KR20210020587A - 잔디를 이용한 실내 공기질 개선 장치 - Google Patents

잔디를 이용한 실내 공기질 개선 장치 Download PDF

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Abstract

실내 공기질 개선 장치는 공기 흐름 통로를 형성하는 하우징, 상기 하우징에 설치되어 상기 공기 흐름 통로를 통한 공기 흐름을 유발하는 공기 팬, 상기 공기 흐름 통로의 상류 측에 설치되며 공기가 통과할 수 있는 배합토양층에 잔디가 식재된 토양 정화 모듈, 상기 토양 정화 모듈을 통과한 공기에 물을 분사하는 물 정화 모듈, 그리고 상기 물 정화 모듈을 지난 공기가 통과하도록 설치되는 공기 필터를 포함한다.

Description

잔디를 이용한 실내 공기질 개선 장치{Apparatus for improvement of indoor air quality using grass}
본 발명은 밀폐된 실내공간에서의 미세먼지, 이산화탄소와 같은 오염원을 정화하여 공기질을 개선하기 위한 장치에 관한 것이다.
미세먼지로 인하여 대기질이 악화되고 있고 미세먼지 농도에 따라 외부활동 자제와 실내활동 시간이 증가하고 있다. 특히, 밀폐된 실내공간에서 장시간 머물러야 하는 학교는 실내공기질 개선이 더욱 필요한 대표적인 장소 중에 하나이다.
미세먼지와 실내 공기질 개선을 위하여 공기청정기가 일반적으로 사용되고 있다. 공기청정기는 공기를 강제적으로 순환시킬 수 있는 팬(FAN)과 불순물을 여과하는 필터로 구성된다. 이러한 방식을 기계적인 공기청정기라고 하며, 여과필터 대신 전기식 집진장치를 사용하면 전기식 공기청정기, 두 가지를 복합적으로 적용하면 복합식 공기청정기로 분류된다.
초미세먼지가 건강을 위협한다고 알려지면서 상기와 같은 공기청정기의 여과필터는 헤파필터(high efficiency particulate air filter, HEPA filter)가 대부분 적용되고 경쟁적으로 더욱 미세한 여과필터가 채택되고 있다. 그로 인하여 여과필터를 통과할 수 있는 공기량은 물리적으로 적어질 수 밖에 없으며, 이를 극복하기 위해서는 에너지와 소음이 증가될 수 밖에 없다. 또한 여과필터의 교체빈도가 늘어나서 유지관리 비용이 증가한다.
상기와 같은 기계식 또는 전기식 공기청정기는 미세먼지 제거에는 효과가 있으나 밀폐된 실내공간에서 적절한 환기가 없으면 이산화탄소 농도의 증가와 오존발생 우려가 있다.
이러한 문제 해결을 위해서는 식물과 물 그리고 토양 등 자연적인 소재를 이용한 자연정화 기술들을 이용할 수 있다. 많은 비가 온 후 대기의 미세먼지 농도가 개선되는 것으로 알 수 있듯이 물은 가장 경제적인 미세먼지 흡착기능을 제공한다. 그리고 식물은 광합성을 통하여 이산화탄소를 산소로 전환시킬 수 있기 때문에 종래의 기계식 또는 전기식 공기청정기에서 수행될 수 없는 기능을 수행할 수 있다. 토양은 탈취 및 오염원을 흡착하여 효과적인 공기정화 기능을 제공할 수 있다.
상기와 같은 자연정화 방식을 이용한 공기청정 기술들은 많은 장점에도 불구하고 사용자 입장에서 많은 공간을 차지하거나 식물생육관리의 어려움 등 상대적으로 기계식 또는 전기식 공기청정기에 비하여 많은 애로사항이 존재한다.
예를 들어, 특허등록 제 10-1479191호에 게시된 식물재배 및 공기정화 시스템은 공기정화를 위한 별도의 식물재배실을 필요로 하며 다양한 센서들을 활용하여 식물의 유지관리를 하고 있다. 또한 특허등록 제 10-1611871호의 식물의 공기정화 기능을 이용한 공기청정기의 경우도 식물의 생육 유지를 위한 물 분사 유닛을 식물의 상부에서 공급되도록 하고 있다. 또한 식물 생육관리를 위한 별도의 유닛을 구비하도록 구성되어 있다.
그리고 공기정화에 있어서 자연적인 구성요소들인 토양, 식물, 물을 공기정화의 직접적인 요소로 활용하기 보다는 식물의 생육을 통하여 복합적이고 간접적인 공기정화를 하는 기술이라고 볼 수 있다. 식물을 지지하는 토양층을 공기가 직접 통과시키지 못하고 물은 공기정화에 대한 직접적인 기능 수행보다는 식물의 생육을 위한 수분공급에 주로 사용되고 있다.
특허등록 제 10-1479191호 특허등록 제 10-1611871호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 생육과 유지관리가 쉬운 잔디를 이용하여 공기가 통과할 수 있는 토양층과 물분사를 공기정화에 직접적으로 활용하도록 장치를 구성함으로써 유지 비용이 적고 우수한 공기 정화 효율을 가질 뿐만 아니라 잔디로 인한 미적 효과를 갖는 실내 공기질 개선 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 실내 공기질 개선 장치는 공기 흐름 통로를 형성하는 하우징, 상기 하우징에 설치되어 상기 공기 흐름 통로를 통한 공기 흐름을 유발하는 공기 팬, 상기 공기 흐름 통로의 상류 측에 설치되며 공기가 통과할 수 있는 배합토양층에 잔디가 식재된 토양 정화 모듈, 상기 토양 정화 모듈을 통과한 공기에 물을 분사하는 물 정화 모듈, 그리고 상기 물 정화 모듈을 지난 공기가 통과하도록 설치되는 공기 필터를 포함한다.
상기 토양 정화 모듈은 상기 배합토양층에 상기 잔디가 식재된 잔디 포트, 그리고 상기 하우징에 체결되며 상기 잔디 포트를 수용할 수 있도록 구성되는 수용 케이스를 포함할 수 있다.
상기 물 정화 모듈은 물을 저장하는 수조, 상기 수조에 저장된 물을 펌핑하는 물 펌프, 그리고 상기 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 분사하는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
상기 수조는 상측이 개방된 상태로 형성되며 상기 토양 정화 모듈의 아래에 배치될 수 있다.
상기 물 펌프는 이물질 유입의 방지를 위해 투수성 막 부재에 둘러싸이는 상태로 상기 수조 내에 배치될 수 있다.
상기 하우징은 수평 방향으로 나란하게 배치되는 제1 내부 공간과 제2 내부 공간을 포함할 수 있다. 상기 토양 정화 모듈과 상기 물 정화 모듈은 상기 제1 내부 공간에 상하 방향으로 배치될 수 있고, 상기 공기 필터는 상기 제2 내부 공간에 연결되어 정화된 공기를 배출하는 배출 덕트에 설치될 수 있다.
상기 공기 팬은 상기 공기 필터의 외측에 배치될 수 있다.
상기 배합토양층은 미세 다공질 특성을 가지는 화산석 계열의 배합토, 훈탄, 제올라이트 그리고 활성탄의 혼합에 의해 구성될 수 있다.
상기 배합토, 상기 훈탄, 그리고 상기 제올라이트 그리고 상기 활성탄은 5:2:1:2의 부피 비율로 혼합되어 상기 배합토양층을 구성할 수 있다.
본 발명에 의하면, 토양, 물 그리고 공기 필터에 의한 공기 정화가 차례로 이루어지기 때문에, 저비용 구조에 의해 효율적인 공기 정화가 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 실내 공기질 개선 장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절개한 단면 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 실내 공기질 개선 장치의 일부 분해 사시도이다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 하우징(10)은 공기 흐름 통로(11)를 형성한다. 예를 들어, 하우징(10)은 대략 직육면체 형상을 가질 수 있다. 공기가 도 2에 도시된 화살표를 따라 흐르면서 공기 흐름 통로(11)를 통과한 후 배출될 수 있다. 공기는 공기 흐름 통로(11)를 통과하면서 세 단계 정화 과정을 거친 후 배출된다. 공기 팬(20)은 하우징(10)에 설치되며 공기 흐름 통로(11)를 따른 공기 흐름을 유발하도록 작용한다.
토양 정화 모듈(30)은 공기 흐름 통로(11)의 상류 측에 설치된다. 토양 정화 모듈(30)은 공기가 통과할 수 있는 배합토양층(311)과 그에 식재되는 잔디(312)를 포함하는 잔디 포트(31)를 포함할 수 있다. 공기가 배합토양층(311)의 공극을 통과하는 과정에서 정화될 수 있다. 잔디(312)가 식재된 배합토양층(311)을 공기 정화 수단으로 사용함으로써 저비용 및 간단한 구조의 공기 정화 구조가 구현될 뿐만 아니라 잔디(312)에 의한 가습 효과 및 미적 효과도 동시에 도모될 수 있다. 잔디 포트(31)는 하우징(10)에 체결되는 수용 케이스(32)에 의해 하우징(10)에 설치된다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 잔디 포트(31)와 수용 케이스(32)는 대략 직사각형의 형상을 가질 수 있으며, 하우징(10)에 형성된 설치 구멍(12)에 끼워져 설치될 수 있다. 수용 케이스(32)의 바닥면(321)에는 공기 흐름을 위한 관통공(322)이 형성되며, 이때 수용 케이스(32)에 공기 투과성을 갖는 부직포와 같은 막 부재(33)를 깔고 그 위에 잔디 포트(31)를 놓을 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 토양 정화 모듈(30)에 잔디(312)가 식재되기 때문에 일반적인 식물에 비해 토심이 얕아 공기 투과가 쉽게 이루어질 수 있으며, 또한 잔디는 넓은 면적을 차지하고 많은 생물량을 함유하기 때문에 오염 정화 효과가 더 우수하다. 일반적으로 지상고가 높은 식물은 그와 대응한 상하로 긴 뿌리부를 갖고 있어 깊은 토심을 필요로 하고 지상부 지지를 위한 견고한 형태의 토양을 필요로 하기 때문에 공기를 통과시킬 수 없는 구조를 가지며, 이로 인해 지상부가 높은 일반적인 식물은 본 발명에 적용되기 어렵다. 그러나 잔디는 지상부가 낮고 지지를 위한 깊은 뿌리를 필요로 하지 않고 무수히 많은 잔뿌리로 생육하는 특성을 가지기 때문에, 잔디는 공기가 원활하게 통과할 수 있는 5cm 이하의 토심과 입도가 비교적 굵은(3~8mm) 조건의 토양 기반에서도 충분히 생육이 가능하다. 따라서 본 발명의 실시예에서와 같이 잔디와 토양층을 이용하여 오염된 실내공기를 통과시켜 공기 정화를 가능하게 할 수 있다. 특히 본 발명의 실시예에서는 5cm의 토심을 형성하는 배합토를 구성할 때 비중이 1.2 이하의 다공질 입상배합토를 활용하여 하중에 의한 토양 답압을 방지하고, 미세한 다공질 특성의 화산석 계열의 배합토, 잔디 생육에 필요한 규산의 공급을 위한 훈탄, 그리고 탈취와 정화 기능을 가지는 제올라이트와 활성탄을 5:2:1:2의 부피 비율로 하여 배합토를 구성할 수 있다.
토양 정화 모듈(30)을 통과한 공기에 물을 분사하여 공기를 정화하는 물 정화 모듈(40)이 구비된다. 물 정화 모듈(40)은 물을 저장하는 수조(41), 수조(41)에 저장된 물을 펌핑하는 물 펌프(42) 그리고 물 펌프(42)에 의해 펌핑된 물을 분사하는 분사 노즐(43)을 구비할 수 있다. 수조(41)는 상측이 개방되며 토양 정화 모듈(30)의 아래에 배치되어 토양 정화 모듈(30)에서 아래로 떨어지는 물이 수조(41)로 유입되도록 할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 분사 노즐(43)은 수조(41)의 상부에 배치되어 토양 정화 모듈(30)을 통과한 공기에 미세 물방울을 분사함으로써 공기에 함유된 불순물을 제거한다. 분사 노즐(43)에 의해 분사된 물은 다시 아래에 위치하는 수조(41)로 유입되어 물 펌프(42)에 의해 순환된다. 도 2에는 분사 노즐(43)이 서로 마주하게 설치되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 하나 이상의 분사 노즐은 하우징의 한 쪽 격벽을 따라 설치될 수도 있다. 한편, 분사된 물은 공기정화 기능뿐만 아니라 분사된 물이 하우징 내벽에 부딪히며 분산되는 물 입자들이 토양 정화 모듈(30)의 배합토양층(311)에 묻어 잔디 생육에 필요한 수분이 지속적으로 공급될 수 있다. 이로 인해 잔디 생육에 대한 유지관리의 편의성이 향상된다.
이때, 물 펌프(42)는 불순물 유입의 방지를 위해 투수성 막 부재(44)에 둘러싸이는 상태로 수조(41) 내의 바닥에 설치될 수 있다. 예를 들어, 투수성 막 부재(44)는 다수의 미세통공을 가지는 멜라민 폼으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는, 물 정화 모듈이 수조를 구비하지 않고 하우징의 하부 공간이 물을 가두는 역할을 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징의 하부에 격벽을 설치하여 공기흐름과 물을 가두는 역할을 하게 할 수 있다. 이때, 하우징의 하부에 물을 배수할 수 있는 배수 밸브가 설치되고 하우징의 측면에 물을 공급할 수 있는 급수 밸브가 설치될 수 있다. 이 경우 배수 밸브와 급수 밸브를 전동 밸브로 구성하고 별도의 컨트롤러를 통해 물의 오염 상태(예를 들어, 탁도 센서에 의해 감지되는 탁도)에 대응하여 배수와 급수가 자동으로 이루어지도록 할 수 있다.
공기 필터(50)는 물 정화 모듈(40)을 지난 공기가 통과하도록 설치된다. 공기 필터(50)는 세 번째 공기 정화 기능을 수행한다. 도면에 도시된 바와 같이, 공기 필터(50)는 하우징(10)에 설치되는 배출 덕트(13)에 설치될 수 있으며, 공기 필터(50)의 하류 측에는 공기 흐름을 일으키는 공기 팬(20)이 설치될 수 있다.
이때, 하우징(10)은 수평 방향으로 나란하게 배치되는 제1 내부 공간(15)과 제2 내부 공간(16)을 구비할 수 있다. 토양 정화 모듈(30)과 물 정화 모듈(40)이 제1 내부 공간(15)이 상하 방향으로 배치되며, 공기 필터(50)는 제2 내부 공간(16)에 연결되는 배출 덕트(13)에 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실내 공기질 개선 장치는 토양에 의한 공기 정화, 물에 의한 공기 정화, 그리고 필터에 의한 공기 정화를 차례로 수행하며, 이에 의해 저비용으로 효율적인 공기 정화가 가능하다. 특히 마지막으로 공기 정화를 하는 공기 필터(50)는 두 차례 정화가 이루어진 공기를 정화하기 때문에 미세입자를 거를 수 있는 미세구조의 필터일 필요가 없으며 그에 의해 비용이 저렴할 뿐만 아니라 제거되는 불순물이 많지 않기 때문에 긴 교체 주기를 가지는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
10: 하우징
11: 공기 흐름 통로
13: 배출 덕트
20: 공기 팬
30: 토양 정화 모듈
31: 잔디 포트
32: 수용 케이스
40: 물 정화 모듈
41: 수조
42: 물 펌프
43: 분사 노즐
44: 투수성 막 부재
50: 공기 필터

Claims (9)

  1. 공기 흐름 통로를 형성하는 하우징,
    상기 하우징에 설치되어 상기 공기 흐름 통로를 통한 공기 흐름을 유발하는 공기 팬,
    상기 공기 흐름 통로의 상류 측에 설치되며 공기가 통과할 수 있는 배합토양층에 잔디가 식재된 토양 정화 모듈,
    상기 토양 정화 모듈을 통과한 공기에 물을 분사하는 물 정화 모듈, 그리고
    상기 물 정화 모듈을 지난 공기가 통과하도록 설치되는 공기 필터
    를 포함하는 실내 공기질 개선 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 토양 정화 모듈은
    상기 배합토양층에 상기 잔디가 식재된 잔디 포트, 그리고
    상기 하우징에 체결되며 상기 잔디 포트를 수용할 수 있도록 구성되는 수용 케이스
    를 포함하는 실내 공기질 개선 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 물 정화 모듈은
    물을 저장하는 수조,
    상기 수조에 저장된 물을 펌핑하는 물 펌프, 그리고
    상기 물 펌프에 의해 펌핑된 물을 분사하는 분사 노즐
    을 포함하는 실내 공기질 개선 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 수조는 상측이 개방된 상태로 형성되며 상기 토양 정화 모듈의 아래에 배치되는 실내 공기질 개선 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 물 펌프는 이물질 유입의 방지를 위해 투수성 막 부재에 둘러싸이는 상태로 상기 수조 내에 배치되는 실내 공기질 개선 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 하우징은 수평 방향으로 나란하게 배치되는 제1 내부 공간과 제2 내부 공간을 포함하며,
    상기 토양 정화 모듈과 상기 물 정화 모듈은 상기 제1 내부 공간에 상하 방향으로 배치되고,
    상기 공기 필터는 상기 제2 내부 공간에 연결되어 정화된 공기를 배출하는 배출 덕트에 설치되는
    실내 공기질 개선 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 공기 팬은 상기 공기 필터의 외측에 배치되는 실내 공기질 개선 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 배합토양층은 미세 다공질 특성을 가지는 화산석 계열의 배합토, 훈탄, 제올라이트 그리고 활성탄의 혼합에 의해 구성되는 실내 공기질 개선 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 배합토, 상기 훈탄, 상기 제올라이트 그리고 상기 활성탄은 5:2:1:2의 부피 비율로 혼합되어 상기 배합토양층을 구성하는 실내 공기질 개선 장치.
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KR1020190100236A KR20210020587A (ko) 2019-08-16 2019-08-16 잔디를 이용한 실내 공기질 개선 장치

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102641890B1 (ko) * 2023-09-04 2024-03-04 한국건설기술연구원 실내 미세먼지 정화를 위한 액티브 토양필터 시스템 및 이를 이용한 실내 미세먼지 정화방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101479191B1 (ko) 2014-06-24 2015-01-08 윤병섭 식물재배 및 공기정화 시스템
KR101611871B1 (ko) 2014-07-25 2016-04-12 세명대학교 산학협력단 식물의 공기정화 기능을 이용한 공기 청정기

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