JP2013521098A - 空気浄化モジュール - Google Patents

Abstract

本発明は、複数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させることによって触媒層が形成されたフィルター部をヒーターにより加熱し、それにより空気を浄化する空気浄化モジュールに関する。本発明の一実施形態によれば、通気可能に形成され、表面には複数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させることによって触媒層が形成され、空気を所定の温度条件で前記触媒層と触媒反応を起こして浄化させるフィルター部と、前記フィルター部を前記所定の温度条件で加熱するヒーターとを備えることを特徴とする空気浄化モジュールが提供される。

Description

本発明は、空気浄化モジュールに係り、さらに詳細には、多数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させることによって触媒層が形成されたフィルター部をヒーターにより加熱して空気を浄化する空気浄化モジュールに関する。

一般的に、排ガス浄化用フィルター部は、セラミックスを主要材料とする担体に、排ガス浄化用触媒物質である白金などの貴金属をコーティングすることによって製造される。しかし、セラミックス材質からなる担体は、衝撃に弱く、かつ、耐久性が低い。そして、高密度セラミックスの特性のため重量が重くなるという問題点がある。また、セラミックス材質からなる担体は、製造コストが高いため、量産し難いという問題点がある。

このような問題点を解決するために、本出願人の先出願である韓国特許出願第２００９−００３６４３９号によると、陽極酸化反応を利用して多孔質の無機被膜からなる無機膜を製造し、それを担体に適用することによって、ガス浄化などの気体反応に利用可能な担体及びその担体の製造方法が提供される。

しかし、このような担体は、所定の温度条件、好ましくは、２００ないし２５０゜Ｃで触媒反応を行うことによって動作するため、原動機の排ガスのように、既に加熱された高温の気体を浄化するのに主に使用される。すなわち、従来の技術による担体では常温の空気を浄化し難いという問題点がある。

したがって、堅く、軽く、かつ低コストの特性を有し、また、常温の空気を容易に浄化して排出することができる空気浄化モジュールの開発が要求されている。

前述のような従来の技術の問題点を解決するための本発明の目的は、多数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させることによって触媒層が形成されたフィルター部をヒーターにより加熱して空気を浄化する空気浄化モジュールを提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、通気可能に形成され、表面には複数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させることによって触媒層が形成され、空気を所定の温度条件で前記触媒層と触媒反応を起こして浄化させるフィルター部と、前記フィルター部を前記所定の温度条件で加熱するヒーターとを備えることを特徴とする空気浄化モジュールが提供される。

また、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは、前記フィルター部を通過しつつ加熱された空気を冷却する冷却用熱交換機をさらに備えることができる。

また、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは、前記フィルター部を通過する前の空気を加熱する加熱用熱交換機をさらに備えることができる。

また、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは、縦方向に貫通形成された複数の第１スロットと、前記複数の第１スロットの間に横方向に貫通形成された複数の第２スロットとを備える冷却及び加熱用熱交換機をさらに備え、前記第１スロット及び第２スロットのうち何れか一つには前記フィルター部を通過する前の空気を通過させ、他の一つには前記フィルター部を通過した後の加熱された空気を通過させることによって熱交換を行わせ、それにより、前記フィルター部を通過する前の空気は加熱され、前記フィルター部を通過した後の加熱された空気は冷却されることができる。

また、前記無機被膜は、陽極酸化現象によって形成されることができる。

また、前記触媒層は、白金（Ｐｔ）またはロジウム（Ｒｈ）触媒層であることができる。

また、前記所定の温度条件は２００ないし２５０゜Ｃであることができる。

また、前記フィルター部は、複数の板が離隔されて積層されることによって、前記板の間で通気が行われるように形成されることができる。

また、前記板には複数の通気孔が形成されることができる。

また、前記ヒーターは、棒状を有し、前記板を貫通しつつ前記板と接合されることができる。

また、前記ヒーターは、前記板において、空気が流れ込む方向に近づくように、前記板の中心から所定の距離に離隔されて貫通するように接合されることができる。

また、前記ヒーターから発生した熱が前記フィルター部を除いた残りの構成要素に伝達されないように遮断する断熱材をさらに備えることができる。

本発明による空気浄化モジュールは、セラミックス担体に比べて堅くかつ軽いという利点がある。

また、本発明の空気浄化モジュールによれば、従来のセラミックス担体に比べて、少量の触媒を使用しても、同一又はさらに優れた浄化効果が得られるため、製造コストを低減させることができる。

また、本発明の空気浄化モジュールは、熱伝導率の高い素材から担体を製造するため、常温の空気も効果的に浄化させることができる。

フィルター部の表面に形成された多数の気孔を有する無機被膜と、前記無機被膜に触媒母液を担持させて形成された触媒層を示す断面図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールの冷却及び加熱用熱交換機の構造を示す斜視図及び部分拡大図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールのフィルター部とヒーターとの結合を示す斜視図である。 本発明の一実施形態による空気浄化モジュールを示す断面図である。

以下、本発明による多様な実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。ただし、本発明の要旨を不明にすると判断される公知技術及びその構成についての具体的な説明は省略する。また、図面を参照して本発明を説明するに当たって、同一の機能を行う構成要素に対しては同一の符号を付けて説明する。

担体とは、触媒を担持させて支持する構造を有する。担体は、一般的に、セラミックス素材のものを使用する。また、セラミックス素材の担体ではなく、金属素材の担体の表面に多数の気孔を有する無機被膜が形成された担体を使用してもよい。本発明では、このような担体に触媒母液を担持させて触媒層を形成し、その触媒層をフィルター部として使用する。金属素材の担体の表面に多数の気孔を有する無機被膜は陽極酸化反応によって形成されてもよい。

陽極酸化とは、陽極反応時に発生する酸化現象をいう。陽極酸化を利用することによって、電解反応を利用して金属の表面に形成される酸化物または窒化物の被膜を成長させる工程を行うことができる。

このような陽極酸化時には、金属の表面の微視的な形状の変化、または結晶構造の変化が起こり得る。陽極酸化の一例を説明すれば次の通りである。

電解液を介して直流電流を流せば、陰極金属では水素が発生し、陽極金属（アルミニウム（Ａｌ）合金、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ニオビオム（Ｎｂ）などの金属）では酸素が発生する。このときに形成された酸素は陽極金属と反応して、金属酸化物の被膜を形成させる。この過程で電解液は、生成された酸化物の被膜を微細に溶解させるが、このときに溶解速度と前記酸化物の被膜の形成速度とのバランスが取れれば、前記陽極金属の表面に１０ないし１５０ｎｍの直径を有する多数の気孔が形成される。

前記気孔が形成されれば、電解液及び電流が酸化物の被膜の下部に存在する金属の気質と接触することになる。その結果、自発的な金属の酸化反応によって形成される酸化物の被膜より著しく厚い被膜が形成されることができる。

このような過程を経て形成される被膜は、その工程条件によって多様な物性を有する。すなわち、低濃度の電解液及び大きいサイズの電流または電圧を利用すれば、厚い被膜が形成される。

前記のような方法により形成される酸化物の被膜を、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールの無機被膜として使用することができる。このように形成された無機被膜を使用すれば、低コストで高性能の空気浄化モジュールを製造することができる。

無機被膜は、伝導性の金属を利用して製造されることができる。このような伝導性の金属の一例としてアルミニウムを使用することができる。アルミニウムを陽極として陽極酸化反応を起こせば、酸化アルミニウムであるアルミナが次第に積層され、このように形成されたアルミナ被膜が本発明の無機被膜として利用される。

その後、無機被膜の気孔の間には白金（Ｐｔ）またはロジウム（Ｒｈ）触媒層が挿入されることができる。前記触媒層は、触媒母液を担持させて触媒層を形成した後、乾燥させることで完成する。

図１は、フィルター部のベースになる金属層１１１と、前記金属層１１１上に、前記金属層１１１をなす金属及び前記金属の酸化物が共存する転移層１１２と、前記転移層１１２上に形成される無機被膜１１３とを備える構造の断面を示す。無機被膜１１３に形成された多数の気孔には、触媒層の一例として白金（Ｐｔ）が形成される。

空気浄化のための化学反応に実質的に寄与する部分は触媒層である。触媒層を形成する金属を単独でフィルターとして使用するよりは、担体上に触媒母液を担持させて触媒層を形成することが、表面積を広げることができるため有利である。また、触媒層を形成する白金（Ｐｔ）のような金属は高価であるため、後者の方がコストの面から有利である。

以下では、本発明の多様な実施形態による空気浄化モジュールの構造について詳細に説明する。

図２に示されるように、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは、フィルター部１００と、前記フィルター部１００を加熱するヒーター２００とを最も基本的な構成要素として備える。前記フィルター部１００は、通気可能に形成される構造を有する。ここで、通気可能であるという意味は、気体が通過するように形成されることを意味する。すなわち、浄化されるべき空気中の粒子がフィルター部１００の表面と衝突しつつ通過することができる構造を有さねばならない。

前記フィルター部１００は、複数の板１２０（図７を参照）が離隔されて積層されることによって、前記板１２０の間で通気が行われるように形成されることができる。または、前記フィルター部１００は、円筒のように、筒状に形成されることによって、筒の内部を気体が通過するように形成されてもよい。または、螺旋状に巻かれて通気が行われるように形成されてもよい。このように、前記フィルター部１００は、多様な形状に形成されることができるため、その形状に限定されずに、通気可能に形成されるものなら、本発明の技術的思想を示すと理解されねばならないであろう。

前記フィルター部１００の表面には、多数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させて触媒層が形成される。このとき、前記無機被膜は、前述のように、陽極酸化反応を起こすことによって形成することができる。

このように、フィルター部１００と、前記フィルター部１００を加熱するヒーター２００とを備える空気浄化モジュールは、前記フィルター部１００を通過する空気が触媒反応を起こすように、前記ヒーター２００が前記フィルター部１００を加熱して２００ないし２５０゜Ｃに維持されることが好ましい。前記フィルター部１００が加熱された状態においては、揮発性の有機物質またはフォルムアルデヒドのような環境ホルモンが、触媒反応によって人体に無害な二酸化炭素及び水に変化する。そして、カビ、胞子などの生化学的な汚染物質も触媒反応によって化学燃焼して除去される。また、一酸化炭素及び一酸化窒素などの毒性物質も触媒反応によって二酸化炭素、窒素及び水に変化する。

図３に示されるように、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは冷却用熱交換機３１０をさらに備えることができる。前記フィルター部１００を通過した高温の空気は、前記冷却用熱交換機３１０によって冷却されて外部に排出されることができる。前記冷却用熱交換機３１０は、高温の空気を常温の外部空気によって空冷式に冷やすことができる構造を有することができる。

前記冷却用熱交換機３１０によって、空気浄化モジュールが搭載された機器を使用するユーザは、常温に近く冷やされた空気が排出されると感じることができるため、ユーザ満足度を高めることができる。

図４に示されるように、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは加熱用熱交換機３２０をさらに備えることができる。前記加熱用熱交換機３２０は、前記フィルター部１００を通過する前の空気を加熱することによって触媒反応の活性化を増進させる。すなわち、浄化される前の空気が前記フィルター部１００に到逹する直前までは常温に維持され、前記フィルター部１００に到逹した直後から加熱され始めれば、触媒反応の効率が低下する恐れがある。したがって、前記フィルター部１００に到逹する前の空気を予め加熱することによって触媒反応の効率を高めることができる。

図５に示されるように、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは、前記冷却用熱交換機３１０及び前記加熱用熱交換機３２０の役割を同時に行う冷却及び加熱用熱交換機３３０を備えることができる。すなわち、フィルター部１００、ヒーター２００、冷却及び加熱用熱交換機３３０を備えることができる。

図６に示されるように、前記冷却及び加熱用熱交換機３３０は、縦方向に貫通形成された複数の第１スロット３３１と、前記複数の第１スロット３３１の間に横方向に貫通形成された複数の第２スロット３３２とを備える。前記第１スロット３３１及び第２スロット３３２のうち何れか一つは、前記フィルター部１００を通過した後の空気を冷却し、他の一つは前記フィルター部１００を通過する前の空気を加熱する。

例えば、第２スロット３３２を通過する空気が高温の空気であり、第１スロット３３１を通過する空気が常温の空気であれば、第２スロット３３２を通過する空気が前記冷却及び加熱用熱交換機３３０に熱を伝達し、伝達された熱は第１スロット３３１を通過する常温の空気に伝達される。したがって、第１スロット３３１を通過する空気は加熱され、第２スロット３３２を通過する空気は冷却される効果が得られる。

ここで、縦方向及び横方向とは、絶対的な基準に対する縦方向及び横方向を意味するものではなく、それぞれに対する相対的な基準を表現するものであって、本発明が意図する技術的思想が限定されて解釈されてはならないであろう。

図５では、第１スロット３３１を加熱用として使用し、第２スロット３３２を冷却用として使用しているが、逆に、第１スロット３３１を冷却用として使用し、第２スロット３３２を加熱用として使用してもよい。

図７に示されるように、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールのフィルター部１００は、複数の板１２０が離隔されて積層されることによって、前記板１２０の間で通気が行われるように形成されることができる。

このとき、前記板１２０には複数の通気孔１３０が形成されることができる。前記板１２０の間に空気が一度に通過するより、通気孔１３０の間に一部の空気が排出されつつ複数の板１２０を通過すれば、接触面積が広がり得るため、触媒反応をさらに効果的に起こすことができる。

図７に示されるように、前記ヒーター２００は、棒状を有し、前記板１２０を貫通し、また、前記板１２０と接合することができる。前記ヒーター２００は、ＰＴＣヒーターを使用してもよく、前記板１２０の幅または個数によって前記ヒーター２００の個数も変わることができる。

前記ヒーター２００を、前記板１２０の中心から空気が流れ込む方向に近づくように、所定の距離に離隔させて貫通するように前記板１２０と接合させてもよい。流れ込む空気は、前記フィルター部１００に比べて低温であるため、前記板１２０を冷やすことになり、前記板１２０の温度が不均一になってしまう。触媒反応を起こすためには、所定の温度条件、好ましくは２００ないし２５０゜Ｃに維持されねばならないが、前記板１２０で、空気が流れ込む位置の温度は相対的に低いため、触媒反応の効率が低下する恐れがある。したがって、空気が流れ込む方向にヒーター２００を結合することによって、流れ込む空気を先に加熱させ、これにより触媒反応の効率を全般的に高めることができる。

図８に示されるように、本発明の一実施形態による空気浄化モジュールは、前記ヒーター２００から発生した熱が、前記フィルター部１００を除いた残りの構成要素に伝達されないように遮断する断熱材４００をさらに備えることができる。図８で、通路部５１０は、内部空間が空いているため、空気が通過する通路の役割を行う。そして、気流誘導部５２０は、空気が通過できないように閉鎖されており、空気が流れる方向を誘導する役割を行う。矢印は空気の流れを示すが、上方から流れ込んだ、浄化以前の常温の空気は、冷却及び加熱用熱交換機３３０を縦方向に通過しつつ加熱され、ヒーター２００によって加熱されたフィルター部１００を通過しつつ浄化される。浄化された後に加熱された空気は右下方に排出された後、再び上昇するが、冷却及び加熱用熱交換機３３０の横方向に通過しつつ冷却される。冷却された空気は左上方に排出される。ただし、前述のような基準方向は、図８に示す方向を意味するだけであり、空気浄化モジュールが設置される方向は相対的であることができることを理解せねばならない。

本発明による空気浄化モジュールは、空気浄化装置に取り付けられて使用されてもよいが、エアコン及び温風器などの多様な機器に適用されて空気浄化の目的を有する一部品として使用されてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態を添付図面を参照して説明した。ここで、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語及び単語は通常的・辞書的な意味に限定解釈してはならない。また、本発明の技術的思想に符合する意味及び概念に解釈しなければならない。

したがって、本明細書に記載された実施形態および図面に示す構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て示すものではないため、本出願時点において、それらを代替することができる多様な均等物および変形例があり得る。

Claims (12)

1. 通気可能に形成され、表面には複数の気孔を有する無機被膜が形成され、前記無機被膜の一部または全部に触媒母液を担持させることによって触媒層が形成され、空気を所定の温度条件で前記触媒層と触媒反応を起こして浄化させるフィルター部と、
   前記フィルター部を前記所定の温度条件で加熱するヒーターとを備えることを特徴とする空気浄化モジュール。
2. 前記フィルター部を通過しつつ加熱された空気を冷却する冷却用熱交換機をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化モジュール。
3. 前記フィルター部を通過する前の空気を加熱する加熱用熱交換機をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の空気浄化モジュール。
4. 縦方向に貫通形成された複数の第１スロットと、前記複数の第１スロットの間に横方向に貫通形成された複数の第２スロットとを備える冷却及び加熱用熱交換機をさらに備え、
   前記第１スロット及び第２スロットのうち何れか一つには前記フィルター部を通過する前の空気を通過させ、他の一つには前記フィルター部を通過した後の加熱された空気を通過させることによって熱交換を行わせ、それにより、前記フィルター部を通過する前の空気は加熱され、前記フィルター部を通過した後の加熱された空気は冷却されることを特徴とする請求項１に記載の空気浄化モジュール。
5. 前記無機被膜は、陽極酸化現象によって形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち何れか１項に記載の空気浄化モジュール。
6. 前記触媒層は、白金（Ｐｔ）またはロジウム（Ｒｈ）触媒層であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち何れか１項に記載の空気浄化モジュール。
7. 前記所定の温度条件は２００ないし２５０゜Ｃであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち何れか１項に記載の空気浄化モジュール。
8. 前記フィルター部は、複数の板が離隔されて積層されることによって、前記板の間で通気が行われるように形成されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち何れか１項に記載の空気浄化モジュール。
9. 前記板には複数の通気孔が形成されることを特徴とする請求項８に記載の空気浄化モジュール。
10. 前記ヒーターは、棒状を有し、前記板を貫通しつつ前記板と接合されることを特徴とする請求項８に記載の空気浄化モジュール。
11. 前記ヒーターは、前記板において、空気が流れ込む方向に近づくように、前記板の中心から所定の距離に離隔されて貫通するように接合されることを特徴とする請求項１０に記載の空気浄化モジュール。
12. 前記ヒーターから発生した熱が前記フィルター部を除いた残りの構成要素に伝達されないように遮断する断熱材をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のうち何れか１項に記載の空気浄化モジュール。
    

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