KR20170112383A - 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스에 관한 것으로, 출입문(40)이 구비된 부스(30);와, 상기 부스(30) 내에 설치되는 담배연기 정화장치(10);를 포함하여 구성되되,
상기 담배연기 정화장치(10)는, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);와, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 상기 부스(30) 내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1)에 관한 것이다.
상기 담배연기 정화장치(10)는, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);와, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 상기 부스(30) 내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1)에 관한 것이다.
Description
본 발명은 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스에 관한 것으로, 출입문(40)이 구비된 부스(30);와, 상기 부스(30) 내에 설치되는 담배연기 정화장치(10);를 포함하여 구성되되,
상기 담배연기 정화장치(10)는, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);와, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 상기 부스(30) 내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1)에 관한 것이다.
일반적으로 담배 연기를 한번들이 마실 때에 약 50cc의 연기가 폐속으로 들어가게 되는데 그중 일산화탄소 전량과 니코틴의 90%, 타르의 70%가 몸속으로 흡수된다. 또 니코틴과 타르 외에 담배에는 휘발성 유기 화합물을 포함한 약 4,000가지 정도의 화학적 성분이 포함되어 있다.
이중 니코틴은 무색, 유성 알카로이드 액체로 독성이 강한 중독성 물질이며, 담배를 처음 피우거나 너무 많이 필 때 느끼는 구토, 현기증, 두통 등은 이 니코틴으로 인하여 생기는 증상으로서 폐로 흡입한 담배연기 속의 니코틴이 뇌에 도달하려면 약 7초 정도 걸린다.
타르는 발암성 물질인데, 담배를 피우면 필터가 검게 되는 것이나 오랜 흡연자의 인지를 노랗게 물들이는 것이 바로 타르로써 200종 이상의 화합물로 되어 있으며 이것이 폐암을 일으킨다.
이 외에 담배연기에 함유된 성분으로 휘발성 유기 화합물에 속하는 벤젠, 에틸벤젠, 톨루엔, 벤조피렌, 자일렌 등이 함유되어 있으며, 특히 포름알데히드는 무색의 가연성 기체로 자극적인 냄새가 강하게 나고, 점막을 심하게 자극하며 대표적인 발암성 화합물로 알려져 있다.
현재 우리나라의 경우 강력한 금연정책에 힘입어 실외나 실내에 흡연부스가 설치가 급증하고 있지만, 검증되지 않은 날림 시설을 설치하고 유지관리를 소홀히 하면서 오히려 갈등을 조장하는 요소로 떠오르고 있다. 즉 우리나라의 흡연부스는, 실외의 경우 환풍 장치를 통해 외부로 배출하는 것이 전부이며, 실내용의 경우도 흡연부스에 덕트를 설치하여 외부로 배출하기 때문에 설치시 복잡함과 번거로움으로 인해 흡연부스의 설치를 기피하는 현상이 나타나고 있다.
또한, 아직까지 우리나라에는 전문적인 흡연부스 제작 업체가 없으며, 노점상 컨테이너를 제작하던 업체들이 업종 전환 형식으로 날림으로 ‘깡통’ 흡연부스를 제작하는 현실이다. 따라서 기본적인 환풍시설조차 갖추지 않아 내부 환기가 잘 이루어지지 않고, 분연기를 설치한 경우에도 정화 가능한 용량을 넘으면 연기를 제대로 거르지 못하는데 적정 사용인원을 제대로 표기한 흡연부스는 많지 않은 실정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 기존에는 하기 특허문헌 들과 같은 다수의 흡연 부스에 관한 발명들이 제안되어 왔으나, 단순히 외부로의 환기 또는 필터 등을 통한 정화 또는 집진에 에 그치는 구성에 불과한 것이라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 기존 발명의 문제점을 해결하여, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 정화된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 담배 연기의 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요되는 노력과 비용을 절감할 수 있는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
또한, 저온 플라즈마 반응을 이용하므로 공정 중 불필요한 온도 상승을 방지할 수 있는 것은 물론, 플라즈마 발생 시 생성되는 오존을 촉매와의 반응을 통해 완전히 분해하여 활성산소를 다량으로 발생시킴으로써 악취나 휘발성 유기 화합물 등 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스는, 출입문(40)이 구비된 부스(30);와, 상기 부스(30) 내에 설치되는 담배연기 정화장치(10);를 포함하여 구성되되,
상기 담배연기 정화장치(10)는, 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);와, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);와, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);와, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);와, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 상기 부스(30) 내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 부스(30) 내에 하나 이상 설치되며, 사용자의 출입 또는 담배 연기의 발생 중 어느 하나 이상을 감지하여 상기 담배연기 정화장치(10)를 작동시키는 감지 센서(50);와, 상기 부스(30) 내에 설치되며, 꽁초를 압착하여 소화함과 동시에 부피를 줄여 수거하는 꽁초 압착 소화 수집장치(20); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 꽁초 압착 소화 수집장치(20)는, 투하된 상기 꽁초를 안내하여 포집하는 깔대기(21);와, 서로 연동하여 회전 구동하며, 상기 깔대기(21)를 통하여 포집된 상기 꽁초를 아래 방향으로 압착하여 인입시키며 소화하는 한 쌍의 압착 소화 구동 롤러(23); 와, 상기 압착 소화 구동 롤러(23)의 하측에 설치되며, 상기 압착 소화 구동 롤러(23)를 통하여 압착 소화된 상기 꽁초를 수집하는 꽁초 수집함(24); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 흡입 송풍기(110)는 상기 부스(30)의 상측에 설치되고, 상기 배출송풍기(500)는 상기 부스(30)의 내벽을 따라 정화된 공기가 유도될 수 있도록 배출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)는, 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220);와, 상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240);을 포함하여 구성되되, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 순차적으로 교차 배열되어 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240) 사이의 공간으로 공기가 흘러지나갈 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하고, 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 각각 절연판(232) 상에 부착된 금속 전극판(231) 상에 코팅 절연층(233)이 형성되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하는 경우, 악취나 휘발성 유기 화합물을 완전히 분해/제거한 다음 정화된 공기를 내부 배출하는 것이 가능하므로, 덕트 등 공조 시설이 필요 없이도 담배 연기의 정화가 가능한 것은 물론, 덕트 등의 공조 시설의 설치에 소요되는 노력과 비용을 절감할 수 있는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 저온 플라즈마 반응을 이용하므로 공정 중 불필요한 온도 상승을 방지할 수 있는 것은 물론, 플라즈마 발생 시 생성되는 오존을 촉매와의 반응을 통해 완전히 분해하여 활성산소를 다량으로 발생시킴으로써 악취나 휘발성 유기 화합물 등 오염 물질을 효율적으로 제거할 수 있는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스를 제공하는 것이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 흠기와 정화된 공기의 배기가 흡연 부스 내에서 일종의 싸이클론 기류를 형성하므로, 출입문의 개방 등에 의한 외부로의 담배 연기의 유출을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
한편, 꽁초를 압착하여 소화한 후 수집하는 것이 가능하므로, 화재의 위험성을 미연에 방지할 수 있는 것은 물론, 부피가 줄어든 꽁초를 수집하므로 공간 활용의 효율이 높아진다는 장점이 있다.
도 1: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 외관 사시도.
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치 및 꽁초 압착 소화 수집장치의 외관 사시도.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치의 구성 모식도.
도 4: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치의 저온 플라즈마 반응기의 구성 모식도.
도 5: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치의 저온 플라즈마 반응기의 전극판 일부 단면도
도 6: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 꽁초 압착 소화 수집장치의 구조 모식도.
도 7: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스 내의 공기 순환 흐름을 나타내는 모식도.
도 8: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 미세 먼지 저감 효과를 나타내는 그래프
도 9: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 초미세 먼지 저감 효과를 나타내는 그래프
도 2: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치 및 꽁초 압착 소화 수집장치의 외관 사시도.
도 3: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치의 구성 모식도.
도 4: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치의 저온 플라즈마 반응기의 구성 모식도.
도 5: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 담배연기 정화 장치의 저온 플라즈마 반응기의 전극판 일부 단면도
도 6: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 꽁초 압착 소화 수집장치의 구조 모식도.
도 7: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스 내의 공기 순환 흐름을 나타내는 모식도.
도 8: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 미세 먼지 저감 효과를 나타내는 그래프
도 9: 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스의 초미세 먼지 저감 효과를 나타내는 그래프
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트리스 공기정화장치를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(10)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 출입문(40)이 구비된 부스(30)와, 상기 부스(30) 내에 설치되는 담배연기 정화장치(10)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 담배연기 정화장치(10)에 관하여 설명한다. 상기 담배연기 정화장치(10)는 도 3에 나타낸 것과 같이 크게, 전처리 필터(100), 저온 플라즈마 반응기(200), 금속 산화물 촉매 챔버(300), 흡착 제거 필터(400) 배출송풍기(500); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
전처리 필터(100)에 관하여 설명한다. 상기 전처리 필터(100)는 도 3에 나타낸 것과 같이 담배 연기에서 발생하는 휘발성 유기 화합물이 포함된 오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 기능을 가진다. 즉, 크기가 큰 분진 등을 물리적으로 먼저 집진하여, 그 이후의 정화 및 분해 단계의 효율을 높이도록 한다. 이 경우, 상기 전처리 필터(100)를 구현하는 실시예로는 다양한 실시예가 가능하며, 그 일실시예로 상기 전처리 필터(100)는 미디움 필터(medium filter)로 구성되는 것이 가능하다.
다음으로, 저온 플라즈마 반응기(200)에 관하여 설명한다. 상기 저온 플라즈마 반응기(200)는 도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해한다.
이 경우, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)는 도 4에 나타낸 것과 같이, 전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220)와, 상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 도 2에 나타낸 것과 같이 순차적으로 교차 배열되어, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240) 사이의 공간으로 공기가 흘러 지나갈 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 통상적으로 3단 내지 10단 가량 교차 배열되도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 상기 승압장치(220)는 10~20㎸ 범위의 고전압으로 승압시키도록 하는 것이 바람직하다.
상기한 구성과 기능의 상기 저온 플라즈마 반응기(200)에 의하여, 공기 중의 산소 분자가 강한 활성을 가지는 산소 원자로 해리되거나 오존으로 변환되어, 담배 연기 중에 포함된 휘발성 유기물질을 강력하고 효과적으로 분해하게 된다.
한편, 작동 중 발생할 수 있는 전극에의 오염 물질 침착 또는 스파크 발생에 에 따른 부식이나 손상 등을 방지하고 용이한 유지/보수를 가능하게 하기 위하여, 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 도 5에 나타낸 것과 같이, 각각 절연판(232) 상에 부착된 금속 전극판(231) 상에 코팅 절연층(233)이 형성되어 구성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 절연판(232)은 강화유리 또는 세라믹판으로 구성되는 것이 바람직하며, 상기 코팅 절연층(233)은 에폭시 수지로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 승압장치(220)로부터 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)에 공급되는 전원은 앞서 설명한 것과 같이 10~20㎸ 범위의 고전압 인 것이 특징이다. 따라서, 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 각각의 전원선 사이가 근접하게 설치되는 경우, 스파크가 발생하여 전원선이 손상되어 누전이 발생할 위험이 극히 높다. 따라서, 이를 방지하기 위하여 상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는 도 4에 나타낸 것과 같이, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의하여 고압 전원선은 1개만 사용하는 것이 가능하며 스파크 발생을 미연에 방지할 수 있다.
다음으로, 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 관하여 설명한다. 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해한다.
이 경우, 오존을 분해하기 위한 촉매로는 백금, Cr 산화물, Al 산화물, Co 산화물, Cu 산화물, Mn 산화물, 금속 Pd 또는 Pd 화합물 등을 들 수 있으며, 그 중에서 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 금속 산화물 촉매로는 MnO2, NiO, CoO, Fe2O3, V2O5, AgO2 등이 있다. 또한, 단일금속 산화물뿐만 아니라 여러 금속산화물의 혼합물을 사용할 수도 있다. 예컨데 MnO2-CuO, MnO2-AgO2, NiO-CoO-AgO2 등의 형태로 사용할 수 있다.
상기 반응 활성종은 오존의 분해 시에 사용되는 다양한 활성종을 포함한다. 예컨데, O(1D), O(3P), OH* 활성종을 들 수 있다.
한편, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 금속 산화물 촉매와 통과하는 공기와의 접촉 면적을 증대시키기 위하여, 상기 금속 산화물 촉매를 메쉬(mesh) 형태로 가공하여 구성되는 것이 바람직하다. 또는, 상기 금속 산화물 촉매를 캐비티(cavity)가 서로 연통되는 형상으로 형성된 다공성 재질(예를 들어 다공성 세라믹)에 상기 금속 산화물 촉매를 함침하는 방법으로, 공기가 통과하는 상기 다공성 재질의 서로 연통되어 있는 상기 캐비티(cavity) 표면에 상기 금속 산화물 촉매가 코팅되도록 하는 것이 바람직하다.
이와 같은 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 의하여, 아래의 화학식 1과 같이 전단계의 저온 플라즈마 반응기(200)에서 발생된 오존 중 분해 반응에 미처 사용되지 못하고 남겨진 잔여 오존(배오존)을 분해하는 반응도 함께 일어난다. 이 경우, 하기 화학식 1은 망간 산화물 촉매를 사용하는 경우를 예시로 표현하였다.
[화학식 1]
MO2 + O3 → MO2 + O* +O2
따라서, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)는 전단계의 저온 플라즈마 반응기(200)에서 미쳐 분해되지 못한 잔여 휘발성 유기 화합물을 추가로 분해하여 완벽에 가깝게 제거하는 것은 물론, 배오존을 분해하여 정화가 완료되어 배출되는 공기 중의 오존 농도를 극히 낮게 감소하는 기능을 동시에 수행한다.
이때, 금속산화물 촉매의 부피(금속산화물 촉매 사용 양)는 처리풍량(유량)에 대해 공간속도가 10,000~20,000(hr-1 )사이가 되도록 정하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 공간 속도는 다음의 수학식 1에 따라 정의된 수 있다.
한편, 상기 저온 플라즈마 반응기(200)와 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300) 사이에는 도 3에 나타낸 것과 같이 금속망 필터(310)가 더 설치되도록 하여, 오존이나 미반응 휘발성 유기 화합물을 비롯한 유해가스가 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)에 균일하게 접촉하도록 하여 반응효율을 높이도록 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 흡착 제거 필터(400)에 관하여 설명한다. 상기 흡착 제거 필터(400)는 도 3에 나타낸 것과 같이, 상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물, 배오존 또는 상기 휘발성 유기 화합물의 분해 과정에서 부산물로생성되는 일산화탄소를 흡착 제거한다.
이 경우, 상기 흡착 제거 필터(400)는 활성탄 필터(410)를 포함하여 구성되는 것이 가능하다.
또한, 상기 흡착 제거 필터(400)는 헤파 필터(420)를 더 포함하여 구성되는 것이 가능하며, 상기 헤파 필터(420)는 0.3㎛ 이상의 미세한 입자들을 99.97% 이상 제거한 다음, 정화 처리된 청정한 공기를 실내 배출한다
상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기는, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 실내로 배출하는 배출송풍기(500)를 통하여 배출된다.
한편, 상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기에 음이온을 발생시켜 공급하는 음이온 발생기(600)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 상기 음이온 발생기(600)는 2000~10000개/㎤의 음이온이 함유된 공기를 배출되도록 하는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 자동으로 사용자의 출입 또는 담배 연기의 발생을 감지하여 작동한느 것이 가능하도록, 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1)는 도 1에 나타낸 것과 같이, 상기 부스(30) 내에 하나 이상 설치되며, 사용자의 출입 또는 담배 연기의 발생 중 어느 하나 이상을 감지하여 상기 담배연기 정화장치(10)를 작동시키는 감지 센서(50)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 부스 내에서 꺼지지 않은 꽁초에 의한 화재 위험성을 미연에 방지할 수 있는 것은 물론, 부피가 줄어든 꽁초를 수집하여 공간 활용의 효율을 높일 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 의한 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1)는 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이 상기 부스(30) 내에 설치되며, 꽁초를 압착하여 소화함과 동시에 부피를 줄여 수거하는 꽁초 압착 소화 수집장치(20)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 꽁초 압착 소화 수집장치(20)는 도 6에 나타낸 것과 같이, 투하된 상기 꽁초를 안내하여 포집하는 깔대기(21)와, 서로 연동하여 회전 구동하며, 상기 깔대기(21)를 통하여 포집된 상기 꽁초를 아래 방향으로 압착하여 인입시키며 소화하는 한 쌍의 압착 소화 구동 롤러(23)와, 상기 압착 소화 구동 롤러(23)의 하측에 설치되며, 상기 압착 소화 구동 롤러(23)를 통하여 압착 소화된 상기 꽁초를 수집하는 꽁초 수집함(24)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 흠기와 정화된 공기의 배기가 흡연 부스 내에서 일종의 싸이클론 기류를 형성하므로, 출입문의 개방 등에 의한 외부로의 담배 연기의 유출을 방지할 수 있도록 하기 위하여 도 7에 나타낸 것과 같이, 상기 흡입 송풍기(110)는 상기 부스(30)의 상측에 설치되고, 상기 배출송풍기(500)는 상기 부스(30)의 내벽을 따라 정화된 공기가 유도될 수 있도록 배출하는 것이 바람직하다.
<실시예>
본 실시예에서는, 휘발성 유기 화합물의 제거 효율 및 오존 농도에 관하여 서울 대학교 실내환경분석센터에서 성능 시험을 수행하였다.
상기 저온플라즈마 반응기(200)에서 인가전압은 15KV로 하였으며, 풍량은 3m3/min 그리고 공간속도는 13,000hr- 1으로 하여 휘발성 유기화합물의 분해제거 성능시험을 실시하였다.
시험 방법으로 흡연 시작후 초기 5분간은 담배연기정화장치(10)를 작동하지 않았으며, 이후 5분 후부터 담배연기정화장치(10)를 작동하였다.
① 미세먼지 및 초미세먼지 제거 효율
도 8에서 보는 바와 같이, 담배연기정화장치 가동 전(빨간색 그래프)의 경우 초기 5분 동안은 팬을 가동하지 않은 관계로 흡연 후 5분 만에 미세먼지(PM 10)의 농도가 940㎍/㎥ 정도로 상당히 증가하였으나, 5분 후 팬을 가동하고 나서는 미세먼지의 농도가 1분(6분 경)만에 260㎍/㎥, 2분(7분 경)후에는 100㎍/㎥ 정도로 급격히 감소하고, 이후에는 시간이 경과함에 따라 미세먼지(PM 10)의 농도가 지속적으로 감소하여 10분 후부터는 실내의 미세먼지 농도가 80㎍/㎥ 정도로 안정적으로 나타나고 있다.
한편, 담배연기정화장치 가동후(파란색 그래프)의 경우는 시간에 관계없이 미세먼지(PM 10)의 농도가 65㎍/㎥ 정도로 안정적으로 나타나, 흡연부스내 집진 팬에 의해 미세먼지가 효과적으로 포집되고 또 담배연기정화장치에 의해서도 미세먼지가 효과적으로 제거되고 있음을 알 수 있다.
초미세먼지(PM 2.5)의 경우도 도 9에서 보는 바와 같이, 담배연기정화장치 가동 전(빨간색 그래프)에는 초기 5분 동안은 팬을 가동하지 않은 관계로 흡연 후 5분 만에 초미세먼지(PM 2.5)의 농도가 750㎍/㎥ 정도로 상당히 증가하였으나, 5분 후 팬을 가동하고 나서는 초미세먼지의 농도가 1분(6분 경)만에 170㎍/㎥, 2분(7분 경)후에는 80㎍/㎥ 정도로 급격히 감소하고, 이후에는 시간이 경과함에 따라 초미세먼지(PM 2.5)의 농도가 지속적으로 감소하여 10분 후부터는 실내의 초미세먼지 농도가 68㎍/㎥ 정도로 안정적으로 나타나고 있다.
한편, 담배연기정화장치 가동후(파란색 그래프)의 경우는 시간에 관계없이 초미세먼지(PM 2.5)의 농도가 55㎍/㎥ 정도로 안정적으로 나타나, 흡연부스내 집진 팬에 의해 초미세먼지가 효과적으로 포집되고 또 담배연기정화장치에 의해서도 초미세먼지가 효과적으로 제거되고 있음을 알 수 있다.
따라서 담배연기정화장치 가동 전 및 가동 후 모두 미세먼지(PM 10)나 초미세먼지(PM 2.5) 농도는 다중이용시설 실내공기질 기준치 이내에 있음 알 수 있다.
(다중이용시설 실내공기질 유지기준
미세먼지(PM 10) : 150㎍/㎥ 이하, 초미세먼지(PM 2.5) : 70㎍/㎥ 이하)
② 질소산화물 제거 효율
질소산화물은 담배연기정화장치 가동전이나 담배연기정화장치 가동후 모두 실내 기준치(0.05ppm) 이내에 있다. 즉, 일산화질소(NO)의 경우 가동전 0.01ppm에서 담배연기정화장치 가동후 0ppm으로 감소하였으며, 이산화질소(NO2)도 0.03ppm에서 담배연기정화장치 가동후 0.01ppm으로 감소하였다. 따라서 질소산화물도 담배연기정화장치에 의해 매우 효과적으로 제거될 수 있음을 알 수 있다.
③ 휘발성 유기 화합물 및 포름알데히드 제거 효율
먼저 휘발성 유기 화합물의 경우, 담배연기정화장치 가동 전 총 휘발성 유기 화합물(Total VOC)의 농도는 1048.9㎍/㎥ 이었으나, 가동 후에는 242.7㎍/㎥ 정도로 감소하여 실내기준치인 500㎍/㎥ 이내에 있다. 이와 함께, 휘발성 유기 화합물중 5대 휘발성 유기 화합물에 속하는 에틸벤젠은 12.8㎍/㎥에서 8.6㎍/㎥으로 그리고 자일렌은 23.7㎍/㎥에서 9.5㎍/㎥ 정도로 감소하고 있어, 담배연기정화장치의 제거 성능이 효과적으로 나타나고 있음을 알 수 있다. 또한 포름알데히드의 농도는 담배연기정화장치 가동 전 139.1㎍/㎥ 정도로 나타났으나, 가동 후에는 6.5㎍/㎥ 정도로 상당량 감소하는 것으로 나타나고 있으며, 실내기준치보다 휠씬 적은 수치를 보이고 있다.
측정위치 | 측정항목(㎍/㎥) | |||
T.VOC | 에틸벤젠 | 자일렌 | 포름알데히드 | |
가동 전 | 1048.9 | 12.8 | 23.7 | 139.1 |
가동 후 | 242.7 | 8.6 | 9.5 | 6.5 |
총 휘발성 유기 화합물(Total VOC) 실내 기준치 : 500㎍/㎥ 이하 톨루엔 실내기준치 : 1,000㎍/㎥이하, 벤젠 실내기준치 : 30㎍/㎥ 이하
에틸벤젠 실내기준치 : 360㎍/㎥ 이하,자일렌 실내기준치 : 700㎍/㎥ 이하
④ 오존 농도(오존 제거 효율)
담배연기정화장치의 저온플라즈마 반응기에서 생성된 초기 오존 농도와 담배연기정화장치의 금속산화물 촉매를 거친 후 오존(배오존) 농도를 측정하였다. 저온플라즈마 반응기에서 생성된 초기 오존 농도는 약 40ppm 정도인 반면, 금속산화물 촉매에서 반응후 휘발성 유기 화합물이나 포름알데히드 , 질소산화물 등을 분해 처리한 다음, 최종 배출되는 공기 중 오존 농도는 약 0.015ppm 정도로 나타나 99.96%의 오존 제거효율을 보이고 있으며, 이는 한국과 미국 오존농도허용치 이내에 있다. (한국 오존농도허용치 : 1시간 평균 0.1ppm, 8시간 평균 0.06ppm/ 미국 오존농도허용치 : 8시간 또는 주 40시간 0.1ppm, 15분 0.3ppm)
도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1: 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스
10: 담배연기 정화장치
20: 꽁초 압착 소화 수집장치
21: 깔대기 22: 꽁초 감지 센서
23: 압착 소화 구동 롤러 24: 꽁초 수집함
30: 부스
40: 출입문
50: 감지 센서
100: 전처리 필터
110: 흡입 송풍기
200: 저온 플라즈마 반응기
210: 전원부 220: 승압장치
230: 제 1 극판
231: 금속 전극판 232: 절연판
233: 코팅 절연층
240: 제 2 극판
300: 금속 산화물 촉매 챔버
310: 금속망 필터
400: 흡착 제거 필터
410: 활성탄필터
420: 헤파 필터
500: 배출 송풍기
600: 음이온 발생기
700: 하우징
10: 담배연기 정화장치
20: 꽁초 압착 소화 수집장치
21: 깔대기 22: 꽁초 감지 센서
23: 압착 소화 구동 롤러 24: 꽁초 수집함
30: 부스
40: 출입문
50: 감지 센서
100: 전처리 필터
110: 흡입 송풍기
200: 저온 플라즈마 반응기
210: 전원부 220: 승압장치
230: 제 1 극판
231: 금속 전극판 232: 절연판
233: 코팅 절연층
240: 제 2 극판
300: 금속 산화물 촉매 챔버
310: 금속망 필터
400: 흡착 제거 필터
410: 활성탄필터
420: 헤파 필터
500: 배출 송풍기
600: 음이온 발생기
700: 하우징
Claims (5)
- 출입문(40)이 구비된 부스(30);
상기 부스(30) 내에 설치되는 담배연기 정화장치(10);를 포함하여 구성되되,
상기 담배연기 정화장치(10)는,
오염된 공기를 흡입 송풍기(110)를 통하여 흡입한 후 사전 필터링하는 전처리 필터(100);
상기 전처리 필터(100)를 통과한 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물을 상온에서 플라즈마를 발생시켜 생성한 오존을 이용하여 분해하는 저온 플라즈마 반응기(200);
상기 저온 플라즈마 반응기(200)를 통과한 공기 속에 포함된 오존을 금속 산화물 촉매를 이용하여 반응 활성종으로 분해한 후, 상기 반응 활성종을 이용하여 상기 휘발성 유기 화합물을 분해하는 금속 산화물 촉매 챔버(300);
상기 금속 산화물 촉매 챔버(300)를 통과한 공기 중의 오염물 또는 배오존을 흡착 제거하는 흡착 제거 필터(400);
상기 흡착 제거 필터(400)를 통과한 공기를 상기 부스(30) 내로 배출하는 배출송풍기(500); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1). - 청구항 제 1항에 있어서,
상기 부스(30) 내에 하나 이상 설치되며, 사용자의 출입 또는 담배 연기의 발생 중 어느 하나 이상을 감지하여 상기 담배연기 정화장치(10)를 작동시키는 감지 센서(50);
상기 부스(30) 내에 설치되며, 꽁초를 압착하여 소화함과 동시에 부피를 줄여 수거하는 꽁초 압착 소화 수집장치(20); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1).
- 청구항 제 2항에 있어서,
상기 꽁초 압착 소화 수집장치(20)는,
투하된 상기 꽁초를 안내하여 포집하는 깔대기(21);
서로 연동하여 회전 구동하며, 상기 깔대기(21)를 통하여 포집된 상기 꽁초를 아래 방향으로 압착하여 인입시키며 소화하는 한 쌍의 압착 소화 구동 롤러(23);
상기 압착 소화 구동 롤러(23)의 하측에 설치되며, 상기 압착 소화 구동 롤러(23)를 통하여 압착 소화된 상기 꽁초를 수집하는 꽁초 수집함(24); 을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1).
- 청구항 제 4항에 있어서,
상기 흡입 송풍기(110)는 상기 부스(30)의 상측에 설치되고,
상기 배출송풍기(500)는 상기 부스(30)의 내벽을 따라 정화된 공기가 유도될 수 있도록 배출하는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1).
- 청구항 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 저온 플라즈마 반응기(200)는,
전원부(210)에서 공급된 전원의 전압을 승압하는 승압장치(220);
상기 승압장치(220) 에서 승압된 전원이 각각 인가되는 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240);을 포함하여 구성되되,
상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 순차적으로 교차 배열되어 상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240) 사이의 공간으로 공기가 흘러지나갈 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하고,
상기 승압장치(220)에서 상기 제 1 극판(230) 또는 상기 제 2 극판(240)에 전원을 공급하는 전원선 중 어느 하나는, 접지를 통하여 통전되도록 하는 것을 특징으로 하며,
상기 제 1 극판(230) 및 제 2 극판(240)은 각각 절연판(232) 상에 부착된 금속 전극판(231) 상에 코팅 절연층(233)이 형성되어 구성되는 것을 특징으로 하는 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스(1).
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KR1020160039382A KR20170112383A (ko) | 2016-03-31 | 2016-03-31 | 저온플라스마 반응 및 금속 촉매를 이용한 담배연기 정화장치를 구비하는 흡연 부스 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20190084166A (ko) * | 2017-12-21 | 2019-07-16 | 동명대학교산학협력단 | IoT 기반의 담배연기 제연기 |
KR20190095572A (ko) * | 2018-01-19 | 2019-08-16 | 동명대학교산학협력단 | IoT 기반의 담배연기 제연 방법 |
KR20200035518A (ko) | 2018-09-27 | 2020-04-06 | 정순교 | 태양 에너지를 이용한 자체 정화 흡연 부스 |
KR20200129348A (ko) * | 2019-05-08 | 2020-11-18 | 최선미 | 흡연부스 및 그 운영방법 |
KR20200140666A (ko) | 2019-06-08 | 2020-12-16 | 정우남 | 오존을 이용한 공기 정화 시스템 |
KR20220011041A (ko) * | 2020-07-20 | 2022-01-27 | 한남대학교 산학협력단 | 간접흡연을 방지할 수 있는 개방형 흡연부스 |
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2016
- 2016-03-31 KR KR1020160039382A patent/KR20170112383A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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