KR20170094676A - 수막필터를 이용한 공기정화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다량의 이온화 생성과 미세 물 입자 생성 범위가 크고, 넓고, 그리고 지속적으로 유지되어 오염기체 처리가 매우 효과적이며, 강한 물 분사조건에서도 물 분사의 상호충돌에 의해 반응조 내부의 손상 발생이 거의 없고, 기체의 흐름을 방해하지 않아 차압이 발생하지 않고, 발전소 급 대용량까지 처리할 수 있으며, 필터 없이도 미세 먼지가 제거 가능한 공기정화장치에 관한 것이다.

Description

수막필터를 이용한 공기정화장치{air purifing apparatus by water membrane}
본 발명은 수막필터를 이용한 공기정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 서로 마주하여 물이 분사되어 충돌하여서 미세물 입자와 이온을 생성시켜 형성된 수막(무화)필터를 이용하여 공기를 정화하는 장치에 관한것이다.
발전소 및 선박 등에서 사용하는 화석원료를 연소시킨 후 발생하는 NOx, SOx, PM, HC 등이나, 반도체나 기타 제조공정에 사용되는 유독성 기체와 H2S, HF, Cl2, SF6, NF3. 등이나, 또는 폐기물 처리 후 발생하는 다이옥신 등의 대기오염 물질, 온난화 물질 및 미세먼지들은 통상적으로 흡착정화기, 약액을 이용한 습식정화기, 습식과 바이오필터를 이용한 복합바이오정화기 등에 의해 제거되고 있다.
상기 흡착정화기는 정화될 공기에 함유된 미세먼지에 의해 막히거나 상기 정화될 공기에 함유된 유해물질과 반응이 활발하게 일어나지 않아 공기정화효율이 낮다고 하는 문제가 있다.
상기 습식정화기는 분무 약액에 정화될 공기를 접촉시켜 산성 유해물질과 알칼리성 유해물질을 중화시키고 일부 수용성(SOx) 오염 물질과 입자상 큰 미세 먼지(10~40㎛)를 제거하여 정화하지만, 정화될 공기에 함유된 미세먼지에 분무 약액이 접촉되지 않고, 그리고 상기 공기 중에 함유된 유해물 모두와 분무되는 약액과의 접촉이 이루어지지 않아 공기정화효율이 낮다고 하는 문제를 가진다.
상기 복합바이오정화기는 분무 약액에 정화될 공기를 접촉시켜 산성 유해물질과 알칼리성 유해물질을 중화시켜 정화시키고 나서 바이오필터에 의해 정화될 공기에 함유된 산성 유해물질과 알칼리성 유해물질을 제거하지만, 바이오필터에 기생하는 미생물이 비상극 유해물질을 과도하게 소화하거나 상극의 유해물질에 접촉하면 바로 직사한다고 하는 문제점을 가진다.
이러한 문제점을 이용한 정화기가 한국특허등록 제10-0775035호에 개시되어 있다. 상기 개시된 정화기는 정화될 공기가 플라즈마 분위기를 거쳐 흐르게 하여 공기 중의 산소와 질소를 이온화시켜 전기적으로 음이온을 발생시켜서 공기를 정화하고 있지만, 바로 양이온과 반응하여 중성으로 되돌아가고 해로운 오존과 질소산화물을 발생하여 효율적이지 못할 뿐만 아니라, 플라즈마를 발생시키기 위해 고전압이 필요하게 되어 에너지 소모가 많다고 하는 문제점이 있다.
물은 물리화학적 특성 중 하나로서 해리되는 화학적 작용을 한다.
물은 수소원자 2개와 산소원자 1개로 이루어져 있고, 이 물 분자는 양성자 1개, 수산화 이온 1개로 분리된다
H2O ↔ H+ + OH-
이렇게 분리되는 것이 물의 화학적 작용의 시작점 되며 H+는 물속에서 혼자 존재할 수 없으므로 H+ + H2O → H3O+로 붙어서 존재하게 된다.
이것은 H2O + H2O ↔ H3O+ + OH-와 같은 의미이고, 물 분자가 양성자와 수산화이온으로 해리되는 것이다.
물 분자를 구성하는 산소원자가 수소 원자를 양쪽에서 잡고 있다. 수소원자는 매우 작고, 산소는 상대적으로 커서 산소원자에 수소 원자가 양쪽으로 붙어있는 형태가 된 것이며, 이때 산소원자에는 8개의 전자와 양성자가 있고 수소에는 각 1개밖에 없어서 수소가 산소에 붙을 때 수소의 전자는 산소의 전자들과 척력이 작용하여 양성자가 산소 쪽에 가까이 가고 전자는 반대쪽으로 치우치게 된다.
결과적으로 산소 쪽에서 당기는 힘이 커지면서 수소는 전자를 잃게 되어 양성자와 수산화이온으로 분리되는 현상이 발생하여, 물 분자가 H3O+와 OH-로 나뉜다.
이러한 현상은 대기권에서 자외선, 번개 등에 의해 자연적으로 발생하여 지상에서 발생하는 오염원들을 제거하는 자연현상이다.
인위적으로 이온화를 형성시키기 위한 방법으로는 물에 에너지원을 가하여 얻는 방법이 있다.
하지만, 물에 에너지원을 가하여 이온화를 얻는 상기 방법은, 알려진 바에 의하면, OH- 라디칼이 발생하여 소멸하는 반감기(10-9~10-7초)가 매우 짧다고 하는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명은, 상기 문제점들을 해결하기 위해, 물에 의해 정전기가 발생하는 원리(이온화)를 이용하되, OH- 라디칼을 지속적으로 생성하고, 유지하며 및 활성화시켜서, 공기 중에 함유된 오염입자를 제거하는 공기정화장치를 제공하는 것에 과제를 가진다.
또한, 본 발명은 수막(무화)이 형성된 공간에서 OH- 라디칼에 반응하지 않은 오염입자들이 다량으로 미세하게 쪼개어진 물 입자와 합체되게 하여 중력에 의해 자연낙하시켜 공기를 정화하는 장치로서 미세 먼지와 오염기체가 미세화된 물과 최대한 긴 접촉시간과 넓은 면적을 갖게 하여 공기 중에 함유된 오염입자를 제고하는 공기정화장치를 제공하는 것에 과제를 가진다.
물에 의해 정전기가 발생하는 원리(이온화)는 물을 강하게 마찰시키거나, 유동, 분출, 충돌, 파괴를 하면, 정전기가 발생되는 원리이다.
정전기의 발생원리는 물질의 구조와 관계 있고 모든 물질은 원자로 이루고 원자는 양전하를 띠고 있는 중앙의 원자핵과 원자핵의 둘레를 돌고 있는 음전하를 띤 전자로 구성된다. 이때 전하량은 같기 때문에 전기적으로 중성이다.
두 물체를 접촉시키면 한 물체의 원자 내에 있던 전자 중 일부는 두 원자 사이에서 어느 원자도 속박되지 않고 자유 이동하게 되며, 이때 접촉되어있던 한 원자가 떨어져 나가면서 전자가 빠져나온 원자는 양전기를 띠고 전자를 흡수한 원자는 음전기를 띠게 된다.
이렇게 물체가 전하를 띠게 되는 것을 대전이라 하며, 대표적인 것은 켈빈의 물방울 정전기 발생장치가 있다.
이러한 대전을 발생시키는 방식에는 접촉대전, 마찰대전, 박리대전, 유동대전, 분출대전, 충돌대전 등이 있다.
접촉대전은 두 개의 서로 다른 물체가 접촉하였다 분리되는 과정에서 발생하지만 같은 종류의 물체라 하더라도 표면상태의 차이에 따라 접촉 후 분리 현상에 의해서 정전기가 발생한다.
마찰대전은 물체와 물체 사이에 마찰이 발생할 경우 전하 분리가 일어나 발생하는 현상이며, 고체나 액체 분체류에 의해 주로 발생한다.
박리대전은 서로 밀착하고 있던 물체가 떨어질 때 전하 분리가 일어나 정전기가 발생하는 현상으로 물의 사슬구조가 미세하게 분리되어 쪼개어질 때 발생한다. 이때 정전기의 크기는 접촉면의 면적, 밀착력, 분리속도 등에 의해 결정되며 마찰대전보다 더 큰 정전기가 발생한다.
유동대전은 물이나 기름과 같은 액체가 파이프 속을 흐를 때 정전기가 발생하는 현상이며 액체류의 이동속도가 정전기의 세기를 결정한다.
분출대전은 분체, 액체, 기체가 단면적이 작은 분출구로부터 분출할 때 마찰이 일어나 발생하는 현상이다. 정전기 발생원인은 분출물체와 분출구 사이의 마찰에 의해서 발생하는 정전기와 분출되는 물체 상호 간의 충돌, 비산하는 물체의 입도 상태에서도 영향을 받는다. 일반적으로 알려진 정전기의 세기는 분출물과 분출구 사이의 마찰보다 분출물 상호 간의 충돌과 비산하는 분출물의 입도 상태에서 큰 영향을 받는다.
충돌대전은 입자의 충돌에 의한 빠른 접촉, 그리고 분리가 행해지기 때문에 정전기가 발생하는 현상이다.
이러한 각 대전의 크기를 결정하는 것은 두 물체 사이의 접촉 면적의 크기, 두 물체 사이의 압력, 마찰 빈도, 마찰 속도, 온도차, 습도 등에 의해서 영향을 받으며, 대전의 극성을 결정하는 요인으로는 물질의 원자구조, 물체 형태나 모양, 물체의 표면상태 등에 의해서 결정이 된다.
따라서, 본 발명은, 물의 온도를 상승시켜 유지시키고, 고 압력의 에너지원을 연속적으로 가하여 고 압력으로 방출하여 물의 사슬구조를 연속적으로 깨지게 하는 공기정화장치로서, 서로 마주하는 상/하부의 고압 분사노즐에서 방출되는 물이 상호 충돌하면서 발생한 매우 높은 충돌에너지에 의해 물의 입자를 미세화시키면서 강한 정전기(수백만 볼트) 발생 현상을 일으켜 다량의 라디칼을 연속적으로 생성과 소멸을 반복 유지하게 하여, 마치 대기권과 유사한 현상과 같이, 오염입자를 분해 시키거나 또는 오염 입자를 합체하여 제거하는 공기정화장치를 제공함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.
본 발명은, 상기와 같은 과제해결수단에 의해, 다량의 이온화 생성과 미세 물 입자 생성 범위가 크고, 넓고, 그리고 지속적으로 유지되어 오염기체 처리가 매우 효과적이며, 강한 물 분사조건에서도 물 분사의 상호충돌에 의해 반응조 내부의 손상 발생이 거의 없고, 기체의 흐름을 방해하지 않아 차압이 발생하지 않고, 발전소 급 대용량까지 처리할 수 있으며, 필터 없이도 미세 먼지(1 마이크로 이하)가 제거 가능한 공기정화장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시예에 따른 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치의 개념도,
도 2는 도 1의 수막(무화)필터를 만들기 위한 복수개의 상/하류측 노즐에 물을 급송하기 위한 모식 배관도,
도 3은 도 1의 수막(무화)필터에서 정화되는 과정을 나타내는 모식도,
도 4는 도 1의 공기정화장치에 의해 정화된 수치를 나타내는 표,
도 5는 도 4의 조건과 달리하여 도 1의 공기정화장치에 의해 정화된 수치를 나타내는 표,
도 6은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 2단 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치의 개념도,
도 7은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 1단 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치의 개념도로서, 오염기체가 위에서 아래로 하여 다시 위로 유동하는 타입의 공기정화장치의 개념도,
도 8은 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 2단 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치의 개념도로서, 오염기체가 아래에서 위로하여 다시 아래로 그리고 다시 위로 유동하는 타입의 공기정화장치의 개념도, 및
도 9는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 2단 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치의 개념도로서, 오염기체가 위에서 아래로 하여 다시 위로 유동하는 타입의 공기정화장치의 개념도.
이하, 본 발명에 따른 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 1에는 본 발명의 실시예에 따른 미세물 입자와 이온을 생성시켜 형성된 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치가 부호 100으로서 지시되어 있다.
상기 공기정화장치(100), 도 1에 도시된 바와 같이, 상류단인 하단이 오염공기공급라인(11)의 하류단에 유통하게 접속되어 있고 하류단인 상단이 청정공기배출구(12)의 하류단에 유통하게 접속된 내부 반응조(10), 상기 내부 반응조(10)에서 방사방향으로 일정 간격 이격되어 상기 내부 반응조(10)을 에워싸고 있는 외부 포집조(20), 상기 오염공기공급라인(11)의 하류단 보다 하류측인 위쪽의 상기 내부 반응조(10)의 하부에 배치된 예를 들면 스크류형상 또는 사이클론 입구형상의 와류유도체(30), 상기 와류유도체(30)에서 하류측인 위로 이격되어 상기 내부 반응조(10) 내부에 둘레방향 및 방사방향으로 이격되어 배치되어 하류측인 위로 개구된 복수개의 상류측 노즐(40), 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에서 하류측인 위로 이격되어 상기 내부 반응조(10) 내부에 둘레방향 및 방사방향으로 이격 배치되어 상류측인 아래로 개구된 복수개의 하류측 노즐(50), 상기 내부 반응조(10)와 상기 외부 포집조(20)를 서로 유통시키기 위해 상기 내부 반응조(10)의 상부 벽부에 형성된 적어도 하나의 유통구(60), 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 청정공기배출구(12) 사이에 배치되어 상기 복수개의 하류측 노즐(50)을 통과한 공기 중에 함유된 무거운 입자 및 수분과 부딪쳐서 상기 무거운 입자와 상기 수분을 상기 복수개의 유통구(60)를 경유하여 상기 내부 반응조(10)와 상기 외부 포집조(20) 사이에 형성된 포집공간으로 유도하는 형상을 가진 배플(70)을 포함하고 있다.
상기 내부 반응조(10)의 하단에는 내부드레인구(13)가 접속되어 있고, 그리고 상기 외부 포집조(20)의 하단에는 상기 내부 반응조(10)와 유통하는 외부드레인유통구(23)가 접속되어 있다.
상기 오염공기공급라인(11)의 상류단은 도시되지 않은 오염공기공급원에 접속되어 있고, 그리고 상기 오염공기공급라인(11)의 도중에는 이송되는 오염공기의 온도를 상승시켜 반응성을 활성화 시키기 위해 예를 들면 60~100℃로 가온시킬 수 있는 발열체(14)가 개재될 수도 있다.
상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)은 상류단이 물공급탱크(80)에 접속되어 있고 도중에 물흐름방향에서 순차적으로 고압펌프(85)가 개재된 물공급라인(81)의 하류단에 접속되어 있다. 또한, 상기 물공급라인(81) 중 고압펌프(85)보다 하류측에 위치된 상기 물공급라인(81)의 부위에 이온화생성활성보조장치(86)가 개재될 수도 있다.
상기 물공급라인(81)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 도중에 물흐름방향에서 순차적으로 압력조절밸브(87, 88)와 개패밸브(82, 83)가 개재된 2개의 분기라인(81a, 81b)으로 분기되어 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에 접속되어 있고, 상기 2개의 분기라인(81a, 81b)은 도중에 노즐용 유량조절밸브(87a, 88a)가 개재된 복수개의 제2분기라인(89)을 경유하여 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에 접속되어 있다.
상기 고압펌프(85)는 10~1,000bar의 압력을 형성하여 상기 물공급라인(81)에서 물이 유동하게 하며, 상기 물은 압력조절밸브(87, 88)와 개폐밸브(82, 83)를 순차적으로 통하여 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에 급송된다.
상기 고압펌프(85)는 분기라인(81a, 81b)에 각각 개재될 수도 있다.
상기 물공급라인(81)에서 공급되는 물이 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)을 통하여 서로 마주하는 방향으로 고압으로 분사되어, 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40) 사이의 상기 내부 반응조(10) 내에 많은 물 입자와 이온이 생성되는 수막(무화)필터(90)가 형성되게 된다.
이를 구체적으로 설명하면, 다음과 같다.
상기 복수개의 하류측 노즐(50)은 0,1~8mm 오리피스를 가지며, 상기 복수개의 상류측 노즐(40)은 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 동일한 수량과 구경을 갖게 되어서, 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에 의해 물 입자를 강력하게 하류측인 위로 분무시켜 상기 물 입자를 승강시켜서 1차 이온화시키고 미세화시킨다.
상기 1차 이온화되고 미세화되어 하류측으로 이동하는 물 입자는 상기 복수개의 하류측 노즐(50)에 의해 강력하게 상류측인 아래로 분무되되어 상류측으로 이동하는 물 입자와 2차로 서로 강하게 충돌하여서, 다량의 이온화(수산기)와 미세 입자를 생성하는 수막필터(90)가 형성되게 한다.
여기에서 상기 복수개의 하류측 노즐(50) 보다 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에서 분사되는 압력이 10~50% 낮게 조절되게 상기 압력조절밸브(87, 88)로 조정하여 만든 후 충돌시켜 수막필터(90)를 형성시킬 수도 있다.
오염 기체 정화의 최적화를 위해, 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40) 중 어느 한 측은 도시되지 않은 높낮이 조절기가 구비될 수도 있다. 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40) 간의 거리는 예를 들면 30~900mm 정도에서 상기 높낮이 조절기에 의해 조절될 수 있다.
또한, 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에서 분사되는 각도는 15~80도로 설정될 수 있고, 그리고 분사되는 유량은 1~100리터/분이다.
또한, 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에서 분사되는 유량들은 최적의 미세 물 입자와 이온을 생성시키는 수막필터(90)의 형성을 위해 상기 압력조절밸브(87, 88)과 상기 노즐용 유량조절밸브(87a, 88a)에 의해 조절되어 동일하지 않을 수도 있다.
상기 물공급탱크(80)에 저장된 물의 온도는 상기 물공급탱크(80)에 구비된 도시되지 않은 히터에 의해 25도 이상으로 유지되게 된다.
상기 실시예에서 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)은 오염기체가 하류측으로 이동하여 배출되는 진행방향과 평행하게 물 분사 노즐을 복수개 설치되어 배열된 수직자세로 되어 있고 상/하 노즐부가 1단으로 설치되어 있지만 본 발명은 이에 한정하지 않고 유입되는 오염기체의 양과 종류 및 가스의 분자량에 따라 도 6에 도시된 바와 같이, 상/하 노즐부를 2단으로 설치할 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 오염 기체 유입구(11)가 내부 반응조(10)의 상부에 접속되어 상부에서 하부로 오염기체가 상기 내부 반응조(10) 내에서 유동하다가 외부 포집조(20)가 상기 내부 반응조(10) 옆에 배치되어 상기 적어도 하나의 유통구(60)을 통하여 상기 외부 포집조(20)의 아래로 해서 위로 유동할 수도 있으며, 이때는 와류발생기(30) 및 발열체(14)가 상류측인 상부에 설치되고 상/하부의 노즐 분사조건도 바뀐다.
또한, 본 발명은 유입되는 오염기체의 양과 종류 및 가스의 분자량에 따라 도 8에 도시된 바와 같이, 오염 기체 유입구(11)가 하부에 접속된 상기 내부 반응조(10)에 다른 하나의 내부 반응조를 배치하고 상기 내부 반응조(10)와 상기 다른 하나의 내부 반응조를 서로 유통시키는 유통구를 상부에 마련하고, 외부 포집조(20)가 상기 다른 하나의 내부 반응조 옆에 배치하고, 상기 적어도 하나의 유통구(60)를 통하여 외부 포집조(20)와 상기 다른 하나의 내부 반응조가 하부에 배치되어, 오염기체가 상기 내부 반응조(10)의 하부에서 위로 올라가 상기 다른 하나의 내부 반응조의 상부를 거쳐 다리 아래로 내려가 상기 적어도 하나의 유통구(60)를 통하여 상기 외부 포집조(20)의 아래로 해서 위로 유동할 수도 있다.
또한, 본 발명은 유입되는 오염기체의 양과 종류 및 가스의 분자량에 따라 도 9에 도시된 바와 같이, 오염 기체 유입구(11)가 하부에 접속된 상기 내부 반응조(10)에 다른 하나의 내부 반응조를 배치하고 상기 내부 반응조(10)와 상기 다른 하나의 내부 반응조를 서로 유통시키는 유통구를 상부에 마련하고, 외부 포집조(20)가 상기 다른 하나의 내부 반응조 상단에 배치하여, 오염기체가 상기 내부 반응조(10)의 상부에서 아래로 내려가 상기 다른 하나의 내부 반응조의 하부를 거쳐 다시 위로 올라가게 유동할 수도 있다.
또한, 오염기체의 진행 방향이 수직방향 대신에 수평 또는 경사방향을 유지하면서 전체 구조가 수평 또는 경사형태가 될 수도 있다.
상기 이온화생성활성보조장치(86)는 농도가 높은 오염기체가 유입될 경우를 대비하여 상기 고압 펌프(85)에서 공급되는 물속에서 추가적으로 이온화 생성을 활성화시키는 작용을 한다.
상기와 같이 구성된 미세 물 입자와 이온을 생성시키는 수막(무화)필터를 이용한 공기정화장치(100)는 다음과 같이 작동될 수 있다.
대기 오염 기체와 온난화 기체(이하 오염 공기)가 오염공기공급라인(11)을 경유하여 상기 내부 반응조(10) 내로 진입하기 전에 상기 오염공기공급라인(11) 도중에 개재된 발열체(14)에 의해 가온되어 반응성이 활성화된 상태에서, 상기 내부 반응조(10)의 하부인 상류단에 유입된다.
상기 내부 반응조(10)의 상류단에 유입된 가온 오염공기는 상기 와류유도체(30)의 가이드를 받아 와류로 되어서 상기 복수개의 상류측 노즐(40)로 진입하게 된다.
여기에서, 상기 가온 오염공기의 와류속도가 적절한 와류형성을 형성하는 데 적절치 않은 저속일 때에는 상기 발열체(14) 보다 상류측에 있는 상기 오염공기공급라인(11)의 부위에 도시되지 않은 송풍기가 개재되어 이 송풍기에 의해 와류속도를 3~40m/sec의 유속을 발생시킬 수도 있다.
상기 내부 반응조(10) 내로 유입되는 오염기체는 상기 와류유도체(30)에 의해 와류로 형성되게 되며, 특히 자중을 가진 오염기체는 상기 내부 반응조(10)의 내벽을 따라 회전하면서 하류측으로 이동하게 하게 된다.
상기 와류 상승 오염기체가, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 수막필터(90)를 통과하는 과정에서 물이 이온화된 수산기에 의해 반응하여 수용화되어서, 무거워지거나 10 마이크로 이상과 2,5마이크로 이하의 크기를 가진 미세먼지와 불용성 입자는 미세 분무 물에 의해 서로 합체되어 더욱 무거워진 입자로 되어 상기 내부반응조(10)의 내벽으로 와류에 의해 안내되었다가 자연 낙하하여 상기 내부반응조(10)의 바닥으로 모이게 된다.
상기 합체되어 더욱 무거워진 입자들 중, 상기 와류 상승 오염기체와 함께 상기 수막필터(90)과 상기 복수개의 하류측 노즐(50)을 통과한 상기 더욱 무거워진 입자들은 원심력에 의해 상기 유통구(60)를 통하여 상기 외부 포집조(20) 내로 들어가 상기 외부 포집조(20)의 내벽을 따라 자연 낙하하여 상기 외부포집조(20)의 바닥으로 모이게 된다.
상기 유통구(60)를 통하여 상기 외부 포집조(20)의 바닥으로 내려가지 못한 오염기체에 함유된 상기 더욱 무거워진 입자들과 수분은 상기 배플(70)에 부딪치어 상기 배플(70)의 안내를 받아 다시 상기 유통구(60)를 통하여 상기 외부포집조(20) 내로 들어가 상기 외부 포집조(20)의 내벽을 따라 자연 낙하하여 상기 외부포집조(20)의 바닥으로 모이게 된다.
여기에서 상기 배플(70)은 도시되지 않은 가열수단에 의해 5~6℃로 유지하면 기액분리 작용에 도움이 되어 바람직하다.
상기 배플(70)을 비켜서 통과한 정화기체는 상기 청정공기배출구(12)를 통하여 외부로 배출되게 된다.
아울러, 내부반응조(10)와 외부반응조(20)의 내벽을 따라 낙하된 오염입자들은 상기 내부드레인구(13)를 통하여 도시되지 않은 오염입자저장탱크에 저장되게 된다.
상기와 같이 구성된 수막필터를 이용한 공기정화장치(100)에 의하면, 예를 들면 도 4에 도시된 바와 같이 상하노즐 간격(350mm)이 좁고 노즐분사압력(80bar)이 높을 때 정화효율이 99% 이상이고, 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 상하노즐 간격(600mm)이 넓고 노즐분사압력(20bar)이 낮을 때 정화효율이 97% 이상으로 나타났다.
상기와 같이 구성된 수막필터를 이용한 공기정화장치(100)에서는 수막필터의 부근영역에서 고압 노즐에 의해 상부와 하부에서 물을 고압 방출 후 상호 충돌시켜 미세화시키는 과정에서 수십~수백만개의 이온이 연속적으로 발생하고, 또한 수막 필터를 형성시켜 접촉면적을 넓게 만들어주면서 접촉시간을 지속적으로 형성시키고, 와류유도체에 의해 와류로 형성된 수용성 유해 기체 또는 불용성 유해 입자상 기체를 미세하게 분산된 물과 합체하여 포집 또는 레디칼 반응시켜 분해 비중으로 내부반응조(10)와 외부반응조(20)의 내벽을 따라 낙하시켜 제거하는 것이 가능하며, 특히 부피가 큰 기체를 미세 물에 의해 합체 액상화하여 부피축소(1/700~1,800)시켜 오염 기체물질을 저비용으로 용이하고 완벽하게 99% 제거할 뿐만 아니라 2차 생성물이 발생하지 않은 작용효과를 제공할 수 있다.
상기 내부드레인구(13)를 통하여 오염수와 함께 상기 오염입자저장탱크에 저장된 오염입자들은 본 발명자에 의해 2016년 1월 27일자로 특허출원되어 계류중인 특허출원 제10-2016-0010214호에 제안된 영구필터조립체에 의해 고형물로서 오염수와 분리되어 별도로 처리될 수 있다.
상기 실시예에서, 공기정화장치(100)가 공기정화를 위해 내부반응조(10), 외부포집조(20), 와류유도체(30), 상류측 노즐(40), 하류측 노즐(50), 유통구(60), 및 배플(70)을 포함하는 것으로 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 99%의 정화효율보다 낮은 효율로도 허용되는 처리장치에 상기 공기정화장치(100)가 적용되는 경우에는 상기 공기정화장치(100)는 내부반응조(10)에 상류측 노즐(40)와 하류측 노즐(50)만을 필수적으로 구비한 상태에서, 상기된 나머지 구성요소들(20, 30, 60 및 70)중 적어도 하나가 부가적으로 구비될 수도 있다.
또한, 상기 실시예의 변경실시예로서 상기 외부 포집조(20)가 상기 내부 반응조(10)에서 방사방향으로 일정 간격 이격되어 상기 내부 반응조(10)을 전체적으로 에워싸고 있고, 상기 내부 반응조(10)의 하단에 내부드레인구(13)가 접속되어 있고, 그리고 상기 외부 포집조(20)의 하단에 외부드레인구가 접속될 수도 있다.
본 발명이 상기 실시예들을 고려한 것과 연관하여 설명되어 있지만, 본 발명이 상기된 실시예들에 제한받지 않고 모든 수정물 및 등가물을 망라하도록 확대해석의 정신과 범주 내에서 포함된 다양한 공기정화장치 및 이 공기정화장치를 구비한 공기정화시스템을 포함할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 내부반응조, 20: 외부포집조, 30: 와류유도체, 40: 하부노즐, 50: 상부노즐, 60: 유통구, 70: 배플, 80: 물공급탱크, 90: 수막필터, 100: 공기정화장치

Claims (5)

  1. 오염공기공급라인(11)의 하류단에 상류단이 유통하게 접속되어 있고 청정공기배출구(12)의 하류단에 하류단이 유통하게 접속된 적어도 하나의 내부 반응조(10),
    상기 내부 반응조(10) 내부에 배치되어 하류단 방향으로 개구된 적어도 하나의 상류측 노즐(40),
    상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40)에서 하류단 방향으로 이격되어 상기 내부 반응조(10) 내부에 배치되어 상류단 방향으로 개구된 적어도 하나의 하류측 노즐(50)
    상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)과 상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40)은 상류단이 물공급탱크(80)에 접속되어 있고 도중에 물흐름방향에서 순차적으로 펌프가 개재된 물공급라인(81)의 하류단에 접속되어 있고,
    상기 물공급라인(81)에서 공급되는 물이 상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)과 상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40)을 통하여 서로 마주하는 방향으로 분사되어, 상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)과 상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40) 사이의 상기 내부 반응조(10) 내에 미세 물 입자와 이온가 생성되는 수막필터(90)가 형성되는 것을 특징으로 하는 수막필터를 이용한 공기정화장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 오염공기공급라인(11)의 하류단 보다 하류측에 있고 상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40) 보다 상류측에 있는 상기 내부 반응조(10)의 부위에 배치된 와류유도체(30) 및
    상기 오염공기공급라인(11)을 통하여 이송되는 오염공기의 온도를 상승시켜 반응성을 활성시키기 위해 상기 오염공기공급라인(11)의 도중에 개재된 발열체(14)
    중 적어도 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수막필터를 이용한 공기정화장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내부 반응조(10)에서 방사방향으로 이격되어 상기 내부 반응조(10)에 유통하게 외접 또는 내접되어 배치되거나 상기 내부 반응조(10)의 옆에 유통하게 배치된 외부 포집조(20),
    상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)과 상기 청정공기배출구(12) 사이에 배치되어 상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)을 통과한 오염공기 중에 함유된 무거운 입자 및 수분과 부딪쳐서 상기 무거운 입자와 상기 수분을 상기 내부 반응조(10) 또는 상기 외부 포집조(20)의 하부로 유도하는 형상을 가진 배플(70), 및
    상기 내부 반응조(10)의 하단에 접속된 내부드레인구(13)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수막필터를 이용한 공기정화장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 물공급라인(81) 중 상기 펌프보다 하류측에 위치된 상기 물공급라인(81)의 부위에 이온화생성활성보조장치(86)가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 수막필터를 이용한 공기정화장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40)과 상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)은 상기 내부 반응조(10) 내부에 둘레방향 및 방사방향으로 이격되어 배치되어 있고,
    상기 물공급라인(81)은, 도중에 물흐름방향에서 순차적으로 압력조절밸브(87, 88)와 개패밸브(82, 83)가 개재된 2개의 분기라인(81a, 81b)으로 분기되어 상기 적어도 하나의 하류측 노즐(50)과 상기 적어도 하나의 상류측 노즐(40)에 접속되어 있고,
    상기 2개의 분기라인(81a, 81b)은 도중에 노즐용 유량조절밸브(87a, 88a)가 개재된 복수개의 제2분기라인(89)을 경유하여 상기 복수개의 하류측 노즐(50)과 상기 복수개의 상류측 노즐(40)에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 수막필터를 이용한 공기정화장치.
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