KR100868811B1 - 필터조립체 및 필터매체를 소독하는 방법 - Google Patents

필터조립체 및 필터매체를 소독하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 필터매체를 수용하고 있으며 이러한 필터매체를 소독하기 위한 수단이 구비된 필터조립체에 관한 것이다. 또한 본 발명은 증기압 또는 래디컬압력하에 필터매체를 가열하는 필터매체를 소독하는 방법에 관한 것이다.
필터조립체, 필터매체소독

Description

필터조립체 및 필터매체를 소독하는 방법{A FILTER ASSEMBLY AND A METHOD TO DISINFECT A FILTER MEDIUM}
본 발명은 필터매체를 수용하고 있는 필터조립체로서 이 필터매체를 소독하기 위한 수단이 구비된 필터조립체에 관한 것이다. 또한 본 발명은 필터매체를 소독하는 방법에 관한 것이다.
세균, 바이러스, 진균 및 박테리아와 같은 부유미생물이 질병을 일으키는 원인이 된다는 것은 잘 알려져 있다. 최근의 연구에 의하면 실내공기의 오염이 건강상 큰 위험이 된다고 지적하고 있다. 대부분의 경우 실내공기 오염은 바람직하지 않은 입자, 바람직하지 않은 화학물질 또는 바람직하지 않은 미생물에 그 원인이 있다.
바람직하지 않은 입자와 바람직하지 않은 화학물질은 대부분의 경우 여과 및 환기와 같은 통상적인 기술에 의하여 방지된다. 미생물에 의한 오염은 보다 심각한 문제를 야기시킨다.
HEPA(High Efficiency Particulate Arresting) 필터는 바람직하지 않은 입자나 박테리아와 같은 바람직하지 않은 미생물을 포착하여 유입되는 공기를 여과하는데 사용될 수 있다. 그러나, 온도와 습도 같은 필터매체의 조건은 필터매체의 전체 두께와 전체 표면에서 세균이 증식되고 전파되는데 매우 좋다. 이러한 필터는 수 시간의 사용후에 이미 미생물로 오염된다. 오염된 중앙급기시스템은 미생물오염균의 온상이 되며 이러한 중앙급기시스템을 통하여 강제 급기되는 공기는 건물 전체에 미생물 오염균을 퍼뜨릴 수 있다.
세균의 증식과 전파를 방지하기 위하여 필터매체는 주기적으로 소독되어야 한다. 예를 들어 이러한 소독은 화학처리 또는 열처리에 의하여 이루어질 수 있다.
또한 최근에는 필터매체를 소독하기 위하여 이산화티타늄을 광촉매로 하고 자외선을 이용하는 광촉매방법이 알려져 있다. 그러나 이러한 기술은 표면여과의 경우에만 적합하다.
발명의 요약
본 발명의 목적은, 필터매체를 수용하고 있는 필터조립체로서 이러한 필터매체를 소독하기 위한 수단이 구비된 필터조립체를 제공하는데 있다. 또한 본 발명의 다른 목적은 효율적이고 경제적으로 필터매체를 소독하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 관점에 따라서 필터조립체가 제공된다. 필터조립체는 필터매체, 적어도 하나의 수용기와 필터매체를 가열하기 위한 가열시스템을 포함한다. 필터매체는 금속섬유를 포함하고 수용기내에 장설된다. 필터매체는 예를 들어 서로 인접하여 배치된 다수의 수용기내에 장설될 수도 있다. 수용기 또는 이들 수용기에는 적어도 하나의 공기유입구와 적어도 하나의 공기유출구가 구비되어 있으며 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 공기와 자유공간을 제거하기 위한 수단이 구비되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 수용기는 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 공기와 자유공간을 제거하기 위한 적어도 두 개의 변형가능한 가변형 벽을 포함한다. 변형가능하다는 것은 벽이 탄력적으로 변형됨을 의미하며 이러한 변형이 반전가능함을 의미한다. 가변형 벽의 하나는 필터매체의 상부면에 배치되는 반면에 다른 하나의 가변형 벽은 그 하측면에 배치될 수 있다. 예를 들어 가변형 벽은 폴리머 또는 엘라스토머 박막이다. 이러한 가변형 벽은 필터매체를 가열하는 동안에 가하여지는 온도를 견딜 수 있어야 한다. 이와 같은 가변형 벽은 실리콘 또는 플루오로엘라스토머로 구성되는 것이 좋으며, 이러한 형태의 벽은 Viton® 으로서 알려져 있다.
필터매체는 소결된 부직금속섬유 웨브 또는 다수의 소결부직금속섬유 웨브를 포함하는 성층구조물을 포함하는 것이 좋다. 본 발명에 따른 필터매체에 사용된 금속섬유는 통상적인 금속 또는 금속합금으로 구성될 수 있다. 이와 같이 사용될 수 있는 합금은 스테인레스 스틸 316L과 같은 스테인레스 스틸, Fecralloy®, Hastelloy®, Inconel®, Nichrome®, Alloy HR 등이 있다.
필터매체의 섬유는 0.5 ~ 30 ㎛ 의 직경을 갖는 것이 좋다. 더욱 좋기로는 이러한 금속섬유가 0.5 ~ 7 ㎛, 예를 들어 1.5 ㎛ 의 직경을 갖는 것이다.
한 실시형태에서, 필터매체는 적어도 두 개의 층을 포함하고, 각 층은 부직금속섬유 웨브를 포함한다. 제 1 층의 금속섬유는 공기유입측에서 4 ~ 8 ㎛ 의 직경을 갖는 반면에 제 2 층의 섬유는 1 ~ 3 ㎛ 의 직경을 갖는다. 제 2 층은 제 1 층의 공기유출측에서 이러한 제 1 층에 접촉되고 이와 같이 성층된 필터매체가 소결되고 집적된다.
다른 실시형태에 있어서, 필터매체는 3 개의 층을 포함하고, 각 층은 부직금속섬유 웨브를 포함한다. 제 1 층의 섬유는 8 ~ 14 ㎛ 의 직경을 가지고 제 2 층의 섬유는 4 ~ 8 ㎛ 의 직경을 가지며 제 3 층의 섬유는 1 ~ 3 ㎛ 의 직경을 갖는다.
필터매체는 적어도 0.3 ㎛ 의 공기중 필터정격을 갖는 것이 좋다. 필터정격은 필터매체에 의하여 99.97 % 가 포착되는 입자크기에 의하여 결정된다. 박테리아, 바이러스 및 진균류는 0.01 ~ 20 ㎛ 의 크기를 갖는다. 이는 대부분의 박테리아, 바이러스 및 진균류가 본 발명의 필터매체에 의하여 포착됨을 의미한다.
또한 필터매체는 기공율이 높은 것이 특징이다. 기공율은 70 % 보다 더 높은 것이 좋으며 더욱 좋기로는 80 % 보다 더 높은 것, 예를 들어 85 %인 것이 좋다.
또한 수용기에는 100 ℃ 이상(100 ℃ 를 포함함)의 온도, 바람직하게는 250 ℃ 미만의 온도로 필터매체를 가열하기 위한 가열시스템이 추가로 구비되어 있다. 좋기로는 이러한 온도가 134 ~ 150 ℃, 예를 들어 138 ℃ 이다. 이러한 가열은 당해 기술분야의 전문가에게 잘 알려진 방법으로 수행될 수 있으며 예를 들어 이러한 가열은 하나 이상의 전기저항기, 유체열교환기, 고주파가열기 또는 이들의 조합에 의하여 이루어질 수 있다. 또한 이러한 가열은 수용기를 가열하여 필터매체를 가열하는 간접가열방식에 의하여 수행될 수 있다. 또한 전기전도가열, 유도가열 또는 고주파가열과 같은 방식으로 필터매체를 직접 가열할 수도 있다.
본 발명에 따른 필터조립체는 특히 병원, 작업실, 청정연구실 및 예를 들어 전자부품을 제조하는 제조실 등에 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 이러한 필터조립체는 예를 들어 주거용 건물의 공조시스템과 같은 공조시스템에 적합하게 사용될 수 있다.
본 발명의 제 2 관점에 따르면, 금속섬유를 포함하는 필터매체를 소독하는 방법이 제공된다. 필터매체는 소결된 부직금속섬유 웨브 또는 다수의 소결부직금속섬유 웨브를 포함하는 성층구조물을 포함한다.
본 발명의 방법은 필터매체를 소독하기 위하여 수증기압과 래디컬압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력하에서 필터매체를 가열하는 가열단계를 포함한다. 상기 수증기압과 래디컬압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력은 상기와 같이 가열하는 동안에 필터매체의 표면과 기공구조 중 하나 이상(하나를 포함함)에서 흡수되거나 자연적으로 형성된 물과 래디컬을 증발시켜 얻는다. 수증기압과 래디컬압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력은 1 바아(bar) 보다 더 높은 것, 예를 들면 2 바아 또는 3.4 바아인 것이 좋다. 래디컬은 OH 래디컬이 좋다. OH 래디컬은 반응성이 큰 자유래디컬로서 알려져 있고 각종 미생물을 죽이고 각종 휘발성 유기화합물을 분해시킬 수 있는 강력한 산화제로서 알려져 있다. 또한 이 래디컬은 CO 래디컬을 포함한다.
본 발명 방법의 바람직한 실시예에서, 수증기압과 래디컬 압력은, 필터매체의 표면과 기공구조 중 하나 이상(하나를 포함함)에 흡수되거나 자연적으로 형성된 물과 래디컬을 충분히하여 필터매체의 가열 중에 포화 또는 실질적으로 포화된 수증기압을 얻을 수 있도록 가열 전에 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 모든 또는 실질적으로 모든 공기와 자유공간을 제거함으로써 얻는다.
실질적으로 포화된 수증기압이라 함은 포화수증기압의 90 % 이상 100 % 미만인 압력을 의미한다. 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 실질적으로 모든 공기와 자유공간을 제거한다는 것은 실질적으로 포화된 수증기압, 즉 포화수증기압의 90 % 이상 100 % 미만인 압력을 얻도록 공기와 자유공간을 제거함을 의미한다.
대기조건하에서 모든 물질은 이들의 표면에서 소량의 물을 흡수하는 것이 알려져 있으며 이러한 물은 그 자체가 물질과의 상호작용으로 래디컬 형태하에 부분적으로 존재하는 것으로 알려져 있다. 금속섬유를 포함하는 필터매체와 같은 금속으로 된 물질은 물과 래디컬을 용이하게 흡수한다. 필터매체가 다공성 매체이므로 물과 래디컬은 필터매체의 외면에서 응축될 뿐만 아니라 필터매체 자체의 기공구조내에서도 응축된다.
필터매체의 표면과 기공구조 중 하나 이상(하나를 포함함)에 물과 OH 래디컬과 같은 래디컬이 증기의 형태하에 정연히 존재하도록 하기 위하여, 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 실질적으로 모든 공기와 자유공간을 제거하는 것이 좋다. 더욱 좋기로는 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 모든 공기와 자유공간을 제거하는 것이다. 이와 같이 함으로써, 필터매체의 표면과 기공구조 중 하나 이상(하나를 포함함)에 흡수되거나 자연적으로 형성된 물과 래디컬은 필터매체가 100 ℃ 이상의 온도로 가열될 때 포화 또는 실질적으로 포화된 수증기를 얻을 수 있도록 한다.
필터매체의 외측 둘레와 내측에서 공기와 자유공간을 제거 또는 실질적으로 제거함으로써, 필터매체의 표면과 기공구조 중 하나 이상(하나를 포함함)에 흡수되거나 자연적으로 형성된 물과 OH 래디컬은 이들이 100 ℃ 이상의 온도로 가열되는 과정에서 완전히 또는 부분적으로 증발될 때 결국에는 아주 조금 남게 되는 체적내에서 응축되므로 수증기 또는 래디컬과 세균이 대개의 경우에는 서로 만나게 될 것이다. 이러한 래디컬함유 수증기의 작용은 세균을 박멸하는데 매우 효과적이다.
본 발명의 바람직한 방법은 다음의 단계들을 포함한다 :
- 상기 언급된 필터조립체를 제공하는 단계 ;
- 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 모든 또는 실질적으로 모든 공기와 자유공간을 제거하는 단계 ;
- 기밀상태를 조성하는 단계 ;
- 필터매체를 가열하여 포화 또는 실질적으로 포화된 수증기와 래디컬 압력 중 하나 이상(하나를 포함함)을 생성하는 단계.
필터매체의 외측 둘레와 내측의 공기와 자유공간은 필터매체를 수용하는 하나 이상의 수용기의 체적을 줄임으로써 제거된다. 이는 수용기의 가변형 벽을 필터매체의 상하면을 향하도록 한 상태로 배치함으로써 실현될 수 있다.
그 다음 단계에서 기밀상태는 예를 들어 수용기를 기밀하게 밀폐함으로써 조성된다.
그 다음으로는 흡인으로 압력을 감압하거나 상기한 가열 전에 필터매체의 외측 둘레와 내측의 잔류자유공간의 체적을 증가시켜 진공이 생성되도록 하는 것이 좋다. 진공의 생성은 이후의 가열과정 중에 더욱 용이하게 포화 또는 실질적으로 포화된 수증기압에 이르도록 하는데 도움이 된다.
이후에, 필터매체는 100 ℃ 이상의 온도로 가열된다. 이 온도는 100 ~ 250 ℃ 가 좋으며, 더욱 좋기로는 134 ~ 150 ℃, 예를 들어 138 ℃ 이다.
가열은 당해 기술분야에서 잘 알려진 방법에 의하여 수행될 수 있다. 가열처리시간은 1 ~ 60 분 사이가 좋다. 이러한 가열처리시간은 온도에 따라 달라질 것이 명백하다. 바람직한 실시예에서, 가열처리는 20 분 동안 138 ℃ 의 온도로 가열하는 단계를 포함한다.
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 과 도 2 는 본 발명에 따른 필터조립체의 두 실시형태를 보인 설명도이다.
도 1 에서, 필터조립체(100)는 필터매체(102)와 필터박스(104)를 포함한다. 필터매체는 소결된 부직금속섬유 웨브로 구성된다. 금속섬유는 직경이 1.5 ㎛ 인 스테인레스 스틸 섬유이다. 공기중에서 필터매체의 필터정격은 0.3 ㎛ 이다.
필터박스(104)는 서로에 대해 인접한 다수의 격실, 즉 다수의 수용기(106)로 나뉘어진다.
각 수용기는 예를 들어 간격유지링(114)과 가스킷(116)에 의하여 기밀하게 밀폐될 수 있다. 이에 의해 하나 이상의 수용기는 여과될 공기가 투과할 수 없게 되는 한편 나머지 수용기는 계속하여 필터유니트로서 기능을 하게 된다.
각 수용기(106)는 적어도 하나의 공기유입구, 적어도 하나의 공기유출구, 및 플루오로엘라스토머(Viton®)로 되어 있는 두개의 박막(108)을 포함한다. 정상적인 여과과정 중에, 상기 박막들은 느슨해지고 여과될 공기는 면 A 로부터 면 B 로 통과한다.
주기적으로, 예를 들어 6 시간 마다, 하나의 가변형 수용기의 체적을 감소시키되 나머지 수용기는 필터유니트로서의 기능을 계속하도록 한다. 상기 수용기의 체적은 필터매체(102)의 상하면의 박막(108)을 스트래칭시켜 감소시킬 수 있다. 이는 개방부(110)를 통하여 압축공기를 주입함으로써 수행될 수 있다. 압축공기가 도달함으로써 유발된 압력상태의 다음은 진공의 생성을 위한 감압상태가 뒤따른다. 진공이 생성되면 더 나은 방법으로 포화수증기압을 얻을 수 있다.
진공이 생성되었을 때, 필터매체는 20 분동안 138 ℃ 의 온도로 가열된다. 예를 들어 필터매체는 필터매체의 해당부분을 가열하기 위하여 제너레이터(112)에 의하여 제어된 전류를 두 간격유지링(114) 사이에 인가함으로써 가열된다. 필터매체의 외측 둘레와 내측에 자유 공기가 거의 없음을 감안할 때 필터에 흡수되었거나 자연적으로 형성된 물과 OH 래디컬에 의해 최적한 소독이 이루어질 수 있다. 가열처리후, 세균은 박멸되고 필터매체는 소독된다. 세균은 더 이상 증식하거나 운동하지 않을 것이다.
이러한 과정은 모든 수용기에 대하여 연속적으로 반복된다.
도 2 는 본 발명에 따른 다른 실시형태의 필터조립체(200)를 보인 것이다.
필터수용기(206)는 관상의 필터매체(202)와 두 개의 박막(208)으로 구성된다.
필터매체의 외측 둘레와 내측의 공기의 체적은 예를 들어 개방부(210)(210')를 통하여 압축공기를 주입함으로써 필터매체의 양면에 박막(208)을 스트래칭시켜 감소될 수 있다.
필터매체는 제너레이터(212)에 의하여 제어된 전류를 인가함으로써 가열된다.

Claims (13)

  1. 필터매체, 적어도 하나의 수용기와 필터매체를 가열하기 위한 가열시스템을 포함하되, 상기 필터매체가 금속섬유를 포함하고 상기 수용기 또는 수용기들내에 장설되며, 이 수용기 또는 이들 수용기에 적어도 하나의 공기유입구와 적어도 하나의 공기유출구가 구비되어 있고 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 공기와 자유공간을 제거하기 위한 수단이 구비되어 있는 필터조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 수용기가 적어도 두 개의 변형가능한 가변형 벽을 포함함을 특징으로 하는 필터조립체.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가변형 벽은 폴리머 또는 엘라스토머 물질로 되어 있는 박막임을 특징으로 하는 필터조립체.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터매체가 적어도 하나의 소결된 부직금속섬유 웨브를 포함함을 특징으로 하는 필터조립체.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속섬유가 1 ~ 22 ㎛ 의 직경을 갖는 스테인레스 스틸 섬유임을 특징으로 하는 필터조립체.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 필터매체가 적어도 0.3 ㎛ 의 공기중 필터정격을 가짐을 특징으로 하는 필터조립체.
  7. 수증기압 및 래디컬 압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력하에서 필터매체를 가열함으로써 금속섬유를 포함하는 필터매체를 소독하되, 상기 수증기압 및 래디컬 압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력이 포화 또는 실질적으로 포화된 수증기압임을 특징으로 하는 필터매체를 소독하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항 있어서, 상기 수증기압 및 래디컬 압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력이 상기 필터매체의 가열 전에 상기 필터매체의 외측 둘레와 내측의 모든 또는 실질적으로 모든 공기와 자유공간을 제거함으로써 얻음을 특징으로 하는 필터매체를 소독하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 필터매체가 적어도 하나의 소결된 부직금속섬유 웨브를 포함함을 특징으로 하는 필터매체를 소독하는 방법.
  11. 제 7 항 있어서, 제 1 항에 따른 필터조립체를 제공하는 단계, 필터매체의 외측 둘레와 내측에서 모든 또는 실질적으로 모든 공기와 자유공간을 제거하는 단계, 기밀상태를 조성하는 단계와, 필터매체를 가열하여 포화 또는 실질적으로 포화된 수증기압 및 래디컬 압력 중 하나 이상(하나를 포함함)의 압력을 생성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 필터매체를 소독하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 기밀상태가 조성된 후에 흡인(suction)하거나 필터매체의 외측 둘레와 내측의 잔류 자유공간의 체적을 증가시킴으로써 진공이 생성되도록 하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 필터매체를 소독하는 방법.
  13. 제 7 항, 제 9 항 및 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터매체가 100 ℃ 이상의 온도로 가열됨을 특징으로 하는 필터매체를 소독하는 방법.
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