WO2018208098A1 - 유체 처리 장치 - Google Patents

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WO2018208098A1
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김종만
김지원
신상철
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    • B01D2255/80—Type of catalytic reaction
    • B01D2255/802—Photocatalytic

Definitions

  • the present invention relates to a fluid treatment device, and more particularly, to a device for treating water or air.
  • An object of the present invention is to provide an apparatus for efficiently treating a fluid such as air or water.
  • the present invention relates to an apparatus for treating a fluid, the fluid processing apparatus comprising: a housing including an inlet, a body, and an outlet; a light source unit provided in the body and emitting light; And an encapsulating photocatalyst filter, and a partition wall which separates the inside of the main body into a first region and a second region together with the photocatalyst filter.
  • the fluid passes through the photocatalyst filter and moves from the first area to the second area, the width of the body being greater than the width of the inlet.
  • the width of the body may be larger than the width of the outlet.
  • the first region may be provided outside the second region, and in another embodiment of the present invention, the first region may be provided inside the second region. have.
  • the barrier rib may include a first barrier rib facing the inlet and a second barrier rib having at least one opening facing the outlet. At least a portion of the first partition wall may be inclined with respect to the inlet port, and may be wider as it moves away from the inlet port. In addition, at least a portion of the main body may be wider as it moves away from the inlet. At least a portion of the partition wall of the second partition wall may be inclined with respect to the outlet port, and may be wider as it moves away from the outlet port. In addition, at least a portion of the main body may be wider the farther away from the outlet.
  • the diameter of the opening may be set differently according to the speed of the fluid.
  • a part of the second partition wall may be provided in a mesh.
  • At least a portion of the body may be inclined with respect to the outlet, at least a portion of the body may be narrower closer to the outlet.
  • the light source unit may include at least one light source for emitting light in at least one wavelength band of ultraviolet light and visible light. In one embodiment of the present invention, the light source unit may include at least two light sources for emitting ultraviolet rays of different wavelength bands.
  • the light source unit may include at least one light source unit including a substrate and at least one light emitting element mounted on the substrate.
  • the light source unit is provided in plurality, and may emit the light in different directions.
  • the photocatalyst filter may have a closed shape when viewed on a cross section.
  • the photocatalyst filter may be provided in any one of a circle, an ellipse, a polygon, a semicircle, and a semi-ellipse when viewed on a cross section.
  • the photocatalyst filter may include a plurality of beads sintered and coated with a photocatalyst material on a surface thereof, and may have pores disposed between the sintered beads.
  • the size of the pore may be larger or smaller in the direction of the second region from the first region. In one embodiment of the present invention, the pore size may be larger or smaller along the extension direction of the photocatalyst filter.
  • the photocatalyst filter has a coating layer coated on the first surface in contact with the first region and the second surface in contact with the second region, the coating on the first surface and the second surface
  • the coated layers may have different thicknesses.
  • the distance between the light source unit and the photocatalyst filter may have a different value from the distance between the photocatalyst filter and the housing.
  • the fluid treatment apparatus may further comprise an additional filter connected to at least one of the inlet and the outlet.
  • the fluid may be air or water.
  • the fluid treatment apparatus may further include a fan or a pump connected to at least one of the inlet and the outlet and introducing or discharging the air or water into or out of the body.
  • the fluid treatment apparatus may be provided in plurality and may be connected in parallel, or may be connected in series.
  • Fluid treatment apparatus has a significantly increased processing efficiency of the fluid compared to the conventional fluid treatment apparatus, for example, sterilization effect, deodorizing effect, purification effect and the like.
  • the fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention is very simple in internal structure and can be easily manufactured in a small size.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 1.
  • FIG. 3A is a perspective view illustrating a light source unit according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a cross section of the light source of FIG. 3A.
  • 4A to 4C are cross-sectional views illustrating a light source unit according to one embodiment of the present invention.
  • 5A to 5D are cross-sectional views illustrating a photocatalyst filter according to one embodiment of the present invention.
  • 6A through 6E are cross-sectional views illustrating a portion P1 of FIG. 2A and illustrate embodiments of the photocatalyst filter.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 10A and 10B are perspective views illustrating a plurality of fluid treatment modules connected to each other.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an air purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a block diagram schematically illustrating an IoT based fluid processing system.
  • FIG. 14 is a graph showing the results of air treatment using the fluid treatment apparatus of FIG. 1, illustrating the concentration of acetaldehyde over time.
  • FIG. 14 is a graph showing the results of air treatment using the fluid treatment apparatus of FIG. 1, illustrating the concentration of acetaldehyde over time.
  • 15a and 15b show the concentrations of trimethylamine and methylmercaptan over time for the comparative examples and examples of Table 1, respectively.
  • 16A and 16B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli (E. coli; Escherichia coli ) and S. aureus ( Staphylococcus aureus ) in the air using the fluid treatment apparatus of Example 1, respectively.
  • 17A and 17B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli and S. aureus in the air, respectively, using the fluid treatment apparatus of Example 2.
  • FIG. 17A and 17B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli and S. aureus in the air, respectively, using the fluid treatment apparatus of Example 2.
  • FIG. 18A and 18B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli and S. aureus in the air, respectively, using the fluid treatment apparatus of Example 3.
  • FIG. 18A and 18B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli and S. aureus in the air, respectively, using the fluid treatment apparatus of Example 3.
  • 19A and 19B are graphs showing the results of air treatment using the fluid treatment apparatus of FIG. 1, showing the concentrations of trimethylamine and methylmercaptan over time, respectively.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 2A is a longitudinal cross-sectional view of FIG. 1
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of FIG. 1.
  • One embodiment of the invention is directed to a fluid treatment apparatus.
  • the fluid is the target material to be treated using the fluid treatment device.
  • the fluid may be air or water.
  • treating the fluid means taking the fluid, for example, by disinfecting, purifying, deodorizing, or the like through the fluid treatment device.
  • the treatment of the fluid is not limited thereto and may include other measures possible using the fluid treatment apparatus to be described later.
  • a fluid processing apparatus may include a housing 10 for forming an exterior, a light source 20 for emitting light, and light from the light source 20. Reactive photocatalyst filter 30, and the partition wall 40 that partitions the inside of the housing 10.
  • the housing 10 forms the exterior of the processing apparatus and provides an interior space for processing the fluid.
  • the light source unit 20 is disposed in the housing 10 and emits light.
  • the photocatalyst filter 30 is disposed between the light source unit 20 and the housing 10, and includes a photocatalyst that reacts with light emitted from the light source unit 20.
  • the partition 40 is provided inside the housing 10 to separate the area inside the housing 10 together with the photocatalyst filter 30.
  • the housing 10 may form the exterior of the processing device as a component disposed on the outermost side of the fluid processing device. However, in some embodiments, an additional case or component may be further provided outside the housing 10.
  • the housing 10 includes an inlet 11 through which the fluid is introduced, a body 13 through which the fluid is processed, and an outlet 15 through which the treated fluid is discharged.
  • the inlet 11 may be provided in a cylindrical shape, one end of which has a flow path formed therein so that the fluid can flow into the main body 13.
  • the fluid flowing into the main body 13 through the inlet 11 is an object that requires treatment such as sterilization, purification, and deodorization.
  • the inlet 11 may have a circular shape or an elliptic shape, but is not limited thereto.
  • the cross-section of the inlet 11 may be provided in various shapes, for example, polygons such as quadrangles.
  • the cross section of the inlet 11 may be a cross section along the direction in which the inlet 11 extends or crosses the direction in which the flow path is formed.
  • an inlet 11 may be provided with a separate pipe for providing a fluid, and the pipe may provide fluid to the inlet 11 through a nozzle in contact with the inlet 11.
  • the nozzle may be coupled to the inlet 11 in various ways, for example, the nozzle and the inlet 11 may be screwed.
  • the main body 13 accommodates therein a component, for example, a light source unit 20 and a photocatalyst filter 30, through which the fluid introduced through the inlet 11 is processed.
  • the light source unit 20 and the photocatalyst filter 30 will be described later.
  • the main body 13 may have a cylindrical shape with an empty inside, but may have a shape in which both ends of the extension direction are blocked.
  • the main body 13 may be cylindrical.
  • the cross section which crosses the longitudinal direction of a cylinder is circular.
  • the shape of the cross section of the main body 13 is not limited thereto, and may be provided in various shapes, for example, an ellipse, a polygon such as a rectangle, and the like.
  • the inlet 11 may be connected to one side of the main body 13 to communicate with a space in the main body 13.
  • the outlet 15 is provided at a position spaced apart from the inlet 11 and may be connected to and communicated with the main body 13.
  • the outlet 15 may be provided in a cylindrical shape having one end opened therein so that a fluid flows out from the body 13.
  • the fluid discharged from the main body 13 through the outlet 15 is an object that has already been processed in the main body 13, for example, a sterilized, purified, deodorized object.
  • the cross section of the outlet 15 may have a circular shape or an elliptic shape similar to the inlet 11, but is not limited thereto.
  • the outlet 15 may be provided in various shapes, for example, polygons.
  • the cross section of the inlet 11 may be a cross section along the direction in which the inlet 11 extends or crosses the direction in which the flow path is formed.
  • the outlet 15 may be provided with a separate pipe for discharging the fluid, and the pipe may be connected through a nozzle in contact with the outlet 15.
  • the nozzle may be coupled in various ways with the outlet 15, for example by screwing.
  • the fluid passes through the inlet 11, the main body 13, and the outlet 15 sequentially and is discharged to the outside.
  • the inlet 11, the main body 13, and the outlet 15 may be sequentially arranged to facilitate the movement of the fluid.
  • the inlet 11, the main body 13, and the outlet 15 may be sequentially disposed along the first direction D1 as shown in FIG. 1, in which case the main body 13
  • An inlet 11 may be disposed on an upper surface thereof, and an outlet 15 may be disposed on a lower surface of the main body 13.
  • the fluid generally moves along the first direction D1, although some directions vary within the body 13.
  • a direction in which the inlet 11, the main body 13, and the outlet 15 are arranged is called a first direction D1 and crosses the first direction D1.
  • Two directions of the plane are represented by the second direction D2 and the third direction D3.
  • the first direction D1 will be described as the lower direction, and the direction opposite to the first direction D1 will be described as the upper direction.
  • the first to third directions D1, D2, and D3, the upper direction, the lower direction, and the like are merely for convenience of description, and the actual direction may be set differently, and thus, they should be understood as merely relative concepts.
  • the arrangement direction of the inlet 11, the main body 13, and the outlet 15 is not limited to the above description, it may be provided in various forms.
  • the main body 13 extends in the first direction D1
  • the inlet 11 and the outlet 15 are side surfaces of the main body 13, that is, the second direction D2 or the third direction D3. May be provided along the
  • the moving direction of the fluid from the inlet 11 to the main body 13 or from the main body 13 to the outlet 15 may be a direction other than the first direction D1, and the moving direction of the fluid may vary. have.
  • the light source unit 20 is provided inside the housing 10 and emits light.
  • the light source is provided inside the body 13 of the housing 10, ie in the space within the body 13.
  • the light emitted from the light source unit 20 may have various wavelength bands.
  • the light from the light source unit 20 may be light in a visible wavelength band, an infrared wavelength band, or a wavelength band other than that.
  • the wavelength band of the light emitted from the light source unit 20 may vary depending on the photocatalyst material provided to the photocatalyst filter 30 to be described later.
  • the wavelength band of the light from the light source unit 20 may be set according to the reaction wavelength band of the photocatalyst.
  • the light source unit 20 may emit only a part of the wavelength band depending on the photocatalyst material.
  • the light source unit 20 may emit light in an ultraviolet wavelength band, and in this case, the light source unit 20 may emit light in a wavelength band of about 100 nanometers to about 420 nanometers, among which It may emit light in the wavelength range of about 240 nanometers to about 400 nanometers.
  • the light source unit 20 may emit light having a wavelength band of about 250 nanometers to about 285 nanometers and / or a wavelength band of about 350 nanometers to about 280 nanometers. .
  • the light source unit 20 may emit light of 275 nanometers and / or 365 nanometers.
  • the light source unit 20 may include at least one light source for emitting the light.
  • the light source is not particularly limited as long as it emits light in a wavelength band that reacts with the photocatalyst material.
  • various light sources emitting ultraviolet light may be used.
  • a light emitting diode (LED) device may be used as a light source that emits ultraviolet rays.
  • LED light emitting diode
  • the light source can be mounted on the substrate 23.
  • the substrate 23 and at least one light source may form a light source unit.
  • FIG. 3A is a perspective view illustrating a light source unit 20 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3B is a cross-sectional view illustrating a cross section of the light source unit 20 of FIG. 3A.
  • the light source unit 20 may include a light source unit 21 including a substrate 23 and a light source 25, and a protective tube 27 protecting the light source unit 21. .
  • the substrate 23 may be provided to extend in a predetermined direction, for example, the first direction D1 (see FIG. 1).
  • a plurality of light sources 25 may be arranged on the substrate 23 along a predetermined direction, for example, a first direction.
  • each light source 25 may emit light of the same wavelength band or emit light of different wavelength bands.
  • each light source 25 may emit light in the ultraviolet wavelength band.
  • some of the light sources 25 emit some of the ultraviolet wavelength band and the remaining light sources 25 emit some of the other wavelength band of the ultraviolet wavelength band.
  • some light sources 25 may emit light having a wavelength of 275 nanometers, and the other light sources 25 may emit light having a wavelength of 365 nanometers.
  • the light sources 25 may be arranged in various orders.
  • a light source 25 that emits light in a first wavelength band is called a first light source
  • a light source that emits light in a second wavelength band different from the first wavelength band is called a second light source 25.
  • the first light source and the second light source may be alternately arranged.
  • the protective tube 27 protects the substrate 23 and the light sources 25.
  • the protective tube 27 is made of a transparent insulating material and protects the light sources 25 and the substrate 23 and simultaneously transmits the light emitted from the light sources 25.
  • the protective tube 27 may be provided in various materials as long as the above functions are satisfied, but the material is not limited thereto.
  • the protective tube 27 may be made of quartz or a polymer organic material.
  • the polymer glass material may be selected in consideration of the wavelength emitted from the light sources 25 because the wavelengths absorbed / transmitted vary depending on the type of the monomer, the molding method, and the conditions.
  • organic polymers such as poly (methylmethacrylate; PMMA), polyvinylalcohol (PVA), polypropylene (PP) and low density polyethylene (PE)
  • PMMA poly (methylmethacrylate
  • PVA polyvinylalcohol
  • PP polypropylene
  • PE low density polyethylene
  • Silver hardly absorbs, but organic polymers such as polyester can absorb ultraviolet rays.
  • the protective tube 27 may have a long cylindrical shape along the extending direction of the substrate 23, and may have a structure in which one side is opened and one side is blocked.
  • the opened portion may be provided with a cap 29 for pulling out the wiring to the outside.
  • the cap 29 may be used as a mounting member for stably placing the light source unit in the protective tube 27.
  • the cap 29 is connected to the substrate 23 to the outside of the cap 29 to supply power to the light sources 25. Providing power wiring can be connected.
  • the shape of the protective tube 27 is not limited thereto, and may have a different shape.
  • the protective tube 27 may have a shape in which both sides are open, and in this case, the cap 29 may be provided at both sides of the protective tube 27.
  • a power line for providing power to the light sources 25 through at least one of the caps 29 at both sides may be provided.
  • the light source unit 20 may provide light in one direction. As shown, when the light sources 25 are provided on one surface of the substrate 23, light may be mainly emitted in a direction perpendicular to the surface on which the light sources 25 are provided. However, the direction of the light emitted from the light source unit 20 may be variously modified.
  • the light source unit 20 may include at least one substrate 23 and a plurality of light sources 25 mounted on the substrate 23.
  • a plurality of light sources may be provided on one substrate 23, and light sources may be provided on both surfaces of the substrate 23, respectively. That is, when the substrate 23 has a front surface and a rear surface, the light sources may be provided on the front surface of the substrate 23 and also on the rear surface. According to the present embodiment, the light source unit 20 emits light in both the front direction and the rear direction of the substrate 23.
  • the substrate 23 is provided as one, and the light sources 25 are disposed on both surfaces of the substrate 23 to form one light source unit, but the present invention is not limited thereto. Units may be provided. That is, two light source units having light sources arranged on one surface of the substrate 23 and the substrate 23 may be prepared, and light is emitted in both directions by attaching the rear surfaces of the two substrates 23 to face each other. You can do that.
  • the substrate 23 of the light source unit may have various shapes in cross section so that light may be emitted in various directions, for example, maximally radially.
  • 4B illustrates a case where the cross section of the substrate 23 has a triangle
  • FIG. 4C illustrates a case where the cross section of the substrate 23 has a quadrangle
  • the substrate 23 of FIGS. 4B and 4C shows It may be provided in the form of a triangular pillar and a square pillar as a whole.
  • the light sources may be arranged on the sides of each triangular pillar and the square pillar, and light may travel in various directions instead of one direction by emitting light from each side.
  • the substrate 23 may be provided as one substrate 23 having a triangular pillar or a square pillar, but is not limited thereto.
  • a triangular columnar and square columnar light source unit 20 can be formed by assembling a triangular column or square column using a plurality of light source units having a flat plate shape.
  • the cross section of the light source unit is linear, triangular, or rectangular, but according to the embodiment, the light source unit may have a circle or a polygon.
  • a photocatalyst filter 30 is provided in the body 13 of the housing 10.
  • the photocatalyst filter 30 divides the main body 13 of the housing 10 into a first region 51 and a second region 53 together with the partition 40 to be described later. That is, one side is the first region 51 and the other side is the second region 53 with the photocatalyst filter 30 interposed therebetween.
  • the first region 51 is a region into which fluid flows from the inlet 11
  • the second region 53 is a region separated from the first region 51 and the fluid is discharged to the outlet 15.
  • the fluid moves through the photocatalyst filter 30 in the direction from the first region 51 to the second region 53.
  • the first region 51 is disposed outside the photocatalyst filter 30, and the second region 53 is disposed inside the photocatalyst filter 30.
  • the photocatalyst filter 30 has a plurality of pores (not shown) formed therein to act as a filter through which the fluid passes.
  • the photocatalyst filter 30 includes a photocatalyst that processes the fluid by reacting with the light emitted from the light source unit 20.
  • a photocatalyst is a material which causes a catalytic reaction by the light irradiated.
  • the photocatalyst may react to light of various wavelength bands depending on the material constituting the photocatalyst.
  • a material that causes a photocatalytic reaction to light in an ultraviolet wavelength band among light in various wavelength bands may be used, and will be described.
  • the kind of photocatalyst is not limited thereto, and other photocatalysts having the same or similar mechanism may be used depending on the light emitted from the light source.
  • the photocatalyst is activated by ultraviolet light to cause a chemical reaction, thereby decomposing various contaminants, bacteria, and the like in the fluid in contact with the photocatalyst through a redox reaction.
  • Photocatalysts cause chemical reactions that produce electrons and holes when exposed to light above the band gap energy. Accordingly, compounds in the fluid, for example, water or organic substances, may be decomposed by hydroxyl radicals and superoxide ions formed by photocatalytic reactions. Hydroxic radicals are very oxidizing substances, which break down contaminants in a fluid or sterilize bacteria.
  • photocatalyst materials include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and the like.
  • the holes and electrons generated on the surface of the photocatalyst have a very high recombination rate, there is a limit to use in the photochemical reaction, so Pt, Ni, Mn, Ag, W, Cr, Mo, Zn
  • the addition of metals or their oxides can delay the recombination rate of holes and electrons. If the recombination rate of holes and electrons is delayed, the possibility of contact with the target material to be oxidized and / or decomposed increases, and as a result, the reactivity may be increased.
  • the fluid can be sterilized, purified, deodorized, and the like. In particular, in the case of sterilization, by destroying the enzymes in the fungal cells and enzymes acting on the respiratory system to prevent sterilization or antibacterial activity, it is possible to prevent the growth of bacteria and fungi, and also toxins released by them.
  • the photocatalyst acts as a catalyst and does not change by itself, so it can be used semi-permanently, and the effect can be semi-permanent as long as the corresponding light is provided.
  • the photocatalyst filter 30 may be composed of a plurality of sintered beads (not shown).
  • the photocatalyst material may be coated on the surface of each bead, and the photocatalyst filter 30 may be manufactured by sintering the coated beads to have a predetermined shape.
  • the photocatalyst filter 30 is provided in a shape surrounding the light source unit 20 so that light emitted from the light source unit 20 can reach a large area possible. Accordingly, the photocatalyst filter 30 surrounds at least a part of the light source unit 20, and the photocatalyst filter 30 may not be provided at a portion where light does not reach the light source unit 20.
  • the photocatalyst filter 30 may have a cylindrical shape with openings at both sides thereof and penetrating therein.
  • the photocatalyst filter 30 may extend in the extending direction of the light source.
  • the inner diameter of the photocatalyst filter 30 is larger than the outer diameter of the protective tube 27 of the light source unit 20 so that the light source unit 20 can be easily inserted into it and spaced apart by a predetermined distance.
  • the light source unit 20 is inserted into the photocatalyst filter 30.
  • the distance d1 between the housing 10 and the photocatalyst filter 30 and the distance d2 between the light source unit 20 and the photocatalyst filter 30 may be variously changed.
  • the amount of light from the light source unit 20, the thickness of the photocatalyst filter 30, the kind and flow rate of the fluid, and the like may be set.
  • the photocatalyst filter 30 may have a length substantially the same as or longer than that of the light source unit 20 so as to receive the light from the light source unit 20 as much as possible.
  • the size and shape are not limited as long as the light can sufficiently reach the light source unit 20.
  • FIG. 5A through 5D are cross-sectional views illustrating the photocatalyst filter 30 according to one embodiment of the present invention.
  • the photocatalyst filter 30 may have various shapes corresponding to the emission direction of light.
  • the photocatalyst filter 30 may have a circular pillar shape as shown in FIG. 5A, may have a triangular pillar shape as shown in FIG. 5B, or may have a square pillar as shown in FIG. 5C.
  • it has a circular columnar shape as a whole, a portion may be provided in a plane.
  • the photocatalyst filter 30 may have a closed shape when viewed on a cross section, for example, may be provided in a circle, oval, polygon, semi-circle, semi-ellipse, or the like when viewed on a cross section.
  • the shape of the photocatalyst filter 30 may be selected in consideration of the irradiation direction of the light and the flow of the fluid.
  • the inside of the photocatalyst filter 30 may be selected to be irradiated with the highest density possible.
  • the photocatalyst filter 30 having a triangular column shape may be provided to maximize light efficiency.
  • the shape of the light source unit 20 or the shape of the photocatalyst filter 30 is not limited thereto, and may be combined in various cases.
  • FIGS. 6A-6E are cross-sectional views illustrating a portion P1 of FIG. 2A and illustrate embodiments of the photocatalyst filter 30.
  • FIGS. 6A-6E only some of the pores 31 are shown for convenience of explanation, and the shape thereof is also shown in a spherical shape. However, the actual pores 31 may be provided at a higher density than shown to allow fluid to pass through, and each pore 31 may have a difference in size or shape. The following description should be determined based on the average tendency in size and density, not for individual pores 31.
  • the plurality of beads are sintered to form a photocatalyst filter 30 so that pores 31 are formed between the sintered beads in the photocatalyst filter 30. This is located. Fluid flows from one side of the photocatalyst filter 30 to the other through the pores 31. The contact area between the fluid and the photocatalyst filter 30 may be adjusted according to the density of the pores 31. To this end, the size of the beads forming the photocatalyst filter 30 and the conditions in the sintering process may be adjusted, and as a result, the pores 31 may have various sizes and distributions.
  • the arrangement with respect to the size of the pores 31 may be set in various ways in consideration of the type of fluid, the moving speed of the fluid, the reactivity with the photocatalyst, and the like.
  • the size and density of the pores 31 may be sequentially reduced in order to increase the residence time of the fluid.
  • the same size pores 31 may be disposed in the photocatalyst filter 30 at substantially the same density. That is, the size and density of the pore 31 may be substantially the same in both the longitudinal direction (first direction) and the transverse direction (second direction) of the photocatalyst filter 30.
  • the pores 31 may be provided in different sizes along the transverse direction of the photocatalyst filter 30.
  • the pore 31 may be reduced in size from the first region 51 toward the second region 53.
  • the pore 31 may be smaller in size from the second region 53 toward the first region 51.
  • the pores 31 may be provided in different sizes along the vertical direction of the photocatalyst filter 30.
  • the pore 31 may be reduced in size from one side to the other in the extending direction of the photocatalyst filter 30.
  • the size of the pore 31 may be increased from the upper side to the lower side along the extending direction of the photocatalyst filter 30.
  • the photocatalyst material may be additionally coated on at least one of an outer surface and an inner surface of the photocatalyst filter 30 in order to maximize the contact area and time of the fluid and the photocatalyst material.
  • the applied photocatalyst filter 30 may be provided to a thickness such that the fluid can pass therethrough.
  • the photocatalyst filter 30 includes a coating layer 33 made of a photocatalyst material on both sides of the photocatalyst filter 30.
  • the surface in contact with the first region 51 in the photocatalyst filter 30 is called the first surface 30a
  • the surface in contact with the second region 53 is the second surface 30b.
  • the coating layer 33 may be provided on the first surface 30a and the second surface 30b, respectively.
  • the coating layer 33 is formed on both the first side 30a and the second side of the photocatalyst filter 30 as a photocatalyst material, but the coating layer 33 is not limited thereto. Can be. In addition, in another embodiment, not shown, it may be applied only to a part of the first surface 30a and the second surface 30b.
  • the coating layer 33 may be formed to have substantially the same thickness on the first surface 30a and the second surface 30b.
  • the coating layer 33 may be formed at different thicknesses on the first surface 30a and the second surface 30b.
  • the coating layer 33 of the first surface 30a has a larger thickness than the coating layer 33 of the second surface 30b.
  • the coating layer 33 of the first surface 30a may be formed. 33 may have a smaller thickness than the coating layer 33 of the second side 30b.
  • the size or density of the pores 31 may be manufactured in various ways depending on the process conditions such as the size of the beads before sintering and the degree of pressurization during sintering. For example, when sintering is performed after sequentially arranging small to large beads, the sizes of the pores 31 between the beads may also be arranged in a similar shape to the beads.
  • the coating layer may be prepared by applying a photocatalyst material to the surface after sintering the beads.
  • a partition wall 40 is connected to the photocatalyst filter 30, and the partition wall 40 includes a first portion of the housing 10 together with the photocatalyst filter 30.
  • the area 51 and the second area 53 are separated.
  • the first region 51 is a region connected to the inlet 11
  • the second region 53 is a region connected to the outlet 15.
  • the partition wall 40 includes a first partition wall 41 provided above the photocatalyst filter 30 and a second partition wall 42 provided below the photocatalyst filter 30.
  • the first partition 41 is disposed at a position facing the inlet 11.
  • the first partition wall 41 is located above the photocatalyst filter 30 and corresponds to a lid covering the upper end of the photocatalyst filter 30.
  • the first partition 41 is made of a material that does not transmit fluid.
  • the first partition wall 41 completely covers the upper end of the photocatalyst filter 30 to divide the upper region in the 30 body 13 into the first region 51 and the second region 53.
  • the material of the first partition 41 is not limited thereto, and may be made of a material that transmits fluid.
  • the first partition 41 may be made of the same material as the photocatalyst filter 30, and in this case, may extend from the photocatalyst filter 30.
  • the second partition 42 is disposed at a position facing the outlet 15.
  • the second partition wall 42 is disposed at the lower end of the photocatalyst filter 30 and connected to the main body 13 of the housing 10 to support the photocatalyst filter 30.
  • the second partition wall 42 is disposed between the photocatalyst filter 30 and the main body 13 so that the space between the photocatalyst filter 30 and the main body 13 is spaced between the first area 51 and the second area 53.
  • the second partition 42 may be made of a material that does not transmit fluid.
  • the material of the second partition wall 42 is not limited thereto, and may be made of a material that transmits fluid.
  • the second partition 42 may be made of the same material as the photocatalyst filter 30, and in this case, may extend from the photocatalyst filter 30.
  • the second partition 42 is also formed in a portion corresponding to the inside of the photocatalyst filter 30 in a plan view, and at least one opening 45 through which a fluid penetrates is formed in the portion corresponding to the inside of the photocatalyst filter 30.
  • the opening 45 provided in the second partition wall 42 may be provided in various shapes and numbers. In the drawing, a plurality of small openings 45 are formed in the second partition 42, but one large opening 45 is provided, or the second partition 42 is provided in a mesh shape at all. As long as the fluid can move, etc., the shape is not particularly limited.
  • the second partition 42 is provided with various fastening portions, support protrusions, etc. to stably support the photocatalyst filter 30 or the light source unit 20.
  • the fluid flows into the first region 51 of the body 13 through the inlet 11. Since the first partition wall 41 through which the fluid cannot penetrate is formed at the portion facing the inlet 11, the fluid moves along the empty portion and then moves to the second region 53 through the photocatalyst filter 30. do. A second partition wall 42 is formed between the housing 10 and the photocatalyst filter 30, so that the fluid is blocked between the first region 51 and the outlet 15 so that fluid flows from the first region 51 to the outlet 15. ) Cannot move immediately. The fluid moved to the second region 53 through the photocatalyst filter 30 is eventually discharged to the outside through the outlet 15. In the process of passing the fluid through the first region 51 and the second region 53, the treatment of the fluid by the light and the photocatalyst filter 30 is performed.
  • the diameter of the inlet 11, the main body 13, or the outlet 15 may be different.
  • the width of the body 13 has a larger value than the width of the inlet 11 and the outlet 15.
  • the width of the inlet 11 is called the first width W1
  • the width of the main body 13 is called the second width W1
  • the width of the outlet 15 is called the third width W3.
  • the second width W2 has a larger value than each of the first width W1 and the third width W3.
  • the moving speed of the fluid is inversely proportional to the cross-sectional area in the direction perpendicular to the flow path, but the cross-sectional area in the direction perpendicular to the flow path The larger it is, the slower the movement speed of the fluid.
  • the second width W2, which is the width of the main body 13 has a larger value than the first and third widths W1 and W2, which are the widths of the inlet 11 and the outlet 15, The moving speed is significantly reduced in the main body 13.
  • the first width W1 of the inlet 11 and the third width W3 of the outlet 15 may be the same as or different from each other.
  • the first width W1 and the third width W3 may be determined in consideration of a connection relationship with other components, a required speed of the fluid, and the like.
  • the fluid treatment apparatus is manufactured such that the main body 13 has a wider width than the inlet 11 or the outlet 15, thereby increasing the treatment efficiency of the fluid. This is because when the moving speed of the fluid in the main body 13 decreases, the time for the fluid to stay in the main body 13 increases, and thus the contact area and the contact time with the photocatalyst filter 30 increase.
  • the fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention is designed to pass through the photocatalyst filter 30 unconditionally until the fluid flows in and out. As a result, the treatment efficiency of the fluid, for example, sterilization effect, deodorization effect, purifying effect, etc., is significantly increased.
  • Fluid processing apparatus is very simple in internal structure and can be easily manufactured in a small size. In addition, because of its small size, it is likely to be applied to portable devices as well as for mounting.
  • each component may be variously modified to increase fluid treatment efficiency.
  • the duplicated content will be omitted.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a part of the main body 13 and the partition wall 40 of the housing 10 are formed differently from the above-described embodiment.
  • the first partition wall 41 may have an inclined shape with respect to the inlet port 11 so that the fluid introduced from the inlet port 11 may smoothly move toward the photocatalyst filter 30.
  • the first partition wall 41 may have a funnel shape that becomes wider in a first direction away from the inlet 11.
  • the main body 13 of the housing 10 corresponds to the shape of the first partition wall 41.
  • the main body 13 of the housing 10 may also have a funnel shape in which the width corresponding to the first partition 41 is gradually increased along the direction away from the inlet 11, for example, the first direction D1. have.
  • a portion corresponding to the photocatalyst filter 30 of the main body 13 of the housing 10 is provided in a cylindrical shape.
  • the fluid introduced through the inlet 11 is shorter than the above-described embodiment. It moves smoothly to the photocatalyst filter 30 direction. This is because when the first partition 41 is disposed to face the inlet 11 and is inclined, the resistance to the fluid flow is lower than that of the first partition 41.
  • the cross-sections of the first partition 41 and the housing 10 have a substantially right-angle shape, vortices may occur at corner portions. Such vortices can disrupt the flow of fluid.
  • due to the vortices generated in the corner portion some of the fluid continuously stays in the corner portion may not be processed by the photocatalyst filter 30.
  • this problem may be solved by arranging a part of the first partition 41 and the main body 13 inclined with the inlet 11.
  • first partition 41 and the main body 13 of the corresponding portion is shown inclined with respect to the inlet 11, but the present invention is not limited thereto.
  • the second partition 42 may also be inclined with respect to the outlet 15 in the same manner, and the housing 10 of the portion corresponding to the second partition 42 may also be inclined with respect to the outlet 15. have.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a fluid treatment apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, similar to FIG. 7, in which a part of the housing 10 and the first partition 41 are formed differently.
  • the first partition wall 41 may have a streamlined shape with respect to the inlet port 11 so that the fluid introduced from the inlet port 11 may smoothly move toward the photocatalyst filter 30.
  • the main body 13 of the housing 10 may be at least partially inclined with respect to the outlet port so that the resistance is minimized when the fluid is drawn out, in particular may be provided in a streamlined form.
  • the first partition 41, the second partition 42, and the main body 13 may be provided in various forms, and may be combined with other forms. Of course.
  • the above-described embodiment has been described that the first region 51 is located outside the photocatalyst filter 30 and the second region 53 is located inside the photocatalyst filter 30.
  • the present invention is not limited to this.
  • FIG 9 illustrates a fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a first region 51 and a second region 53 are formed differently from the above-described embodiment.
  • the partition 40 includes a first partition 41 disposed at a position facing the inlet 11, and a second partition 42 disposed at a position facing the outlet 15.
  • the first partition wall 41 is positioned above the photocatalyst filter 30 and provides a path for the fluid passing through the inlet 11 to directly flow into the photocatalyst filter 30. To this end, the first partition wall 41 is connected between the upper end of the photocatalyst filter 30 and the main body 13, but the space between the outer side of the photocatalyst filter 30 and the housing 10 is spaced between the first region 51 and the second. The area 53 is separated.
  • the second partition 42 is disposed below the photocatalyst filter 30 and is disposed at a position facing the outlet 15.
  • the second partition wall 42 includes at least one opening 45 through which fluid passes through a portion corresponding to the outside of the photocatalyst filter 30 in a plan view, and a portion corresponding to the inside of the photocatalyst filter 30 Blocked Fluid may be discharged to the outlet 15 through the opening 45.
  • the fluid is introduced into the first region 51 through the inlet (11).
  • the first region 51 is located inside the photocatalyst filter 30.
  • the fluid reaching the first region 51 passes through the photocatalyst filter 30 and moves to the second region 53.
  • the second region 53 is located outside the photocatalyst filter 30. The fluid moved to the second region 53 is discharged to the outside through the outlet 15.
  • the fluid treatment apparatus according to the present embodiment may be combined with at least a portion within a range not conflicting with the above-described embodiments, and may achieve substantially the same effects as the above-described embodiments.
  • the fluid treatment device may further include a separate component for directing the flow of the fluid.
  • a separate component for directing the flow of the fluid.
  • the fluid when the fluid is a gas such as air, it may further include a fan connected to the inlet 11 or the outlet 15 to direct the flow of the gas.
  • the fluid if the fluid is a liquid such as water, it may include a pump connected to the inlet 11 or the outlet 15 to direct the flow of the liquid.
  • the fluid flow guide device may be used in addition to the fan or the pump, a variety of devices may be used, the type is not limited.
  • the fluid treatment device may be provided as a single device and applied to various devices.
  • the fluid treatment apparatus is referred to as one fluid treatment module, two or more fluid treatment modules may be applied to various devices.
  • 10A and 10B are perspective views illustrating a plurality of fluid processing modules 100, for example, two fluid processing modules 100 connected to each other.
  • the fluid processing modules 100 may be connected in parallel as shown in FIG. 10A or may be connected in series as shown in FIG. 10B.
  • the fluid treatment module 100 may include a first fluid treatment module 101 and a second fluid treatment module 102.
  • the first fluid treatment module 101 and the second fluid treatment module 102 may include first and second inlets 111 and 112, first and second bodies 131 and 132, and first and second bodies, respectively. And outlets 151 and 152.
  • the inlet 11 connected to the entire fluid treatment module 100 is branched and connected to the first and second inlets 111 and 112, and the first and second outlets 151 and 152 are combined to form the outlet. Connected to (15).
  • the fluid introduced into the inlet 11 is processed through any one of the first fluid processing module 101 and the second fluid processing module 102, and the processing capacity may be relatively increased.
  • the fluid treatment module 100 may include a first fluid treatment module 101 and a second fluid treatment module 102, the inlet 11, the first fluid treatment module 101, and the first fluid treatment module 101.
  • the two fluid treatment module 102 and the outlet 15 may be sequentially connected. That is, in this case, the first outlet 151 of the first fluid treatment module 101 is connected to the second inlet 112 of the second fluid treatment module 102.
  • the fluid introduced into the inlet 11 passes through the first fluid treatment module 101 and the second fluid treatment module 102 in sequence and is processed twice. This increases the fluid treatment effect.
  • two fluid treatment modules are connected in series or in parallel, but the present invention is not limited thereto, and a larger number of fluid treatment modules may be provided in a combination of series and parallel.
  • the fluid treatment module 100 may be applied to treat various fluids, for example, air or water.
  • it can be used as a purifier, sterilizer, odor deodorant, etc. used in homes, factories, restaurants, water and sewage facilities, laboratories, medical facilities, and the like.
  • It can also be used as a purifier, sterilizer, odor deodorant mounted on various devices, for example, household appliances such as refrigerators, humidifiers, air purifiers, coffee machines and the like.
  • the fluid treatment module 100 described above is used as an air purifier and a water purifier as an example.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an air purifier according to an embodiment of the present invention.
  • an air purifier sterilizes / purifies air filtered by a fan 63 for introducing air, a filter module 60 for filtering the introduced air, and a filter module 60. It may include a fluid treatment module 100.
  • the fan 63 is for introducing air into the filter module 60 and the fluid processing module 100.
  • other apparatus such as a pump may be used.
  • the position of the fan 63 may vary within the limits to which air can be moved.
  • the filter module 60 is for filtering foreign matter in the air, and may include at least one filter 61 therein.
  • the filter 61 may be a filter of various types such as a carbon filter including activated carbon, a porous filter of a textile material, and the like.
  • the fluid treatment module 100 is connected to the filter module 60 through a connection 7767.
  • the air filtered by the filter module 60 enters the fluid treatment module 100 through the inlet 11 of the fluid treatment module 100, is treated in the body 13, and then discharged through the outlet 15. .
  • the fluid treatment module 100 processes air from the filter module 60.
  • the treatment of the fluid treatment module 100 may be various measures such as sterilization, purification, and deodorization as described above.
  • FIG. 12 is a schematic diagram showing a water purifier according to an embodiment of the present invention.
  • a water purifier according to an embodiment of the present invention includes filters 61 for filtering water primarily, a reservoir 67 for storing water passing through the filter 61, and a fluid treatment connected to the reservoir 67. Module 100.
  • the filters 61 are for removing foreign matter from the supplied water.
  • the water purifier may further comprise a pump (not shown) connected to the filters 61, by which water may be supplied to the filters 61.
  • the filters 61 may be provided in various numbers such as a filter for removing large impurities, a filter for removing heavy metals and bacteria, and the like, and the filter may be used only if the externally purified water is to be sterilized by the fluid treatment device. Field 61 may be omitted.
  • At least one reservoir 67 may be provided, and a plurality of reservoirs 67 may be provided.
  • the reservoir 67 may be omitted.
  • the fluid treatment module 100 processes the water from the reservoir 67.
  • the treatment in the fluid treatment module 100 may be to take various measures such as sterilization, purification, and deodorization as described above.
  • the fluid treatment module 100 may be further provided with an extraction valve so that the user can immediately take in water.
  • the fluid treatment module 100 of the present invention when used, a device having a very simple structure and a high treatment effect of air or water can be realized.
  • the fluid treatment device may be implemented as an IoT-based fluid treatment system.
  • FIG. 13 is a block diagram schematically illustrating an IoT based fluid processing system.
  • the IoT-based fluid processing system is configured such that at least one fluid processing module 100 is selectively turned on / off according to a user's use, and the operation state of the light source unit 20 is monitored in real time.
  • a fluid processing system includes a central processing unit 70, a user terminal 79, and a fluid processing apparatus 1000.
  • the central processing unit 70 may store and manage state information such as operation status, failure status, and operation time of the fluid processing apparatus 1000, and may transmit a control signal to the controller 75 of the fluid processing apparatus 1000. have.
  • the user terminal 79 transmits a control command (eg, a fluid processing device on / off) or an information request command to the central processing unit 70 to the fluid processing device 1000 selected remotely by the user, Information may be received from the processor 70.
  • a control command eg, a fluid processing device on / off
  • an information request command to the central processing unit 70 to the fluid processing device 1000 selected remotely by the user
  • the fluid processing apparatus 1000 may include a fluid processing module 100 for processing a fluid, a sensing unit 71 for detecting a light amount of the light source unit 20 in the fluid processing module 100, a user terminal 79, and a central processing unit ( A communication unit 73 for receiving various signals from the fluid processing apparatus and transmitting various signals from the fluid processing apparatus to the user terminal 79 and the central processing unit 70, the fluid processing module 100, the sensing unit 71, And a control unit 75 for controlling the communication unit 73.
  • the fluid processing module 100 may be turned on / off according to a signal from the controller 75, and the flow rate to be processed may be controlled.
  • the detection unit 71 may detect the degree of contaminants in the fluid, the amount of light from the light source unit 20 in the fluid processing module 100, or the presence or absence of a user.
  • the communication unit 73 may transmit or receive a signal to the user terminal 79 and the central processing unit 70 through the wired or wireless communication network 77.
  • the controller 75 may control on / off of the fluid processing module 100 according to a command from the central processing unit 70. For example, when the user turns on the fluid processing device using the external terminal 79, a signal is received through the wired / wireless communication network 77 and the communication unit 73, and the control unit 75 processes the fluid based on the signal. Turn on the module 100. Alternatively, when the light amount of the light source unit 20 sensed by the detector 71 is too small, the light source replacement signal may be transmitted to the user terminal 79 through the communication unit 73 through the wired / wireless communication network 77. Alternatively, when the concentration of contaminants in the fluid (eg, air) detected by the detector 71 is too high, the fluid treatment module 100 may be turned on to control the flow rate to the maximum. Alternatively, the user may turn off the fluid processing module 100 when there is no user by receiving a signal from the sensing unit 71 about the presence or absence of a user.
  • a signal is received through the wired / wireless communication network 77 and the communication unit 73
  • the IoT-based fluid processing system as described above enables a selective control such as driving a fluid processing device to a degree appropriate to a situation if necessary through user detection. Accordingly, power consumption is minimized, and it is possible to easily check the current operating state or abnormality of the light source. This enables efficient management and coping.
  • the results of experiments with respect to examples and comparative examples using a fluid treatment apparatus are as follows.
  • FIG. 14 is a graph showing the results of air treatment using the fluid treatment apparatus of FIG. 1, illustrating the concentration of acetaldehyde over time.
  • FIG. 14 is a graph showing the results of air treatment using the fluid treatment apparatus of FIG. 1, illustrating the concentration of acetaldehyde over time.
  • the part indicated by X represents the concentration of acetaldehyde in the state without using the fluid treatment device
  • the part indicated by the square indicates the concentration of 10 ppm of the first acetaldehyde in the state using the fluid treatment device of FIG. When set to 1.0, it means relative concentration over time.
  • the experiment was carried out in a cubic stainless steel chamber of 1 m 3 and the flow rate of air introduced into the fluid treatment apparatus was 0.33 cmm.
  • three light sources were used as ultraviolet light emitting devices having a 365 nm wavelength band.
  • the distance between the light source and the photocatalyst filter was 20 mm, and the average amount of ultraviolet light applied to the photocatalyst filter was 20.0 mW / cm 2 .
  • At least about 50% acetaldehyde is removed within 90 minutes and at least about 70% acetaldehyde is removed within about 180 minutes.
  • Table 1 below shows the experimental conditions of the fluid treatment apparatus according to the existing invention and the fluid treatment apparatus according to the embodiments of the present invention.
  • Examples 1 to 3 below the parts described below were prepared differently and the conditions for the remaining parts not mentioned were all kept the same.
  • the fluid was manufactured to move along the side of the photocatalyst filter instead of penetrating the photocatalyst filter.
  • Example 1 Example 2 Example 3 Comparative example Light source wavelength and number 2 x 365nm 365nm 2ea 275nm 1ea 365 nm 3 x 275 nm 2 1 x 380nm Average amount of light 30.1 mW / cm 2 30.1 mW / cm 2 24.5 mW / cm 2 12.1 mW / cm 2 Light source-photocatalyst filter distance 20 mm 20 mm 20 mm 18-23 mm flux 0.138 m 3 / min 0.138 m 3 / min 0.196 m 3 / min 0.004 m 3 / min Filter type ceramic ceramic ceramic Metal foam Filter size 70x20x12mm 70x20x12mm 100x30x12mm 32x18x3mm
  • FIG. 15A and FIG. 15B show the concentrations of trimethylamine and methylmercaptan with respect to the comparative examples and examples of Table 1, respectively.
  • Trimethylamine and methylmercaptan are representative odor causing substances, and the high removal effect of trimethylamine and methylmercaptan means that the deodorizing and / or deodorizing effect is very high.
  • FIG. 15A and FIG. 15B (triangle
  • (circle) is Example 2
  • (circle) is Example 3
  • (square) is a graph of a comparative example.
  • trimethylamine and methylmercaptan had initial concentrations of 2.5 ppm, respectively, and experiments were performed in a chamber of 422 L volume. The temperature in the chamber was maintained between 4 and 7 degrees Celsius.
  • Example 3 the concentration of trimethylamine markedly decreased over time.
  • Example 3 about 79.1% of trimethylamine was removed in 2 hours, and Example 1 and Example 2 also removed 52.6% and 46.0% of trimethylamine, respectively.
  • Example 3 the concentration of methylmercaptan decreased significantly over time.
  • Example 3 about 64.1% of methylmercaptan was removed in 2 hours, and Example 1 and Example 2 also removed 42.7% and 40.9% of methylmercaptan, respectively.
  • FIGS. 15A and 15B are performed at a temperature substantially the same as the temperature inside the refrigerator, and show that the fluid treatment apparatus according to an embodiment of the present invention may be used as a deodorant of the refrigerator.
  • FIGS. 16A and 16B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli (E. coli; Escherichia coli ) and S. aureus ( Staphylococcus aureus ) in the air using the fluid treatment apparatus of Example 1, respectively.
  • the graphs of FIGS. 16A and 16B are shown on a logarithmic scale.
  • the initial concentration of E. coli was 7.8X10 7 ⁇ 5.2X10 8 CFU / mL
  • the initial concentration of Staphylococcus aureus was 2.3X10 9 ⁇ 2.5X10 9 CFU / mL
  • the experiment was 400L volume of acrylic It was performed in a resin chamber.
  • CFU means colony forming unit.
  • E. coli and Staphylococcus aureus are inactivated at a very high speed.
  • E. coli was inactivated more than 99.999% within 60 minutes
  • Staphylococcus aureus was inactivated more than 99% within 60 minutes.
  • FIGS. 17A and 17B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli and S. aureus in the air, respectively, using the fluid treatment apparatus of Example 2.
  • FIG. The graphs of FIGS. 17A and 17B are shown on a logarithmic scale.
  • the initial concentration of E. coli was 3.2X10 8 ⁇ 5.9X10 8 CFU / mL
  • the initial concentration of Staphylococcus aureus was 1.1X10 9 ⁇ 2.4X10 9 CFU / mL
  • the experiment was 400L volume of acrylic It was performed in a resin chamber.
  • E. coli and Staphylococcus aureus are inactivated at a very high speed.
  • E. coli was inactivated more than 99.999% within 40 minutes
  • Staphylococcus aureus was inactivated more than 99% within 60 minutes
  • FIGS. 18A and 18B are graphs showing the degree of bacterial inactivation of E. coli and S. aureus in the air, respectively, using the fluid treatment apparatus of Example 3.
  • FIG. The graphs of FIGS. 18A and 18B are shown on a logarithmic scale.
  • the initial concentration of E. coli was 8.5X10 7 ⁇ 4.4X10 8 CFU / mL
  • the initial concentration of Staphylococcus aureus was 7.2X10 7 ⁇ 4.4X10 9 CFU / mL
  • the experiment was a 400L volume chamber Was done within.
  • E. coli and Staphylococcus aureus are inactivated at a very high speed.
  • E. coli was inactivated more than 99.99999% within 20 minutes
  • Staphylococcus aureus was inactivated about 99.9% within 60 minutes
  • 19A and 19B are graphs showing the results of air treatment using the fluid treatment apparatus of FIG. 1, showing the concentrations of trimethylamine and methylmercaptan over time, respectively.
  • the part marked with X represents the concentration of trimethylamine and methylmercaptan without using a fluid treatment device.
  • the light source used three light emitting elements having a wavelength range of 365 nm.
  • the thickness of the photocatalyst filter was 10 mm.
  • the trimethylamine and methylmercaptans had an initial concentration of 2.5 ppm each, and the experiment was performed in a chamber of 422 L volume. The temperature in the chamber was maintained between 4 and 7 degrees Celsius.
  • Fig. 19A when using the fluid treatment apparatus of the present invention, the concentration of trimethylamine was significantly decreased over time. In particular, 74.6% of trimethylamine was removed after one hour, and 80.7% of trimethylamine was removed after two hours.
  • FIGS. 19A and 19B are performed at a temperature substantially the same as the temperature inside the refrigerator, and the fluid treatment apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention may be used as a deodorant of the refrigerator.
  • the fluid treatment apparatus exhibits a significant deodorizing effect and sterilization effect.
  • the present invention can be used in a fluid treatment apparatus for treating water or air.

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Abstract

유체 처리 장치는 유입구, 본체, 및 유출구를 포함하는 하우징, 상기 본체 내에 제공되며 광을 방출하는 광원부, 상기 본체 내에 제공되며 상기 광원부의 적어도 일부를 둘러싸는 광촉매 필터, 및 상기 광촉매 필터와 함께, 상기 본체 내부를 제1 영역과 제2 영역으로 분리하는 격벽을 포함한다. 유체는 상기 광촉매 필터를 관통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역으로 이동하며, 상기 본체의 폭은 상기 유입구의 폭보다 크다.

Description

유체 처리 장치
본 발명은 유체 처리 장치에 관한 것으로, 상세하게는 물이나 공기를 처리하는 장치에 관한 것이다.
최근 산업화로 인한 오염이 심해지고 있는 가운데, 환경에 대한 관심이 증가됨과 동시에 웰빙 트렌드가 확산되고 있다. 이에 따라, 깨끗한 공기나 깨끗한 물에 대한 수요가 점점 늘어나고 있는 바, 깨끗한 공기 및 깨끗한 물을 제공할 수 있는 공기 정화기, 정수기 등의 다양한 관련 제품이 개발되고 있다.
본 발명은 공기나 물과 같은 유체를 효율적으로 처리하는 장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명은 유체를 처리하는 장치에 관한 것으로, 상기 유체 처리 장치는 유입구, 본체, 및 유출구를 포함하는 하우징, 상기 본체 내에 제공되며 광을 방출하는 광원부, 상기 본체 내에 제공되며 상기 광원부의 적어도 일부를 둘러싸는 광촉매 필터, 및 상기 광촉매 필터와 함께, 상기 본체 내부를 제1 영역과 제2 영역으로 분리하는 격벽을 포함한다. 상기 유체는 상기 광촉매 필터를 관통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역으로 이동하며, 상기 본체의 폭은 상기 유입구의 폭보다 크다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체의 폭은 상기 유출구의 폭보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 외측에 제공될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 내측에 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 격벽은 상기 유입구와 마주보는 제1 격벽과, 상기 유출구와 마주보며 상기 유체가 관통하는 적어도 하나의 개구부를 갖는 제2 격벽을 포함할 수 있다. 상기 제1 격벽의 적어도 일부는 상기 유입구에 대해 경사질 수 있으며, 상기 유입구로부터 멀어질수록 폭이 넓어질 수 있다. 또한, 상기 본체의 적어도 일부는 상기 유입구로부터 멀어질수록 폭이 넓어질 수 있다. 상기 제2 격벽의 격벽의 적어도 일부는 상기 유출구에 대해 경사질 수 있으며, 상기 유출구로부터 멀어질수록 폭이 넓어질 수 있다. 또한, 상기 본체의 적어도 일부는 상기 유출구로부터 멀어질수록 폭이 넓어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 개구부의 직경은 상기 유체의 속도에 따라 다르게 설정될 수 있다. 또한, 상기 제2 격벽의 일부는 망상으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 본체의 적어도 일부는 상기 유출구에 대해 경사질 수 있으며, 상기 본체의 적어도 일부는 상기 유출구와 가까워질수록 폭이 좁아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원부는 자외선 및 가시광선 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 출사하는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원부는 서로 다른 파장 대역의 자외선을 출사하는 적어도 두 개의 광원를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원부는 기판, 및 상기 기판 상에 실장된 적어도 하나의 발광 소자를 포함하는 적어도 하나의 광원 유닛을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원 유닛은 복수 개로 제공되며, 서로 다른 방향을 따라 상기 광을 방출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광촉매 필터는 단면 상에서 볼 때 닫힌 형상을 가질 수 있다. 상기 광촉매 필터는 단면 상에서 볼 때, 원형, 타원형, 다각형, 반원형, 및 반타원형 중 어느 하나로 제공될 수 있다.
상기 광촉매 필터는 그 표면에 광촉매 재료가 코팅되며 소결된 복수 개의 비드들을 포함하며, 상기 소결된 비드들 사이에 배치된 포어(pore)를 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포어의 크기는 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역 방향으로 커지거나 작아질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 포어의 크기는 상기 광촉매 필터의 연장 방향을 따라 커지거나 작아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광촉매 필터는 상기 제1 영역에 접하는 제1 면과 상기 제2 영역에 접하는 제2 면에 코팅된 코팅층을 가지며, 상기 제1 면과 상기 제2 면에 코팅된 코팅층은 서로 다른 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원부와 상기 광촉매 필터 사이의 거리는 상기 광촉매 필터와 상기 하우징 사이의 거리와 다른 값을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체 처리 장치는 상기 유입구 및 상기 유출구 중 적어도 하나에 연결된 부가 필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체는 공기 또는 물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체 처리 장치는 상기 유입구 및 상기 유출구 중 적어도 하나에 연결되며 상기 공기나 물을를 상기 본체로 유입시키거나 상기 본체로부터 배출시키는 팬이나 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체 처리 장치는 복수 개로 제공되며 병렬 연결될 수 있으며, 또는 직렬 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 종래의 유체 처리 장치 대비 현저하게 증가된 유체의 처리 효율, 예를 들어, 살균 효과, 탈취 효과, 정화 효과 등을 갖는다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 내부 구조가 매우 간단하며 작은 크기로 용이하게 제조가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 2a는 도 1의 종단면도이며, 도 2b는 도 1의 횡단면도이다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원 유닛을 도시한 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 광원의 횡단면을 도시한 단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원부를 도시한 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광촉매 필터를 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 2a의 P1 부분을 도시한 단면도들로서, 광촉매 필터의 실시예들을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 복수 개의 유체 처리 모듈이 연결된 것을 각각 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화기를 도시한 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기를 도시한 모식도이다.
도 13은 사물 인터넷 기반 유체 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 14는 도 1의 유체 처리 장치를 이용하여 공기를 처리한 결과를 도시한 그래프로서, 시간에 따른 아세트알데히드의 농도를 나타낸 것이다.
도 15a 및 도 15b는 표 1의 비교예 및 실시예들에 대해 트리메틸아민과 메틸머캡탄의 시간에 따른 농도를 각각 나타낸 것이다
도 16a 및 도 16b는 실시예 1의 유체 처리 장치를 이용하여 공기 중의 대장균(E. coli; Escherichia coli)과 황색포도상구균(S. aureus; Staphylococcus aureus)의 박테리아 비활성화 정도를 각각 나타낸 그래프이다.
도 17a 및 도 17b는 실시예 2의 유체 처리 장치를 이용하여 공기 중의 대장균(E. coli)과 황색포도상구균(S. aureus)의 박테리아 비활성화 정도를 각각 나타낸 그래프이다.
도 18a 및 도 18b는 실시예 3의 유체 처리 장치를 이용하여 공기 중의 대장균(E. coli)과 황색포도상구균(S. aureus)의 박테리아 비활성화 정도를 각각 나타낸 그래프이다.
도 19a 및 도 19b는 도 1의 유체 처리 장치를 이용하여 공기를 처리한 결과를 도시한 그래프로서, 시간에 따른 트리메틸아민과 메틸머캡탄의 농도를 각각 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 사시도이다. 도 2a는 도 1의 종단면도이며, 도 2b는 도 1의 횡단면도이다.
본 발명의 일 실시예는 유체 처리 장치에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 유체는 유체 처리 장치를 이용하여 처리하고자 하는 목적 물질이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체는 공기 또는 물일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유체를 처리한다는 것은 유체 처리 장치를 통해 유체에 예를 들어, 살균, 정화, 탈취 등의 조치를 하는 것을 의미한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체의 처리는 이에 한정되는 것은 아니며, 이후 설명할 유체 처리 장치를 이용하여 가능한 다른 조치를 포함할 수 있다.
도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 외관을 형성하는 하우징(10), 광을 출사하는 광원부(20), 광원부(20)로부터의 광에 반응하는 광촉매 필터(30), 및 하우징(10) 내부를 구획하는 격벽(40)을 포함한다.
하우징(10)은 처리 장치의 외관을 형성하며, 유체를 처리하기 위한 내부 공간을 제공한다. 광원부(20)는 하우징(10) 내에 배치되며 광을 출사한다. 광촉매 필터(30)는 광원부(20)와 하우징(10) 사이에 배치되며, 광원부(20)로부터 출사된 광과 반응하는 광촉매를 포함한다. 격벽(40)은 하우징(10) 내부에 제공되어 광촉매 필터(30)와 함께 하우징(10) 내부의 영역을 분리한다.
도면을 참조하여, 각 구성 요소에 대해 상세히 설명하면, 다음과 같다.
하우징(10)은 유체 처리 장치의 가장 바깥 쪽에 배치된 구성 요소로서 처리 장치의 외관을 형성할 수 있다. 그러나, 실시예에 따라 하우징(10)의 바깥쪽에도 추가적인 케이스나 부품이 더 제공될 수 있다.
하우징(10)은 유체가 유입되는 유입구(11), 유체가 처리되는 본체(13), 및 처리된 유체가 배출되는 유출구(15)를 포함한다.
유입구(11)는 유체가 본체(13)로 유입될 수 있도록 내부에 유로가 형성된, 일단이 개구된 실린더 형상으로 제공될 수 있다. 유입구(11)를 통해 본체(13)로 유입되는 유체는 살균, 정화, 탈취 등의 처리가 필요한 대상물이다.
유입구(11)는 단면이 원 형상이나 타원 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유입구(11)의 단면은 다양한 형상, 예를 들어, 사각형과 같은 다각형으로 제공될 수 있다. 여기서, 유입구(11)의 단면은 유입구(11)가 연장된 방향, 또는 유로가 형성된 방향에 교차하는 방향에 따른 단면일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 유입구(11)에는 유체를 제공하는 별도의 배관이 제공될 수 있으며, 배관은 유입구(11)와 접하는 노즐을 통해 유입구(11)에 유체를 제공할 수 있다. 노즐은 유입구(11)와 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 예를 들어, 노즐과 유입구(11)는 나사 결합할 수 있다.
본체(13)는 그 내부에 유입구(11)를 통해 유입된 유체가 처리되도록 하는 구성 요소, 예를 들어 광원부(20) 및 광촉매 필터(30)를 그 내부에 수용한다. 광원부(20)와 광촉매 필터(30)는 후술한다. 본체(13)는 내부가 비어있는 실린더 형상을 가지되 연장 방향의 양 단부가 막혀 있는 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체(13)는 원기둥 형상일 수 있다. 이 경우, 원기둥의 길이 방향과 교차하는 단면은 원 형상이다. 그러나, 본체(13)의 단면의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상, 예를 들어 타원, 사각형과 같은 다각형, 등으로 제공될 수 있다.
유입구(11)는 본체(13)의 일측에 연결되어 본체(13) 내의 공간과 연통될 수 있다. 유출구(15)는 유입구(11)와 이격된 위치에 제공되며 본체(13)와 연결되어 연통될 수 있다. 유출구(15)는 유체가 본체(13)로부터 배출될 수 있도록 내부에 유로가 형성된, 일단이 개구된 실린더 형상으로 제공될 수 있다. 유출구(15)를 통해 본체(13)로부터 배출되는 유체는 본체(13)에서 이미 처리된 유체, 예를 들어, 살균, 정화, 탈취 처리가 된 대상물이다.
유출구(15)의 단면은 유입구(11)와 유사하게 원 형상이나 타원 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상, 예를 들어, 다각형으로 제공될 수 있다. 여기서, 유입구(11)의 단면은 유입구(11)가 연장된 방향, 또는 유로가 형성된 방향에 교차하는 방향에 따른 단면일 수 있다.
도시하지는 않았으나, 유출구(15)에는 유체를 배출하는 별도의 배관이 제공될 수 있으며, 배관은 유출구(15)와 접하는 노즐을 통해 연결될 수 있다. 노즐은 유출구(15)와 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 예를 들어 나사 결합할 수 있다.
이에 따라, 유체는 유입구(11), 본체(13), 및 유출구(15)를 순차적으로 관통하여 외부로 배출된다. 유체의 이동이 용이하도록 유입구(11), 본체(13), 및 유출구(15)는 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 유입구(11), 본체(13), 및 유출구(15)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 방향(D1)을 따라 순차적으로 배치될 수 있으며, 이 경우, 본체(13)의 상면에 유입구(11)가 배치되고, 본체(13)의 하면에 유출구(15)가 배치될 수 있다. 유체는 본체(13) 내에서 일부 방향이 달라지기는 하지만, 대체적으로 제1 방향(D1)을 따라 이동한다.
여기서, 도 1에서는, 설명의 편의를 위해, 유입구(11), 본체(13), 및 유출구(15)가 배열된 방향을 제1 방향(D1)이라 하고, 제1 방향(D1)과 교차하는 평면의 두 방향을 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)으로 표시하였다. 또한, 이하의 설명에서는 제1 방향(D1)을 하측 방향, 제1 방향(D1)과 반대되는 방향을 상측 방향으로 설명하기로 한다. 그러나, 제1 내지 제3 방향(D1, D2, D3), 상측 방향, 하측 방향 등은 단순히 설명의 편의를 위한 것으로서, 실제 방향은 이와 달리 설정될 수 있는 바, 단순히 상대적인 개념으로서 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유입구(11), 본체(13), 및 유출구(15)의 배치 방향은 상술한 내용에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 본체(13)는 제1 방향(D1)으로 연장되되, 유입구(11) 및 유출구(15)는 본체(13)의 측면, 즉, 제2 방향(D2)이나 제3 방향(D3)을 따라 제공될 수 있다. 이 경우, 유입구(11)로부터 본체(13)로, 또는 본체(13)로부터 유출구(15)로의 유체의 이동 방향은 제1 방향(D1)이 아닌 방향일 수 있으며, 유체의 이동 방향이 달라질 수 있다.
광원부(20)는 하우징(10)의 내부에 제공되며 광을 출사한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원은 하우징(10) 중 본체(13)의 내부, 즉, 본체(13) 내의 공간에 제공된다.
광원부(20)가 출사하는 광은 다양한 파장 대역을 가질 수 있다. 광원부(20)로부터의 광은 가시광선 파장 대역, 적외선 파장 대역, 또는 그 이외의 파장 대역의 광일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)로부터 출사되는 광의 파장 대역은 후술할 광촉매 필터(30)에 제공되는 광촉매 재료에 따라 달라질 수 있다. 광촉매의 반응 파장 대역에 따라 광원부(20)로부터의 광의 파장 대역이 설정될 수 있다.
광원부(20)는 광촉매 재료에 따라 파장 대역 중 일부만을 출사할 수 있다. 예를 들어, 광원부(20)는 자외선 파장 대역의 광을 출사할 수 있으며, 이 경우, 광원부(20)는 약 100나노미터 내지 약 420나노미터 파장 대역의 광을 출사할 수 있으며, 그 중 에서도 약 240 나노미터 내지 약 400 나노미터 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)는 약 250 나노미터 내지 약 285 나노미터 사이의 파장 대역 및/또는 약 350나노미터 내지 약 280나노 미터의 파장 대역을 갖는 광을 출사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)는 275나노미터 및/또는 365나노미터의 광을 출사할 수 있다.
상술한 광을 출사하기 위해, 광원부(20)는 광을 출사하는 적어도 하나의 광원을 포함할 수 있다. 광원은 광촉매 재료와 반응하는 파장 대역의 광을 출사하는 것이라면 크게 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광원부(20)가 자외선 파장 대역의 광을 출사하는 경우, 자외선을 출사하는 다양한 광원이 사용될 수 있다. 자외선을 출사하는 광원으로는 대표적으로 LED(light emitting diode) 소자가 사용될 수 있다. 광원부(20)가 그 이외의 파장 대역의 광을 출사하는 경우, 공지된 다른 광원이 사용될 수 있음은 물론이다.
광원부(20)의 광원으로서 발광 소자가 사용되는 경우, 광원은 기판(23) 상에 실장될 수 있다. 기판(23)과 적어도 하나의 광원은 광원 유닛을 이룰 수 있다.
도 3a은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부(20)를 도시한 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 광원부(20)의 횡단면을 도시한 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 광원부(20)는 기판(23)과 광원(25)를 포함하는 광원 유닛(21)과, 광원 유닛(21)를 보호하는 보호관(27)을 포함할 수 있다.
기판(23)은 소정 방향, 예를 들어, 제1 방향(D1; 도 1참조)으로 길게 연장된 형태로 제공될 수 있다. 기판(23) 상에는 복수 개의 광원(25)이 소정 방향, 예를 들어, 제1 방향을 따라 배열될 수 있다.
광원 유닛(21)이 복수 개의 광원들(25)을 포함하는 경우, 각 광원(25)은 동일한 파장 대역의 광을 출사하거나, 서로 다른 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 각 광원(25)은 모두 자외선 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 일부 광원들(25)은 자외선 파장 대역 중 일부를 출사하고, 나머지 광원들(25)은 자외선 파장 대역 중 다른 파장 대역의 일부를 출사할 수 있다. 일 예로, 일부 광원들(25)는 275나노미터 파장의 광을 출사할 수 있고, 나머지 광원들(25)은 365나노미터 파장의 광을 출사할 수 있다.
광원들(25)이 서로 다른 파장 대역을 갖는 경우, 광원들(25)은 다양한 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 대역의 광을 출사하는 광원(25)을 제1 광원이라 하고, 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 출사하는 광원을 제2 광원(25)이라고 하면, 제1 광원과 제2 광원이 서로 교번하여 배열될 수 있다.
보호관(27)은 기판(23)과 광원들(25)을 보호한다. 보호관(27)은 투명한 절연 재료로 이루어지며, 광원들(25)과 기판(23)을 보호함과 동시에 광원들(25)로부터 출사된 광을 투과시킨다. 보호관(27)은 상술한 기능을 만족하는 한, 다양한 재료로 제공될 수 있으며, 그 재료가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 보호관(27)은 석영이나 고분자 유기 재료로 이루어질 수 있다. 여기서 고분자 유리 재료의 경우, 모노머의 종류, 성형 방법, 조건에 따라 흡수/투과시키는 파장이 다르기 때문에 광원들(25)으로부터 출사되는 파장을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리(메틸메타크릴레이트)(poly(methylmethacrylate); PMMA), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol; PVA), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 저밀도 폴리에틸렌(polyethylene; PE)과 같은 유기 고분자는 자외선은 거의 흡수하지 않으나, 폴리에스테르(polyester)와 같은 유기 고분자는 자외선을 흡수할 수 있다.
보호관(27)은 기판(23)의 연장 방향을 따라 긴 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 일측이 개구되고 일 측이 막힌 구조로 제공될 수 있다. 개구된 부분에는 배선을 외부로 뽑기 위한 캡(29)이 제공될 수 있다. 캡(29)은 광원 유닛이 안정적으로 보호관(27) 내에 안치될 수 있도록 하는 마운트 부재로 사용될 수 있으며, 캡(29)의 외부로는 기판(23)에 연결되어 광원들(25)에 전원을 제공하는 전원 배선이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 보호관(27)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 보호관(27)은 양측이 개구된 형상을 가질 수 있으며, 이 경우, 보호관(27)의 양측에 캡(29)이 제공될 수 있다. 양측에 캡(29)이 형성된 경우, 양측의 캡(29) 중 적어도 하나를 통해 광원들(25)에 전원을 제공하는 전원 배선이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)는 일 방향으로 광을 제공할 수 있다. 도시한 바와 같이, 기판(23)의 일면 상에 광원들(25)이 제공된 경우, 광원들(25)이 제공된 면에 수직한 방향으로 주로 광이 출사될 수 있다. 그러나, 광원부(20)가 출사하는 광의 방향은 다양하게 변형될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원부(20)를 도시한 단면도이다. 도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 광원부(20)는 적어도 한 개의 기판(23)과 기판(23) 상에 실장된 복수 개의 광원들(25)을 포함할 수 있다.
먼저 도 4a를 참조하면, 하나의 기판(23) 상에 복수 개의 광원들이 제공될 수 있으며, 광원들은 기판(23)의 양면 상에 각각 제공될 수 있다. 즉, 기판(23)이 전면과 배면을 갖는 경우, 광원들은 기판(23)의 전면에도 제공되고 배면에도 제공될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 광원부(20)는 기판(23)의 전면 방향과 배면 방향 모두로 광을 출사한다.
본 실시예에 있어서, 기판(23)이 하나로 제공되며, 그 기판(23)의 양면에 광원들(25)이 배치됨으로써 하나의 광원 유닛을 이룬 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 복수 개의 광원 유닛이 제공될 수도 있다. 즉, 기판(23)과 그 기판(23) 일 면에 광원들이 배열된 광원 유닛이 두 개로 준비될 수 있으며, 그 두 개의 기판(23)의 배면이 서로 마주보도록 부착됨으로써 양면 방향으로 광이 출사되도록 할 수 있다.
도 4b및 도 4c를 참조하면, 광원 유닛의 기판(23)은 광이 다양한 방향, 예를 들어, 최대한 방사형으로 방출될 수 있도록 그 단면이 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 4b의 경우 기판(23)의 단면이 삼각형을 갖는 경우를 도시하였으며, 도 4c의 경우 기판(23)의 단면이 사각형을 갖는 경우를 도시하였는 바, 도 4b및 도 4c의 기판(23)은 전체적으로 삼각 기둥과 사각 기둥의 형태로 제공될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 광원들은 각 삼각 기둥과 사각 기둥의 측면 상에 배열될 수 있으며, 각 측면들로부터 광이 출사됨으로써 일 방향이 아닌 다양한 방향으로 광이 진행될 수 있다.
본 실시예에 있어서도, 기판(23)이 삼각 기둥이나 사각 기둥을 갖는 하나의 기판(23)으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 평판 형상을 갖는 광원 유닛을 복수 개 이용하여 삼각 기둥이나 사각 기둥 형상으로 조립함으로써 삼각 기둥형, 사각 기둥형 광원부(20)를 형성할 수 있다.
상술한 실시예에서는 광원 유닛의 단면이 직선형, 삼각형, 사각형인 것을 도시하였으나, 실시예에 다라 광원 유닛이 원형이나 다각형을 가질 수도 있다.
다시 도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 하우징(10)의 본체(13) 내에는 광촉매 필터(30)가 제공된다.
광촉매 필터(30)는 후술할 격벽(40)과 함께 하우징(10)의 본체(13)를 제1 영역(51)과 제2 영역(53)으로 구분한다. 즉, 광촉매 필터(30)를 사이에 두고 일측이 제1 영역(51), 타측이 제2 영역(53)이 된다. 여기서, 제1 영역(51)은 유입구(11)로부터 유체가 유입되는 영역이며, 제2 영역(53)은 제1 영역(51)과 분리되며 유체가 유출구(15)로 배출되는 영역이다. 그 결과, 유체는 광촉매 필터(30)를 관통하여 제1 영역(51)으로부터 제2 영역(53) 방향으로 이동한다. 본 실시예에 있어서, 제1 영역(51)은 광촉매 필터(30)의 외측에 배치되며, 제2 영역(53)은 광촉매 필터(30)의 내측에 배치된다.
광촉매 필터(30)는 그 내부에 다수의 포어(pore; 미도시)가 형성되어 있어 유체가 관통하는 필터로서 작용한다. 또한, 광촉매 필터(30)는 광원부(20)로부터 출사된 광과 반응함으로써 유체를 처리하는 광촉매를 포함한다.
광촉매는 조사되는 광에 의해 촉매 반응을 일으키는 재료이다. 광촉매는 광촉매를 구성하는 재료에 따라 다양한 파장 대역의 광에 반응할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 다양한 파장 대역의 광 중 자외선 파장 대역의 광에 광촉매 반응을 일으키는 재료가 사용될 수 있으며, 이에 대해 설명한다. 그러나, 광촉매의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며, 광원으로부터 출사되는 광에 따라 동일하거나 유사한 메커니즘을 갖는 다른 광촉매가 사용될 수 있다.
광촉매는 자외선에 의해 활성화되어 화학 반응을 일으킴으로써, 광촉매와 접촉하는 유체 내의 각종 오염 물질, 세균 등을 산화환원 반응을 통해 분해시킨다.
광촉매는 밴드갭(band gap) 에너지 이상의 광에 노출될 때, 전자와 정공이 생성되는 화학 반응을 일으킨다. 이에 따라 유체 내의 화합물, 예를 들어, 물이나 유기 물질이 광촉매 반응으로 형성된 수산기 라디칼(Hydroxy Radical)과 초과산화이온(Superoxide Ion)에 의해 분해될 수 있다. 수산기 라디칼은 산화력이 매우 강한 물질로서, 유체 내의 오염 물질을 분해하거나 세균을 살균한다. 이러한 광촉매 재료로는 산화티탄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2) 등을 들 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광촉매의 표면에서 생성된 정공과 전자는 재결합 속도가 대단히 빠르기 때문에 광화학 반응에 이용하는 데에는 한계가 있으므로, Pt, Ni, Mn, Ag, W, Cr, Mo, Zn 등의 금속 또는 그것들의 산화물을 첨가하여 정공과 전자의 재결합 속도를 지연시킬 수 있다. 정공과 전자의 재결합 속도가 지연되는 경우 산화 및/또는 분해시키고자 하는 대상 물질과의 접촉 가능성이 증가되며, 그 결과 반응도가 높아질 수 있다. 상술한 광촉매 반응을 이용하면 유체를 살균, 정화, 탈취 처리 등을 할 수 있다. 특히 살균의 경우, 균 세포내의 효소와 호흡계에 작용하는 효소 등을 파괴시켜 살균 또는 항균작용을 하는 것으로 균이나 곰팡이의 번식을 막고, 이들이 내놓는 독소도 분해할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광촉매는 촉매로서 작용할 뿐, 스스로변화되는 것은 아니므로, 반영구적으로 사용할 수 있고, 대응 광이 제공되는 한 효과가 반영구적으로 지속될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광촉매 필터(30)는 소결된 복수 개의 비드들(미도시)로 이루어질 수 있다. 각각의 비드의 표면에는 광촉매 재료가 코팅될 수 있으며, 코팅된 비드들을 소정 형상을 갖도록 소결함으로써 광촉매 필터(30)를 제조할 수 있다.
광촉매 필터(30)는 광원부(20)로부터 출사되는 광이 가능한 넓은 면적에 도달할 수 있도록 광원부(20)를 감싸는 형상으로 제공된다. 이에 따라 광촉매 필터(30)는 광원부(20)의 적어도 일부를 감싸며, 광원부(20)로부터 광이 도달하지 않는 부분에는 광촉매 필터(30)가 제공되지 않을 수 있다.
광촉매 필터(30)는 양측이 개구되며 내부가 관통된 실린더 형상을 가질 수 있다. 광촉매 필터(30)는 광원의 연장 방향을 따라 길게 연장될 수 있다. 광촉매 필터(30)의 내경은, 광원부(20)가 그 내부로 용이하게 삽입되고 소정 거리로 이격될 수 있도록 광원부(20)의 보호관(27)의 외경보다 크다. 광원부(20)는 광촉매 필터(30)의 내부로 삽입된다.
여기서, 하우징(10)과 광촉매 필터(30) 사이의 거리(d1), 및 광원부(20)와 광촉매 필터(30) 사이의 거리(d2)는 다양하게 변경될 수 있다. 광원부(20)로부터의 광량, 광촉매 필터(30)의 두께, 유체의 종류 및 유량 등을 고려하여, 설정될 수 있다.
광촉매 필터(30)는 광원부(20)로부터의 광을 최대한 수용하도록 광원부(20)와 실질적으로 동일한 길이 또는 그보다 더 긴 길이를 가질 수 있다. 그러나, 광원부(20)로부터 광이 충분히 도달할 수 있다면 그 크기나 형상은 크게 한정되는 것은 아니다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광촉매 필터(30)를 도시한 단면도이다. 도 5a 내지 도 5d를 참조하면, 광촉매 필터(30)는 광의 출사 방향에 대응하여 다양한 형상을 가질 수 있다. 광촉매 필터(30)는 도 5a에 도시된 바와 같이 원 기둥 형상을 가질 수 있으며, 도 5b에 도시된 바와 같이 삼각 기둥 형상을 가질 수 있으며, 도 5c에 도시된 바와 같이 사각 기둥을 가질 수도 있다. 또한, 도 5d와 같이, 전체적으로는 원 기둥 형상을 가지되, 일부가 평면으로 제공될 수 도 있다. 다시 말해, 광촉매 필터(30)는 단면 상에서 볼 때 닫힌 형상(closed shape)을 가질 수 있으며, 예를 들어, 단면 상에서 볼 때, 원형, 타원형, 다각형, 반원형, 반타원형 등으로 제공될 수 있다.
이러한 광촉매 필터(30)의 형상은 광의 조사 방향 및 유체의 흐름을 고려하여 선택될 수 있다. 특히 광촉매 필터(30)의 내측은 가능한 한 높은 밀도로 조사되는 형상이 선택될 수 있다. 예를 들어, 광원부(20)가 세 방향으로 광을 출사하는 경우, 삼각 기둥 형상의 광촉매 필터(30)가 제공됨으로써 광효율을 최대화할 수 있다. 그러나, 광원부(20)의 형상이나 광촉매 필터(30)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 경우의 수로 조합될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e는 도 2a의 P1 부분을 도시한 단면도들로서, 광촉매 필터(30)의 실시예들을 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 설명의 편의를 위해 포어들(31) 중 일부에 대해서만 도시되었으며, 그 형태도 구형으로 도시되었다. 그러나, 실제 포어들(31)은 유체가 통과할 수 있을 정도로 도시된 것보다 높은 밀도로 제공될 수 있으며, 각 포어(31)마다 크기나 형상의 차이가 있을 수 있다. 이하의 설명은 개개의 포어(31)에 대한 것이 아니라, 크기나 밀도에 있어서 평균적인 경향성을 위주로 판단되어야 한다.
도 6a 내지 도 6e를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 복수 개의 비드들을 소결하여 광촉매 필터(30)를 형성함으로써 광촉매 필터(30) 내부에는 소결된 비드들 사이에 포어들(31)이 위치한다. 유체는 포어들(31)을 통해 광촉매 필터(30)의 일측으로부터 다른 측으로 유동한다. 포어들(31)의 밀도에 따라 유체와 광촉매 필터(30)의 접촉 면적이 조절될 수 있다. 이를 위해, 광촉매 필터(30)를 형성하는 비드들의 크기 및 소결 공정에서의 조건을 조절할 수 있으며, 그 결과 포어들(31)은 다양한 크기와 분포를 가질 수 있다. 즉, 포어들(31)의 크기에 대한 배치는 유체의 종류, 유체의 이동 속도, 광촉매와의 반응성 등을 고려하여 다양한 방식으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 특정 방향으로 유체와 광촉매와의 반응성을 높이고자 하는 경우, 유체가 머무르는 시간을 증가시키기 위해 포어들(31)의 크기와 밀도를 순차적으로 감소시킬 수 있다.
도 6a를 참조하면, 동일한 크기의 포어들(31)이 광촉매 필터(30)에 실질적으로 전체적으로 동일한 밀도로 배치될 수 있다. 즉, 광촉매 필터(30)의 종방향(제1 방향)이나 횡방향(제2 방향) 모두 포어(31)의 크기나 밀도가 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 포어들(31)이 광촉매 필터(30)의 횡방향을 따라 서로 다른 크기로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 것과 같이 제1 영역(51)과 가까운 쪽일수록 포어(31)의 크기가 크며 제2 영역(53)과 가까운 쪽일수록 포어(31)의 크기가 작아질 수 있다. 다시 말해 포어(31)는 제1 영역(51)으로부터 제2 영역(53) 방향으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에서는, 도시하지는 않았으나, 포어(31)는 제2 영역(53)으로부터 제1 영역(51) 방항으로 갈수록 크기가 작아질 수 있다.
도 6c를 참조하면, 포어들(31)이 광촉매 필터(30)의 상하 방향을 따라 서로 다른 크기로 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 6c에 도시된 것과 같이, 상측으로 가까울수록 포어(31)의 크기가 크며 하측에 가까울수록 포어(31)의 크기가 작아질 수 있다. 다시 말해, 광촉매 필터(30)의 연장 방향을 따라 일측으로부터 타측 방향으로 포어(31)의 크기가 작아질 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 반대로, 광촉매 필터(30)의 연장 방향을 따라 상측으로부터 하측 방향으로 포어(31)의 크기가 커질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체와 광촉매 재료와의 접촉 면적과 시간을 최대화하기 위해, 광촉매 필터(30)의 외면과 내면 중 적어도 어느 한 면에 추가적으로 광촉매 재료가 코팅될 수 있다. 도포된 광촉매 필터(30)는 유체가 관통할 수 있을 정도의 두께로 제공될 수 있다.
도 6d와 도 6e는 광촉매 필터(30)가 광촉매 필터(30)의 양면에 광촉매 재료로 이루어진 코팅층(33)을 포함하는 것을 도시한 것이다. 도 6d와 도 6e에 있어서, 광촉매 필터(30)에 있어서 제1 영역(51)에 접하는 면을 제1 면(30a)이라고 하고, 제2 영역(53)에 접하는 면을 제2 면(30b)이라고 하면, 코팅층(33)은 제1 면(30a)과 제2 면(30b) 상에 각각 제공될 수 있다.
도 6d와 도 6e에서는 광촉매 재료로 광촉매 필터(30)의 제1 면(30a)과 제2면 모두에 코팅층(33)이 형성되었으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 두 면 중 하나의 면에만 코팅될 수 있다. 또한, 도시하지 않은 다른 실시예에서는 제1 면(30a)과 제2 면(30b)의 전면이 아니라, 일부에만 도포될 수도 있다.
도 6d를 참조하면, 코팅층(33)이 제1 면(30a)과 제2 면(30b)에 실질적으로 동일한 두께로 형성될 수 있다. 이와는 달리, 도 6e를 참조하면 코팅층(33)이제1 면(30a)과 제2 면(30b)에 서로 다른 두께로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 면(30a)의 코팅층(33)이 제2 면(30b)의 코팅층(33)보다 더 큰 두께를 갖는 것을 도시하였으나, 다른 실시예에서는 제1 면(30a)의 코팅층(33)이 제2 면(30b)의 코팅층(33)보다 더 작은 두께를 가질 수도 있다.
포어들(31)의 크기나 밀도는 소결 전의 비드들의 크기와 소결시의 가압 정도 등의 공정 조건에 따라 다양한 방식으로 제조할 수 있다. 예를 들어, 비드들의 크기가 큰 것부터 작은 것을 순차적으로 배치한 다음 소결을 진행하는 경우, 각 비드들 사이의 포어들(31)의 크기 또한 비드들과 유사한 형태로 배열될 수 있다. 코팅층은 비드들의 소결 후, 표면에 광촉매 재료를 도포함으로써 제조될 수 있다.
다시, 도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 광촉매 필터(30)에는 격벽(40)이 연결되어 있으며, 격벽(40)은 광촉매 필터(30)와 함께 하우징(10)의 내부를 제1 영역(51)과 제2 영역(53)으로 분리한다. 여기서, 상술한 바와 같이, 제1 영역(51)은 유입구(11)에 연결된 영역이며, 제2 영역(53)은 유출구(15)와 연결된 영역이다.
격벽(40)은 광촉매 필터(30)의 상측에 제공된 제1 격벽(41)과, 광촉매 필터(30)의 하측에 제공된 제2 격벽(42)을 포함한다.
제1 격벽(41)은 유입구(11)에 마주보는 위치에 배치된다. 제1 격벽(41)은 광촉매 필터(30)의 상측에 위치하여 광촉매 필터(30)의 상단을 덮는 뚜껑에 해당한다. 제1 격벽(41)은 광촉매 필터(30)와는 달리 유체를 투과시키지 않는 재질로 이루어진다. 제1 격벽(41)은 광촉매 필터(30)의 상단을 완전히 덮음으로써 30본체(13) 내의 상부 영역을 제1 영역(51)과 제2 영역(53)으로 구분한다. 그러나, 제1 격벽(41)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 유체를 투과시키는 재질로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제1 격벽(41)은 광촉매 필터(30)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 광촉매 필터(30)로부터 연장될 수 있다.
제2 격벽(42)은 유출구(15)와 마주보는 위치에 배치된다. 제2 격벽(42)은 광촉매 필터(30)의 하단에 배치되고 하우징(10)의 본체(13)에 연결됨으로써 광촉매 필터(30)를 지지한다. 또한, 제2 격벽(42)은 광촉매 필터(30)와 본체(13) 사이에 배치됨으로써 광촉매 필터(30)와 본체(13) 사이의 공간을 제1 영역(51)과 제2 영역(53)으로 분리한다. 제2 격벽(42) 또한 광촉매 필터(30)와는 달리 유체를 투과시키지 않는 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 제2 격벽(42)의 재질은 이에 한정되는 것은 아니며, 유체를 투과시키는 재질로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제2 격벽(42)은 광촉매 필터(30)와 동일한 재질로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 광촉매 필터(30)로부터 연장될 수 있다.
제2 격벽(42)은 평면 상에서 볼 때 광촉매 필터(30)의 내측에 해당되는 부분에도 형성되며, 광촉매 필터(30)의 내측에 해당되는 부분에는 유체가 관통하는 적어도 하나의 개구부(45)가 제공될 수 있다. 개구부(45)를 통해 유체가 유출구(15)로 배출될 수 있다. 여기서, 제2 격벽(42)에 제공된 개구부(45)는 다양한 형태와 개수로 제공될 수 있다. 도면에서는 여러 개의 작은 개구부(45)가 제2 격벽(42)에 형성된 것을 도시하였으나, 하나의 큰 개구부(45)가 제공된다거나, 제2 격벽(42)이 아예 망상(메쉬 형태)로 제공되는 등, 유체가 이동할 수 있는 형태라면 그 형상이 크게 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 개구부(45)의 형상, 크기, 개수 등을 조절함으로써 제2 영역(53)을 이동하는 유체의 속도를 조절할 수 있다. 유체의 이동 속도를 감소시키기 위해서는 개구부(45)의 크기를 작게 하거나 개구부(45)의 개수를 줄이는 등의 변경이 가능하다. 반대로, 유체의 이동 속도를 증가시키기 위해서는 개구부(45)의 크기를 크게 하거나 개구부(45)의 개수를 늘이는 등의 변경이 가능하다.
상세히 도시하지는 않았으나, 제2 격벽(42)에는 여러가지 체결 부, 지지 돌기 등이 구비되어 광촉매 필터(30)나 광원부(20)를 안정적으로 지지할 수 있다.
상술한 유체 처리 장치를 이용하는 경우, 유체의 이동 경로는 도 2a에 화살표로 도시되었는 바, 이를 설명하면 다음과 같다.
유체는 유입구(11)를 통해 본체(13) 중 제1 영역(51)으로 유입된다. 유입구(11)에 대향하는 부분에는 유체가 투과할 수 없는 제1 격벽(41)이 형성되어 있으므로, 유체는 비어있는 부분을 따라 이동하다가 광촉매 필터(30)를 통해 제2 영역(53)으로 이동한다. 하우징(10)과 광촉매 필터(30) 사이에는 제2 격벽(42)이 형성되어 있어, 제1 영역(51)과 유출구(15) 사이를 막기 때문에 유체가 제1 영역(51)으로부터 유출구(15)로는 곧바로 이동할 수 없다. 광촉매 필터(30)를 통해 제2 영역(53)으로 이동한 유체는 결국 유출구(15)를 통해 외부로 배출된다. 유체가 제1 영역(51)과 제2 영역(53)을 관통하는 과정에서 광과 광촉매 필터(30)에 의한 유체의 처리가 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유입구(11), 본체(13), 또는 유출구(15)의 직경은 서로 다를 수 있다. 특히, 본체(13)의 폭은 유입구(11) 및 유출구(15)의 폭보다 더 큰 값을 갖는다. 다시 말해, 유입구(11)의 폭을 제1 폭(W1)이라고 하고, 본체(13)의 폭을 제2 폭(W1)이라고 하며, 유출구(15)의 폭을 제3 폭(W3)이라고 하면, 제2 폭(W2)은 제1 폭(W1) 및 제3 폭(W3) 각각보다 큰 값을 가진다. 유입구(11), 본체(13), 및 유출구(15)의 순서로 유로가 형성된다고 할 때, 유체의 이동 속도는 유로에 수직한 방향의 단면적에 반비례하는데, 유로에 수직한 방향에서의 단면적이 크면 클수록 유체의 이동 속도는 감소한다. 본 발명의 실시예에서는 본체(13)의 폭인 제2 폭(W2)이 유입구(11) 및 유출구(15)의 폭인 제1 및 제3 폭(W1, W2)보다 큰 값을 가짐으로써, 유체의 이동속도가 본체(13) 내에서 현저하게 감소된다. 여기서, 유입구(11)의 제1 폭(W1)과 유출구(15)의 제3 폭(W3)은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 제1 폭(W1)과 제3 폭(W3)은 다른 구성 요소와의 연결 관계, 유체의 필요 속도 등을 고려하여 결정될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 본체(13)가 유입구(11)나 유출구(15)보다 넓은 폭을 가지도록 제조되며, 이에 따라 유체의 처리 효율이 증가된다. 본체(13) 내에서의 유체의 이동 속도가 감소하면, 유체가 본체(13) 내에서 머무르는 시간이 증가하게 되고, 결국 광촉매 필터(30)와의 접촉 면적 및 접촉 시간이 증가하게 되기 때문이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 유체가 유입된 후 유출되기까지 광촉매 필터(30)를 무조건 관통하도록 설계되어 있다. 이에 따라, 유체의 처리 효율, 예를 들어, 살균 효과, 탈취 효과, 정화 효과 등이 현저하게 증가한다. 종래 기술에 따른 유체 처리 장치의 경우, 유체가 이동하는 경로상에 광촉매 필터를 배치하는 것으로 유체를 처리하는 것이 일반적인데, 이 경우, 광촉매 필터와의 접촉 면적과 접촉 시간이 매우 적으므로 유체의 처리 효과가 크지 않다.
본 발명의 유체 처리 장치의 유체의 처리 효과에 대해서는 실시예에서 추가적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 내부 구조가 매우 간단하며 작은 크기로 용이하게 제조가 가능하다. 또한, 크기가 작기 때문에 거치용뿐만 아니라 휴대용 장치에도 적용될 가능성이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 유체 처리 효율을 높이기 위해 각 구성 요소가 다양하게 변형될 수 있다. 이하의 실시예에서는 설명의 중복을 피하기 위해 상술한 실시예와 다른 점을 위주로 설명하며, 중복된 내용은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 유체 처리 장치는 하우징(10)의 본체(13) 및 격벽(40)의 일부가 상술한 실시예와 달리 형성된다.
본 실시예에 있어서, 제1 격벽(41)은 유입구(11)로부터 유입된 유체가 광촉매 필터(30) 방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 유입구(11)에 대해 경사진 형태를 가질 수 있다. 제1 격벽(41)은 유입구(11)로부터 멀어지는 제1 방향을 따라 점점 폭이 커지는 깔대기 형상을 가질 수 있다. 하우징(10)의 본체(13)는 제1 격벽(41)의 형상에 대응한다. 하우징(10)의 본체(13) 또한 제1 격벽(41)과 대응하는 부분이 유입구(11)로부터 멀어지는 방향, 예를 들어, 제1 방향(D1)을 따라 폭이 점점 커지는 깔대기 형상을 가질 수 있다. 하우징(10)의 본체(13) 중 광촉매 필터(30)와 대응하는 부분은 원통 형상으로 제공된다.
제1 격벽(41)과 하우징(10)이 유입구(11)에 수직한 방향이 아닌 경사진 방향을 따라 형성됨으로써, 유입구(11)를 통해 유입된 유체는 상술한 실시예보다 단축된 경로를 따라 광촉매 필터(30) 방향으로 원활하게 이동한다. 제1 격벽(41)이 유입구(11)와 마주보는 위치에 배치되되 경사지도록 배치된 경우에는, 유입구(11)와 수직한 형태로 배치된 형태보다 유체 흐름에 대한 저항이 감소하기 때문이다. 또한, 제1 격벽(41)과 하우징(10)의 단면이 실질적으로 직각 형상을 갖는 경우, 모서리 부분에서 와류가 발생할 수 있다. 이러한 와류는 유체의 흐름을 방해할 수 있다. 또한, 모서리 부분에 발생한 와류로 인해 일부 유체가 지속적으로 모서리 부분에 머무름으로써 광촉매 필터(30)에 의한 처리가 되지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 격벽(41)과 본체(13)의 일부를 유입구(11)와 경사지게 배치함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 제1 격벽(41)과, 이에 대응하는 부분의 본체(13)만 유입구(11)에 대해 경사진 것을 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 격벽(42) 또한 동일한 방식으로 유출구(15)에 대해 경사질 수 있으며, 제2 격벽(42)에 대응하는 부분의 하우징(10) 또한 유출구(15)에 대해 경사질 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 단면도로서, 도 7과 유사하게 하우징(10)의 일부와 제1 격벽(41)이 달리 형성되었다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 있어서, 제1 격벽(41)은 유입구(11)로부터 유입된 유체가 광촉매 필터(30) 방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 유입구(11)에 대해 유선형 형태를 가질 수 있다. 유선형은 유체에 대한 저항이 가장 작은 형태이므로, 유입구(11)를 통해 유입된 유체는 와류 없이 더욱 원활하게 광촉매 필터(30)쪽으로 이동한다. 본 실시예에 있어서, 하우징(10)의 본체(13)는 유체가 인출시 저항이 최소화되도록 인출구에 대해서도 적어도 일부가 경사질 수 있으며, 특히 유선형 형태로 제공될 수 있다.
도 7 및 도 8에서 확인할 수 있는 바와 같이, 제1 격벽(41), 제2 격벽(42), 및 본체(13)는 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 도시한 것과 다른 형태로도 조합될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상술한 실시예는 제1 영역(51)이 광촉매 필터(30)의 외측에 위치하고 제2 영역(53)이 광촉매 필터(30)의 내측에 위치한 것이 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 나타낸 것으로, 제1 영역(51)과 제2 영역(53)이 상술한 실시예와 달리 형성된 것을 도시한 것이다.
도 9를 참조하면, 광촉매 필터(30)와 격벽(40)에 의해 제1 영역(51)과 제2 영역(53)이 구분된다. 격벽(40)은 유입구(11)에 마주보는 위치에 배치된 제1 격벽(41)과, 유출구(15)에 마주보는 위치에 배치된 제2 격벽(42)을 포함한다.
제1 격벽(41)은 광촉매 필터(30)의 상측에 위치하며 유입구(11)를 통과한 유체가 광촉매 필터(30)의 내부로 유체가 곧바로 유입될 수 있도록 경로를 제공한다. 이를 위해, 제1 격벽(41)은 광촉매 필터(30) 상단부와 본체(13) 사이를 연결하되 광촉매 필터(30)의 외측과 하우징(10) 사이의 공간을 제1 영역(51)과 제2 영역(53)으로 분리한다.
제2 격벽(42)은 광촉매 필터(30)의 하측에 위치하며 유출구(15)와 마주보는 위치에 배치된다. 제2 격벽(42)은 평면 상에서 볼 때 광촉매 필터(30)의 외측에 해당되는 부분에 유체가 관통하는 적어도 하나의 개구부(45)를 포함하며, 광촉매 필터(30)의 내측에 해당되는 부분은 막혀있다. 개구부(45)를 통해 유체가 유출구(15)로 배출될 수 있다.
본 실시예에서의 유체의 이동 경로를 살펴보면, 유체는 유입구(11)를 통해 제1 영역(51)으로 유입된다. 제1 영역(51)은 광촉매 필터(30)의 내측에 위치한다. 제1 영역(51)에 도달한 유체는 광촉매 필터(30)를 관통하여 제2 영역(53)으로 이동한다. 제2 영역(53)은 광촉매 필터(30)의 외측에 위치한다. 제2 영역(53)으로 이동한 유체는 유출구(15)를 통해 외부로 배출된다.
본 실시예에 따른 유체 처리 장치는, 상술한 실시예들과 상충되지 않는 범위 내에서 적어도 일부와 조합될 수 있으며, 상술한 실시예들과 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 도시하지는 않았지만, 유체 처리 장치는 유체의 흐름을 유도하기 위한 별도의 구성 요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 유체가 공기와 같은 기체일 경우, 기체의 흐름을 유도하기 위해 유입구(11) 또는 유출구(15)에 연결된 팬을 더 포함할 수 있다. 또는 유체가 물과 같은 액체인 경우, 액체의 흐름을 유도하기 위해 유입구(11) 또는 유출구(15)에 연결된 펌프를 포함할 수 있다. 이러한 유체 흐름 유도 장치는 팬이나 펌프를 이외에도 다양한 장치가 사용될 수 있으며, 그 종류가 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 단일 장치로서 제공되어 다양한 장치에 응용될 수 있다. 상술한 실시예들에 따른 유체 처리 장치를 하나의 유체 처리 모듈이라고 할 때, 두 개 이상의 유체 처리 모듈이 다양한 장치에 응용될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 복수 개의 유체 처리 모듈(100), 일 예로서 2개의 유체 처리 모듈(100)이 연결된 것을 도시한 사시도이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 모듈(100)은 도 10a에 도시된 바와 같이 병렬 연결될 수 있으며, 도 10b에 도시된 바와 같이 직렬 연결될 수도 있다.
도 10a에 있어서, 유체 처리 모듈(100)은 제1 유체 처리 모듈(101)과 제2 유체 처리 모듈(102)을 포함할 수 있다. 제1 유체 처리 모듈(101)과 제2 유체 처리 모듈(102)은 각각 제1 및 제2 유입구(111, 112), 제1 및 제2 본체(131, 132), 그리고, 제1 및 제2 유출구(151, 152)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 전체 유체 처리 모듈(100)에 연결된 유입구(11)는 분기되어 제1 및 제2 유입구(111, 112)로 연결되고, 제1 및 제2 유출구(151, 152)는 합쳐져 유출구(15)에 연결된다.
본 실시예에 따르면, 유입구(11)로 유입된 유체는 제1 유체 처리 모듈(101)과 제2 유체 처리 모듈(102) 중 어느 하나를 통해 처리되며, 상대적으로 처리 용량이 증대될 수 있다.
도 10b에 있어서, 유체 처리 모듈(100)은 제1 유체 처리 모듈(101)과 제2 유체 처리 모듈(102)을 포함할 수 있으며, 유입구(11), 제1 유체 처리 모듈(101), 제2 유체 처리 모듈(102), 유출구(15)는 순차적으로 연결될 수 있다. 즉, 이 경우, 제1 유체 처리 모듈(101)의 제1 유출구(151)는 제2 유체 처리 모듈(102)의 제2 유입구(112)와 연결된다.
본 실시예에 따르면, 유입구(11)로 유입된 유체는 제1 유체 처리 모듈(101)과 제2 유체 처리 모듈(102)을 순차적으로 거치게 되어 두 번에 걸쳐 처리된다. 이에 따라 유체 처리 효과가 증대된다.
상술한 실시예에서는 2개의 유체 처리 모듈이 직렬 또는 병렬로 연결된 것을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 더 많은 수의 유체 처리 모듈이 직렬 및 병렬이 조합된 형태로 제공될 수도 있다.
상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 모듈(100)은 다양한 유체, 예를 들어 공기나 물을 처리하는 데 응용될 수 있다. 예를 들어, 가정, 공장, 식당, 상하수도 시설, 실험실, 의료시설 등에서 사용하는 정화기, 살균기, 냄새 탈취제, 등으로 사용될 수 있다. 또한 다양한 장치, 예를 들어, 냉장고, 가습기, 공기 정화기, 커피 머신 등의 가전 제품에 장착되는 정화기, 살균기, 냄새 탈취제로서 사용될 수 있다. 이하에서는, 상술한 유체 처리 모듈(100)이 공기 정화기에 사용된 것과 정수기에 사용된 것을 일 예로서 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화기를 도시한 모식도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 정화기는 공기를 유입시키는 팬(63), 유입된 공기를 거르는 필터 모듈(60), 필터 모듈(60)에서 걸러진 공기를 살균/정화하는 유체 처리 모듈(100)을 포함할 수 있다.
팬(63)은 필터 모듈(60)과 유체 처리 모듈(100)에 공기를 유입하기 위한 것이다. 여기서, 공기를 유입하기 위한 것으로서, 펌프와 같은 다른 장치가 사용될 수도 있다. 또한, 팬(63)의 위치는 공기를 이동시킬 수 있는 한도 내에서 달라질 수 있다.
필터 모듈(60)은 공기 내의 이물질을 거르기 위한 것으로서, 그 내부에 적어도 1개의 필터(61)를 포함할 수 있다. 필터(61)는 활성탄을 포함하는 카본 필터, 직물재질의 다공성 필터, 등 다양한 형태의 필터가 사용될 수 있다.
유체 처리 모듈(100)은 연결부(7765)를 통해 필터 모듈(60)에 연결된다. 필터 모듈(60)에서 걸러진 공기는 유체 처리 모듈(100)의 유입구(11)를 통해 유체 처리 모듈(100)로 유입되고, 본체(13) 내에서 처리 된 후, 유출구(15)를 통해 배출된다.
유체 처리 모듈(100)은 필터 모듈(60)로부터 온 공기을 처리한다. 여기서 유체 처리 모듈(100)의 처리라 함은 상술한 바와 같이, 살균, 정화, 탈취 등 다양한 조치일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수기를 도시한 모식도이다.
도 12를 참조하면, 발명의 일 실시예에 따른 정수기는 물을 일차적으로 거르는 필터들(61), 필터(61)를 통과한 물이 저장되는 저수조(67), 저수조(67)에 연결된 유체 처리 모듈(100)을 포함한다.
필터들(61)은 공급된 물의 이물질을 제거하기 위한 것이다. 정수기는, 필터들(61)에 연결된 펌프(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 펌프에 의해 물이 필터들(61)에 공급될 수 있다. 필터들(61)은 큰 불순물을 제거하는 필터, 중금속 및 박테리아 등을 제거하는 필터 등이 다양한 개수로 제공될 수 있으며, 외부에서 충분히 정수된 물을 유체 처리 장치에 의해 살균하려고만 하는 경우에는 필터들(61)이 생략될 수 있다.
필터들(61)에 의해 이물질 등이 제거된 물은 연결부(7765)를 통해 저수조(67)로 이동된다. 저수조(67)는 적어도 1개로 제공될 수 있으며 복수 개의 저수조(67)가 제공될 수 있다. 여기서, 유체 처리 모듈(100)로 곧바로 정수하고자 하는 물이 공급될 수 있는 경우, 저수조(67)가 생략될 수 있다.
유체 처리 모듈(100)은 저수조(67)로부터의 물을 처리한다. 여기서 유체 처리 모듈(100)에서의 처리라 함은 상술한 바와 같이, 살균, 정화, 탈취 등 다양한 조치를 취하는 것일 수 있다. 유체 처리 모듈(100)에는 도시한 바와 같이 사용자가 곧바로 취수할 수 있도록 추출 밸브 등이 추가로 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 유체 처리 모듈(100)을 이용하면 매우 간단한 구조이면서도 공기나 물의 처리 효과가 높은 장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 모듈(100)을 1개 이상 포함하는 장치를 유체 처리 장치라고 할 때, 유체 처리 장치는 사물 인터넷 기반의 유체 처리 시스템으로 구현될 수 있다.
도 13은 사물 인터넷 기반 유체 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본 발명에 따른 사물 인터넷 기반 유체 처리 시스템은 적어도 하나의 유체 처리 모듈(100)이 사용자의 사용 여부에 따라 선택적으로 온/오프되고, 광원부(20)의 작동 상황 등이 실시간으로 모니터링 되도록 구성된다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 시스템은 중앙 처리부(70), 사용자 단말기(79), 및 유체 처리 장치(1000)를 포함한다.
중앙 처리부(70)는 유체 처리 장치(1000)에 대한 동작 유무, 고장 유무 및 동작 시간 등의 상태 정보를 저장 및 관리하며, 유체 처리 장치(1000)의 제어부(75)로 제어 신호를 송신할 수 있다.
사용자 단말기(79)은 사용자에 의해 원격지에서 선택된 유체 처리 장치(1000)에 대한 제어 명령(예를 들어, 유체 처리 장치 온/오프)이나 정보 요청 명령 등을 중앙 처리부(70)로 송신하고, 중앙 처리부(70)로부터 정보를 수신할 수 있다.
유체 처리 장치(1000)는 유체를 처리하는 유체 처리 모듈(100), 유체 처리 모듈(100) 내의 광원부(20)의 광량 등을 감지하는 감지부(71), 사용자 단말기(79) 및 중앙 처리부(70)로부터 각종 신호를 수신하고, 유체 처리 장치로부터 사용자 단말기(79) 및 중앙 처리부(70)로 각종 신호를 송신하는 통신부(73), 그리고, 유체 처리 모듈(100), 감지부(71), 및 통신부(73)를 제어하는 제어부(75)를 포함한다.
유체 처리 모듈(100)은 제어부(75)로부터의 신호에 따라 온/오프되며, 처리되는 유량 등이 제어될 수 있다.
감지부(71)는 유체 내의 오염 물질의 정도 등을 감지하거나, 유체 처리 모듈(100) 내의 광원부(20)로부터의 광량을 감지하거나, 사용자의 존재 유무 등을 감지할 수 있다.
통신부(73)는 유무선 통신망(77)을 통해 사용자 단말기(79) 및 중앙 처리부(70)에 신호를 송신하거나 수신할 수 있다.
제어부(75)는 중앙 처리부(70)로부터의 명령에 따라 유체 처리 모듈(100)의 온/오프를 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 외부 단말기(79)를 이용하여 유체 처리 장치를 켜는 경우, 유무선 통신망(77)과 통신부(73)를 통해 신호가 수신되며, 제어부(75)는 이 신호를 근거로 유체 처리 모듈(100)을 온 시킨다. 또는 감지부(71)로부터 감지된 광원부(20)의 광량이 지나치게 작은 경우, 통신부(73)를 통해 사용자의 단말기(79)로 유무선 통신망(77)을 통해 광원 교체 신호를 송신할 수 있다. 또는, 감지부(71)로부터 감지된 유체 내(예를 들어 공기) 내에 오염 물질의 농도가 지나치게 높은 경우, 유체 처리 모듈(100)을 켜고 유량을 최대로 제어할 수 있다. 또는, 사용자의 존재 유무에 대해 감지부(71)로부터 신호를 받아, 사용자가 없는 경우 유체 처리 모듈(100)을 끌 수 있다.
상기한 바와 같은 사물 인터넷 기반 유체 처리 시스템은 사용자 감지 등을 통해 필요한 경우 상황에 맞는 정도로 유체 처리 장치를 구동 하는 등 선택적인 제어를 실시할 수 있게 한다. 이에 따라 전력 소모가 최소화 되고, 현재 작동 상태나 광원의 이상 유무 등을 용이하게 확인할 수 있다. 이에 따라 효율적인 관리 및 대처가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체 처리 장치를 이용한 실시예 및 비교예에 대해 실험한 결과는 다음과 같다.
(1) 실험예 1
도 14는 도 1의 유체 처리 장치를 이용하여 공기를 처리한 결과를 도시한 그래프로서, 시간에 따른 아세트알데히드의 농도를 나타낸 것이다.
도 14에 있어서, X표로 표시된 부분은 유체 처리 장치를 이용하지 않은 상태에서의 아세트알데히드의 농도를 의미하며, 사각형으로 표시된 부분은 도 1의 유체 처리 장치를 이용한 상태에서 최초 아세트알데히드의 농도 10ppm를 1.0으로 놓았을 때, 시간에 따른 상대적인 농도를 의미한다.
본 실험은 1m3의 입방체 스테인레스 챔버 내에서 이루어졌으며, 유체 처리 장치 내로 유입된 공기의 유량은 0.33cmm이었다. 이때 사용된 광원은 365nm파장 대역의 자외선 발광 소자로서 3개가 사용되었다. 광원과 광촉매 필터 사이의 거리는 20mm였고, 광촉매 필터에 인가된 평균 자외선 광량은 20.0 mW/cm2이었다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 이용할 경우, 90분 이내에 약 50% 이상의 아세트알데히드가 제거되며, 약 180분 이내에 약 70% 이상의 아세트알데히드가 제거되었다.
(2) 실험예 2
하기 표 1은 기존 발명에 따른 유체 처리 장치와 본 발명의 실시예들에 따른 유체 처리 장치의 실험 조건을 나타낸 것이다. 하기 실시예 1 내지 3에 있어서, 하기 기재한 부분이 달리 제조되었으며 언급되지 않은 나머지 부분에 대한 조건은 모두 동일하게 유지되었다. 비교예의 경우, 기존의 유체 처리 장치를 이용한 것으로서, 유체가 광촉매 필터를 관통하는 것이 아니라 광촉매 필터의 측면을 따라 이동하는 형태로 제조되었다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 비교예
광원 파장 및 개수 365nm 2개 365nm 2개275nm 1개 365 nm 3개275 nm 2개 380nm 1개
평균 광량 30.1 mW/cm2 30.1 mW/cm2 24.5 mW/cm2 12.1 mW/cm2
광원-광촉매 필터 거리 20 mm 20 mm 20 mm 18-23 mm
유량 0.138 m3/min 0.138 m3/min 0.196 m3/min 0.004 m3/min
필터 종류 세라믹 세라믹 세라믹 금속 발포체
필터 크기 70x20x12mm 70x20x12mm 100x30x12mm 32x18x3mm
1) 탈취 실험 도 15a 및 도 15b는 표 1의 비교예 및 실시예들에 대해 트리메틸아민(trimethylamine)과 메틸머캡탄(methylmercaptan)의 시간에 따른 농도를 각각 나타낸 것이다. 트리메틸아민 및 메틸머캡탄은 대표적인 악취 유발 물질로서, 트리메틸아민 및 메틸머캡탄의 제거 효과가 높다는 의미는 탈취 및/또는 소취 효과가 매우 높다는 것을 의미한다.
도 15a 및 도 15b에 있어서, △는 실시예 1, ○는 실시예 2, ◇는 실시예 3, 및 □는 비교예의 그래프이다.
도 15a 및 도 15b에 있어서, 트리메틸아민 및 메틸머캡탄은 각각 최초 농도가 2.5ppm이었으며, 422L 부피의 챔버 내에서 실험이 수행되었다. 챔버 내의 온도는 섭씨 4 내지 7도 사이로 유지되었다.
도 15a에 있어서, 비교예의 경우 시간이 지나도 트리메틸아민의 제거효과가 매우 작다. 특히, 2시간이 소요된 시점에서 9.0%에 해당하는 트리메틸아민 만이 제거되었다.
그러나, 실시예 1 내지 3의 경우 시간이 지남에 따라 트리메틸아민의농도가 현저하게 감소하였다. 특히, 실시예 3의 경우 2시간 만에 약 79.1%의 트리메틸아민이 제거되었으며, 실시예 1 및 실시예 2도 각각 52.6 % 및 46.0%의 트리메틸아민이 제거되었다.
이를 통해, 광원의 파장 대역, 광원의 개수, 유량 등에 따라 트리메틸아민의 제거 효과가 일부 차이는 있으나, 실시예들이 전체적으로 현저한 트리메틸아민의 제거 효과를 나타내었다.
도 15b에 있어서, 비교예의 경우 시간이 지나도 메틸머캡탄의 제거효과가 매우 작다. 특히, 2시간이 소요된 시점에서 3.1%에 해당하는 트리메틸아민 만이 제거되었다.
그러나, 실시예 1 내지 3의 경우 시간이 지남에 따라 메틸머캡탄의 농도가 현저하게 감소하였다. 특히, 실시예 3의 경우 2시간 만에 약 64.1%의 메틸머캡탄이 제거되었으며, 실시예 1 및 실시예 2도 각각 42.7 % 및 40.9%의 메틸머캡탄이 제거되었다.
이를 통해, 광원의 파장 대역, 광원의 개수, 유량 등에 따라 메틸머캡탄의 제거 효과가 일부 차이는 있으나, 실시예들이 전체적으로 현저한 메틸머캡탄의 제거 효과를 나타내었다.
특히, 도 15a 및 도 15b의 실험 결과는 냉장고 내부의 온도와 실질적으로 동일한 온도에서 수행된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 냉장고의 탈취제로 사용될 수 있음을 보여준다.
2) 살균 실험1
도 16a 및 도 16b는 실시예 1의 유체 처리 장치를 이용하여 공기 중의 대장균(E. coli; Escherichia coli)과 황색포도상구균(S. aureus; Staphylococcus aureus)의 박테리아 비활성화 정도를 각각 나타낸 그래프이다. 도 16a 및 도 16b의 그래프는 로그 스케일로 도시되었다.
도 16a 및 도 16b에 있어서, 대장균의 초기 농도는 7.8X107 ~ 5.2X108 CFU/mL였으며, 황색포도상구균의 초기 농도는 2.3X109 ~ 2.5X109 CFU/mL였으며, 실험은 400L 부피의 아크릴 수지 챔버 내에서 수행되었다. 여기서, CFU는 집락형성단위(colony forming unit)을 의미한다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 시간이 지남에 따라 대장균 및 황색포도상구균이 매우 빠른 속도로 비활성화됨을 확인할 수 있다. 특히, 대장균의 경우, 60분 이내에 99.999% 이상이 비활성화되었으며, 황색포도상구균의 경우 60분 이내에 99% 이상이 비활성화되었다.
3) 살균 실험2
도 17a 및 도 17b는 실시예 2의 유체 처리 장치를 이용하여 공기 중의 대장균(E. coli)과 황색포도상구균(S. aureus)의 박테리아 비활성화 정도를 각각 나타낸 그래프이다. 도 17a 및 도 17b의 그래프는 로그 스케일로 도시되었다.
도 17a 및 도 17b에 있어서, 대장균의 초기 농도는 3.2X108 ~ 5.9X108 CFU/mL였으며, 황색포도상구균의 초기 농도는 1.1X109 ~ 2.4X109 CFU/mL였으며, 실험은 400L 부피의 아크릴 수지 챔버 내에서 수행되었다.
도 17a 및 도 17b를 참조하면, 시간이 지남에 따라 대장균 및 황색포도상구균이 매우 빠른 속도로 비활성화됨을 확인할 수 있다. 특히, 대장균의 경우, 40분 이내에 99.999% 이상이 비활성화되었으며, 황색포도상구균의 경우 60분 이내에 99% 이상이 비활성화되었다
4) 살균 실험3
도 18a 및 도 18b는 실시예 3의 유체 처리 장치를 이용하여 공기 중의 대장균(E. coli)과 황색포도상구균(S. aureus)의 박테리아 비활성화 정도를 각각 나타낸 그래프이다. 도 18a 및 도 18b의 그래프는 로그 스케일로 도시되었다.
도 18a 및 도 18b에 있어서, 대장균의 초기 농도는 8.5X107 ~ 4.4X108 CFU/mL였으며, 황색포도상구균의 초기 농도는 7.2X107 ~ 4.4X109 CFU/mL였으며, 실험은 400L 부피의 챔버 내에서 수행되었다.
도 18a 및 도 18b를 참조하면, 시간이 지남에 따라 대장균 및 황색포도상구균이 매우 빠른 속도로 비활성화됨을 확인할 수 있다. 특히, 대장균의 경우, 20분 이내에 99.99999% 이상이 비활성화되었으며, 황색포도상구균의 경우 60분 이내에 약 99.9% 가량이 비활성화되었다
(3) 실험예 3
도 19a 및 도 19b는 도 1의 유체 처리 장치를 이용하여 공기를 처리한 결과를 도시한 그래프로서, 시간에 따른 트리메틸아민과 메틸머캡탄의 농도를 각각 나타낸 것이다. X표로 표시된 부분은 유체 처리 장치를 이용하지 않은 상태에서의 트리메틸아민과 메틸머캡탄의 농도를 나타낸 것이다.
본 실험에 사용된 유체 처리 장치에서, 광원은 365nm 파장대역의 발광 소자 3개를 이용하였다. 광촉매 필터의 두께는 10mm였다. 도 19a 및 도 19b에 있어서, 트리메틸아민 및 메틸머캡탄은 각각 최초 농도가 2.5ppm이었으며, 422L 부피의 챔버 내에서 실험이 수행되었다. 챔버 내의 온도는 섭씨 4 내지 7도 사이로 유지되었다.
도 19a에 있어서, 본 발명의 유체 처리 장치를 이용하는 경우, 시간이 지남에 따라 트리메틸아민의 농도가 현저하게 감소하였다. 특히, 한 시간 경과 후 74.6%의 트리메틸아민이 제거되었으며, 2시간 후에는 80.7%에 이르는 트리메틸아민이 제거되었다.
도 19b를 참조하면, 한 시간 경과 후 약 58.2%의 메틸머캡탄이 제거되었으며, 2 시간 후에는 약65.2%의 메틸머캡탄이 제거되었다.
여기서, 도 19a 및 도 19b의 실험 결과는 냉장고 내부의 온도와 실질적으로 동일한 온도에서 수행된 것으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 냉장고의 탈취제로 사용될 수 있음을 보여준다.
상술한 실험예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 현저한 탈취 효과 및 살균 효과 등을 나타낸다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
본 발명은 물이나 공기를 처리하는 유체 처리 장치에 사용될 수 있다.

Claims (26)

  1. 유체를 처리하는 장치에 있어서,
    유입구, 본체, 및 유출구를 포함하는 하우징;
    상기 본체 내에 제공되며 광을 방출하는 광원부;
    상기 본체 내에 제공되며 상기 광원부의 적어도 일부를 둘러싸는 광촉매 필터; 및
    상기 광촉매 필터와 함께, 상기 본체 내부를 제1 영역과 제2 영역으로 분리하는 격벽을 포함하며,
    상기 유체는 상기 광촉매 필터를 관통하여 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역으로 이동하며, 상기 본체의 폭은 상기 유입구의 폭보다 큰 유체 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 본체의 폭은 상기 유출구의 폭보다 큰 유체 처리 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 외측에 제공된 유체 처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 유입구와 마주보는 제1 격벽과, 상기 유출구와 마주보며 상기 유체가 관통하는 적어도 하나의 개구부를 갖는 제2 격벽을 포함하는 유체 처리 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 적어도 일부는 상기 유입구에 대해 경사진 유체 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 격벽은 상기 유입구로부터 멀어질수록 폭이 넓어지는 유체 처리 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 본체의 적어도 일부는 상기 유입구로부터 멀어질수록 폭이 넓어지는 유체 처리 장치.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 격벽의 적어도 일부는 상기 유출구에 대해 경사진 유체 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 격벽은 상기 유출구로부터 멀어질수록 폭이 넓어지는 유체 처리 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 본체의 적어도 일부는 상기 유출구에 대해 경사진 유체 처리 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 본체의 적어도 일부는 상기 유출구와 가까워질수록 폭이 좁아지는 유체 처리 장치.
  12. 제4 항에 있어서,
    상기 개구부의 직경은 상기 유체의 속도에 따라 다르게 설정되는 유체 처리 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제2 격벽의 일부는 망상으로 제공되는 유체 처리 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 상기 제2 영역의 내측에 제공된 유체 처리 장치.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 광원부는 자외선 및 가시광선 중 적어도 하나의 파장 대역의 광을 출사하는 적어도 하나의 광원을 포함하는 유체 처리 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 광원부는 서로 다른 파장 대역의 자외선을 출사하는 적어도 두 개의 광원를 포함하는 유체 처리 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 광원부는 적어도 하나의 발광 소자를 포함하는 복수 개의 광원 유닛들을 포함하며, 상기 광원 유닛들은 서로 다른 방향을 따라 상기 광을 방출하는 유체 처리 장치.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 광촉매 필터는 단면 상에서 볼 때 닫힌 형상을 갖는 유체 처리 장치.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 광촉매 필터는 그 표면에 광촉매 재료가 코팅되며 소결된 복수 개의 비드들을 포함하며, 상기 소결된 비드들 사이에 배치된 포어(pore)를 갖는 유체 처리 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 포어의 크기는 상기 제1 영역으로부터 상기 제2 영역 방향으로 커지거나 작아지는 유체 저리 장치.
  21. 제19 항에 있어서,
    상기 포어의 크기는 상기 광촉매 필터의 연장 방향을 따라 커지거나 작아지는 유체 처리 장치.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 광촉매 필터는 상기 제1 영역에 접하는 제1 면 및 상기 제2 영역에 접하는 제2 면에 코팅된 코팅층을 가지며, 상기 제1 및 제2 면에 코팅된 코팅층은 서로 다른 두께를 갖는 유체 처리 장치.
  23. 제1 항에 있어서,
    상기 광원부와 상기 광촉매 필터 사이의 거리는 상기 광촉매 필터와 상기 하우징 사이의 거리와 다른 값을 갖는 유체 처리 장치.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 유출구 중 적어도 하나에 연결된 부가 필터를 더 포함하는 유체 처리 장치.
  25. 제1 항에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 유출구 중 적어도 하나에 연결되며 상기 유체를 상기 본체로 유입시키거나 상기 본체로부터 배출시키는 팬을 더 포함하는 유체 처리 장치.
  26. 제1 항에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 유출구 중 적어도 하나에 연결되며 상기 유체를 상기 본체로 유입시키거나 상기 본체로부터 배출시키는 펌프를 더 포함하는 유체 처리 장치.
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