KR20230025699A - 공기 처리 디바이스 - Google Patents

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KR20230025699A
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air treatment
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필립 라일리
벤 에드먼즈
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다이슨 테크놀러지 리미티드
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Abstract

기류를 생성하는 기류 생성기, 1 이상의 공기중 오염물을 흡착하는 흡착재 -흡착재는 기류의 적어도 일부가 흡착재를 통과하도록 배치됨- , 흡착된 오염물을 탈착하기 위해 흡착재의 일부를 가열하도록 배치되는 히터, 및 흡착재의 가열된 부분으로부터 탈착된 오염물을 함유하는 공기를 수용하도록 배치되는 광촉매 반응기를 포함하는 공기 처리 디바이스가 제공된다. 광촉매 반응기는 오염물들 중 1 이상의 광촉매 분해를 위한 광촉매, 및 광촉매 분해를 촉진하도록 광촉매를 조명하는 1 이상의 광 소스를 포함한다. 공기 처리 디바이스는 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않은 기류의 적어도 일부가 1 이상의 광 소스와 접촉하도록 배치된다.

Description

공기 처리 디바이스
본 발명은 공기 처리 디바이스에 관한 것이다.
공기 처리 디바이스는 공기를 처리하여 오염물을 제거한다. 종래의 공기 처리 디바이스는 0.3 ㎛ 입자들의 적어도 99.97 %를 제거하는 HEPA(high-efficiency particulate air) 필터와 함께 크기 배제에 의해 공기중 입자들을 물리적으로 포획하는 미립자 필터들만을 사용한다. 일부 공기 처리 디바이스들은 활성탄 필터들을 사용하여 공기로부터 휘발성 화학물질을 필터링한다. 활성탄은 흡착 또는 화학 반응들에 이용가능한 표면적을 증가시키는 많은 수의 개방되거나 접근가능한 미세공극(micropore)들 및 중공극(mesopore)들을 갖도록 처리되는 잘 알려진 탄소질 재료이다. 예를 들어, WO2016/128734는 팬 조립체를 설명하며, 이는 팬 조립체의 원통형 몸체에 장착되는 관형 배럴-타입 필터(tubular, barrel-type filter)를 갖는다. 필터는 활성탄 천의 내층을 둘러싸는 주름잡힌 HEPA 필터의 외층을 포함하는 2-층 구조의 필터 매체들을 포함한다.
공기 정화를 위해 사용되는 경우, 활성탄은 흡착에 의해 오염물을 필터링하고, 이에 따라 제한된 용량만을 가지므로, 필터링 성능이 유지되어야 하는 경우에 활성탄 필터들은 결국 교체를 필요로 한다. 그러므로, 교체 필요성을 피하기 위해 이러한 흡착 필터들을 재생시킬 수 있는 것이 바람직하다. 이러한 재생을 달성하기 위한 접근법은 오염물을 외부 환경으로 방출하거나 광촉매 산화(PCO)와 같은 기술을 사용하여 파괴하기 전에 흡착 필터로부터 오염물을 열적으로 탈착하는 것이며, 이들 중 후자는 공기 처리 디바이스가 외부 환경으로 내보낼 수 있을 것을 필요로 하지 않기 때문에 바람직하다.
본 발명의 제 1 실시형태에 따르면, 공기 처리 디바이스가 제공된다. 공기 처리 디바이스는 기류를 생성하는 기류 생성기, 1 이상의 공기중 오염물을 흡착하는 흡착재 -흡착재는 기류의 적어도 일부가 흡착재를 통과하도록 배치됨- , 흡착된 오염물을 탈착하기 위해 흡착재의 일부를 가열하도록 배치되는 히터, 및 흡착재의 가열된 부분으로부터 탈착된 오염물을 함유하는 공기를 수용하도록 배치되는 광촉매 반응기를 포함한다. 광촉매 반응기는 오염물들 중 1 이상의 광촉매 분해(photocatalytic degradation)를 위한 광촉매, 및 광촉매 분해를 촉진하도록 광촉매를 조명하는 1 이상의 광 소스를 포함한다. 공기 처리 디바이스는 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않은 기류의 적어도 일부가 1 이상의 광 소스와 접촉하도록 배치된다.
공기 처리 디바이스는 공기 처리 디바이스 외부로부터의 공기가 1 이상의 광 소스들 중 적어도 하나와 접촉하게 하는 적어도 하나의 기류 경로를 제공하도록 구성될 수 있으며, 이 기류 경로는 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않는다. 기류 경로는 공기 처리 디바이스 외부로부터의 공기가 흡착재의 가열되지 않는 부분을 통과하게 하도록 배치될 수 있다.
광촉매 반응기는 광촉매를 함유하는 제 1 부분, 및 1 이상의 광 소스를 함유하는 제 2 부분을 포함할 수 있으며, 제 1 부분은 흡착재의 가열된 부분으로부터 탈착되는 오염물을 수용하도록 배치되고, 제 2 부분은 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않은 기류의 적어도 일부를 수용하도록 배치된다.
광촉매 반응기는 1 이상의 광 소스를 광촉매로부터 분리하는 적어도 부분적으로 투명한 파티션을 포함할 수 있고, 파티션은 제 1 부분을 제 2 부분으로부터 분리한다. 파티션은 공기가 통하지 않을 수 있다.
공기 처리 디바이스는 흡착재의 부분을 둘러싸도록 배치되는 탈착 챔버를 포함할 수 있고, 히터는 탈착 챔버에 의해 둘러싸이는 흡착재의 부분을 가열하도록 배치된다. 공기 처리 디바이스는 흡착재의 가열되지 않는 부분이 탈착 챔버 외부에 위치되고 히터에 의해 생성되는 열에 노출되지 않도록 배치될 수 있다.
광촉매는 광촉매 반응기의 1 이상의 표면 상에 배치될 수 있고, 1 이상의 광 소스는 1 이상의 표면을 조명하도록 배치된다.
이제 다음 도면들을 참조하여, 단지 예시의 방식으로만 본 발명을 설명할 것이다:
도 1은 공기 처리 디바이스의 일 예시를 개략적으로 나타내는 도면;
도 2는 공기 처리 디바이스의 일 예시의 단면 사시도;
도 3은 도 2의 공기 처리 디바이스의 확대된 단면 사시도;
도 4는 공기 처리 디바이스의 또 다른 예시를 개략적으로 나타내는 도면;
도 5a는 본 명세서에서 설명되는 공기 처리 디바이스와 함께 사용하기에 적절한 필터의 일 예시의 사시도;
도 5b는 도 5a의 필터의 평면도;
도 6a는 본 명세서에서 설명되는 공기 처리 디바이스와 함께 사용하기에 적절한 여과 장치(filtration arrangement)의 일 예시의 사시도; 및
도 6b는 도 6a의 여과 장치의 정면도이다.
공기 처리 디바이스의 일 예시가 이제 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 단지 예시의 방식으로만 설명될 것이다. 공기 처리 디바이스는 일반적으로 참조 번호 100으로 표시되고, 공기 처리 디바이스(100)를 통해 기류를 생성하는 기류 생성기(120)를 하우징하는 외측 케이싱(131)을 포함한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 외측 케이싱(131)은 원통형이고, 측벽, 하단부 및 상단부를 갖는다. 하단부는 에워싸이고, 공기 처리 디바이스(100)가 놓이는(즉, 지지되는) 베이스(즉, 하부 표면)를 제공한다. 그 후, 공기 처리 디바이스(100)의 공기 유입구가 외측 케이싱(131)의 측벽에 제공되고, 외측 케이싱(131)의 측벽에 형성되는 어퍼처(aperture)들의 어레이(도시되지 않음)를 포함한다. 대안적으로, 공기 유입구는 외측 케이싱(131)에 형성된 창 내에 장착되는 1 이상의 그릴(grill) 또는 메시(mesh)를 포함할 수 있다.
그 후, 기류 생성기(120)는 외측 케이싱(131) 내에 장착되며, 기류 생성기(120)의 배기구가 외측 케이싱(131)의 상단부에 제공된 원형 어퍼처(130) 내에 배치되어 기류 생성기(120)로부터 배출되는 기류가 어퍼처(130)를 통해 공기 처리 디바이스(100)의 외측 케이싱(131)을 빠져나가도록 한다. 이에 의해, 원형 어퍼처(130)는 공기 처리 디바이스(100)를 위한 공기 유출구를 제공한다.
기류 생성기(120)는 모터(121), 및 모터(121)에 의해 구동되어 공기 처리 디바이스(100)를 통해 기류를 생성하도록 배치되는 임펠러(122)를 포함한다. 임펠러(122)는 일반적인 원뿔대(frusto-conical) 형상을 갖고, 모터(121)는 임펠러(122)의 후방에 의해 정의되는 캐비티(cavity: 132) 내에 부분적으로 배치된다.
공기 처리 디바이스(100)는 1 이상의 공기중 오염물을 흡착하는 흡착재(101)를 더 포함한다. 흡착재(101)는 공기 처리 디바이스(100)를 통과하는 기류의 적어도 일부가 흡착재(101)를 통과하도록 배치되어, 기류의 그 부분에 존재하는 오염물이 흡착재(101)에 의해 제거되도록 한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 흡착재(101)는 외측 케이싱(131)의 측벽에 제공되는 공기 처리 디바이스(100)의 공기 유입구의 하류 및 기류 생성기(120)의 상류에 있도록 외측 케이싱(131)의 내측 둘레 주위에 분포되는 복수의 만곡된 모놀리식 탄소 필터들(101', 101")에 의해 제공된다. 그러므로, 기류 생성기(120)에 의해 공기 처리 디바이스(100)의 공기 유입구를 통해 끌어들인 기류는 기류 생성기(120)의 공기 유출구(130)를 통해 배출되기 전에 만곡된 모놀리식 탄소 필터(101', 101")를 통과한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 공기 처리 디바이스(100)는 기류가 흡착재(101)를 통과하기 전에 공기 처리 디바이스(100)를 통과하는 기류를 사전-필터링하기 위한 사전-필터 조립체(133)를 더 포함하며, 이 사전-필터 조립체(133)는 기류로부터 미립자들을 필터링하는 미립자 필터 매체를 포함한다. 예를 들어, 이 미립자 필터 매체는 주름잡힌 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 유리 마이크로섬유 부직포를 포함할 수 있다. 또한, 사전-필터 조립체(133)는 기류가 흡착재(101)를 통과하기 전에 소정 화학물질을 필터링하는 화학적 필터 매체를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 화학적 필터 매체는 주름잡힌 탄소 천 또는 통기성 재료의 층들 사이에 보유된 활성탄 과립과 같은 활성탄 필터 매체를 포함할 수 있다.
또한, 공기 처리 디바이스(100)는 흡착재(101)의 적어도 일부로부터 오염물을 간헐적으로 또는 주기적으로 탈착하도록 배치되는 탈착 조립체(102, 107)를 포함한다. 이를 위해, 탈착 조립체는 흡착재(101)의 상이한 부분들을 교환가능하게 둘러싸도록 배치되는 탈착 챔버(107) 및 흡착된 오염물을 탈착하기 위해 탈착 챔버(107)에 의해 둘러싸인 흡착재를 가열하도록 배치되는 히터(102)를 포함한다. 또한, 탈착 챔버(107)는 흡착재(101)의 가열된 부분(101')으로부터 탈착된 오염물을 적어도 일시적으로 수용하도록 배치된다.
도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 탈착 조립체는 탈착 챔버(107) 및 히터(102)가 만곡된 모놀리식 탄소 필터들(101', 101") 중 하나로부터 다른 필터로 이동하기 위해 회전될 수 있도록 공기 처리 디바이스(100) 내에 회전가능하게 장착되며, 이에 의해 탈착 챔버(107) 내에 배치되는 흡착재(101)의 어느 부분을 간헐적으로 또는 주기적으로 교환한다. 그러므로, 공기 처리 디바이스(100)는 탈착 조립체를 회전시키도록 배치되는 회전 조립체도 포함하며, 회전 조립체는 구동 부재(drive member: 135)를 회전시키도록 배치되는 회전 모터(134) 및 회전축을 중심으로 탈착 조립체를 회전시키기 위해 구동 부재(135)에 의해 구동되도록 배치되는 피동 부재(driven member: 136)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 구동 부재(135)는 피니언을 포함하고, 피동 부재(136)는 탈착 조립체 상에 제공되는 적어도 부분적으로 원형 또는 아치형인 래크을 포함한다.
대안적인 구성에서, 탈착 조립체는 공기 처리 디바이스(100) 내에 고정적으로 장착될 수 있으며, 흡착재(101)는 그 후 탈착 챔버(107) 내에 배치되는 흡착재(101)의 어느 부분을 간헐적으로 또는 주기적으로 교환하기 위해 흡착재(101)의 부분들이 탈착 챔버(107) 안과 밖으로 회전될 수 있도록 외측 케이싱(131) 내에 회전가능하게 장착된다. 또 다른 대안적인 구성에서, 탈착 조립체는 흡착재(101)의 한 부분으로부터 다른 부분으로 이동하기 위해 공기 처리 디바이스(100) 내에서 길이방향으로(즉, 수직으로) 이동하도록 배치될 수 있으며, 이에 의해 탈착 챔버(107) 내에 배치되는 흡착재(101)의 어느 부분을 간헐적으로 또는 주기적으로 교환한다.
광촉매 반응기(103, 104, 105)는 흡착재의 가열된 부분(101')으로부터 탈착된 오염물을 함유하는 공기를 수용하도록 배치된다. 도 2의 예시에서, 흡착재(101)의 가열된 부분(101')으로부터 탈착된 오염물을 함유하는 공기는 탈착 챔버(107)로부터 도관(109)을 통해, 스페이서 볼륨(spacer volume: 106)으로, 도관(113)을 통해 광촉매 반응기(103)로 지나간다. 광촉매 반응기(103)는 탈착된 오염물을 함유하는 공기를 수용하도록 배치되는 반응기 챔버(103), 반응기 챔버(103) 내의 1 이상의 표면에 배치되는 (티타늄 디옥사이드, TiO2와 같은) 오염물들 중 1 이상의 광촉매 분해를 위한 광촉매(104), 및 1 이상의 오염물의 광촉매 분해를 촉진하도록 광촉매를 조명하는 1 이상의 광 소스(105)를 포함한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 광 소스들(105)은 세장형 인쇄 회로 기판(PCB)에 장착되는 발광 다이오드들이며, 이 발광 다이오드들은 대략 365 nm의 파장에서 자외선(UV) 광을 방출한다.
공기 처리 디바이스(100)는 디바이스(100) 외부로부터의 공기가 1 이상의 광 소스(105)들 중 적어도 하나와 접촉하게 하는 적어도 하나의 기류 경로(FP)를 제공하도록 구성되며, 이 기류 경로(FP)는 흡착재(101)의 가열된 부분(101')을 통과하지 않는다. 구체적으로, 공기는 흡착재(101)의 가열되지 않는 부분(101")을 통해 기류 경로(FP)를 따라 흐른다. 이러한 흡착재(101)의 가열되지 않는 부분(101")은 탈착 챔버(107)의 외부에 위치되고, 이에 따라 히터(102)에 의해 생성되는 열에 노출되지 않으므로 필터링된 공기가 흡착재(101)의 가열된 부분을 통과하지 않고 광 소스(105)들 위로 지나간다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 이 가열되지 않는 공기는 1 이상의 광 소스(105) 위로 지나가고 냉각된다.
반응기 챔버(103)는 1 이상의 광 소스(105)로부터 광촉매(104)를 분리하는 투명한 장벽 또는 파티션(123)을 포함한다. 투명한 파티션(123)은 투명한 파티션(123)을 통과하는 촉매 작용을 하는 UV 파장의 광이 광촉매(104)에 의한 오염물의 분해의 촉매 작용을 하기에 충분히 강하도록 1 이상의 광 소스(105)에 의해 방출되는 자외선(UV) 광에 충분히 투명한 재료를 포함한다.
그러므로, 반응기 챔버(103)는 광촉매를 함유하는 제 1 부분(125), 및 1 이상의 광 소스를 함유하는 제 2 부분(124)을 포함하며, 투명한 파티션(123)이 제 1 부분(125)을 제 2 부분(124)으로부터 분리한다. 제 1 부분(125)은 흡착재의 가열된 부분(101')으로부터 탈착되는 오염물을 함유한 공기를 수용하도록 배치되고, 제 2 부분(124)은 흡착재(101)의 가열된 부분(101')을 통과하지 않고 흡착재(101)의 가열되지 않는 부분(101")을 통과한 기류의 적어도 일부를 수용하도록 배치된다. 이를 위해, 투명한 파티션(123)은 흡착재(101)의 가열되지 않는 부분(101")을 통과한 공기가 제 2 부분(124)을 통해 흐를 수 있도록 배치된다. 특히, 투명한 파티션(123)은 1 이상의 광 소스(105)가 위치되는 도관을 제공한다.
공기 처리 디바이스(100)는 흡착재(101)에 의해 흡착된 오염물이 방출되고 광촉매 반응기로 전달되기 전에 저장될 수 있는 스페이서 볼륨(106)을 제공함으로써, 광촉매(104)가 너무 많은 오염물에 노출되어 "피독될(poisoned)" 가능성을 감소시킨다. 그러므로, 스페이서 볼륨(106)은 탈착 조립체로부터 수용되는 탈착된 오염물을 함유하는 공기를 수용하고 보유하도록 배치된다. 추가로, 공기 처리 디바이스(100)는 스페이서 볼륨으로의 희석 가스의 도입을 허용하도록 배치되는 희석 가스 유입구(도시되지 않음) 및 희석 가스 유입구를 통한 희석 가스의 도입을 제어하도록 배치되는 희석 가스 유입구 밸브(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 스페이서 볼륨으로의 희석 가스의 도입은 스페이서 볼륨 내에 함유한 오염물의 농도가 감소되게 하여, 광촉매(104)가 너무 많은 오염물에 노출되어 "피독될" 가능성을 더 감소시킨다.
이제 도 1, 도 2 및 도 3의 디바이스의 작동이 공기 처리 디바이스(100)를 나타내는 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 모터(121)에 의한 임펠러(122)의 회전은 공기 처리 디바이스(100)의 공기 유입구를 통해 기류를 생성하고, 이 기류는 탈착 챔버(107) 내에 배치되지 않은 흡착재(101)의 부분을 통과한다. 후속하여, 공기 처리 디바이스(100)는 흡착재(101)의 이 부분이 재생을 필요로 하는 것으로 결정하고, 이에 따라 흡착재(101)의 이 부분을 위한 재생 프로세스를 개시한다. 재생 프로세스의 제 1 단계에서, 재생되어야 하는 흡착재(101)의 부분은 탈착 챔버(107) 내에 배치되고, 바람직하게는 밀봉된다. 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 이 단계는 탈착 조립체를 회전시키고 이에 의해 현재 탈착 챔버(107) 내에 배치되어 있는 만곡된 모놀리식 탄소 필터를 재생되어야 하는 만곡된 모놀리식 탄소 필터(101')로 교환하기 위해 회전 조립체의 작동을 수반한다.
재생 프로세스의 제 2 단계에서, 히터(102)는 흡착된 오염물을 탈착하기 위해 탈착 챔버(107)에 의해 둘러싸이는 흡착재(101)의 부분(101')을 가열하도록 활성화된다. 흡착재(101)의 부분(101')을 가열하기 전 또는 가열하는 동안, 탈착 챔버(107)와 스페이서 볼륨(106) 사이에 배치된 스페이서 볼륨 유입구 밸브(108)가 개방되어, 공기 및 오염물이 탈착 챔버(107)로부터 스페이서 볼륨(106)으로 이동하도록 허용하고, 스페이서 볼륨(106)과 광촉매 반응기의 반응기 챔버(103) 사이에 배치된 스페이서 볼륨 유출구 밸브(112)가 폐쇄되어, 탈착된 오염물을 함유한 공기가 광촉매 반응기에 도달하는 것을 방지한다. 이러한 접근법은 흡착재(101)의 느리고 정밀하게 제어된 가열을 필요로 하지 않고, 오히려 신속한 가열 및 탈착을 허용한다. 또한, 탈착 챔버(107)로의 공기를 허용하고 이에 의해 탈착 챔버(107)가 부압이 되는 것을 방지하기 위해 흡착재(101)의 부분(101')의 가열 전 또는 가열 동안 탈착 챔버 유입구 밸브(114)가 개방된다.
탈착 챔버(107)로부터 스페이서 볼륨(106)으로의 탈착된 오염물의 이동은 히터(102)에 의한 가열로부터 발생하는 열팽창만을 이용하여 달성될 수 있지만, 제 2 단계 동안 탈착 챔버(107)로부터 스페이서 볼륨(106)으로의 공기 및 오염물의 이동은 스페이서 볼륨(106)을 정의하는 스페이서 챔버(110)의 볼륨을 증가시킴으로써 촉진될 수 있다. 예를 들어, 이는 스페이서 챔버(110)의 이동가능한 부분(111)을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 이동가능한 부분(111)은 스페이서 챔버(110)의 확장을 촉진하는 주름들 또는 폴드(fold)들을 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 스페이서 챔버(110)는 공기 처리 디바이스(100)의 바닥을 향해 위치되는 비교적 평평한 원통형 챔버이다.
일단 탈착이 완료된 것으로 결정되면 개시되는 재생 프로세스의 제 3 단계에서, 탈착 챔버(107)와 스페이서 볼륨(106) 사이의 스페이서 볼륨 유입구 밸브(108)가 폐쇄된다. 그 후, 히터(102)가 비활성화될 수 있고, 흡착재(101)의 가열된 부분(101')이 냉각되도록 허용된다. 스페이서 볼륨 유출구 밸브(112)는 적어도 부분적으로 개방되어, 탈착된 오염물을 함유한 공기가 스페이서 볼륨(106)으로부터 광촉매 반응기로 전달되게 한다. 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 스페이서 볼륨 유출구 밸브(112)는 충분히 개방되어, 광촉매 반응기의 반응기 챔버(103)에 대한 공기 및 오염물의 일정하고 제어된 흐름을 제공하고, 유속은 원하는 양의 오염물(예를 들어, 실질적으로 전부)이 광촉매(104)의 돌이킬 수 없는 피독 현상 없이 기류로부터 제거될 수 있도록 충분히 제한된다.
제 3 단계 동안 스페이서 볼륨(106)으로부터 광촉매 반응기로의 공기 및 오염물의 이동을 촉진하기 위해, 스페이서 볼륨(106)을 정의하는 스페이서 챔버(110)의 볼륨이 감소될 수 있다. 예를 들어, 이는 스페이서 챔버(110)의 수축을 촉진하는 이동가능한 부분(111)의 주름들 또는 폴드들로 스페이서 챔버(110)의 이동가능한 부분(111)을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 그 후, 스페이서 챔버(110)의 수축을 제어함으로써 광촉매 반응기로의 탈착된 오염물을 함유한 공기의 흐름을 제어하는 것이 가능하다.
이 제 3 단계 동안, 광촉매 반응기의 광 소스(105)들은 반응기 챔버(103) 내의 1 이상의 표면에 배치된 광촉매(104)를 조명하도록 활성화된다. 결과적으로, 스페이서 볼륨(106)으로부터 반응기 챔버(103)로 전달되는 공기는 공기 중에 존재하는 탈착된 오염물의 광촉매 분해에 의해 처리된다. 도 1, 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 스페이서 볼륨(106)으로부터 반응기 챔버(103)로의 탈착된 오염물을 함유한 공기의 전달은 제어된 속도로 수행되고, 광촉매 반응기는 반응기 챔버(103)를 통해 흐를 때 공기를 처리하도록 배치된다. 특히, 광촉매 반응기는 스페이서 볼륨(106)으로부터 반응기 챔버(103)로 전달되는 공기가 반응기 유입구(115)를 통해 반응기 챔버(103)에 들어가고, 제어된 속도로 반응기 챔버(103)를 통해 흐르며, 반응기 유출구(116)로부터 방출되도록 배치되며, 광촉매 분해에 의한 공기의 처리는 공기가 반응기 유입구(115)로부터 반응기 유출구(115)로 흐르는 동안 일어난다.
광촉매 반응기(103)를 통과한 후, 기류는 공기 처리 디바이스(100)로부터 방출될 수 있다. 대안적으로, 공기 처리 디바이스(100)는 기류가 공기 처리 디바이스(100)를 떠나기 전에 광촉매 반응기로부터 방출된 공기가 흡착재(101)과 같은 필터를 통과하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 광촉매 반응기는 처리된 공기가 공기 처리 디바이스(100)로부터 방출되기 전에 흡착재(101)의 적어도 일부를 통과하도록 처리된 공기를 방출하도록 배치될 수 있다. 이 접근법은, 처리된 공기가 공기 처리 디바이스(100)로부터 방출되기 전에, 광촉매 반응기 내에서 완전히 분해되지 않고 이에 따라 처리된 공기 내에 남은 여하한의 오염물이 흡착재(101)에 의해 여전히 흡착될 수 있음을 규정한다.
당업자라면, 하나보다 많은 챔버가 스페이서 볼륨을 정의하는 데 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 유사하게, 1 이상의 도관이 스페이서 볼륨을 정의하기 위해 1 이상의 챔버와 함께, 또는 이를 대신하여 사용될 수 있다. 이러한 다수 도관들 및 챔버들은 스페이서 볼륨을 정의하기 위해 직렬 및/또는 병렬로 사용될 수 있다.
앞서 설명된 예시는 어떻게 가열된 부분(101')이 제 1 필터를 포함할 수 있고 가열되지 않는 부분(101")이 제 2 필터를 포함할 수 있는지를 입증한다. 물론, 가열된 부분(101') 및 가열되지 않는 부분(101")이 둘 다 하나의 필터에 의해 제공되는 것이 가능할 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3에 나타낸 예시에서, 공기 처리 디바이스(100)는 가정용 공기 여과/정화 유닛이다. 당업자라면, 공기 처리 디바이스가 통상적으로 공기를 냉각 및/또는 가열하는 데 사용되는 공기 컨디셔닝 유닛일 수 있음을 인식할 것이다. 대안적으로 또는 추가적으로, 공기 처리 디바이스는 예를 들어 공공 장소에서 사용하기에 적절한 상업용 공기 처리 유닛일 수 있다.
이제 본 발명에 따른 공기 처리 디바이스의 또 다른 예시가 도 4를 참조하여 설명될 것이다. 공기 처리 디바이스(200)는, 디바이스(200)가 흡착재(101)의 가열된 부분(101')으로부터 탈착된 오염물을 함유한 공기를 수용하도록 배치되는 스페이서 볼륨(106)을 포함한다는 점에서, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 앞서 설명된 것과 유사하다. 도 1, 도 2 및 도 3에서와 동일한 참조 번호들을 갖는 도 4의 특징들은 도 1, 도 2 및 도 3과 관련하여 설명된 특징들에 대응하며, 동일한 방식으로 작동한다.
도 4에 나타낸 예시에서, 광촉매 반응기의 반응기 챔버(103)는 처리된 공기가 광촉매 반응기로부터 방출되게 하기 전에 스페이서 볼륨(106)으로부터 수용되는 오염물을 함유한 공기를 저장하도록 배치된다. 그러므로, 반응기 챔버(103)는 스페이서 볼륨(106)으로부터 수용되는 탈착된 오염물을 함유한 공기를 수용하고 보유하도록 배치된다. 이를 위해, 광촉매 반응기는 스페이서 볼륨(106)으로부터 탈착된 오염물을 함유한 공기가 수용되는 반응기 유입구(115), 광촉매 반응기 내부로부터 처리된 공기를 방출하도록 배치되는 반응기 유출구(116), 및 광촉매 반응기로부터의 처리된 공기의 방출을 제어하는 반응기 유출구 밸브(212)를 포함한다. 스페이서 볼륨(106)으로부터 탈착된 오염물을 함유한 공기를 수용할 때 반응기 챔버(103) 내의 압력을 유지하기 위해, 반응기 챔버(103)의 볼륨이 증가될 수 있다. 예를 들어, 이는 반응기 챔버(103)의 이동가능한 부분(211)을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 그 후, 이동가능한 부분(211)은 반응기 챔버의 확장 및 수축을 촉진하는 주름들 또는 폴드들을 포함할 수 있다.
사용 시, 오염물을 함유한 공기의 뱃치(batch)가 스페이서 볼륨 유출구 밸브(112)를 개방함으로써 스페이서 볼륨(106)으로부터 통과될 수 있다. 스페이서 볼륨(106)으로부터 광촉매 반응기로의 공기 및 오염물의 이동을 촉진하기 위해, 스페이서 볼륨(106)을 정의하는 스페이서 챔버(110)의 볼륨이 감소될 수 있다. 예를 들어, 이는 스페이서 챔버(110)의 수축을 촉진하는 이동가능한 부분(111)의 주름들 또는 폴드들로 스페이서 챔버(110)의 이동가능한 부분(111)을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 그 후, 스페이서 챔버(110)의 수축을 제어함으로써 광촉매 반응기로의 탈착된 오염물을 함유한 공기의 흐름을 제어하는 것이 가능하다.
반응기 챔버(103)를 확장하기 위한 이동가능한 부분(211)의 이동은 반응기 챔버(103) 내의 압력을 유지하고, 또한 스페이서 볼륨(106)으로부터 반응기 챔버(103)로 탈착된 오염물을 함유한 공기를 끌어들이도록 작용할 수 있다. 반응기 유출구 밸브(212)는 반응기 챔버(103) 내에 보유되도록 반응기 챔버(103)로의 탈착된 오염물을 함유한 공기의 이송 동안 폐쇄된다.
일단 공기의 "뱃치"가 반응기 챔버(103)로 전달되면, 스페이서 볼륨 유출구 밸브(112)는 폐쇄되고, 반응기 챔버(103) 내의 공기는 광촉매 반응기의 광 소스(105)들을 활성화함으로써 이들이 반응기 챔버(103) 내의 1 이상의 표면에 배치된 광촉매(104)를 조명하도록 처리된다. 결과적으로, 반응기 챔버(103) 내에 함유된 공기는 공기 중에 존재하는 탈착된 오염물의 광촉매 분해에 의해 처리된다. 일단 처리가 완료되면, 처리된 공기는 반응기 유출구 밸브(212)를 개방함으로써 광촉매 반응기를 떠나도록 허용된다. 반응기 챔버(103)의 볼륨이 다시 감소하도록 하는 이동가능한 부분(211)의 이동은 반응기 챔버(103) 내의 압력을 유지하고, 처리된 공기를 광촉매 반응기 밖으로 밀어내는 작용을 할 수도 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 명세서에 설명된 공기 처리 디바이스와 사용하기에 적절한 흡착 필터의 일 예시를 나타낸다. 흡착 필터는 일반적으로 참조 번호 1000으로 표시된다. 필터(1000)는 활성탄과 같은 탄소계 흡착재를 포함하고, 모놀리식이다. 구체적으로, 필터(1000)는 필터링될 공기와 같은 유입 가스의 도입을 위한 유입면(1001) 및 유입면 반대편의 유출면(1002)을 포함하는 견고한 개방 구조를 갖는다. 필터(1000)는 유입면(1001)으로부터 유출면(1002)까지 연장되는 복수의 채널들(1003)을 더 포함한다. 복수의 채널들(1003)은 채널들의 규칙적인 어레이 및 채널들 및/또는 개방 공극들의 불규칙한 네트워크 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 나타낸 예시에서, 유입면(1001) 및 유출면(1002)은 둘 다 만곡된다. 특히 도 5b에서 알 수 있는 바와 같이, 유입면(1001) 및 유출면(1002)은 동일한 곡률을 가지며, 유입면 및 유출면 모두의 곡률은 원기둥형이다. 하지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 유입면 및 유출면은 상이한 곡률들을 가질 수 있다. 예를 들어, 유출면의 곡률이 유입면의 곡률보다 클 수 있다. 만곡된 유입면 및 유출면의 제공은 더 적응가능한 필터를 제공하고, 상이한 지오메트리들에서 여과를 용이하게 한다. 특히, 앞서 설명된 것과 같은 흡착 필터는 적어도 부분적으로 원통형인 공기 처리 디바이스 내에 배치되는 필터들의 원주방향 어레이(circumferential array) 내에서의 사용을 위해 최적화된다. 또한, 이러한 흡착 필터는 탈착 챔버 내에 배치되는 필터들의 간헐적 또는 주기적 교환을 구현하기 위한 회전 조립체의 사용을 용이하게 한다.
도 6a 및 도 6b는 본 명세서에 설명된 공기 처리 디바이스와 사용하기에 적절한 여과 장치의 일 예시를 나타낸다. 여과 장치는 일반적으로 참조 번호 2000으로 표시되고, 모놀리식 흡착 필터(2001) 및 캐리어(2002)를 포함하며, 필터는 캐리어(2002)에 의해 정의되는 캐리어 어퍼처(2003) 내에 유지된다. 캐리어(2002)는 캐리어(2002)의 주변부(2006) 주위에 분포되는 복수의 탄성-변형가능한 지지체들(2004)을 포함한다. 탄성-변형가능한 지지체들(2004)은 여과 장치(2000)가 바람직하지 않은 충격을 받는 경우에 필터(2001)에 손상이 발생할 가능성을 감소시킨다. 지지체들은 필터(2001)가 손상될 위험을 감소시키는 쿠셔닝(cushioning)을 제공한다.
도 6a 및 도 6b에 나타낸 예시에서, 캐리어(2002)는 실리콘으로부터 일체로 형성되고, 캐리어(2002)는 탄성-변형가능한 지지체들(2004)과 일체로 형성되는 필터-유지부(filter-retaining portion: 2007)을 포함한다. 하지만, 당업자라면 캐리어가 일체로 형성될 필요가 없다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 필터-유지부(2007)는 지지체들(2004)과 일체로 형성될 필요가 없다.
나타낸 예시에서, 탄성-변형가능한 지지체들(2004)은 캐리어의 주변부 주위에 배치되는 복수의 돌출부들(2005)에 의해 제공된다. 이 예시에서, 각각의 변형가능한 돌출부(2005)는 반경방향으로 감쇠하는 프로파일 댐퍼의 형태를 갖는다. 하지만, 당업자라면 탄성-변형가능한 지지체의 다른 구성들이 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 각각의 지지체는 축방향으로 감쇠하는 프로파일 댐퍼의 형태일 수 있다. 대안적으로, 여과 장치에는 상이한 타입들의 지지체, 예를 들어 일부 반경방향으로 감쇠하는 프로파일 댐퍼들 및 일부 축방향으로 감쇠하는 프로파일 댐퍼들이 제공될 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 나타낸 예시에서, 여과 장치(2000)는 케이싱(2008)을 더 포함하고, 캐리어(2002)는 케이싱(2008)에 의해 정의되는 케이싱 어퍼처(2011) 내에 수용된다. 케이싱 어퍼처(2011) 및 캐리어(2002)는 지지체들(2004)이 케이싱 어퍼처(2011) 내의 캐리어(2002)의 수용 시 적어도 부분적으로 변형되도록 구성된다. 나타낸 예시에서, 케이싱(2008)은 어퍼처-정의 본체 부분(2009) 및 어퍼처-정의 본체 부분(2009)의 주변부 주위에서 연장되는 플랜지 부분(2010)을 포함한다. 케이싱(2008)은 플라스틱 재료로부터 일체로 형성된다. 사용 시, 어퍼처-정의 본체 부분(2009)은 공기 처리 디바이스의 적절한 어퍼처(둘 다 도시되지 않음)에 수용된다.
당업자라면, 다른 형상들의 필터가 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 필터는 정사각형 또는 직사각형일 필요는 없으며, 원형일 수 있다.
의심의 여지를 없애기 위해, 당업자라면 케이싱이 본 발명의 실시형태의 여과 장치의 필수적인 부분이 아님을 인식할 것이다.
당업자라면, 앞서 설명된 여과 장치가 본 명세서에 설명된 다른 구성들과 사용될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 여과 장치는 도 5a 및 도 5b와 관련하여 앞서 설명된 바와 같은 1 이상의 곡면을 갖는 필터와 사용될 수 있다. 또한, 여과 장치는 도 1 내지 도 3과 관련하여 앞서 설명된 바와 같은 공기 처리 디바이스에서 사용될 수 있다.
앞선 설명에서, 알려진, 명백한, 또는 예측가능한 균등물들을 갖는 완전체 또는 요소가 언급되는 경우, 이러한 균등물들은 개별적으로 설명되는 것처럼 본 명세서에 통합된다. 본 발명의 진정한 범위를 결정하기 위해서는 청구항들이 참조되어야 하며, 이는 여하한의 이러한 균등물들을 포함하도록 해석되어야 한다. 또한, 바람직한, 유리한, 편리한 등으로 설명되는 본 발명의 완전체 또는 특징이 선택적이며, 독립항들의 범위를 제한하지 않음을 이해할 것이다. 더욱이, 이러한 선택적인 완전체 또는 특징은 본 발명의 일부 실시예들에서 가능한 이점이 있지만, 바람직하지 않을 수 있고, 이에 따라 다른 실시예들에서는 없을 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (7)

  1. 공기 처리 디바이스로서,
    기류를 생성하는 기류 생성기;
    1 이상의 공기중 오염물을 흡착하는 흡착재 -상기 흡착재는 상기 기류의 적어도 일부가 상기 흡착재를 통과하도록 배치됨- ;
    흡착된 오염물들을 탈착하기 위해 상기 흡착재의 적어도 일부를 가열하도록 배치되는 히터; 및
    상기 흡착재의 가열된 부분으로부터 탈착된 오염물들을 수용하도록 배치되는 광촉매 반응기
    를 포함하며,
    상기 광촉매 반응기는 상기 오염물들 중 1 이상의 광촉매 분해(photocatalytic degradation)를 위한 광촉매, 및 광촉매 분해를 촉진하도록 상기 광촉매를 조명하는 1 이상의 광 소스를 포함하고,
    상기 공기 처리 디바이스는 상기 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않은 상기 기류의 적어도 일부가 상기 1 이상의 광 소스와 접촉하도록 배치되는, 공기 처리 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 처리 디바이스는 상기 공기 처리 디바이스의 외부로부터의 공기가 상기 1 이상의 광 소스 중 적어도 하나와 접촉하게 하는 적어도 하나의 기류 경로를 제공하도록 구성되며, 이 기류 경로는 상기 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않는, 공기 처리 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기류 경로는 상기 공기 처리 디바이스의 외부로부터의 공기가 흡착재의 가열되지 않는 부분을 통과하게 하도록 배치되는, 공기 처리 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매 반응기는 상기 광촉매를 함유하는 제 1 부분, 및 상기 1 이상의 광 소스를 함유하는 제 2 부분을 포함하며, 상기 제 1 부분은 상기 흡착재의 가열된 부분으로부터 탈착되는 오염물들을 수용하도록 배치되고, 상기 제 2 부분은 상기 흡착재의 가열된 부분을 통과하지 않은 기류의 적어도 일부를 수용하도록 배치되는, 공기 처리 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 광촉매 반응기는 상기 1 이상의 광 소스를 상기 광촉매로부터 분리하는 적어도 부분적으로 투명한 파티션을 포함하며, 상기 파티션은 상기 제 1 부분을 상기 제 2 부분으로부터 분리하는, 공기 처리 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기 처리 디바이스는 상기 흡착재의 부분을 둘러싸도록 배치되는 탈착 챔버를 포함하며, 상기 히터는 상기 탈착 챔버에 의해 둘러싸이는 상기 흡착재의 부분을 가열하도록 배치되는, 공기 처리 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    흡착재의 가열되지 않는 부분이 상기 탈착 챔버의 외부에 위치되고, 히터에 의해 생성되는 열에 노출되지 않는, 공기 처리 디바이스.
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