 된다. 본 발명에서 상기 싸이클론 흐름 형성부재(20)의 축(21)과 외부유입공기의 유입방향은 동축을 이루고 있는 것이다. 싸이클론 흐름 형성부재(20)로 유입된 외부입공기는 날개(22)를 따라 흐르면서 회전하게 되는데, 회전된 외부유입공기가 축방향 관통공(10)을 벗어나면서 외부유입공기에 포함되어 있던 미세먼지는 원심력에 의해 수집공간(30)으로 흩어지게 된다(도 5 참조). 수집공간(30)으로 흩어진 미세먼지는 중력에 의해 낙하하여 수집공간(30)의 하부에 형성된 취합부(31)를 거쳐 별도로 모이게 되고, 작업자는 모인 미세먼지를 청소하게 된다.

이와 같이 외부유입공기는 축방향 관통공(10)을 벗어나면서 미세먼지가 흩어지게 되어 미세먼지가 제거되는데, 미세먼지가 제거된 외부유입공기는 후방의 유출구(12)를 통하여 에어 필터 장치(1)를 벗어나게 된다. 이 때, 도면에 도시된 실시예와 같이, 내측으로 함몰된 형태의 함몰편(12)이 유출구(11)에 구비되어 있는 경우에는 흩어진 미세먼지가 함몰편(12)에 충돌하여 낙하하게 되므로, 미세먼지가 유출구(11)를 통하여 외부로 배출되는 것이 방지되는 효과가 발휘된다.

위와 같은 구성의 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치(1)의 본체(2)에는 상기 축방향 관통공(10), 싸이클론 흐름 형성부재(20), 수집공간(30) 및 유출구(11)의 구성이 도면에 도시된 것처럼 복수개로 구비될 수 있으며, 그 개수는 도면에 도시된 실시예에 한정되지 아니하며 자유롭게 변화시킬 수 있다. 특히, 상기 축방향 관통공(10), 싸이클론 흐름 형성부재(20), 수집공간(30) 및 유출구(11)의 구성은 복층으로도 구성될 수 있다. 도 6에는 위의 축방향 관통공(10) 등이 복층으로 구성된 실시예에 대한 도면이 도시되어 있는데, 내부를 보여주기 위하여 미세먼지 저감장치(1) 본체의 뒷판을 생략하여 싸이크론 흐름 형성부재(20)가 보이도록 내부 사시도로 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 상기 축방향 관통공(10), 싸이클론 흐름 형성부재(20) 및 수집공간(30)은 복층으로 구성될 수 있다. 도면에는 생략되었지만 각각의 축방향 관통공(10)의 위치에 각각 유출구(11) 역시 복층으로 구비된다. 도 6에 도시된 실시예에서 부재번호 3은 내부 수직 구획판(3)을 나타내는데, 도면에서는 2개의 싸이클론 흐름 형성부재(20)가 하나의 세트를 이루게 되고, 이러한 세트를 내부 수직 구획판(3)에 의해 구분하고 있다. 상기 내부 수직 구획판(3)은 단순히 내부 구획의 기능만하는 것이 아니라, 흩어진 미세먼지가 충돌하여 아래로 낙하되도록 하는 분진 낙하판으로서도 기능한다.

한편, 위와 같이 2개의 싸이클론 흐름 형성 부재(20)가 하나의 세트를 이루 는 경우, 싸이클론 흐름 형성 부재(20)의 날개(22)는 그 꼬임 방향이 서로 마주보도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 도면에서 점선으로 도시된 것처럼 한 세트 내의 싸이클론 흐름 형성 부재(20)에 의해 형성되는 회전 공기는 그 회전 방향이 서로 마주보면서 아래 방향이 되도록 하는 것이다. 이와 같은 구성을 통하여 외부유입공기로부터 분리된 미세 먼지가 수직 하강하는 것이 용이하게 되고, 그에 따라 미세 먼지의 분리 및 수집이 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 도 6에서 부재번호 4는 내부 수평 구획판(4)을 나타내는데, 싸이클론 형성 부재(20)를 복층으로 구성할 때, 층간을 구분하는 부재이다. 내부 수평 구획판(4)은 취합부(31)로 미세먼지가 용이하게 모이도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

도 6에서는 2개의 싸이클론 흐름 형성 부재(20)가 하나의 세트를 이루고 있으며 2층으로 이루어진 실시예를 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며 2개 이상의 복수개의 싸이클론 흐름 형성 부재(20)가 하나의 세트를 구성할 수 있으며, 더 나아가 복층으로 구성됨에 있어서도 2층 이상의 복수개의 층으로 구성될 수도 있다. 물론 횡방향으로도 한 층에 구비되는 싸이클론 흐름 형성 부재(20)의 개수는 필요에 따라 더 증가시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 장치는 설치위치 및 용도에 따라 복수 개로 또는 복층으로 사용할 수 있으므로, 적용성이 높아 사용할 수 있는 범위가 넓다는 장점이 있다.

외부에서 공기를 상기 미세먼지 저감장치(1)에 유입시키는 방식으로는, 상기 미세먼지 저감장치(1)의 전면 전체로 공기를 불어 넣을 수도 있지만, 본체(2)에 형성된 상기 축방향 관통공(10)의 유입구 각각에 직접 외부공기의 유입을 유도하는 유도관(13)을 설치하여, 상기 축방향 관통공(10)으로만 공기가 불어넣어지도록 할 수 있다. 또한, 본체(2)의 후방에서도 유출구(11)를 벗어난 공기가 자유롭게 흐르도록 할 수도 있지만, 각각의 유출구(11)에 배출관(14)을 설치하여 유출구(11)를 벗어난 정화된 공기가 배출관(14)을 통해서만 흐르도록 할 수도 있다.

한편, 위와 같은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치(1)에서, 싸이클론 흐름 형성부재(20)의 축(21) 및 날개(22)에는, 사용기간이 지나가면서 그 표면에 미세먼지가 부착될 수 있다. 이를 제거하기 위하여, 상기 축(21)이나 날개(22)에는 진동을 가하거나 또는 유분 및 수분이 함유된 오염물질의 효과적 탈착을 위해 가열하는 방법을 이용할 수 있다. 또한, 초음파를 상기 축(21)이나 날개(22)에 조사하여 표면의 미세먼지가 떨어지도록 할 수도 있으며, 에어 샤워 또는 워터 제트 방식을 이용하여 표면의 미세먼지를 제거할 수도 있다. 상기 축(21)이나 날개(22)는 본체로부터 분리할 수 있는 구조로 제작될 수 있으며, 이 경우 각 부재의 청소가 용이하게 이루어 질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 개략적인 정면 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시된 미세먼지 저감장치의 배면 사시도이다.

도 3은 도 1에서 선A-A에 따른 단면 사시도이다.

도 4는 도 3의 배면 사시도이다.

도 5는 유입관과 배출관이 설치된 상태에서 도 1의 선 B-B에 따른 단면도이다.

도 6은 축방향 관통공 등이 복층으로 구성된 실시예를 보여주는 배면 내부 사시도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 미세먼지 저감장치 2 : 본체

10 : 축방향 관통공 20 : 싸이클론 흐름 형성부재

Claims (6)

1. 복수개의 축방향 관통공(10)이 형성되어 있는 본체(2)로 이루어지며;

   상기 축방향 관통공(10)의 내부에는, 축(21)과 상기 축(21)의 측면에 부착되어 흐름을 형성하는 날개(22)로 이루어지고 상기 날개(22)의 외면은 축방향 관통공(10)의 내면에 긴밀하게 접하고 있어 상기 축방향 관통공(10)의 유입구를 통해 유입된 외부유입공기가 유입되는 방향과 나란하게 배치되어 있는 축(21)의 날개(22)를 따라 회전하면서 상기 축방향 관통공(10)을 지나가게 하는 싸이클론 흐름 형성부재(20)가 구비되어 있고;

   상기 축방향 관통공(10)의 후방으로 본체(2)에는 동축으로 유출구(11)가 형성되어 있으며;

   상기 축방향 관통공(10)과 상기 유출구(11) 사이에는 축방향에 수직한 횡방향으로 미세먼지를 수집하는 수집공간(30)이 형성되고;

   상기 수집공간(30)의 하부에는 취합부(31)가 형성되어 있는 구성을 가지고 있어, 외부유입공기가 축류형태로 상기 축방향 관통공(10)의 싸이클론 흐름 형성부재(20)를 통과하면서 원심력에 의해 미세먼지가 상기 수집공간(30)으로 흩어지게 되도록 함으로써 별도의 동력원 없이도 외부유입공기의 흐름을 통해 외부유입공기로부터 미세먼지를 제거하게 되는 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 유출구(12)에는 본체(2)의 배면측 외부에서 본체(2)의 내측 방향으로 함몰되어 있는 함몰편(12)이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 축방향 관통공(10)으로만 공기가 불어넣어지도록 상기 축방향 관통공(10)의 유입구 각각에는 직접 외부공기의 유입을 유도하는 유도관(13)이 설치되며,

   유출구(11)를 벗어난 정화된 공기가 배출관(14)을 통해서만 흐르도록 각각의 유출구(11)에는 배출관(14)이 설치되는 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 축방향 관통공(10), 싸이클론 흐름 형성부재(20) 및 수집공간(30)은 복층으로 구비되는 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 본체(2) 내에는 2개의 싸이클론 흐름 형성부재(20)가 한 쌍을 이루도록 내부 수직 구획판(3)이 구비되어 있고,

   상기 내부 수직 구획판(3)에 의해 구분되는 한 쌍의 싸이크론 흐름 형성부재(20)의 날개(22)는, 날개(22)를 통과한 외부유입공기가 서로 마주보는 방향으로 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 축(21)과 날개(22)는 본체(2)의 상기 축방향 관통공(10)으로부터 착탈이 가능한 것을 특징으로 하는 축류 싸이클론 방식의 미세먼지 저감장치.

Images