KR100535940B1 - 공기정화기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기정화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유상의 산화티탄 광촉매를 통하여 공기중의 오염물질을 제거하여 청정공기를 제공할 수 있는 반영구적인 광촉매 필터를 장착한 공기정화기에 관한 것이다.

본 발명의 특징은 오염된 공기를 흡입하는 흡기구와, 흡기구 안쪽에 착탈가능하며 오염된 공기중에 입자가 큰 오염물질을 제거하는 프리필터와, 오염된 공기를 강제로 흡입하는 송풍팬과, 상기 프리필터를 통하여 걸러진 오염된 공기를 정화하기 위하여 여과실 안쪽에 안착시킨 이산화티타늄 섬유와,상기 이산화티타늄 섬유를 활성화하고 오염된 공기를 살균, 정화하며 자외선을 방사하는 자외선램프와, 정화된 공기를 배출하는 배출구를 포함하여 구성된다.

Description

공기정화기 {Air purifier}

본 발명은 공기정화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 섬유상의 산화티탄 광촉매를 통하여 공기중의 오염물질을 제거하여 청정공기를 제공할 수 있는 반영구적인 광촉매 필터를 장착한 공기정화기에 관한 것이다.

공기정화기는 공기중의 세균과 먼지및 악취등의 다양한 오염물질을 제거하고 건강하고 쾌적한 공간을 제공하기 위하여 다양한 형태의 필터를 채택하여 여러가지 종류의 공기정화기가 개발되어 왔다.

일반적으로 공기정화기는 송풍장치를 구동하며 공기를 강제로 순환하여 흡입된 공기를 필터에 의하여 오염물질을 여과하고 흡착시켜서 이를 제거하고 있으며, 필터가 오염물질에 더럽혀지면 효율이 저하되고 세균의 온상이 될 수 있으며, 악취의 원인이 되거나 공기를 오염시키게 되어 오히려 발병의 원인이 된다.

이러한 필터방식의 정화기는 프리필터, 헤파필터, 정전필터, 활성탄필터등이 있고 먼지와 분진을 걸러내 줄 수는 있으나 공기중의 세균이나 유기물질, 유해물질을 살균하거나 제거하기 어려운 단점이 있다.

오염물질이 오염된 필터를 자주 갈아끼워야 하는 불편이 있으며 고가의 필터를 갈아야하는 유지비도 많이 들어가기 때문에, 이를 해결하기 위하여 음이온발생기가 있으나 음이온의 냄새가 오히려 사용자에게 불쾌감을 주고 있으며 팬을 사용한 형태가 아니므로 넓은 공간을 처리하기 어려우며 오존 방식의 공기 정화기는 일정 농도를 초과하면 오히려 인체에 유해한 단점을 가지고 있다.

또한, 집먼지 진드기의 배설물속의 알레르겐이라는 물질은 기존의 음이온 방식이나 필터 방식으로는 물질을 걸러주기만 하고 분해할 수 없는 단점이 있다.

한편 광촉매를 응용한 연구는 산화티타늄이 자외선에 노출된 경우 난분해성 유기물을 분해할 수 있다는 것이 발견되면서 환경문제를 해결할 수 있는 청정기술로서의 가능성을 인정받게 되었으며, 상기와 같은 필터를 채택한 공기정화기의 단점을 해결하는 이산화티타늄 광촉매를 이용한 공기정화기는 정공의 능력이 뛰어나고 각종 유기물을 분해하는 능력을 가지고 있다.

광촉매로는 순동, 백금, 로듐, 팔라듐등의 고가의 금속을 촉매로 주 활성점으로 이용하고 있으나 가격이 비싸고 양산이 힘든 단점이 있다.

이산화티타늄은 자신이 빛을 받아도 변하지 않아 반영구적으로 사용이 가능할 뿐만 아니라 대부분의 유기물을 산화시켜 이산화탄소와 물로 분해하므로 2차 오염이 적고 표백 및 악취제거에도 효과적이므로 광촉매 반응에 대한 산화물 피막의 활성을 고려해 볼 때 이산화티타늄이 광촉매 분야에서 대표적인 물질로 부각되어 현재 많은 연구가 진행되고 있다.

그러나 기존의 산화티탄을 이용한 광촉매도 분말형태의 이산화티타늄을 이용한 것으로서 종이 무기질과 이산화티타늄 분말을 섞어서 골판지 형태의 담체를 만들고 여기에 바인더를 이용하여 이산화티타늄 분말을 입힌 것으로서 이산화티타늄이 고정되어 있지 아니하여 약간의 충격에도 분리되며 종이로 만들었기 때문에 분해과정에서 생성되는 수분과 공기중의 습도에 약하다는 단점이 있다.

또한 상기와 같은 기존의 이산화티타늄을 이용한 광촉매는 바인더가 싸고 있기 때문에 유효표면적이 적고 평면의 형태밖에 만들수 없으므로 공기와 접촉하는 면적에 한계가 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기에 기술한 단점과 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 촉매 반응기의 형상에 제약을 받지 않고 표면적이 최대화되어 반응 효율이 비약적으로 향상되고 반영구적으로 사용할 수 있는 이산화티타늄 섬유로 이루어진 광촉매를 채택한 공기정화기를 제공하는 데에 있다.

섬유상의 산화티탄(TiO2) 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것으로는 비표면적을 최대화할 수 있고 반영구적으로 사용 가능한 섬유상의 산화티탄 광촉매 및 이의 제조방법에 관한 것이 대한민국 공개특허공보 특2002-0009524호에 상세히 설명되어 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 이산화티타늄 광촉매의 활성을 돕고 살균이 가능한 자외선 살균램프를 충분히 활용할 수 있는 필터통을 제공하는 데에 있다.

이와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 오염된 공기를 흡입하는 흡기구와, 흡기구 안쪽에 착탈가능하며 오염된 공기중에 입자가 큰 오염물질을 제거하는 프리필터와, 오염된 공기를 강제로 흡입하는 송풍팬과, 상기 프리필터를 통하여 걸러진 오염된 공기를 정화하기 위하여 여과실 안쪽에 안착시킨 이산화티타늄 섬유와,상기 이산화티타늄 섬유를 활성화하고 오염된 공기를 살균, 정화하며 자외선을 방사하는 자외선램프와, 정화된 공기를 배출하는 배출구를 포함하여 구성되는 것에 있다.

이하, 본 발명에 따른 공기정화기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기정화기의 일실시예 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 공기정화기의 일실시예 전면 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 공기정화기의 일실시예 후면 사시도이다.

도 1,2,3을 동시에 참조하면, 본 발명의 공기정화기는 직육면체의 케이스(10)와 받침대(11)를 구비한다. 케이스(10)의 외면은 내측에 공기를 흡입하기 위하여 후면 하단에 구성되는 흡기구(12)가 구비되어 있으며, 흡기구는 케이스(10)에 착탈가능하게 장착되어 있으며, 흡기그릴로 구성되어 있으며, 흡기구(12) 안쪽에는 프리필터(13)가 착탈가능하게 장착되어 있다. 흡기구(12)는 송풍실(14)과 연통하여 있으며 송풍실에는 송풍팬(15)이 구비되어 있다. 송풍실(14)과 안쪽으로 연통하는 유로(23)가 있으며 유로(23)는 여과실(24)로 연통되어 있고 여과실의 중앙에는 자외선램프(16)가 구성되어 있으며, 자외선램프를 지지하는 지지대(22)가 상하로 설치되어 자외선램프(16)가 안정되게 위치하게 하며, 여과실(24)에는 이산화티타늄섬유(17)가 안착되어 있고, 연속되어 연결되는 상부방향에는 배출그릴로 구성되어 있는 배출구(18)가 구비되어 있다. 여과실의 벽면에는 자외선램프(16)의 광선을 반사할 수 있도록 반사면(19)이 구성되어 있고 반사면(19)은 알루미늄 혹은 경제성이 있는 은박지로 구성할 수 있다.

한편, 케이스(10)의 전면 상부에는 전면패널(20)이 있고 전면패널에는 컨트롤 박스가 있으며 오염감지센서가 구성되어 있고, 전면 패널을 구성하고 있는 디스플레이 패널은 공기정화기의 동작상태 및 실내오염표시를 가능하게 한다.

케이스의 전면은 램프창(21)이 구비되어 있고 램프창은 형광물질을 도료하여 야간에는 심미감을 상승케 구성할 수 있다.

공기정화기의 하단 받침대(11)는 착탈가능하게 설치되어 있으며 본 발명의 공기정화기를 지지하는 역할을 하며, 내부를 수리하거나 혹은 유지보수시에 착탈할 수 있도록 구성되어진다.

공기정화기는 하단으로부터 상부로 공기를 유통하여 오염된 실내공기를 정화하는 것으로 흡입된 공기는 상부로 가면서 정화, 살균되어 배출시에는 청정한 공기로 변하게 된다.

케이스(10)의 전면 램프창(21)은 램프의 동작 상태를 육안으로 확인할 수 있도록 하고, 형광물질을 도료하여 심미감을 가질 수 있도록 한다.

본 발명의 케이스(10) 후면에는 케이스를 분리할 수 있도록 볼트, 너트로 체결할 수 있도록 되어 있다.

본 발명의 작동 및 기능을 상세히 설명하면, 후면 하단에 위치한 흡기구 안쪽면에는 프리필터가 장착되어 있는데, 프리필터는 보푸라기, 머리카락, 먼지 및 분진등을 미리 여과하는 역할을 하며 프리필터의 상태에 따라 교체 가능하게 하였다.

후면하단으로 유입되는 오염된 공기는 프리필터를 거쳐 송풍실(14)의 송풍팬(15)에 의하여 강제로 상부로 올려지고, 유로(23)를 통하여 여과실(14)로 유입된 공기는 이산화티타늄섬유(17)를 통하여 공기중에 포함된 세균을 멸균하고 오염된 공기중의 미세한 먼지, 분진과 유기물질이 분해, 산화되게 된다. 이러한 과정에서 악취가 탈취되게 된다.

여과실(14)의 중앙에 위치한 자외선램프(16)는 광촉매 섬유를 활성화하는데, 본 발명에 따른 광섬유는 적절한 정도로 여과실을 채우고 있으며, 농도는 중앙에 위치한 자외선 램프의 광선이 투과될 수 있는 정도이며 여과실의 벽면에는 반사면(19)이 있어 램프의 광선이 미치지 못하는 곳을 투사하고 있다. 반사면의 반사능력의 향상을 위하여 바람직하게는 알루미늄 혹은 은박지로 구성할 수 있다. 반사면(19)은 램프(16)에서 투사된 광선을 사방에서 반사함으로서 광촉매 섬유를 활성화할 수 있도록 최대한의 효율적인 기능을 제공한다.

여과실(24)의 중앙에 위치한 램프는 약 30센티미터 이상이 될 수 있으므로 램프가 안정적으로 위치하고 이동이나 운반중에 보호될 수 있도록 상하로 한개의 지지대를 설치할 수 있다.

상부의 배출구 후면 하부의 흡기구에는 어린아이의 손이 들어가지 않도록 하고 미적인 형상으로 조성하되 기능을 발휘할 수 있는 그릴로 할 수 있다.

자외선 램프는 자체적으로도 살균 및 탈취 기능을 가지고 있으며 본 발명의 실시예에서 하나로 구성되어 있으나 성능의 향상을 위하여 두개 혹은 그 이상의 복수개를 세로 혹은 가로로 설치할 수 있다.

자외선램프의 사용 목적은 살균과 광촉매의 활성을 돕기 위한 목적이며, 모든 종류의 균과 바이러스를 살균하며 광촉매 방식은 광촉매 입자의 크기와 유효표면적 그리고 공기와 접촉하는 시간으로 성능이 결정되며 본 발명의 광촉매섬유는 10~20nm크기의 광촉매가 입체적으로 붙어있어 표면적이 넓은 장점이 있으며 바인더로 광촉매를 고정하는 방식이 아니기 때문에 유효 표면적이 코팅처리 광촉매보다 7배 이상 넓은 장점이 있으며, 본 발명의 정화기의 여과실(24) 안에는 축구장 넓이의 10배 정도의 표면적을 갖는 이산화티타늄섬유(17)를 구설할 수 있다. 기존 종래의 필터통은 5cm정도에 불과하였으나, 본 발명은 흡입되는 공기가 33cm이상의 여과실을 통과하므로 접촉하는 면적과 시간이 획기적으로 개선될 수 있다. 또한 섬유 형태로 습기에 전혀 영향을 받지 않는 장점도 있다. 이에 비하여 종래의 공기정화기 내의 이산화티타늄 광촉매는 골판지에 코팅하였으므로 습도에 약해서 변질이 될 소지가 많다.

여과실에 구성되는 이산화티타늄섬유는 철사형태로 얼기설기 구성되어 안착되어 있으며, 자외선 램프의 광선이 충분히 투사되어 광촉매 섬유를 활성화 시킬 수 있는 정도로 설치하면 된다.

이산화티타늄섬유(17)는 표면에 산화티탄 피막이 형성되어 있으며 직경은 약 10 - 500 μm인 것이다.

촉매란 어떤 화학반응에서 자신은 변하지 않고 반응속도를 변화시키거나 또는 반응을 개시시키는 등의 역할을 수행하는 것이며, 광촉매란 촉매의 한 종류로서 촉매작용이 빛에너지를 받아 일어나는 것이며 촉매로는 ZnO, CdS, WO₃, TiO₂가 있으며, 이중에서 이산화티타늄 (TiO2)이 가장 활성이 좋다. 즉 촉매에 빛을 조사하면 촉매가 빛 에너지를 받아 촉매 내부에서 전자들의 이동이 일어나고, 이동된 전자들이 강력한 화학작용(산화,환원)을 일으킨다. 이때 전자들의 강력한 화학작용은 오염된 물질을 산화시켜 무해한 물질로 변화를 주는 것이며, 이러한 원리로 광촉매에 빛을 조사하면 대기 중이나 수질의 유해한 물질을 분해하여 무해한 물질로 변화시켜주게 된다. 광촉매를 어느 곳에 적용하느냐에 따라 그 작용 메커니즘은 다르지만 결론은 유해화합물을 분해하여 H2O, CO2 등으로 만든다. 따라서 광촉매의 적용 범위는 매우 광범위하며 본 발명의 광촉매 섬유는 기존의 헤파필터와 같이 교체하지 아니하여도 반 영구적으로 사용할 수 있으며 살균, 정화, 분해 작용등 기능 강하없이 오랫동안 사용할 수 있다.

본 발명의 이산화티타늄 광촉매는 n형 반도체로서 자외선(400nm 이하)을 조사하여 주면 전자 정공대가 형성되어 강한 산화력을 가진 하이드록시 라디칼(*OH)과 O₂-를 생성한다. 이 산화력이 유기물을 탄산가스(CO₂)와 물로 분해 시켜 공기 중의 오염물질의 제거, 살균, 부패방지, 탈취가 이루어지게 된다.

이산화티타늄 광촉매에 의해 발생한 수산라디칼(OH )과 과산소이온(O₂-)은 박테리아 세포막에 달라붙어 산화, 분해함으로서 세포막을 파괴하여 살균, 방취할 수 있다.

따라서 MRSA, O-157 등 각종 병원균과 각종 박테리아를 99%이상 살균하는 기능을 갖고 있다

   일반 항균제는 항균력이 있는 물질이나 그 주변에 박테리아가 접촉했을 때 효력을 나타내지만, 이산화티타늄 광촉매는 이산화티타늄 표면 에서 빛에너지를 받아 전자가 계속해서 이동하므로 정공이 한 곳에서만 형성되는 것이 아니다.

   그러므로 정공에 의해 생성되는 수산라디칼과 전자에 의해 생성되는 과산소이온이 이산화티타늄 표면 곳곳에서 발생하기 때문에 박테리아와 접촉할 가능성이 훨씬 높다. 따라서 항균, 살균, 방취 능력이 종래기술에 의한 정화기나 항균제보다 뛰어나다.

일반적으로 항균제는 시간이 경과함에 따라 항균력이 떨어지는데, 광촉매 섬유는 반영구적이기 때문에 설치만 해놓으면 항균력이 꾸준히 유지되며, 유지/보수비도 거의 들지 않는 획기적인 것이다. 수많은 균들이 존재하는 공간에 적용시키면 정기적인 소독, 살균 없이 병원 내에 존재하는 균들을 살균 처리할 수 있어 위생적이며, 유지비용이 적게 든다.

이산화티타늄 광촉매는 정공의 뛰어난 산화력이 각종 유기물을 분해할 뿐만 아니라 NOx, SOx 를 제거하는데도 탁월한 효과를 갖고 있다. 또한 과산소이온에 의해 납, 수은등 인체에 극히 유해한 중금속물질을 산화, 침전시켜 80~90%제거할 수 있다.

납이온을 산화하는 과정을 간략히 보면 다음과 같다

Pb+ + 2O₂- → PbO₂ + O₂ 또는 Pb₂+ + 2O₂- → PbO + 3/2O₂

이렇게 여과실(24)을 통과한 공기는 마지막으로 케이스(10) 상부의 배출구(18)를 통하여 배출되어진다.

도4는 가스 검지관법에 의한 광촉매 섬유 탈취율(%) 시험 결과서(1)이다.

도5는 가스 검지관법에 의한 광촉매 섬유 탈취율(%) 시험 결과서(2)이다.

한국원사직물시험연구원에 의뢰한 바에 따른 시험성적 결과는 표로 나타내면 다음과 같다.

실험물질(시간)	5분	15분	30분	60분
암모니아	95.0	97.5	98.7	>98.7
포름알데히드	85.0	90.0	94.4	>94.4
트리메틸아민	90.0	92.0	94.4	>98.8
메틸멜캅탄	86.7	91.7	95.5	>98.0
아세트 알데히드	89.3	92.9	96.3	>99.2

< 표 1 >은 가스 검지관법에 의한 광촉매 섬유 탈취율(%) 시험 결과에 관한 것이며, 탈취율(%) = (Cb - Cs)/Cb x 100로 한 것이며, 식에서 Cb는 각 시간 경과 후 시험용기안에 남아 있는 시험가스의 농도를 나타내며, Cs는 시료로서 이 역시 각 시간 경과 후 시험용기안에 남아 있는 농도를 말한다.

상기의 표에 의거하여 설명하면, 암모니아 물질을 본 발명에 따른 여과실에 투입하게 되고 투입한지 5분이 지나면 암모니아의 95.0%가 탈취되며, 15분이 지나면 97.5%가 탈취되고, 30분이 지나면 98.7%가 탈취되며 60분 후에는 98.7% 이상이 탈취된다는 것을 알 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명의 하나의 실시예를 설명한 것이며, 본 발명의 권리 범위는 상술한 기재에 한정되는 것은 아니며 당분야의 통상의 지식을 가진자라면 변경, 변형이 가능한 것이며 이는 본 발명의 권리범위에 속하는 것임을 밝혀둔다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 공기정화기는 프리필터로 입자가 큰 먼지등을 제거한 후에 이산화티타늄 섬유를 채용한 필터로 최대한의 공기 접촉 면적을 넓히고 반응효율을 향상하며 유기물질, 먼지, 분진, 등을 제거하고 이산화티타늄 필터의 교체없이 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기정화기의 일실시예 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 공기정화기의 일실시예 전면 사시도이다.

도 3은 본 발명에 따른 공기정화기의 일실시예 후면 사시도이다.

도 4는 가스 검지관법에 의한 광촉매 섬유 탈취율(%) 시험 결과서(1)이다.

도 5는 가스 검지관법에 의한 광촉매 섬유 탈취율(%) 시험 결과서(2)이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 케이스 11: 받침대

12: 흡기구 13: 프리필터

14: 송풍실 15: 송풍팬

16: 자외선 램프 17: 이산화티타늄섬유

18: 배출구 19: 반사면

Claims (5)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 오염된 공기를 흡입하는 흡기구와,

   흡기구 안쪽에 착탈가능하며 오염된 공기중에 입자가 큰 오염물질을 제거하는 프리필터와,

   오염된 공기를 강제로 흡입하는 송풍팬과,

   상기 프리필터를 통하여 걸러진 오염된 공기를 정화하기 위하여 여과실 안쪽에 안착시키고 표면에 산화티탄 피막이 형성되어 있으며 직경은 약 10 - 500 μm인 이산화티타늄 섬유와,

   상기 이산화티타늄 섬유를 활성화하고 오염된 공기를 살균, 정화하며 자외선을 방사하며 길이가 30센티미터 이상이며 여과실의 중앙에 설치된 자외선램프와,

   상기 자외선 램프의 성능을 극대화하기 위하여 여과실 안쪽벽면에 알루미늄 혹은 은박지로 구성된 반사면과,

   정화된 공기를 배출하는 배출구를 포함하는 공기정화기.