KR20170093439A - 공기 정화 장치 - Google Patents

Abstract

공기 정화 장치가 제공된다. 공기 정화 장치는 유체 분리막을 포함하는 유체 분리 모듈, 유체 분리 모듈에서 분리된 공기를 외부로 배출시키는 진공 펌프, 및 유체 분리 모듈과 진공 펌프를 연결하는 유로관을 포함한다.

Description

공기 정화 장치{Air cleaner}

본 발명은 공기 정화 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체 분리 모듈을 포함하는 공기 정화 장치에 관한 것이다.

공기 정화 장치는 공기 중에 혼합되어 있는 유해한 성분들을 제거하여, 깨끗한 공기를 제공하는 장치이다. 통상, 교실, 병원, 잠수함 등과 같은 밀폐된 공간에서 많이 사용된다.

공기 정화 장치가 제거 대상으로 많이 주목하고 있는 것 중 하나는 미세 먼지이다. 통상의 공기 정화 장치는 물리적, 또는 화학적 필터를 통해 미세 먼지를 걸러내는 방식을 취하고 있다.

그런데, 밀폐된 공간에서는 미세 공기 뿐만 아니라, 이산화탄소의 농도도 거주 환경에 중요한 변수가 된다. 이산화탄소는 해당 공간에 거주하는 사람이나 동물의 호흡에 의해 발생되며, 이산화탄소의 농도가 높은 환경 하에서 거주자는 집중력이 저하되고, 쉽게 피로감을 느낄 뿐만 아니라, 심하면 호흡 곤란을 야기할 수 있다.

그러나, 종래의 먼지 필터를 포함하는 공기 정화 장치로는 질소, 산소와 유사한 크기를 갖는 이산화탄소를 선택적으로 제거하지 못한다. 기타, 기체 수준으로 작은 입자를 제거하는 공기 정화 장치는 아직 제공되지 않고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 유해 기체를 분리할 수 있는 공기 정화 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화 장치는 유체 분리막을 포함하는 유체 분리 모듈, 상기 유체 분리 모듈에서 분리된 공기를 외부로 배출시키는 진공 펌프, 및 상기 유체 분리 모듈과 상기 진공 펌프를 연결하는 유로관을 포함한다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 공기 정화 장치에 의하면, 밀폐된 실내에서 이산화탄소, 이산화황 등의 농도를 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분리 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 분리 장치의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 분리 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분리막의 사시도이다.
도 5는 도 4의 V-V'선을 따라 자른 단면도이다.
도 6은 유체 분리막과 그 내부에 삽입된 이격재가 삽입된 형상을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 이격재의 평면도이다.
도 8은 도 6의 VIII-VIII'선을 따라 자른 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 분리막과 이격재의 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화 장치의 개략도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화 장치는 공기 중 유해한 성분을 감소시켜 공기를 청결하게 하는 장치이다. 예를 들어, 교실, 도서관, 병원, 잠수함, 지하철 등 밀폐된 공간이나 환기가 어려운 실내 공간에서는 해당 공간에 거주하는 사람이나 동물의 호흡에 의해 이산화탄소의 농도가 증가하고, 상대적으로 산소의 농도가 감소한다. 이산화탄소의 농도가 증가하면 쉽게 피로감을 느낄 뿐만 아니라, 심하면 호흡 곤란을 야기할 수 있다. 호흡 작용 이외에도 다른 다양한 기전을 통해 유해 기체가 발생할 수 있는데, 밀폐된 공간은 이를 선택적으로 배출하기 어려워 유해 기체가 누적되고 농도가 증가할 수 있다.

공기 정화 정치는 이와 같은 유해 기체를 선택적으로 제거함으로써, 공기를 청결하게 유지하는 장치이다. 공기 정화 장치는 별도의 장치로 만들어져, 스탠드형, 벽걸이형, 천정매입형 등의 형태로 제공될 수 있다. 다른 예로, 공기 정화 장치는 에어콘, 히터 등의 장치의 내부나 외부에 부착될 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 공기 정화 장치는 공기 정화를 위한 방식으로 유체 분리 모듈을 채용한다. 유체 분리 모듈은 막분리법을 이용하여 혼합 유체로부터 특정 유체를 선택적으로 분리한다. 유체 분리 모듈은 유체 분리막을 포함한다. 실리콘 고무는 이산화탄소와 이산화황 등에 대한 선택도가 높아 공기 정화 장치에 유용한 유체 분리막 재료로 적용될 수 있다.

이하, 공기 정화 장치에 채용되는 유체 분리 모듈에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분리 모듈의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 유체 분리 모듈(1)는 유체 혼합물(MF)로부터 특정 유체를 분리하는 역할을 한다. 분대 대상 유체는 공기 중의 성분과 같은 기체이거나, 액체일 수도 있다.

유체 혼합물(MF)은 서로 다른 복수의 유체를 포함한다. 예를 들어, 유체 혼합물(MF)은 산소, 질소, 이산화탄소, 이산화황 등이 혼합된 공기일 수 있다.

유체 분리 모듈(1)는 챔버(20), 챔버(20) 내부에 배치된 유체 분리막(10), 및 이격재(미도시)를 포함한다. 설명의 편의를 위해 도 1에서는 이격재의 도시를 생략하였다.

유체 분리막(10)은 튜브 형상으로 이루어질 수 있다. 유체 분리막(10)의 내부(10s1)와 유체 분리막(10)의 외부(10s2)는 유체 분리막(10)을 기준으로 물리적으로 분리되어 있다. 즉, 유체 분리막(10)을 기준으로 공간이 분할된다. 적어도 일부의 유체는 유체 분리막(10)의 벽(10S1)을 통과하여 유체 분리막(10)의 내외부(10s1, 10s2)를 소통할 수 있고, 이것이 특정 유체 분리, 즉 유해 기체의 분리에 이용된다.

유체 분리막(10) 내부에는 이격재(미도시)가 배치될 수 있다. 이격재는 유체 분리막(10)의 내벽이 상호 밀착하는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 이격재에 대한 상세한 설명은 후술된다.

챔버(20)는 제한된 공간을 제공한다. 챔버(20) 내부의 공간은 챔버(20) 외부의 공간과 물리적으로 구분된다. 챔버(20)는 내부에 공급되는 유체의 이동을 공간적으로 제한한다. 또한, 챔버(20)는 그 내부의 온도, 압력, 습도 등과 같은 다양한 공정 변수를 챔버(20) 외부와 상이하게 독립적으로 제어하도록 할 수 있다. 챔버(20)의 제한된 공간은 반드시 밀폐된 공간만을 의미하지는 않으며, 외부와 소통하는 개방 공간을 포함할 수 있다.

예를 들어, 챔버(20)는 적어도 3개의 유체 출입구(21, 22, 25)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 챔버(20)는 유체 투입구(25), 제1 유체 배출구(21), 및 제2 유체 배출구(22)를 포함한다.

제1 유체 배출구(21)와 제2 유체 배출구(22)는 분리된 유체(MF1, MF2)가 챔버 외부로 배출(출력)되는 통로가 된다. 유체 분리막(10)의 내부 공간은 제1 유체 배출구(21)와 공간적으로 연결된다. 제2 유체 배출구(22)는 유체 분리막(10)의 내부 공간과 연결되지 않는다.

유체 투입구(25)는 유체 혼합물(MF)이 챔버(20) 내부로 투입(입력)되는 통로가 된다. 예를 들어, 유체 투입구(25)는 공기 정화 장치가 배치되는 공간의 대기와 연결된다. 일 실시예에서, 유체 투입구(25)는 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 분리막(10)의 내부 공간과 연결되지 않는다. 이 경우, 유체 혼합물(MF)은 유체 투입구(25)를 통해 챔버(20) 내부이자 유체 분리막(10)의 외부(10s2)로 투입된다. 챔버(20) 내부에 투입된 유체 혼합물 중 유체 분리막(10)을 통해 유체 분리막(10)의 내부(10s1)로 이동한 유체 성분들은 제1 유체 배출구(21) 측으로 배출('MF1' 참조)되고, 유체 분리막(10) 외부(10s2)에 잔류한 유체 성분들은 제2 유체 배출구(22) 측으로 배출('MF2' 참조)될 수 있다. 유체 투입구(25)를 통해 제공되는 유체 혼합물(MF)이 질소와 산소 이외에 이산화탄소나 이산화황 등을 포함하고, 유체 분리막(10)을 통한 이산화탄소 및 이산화황의 이동도가 다른 기체보다 높을 경우, 유체 분리막(10) 외부(10s2)는 이산화탄소와 이산화황의 농도가 상대적으로 낮아지고, 유체 분리막(10) 내부(10s1)는 이산화탄소와 이산화황의 농도가 높아지게 된다.

따라서, 제2 유체 배출구(22)에서는 상대적으로 이산화탄소와 이산화황의 농도가 낮아진 유해성이 제거된 유체 혼합물(MF2)이 배출된다. 이렇게 정화된 공기는 공기 정화 장치가 배치되는 공간 내에 다시 제공된다. 한편, 제1 유체 배출구(21)에서는 상대적으로 이산화탄소와 이산화황의 농도가 높은 유체 혼합물(MF1)이 배출된다. 이처럼, 이산화탄소와 이산화황의 농도가 높아진 공기는 특정 챔버에 저장되거나, 공기 정화 장치가 배치되는 공간 외부로 배출시킨다.

위와 같은 동작이 반복되면, 공기 정화 장치가 배치되는 공간에서 이산화탄소와 이산화황의 농도가 낮아지기 때문에, 공기가 청결하게 관리될 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 분리 모듈의 개략도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 유체 분리 모듈(2)는 유체 혼합물(MF)이 유체 분리막(11)의 내부(11s1)로 투입되고, 특정 유체가 유체 분리막(11)의 벽(11W)을 통해 유체 분리막(11)의 외부로 분리되는 점에서 도 1의 실시예와 상이하다.

본 실시예의 경우, 제1 유체 배출구(21)에서 상대적으로 이산화탄소와 이산화황의 농도가 낮아진 유해성이 제거된 유체 혼합물(MF1)이 배출되고, 제2 유체 배출구(22)에서 상대적으로 이산화탄소와 이산화황의 농도가 높은 유체 혼합물(MF1)이 배출된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 분리 모듈의 개략도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 유체 분리 모듈(3)는 유체 분리막(12)이 판상형으로 형성된 점이 도 1의 실시예와 다른 점이다.

판상형의 유체 분리막(12)은 챔버(20) 내부를 막아 공간을 분리한다. 본 실시예의 경우, 유체 분리막(12)의 일측이 도 1의 유체 분리막(10)의 외부 공간에 대응되고, 유체 분리막(12)의 타측이 도 1의 유체 분리막(10) 내부 공간에 대응된다. 유체 투입구(25)과 제1 유체 배출구(21)는 유체 분리막(12)의 일측에 형성되고, 제2 유체 배출구(22)는 유체 분리막(12)의 타측에 형성된다. 도면으로 도시하지는 않았지만, 유체 분리막(12)이 챔버(20)의 내부 공간을 완전히 분할하지 않고, 대신 모듈화되어 제공될 수도 있다. 상기 모듈은 챔버(20) 내부에 배치되고, 해당 모듈 내에서 유체 분리막(12)이 공간을 분할하는 구조를 가질 수 있다. 상기 모듈은 외곽 공간을 한정하고 밀폐하는 최외곽 커버를 포함할 수 있고, 이 경우 챔버(20)는 생략될 수도 있다.

상술한 도 1 내지 도 3의 실시예에서, 유체 분리막(10, 11, 12)은 챔버(20) 내에 복수개가 배치될 수 있다. 튜브형 유체 분리막(10, 11)의 경우 복수의 유체 분리막(10, 11)이 인접 배치될 수 있다. 판상형 유체 분리막(12)의 경우, 복수의 유체 분리막(12)이 소정 간격을 가지며 나란하게 배치되어 챔버(20) 내부의 공간을 복수로 구분하거나, 복수의 유체 분리막(12)이 적층된 형태로 모듈화되어 제공될 수도 있다. 이 경우, 유체 분리막(12) 사이에는 유체 분리막(12)들의 밀착을 방지하는 이격재(미도시)가 배치될 수 있다.

이하, 상술한 유체 분리막 및 이격재에 대해 더욱 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 분리막의 사시도이다. 도 4는 튜브형 유체 분리막을 예시한다. 도 5는 도 4의 V-V'선을 따라 자른 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 튜브형 유체 분리막(100)은 일 방향(Z)으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 유체 분리막(100)은 챔버 내부에서 길이 방향으로 연장된 상태로 배치될 수도 있지만, 1회 이상 절곡되어 배치될 수도 있다.

유체 분리막(100)의 연장 방향(Z)에 수직으로 자른 단면은 폐곡선을 이룬다. 유체 분리막(100)의 단면은 원형에 비해 찌그러진 형상을 갖는다. 유체 분리막(100)의 예시적인 단면 형상은 타원형이다. 타원과 원의 외주가 동일하다고 가정할 때, 타원은 원에 비해 차지하는 공간이 작다. 따라서, 동일한 공간 내에 원보다 타원이 더 많이 배치될 수 있다. 유체의 이동은 유체 분리막(100)을 통해 유체 분리막(100)의 두께 방향으로 이루어지므로, 유체가 유체 분리막(100) 표면에 노출되는 면적이 넓을 수록 유체의 이동량은 증가하게 된다. 유체 분리막(100)의 외주가 동일하다면 단면 형상이 원형이든 타원형이든 동일한 표면적을 갖기 때문에 유체의 이동량은 이론적으로 동일하다. 다만, 유체 분리막(100)의 단면 형상이 타원형이면 동일한 공간 내에 더 많은 수가 배치될 수 있으므로, 전체 표면적은 증가할 수 있다. 또한, 동수의 유체 분리막(100)을 적용하더라도, 동일한 공간 내에서 타원형의 경우가 원형의 경우에 비해 더 큰 외주, 다시 말하면 더 넓은 표면적을 가질 수 있다. 따라서, 타원형이 원형에 비해 공간 대비 유체 이동 효율은 더 큰 것으로 이해할 수 있다.

유체 분리막(100)의 단면 형상은 타원 이외에도 직사각형 또는 모서리가 둥근 직사각형 형상이나 일 방향이 길이가 상대적으로 긴 폐곡선 형상일 수 있다. 이 경우에도 원형에 비해 공간 대비 유체 이동 효율이 개선될 수 있다. 아울러, 유체 분리막(100)은 주름진 형상을 가질 수도 있다. 유체 분리막(100)이 주름진 형상을 가지면, 유체 분리막(100)은 제공된 공간 대비 더욱 넓은 표면적을 가질 수 있다.

이하의 실시예에서, 유체 분리관의 단면 형상은 타원형인 것을 예로 하여 설명하기로 한다. 또한, 단면 형상의 폭이 가장 큰 방향을 제1 방향(장경 방향, X)으로 정의하고, 그에 수직한 방향을 제2 방향(Y)으로 정의한다. 도 4를 참조하면, 유체 분리막(100)의 제1 방향(X)의 폭(W1)은 제2 방향(Y)의 폭(W2)보다 크다. 유체 분리막(100)의 제1 방향(X)의 폭(W1)은 이론적으로 유체 분리막(100)의 단면 외주 길이의 1/2π 보다 크고, 단면 외주 길이의 1/2이하이다. 유체 분리막(100)의 제1 방향(X)의 폭(W1)이 유체 분리막(100)의 단면 외주 길이의 1/2π인 경우는 유체 분리막(100) 단면이 원인 경우이고, 유체 분리막(100)의 제1 방향(X)의 폭(W1)이 유체 분리막(100)의 단면 외주 길이의 1/2인 경우는 유체 분리막(100)의 내벽이 실질적으로 밀착된 경우에 해당된다. 일 실시예에서, 유체 분리막(100) 제1 방향(X)의 폭(W1)과 유체 분리막(100) 단면 외주 길이의 비는 1/4 내지 49/100의 범위 내에서 설정될 수 있다. 상기 비율이 1/4 이상이 되어야 공간 대비 실효적인 유체 이동 효율이 개선될 수 있다. 상기 비율이 49/100 이하로 유지하는 것이 유체 분리막(100)의 내벽이 완전히 밀착되어 유체 분리막(100)의 내부(100s1)가 폐쇄되는 것을 방지하는 데에 도움을 준다.

유체 분리막(100)의 단면을 원형으로 조정하였을 때의 유체 분리막(100)의 외경은 60mm 내지 300mm인 것이 바람직하다. 상기 외경이 60mm보다 작으면 유체 분리막(100)의 두께 대비 내경이 지나치게 작아지게 되어 유체 이동 효율이 작아질 수 있다. 한편, 유체 분리막(100)의 외경이 너무 크면, 공간 대비 유체에 노출되는 유체 분리막(100)의 표면적이 감소하여 유체 이동 효율이 작아진다.

유체 분리막(100)은 특정 유체의 소통을 허용한다. 유체 분리막(100)은 특정 유체를 유체 분리막(100)의 일측과 타측의 양 방향으로 소통시킬 수 있다. 특정 유체는 유체 분리막(100)의 표면에 용해, 흡수 또는 흡착되어 매질(110) 내부를 이동함으로써 소통될 수도 있고, 화학적인 결합과 분해를 통해 유체 분리막(100)을 통과할 수도 있을 것이다. 유체는 크누센 확산(Knudsen diffusion), 분자 확산(molecular diffusion), 표면 확산(surface diffusion), 초미세기공 확산(super micropore diffusion) 등과 같은 확산 방식이나, 여과, 삼투 등의 방식으로 이동할 수 있다.

특정 유체가 유체 분리막(100)을 통과하기 위한 에너지는 이에 제한되는 것은 아니지만, 유체 분리막(100) 일측과 타측(튜브 형상에서는 내외부)의 압력이나 유체의 농도 차이, 유체들이 갖는 운동 에너지, 유체와 유체 분리막(100) 사이에 상호 작용하는 물리적, 화학적 에너지 등에 의해 제공될 수 있다.

유체 분리막(100)은 셀롤로스 아세테이트, 폴리술폰, 실리콘 고무 등과 같은 고분자 물질이나 실리카계 세라믹스, 실리카계 유리, 알루미나계 세라믹스, 스텐레스 다공체, 티탄 다공체, 은 다공체 등의 무기 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 유체 분리막(100)을 구성하는 물질의 선택에는 혼합 유체의 종류와 분리하고자 하는 대상 및 유체의 선택도 뿐만 아니라, 제조 방법의 용이성, 대량 생산 가능성, 내구성 등이 함께 고려될 수 있다. 일반적으로 고분자 물질은 무기 물질보다 상대적으로 제조가 간편하다. 예를 들어 실리콘 고무의 경우, 압출 방식으로 원하는 형상을 만들기 쉽고, 대량 생산 또한 용이하다. 실리콘 고무는 그 종류 및 제조 방식에 따라 상이하긴 하지만, 이산화탄소와 질소의 선택비가 대략 3:1 이상이고, 5:1 이상인 것도 제조하기가 어렵지 않아서, 이산화탄소와 질소를 포함하는 공기로부터 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 데에 용이하게 사용될 수 있다.

유체 분리막(100)은 플렉시블한 물질로 이루어질 수 있다. 유체 분리막(100)의 구성 물질이 플렉시블하면, 구부리기가 쉬워서 다양한 형상으로 설치하기 용이하다. 또한, 유체 분리막(100)은 신축성과 탄성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 튜브 형상의 유체 분리막(100)이 신축성과 탄성이 있으면, 유체 분리막(100) 내부에 이격재(도 6의 '150')를 삽입하였을 때, 이격재의 폭 방향으로 잘 늘어나고, 복원력에 의해 이격재의 유동을 억제할 수 있다. 실리콘 고무는 위와 같은 특성들을 모두 갖고 있어, 우수한 유체 분리막(100) 재료가 될 수 있다.

본 명세서에서, 유체 분리막(100)의 두께는 일측 표면으로부터 타측 표면 사이의 거리로 정의된다. 유체 분리막(100)에 표면 홈(112)이 형성된 경우에도, 유체 분리막(100)의 두께는 표면을 지나는 가상의 평면이 기준이 되어 측정된다.

유체 분리막(100)의 두께(d1, d2)는 외주를 따라 균일할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 유체 분리막(100)의 두께(d1, d2)는 대체로 제1 방향(X)을 따라 전반적으로 균일('d1' 참조)하다가 제1 방향(X)의 양 끝단에서 상대적으로 작은 각도로 꺾이는 부분(101F)에서 그 두께(d2)가 상대적으로 더 크거나 작을 수 있다.

유체 분리막(100)은 외주를 따라서 일체형으로 이루어질 수 있다. 여기서, 일체형이라 함은, 복수의 분리막을 접합하여 튜브 형태로 이루어지거나, 하나의 분리막을 말아서 양단을 접합하여 튜브 형태로 이루어진 것이 아니고, 외주를 따라서 접합된 부분 없이 전체가 하나로 이루어진 경우를 의미한다. 압출 등의 방법으로 처음부터 튜브 형상으로 만들어진 경우가 일체형으로 형성된 예이다.

유체 분리막(100)의 평균 두께는 유체 분리막(100)의 제조 방식과 연관이 있다. 상술한 바와 같이, 유체 분리막(100)은 대량 생산이 용이한 압출 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 고무와 같은 고분자 물질은 압출 방식에 의해 튜브 형태로 제조될 때, 0.05mm 이상의 평균 두께를 가져야 용이한 제조가 가능하며, 상업적인 대량 생산도 할 수 있다. 한편, 유체 분리막(100)의 평균 두께가 두꺼울수록 유체의 이동 거리가 길어져 분리 효율이 떨어진다. 유체 분리막(100)의 평균 두께가 2mm를 초과하면 저에너지를 사용하는 유체 분리 모듈에서 유체 이동도가 급격히 저하될 뿐만 아니라, 공간 대비 유체 분리막(100)의 표면에 유체를 접촉시키는 면적도 감소하여 유체 분리 효율이 저하됨이 확인되었다. 따라서, 유체 분리막(100)의 평균 두께는 0.05mm 내지 2mm의 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다.

챔버의 내부에는 복수의 유체 분리막(100)이 배치될 수 있다. 각 유체 분리막(100)은 제2 방향(Y)을 따라 상호 근접하여 배치될 수 있다. 근접 배치된 유체 분리막(100)의 장경 방향은 상호 실질적으로 평행할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 방향(Y)으로 이웃하는 유체 분리막(100)의 간격은 유체 분리막(100)의 두께 이상이고, 유체 분리막(100)의 최대폭(W1) 이하일 수 있다. 예컨대, 이웃하는 유체 분리막(100)의 간격은 0.1mm 내지 500mm의 범위를 가질 수 있다. 이웃하는 유체 분리막(100)의 간격이 0.1mm 이상 확보되면, 이웃하는 유체 분리막(100) 사이에 상호 밀착됨으로써, 유체가 소통하는 유체 분리막(100)의 실효적인 표면적이 감소하는 것이 방지될 수 있다. 이웃하는 유체 분리막(100)의 간격을 500mm 이하로 함으로써, 챔버의 한정된 공간 내에서 유체가 유체 분리막(100)의 표면에 접하는 면적을 충분하게 늘릴 수 있다.

복수의 유체 분리막(100)은 제2 방향(Y)을 따라 하나의 열을 이룰 수 있다. 또한, 챔버 내부에는 유체 분리막(100) 열이 행 방향으로 복수개 배치되는 것도 가능하다.

유체 분리 모듈은 상술한 유체 분리막(100) 외에, 유체 분리막(100) 내에 삽입된 이격재를 더 포함할 수 있다.

도 6은 유체 분리막과 그 내부에 삽입된 이격재가 삽입된 형상을 나타내는 사시도이다. 도 7은 도 6의 이격재의 평면도이다. 도 8은 도 6의 VIII-VIII'선을 따라 자른 단면도이다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 튜브 형상의 유체 분리막(100)의 내부(100s1)에는 이격재(150)가 배치될 수 있다. 이격재(150)는 유체 분리막(100) 내부(100s1)에 배치되어 유체 분리막(100)의 내벽이 밀착되어 폐쇄되는 것을 방지한다.

이격재(150)는 유체 분리막(100)과 동일한 길이를 가져 유체 분리막(100)의 연장 방향 전체에 걸쳐 배치될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 이격재(150)가 유체 분리막(100)의 일부분, 예컨대 중앙부에 배치되고, 유체 분리막(100)의 일 단부 또는 양 단부 부근에는 배치되지 않을 수도 있다. 또한, 길이 방향으로 복수의 이격재(150)가 배치될 수도 있다. 복수의 이격재(150)는 상호 이격되어 배치될 수도 있다.

이격재(150)의 폭(W3) 방향은 유체 분리막(100)의 제1 방향(X)에 대응되고, 이격재(150)의 두께 방향은 유체 분리막(100)의 제2 방향(Y)에 대응될 수 있다. 이격재(150)의 폭(W3)은 유체 분리막(100)의 제1 방향(X) 내경(=W1-2*d2)보다 작거나 같다. 이격재(150)의 폭(W3)이 유체 분리막(100)의 제1 방향(X) 내경과 동일하거나 그에 근접할수록, 유체 분리막(100) 내부(100s1)에서 이격재(150)의 유동이 억제되고, 폭(W3) 방향으로 이격재(150)가 배치되지 않은 공간에서 유체 분리막(100)의 내벽이 밀착되는 정도를 줄일 수 있다. 유체 분리막(100)의 제1 방향(X) 내경의 0.5배 이상이면, 이격재(150)의 유동과 유체 분리막(100)의 내벽의 밀착 방지에 관한 유의미한 효과가 있는 것으로 확인된다. 이러한 관점에서, 이격재(150)의 폭(W3)은 유체 분리막(100)의 제1 방향(X) 내경의 0.5 내지 1배의 범위를 가질 수 있다.

몇몇 실시예에서, 이격재(150)는 유체 분리막(100) 내부(100s1)에서 길이 방향으로 1회 이상 구부러지거나 접힌 구조로 배치될 수 있다. 예를 들어, 이격재(150)를 펼쳤을 때의 최대 폭이 유체 분리막(100)의 최대 폭(W1)보다 클 경우, 이격재(150)는 길이 방향으로 1회 이상 구부러지거나 접혀야 유체 분리막(100) 내부(100s1)로 삽입될 수 있다. 다만, 이 경우에도 본 명세서에서는 이격재(150)의 폭(W3)은 유체 분리막(100) 내부(100s1)에서 구부러지거나 접힌 상태의 제1 방향(X)의 폭으로 정의하기로 한다.

이격재(150)는 두께 방향(제2 방향)으로 유체가 소통할 수 있는 복수의 개구(152)를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 이격재(150)는 그물망 형상을 가질 수 있다. 복수의 개구(152)는 유체 분리막(100) 내부(100s1)에서 유체가 머무르거나 이동할 수 있는 공간을 제공한다.

이격재(150)는 길이 방향(Z)으로 유체 이동 통로(154)를 제공할 수 있다. 유체 분리막(100) 내부(100s1)에서 길이 방향(Z)으로의 유체 이동 통로(154)는 분리된 유체를 유체 분리막(100)의 일단으로 전달하기 위해 필요하다. 만약, 유체 분리막(100)의 내외부(100s1, 100s2)간 압력차이 등에 의해 유체 분리막(100)이 이격재(150)에 완전히 밀착되는 경우, 이격재(150)에 두께 방향으로의 개구(152)만 존재한다면, 유체는 이격재(150)의 개구(152) 내부에 갖히게 되어 유체 분리막(100)의 일단으로 전달되기 어렵다. 이를 방지하기 위해, 이격재(150)는 길이 방향(Z)으로의 유체 이동 통로(154)를 제공하는 구성을 포함할 수 있다. 상기 구성의 예로서, 꼬인 그물망 구조의 이격재(150)가 적용될 수 있다.

꼬인 그물망 구조는, 도 7의 확대도에 예시된 바와 같이, 그물을 구성하는 일 방향의 실(150a)들과 타 방향의 실(150b)들이 서로 교차할 때, 아래로 교차와 위로 교차를 반복하여 이루어진 구성이다. 따라서, 유체 분리막(100)의 내표면이 이격재(150)에 밀착되더라도, 실들(150a, 150b)의 교차 영역에 틈이 유지될 수 있다. 이러한 틈이 길이 방향(Z)의 유체 이동 통로(154)를 제공할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 이격재(150)는 폭(W3) 방향(제1 방향)으로도 유체 이동 통로를 제공할 수 있다. 도 7의 꼬인 그물망 구조는 실들(150a, 150b)의 교차 영역에 틈이 유지되므로, 길이 방향(Z)의 유체 이동 통로(154) 뿐만 아니라, 폭(W3) 방향의 유체 이동 통로도 제공할 수 있다.

이격재(150)는 합성 수지, 나일론, 폴리 에스테르 등의 고분자 물질이나, 금속 재질로 이루어질 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유체 분리막과 이격재의 분해 사시도이다. 도 9는 판상형 유체 분리막을 예시한다.

판상형 유체 분리막(102)은 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 판상형 유체 분리막(102)은 여러 장이 겹치도록 적층될 수 있다. 이웃하는 판상형 유체 분리막(102) 사이의 공간은 혼합 유체가 제공되는 입력 공간(SP_IN)과 혼합 유체로부터 유체 분리막(102)을 통해 분리된 유체가 진입하는 분리 공간(SP_OUT)으로 구분될 수 있다. 입력 공간(SP_IN)과 분리 공간(SP_OUT)은 교대로 배치될 수 있다. 분리 공간(SP_OUT)에 음압이 걸리는 경우, 이웃하는 유체 분리막(102)이 상호 밀착되어 폐쇄되는 것을 방지하기 위해 이격재(150)는 분리 공간(SP_OUT)에 선택적으로 배치될 수 있다.

이하, 상술한 유체 분리 모듈을 포함하는 공기 정화 장치에 대해 상세히 설명한다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화 장치의 개략도이다.

도 10을 참조하면, 공기 정화 장치(200)는 유체 분리 모듈(3) 및 진공 펌프(210)를 포함한다. 도 9에서는 유체 분리 모듈로서 도 3의 유체 분리 모듈(3)이 적용된 경우를 예시하였지만, 다른 다양한 유체 분리 모듈이 적용될 수 있음은 물론이다.

진공 펌프(210)는 유체 분리 모듈(3)에 의해 분리된 공기를 공기 정화 장치(200)가 배치된 공간(실내)의 외부(실외)로 배출시키는 역할을 한다. 진공 펌프(210)는 유로관(220)을 통해 유체 분리 모듈(3)과 연결된다. 유로관(220)은 진공 펌프(210)와 연결되는 한편, 유체 분리 모듈(3)의 유체 배출구 중 분리된 유체를 배출하는 배출구와 연결된다. 예를 들어, 도 3의 실시예에 따른 유체 분리 모듈(3)이 적용되는 경우, 유로관(220)은 제1 유체 배출구(21)와 연결될 것이다. 유로관(220)은 진공 펌프(210)를 지나 공기 정화 장치(200)가 배치된 공간(실내)의 외부(실외)에까지 연장된다. 진공 펌프(210)가 동작을 하면, 유로관(220)에 음압이 걸리고, 이를 통해 유체 분리 모듈(3)로부터 진공 펌프(210) 측으로 분리된 공기가 이동하며, 진공 펌프(210)를 지나 외부로 방출될 수 있다.

공기 정화 장치(200)는 팽창 탱크(230) 및 진공 스위치(240)를 더 포함할 수 있다.

팽창 탱크(230)는 진공 펌프(210)와 유체 분리 모듈(3) 사이의 유로관(220)과 연결된다. 유체 분리 모듈(3)에 의해 분리된 공기는 유로관(220)을 통해 팽창 탱크(230)에 저장된다.

진공 스위치(240)는 팽창 탱크(230)의 압력에 따라 진공 펌프(210)의 동작을 제어한다. 즉, 진공 스위치(240)의 일단은 전원에 연결되고, 타단은 진공 펌프(210)에 연결된다. 진공 스위치(240)의 제어단은 팽창 탱크(230)에 연결된다. 팽창 탱크(230)가 소정 압력 이만이면, 진공 스위치(240)는 턴오프되어 진공 펌프(210)가 동작하지 않는다. 팽창 탱크(230)가 소정 압력 이상이 되면, 진공 스위치(240)는 턴온되어 진공 펌프(210)가 동작하게 된다. 따라서, 유체 분리 모듈(3)에 의해 분리된 공기가 팽창 탱크(230)에 일정량 이상 축적되었을 때에만 진공 펌프(210)가 동작한다. 이처럼, 진공 펌프(210)가 연속적으로 가동되지 않고, 필요시에만 동작하면, 소음을 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 진공 펌프(210)의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

공기 정화 장치(200)는 팬(250)(fan)을 더 포함할 수 있다. 팬(250)은 공기 정화 장치(200)가 배치된 공간(실내)의 공기를 순환시키는 한편, 그 공기를 유체 분리 모듈(3)에 능동적으로 제공하는 역할을 한다. 팬(250)은 유체 분리 모듈(3)의 유체 투입구(25) 근처에 배치될 수 있다. 팬(250)이 동작하면 발생하는 바람에 의해, 유체 분리 모듈(3)에 더 많은 공기가 제공될 수 있다. 팬(250)은 별도로 구비될 수도 있지만, 공기 정화 장치(200)가 구비된 장소의 다른 장치, 예컨대 에어콘, 선풍기, 환풍기 등에 구비된 팬이 활용될 수도 있다. 팬(250)은 공기 정화 장치(200)의 아래쪽이나 위쪽에 위치할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

200: 공기 정화 장치
3: 유체 분리 모듈
210: 진공 펌프
220: 유로관
230: 팽창 탱크
240: 진공 스위치

Claims (8)

1. 유체 분리막을 포함하는 유체 분리 모듈;
   상기 유체 분리 모듈에서 분리된 공기를 외부로 배출시키는 진공 펌프; 및
   상기 유체 분리 모듈과 상기 진공 펌프를 연결하는 유로관을 포함하는 공기 정화 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 유체 분리 모듈과 상기 진공 펌프 사이의 상기 유로관에 연결된 팽창 탱크를 더 포함하는 공기 정화 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 팽창 탱크의 압력에 따라 상기 진공 펌프의 동작을 제어하는 진공 스위치를 더 포함하는 공기 정화 장치.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 유체 분리 모듈은 유체 투입구를 포함하고,
   상기 유체 투입구에 인접 배치된 팬을 더 포함하는 공기 정화 장치.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 유체 분리막은 실리콘 고무를 포함하는 공기 정화 장치.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 유체 분리막은 일 방향으로 연장되고, 단면 형상이 제1 방향의 폭이 제2 방향의 폭보다 큰 폐곡선 형상을 갖는 튜브형 분리막인 공기 정화 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 유체 분리막은 폭 방향이 상기 제1 방향에 대응되도록 상기 유체 분리관의 내부에 배치된 이격재를 더 포함하는 공기 정화 장치.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 유체 분리막은 판상형 분리막이고, 상기 유체 분리 모듈은 적층된 복수의 상기 유체 분리막을 포함하는 공기 정화 장치.
   

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