KR100592872B1

KR100592872B1 - 자외선램프를 이용한 공기정화모듈

Info

Publication number: KR100592872B1
Application number: KR1020040089425A
Authority: KR
Inventors: 조남준; 김영일; 김종성
Original assignee: 비알엔지니어링 주식회사
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-06-22
Also published as: KR20060040188A

Abstract

본 발명은 자외선 램프를 감싸는 구조의 타겟부에 4중 복합촉매를 코팅하여 미생물, 바이러스, 세균 등을 살균할 뿐만 아니라 휘발성유기화합물 등 가스상 오염물질이나 악취의 분해효율을 크게 향상시켜 쾌적한 실내환경을 제공하는 공기정화모듈에 관한 것이다.

본 발명의 공기정화모듈은 자외선광을 방출시키는 자외선 램프(10), 촉매가 코팅되는 타겟부(20), 자외선 램프(10)와 타겟부(20)를 지지하기 위한 절연 지지부(30), 그리고 상기 자외선램프(10)에 고전압을 인가하기 위한 고전압발생기(40)로 구성되어 있는 공기정화모듈에 있어서, 상기 타겟부(20)는 금속 재질의 망상(mesh)의 재료에 산화티타늄, 산화은 및 산화동, 그리고 산화로듐이 코팅된 것을 특징으로 한다.

공기정화, 자외선램프, 산화티타늄, 산화은, 산화동, 산화로듐

Description

자외선램프를 이용한 공기정화모듈{AIR CLEANING MODULE USING ULTRAVIOLET LAMP}

도1은 본 발명에 따른 일실시예의 공기정화모듈의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 일실시예의 공기정화모듈의 단면도이다.

<도면 각 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 자외선 램프 20: 타겟부

30: 절연지지부 40: 고전압발생기

본 발명은 자외선 램프와 촉매를 사용한 공기정화모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자외선 램프에 대면하고 있는 타겟부에 4중 복합촉매를 코팅하여 미생물, 바이러스, 세균 등을 살균할 뿐만 아니라 휘발성유기화합물 등 가스상(gas狀) 오염물질이나 악취의 분해효율을 크게 향상시켜 쾌적한 실내환경을 제공하는 공기정화모듈에 관한 것이다.

살균력이 있는 자외선은 수십 년 전부터 의료산업분야에서 미생물, 바이러스, 세균 등을 살균하기 위한 방법으로 널리 사용되어져 왔으며, 또한 이와 같은 자외선의 살균효과로 인하여 공기를 정화하는 장치에도 사용되어 오고 있다.

그러나 자외선은 가스상의 오염물질이나 악취의 제거에는 전혀 효과적이지 못하다. 이와 같은 문제점 때문에 최근에는 자외선 램프 주위에 산화티타늄을 코팅한 필터를 장착하여 산화티타늄의 촉매작용에 의한 산화반응으로 가스상의 오염물질과 악취를 제거하는 시도가 있다. 그러나 상기와 같이 산화티타늄이 코팅된 필터는 먼지가 흡착됨에 따라 눈막힘 현상이 발생하여 주기적으로 필터를 교체해주어야 하고 가스상 오염물질이나 악취를 효과적으로 제거하지 못하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출되는 것으로서, 자외선 광선의 효과적인 살균력을 이용하면서도 가스상 오염물질이나 악취까지 효과적으로 제거할 수 있는 공기정화 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 자외선광을 방출시키는 자외선 램프와 촉매가 코팅되는 타겟부, 그리고 자외선 램프와 타겟부를 지지하기 위한 절연 지지부, 자외선램프에 고전압을 인가하기 위한 고전압발생기로 구성되어 있는 공기정화모듈에 있어서, 상기 타겟(target)부는 금속 재질의 망상(mesh)의 재료에 산화티타늄, 산화은 및 산화동이 코팅된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 상기 타겟부에 산화로듐이 추가로 코팅된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 자외선광을 방출시키는 자외선 램프와 촉매가 코팅되는 타겟 부, 그리고 자외선 램프와 타겟부를 지지하기 위한 절연 지지부, 자외선램프에 고전압을 인가하기 위한 고전압발생기로 구성되어 있는 공기정화모듈에 있어서, 상기 타겟(target)부는 금속 재질의 망상(mesh)의 재료에 산화티타늄과 산화로듐이 코팅된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에 따른 일실시예의 공기정화모듈의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 일실시예의 공기정화모듈의 단면도이다.

본 발명은 자외선 램프(10), 타겟부(20), 절연지지부(30), 그리고 고전압발생기(40)로 구성되어 있다.

자외선 램프(10)는 자외선광을 방출시키며, 타겟부(20)는 각종 촉매가 코팅된다, 절연지지부(20)는 상기 자외선 램프(10)와 타겟부(20)를 지지한다. 그리고 고전압발생기(40)는 고전압을 발생하여 상기 자외선램프(10)에 인가한다. 고전압발생기(40)는 절연지지부(30)에 구성된 접속핀에 연결되어 자외선램프(10)에 고전압을 인가한다.

상기 타겟부(20)는 금속 재질의 망상(mesh)의 재료로 되어 있으며 그 표면에 산화티타늄, 산화은, 산화동, 산화로듐이 코팅된다. 타겟부(20)의 재질은 알루미늄, 동, 니켈, 스틸 등을 이용하는 것이 바람직하다.

타겟부(20)는 자외선램프(10)를 감싸는 구조로 되어 있으며 내부의 자외선 램프(10)와 타겟부(20)는 양단의 절연 지지부(30)에 의하여 고정된다.

타겟부(20)의 코팅은 먼저 금속 재질의 망상(mesh)으로 된 기초부를 티타늄 촉매를 포함하는 농도 50 내지 65%의 수용액에 30분 내지 1시간 30분 동안 침지시키고 100내지 150℃에서 4시간 내지 6시간 가열하여 건조시키고 그 후 300내지 550℃에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 하소(calcinations)시켜 산화티타늄을 코팅한다.

그 다음 산화티타늄이 코팅된 기초부를 은과 구리촉매를 포함하는 농도 7 내지 13 %의 수용액에 다시 30분 내지 1시간 30분 동안 침지시키고 100내지 150℃에서 4시간 내지 6시간 가열하여 건조시키고 그 후 300내지 550℃에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 하소(calcinations)시켜 산화은과 산화동을 코팅한다.

마지막으로 산화티타늄, 산화은 및 산화동을 코팅한 기초부를 로듐 촉매를 포함하는 농도 0.5 내지 1.5%의 수용액에 30분 내지 1시간 30분 동안 침지시키고 100내지 150℃에서 4시간 내지 6시간 가열하여 건조시키고 그 후 300내지 550℃에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 하소(calcinations)시켜 산화로듐을 코팅한다.

본 발명은 타겟부(20)를 산화티타늄을 코팅한 후 산화은과 산화구리를 코팅하지 않고 산화로듐만을 코팅한 것도 그 범주내에 포함한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공기정화모듈은 다음과 같이 작용한다.

고전압발생기(40)로부터 자외선 램프(10)로 고전압을 인가하면 자외선 램프로(10)부터 180~280nm의 자외선 광 파장이 발생되어 촉매 타겟부(20)에 투사되게 된다. 이에 따라 촉매 층이 활성화되어 전자(e^-)와 정공(h⁺)이 생성된다. 이들은 공기 중의 산소분자와 수증기와 반응하여 유기화합물을 쉽게 산화분해시킬 수 있는 산소음이온, 수산화기(hydroxyl), 과산화기(per-hydroxyl)를 발생시킨다. 그 반응식은 다음과 같다.

O₂ + e^- → O₂ ^-

2O₂ ^- + 2H₂O → O₂ + HO₂ ^* + OH^*

본 발명에 따른 촉매 타겟부(20)에는 산화티타늄과 산화은과 산화동 그리고 산화로듐 촉매가 코팅되어 있으므로 산화티타늄 촉매가 단독으로 코팅되어 있을 때보다 산화은과 산화동의 활성화 작용으로 인하여 본 반응은 더욱 활성화된다.

본 발명에 따른 타겟부(20)의 촉매 코팅층, 즉 산화은 산화동, 산화로듐은 친수성으로서 공기 중의 수증기를 흡착하여 반응하며, 산화은 촉매는 공기중의 산소분자를 쉽게 흡착하여 반응을 가속하고 산화동은 수증기와의 반응을 더욱 촉진시킨다.

촉매의 활성화 작용으로 발생된 산소음이온, 수산화기(hydroxyl), 과산화기(per-hydroxyl)는 강한 산화력을 지니므로 휘발성 유기화합물과 악취 등 가스상 오염물질들을 산화시켜 분해한다. 대표적인 가스상 실내공기오염물질인 포름알데히드의 제거반응은 다음과 같다.

HCHO + 4OH → CO₂ + 3H₂O

산화티타늄, 산화은, 산화동 복합촉매는 대부분의 유기화합물과 악취의 저감에 효과적이지만 질소산화물(NOx)의 제거에는 그다지 효과적이지 못하나, 본 발명에 따른 촉매 타겟부(20)에는 질소산화물(NOx)의 효과적인 제거를 위하여 전술한 바와 같이 산화로듐 촉매가 코팅되어 있다. 자동차 배기가스 촉매변환부에서 사용되어지는 것처럼 로듐촉매에 의한 질소산화물(NOx)의 제거효과는 탁월하다.

이와 같이 본 발명에 따른 공기청정모듈은 산화티타늄 촉매에 의하여 대부분의 유기화합물과 악취를 분해하는데 효과적이며 산화은(Ag₂O)과 산화동(CuO) 촉매는 그 분해효율을 극대화하고 산화로듐(Rh₂O₃)은 산화티타늄이 분해하지 못하는 질소산화물(NOx)을 효과적으로 분해한다.

또한 자외선 광선의 살균 효과는 이미 널리 알려진 바와 같이 공기 중의 각종 미생물, 바이러스, 세균이 효과적으로 살균된다.

이와 같이 본 발명에 의한 자외선 램프와 4중 촉매에 의한 공기청정모듈은 공기 중의 각종 세균을 살균할 뿐만 아니라 가스상의 오염물질이 분해, 제거하여 효과적인 공기청정을 이룰 수 있다.

다음의 표는 자외선 램프에 산화티타늄만을 코팅한 경우와 4중 촉매를 코팅하였을 경우의 포름알데히드 제거율을 비교한 것이다.

시간(분)	포름알데히드 농도(ppm)
	자외선 광 + 산화티타늄 촉매	자외선 광 + 4중 촉매
0	8.0	8.0
30	6.5	4.6
60	5.8	3.2
90	5.1	2.3
120	4.6	1.6

이 실시 예에서 타겟부(20)의 코팅은 다음과 같이 행하였다.

먼저 Ti(OCH(CH₃)₂)₄에 용매로서 물을 사용하여 그 용액의 농도가 60%가 되도록 하였다. 용액 내에서 다음과 같은 반응이 일어나 현탁액(slurry) 상태로 된다.

2Ti(OCH(CH₃)₂)₄→ 2TiO₂ + 4HO·C(CH₃)₂

이와 같은 티타늄촉매 포함하는 현탁액 내에 1시간 동안 타겟부(20)을 침지한 후 현탁액에서 꺼내어 100℃에서 5시간 동안 건조한다. 그리고 500℃에서 2시간동안 하소하여 타겟부(20)에 티타늄 촉매의 코팅작업을 하였다. 500℃에서 2시간 동안 하소하는 동안 TiO₂는 타겟부에 코팅되고 현탁액 중의 4HO-C(CH₃)₂는 다음과 같은 반응이 일어나 CO₂와 H₂O로 분해된다.

4HO·C(CH₃)₂+ 8O₂→ 3CO₂ + 5H₂O

다음 Cu(NO₃)₂와 AgNO₃를 9:1로 혼합하고 용매로서 물을 사용하였으며 그 용액의 농도가 10%가 되도록 하였다. 이와 같은 촉매를 포함하는 용액 내에 1시간 동안 타겟을 침지한 후 용액에서 꺼내어 100℃에서 5시간 동안 건조한다. 그리고 500℃에서 2시간동안 하소하여 타겟부에 산화동과 산화은 복합촉매의 코팅작업을 하였다. 500℃에서 2시간 동안 하소하는 동안 다음과 같은 반응이 일어나 Cu(NO₃)₂와 AgNO₃가 CuO와 Ag₂O로변화하여 타겟부에 코팅되게 된다.

2Cu(NO₃)₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

2AgNO₃→ Ag₂O + 2NO₂+ 1/2O₂

마지막으로 Rh(NO₃)₃에 용매로서 물을 사용하여 그 용액의 농도가 1%가 되도록 하였다. 이와 같은 로듐촉매를 포함하는 용액 내에 1시간 동안 타겟을 침지한 후 용액에서 꺼내어 100℃에서 5시간 동안 건조한다. 그리고 500℃에서 2시간동안 하소하여 타겟부에 로듐 촉매의 코팅작업을 하였다. 500℃에서 2시간 동안 하소하는 동안 다음과 같은 반응이 일어나 Rh(NO₃)₃가 Rh₂O₃로변화하여 타겟부에 코팅되게 된다.

2Rh(NO₃)₃→ Rh₂O₃ + 6NO₂+ 3/2O₂

전술한 표에서 보는 바와 같이 산화티타늄만을 코팅한 경우보다 4중 촉매를 코팅한 경우 포름알데히드 제거율이 훨씬 높음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 자외선 램프와 4중 촉매에 의한 공기청정모듈은 기존의 산화티타늄 촉매만 코팅한 경우보다 가스상 오염물질과 악취를 더욱 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 질소산화물(NOx)을 제거하고 공기 중의 각종 세균을 살균하여 쾌적한 실내환경을 유지할 수 있다.

타겟부(20)에 4가지 촉매를 전부 코팅하지 않고, 산화티타늄과 산화은; 산화티타늄과 산화동; 산화티타늄과 산화은 및 산화동; 산화티타늄과 산화로듐을 코팅 한 경우에도 각 촉매의 기능에 따른 효과를 발휘한다.

이와 같이 본 발명에 따른 공기정화모듈은 자외선 광선의 효과적인 살균력을 이용하면서도 종래 타겟부에 산화티타늄만 코팅된 경우에 비하여 가스상 오염물질이나 악취를 월등히 효과적으로 제거할 수 있으므로 쾌적한 실내환경을 제공하는 효과를 발휘한다.

본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 사상과 범위내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부한 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims

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파장 180~280nm의 자외선광을 방출시키는 자외선 램프(10), 촉매가 코팅되는 타겟부(20), 자외선 램프(10)와 타겟부(20)를 지지하기 위한 절연 지지부(30), 그리고 상기 자외선램프(10)에 고전압을 인가하기 위한 고전압발생기(40)로 구성되어 있는 공기정화모듈에 있어서,

상기 타겟부(20)는 금속 재질의 망상(mesh)의 재료에 티타늄 촉매를 포함하는 농도 50 내지 65%의 수용액에 30분 내지 1시간 30분 동안 침지시키고 100내지 150 ℃에서 4시간 내지 6시간 가열하여 건조시키고 그 후 300내지 550℃ 에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 하소시켜 산화티타늄을 코팅하고;

은과 구리촉매를 포함하는 농도 7 내지 13 %의 수용액에 다시 30분 내지 1시간 30분 동안 침지시키고 100내지 150℃에서 4시간 내지 6시간 가열하여 건조시키고 그 후 300내지 550℃에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 하소(calcinations)시켜 산화은과 산화동을 코팅하며;

로듐 촉매를 포함하는 농도 0.5 내지 1.5%의 수용액에 30분 내지 1시간 30분 동안 침지시키고 100내지 150℃에서 4시간 내지 6시간 가열하여 건조시키고 그 후 300내지 550℃에서 1시간 30분 내지 2시간 30분 동안 하소(calcinations)시켜 산화로듐을 코팅한 것을 특징으로 하는 공기정화모듈.
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