KR20210004190A - 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세먼지가 포함된 공기를 유도하는 동시에 증폭 및 가속시켜 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있는 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치는, 미세먼지(4)가 포함된 공기(3)가 유입되는 상부의 폭이 공기(3)가 유동되는 하부의 폭보다 넓은 공기유입부(10); 공기유입부(10)가 관통되며, 공기(3)를 공기유입부(10)의 상부로 유도하기 위한 공기유도익(21)이 하나 이상 구비되는 제1 공기유도부(20); 제1 공기유도부(20)의 상, 하부에 결합되며, 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하기 위한 상, 하부 공기유도기(31, 33)가 구비되는 제2 공기유도부(30); 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)가 통과되되, 미세먼지(4)보다 큰 입자의 이물질은 차단하고, 통과되는 공기(3)를 가속시키는 필터링부(40); 공기유입부(10)의 하부와 연결되며, 공기(3)를 흡입하여 공기(3)가 공기유입부(10)의 상부에서 하부로 유동되도록 하고, 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집하여 제거하는 미세먼지제거부(50); 미세먼지제거부(50)와 연결되며, 미세먼지제거부(50)에 전력을 공급하는 전원부(60); 및 미세먼지제거부(50)에 공급될 전력을 생산하는 전력생산부(70);를 포함한다.

Description

대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치 및 방법{Apparatus and method for collecting and removing massive amount of fine dust in the air}
본 발명은 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 미세먼지가 포함된 공기를 유도하는 동시에 증폭 및 가속시켜 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 대기오염의 심각성이 크게 부각되면서 대기오염의 주된 원인 중 하나인 각종 산업용 기기에서 발생되는 미세먼지(유해먼지)를 제거하기 위한 노력이 다각도로 전개되고 있다.
종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 일종의 타워 형태로 공기와 미세먼지를 흡입하는 장치가 사용되어 왔다. 이러한 도 1의 장치는 내부에 복수의 흡입기기가 구비되며, 상기 흡입기기를 통해 공기와 함께 흡입되는 미세먼지를 필터로 제거한다.
그러나 도 1의 장치는 공기의 흡입량이 부족하여 공기와 함께 유동되는 대기 중의 미세먼지를 제거하는데 시간과 비용이 많이 소모되는 문제점이 있었다.
또한, 종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 미세먼지(4)를 제거하기 위한 흡입용 팬(suction fan) 및 필터가 구비되는 장치가 사용되어 왔다. 이러한 도 2의 장치는 흡입용 팬을 통해 공기(3)를 흡입하고, 필터로 흡입한 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집하고 제거한다. 여기서, 미세먼지(4)가 제거된 정화공기(7)는 외부로 배출된다.
그러나 도 2의 장치는 도 1의 장치와 마찬가지로 공기(3)의 흡입량이 부족하여 공기(3)와 함께 유동되는 대기 중의 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는데 시간과 비용이 많이 소모되는 문제점이 있었다.
이와 같이, 상기 도 1 및 도 2에 도시된 장치를 포함하여 종래에는 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 다양한 장치가 사용되어 왔으나, 미세먼지(4)를 포함하는 공기(3)의 흡입량이 부족하기 때문에 공기(3)에 포함되는 미세먼지(4)의 포집 및 제거량이 부족한 문제점이 있었다.
대한민국등록특허 제10-1753385호, 대한민국등록특허 제10-1102616호, 대한민국등록특허 제10-1768009호.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 미세먼지가 포함된 공기를 유도하는 동시에 증폭 및 가속시킴으로써, 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 공기의 속도에 따라 공기흡입기를 작동시켜 미세먼지를 포함한 공기가 대량으로 흡입하거나, 공기흡입기의 작동없이 미세먼지를 포함한 공기가 대량으로 유입함으로써, 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 발전기를 이용하여 공기로부터 미세먼지를 포집 및 제거하는 동안에 전력을 생산하며, 생산된 전력으로 공기흡입기를 작동시켜 공기를 대량으로 흡입함으로써, 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 태양광패널을 이용하여 미세먼지를 포집 및 제거하지 않을 때에도 전력을 생산하고, 생산된 전력으로 공기흡입기를 작동시켜 공기를 대량으로 흡입함으로써, 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치는, 미세먼지(4)가 포함된 공기(3)가 유입되는 상부의 폭이 공기(3)가 유동되는 하부의 폭보다 넓은 공기유입부(10); 공기유입부(10)가 관통되며, 공기(3)를 공기유입부(10)의 상부로 유도하기 위한 공기유도익(21)이 하나 이상 구비되는 제1 공기유도부(20); 제1 공기유도부(20)의 상, 하부에 결합되며, 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하기 위한 상, 하부 공기유도기(31, 33)가 구비되는 제2 공기유도부(30); 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)가 통과되되, 미세먼지(4)보다 큰 입자의 이물질은 차단하고, 통과되는 공기(3)를 가속시키는 필터링부(40); 공기유입부(10)의 하부와 연결되며, 공기(3)를 흡입하여 공기(3)가 공기유입부(10)의 상부에서 하부로 유동되도록 하고, 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집하여 제거하는 미세먼지제거부(50); 미세먼지제거부(50)와 연결되며, 미세먼지제거부(50)에 전력을 공급하는 전원부(60); 및 미세먼지제거부(50)에 공급될 전력을 생산하는 전력생산부(70);를 포함한다.
그리고 공기유입부(10)는, 깔때기형의 공기유입기(11, 13, 15)가 하나 이상 구비되되, 공기유입기(11, 13, 15)가 사이클로이드 곡선(cycloid curve)으로 이루어져 유입되는 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다.
또한, 제1 공기유도부(20)는, 공기유입부(10)가 관통되는 제1 관통공(21a)이 형성되며, 공기(3)를 공기유입부(10)의 상부로 유도하는 공기유도익(21); 및 공기유도익(21)의 상부에 결합되며, 공기유입부(10)의 상부가 개방되도록 제2 관통공(23a)이 형성되고, 공기유도익(21)과의 결합을 통해 공기유도익(21)과 함께 공기(3)를 공기유입부(10)의 상부로 유도하는 덮개(23);를 포함한다.
그리고 공기유도익(21)은, 공기(3)를 공기유입부(10)의 상부로 유도하기 위한 유도경로를 형성하기 위해 하나 이상 구비되며, 유도경로는, 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 공기유입부(10)의 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선으로 이루어져 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다.
또한, 상, 하부 공기유도기(31, 33)는, 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 제1 공기유도부(20)와 결합되는 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선으로 이루어져 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다.
그리고 필터링부(40)는, 공기유입부(10), 제1 공기유도부(20), 제2 공기유도부(30)를 둘러싸며, 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)를 통과시키되, 이물질은 차단하고, 통과되는 공기(3)를 가속시키는 에어포일(airfoil)(41);을 포함한다.
또한, 미세먼지제거부(50)는, 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이하인 경우에 작동되어 공기(3)를 흡입하는 공기흡입기(53); 및 공기유입부(10)의 하부로 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집하여 제거하기 위한 습식필터, 백(bag)필터, 사이클론필터 중 적어도 하나로 이루어지는 필터(51);를 포함한다.
그리고 공기흡입기(53)는, 기설정된 속도가 1.5~3 m/sec이다.
또한, 전력생산부(70)는, 상부 공기유도기(31)의 상부 또는 하부 공기유도기(33)에 결합되며, 태양광(8)을 이용하여 전력을 생산하는 태양광패널(71); 및 공기유입부(10)의 하부로 유동되는 공기(3)에 의해 회전되는 회전익(75)과 연결되며, 회전익(75)의 회전력을 전력으로 변환하는 발전기(73);를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 방법으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 방법은, 미세먼지(4)를 포함하는 공기(3)의 속도가 기설정된 속도인지 여부를 판단하는 단계(S10); 판단 단계(S10)의 결과에 따라, 미세먼지제거부(50)가 전원부(60)를 통해 전력을 공급받아 공기(3)를 흡입하거나(S20), 전력의 공급이 차단되어 공기(3)가 외력없이 공기유입부(10)에 유입되는 단계(S30); 제2 공기유도부(30)가 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하는 단계(S40); 제1 공기유도부(20)가 공기(3)를 공기유입부(10)의 상부로 유도하는 단계(S50); 공기(3)가 공기유입부(10)의 상부에 유입되며, 공기유입부(10)의 상부로부터 하부로 유동되는 단계(S60); 미세먼지제거부(50)가 공기유입부(10)의 하부로 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집하여 제거하는 단계(S70); 및 전력생산부(70)가 유도 단계(S40) 또는 공기 유입 및 유동 단계(S60)에서 미세먼지제거부(50)에 공급될 전력을 생산하는 단계(S80);를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세먼지가 포함된 공기를 유도하는 동시에 증폭 및 가속시킴으로써, 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면, 미세먼지를 포집 및 제거하는 동안에 전력을 생산하거나, 미세먼지를 포집 및 제거하지 않을 때에도 전력을 생산하고, 생산된 전력을 통해 대량의 공기를 흡입함으로써, 대량의 미세먼지를 포집하고 제거할 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 미세먼지 포집장치의 설치예를 나타낸 이미지이다.
도 2는 종래의 미세먼지 포집장치의 구성을 나타낸 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4 및 5는 도 3에 도시된 공기유입부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 3에 도시된 제1 공기유도부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 7은 공기유입부와 제1 공기유입부의 결합 및 공기, 바람의 유입방향을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 제2 공기유도부의 구성 및 공기, 바람의 유도방향을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 필터링부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치의 설치예를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 3에 도시된 미세먼지제거부 및 전원부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11에 도시된 미세먼지제거부에 구비되는 필터의 설치예를 나타낸 도면이다.
도 13 및 도 14는 도 3에 도시된 전기생산부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 15 내지 도 19는 설치장소에 따라 다른 방식으로 설치되는 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치를 나타낸 이미지이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 방법의 단계 흐름을 나타낸 흐름도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
미세먼지 포집 제거장치
<구성>
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치(1)(이하에서는 '미세먼지 포집 제거장치'이라 한다.)의 구성을 자세히 설명하도록 하겠다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이며, 도 4 및 5는 도 3에 도시된 공기유입부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 3에 도시된 제1 공기유도부의 구성을 나타낸 도면이며, 도 7은 공기유입부와 제1 공기유입부의 결합 및 공기, 바람의 유입방향을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 3에 도시된 제2 공기유도부의 구성 및 공기, 바람의 유도방향을 나타낸 도면이며, 도 9는 도 3에 도시된 필터링부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치의 설치예를 나타낸 도면이며, 도 11은 도 3에 도시된 미세먼지제거부 및 전원부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11에 도시된 미세먼지제거부의 설치예를 나타낸 도면이며, 도 13 및 도 14는 도 3에 도시된 전기생산부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 15 내지 도 19는 설치장소에 따라 다른 방식으로 설치되는 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치를 나타낸 이미지이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 포집 제거장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이 공기유입부(10), 제1 공기유도부(20), 제2 공기유도부(30), 필터링부(40), 미세먼지게저부(50), 전원부(60) 및 전력생산부(70)가 구비된다.
이와 같은, 미세먼지 포집 제거장치(1)는 도 15 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 건물의 옥상, 도로 주변, 산 정상 등의 다양한 지형에 설치되어 바람(2) 또는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거한다.
이하에서는, 설명의 편의상 미세먼지(4)가 포함된 바람(2) 또는 공기(3)를 미세먼지(4)가 포함된 공기(3)로 설명하도록 하겠다. 즉, 공기(3)는 바람(2)도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
공기유입부(10)는 미세먼지(4)를 포함한 공기(3)가 유입되는 공기유입기가 구비된다. 이러한 공기유입기는 공기(3)의 유입 효율을 극대화시키기 위해 하나 이상 구비된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 공기유입기가 도 4에 도시된 바와 같이 제1 공기유입기(11), 제2 공기유입기(13) 및 제3 공기유입기(15)로 구비된다.
공기유입기(11, 13, 15)는 코안다(coanda effect) 효과를 이용하여 공기(3)가 상부로부터 내면을 따라 하부로 유동되도록 한다. 여기서, 코안다 효과라 함은 벽면이나 천장면에 접근하여 분출된 기류가 상기 면에 부착되어 유동되는 것을 의미한다. 일례로 도 4의 (c)를 참조하면, 공기(3)(바람직하게는, 바람(2))는 코안다 효과에 의해 제2 공기유입기(13)의 상부인 'A'로 유입되며, 제2 공기유입기(13)의 내면을 따라 제2 공기유입기(13)의 하부인 'B'로 유동된다.
이때, 공기(3)의 속도는 제2 공기유입기(13)의 형상에 의해 'A'에서 'B'로 갈수록 높아진다. 이와 같이, 공기(3)의 속도가 'A'보다 'B'에서 높아지는 것은 베르누이(bernoulli) 원리에 의해 적용된다. 여기서, 베르누이 원리는 유체의 속력이 높아지면 압력이 감소한다는 에너지 보존 법칙의 결과를 의미한다.
즉, 공기(3)의 속도가 'A'보다 'B'에서 높아짐에 따라, 공기(3)의 압력은 'B'보다 'A'에서 높아지게 된다.
더 나아가, 공기(3)의 속도는 공기유입기(11, 13, 15)에 의해 'A'로부터 'B', 'C', 'D'로 갈수록 높아진다. 이는, 즉, 공기(3)의 속도는 공기유입기(11, 13, 15)의 하부로 갈수록 가속되어 제3 공기유입기(15)의 하부인 'D'에서 최대가 되는 것을 의미한다.
그리고 공기(3)의 유량은 질량유량(mass flow) 법칙에 의해 'A'보다 'B'에서 높아진다. 여기서, 질량유량 법칙은 유량과 밀도는 압력, 온도에 의해 변화되지만 유체가 흐르는 관, 파이프 등의 부재의 단면적이 변하지 않으면 질량유량이 일정하게 유지되는 것을 의미한다.
즉, 공기(3)의 유량은 'A'로부터 'B', 'C', 'D'로 갈수록 증가된다. 이는, 공기(3)가 공기유입기(11, 13, 15)의 하부로 갈수록 증폭되어 제3 공기유입기(15)의 하부인 'D'에서 최대가 되는 것을 의미한다.
이와 같은, 베르누이 원리와 질량유량 법칙에 의해 공기(3)는 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 유입되고, 내면을 따라 유동되는 동안에 증폭 및 가속되어 제3 공기유입기(15)의 하부에서 최대로 증폭 및 가속된다.
또한, 공기유입기(11, 13, 15)는 상기와 같이 공기(3)를 증폭 및 가속시키기 위해, 사이클로이드 곡선(cycloid curve)이 적용된다. 여기서, 사이클로이드 곡선이라 함은 임의의 동일 위치에서 동일 물체가 하강될 때 가장 빨리 하강되는 최단 강하곡선과, 사이클로이드 곡선 상의 서로 다른 위치에서 정지된 상태의 물체가 하강될 때 하부에 동시에 떨어지는 등시곡선의 특징을 가지는 곡선을 의미한다. 이러한 사이클로이드 곡선이 적용된 공기유입기(11, 13, 15)는 코안다 효과를 이용하여 공기(3)가 상부로 유입되도록 하며, 유입된 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다. 그리고 사이클로이드 곡선이 적용되는 공기유입기(11, 13, 15)는 상부가 하부보다 넓은 폭으로 이루어지는 깔때기형으로 형성된다.
그리고 공기유입부(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 유입되는 공기(3)를 증폭 및 가속시키기 위해 공기(3)에 와류(vortex)를 주는 플레이트(17)가 공기유입기(11, 13, 15)의 상부 내면에 하나 이상 구비된다.
제1 공기유도부(20)는 제2 공기유도부(30)에 의해 유도되는 공기(3)를 공기유입기(11, 13, 15)로 유도하기 위해 공기유도익(21) 및 덮개(23)가 구비된다.
공기유도익(21)은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 중심부에 형성되는 제1 관통공(21a)에 제1, 2 공기유입기(11, 13)가 각각 관통되며, 제3 공기유입기(15)의 상부와 접합된다. 이러한 공기유도익(21)은 하나 이상 구비되어 공기(3)를 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 각각 유도하기 위한 유도경로를 하나 이상 형성한다. 여기서, 공기유도익(21)의 유도경로는 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선이 적용된다. 이를 통해, 공기유도익(21)은 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 유도되는 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다. 더 나아가, 공기유도익(21)은 유도경로의 수가 증가될수록 유도경로의 폭은 더 좁아지게 되어, 공기(3)를 더 증폭 및 가속시킬 수 있다.
덮개(23)는 도 6에 도시된 바와 같이, 공기유도익(21)의 상부에 결합되며, 공기(3)가 제1 공기유입기(11)의 상부에 유입되도록 하기 위해, 제1 공기유입기(11)의 상부를 개방하는 제2 관통공(23a)이 형성된다. 이러한 덮개(23)는 공기유도익(21)의 상부에 결합됨으로써, 공기유도익(21)과 함께 공기(3)를 제2, 3 공기유입기(13, 15)의 상부로 유도한다. 이와 같은, 덮개(23)는 공기유도익(21)의 상부에 결합되는 것으로 설명하였으나, 공기유도익(21)의 상부 뿐만 아니라 하부에도 결합되어 공기(3)를 제2, 3 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 유도할 수 있다.
제2 공기유도부(30)는 도 8에 도시된 바와 같이, 필터링부(40)를 통과하는 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하기 위해 상부 공기유도기(31) 및 하부 공기유도기(33)가 구비된다.
상부 공기유도기(31)는 덮개(23)의 상부에 결합되며, 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 덮개(23)의 상부와 결합되는 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선이 적용된다. 이를 통해, 상부 공기유도기(31)는 제1 공기유도부(20)로 유도되는 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다.
하부 공기유도기(33)는 공기유도익(21)의 하부 또는 덮개(23)의 하부에 결합되며, 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 공기유도익(21)의 하부 또는 덮개(23)의 하부와 결합되는 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선이 적용된다. 이를 통해, 하부 공기유도기(33)는 제1 공기유도부(20)로 유도되는 공기(3)를 증폭 및 가속시킨다.
필터링부(40)는 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 공기유입부(10), 제1 공기유도부(20), 제2 공기유도부(30)를 둘러싸서 공기(3)는 통과되어 제2 공기유도부(30)에 의해 유도되도록 하되, 미세먼지(4)보다 큰 입자의 이물질(예: 동물의 털, 보푸라기, 머리카락, 큰 먼지 등)은 차단한다. 그리고 필터링부(40)는 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 공기(3)의 양력을 최대화하고 항력을 최소화하는 유선형의 날개 단면을 가지는 에어포일(airfoil)(41)로 구비된다. 이러한 에어포일(41)을 통해 필터링부(40)는 공기(3)의 통과 및 이물질의 차단 뿐만 아니라 통과되는 공기(3)를 가속시킨다.
한편, 미세먼지 포집 제거장치(1)는 도 10에 도시된 바와 같이, 복수의 지지대(6a, 6b, 6c, 6d)를 포함하는 지지부(6)를 통해 지면(5)으로부터 이격되게 설치될 수 있다. 이와 같이, 지지부(6)로 미세먼지 포집 제거장치(1)를 지면(5)으로부터 이격 설치하는 것은 지면(5)의 지형 영향을 최소화하면서 공기(3)가 최대한 유입되도록 하며, 상기 공기(3)를 증폭 및 가속시켜 미세먼지제거부(50)를 통해 미세먼지(4)를 최대로 포집 및 제거하기 위함이다.
미세먼지제거부(50)는 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 공기유입부(10)의 가장 하단인 제3 공기유입기(15)의 하부와 연결되며, 제3 공기유입기(15)의 하부로 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하기 위해 필터(51) 및 공기흡입기(53)가 구비된다. 이러한 미세먼지제거부(50)는 도 12에 도시된 바와 같이, 제3 공기유입기(15)의 하부와 연결되되 지면(5)의 하측인 지하에 매몰된 관로를 따라 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하거나, 제3 공기유입기(15)의 하부와 연결되되 지면(5)에 노출된 관로를 따라 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거한다.
필터(51)는 공기흡입기(53)의 내부 또는 일측에 결합되어, 공기흡입기(53)에 의해 흡입되어 제3 공기유입기(15)의 하부로 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거한다. 그리고 필터(51)는 미세먼지(4)의 포집 및 제거를 위해 습식(wet)필터, 백(bag)필터, 사이클론(cyclone)필터 중 적어도 하나로 이루어진다. 이러한 필터(51)를 통해 미세먼지(4)가 포집 및 제거된 정화공기(7)는 외부로 배출된다.
공기흡입기(53)는 제어부(미도시)로부터 필터링부(40)를 통과하기 전 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이하인 것으로 판단되는 경우에 제어부(미도시)에 의해 작동되어 공기(3)를 흡입한다. 이와 반대로, 공기흡입기(53)는 필터링부(40)를 통과하기 전 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이상인 경우에 전력 공급이 차단되어 작동되지 않는다. 즉, 기설정된 속도 이상의 공기(3)는 공기흡입기(53)의 작동없이도 공기유입기(11, 13, 15)의 상부로 유입된다. 더 나아가, 공기흡입기(53)의 제어부(미도시)에 기설정된 속도는 공기흡입기(53)의 작동 기준으로서 1.5~3 m/sec(바람직하게는, 2 m/sec)일 수 있다.
한편, 필터링부(40)의 일측에는 공기흡입기(53)의 작동 제어를 위해 공기(3)의 속도를 측정하기 위한 측정센서(미도시)가 구비될 수 있다.
전원부(60)는 도 11에 도시된 바와 같이, 공기흡입기(53)와 연결되며, 필터링부(40)를 통과하기 전 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이하인 경우에 공기흡입기(53)로 전력을 공급하여 공기흡입기(53)를 작동시킨다. 이와 반대로, 필터링부(40)를 통과하기 전 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이상인 경우, 전력 공급을 차단하여 공기흡입기(53)가 작동되지 않도록 한다.
전력생산부(70)는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 공기흡입기(53)에 공급될 전력을 생산하기 위해 태양광패널(71) 및 발전기(73)가 구비된다.
태양광패널(71)은 태양광(8)을 이용하여 공기흡입기(53)에 공급될 전력을 생산한다. 이러한 태양광패널(71)은 상부 공기유도기(31)의 상부에 결합되어 전력을 생산하는 제1 태양광패널(71a)과, 지지부(6)의 일측에 결합되어 전력을 생산하는 제2 태양광패널(71b)로 이루어진다. 특히, 제2 태양광패널(71b)은 태양광(8)의 조사방향에 따라 전력 생산 효율 떨어질 수 있기 때문에, 제어부(미도시)에 의해 최대한 넓은 면적에 태양광(8)이 조사되도록 설치 각도가 변경될 수 있다.
발전기(73)는 제3 공기유입기(15)의 하부에 구비되는 회전익(75)과 연결되며, 제3 공기유입기(15)의 하부로 유동되는 공기(3)에 의해 회전되는 회전익(75)의 회전력을 전력으로 변환한다.
더 나아가, 전력생산부(70)가 생산한 전력은 공기흡입기(53)에 공급될 뿐만 아니라, 2차전지(미도시)에 저장하거나, 외부로 생산한 전력을 유동시켜 판매할 수 있다.
<제1 실시예>
이하에서는, 미세먼지 포집 제거장치(1)로 하루동안 기설정된 속도 이상의 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 실험을 수행하였다.
여기서, 미세먼지 포집 제거장치(1)는 가로길이 7 m, 세로길이 8 m로 제작되었다.
이때, 미세먼지 포집 제거장치(1)의 미세먼지 실제 포집면적은 가로길이와 세로길이를 곱한 56 m2으로 계산되고, 공기(3)의 증폭상수는 5로 설정하였다. 이에 따라, 실제 포집면적과 증폭상수를 곱한 유효 포집면적(effective collecting area)은 280 m2로 계산된다.
한편, 공기(3)의 속도는 평균값을 기준으로 2 m/sec로 설정하였다. 이를 통해, 유효 포집면적과 공기(3)의 속도를 곱한 시간당 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 체적(volume)은 280 m2 x 2 m/sec = 560 m3/sec = 2,016,000 m3/hr로 계산된다.
이와 같은, 시간당 미세먼지(4) 포집 및 제거 체적을 통해 하루동안의 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 체적은 2,016,000 m3/hr x 24 hr = 48,384,000 m3/day로 계산된다.
<제2 실시예>
이하에서는, 미세먼지 포집 제거장치(1)로 하루동안 기설정된 속도 이하의 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 실험을 수행하였다.
여기서, 미세먼지 포집 제거장치(1)는 가로길이 7 m, 세로길이 8 m이며, 공기흡입기(53)의 직경이 2 m로 제작되었다.
그리고 공기흡입기(53)의 흡입 속도는 3 m/sec로 설정되었고, 실제 흡입면적은 3.14 m2로 계산되며, 공기(3)의 증폭상수는 5로 설정되었다. 이에 따라, 실제 흡입면적과 증폭상수를 곱한 실제 포집면적은 3.14m2 x 5 =15.7 m2로 계산된다.
또한, 시간당 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 체적은 실제 흡입면적과 공기흡입기(53)의 흡입 속도를 곱한 3.14m2 x 3 m/sec = 47.1 m3/sec = 169,560 m3/hr로 계산된다.
이와 같은, 시간당 미세먼지(4) 포집 및 제거 체적을 통해 하루동안의 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집 및 제거하는 체적은 169,560 m3/hr x 24 hr = 4,069,440 m3/day로 계산된다.
미세먼지 포집 제거방법
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 방법(1)(이하에서는 '미세먼지 포집 제거방법'이라 한다.)의 과정을 자세히 설명하도록 하겠다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 방법의 단계 흐름을 나타낸 흐름도이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 제어부(미도시)는 필터링부(40)를 통과하기 전의 미세먼지(4)를 포함하는 공기(3)의 속도가 기설정된 속도인지 여부를 판단한다(S10). 여기서, 제어부(미도시)가 필터링부(40)를 통과하기 전의 공기(3)의 속도를 판단하기 위해, 필터링부(40)의 일측에는 공기(3)의 속도를 측정하는 측정센서(미도시)가 구비되는 것이 바람직할 것이다.
상기의 판단 단계(S10)에서 만약, 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이하인 것으로 판단되면(S10-NO), 미세먼지제거부(50)는 판단 단계(S10)의 결과에 따라 전원부(60)에 의해 전력을 공급받아 공기(3)를 흡입한다(S20).
이와 달리 상기의 판단 단계(S10)에서 만약, 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이상인 것으로 판단되면(S10-YES), 미세먼지제거부(50)로의 전력 공급이 차단되어 공기(3)가 외력없이 공기유입기(11, 13, 15)로 유입된다(S30).
공기 흡입 단계(S20) 또는 공기 유입(S30) 단계 후, 상부 공기유도기(31)과 하부 공기유도기(33)는 필터링부(40)를 통과한 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도한다(S40).
제1 공기 유도 단계(S40) 후, 공기유도익(21)과 덮개(23)는 상, 하부 공기유도기(31, 33)를 통해 유도된 공기(3)를 공기유입기(11, 13, 15)로 유도한다(S50).
제2 공기 유도 단계(S50) 후, 공기유입기(11, 13, 15)로 유도된 공기(3)는 상부로 유입되며, 상부로부터 하부로 유동된다(S60).
공기 유입 및 유동 단계(S60) 후, 미세먼지제거부(50)는 공기유입기(11, 13, 15)의 하부로 유동되는 공기(3)로부터 미세먼지(4)를 포집하여 제거한다(S70).
한편, 전력생산부(70)는 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하는 단계(S40)에서 미세먼지제거부(50)에 공급될 전력을 생산한다. 일례로, 태양광패널(71)은 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하는 단계(S40)가 진행될 때부터 제어부(미도시)에 의해 최대한 넓은 면적에 태양광(8)이 조사되도록 설치 각도가 변경되어 전력을 생산한다.
더 나아가, 전력생산부(70)는 공기(3)가 유동되는 단계(S60)에서 미세먼지제거부(50)에 공급될 전력을 생산한다. 일례로, 발전기(73)는 공기(3)가 유동되는 단계(S60)에서 유동되는 공기(3)를 통해 회전하는 회전익(75)의 회전력을 전력으로 변환한다.
이러한 전력생산부(70)로부터 생산된 전력은 전원부(60)를 통해 미세먼지제거부(50)에 공급되며, 미세먼지제거부(50)는 전력을 통해 작동되어 공기(3)를 흡입한다(S20).
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
1: 미세먼지 포집 및 제거장치,
2: 바람,
3: 공기,
4: 미세먼지,
5: 지면,
6: 지지부,
6a, 6b, 6c, 6d: 지지대,
7: 정화공기,
8: 태양광,
10: 공기유입부,
10: 제1 공기유입기,
13: 제2 공기유입기,
15: 제3 공기유입기,
17: 플레이트,
20: 제1 공기유도부,
21: 공기유도익,
21a: 제1 관통공,
23: 덮개,
23a: 제2 관통공,
30: 제2 공기유도부,
31: 상부 공기유도기,
33: 하부 공기유도기,
40: 필터링부,
41: 에어포일,
50: 미세먼지제거부,
51: 필터,
53: 공기흡입기,
60: 전원부,
70: 전기생산부,
71: 태양광패널,
73: 발전기,
75: 회전익.

Claims (10)

  1. 미세먼지(4)가 포함된 공기(3)가 유입되는 상부의 폭이 상기 공기(3)가 유동되는 하부의 폭보다 넓은 공기유입부(10);
    상기 공기유입부(10)가 관통되며, 상기 공기(3)를 상기 공기유입부(10)의 상부로 유도하기 위한 공기유도익(21)이 하나 이상 구비되는 제1 공기유도부(20);
    상기 제1 공기유도부(20)의 상, 하부에 결합되며, 상기 공기(3)를 상기 제1 공기유도부(20)로 유도하기 위한 상, 하부 공기유도기(31, 33)가 구비되는 제2 공기유도부(30);
    상기 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)가 통과되되, 상기 미세먼지(4)보다 큰 입자의 이물질은 차단하고, 상기 통과되는 공기(3)를 가속시키는 필터링부(40);
    상기 공기유입부(10)의 하부와 연결되며, 상기 공기(3)를 흡입하여 상기 공기(3)가 상기 공기유입부(10)의 상부에서 하부로 유동되도록 하고, 상기 공기(3)로부터 상기 미세먼지(4)를 포집하여 제거하는 미세먼지제거부(50);
    상기 미세먼지제거부(50)와 연결되며, 상기 미세먼지제거부(50)에 전력을 공급하는 전원부(60); 및
    상기 미세먼지제거부(50)에 공급될 상기 전력을 생산하는 전력생산부(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입부(10)는,
    상기 깔때기형의 공기유입기(11, 13, 15)가 하나 이상 구비되되, 상기 공기유입기(11, 13, 15)가 사이클로이드 곡선(cycloid curve)으로 이루어져 상기 유입되는 공기(3)를 증폭 및 가속시키는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 공기유도부(20)는,
    상기 공기유입부(10)가 관통되는 제1 관통공(21a)이 형성되며, 상기 공기(3)를 상기 공기유입부(10)의 상부로 유도하는 상기 공기유도익(21); 및
    상기 공기유도익(21)의 상부에 결합되며, 상기 공기유입부(10)의 상부가 개방되도록 제2 관통공(23a)이 형성되고, 상기 공기유도익(21)과의 결합을 통해 상기 공기유도익(21)과 함께 상기 공기(3)를 상기 공기유입부(10)의 상부로 유도하는 덮개(23);를 포함하는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 공기유도익(21)은,
    상기 공기(3)를 상기 공기유입부(10)의 상부로 유도하기 위한 유도경로를 형성하기 위해 하나 이상 구비되며,
    상기 유도경로는, 상기 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 상기 공기유입부(10)의 상부로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선으로 이루어져 상기 공기(3)를 증폭 및 가속시키는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상, 하부 공기유도기(31, 33)는,
    상기 공기(3)의 유도가 시작되는 일측으로부터 상기 제1 공기유도부(20)와 결합되는 타측으로 갈수록 폭이 좁아지는 사이클로이드 곡선으로 이루어져 상기 공기(3)를 증폭 및 가속시키는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링부(40)는,
    상기 공기유입부(10), 제1 공기유도부(20), 제2 공기유도부(30)를 둘러싸며, 상기 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)를 통과시키되, 상기 이물질은 차단하고, 상기 통과되는 공기(3)를 가속시키는 에어포일(airfoil)(41);을 포함하는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세먼지제거부(50)는,
    상기 공기유입부(10)에 유입되기 전의 공기(3)의 속도가 기설정된 속도 이하인 경우에 작동되어 상기 공기(3)를 흡입하는 공기흡입기(53); 및
    상기 공기유입부(10)의 하부로 유동되는 상기 공기(3)로부터 상기 미세먼지(4)를 포집하여 제거하기 위한 습식필터, 백(bag)필터, 사이클론필터 중 적어도 하나로 이루어지는 필터(51);를 포함하는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공기흡입기(53)는,
    상기 기설정된 속도가 1.5~3 m/sec인 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력생산부(70)는,
    상기 상부 공기유도기(31)의 상부 또는 상기 하부 공기유도기(33)에 결합되며, 태양광(8)을 이용하여 상기 전력을 생산하는 태양광패널(71); 및
    상기 공기유입부(10)의 하부로 유동되는 공기(3)에 의해 회전되는 회전익(75)과 연결되며, 상기 회전익(75)의 회전력을 상기 전력으로 변환하는 발전기(73);를 포함하는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 장치.
  10. 미세먼지(4)를 포함하는 공기(3)의 속도가 기설정된 속도인지 여부를 판단하는 단계(S10);
    상기 판단 단계(S10)의 결과에 따라, 미세먼지제거부(50)가 전원부(60)를 통해 전력을 공급받아 상기 공기(3)를 흡입하거나(S20), 상기 전력의 공급이 차단되어 상기 공기(3)가 외력없이 공기유입부(10)에 유입되는 단계(S30);
    제2 공기유도부(30)가 상기 공기(3)를 제1 공기유도부(20)로 유도하는 단계(S40);
    상기 제1 공기유도부(20)가 상기 공기(3)를 상기 공기유입부(10)의 상부로 유도하는 단계(S50);
    상기 공기(3)가 상기 공기유입부(10)의 상부에 유입되며, 상기 공기유입부(10)의 상부로부터 하부로 유동되는 단계(S60);
    상기 미세먼지제거부(50)가 상기 공기유입부(10)의 하부로 유동되는 공기(3)로부터 상기 미세먼지(4)를 포집하여 제거하는 단계(S70); 및
    전력생산부(70)가 상기 유도 단계(S40) 또는 공기 유입 및 유동 단계(S60)에서 상기 미세먼지제거부(50)에 공급될 상기 전력을 생산하는 단계(S80);를 포함하는 것을 특징으로 하는 대량의 미세먼지를 포집하고 제거하는 방법.
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