KR100773913B1 - 열교환기용 필터 부재의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

열교환기에 사용되는 필터 부재를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 이를 위하여, 맥섬석, 산화아연 및 은 나노 콜로이드로 구성되는 기능성 분말 50 내지 60 중량부, 제올라이트 분말 40 내지 45 중량부 및 물 100 중량부를 일정한 온도에서 혼합 교반하여 액상 조성물을 형성하는 단계, 상기 액상 조성물에 활성탄소 섬유를 함침하는 단계, 및 상기 활성탄소 섬유를 100 ℃로 건조하는 단계가 포함되는 열교환기용 필터 부재의 제조 방법이 제공된다. 위에서 기재한 바와 같이, 열교환기를 통과하는 공기에 항균 및 탈취 기능을 제공하고, 미세먼지, 중금속 등의 유해물질을 효과적으로 차단, 흡수 및 산화분해하여 실내공기를 청정하게 하는 효과를 지니고 있다.

Description

열교환기용 필터 부재의 제조 방법{PREPARING METHOD OF FILTER MEMBER FOR HEAT EXCHANGER}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 필터 부재의 제조 방법의 순서도

본 발명은 열교환기에 사용되는 필터 부재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 열교환기를 통과하는 공기에 항균 및 탈취 기능을 제공하고, 미세먼지, 중금속 등의 유해물질을 효과적으로 차단, 흡수 및 산화분해하여 실내공기를 청정하게 하는 필터 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

최근에 실내공기 오염 발생원의 증가로 인하여 새집증후군, 화학물질과민증 등과 같은 신규 질환이 발생하고 있다. 일반적으로 실내공기 오염원으로는 미세먼지, 각종 세균, 생물학적 오염물질인 진드기, 및 건축자재에서 방출하는 포름알데히드 등의 휘발성 유기화합물(VOCs : Volatile Organic Compounds)이 있다. 이러한 오염물질들은 특히, 신체 저항력이 약한 어린아이에게 천식과 같은 호흡기 질환 과 아토피성 피부염 등을 유발하며, 유기물질의 부패로 인해 발생되는 악취는 현기증과 무기력증 등의 증상을 유발하여 건강에 나쁜 영향을 끼친다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 실내공기 오염원의 제거를 위한 여러 방법이나 장치 등이 개시되어 있다.

먼저, 실내공기를 정화하기 위하여 널리 사용되는 방법 중의 하나로 오염된 실내공기를 정화하기 위한 다양한 종류의 공기청정기를 예로 들 수 있다. 일반적으로 사용되고 있는 공기청정기는 필터방식, 습식, 전기분해 방식을 이용하여 실내공기의 오염원을 제거한다. 그러나 이러한 방법은 제한된 공간의 공기를 계속 재활용해야 하므로 실내 공기 중 이산화탄소의 증가로 인한 산소결핍을 초래하는 문제점이 있다. 또한, 오염된 공기를 정화하는 필터 등의 성능에 따라 공기정화능력에 현저한 차이가 나며, 더구나 필터 등을 제때 교환하지 않는 경우 오히려 공기오염을 가중시킬 수 있는 문제점이 있다.

이러한 밀폐된 공간 내의 공기를 자체 정화하는 방법의 문제점을 해결하기 위하여 실내공기와 실외공기를 교환시키는 열교환기에 의하여 실내공기의 질을 향상시키기 위한 방법이 제안되고 있으나, 실내로 유입되는 실외공기를 제대로 항균 및 탈취하지 않으면 실내공기의 질이 별로 향상되지 않는다.

따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위하여 열교환기에 사용되어 항균 및 탈취 기능이 향상되고, 미세먼지, 중금속 등을 효과적으로 차단하는 필터 부재의 연구개발이 진행되고 있다.

예를 들면, 대한민국 공개특허공보 제 1996-10047 호(1996. 04. 20. 공개)에 서는 흡착제, 촉매제가 코팅된 방열판과, 상기 방열판에 코팅된 흡착제가 포화되면 이를 가열하여 촉매제의 작용에 따라 흡착제에 흡착된 가스를 산화분해시키는 공기정화기의 탈취 필터가 개시되어 있다.

이러한 공기정화기의 탈취 필터는 탈취 작용이 탁월하고 필터의 수명을 연장시키는 효과가 있다. 그러나, 필터의 항균 작용이 전무할 뿐만 아니라 필터의 제작 및 유지 비용이 과다하다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제 2000-14337 호(2000. 07. 25 공개)에서는 부직포에 활성탄을 코팅하고, 상기 활성탄에 이산화티타늄을 담지시켜서 형성되는 살균 및 탈취 필터가 개시되어 있다.

이러한 살균 및 탈취 필터에 포함된 활성탄은 살균 및 탈취 효과가 불충분하고 특히, 활성탄에 담지된 이산화티타늄은 광원이 존재하는 경우에만 오염물질을 산화분해하므로 열교환기에는 적용할 수 있다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록실용신안공보 제 288161 호(2002. 09. 09. 공고)에서는 거름막에 의해 외부로부터 유입되는 공기의 이물질을 제거하는 자동차용 항균 필터가 개시되어 있다.

이러한 자동차용 항균 필터는 항균 작용이 거름막에 의해 물리적으로만 실시되어 항균 작용이 불충분하고, 탈취 기능이 전무하다는 문제점이 있다.

또한, 대한민국 등록실용신안공보 제 298484 호(2002. 02. 16. 공고)에서는 탈취제가 충진된 벌집 구조체 형태의 공기정화기용 탈취 필터가 개시되어 있다.

이러한 공기정화기용 탈취 필터는 탈취 기능이 매우 우수한 반면, 항균 기능 이 전무하며, 벌집 구조체로부터 탈취제가 탈리되기 쉽다는 실용상의 문제점이 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제 2005-102036 호(2005. 10. 25. 공개)에서는 고결정성의 흑연 입자 또는 플레이크를 산처리하고, 고온에서 튀겨서 팽창시킨 웜형 입자를 압축하여 제조되는 공기정화기용 그래파이트 필터가 개시되어 있다.

이러한 공기정화기용 그래파이트 필터는 공기 정화와 관련된 성능은 탁월하지만, 기체의 유동압력 손실이 크며, 탈취 용량이 불충분하며, 원재료가 고가이고 제조가 까다로워서 제조비용이 과다하다는 문제점이 있다.

이외에도, 대한민국 공개특허공보 제 2004-102858 호(2004. 12. 08. 공개)에서도 순동 분말을 압축 성형하고, 소결하여 제조되는 에어컨 필터가 개시되어 있다.

이러한 에어컨 필터 역시 공기 정화와 관련된 성능은 탁월하지만, 기체의 유동압력 손실이 크며, 탈취 용량이 불충분하며, 원재료가 상당히 고가이고 제조가 까다로워서 제조비용이 과다하다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 열교환기에 사용되어 상기 열교환기를 통과하는 공기를 항균 및 탈취하고, 상기 공기에 함유된 미세먼지, 중금속 등의 유해물질을 효과적으로 차단, 흡수 및 산화분해하는 열교환기용 필터 부재를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 열교환기용 필터 부재의 제조 방법은 물 100 중량부에 대하여 맥섬석, 산화아연 및 은 나노 콜로이드로 구성되는 기능성 분말 50 내지 60 중량부, 및 제올라이트 분말 40 내지 45 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 120 내지 200 ℃에서 교반하여 액상 조성물을 형성하는 단계, 상기 액상 조성물에 활성탄소 섬유를 함침하는 단계, 및 상기 활성탄소 섬유를 건조하여 코팅층을 형성하는 단계가 포함된다.

본 발명에 따라서 제조되는 열교환기용 필터 부재는 열교환기를 통과하는 공기에 항균 및 탈취 기능을 제공하고, 미세먼지, 중금속 등을 효과적으로 차단, 흡수 및 산화분해하여 실내공기를 청정하게 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 필터 부재의 제조 방법의 순서를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 기능성 분말 50 내지 60 중량부, 제올라이트 분말 40 내지 45 중량부, 및 용매인 물 100 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성한다(단계 S10).

상기 혼합물에 포함되는 기능성 분말은 맥섬석, 산화아연, 및 은 나노 콜로이드가 혼합되어 사용된다.

기능성 분말을 구성하는 성분 중에서 맥섬석은 맥반석과 각섬석이 주성분이며, 원적외선을 다량으로 방출하는데, 방출되는 원적외선 중에서 특이하게도 인체 파장인 9.37 ㎛ 파장대의 원적외선이 90 %이상이므로 인체에서 노폐물이나 중금속을 배출시키는 효과가 탁월하다.

또한, 산화아연은 백색 분말로서, 물에는 거의 용해되지 않지만 약산이나 강알칼리에는 용해되는 양성 산화물이며, 수렴, 방부 및 항균 작용을 지니고 있다. 이러한 산화아연은 입자가 균일하고, 자외선 산란 효과가 우수하고, 독성이 없으며, 황화수소에 의하여 흑색으로 변하지 않기 때문에 백색 안료로서 중요하며, 이에 따라 의약품, 화장품의 원료로 광범위하게 사용되고 있다.

또한, 은 나노 콜로이드는 은을 나노 분쇄하여 미세 은 분말을 형성하고, 상기 미세 은 분말을 알칼리 암모니아수인 콜로이드 용액에 용해하여 콜로이드화시켜서 제조되는 것이다. 이러한 은 나노 콜로이드는 콜로이드화된 미세 은 분말에 의하여 항균력이 매우 탁월하다는 특성을 지니고 있다. 특히, 은 나노 콜로이드는 접착력이 매우 강력하기 때문에 상기 은 나노 콜로이드로 처리된 섬유를 수 백회 세탁해도 상기 섬유로부터 은 나노 콜로이드가 탈리되지 않는다.

상기와 같은 맥섬석, 산화아연 및 은 나노 콜로이드가 혼합되는 기능성 분말이 50 중량부 미만으로 혼합물에 포함되면 열교환기용 필터 부재의 항균력과 원적외선 방출량이 저하되고, 기능성 분말이 60 중량부를 초과하여 혼합물에 포함되면 용매인 물에 용해 가능한 제올라이트의 함량이 상대적으로 감소되어 열교환기용 필터 부재의 탈취력과, 미세먼지, 중금속 등에 대한 차단, 흡수 능력이 저하된다.

기능성 분말과 함께 용매인 물에 혼합되는 제올라이트는 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물(水化物)인 광물의 총칭으로서, 일반적으로 무색 투명하거나 백색 반투명하며, 결정구조적으로 각 원자의 결합이 느슨하여, 그 사이를 채우고 있는 수분을 고열로 방출시켜도 골격은 그대로 잔존하므로 다른 미립물질을 용이하게 흡착할 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 제올라이트는 흡착제, 양이온 교환수지, 경수의 연수화, 크기가 다른 미립물질을 분리시키는 분자체(分子篩), 건조제 등의 여러 분야에 응용되고 있으며, 최근에는 석유화학공업의 촉매, 시멘트의 활성 첨가제 등과 같은 다양한 용도로 광범위하게 사용되고 있다.

혼합물에 포함되는 제올라이트의 함량이 40 중량부 미만이면 열교환기용 필터 부재의 탈취력과, 미세먼지, 중금속 등에 대한 차단, 흡수 능력이 저하되고, 제올라이트의 함량이 45 중량부를 초과하면 용매인 물에 용해 가능한 기능성 분말의 함량이 상대적으로 감소되어 열교환기용 필터 부재의 항균력과 원적외선 방출량이 저하된다.

상기와 같은 기능성 분말 50 내지 60 중량부, 제올라이트 분말 40 내지 45 중량부, 및 물 100 중량부로 이루어지는 혼합물을 형성하는 것이다.

그리고 상기와 같은 혼합물의 구성 성분인 기능성 분말, 제올라이트 분말과 상승 작용을 일으켜서 미세먼지, 중금속 등의 유해물질을 산화분해하는 과산화수소가 상기 혼합물에 더 포함될 수 있다.

기능성 분말, 제올라이트 분말과 상승 작용을 일으키는 과산화수소는 분자식이 H₂O₂ 이며, 순수한 과산화수소는 수렴성(收斂性)이 있는 기름 형태의 불안정한 무색 액체이다. 이러한 과산화수소는 강력한 산화력을 가지며, 생성물이 무해하다는 점과, 용이하게 분해되어 산소를 발생한다는 점 때문에 분석시약의 산화제나 견사(絹絲), 양모 등의 표백제로 사용되고 있다. 이 밖에 플라스틱 공업에서 비닐 중합의 촉매로도 사용되고, 또한 소독제, 폭약 등의 원료로도 사용되고 있다.

이러한 과산화수소를 혼합물의 형성 단계에서 용매인 물 100 중량부 기준으로 0.5 내지 1 중량부를 더 첨가하여 상기 혼합물을 형성한다.

혼합물에 포함되는 과산화수소의 함량이 0.5 중량부 미만이면 과산화수소와 기능성 분말, 제올라이트 분말 사이의 상승 작용이 제대로 일어나지 않으며, 과산화수소의 함량이 1 중량부를 초과하면 과산화수소와 기능성 분말, 제올라이트 분말 사이의 상승 작용이 더 이상 증가되지 않을 뿐만 아니라, 과산화수소의 과다한 산화력으로 인하여 기능성 분말, 제올라이트 분말이 변성 또는 해리될 가능성이 있다.

또한, 혼합물의 구성 성분인 기능성 분말, 제올라이트 분말에 지속적인 살균력을 제공하고, 상기 분말류의 용해를 촉진시키는 에탄올이 상기 혼합물에 더 포함된다.

에탄올은 살균 작용이 탁월하여 그 자체가 소독제로서 사용되거나, 다른 화합물에 살균력을 제공하는 물질이다.

혼합물에 포함되는 에탄올의 함량이 0.5 중량부 미만이면 기능성 분말, 제올라이트 분말에 제공되는 살균력과, 상기 분말류의 용해를 촉진하는 효과가 불충분하고, 에탄올의 함량이 1 중량부를 초과하면 기능성 분말, 제올라이트 분말에 제공되는 살균력이 더 이상 증가되지 않는다.

상기와 같은 기능성 분말 50 내지 60 중량부, 제올라이트 분말 40 내지 45 중량부, 과산화수소 0.5 내지 1 중량부, 에탄올 0.5 내지 1 중량부, 및 물 100 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성한다.

상기 혼합물을 120 내지 200 ℃로 가열하면서 교반하여 액상 조성물을 형성한다(단계 S20).

액상 조성물의 형성 단계에서 혼합물의 가열 온도가 120 ℃ 미만이면 혼합물에 포함된 기능성 분말과 제올라이트 분말이 용매인 물에 제대로 용해되지 않으며, 혼합물의 가열 온도가 200 ℃를 초과하면 혼합물에 포함된 기능성 분말과 제올라이트 분말이 변성 또는 해리된다.

상기와 같은 반응 조건으로 혼합물의 기능성 분말, 제올라이트 분말이 완전히 용해될 때까지 가열 교반하여 액상 조성물을 형성한다.

상기와 같은 가열 교반에 의하여 형성된 액상 조성물에 활성탄소 섬유를 함침한다(단계 S30).

본 발명의 필터 부재의 기재인 활성탄소 섬유는 유기섬유(organic fiber)를 탄화 및 활성화하여 형성되는 것으로, 분진 발생이 작고 비중이 0.01 내지 0.2 의 경량으로 취급이 용이하다. 이러한 활성탄소 섬유는 비표면적이 1200 내지 3000 ㎡/g으로 대단히 크고, 흡착에 관여하는 미세공이 발달되어 흡착 능력이 매우 탁월하다. 특히, 활성탄소 섬유의 제조 과정에서 미세공의 크기를 임의로 조절하는 것이 가능하여, 특정 물질을 선택적으로 흡착하는 분자체의 역할을 수행할 수 있다.

이러한 활성탄소 섬유를 기능성 분말, 제올라이트 분말, 과산화수소, 에탄올, 및 물로 이루어지는 액상 조성물에 함침하고 충분한 시간동안 방치하여 상기 액상 조성물을 활성탄소 섬유에 침투 및 도포시킨다.

상기와 같이 액상 조성물이 침투 및 도포된 활성탄소 섬유를 건조(단계 S40)하여 열교환기용 필터 부재를 제조한다.

구체적으로, 활성탄소 섬유를 90 내지 110 ℃에서 120 내지 150 분간 거치하여 상기 활성탄소 섬유에 침투 및 도포된 액상 조성물을 건조 및 열처리하여 상기 액상 조성물의 액체 성분을 증발시킴으로써 상기 활성탄소 섬유에 조성물층을 형성한다.

활성탄소 섬유를 건조하는 온도가 90 ℃ 미만이면 액상 조성물의 액체 성분이 제대로 증발되지 않으며, 활성탄소 섬유를 건조하는 온도가 110 ℃를 초과하면 액상 조성물에 포함된 기능성 분말과 제올라이트 분말이 변성 또는 해리될 가능성이 있다.

또한, 활성탄소 섬유를 건조하는 시간이 120 분 미만이면 액상 조성물의 액체 성분이 충분히 증발되지 않으며, 활성탄소 섬유를 건조하는 150 분을 초과하면 액상 조성물의 액체 성분이 완전히 증발되어 에너지 낭비가 발생하게 된다.

상기와 같은 활성탄소 섬유의 건조 단계에 의하여 제조된 열교환기용 필터 부재는 기재인 활성탄소 섬유에 0.4 내지 0.5 ㎜ 두께의 코팅층이 형성되어 상기 활성탄소 섬유 1 ㎡당 400 내지 500 g의 조성물이 균일하게 접합 형성된다.

상기와 같이 제조된 필터 부재를 일정한 규격으로 절단하거나 절곡하여 열교환기에 장착한다.

본 발명을 바람직한 일 실시예를 참조하여 다음에서 구체적으로 상세하게 설명한다.

< 실시예 >

1. 맥섬석 40 중량부, 산화아연 30 중량부 및 은 나노 콜로이드 30 중량부로 이루어지는 기능성 분말 500 g, 제올라이트 분말 400 g, 과산화수소 5 g, 에탄올 5 g, 및 정제수 1000 g을 반응기에 투입하여 혼합물을 형성하였다.

2. 상기 혼합물의 기능성 분말, 제올라이트 분말이 완전히 용해될 때까지 상기 혼합물을 150 ℃로 가열하면서 400 rpm으로 교반하여 액상 조성물을 형성하였다.

3. 액상 조성물에 활성탄소 섬유를 함침하였다.

4. 상기 액상 조성물이 함침된 활성탄소 섬유를 100 ℃로 예열된 건조 챔버에 거치하고 120 분간 건조하여 열교환기용 필터 부재를 제조하였다.

< 실험예 1 >

상기 실시예에 의하여 제조된 열교환기용 필터 부재를 한국 건자재연구소 시험연구원 응용평가센터에서 대장균에 대한 항균 실험을 실시하였다. 상기 항균 실험은 일반적으로 사용되는 대장균에 대한 항균 실험 방법인 KICM-FIR-1005 에 의거하여 실시하였다.

상기 본 발명의 실시예에 대한 항균 실험의 결과를 다음의 표 1에

서 나타내었다.

< 표 1 >

구 분	시 료	초기 농도 (CFH/40P)	24 시간 후의 농도(CFH/40P)	대장균 감소율(%)
대장균에 대한 항균 실험	실시예	391	0.2	- 90.8

상기 표 1에서는 본 발명에 의하여 제조된 열교환기용 필터 부재의 항균 효과는 90.8%를 나타내어 대단히 탁월한 것으로 나타났다.

< 실험예 2 >

상기 실시예에 의하여 제조된 열교환기용 필터 부재를 한국 건자재연구소 시험연구원 응용평가센터에서 암모니아에 대한 탈취 실험을 실시하였다. 상기 탈취 실험은 일반적으로 사용되는 암모니아에 대한 탈취 실험 방법인 KICM-FIR-1085 에 의거하여 실시하였다.

상기 본 발명의 실시예에 대한 항균 실험의 결과를 다음의 표 2에서 나타내었다.

< 표 2 >

구 분	경과 시간(분)	실험 결과 실시예(ppm)	실시예의 탈취율(%)
암모니아에 대한 탈취 실험	30	71	63.4
	60	31	87.5
	90	24	90.2
	120	18	98.5

상기 표 2에서는 본 발명에 의하여 제조된 열교환기용 필터 부재의 악취에 대한 탈취 효과가 대단히 탁월한 것으로 나타났다.

이상의 실험예 1, 2에서 기재된 바와 같이, 본 발명에 의한 필터 부재는 항균 및 탈취 효과가 매우 우수한 것을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의하여 제조되는 열교환기용 필터 부재는 열교환기를 통과하는 공기를 효과적으로 항균 및 탈취하여 실내공기를 청정하게 하는 효과가 있다.

또한, 외부에서 유입되는 공기의 미세먼지, 중금속 등의 유해물질을 효과적으로 차단, 흡수하고 산화분해함으로써 거주자의 건강을 증진시키는 효과가 있다.

이 외에도, 열교환기용 필터 부재로부터 다량의 원적외선이 방출되어 공기 정화 효과를 배가시킨다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1. 물 100 중량부에 대하여 맥섬석, 산화아연 및 은 나노 콜로이드로 구성되는 기능성 분말 50 내지 60 중량부, 및 제올라이트 분말 40 내지 45 중량부를 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계;

   상기 혼합물을 120 내지 200 ℃에서 교반하여 액상 조성물을 형성하는 단계;

   상기 액상 조성물에 활성탄소 섬유를 함침하는 단계; 및

   상기 활성탄소 섬유를 90 내지 110 ℃에서 120 내지 150 분간 건조하여 코팅층을 형성하는 단계가 포함되는 열교환기용 필터 부재의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 은 나노 콜로이드는 은을 나노 분쇄하여 미세 은 분말을 형성하는 단계; 및

   상기 미세 은 분말을 알칼리 암모니아수인 콜로이드 용액에 용해하여 콜로이드화시키는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 필터 부재의 제조 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합물의 형성 단계에서 에탄올 0.5 내지 0.1 중량부가 더 포함되어 혼합물이 형성되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 필터 부재의 제조 방법.
5. 삭제
6. 삭제

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