KR101698174B1

KR101698174B1 - 공기 정화용 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기정화기 및 실내용 공기정화기

Info

Publication number: KR101698174B1
Application number: KR1020150036794A
Authority: KR
Inventors: 이경숙
Original assignee: 바이오세라 주식회사; 이경숙
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2017-02-01
Also published as: KR20160111741A

Abstract

본 발명은 공기 정화용 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기정화기 및 실내용 공기정화기에 관한 것으로서, 황토와 탄소입자를 가소성 점토와 혼합하여 성형된 세라믹 성형체를 이용한 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기정화기 및 실내용 공기정화기는 기존 활성탄 필터, 황토 필터에 비해 공기 정화 성능이 우수하고, 장기간 사용이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

공기 정화용 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기정화기 및 실내용 공기정화기{CERAMIC MOLDED ARTICLE CARTRIDGE FOR PURIFYING AIR, CAR AIR PURIFIER AND INDOOR AIR PURIFIER}

본 발명은 공기 정화용 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기정화기 및 실내용 공기정화기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 우수한 공기 정화 기능을 가질 뿐만 아니라 제품의 수명이 길어졌으며, 교체 및 반복 사용이 용이하도록 구성된 세라믹 카트리지 및 이를 포함하여 구성된 차량용 공기정화기와 실내용 공기정화기에 관한 것이다.

일반적으로 우리가 숨쉬는 공기에는 미세먼지, 세균 등이 존재하며, 악취를 퍼트린다. 특히 황사가 발생하면 많은 모래와 미세먼지 등에 의하여 공기가 매우 오염되어 사람의 기관지 등에 악영향을 준다. 또한, 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds, VOC)은 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존 시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질의 총칭이다. 이러한 휘발성 유기화합물은 발암성 물질이며, 대기오염 및 지구온난화의 원인물질이므로 국가마다 배출을 줄이기 위해 정책적으로 관리하고 있다. 이때 유기용매는 액체 상태이므로 배출 관리를 용이하게 할 수 있으나, VOC 가스는 기체 상태로 존재하므로 이를 관리하는 것이 어렵다.

이러한 공기 또는 수질에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거하기 위하여 공기청정기 및 정화장치 등을 사용한다. 이에 사용되는 재료로서 현재 가장 광범위하게 사용되는 것이 활성탄이다.

활성탄은 탄화된 내부 메쉬구조를 이루고 있는 특성상 원적외선방사효과와 더불어 각종 이물질의 흡착율이 우수하여 가정은 물론, 산업현장의 공조기, 역삼투방식 혹은 중공사막방식의 여과필터를 이용하는 정수장치, 탈취제 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 하지만, 활성탄은 내부 기공이 오염물질로 포화되면 더 이상 필터로서의 기능을 하지 못하므로 주기적으로 새로운 활성탄으로 교체가 필수적이다. 따라서, 경제적인 측면이나 환경적인 측면에서 이러한 활성탄의 수명을 향상시키는 것이 필요하다.

또 종래에 사용되던 차량 및 실내에서 사용하는 공기 정화 장치는 자외선, 원적외선, 음이온 등을 이용하는 방법 등이 다양하게 공지되어 있으나, 종래의 이러한 방법들은 VOCs 입자 및 냄새입자 등을 포집하거나 분해하는 능력이 크지 않아 실제적인 공기 정화 효과는 미미하였다.

본 발명의 목적은 공기 중에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거할 수 있는 공기 정화 기능을 가진 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기 정화기 및 실내용 세라믹 공기 정화기를 제공하는데 있다.

상기 본 발명의 목적은 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m²/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체, 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체를 포함하며, 상기 세라믹 지지체는 상기 복수의 세라믹 성형체가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며, 상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 공기정화용 세라믹 카트리지에 의해 달성된다.

또한, 상기 세라믹 성형체는 판상으로 이루어져 있으며, 상기 복수의 세라믹 성형체가 서로 마주하도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 세라믹 지지부는 상기 세라믹 성형체의 일측 양단과 접촉하는 안착부를 더 포함할 수 있다.

상기 세라믹 성형체 간의 간격은 상기 세라믹 성형체 두께의 10 내지 150% 일 수 있다.

상기 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부로 구성되는 제1 세라믹 성형체를 포함할 수 있다.

상기 세라믹 성형체는, 황토 100 중량부에 대하여, 음이온광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성되는 제2 세라믹 성형체를 더 포함할 수 있다.

상기 세라믹 성형체는 제1 세라믹 성형체와 제2 세라믹 성형체의 중량비가 9:1 내지 4:6 일 수 있다.

상기 세라믹 성형체에 포함된 탄소입자는 활성탄, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 세라믹 성형체는 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제, Bacillus속, Pesudomonas속 및 Nitrosomonas속 중 1종 이상의 효모 또는 미생물을 상기 복합성형체의 표면 및 기공 내에 더 포함할 수 있다.

상기 음이온광물은 P₂O₅, Ce₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, ThO₂, Pr₂O₃, SiO₂, Sm₂O₃, CaO, Fe₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃ 및 SO₃ 중에서 선택되는 적어도 2개를 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 해결 수단으로서, 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m²/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체, 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체, 상기 세라믹 지지체 및 상기 세라믹 성형체를 커버하며 공기 유입구와 공기 유출구가 형성된 케이스, 상기 케이스에 연결되어 있으며 공조기 공기 토출구에 결합가능한 체결부를 포함하며, 상기 세라믹 지지체는 상기 복수의 세라믹 성형체가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며, 상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 차량용 세라믹 공기정화기에 의해 달성된다.

상기 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 음이온 광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성되는 제2 세라믹 성형체를 더 포함할 수 있다.

상기 세라믹 성형체는 탄소입자는 활성탄, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 세라믹 공기정화기.

상기 차량용 세라믹 공기정화기의 케이스는 상기 세라믹 성형체를 교환할 수 있도록 사용자가 개폐가능한 구조일 수 있다.

상기 차량용 세라믹 공기정화기의 커버 내에 상기 공조기 공기토출구와 상기 세라믹 성형체 사이에 위치하며, 공조기 공기 먼지를 여과할 수 있는 여과망을 더 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 해결 수단으로, 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m²/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체, 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체, 상기 세라믹 지지체의 일측에 위치한 송풍팬, 상기의 세라믹 성형체, 세라믹 지지체 및 송풍팬을 감싸며, 공기유입구와 공기유출구가 형성되어 있는 커버를 포함한 실내용 세라믹 공기정화기로 달성된다.

상기 세라믹 성형체는, 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부로 구성되는 제1 세라믹 성형체를 포함할 수 있다.

상기 세라믹 성형체는, 황토 100 중량부에 대하여, 음이온 광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성되는 제2 세라믹 성형체를 더 포함할 수 있다.

상기 커버는 상기 세라믹 성형체를 교환할 수 있도록 사용자가 개폐가능할 수 있다.

본 발명의 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기 정화기 및 실내용 세라믹 공기 정화기에 사용된 세라믹 성형체는 소성하지 않아 다량의 미생물에 의한 VOCs 및 냄새입자의 분해 기능을 가지며, 다공성이므로 먼지, VOCs 및 냄새입자 흡착이 용이하고, 다량의 원적외선이 방사되고 음이온이 방출되어 항균 및 탈취작용이 우수하다. 그러므로 세라믹 성형체가 차량 및 실내의 공기 정화기 등에 적용되면 공기 중에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거할 수 있다.

이렇게 인체에 위해를 가하는 물질(미세먼지, 세균, 악취, VOC 등)들이 제거됨으로써 사용자의 건강, 대기오염 및 지구온난화를 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 세라믹 공기 정화 장치는 공기를 정화하는데 다른 에너지가 필요하지 않으며 2차 환경오염이 발생되지 않는다.

또한 본 발명의 세라믹 카트리지는 공기정화기 등에 카트리지 형태로 장착 및 탈착할 수 있어 용이한 교체가 가능하다. 일정 기간 사용한 세라믹 카트리지는 일주일 정도의 회복기를 가지면 VOC 제거 등의 공기 정화 기능이 회복되어 폐기물 발생을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹지지체의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 카트리지의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 카트리지의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 성형체 배열 방법에 대한 다른 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기가 차량 내부에 장착되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 실내용 세라믹 공기정화기의 분해사시도이다.
도 9는 실내용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.

종래의 황토 성형체는 건조공정 후 소성(800-1300℃로 가열)공정을 진행함으로써 우수한 강도를 가질 수 있었다. 그러나, 소성공정을 거치게 되면 성형체의 비표면적은 감소하게 되고, 내부에 있는 황토 유래의 미생물과 효소 등은 모두 고온을 견디지 못하고 소멸한다. 또한, 활성탄은 비표면적이 매우 넓어 미생물 및 VOC 등의 제거 능력이 우수하여, 각종의 공기여과 장치 및 오염된 수질 정화 장치 등에 사용되고 있으나, 일정 시간 이상 사용하게 되면 정화 능력이 크게 감소하며, 재생이 어려워 새로운 활성탄으로 교체를 해 주어야만 일정한 정화 성능을 얻을 수 있었다.

그러나 본 발명은 가소성 점토 및 황토를 활성탄과 혼합함으로서 소성공정을 거치지 않고 성형 후 건조공정만으로 우수한 강도를 가지며, 유해물질(악취, VOC, 미세먼지, 세균 등)을 제거할 수 있고, 일반 활성탄 필터에 비해 장시간 정화 성능이 유지되는 세라믹 성형체를 포함한 카트리지, 상기 세라믹 성형체를 포함하는 차량용 공기정화기 및 실내용 공기정화기에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 세라믹 성형체는 황토를 50 중량 % 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m²/g 이상이고, 밀도가 5.1~7.4 g/cc 일 경우, 황토만 사용한 성형체에 비해 VOC 분해 및 탈취효과가 우수한 것으로 나타났으며, 활성탄으로만 이루어진 정화장치에 비해 정화 성능이 유지되는 시간이 더욱 길게 유지되는 것으로 나타났다.

본 발명에 있어서의 황토(Yellow Soil, Hwangto)란 암석이 화학적 풍화작용을 받아 변질되어 토양화된 풍화잔류토(풍화토)를 의미한다(J. Miner. Soc. Korea, 13, 147-163 (2000) 참조). 황토는 토양의 일종으로서, 암석의 풍화산물이므로 본래의 암석(모암)의 종류와 풍화정도 등에 따라 색, 성분, 물리화학적 성질 등이 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들면, 그 화학적 조성은 이산화규소 45-55 중량%, 알루미나 20-30 중량%, 삼이산화철 10-20 중량%를 주성분으로 하고 미량성분으로 이산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨 및 산화칼륨 등을 0~15% 포함할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 상기 함량 범위로 본 발명에 따른 황토가 제한되는 것은 아니다.

황토는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 철, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 수많은 무기질, 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제 등의 다양한 효소 및 Bacillus속, Pesudomonas속, Nitrosomonas속 등의 다양한 미생물을 함유하고 있다. 이때 효소는 독소제거, 분해력, 및 정화작용의 역할을 하며, 미생물은 VOC를 분해하며, 특히 악취를 이산화탄소와 물로 분해한다.

본 발명에서 사용되는 황토는 다공성 물질로서, 예컨대 표면적이 넓은 벌집구조로서 수많은 구간이 복층 구조를 이루고 있다. 황토의 기공 안으로 태양광선 중 원적외선이 다량으로 흡수 및 저장되고, 방출되는 것으로 알려져 있다. 또한, 황토는 다공성 물질로서 높은 비표면적에 의해 미세먼지, 세균, 악취 등을 흡착하는 능력이 우수하다.

이에 따라, 본 발명에 따른 황토-탄소입자 복합성형체는 황토가 함유하고 있던 여러 유기물, 예를 들면 효소나 미생물 등이 상기 복합성형체의 표면 및 기공 내에 다량 존재하며, 활성탄 표면에 흡착된 오염 물질들을 제거 및/또는 분해함으로써 황토-탄소입자 복합성형체의 공기정화 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 물론, 상기 언급한 명칭의 미생물 외에도 황토에 함유되어 있는 미생물 및 기타 유기물이라면 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체 내에 존재하는 효모 및 미생물 등은 복합성형체에서 채취한 시료를 미생물 배양하는 방법을 통해 용이하게 검출 가능하다.

본 발명의 가소성 점토는 황토의 점력을 더욱 증가시켜 소성공정을 거치지 않고 건조공정만으로도 황토-탄소입자 복합성형체가 우수한 강도를 갖도록 성형을 할 수 있도록 해준다. 또한 가소성 점토는 물을 첨가하여 원하는 형상으로 성형한 후 수분을 건조시키더라도 성형시 모양과 강도가 계속 유지되는 것이 바람직하며, 예를 들면 벤토나이트, 게르마늄, 몬모릴로나이트 및 견운모로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 또는 2종 이상이다. 이때 바람직하게는 벤토나이트나 몬모리로나이트를 사용하는 것이다.

상기의 가소성 점토는 이산화규소 71-73 중량%, 알루미나 14-16 중량%를 주성분으로 하며, 소량 성분으로서 삼이산화철, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨, 및 산화칼륨 중에서 2종 이상이 11-15 중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 자연에서 얻어지는 가소성 점토의 함량이 이에 미치지 못할 경우에는 필요한 성분을 추가하여 사용할 수 있다.

상기 탄소입자는 복합성형체에 포함되어 VOCs, 냄새입자 및 미세먼지 등을 포집하능 성능을 갖기 위해 비표면적이 클수록 좋으며, 일반적으로 활성탄, 숯, 탄소나노입자, 카본블랙, 그래핀, 및 흑연의 분말 중 하나 또는 2개 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

본 발명에서의 황토-음이온 광물성형체는 음이온을 방출하여, 항균 및 냄새입자 제거 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 음이온광물을 포함하며, 본 발명에서 사용된 음이온 광물은 P₂O₅, Ce₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, ThO₂, Pr₂O₃, SiO₂, Sm₂O₃, CaO, Fe₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃, 및 SO₃ 중에서 2가지 성분 이상의 혼합물이다.

선택적으로, 본 발명의 세라믹 성형체는 샤모트를 더 포함할 수 있다. 샤모트는 약 1450℃ 에서 소성된 물질로서 샤모트를 첨가시 건조공정만으로도 황토-탄소입자 복합성형체의 형상이 계속 유지될 수 있도록 뼈대역할을 한다. 본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체는 가소성 점토 및 황토만으로도 성형된 형상을 유지할 수 있지만 샤모트가 추가되면 더욱 견고하게 성형된 형상이 유지된다. 이러한 측면에서 샤모트는 가소성 점토, 탄소입자 및 황토의 혼합물 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때 샤모트는 이산화규소 50-60 중량%, 알루미나 30-37 중량%, 삼산화철 1-5 중량%, 이산화티타늄 1-5 중량%, 산화마그네슘 0.1-2.0 중량%, 산화칼슘 0.01-0.1 중량%, 산화나트륨 0.01-0.1 중량%, 산화칼륨 0.1-2.0 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 세라믹 성형체는 제1 세라믹 성형체와 제2 세라믹 성형체로 구분할 수 있으며, 더욱 우수한 공기 정화 성능을 위하여, 제1 세라믹 성형체와 제2 세라믹 성형체를 적절한 비율로 같이 사용할 수 있다. 바람직하게는 제1 세라믹 성형체와 제2 세라믹 성형체의 비율이 9:1 내지 4:6 일 때 정화 성능이 좋게 나타났다.

상기 제1 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부로 구성되며, 제2 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 음이온광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성된다.

제1 세라믹 성형체는 탄소입자의 비표면적이 넓어 VOCs 입자 및 냄새입자 등의 오염물 포집능력이 우수하며, 기공 내의 미생물에 의해 VOCs 입자 및 냄새입자 등을 분해한다. 제2 세라믹 성형체는 황토에서 나오는 원적외선과 음이온광물에서 방출되는 음이온에 의해 살균 및 탈취작용을 한다. 제1 세라믹 성형체에 음이온광물을 직접 혼합하지 않는 것은 음이온의 살균 작용에 의해 제1 세라믹 성형체 내의 미생물이 현저히 감소하여 VOCs 등의 분해작용이 감소하기 때문이다.

본 발명에 따른 세라믹 성형체의 형태에는 특별한 제한이 없으며, 입자형, 원통형, 판상형 및 다각형 등으로 제조될 수 있다. 바람직하게는 판상형이 카트리지 및 정화기 장착에 유리하고 공기 흐름의 방해도 적어 가장 적합하였다.

이하에서는, 본 발명에 따른 세라믹 카트리지 구성의 일 구현 예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 세라믹지지체의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 세라믹 카트리지를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 카트리지는 세라믹 성형체(110), 세라믹 지지체(120)를 포함하며, 세라믹 지지체(120)에는 세라믹 성형체(110)가 안착할 수 있는 세라믹 안착부(120)가 구비되며, 세라믹 성형체(110)는 세라믹 지지체(120)에 탈착이 가능한 상태로 안착된다. 세라믹 안착부(120)는 복수의 세라믹 성형체 사이로 공기유로가 형성되도록 지지하는 형태이며, 세라믹 성형체(110)는 판상일 수 있으며, 복수의 세라믹 성형체가 마주하도록 지지하는 구조일 수 있다.

도 3에서 도시한 바와 같이 세라믹 성형체(110) 간의 간격(d)은 공기유로를 형성하도록 세라믹 성형체(110) 두께(t)의 10 내지 150% 인 것이 바람직하다. 세라믹 성형체 간의 간격이 너무 좁으면 공기 흐름이 차단되어 정화 기능이 감소되며, 너무 넓으면, 성형체에 접촉하지 못하고 통과하는 공기가 많아져 역시 정화 기능이 감소된다.

도 4는 본 발명에 따른 제1 세라믹 성형체(113)와 제2 세라믹 성형체(114)의 배열의 실시 가능한 예를 도시한 것이다. 도 4(a)와 같이 제1 세라믹 성형체(113)만 포함하거나, 4(b) 및 4(c)와 같이 일정 간격으로 제1 세라믹 성형체(113)와 제2 세라믹 성형체(114)를 혼합하여 사용할 수 있다. 제1 세라믹 성형체(113)는 탄소입자의 비표면적이 넓어 VOCs 입자 및 냄새입자 등의 오염물 포집능력이 우수하며, 기공 내의 미생물에 의해 VOCs 입자 및 냄새입자 등을 분해한다. 제2 세라믹 성형체(114)는 황토에서 나오는 원적외선과 음이온광물에서 방출되는 음이온에 의해 살균 및 탈취작용을 한다. 제1 세라믹 성형체(113)에 음이온광물을 직접 혼합하지 않는 것은 음이온의 살균 작용에 의해 제1 세라믹 성형체(113) 내의 미생물이 현저히 감소하여 VOCs 등의 분해작용이 감소하기 때문이다.

도 5는 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기가 차량에 장착되는 상태를 도시한 사시도이다. 차량 내부의 공조기 공기 토출구(1)에 차량용 세라믹 공기정화기(200)가 장착된 것을 예시하여 도시하였다. 도 3과 같이 공기 토출구(1) 그릴에 직접 탈착하는 것이 바람직하나, 토출구의 공기가 차량용 세라믹 공기정화기(200) 내로 인입 가능한 다른 방식의 체결구조도 가능하다.

도 6은 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기의 분해사시도이며, 도 7은 차량용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.

도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기(200)는 차량의 공조기 공기 토출구(1)에 탈착 가능하도록 형성된 체결부(240), 하나 또는 2개 이상 형성된 공기유입구(231) 및 세라믹 지지체(220)가 안착될 수 있는 지지체 안착부(233)를 갖는 케이스(230), 복수의 세라믹 성형체(210) 및 상기 세라믹 성형체(210)를 지지하는 세라믹 지지체(220)로 구성된다. 체결부(240)는 케이스(230)에 일체로 형성되거나, 케이스에 결합 및 분리가 가능한 탈착구조 일 수 있다.

상기 케이스(230)는 상기 세라믹 성형체(210) 또는 세라믹 지지체(220)를 입출할 수 있는 개구부와 상기 개구부를 개폐할 수 있는 개폐부(250)가 더 포함될 수 있다. 상기 개폐부는 상기 케이스(230)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성되어 상기 케이스(230)에 탈착될 수 있다.

본 발명에서 차량용 세라믹 공기정화기(200)의 세라믹 지지체(220)와 세라믹 성형체(210)가 케이스(230)로부터 분리 가능한 구조인 것은, 세라믹 성형체(210)의 교체 사용을 위해서다. 세라믹 성형체(210)를 일정 기간(1~6개월) 이상 오염된 공기 중에 사용하면 미생물에 의한 분해 능력이 감소하게 되고, 일정 시간(대략 일주일 이상) 미생물의 분해 능력 회복 기간이 필요하기 때문에, 2 세트 이상의 세라믹 성형체(210)를 이용하여 특정 주기로 교체하여 반복 사용하게 되면 지속적인 정화 성능을 얻을 수 있고, 바람직하게는 도 2의 세라믹 카트리지(100) 형태로 1 내지 6개월 마다 2 개의 세라믹 카트리지(100)를 번갈아 사용하는 것이 좋다.

상기 차량용 세라믹 공기정화기(200)에는 먼지를 여과할 수 있는 여과망(260)이 포함될 수 있다. 본 발명의 세라믹 성형체(210)는 VOCs나 냄새 입자 등을 분해하는 능력은 우수하나, 상대적으로 먼지를 여과하는 성능은 일반 필터형 여과기에 비해 약하기 때문에, 또한, 세라믹 성형체(210) 표면에 미세 먼지 등이 흡착되게 되면 VOC 등을 분해하는 효과가 감소할 수 있어, 이를 방지하기 위해 여과망(260)을 사용할 수 있다. 여과망(260)은 모시, 삼베 등의 천연 섬유로 된 것을 사용할 수 있는데, 먼지 여과뿐만 아니라 환경 친화적이며, 모시의 경우에는 항균 효과도 기대할 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 실내용 세라믹 공기정화기의 분해사시도이며, 도 9는 실내용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.

도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 실내용 세라믹 공기정화기(300)는 가정 및 사무실 등에서 사용 가능하도록, 도 5내지 도 7의 차량용 세라믹 공기정화기(200)와는 다르게 송풍팬을 더 가지고 있으며, 공기 조화기 토출부에 체결 가능한 체결부가 없는 것이 특징이다. 구체적으로는 복수의 세라믹 성형체(320)가 안착되는 세라믹 안착부(331)를 포함하며, 상기 세라믹 안착부(331)는 상기 복수의 세라믹 성형체(320) 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체(320)를 지지하는 세라믹 지지체(330), 상기 세라믹 성형체(320)에 외부 공기가 인입될 수 있도록 하기 위한 송풍팬(360)이 포함되며, 상기 세라믹 지지체(330)가 안착되는 지지체 안착부(331)가 포함되며, 상기 세라믹성형체(320), 세라믹 지지체(330) 및 송풍팬(360)을 감싸며, 공기유입구와 공기유출구가 형성된 커버(310)를 포함한다.

도 8에서 송풍팬(360)은 세라믹 성형체(320)의 하부에 위치하는 것으로 나타냈으나, 세라믹 성형체(320)에 공기를 인입시킬 수 있는 위치이면 다른 위치와 구조도 가능하다. 더불어 상기 송풍팬은 전기로 구동되며, 전력을 공급하기 위하여, 배터리, PC의 USB 단자, 가정용 전원, 태양광전지 등을 이용한 전원부를 구비할 수 있다.

상기의 차량용 세라믹 공기정화기(200)의 경우에서와 같이, 실내용 세라믹 공기정화기(300)도 세라믹 성형체(320)의 반복 재사용을 위해 탈착 가능 구조로 하는 것이 바람직하다.

실시예 1

<세라믹 성형체 제조>

각각 입자크기가 180 메쉬인 가소성 점토 9 중량부, 황토 100 중량부와 활성탄 7 중량부를 혼합하여 황토-탄소입자 혼합체를 만들었다. 상기 황토-탄소입자 혼합체와 물을 1: 1.5의 비율로 혼합하여 황토 혼합물을 희석한 후, 진동체로 180 메쉬의 스크린에 통과시켜 미세한 입자크기로 여과하였다. 여과된 황토 혼합물을 필터프레스로 50분 동안 10kg/cm² 의 압력을 가하여 탈수하고 이를 진공토련기로 탈기한 후 도판기로 22 kg/cm² 의 압력을 가하여 성형함으로써 판상형의 황토-탄소입자 복합성형체를 얻었으며, 그 후 자연건조시켜 건조된 세라믹 성형체를 제조하였다.

비교예 1

공기정화에 사용된 성형체로서 황토와 가소성점토로만 성형된 성형체를 사용하였다.

비교예 2

공기정화에 사용된 성형체로서 황토와 가소성점토를 혼합하여 평균직경 3~4 mm의 구 형상으로 만든 후 소성한 소성체를 사용하였다.

비교예 3

공기정화에 사용된 성형체로서 황토와 가소성점토를 혼합하여 평균직경 10~12 mm의 구 형상으로 만든 후 소성한 소성체를 사용하였다.

비교예 4

활성탄으로만 이루어진 필터를 사용하였다.

실험예 1: 시간 경과에 따른 VOC 농도 측정제거 효율 측정

각각 260 cc의 동일한 부피를 갖는 실시예 1 및 비교예 1-3의 성형체를 용량 30 L인 항온조 내에 배치하고, 초기 VOC 농도를 360 ppm 로 동일하게 한 후 시간 경과에 따른 VOC 농도(ppm)를 측정하여 제거 효율을 관찰하였으며, 그 결과를 도 10에 도시하였다.

본 발명에서 농도 제거 실험은 위 조건에서 수행한 것을 말한다.

도 10을 참고하면, 전체적으로 실시예 1의 성형체의 VOC 제거 성능이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 비교예 3의 필터가 성능이 가장 낮은 것을 알 수 있다.

구체적으로는, 비교예 2와 비교예 3 성형체의 경우는 성형체가 없이 실시한 측정값과 비교하였을 때, 초기 20분까지만 VOC 제거효율이 약간 높은 것으로 나타났고, 그 이후에는 오히려 시간이 지날수록 VOC 제거 효율이 낮게 나타나기도 하였는데, 이는 비교예 2와 비교예 3의 성형체가 소성을 하였기 때문에, 황토에 유래하는 미생물이 소멸된 상태이므로, 미생물에 의한 VOC의 분해 작용이 없었기 때문으로 보이며, 초기 20여 분간 더 효율이 높게 나타난 것은 성형체 외부의 기공에 의한 흡착 등에 기인한 것으로 보이고, 소성을 했을 경우 건조 성형체에 비해 기공이 매우 적기 때문에 흡착 능력이 빠르게 포화된 것으로 보인다.

비교예 1과 실시예 1을 비교하였을 때에도 실시예 1의 황토-탄소입자 복합성형체의 제거 성능이 10분 이후 지속적으로 더 좋았으며, 비교예 1의 경우 2시간이 경과하였을 때의 VOC 농도가 84 ppm 이었던 반면, 실시예 1의 경우는 29 ppm 으로 나타나, 실시예 1의 제거 성능이 월등히 높았다.

이를 통해, 황토와 가소성 점토만으로 이루어진 성형체에 비해 활성탄이 포함되었을 경우 활성탄의 흡착 능력 및 VOC 제거 성능에 기인하여 더욱 우수한 성능을 가지는 것으로 나타났다.

실험예 2: 사용 시간에 따른 VOC 처리 능력(%) 측정

각각 260 cc의 동일한 부피를 갖는 실시예 1 및 비교예 4의 필터를 장착한 27-32 ℃ 항온조(용량 30L)에 넣고 솔벤트를 40 ℃ 로 유지시켜 증발하는 솔벤트에서 나오는 VOCs를 3.2-3.5 m/s의 유속으로 실시예 1 및 비교예 4의 필터에 통과시켰다. 시간에 따른 VOCs 처리 능력을 %로 나타내었으며, 그 결과를 도 11에 도시하였다.

도 11을 참고하면, 전체적으로 실시예 1의 정화효과가 더욱 길게 유지되는 것을 알 수 있으며, 비교예 4의 필터는 172시간 이후 정화효과가 없는 것으로 나타났다.

실시예 1의 수명이 길게 유지되는 것은 황토-탄소입자 복합성형체 표면 및 기공 내에 존재하는 미생물이 포집된 VOCs 및 냄새 입자를 분해하여 배출하고 새로운 VOCs 및 냄새입자를 반복적으로 포집하여 분해하기 때문으로 생각된다. 이번 실험은 540 시간까지만 나와 있으나, 실제 시제품을 제작하여 사용해 본 결과 2개월 이상 VOCs 제거 성능이 유지되는 것을 확인하였으며, 활성탄만을 사용한 공기정화 필터에 비해 그 수명이 현격히 증가하는 것을 확인하였다.

환경오염이 점차로 심각해지고 이에 대한 관심과 연구가 활발한 당분야의 실정을 고려할 때 이러한 수준의 정화성능 개선은 현저한 수준임은 당업자에게 자명하다.

전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 공조기 공기 토출구
100: 세라믹 카트리지
110, 210, 320: 세라믹 성형체
113: 제1 세라믹 성형체
114: 제2 세라믹 성형체
120, 220, 330: 세라믹 지지체
121: 세라믹 안착부
200: 차량용 세라믹 공기정화기
230: 케이스
231: 공기유입구
232: 공기유출구
233, 311: 지지체 안착부
240: 체결부
260: 여과망
300: 실내용 세라믹 공기정화기
310: 커버
360: 송풍팬
d: 세라믹 성형체 간격
t: 세라믹 성형체 두께

Claims

황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 활성탄 3 내지 15 중량부를 포함하며, 소성공정을 거치지 않은 복수의 판상형 세라믹 건조성형체;
상기 복수의 세라믹 건조성형체를 지지하는 세라믹 건조성형체 지지체를 포함하며,
상기 세라믹 건조성형체 지지체는 상기 복수의 세라믹 건조성형체가 안착되는 세라믹 건조성형체 안착부를 포함하며,
상기 세라믹 건조성형체 안착부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 건조성형체를 지지하는 공기정화용 세라믹 건조성형체 카트리지.
제1항에서,
상기 세라믹 건조성형체 안착부는 상기 복수의 판상형 세라믹 건조성형체가 서로 마주하도록 상기 복수의 세라믹 건조성형체를 지지하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 건조성형체 카트리지.
제2항에서,
상기 세라믹 건조성형체 안착부는 상기 세라믹 성형체의 일측 양단과 접촉하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 건조성형체 카트리지.
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제1항에서,
상기 복수의 세라믹 건조성형체 중의 적어도 일부의 건조성형체는,
황토 100 중량부에 대하여, 음이온광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성되는 제2 세라믹 건조성형체인 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 건조성형체 카트리지.
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제6항에서,
상기 음이온광물은 P₂O₅, Ce₂O₃, La₂O₃, Nd₂O₃, ThO₂, Pr₂O₃, SiO₂, Sm₂O₃, CaO, Fe₂O₃, TiO₂, ZrO₂, Y₂O₃, Gd₂O₃, Dy₂O₃ 및 SO₃ 중에서 선택되는 적어도 2개를 포함하는 것 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 건조성형체 카트리지.
황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 활성탄 3 내지 15 중량부를 포함하며, 소성공정을 거치지 않은 복수의 판상형 세라믹 건조성형체;
상기 복수의 세라믹 건조성형체를 지지하는 세라믹 건조성형체 지지체;
상기 세라믹 건조성형체 지지체 및 상기 세라믹 건조성형체를 내부에 포함할 수 있도록 형성되며, 공기 유입구와 공기 유출구가 형성된 케이스;
상기 케이스에 연결되어 있으며 공조기 공기 토출구에 결합가능한 체결부를 포함하며,
상기 세라믹 건조성형체 지지체는 상기 복수의 세라믹 건조성형체가 안착되는 세라믹 건조성형체 안착부를 포함하며,
상기 세라믹 건조성형체 안착부는 상기 복수의 세라믹 건조성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 건조성형체를 지지하는 차량용 세라믹 건조성형체 공기정화기.
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제11항에서,
상기 케이스는 상기 세라믹 건조성형체를 교환할 수 있도록 사용자가 개폐가능한 것을 특징으로 하는 차량용 세라믹 건조성형체 공기정화기.
제11항에서,
상기 케이스 내에, 상기 공조기 공기토출구와 상기 세라믹 건조성형체 사이에 위치하며,
공조기 공기 먼지를 여과할 수 있는 여과망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 세라믹 건조성형체 공기정화기.
황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 활성탄 3 내지 15 중량부를 포함하며, 소성공정을 거치지 않은 복수의 판상형 세라믹 건조성형체;
상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 건조성형체 지지체;
상기 세라믹 건조성형체 지지체의 일측에 위치한 송풍팬;
상기의 세라믹 성형체, 세라믹 지지체 및 송풍팬을 감싸며, 공기유입구와 공기유출구가 형성되어 있는 케이스; 를 포함하는 실내용 세라믹 건조성형체 공기정화기.
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제17항에서,
상기 케이스는 상기 세라믹 건조성형체를 교환할 수 있도록 사용자가 개폐가능한 것을 특징으로 하는 실내용 세라믹 건조성형체 공기정화기.