KR101256890B1 - 공기정화장치, 공기정화방법, 광촉매담지성형체 및광촉매담지성형체의 제조방법 - Google Patents

공기정화장치, 공기정화방법, 광촉매담지성형체 및광촉매담지성형체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내부공간(3)을 둘러싼 벽부(6, 7, 8)에 복수의 공기 유통 구멍(12, 17)을 만든 원통 모양의 본체(2)와, 상기 내부공간에 배치되어 상기 벽부 내측을 향하여 빛을 조사하는 광조사장치(4)를 갖추고, 빛이 조사되는 상기 벽부의 내측을 다공질 성형체로 형성하며, 상기의 다공질형성체의 내면 표층부에 상기의 빛에 의하여 광촉매 반응을 일으키는 분체상의 광촉매를 담지시키는 것을 특징으로 하는 것이다. 본 발명에 따른 공기성상장치는 매우 간단한 구성으로 담지된 광촉매가 촉매작용을 최대한으로 발휘하도록 할 수 있다.

Description

공기정화장치, 공기정화방법, 광촉매담지성형체 및 광촉매담지성형체의 제조방법{AIR PURIFIER, METHOD FOR PURIFYING AIR, PHOTOCATALYST-SUPPORTING FORMED BODY, AND METHOD FOR PRODUCING PHOTOCATALYST-SUPPORTING FORMED BODY}
본원 발명은 공기정화장치, 공기정화방법과, 이것에 이용되는 광촉매담지성형체 및 광촉매담지성형체의 제조방법에 관한 것이다. 특히, 간단한 구성으로 광촉매 효과를 충분하게 발휘할 수 있는 공기정화장치 등에 관한 것이다.
이산화티탄에 빛을 조사하면 광촉매작용에 의하여 세균 등을 살균하거나 유기물을 분해해서 악취성분을 분해할 수 있는 등이 알려져 있다.
광촉매는 자외선이 조사되지 않으면 충분한 촉매작용을 발휘할 수 없다. 옥외에서는 태양광을 이용할 수 있으며 그늘에서도 촉매반응에 필요한 자외선량이 얻어진다. 그러므로 일정 정도의 효과를 기대할 수 있다. 한편, 실내에서는 창에서 들어오는 태양광을 이용하는 것을 제외하면, 형광등 등의 조명기구로부터 나오는 빛을 이용하여야 한다. 그렇지만 형광등에서 나오는 빛 만으로는 충분한 광촉매작용을 발휘시킬 수 없다.
이산화티탄 등의 광촉매는 분체(粉體:가루) 형태로 제공되고 있다. 이 분체를 수지나 종이재료에 혼합하여 담지함으로써 필터 등으로 이용하고 있다.
예를 들면, 일본특허공개2004-44882 (선행문헌1)에 기재되어 있듯이 광촉매를 내면에 담지시킨 반응기에 공기를 통하게 해 상기의 광촉매로 처리하도록 구성된 공기청정기가 개시되어 있다. 상기 공기청정기는 통 모양으로 형성되어 있으며, 한 쪽 개구부에서 다른 쪽 개구부로 공기를 유동시키는 팬과 내측의 광촉매담지면에 빛을 조사하는 광원이 설치되어 있다.
또한, 일본특허공개2000-119995호 공보(선행문헌2)에는 종이재료의 표층부에 산화티탄 분말을 균일하게 분산시켜 고착해서 구성된 항균지가 개시되어 있다. 상기 종이재료는 종이뜨기 수조 속에 티탄을 분산시켜서 성형형의 표면에 종이재료와 이산화티탄 분말입자를 균일하게 흡착시켜서 형성한 것이다.
상기의 선행문헌1에 기재되어 있는 공기청정기에서는 통 모양의 반응용기 내에서, 공기는 상기 통 모양으로 된 용기의 축 방향으로만 유동한다. 따라서 광촉매를 담지시킨 내면 주변을 통과하는 공기는 통 모양의 반응용기 내를 유동하는 공기의 일부에 지나지 않는다. 게다가 상기의 광촉매는 원통 내면에만 담지되어 있기 때문에 공기에 작용하는 광촉매의 양도 한정되어 있다. 따라서 충분한 공기청정 효과를 기대하는 것은 불가능하다.
또한, 팬에 의하여 공기를 유동시키도록 구성되어 있기 때문에, 빠른 속도로 움직이는 공기는 광촉매의 주변에 체재하는 시간이 적어지므로 광촉매담지면의 적은 면적으로는 공기청정 효과를 충분히 발휘하도록 하기가 어렵다. 또한 팬을 설치하면 소음 등이 발생할 우려가 있다.
상기의 선행문헌 2에 기재되어 있는 것 같은 항균지에서는 바인더를 이용하 지 않고 이산화티탄 입자를 확실하게 담지시킬 수 있다. 그렇지만 종이뜨기 공정에서 종이뜨기 수조 속에 이산화티탄 입자가 투입되어서 섬유재료와 함께 이산화티탄을 성형체 내에 담지시키는 방법을 취하기 때문에 다량의 이산화티탄을 필요로 한다.
한편, 광촉매작용을 발휘하는 것은 빛이 닿는 범위로 한정된다. 또한, 표면에 가장 많은 빛이 조사된다. 그렇지만 선행문헌2에 기재되어 있는 발명에서는 이산화티탄을 깊이 방향으로 균일하게 담지 되도록 하기 때문에 광촉매작용을 발휘하는 것은 담지시킨 이산화티탄 중 표면부분에 담지된 것으로 한정되며, 담지된 대부분의 티탄 입자는 광촉매 반응을 발휘하지 않는다. 그러므로 담지시킨 광촉매의 양에 비하여 효율은 나빠진다.
본원 발명은 매우 간단한 구성으로 담지한 광촉매의 촉매작용을 최대한으로 발휘시킬 수 있는 공기정화장치 및 광촉매담지성형체를 제공하는 것이다.
본원의 청구범위 1에 기재된 발명과 관련한 공기정화장치는 내부공간을 둘러싼 벽부에 복수의 공기유통 구멍을 만든 통 모양의 본체와, 상기의 내부공간에 배치되어서 상기 벽부의 내측면을 향하여 빛을 조사하는 광조사 장치를 갖추고 있으며, 빛이 조사되는 상기 벽부를 다공질 성형체로 형성하고, 상기 다공질 성형체의 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부를 배열하여 형성함으로써 상기 광조사 장치로부터 빛을 수광하도록 함과 동시에, 상기 공기유통 구멍을 상기 각 요부의 저부에 설치하며, 상기 다공질 성형체의 내측면 표층부에 상기의 빛에 따라 광촉매 반응을 일으키는 분체상 광촉매를 담지시켜, 상기 공기유통 구멍을 통하여 유통하는 공기가 상기 광촉매를 담지한 상기 요부 인근을 통과하도록 구성한 것을 특징으로 한다.
본원 발명에서는, 정화 대상인 공기는 통 모양의 본체 벽부에 있는 복수의 공기유통 구멍을 통하여 내부공간으로 출입한다. 상기의 공기유통 구멍을 만든 부위는 내부공간을 둘러싼 벽부라도 좋고, 주변 벽부, 상벽부 및 하벽부 어느 부위에나 만들 수 있다. 상기의 공기유통 구멍은 주변 벽부 또는 상벽부에 만드는 것이 가장 바람직하다. 상기의 공기 출입은 실내 공기 유동을 이용해도 좋고, 팬 등을 이용하여 강제적으로 출입하도록 만들 수도 있다.
또 상기의 공기 유통 구멍은 상기의 통 모양의 본체 벽부에 형성되어 있기 때문에 유통되는 공기의 대부분은 광촉매를 담지시킨 상기의 다공질 성형체의 내면 표층부 주변을 통과하게 된다. 한편 상기의 공기정화장치에서는 내면 표층부에 빛이 조사되도록 구성되어 있다. 따라서 공기를 상기의 표층부 근처를 유동시켜서 광촉매가 효율적으로 작용하도록 할 수 있다.
상기의 통 모양의 본체 형태는 특별히 그 구성이 한정되지 않으며, 원통 모양이나 다각형통 모양의 형태를 채용할 수 있다. 특히 통 모양의 형태를 채용하고 그 중심축을 따라서 막대 모양의 광조사 장치를 구성함으로써 근접한 거리에서 상기의 통 모양의 본체 내면 전체에 강한 빛을 조사할 수 있다. 또 하나의 광원으로 넓은 면적에 빛을 조사하기 때문에 공기정화 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 장치의 소형화를 구현할 수 있다. 상기의 공기 유통 구멍의 형태나 갯수도 특별히 한정되지는 않는다. 상기의 통 모양의 본체 형태나 크기 등에 맞추어서 광촉매 작용을 최대한으로 발휘시킬 수 있는 공기의 흐름이 발생하는 공기 유통 구멍의 형태를 채용하면 된다.
상기의 광촉매를 담지시키는 다공질 성형체는 빛이 조사되는 부분에만 설치되어도 충분하다. 따라서 외측을 금속 등의 강도가 높은 재료로 형성하고, 내면에 상기의 다공질 성형체를 배치해서 구성할 수도 있으며, 다공질 성형체 만으로 상기의 통 모양의 본체 전체를 구성할 수도 있다. 또한 빛이 조사되는 내면에 상기 요철부를 형성하여 빛을 조사할 수 있는 면적을 증가시키는 것이 가능하여, 보다 많은 광촉매를 담지시킬 수 있다. 그리고, 상기 공기유통 구멍을 통하여 유통하는 공기가 광촉매를 담지한 요철부 인근을 통과하도록 하여, 효율적으로 광촉매를 작용시키는 것이 가능하다.
청구범위 2에 기재된 발명과 같이 상기의 다공질 성형체는 셀룰로스 섬유를 주성분으로 하는 재료를 펄프 몰드에 의하여 성형될 수 있다. 셀룰로스 섬유로 이루어진 성형체는 공극율(틈 비율)이 높고 분체상의 광촉매를 각 섬유간의 틈에 유지시킬 수 있다. 또한, 펄프 등의 자연 재료로 제조되는 셀룰로스 섬유의 표면에는 미세한 틈이 있으며, 이 틈에 분체상 광촉매를 유지시킬 수 있다. 그러므로 바인더 등의 담지 성분을 이용하거나 상당히 적은 양으로 분체상 광촉매를 유지시킬 수 있다. 따라서 각 광촉매 표면을 바인더 등으로 피복하지 않더라도 높은 광촉매 작용을 발휘할 수 있다.
셀룰로스 섬유는 자외선 투과율이 높기 때문에 표면뿐만 아니라 표면에서 어느 정도의 깊은 표층부까지 도달한다. 따라서 빛이 닿는 넓은 범위 내에서 성형체의 내부에 담지시킨 광촉매 작용도 일어날 가능성이 있으므로 종래에는 없는 효과를 발휘하는 것도 가능해진다.
본원의 청구범위 3에 기재된 발명은 상기의 광촉매가 내면 표층부내의 소정의 깊이의 범위로 담지되어 있다.
셀룰로스 섬유를 주성분으로 하는 펄프 몰드 성형체 표면에 물 등의 액체 캐리어에 분체 모양과 같은 광촉매를 분산시킨 것을 침투시켜 보면, 모세관 현상에 의하여 분체상 광촉매가 표층부의 일정 깊이 부위까지 운반된다. 또한 분체상 광촉매는 표면 측일수록 많이 담지되게 되며, 분체상의 광촉매를 밀도구배로 담지시킬 수 있다.
상기의 제조방법에 따라 많은 빛이 조사되는 표면 주변에 많은 광촉매를 담지시킬 수 있으며, 동시에 내부에 담지시킨 광촉매에도 빛을 조사할 수 있어서 조사된 빛을 효율적으로 이용할 수 있다.
또한, 상기 요부(凹)의 형태는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 청구범위 6에 기재된 발명과 같이 상기의 요부(凹)를 상기의 통 모양의 본체 내측면에서 바깥쪽을 향하여 움푹 들어간 사각 추 형상으로 형성할 수 있다.
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본원의 청구범위 7에 기재된 발명은 상기 본체의 벽부를 상기 복수의 요부(凹)를 연속적으로 배열 형성한 판상 재료를 통 모양으로 형성해서 구성한 것이다. 즉, 판상 재료에 새롭게 공기 유통구멍 및 상기의 요부(凹凸)를 형성하고, 판상 재료를 접거나 또는 구부려서 통 모양으로 형성한 것이다. 이에 따라서 통 모양의 본체를 상당히 용이하기 형성할 수 있다.
본원 발명과 관련한 공기정화장치에서는 공기를 유동시키는 수단을 다양하게 채용할 수 있다. 예를 들면, 선풍기 등으로 외부공간에 공기 유동을 일으켜서 그 공기 유동을 이용할 수 있다. 또한, 공기 유통구멍 주변에 배출 또는 흡입 팬을 만들어서 공기를 강제적으로 출입하도록 할 수 있다.
또한, 본원의 청구범위 8에 기재된 발명과 같이 상기 본체는, 상기 복수의 공기유통 구멍이 형성된 상기 벽부와, 상기 벽부의 아래 테두리에 연결되고 하부 공기유통 구멍이 형성된 베이스 부재와, 상기 벽부의 위 테두리에 연결되고 상부 공기유통 구멍이 형성된 상부재를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기의 광조사 장치의 발열에 의하여 상기의 내부공간 내의 공기가 상기 상부재의 상부 공기유통 구멍에서 배출되고, 외부의 공기가 상기 벽부의 공기유통 구멍과 상기 베이스 부재의 하부 공기유통 구멍으로부터 상기 내부공간으로 유입되도록 구성할 수 있다.
상기의 광조사 장치는 각종 광원을 채용할 수 있으며, 광촉매의 촉매 작용을 높이기 위하여 파장이 300nm에서 400nm의 자외선을 발생하는 광원을 채용하는 것이 바람직하다. 특히, 가시광선을 차단한 블랙 라이트를 채용하는 것이 바람직하다.
상기의 광조사 장치의 발열을 이용함으로써 소음을 발생시키지 않고 본체 내로 공기를 넣어서 광촉매 작용을 일으킬 수 있다. 그렇지만 본원 발명에서는 공기가 주변 벽부 등에 만들어 놓은 복수의 공기 유통 구멍을 통하여 통 모양의 공간으로 유입되어서 상부 방향으로 유도되기 때문에 팬을 이용하지 않더라도 대량의 공기를 처리하는 것이 가능하다.
본 출원의 청구범위 9에 기재된 발명은, 본체가 다공질 성형체로 형성되어 내부공간을 감싸는 통 모양으로 이루어지고, 상기 다공질 성형체의 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)를 배열하여 형성되며, 복수의 공기유통 구멍이 상기 요부의 저부에 형성되어 주위의 공기를 출입시키고, 상기 내부공간으로 유입된 상기 공기를 광촉매를 담지시킨 상기 요부의 표층부 주변에 유동시킴과 동시에, 상기의 내부공간에 배치된 광조사 장치로부터 상기 요부의 표층부를 향하여 상기 광촉매를 활성화시키는 빛을 조사해서 공기정화를 하는 공기정화방법에 관한 것이다.
본원의 청구범위 10에 기재되어 있는 발명은, 상기 본체가, 상기 복수의 공기유통 구멍이 형성된 상기 벽부와, 상기 벽부의 아래 테두리에 연결되고 하부 공기유통 구멍이 형성된 베이스 부재와, 상기 벽부의 위 테두리에 연결되고 상부 공기유통 구멍이 형성된 상부재를 포함하며, 상기 내부공간 내의 공기를 상기 광조사 장치에서 발생하는 열에 의하여 위 방향으로 유동시켜서 상기 상부 공기유통 구멍을 통하여 배출시킴과 동시에, 상기 벽부의 공기유통 구멍과 상기 하부 공기유통 구멍을 통하여 외부 공기를 상기 내부공간으로 유입시키는 공기정화방법에 관한 것이다.
본 출원의 청구범위 11에 기재된 발명은, 섬유재료를 주성분으로 하는 다공질 성형체로 형성되어 내부공간을 둘러싼 통 모양의 벽부로 이루어지며, 상기 벽부에는 상기 다공질 성형체의 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)가 배열되고 상기 요부의 저부에 복수의 공기유통 구멍이 형성되며, 상기 요부의 내측면 표층부에 분체상의 광촉매를 담지시킨 광촉매담지성형체에 관한 것이다.
본원발명에 따르는 광촉매담지성형체에서는 상기의 공기유통 구멍을 통하여 내부공간으로 출입하는 공기를 광촉매를 담지시킨 표층부 주변으로 유동시켜 광촉매를 작용시킬 수 있다.
상기 요부를 형성시켜, 광이 조사되는 면적을 증가시킬 수 있다. 또한 광촉매를 담지시킬 수 있는 양도 증가한다. 상기의 분체상의 광촉매는 상기 표층부 표면에서부터 소정의 깊이 부위까지 밀도구배로 담지시키는 것이 좋다. 빛을 조사한 경우 표면에 존재하는 광촉매뿐만 아니라, 내부에 존재하는 광촉매까지 광촉매 작용을 발휘시키는 것이 가능하기 때문이다.
상기의 섬유재료는 특별하게 한정하지는 않지만 친수성의 표면특성을 갖는 섬유소재를 이용하는 것이 좋다. 광촉매는 수분의 존재 하에서 촉매 작용을 발휘하기 때문이다. 예를 들면, 셀룰로스 섬유, 아크릴 섬유 등을 채용할 수 있다.
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본원의 청구범위 14에 기재된 발명은 상기의 다공질 성형체가 셀루로스 섬유를 주성분으로 하는 펄프몰드 성형체이며, 상기의 분체상 광촉매가 상기 성형체 표층에서 상기 섬유의 틈이나 상기 섬유 표면의 미세공에 담지되어 있다.
섬유재료 틈에 들어가도록 광촉매를 담지함으로써 바인더 등을 사용할 필요가 없을 뿐 아니라, 그 양을 상당히 줄이는 것이 가능하다. 따라서 바인더 성분이 광촉매의 표면을 덮는 형상이 없어지고 촉매작용을 충분히 발휘할 수 있다. 또한, 셀루로스 섬유 표면에는 다수의 섬유공이 존재하여 분체상 광촉매를 확실하게 담지시킬 수 있다.
섬유 재료로써 셀루로스를 채용하면 공기 중의 수분을 끌어당겨서 광촉매의 촉매작용을 충분히 발휘하도록 할 수 있다. 또한, 펄프 몰드법으로 성형함으로써 공공율(空孔率)이 클 뿐만 아니라 강도가 높은 통 모양의 성형체를 형성할 수 있다.
광촉매로 여러 종류를 채용할 수 있으며, 본원의 청구범위 15에 기재된 발명과 같이 이산화티탄을 주성분으로 하는 분체상 광촉매를 채용할 수 있다. 특히 아나타이제(anatase) 형 이산화티탄을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 분체의 입도는 적을수록 표면적이 커져서 높은 광촉매 반응을 기대할 수 있다. 예를 들면 분체상 광촉매의 평균 입도가 0.1㎛에서 0.01㎛인 것을 채용하는 것이 바람직하다.
본원의 청구범위 16에 기재된 발명은 분체상 광촉매를 다공질 성형체의 표층부에 담지시킨 광촉매담지성형체의 제조방법이며, 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)가 배열되어 형성되고 상기 요부의 저부에 복수의 공기유통 구멍이 형성되는 상기 다공질 성형체를 성형하는 성형공정과, 상기 분체상 광촉매를 소정의 농도로 분산시킨 액체 캐리어를 상기 다공질 성형체의 표면에서 모세관현상을 이용하여 침투시킴으로써 상기 분체상 광촉매를 상기 다공질 성형체의 요부의 표층부에 담지시키는 광촉매 담지공정과, 상기 액체 캐리어를 기화시켜서 상기 다공질 성형체 내부에 상기의 분체상 광촉매를 고정하는 건조공정을 포함하는 것이다.
상기의 다공질 성형체를 형성하는 방법은 특별하게 한정된 것은 없다. 예를 들면, 열가역성 수지섬유로 형성한 직물이나 부직포를 열 세트해서 성형체를 형성할 수 있다. 또한, 종이뜨기 방법에서 각종 섬유를 소정의 성형 형태 내에 집적시켜서 성형체를 형성할 수 있다. 예를 들면, 펄프 몰드법을 채용할 수 있다.
상기의 액체 캐리어로는 각종 액체를 채용할 수 있으며, 상기 다공질체를 구성하는 섬유재료 등의 표면 특성에 맞추어서 모세관현상으로 침투할 수 있는 특성을 갖는 것을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 분말상 광촉매를 다공질체에 담지시킨 후에 기화시켜서 제거하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 셀루로스 섬유 등의 친수성 섬유로 형성된 디공질체를 채용한 경우에는 액체 캐리어로 물을 채용할 수 있다. 또 상기의 액체 캐리어를 다공질 성형체 표면에 적용하는 방법으로 불어넣기(spraying), 딥핑(dipping) 등을 채용할 수 있다.
본원발명에 따르는 관련한 공기정화장치에서는 통 모양의 본체 내면에 만들어 놓은 다공질성형체의 내측 표층부에 광촉매를 담지시키고, 내부공간을 둘러싼 벽부에 만들어 놓은 공기유통 구멍을 통하여 공기를 내부공간으로 출입 시킴과 동시에, 상기의 내측 표층부에 자외선을 조사하는 방법을 통하여 매우 간단한 구성으로 효율 높은 공기정화장치를 제작할 수 있다.
또한 장치 구성이 간단하여 장치제조를 용이하게 할 수 있을 뿐 아니라 제조 코스트를 낮출 수 있다.
도1은 본원 발명의 실시 형태에 따른 공기정화장치의 외관 사시도이다.
도2는 도1의 공기정화장치의 정면도이다.
도3은 도1의 공기정화장치의 축 단면도이다.
도4는 도1의 공기정화장치의 주변 벽부를 구성하는 판상 부재를 나타낸 도면이다.
도5는 도4의 V-V선에 따른 단면도이다.
도6은 도4의 판상 부재를 원통 모양으로 형성한 상태를 나타낸 단면도이다.
도7은 공기정화장치의 내면 표층부의 구조 및 작용을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도1은 본원 발명과 관련한 공기정화장치의 전체 사시도이며, 도2는 그 정면도이다. 상기의 도면에 도시된 바와 같이 본원 발명과 관련한 공기정화장치는 통 모양의 본체(2)와, 상기 통 모양 본체(2)의 내부 공간(3)에 설치된 자외선 조사용 광조사 장치(4)로 구성되어 있다.
도2 및 도3에 도시되어 있는 바와 같이 상기 통 모양의 본체(2)는 반경 방향 외측으로 팽창하여 돌출된 팽출부(5)가 배열 형성된 주변 벽부(6)와, 상기 주변 벽(6)의 아래 테두리부에 연결된 베이스 부재(7)와, 상기 주변 벽부(6)의 상 테두리 부에 연결된 환상(環狀)의 상부재(8)로 구성되어 있다.
도5에 도시된 바와 같이 상기 팽출부(5)의 내측에는 사각 추 형상의 내면(10)을 갖는 요부(凹)(9)가 형성되어 있다. 이러한 내면(10)에 상기 광조사 장치(4)로부터 빛을 조사할 수 있도록 상기의 팽출부(5)나 요부(9)의 형상 등이 설정되어 있다. 상기 요부(9)가 구성되어 있음으로써 상기 광조사 장치(4)에서 조사되 는 빛의 수광면 면적이 대폭적으로 증가한다. 또한, 본 실시 형태에서는 상기의 팽출부(5)를 동일 두께로 형성함으로써 이에 대응한 형태의 상기 요부(9)가 형성되는데, 상기의 팽출부(5)의 외형과 상기 요부(9)의 내면 형상이 서로 다르게 형성하는 것도 가능하다. 상기의 각 요부(9)의 저부(11)에는 원형의 공기유통 구멍(12)이 형성되어 있다.
본 실시 형태에 관한 상기의 주변 벽부(6)는 도4에 있는 판상부재 (13)를 도6에 도시되어 있듯이 대략 8각 통 모양으로 구부려서 형성하는 형태로 되어 있다. 상기 판상 부재(13)는 셀루로스를 주성분으로 하는 섬유재료를 펄프 몰드법에 의하여 두께 약 2mm로 일체 성형하는 방식으로 형성되어 있다. 상기의 판상 부재(13)에는 상기의 공기유통 구멍(12)을 갖는 상기 팽출부(5)나 요부(9)가 나열식 모양으로 형성되어 있으며, 길이 방향의 테두리 부에 위치하는 팽출부(5)나 요부(9)를 상호 마주 겹치게 함으로써 상기의 8각 통 모양의 주변 벽부(6)가 형성되어 있다.
상기의 베이스 부재(7)는 원반상처럼 형성되어 있으며, 주변 테두리부가 상기 주변 벽부(6)의 하부 테두리 부에 끼워진 것 같은 형태로 조립되어 있다. 상기의 베이스 부재(7)의 내면 중앙부에는 소켓(14)이 유지되어 있으며, 상기 소켓(14)에 자외선 램프(15)가 접속되어 있고, 상기의 광조사 장치(4)가 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 상기의 베이스 부재(7)에도 도면에 나타내지 않은 작은 공기유통 구멍을 형성하고 있으며, 상기 통 모양 본체를 세워서 설치하기 위한 복수의 다리부(16)가 형성되어 있다. 상기의 베이스 부재(7)도 상기 주변 벽부(6)와 동일한 펄프 몰드 성형품으로 일체 성형되어 있다.
상기의 광조사 장치(4)의 형태도 상기의 구성으로 한정되지는 않으며, 상기의 통 모양의 본체(2)의 내면에 자외선을 조사할 수 있는 형태의 것을 채용하면 된다. 또한, 이산화티탄이 촉매작용을 발휘하도록 하기 위하여 파장이 300nm에서 400nm의 자외선을 발생하며, 동시에 가시광선을 차단한 블랙 라이트를 채용하는 것도 바람직하다.
상기 상부재(8)는 대략 환상으로 형성되어 있으며, 도1 및 도2에 도시되어 있듯이 외주 테두리부가 상기 주변 벽부(6)의 상부 테두리부에 끼워서 연결되었다. 중앙부에는 상기 주변 벽부(6)에 형성된 공기유통 구멍(12)보다 큰 상기 공기유통 구멍(17)이 형성되어 있다.
상기 셀루로스 섬유재료로 각종 원료를 채용할 수 있다. 버진 펄프 재료를 이용하여 형성하는 것도 가능하며, 오래된 종이 등을 이용하여 형성할 수도 있다.
본 실시 형태는 상기의 상부재(8), 주변 벽부(6) 및 베이스 부재(7)의 내면에 분체상의 이산화티탄이 담지되어 있다. 본 실시 형태에서는 평균 입도가 0.01~0.05㎛의 이산화티탄을 채용하고 있다. 바람직한 것은 아나다이제(anatase)형 결정구조를 갖는 이산화티탄 성분이 많은 것을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 이산화티탄 대비 표면적도 특별히 한정된 것은 없지만 50~300평방미터/g의 것을 채용하는 것이 좋다. 또한, 상기 분체상 이산화티탄을 섬유에 고정하기 위하여 소량의 바인더를 이용할 수도 있으며, 바인더를 이용하지 않고 다공질체에 담지시키는 것이 좋다. 바인더로 수지계통의 것이나 점토 성분을 함유하고 있는 것을 채용할 수도 있다.
상기 구성의 공기정화장치(1)에서 상기의 광조사장치(4)를 점등시키면 자외선이 상기의 상부재(8), 상기 주변 벽부(6) 및 베이스 부재(7)의 내면에 조사되며, 광촉매 효과를 발휘해서 내면 표층부 주변을 유통하는 공기를 정화할 수 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 통 모양의 본체(2)의 벽부 전체에 다수의 공기유통 구멍을 만들었기 때문에 선풍기나 환풍기 등에 의하여 실내공기를 유동시키는 것만으로도 외부공기를 상기의 통 모양 본체의 내부로 유입시켜서 정화시킬 수 있다.
또 상기의 통 모양의 본체(2)의 내부공간(3)의 중앙부에 축 방향으로 되어 있는 광조사 장치(4)를 만들었기 때문에 상기 광조사 장치(4)가 통 모양의 본체 내의 공기를 가열한다. 한편, 상기의 상부재(8)에는 커다란 공기 유통 구멍(17)이 형성되어 있기 때문에 외부가 무풍상태라도 상기 내부공간(3) 내에서 상승기류가 발생한다. 이러한 상승기류에 의하여 내부공간(3)의 공기를 상기의 상부재(8)의 공기유통 구멍(17)을 통하여 배출함과 동시에 주변 벽부(6)나 베이스 부재(7)에 있는 공기유통 구멍을 통하여 외부 공기를 내부공간(3)으로 유입시킬 수 있다. 따라서 무풍 상태에서도 정화 작용을 발휘할 수 있다.
본 실시 형태에서 분체상 탄화티탄은 상기의 통 모양의 본체(2)를 구성하는 각 부재의 표층부 섬유 틈새에서 바인더 등을 이용하지 않고 유지되고 있다. 따라서 분체상의 이산화티탄의 표면이 바인더 등에 의하여 덮이지 않고 표층부 주변을 통과하는 공기에 대하여 광촉매가 효율적으로 작용할 수 있다.
펄프 몰드로 형성된 상기 판상재료(13), 베이스 부재(7) 및 상 부재(8)의 내면 측에 액상 캐리어에 분산된 분체상 이산화티탄을 불어넣는 광촉매담지공정이 실 시되었다. 본 실시 형태에서는 수분을 액체 캐리어로 채용하고 있으며, 분말 모양의 이산화티탄을 약 3~8용적 %를 분산시킨 물을 상기 판상부재(13)의 표면에 불어넣어서 100 평방 센티미터 당 약 0.7 그램의 이산화티탄을 담지시킨다. 그 후에 상기 판상재료(13)를 옥외 또는 건조장치에 의하여 건조시키고, 상부재 액체 캐리어를 제거한다. 그 후에 주변 벽부(6)와 베이스 부재(7)와, 상부재(8)를 조립해서 통상 본체(2)를 형성한다.
본원 발명에서는 상기의 분체상 이산화티탄을 이용하여 섬유에 담지 시키지 않고, 캐리어 액체로써 상기 수분이 표층부의 섬유간 또는 셀루로스 섬유 내의 미세 구멍으로 스며들어가는 모세관현상을 이용하여 상기 분말상 이산화티탄을 각 섬유간 또는 섬유 미세공으로 운반해서 담지시킨다. 이에 따라서 바인더 등을 전혀 이용하지 않거나 또는 극히 적은 양으로 분체상 산화티탄을 주변 벽부(6)의 표층부에 확실하게 담지시킬 수 있다.
도7에 본 실시 형태와 관련한 재료(13)의 표층부(18)에 이산화티탄(19)를 담지시킨 구조 및 작용을 모식적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이 분체상 이산화티탄(19)은 판상재료(13)의 표면으로부터 일정 두께까지, 즉 표층부(18)에 담지되어 있다. 한편, 셀루로스 섬유는 자외선 투과율이 높으며, 상기 판상재료(13)의 공극률은 크다. 상기 공극의 크기는 이산화티탄 입도에 비하여 훨씬 크다. 그러므로 광조사장치(4)에서 조사되는 빛은 상기 판상부재 표면(20)뿐만 아니라 소정의 일정 깊이까지 도달된다. 상기 표층부(18)는 상기 광조사장치(4)로부터 빛이 도달하는 범위를 의미하며, 다공질체의 공극율 등에 의하여 변화된다.
또한, 본 실시의 형태에서는 빛이 많이 조사되는 표면(20) 측에 가까울수록 많은 이산화티탄이 담지 되도록 구성되어 있다. 따라서 표층부(18)의 주변을 유동하는 공기를 효율적으로 처리할 수 있다. 또한, 표층부를 흐르는 공기는 섬유 공극으로 출입할 수 있다. 그러므로 빛이 도달되는 범위에 담지된 이산화티탄의 광촉매 작용도 이끌어낼 수 있다. 이 결과 내부공간을 유동하는 공기를 효율적으로 정화처리할 수 있다.
그 외에도 본원 발명에서는 통 모양의 본체(2)를 구성하는 각 부재(6, 7, 8) 내면에 이산화티탄을 담지시키고 있기 때문에 사용자의 손이나 팔이 닿는 일도 없다. 또한, 주변 벽부(6)에 형성된 오목부(9)의 표층부에 가장 많은 이산화티탄이 담지되어 있으므로, 통상적인 사용에서는 분체상 이산화티탄이 상기 표층부에서 탈락되는 경우도 없다.
다음은 상기의 제조방법에 따라 제조된 광촉매담지 다공질 성형체의 냄새제거/가스흡착 효과의 시험결과를 나타낸다.
성능시험1
성능시험은 모두 20℃, 65%RH(relative humidity) 항온항습실 내에서 실시하였다.
(1) 시료의 조정
시험편의 크기는 50mm X 50mm으로 하고, 항온항습실 내에 24시간 이상 두었다.
(2) 아세트알데히드 가스의 조정
5L(liter)의 테드라 백에 청정 공기 4L 및 아세트알데히드 수용액 500μL 를 주입한 후에 밀봉하여 24시간 두었다.
(3) 예비시험
5L 의 테드라 백에 공기 4L 및 (2)로 조정한 아세트알데히드 가스를 주입하고, 테드라 백 내의 농도가 2시간 후에 100ppm이 되는 아세트알데히드 가스량을 구하였다.
(4) 냄새제거시험 1 (자외선 조사 없이)
5L의 테드라 백에 청정 공기 4L 및 시험편을 넣고 예비시험으로 구한 아세트알데히드 가스량을 주입한 후에 밀봉했다. 밀봉 후에 암상자(dark box)에 넣어 빛을 차단하고 24시간 후의 테드라 백 내의 아세트알데히드 가스 농도를 가스 검지관(GASTEC사 제조)을 이용하여 측정하였다.
(5) 냄새제거시험 2 (자외선 조사 있음)
5L의 테드라 백에 청정 공기 4L 및 시험편을 넣고, 예비시험으로 구한 아세트알데히드 가스량을 주입한 후에 밀봉했다. 밀봉 후 자외선을 조사하고, 24시간 후 테드라 백 내의 아세트알데히드 가스농도를 가스 검지관(GASTEC사 제조)을 이용하여 측정하였다.
(6) 상기 시험은 2회 실시하고 평균치는 표1과 같다.
[표1]
시료명 아세트알데히드 농도 (ppm)
자외선 조사 없음 자외선 조사 있음
브랭크(blank) 시험 90 60
이산화티탄 시트 80 1이하
(단위 : ppm)
상기 시험결과를 통하여 본 실시 형태에 관한 다공질 성형체에 자외선을 조 사함으로써 높은 냄새제거 효과를 발휘하는 것이 명백해졌다.

Claims (17)

  1. 내부공간을 감싸는 벽부에 복수의 공기유통 구멍을 만든 통 모양의 본체와, 상기의 내부공간에 배치되며 상기의 벽부의 내측면을 향하여 빛을 조사하는 광조사 장치를 갖추고,
    빛이 조사되는 상기 벽부를 다공질 성형체로 형성하고,
    상기 다공질 성형체의 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)를 배열하여 형성함으로써 상기 광조사 장치로부터 빛을 수광하도록 함과 동시에, 상기 공기유통 구멍을 상기 각 요부(凹)의 저부에 설치하며,
    상기 다공질 성형체의 내측면 표층부에 상기의 빛에 의하여 촉매반응을 일으키는 분체상 광촉매를 담지시켜, 상기 공기유통 구멍을 통하여 유통하는 공기가 상기 광촉매를 담지한 상기 요부(凹) 인근을 통과하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기의 다공질 성형체는 셀루로스 섬유를 성분으로 포함하는 재료를 펄프 몰드로 성형해서 구성된 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 분체상 광촉매가 상기 다공질 성형체의 내측면 표층부에 소정 깊이의 범위로 담지된 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 요부(凹)는 상기 통 모양의 본체 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 사각 추 형상인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체의 벽부는 상기 복수의 요부(凹)를 연속적으로 배열 형성한 판상 재료를 통 모양으로 성형해서 구성한 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 복수의 공기유통 구멍이 형성된 상기 벽부와,
    상기 벽부의 아래 테두리에 연결되고 하부 공기유통 구멍이 형성된 베이스 부재와,
    상기 벽부의 위 테두리에 연결되고 상부 공기유통 구멍이 형성된 상부재를 포함하며,
    상기 광조사 장치의 발열에 따라 상기 내부공간 내의 공기가 상기 상부재의 상기 상부 공기유통 구멍에서 배출되고, 외부의 공기가 상기 벽부의 상기 공기유통 구멍과 상기 베이스 부재의 상기 하부 공기유통 구멍으로부터 상기 내부공간으로 유입되는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  9. 다공질 성형체로 형성되어 내부공간을 감싸는 통 모양으로 이루어지고, 상기 다공질 성형체의 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)를 배열하여 형성된 본체에, 복수의 공기유통 구멍이 상기 요부의 저부에 형성되어 주위의 공기를 출입시키고,
    상기 내부공간으로 유입된 상기 공기를 광촉매를 담지시킨 상기 요부의 표층부 주변을 유동시킴과 동시에 상기 내부공간에 배치한 광조사 장치로부터 상기 요부의 표층부를 향해서 상기 광촉매를 활성화시키는 빛을 조사하여 공기정화를 하는 공기정화방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 본체는, 상기 복수의 공기유통 구멍이 형성된 벽부와, 상기 벽부의 아래 테두리에 연결되고 하부 공기유통 구멍이 형성된 베이스 부재와, 상기 벽부의 위 테두리에 연결되고 상부 공기유통 구멍이 형성된 상부재를 포함하며,
    상기 내부공간 내의 공기를 상기 광조사 장치에서 발생하는 열에 의하여 위쪽으로 유동시켜서 상기 상부 공기유통 구멍을 통하여 배출함과 동시에, 상기 벽부의 공기유통 구멍과 상기 하부 공기유통 구멍을 통하여 외부 공기를 상기 내부공간으로 유입시키는 것을 특징으로 하는 공기정화방법.
  11. 섬유재료를 성분으로 포함하는 다공질 성형체로 형성되어 내부공간을 감싸는 통 모양의 벽부로 이루어지며,
    상기 벽부에는 상기 다공질 성형체의 내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)가 배열되고 상기 요부의 저부에 복수의 공기유통 구멍이 형성되며,
    상기 요부의 내측면 표층부에 분체상 광촉매를 담지시킨 광촉매담지성형체.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기의 다공질 성형체가 셀루로스 섬유를 성분으로 포함하는 펄프 모드 성형체이며, 상기의 분체상 광촉매가 상기 성형체의 표층부에서 상기 섬유의 틈이나 상기 섬유 표면의 미세공에 담지되는 것을 특징으로 하는 광촉매담지성형체.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기의 분체상 광촉매가 산화티탄을 성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매담지성형체.
  16. 분체상 광촉매를 다공질성형체의 표층부에 담지 시킨 광촉매 담지성형체의 제조 방법에서,
    내측면으로부터 외측 방향을 향하여 들어간 복수의 요부(凹)가 배열되어 형성되고 상기 요부의 저부에 복수의 공기유통 구멍이 형성되는 상기 다공질 성형체를 성형하는 성형공정과,
    상기 분체상 광촉매를 소정의 농도로 분산시킨 액체 캐리어를 상기 다공질 성형체의 표면에서 모세관현상을 이용하여 침투시킴으로써 상기 분체상 광촉매를 상기의 다공질 성형체의 상기 요부의 표층부에 담지시키는 광촉매 담지공정과;
    상기의 액체 캐리어를 기화시켜서 상기 다공질 성형체의 내부에 상기 분체상 광촉매를 고정하는 건조공정을 포함하는 광촉매담지성형체의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 분체상 광촉매를 분산시킨 상기 액체 캐리어를 상기 다공질 성형체의 표면에 분무함으로써 상기 분체상 광촉매를 상기 다공질 성형체의 상기 요부의 표층부에 담지시키는 것을 특징으로 하는 광촉매담지성형체의 제조방법.
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