KR20200108701A - 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법 - Google Patents
건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
산업화 등으로 미세먼지 및 오염 물질의 증가로 인하여 도시의 공기의 질이 현저히 나빠지고 있어, 미세먼지 농도가 심해질 경우 외출 자제 및 마스크 착용을 유도하고 있다. 공기중 미세먼지와 오염물질은 건강에 심각한 위험을 끼치므로, 공기 오염으로 인한 많은 사회적 비용을 지불하고 있다. 그러나 현재 야외에서 공기정화하는 방법으로는 미세먼지가 자연적으로 감소하든지, 비가 내리기를 기대하는 방법 이외에 대안을 제시하지 못하고 있다. 마시는 물에는 많이 비용을 국가에서 투자하거나, 생수를 개인들이 개별적으로 구입하고 있지만, 깨끗한 공기에 대해서는 사회적 투자가 거의 이루어지지 못하고 있으며 대안이 부족한 현실이다. 본 발명은 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법에 대한 것이다. 본 발명을 통해 공기청정기를 실내에서 사용하는 단계를 벗어나, 도시의 많은 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템을 구축할 수 있다. 즉, 미세먼지 및 공기 오염물질이 수막을 통해 흘러내리도록 하여 주변의 공기를 정화하는 효과가 있다. 아파트의 외벽 면적이 100m x 20m일 경우 초속 1m/sec의 공기 유동(바람, 대류)이 있다면 7,200,000 ㎥/h의 공기를 정화할 수 있다. 외벽에 수막을 형성하고 흘러내리는 물은 하단에 물받이를 설치하여 수조에 저장하도록 구성함으로써, 물을 재순환 사용하고 상단으로 물을 올리는 펌프 전력만으로 상기 시스템을 운용할 수 있어 미세먼지를 제거하는 전국적 네트워크를 쉽게 구축할 수 있다.
Description
건강하게 살기 위해서는 좋은 음식을 먹고, 좋은 물과 좋은 공기를 마시는 것이 중요하다. 사람이 하루에 섭취하는 물질 중 80%가 공기이고 하루에 80% 이상의 시간을 실내에서 생활하고 있으므로, 실내 공기의 오염은 건물병 증후군과 같은 이상 증상을 일으킬 수 있다. 최근 여러 원인에 의하여 미세먼지의 발생이 심각해지고 있다. 미세먼지는 10㎛ 이하의 작은 먼지로 PM10이라 부르며, PM10보다 1/4 작은 초미세먼지는 PM2.5라 부른다. 세계보건기구는 초미세먼지를 1급 발암 물질로 지정하였으며, 폐렴 · 심장병 · 각종 암 외에도 다양한 호흡기 질환의 원인이다. 미세먼지 등으로 심각한 대기 오염에 시달리고 있는 중국 베이징에서는 3개의 공기 흡입구를 가진 높이 7m에 이르는 건물 형태의 세계최대 공기청정기(네덜란드 발명가 루즈가르도)를 도입하여 시험 운용을 진행했으며, 하루 12시간 가동시 축구장 면적의 공기를 정화하는 것으로 2016년에 발표되었다.
공기청정기는 오염제거 방식에 따라 1) 필터식, 2) 전기 집진식, 3) 수막식, 4) 복합식으로 구분된다. 필터식은 공기가 망 또는 부직포, 활성탄, 헤파(HEPA) 필터 등의 여러 단계 필터를 거쳐 오염물질을 걸러내도록 하는 방식으로 미세먼지 · 진드기 · 꽃가루 등 입자형태의 오염 물질 제거에 탁월한 성능을 보인다. 필터를 주기적으로 교체해야 하므로 유지비용이 지속적으로 들어가고 적정 주기에 맞춰 청소도 해줘야 하는 번거로움이 있다. 터널 내 환기시스템에 주로 적용되고 있는 전기 집진식은 전기적인 방전 원리를 이용, 공기 속의 오염물질을 이온화해 강력한 집진판에 흡착시켜 공기를 정화한다. 먼지 제거에 효과적이고 금속재질의 집진판만 정기적으로 세척 관리해주면 반영구적으로 사용할 수 있는 이점이 있다. 수막식은 물의 흡착력을 이용해 물을 필터로 사용하는 공기정화기로 흡입된 공기를 물에 접촉시켜 공기 중의 부유 물질을 침전시킨다. 전기 집진식은 각종 미세먼지를 제거하는데 효과적이고, 필터방식은 미세먼지 외에도 꽃가루 진드기 까지 정화 범위가 넓다. 헤파 필터나 광촉매 방식은 유해가스나 탈취효과 등도 기대할 수 있다.
필터식 공기청정기는 필터 관리가 생명이기 때문에, 일정 기간마다 세척과 교체가 필요하다. 복합식 헤파 필터는 주름 부위를 진공청소기로 청소한다. 실내용 전기 집진식은 2 ~ 4주에 한 번씩 집진판을 꺼내 중성세제를 물에 풀어 닦아준 뒤 완전히 건조시켜 다시 사용한다. 수막식은 물이 필터 역할을 하기 때문에 물관리가 중요하다. 가정용 공기청정기로 360도 방향의 공기를 흡입하고, 알러지 원인물질 및 0.02㎛의 극초미세먼지 제거(KIMM 시험 기준, 시험환경 30 ㎡) 필터와 스모그 원인 물질(SO2,NO2) 및 새집증후군 물질(톨루엔, 포름알데히드)과 냄새까지 제거하는 유해가스 필터(한국공기청정협회 인증 기준, 시험방법 SPS KACA002 132 실내공기청정기, 시험환경 8㎡) 및 깨끗한 공기를 10m 내외까지 보내는 부스터(circulator) 기술도 적용되고 있다. 소비전력 30W급 가정용 공기청정기의 경우, 일반적으로 총풍량은 7㎥/분, 청정풍량 5㎥/분이므로 1시간 가동시 총청정풍량은 300㎥/H, 24시간 가동시에는 총청정풍량은 7,200㎥/일 처리할 수 있다.
국가에서는 깨끗한 물을 공급하기 위하여 상수도 시설에 많은 투자 및 수질 오염 물질 규제치 관리 등과 같이 엄격한 운영을 하고 있다. 깨끗한 물 못지않게 국민의 건강에는 깨끗한 공기도 매우 중요하다. 실내에서는 개별적으로 공기정화기를 설치하고 있지만, 실외에서는 공기를 정화하는 수단이 없어 미세먼지 및 오염이 심한 날에는 외출 자제 및 마스크 착용과 같은 소극적 수단에 그치고 있다. 한국 정부의 미세먼지 저감 대책으로는 ① 국내배출원의 과학적 저감, ② 미세먼지 CO2 동시저감 신산업 육성, ③ 주변국과의 환경 협력 ④ 예·경보체계 혁신, ⑤ 전국민 미세먼지 저감에 참여와 같은 내용에 그치고 있다. 본 출원인은 특허출원 제 10-2019-0027225호를 통해, 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 기본 개념을 제시하였다. 본 발명은 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템을 구체화시키기 위한 방법들을 제시한다.
실내용 공기청정기(공기정화기)는 오염된 공기를 팬(FAN)으로 흡입하고 필터에 의해 0.01㎛ 정도까지의 미세한 먼지나 세균류를 집진하여 체취나 담배냄새를 탈취한다. 또, 필요시 오염 때문에 감소된 음이온을 이온발생기에 의해 회복시키는 것을 주요 기능으로 한다. 여과란 입자의 크기 차이를 이용하여 액체나 기체로부터 고체 입자를 물리적으로 분리하는 과정이고, 흡착은 고체의 표면에 기체나 용액의 입자들이 달라붙는 것이다. 필터의 종류에 따라 제거할 수 있는 입자의 크기는 달라지는데 미세한 입자를 여과할수록 필터의 능력이 뛰어나다고 할 수 있다. 공기가 이러한 필터를 지나가면서 고체 입자들이 필터에 걸려 분리되는 것이다. 필터 방식으로 먼지를 제거할 때는 보통 섬유필터를 사용한다. 최근 많이 사용하는 필터는 헤파(HEPA) 필터인데 0.3㎛의 입자를 1회 통과시켰을 때 99.97% 이상 제거한다고 알려져 있고, 진드기, 바이러스, 곰팡이 등을 제거할 수 있다. 또, 이들 필터에 첨가하여 먼지를 고압방전에 의해 대전(帶電)시켜서 집진하는 전기 집진장치가 함께 사용되기도 한다. 수천 볼트의 고전압을 걸어주면 전극 자체에서 전자가 생성되거나 전극 주위의 기체에서 전자가 만들어져 전극 주위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마란 기체 상태의 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온을 포함하고 있는 상태로 전기를 잘 전도한다. 이렇게 만들어진 전자가 공기 중의 입자에 부착되면 입자들이 (-)전하를 띠게 되고, 전하를 띤 먼지 입자는 정전기적 인력에 의해 반대 전하가 걸려 있는 집진판(＋)으로 이동하여 들러붙어 제거된다. 이온화 방식은 공기 정화 과정에서 오존이나 질소산화물 같은 산화물이 어느 정도 발생한다. 이러한 산화물은 반응성이 커서 공기 중 유해 물질의 분해를 촉진하는 살균 효과를 나타내지만, 실내에서는 오존 농도가 높으면 위험할 수 있다. 먼지 외의 각종 냄새의 원인을 제거하는 데는 활성탄 필터를 사용한다. 활성탄은 극히 미세한 수백만의 기공이 있는 다공성 물질로 1g의 활성탄이 500㎡ 이상의 표면적을 가지고 있어 기체나 액체 등을 효과적으로 흡착한다.
현재 사용되는 공기정화기는 기본적으로 1) 공기를 흡입하는 모터와 팬, 2) 필터 및 집진장치, 3) 송출구로 구성되어 실내 사용에 적합하도록 되어 있다. 야외에서는 미세먼지를 줄이기 위한 도로에 물뿌리기를 시행하고 있지만, 도로 바닥면에 물을 뿌리고, 물이 마르면 먼지가 다시 날리는 만큼 미세먼지 저감에는 큰 효과가 없다. 공원 및 도로에 3 m x 4m 크기의 이끼벽을 세우는 시도가 독일에서 시작했으며, 국내에서도 아파트 및 도로 기둥, 방음벽 등에 식물 특히 이끼벽을 세우는 시도가 이루어지고 있다. 이끼벽 근처에서는 25 ~ 37% 정도 미세먼지 저감 효과가 있다는 발표도 있다. 그러나 미세먼지를 제거하는 확실한 방법은 도시의 높은 시설물인 건물, 시설물, 방음벽 등에 얇은 수막을 형성하여 미세먼지를 흡수 혹은 용해하는 방법이 보다 유력하다.
공기 중의 고체 입자의 분포는 0.001㎛ ~ 500㎛로 눈에 보이는 것부터 보이지 않는 것까지 다양한데, 이 가운데 10㎛ 이하의 직경을 가진 것을 미세먼지라 한다. 공기 중에는 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분과 같이 여러 가지 오염 물질이 있을 수 있다. 공기 청정기는 이러한 오염 물질을 제거하기 위해 사용한다. 현재까지 공기청정기는 실내 사용 조건을 중심으로 제작되었으며, 실외에서 미세먼지 제거를 위해 공기청정기를 작동시킨다는 개념은 큰 효과가 없을 것이라는 선입감에 적용 자체가 시도되지 않았다. 그러나 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거할 수 있다면 미세먼지 제거에 기여할 수 있다. 30층 아파트의 경우 외벽 면적은 90m x 20m 내외인 만큼 도시 곳곳에 거대한 수막 필터막을 구축할 수 있다면, 국민이 생활하는 공간에서 미세먼지를 감소시킬 수 있고, 기 구축된 시설물 및 건물 외벽을 활용한다는 경제적인 장점이 있다. 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템을 구현하기 위해서는, 실내용 공기청정기에 비해 운용 조건 및 환경 변화가 심하므로 다음과 같은 문제점을 해결해야 한다.
첫째, 건물 및 시설물 외벽 근처를 지나는 행인에게 물이 튀지 않도록 하여야 한다. rrjsanf 및 시설물 외벽에 수막을 형성하지만 수압 및 바람에 의해 지상의 행인에게 물이 튀지 않아야 한다.
둘째, 건물 및 시설물의 외벽의 수막을 따라 내려오는 물을 회수하여 재활용할 수 있어야 한다. 건물 외벽에 지속적으로 수막을 형성하도록 물을 뿌리고, 회수하지 않는다면 많은 물이 소요된다는 문제가 있다.
셋째, 건물 및 시설물의 외벽의 수막을 형성하기 위한 물을 확보할 수 있어야 하며, 건물 및 시설물 고층부에 물을 공급하는 수조가 있어야 한다. 건물 옥상부까지 물을 올리는 수단이 확보되어야 한다. 대형 건물에는 냉각탑을 수냉식으로 처리하기 위한 냉각수가 옥상에 공급되고 있다.
넷째, 비·바람이 부는 날에는 작동이 되지 않도록 구성해야 한다. 사물인터넷 기술을 적용하여 원격지 서버에서 작동을 온 혹은 오프시킬 수 있어야 한다. 비오는 날 수막은 자동으로 형성되기 때문이며, 바람이 강한 날에는 수막이 주변으로 튈 우려가 있다.
다섯째, 건물 및 시설물에 수막을 형성하면, 하절기에 주변의 온도를 낮출 수 있는 만큼, 하절기에는 주변 온도를 낮추는 형태로 운용될 수 있도록 구성해야 한다.
본 발명은 심각해지는 미세먼지 재난으로부터 사회를 보호하는데 기여하도록 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법을 구현하는데 있다. 현재 흡입구, 팬 모터, 필터 혹은 집진판, 송풍구로 이루어지는 실내용 공기정화장치는, 비·바람에 노출되는 외부에 부착하는데 는 그대로 사용할 수 없다. 모터 및 제어회로 등 전기장치가 외부 환경에 노출될 경우 비·바람과 진동 등에 파손될 우려가 있다. 과제 해결 수단으로는 첫째, 건물 및 시설물 외벽 근처를 지나는 행인에게 물이 튀지 않도록 하여야 한다. 수막을 형성하지만 수압 및 바람에 의해 지상의 행인에게 물이 튀지 않아야 한다. 건물 및 시설물에는 외벽이 있다. 공간의 높은 위치에서 물이 떨어지게 하면 지상에서는 물이 튈 수도 있으며, 바람에 휘날릴 우려가 있다. 그러나 건물 및 시설물의 외벽을 통하여 물이 흐르도록 구성함으로써 상기 문제점을 해결하면서 소요되는 물의 양을 줄일 수 있다. 둘째, 건물 및 시설물의 외벽의 수막을 따라 내려오는 물을 회수하여 재활용할 수 있어야 한다. 건물 외벽에 지속적으로 수막을 형성하도록 물을 뿌리고, 회수하지 않는다면 많은 물이 소요되므로 건물 및 시설물 하단에 물받이를 설치하여 흘러내리는 물을 수조에 보관하고 펌프로 올리는 방법이 있다. 셋째, 건물 및 시설물의 외벽의 수막을 형성하기 위한 물을 확보할 수 있어야 하며, 건물 및 시설물 고층부에 물을 공급하는 수조가 있어야 한다. 건물 옥상부까지 물을 올리는 수단이 확보되어야 한다. 대형 건물에는 냉각탑을 수냉식으로 처리하기 위한 냉각수가 옥상에 공급되고 있다. 선진국에서 설치하고 있는 중수도는 수돗물과 생활하수의 중간에 해당하는 물이라는 뜻으로, 가정에서 사용한 세숫물과 목욕물을 기존의 하수관이 아니라 옥외에 별도로 분리시킨 중수관을 통해 배수 탱크에 모아 다시 사용하는 시스템을 말한다. 세숫물이나 목욕물로 사용된 오수는 별도의 하수관을 통해 건물 지하의 배수 탱크에 모아 황산 알루미늄 등의 약품 처리 및 응집, 침전, 여과 과정과 염소 소독까지 거친 뒤 옥상 탱크로 옮겨지고, 이것은 별도의 송수관을 통하여 공급되므로 이를 활용할 수 있다. 넷째, 비·바람이 부는 날에는 작동이 되지 않도록 구성해야 한다. 사물인터넷 기술을 적용하여 원격지 서버에서 작동을 온 혹은 오프시킬 수 있어야 한다. 비오는 날 수막은 자동으로 형성되기 때문이며, 바람이 강한 날에는 수막이 주변으로 튈 우려가 있다. 다섯째, 건물 및 시설물에 수막을 형성하면, 하절기에 주변의 온도를 낮출 수 있는 만큼, 하절기에는 주변 온도를 낮추는 형태로 운용될 수 있도록 구성한다.
산업화 등으로 미세먼지와 공기중 오염 물질의 증가로 인하여 도시의 공기의 질이 현저히 나빠지고 있어, 미세먼지 농도가 심해질 경우 외출 자제 및 마스크 착용을 유도하고 있다. 공기중 미세먼지와 오염물질은 건강에 심각한 위험을 끼치므로, 공기 오염으로 인한 많은 사회적 비용을 지불하고 있다. 그러나 현재 야외에서 공기를 정화하는 기술 및 방법으로는 미세먼지가 자연적으로 감소하든지, 비가 내리기를 기대하는 방법 이외에 대안을 제시하지 못하고 있다. 마시는 물에는 많이 비용을 국가에서 투자하거나, 생수를 개인들이 개별적으로 구입하고 있지만, 깨끗한 공기에 대해서는 사회적 투자가 거의 이루어지지 못하고 있으며 대안이 부족한 현실이다. 본 발명은 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법에 대한 것이다. 이를 통하여 다음과 같은 효과가 기대된다.
첫째, 본 발명은 공기청정기를 실내에서 사용하는 단계를 벗어나, 도시의 많은 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템을 구축한다. 미세먼지 및 공기 오염물질이 수막을 통해 흘러내리도록 하여 주변의 공기를 정화하는 효과가 있다. 아파트의 외벽 면적이 100m x 20m일 경우 초속 1m/sec의 공기 유동(바람, 대류)이 있다면 7,200,000 ㎥/h의 공기를 정화할 수 있다.
둘째, 수막을 형성하고 흘러내리는 물은 하단에 물받이를 설치하여 수조에 저장하도록 구성함으로써, 물을 재순환 사용하고 상단으로 물을 올리는 펌프 전력만으로 운용할 수 있어 미세먼지를 제거하는 네트워크를 전국적으로 구축할 수 있다.
셋째, 도로변의 방음벽을 따라 순환하는 수막을 구축하면, 차량으로 인한 배기가스 및 미세먼지를 저감함과 동시에 오염 물질로 인한 방음벽의 오염을 방지하는 효과가 있다.
넷째, 외벽을 갖는 건물 및 유리 건물 등에 하절기에 물로 수막을 형성함으로써 기화열과 복사열 감소로 인한 건물과 주변의 온도를 낮추어 냉방 효과를 높여줌으로써 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 산업화에 따라 미세먼지의 피해가 증가하고 있지만, 현재는 미세먼지를 측정 예보하면서 외출자제 및 마스크 착용과 같은 수동적 조치에 그치고 있지만, 본 발명을 통하여 능동적으로 미세먼지를 직접 제거하는 국가적인 플랜트를 구축할 수 있는 효과가 있다.
제 1 도는 도시의 공원 및 건물에 미세먼지를 제거하는 식물 장벽을 수직으로 구축한다는 이미지도이다.
제 2 도는 상용화된 필터식, 집진식, 습식 공기청정 방식들을 비교한 비교표이다.
제 3 도는 본 발명의 높은 시설물 및 건물 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 회수하는 공기정화시스템의 구성도이다.
제 4 도는 본 발명의 높은 시설물 및 건물 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 회수하는 공기정화시스템의 블록도이다.
산업화에 따라 미세먼지와 공기중 오염물질이 심각해지고 있지만, 현재 기술 및 개념으로는 미세먼지가 자연적으로 감소하든지 비가 내리기를 기대하는 방법 이외에 대안을 제시하지 못하고 있다. 네덜란드와 중국에서 구축한 높이 7m 스모그 프리 타워는 1.2KW의 전력으로 30,000 ㎥/h의 공기에서 미세먼지를 제거할 수 있다. 반경 10m 범위의 미세먼지 PM10을 45%, PM2.5는 25% 줄일 수 있는 것으로 발표되었다. 공기정화기 미세먼지 분리수단은 방식에 따라 필터식, 집진식, 습식으로 구분된다. 필터식과 집진식은 주기적으로 필터 및 집진판을 교체 혹은 청소해야 한다.,그러나 수막을 이용하는 방식은 물만 보충해주면, 수막이 미세먼지를 흡수하므로 집진 효과가 뛰어나 야외 공기정화 방식으로는 유력하다. 본 발명은 공기청정기를 실내에서 사용하는 단계를 벗어나, 야외에서 직접 미세먼지를 제거하는 수단으로써 도시의 많은 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법을 제시한다. 일례로 아파트의 외벽 면적이 100m x 20m일 경우 초속 1m/sec의 공기 유동(바람, 대류)이 있다면 7,200,000 ㎥/h의 공기를 정화할 수 있다. 공기정화시스템을 가동시키는 전력을 공급할 수 있는 수단으로 풍력 발전 및 태양광 발전, 여분의 전력을 충전하기 위한 배터리 수단을 포함하여 구성할 수 있다. 태양전지판의 경우 발전 효율이 150Wp/㎡ 이므로 공기정화시스템 용량에 따라 태양전지판 면적을 결정한다. 초소형 수직형 풍력발전의 경우 날개지름이 80cm 일 경우 시동 풍속 1.3 ㎧, 정격출력 300W 제품들도 가로등에 적용되고 있다. 복합 신재생에너지 가로등처럼 태양광과 풍력을 함께 설치할 수도 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
제 1 도는 도시의 공원 및 건물에 미세먼지를 제거하는 식물 장벽을 수직으로 구축한다는 이미지도이다. 미세먼지가 심각한 사회 문제로 제기되면서 수직으로 식물벽을 구축하려는 시도이며, 유럽을 중심으로 3m x 4m 크기의 이끼벽을 공원 등에 구축하는 운동이 있다. 식물벽은 장점도 많지만 지속적으로 관리해줘야 한다는 문제점이 있으며, 건물 외벽에 구축하는데 따른 위험성 또한 존재한다. 제 2 도는 상용화된 필터식, 집진식, 습식 공기청정 방식들을 비교한 비교표이다. 사용 조건에 따라 적합한 방식을 선택할 수 있다. 야외 환경에서는 집진식은 유지 보수 측면에서 유리하지만, 전력을 공급해야 하는 단점이 있다. 그러나 습식은 물을 보충 및 필터링하는 것만으로 미세먼지를 분리할 수 있는 장점이 있다.
제 3 도는 본 발명의 높은 시설물 및 건물 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 회수하는 공기정화시스템의 구성도이다. 미세먼지와 공기중 오염물질을 제거하는 가장 좋은 방법은 비내리는 것처럼, 공기가 흐르면서 부딪히는 건물 및 시설물 등에 수막을 인위적으로 형성, 반복 유지하는 방법이 제시될 수 있다. 건물 및 시설물 상단에서 물을 외벽(유리 건물 포함)을 향해 분무하거나 흐르게 하면 벽을 타고 수막이 형성된다. 일례로 실내 인테리어 제품중에 수막 폭포가 있다. 즉, 야외 공기를 정화하는 공기정화장치에 있어서, 높은 시설물 혹은 건물 최상단에 물을 공급하여 벽(유리 포함)을 타고 흘러내리도록 하는 수막 형성 수단(2); 선택적으로, 바람이 불어오는 방향의 수막 형성 수단(2)에만 물을 공급하는 수단; 높이 방향에 따라 아래 방향으로 물이 흐르며 형성되는 벽 수막(3) 수단; 미세먼지 및 공기중 오염물질이 건물 및 시설물의 벽 수막(3)에 붙어 바닥으로 흘러내리는 수단; 선택적으로, 바닥에 흘러내리는 물을모으는 물받이 수단 및 보관하는 수조 수단(7) 및 여과하는 필터 수단(5); 및, 수조(7)의 물을 시설물 및 건물 상단으로 물 이송통로(4)를 통해 올리는 펌프 수단(5)으로 구성한다. 이를 통해, 시설물 및 건물 외벽에 수막을 형성하여 야외 미세먼지를 회수하는 공기정화시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
도로변에는 많은 방음벽 및 방음터널이 설치되어 있다. 도로에는 주행하는 차들로 인한 공기 오염물질이 발생하고 있으므로 이를 지속적으로 제거할 필요가 있다. 즉, 방음시설(방음벽, 방음터널, 공사장 임시차단벽 포함) 상단에 물을 공급하여 방음벽을 타고 흘러내리도록 하는 수막 형성 수단(12); 높이 방향에 따라 물이 흘러 내리며 형성되는 벽 수막(14) 수단; 도로변의 미세먼지 및 공기중 오염물질이 방음시설에 형성된 벽 수막(14)에 붙어 바닥으로 흘러내리는 수단; 선택적으로, 바닥에 흘러내리는 물을 모으는 물받이 수단(13) 및 물을 보관하는 수조 수단(9) 및 여과하는 필터 수단(10); 및 수조(9)의 물을 방음시설 상단으로 물 이송통로(11)를 통해 올리는 펌프 수단(8)으로 구성한다.
제 4 도는 본 발명의 높은 시설물 및 건물 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 회수하는 공기정화시스템의 블록도이다. 미세먼지는 비가 내리거나 바람이 강하게 부는 날에는 자연적으로 사라지므로 야외 공기정화시설을 작동시킬 필요가 없다. 즉, 강우 상태 및 풍속을 측정하는 기상센서(26); 규정치 이상의 강우 측정값이 검출될 경우 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)작동을 중단시키도록 구성한다. 혹서기에는 주변에 물을 뿌리면 기화열에 의해 온도가 내려간다. 즉, 온도를 측정하는 기상 센서(26); 규정치 이상의 온도가 검출될 경우 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)를 작동시키는 수단; 건물 및 시설부 외벽 수막(19)을 형성하여 주변의 온도를 낮추도록 구성한다. 상기와 같이, 외벽을 갖는 건물 및 유리 건물 등에 하절기에 물로 수막을 형성함으로써 기화열과 복사열 감소로 인한 건물과 주변의 온도를 낮추어 냉방 효과를 높여줌으로써 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다. 이러한 건물 외벽 수막을 이용한 공기정화시스템은 국가적으로 전역에 거쳐 구축하고 네트워크화 하여 미세먼지의 흐름에 따라 원격으로 작동을 조절할 수 있어야 한다. 이를 위해, 무선통신수단(28)을 포함한 원격제어 방법으로 ; 원격지 서버에서 무선통신수단(28)으로 제어수단(25)에 지시하여 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)의 작동을 조정하는 수단; 선택적으로, 해당 지역의 기상센서(26) 정보를 수집하여 원격지 서버에 전달하도록 구성한다. 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)의 세기를 원격지 서버에서 조절할 수 있도록 구성한다. 이러한 야외 공기정화시스템은 효율적으로 운용하는 수단도 중요하다. 30층 건물의 경우 높이가 100m이기 때문에 효율적으로 운용하여야 한다. 즉, 지상 근처에 설치되는 제 1 수조 수단(22); 높은 위치의 수막형성수단(17)에 물을 공급하는 제 2 수조 수단(16); 제 2 수조 수단(16)의 수위를 계측하는 수조 수위계측 수단(27); 규정치 이하로 떨어지면 제 1 수조 수단(22)의 물을 제 2 수조 수단(16)으로 이송하는 펌프(20)를 가동하도록 구성한다. 본 발명의 야외 공기정화장치에서는 수막을 적절하게 관리하는 것은 중요하다. 너무 수막이 두터우면 물의 낭비가 발생한다. 그러므로, 수막형성수단(17)에서 분출되는 물이 벽면에 부착하여 흐르도록, 수막형성수단(17)의 위치, 물 출구단의 형상, 수압을 조정하여 구성한다. 이를 위한 방법으로, 수막형성수단(17)으로 넓은 면적에 물을 분사하는 스프링쿨러; 혹은, 하방으로 물을 흘러내리도록 일정 간격으로 다수의 구멍이 뚫린 튜브 및 파이프로 구성할 수 있다. 흘러내리는 물을 물받이와 수조를 통해 회수하고 이를 일례로 100m 높이까지 올리는 시스템 구축은 많은 비용이 소요된다. 이를 해결하기 위해 간헐적으로 수막을 형성하도록 운용할 수 있다. 즉, 수막형성수단(17)을 작동시켜 외벽에 수막(19) 형성시키는 단계; 수막이 건조해짐을 감지하거나 혹은 시간을 계산하는 단계; 수막형성수단(17)을 작동시켜 외벽에 수막(19)을 다시 형성시키는 단계를 반복하도록 구성한다. 시간 계산을 통하여 언제나 수막이 유지되도록 구성할 수 있다. 혹은, 수막형성수단(17)으로 얇은 수막을 외벽에 형성시키는 단계; 수막형성수단(17)으로 강한 수막을 간헐적으로 형성하여 외벽에 붙은 미세먼지를 씻어내도록 구성할 필요도 있다. 수막을 형성시킬 때, 바람 등의 영향으로 지상에 물이 떨어질 수도 있다. 이에 대비하여, 수막형성수단(17)으로 얇은 수막을 외벽에 형성시키는 단계; 수막이 흘러내릴 수 있음을 행인들에게 알리도록 경광등 수단(29)을 작동시키도록 구성한다. 이러한 야외 공기정화시스템은 미세먼지 농도가 높을 때는 자동으로 작동하도록 구성할 수 있다. 즉, 미세먼지 농도를 측정하는 미세먼지 측정센서 수단(30); 규정치 이상의 농도가 검출되면 수막형성수단(17)을 작동시키도록 구성한다. 방음벽의 경우 양쪽 면에 수막을 형성할 수 있다. 즉, 방음벽의 양단에 수막을 형성하도록 수막형성수단(17)을 구성한다. 방음벽은 방음판 사이에 돌출부가 있는 경우가 있어 수막의 흐름이 이어지지 못할 우려가 있다. 이를 해결하기 위해, 방음벽의 중앙에 수막형성수단(17)을 위치시켜, 분무(18)하여 외벽 수막(19)을 형성한다. 건물의 경우 대체적으로 사각형 형태로 구성된다. 외벽의 수막을 이용하는 방식은 바람 불어오는 방향에서 제일 효과가 좋음은 주지의 사실이다. 건물 4 방향에 설치할 경우 바람 불어 오는 방향을 우선하여 작동시키도록 한다.
흘러내리는 물을 물받이와 수조를 통해 회수하고 이를 일례로 100m 높이까지 올리는 시스템 구축은 많은 비용이 소요된다. 이를 해결하기 위해 간헐적으로 수막을 형성하도록 운용할 수 있다. 즉, 야외 공기를 정화하는 공기정화장치에 있어서, 건물 및 방음시설(방음벽, 방음터널, 공사장 임시차단벽 포함) 상단에 물을 공급하여 벽(유리 포함)을 타고 흘러내리도록 하는 수막 형성 수단(17); 높이 방향에 따라 물을 균일하게 흘러내며 형성되는외 벽 수막(19) 수단; 도로변의 미세먼지 및 공기중 오염물질이 형성된 외벽 수막(32)에 붙어 바닥으로 흘러내리는 수단으로만 구성하고, 운용하는 단계에서는, 수막형성수단(17)으로 외벽에 수막(19)을 형성시키는 단계; 수막이 건조해짐을 감지 혹은 시간을 계산하는 단계; 수막형성수단(17)으로 외벽에 수막을 다시 형성시키는 단계를 반복하도록 구성하여 운용한다. 대형 건물에는 냉각탑을 수냉식으로 처리하기 위한 냉각수가 옥상에 공급되고 있다. 선진국에서 설치하고 있는 중소도는 수돗물과 생활하수의 중간에 해당하는 물이라는 뜻으로, 가정에서 사용한 세숫물과 목욕물을 기존의 하수관이 아니라 옥외에 별도로 분리시킨 중수관을 통해 배수 탱크에 모아 다시 사용하는 시스템을 말한다. 세숫물이나 목욕물로 사용된 오수는 별도의 하수관을 통해 건물 지하의 배수 탱크에 모아 황산 알루미늄 등의 약품 처리 및 응집, 침전, 여과 과정과 염소 소독까지 거친 뒤 옥상 탱크로 옮겨지게 되므로, 이러한 중수도 시스템을 활용하는 방법이 있다.
산업화에 따라 미세먼지의 피해가 증가하고 있지만, 현재는 미세먼지를 측정 예보하면서 외출자제 및 마스크 착용과 같은 수동적 조치에 그치고 있다. 본 발명은 공기청정기를 실내에서 사용하는 단계를 벗어나, 야외에서 직접 미세먼지를 제거하는 수단으로써 많은 건물 및 방음벽 등과 같은 시설물을 활용하는 방법을 제시한다. 이를 통하여 국민들을 미세먼지와 공기 오염물질로 부터 안전하게 보호하는데 기여할 것으로 판단된다.
1 : 건물 외벽 2 : 수막 형성 수단
3 : 벽 수막 4 : 물 이송통로
5 : 필터 6 : 펌프
7 : 수조 8 : 펌프
9 : 수조 10 : 필터
11 : 물 이송통로 12 : 수막 형성수단
13 : 물받이 14 : 벽 수막
15 : 방음벽 16 : 제 2 수조
17 : 수막형성수단 18 : 분무
19 : 건물 및 시설물 외벽수단 20 : 펌프
21 : 필터 22 : 제 1 수조
23 : 물받이 수단
25 : 제어수단 26 : 기상센서
27 : 수조 수위계측수단 28 : 무선통신수단
29 : 경광등 30 : 미세먼지측정센서
3 : 벽 수막 4 : 물 이송통로
5 : 필터 6 : 펌프
7 : 수조 8 : 펌프
9 : 수조 10 : 필터
11 : 물 이송통로 12 : 수막 형성수단
13 : 물받이 14 : 벽 수막
15 : 방음벽 16 : 제 2 수조
17 : 수막형성수단 18 : 분무
19 : 건물 및 시설물 외벽수단 20 : 펌프
21 : 필터 22 : 제 1 수조
23 : 물받이 수단
25 : 제어수단 26 : 기상센서
27 : 수조 수위계측수단 28 : 무선통신수단
29 : 경광등 30 : 미세먼지측정센서
Claims (16)
- 야외 공기를 정화하는 공기정화장치에 있어서,
높은 시설물 혹은 건물 최상단에 물을 공급하여 벽(유리 포함)을 타고 흘러내리도록 하는 수막 형성 수단(2);
선택적으로, 바람이 불어오는 방향의 수막 형성 수단(2)에만 물을 공급하는 수단;
높이 방향에 따라 아래 방향으로 물이 흐르며 형성되는 벽 수막(3) 수단;
미세먼지 및 공기중 오염물질이 건물 및 시설물의 벽 수막(3)에 붙어 바닥으로 흘러내리는 수단;
선택적으로, 바닥에 흘러내리는 물을모으는 물받이 수단 및 보관하는 수조 수단(7) 및 여과하는 필터 수단(5); 및,
수조(7)의 물을 시설물 및 건물 상단으로 물 이송통로(4)를 통해 올리는 펌프 수단(5)으로 구성함을 특징으로 하는 시설물 및 건물 외벽에 수막을 형성하여 야외 미세먼지를 회수하는 공기정화시스템 및 방법
- 야외 공기를 정화하는 공기정화장치에 있어서,
방음시설(방음벽, 방음터널, 공사장 임시차단벽 포함) 상단에 물을 공급하여 방음벽을 타고 흘러내리도록 하는 수막 형성 수단(12);
높이 방향에 따라 물이 흘러 내리며 형성되는 벽 수막(14) 수단;
도로변의 미세먼지 및 공기중 오염물질이 방음시설에 형성된 벽 수막(14)에 붙어 바닥으로 흘러내리는 수단;
선택적으로, 바닥에 흘러내리는 물을 모으는 물받이 수단(13) 및 물을 보관하는 수조 수단(9) 및 여과하는 필터 수단(10); 및
수조(9)의 물을 방음시설 상단으로 물 이송통로(11)를 통해 올리는 펌프 수단(8)으로 구성함을 특징으로 하는 방음시설 외벽에 수막을 형성하여 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법, 방음시설
- 제 1 및 2 항에 있어서,
강우 상태 및 풍속을 측정하는 기상센서(26);
규정치 이상의 강우 측정값이 검출될 경우 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)작동을 중단시킴을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법,
- 제 1 및 2 항에 있어서,
온도를 측정하는 기상 센서(26);
규정치 이상의 온도가 검출될 경우 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)를 작동시키는 수단;
건물 및 시설부 외벽 수막(19)을 형성하여 주변의 온도를 낮춤을 특징으로 하는 주변 온도를 낮추는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
무선통신수단(28)을 포함한 원격제어 방법으로 ;
원격지 서버에서 무선통신수단(28)으로 제어수단(25)에 지시하여 수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)의 작동을 조정하는 수단;
선택적으로, 해당 지역의 기상센서(26) 정보를 수집하여 원격지 서버에 전달하도록 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
수막 형성수단(17) 및 펌프 (20)의 세기를 원격지 서버에서 조절할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법
- 제 1 항에 있어서,
지상 근처에 설치되는 제 1 수조 수단(22);
높은 위치의 수막형성수단(17)에 물을 공급하는 제 2 수조 수단(16);
제 2 수조 수단(16)의 수위를 계측하는 수조 수위계측 수단(27);
규정치 이하로 떨어지면 제 1 수조 수단(22)의 물을 제 2 수조 수단(16)으로 이송하는 펌프(20)를 가동하도록 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
수막형성수단(17)에서 분출되는 물이 벽면에 부착하여 흐르도록
수막형성수단(17)의 위치, 물 출구단의 형상, 수압을 조정하여 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
수막형성수단(17)으로
넓은 면적에 물을 분사하는 스프링쿨러; 혹은,
하방으로 물을 흘러내리도록 일정 간격으로 다수의 구멍이 뚫린 튜브 및 파이프로 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
수막형성수단(17)을 작동시켜 외벽에 수막(19) 형성시키는 단계;
수막이 건조해짐을 감지하거나 혹은 시간을 계산하는 단계;
수막형성수단(17)을 작동시켜 외벽에 수막(19)을 다시 형성시키는 단계를 반복함을 특징으로 하는 전력 및 물사용 저감형 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
수막형성수단(17)으로 얇은 수막을 외벽에 형성시키는 단계;
수막형성수단(17)으로 강한 수막을 간헐적으로 형성하여 외벽에 붙은 미세먼지를 씻어내도록 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
수막형성수단(17)으로 얇은 수막을 외벽에 형성시키는 단계;
수막이 흘러내릴 수 있음을 행인들에게 알리도록 경광등 수단(29)을 작동시킴을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
- 제 1 및 2 항에 있어서,
미세먼지 농도를 측정하는 미세먼지 측정센서 수단(30);
규정치 이상의 농도가 검출되면 수막형성수단(17)을 작동시킴을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
- 제 2 항에 있어서,
방음벽의 양단에 수막을 형성하도록 수막형성수단(17)을 구성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법, 방음벽
- 제 2 항에 있어서,
방음벽의 중앙에 수막형성수단(17)을 위치시켜, 분무(18)하여 외벽 수막(19)을 형성함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화시스템 및 방법, 방음벽
- 야외 공기를 정화하는 공기정화장치에 있어서,
건물 및 방음시설(방음벽, 방음터널, 공사장 임시차단벽 포함) 상단에 물을 공급하여 벽(유리 포함)을 타고 흘러내리도록 하는 수막 형성 수단(17);
높이 방향에 따라 물을 균일하게 흘러내며 형성되는외 벽 수막(19) 수단;
도로변의 미세먼지 및 공기중 오염물질이 형성된 외벽 수막(32)에 붙어 바닥으로 흘러내리는 수단으로만 구성하고,
운용하는 단계에서는,
수막형성수단(17)으로 외벽에 수막(19)을 형성시키는 단계;
수막이 건조해짐을 감지 혹은 시간을 계산하는 단계;
수막형성수단(17)으로 외벽에 수막을 다시 형성시키는 단계를 반복하도록 운용함을 특징으로 하는 야외 미세먼지 및 오염물질를 회수하는 공기정화 시스템 및 방법
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190027704A KR20200108701A (ko) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190027704A KR20200108701A (ko) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20200108701A true KR20200108701A (ko) | 2020-09-21 |
Family
ID=72707882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020190027704A KR20200108701A (ko) | 2019-03-11 | 2019-03-11 | 건물 및 시설물의 외벽에 수막을 형성하여 미세먼지를 제거하는 야외형 공기정화시스템 및 방법 |
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| KR (1) | KR20200108701A (ko) |
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2019
- 2019-03-11 KR KR1020190027704A patent/KR20200108701A/ko unknown
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