KR20200091404A - 공기 처리 시스템 및 상기 공기 처리 시스템을 사용하는 방법 - Google Patents

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KR20200091404A
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air
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excimer lamp
excimer
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KR1020207014636A
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토마스 로세노른
요나스 인게르마르
앤드류 부처
세실리에 리트스케 카스텐스
Original Assignee
인퓨저 아이피 에이피에스
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Abstract

복수의 엑시머 램프(3)를 포함하는 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16; 19)에 있어서, 상기 시스템은 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)을 통해 흐르는 공기의 적어도 90%가 엑시머 램프(3)로부터 방출된 광자에 노출되도록 배치되며, 상기 엑시머 램프(3)는 고 에너지 자외선(UV) 광자가 저렴한 비용으로 제공되는 넓은 방출 영역을 제공한다. 상기 광자는 공기 중의 오염물과 접촉할 때 광분해 공정을 통해 상기 오염물을 분해하며, 이는 다른 유기 화합물, 예를 들어 공기로부터의 냄새를 제거하는데 매우 효과적이다. 상기 시스템(1; 9; 10; 15; 16)은 다른 파장으로 설계될 수 있어, 이 시스템은 대면적 산업 응용 분야 및 가정용으로 간단하고 저렴한 공기 처리 시스템으로 제조될 수 있다.

Description

공기 처리 시스템 및 상기 공기 처리 시스템을 사용하는 방법
본 발명은 공기 처리 시스템 및 상기 공기 처리 시스템을 사용하는 방법에 관한 것이다.
가정, 사무실 또는 산업 생산실과 같은 다른 시설 내의 공기가 바람직하지 않은 화합물 및/또는 오염 물질로 오염되어 있다는 것은 잘 알려진 문제이다. 예를 들어 휘발성 유기 화합물, 알레르겐 및 미생물은 실내 공기 질에 영향을 미치고, 따라서 상기 시설에서 탑승자의 안락함 및 건강에 영향을 미친다.
일반적으로 이 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 오염원을 통제하거나 제거하고 깨끗한 실외 공기로 시설을 환기시키는 것이다. 그러나 환기 방법은 날씨 조건 또는 실외 공기에 포함된 바람직하지 않은 수준의 오염 물질에 의해 제한될 수 있다. 또한, 산업 생산 구역에는 환경으로 안전하게 방출될 수 없는 오염 물질이 포함되어 있을 수 있다.
이러한 상황에서 공기로부터 오염 물질을 제거하도록 배치된 공기 처리 장치가 유용하다. 공기 중의 오염 물질의 종류에 따라 많은 다른 종류의 공기 처리 시스템이 당업계에 공지되어 있다. 그러나 휘발성 유기 화합물(VOC) 및 생물학적 물질을 제거하기 위해, UV-방사 및/또는 오존을 이용하는 공기 처리 시스템이 매우 유리한 것으로 입증되었다. 이 기술을 사용하면 공기를 거의 완전히 살균하고 모든 유기 화합물, 예를 들어 VOC의 분해를 달성할 수 있다.
이러한 공기 처리 시스템은 예를 들어 WO 97/34682 및 WO 99/13956에 공지되어 있으며, 여기서 공기는 UV-방사선에 노출됨으로써 공기가 살균될 수 있고, UV-방사선 중에 생성된 오존으로 유기 화합물이 제거될 수 있다. 램프가 상이한 파장을 방출하도록 배치될 수 있기 때문에, UV-광 및 오존은 동일한 UV 램프로부터 생성될 수 있다. 상기 특허 출원으로부터, 주변으로 방출되는 오존 농도를 제어 및 조절하는 것이 또한 공지되어 있다.
WO 92/10429는 또한 오존에 의한 공기 세정에 관한 것으로, 상기 오존은 살균될 매체(medium)가 유동하는 UV-튜브로부터 생성되고, 디플렉터 플레이트(deflector plate)에 의한 매체는 중앙에 위치한 UV-튜브 주위로 강제로 흐른다.
전통적으로, 수은 램프는 이러한 공기 처리 시스템에서 UV-광을 방출하기 위해 사용되어 왔다. 그러나 이들 램프는 복사(radiation)의 일부만이 UV-범위에 있다는 단점이 있다. 나머지는 가시 및 적외선 스펙트럼에 있다. 이는 램프에 의해 사용되는 에너지의 비교적 많은 부분이 UV-광을 생성하는 데 사용되지 않아서 상기 램프가 상대적으로 비효율적임을 의미한다. 또한 이 램프가 작동하려면 수은이 증발해야 하고, 이것은 램프가 매우 뜨거워질 것을 의미한다. 따라서 자외선 출력이 예를 들어 실온에서 작동되면 현저히 줄어든다. 이러한 결점은 일부 상황에서 수은 램프의 사용을 방해하거나, 상기 공기를 공기-상태(air-condition) 및/또는 환기 목적으로 사용하기 전에 공기의 냉각을 필요로 한다.
또한, 수은 램프 및 이러한 램프에 사용된 수은은 환경에 심각한 위험을 초래하며, 램프의 수명이 다하면 특수한 취급 및 폐기 요건이 수반된다.
따라서, 공기로부터 오염 물질을 제거하기 위해 UV-광을 이용하는 다수의 공기 처리 시스템이 현재 존재하지만, 이들 용액은 모두 다량의 에너지를 필요로 하고, 실온에서 효과적이지 않다.
따라서, 공기의 오염 물질을 제거하기 위한 개선된 시스템과 함께 에너지 감소와 대기에서 오염물질, 예를 들어 VOC의 실질적인 제거를 제공할 필요성이 남아 있다.
따라서, 본 발명의 제1양태는 종래의 공기 처리 시스템에 비해 제거 공정을 위해 훨씬 적은 에너지를 사용하여 공기로부터 오염 물질을 빠르고 효과적인 방식으로 제거하도록 배치된 공기 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2양태는 시스템상의 압력 강하가 감소되고 예를 들어 사용될 수 있는 컴팩트한 구조를 갖는 공기 처리 시스템을 제공하는 것이며, 이는 예를 들어 기존 난방 및/또는 환기 및/또는 에어컨(HVAC) 시스템 또는 독립형 시스템에 활용할 수 있다.
본 발명의 제3양태는 과산화수소와 같은 고가의 산화제를 첨가할 필요가 없어서 저장 설비를 위한 비용 및 공간을 감소시키는 공기 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4양태는 실온에서 고농도의 오염 물질을 제거하도록 배열된 공기 처리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제5양태는 사용이 간단하고 신뢰할 수 있는 공기 처리 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라 이들 및 추가 양태가 달성되는 신규하고 독특한 특징은 복수의 엑시머 램프를 포함하는 공기 처리 시스템을 제공하는 것으로, 상기 시스템은 공기 처리 시스템을 통해 흐르는 오염된 공기의 적어도 90%가 상기 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출되도록 배치된다.
엑시머 램프는 자외선(UV) 및 진공 자외선(VUV) 스펙트럼 영역에서 광범위한 파장에 걸쳐 이용 가능한 준단색(quasi-monochromatic) 광원이다. 엑시머 램프의 작동은 여기된 이합체(excited dimers)(엑시머)의 형성에 기초한다. 이러한 엑시머 형성은 불안정하고 나노초 내에 분해되어, 특징적인 파장에서 광자(방사선) 형태의 여기(결합) 에너지를 포기한다(giving up).
생성된 방사선(UV 및 VUV 범위에서 방출된 광자)은 공기 중의 유기 오염물과 접촉할 때 광분해 과정을 통해 상기 오염물을 분해하며, 이는 다른 유기 화합물, 예를 들어 공기로부터의 냄새를 제거하는데 매우 효과적이다. 방출된 방사선의 또 다른 장점은 오존 및/또는 여기된 산소종, .OH, O1D, O3P와 같은 산화제가 공기 중에 존재하는 산소로부터 생성되어 공기 중에 존재하는 유기 오염물을 산화시킬 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 시스템은 공기 처리 시스템에서 공기의 90% 이상이 광자(UV- 방사선), 즉 엑시머가 분해될 때 방출되는 광자에 노출되도록 배열된다. 이것은 공기 중의 매우 높은 오염 물질이 광분해 및/또는 산화를 통해 제거될 수 있게 한다. 그러나 상기 공기에서 오염 물질의 높은 제거 정도를 보장하기 위해 오염된 공기의 적어도 95%는 엑시머 램프로부터 방출된 광자에, 바람직하게는 상기 오염된 공기의 적어도 99%가 노출되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에서, 엑시머는 비활성 기체(rare gases), 즉 He2, Ne2, Ar2, Kr2 및 Xe2, 또는 희가스 불화물(예를 들어 ArF, KrF, XeCL 및 XeF)을 사용하여 제조된다. 그러나 할로겐 및 수은 할로겐 혼합물(예를 들어, HgCl, HGBr 및 HgI)도 본 발명의 범위 내에서 고려된다.
상기 엑시머를 생성하기 위한 관련 가스, 예를 들어 제논(xenon)이 2개의 동심 쿼트 튜브 사이의 갭에 배치되는 자동 방전에 의해 엑시머가 본 발명에 따라 제조될 수 있다. 이 기술은 공지되어 있고 본 출원에서 추가로 상세하게 논의되지 않을 것이지만, 본 발명에 사용하기 위한 하나의 바람직한 엑시머 램프는 USHIO America Inc.로부터 입수한 제논 램프일 수 있다.
방출된 광자의 파장은 엑시머를 제공하기 위해 사용된 가스에 의존한다. 이것은 서로 다른 파장의 광자이며 관심 가스가 있는 엑시머 램프를 선택하여 얻을 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 제논 엑시머 램프는 172nm의 파장으로 방사선을 생성하는 반면, 아르곤 엑시머 램프는 129nm의 파장을 제공하고 크립톤 플루오라이드 엑시머 램프는 222nm의 파장을 제공할 것이다. 관련 파장의 전체 목록은 문헌에서 찾을 수 있다.
엑시머 램프의 사용은 본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 구성에 있어서 다수의 장점, 정의된 파장에서 높은 강도, 비-자체(no-self) 흡수 및 유연성을 제공한다.
각각의 엑시머 램프에는 단일 가스만이 사용되기 때문에, 상기 엑시머 램프에 의해 출력되는 방사선은 좁은 UV 파장 범위로 제한된다. 이것은 공기에서 제거될 오염 물질/화합물의 흡수 스펙트럼과 완벽하게 일치한다. 즉 본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 엑시머 램프는 처리될 공기(오염된 공기)에서 오염 물질의 흡수 스펙트럼을 일치시키기 위해 선택될 수 있다.
또한, 상기 엑시머 램프는 열을 거의 발생시키지 않으므로, 처리된 공기가 주위로 전달되기 전에 냉각이 필요하지 않기 때문에 에어컨 및/또는 환기 목적에 매우 적합하다.
또한, 상기 엑시머 램프는 전극이 방전 가스와 직접 접촉하지 않기 때문에 수명이 길고, 따라서 종래의 수은 램프에서의 상황이 종종 짧은 작동 수명을 초래하는 것과 같이, 방전 공정 동안의 부식 및 엑시머 가스의 오염을 피할 것이다. 마지막으로, 무독성 물질이 엑시머 램프에 사용되므로 본질적으로 환경 문제가 없다.
본 발명에 사용된 엑시머 램프는 126nm 내지 240nm 범위의 파장을 갖는 광자를 방출하는 것이 바람직하다. 이 범위에서 방출된 광자는 실질적으로 오염 물질의 완전한 제거를 보장할 뿐만 아니라 NOx와 같은 추가적인 오염 물질의 생성이 방지되기 때문이다.
바람직한 일 실시 예에서, 엑시머 램프는 약 172nm의 파장을 방출한다. 본 발명자들은 매우 에너지 효율적인 방식으로 이 파장이 광분해에 의해 실질적으로 모든 유기 화합물 예를 들어 VOC를 제거하고 동시에 미생물 및 바이라(vira)를 불활성화함으로써 공기를 살균할 수 있음을 보여 주었다. 또한, 상기 파장은 또한 산화제 오존을 생성할 것이고, 이는 공기 중에 존재하는 유기 오염물을 산화시킬 것이다.
그러나 다른 파장도 본 발명의 범위 내에서 바람직하다. 예로서, 약 185nm의 파장은 오존을 생성할 것이고, 약 222nm의 파장은 이중 결합, 예를 들어 C=C 및 C=O을 파괴하는데 효과적임이 입증되었다. KrI 엑시머 램프는 185nm의 파장을 가진 광자를 제공할 것이고 KrCl은 222nm에서 방사선 피크를 갖는 사진(photos)을 방출할 것이다. 처리될 공기 중에 습도가 존재하는 경우, 222nm 부근의 방사선 피크는 또한 과산화수소(H2O2)의 광 유도 생성을 제공할 것이다. 과산화수소는 오존과 같은 강력한 산화제이기 때문에 유기 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에서, 상기 시스템은 상기 엑시머 램프가 수용/배치되는 공기 처리 하우징(air treatment housing)을 포함한다. 상기 공기 처리 하우징은 바람직하게는 상기 하우징을 통해 유동하는 오염된 공기가 상기 엑시머 램프의 표면을 지나도록 및/또는 상기 램프의 표면에 근접하여 흐르도록 배치되고, 이에 따라 공기 처리 시스템을 통해 흐르는 오염된 공기의 90% 이상이 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출되도록 보장한다.
따라서 엑시머 램프는 서로 가까이 배치되는 것이 바람직하다. 본 발명의 발명자들은 이것이 인접한 2개의 엑시머 램프의 표면 사이의 직접(즉, 가장 짧은) (단면으로 취한) 거리가 4cm 미만, 바람직하게는 2cm 미만 또는 더욱 바람직하게는 1cm 미만일 때 달성되는 것으로 나타났다. 상기 단면은 바람직하게는 실질적으로 전체 공기 처리 하우징에 걸쳐 동일하다.
상기 엑시머 램프는 상기 공기 처리 하우징의 벽에 가까이 배치되어 상기 벽에 가까운 공기가 방출된 사진에 노출되도록 하는 것이 바람직하다. 하우징의 벽과 엑시머 램프의 표면 사이의 직접 거리는 바람직하게는 2cm 미만, 바람직하게는 1.5cm 미만, 더욱 바람직하게는 1cm 미만이다.
따라서, 바람직한 일 실시 예에서, 상기 공기 처리 하우징은 서로에 그리고 상기 하우징의 벽에 근접하여 배치된 복수의 엑시머 램프를 포함할 것이다. 이러한 배치는 방출된 광자가 공기 중의 실질적으로 모든 오염물과 접촉하고 상기 공기를 효과적으로 세정/처리할 수 있도록 효과적으로 보장할 것이며, 방출되는 광자가 공기 중에 광분해 과정을 개시하고 및/또는 공기 중에 존재하는 산소로부터 오존이 생성되도록 보장한다.
상기 엑시머 램프는 바람직하게는 다수의 실질적으로 평행한 행 및 열, 및/또는 어레이로 상기 공기 처리 하우징에 균일하게 분포되며, 복수의 실질적으로 균일하게 분포되고 평행한 엑시머 램프를 갖는 매트릭스를 제공한다.
대안적인 실시 예에서, 상기 공기 처리 시스템은 복수의 동일한 공기 처리 유닛(air treatment units)을 포함하고, 각 유닛은 단일 엑시머 램프를 포함한다.
복수의 엑시머 램프가 배치된 공기 처리 하우징 대신에 다수의 더 작은 공기 처리 유닛을 사용함으로써, 다양한 형상으로 설계할 수 있는 높은 유연성이 제공된다. 예를 들어, 공기 처리 유닛은 상이한 형상으로 결합될 수 있으며, 이에 따라 본 발명에 따른 시스템은 다른 기존의 공기 처리 시스템, 종래의 환기 시스템에 적합하도록 구성될 수 있다.
공기 처리 유닛은, 예를 들어 유닛을 함께 결합시키기 위한 수단을 포함하거나, 예를 들어 기존의 환기 시스템과 일치하도록 원하는 형상 및 수치를 갖는 외부 케이싱 내에 상기 유닛을 패킹함으로써 조합 유닛으로 조립되도록 배열되는 것이 바람직하다.
상기 공기 처리 유닛은 바람직하게 엑시머 램프의 표면과 공기 처리 유닛의 내벽 사이의 직접적인 거리(단면으로 취함)가 약 2cm, 바람직하게는 더 낮은 1.5cm, 더욱 바람직하게는 1.0cm이 되도록 배치된다. 이는 불안정한 출구(exited) 엑시머가 분해될 때, 상기 공기 처리 유닛을 통해 통과하는 공기의 실질적으로 전부 및 적어도 90%가 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출될 것임을 효과적으로 보장할 것이며, 즉, 상기 오염된 공기는 엑시머 램프의 표면 위로 흐르거나 및/또는 상기 램프의 표면에 가깝게 오염된 공기의 90% 이상이 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출될 것이다
본 발명에 따른 공기 처리 유닛의 단면 형상은 바람직하게는 다각형, 바람직하게는 육각형, 정삼각형 또는 정사각형의 형태이다. 이는 공기 처리 유닛이 상기 유닛 사이의 공간을 낭비하지 않고 밀접하게 장착되어 장치가 평평한 평면을 완전히 채울 수 있음을 의미한다. 엑시머 램프의 표면과 공기 처리 유닛의 내벽 사이의 직접 거리(단면으로 취함)는 이러한 상황에서 다각형의 모서리 중 하나까지 측정되거나 두 모서리를 연결하는 측면 중 하나의 중심까지 측정될 수 있다.
각각의 공기 처리 유닛은 인접한 공기 처리 유닛이 하나 이상의 인접한 공기 처리 유닛의 벽 구조의 적어도 일부를 공유하도록 구성되는 것이 바람직하며, 이는 공기 처리 유닛의 최종 구성/조립을 제공하는데 필요한 재료를 효과적으로 줄인다. 육각형 단면 형상을 갖는 공기 처리 유닛은 동일한 면적의 삼각형 또는 정사각형과 비교하여 최소 총 벽 길이를 요구할 것이기 때문에, 육각형 형태의 단면 형상을 갖는 공기 처리 유닛이 바람직하고, 따라서 벌집 형 구조를 제공 할 것이다.
공기 처리 유닛을 사용하는 것의 주요 이점은 본 발명에 따른 시스템의 높은 효율을 얻기 위해 더 적은 엑시머 램프가 필요하다는 것이다. 예로서, 복수의 공기 처리 유닛이 최종 구성으로 포장되거나 벌집 구조로 배치되면, 인접한 2개의 공기 처리 장치에서 2개의 엑시머 램프의 표면 사이의 거리는 공기 처리 하우징에 수용된 2개의 인접한 엑시머 램프의 표면 사이의 거리보다 길다. 따라서, 공기 처리 유닛의 조립체와 실질적으로 유사한 외부 치수를 갖는 공기 처리 하우징을 포함하는 공기 처리 시스템과 비교하여, 복수의 공기 처리 유닛을 포함하는 공기 처리 시스템에서 더 적은 엑시머 램프가 요구된다. 그러나 공기 처리 유닛을 통과하는 공기의 적어도 90%가 두 구조에서 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출될 것이기 때문에, 시스템의 효율은 동일할 것이다.
복수의 공기 처리 유닛을 포함하는 공기 처리 유닛이 공기 처리 하우징을 갖는 유사한 시스템보다 더 복잡한 구조를 제공하더라도, 필요한 엑시머 램프의 수의 감소와 관련된 낮은 비용은 공기 처리 장치를 사용에 있어 공기 처리 시스템의 비용을 상당히 감소시킨다.
바람직한 실시 예에서, 상기 엑시머 램프는 공기 처리 하우징 또는 공기 처리 유닛의 흐름 방향으로 배열된 종축을 갖는 긴 원통형의 엑시머 튜브이며, 즉, 처리될 공기는 엑시머 튜브의 길이를 따라 흐를 것이다. 이는 또한 오염된 공기가 전체 길이의 공기 처리 하우징 또는 공기 처리 유닛에서 광자에 노출되어 공기 처리 시스템의 용량을 충분히 활용하도록 보장할 것이다.
원통형 엑시머 램프는 당업계에 잘 알려져 있으며, 일반적으로 유전 물질(dielectric material), 일반적으로 석영(quartz)으로 만들어지는 2개의 동축 튜브(co-axial tube)로 구성되고, 대기압에 근접한 희가스 또는 희가스/할로겐 혼합물을 포함한다. 2개의 유전체 장벽을 가로지르는 전위의 부과는 여기된 분자 복합체, 즉 엑시머의 형성을 초래한다.
오염된 공기 흐름(air stream)은 적어도 1ms의 기간 동안 방출된 광자에 노출되는 것이 바람직하며, 이는 가정 건물에서 오염 물질 예를 들어 VOC, 미생물 및 악취를 제거하기에 충분한 것으로 입증되었다. 상기 공기 처리 하우징 또는 공기 처리 유닛은 따라서 공기의 유량을 고려하여 이것이 제공될 수 있는 크기 및 치수를 가질 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 상기 공기 처리 시스템은 동일한 파장을 방출하도록 배열된 복수의 엑시머 램프를 포함함으로써, 단순하고 상대적으로 저렴한 시스템을 제공한다. 이러한 관점에서, 방출 파장은 약 172nm인 것이 바람직하며, 본 발명자들은 이 파장이 가정 건물뿐만 아니라 유사한 환경으로부터 공기 중의 실질적으로 모든 오염 물질을 제거할 수 있음을 보여주었다.
그러나 오염된 공기가 여러 가지 다른 종류의 오염 물질을 포함한다면, 본 발명에 따른 공기 처리 시스템은 제1파장을 방출하도록 배치된 적어도 제1그룹의 엑시머 램프 및 제2파장을 방출하도록 배치된 제2그룹의 엑시머 램프를 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2파장은 상이하다. 이는 본 발명에 따른 시스템을 통과하는 공기가 상이한 파장을 갖는 광자에 노출될 것을 보장할 것이다. 예를 들어, 제1그룹의 엑시머 램프가 172nm의 파장을 방출하고(광분해 시작) 제2그룹이 222nm의 파장을 방출하면(H2O2 생성), 보다 효과적인 처리를 제공하기 위해 오염된 공기가 두 파장에 노출될 것이다.
따라서, 각각 좁은 UV 파장 범위로 제한되는 상이한 파장을 갖는 적어도 두 그룹의 엑시머 램프를 사용하면, 오염된 공기의 오염 물질/화합물에 따라 공기 처리 시스템이 상이한 요구를 충족시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 산업 주방에서 처리되는 공기는 가정에서 처리된 실내 공기를 목표로 하는 공기 처리 시스템과는 다른 파장 또는 파장 조합을 요구할 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 추가 그룹의 엑시머 램프를 포함할 수 있으며, 각 그룹은 다른 그룹으로부터 방출된 파장과 다른 파장을 방출한다. 그룹의 수는 다양할 수 있지만, 처리될 공기 중의 오염 물질에 따라 3, 4, 5개 등일 수 있다.
공기 처리 하우징을 통과하는 공기가 상이한 파장을 갖는 광자 및/또는 상기 광자로부터 생성된 산화제에 노출되는 것을 보장하기 위해, 각각의 그룹으로부터의 엑시머 램프는 일 실시 예에서 하나 이상의 나머지 그룹으로부터의 엑시머 램프와 균일하게 혼합될 수 있다.
대안적으로, 상기 공기 처리 시스템은 적어도 제1파장을 방출하도록 배열된 엑시머 램프를 포함하는 제1공기 처리 영역, 및 제2파장을 방출하도록 배열된 엑시머 램프를 포함하는 제2공기 처리 영역을 포함하고, 상기 제1 및 제2파장은 상이하고, 이로써 오염된 공기가 공기 처리 시스템에서 상이한 공기 처리 영역을 통과하게 하고, 각 영역의 오염된 공기는 개별적이고 제한된 파장에 노출된다.
이 실시 예는 처리될 공기가 후속 영역에서의 처리에 부정적인 영향을 줄 수 있는 특정 오염 물질/화합물을 함유하는 경우, 상기 오염 물질은 제1영역에서 제거될 수 있어서 처리 공정을 최적화할 수 있다는 이점을 갖는다. 대안적으로, 하나 이상의 영역은 하나 이상의 파장을 방출하도록 배열될 수 있고, 예를 들어 전술한 바와 같이 상이한 파장을 방출하는 2개 이상의 엑시머 램프 그룹을 포함할 수 있다.
추가 처리 영역, 예를 들어 3개, 4개 등이 또한 본 발명의 범위 내에서 고려된다.
오염된 공기의 빠르고 효과적인 처리를 보장하기 위해, 상기 공기 처리 하우징 또는 공기 처리 유닛은 상기 하우징 또는 상기 유닛에서 공기의 유동 방향을 변화시킬 수단, 예를 들어 배플(baffles) 등을 포함하지 않는 것이 바람직하다. 이를 통해 그러한 수단을 사용하는 시스템에 비해 시스템의 압력 강하를 효과적으로 줄일 수 있다.
에너지 효율적인 공기 처리를 제공하기 위해, 본 발명에 따른 시스템은 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency)로 엑시머 램프를 작동시키도록 배열될 수 있으며, 즉 엑시머 램프가 켜졌다 꺼졌다 한다. 이것은 엑시머 램프의 수명을 연장시킬뿐만 아니라, 이것이 엑시머 형성으로의 전력 변환 효율을 현저하게 증가시키고, 결과적으로 인가된 전력을 광자로 변환하는 효율을 증가시키는 것으로 나타났다.
바람직하게는, 상기 펄스는 10 HZ 내지 100kHz, 예컨대 약 20 kHZ의 캐리어 주파수를 갖는 짧은 지속 시간, 바람직하게는 약 100ms 이하 (예컨대, 약 100ns)이다. 바람직하게는, 상기 펄스 전위는 전위가 총 시간의 약 75% 또는 이하, 보다 바람직하게는 총 시간의 약 50% 또는 그 이하, 가장 바람직하게는 총 시간의 약 25% 또는 그 이하가되도록 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는다.
짧은 펄스 지속 시간의 매우 중요한 결과는 광자를 생성하는데 사용되는 전력을 최소화한다는 것이다. 또한, 비교적 짧은 펄스 지속 시간의 사용은 아크를 피하고 엑시머 램프의 더 높은 전위 및 더 높은 효율에서의 작동을 제공한다.
엑시머 램프의 펄스 동작은 임의의 수단을 사용하여, 예를 들어 단순히 엑시머 램프에 전력 공급을 맥동(pulsating)하거나 또는 펄스 전위를 인가하기 위해 배치된 전위 소스를 사용하거나 PWM(Pulse Width Modulation)에 의해 달성될 수 있다.
엑시머 램프의 수는 사용 목적에 따라 달라질 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 공기 처리 시스템은 50개 이상의 엑시머 램프, 바람직하게는 100개 이상의 엑시머 램프, 및 더욱 더 바람직하게는 500개 이상의 엑시머 램프를 포함하는 것이 바람직하다. 그러나 1000 엑시머 램프와 같은 더 많은 수 또는 2, 4 또는 10과 같은 더 작은 수 또한 본 발명의 범위 내에서 고려된다.
공기 처리 하우징 또는 공기 처리 유닛에서 광자를 효과적으로 사용하기 위해, 상기 하우징 또는 상기 유닛의 적어도 내벽은 엑시머 램프에 의해 방출된 광자의 적어도 일부를 반사시키도록 배열된 반사성 재료(reflective material)로 만들어지는 것이 바람직하다. 바람직하게는 상기 반사성 재료는 80% 이상의 반사성이며, 이는 스테인레스 스틸과 같은 재료를 사용하여 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 시스템은 공기 처리 시스템에서 복수의 엑시머 램프를 지나 처리될 공기를 보내도록 배열된 수단, 예를 들어 적어도 하나의 벤틸레이터(ventilator)를 포함할 수 있으며, 임의의 통상적인 수단에 의해 동력을 공급받을 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에서, 본 발명에 따른 공기 처리 시스템은 가열(heating), 환기(ventilation) 또는 에어컨 시스템 (HVAC)에 통합된다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 시스템은 관련 시설에서 기존의 HVAC 시스템에 장착(retrofitted)되도록 구성되어 신규 장비의 고가의 설치 비용을 감소시키는 것이 유리하다. 이러한 상황에서 공기를 움직이게 하는 수단은 이미 HVAC 시스템의 일부일 수 있다.
공기 처리 시스템에서 발생하는 공정의 잔류물이 주로 이산화탄소와 물로 구성되어 있지만, 경우에 따라 처리된 공기를 환경으로 방출하기 전에 필요에 따라 광산화 공정(photooxidation process)을 추가 처리 방법, 예를 들어 정전기 침전(electrostatic precipitation), 기계적 여과(mechanical filtration), 촉매 또는 비열 플라즈마 공정(non-thermal plasma processes)과 조합하는 것이 유리할 수 있다. 이것은 처리될 공기가 엑시머 램프에 의해 방출된 광자에 의해 개시된 광분해/광산화에 의해 분해되지 않을 (또는) 분해될 수 없는 특정 오염 물질을 함유하는 경우 특히 관련이 있다. 이들 공정은 또한 당업계에 공지되어 있으며, 본 출원에서 더 상세하게 설명되지 않을 것이다.
오염된 공기를 처리하는 것 외에도, 본 발명에 따른 공기 처리 시스템은 하나 이상의 필터 장치를 처리/청소하기 위해 변형될 수 있다. 이러한 필터 장치는 바람직한 실시 예에서 HEPA(high efficiency particulate air) 필터, 탄소 필터 및/또는 ESP(electrostatic precipitator)와 같은 공기 필터일 수 있다.
각각의 필터 장치는 공기가 필터 장치를 통과할 때 미생물, 바이러스 및 곰팡이 형태의 입자, 예를 들어 유기 입자 및 생물학적 물질을 수집할 것이다. 상기 입자는 결국 필터를 막아 장치 효율을 감소시킬 것이다. 입자 부하가 증가함에 따라 유동 저항이 증가하여 필터 장치 전체에 압력이 떨어진다. 입자를 원하는 수준으로 제거하기 위해 대부분의 필터 장치를 청소할 수 없기 때문에 각 필터 장치는 자주 상당한 비용으로 자주 교체해야 한다.
그러나 본 발명의 발명자들은 본 발명에 따른 공기 처리 시스템이 상기 필터 장치에 포획된 미생물 및 바이러스를 불활성화/사멸시키기 위해 및/또는 포획된 유기 입자를 처리/분해할 수 있도록 변형될 수 있으며, 따라서 상기 필터를 세정할 수 있음을 발견하였으며, 따라서 필터 장치를 교체해야 하는 시간을 연장시켜, 실질적으로 어느 정도까지는 장치를 작동시킨다.
상기 변형된 공기 처리 시스템은 바람직하게는 필터 장치의 전체 표면이 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출되도록 배열되고, 즉 변형된 공기 처리 시스템에서 엑시머 램프의 수, 방향 및 위치는 필터 장치(들)의 표면의 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 및 보다 더 바람직하게는 99% 이상이 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출되도록 선택된다.
이 효과를 얻기 위해, 처리될 필터 장치(들)는 바람직하게는 하나 이상의 엑시머 램프에 근접하여 배치되고, 즉 필터 장치에 가장 가까운 엑시머 램프 (들)의 표면과 필터 장치의 표면 사이의 가장 짧은 거리 (단면으로 취함)는 약 2cm, 바람직하게는 더 낮은, 예를 들어 1.5 cm 또는 훨씬 더 바람직게는 1.0 cm이다. 일 실시 예에서, 엑시머 램프는 필터 장치의 양쪽에 배치되어, 실질적으로 전체 필터 장치가 방출된 광자에 노출되도록 하여, 필터 장치를 효과적으로 세척/처리한다.
상기 엑시머 램프로부터 방출된 생성된 방사선은 상기 입자, 예를 들어 필터 장치에 포획된 미생물 또는 유기 입자와 접촉하여 미생물, 바이라(vira) 등을 사멸/비활성시키고 및/또는 광분해 과정을 통해 유기 물질을 분해할 것이다. 구체적인 조치는 엑시머 램프에 의해 방출되는 방사선에 따라 달라진다. 예를 들어, 방사선이 약 254nm인 경우, 방사선은 핵산을 파괴하여 미생물 DNA를 교란시키므로 미생물은 사멸 또는 불활성화될 것이며, 약 220nm 영역의 파장은 유기 오염물에서 이중 결합을 파괴할 수 있다. 예를 들어 약 172nm 영역의 파장과 같은 일부 파장은 유기 화합물을 분해할 수 있고 미생물 및 바이라(vira)를 불활성화할 수 있으며, 이러한 파장은 본 발명에서 바람직하다. 대안적으로, 상이한 오염 물질/화합물이 필터 장치(들)로부터 제거될 경우 상이한 파장을 갖는 다수의 엑시머 램프가 사용될 수 있고 및/또는 엑시머 램프는 종래의 UV 생성 램프, 예를 들어 수은 또는 LED 램프와 관련될 수 있다.
바람직한 실시 예에서, 처리/세정될 필터 장치는 본 발명에 따른 공기 처리 시스템에 통합된다. 이것은 시스템을 통과하는 공기가 광산화 공정(photooxidation process) 및 여과 단계 둘 다에 적용되도록 보장할 것이다. 필터 장치가 또한 엑시머 램프에 근접하여 배치되기 때문에, 상기 필터 장치는 엑시머 램프로부터의 방사선에 의해 자동으로 세정/처리되어 간단하고 효과적인 공기 처리 시스템을 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 공기 처리 유닛을 사용하여 오염된 공기를 처리하는 방법 및/또는 필터 장치에 관한 것이며, 여기서 공기 처리 시스템을 통해 흐르는 오염된 공기 스트림의 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상 또는 99% 이상이 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출된다.
이는 이미 기술된 바와 같이 오염된 공기에서 오염 물질의 효과적인 분해 및 제거를 제공할 것이다.
엑시머 램프는 열을 거의 발생시키지 않기 때문에, 상기 방법은 실온, 즉 약 10-50℃, 바람직하게는 약 20-25℃에서 수행될 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 배기가스 처리 시스템 및 방법의 예시적인 실시 예들만을 설명하면서 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
본 발명에 따른 공기 처리 시스템 제1실시 예의 단면을 개략적으로 도시한 도 1.
도 1a는 도 1의 실시 예의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 제2실시 예의 단면을 개략적으로 도시한 도 2.
도 2a는 도 2의 실시 예의 단면도를 도시한다.
도 3은 상기 공기 처리 시스템의 제3실시 예의 단면도를 도시한다.
본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 제4실시 예의 단면을 개략적으로 도시한 도 4.
본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 제5실시 예를 개략적으로 도시한 도 5.
도 6은 본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 변형된 실시 예의 단면도를 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 처리 시스템(1)의 제1단순화된 실시 예를 도시한다. 상기 시스템(1)은 공기 처리 하우징(2)을 포함하고, 그 안에 복수의 엑시머 램프(excimer lamps)(3)가 서로 및 하우징(housing)의 벽(4)에 근접하여 배치된다.
상기 엑시머 램프(3)는 공기 처리 하우징의 흐름 방향(화살표로 도시됨)으로 배열된 종축(X)을 갖는 긴 원통형 엑시머 튜브(excimer tubes)(5)이다. 즉, 상기 공기는 상기 엑시머 튜브(5)의 길이를 따라 흐르게 되고, 따라서 시스템(1)으로 유입되는 공기가 상기 엑시머 램프(3) 및 그에 따라 방출된 광자와 접촉할 수 있는 가장 긴 접촉 시간을 갖도록 보장한다.
상기 엑시머 램프(3)는 다수의 평행한 행(row)(6) 및 열(column)(7)로 공기 처리 하우징(2)에 균등하게 분포되어 있으며, 도 1a에 도시된 바와 같이 복수의 균일하게 분포된 평행한 엑시머 램프(3)를 갖는 매트릭스를 제공한다.
인접한 2개의 엑시머 램프(3', 3'')의 표면(8) 사이뿐만 아니라 상기 하우징의 벽(4)까지의 직접 (즉, 가장 짧은) 거리 A(단면으로 도시됨)는 하우징(3) 전체에서 동일하다. 도시된 실시 예에서, 상기 거리(A)는 약 2cm이지만, 거리(A)가 더 높거나, 예를 들어 4cm 이하, 또는 더 낮거나 예를 들어 1.5cm 이하, 또는 더 바람직하게는 약 1cm인 보호 범위 내에서 유사한 설계가 고려된다.
상기 오염된 공기가 상기 엑시머 램프(3)의 상기 표면(8) 위로 및/또는 매우 근접하게 강제되는 본 발명에 따른 시스템(1)의 구성을 갖는 것은 공기 처리 시스템(1)을 통해 흐르는 상기 오염된 공기의 적어도 90%가 엑시머 램프(3)로부터 방출된 광자에 노출되도록 보장할 것이다.
상기 광자(photon)는 생성된 엑시머가 나노초 내에 붕해(disintegrate)될 때 방출되며, 상기 광자는 당업계에 존재하는 화학 화합물이 광자에 의해 분해되는 광분해 과정을 개시할 것이다. 가정(domestic) 설비의 실내 공기는 주로 유기 화합물로 구성되므로, 상기 공기 처리 시스템(1)은 간단하고 에너지 효율적인 방식으로 상기 화합물이 주위로 안전하게 방출될 수 있는 이산화탄소 및 물로 분해되도록 보장할 것이다.
도 2는 본 발명의 공기 처리 시스템(9)의 제2실시 예를 도시한다. 제2실시예(9)는 기본적으로 제1실시예(1)에 대응하고, 그 기능은 제1실시예와 동일하다. 그러나 엑시머 램프(3)가 제1실시 예에서 다수의 평행한 행(6) 및 열(7)에 균등하게 분배되지만, 도 2a에 가장 잘 설명된 대로, 제2실시예에서 모든 제2행(6')은 거리(A)의 절반만큼 변위되어 교차(alternating) 매트릭스를 제공한다.
복수의 육각형 공기 처리 유닛(11)이 단일 구조체(single construction)(12)로 결합된 공기 처리 시스템의 제3실시 예(10)가 도 3에 도시되어 있다. 각각의 공기 처리 유닛은 연장된 엑시머 튜브 형태의 단일 엑시머 램프(3)를 포함한다. 상기 공기 처리 유닛은 인접한 공기 처리 유닛(11a, 11b)이 하나 이상의 인접한 공기 처리 유닛의 벽 구조물(wall structure)(4a)의 적어도 일부를 공유하여 허니컴 구조체(13)를 제공하는 방식으로 구성된다.
각각의 엑시머 튜브는 공기 처리 유닛의 유동 방향으로 배열된 종축(X)을 가지며, 즉 공기는 엑시머 튜브의 길이를 따라 유동할 것이다.
공기 처리 하우징(2) 대신에 다수의 더 작은 공기 처리 유닛(11)을 사용함으로써, 상이한 기하학적 구조에서 설계할 수 있는 높은 유연성을 제공하며, 즉 공기 처리 유닛(12)이 최종 구조체(final construction), 도 3에 도시된 허니콤 구조(12)로 조립/구성될 때, 상기 최종 구조체는 상이한 기존의 공기 처리 시스템, 종래의 HVAC 시스템에 적합하도록 주문 제작될 수 있다.
엑시머 램프(3)의 표면(8)과 처리 유닛(11)의 모서리(14) 중 하나 사이의 거리(B)는 약 2cm, 바람직하게는 예를 들어 더 낮은 1.5 cm 또는 훨씬 더 바람직하게는 1.0cm이다. 이를 통해 공기 처리 장치를 통해 통과하는 공기의 거의 전부 및 적어도 90%가 엑시머 램프(3)에서 방출된 광자에 노출될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 거리 B가 2cm인 복수의 공기 처리 장치의 허니컴 시스템을 거리 A가 2cm인 도 1에 도시된 공기 처리 시스템과 비교할 때, 인접한 2개의 공기 처리 유닛(11a, 11b)에서 2개의 엑시머 램프(3', 3'')의 표면 사이의 거리 C는 약 4cm인 것이 명백하고, 즉, 상기 공기 처리 하우징(2)에서 인접한 두 개의 엑시머 램프(3', 3'') 거리의 두 배이다.
따라서, 유사한 외부 치수를 갖는 공기 처리 하우징(2)을 포함하는 공기 처리 시스템(1)과 비교하여 다수의 공기 처리 유닛(11)을 포함하는 공기 처리 시스템(10)에서 더 적은 엑시머 램프가 요구되므로, 상기 공기 처리 유닛의 사용은 공기 처리 시스템의 효율성에 대한 타협없이 비용을 효과적으로 줄일 수 있다.
엑시머 램프(3)는 좁은 UV 파장 범위로 제한되며, 이는 공기로부터 제거될 화합물의 흡수 스펙트럼과 완벽하게 일치하게 한다. 그러나 일부 파장은 또한 다른 화합물, 예를 들어 오존 또는 과산화수소를 생성할 수 있고, 이는 강력한 산화제이기 때문에 처리 공정에 도움이 될 수 있다.
이것이 본 발명에서 효과적으로 이용되도록 하기 위해, 제4실시예(15)가 도 4에 도시된다. 상기 실시 예는 주로 도 1에 도시된 실시 예에 대응하지만, 복수의 동일한 엑시머 램프(3)를 포함하는 대신에, 제4실시 예(15)는 제1파장을 방출하도록 배치된 제1그룹의 엑시머 램프(3a) 및 제1파장과 상이한 제2파장을 방출하도록 배치된 제2그룹의 엑시머 램프(3b)를 포함한다. 상기 공기 처리 하우징(2)을 통과하는 공기가 두 파장 모두의 광자에 노출되도록 보장하기 위하여, 제1그룹으로부터의 엑시머 램프(3a)는 하우징 내의 제1그룹으로부터의 엑시머 램프(3b)와 균일하게 혼합(균등하게 분포)된다.
제1 및 제2파장이 상이하므로, 상기 하우징을 통과하는 공기는 2개의 파장을 갖는 광자에 노출될 것이다. 따라서, 각각 좁은 UV 파장 범위로 제한되는 서로 다른 파장을 갖는 두 그룹의 엑시머 램프(3a, 3b)를 사용하면 오염된 공기에서 예상되는 화합물에 따라 원하는 결과를 쉽게 조정할 수 있다. 예를 들어, 제1그룹의 엑시머 램프(3a)가 172nm의 파장을 방출하면, 상기 그룹은 구체적으로 광분해 공정을 개시하고, 제2그룹의 엑시머 램프(3b)가 185nm의 파장을 방출하면, 상기 제2그룹은 오존 발생을 위해 특별히 배치될 것이다. 두 파장의 조합은 본 발명에 따른 매우 효과적인 처리 시스템(15)을 제공한다.
172nm 및 185nm의 파장으로 방출된 광자는 광분해 및 오존 발생을 개시할 수 있으며, 그러나 상기 광자는 특정 목적을 위해 최적의 광자 강도(photon intensities)(수율)를 제공하지 않을 것이며, 따라서 상이한 그룹의 엑시머 램프를 결합하는 것이 바람직할 것으로 이해될 것이다.
당업자는 다른 그룹의 엑시머 램프가 다른 그룹과 통합되어 바람직하게 고르게 분포될 수 있으며, 도 2에 도시된 실시 예는 상이한 파장을 방출하는 2 이상의 엑시머 램프 그룹을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
엑시머 램프 그룹을 두 개 이상 사용하는 대신, 도 5에 도시된 공기 처리 시스템의 제4실시예(16)는 제1파장을 방출하도록 구성된 엑시머 램프(3a)를 포함하는 제1공기 처리 영역(17) 및 제2파장을 방출하도록 구성된 엑시머 램프(3b)를 포함하는 제2공기 처리 영역(17)을 포함할 수 있고, 여기서 제1 및 제2파장은 상이하다. 이러한 구조는 오염된 공기가 공기 처리 시스템에서 상이한 공기 처리 영역을 통과하게 하고, 각 영역(17, 18)의 오염된 공기는 개별적이고 제한된 파장의 영향을 받는다. 이 실시 예는 처리될 공기가 후속 영역에서의 처리에 부정적인 영향을 줄 수 있는 특정 오염 물질/화합물을 함유하는 경우, 상기 오염 물질은 제1영역에서 제거될 수 있어서 처리 공정을 최적화할 수 있다는 이점을 갖는다.
본 발명에 따른 공기 처리 시스템은 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency)(미도시)로 엑시머 램프를 작동시키도록 배치될 수 있으며, 이에 의해, 엑시머 램프의 수명을 연장시키고, 엑시머 형성으로의 전력 변환 효율을 증가시키고, 결과적으로 인가된 전력을 광자로 변환하는 효율을 증가시킨다.
엑시머 램프의 펄스 작동은 단순히 엑시머 램프로의 전원 공급을 맥동(pulsating)하거나 펄스된 전위를 인가하기 위해 배치된 전위 소스(potential source)를 사용함으로써 임의의 수단(미도시)을 사용하여 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 실시 예에서, 본 발명에 따른 공기 처리 시스템은 가열, 환기 또는 에어 컨디션 시스템(HVAC)에 통합된다.
도 6은 본 발명에 따른 공기 처리 시스템(19)의 변형된 실시 예의 단면도를 도시한다. 상기 실시 예에서, 2개의 필터 장치(20)는 흐름 방향(화살표로 도시됨)에서 볼 수 있는 엑시머 램프(3)의 하류에 위치하고, 2개의 팬(21)은 상기 시스템을 통해 공기를 흡입하도록 배치된다.
엑시머 램프(3)의 표면(22)과 필터 장치(20)의 표면(23) 사이의 직접적인(즉, 가장 짧은) 거리 D(단면으로 보여지는)는 시스템 전체에서 실질적으로 동일하다. 도시된 실시 예에서, 상기 거리 A는 약 2cm이지만, 거리 D가 더 길거나, 예를 들어 4cm 미만이거나, 거리가 더 작거나, 예를 들어 1.5 cm이거나, 더 바람직하게는 약 1cm 인 보호 범위 내에서 유사한 설계가 고려된다.
상기 공기가 필터 장치를 통과한 후에, 상기 공기는 실시 예에서 처리 장치(24)에 의해 추가 처리에 노출된 것으로 도시된다. 상기 처리는 예를 들어 임의의 원하는 처리, 예를 들어 추가 필터 장치 또는 촉매 처리일 수 있다.
엑시머 램프(3)의 수는 (엑시머 램프를 향한) 실질적으로 필터 장치(20)의 전체 표면(23)이 방출된 광자에 노출되도록 하기 위해 선택되고, 상기 엑시머 램프(3)의 수는 따라서 필터 장치의 표면적에 의존한다. 도시된 실시 예에서, 상기 엑시머 램프(3)의 길이 방향 축(X)은 흐름 방향에 수직으로 배열되며, 이는 엑시머 램프(3)의 길이 방향 표면이 평평한 필터 장치(flat filter device)의 표면에 대해 최단 거리 D를 갖도록 보장할 것이다. 그러나 상기 엑시머 램프(3)의 방향, 배치 및 개수는 필터 장치의 구성 및 배치에 의존한다.
다른 실시 예에서, 엑시머 램프(3)는 필터 장치와 팬(21) 사이에서 필터 장치(20)의 대향 측면(opposite side)(25)에 배치될 수 있으며, 이는 필터 장치가 상기 엑시머 램프에 의해 방출된 사진(photos)들에 노출되도록 보장할 것이다. 복수의 엑시머 램프가 고 에너지 자외선(UV) 광자가 저렴한 비용으로 제공되는 큰 방출 영역을 제공하는 본 발명에 따른 공기 처리 시스템의 독특한 구조로 인해, 이 시스템은 다양한 파장으로 설계될 수 있어, 이 시스템을 대면적 산업(large-area industrial) 응용 분야 및 가정용으로 간단하고 저렴한 공기 처리 시스템으로 만들 수 있다.
상기 원리 및 설계의 수정 및 조합은 본 발명의 범위 내에서 예상된다.

Claims (23)

  1. 복수의 엑시머 램프(3)를 포함하는 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)으로, 상기 시스템은 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)을 통해 유동하는 공기의 적어도 90%가 엑시머 램프(3)로부터 방출된 광자에 노출되도록 배치되는 공기 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)을 통해 유동하는 공기의 적어도 95%, 바람직하게는 적어도 99%가 엑시머 램프(3)로부터 방출된 광자에 노출되는 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 엑시머 램프(3)는 126nm 내지 240nm, 바람직하게는 약 172nm 범위의 파장을 방출하도록 배치되는 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16).
  4. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)은 상기 엑시머 램프(3)가 수용되는 공기 처리 하우징(2)을 포함하고, 인접한 2개의 엑시머 램프(3', 3'')의 표면(8', 8'') 사이의 직접 거리 A는 4cm 이하, 바람직하게는 2cm 이하 또는 더욱 바람직하게는 1cm 이하인 공기 처리 시스템(1; 9; 15; 16).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하우징(2)의 벽(4)과 인접한 엑시머 램프의 표면(8) 사이의 직접 거리 A는 2cm 이하, 바람직하게는 1.5cm 이하 또는 더욱 바람직하게는 1cm 이하인 공기 처리 시스템(1; 9; 15; 16).
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 엑시머 램프(3)는 상기 공기 처리 하우징(2)에 균일하게 분포되는 공기 처리 시스템(1; 9; 15; 16).
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(10)은 복수의 공기 처리 유닛(11)을 포함하고, 각 유닛은 단일 엑시머 램프(3)를 포함하는 공기 처리 시스템(10).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공기 처리 유닛(11)은 상기 엑시머 램프의 표면과 상기 공기 처리 유닛(4)의 내벽 사이의 거리 B가 약 2cm, 바람직하게는 1.5cm 이하 또는 더욱 바람직하게는 1.0cm 이하인 공기 처리 시스템(10).
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서,
    상기 공기 처리 유닛(11)의 단면 형상은 다각형, 바람직하게는 육각형, 정삼각형 또는 정사각형인 공기 처리 시스템(10).
  10. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엑시머 램프(3)는 상기 공기 처리 하우징(2) 또는 상기 공기 처리 유닛(11)의 유동 방향(flow direction)으로 배치된 종축(X)을 갖는 긴 원통형의 엑시머 튜브(5)인 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16).
  11. 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(15)은 제1파장을 방출하도록 배열된 적어도 제1그룹의 엑시머 램프(3a), 및 제2파장을 방출하도록 배열된 제2그룹의 엑시머 램프(3b)를 포함하고, 여기서 상기 제1 및 제2파장은 상이한 공기 처리 시스템(15).
  12. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(16)은 제1파장을 방출하도록 배열된 엑시머 램프(3a)를 포함하는 적어도 제1공기 처리 영역(17), 및 제2파장을 방출하도록 배열된 엑시머 램프(3b)를 포함하는 제2공기 처리 영역(18)을 포함하며, 여기서 제1 및 제2파장은 상이한 공기 처리 시스템(16).
  13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)의 모든 엑시머 램프(3)는 동일한 파장을 방출하도록 배치되는 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16).
  14. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)은 펄스 반복(pulse repetition)으로 엑시머 램프(3)를 작동 시키도록 배치되는 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16).
  15. 제14항에 있어서,
    상기 펄스는 10Hz 내지 100kHz, 예를 들어 약 20kHz와 같은 반송 주파수(carrier frequency)를 갖는 짧은 지속 시간, 바람직하게는 약 100ms 이하인 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16).
  16. 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 시스템이 하나 이상의 필터 장치(20)를 포함하는 것으로 변형되고, 상기 시스템은 실질적으로 엑시머 램프를 향한 필터 장치(들)의 전체 표면이 상기 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출(subjected to)되도록 배치되는 공기 처리 시스템(19).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 엑시머 램프를 향한 필터 장치(들)의 표면의 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 및 더욱 더 바람직하게는 99% 이상이 상기 엑시머 램프로부터 방출된 광자에 노출되는 공기 처리 시스템(19).
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 엑시머 램프(22)의 표면과 상기 엑시머 램프(3)를 향하는 적어도 하나의 필터 장치(23)의 표면 사이의 직접 거리(D)는 약 2cm, 바람직하게는 더 낮은 1.5 cm 또는 훨씬 더 바람직하게는 1.0 cm인 공기 처리 시스템(19).
  19. 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)을 통해 흐르는 오염된 공기 흐름의 90% 이상이 엑시머 램프(3)로부터 방출된 광자에 노출되는, 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)을 사용하여 오염된 공기 흐름을 처리하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 오염된 공기 흐름은 적어도 1ms의 기간 동안 광자에 노출되는 방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 처리는 실온 즉, 약 10 - 50℃, 바람직하게는 약 20 - 25℃에서 수행되는 방법.
  22. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)을 포함하는 가열 및/또는 환기 및/또는 에어 컨디션(air conditioning) 시스템.
  23. VOC와 같은 유기 화합물 형태의 오염 물질을 포함하는 오염된 공기 흐름을 처리하기 위한 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 따른 공기 처리 시스템(1; 9; 10; 15; 16)의 용도.
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