KR20190135717A - 이끼를 이용한 미세먼지 저감장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지면에 수직하게 설치되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 인출가능하게 복수 개 장착되는 공기청정유닛; 상기 공기청정유닛에 배치되는 이끼; 및 상기 메인프레임 내부에 구비되고, 상기 메인프레임 외부에서 공기를 유입한 후 상기 공기청정유닛을 통해 배출하는 팬;을 포함하는, 이끼를 이용한 미세먼지 저감장치이며, 상기 공기청정유닛은, 사각형상의 유닛프레임; 상기 유닛프레임 내측에 구비되는 그물망; 및 상기 그물망에 구비되는 소정 두께의 이끼;로 이루어지고, 상기 유닛프레임의 양측면에 구비되는 롤러; 상기 메인프레임에 구비되어 상기 롤러를 안내하는 레일; 및 상기 메인프레임에 구비되어 상기 유닛프레임의 이탈을 방지하는 고정쇠; 더 포함할 수 있다. 본 발명은 상기 구성에 의해서 대용량의 미세먼지 저감장치를 도심에 설치하여 도심의 미세먼지를 정화할 수 있는 효과가 발생한다.

Description

이끼를 이용한 미세먼지 저감장치 및 이의 제어방법{FINE DUST REDUCING DEVICE USING MOSS AND CONTROL METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 미세먼지를 정화하기 위한 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 공기 중의 미세먼지를 제거하기 위해 전면부에 이끼를 배치하고 미세먼지를 함유한 공기가 이곳을 통과하는 과정에서 미세먼지를 제거하는 장치로서 저렴한 비용으로 미세먼지를 제거할 수 있는 구조를 가지면서 동시에 도시의 미관도 고려한 미세먼지 저감장치에 관한 것이다.

최근, 도시화 및 산업화가 진행되고 차량의 운행이 증가하면서, 배기가스와 같은 기존의 대기오염 물질에 더하여, 미세먼지와 같은 새로운 유해물질에 대한 관심이 증가하고 있으며, 또한, 최근에는, 중국의 급속한 산업화로 인하여, 중국에서 유입되는 황사 이외에 중국으로부터 유입되는 미세먼지와 같은 유해물질이 사회적인 문제로 제기되고 있다. 일반적으로, 미세먼지는, 지름이 10㎛ 이하인 입자상 물질로서 미세먼지(PM10), 극미세먼지(PM2.5), 초극미세먼지(PM1) 등으로 분류되고, 이는 각각 입자의 지름이 대략 10㎛, 2.5㎛, 1㎛ 이상인 입자상 물질을 의미한다.

미세먼지는 그 이름 그대로 눈에 보이지 않을 정도로 미세하므로 인식하지 못하는 사이에 인체에 침투하여 폐에서 걸러지지 않고 축적됨으로 인해 호흡기 질환 등의 각종 질병을 유발하고 면역기능을 저하시키며, 단순한 먼지가 아니라 황산화물, 질소산화물과 같은 유해성분 및 카드뮴이나 납과 같은 중금속이 섞여 있으므로, 가능한 한 접촉을 피하는 것이 바람직하다.

최근에는, 이러한 미세먼지의 유해성을 회피하기 위하여 일반 가정에도 공기정화기가 보급되어 많이 사용되고 있으며, 보다 효과적으로 미세먼지를 제거하기 위한 장치 및 방법에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1628076호에 따르면, 외부공기를 유입시켜 주는 송풍수단과 물을 펌핑하여 분사시키는 분무수단 및 오염된 공기를 물속으로 침투시켜 미세먼지를 정화 배출시키는 세척수단을 포함하여, 송풍수단으로 유도된 오염공기가 분무수단에 의해 분사되는 분무입자에 묻어 떨어지면서 일차적으로 세척 정화되고, 세척수단의 세척수 내부로 분무입자와 오염공기가 함께 들어가 물속에서 미세먼지가 이차적으로 정화된 후 깨끗한 공기는 실내로 공급되고 분리된 미세먼지는 세척수와 함께 정화통(물통)으로 떨어져 제거되도록 구성됨으로써, 실내로 유입되는 공기 속의 각종 미세먼지를 용이하게 제거하여 쾌적한 실내 환경을 조성할 수 있도록 하는 미세먼지 제거장치에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.

그러나, 이러한 종래기술은 실내에 설치하여 사용하는 작은 용량의 공기청정기이어서 도심과 같은 실외에서 대용량의 공기청정기로 활용하기에는 한계가 있었다.

본 발명은 도심에 설치하여 미세먼지 정화를 대용량으로 실시할 수 있는 미세먼지 저감장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 또한, 도심 미관을 고려한 미세먼지 저감장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 지면에 수직하게 설치되는 메인프레임; 상기 메인프레임에 인출가능하게 복수 개 장착되는 공기청정유닛; 상기 공기청정유닛에 배치되는 이끼; 및 상기 메인프레임 내부에 구비되고, 상기 메인프레임 외부에서 공기를 유입한 후 상기 공기청정유닛을 통해 배출하는 팬;을 포함하는, 이끼를 이용한 미세먼지 저감장치를 제공한다.

상기 공기청정유닛은, 사각형상의 유닛프레임; 상기 유닛프레임 내측에 구비되는 그물망; 및 상기 그물망에 구비되는 소정 두께의 이끼;로 이루어진다.

본 발명은, 상기 유닛프레임의 양측면에 구비되는 롤러; 상기 메인프레임에 구비되어 상기 롤러를 안내하는 레일; 및 상기 메인프레임에 구비되어 상기 유닛프레임의 이탈을 방지하는 고정쇠; 더 포함할 수 있다.

상기 팬은 상기 공기청정유닛의 상측에 배치되고, 상기 팬과 공기청정유닛 사이에는 물입자를 분무하는 분무기;를 더 포함하여 유입된 공기에 물입자를 분무하도록 한다.

상기 공기청정유닛은 상기 메인프레임의 전후면에서 장착되되 일정 간격 이격된 이격공간을 형성하게 장착되고, 상기 이격공간 직상부에 상기 분무기가 배치되는 것이 좋다.

상기 메인프레임의 상단에는 태양전지가 구비되어, 상기 팬의 작동에 필요한 전력을 생산하며, 상기 이끼는 클라도니아 스텔라리스(Cladonia Stellaris), 뿔이끼, 나무이끼 중 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 미세먼지 저감장치를 제어하는 방법에 있어서, 대기 중 미세먼지 농도와 습도를 감지하는 제1단계; 상기 미세먼지 농도가 소정 값 이상이면 상기 팬을 작동시키는 제2단계; 및 상기 습도가 소정 값 이하이면 상기 분무기를 작동시키는 제3단계;로 이루어지는 미세먼지 저감장치 제어방법을 제공한다.

본 발명은 상기 구성에 의해서 대용량의 미세먼지 저감장치를 도심에 설치하여 도심의 미세먼지를 정화할 수 있는 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 사시도이며,
도 2는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 정면도이며,
도 3은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 측단면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 공기청정유닛이 장착되는 모습이며,
도 5는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치 내부의 공기흐름을 개념적으로 보여주는 그림이며,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 변형된 실시 모습이다.
도 8와 도 9는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 사용된 이끼 종류의 성능으로 공기정화 기능과 흡음기능을 보여주는 그래프이며,
도 10은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 개념적인 구성을 나타낸 블록도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 측단면도이다. 이들 도면을 보면, 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치(100)는 크게 보아, 지면에 수직하게 설치되는 메인프레임(110)과 상기 메인프레임에 인출가능하게 복수 개 장착되는 공기청정유닛(200)과 메인프레임 상단에 설치되는 지붕(300)으로 이루어진다.

본 발명의 미세먼지 저감장치는, 메인프레임의 전면(도 2의 정면부)에서 내측으로 상기 공기청정유닛(200)이 장착되고 또한 앞으로 인출가능하게 장착된다. 이를 위해, 상기 공기청정유닛(200)은 외부 형태를 이루는 전후면이 관통하는 사각형상의 유닛프레임(210)을 갖고, 상기 유닛프레임 내측에는 그물망 등을 이용하여, 그물망의 내부에 이끼를 포집하도록 구비될 수 있다. 상기 이끼는 공기 정화기능을 발휘하기 위해 전후 방향으로 소정 두께를 이루는 것이 좋다. 본 명세서에서 전후 방향이란, 상기 메인프레임의 전면에서 후면을 향하는 방향을 의미한다. 본 발명의 미세먼지 저감장치는, 메인프레임의 전면에서 공기청정유닛(200)이 위에서 설명한 바와 같이 장착되고, 또한 메인프레임의 후면에서도 공기청정유닛이 동일한 형상으로 내측으로 인출가능하게 장착된다. 도 1에서 미설명 부호 C는 본 발명의 장치 전방에 선택적으로 구비될 수 있는 의자이다.

도 4는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 공기청정유닛이 장착되는 모습이며, 도 5는 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치 내부의 공기흐름을 개념적으로 보여주는 그림이다.

본 발명의 미세먼지 저감장치는, 메인프레임(110)의 전면과 후면에서 공기청정유닛(200)이 전면 또는 후면에서 상기 메인프레임의 내측 방향으로 장착되며, 장착을 위해, 상기 유닛프레임(210)의 양측면에는 롤러(230)가 구비되고, 상기 메인프레임(110)에서 상기 롤러에 대응되는 위치에는 가이드레일(150)이 형성되어 롤러의 이동을 안내하게 된다. 상기 유닛프레임의 장착을 안내하는 다른 형태로는 유닛프레임의 측면에 돌출된 돌기가 형성되고, 상기 돌기를 안내하는 가이드가 상기 메인프레임에 형성될 수도 있을 것이다.

그리고, 본 발명의 메인프레임(110)에는 상기 공기청정유닛(200)이 장착된 상태에서 이탈을 방지하기 위한 고정쇠(160)가 구비되고, 상기 고정쇠는 메인프레임의 전면 또는 후면에서 회전가능하게 구비된다. 상기 공기청정유닛(200)이 메인프레임에 완전히 장착된 상태에서 상기 고정쇠(160)가 회전하여 상기 공기청정유닛의 전면을 내측으로 밀착함으로써 공기청정유닛이 이탈되는 것을 방지한다.

또한, 본 발명의 장치에 사용되는 전장부분도 교체가 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 즉, 전장 부품들을 커넥터 형태를 가지는 하나의 모듈 형태로 제작하고, 전장 모듈을 상기 메인프레임에서 교체시 한번에 교체가 가능하도록 한다.

상기 메인프레임(110)의 내부 구성을 보면, 메인프레임의 상측에는 외부의 미세먼지를 함유한 공기가 유입되는 흡입구(120)가 있고, 상기 흡입구 내측에는 외부 공기를 유입하기 위한 공기 흐름을 생성하는 팬(130)이 상기 공기청정유닛(200)의 상측에 구비된다. 그리고, 상기 공기청정유닛과 상기 팬 사이에는 물입자를 분무하는 분무기(140)가 배치된다. 상기 공기청정유닛은 상기 메인프레임의 전후면에서 일정 간격 이격된 이격공간을 형성하게 장착되는데, 상기 분무기는 이격공간 직상부에 설치되도록 한다.

상기 분무기는 상기 팬과 공기청정유닛 사이에는 위치하여 외부에서 유입된 공기에 물입자를 분무한다. 상기 분무기는 공기청정유닛의 상측에 적절한 개수로 배치되며 분사된 물입자는 외부에서 유입된 공기중의 미세먼지를 씻어내는 역할을 하게 되며, 부가적으로 물입자가 아래쪽에 위치하는 이끼에 공급되어 이끼의 성장을 유지하도록 하기도 한다.

도 5를 참조하면, 메인프레임(110)의 상측에서 유입된 외부공기는 팬에 의해 아래쪽으로 유동하게 되고 이 과정에서 상기 분무기에서 분사된 물과 함께 아래쪽으로 이동하게 된다. 이후, 상기 공기청정유닛의 이끼 사이를 빠져나가는 과정에서 공기 중 미세먼지가 상기 이끼에 흡착되어 제거된다. 본 발명의 공기청정유닛은 일정 시간 사용하여 이끼에 미세먼지가 충분히 흡착된 후에는 공기청정유닛을 인출하여 새로운 공기청정유닛으로 교체한다.

상기 메인프레임(110) 상단에 설치되는 지붕(300)에는 태양전지(350)가 구비되어, 상기 팬과 분무기의 작동에 필요한 전력을 생산한다. 본 발명에 따른 미세먼지 정화장치는 도심 속 적절한 장소에 설치하기 때문에 전력 전달이 어려울 수 있는데, 이 경우 지붕에 설치되는 태양전지에서 생산되는 전력을 활용하여 상기 팬과 분무기를 작동시키게 된다. 이를 통해, 별도의 동력이 필요 없이 간단한 구성으로미세먼지를 제거할 수 있다.

본 발명에서는 이끼를 사용하는 이유는, 이끼는 타 식물들 대비 개별 잎이 가지는 표면적이 매우 넓고, 현재의 타 필터들이 잡지 못하는 중금속 물질들을 모두 붙잡을 수 있으며, 일반적인 먼지뿐만이 아닌 nitrogen dioxide, ozone 가스 등을 흡수하는 기능을 가지며, 이끼 내 박테리아는 흡수된 중금속 제거 또는 분해 역할 담당하는 등 효과가 탁월하기 때문이다.

특히, 본 발명에서는 공기청정유닛에 다양한 종류의 이끼를 적용할 수 있으나, 가장 바람직하게는 클라도니아 스텔라이스(Cladonia Stellaris)인 것이 바람직하다. 한국의 바위 등에서 서식하는 이끼는 정상적으로 작동하는 형태로 가공이 어렵고, 온도 및 외부 조건 변화에 상당히 민감하여 적당하지 않음에 비해, 클라도니아 스텔라이스는 극지에서 사는 균류와 조류로 된 이끼로 뿌리구조가 아예 없고, 북극에서 생존할 수 있을 정도로 생명력이 좋으며 주변의 공기로부터 영양분을 흡수하고, 이끼의 밀도가 상당하여 미세먼지를 흡착하는 기능을 발휘할 수 있어서 좋다.

클라도니아 스텔라이스의 공기청정 기능을 실시한 결과로, 일본전기공업회의 테스트에 따르면 공기 정화 효과가 상당함을 확인할 수 있었다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 암모니아, 아세트알데히드, 아세트산 등 3개의 주요 유해물질에 대하여 88%가량의 오염물질 절감 효과를 확인하였다. 참고로, 일반적으로 공기청정기의 경우 30분 가동 동안 50% 절감될 경우 이를 합격으로 분류하고 있다. 또한, 도 10에서 확인할 수 있듯이, 상기 이끼는 흡음 효과도 다른 물질대비 그 효과가 매우 월등함을 알 수 있다.

이상 이끼 중 클라도니아 스텔라리스(Cladonia Stellaris)에 대해 설명하였으나, 본 발명에 적용되는 이끼는 여기에만 한정되는 것은 아니며, 뿔이끼 또는 나무이끼일 수도 있고, 이들 이끼 중 어느 하나 이상을 포함하여 혼합하여 사용할 수도 있을 것이다.

이상 설명한 본 발명의 미세먼지 저감장치는 버스정류장, 택시정류장, 가로등과 같은 도심 속 구조물의 일부로 구성하여 도시 공기를 정화하는 장치로 사용됨과 동시에 설치 장소의 미세먼지 데이터를 실시간으로 중앙 서버로 전송하여 미세먼지 관련 데이터를 수집하거나 이를 기초로 능동적인 제어가 가능하도록 할 수 있다.

도 6과 도 7은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 변형된 실시 모습이다. 도 6 내지 도 7에서는 이끼를 구비한 공기청정유닛이 세로방향으로 배치된 형상을 나타내는 것이며, 그외 내부 구성의 장치나 기능을 유사하므로 반복 설명은 생략하도록 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 상기 미세먼지 저감장치를 제어하는 방법에 대해 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 미세먼지 저감장치의 개념적인 구성을 나타낸 블록도이다.

도 10을 보면, 본 발명의 미세먼지 저감장치를 구성하는 개념적인 구성으로 제어부, 통신부, 전원부를 구비하고, 습도와 미세먼지 농도를 탐지하는 정보 탐지부와 공기청정부를 구비한다. 그리고, 공기청정부에는 수분공급하는 수분공급부와 공기순환량 제어부와 이끼부로 이루어진다고 할 수 있다. 이러한 구성으로 팬과 분무기를 동작시켜서 미세먼지 저감 동작을 능동적으로 실시할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 저감장치는 대기 중의 미세먼저 농도를 측정하는 미세먼지 농도센서와, 대기 중의 습도를 측정하는 습도감지센서 등을 구비할 수 있고, 이를 통해, 대기중의 미세먼지 농도와 습도 정보를 취득한 후 이에 기초하여 상기 팬이나 분무기를 작동시키는 등동적(Active)인 대응이 가능하다. 대기의 습도(수분)을 감지하는 습도감지센서에 의해 대기 중의 수분을 감지한 후 상기 분무기에서 분사되는 물의 양을 조절할 수 있다. 다시 말해, 공기 중의 습도가 높을수록 이끼에서 흡착되는 미세먼지의 흡착률이 좋은 것을 고려해서 분무기에서 물을 분사하는 것이므로, 대기 중의 습도가 충분히 높은 경우에는 분무기에서 물을 분사할 필요가 없으므로 대기 중의 습도를 측정하여 상기 분무기 동작 여부를 결정하게 된다.

본 발명은 위와 같이, 외부의 미세먼지 농도와 습도를 감지한 후 이에 기초하여 미세먼지가 이끼에 용이하게 흡착될 수 있도록 상기 팬의 회전속도와 상기 분무기에서 분사되는 물의 양을 조절함으로써 미세먼지 저감동작을 효율적으로 실시할 수 있다.

본 발명은 상기 장치를 제어하는 방법으로서, 대기 중 미세먼지 농도와 습도를 감지하는 제1단계와, 상기 미세먼지 농도가 소정 값 이상이면 상기 팬을 작동시키는 제2단계와, 상기 습도가 소정 값 이하이면 상기 분무기를 작동시키는 제3단계로 이루어지고, 미세먼지 농도만을 감지하여 작동하는 것에 추가하여 대기 중의 습도를 고려한 후 습도의 정도가 미세먼지가 이끼에 흡착되기에 부족한 경우에는 상기 분무기로 물을 분사하여 미세먼지를 정화하는 방법을 제공하고 있다.

그리고, 미세먼지 농도와 대기 중 습도는 본 미세먼지 저감장치 자체에서 구비할 수도 있지만, 미세먼지 농도와 대기 습도를 통신수단을 이용하여 외부에서 미취득한 후 이에 기초하여 상기 팬과 분무기를 제어할 수도 있을 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (7)

1. 지면에 수직하게 설치되는 메인프레임;
   상기 메인프레임에 인출가능하게 복수 개 장착되는 공기청정유닛;
   상기 공기청정유닛에 배치되는 이끼; 및
   상기 메인프레임 내부에 구비되고, 상기 메인프레임 외부에서 공기를 유입한 후 상기 공기청정유닛을 통해 배출하는 팬;을 포함하는,
   이끼를 이용한 미세먼지 저감장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기청정유닛은,
   사각형상의 유닛프레임;
   상기 유닛프레임 내측에 구비되는 그물망; 및
   상기 그물망에 구비되는 소정 두께의 이끼;로 이루어지는,
   이끼를 이용한 미세먼지 저감장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유닛프레임의 양측면에 구비되는 롤러;
   상기 메인프레임에 구비되어 상기 롤러를 안내하는 레일; 및
   상기 메인프레임에 구비되어 상기 유닛프레임의 이탈을 방지하는 고정쇠; 더 포함하는,
   이끼를 이용한 미세먼지 저감장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 팬은 상기 공기청정유닛의 상측에 배치되고,
   상기 팬과 공기청정유닛 사이에는 물입자를 분무하는 분무기;를 더 포함하여 유입된 공기에 물입자를 분무하는 것을 특징으로 하는,
   이끼를 이용한 미세먼지 저감장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 공기청정유닛은 상기 메인프레임의 전후면에서 장착되되 일정 간격 이격된 이격공간을 형성하게 장착되고,
   상기 이격공간 직상부에 상기 분무기가 배치되고,
   상기 메인프레임의 상단에는 태양전지가 구비되어, 상기 팬과 분무기의 작동에 필요한 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는,
   는 것을 특징으로 하는,
   이끼를 이용한 미세먼지 저감장치.
6. 제4항에 있어서,
   대기 중 미세먼지 농도를 감지하는 미세먼지 농도센서와, 대기 중 습도를 감지하는 습도감지센서를 더 포함하고,
   상기 이끼는 클라도니아 스텔라리스(Cladonia Stellaris), 뿔이끼, 나무이끼 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 이끼를 이용한 미세먼지 저감장치.
7. 제6항의 미세먼지 저감장치를 제어하는 방법에 있어서,
   대기 중 미세먼지 농도와 습도를 감지하는 제1단계;
   상기 미세먼지 농도가 소정 값 이상이면 상기 팬을 작동시키는 제2단계; 및
   상기 습도가 소정 값 이하이면 상기 분무기를 작동시키는 제3단계;로 이루어지는 미세먼지 저감장치 제어방법.

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