KR20220013998A - 공기 정화용 수직 가든 - Google Patents

공기 정화용 수직 가든 Download PDF

Info

Publication number
KR20220013998A
KR20220013998A KR1020200093526A KR20200093526A KR20220013998A KR 20220013998 A KR20220013998 A KR 20220013998A KR 1020200093526 A KR1020200093526 A KR 1020200093526A KR 20200093526 A KR20200093526 A KR 20200093526A KR 20220013998 A KR20220013998 A KR 20220013998A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
filter
water
sensor
fine dust
Prior art date
Application number
KR1020200093526A
Other languages
English (en)
Inventor
박헌재
Original Assignee
박헌재
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 박헌재 filed Critical 박헌재
Priority to KR1020200093526A priority Critical patent/KR20220013998A/ko
Publication of KR20220013998A publication Critical patent/KR20220013998A/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/02—Receptacles, e.g. flower-pots or boxes; Glasses for cultivating flowers
    • A01G9/022—Pots for vertical horticulture
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G13/00—Protecting plants
    • A01G13/08—Mechanical apparatus for circulating the air
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G27/00—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots
    • A01G27/003—Controls for self-acting watering devices
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G27/00—Self-acting watering devices, e.g. for flower-pots
    • A01G27/008—Component parts, e.g. dispensing fittings, level indicators
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/015—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using gaseous or vaporous substances, e.g. ozone
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
    • B01D39/1607—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous
    • B01D39/1623—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being fibrous of synthetic origin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/10—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in the form of a fine jet, e.g. for use in wind-screen washers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F8/00—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying
    • F24F8/10—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering
    • F24F8/175—Treatment, e.g. purification, of air supplied to human living or working spaces otherwise than by heating, cooling, humidifying or drying by separation, e.g. by filtering using biological materials, plants or microorganisms
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/76—Architectures of general purpose stored program computers
    • G06F15/78—Architectures of general purpose stored program computers comprising a single central processing unit
    • G06F15/7807—System on chip, i.e. computer system on a single chip; System in package, i.e. computer system on one or more chips in a single package
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/02—Agriculture; Fishing; Forestry; Mining

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Animal Husbandry (AREA)
  • Marine Sciences & Fisheries (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)

Abstract

본 발명은 고온의 열풍 또는 스팀을 사용하여 조경 목적으로 제작된 가든 내부의 개별 장치에 서식하는 곰팡이나 세균 그리고 바이러스를 살균하여 냄새 발생을 줄이는 동시에 미세먼지를 저감하고 실내 온도와 습도를 조절하여 사람이 거주하기 쾌적한 환경을 만들어 주는 공기 정화용 수직 가든에 관한 것이다.

Description

공기 정화용 수직 가든 { Vertical garden for air purification }
본 발명은 수직 가든에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 고온의 열풍 또는 스팀을 사용하여 수직 가든 내 필터박스나 흡착필터에 서식하는 곰팡이균이나 세균 그리고 바이러스를 살균하여 냄새 발생을 줄이는 동시에 미세먼지를 저감하고 실내 온도와 습도를 조절하여 사람이 거주하기 쾌적한 환경을 만들어 주는 공기 정화용 수직 가든에 관한 것이다.
미세먼지는 크기가 PM10(10㎛)과 PM2.5(2.5㎛)처럼 너무 작기 때문에 사람에게 폐질환이나 뇌질환을 유발하는 원인이 된다. ㎛ 단위는 마이크로미터(micrometer)라하여 10-6 m를 가리킨다.
미세먼지는 다음과 같은 기술을 활용하여 저감시키고 있다.
① 다양한 방식의 공기정화기(또는 공기청정기)를 사용한다.
② 공기정화기능이 있는 식물을 활용한다.
③ 미세먼지와 비슷한 크기의 물입자(이를 '드라이포그'라 한다.)를 공기 중에 뿌려 미세먼지를 집착시키고 중력에 의해 바닥에 떨어뜨려 제거한다.
사무실이나 가정에서 많이 사용하는 공기정화기는 크게 전기 집진식(또는 이온식)과 기계식(또는 필터링 방식)으로 나누어진다. 전기 집진식은 음이온을 발생시켜 미세먼지를 집진판에 부착시켜 제거하는 방식이고 기계식은 팬을 사용하여 공기를 장치 내부로 빨아들여 미세먼지를 필터에 여과하여 제거하는 방식이다. 전기 집진식은 효율이 떨어지고 오존 발생이란 부작용이 있어 보통 사무실이나 가정은 필터링 방식을 많이 사용한다.
필터링 방식은 보통 0.3㎛ 크기의 미세먼지를 제거하는 데 효과가 있는 헤파 필터(가장 낮은 H13 등급은 0.3㎛ 크기의 미세먼지에 대해 99.75% 포집율을 나타낸다.)를 가장 많이 사용한다. 최근 들어 헤파필터로 걸러낼 수 없는 초미세먼지까지 제거해주는 울파필터(ulpa filter)를 사용하거나 헤파필터이외에 냄새 제거 및 포름알데히드나 벤젠 등의 유해물질을 제거해주는 활성탄필터 등을 추가적으로 부착하여 사용한다.
해파필터는 간극이 0.3㎛ 내외로 유리 섬유나 폴리플로필렌(PP : poly propylene) 재질을 사용하여 제작된다. U15등급이상을 갖는 울파필터는 섬유 간극이 0.1㎛ 내외로 반도체 연구실이나 생명공학 크린룸에서 많이 사용한다. 그 밖에 세미헤파필터(가장 낮은 E10 등급)는 1㎛ 크기의 미세먼지에 대해 85% 포집율을 나타낸다. 그리고 미디엄필터(가장 낮은 M5 등급)는 5㎛ 크기의 미세먼지에 대해 40~60% 포집율을 나타낸다. 결론을 이야기하면, 필터는 섬유사이의 간극이 작을수록 더 작은 크기의 미세먼지를 많이 포집한다.
유리 섬유나 폴리플로필렌으로 제작한 헤파필터와 울파필터는 세척 등의 재사용 작업 시 섬유의 손상을 입어 간극이 벌어지거나 또는 수분에 의한 정전기 필터의 기능 저하로 포집 효율이 떨어져 일반적으로 재사용하지 않는다.
필터를 사용하는 데 있어, 제품에 따라 다소 차이가 있지만 일반적으로 필터 등급이 높을수록 풍량은 감소하고 필터 내부의 압력손실이 높아진다. 따라서 많은 량의 공기를 공기정화기 안으로 빨아드리고 처리하기 위해서는 역으로 필터 등급이 낮은 필터(풍량이 높고 압력 손실이 적어진다.)를 사용한다. 그러므로 빌딩 내부에 공기를 공급하는 대부분의 공기조화기는 풍량을 높이기 위해 E10 등급 이하의 필터를 사용한다.
헤파필터를 갖고 있는 공기청정기는 흡입력과 풍량이 적어 장치가 처리할 수 있는 용량에 제한이 있으며, 또한 주기적으로 오염된 필터를 교체해주기 때문에 높은 유지보수의 비용이 발생한다. 그리고 밀폐된 공간에서 공기청정기를 사용하다 보면, 산소 부족이나 이산화탄소및 오존 발생과 같은 부작용 역시 발생하여 실내 공기를 자주 환기를 시켜주어야 한다.
미세먼지는 다음과 같은 4가지 방식으로 필터에 포집된다.
① 충돌(Impaction) : 입자의 직경(≥ 1.0㎛)이 크고 공기 흐름이 빠를 때 관성의 법칙에 따라 필터 섬유에 포집된다.
② 확산(Diffusion) : 입자의 직경(≤ 0.1㎛)이 작고 공기 흐름이 느릴 때 브라운 운동에 의해 필터 섬유에 포집된다.
③ 포획(Interception) : 입자의 직경(0.1㎛ ≤직경 ≤ 1.0㎛)이 크고 공기 흐름이 느릴 때 관성의 법칙에 따라 필터 섬유에 포집된다.
④ 침강(Sedimentation) : 입자의 직경(≥ 1.0㎛)이 크고 공기 흐름이 느릴 때 중력에 의해 아래로 떨어져 필터 섬유에 포집된다.
그러나 공기정화기가 모든 미세먼지를 제거할 수 있는 것도 아니고 장치가 처리할 수 있는 실내 공간과 용량에 한계가 있으며, 또한 정기적으로 필터를 교체해주어야 한다. 그리고 밀폐된 공간에서 사용하다 보면 산소 부족이나 이산화탄소및 오존 발생과 같은 부작용 역시 발생하여 실내 공기를 자주 환기를 시켜주어야 한다.
식물을 활용하여 미세먼지를 제거하는 방법은 친환경적으로 미세먼지이외에 벤젠, 포름알데히드 및 트리클로로에틸렌 등과 같은 유해 물질의 제거가 가능하고 또한 광합성 작용으로 이산화탄소를 흡수하고 산소를 생성시키며 습도를 조절하는 부수적인 효과를 누릴 수 있다. 그리고 식물에 의해 흡수된 휘발성유기화합물은 토양에 있는 미생물에 의하여 분해되어 식물의 에너지원으로 재사용된다.
식물을 활용하여 미세먼지를 제거하는 방법은 다양한 이점에도 불구하고 공기정화기보다 미세먼지를 제거하는 속도가 느리다. 또한 식물은 기계장치가 아닌 하나의 생명이기 때문에 주기적으로 물과 함께 영양분을 공급해 주어야 하며, 또한 양지 식물이라면 빛이 잘 들고 통풍이 잘되는 환경을 제공해 주어야 한다. 최근 스마트팜이나 사물인터넷 기술을 활용하여 일일이 사람의 판단이나 손을 거치지 않고도 식물을 양육할 수 있는 기술들이 발달되었다.
드라이포그(Dry Fog) 방식은 매립지나 대규모 야적장에서 발생하는 미세먼지를 저감시킬 때 사용하는 방법이다. 1976년 4월 미국 콜로라도 광산 학교의 연구 자료에 따르면, 미세먼지를 포집하는 효과는 습도와 온도, 압력 그리고 미세먼지의 전하량 등에 따라 다소 다르지만 일반적으로 "미세먼지(dust particle)와 비슷한 크기의 물입자(droplets)는 미세먼지를 포집하는 효과(물리적으로 포집하는 효과는 수소결합과 반데르반스결합에 있다.)가 있다"고 발표하였다. 드라이포그는 보통 물입자의 크기가 5㎛ ~ 20㎛ 이하인 경우를 말하며, 물안개(영어로 'Wet Fog')는 20㎛ ~ 100㎛의 크기인 물입자를 말한다. 그리고 미세 물입자(Semi Fine droplets)는 물안개보다 큰 물입자로 100㎛ ~ 300㎛의 크기를 갖는 이슬비를 말한다. 미세 물입자보다 큰 물방울은 가랑비 수준의 물방울을 말한다.
수소결합(hydrogen bond)은 N(질소), O(산소), F(플루오린) 등과 같이 전기음성도가 강하고 크기가 작은 원소들이 이웃한 수소 원자를 끌어당기면서 발생하는 분자간의 정전기력을 말한다. 반면에 반데르발스결합(van der Waals interaction)은 수소결합보다 힘이 더 강한 분자간의 정전기력을 말한다.
미세먼지를 포집하는데 사용하는 드라이포그는 미세먼지의 크기와 비슷한 10 ㎛ 이하의 드라이포그를 사용한다. 이러한 드라이포그는 물체에 부딪쳐도 쉽게 액화되지 않을 뿐만 아니라 전기 합선이나 주변 사람과 기계를 적시는 현상이 없으며 또한 비교적 먼 거리까지 수분전달에 유리하다. 그리고 뿌려진 드라이포그는 햇빛이나 열에 인해 증발되면서 주변의 온도를 낮추는 '증발 잠열 효과'를 얻을 수 있다. 그러나 드라이포그에 의해 포집된 미세먼지는 무게가 증가하기 때문에 중력에 의해 바닥에 떨어지지만 이내 수증기 증발로 인해 다시 가벼워진다면, 바람이나 청소와 같은 작업으로도 비산하는 문제를 갖는다. 드라이포그는 입경이 크기때문에 드라이포그보다 작은 PM2.5 이하의 초미세먼지를 잡는데 있어 한계가 존재한다.
미세먼지의 크기는 0.1㎛ ~ 10㎛이지만, '수증기'라고 부르는 물 분자(H2O)의 크기는 2.8Å(Å는 옹스트롬이라 부르고 0.00001㎛의 크기를 갖는다.)이다. 수증기 역시 미세먼지에 반데르발스결합과 수소결합을 통해 흡착된다. 수증기는 드라이포그와 물안개와 달리 오염되지 않은 순수한 기체이다. 따라서 사우나나 증기탕에서 사람들이 수증기를 들려마시더라도 인체에 해롭지 않다. 액체 상태의 물이 수증기로 변화하는 현상을 기화 또는 증발이라 한다. 물 분자가 수증기로 될 때에 열을 가지고 떠나게 된다. 가지고 가는 열을 기화열 또는 증발열이라 한다. 그리고 물분자가 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상을 확산이라 한다.
기화는 다음과 같이 3가지 조건이 맞았을 때 잘 발생한다.
① 물의 온도가 높을수록 잘 발생한다. 물의 온도는 물분자가 기화에 필요한 에너지를 공급한다.
② 공기와 닿아 있는 물표면적이 넓을수록 잘 발생한다.
③ 물과 맞닿은 공기의 상대습도를 낮을 때 잘 발생한다.
마지막으로 감기와 독감은 바이러스에 의해 전파되는 질병으로 환절기 때 병원과 같이 밀폐되고 또한 질병 환자의 출입이 잦은 곳에는 바이러스나 세균(또는 미생물)들이 번식하기 쉬운 환경이 된다.
호흡기 감염을 유발하는 바이러스는 여러 가지 크기의 입자를 통해 전파가 가능하다. 크기에 따라 입자의 지름이 5.0 ~ 10㎛ 보다 크면 '비말'이라 한다. 에어로졸은 연기나 안개처럼 기체 중에 고체 또는 액체의 미립자가 부유하고 있는 입자를 총칭하는데, 그 크기는 0.1㎛ ~ 5.0㎛ 정도된다. 참고로 세균의 크기는 1㎛ ~ 5㎛이며, 바이러스는 0.05㎛ ~ 0.1㎛에 불과하여 일반 공기청정기로 여과하기 어렵다. 여과되어도 살아있는 동안에 언제라도 재 비산될 가능성도 존재한다.
세균과 바이러스는 비말과 에어로졸에 섞여 공기 중으로 이동하면서 질병을 비롯하여 알레르기 또는 천식 등을 유발시킨다. 재채기나 기침을 하는 사람이 있으면 바이러스나 세균이 섞인 작은 물방울 또는 점액 비말이 공기 중으로 퍼져나가게 된다. 또한 생존력이 강한 바이러스는 금속과 유리, 플라스틱 등의 표면에서 9일 동안 생존한다. 일부는 저온에서 최장 28일 동안 살아남을 수 있다는 보고도 존재한다. 또한 기침으로 공기 중에 나온 비말에 바이러스는 3시간까지 살아있을 수 있으며, 공기의 이동이 없을 경우, 바이러스는 1.0 ~ 5.0 ㎛ 크기의 미세한 에어로졸 속에서 수시간 동안 남아있을 수 있다. 그리고 에어로졸은 공기 이동이 많은 환경에서 자체 흡착력에 의해 금속과 유리, 플라스틱 등의 표면에 더 빨리 달라붙는다.
온도에 따른 미생물과 바이러스의 생존 시간은 아래와 같다.
● 무포자세균은 80℃에서 최장 10분이후에 사멸된다.
● 효모의 영양세포는 50℃ ~ 58℃에서 15분이후에 사멸된다.
● 자낭포자는 60℃에서 15분이후에 사멸된다.
● 곰팡이는 포자를 포함하여 60℃에서 10분이후에 사멸된다.
● 황색포도상균은 78℃에서 1분이후에 사멸되며, 64℃에서 10분이후에 사멸된다
● 바이러스는 50℃ ~ 60℃에서 20분이후에 불활성화시킬 수 있다. (바이러스는 생물이 아니므로 불활성화로 표기하였다.)
● 내열성 바이러스는 75℃에서 30분이후에 불활성화시킬 수 있다.
● 노로바이러스는 85℃에서 1분이후에 불활성화시킬 수 있다.
아무리 열에 강한 미생물과 바이러스라 하더라도 미생물과 바이러스는 고온(120℃ 이상)에서 20분이상으로 노출되었을 때 모두 사멸내지 불활성화된다. 반면에 저온살균(100℃ 이하)은 불확실하므로 언제라도 다시 포자에서 균으로 성장할 수 있다. 그 밖에 살균하는 방법으로 전자파의 일종인 마이크로파 살균과 원적외선을 이용한 원적외선 살균이 있다.
그리고 수산화나트륨으로 에칭(etching)한 알루미늄 합금은 세균과 바이러스의 감염력이 매우 약화시키는 것으로 나타났다. 미국 EPA(환경보호국)의 실험에 의하면 폐렴 등을 유발하는 녹농균과 식중독을 일으키는 황색포도상구균은 3시간 뒤에 각각 92%와 87% 비율로 사멸했고, 일반적인 호흡기 바이러스는 2시간 이내에 대부분 비활성화되었다. 반면에 구리로 제작한 동에서 호흡기 바이러스는 4시간 안에 사멸된다. 또한 금속은 열전도률이 플라스틱이나 나무보다 높다는 특징을 지니고 있다.
본 출원인은 대한민국 특허(특허번호 10-2096168, 이하 "선행특허"라 한다)를 통해 "공기 정화용 인더스트리얼 수직 가든"을 개시한 바 있다. 선행특허는 UV 램프를 사용하여 살균하는 방법을 사용하였다. 미생물과 바이러스가 샬균력이 강한 자외선에 3초간 노출되면 DNA 및 RNA가 99.99%까지 파괴되어 사멸된다. 그리고 선행특허는 대기 흐름을 정체시켜 장시간 상판과 자외선 차단판으로 이루어진 공간에 공기를 머무르게 하여 샬균하는 방법을 채택하고 있다. 그러나 설치박스와 흡착필터(헤파필터와 활성탄필터, 세미 헤파필터 그리고 프리필터를 통칭하여 '흡착필터'라 하겠다)에 흡착된 곰팡이균과 같은 미생물은 장시간 살아남아 외부에서 들어오는 수분과 영양분에 의해 번식할 수 있다는 문제가 발생한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 공기중의 세균과 바이러스를 비롯하여 미세먼지를 제거하고 온도와 습도를 조절하여 사람들이 거주하는 데 있어 쾌적한 환경을 만들어 주는 공기 정화용 수직 가든을 제공하고 자 한다.
본 발명의 일실시예를 통해서, 식물이 차가운 공기로부터 냉해를 입지 않도록 실내 온도와 습도를 적절하게 유지시켜 주는 공기 정화용 수직 가든을 제공하고 자 한다.
앞에서 이야기한 바와 같이 공기정화기에 적용된 원리는 극히 단순하다. 즉, 다양한 종류의 흡착필터에 공기를 순환시켜 공기 속에 들어있는 미세먼지를 거르는 방식이다. 공기정화기는 사용이 편리하다는 장점이 있지만 밀폐된 공간에서 장시간 사용하다 보면 산소 부족이나 이산화탄소 농도 증가 및 오존 발생과 같은 부작용 역시 발생하므로 실내 공기를 자주 환기를 시켜주어야 한다. 공기청정기의 부작용은 식물을 사용하여 해결할 수 있다.
식물은 실내 장식이외에 사람의 심리를 안정화시키고 또한 광합성 작용을 통해 대기 중의 이산화탄소 농도를 감소시키며 산소를 방출할 뿐만아니라 각종 화학물질 들을 제거하고 유해 전자파를 흡수하며 음이온을 발생시킨다. 그러나 식물은 주기적으로 영양분과 물을 공급해 주어야 하며, 생육에 필요한 온도를 맞추어주고 또한 빛이나 통풍이 잘 되도록 만들어 주어야 한다.
식물에 공급되는 수분은 물입자(드라이포그와 물안개 그리고 미세 물입자)를 사용한다. 그리고 물입자는 다음과 같은 방법으로 생성한다.
① 초음파 가습기 모듈을 사용한다.
② 물펌프와 에어펌프 그리고 드라이포그 노즐을 사용한다.
③ 물펌프와 미스트 노즐(Mist nozzle)을 사용한다.
일반적으로 드라이포그만을 생산한다면, 초음파 가습기 모듈이나 물펌프와 에어펌프 그리고 드라이포그 노즐을 많이 사용한다. 반면에 미스트 노즐은 드라이포그와 물안개가 섞여서 나오는 것이 특징이다. 또한 미스트 노즐을 사용하여 드라이포그를 생성하려면, 최소 3㎏/㎝2(2.9 bar) ~ 최대 71㎏/㎝2(70 bar)범위의 압력을 제공할 수 있는 물펌프를 사용해야 한다. 같은 종류의 미스트 노즐이라 하더라도 펌프가 제공하는 압력과 노즐 구멍의 크기 그리고 노즐의 모양에 따라 분사되는 드라이포그의 량과 물안개의 량이 다를 수 있다.
코로나와 조류 독감 사태에서도 알 수 있지만 대기 중에는 미세먼지 뿐만아니라 호흡기 질환을 유발하는 수많은 미생물과 바이러스들도 존재한다. 특히 환절기 폐쇄된 실내라면 바이러스나 세균 역시 활동하기 적합한 환경이 되므로 대기의 살균 소독이 필수적으로 요구된다. 본 발명은 120℃ ~ 130℃사이의 열풍 또는 물을 가열한 수증기를 발생시키는 살균장치를 사용하여 주기적으로 필터박스 안으로 불어넣어 미세먼지를 흡착필터로 여과하는 과정에서 부착된 곰팡이와 세균 그리고 바이러스를 제거하고 필터에 흡착한 수분을 증발시켜 건조하게 만든다.
앞에서 언급한 상기 방법(흡착필터와 물입자, 식물 그리고 열풍) 모두를 사용하여 괘적한 실내 환경을 구축한다. 필요에 따라 가든 내부에 장착된 중앙처리장치는 토양 온도/수분 센서(Soil Temperature/Moisture Sensor)와 온도/습도 센서 그리고 사물의 이동을 감지하는 거리측정 센서를 사용하여 사람이 주변에 존재하는 지 알아보고 또한 식물의 생육에 필요한 정보와 사람이 거주하는 최적의 온도와 습도를 파악하여 필요하다면 분무장치와 순환팬 그리고 살균장치를 사용하여 가든 내부에 물입자를 형성하여 식물에 수분을 공급해 주는 동시에 추가적으로 공기 중의 먼지를 흡착하여 토양으로 떨어뜨려 제거한다.
그리고 식물과 물입자로 제거하지 못한 세균과 바이러스 그리고 초미세먼지는 가든 내부의 순환팬을 가동하여 '흡착필터'를 통과시키는 동시에 고온에 의해 살균과 소독을 한다.
본 발명은 미세먼지를 비롯하여 다양한 유해 물질과 세균 그리고 바이러스를 제거하는 동시에 온도 및 습도를 조절하여 사람들이 거주하기 좋은 쾌적한 환경을 만든다.
본 발명은 가격이 저렴하고 재활용이 가능한 극세사 섬유로 제작한 워셔블 필터를 사용함으로써 환경을 보전하고 유지보수의 비용을 절약할 수 있다.
도 1은 일부 화분이 제거된 공기 정화용 수직 가든의 사시도
도 2는 다른 실시예의 공기 정화용 수직 가든의 사시도
도 3는 공기 정화용 수직 가든의 정면도
도 4은 식물이 식재된 공기 정화용 수직 가든의 정면도
도 5는 화분의 사시도
도 6는 화분의 정면도
도 7는 화분의 밑에서 본 저면도
도 8은 중앙처리장치와 운영 서버
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 기술하였다. 그러나 본 발명은 실시된 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다.
또한 본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 공기 정화용 수직 가든은 아래와 같이 3 가지 기본 구성 요소를 가진다.
① 식물의 생육을 돕고 미세먼지를 저감시키는 화분(300)
② 상기 화분이 답재된 라멘구조물(200)
③ 상기 화분 내부에 존재하는 필터박스에 열풍이나 스팀을 공급하는 살균장치(600)
도 1은 내부에 설치된 살균장치와 화분 내부 구조가 잘 보이도록 의도적으로 일부 화분을 제외하였다.
식물의 생육을 돕고 미세먼지를 저감시키는 ① 화분(300)은 도 5처럼 물입자와 미세먼지를 흡착할 수 있는 흡착필터(311); 상기 흡착필터를 담을 수 있는 필터박스(310); 상기 필터박스 하부에 부착되어 상기 물입자를 분사하는 하나 이상의 분무장치(205); 공기와 함께 상기 미세먼지와 상기 물입자를 상기 필터박스안으로 흡입하여 유통시키는 순환팬(301); 그리고 식물이 식재되고 토양 온도/수분 센서가 장착된 화분본체(320)로 구성된다.
그 밖에 옵션으로 설치된 장소에 식물이 필요한 자연광 또는 간접광이 부족하다면, 상기 화분본체 하부에 식물생장램프(115)가 추가 부착할 수 있다. 상기 식물생장램프(115)는 식물의 광합성을 돕는 LED 램프를 말하며, 주로 청색광(430~460nm), 황색광(550~600nm), 적색광(620~700nm) 그리고 광량(lux)을 조절할 수 있는 모듈로 구성된다. 청색광과 적색광은 식물 성장과 생육에 주로 사용되는 광이지만 황색광은 식물의 성장보다 해충이나 곰팡이 억제를 위해 사용한다. 청색광과 적색광 그리고 황색광을 혼합하여 되도록 백색광을 구현한다. 그러나 만약 설치 장소가 상업공간인 경우, 필요에 따라 LED 램프가 아닌 백색광을 발하는 메탈할라이트램프를 사용하거나, 또는 사무실처럼 현광등을 많이 사용하는 장소이라면, 할로겐램프를 보조등으로 대처하여 사용할 수 있다. 본 발명에서 화분 가운데 분무장치와 순환팬 그리고 식물생장램프처럼 전기 공급에 의해 작동하는 전기 전자 부품을 기능장치라 부른다.
상기 흡착필터(311)는 주로 열에 강하고 수분의 흡수가 잘되는 폴리에스테르 또는 폴리에스테르와 나일론을 7대 3이나 5대 5의 비율 또는 폴리에스테르와 천연섬유를 혼방 또는 폴리에스테르를 수산화나트륨으로 처리한 섬유 등으로 제작된 워셔블 필터를 사용한다. 워셔블 필터는 290℃ 열에서도 변형없이 사용이 가능하며, 또한 방염과 단열성까지 갖추고 있는 제품이다. 워셔블 필터이외에 헤파필터나 세미헤파필터 역시 121℃ ~ 165℃에서 내열성이 보장되므로 사용이 가능하지만 습기에 의해 시간이 흐르면서 필터링 기능이 떨어지는 문제가 존재한다. 참고로 폴리에스테르와 나일론은 극세사 섬유를 제작할 때 사용하는 재료이다.
극세사 섬유는 일반적으로 3.5㎛ ~ 20㎛의 간극을 가지는 데, 만약 극세사 섬유가 물입자를 흡수하면, 물의 모세관 현상에 의하여 섬유와 섬유사이의 간극이 0.1㎛ ~ 10㎛으로 조절된다. 참고로 3.5㎛이하 극세사 섬유로 제작한 흡착필터는 제조가 가능하지만 가격이 비싸다.
상기 물입자와 충돌한 미세먼지는 수분을 흡착하여 0.1㎛ ~ 10㎛ 입경의 미세먼지가 1.0㎛ ~ 20㎛ 입경의 습윤 미세먼지(물입자와 결합된 미세먼지)로 형성하게 되어 중력에 의해 상기 화분본체(320) 안으로 떨어지거나 또는 상기 순환팬(301)에 의해 상기 필터박스(310) 안으로 흡입되어 상기 흡착필터(311)에 부착된다. 흡착필터에 흡착된 수분은 순환팬(301)의 바람에 의해 기화되어 수증기가 되어 다시 미세먼지를 흡착하는 역할을 수행한다. 물의 흡착력은 반데르발스결합과 수소결합에 의해 이루어진다.
유리 섬유나 폴리 프로필렌(poly propylene)을 주재료로 제작하여 1회용으로 사용하는 헤파필터에 비해 극세사섬유로 제작한 워셔블 필터는 비록 M5내지 M6 등급이지만 필터 내부 속에서 풍량이 보존되며 또한 가격이 저렴하고 세척만으로 재사용이 가능하다는 특징을 가지고 있다.
필터박스(310)는 열전도가 좋은 구리 합금 또는 구리를 도금하거나 코팅한 재료 또는 수산화나트륨으로 에칭(etching)한 알루미늄 합금을 사용하여 제작한다. 위에서 언급한 금속은 열전도률이 좋으며 또한 항균, 항바이러스의 효과가 있다. 따라서 필터박스에 전달된 열은 다시 토양에 전달되어 겨울철에 토양속의 물과 식물의 뿌리가 얼지 않도록 만드는 추가적인 효과도 얻을 수 있다. 참고로 흙의 열전도율은 20℃온도에서 0.58W/(mK)로 공기의 열전도율은 0.025 W/(mK)이며, 물의 열전도율은 대략 0.5918 W/(mK)이고, 구리의 열전도율은 약 401 W/(mK)이다. m은 미터를 나타내며, K은 섭씨 온도(℃)를 가리킨다.
상기 분무장치(205)는 다음과 같은 부품으로 제작된다.
● 초음파를 사용하여 드라이포그를 생성하는 초음파 가습기 모듈과 호스 그리고 팬으로 제작한다. 초음파 가습기 모듈은 1.0 ~ 10㎛ 물입자를 생성할 때 사용한다.
● 저수조와 물입자(드라이포그와 물안개 그리고 미세 물입자)를 분사할 수 있는 노즐과 물펌프(또는 에어펌프와 가압펌프) 등으로 제작한다. 만약 저수조를 사용한다면, 일년에 한두번 필요한 영양분을 저수조에 넣어 물안개나 미세 물입자 형태로 뿌려져 식물에 엽면시비를 제공한다는 장점을 제공한다. 이때는 상기 순환팬을 가동하지 않으며, 상기 물펌프 또는 가압펌프의 회전수를 적게하여 드라이포그가 아닌 물안개와 미세 물입자를 생성한다.
● 수도배관을 노즐에 직접 연결한다면, 중간에 불순물을 거르는 여과장치나 솔레노이드 밸브를 장착하거나 또는 물의 압력을 높일 수 있는 가압펌프를 추가 설치할 수 있다. 상기 솔레노이드 밸브는 전원이 공급되면 배관의 밸브를 열리고 역으로 전원이 차단되면 밸브를 닫는 기능을 제공한다.
상기 분무장치(205)로부터 분사되는 상기 물입자는 노즐의 모양에 따라 또는 초음파 가습기 모듈의 진동수에 따라 크기가 일정하지 않은데, 드라이포그는 미세먼지에 흡착되어 습윤 미세먼지를 만들고 미세먼지의 무게와 크기를 증가시켜 화분본체 안으로 떨어지거나 필터박스 안으로 흡입되어 흡착필터에 부착시키는 역할을 수행한다. 물안개는 주로 식물의 잎 기공을 통해 수분을 공급하는 역할과 필터박스 안으로 흡입되어 흡착필터 내 섬유사이의 간극을 줄여주는 역할을 수행한다. 그리고 물안개보다 큰 물입자(미세 물입자)는 주로 잎과 토양을 적시는 역할을 수행한다.
따라서 분사되는 물입자의 크기는 초음파의 진동수 또는 모터의 회전수(또는 수압)에 따라 조절이 가능하다. 만약 드라이포그가 부족하다면 미세먼지 포집이 줄어 들게 되고 만약 미세 물입자가 부족하면, 토양이 건조하게 되어 식물의 생육에 영향을 받게 된다. 만약 드라이포그와 물안개 그리고 미세 물입자를 동시에 분사하는 노즐 설치가 어렵다면, 노즐 또는 초음파 모듈을 혼합하여 드라이포그와 물안개 그리고 미세 물입자를 서로 다른 노즐에서 분사시키는 방법도 있다.
앞에서 이야기한 화분(300)은 도 1내지 도 3과 같이 결합부재(202)를 사용하여 격자 모양(바람 이동이 자유로운 형태의 단순입방격자, 체심입방격자, 면심입방격자, 육방밀집격자 그리고 원통형격자구조물 모두를 포함한다.)의 ② 라멘구조물(200)에 부착된다. 라멘구조물은 사방이 틔어있어 바람의 이동이 자유로우며 또한 라멘 구조물의 높이 또는 폭 역시 조절이 가능하다는 특징을 갖는다. 도 2는 수직 가든의 또다른 일실시 예이다. 그리고 필요에 따라 라멘구조물을 벽면에 부착하여 설치할 수 있다.
상기 화분(300) 내 상기 필터박스(310)의 높이는 그림 3과 같이 화분과 화분 사이의 거리(그림에서 400mm를 적용하였다.)를 기준으로 7/8 정도의 상대적인 높이(그림에서 350mm를 적용하였다.)로 제작한다. 이는 베르누이의 법칙에 따라 필터박스(310)와 화분 바닥사이의 좁은 통로(일명 '흡입구')로 아직 토양으로 침강하지 않고 부유하고 있는 미세먼지와 물입자를 빨아들이고 또한 아래에서 올라오는 공기를 재차 정화시키기 위해 만들어진 구조이다. 노즐로부터 분사한 드라이포그는 하단보다 상단에서 더 많이 분사되기에 필터박스(310)를 따라 올라가면서 미세먼지가 관성의 법칙에 의해 필터 섬유에 충돌과 포획, 침강을 이루어지게 된다. 라멘구조물 하단은 살균장치(600)의 스팀에 의해 수분이 공급된다. 만약 살균장치가 스팀이 아닌 열풍을 사용한다면, 흡착필터의 섬유사이의 간극이 넓기 때문에 훨씬 빠른 속도로 자유롭게 위로 올라오게 된다.
일반적으로 50m2내외의 규모가 작은 사무실의 경우, 하나의 상기 화분이 상기 라멘구조물에 장착되어 사용될 수 있다. 그러나 만약 사무실이 50m2이상의 면적일 경우, 화분은 라벤구조물에 층층이 쌓여지는 형태로 장착된다. 물론 이 기준은 자체 모델에 따른 것으로 다른 형태 또는 다른 모델이라면 기준도 달라질 수 있다.
③ 살균장치(600)는 전열선이나 히팅롤을 사용하여 열이나 물을 가열한 스팀을 발생시켜 필터박스(310) 안으로 120℃ ~ 130℃ 정도의 열풍 또는 스팀을 불어넣는 장치로 상기 필터박스의 벽면과 상기 흡착필터에 흡착되어 있는 미생물과 바이러스를 가열시켜 죽이거나 비활성화시키는 역할을 수행한다. 그 밖에 상기 살균장치는 열풍이나 스팀을 사용하여 실내 온도와 습도를 조절할 수 있다.
도 3의 경우, 상기 필터박스(310)안으로 열풍과 스팀을 공급하기 위해 전열선(미도시)과 송풍구(601) 그리고 열풍팬(미도시)이 내부에 장착된 살균장치(600)는 라멘구조물(200) 아래 하단에 장착되어 있다.
앞에서 언급한 3 가지 기본 구성 요소는 미세먼지 농도가 낮다 하더라도 병원처럼 바이러스나 세균이 상대적으로 많은 장소에서 24시간 항상 작동할 필요가 있다. 그러나 위의 기본 구성의 문제점은 사용자가 주기적으로 식물에 과습이 되지 않도록 분무장치(205)의 가동을 중단시켜 주어야 한다. 또한 자연광이 없는 환경에서 하루에 일정시간동안 식물생장램프를 가동해 주어야 한다. 그리고 살균장치를 지속적으로 가동하면, 실내 온도가 오르고 습도가 높아질 수 있으며, 또한 에너지 소모도 많다는 문제가 발생한다.
위에서 언급한 문제점은 아래와 같은 구성 요소를 옵션으로 추가하여 해결할 수 있다.
④ 장치 주변에서 환경 정보를 감지하고 수집하는 환경감지 센서
⑤ 상기 환경감지 센서가 제공하는 환경 정보를 토대로 상기 기능장치와 살균장치를 제어하는 중앙처리장치(100)
환경 정보를 감지하고 수집하는 ④ 환경감지 센서는 미세먼지의 농도를 측정하는 미세먼지 센서(107)와 수도배관이 아닌 저수조(208)가 추가되었을 때 물의 보충을 원할히 할 수 있도록 돕는 수위측정 센서(미도시), 장치 주변에 사람들의 존재 여부를 확인하는 거리근접 센서(110), 화분 내부의 토양의 온도와 수분을 측정하는 토양 온도/수분 센서(Soil Temperature／Moisture Sensor)(112) 그리고 불쾌지수를 계산하기 위해 실내 온도와 상대습도를 측정하는 온도/습도 센서(108)가 있다.
그 밖에 옵션으로 환경감지 센서는 실내 소음을 측정하는 소음측정 센서, 빛의 광량을 측정하는 조도 센서, 실내 일산화탄소와 이산화탄소의 농도를 측정하는 이산화탄소 측정기, 휘발성유기화합물의 농도를 측정하는 VOC 측정기를 사용하여 필요한 환경 정보를 취득할 수 있다. 상기 이산화탄소 측정기와 상기 VOC 측정기는 실내 이산화탄소의 농도가 높거나 휘발성유기화합물의 농도가 다중이용시설에서 허용하는 기준치 이상으로 높다면 식물의 광합성을 높이기 위해 상기 식물생장램프를 가동하기 위해 사용한다.
앞서 이야기한 바와 같이 가장 중요한 센서는 온도/습도 센서이다. 즉, 병원이나 요양원 등과 같은 시설은 미세먼지 농도가 많던 적던간에 세균과 바이러스의 제거를 위해 항상 수직 가든 내 기능장치를 가동해야 하며, 또한 겨울철에 보일러를 가동하고 여름철에 에어콘을 가동하므로 미세먼지 농도를 측정하는 미세먼지 센서보다 불쾌지수를 측정하는 온도/습도 센서가 보다 중요하다.
온도/습도 센서(108)는 수직 가든의 상판에 부착되는데, 측정한 데이터를 전압의 크기나 전류의 량으로 제공하기도 하고 또는 전압과 전류를 사람이 쉽게 알 수 있는 섭씨 또는 화씨 그리고 상대습도(%)로 변환하여 다양한 통신 신호로 제공하기도 한다. 중앙처리장치(100)는 온도/습도 센서를 사용하여 겨울철에 실내 온도가 10℃ ~ 20℃로 조절하고 또한 상대습도 역시 40% ~ 70%를 맞추는 동시에 온도와 습도로 산출한 불쾌지수가 70이하가 되도록 상기 기능장치와 상기 살균장치를 제어한다.
실내의 쾌적함은 온도와 습도에 의해서도 크게 좌우되는데, 적정 습도는 온도에 따라 15℃에서는 70%, 18~20℃에서는 60%, 21~23℃에서는 50%, 24℃이상일 때는 40%가 적당한 습도가 된다. 불쾌지수가 70에서 83 사이의 경우 일부의 사람들이 불쾌감을 느끼며, 83 이상이 될 경우 대부분의 사람들이 불쾌감을 느낀다. 상기 불쾌지수를 구하는 공식은 아래와 같다.
불쾌지수 = 9/5 x 온도 - 0.55 x (1 - 상대습도) x (9/5 x 온도 - 26) + 32
미세먼지 센서(107)는 온도/습도 센서와 같이 수직 가든의 상판에 부착되며, 광산란법을 이용하거나 베타선 흡수법 그리고 중량법을 사용하여 대기 중에 퍼져 있는 미세먼지의 수 또는 질량을 측정하여 전압의 크기나 전류의 량으로 제공하기도 하지만, 대부분의 미세먼지 센서는 내부 회로를 사용하여 다시 사람이 감지할 수 있는 ㎍/㎥단위의 정수나 실수로 환산하여 와이파이, 블루투스, 이더넷, RF 통신, RS232, RS486, USB 또는 I2C 그리고 UART 통신을 통해 정해진 포맷에 맞추어 중앙처리장치(100)에 제공한다.
저수조(208)에 추가로 장착되는 수위측정 센서(미도시)는 접촉식의 경우 특정 위치에 부착되어 물이 부족할 때 전기가 흐르지 않아 0 V(Volt)로 감지부를 통해 물이 없음을 상기 중앙처리장치에 알리게 된다. 그리고 물이 특정 수위 이상이 된다면, 전기가 흐르기 때문에 수위측정 센서는 감지부에 1V 이상의 전기 신호를 제공하여 물이 있음을 중앙처리장치에 알리게 된다. 좀더 복잡한 수위측정 센서는 물의 수위를 직접 측정할 수 있는 초음파 센서와 적외선 레이저 센서가 있다. 그리고 물부족이 발생한다면, 중앙처리장치는 통신사의 이메일 서버나 문자 메시지 서버를 통해 관리자에게 물부족 사실을 알리게 된다.
토양 온도/수분 센서(112) 역시 온도/습도 센서처럼 토양 속에 온도와 수분의 량에 따라 전류 또는 전압의 변화가 발생한다. 즉, 온도와 수분의 농도가 높으면, 전류가 많이 흐르고 온도와 수분의 농도가 낮으면, 전류가 적게 흐른다. 일반적으로 토양 온도/수분 센서는 온도와 습도를 나누어서 상기 중앙처리장치에 제공한다. 상기 토양 온도/수분 센서는 도6과 같이 식물의 뿌리가 있는 깊이까지 들어가도록 화분 본체 내 토양속으로 최소 10cm이상 장착되어 과습을 막고 토양이 건조할 때 분무장치를 가동하여 식물에 필요한 수분을 공급하는 역할을 수행한다.
거리근접 센서(110)는 초음파 센서나 적외선 레이저 센서를 사용하여 음파나 적외선이 물체와 충돌한 이후에 돌아오는 시간을 측정하여 물체의 접근 거리를 센티미터 또는 미터로 환산하여 상기 중앙처리장치(100)에 제공한다. 거리근접 센서는 주로 주변에 사람이 존재하는 지 확인하는 역할을 수행한다. 만약 주변에 움직이는 사람이 없다면, 굳이 바이러스나 미세먼지 저감을 위해 에너지를 소모하면서 수직 가든의 기능장치와 살균장치를 가동할 필요가 없다.
소음측정 센서와 조도 센서(미도시) 역시 음량과 광량에 따라 전압과 전류로 측정한 값을 제공하거나 또는 사람이 인지할 수 있는 데시벨(db)와 룩스(Lux)의 수치로 제공하기도 한다. 소음측정 센서는 학교나 도서관에서 주변 소음을 측정하여 조용한 시간 때 수직 가든의 기능장치와 살균장치를 가동하기 위해 사용한다. 조도 센서는 현광등이나 자연광의 존재 여부를 확인하여 가든 주변에 사람이 존재하는 지 여부를 확인하고 기능 장치와 살균 장치의 가동 여부를 결정하기 위해 사용한다. 조도 센서는 식물생장램프를 작동할 때는 가동을 멈추게 된다.
상기 환경감지 센서로부터 환경 수치를 취합하고 기능장치와 살균장치를 제어하는 ⑤ 중앙처리장치(100)는 시간 측정이 가능한 타이머와 CPU가 장착된 임베디드컴퓨터(102);와 환경감지 센서가 전압과 전류로 측정치를 제공한다면, 사람이나 프로세스(Process)가 이해하고 처리할 수 있는 정수나 실수로 만들 수 있는 별도 옵션으로 감지부(103); 그리고 각각의 센서와 장치, 감지부와 제어부에 전원을 공급하는 전원공급장치(105);를 둘 수 있다. 개별 센서와 장치는 하나의 임베디드컴퓨터 또는 마스터와 하나 이상의 스레이브로 구성된 임베디드컴퓨터 내부에서 실행되는 프로세스를 통해 제어를 받는다. 임베디드 컴퓨터 내부에서 실행되는 프로세스간의 데이터 교환은 내부 통신이나 공유 메모리를 사용한다. 프로세스는 프로그램이 컴퓨터 내부에서 실행되는 작업 단위를 말한다. 즉, 하나의 프로그램은 하나 이상의 프로세스로 변경되어 실행된다.
최근들어 대부분의 센서는 내부에서 측정한 전압과 전류의 수치를 정수나 실수로 변환하는 감지부의 기능을 수행하는 회로를 내장하고 있어 상기 감지부가 필요없이 와이파이, 블루투스, 이더넷, RF 통신, RS232, RS486, USB 또는 I2C 그리고 UART 통신을 통해 사전에 정해진 포맷으로 임베디드컴퓨터에 제공한다.
앞에서 언급한 상기 온도/습도 센서나 상기 중앙처리장치는 라멘구조물 위의 상판에 설치되는 데 아래에서 올라온 열풍에 의해 온도가 오르지 않도록 나무나 에어로젤과 같이 열전도율이 낮은 재료로 제작한 판위에 설치한다. 전자 제품의 경우, 주변 온도가 높으면 노이즈가 발생하기 쉽다.
일반적으로 상기 임베디드컴퓨터는 화분 내 환경감지 센서와 기능장치 그리고 살균장치를 제어하는 기능을 가지고 있지만, 만약 제어하여야 할 환경감지 센서와 기능 장치의 개수가 많거나 또는 상기 임베디드컴퓨터와 거리상으로 너무 멀리 떨어져 있어 임베디드컴퓨터가 직접 제어하기 곤란하다면, 임베디드컴퓨터로부터 분리하여 별도 제어부(104)를 만들어 사용할 수 있다.
상기 제어부는 다음과 같은 기능을 수행한다.
● 각각의 센서와 장치를 사용하기 직전에 전원을 공급하고 또한 사용하지 않는다면, 개별 센서와 장치로 들어가는 전원을 차단한다. 이러한 기능을 지원하는 회로를 릴레이보드라고 한다.
● 전원이 인가된 팬과 펌프는 별도 회전수를 조절하기 위해 PWM(Pulse Width Modulation) 컨트롤 팬과 PWM 컨트롤 펌프를 사용할 수 있다. PWM 컨트롤 팬과 펌프는 전압의 주기에 의해 팬의 회전수를 조절하거나 또한 중앙처리장치가 팬의 회전수를 역으로 알 수 있는 기능을 제공한다. 이러한 기능을 지원하는 회로를 PWM 드라이버 모듈이라 한다.
● 만약 PWM 컨트롤 팬이나 펌프를 사용하지 않는다면, 전압 차이에 의한 팬이나 펌프의 회전수를 제어할 수 있는 팬과 펌프(보통 브러시리스 모터 또는 브러시 모터를 사용한다.)와 함께 필요한 전압을 승압하거나 감압하는 회로를 사용한다. 예를 들어 특정 팬의 경우, 12V의 정상 전압을 주면 1800RPM의 속도로 회전하지만, 낮은 9V의 전압을 준다면 100RPM의 속도로 회전한다. 이 경우 팬과 모터의 회전수는 모델별 제공되는 전압 대비 회전수를 파악하여 함수를 만들어 사용한다.
● 만약 스텝모터(Step Motor)를 사용한다면, 별도 모터의 회전수와 회전 방향을 제어할 수 있는 스텝모터 드라이버를 사용한다.
● 전열선을 사용하는 살균장치는 전압과 전류 그리고 전원의 공급 주기를 조절하여 전열선의 온도가 일정하게 유지되도록 조절한다.
팬과 펌프의 회전수를 제어하는 것은 소음을 조절하고 사람이 많고 적음에 따라 주변의 공기를 많이 또는 적게 상기 필터박스안으로 흡입시키기 위한 방안 및 상기 분무장치를 제어하여 드라이포그와 물안개 그리고 미세 물입자를 조절하기 위해 사용한다.
상기 환경감지 센서와 상기 중앙처리장치가 유무선 통신으로 메시지를 주고 받을 수 있는 특징은 하나 이상의 다양한 종류의 센서를 수직 가든과 분리하여 실내의 여러 장소에 부착시켜 더욱 정밀한 측정이 가능하게 만들 수 있는 장점을 제공한다. 특히 미세먼지는 바람을 타고 이동하는 특징으로 말마암아 미세먼지 센서를 비교적 정화가 잘되는 가든 내부에 장착하는 것보다 사람의 출입이 많은 장소 또는 미세먼지가 들어오거나 발생할 장소에 장착하는 것이 좋다. 수직 가든은 하나이상의 미세먼지 센서에서 측정한 미세먼지 농도로부터 실내 미세먼지의 발생 원천을 파악할 수 있어 보다 근원적으로 미세먼지의 발생 원인을 파악하고 제거할 수 있는 근거를 제공한다.
WHO 기준으로 초미세먼지 농도를 기준으로 초미세먼지의 좋음은 0 ~ 15 ㎍/㎥이고, 미세먼지의 좋음은 0 ~ 30 ㎍/㎥이다. 초미세먼지의 보통은 16 ~ 35 ㎍/㎥이며, 미세먼지의 보통은 31 ~ 80 ㎍/㎥이다. 초미세먼지의 나쁨은 36 ~ 75 ㎍/㎥이며, 미세먼지의 나쁨은 81 ~ 151 ㎍/㎥이다. 초미세먼지의 매우나쁨은 76 ㎍/㎥이상이며, 미세먼지의 매우나쁨은 151 ㎍/㎥이상이다.
병원이 아닌 다중이용시설 내부에 수직 가든이 설치된다면, 앞에서 언급한 미세먼지 농도의 좋고 보통 그리고 나쁨에 따라 또는 주변에 사람의 존재 여부 그리고 조도가 10~20록스(lux)를 기준으로 사물을 구분할 수 있는 광량이 있고 없는 정도에 따라 기능장치와 살균장치를 전원을 공급하거나 중단시킬 수 있다.
최근들어 사회적 거리두기 일환으로 코로나 바이러스의 비말이나 에어로졸로 퍼지는 것을 방지하기 위해 미세먼지 농도가 적더라도 거리근접 센서(110)로 주변에 사람이 존재한다면, 별다른 조건없이 무조건 기능장치와 살균장치를 가동할 수 있다.
도 3내 존재하는 솔레노이드 밸브(206)는 앞에서 언급한 것과 무관하게 수도관과 연결되어 저수조(208)에 물을 보충하는 용도로 사용한다.
라멘구조물 내 설치된 화분의 층별로 식재된 식물은 그 종류별로 상기 임베디드컴퓨터의 환경설정파일 또는 데이터베이스로 기록 보관한다. 그리고 임베디드컴퓨터는 화분의 식물이 요구하는 광량, 수분 공급 주기, 토양의 수분의 수치를 기준으로 만약 토양에 수분이 부족하다면, 분무장치를 가동하여 물입자를 식물의 잎과 토양에 공급해 주며, 또한 개별 식물이 요구하는 광량, 이산화탄소의 농도, 휘발성유기화합물의 농도에 맞추어 식물생장램프의 가동 시간을 조절한다.
100 : 중앙처리장치 101 : 전선 102 : 임베디드 컴퓨터
103 : 감지부 104 : 제어부 105 : 전원공급장치
106 : 안테나 107 : 미세먼지 센서 108 : 온도/습도 센서
109 : 디스플레이팬널 110 : 거리근접 센서 112 : 토양온도/수분센서
115 : 식물생장램프
200 : 라벤구조물 201 : 기둥 202 : 결합부재
204 : 보 205 : 분무장치 206 : 솔레노이드 밸브
207 : 펌프 208 : 저수조 209 : 물호스
300 : 화분 301 : 순환팬 310 : 필터박스
311 : 흡착필터 312 : 상부 프리필터 313 : 하부 프리필터
320 : 화분본체
400 : 살균용 UV 램프 401 : 제1차단막 402 : 제2차단막
501 : 상판 502 : 하판 503 : 가림막
504 : 자외선 차단판
600 : 살균장치 601 : 송풍구 700 : 배양토
800 : 운영 서버

Claims (5)

  1. 필터박스에 내장되는 흡착필터와, 상기 필터박스의 하부에 구비되고 물입자를 생성하는 하나 이상의 분무장치와, 습윤 미세먼지를 상기 필터박스의 아래로부터 흡입하여 위로 유통시켜 상기 흡착필터에 흡착되도록 상기 필터박스의 상부에 구비되는 순환팬과, 식물이 식재되고 토양의 온도와 수분의 량을 측정할 수 있는 토양 온도/수분 센서가 장착된 화분본체,를 포함하는 화분;
    결합부재를 사용하여 하나 이상의 상기 화분을 장착한 라멘구조물;
    상기 라멘구조물 하단에 위치하여 상기 필터박스 안으로 열풍 또는 스팀중 어느 하나를 공급하는 살균장치;
    실내 온도와 습도를 측정하는 온도/습도 센서; 및
    임베디드컴퓨터와, 상기 온도/습도 센서 또는 상기 토양 온도/수분 센서로부터 받은 전기 신호를 디지털 데이터로 변환하여 상기 임베디드컴퓨터에 전달하는 감지부와, 상기 임베디드컴퓨터로부터 전기 신호를 받아 상기 살균장치와 상기 순환팬과 상기 분무장치를 제어하는 제어부,를 구비한 중앙처리장치;를 포함하고
    상기 필터박스는 구리 합금 또는 구리를 도금하거나 코팅한 재료 또는 수산화나트륨으로 에칭한 알루미늄 합금중 어느 하나로 제작되는 공기 정화용 수직 가든.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임베디드컴퓨터는 다음 불쾌지수 공식
    9/5 x 온도 - 0.55 x (1 - 상대습도) x (9/5 x 온도 - 26) + 32
    를 기초하여 실내 온도와 상대습도를 조절하도록 상기 제어부로 하여금 상기 살균장치와 상기 분무장치를 제어하는 공기 정화용 수직 가든.
  3. 제1항에 있어서,
    사람과 사물의 움직임을 측정하는 거리근접 센서; 및
    광량을 측정하는 조도 센서;를 추가 포함하고
    상기 감지부는 상기 거리근접 센서 및 상기 조도 센서로부터 받은 전기 신호를 디지털 데이터로 추가 변환하여 상기 임베디드컴퓨터에 전달하며, 상기 임베디드컴퓨터는 상기 사람과 사물의 움직임 및 상기 광량에 따라 상기 제어부로 하여금 상기 살균장치와 상기 순환팬과 상기 분무장치를 제어하는 공기 정화용 수직 가든.
  4. 제1항에 있어서,
    이산화탄소의 농도를 측정하는 이산화탄소 측정기;
    휘발성유기화합물의 농도를 측정하는 VOC 측정기; 및
    상기 화분본체의 하부에 부착되는 식물생장램프;를 추가 포함하고
    상기 중앙처리장치는 상기 이산화탄소 측정기와 상기 VOC 측정기로 측정한 이산화탄소의 농도 또는 휘발성유기화합물의 농도를 기초하여 상기 식물생장램프를 제어하는 공기 정화용 수직 가든.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착필터는 폴리에스테르 또는 폴리에스테르를 섞어 만든 섬유로 형성되는 공기 정화용 수직 가든.
KR1020200093526A 2020-07-28 2020-07-28 공기 정화용 수직 가든 KR20220013998A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200093526A KR20220013998A (ko) 2020-07-28 2020-07-28 공기 정화용 수직 가든

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200093526A KR20220013998A (ko) 2020-07-28 2020-07-28 공기 정화용 수직 가든

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220013998A true KR20220013998A (ko) 2022-02-04

Family

ID=80268504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200093526A KR20220013998A (ko) 2020-07-28 2020-07-28 공기 정화용 수직 가든

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20220013998A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102638763B1 (ko) * 2023-02-23 2024-02-20 이만근 라지에이터를 이용한 열풍기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102638763B1 (ko) * 2023-02-23 2024-02-20 이만근 라지에이터를 이용한 열풍기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102096168B1 (ko) 공기 정화용 인더스트리얼 수직 가든
US8454729B2 (en) Micro-irrigation device, system, and method for plant-based cleaning of indoor air and filter bed bioregeneration
CN204593637U (zh) 室内空气消毒净化器
CN204786754U (zh) 具有空气过滤功能的空调
US10258918B2 (en) Apparatus to purify fresh air using biodegradable filter
JP5800911B2 (ja) 機能性空調装置及び機能性空調方法
KR100707499B1 (ko) 제습,가습 및 공기정화 겸용 복합기
KR19990036000A (ko) 광촉매식 공기 살균 방법 및 장치
CN103900159A (zh) 多功能空气净化、可调室内湿度空调节能系统
CN202700315U (zh) 一种空气净化装置
KR101557197B1 (ko) 수생식물을 이용한 냉방시스템
Ghaddar et al. Ten questions concerning the paradox of minimizing airborne transmission of infectious aerosols in densely occupied spaces via sustainable ventilation and other strategies in hot and humid climates
KR20220013998A (ko) 공기 정화용 수직 가든
KR102286123B1 (ko) 탑 형상의 미세먼지, 악취제거 및 바이러스 살균 시스템
CN106091156A (zh) 复合式空气净化器
CN210070130U (zh) 一种等离子体新风系统
CN1566817A (zh) 一种改善室内居住生态环境的方法
CN205878393U (zh) 复合式空气净化器
Kaushal et al. Environmental control including ventilation in hospitals
CN212252966U (zh) 空气净化装置
CN209840308U (zh) 一种设置有植物培养区域的生态型室内空气净化器
TWI583434B (zh) Air filter
KR101789018B1 (ko) 친환경 하우스 재배를 위한 살균, 제습, 발열 송풍기
KR102602933B1 (ko) 미세먼지 저감형 입체스마트 플랜터 시스템
RU201439U1 (ru) Устройство для очистки и дезинфекции воздуха и улучшения микроклимата помещения

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal