KR20230015907A - 생물학적 작용제 및 휘발성 유기 화합물로부터 공기를 정제하는 방법 및 장치 - Google Patents

생물학적 작용제 및 휘발성 유기 화합물로부터 공기를 정제하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

방의 실내 공기질을 개선하는 방법으로서, 상기 방법은 : 상기 방으로부터 공기를 흡입하여 상기 공기를 알칼리 수산화물/H2O2 수용액으로 충전된 기체/액체 접촉기로 안내하는 단계; 상기 알칼리 수산화물/H2O2 수용액의 표면 레벨 아래의 기체/액체 접촉기에 설치된 천공막을 통해 상기 공기를 통과시켜서, 생성된 기포들이 상기 용액을 통해 이동하게 하는 단계; 및 상기 기체/액체 접촉기로부터 개선된 품질의 처리된 공기를 얻는 단계를 포함하며, 상기 처리된 공기는 : 감소된 이산화탄소 레벨; 및/또는 감소된 VOC 레벨; 및/또는 감소된 미생물 로드를 갖는 것을 특징으로 한다. 상기 방법을 수행하기 위한 공기청정기도 제공된다.

Description

생물학적 작용제 및 휘발성 유기 화합물로부터 공기를 정제하는 방법 및 장치
본 발명은 일반적으로 공기 처리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 휘발성 유기 화합물(VOC), 포름알데히드, 바이러스, 박테리아 등의 화학적 및 생물학적 오염물질로부터 공기를 정제하는 방법 및 CO2 레벨 및 생물학적 로드를 감소시키는 공기 정화를 위한 가정용 시스템에 관한 것이다.
가정과 사무실에서 사용되는 난방, 환기 및 에어컨(heating, ventilation and air conditioning; HVAC) 시스템은 공기 조절되는 폐쇄 공간 내에 대기 오염물질의 축적을 용이하게 한다. 사무실 건물에서 작동하는 중앙 HVAC 시스템은 실외 공기를 축적하고, 온도와 습도를 조절하며, 건물의 공간 내에서 조절된 공기를 순환시킨다. 그러나, 실외에서 시스템으로 유입되는 공기는 많은 경우 오염되어, 예를 들어 먼지, 연기, 스모그, 화학물질 등의 미세입자가 폐쇄 공간으로 운반되고, 공간 자체 내에서 추가적인 미세 입자가 추가된다. 이러한 상황은 유사하게 실내 공기가 폐쇄 루프로 순환하고 외부의 상쾌한 공기를 루프에 추가하지도 않는 소형 주택의 에어컨에서도 문제가 된다.
두 경우 모두(즉, 사무실 건물과 소형 주택의 경우) 공기-조절되는 공간 내에 먼지, 연기, 스모그, 그리고 바이러스 및 박테리아와 같은 생물학적 위험물과 같은 고체 입자와 가스가 축적된다. 이러한 미세 오염물질들은 건강과 생산성을 해친다.
기존의 HVAC 시스템을 보완하는 다양한 가정용 공기청정기(이하, 주택, 사무실, 병원, 진료소, 대합실 등의 개별 룸에서 사용되는 "주택-정화기' 또는 '실내-정화기'라고도 함)가 폐쇄 공간에서 오염 입자가 축적되는 것을 줄이기 위해 개발되었다. 이러한 장치들은 일반적으로 조용한 블로워(blower)와 하나 이상의 미세 필터 세트를 포함하는 독립형 장치다. 이 공기청정기들은 미세한 필터 세트를 통해 실내 공기를 순환시켜 1μm에서 10μm 이상 크기의 입자들을 포착하도록 설계된다. 1μm 입자들은 일반적으로 연기와 스모그에서 비롯되며, 2.5μm 입자들은 자동차 배기가스와 목재-연소 화재에서 비롯되며, 10μm 이상의 입자들은 일반 먼지에서 비롯된다. 이러한 미세 크기의 입자들을 최대 99%까지 포획하는 동안, 이러한 전통적인 공기청정기들은 일반적으로 휘발성 유기 화합물(VOC)(예를 들어, 포름알데히드), 알레르겐, 박테리아, 바이러스 등과 함께 다수의 화학적 및 생물학적 오염물질들에 대해, 즉 실내 이산화탄소 레벨 감소에 대해 효과적이지 않다.
공기 중의 화학물질 및 생물학적 오염물질을 제거할 수 있는 가정용 공기청정기를 제공할 필요성이 존재한다.
생물학적 로드를 감소시켜 실내 공기의 질을 향상시키기 위해 공기청정기에 화학 작용을 접목시키는 것은 JP 2003-161482(전기화학적으로 생성된 H2O2 용액), JP 2001-062239 및 CN 2675130(처리된 공기는 수산화알칼리 및 과산화나트륨을 포함하여 순차적으로 배열된 화학 용액을 통과함)에 설명되어 있다.
알칼리 수산화물/H2O2 수용액(즉, H2O2가 첨가된 알칼리 수산화물 용액, 이하 "MOH/H2O2" 시약이라고도 함; 여기서, M은 알칼리 금속, 예를 들어, 나트륨, 칼륨 또는 이들의 혼합물을 나타냄)은 이전에 초산화물 라디칼 음이온(O2-●)의 발생제로 앞서 보고되었다. 일련의 간행물(WO 2013/093903; Stoin, U. et al. ChemPhysChem, 2013, 14, 4158 및 WO 2015/170317)에서, 수성 MOH/H2O2 시약은 다음과 같은 몇 가지 유용한 목적을 위해 사용될 수 있는 강력한 산화제인 것으로 나타났다 :
플루 가스에서 이산화탄소 흡수;
벌크 사염화탄소 및 기타 염소화 메탄 및 에탄 화합물 파괴; 및
디젤 오일 및 원유 오염물질로부터 토양 정화.
공동 양도된 WO 2018/002710에서, 화재시 주로 발생하는 일산화탄소와 같은 표적 가스를 공기에서 제거하기 위해 수성 MOH/H2O2 시약을 사용할 것을 제안하는 공기 처리로 초점을 옮겼다. MOH/H2O2 시약이 중화시킬 수 있는 다른 표적 가스들은 WO 2018/002710의 15페이지에 나열되어 있다. WO 2018/002710에 기재된 시스템은 처리된 공간으로부터 오염된 공기의 흐름을 수용하는 입구 및 복수의 기포 내에 포함된 하나 이상의 표적 가스 종의 양이 수용액과의 반응을 통해 감소되도록 수용액을 포함하는 반응 챔버를 포함한다. 그 후 용액 밖으로 흘러나온 처리된 공기는 처리된 공간으로 되돌아간다. WO 2018/002710은, 특히 화재 중 심하게 오염된 공기의 경우, 유독가스(예를 들어, 일산화탄소, 이산화탄소, NOx 등)를 무해한 화학물질(예를 들어, 산소)로 변환하여 호흡을 용이하게 하는 반응 챔버의 효율성을 입증하고 있다. 그러나, 화재시 오염물질의 농도 비율이 정상 조건의 실내에 비해 몇 차수 더 높기 때문에, WO 2018/002710에서 입증된 바와 같이, 정상 조건의 가정 또는 사무실 실내의 상태는 화재로 오염된 공기 처리 상태와 실질적으로 다르다.
다른 측면에서, 종래의 가정용 공기청정기는 고정식 유닛으로서, 주어진 시간 동안 실내의 오염물질 비율이 유해 임계값을 초과하는지 여부에 관계없이, 각 실내에 전용 유닛을 배치하여 처리해야 했다. 이러한 구성은 자원의 낭비 또는 가정용 정화기가 배치되지 않은 실내들에서 공기 질 저하를 초래한다.
본 발명의 목적은 생물학적 위험물을 감소시키기 위한 새로운 가정용 정화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 위험 또는 유해 가스 및 생물학적 위험물을 감소시키는 가정용 정화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조용하게 작동되는 소형의 신규한 가정용 정화기를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 사무실 또는 가정 내에서 복수의 실내들을 처리할 수 있는 단일 가정용 공기청정기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 생물학적 유해물 및 위험 또는 유해 가스를 감소시키기 위해 상기 소형의 저소음 가정용 공기청정기 내에 소형 반응기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 가정용 공기청정기와 종래의 가정용 공기청정기를 일체화하는 것이다.
본 발명의 다른 목적들 및 이점들은 설명이 진행됨에 따라 명백해진다.
본 발명은 특히 양호한 실내 공기질을 유지할 필요성을 해소하는 것을 목적으로 한다. 건물과 구조물의 실내 공기에서 발견되는 오염물질은 화학적 오염물질과 생물학적 오염물질의 두 그룹으로 분류된다.
주요 화학적 오염물질은 포름알데히드로, 미국 환경보호국이 가구, 일부 직물(예를 들어, 카펫)에 사용되는 접착제와 발포체, 그리고 요리 및 흡연과 같은 연소 과정에서 발생하는 중요한 유해 대기 오염물질로 간주하는 무색의 매운 냄새가 나는 가스이다. 주요 생물학적 오염물질은 박테리아, 곰팡이, 바이러스이다.
본 발명을 지지하기 위해 행해진 실험 작업은 MOH/H2O2 시약이 실내 공기 중의 VOC 레벨(예를 들어, 포름알데히드)을 감소시킬 수 있음을 나타낸다. MOH/H2O2 시약은 오랜 테스트 기간에 걸쳐 포름알데히드 기체의 무해한 부산물로의 안정적이고 높은 전환율을 보여주어, 특성적인 포름알데히드 레벨(입방미터당 10분의 몇 밀리그램, ~ 0.2 mg/m3)에 도전하였다. 마찬가지로, 실내 공기 중의 낮은 이산화탄소 농도는 또한 MOH/H2O2 시약에 의해 효과적으로 표적이 될 수 있으며, 산소 생성의 잠재적 이점(O2는 초산화물에 의한 CO2 산화의 부산물임)과 함께 이산화탄소를 본질적으로 완전히 제거하도록 이끌 수 있다.
아래에 보고된 결과들은 또한 MOH/H2O2 시약이 공기 살균 작용을 가지고 있음을 나타낸다. 즉, 그것은 공기 중의 미생물에 작용한다. 따라서, MOH/H2O2 시약은 특히 박테리아를 제거함으로써 실내 공기의 미생물 로드를 제어하는 데 사용될 수 있다. 과산화수소는 박테리아에 작용하는 것으로 알려져 있지만, 과산화수소가 알칼리성 환경에서 즉시 분해된다는 점을 염두에 두고 MOH/H2O2 시약의 항균 효과는 놀라운 것이다. 본 발명을 뒷받침하기 위해 수행된 실험 작업은 바이오 에어로졸(박테리아(K. rhizophila)에서 생성됨)을 적재한 기류를 MOH/H2O2 시약으로 처리했을 때 대조군 대비 박테리아 로드의 높은 로그 감소가 측정되었음을 보여준다. MOH/H2O2 시약은 바이러스 퇴치에도 효과적이다 : 아래 설명된 실험 모델에서, 99.9% 이상의 제거율이 측정되었다(테스트된 바이러스는 코로나 바이러스(예를 들어, OC43과 같은 인간 코로나 바이러스)였다).
도면을 참조하여 하기와 같이, 주로 벌크 시약을 통과하도록 강제되는 기포의 생성에 기초하여, 유입되는 실내 기류와 수성 MOH/H2O2 시약 사이의 효율적인 접촉을 달성하기 위해 여러 반응기 구성이 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명의 주요 측면은 방의 실내 공기질을 개선하는 방법이며, 상기 방법은 : 상기 방으로부터 공기를 흡입하여 상기 공기를 알칼리 수산화물/H2O2 수용액으로 충전된 기체/액체 접촉기로 안내하는 단계; 상기 알칼리 수산화물/H2O2 수용액의 표면 레벨 아래의 기체/액체 접촉기에 설치된 천공막을 통해 상기 공기를 통과시켜서, 생성된 기포들이 상기 용액을 통해 이동하게 하는 단계; 및 상기 기체/액체 접촉기로부터 개선된 품질의 처리된 공기를 얻는 단계를 포함하며, 상기 처리된 공기는 :
감소된 이산화탄소 레벨(1000 - 200,000ppm(예를 들어, 1000 - 10,000ppm)에서 1000ppm 미만으로(예를 들어 400 - 700ppm 미만으로)); 및/또는
감소된 VOC(예를 들어, 포름알데히드) 레벨; 및/또는
감소된 미생물 로드(예를 들어, 박테리아 로드 및/또는 바이러스 로드의 최소 1로그 감소(예를 들어, 최소 2로그 감소))를 갖는 것을 특징으로 한다. 얻을 수 있는 또 다른 이점은 실내 환경에서의 최대 23%의 산소 농축이다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "천공막"은 기류를 분산시키고 용액 내에서 기포를 생성하도록 공기를 통과시킬 수 있는 천공 요소에 관한 것이다. 이것은 평평한 기하학적 구조(예를 들어, 도 16l에 도시된 바와 같은 막(836)) 또는 관형 기하학적 구조(예를 들어, 천공된 나선형 배관 구성을 갖는 도 18a에 도시된 막(936))을 가질 수 있다. "반응기"와 "기체/액체 접촉기"라는 용어는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다.
본 발명은 또한 방에서 화학적 및 생물학적 오염물질을 제거하기 위한 공기 청정기에 관한 것으로, 상기 공기 청정기는 : (a) 유입 공기 채널; (b) 실내의 공기를 상기 유입 채널로 유도하고, 상기 공기 채널을 통해 화학적 및 생물학적 오염물질-제거 반응기에 장착된 천공막으로 상기 공기를 유도하도록 구성된 하나 이상의 공기 흡입 컴포넌트들; 및 (c) 원자로로부터 처리된 공기를 공급받도록 구성된 배출 공기 채널을 포함하며; (d) 상기 반응기는 : (d.1) 정화 알칼리 수산화물/H2O2 수용액을 포함하도록 구성된 저장소를 포함하며; 상기 청정기의 작동 동안, 상기 천공막은 상기 천공막을 통과하는 공기가 상기 용액을 통과하여 상기 배출구 채널을 향해 이동하는 기포들로 전환되도록 상기 용액의 표면 레벨 아래에 위치되고; 상기 공기 청정기는 상기 반응기 상부에 위치하는 착탈식 저장 유닛을 더 포함하고, 상기 착탈식 저장 유닛은 알칼리 수산화물, 과산화수소 및 옵션으로 물을 포함하여 상기 반응기에 공급하도록 구성된다.
본 발명의일 실시예에서, 상기 유입구 공기 채널은 공기를 아래 방향으로 운반하며, 상기 유입구 공기 채널은 상기 천공막의 개구부를 통해 상기 천공막의 하부에 위치한 공기 구획을 향한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 유입 공기 채널의 바닥 배출구는 상기 천공막의 상면에 대해 밀봉되어, 상기 막의 관통부를 통해서만 상기 막 아래의 저장소의 섹션을 향하여 상기 유입 공기 채널로부터 공기를 통과시키며, 상기 막의 직경은 상기 알칼리 수산화물/H2O2 용액의 저장소의 직경보다 작다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 막의 각 천공은 40 μm 내지 1200 μm 범위의 직경을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 천공들 각각은 상기 천공막의 상면 및 하면에 각각 상부 개구부 및 하부 개구부를 가지며, 상기 상부 개구부의 직경은 상기 하부 개구부의 직경보다 크다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 천공부 각각은 단면상으로 2개의 섹션으로 구분되는데, 하부 섹션은 원통형이고, 상부 섹션은 절두원추형이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유입 공기 채널의 바닥 출구는 오염된 공기를 천공막으로 유도하도록 구성되고, 상기 천공막은 상기 정화 용액의 저장소의 하부에 위치하고 나선형 배관 구성을 갖는다.
본발명의 일 실시예에서, 상기 각각의 천공들은 단면에서 배관의 하부에 위치하여, 상기 천공을 통해 공기 배출구를 아래쪽으로 향하게 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 천공들 각각은 단면에서 상기 배관 수평 직경보다 적어도 30° 낮게 위치한다. 본 발명의 이 실시예에서, 상기 천공들 각각은 40 μm 내지 1200 μm 범위의 직경을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 두 천공들 사이의 거리는 상기 천공의 직경의 2 내지 50 범위이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 저장 유닛은 알칼리 수산화물 용기, H2O2 용기 및 옵션으로 물 용기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공기 청정기는 본질적으로 원통 형상을 가지며, 상기 알칼리 수산화물 용기, 상기 H2O2 용기 및 상기 물 용기가 상기 저장 유닛 내에 동심원상으로 배열되는, 공기 청정기.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 알칼리 수산화물 용기는 방출 가능한 배열로 알칼리 수산화물 정제들을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 알칼리 수산화물 용기는 복수의 컬럼을 포함하며, 각 컬럼은 알칼리 수산화물 정제들을 저장하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 알칼리 수산화물 용기는 각도적으로 회전(angularly revolving)하도록 구성되어, 상기 용액 저장소로 이어지는 통로에 대한 개구부 위에 단일 컬럼을 위치시킴으로써, 수산화물 정제들에 의해 상기 용액의 주기적 공급을 허용한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공기 청정기는 상기 반응기 상류의 유입 채널에 장착된 HEPA 필터 및 블로워를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공기 청정기는 HEPA 필터를 갖는 가정용 실내 정화기와 통합되며, 상기 유입 공기 채널은 상기 HEPA 필터로 하류로 분기되는 상기 가정용 실내 정화기의 유입 공기 채널에서 분기하고, 상기 배출구 채널은 상기 가정용 실내 정화기의 배출구 채널과 합류한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 공기 청정기는 상기 실내 공기에서의 CO2 농도를 측정하기 위한 센서를 더 포함하고, 상기 장치의 작동 일정 및 기간은 상기 센서에 의한 CO2 측정에 기초한다.
본 발명은 또한 가정용 공기 정화 시스템에 관한 것으로, 상기 공기 정화 시스템은 : (a) 각 센서가 가정의 다른 방에 배치되는 복수의 공기 품질 센서들; (b) 도킹 스테이션으로서, 상기 도킹 스테이션은 : (b.1) 이동식 공기 청정기를 호스팅하고; (b.2) 모든 상기 복수의 센서들로부터 공기 품질 측정값을 수신하고, 그리고 실내 오염 레벨이 미리 정의된 오염 임계값을 초과하는 시기를 판단하고; 그리고 (b.3) 상기 이동식 공기 청정기와 통신하고, 그리고 적어도 상기 미리 정의된 오염 임계값 이상의 오염이 감지된 방의 표시를 상기 이동식 공기 청정기에게 전송하도록 구성되는, 도킹 스테이션; (c) 상기 이동식 공기 청정기를 포함하는데, 상기 이동식 공기 청정기는 : (c.1) 상기 도킹 스테이션과 통신하고, 그리고 적어도 상기 미리 정의된 오염 임계값 이상의 오염이 감지된 방의 표시를 상기 도킹 스테이션으로부터 수신하고; (c.2) 상기 표시를 수신하면, 오염된 방으로 이동하여 해당 방을 정화시키고, 정화가 완료되면 상기 도킹 스테이션으로 돌아가도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 오염은 하나 이상의 화학적 및 생물학적 오염물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 이동식 공기 청정기는 : (a) 유입 공기 채널; (b) 실내의 공기를 상기 유입 채널로 흡입하고, 상기 공기 채널을 통해 생물학적 위험물 제거 반응기에 장착된 천공막으로 상기 공기를 유도하도록 구성된 하나 이상의 공기 흡입 컴포넌트들; 및 (c) 상기 반응기로부터 처리된 공기를 공급받고 상기 처리된 공기를 실내로 되돌리도록 구성된 배출구 공기 채널을 포함하며, 상기 생물학적 위험물 제거 반응기는 : (d) 정화 알칼리 수산화물/H2O2 수용액을 포함하도록 구성된 저장소를 포함하며, 상기 청정기의 작동 동안, 상기 천공막은 상기 천공막을 통과하는 공기가 상기 용액을 통과하여 상기 배출구 채널을 향해 이동하는 기포들로 전환되도록 상기 용액의 표면 레벨 아래에 위치되고; 그리고
상기 공기 청정기는 상기 반응기 상부에 위치하는 착탈식 저장 유닛을 더 포함하고, 상기 착탈식 저장 유닛은 알칼리 수산화물, 과산화수소 및 물을 포함하여 상기 반응기에 공급하도록 구성된다.
예를 들어, 알칼리 수산화물 용액에 대한 과산화수소 용액의 연속적 또는 주기적 첨가와 함께, 미리 준비된 알칼리 수산화물 용액을 공급하거나, 기체/액체 접촉기에 별도로 공급된 물에 고체 알칼리 수산화물(예를 들어, 정제 또는 과립 형태)을 용해시킴으로써 기체/액체 접촉기에 알칼리 수산화물/H2O2 수용액이 충전된다.
예를 들어, 기포(아래에서 상술하는 바와 같이 유입되는 기류가 막을 가로질러 흐르게 함으로써 생성됨)는 (예를 들어, 천공막에 매우 근접하여, 즉 천공들 부근에, 알칼리 수산화물 용액의 레벨 아래에 주입하여) H2O2 스트림이 주기적으로 또는 연속적으로 첨가되는 알칼리 수산화물 용액(예를 들어, NaOH 또는 KOH 또는 이들의 혼합물)을 통과하게 된다. 알칼리 수산화물 용액의 농도는 5 중량%에서 48 중량% 내지 50 중량%이고, 예를 들어 10 중량%에서 48 중량% 내지 50 중량%이다. 알칼리 수산화물 용액에 첨가된 과산화수소 용액의 농도는 3 중량%, 4 중량% 또는 5 중량%에서 최대 35 중량%이며, 예를 들어 10 중량% 내지 30 중량%이다. 허용 가능한 H2O2 스트림의 첨가 속도는 0.01ml/min에서 10ml/min까지 다양할 수 있습니다(예를 들어, 최대 2, 3 또는 4ml/min). 알칼리 수산화물 용액에 대하여 2:1 내지 10:1 범위의 용액들 간 체적비가 유리하다. 오염물질의 프로필에 따라 비율을 조정할 수 있습니다. 상기에서 언급한 바와 같이, 본 발명에 의해 타겟팅되는 화학적 오염물질은 이산화탄소와 VOC를 포함하며, 생물학적 오염물질은 박테리아와 코로나 바이러스(예를 들어 OC43과 같은 인간 코로나바이러스)와 같은 바이러스를 포함한다.
수직으로 위치된 공기 청정기에는 평평한(평면) 기하 구조를 갖는 천공막이 수평으로 장착되는 것이 바람직하다. 적절한 천공막은 두께가 1~10mm이고, 화학적으로 불활성인 물질(스테인리스강, 플라스틱 등)로 이루어져 있으며, 일반적으로 막 전체에 고르게 분포되는 직경이 40~1200μm인 홀들을 갖는다. 홀의 직경은 일정할 수 있으며, 즉, 막 두께 내에서 변하지 않아 통로(홀)의 대향하는 두 면들의 직경이 동일할 수 있다. 천공막의 한 가지 디자인은 공기가 막을 가로지르기 위해 통과하는 천공들(홀들)의 직경의 변화를 포함한다. 바람직하게는, 공기는 막 두께를 가로질러 직경이 증가하는(작동 시, 막의 하면에서 상면으로 직경이 증가하는) 천공들을 통해 막을 통과하며, 직경은 막의 하면에서 상면으로 증가하고; 천공들은 상기 용액을 향하는 역방향 절두원추형(inverted frustoconical) 섹션을 연결하는 원통형 섹션(예를 들어, 0.08mm 내지 1mm의 직경(Dcylinder)을 가짐)으로 구성된 통로들이며, 절두원추형의 작은 베이스의 직경은 Dcylinder이며; 상기 용액을 향하는 절두원추형 섹션의 큰 베이스의 직경은 Dcylinder 보다 1.3 내지 2배 크며, 상기 천공들(통로) 사이의 간격은 Dcylinder 보다 적어도 3 배 크다. 대안적으로, 상기 통로는 작은 베이스와 큰 베이스를 갖는 원뿔의 절두체(frustrum) 형상이며; 공기는 작은 베이스를 통해 유입되고 용액과 대면하는 큰 베이스를 통해 배출되어 막을 통과한다. 이 기하학적 구성으로부터 얻을 수 있는 이점은 다음과 같다.
전술한 장치는 HEPA 필터(고효율 미립자 필터)와 블로워의 도움으로 실내 환경의 화학적 및 미생물 로드를 감소시키는 독립형 공기청정기 기능을 수행할 수 있다. 대안적으로, 종래의 공기 청정기 또는 HVAC 시스템과 결합될 수 있다. 위에서 지적된 바와 같이, (정적 필터가 구비된) 종래의 공기 청정기 또는 HVAC 시스템은 MOH/H2O2 시약을 이용하여 주 기류로부터 전환된 2차 기류를 처리하기 위해 내부에 통합된 보조 유닛의 이점을 얻을 수 있다. 이렇게 생성된 화학적으로 그리고/또는 생물학적으로 제염된 공기(예를 들어, 포름알데히드 및/또는 CO2 레벨이 감소된 공기 및/또는 미생물 로드 감소된 공기)는 아래 도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 공기 청정기에서 방출되는 주요 기류와 결합하도록 유도된다. 다른 실시예에서, 도 16a 내지 도 16p의 실시예에서 후술하는 바와 같이, 본 발명의 공기 청정기는 내부 HEPA 필터를 포함하여 독립적으로 작동될 수 있다.
따라서, 기체/액체 접촉기(MOH/H2O2 시약이 놓여진 곳)로 유입되는 공기는 입자들을 포착하는 필터를 통해 실내 공기를 통과시켜 발생하는 여과된 기류이다.
본 발명의 구체적인 양상은 실내 공기 품질을 개선하기 위한 방법이며, 상기 방법은 :
공기 중의 입자들을 포착하고 필터링된 메인 기류를 생성하기 위해 실내 공기를 흡입하고 이를 제1 유량으로 필터를 가로질러 통과시키는 단계;
제2 유량으로 흐르는 제2 필터링된 기류를 생성하기 위해 상기 필터링된 메인 기류의 일부를 전환하는 단계;
상기 제2 필터링된 기류를 알칼리 수산화물/H2O2 수용액으로 충전된 기체/액체 접촉기로 강제로 밀어넣는 단계로서, 기포 형태의 상기 필터링된 공기는 상기 용액과 접촉되는, 단계;
상기 기체/액체 접촉기로부터 필터링되고 제염된 기류를 회수하는 단계; 및
상기 필터링되고 제염된 기류를 상기 필터링된 메인 기류와 결합하는 단계를 포함한다.
필터링된 메인 기류 및 필터링된 제2 기류의 특성 유량은 각각 500 내지 8,000L/min 및 80 내지 1,000L/min일 수 있다.
도면들에서 :
- 도 1은 종래의(선행기술) 주택 공기청정기의 일반적인 구조를 개략적으로 도시하며;
- 도 2는 WO 2018/002710에 의해 개시된 공기 처리 유닛의 일반적인 구조를 개략적으로 도시하며;
- 도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 가정용 공기청정기를 도시하며;
- 도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 가정용 공기청정기의 두 측면도들이며;
- 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반응기 구조를 도시하며;
- 도 5는 종래의 필터-기반 가정용 공기청정기와 본 발명의 공기청정기의 일체화를 도시하며;
- 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 가정용 공기 정화 시스템의 구조를 도시하며;
- 도 7은 생물학적 위험물의 제거를 위한 도 6의 시스템의 예시적인 구성을 도시하며; 그리고
- 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 예시적인 도킹 스테이션 및 이동식 정화기를 도시한다.
- 도 9는 NaOH/H2O2 시약을 사용하여 공기에서 포름알데히드를 제거하는 테스트에 사용되는 실험 설정을 도시한다.
- 도 10은 포름알데히드 농도 대 시간 플롯을 도시한다.
- 도 11은 유입(오염된) 기류 및 유출(처리된) 기류에서 측정된, 포름알데히드 농도 대 시간 플롯을 도시한다.
- 도 12는 NaOH/H2O2 시약을 사용하여 공기에서 CO2를 제거하는 테스트에 사용되는 실험 설정을 도시한다.
- 도 13은 유입(오염된) 기류 및 유출(처리된) 기류에서 측정된, CO2 농도 대 시간 플롯을 도시한다.
- 도 14는 유입(오염된) 기류 및 유출(처리된) 기류에서 측정된, 산소 농도 대 시간 플롯을 도시한다.
- 도 15는 NaOH/H2O2 시약을 사용하여 공기에서 박테리아를 제거하는 테스트에 사용되는 실험 설정을 도시한다.
- 도 16a 내지 도 16p는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주택-정화기의 구조를 도시한다. 도 16b 및 도 16c는 개략도이다. 도 16h, 도 16i 및 도 16j는 각각 주택-정화기를 부분적으로 도시하고 있다. 도 16e, 도 16f 및 도 16g은 주택-정화기의 단면도를 제공한다. 도 16k 내지 도 16n은 주택-정화기의 천공막의 구조를 도시하며, 도 16o 및 도 16p는 본 발명의 천공막에 의해 얻어진 기포 생성의 개선된 효과를 종래의 천공막과 비교하여 설명한다;
- 도 17은 NaOH/H2O2 시약을 사용하여 공기에서 박테리아를 제거하는 테스트에 사용되는 실험 설정을 도시한다;
- 도 18a 내지 도 18d는 가정용 정화기의 제4 실시예를 나타낸다; 그리고
- 도 19는 서로 다른 종류의 천공막의 성능을 나타내는 막대도이다.
도 1은 종래의(선행기술) 주택(가정용) 공기청정기(100)의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한다. 청정기는 일반적으로 스탠드(베이스)(S), 공기 주입구(110), 공기 블로워(B), 하나 이상의 필터들의 세트(F)(일반적으로는, 헤파(High-efficiency particulate; HEPA)-형 필터), 제어 유닛(C), 제어 패널(P), 하나 이상의 센서들(112) 및 공기 배출구(114)를 포함한다. 작동 시, 블로워(B)("블로워"란 용어는 본원에서 "공기 흡입 컴폰너트(air sucking component)"라고도 함)는 실내로부터 유입구(110)를 통해 오염된 공기(120)를 연속적으로 흡입하고, 하나 이상의 필터(F)를 통해 공기를 유도한다. 필터들(F)은 공기 중에 떠 있는 오염 입자들을 포착하여, 정화된 기류(122)를 형성하며, 이는 배출구(114)를 통해 실내로 되돌아온다. 일반적으로, 가정용 공기청정기(100)는 실내 공기 중의 오염물질 수준을 감지하기 위한 적어도 하나의 센서(112)를 포함하고 있으며, 공기질 수준은 제어 패널(P) 내의 디스플레이에 표시된다. 제어 패널(P)은 일반적으로 장치의 원하는 작동 모드 및 (예를 들어, 공기 중의 입자 농도의 관점에서) 필요한 정화 레벨을 선택하기 위한 상기 디스플레이 및 제어부를 포함한다. 가정용 공기청정기(100)는 필터링 능력이 패시브 필터들(F)에만 의존하기 때문에 일반적으로 0.3μm만큼 작은 크기의 고체 입자들만 효율적으로 제거할 수 있다. 그러나, 이러한 가정용 공기청정기는 생물학적 작용제들(예를 들어, 바이러스, 작은 박테리아 등)이나 유해 가스를 제거할 수 없다.
도 2는 WO 2018/002710의 공기 처리 유닛의 일반적인 구조를 개략적으로 도시한다. 공기 처리 유닛은 정화 용액(238)을 포함하는 반응 저장소(220)를 포함한다. 용액은 필요한 경우 다음의 3개의 서브-저장소들로부터 공급된다 : 제1 시약(액체 또는 고체 형태)을 포함하는 제1 서브-저장소(226), 제2 시약(액체 또는 고체 형태)을 포함하는 제2 서브-저장소(228), 그리고 옵션으로 물(H2O)을 포함하는 제3 서브-저장소(230). 경우에 따라서는, 각 시약 저장소는 물에 용해된 각 시약을 포함할 수 있으므로, 별도의 물 저장소가 필요하지 않을 수 있다. 특정 비율로 혼합될 때, 3개의 서브-저장소들에 저장된 물질들은 반응 저장소(220) 내에서 정화 액체(238)를 형성한다. 하나 이상의 센서(미도시)에서 얻은 정보에 응답하여 필요에 따라 하나 이상의 시약이 반응 저장소에 공급될 수 있다. 공기 처리 유닛(200)은 제어기(234)와, 예를 들어, 공기 센서, pH 센서 및 반응 저장소 내의 유체의 레벨을 측정하기 위한 유체 레벨 센서 등을 포함하는 하나 이상의 센서들을 포함한다. 제어기(234)는 블로워(B)(또는 공기 펌프 또는 유사 장치)를 사용하여 오염된 실내 공기(242)의 흐름을 시작한다. 유입구(224)를 통해 유입되는 실내 공기는 천공막(236)에 대해 밀린다. 상기 천공막은 기류를 저장소(220) 내의 정화 용액(238)으로 도입되는 기포(222)로 변환한다. 기포 형태의 오염된 공기는 정화 용액을 통해 흐르는 동안 저장소의 액체(238)와 상호작용하고 산소가 풍부해진다. 그 다음, 산소가 풍부한 공기는 배출구(232)를 통해 정화된 공기(246)로 실내로 돌아간다. WO 2018/002710은 유닛(200)의 다양한 실시예들 및 파라미터들에 대해 논의하며, 특히 공기 처리 유닛(200)이 화재로 인해 심하게 오염된 공기를 어떻게 정화시킬 수 있는지 설명한다. 그러나, 화재의 경우 정화는 본 발명에서 논의한 바와 같이, 실내의 일상적 조건의 공기 정화와는 몇 가지 측면에서 실질적으로 다르다. 보다 구체적으로 : (a) WO 2018/002710은 자세한 논의가 부족하거나 공기 중의 생물학적 위험물을 제거할 수 있는 방법을 보여주지 않는다; (b) (본 발명에 의해 다뤄지는) 일반적인 실내 공기에서 공기 중의 생물학적 위험물의 농도 비율은 화재의 경우 유독 가스 농도보다 몇 차수 낮다; (c) WO 2018/002710에는 실내용 공기청정기에 대한 시스템의 컴팩트함이나 기존의 가정용 공기청정기와의 통합 가능성에 대한 논의가 없다; 그리고 (d) 본 발명의 단일 가정용 공기청정기가 복수의 실내에서 생물학적 위험물들을 제거할 수 있는 방법에 관한 논의는 없다. 이하, WO 2018/002710과 본 발명을 구별하는 추가적인 측면에 대해 논의한다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 독립형 가정용 공기청정기를 도시한다. 도 3b 및 도 3c는 도 3a에 도시된 가정용 공기청정기의 두 측면도들이다. 반응기(310)는 WO 2018/002710의 반응기(R)와 구조가 유사하며, 생물학적 위험물을 효율적으로 제거하기 위해 수정(구멍 크기 및 구멍 간 거리 등)되었다. 도 3a 내지 도 3c는 다음과 같은 시스템의 몇 가지 추가 구성 요소들을 나타낸다 : 선택적 HEPA 필터(342), 안전 밸브(312), 액체 형태의 시약 B용 카트리지(316)(H2O2 용액; 시약 A용 유사 카트리지(MOH)는 도시되지 않음), 시약 B용 펌프(314)(시약 A용 유사 펌프가 도시되지 않음), 블로워(318), 전자 박스(326), 밸브(333), 배터리(324) 및 스탠드(330). 독립형 생물학적 위험물 정화기의 치수는 일반적으로 대략 직경 20-40cm, 높이 70-140cm이다. 이러한 정화기 구조에서, 시약 카트리지는, 예를 들어, 수개월의 작동 기간(실제 지속 시간은 오염 수준에 따라 다름)동안 충분할 수 있다. (반응 저장소(220)를 갖는) 독립형 가정용 공기청정기(200)내에 HEPA 필터(342)를 선택적으로 포함하면 공기 중의 생물학적 위험물을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 작은 입자들을 제거할 수 있다. 반응 저장소(220)는 또한 (생물학적 위험물 및 바람직하지 않은 가스를 제거하는 것 외에도) 입자들도 제거할 수 있지만, 탠덤(tandem) 구조와 두 작업의 분리는 보다 효율적이고 비용 효율적이다.
도 3a 내지 도 3c에 도시된 구조에서, 오염된 공기는 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥으로부터 천공막(236)을 통해 반응기(R) 내로 주입된다. 반응기의 (다른 가스 및 고체 입자뿐만 아니라) 생물학적 위험물을 효율적으로 제거하는 능력은 기포(222)가 정화 용액(238)에 노출되는 시간에 비례한다. 하부를 통해 공기가 공급되는 반응기(도 2 및 도 3a 내지 도 3c 참조)에서, 반응 용액에 대한 각 기포의 노출 기간은 기포가 액체에 머무르는 데 걸리는 시간, 즉 천공막(236)을 떠난 시점부터 액체(238)의 상면에 도달할 때까지 걸린 시간(기포가 도 2의 거리 d를 이동하는데 걸리는 시간)이다. 이러한 노출 기간은 공정이 효과적이도록 반응기 내의 액체(238)의 최소 깊이를 강제하고, 그 다음, 정화 장치(300)의 최소 높이를 강제한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 주어진 양의 정화 용액에 대해 기포의 노출시간이 연장되는 구조의 반응기(400)를 도시한다. 반응기(400)는 오염된 공기를 위한 상단 유입구(424)를 갖는다. 블로워(456)는 오염된 공기를 공기 채널(458)로 흡입하며, 공기 채널(458)은 바닥의 깔때기(452)로 끝난다. 작동 중에는 항상 깔때기(452) 내에 위치한 천공막(436)이 정화 용액(438)에 침지된다. 오염된 공기(422)의 흐름은 관통막(436)과 상호작용할 때 깔때기 아래에 기포를 생성한다. 자연스럽게, 기포가 용액(438)에서 빠져나오려고 한다. 오염된 기류에 의한 하향 기압에 의해 천공막(436)을 통한 기포의 후방(상방) 통로가 차단된다. (특정 임계치 이상의) 적절한 하향 기압은 기포가 아래로 내려가 깔때기(452)의 주변 밖으로 나온 다음, 용액(438)의 상부를 향해 위로 올라가게 한다. 각 기포가 정제 용액(438) 내에서 만드는 이러한 비-직접 통로는 도 2에 나타낸 반응기(R)에서 기포가 만드는 직접 통로(d)보다 실질적으로 긴 통로이다. 따라서, 주어진 액체 레벨에 의해 보다 효율적인 정화가 얻어질 수 있으며, 이는 바람직하게는, 액체 저장소(462)의 치수를 감소시킬 수 있고, 전체 장치의 소형화를 가능하게 하는 사실이다. 공기는 배출구(432)를 통해 정화기(400)를 떠나기 전에, 기류이 운반할 수 있는 반응성 액체의 방울 및 에어로졸의 공기 잔류물을 공기로부터 제거하는 데미스터(446)를 통과한다. 카트리지(410)는 H2O2 용액(시약 B)을 포함하고, 카트리지(412)는 MOH 용액(시약 A)을 포함한다. 이 특정한 경우에, 카트리지(412)는 MOH 용액을 정화 용액(438)에 직접 전달하지 않고 유입 기류(466)로 분산시킨다. 도징 펌프(dosing pump)(446 및 448)는 카트리지 공급부를 폐쇄 또는 개방하기 위해 밸브(414)를 사용하여 각각 카트리지 A 및 카트리지 B의 액체를 구동한다. 이 펌프들은 용액(438) 내에서 원하는 비율의 혼합물을 유지하고 실내 공기 중 오염 레벨의 실시간 측정을 기반으로 또는 사용자의 선호도에 따라 이 비율을 조정하는데 사용된다. 문헌은 실내의 CO2 양과 해당 실내의 공기 중의 생물학적 위험물의 레벨 사이에 상관관계가 있음을 입증한다. 따라서, 청정기(400)는 비교적 간단하고 저렴한 CO2 센서(464)를 사용하여 실내의 생물학적 위험물의 레벨을 판단한다. 제어기(435)는 CO2 농도를 공기 중의 생물학적 위험물의 예상 농도로 변환하는 미리 결정된 룩업 테이블 또는 대체 수단을 사용할 수 있다. 제어기(435)는 또한 반응성 용액 내 성분 비율(그리고 가능하게는 다른 작동 파라미터들)을 정의하기 위해 다른 룩업 테이블을 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제어기(435)는 전체 정화 용액(438)을 폐기물 용기(454)로 주기적으로 배출하고, 카트리지 A, 카트리지 B 및 물로부터 새로운 내용물에 의해 용액을 갱신할 수 있다. 경우에 따라서는, 하나 이상의 카트리지가 수성 MOH 및/또는 수성 H2O2를 포함한다. 따라서 별도의 물 카트리지가 필요하지 않을 수 있다.
본 발명자들은 도 4에 제시된 오염 공기의 상부 공급 구조가 도 2에 제시된 하부 공급 구조에 비해 추가적인 이점을 제공함을 발견하였다. 장시간 사용 시, 중탄산염이 천공막(236)에 축적되어 주기적인 세척이나 교체가 필요함을 견하였다. 이러한 현상은 도 4에 나타난 상부 공급 구조에서 제거되거나 크게 감소하였다. 또한, 상부 공급 구조는 도 2에 도시된 하부 공급 구조에 비해 더 조용함을 알 수 있었다.
도 4에도 도시되어 있다 :
a. 다른 컴포넌트들 중에서도 제어기(435), 제어 패널, 디스플레이 및 전원을 포함하는 전자 유닛(434). 전자 유닛은 또한 스마트폰, 태블릿 등을 통한 원격 제어를 가능하게 하는 Wi-Fi 송수신기를 포함할 수 있다;
b. 실내 CO2 농도를 측정하기 위한 센서(464). 이 CO2 레벨 측정은 제어기가 작동을 활성화 또는 비활성화할 시기를 결정하는 데 도움이 된다;
c. 케이싱(450); 및
d. 일부 추가 센서들(예를 들어, P(압력 저하), T(온도), RH(실내 습도) 센서 등).
도 5는 통합된 공기 청정기(700)를 형성하기 위해 본 발명의 공기 중의 생물학적 위험물 정화기(600)와 종래의 필터 기반 가정용 공기 청정기(100)의 일체화를 도시한다. 생물학적 위험물 정화기(600)는 적어도 반응기(R) 및 그 관련 컴포넌트들을 포함하여 전술한 발명의 발명적 구조 중 어느 하나의 구성을 갖는다. 종래 공기 청정기(100)의 메인 에어 블로어(B1)는 공기 중의 입자들을 제거하기 위해 제작된 것으로, 유입구(610)를 통해 실내의 공기를 흡입하여 종래 청정기(100)의 필터(F)로 유도하고, 이 필터(F)는 HEPA 필터들을 이용하여 입자들을 포착한다. 본 발명의 공기 중의 생물학적 위험물 정화기(600) 내의 블로워(B2)는 채널(610a)에서 분기된 공기 채널(620)을 통해 공기 채널(610a)의 공기를 정화기(600)로 흡입한다. 그 후, 분기(620)로부터 유입되는 공기는 전술한 방법으로 반응기(R)에 의해 정화된다. 반응기(R)에 의해 정화된 공기는 분기(620b)로 출력되고, 메인 채널(610b)로 향하고, 그리고 전통적인 청정기(100b)에 의해 제조된 정화된 공기의 흐름과 결합된다. 결합된 기류은 공기 채널(610b)을 통해 이중-정화된 공기를 실내로 되돌린다. 상기 2개의 공기 청정기들(100, 600)은 동일한 케이싱 내에 위치할 수도 있고, 별도의 2개의 케이싱 내에 위치할 수도 있다. 따라서, 도 5에 도시된 구조는, 종래의 공기 청정기(100)의 대형 에어 블로워(B1)(일반적으로 분당 1000~6000리터의 기류를 발생시킴)를 활용하여, 생물학적 위험물 공기 청정기(600)에 비교적 작은 에어 블로워(B2)(예를 들면, 분당 100~1000리터)를 사용하여, 정화된 공기를 방 전체에 분배할 수 있게 한다. 대안적으로, 도 16a 내지 도 16p의 실시예에서 후술하는 바와 같이, 본 발명의 청정기는 내부 HEPA 필터를 포함하여 독립적으로 작동될 수 있다.
본 발명의 공기 중의 생물학적 위험물 정화기가 시험되었다. 본 발명의 정화기는 공기 중의 생물학적 위험물(바이러스, 박테리아 등)의 레벨을 현저히 감소시키고, CO2, CO, 포름알데히드 등과 같은 다른 유독 가스도 감소시킨다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동식 가정용 공기 정화 시스템을 도시한다. 시스템은 이동식 공기 청정기(710), 도킹 스테이션(712), 복수의 방 감지 유닛(714), 가정용 와이파이 라우터(716) 및 사용자 스마트폰(720)의 옵션의 애플리케이션을 포함한다. 각 감지 유닛(714)은 주택의 단일 방에 설치되어, 해당 방 내의 대기 오염 수준을 측정한다. 측정된 오염 레벨은 원하지 않는 양의 가스, 입자, 공기 중의 생물학적 위험물 등과 관련될 수 있으며, 이러한 오염 레벨은 임의의 주어진 변환 방법에 따라 직접 측정되거나 간접적으로 추론될 수 있다. 각 감지 유닛은, 예를 들어 Wi-Fi 네트워크를 통해, 측정한 오염 수준을 도킹 스테이션(712)에 보고하고, 도킹 스테이션(712)은 이러한 측정값들을 수집하여 하나 이상의 사전 정의된 임계값들과 비교한다. 도킹 스테이션은 이동식 공기 청정기를 활성화하기 위한 미리 정의된 규칙들을 포함한다. 이 규칙들은 모든 방들에 적용될 수 있고, 또는 특정 규칙들이 서로 다른 방들에 적용될 수 있다. 이동형 정화기(710)는 내비게이션 시스템을 포함하고 있어, 정화기가 도킹 스테이션으로부터 수신한 명령들에 기초하여 어느 방이든 자동으로 탐색할 수 있다. 예를 들어, 도킹 스테이션은 침실로 이동하여 60분 동안 작업한 후 도킹 스테이션으로 돌아가라는 명령을 이동식 정화기에 전달할 수 있다. 이러한 명령을 수신하면, 이동식 정화기는 자동으로 지정된 방으로 이동하여 소정 기간 동안 작동한 후 도킹 스테이션으로 자율적으로 복귀한다. 도킹 스테이션은 또한 이동식 공기 청정기에 대해 임의의 특정 작동 모드를 정의할 수 있으며, 또한 작동 중에 청정기로 명령들을 전송할 수 있다. 도킹 스테이션은 또한 이동식 정화기(710)의 배터리의 충전기 역할을 할 수 있다. 공기 청정기는, 예를 들어, 전술한 바와 같은 본 발명의 하나 이상의 HEPA 필터들 및 생물학적 위험물 정화 시스템과 같은, 하나 이상의 유형의 정화 유닛들을 포함할 수 있다.
도 7은 생물학적 위험물의 제거 또는 감소를 위한 도 6의 시스템의 예시적인 구성을 도시한다. 이동식 공기 청정기(710)는 가능한 한 소형으로 제작되는 것이 바람직하다. 따라서, 이동식 공기 청정기(710)는 소형 저장소(738) 내에 최소한의 정화 용액을 포함할 수 있다. 도킹 스테이션은 정화 저장소(738)를 배수하고 탱크로부터 리필하기 위해 물과 시약 A(MOH) 및 시약 B(H2O2)를 위한 하나 이상의 탱크를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 예시적인 구성에서, 도킹 스테이션은 물을 위한 충진 탱크(742), 시약 A(MOH)를 위한 충진 탱크(744)를 포함한다. 부피가 작아, 저장소 B(H2O2)의 탱크(746)는 이동식 정화기(710) 내에 완전히 포함된다.
주기적으로, 또는 임의의 다른 정의에 기초하여, 도킹 스테이션(712)은 이동식 공기 청정기의 저장소(738)로부터 기존의 액체를 하수 탱크(748)로 배출하고 (미리 결정된 비율들로) 탱크(742, 744, 746)로부터의 새로운 액체(또는 적용 가능한 경우, 고체)를 저장소(738)에 주입하기 위해 활성화된다. 이러한 작업을 수행하기 위해 도킹 스테이션 및 이동식 공기 청정기는 펌프, 밸브 등과 같은 추가 컴포넌트들을 포함한다. 이동식 공기 청정기는 또한 (전술된 바와 같이, 기포의 형태로) 공기를 저장소로 순환시켜 실내로 방출하는 블로워를 포함한다.
내비게이션에 필요한 컴포넌트들은 이동식 정화기와 도킹 스테이션 사이에서 다양한 가능한 구성으로 분할될 수 있다. 일 실시예에서, 이동식 정화기(710)는 완전한 내비게이션 기능(즉, 주택의 지도 등)을 유지한다. 도킹 스테이션은 표적된 방을 나타낼 수 있으며, 이 표시에 기초하여, 이동식 정화기가 표적된 방으로 자율적으로 이동한다. 또 다른 구성에서, 내비게이션 기능은 도킹 스테이션(712) 내에서 유지되며, 실시간 방향 명령(예를 들어, 오른쪽, 왼쪽, 전진, 후진, 이동, 정지 등)을 이동 정화기로 전송한다.
시스템은 또한 원격 제어(예를 들어, 사용자 스마트폰(720))를 포함할 수 있다. 원격 제어는 시스템의 다양한 파라미터들을 정의할 수 있다.
언급한 바와 같이, 시스템은 모든 컴포넌트들 간의 통신을 위해 집의 Wi-Fi 라우터를 사용하는 것이 바람직하다. 다른 유형의 무선 네트워크가 사용될 수 있다. 또한, 도킹 스테이션으로부터 분리될 수 있는 중앙 컴퓨터가 센서의 데이터를 수신하고 모바일 장치로 명령을 전송하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우, 도킹 스테이션은 이동 공기 청정기의 충전 스테이션 역할만 수행한다.
도 7은 공기 중의 생물학적 위험물을 정화하도록 특별히 설계된 구성을 도시한다. 이 구성은 또한 옵션의 HEPA 필터(752)도 포함한다. 다른 실시예들에서, 이동식 정화기(710)는 공기 중의 고체 입자들을 제거하기 위한 공기 중 생물학적 위험물 정화 능력 또는 HEPA 필터만을 포함할 수 있다.
도 8은 예시적인 도킹 스테이션(712)과 이동식 정화기(710)를 도시한다. 상대적 치수는 다를 수 있다.
도 16a 내지 도 16p는 본 발명의 제3 실시예에 따른 주택-정화기(800)의 구조를 도시한다. 도 16b 및 도 16c는 개략도이다. 도 16h, 도 16i 및 도 16j는 각각 주택-정화기를 부분적으로 도시하고 있다. 도 16e, 도 16f 및 도 16g은 주택-정화기의 단면도를 제공한다. 도 16k 내지 도 16n은 주택-정화기(800)의 천공막의 구조를 도시하며, 도 16o 및 도 16p는 본 발명의 천공막에 의해 얻어진 기포 생성의 개선된 효과를 종래의 천공막과 비교하여 설명한다.
도 16a는 주택 정화기(800)의 외형을 도시한다(이 외형은 예시용으로만 제공된다). 도 16b는 일반적으로 주택용 정화기(800)의 반응기(Ra)의 작동을 도시한다. 반응기(Ra)의 일반적인 구조 및 작동은 도 2의 선행기술의 하부-공급 반응기(R)의 구조 및 작동과 다소 유사하며(도면들 내의 유사한 참조번호는 유사한 요소들과 관련이 있음), 두 반응기 간의 차이를 이하에서 상세히 설명한다. 그러나, 도 2의 반응기(R)에서는 오염된 공기 유입구(224)가 반응기 하부에 위치하고 있는 반면, 반응기(Ra)의 각 공기 유입구(824)는 정화기 상부에 위치하고 있다. 오염된 공기는 상부 유입구(824)에서 수신되고 공기 파이프(827)를 통해 배수조(837)로 아래쪽으로 전달된다. 공기 파이프(827)는 천공막(836)의 중앙 개구부를 통해 배수조에 도달한다. 오염된 공기는 배수조 내에서 가압되어 천공막(836)을 위로 통과하여 용액(838) 내에서 기포를 발생시킨다. 기포는 저장소의 액체(838)와 상호 작용하며 산소가 풍부해진다. 산소가 풍부한 공기는 데미스터와 탄소 필터(미도시)를 통해 배출구(832)를 통해 정화된 공기(877)로 실내로 돌아간다.
도 16c는 정화기(800)의 구조를 개략적으로 도시하고 있다. 도 5의 방식과 유사하게(유사한 참조번호들은 유사한 컴포넌트들과 관련됨), 블로어들(B1 및 B2)은 유입구(824)를 통해 실내로부터 오염된 공기를 동시에 흡입한다. 헤파 필터(842)를 통과한 후, 기류은 각각 공기 채널들(819 및 829)로 분할된다. 공기 채널(819)은 (블로워(B1)를 통해) 종래의 필터 장치와 유사하게 헤파-필터링된 공기를 실내로 되돌리는 반면, 공기 채널(829)은 정화를 위해 (송풍기(B2)를 통해) 반응기(Ra)로 공기를 전달한다. 배수조(837)(도 16b 참조)로 위에서 아래로 전달되는 오염된 공기는 배수조로부터 천공막(836)의 천공을 통해 위쪽 방향으로 통과하여, 용액(838) 내에 기포를 생성하고 (상기 설명과 같은 방식으로) 기포와 용액 간의 상호 작용에 따른 정화를 수행한다. 용액(838)은 반응기 구획 공간의 일부를 차지한다(용액 위에는 가스 공간이 있다). 정화 후, 정제된 공기는 먼저 데미스터(846)를 통과하고, 데미스터(846)는 기류이 운반할 수 있는 반응성 액체의 방울 및 에어로졸의 잔류물을 정제된 공기로부터 제거한다. 데미스터(846)의 출구로부터, 정화된 공기는 공기에서 냄새를 제거하는 옵션의 탄소 필터(849)로 전달된다. 정화된 기류는 탄소 필터의 출구로부터 헤파-필터링된 기류(819)와 합쳐져 통일된 기류(819a)를 형성하며, 이는 배출구(832)로(즉, 다시 방으로) 전달된다. 카트리지 A(알칼리 수산화물, 예를 들어 수산화 나트륨 또는 수산화 칼륨)는 정제 형태로 제공된다. 정제 공급 장치(841)에 의해 각 정제들은 개별적으로 용액(838)에 떨어진다. 카트리지 B에 포함된 액체(과산화수소)는 (연동) 제1 펌프(839)를 이용하여 용액(838)에 공급된다. 상기 카트리지의 내용물을 용액에 공급하는 단계는, 각각 주기적으로 또는 반응기 작동의 미리 정의된 주기마다 수행될 수 있다. 정화기는 정수/폐수 용기(847)를 더 포함한다. 초기에, 정수는 용기(847)에 채워져 반응기(Ra)로 이송되어 용액(838)을 형성한다. 주기적으로 또는 미리 정의된 작동 기간 후에, 장치로부터의 제거 및 용액 재충전을 위해 용액(838)은 제2 펌프(857)를 사용하여 용기(847)에 펌핑된다. 헤파 필터(842), 정수/폐수 용기(847), 탄소 필터(849), 카트리지 A(826) 및 카트리지 B(828)는 제거/교체 가능한 컴포넌트들이다. 전체 시스템은 제어기(801)에 의해 제어된다.
도 16d는 정수기(800)의 일반적인 조립 구조를 나타낸다. 상기 정수기는 일반적으로 원통형으로 구성되어 있으며, (아래서부터 위로) 반응기 유닛(850), 작동 유닛(860) 및 저장 유닛(870)을 포함한다. 또한 헤파 필터(842), 메인 블로워(B1) 및 커버(851)도 도시된다.
이제 특히 도 16e, 도 16h, 도 16j를 참조한다. 저장 유닛(870)은 탈착 가능하며, (a) 수돗물, (b) 고체 형태(또는 다른 형태)의 알칼리 수산화물(각각 수산화칼륨 또는 수산화나트륨), (c) 액상의 H2O2(과산화수소) 등의 용액 성분을 포함한다. 저장 유닛은 (이 특정 예에서) 다음과 같이 3개의 동심 컨테이너들을 포함한다 : 정제 형태의 알칼리 수산화물(NaOH, KOH 또는 둘 다)용 카트리지 A 용기(826), 물 용기(847) 및 H2O2 용기(카트리지 B)(828). 카트리지 A는 복수의 태블릿들을 포함하는 복수의 컬럼 실린더들(826a)로 분할된다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수의 중공 컬럼 실린더들(826a)은 회전 드럼(826)에 배치된다. 용액(838)에 정제를 추가하기 위해, 모터(미도시)는 드럼(845)을 회전시켜, 정제의 컬럼(626a)을 개구부(859)(도 16g에 가장 잘 도시됨) 위에 각지게 위치시켜, 하나의 정제가 용액(838)에 중력적으로 낙하할 수 있도록 한다. 반응기의 구조는 주로 도 16e, 도 16f 및 도 16i에 도시되며, 천공막(836)의 구조는 주로 도 16k, 도 16l, 도 16n에 도시되어 있다.
예를 들어 상기 각 정제의 중량은 약 5 내지 100 g, 예를 들어 15 내지 30 g일 수 있고, 2 내지 100개의 정제들은 카트리지(826) 내에 포함될 수 있다. 상기 물 용기는 1 내지 10 리터, 예를 들어 2 내지 6 리터를 포함할 수 있고, 상기 과산화수소 용기는 250ml 내지 10리터를 포함할 수 있다. 초기에, 사용자는 핸들(863)을 사용하여 저장 유닛을 제거하고 용액 성분을 채운다. 수돗물을 물 용기에 채우고, 카트리지 A(826) 및 카트리지 B(828)에 각각 정제 및 액체를 채우고, 저장 유닛을 정수기에 재장착하면, 장치는 작동 준비가 완료된다. 물은 파이프(853)를 통해 반응기로 쏟아지고, 하나의 정제(또는 필요에 따라 그 이상)는 개구부(및 각각의 파이프)(859)를 통해 용액으로 떨어진다. 상기 과산화수소의 용량은 펌프(839), 파이프(855)(하나 이상의 파이프들이 사용될 수 있음) 및 튜브(855a, 도 16f)의 각각의 천공(미도시)을 이용하여 상기 천공막의 근접부로 주기적으로 이송된다. 상기 과산화수소를 막-천공들(836a)의 배출구 근처에 공급하는 것이 바람직하며, 이는 공정 중에 용액에 축적되는 탄산염에 의한 막 천공의 막힘까지 상당히 감소시키고 심지어 제어하기 때문이라는 것이 밝혀졌다. 막(836)은 디바이스의 바닥-내부 표면보다 약간 위쪽에 위치하여, 막 아래에 배수조(837)(도 16b 및 도 16e 참조)을 형성한다. 블로워(B2)에 의해 실내로부터 흡입된 오염된 기류(도 16c)는 흡기 파이프(829)를 통해 전달되며, 막(836)의 중앙 개구(836b)를 통해 배수조(837)에 도달한다.
이 과정에서, 배수조로부터의 공기는 막의 836개의 천공을 통해 용액(838)을 관통하여, 위에서 설명한 바와 같이 용액과 상호 작용하는 기포를 생성한다. 기포는 용액을 정화된 공기로 남긴다. 정화된 공기는 에어로졸의 정화된 공기 잔여물과 기류가 운반할 수 있는 반응성 액체의 방울들로부터 제거되는 데미스터(846)를 통과한다. 데미스터의 배출구는 깔때기(미도시)를 포함하며, 깔때기는 탄소 필터(849)로 이어지는 파이프(미도시)와 연결된다.
일정 기간 작동 후, 용액(838)의 효과는 각각 카트리지 A와 카트리지 B로부터의 깨끗한 물과 성분들로 완전히 교체해야 할 정도로 감소한다. 이러한 필요성이 발생했을 때, 펌프(857)는 구획(820)(도 16b)의 전체 액체 함량을 펌핑하여 폐수/정수 용기(847)로 운반한다. "폐기물" 액체는 일반적으로 탄산 칼륨(위험물질 아님)이 풍부하다. 그 다음, 사용자는 저장 유닛(870)을 제거할 수 있으며, 그리고 (a) 자신의 정원을 비옥하게 하기 위해 "폐기물" 액체를 사용하고; (b) 하수도에 액체를 붓고; 또는 (c) 추가 처리를 위해 액체를 재료 공급자에게 반환한다.
본 발명의 공정은 가능한 한 작고 가능한 한 많은 기포가 동시에 생성될 때 최적화된다. 이 구성은 기포와 용액(838) 사이의 전반적인 상호작용 표면을 최대화한다. 그러나, 도 16o의 선행기술 막(896)에 도시된 바와 같이, 너무 가까운 천공을 갖는 막(membrane)은 근접한 기포들의 광범위한 병합을 초래하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명자들은 (종래기술 막에서) 개별 기포가 막 상면에서 용액 쪽으로 분리하려고 할 때 직면하는 어려움이 기포의 크기를 증가시켜, 근접 기포 간의 병합으로 이어진다는 것을 발견했다. 이러한 분리 지연으로 인해 개별 기포의 크기가 증가하여, 인접한 기포들이 합쳐지는 상황이 된다.
도 16n은 상기 기포들 사이의 병합 문제를 해결하는 막(836)의 단면을 도시한다. 원통형 천공의 단면에 비하여, 전형적인 막들에 존재하는 ㅏ와 같이, 본 발명의 막의 각 천공은 막의 상부 표면을 향하여 확장되는 하부 원통형 섹션(836c)과 상부 절두원추형(frustoconical) 섹션(836d)의 2개의 섹션을 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 하부-상부 기류는 먼저 소구경의 원통형 천공을 향하고, 그 후, 상기 천공 직경이 막의 상면 방향으로 팽창한다. 이러한 천공 구성은 각 기포의 천공으로부터의 분리를 용이하게 하여, 주어진 천공-차원 및 천공 밀도에 대한 기포 간의 병합을 크게 감소시킨다. 도 16p는 도 16o의 원통 구성에 비해 향상된 결과를 보여준다. 도시된 바와 같이, 도 16o의 원통형 구성에서, 근접한 기포들(836g)은 용액으로 방출되기 전에 병합되는 경향이 있다. 도 16o의 원통형 구성과 달리, 도 16p의 원통-절두원추 결합 구성에서는 기포(936g) 간의 병합 발생이 감소되고, 심지어 제거된다.
경우에 따라서는, 천공부의 하부 원통 섹션의 높이가 (상부 원추 섹션의 높이 대비) 작아지는 경우가 있다. 일부 다른 경우에는, 천공의 하부 원통형 섹션이 제거되어, 원뿔형 단면이 잘릴 수 있다. 도 16k는 막(836)의 상면도를 나타내며, 도 16l는 막의 사시도를 나타내고, 도 16m는 막의 하면도를 나타낸다. 알 수 있는 바와 같이, 막의 바닥 측에 있는 각각의 천공은 상부측의 각각의 직경에 비해 더 작은 직경을 갖는다. 상기 막의 하면에서의 직경은, 예를 들어, 0.08 내지 1 mm일 수 있다. 면에서의 천공 직경은 바닥에서의 직경보다 1.3 내지 2.0 더 클 수 있다. 개별 천공들 사이의 거리는 막의 상면에서의 천공 직경의 2-50 범위이다. 절두원추형 섹션들을 연결하는 원통형 섹션들로서 형상화된 천공의 결합된 기하학적 구조를 갖는 전술한 평평한 천공막은 본 발명의 또 다른 측면을 형성한다. 그것은 3D 프린팅으로 제작될 수 있다.
정화기(800)는 고정식, 이동식(실시예(700)와 유사)이거나 또는 한 방에서 다른 방으로 수동으로 운반될 수 있다.
도 18a 내지 도 18d는 본 발명의 제4 정화기 실시예(900)를 나타낸다. 본 실시예는 도 4의 실시예와 다소 유사하며, 여기서 도면들 내의 유사한 참조번호들은 각각 유사한 요소들을 나타낸다. 간결성을 위해, 이러한 유사한 요소들 및 기능들이 여기서 반복된다. 도 4의 실시예와 유사하게, 오염된 공기는 유입구(924)를 통해 유입 공기 채널(958)로 공급된다. 유입 공기 채널은 액체 저장소(962)의 바닥에 근접하게 위치하는 수평 배치된 나선형 천공 배관(936)으로 유도되지만, 저장소의 바닥으로부터 다소 이격된다. 나선형 배관(936)을 따른 천공들(936b)은 예를 들어 0.08mm 내지 1.0mm 범위의 직경, 그리고 천공 직경의 2-50 범위의 개별 천공들 사이의 거리를 갖는다. 도 18c 및 도 18d는 천공된 나선형 배관(936)의 1개 튜브의 단면을 나타낸다. 상기 천공들(936b)은 수평에 대해 아래쪽으로 일반적으로 30°보다 큰 각도(α)로 단면에서 튜브의 주변을 따라 위치한다. 이러한 배열의 결과, 기포는 나선형 배관(936)으로부터 용액에 하향 방향으로 "주입"된다. 따라서, 각 기포(936g)는 용액의 상면을 향해 위로 올라가기 전에 먼저 아래로 내려간다. 따라서, 이러한 배열은 기포가 용액에서 방출되기 전에 각 기포와 용액 사이의 각각의 상호 작용 기간 및 경로를 증가시킨다. 이와 같이, 반응기의 정화 효율이 향상되며, 이러한 특징은 특히 작은 크기와 제한된 양의 정화 용액을 갖는 가정용 정수기에서 중요하다.
예들
예 1
수산화나트륨 및 과산화수소 수용액에 흡수시켜 공기로부터 포름알데히드 증기 제거
본 연구의 목표는 수성 NaOH/H2O2 시약을 통해 통과/버블링되는 공기에서 포름알데히드 증기를 제거하고 포름알데히드를 분해하여 특징적인 포름알데히드 실내 로딩에 도전하고 적절한 포름알데히드 전환율을 몇 시간 동안 유지하는 수성 NaOH/H2O2 시약의 능력을 시험하는 것이었다.
실험 설정은 도 9에 도시되어 있다. 원형 바닥 플라스크(1)에 포름알데히드 수용액(37 중량% 용액 100ml, 메탄올로 안정화됨)을 충전하였다. 원통형 반응기(4)에 30 중량% 수산화나트륨 용액 150ml를 채웠다. H2O2 용액을 수산화나트륨 용액에 1ml/min의 속도 흐름으로 2시간 테스트 기간 동안 천천히 첨가하여, H2O2 용액의 총 첨가량이 120ml가 되도록 하였다. 반응기(4)는 실질적으로 관형(내경: 9cm; 높이: 40cm)이다. 5mm 두께의 스테인리스강 막은 반응기 바닥에서 약 2.5cm 떨어진 곳에 원자로 내부에 수평으로 설치된다. 막의 기공 크기는 147 μm였으며, 인접한 기공들 사이의 중심에서 중심까지의 거리는 ~50 μm이다. 반응기 내 액체의 수위는 7cm로, 즉 막이 용액의 표면 수위보다 약 4.5cm 낮게 수몰되었다.
평균 온도가 35°C인 핫플레이트(2)를 이용하여 포름알데히드 용액을 기화시키고, 증기를 반응기(4)로 유도하였다. 사용된 연동 펌프(3)는 1 m3/min의 유량으로 동작되었다. 유입 스트림의 포름알데히드 농도는 WHO 실내 공기질 지침에 따라 주거 지역의 일반적인 오염 레벨을 나타내는 공기 중 0.2~0.3mg/m3로 조정되었다. 포름알데히드의 농도를 측정하기 위해 유입(오염된) 스트림과 유출(정화된) 스트림에 연결된 한 쌍의 포름알데히드 검출기들(5 - 포르말데미터 htv-m, 영국 PPM Technology Ltd.에서 제조함)가 각각 사용되었다.
특성 실험 결과는 도 10 및 도 11에 그래프로 표시된다. 도 10은 포름알데히드 농도 대 시간 플롯으로, 배출되는 처리된 기류에 대해 측정되었다(농도는 mg/m3로 표시). 도 11은 포름알데히드 농도 대 시간 플롯으로, 유입(오염된) 기류 및 유출(처리된) 기류에 대해 측정되었다(농도는 ppm으로 표시). 결과들은 약 2시간의 테스트 기간 동안 NaOH/H2O2 시약을 이용한 포름알데히드의 안정적인 흡수 및 전환율을 나타낸다.
예 2
수산화나트륨과 과산화수소 수용액에 흡수하여 저농도 CO 2 함유 공기 처리
본 연구의 목표는 공기가 낮은 CO2 농도로 적재될 때 시약을 통해 통과/버블링되는 공기에서 CO2를 제거하여, 특징적인 CO2 실내 로딩에 도전하고 몇 시간동안 적절한 CO2 전환율을 유지할 수 있는 수성 NaOH/H2O2 시약의 능력을 시험하는 것이었다.
실험 설정은 도 12에 도시되어 있다. CO2 공급원은 가스 실린더(1)에 보관된 상용 100% CO2였다. 펌프들(3)은 실린더(1)의 CO2와 실린더(2)의 공기를 흐르게하고 혼합하여 1200ppm-CO2 베어링 공기의 결합된 기류를 생성하였으며, 이는 (이전에 설명된 바와 같이) 13L/min의 유량으로 반응기(4)로 보내졌고, 여기서, NaOH/H2O2 시약은 보관되었다(시약은 먼저 30 중량%의 NaOH 용액을 250ml 첨가하여 반응기에 충전하고, 테스트 기간 동안 0.1ml/min의 유량으로 과산화수소 용액(10%)을 천천히 연속적으로 첨가한다.
CO2의 농도를 측정하기 위해 유입(1200ppm-CO2 함유 공기) 스트림 및 유출(정제) 스트림에 각각 연결된 한 쌍의 CO2 검출기들(5 - BGA-EDG-MA, Emproco Ltd., Israel)를 사용하였다.
유입 및 유출 스트림의 CO2 레벨은 40분 동안 지속적으로 기록되었다. 그 결과는 도 13에 그래프로 제시되어 있다. 40분간의 테스트 기간 동안 90~100%에 달하는 CO2의 높은 전환율이 유지된 것으로 나타났다.
알칼리 수산화물과의 CO2 반응만으로도 다음 반응 방정식으로 나타내듯이, 대응 탄산염의 형성을 초래할 것이다 :
CO2 + 2MOH → M2CO3 + H2O
반대로, 이산화탄소와 초산화물의 반응은 산소의 형성을 유도한다 :
2MO2 + CO2 → M2CO3 + 1.5O2
따라서, CO2 분해에 초산화물 라디칼이 관여한다는 것은 O2의 발생(evolution)에 의해 입증된다. 즉, 유출되는 기류에 산소가 풍부해진다. 실제로, 40분 동안 기록된 유입 및 유출 스트림의 산소 레벨은 산소 발생 및 산소가 풍부한 유출 기류 생성을 나타내며, 이는 도 14의 O2 농도 대 시간 그림에서 볼 수 있듯이 22 - 28%의 산소 레벨을 나타낸다.
예 3
수산화나트륨과 과산화수소의 수용액에 의한 공기 중 미생물 로드 감소
본 연구의 목표는 오염된 공기에 대한 NaOH/H2O2 시약의 살생물제 작용을 조사하는 것, 즉 예를 들어 마이크로코커스 루테우스(micrococcus luteus), 바실러스 및 클로스트리듐(clostridium)과 같은 박테리아를 제거함으로써 실내 공기의 미생물 로드 감소를 달성하는 것이었다. 초기 로드는 테스트된 각 박테리아 종에 대해 1*108 CFU/ml이었다(이는 대략 400 CFU/plate 오염 공기와 같다).
실험 설정은 도 15에 도시되어 있다. 반응기(1)에는 용해된 박테리아(Aminolab에서 제공)가 적재되어 있다. (이전에 설명된 바와 같은) 반응기(4)는 NaOH/H2O2 시약으로 충전된다. 시약은 NaOH(30 wt%) 100ml를 첨가하고 40ml H2O2를 (테스트 기간에 걸쳐 ~2ml/min의 속도로) 천천히 첨가하여 반응기(4)에 투입되었다. 한 쌍의 원자로들은 모양과 크기가 길이 50cm, 직경 10cm의 원통형으로 동일했으며, 위쪽으로 흐르는 공기가 통과할 수 있도록 설계되었다. 펌프(3)에 의해 공기가 13L/min의 유량으로 공기 챔버(2)에서 반응기(1)를 통해 흐르게 하여, 반응기(4)의 수성 시약(컬럼 내 액체의 높이는 7cm)으로 유도되고 이를 통해 강제로 기포가 발생되는 오염된 유출 기류를 생성하였다.
살생물제 접촉 시간은 15분이었다. 15분 경과 후 처리된 공기 기존 반응기(4)를 수용하기 위해 6개의 페트리 접시를 수용하는 밀폐 용기를 사용했다. 초산화물 라디칼(활성 용액)에 15분간 노출하면 박테리아 농도가 2 CFU/plate로 감소하며, 전환율이 99.5%임을 알 수 있었다.
예 4
수산화나트륨과 과산화수소의 수용액에 의한 공기 중 미생물 로드 감소
실험 설정
실험 설정은 도 17에 도시되어 있다. 실험 설정은 크게 세 부분으로 구성되어 있다.
(A) 기류에 생물학적 오염이 가득한 혼합 유닛.
(B) 생물학적으로 오염된 기류가 MOH/H2O2 수용액으로 처리되는 처리 유닛, 즉, 기액 접촉기.
(C) 응축 가능한 샘플들이 수집되는 필터링 및 샘플링 유닛; 그런 다음, (처리에서 살아남은 미생물들을 카운트하기 위해) 이렇게 형성된 용액이 분석된다.
혼합 유닛(A)
공기 압축기(1)로부터의 기류는 5bar(유량 약 100L/min)의 압력으로 혼합 챔버(4)에 들어가기 전에 공기 필터(2)를 통과한다. 공기 공급 라인에는 공기 유량을 조절하기 위한 조절기 및 유량계(3)가 장착되어 있다. 시린지 펌프(7; New Er Pump Systems Inc의 NE-300 Just-InfusionTM)는 미생물 현탁액을 바이오 에어로졸 발생기(6; CH 기술의 다중-제트 모델인 Blaustein 분무기(BLAM))에 전달하면, 공기 중으로 운반될 수 있을 만큼 작고 가벼워진다. BLAM 분무기는 혼합 챔버(4)의 내부에 설치되어, 혼합 챔버(4)의 하부(5)에서 6L/min의 유량으로 바이오 에어로졸을 배출하며, 여기서 바이오 에어로졸은 챔버(4)에 공급되는 압축 공기에 적재되어 생물학적으로 오염된 기류를 생성한다. 챔버(4)에는 또한, 살균제(6~10% 과산화수소 용액)와 2차 기류를 도입하기 위한 제트 노즐 포트(미도시)를 구비하여, 테스트 사이에 챔버(4)의 내부를 청소하기 위한 살균제 에어로졸을 생성한다.
배출되는 생물학적으로 오염된 기류는 약 106 L/min의 속도로 챔버(4)에서 처리 구역으로 흐른다.
처리 구역(B)
생물학적으로 오염된 공기가 수성 시약 MOH/H2O2와 혼합되는 반응기, 즉 기액 접촉기는 숫자 8로 표시된다. 반응기(8)는 관형(내경: 9cm; 높이: 40cm)이다. 5mm 두께의 스테인리스강 막(9)은 반응기 바닥에서 약 2.5cm 떨어진 곳에 원자로 내부에 수평으로 설치된다. 막의 기공 크기는 147 μm였으며, 인접한 기공들 사이의 중심에서 중심까지의 거리는 ~50 μm이다. 수산화나트륨(30 중량% 용액)과 과산화수소(10~30 중량% 용액)는 탱크(11) 및 탱크(12)에 보관되며, 제어기들(15, 16) 하에서 작동되는 연동 펌프들을 사용하여 반응기(8)에 공급된다. NaOH 및 H2O2 수성 스트림은 막(9) 레벨 아래의 반응기 측면에 위치한 개구부들을 통해 반응기(8)로 유입된다. 상기 제3 연동 펌프(C)(미도시)는 소모된 수성 시약을 상기 반응기(8)의 바닥으로부터 폐기물 탱크(미도시)로 배출하도록 설치된다. 숫자(10)는 기액 접촉기(8)에 첨가된 수성 시약의 표면 레벨을 나타낸다. 소독된 유출 기류(13)는 필터링 및 샘플링 유닛으로 흐른다.
필터링 및 샘플링 유닛(c)
필터링 및 샘플링 유닛(3)은 건식 필터 공기 샘플러(14)(ACD-200 Bobcat)로 구성된다. 반응기(13)의 공기 폐기물은 분석을 위한 액체 샘플을 생성하는 Bobcat 샘플러(참조번호 17에 의해 제어됨)를 통과한다. 즉, 수집된 유체는 Bobcat 샘플러에서 회수되고, 샘플(5-7ml)을 배양하여 미생물을 검출하고 카운트한다. 실험 설정은 공기 샘플러(14)가 주변 공기 간섭을 최소화하면서 반응기(8)로부터 전달된 처리된 기류(13)를 공급받도록 후드 내부에 장착된다.
실험 프로토콜
테스트를 위해 선택된 박테리아 균주는 Kocuria rhizophila(ATCC 9341)였다. 구형의 형태와 강렬한 노란색으로 인해 한천 플레이트에서 자랄 때 쉽게 볼 수 있다. TSB는 박테리아를 배양하기 위한 배양액으로 사용되었다.
각 세션은 다음 실험들로 구성되었다 :
주사기 펌프(7)에서 에어로졸 발생기(6)로 정제수를 주입하여 챔버(4)로 배출되는 무균 에어로졸을 생성하고, 챔버(4)에서 무균 에어로졸은 유입되는 멸균 기류와 혼합되는 하나의 음성 대조 실험. 유출되는 공기/에어로졸 스트림은 반응기(8)로 흐른다. 반응기(8)는 건조한 조건에서 작동한다. 즉, 기류가 액체와 접촉하지 않는다. 에어로졸은 Bobcat 샘플러(14)로 이동하여 응축되고 수집되어 박테리아의 존재 여부를 테스트한다(성공적인 실행에서는 박테리아 성장이 검출되지 않음).
주사기 펌프(7)로부터 에어로졸 발생기(6)로 미생물 현탁액을 주입하여 챔버(4)로 배출되는 바이오 에어로졸을 생성하고, 챔버(4)에서 바이오 에어로졸은 유입되는 멸균 기류와 혼합되는 둘 이상의 테스트 실험. 챔버(4)로부터의 공기/바이오에어로졸 스트림은 반응기(8)로 흐른다; 상기 스트림은 바닥으로부터 반응기(8)로 진입하여, NaOH/H2O2 수용액을 가로질러 위 방향으로 흐른다. 방출되고 소독된 공기/에어로졸 스트림은 반응기(8)의 상부에서 Bobcat 샘플러(14)로 흐르며, 샘플들은 응축되고, 수집되어, 박테리아의 존재 여부에 대해 테스트된다. 반응기(8)에 추가된 NaOH/H2O2 수용액의 조합은 아래에 표로 정리되어 있다 :
처리 A1 A2
NaOH 30% 용액 3.0 리터 3.0 리터
H2O2 10% 용액H2O2 30% 용액 0.3 리터
0.3 리터
NaOH/H2O2 용액 대신 정제수로 반응기(8)를 채웠다는 점에서만 테스트 실험과 다를 뿐인 1개의 양성 대조 실험. 양성 대조 실험은 이 시스템이 미생물의 통과를 차단하지 않는다는 것을 보여줬고, 치료의 효과를 평가하기 위해 각 세션에서 각 테스트를 비교하는 양성 기준선으로 기능했다. 양성 대조군 실행은 일반적으로 테스트 실험 후에 세션당 한 번씩 수행되었다.
시스템 살균은 각 세션이 시작될 때와 시스템에 미생물이 침투하는 각 테스트 후에 수행되었다(전술된 6-10 H2O2 살균제 구성 참조). 즉, 반응기(8)를 배수하여, 소진된 수성 시약을 배출하고 시스템을 세척 및 소독했다. 수집된 샘플들은 희석(예를 들어, 10-5 희석)되어, CFU 카운팅을 가능하게 하도록 한천 플레이트에 배치되었다.
결과들
오염된 생물학적 기류를 생성하기 위해 주입된 CFU의 농도와 총 개수, 그리고 측정된 제거 속도(로그 감소 단위로 표현되고, 주입된 총 CFU를 기준으로 계산되고, 양성 대조군 기준과 비교됨)는 표 2에 나와 있다.
처리 A1 A2
주입된 CFU 8.1x106 CFU/ml
총 : 4.05x108 CFU		 5.3x106 CFU/ml
총 : 2.65x108 CFU
로그 감소* 3.3-3.9 5.6-8.4
로그 감소** 1.6-2.2 3.6-6.4
* 주입된 총 CFU를 기준으로 계산됨.
**양성 대조군에 대해 계산됨.
알칼리 수산화물 및 과산화수소의 결합 작용으로 공기 중 박테리아 Kocuria rhizophila의 높은 제거율(>99.99% 제거)을 달성한 것으로 나타났다.
예 5
수산화나트륨과 과산화수소의 작용에 의한 인간 코로나바이러스 OC43(hCoV-OC43)의 불활성화
본 연구의 목표는 다양한 노출 시간에 걸쳐 NaOH/H2O2 수용액이 hCoV-OC43에 직접 접촉하는 효과를 평가하는 것이었다.
사전 테스트 준비
생물학적 샘플들 : A549 세포들(Colon; ATCC, Cat). # CCL-185)은 37OC 및 5% CO2에서 2mM L-Alanyl-L-Glutamine 용액(200 mM; Biological Industries, Cat. # 03-022-1B), 1% Penicillin-Streptomycin 용액(Biological Industries, Cat. # 03-031-1B) 및 10 % Fetal Bovine Serum(FBS; Biological Industries, Cat. # 04-127-1A)로 공급된 F-12K 배지(ATCC, Cat. # 30-2004)에서 96-well 플레이트(96-well 플레이트, Greiner Bio One)에서 재배되었다.
화학 샘플들 : NaOH 30% 용액 9ml에 H2O2 10% 용액 300μl를 첨가하여 활성 시약 9.3ml 샘플을 형성하였다.
실험 프로토콜
테스트 A: 음성 대조군 - NaOH/H 2 O 2 용액의 세포 독성 효과
NaOH/H2O2 용액의 세포 독성을 판단하기 위해 두 가지 실험을 수행하였다.
실험 1에서, NaOH/H2O2 용액 9.3ml에 310μl의 멸균 배지를 첨가하여 60초간 배양한 후, 10배 연속 희석(1:10, 1:100, 1:1000, 1:10000, 1:100000 및 1:1000000)을 준비하고, 각 희석액에서 150μl/well을 4개의 복제 웰에 있는 세포들에 추가하였다.
실험 2에서, NaOH/H2O2 용액 500μl에 500μl의 멸균 배지를 첨가하여 10초간 배양한 후, 10배 연속 희석(1:10, 1:100, 1:1000, 1:10000, 1:100000 및 1:1000000)을 준비하고, 각 희석액에서 150μl/well을 4개의 복제 웰에 있는 세포들에 추가하였다.
테스트 B - NaOH/H 2 O 2 용액의 항바이러스 효과
NaOH/H2O2 용액의 항바이러스 효과를 평가하기 위해 두 가지 실험을 수행하였다.
실험 1에서, 9.3ml의 NaOH/H2O2 용액에 310μl의 stock hCoV-OC43을 첨가하고 13, 30, 60초 동안 배양한 후(총 3개의 테스트 샘플), 10배 연속 희석(1:10, 1:100, 1:1000, 1:10000, 1:100000 및 1:1000000)을 준비하고, 각 배양 기간에 생성된 모든 희석액에서의 150μl/well을 4개의 복제 웰에 있는 세포들에 추가하였다.
실험 2에서, 500μl의 NaOH/H2O2 용액에 500μl의 stock hCoV-OC43을 첨가하고 2, 5, 10초 동안 배양한 후(총 3개의 스트 샘플), 10배 연속 희석(1:1000, 1:10000, 1:100000, 1:1000000)을 준비하고, 각 배양 기간에 생성된 모든 희석액에서의 150μl/well을 4개의 복제 웰에 있는 세포들에 추가하였다.
스톡 적정(stock titration)을 위한 바이러스 표준 곡선 준비 : 처리되지 않은 hCoV-OC43 스톡은 2% FBS로 보충된 멸균 배지에서 10배 연속 희석법으로 희석되었으며, 각 희석에서 4개의 복제 웰들의 세포들에 150μl/well을 적용하였다.
4개의 추가 웰이 검량선 음성 대조군(cNC)으로 사용되었으며, 여기서 hCoV-OC43을 포함하지 않는 멸균 배지가 세포들에 적용되었다.
A549 96-웰 플레이트는 35℃와 5% CO2에서 6일간 배양되었으며, 세포들은 현미경으로 세포변성 및/또는 세포독성 효과에 대해 매일 모니터링되었다.
결과들
바이러스 표준 곡선
실험 1과 실험 2 모두에서 모든 cNC 웰들에서 생존 가능하고 감염되지 않은/오염되지 않은 세포들이 관찰되었다.
실험 1에서, Reed 및 Much 적정식을 사용하여 계산된 표준 곡선 적정은 2.11·106 TCID50/ml이었다.
실험 2에서, Reed 및 Much 적정식을 사용하여 계산된 표준 곡선 적정은 3.09·107 TCID50/ml이었다.
결과는 각 실험에 사용된 바이러스 스톡이 당사 바이러스 스톡의 보정 범위에 있고 실험에 신뢰할 수 있음을 나타낸다.
테스트 A: 음성 대조군 - NaOH/H 2 O 2 용액의 세포 독성 효과
희석액 1:10과 1:100의 모든 복제물에 대한 두 실험 모두에서, 몇 시간 안에 세포 사멸을 초래하는 세포 독성이 관찰되었다. 1:1,000 이상의 희석액에서는, 배양 배지에서 배양되고 화학적 처리가 없는 처리되지 않은 세포들과 비교하여, 세포 사멸 및 세포 외관의 차이가 관찰되지 않았다.
이에 따라 항바이러스 실험은 CPE 모니터링 및 TCID50 계산을 위한 기준선으로 1:1,000 바이러스 희석을 참조하여 그에 따라 수행되었다.
테스트 B - NaOH/H 2 O 2 용액의 항바이러스 효과
NaOH/H2O2 용액의 1:1,000 이상의 희석액에서는 세포 독성 효과가 관찰되지 않았으며, 이러한 희석액을 포함하는 처리된 바이러스에 의해 감염된 모든 웰들에서의 모든 테스트 샘플들에 대해 바이러스 감염이 관찰되지 않았다. 즉, hCoV-OC43의 감염률은 이미 바이러스와 접촉한지 2초만에 적어도 99.9% 이상이다. 이 백분율은 3개의 테스트 샘플들(표 4)의 결과로 얻은 계산된 -3.7 바이러스 로그 감소에 대해 표 5를 기준으로 해석될 수 있다.
3개의 테스트 샘플 웰 중 어느 곳에서도 TCID50을 계산할 수 없었기 때문에, 바이러스 로그 감소의 계산은 (화학 혼합물로 배양한 후) 1:1,000 희석액의 각 웰에 접종된 계산된 TCID50 유닛들과 획득된 엔드-포인트 바이러스 역가(0) 사이의 델타를 기반으로 하였다. 웰에 접종된 TCID50은 표준 곡선 샘플들을 기준으로 계산되었다.
항바이러스 활성 실험 1
샘플 초기 바이러스 TCID50/웰 관찰된 바이러스 TCID50 day 5 바이러스 로그 감소 % 바이러스 감소
테스트 13s 1.02E+01 0 1 ≥90
테스트 30s 0 1 ≥90
테스트 60s 0 1 ≥90
화학 혼합물 항바이러스 활성 실험 1
샘플 초기 바이러스 TCID50/웰 관찰된 바이러스 TCID50 day 7 바이러스 로그 감소 % 바이러스 감소
테스트 2s 4.64E+03 0 3.7 ≥99.9
TEST 5s 0 3.7 ≥99.9
TEST 10s 0 3.7 ≥99.9
표 3 및 표 4에 대한 범례:
초기 바이러스 TCID50/well : NaOH/H2O2 수용액에서 바이러스를 13, 30, 60초 동안(표 3) 그리고 2, 5, 10초 동안(표 4) 배양 후 화학 혼합물의 1:1000으로 희석으로 96-well 플레이트 및 셀에 접종한 hCoV-OC43의 총량. 이 값은 Reed 및 Much 적정식을 사용한 바이러스 표준 곡선 웰들의 적정과 희석(150μl) 후 웰들에 접종된 총 부피에 대한 정규화를 기반으로 계산되었다. 초기 바이러스 TCID50/웰은 최대 1:100까지 CPE(세포변성 효과) 관찰을 허용하지 않는 대규모 세포 사멸이 있었기 때문에 1:1,000 샘플 희석에 대해서만 계산되었다.
관찰된 바이러스 TCID50 : 실험 종점(바이러스 접종 후 5일 및 7일 후)에서 각 샘플에 대해 얻은 TCID50. CPE와 감염이 보이지 않아, 모든 샘플들에 0 TCID50이 할당되었다.
바이러스 로그 감소 : 초기 바이러스 TCID50/well에서 log10으로 1:1,000 샘플 희석당 계산되었다.
결과의 해석
로그 감소 백분율(%) 감소
≥1 ≥90
≥2 ≥99
≥3 ≥99.9
결론
본 연구에서, 9ml NaOH 용액과 300μl H2O2 용액의 화학적 혼합물은 용액과 바이러스의 직접 접촉에 의해 hCoV-OC43의 감염성을 저해할 수 있는 능력에 대해 테스트되었다. 세 가지 다른 접촉 기간에 대해, 수행된 세 가지 테스트의 결과는 테스트된 NaOH/H2O2 용액이 직접 노출 후 2초 만에 바이러스 감염성을 제거했음을 나타낸다. 최대 1:100 희석에서 NaOH/H2O2 용액이 세포에 대해 세포독성 효과가 있었기 때문에 이러한 웰에서는 CPE 관찰이 불가능했다. 1:1,000 이상 희석과 관련하여, 우리는 NaOH/H2O2 용액이 혼합물에서의 배양 후 이 희석액의 웰들에 처음 도입된 로드에 비해 세포를 감염시킬 수 있는 바이러스 로드를 실제로 99.9% 이상 감소시켰다는 결론을 내릴 수 있다. 이러한 감소는 hCoV-OC43 바이러스 감염성의 최소 -3.7 로그 감소라고 평가할 수 있다.
예 6
수산화칼륨과 과산화수소 수용액에 흡수하여 저농도 CO 2 함유 공기 처리
이 연구의 목표는 홀들의 기하학 구조가 서로 다른 두 종류의 천공막의 성능을 조사하는 것이었다. 하나의 막에서, 홀들의 직경은 막 두께에 따라 변하지 않는다. 즉, 공기는 600μm의 일정한 직경을 가진 원통형의 통로를 통해 흐른다. 테스트된 다른 막은 고유한 기하학적 구조를 가진 홀들로 천공되었으며, 역 절두원추형(inverted frustoconical) 섹션을 연결하는 원통형 섹션으로 구성된 통로를 통해 공기가 흐를름에 따라 : 막을 가로질러 이동하기 위해, 공기는 직경이 300μm인 원통형 섹션을 통해 흐르고, 그 다음, 작은 베이스(base)가 원통형 섹션과 인접하는(직경이 같음) 절두원추형 섹션을 통해 흐른다. 직경이 900 μm인 절두원추형 섹션의 큰 베이스는 벌크 용액과 마주보는 막 측면 내의 홀의 개구부이다.
실험 설정은 실시예 2에서 설명한 것과 유사하지만 규모가 더 컸다. 또한, 이번에는 수산화칼륨 용액 50%를 사용하였다. KOH 용액 1.1L를 직경 26.5cm의 관형 반응기에 충전하였다. 테스트된 막은 관형 반응기의 하단로부터 2.5cm 떨어진 곳에 설치되었다. H2O2 용액을 전달하는 펌프를 간헐적으로 작동시켜, 테스트 기간에 걸쳐 10ml/hour의 유량으로 H2O2 용액(10%)을 첨가하였다. CO2 공급 및 1200ppm-CO2 함유 공기의 결합된 스트림을 생성하기 위한 공기 스트림과의 혼합을 예 2에서 설명된 바와 같이 수행하였다 : 이 스트림은 KOH/H2O2 시약이 보관된 반응기에 120 L/min의 유량으로 공급되었다.
유입 및 유출 스트림의 CO2 레벨은 예 2에서 설명된 구성에 의해 1시간에 걸쳐 주기적으로 기록되었고 전환율이 계산되었다. 그 결과는 테스트 기간을 설명하는 도 19에 바 다이어그램 형태로 표시된다. 600 μm 홀들로 천공된 막에 대해 양호한 변환 백분율(~80%; 오른쪽 막대)이 측정되었다. 기하학적으로 변형된 천공막의 경우, 1시간의 테스트 기간동안 CO2의 거의 100% 전환율이 유지됨을 알 수 있다(왼쪽 막대) .

Claims (33)

  1. 방의 실내 공기질을 개선하는 방법으로서,
    상기 방으로부터 공기를 흡입하여 상기 공기를 알칼리 수산화물/H2O2 수용액으로 충전된 기체/액체 접촉기로 안내하는 단계;
    상기 알칼리 수산화물/H2O2 수용액의 표면 레벨 아래의 기체/액체 접촉기에 설치된 천공막을 통해 상기 공기를 통과시켜서, 생성된 기포들이 상기 용액을 통해 이동하게 하는 단계; 및
    상기 기체/액체 접촉기로부터 개선된 품질의 처리된 공기를 얻는 단계를 포함하며,
    상기 처리된 공기는 :
    감소된 이산화탄소 레벨; 및/또는
    감소된 VOC 레벨; 및/또는
    감소된 미생물 로드를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기는 상기 막의 두께에 걸쳐 직경이 증가하는 천공들을 통해 상기 막을 통과하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 천공들 각각은 상기 용액을 향하는 역방향 절두원추형(inverted frustoconical) 섹션을 연결하는 원통형 섹션으로 구성된 통로, 또는 상기 용액을 향하는 큰 베이스가 있는 원뿔의 절두체(frustrum) 형상의 통로인, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    알칼리 수산화물 용액에 대한 과산화수소 용액의 연속적 또는 주기적 첨가와 함께, 미리 준비된 알칼리 수산화물 용액을 공급하거나, 기체/액체 접촉기에 별도로 공급된 물에 고체 알칼리 수산화물을 용해시킴으로써 기체/액체 접촉기에 알칼리 수산화물/H2O2 수용액이 충전되는, 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 기체/액체 접촉기에 별도로 공급되는 물에 정제 형태의 고체 알칼리 수산화물을 주기적으로 용해시키는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    알칼리 수산화물 용액의 농도는 5 중량% 내지 48 중량% 내지 50 중량%이고, 첨가된 과산화수소 용액의 농도는 3 중량% 내지 35 중량%이며, 알칼리 수산화물 용액에 대하여 2:1 내지 10:1 범위의 용액들 간 체적비가 유리하며,
    상기 비율은 CO2 레벨 및/또는 미생물 로드에 따라 조정되는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    - 공기 중의 입자들을 포착하고 필터링된 메인 기류를 생성하기 위해 실내 공기를 흡입하고 이를 제1 유량으로 필터를 가로질러 통과시키는 단계;
    - 제2 유량으로 흐르는 제2 필터링된 기류를 생성하기 위해 상기 필터링된 메인 기류의 일부를 전환하는 단계;
    - 상기 제2 필터링된 기류를 알칼리 수산화물/H2O2 수용액으로 충전된 기체/액체 접촉기로 강제로 밀어넣는 단계로서, 기포 형태의 상기 필터링된 공기는 상기 용액과 접촉되는, 단계;
    - 상기 기체/액체 접촉기로부터 필터링되고 제염된 기류를 회수하는 단계; 및
    상기 필터링되고 제염된 기류를 상기 필터링된 메인 기류와 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실내 환경에서의 CO2 레벨은 1000 내지 10,000 ppm에서 400 내지 700 ppm 미만으로 감소하는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실내 환경에서의 VOC 레벨이 감소되는, 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 VOC는 포름알데히드인, 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 실내 환경에서의 박테리아 로드 및/또는 바이러스 로드는 적어도 2 log 감소되는, 방법.
  12. 방에서 화학적 및 생물학적 오염물질을 제거하기 위한 공기 청정기로서,
    - 유입 공기 채널;
    - 실내의 공기를 상기 유입 채널로 유도하고, 상기 공기 채널을 통해 화학적 및 생물학적 오염물질-제거 반응기에 장착된 천공막으로 상기 공기를 유도하도록 구성된 하나 이상의 공기 흡입 컴포넌트들; 및
    - 원자로로부터 처리된 공기를 공급받도록 구성된 배출 공기 채널을 포함하며,
    - 상기 반응기는 :
    - 정화 알칼리 수산화물/H2O2 수용액을 포함하도록 구성된 저장소를 포함하며,
    상기 청정기의 작동 동안, 상기 천공막은 상기 천공막을 통과하는 공기가 상기 용액을 통과하여 상기 배출구 채널을 향해 이동하는 기포들로 전환되도록 상기 용액의 표면 레벨 아래에 위치되고,
    상기 공기 청정기는 상기 반응기 상부에 위치하는 착탈식 저장 유닛을 더 포함하고, 상기 착탈식 저장 유닛은 알칼리 수산화물, 과산화수소 및 옵션으로 물을 포함하여 상기 반응기에 공급하도록 구성되는, 공기 청정기.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 유입구 공기 채널은 공기를 아래 방향으로 운반하며,
    상기 유입구 공기 채널은 상기 천공막의 개구부를 통과하여 상기 천공막의 하부에 위치한 공기 구획을 향하는, 공기 청정기.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 유입 공기 채널의 바닥 배출구는 상기 천공막의 상면에 대해 밀봉되어, 상기 막의 관통부를 통해서만 상기 막 아래의 저장소의 섹션을 향하여 상기 유입 공기 채널로부터 공기를 통과시키며,
    상기 막의 직경은 상기 알칼리 수산화물/H2O2 용액의 저장소의 직경보다 작은, 공기 청정기.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 막의 각 천공은 40 μm 내지 1200 μm 범위의 직경을 갖는, 공기 청정기.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 천공막은 상기 천공막의 상면 및 하면에 각각 상부 개구부 및 하부 개구부를 갖는 천공들을 가지며,
    상기 상부 개구부의 직경은 상기 하부 개구부의 직경보다 큰, 공기 청정기.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 천공들 각각은 단면상으로 2개의 섹션으로 구분되는데,
    하부 섹션은 원통형이고, 상부 섹션은 절두원추형인, 공기 청정기.
  18. 청구항 12에 있어서,
    상기 유입 공기 채널의 바닥 배출구는 오염된 공기를 천공막으로 유도하도록 구성되고,
    상기 천공막은 상기 정화 용액의 저장소의 하부에 위치하고 나선형 배관 구성을 갖는, 공기 청정기.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 각각의 천공들은 단면에서 배관의 하부에 위치하여, 상기 천공을 통해 공기 배출을 아래쪽으로 향하게 하는, 공기 청정기.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 천공들 각각은 단면에서 상기 배관 수평 직경보다 적어도 30° 낮게 위치하는, 공기 청정기.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 천공들 각각은 40 μm 내지 1200 μm 범위의 직경을 갖는, 공기 청정기.
  22. 청구항 18에 있어서,
    상기 두 천공들 사이의 거리는 상기 천공의 직경의 2 내지 50 범위인, 공기 청정기.
  23. 청구항 12에 있어서,
    상기 저장 유닛은 알칼리 수산화물 용기, H2O2 용기 및 옵션으로 물 용기를 포함하는, 공기 청정기.
  24. 청구항 23에 있어서,
    본질적으로 원통 형상을 가지며, 상기 알칼리 수산화물 용기, 상기 H2O2 용기 및 상기 물 용기가 상기 저장 유닛 내에 동심원상으로 배열되는, 공기 청정기.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 알칼리 수산화물 용기는 방출 가능한(releasable) 배열로 알칼리 수산화물 정제들을 포함하도록 구성되는, 공기 청정기.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 알칼리 수산화물 용기는 복수의 컬럼을 포함하며,
    각 컬럼은 알칼리 수산화물 정제들을 저장하도록 구성되는, 공기 청정기.
  27. 청구항 26에 있어서,
    상기 수산화물 용기는 각도적으로 회전(angularly revolving)하도록 구성되어, 상기 용액 저장소로 이어지는 통로에 대한 개구부 위에 단일 컬럼을 위치시킴으로써, 수산화물 정제들에 의한 상기 용액의 주기적 공급을 허용하는, 공기 청정기.
  28. 청구항 12에 있어서,
    상기 반응기 상류의 유입 채널에 장착된 HEPA 필터 및 블로워를 더 포함하는, 공기 청정기.
  29. 청구항 12에 있어서,
    상기 공기 청정기는 HEPA 필터를 갖는 가정용 방 정화기와 통합되며,
    상기 유입 공기 채널은 상기 HEPA 필터로 하류로 분기되는 상기 가정용 방 정화기의 유입 공기 채널에서 분기하고,
    상기 배출구 채널은 상기 가정용 방 정화기의 배출구 채널과 합류하는, 공기 청정기.
  30. 청구항 12에 있어서,
    상기 방-공기에서의 CO2 농도를 측정하기 위한 센서를 더 포함하고,
    상기 장치의 작동 일정 및 기간은 상기 센서에 의한 CO2 측정에 기초하는, 공기 청정기.
  31. 가정용 공기 정화 시스템으로서,
    - 각 센서가 가정의 다른 방에 배치되는 복수의 공기 품질 센서들;
    도킹 스테이션; 및
    - 이동식 공기 청정기를 포함하며,
    상기 도킹 스테이션은 :
    - 상기 이동식 공기 청정기를 호스팅하고;
    - 모든 상기 복수의 센서들로부터 공기 품질 측정값을 수신하고, 그리고 방의 오염 레벨이 미리 정의된 오염 임계값을 초과하는 시기를 판단하고; 그리고
    - 상기 이동식 공기 청정기와 통신하고, 그리고 적어도 상기 미리 정의된 오염 임계값 이상의 오염이 감지된 방의 표시를 상기 이동식 공기 청정기에게 전송하도록 구성되며,
    상기 이동식 공기 청정기는 :
    - 상기 도킹 스테이션과 통신하고, 그리고 적어도 상기 미리 정의된 오염 임계값 이상의 오염이 감지된 방의 표시를 상기 도킹 스테이션으로부터 수신하고;
    상기 표시를 수신하면, 오염된 방으로 이동하여 해당 방을 정화시키고, 정화가 완료되면 상기 도킹 스테이션으로 돌아가도록 구성되는, 시스템.
  32. 청구항 31에 있어서,
    상기 오염은 하나 이상의 화학적 및 생물학적 오염물질을 포함하는, 시스템.
  33. 청구항 31에 있어서,
    상기 이동식 공기 청정기는 :
    - 유입 공기 채널;
    - 상기 방의 공기를 상기 유입 채널로 흡입하고, 상기 공기 채널을 통해 생물학적 위험물 제거 반응기에 장착된 천공막으로 상기 공기를 유도하도록 구성된 하나 이상의 공기 흡입 컴포넌트들; 및
    - 상기 반응기로부터 처리된 공기를 공급받고 상기 처리된 공기를 상기 방으로 되돌리도록 구성된 배출구 공기 채널을 포함하며,
    상기 생물학적 위험물 제거 반응기는 :
    - 정화 알칼리 수산화물/H2O2 수용액을 포함하도록 구성된 저장소를 포함하며,
    상기 청정기의 작동 동안, 상기 천공막은 상기 천공막을 통과하는 공기가 상기 용액을 통과하여 상기 배출구 채널을 향해 이동하는 기포들로 전환되도록 상기 용액의 표면 레벨 아래에 위치되고,
    상기 공기 청정기는 상기 반응기 상부에 위치하는 착탈식 저장 유닛을 더 포함하고, 상기 착탈식 저장 유닛은 알칼리 수산화물, 과산화수소 및 물을 포함하여 상기 반응기에 공급하도록 구성되는, 시스템.
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