KR101144601B1 - 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비교적 저온에서 산화개시가 일어나는 금속산화물촉매를 장착하여 제작한 공기정화용 유닛(Unit)을 이용하여 옥내 공기질을 정화시키는 방법에 관한 것으로, 흡기구(52)가 형성되어 있는 케이스(51)와; 상기 케이스(51)에 수용되며, 상기 공기열과 상기 흡기구(52)를 통해 흡입된 공기를 열교환시키는 열교환기(54)와; 상기 열교환기(54)의 상부에 적층되며, 상기 열교환기(54)를 통과한 공기와 접촉되는 금속산화물촉매가 충전된 촉매충전층(55)과; 상기 흡기구(52) 및 상기 촉매충전층(55)의 상부에 각각 설치되는 필터(56)와; 상기 케이스(51)의 상부에 설치되는 송풍팬(57)을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다.
이와 같은 구성들에 의해 본 발명은 프린터, 복사기, 복합기, 냉장고, 에어컨, 자동차 등과 같은 자체열원을 가진 일반 가전제품 및 각종 산업용 제품에 장착하여 제품의 자체열원에서 발생하는 예열된 공기를 본 공기정화용 유닛으로 강제 유입시켜 촉매반응을 개시함으로써 공기중의 유해가스를 제거할 수 있다.

Description

금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛{Air purification unit using metal oxide catalyst}

본 발명은 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 가정이나 각종 산업현장 그리고 일반건물의 사무실 등 실내에서 발생하는 유해가스를 제거하기 위해 자체열원이 발생 되는 제품에 금속산화물 촉매를 장착하여 낮은 온도에서도 실내 공기를 정화할 수 있는 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛에 관한 것이다.

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종래의 실내 및 산업현장에서의 유해가스 제거 방법으로는 공기정화 장치를 사용하여 제거하였는데, 보다 상세하게는 분자간 흡인력을 이용하여 흡착 제거하는 활성탄, 실리카겔, 제올라이트, 이온교환수지 등의 흡착제를 일정 형태로 성형하여 공기 유동로의 중간에 충전하여 유해가스를 흡착 제거하거나 상기 흡착제를 부직포, 세라믹과 등과 같은 담체에 도포, 코팅하여 공기 유동로 상에 설치하여 흡착 제거하는 물리적 제거방법을 제공하였다. 이러한 활성탄 또는 제올라이트 등과 흡착제를 이용한 물리적 제거방법은 흡착량이 정해져 있으므로 일정 시간이 경과함에 따라 흡착제거능력이 떨어지며, 일정 주기별로 교환을 해 주어야 하는 번거러움이 발생할 뿐만 아니라 상온 이상의 고온에서는 흡착 정화능력이 떨어진다는 단점이 있다. 또 주거 공간에서 바깥기온 등으로 인하여 온도가 상승시 흡착매체의 흡착능이 떨어져 공기 정화기에 흡착되어 있던 유해 기체가 오히려 주거 공간으로 역 방출되는 문제도 있다. 이 외에 광 촉매를 사용하여 유해가스를 제거하는 방법이 제공되고 있는데 광촉매라 함은 반도체 세라믹의 일종으로 400nm 이하의 파장과 약 3.2eV 이상의 자외선을 조사하면 그 표면에 강한 산화력을 발생시키는 물질을 말하는 것으로, 그 대표적인 광촉매로는 이산화티탄(TiO₂)이 사용되고 있다. 이산화티탄은 자외선을 흡수하여 전자와 정공을 발생하는 데, 이러한 전자와 정공은 각각 대단히 강한 환원력과 산화력을 갖고 있으며, 특히 정공은 물과 용존 산소 등과의 반응에 의해 OH 라디칼(radical)과 활성산소를 생성시킨다. 그에 따라 상기 OH 라디칼 에너지는 유기물을 구성하는 분자들의 결합에너지보다 높아 간단히 유기물질을 절단하여 분해시키기 때문에 공기 중에 함유되어 있는 각종 유해한 화학물질, 악취물질을 제거함은 물론, 공기 중의 화학물질들의 분해/무해화, 각종 오염물질의 분해 등 다양한 환경정화에 적용되고 있다. 도 1은 종래의 상기 광 촉매를 이용한 촉매필터를 적용한 공기 정화 유닛의 사시도로 공기 커버를 개방시킨 상태의 도면이 도시되어 있으며, 도 2, 도 3은 종래의 공기 정화 유닛을 사용하여 공기 중에 포함된 유해성분을 제거하는 원리를 설명한 도면이다.

상기 도 1에서 제시한 유닛의 구성은 흡기구와 배기구, 및 상기 흡기구로부터 상기 배기구를 향한 공기 유동로를 구비하는 케이스로 그리고 각종 미세 먼지를 전처리 할 수 있는 내장형 필터와 구성되어 있다. 이 기술은 자외선과 같은 강한 에너지의 빛이 직접 이산화 티타늄에 쬐어 주어야 반응성이 있는 작용기가 생성되어 광촉매 반응이 일어나게 된다. 그러나 일반 주거 환경, 사무실, 자동차 실내 등의 생활 공간에서는 항상 최소한 유리와 같은 주거공간과 외부를 분리시키는 막이 있다. 이산화 티타늄과 같은 광촉매는 유리나 기판의 내부에, 즉 실내공간 쪽에, 코팅되어있어서 태양에서 오는 자외선이 유리와 같은 매체를 통과해야 이산화 티타늄에 주사될수 있다. 자외선의 특성상 유리를 통과하면서 자외선 강도가 약해진다. 즉, 일반 주거 환경에서는 독자적인 자외선 광원이 없는 한 광촉매의 효율이 떨어지고 기존의 시설에서 활용할 수 있는 것에 한계가 있다. 그래서 주로 자외선 광원을 장치 내에 따로 설치한다. 상기 도 1의 유닛에서는 유해가스를 광촉매를 이용하여 제거하는 방법을 채택하였으며, 이를 위해 별도로 광촉매를 활성화시키기 위해 자외선을 발산시키는 자외선 램프를 사용하였다. 통상 자외선 램프는 수명이 상대적으로 짧으며, 광원에서 자외선을 발생시키는 효율이 낮아 전력소비량도 많고, 또한 다량의 열을 발생시키는 문제점이 있기 때문에 상기 기술에서는 하나 이상의 자외선 발광다이오드를 채택하였다. 광촉매가 유해가스를 분해 처리하기 위해서는 도 2에서 도시한 것과 같이 광촉매가 활성화되어 유해물질 분해성분인 OH 라디칼을 생성하여야 한다.

이와 같이, 상기 기술은 광촉매를 활성화시켜 광화학반응을 일으키기 위해 별도의 자외선 발생장치와 이를 제어하는 장치가 필요하다. 자외선은 또 피부암을 일으키며, 눈을 실명시키는 치명적인 손상을 주는 등 문제가 많다. 그러므로, 실내 주거 환경이나 사무 및 생활 공간에서 자외선을 촉매의 에너지원으로 사용한다는 것도 안전에 문제가 많아, 자외선을 주거 환경으로부터 보호하기 위한 별도의 안전 장치도 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 신규 주택 입주시 피부 호흡기 질환을 유발하는 포름알데하이드, 아세트산 등과 같은 새집증후군 유발 물질 즉, 보다 광범위하게는 휘발성 유기화합물 제거와 사무실 및 산업현장에서 발생되는 유해가스를 활성탄 흡착으로 제거하는 방법과 유/무기 화합물을 이용한 흡착 탈취를 이용한 화학적 흡착으로 제거하는 방법 그리고 향료를 이용한 마스킹(masking) 방법 등 종래의 기술을 사용하지 않고 제품의 자체열원이 발생 되는 지점에 금속산화물촉매를 사용하여 유해가스를 완전히 분해 제거하고자 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 공기정화용 유닛이, 흡기구가 형성되어 있는 케이스와; 상기 케이스에 수용되며, 공기열과 상기 흡기구를 통해 흡입된 공기를 열교환시키는 열교환기와; 상기 열교환기의 상부에 적층되며, 상기 열교환기를 통과한 공기와 접촉되는 금속산화물촉매가 충전된 촉매충전층과; 상기 흡기구 및 상기 촉매충전층의 상부에 각각 설치되는 필터와; 상기 케이스의 상부에 설치되는 송풍팬을 포함하여 구성된 것에 의해 달성된다.

상기 촉매충전층은, 상기 케이스의 내부에 착탈 가능하게 수용되고, 또한 상기 금속산화물촉매는 150℃ 이하의 온도조건하에서도 유해가스를 제거할 수 있는 저온 촉매가 사용된다. 이때 사용되는 저온 촉매는 망간계 촉매로 실시되며, 상기 필터는 프리필터로 실시된다.

본 발명에 따르면, 공기정화 유닛이 가정, 사무실, 작업장, 및 차량 등의 옥내에 설치되어, 전기 제품이나 기존이 시설에서 나오는 자체열원을 이용하여 공기에 포함된 유해가스인 휘발성유기화합물, 일산화탄소, 암모니아 및 기타 악취 등을 제거하기 때문에 별도의 에너지 공급이 없이도 자체열원만으로도 운전이 가능하여, 자동으로 실내 공기질을 청정하게 유지시킬 수 있다.

도 1은 종래의 공기 정화 유닛의 사시도,
도 2와 도 3은 종래의 공기 정화 유닛을 사용하여 공기 중에 포함된 유해성분을 제거하는 원리를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛의 예를 보인 사시도,
도 5는 도 4의 분리된 사시도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
51: 케이스 52: 흡기구
53: 필터 54: 열교환기
55: 촉매충전층 56: 필터
57: 송풍팬 58: 상부 조임 나사
59: 하부 조임 나사

이하에서는 실시예를 도시한 첨부도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 가정이나 각종의 산업현장이나 일반건물의 실내에서 발생하는 오염물질을 제거하기 위해 열원이 이미 존재하는 상용제품에 간편하게 장착하여 비교적 저온에서 실내 공기 중에 존재하는 각종 유해가스 및 악취를 분해 제거하여 공기를 정화하는 공기정화 유닛으로서, 이는 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 크게 케이스(51), 열교환기(54), 촉매충전층(55), 필터(53, 56), 송풍팬(57)을 포함한다.

케이스(51)는 도 4에 도시된 바와 같이 일측에 흡기구(52)가 구비되고, 상면에 배기구(도면부호 없음)가 구비되며, 이 배기구에 송풍팬(57)이 설치된다. 그리고 이 케이스(51)는 열원을 가진 상용제품의 방열판 또는 고온가스 배출부 등에 설치된다.
그리고 케이스(51)는 도 5에 도시된 바와 같이 상하로 분리 조립되는 형태로 실시되어, 내부에 열교환기(54), 촉매충전층(55), 필터(53, 56) 및 송풍팬(57)이 각각 수용된 후, 상부 조임 나사(58)에 의해 조립된다. 또한 케이스(51)는 상용제품의 열발생 부위에 위치된 후 하부 조임 나사(59)를 이용해 상용제품에 체결 고정된다.

필터(56)의 상부에 설치되는 송풍팬(57)은 흡기구(52)를 통해 외부의 공기가 케이스(51) 내부로 강제 유입시켜 케이스(51) 내부에 설치된 촉매충전층(55)을 통과하도록 실시된다. 즉 케이스(51) 내부로 유입된 공기는 흡기구(52)를 거쳐 필터(53)를 통과한 후, 열교환기(54)에서 가열되고, 가열된 공기는 촉매충전층(55)과 필터(56)를 차례로 통과하여 배기구를 통해 케이스(51) 외부로 배출된다.
그리고 송풍팬(57)의 전원은 상용제품의 전원과 연결되어 상용제품의 주전원을 콘센트에 꽂으면 자동으로 전원이 인가되어 송풍팬(57)이 작동되도록 실시된다.

촉매충전층(55)은 케이스(51)의 내부에 착탈 가능하게 설치되는데, 이러한 촉매충전층(55)은 금속산화물촉매 중에서도 저온 촉매가 충전되어 사용된다. 일반적으로 유해가스를 연소시켜 제거하기 위해 사용되는 촉매는 750~800℃의 온도조건하에서 연소되어 유해가스를 제거하는 반면, 본 발명은 망간계 저온 촉매를 이용한 촉매 산화방식(Catalytic Oxidation: CO방식)으로 유해가스를 저온의 온도조건하에서 제거함으로써 에너지 비용의 저감 및 공정이 개선된다.
이때 사용되는 상용화된 저온 촉매로는 백금(Pt), 티타늄(Ti) 등과 같은 귀금속 계통의 저온 촉매들이 사용될 수 있으나, 귀금속류의 저온 촉매는 가격이 비싸며, 300℃ 이하의 온도조건하에서는 촉매의 성능이 원활하게 발휘되지 않기 때문에 경제성이 떨어질 뿐만 아니라 일반 가전제품이나 산업용 제품에 적용하기가 쉽지 않다. 따라서 본 발명은 150℃ 이하에서도 제거효율이 우수한 금속산화물촉매 중에서 망간계 저온 촉매를 사용하여 일반 가전제품이나 산업용 제품에 공기정화 유닛형태로 적용하여 유해가스를 제거한다.
망간계 저온 촉매는 경제적이며, 친환경적으로 유해가스를 제거할 수 있고, 촉매 가격이 저렴하여 운전 및 경제성이 우수하다.
이러한 저온 촉매는 그래뉼(granule), 펠릿(pellet), 허니컴(honeycomb) 등의 형태로 형성되어 케이스(51)에 마련되는 촉매 저장공간에 저장됨으로써 촉매충전층(55)을 형성한다.

한편, 케이스(51)의 내부에는 필터(56)가 설치되는데, 이 필터(56)는 흡기구(52)로 흡입되는 공기 중의 이물질을 제거할 수 있는 프리필터로 실시된다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 공기정화용 유닛은 상용제품에 간단하게 설치하여 사용할 수 있고, 상용제품에서 발생하는 열을 이용하여 공기 중의 유해가스를 제거할 수 있으므로 별도의 열에너지를 공급할 필요가 없다.

Claims (10)

1. 가전용 또는 산업용 제품에서 발생되는 열을 이용하여 실내공기를 정화시키는 공기정화용 유닛에 있어서,
   제품의 방열판 또는 고온가스 배출부에 설치되며, 흡기구(52)가 형성된 케이스(51)와;
   상기 열과 상기 흡기구(52)를 통해 흡입된 공기를 서로 열교환시키는 열교환기(54)와;
   상기 열교환기(54)의 상부에 적층되며, 상기 열교환기(54)를 통과한 공기와 접촉되는 금속산화물촉매가 충전된 촉매충전층(55)과;
   상기 흡기구(52) 및 상기 촉매충전층(55)의 상부에 각각 설치되는 필터(53, 56)와;
   상기 필터(56)의 상부에 설치되는 송풍팬(57)으로 이루어지되;
   상기 열교환기(54), 상기 촉매충전층(55), 상기 필터(53, 56) 및 상기 송풍팬(57)은 상기 케이스(51)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 촉매충전층(55)은, 상기 케이스(51)의 내부에 착탈 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 금속산화물촉매는 150℃ 이하의 온도조건하에서도 유해가스를 제거할 수 있는 저온 촉매인 것을 특징으로 하는 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 저온 촉매는 망간계 촉매인 것을 특징으로 하는 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 필터(53, 56)는 프리필터인 것을 특징으로 하는 금속산화물촉매를 이용한 공기정화용 유닛.
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