KR101554274B1

KR101554274B1 - 오존 제거 필터 및 이를 구비한 오존 제거 장치

Info

Publication number: KR101554274B1
Application number: KR1020130166551A
Authority: KR
Inventors: 이충훈; 김재훈
Original assignee: 원광대학교산학협력단
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2015-09-18
Also published as: KR20150077751A

Abstract

본 발명은 공기 중에 존재하는 오존(O₃)을 신속하고 효율적으로 제거하기 위한 오존 제거 필터 및 이를 구비한 오존 제거 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 오존제거필터는 실리콘 기판에 성장된 실리콘 나노 와이어를 포함하고, 실리콘 나노 와이어는 오존(O₃)과 반응하는 다음의 반응식; O₃ + Si -> SiO₂ + O₂을 만족한다.
따라서 기존의 오존제거촉매에 비해 보다 저렴하고 안정적인 오존제거필터를 제공할 수 있다.

Description

오존 제거 필터 및 이를 구비한 오존 제거 장치{OZONE REMOVING FILTER AND APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 공기 중에 존재하는 오존(O₃)을 신속하고 효율적으로 제거하기 위한 오존 제거 필터 및 이를 구비한 오존 제거 장치에 관한 것이다.

오존은 그리스어인 OZEIN(냄새나다)에서 유래되었으며 1840년 숀 베인이 오존이라 명명했다. 오존은 3개의 산소원자가 4가지 형상의 공명구조로 결합된 형태로 존재하며, 오존의 물에 대한 용해도는 산소보다 수배~수십 배 크지만, 온도와 압력에 큰 영향을 받는다.

오존은 불소 다음으로 강력한 산화력을 가진 것으로 알려져 있으며 살균, 탈취, 탈색, 유/무기물과의 반응성이 좋아 상수도 처리, 오수 처리, 하수소독 처리, 폐수 처리, 분뇨 처리, 펄프 및 제지의 표백, 의약품 제조 화학 공업, 공장 용수의 살균, 지하수의 소독 탈취 등에 이용되고 있다.

오존의 발생은 주로 산소에 물리, 화학적인 자극으로 에너지를 가해 오존으로 변화시키는 것인데, 무성방전법, 전해법, 광화학법, 고주파 전계법, 방사선 조사법 등이 있으나 산업 쪽에서는 무성방전방식이 에너지 효율면, 성능의 안정성, 조작 및 제어의 편리성으로 가장 널리 이용되고 있다.

한편, 이러한 오존은 지하역사, 지하도상가, 공항터미널, 대합실 및 대형건물 내의 공기 중에 존재하는 먼지, PM10, CO₂, HCHO, 총부유세균, CO, NO₂ 및 TVOCs 등을 제거하기 위해서도 사용되는데, 이와 같은 경우에도 오존발생기로 오존을 발생시켜 분해 제거하기 때문에 오존의 사용량이 비교적 많아서 상기의 가스 및 세균을 분해하기 위하여 사용한 오존이 다량 잔존함으로 인체 유해한 오존에 의한 이차 오염이 발생하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 10-0668988호에는, 지하역사, 지하도상가, 공항터미널, 대합실 및 대형건물 내의 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 먼지, 다양한 종류의 인체 유해한 가스 및 세균을 분해 및 여과 처리하여 공기를 정화하는 지하 및 실내공기 정화장치에 관해 개시하고 있는데, 구체적으로 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 먼지, 다양한 종류의 유해가스 및 세균을 장치내부로 흡입하는 흡입 팬과, 상기 흡입 팬에 의하여 유입된 공기 중에 존재하는 다양한 크기의 먼지를 제거하기 위한 먼지제거필터와, 상기 흡입 팬에 의하여 유입된 공기 중에 존재하는 다양한 종류의 인체 유해한 가스들을 오존과 접촉 반응시켜 제거하기 위하여 오존발생기에서 발생된 오존을 장치 내부로 분사시켜 주입하는 수단과, 상기 주입된 오존과 공기 중에 존재하는 다양한 종류의 인체 유해한 가스들과 최대한 많은 접촉을 유도하고 접촉 시간을 늘여 신속한 분해를 유도하는 접촉면적증대촉매를 내장한 필터와, 상기 접촉면적증대촉매를 내장한 필터를 통과한 공기 중에 잔존하는 오존을 분해 제거하기 위한 오존분해촉매를 내장한 필터와, 지하 및 실내공기를 효율적으로 신속하게 정화하기 위하여 시설물 내에 설치된 공조시스템과 신호를 주고받으면서 연동할수 있는 수단을 구비한 지하 및 실내공기정화장치를 개시하고 있다.

전술한 오존 분해 촉매를 내장한 필터의 경우 종래에는 활성탄을 이용하여 활성탄에 형성된 공극 사이에 오존을 흡착하여 제거하는 방식을 사용하는 것이 알려져 있지만 종래의 필터는 단순히 다공질의 활성탄 사이로 오존을 통과시켜 활성탄에 형성된 공극 사이에 오존을 흡착하여 제거함에 따라 오존을 완전하게 처리하지 못하였고 사용자가 배출되는 오존을 흡입하므로써 인체에 악영향을 끼친다는 문제점이 있었고 또한 활성탄을 이용하는 필터의 경우 유지 비용이 비싸다는 단점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점에 기반하여 안출된 발명으로서 종래의 실내 공기 정화 장치, 특히 오존 제거 장치에 사용될 수 있고 기존의 활성탄 필터에 비해 오존 제거 효율이 좋으면서 유지 비용이 저렴한 오존 제거 필터 및 이를 이용한 오존 제거 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 오존을 제거하기 위한 오존제거필터가 제공되고, 오존제거필터는 실리콘 기판에 성장된 실리콘 나노 와이어를 포함하고, 상기 실리콘 나노 와이어는 오존(O₃)과 반응하는 다음의 반응식;

O₃ + Si -> SiO₂ + O을 만족한다.

실리콘 나노 와이어는, 실리콘 기판 상에서 촉매를 이용한 제조 방법(VLS), 레이저를 이용한 촉매 성장 방법(LCG), 또는 열증발방법(Thermal Evaporation Technique), CFCVD(cyclic feeding chemical vapor deposition) 중 어느 하나를 이용하여 제조될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면 오존을 제거하기 위한 오존제거장치가 제공되고, 오존제거장치는, 공기가 흡입되는 공기 흡입부, 흡입된 공기를 여과하기 위한 필터부, 여과된 공기가 배출되는 공기 배출부를 포함하고, 필터부는, 오존을 제거하기 위한 복수의 오존제거필터, 복수의 오존 제거 필터가 수납되는 오존 필터 케이스를 포함하고, 오존제거필터는 실리콘 기판에 성장된 실리콘 나노 와이어를 포함하고, 실리콘 나노 와이어는 오존(O₃)과 반응하는 다음의 반응식;
O₃ + Si -> SiO₂ + O을 만족하도록 형성된다.

또한 오존 필터 케이스는 오존 필터 케이스의 전단부에 설치된 입구부, 오존 필터 케이스의 후단부에 설치된 출구부를 포함하고, 상기 복수의 오존제거필터는 상기 입구부와 출구부 사이에서 폴딩된 공기 통로를 형성하도록 배치된다.

또한 흡입된 공기를 여과하기 위한 필터부는 상기 공기 흡입부와 상기 오존제거필터의 사이에 먼지 제거를 위한 복수의 먼지 제거 필터를 포함하며, 복수의 먼지 제거 필터는 공기 흡입부와 상기 오존제거필터의 사이에 순차적으로 배치된 제1 먼지 제거 필터 및 제2 먼지 제거 필터를 포함하고, 여기서 제1 먼지 제거 필터는 제2 먼지 제거 필터에 비해 더 큰 입자를 여과하도록 구성된다.

또한 공기가 흡입되는 공기 흡입부에는 공기를 흡입하기 위한 흡입팬이 더 설치될 수도 있고, 공기 배출부에 공기 배출을 위한 배출팬이 더 형성될 수도 있다.

복수의 오존제거필터는, 양면에 나노 와이어가 형성되고, 나노 와이어의 양면은 모두 상기 공기 통로에서 공기와 노출되도록 형성되면 좋다.

본 발명에 따르면 실내 공기 정화 장치, 특히 오존 제거 장치에 사용될 수 있고 기존의 활성탄 필터에 비해 오존 제거 효율이 좋으면서 유지 비용이 저렴한 오존 제거 필터 및 이를 이용한 오존 제거 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오존제거장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 오존제거장치의 오존제거필터부와 오존제거필터를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 오존제거필터와 오존과의 반응을 나타내는 도면.
도 4는 오존제거필터부 내의 공기 통로의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.

본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 오존 제거 장치(100)를 개략적으로 도시한 투시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 오존 제거 장치(100)는 공기 흡입부(110), 필터부(120) 및 공기 배출부(130)를 포함하여 이루어진다.

공기를 흡입하는 공기 흡입부(110)의 외측 또는 내측에는 설치되는 공간의 형태과 크기를 고려하여 흡입팬(도시하지 않음)이 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 오존(O₃)을 포함한 공기는 흡입팬 등과 같은 수단에 의해 흡입부(110)를 통해 필터부(120)로 유입된다.

필터부(120)에는 흡입된 공기 중에 포함된 오존(O₃) 이외에도 다양한 크기의 먼지 등을 제거하기 위해 복수의 먼지 제거 필터(121, 122)를 포함한다. 먼지 제거 필터를 설치하지 않더라도 오존을 제거할 수 있지만 유입된 먼지가 오존제거필터(123)에 고착되는 경우 오존과 반응하는 면적이 줄어들어 효과가 감소되므로 먼지 제거 필터를 설치하는 것이 바람직하다.

제1 먼지 제거 필터(121)는 유입된 공기 중에 존재하는 비교적 큰 입자를 가진 먼지를 여과시켜 제거하기 위하여 설치되고, 제2 먼지 제거 필터(122)는 제1 먼지 제거 필터(121)에서 여과되지 않고 통과한 미세 먼지를 제거하기 위해 설치된다. 이와 같이 먼지 제거 필터(121, 122)는 오존 제거 장치(100)의 흡입부(110) 전단부에 고정된다.

본 발명에 따른 오존 제거 장치(100)는 먼지를 제거하기 위한 수단으로 먼지의 크기와 경제성을 고려하여 프리필터, 미디움필터 및 해파 필터 중 적어도 하나 이상 설치할 수 있으며, 설치되는 장소 또는 필요한 공기 정화 정도를 고려하여 이들 필터들을 조합하여 설치할 수 있다.

다음으로 도 2를 참조하여 오존제거필터부(123)에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 오존 제거필터부(123)의 내부 구성을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 오존제거필터부(123)는 오존필터케이스(123a), 오존 필터 케이스(123a)의 전단부에 설치된 입구부(123b), 오존 필터 케이스(123a)의 후단부에 설치된 출구부(123d), 오존 필터 케이스(123a)의 내부에 설치되는 하나 이상의 오존제거필터(123c)를 포함한다.

먼지제거필터(121,122)를 통과한 공기는 오존제거필터부(123)의 입구부(123b)를 통해 유입되고 유입된 공기는 오존제거필터부(123)의 내부에 형성된 기로(air path)를 따라 설치된 하나 이상의 오존제거필터(123c)와 접촉하면서 후단부의 출구부(123d)로 배출되게 된다. 오존제거필터부(123)의 출구부(123d)는 오존제거장치(100)의 공기 배출부(130)와 연결되어 오존이 제거되어 산소로 변환된 공기가 배출된다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 오존제거필터부(123)에 설치된 오존제거필터(123c)로는 실리콘 기판(123c1) 상에 성장된 실리콘 나노 와이어(123c2) 구조물을 이용한다.

실리콘 나노와이어의 성장 방법으로는 촉매를 이용한 제조 방법(VLS), 레이저를 이용한 촉매 성장 방법(LCG), 또는 열증발방법(Thermal Evaporation Technique), CFCVD(cyclic feeding chemical vapor deposition)와 같은 무촉매 제조법(Vapor-solid method)을 통해 제조될 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이 실리콘 나노 와이어(123c2)는 오존(O₃)과 반응하면 Si 표면에 SiO₂가 형성되면서 O₃는 O₂로 변환된다.

식) O₃ + Si -> SiO₂ + O

도 4는 오존제거필터부(123)의 내부 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 오존제거필터부(123)에 설치된 복수의 오존제거필터(123c)는 구불구불한 폴딩 구조의 공기 통로(air path)를 형성하도록 형성되어 오존제거필터부(123)로 들어온 오존이 오존 필터 케이스(123a) 내의 공기 통로 내에서 최대한 오존제거필터(123c)와 접촉하게 함으로써 오존의 제거 효율을 극대화 시키도록 형성된다. 또한 도 4에서와 같이 오존제거필터(123c)는 양측면에서 나노와이어 구조물이 형성되도록 하여 오존과 오존제거필터의 접촉면적을 더욱 극대화시킬 수도 있다.

이와 같이 오존제거필터(123c)를 거쳐 변환된 산소는 오존 필터 케이스(123a)의 출구(123d)를 통해 배출되고 출구(123d)에 연결된 오존 제거 장치의 공기 배출부(130)를 통해 빠져 나간다. 공기의 흐름을 보다 원할하게 하기 위해 배출부(130)에는 공기 흡입부(110)에서와 같이 배기팬(도시하지 않음)이 더 형성되어 있을 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 오존 제거 장치 110: 공기흡입부
120: 필터부 130: 공기 배출부
121: 제1 먼지 제거 필터 122: 제2 먼지 제거 필터
123: 오존제거필터부 123c: 오존제거필터

Claims

오존을 제거하기 위한 오존제거필터에 있어서,
상기 오존제거필터는 실리콘 기판에 성장된 실리콘 나노 와이어를 포함하고,
상기 실리콘 나노 와이어는 오존(O₃)과 반응하는 다음의 반응식;
O₃ + Si -> SiO₂ + O
을 만족하는 것을 특징으로 하는 오존제거필터.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 나노 와이어는, 실리콘 기판 상에서 촉매를 이용한 제조 방법(VLS), 레이저를 이용한 촉매 성장 방법(LCG), 또는 열증발방법(Thermal Evaporation Technique), CFCVD(cyclic feeding chemical vapor deposition) 중 어느 하나를 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 오존제거필터.
오존을 제거하기 위한 오존제거장치에 있어서,
공기가 흡입되는 공기 흡입부,
흡입된 공기를 여과하기 위한 필터부,
여과된 공기가 배출되는 공기 배출부를 포함하고,
상기 필터부는,
오존을 제거하기 위한 복수의 오존제거필터,
복수의 오존 제거 필터가 수납되는 오존 필터 케이스를 포함하고,
상기 오존제거필터는 실리콘 기판에 성장된 실리콘 나노 와이어를 포함하고,
상기 실리콘 나노 와이어는 오존(O₃)과 반응하는 다음의 반응식;
O₃ + Si -> SiO₂ + O
을 만족하는 것을 특징으로 하는 오존제거장치.
제3항에 있어서,
상기 오존 필터 케이스는 오존 필터 케이스의 전단부에 설치된 입구부, 오존 필터 케이스의 후단부에 설치된 출구부를 포함하고,
상기 복수의 오존제거필터는 상기 입구부와 출구부 사이에서 폴딩된 공기 통로를 형성하도록 배치된 것을 특징으로 하는 오존제거장치.
제4항에 있어서,
상기 흡입된 공기를 여과하기 위한 필터부는 상기 공기 흡입부와 상기 오존제거필터의 사이에 먼지 제거를 위한 복수의 먼지 제거 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존제거장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 먼지 제거 필터는 상기 공기 흡입부와 상기 오존제거필터의 사이에 순차적으로 배치된 제1 먼지 제거 필터 및 제2 먼지 제거 필터를 포함하고,
상기 제1 먼지 제거 필터는 제2 먼지 제거 필터에 비해 더 큰 입자를 여과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 오존제거장치.
제6항에 있어서,
상기 공기가 흡입되는 공기 흡입부에는 공기를 흡입하기 위한 흡입팬이 더 설치된 것을 특징으로 하는 오존제거장치.
제7항에 있어서,
상기 복수의 오존제거필터는, 양면에 나노 와이어가 형성되고,
상기 나노 와이어의 양면은 모두 상기 공기 통로에서 공기와 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 오존제거장치.
제7항에 있어서,
상기 공기가 배출되는 공기 배출부에는 공기를 배출하기 위한 배출팬이 더 설치된 것을 특징으로 하는 오존제거장치.