KR20180078832A - 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 관한 것으로, 공기 중에 함유된 먼지 및 미생물을 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 방출노즐 라인에 연결되어 공기 입자들에 함유된 오염물질(먼지 및 미생물)을 살균 처리하는 살균부를 포함하는 구성에 의해, 공기 중의 먼지 및 미생물 검출과 동시 이들 오염물질들을 제거하여 처리까지 가능한 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템을 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기 입자에 함유된 금속성 미세 먼지 입자와 함께 유해 미생물들을 검출함과 동시 이러한 오염물질들을 제거하여 처리하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 관한 것이다.
산업이 발전함에 따라 그만큼 오염 물질이 많이 발생하고 있다. 오염 물질에는 다양한 유해 물질이 포함되어 있으며, 최근에는 미세먼지나 미생물과 같이 주변에서 흔하게 접할 수 있는 물질에 의해 치명적인 피해를 받을 수 있다고 밝혀지고 있고, 일기예보 등에서도 미세먼지 농도에 대한 예보를 포함하고 있다. 미세먼지와 미생물에 대한 실질적인 피해를 예방하고 줄이기 위해서는, 상술한 국가적/지역적인 규모의 예보 외에도, 사람이 많이 모이는 공공장소나 시설에서 지속적인 모니터링과 조치가 필수적이라고 할 수 있다. 따라서 미세먼지와 미생물을 매우 정밀하게 검출할 수 있는 장치에 대한 연구 개발이 이루어지고 있다.
한편, 하기의 선행기술문헌에 개시된 특허문헌들로서, 공개특허 제10-2012-0071453호(미생물 검출장치)는 하부 광출사구(36)가 광스토퍼(323)의 둘레에 형성되고 적절한 정도의 산란광이 그 구멍을 통해 출사하도록 하기 위해서는 구멍 사이즈가 커야 하기 때문에, 오히려 하부 광출사구(36)를 통해 잡광이 입사될 우려가 있다. 또한 광원부(33)로부터의 광을 측정 샘플이 유입되는 타원경(32)의 제1초점(321)이 아닌, 광스토퍼(323)에 포커싱하기 때문에 검출 효율이 떨어진다. 이는 산란하지 않은 광원부(33)의 광이 잡광으로 작용하는 것을 방지하기 위한 불가피한 조치로 판단되지만, 검출 효율 저하의 원인이 된다.
더욱이, 등록특허 제10-1574435호(미세먼지 및 미생물 검출장치) 및 특허문헌 03 : 공개특허 제10-2016-0103287호(미세먼지 및 미생물 검출장치)는 상기 공개특허 제10-2012-0071453호(미생물 검출장치)의 문제점을 개선하는 기술이기는 하나, 광조사가 이루어지는 샘플실이 여전히 상기의 공개특허 제10-2012-0071453호(미생물 검출장치)에 개시된 샘플실과 같은 계란형 형태를 그대로 채용하고 있는 관계로, 샘플실 몸체의 크기가 심플하면서도 소형화할 수 없는 점에서 공기 청정이 요구되는 소형 장치에 적용하기에는 무리가 있다.
아울러, 이러한 상기의 선행기술문헌 특허들은 단지 공기 입자들에 함유된 먼지 및 미생물을 검출하는 용도로만 사용될 뿐이지, 먼지 및 미생물과 같은 오염물질들을 처리하여 제거하는 기술까지는 구현되지 못하고 있는 실정이다.
비특허문헌 01 : 광 산란 동시 검출을 통한 실시간 미생물, 미세먼지 농도 측정 시스템(카이스트 논문, 2011, 저자: 이협)
전술된 문제점들을 해소하기 위한 본 발명은, 공기 입자들에 함유된 미세먼지와 미생물과 같은 오염물질들을 검출하면서도 동시에 이들을 처리하여 제거까지 할 수 있는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템을 제공함에 그 목적을 두고 있다.
전술된 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 공기 중에 함유된 먼지 및 미생물을 검출하는 검출부와, 상기 검출부의 방출노즐 라인에 연결되어 공기 입자들에 함유된 오염물질(먼지 및 미생물)을 살균 처리하는 살균부를 포함하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 일 특징이 있다.
상기 검출부는, 콤팩트한 구조로 소형이면서 단일빔이 적용된 몸체 구조로 이루어지되, 상기 몸체 내부에 레이저 광이 조사되면서 반사되고, 주입된 공기입자들이 머물게 되는 반구형의 조사실과, 상기 몸체의 상부에서 하부로 관통되는 형태로 설치되어, 공기입자들을 주입하는 주입노즐과 공기입자들을 방출하는 방출노즐과, 상기 몸체의 일측에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드와, 상기 몸체의 중앙 하단에 설치되어 상기 레이저 다이오드로부터 조사되는 레이저광이 상기 조사실에서 반사되는 과정에서 주입된 공기입자들을 관통하면서 공기입자들에 함유된 먼지 및 미생물을 감지하여 탐지하는 탐지기, 및 상기 레이저 다이오드로부터 조사되어 조사실 내로 입사된 레이저광의 주광선 중에 공기 입자들과 충돌하지 않은 광을 정지시켜 상기 조사실 내에서 산란광 이외의 잡광이 상기 탐지부로 출사되는 것을 방지하는 광 구속트랩을 포함하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 일 특징이 있다.
상기 조사실 내에 설치되어 상기 공기 입자들에 함유된 먼지를 자기력으로 집진하는 영구자석과, 상기 레이저 다이오드와 상기 영구자석 사이에 설치되어 상기 레이저 다이오드로부터 조사되는 레이저 광을 분산시키는 제1 렌즈와, 상기 조사실의 표면에 부착되어 상기 조사실 표면으로 흡수될 수 있는 레이저 광의 흡수를 방지하면서 반사시키는 박막과, 상기 박막과 상기 광 구속트랩의 사이에서 순차적으로 설치되되 상기 박막으로부터 반사되는 분산된 레이저광을 수렴하여 평행 레이저 광으로 유도하는 제2 렌즈와, 상기 제2 렌즈로부터 투과되는 평행 레이저 광을 분산시켜 상기 광 구속트랩으로 투과시키는 제3 렌즈를 더 포함하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 일 특징이 있다.
상기 박막은 레이저 광이 조사실 표면으로 흡수되는 것을 최소화하기 위해 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)이 여러 겹으로 쌓인 다층박막미러인 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 일 특징이 있다.
상기 살균부는, 플라즈마와 광촉매가 융합된 것으로, 상기 검출부의 방출노즐 라인에 연결되어 공기 입자들을 집진하여 유전체 배리어 방전을 통하여 공기 입자상 오염물질(먼지 및 미생물)을 제거하는 2단형 전기집진기와, 상기 전기집진기 후단에서 순차적으로 직렬 연결되어 유전체 배리어 방전으로 생성된 오존을 분해하고 2차적인 가스상 오염원을 분해하여 입자상 및 가스상 오염물질의 동시처리하는 광촉매 필터, 및 상기 광촉매 필터의 후미에 연결되어 상기 광촉매 필터를 통하여 여과되지 못한 잔여 미생물들을 살균 처리하는 자외선램프를 더 포함하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 일 특징이 있다.
상기 자외선램프는, 장기간 사용이 가능하여 주기적 교체가 불필요한 자외선 발광다이오드(UV-LED)가 이용되는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템에 일 특징이 있다.
이상, 본 발명에 의하면, 공기 입자들에 함유된 미세먼지 및 미생물과 같은 오염물질들을 검출함과 동시 이들 물질들을 제거 처리하여 공기 청정을 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 그 외관이 심플하면서도 소형화되어 공기 청정 처리가 요구되는 장치들 중 소형 장치들에 접목되어 활용될 수 있는 관계로, 생활 가전 장치들에 이르기까지 확장되어 적용될 수 있고, 일상 생활 가운데에서 공기 청정 효과가 높아 소비자들의 호흡 기관 안전성 확보에 따른 인체의 건강성 향상 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 의하면, 시스템의 구성을 최소화하면서도 시스템에 단일빔 적용이 가능함에 따라, 시스템의 제작에 따른 원가 비용을 절감할 수 있으며, 이는 곧 동종업계에서의 제품 경쟁에서 우선적으로 시장 확보 및 그 선점권을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템을 간략히 블록화하여 도시한 모식도,
도 2는 도 1에 도시된 검출부의 외관을 일례로 도시한 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 검출부의 외관에 해당되는 몸체에 설치 구성되는 구성 요소들을 개념적으로 분리하여 도시한 분리 모식도,
도 4는 도 2에 도시된 몸체 내에서의 레이저 광 조사에서부터 광 구속 트랩에 이르기까지 개념적으로 간략히 도시한 모식도,
도 5는 도 1에 도시된 살균부에 구성되는 구성 요소들을 간략히 블록화하여 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템이 적용될 수 있는 일례로서 기존 소독기에 대하여 간략히 개념적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 검출부의 외관을 일례로 도시한 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 검출부의 외관에 해당되는 몸체에 설치 구성되는 구성 요소들을 개념적으로 분리하여 도시한 분리 모식도,
도 4는 도 2에 도시된 몸체 내에서의 레이저 광 조사에서부터 광 구속 트랩에 이르기까지 개념적으로 간략히 도시한 모식도,
도 5는 도 1에 도시된 살균부에 구성되는 구성 요소들을 간략히 블록화하여 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템이 적용될 수 있는 일례로서 기존 소독기에 대하여 간략히 개념적으로 도시한 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 셔틀콕에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 구성 요소들을 이용하는 점에 주된 특징이 있는 관계로 시스템의 세부적인 구조 및 형태에 대해서는 생략되었음을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 공기 중에 함유된 먼지 및 미생물을 검출하는 검출부(1)와, 상기 검출부의 방출노즐 라인에 연결되어 공기 입자들에 함유된 오염물질(먼지 및 미생물)을 살균 처리하는 살균부(100)를 포함하는 시스템이다.
여기서, 상기 검출부(1)는 도 2에 도시된 바와 같이 콤팩트한 소형의 외관을 갖는 몸체(C)로 구성되며, 상기 몸체(C)를 관통하는 방식으로 설치된 주입노즐(10) 및 방출노즐(11)로 구성될 수 있다. 상기 주입노즐(10)은 공기 입자들을 주입하는 용도이며, 상기 방출노즐(11)은 검출된 공기 입자들이 방출되는 용도이다.
이러한 상기 몸체(C) 내는 레이저 다이오드(20), 제1 렌즈(30), 영구자석(40), 조사실(50), 박막(51), 탐지기(60), 제2 렌즈(70), 제3 렌즈(80), 광 구속 트랩(90)을 포함한다.
상기 레이저 다이오드(20)는 레이저 빔을 조사하는 용도이며, 상기 제1,2,3 렌즈(30, 70, 80)는 레이저 광을 분산하거나 수렴하는 용도이고, 상기 영구자석(40)은 공기 입자들에 함유된 오염물질 중 금속입자들이 포함된 먼지들을 자력으로 1차 제거하는 용도이며, 상기 조사실(50)은 상술된 선행문헌의 특허문헌들에 개시된 계란형과 달리 반구형으로 이루어지며, 조사된 레이저 광의 반사가 일어나고, 공기 입자들이 머물면서 레이저 광에 의해 오염물질들이 검출되는 실내 공간이며, 상기 탐지기()는 공기 입자들에 함유된 오염물질들을 감지하여 검출하는 장치이고, 상기 광 구속트랩(90)은 산란되는 레이저 광을 잡아 소멸시키는 장치이다.
특히, 상기 조사실(50)의 벽면에는 조사실(50)과 동일한 형태의 반구형 박막(51)이 부착되어 배치된다. 조사실(50) 내로는 도 3에 도시된 바와 같이 공기 입자(측정샘플), 예컨대 에어로졸이 유입될 수 있다.
상기 레이저 다이오드(20)가 조사실(50) 내부에 있는 에어로졸(측정샘플)을 향해 레이저 광을 조사하고, 에어로졸(측정샘플)의 입자에 충돌하여 산란 및 굴절되어 출사되는 광을 집광하여 미세먼지 및 미생물의 존재 및 그 량을 검출한다.
특히, 레이저 광은 에어로졸(측정샘플)의 입자에 충돌하면서 산란광 및 자기 형광이 동일한 경로를 통해 조사실(50)에서 출사되며, 이를 분광하여 탐지기(60)로 전송한다. 상기 탐지기(60)는 산란광과 형광을 각각 수신하여 검출 신호를 발생하여 신호처리부(미도시)로 전송시켜 신호처리부로 하여금 검출 신호를 이용한 미세먼지와 미생물의 존재 유무 및 그 량을 산출하게 된다.
도면에서 나타낸 바와 같이, 하나의 몸체(C)에 있어 광 입사 부위에는 레이저 다이오드(20)가 연결되어 조사실(50) 내로 광을 조사한다. 조사실(50) 내로 조사된 광 중에서 조사실(50) 내의 에어로졸(측정샘플) 내에 있는 먼지나 미생물에 의한 산란이나 자기 형광에 따른 파장 변화를 겪지 않는 광은 광 구속트랩(90)으로 출사되고, 에어로졸(측정샘플) 내 입자와 충돌한 산란광은 반구형 박막(51)에 의해 탐지기(60)로 출사된다.
상기 박막(51)은 레이저 광이 조사실(50) 표면으로 흡수되는 것을 최소화하기 위해 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)이 여러 겹으로 쌓인 다층박막 미러로 이루어짐이 바람직하다.
상기 레이저 다이오드(20)와 상기 영구자석(40) 사이에는 제1 렌즈(30)가 배치되어 레이저 다이오드(20)의 레이저 광을 조사실(50) 내 정해진 지점으로 분산시킨다. 여기서 정해진 지점은 도 4와 같이 조사실(50)의 중앙 지점 부위이며, 이 부위로는 에어로졸(측정샘플)이 유입된다. 따라서 레이저 다이오드(20)의 광 초점과 측정샘플의 유입 위치가 일치하여 검출 능력이 향상된다.
상기 몸체(C)에는 유입구로서 주입노즐(10)이 연결되고, 주입노즐(10)을 통해 측정샘플인 에어로졸이 조사실(50)로 유입되며, 그 위치는 상술한 바와 같이 바람직하게는 레이저 다이오드(20)의 레이저 광이 집중되는 부위이다. 상기 주입노즐(10)의 반대측 샘플실 몸체(C)에는 배출구로서 방출노즐(11)이 연결되어 구비되고, 조사실(50) 내의 측정샘플 에어로졸을 조사실(50) 외부로 배출한다.
반구형 박막(50)은 도 4와 같이 두 개의 초점을 가진다. 레이저 다이오드(20)로부터 입사된 레이저 광이 실질적으로 박막(51)의 어느 한 지점으로 수렴되어 에어로졸에 조사된다. 에어로졸 내 입자와 충돌한 레이저 광은 산란하여 굴절되면서 박막(51)의 다른 어느 한 지점으로 향하게 되고, 이 지점에서 반사되어 탐지기(60)를 거쳐 방출노즐(11)을 통해 외부로 출사된다.
한편, 상기 박막(51)과 상기 광 구속트랩(90)의 사이에는 순차적으로 제2 렌즈(70) 및 제3 렌즈(80)가 설치되되, 상기 제2 렌즈(70)는 상기 박막(51)으로부터 반사되는 굴절되는 레이저 광을 수렴하여 평행 레이저 광으로 유도하게 되고, 상기 제3 렌즈(80)는 상기 제2 렌즈로부터 투과되는 평행 레이저 광을 분산시켜 상기 광 구속트랩(90)로 투과시킨다.
한편, 몸체(C)의 광 구속트랩(90)은 조사실(50) 내로 입사된 주광선 중에 에어로졸의 입자들과 충돌하지 않은 광을 잡아 소멸시키는 역할을 수행한다. 이로 인하여, 조사실(50) 내에서 산란광 이외의 잡광이 탐지기(60)로 출사되는 것을 최소화할 수 있다.
특히, 광 구속트랩(90)은 원뿔형이고, 이러한 원뿔형은 꼭지점이 출사되는 광의 경로를 향하도록 배치되고, 그 둘레를 몸체(C)가 감싸는 방식이다. 따라서, 원뿔형에 충돌한 광이 직반사하는 것을 최대한 방지한다. 원뿔형의 표면 및 그와 대응하는 부위의 몸체(C) 표면에는 스펀지 등과 같이 광을 흡수하는 부재가 배치될 수 있다.
이와 같은 검출부(1)는 에어로졸을 주입노즐(10)을 통해 조사실(50) 내부로 유입시키면 조사실(50)로 입사되는 레이저 광이 에어로졸 입자와 충돌을 하면서 일부 산란광이 발생된다. 산란하지 않은 입사 주광선은 광 구속트랩(90)으로 출사되고, 미세먼지 또는 미생물과 충돌한 산란광은 반구형 박막(51)에 의해 탐지기(60)로 출사된다. 이러한 탐지기(60)는 수신되는 레이저 광으로부터 검출신호를 생성하여 신호처리부(미도시)로 전송하고, 신호처리부는 정해진 알고리즘를 통해 미세먼지 및 미생물의 존재 및 량을 산출한다.
한편, 방출노즐(11)로부터 연결되는 라인을 통하여 유입되는 공기는 저온플라즈마와 광촉매를 이용한 살균부(100)를 통하여 청정 처리가 이루어지게 되는데, 유전체 배리어 방전을 입자하전에 이용한 2단형 전기집진기(110) 후단에 광촉매 필터(120)와 UV램프(130)가 직렬로 위치하는 구조로 되어 있다.
유전체 배리어 방전에서는 입자상 오염물질(먼지 및 미생물)의 하전 및 집진, 그리고 가스상 오염물질의 분해가 이루어진다. 집진판(미도시)에서는 유전체 배리어 방전을 거치면서 집진되지 않고 하전되어 나온 입자상 오염물질을 2차적으로 집진하게 된다.
마지막으로 광촉매 필터(120)는 유전체 배리어 방전으로 생성된 오존을 분해하고 2차적인 가스상 오염원의 분해가 이루어지게 된다. 입자상 및 가스상 오염물질의 동시처리가 조합된 시스템을 통해 2차에 걸쳐 이루어지는 것이다.
광촉매 필터(120)의 후미에 연결된 자외선램프(130)는 상기 광촉매 필터로부터 여과되지 못한 미생물을 최종적으로 살균 처리할 수 있다. 이런 일련의 공기청정 과정을 거치는 동안 압력손실은 거의 없다. 플라즈마 집진판 등의 요소별 기술들이 특성상 압력손실이 거의 없고 광촉매의 경우도 압력손실이 적은 형태를 취하고 있기 때문이다. 광촉매 시스템의 경우는 가스상 오염물질의 제거에 있어 가스와 촉매 사이의 접촉 시간이 중요한 변수가 된다.
광촉매는 가스 분해 시 최소 수 초 이상의 접촉 시간을 필요로 한다. 때문에 보통은 벽지에 코팅하는 등의 방법을 사용한다. 그러나 공기청정 시스템에 적용하면 가스상 오염물질과 촉매가 1초 이하의 접촉시간을 갖게 된다. 또한 시스템 내부에 장착하기 위해서는 필터형태로 이용해야 한다. 이를 위해서 활성탄소나 제올라이트와 같은 비표면적이 큰 다른 첨가제들과 같이 사용해서 가스상 오염물질과 촉매와의 접촉시간을 늘려줘야 한다.
광촉매 후미에 연결되는 자외선램프는 짧은 수명 및 주기적인 교체 문제를 해소하는 차원에서 자외선 발광다이오드(UV-LED)를 이용하는 것이 바람직하다.
특히, 여기서 광촉매는 일종의 n형 반도체로 이산화티타늄 등의 광촉매에 자외선(UV; 250-420nm)을 비춰주면 광촉매 내부의 가전자대(VB; valence band)의 전자가 자외선에 의한 에너지로 인해 전도대(CB; conduction band)로 활성화된다.
가전자대에서는 전자가 빠져 나간 자리에 정공(hole)이 생성되어 정공-전자쌍(charge carrier pair: hole-electron)을 형성한다. 가전대에서 정공은 공기 중의 수분을 촉매 표면에서 흡착하여 산화시키고, 이때 산화력이 강한 하이드록시 라디칼이 생성된다. 이를 통해서 유기화합물 등을 산화시킨다. 이외에도 촉매표면에서 직접적으로 흡착된 유기물을 산화시킨다.
전도대에서 전자는 흡착된 산소에 전자를 줌으로써 과산화이온을 생성시키고 생상된 과산화이온은 유기화합물 또는 수분 등과 산화 반응한다. 이때 생성된 산화력이 우수한 화학종들이 촉매 표면에서 유기화합물을 분해하여 이산화탄소(CO2)와 물 (H2O)을 생성한다.
공기 중의 오염원은 크게 입자상 물질과 가스상 물질로 나뉜다. 필터 방식의 경우 공기 중의 오염물질들을 물리적인 방법과 화학적인 방법을 이용해서 제거한다. 그러나 필터 방식은 몇 가지 문제점이 있다. 주기적으로 교체를 해주어야 하며 압력손실이 생기기 때문에 팬(fan)에 사용되는 소모전력이 증가하게 된다. 또한 필터에 포집된 기상부유균(bioaerosol)에 의해 2차적인 오염이 이루어질 가능성이 있다. HEPA(high efficiency particulateair)필터의 사용은 압력강하와 이에 따른 소음 등의 문제점들이 아직까지 한계로 나타나고 있다.
또 다른 방식 중 하나로 전기집진 방식이 있다. 일정 간격 떨어져 있는 두 도체 전극 사이에 고전압을 인가하여 생성된 방전, 즉 플라즈마를 이용하여 오염물질을 제거하는 방식이다. 이 방식의 경우 압력손실은 적으나 입자상 오염물질의 집진효율이 필터 방식에 비해 낮고 가스상 물질의 제거효율도 그다지 높지 않다. 또한 오존(Ozone; O3)등의 부산물이 발생되는 문제가 있다.
이처럼, 플라즈마와 광촉매는 단독으로 사용될 경우 상기와 같은 문제점이 있다. 저온플라즈마 시스템의 경우 공기 중의 산소를 분해하여 오존을 생성하는 문제점이 있으며, 오존은 산화력이 강해서 눈을 자극하고 물에 난용성이므로 쉽게 심부까지 도달하여 폐수종, 폐출혈 등을 유발시킨다. 화학적으로 활발한 가스이기 때문에 방사선과 비슷하게 DNA나 RNA에 작용하여 유전인자에 변화를 일으킬 수 있다. 이러한 이유로 인체에 피해가 없이 가동되게 하려면 전기집진 방식에 의해 발생하는 고농도의 오존을 제거해야만 한다. 이를 위해 일반적으로 전기집진 방식의 공기청정기에는 전기집진기 후단에 화학필터(chemical filter)나 오존 제거 촉매를 사용한다. 이와 같은 방식 중에서 흡착을 이용하는 방식은 그 수명이 비교적 짧으며 정확한 수명을 예측할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 플라즈마 전기집진 방식에 광촉매가 연계되는 본 발명의 살균부 장치가 개시된 것이며, 이러한 살균부는 플라즈마에서 발생한 오존을 통해서 광촉매의 수명도 늘리고 오존을 제거하는 부수적인 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템이 미적용된 기존 장치의 책 소독기에 대하여 일 실시예로 설명하자면 다음과 같다.
기존 책 소독기는 도 6에 도시된 바와 같이 환풍팬(ⓐ)과, 거치대(ⓑ)와, 자외선 램프(ⓒ)와, 천연항균제(ⓓ)와, 컨트롤보드(ⓔ), 및 투시창(ⓕ)으로 구성될 수 있다.
즉, 여기서 상기 환풍팬은 소독시 책에서 나오는 미세먼지를 강제로 흡입하기 위한 장치이며, 상기 환풍팬의 이면 부위에는 도면에 미도시되었으나 집진필터가 구비되고 이러한 집진필터는 상기 환풍팬에 의해 강제로 흡입된 미세먼지를 전용필터로 포집할 수 있다.
또한, 상기 거치대는 탄성소재를 사용하여 얇은 책에서부터 두꺼운 대백과사전까지 거치하게 되고, 상기 자외선 램프는 자외선(UV-V)중 가장 살균력이 강한 253.7nm 파장 사용하게 된다.
또한, 상기 천연향균제는 천연 식물성 아로마 탈취/향균제 사용하게 되고, 상기 컨트롤보드는 책소독기를 조작하는 구성으로서 그 조작이 간단하며 사용자가 직접 소독시간을 설정할 수 있으며, 상기 투시창은 소독이 진행되고 있음을 외부에서 파악할 수 있다.
살균효능 검증 실시
도서소독기 종류는 총 3종류 (2권 장착용, 4권 장착용, 6권 장착용)로 시험을 진행하였다. 도서소독기의 살균방식은 UV 살균방식으로 상층부와 하층부에 장착되어있고 하층부에 송풍기가 장착되어 있다
| 시험조건 | 시험균주 | 시험시간 | 접종물 부착위치 | 접종물 부착 페이지 |
| (2권 장착용) | 대장균/황색포도상구균 | 1 ~ 5분 | 5 지점 | 앞 페이지(1p) 중간 페이지(100p) 마지막 페이지(200p) |
| 구분 |
세균감소율(%) | ||||
| 1분 후 | 2분 후 | 3분 후 | 4분 후 | 5분 후 | |
| 대장균 | 97.8 | 98.6 | 99.9 | 99.9 | 99.9 |
| 황색포도상구균 | 97.1 | 98.5 | 99.9 | 99.9 | 99.9 |
 |
 |
| 대장균 | 황색포도상구균 |
각종 균을 죽이는 데 필요한 자외선 조사량을 적용한 LED 모듈 적용
일반적으로 세균을 살균하는데 필요한 자외선 조사량은 실험자나 균주, 균의 발아단계, 환경, 조작조건 등에 따라 조금씩 다른 수치가 보고 되고 있음. 적리균, 티브스큔, 콜레라균 등의 그램음성균은 대장균과 같은 정도이고, 화농균, 결핵균, 녹농균, 고초균등의 그램음성균은 대장균의 1.5~5배, 호모균은 2~6배, 곰팡이는 3~50배로 많은 조사량이 필요하다.
| 살균율(%) | 생존율(%) | 상대습도 35%일 경우 필요한 UV량 |
광합성을 고려할 때의 필요한 UV량 |
수중에서 살균시 필요한 UV량 |
| 68.2 | 36.8 | 5 | 12.5 | 38 |
| 90 | 10 | 11.5 | 28.8 | 87.5 |
| 99 | 1 | 23.5 | 57.5 | 175.0 |
| 99.9 | 0.1 | 34.5 | 86.3 | 262.5 |
| 99.99 | 0.01 | 46.1 | 115.3 | 350.0 |
| 99.999 | 0.001 | 57.8 | 144.0 | 437.5 |
상기의 표 1 내지 표 4에서도 알 수 있듯이, 기존 책 소독기에서는 높은 높은 소모품 비, 짧은 사용 수명(9000천 미만, 약 4년마다 교체)이 문제이며, 이는 방전관 램프의 잦은 고장 상황으로 인한 교체 비용과, 보다 안정적인 사용이 가능한 LED로 교체해야하는 필요성이 요구되고 있다.
또한, 책 소독기 동작으로 인한 대기 시간(3분 이상)이 소요되며, 대기시간 1분 이하 (대부분 제품 40-60초 사용하나 완전 살균치 수준이 아님 ), UV보다 높은 세균 제거(99.9%)를 위한 방식이 필요하다.
또한, UV 빔 소독이 어려운 음영지역 발생되고, 책장 겹침 방지를 위한 송풍 각도 다변화가 필요하며, UV와 더불어 바람에 의한 이온살균 방식 적용도 필요하다. 무엇보다 기존의 책 소독기로는 살균력이 효과가 미비하다는 점이다.
이처럼, 기존 책 소독기의 이와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로서 본 발명의 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템이 적용될 경우 책 소독기 주변의 먼지 및 미생물에 관한 종합적인 검출 정보를 파악할 수 있고, 무엇보다 플라즈마와 광촉매가 연계된 살균부를 통하여 공기 청정 작업을 수행할 수 있으며, 플라즈마와 광촉매의 단독 활용에 따른 상기의 기술적 한계를 해결하는 장점이 있는바, 오존의 문제와 필터교체 문제를 해결하며, 살균력의 증진을 기대할 수 있다.
물론, 이러한 책 소독기뿐만 아니라, 공기 청정을 필요로 하는 다른 장치들에서도 그 활용성이 높은 기술로 적용 가능하다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
10 : 주입노즐,
11 : 방출노즐
20 : 레이저 다이오드 30 : 제1 렌즈
40 : 영구자석 50 : 조사실
51 : 박막 60 : 탐지기
70 : 제2 렌즈 80 : 제3 렌즈
90 : 광 구속트랩
100 : 살균부
110 : 집진기 120 : 광촉매 필터
130 : 자외선램프
20 : 레이저 다이오드 30 : 제1 렌즈
40 : 영구자석 50 : 조사실
51 : 박막 60 : 탐지기
70 : 제2 렌즈 80 : 제3 렌즈
90 : 광 구속트랩
100 : 살균부
110 : 집진기 120 : 광촉매 필터
130 : 자외선램프
Claims (6)
- 공기 중에 함유된 먼지 및 미생물을 검출하는 검출부;
상기 검출부의 방출노즐 라인에 연결되어 공기 입자들에 함유된 오염물질(먼지 및 미생물)을 살균 처리하는 살균부;
를 포함하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 검출부는, 콤팩트한 구조로 소형이면서 단일빔이 적용된 몸체 구조로 이루어지되, 상기 몸체 내부에 레이저 광이 조사되면서 반사되고, 주입된 공기입자들이 머물게 되는 반구형의 조사실;
상기 몸체의 상부에서 하부로 관통되는 형태로 설치되어, 공기입자들을 주입하는 주입노즐과 공기입자들을 방출하는 방출노즐;
상기 몸체의 일측에 설치되어 레이저 광을 조사하는 레이저 다이오드;
상기 몸체의 중앙 하단에 설치되어 상기 레이저 다이오드로부터 조사되는 레이저광이 상기 조사실에서 반사되는 과정에서 주입된 공기입자들을 관통하면서 공기입자들에 함유된 먼지 및 미생물을 감지하여 탐지하는 탐지기; 및
상기 레이저 다이오드로부터 조사되어 조사실 내로 입사된 레이저광의 주광선 중에 공기 입자들과 충돌하지 않은 광을 정지시켜 상기 조사실 내에서 산란광 이외의 잡광이 상기 탐지부로 출사되는 것을 방지하는 광 구속트랩;
를 포함하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 조사실 내에 설치되어 상기 공기 입자들에 함유된 먼지를 자기력으로 집진하는 영구자석;
상기 레이저 다이오드와 상기 영구자석 사이에 설치되어 상기 레이저 다이오드로부터 조사되는 레이저 광을 분산시키는 제1 렌즈;
상기 조사실의 표면에 부착되어 상기 조사실 표면으로 흡수될 수 있는 레이저 광의 흡수를 방지하면서 반사시키는 박막;
상기 박막과 상기 광 구속트랩의 사이에서 순차적으로 설치되되 상기 박막으로부터 반사되는 분산된 레이저광을 수렴하여 평행 레이저 광으로 유도하는 제2 렌즈;
상기 제2 렌즈로부터 투과되는 평행 레이저 광을 분산시켜 상기 광 구속트랩으로 투과시키는 제3 렌즈;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 박막은 레이저 광이 조사실 표면으로 흡수되는 것을 최소화하기 위해 몰리브덴(Mo)과 실리콘(Si)이 여러 겹으로 쌓인 다층박막미러인 것을 특징으로 하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 살균부는, 플라즈마와 광촉매가 융합된 것으로,
상기 검출부의 방출노즐 라인에 연결되어 공기 입자들을 집진하여 유전체 배리어 방전을 통하여 공기 입자상 오염물질(먼지 및 미생물)을 제거하는 2단형 전기집진기;
상기 전기집진기 후단에서 순차적으로 직렬 연결되어 유전체 배리어 방전으로 생성된 오존을 분해하고 2차적인 가스상 오염원을 분해하여 입자상 및 가스상 오염물질의 동시처리하는 광촉매 필터; 및
상기 광촉매 필터의 후미에 연결되어 상기 광촉매 필터를 통하여 여과되지 못한 잔여 미생물들을 살균 처리하는 자외선램프;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 자외선램프는, 장기간 사용이 가능하여 주기적 교체가 불필요한 자외선 발광다이오드(UV-LED)가 이용되는 것을 특징으로 하는 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템.
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| KR1020160184022A KR20180078832A (ko) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템 |
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|---|---|---|---|
| KR1020160184022A KR20180078832A (ko) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20180078832A true KR20180078832A (ko) | 2018-07-10 |
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|---|---|---|---|
| KR1020160184022A KR20180078832A (ko) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 먼지 및 미생물 검출용 공기 정화 처리 시스템 |
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| KR (1) | KR20180078832A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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