KR101228278B1 - 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치 - Google Patents

다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체; 내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습매체의 내부에 배치된 제습매체 및 상기 가습매체의 내부 원주면과 상기 제습매체의 외부 원주면 사이에 형성된 차단층을 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습장치는 가습 및 제습용량을 용이하게 증가시킬 수 있고, 유로를 단순화할 수 있으며, 컴팩트한 디자인 구현이 가능하다.
가습, 제습, 다공성 세라믹 구조체, 제올라이트, 차단층, 무기바인더

Description

다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치{Porous ceramic structure and apparatus combined with dehumidifier and humidifier comprising the same}
본 발명은 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 가습 및 제습용량을 용이하게 증가시킬 수 있고, 유로를 단순화할 수 있으며, 컴팩트한 디자인 구현이 가능한 다공성 세라믹 구조체를 포함하는 제습/가습장치에 관한 것이다.
일반적으로 가습장치는 송풍기를 이용하여 그 내부로 건조한 공기를 흡입하여 습기가 많은 공기를 배출하는 장치이며, 건조한 공기에 수분을 공급하기 위하여, 가습장치에는 물을 증발 또는 기화시키기 위한 다양한 수단이 구비된다.
일례로 대부분의 가습장치에 사용되는 초음파 진동자는 물분자를 여기시켜 수십 마이크로 사이즈의 입자로 변형시킨다.
하지만, 이러한 초음파 진동자를 사용하는 경우에는 외부로 배출되는 수분 입자의 사이즈가 크기 때문에 멀리 이동하지 못하여, 넓은 공간을 균일한 습도로 유지하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 초음파 진동자가 구비된 가습 장치는 진동자 및 송풍기 등을 작동시켜야 하므로 전기 소모량이 많고, 진동자를 주기적으로 청소하여야 하며, 장시간 사용시 수조 안에 이물질 등이 퇴적되어 깨끗하지 못한 성분까지 방출될 수 있으며, 진동자의 잦은 고장으로 인하여 가습 장치의 수명이 짧아지는 문제점이 있었다.
일반적으로 제습장치는 외부공기를 흡입시키는 외부공기 송풍기와, 상기 외부공기 송풍기를 통해 흡입된 공기가 통과하며 상기 공기중의 수분이 흡착되는 흡착부를 포함하며, 상기 흡착부를 통과하며 수분이 제거된 제습공기를 실내로 송풍시키기 위한 처리공기 송풍기를 포함한다.
한편, 제습과 가습이 모두 가능한 제습/가습 장치들이 공급되고 있으나, 제습 로터를 사용하는 제습/가습 장치의 경우 대부분 제습로터와 폴리머 가습 매체를 별도로 사용하고 있다.
이때, 가열식 제습 로터의 경우에는 탈습을 위하여 100℃ 내지 200℃ 온도 이상의 열이 직접적으로 로터에 가해지게 되므로, 폴리머인 가습매체와 시스템적으로 분리하여야 하며, 따라서 컴팩트한 제품 디자인 구현에 한계가 존재하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 가습 및 제습용량을 용이하게 증가시킬 수 있고, 유로를 단순화할 수 있으며, 컴팩트한 디자인 구현이 가능한 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기한 목적을 달성하기 위하여,
본 발명의 일 측면에 따르면,
내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체;
내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습매체의 내부에 배치된 제습매체 및
상기 가습매체의 내부 원주면과 상기 제습매체의 외부 원주면 사이에 형성된 차단층을 포함하는 다공성 세라믹 구조체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면,
하나 이상의 유입포트 및 배출포트를 갖는 하우징;
상기 하우징 내부에 배치되며, 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체, 내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습 매체의 내부에 배치된 제습매체 및 상기 가습매체의 내부 원주면과 상기 제습매체의 외부 원주면 사이에 형성된 차단층을 포함하는 다공성 세라믹 구조체;
상기 제습매체를 회전시키는 구동부;
상기 제습매체를 재생하기 위한 가열장치; 및
상기 가습매체로 물을 공급하는 수조부를 포함하는 제습/가습장치가 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습장치는 가습 및 제습용량을 용이하게 증가시킬 수 있고, 유로를 단순화할 수 있으며, 컴팩트한 디자인 구현이 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 구조체 및 이를 포함하는 제습/가습장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 구조체(10)의 사시도이다.
본 발명은 다공성 세라믹 구조체(10)에 관한 것으로, 구체적으로 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체(11); 내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습매체의 내부에 배치된 제습매체(15) 및 상기 가습매체(11)의 내부 원주면과 상기 제습매체의 외부 원주면 사이에 형성된 차단층(14)을 포함하는 다공성 세라믹 구조체(10)에 관한 것이다.
다공성 세라믹 가습매체(11)
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 가습 장치를 구성하는 다공성 세라믹 가습매체(11)에 대하여 상세히 설명한다.
다공성 세라믹 가습매체(11)는 세라믹 판형 페이퍼 (12) 및 상기 세라믹 판형 페이퍼(12)에 부착된 세라믹 파형 페이퍼(13)를 포함하며, 허니컴 구조를 갖는 다공성 세라믹 페이퍼일 수 있다.
본 실시예에서는 세라믹 페이퍼를 사용하여 다공서 세라믹 가습매체를 제조함으로써, 높은 생산성으로 인한 대량 생산 및 기공 특성(ex. 기공 크기 및 기공률 등)의 용이한 제어 등이 가능한 이점이 있다. 상기에서 세라믹 판형 및 파형 페이퍼(이하 「세라믹 페이퍼」로 통칭되는 경우가 있음)는 세라믹 섬유를 사용하여 제조될 수 있다.
본 실시예에서 세라믹 페이퍼의 제조에 사용되는 세라믹 파이버(fiber)는 일반적으로 1 마이크론 내지 20 마이크론의 직경을 가지는데, 그 평균 길이는 0.1 mm 내지 10 mm인 것이 바람직하다. 상기 길이가 0.1 mm 미만이면, 세라믹 페이퍼의 강도가 저하될 우려가 있고, 10 mm를 초과하면, 원료인 슬러리 내에서 섬유를 균일하게 분산시키는 것이 어려워져서 페이퍼의 불균일화가 야기될 우려가 있다.
본 실시예에서 사용되는 세라믹 파이버는 알루미늄 및/또는 규소를 포함하는 소재로서, 구체적으로는 실리카, 알루미나, 실리카-알루미나, 알루미노 실리케이트, 알루미노 보로실리케이트, 뮬라이트 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 세라믹 페이퍼는 또한 상기 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 100 중량부의 유기 섬유를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서 사용될 수 있는 유기 섬유의 예로는 침엽수 펄프, 우드 섬유 또는 헴프(hemp) 등의 천연 섬유; 및 나일론, 레이욘, 폴리에스테르, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 아라미드 또는 아크릴 등의 합성 섬유를 들 수 있으며, 상기 중 일종 또는 이종 이상의 혼합을 사용할 수 있다.
상기와 같은 유기 섬유는 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 100 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 0.1 중량부 미만이면, 세라믹 페이퍼의 인장 강도의 유지가 어려워 제조 과정에서 파형화가 곤란해질 우려가 있고, 100 중량부를 초과하면, 세라믹 가습매체의 기공률이 과도하게 증가하여 강도가 저하될 우려가 있다.
본 발명의 세라믹 페이퍼는 또한 전술한 세라믹 섬유 및 유기 섬유와 함께 1.0 중량부 내지 50 중량부의 바인더를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명에서는 유기 바인더를 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들면 에폭시계 바인더, 소듐 카복시 메틸 셀룰로오스(CMC), 폴리아크릴아미드(PAM), 폴리에틸렌옥시드(PEO), 메틸 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 정제 녹말, 덱스트린, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 파라핀, 왁스 에멀션 및 미결정 왁스(microcrystalline wax)의 일종 또는 이종 이상의 혼합을 들 수 있다.
이와 같은 바인더는 세라믹 파이버 100 중량부에 대하여 1.0 중량부 내지 50 중량부의 양으로 세라믹 페이퍼 내에 포함되는 것이 바람직하다. 상기 함량이 1.0 중량부 미만이면, 섬유간의 결합력이 저하될 우려가 있고, 50 중량부를 초과하면, 세라믹 페이퍼의 유동성 및 접착성이 증가하여 작업성이 저하되고 세라믹가습매체의 강도가 저하될 우려가 있다.
본 실시예에서 다공질 세라믹 가습매체는 상기 세라믹 파이버 상에 형성되고, 규소, 알루미늄 및 지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 1차 코팅층을 포함할 수 있다.
다공성 세라믹 가습매체는 상기 1차 코팅층의 표면에 형성된 2차 코팅층을 추가로 포함할 수 있으며, 2차 코팅층은 세라믹 파이버간의 결합을 유지하는 무기 바인더의 역할을 수행한다.
상기 1차 코팅층은 세라믹 페이퍼 및 2차 코팅층의 사이에서 버퍼층 또는 프라이머층의 역할을 수행하며, 보다 구체적으로는 세라믹 파이버를 보호하는 역할 및 2차 코팅층과의 부착력을 강화하는 역할을 동시에 수행한다.
상기 1차 코팅층을 구성하는 성분은 규소, 알루미늄 및 지르코늄으로 이루어 진 군으로부터 선택된 하나 이상을 함유하고, 보다 구체적으로는 실리카, 실란, 실록산, 알루미나, 지르코니아, 알루미늄 실리케이트, sol-gel 공정에 의해 경화되어 세라믹 페이퍼의 습윤 강도를 강화할 수 있는 화합물 및 경화성 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 실시예에서는, 2차 코팅층을 구성하는 성분(ex. 알루미늄 포스페이트 등)과 친화력이 뛰어나다는 관점에서, 1차 코팅층이 실리카 또는 알루미늄 실리케이트를 포함하는 것이 보다 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 2차 코팅층은 알루미늄 성분 및 인 성분을 포함한다. 이 때 상기 2차 코팅층에 포함되는 인 및 알루미늄의 원자비(P/Al)는 3 내지 50인 것이 바람직하다.
상기 원자비가 3 미만이면, 코팅층이 원활하게 형성되지 않을 우려가 있고, 50을 초과하면, 섬유 표면이 손상되어 강도가 저하될 우려가 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 상기 2차 코팅층은 알루미늄 포스페이트를 포함하는 것이 바람직하고, Al(PO3)3(aluminum metaphosphate) 및 AlPO4(aluminum orthophosphate)의 두 가지 상이 혼재된 상태로 존재하는 것이 보다 바람직하다.
또 다른 2차 코팅층의 성분으로는 알루미늄 성분만을 포함할 수도 있다. 즉 고형분이 5~30%인 알루미나 졸을 적정량 코팅하고 100℃에서 충분히 건조한 후 900 내지 1200℃에서 열처리함으로써 파이버 표면과 파이버간의 결합부위에 형성된 실리카 코팅막 위에 다시 알루미나 코팅막이 형성됨으로써 파이버의 기계적 강도가 형성됨은 물론 파이버간의 결합력도 향상되며, 무엇보다도 화학적으로 안정한 알루미나 코팅막이 파이버 표면에 형성됨으로써 산 또는 염기성 수용액에 내부식성이 부여되는 장점이 있다.
후술하는 바와 같이, 본 발명에서는 상기 1차 및 2차 코팅층의 형성 시에 무기 바인더 전구체 용액을 사용함으로 해서, 다공질의 세라믹 성형체(세라믹 페이퍼)의 모세관 효과를 이용한 균일한 코팅이 가능하기 때문에, 불균일 도포로 인한 기공 제어의 어려움을 해결할 수 있다. 또한, 반응성이 우수한 바인더 전구체가 세라믹 섬유와 화학적으로 결합하여 섬유간의 결합력을 향상시켜, 가습매체에 탁월한 기계적 강도를 부여할 수 있다.
상기 1차 및/또는 2차 코팅층은 또한, 섬유간 결합력의 추가적인 개선의 관점에서, 마그네슘, 칼슘 및 붕소 함유 화합물의 일종 또는 이종 이상을 추가로 포함할 수 있다. 상기 성분은 코팅층에 포함되어 있는 알루미늄 이온 등을 부분적으로 치환시켜, 무기 바인더의 결합력을 증가시키고, 고온에서의 열적 안정성을 개선하는 역할을 한다.
본 발명에서 사용될 수 있는 붕소 함유 화합물의 예는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 붕산을 들 수 있다. 상기와 같은 성분들은 1차 또는 2차 코팅층을 구성하는 성분 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부의 양으로 포함되는 것이 바람직하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 각 코팅층은 또한 세라믹 가습매체의 기계적 강도의 개선, 기공특성의 제어를 목적으로 점토, 알루미나, 제올라이트, 실리카, 지르코니아 및/또는 티타니 아와 같은 산화물 세라믹 분말 입자를 적정량 추가로 포함할 수 있으며, 위와 같은 산화물 세라믹 분말 입자의 함침 단계는 세라믹 페이퍼의 제조단계, 즉 1차 코팅 또는 2차 코팅 공정 중에 코팅액에 일정량의 세라믹 분말입자를 분산시킨 후 코팅액과 동시에 함침 시킬 수 있다.
또한, 다공성 세라믹 가습매체(11)는 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 중공의 튜브 형상을 가질 수 있고, 이때, 내경 및 외경은 15cm 내지 20cm일 수 있다. 다공성 세라믹 가습매체(11)의 내경이 상기 수치보다 큰 경우에는 가습량 저하 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 다공성 세라믹 가습매체의 제조과정을 설명한다.
알루미노 실리케이트 또는 뮬라이트 등의 세라믹 파이버와 펄프, 및 유기 바인더 등을 혼합하여 세라믹 판형 페이터를 제조한다.
이때, 상기 세라믹 판형 페이터를 파형화 하여 세라믹 파형 페이터를 제조하며, 상기 세라믹 판형 페이퍼 상에 세라믹 파형 페이퍼를 부착하여 다공성 세라믹 페이퍼를 제조한다.
이러한 다공성 세라믹 페이퍼를 롤(roll) 형상으로 권취하여 세라믹 허니컴을 제조하는 것이다. 이때 세라믹 허니컴의 지름은 가습장치의 크기에 맞게 크기를 조절할 수 있다.
이와 같이 제조된 세라믹 허니컴을 실리카 졸(고형분 25중량부)에 1차 딥 코 팅을 하고, 100℃ 내지 200℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 건조한 후, 500℃ 내지 1000℃의 온도에서 열처리하여 1차 공정을 수행한 후, 이후 알루미나 포스페이트 용액에 2차 딥 코팅을 하고, 100℃ 내지 300℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 건조한 후, 600℃ 내지 1000℃의 온도에서 열처리하여 다공성 세라믹 가습매체를 제조한다.
한편, 가습매체로 응용하기 위한 다공성 세라믹 가습매체의 물 흡수 및 수분전달속도는 기공크기, 기공분포, 전체 기공율과 밀접한 관계가 있다.
즉 물 흡수와 세라믹가습매체의 윗부분까지 수분전달이 원활히 이루어지기 위해서 다공성 세라믹 가습매체(110)의 기공크기 분포는 전체 기공의 95% 이상이 10㎛ 내지 200㎛ 이하이어야 하며, 좀 더 바람직하게는 20㎛ 내지 150㎛ 이하이고, 더 바람직하게는 30㎛ 내지 100㎛ 이하이어야 한다.
기공의 크기가 10㎛ 미만인 기공이 많을 경우는 물 흡수가 물 접촉부분에서만 이루어지며 윗부분까지 수분이 신속하게 전달되지 않아 가습능력이 낮아지는 단점이 있으며, 200㎛ 초과의 기공이 많은 경우 다공성 세라믹 가습매체의 전체적인 강도가 저하되어 작업성에 나쁜 영향을 미친다.
또한 전체적인 기공율은 40% 내지 80% 이하이어야 하고, 좀 더 바람직하게는 50% 내지 75% 미만이어야 하며, 더 바람직하게는 60% 내지 70% 미만이 적당하다.
전체적인 기공율이 40% 미만인 경우 물흡수 및 수분전달이 잘 되지 않아 가습매체로서 기능을 발휘할 수가 없으며, 80% 초과인 경우 세라믹 가습매체의 전체 적인 강도가 낮아져서 작업성에 나쁜 영향을 미치게 된다.
한편, 본 실시예에서 다공성 세라믹 가습매체는 코디어라이트, 탄화 규소, 질화 규소 및 알루미늄 티타네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
다공질 세라믹 가습매체는 상기 코디어라이트, 탄화 규소, 질화 규소 및 알루미늄 티타네이트 등의 분말에 무기바인더, 유기바인더, 조공제, 윤활제 및 물 등을 혼합한 후 압출 방식으로 제조된다.
이와 같이 제조된 다공질 세라믹 가습매체는 그 기공크기가 10㎛ 내지 25㎛ 정도의 좁은 범위에 약 99% 의 기공이 분포하고 있으며, 전체적인 기공율은 40% 내지 45% 수준을 나타낸다.
세라믹 페이퍼를 사용한 세라믹 가습매체의 경우 기공크기의 분포가 작게는 10㎛에서 크게는 200㎛까지 다양하게 분포하며 전체 기공의 대부분이 30㎛ 이상이고 기공율도 대부분 60% 이상이기 때문에 물 흡수 및 수분전달이 빠른 반면 세라믹 분말을 이용한 압출방식의 세라믹 가습매체의 경우 물 흡수 및 수분전달 속도가 다소 느린 단점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 가습 장치를 구성하는 다공성 세라믹 가습매체는 항균 코팅층을 더 포함할 수 있다. 가습장치를 장시간 사용하게 되면 세라믹가습매체에 물이끼 또는 다양한 이물이 침적하게 되며, 이로부터 발생되는 해로운 이물질들이 가습 동작 중 외부로 배출되는 것을 억제하기 위하여 다공성 세라믹 가습매체의 제조단계, 예를 들어 1차 코팅 또는 2차 코팅 후에 은나노 또는 이산화티탄(TiO2) 등의 광촉매를 코팅할 수도 있다.
다공성 세라믹 가습매체는 미세구조상 매우 다공질이며, 따라서 비표면적이 넓어 항균코팅을 바로 적용하는데 유리한 담지 특성을 가지고 있다.
차단층(14)
본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 구조체를 구성하는 차단층(14)은 전술한 다공성 세라믹 가습매체(11)와 후술할 제습매체 사이에 형성되어 제습작동와 가습작동 사이의 간섭을 막는 역할을 수행한다.
이러한 차단층(14)은, 이에 제한되지 않으나, 예를 들어 금속을 이용하여 형성할 수 있고, 고형분이 높은 무기바인더를 이용하여 형성할 수 있다.
여기서, 무기바인더는 물, 실리카 졸, 클레이(clay) 및 알루미나(Al2O3)를 포함할 수 있다.
일례로 무기바인더는 물 80g, 실리카 졸 5g 내지 15g, 클레이(clay) 10g 내지 20g 및 알루미나(Al2O3) 15g 내지 30g을 첨가하여 교반 후, 페이스트(paste) 형태로 제조할 수 있다.
다공성 세라믹 구조체의 제조방법을 살펴보면, 제조된 무기바인더를 전술한 다공성 세라믹 가습매체(11)의 내부 원주면에 도포한 후, 다공성 세라믹 가습매체 의 내부에 제습매체(15)를 부착시키고, 이를 60℃ 내지 100℃의 온도로 건조시킨다. 건조 후 300℃ 내지 500℃의 온도로 열처리를 실시하여 무기바인더를 경화시켜 다공성 세라믹 구조체를 제조한다.
제습매체(15)
제습매체(15)는 다공성 세라믹 가습매체에서 설명한 세라믹 판형 페이퍼 및 세라믹 파형 페이퍼를 포함하며, 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
구체적으로, 알루미노 실리케이트 또는 뮬라이트 등의 세라믹 파이버와 펄프, 및 유기 바인더 등을 혼합하여 세라믹 판형 페이터를 제조한다.
이때, 상기 세라믹 판형 페이터를 파형화 하여 세라믹 파형 페이터를 제조하며, 상기 세라믹 판형 페이퍼 상에 세라믹 파형 페이퍼를 부착하여 다공성 세라믹 페이퍼를 제조한다.
이러한 다공성 세라믹 페이퍼를 롤(roll) 형상으로 권취하여 세라믹 허니컴을 제조하는 것이다. 이때 세라믹 허니컴의 지름은 가습장치의 크기에 맞게 크기를 조절할 수 있다.
이와 같이 제조된 세라믹 허니컴을 제올라이트 42중량부, 폴리비닐알콜(PVA: polyvinylalchol) 0.5중량부, 아크릴 바인더(acryl binder) 4.5중량부 및 물 53중량부로 제조된 슬러리에 딥 코팅을 한다. 이후, 100℃ 내지 150℃의 온도에서 1시간 내지 2시간 건조한 후, 400℃ 내지 600℃의 온도에서 열처리하여 제습매체를 제 조한다.
또한, 제습매체(14)는 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 중공의 튜브 형상을 가질 수 있고, 이때, 내경 및 외경은 4cm 내지 15cm일 수 있다. 제습매체(11)의 내경은 회전부의 기계적 장치 크기에 따라 더 작아질 수도 있으며 외경의 상기 수치는 필요 제습량에 따라 더 커질 수도 있다.
이와 같이 구성된 다공성 세라믹 구조체는 가습 및 제습기능을 수행할 수 있으며, 컴팩트한 디자인을 구현할 수 있다.
제습/가습 장치
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습장치의 요부 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습장치의 작동상태를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치(100)는 하나 이상의 유입포트(102) 및 배출포트(도시되지 않음)를 갖는 하우징(101) 및 상기 하우징(101) 내부에 배치되며, 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체(111), 내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습매체(111)의 내부에 배치된 제습매체(115) 및 상기 가습매체(111)의 내부 원주면과 상기 제습매체(115)의 외부 원주면 사이에 형성된 차단층(114)을 포함하는 다공성 세라믹 구조체(110)를 포함한다.
이때, 다공성 세라믹 구조체(110)은 도 1을 통하여 설명한 다공성 세라믹 구조체(10)와 동일하며, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
또한, 제습/가습 장치(100)는 상기 제습매체(115)를 회전시키는 구동부(130)와 상기 제습매체(115)를 재생하기 위한 가열장치(120) 및 상기 가습매체(111)로 물을 공급하는 수조부(140)를 포함한다.
이때, 상기 구동부(130)는 모터 및 상기 모터에 장착된 구동축을 포함할 수 있으며, 상기 구동축의 일 종단에 상기 다공성 세라믹 구조체(110)의 제습매체(115)의 내부 원주면이 장착되어, 모터 회전 시 다공성 세라믹 구조체(110)가 구동축과 함께 회전하게 된다.
상기 수조부(140)는 통상의 물탱크 등을 사용할 수 있으며, 다공성 세라믹 구조체(110)는 상기 물 공급부(130)로부터 수분을 공급받아 저장할 수 있도록 일부 영역이 상기 수조부(140)에 잠기도록 배치될 수 있다. 이때, 다공성 세라믹 가습매체(111) 영역만이 수조부에 잠기는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치(100)는 외부의 공기를 하우징(120) 내부로 흡입하여 상기 다공성 세라믹 구조체(110)를 향하여 송풍하는 팬(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있으며, 상기 팬은 하우징(101)의 유입포트 측에 장착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치를 구성하느 하우징(101)은 복수 의 유입포트 및 배출포트를 갖는다.
예를 들어, 제습매체(115)를 통과하는 공기를 유입시키는 유입포트 및 가습매체(111)를 통과하는 공기를 유입시키는 유입포트를 분리 구성할 수 있으며, 제습매체(115)를 통과시키는 과정에서도, 재생을 위한 유입포트(102)와 제습을 위한 유입포트를 분리 구성할 수 있다.
제습매체(115)내에 흡착된 수분을 흡수하기 위하여, 재생을 위한 공기의 유입포트(102)에는 가열장치(120)가 장착된다.
이때, 가열장치(120)는 통상의 히터 또는 열선일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치(100)는 외부로부터 흡입되는 공기를 정화하는 에어필터(150)를 더 포함할 수 있으며, 상기 에어필터는 하우징의 배출포트(도시되지 않음) 측 또는 유입포트 측에 장착될 수 있다.
여기서, 에어필터는 다양한 필터, 예를 들어 통상의 먼지제거필터, 유해가스(포름알데히드 또는 VOC 가스)흡착필터, 항균필터일 수 있다.
또한, 상기 에어필터에는 그 내부에 아로마 향 또는 피톤치드 향과 같은 인체에 유익하며, 다양한 향기를 발생시키는 충진재를 충진할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치(100)는 상기 구동부(130)와 전기적으로 연결되고, 상기 구동부의 회전방향 및 회전속도를 조절하는 제어부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부와 전기적으로 연결되어, 실내 공기의 습도를 측정하는 습도 센서(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 제습/가습 장치(100)에서의 가습 과정을 첨부된 도면을 통하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치(100)를 구성하는 다공성 세라믹 구조체(110)는 수조부(140)에 일부 영역이 잠기도록 배치되며, 따라서 다공성 세라믹 구조체(110)는 높은 기공율과 모세관 압력으로 인하여 그 내부에 다량의 수분을 함유하게 된다.
이때 상기 다공성 세라믹 구조체(110)의 기공은 그 크기가 수십 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터로 형성되어 매우 미세하고, 기공율은 다공성 세라믹 구조체(110)의 부피의 40% 내지 80%에 해당할 정도로 매우 높다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습 장치(100)는 상기 다공성 세라믹 가습매체(111)에서의 자연 증발 원리를 사용할 수 있다.
다공성 세라믹 가습매테(111)는 전술한 바와 같이 미세 기공을 포함하고 있고, 그 높은 기공율로 인하여 다량의 물을 함유할 수 있다.
이때 다공성 세라믹 가습매체(111)는 허니컴의 형상을 갖고 있으므로 대기와의 접촉 면적이 클 뿐만 아니라, 상기 미세기공들의 비표면적이 대단히 커서, 대기와의 접촉면적이 증가하게 된다.
즉, 다공성 세라믹 가습매체(111)는 미세기공 및 허니컴 형상으로 인하여 대기와의 접촉면적이 커지게 되므로 자연적으로 증발이 원활하게 이루어 지므로, 다공성 세라믹 가습매체(111)를 통과하는 공기에 수분을 공급할 수 있게 된다.
한편, 외부의 공기가 하우징(101) 내부로 흡입되고, 흡입된 공기는 팬 등을 통하여 다공성 세라믹 가습매체(111)를 향하여 송풍된다.
이때 다공성 세라믹 가습매체(111)를 통과한 공기는 미세한 입자 상태의 수분을 함유하게 되고, 하우징(101)의 배출포트(도시되지 않음)를 통하여 외부로 배출된다.
한편, 다공성 세라믹 가습매체(111)는 구동부(130)에 의하여 회전될 수 있으며, 다공성 세라믹 가습매체(111)를 회전시킴으로써 그 내부에 수분이 균일하게 분포하게 되고, 회전을 통하여 최초에 감겨있던 다공성 세라믹 가습매체(111)의 일부 영역뿐만 아니라, 나머지 영역도 물에 잠기게 되어 수분 흡수량을 증가시킬 수 있다.
여기서, 다공성 세라믹 가습매체(111)는 그 내부가 중공인 원통체 일 수 있으며, 수조부에 물이 담지되고 히터를 중지 시키면 모세관 현상에 의해 가습매체에 물이 흡수 된다. 이때 가습매체를 통하는 건조한 공기는 습기를 머금게 되고 가습 함유량이 증가한다. 가습량의 증대를 위해 다공성 세라믹 가습매체(111)를 회전 시킬 수도 있다.
수조부에 물을 제거 하고 히터를 작동시키면 내부에 존재하는 제습로터의 기능이 발현되며 습한 공기의 습기가 제습제에 흡착되고 로터의 회전에 따라 히터에 의해 탈습되며 탈습된 공기는 자연냉각 되어 별도의 수조부에 고이게 된다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다공성 세라믹 구조체의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습장치의 요부 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습/가습장치의 작동상태를 나타내는 개념도.

Claims (11)

  1. 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체;
    내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습매체의 내부에 배치된 제습매체 및
    상기 가습매체의 내부 원주면과 상기 제습매체의 외부 원주면 사이에 형성되고, 무기바인더로 형성된 차단층을 포함하고,
    상기 가습매체는 세라믹 파이버 상에 형성되고, 규소, 알루미늄 및 지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 1차 코팅층; 및
    상기 1차 코팅층의 표면에 형성된 알루미늄 및 인 성분을 함유하는 2차 코팅층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹 가습매체의 내경 및 외경은 15cm 내지 20cm인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제습매체의 내경 및 외경은 4cm 내지 15cm인 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 구조체.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기바인더는 물, 실리카 졸, 클레이(clay) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다공성 세라믹 구조체.
  6. 하나 이상의 유입포트 및 배출포트를 갖는 하우징;
    상기 하우징 내부에 배치되며, 내부 원주면 및 외부 원주면을 갖는 다공성 세라믹 가습매체, 내부 원주면 및 외부 원주면을 가지고, 상기 다공성 세라믹 가습매체의 내부에 배치된 제습매체 및 상기 가습매체의 내부 원주면과 상기 제습매체의 외부 원주면 사이에 형성되며, 무기 바인더로 형성된 차단층을 포함하는 다공성 세라믹 구조체;
    상기 제습매체를 회전시키는 구동부;
    상기 제습매체를 재생하기 위한 가열장치; 및
    상기 가습매체로 물을 공급하는 수조부를 포함하고,
    상기 가습매체는 세라믹 파이버 상에 형성되고, 규소, 알루미늄 및 지르코늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 1차 코팅층; 및
    상기 1차 코팅층의 표면에 형성된 알루미늄 및 인 성분을 함유하는 2차 코팅층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제습/가습장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상가 가습매체는 수조부에 일부영역이 잠겨 있는 것을 특징으로 하는 제습/가습장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 다공성 세라믹 가습매체의 내경 및 외경은 15cm 내지 20cm인 것을 특징으로 하는 제습/가습장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제습매체의 내경 및 외경은 4cm 내지 15cm인 것을 특징으로 하는 제습/가습장치.
  10. 삭제
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 무기바인더는 물, 실리카 졸, 클레이(clay) 및 알루미나(Al2O3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습/가습장치.
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