KR20230150187A - 세균 함유 비말 제거장치 - Google Patents

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Abstract

정전기적 전기장 세기를 이용한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치가 제공된다. 세균 또는 바이러스 함유비말 제거장치는, 공기유입구와 공기배출구가 형성되어 있고 내부가 빈 하우징, 하우징 내 삽입되어 공기유입구와 공기배출구의 사이에서 유입공기에 함유된 비말을 강력한 고밀도 선분 전기장력으로 포집하며 비말이 포집되는 복수의 포집면을 갖는 비말포집부, 하우징 내부에서 포집면 측으로 자외선 광을 중첩 조사하여 포집면을 살균하는 살균광조사부, 미세먼지 또는 세균들을 음이온화하는 음이온나이저 배치 및 공기유입구와 비말포집부 사이에서 유입공기의 유동을 조절하여, 유입공기를 복수의 포집면에 전체적으로 확산시키는 확산모듈을 포함한다.아울러 본 발명은 외부에 외측 가이드날개가 부착되어 오염 유입 공기 흡입율을 증가시킴으로써 실내 공기 순환율을 높여 멸균율도 향상시킨다.

Description

세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치{Apparatus for removing droplets contained bacteriaand virus}
본 발명은 섬유소 필터를 사용하지 않고 공기 저항 없는 고밀도 선분 전기장 필터링 방법으로 유해세균 또는 바이러스가 함유된 비말을 멸균하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비말의 포집 및 살균작용이 동시에 일체로 이루어지는 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에 관한 것이다.
2023년 covid-19 및 각종 새로운 하위 변종 바이러스의 유행은 현재도 진행 중이다. 바이러스의 전세계적 유행은 사람들의 일상을 크게 바꾸어 놓았다. 바이러스 확산을 막기 위한 격리, 집합제한 등의 조치가 이루어지고 있으며 개인 방역물품인 마스크는 일상의 필수품이 되었다.
이전에도 사스(SARS), 신종인플루엔자, 중동호흡기증후군(MERS)등 호흡기 감염질환이 유행한바 있다. 코로나 바이러스를 포함하는 이러한 호흡기 감염질환들은 감염자가 공기 중에 확산시킨 비말이 주요 전파경로가 된다.
따라서 감염자의 바이러스를 함유하고 있는 비말을 차단하기 위해 많은 사람들은 마스크 등을 착용하게 된다.
현재 2023년 전세계적으로 XBB.1.5 변이는 오미크론의 최신 하위변이 가운데 하나다. 대한민국 일간지 에서는 '스텔스 오미크론으로 불린 BA.2에서 파생된 XBB의 하위 변이다. 세계보건기구(WHO)은 XBB.1.5 변위에 대해 "지금까지 나타난 오미크론 하위 변위 가운데 전파력이 가장 강하다"고 했다. 스파이크(돌기) 단백질에 돌연변이가 많아 기존 백신이 무력할 수 있다는 우려도 나오고 있다.
그러므로 사람들이 밀집된 공간에서는 보다 적극적인 대응이 필요하다. 즉 마스크 외에도 공기 중에 무한히 분포한 세균 또는 바이러스 함유 비말을 능동적으로 단 시간 내 흡입 및 멸균할 수 있는 기술이 필요하다. 그러나 그러한 기술은 아직 효과적으로 제시되지 못하고 있다. 예를 들어, 비말이나 미세먼지 등을 제거하는 데 활용된 환기설비(예, 대한민국 특허 10-2302110등)는 대부분 유로에 배치된 섬유소의 작은 면적 필터부재를 활용한 기술에 불과하다. 그러므로 오염 공기 흡입 저항이 커 전체적인 공기 순환율이 낮아 단 시간 내 실질적인 비말 제거효과는 크지 않다.
또한 환기설비는 설비자체를 이동시켜 특정 공간을 집중적으로 정화하는 등의 활용도 어려우므로 기술적 대안이 필요하였다.
대한민국 등록특허 공보 제10-2302110호, (2021. 09. 15)
본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 비말의 포집 및 살균작용이 일체로 이루어지는 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치를 제공하는 것이다. 특히 강력한 선분 정전기장 내에서 세균 또는 바이러스를 함유한 극성 물 분자군(Water Cluster)의 쌍극자 모멘트의 물리적 특성을 이용하여 공기 저항 없이 단지 전기장 인력으로 유도하여 매우 넓은 면적에서 비말 포집 성능을 극대화하고 동시에 자외선 UV-C로 중첩 조사하여 살균한다. 컴팩트한 구조로 이동하며 사용이 가능한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치를 제공하는 것이다. 여기서 로봇 이동 장치를 하단에 부착하면 특정 공간 천체를 이동하면서 더 빠른 시간 내 멸균이 이루어지도록 한다
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치는, 오염 공기 유입구와 청정 공기배출구가 형성되어 있고 내부가 빈 하우징; 상기 하우징 내 삽입되어 상기 공기유입구와 상기 공기배출구의 사이에서 유입공기에 함유된 비말을 고밀도 선분 정전기장력으로 포집하며 상기 비말들이 포집되는 복수의 넓은 면적의 포집면을 가지고 세균 또는 바이러스를 함유한 물 분자군을 강력한 선분 전기장 세기가 좌우 음극 및 양극으로 동시에 흡입력이 작용하여 비말포집부로 유도 흡착시키므로 공기 저항이 없어 단 시간 내 실내 공기 순환율이 매우 큰 비말포집부 또는 흡착부; 상기 하우징 내부에서 상기 포집면 측으로 자외선 UV-C광을 여러 방향에서 중첩 조사하여 상기 포집면 전체를 살균하는 살균광조사부; 상기 하우징 내부에 초미세먼지와 세균 또는 바이러스 함유한 비말을 음이온화하는 음이오나이저가 설치되어 이온화시켜 비말포집부에 포집하여 살균 또는 제거하는 음이오나이저부; 및 상기 공기유입구와 상기 비말포집부 사이에서 상기 유입공기의 유동 방향을 조절하여, 상기 유입공기를 복수의 상기 넓은 면적의 포집면에 전체적으로 확산시키는 확산모듈을 포함하여 살균력을 향상시킨다.
상기 비말포집부는, 균일하지 않은 복잡한 고밀도 선분 전기장 내부로 상기 세균 또는바이러스 함유 비말을 통과시켜 비말이 구성한 물 분자군의 고유한 물리적 특성인 쌍극자 모멘트(Dipole Moment)극성에 의해 상기 비말을 음극 포집부 및 양극 포집부의 측면으로 동시에 포집 할 수 있다. 여기서 정전기력으로 비말을 흡입하는 전전기장 힘은 중력 힘의 약 1035배 이상 크므로 정전기장력이 존재하면 음극 및 양극에 관계없이 세균 또는 바이러스 함유 비말들을 절대적으로 모두 포집 가능하다.
상기 비말포집부는 미세 선분 메쉬(Mesh) 망 원기둥 형태로, 상기 하우징의 길이 방향으로 연장되고 일정 간격 이격되어 동심원 상으로 배치 또는 고정되며 직류 전압을 인가 받아 교대로 다른 극성(±)으로 대전되는 복수의 동심원형 원통 메쉬로 이루어진 음양전극부, 및 상기 음양전극부의 양측 표면에 적층 되고 점성이 있는 액체가 도포된 부직포층을 포함하여, 상기 부직포층 양측 표면이 상기 포집면(음양전극부 포함하여 총 3겹)으로 형성될 수 있다. 선분 전기장 세기는 세균 또는 바이러스를 함유한 물 분자군을 부직포층 양측 면에 공기 저항 없이 단지 전기장력으로 흡착시키므로 순환율이 높아 포집 및 살균력이 크게 증가된다.
상기 음양전극부는 상기 동심원의 중심방향으로 직경 및 길이가 단계적으로 감소되는 상기 원통형 미세 선분 메쉬들로 이루어져, 상기 비말포집부 양단에, 상기 음양전극부의 말단간 높이 차로 만들어지는 상하 유량조절구간 완충공간(Buffer Zone)이 형성될 수 있다.
상기 확산모듈은, 모서리가 상기 공기유입구측을 향하게 배치되고 상기 모서리의 반대편 말단이 상기 비말 포집부를 향해 유체 확산형 벌어진 절곡된 날개를 갖는 확산바를 포함할 수 있다. 확산모듈은 하부에서 유입되는 오염 공기를 가능한 균일하게 분산시켜 비말포집부 전면적에서 비말들을 흡입하도록 하므로 멸균율을 증가시킨다.
상기 공기유입구는 상기 하우징 바닥이 원형으로 개구되어 형성되고, 상기 확산바는 복수 개가 상기 공기유입구의 중심에 대해 회전 대칭형으로 교차하여 배치될 수 있다.
상기 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치는, 상기 하단의 공기 유입구에 중첩되 복수의 통공이 형성되고 상 표면이 반사면으로 이루어진 원형바닥판을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 상부에 상기 공기배출구가 형성되고 상기 공기배출구와 상기 비말포집부의 사이에 배치된 구동팬을 더 포함하되, 상기 구동팬 밑면의 날개부분이 반사체로 코팅되어 있을 수 있다. 여기서 반사체는 자외선 UV-C를 아래 방향으로 다시 재 반사시켜 멸균되어 올라오는 공기를 2차 확인 멸균시키는 역할을 한다.
상기 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치는, 상기 하우징의 내부에서 상기 비말포집부 후단의 공간을 상기 공기유입구로부터 격리시켜 상기 비말포집부를 통과한 공기의 역류와 외부 오염공기와의 혼합을 방지하는 내부구획판을 더 포함할 수 있다.
상기 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치는, 상기 하우징의 외측에 상기 하우징 하단을 둘러싸인 고리 링(Ring)Kit 형태로 배치되어, 상기 공기유입구 측으로 향하는 대기의 오염 공기흐름을 상부와 측면의 넓은 공간으로부터 더 많은 공기를 유입하는 외측 가이드날개를 더 포함할 수 있다.
상기 세균 또는 바이러스 함유비말 제거장치는, 상기 공기유입구 내부 하단측에 배치되는 세균과 초미세먼지를 음이온화하는 음이오나이저(Ionizer)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 실내 공기 중에 분포하는 세균 또는 바이러스 함유 비말들을 공기저항이 큰 섬유소 필터를 사용하지 않고 공기저항이 없는 강력한 선분 전기장 세기를 이용하여 능동적으로 흡입포집 또는 고착시키고 자외선 UV-C로 중첩 살균하므로 깨끗한 청정 공기를 단 시간 내 배출할 수 있다. 본 발명은 비말을 구성하는 물분자의 극성(즉 물분자의 쌍극자 모멘트에 의한 것)을 이용하여 전기적으로 비말을 음양극 포집부 양측면에 동시 포집하므로 더 능동적으로 비말을 흡입 또는 제거하므로 비말 포집 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
따라서 밀폐된 공간 내에서도 극대화된 비말 제거 효과를 발휘하며 컴팩트한 구조로 자유롭게 공간을 이동시키면서 사용할 수 있으며 섬유소 필터 멸균에 의존하지 않고 고밀도 선분 전기장 필터법을 사용하므로 소음이 적고 적절한 유지보수를 통해 실질적인 수명도 반영구적으로 연장시킬 수 있다.
본 발명은 자동 이동 로봇 이동 시스템을 장착하여 오염도가 높은 전 공간을 이동하면서 세균 또는 바이러스를 살균할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 외부 흡입 공기를 증가시키기 위한 외측 가이드날개가 부착된 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치의 사시도 및 정면도이다.
도 2는 도 1의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에서 외측 가이드날개가 없는 하우징을 분리하여 내부구조의 개략도를 도시한 부분 분해도이다.
도 3은 도 2의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치의 내부구조를 서로 다른 상단 및 하단 방향으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부구조의 정면도 및 정면 투시도이다.
도 5는 도 3의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부구조를 분해하여 일부를 도시한 부분 분해도이다.
도 6은 도 5에 도시된 상하 높이 차이가 있는 장구형 비말포집부와 육각고정틀의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 세균 또는 바이러스 함유비말 제거장치 전체의 분해도이다.
도 8은 도 7의 분해도 중 원형바닥판을 확대 도시한 기본틀의 사시도이다.
도 9는 도 8의 원형바닥판과 그에 중첩된 섬유소 1차 필터와 구리망체부 및 고정틀결합부를 함께 도시한 사시도이다.
도 10은 도 7의 분해도 중 흡입공기를 내부공간 비말포집부의 전면적으로 균일하게 분산시키는 확산모듈을 확대 도시한 사시도이다.
도 11은 장구형 음극 비말포집부 및 장구형 양극 비말포집부의 조합 사시도 및 투시도이다. 도 12는 비말포집부의 부분절개 사시도 및 평면도이다.
도 13은 비말포집부의 비말 포집작용을 도시한 선분 전기장 밀도 분포와작동도이다.
도 14는 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부의 공기유동을 도시한 작동도이다.
도 15는 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부의 자외선 UV-C의 살균작용 빛이 여러 방향에서 조사 및 반사되는 것을 도시한 작동도이다.
도 16은 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내 외부의 공기유동을 도시한 작동도이다.
도 17은 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에 외측 가이드날개 유무에 따라 오염 공기 흡입 분포를 유체역학적 나타낸 도면이다.
이하 본 발명의 실시예를 통해 본 발명의 내용을 설명하지만, 본 발명이 이하의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 이하 실시예들에 한정될 필요 없이 본 발명은 여러 형태로 구현될 수 있다.
단지, 본 실시예들은 본 발명을 뒷받침하여 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명의 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지시한다.
이하, 도 1 내지 도 17을 참조하여 본 발명에 의한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에 대해 상세히 설명한다.
다만, 본 발명에 의한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에 대한 설명이 간결하고 명확할 수 있도록, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 의한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에 대한 개괄적인 설명과 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 외부 흡입 공기를 유체역학적으로 증가시키기 위해 외측 가이드날개가 부착된 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치의 사시도 및 정면도이고, 도 2는 도 1의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치에서 외측 가이드날개가 없는 하우징을 분리하여 내부구조를 도시한 부분 분해도이며, 도 3은 도 2의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치의 내부구조를 상단 및 하단 방향으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부구조의 정면도 및 정면 투시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치(1)는 하우징(10)의 공기유입구(도 2의 10a참조)와 공기배출구(12a) 사이로 공기가 내부로 흡입 및 배출될 때 오염된 비말들을 강력한 선분 전기장을 통해 공기 저항 없이 비말포집부로 유도하고 부착시키면서 동시에자외선 UV-C 중첩 조사로 멸균시킨다. 이와 같은 특징을 가지는 본 발명은 복수 개의 구성요소가 컴팩트하게 설치되고 이동식으로 사용할 수 있다.
하우징(10)내부에는 공기를 가이드하여 비말포집부(100) 전단면으로 분산시키는 구조[확산모듈(300)], 유입공기로부터 비말을 포집부 전방향으로 유도 및 흡착하여 포집하는 구조[비말포집부(100)-도 4(b)참조], 포집된 비말에 함유된 세균 또는 바이러스 등을 살균하는 살균구조[살균광조사부(200)]가 연속적으로 상부 비말포집부(100) 전 공간에 중첩 조사하는 구조로 배치된다. 이러한 구조들에 의해 공기에 섞인 유해 비말은 효과적으로 1~3초 이내에 제거된 후, 깨끗한 비말은 다시 기화 또는 깨끗한 비말 자체로 배출된다.
특히 비말의 포집구조[비말포집부(100)]는 도 2, 4(b)에 도시 된 것처럼 공기유입구(10a)와 공기배출구(12a) 사이에 밀집된 전극[음양전극부(110)]을 이용하여 강력한 선분 전기장력으로 쌍극자 모멘트 특성을 갖고 있는 물 분자군 비말을 포집부에서 전부 포집한다. 여기서, 공기유입구(10)는 오염된공기가 유입되는 오염공기유입구가 되고, 공기배출구(12a)는 오염된 공기가 정화되어 배츨되는 청정공기배출구가 될 수 있다.
물 분자군의 극성을 이용하여 정전기력으로 비말을 포집부양측면에 동시 포집하므로 비말 포집성능이 크게 증대되며 포집면[음양전극부(110) 표면에 덮여 있고 비휘발성 글린세린과 같은 점성 있는 액체가 도포된 표면]을 자외선 UV-C 중첩 조사하여 살균할 수 있어 비말 포집과 동시에 멸균 및 정화가 가능하다. 여기서 글리세린은 물 분자군과 혼합 비율 없이 무한 비율로 혼합되어 농도가 낮아진다. 그러나 그 후 연속적인 공기 유통으로 멸균된 물 분자군만 다시 증발하여 상온에서 비휘발성인 글리세린의 농도는 항상 유지된다.
이러한 본 발명의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치(1)는 다음과 같이 구성된다. 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치(1)는 공기유입구(10a)와 공기배출구(12a)가 형성되어 있고 내부가 빈 하우징(도 2의 10참조), 하우징(10)내 삽입되어 공기유입구(10a)와 공기배출구(12a)의 사이에서 유입공기에 함유된 비말을 정전기력으로 포집하며 비말이 포집 되는 복수의 포집면을 갖는 비말포집부(도 4의 100참조), 하우징(10) 내부에서 상기 포집면 측으로 자외선 UV-C광을 중첩 조사하여 포집 양측면을 살균하는 살균광조사부(200) 및 공기유입구(10a)와 비말포집부(100) 사이에서 유입공기의 유동을 조절하여 유입공기를 복수의 상기 포집단면 전체로 확산시키는 확산모듈(300)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 비말포집부(100)는 하우징(10)의 길이방향으로 연장되고 서로 이격되어 동심원 상으로 일정 간격 배치 또는 고정되며 전압을 인가받는다 비말포집부(100) 각층은 교대로 다른 음극 및 양극으로 대전되는 복수의 원통형 메쉬(도 12의 110a참조)로 이루어진 음양전극부(110) 및 음양전극부(110)의 표면에 적층되고 점성이 있는 액체가 도포된 부직포층(도 12의 111참조)을 포함하는 구조로 형성된다. 즉, 비말포집부(100)는 내부에 일정 간격으로 배치되는 둥근 미세 와이어 메쉬망과 둥근 미세 와이어메쉬망의 일면에 글리세린이 도포된 부직포층과 타면에 글리세린이 도포된 부직포층으로 접착된 3겹으로 형성될 수 있다. 여기서, 부직포층(111)은 음양전극부(110)의 양측면 포집면으로 형성된다. 또한 이러한 구조를 통해 비말포집부(100)는, 균일하지 않은 강력한 고밀도 선분 전기장 내부 영역으로 비말을 통과시켜 비말을 이루는 물 분자군의 극성분자에 의해 비말들을 섬유소형 필터 없이도 고밀도 강력한 선분 전기장으로 모두 유도 및 포집 할 수 있다.
이하, 이러한 본 발명의 일 실시예에 기초하여 본 발명의 구성 및 작용효과를 보다 상세히 설명한다. 이하 설명을 통해 미처 언급되지 않은 본 발명의 다른 특징들도 명확히 이해될 수 있을 것이다.
먼저 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 구조적 측면을 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 하우징(10)은 내부가 빈 원통형상으로 형성된다. 하우징(10)은 내부에 후술하는 물리적인 멸균처리 구조들을 수용할 수 있는 적합한 크기로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(10)은 상단판(11) 및 측면부(12)로 이루어질 수 있으며 측면부(12) 상부에 공기배출구(12a)가 형성될 수 있다.
도 2와 같이, 공기유입구(10a)는 하우징(10)의 바닥에 형성된다. 공기유입구(10a)는 하우징(10) 바닥이 원형으로 개구 되어 형성될 수 있다. 공기유입구(10a)는 1차 외부 먼지를 필터링하는 섬유소 필터(주기적 교체)와 구리 망을 겹으로 사용한다. 이는 내부에 있는 세균 또는 바이러스 포집 및 멸균에 중요한 비말포집부 양면에 외부 일반 먼지로 오염되는 것을 방지하고 1차적으로 구리 망에서 나오는 구리 이온이 미약하지만 1차 멸균하고 또한 섬유소필터 지지대 역할도 한다. 외부 일반 먼지로 비말포집부(100)가 오염되면 선분 전기장에 영향을 주면서 전기적으로 Short가 일어나므로 항상 청결을 요한다. 비말을 함유한 공기는 하우징(10) 하부로부터 상부로 유동하면서 선분 전기장에 의해 비말포집부(100) 각 실린더 양면 부직포에 부착시켜 UV-C로 멸균 처리할 수 있다. 공기배출구(12a)는 하우징(10) 상부에 원통형상의 측면부(12)를 따라 360도 방향으로 개구 될 수 있다.
하우징(10)의 외측에는 외측 가이드날개(20)가 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 외측 가이드날개(20)는 하우징(10)의 하단 외측에 하우징(10)을 둘러싸는 고리 밴드 링(Ring)형태로 배치되어 공기유입구(10a) 측을 향하는 공기흐름을 유체역학적으로 보다 넓고 상하 방향으로부터 많은 오염 공기를 흡입한다(도 17 참조). 외측 가이드날개(20)에는 기하학 및 유체역학적으로 유리한 부분적으로 통기구(21)가 형성될 수 있다.
외측 가이드날개(20)를 이용하면 공기유입구(10a) 측으로 더 많은 공기를 신속하게 유입할 수 있다. 따라서 주어진 공간의 오염 공기 유통율이 증가하므로 공기 내 함유된 비말의 처리성능도 높일 수 있다. 관련 작용은 후술하여 보다 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 하우징(10) 내부에는 바닥[즉, 공기유입구(10a)가 위치한 하우징(10) 최하단]으로부터 상방으로 차례로 전기장 그리고 포집 그리고 멸균 처리구조들이 배치된다. 도 2에 도시된 것처럼, 공기유입구(10a)에 중첩되고 통공(도 8의 710a참조)이 형성된 원형바닥판(710), 유입공기를 하우징 내부 공간의 비말포집부 단면에 전체적으로 확산시키는 확산모듈(300), 자외선 광을 중첩 조사하는 살균광조사부(200)들, 미세먼지 및 비말을 음이온화 시키는 음이오나이저(400)들이 상방 차례로 최적화 구조로 배치되며 그 위에 전술한 비말포집부(도 4의 100참조)가 배치된다. 여기서, 비말포집부(100)는 상하에 완충 공간(Buffer Zone)을 갖고 있어 유입공기를 비말포집부 단면적에 전체적으로 분산시키는 역할을 한다. 여기서 완충공간에서 유입공기를 균일 분포로 확산시키는 원리는 장구형 비말포집부(100)의 기하학적 구조와 구동팬(500)의 흡입 압력차를 고려하여 설계된 것이다. 도 2에서 비말포집부(100)는 육각내부케이스(814)에 의해 가려져 있다.
그 위로는 다시 오염 공기 흡입용 구동팬(500)과 균일 분포로 청정공기 배출용 상단유도날개(600)가 배치된다. 구동팬(500)은 비말포집부(100) 후단[전단과 후단은 공기유동방향을 기준으로 하며 본 실시예에서 공기는 하부에서 상부로 유동하므로 후단은 상방이 될 수 있다]에서 압력 구배를 형성하며 이를 통해 공기를 유동 시킬 수 있다. 여기서 전단부에 살균광조사부(200)와 음이오나이저(400)가 광학적 중첩 조사와 정전기적 음이온화하는 최적화 구조로 배치하여 고밀도 선분 전기장으로 비말 및 바이러스를 비말포집부(100)에서 포집하여 UV-C로 멸균한다. 상단유도날개(600)는 청정 최종 배출공기를 공기배출구(12a) 측으로 가이드 하는 역할을 한다.
구동팬(500)의 일 측에는 내부구획판(510)이 배치될 수 있다. 내부구획판(510)은 하우징(10)의 내부에서 비말포집부(100) 후단의 공간을 공기유입구(10a)로부터 격리시켜 비말포집부(도 4참조)를 통과한 공기의 역류를 막는 역할을 한다. 또한 하부에서 유입되는 일부 오염공기가 청정 배출 공기와 혼합되어 배출되는 것을 방지한다. 내부구획판(510)은 이러한 작용이 가능한 한도 내에서 다른 형태로도 변형될 수 있다. 본 실시예에서는 구동팬(500) 외측에 고리 형상의 판으로 형성된 내부구획판(510)이 구현되어 있다. 내부구획판(510)의 작용은 후술하여 다시 설명한다.
내부구성은 전체적으로 이와 같이 배치될 수 있다. 오염 공기는 장치의 하부로부터 상부로 유동하면서 정화된다. 도 4의 정면도[도 4(a)] 및 투시도[도 4(b)]를 비교 참조하면, 육각내부케이스(814) 안쪽에 비말포집부(100)가 배치되어 있어, 비말포집부(100)로 공기유입구(도 2의 10a참조)가 위치한 하단으로부터 공기배출구(도 2의 12a참조)가 위치한 상단으로 섬유소 필터 없이 강력한 선분 전기장으로 부직포에 유도 및 흡착하여 자외선 UV-C로 멸균 되면서 통과하므로 공기를 보다 빠르게 정화시킬 수 있다.
도 5는 도 3의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부구조를 분해하여 일부를 도시한 부분 분해도이고, 도 6은 도 5에 도시된 장구형 비말포집부(이후 ‘비말포집부’라 칭함)와 육각고정틀의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하여 비말포집부(100)의 배치구조를 좀 더 상세히 설명한다. 도 5에 도시된 것처럼 비말포집부(100)는 육각내부케이스(814)안에 배치된다. 도 5의 확대도(일점쇄선 박스)는 안쪽의 비말포집부(100)를 빼내어 따로 도시한 것이다. 장구 형태의 비말포집부(100)는 하우징(10)의 길이방향으로 연장되고 각층은 음극 및 양극이 일정간격으로 이격되어 동심원 상으로 배치 및 고정된 복수의 음양전극부(110)들을 포함한다. 여기서 음양전극부(110)는 미세 선분 메쉬망 양면에 점성 있는 비휘발성 액체가 도포된 부직포로 양면에 부착되어 선분 전기장에 의해 양면에 세균 또는 바이러스가 함유된 비말들을 포집 및 고착한다.
후술하여 다시 설명하겠지만, 음양전극부(110)는 금속제 원통형 원형 미세 선분메쉬(도 12의 110a참조)로 이루어진다. 따라서 직류 전압을 인가받아 교대로 다른 양극 및 음극으로 대전된다. 또한, 교대 직류전압(Alternative Pulse DC Volt)인가법 사용이 가능하다. 즉 동심원 상으로 밀집 배치된 음양전극부(110) 각각에 서로 다른 전기극성(±)을 교대(10~50Hz)로 인가하여 그 사이에 강력한 전기장을 생성하여 비말 또는 미세먼지는 포집부에서 음극 및 양극 좌우로 운동하면서 통과할 때 시간 연장으로 포집부 양측면에 포집 될 확률을 높일 수 있다. 특히 양극 및 음극이 메쉬 구조이기 때문에 메쉬들의 교차점으로 집중되어 있는 균일하지 않은 강력한 고밀도 전기장을 형성할 수 있고 원통형 미세 선분구조 자체도 전기장을 방사형으로 분포시키므로 고밀도 전기장 선속이 존재한다. 이를 통해 세균 또는 바이러스를 함유한 극성 물 분자군(비말)에 정전기적 전기장 인력을 작용시켜 포집 할 수 있다. 비말포집부(100)의 작용도 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.
도 5 및 도 6(b)를 참조하면, 비말포집부(100)는 음양전극부(110)의 양측표면에 형성된 부직포층(111)을 포함하고 총 3겹[도 12(b)]으로 이루어져 있다. 부직포층(111)은 음양전극부(110)의 표면에 적층되며 비휘발성 점성액체(글리세린)가 도포되어 있다. 여기서 글리세린은 무독성 비휘발성 점액젤(Gel)타입으로 거의 반 영구적으로 점성을 유지하는 글리세린은 비등점이 290℃이므로 상온에서 증발하지 않고 언제나 점성을 유지한다. 여기에 비말 또는 바이러스가 함유된 물 분자군은 글리세린에 용해 되여 순간 미비하게 농도를 낮출 수 있으나 즉시 물 분자군들은 멸균된 깨끗한 공기로 인해 다시 기화되어 없어져 글리세린 농도는 언제나 유지된다. 즉 음양전극부(110)의 표면은 점성이 있는 액체가 도포된 부직포층(111)으로 양측면에 덮여 있다. 내부는 강력한 전기장을 형성하는 미세 선분으로 전기장을 형성하고 그 표면 양측면에 점성액체가 도포된 부직포는 비말을 포집하는 데 더 효과적이다. 이러한 부직포층(111) 양측표면이 세균 또는 바이러스비말을 포집면으로 작용한다. 부직포층(111)에 도포된 무독성 점성이 있는 액체는 비휘발성 물질일 수 있으며 예를 들어, 글리세린 또는 무독성 점액질 혼합젤(Gel)일 수 있다.
비말포집부(100)는 양단에 유입공기의 균일 분포 유입과 배출을 위한 유량조절구간(112)이 형성될 수 있다. 유량조절구간(112)은 음양전극부(110)의 말단간 높이 차와 구동팬(500)이 갖는 고유의 압력차로 이루어진다. 유량조절구간(112)는 음양전극부(110)를 이루는 전술 한 원통형 메쉬들이 도시된 것처럼 동심원의 중심방향으로 직경 및 길이가 단계적으로 감소됨으로써 장구타입으로 형성될 수 있다. 여기서 장구타입 음양전극부(110)형태는 유체역학적 Simulation을 기반으로 설계된다.
유량조절구간(112)은 흡입 공기를 비말포집부 전면적으로 분배하는 완충지역(Buffer Zone)역할을 한다. 다시 말해, 유량조절구간(112)은 비말포집부(100) 상단 및 하단에 오목한 공간으로 형성되어[도 11(b)참조] 비말포집부(100)로 인입되거나, 비말포집부(100)에서 흡입 및 배출되는 공기의 분포를 조절하는 완충역할을 한다. 분포조절에 의해 유량조절효과도 함께 나타나며 이를 통해 일종의 유체역학적 완충효과와 특히 상단은 넓은 공간으로 확산시키는 역할도 나타낼 수 있다. 유량조절구간(112)에서 발생하는 유체의 확산 등을 이용하여 비말포집부(100)의 양단에서 특히 하단에서 더 균일하게 공기를 비말포집부(100)의 전 표면적으로 분배하여 세균 또는 바이러스 멸균율을 향상시킬 수 있다.
이러한 비말포집부(100)는 상하 고정틀(810)에 의해 한 단위로 고정된다. 도 5에 도시된 것처럼 고정틀(810)로 비말포집부(100)를 고정하고 둘레를 육각내부케이스(814)로 차폐하는 멸균공간이다. 비말포집부(100)는 차폐되지 않은 하단과 상단 유량조절구간(112)의 완충지역을 통해 균일한 분포로 공기를 유동시킨다.
도 5에 도시된 바와 같이, 살균광조사부(200)는 비말포집부(100) 하부에서 비말포집부(100)를 바라보게 배치된다. 따라서 비말포집부(100)의 포집면[즉, 전술한 점성있는 액체가 도포된 부직포층(111)의 내 및 외부 양측표면]에 자외선 광을 효과적으로 중첩 조사할 수 있다. 뿐만 아니라 후술하는 것처럼 시스템 내부 반사구조에 의해서도 포집면 내부 및 외부에 효과적으로 자외선 광을 더 중첩 조사할 수 있다.
도 6을 참조하면 고정틀(810)은 비말포집부(100) 상단과 하단에 대칭되게 결합된다. 고정틀(810)은 비말포집부(100)의 외경에 대응하여 정의되는 고정링(811)과, 고정링(811)의 중앙 측으로 경사를 이루며 연결되는 복수의 경사지지바(812), 및 경사지지바(812)에 비말포집부(100)를 향하는 방향으로 형성된 단차부(812a)를 포함할 수 있다.
단차부(812a)는 도 6(a)에 도시된 것처럼 계단 또는 톱니형상으로 형성될 수 있다. 단차부(812a)는 음양전극부(110)의 말단과 접촉하며 단차구조로 원통형 음양전극부(110)를 지지 또는 고정하여 동심원의 간격을 정확하게 조절한다. 또한 단차부(812a)는 경사지지바(812)를 따라 경사를 이루며 높낮이가 바뀌므로 전술한 것처럼 동심원의 중심방향으로 직경 및 높이가 단계적으로 감소되는 음양전극부(110)들을 분리하여 일정 간격으로 고정하는 데에도 유용하다.
아울러, 단차부(812a)를 통해 음양전극부(110)에 전원도 완벽하게 음극 및 양극을 분리 인가할 수 있다. 예를 들어, 단차부(812a) 각각에 교대로 서로 다른(±) 극성을 갖는 전원선(미도시)을 관통시켜 연결하고 이들을 음양전극부(110)와 통전 시킴으로써 강력한 선분 전기장 세기가 비말포집부(100) 원통형 메쉬(110a) 사이에 형성되므로 음양전극부(110)들을 대응하는 극성으로 대전 시킬 수 있다. 이를 위해 경사지지바(812)의 외측에는 각 단차부(812a)와 연통되는 전원선 관통용 홀 등이 형성될 수도 있다. 또는 각 단차부(812a)들을 서로 독립된 단자들로 형성하여 음극 전원선 및 양극전원선과 연결하는 것도 가능하다.
그러나 음양전극부(110)에 전원을 인가하는 방식은 구조나 상황에 따라 변경될 수 있으므로 이와 같이 한정될 필요는 없으며 또 다른 가능한 형태로 변형될 수도 있다.
이와 같이 고정틀(810)을 비말포집부(100) 상하 양단에 결합하고 중앙은 연결봉(813) 등으로 비말포집부(100)를 한 단위로 구성 및 고정할 수 있다. 그와 같이 고정되면 동심원 형태로 밀집된 음양전극부(110)들이 매우 컴팩트하게 한 몸체로 고정되며, 도 5와 같이 내부 포집 및 멸균 처리 구조 안에도 편리하게 결합할 수 있다. 또한 고정틀(810) 둘레에 육각내부케이스(814) 고정용 홈(811a)을 형성하여 육각내부케이스(814)까지 일체로 비틀림 없이 중심을 유지하며 결합할 수 있다. 이와 같이 결합된 비말포집부(100)는 도 5에 도시된 것처럼, 고정틀(810)과 원형바닥판(710) 상단에 형성된 고정틀결합부(740)를 결합하여 견고한 6각 구조로 고정시킬 수 있다.
도 7은 도 1의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 전체의 분해도이고, 도 8은 도 7의 분해도 중 원형바닥판을 확대 도시한 사시도이며, 도 9는 도 8의 원형바닥판과 그에 중첩된 섬유소 1차 필터(외부 일반 먼지 제거용)와 구리망체부 및 고정틀 결합부를 함께 도시한 사시도이고, 도 10은 도 7의 분해도 중 흡입공기를 내부 공간 비말포집부의 전면적으로 균일하게 분산시키는 확산모듈을 확대 도시한 사시도이다.
상술한 비말포집부(100)의 구조를 포함하는 장치 전체의 구성은 도 7에 준한다. 이하 도 7의 분해도와 다른 도면들을 함께 참조하면서, 나머지 구조들을 좀 더 상세히 설명한다.
도 7 및 도 2를 참조하면, 공기유입구(10a)측에 확산모듈(300)과 살균광조사부(200)가 배치된다. 도 7에 도시된 확산모듈(300)은 하우징(10) 내부로 삽입되면 비말포집부(100)와 공기유입구(10a)의 사이에 위치하게 된다. 예를 들어 도 2에 도시된 것처럼 하우징(10) 바닥이 완전히 개구되어 공기유입구(10a)로 형성되고, 공기유입구(10a)와 중첩되는 원형바닥판(710)을 형성하고, 원형바닥판(710) 위에 확산모듈(300)을 배치하여 공기유입구(10a)와 비말포집부(100) 사이에 확산모듈(300)을 위치시킬 수 있다. 즉, 본 실시예와 같이 하우징(10) 바닥을 개구하여 공기유입구(10a)를 형성한 경우 공기유입구(10a)와 중첩되는 원형바닥판(710)을 일종의 베이스 기본 틀로 하여 다른 구조들을 배치 및 구성할 수 있다.
도 8을 참조하면, 원형바닥판(710)에는 복수 개의 공기를 유입하는 통공(710a)이 형성될 수 있다. 따라서, 원형바닥판(710)은 공기유입구(10a)에 중첩되더라도 공기를 원활하게 통과시킬 수 있다. 아울러, 원형바닥판(710)의 통공(710a)들은 예를 들어 가로바(710b)로 구획되어 있을 수 있다. 이러한 통공(710a)들은 틀 자체의 강도를 높여 주며 1차 섬유소 필터(730)와 구리망체부(720)를 지지하는 틀의 역할을 한다.
또한 원형바닥판(710)의 상면은 반사면으로 이루어진다. 따라서 반사면을 통해 자외선 UV-C를 비말포집부(100)로 재차 상방향으로 반사광을 증가시켜 비말포집부(100) 측 전 단면적으로 도달하는 자외선 광을 중첩 증폭시킬 수 있다.
도 9에는 원형바닥판(710)에 도 7의 망체부(720), 제1필터체(730), 및 고정틀결합부(740)가 결합된 상태가 도시되어 있다. 제1필터체(730)는 하부에 중첩되어 도 9에는 나타나 있지 않지만, 배치상태는 도 3의 (b) 를 참조하면 확인할 수 있다. 이와 같은 원형바닥판(710)에는 상하 양측으로 망체부(720) 및 제1필터체(730)가 중첩되어 공기와 함께 유입되는 일반 먼지들을 필터링할 수 있다. 이때, 제1필터체(730)는 먼지(미세먼지를 포함할 수도 있다)나 그 외 불순물들을 필터링할 수 있는 적절한 재질로 형성될 수 있다. 망체부(720)는 도 9에 도시된 것처럼 금속재 망으로 형성될 수 있으며 광반사가 가능한 광택이 있는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 망체부(720)는 미세한 모눈이 형성되어 있는 구리 망 등으로 형성될 수 있다. 여기서 구리 이온이 1차 멸균역할도 한다.
고정틀결합부(740)는 원형바닥판(710)의 둘레에 배치된다. 고정틀결합부(740)는 나사 등으로 고정할 수 있는 4각 구조이며, 필요에 따라 다른 구조를 고정하는 고정구조를 가지고 있을 수도 있다. 고정틀결합부(740)는 원형바닥판(710)과 다른 구조물을 연결하는 일종의 연결체로 다양한 기능을 조합할 수 있다. 여기서 육각내부게이스(814)와 비말포집부(100)사이에 미세먼지와 비말들을 음이온화시키는 음이온나이저(400)까지 고정틀결합부(740)에 설치하여 유입공기 이온화한다.
원형바닥판(710)은 공기유입구(도 2의 10a참조)와 중첩되므로 도 9에 도시된 것처럼 이온화된 유입공기를 상방으로 공기(A)를 통과시킨다. 전술 한 통공(도 8의 710a참조)에 의해 분배된 공기는 망체부(720)를 통과하여 하우징(10) 내부로 유입된다.
망체부(720)의 상부에는 도 10에 도시된 바와 같은 확산모듈(300)이 배치된다. 확산모듈(300)은 복수의 확산바(310)를 포함할 수 있다. 확산모듈(300)의 확산바(310)는 모서리(311a)가 공기유입구(10a)측 (즉, 도면상의 하방)을 향하게 배치되고 모서리(311a)의 반대편 말단이 비말포집부(도 5의 100참조)를 향해(즉, 도면상의 상방을 향해) 벌어진 절곡된 날개(311)를 가질 수 있다.
따라서 확산바(310)는 절곡된 날개(311)를 이용하여 공기(A)를 전체적인 내부 면적으로 재 확산시킨다. 이를 통해 공기유입구(10a)와 비말포집부(100) 사이에서 유입공기의 유동분포를 조절할 수 있고, 유입공기(A)를 전술한 비말포집부(100)의 포집면 전체적으로 확산시켜 제공할 수 있다. 이로 인해 비말제거 및 그로 인한 공기의 정화작용이 더 효과적으로 진행된다.
특히 공기유입구(10a)는 하우징(10) 바닥이 원형으로 개구되어 형성되므로, 확산바(310)는 복수 개가 공기유입구(10a)의 중심에 대해 회전 대칭형으로 교차하여 배치될 수 있다. 도 10의 확산바(310)들이 교차된 중심은 공기유입구(10a)의 중심에 대응된다.
확산바(310)들은 실질적으로 공기유입구(10a)를 가로지르는 형태로 배치되며 도시된 것처럼 서로 다른 방향으로 회전 대칭형으로 교차되어 있으므로, 날개(311)에 의한 공기확산이 확산바(310)들의 모든 지점에서 전방향으로 이루어진다. 따라서 유입된 공기(A)를 더욱 균등하게 확산시켜 비말포집부(100)로 제공할 수 있다.
확산바(310)는 모서리(311a)가 형성된 중앙에서 길이방향으로 절개된 관통부(311b)를 포함할 수 있다. 관통부(311b)를 통해서는 공기(A)를 바로 통과시킬 수 있으며 이를 통해 날개(311)와는 또 다른 방향으로 분배된 유체흐름을 분산 또는 혼합하는 기능을 형성할 수 있다. 이와 같이 공기(A) 유동을 다양하게 조절하여 비말포집부(100)에 더 균일하게 이온화된 공기(A)를 제공할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 살균광조사부(200)는 확산모듈(300) 상방에 배치될 수 있다. 살균광조사부(200)는 비말포집부(100)로 멸균광을 조사하기 유리한 다양한 위치에 설치될 수 있으며 이를 통해 특히 비말포집부(100)의 포집면[전술한 음양전극부(110) 표면에 덮여있고 글린세린과 같은 점성 있는 액체가 도포된 표면]으로 자외선 광을 전체적으로 중첩 조사할 수 있다.
살균광조사부(200)에서 조사되는 자외선 광은 세균 또는 바이러스 살균율이 가장 높은 UV-C로 알려져 있는 파장대의 자외선 광일 수 있다. 해당 자외선 광을 포집면에 양측면에 중첩 조사하여 포집된 비말에 함유된 유해세균 또는 박테리아들을 박멸할 수 있다. 그러나 반드시 그와 같이 한정될 필요는 없으며 세균 또는 박테리아 등의 살균이 가능한 한도 내에서 자외선 광의 파장 등은 변화될 수도 있다.
살균광조사부(200)는 이러한 자외선 광의 조사가 가능한 자외선 램프 또는 구조의 다양성을 유도하기 위하여 LED 타입 등으로 형성될 수 있다. 살균광조사부(200)를 복수로 형성하여 자외선 광의 광량을 충분히 확보할 수 있다.
도 2 및 도 4에 도시된 것처럼, 공기배출구(12a)는 하우징(10)의 상부에 형성된다. 따라서 구동팬(500)도 배출구 측으로 배치할 수 있다. 구동팬(500)으로 공기를 유입할 경우 팬의 유체역학적 강약 흡입력구역과 상층부의 완충지역(Buffer Zone)과의 조합으로 하단 완충지역인 유량조절구간(112)에서 균일한 분포로 포집부 전체에 오염공기 유입을 유도한다. 즉 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치(1)는 공기배출구(12a)와 비말포집부(100)의 사이에 배치된 구동팬(500)을 더 포함할 수 있다.
구동팬(500)은 특히 날개 하단(도 4의 500a참조)이 반사체로 코팅되어 있을 수 있다. 따라서 전술 한 바닥판(710)의 상면과 짝을 이루어, 상부에서도 비말포집부(100)로 자외선 광을 재 반사시키며 2차 멸균을 가능하게 한다
도 2에 도시된 것처럼 구동팬(500) 상부에는 공기배출구(12a)로 배출되는 공기의 토출 방향을 효과적으로 가이드하는 상단유도날개(600)가 배치된다. 상단유도날개(600) 밑면도 반사체로 코팅될 수 있다, 이에, 구동팬(500)이 가동될 때 팬의 날개 사이로 통과된 자외선 광도 하방으로 다시 재 반사시키며 멸균율을 향상시킨다.
상단유도날개(600)는 원반형으로 형성될 수 있으며, 하면은 부드러운 곡면으로 이루어질 수 있다. 곡면이 유체역학적 표면을 형성하여 배출된 공기를 공기배출구(12a) 측으로 효과적으로 유도할 수 있다.
도 2, 도 4, 도 7등에 도시된 바와 같이 상단유도날개(600)는 지지대(601)에 의해 구동팬(500)에 지지될 수 있고, 전술한 내부구획판(510)도 지지대(511)에 의해 하단 고정구조[예, 고정틀결합부(740)]에 지지될 수 있다.
그 밖에 도 1과 도 7을 참조하면, 하우징(10)의 상단판(11) 안쪽에 디스플레이모듈(13)을 배치하고 조작스위치 등도 형성해 줄 수 있다. 디스플레이모듈(13)과 조작스위치를 이용하여 장치를 조작할 수 있다. 도시되지 않았지만, 하우징(10) 내부의 적절한 위치[예, 육각내부케이스(814)의 둘레 등]에 장치 전체의 전원을 제공하는 전원부(미도시)가 형성되어 전원부를 통해 내부로 전력이 제공될 수 있다. 여기서 육각내부케이스(814) 면에는 각종 부품과 기기가 부착될 수 있는 공간으로 활용한다.
한편 도 7에 도시된 것처럼 상단유도날개(600) 둘레에는 제2구리필터체(610)가 배치될 수 있다. 제2구리필터체(610)는 원통형상으로 상단유도날개(600)의 외측을 둘러쌀 수 있으며 하우징(10) 내부에서 공기배출구(12a)와 중첩될 수 있다. 따라서 장치 내부로 유입된 공기는 비말이 제거된 후 배출되기 직전에도 추가적으로 구리 이온으로 정화될 수 있고 외부로부터 내부의 물리적인 충격 등을 보호하는 망으로도 사용 가능하다. 제2구리필터체(610)는 필터고정링(611)에 의해 고정될 수 있다.
또한, 필요한 경우 도 4 및 도 7에 도시된 것처럼 공기유입구(10a)측에 음이오나이저(400)를 추가로 배치하는 것도 가능하다. 음이오나이저(400)를 이용해 유입공기 중 미세먼지를 음이온화시키고 비말포집부(100)에서 포집할 수도 있다. 예를 들어 음이오나이저(400)는 막대형상의 다양한 형식의 전자발생장치(미세 방전극을 갖는 것일 수 있다)등으로 형성이 가능하며 비말포집부(100) 전단의 적절한 위치에 배치할 수 있다.
이러한 구조에 의해, 본 발명은 다음과 같은 방식으로 오염된 비말을 처리한다. 이하, 도 11 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 작용효과를 좀 더 상세히 설명한다.
도 11은 장구형 음극 비말포집부 및 장구형 양극 비말포집부의 조합 사시도 및 투시도이고, 도 12는 비말포집부의 부분절개 사시도 및 평면도이며, 도 13은 비말포집부의 비말 포집작용을 도시한 선분 전기장 밀도 분포와 작동도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 비말포집부(100)의 음양전극부(110)들은 동심원상으로 배치되어 교대로 서로 다른 양극(+) 및 음극(-)으로 대전된다. 예를 들어, 가장 바깥쪽 음양전극부(110)는 양극성으로 대전되고 그와 인접한 안쪽 음양전극부(110)는 음극성으로 대전될 수 있다. 일부에만 극성이 도시되었지만, 동심원상으로 배치된 음양전극부(110)들 전체에 대해 인접한 서로 다른 음양전극부(110)는 서로 다른 극성으로 대전되어 그 사이에 강력한 고밀도 선분전기장이 형성되어 초미세먼지, 세균 또는 바이러스 등을 모두 포집하여 제거 및 멸균시킬 수 있다. 이러한, 음양전극부(110)에는 점액성 있는 비휘발성 액체가 도포된 부직포가 부착된 3겹형 비말포집부가 될 수 있다.
이와 같은 음양전극부(110)에 인가되는 전압은 직류 고전압일 수 있으나 필요에 따라 극성을 반복적으로 바꾸(10~50Hz)는 교대 직류 전압(Alternative Pulse DC Volt)이 될 수 있다. 이와 같이 음양전극부(110)에는 강한 선분 전기장을 형성할 수 있는 다양한 형태로 전압을 인가할 수 있다.
도 12에 도시된 것처럼, 음양전극부(110)는 원통형 메쉬(110a)들로 이루어진다. 메쉬들은 스테인레스 금속재이며 직류전압이 인가되면 음극 및 양극으로 대전된다. 특히 메쉬의 교차점에 전하가 집중될 수 있으므로 전기장은 도 13에 도시된 바와 같은 부직포층(111) 사이에 특정한 고밀도 전기장 선속 형태로 형성될 수 있다. 즉 평행전기장이 아닌 선분 양극 전기장을 향해 집중되는 전기장 밀도(전기력선 또는 전기장선의 밀도를 의미함)가 변동되는 전기장을 메쉬 구조로 형성할 수 있다.
원통형 메쉬(110a)들의 표면에는 도 12의 (a) 및 (b)에 도시된 것처럼 글리세린 등의 점성 있는 액체가 도포된 부직포층(111)이 적층 된다. 부직포층(111)은 양면에 적층 되며 따라서 음양전극부(110) 표면의 양측면이 모두 포집면으로 기능하게 된다. 여기서 음양전극부(110)는 고밀도 선분 전기장 발생 역할을 하고 글리세린이 도포된 양측면 부직포층(111)은 세균 또는 바이러스 함유 비말 또는 미세먼지를 포집하고 멸균 및 제거하는 역할을 한다.
이로 인해 비말포집부(100)는 전원이 인가되면 도 13과 같이 강력한 선분 고밀도 전기장에 의해 포집 및 멸균한다. 음극 및 양극 전원이 인가되면 도 13의 (a)처럼 동심원 상으로 밀집 배치된 음양전극부(110)들 사이에 도 13의 (b)와 같이 음양전극부(110)양측에 고밀도로 집중되는 전기장(D)이 생성되며, 이들 전기장(D)에 의해, 도 13의 (c)처럼 쌍극자 모멘트를 갖고 있는 비말(C)들이 부직포층(111) 양측표면(즉, 포집면)에 전기장력에 의해서 유도 및 포집된다.
세균 또는 바이러스를 함유한 비말(C)들은 물 분자군으로 이루어져 있고 물분자는 쌍극자모멘트를 갖는 극성분자이므로 전기장(D)의 밀도 변화에 조금만 균일하지 않더라도 전기적 인력에 의해 음극 및 양극에 관계없이 한 쪽 극으로 끌려갈 수 있다. 실질적으로 비말(C)의 궤적이 전기장(D) 밀도가 균일한 지역(예, 두 전극부 사이의 정 중앙)만을 통과하는 것은 불가능하므로, 비말(C)들은 전기장(D)에 의해 양극 또는 음극 중 어느 하나로 반드시 모두 끌려 쉽게 포집되어 자외선 UV-C에 의해 멸균될 수 있다.
이와 같이 포집된 비말(C)들은 유해세균 또는 바이러스 등이 함유된 것일 수 있으나, 전술한 것처럼 자외선 광 UV-C가 비말(C)들이 포집된 포집 양면에 중첩 조사되므로 포집면 전체는 UV-C광이 가까운 하단부터 더 빠르게 살균된다. 이와 같이 세균 또는 바이러스 함유 비말은 제거된다.
물 분자군을 흡수한 포집부에서 살균 후 수분은 공기유동에 의해 자연적으로 증발될 수 있으며 이로 인해 포집면[즉, 글리세린 등 점착성 유체가 도포된 부직포층(111) 양측표면]의 점도는 줄어들지 않고 일정 수준을 지속적으로 유지할 수 있다. 따라서 장치의 성능이 지속되며 수명도 연장된다. 음이오나이저(400)에 의해 대전된 미세먼지 등이 유입공기에 섞여 있는 경우에는 비말포집부(100)에서 미세먼지의 처리도 가능함은 물론이다.
이와 같은 방식으로 유입된 공기에 섞인 비말(C)들을 효과적으로 제거할 수 있다. 이하 공기 유동 측면과 자외선 광 조사를 통한 살균 측면으로 나누어, 장치 전체의 동작을 좀 더 상세히 설명한다.
도 14는 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내부의 공기유동 경로를 도시한 작동도이고, 도 15는 세균 또는 바이러스 함유비말 제거장치 내부의 자외선 광(B)으로 살균작용 경로와 재 반사를 도시한 작동도이고, 도 16은 외측 가이드날개(20)가 장착된 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치 내 외부의 공기유동을 전체적으로 도시한 작동도이다. 도 14 내지 도 16은 모두 투시도로 도시되어 있다.
본 발명의 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치는, 도 14와 같이 내부의 공기(A)의 멸균 및 제거 유동경로가 형성될 수 있다. 외부 공기(A)는 공기유입구(도 2의 10a참조)가 형성된 장치 하단으로 유입되고, 상승하여 비말포집부(100)로 통과된다. 비말포집부(100)에서 비말(C)이 제거된 신선한 공기(A)는 구동팬(500)과 상단유도날개(600)를 지나 공기배출구(도 2의 12a참조)로 배출된다.
이때 원형바닥판(710)에 형성된 통공(도 8의 710a참조)과, 그 위에 배치된 확산모듈(도 10의 300참조)에 의해 유입 공기(A)는 분산되어 균일하게 비말포집부(100)로 제공된다.
이때 비말포집부(100)의 양단에 형성되어 있는 유량조절구간(112)에 의해서도 일종의 완충작용을 통해 유체흐름이 균일하게 정돈되기 때문에, 비말포집부(100)의 처리효율은 더욱 향상된다.
구동팬(500)은 압력 구배를 형성하여 이러한 공기(A)흐름을 지속적으로 형성한다. 따라서 장치가 밀집된 공간 등에 적용되더라도 해당 공간을 빠르고 효과적으로 정화할 수 있다. 정화된 공기(A)는 상단유도날개(600)에 의해 가이드 되어 장치 밖으로 배출된다.
한편, 이러한 공기(A)순환이 이루어지는 동시에, 장치내부에서는 도 15처럼 같이 자외선 광(B)을 중첩 조사하여 살균한다. 자외선 광(B)은 하부에 배치된 살균광조사부(200)에서 방출되지만, 원형바닥판(710)의 반사면, 반사체로 코팅된 구동팬(500)의 밑면(500a) 및 상단유도날개(600)의 밑면들에 의해 재 반사되어, 포집면에 도달되는 중첩 광량은 크게 증가된다.
따라서 자외선 광(B)에 의한 포집면의 살균효과도 크게 증대된다. 이를 통해 공기를 순환시키면서 공기에 함유된 비말을 포집하고 포집된 비말에 함유된 유해세균 또는 바이러스 등은 즉시 살균하여 제거할 수 있다.
또한, 본 발명은 도 16과 같이, 외측 가이드날개(20)를 이용하여 주변의 상하좌우 넓은 영역 공기(A)를 공기유입구(10a) 측으로 유도할 수 있다. 따라서 더 넓은 공간을 더 신속하게 정화시킬 수 있다. 예를 들어, 외측 가이드날개(20)는 공기유입구(10a) 측으로 빨려 들어가는 공기를 유체역학적 표면으로 가이드하여 유입공기의 속도를 증가시키고 그 외측의 더 넓은 공간으로부터 공기를 유입할 수 있다. 도 17에서 유체역학적 Simulation으로 분석한 결과 보다 넓고 상부에 있는 오염공기까지 흡입하여 멸균하므로 공기 정화률이 단 시간 내 이루어진다.
외측 가이드날개(20)에는 적어도 부분적으로 관통된 통기구(21)가 형성될 수 있고 이를 통해 공기(A) 유입효과를 향상시킬 수 있다. 따라서 장치의 크기 대비 공기 정화율을 증가시킬 수 있으므로 공간을 신속하게 정화시켜야 하는 경우 본 발명은 더 큰 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 전술한 것처럼 하우징(10) 내부에는 내부구획판(510)이 배치되어 있으므로, 공기(A) 순환이 상대적으로 빠르게 진행되더라도 역류는 방지된다. 예를 들어 공기배출구(12a) 측에 전술한 제2구리필터체(도 7의 610참조)가 중첩되어 있더라도 내부구획판(510)에 의해 역류가 차단되기 때문에, 유입된 공기(A)와 처리 후 배출된 공기(A)가 섞이는 일은 발생하지 않는다. 이와 같은 방식으로 공기중에 섞인 유해한 비말들을 효과적으로 제거할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치
10: 하우징 10a: 공기유입구
11: 상단판 12: 측면부
12a: 공기배출구 13: 디스플레이모듈
13a: 디스플레이창 20: 외측 가이드날개
21: 통기구 100: 비말포집부
110: 음양전극부 110a: 원통형 메쉬
111: 부직포층 112: 유량조절구간
200: 살균광조사부 300: 확산모듈
310: 확산바 311: 날개
311a: 모서리 311b: 관통부
400: 음이오나이저 500: 구동팬
500a: 구동팬 하면 510: 내부구획판
511: 지지대 600: 상단유도날개
610: 제2구리필터체 601: 지지대
611: 필터고정링 710: 원형바닥판
710a: 통공 710b: 가로바
720: 망체부 730: 제1필터체
740: 고정틀결합부 810: 육각고정틀
811: 고정링 811a: 홈
812: 경사지지바 812a: 단차부
813: 연결봉 814: 육각내부케이스
A: 공기 B: 자외선 광
C: 비말 D: 전기장

Claims (13)

  1. 공기유입구(10a)와 공기배출구(12a)가 형성되어 있고 내부가 빈 하우징(10);
    상기 하우징(10) 내 삽입되어 상기 공기유입구(10a)와 상기 공기배출구(12a)의 사이에서 유입공기에 함유된 비말을 고밀도 선분 전기장력으로 포집하며 상기 비말이 포집되는 복수의 포집면을 갖는 비말포집부(100);
    상기 하우징(10) 내부에서 상기 포집면 측으로 자외선 광을 조사하여 상기 포집면을 중첩 조사로 살균하는 살균광조사부(200); 및
    상기 공기유입구(10a)와 상기 비말포집부(100) 사이에서 상기 유입공기의 유동을 조절하여, 상기 유입공기를 복수의 상기 포집면에 전체적으로 확산시키는 확산모듈(300)을 포함하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 비말포집부(100)는,
    균일하지 않은 강력한 고밀도 선분 전기장 안으로 상기 비말을 통과시켜 상기 비말을 구성하는 물분자의 쌍극자 모멘트 특성에 의해 상기 비말을 선분 전기장력으로 포집부 음극과 양극에 관계없이 포집부 양 측면에 동시 포집 하는 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비말포집부(100)는,
    상기 하우징(10)의 길이방향으로 연장되고 서로 이격되어 동심원 상으로 배치와 고정되며, 직류전압을 인가 받아 교대로 다른 극으로 대전되는 복수의 원통형 메쉬(110a)로 이루어진 음양전극부(110), 및 상기 음양전극부(110)의 표면에 적층되고 점성이 있는 액체가 도포된 부직포층(111)을 포함하여, 상기 부직포층(111) 표면이 상기 포집면으로 형성되는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비말포집부(100)는,
    하우징(10)의 외측 하단에 설치되는 외측 가이드날개(20)를 더 포함하고,
    외측 가이드날개(20)는 공기유입구(10a) 측으로 빨려 들어가는 공기를 유체역학적으로 더 넓은 공간으로부터 유입공기 분포를 증가시켜 유입할 수 있는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 전극부(110)는,
    상기 동심원의 중심방향으로 직경 및 길이가 단계적으로 감소되는 상기 원통형 메쉬(110a)들로 이루어져, 상기 비말포집부(100) 양단에, 상기 음양전극부(110)의 말단간 높이 차로 만들어지는 유량조절구간(112)이 위측과 아래측에 형성되는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 확산모듈(300)은,
    모서리(311a)가 상기 공기유입구(10a)측을 향하게 배치되고 상기 모서리(311a)의 반대편 말단이 상기 비말포집부(100)를 향해 벌어진 절곡된 날개(311)를 갖는 확산바(310)를 포함하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 공기유입구(10a)는,
    상기 하우징(10) 바닥이 원형으로 개구되어 형성되고, 상기 확산바(310)는 복수 개가 상기 공기유입구(10a)의 중심에 대해 회전 대칭형으로 교차하여 배치되는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공기유입구(10a)에 중첩되되 복수의 통공(710a)이 형성되고 상면이 반사면으로 이루어진 바닥판(710)을 더 포함하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징(10)의 상부에 상기 공기배출구(12a)가 형성되고 상기 공기배출구(12a)와 상기 비말포집부(100)의 사이에 배치된 구동팬(500)을 더 포함하되, 상기 구동팬(500) 날개 밑면이 반사체로 코팅되어 있는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(10)의 내부에서 상기 비말포집부(100) 후단의 공간을 상기 공기유입구(10a)로부터 격리시켜 상기 비말포집부(100)를 통과한 공기의 역류를 막는 내부구획판(510)을 더 포함하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(10)의 외측에 상기 하우징(10)을 둘러싸는 고리 형태로 배치되어, 상기 공기유입구(10a) 측을 향하는 공기흐름을 생성하는 외측 가이드날개(20)를 더 포함하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공기유입구(10a) 측에 배치되는 음이오나이저(400)를 더 포함하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 공기유입구(10a) 바닥틀에 로봇이동부를 추가 배치하여 특정 구간을 이동하는, 세균 또는 바이러스 함유 비말 제거장치.

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