KR20220146465A - 공기 정화 살균 유닛 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 공기 정화 장치는 광촉매 산화(photocatalytic oxidation: PCO) 유닛 및 팬 어셈블리를 수용하는 하우징을 포함한다. 그리고 장치는 HEPA 필터와 같은 필터를 수용하기 위한 필터 수용부를 선택적으로 포함할 수 있다. 공기 정화 장치 병원과 같은 의료 환경과 같은 대상 내부 환경에 존재하는 공기에 효율적인 정화 또는 위생 제공하도록 구성된다.
Description
주변 공기를 처리하거나, 공기중의 입자를 제거하는 종래의 시스템은 HEPA(High-efficiency particulate air)필터를 포함한다. 이러한 시스템은 예를 들어 공기가 필터를 통과할 때 0.3μm와 같거나 큰 직경을 가지는 입자 99.97%가 제거가 되어야 하는 것과 같은 HEPA조건을 만족하는 필터를 이용한다. HEPA 필터 시스템은 공기 중의 입자의 제거에는 유용한 반면, 시간이 경과됨에 따라 막히거나, 지족적인 모니터링의 필요, 교체와 같은 필터 시스템이 일반적으로 가지는 제한에 따라 불편함이 있다. 또한, 필터 베이스의 시스템은 화학물질을 비활성화하거나, 원하지 않는 가스의 제거, 악취를 발생하는 작은 분자의 제거를 할 수가 없다. 나아가 HEPA 필터 시스템이 주변공기의 오염을 제거할 수 있는 반면, 가까은 표면의 오염을 처리하지는 않는다.
다른 시스템에서는 활성화된 카본 필터나 정전기 필터를 이용할 수 있다. 이러한 시스템은 오염물질을 포획(trap)하는 능력을 강화하거나 여과효율을 향상시키기 위하여 사용할 수 있는 반면, 필터 교체, 시간이 경과함에 따른 필터 성능 저하, 표면 오염 처리가 불가능하다는 등, 상기 설명한 필터 베이스 시스템이 일반적으로 가지는 제한을 여전히 가지게 된다.
이온화장치(ionnizers)와 같은 다른 공기 정화 시스템은 주변 공기로 음이온을 방출하도록 설계된다. 이러한 이온은 꽃가루, 먼지 등 양전하를 띄는 오염물질에 부착이 된다. 이러한 오염물질은 무게 증가에 따라 하부로 이동하여 회수판에 용이하게 회수가 될 수 있다. 그러나 많은 오염물질이 파괴되거나 제거되지 않고 바닥 또는 플레이트로 이동하기 때문에, 음이온이 소멸하거나, 분리된 후에 오염물질이 다시 공기 중으로 유입될 수 있다. 만약 회수판이 사용된다면 어떠한 필터 시스템에서도 회수판은 주기적으로 청소가 되거나 대체가 되어야 한다.
다른 공기 정화 시스템은 주변 공기의 오염을 비활성화 또는 저하하기 위하여 자외선 방사를 이용하도록 설계된다. 이러한 시스템은 UV 살균 방사 또는 UVGI 공기 정화 장치로 지칭될 수 있다. 자외선광은 전형적으로 단파 자외선광(UV-C lignt)으로 튜닝된다. 그리고 자외선광이 통과하는 공기를 직접 소독하기 위하여 공기가 하나 또는 그 이상의 자외선 램프를 향하여 유동하는 방식으로 동작한다. 비록 UVGI 시스템은 통과하는 모든 오염물질을 잡아내거나 여과하기보다 일부 오염물질을 파괴할 수 있지만, 여전히 제한은 있다. 많은 박테리아나 곰팡이 오염물질, 특히 포자는 자외선광에 노출됨에 따라 파괴가 되지 않는 경우가 있다. 그리고 일부 휘발성 유기 화합물(VOCs)도 자외선광에 저항을 가지고 있거나, 더 나쁘게는, 자외선광과 반능하여 더 나쁘게 변형되거나 가까운 주면 개인들에게 노출이 될 수 있다.
광촉매 산화(Photocatalytic oxidation: PCO) 공기 정화 장치는 자외선광을 사용하는 점에서 자외선 공기 정화 자치와 일정 부분 유사하다. 그러나 PCO 시스템은 자외선광을 오염물질과 직접 상호작용을 하기 위하여 사용하는 대신, 자외선광을 촉매물질에 조사한다. 주변 공기의 물분자는 자외선광 및 촉매와 상호 작용을 하고, 히드록실라디칼(Hydroxyl radicals)과 같은 다양한 산화제(oxidizers)를 생성한다. 산화제가 유기 분자 오염물질을 공격하여 오염물질을 덜 유해하게 변형시킨다.
따라서 PCO 시스템은 대상공간에서 오염물질을 수거하는 대신 오염물질을 파괴하거나 제거하게 된다. 그러나 종래의 PCO 시스템은 몇 가지 제한이 있다. 예를 들어 통과하는 공기는 발생한 산화제가 공기와 섞이고, 공기 중의 오염물질과 접촉을 하기 위해서촉매와 가까운 위치에 있어야 한다. 이상적으로는 산화제가 가까운 표면에 도달하여 표면 오염 역시 처리하기 위하여 발생한 산화제의 일부는 촉매와 자외선 램프를 지속하여 통과하여야 한다.
설계에 있어서 촉매 물질과 UV 어셈블리 양자 사이의 상대적인 위치, 그리고 공기흐름 경로와의 상대적인 위치에 대한 여러 결정이 이루어져야 한다. 만약 축매물질과 통과하는 공기와 충분한 접촉이 이루어 지지 않는다면, 혹은 촉매 물질에 충분한 조사가 이루어지지 않는다면, 산화제의 발생이 저하되고, 공기와 산화제가 충분히 섞이지 않으며, 궁극적으로 오염물질에 대한 최적의 처리가 이루어지지 않게 된다. 반대로 촉매물질과 공기 그리고/혹은 UV 어셈블리와 공기흐름 경로 사이의 과도한 접촉이 이루어지는 경우 불필요하게 공기흐름을 제한하게 되고, 이에 따라 시스템을 동작시키기 위한 동력이 증가 그리고/또는 시스템을 유동하는 공기의 용량이 줄어들게 된다. 공기흐름이 줄어드는 경우 시스템의 처리 효율이 떨어지고, 대상공간을 정화하기 위한 시간이 증가하며, 그리고/또는 시스템이 표면 오염을 처리할 수 있도록 산화제가 촉매를 지나 멀리 방출할 수 있는 능력을 방해한다.
따라서, PCO 기반의 공기종화 시스템의 성능 향상을 위한 니즈는 지속적으로 있었다. 그리고 효과적인 공기 정화 유닛는 주위공기에 대한 순조로운 정화 및 처리를 제공할 수 있어야 한다.
본 발명의 다양한 목적, 특징, 특징 및 이점은 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부된 도면 및 첨부된 청구항들과 함께 취해진 실시예의 다음의 설명으로부터 명백해지고 더 쉽게 이해될 것이다. 도면에서, 유사한 참조 번호가 다양한 도면에서 대응하는 또는 유사한 부분을 지정하기 위해 사용될 수 있으며, 도시된 다양한 요소는 반드시 축척에 맞게 그려질 필요는 없다.
도1은 예시적인 공기 정화 장치의 사시도;
도2는 도1의 공기 정화 장치의 내부를 나타내기 위하여 개방 도어가 오픈된 상태를 나타내는 도면;
도3은 도2의 공기 정화 장치의 내부를 추가적으로 표시하기 위하여 내부 패널이 제거된 상태를 나타내는 도면;
도4는 공기 정화 장치의 PCO 유닛과 팬 어셈블리는 나타내는 도면;
도5는 PCO유닛를 구체적으로 나타내는 도면;
도6은 PCO 유닛의 내부 형상을 표시하기 위하여 PCO 유닛의 부분을 제거한 도면.
도1은 예시적인 공기 정화 장치의 사시도;
도2는 도1의 공기 정화 장치의 내부를 나타내기 위하여 개방 도어가 오픈된 상태를 나타내는 도면;
도3은 도2의 공기 정화 장치의 내부를 추가적으로 표시하기 위하여 내부 패널이 제거된 상태를 나타내는 도면;
도4는 공기 정화 장치의 PCO 유닛과 팬 어셈블리는 나타내는 도면;
도5는 PCO유닛를 구체적으로 나타내는 도면;
도6은 PCO 유닛의 내부 형상을 표시하기 위하여 PCO 유닛의 부분을 제거한 도면.
예시적인 공기 정화 장치를 설명한다. 일 실시예로 공기 정화 장치는 PCO유닛 및 팬 어셈블리를 수용하는 하우징을 포함한다. 공기 정화 장치는 선택적으로 HEPA 필터와 같은 필터를 홀딩하기 위한 필터 수용부를 포함할 수 있다. 이하 자세히 설명하는 것과 같이 공기 정화 장치는 대상 내부 환경에 있는 공기의 효과적인 정화와 위생을 제공한다.
상기 공기 정화 장치는 병원 객실, 응급실, 수실실, 의사 사무실, 실험실, 회복실, 신생아실 등 의료 환경에 있는 공기의 정화 및 위생에 이점이 있을 수 있다. 상기 공기 정화 장치는 병원 감염이 발생하는 것을 방지 또는 예방하는데 이점이 있다. HEPA를 이용한 여과와 PCO 동작의 조합을 통하여 오염 물질을 제거하고(여과를 통하여), 잔류하는 오염 물질/병원균을 파괴/제거한다(PCO유닛에서 생성된 산화제를 통하여). 카본 필터 그리고/또는 이온화기는 공기 정화 효율을 강화하기 위하여 선택적으로 부가될 수 있다.
위치 설명어 "상부", "하부", "우측", "좌측", "전", "후","전방", "후방", "수직", "수평" 및 "측면"은 예시된 공기 정화 장치의 상이한 구성요소의 상대적인 위치를 설명하는데 있어 편의를 위해 사용된다. 그러나, 예시된 PCO 유닛(100)은 배향 의존적이지 않으며, 따라서 일부 애플리케이션에서 "하부" 측면이 반드시 중력 방향을 향하는 것은 아닐 것이며, 예를 들어, PCO 유닛의 세로축이 반드시 지면에 직각일 필요는 없다는 것이 이해될 것이다.
본 명세서에서 설명되는 실시예는 기존 시스템 또는 동일한 구조적 특징 그리고/또는 최적화를 가지지 않는 시스템과 비교하여 전체적으로 강화된 성능을 제공할 수 있다. 여기서 "전체적으로 강화된 성능"은 동일한 형태를 가지지 않는 그리고/또는 최적화 되지 않은 장치와 비교하여 전력기준(예를 들어, 장치에 의해 사용되는 와트당), 부피 당 기준(예를 들어 장치가 차이하는 cm3 당) 또는 양 기준에서, 주어진 공간/환경으로부터 오염 물질을 보다 효과적으로 제거하는 능력 의미한다.
공기 정화 장치의 개요
도1은 예시적인 공기 정화 장치(100)의 등각도를 나타낸다. 도시된 공기 정화 장치(100)는 이하 자세히 설명되는 다른 구성요소들이 수용되는 하우징(102)을 포함한다. 하우징(102)는 공기 정화 장치(100)의 구동 파트(예를 들어, 팬), 조사되는 자외선광(예를 들어 내부 PCO 유닛으로부터)과 같은 내부 구성요소를 보호하는 기능을 한다.
하우징(102)는 공기 정화 장치(100)를 원하는 위치로 이동시킬 수 있는 하나 또는 그 이상의 핸들(104)을 포함한다. 핸들(104)은 도시된 것과 같이 하우징(102)의 상부에 형성된다. 그리고/또는 공기 정화 장치(100)의 측면 그리고/또는 다른 적절한 지점에 위치할 수 있다. 하우징(102)는 원하는 위치에 배치하거나 이동을 위한 바퀴(110, 예를 들어 캐스터휠(caster wheels))를 더 포함할 수 있다.
공기 정화 장치(100)는 상태등, 팬 속도 조절부, 전원 버튼 또는 이들의 조합을 포함하는 사용자 조작부(106)를 더 포함할 수 있다. 유출부(108)은 공기 정화 장치(100)의 이하 설명하는 처리 및 정화 과정에서 공기를 주위 환경으로 나오도록 유동시킨다. 유입부(109, 도2 참조) 주변 환경으로부터 공기가 유입될 수 있게 공기 정화 장치(100)의 반대편에 위치할 수 있다. 따라서 공기는 공기 정화 장치(100)에서 화살표(112)가 지시하는 방향으로 흐르게 된다.
도2는 공기 정화 장치(100)가 부분적으로 열린 상태를 나타낸다. 도시된 것과 같이 하우징(102)의 일부는 도어패널(114)를 회전시키면서 개방/폐쇄하는 도어핸들(116)의 조작에 의하여 선택적으로 개폐되는 도어 패널(114)로 이루어 질 수 있다. 도어패널(114)는 열리게 되면 필터 수용부(118), 내부 패널(122))가 노출된다. PCO유닛(120)은 수리 그리고/또는 교체시 접근을 허용하기 위하여 내부 패널(122)를 통하여 부분적으로 연장된다.
필터 수용부(118)은 바람직하게는 HEPA 필터와 같은 하나 또는 이상의 공기 필터의 크기 및 형상에 대응되도록 형성된다. 카본 필터와 같은 하나 또는 그 이상의 다른 종류의 필터들이 추가적으로 또는 선택적으로 사용될 수 있다. 격자부(119)는 공기 정화 장치(100) 내부에 위치하는 구성요소와 필터 수용부(118)를 구획하기 위하여 위치할 수 있다. 공기필터는 상기 필터 수용부에 배치되어, 공기 필터가 유입부(109)와 PCO유닛(120)과 팬을 포함하는 다른 내부 구성요소 사이에 배치된다. 도어 패널(114)이 개방되면 공기 정화 장치(100)의 다른 부분을 추가적으로 열지 않고, 다른 내부 구성요소를 노출시키지 않는 상태에서 필터가 신속하게 검사 그리고 또는 교체될 수 있다.
공기 정화 장치(100)는 HEPA 여과 기능과 PCO 활동을 조합하여 동작하여 대상 공간의 효과적인 공기 정화를 할 수 있다. 공기가 PCO 유닛을 통과하기 전에 여과가 이루어짐에 따라 상대적으로 큰 오염 물질 입자가 필터링 되게 되고, 필터링 되지 않는 입자 또는 필터를 통과하는 물질들은 PCO유닛에서 생성되는 산화제에 노출이 되게 된다. 따라서 산화제에 오염물질에 대한 상대농도를 증가시키고, 전체적으로 공기 정화 장치의 정화 능력을 증가시킨다.
도3은 내부 구역(124)의 일부 구성요소를 효과적으로 나타내기 위하여 공기 정화 장치(100)의 내부 내널(122)이 제거된 상태를 나타낸다. 공기 정화 장치(100)는 내부 패널(122)이 적정 위치에 위치하지 않는 경우 내부 구성요소가 동작을 하지 않도록 하는 하나 또는 그 이상의 안전 스위치(126, 예를 들어 근접 센서, 기계적 센서 등등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 안전 스위치(126)는 팬 어셈블리(130) 그리고/또는 PCO유닛(120)의 자외선 램프가 동작하는 것을 방지할 수 있다.
팬 어셈블리(130)는 유출부(108)에 연결되어 공기가 내부 구역(124)으로부터 유출구(108) 바깥으로 유동시킨다. 팬 어셈블리(130)는 공기를 팬의 축/샤프트 방향으로 받아들어 축/샤프트의 실질적으로 수직인 방향으로 유동시키는 원심형태 팬을 포함한다. 예를 들어 도시된 실시예에서는 팬 어셈블리(130)의 하부에서 공기는 팬의 축을 따라 유입되고 유출부(108)을 토하여 외부로 배출된다.
다른 실시예에서는 팬의 축이 수평 방향으로 배치되거나, 다른 적절한 각도로 배추될 수 있지만, 도시된 실시예에서는 팬의 축은 수직 방향으로 배치된다. 도3에는 PCO 유닛(120)이 도시되어 있지 않고, 도4에 대한 기술에서 명확하게 설명하겠지만, PCO유닛(120)은 바람직하게는 팬 어셈블리(120)의 상류에 배치될 것이다. 축류팬(axial fan) 또는 크로스 폴로우 팬(cross-flow fan)과 같은 하나 또는 그 이상의 다른 종류의 팬이 추가적으로 또는 선택적으로 포함될 수 있을 것이다.
도4는 공기 정화 장치(100)의 PCO 유닛(120)과 팬 어셈블리(130)의 도시하기 위하여 공기 정화 장치(100)의 다른 구성요소를 제거한 하부 사시도이다. 화살표(112)는 공기 흐름 경로(비록 일부 공기는 팬 어셈블리(130)의 상부로 유입될 수 있지만)를 나타낸다. 이하 보다 자세히 설명하겠지만, PCO유닛(120) 통과하는 공기와 섞이는 산화제를 생성하도록 동작한다. 그리고 산화제는 통과하는 공기에 존재하는 오염 물질을 파괴하게 된다. 적어도 일부의 산화제는 공기 정화 장치(100)를 지나 공기 정화 장치 외부 대상 공간으로 배출된다. 그리고 배출된 산호제는 대상 공간의 표면에 접촉을 하고, 해당 표면에 위생처리(sanitizing) 작용을 하게 된다.
광촉매 산화 유닛
도5는 PCO유닛의 구체적인 형태를 나타내는 도면이다. PCO 유닛(120)는 안정기(128, ballast)에 연결된다. 안정기(128)는 PCO유닛(120)의 하나 또는 그 이상의 자외선 램프에 전달되는 전원을 컨트롤하는 전자회로를 포함할 수 있다. PCO유닛(120)은 하나 또는 그 이상의 자외선 램프 및 하나 또는 그 이상의 광촉매 셀 패널(140)을 지지하고 지향하는 구조를 제공하기 위한 프레임(142)을 포함한다. 프레임(142)는 PCO 유닛(120)으로의 접근을 용이하게 하기 위하여 내부 구역(124) 밖으로 연장되는 접속패널(144)에 연결되는 부착부(143)을 더 포함한다.
도6은 PCO 유닛의 내부 구성요소를 나타내기 위하여 하나의 광촉매 셀 패널을 제거한 상태를 나타내는 도면이다. 도시된 것과 같이, PCO 유닛(120)는 바람직하게는 복수 개의 자외선 램프(150)을 포함한다. 복수 개의 자외선 램프(150)는 수직 방향으로 적층된 형태로 배열된다. 즉 셀 패널(140)에 실질적으로 평행한 면을 따라, 유닛의 세로축(160)과 실질적으로 평행하도록 배치가 된다. 각 자외선 램프(150)은 공기 흐름 경로(즉 유닛(120)의 세로축을 따른)를 가로지르거나 실질적으로 수직인 선을 따라 수평 방향으로 연장될 수 있다. 비록 2개의 램프(150)가 도시되이 있지만, 다른 실시예에서는 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 2개 이상의 램프(150)를 포함할 수 있다.
PCO 유닛(120)은 제1 및 제2 자외선 램프(150) 사이에 위치하고 램프(150)와 같이 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 중간 리플렉터(146)을 더 포함한다. 중간 리플렉터(150)는 반사된 빗이 셀 패널(140)의 광 촉매 표면에 미치는 영향을 크게 하도록 각 자외선 램프(150)의 빛을 반사하도록 구성된다. 중간 리플렉터(146)가 램프(150) 사이에 배치되어 각 램프(150)에서 조사되는 빛의 일부가 반대편 램프(150)에 가까운 광촉매 표면 부분에 도달하는 것을 차단하지만, 놀랍게도 유닛(120)의 전체적인 광촉매 반응은 중간 리플렉터(146)을 사용함에 따라 강화되는 것을 확인하였다.
중간 리플렉터(146)은 베이스면(145) 및 상기 베이스면(145)에서 특정 각도를 형성하도록 연장되는 각도부(144)를 포함한다. 예를 들어 도시된 것과 같이 베이스면(145) 세로축과 실질적으로 평행하게 배치되고, 각도부(144)는 세로축을 가로지르는 방향으로 형성되는 하나 또는 그 이상의 각도면을 포함한다. 이러한 각도부(144)는 형성됨에 따라 자외선광의 확산 및 반사에 도움이 되고, 셀 패널(140)의 광촉매 면과의 상호작용을 개선되며, 추가적으로 전체적인 광촉매 반응을 증가시킨다는 것이 확인되었다.
각도부(144)는 하나 또는 이상의 첨단부(148, 예를 들어 베이스면(145)에서 가장 멀리 연장되는 부분)을 포함한다. 도시된 것과 같이 첨단부는 세로축을 가로지르는 방향(예를 들어 실질적으로 수직 방향인)으로 연장될 수 있다. 따라서 중간 리플렉터(146) 형성되거나/ 접히면서 경사부(144)를 형성할 수 있는 금속 스트립 또는 다른 적합한 소재로 이루어질 수 있다. 이러한 형태는 제작이 용이하면서 기능적으로 유닛의 광촉매 반응을 강화하는 것으로 확인되었다. 중간 리플렉터(146)는 프레임(142)의 측면에 끼우져서 프레임(142)에 손쉽게 결합될 수 있다. 실시예가 2개 이상의 자외선 램프(150)를 가지는 경우, 복수 개의 중간 리플럭터(즉, 각 쌍의 램프 사이에)를 포함할 수 있다.
PCO유닛(120)는 하나 또는 그 이상의 외부 리플렉터(162)를 더 포함할 수 있다. 외부 리플렉터(162)는 프레임(142)의 상부 그리고/또는 하부와 같이 프레임( 142)의 일부 부분으로 형성될 수 있다. 외부 리플렉터(162)는 PCO유닛의 내부 챔버 방향 및 자외선 램프(150) 방향으로 내측으로 연장될 수 있다. 외부 리플렉터(162)에는, 중간 리플렉터(146)와 같이, 자외선광을 반사하고, 이에 따라 빛이 보다 셀 패널(140)을 향하도록 하는 기능을 하는 경사면이 형성된다. 외부 리플렉터(162)는 프레임(142)에 절단부(164)를 위치시킴에 따라 형성될 수 있고, 이에 따라 외부 리플렉터(162) 원하는 각도로 폴딩을 하여 손쉽게 형성할 수 있다.
중간 리플렉터(146)와 대조적으로, 외부 리플렉터(152)는 세로축(160)과 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 첨단부(예를 들어 가장 내측 부분)를 가진다. 실질적으로 세로 방향을 따라 형성되는 첨단부를 가지는 적어도 하나의 외부 리플렉터와 실질적으로 세로축(160)을 가로지르는 방향으로 형성되는 하나 이상의 첨단부를 가지는 중간 리플렉터(146)의 조합으로 PCO유닛 내부챔버에 전체적으로 효과적인 자외선광의 반사가 이루어지고, 광촉매 활동 및 PCO유닛(120)의 효율이 강화되는 것으로 확인되었다.
예를 들어 상부 자외선램프(150)의 사시도에서 프레임(142) 상부에 가까이 위치하는 외부리플렉터(162)는 경사진 표면을 가지고, 이는 빛을 전, 후 방향으로 조사 또는 반사하는 것을 도와줄 뿐만 아니라, 상하 방향으로 조사하는 것을 도와준다. 반면 중간 리플렉터(146)의 경사진 표면은 빛이 상하 방향 뿐만 아니라 세로 방향으로 좌우로 조사 또는 반사하는 것을 도와준다. 전체적인 구성에 따른 반사면의 조합은 활발한 광촉매 활동을 위하여 광축매 편에 빛이 효과적으로 조사될 수 있도록 한다.
동작에 있어서, 램프(150)는 전원이 공급되어 셀패널(140)의 촉매면 방향으로 자외선을 조사하고, 산화제를 생성한다. 산화제는 통과하는 공기에 섞이면서 통과하는 공기를 정화하게 된다. 그리고 적어도 일부의 산화제는 공기를 따라 장치(100)의 외부로 나가게 된다.
셀패널(140)는 광촉매 코팅을 포함한다. 광촉매 코팅은 자외선 램프(150)과 대향하는 셀 패널(140)의 적어도 일부의 내측면에 코팅된다. 광촉매 코팅은 셀패널(140)의 개구부 표면을 코팅하기 위하여 개구부로 연장되어 형성될 수 있다. 광축매 코팅은 티나튬 산화물을 포함하는 금속 산화물을 포함할 수 있고, 선택적으로 하나 이상의 전이금속 그리고/또는 전이금속의 합금을 포함할 수 있다. 코팅에 사용될 수 있는 추가적인 또는 대안적인 광촉매 재료의 예는, 산화 그래핀, 금속-유기 프레임워크(metal-organic framework; MOF), 기타 반도체 재료, 양자점, 탄탈라이트, 다른 산화물(예: 아연, 구리, 철, 카드뮴, 주석, 지르코늄 또는 갈륨 산화물), 황화물(예: 황화 아연), 실리카, 및 이들의 조합을 포함한다.
장치의 작동 중에 생성되는 산화제는, 예를 들어, 과산화수소, 수산화물, 자유 산소 분자, 초산화물 이온 및 오존을 포함할 수 있다. 그러나, 바람직하게는 PCO 유닛(100)은, 오존 생성이 제한되거나 제거되도록 구성된다. 오존은 강력한 산화제이지만, 반면 과도한 오존은 민감한 사람에게 호흡기 자극을 초래할 수 있다. 오존을 최소화하거나 제거하면서 유효 레벨의 산화제를 생성하도록 PCO 유닛(100)을 맞춤으로써, 과잉 오존과 관련된 잠재적인 유해한 효과 없이 효과적인 정화 성능이 유지된다는 것이 밝혀졌다.
이러한 성능 특성을 제공하기 위해, UV 램프(124)는 바람직하게는 약 185 내지 254 nm의 파장을 갖는 광을 방출한다. UV 램프(124)는 전형적으로 약 5 내지 30와트 정격이거나, 보다 바람직하게는 5 내지 10 와트 정격일 것이다. 램프가 앞의 정격을 사용하는 경우 과도한 전원 생성 그리고/또는 과다 공간의 점유 없이 필요한 광촉매 활동을 위한 효과적인 에너지를 제공하는 것으로 밝혀졌다.
PCO 유닛(100)의 구조적 구성은, 효과적인 광촉매 활성, 기류와 생성된 산화제 사이의 효과적인 상호작용, 및 공기 정화 장치(100)의 크기 제약 범위내에서 효과적인 전체 체적 기류를 제공하도록 설계된다. 이러한 기능은 서로 상호 작용하며, 이러한 기능 중 하나를 향상시키는 것은 다른 기능 중 하나 이상과의 절충을 수반할 수 있다.
예를 들어, 광촉매 활성은 UV 램프(들)의 전체 표면적을 증가시킴으로써(예를 들어, 더 큰 램프를 사용함으로써) 및/또는 공기흐름 경로 내의 광촉매 재료의 비율을 증가시킴으로써 향상될 수 있다. 그러나, 이러한 변경 중 하나는 또한 장치의 공기흐름 저항을 증가시킬 가능성이 높을 것이며, 그에 따라서 공기흐름의 체적을 낮추거나 또는 장치에 걸쳐 더 높은 압력을 유지하기 위해 더 많은 전력을 필요로 것이다. 추가적으로 공기흐름 경로의 크기는 합리적인 제한을 유지하는 것이 요구되는 공기 정화 장치의 전체적인 사이즈에 따라 결정되기 때문에 공기흐름 경로의 전체적인 크기는 단순히 크게만 형성될 수 없다. PCO 유닛(100)을 통한 기류가 제한될 때, 주어진 실내/환경에 대한 공기 회전율(turnover rate)이 감소되며, 이는 공기를 정화하는 데 시간이 더 오래 걸린다는 것을 의미하거나 또는 정화 효율이 감소되는 것을 의미한다.
유사하게, 기류는, 공기와 광촉매 재료 사이의 접촉을 제한함으로써, 예컨대 다수의 개구를 통하지 않고 단순히 광촉매 위로 공기를 통과시킴으로써 또는 개구의 크기를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 그러나, 이는 공기와 생성된 산화제 사이의 상호 작용을 제한은 공기 내의 산화제의 혼합 및 분포를 제한한다. 생성된 산화제의 주어진 레벨에 대해, 따라서 산화제가 오염 물질과 접촉하고 이를 처리할 가능성이 더 적다. 유사하게 자외선 램프(150)와 셀 패널(140) 사이의 간격을 크게 하거나, 자외선 램프(150)의 전체적인 표면적을 작게 하여 기류를 증가시킬 수 있지만, 이는 산화제의 전체 광축매 생성을 낮추는 경향이 있다.
더 작은 개구부는 더 큰 개구부보다 공기 흐름을 더 큰 정도로 제한하는 경향을 가질 것이다. 그러나, 개구부의 코팅된 내부 표면이 장치의 광촉매 활성의 상당한 부분을 제공하기 때문에 그리고 더 작은 개구부가 활성 광촉매 표면의 더 큰 전체 면적을 허용하기 때문에, 더 작은 개구부가 더 큰 광촉매 활성을 제공하는 경향이 있다.
각 개구부의 평균 단면적을 약 0.1mm2보다 크게 그리고 약 10mm2보다 작게 설정하는 것이 기류를 과도하게 제한하지 않으면서 효과적인 광촉매 활성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 개구부는 보다 바람직하게는 약 0.2mm2 내지 약 5mm2, 또는 약 0.3mm2 내지 약 1mm2의 평균 단면적을 갖도록 크기가 결정될 수 있다. 너무 작은 개구부는 기류를 과도하게 제한함으로써 장치의 전체 성능을 감소시키는 경향이 있는 반면, 너무 큰 개구부는 광촉매 활성을 과도하게 제한함으로써 장치의 전체 성능을 감소시키는 경향이 있다.
셀 패널(140)의 개구부의 개수는 다양할 수 있다. 바람직하게는, 개구부는 셀패널(140)의 평면 방향 표면적의 약 25% 내지 약 75%가 개구부로 이루어지거나, 바람직하게는 약 35% 내지 약 65%, 또는 약 40% 내지 약 60%의 셀 패널(140)의 평면 방향 표면적이 개구부로 이루어지도록 제공된다. 여기서 "평면 방향 표면적"은 셀 패널(140) 평평하게 놓이고 상부에서 봤을 때 상면의 2차원의 표면적을 의미한다.
셀 패널(140)의 폭도 또한 변경될 수 있다. 더 넓은 셀 패널은 더 큰 전체 표면적을 갖는 더 긴 개구부를 제공하고, 따라서 더 큰 광촉매 활성을 제공하지만, 또한 공기가 개구를 통과해야 하는 길이를 증가시키고 그에 따라 기류 저항을 증가시킨다.
"셀 분율"은 본 명세서에서 셀 패널(140)의 결합된 폭을 셀 패널(140) 사이의 전체 폭(외부 표면으로부터 외부 표면까지)으로 나눈 것으로 정의된다. PCO 유닛(120)은 약 0.2 내지 약 0.7, 보다 바람직하게는 약 0.3 내지 약 0.6, 더욱 더 바람직하게는 약 0.4 내지 약 0.5의 셀 분율로 구성될 수 있다. 셀 분율을 전술한 범위 내에서 설정하는 것은 PCO유닛(120)의 개선된 전체 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
램프(150)의 직경 그리고/또는 셀 패널(140) 사이의 거리를 조절함에 따라 램프(150)와 셀 패널(140)의 내부 표면 사이의 거리가 또한 변경될 수 있다. 램프(154)와 셀 패널(140) 사이의 더 큰 폭은 PCO 유닛(120)를 통과하는 공기에 대한 더 큰 체류 시간을 허용하지만, 또한 램프(150)와 셀 패널(140) 사이의 거리를 증가시킴으로써 광촉매 활성을 감소시킨다.
"광 분율"은 본 명세서에서 램프(150)의 폭/직경을 대향하는 셀 패널(140)의 내부 표면 사이의 전체 거리로 나눈 것으로 정의된다. PCO유닛(120)는 약 0.45 내지 약 0.7, 또는 보다 바람직하게는 약 0.5 내지 약 0.6의 광 분율로 구성될 수 있다. 광 분율이 전술한 범위 내에 있도록 장치(100)를 설정하는 것은 PCO 유닛(120)의 개선된 전체 성능을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
다음의 설명은, 여러 애플리케이션, 특히 통합 팬 어셈블리를 갖는 모듈식 이동식 실내 청소 유닛을 포함하는 애플리케이션에서 효과적인 성능을 제공하는 것으로 밝혀진 예시적인 PCO 유닛(100)의 일부 치수를 제공한다. 그러나, 예시적인 치수가 반드시 제한적인 것은 아니며, 다른 실시예는 특정 애플리케이션 요구를 제공하기 위해 크기가 조정되거나 스케일링될 수 있음이 이해될 것이다.
일 실시예에서, PCO 유닛(120)는 약 2 내지 4.5인치(약 5.1 내지 11.4cm)의 전체 높이, 약 1.5 내지 2.5인치(약 3.8 내지 6.4cm)의 전체 폭, 및 약 4 내지 8인치(약 10 내지 20cm)의 길이를 가질 수 있다. 셀 패널(140)은 그에 맞게 크기가 정해질 수 있고, 약 5mm 내지 약 30mm, 또는 보다 바람직하게는 약 10mm 내지 약 20mm, 또는 훨씬 더 바람직하게는 약 10mm 내지 약 15mm의 폭을 가질 수 있다. 자외선 램프(150)는 또한 장치(100)의 전체 치수 내에 맞도록 그에 따라 크기가 정해질 수 있고, 따라서 약 3 내지 7인치(약 8 내지 18cm)의 길이 및 약 0.25인치 내지 약 0.75인치(약 0.6 내지 2cm)의 직경을 가질 수 있다.
실시예
공기 정화 장치를 1,000ft2 크기의 공간에 설치되고, 해당 공간의 공기 중의 병원균을 줄이는 능력을 테스트하였다. 공기 중의 다양한 병원균의 레벨은 기준 레벨을 설정하기 위하여 초기에 테스트 하고, 공기 정화 정치를 작동시켰다. 동일한 공기중의 병원균의 레벨은 작동을 시작한 다음 30분 및 60분으로 반복적으로 테스트하였다. 공기중의 오염물질의 저감은 아래의 표1에 요약되었다.
| 공기중 병원균 | 30분 경과 후 감소 퍼센트 | 1시간 후 감소 퍼센트 |
| Staphylococcus epidermidis (gram positive bacteria) |
99.99 (4 log) |
99.9999 (6 log) |
| Erwinia herbicola (gram negative bacteria) |
99.99 (4 log) |
99.999 (5 log) |
| Aspergillus niger (mold spores) |
99.9 (3 log) |
99.99 (4 log) |
| Bacillus globigi (mold spores) |
99.9 (3 log) |
99.99 (4 log) |
| MS2 Bacteriophage Virus (RNA virus) |
99.999 (5 log) |
99.9999 (6 log) |
| Phi-X147 Bacteriophage Virus (DNA virus) |
99.99 (4 log) |
99.995 (4.5 log) |
상기 요약된 데이터는 공기 정화 장치가 의료 환경에서 대략 30분에서 60분 에 다른 종류의 공기 중 병원균을 적어도 1log 또는 2log로 감소, 그리고 더 전형적으로는 적어도 3log 감소, 또는 적어도 4log 감소, 그리고 6log 감소시킬 수 있다는 것을 나타낸다.
추가적인 실시예
이하 설명되는 실시예들에는 다른 실시예에서 설명된 속성, 형태(예를 들어 구성요소, 부재, 구성, 파트 그리고/또는 부분)를 포함할 수 있다. 따라서 주어진 실시예들의 다양한 형태가 이전 설명된 다른 실시예에 조합 그리고/또는 결합될 수 있다. 따라서 개시된
본 명세서에서 설명된 실시예는 본 명세서에서 설명된 다른 실시예에서 설명된 특성, 특징(예를 들어, 성분, 구성요소, 부재, 요소, 부품, 및/또는 부분)을 포함할 수 있음이 또한 이해될 것이다. 따라서, 주어진 실시예의 다양한 특징은 본 개시의 다른 실시예들과 조합되거나 및/또는 통합될 수 있다. 따라서, 본 개시의 특정 실시예에 대한 특정 특징의 개시는 특정 실시예에 대한 상기 특징의 적용 또는 포함을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 다른 실시예가 또한 그러한 특징을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
실시예1: 공기유입구 및 공기유출구를 가지는 프레임; 상기 프레임 내부 구역 내의 공기흐름 경로를 통하여 유입구 내부로 공기를 유동시키고, 유출구 외부로 공기를 유동시키도록 구성되는 팬어셈블리; 및 상기 공기흐름 경로에 적어도 일부가 배치되고, 상기 공기흐름 경로를 가로지르는 세로축을 가지는 광촉매 산화유닛;을 포함하고, 상기 광축매산화유닛은, 세로축을 따라 연장되는 적어도 하나의 광촉매 셀 패널; 세로축을 따라 연장되고, 적어도 하나의 상기 광촉매 셀 패널을 향하여 자외선을 방출하도록 구성되는 하나 또는 그 이상의 자외선 램프; 및 상기 광촉매산화유닛 내에 배치되는 리플렉터를 포함하는 공기 정화 장치.
실시예2: 실시예1에 있어서, 상기 광촉매산화유닛은 상기 세로축을 따라 연장되고, 적어도 하나의 광촉매셀패널을 향하여 자외선을 방출하는 제1 및 제2 자외선 램프를 포함하고, 상기 리플렉터는 상기 제1 및 제2자외선 램프 사이에 배치되는 중앙 리플렉터인 공기 정화 장치.
실시예3: 실시예2에 있어서, 상기 제1 및 제2자외선 램프는 적어도 하나의 광촉매 셀 패널에 실질적으로 팽행인 평면에 위치하도록 배치되는 공기 정화 장치.
실시예4: 실시예2 또는 실시예3에 있어서, 상기 광촉매 산화 유닛은 상기 제1 및 제2자외선 램프 양측에 배치되고, 각각 세로축 방향으로 연장되는 제1 및 제2 광촉매 셀 패널을 포함하는 공기 정화 장치.
실시예5: 실시예 2 내지 4에 있어서, 상기 제1 및 제2자외선 램프는 각각 적어도 하나의 광촉매 셀 패널과 실질적으로 평행한 평면상에 위치하는 공기정화장치.
실시예6: 실시예 2 내지 실시예5에 있어서, 상기 중앙 리플렉터는 베이스면과 상기 베이스면에서 특정 각도로 연장되는 각도부를 포함하는 공기정화장치.
실시예7: 실시예6에 있어서, 상기 각도부는 세로축을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 하나 또는 그 이상의 첨단부를 가지는 공기정화장치.
실시예8: 실시예7에 있어서, 상기 각도부의 하나 또는 그 이상의 첨단부는 상기 세로축에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 공기정화장치.
실시예9: 실시예1 내지 8에 있어서, 상기 광촉매 산화 유닛은 프레임을 더 포함하고,상기 프레임은 제1자외선 램프 바깥쪽에 배치되고, 상기 제1자외선 램프 내측방향으로 연장되는 제1외부리플렉터를 포함하는 공기정화장치.
실시예10: 실시예9에 있어서, 상기 제1외부리플렉터는 상기 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 첨단부를 포함하는 공기정화장치.
실시예11: 실시예 9 또는 실시예10에 있어서, 상기 프레임은 제2자외선 램프 바깥쪽에 배치되고, 상기 제2자외선 램프 내측방향으로 연장되는 제2외부리플렉터를 더 포함하는 공기정화장치.
실시예12: 실시예11에 있어서, 상기 제2외부리플렉터는 상기 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 첨단부를 포함하는 공기정화장치.
실시예13: 실시예1 내지 12에 있어서, 상기 광촉매 산화 유닛은 상기 공기흐름 경로에 실질적으로 수직으로 배치되는 세로축 방향으로 배치되는 공기정화장치
실시예14: 실시예1 내지 13에 있어서, 상기 팬 어셈블리는 원심팬을 포함하는 공기정화장치.
실시예15: 실시예14에 있어서, 제14항에 있어서, 상기 원심팬의 축은 상기 공기흐름 경로에 실질적으로 수직으로 배치되는 공기정화장치.
실시예16: 실시예1 내지 15에 있어서, 상기 팬 어셈블리는 상기 광촉매 산화 유닛의 하류에 배치되는 공기정화장치.
실시예17: 실시예1 내지 16에 있어서, 상기 프레임은 필터의 크기 및 형상에 대응되도록 형성되고, 필터를 수용하는 필터수용부를 더 포함하는 공기정화장치.
실시예18: 실시예17에 있어서, 상기 필터수용부는 상기 공기유입부 및 상기 광촉매 산화 유닛 사이에 배치되는 공기정화장치.
결론
본 개시의 특정 실시예가 특정 구성, 파라미터, 구성요소, 요소 등을 참조하여 상세하게 설명되었지만, 본 설명은 예시적이며 청구된 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
또한, 설명된 실시예의 구성요소의 임의의 주어진 요소에 대해, 그 요소 또는 구성요소에 대해 나열된 임의의 가능한 대안예는, 암시적으로 또는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한, 일반적으로 개별적으로 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
또한, 달리 표시되지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 수량, 구성요소, 거리 또는 기타 측정치를 나타내는 숫자는 "약"이라는 용어 또는 그 동의어에 의해 선택적으로 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 용어 "약", "대략", "실질적으로", 또는 유사한 것이 언급된 양, 값 또는 조건과 함께 사용될 때, 이는 언급된 양, 값, 또는 조건의 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만, 또는 1%미만만큼 벗어난 양, 값 또는 조건을 의미하는 것으로 간주될 수 있다. 적어도 그리고 청구항의 범위에 대한 등가물의 원칙의 적용을 제한하려는 시도로서가 아니라, 각각의 수치 파라미터는 보고된 유효 자릿수의 관점에서 그리고 일반적인 반올림 기술을 적용하여 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용된 모든 제목 및 부제목은 조직 목적으로만 사용되며, 본 명세서 또는 청구항의 범위를 제한하기 위해 사용되도록 의도되지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용될 때, 단수 형태들 "일(a, an)", 및 "상기(the)"는 문맥이 명백하게 달리 기재하지 않는 한 복수의 지시대상을 배제하지 않는다는 것이 또한 주목되어야 할 것이다. 따라서, 예를 들어, 단일 지시대상(예: "위젯")을 언급하는 실시예는 또한 2개 이상의 이러한 지시 대상을 포함할 수 있다.
Claims (20)
- 공기유입구 및 공기유출구를 가지는 프레임;
상기 프레임 내부 구역 내의 공기흐름 경로를 통하여 유입구 내부로 공기를 유동시키고, 유출구 외부로 공기를 유동시키도록 구성되는 팬어셈블리; 및
상기 공기흐름 경로에 적어도 일부가 배치되고, 상기 공기흐름 경로를 가로지르는 세로축을 가지는 광촉매 산화 유닛;을 포함하고,
상기 광축매산화유닛은,
세로축을 따라 연장되는 적어도 하나의 광촉매 셀 패널;
세로축을 따라 연장되고, 적어도 하나의 상기 광촉매 셀 패널을 향하여 자외선을 방출하도록 구성되는 하나 또는 그 이상의 자외선 램프; 및
상기 광촉매산화유닛 내에 배치되는 리플렉터를 포함하는 공기 정화 장치. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매산화유닛은 상기 세로축을 따라 연장되고, 적어도 하나의 광촉매셀패널을 향하여 자외선을 방출하는 제1 및 제2 자외선 램프를 포함하고,
상기 리플렉터는 상기 제1 및 제2자외선 램프 사이에 배치되는 중앙 리플렉터인 공기 정화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2자외선 램프는 적어도 하나의 광촉매 셀 패널에 실질적으로 팽행인 평면에 위치하도록 배치되는 공기 정화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 광촉매 산화 유닛은 상기 제1 및 제2자외선 램프 양측에 배치되고, 각각 세로축 방향으로 연장되는 제1 및 제2 광촉매 셀 패널을 포함하는 공기 정화 장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2자외선 램프는 각각 적어도 하나의 광촉매 셀 패널과 실질적으로 평행한 평면상에 위치하는 공기정화장치. - 제2항에 있어서,
상기 중앙 리플렉터는 베이스면과 상기 베이스면에서 특정 각도로 연장되는 각도부를 포함하는 공기정화장치. - 제6항에 있어서,
상기 각도부는 세로축을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 하나 또는 그 이상의 첨단부를 가지는 공기정화장치. - 제7항에 있어서,
상기 각도부의 하나 또는 그 이상의 첨단부는 상기 세로축에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되는 공기정화장치. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매 산화 유닛은 프레임을 더 포함하고,
상기 프레임은 제1자외선 램프 바깥쪽에 배치되고, 상기 제1자외선 램프 내측방향으로 연장되는 제1외부리플렉터를 포함하는 공기정화장치. - 제9항에 있어서,
상기 제1외부리플렉터는 상기 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 첨단부를 포함하는 공기정화장치. - 제10항에 있어서,
상기 프레임은 제2자외선 램프 바깥쪽에 배치되고, 상기 제2자외선 램프 내측방향으로 연장되는 제2외부리플렉터를 더 포함하는 공기정화장치. - 제11항에 있어서,
상기 제2외부리플렉터는 상기 세로축에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 첨단부를 포함하는 공기정화장치. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매 산화 유닛은 상기 공기흐름 경로에 실질적으로 수직으로 배치되는 세로축 방향으로 배치되는 공기정화장치 - 제1항에 있어서,
상기 팬 어셈블리는 원심팬을 포함하는 공기정화장치. - 제14항에 있어서, 상기 원심팬의 축은 상기 공기흐름 경로에 실질적으로 수직으로 배치되는 공기정화장치.
- 제1항에 있어서,
상기 팬 어셈블리는 상기 광촉매 산화 유닛의 하류에 배치되는 공기정화장치. - 제1항에 있어서,
상기 프레임은 필터의 크기 및 형상에 대응되도록 형성되고, 필터를 수용하는 필터수용부를 더 포함하는 공기정화장치. - 제17항에 있어서,
상기 필터수용부는 상기 공기유입부 및 상기 광촉매 산화 유닛 사이에 배치되는 공기정화장치. - 공기유입구 및 공기유출구를 가지는 프레임;
상기 프레임 내부 구역 내의 공기흐름 경로를 통하여 유입구 내부로 공기를 유동시키고, 유출구 외부로 공기를 유동시키도록 구성되는 팬어셈블리; 및
상기 공기흐름 경로에 적어도 일부가 상기 공그흐름 경로에 실질적으로 수직인 세로축 방향으로 배치되고, 상기 공기흐름 경로를 가로지르는 세로축을 가지는 광촉매 산화 유닛;을 포함하고,
상기 광축매산화유닛은,
세로축을 따라 연장되는 적어도 하나의 광촉매 셀 패널;
세로축을 따라 연장되고, 적어도 하나의 상기 광촉매 셀 패널을 향하여 자외선을 방출하도록 구성되는 제1 및 제2 자외선 램프;
제1 및 제2 자외선 램프 사이에 배치되고, 베이스면과 상기 베이스면에서 여장되는 경사부 각도부를 포함하는 중간 리플렉터; 및
제1 및 제2자외선 램프 양 측에 배치되고, 각각 세로축 방향으로 연장되는 제1 및 제2 광촉매 셀 패널;
을 포함하는 공기 정화 장치. - 제19항에 있어서,
상기 각도부는 세로축을 가로지르는 방향을 따라 연장되는 하나 또는 그 이상의 첨단부를 가지는 공기정화장치.
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