KR20210001669A - 미세입자 응집 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 저주파음파를 출력하여 미세입자를 응집한 후 제거할 수 있도록 하기 위해, 미세입자측정부를 이용하여 정화 영역 내의 미세입자의 오염도를 포함하는 미세입자측정데이터를 생성하여 상기 음원변환부로 출력하는 초기 미세입자 측정단계; 상기 음원변환부가 상기 미세입자측정데이터에 따라, 저장부에 저장된 미세입자 응집을 위한 저주파음원의 저주파수 및 음압을 추출하는 저주파수 및 음압 데이터 추출 단계; 상기 음원변환부가 추출된 상기 저주파수 및 음압 데이터를 갖도록 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 음원변환단계; 및 저주파음파발생부가 상기 저주파음원을 수신하여 미세입자 응집을 위한 저주파음파로 출력하여 미세입자를 응집시키는 미세입자 응집단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법을 제공한다.

Description

미세입자 응집 방법 및 장치{Method and apparatus for condensing fine particle}
본 발명은 공기, 물 또는 유체 내에 존재하는 초미세먼지, 초미세플라스틱 등의 초미세입자 또는 미세입자를 포집하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공기, 물 등의 매질 내에서 초미세입자 또는 미세입자를 음파를 이용하여 응집하는 미세입자 응집 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 미세먼지는 자연적 요인보다는 화석 연료의 연소. 도로, 철로 등의 먼지 등에 의한 인위적 요인에 의해 주로 발생한다. 최근에는 0.1 μm 이하의 입자상 물질을 초미세먼지로 분류하여 별도로 관리하고 있으며, 이러한 미세 먼지가 기관지의 염증반응, 천식, 만성기관지염, 기도폐쇄를 일으키거나, 폐 조직에서 박테리아의 불활성화 또는 제거작용을 방해하여 호흡기계 감염을 일으키기도 하며, 심근경색, 뇌졸중, 심 박동수 이상, 급사 등 심혈관계질환의 중요한 위험요인으로도 작용하기도 하는 위험성 때문이다.
미세플라스틱은 치약, 세정제, 스크럽 등에 첨가되기 위해 플라스틱 가공 중에 5mm 미만의 크기로 제조되거나, 사용하고 버려진 플라스틱 제품들의 파괴 분쇄 과정에서 미립화되어 생성되며, 인간이 도달할 수 있는 가장 깊은 심해에서, 생수나 수돗물, 생선의 아가미나 비늘, 심해 플랑크톤 등에서 전세계적으로 모두 검출되고 있는 것으로 조사되었다. 이러한 미세플라스틱은 유해한 화학물질을 흡착하는 것에 의해 독성 물질을 옮기는 매개체가 될 수 있고, 해양생물이 섭취할 경우 장폐색이나 섭식 장애 등을 일으킬 수 있고, 인체에 누적되는 경우, 호르몬 교란, 면역체계 교란 등이 발생할 수 있다.
이에 따라, 미세먼지, 초미세먼지 및 미세플라스틱에 대한 피해를 줄이기 위해 국가적인 차원에서 여러 가지 노력이 이루어지고 있으나, 실외에서 유입되는 초미세먼지나 미세플라스틱을 차단하기 위해 개인이 손쉽게 실시할 수 있는 방안은 아직 미흡한 실정이다.
따라서 고가의 필터나 환경에 유해한 수 처리제 또는 인체에 유해할 수 있는 초음파 등을 사용함이 없이, 음용수 또는 생활용수 등에 포함되는 인체에 무해하면서도 효율적으로 미세먼지, 초미세먼지, 미세플라스틱 또는 초미세플라스틱을 효율적으로 제거할 수 응집하는 장치 및 방법의 개발이 요구된다.
대한민국 공개특허 제2017-0097390호
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 본원 발명의 일 실시예는, 음원(비 압축포맷) 또는 음원재생수단(압축포맷) 신호를 받아서 사용자가 감지하기 어려운 가청주파수 내 저주파음원으로 변환한 후 재생하여 매질 내로 저주파음파를 출력하는 것에 의해, 매질 내 미세먼지, 초미세먼지, 미세플라스틱 또는 초미세플라스틱 등의 미세입자 또는 초미세입자를 진동 충돌시켜 응집하는 미세입자 응집 방법 및 장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 미세입자측정부를 이용하여 정화 영역 내의 미세입자의 오염도를 포함하는 미세입자측정데이터를 생성하여 상기 음원변환부로 출력하는 초기 미세입자 측정단계; 상기 음원변환부가 상기 미세입자측정데이터에 따라, 저장부에 저장된 미세입자 응집을 위한 저주파음원의 저주파수 및 음압을 추출하는 저주파수 및 음압 데이터 추출 단계; 상기 음원변환부가 추출된 상기 저주파수 및 음압 데이터를 갖도록 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 음원변환단계; 및 저주파음파발생부가 상기 저주파음원을 수신하여 미세입자 응집을 위한 저주파음파로 출력하여 미세입자를 응집시키는 미세입자 응집단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법을 제공한다.
상기 음원변환단계는, 0 초과 4000 Hz 이하의 저주파수를 가지도록 상기 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 단계일 수 있다.
상기 음원변환단계는, 0㏈ 내지 100㏈ 범위의 음압을 가지도록 상기 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 단계일 수 있다.
상기 미세입자 응집단계는, 서로 대향하는 엑츄에이터들을 포함하는 하나 이상의 엑츄에이터 쌍들을 포함하는 엑츄에이터부를 통해 상기 저주파음원에 대응하는 저주파음파를 출력하는 단계일 수 있다.
상기 미세입자 응집 방법은, 상기 음원변환단계 이후, 음원증폭부가 상기 음원변환부에서 출력되는 상기 저주파음원을 수신하여 증폭한 후, 상기 저주파음파발생부로 출력하는 음원증폭단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 미세입자 응집 방법은, 상기 미세입자 응집단계 이후, 저주파음파 측정부가 상기 저주파음원에 대응하여 출력되는 상기 저주파음파의 주파수와 음압을 검출한 후 상기 음원변환부로 전송하는 저주파수 및 음압 측정 단계; 상기 음원변환부가 상기 수신된 저주파수와 음압을 상기 추출된 저주파수와 음압과 비교하는 저주파음원 저주파수 및 음압 비교 단계; 및 상기 수신된 저주파수와 음압과 상기 추출된 저주파수와 음압이 불 일치하는 경우, 상기 음원변환부가 상기 저주파음원이 상기 추출된 저주파수와 음압을 가지도록 조정한 후 상기 미세입자 응집단계로 복귀하여 처리과정을 다시 수행하는 저주파음원 피드백 조정 단계;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, 정화 영역 내의 미세입자의 오염도를 측정하여 미세입자측정데이터를 생성하여 상기 음원변환부로 출력하는 미세입자측정부; 상기 미세입자측정데이터를 수신한 후 출력음원을 추출하여 미세입자 응집을 위한 저주파수 및 음압을 가지는 저주파음원으로 변환하여 출력하는 음원변환부; 및 상기 음원변환부에서 출력된 상기 저주파음원을 저주파음파로 미세입자 장화 영역 내로 재생하여 출력하는 하나 이상의 저주파음파발생부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치를 제공한다.
상기 음원변환부는, 상기 출력음원과 상기 미세입자의 오염도에 따른 미세입자 응집을 위한 저주파수 및 음압 데이터를 저장하는 저장부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 미세입자 응집 장치는, 상기 음원변환부에서 출력된 상기 저주파음원을 상기 저주파음파발생부로 입력되기 이전에 입력받아 증폭하여 출력하는 음원증폭부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 저주파수는, 0 초과 4000 Hz 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 음압은, 0㏈ 내지 100㏈ 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 저주파음파발생부는, 상기 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파를 증폭시키는 것에 의해 상기 미세입자의 응집 효율을 높이기 위해 상기 정화 영역 내에서 서로 대향하는 하나 이상의 쌍으로 설치되는 엑츄에이터들을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 미세입자 응집 장치는, 상기 저주파음파의 주파수 및 음압을 검출한 후, 상기 음원변환부로 전송하는 저주파음파 측정부;를 더 포함하고, 상기 음원변환부는 상기 저주파수 및 음압과 비교하여 일치하지 않는 경우 상기 저주파음원의 저주파수 및 음압을 조절하여 출력하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집 방법 및 장치는, 공기 또는 유체 내에 포함되는 미세입자를 저주파음파를 이용하여 응집시키는 것에 의해 고가의 필터, 환경에 유해한 수 처리제를 사용함이 없이, 공기 또는 유체 등의 매칠 내의 초미세먼지, 초미세플라스틱, 미세먼지 또는 미세플라스틱 등의 미세입자를 저비용으로 제거할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 상술한 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집 방법 및 장치는 미세입자 제거를 위해 환경에 유해한 수 처리제 등의 유해물질을 사용하지 않도록 함으로써, 미세입자 제거 시 환경 및 인체에 악영향을 주지 않으면서 용이하게 미세입자를 제거할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 미세입자 응집 장치(100)의 기능 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 음용수 또는 생활용수 등의 유체 내의 미세입자 응집 제거를 위한 미세입자 응집 장치(100)의 설치 상태도.
도 4는 본 발명의 일 실시예의 공기 중의 미세입자 응집 제거를 위하여 실내에 설치되는 미세입자 응집 장치(100)의 설치 상태도.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파에 의해 미세 입자가 응집되는 것을 보이는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파에 의해 미세 입자가 응집되는 메커니즘을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 저주파음원을 서로 쌍을 이루는 엑츄에이터 쌍들을 포함하는 다중 엑츄에이터로 구성되는 저주파음파발생부를 통해 생성된 저주파음파의 중첩을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 서로 대향하는 엑츄에이터 쌍으로 구성되는 액츄에이터부에서 출력된 저주파음파의 강도와 단일 액츄에이터에서 출력된 저주파음파의 강도 차이를 나타내는 그래프.
도 9는 저주파음원을 재생하지 않은 경우와, 저주파음원을 저주파수와 음압을 가변하여 출력한 경우들에서의 미세먼지 농도 측정 값을 나타내는 그래프.
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 1과 같이, 상기 미세입자 응집 방법은, 먼저, 미세입자측정부(110)를 이용하여 정화 영역 내의 미세입자의 오염도를 측정하여 생성된 미세입자측정데이터를 상기 음원변환부(120)로 출력하는 초기 미세입자 측정단계(S10)를 수행한다. 이때, 상기 미세입자측정데이터는, 미세입자의 크기, 농도, 실내 온도, 실내 습도 및 정화 영역 면적 또는 체적 데이터를 포함할 수 있다.
상기 음원변환부(120)는 상기 미세입자 측정데이터에 따라, 저장부(121)에 저장된 출력음원과 미세입자 응집을 위한 저주파음원의 저주파수 및 음압을 추출하는 저주파수 및 음압 데이터 추출 단계(S20)를 수행한다. 이때 추출되는 저주파수 및 음압은 미세먼지의 크기, 농도, 실내 온도, 실내 습도 또는 정화 영역 면적 분포에 따라 분류된 후 미세입자 DB로 구조화되어 음원변완부(120) 내부의 저장부(121)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 저주파음원의 주파수는 0 초과 4000 Hz 이하의 범위이고, 상기 저주파음원의 음압은 0㏈ 내지 100㏈ 범위일 수 있으며, 상기 저주파수와 음압은 상기 미세먼지의 크기, 농도, 실내 온도, 실내 습도 또는 정화 영역 면적에 대응하도록 추출된다.
다음으로, 상기 음원변환부(120)가 추출된 상기 저주파수 및 음압 데이터를 갖도록 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하여 출력하는 음원변환단계(S30)를 수행한다.
다음으로, 상기 저주파음원 또는 출력음원의 증폭이 필요한 경우 상기 음원변환단계(S40)가 수행된 후 출력되는 출력음원 또는 상기 저주파음원을 수신하여 증폭한 후, 상기 스피커부(140) 또는 상기 저주파음파발생부(140)로 출력하는 음원증폭단계(S40)가 수행될 수 있다.
다음으로, 저주파음파발생부(140)가 상기 저주파음원을 수신하여 저주파음파를 출력하는 것에 의해, 정화영역 내의 미세입자들을 진동시켜 서로 응집시키는 미세입자응집단계(S50)를 수행한다. 또한, 상기 미세입자응집단계(S50)는 저주파음파의 출력과 동시에 사용자가 출력음원의 음악 감상을 수행할 수 있도록, 상기 스피커부(140)를 통해 출력음원을 재생하여 출력하는 것을 함께 수행하도록 구성될 수도 있다.
이 후, 상기 포집부(200)는 정화 영역 내의 공기 또는 유체를 대류시키거나 유입받은 후 응집되어 크기가 커진 미세입자 응집체들을 포집하여 제거하는 응집된 미세입자 포집단계(S60)를 수행한다.
그리고 상술한 응집된 미세입자 포집단계(S60)의 수행 후에는 기 설정된 주기 또는 사용자의 제어 명령에 따라, 저주파음파 측정부(150)가 상기 저주파음원에 대응하여 출력되는 상기 저주파음파의 주파수와 음압을 검출한 후 상기 음원변환부(120)로 전송하는 저주파수 및 음압 측정 단계(S70)가 수행될 수 있다.
상기 저주파수 및 음압 측정 단계(S70)가 수행되면, 상기 음원변환부(120)는 상기 수신된 저주파수와 음압을 상기 추출된 저주파수와 음압과 비교하여 일치 여부를 판단하는 저주파음원 저주파수 및 음압 비교 단계(S80)를 수행한다.
그리고 상기 수신된 저주파수 및 음압과 상기 추출된 저주파수 및 음압이 불 일치하는 경우, 상기 음원변환부(120)가 상기 저주파음원이 상기 추출된 저주파수와 음압을 가지도록 조정한 후 상기 음원증폭단계(S40) 또는 상기 미세입 응집단계(S50)로 복귀하여 처리과정을 다시 수행하는 저주파음원 피드백 조정 단계(S90)를 수행한다.
이와 달리, 저주파음원 저주파수 및 음압 비교 단계(S80)의 비교 결과 상기 저주파음파 측정부(150)에서 측정된 저주파음파의 저주파수와 음압이 상기 저장부(121)에 저장된 저주파수 및 음압과 일치하는 경우에는, 상기 미세입자측정부(110)가 기 설정된 시간 또는 사용자의 제어 명령에 따라 정화 영역 내의 미세입자체를 측정하여, 초기 미세입자 측정 데이터와 비교하는 것에 의해 미세입자 제거 상태를 측정하는 미세입자 제거 상태 측정 단계(S100)를 수행할 수 있다.
그리고 미세입자 제거 상태 측정 단계(S100)의 측정 결과 기 설정된 농도 이하로 미세입자 농도가 떨어진 경우, 또는 사용자의 종료 제어 명령의 입력 여부 등의 미세입자 응집 정화 처리의 종료 기준이 충족되는지를 판단하여 미세입자 응집 정화가 종료되지 않은 경우에는 상기 미세입자 응집단계(S50)로 복귀하여 처리과정을 반복 수행하고, 미세입자 응집 정화가 종료된 경우에는 처리과정을 종료하는 미세입자 응집 정화 종료 판단 단계(S110)를 수행한다.
도 2는 상술한 본 발명의 미세입자 응집 방법이 적용된 본 발명의 다른 실시예의 미세입자 응집을 위한 미세입자 응집 장치(100)의 기능 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예의 음용수 또는 생활용수 등의 유체 내의 미세입자 응집 제거를 위한 미세입자 응집 장치(100)의 설치 상태도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예의 공기 중의 미세입자 응집 제거를 위하여 실내에 설치되는 미세입자 응집 장치(100)의 설치 상태도이다.
도 2와 같이, 상기 미세입자 응집 장치(100)는, 정황 영역(1) 내의 미세입자의 농도, 크기와 온도, 습도를 측정한 후 정화면적 정보를 포함하는 미세입자 측정 데이터를 생성하여 출력하는 미세입자측정부(110), 상기 미세입자측정부(110)에서 측정된 미세입자 측정 데이터를 기초로 하여, 출력음원을 미세입자 응집을 저주파음원으로 변환하여 출력하는 음원변환부(120), 미세입자 응집을 위한 저주파음원을 생성하여 출력하는 저주파음파발생부(140) 및 음집된 미세입자 응집체를 포집하는 포집부(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 음원변환부(120)에서 출력되는 저주파음원을 증폭하여 출력하는 음원증폭부(130) 및 상기 미세입자 포집장치(100)는 출력음원을 소리 신호로 출력하는 하나 이상의 스피커를 포함하여 구성되는 스피커부(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 미세입자측정부(110) 미세입자를 응집하여 제거할 정화 영역(1) 내의 미세입자들의 크기, 농도, 정화 영역(1)의 내의 온도, 습도 등을 측정한 후 미세입자측정데이터로 상기 음원변환부(120)로 출력하도록 구성된다.
상기 음원변환부(120)는 상기 미세입자측정부(110)에서 출력된 미세입자의 농도, 크기와 실내의 온도, 습도 및 정화면적 정보를 포함하는 미세입자 측정 데이터를 수신한 후, 출력음원을 추출하고, 상기 출력음원을 미세입자 응집을 위한 저주파수 및 음압을 가지는 저주파음원으로 변환하여 출력하도록 구성된다. 상기 음원변환부(120)는 상기 출력음원을 저주파음원으로 변환하기 위해, 미세입자의 농도, 크기별 저주파음원의 주파수 및 음압정보와, 정화영역의 면적 정보, 및 저주파음원 변환을 위한 함수들을 포함하는 프로그램 정보 등을 저장하는 저장부(121)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 저주파음원의 저주파수는 가청주파수 내에서 사람이 들을 수 없는 주파수 영역으로서 0 초과 4000 Hz 이하의 저주파수 범위일 수 있다. 그리고 상기 음압은 0㏈ 내지 100㏈ 범위일 수 있다.
상기 음원증폭부(130)는 상기 저주파음원의 진폭을 증폭하는 증폭소자들을 포함하여 구성되어, 필요한 경우, 상기 음원변환부(120)에서 출력되는 저주파음원을 증폭하여 출력한다.
상기 저주파발생부(140)는 상기 음원변환부(120)에서 출력되는 상기 저주파음원을 저주파음파로 재생하는 하나 이상의 엑츄에이터(140a, 150b)들을 포함하여 구성되어, 상기 저주파음원을 수신한 후 정화 영역(1)으로 저주파음파를 출력한다. 또한, 상기 엑츄에이터(140a, 150b)들은 상기 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파를 중첩시켜 증폭시키는 것에 의해 상기 미세입자의 충돌 효율을 높이고 이에 의해 응집 효율을 높이기 위해, 상기 정화 영역 내에서 서로 대향하며 쌍을 이루며 설치될 수 있으며, 정화 영역의 면적 또는 체적에 따라 엑츄에이터쌍들 또한 다수가 설치될 수 있다.
상술한 구성의 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집 장치(100)는 상기 음원변환부(120)에서 출력되는 출력음원과 저주파음원을 증폭하는 음원증폭부(130)와, 상기 저주파음파발생부(140)에서 출력된 저주파음파의 주파수와 음압을 측정하여 상기 음원변환부(120)로 출력하는 Db 측정센서가 내장된 dB측정기(151)를 포함하는 저주파음파 측정부(150)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 저주파음파 측정부(150)를 구비하는 경우, 상기 음원변환부(120)는 상기 저주파음파 측정부(150)로부터 입력된 측정된 저주파수 및 음압을 상기 저장부(121)에서 추출된 저주파수 및 음압과 비교하여 일치하지 않는 경우 상기 저주파음원의 저주파수 및 음압을 조절하여 출력하는 피드백 제어 기능을 수행하도록 구성될 수 있다.
상술한 구성을 가지는 상기 미세입자 응집 장치(1)가 음용수 또는 생활용수 등의 유체 내의 미세플라스틱 등의 미세입자 포집을 위해 적용되는 경우, 도 3과 같이, 상기 미세입자 포집장치(1)를 구성하는 미세입자측정부(110)와 저주파음파발생부(140) 및 저주파음파 측정부(150)는 음용수 또는 생활용수 등이 저장되거나 흐르는 정수조 등의 정화 영역(1)의 내부에 설치되도록 구성된다.
또한, 상기 미세입자측정부(110), 상기 음원변환부(120), 상기 음원증폭부(130)가 방수 기능을 가지는 밀봉 구조체에 일체로 형성되는 경우, 상기 미세입자측정부(110), 상기 음원변환부(120), 상기 음원증폭부(130)가 상기 정화조 등의 내부에 유입된 유체 내부에 잠기어 설치될 수 있다.
그리고 상술한 구성을 가지는 상기 미세입자 응집 장치(1)가 실내 공기 내의 미세플라스틱이나 미세입자, 초미세먼지, 미세먼지 등의 미세입자 포집을 위해 적용되는 경우, 도 4와 같이, 상기 미세입자 포집장치(1)를 구성하는 미세입자측정부(110), 상기 음원변환부(120), 상기 음원증폭부(130)와, 상기 저주파음파발생부(140) 및 저주파음파 측정부(150)는 모두 정화영역(1)으로서 사용자가 생활하는 실내에 모두 설치될 수 있다.
즉, 본원 발명의 일 실시예의 미세입자 응집 장치(100)는 유체 또는 공기 중에 적용되어 유체 또는 공기 중의 미세입자들을 모두 응집할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파에 의해 미세 입자가 응집되는 것을 보이는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파에 의해 미세 입자가 응집되는 메커니즘을 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6과 같이, 상기 저주파음파발생부(140)를 통해 저주파음원에 대응하는 저주파음파가 출력되면, 정화 영역(1) 내의 미세 입자들이 도 6의 (a) 도면과 같이, 저주파음파의 저주파수와 음압에 대응하여 진동하게 된다. 이때, 상대적으로 크기가 작은 미세입자(p1)의 진동 진폭 (m1)이 상대적으로 큰 미세입자(p2)의 진동 진폭(m2)보다 크게 되어, 상대적으로 크기가 작은 미세입자(p1)와 상대적으로 큰 미세입자(p2)들이 서로 충돌하는 것에 의해 도 6의 (b) 도면과 같이, 상대적으로 크기가 작은 미세입자(p1)와 상대적으로 큰 미세입자(p2)들이 서로 응집된다.
이때, 응집률(βHy)은 다음의 [수학식 1]에 의해 도출될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, ρ0는 매질의 밀도(예, gas density), μ는 매질의 점성(viscocity), U0는 상기 미세입자들의 진동파의 진동속도 진폭(velocity amplitude of wave), d1은 상대적으로 작은 크기의 미세 입자(p1)의 직경, d2는 상대적으로 큰 크기의 미세 입자(p2)의 직경이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 저주파음원을 서로 쌍을 이루는 엑츄에이터 쌍들을 포함하는 다중 엑츄에이터로 구성되는 저주파발생부(140)를 통해 생성된 저주파음파의 중첩을 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예의 미세입자 응집을 위한 서로 대향하는 엑츄에이터 쌍으로 구성되는 액츄에이터부에서 출력된 저주파음파의 강도와 단일 액츄에이터에서 출력된 저주파음파의 강도 차이를 나타내는 그래프이다.
상기 저주파음파발생부(140)를 구성하는 엑츄에이터(140a, 150b)들은 서로 대향하는 쌍으로 설치되는 것에 의해 미세 입자들의 응집 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
구체적으로, 도 7 내지 도 8과 같이, 엑츄에이터(140a, 150b)들이 서로 대향하는 쌍으로 설치되어 저주파음파(w)가 서로 중첩되는 것에 의해 강도가 세지게 되고, 이에 의해, 상대적으로 크기가 작은 미세입자(p1)와 상대적으로 큰 미세입자(p2)들의 진동 속도 및 충돌 시의 충격량이 커지게 되어 응집 효율이 높아진다.
도 9는 저주파음원을 재생하지 않은 경우와, 저주파음원을 저주파수와 음압을 가변하여 출력한 경우들에서의 미세먼지 농도 측정 값을 나타내는 그래프이다.
도 9와 같이, 저주파음파의 저주파수 및 음압에 따라 서로 다른 미세입자정화 효율을 가짐을 알 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 정화 대상 영역
100: 유체 내 미세입자 포집 장치
110: 미세입자측정부
120: 음원변환부
121: 저장부
130: 음원증폭부
140: 저주파음파발생부
140a, 140b: 엑츄에이터
150: 저주파음파 측정부
151: dB 측정기

Claims (13)

  1. 미세입자측정부를 이용하여 정화 영역 내의 미세입자의 오염도를 포함하는 미세입자측정데이터를 생성하여 상기 음원변환부로 출력하는 초기 미세입자 측정단계;
    상기 음원변환부가 상기 미세입자측정데이터에 따라, 저장부에 저장된 미세입자 응집을 위한 저주파음원의 저주파수 및 음압을 추출하는 저주파수 및 음압 데이터 추출 단계;
    상기 음원변환부가 추출된 상기 저주파수 및 음압 데이터를 갖도록 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 음원변환단계; 및
    저주파음파발생부가 상기 저주파음원을 수신하여 미세입자 응집을 위한 저주파음파로 출력하여 미세입자를 응집시키는 미세입자 응집단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 음원변환단계는,
    0 초과 4000 Hz 이하의 저주파수를 가지도록 상기 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 단계인 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 음원변환단계는,
    0㏈ 내지 100㏈ 범위의 음압을 가지도록 상기 출력음원을 상기 저주파음원으로 변환하는 단계인 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 미세입자 응집단계는,
    서로 대향하는 엑츄에이터들을 포함하는 하나 이상의 엑츄에이터 쌍들을 포함하는 엑츄에이터부를 통해 상기 저주파음원에 대응하는 저주파음파를 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음원변환단계 이후, 음원증폭부가 상기 음원변환부에서 출력되는 상기 저주파음원을 수신하여 증폭한 후, 상기 저주파음파발생부로 출력하는 음원증폭단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세입자 응집단계 이후, 저주파음파 측정부가 상기 저주파음원에 대응하여 출력되는 상기 저주파음파의 주파수와 음압을 검출한 후 상기 음원변환부로 전송하는 저주파수 및 음압 측정 단계;
    상기 음원변환부가 상기 수신된 저주파수와 음압을 상기 추출된 저주파수와 음압과 비교하는 저주파음원 저주파수 및 음압 비교 단계; 및
    상기 수신된 저주파수와 음압과 상기 추출된 저주파수와 음압이 불 일치하는 경우, 상기 음원변환부가 상기 저주파음원이 상기 추출된 저주파수와 음압을 가지도록 조정한 후 상기 미세입자 응집단계로 복귀하여 처리과정을 다시 수행하는 저주파음원 피드백 조정 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 방법.
  7. 정화 영역 내의 미세입자의 오염도를 측정하여 미세입자측정데이터를 생성하여 상기 음원변환부로 출력하는 미세입자측정부;
    상기 미세입자측정데이터를 수신한 후 출력음원을 추출하여 미세입자 응집을 위한 저주파수 및 음압을 가지는 저주파음원으로 변환하여 출력하는 음원변환부; 및
    상기 음원변환부에서 출력된 상기 저주파음원을 저주파음파로 미세입자 장화 영역 내로 재생하여 출력하는 하나 이상의 저주파음파발생부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 음원변환부는,
    상기 출력음원과 상기 미세입자의 오염도에 따른 미세입자 응집을 위한 저주파수 및 음압 데이터를 저장하는 저장부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 음원변환부에서 출력된 상기 저주파음원을 상기 저주파음파발생부로 입력되기 이전에 입력받아 증폭하여 출력하는 음원증폭부;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 저주파수는,
    0 초과 4000 Hz 이하인 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 음압은,
    0㏈ 내지 100㏈ 범위인 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
  12. 제7항에 있어서, 상기 저주파음파발생부는,
    상기 저주파음원에 대응하여 출력된 저주파음파를 증폭시키는 것에 의해 상기 미세입자의 응집 효율을 높이기 위해 상기 정화 영역 내에서 서로 대향하는 하나 이상의 쌍으로 설치되는 엑츄에이터들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 저주파음파의 주파수 및 음압을 검출한 후, 상기 음원변환부로 전송하는 저주파음파 측정부;를 더 포함하고,
    상기 음원변환부는 상기 저주파수 및 음압과 비교하여 일치하지 않는 경우 상기 저주파음원의 저주파수 및 음압을 조절하여 출력하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 미세입자 응집 장치.
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