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KR20220135641A - 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법 - Google Patents

인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법 Download PDF

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KR20220135641A
KR20220135641A KR1020210041603A KR20210041603A KR20220135641A KR 20220135641 A KR20220135641 A KR 20220135641A KR 1020210041603 A KR1020210041603 A KR 1020210041603A KR 20210041603 A KR20210041603 A KR 20210041603A KR 20220135641 A KR20220135641 A KR 20220135641A
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KR
South Korea
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air
purification
artificial intelligence
unit
screen
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KR1020210041603A
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허현미
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허현미
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Publication date
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Abstract

본 발명은 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법에 관한 것으로 보다 상세하게는, 하부 일측에 설치되어 오염된 공기를 공급하는 제1공기공급부와, 내부공간에 일정량 담수되어 상기 오염된 공기의 먼지 및 유기기체를 용해시키는 정화수와, 복수의 통공이 형성되는 제1스크린과, 상부 일측에 설치되어 정화된 공기를 배출하는 제1공기배출부가 구비되는 제1정화유닛; 상기 제1공기배출부와 연결되어 정화된 공기를 공급하는 제2공기공급부와, 내부공간에 일정량 담수되어 상기 오염된 공기의 먼지 및 유기기체를 용해시키는 정화수와, 복수의 통공이 형성되는 제2스크린과, 상부 일측에 설치되어 정화된 공기를 배출하는 제2공기배출부가 구비되는 제2정화유닛; 상기 제1, 2정화유닛을 제어하는 제어유닛;을 포함하고, 상기 제1, 2공기공급부는, 외주면에 복수의 공기구멍이 형성되고, 상기 제1, 2정화유닛 내측 하부로 연장되어 오염된 공기를 공급하는 공기공급기를 포함하고, 상기 제1, 2정화유닛 내측에는 돌출된 버블유도돌기가 설치되되, 상기 버블유도돌기는 상기 제1, 2스크린과 상기 공기공급기 사이에 위치하는 것과, 상기 제어유닛은, 상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 대기질측정센서를 더 포함하고, 상기 대기질측정센서에서 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛을 자동으로 구동되도록 제어되되, 상기 제어유닛은, 인공지능 알고리즘을 통해 제어되는 것을 특징으로 한다.

Description

인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법{Air purification device and air purification method using artificial intelligence}
본 발명은 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인공지능 알고리즘으로 제어되는 제어유닛을 통해 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛을 자동으로 구동시켜 공기정화효율을 향상시키기 위한 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기정화장치는 오염된 공기에 포함된 유해성분이나 냄새 등을 제거하기 위한 장치로서, 가장 보편화된 공기정화수단으로는 폴리프로필렌(PP) 수지섬유 또는 폴리에틸렌(PE) 수지섬유로 된 부직포 형태의 필터나 전기집진방식의 정전필터가 사용되고 있다. 그러나, 상기한 필터는 입자먼지를 여과하는데는 효과적일지 모르나 미세한 바이러스나 박테리아 등을 살균하거나, 휘발성 유기화합물, 악취 및 에틸렌가스 등의 여과는 불가능하거나 가능하더라도 그 효과가 미약한 단점이 있다.
최근에는 탈취전용필터인 활성탄으로 만들어진 활성탄 필터가 적용되고 있으나, 탈취전용필터임에도 불구하고 탈취효과가 기대치에 미치지 못한다. 또한 알루미늄이나 구리의 표면에 광촉매를 코팅한 광촉매필터에 자외선을 조사하는 방식을 이용하여 광촉매필터에 포집된 미생물을 자외선에 의해 살균되게 하는 살균전용필터를 사용하기도 하는데, 이 필터는 자외선의 전반적인 조사가 어렵고 자외선의 조사시간부족으로 입도가 작은 바이러스, 박테리아 등의 살균성능이 확실치 않을 뿐만 아니라 정기적으로 필터를 세척하거나 교체해야 하는 관리상의 번거러움도 있다.
이에 따라, 새로이 등장한 워터필터는 워터스크린(water screen)을 설치해 놓고 이 워터스크린에 오염된 공기를 통과시킴으로써 워터스크린에 이물질이 씻겨지도록 하거나, 또는 담수된 물에 공기를 강제로 불어넣어서 물속을 경유하여 배출되게 함에 따라 공기속의 이물질 및 냄새가 물에 의해 씻겨지도록 하는 방법을 취하기도 한다. 이중에서 후자의 경우는 마치 스트로그를 입으로 불어서 물속으로 공기를 주입하는 원리와 같이 송풍기와 주입관을 이용하여 송풍기의 강한 풍력에 의
해서 주입관을 통과한 공기가 물속으로 입수되게 하는 것이다.
하지만, 주입관의 관경이 큰 경우에는 일시에 많은 양의 공기가 물속으로 입수되기 때문에 큰 공기방울이 생성되며, 생성된 크기를 유지한 채 그대로 배출된다. 그러나, 이렇게 공기방울이 크게 되면 공기방울이 수면위로 올라가서 터질 때 소음이 크게 발생하게 되며, 많은 양의 공기를 큰 관을 통해 배출되게 하려면 송풍기의 풍력이 커야 하므로 크기가 큰 송풍기를 사용해야 한다. 따라서, 송풍기의 구동소음, 고가의 송풍기를 적용함에 따른 가격상승, 송풍기 확대와 맞물려서 공기정화장치의 전체 사이즈가 확대되어야 하는 등의 문제점이 발생되었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2017-0102645호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 인공지능 알고리즘으로 제어되는 제어유닛을 통해 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛을 자동으로 구동시켜 공기정화효율을 향상시키기 위한 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제1, 2정화유닛 내부에 설치된 제1, 2스크린의 통공 배치 위치와 모양 및 크기를 변화시켜 버블의 생성량을 조절함으로써 정화수에 용해된 오염된 공기를 손쉽게 정화시키기 위한 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 제1, 2정화유닛을 직렬 또는 병렬 중 어느 하나의 방향으로 적재되도록 배치함으로써 오염된 공기의 정화효율을 증대시킴과 동시에, 공기정화장치를 사용자가 원하는 위치 및 장소에 구애받지 않고 자유롭게 설치하기 위한 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명인 인공지능을 활용한 공기정화장치는, 하부 일측에 설치되어 오염된 공기를 공급하는 제1공기공급부와, 내부공간에 일정량 담수되어 상기 오염된 공기의 먼지 및 유기기체를 용해시키는 정화수와, 복수의 통공이 형성되는 제1스크린과, 상부 일측에 설치되어 정화된 공기를 배출하는 제1공기배출부가 구비되는 제1정화유닛;
상기 제1공기배출부와 연결되어 정화된 공기를 공급하는 제2공기공급부와, 내부공간에 일정량 담수되어 상기 오염된 공기의 먼지 및 유기기체를 용해시키는 정화수와, 복수의 통공이 형성되는 제2스크린과, 상부 일측에 설치되어 정화된 공기를 배출하는 제2공기배출부가 구비되는 제2정화유닛;
상기 제1, 2정화유닛을 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
상기 제1, 2공기공급부는,
외주면에 복수의 공기구멍이 형성되고, 상기 제1, 2정화유닛 내측 하부로 연장되어 오염된 공기를 공급하는 공기공급기를 포함하고,
상기 제1, 2정화유닛 내측에는 돌출된 버블유도돌기가 설치되되,
상기 버블유도돌기는 상기 제1, 2스크린과 상기 공기공급기 사이에 위치하는 것과,
상기 제어유닛은, 상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 대기질측정센서를 더 포함하고,
상기 대기질측정센서에서 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛이 자동으로 구동되고,
상기 제어유닛은, 인공지능 알고리즘을 통해 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛은,
상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 버블측정센서를 더 포함하고, 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛과 연동되는 분석서버부를 더 포함하고,
상기 분석서버부는,
상기 대기질측정센서에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터 및 상기 버블측정센서에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 비교하여 상기 오염된 공기의 공급량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛과 상기 분석서버부는 통신부를 매개로 유무선 통신하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 2정화유닛은 직렬 또는 병렬 중 어느 하나의 방향으로 적재되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 2정화유닛 내측 하부면에 일측방향으로 경사진 슬러지배출부가 더 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1, 2스크린은,
제1통공이 형성된 상단스크린과, 제2통공이 형성된 중단스크린과, 제3통공이 형성된 하단스크린을 포함하고,
상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 상단스크린, 중단스크린 및 하단스크린이 적층되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1통공, 제2통공 및 제3통공은 형상, 위치 및 크기 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1통공, 제2통공 및 제3통공의 단면은 상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 중첩되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 인공지능을 활용한 공기정화방법은, 오염된 공기를 공급하는 공급단계(S10);
상기 오염된 공기가 정화수와 접촉하는 접촉단계(S20);
상기 오염된 공기에 포함된 먼지 및 유기기체가 정화수와 용해되는 용해단계(S30);
정화된 공기를 외부로 배출하는 배출단계(S40);를 포함하되,
상기 공급단계(S10), 배출단계(S40)는 상기 제어유닛의 인공지능 알고리즘을 통해 제어되고,
상기 제어유닛은, 상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 대기질측정센서를 더 포함하고,
상기 대기질측정센서에서 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛을 자동으로 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛은,
상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 버블측정센서를 더 포함하고, 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어유닛과 연동되는 분석서버부를 더 포함하고,
상기 분석서버부는,
상기 대기질측정센서에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터를 분석하고, 상기 버블측정센서에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 분석하고, 비교하여 상기 오염된 공기의 공급량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용해단계에서,
상기 오염된 공기는 상기 제1, 2스크린의 단면에 형성된 복수의 통공을 통과하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법에 따르면, 인공지능 알고리즘으로 제어되는 제어유닛을 통해 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛을 자동으로 구동시켜 공기정화효율을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 제1, 2정화유닛 내부에 설치된 제1, 2스크린의 통공 배치 위치와 모양 및 크기를 변화시켜 버블의 생성량을 조절함으로써 정화수에 용해된 오염된 공기를 손쉽게 정화하는 효과가 있다.
또한, 제1, 2정화유닛을 직렬 또는 병렬 중 어느 하나의 방향으로 적재되도록 배치함으로써 오염된 공기의 정화효율을 증대시킴과 동시에, 공기정화장치를 사용자가 원하는 위치 및 장소에 구애받지 않고 자유롭게 설치하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 공기정화장치를 도시한 개략도,
도 2, 3, 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 스크린의 평면도,
도 5 (a)와 (b)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 각 스크린의 정면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 통공의 위치를 도시한 정면도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블을 이용한 공기정화방법의 블록도이다.
이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공지능을 활용한 공기정화장치를 도시한 개략도이고, 도 2, 3, 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각 스크린의 평면도이고, 도 5 (a)와 (b)는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 각 스크린의 정면도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 통공의 위치를 도시한 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 블록도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명인 인공지능을 활용한 공기정화장치 는 크게 제1정화유닛(100), 제2정화유닛(200), 제어유닛(300)을 포함하는 구성이다.
상기 제1정화유닛(100)은, 내부공간에 일정량의 정화수가 담수되는데, 상기 정화수는 상기 제1정화유닛(100) 내부에 60 ~ 80 % 정도 담수되되, 상부로는 이하 설명될 보조정화유닛(130)에서 부상된 버블에 포함된 공기를 정화시키는 공기정화공간(131)을 확보하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1정화유닛(100) 하부 일측에 제1공기공급부(110)가 설치되어 외부의 오염된 공기를 상기 제1정화유닛(100) 내측으로 공급하게 되는데, 이러한 오염된 공기에는, 미세먼지, 이물질, 이산화탄소, 라돈, 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물 등의 인체에 유해한 물질이 포함되어 있다.
상기 제1공기공급부(110)는, 펌프와, 송풍기 및 공기공급기(111)를 포함한 구성으로, 상기 펌프와 송풍기는 상기 제1정화유닛(100) 일측에 설치되어 오염된 공기를 공급하게 되고, 이렇게 공급된 오염된 공기는 상기 펌프와 송풍기와 연장되도록 설치되고, 상기 제1정화유닛(100) 내측 하부로 연장된 상기 공기공급기(111)를 통해 공급하게 된다.
이러한, 상기 공기공급기(111)는 외주면에 복수의 공기구멍(112)이 형성되고, 상기 공기구멍(112)을 통해 오염된 공기를 상기 제1정화유닛(100) 내부로 공급시킬 수 있다.
상기 공기공급기(111)를 통해 공급되는 오염된 공기가 상기 정화수(W)와 접촉하는 과정에서, 오염된 공기에 포함된 먼지 및 유기기체 등의 입자가 상기 정화수(W)와 용해 및 포집됨으로써 오염된 공기의 유해물질을 손쉽게 제거할 수 있다.
이때, 상기 공기구멍(112)의 직경은 90 ~ 110 mm 사이로 형성될 수 있는데, 상기 공기구멍(112)의 직경이 90 mm 이하일 경우, 공급되는 오염된 공기의 공급량이 다소 적게 공급되어 오염된 공기의 공급량이 감소되는 문제점과 펌프의 부하가 발생되어 펌프의 손상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 공기구멍(112)의 직경이 110 mm 이상일 경우, 공급되는 오염된 공기의 유량이 다소 많이 공급됨으로써 입자가 큰 오염된 공기가 공급되므로 버블을 잘개 쪼개는 시간이 증가되어 공기정화 효율이 낮아짐과 동시에 공기정화 시간이 오래 걸리는 문제점이 있으므로 상기 공기구멍(112)의 직경은 90 ~ 110 mm 사이로 형성되는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 제1정화유닛(100)의 용량이 대형일 경우, 상기 펌프와 송풍기의 용량이 커짐으로써 전력량의 증가와 소음 발생 등의 문제점이 발생하기 때문에, 상기 제1정화유닛(100) 즉, 단일개의 공기정화장치로 정화하는 것보다, 상기 제1정화유닛(100)과 제2정화유닛(200) 등 다수개의 공기정화장치를 통해, 공기를 정화시켜 공기정화율을 높이고 상기 펌프와 송풍기의 용량을 낮춰 전력량을 낮추고 소음 발생을 저하시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 제1정화유닛(100) 내부에 제1스크린(120)이 다단으로 설치되고 단면에 복수의 통공(121)이 형성되어 공급되는 오염된 공기를 마이크로 또는 나노 단위의 버블로 쪼개 크기가 다른 버블을 다량으로 생성하게 된다.
이러한, 상기 제1스크린(120)은 제1통공(121-1)이 형성된 상단스크린(120-1)과, 제2통공(121-2)이 형성된 중단스크린(120-2)과, 제3통공(121-3)이 형성된 하단스크린(120-3)을 포함한 구성이다.
이때, 상기 상단스크린(120-1)과 중단스크린(120-2) 및 하단스크린(120-3)은, 상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 상단스크린(120-1)과 중단스크린(120-2) 및 하단스크린(120-3)이 적층되어 설치되는 구성이다.
또한, 상기 상단스크린(120-1)과 중단스크린(120-2) 및 하단스크린(120-3)에 형성된 상기 제1통공(121-1), 제2통공(121-2) 및 제3통공(121-3)의 단면이 상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 중첩되지 않도록 배치 즉, 상기 공기의 유동방향을 이루는 축(z)에 수직인 방향으로 상호 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 상단스크린(120-1)에 형성된 복수의 제1통공(121-1)의 위치와, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2)의 위치와 상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 중첩되지 않도록 배치할 수 있으며, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2)의 위치와, 상기 하단스크린(120-3)에 형성된 복수의 제3통공(121-3)의 위치가 상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 중첩되지 않도록 배치된다.
이렇게, 상기 복수의 통공(121)의 형성 위치를 상호 중첩되지 않도록 배치함으로써, 버블의 진행방향인 수직방향 즉, 일직선으로 부유하지 않고 각 제1스크린(120)의 하부 단면과 접촉 후, 정화수(W) 측으로 부상을 위해 각 제1스크린(120)의 통공(121) 측으로 이동하기 위해 지그재그로 이동하게 된다.
따라서, 버블이 정화수(W) 내에서의 잔류되는 체류시간을 증대시킴과 동시에, 다단의 각 제1스크린(120)의 통공(121)을 지그재그로 통과하면서 상기 제1, 2스크린(120, 220)과의 접촉면적을 늘려 버블의 생성량 증대 및 버블의 입자를 더욱 잘개 쪼갤 수 있는 효과가 있는 것이다.
또한, 복수의 통공이 형성된 상기 상단스크린(120-1), 상기 중단스크린(120-2), 상기 하단스크린(120-3)의 지름을 기준으로 약 1/4 정도 개방된 개방구(미도시)가 형성되되, 상기 상단스크린(120-1), 상기 중단스크린(120-2), 상기 하단스크린(120-3)의 개방구(미도시)는 상호 중첩되지 않도록 배치함으로써, 버블의 진행방향인 수직방향 즉, 일직선으로 부유하지 않고 상기 상단스크린(120-1), 상기 중단스크린(120-2), 상기 하단스크린(120-3)의 하부 단면과 접촉 후, 개방구 측을 통해 지그재그로 이동되어 공급되는 정화수(W)에 의한 부하를 저감시킴과 동시에, 상기 제1, 2공기공급부(110, 210)에 구성된 펌프에 발생되는 부하 및 소음을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 상기 제1통공(121-1), 제2통공(121-2) 및 제3통공(121-3)은 형상, 위치 및 크기(단면적) 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 다르게 형성될 수 있는데, 상기 제1통공(121-1), 제2통공(121-2) 및 제3통공(121-3)의 지름은 상호 다르게 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1통공(121-1)의 지름은 10 mm로 형성되고, 상기 제2통공(121-2)의 지름은 5 mm로 형성되며, 상기 제3통공(121-3)의 지름은 2 mm로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 상단스크린(120-1)에 형성된 복수의 제1통공(121-1) 지름은 8 ~ 12 mm로 비교적 크게 형성시켜 공급되는 오염된 공기를 1차적으로 크게 쪼갤 수 있다.
이러한, 상기 통공(121)의 지름이 8 mm 이하일 경우, 공급되는 오염된 공기 입자가 비교적 큰 형태로 유입되어 상기 통공(121)을 통과하지 못하여 상기 상단스크린(120-1)의 단면적에 부하가 발생하는 문제점 있으며, 상기 통공(121)의 지름이 12 mm 이상일 경우, 공급되는 오염된 공기의 입자가 작아 상기 통공(121) 측면의 접촉이 없이 통과되어 버블을 잘개 쪼갤 수 없는 문제점이 있으므로, 상기 상단스크린(120-1)에 형성된 복수의 통공(121) 지름은 8 ~ 12 mm로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2) 지름은 4 ~ 6 mm로 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 보다 비교적 작게 형성될 수 있는데, 상기 제2통공(121-2) 지름이 4 mm 이하일 경우, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1)으로 부터 쪼개진 버블이 통과하지 못하여 상기 중단스크린(120-2)의 단면적에 부하가 발생하는 문제점이 있으며, 상기 제2통공(121-2)의 지름이 6 mm 이상일 경우, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1)으로 부터 쪼개진 버블이, 앞서 상술한 바와 같이 버블의 진행방향인 수직방향 즉, 일직선으로 부유되어 버블을 잘개 쪼개지 못하는 문제점이 있으므로, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2) 지름은 4 ~ 6 mm로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 5 mm로 형성될 수 있다.
아울러, 상기 하단스크린(120-3)에 형성된 복수의 제3통공(121-3) 지름은 1 ~ 3 mm로 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 보다 더 작게 형성될 수 있는데, 상기 제3통공(121) 지름이 1 mm 이하일 경우, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2)으로 부터 쪼개진 버블이 통과하지 못하여 상기 하단스크린(120-3)의 단면적에 부하가 발생하는 문제점이 있으며, 상기 제3통공(121)의 지름이 3 mm 이상일 경우, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2)으로 부터 쪼개진 버블이, 앞서 상술한 바와 같이 버블의 진행방향인 수직방향 즉, 일직선으로 부유되어 버블을 잘개 쪼개지 못하는 문제점이 있으므로, 상기 하단스크린(120-3)에 형성된 복수의 제3통공(121-3) 지름은 1 ~ 3 mm로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 2 mm로 형성되어 최종적으로 작은 입자의 버블을 생성할 수 있는 것이다.
또한, 상기 상단스크린(120-1)에 형성된 복수의 제1통공(121-1)의 지름은 작게 형성되고, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2)의 지름은 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 보다 작게 형성되고, 상기 하단스크린(120-3)에 형성된 복수의 제3통공(121-3)의 지름은 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 보다 크게 형성될 수 있다.
한편, 상기 상단스크린(120-1)에 형성된 복수의 제1통공(121-1)의 지름은 작게 형성되고, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2)의 지름은 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 보다 크게 형성되고, 상기 하단스크린(120-3)에 형성된 복수의 제3통공(121-3)의 지름은 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 보다 작게 형성시키는 등 다양하게 각 통공의 지름을 가변시켜 버블의 크기를 다양하게 쪼갤 수 있다.
[실험예 1]
상기 각 제1스크린(120)에 형성되는 복수의 통공(121) 지름 크기에 따른 버블의 평균생성량과 평균크기를 확인하기 위해, 복수의 통공(121) 지름의 크기를 각 제1스크린(120)에 다르게 형성시킨 후, 상기 하단스크린(120-3)의 상부에 설치된 버블측정센서(310)를 통해 10회 측정 후, 그 값을 평균값으로 계산하였다.
아래의 표 1과 같이, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 지름을 10 mm로 형성시키고, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 지름을 5 mm로 형성시켰으며, 상기 하단스크린(120-3)의 제3통공(121-3) 지름을 2 mm로 형성시켜 실험을 수행하였다.
또한, 표 2와 같이, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 지름을 10 mm로 형성시키고, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 지름을 2 mm로 형성시켰으며, 상기 하단스크린(120-3)의 제3통공(121-3) 지름을 5 mm로 형성시켜 실험을 수행하였다.
아울러, 표 3과 같이, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 지름을 5 mm로 형성시키고, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 지름을 10 mm로 형성시켰으며, 상기 하단스크린(120-3)의 제3통공(121-3) 지름을 2 mm로 형성시켜 실험을 수행하였다.
실험조건 1(mm) 버블의 평균생성량(%) 버블의 평균크기(um)
상단스크린의 제1통공 지름 : 10
81

13 ~ 21
중단스크린의 제2통공 지름 : 5
하단스크린의 제3통공 지름 : 2
실험조건 2(mm) 버블의 평균생성량(%) 버블의 평균크기(um)
상단스크린의 제1통공 지름 : 10
68

18 ~ 26
중단스크린의 제2통공 지름 : 2
하단스크린의 제3통공 지름 : 5
실험조건 3(mm) 버블의 평균생성량(%) 버블의 평균크기(um)
상단스크린의 제1통공 지름 : 5
61

15 ~ 25
중단스크린의 제2통공 지름 : 10
하단스크린의 제3통공 지름 : 2
표 1의 실험결과에서 버블의 평균생성량이 약 81 %로 표 2, 3의 대조군 보다 버블 생성량이 많은것을 알 수 있었고, 버블의 평균크기가 약 13 ~ 21 um로 표 2, 3의 대조군 보다 버블 평균크기가 작게 형성됨을 알 수 있었다.
이러한 실험결과를 통해, 제2통공(121-2)의 단면적이 상기 제1통공(121-1)의 단면적 보다 작게 형성되고, 상기 제3통공(121-3)의 단면적이 상기 제2통공(121-2)의 단면적 보다 작게 형성시킴으로써, 버블의 평균생성량이 증가되고, 버블의 평균크기가 감소되어 오염된 공기의 정화효율이 상승함을 확인할 수 있었다.
따라서, 각 실시예에 따른, 상기 통공(121)의 지름의 크기를 각 제1스크린(120)마다 가변시키도록 설치됨으로써, 버블의 생성량 증대 및 버블의 입자를 더욱 잘개 쪼갤 수 있는 효과가 있으며, 상기 통공의 지름은 당업자에 의해 변경실시 가능함을 밝혀둔다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 상기 통공(121)의 형상을 원형 또는 각형 중 어느 하나의 형상으로 제작될 수 있는데, 상기 상단스크린(120-1)에 형성된 복수의 제1통공(121-1)은 원형의 형상으로 형성되고, 상기 중단스크린(120-2)에 형성된 복수의 제2통공(121-2)은 사각형상으로 형성되며, 상기 하단스크린(120-3)에 형성된 복수의 제3통공(121-3)은 삼각형의 형상으로 형성될 수 있는데, 상기 제3통공(121-3)은 한 내각의 크기가 약 36°인 오목정다각형(별 형상)으로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 통공(121)의 형상을 각 제1스크린(120)마다 한 내각의 크기를 각기 다르게 형성시킴으로써, 버블의 생성량 증대 및 버블의 입자를 더욱 잘개 쪼갤 수 있는 효과가 있다.
[실험예 2]
상기 각 제1스크린(120)에 형성되는 복수의 통공(121) 형상에 따른 버블의 평균생성량과 평균크기를 확인하기 위해, 복수의 통공(121) 형상을 각 제1스크린(120)에 다르게 형성시킨 후, 상기 하단스크린(120-3)의 상부에 설치된 버블측정센서(310)를 통해 10회 측정 후, 그 값을 평균값으로 계산하였다.
아래의 표 4과 같이, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 형상을 원형으로 형성시키고, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 형상을 사각형으로 형성시켰으며, 상기 하단스크린(120-3)의 제3통공(121-3) 형상을 삼각형으로 형성시켜 실험을 수행하였다.
또한, 표 5와 같이, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 형상을 원형으로 형성시키고, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 형상을 사각형으로 형성시켰으며, 상기 하단스크린(120-3)의 제3통공(121) 형상을 삼각형으로 형성시켜 실험을 수행하였다.
아울러, 표 6과 같이, 상기 상단스크린(120-1)의 제1통공(121-1) 형상을 사각형으로 형성시키고, 상기 중단스크린(120-2)의 제2통공(121-2) 형상을 삼각형으로 형성시켰으며, 상기 하단스크린(120-3)의 제3통공(121-3) 형상을 원형으로 형성시켜 실험을 수행하였다.
실험조건 1 버블의 평균생성량(%) 버블의 평균크기(um)
상단스크린의 제1통공 형상 : 원형
86

11 ~ 18
중단스크린의 제2통공 형상 : 사각형
하단스크린의 제3통공 형상 : 삼각형
실험조건 2 버블의 평균생성량(%) 버블의 평균크기(um)
상단스크린의 제1통공 형상 : 원형
78

15 ~ 22
중단스크린의 제2통공 형상 : 삼각형
하단스크린의 제3통공 형상 : 사각형
실험조건 3 버블의 평균생성량(%) 버블의 평균크기(um)
상단스크린의 제1통공 형상 : 사각형
57

18 ~ 31
중단스크린의 제2통공 형상 : 삼각형
하단스크린의 제3통공 형상 : 원형
표 4, 5의 실험결과에서 버블의 평균생성량이 약 86 %와, 78 %로, 표 6의 대조군 보다 버블 생성량이 많은것을 알 수 있었고, 버블의 평균크기가 약 11 ~ 18 um, 15 ~ 22 um으로 표 6의 대조군 보다 버블 평균크기가 작게 형성됨을 알 수 있었다.
이러한 실험결과를 통해, 상기 제2통공(121-2)의 한 내각 보다 상기 제3통공(121-3)의 한 내각이 더 작게 형성되는 것과, 상기 제2통공(121-2)의 한 내각 보다 상기 제3통공(121-3)의 한 내각이 더 크게 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 제1통공(121-1) 형상을 원형으로 형성시켜, 비교적 스무스하게 1차 버블을 생성하는 것이 바람직하고, 상기 제2통공(121-2)과, 제3통공(121-3)의 형상을 각형, 오목정다각형(별 형상) 등의 형상으로 제작하여, 부상되는 버블에 순차적으로 마찰면적을 넓힘과 동시에, 버블의 평균생성량이 증가되고, 버블의 평균크기가 감소되어 공기의 정화효율이 상승됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 각 실시예에 따른, 상기 각 통공(121)의 형상을 각 제1스크린(120)마다 가변시키도록 설치됨으로써, 버블의 생성량 증대 및 버블의 입자를 더욱 잘개 쪼갤 수 있는 효과가 있으며, 상기 통공(121)의 형상은 당업자에 의해 변경실시 가능함을 밝혀둔다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 각 제1스크린(120)의 두께는 비교적 두껍게 제작되어 아치형상으로 형성될 수 있다.
이때, 아치형상은 서로 동일한 방향으로 설치되거나, 마주보게 설치될 수 있어 버블의 수직방향으로의 부상을 방지하여 정화수(W)와의 접촉면적을 넓힐 수 있다.
즉, 상기 각 제1스크린(120)을 아치형상으로 제작될 경우, 상기 통공(121)은 상기 제1스크린(120)의 단면과 수직되도록 형성됨으로써 버블이 방사향으로 분사되어 정화수(W)와의 접촉면적을 넓힘과 동시에 체류시간을 늘릴 수 있어 버블의 생성량 및 크기가 증가되어 공기의 정화효율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 제1정화유닛(100) 내측에는 버블유도돌기(122)가 설치되는데, 상기 버블유도돌기(122)는 부상되는 버블이 상기 제1정화유닛(100) 측으로 설치될 경우, 돌출된 상기 버블유도돌기(122)와 접촉 후 상기 통공(121) 측으로 버블을 유도할 수 있다.
상기 버블유도돌기(122)는 삼각형 또는 역삼각형 등으로 제작되어 버블을 통공(121) 측으로 유도함과 동시에, 정화수(W) 내에서의 잔류되는 체류시간을 증대시킬 수 있는 것이다.
상기 제1공기배출부(140)는, 상기 제1공기정화유닛(100) 상부에 설치되어 보조정화유닛(130)을 통해 공기를 정화시킨 후, 이하 설명될 제2정화유닛(200) 측으로 정화된 공기를 이송시킬 수 있다.
이때, 상기 보조정화유닛(130)은 오존/음이온공급기, 이산화염소공급기, 집진기, 냄새흡착기 중 어느 하나 이상을 선택하여 설치될 수 있다.
상기 오존/음이온공급기는, 산화력을 갖는 오존 및 음이온 발산에 의해 일부 정화되어 승강된 버블이 정화수(W) 수면에서 쪼개짐과 동시에 악취제거 및 살균시켜 오염된 공기를 정화시킬 수 있는 보조수단으로 활용 가능하다.
상기 이산화염소공급기는, 이산화염소를 정화수(W) 측과, 공기정화공간(131) 측으로 공급되도록 설치되며, 주기적으로 공급 즉, 타이머에 의해 공급되거나 상기 정화수(W)의 오염농도를 별도로 측정하여 상기 정화수(W)의 오염농도에 따라 이산화염소의 투입량을 선정한 후, 투입시켜 상기 정화수(W) 내부의 세균과 바이러스 등을 사멸시킴으로써 상기 정화수(W)와 오염된 공기를 정화시킬 수 있는 보조수단으로 활용 가능하다.
상기 전열기는, 외부의 날씨가 습할 경우, 열을 가열하여 상기 정화수(W)의 온도를 일정온도로 조정함으로써, 상기 정화수(W) 내부에 존재하고 있는 미생물의 증식을 도모하여 정화수(W)의 수질을 개선시킬 수 있는 보조수단으로 활용 가능하다.
상기 냄새흡착기는, 상기 오존/음이온공급기와 이산화염소공급기와 더불어 악취와를 제거하여 오염된 공기를 정화시킬 수 있는 보조수단으로 활용 가능하다.
상기 냄새흡착기와 더불어 향기분사장치가 더 설치될 수 있는데, 이러한 상기 향기분사장치는 공기정화 시 발생되는 악취에 천연향료인 아로마향, 피톤치드 등을 주기적으로 분사시켜 악취가 나는 것을 방지하는 보조수단으로 활용 가능하다.
또한, 상기 제1공기배출부(140) 일측에 먼지제거필터가 더 설치될 수 있는데, 상기 먼지제거필터는 황토세라믹, 활성탄 등의 필터가 설치되어 상기 정화수(W) 수면으로 부상된 버블이 터지면서 발생되는 먼지와 분진 등을 제거할 수 있는 보조수단으로 활용 가능하다.
한편, 상기 제1공기배출부(140) 일측에 집진장치가 더 설치될 수 있는데, 상기 집진장치는 상기 정화수(W) 수면으로 부상된 버블이 터지면서 발생되는 먼지나 분진, 라듐, 다이옥신 등의 환경 오염물질을 집진하여 제거하는 보조수단으로 활용 가능하다.
아울러, 상기 제1공기배출부(140) 일측에는 UV소독기가 더 설치될 수 있는데, 상기 UV소독기는 상기 정화수(W) 정화수(W) 내부와, 상기 정화수(W) 수면으로 부상된 버블이 터지면서 발생되는 공기를 살균하는 보조살균수단으로 활용 가능하다.
이러한, 상기 제1공기배출부(140)에서는 정화된 공기를 상기 제2정화유닛(200) 일측에 설치된 제2공기공급부(210) 측으로 이송함으로써 청정한 공기를 배출할 수 있다.
아울러, 상기한 바와 같이 공기정화과정이 끝나게 되면 일정시간 대기시간을 갖게 되는데, 상기 정화수(W)에 혼합된 유해물질과 이물질 등을 가라앉혀, 상기 제1정화유닛(100) 내측 하부면에 일측방향으로 경사지게 설치된 슬러지배출부(150)를 통해 슬러지를 손쉽게 배출할 수 있다.
상기 슬러지배출부(150)는 일측방향으로 경사지게 설치될 수도 있지만, 상기 제1정화유닛(100) 하부를 깔데기 형상으로 제작하여, 상기 슬러지를 중앙측으로 포집하여 하부 측으로 슬러지를 배출할 수 있다.
상기 제2정화유닛(200)의 세부 구성은, 앞서 설명한 제1정화유닛(100)과 동일하므로 이하 설명은 생략한다.
또한, 상기 제2정화유닛(200)에서 정화된 공기는 제2공기배출부(240)를 통해 외부로 배출되거나, 상기 제1공기공급부(110) 측과 별도로 연결된 바이패스(by-pass)관을 통해 공급시킴으로써 오염된 공기를 재 정화시킬 수 있다.
아울러, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 하부에는 방진장치(미도시)가 더 구비되어 지진이나 외력의 발생 시, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 파손을 방지할 수도 있다.
이러한, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)은 제어유닛(300)을 통해 제어될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 상기 제어유닛(300)은, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 설치되는 대기질측정센서(330)를 더 포함하고, 상기 대기질측정센서(330)에서 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 자동으로 구동되도록 제어될 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 제어유닛(300)은 상기 대기질측정센서(330)에 측정된 오염도에 따라 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 자동으로 구동시킬 수 있는데, 외부공기가 일정값 이하일 경우, 외부공기를 정상범위로 판단하여 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 구동을 제한하고, 외부공기가 일정값 이상일 경우, 외부공기를 비정상범위로 판단하여 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 자동으로 구동시켜 외부공기를 정화시키게 되는 것이다.
한편, 상기 제어유닛(300)은, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 설치되는 버블측정센서(310)를 더 포함하고, 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 실시간으로 측정하게 된다.
즉, 상기 버블측정센서(310)에서 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 측정하고, 측정된 버블의 생성량 데이터와 버블의 평균크기 데이터를 상기 제어유닛(300)에 제공하게 된다.
더 나아가, 상기 제어유닛(300)과 연동되는 분석서버부(400)를 더 포함할 수 있는데, 상기 분석서버부(400)는, 상기 대기질측정센서(330)에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터 및 상기 버블측정센서(310)에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 비교하여 상기 오염된 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
여기서, 상기 제어유닛(300)과 연동되는 상기 분석서버부(400)는 통신부(500)를 매개로 유무선 통신을 수행할 수 있다.
상기 통신부(500)는 상기 대기질측정센서(330)에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터 및 상기 버블측정센서(310)에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터 등을 관리자에게 유무선 통신을 통해 실시간으로 제공할 수도 있다.
이러한, 상기 통신부(500)는 무선통신 네트워크가 가능한 하나 이상의 통신모듈을 포함할 수 있으며, 상기 통신부(500)는 무선 통신 또는 근거리 통신 모듈 또는 위치정보 모듈 등을 포함할 수 있다.
예를 들어, 무선 통신 모듈은, 무선 인터넷 접속을 위한 모듈을 말하는 것으로, 무선 인터넷 모듈은 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 내장 또는 외장되어 설치될 수 있다.
무선 인터넷 기술로는 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 이용될 수 있다.
또한, 근거리 통신 모듈은 근거리 통신을 위한 모듈을 말하는 것으로, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 내장 또는 외장되어 설치될 수 있다.
근거리 통신 기술로는 블루투스(Bluetooth), RFID(RadioFrequency Identification), 적외선 통신(IrDA, Infrared Data Association), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, WiHD, WiGig 등이 이용될 수 있다.
이러한, 상기 통신부(500)를 통해 상기 대기질측정센서(330)에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터 및 상기 버블측정센서(310)에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 외부(예를 들면, 제어유닛 또는 분석서버부 등)와 유무선으로 수신하게 될 때, 이를 안전하게 보안하기 위해, 유무선 통신에 적합한 암호화를 사용할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 암호화는 이러한 임베디드 컴퓨팅 환경에서 적합한 경량 해시 함수(lightweight hash function)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 경량 해시 함수란, SHA-3와 같은 표준적인 암호화 해시 알고리즘에서 일부 컴퓨팅 파워가 높게 소요되는 특징들을 제외하고도 송신 또는 수신되는 데이터의 무결성을 보장할 수 있도록 설계된 컴퓨팅 파워가 상대적으로 낮게 소모되는 해시 함수(일방향 함수)이다.
보다 구체적으로는, 이러한 경량 해시함수 중에서도 키가 없이(unkeyed) 데이터의 치환(permutation)이 가능하도록 하는 스폰지(Sponge) 알고리즘을 사용하는 것이 바람직하다.
좀더 구체적으로 스폰지는 원본 메시지(여기서는 랜덤키의 원본 데이터)를 일정한 크기로 만든 뒤(padding), 이를 키의 생성자만 알 수 있는 특정한 기준 크기(예를 들어 특정 비트 사이즈로 분할된 원본 메시지)로 복수 개로 분할한 뒤, 복수 개로 분할된 데이터(분할된 원본 메시지)의 후단에 랜덤한 데이터들을 여러 업데이트 함수를 활용하여 교환하고, 반대편에서는 이미 알고 있는 기준 크기를 활용하여 복호화도록 구현된다.
즉, 이러한 경량 해시함수를 활용하여, 해시함수의 보안성을 확보하면서, 일반적인 해시함수의 사용보다 상대적으로 적은 컴퓨팅 파워가 필요하도록 하여 결과적으로 전력소모를 적게하고, 오래 사용하도록 할 수 있는 것이다.
더 나아가, 상기 제어유닛(300)은, 인공지능 알고리즘을 통해 제어될 수 있다.
이러한, 상기 제어유닛(300)은 상술된 상기 버블측정센서(310)와 상기 공기오염측정센서(320) 및 상기 대기질측정센서(330)와 연동되는데, 특히, 상기 대기질측정센서(330)로 부터 외부공기의 오염도(미세먼지 등의 농도)를 모니터링하고 측정된 외부공기의 오염도를 수신하게 되는데, 상기 인공지능 알고리즘은 특히, 상기 대기질측정센서(330)에서 외부공기의 오염도 정보(먼지, 세균, 바이러스, 일산화탄소, VOCS, 동물의 털 등)를 수집한 후 오염도에 따라 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 구동하고 상기 오염된 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 대기질측정센서(330)는, PM 1.0 / 2.5 / 10.0에 해당하는 농도 데이터를 시계열적으로 수신하여, 저장하고, 저장된 데이터를 인공 신경망을 이용하여 처리함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 인공 신경망은 시계열적으로 축적된 데이터의 처리에 적합한 LSTM(Long Short Term Memory) 신경망 모델을 사용하여, 외부공기의 오염도를 추정하고, 동시에 외란과 같은 노이즈의 패턴의 추정에 효과적인 SVM 알고리즘을 활용함으로써 외란과 같은 노이즈의 유무를 효과적으로 추정하는 것이 바람직하다.
따라서, 순간적인 외부의 노이즈 등에 강건한 형태의 데이터 처리가 가능하고, 결과적으로 제어유닛(300)을 통해 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 구동하고 상기 오염된 공기의 공급량을 상황에 따라 적응적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로, 상기 제어유닛(300)은 인공지능 알고리즘을 이용하여 제1, 2정화유닛(100, 200)의 동작 및 상기 제1, 2정화유닛(100, 200) 일측에 설치된 버블측정센서(310)와, 공기오염측정센서(320)와 연동되어 버블의 평균생성량 및 버블의 평균크기 등을 모니터링하여 측정된 버블의 평균생성량 및 버블의 평균크기를 수신하게 되는데, 상기 인공지능 알고리즘은 상기 버블측정센서(310)에서 버블의 평균생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 수집하고, 공기오염측정센서(320)에서 상기 제1, 2공기배출부(140. 240) 측에서 검출되는 공기의 오염정도 및 오염농도 등의 데이터를 수집한 후 버블의 평균생성량 및 평균크기, 공기의 오염정도 및 오염농도에 따라 상기 제1, 2공기공급부(110, 210)의 펌프나 송풍기의 작동유무와 작동세기, 보조정화유닛(130, 230)의 가동 및 상기 제2공기배출부(240)에서 제1공기공급부(110) 측과 연결된 바이패스(by-pass)관으로의 유입 등을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 버블측정센서(310)와, 공기오염측정센서(320)를 통해, 버블의 생성량 및 버블의 크기의 평균값을 측정한 데이터를 시계열적으로 수신하여, 저장하고, 저장된 데이터를 인공 신경망을 이용하여 처리할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 인공 신경망은 시계열적으로 축적된 데이터의 처리에 적합한 RNN(Recurrent Neural Networks) 신경망 모델을 사용하여, 버블의 생성량 및 버블의 크기의 평균값을 추정하는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는 RNN이 재귀적(recurrent)한 트레이닝이 필요하여 너무 많은 트레이닝 코스트(목표 추정도를 맞출 수 있도록 학습에 필요한 시간 등)가 너무 높다는 점에서, 이를 보완할 수 있도록 주의(attention) 메카니즘을 추가적으로 사용하는 것이 바람직하다.
주의 메카니즘의 경우, 입력 시계열 데이터를 인코딩(encoder)하고, 인코딩(encoding)된 데이터를 벡터화한 뒤, 주의 메카니즘을 거치고 나서, 이러한 벡터를 디코딩(decoding)하는 것을 특징으로 한다.
좀더 구체적으로, 주의 메카니즘의 경우, 인코딩된 벡터들에 적절한 가중치(weight)을 곱하고, 이후 softmax 등의 정규화 함수를 거치도록 구현될 수 있다.
결과적으로, 이렇게 RNN과 주의 메카니즘을 퉁해 학습한 데이터의 경우, 우리가 포커스하는 학습 데이터에 좀더 집중할 수 있도록 하여, 전체 신경망 학습의 코스트와 성능을 적절히 유지시킬 수 있도록 한다.
따라서, 순간적인 외부의 노이즈 등에 강건한 형태의 데이터 처리가 가능하고, 결과적으로 상기 제어유닛(300)을 통해 제1, 2정화유닛(100, 200)의 동작 및 상기 제1, 2정화유닛(100, 200) 일측에 설치된 버블측정센서(310)와, 공기오염측정센서(320) 등에서 측정된 데이터를 상황에 따라 적응적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛(300)은 원격제어 와이파이 및 스마트폰과 연동되어 공기정화과정을 모니터링과 동시에 원격제어할 수 있고, 상기 제1정화유닛(100) 만을 개별로 제어하거나, 상기 제1, 2정화유닛(100) 등 그룹적을 형성시켜, 가동과 정지, 송풍기의 풍향조정, 정화수(W)의 물교환이나 보충 시 알림 등을 수행할 수 있다.
이와 같은, 상기 제어유닛(300)은 관리자가 터치를 통해 제어하는 근접터치모듈(미도시)과 관리자가 음성을 통해 제어하는 음성인식모듈(미도시)을 더 포함함으로서 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 제어할 수 있고, 별도로 구비되는 리모컨(미도시)을 통해 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 간편하게 제어할 수 있음을 밝혀둔다.
또, 상기 제어유닛(300)은 야간 운전 시 발생되는 소음을 방지하기 위하여 야간모드로 전환하도록 제어할 수 있는데, 상기 야간모드는 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 구동 시 주간모드 보다 가동량을 줄임으로서 소음공해를 방지할 수도 있다.
이와 같은, 상기 제어유닛(300)은 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 구비되는 온습도조절부(미도시)를 통해 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 주변의 온도와 습도 및 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 외기와 내기의 항온항습을 조절할 수 있고, 관리자가 원하는 공간에 항온항습을 조절할 수도 있다.
이러한, 상기 온습도조절부(미도시)는 상술된 상기 제어유닛(300)의 인공지능 알고리즘을 통해 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 주변의 온도와 습도 및 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 외기와 내기의 항온항습을 조절할 수 있고, 관리자가 원하는 공간에 항온항습을 자동으로 조절할 수도 있다.
또한, 상기 제어유닛(300)은 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 구비되는 분무부(미도시)와, 상기 분무부(미도시)에 담수된 소독제, 살균제, 방향제, 산소 등을 관리자의 설정에 의해 주기적으로 분무함으로서, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 주변의 환경을 청결하게 유지할 수도 있다.
또, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)의 일측에 별도로 구비되는 태양광 발전시스템(미도시)을 통해 전력을 발전시킬 수 있으므로, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 경제적으로 구동시킬 수도 있다.
이하에서는 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 버블을 이용한 공기정화방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블을 이용한 공기정화방법의 블록도이다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 버블을 이용한 공기정화방법은 공급단계(S10)와, 접촉단계(S20)와, 용해단계(S30) 및 배출단계(S40)를 포함한 구성이다.
상기 공급단계(S10)는, 상기 제1정화유닛(100) 하부 일측에 제1공기공급부(110)가 설치되어 외부의 오염된 공기를 상기 제1정화유닛(100) 내측으로 공급하게 되는데, 이러한 오염된 공기에는, 미세먼지, 이산화탄소, 라돈, 포름알데히드 및 휘발성 유기화합물 등의 인체에 유해한 물질이 포함되어 있다.
상기 제1공기공급부(110)는, 펌프와, 송풍기 및 공기공급기(111)를 포함한 구성으로, 상기 펌프와 송풍기는 상기 제1정화유닛(100) 일측에 설치되어 오염된 공기를 공급하게 되고, 이렇게 공급된 오염된 공기는 상기 펌프와 송풍기와 연장되도록 설치되고, 상기 제1정화유닛(100) 내측 하부로 연장된 상기 공기공급기(111)를 통해 공급하게 된다.
이러한, 상기 공기공급기(111)는 외주면에 복수의 공기구멍(112)이 형성되고, 상기 공기구멍(112)을 통해 오염된 공기를 상기 제1정화유닛(100) 내부로 공급시킬 수 있다.
상기 공급단계(S10)에서 공급되는 오염된 공기와 정화수(W)와 접촉되는 접촉단계(S20)를 거치게 된다.
상기 접촉단계(S20)는, 상기 정화수(W) 표면적에 직접적으로 오염된 공기를 공급함과 동시에 직경이 큰 버블이 복수개 형성되거나 오염된 공기에 혼합된 유해물질이나 이물질 및 먼지 등이 상호 접촉되는 과정이다.
상기 접촉단계(S20)를 마치게 되면, 상기 오염된 공기에 포함된 먼지 및 유기기체가 정화수와 용해되는 용해단계(S30)를 거치게 된다.
이때, 상기 용해단계(S30)에서, 상기 오염된 공기는 상기 제1, 2스크린(120, 220)의 단면에 형성된 복수의 통공(121. 221)을 통과하며 용해되고 포집되는 과정을 반복하며 각기 다른 크기의 버블을 생성하게 된다.
상기 용해단계(S30)에서는, 복수의 통공(121)의 형성 위치를 상호 중첩되지 않도록 배치함으로써, 버블의 진행방향인 수직방향 즉, 일직선으로 부유하지 않고 각 제1스크린(120)의 하부 단면과 접촉 후, 정화수(W) 측으로 부상을 위해 각 제1스크린(120)의 통공(121) 측으로 이동하기 위해 지그재그로 이동하며 마이크로 또는 나노 단위의 버블로 쪼개 크기가 다른 버블을 다량으로 생성하게 된다.
즉, 버블이 정화수(W) 내에서의 접촉면적 및 잔류되는 체류시간을 증대시킴과 동시에, 다단의 각 제1스크린(120)의 통공(121)을 지그재그로 통과하면서 상기 각 제1스크린(120)과의 접촉면적을 늘려 버블의 생성량 증대 및 버블의 입자를 더욱 잘개 쪼개는 효과가 있다.
또한, 상기 버블이 상기 정화수(W) 수면으로 부상하게 되며, 상기 버블은 일부 유해물질과 이물질 및 먼지 등을 포함한 상태일 수 있다.
아울러, 상기 버블이 상기 정화수(W) 수면에서 깨지게되고, 유해물질과 이물질 및 먼지 등을 별도의 상기 보조정화유닛(130)을 통해 정화시키게 된다.
상기 용해단계(S30) 이후, 정화된 공기를 외부로 배출하는 배출단계(S40)를 거치게 된다.
상기 배출단계(S40)는, 상기 제1정화유닛(100)의 제1공기배출부(140) 측으로 일부 정화된 공기를 배출하고, 배출되는 정화된 공기를 상기 제2정화유닛(200)의 제2공기공급부(210) 측으로 배출하여 정화된 공기를 재 정화를 위해 순환킬 수도 있다.
즉, 상기 제1공기배출부(140)에서는 정화된 공기를 상기 제2정화유닛(200) 일측에 설치된 제2공기공급부(210) 측으로 이송하고 재 정화함으로써 청정한 공기를 외부로 배출할 수 있다.
상기 제2정화유닛(200)의 공기정화방법은 앞서 설명한 제1정화유닛(100)의 공기정화방법과 동일하므로 이하 설명은 생략한다.
또한, 상기 제2정화유닛(200)에서 정화된 공기는 제2공기배출부(240)를 통해 외부로 배출되거나, 상기 제1공기공급부(110) 측과 별도로 연결된 바이패스(by-pass)관을 통해 공급시킴으로써 오염된 공기를 재 정화시킬 수 있다.
한편, 상기 제1정화유닛(100)의 용량이 대형일 경우, 상기 펌프와 송풍기의 용량이 커짐으로써 전력량의 증가와 소음 발생 등의 문제점이 발생하기 때문에, 상기 제1정화유닛(100) 즉, 단일개의 공기정화장치로 정화하는 것보다, 상기 제1정화유닛(100)과 제2정화유닛(200) 등 다수개의 공기정화장치를 통해, 공기를 정화시켜 공기정화율을 높이고 상기 펌프와 송풍기의 용량을 낮춰 전력량을 낮추고 소음 발생을 저하시키는 것이 바람직하다.
한편, 상기 공급단계(S10), 배출단계(S40)는 상기 제어유닛(300)을 통해 인공지능 알고리즘으로 제어될 수 있다.
이러한, 상기 제어유닛(300)은 상술된 상기 버블측정센서(310)와 상기 공기오염측정센서(320) 및 상기 대기질측정센서(330)와 연동되는데, 특히, 상기 대기질측정센서(330)로 부터 외부공기의 오염도(미세먼지 등의 농도)를 모니터링하고 측정된 외부공기의 오염도를 수신하게 되는데, 상기 인공지능 알고리즘은 특히, 상기 대기질측정센서(330)에서 외부공기의 오염도 정보를 수집한 후 오염도에 따라 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 구동하고 상기 오염된 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 대기질측정센서(330)는, PM 1.0 / 2.5 / 10.0에 해당하는 농도 데이터를 시계열적으로 수신하여, 저장하고, 저장된 데이터를 인공 신경망을 이용하여 처리함할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 인공 신경망은 시계열적으로 축적된 데이터의 처리에 적합한 LSTM(Long Short Term Memory) 신경망 모델을 사용하여, 외부공기의 오염도를 추정하고, 동시에 외란과 같은 노이즈의 패턴의 추정에 효과적인 SVM 알고리즘을 활용함으로써 외란과 같은 노이즈의 유무를 효과적으로 추정하는 것이 바람직하다.
따라서, 순간적인 외부의 노이즈 등에 강건한 형태의 데이터 처리가 가능하고, 결과적으로 제어유닛(300)을 통해 상기 제1, 2정화유닛(100, 200)을 구동하고 상기 오염된 공기의 공급량을 상황에 따라 적응적으로 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예로, 상기 제어유닛(300)은 인공지능 알고리즘을 통해 제어될 수 있다.
상기 인공지능 알고리즘은, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200) 일측에 설치된 버블측정센서(310)에서 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 측정하고, 측정된 버블의 생성량 데이터와 버블의 평균크기 데이터를 상기 제어유닛(300)과 연동시켜 실시간으로 학습을 수행하여, 상기 버블의 생성량 데이터와 버블의 평균크기 데이터를 예측하고 오염된 공기의 공급량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 인공지능 알고리즘은, 상기 제1, 2정화유닛(100, 200) 일측에 설치된 공기오염측정센서(320)에서 공기의 오염농도를 측정하고, 측정된 공기 오염농도 데이터를 상기 제어유닛(300)과 연동시켜 실시간으로 학습을 수행하여, 상기 공기 오염농도 데이터를 예측하고 상기 보조정화유닛(130, 230)을 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법에 따르면, 본 발명에 따른 인공지능을 활용한 공기정화장치 및 공기정화방법에 따르면, 인공지능 알고리즘으로 제어되는 제어유닛을 통해 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛을 자동으로 구동시켜 공기정화효율을 향상시키는 효과가 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100 : 제1정화유닛 110 : 제1공기공급부
111 : 공기공급기 112 : 구멍
120 : 제1스크린 120-1 : 상단스크린
120-2 : 중단스크린 120-3 : 하단스크린
121 : 통공 122 : 버블유도돌기
130 : 보조정화유닛 131 : 공기정화공간
140 : 제1공기배출부 200 : 제2정화유닛
210 : 제1공기공급부 211 : 공기공급기
212 : 구멍 220 : 제2스크린
220-1 : 상단스크린 220-2 : 중단스크린
220-3 : 하단스크린 221 : 통공
222 : 버블유도돌기 230 : 보조정화유닛
231 : 공기정화공간 240 : 제1공기배출부
W : 정화수 B-P : 바이패스관

Claims (13)

  1. 하부 일측에 설치되어 오염된 공기를 공급하는 제1공기공급부와, 내부공간에 일정량 담수되어 상기 오염된 공기의 먼지 및 유기기체를 용해시키는 정화수와, 복수의 통공이 형성되는 제1스크린과, 상부 일측에 설치되어 정화된 공기를 배출하는 제1공기배출부가 구비되는 제1정화유닛;
    상기 제1공기배출부와 연결되어 정화된 공기를 공급하는 제2공기공급부와, 내부공간에 일정량 담수되어 상기 오염된 공기의 먼지 및 유기기체를 용해시키는 정화수와, 복수의 통공이 형성되는 제2스크린과, 상부 일측에 설치되어 정화된 공기를 배출하는 제2공기배출부가 구비되는 제2정화유닛;
    상기 제1, 2정화유닛을 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
    상기 제1, 2공기공급부는,
    외주면에 복수의 공기구멍이 형성되고, 상기 제1, 2정화유닛 내측 하부로 연장되어 오염된 공기를 공급하는 공기공급기를 포함하고,
    상기 제1, 2정화유닛 내측에는 돌출된 버블유도돌기가 설치되되,
    상기 버블유도돌기는 상기 제1, 2스크린과 상기 공기공급기 사이에 위치하는 것과,
    상기 제어유닛은, 상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 대기질측정센서를 더 포함하고,
    상기 대기질측정센서에서 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛이 자동으로 구동되고,
    상기 제어유닛은, 인공지능 알고리즘을 통해 제어되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 버블측정센서를 더 포함하고, 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어유닛과 연동되는 분석서버부를 더 포함하고,
    상기 분석서버부는,
    상기 대기질측정센서에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터 및 상기 버블측정센서에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 비교하여 상기 오염된 공기의 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어유닛과 상기 분석서버부는 통신부를 매개로 유무선 통신하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1, 2정화유닛은 직렬 또는 병렬 중 어느 하나의 방향으로 적재되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1, 2정화유닛 내측 하부면에 일측방향으로 경사진 슬러지배출부가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1, 2스크린은,
    제1통공이 형성된 상단스크린과, 제2통공이 형성된 중단스크린과, 제3통공이 형성된 하단스크린을 포함하고,
    상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 상단스크린, 중단스크린 및 하단스크린이 적층되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1통공, 제2통공 및 제3통공은 형상, 위치 및 크기 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 다른 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1통공, 제2통공 및 제3통공의 단면은 상기 오염된 공기의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 중첩되지 않도록 형성되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화장치.
  10. 청구항 1 내지 9항 중 어느 한 항으로 구성되는 인공지능을 활용한 공기정화장치를 이용한 공기정화방법에 있어서,
    오염된 공기를 공급하는 공급단계(S10);
    상기 오염된 공기가 정화수와 접촉하는 접촉단계(S20);
    상기 오염된 공기에 포함된 먼지 및 유기기체가 정화수와 용해되는 용해단계(S30);
    정화된 공기를 외부로 배출하는 배출단계(S40);를 포함하되,
    상기 공급단계(S10), 배출단계(S40)는 상기 제어유닛의 인공지능 알고리즘을 통해 제어되고,
    상기 제어유닛은, 상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 대기질측정센서를 더 포함하고,
    상기 대기질측정센서에서 외부공기의 오염도를 실시간으로 측정하고, 오염도가 일정값 이상이면 상기 제1, 2정화유닛이 자동으로 구동되는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어유닛은,
    상기 제1, 2정화유닛의 일측에 설치되는 버블측정센서를 더 포함하고, 버블의 생성량 및 버블의 평균크기를 측정하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제어유닛과 연동되는 분석서버부를 더 포함하고,
    상기 분석서버부는,
    상기 대기질측정센서에서 측정된 외부공기의 오염도 데이터를 분석하고, 상기 버블측정센서에서 측정된 버블의 생성량 및 버블의 평균크기 데이터를 분석하고, 비교하여 상기 오염된 공기의 공급량을 제어하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 용해단계에서,
    상기 오염된 공기는 상기 제1, 2스크린의 단면에 형성된 복수의 통공을 통과하는 것을 특징으로 하는 인공지능을 활용한 공기정화방법.
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