KR101817223B1

KR101817223B1 - 환기 및 배기 기능을 갖는 공기 청정화 장치

Info

Publication number: KR101817223B1
Application number: KR1020170017446A
Authority: KR
Inventors: 정종수; 박은석; 김민수; 정현덕
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2017-02-08
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2037-02-08

Abstract

본 발명은, 실내 공기의 환배기 및 정화를 위한 공기 청정화 장치로서, 실내 공기를 흡입하여 1차 정화를 위한 제1 정화 모듈; 제1 정화 모듈에서 정화된 공기 중 일부를 흡입하여, 2차 정화를 실시하는 제2 정화 모듈; 제2 정화 모듈에서 정화된 공기를 실외로 배기하는 배기부; 및 제1 정화 모듈에서 정화된 공기의 나머지를 흡입하여 실내로 순환하는 환기부를 포함하는 공기 청정화 장치에 관한 것이다.

Description

환기 및 배기 기능을 갖는 공기 청정화 장치{AIR PURIFIER WITH VENTILATING AND EXHAUSTING FUNCTION}

본 발명은 환배기(환기 및 배기) 기능을 갖는 공기 청정화 장치에 관한 것으로, 구체적으로, 실내에서 발생된 공기 오염 물질을 1차로 정화하여 실내로 다시 환기하면서, 동시에 2차 정화를 실시하여 외부로 배기하는 기능을 갖는 공기 청정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기 청정기는 실내공기를 깨끗하게 정화하는 장치로서, 송풍팬을 구동하여 흡입되는 실내공기가 필터를 거치도록 하여 미세먼지 등을 걸러내고 정화된 공기를 다시 실내로 공급하는 공기순환과정을 통하여 실내공기를 정화한다.

그러나, 종래에는 다량의 오염 물질이 발생하는 직화구이 음식점 또는 흡연실 등에서 오염물질의 농도가 높은 경우, 다량의 오염 물질을 효과적으로 제거할 수 없는 문제점이 있고, 실내 순환은 물론 외부로 배출되는 배출 공기 중의 오염 물질의 농도가 충분히 떨어지지 않는 문제점이 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 특허문헌 1에 기재된 공기 청정기(1000)는 환기 운전부(1001)와 공기 청정 운전부(1002)를 통해, 실내의 공기를 정화하여 순환하는 형태를 지니고 있으나, 외부로 배출되는 배출 공기 중의 오염 물질의 농도에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 특허문헌 2에 기재된 공기 청정기(2000)는 제1 청정모듈(2001)과 제2 청정모듈(2002)을 통해 이중으로 공기를 정화하여 이를 토출구(2003)를 통해 실내로 다시 환기하는 방법이 기재되어 있으나, 특허문헌 2에 기재된 공기 청정기(2000) 역시 외부로 배출되는 배출 공기 중의 오염 물질의 농도에 대해서는 전혀 고려하고 있지 않다.

또한, 전술한 특허문헌 1에 기재된 공기 청정기(1000)와 특허문헌 2에 기재된 공기 청정기(2000)는, 실내 공기에 존재하는 가스상 오염 물질에 대한 적절한 처리 방법을 제공하지 못하는 실정이다.

한국특허공보 제0626432호 한국특허출원공개 제2016-0027900호

따라서, 본 발명은 전술한 종래의 공기 청정기의 문제점들을 해결하고, 유증기, 용제 등 실내에서 고농도, 다량으로 발생하는 공기 오염 물질을 처리하여, 실내의 공기질을 최적화하기 위한 효과적인 공기 청정기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 외부로 배출하는 배출 공기 중의 잔류 오염 물질의 농도를 환경 배출 기준치 이하로 처리하여 배출하는 동시에 실내에 순환되는 공기에도 공기 정화 장치를 도입하여 오염 물질의 순환 농도를 크게 낮출 수 있는 공기 청정기를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 나노 금속 산화물 촉매를 포함하는, 공기 청정용으로 매우 우수한 휘발성 유기 화합물 분해 활성을 나타내는 촉매 필터 공기청정화 모듈을 설치하여, 외부로 배출하는 배출 공기뿐만 아니라 실내 순환 공기의 정화 처리에도 효과적인 공기 청정기를 제공하고자 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 실내 공기의 환배기 및 정화를 위한 공기 청정화 장치로서, 실내 공기를 흡입하여 1차 정화를 위한 제1 정화 모듈; 제1 정화 모듈에서 정화된 공기 중 일부를 흡입하여, 2차 정화를 실시하는 제2 정화 모듈; 제2 정화 모듈에서 정화된 공기를 실외로 배기하는 배기부; 및 제1 정화 모듈에서 정화된 공기의 나머지를 흡입하여 실내로 순환하는 환기부를 포함하는 공기 청정화 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 정화 모듈은, 프리필터부, 미세 먼지와 입자상 오염물질을 필터링하는 집진부, 실내 공기의 오염 농도를 측정하는 제1 센서부, 제1 나노 촉매 산화부 및 제1 나노 촉매 산화부의 산화 분해력을 향상하기 위한 제1 오존부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 정화 모듈은, 제1 정화 모듈로부터 흡입된 공기의 오염 농도를 측정하는 제2 센서부, 제2 나노 촉매 산화부 및 제2 나노 촉매 산화부의 산화 분해력을 향상하기 위한 제2 오존부 및 흡착부를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제1 나노 촉매 산화부 및 제2 나노 촉매 산화부는, 나노미터 크기의 망간-티타니아 화합물 또는 바나디아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 흡착부는 제올라이트, 알루미나 계열 흡착제, 실리카 계열 흡착제, 또는 활성탄 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

본 발명은 외부로 배출하는 배출 공기 중의 잔류 오염 물질을 나노 촉매 산화부를 이용하여 환경 배출 기준치 이하로 처리하여 배출하는 동시에 실내에서 순환되는 공기 중의 오염 물질을 처리하여 환기할 수 있는 환기 및 배기 기능을 갖는 공기 청정화 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치의 환기 및 배기 순환의 순서를 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치의 분해 성능 평가를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치의 분해 성능 평가를 나타내는 그래프이다.
도 5는 종래의 공기 청정화 장치의 개략적인 모식도이다.
도 6은 다른 종래의 공기 청정화 장치의 개략적인 모식도이다.

이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명에 따른 공기 청정화 장치(1)에 대하여 설명하기로 한다.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)의 환기(C2) 및 배기(D) 순환의 순서를 개략적으로 나타낸 순서도이다.

도 1 및 도 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)는 실내 공기(A) 중의 미세먼지, 휘발성 유기오염물질, 입자상 오염물질, 유증기 등의 1차 정화(B)를 위한 제1 정화 모듈(10)과, 제1 정화 모듈(10)에서 처리된 공기 중 일부(B1)를 흡입하여 2차 정화(C1)를 실시하는 제2 정화 모듈(20), 제2 정화 모듈(20)에서 처리된 공기를 실외로 배기(D)하는 배기부(40) 및 제1 정화 모듈(10)에서 정화된 공기 중 나머지를 흡입하여 실내로 다시 순환(C2)시키는 환기부(30)로 구성된다.

따라서, 도 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)는 실내에서 공기를 흡입(S1)하고, 제1 정화 모듈(10)에서 제1 정화를 실시(S2)한 후, 정화된 공기의 일부(C2)를 다시 환기하기 때문에, 실내 공기(A) 중의 오염 물질의 농도를 반복적으로 낮춤으로써 효율적으로 정화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)는, 실외로 공기를 배기하는 경우, 제1 정화 모듈(10)에서 제1 정화를 실시(S2)한 후, 정화된 공기의 나머지 일부(C1)를 다시 제2 정화 모듈(20)을 통해 제2 정화를 실시(S3)하여 실외로 배출(S4)하기 때문에, 외부로 배출하는 배출 공기 중의 잔류 오염 물질의 농도를 현저히 낮추어 환경 기준치 이하로 배출할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)는 환기와 배기 기능을 동시에 가지면서도, 실내 공기 중에 존재하는 저농도 휘발성 유기 화합물(이하, VOC)을 효과적으로 분해할 수 있다.

구체적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 미세먼지, 휘발성 유기 오염 물질, 입자상 오염물질, 유증기의 처리를 위한 제1 정화 모듈(10)은, 실내 공기(A)를 흡입하여 프리필터부(11)에서 먼저 비교적 입자 크기가 큰 입자를 필터링할 수 있다.

다음으로, 집진부(13)에서는 전술한 프리필터부(11)에서 필터링되지 않은 입자, 즉, 미세 먼지와 비교적 입자 크기가 작은 입자상 오염 물질을 필터링할 수 있다.

다음으로, 제1 나노 촉매 산화부(15)에서 공기 중의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 제거할 수 있는데, 제1 나노 촉매 산화부(15) 이전에 제1 오존부(14)를 배치시켜, 제1 나노 촉매 산화부(15)의 산화 분해력을 향상할 수 있다. 즉, 제1 오존부(14)의 오존으로부터 생성된 활성 상태의 산소 원자(O*) 또는 활성화된 산소 분자에 의해 제1 나노 촉매 산화부(15)에서 휘발성 유기 화합물(VOC)을 효율적으로 분해할 수 있다.

한편, 프리필터부(11)와 집진부(13) 사이에 제1 센서부(12)를 배치시켜, 흡입되는 공기(A) 중의 오염 물질의 농도를 실시간으로 측정할 수 있으며, 측정된 오염 물질의 농도에 따라, 제1 오존부(14)에 공급되는 오존의 농도와 제1 나노 촉매 산화부(15)에 공급되는 나노 촉매 물질의 농도를 실시간으로 조절하여, 오염 물질의 분해를 효율적으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)에서 사용되는 나노 촉매 물질은, 바람직하게 나노미터 단위의 입자 크기를 갖는 망간-티타니아 화합물 또는 바나디아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 정화 모듈(10)에서 1차 정화된 공기의 일부(B2)는 환기부(30)를 통해 다시 실내로 환기(C2)되어 원래의 실내 공기(A)와 혼합됨으로써, 실내 공기 중의 오염 물질의 농도는 반복적으로 낮아진다.

다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)를 통해 실외로 공기가 배출되는 구성을 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 정화 모듈(10)에서 1차 정화된 공기의 다른 일부(B1)는 제2 정화 모듈(20)로 유입된다. 구체적으로, 제2 정화 모듈(20)은 제2 나노 촉매 산화부(25)에서 제1 정화 모듈(10)에서 분해되지 않고 잔류하는 공기 중의 휘발성 유기 화합물(VOC)을 다시 제거할 수 있다.

마찬가지로, 제2 나노 촉매 산화부(25) 이전에 제2 오존부(24)를 배치시켜, 제2 나노 촉매 산화부(25)의 산화 분해력을 향상할 수 있으며, 마찬가지로, 제2 나노 촉매 산화부(25)는 나노미터 단위의 입자 크기를 갖는 망간-티타니아 화합물 또는 바나디아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

또한, 제2 정화 모듈(20)에 공기(B1)가 유입되는 위치에 제2 센서부(22)를 배치시켜, 흡입되는 공기(B1) 중의 오염 물질의 농도를 실시간으로 측정하여, 제2 오존부(24)에 공급되는 오존의 농도와 제2 나노 촉매 산화부(25)에 공급되는 나노 촉매 물질의 농도를 실시간으로 조절할 수 있다.

또한, 제2 나노 촉매 산화부(25)에서 분해되지 않은 휘발성 유기 화합물(VOC)는, 제2 나노 촉매 산화부(25) 이후에 배치된 흡착부(26)에서 흡착될 수 있다. 이러한 흡착부(26)는 제올라이트, 알루미나 계열 흡착제, 실리카 계열 흡착제, 또는 활성탄 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 사용함으로써, 실외로 배출되는 휘발성 유기 화합물(VOC)를 효율적으로 제거할 수 있다.

따라서, 본래 실내의 공기(A) 중의 오염 물질의 농도보다 현저히 낮은 농도를 갖는 공기(D)가 배기부(40)를 통해 최종적으로 실외로 배출됨으로써, 배출되는 공기의 환경 기준치를 만족할 수 있다.

이하, 하기와 같은 실시예 1 및 실시예 2를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 공기 청정화 장치(1)의 효과를 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 1 및 실시예 2는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

1 m³ 소형 챔버를 이용하여 담배연기 성분 중 아세트 알데히드를 대상으로 분해효율 실험을 통해, 망간계 담지 나노촉매를 이용한 오염공기 중 VOCs의 효과적인 처리를 위한 성능평가를 수행하였다.

사용량, 처리 풍량, 처리 시간 등을 동일하게 하고 흡착부(26)는 활성탄을 이용하여, 성능평가 결과를 비교하기 위한 실험을 수행하였다. 특히, 담배연기 중 가장 높은 농도를 차지하고 있는 아세트알데히드를 대표적 오염물질로 대상을 선정하였다.

비교예 2에서는 활성탄만을 이용하여 아세트알데히드 성능평가를 수행한 결과, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응 시작 30분 후 제거효율 60%를 나타냈다.

반면, 본 발명의 담배연기 처리장치에 사용된 망간계 담지 나노촉매의 산화분해 효율은, 도 3에 도시된 바와 같이, 반응시작 30분후 80% 정도의 성능 수준을 나타내었다.

비교예 2도 아세트알데히드 물질에 대해 초기에는 흡착에 의한 제거성능을 상당히 우수한 결과를 보이지만, 대부분 일정 시간 흡착 후 나타나는 파괴 현상에 의해 담배연기 중 고휘발성 가스성분의 제거는 60% 수준에 머무르는 한계가 발견되었다.

결론적으로, 아세트알데히드를 기준으로 장치를 가동하지 않은 상태의 비교예 1에서는 거의 농도 저감 효과가 나타나지 않은 반면, 활성탄 필터를 적용한 비교예 2의 청정화장치의 경우 약 60% 정도의 저감효과가 나타났다.

이에 반하여, 본 발명의 실시예 1에서는 30분 이내 약 80% 수준의 저감 효과가 나타나는 우수한 효과를 발휘하였다.

[실시예 2]

실시예 1을 통해 확인한 망간계 담지 나노촉매를 다시 이용하여, 이를 적용한 처리장치의 담배연기 중 TVOCs 처리 성능의 검증을 위해 실제 규모 흡연실(70 m3)에서의 처리 성능을 평가하였다.

실험 시작 이전의 초기 TVOCs 농도는 120±50 ppb로, 처리 성능의 계산에는 이 값을 제외한다. 그 결과, 처리 장치 가동 후 30분후 60% 이상의 제거 성능을 나타냈으며, 미처리된 배오존 측정결과는 10 - 20 ppb 수준으로 실내 배출에도 안전한 수준으로 확인되었다.

결론적으로, 활성탄 필터 방식만을 사용하는 비교예 3 및 비교예 4의 공기청정기는 20분 후 약 60% 정도의 저감 효과만을 나타내었지만, 실시예 2에서는 20분 이내 80% 수준으로 저감 효과가 나타나는 우수한 효과를 발휘하였다.

전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 실내에서 다량, 고농도로 발생하는 미세먼지, 입자상 및 가스상 오염물질 제거 분해에 효과적인 나노 촉매를 적용함으로써, 환기 및 배기 겸용의 공기청정화 장치의 실용화가 가능하다.

1 공기 청정화 장치 10 제1 정화 모듈
11 프리필터부 12 제1 센서부
13 집진부 14 제1 오존부
15 제1 나노 촉매 산화부 20 제2 정화 모듈
22 제2 센서부 24 제2 오존부
25 제2 나노 촉매 산화부 26 흡착부
30 환기부 40 배기부
A 실내 공기 B, B1, B2 1차 처리 공기
C1 2차 처리 공기 C2 환기 공기
D 배기 공기

Claims

실내 공기의 환배기 및 정화를 위한 공기 청정화 장치로서,
상기 실내 공기를 흡입하여 1차 정화를 위한 제1 정화 모듈;
상기 제1 정화 모듈에서 정화된 공기 중 일부를 흡입하여, 2차 정화를 실시하는 제2 정화 모듈;
상기 제2 정화 모듈에서 정화된 공기를 실외로 배기하는 배기부; 및
상기 제1 정화 모듈에서 정화된 공기의 나머지를 흡입하여 실내로 순환하는 환기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 정화 모듈은, 프리필터부, 미세 먼지와 입자상 오염물질을 필터링하는 집진부, 상기 실내 공기의 오염 농도를 측정하는 제1 센서부, 제1 나노 촉매 산화부 및 상기 제1 나노 촉매 산화부의 산화 분해력을 향상하기 위한 제1 오존부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 정화 모듈은, 상기 제1 정화 모듈로부터 흡입된 공기의 오염 농도를 측정하는 제2 센서부, 제2 나노 촉매 산화부 및 상기 제2 나노 촉매 산화부의 산화 분해력을 향상하기 위한 제2 오존부 및 흡착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
나노 촉매 산화부는,
나노미터 크기의 망간-티타니아 화합물 또는 바나디아-티타니아 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 흡착부는 제올라이트, 알루미나 계열 흡착제, 실리카 계열 흡착제, 또는 활성탄 중에서 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 청정화 장치.