KR102095218B1 - 공기 필터링 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 띠 형상으로 형성되는 지지대와, 소수성 특성을 가지며, 상기 지지대의 일면에 결합되는 포집 돌기 및 소수성 특성을 가지는 수지 물질층과 상기 수지 물질층의 표면을 포함하는 영역에 위치하는 포집 입자를 포함하며, 상기 지지대의 타면에 코팅되는 포집 마찰층을 포함하는 공기 필터링 장치를 개시한다..

Description

공기 필터링 장치{Apparatus for filtering air}
본 발명은 공기중의 휘발성 유기 화합물 또는 미세먼지등과 같은 물질을 필터링하여 제거하는 공기 필터링 장치에 관한 것이다.
공기중에는 미세 먼지와 휘발성 유기 화합물(Volatile organic compound)등이 포함되어 있으며 사람의 건강을 저해하는 요인으로 주목되고 있다. 특히, 공기중의 미세 먼지에 대한 국민의 불안이 날로 증가되고 있다. 이에 미세 먼지를 저감하기 위한 다양한 노력이 진행되고 있다. 미세 먼지의 저감을 위한 노력은 미세 먼지의 발생을 줄이는 방향과 발생된 미세 먼지를 제거하는 방향으로 진행되고 있다. 미세 먼지의 발생을 줄이는 방향은 미세 먼지의 발생 원인에 따라 미세 먼지의 발생 원인을 제거 또는 감소시키거나, 대기중으로의 배출을 감소시키기 위한 기술이다. 예를 들면, 미세 먼지의 발생 원인으로 지목되고 있는 석탄 화력 발전소의 배출 기준을 강화하고 미세 먼지의 발생을 줄이는 노력이 진행되고 있다.
한편, 대기중에 포함되어 있는 미세 먼지나 휘발성 유기 화합물을 제거하는 장치로 공기 정화기가 많이 사용되고 있다. 상기 공기 정화기는 기본적으로 공기를 필터링하는 필터링 장치를 포함하고 있다. 상기 필터링 장치는 공기 정화기에서 요구하는 미세 먼지 필터링 능력을 갖도록 다양한 사양으로 설계될 수 있다. 상기 필터링 장치는 그 사양에 따라 성능 주기에 차이가 있으며, 성능이 다하면 교체하여야 하므로 유지 비용이 소요된다.
본 발명은 공기 중의 유기 화합물 또는 미세먼지등과 같은 물질을 필터링하여 제거하며, 유지 비용을 절감할 수 있는 공기 필터링 장치를 제공하는 것으로 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치는 소수성 특성을 가지며 띠 형상으로 형성되는 지지대와, 소수성 특성을 가지며, 상기 지지대의 일면에 결합되는 포집 돌기 및 소수성 특성을 가지는 수지 물질층과 상기 수지 물질층의 표면을 포함하는 영역에 위치하는 포집 입자를 포함하며, 상기 지지대의 타면에 코팅되는 포집 마찰층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지대는 전체가 하나의 띠로 형성되며, 롤 형태로 권취되면서 내측과 외측에 위치하는 지지대와 이격되도록 형성되며, 상기 포집 돌기는 상기 지지대의 일면에서 외측 방향으로 연장되어 형성되며 외측에 위치하는 상기 포집 마찰층과 마찰하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 필터링 장치는 상기 롤 형태로 권취되는 지지대의 외측을 감싸도록 형성되는 롤 지지링과, 복수 개가 상기 롤 지지링의 중심에서 외측 방향으로 연장되면서 상기 롤 지지링에 결합되고 상기 롤 지지링의 원주 방향으로 이격되는 롤 지지바 및 상기 롤 지지링의 중심에서 상기 롤 지지바와 결합되는 롤 지지판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 지지대는 소정 길이를 갖는 띠로 형성되며, 복수 개가 상하 방향으로 이격되어 스택되며, 상기 포집 돌기는 상기 지지대의 일면에서 상부 방향으로 연장되어 형성되며 상부가 상기 포집 마찰층과 마찰하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 공기 필터링 장치는 상하로 스택되는 상기 지지대의 외측을 감싸도록 형성되는 스택 지지링 및 상기 스택 지지링의 상부와 하부에 연결되어 결합되는 스택 지지바를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 포집 돌기는 상부가 하부 방향으로 절곡되는 형상, 상부가 버섯 머리 모양으로 형성되는 형상, 지그재그 형상으로 상부로 연장되는 형상 또는 또는 상부 방향으로 연장되는 나선형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기는 미세 섬유가 서로 엉키는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기는 2개가 한 쌍을 이루며, 하부가 서로 인접하고 상부로 갈수록 서로 벌어지며 단부가 하부로 절곡되는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 포집 돌기는 상대적으로 굵기가 굵고 직선 형상으로 형성되는 제 1 포집 돌기와 상대적으로 굵기가 얇은 제 2 포집 돌기를 포함하며, 상기 제 1 포집 돌기는 지지대 사이의 이격 거리에 대응되는 높이로 형성되며, 상기 제 2 포집 돌기는 제 1 포집 돌기보다 낮은 높이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 포집 돌기는 상부가 하부 방향으로 절곡되는 형상, 상부가 버섯 머리 모양으로 형성되는 형상, 지그재그 형상으로 상부로 연장되는 형상 또는 상부 방향으로 연장되는 나선형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기는 미세 섬유가 서로 엉키는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기는 2개가 한 쌍을 이루며, 하부가 서로 인접하고 상부로 갈수록 서로 벌어지며 단부가 하부로 절곡되는 형태로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 포집 돌기와 제 2 포집 돌기는 (+) 또는 (-)로 대전되는 성향이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 수지 물질층은 에폭시 수지, 테프론, 실리콘 수지, 염화비닐 수지 또는 폴리에틸렌으로 형성되며, 상기 포집 입자는 제올라이트, 알루미나, 이산화티타늄 또는 지르코니아로 형성될 수 있다.
또한, 상기 포집 마찰층은 수지 물질 1~20중량%와 포집 입자 1~40중량% 및 용매 50~90중량%가 혼합되어 형성되는 분산액이 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 포집 마찰층은 상기 용매에 상기 수지 물질을 가하고 상기 포집 입자인 제올라이트를 분산시켜 분산액을 얻는 단계와; 상기 분산액을 상기 지지대의 하면에 코팅하여 피착시키는 단계와; 상기 지지대에 피착된 분산액을 경화하는 단계에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 경화하는 단계는 40 ~ 60 ℃에서 0.5 ~ 3 시간 동안 진행될 수 있다. 또한, 상기 제올라이트는 미세 기공의 크기가 서로 다른 적어도 2종류의 제올라이트를 포함할 수 있다.
본 발명의 공기 필터링 장치는 일면에 포집 돌기들이 결합된 띠 형상의 지지대가 롤 형상을 이루며, 포집 돌기들이 지지대 사이에서 미세 통로를 형성하고 유동하면서 마찰에 의한 정전기로 미세 먼지를 포집하므로 보다 효율적으로 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 지지대의 권취 수와 권취시의 텐션을 조절하여 전체 면적을 용이하게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 일면에 포집 돌기들이 결합된 판 형상의 지지대가 상하 방향으로 적층되어 사각 형태로 형성되므로 다양한 평면 형상과 면적으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 정전기 특성이 서로 다른 포집 돌기를 혼재시켜 정전기 발생을 증가시키며 미세 먼지의 포집 성능을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 포집 돌기와 지지대가 서로 다른 정전기 특성을 갖는 재질로 형성되며, 포집 돌기와 지지대의 마찰에 의하여 효율적으로 정전기를 발생시켜 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 지지대의 폭과 이격 거리를 조절하여 공기의 통과 유량과 미세먼지 포집 성능을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 이격 거리를 유지하기 위한 포집 돌기와 정전기를 발생시키기 위한 포집 돌기를 혼재시켜 이격 거리가 작아지거나 정전기 발생이 감소되는 것을 방지하여 미세 먼지의 포집 성능을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 지지대의 타면에 포집 마찰층을 형성하여 포집 돌기와의 마찰을 증가시켜 미세 먼지 포집 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 지지대의 후면에 포집 돌기와 다른 정전기 특성을 갖는 포집 마찰층을 형성하여 포집 돌기와 포집 마찰층이 효율적으로 정전기를 발생시켜 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 포집 마찰층에 의하여 NOx, SOx, VOCs와 같은 물질을 포집할 수 있다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 지지대와 포집 돌기들의 마찰에 의하여 발생되는 정전기를 이용하여 미세 먼지를 포집하므로 외부로부터 별도의 에너지를 필요로 하지 않는다.
또한, 본 발명의 공기 필터링 장치는 포집 돌기 또는 지지대에 포집된 미세 먼지가 물에 의하여 용이하게 제거되므로 반영구적으로 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A에 대한 수평 단면의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 포집 돌기를 포함하는 부분의 부분 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 3에 대응되는 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 3에 대응되는 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 2에 대응되는 사진이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 2에 대응되는 사진이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 2에 대응되는 확대도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 3에 대응되는 부분 평면도이다.
도 10은 도 1의 공기 필터링 장치에서 롤 지지링과 롤 지지바 및 롤 지지판이 장착된 상태의 평면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 작용을 나타내는 모식도이다.
도 13은 평가에 사용된 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 사진이다.
도 14는 비교 평가를 위하여 사용된 헤파 필터의 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 사용 후 세척에 따른 상태를 나타내는 사진이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 SOx의 포집 효율을 나타내는 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 공기 필터링 장치에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 실시예들에 따른 공기 필터링 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 평면도이다. 도 2는 도 1의 A에 대한 수평 단면의 확대도이다. 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 포집 돌기를 포함하는 부분의 부분 평면도이다. 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 3에 대응되는 부분 평면도이다. 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 3에 대응되는 부분 평면도이다. 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 2에 대응되는 사진이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 2에 대응되는 사진이다. 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 2에 대응되는 확대도이다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 도 3에 대응되는 부분 평면도이다. 도 10은 도 1의 공기 필터링 장치에서 롤 지지링과 롤 지지바 및 롤 지지판이 장착된 상태의 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치(100)는, 도 1 및 도 2를 참조하면, 지지대(110) 및 포집 돌기(120)를 포함한다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 마찰층(130)을 더 포함할 수 있다. 상기 공기 필터링 장치(100)는 일면에 포집 돌기(120)가 결합된 지지대(110)가 하나의 띠로 형성되며, 롤 형태로 권취되어 형성된다. 여기서, 상기 지지대(110)와 포집 돌기(120)는 포집 모듈을 형성할 수 있다. 상기 포집 모듈은 공기 필터링 장치(100)의 기본 구성을 형성할 수 있다. 상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 모듈이 권취되면서 전체적으로 소정 두께와 직경을 갖는 원판 형상으로 형성될 수 있다. 상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 돌기(120)의 높이와 지지대(110)의 폭 및 권취 횟수에 따라 두께와 직경이 결정될 수 있다. 따라서, 상기 공기 필터링 장치(100)는 필요로 하는 두께와 면적을 용이하게 조절할 수 있다.
상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 모듈의 권취 과정에서 지지대(110)의 권취 텐션 또는 권취 강도를 조절하여 지지대(110) 사이의 이격 거리와 포집 돌기(120)의 변형량을 조절할 수 있다. 이에 의하여, 상기 공기 필터링 장치(100)는 지지대(110) 사이에서 포집 돌기(120)에 의하여 형성되는 공기 통로(100a)의 크기를 조절할 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 돌기(120)의 굵기와 조밀도에 따라 공기 통로(100a)의 크기를 조절할 수 있다. 여기서, 상기 조밀도는 지지대(110)의 단위 면적당 포집 돌기(120)의 개수를 의미할 수 있다. 상기 조밀도가 높은 경우에는 포집 돌기(120)들이 상대적으로 촘촘하게 형성되어 단위 면적당 포집 돌기(120)의 개수가 많은 경우이며, 공기 통로(100a)의 크기가 작게 형성된다. 상기 공기 필터링 장치(100)는 두께와 공기 통로(100a)의 크기를 조절함으로써 공기 투과도와 미세 먼지 포집 효율 및 포집되는 미세 먼지의 크기를 제어할 수 있다.
예를 들면, 상기 포집 모듈의 권취 과정에서 텐션이 강한 경우에 지지대(110) 사이의 이격거리가 상대적으로 작게되면서 공기 통로(100a)의 크기가 작게되어 공기의 통과 유량이 감소하는 반면에 미세 먼지 포집 효율이 증가될 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 단위 면적당 공기 통로(100a)의 개수가 증가되어 미세 먼지 포집 효율이 증가될 수 있다. 반대로 상기 포집 모듈의 권취 과정에서 텐션이 약한 경우에 지지대(110) 사이의 이격거리가 상대적으로 크게 되면서 공기 통로(100a)의 크기가 크게 되어 공기의 통과 유량이 증가하고 미세 먼지 포집 효율이 감소될 수 있다.
상기 공기 필터링 장치(100)는 미세 먼지와 초미세 먼지를 필터링하여 제거할 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 미세한 블랙 카본 입자도 포집할 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 마찰층(130)에 의하여 NOx, SOx, VOCs와 같은 물질도 포집할 수 있다.
또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 지지대(110)와 포집 돌기(120)가 소수성의 수지 재질로 형성되므로 미세 먼지를 포집한 후에 물로 세정하여 다시 사용할 수 있다. 따라서, 상기 공기 필터링 장치(100)는 공기 정화기의 유지 비용을 절감시킬 수 있다.
상기 지지대(110)는 소정 폭과 길이를 갖는 띠 형상으로 형성된다. 상기 지지대(110)는 공기 필터링 장치(100)가 필요로 하는 면적에 따라 적정한 길이로 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)는 전체가 하나의 띠로 형성되며, 롤 형태로 권취되면서 내측과 외측에 위치하는 지지대(110)와 이격 거리로 이격된다. 상기 지지대(110)는 지지 섬유가 띠 형상으로 직조되어 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)는 지지 섬유가 판상으로 직조된 후에 띠 형상으로 절단되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지대(110)는 소정 두께와 폭을 갖는 수지 필름으로 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)는 폭이 10 ~ 30mm로 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)의 폭이 너무 작으면, 지지대(110)의 상면에 배치되는 포집 돌기(120)에 의하여 형성되는 공기 통로(100a)가 너무 짧아 미세 먼지를 충분히 포집하기 어렵다. 또한, 상기 지지대(110)의 폭이 너무 크면, 공기 통로(100a)가 너무 길어져 필요로 하는 공기의 통과 유량을 확보하기 어렵다.
상기 지지대(110)는 정전기 특성이 있는 수지 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지 섬유 또는 수지 필름에 의하여 형성되는 지지대(110)는 소수성 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 지지대(110)는 폴리에스테르(Polyester)와 같은 합성 수지로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 지지대(110)는 테프론 수지, 실리콘 수지, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐, 폴리스틸렌, 아크릴 수지, ABS 수지, 페놀 수지, 멜라민수지, 에폭시 수지, 폴리에스터, 불포화폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 변성폴리페닐렌옥사이드, 변성폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리에테르케톤 또는 불소계 수지로 형성될 수 있다.
또한, 상기 지지대(110)는 포집 돌기(120)와 대비하여 상대적으로 (-)로 대전되는 성향이 높은 수지로 형성될 수 있다. 상기 지지 섬유는 테프론, 실리콘 수지, 염화비닐 수지 또는 폴리에틸렌으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지대(110)는 (-)로 대전되는 성향과 함께 소수성 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)가 소수성 특성을 갖는 경우에 정전기에 의하여 포집된 미세 먼지가 물에 의하여 용이하게 제거될 수 있다. 한편, 상기 지지대(110)는 포집 돌기(120)와 대비하여 상대적으로 (+)로 대전되는 성향이 높은 수지로 형성될 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)의 상면 또는 일면에서 상부 방향 또는 외측 방향으로 연장되는 돌기 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)의 상면에서 상부 방향으로 연장되는 돌기 형상으로 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)는 일단부가 지지대(110)에 결합되고 타단부가 상부 방향 또는 외측 방향에 위치할 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)의 하면에서 하부 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)는 소정 길이의 포집 섬유로 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)가 지지 섬유가 직조되어 형성되는 경우에 포집 돌기(120)는 포집 섬유가 지지 섬유와 함께 직조되어 지지대(110)의 상부로 돌출되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 소정 굵기와 길이를 갖는 바 형상으로 형성될 수 있다. 상기 지지대(110)가 수지 필름으로 형성되는 경우에, 포집 돌기(120)는 수지 필름과 함께 사출 또는 압출되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)와 일체로 형성될 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 테프론, 실리콘 수지, 나일론, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 염화비닐, 폴리스틸렌, 아크릴 수지, ABS 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 에폭시 수지, 폴리에스터, 불포화폴리에스테르, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리아세탈, 변성폴리페닐렌옥사이드, 변성폴리페닐렌옥사이드, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리아릴레이트, 폴리에테르케톤 및 불소계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 포집 돌기(120)는 바람직하게는 지지대(110)와 대비하여 상대적으로 (+)로 대전되는 성향이 높은 수지로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 포집 돌기(120)는 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 아크릴 수지, 폴리에스테르 또는 나일론으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 (+)로 대전되는 성향과 함께 소수성 특성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)가 소수성 특성을 갖는 재질로 형성되는 경우에, 정전기에 의하여 포집된 미세 먼지가 물에 의하여 용이하게 제거될 수 있다. 한편, 상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)와 대비하여 상대적으로 (-)로 대전되는 성향이 높은 수지로 형성될 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)와 정전기 특성이 다른 재질로 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)는 바람직하게는 지지대(110)와 정전기 특성이 반대인 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 포집 돌기(120)는 정전기를 더욱 많이 발생시키면서 미세 먼지에 대한 포집 효율이 증가될 수 있다. 한편, 상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)와 동일한 재질 또는 다른 재질로 형성될 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 서로 다른 재질의 돌기가 혼합되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 포집 돌기(120)는 (+)로 대전되는 성향이 서로 다른 재질로 형성되는 포집 돌기(120)가 혼합되어 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)가 서로 다른 대전 성향을 갖는 재질로 형성되는 경우에 보다 효율적으로 정전기를 발생시킬 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 소정의 돌기 높이로 형성될 수 있다. 상기 돌기 높이는 지지대(110) 사이의 이격 거리와 공기 통로(100a)의 크기에 영향을 준다. 따라서, 상기 포집 돌기(120)의 높이는 공기 필터링 장치(100)에서 필요로 하는 공기의 통과 유량을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 지지대(110)의 표면에 소정의 돌기 간격으로 이격되어 위치할 수 있다. 상기 돌기 간격은 공기 통로(100a)의 크기를 결정한다. 따라서, 상기 돌기 간격은 공기 필터링 장치(100)에서 필요로 하는 공기 통로(100a)의 크기를 고려하여 결정될 수 있다.
상기 포집 돌기(120)는 소정의 돌기 굵기로 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)는 동일한 굵기로 형성될 수 있다. 도 2에서 보는 바와 같이, 상기 포집 돌기(120)는 상대적으로 굵은 굵기로 형성되는 경우에 직선 형태로 배열될 수 있다.
또한, 상기 포집 돌기(120)는, 도 3에서 보는 바와 같이, 상부가 하부 방향으로 굴곡되어 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 포집 돌기(120)는 상부가 더 큰 호 형상으로 형성되므로, 더 부드럽게 포집 마찰층(130)과 접촉되면서 마찰을 일으킬 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 포집마찰층(130)과 마찰이 일어나는 영역의 주위에 미세 먼지가 포집될 수 있는 표면적을 증가시켜 보다 효율적으로 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 상기 포집 돌기(120)는, 도 4에서 보는 바와 같이, 상부가 버섯 머리 모양으로 형성될 수 있다. 이러한 경우에도, 상기 포집 돌기(120)는 상부가 더 큰 면적을 갖는 곡면으로 형성되므로, 더 많은 면적에서 부드럽게 포집 마찰층(130)과 접촉되면서 마찰을 일으킬 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 포집 마찰층(130)과 마찰이 일어나는 영역의 주위에 미세 먼지가 포집될 수 있는 표면적을 증가시켜 보다 효율적으로 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 상기 포집 돌기(120)는, 도 5에서 보는 바와 같이, 지그재그 형상이면서 상부 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다. 상기 포집 돌기(120)는 유입되는 공기에 의하여 유동하기 용이하여 주위에 위치하는 포집 돌기(120)와 보다 용이하게 마찰하여 정전기를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 직선 형상보다 표면적이 증가되어 미세 먼지를 포집하는 면적이 증가될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 공기 통로(100a)의 크기를 다양하게 하여 다양한 크기의 미세 먼지가 포집될 수 있도록 한다.
또한, 도 6에서 보는 바와 같이, 상기 포집 돌기(120)가 미세 섬유로 형성되는 경우에 미세 섬유가 서로 엉키는 형태로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 포집 돌기(120)는 미세한 공기 통로를 형성할 수 있다. 상기 포집 돌기(120)가 미세 섬유로 형성되는 경우에, 공기 필터링 장치(100)는 지지대(110)의 권취 과정에서 텐션을 조절하여 지지대(110)와 포집 돌기(120)가 접촉되면서 필요한 공기의 통과 유량이 확보되도록 할 수 있다. 상기 지지대(110)의 이격 간격은 포집 돌기(120)의 평균적인 높이에 의하여 조절될 수 있다. 상기 공기 필터링장치(100)는 지지대(110)의 이격 간격이 1.5 ~ 2.5mm가 되도록 형성될 수 있다.
또한, 도 7에서 보는 바와 같이, 상기 포집 돌기(120)는 2개가 한 쌍을 이루며, 하부가 서로 인접하고 상부로 갈수록 벌어지는 형태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 단부가, 도 3에 도시된 포집 돌기와 유사하게, 하부 방향으로 절곡되는 형태로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 상기 포집 돌기(120)는 하부가 상대적으로 견고하게 지지되며, 상부가 유입되는 공기에 의하여 상대적으로 용이하게 변형되면서 마찰을 일으킬 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 다양한 크기의 공기 통로를 형성하여 보다 효율적으로 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 도 8에서 보는 바와 같이, 상기 포집 돌기(120)는 서로 다른 굵기를 가지는 적어도 2종류의 포집 돌기로 형성될 수 있다. 또한, 적어도 2 종류의 상기 포집 돌기(120)는 서로 다른 높이로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 포집 돌기(120)는 제 1 포집 돌기(120a)와 제 2 포집 돌기(120b)로 형성될 수 있다.
상기 제 1 포집 돌기(120a)는 상대적으로 굵기가 굵은 돌기로 형성될 수 있다. 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 직선 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 지지대(110) 사이의 이격 거리에 대응되는 높이로 형성될 수 있다. 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 굵기가 굵으면서 큰 높이로 형성되므로 지지대(110)가 이격 거리를 유지할 수 있도록 지지한다. 즉, 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 외측에 위치하는 지지대(110)의 타면과 접촉하면서 지지대(110) 사이의 이격 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 지지대 사이의 공기 통로(100a)가 감소되는 것을 최소화시켜 공기의 통과 유량을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 지지대(110)의 하면에 형성되는 포집 마찰층(130)과 마찰을 일으키면서 정전기를 발생시킬 수 있다.
상기 제 2 포집 돌기(120b)는 제 1 포집 돌기(120a)의 굵기보다 상대적으로 가는 굵기로 형성될 수 있다. 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 제 1 포집 돌기(120a)와 같이 직선 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 도 9에서 보는 바와 같이, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는, 지그재그 형상 또는 곡선 형상이면서 상부 방향으로 연장되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기는, 도 4에 도시된 포집 돌기와 같이, 상부가 버섯 머리 모양으로 형성되는 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 구체적으로 도시하지 않았지만, 상부 방향으로 연장되는 나선형 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는, 도 7에 도시된 포집 돌기와 같이, 2개가 한 쌍을 이루며, 하부가 서로 인접하고 상부로 갈수록 서로 벌어지며 단부가 하부로 절곡되는 형태로 형성될 수 있다. 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 지그재그로 절곡되어 형성되므로 유입되는 공기에 의하여 유동하기 용이하여 주위에 위치하는 제 1 포집 돌기(120a) 또는 제 2 포집 돌기(120b)와 보다 용이하게 마찰하여 정전기를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기(120b)가 직선 형상이 아닌 곡선 형상, 지그재그 형상, 나선 형상으로 형성되는 경우에, 정전기가 발생되는 표면적 또는 공기와 접촉하는 표면적을 증가시켜 미세 먼지의 포집 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 공기가 통과하는 공기 통로를 더욱 미세하게 형성하여 미세 먼지의 포집 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는, 구체적으로 도시하지 않았지만, 도 6의 미세 섬유에 의한 포집 돌기(120)로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 미세 섬유로 형성되며 제 1 포집 돌기(120a) 사이에 서로 엉키는 구조로 형성될 수 있다. 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 제 1 포집 돌기(120a)들 사이에 위치하여 공기 통로(100a)를 작게 만들 수 있다. 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 상대적으로 가늘게 형성되므로 유입되는 공기에 의하여 용이하게 변형되면서 인접한 제 2 포집 돌기(120b) 또는 제 1 포집 돌기(120a)와 원활하게 마찰을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 보다 많은 정전기를 발생시켜 미세 먼지를 포집할 수 있다.
또한, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 제 1 포집 돌기(120a)보다 작은 높이로 형성될 수 있다. 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 제 1 포집 돌기(120a)들 사이에 위치하여 상부가 포집 마찰층(130)과 접촉하지 않으므로, 보다 자유롭게 인접한 제 2 포집 돌기(120b) 및 제 1 포집 돌기(120a)와 마찰을 일으킬 수 있다. 따라서, 상기 제 2 포집 돌기(120b)는 보다 많은 정전기를 발생시켜 미세 먼지를 효율적으로 포집할 수 있다.
또한, 상기 제 1 포집 돌기(120a)와 제 2 포집 돌기(120b)는 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 상기 제 1 포집 돌기(120a)와 제 2 포집 돌기(120b)는 (+) 또는 (-)로 대전되는 성향이 서로 다른 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 (+)로 대전되는 성향이 작은 재질로 형성되며, 제 2 포집 돌기(120b)는 제 1 포집 돌기(120a)에 대비하여 상대적으로 유동에 의한 마찰이 많으므로, (+)로 대전되는 성향이 큰 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 포집 돌기(120a)는 (-)로 대전되는 성향을 갖는 재질로 형성되며, 제 2 포집 돌기(120b)는 (+)로 대전되는 성향을 갖는 재질로 형성될 수 있다.
상기 포집 마찰층(130)은 수지물질층(130a) 및 포집 입자(130b)를 포함할 수 있다. 상기 포집 마찰층(130)은 포집 입자(130b)가 수지 물질에 혼합된 상태에서 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 마찰층(130)은 수지 물질층(130a)이 먼저 코팅되고, 수지 물질층(130a)의 표면에 포집 입자(130b)가 분산되어 형성될 수 있다.
상기 포집 마찰층(130)은 지지대(110)의 하면에 소정 두께로 코팅되어 형성될 수 있다. 상기 포집 마찰층(130)은 포집 돌기(120)와 접촉하며 포집 돌기(120)와 마찰되면서 정전기를 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 포집 마찰층(130)은 포집 돌기(120)와 함께 정전기를 효율적으로 발생시켜 미세 먼지의 포집 효율을 증가시킬 수 있다.
상기 포집 마찰층(130)은 바람직하게는 표면이 굴곡지게 형성될 수 있다. 상기 포집 마찰층(130)은 지지대(110)의 표면에 형성되는 굴곡을 가지도록 박막으로 코팅될 수 있다. 특히, 상기 포집 마찰층(130)은 포집 입자(130b)에 의하여 표면에 굴곡이 형성될 수 있다.
상기 수지 물질층(130a)은 소수성 특성을 갖는 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 수지 물질층(130a)은 포집 돌기(120)와 다른 종류의 수지 물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 수지 물질층(130a)은 포집 돌기(120)와 다른 정전기 특성을 갖는 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 수지 물질층(130a)은 포집 돌기(120)와 반대의 정전기 특성을 갖는 수지 물질로 형성될 수 있다. 상기 수지 물질층(130a)은 상대적으로 (-)로 대전되는 성향이 높은 수지로 형성될 수 있다. 상기 수지 물질층(130a)은 에폭시 수지, 테프론, 실리콘 수지, 염화비닐 수지 또는 폴리에틸렌으로 형성될 수 있다.
상기 포집 입자(130b)는 제올라이트, 알루미나, 이산화티타늄, 지르코니아와 같은 세라믹 입자를 포함할 수 있다. 상기 포집 입자(130b)는 수지 물질층(130a)의 표면을 포함하는 내부 영역에 분산되어 위치한다. 보다 구체적으로는, 상기 포집 입자(130b)는 일부분이 수지 물질층(130a)의 표면으로 노출되고, 일부분이 수지 물질층(130a)의 내부에 잠기도록 위치할 수 있다. 또한, 상기 포집 입자(130b)는 전체가 수지 물질층(130a)의 내부에 잠기도록 위치할 수 있다. 상기 포집 입자(130b)는 포집 마찰층(130)의 표면 거칠기를 증가시켜 포집 마찰층(130)과 포집 돌기(120)의 마찰 정도를 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 포집 입자(130b)는 VOCs, NOx 또는 SOx와 같은 오염 물질을 포집하는 특성을 가질 수 있다. 상기 포집 입자(130b)가 이산화티타늄 또는 제올라이트로 형성될 수 있다. 상기 포집 입자(130b)는 표면에 미세 기공이 형성되며, 미세 기공으로 오염 물질을 포집할 수 있다. 상기 포집 입자(130b)는 미세 기공의 크기가 서로 다른 적어도 2 종류의 입자들이 혼합되어 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 포집 입자(130b)가 제올라이트인 경우에, 제올라이트 입자는 표면에 형성되는 미세 기공의 크기라 서로 다른 적어도 2종류의 입자가 혼합될 수 있다. 상기 포집 입자(130b)는 서로 다른 크기 또는 종류의 오염 물질을 보다 효율적으로 포집할 수 있다.
상기 포집 마찰층(130)은 수지 물질 1~20중량%와 포집 입자 1~40중량% 및 용매 50~90중량%가 혼합되어 형성되는 분산액이 지지대의 하면, 상면 또는 하면 및 상면에 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 마찰층(130)은 용매에 수지 물질을 가하고 포집 입자(130b)인 제올라이트를 분산시켜 분산액을 얻는 단계와 분산액을 지지대(110)의 하면 또는 하면 및 상면에 코팅하여 피착시키는 단계 및 지지대(110)에 피착된 분산액을 경화하는 단계에 의하여 형성될 수 있다. 상기 제올라이트는 미세 기공의 크기가 다른 2종 이상의 제올라이트를 포함할 수 있다. 또한, 이때, 상기 분산액을 경화하는 단계는 40 ~ 60℃ 경화 온도에서 0.5 ~ 3 시간의 경화 시간 동안 진행될 수 있다.
상기 공기 필터링 장치(100)는, 도 10을 참조하면, 롤 지지링(140)과 롤 지지바(150) 및 롤 지지판(160)을 더 포함할 수 있다.
상기 롤 지지링(140)은 소정 폭과 내경을 갖는 링 형상으로 형성된다. 상기 롤 지지링(140)은 롤 형태로 권취된 지지대(110)의 직경에 대응되는 내경으로 형성될 수 있다. 상기 롤 지지링(140)은 내부에 권취된 지지대(110)와 포집 돌기(120)를 수용할 수 있다. 상기 롤 지지링(140)은 롤 형태로 권취된 지지대(110)의 외측을 감싸도록 형성될 수 있다. 상기 롤 지지링(140)은 롤 형태로 권취된 지지대(110)의 외측을 지지하여 지지대(110)가 사용 중에 풀리지 않도록 한다. 상기 롤 지지링(140)은 공기 필터링 장치(100)를 세정할 때 롤 형태가 풀리지 않도록 지지할 수 있다.
상기 롤 지지바(150)는 적어도 롤 지지링(140)의 반경에 대응되는 길이로 형성될 수 있다. 상기 롤 지지바(150)는 복수 개가 롤 지지링(140)의 중심에서 외측 방향으로 연장되면서 원주 방향으로 서로 이격되어 결합될 수 있다. 즉, 상기 롤 지지바(150)의 외측단은 롤 지지링(140)에 결합되며, 내측단은 롤 지지링(140)의 중심 방향으로 연장된다. 상기 롤 지지바(150)의 내측단은 롤 지지판(160)에 결합될 수 있다. 또한, 상기 롤 지지판(160)이 없는 경우에, 롤 지지바(150)는 내측단끼리 결합될 수 있다. 또한, 상기 롤 지지바(150)는 롤 지지링(140)의 상면과 하면에 각각 형성될 수 있다. 상기 롤 지지바(150)는 롤 지지링(140)에 90도 간격으로 위치할 수 있다. 상기 롤 지지바(150)는 포집 모듈의 상면 및 하면에 각각 접촉하도록 위치할 수 있다. 상기 롤 지지바(150)는 사용 중에 포집 모듈의 중심 부분이 상면 또는 하면 방향으로 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 상기 롤 지지바(150)는 포집 모듈을 세정할 때 롤 형태가 풀리지 않도록 한다.
상기 롤 지지판(160)은 대략 원판 또는 사각판, 오각판 또는 육각판과 같은 다각형 판으로 형성될 수 있다. 상기 롤 지지판(160)은 롤 지지링(140)의 중심 부분에서 상면과 하면에 각각 위치한다. 상기 롤 지지판(160)은 롤 지지바(150)의 내측단과 결합되어 롤 지지바(150)의 내측단을 지지할 수 있다. 또한, 상기 롤 지지판(160)은 롤 형태로 권취되는 포집 모듈의 중앙에 형성되는 빈 공간을 차폐할 수 있다. 여기서, 상기 빈 공간은 지지대(110)의 권취 과정에서 중심 부분에 발생되는 포집 돌기(120)가 위치하지 않는 영역이다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 필터링 장치(200)는, 도 11를 참조하면, 지지대(210) 및 포집 돌기(120)를 포함한다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(200)는 포집 마찰층(130)을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(200)는 스택지지링(240)과 스택지지바(250)를 더 포함할 수 있다.
상기 공기 필터링 장치(200)는 일면에 포집 돌기(120)가 결합되며 소정 길이로 형성된 지지대(210)가 이격되면서 스택되어 형성된다. 상기 공기 필터링 장치(200)는 소정 길이로 형성되는 지지대(210)와 상면에 결합되는 포집 돌기(120)로 형성될 수 있다. 상기 공기 필터링 장치(200)는 복수 개의 지지대(210)가 상하로 적층되어 형성될 수 있다. 상기 공기 필터링 장치(200)는 소정 폭과 길이를 갖는 사각 판상으로 형성될 수 있다. 상기 공기 필터링 장치(200)는 지지대(210)의 길이와 적층되는 지지대(210)의 개수를 조절하여 필요한 면적으로 형성될 수 있다.
상기 지지대(210)는 공기 필터링 장치에서 소정 길이를 갖는 복수 개로 형성되는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 10에 따른 공기 필터링 장치의 지지대(110)와 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 상기 포집 돌기(120)는 도 1 내지 도 10에 따른 공기 필터링 장치의 포집 돌기와 동일하게 형성될 수 있다.
상기 스택지지링(240)은 사각링 형상으로 형성되는 점을 제외하고는 도 10의 롤 지지링(140)과 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 스택 지지링(240)은 상하로 스택되는 지지대(210)의 외측을 감싸는 사각 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 스택 지지링(240)은 상하로 스택되는 지지대(210)의 외측을 지지하여 스택된 상태를 유지할 수 있도록 한다.
상기 스택 지지바(250)는 사각링 형상으로 형성되는 스택 지지링(240)의 상부와 하부에 연결되어 결합된다. 상기 스택 지지바(250)는 복수 개가 스택 지지링(240)의 상면에서 소정 간격으로 이격되어 결합된다. 예를 들면, 상기 스택 지지바(250)는 도 9에서 보는 바와 같이 3개가 이격되어 형성될 수 있다. 상기 스택 지지바(250)는 스택 지지링(240)의 폭과 길이에 따라 스택 지지링(240)의 내부에 위치하는 지지대(210)를 지지하는데 필요한 적정한 개수로 형성될 수 있다. 상기 스택 지지바(250)는 스택 지지링(240)의 하면에도 동일하게 형성될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 작용에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 작용을 나타내는 모식도이다.
상기 공기 필터링 장치(100)는, 도 12를 참조하면, 하부에서 상부로 공기를 통과시키면서 공기에 의하여 포집 돌기(120)가 유동되면서 인접한 포집 돌기(120)과 마찰을 일으키며 정전기를 발생시킬 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 포집 돌기의 단부가 상부에 위치하는 포집 마찰층(130)과 마찰을 일으키면서 정전기를 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 공기 필터링 장치(100)는 공기중에 포함되어 있는 미세 먼지와 초미세 먼지를 포집할 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치는 블랙 카본과 같은 입자도 포집할 수 있다.
또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 지지대(110)의 하부에 위치하는 포집 마찰층(130)의 포집 입자(130b)가 공기 중에 포함되어 있는 VOCs를 포집할 수 있다. 또한, 상기 공기 필터링 장치(100)는 NOx와 SOx를 포집할 수 있다. 상기 포집 입자(130b)는 표면에 형성되어 있는 미세 기공을 이용하여 VOCs, NOx 또는 SOx를 포집할 수 있다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 평가 결과에 대하여 설명한다.
도 13은 평가에 사용된 본 발명의 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 사진이다. 도 14는 비교 평가를 위하여 사용된 헤파 필터의 사진이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 사용 후 세척에 따른 상태를 나타내는 사진이다. 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 필터링 장치의 SOx의 포집 효율을 나타내는 그래프이다.
본 평가에서는 본 발명의 실시예에 따른 공기 필터링 장치를 3가지 타입으로 제조하여 실시하였다. 공기 필터링 장치는 1개의 고성능용(이하에서 Type A)과 2개의 고풍량용(이하에서 Type B와 Type C)으로 제조하였다. 공기 필터링 장치는 모두 하면에 포집 마찰층을 형성하였다. 포집 마찰층은 에폭시 수지와 제올라이트 입자를 중량비로 2:3으로 혼합한 혼합물을 지지대의 하면에 코팅하여 형성하였다. Type A는 포집 돌기가 도 6에 도시된 포집 돌기로 형성되었다. Type A의 포집 돌기는 상대적으로 미세한 섬유로 형성되어 서로 엉키는 구조로 형성되었다. Type A는지지대의 폭을 15mm로 하였다. Type A는 권취 과정에서 텐션을 조절하여 지지대 사이의 간격을 1.5 ~ 2mm로 설정하여 필요한 통기량이 확보되도록 하였다. Type A는 통과 유량이 작은 대신에 미세 먼지에 대한 포집 성능이 높은 구조이다. Type A는 통과 유량이 많지 않으면서 미세 먼지에 대한 포집 성능이 높은 것으로 필요로 하는 실내용에 적합할 수 있다. Type B는 포집 돌기가 도7에 도시된 포집 돌기로 형성되었다. Type B의 포집 돌기는 상대적으로 굵은 섬유로 형성되며 서로 이격되는 구조로 형성되었다. Type B의 포집 돌기는 2개의 포집 돌기의 하단이 서로 인접하고 상부로 갈수록 서로 벌어지며, 상단이 절곡되도록 형성되었다. Type B는 지지대의 폭을 25mm로 하였다. Type C는 포집 돌기의 구조가 Type B와 동일하며 지지대의 폭을 15mm로 하였다. Type B와 Type C는 포집 돌기의 상부가 상부에 위치하는 지지대와 접촉할 수 있도록 권취 과정에서 텐션을 조절하였다. Type B와 Type C는 미세 먼지에 대한 포집 성능이 낮은 대신에 공기 유량이 높은 구조이다. Type B와 Type C는 포집 성능이 낮아도 많은 통과 유량을 필요로 하는 실외용에 적합할 수 있다.
본 성능 평가에서는 기존에 사용되는 헤파필터에 대한 평가를 진행하여 비교하였다. 상기 헤파 필터는 H13 등급과 H14등급을 사용하였다. 상기 헤파 필터는 현재 판매되는 제품을 구입하여 사용하였다.
본 성능 평가에서 사용한 미세 입자는 미국 PTI(Powder Technology Inc.)사의 시험용 분진 ISO 12103-1 A1, Ultrafine dust를 사용하였다. 또한, 블랙 카본은 Alfa aesar사의 카본 블랙을사 용하였다.
본 성능 평가는 미세 먼지 포집 성능 평가, 공기 유속에 따른 포집 성능 평가, 공기 유속에 따른 통과 유속 평가, 포집 성능 내구성 평가의 항목으로 진행하였다.또한, 본 성능 평가는 SOx의 제거 효율 평가를 진행하였다.
먼저, 미세 먼지 포집 성능 평가는 일측으로 일정량의 미세 먼지를 유입시키고, 타측으로 유출되는 미세 먼지의 양을 측정하여 평가하였다. 미세 먼지 포집 성능 평가는 미세 입자의 크기 별로 진행하였다. 미세 먼지 포집 성능 평가는 블랙 카본 입자에 대하여도 별도로 진행하였다. 미세 먼지 포집 성능 평가는 공기 유속(즉,풍속)이 1.64m/s, 측정 온도가 22℃, 습도가 22%인 조건에서 진행하였다.
공기 유속에 따른 포집 성능 평가는 공기 유속을 증가시키면서 미세 먼지 포집 성능을 측정하여 진행하였다. 공기 유속에 따른 포집 성능 평가는 Type A의 공기 필터링 장치를 사용하여 진행하였다.
공기 유속에 따른 통과 유속 평가는 공기 필터링 장치에 유입되는 공기 유속 별로 공기 필터링 장치의 일측으로 유입되는 공기의 풍속(inlet 풍속)과 타측으로 유출되는 공기의 풍속(outlet 풍속)을 측정하여 진행하였다.
포집 성능 내구성 평가는 세척에 따른 공기 필터링 장치의 세척 회수에 따른 포집 성능 변화를 측정하여 진행하였다.포집 성능 내구성 평가는 Type A의 공기 필터링 장치를 사용하여 진행하였다. 포집 성능 내구성 평가는 미세 먼지 포집 평가를 진행하고, 부착된 미세 먼지를 물로 세정하여 제거하고 건조한 후에 다시 미세 먼지 포집 평가를 진행하는 과정을 반복하여 진행하면서 평가하였다.
SOx 제거 효율 평가는 포집 마찰층이 형성된 Type A의 공기 필터링 장치를 사용하였다. 이때, 포집 마찰층은 수지 물질과 포집 입자를 혼합하고 지지대의 하면에 코팅하여 형성하였다. 상기 포집 마찰층은 수지 물질로 에폭시 수지를 사용하고, 포집 입자로 제올라이트를 사용하였다. 상기 포집 마찰층은 에폭시 수지와 포집 입자의 혼합 비율을 중량비로 1 : 5와 2 : 3으로 제조(각각 필터 A-1, A-3)하여 코팅하였다. 또한, 상기 마찰 포집층은 포집 입자로 미세 기공의 크기가 서로 다른 2종류의 제올라이트를 사용하고, 에폭시 수지와 포집 입자의 혼합 비율을 중량비로 2 : 3으로 제조(필터 A-2)하여 각각 코팅하였다. 따라서, SOx 제거 효율 평가는 3 종류의 포집 마찰층이 형성된 공기 필터링 장치에 대하여 진행하였다. SOx 제거 효율 평가는 SOx가 혼합된 혼합 가스를 공기 필터링 장치의 일측으로 공급하고 타측으로 배출되는 혼합 가스에 포함된 SOx의 농도를 측정하는 방식으로 진행하였다. SOx 제거 효율 평가는 혼합 가스를 5.0sccm로 주입하면서 2시간 30분 동안 진행하였다. 또한, SOx의 제거 효율 평가는 비교 측정을 위하여 포집 마찰층이 형성되지 않는 Type A의 공기 필터링 장치(reference)에 대하여도 동일하게 평가를 진행하였다.
이하에서 본 성능 평가에 대한 평가 결과를 설명한다.
미세 입자 크기 헤파필터 공기 필터링 장치
H13 H14 Type A Type B Type C
Fine dust < 10 μm 99.54% 99.88% 99.86% 77.72% 68.17%
Fine dust < 2.0 μm 98.97% 99.68% 99.69% 98.41% 97.44%
Fine dust < 0.3 μm 97.88% 98.95% 98.78% 88.56% 71.18%
Black Carbon < 10 μm 96.83% 98.72% 99.65% 89.67% 78.18%
Black Carbon < 2.0 μm 80.66% 93.59% 97.10% 80.80% 71.67%
Black Carbon < 0.3 μm 76.70% 81.86% 84.17% 63.76% 67.01%
표 1은 본 발명의 공기 필터링 장치의 미세 먼지 포집 성능에 대한 평가 결과이다. 표 1의 결과를 참조하면, 공기 필터링 장치의 Type A는 미세 입자 크기에 관계없이 헤파 필터와 대등하게 미세 먼지와 블랙 카본에 대한 포집 성능을 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 공기 필터링 장치의 Type B와 Type C는 Type A와 대비하여 미세 먼지 포집 성능이 저하되는 측면이 있지만, 여전히 70% 이상의 미세 먼지 포집 성능을 가지고 있음을 알 수 있다.
구분 공기 유속(m/s)
1.0 0.5 0.1
Fine dust < 10 μm 99.99% 99.99% 99.99%
Fine dust < 2.0 μm 99.97% 99.97% 99.95%
Fine dust < 0.3 μm 99.71% 99.61% 99.39%
표 2는 본 발명의 공기 필터링 장치의 공기 유속에 따른 포집 성능에 대한 평가 결과이다. 표 2의 결과를 참조하면, 공기 필터링 장치는 공기 유속에 관계없이 동일한 미세 먼지 포집 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다. 즉, 공기 필터링 장치는 유속에 관계없이 99% 이상의 미세 먼지 포집 성능을 가지는 것을 확인할 수 있다.
Inlet 풍속
(m/s) 		Outlet 풍속 (m/s)
헤파(HEPA) 필터 공기 필터링 장치
H13 H14 Type A Type B Type C
20.4 7.1
(34.8%)		 4.1
(20.1%)		 4.0
(19.6%) 		7.2
(35.3%) 		8.7
(42.6%)
18.3 7.0
(38.3%)		 4.0
(21.9%) 		3.9
(21.3%) 		7.0
(38.3%) 		8.0
(43.7%)
12.3 6.0
(48.8%) 		3.6
(29.3%) 		3.5
(28.5%) 		6.3
(51.2%) 		6.6
(53.7%)
4.0 1.6
(40.0%) 		1.4
(35.0%) 		1.4
(35.0%) 		1.7
(43.0%) 		1.8
(45.0%)
1.0 0.52
(52.0%) 		0.25
(25.0%) 		0.33
(33.0%) 		0.76
(76.0%) 		0.85
(85.0%)
0.5 0.24
(48.0%) 		0.11
(22.0%) 		0.13
(26.0%) 		0.34
(68.0%) 		0.41
(82.0%)
표 3은 공기 필터링 장치의 통과 유속에 대한 측정 결과이다. 표 3을 참조하면, 공기 필터링 장치의 Type A는 공기 유속에 따라 헤파 필터 H14와 대등하거나 높은 통과 유속을 보이고 있다. 또한, 공기 필터링 장치의 Type B와 Type C는 헤파 필터 H13에 대등하거나 높은 통과 유속을 보이고 있다. 또한, 공기 필터링 장치의 Type B와 Type C는 Type A와 대비하여 통과 유속이 높은 것을 알 수 있다.
구분 공기 필터링 장치(Type A)
세정전 1차
세정 후 		2차
세정 후 		10차
세정 후 		20차
세정 후 		20차세정+
세제 세정 후
Fine dust < 10 μm 99.78% 99.83% 99.84% 99.83% 99.91% 99.94%
Fine dust < 2.0 μm 99.42% 99.38% 99.34% 99.52% 99.75% 99.80%
Fine dust < 0.3 μm 97.46% 94.14% 95.25% 99.21% 99.36% 98.75%
표 4는 공기 필터링 장치의 포집 성능에 대한 내구성 평가 결과이다. 표 4를 참조하면, 공기 필터링 장치는 사용 후 세정 회수에 관계 없이 미세 먼지 포집 성능을 유지하고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 상기 공기 필터링 장치는 세정으로 반복 사용할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 15에서 보는 바와 같이, 공기 필터링 장치는 사용 후 물 세정에 따라 색상이 짙어지는 측면이 있지만, 세제 세정으로 어느 정도는 깨끗해지는 것을 확인할 수 있다.
도 16을 참조하면, 포집 마찰층이 형성된 공기 필터링 장치는 배출되는 혼합 가스에서 검출되는 SOx의 농도가 포집 마찰층이 형성되지 않은 공기 필터링 장치(reference)에 대비하여 매우 낮은 수준을 유지하는 것을 볼 수 있다. 특히, 에폭시 수지와 2종류의 제올라이트가 혼합된 포집 입자를 사용한 공기 필터링 장치(필터 A-2)의 경우에 시간이 경과되더라도 포집 효율을 지속적으로 유지하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 필터 A-2의 공기 필터링 장치는 배출되는 공기에서 SOx를 측정한 결과에 따르면 SOx가 99.9% 이상 제거되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 에폭시 수지와 포집 입자의 중량비가 1 : 5인 공기 필터링 장치(필터 A-3)의 경우에도 시간이 경과하더라도 포집 효율을 지속적으로 유지되며, 검출되는 SOx의 농도가 0.4ppm이하를 유지하는 것을 볼 수 있다. 또한, 에폭시 수지와 포집 입자의 중량비가 2 : 3인 공기 필터링 장치(필터 A-1)의 경우에도 포집 마찰층이 형성되지 않은 공기 필터링 장치(reference)와 대비하여 높은 포집 효율을 지속적으로 유지하며, 검출되는 SOx의 농도가 0.8ppm이하를 유지하는 것을 볼 수 있다. 이에 비하여 포집 마찰층이 형성되지 않은 공기 필터링 장치는 시간이 경과할수록 포집 효율이 감소하며, SOx의 농도가 초기 0.8ppm에서 시간이 경과함에 따라 2.0ppm으로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 포집 마찰층이 형성되지 않은 공기 필터링 장치는 SOx의 포집 효율이 낮으며 지속적으로 낮아지는 것을 알 수 있다
지금까지 본 발명에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 발명을 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.
100, 200: 공기 필터링 장치
110: 지지대, 120: 포집 돌기
120a: 제 1 포집 돌기 120b: 제 2 포집 돌기
130: 포집 마찰층 130a: 수지물질층
130b: 포집 입자 140: 롤 지지링
150: 롤 지지바 160: 롤 지지판
240: 스택 지지링 250: 스택 지지바

Claims (18)

  1. 띠 형상으로 형성되는 지지대와,
    소수성 특성을 가지며, 상기 지지대의 일면에 결합되는 포집 돌기 및
    소수성 특성을 가지는 수지 물질층과 상기 수지 물질층의 표면을 포함하는 내부 영역에 분산되어 위치하는 포집 입자를 포함하며, 상기 지지대의 타면에 코팅되는 포집 마찰층을 포함하며,
    상기 포집 마찰층은 표면이 굴곡지게 형성되며,
    상기 지지대는 전체가 하나의 띠로 형성되며, 롤 형태로 권취되면서 내측과 외측에 위치하는 지지대와 이격되도록 형성되며,
    상기 포집 돌기는 상기 지지대의 일면에서 외측 방향으로 연장되어 형성되며 외측에 위치하는 상기 포집 마찰층과 마찰하는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 롤 형태로 권취되는 지지대의 외측을 감싸도록 형성되는 롤 지지링과,
    복수 개가 상기 롤 지지링의 중심에서 외측 방향으로 연장되면서 상기 롤 지지링에 결합되고 상기 롤 지지링의 원주 방향으로 이격되는 롤 지지바 및
    상기 롤 지지링의 중심에서 상기 롤 지지바와 결합되는 롤 지지판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  4. 띠 형상으로 형성되는 지지대와,
    소수성 특성을 가지며, 상기 지지대의 일면에 결합되는 포집 돌기 및
    소수성 특성을 가지는 수지 물질층과 상기 수지 물질층의 표면을 포함하는 내부 영역에 분산되어 위치하는 포집 입자를 포함하며, 상기 지지대의 타면에 코팅되는 포집 마찰층을 포함하며,
    상기 포집 마찰층은 표면이 굴곡지게 형성되며,
    상기 지지대는 소정 길이를 갖는 띠로 형성되며, 복수 개가 상하 방향으로 이격되어 스택되며,
    상기 포집 돌기는 상기 지지대의 일면에서 상부 방향으로 연장되어 형성되며 상부가 상기 포집 마찰층과 마찰하는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 상하로 스택되는 지지대의 외측을 감싸도록 형성되는 스택 지지링 및
    상기 스택 지지링의 상부와 하부에 연결되어 결합되는 스택 지지바를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 돌기는 상부가 하부 방향으로 절곡되는 형상, 상부가 버섯 머리 모양으로 형성되는 형상, 지그재그 형상으로 상부로 연장되는 형상 또는 상부로 연장되는 나선형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 돌기는 미세 섬유가 서로 엉키는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 돌기는 2개가 한 쌍을 이루며, 하부가 서로 인접하고 상부로 갈수록 서로 벌어지며 단부가 하부로 절곡되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 돌기는 상대적으로 굵기가 굵고 직선 형상으로 형성되는 제 1 포집 돌기와 상대적으로 굵기가 얇은 제 2 포집 돌기를 포함하며,
    상기 제 1 포집 돌기는 지지대 사이의 이격 거리에 대응되는 높이로 형성되며, 상기 제 2 포집 돌기는 제 1 포집 돌기보다 낮은 높이로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 포집 돌기는 상부가 하부 방향으로 절곡되는 형상, 상부가 버섯 머리 모양으로 형성되는 형상, 지그재그 형상으로 상부로 연장되는 형상 또는 상부로 연장되는 나선형 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 포집 돌기는 미세 섬유가 서로 엉키는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 포집 돌기는 2개가 한 쌍을 이루며, 하부가 서로 인접하고 상부로 갈수록 서로 벌어지며 단부가 하부로 절곡되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 포집 돌기와 제 2 포집 돌기는 (+) 또는 (-)로 대전되는 성향이 서로 다른 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지 물질층은 에폭시 수지, 테프론, 실리콘 수지, 염화비닐 수지 또는 폴리에틸렌으로 형성되며,
    상기 포집 입자는 제올라이트, 알루미나, 이산화티타늄 또는 지르코니아로 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 포집 마찰층은 수지물질 1~20중량%와 포집 입자 1~40중량% 및 용매 50~90중량%가 혼합되어 형성되는 분산액이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 포집 마찰층은
    상기 용매에 상기 수지 물질을 가하고 상기 포집 입자인 제올라이트를 분산시켜 분산액을 얻는 단계와;
    상기 분산액을 상기 지지대의 하면에 코팅하여 피착시키는 단계 및
    상기 지지대에 피착된 분산액을 경화하는 단계에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 경화하는 단계는 40 ~ 60 ℃에서 0.5 ~ 3 시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
  18. 제 16 항에서,
    상기 제올라이트는 미세 기공의 크기가 서로 다른 적어도 2종류의 제올라이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기 필터링 장치.
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