JP2020506769A - エアフィルター及びこれを含む空気浄化モジュール - Google Patents

Abstract

メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材、炭素素材コーティング層及び可視光活性光触媒コーティング層を含むエアフィルターを提供する。

Description

空気浄化機能を有するエアフィルター及びこれを含む空気浄化モジュールに関する。

車両用空調装置（ＨＶＡＣ Ｓｙｓｔｅｍ）は、車両の室内外循環機能を運転者が調節できるように作られた装置である。車両の換気が足りない場合、内部の有害物質の濃度が増え、人体に良くない影響を与えるし、運転者及び同乗者の疲労感を増加させる原因となったりする。従って、最近は、車両の内部空気の質を向上させるために、空気清浄オプション機能を有するイオナイザー（ｉｏｎｉｚｅｒ）等が多く使用されている。イオナイザー（ｉｏｎｉｚｅｒ）は、電源が供給されると、電流を高電圧に変換し、イオン放電極で水素イオン（Ｈ⁺）等の正電荷を帯びるイオン又は酸素イオン（Ｏ₂-）等の負電荷を帯びるイオンを放射する。このように放射されたイオンは、空気中で水分と会ってクラスター化され、有害物質と結合され、ＯＨ-を発生させて有害物質を除去する原理を利用したものである。しかし、実際、イオナイザーの有害物質除去性能は、低い水準であり、却って空気中にオゾンを生成して人体に悪影響を与えるおそれがある。従って、イオナイザーと取り替えながら、人体に無害であり、広範囲な有害物質除去性能を具現するエアフィルターを適用した空気清浄装置について開発が必要な実情である。

本発明の一具現例は、エアフィルターであって、多様な種類の有害物質に対する除去性能に優れており、耐久性が高く、脱臭及び抗菌機能を効果的に発揮することができる。

本発明の一具現例は、前記エアフィルターを適用して車両の内部空気の質を向上させる空気浄化モジュールを提供する。

本発明の一具現例において、メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材、炭素素材コーティング層及び可視光活性光触媒コーティング層を含むエアフィルターを提供する。

本発明の一具現例において、空気流入口と空気排出口とを含む本体；前記本体の内部に配置された可視光発光素子；及び前記本体の内部に配置され、前記エアフィルター（ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ）を含む空気浄化モジュールを提供する。

前記エアフィルターは、アルデヒド、アンモニア、アセト酸等、多様な種類の有害ガスに対する除去性能に優れており、耐久性が高く、脱臭及び抗菌機能を効果的に発揮して、車両用空気浄化モジュールに適用する際に車両の内部空気の質を大きく向上させる。

本発明の一具現例による前記エアフィルターの拡大図をＳＥＭイメージを用いて概略的に示した図面。 本発明の一具現例による活性炭粒子の断面を概略的に示した図面。 本発明の一具現例による空気浄化モジュールを概略的に示した図面。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、後述する実施例を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、異なる多様な形態に具現されるものであり、ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。

図面における複数の層及び領域を明確に表現するために厚みを拡大して示した。また図面において、説明の便宜のため一部の層及び領域の厚みを誇張して示した。全明細書における同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。

また、本明細書における層、膜、領域、板等の部分が他の部分の「上に」又は「上部に」あると言うとき、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言うときには、中間に他の部分がないことを意味する。また、層、膜、領域、板等の部分が他の部分の「下に」又は「下部に」あると言うとき、これは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「真下に」あると言うときには、中間に他の部分がないことを意味する。

本発明の一具現例において、メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材、炭素素材コーティング層及び可視光活性光触媒コーティング層を含むエアフィルターを提供する。

図１は、本発明の一具現例による前記エアフィルター３０とその拡大イメージを概略的に示したものである。図１を参照すると、前記エアフィルター３０は、メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材３１、炭素素材コーティング層３２及び可視光活性光触媒コーティング層３３を含む。具体的には、前記エアフィルター３０は、前記メタルフォーム基材３１と前記メタルフォーム基材３１の表面にコーティングされた炭素素材コーティング層３２及び前記炭素素材コーティング層上にコーティングされた可視光活性光触媒コーティング層３３を含む。

前記メタルフォーム基材３１は、ニッケル、鉄、クロム、アルミニウム、銅、タングステン、ＳＵＳ、チタン、銀、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。

一具現例において、前記メタルフォーム基材３１は、ニッケル、鉄、クロム、アルミニウム又は銅であってもよい。

一具現例において、前記メタルフォーム基材３１は、ニッケルを含んでいてもよく、例えば、ニッケルのみからなってもよい。前記メタルフォーム基材３１がニッケルを含む場合、これを含まない場合に比べて、メタルフォーム状に加工する成形性を考慮した側面で有利である。

また、前記メタルフォーム基材３１の厚みは、約１．６ｍｍ〜約１５ｍｍであってもよく、例えば、約２ｍｍ〜約１０ｍｍであってもよく、例えば、約３ｍｍ〜約５ｍｍであってもよい。前記メタルフォーム基材３１の厚みが厚いほど表面積が大きくなるため、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３が形成され得る基材の面積が大きくなる利点がある。ただし、前記メタルフォーム基材３１の厚みが厚すぎる場合、その内部に光が照射されない部分が生じ、光触媒コーティング量に比べて性能が良くないという問題が生じるおそれがある。また、前記メタルフォーム基材３１の厚みが厚すぎる場合、前記空気浄化モジュールを車両用空調装置に適用するための大きさで好適に製造できないおそれがある。従って、前記メタルフォーム基材３１の厚みを前記範囲に調節することにより、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３のコーティング量に比べて、優れた空気浄化性能を具現することができ、前記空気浄化モジュールを所望の大きさに製造することが容易である。

図１を参照すると、前記メタルフォーム基材３１は、気孔を含む３次元網状構造を有する。前記メタルフォーム基材３１の３次元網状構造において、それぞれの気孔を取り囲みながら基本骨格を成す部分が前記メタルフォーム基材３１の表面となる。前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３は、前記メタルフォーム基材３１の表面上に順次形成されてもよい。

前記メタルフォーム基材３１の気孔は、大きさが約１００μｍ〜約１５００μｍであってもよく、例えば、約５００μｍ〜約１５００μｍであってもよい。前記気孔の大きさは、気孔の最大直径を意味し、ＳＥＭ又はＴＥＭを用いて確認することができる。前記メタルフォーム基材３１の気孔がこのような大きさを有することにより、空気の流れ速度を好適に確保することができ、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３が内部まで形成され、優れた空気浄化機能を具現することができる。

前記メタルフォーム基材３１は、図１に示したように、平板状であってもよく、前記平板状の平面上の１平方インチ（ｉｎｃｈ²）単位面積に相当する単位体積当たりの気孔数が約２０個〜約１１０個であってもよく、例えば、約３０個〜約１００個であってもよく、例えば、約４０個〜約７０個であってもよく、例えば、約５０個〜約７０個であってもよい。前記メタルフォーム基材３１の平面上の１平方インチ単位面積に相当する単位体積は、前記単位面積を区分する境界線を前記メタルフォーム基材３１の平面に垂直に伸びて形成される前記メタルフォーム基材３１の領域を意味する。図１を参考すれば、単位面積（Ｓ）と単位体積（Ｖ）の関係を理解することができる。

例えば、前記メタルフォーム基材３１の平面上の１ｉｎｃｈ²単位面積（Ｓ）に相当する単位体積（Ｖ）当たりの気孔数が少ないほど、一つの気孔の大きさは相対的に大きくなり、前記メタルフォーム基材３１の平面上の１ｉｎｃｈ²単位面積（Ｓ）に相当する単位体積（Ｖ）当たりの気孔数が多いほど、一つの気孔の大きさは相対的に小さくなる。すなわち、前記メタルフォーム基材３１の平面上の１ｉｎｃｈ²単位面積（Ｓ）に相当する単位体積（Ｖ）当たりの気孔数が少ないほど、空気の流れ性は高くなるが、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３が形成される表面積が小さくなる問題がある。逆に、前記メタルフォーム基材３１の平面上の１ｉｎｃｈ²単位面積（Ｓ）に相当する単位体積（Ｖ）当たりの気孔数が多いほど、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３が形成され得る表面積は大きくなるが、空気の流れ性が低下する問題がある。従って、本発明の一具現例による前記エアフィルター３０は、平面上の１ｉｎｃｈ²単位面積（Ｓ）に相当する単位体積（Ｖ）当たりの前述した範囲の気孔数を有するメタルフォーム基材３１を含むことにより、目的とする空気浄化性能及び空気浄化効率をいずれも確保することができる。

前述したように、前記エアフィルター３０は、前記メタルフォーム基材３１の表面に形成された炭素素材コーティング層３２及び可視光活性光触媒コーティング層３３を含み、より具体的には、前記メタルフォーム基材３１の表面上に前記炭素素材コーティング層３２を含み、前記炭素素材コーティング層３２上に前記可視光活性光触媒コーティング層３３を含んでいてもよい。前記炭素素材コーティング層３２と前記可視光活性光触媒コーティング層３３が前記メタルフォーム基材３１に対してこの順に配置されることにより、可視光活性光触媒による優れた空気浄化性能を具現することができ、前記炭素素材コーティング層３２と前記可視光活性光触媒コーティング層３３との間の界面付着力を高く具現することができる。

前記エアフィルター３０が前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３を共に含むことにより、２つのうちいずれかのみを含む場合に比べて、さらに多様な種類の有害物質を除去することができ、さらに早い時間内に除去することができる。

また、前記エアフィルター３０は、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３をいずれも含む単一フィルター構成であって、炭素素材のフィルターと光触媒フィルターを別途備える場合に比べて、体積を減少させ、前記炭素素材の再生及びリサイクルが可能であるという利点を得ることができる。

前記炭素素材コーティング層３２は、活性炭（ａｃｔｉｖｅ ｃａｒｂｏｎ）粒子及び有機バインダーを含んでいてもよい。前記有機バインダーは、前記活性炭粒子を前記メタルフォーム基材３１の表面に密着させる役割を果たすものであって、無機バインダーを用いる場合に比べて、向上した付着性能を具現することができる。

例えば、前記有機バインダーは、ウレタン樹脂バインダー、アクリル樹脂バインダー、フェノール樹脂バインダー、エポキシ樹脂バインダー、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。一具現例において、前記有機バインダーは、ウレタン樹脂バインダーを含んでいてもよく、この場合、室温硬化及び乾燥が可能であり、コーティング膜の硬度が高く、耐磨耗性及び耐衝撃性に優れるという利点を得ることができる。

前記炭素素材コーティング層３２は、前記有機バインダー１００重量部に対して、前記活性炭粒子を約８０〜約２００重量部、具体的には、約８０〜約１２０重量部含んでいてもよく、さらに具体的には、約９０〜約１１０重量部含んでいてもよく、例えば、約１００重量部含んでいてもよい。前記活性炭粒子が前記有機バインダーに比べて、かかる含量比で用いられることにより、前記炭素素材コーティング層３２の好適な比表面積を確保しながらも、前記メタルフォーム基材３１に対する付着性及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３が優れた界面付着性を確保することができる。また、前記炭素素材コーティング層３２が前記メタルフォーム基材の表面に対して、向上したコーティング性及び付着性を具現するとともに、前記エアフィルター３０の優れた光触媒活性を維持することができる。

前記有機バインダーに比べて、前記活性炭粒子の含量が少なすぎる場合には、前記有機バインダーが前記活性炭粒子の多孔性表面を塞ぎ、前記可視光活性光触媒コーティング層３３を形成する可視光活性光触媒層粒子が前記活性炭粒子のポア構造によって吸着する性能を低下させるおそれがある。すなわち、活性炭表面積が有機バインダーによって低下し、前記活性炭粒子に吸着した可視光活性光触媒粒子量が少なくなる。また、前記有機バインダーに比べて、前記活性炭粒子の含量が多すぎる場合には、前記メタルフォーム基材の表面に対する前記炭素素材コーティング層３２の付着力が弱くて、前記活性炭粒子が離脱する問題が起こり得るし、このとき、前記活性炭粒子に付着した前記可視光活性光触媒粒子が共に離脱する問題を伴う。

図２は、前記活性炭粒子の断面を概略的に示したものである。図２を参照すると、前記活性炭粒子は、多孔性粒子であってもよく、例えば、大きさが０Å超、２０Å未満のマイクロポア（Ａ）、大きさが２０Å〜１０００Åメソポア（Ｂ）、又はこれらをいずれも含んでいてもよい。前記活性炭粒子がこのような大きさのポアを含むことにより、前記炭素素材コーティング層３２上に前記可視光活性光触媒コーティング層３３を製造する際に優れた界面付着性能を発揮し得る。

より具体的には、図２を参照すると、前記活性炭粒子は、これの表面から内部のポアまで連結される毛細管状の通路を含むことになる。このとき、前記ポアの大きさによって前記毛細管状の幅が定まり、前述した大きさのマイクロポア及びメソポアによって前記毛細管状の通路による可視光光触媒コーティング組成物の吸着性能が向上し、その結果、前記炭素素材コーティング層３２と前記可視光活性光触媒コーティング層３３の界面付着力が大きく増大し得る。

前記活性炭粒子は、その粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）が約５μｍ〜約１００μｍであってもよく、例えば、約１０μｍ〜約５０μｍであってもよい。このような大きさの活性炭粒子を用いることにより、前記メタルフォーム基材３１の表面に前記活性炭粒子が好適に分散されていてもよく、高い付着力でコーティングされていてもよい。

本明細書における粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、粒子の平均直径を意味し、ＴＥＭ／ＳＥＭイメージ分析によって得られた断面上の粒子に対する数平均粒径で測定することができる。

前記可視光活性光触媒コーティング層３３は、可視光活性光触媒粒子を含み、より具体的には、前記可視光活性光触媒粒子のみからなってもよい。これは、前記可視光活性光触媒コーティング層が有機バインダー又は無機バインダー等のバインダー成分を別途含まないことを意味する。

具体的には、前記可視光活性光触媒コーティング層３３は、前記可視光活性光触媒粒子の水系分散液に由来する。すなわち、前記可視光活性光触媒粒子が水又は蒸留水に分散された溶液から前記可視光活性光触媒コーティング層３３を製造することができ、これによって、前記可視光活性光触媒コーティング層３３が有機バインダー又は無機バインダーなしに、前記可視光活性光触媒粒子のみからなってもよく、その結果、光触媒効率を大きく高めることができる。

前記可視光活性光触媒コーティング層３３に含まれた前記可視光活性光触媒粒子は、前記炭素素材コーティング層３２のうち炭素素材、例えば、活性炭粒子に吸着した状態に形成される。従って、前記可視光活性光触媒コーティング層３３は、前記炭素素材コーティング層３２上に不連続な層に形成されるか、アイランド状を含む層に形成されてもよい。

前記可視光活性光触媒粒子は、波長が約４００ｎｍ〜約８００ｎｍである可視光線領域の光を吸収して得たエネルギーから電子と正孔を生成し、生成された前記電子と正孔がパーオキサイドアニオン又はヒドロキシラジカルを生成する。次いで、前記パーオキサイドアニオン又はヒドロキシラジカルがアルデヒド、アンモニア、アセト酸等の有害物質を分解及び除去することができる。

前記可視光活性光触媒粒子は、三酸化タングステン（ＷＯ₃）及び金属粒子を含んでいてもよい。具体的には、前記可視光活性光触媒粒子は、前記三酸化タングステンの表面に前記金属粒子が光−蒸着（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）した構造を有する。

前記三酸化タングステンは、粒子状であり、安くて、可視光線下で光反応性に優れた利点を有する。

前記金属粒子は、前記三酸化タングステン粒子の表面に光−蒸着して、可視光活性光触媒粒子の可視光線に対する光反応性をさらに向上させる役割を果たし、例えば、転移金属又は貴金属を含んでいてもよい。

具体的には、前記金属粒子は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデン、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、銀、セリウム、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含んでいてもよい。例えば、前記金属粒子は、白金を含んでいてもよく、この場合、光触媒性能が極大化し得る。

前記三酸化タングステン及び金属粒子は、それぞれ球状の粒子であって、「球状の粒子」とは、数学的に完全な球状を有する粒子を意味するのではなく、投影像が円又は楕円と同一又は類似する形状を表す粒子を意味する。すなわち、前記可視光活性光触媒粒子は、球状の三酸化タングステン粒子の表面に球状の金属粒子が蒸着した形状を有する。

このとき、前記金属粒子の粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、数ナノメーター（ｎｍ）であり、例えば、約２ｎｍ〜約５ｎｍであってもよい。前記金属粒子の粒径は、前記三酸化タングステン粒子の粒径に比べて非常に小さく、前記金属粒子が前記範囲の粒径を有することにより、前記三酸化タングステン粒子の表面に好適な含量で光−蒸着して優れた光触媒活性を表す。

前記三酸化タングステン粒子の粒径（ｐａｒｔｉｃｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ）は、約２０ｎｍ〜約１００ｎｍであってもよく、具体的には、約３０ｎｍ〜約６０ｎｍであってもよい。前記三酸化タングステン粒子の粒径が前記範囲を満すことにより、前記可視光活性光触媒粒子のメタルフォーム基材骨格に対するコーティング性を向上させ、前記可視光活性光触媒粒子が好適な分散度を有するとともに、前記炭素素材コーティング層上にバインディング（ｂｉｎｄｉｎｇ）されていてもよい。

前記可視光活性光触媒粒子は、前記三酸化タングステン（ＷＯ₃）１００重量部に対して、前記金属粒子を約０．１〜約５重量部含んでいてもよく、例えば、約０．１〜約２重量部含んでいてもよく、例えば、約０．１〜約０．５重量部含んでいてもよい。前記可視光活性光触媒粒子が金属粒子を前記範囲の含量で含むことにより、三酸化タングステン（ＷＯ₃）の表面に安定して光−蒸着させ、コストと対比して優れた性能を具現することができる。

本発明の一具現例において：
空気流入口と空気排出口とを含む本体；
前記本体の内部に配置された可視光発光素子；及び、
前記本体の内部に配置された、前記エアフィルター（ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ）を含む空気浄化モジュールを提供する。

図３は、前記空気浄化モジュールを概略的に示したものである。図３を参照すると、前記空気浄化モジュール１００は、空気流入口１１と空気排出口１２とを含む本体１０及び前記本体１０の内部に配置された可視光発光素子２０を含み、本体１０の内部に配置されたエアフィルター３０（ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ）を含む。

前記空気浄化モジュール１００の本体１０は、空気流入口１１及び空気排出口１２を含んでいてもよい。

前記エアフィルター３０に関する詳細な説明は、前述したとおりである。

前記空気排出口１２に前記エアフィルター３０が配置されてもよい。前記エアフィルター３０が前記空気排出口１２に配置されることにより、前記エアフィルター３０による脱臭、抗菌及び浄化作用を経た空気が他の汚染経路なしに、前記本体の外部へすぐに排出され、これによって、前記空気浄化モジュールを設置した車両の室内に高い純度に浄化した空気を供給することができる。

前記可視光発光素子２０は、可視光線領域の光を放射する素子であって、前記エアフィルターに光を照射し、前記エアフィルターが脱臭、抗菌及び浄化作用を行うように活性化する役割を果たす。

前記空気排出口１２に配置された前記エアフィルター３０は、平板状であってもよく、前記可視光発光素子２０は、面状に発光する発光面を備えてもよい。前記平板の平たい面と前記可視光発光素子２０の発光面は、向かい合うように互いに垂直方向に離隔して平行に配置されてもよい。

前記可視光発光素子２０は、面状に発光する発光面を備えてもよく、前記可視光発光素子２０の発光面と前記エアフィルター３０の平板状の面状が平行してもよい。

前記可視光発光素子２０から放射する光量は、前記可視光発光素子２０の発光面に垂直方向に放射する光量が最も多い。従って、前記空気排出口１２に配置された平板状のエアフィルター３０は、前記可視光発光素子２０の発光面に垂直方向に離隔して向かい合うように対向させ、前記エアフィルター３０の平たい面と前記可視光発光素子２０の発光面とを平行に配置することにより、前記エアフィルター３０内の可視光活性光触媒の光効率を向上させる。前記エアフィルター３０内の可視光活性光触媒の光効率を向上させることで、前記空気浄化モジュール１００の浄化作用が向上する。

また、前記本体１０の空気流入口１１から前記本体１０の内部に流入する空気の流入方向（Ｘ）は、前記エアフィルター３０と前記可視光発光素子２０との間を横切る方向である。前記空気流入口１１がこのような条件を満するように前記本体１０に形成されることにより、前記空気浄化モジュール１００を介する空気の流入が円滑である利点を得ることができ、前記空気浄化モジュール１００を車両用空調装置等に適用しやすい構造を確保することができる。

前記本体１０の空気流入口１１には、これによる空気の流入をより円滑にするためにファン（ｆａｎ）が配置されてもよい。

前記ファン（ｆａｎ）は、空気の流入速度を好適に調節するためのものであって、風速が約０．１ｍ／ｓｅｃ〜約３．０ｍ／ｓｅｃであってもよい。前記ファンの風速が低すぎると、有害物質が前記エアフィルターと効果的に会うことができないし、風速が高すぎると、有害物質のエアフィルターの通過が速すぎることになり、分解反応のための時間を十分確保し難しい。従って、前記範囲の風速で空気を流入させるファンを用いて有害物質の除去効率をさらに向上させることができる。

前記空気浄化モジュール１００は、前記エアフィルター３０を含み、前記エアフィルター３０は、有害成分を直接に除去する浄化機能を行う。

図３を参照すると、前記空気浄化モジュール１００は、前記光触媒フィルター３０とともに、本体１０及び前記本体１０の内部に配置された可視光発光素子２０を含む。

前記本体１０は、前記空気浄化モジュール１００のハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ）の役割を果たすものであって、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、テフロン(登録商標)樹脂、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つのプラスチック材質からなるか、又はアルミニウム、ステンレススチール（ＳＵＳ，Ｓｔｅｅｌ Ｕｓｅ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ）等の金属材質からなってもよい。

一具現例において、前記本体１０は、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）を含むプラスチック材質で製造されてもよく、この場合、加工性及び成形性に優れており、軽量性が確保され、流通性の側面でより有利である。

前記空気浄化モジュール１００は、前述したように、可視光線に対して光活性を有する光触媒を用いて空気を浄化するものであって、光触媒の光活性を誘導する光源として可視光発光素子２０を用いる。

前記可視光発光素子２０は、約４００ｎｍ〜約８００ｎｍの可視光線に相当する光を放射する素子であって、例えば、ブルーＬＥＤを用いてもよいが、これに制限されるものではない。例えば、約２００ｎｍ以上、約４００ｎｍ未満の紫外線を放射する紫外線発光素子の場合、高いエネルギーを有する光を放射するため、光活性を誘導する側面で有利であるが、紫外線は、人体に有害である問題があり、紫外線発光素子の場合、可視光発光素子に比べて寿命が短く、コストが非常に高い問題がある。従って、前記空気浄化モジュール１００は、可視光発光素子２０を光源として用いてこのような問題点を防ぐことができ、前記可視光発光素子２０の放射対象として、前述したようなエアフィルター３０を用いて空気浄化効率を極大化し得る。

本発明の一具現例において、（ａ）メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材の表面に炭素素材コーティング組成物をコーティングして炭素素材コーティング層を形成するステップ；（ｂ）前記炭素素材コーティング層上に可視光活性光触媒コーティング組成物をコーティングして可視光活性光触媒コーティング層を形成するステップ；及び（ｃ）前記炭素素材コーティング層及び前記可視光活性光触媒コーティング層が形成されたメタルフォーム基材を乾燥してエアフィルターを製造するステップ；とを含むエアフィルターの製造方法を提供する。

前記エアフィルターの製造方法によって、前述したようなエアフィルターを製造することができる。すなわち、前記エアフィルターの製造方法による場合、図１に示したように、メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材３１、炭素素材コーティング層３２及び可視光活性光触媒コーティング層３３をこの順に含むエアフィルター３０（ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ）を製造することができる。

図３を参照すると、前記空気浄化モジュール１００の本体１０は、空気流入口１１及び空気排出口１２を含んでいてもよく、前記空気排出口１２に前記エアフィルター３０が配置されてもよく、前記エアフィルター３０は、平たい面を含む平板状であり、前記可視光発光素子２０は、発光面を備える。前記エアフィルター３０の平たい面と前記可視光発光素子２０の発光面は、向かい合うように互いに垂直方向に離隔して平行に配置されてもよい。また、前記本体１０の空気流入口１１から前記本体１０の内部に流入する空気の流入方向（Ｘ）は、前記エアフィルター３０の平たい面と前記可視光発光素子２０の発光面の間を横切る方向となるように前記空気流入口１１を配置してもよい。

図３には示していないが、前記本体１０の空気流入口１１には、これによる空気の流入をより円滑にするためにファン（ｆａｎ）が配置されてもよい。

前記本体１０、可視光発光素子２０、エアフィルター３０及びファン（ｆａｎ）に関する事項は、いずれも前述したとおりである。

前記エアフィルターの製造方法は、（ａ）ステップであって、メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材の表面に炭素素材コーティング組成物をコーティングして炭素素材コーティング層を形成するステップを含む。

前記炭素素材コーティング組成物は、有機バインダー及び活性炭粒子を含む。 前記有機バインダー及び前記活性炭粒子に関する事項も、いずれも前述したとおりである。このとき、前記炭素素材コーティング組成物は、前記有機バインダー １００重量部に対して、前記活性炭粒子を約８０〜約１２０重量部含んでいてもよく、例えば、約９０〜約１１０重量部含んでいてもよく、例えば、約１００重量部含んでいてもよい。前記活性炭粒子が前記有機バインダーに比べて、このような含量比で用いられることにより、前記炭素素材コーティング組成物が前記メタルフォーム基材の表面に対して向上したコーティング性及び付着性を具現することができる。

例えば、前記有機バインダーに比べて、前記活性炭粒子の含量が少なすぎる場合には、前記有機バインダーが前記活性炭粒子の多孔性表面を塞ぎ、後続する前記（ｂ）ステップにおいて、前記可視光活性光触媒コーティング組成物が前記活性炭粒子のポア構造によって吸着する性能を低下させるおそれがある。また、前記有機バインダーに比べて、前記活性炭粒子の含量が多すぎる場合には、前記メタルフォーム基材の表面に対する前記活性炭粒子の付着力が弱く、前記活性炭粒子が離脱する問題が生じ得る。

次いで、前記エアフィルターの製造方法は、前記炭素素材コーティング層上に可視光活性光触媒コーティング組成物をコーティングして可視光活性光触媒コーティング層を形成するステップ （ｂ）を含む。

このとき、前記可視光活性光触媒コーティング組成物は、可視光活性光触媒粒子が分散された水系分散液であってもよい。すなわち、前記可視光活性光触媒コーティング組成物は、有機バインダー成分又は無機バインダー成分を含まず、水又は蒸留水等の水系溶媒を用いる。前記水又は蒸留水等の水系溶媒は、前記活性炭粒子の毛細管状を有するポア構造によってよく吸着し、これによって、前記可視光活性光触媒コーティング層の前記炭素素材コーティング層に対する付着性が大きく向上し得る。

また、最終的に製造された前記可視光活性光触媒コーティング層内に有機又は無機成分が残留せず、可視光活性光触媒粒子の光触媒効率が大きく向上し得る。

具体的には、前記可視光活性光触媒コーティング組成物は、水系溶媒１００重量部に対して、前記可視光活性光触媒粒子を約５〜約１０重量部含んでいてもよく、例えば、約５〜７重量部含んでいてもよい。この場合、前記活性炭粒子による前記可視光活性光触媒コーティング組成物の吸着力が優れており、前記可視光活性光触媒コーティング組成物が前記メタルフォーム基材の内部まで浸透しやすく、より広い面積のメタルフォーム基材の表面に前記可視光活性光触媒コーティング層が形成されてもよい。

前記（ａ）ステップ及び（ｂ）ステップにおいて、前記炭素素材コーティング組成物及び前記可視光活性光触媒コーティング組成物をコーティングする方法は、それぞれディップ（ｄｉｐ）コーティング方法によってもよい。この場合、他のコーティング方法に比べて、前記炭素素材コーティング組成物及び前記可視光活性光触媒コーティング組成物が前記メタルフォーム基材の気孔構造の内部まで浸透しやすく、その結果、前記炭素素材コーティング層及び前記可視光活性光触媒コーティング層が前記メタルフォーム基材の表面により広範囲な面積を占めるように形成され、優れた有害物質除去性能を具現することができる。

前記エアフィルターの製造方法は、前記炭素素材コーティング層及び前記可視光活性光触媒コーティング層が形成されたメタルフォーム基材を乾燥してエアフィルターを製造するステップ （ｃ）を含む。

前記ステップ （ｃ）において、前記メタルフォーム基材の乾燥は、約８０℃〜約１００℃の温度で約３０分〜約９０分間行われてもよい。これによって、前記メタルフォーム基材及び前記活性炭粒子の物性を損なうことなく、前記可視光活性光触媒コーティング組成物の水系溶媒を実質的に蒸発しきることができる。

通常、光触媒コーティングは、優れた性能確保のために約３００℃以上の高温熱処理を伴う。ただし、このような高温熱処理は、工程効率を低下させるおそれがあり、光触媒のほか、周辺成分を損なうおそれがある。本発明の一具現例による製造方法では、前記可視光活性光触媒コーティング組成物をコーティングした後、比較的低温（８０℃〜１００℃）でこれを乾燥するだけでコーティング層を製造することができ、約３００℃以上の高温熱処理を伴わない。また、これにもかかわらず、優れた光触媒性能を表し、工程効率上の利点を確保することができる。

前記（ａ）〜（ｃ）ステップによって製造されたエアフィルターは、図２に示したとおりである。すなわち、図２を参照すると、前記エアフィルター３０は、メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材３１、炭素素材コーティング層３２及び可視光活性光触媒コーティング層３３を含み、具体的には、前記メタルフォーム基材３１と前記メタルフォーム基材３１の表面にコーティングされた炭素素材コーティング層３２及び前記炭素素材コーティング層上にコーティングされた可視光活性光触媒コーティング層３３を含んでいてもよい。

前記メタルフォーム基材３１、前記炭素素材コーティング層３２及び前記可視光活性光触媒コーティング層３３に関する事項は、いずれも前述したとおりである。

前記エアフィルターの製造方法によって製造されたエアフィルターを前述した空気浄化モジュールに適用することができる。具体的には、本体の内部に前記エアフィルターと可視光発光素子を配置して前記空気浄化モジュールを製造することができる。

図３を参照すると、前記空気浄化モジュール１００の本体１０は、空気流入口１１及び空気排出口１２を含んでいてもよく、前記空気排出口１２に前記エアフィルター３０を配置することができ、前記エアフィルター３０は、平たい面を含む平板状であり、前記可視光発光素子２０は、発光面を備える。前記エアフィルター３０の平たい面と前記可視光発光素子２０の発光面は、向かい合うように互いに垂直方向に離隔して平行に配置されてもよい。また、前記本体１０の空気流入口１１から前記本体１０の内部に流入する空気の流入方向（Ｘ）は、前記エアフィルター３０の平たい面と前記可視光発光素子２０の発光面の間を横切る方向となるように前記空気流入口１１を配置してもよい。

また、前記空気流入口１１にファン（ｆａｎ）をさらに配置してもよい。前記ファン（ｆａｎ）は、空気の本体の内部への流入を円滑にするものであって、これに関する事項も、いずれも前述したとおりである。

以下では、本発明の具体的な実施例を提示する。ただし、下記に記載した実施例は、本発明を具体的に例示するか説明するためのものに過ぎず、これによって本発明が制限されてはならない。

＜実施例及び比較例＞
実施例１
厚みが４ｍｍであるニッケル１００％成分のメタルフォーム基材を設けた。前記メタルフォーム基材の平面上の１平方インチ（ｉｎｃｈ²）面積に相当する体積当たりの気孔数は６０個であり、気孔の大きさは０．８ｍｍであった。ウレタン樹脂バインダー１００重量部に対して、平均粒径が３０μｍである活性炭粒子１００重量部を含む炭素素材コーティング組成物に前記メタルフォーム基材を１分間浸してから取り出し、ディップ（ｄｉｐ）コーティングして、前記メタルフォーム基材の表面に炭素素材コーティング層を形成した。次いで、蒸留水１００重量部にＰｔ／ＷＯ₃可視光活性光触媒粒子５重量部を含む可視光活性光触媒コーティング組成物に前記炭素素材コーティング層が形成されたメタルフォーム基材を２分間浸しから取り出し、ディップ（ｄｉｐ）コーティングして、前記炭素素材コーティング層上に可視光活性光触媒コーティング層を形成した。次いで、８０℃のオーブン（ｏｖｅｎ）で１時間乾燥してエアフィルターを製造した。

小型ファン（ｆａｎ）が設置された空気流入口と空気排出口とを含む本体を準備し、前記空気排出口に製造された前記光触媒フィルターを配置した。次いで、前記光触媒フィルターの垂直方向の本体の内部に４５０ｎｍ波長の光を放射するブルーＬＥＤを配置するものの、前記小型ファン（ｆａｎ）を介して空気流入口から流入する空気の流入方向が前記光触媒フィルターと前記ブルーＬＥＤの間を横切るように配置しており、これによって、空気浄化モジュールを製造した。

実施例２
実施例１と同じ方法で空気浄化モジュールを製造するものの、ただし、エアフィルターの炭素素材コーティング層を製造するための炭素素材コーティング組成物のうち、ウレタン樹脂バインダーと活性炭粒子の含量を変更した。具体的には、ウレタン樹脂バインダー１００重量部に対して、平均粒径が３０μｍである活性炭粒子５０重量部を含む炭素素材コーティング組成物に前記メタルフォーム基材を１分間浸してから取り出し、ディップ（ｄｉｐ）コーティングして、前記メタルフォーム基材の表面に炭素素材コーティング層を形成した。

実施例３
実施例１と同じ方法で空気浄化モジュールを製造するものの、ただし、エアフィルターの炭素素材コーティング層を製造するための炭素素材コーティング組成物のうち、ウレタン樹脂バインダーと活性炭粒子の含量を変更した。具体的には、ウレタン樹脂バインダー１００重量部に対して、平均粒径が３０μｍである活性炭粒子２００重量部を含む炭素素材コーティング組成物に前記メタルフォーム基材を１分間浸してから取り出し、ディップ（ｄｉｐ）コーティングして、前記メタルフォーム基材の表面に炭素素材コーティング層を形成した。

実施例４
実施例１と同じ方法で空気浄化モジュールを製造するものの、ただし、エアフィルターのメタルフォーム基材を変更した。具体的には、前記メタルフォームは、厚みが４ｍｍであるＣｕ１００％成分のメタルフォーム基材を設けた。

比較例１
実施例１において、前記炭素素材コーティング層なしに、前記メタルフォーム基材の表面に直接コーティングされた可視光活性光触媒コーティング層を製造しており、このとき、前記可視光活性光触媒コーティング組成物に代えて、Ｐｔ／ＷＯ₃可視光活性光触媒粒子５重量％と、テトラエトキシシラン（ＴＥＰＳ、Ｓｉ（ＯＣＨ₂ＣＨ₃）₄）の脱水重合体であるシリカバインダー１．２５重量％及びイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）溶媒９３．７５重量％を混合した光触媒コーティング液を用いたことを除いては、前記実施例１と同じ方法で空気浄化モジュールを製造した。

比較例２
既に市販中であるイオナイザー（ｉｏｎｉｚｅｒ）（ハンラ空調社、クリオゼン）を空気浄化モジュールとした。

＜評価＞
実験例１：有害ガス除去性能の評価
３Ｌの気体袋（ｇａｓ ｂａｇ）に下記濃度それぞれの分解対象ガスを注入し、前記実施例１及び前記比較例１〜２それぞれの空気浄化モジュールを稼動して、１時間後のガス濃度を確認した。下記表１の注入ガス濃度に比べて、それぞれの空気浄化モジュールで除去されたガス濃度比を百分率で表した。

前記表１の結果を参照すると、前記実施例１の空気浄化モジュールは、前記比較例１〜２の空気浄化モジュールに比べて、多様な種類の有害ガスに対する優れた除去性能を同時に具現することが分かる。

具体的には、前記実施例１は、アルデヒド類有害ガス（ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド）に対しては９０％以上の除去性能を表し、アンモニア及びアセト酸に対しては１００％の除去性能を表す。また、芳香族有害ガス（ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、ザイレン、スチレン）に対しても９７％以上の高い除去性能を表す。

具体的には、前記比較例１の空気浄化モジュールは、アセト酸に対しては、前記実施例１に類似する除去性能を見せるが、アルデヒド類有害ガス、アンモニア、芳香族有害ガスに対しては、前記実施例１に比べて、その除去性能が著しく劣ることを確認することができる。

前記比較例２の場合には、あらゆる有害ガスに対して、前記実施例１に比べて、その除去性能が著しく劣ることを確認することができる。

１００ 空気浄化モジュール
１０ 本体
１１ 空気流入口
１２ 空気排出口
２０ 可視光発光素子
３０ エアフィルター
３１ メタルフォーム基材
３２ 炭素素材コーティング層

Claims (10)

1. メタルフォーム（ｍｅｔａｌ ｆｏａｍ）基材、炭素素材コーティング層及び可視光活性光触媒コーティング層を含むエアフィルター。
2. 前記メタルフォーム基材は、ニッケル、鉄、クロム、アルミニウム、銅、タングステン、ＳＵＳ、チタン、銀、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された一つを含む、
   請求項１に記載のエアフィルター。
3. 前記炭素素材コーティング層は、有機バインダー１００重量部及び活性炭粒子８０〜２００重量部を含む、
   請求項１に記載のエアフィルター。
4. 前記活性炭粒子は、大きさが０Å超、２０Å未満のマイクロポア；又は大きさが２０Å〜１０００Åメソポアを含む、
   請求項３に記載のエアフィルター。
5. 前記可視光活性光触媒コーティング層は、可視光活性光触媒粒子のみからなる、
   請求項１に記載のエアフィルター。
6. 前記可視光活性光触媒粒子は、三酸化タングステン（ＷＯ₃）１００重量部及び金属粒子０．１〜５重量部を含む、
   請求項５に記載のエアフィルター。
7. 前記金属粒子は、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデン、銅、鉄、コバルト、マンガン、ニッケル、白金、金、銀、セリウム、カドミウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択された少なくとも一つを含む、
   請求項６に記載のエアフィルター。
8. 空気流入口と空気排出口とを含む本体；
   前記本体の内部に配置された可視光発光素子；及び、
   前記本体の内部に配置された、第１項〜第８項のうちいずれか一項によるエアフィルター（ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ）を含む、
   空気浄化モジュール。
9. 前記空気排出口に前記エアフィルターが配置され、
   前記エアフィルターは、平たい面を含む平板状であり、
   前記可視光発光素子は、発光面を備え、
   前記エアフィルターの平たい面と前記可視光発光素子の発光面は、向かい合うように互いに垂直方向に離隔して平行に配置され、
   前記空気流入口から前記本体の内部へ流入する空気の流入方向は、前記エアフィルター及び前記可視光発光素子の間を横切る方向である、
   請求項８に記載の空気浄化モジュール。
10. 前記空気流入口に配置されたファン（ｆａｎ）をさらに含む、
    請求項８に記載の空気浄化モジュール。