KR20220136296A - 공기 정화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기정화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부하우징과 내부하우징으로 구분되는 하우징을 구비하며, 외부하우징과 내부하우징이 서로 이격되고, 내부하우징에 광촉매필터와 집진필터가 설치되며, 외부하우징과 내부하우징 사이의 공간으로도 공기가 유동하도록 한 공기 정화기에 관한 것이다. 본 발명은 흡입구(215,221,222)와 토출구(45)가 형성된 외부하우징(10,20,40); 상기 외부하우징의 내부에 마련되며, 상기 외부하우징에 대해 이격되어 형성되는 내부하우징(30); 상기 내부하우징에 설치되며 상기 토출구 방향으로 공기를 강제 배출시키는 팬(60); 상기 내부하우징에 설치되며 팬(60)의 공기 배출 방향에 배치되는 광촉매필터(80); 상기 팬(60)과 상기 광촉매필터(80) 사이에 설치되어 광촉매필터를 향해 자외선을 조사하는 자외선 광원; 및 상기 팬의 공기 배출 방향의 반대 방향에 배치되며, 상기 내부하우징에 설치되는 집진필터(70);를 포함하는 공기 정화기를 제공한다.

Description

공기 정화기{An Air Purifier}

본 발명은 공기정화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부하우징과 내부하우징으로 구분되는 하우징을 구비하며, 외부하우징과 내부하우징이 서로 이격되고, 내부하우징에 광촉매필터와 집진필터가 설치되며, 외부하우징과 내부하우징 사이의 공간으로도 공기가 유동하도록 한 공기 정화기에 관한 것이다.

공기 정화기는 공기를 강제로 유동시키면서 그 공기의 유동 통로에 필터를 두어 공기 중에 섞여 있는 먼지나 불순물을 걸러주는 장치이다. 통상적인 공기 정화기는 필터를 통해 집진을 하고, 여러 가지 방식으로 공기에 포함되어 있는 유해가스를 제거하는 방식을 취하고 있다.

공기 정화기에서 집진을 할 때에는 통상적으로 큰 먼지를 걸러주는 프리필터부터, 미세한 먼지를 걸러주는 헤파필터의 순으로 정화를 하게 된다. 이는 상대적으로 고가의 헤파 필터가 큰 먼지를 거름으로 인해 그 수명이 단축되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한 공기 정화기 내에는 유해 가스를 제거할 수 있는 필터가 설치되기도 한다. 유해 가스를 제거하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 활성탄 등을 이용하여 공기 중의 유해 가스를 흡착함으로써 유해 가스를 제거하는 방식이 일반적이다.

유해 가스를 제거하는 다른 방법으로는 광촉매 물질을 활성화시키는 빛을 조사하고, 그 주변으로 공기를 유동시켜, 광촉매 반응을 통해 유동하는 공기 내에 있는 유해 가스를 제거하는 방식이 있다. 광촉매 물질은 여러 가지가 있으나 일반적으로 산화티타늄(TiO₂)이 사용되고 있다.

산화티타늄은 자외선에 의해 활성화되어 광촉매 반응을 일으키는데, 최근에는 자외선의 유해성 등을 이유로 가시광선 영역에서 반응하는 광촉매 물질을 개발하는 경우도 있다.

어찌되었건 이러한 광촉매 물질은 자신이 활성화될 수 있는 에너지를 빛으로부터 얻게 된다. 따라서 자외선에 의해 활성화되는 광촉매 물질에는 자외선이 조사되어야 한다. 그러므로 광촉매 물질에 빛이 조사되기 위해서는 광원과 광촉매 물질이 일정 간격 이격되어 있어야 함이 불가피하다.

그런데 통상적인 가정용 내지 소형 공기 정화기는 일반적으로 필터가 다단으로 겹쳐져서 배치되고 그 후방에 팬이 설치되는 구조를 가진다. 이러한 구조는 공기 정화기의 형태를 평평하고 납작한 형태로 제한하게 된다. 따라서 이러한 형태의 공기 정화기에 광촉매 물질과 광원을 설치할 만한 공간을 마련하기는 쉽지 않다.

한편 이러한 종래의 가정용 내지 소형 공기 정화기에는 공기 중에 있는 먼지의 양이나 공기 중의 유해가스를 측정하는 센서를 부착하는 것이 일반적이다. 그런데 앞서 설명한 바와 같이 가정용 내지 소형의 공기 정화기는 납작한 형태를 이루고 있고 그 내부에 필터가 다단으로 겹쳐져 배열되어 있기 때문에, 하우징 내부의 공기 유동로에는 센서를 부착할만한 공간이 부족하고, 이미 필터에 의해 일정 수준 걸러진 공기가 유동하기 때문에 센서를 설치하기에도 부적절하다.

그리하여 종래에는 하우징의 외부에 센서를 설치하여 공기의 질을 측정하게 되는데, 센서를 이렇게 외부에 설치하게 되면, 조명의 차이나 낮과 밤의 차이로 인해 발생하는 빛의 세기가 달라짐에 따라, 동일한 먼지의 양이라 하더라도 빛이 산란되는 양상이 달라져, 빛의 산란도를 통해 먼지의 양을 측정하는 센서로는 먼지의 양을 정확히 측정할 수 없게 된다.

다음으로, 유해가스를 측정하는 센서를 외부에 배치하게 되면, 공기보다 가볍거나 무거워 위로 뜨거나 가라앉아 있는 유해가스를 정확히 측정할 수 없고, 센서가 설치된 높이와 비슷한 높이에 존재하는 유해가스만을 측정할 수 있기 때문에 센서를 설치하는 의미가 무색하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가정용 또는 소형의 공기 정화기 내에 광촉매 물질을 포함하는 광촉매 필터와 광원을 설치할 수 있는 구조를 제공하고, 아울러 유동하는 실내 공기의 질을 정확히 측정할 수 있는 센서 설치 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 컴팩트한 공간 내에서도 매우 효율적인 성능을 낼 수 있는 광촉매필터의 구조와 광원을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 컴팩트한 공간 내에 집진필터를 설치하더라도 공기 유동 저항이 크게 증가하지 않아 공기 유동 효율을 높인 공기 정화기 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 공기 정화기 내에 설치되는 필터의 유지 보수와 교체가 수월한 공기 정화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 광촉매 필터가 최적의 효율을 낼 수 있는 필터들의 설치 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 광촉매 필터와 광원을 설치함에도 불구하고 컴팩트해질 수 있는 공기 정화기 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 공기 정화기의 하우징을 외부하우징과 내부하우징으로 구분하고, 이들을 소정의 간격으로 이격하여 배치하며, 필터들을 내부하우징에 설치하되, 서라운드 형태의 집진 필터를 공기 유동의 상류에 두고, 집진 필터의 하류에 팬을 배치하며, 팬보다 하류에 광원을 배치하고, 광원의 하류에 광촉매 필터를 배치하는 필터 설치 구조를 제공하고, 아울러 내부하우징과 외부하우징 사이에서도 공기가 유동하도록 하되, 센서가 이러한 이격공간 내를 유동하는 공기의 질을 측정하도록 한 공기정화기를 제공한다.

보다 구체적으로 본 발명은, 흡입구(215,221,222)와 토출구(45)가 형성된 외부하우징(10,20,40); 상기 외부하우징의 내부에 마련되며, 상기 외부하우징에 대해 이격되어 형성되는 내부하우징(30); 상기 내부하우징에 설치되며 상기 토출구 방향으로 공기를 강제 배출시키는 팬(60); 상기 내부하우징에 설치되며 팬(60)의 공기 배출 방향에 배치되는 광촉매필터(80); 상기 팬(60)과 상기 광촉매필터(80) 사이에 설치되어 광촉매필터를 향해 자외선을 조사하는 자외선 광원; 및 상기 팬의 공기 배출 방향의 반대 방향에 배치되며, 상기 내부하우징에 설치되는 집진필터(70);를 포함하는 공기 정화기를 제공한다.

상기 내부하우징의 외면 또는 외부하우징의 내면에는 공기의 질을 측정하는 센서(90)가 설치되어 내부하우징과 외부하우징 사이의 공기의 질을 측정할 수 있다. 여기서 상기 센서는 외부하우징의 흡입구와 토출구 사이에 설치됨으로써, 흡입구를 통해 들어오고 외부하우징과 내부하우징 사이의 공간을 통과하여 토출구로 배출되는 공기의 질을 측정할 수 있다.

상기 광촉매필터는 공기유동로가 형성된 복수의 셀이 서로 인접한 지지체 상에 광촉매물질이 코팅된 형태이며, 상기 공기유동로의 입구는 자외선 광원을 향해 배치된 형태일 수 있다.

상기 팬(60)의 공기 배출 방향은 상방이고, 상기 광촉매필터는 내부하우징의 상부에서 내부하우징 상에 얹어지는 형태로 내부하우징에 끼워져 고정될 수 있다. 여기서 상기 외부하우징은 상기 토출구(45)가 형성된 상면을 포함하는 상면하우징(40)을 포함하고, 상기 상면하우징은 착탈 가능하게 설치되며, 상면하우징을 분리하여 마련되는 개구부를 통해 상기 광촉매필터가 삽입 및 인출 가능하도록 할 수 있다.

상기 자외선 광원은 360~370nm의 피크파장을 가질 수 있다. 상기 UV LED(51)는 내부하우징에 의해 양단이 지지되는 가늘고 긴 하나 이상의 UV LED 기판(50)에 설치될 수 있다, 상기 UV LED(51)와 광촉매필터(80) 표면 사이의 거리는 25~40mm일 수 있다.

상기 집진필터(70)는 통형상의 외주면을 가지는 헤파필터(71)를 포함할 수 있다. 상기 헤파필터(71)의 외주면에는 헤파필터의 형상과 대응하되 헤파필터보다 큰 통형상의 외주면을 가지는 카본필터(72)가 외삽될 수 있다.

상기 집진필터는 외주면에 필터 부재가 배치된 통 형상을 이루되, 상기 외부하우징의 토출구(45)는 상단에 형성되고, 상기 외부하우징의 흡입구(215,221,222)는 측면 하부에 형성되며, 상기 집진필터의 하단면은 외부하우징의 바닥에 밀착되고 상단면은 내부하우징의 팬 설치부(32) 하단면에 밀착되며 수평방향으로 끼워질 수 있다.

여기서 상기 외부하우징의 바닥은 소정 간격 이격된 상면부재(11)와 하면부재(12)을 포함하는 바닥하우징(10)으로 이루어지되, 상기 집진필터의 하단면은 상기 상면부재(11)의 상면에 밀착되고, 공기 정화기의 작동을 제어하며 외부 전원이 연결되는 커넥터(15)가 설치된 제어 PCB(15)가 상기 상면부재와 하면부재 사이의 공간에 설치될 수 있다.

여기서 상기 외부하우징의 측면을 포함하는 바디하우징(20)은 전방하우징(21)과 후방하우징(22)을 포함하고, 상기 후방하우징은 착탈 가능하게 설치되며, 후방하우징을 분리하여 마련되는 개구부를 통해 상기 집진필터가 삽입 및 인출 가능하게 할 수 있다. 여기서 상기 전방하우징(21)에는 공기 정화기의 작동 상태를 표시하는 표시부(211,212,213)가 설치될 수 있다.

상기 외부하우징은 그 상면을 포함하는 상면하우징(40)을 포함하고, 상기 상면하우징(40)에는 조작부(41,42,43)가 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면, 공기 정화기 내부에 광촉매 필터와 광원을 설치하면서도 공기 정화기를 컴팩트하게 유지할 수 있어 공기 중의 유해가스를 제거하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 필터에 의해 발생하는 공기 유동 저항을 줄여 소형의 공기 정화기의 공기 정화 효율이 높다.

또한 본 발명에 의하면 공기 정화기가 컴팩트함에도 불구하고 내부에 설치된 광촉매 필터와 광원 구조와 특성에 의해 유해 가스 제거 효율이 매우 높다.

또한 본 발명에 의하면 공기 정화기의 유지 보수가 간편하다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 정화기의 일실시예의 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 공기 정화기의 다른 일실시예의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 공기 정화기의 일실시예의 측면 단면도,
도 4는 도 3에 도시한 공기 정화기의 사시도(광촉매 필터가 제거된 형태),
도 5는 도 3의 공기 정화기보다 더 소형으로 구성한 공기정화기의 일실시예의 측면 단면도, 그리고
도 6은 도 5에 도시한 공기 정화기의 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 정화기의 일실시예의 사시도로서 전방과 후방에 모두 공기 흡입구가 형성된 구조의 공기 정화기를 나타낸 도면, 도 2는 본 발명에 따른 공기 정화기의 다른 일실시예의 사시도로서 후방에 공기 흡입구가 형성된 구조의 공기 정화기를 나타낸 도면, 도 3은 도 1의 공기 정화기의 일실시예의 측면 단면도, 도 4는 도 2의 공기정화기의 일실시예의 단면 사시도(광촉매 필터가 제거된 형태), 도 5는 도 1의 공기 정화기의 다른 일실시예로서 도 3의 공기 정화기보다 더 소형으로 구성한 공기정화기의 측면 단면도, 그리고 도 6은 도 2의 공기 정화기의 다른 일실시예로서 도 4의 공기 정화기보다 더 소형으로 구성한 공기 정화기의 사시도이다.

도 1과 도 3과 도 5에 도시된 공기정화기는 모두 전방과 후방에 공기 흡입구가 형성된 형태이고, 도 2와 도 4와 도 6에 도시된 공기정화기는 후방에 공기 흡입구가 형성된 형태이다.

도 3과 도 4에 비해 도 5와 도 6의 공기정화기는 더 소형으로 구성되어 있다.

먼저 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 공기정화기의 외부 형태와 구조를 설명한다. 본 발명에 따른 공기 정화기는 대략 원통형의 구조를 가진 외부하우징(10,20,40)을 포함한다. 외부하우징은 공기 정화기의 상단면을 규정하는 상면하우징(40), 공기 정화기의 측면을 규정하는 바디하우징(20), 그리고 공기 정화기의 바닥면을 규정하는 바닥하우징(10)을 포함한다.

상면하우징(40)은 상방으로 토출구(45)가 형성되어 있다. 토출구는 그레이트(grate) 형태로 되어 있어 외부의 이물질이 내부로 들어가지 않는다. 상면하우징의 앞부분에는 버튼(43)이 형성되어 있다. 따라서 사용자가 상면에 있는 버튼을 밑으로 누르는 동작에 의해 공기 정화기의 작동을 제어할 수 있다. 버튼은 물리적 버튼이거나 터치식 버튼일 수 있다. 버튼을 상부에 두면 사용자가 버튼을 누르면서 공기 정화기에 힘이 가해져도 공기 정화기가 움직이는 것을 방지할 수 있다. 버튼을 공기 정화기의 전방의 면에 두면 버튼을 누를 때마다 공기 정화기가 뒤로 밀리게 되는 문제점이 있지만, 버튼을 상부면에 두면 이러한 일이 일어날 염려가 없다.

다음으로, 공기 정화기의 동작에 관한 정보를 제공하는 옵틱(213)은 바디하우징(20)의 앞면에 형성되어 있다. 옵틱은 앞면에 있는 것이 상면에 있는 것보다 가시성이 좋다. 바디하우징(20)은 경계부(23)를 기준으로 전방에 위치하는 전방하우징(21)과, 경계부를 기준으로 후방에 위치하는 후방하우징(22)으로 구분된다. 전방하우징(21)은 도시된 바와 같이 위로는 상면하우징(40)과 체결되고, 뒤쪽으로는 후방하우징(22)과 체결되며, 아래로는 바닥하우징(10)과 체결된다. 후방하우징(22)은 앞쪽으로는 전방하우징(21)과 체결되고, 아래로는 바닥하우징(10)과 체결된다. 후술하겠지만 상면하우징(40)은 전방하우징(21)에 대해 착탈 가능하게 체결되고, 후방하우징(22) 역시 전방하우징(21)에 대해 착탈 가능하게 체결된다.

도 1에는 전방하우징(21)과 후방하우징(22)에 모두 공기 흡입구(215, 222)가 형성된 형태의 공기 정화기가 도시되어 있고, 도 2에는 후방하우징(22)에만 공기 흡입구(222)가 형성된 형태의 공기 정화기가 도시되어 있다. 공기 흡입구들은 모두 바디하우징(20)의 아래 부분에 형성되어 있다. 따라서 본 발명의 공기 정화기 구조에 의하면, 공기는 하부의 흡입구(215, 221, 222)를 통해 흡입되어 상방으로 토출구(45)에서 배출된다. 먼지는 가라앉는 것이 일반적이므로 공기 정화기의 하부에 흡입구를 형성하는 것이 바람직하다. 또한 토출구를 상방으로 향하게 함으로써, 정화된 공기의 유동이 실내의 바닥에 가라앉아 있는 먼지를 다시 일으키지 않도록 하였다.

다음으로 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 공기정화기의 내부 구조에 대해 설명한다. 외부하우징 내부의 공간에는 외부하우징에 대해 이격된 형태로 내부하우징(30)이 설치되어 있다. 내부하우징(30)에는 필터들(70,80)과 광원(50,51)이 설치된다.

먼저 내부하우징(30)의 아래에는 원통형의 집진필터(70)가 설치된다. 집진필터(70)는 윗면과 아랫면은 뚫려 있고, 측면은 필터 부재로 둘러싸인 형태이며, 도시된 바와 같이 내부하우징(30)의 아래 부분에 설치된다. 집진필터(70)의 상단면은 내부하우징의 표면과 밀착하고, 집진필터의 하단면은 바닥하우징(10)의 상면에 밀착한다. 따라서 공기는 집진필터(70)의 필터 부재를 통해야만 내부하우징의 내부 공간에 유입될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 공기 흡입구(215,221,222)는 외부하우징에 형성되어 있고, 외부하우징과 내부하우징은 도시된 바와 같이 서로 이격된 형태로 설치되어 있으며, 내부하우징의 하부에는 집진필터(70)가 설치되어 있으므로, 외부하우징의 외부에 존재하는 공기는 흡입구(215,221,222)를 통해 외부하우징 내부로 유입되고, 외부하우징과 내부하우징 사이의 공간을 거친 후, 상기 집진필터를 거쳐 내부하우징의 내부로 유입된다. 집진필터는 모든 측면 방향으로 원통의 형태로 형성되어 있으므로, 평면형에 비해 면적이 상당히 크다. 따라서 평면형에 비해 원통형 집진필터는 집진필터를 통과하는 공기에 대한 유동 저항이 상대적으로 작다. 또한 본 발명에 의하면 외부하우징과 내부하우징 사이에 일정한 공간이 존재하기 때문에 공기가 집진필터 면의 모든 부분을 통해 골고루 통과할 수 있다.

집진필터(70)는 원통형의 외주면에 형성된 헤파필터(71)와, 헤파필터(71)의 외면을 둘러싸는 형태의 카본필터(72)를 포함한다. 즉 헤파필터(71)의 외주면에는 카본필터(72)가 외삽되어 있다. 이들은 서로 분리 가능하게 체결되어 있어서, 교체가 필요한 부분만 교환이 가능하다. 이들을 분리하는 방식은 도면 상 상하방향으로 두 필터를 서로 상대적으로 이동시켜 분리하는 방식이 사용되거나, 허리 벨트를 차는 방식처럼 원통형의 헤파필터 외주면에 벨트형태의 카본필터를 채우는 방식이 사용될 수 있다.

집진필터(70)는, 후방하우징(22)을 분리한 후 후방하우징을 분리함으로 인해 형성되는 개구를 통해 빼낼 수 있다. 즉 집진필터는 뒤쪽에서 앞쪽을 향하는 방향으로 삽입 장착되고, 앞에서 뒤쪽을 향하는 방향으로 분리될 수 있다.

집진필터(70)의 바깥쪽을 이루는 카본필터(72)는 알갱이 형태의 활성탄을 수용한 구조로서, 활성탄이 쏟아져 나오는 것을 방지하기 위해 시브(sieve) 형태의 케이스 내에 수용되어 있다. 시브 형태의 케이스는 활성탄이 쏟아져 나오는 것을 방지할 뿐만 아니라, 비교적 큰 입자의 먼지를 걸러주는 역할도 한다. 활성탄은 공기 중의 유해 가스를 흡착하는 기능을 한다. 특히 활성탄은 암모니아나 아세트산(acetic acid)을 흡착함으로써 이들 유해가스보다 광촉매 반응에 대한 경쟁에서 늦게 반응하는 아세트알데하이드가 후술할 광촉매 필터에서 먼저 분해될 수 있도록 하여준다.

헤파필터(71)는 미세 먼지를 걸러주는 필터로서 내부하우징으로 유입되는 공기에서 미세 먼지를 걸러준다. 이처럼 본 발명은 헤파필터를 통해 미세 먼지를 먼저 거름으로써, 집진필터보다 후방에 있는 팬(60)이나 광촉매필터(80), 그리고 광원(50,51)에 먼지가 엉겨 붙는 현상을 방지할 수 있다.

내부하우징(30)에 있어서 상기 집진필터를 수용하는 수용부(31)의 상부에는 팬 설치부(32)가 형성되어 있다. 팬 설치부(32)에 설치되는 팬(60)은 상방으로 유동하는 공기의 흐름을 생성시킨다. 팬(60)이 회전함에 따라 집진필터(70)의 내부에는 상부를 향하도록 음압이 형성되고, 이에 따라 집진필터의 외부에 있는 공기는 상대적으로 압력이 낮은 집진필터의 내부 공간으로 이동한 후, 팬에 의해 가압되서 상승하게 된다. 본 발명에 의하면 공기 유동에 저항하는 필터의 후방에 팬을 두었기 때문에, 팬의 작동에 의해 집진필터 내부의 공간과 외부의 공간 사이에 압력 차이를 발생시키고, 이러한 압력의 차이에 따른 공기의 유동을 유도함으로써, 공기의 필터 통과 효율을 높였다.

팬 설치부(32)의 상부에는 UV LED 기판(50)의 설치부(33)가 마련되고, 설치부(33)의 위로 소정 간격 떨어져 있는 위치에는 광촉매필터(80)가 설치되는 광촉매필터 설치부(34)가 형성되어 있다.

설치부(33)에 설치되는 UV LED 기판(50)은 가늘고 긴 평판 형상이며, 상면에 UV LED(51)가 실장되어 있다. 기판의 수는 공기 정화기의 크기에 대응하여 필요한 UV LED의 개수에 따라 복수 개로 구성될 수 있는데, 도 3과 도 4에는 4개의 기판이, 도 5와 도 6에는 2개의 기판이 사용된 공기 정화기가 도시되어 있다. 한편 도시하지는 아니하였으나 UV LED 기판(50)의 하부에 아래로 볼록한 단면을 가지는 유선형의 공기 유도 형상을 형성하여 기판의 평평한 형상으로 인해 공기 저항이 높아지는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

UV LED에서 조사되는 자외선은 대략 120도의 확산각을 가지며, 광촉매필터(80)를 향해 조사된다. 광촉매필터(80)는 지지체 상에 광촉매 물질이 정착된 구조이며, 본 발명에서는 광촉매 물질로 산화티타늄을 사용하였다.

자외선 파장에 따른 광촉매 필터의 자외선 흡수율은 270nm 부근의 파장을 가장 잘 흡수하고, 400nm로 갈수록 흡수율이 선형적으로 떨어지게 된다. 따라서 얼핏 보기에는 270nm의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용하는 것이 유리해 보인다. 그러나 실제 UV LED를 사용할 때, 광촉매 활성화가 가장 잘 이루어지는 UV LED는 365nm의 피크파장을 가지는 UV LED임을 확인할 수 있었다. 이는 UV LED의 발광효율 때문임을 확인할 수 있었는데, 즉 피크파장이 작은 UV LED일수록 소자의 발광량이 급격히 떨어지기 때문에, 실제로는 365nm의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용할 때 가장 광촉매 반응이 좋음을 확인할 수 있었다.

바꾸어 말하면 270nm 부근의 피크파장을 가지는 UV LED는 자외선의 세기 자체가 약하기 때문에 광촉매필터 표면에서 요구되는 적정 자외선의 세기에 한참 못 미쳐 되려 광촉매 반응이 활발하지 않다는 것이다. 이러한 점을 감안하여 자외선의 세기를 키우고자 많은 수의 UV LED를 사용하는 것을 고려할 수도 있겠으나, 공기의 유동에 방해가 되기 때문에 기판의 크기를 키우는 데에도 한계가 있고, UV LED가 증가함에 따라 제조 비용과 소모 전력이 급격히 증가하게 된다.

이를 염두하여 실험한 결과 340nm 이하의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용하게 되면 광촉매필터에 의한 탈취효율이 급격히 떨어짐을 확인할 수 있었다.

또한 380nm 이상의 피크파장을 가지는 UV LED를 사용할 때에는 광촉매의 자외선 흡수율 자체가 많이 떨어져 기존의 블랙라이트(Black Light)와 차이가 없어지는바, UV LED를 사용하는 큰 의미가 없게 된다.

실험 결과 피크파장이 360nm 이상이고 370nm 이하인 UV LED를 사용해야 광촉매필터에 의한 탈취 성능을 가장 높일 수 있음을 확인할 수 있었다.

광촉매필터는, 허니컴 형태와 유사하게 정육각형 단면 또는 정사각형 단면의 공기유동로가 형성된 복수의 셀이 서로 인접한 지지체 상에, 광촉매 물질이 코팅된 구조이며, 공기유동로의 입구가 도 3에 도시된 바와 같이 상하방향, 즉 자외선 광원을 향하는 방향으로 배치되어 있다. 이러한 형태로 광촉매필터를 제조하면, 자외선이 광촉매 필터의 외부 표면뿐만 아니라 공기유동로의 내면까지 비춰지게 되어, 광촉매 활성화 반응을 더 많이 끌어올릴 수 있다.

UV LED(51) 및 이를 바라보는 광촉매필터(80)의 전면(front face) 사이의 거리는 UV LED 기판과 광촉매필터 간 거리에 따른 공기의 유동특성 변화 및 광촉매에 도달하는 자외선의 면적과 세기에 의해 달라지게 된다. 실험 결과, UV LED와 광촉매필터의 전면 사이의 거리가 2.5cm 이하로 줄어들거나 4cm 이상으로 늘어난 경우 탈취 효율이 급격히 떨어짐을 확인할 수 있었다.

둘 사이의 거리가 2.5cm 이하로 너무 가까우면 광촉매필터의 면적 중 자외선이 조사되는 광촉매필터의 면적이 줄어드는 반면 광촉매필터의 단위면적 당 자외선의 세기가 강해져도 광촉매 활성화 효율이 더 이상 증가되지 않는 상태가 된다. 아울러 UV LED 기판이 광촉매필터와 너무 가까울 경우 자외선이 주로 조사되는 광촉매필터의 중간 영역으로는 공기 유동이 잘 되지 않아 활성화가 가장 잘 이루어지는 영역에 막상 접촉하는 공기의 양이 더 적어지기 때문에 오히려 광촉매필터에 의한 탈취효율을 떨어뜨리게 된다. 또한 둘 사이의 거리가 4cm 이상으로 너무 멀면 광촉매필터의 단위면적 당 자외선의 세기가 줄어 광촉매 활성화 정도가 떨어진다.

한편 공기의 유동 방향에 대해서도 고려할 필요가 있다. 본 발명에 의하면 공기의 유동 방향은 자외선 광원인 UV LED에서 광촉매 필터를 향하는 방향과 동일하다.

이는 실험 결과에 근거한 것인데, 실험 결과 자외선 광원에서 광촉매 필터를 향하는 방향과 동일한 방향으로 공기를 유동시키는 것이, 그 반대 방향으로 공기를 유동시키는 것보다 정화 효율이 더 뛰어남을 확인할 수 있었다.

광촉매 필터는 공기가 다수의 공기유동로를 통과해야 하는 구조이기 때문에 광촉매 필터를 거치면서 유동 저항에 의해 공기 압력이 떨어지게 된다. 한편 광촉매 반응은 광촉매 물질의 표면과 공기의 접촉이 많을수록 더 활발하게 이루어진다. 따라서 광촉매 필터를 통과하면서 압력 강하가 일어나기 전에 공기가 광촉매 물질과 접하며 공기 중의 유해 가스가 분해되도록 하는 것이, 공기가 광촉매 필터를 통과하여 압력이 떨어진 후 광촉매 물질과 접하여 공기 중의 유해 가스가 분해되도록 하는 것보다 분해 효율이 더 높다. 그러므로 본 발명에서는 자외선 광원에서 광촉매 필터를 향하는 방향으로 공기가 흐르도록 구성하여 광촉매 필터에 의한 공기 정화 효율을 더 높였다.

다음으로, 도시된 바와 같이 내부하우징의 광촉매필터 설치부(34)는 그 하단부가 단턱의 형상으로 이루어져 있다. 따라서 내부하우징의 상부로부터 광촉매필터(80)를 내려 놓는 방식으로 광촉매필터(80)를 설치할 수 있다.

한편 외부하우징의 상면하우징(40)은 바디하우징(20), 보다 엄밀히 말하면 전방하우징(21)의 상면에 착탈 가능하게 설치되어 있다. 따라서 상면하우징(40)을 분리해내면 바디하우징(20)의 상부에 개구가 형성되며, 이러한 개구를 통해 상술한 광촉매필터를 넣고 빼는 것이 가능하다.

내부하우징의 상단과 외부하우징의 상단 사이에는 약간의 공간이 존재하며, 이러한 공간에서는 도시된 바와 같이 상방으로 공기가 유동하게 된다. 이러한 공기의 흐름은 외부하우징과 내부하우징 사이의 공간에 존재하는 공기 역시 위로 끌어올리게 된다.

본 발명에서는 공기의 오염도를 측정하는 센서(90)를 외부하우징 외부에 두지 않고 외부하우징과 내부하우징 사이의 공간에 두었다. 도시된 실시예에서는 내부하우징(30)의 외면에 먼지 센서(91)와 가스 센서(92)를 두었으나, 이들을 외부하우징의 내면에 설치하여도 무방하다. 다만, 배선의 편의를 위해, 후방하우징보다는 전방하우징 내면에, 더 바람직하게는 내부하우징 외면에 설치하는 것이 좋다.

외부하우징과 내부하우징 사이의 공간은 필터를 거치지 않은 외부 공기와 동일한 오염도를 가지는 공기로 채워지며, 내부하우징을 통과하는 공기보다는 차분하지만 앞서 설명한 바와 같이 흡입구를 통해 들어와서 토출구로 나가는 일정한 유동을 가지고 있어 계속적으로 외부 공기와 동일한 오염 수준의 공기가 흐르게 되고, 일정 수준 격리된 공간 내에 있기 때문에, 이러한 공간에 존재하는 공기를 측정하면 공기의 오염도를 더욱 정확하게 측정하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면 공기정화기의 전기 전자 부품 역시 매우 합리적으로 배치되어 있다. 본 발명의 바닥하우징(10)은 상면부재(11)와 하면부재(12)를 포함하고, 이들은 소정 간격 이격 설치된다. 따라서 이들 사이에는 약간의 공간이 마련되고, 여기에 공기 정화기의 작동을 제어하는 제어 PCB(14)가 설치되어 있다. 즉 제어 PCB(14)는 공기정화기의 바닥 부분에 설치되며, 상면부재와 하면부재 사이의 공간에 매립되어 공기 정화기를 유지보수하기 위해 후방하우징(22)을 착탈하더라도 노출되지 않게 된다. 제어 PCB의 후방에는 커넥터(15)가 설치되어 외부 전원과 연결된다.

커넥터를 통해 받은 전원은 내부하우징에 설치된 팬(60), UV LED 기판(50), 그리고 센서(90)로 전달된다. 또한 전원은 전방하우징(21)에 설치된 표시부(211,212,213) 부분, 그리고 상면하우징(40)에 설치된 조작부(41,42,43)로 연결된다.

전방하우징(21)의 내측에 형성된 체결부(211)에는 표시 PCB(212)가 설치되고, 이와 인접하는 전방하우징 부분에는 옵틱(213; optical part)이 형성되어 있어서, 표시 PCB에 설치된 발광 다이오드의 온오프 및 색상, 점멸 등의 방식으로 공기 정화기의 작동을 외부에 표시한다.

한편 상기 표시부와 가까운 위치로서, 상면하우징(40)의 하면에 형성된 체결부(41)에는 조작 PCB(42)가 설치되고, 상면하우징(40)의 앞부분에는 버튼(43)이 형성되어 있다.

따라서 두 PCB(212,42)로 연결되는 전원선은 전방하우징의 내면을 따라 함께 배선되는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 바닥하우징
11: 상면부재
12: 하면부재
14: 제어 PCB
15: 커넥터
20: 바디하우징
21: 전방하우징
211: 표시 PCB 체결부
212: 표시 PCB
213: 옵틱
215: 전방 흡입구
22: 후방하우징
221: 후방 제1흡입구
222: 후방 제2흡입구
23: 경계부
30: 내부하우징
31: 집진필터수용부
32: 팬 설치부
33: UV LED 기판 설치부
34: 광촉매필터 설치부
35: 센서 설치부
40: 상면하우징
41: 조작 PCB 체결부
42: 조작 PCB
43: 버튼
45: 토출구
50: UV LED 기판
51: UV LED
60: 팬
70: 집진필터
71: 헤파필터
72: 카본필터
80: 광촉매필터(TiO2)
90: 센서
91: 먼지 센서
92: 가스 센서

Claims (10)

1. 흡입구와 토출구가 형성된 외부 하우징;
   상기 외부하우징의 내부에 마련되는 내부하우징;
   상기 내부하우징에 설치되며 상기 토출구 방향으로 공기를 강제 배출시키는 팬;
   상기 팬의 공기 배출 방향의 반대 방향에 배치되며, 상기 내부 하우징의 하부에 설치되는 집진필터; 및
   상기 외부하우징과 상기 내부하우징 사이의 공간에 배치되어,　상기 집진필터를 통과하지 않은 공기의 오염도를 측정하는 센서;를 포함하고,
   상기 집진필터는 상기 내부하우징의 하면 테두리를 따라 형성되며, 내부에 공간이 형성된 기둥구조이며,
   상기 집진필터의 상단면은 상기 내부하우징의 하면의 하부에 위치하고, 하단면은 상기 외부하우징의 내부의 바닥면의 상부에 위치하며,
   상기 집진필터의 기둥을 이루는 측면과 상기 외부하우징의 내측면 사이에 상기 흡입구로 유입된 공기가 유동할 수 있는 이격 공간이 형성되고,
   상기 이격 공간에 유입된 공기는 상기 집진필터의 측면을 통과하여 상기 내부 하우징을 향하는　공기 정화기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 센서는 상기 외부하우징의 상기 흡입구와 상기 토출구 사이에 설치되며, 상기 흡입구를 통해 들어오고 상기 외부하우징과 상기 내부하우징 사이의 공간을 통과하여 상기 토출구로 배출되는 공기의 질을 측정하는 공기 정화기.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부하우징은 상기 토출구가 형성된 상면을 포함하는 상면하우징을 포함하고, 상기 상면하우징은 착탈 가능하게 설치되는 공기 정화기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 집진필터는 통형상의 외주면을 가지는 헤파필터를 포함하는 공기 정화기.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 헤파필터의 외주면에는 상기 헤파필터의 형상과 대응하되 상기 헤파필터보다 큰 통형상의 외주면을 가지는 카본필터가 배치되는 공기 정화기.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 집진필터는 외주면에 필터 부재가 배치된 통 형상을 이루되,
   상기 외부하우징의 상기 토출부는 상단에 형성되고, 상기 외부하우징의 상기 흡입구는 측면에 형성되며,
   상기 집진필터의 상단면은 상기 팬이 설치되는 상기 내부하우징의 팬 설치부의 하단면에 밀접하게 수평방향으로 끼워지는 공기 정화기.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부하우징의 측면을 포함하는 바디하우징은 전방하우징과 후방하우징을 포함하고,
   상기 후방하우징은 착탈 가능하게 설치되며,
   상기 후방하우징을 분리하여 마련되는 기구부를 통해 상기 집진필터가 삽입 및 인출 가능한 공기 정화기.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 전방하우징에는 공기 정화기의 작동 상태를 표시하는 표시부가 설치된 공기 정화기.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부하우징은 그 상면을 포함하는 상면하우징을 포함하고, 상기 상면하우징에는 조작부가 설치된 공기 정화기.
10. 흡입구와 토출구가 형성된 외부 하우징;
    상기 외부하우징의 내부에 마련되며, 상기 외부하우징에 대해　분리되어　형성되는 내부하우징;
    상기 내부하우징에 설치되며 상기 토출구 방향으로 공기를 강제 배출시키는 팬;
    상기 팬의 공기 배출 방향의 반대 방향에 배치되며, 상기 내부 하우징의 하부에 설치되는 집진필터;
    상기 내부하우징의 외면 또는 상기 외부하우징의 내면에 배치되어 상기 내부하우징과 외부하우징 사이의 공기의 질을 측정하는 센서;를 포함하고,
    상기 집진필터는 상기 내부하우징의 하면 테두리를 따라 형성되며, 내부에 공간이 형성된 기둥구조이며,
    상기 집진필터의 상단면은 상기 내부하우징의 하면의 하부에 위치하고, 하단면은 상기 외부하우징의 내부의 바닥면의 상부에 위치하며,
    상기 집진필터의 기둥을 이루는 측면과 상기 외부하우징의 내측면 사이에 상기 흡입구로 유입된 공기가 유동할 수 있는 이격 공간이 형성되고,
    상기 이격 공간에 유입된 공기는 상기 집진필터의 측면을 통과하여 상기 내부 하우징을 향하는　공기 정화기.

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