KR20200053741A - 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기 - Google Patents

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Abstract

본원발명의 솔라셀 공기청정기는 미세필터, 카본필터 및 하우징의 흡착제를 이용하여 입자상 또는 가스상 미세먼지를 제거시키기 위하여 솔라셀에서 발생된 전원을 이용하여 솔라셀 공기청정기에 관한 것이다.
본원발명의 솔라셀 공기청정기는 공기유입구로부터 유입된 오염 공기의 입자가 큰 오염물질을 미세필터에서 걸러준 다음 카본필터에서 입자상 미세먼지를 제거하고, 입자상 미세먼지가 제거된 오염공기는 하우징 흡착제를 통과하면서 가스상 미세먼지를 제거시켜 준다. 상기 가스상 미세먼지가 제거되어 정화된 청정공기는 흡입팬의 작동으로 공기배출구를 통하여 배출된다.
상기 흡입팬은 솔라셀에서 발생된 전원을 이용하여 모터를 구동시킴으로써 모터의 회전축에 연결된 흡입팬을 작동시켜 하우징 내부의 공기를 빨아들여 외부로 배출시킨다. 이때 외부의 오염공기가 공기흡입구로 유입되면서 상기와 같은 입자상 미세먼지 및 가스상 미세먼지를 제거하게 된다.
본 발명의 솔라셀 공기청정기는 건물 내외부에서 오염된 공기를 청정하게 함으로써 오염된 공기로 인한 천식 등의 발생을 낮춰 국민 건강을 크게 증진시켜 준다. 또한 이로 인하여 국가 의료보험금액 지급의 증가율이 저하되어 국가의 의료재정을 튼튼하게 하는 효과도 있다.

Description

미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기{.}
본 발명은 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본원발명의 솔라셀 공기청정기는 미세필터, 카본필터 및 하우징의 흡착제를 이용하여 입자상 또는 가스상 미세먼지를 제거시키기 위하여 솔라셀에서 발생된 전원을 이용하여 솔라셀 공기청정기에 관한 것이다.
우리나라는 산업화가 진행되는 과정에서 자동차 배기가스 및 산업 배기가스 등이 대기로 방출되면서 대기 환경이 나날이 악화되고 있으며, 특히 최근에는 중국발 미세먼지의 유입과 인구밀도가 높은 대도시의 경우에는 과다한 공기 오염원으로 인하여 공기 질은 더욱 나빠지고 있어 지자체뿐만 아니라 국가적인 차원에서도 시급히 해결해야 할 중요한 사회적 과제가 되고 있다.
미세먼지에는 입자상 미세먼지와 가스상 미세먼지로 구분한다.
대기오염물질인 휘발성 유기화합물, 질소산화물, 황산화물 등이 미세먼지로 전환된다. 각종 연소과정에서 발생한 질소산화물(NO, NO2)은 대기 중 오존(O3) 등과 반응해 산성물질인 질산(HNO3)을 생성하고, 이는 대기 중 알카리성 물질인 암모니아(NH3)와 반응하여 질산암모늄(NH4NO3)이 된다. 또한 아황산가스(SO2)는 수증기 등과 반응하여 황산(H2SO4)이 되고, 이는 다시 암모니아 등과 반응하여 황산암모늄((NH4)2SO4) 등 미세먼지 입자를 생성 함으로 기체상 물질 즉, 초미세먼지 2차 생성 원인물질이 된다.
'스모그 지옥'이라는 오명을 얻은 중국이 세계에서 가장 큰 100ｍ가 넘는 공기청정기를 가동하였으며, 중국과학원 지구환경연구소는 중국 산시(陝西)성 시안(西安)시에서 수개월 전부터 높이가 100ｍ를 넘는 공기청정기를 시범 가동해 측정한 결과 대기 오염이 심각한 날에 PM 2.5(지름 2.5㎛) 이하의 초미세 먼지를 감소시키고 있다. 대기 질 개선 효과가 나타난 곳은 공기청정기 인근 10㎢ 지역으로, 이 공기청정기는 가동 후 매일 1천만㎥의 깨끗한 공기를 생산한 것으로 파악된다.
일반적으로 공기 청정기는 실내의 오염된 공기를 흡입하여 깨끗하게 정화시키는 장치이다. 즉, 공기청정기에는 외부의 공기를 공기 청정기의 내부로 유입시키기 위한 송풍장치 및 공기 중 먼지나 세균등을 필터링 할 수 있는 필터를 포함하여 구성된다. 일반적으로, 공기 청정기는 가정이나 사무실과 같은 실내공간을 정화하도록 구성된다.
국내 공개특허공보 제2012-0071992호에 공개된 공기청정기는 본체가 대략 직육면체 형상의 케이스 내부에, 팬과 필터와 같은 공기청정 부품이 설치된다. 그리고, 공기 흡입구는 공기청정기의 본체의 측방부 및 하부에 형성되고, 공기 토출구는 본체의 상부에 형성된다.
이러한 구성에 의하면, 공기청정기의 측방 및 하방으로부터 오염된 공기가 흡입되므로, 흡입용량이 적어지게 되는 문제점이 있었다. 그리고, 직육면체 형상을 가지는 케이스의 모서리부는 공기의 흡입을 방해하는 구조적인 저항으로서 작용하게 된다.
또한, 상기 공기 청정기의 내부에서 정화된 공기는 일방향, 즉 상방으로만 토출됨으로써, 공기 청정기 주변의 공기는 정화될 수 있는 반면, 상기 공기 청정기로부터 멀리 떨어진 공간까지는 상기 정화된 공기를 유동시키지 못하여, 공기청정 기능이 제한되는 문제점이 있었다. 또한, 상기 공기 청정기의 본체의 내부에는 하나의 송풍팬만이 제공됨으로써, 송풍용량이 제한되는 문제점이 있었다.
그리고 종래에 공기청정기는 전선을 이용하여 전원을 공급하여 공기청정기의 모터를 구동하고 송풍팬을 작동시켜 오염공기를 필터링함으로써 실내 공기를 정화하는 방법을 사용하였다. 이러한 방법은 전원을 공급할 수 있는 전선이 필수적으로 연결되어야 하는 문제점이 있었다.
또한 종래 활성탄 필터는 입상 활성탄을 충진하여 오염물질을 여과, 흡착하는 방법을 사용하지만, 입상 활성탄을 충진하여 사용할 경우 여과층 내의 채널링 현상으로 인해 오염 물질의 제거 효율이 낮고 활성탄 미세입자들이 지속적으로 유출되어 사용상의 문제가 있다.
또한, 녹는점 이상에서 점도가 낮고 흐름도가 큰 일반적인 폴리에틸렌(LDPE, HDPE) 바인더는 활성탄의 표면을 피복하여 블록의 기공과 흡착성을 확보할 수 있는 문제점이 있어, 녹는점 80℃ 이상에서 흐름성이 좋은 특징을 갖는 저분자량의 폴리에틸렌은 압출 방법으로 필터 생산이 가능하지만 활성탄의 표면적이 바인더에 의해 막혀 감소되고 기공의 조절이 매우 힘들어 고성능의 필터를 제조할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)과 입도가 조절된 분말 활성탄을 이용하여 일정한 비율로 조성하여 소결하였을 경우 흡착성이 대단히 우수한 다공성의 흡착 여과필터를 만들 수 있다. 이러한 제품은 카본필터라 불리며 근래에는 종래의 공기청정기의 여과필터를 대체하고 있다.
특히, 상기 카본필터는 바인더의 특성으로 인하여 압축 몰드 방식으로 생산되고 있으며, 필터의 흡착성능과 기공의 발달이 매우 우수한 것으로 알려져 있다. 일반적으로 카본필터의 우수한 블록필터 제조 기술로는 높은 흡착성을 가짐과 동시에 블록의 다공성을 효과적으로 조절할 수 있는 압출 몰드법이 이용되고 있다.
그러나 블록필터의 기공을 조절하는 종래기술은 입도를 인공적으로 조절한 활성탄 분말에 상용품인 바인더를 일정 비율로 혼합하여 압축 성형함으로써 기공을 형성하고 있어서 고품질의 카본필터를 생산하고 있지 못하다. 또한, 이러한 생산 방식으로는 효과적으로 성형되지 않는 미분의 활성탄이 성형 후 남게 되어 필터에서 누출되는 문제점을 발생시켜 상품성이 저하되는 문제점이 있다.
국내 공개특허공보 제2012-0071992호(2012. 07. 03)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 독립형 태양광발전시스템과 오염공기 제거를 위한 흡착용 캐니스터를 융합하여 오염된 공기를 깨끗한 공기로 정화시키기 위한 것을 목적으로 한다. 이를 위해 깨끗하고 오염이 없는 청정에너지인 태양광 발전시스템을 사용한다.
또한 본 발명은 건물 외부 뿐만 아니라 햇빛이 비추는 실내라면 공기청정기의 전원 밞생장치로 솔라셀을 사용할 수 있기 때문에 오염된 실내에서도 사용이 가능하도록 한다.
이와 같이 건물 내외부에서 오염된 공기를 청정하게 함으로써 오염된 공기로 인한 천식 등의 발생을 낮춰 국민 건강을 증진하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본원발명의 솔라셀 공기청정기는 공기유입구로부터 유입된 오염 공기의 입자가 큰 오염물질을 미세필터에서 걸러준 다음 카본필터에서 입자상 미세먼지를 제거하고, 입자상 미세먼지가 제거된 오염공기는 하우징 흡착제를 통과하면서 가스상 미세먼지를 제거시켜 준다. 상기 가스상 미세먼지가 제거되어 정화된 청정공기는 흡입팬의 작동으로 공기배출구를 통하여 배출된다.
상기 흡입팬은 솔라셀에서 발생된 전원을 이용하여 모터를 구동시킴으로써 모터의 회전축에 연결된 흡입팬을 작동시켜 하우징 내부의 공기를 빨아들여 외부로 배출시킨다. 이때 외부의 오염공기가 공기흡입구로 유입되면서 상기와 같은 입자상 미세먼지 및 가스상 미세먼지를 제거하게 된다.
상기 솔라셀 공기청정기의 카본필터에서 제거되는 입자상 미세먼지는 10㎛~2.5㎛ 범위의 미세먼지이고, 상기 하우징 흡착제에서 제거되는 가스상 미세먼지는 아황산가스(SO2), 질소산화물 (NO2), 일산화탄소(CO), 오존(O3), 납, 벤젠을 포함하여 가스상 오염물질이 제거된다.
세계 공기청정기 시장은 Euro monitor(2014)에 따르면 ‘13년 38억달러에서 ‘19년 92억달러 규모로 연평균 15.9% 성장하며, 중국과 미국 시장을 중심으로 높은 성장이 지속되고 있으며, 세계 공기청정기 보급률은 유럽 42%, 미국 26%, 일본 17%, 한국 17%, 중국 1% 미만이다. 공기청정기 보급률은 소득이 높고 생활환경의 개선과 건강에 대한 관심이 높은 선진국일 수록 더 높다.
본 발명의 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기는 오염된 공기를 깨끗하게 정화시키기 위한 것으로 공기청정기의 작동은 솔라셀의 전원을 이용함으로써 청정연료를 이용하게 되는 효과가 있다. 즉, 솔라셀 공기청정기는 독립형 태양광발전시스템과 흡착용 캐니스터를 융합하여 오염된 공기를 깨끗한 공기로 정화시켜 준다.
또한 본 발명은 건물 외부 뿐만 아니라 햇빛이 비추는 실내라면 공기청정기의 전원 밞생장치로 솔라셀을 사용할 수 있기 때문에 오염된 실내에서도 사용이 가능하도록 구성된다.
이와 같이 건물 내외부에서 오염된 공기를 청정하게 함으로써 오염된 공기로 인한 천식 등의 발생을 낮춰 국민 건강을 크게 증진시켜 준다. 또한 이로 인하여 국가 의료보험금액 지급의 증가율이 저하되어 국가의 의료재정을 튼튼하게 하는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 솔라셀 공기청정기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 솔라셀 공기청정기의 정단면도이다.
이하 본 발명의 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기에 관하여 도면을 이용하여 구체적으로 설명하기로 한다. 이하 도면을 이용한 본 발명의 상세한 설명은 본 발명의 실시예를 돕기 위한 것으로 권리범위를 한정하거나 도면에 의해 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 솔라셀 공기청정기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 솔라셀 공기청정기의 정단면도이다.
통상 황사 또는 미세먼지는 그 크기가 10㎛ 정도이며, 2.5㎛ 이하는 초미세 먼지라고 한다. 보통 머리카락의 굵기는 50~70㎛ 정도이며, 집먼지는 4㎛, 세균은 0.5~10㎛이고, 바이러스는 0.01~0.5㎛ 정도이다.
발생원에 따른 미세먼지의 분포를 보면 황산염(SOx)과 2차 질산염(NOx)가 각각 19%, 휘발성유기물질(VOC)이14%, 디젤먼지 10%, 산업먼지 12%, 생체소각먼지 8%, 황사 5%, 도로비산먼지 5%, 해염입자 2% 정도로 분포하는 것으로 나타난다.
그리고 미세먼지의 성분으로는 OC(유기탄소), EC(원소탄소), SO4(황산음이온), NO3(질산염), NH4(암모늄이온), Na, Mg, Al, Si, Cl, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br, Pb 등이 포함되어 있다.
그리고 국내 미세먼지의 발생은 계절적으로 차이가 있으나 통상 국내 요인의 미세먼지가 52%, 중국발 미세먼지 34% 정도로 추정되며, 북한발 미세먼지는 9%로 파악된다.
본원발명의 솔라셀 공기청정기(100)는 공기유입구(10)로부터 오염된 공기가 공기청정기 안으로 유입되며, 유입된 오염 공기의 입자가 큰 오염물질은 미세필터(11)에서 제거된다. 상기 미세필터(11)에서 오염물질이 제거된 오염공기는 카본필터(13)에서 입자상 미세먼지를 제거한다.
상기 미세필터(11)는 10~200㎛의 큰 오염물질을 제거하기 위한 필터로 필터커버가 형성되며, 상기 필터커버의 내부에 프리정전필터가 착설되고, 상기 프리정전필터의 안쪽으로 미디움(medium)필터, 상기 미디움 필터 내부에 헤파필터, 상기 헤파필터 내부에 탈취필터 순으로 구성된다.
상기 카본필터(13)는 여과입자와 초고분자량 폴리에틸렌 중합체를 이용하여 2.5~10㎛의 흡착성능을 가지는 우수한 필터이다. 상기 카본필터의 여과입자로 활성알루미나가 사용되며, 카본필터의 구성은 여과입자 98%에 초고분자량 폴리에틸렌 2중량%를 혼합하여 제작된다. 상기 활성알루미나 여과입자는 점착시트에 점착되어 있다.
상기 입자상 미세먼지가 제거된 오염공기는 하우징 흡착제(16)를 통과하면서 가스상 미세먼지를 제거시켜 준다. 상기 가스상 미세먼지가 제거되어 정화된 청정공기는 흡입팬(17)의 작동으로 공기배출구(18)를 통하여 배출된다.
상기 가스상 미세먼지를 제거하는 하우징에 적층되는 흡착제(16)는 활성탄이 사용된다. 활성탄은 구조상 미세한 구멍으로 인하여 아주 큰 표면적을 갖게 되므로 이러한 탄소표면에 가스분자가 충돌로 인하여 제거하게 된다. 그 제거효율은 가스분자의 크기와 관련되는데 주로 큰 분자로 구성된 냄새가스제거에는 아주 효율적이나 CO와 같은 작은 분자들의 제거에는 효율적이지 못하다. 사용된 활성탄은 증기에 의해 재생될 수 있지만 교환이 효과적이다.
상기 가스상 미세먼지를 제거하는 흡착제(16)로 광촉매 또는 오존을 이용할 수도 있다. 최근 광촉매로 이용되는 이산화티탄은 빛을 받으면 수산화라디칼(OH)을 발생시켜 환경오염물질을 분해하는 원리를 이용하는 것이다. 기계장치 및 전원이 없어도 오염물질을 분해시키는 화학작용을 일으킨다. 소음도 없고 유지비도 전혀 들지 않는 장점이 있다.
오존은 강력한 산화제로, 염소보다 6배 이상의 강한 살균력을 가지고 유해물질을 분해한다.
또한, 상기 초고분자량 폴리에틸렌 중합체의 평균 입도는 여과입자간의 접착력 뿐만 아니라 공극 내에 위치하는 중합체의 양에 영향을 미치므로, 평균 입도가 지나치게 작으면 필터의 표면적을 감소시키고 다공도를 낮추는 문제가 발생하며, 지나치게 크면 접착 성능이 불충분하여 완성된 필터에서 여과입자가 유출되는 문제가 발생하게 된다.
상기 초고분자량 폴리에틸렌 중합체의 중량평균 분자량은 5,000,000 내지 12,000,000 g/mol인 것이 바람직
하다. 분자량이 5,000,000 g/mol보다 작으면 중합체에 의해 공극이 막히고 표면적이 감소하는 문제가 있으며, 분자량이 너무 크면 접착력이 감소하게 되므로, 상기 중량평균 분자량의 범위를 유지하는 것이 중요하다.
본 발명의 상기 흡착제 조성물에는 촉매를 부가할 수 있다. 상기 촉매로는 백금, 팔라듐, 로듐, 오스뮴, 및 이리듐 중 어느 하나 또는 이들의 조합에서 선택된 촉매를 사용할 수 있다. 이러한 촉매를 사용함으
로써 열이나 빛에 의해 유기물질의 분해가 발생하여 공기 중의 유해물질을 제거하는 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 흡입팬(17)은 솔라셀(20)에서 발생된 전원을 이용하여 모터를 구동시킴으로써 모터의 회전축에 연결된 흡입팬(17)을 작동시켜 하우징(15) 내부의 공기를 빨아들여 외부로 배출시킨다. 이때 외부의 오염공기가 공기흡입구(10)로 유입되면서 상기와 같은 입자상 미세먼지 및 가스상 미세먼지를 제거하게 된다.
상기 솔라셀 공기청정기의 카본필터(13)에서 제거되는 입자상 미세먼지는 10㎛~2.5㎛ 범위의 미세먼지이고, 상기 하우징 흡착제(16)에서 제거되는 가스상 미세먼지는 아황산가스(SO2), 질소산화물 (NO2), 일산화탄소(CO), 오존(O3), 납, 벤젠을 포함하여 가스상 오염물질이 제거된다.
상기 흡입팬(17)은 솔라셀(20)의 전원을 충전밧데리(22)에 저정한 다음 충전밧데리의 전류를 흡입팬으로 흘려보내 작동시키면 상기 솔라셀의 공기청정기가 작동하여 상기 솔라셀 공기청정기가 설치된 실내외의 공기를 정화시키게 된다.
상기 솔라셀(20)에는 실리콘 태양전지 또는 화합물 반도체 태양전지가 사용된다. 실리콘 태양전지는 결정계 태양전지의 셀 변환효율이 10~25% 정도이고, 비정질계 셀의 변환효율은 8~15%이다. 화합물 반도체 태양전지는 2원계의 셀 변환효율은 10~33%, 3원계의 셀 변환효율은 10~15%이다.
본 발명의 솔라셀은 20KW~0.8MW의 발전용량이 되어야 상기 흡입팬을 작동시킬 수 있다.
100 : 솔라셀공기청정기
10 : 공기유입구 11 ; 미세필터 13 : 카본필터
14 : 공기통로 15 : 하우징 16 : 촉매
17 : 흡입팬 18 : 공기배출구 20 : 솔라셀
21 : 지지부 22 : 충전밧데리 23 : 전선

Claims (5)

  1. 솔라셀 공기청정기에 있어서,
    상기 솔라셀 공기청정기는 공기유입구로부터 유입된 공기를 미세필터에서 오염된 공기의 미세먼지를 걸러준 다음 카본필터로 유입되고,
    상기 카본필터에서 입자상 미세먼지가 제거된 공기는 하우징의 흡착제를 통과하면서 가스상 미세먼지를 제거시키며,
    상기 가스상 미세먼지가 제거되어 정화된 청정공기는 흡입팬의 작동으로 공기배출구를 통하여 배출되고,
    상기 흡입팬은 솔라셀에서 발생된 전원으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 솔라셀 공기청정기의 카본필터에서 제거되는 입자상 미세먼지는 10㎛~2.5㎛의 미세먼지를 제거하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 솔라셀 공기청정기의 하우징 흡착제에서 제거되는 가스상 미세먼지는 아황산가스(SO2), 질소산화물 (NO2), 일산화탄소(CO), 오존(O3), 납, 벤젠인 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카본필터(13)는 여과입자와 초고분자량 폴리에틸렌 중합체를 이용하여 2.5~10㎛의 흡착성능을 가지며,
    상기 카본필터의 구성은 활성알루미나 여과입자 98%에 초고분자량 폴리에틸렌 2중량%를 혼합하여 제작되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기.
  5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡착제(16)는 활성탄, 광촉매 또는 오존 중 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 제거를 위한 솔라셀 공기청정기.


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KR20220149816A (ko) * 2021-04-30 2022-11-09 쏠코리아 주식회사 실험실용 유해가스 제거장치

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KR20120071992A (ko) 2010-12-23 2012-07-03 엘지전자 주식회사 공기청정기

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