KR20190068029A - 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템 - Google Patents

실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실내외부 공기의 열교환장치, 내외부 공기에 함유된 미세먼지제거필터, 산소발생 및 이산화탄소 제거를 위한 압력전환흡착장치, 유해가스정화를 위한 광전자촉매장치를 포함하여 구성되어 실내 실내공기의 산소 및 이산화탄소 농도 조절, 미세먼지 및 유해가스를 제거하여 실내 공기를 항상 쾌적하도록 유지할 수 있는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템에 관한 것이다.

Description

실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템{Air filtering and air conditioning systems for air quality improvement in interior}
본 발명은 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 실내외부 공기의 열교환장치, 내외부 공기에 함유된 미세먼지제거필터, 산소발생 및 이산화탄소 제거를 위한 압력전환흡착장치, 유해가스정화를 위한 광전자촉매장치를 포함하여 구성되어 실내공기의 산소 및 이산화탄소 농도 조절, 미세먼지 및 유해가스를 제거하여 실내 공기를 항상 쾌적하도록 유지할 수 있는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 아파트와 같은 주거용 건물이나 사무용 고층건물 등에는 실내의 환기를 위하여 공조시스템이 설치되어 사용되고 있으며, 쾌적한 실내 공기를 유지하기 위하여 주기적으로 실내 공기와 외부 공기의 환기가 이루어지도록 하여 실내의 오염된 공기를 건물 바깥으로 배기하도록 하고 있다.
특히, 지하역사, 지하도상가, 공항터미널, 대합실 및 대형건물 내의 공기 중에 존재하는 먼지, PM10, CO2, HCHO, 총부유세균, CO, NO2, TVOCs 및 오존 등을 먼지 제거용 필터, 오존발생기, 접촉면적증대촉매 및 오존분해촉매를 내장한 필터를 이용하여 지하공기 중의 인체 유해한 가스 및 세균을 신속하고 효율적으로 분해 제거하여 지하공기를 정화하는 기술이 개발되어 사용되고 있으나, 주로 오존발생기로 오존을 발생시켜 분해 제거하기 때문에 오존의 사용량이 비교적 많아서 상기의 가스 및 세균을 분해하기 위하여 사용한 오존이 다량 잔존함으로 인체 유해한 오존에 의한 이차 오염이 발생하는 문제점이 있어 사용되지 못하고 있다.
뿐만 아니라, 일반적인 대기 중 이산화탄소 농도는 약 400ppm이나, 실내의 경우 그 농도가 급격히 증가할 수 있는데, 가령 700ppm의 이산화탄소 농도 환경은 장시간 머물러도 건강상의 문제가 없는 수준이나, 1,000ppm의 이산화탄소 농도 분위기에서 사람들은 불쾌감을 느끼기 시작하며, 2,000ppm 이상에서 인체는 졸음, 두통, 현기증 등의 피로현상을 느끼게 되므로 따라서 실내 공기에 이산화탄소 농도를 최대 1,000ppm 이하로 유지할 필요가 있다.
종래 개발된 실내 공기질 개선을 위한 기술들을 살펴 보면, 한국등록특허 10-0526300(2005년10월28일)에 전열교환기와, 중간에 상기 전열교환기가 설치되고 실외공기흡입부, 실내공기급기부, 실내공기흡기부, 및 실내공기배기부가 설치된 환기유닛본체와, 상기 환기유닛본체의 실외공기흡입부내에 설치되는 공기청정유닛을 포함하고, 상기 공기청정유닛은 방전부, 집진부, 촉매부가 직렬설치되며, 상기 방전부는 평판형 전극이 다단으로 적층되며 각 전극에는 교류전원이 인가되고, 방전부의 전극폭은 약 1 ±0.2mm이고 전극과 전극사이의 간격은 반드시 4 ±1mm이고, 상기 집진부는 다수의 집진판이 적층되고 직류전원이 인가되고, 상기 집진부의 상기 집진판은 서로 10 ±2mm 로 이격배치되고, 촉매부는 광촉매 필터와 UV램프가 교대로 배열배치된 것을 특징으로 하는 전기집진형 실내환기장치가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-0668988(2007년01월09일)에 지하역사, 지하도상가, 공항터미널, 대합실 및 대형건물 내의 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 먼지, 다양한 종류의 인체 유해한 가스 및 세균을 분해 및 여과 처리하여 공기를 정화하는 지하 및 실내공기 정화장치에 있어서, 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 먼지, 다양한 종류의 유해가스 및 세균을 장치내부로 흡입하는 흡입 팬과, 상기 흡입 팬에 의하여 유입된 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 먼지를 제거하기 위한 먼지제거필터와, 상기 흡입 팬에 의하여 유입된 공기 중에 존재하는 다양한 종류의 인체 유해한 가스들을 오존과 접촉 반응시켜 제거하기 위하여 오존발생기에서 발생된 오존을 장치 내부로 분사시켜 주입하는 수단과, 상기 주입된 오존과 공기 중에 존재하는 다양한 종류의 인체 유해한 가스들과 최대한 많은 접촉을 유도하고 접촉시간을 늘여 신속한 분해를 유도하는 접촉면적증대촉매를 내장한 필터와, 상기 접촉면적증대촉매를 내장한 필터를 통과한 공기 중에 잔존하는 오존을 분해 제거하기 위한 오존분해촉매를 내장한 필터와, 지하 및 실내공기를 효율적으로 신속하게 정화하기 위하여 시설물 내에 설치된 공조시스템과 신호를 주고받으면서 연동할 수 있는 수단을 구비한 지하 및 실내공기정화장치가 공지되어 있다.
한국등록특허 10-1295796(2013년08월06일)에 실내의 흡기 덕트에 마련되어 이산화탄소와 산소의 농도를 검출하기 위한 센서부와; 상기 흡기 덕트와 연결되는 본체 내에 마련되어 이산화탄소 및 악취를 흡착하기 위해 서로 나란하게 배치된 다수의 라임 슬러리부재들 사이에 적어도 각 라임 슬러리부재의 두께 보다는 작은 간격을 갖도록 공기유로가 형성되는 하이브리드형 흡착모듈과; 상기 본체 내에 마련되어 산소를 발생시키기 위한 산소발생기와; 상기 하이브리드형 흡착모듈을 통과하는 공기의 흐름을 조절하기 위한 에어댐퍼부와; 상기 센서부의 신호를 수신하여 상기 산소발생기 및 에어댐퍼부의 개폐 정도를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 실내 공기정화장치가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1689869(2016년12월20일)에 전방 커버와 몸체 및 후방 커버로 구성된 케이스, 상기 케이스에 설치되어 모터에 의해 회전하는 송풍팬을 포함하는 환풍기에 있어서, 상기 케이스의 내부공간이 4구역으로 분획되도록 케이스의 내부에 설치되는 열교환소자; 건축물의 내부로 배치된 상기 전방 커버의 상부에 인접한 몸체에 설치되는 급기팬; 건축물의 외부로 배치된 상기 후방 커버의 상부에 인접한 몸체에 설치되는 배기팬; 상기 전방 커버의 하부 또는 전방 커버의 하부에 인접한 몸체에 실내공기 유입구가 형성되고, 상기 후방 커버의 하부에 인접한 몸체의 측면에 실외공기 유입구가 형성되며, 상기 후방 커버의 상부에 인접한 몸체의 측면에 실내공기 배출구가 형성되고, 상기 전방 커버와 인접한 몸체의 상면 및 전방 커버의 상부에 실외공기 배출구가 형성된 케이스; 및 상기 후방 커버 또는 몸체에 설치된 온도센서와, 상기 전방 커버가 접촉되는 몸체의 상부 모서리에 설치되는 힌지, 상기 힌지에 결합된 피니어 기어, 상기 피니어 기어에 맞물리는 래크, 상기 힌지에 결합된 공기통로 차단판, 상기 온도센서로부터 수집된 온도에 따라 상기 래크의 움직임을 제어하여 공기통로 차단판의 위치를 조절하는 제어모듈로 구성된 공기흐름 제어수단을 포함하는 열교환 환풍기가 공지되어 있다.
한편, 고속버스 또는 철도객차의 경우 모든 창문이 밀폐되어 있으며, 장시간 실내에서 단위면적당 많은 인원이 승차하여 호흡으로 인한 이산화탄소 발생으로 고속버스 실내 공기질은 다른 실내 경우보다 크게 악화될 수 있으므로 환기를 함으로서 공기질을 개선할 수 있으나, 고속버스는 환기에 대한 충분한 고려가 미비하여 운전자 역시 능동적으로 환기를 하지 않는 경향이 있다.
2010년 메디컬투데이 기사에 의하면 서울-대전 고속버스의 이산화탄소 농도를 조사한 결과 환경부 이산화탄소 권고 기준인 2,000ppm을 평균 1.7배, 최고 2.5배 초과하였다. 이 경우 승객보다도 운전자에게 더 큰 영향을 주어 졸음운전으로 인한 사고위험성이 증가하여 사고예방을 위한 적절한 량의 산소공급이 요구된다.
도로교통공단에 따르면 최근 3년간 졸음운전 교통사고는 총 7,442건이 발생하여 364명이 사망하고, 14,911명이 부상당한 것으로 나타났다. 또한 졸음운전 실태를 조사한 결과 10명 중 4명이 졸음운전을 경험했으며, 그 중 19%는 사고가 날 뻔한 ‘아차사고’경험이 있는 것으로 파악되었다.
고속버스의 차량 내 공기질이 나쁜 이유는 환기장치 작동 미비 등 구조적으로 환기를 실시하기 어려운 환경이기 때문이며, 운전석 옆 천장에 있는 배기판과 차량 위쪽에 있는 환기장치가 있지만 간제통풍 기능으로는 환기량이 충분하지 못하다. 또한 운전중 조절할 수 있는 시스템이 갖춰져 있지 않아 조작이 불편하고, 또한 여름철과 겨울철의 경우 냉/난방 시스템 가동과 함께 환기장치를 통해 강제통풍을 시키려고 대도 외부의 덥거나 차가운 외부공기를 싫어하는 승객들이 있어 실질적으로 환기를 시킬 수 있는 여건이 되지 않는다.
2006년 공표된 ‘대중교통수단 실내공기질 관리 가이드라인’에서 대중교통차량의 공기질권고기준은 아래 [표 1]과 같으며, 가이드라인에는 시간당 외부공기유입량 기준 제시 및 휘발성유기화합물(VOC)이나 포름알데하이드의 함량 또는 방출량이 최소화된 내부 마감재 사용 등 대중교통차량 공기질 개선을 위한 권고사항을 포함하고 있다.
Figure pat00001
현재까지 개발된 고속버스 및 철도객차 내 공기질 개선을 위한 공기청정장치의 기술들을 살펴 보면, 한국등록실용신안 20-0145049(1999년02월10일)에 서로 다단으로 결합되어 결합단부(段部) 신선외기(新鮮外氣) 유입틈(1a)이 형성되는 복수개의 환기관(1)과 상기 복수개의 환기관(1)내에 연설되어 후부가 돌출되며 상기 환기관(1) 밖으로 돌출되는 복수개의 오염내기(汚染內氣) 흡입구(2a)가 외주에 설치된 오염내기 배출관(2)으로 이루어진 환기장치를 버스의 상부에 설치하되, 상기 환기장치의 환기관(1)과 배출관(2)의 흡기구(1b)(2b)가 버스의 전단에, 상기 배출관(2)의 배기구(2c)가 버스의 후단에 부착되도록 설치하고, 상기 환기관(1)과 배출관(2)의 흡기구(1b)(2b) 및 배출관(2)의 배기구(2c)에 자동개폐구(3)를 설치하여 구성한 창문개폐가 불가능한 버스의 환기장치가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-0706411(2007년04월04일)에 버스의 실내 공기를 조절하기 위한 버스 공기 조화 시스템에 있어서, 버스의 상면으로 돌출된 에어컨 커버에 형성되며 외부 공기가 차량 내부로 유입되는 것이 가능한 흡기구(13); 상기 흡기구(13)를 통해 유입된 외부 공기가 유동하는 외부 공기 유입 통로(18); 차량 실내의 공기가 유입되는 실내 공기 순환 통로(16) 및, 상기 외부 공기 유입 통로(18)와 상기 실내 공기 순환 통로(16)의 교차 지점에서 설치되는 내외기 공기절환수단을 포함하는 환기장치(10); 상기 환기장치(10)와 일체로 형성되어 상기 내외기 공기절환수단을 통과한 공기가 유입되어 배출되며, 차량 내부 환기시에는 작동되지 않고 냉방시에만 작동하여 공기를 냉각하는 냉방장치(20); 유입된 외부 공기 또는 냉방용 차가운 공기를 승객석으로 공급하도록 연장되고 승객석에 구비된 토출구(32)에는 환기 조건을 선택가능하게 하는 루버(louver)가 설치된 덕트(30); 및 출입구의 계단(7)의 일측으로 설치되어 차량 내부의 공기를 외부로 배출가능하게 형성되며 배기구(40); 및 버스 차량의 운전석에 인접하여 운전자에 의해 조작가능하게 설치되며, 운전자의 조작에 의해 상기 환기장치(20)의 상기 내외기 공기절환수단에 의한 내외기 선택, 상기 냉방장치(20)에 의한 공기 냉각 여부 및 상기 배기구(40)를 통한 내기 배출여부를 제어하는 제어부(50)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 버스의 공기조화 시스템이 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-0757745(2007년09월05일)에 상용차량의 천장에 설치하도록 형성된 하우징, 상기 하우징의 저면을 커버하면서 하우징에 유입된 공기를 차량의 실내로 공급할 수 있도록 형성된 그릴커버, 상기 하우징의 양측에 설치하여 상기 롤 필터를 장착한 상태로 회전시킬 수 있도록 형성된 구동축 및 상기 구동축에 장착된 롤 필터가 그릴커버에 밀착된 상태로 인출이 이루어지도록 형성된 롤 필터가 적용된 상용차량용 공기정화장치에 있어서, 상기 상용차량 실내에 순환되는 공기를 흡입하도록 형성되면서 상기 하우징의 상측으로 연통 형성된 플로우덕트; 및 상기 플로우덕트를 통해 흡입된 공기를 하우징 내부의 롤 필터로 강재 순환시켜 정화된 공기를 상용차량 내부로 재공급하도록 형성된 크로스팬; 이 더 구성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 롤 필터가 적용된 상용차량용 공기정화장치가 공지된 바 있다.
또한, 한국등록특허 10-1284893(2013년07월04일)에 내부유로(110a)를 형성하며 양측으로 상기 내부유로(110a)와 연통되는 공기 유출입구(111a)(111b)가 형성된 하우징(111)과, 상기 하우징(111)의 내부에 설치되어 객실의 공기를 상기 공기 유출입구(111a)(111b)를 통해 흡입하여 배출시키기 위한 송풍기(112)를 구비하는 흡배기부(110); 상기 하우징(111) 내부에 정전식 롤필터를 적용하여 입자상 오염물질을 제거하기 위한 필터부(120); 상기 필터부(120)의 하측에 설치되어 미세먼지가 제거된 상태의 공기 중 가스상 오염물질을 제거하기 위한 흡착부(130); 상기 하우징(111)의 일측에 설치되어 상기 하우징(111) 내부로 흡입되는 공기 중의 입자상 오염물질과 가스상 오염물질의 농도를 측정하기 위한 검출부(140); 및 상기 하우징(111)의 타측에 설치되되 상기 검출부(140)의 측정값에 따라 상기 흡배기부(110)와 상기 필터부(120)를 제어하는 제어부(150)를 포함하며, 상기 필터부(120)는 롤을 지지하는 필터구동축을 회전시켜 오염물질이 쌓인 부분의 필터 부분을 권치하고 새 필터 부분으로 교체하기 위한 필터롤링장치(121)와, 미디엄 필터(medium filter)와 정전필터(Electric filter)로 구성되는 이중정전필터(122)를 포함하는 것을 특징으로 하는 지하철 객실용 공기정화장치가 공지되어 있다.
또한, 한국등록특허 10-1525445(2015년05월28일)에 차량의 실내로 유입되는 공기에 포함된 오염물질을 걸러주는 필터부; 및 상기 필터부를 통과한 공기에 자외선을 조사하여 살균하는 자외선 살균유닛;을 포함하고,상기 자외선 살균 유닛은 상기 필터부를 통과한 공기를 가열하여 살균하는 가열 살균부; 상기 가열 살균부를 통과한 공기를 자외선을 조사하여 살균하는 자외선 살균부; 및 상기 자외선 살균부를 통과한 공기를 상기 차량의 내부로 이송하는 송풍부;를 포함하며, 상기 가열 살균부는 상기 필터부를 통과한 공기가 유입되는 제1 유입구 및 유입된 공기가 상기 자외선 살균부로 배출되는 제1 배출구를 구비하며, 상기 유입된 공기가 상기 제1 유입구에서 상기 제1 배출구로 흐르도록 형성된 가열 살균 유로; 및 상기 가열 살균 유로 내에 적어도 하나 이상 배치되며, 상기 가열 살균 유로를 따라 형성되어 발열하는 적어도 하나 이상의 열선;을 포함하고, 상기 자외선 살균부는 상기 가열 살균부를 통과한 공기가 유입되는 제2 유입구 및 상기 유입된 공기가 상기 송풍부로 배출되는 제2 배출구를 구비하며, 상기 유입된 공기가 상기 제2 유입구에서 상기 제2 배출구로 흐르도록 형성되는 자외선 살균유로; 상기 자외선 살균 유로 내에 적어도 하나 이상 배치되어 자외선을 조사하는 자외선 조사 램프; 및 상기 자외선 살균 유로의 내주면에 지지되도록 상기 자외선 살균 유로 내에 상기 자외선 살균 유로를 따라 복수개 배치되며, 상기 유입된 공기가 통과하도록 형성된 개구 통로를 포함하는 가림판을 더 포함하며, 상기 가림판은 상기 개구 통로가 상기 자외선 살균 유로 방향을 기준으로 인접한 가림판의 개구 통로와 엇갈려 배치되며, 상기 자외선 조사 램프는 상기 자외선 살균 유로의 내주면에 지지된 가림판을 관통하여 상기 가열 살균 유로를 따라 배치되며, 상기 송풍부는 상기 자외선 살균부와 연결되며 상기 자외선 살균부를 통과한 공기가 유입되는 제3 유입구 및 상기 유입된 공기가 상기 차량의 실내로 배출되는 제3 배출구를 구비하며, 상기 유입된 공기를 상기 제3 유입구에서 상기 제3 배출구로 흐르도록 작동하는 송풍 모터를 포함하고, 제3 유입구에는 상기 자외선 살균부를 통과한 공기에 포함된 이물질을 여과하는 필터망이 형성되며, 상기 제1 배출구는 상기 제2 유입구와 결합배치 되고, 상기 제2 배출구는 상기 제3 유입구와 결합배치 되어, 상기 가열 살균부, 상기 자외선 살균부 및 상기 송풍부가 결합되는 것을 특징으로 하는 차량의 실내 공기 개선 장치가 공지되어 있다
그러나, 상기 기술들은 폐쇄된 실내 공기속이나 차량 실내공기 속의 이물질이나 먼지 등을 필터링하고, 살균하며, 실내외 공기를 환기함에 의하여 실내공기의 청정을 유지하도록 하는 기술에 국한되어 있으므로 실내에서 지속적으로 발생되는 이산화탄소(CO2)와 실내공기중 대표적 유해 가스상 오염물질로 알려진 휘발성 유기화합물(VOC)의 정화가 이루어지지 않은 상태로 순환 공급되어 실내의 공기질이 악화되는 문제가 여전히 존재하고 실내공기중에 산소를 공급하는 수단이 없어 실질적으로는 실내 공기정화 및 공기조화가 이루어지지 않고 있는 문제점이 있었다.
한국등록특허 10-0526300(2005년10월28일) 한국등록특허 10-0668988(2007년01월09일) 한국등록특허 10-1295796(2013년08월06일) 한국등록특허 10-1689869(2016년12월20일) 한국등록실용신안 20-0145049(1999년02월10일) 한국등록특허 10-0706411(2007년04월04일) 한국등록특허 10-0757745(2007년09월05일) 한국등록특허 10-1284893(2013년07월04일). 한국등록특허 10-1525445(2015년05월28일)
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 실내의 내외부 공기의 열교환장치, 내외부 공기에 함유된 미세먼지제거필터, 산소발생 및 이산화탄소 제거를 위한 압력전환흡착장치, 유해가스정화를 위한 광전자촉매장치를 포함하여 구성되어 실내공기의 산소공급 및 이산화탄소 농도 조절, 미세먼지 및 유해가스를 제거하여 실내 공기를 항상 쾌적하도록 유지할 수 있는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 실내에 외부공기를 흡입하도록 형성되는 외부공기흡기덕트 및 실내에 순환되는 실내공기를 흡입하도록 형성되는 실내공기흡기덕트를 포함하는 흡기장치와; 상기 흡기장치에서 흡입된 외부공기와 실내공기에 포함된 미세먼지 및 세균을 제거하기 위한 제1차필터장치와; 상기 제1차필터장치를 통과한 공기중의 잔존 세균, 바이러스, 휘발성 유기화합물(VOC), 담배연기, 음식냄새 및 악취를 포함하는 유해가스를 정화처리하기 위한 광전자촉매장치와; 상기 광전자촉매장치를 통과한 공기중의 이산화탄소를 흡착 분리함과 동시에 공기중의 산소농도를 증가시키기 위한 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치를 통과한 정화된 공기를 실내로 공급하기 위한 정화공기공급장치와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치에서 분리된 이산화탄소를 배출하기 위한 배기장치;를 포함하여 구성되는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 흡기장치와 제1차필터장치 사이에는 외부공기와 실내공기와의 열교환을 위한 열교환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 광전자촉매장치와 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치 사이에는 제2필터장치를 더 포함하여 구성되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 제1필터장치와 제2필터장치는 각각 마이크로집진필터, 섬유정전필터(FBF), 활성탄필터(ACF), 헤파필터에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 결합한 것을 과제의 해결수단으로 한다.
상기 흡기장치와, 제1차필터장치와, 광전자촉매장치와, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치와, 배기장치는 서로 순차적으로 연결 구성된 패키지 형태로 장착되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명의 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템은 실내의 내외부 공기의 열교환장치, 내외부 공기에 함유된 미세먼지제거필터, 산소발생 및 이산화탄소 제거를 위한 압력전환흡착장치, 유해가스정화를 위한 광전자촉매장치를 포함하여 구성되어 실내공기의 산소공급 및 이산화탄소 농도 조절, 미세먼지 및 유해가스를 제거하여 실내 공기를 항상 쾌적하도록 유지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 공기정화 및 공기조화 시스템 구성을 나타내는 모식도
도 2는 본 발명의 광전자촉매장치 구성도
도 3은 본 발명의 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치 구성도
본 발명은, 실내에 외부공기를 흡입하도록 형성되는 외부공기흡기덕트 및 실내에 순환되는 실내공기를 흡입하도록 형성되는 실내공기흡기덕트를 포함하는 흡기장치와; 상기 흡기장치에서 흡입된 외부공기와 실내공기에 포함된 미세먼지 및 세균을 제거하기 위한 제1차필터장치와; 상기 제1차필터장치를 통과한 공기중의 잔존 세균, 바이러스, 휘발성 유기화합물(VOC), 담배연기, 음식냄새 및 악취를 포함하는 유해가스를 정화처리하기 위한 광전자촉매장치와; 상기 광전자촉매장치를 통과한 공기중의 이산화탄소를 흡착 분리함과 동시에 공기중의 산소농도를 증가시키기 위한 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치를 통과한 정화된 공기를 실내로 공급하기 위한 정화공기공급장치와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치에서 분리된 이산화탄소를 배출하기 위한 배기장치;를 포함하여 구성되는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 흡기장치와 제1차필터장치 사이에는 외부공기와 실내공기와의 열교환을 위한 열교환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 광전자촉매장치와 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치 사이에는 제2필터장치를 더 포함하여 구성되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 제1필터장치와 제2필터장치는 각각 마이크로집진필터, 섬유정전필터(FBF), 활성탄필터(ACF), 헤파필터에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 결합한 것을 기술구성의 특징으로 한다.
상기 흡기장치와, 제1차필터장치와, 광전자촉매장치와, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치와, 배기장치는 서로 순차적으로 연결 구성된 패키지 형태로 장착되는 것을 기술구성의 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 도면을 통하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 도면에 한정되지 않는다.
[도 1]을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명하면, 본 발명의 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템은 실내에 외부공기를 흡입하도록 형성되는 외부공기흡기덕트 및 실내에 순환되는 실내공기를 흡입하도록 형성되는 실내공기흡기덕트를 포함하는 흡기장치(10)와; 상기 흡기장치(10)에서 흡입된 외부공기와 실내공기에 포함된 미세먼지 및 세균을 제거하기 위한 제1차필터장치(20)와; 상기 제1차필터장치(20)를 통과한 공기중의 잔존 세균, 바이러스, 휘발성 유기화합물(VOC), 담배연기, 음식냄새 및 악취를 포함하는 유해가스를 정화처리하기 위한 광전자촉매장치(30)와; 상기 광전자촉매장치(30)를 통과한 공기중의 이산화탄소를 흡착 분리함과 동시에 공기중의 산소농도를 증가시키기 위한 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40)와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치를 통과한 정화된 공기를 실내로 공급하기 위한 정화공기공급장치(70)와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40)에서 분리된 이산화탄소를 배출하기 위한 배기장치(50);를 포함하여 구성된다.
특히, 상기 흡기장치(10)와, 제1차필터장치(20)와, 광전자촉매장치(30)와, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40)와, 배기장치(50)는 실내 일정구역에 서로 순차적으로 연결 구성된 패키지 형태로 장착되는 것이 바람직하다.
상기 흡기장치(10)와 제1차필터장치(20) 사이에는 외부공기와 실내공기와의 열교환을 위한 열교환장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열교환장치는 외부공기가 실내로 들어오는 유로와 실내공기가 들어오는 유로 사이에 고분자 수지 또는 특수 펄프지로 열교환막을 형성하여 외부공기와 실내공기가 섞이지 않지만 열교환막이 투습성을 지니기 때문에 열교환막을 통한 잠열 및 현열교환이 이루어지며, 이로 인해 외부공기의 온도조절에 에너지를 절감하며, 항상 쾌적한 공기온도를 유지할 수 있게 된다.
또한, 상기 광전자촉매장치(30)와 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40) 사이에는 제2필터장치를 더 포함하여 구성될 수도 있다.
이때, 상기 제1필터장치와 제2필터장치는 각각 마이크로집진필터, 섬유정전필터(FBF), 활성탄필터(ACF), 헤파필터에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 결합한 것을 사용하는 것이 공기정화효과를 위해 바람직하다.
한편, 본 발명에서 사용되는 상기 광전자촉매장치(30)는 [도 3]에 도시한 바와 같이 양극(+)의 성질을 갖는 방전판(301); 방전판에 평행하게 위치하는 음극(-)의 성질을 갖는 방전부(302); 방전판의 방전면쪽에 코팅된 광촉매층(303); 상기 방전판(301)과 방전부(302)에 전압(직류전압 및 고전압)을 공급하는 전원 및 승압부(304)를 포함하여 구성된다.
상기 방전판(301)은 광촉매층(303)에서 여기된 전자들을 흡수하여 광촉매의 산화 반응 활성점을 일정하게 유지시키는 역할을 하는 것으로서 전하를 전달할 수 있는 금속성 물질, 예컨데 알루미늄이나 구리와 같은 전도성 물질로 구성되어 있다.
상기 방전부(302)는 구리 등과 같이 전기 전도성이 좋은 금속성의 물질로 이루어져 있으며, 휘발성 유기화합물이 이 방전부(302)를 지날 때 전기 에너지를 받아 방전판(301)으로의 코로나(corona) 방전에 의해 플라즈마 형태로 변환되는데 이렇게 하전된 휘발성 유기화합물이 방전판의 광촉매층(303) 표면에 닿을 때 하전된 휘발성 유기화합물의 에너지가 광촉매층(303)의 전자를 여기시킬 수 있어 광촉매의 활성을 또한 증가시킬 수 있다.
상기 광촉매는 광에너지를 화학 에너지로 전환할 수 있는 물질을 말하며 광촉매를 구성하는 금속 화합물(metallic compound)은 반도체이다. 광촉매 물질은 가전자대 E, 전도대 D, 밴드갭 G를 가진다. 밴드갭 G는 광촉매의 종류에 따라 다른 고유값이다.
상기 광촉매로는 금속산화물 계통으로서 TiO2, WO3, SrTiO3, a-Fe2 O3, SnO3, Au, ZnO 등이 있고 금속 황화물 계통인 CdS, ZnS, MoS2 등과 또한 α-Fe2O3, α-FeOOH, β-FeOOH, δ-FeOOH 등과 같은 철화합물을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 광촉매는 상기 다양한 광촉매를 혼합하여 사용할 수도 있고 단일 물질을 사용할 수도 있다.
상기 광촉매는 바람직하게는 이산화티탄(TiO2)이다. 이산화티탄(TiO2)은 광전자화학(phtoeletro-chemistry)의 워터 스프리팅(water splitting)공정에서 포토아노오드(photoanode)의 기본재료로 많이 사용되는데, 밴드 갭 에너지(band gap energy)로 비교적 타당하고 안정성도 우수한 것으로 알려져 있다.
상기 광촉매는 방전판의 방전면 표면에 코팅한다. 광촉매를 코팅하는 방법에 관한 문헌들은 많다 (David A. Ward and Edmon I. Ko., Preparing Catalytic Materials by the Sol-Gel Method, Ind. Eng. Chem. Res. 34, 421-433 (1995)). 광촉매가 방전판의 표면에 잘 부착되도록 바인더(binder) 성분을 사용할 수 있다.
[도 3]을 참조하여 상기 광전자촉매장치(30)가 공기정화하는 원리를 설명하면, 양극은 방전판(301)에 연결시키고 음극은 방전부(302)에 연결시키면 상기 광촉매층(303) 내에는 전자의 여기현상이 발생한다. 이때, 여기된 전자 e-가 갖는 환원력보다 정공 h+이 갖는 산화력이 훨씬 크다. 따라서 대부분의 경우 전자 e-가 여기되면 정공 h+가 공기 중에 함유된 휘발성 유기물질이나 담배연기와 같은 오염물질로부터 전자를 받아 이들 오염 물질을 산화 분해시킨다. 휘발성 유기화합물의 경우에는 아래 화학식에서와 같이 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 산화되어 제거된다.
VOC (휘발성 유기화합물) → CO2 + H2O
또한, 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40)를 [도 4]를 참조하여 설명하면, 물질의 분자 특성 및 흡착물질의 친화성에 따라 압력 하에서 기체 혼합물에서 타깃 기체를 분리하는데 사용하며, 특정 흡착제(zeolites, 활성탄소, 분자체 등)가 높은 압력에서 타깃 기체를 흡착하는 트랩으로 이용된다. 프로세스는 흡착된 물질을 제거하기 위해 저압으로 전환된다.
본 발명에서, 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40)는 이산화탄소를 흡착 분리함과 동시에 공기중의 산소농도를 증가시키기 위해 사용한다.
아울러, 본 발명의 또 다른 실시예로서 [도 2]에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템은 고속버스 또는 철도객차에 장착되어 사용될 수 있으며, 그 구체적 구성은 상기에서 설명한 바와 같다.
특히, 상기 흡기장치(10)와, 제1차필터장치(20)와, 광전자촉매장치(30)와, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치(40)와, 배기장치(50)는 고속버스 및 철도객차의 뒷부분 또는 상부에 서로 순차적으로 연결 구성된 패키지 형태로 장착되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템은 실내 일정구역 또는 고속버스 및 철도기관차 전방부 운전석에 인접하여 공기정화 및 공기조화 시스템을 제어할 수 있는 제어장치(60)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템은 실내 미세먼지 및 유해가스의 여과, 이산화탄소의 선택적 흡착제거 및 산소공급을 통한 실내 환경개선을 목적으로 하여, 빌딩, 학교, 병원, 극장 등 다중이용시설 및 자동차, 철도, 특정 공간 등에 활용가능하다. 즉, 실내 공기질 개선을 요구하는 공간 및 이동수단에 맞춤형 제작 공급이 가능한 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 흡기장치 20 : 제1차필터장치
30 : 광전자촉매장치 40 : 압력변동흡착장치
50 : 배기장치 60 : 제어장치
70 : 정화공기공급장치

Claims (5)

  1. 실내에 외부공기를 흡입하도록 형성되는 외부공기흡기덕트 및 실내에 순환되는 실내공기를 흡입하도록 형성되는 실내공기흡기덕트를 포함하는 흡기장치와; 상기 흡기장치에서 흡입된 외부공기와 실내공기에 포함된 미세먼지 및 세균을 제거하기 위한 제1차필터장치와; 상기 제1차필터장치를 통과한 공기중의 잔존 세균, 바이러스, 휘발성 유기화합물(VOC), 담배연기, 음식냄새 및 악취를 포함하는 유해가스를 정화처리하기 위한 광전자촉매장치와; 상기 광전자촉매장치를 통과한 공기중의 이산화탄소를 흡착 분리함과 동시에 공기중의 산소농도를 증가시키기 위한 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치를 통과한 정화된 공기를 실내로 공급하기 위한 정화공기공급장치와; 상기 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치에서 분리된 이산화탄소를 배출하기 위한 배기장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡기장치와 제1차필터장치 사이에는 외부공기와 실내공기와의 열교환을 위한 열교환장치를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광전자촉매장치와 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치 사이에는 제2필터장치를 더 포함하여 구성되는 것을 .특징으로 하는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1필터장치와 제2필터장치는 각각 마이크로집진필터, 섬유정전필터(FBF), 활성탄필터(ACF), 헤파필터에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 결합한 것을 특징으로 하는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기장치와, 제1차필터장치와, 광전자촉매장치와, 압력변동흡착(Pressure Swing Adsorption)장치와, 배기장치는 서로 순차적으로 연결 구성된 패키지 형태로 장착되는 것을 특징으로 하는 실내 공기질 개선을 위한 공기정화 및 공기조화 시스템
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