KR102087722B1 - 미세먼지 제거용 필터 모듈 및 이를 포함하는 미세먼지 제거용 공기청정 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 미세먼지 제거용 필터 모듈 및 이를 포함하는 미세먼지 제거용 공기청정 시스템 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절곡 유지부 겸 전극 기능을 하는 절곡 지지체 전극을 포함하여 필터 소재 전체에 고르게 압력이 인가되어 미세먼지 제거효율이 극대화된 미세먼지 제거용 필터 모듈 및 이를 포함하는 미세먼지 제거용 공기청정 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 미세먼지 제거용 필터 모듈 및 이를 포함하는 미세먼지 제거용 공기청정 시스템 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절곡 형태의 필터 소재에 연결된 절곡 유지부 겸 전극 기능을 하는 절곡 지지체 전극을 포함하여 필터 소재 전체에 고르게 압력이 인가되어 미세먼지 제거효율이 극대화된 미세먼지 제거용 필터 모듈 및 이를 포함하는 미세먼지 제거용 공기청정 시스템에 관한 것이다.
미세먼지는 크기가 작아 인체 호흡 시 입이나 코 기관지 등에 걸리지 않고 폐포 깊숙한 곳까지 침투하는 특성이 있으며, 빛의 굴절 및 산란과 같은 광학적 특성을 지니고 있어 시야확보에도 많은 지장을 초래한다. 또한 미세먼지는 많은 유기 무기 유해물질을 함유하고 있어 폐까지 침투한 미세먼지는 폐속에 잔류하며 포함하고 함유하고 있는 다양한 유기 무기 유해물질을 인체에 전달하여 폐렴, 폐암, 기관지염 등과 같은 매우 심각한 호흡기 질환을 유발한다.
미세먼지는 우리 나라의 자동차 등과 같은 이동오염원뿐만 아니라 가정용 난방, 산업용 에너지 소비 등에 의해 발생되는 고정오염원 등에 의해 생성되어 대기로 배출되고 이렇게 배출된 미세먼지는 공기 중에 부유하다 땅으로 침강되지만 자동차 주행 및 바람 등에 의해 대기 중으로 재비산되어 인위적으로 완전 제거되기 전까지는 환경 및 인체에 지속적으로 악영향을 미칠 수 있다.
미세먼지 문제는 우리 나라에서 발생되어 배출되는 것 외에 중국의 고비 사막으로부터 발생되어 넘어오는 황사 그리고 최근 중국의 대규모 산업화로 인해 동아시아 전체가 심각한 수준에 놓여있어 실외뿐만 아니라 실내에서도 미세먼지 때문에 많은 어려움을 겪고 있다.
실내의 미세먼지를 제거하는 공기여과 장치는 대부분 필터를 이용한 방식이 활용되고 있다. 미세먼지를 제거하기 위해서 사용되고 있는 필터 중, 헤파(HEPA) 필터는 직경이 0.3 μm급의 미세먼지를 99.97% 포집할 수 있는 높은 미세먼지 여과율을 보인다.
하지만 헤파 필터는 미세먼지를 제거하는 데는 매우 효과적이지만 나노크기의 미세 폴리머 또는 유리섬유가 매우 조밀하게 얽혀있어 공기의 필터 투과효율이 매우 낮다. 즉 압력손실이 매우 크다. 그로 인해 HEPA 필터를 미세먼지를 제거하는 공기청정 시스템에 활용할 경우 상대적으로 대용량 송풍기가 필요하며 그로 인한 동력 소비량도 커서 전기 소비량이 매우 높다는 단점이 존재한다. 또한 그로 인한 소음과 진동이 심해 방음, 방진을 위해 필요한 설비도 추가적으로 요구되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 기존 필터의 여과방식에 추가적인 기능을 부여하여 미세먼지 제거효율은 HEPA 필터 수준과 동등하게 유지하도록 하며 필터에 의한 압력손실은 최대한 낮추는 필터 시스템 개발이 이루어져 왔다.
대표적인 방법으로는 필터를 이용한 여과방식에 전기 집진방식을 추가한 시스템이다. 국내특허(공개번호 제10-2011-0128465호)에서는 유전체 필터를 사이에 두고 2장의 전도성 기판을 위, 아래 면에 부착하여 그 기판 사이의 유전체 다공성 필터로 미세먼지 함유 공기를 통화시키며 상 하부에 고전압을 인가하여 미세먼지 제거효율을 향상시키는 기술이 소개된 바 있다. 이러한 방법은 필터 소재를 가운데 두고 위 아래로 전도성 기판을 부착해야하는 번거로움이 존재하며 여러 장의 다공체 및 필터가 겹쳐있어 필터에 의한 압력손실이 높아져 송풍기 동력소비량이 상대적으로 커지는 문제가 발생할 수 있다.
국내특허(공개번호 제10-2016-0044108호)에서는 차량 공기를 정화시키는 시스템으로 입자를 음 또는 양으로 하전시킨 후 필터가 아닌 전도성 전극을 집진극으로 이용하여 미세먼지를 정화하는 시스템을 소개한 바 있다. 이는 전극의 집진판 활용 방식으로 처리하고자 하는 공기량이 적을 경우는 효과적이나 공기량이 많을 경우에는 집진판의 넓이가 커져야 하므로 소규모 공기청정기 등에 효과적인 방법이라 할 수 있다.
국내특허(등록번호 제10-0937944호)에서는 탄소섬유를 이용하여 입자를 하전하는 시스템과 집진판을 활용한 공기정화장치에 대한 것으로 이 기술 역시 입자를 양 또는 음으로 하전시킨 후 플라스틱 기판에 금속 코팅한 집진판을 구성하고 고전압을 인가하는 방법과 플라스틱 기판에 정전 필터를 부착하거나 정전 필터를 집진판으로 활용한 기술을 보여준다. 이 기술은 전기집진 방식의 시스템으로 공기의 흐름과 집진판이 서로 평행되게 구성되어 있어 집진율을 높이기 위해서는 집진판의 간격을 제어해야 하는 방식이며, 다량의 공기를 정화하기 위해서는 많은 수의 집진판이 필요하여 그 크기가 매우 커지는 문제가 발생할 수 있다.
정전기력을 이용한 미세먼지 제거 시스템은 공통적으로 입자가 포집되는 전극판이 사용된다. 전극판은 기술에 따라 기공이 없는 전도성 소재의 일반 기판이 사용되는 경우도 있으며, 기공이 있는 전도성 소재가 사용되는 경우도 있다. 기공이 없는 일반 기판이 집진판으로 사용되는 경우는 하전된 입자가 전기장에 의한 정전기력에 의해서만 집진되지만, 기공이 있는 전도성 소재의 경우는 필터를 사용할 때의 여과 방식에 정전기력 집진 방식이 추가되어 상대적으로 높은 효율로 미세먼지를 집진할 수 있다.
상기 기공이 없는 기판이 사용될 경우는 대부분 전도성이 매우 좋은 금속 기반의 벌크소재를 활용하기 때문에 기판 한 쪽 끝부분에만 고전압을 인가해도 기판 사이의 전기장이 매우 고르게 형성될 수 있다. 하지만 기공이 있는 소재가 사용되는 경우는 성형 문제로 폴리머 및 종이와 같은 유연 소재에 금속 코팅이 이루어진 다공체가 사용되는 경우가 많다.
이럴 경우 전기 전도성이 100% 금속에 비해 좋지 못하여 금속이 코팅된 폴리머 및 종이 등의 전도성 다공체 한 쪽 끝에만 고전압을 인가할 경우 전도성 다공체 간의 전기장이 균일하게 생성되지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 금속이 코팅된 폴리머 및 종이 필터 소재 등의 다공체를 활용하여 정전기력을 이용한 미세먼지 제거 시스템을 개발할 경우 전도성 다공체 전체에 최대한 고른 전압이 인가되어 균일한 전기장이 형성될 수 있도록 하는 것이 매우 중요하므로, 이에 대한 기술력이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 미세먼지 제거용 공기청정 시스템에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 전도성 필터 전역에 고른 전압을 인가하여 균일하고 강력한 전기장을 형성시킴으로써, 여과집진 및 전기집진 방식이 결합되어 미세먼지를 고효율로 포집 제거 가능한 전도성 필터 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈을 구비한 미세먼지 제거용 공기청정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 종래 미세먼지 제거용 공기청정 시스템에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 절곡부에서 절곡되어 주름진 필터 시트; 및 상기 절곡부에 연결되는 절곡 지지체 전극; 을 포함하는 미세먼지 제거용 필터 모듈을 제공한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거용 필터 모듈에 있어서, 상기 필터 시트는 전도성 소재로 코팅되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거용 필터 모듈에 있어서, 상기 필터 시트는 요부 절곡부와 철부 절곡부가 반복되는 형태로 주름지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거용 필터 모듈에 있어서, 상기 절곡 지지체 전극은 상기 필터 시트의 요부 절곡부와 연결되는 제 1 절곡 지지체 전극; 및 상기 필터 시트의 철부 절곡부와 연결되는 제 2 절곡 지지체 전극;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거용 필터 모듈은 제 1 전극과 제 2 전극을 구비하는 외곽 전극 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거용 필터 모듈에 있어서, 상기 제 1 전극은 상기 필터 시트의 요부 절곡부와 연결되는 제 1 절곡 지지체 전극와 연결되고, 상기 제 2 전극은 상기 필터 시트의 요부 절곡부와 연결되는 제 2 절곡 지지체 전극와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거용 필터 모듈; 및 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전위를 공급하는 전압 공급기; 를 구비하는 미세먼지 제거 시스템을 제공한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거 시스템의 미세먼지 제거 성능은 300 nm 크기의 미세 입자의 99.97% 이상 제거가 가능하며, 상기 전도성 필터의 압력 손실은 동일 유량에서 HEPA 필터 대비 0.1 내지 0.2 배 수준인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 미세먼지 제거 시스템의 분지 유지성능은 HEPA 필터의 3배 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전도성 필터 모듈을 구비한 미세먼지 제거용 전도성 필터 모듈 및 이를 포함하는 공기청정 시스템은 전도성 필터 전체에 전기장이 고르게 인가되어 일반적인 필터의 미세먼지 포집 메커니즘과 함께 전기집진 효과까지 발휘할 수 있어, 필터의 집진 효과가 더욱 향상된다.
본 발명에 의한 전도성 필터 모듈을 구비한 미세먼지 제거용 전도성 필터 모듈 및 이를 포함하는 공기청정 시스템은 종래 HEPA 필터와 비교할 경우, 300 nm 입자 크기의 미세먼지가 99.97% 이상 제거 가능한 HEPA 필터의 미세먼지 제거 효율과 대등하고, HEPA 필터 대비 0.1 내지 0.2배 저감된 압력손실(동일 유량에서 ~인) 및 3배 이상의 분지 유지 효과를 갖는다.
상기와 같은 미세먼지 제거 효율 대비 저감된 압력 손실, 향상된 분지 유지 성능으로 인하여, 송풍기 동력 소비량을 최소화함으로써 전력 소모를 줄이고 비용을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈을 구비한 미세먼지 제거용 공기청정 시스템은 상기 전도성 필터의 분리 및 세척이 용이하여 재사용이 가능하다.
도 1은 미세먼지 제거를 위한 입자 하전 시스템을 나타내는 모식도로써, (a)는 종래 입자 하전 시스템이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 입자 하전 시스템이다.
도 2는 미세먼지 포집/제거 과정을 나타내는 모식도로써, (a)는 일반 부직포 필터를 사용한 경우이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 입자 하전 후 전도성 필터를 사용한 경우이다.
도 3은 전도성 필터에 고전압 인가시, 상기 전도성 필터와 전압 인가 장치의 거리에 따른 전기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈에 고전압 인가시, 상기 전도성 필터 모듈과 전압 인가 장치의 거리에 따른 전기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈의 재활용 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈을 재활용하기 위한 분리 및 세척 과정을 나타낸다.
도 2는 미세먼지 포집/제거 과정을 나타내는 모식도로써, (a)는 일반 부직포 필터를 사용한 경우이고, (b)는 본 발명의 일 실시예에 의한 입자 하전 후 전도성 필터를 사용한 경우이다.
도 3은 전도성 필터에 고전압 인가시, 상기 전도성 필터와 전압 인가 장치의 거리에 따른 전기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈에 고전압 인가시, 상기 전도성 필터 모듈과 전압 인가 장치의 거리에 따른 전기장 세기를 나타내는 그래프이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈의 재활용 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필터 모듈을 재활용하기 위한 분리 및 세척 과정을 나타낸다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예> 미세먼지의 포집/제거를 위한 입자하전 전도성 필터 시스템
(실시예 1) 미세먼지 입자의 하전 시스템
본 발명에서는 도 1 (b) 및 도 2와 같이, 미세먼지 입자하전부(40)에서 이온발생부(30')를 통하여 다량의 양이온 또는 음이온을 발생시키고, 상기 미세먼지에 전기적 특성이 구현되도록 미세먼지 입자와 상기 발생된 이온의 충돌을 유도하여 미세먼지를 하전시켰다.
이어서, 상기 전도성 필터(100)에 하전된 미세먼지 입자와 반대되는 극의 직류 전압을 인가 또는 접지하여 일반 입자의 여과 메커니즘인 간섭(interception), 충돌(impaction), 확산(diffusion)에 정전기력(쿨롱력, electrostatic force)을 유도하여 미세먼지 여과율을 극대화시켰다.
상기 입자하전부(40)에서의 미세먼지 하전은 이온발생부(30)에서 발생된 이온과 미세먼지의 충돌 및 부착 과정을 통해 이루어지는 확산충돌 과정에 의해 이루어진다. 미세먼지와 이온 간의 확산하전율은 하기 식 1과 같은 이온발생 장치에서 발생된 이온과 미세먼지의 충돌 및 부착율에 의해 결정된다.
식 1)
상기 식 1을 보면 이온과 미세먼지 충돌 및 부착될 확률은 미세먼지 근처의 이온 농도와 이온의 루트민스퀘어 속도 비례한다. 즉 이온의 농도가 많을수록 그리고 이온이 발생되고 존재하는 입자 하전부 내에 미세먼지가 존재하는 시간이 길어질수록 미세먼지가 이온과 충돌하여 이온화되어 전기적 특성을 가질 확률이 높아지며, 그로 인해 전도성 필터에 포집될 가능성이 높아지게 된다. 이러한 사항을 고려하면 이온 발생부는 가능한 전도성 필터와 멀리 떨어져 있어야 미세먼지가 입자 하전부에 체류할 수 있는 시간을 길게 해줄 수 있어 바람직하다. 또한 미세먼지를 다량 함유한 고유량의 공기 정화를 위해서는 미세먼지 하전에 필요한 시간을 최대한 길게 해주는 것이 바람직하다.
도 1은 종래 입자하전 시스템과 본 발명에 의한 입자하전 시스템을 비교한 모식도를 도시한다.
도 1(a)는 종래 입자하전 시스템으로써, 고전압 인가부(20), 이온발생부(30) 및 입자하전부(40)를 포함한다. 이 때 상기 이온 발생부(30)가 전도성 필터(100)와 멀리 떨어져 있으면 이온 발생부와 전도성 필터 사이의 전기장 세기가 작아져 상대적으로 발생되는 이온의 농도가 감소할 수 있으며 하전된 미세먼지가 전도성 필터에 포집되기 위해 필요한 쿨롱력(F=neE; n은 하전 입자에 부착된 이온의 수, e는 elementary unit of charge, E는 전기장 세기)이 작아져 전도성 필터에 포집될 수 있는 확률이 작아진다.
즉 미세먼지의 이온 하전율을 향상시키고 전도성 필터에 포집되는 확률을 높이기 위해서는 충분한 이온이 발생될 수 있도록 이온발생부(30)를 전도성 필터(100)에 가깝게 위치하는 것이 필요하나 이렇게 되면 입자하전 영역이 작아져 미세먼지 하전율이 감소되는 문제가 발생될 수 있으며, 입자하전 영역을 늘리기 위해 이온 발생부(30)를 전도성 필터(100)와 떨어뜨려 일정거리 이상을 유지시키면 이온 발생량이 적어지고 그로 인한 전기장 세기가 작아져 전도성 필터의 미세먼지 포집율이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 즉, 이온 발생부(30)와 전도성 필터(100)의 거리 제어를 통한 미세먼지 여과 효율 극대화는 일반적인 입자하전 시스템을 활용할 경우 한계가 있다.
도 1(b)는 본 발명에 의한 입자하전 시스템을 도시하고 있다.
상기 이온 발생부(30)와 전도성 필터(100) 사이의 거리에 따라 변화하는 이온 발생농도 및 전기장 세기로 인해 다량의 미세먼지 제거가 어려운 문제점을 해결하기 위하여, 도 2와 같이 입자하전부(40)에 전도성 필터(100)와 떨어져 있는 거리가 다양한 복수개의 이온 발생부(30)를 설치한다.
미세먼지를 함유한 적은 유량의 공기를 정화할 경우에는 전도성 필터와 가장 가까운 이온 발생부(30)에만 고전압을 인가하여 충분한 이온농도와 미세먼지의 충분한 입자 하전부 체류시간 유지 그리고 강한 전기장 세기를 유지하여 미세먼지 제거율을 극대화할 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 입자하전 시스템은 처리되어야 하는 미세먼지의 양에 따라 충분한 미세먼지 하전율을 유지할 수 있다.
또한, 상기 입자하전부(40)는 복수개 설치되며, 각각이 설치되는 위치는 상기 전도성 필터(10)까지 모두 상이한 거리를 갖으며, 상기 입자하전부(40)에 고전압 인가시, 각 입자하전부(40)는 고전압 인가 스위치 및 단락 스위치(31)를 포함하고, 상기 스위치(31)의 온/오프는 처리 공기량이 증가함에 따라 상기 전도성 필터(10)와 근접 위치한 입자하전부의 스위치(31)부터 상기 전도성 필터(10)와 멀리 위치한 입자 하전부의 스위치(31)까지의 순서로 자동 작동하여 고전압을 선택적으로 인가시킨다.
(실시예 2) 미세먼지 입자의 포집을 위한 전도성 필터 모듈
여과 방식을 통한 미세먼지 제거에 사용되는 필터 소재는 고효율 집진을 위해 제한된 공간에 상대적으로 넓은 면적으로 존재해야 한다. 이렇게 넓은 면적의 필터를 설치하기 위해 절곡된 필터를 사용하는 것이 일반적이다. 필터의 절곡을 위해서는 필터의 유연성이 요구되며 그 요구사항을 위해 전도성 필터도 벌크상태의 금속 재질의 필터보다는 폴리머, 자연사, 유리섬유, 종이 등으로 구성되어 유연성이 확보된 필터에 전도성 물질이 코팅된 상태로 공급되는 것이 바람직하다.
이 때 필터에 코팅되는 전도성 물질의 두께가 두꺼울 경우 필터에 의한 압력 손실 등과 같은 필터의 고유한 특성이 변할 수 있으며 유연성이 떨어져 절곡 또한 수월하게 이루어지지 않을 수 있다. 그러므로 미세먼지를 효과적으로 제거하기 위한 전도성 필터는 가능한 전도성 물질을 얇은 두께로 필터 소재 표면에 코팅하는 방법으로 제조해 필터의 압력손실값과 유연성을 필터 소재의 본연의 특성과 같게 유지하는 것이 바람직하다.
전도성 물질을 필터 소재 표면에 얇게 코팅을 하면 필터의 본연의 특성을 최대한 활용할 수 있는 장점은 있으나, 상대적으로 전기 전도성이 낮아 하전 입자 포집을 위해 전도성 필터의 어느 한 부분에만 전압을 인가할 경우 입자 하전부의 이온 발생전극 및 하전 입자와 전도성 필터 사이에 형성되는 전기장 세기가 균일하지 못하다. 이로 인해 입자가 포집되는 필터 영역이 국소화될 수 있으며, 그로 인해 오랜 시간 전도성 필터 소재의 미세먼지 제거 효율을 장시간 높은 상태로 유지하기가 어렵다.
이러한 점을 고려하여 전도성 필터 소재를 통한 미세먼지 고효율 처리를 위해서는 전도성 필터의 한쪽 부분에 전압을 인가하는 방법보다는 전도성 필터 전 영역에 고른 전압이 인가될 수 있도록 필터와 접촉하는 고전도성 소재로 구성된 전극의 면적을 넓게 하는 것이 바람직하다.
도 3은 전도성 필터(100)의 한쪽 끝 부분에만 전압을 인가할 경우 전도성 필터에 의해 전기장이 형성되는 전기장 세기 분포이고, 도 4는 본 발명에 의한 전도성 필터 가장자리에 고전도성 소재를 코팅하여 전극(110)이 장착된 전도성 필터 모듈(10)을 보여준다. 또한 상기 전도성 필터에 전압 인가시, 전도성 필터에 의해 전기장이 형성되는 전기장 세기 분포를 보여준다.
도 3의 종래 전도성 필터(100)를 나타내는 모식도로써, 필터의 한 부분으로 전압이 인가될 경우 상대적으로 낮은 전도성을 보이며, 전압 인가 부위와 전도성 필터 위치가 멀어질수록 높아지는 저항으로 인해 인가되는 전압의 세기가 약해지며 그로 인해 형성되는 전기장의 세기도 약해져 하전된 입자를 필터 전역에서 고르게 높은 효율로 포집하기가 어렵다. 이와는 달리 도 4의 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈(10)은 가장 자리에 고전도성 전극(110) 소재를 형성한 후 고전압을 인가하는 방식으로 상기 전도성 필터(100) 전역에 고르게 전압이 인가되어 매우 균일한 전기장 형성이 가능하며 그로 인해 하전된 입자를 필터 전역에서 높은 효율로 포집하는 것이 가능하다.
도 5 및 6은 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈(10)의 전면도 및 상부 단면도를 도시한다. 미세먼지를 함유한 공기를 정화하기 위해서는 정화 처리하기 위한 공기량이 많아질 수록 공기 정화에 필요한 필터 면적이 넓어져야 하며 그로 인해 필터를 장착한 필터 모듈 또는 정화 시스템의 크기 또한 커질 수 있다. 이러한 필터 모듈 및 공기정화 시스템의 대형화 문제를 해결하기 위한 방법으로 전도성 필터를 지그재그 형태로 접어 모듈화하여 사용한다.
도 5와 같이, 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈(10)은 전도성 필터 가장 자리에 고전도성 전극(110)을 형성한 후, 상기 필터를 지그재그 형태로 절곡한 절곡부(120)를 포함한다.
또한 도 6과 같이, 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈(10)은 상기 절곡부(120)의 접힌 부분을 지지해주기 위한 절곡 지지부(130)를 더 포함한다. 본 발명에 의한 전도성 필터 모듈(10)에 있어서 상기 절곡 지지부(130)는 지지 구조체이며, 전극 구조로 형성하는 것이 가능하다. 절곡 기기부 자체를 전극화할 경우 전도성 필터(100)에 전압이 인가되는 부분이 넓어질 뿐만 아니라 전체적으로 고르게 분포 유지되어 상기 전도성 필터(100) 전체 영역에 강하고 고른 전기장 형성이 가능하다.
<실험예 1> 미세먼지 제거 효과
알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 필터 가장 자리에 금속판 전극을 도 9와 같이 접촉하게 하여 만든 전도성 필터 모듈을 이용하여 미세먼지 제거용 공기청정 시스템 성능 시험을 수행하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
입자 크기가 30 - 400nm인 미세먼지를 탄소 이온 발생장치를 이용하여 하전시킨 후, 도 9와 같은 필터 모듈에 접지 내지 10 kV의 고전압을 인가하여 입자 제거 효율을 시험한 결과 아래 표와 같이 상용 HEPA 필터와 동등하거나 그 이상의 성능을 확인하였다.
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전도성 필터 모듈을 이용한 미세먼지 제거용 공기청정 시스템 성능 시험 결과, 상용화된 HEPA 필터 대비 동등하거나 더욱 우수한 수준의 미세먼지 제거 효과를 보였고, 동시에 압력 손실은 저감된 것을 알 수 있다.
<실험예 2> 분진 유지 용량
상기 전도성 부직포 필터 가장 자리에 금속판 전극을 설치한 전도성 필터 모듈을 이용하여 장기간 미세먼지 제거 시험을 수행하였고, 그 결과를 도 9에 도시하였다.
도 9에서 보는 바와 같이, 본 발명의 전도성 필터 모듈을 이용한 장기간 미세먼지 제거 시험 결과, 분진 유지 용량은 상용화된 HEPA 필터보다 3배 이상 높은 분진 유지 용량 특성을 나타낸다.
<실험예 3> 재사용 효율
상기 전도성 필터 모듈을 장기간 사용하여 필터 효율이 떨어진 경우, 상기 전도성 필터를 필터 모듈에서 분리한 후 초음파 세척 및 건조를 통해 재사용 효율을 분석하였고, 그 과정을 도 10에 도시하였다.
도 10에서 보는 바와 같이, 장기간 사용한 전도성 필터를 세척 및 건조한 후 재사용시, 초기 전도성 필터 소재의 미세먼지 제거 성능과 거의 동일한 99.8% 의 미세먼지 제거 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
10: 전도성 필터 모듈
20: 고전압 인가부
30 : 이온 발생부
31 : 온/오프 스위치
40 : 입자하전부
100 : 전도성 필터
110 : 고전도성 전극
120 : 절곡부
130 : 절곡 지지부
131 : 상부 절곡 지지부
132 : 하부 절곡 지지부
20: 고전압 인가부
30 : 이온 발생부
31 : 온/오프 스위치
40 : 입자하전부
100 : 전도성 필터
110 : 고전도성 전극
120 : 절곡부
130 : 절곡 지지부
131 : 상부 절곡 지지부
132 : 하부 절곡 지지부
Claims (8)
- 절곡부에서 절곡되어 주름진 필터 시트; 및
상기 절곡부에 연결되는 절곡 지지체 전극을 포함하고,
상기 필터 시트는 전도성 소재로 코팅되고,
요부 절곡부와 철부 절곡부가 반복되는 형태로 주름지며,
상기 절곡 지지체 전극은 상기 필터 시트의 요부 절곡부와 연결되는 제 1 절곡 지지체 전극 및
상기 필터 시트의 철부 절곡부와 연결되는 제 2 절곡 지지체 전극을 포함하고,
상기 절곡 지지체 전극에 전압이 인가되면 상기 절곡 지지체 전극으로부터 상기 전도성 소재가 코팅된 필터 시트로 전압이 인가되는,
상기 필터시트는 하전된 입자를 정전기력으로 포집하는 집진극인 것을 특징으로 하는,
미세먼지 제거용 필터 모듈.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
제 1 전극과 제 2 전극을 구비하는 외곽 전극 구조체를 더 포함하는 것인
미세먼지 제거용 필터 모듈
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 1 전극은 상기 필터 시트의 요부 절곡부와 연결되는 제 1 절곡 지지체 전극와 연결되고,
상기 제 2 전극은 상기 필터 시트의 요부 절곡부와 연결되는 제 2 절곡 지지체 전극와 연결되는 것인
미세먼지 제거용 필터 모듈
- 제 5 항의 미세먼지 제거용 필터 모듈; 및
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전위를 공급하는 전압 공급기를 구비하는
미세먼지 제거 시스템
- 제 1 항에 있어서,
상기 필터 모듈은 상기 필터 시트를 둘러싸도록 배치된 고전도성 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
미세먼지 제거용 필터 모듈.
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