KR20200099851A - 공기정화장치 및 공기정화방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기정화장치 및 공기정화방법에 관한 것이다. 본 발명은 오염공기가 유입되는 유입구와 정화공기가 배출되는 유출구를 가지는 본체와, 기저물질 및 첨가물질를 포함하여 공기 중에 배출되어 버블이 만들어지는 혼합물을 수용하는 혼합물 수용부, 상기 혼합물을 상기 오염공기에 방출하는 노즐을 포함하며, 상기 혼합물은 상기 노즐에서 방출되어 버블이 형성되며, 상기 오염공기와 상기 버블이 접촉하면서 상기 오염공기가 정화되는 공기정화장치를 제공한다.

Description

공기정화장치 및 공기정화방법{Apparatus and Method for Filtering Dirty Air}

본 발명은 공기정화장치 및 공기정화방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 공기에 포함된 먼지 등과 같은 이물질을 효과적으로 필터링할 수 있는 공기정화장치 및 공기정화방법에 관한 것이다.

근래 공기에 포함된 각종 이물질 예를 들어 미세분진, 미세입자상물질, 먼지 등(이하 편의상 총칭하여 '미세분진')에 대한 사회적 관심이 증대하고 있다. 또한 이러한 미세분진의 규제에 대한 법규가 날로 강화되고 있다.

많은 사람들이 동시에 이용하는 다중이용시설들의 내부공기의 관리는 매우 중요하다. 대표적인 다중이용시설은 병원, 지하상가, 지하 주차장, 강당, 터미널, 고속도로 휴게소, 대형 상가건물 등이다. 그런데, 이러한 다중이용시설의 내부공기가 실제로 적합하게 관리가 되지 못하여 사회적 환경적 문제가 되고 있다.

대부분의 다중이용시설들이 공기청정기, 공기환기시스템 등을 갖추고 있지만, 미세먼지의 허용 기준치를 초과하고 있는 경우가 많다. 특히, 실외 대기의 미세먼지(PM10) 및 초미세먼지(PM2.5)의 농도가 높은 경우, 거의 대부분의 다중이용시설들에서 미세분진의 허용 기준치를 초과한다는 보도가 있다.

현재 사용되는 실내 공기정화장치는, 공기를 흡입하고 흡입된 공기를 다단계 필터를 통과시키면서 공기 중의 미세분진을 걸러서 제거하는 방식이다.

이러한 공기정화장치에서는, 공기 중의 미세분진 양이 많아지면 필터 교체주기도 급격히 짧아진다. 또한 공기정화장치의 사용이 계속되면 필터에 포집된 먼지 때문에 필터에 걸리는 배압이 계속적으로 증가한다. 따라서 공기정화장치의 흡입유량이 감소하여 정화능력도 계속적으로 떨어진다.

또한 다중이용시설은 통상 그 내부공간이 넓으므로 공기정화 능력도 커야 한다. 이를 위하여, 다중이용시설에 많은 수의 공기정화장치를 배치하는 경우에는, 높은 비용이 소요되고 설치에 공간적인 제약이 따른다. 또한, 많은 양의 공기정화를 위해서는 필터 단면적과 비례하여 공기정화장치 크기도 커져야 하고, 대용량의 흡입장치를 사용해야 한다. 따라서 이 경우에는 높은 전력부하 및 소음 발생으로 실내에서 사용하기 어렵다는 단점이 있다.

한편, 산업체에서 대용량 배기가스의 효율적인 정화를 위해서 사용되는 장치 중의 하나가 스크러버(Scrubber)이다. 대부분의 스크러버는 매우 크고 실외에서 사용된다.

스크러버는 배기가스에 물을 고압으로 분사하여 미세한 안개 상태의 물입자와 분진입자의 접촉에 의하여 분진입자를 정화한다. 분진입자를 함유한 물은 외부로 배출 되거나 폐수정화장치에서 분진입자가 정화된 물을 재순환하여 사용하기도 한다. 또한 배기가스 중의 특별한 악취 같은 가스입자의 처리를 위해서 물에 탈취제 같은 세정액을 혼합하여 사용하기도 한다.

스크러버에서 높은 미세분진 정화효율을 얻기 위해서는 물입자와 분진입자 사이에 접촉하는 체류시간 및 접촉확률이 높을수록 좋다. 분사노즐, 유동형태 또는 스크러버의 형상 등 다양한 인자들에 의해서도 결정되지만, 일반적으로 스크러버 내부에서의 공기속도가 낮아서 장치내부에서의 공기의 체류시간이 길어지면 효율이 증대된다. 또한 장치 내부에서 분사되는 물의 양이 많을수록, 물이 여러 번 다단으로 분사될수록, 강한 난류유동이 있을수록 효율이 증대될 수 있다.

그렇지만 이러한 방식으로 정화효율을 높이면, 스크러버의 대형화 및 복잡화, 과다한 물의 사용, 폐수의 처리라는 단점이 발생한다. 또한 다단 분사하는 경우에도 장치의 크기가 커지고 복잡해진다.

한편, 스크러버의 크기가 제한되는 상태에서 정화효율을 향상시키는 다른 방식이 시도되고 있다. 예를 들어, 정화하려는 배기가스를 물속으로 유입시키고 물속에서 버블을 생성하여, 물과 분진입자사이의 접촉을 증대시킨다. 또한 일정한 부피를 가지는 버블이 터지면 충격파가 발생하고, 이에 따라 유동이 강한 난류유동이 발생된다.

물속에서 버블을 생성하는 방식은, 수조에 압축공기를 공급하는 방식, 수조에 고압가스 또는 고압의 물을 투입하는 방식, 물을 가열하는 방식, 물을 전기분해하는 방식, 다공성 물질에 공기를 투입하는 방식, 그리고 전용 버블 발생장치를 이용하는 방식 등이 있다. 그런데, 수조에 압축공기를 공급하려면, 공기흡입용 장치의 용량 및 압력 수두가 증가하여야 한다. 또한, 수조에 고압의 물을 분사를 하는 경우에는 액체용 펌프용량이 커져야 한다.

한편, 상술한 이러한 문제점 때문에, 종래의 스크러버 방식의 배기정화장치를 실내공간에 설치하여 대용량 공기를 정화하기 위하여 사용하는 것은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 높은 공기정화 효율을 원하는 경우에 공기정화장치의 크기가 과다해져 실내 사용이 실질적으로 불가능하다. 또한 물의 사용량이 매우 많아지고, 이에 따른 폐수 처리의 문제도 발생한다. 따라서 종래의 스크러버를 그대로 이용하여 대용량의 공기를 정화하는 것을 경제성이 낮아지므로, 실질적으로 적용가능성이 거의 없다.

실제로 공장 등에서 사용하는 스크러버 장치의 액기비(Liquid to Gas ratio; 가스 1m³의 처리를 위해서 필요한 물의 양(Liter))가 1~3 정도이다. 따라서 예를 들어 시간당 9,000 m³/H 의 공기 정화를 위해서는 9,000~27,000 Liter/H 정도의 매우 높은 수준의 물이 필요하다.

둘째, 스크러버 방식의 공기정화장치를 실내에서 사용하기 위하여, 공기정화장치를 실내에서 사용가능할 만큼의 크기로 만들고 또한 물 사용량을 제한하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 이렇게 하면 공기의 유동속도가 높아져야 하고, 따라서 공기와 물의 접촉 가능성이 낮아져 정화효율이 낮아진다.

공기정화장치의 크기가 작은 경우에 원하는 정화효율을 얻기 위해서는 고압분사를 통한 난류유동 형성, 다단 분사, 버블 형성 등의 방법을 사용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 물속에 공기를 투입하려면 공기흡입용 장치의 용량 및 압력 수두의 증가가 필요하다. 또한 수조에 액체를 고압분사를 하는 경우에는 액체용 펌프 용량이 커져야 한다. 또한 다단 분사하는 경우에도 장치 크기가 커지고 복잡해 질 수밖에 없다.

따라서, 종래의 스크러버를 그대로 대용량의 공기정화에 사용하는 것은 실질적으로 적용하기가 어렵다.

본 발명의 목적은, 대용량의 공기를 효율적으로 정화할 수 있는 공기정화장치 및 공기정화방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 장치의 크기를 크게 하거나 다수의 필터를 사용하지 않고도 대용량의 공기를 효율적으로 정화할 수 있는 공기정화장치 및 공기정화방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 스크러버 개념을 기본적으로 이용하면서도 실내에 설치 가능하고 대용량의 공기를 효과적으로 정화할 수 있는 공기정화장치 및 공기정화방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예는, 오염공기가 유입되는 유입구와, 정화공기가 배출되는 유출구를 가지는 본체와; 기저물질 및 첨가물질를 포함하여, 공기 중에 배출되어 버블이 만들어지는 혼합물을 수용하는 혼합물 수용부; 상기 혼합물을 상기 오염공기에 방출하는 노즐을 포함하며, 상기 혼합물은 상기 노즐에서 방출되어 버블이 형성되며, 상기 오염공기와 상기 버블이 접촉하면서 상기 오염공기가 정화되는 공기정화장치를 제공한다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 혼합물은 상기 기저물질은 물 및 공기 중 최소한 한 개이며, 상기 첨가물질은 상기 물의 표면장력을 낮추는 물질일 수 있다. 상기 첨가물질은 계면활성제 성분을 포함하는 물질의 최소한 한 개의 조합일 수 있다. 그리고 상기 첨가물질은 보습제 성분을 포함하는 물질을 더욱 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 기저물질은 물이며, 상기 첨가물질은 천연세제 및 글리세린일 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 공기정화장치는 다수의 기공 또는 공극을 가지는 기공체를 더욱 포함할 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 혼합물 수용부는 상기 본체와 연결될 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 혼합물 수용부은 상기 혼합물을 필터링하는 필터모듈이 연결되며, 상기 필터모듈에는 상기 혼합물을 펌핑하는 펌프가 연결될 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 유출구에는 상기 혼합물이 외부로 배출되는 것을 방지하는 더미스터가 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 예시적인 실시예는, 오염공기를 소정 공간에 유동시키는 제1단계와; 상기 오염공기의 유동에 버블을 만드는 제2단계와; 상기 오염공기와 상기 버블을 접촉에 의하여 상기 오염공기를 정화하는 제3단계를 포함하는 공기정화방법을 제공한다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 제2단계에서, 기저물질과, 상기 기저물질의 표면장력 제공을 낮추는 첨가물질을 혼합한 혼합물을 상기 오염공기의 유동에 배출하여 상기 버블을 만들 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 기저물질은 물 및 공기 중 최소한 한 개이며, 상기 첨가물질은 계면활성제 성분을 포함한 물질의 최소한 한 개의 조합일 수 있다.

예시적인 실시예에 의하면, 상기 제3단계에서의 상기 혼합물을 필터링하여, 상기 오염공기의 유동에 다시 배출할 수 있다.

상술한 실시예들의 각각의 특징들은 다른 실시예들과 모순되거나 배타적이지 않는 한 다른 실시예들에서 조합적 또는 복합적으로 구현될 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 공기정화장치 및 공기정화방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 본 발명에 따르면, 다수의 공기정화장치를 사용하거나 용량이 큰 필터를 사용하지 않아도 대용량의 공기를 정화할 수 있다는 이점이 있다.

둘째, 본 발명에 따르면, 공기의 유동 중에서 자연스럽게 대량의 버블을 연속적으로 생성시켜 액체입자와 분진입자의 접촉확률 및 접촉시간을 증대시킬 수 있다. 또한 공기의 유동을 난류화할 수 있다. 따라서, 공기정화장치의 크기를 크게 하지 않고도 대용량의 공기를 정화할 수 있고, 물의 사용량도 대폭적으로 줄일 수 있다는 이점이 있다.

셋째, 본 발명에 따르면, 장치를 크게하거나 복잡하지 않게 하면서도, 배기가스 등도 효율적으로 정화할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기정화장치의 실시예를 개념적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1에서 버블의 발생의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 공기정화장치에서 버블 발생을 실험한 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기정화장치의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 공기정화장치 및 공기정화방법의 바람직한 실시예를 설명한다.

이하에서는, 본 발명의 구성요소 등을 구체적으로 특정하는 도면 및 실시예에 의하여 설명하지만, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위하여 사용된 것이다. 또한, 아래의 실시예에서 특정의 구성요소는 설명의 편의를 위하여 과장되게 또는 축소되어 도시되거나 설명될 수 있지만 이 또한 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이다.

따라서, 본 발명은 아래에서 설명될 실시예 또는 도면에 그려진 형태로 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형의 본 발명의 범주이다.

먼저, 본 발명에 따른 실시예를 설명하기에 앞서 본 발명의 원리를 설명한다.

본 발명에서는 스크러버의 개념을 이용하여 공기를 정화하는 것을 제안한다. 또한, 본 발명에서는 스크러버의 기본적인 개념을 이용하면서도, 장치를 크게 하거나 복잡하지 않게 하면서도, 대용량으로 실내공기를 정화할 수 있는 것을 제안한다.

즉, 본 발명에 따르면, 스크러버 기본적 개념을 이용하면서도, 크지 않은 크기로 실내의 대용량 공기를 소망하는 정화효율로 정화할 수 있는 공기정화장치 및 공기정화방법을 제안한다. 또한, 본 발명에 따르면, 실내에 배치 사용이 가능하고, 사용전력, 소음, 물 사용량이 허용 범위 내에 있는 공기정화장치 및 공기정화방법을 제안한다.

그런데, 종래의 스크러버의 개념을 그대로 이용하면, 이러한 문제가 해결되지 않는다.

왜냐하면, 종래 기술에서 설명한 바와 같이, 종래의 스크러버에서는 소망하는 공기정화용량, 정화효율을 달성하려면, 필연적으로 장치의 크기가 커지고 물의 사용량이 너무 커지게 되기 때문이다. 또한, 장치의 크기를 줄이기 위하여, 다단분사, 버블을 발생시키려면, 이러한 기능을 위한 추가의 구성요소가 부가되어야 한다. 따라서 장치가 복잡해지고 펌프 등과 같은 각종 구성요소의 용량도 커져야 한다.

따라서, 본 발명에서는, 수조를 사용하지 않고도 또한 별도의 버블 발생장치를 적용하지 않고도 공기유동 중에서 자연적으로 대량의 버블을 쉽게 발생시켜 액체입자와 미세분진의 접촉확률 및 접촉시간을 증가시켜 대용량의 공기를 매우 낮은 액기비에서도 정화하는 방법을 제안한다.

본 발명에서는 기저물질에 소정의 첨가물질을 포함시켜 혼합물질(이하 편의상 '혼합물')를 만들고, 상기 혼합물을 공기 중에 분사하면 자연적으로 버블이 형성되는 방식을 제안한다. 한정되지는 않지만, 예를 들어, 기저물질은 물, 첨가물질은 계면활성제 등을 사용할 수 있다. (혼합물에 대한 상세한 설명은 후술함.)

도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 공기정화장치의 실시예의 전체적인 구조를 설명한다.

본 실시예에 따른 공기정화장치(100)는 미세분진에 포함된 공기(이하 '오염공기')(A1)가 내부에서 유동하는 본체(4)를 포함한다. 상기 본체(4)의 내부에는 버블을 형성시키기 위한 혼합물(10)을 분사하는 노즐(5)이 구비될 수 있다.

또한 노즐(5)에서 분사된 혼합물(10)이 부딪치고, 또 공기 유동을 균일화하기 위한 기공체(6)가 구비될 수 있다. 또한, 본체(4)에서 필터링된 공기(이하 '정화공기')(A2)가 배출되는 부분에는 더미스터(Demister)(7)가 구비될 수 있다. 상기 더미스터(7)는 정화공기에 포함된 액체를 제거하는 기능을 한다.

한편, 상기 본체(4)에는 오염공기를 상기 본체(4)로 흡입시키는 블로워(1)가 연결될 수 있다. 또한 상기 본체(4)에는 혼합물(10)를 필터링하는 혼합물 필터모듈(2), 상기 혼합물(10)를 노즐(5)로 펌핑하는 펌프(3)가 연결될 수 있다.

각각의 구성요소를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본체(4)에는 유입구(42)과 유출구(44)가 구비될 수 있다. 상기 유입구(42)를 통하여 오염공기(A1)가 유입되며, 상기 본체(4)에서 필터링된 정화공기(A2)는 상기 유출구(44)를 통하여 상기 본체(4)의 외부로 배출된다.

상기 본체(4)의 형상은 한정되지는 않는다. 예를 들어, 공기 유동의 압력손실이 적고, 유동의 균일화를 위해서 회전을 줄 수 있는 대략 원통형으로 구성될 수 있다.

또한 오염공기(A1)의 유입구(42) 및 유출구(44)의 위치는 한정되지 않지만, 유입구(42)는 하부에 구비되고 유출구(44)는 상부에 구비되어, 오염공기(A1)가 본체(4)의 하부에서 상부로 유동할 수 있다.

그리고, 본체(4)의 유입구(42)에 연결된 유로(12)의 소정위치에는 오염공기(A1)를 상기 유입구(42)로 흡입하는 블로워(1)가 구비될 수 있다. 블로워(1)는 공기를 흡입하기 위한 장치이며, 특정 장치에 한정되지 않으며 블로워, 팬 등이 사용될 수 있다.

한편, 본체(4)에는 혼합물(10)를 배출하는 노즐(5)을 포함할 수 있다. 혼합물(10)이 유동이 통과하는 유로덕트(82)의 대략 말단부(88)의 소정 위치에 다수개의 노즐(5)이 구비될 수 있다. 또한 혼합물의 배출방향은 한정되지 않지만, 상기 노즐(5)의 배출방향은 하부로 향하여, 혼합물(10)의 배출방향과 오염공기(A1)의 유동방향이 반대로 할 수 있다.

또한 혼합물을 공급하는 노즐(5)의 종류, 형상, 작동 압력 등은 한정되지 않으며, 혼합물(10)이 오염공기(A1) 유동 중에 넓게 퍼지도록 적절히 구성하는 것이 가능하다. 따라서, 노즐(5)은 특정형상을 가진다거나 소정 압력으로 분사할 필요는 없다. 예들 들어, 노즐(5)은 혼합물(10)을 공기 유동 중에 소정 압력으로 분사하여도 되고, 혼합물(10)을 공기 유동 중에 단순히 공급하는 배출구가 되어도 된다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 공기정화장치(100)에서는 버블을 만들기 위한 별도의 버블생성장치가 없다. 또한, 본 실시예에 따른 공기정화장치에서는, 물속(수조)이 아닌 공기 유동 중에서 자연스럽게 대량의 버블이 연속적으로 생성된다.이를 위하여, 본 실시예에서는 배출되면 버블(B)(도 2 참조)을 만들 수 있는 혼합물(10)을 사용하는 것을 제안한다. 혼합물은 기저물질에 소정의 첨가물질을 포함시켜 만들어지며, 상기 혼합물이 공기 중으로 배출되면 자연적으로 버블이 형성되는 방식을 제안한다.

노즐(5)에서 배출되면 버블이 만들어 지는 물질이라면 혼합물로 사용하는 것이 가능하다. 한정되지는 않지만, 기저물질로는 얻기 쉬운 물을 사용하는 것이 바람직하다. 기저물질은 물로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 공기, 물과 공기의 조합 등이 사용될 수 있다.

연구 결과, 대량의 버블을 만들어 내기 위하여, 기저물질 예들 들어 물의 표면장력을 낮추는 것이 바람직하였다. 따라서, 물의 표면장력을 낮출 수 있는 물질을 첨가물질로 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 실험 결과, 첨가물질로서 계면활성제 성분을 포함한 물질을 사용하면, 물의 표면장력을 낮추어 버블을 생성하고 유지할 수 있었다.

또한 계면활성제를 단독으로 또는 여러 종류의 계면활성제를 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 첨가물질의 종류는 실험 등을 통하여 적절히 선정할 수 있다. 물과 첨가물질의 혼합비율도 실험 등을 통하여 적절히 결정할 수 있다. 또한, 첨가물질으로 보습제를 더욱 포함할 수도 있다. 예를 들어, 첨가물질로서 식물성 천연세제, 식용이 가능하고 인체에 무해한 식물성 글리세린을 사용하여 실험한 결과, 버블을 생성 및 유지할 수 있었다.(도 3 참조)

한편, 본 실시예는 혼합물(10)를 수용하는 혼합물 수용부(8)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 혼합물 수용부(8)는 본체(4)와 별도로 구비되어도 되고, 상기 본체(4)의 하부의 일부를 사용하여도 된다. 또한, 혼합물 수용부(8)에 연결된 혼합물의 유로(82)의 소정 위치에는 상기 혼합물(10)를 노즐(5)로 펌핑하는 펌프(3)가 구비될 수 있다.

한편, 상기 혼합물(10)은 재활용되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 혼합물 수용부(8)에 연결된 유로(82)의 소정위치에는 상기 혼합물(10)을 필터링하는 필터모듈(2)이 구비될 수 있다.

상기 필터모듈(2)은, 오염공기에서 이물질이 섞인 혼합물(10)을 필터링하여 다시 깨끗한 상태로 유지하는 기능을 한다. 따라서, 본 실시예에서는 혼합물을 계속적으로 필터링하여 재사용하므로, 물의 사용량이 적고 폐수처리도 필요하지 않다.

한편, 본체(4)에는 공기 유동을 균일화하기 위한 기공체(6)가 구비될 수 있다. 또한 기공체(6)는 물속이 아닌 공기 유동 중에서 혼합물에서 쉽게 버블을 만들어 내는 기능을 할 수 있다. 기공체(6)는 다수의 구멍을 가질 수 있다. 기공체(6)는 격자 구조로 구성되거나, 공극을 가지는 체적구조로 구성될 수 있다.

기공판(6)이 격자구조로 구성되는 경우에는, 상기 기공판(6)은 다수의 기공을 가지는 일종의 쉬트(sheet) 또는 플레이트가 될 수 있다. 예를 들어, 기공체(6)는 메쉬형상 또는 타공판형상의 구조물이 될 수 있다. 기공판(6)이 공극을 가지는 체적구조로 구성되는 경우에는, 상기 기공판(6)은 다수의 기공을 가지며 소정 부피(volume)를 가지는 구조체가 될 수 있다. 예를 들어, 기공판(6)은 소정 부피를 가지는 스펀지의 구조를 가질 수 있다.

따라서, 상기 기공체(6)의 격자 사이 또는 공극 사이를 통하여 공기가 흐르면서, 공기 흐름 방향에 따라 기공체(6)의 상단 또는 하단에서 연속적으로 자연적으로 버블이 만들어 질 수 있다. 또한, 상기 기공체(6)에 노즐에서 배출된 혼합물 및 버블이 부딪쳐 소멸되면서 충격파도 발생한다. 이러한 충격파에 의해 유동을 강하게 흔드는 작용을 할 수 있다.

상기 기공체(6)는 혼합물 분사방향 또는 공기유동과 소정각도로 배치될 수 있다. 도 1에서는, 기공체(6)가 혼합물 분사방향 및 공기유동과 대략 직각으로 배치된 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 직각으로 배치되지 않아도 된다.

또한 상기 기공체(6)는 한정되지는 않지만, 노즐(5)에 대응하여 바람직하게는 노즐(5)의 하부에 각각 배치될 수 있다. 또한 노즐(5)의 상부에도 배치될 수 있다.

한편, 본체(4)의 유출구(44) 측에는 정화공기와 함께 혼합물이 외부로 배출되지 않도록, 혼합물을 제거하는 더미스터(7)가 구비될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 실시예에 따른 공기정화장치의 작용을 설명한다.

블로워(1)가 작동하여, 오염공기(A1)가 본체(4)의 내부로 유입된다. 펌프(3)가 작동하여, 혼합물 수용부(8)에 있는 혼합물(10)를 펌핑하여 노즐(5)로 공급한다. 노즐(5)에서는 혼합물이 배출되며, 배출된 혼합물에 의하여 버블(B)이 만들어 진다.

도 2 및 도 3을 참조하여, 버블에 의한 공기정화 효과를 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이, 공기 유동 중에 혼합물이 분사되면 버블이 만들어 진다. 도 3는 기저물질로서 물, 첨가물질로서 식물성 천연세제와 글리세린을 사용하여 혼합물(10)을 만들어 실험한 사진이다.

도 3의 (A)는 공기는 아래쪽에서 위로 유동하고, 혼합물 분사는 아래로 하여 실험한 것이다. 이 경우에는 하단 기공체부터 상단 기공체의 전체 공간에서 버블이 형성되어, 노즐이 버블의 내부에 있는 상태가 되었다. 또한, 혼합물의 혼합비율에 따라서 버블의 형성 형태가 달랐다.

도 3의 (B)는 공기는 아래쪽에서 위로 유동하고, 혼합물 분사도 위로 하여 실험한 것이다. 이 경우에는 하단 기공체의 윗부분 및 상단 기공체의 상부에도 버블이 형성되었다.

한편, 버블이 형성된 이후에 혼합물를 추가로 공급하지 않고 공기만 유동시켜도 버블은 몇 일 동안 유지되었다. 또한 버블이 형성된 이후에 공기를 공급하지 않아도 버블이 몇 일 동안 유지되었다.

노즐(5)에서 분사된 혼합물(10)이 공기 유동, 본체(5)의 내벽 등에 부딪치면서 버블이 발생된다. 또한 노즐(5)에서 분사된 혼합물이 기공체(6)에 부딪치면서 버블이 더욱 효과적으로 발생되고 유지된다.

한편, 혼합물이 공기 중으로 분사되어 기공체(6)에 도달하면, 격자 또는 공극의 표면에는 액체 상태의 혼합물 층이 만들어 진다. 이때, 격자 사이 또는 공극 사이를 통하여 흐르는 공기 유동에 의하여 혼합물 층의 일부에서 먼저 버블막 (Bubble surface)이 형성된다. 공기가 계속적으로 유동함에 따라 버블막이 격자 또는 공극으로 부터 분리되어 버블(B)이 더욱 효율적으로 만들어 진다. 이후 격자 또는 공극의 표면에는 다시 액체 상태의 혼합물이 채워지고, 계속해서 버블 생성이 진행되는 것이 반복된다.

버블(B)의 막은 액체 성분이며, 그 내부에는 공기가 들어가 있는 상태이고, 또한 버블이 공기 유동을 따라 가면서 다양한 형상을 가지는 버블로 변화된다. 따라서 버블 내부의 공기 중에 존재하는 미세분진은 버블막과 접촉할 확률이 매우 커지게 되고, 결과적으로 여과효율이 크게 증대된다.

버블이 발생하면 여과효율이 크게 증대되는 이유를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 일정한 단면적을 가지는 유로 내부에 버블을 발생시키지 않고 분사된 물만을 이용하여 미세분진 입자 한 개를 접촉 여과시키는 경우를 설명한다. 이때 미세분진을 여과하기 위해서는, 공기의 유동경로에서 정확한 시간(Timing)에 물 입자들을 미세분진 입자 한 개와 정확히 충돌시키는 것이 필요하다. 미세분진 입자 한 개의 체적이 일정하다면, 충돌이 일어날 확률은 물의 체적이 큰 경우 또는 물의 입자 수가 많을 경우 높아질 것이며, 반대인 경우는 낮아질 것이다.

그런데, 버블을 발생시키는 경우에는, 버블은 같은 질량의 물에 대하여 체적을 수십~수천배 크게 증대 시켜놓은 형상이기 때문에 미세분진 입자의 충돌 확률은 체적에 비례하여 높아진다. 즉 버블이 없는 경우와 비교하면, 동일한 여과효율을 수십~수천배 적은 물의 양으로 얻는 것도 가능하다. 또한 같은 물의 양인 경우, 버블을 이용하면 수십~수천 배로 체류시간이 증가되는 효과를 가진다.

상술한 바와 같이, 동일한 양의 물을 사용하는 경우, 버블(B)의 발생이 없는 경우에 비하여 버블이 발생하는 경우에는 표면적이 수십에서 수천 배까지 증가된다. 또한 버블 자체도 매우 불규칙하게 운동하기 때문에 오염공기(A1) 중에 포함된 미세분진 입자가 버블 표면에 접촉할 확률이 매우 크게 증대된다.

또한 발생된 버블(B)이 버블이 깨지면서 충격파를 생성하고 유동의 난류화를 촉진한다. 또한 버블이 기공체(6)에 부딪쳐 소멸되면서도 충격파가 발생하고, 따라서 유동을 강하게 흔드는 작용을 할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 버블 발생용 전용장치를 별도로 사용하지 않고도 공기 유동 중에서 자연스럽게 대량의 버블을 연속적으로 생성시킬 수 있다. 따라서, 액체입자와 미세분진의 접촉 확률을 증대시킬 수 있고, 또한 유동의 난류화 등을 촉진시킬 수 있다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 장치 크기를 크게 하지 않고도 대용량의 공기를 효과적으로 정화할 수 있다.

한편, 버블 자체의 밀도는 매우 낮아서 오염공기를 흡입하기 위한 블로워(1)의 압력 용량을 크게 하지 않아도 된다. 따라서 본 실시예에 의하면, 대용량의 공기를 정화하면서도, 블로워(1)와 같은 구성요소의 압력 용량을 크게 하지 않아도 된다.

한편, 오염공기에서 제거된 미세분진 등의 이물질은 혼합물에 섞여 본체(4)의 하부로 모이고, 결국 혼합물 수용부(8)로 모이게 된다. 그런데, 혼합물 수용부(8)에는 필터모듈(2)이 연결된다. 따라서 혼합물을 포함된 고체상태의 이물질을 필터링하고, 필터링된 혼합물을 다시 노즐(5)로 공급할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 물의 사용량를 대폭적으로 줄일 수 있다.

결국, 본 실시예에 의하면, 공기정화장치를 크게 하지 않고 물 사용량을 줄이면서도 대용량의 공기를 효과적으로 정화할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 공기정화장치를 실내 공간에 설치되어 대용량 공기를 경제적이고 효율적으로 정화할 수 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 버블에 의하여 표면적이 수십에서 수천 배까지 증가, 버블 자체도 매우 불규칙하게 운동하여 미세분진과 버블의 접촉확률의 증가, 버블이 깨지면서 충격파를 생성하고 유동의 난류를 촉진 등의 효과가 있다. 따라서 버블의 생성 및 소멸 위치에 따른 다양한 크기 및 효율을 가지는 공기정화장치의 설계 및 제작이 가능하다.

도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 공기정화장치의 다른 실시예를 설명한다.

본 실시예도 상술한 실시예와 기본원리는 동일하다. 다만, 본 실시예에서 본체(40)의 형상을 스파이럴 형태로 구성할 수 있다. 또한 본 실시예에서는 혼합물 수용부(8)를 본체의 외부에 설치할 수 있다.

동일 높이의 원통형의 본체의 공기유로의 길이에 비하여, 스파이럴 형태의 본체(40)의 공기유로의 길이가 길다. 따라서 공기가 본체(40)에 체류하는 시간을 극대화하여 정화효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본체(40)가 스파이럴 형태이므로, 그 내부에서 공기가 부드럽게 유동할 수 있다.

본체(40)의 형태가 스파이럴 형태인 경우에는 혼합물 수용부(8)는 상기 본체(40)와 별도로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 본체(40)의 스파이럴의 각각의 층에 혼합물을 공급하는 유로(82a, 82b, 82c)를 각각 연결하는 것이 바람직하다.

그 외에 설명되지 않은 부분은 위에서 설명한 실시예의 사항이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 서로 배치되는 사항이 아니라면, 특별한 언급이 없더라도, 어느 한 실시예에서 설명한 기술적 사항은 다른 실시예에서 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명을 구체적 구성요소 등과 같은 특정 사항을 가지는 한정된 실시예 및 도면에 의하여 설명하였으나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 사용된 것이다. 즉 본 발명은 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하며, 이러한 수정 및 변형의 본 발명의 범주이다.

예를 들어, 상술한 실시예에서는 대용량의 공기를 정화하는 공기정화장치 및 공기정화방법을 설명하였다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 설명하면 다음과 같다.

상술한 실시예에서는, 기저물질로서 물을 사용하는 것을 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 않다. 기저물질로 공기 바람직하게는 압축공기를 사용하여도 버블을 발생시킬 수 있다. 물 및 공기를 같이 사용할 수도 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 본체의 내부에 기공체가 구비되는 것을 도시 및 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않다. 버블 형성을 효율적으로 할 수 있으면, 기공체의 형상, 구조, 배치 등을 한정되지 않는다. 예를 들어, 기공체는 혼합물의 유동유로 및/또는 공기의 유동유로의 소정 위치에 소정 방식으로 구비될 수 있다. 노즐의 출구에 메쉬형태의 작은 기공체를 설치하거나, 노즐에 스펀지형태의 기공체를 삽입 설치하여도 된다. 또는 본체의 내벽에 쉬트 형태로 걸쳐져 설치될 수도 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 오염공기를 정화하는 것을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않다. 예들 들어, 본 발명은 배기가스의 정화에도 사용될 수 있다. 즉, 본 명세서의 오염공기라는 용어는 배기가스를 포함하는 용어로 해석하여야 한다. 예를 들어, 상술한 실시예에서, 오염공기 대신에 배기가스를 본체에 유동시키면, 상기 배기가스에 포함된 미세분진 등을 여과할 수 있다.

1: 블로워 2: 필터모듈
3: 펌프 4: 본체
5: 노즐 6: 기공체
7: 더미스터 8: 혼합물 수용부

Claims (13)

1. 오염공기가 유입되는 유입구와, 정화공기가 배출되는 유출구를 가지는 본체와;
   기저물질 및 첨가물질를 포함하여, 공기 중에 배출되어 버블이 만들어지는 혼합물을 수용하는 혼합물 수용부;
   상기 혼합물을 상기 오염공기에 방출하는 노즐을 포함하며,
   상기 혼합물은 상기 노즐에서 방출되어 버블이 형성되며, 상기 오염공기와 상기 버블이 접촉하면서 상기 오염공기가 정화되는 공기정화장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합물은 상기 기저물질은 물 및 공기 중 최소한 한 개이며, 상기 첨가물질은 상기 물의 표면장력을 낮추는 물질인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 첨가물질은 계면활성제 성분을 포함하는 물질의 최소한 한 개의 조합인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 첨가물질은 보습제 성분을 포함하는 물질을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 기저물질은 물이며, 상기 첨가물질은 천연세제 및 글리세린인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 기공 또는 공극을 가지는 기공체를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 혼합물 수용부는 상기 본체와 연결되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 혼합물 수용부은 상기 혼합물을 필터링하는 필터모듈이 연결되며, 상기 필터모듈에는 상기 혼합물을 펌핑하는 펌프가 연결되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 유출구에는 상기 혼합물이 외부로 배출되는 것을 방지하는 더미스터가 구비되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
10. 오염공기를 소정 공간에 유동시키는 제1단계와;
    상기 오염공기의 유동에 버블을 만드는 제2단계와;
    상기 오염공기와 상기 버블을 접촉에 의하여 상기 오염공기를 정화하는 제3단계를 포함하는 공기정화방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 제2단계에서, 기저물질과, 상기 기저물질의 표면장력을 낮추는 첨가물질을 혼합한 혼합물을 상기 오염공기의 유동에 배출하여 상기 버블을 만드는 것을 특징으로 하는 공기정화방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 기저물질은 물 및 공기 중 최소한 한 개이며, 상기 첨가물질은 계면활성제 성분을 포함한 물질의 최소한 한 개의 조합인 것을 특징으로 하는 공기정화방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 제3단계에서의 상기 혼합물을 필터링하여, 상기 오염공기의 유동에 다시 배출하는 것을 특징으로 하는 공기정화방법.

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