KR20210046110A - 미세먼지 집진장치 - Google Patents

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Abstract

PM2.5 수준의 초미세먼지를 여과할 수 있도록 된 미세먼지 집진장치가 개시되어 있다.
이 개시된 미세먼지 집진장치는 내부에 용해액이 수용되는 하우징과; 공기 중에 부유하는 미세먼지 입자를 미스트 형태로 응집하는 습식 스크러버와; 하우징에 설치되며, 미스트 내의 미세먼지 입자를 확산 분리시키고, 이 분리된 미세먼지 입자가 용해액 내에 희석되도록 하는 미세입자 분리기와; 하우징을 경유한 공기의 유동 경로 상에 설치되는 것으로, 용해액 내에 희석되거나 공기 내에 포함된 미세먼지를 여과하는 제1필터부와; 제1필터부를 통과한 공기에 포함된 초미세먼지를 여과하는 것으로, 분자인식 고분자 필터를 포함한다.

Description

미세먼지 집진장치{APPARATUS FOR SCRUBBING FINE DUST}
본 발명은 미세먼지 집진장치에 관한 것으로, 상세하게는 PM2.5 수준의 초미세먼지를 여과할 수 있도록 된 미세먼지 집진장치에 관한 것이다.
산업의 발달로 인해 대기오염을 비롯한 환경오염이 가속화되고 있으며, 환경오염에 의한 부작용 또한 사회문제로 대두되고 있다. 이에 따라 국가 및 국제적으로 환경오염을 줄이고, 유해물질 배출을 감소시키기 위해서 다양한 해결방안이 논의되고 있다. 특히 대기오염의 경우, 석탄 및 석유와 같은 탄소연료를 사용함으로써 발생되는 초미세먼지를 비롯한 미세먼지들이 포함되어 있다.
미세먼지란 대기 중에 떠다니거나 흩날려 내려오는 입자상 물질로, 화석연료의 연소과정이나 공장, 자동차 등의 배출 과정에서 발생하는 먼지 등을 의미한다. 이 미세먼지는 지름 10㎛ 이하인 PM10, 2.5㎛ 이하인 PM2.5로 구분된다. 이중 초미세먼지인 PM2.5는 사업장 배출 SOx, 자동차 배출 NOx 등이 대기 중 수증기, 암모니아 등과의 화학반응이나, 각종 유기용제와 석유정제 및 석유화학제품 제조시설에서 배출되는 휘발성유기화합물(VOCs) 등과의 2차 생성물이 전체의 70%를 차지한다.
상기한 미세먼지를 제거하기 위한 다양한 집진장치들이 개시된 바 있다. 하지만, 종래의 집진장치들은 미세먼지를 충분히 제거하지 못하거나, 이를 위한 장치가 복잡하다는 등의 유지 보수가 어려운 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0024507호 (2016.03.07) 대한민국 등록특허 제10-1503022호 (2015.03.18.) 미국 등록특허 5,500,111B (1996.04.19.)
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 분자인식 고분자 필터를 적용하여, PM2.5 수준의 초미세먼지를 포함한 미세먼지를 제거할 수 있도록 된 미세먼지 집진장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미세먼지 집진장치에 있어서, 내부에 용해액이 수용되는 하우징과; 공기 중에 부유하는 미세먼지 입자를 미스트 형태로 응집하는 습식 스크러버와; 상기 하우징에 설치되며, 상기 미스트 내의 미세먼지 입자를 확산 분리시키고, 이 분리된 미세먼지 입자가 상기 용해액 내에 희석되도록 하는 미세입자 분리기와; 상기 미세입자 분리기를 경유한 공기의 유동 경로 상에 설치되는 것으로, 상기 용해액 내에 희석되거나 상기 공기 내에 포함된 미세먼지를 여과하는 제1필터부와; 상기 제1필터부를 통과한 공기에 포함된 초미세먼지를 여과하는 것으로, 분자인식 고분자 필터를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 습식 스크러버는, 내부에 분무용액이 수용된 수조와; 상기 분무용액으로부터 미스트를 생성하는 미스트 발생기와; 상기 미스트 발생기에 의해 생성된 미스트를 오염된 공기 상에 분사하는 분사부를 포함할 수 있다.
상기 습식 스크러버는 상기 수조 내에 수용되며, 요오드화은이 코팅된 다수의 살균볼을 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수조는 상기 하우징에 대해 일체로 형성되고, 상기 수조와 상기 하우징 사이에 마련되는 수질필터를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 미세입자 분리기는, 상기 하우징 내에 회전 가능하며, 그 일부가 상기 용해액 내에 잠기도록 설치되는 회전체와; 상기 회전체 상에 마련되며, 미세유체역학에 의하여 상기 미스트와 함께 이동하는 미세먼지를 상기 용해액 내에 분리 및 희석시키는 분리부를 포함할 수 있다.
상기 제1필터부는, 메쉬 형상의 베이스와, 상기 베이스 상에 형성되는 것으로 상기 용해액 내에 희석된 미세먼지를 흡착하는 나노섬유층를 구비한 나노필터와; 상기 하우징을 경유하여 배출되는 상기 공기 내의 미스트 및 미세먼지를 제거하는 것으로, 시트를 구부려 형성된 원뿔 형상의 복수의 마이크로 호퍼 구조의 조합으로 이루어진 복수의 담체를 구비한 데미스터를 포함할 수 있다.
상기 분자인식 고분자 필터는, 부직포와; 상기 부직포 상에 형성되며, 초미세먼지를 여과하는 분자인식 고분자 기능성 폴리머를 포함하며, 상기 분자인식 고분자 기능성 폴리머는 자외선 광에 의해 나노 크기로 다공성으로 천공될 수 있다.
본 발명에 따른 미세먼지 집진장치는 분자인식 고분자 필터를 채용함으로써, 구성을 단순화하면서도 PM2.5 수준의 초미세먼지를 집진할 수 있다는 이점이 있다.
또한 나노섬유층을 구비한 나노필터를 채용함으로써, 나노필터에 흡착된 미세먼지를 세정 등의 단순한 방식으로 제거할 수 있다. 이에 따라 유지 보수 비용을 절감할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 집진장치를 보인 개략적인 도면.
도 2는 도 1의 습식 스크러버의 살균볼 제조 공정을 나타낸 개략적인 도면.
도 3은 도 1의 미세입자 분리기를 보인 사시도.
도 4는 도 1의 제1필터부의 일 요소인 나노필터의 요부를 보인 개략적인 도면.
도 5는 도 1의 데미스터를 구성하는 복수의 담체를 보인 사시도.
도 6은 도 1의 분자인식 고분자 필터를 보인 부분 단면 사시도.
도 7은 도 1의 분자인식 고분자 필터의 제조 공정을 보인 개략적인 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세먼지 집진장치를 보인 개략적인 도면.
이하, 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 집진장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세먼지 집진장치는 내부에 용해액(10a)이 수용되는 하우징(10), 습식 스크러버(20), 미세입자 분리기(30), 제1필터부(40) 및 분자인식 고분자 필터(50)를 포함한다. 이 미세먼지 집진장치는 공기를 하우징(10) 내외부로 순환시키기 위한 강제 송풍구조를 포함할 수 있다. 이 강제 송풍구조의 예로서, 외부 공기를 하우징(10) 내부로 흡입하는 흡기팬(61)과, 하우징(10) 내부의 공기를 외부로 배출하는 배기팬(65)을 포함할 수 있다. 여기서 흡기팬(65)을 통하여 하우징(10) 내부로 유입되는 공기는 PM10 수준의 미세먼지 뿐만 아니라 PM2.5 수준의 초미세먼지를 포함할 수 있다. 이 오염된 공기는 미세먼지 집진장치를 통하여 정화된 후 배기팬(65)을 통하여 배기된다.
습식 스크러버(20)는 공기 중에 부유하는 미세먼지 입자를 미스트(20a) 형태로 응집한다. 즉 습식 스크러버(20)는 액적, 액막, 기포 등에 의해 함진가스를 세정하여 입자에 부착, 입자 상호간의 응집을 촉진시켜 직접 가스의 흐름으로부터 입자를 분리한다.
이를 위하여 습식 스크러버(20)는 내부에 분무용액(21a)이 수용된 수조(21)와, 분무용액(21a)으로부터 미스트를 생성하는 미스트 발생기(25) 및 미스트 발생기(25)에 의해 생성된 미스트(20a)를 오염된 공기 상에 분사하는 분사부(27)를 포함한다. 여기서 분무용액(21a)으로서 주로 물이 사용한다. 상기 분사부(27)는 흡기팬(61)을 통하여 하우징(10) 내부로 유입되는 오염된 공기의 이동 경로 상에 설치되는 것으로, 오염 공기 내에 미스트(20a)를 분사하여 공기 중에 포함된 미세먼지 입자를 응집하여, 상기 하우징(10) 내부로 낙하시킨다.
상기 습식 스크러버(20)는 수조(21) 내에 수용되는 다수의 살균볼(23)을 더 포함할 수 있다. 즉, 살균볼(23)은 수조(21) 내의 분무용액(21a) 내에 침지되도록 수납될 수 있다. 이 경우, 살균볼(23)은 요오드화은(AgI)이 코팅된 구조를 가질 수 있다.
도 2는 살균볼의 제조 공정을 보인 개략적인 도면이다. 도 2를 참조하면, 알루미나 볼(23a)을 준비하고, 무전해 은도금을 통하여 알루미나 볼(23a)의 표면에 소정 두께로 은(Ag)코팅피막(23b)을 형성한다. 이어서, 은코팅피막(23b)에 대해 요오드화 반응을 통하여 요오드화은(AgI)코팅피막(23c)을 형성한다.
상기한 바와 같이 수조(21) 내에 다수의 살균볼(23)을 투입함으로써, 물속에서 요오드(I) 성분과 은(Ag) 성분이 이온으로 존재할 수 있게 된다. 이때, 물속에 녹아 있는 은(Ag) 성분은 각종 미생물에 대한 살균작용을 한다.
미세입자 분리기(30)는 하우징(10) 내에 설치되며, 미스트(20a) 내의 미세먼지 입자를 확산 분리시키고, 이 분리된 미세먼지 입자가 상기 용해액(10a) 내에 희석되도록 한다.
도 3은 도 1의 미세입자 분리기를 보인 사시도이다. 도 3을 참조하면, 상기 미세입자 분리기(30)는 회전체(31) 및 이 회전체(31) 상에 마련된 분리부(35)를 포함한다. 회전체(31)는 하우징(10) 내에 회전 가능하며, 그 일부가 상기 용해액(10a) 내에 잠기도록 설치된다. 이에 따라 회전체(31)가 회전하면서 상기 분리부(35)가 용해액(10a)에 감기게 된다. 이 회전체(31)는 소정 구동원(미도시)에 의해 회전 구동될 수 있다. 분리부(35)는 미세유체역학(Micro-fluidics)에 의하여 상기 미스트와 함께 이동하는 미세먼지를 상기 용해액(35) 내에 분리 및 희석시킨다.
제1필터부(40)는 미세입자 분리기(30)를 경유한 공기의 유동 경로 상에 설치되는 것으로, 용해액(10a) 내에 희석되거나 이동하는 공기 내에 포함된 미세먼지를 여과한다. 이 제1필터부(40)는 적어도 하나의 나노필터(41)와, 데미스터(45)를 포함할 수 있다. 도 1은 두 개의 나노필터(41)가 데미스터(45)의 상류와 하류 각각에 설치된 예를 나타내었으나, 이에 한정되는 것은 아니며 개수 및 배치 위치는 필요에 따라 변경 가능하다.
도 4를 참조하면, 나노필터(41)는 메쉬 형상의 베이스(41a)와, 상기 베이스(41a) 상에 형성되는 나노섬유층(41b)을 포함할 수 있다. 나노섬유층(41b)은 용해액 내에 희석된 미세먼지를 흡착한다. 또한 나노필터(41)는 나노섬유층(41b) 상에 형성되는 코팅층(41c)을 더 포함할 수 있다. 이 코팅층(41c)에는 2차원 행렬 방향으로 배열 된 다수의 개구가 형성되고, 이 개구를 통하여 나노섬유층(41b)이 외부에 노출된다. 따라서 나노필터(41)는 나노섬유층(41b)을 통한 먼지 흡착 성능을 유지하면서도, 장시간 사용시 나노섬유층(41b)이 분리되는 것을 억제할 수 있다. 이와 같이 구성된 나노필터(41)는 물로 세척 가능한 구조를 가지는 것으로, 오염시 용이하게 세정할 수 있다는 이점이 있다.
상기 데미스터(45)는 외부로 배출되는 공기 내의 미스트 및 미세먼지를 제거하는 것으로, 복수의 담체(47)를 포함한다. 각각의 담체(47)는 사이클론 및 난기류를 형성하여 유입되는 유체를 미세먼지가 흡착된 안개입자와 여과된 유체로 분리한다.
도 5를 참조하면, 상기 담체(47)는 단위 부피 공간에 대한 비 표면적을 극대화 할 수 있도록 된 구조를 가질 수 있다. 상기 담체(47)는 PVC 재질로 제조될 수 있어서, 저가로 용이하게 그 형상을 형성할 수 있다. 각각의 담체(47)는 원뿔 형상의 복수의 마이크로 호퍼 구조의 조합체로 구성될 수 있다. 이 마이크로 호퍼는 사이클론 집진기의 원리와 실질상 동일한 원리로 유입되는 미세먼지 포함 유체를 분리한다. 즉, 유체가 마이크로 호퍼 내부로 유입되면 마이크로 호퍼의 구조에 기인하여, 미세먼지를 포집한 안개입자는 마이크로 호퍼의 내벽측으로 힘을 받은 상태로 나선형상으로 일 방향으로 진행하고, 미세먼지가 제거된 유체는 마이크로 호퍼의 중심으로 분리된 상태로 안개입자의 진행방향과 다른 방향으로 나선상으로 이동한다. 이와 같이 제작함으로써 마이크로 호퍼 구조로 이루어진 담체(47)에 먼지 입자를 포함한 유체를 충돌시킴으로써, 접촉 시간을 증가시킬 수 있어서, 먼지를 효율적으로 포집하여 분리할 수 있다.
상기 분자인식 고분자 필터(Molecular Imprinting Polymer Filter; 50)는 제1필터부(40)를 통과한 공기에 포함된 PM2.5 수준의 SOx, NOx 등의 초미세먼지를 여과한다.
도 6은 도 1의 분자인식 고분자 필터를 보인 부분 단면 사시도이다. 도 6을 참조하면, 분자인식 고분자 필터(50)는 부직포(51)와, 이 부직포(51) 상에 형성되어 초미세먼지를 여과하는 분자인식 고분자 기능성 폴리머(55)를 포함한다. 이 분자인식 고분자 기능성 폴리머(55)에는 자외선 광에 의해 나노 크기로 다공성으로 천공된 캐비티(55a)가 형성된다.
도 7은 도 1의 분자인식 고분자 필터의 제조 공정을 보인 개략적인 도면이다. 도 7을 참조하면, 일면에 분자인식 고분자(Molecular Imprinting Polymer) 수지(MIP Resin)가 형성된 부직포(Nonwoven fabric)를 준비한다. 고분자 필터 제조시, 상기한 부직포는 소정 구동유닛에 의해 소정 속도로 움직임 가능하게 장착된다. 상기 MIP 레진 상에는 롤 형상의 나노몰드(Roll Mounted working Nano-mold)에 의해 나노 크기의 다공성 캐비티가 형성된다. 여기서 나노몰드는 자외선(UV) 광을 투과시킬 수 있는 수정 롤(Quartz roll)과, 이 수정 롤 내에 내장된 UV 광원을 포함할 수 있으며, 제조 공정시 롤 프린팅 시스템을 통하여 UV 광을 MIP 레진 표면에 소정 간격으로 조사함으로써, 상기한 캐비티를 형성한다.
상기한 분자인식 고분자필터는 휘발성유기화합물(VOCs) 등의 초미세먼지에 대하여 폴리머 반응을 통하여 포집한다. 즉, 기능적 모노머(Funtional Monomer)는 VOCs 등의 템플릿에 대해 셀프-어셈블리(Self-assembly) 과정을 통하여 폴리머 매트릭스를 형성함으로써 VOCs 등을 포집함으로써 초미세먼지를 여과한다. 이와 같이 포집된 초미세먼지는 세정 등의 제거 공정을 통하여 분자인식 고분자필터로부터 제거할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 미세먼지 집진장치는 분자인식 고분자 필터를 채용함으로써, 구성을 단순화하면서도 PM2.5 수준의 초미세먼지를 집진할 수 있다는 이점이 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세먼지 집진장치를 보인 개략적인 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세먼지 집진장치는 도 1의 일 실시예에 따른 미세먼지 집진장치와 비교하여 볼 때, 하우징과 수조를 일체로 구성하고 별도의 수질필터를 더 포함하는 점에서 구별되며, 다른 구성요소는 실질상 동일하다. 즉, 습식 스크러버(20)의 수조(도 1의 21)는 하우징(10')에 대해 일체로 형성된다. 수질필터(71)는 미세입자 분리기(30)가 위치된 공간과 살균볼(23)이 위치된 공간 사이에 형성되는 것으로, 미세먼지에 의해 오염된 용해액을 여과하여, 습식 스크러버(20)에 정화된 용액이 공급되도록 한다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10: 하우징 20: 습식 스크러버
21: 수조 23: 살균볼
25: 미스트 발생기 27: 분사부
30: 미세입자 분리기 31: 회전체
35: 분리부 40: 제1필터부
41: 나노필터 45: 데미스터
47: 담체 50: 분자인식 고분자 필터
61: 흡기팬 65: 배기팬
71: 수질필터

Claims (7)

  1. 미세먼지 집진장치에 있어서,
    내부에 용해액이 수용되는 하우징과;
    공기 중에 부유하는 미세먼지 입자를 미스트 형태로 응집하는 습식 스크러버와;
    상기 하우징에 설치되며, 상기 미스트 내의 미세먼지 입자를 확산 분리시키고, 이 분리된 미세먼지 입자가 상기 용해액 내에 희석되도록 하는 미세입자 분리기와;
    상기 미세입자 분리기를 경유한 공기의 유동 경로 상에 설치되는 것으로, 상기 용해액 내에 희석되거나 상기 공기 내에 포함된 미세먼지를 여과하는 제1필터부와;
    상기 제1필터부를 통과한 공기에 포함된 초미세먼지를 여과하는 것으로, 분자인식 고분자 필터를 포함하는 미세먼지 집진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 습식 스크러버는,
    내부에 분무용액이 수용된 수조와;
    상기 분무용액으로부터 미스트를 생성하는 미스트 발생기와;
    상기 미스트 발생기에 의해 생성된 미스트를 오염된 공기 상에 분사하는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 집진장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 습식 스크러버는,
    상기 수조 내에 수용되며, 요오드화은이 코팅된 다수의 살균볼을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 집진장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수조는 상기 하우징에 대해 일체로 형성되고,
    상기 수조와 상기 하우징 사이에 마련되는 수질필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 집진장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세입자 분리기는,
    상기 하우징 내에 회전 가능하며, 그 일부가 상기 용해액 내에 잠기도록 설치되는 회전체와;
    상기 회전체 상에 마련되며, 미세유체역학에 의하여 상기 미스트와 함께 이동하는 미세먼지를 상기 용해액 내에 분리 및 희석시키는 분리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 집진장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1필터부는,
    메쉬 형상의 베이스와, 상기 베이스 상에 형성되는 것으로 상기 용해액 내에 희석된 미세먼지를 흡착하는 나노섬유층를 구비한 나노필터와;
    외부로 배출되는 공기 내의 미스트 및 미세먼지를 제거하는 것으로, 시트를 구부려 형성된 원뿔 형상의 복수의 마이크로 호퍼 구조의 조합으로 이루어진 복수의 담체를 구비한 데미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세먼지 집진장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분자인식 고분자 필터는,
    부직포와;
    상기 부직포 상에 형성되며, 초미세먼지를 여과하는 분자인식 고분자 기능성 폴리머를 포함하며,
    상기 분자인식 고분자 기능성 폴리머는 자외선 광에 의해 나노 크기로 다공성으로 천공되는 것을 특징으로 하는 미세먼지 집진장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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