KR20130034595A

KR20130034595A - 워터필름을 이용한 공기 정화 장치

Info

Publication number: KR20130034595A
Application number: KR1020120102992A
Authority: KR
Inventors: 서영진; 윤성진
Original assignee: 코웨이 주식회사
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2012-09-17
Publication date: 2013-04-05
Also published as: KR20130034565A

Abstract

본 발명은 먼지와 함께 유입된 공기가 와류를 형성하면서 내측면에 워터필름이 형성된 유로에 충돌하도록 하여, 효과적인 공기 정화가 이루어지도록 하는 공기 정화 장치를 제공한다. 본 발명에 의하여 극소량의 물을 사용하여 미세입자에 대한 효과적인 공기 정화 성능을 이룰수 있다.

Description

워터필름을 이용한 공기 정화 장치{Air cleaning device using water film}

본 발명은 공기 정화 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 먼지와 함께 유입된 공기가 와류를 형성하면서 내측면에 워터필름이 형성된 유로에 충돌하도록 하여, 효과적인 공기 정화가 이루어지도록 하는 공기 정화 장치에 관한 것이다.

종래의 청소기의 경우, 별도의 필터를 설치한 후 필터 전후에 차압을 걸어 먼지를 제거하는 것이 일반적이었다. 이와 같은 종래의 청소기들의 먼지 제거 효율을 입자 크기에 따라 실험해본 결과 아래와 같음을 확인할 수 있었다.

입자 크기	청소기 A	청소기 B	청소기 C	청소기 D	청소기 E	청소기 F	평균
0.7~1.1㎛	86%	90.3%	87.3%	85.6%	81.1%	86.6%	86.2%
1.1~1.9㎛	76%	87.2%	82.2%	83.4%	90.7%	84.2%	84%
1.9~3,2㎛	80%	92%	88.7%	90.3%	94.6%	90.7%	89.4%
3.2~5.3㎛	69%	87.5%	83.3%	86.1%	92.2%	84%	83.7%
5.3~8.9㎛	90%	95.2%	94%	89.9%	95.9%	90.3%	92.6%
8.9~10㎛	94.6%	94.2%	91.5%	60.6%	98.2%	95.5%	89.1%

여기에서, 0.7㎛ 미만의 미세입자의 제거 효율은 매우 낮음을 확인하였으며(표 1에 기록하기 어려운 수치임을 확인), 0.7㎛ 이상의 먼저의 제거 효율 역시 평균적으로 90% 미만임을 확인하였다.

이와 같이 기존의 필터 방식의 공기 정화 효율이 낮아지는 문제점을 보완하고자 다른 방법들이 제안되어 왔다.

미국 특허 제4,874,404호의 경우 물 저장 탱크에 먼지가 유입되도록 함으로써 먼지를 제거하였다. 그러나 이를 실재로 실험할 경우 다수의 물이 필요할 뿐만 아니라, 먼지를 포함한 공기가 물 저장고에 단순 유입되기에 10.0㎛ 이하의 미세입자에 대해서는 제거 효율이 종래 기술들과 큰 차이가 없음을 확인하였다.

일본 특허 제2005-000740호의 경우, 먼지를 포함하며 수분을 머금은 미스트(mist)형 공기 입자가 다수의 분리판을 타격하며, 분리판에서는 타격된 후 먼지와 함께 남은 수분만 분리되는 형식인데, 분리판의 배치 위치에 따라 제거 효율이 일정하지 않으며, 유입된 공기에 수분을 주입하는 과정이 원활하지 않고 다량의 수분이 필요할 뿐만 아니라, 미세입자들은 수분과는 별도로 그대로 외부로 배출되기에 제거 효율이 좋지 않으며, 습윤한 공기가 외부로 배출되기에 사용자에게 불쾌감을 준다는 문제점이 발생하였다.

이를 통하여, 단순히 물 저장 탱크에 유입되는 방식이나, 또는 단순한 물리적 판(plate)을 타격하는 형식만으로는 사용이 불편하며 필요한 물의 양이 많고 특히 미세입자에 대한 제거가 원활하게 이루어지지 않음을 확인하였다.

미국특허출원 제 4,874,404호 일본특허공개 제 2005-000740호

이에, 본 발명은 청소기 또는 공기 정화가 필요한 곳에 사용될 수 있는 보다 효과적은 공기 정화 장치를 제공하고자 한다.

특히, 10.0㎛ 이하의 미세입자에 대해서도 우수한 정화 성능을 갖는 공기 정화 장치를 제공하고자 한다.

또한, 사용되는 물의 양이 극히 적어서, 사용자가 물을 자주 갈아주거나 세척하여야 하는 불편함을 덜고 유지 관리가 용이한 공기 정화 장치를 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 먼지와 함께 유입된 공기가 와류를 형성하면서 내측면에 워터필름이 형성된 유로에 충돌하도록 하여, 효과적인 공기 정화가 이루어지도록 한다.

보다 상세하게, 본 발명은, 먼지와 함께 공기가 유입되는 공기유입구; 물이 유입되는 물유입구; 상기 유입된 공기가 유동하며, 상기 유입된 물이 내측면에 워터필름을 형성하는 유로; 및 상기 유로에 위치하는 물추출구를 포함하며, 상기 유입된 공기 중의 먼지가 상기 유로 상의 워터필름과 충돌한 후 상기 워터필름과 함께 상기 물추출구를 통하여 추출되는 것을 특징으로 하는, 공기 정화 장치를 제공한다.

또한, 상기 유입된 공기가 상기 유로 내에서 와류를 형성하도록 하는 와류 유도부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 와류 유도부에 의하여, 상기 유로에 유입된 물이 와류를 형성하면서 워터필름을 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공기유입구는 상기 유로의 중심에서 편심되게 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 물유입구는 다수개 구비되며, 상기 공기유입구 상에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유로는, 상기 공기유입구가 위치하는 제 1 유로; 및 상기 물추출구 위치하는 제 2 유로를 포함하며, 상기 제 1 유로의 지름은 상기 제 2 유로의 크며, 상호 겹쳐지도록 연결되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 동심인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로가 상호 겹쳐지도록 연결되는 부분이 동심인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로가 겹쳐지는 연결부에 기액 분리부가 위치하며, 상기 기액 분리부가 상기 물추출구와 유체 소통하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 와류 유도부는, 상기 공기유입구에 인접하게 위치하며, 상기 유로의 일단에 위치하되 상기 공기의 유동 방향으로 단면적이 감소하는 원뿔 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 와류 유도부는 상기 유로와 동심이며, 상기 공기 주입구는 상기 유로와 편심이며, 상기 공기 주입구를 통하여 상기 유로에 편심되게 유입된 공기는 상기 와류 유도부에 의하여 원심력 및 전단력에 의하여 와류를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유로의 일측에 위치하여, 상기 유로의 공기를 흡입하는 흡입팬; 상기 유로에 위치하여 먼지가 제거된 공기가 추출되는 공기추출구; 및 상기 물추출구와 유체 소통하여, 상기 물추출구로부터 물을 추출하는 석션 펌프를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 물유입구를 통하여 유입되는 물은, 5 ~ 10㎖/min이며, 이로 인하여 상기 공기유입구를 통하여 유입되는 먼지 중 0.5 ~ 1.0㎛ 크기의 먼지가 90% 이상 제거되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 이러한 공기 정화 장치를 포함하는 청소기를 제공한다.

본 발명에 의하여, 기계적인 충돌효과에 의하여 미세입자와 같은 먼지를 극소량의 물을 사용하여 효과적으로 제거할 수 있다.

본 발명에 의하여 5 ~ 10㎖/min의 극소량의 물만이 필요함을 확인하였다.

이 경우에도, 10㎛ 크기 이하의 미세입자는 물론, 심지어 0.5 ~ 1.0㎛ 크기의 먼지가 90% 이상 제거 가능하며, 특히 1.0㎛ 이상의 먼지는 95% 이상 제거 가능함을 확인하였다.

또한, 본 발명에 의한 공기 정화 장치를 청소기에 적용할 경우 별도의 먼지 봉투가 필요하지 않으며, 별도의 기계식 필터를 사용하지 않으면서 우수한 공기 정화가 가능하기에, 소음저감, 흡입성능 증가 등을 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 정화 장치의 정면 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기 정화 장치의 후면 사시도이다.
도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면 사시도이다.
도 4는 도 2의 B-B'에 따른 단면 사시도이다.

이하에서 기술되는 "먼지"는 공기 중에 섞여 있는 모든 종류의 미세입자를 지칭하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서 기술되는 "워터필름"은 물이 유로 내측면을 따라 유동하면서 형성되는 얇은 수막으로 이해되어야 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 공기 정화 장치는, 공기유입구(10), 물유입구(11), 유로(20), 유로(20)에 위치하는 와류 유도부(30), 물추출구(40), 공기추출구(50), 및 흡입팬(60)을 포함한다.

공기유입구(10)를 통하여 먼지와 함께 공기가 유입되어 유로(20)로 유동한다.

공기유입구(10)를 통하여 유로(20)에 유입된 공기는 유로(20)의 일측에 위치한 흡입팬(60)의 작동에 의하여 유동하게 된다.

공기유입구(10)는 유로(20)의 중심에서 벗어나 편심되게 위치하는 것이 바람직하다(도 3 참조). 이와 같은 구조를 통하여, 유로(20) 내부의 와류 형성에 도움을 주고 유로(20) 내부의 공기의 흐름에 원심력과 전단력을 상승시킬 수 있으며, 결과적으로 먼지 제거 효율을 상승시킨다. 즉, 공기유입구(10)가 편심되지 않게 위치하는 경우와 비교해보면 유로(20)에 유입되는 공기 자체에 가해지는 회전이 원활하게 이루어지지 않기에 먼지 제거 효율이 낮아짐을 알 수 있다.

한편, 물유입구(11)를 통하여 물이 유입되며, 유입된 물은 유로(20)로 유동한다. 물유입구(11)는 공기유입구(10)에 위치하여 공기와 함께 유로(20)에 유입되는 것이 바람직하다. 물유입구(11)가 공기유입구(10)에 위치하지 않고 유로(20)에 위치한다면 유로(20)로의 물 진입이 월활하지 않으며 워터필름 역시 효과적으로 형성되지 않는다.

한편, 물유입구(11)는 유로(20)의 내측면에 워터필름을 효과적으로 형성하도록 서로 이격되어 다수개 설치되는 것이 바람직하다.

물유입구(11), 공기유입구(10)를 통하여 유로(20)에 유입된 물은 유로(20)의 일측에 위치한 흡입팬(60)의 작동에 의하여 유동하게 된다. 이 과정에서 물은 유로(20)의 내측면에 얇은 워터필름을 형성한다.

특히, 후술하는 와류 유도부(30)에 의하여, 유로(20) 내측으로 유입된 물이 단순히 흡입팬(60)에 의하여서만 유동하는 것이 아니라, 일정한 와류를 형성하면서 유동하게 되어, 얇은 워터필름이 보다 효과적으로 형성된다.

유입된 공기 중의 먼지는 워터필름과 충돌함으로써 공기와 분리된다.

한편, 유로(20)는 제 1 유로(21)와 제 2 유로(22)가 상호 겹쳐지게 연결되어 이루어지는 것이 바람직하다.

제 1 유로(21)와 제 2 유로(22)의 형상은 반드시 원통형일 필요도 없으며 크기 역시 균일할 필요는 없다.

그러나, 제 1 유로(21)와 제 2 유로(22)는 동심으로, 특히 겹쳐지는 부분이 동심이되, 제 1 유로(21)의 지름이 제 2 유로(22)의 지름보다 큰 것이 바람직하다. 겹쳐지는 연결부에서 제 1 유로(21)가 제 2 유로(22)의 바깥쪽에 위치하며, 그 사이의 공간에서 기액분리부(25)가 형성된다.

동심으로 위치하여야 원심력이 고르게 형성되어 기액분리부(25)에 수막이 고르게 형성될 수 있으며, 수막이 고르게 형성되어야 기액분리부(25)를 통하여 먼지를 포함한 물이 효과적으로 분리될 수 있다.

기액분리부(25)는 물추출구(40)와 유체 소통하며, 물추출구(40)의 일측에는 석션 펌프(미도시)가 위치함으로써 보다 원활하게 물을 분리할 수 있다.

이를 통하여 워터필름은 제 1 유로(21)의 내측면에만 위치하고 제 2 유로(22)의 내측면에는 위치하지 않으며, 제 2 유로(22) 상에는 먼지가 정화된 공기만이 위치하여 공기추출구(50)를 통하여 외부로 배출된다.

특히, 와류 유도부(30)에 의해 유로(20) 내부에 와류가 형성됨으로써 먼지의 분리 효율을 향상시킬 수 있다.

와류 유도부(30)는 유로(20)와 동심으로 형성되되 그 일측이 원뿔형인 것이 바람직하다. 특히, 유로(20)에서 공기의 유동 방향을 따라 단면적이 점차 감소하는 원뿔형인 것이 바람직하다(도 3, 도 4 참조).

와류 유도부(30)가 없는 경우와 비교해보면, 와류 유도부(30)가 위치하는 경우 유로(20)에 유입된 물은 원심력을 보다 효과적으로 받아서 워터필름이 보다 효과적으로 형성되며, 또한 유로(20)에 유입된 공기 역시 와류를 형성하면서 원심력을 보다 효과적으로 받아서 공기 정화가 보다 효율적으로 이루어진다.

한편, 물추출구(40)는 기액분리부(25)와 유체 소통하며, 석션펌프(미도시)에 의해 유로(20) 내부의 물(워터필름)을 먼지와 함께 추출한다.

물추출구(40)는 제 2 유로(22)의 일 말단으로부터 소정 거리(d) 이격되어 위치하는 것이 바람직하다. 이를 통하여 기액분리부(25)가 효과적으로 기액을 분리하는데 도움을 준다.

공기추출구(50)는 물과 함께 먼지가 제거된 이후 정화된 공기를 추출한다.

본 발명에 의하여, 기계적인 충돌효과를 이용하여 미세입자와 같은 먼지를 극소량의 물을 사용하여 효과적으로 제거할 수 있다.

다수의 실험을 통하여, 유로(20) 내측에 효과적인 워터필름을 형성하기 위하여 물유입구(11)에 5 ~ 10㎖/min의 물만 유입되어도 충분함을 확인하였다. 다량의 물이 필요한 종래 기술과 대비하여 현저하게 낮은 수치이다. 물유입구(11)에 5 ~ 10㎖/min의 물이 유입되면, 물추출구(40)를 통하여 3 ~ 6㎖/min의 물이 추출된다.

또한, 5 ~ 10㎖/min의 물이 유입된 조건 하에, 유입된 먼지 중 0.5 ~ 1.0㎛ 크기의 먼지가 90% 이상 제거 가능하며, 1.0㎛ 이상의 먼지는 95% 이상 제거 가능함을 확인하였다.

본 발명에 의한 공기 정화 장치를 청소기에 적용할 경우 특히 효과적이다.

종래의 청소기는 먼지 봉투가 필요하여 사용자가 주기적으로 먼지 봉투를 교체하여야 하지만, 본 발명에 의한 공기 정화 장치를 청소기에 적용할 경우 극소량의 물과 함께 먼지가 분리되기에 별도의 먼지 봉투가 필요하지 않다.

또한, 별도의 기계식 필터를 사용하지 않으면서도 공기 정화가 가능하기에, 청소기의 정압 상승이 필요하지 않으며, 이에 따라 청소기의 소음 저감, 흡입성능 증가 등을 실현할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범주에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10: 공기유입구
11: 물유입구
20: 유로
21: 제 1 유로
22: 제 2 유로
25: 기액 분리부
30: 와류 유도부
40: 물추출구
50: 공기추출구
60: 흡입팬

Claims

먼지와 함께 공기가 유입되는 공기유입구;
물이 유입되는 물유입구;
상기 유입된 공기가 유동하며, 상기 유입된 물이 내측면에 워터필름을 형성하는 유로; 및
상기 유로에 위치하는 물추출구를 포함하며,
상기 유입된 공기 중의 먼지가 상기 유로 상의 워터필름과 충돌한 후 상기 워터필름과 함께 상기 물추출구를 통하여 추출되는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유입된 공기가 상기 유로 내에서 와류를 형성하도록 하는 와류 유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 와류 유도부에 의하여, 상기 유로에 유입된 물이 와류를 형성하면서 워터필름을 형성하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 공기유입구는 상기 유로의 중심에서 편심되게 위치하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 물유입구는 다수개 구비되며, 상기 공기유입구 상에 위치하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유로는,
상기 공기유입구가 위치하는 제 1 유로; 및
상기 물추출구 위치하는 제 2 유로를 포함하며,
상기 제 1 유로의 지름은 상기 제 2 유로의 크며, 상호 겹쳐지도록 연결되는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로는 동심인 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로가 상호 겹쳐지도록 연결되는 부분이 동심인 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 1 유로와 상기 제 2 유로가 겹쳐지는 연결부에 기액 분리부가 위치하며,
상기 기액 분리부가 상기 물추출구와 유체 소통하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 와류 유도부는, 상기 공기유입구에 인접하게 위치하며, 상기 유로의 일단에 위치하되 상기 공기의 유동 방향으로 단면적이 감소하는 원뿔 형상인 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 와류 유도부는 상기 유로와 동심이며,
상기 공기 주입구는 상기 유로와 편심이며,
상기 공기 주입구를 통하여 상기 유로에 편심되게 유입된 공기는 상기 와류 유도부에 의하여 원심력 및 전단력에 의하여 와류를 형성하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 유로의 일측에 위치하여, 상기 유로의 공기를 흡입하는 흡입팬;
상기 유로에 위치하여 먼지가 제거된 공기가 추출되는 공기추출구; 및
상기 물추출구와 유체 소통하여, 상기 물추출구로부터 물을 추출하는 석션 펌프;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 물유입구를 통하여 유입되는 물은, 5 ~ 10㎖/min인 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 공기유입구를 통하여 유입되는 먼지 중 0.5 ~ 1.0㎛ 크기의 먼지가 90% 이상 제거되는 것을 특징으로 하는,
공기 정화 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 공기 정화 장치를 구비한,
청소기.