KR102223396B1 - 탄성물질의 스트레쳐와, 이를 포함하는 통기성 조절이 가능한 에어필터 유닛, 및 에어필터 유닛을 포함하는 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 예의 스트레쳐는 링 형태의 가변부가 탄성력을 가지며 내측의 탄성물질과 연결되는 제1벽과 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽에 의해 형성되며, 중공을 연결구멍이 형성된 분리벽으로 제1공간 및 제2공간으로 나누도록 구성된다. 제2공간은 적어도 일부가 제1벽에 의해 형성되는데, 제1공간에 형성된 상기 밀폐부재의 일방향으로 움짐임에 따라 제2공간의 공기가 상기 제1공간으로 빠져나감으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장되고, 제1벽이 제2공간측으로 신장되면서 탄성물질을 신장시킨다. 특히, 본 발명의 일 예의 등방성 스트레쳐는 가볍고 구조가 간단하며, 밀폐부재의 움직임을 레버 등을 이용해 간편하게 조작 가능하다는 장점이 있다.

Description

탄성물질의 스트레쳐와, 이를 포함하는 통기성 조절이 가능한 에어필터 유닛, 및 에어필터 유닛을 포함하는 마스크{STRETCHER OF ELASTIC MATERIAL, AIR FILTER UNIT CAPABLE OF CONTROLLING AIR PERMEABILITY INCLUDING THE SAME, AND MASK INCLUDING THE AIR FILTER UNIT}

본 발명은 탄성물질의 스트레쳐와, 이를 포함하는 통기성 조절이 가능한 에어필터 유닛, 및 에어필터 유닛을 포함하는 마스크에 관한 것이다.

황사나 미세먼지(PM 10), 미세먼지(PM2.5)에 따른 공기질 악화 문제 및 2020년에 전세계를 덥친 COVID-19 문제로 인해 마스크 등을 포함하는 PPE(Personal protective equipment)에 대한 관심이 높아지고 있다.

이에 따라 PPE에 대한 많은 기술이 개발되고 있거나, 이미 개발되어 시중에 판매되고 있다. 대부분의 PPE는 사용자를 보호하는 것에 집중되어 있어, 사용자의 편의성 문제나 주변환경에 변화에 적응하는 적응성 문제 등을 거의 고려하지 못하는 문제가 있다. 이러한 문제는 마스크도 마찬가지이다. 다만, 마스크는 다른 종류의 PPE들에 비해 다양한 연령대와 기저질환자들도 사용한다는 점에서 구별된다. 노약자 또는 호흡계통 기저질환자의 경우 마스크 착용이 오히려 건강상의 문제, 예컨대 심폐기능 장애 가능성이 보고되고 있으며 있으며, 건강한 성인의 경우에도 마스크 착용으로 인한 제한된 산소공급에 따른 신체적 활동이 제약된다.

더욱이 마스크는 필터링 성능을 향상시킬수록 호흡 중 호기를 마스크와 안면 사이의 공간에 가둬두게 된다. 가둬진 호기는 냄새, 습기, 온도 등의 불쾌감을 유발한다. 이러한 불쾌감은 마스크 착용에 대한 반감을 유발하여 공중보건적 측면에서 한계점으로 작용한다.

특히, 마스크는 일반인들 뿐만 아니라 의료인들에게 더욱 중요한데, 의료용 마스크는 필터링 성능을 위해 안면에 더욱 강하게 밀착되고 통기성도 낮을 수 밖에 없다. 즉, 위험도가 낮은 곳에서도 항상 최고수준의 필터링 성능을 가지는 마스크를 상시 착용해야 하므로, 의료인들의 마스크 착용에 대한 피로도가 높을 수 밖에 없다. 최근 의료용 마스크로 팬(fan)을 구비하여 통기성을 돕고자 하는 시도가 있으나, 팬을 구동하기 위한 구성의 무게로 마스크 자체의 무게가 증가되고, 작동시간이 짧으며, 나아가 팬의 구동시 발생하는 소음으로 의료인들 사이에 원활한 의사소통이 어렵다는 문제가 있다.

결국 마스크는 사용자 주위의 환경 변화에 따른 가변성이 없기 때문에 사용자들이 상시 마스크를 착용하기 어렵다는 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2020-0031376호 등록특허공보 제10-2039243호

본 발명의 일 목적은 중앙에 있는 탄성물질을 확장시킬 수 있는 스트레쳐를 제공하는 것이다. 특히, 중앙에 있는 탄성물질을 등방성으로 확장시키는 것이 가능한 스트레쳐를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기한 스트레쳐를 이용하여 주변환경의 변화에 따라 통기성 조절이 가능한 에어필터 유닛를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 에어필터유닛에 이용되는 스트레쳐는 비교적 간단한 구조를 가져 마스크에 설치될 경우에 착용자의 움직임을 방해하지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.

궁극적으로는 상기한 에어필터 유닛을 가져 통기성 조절을 통해 착용자가 오랜시간 편안하게 다양한 활동을 하며 착용할 수 있는 마스크를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

위와 같은 과제를 달성하기 위해 탄성물질을 확장시킬 수 있는 스트레쳐를 제안한다. 본 발명의 일 예에 따른 스트레쳐는 탄성력을 가지며 내측의 탄성물질과 연결되는 제1벽과 상기 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽에 의해 형성되는 링 형태의 가변부; 상기 중공을 제1공간 및 제2공간으로 분리하는 분리벽; 상기 제1공간 및 상기 제2공간 사이에서 공기가 이동할 수 있도록 상기 분리벽에 형성되는 적어도 하나 이상의 연결구멍; 및 상기 제1공간에 설치되며 상기 제1공간 및 상기 제2 공간을 외부와 밀폐시키는 밀폐부재;를 포함하고, 상기 제2공간은 적어도 일부가 상기 제1벽에 의해 형성되며, 상기 밀폐부재의 일방향으로 움짐임에 따라 상기 2공간의 공기가 상기 제1공간으로 빠져나감으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장되고, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 제1벽이 상기 탄성물질을 확장시키는 것을 특징으로 한다.

일 예에 있어서, 상기 밀폐부재의 일방향의 반대방향으로의 움직임에 따라 제2공간의 공기가 제1공간으로 유입됨으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간의 반대방향으로 신축되며, 상기 제1벽이 상기 제2공간의 반대방향으로 신축됨에 따라 상기 제1벽이 상기 탄성물질을 확장시키던 힘이 낮아지면서 상기 탄성물질이 원상태로 회복되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 가변부의 외측에는 상기 밀폐부재와 연결되는 레버가 설치되며, 상기 레버의 조작에 따라 상기 밀폐부재의 움직임이 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 탄성물질의 외주 전부가 상기 제1벽과 연결되거나 상기 탄성물질의 외주가 등간격으로 상기 제1벽과 연결되어, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 탄성물질이 등방향으로 확장되는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 예에 있어서, 상기 분리벽은 상기 중공을 대각선, 수직 또는 수평으로 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 이 외에 다른 형태로 중공을 분리하는 것도 가능하다.

일 예에 있어서, 상기 제1공간의 단면은 둔각으로 이루어진 다각형, 원 또는 타원인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 다른 예에 따른 스트레쳐는 중앙에 위치하는 탄성물질을 확장시킬 수 있는 스트레쳐로서, 상기 탄성물질의 주위에 설치되어, 상기 탄성물질의 적어도 일측을 잡아당기거나 상기 탄성물질을 확장시키는 가변부를 포함하고, 상기 가변부는, 상기 탄성물질과 연결되며, 탄성력을 가지는 제1벽; 및 상기 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽;을 포함하고, 상기 중공에서 공기가 빠져나감에 따라 상기 제1벽이 상기 중공으로 신장되고, 상기 제1벽이 상기 중공으로 신장됨에 따라 상기 제1벽이 상기 탄성물질을 확장시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 예에 따른 에어필터 유닛은 통과하는 공기에 포함된 입자를 기공에 의해 필터링하는 필터와 상기 필터를 적어도 일방향으로 확장 또는 수축시킬 수 있는 스트레쳐를 포함하여 통기성을 조절할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 다른 예에 따른 에어필터 유닛의 상기 필터는 탄성적 재질로 형성되어 상기 스트레쳐의 동작에 의해 기공의 크기가 달라지며, 상기 스트레쳐는, 상기 필터가 설치되는 멤브레인; 탄성력을 가지며 내측의 멤브레인과 연결되는 제1벽과 상기 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽에 의해 형성되는 링 형태의 가변부; 상기 중공을 제1공간 및 제2공간으로 분리하는 분리벽; 상기 제1공간 및 상기 제2공간 사이에서 공기가 이동할 수 있도록 상기 분리벽에 형성되는 적어도 하나 이상의 연결구멍; 및 상기 제1공간에 설치되며 상기 제1공간 및 상기 제2 공간을 외부와 밀폐키는 밀폐부재;를 포함하고, 상기 제2공간은 적어도 일부가 상기 제1벽에 의해 형성되며, 상기 밀폐부재의 일방향으로 움짐임에 따라 상기 제2공간의 공기가 상기 제1공간으로 빠져나감으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장되고, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 제1벽이 상기 멤브레인을 확장시키는 것을 특징으로 한다.

다른 예에 있어서, 상기 가변부의 외측에는 상기 밀폐부재와 연결되는 레버가 설치되며, 상기 레버의 조작에 따라 상기 밀폐부재의 움직임이 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 예에 있어서, 상기 탄성물질의 외주 전부가 상기 제1벽과 연결되거나 상기 탄성물질의 외주가 등간격으로 상기 제1벽과 연결되어, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 탄성물질이 등방향으로 확장되는 것을 특징으로 할 수 있다.

다른 예에 있어서, 상기 분리벽은 상기 중공을 대각선, 수직 또는 수평으로 분리하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예에 따른 마스크는 착용자의 코와 입을 덮는 마스크 본체; 상기 마스크 본체에 설치되는 에어필터 유닛; 및 상기 본체의 양측에 형성되며, 상기 본체를 착용자의 안면에 고정시키는 고정부재;를 포함하고, 상기 에어필터 유닛은 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 에어필터 유닛인 것을 특징으로 한다.

또 다른 예에 있어서, 상기 마스크 본체는 통기성을 가지되, 입자를 필터링 할 수 있는 재질로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 예의 스트레쳐는 링 형태의 가변부가 탄성력을 가지며 내측의 탄성물질과 연결되는 제1벽과 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽에 의해 형성되며, 중공을 연결구멍이 형성된 분리벽으로 제1공간 및 제2공간으로 나누도록 구성된다. 제2공간은 적어도 일부가 제1벽에 의해 형성되는데, 제1공간에 형성된 밀폐부재의 움직임에 따라 제2공간의 공기가 제1공간으로 빠져나감으로써 제1벽이 상기 제2공간으로 신장되고, 제1벽이 제1공간측으로 신장되면서 탄성물질을 신장시킨다. 특히, 본 발명의 일 예의 스트레쳐는 가볍고 구조가 간단하며, 밀폐부재의 움직임을 레버 등을 이용해 간편하게 조작 가능하다는 장점이 있다.

본 발명의 다른 예에 따른 에어필터 유닛은 일 예의 스트레쳐와 탄성적 재질의 필터를 이용하여, 스트레쳐의 동작에 따라 탄성적 재질의 필터에 형성된 기공의 크기가 달라져 통기성을 조절할 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 예의 에어필터 유닛은 주변의 공기 상태가 나쁜 경우에는 기공의 크기를 좁혀 입자를 필터링하는 능력을 향상시키고, 주변의 공기 상태가 좋은 경우에는 기공의 크기를 키워 유입 또는 유출되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 다른 예의 마스크는 상술한 에어필터 유닛을 구비함으로써 주변의 공기 상태에 따른 가변성을 제공함으로써, 착용자가 상시 마스크를 착용하도록 유도할 수 있다. 즉, 사용자가 운동을 하거나 주변의 공기상태가 좋은 경우 등의 호흡량이 높아져도 무방한 경우에는 기공의 크기를 키워 통기성을 향상시키고, 미세먼지가 심해지거나 바이러스 등의 위험이 있는 경우에는 기공의 크기를 좁혀 입자를 필터링하는 능력을 향상시켜 안정성을 높일 수 있다. 더욱이 본 발명의 다른 예의 마스크는 주변의 공기 상태를 감지하는 센서와 병행하여, 능동적으로 기공의 크기를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.

도 1은 기공을 통과하는 입자가 필터에서 필터링 되는 원리를 설명하기 위한 참고도로서, (a) 필터의 기공근처의 공기의 흐름을 도시한 3D 이미지와, (b) 필터의 기공에서의 유선의 개략적 단면도와, (c) 공기에 포함된 부유성 입자의 기공에 인접한 위치에서의 거동을 유선과 함께 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 절개 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛의 다른 실시형태의 개략적 절개 사시도이다.
도 5는 에어필터의 멤브레인에 필터가 설치되는 것을 설명하기 위한 참고도이다.
도 6은 본 발명의 에어필터 유닛이 덮개(30)와 자외선을 조사하는 램프(40)를 구비한 실시형태를 도시한 개략적 사시도이다.
도 7(a)는 에어필터의 필터 성능을 우선시할 경우의 스트레쳐의 상태를 도시한 것이며, 도 7(b)는 에어필터의 통기성을 우선시할 경우의 스트레쳐의 상태를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 절개 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 평면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛의 스트레쳐의 가변부 일부의 개략적 단면도로서, 다양한 실시형태를 도시한 것이다.
도 12(a)는 본 발명의 에어필터 유닛에 사용되는 탄성력있는 필터의 일 예인 탄성 파이버 필터를 제조하기 위한 electro spinning의 모식도이며, 도 12(b)는 도 12(a)의 electro spinning의 방법으로 제조된 탄성 파이버 필터의 사진이고, 도 12(c)는 탄성 파이버 필터의 SEM(Scanning Electron Microscope) 이미지이다.
도 13은 본 발명의 에어필터 유닛에 사용되는 탄성력있는 필터의 다른 예로써 기공이 형성된 탄성층 필터의 사시도이며, 도 14는 탄성층 필터의 사진, 도 15는 탄성층 필터의 광학 현미경 사진이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터의 확장 전(a)과 확장 후(b)의 기공 크기에 따른 변화를 설명하기 위한 참고도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터의 확장 전(a)과 확장 후(b)의 동일한 압력차에서의 유동량을 시뮬레이션 한 것이다.
도 18(a)는 멤브레인 확장에 따른 필터의 효율과 통기성의 관계를 설명하기 위한 그래프이며, 도 18(b)는 A 모드(필터효율우선 모드) 및 B 모드(통기성우선 모드)를 설명하기 위한 참고도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터를 확장시키면서 동일한 유량을 가지기 위한 필터 전후의 압력차를 측정한 그래프이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터를 확장시키면서 필터 효율을 측정한 것으로서, 각각 (a) PM_1.0, (b) PM_2.5, (c) PM_3.0 기준으로 측정한 것이다.
도 21은 본 발명의 다른 예에 따른 마스크의 개략적 사시도와, 마스크의 착용한 상태를 도시한 참고도이다.
도 22는 주변 상태 내지 착용자의 상태에 따라 마스크의 통기성이 조절되는 것을 설명하기 위한 참고도이다.
도 23은 본 발명의 다른 예의 따른 마스크의 제1실시형태이다.
도 24는 본 발명의 다른 예의 따른 마스크의 제2실시형태이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예가 안내하는 본 발명의 구성과 그 구성으로부터 비롯되는 효과에 대해 살펴본다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

본 특허문서에서 필터의 '기공'은 공기가 지나다니는 구멍 내지 공극을 의미하며, 예를 들어 여러가지 섬유에 의해 형성되는 구멍이나 평판에 형성된 구멍을 포함한다.

본 발명에 대해 보다 명확히 설명하기 위해여, 먼저 도 1을 참조하여 에어필터 유닛의 작동원리에 대해 살펴보도록 필터(1)에 형성된 기공(2)으로 유입되는 공기는 유선(steamline)을 따라 흐르게 된다. 공기에 포함되어 있는 부유성 입자(예를 들어, 미세먼지, 초미세먼지, 비말 등)도 유선을 따라 기공(2)을 통과한다. 부유성 입자는 확산(diffusion) 및 정전기 인력(electrostatic attraction force) 효과에 의해 유선 밖으로 이탈(deviation)하게 되며, 이러한 이탈에 따라 기공의 내벽과 접촉 및 안착됨으로써 필터링된다. 기공의 크기가 작아질수록 부유성 입자가 필터링될 확률은 증가하나, 반대로 통기성은 낮아지게 된다. 배경기술에서 설명한 바와 같이, 통기성의 저하는 착용자에게 여러가지 문제를 발생시킬 소지가 있다. 아래에서 설명할 본 발명의 에어필터 유닛 및 마스크는 주변 상태에 따라 필터링 능력과 통기성을 조절가능하도록 하여 종래의 에어필터 및 마스크가 가지고 있는 문제를 해결하고자 한다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 에어필터 유닛과 마스크에 대해서 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛의 개략적 투시 사시도이며, 도 4는 에어필터의 멤브레인에 필터가 설치되는 것을 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)은 필터(10)와 스트레쳐(20)로 구성된다.

필터(10)로는 기공이 형성되어 있으며, 스트레쳐(20)에 의해 필터가 적어도 일방향으로 확장 내지 수축됨으로써 필터의 통기성이 조절된다. 본 발명의 에어필터 유닛(100)이 제공하고자 주변 상태에 따라 필터링 능력과 통기성의 조절 가능한 효과는 필터(10)도 그 중요성이 높으므로 필터(10)의 제조방법과 재질 등에 대해서는 뒤에서 구체적으로 살펴보도록 한다. 한편, 확장 내지 수축이라 함은 일 상태를 기준으로 상대적으로 필터(10)가 확장 되거나 수축된 것을 의미한다. 즉, 최대 수축 상태를 기준 상태로 한다면 확장만 가능할 것이고, 최대 확장 상태를 기준 상태로 수축만 가능할 것이다.

스트레쳐(20)는 멤브레인(21)과 가변부(26)로 구성된다.

멤브레인(21)에는 도 4에서와 같이 필터(10)가 설치된다. 필터(10)가 멤브레인(21)에 설치된다는 것은 필터(10)가 멤브레인(21)에 밀착된다는 것이다. 이때 밀착은 분자간 힘에 의하거나, 정전기적 인력에 의하거나, 별도의 접착제에 의할 수 있다. 다만, 본 발명에서 '밀착'이 이와 같은 예시에 제한되는 것은 아니며, 필터(10)가 멤브레인(21)의 움직임에 종속될 정도로 붙어있는 것을 의미한다.

멤브레인(21)의 중앙부는 메쉬 형태로 형성될 수 있다. 즉, 도 4에서 보는 바와 같이 멤브레인(21)에는 필터(10)로 유입되는 공기가 통과하는 구멍(22)이 형성되어 있다. 중요한 것은 멤브레인(21)의 중앙부의 구멍(22)을 이루는 프레임이 필터(10)에 밀착(도 5 참조)되어, 멤브레인(21)에 전달되는 힘을 필터(10)에 전달한다는 것이다. 따라서 구멍(22)의 형상이나 크기에 의해 본 발명이 제한되지 않는다. 예컨대, 멤브레인(21)의 중앙부가 메쉬 형태가 아니고 비어 있는 큰 구멍이 형성되어 있고, 멤브레인(21)의 테두리 부분에만 필터(10)가 설치되는 형태도 가능할 것이다.

멤브레인(21)의 주위에는 가변부(26)가 설치된다. 가변부(26)는 멤브레인(21)의 적어도 일측 또는 주위를 등방향으로 잡아당기거나 밀어서 멤브레인(21)을 확장 또는 수축시킨다. 멤브레인(21)을 확장 또는 수축시킨다는 것은 궁극적으로 필터(10)의 필터링 효율이나 통기성을 변화시킨다는 의미이다.

상술한 바와 같이 가변부(26)는 멤브레인(21)의 적어도 일측을 잡아당기도록 구성될 수 있다. 멤브레인(21)의 적어도 일측을 잡아당기도록 구성될 경우, 멤브레인(21)의 다른 일측은 고정되는 것이 바람직하다. 만약 멤브레인(21)의 다른 일측이 고정되어 있지 않을 경우, 멤브레인(21)의 일측을 잡아당기더라도 그 형상에 변화가 있을 뿐 멤브레인(21)에 면적 변화가 생기지 않아 필터(10)의 기공의 크기가 변화하지 않는다. 결국 가변부(26)가 멤브레인(21)의 일측을 잡아당기거나 미는 것은 멤브레인(21)의 다른 일측이 고정된 상태로 이루어져 가변부(26)에 의해 멤브레인(21)의 면적이 변화한다.

가변부(26)가 멤브레인(21)의 일측만을 잡아당기거나 미는 것보다 더욱 바람직한 것은 등방향으로 가변부(26)가 멤브레인(21)을 등방향으로 잡아당기거나 미는 것이다. 멤브레인(21)의 변화를 극대화할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 멤브레인(21)이 구멍이 뚫린 원형의 판일 경우 멤브레인(21)의 외주 전부가 가변부(26)와 연결되거나, 등간격으로 가변부(26)와 연결되도록 구성될 수 있다.

가변부(26)의 구성은 도 3을 참조하여 설명하도록 한다.

가변부(26)는 제1벽(27) 및 제2벽(28)을 포함하여 구성된다. 제1벽(27) 및 제2벽(28)은 중공(S)을 구성한다. 제1벽(27)은 멤브레인(21)과 직접적으로 연결되며 탄성력을 가진다. 이에 비해, 제2벽(28)은 제1벽(27)과 중공(S)을 구성할 뿐 탄성력을 가지지 않거나, 고정벽 내지 고정프레임(29)에 의해 탄성력이 제한된다. 즉, 중공(S)에 공기가 빠져나가거나 주입되는 것에 따라 제1벽(27)은 일방향 또는 그 반대방향으로 신장되거나 팽창됨으로써 멤브레인(21)을 잡아당기거나 미는 움직임을 수행하여 멤브레인(21)의 면적을 변화시키지만, 제2벽(28)은 중공(S)에 공기가 빠져나가거나 주입되는 것에 의해 변화가 없거나 극히 적다. 가변부(26)의 동작을 위해 중공(S)은 공기가 주입되거나 빠져나가는 곳 외의 다른 곳은 밀폐되어야 함이 당연하다. 한편, 고정벽 또는 고정프레임(29)이 형성되는 위치는 중요하지 않다. 예를 들어, 고정벽 또는 고정프레임(29)은 제2벽(28)의 내측면에 형성되거나 외측면에 형성될 수 있으며, 아예 제2벽(28)의 내부에 일체로 형성되는 것도 가능하다. 한편, 고정벽 또는 고정프레임(29)을 이용하는 대신 제2벽(28) 자체의 재질을 탄성력이 없는 것으로 형성하는 것도 가능하다.

한편, 도 3에 도시된 가변부와 달리, 도 4와 같이 가변부(26)는 제1벽(27)과 고정프레임(29)에 의해 결합함으로써 중공(S)을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우 제2벽(28)이 없거나, 제2벽(28)이 제1벽(27)과 고정프레임(29)을 결합하는 역할을 수행하는 것에 그친다.

도 6은 본 발명의 에어필터 유닛이 덮개(30)와 자외선을 조사하는 램프(40)를 구비한 실시형태를 도시한 개략적 사시도이다.

도 6을 참조하면, 필터(10)의 전면에는 필터(10)와 이격되어 설치되는 덮개(30)가 형성된다. 덮개(30)는 가이드(35)에 의해 필터(10)와 이격되고, 가이드(35)의 사이에는 공기유동로(P)가 형성되어 있다. 즉, 필터(10)로 유입되는 공기유동로(P)를 통해 유동한다.

덮개(30)의 내측에는 필터(10)로 자외선을 조사하는 램프(40)가 구비된다, 에어필터 유닛(100)을 공기를 정화하는 기능을 수행하다보면 필터(10)에 박테리아 등이 증식될 가능성이 있다. 본 발명은 에어필터 유닛(100) 자체에 필터로 자외선을 조사하는 램프(40)를 구비하여 필터(10)로 자외선을 조사함으로써 박테리아 증식을 방지한다.

도 7(a)는 에어필터 유닛의 필터 성능을 우선시할 경우의 스트레쳐의 상태를 도시한 것이며, 도 7(b)는 에어필터 유닛의 통기성을 우선시할 경우의 스트레쳐의 상태를 도시한 것이다.

도 7에서 스트레쳐(20)는 두가지 상태로 구성된다. 하나는 제1상태로 필터 성능을 우선시할 경우로서 중공(S)의 공기를 별도로 빼거나 주입하거나 하지 않아 필터(10)의 기공이 최소화된 상태이며, 다른 하나는 제2상태로 중공(S)의 공기를 빼냄으로써 스트레쳐(20)에 의해 필터(10)의 기공이 확대된 상태를 의미힌다.

도 7(a)와 도 7(b)를 비교해보면, 중공(S)에서 튜브를 통해 공기가 빠져나감에 따라 중공(S)이 수축된다. 즉, 제1벽(27)이 중공(S) 내측으로 팽창된다. 제1벽(27)에는 멤브레인(21)이 연결되어 있으므로, 제1벽(27)의 팽창에 따라 멤브레인(21)이 확장되고, 멤브레인(21)의 확장에 따라 필터(10)가 확장됨으로써 기공이 확장된다.

튜브를 통해 중공(S)으로 공기가 주입되면, 제1벽(27)이 다시 본래 상태로 돌아가게 되며, 멤브레인(21)도 수축되며, 멤브레인(21)의 수축에 따라 필터(10)가 수축됨으로써 기공이 축소된다.

따라서 제1상태에서는 기공이 축소되어 있으므로 필터(10)를 통과하는 공기에 포함된 부유성 입자들이 필터에 충돌하고 안착하여 포집될 가능성이 높아져 필터링 능력이 향상된다. 반대로 제2상태에서는 기공이 확장되어 있으므로 동일한 압력차에서도 통과하는 공기의 양이 증가하여 통기성이 향상된다. 특히, 본 발명의 에어필터 유닛은 제1상태와 제2상태의 중간 상태에서 이용이 가능하다. 따라서 주변 환경 또는 필요에 따라 적정하게 에어필터 유닛을 동작함으로써 환경에 대한 적응성이 현저히 높다는 장점이 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)은 주변 환경에 따라 필터링 능력과 통기성을 조절할 수 있다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)에서 이용되는 스트레쳐(20)는 공압을 이용하여 멤브레인(21)을 등방향으로 확장 또는 수축시킬 수 있는데, 이는 종래 이용되는 등방성 팽창 유닛들이 복잡한 기계장치에 의존하고 있다는 문제를 해결한 것이다. 더욱이 이와 같은 기계장치들은 매우 무겁고 부피가 크다는 문제가 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)은 무게가 가볍고 부피가 작아 사람이 착용하는 마스크에 이용이 가능하다는 장점이 있다.

더욱이 아래와 같이 본 발명의 다른 실시형태에 따른 에어필터 유닛(100')을 이용할 경우 스트레쳐의 동작을 제어하기 위해 별도의 튜브나 전선 등이 필요 없다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛(100')의 개략적 사시도이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛(100')의 개략적 절개 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛(100')의 개략적 평면도이다.

도 8 내지 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터유닛(100')의 스트레쳐(20')는 가변부(26')가 탄성력을 가지는 제1벽(27')과 제1벽(27')과 함께 중공을 구성하는 제2벽(28')을 포함하되, 상술한 일 실시예에 에어필터 유닛(100)과 달리 중공을 제1공간(A)과 제2공간(B)이 분리벽(25')에 의해 분리된다.

한편, 가변부(26')는 링 형태로 형성될 수 있으며, 링의 단면은 도시한 바와 같이 사각형이거나 원형인 것도 가능하다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

스트레쳐(20')의 중앙에는 탄성물질이 위치한다. 에어필터 유닛(100')의 경우에는 중앙에 탄성적 재질로 형성되는 필터(10)를 확장시키기 위한 멤브레인(21')이 위치한다. 구체적으로는 탄성물질 또는 멤브레인(21')은 제1벽(27')과 적어도 일부가 연결된다. 만약, 탄성물질 또는 멤브레인(21')의 외주 전부가 제1벽(27')과 연결되거나, 탄성물질 또는 멤브레인(21')의 외주가 등간격으로 제1벽(27')과 연결될 경우 후술하는 바와 같이 탄성물질이나 멤브레인(21')을 등방향으로 확장시킬 수 있다는 장점이 있다.

분리벽(25')에는 적어도 하나 이상의 연결구멍(32')이 형성된다. 연결구멍(32')은 제1공간(A)과 제2공간(B)의 사이로 공기(또는 유체)가 지나다닐 수 있는 경로를 제공한다. 이때, 제2공간(B)의 적어도 일부는 제1벽(27')에 의해 형성된다.

제1공간(A)에는 밀폐부재(31')가 설치된다. 밀폐부재(31')는 중공, 즉 제1공간(A)과 제2공간(B)을 외부와 밀폐시키는 역할을 한다. 따라서 제1공간(A)과 제2공간(B)에 있는 공기는 연결구멍(32')를 통해 제1공간(A)과 제2공간(B) 사이를 움직일 수 있지만, 외부로 빠져나가거나 외부로부터 제1공간(A)과 제2공간(B)으로 들어오지 못한다. 밀폐부재(31')는 레버(35')와 연결되며, 레버(35')의 조작에 따라 밀폐부재(31')가 움직이게 된다.

한편, 레버(35')는 기변부(26')의 외측에 설치된다. 도 8에 도시된 것과 같이 레버(35')는 가변부(26')의 레버구멍(30')을 통해 외부에서 사용자가 조작가능하도록 설치된다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 밀폐부재(31')의 움직임을 제어할 수 있다면 레버는 다른 형태를 취할 수 있다.

도면에는 도시하지 않았으나, 레버(35')에는 단계를 조절할 수 있는 걸림쇠 등이 설치될 수 있다. 걸림쇠는 레버(35')를 반고정시키는 역할과 사용자에게 단계 변화를 인식시키는 역할을 한다.

밀폐부재(31')가 제1위치(P₁)에서 제2위치(P₂)로 이동(d)하면, 제1공간(A) 중 밀폐부재(31')에 의해 밀폐된 공간이 증가하게 되고, 이에 따라 제2공간(B)의 공기가 연결구멍(32')을 통해 제1공간(A)으로 빠져나오게 된다. 이에 따라 탄성적 재질인 제1벽(27')이 제2공간(B)의 내측으로 신장된다. 제1벽(27')에는 탄성물질 또는 멤브레인(21')이 연결되어 있기 때문에, 제1벽(27')의 신장에 따라 탄성물질 또는 멤브레인(21')이 확장된다. 반대로 밀폐부재(31')가 제2위치(P₂)에서 제1위치(P₁)로 이동할 경우에는 상술한 것과 반대의 과정이 진행되는 것은 자명하다. 즉, 밀폐부재가 제2위치(P₂)에서 제1위치(P₁)으로 이동하면, 이에 따라 제2공간(B)의 공기가 제1공간(A)으로 유입됨으로써 제1벽(27')이 제2공간(B)의 반대방향으로 신축된다. 제1벽(27')이 제2공간(B)의 반대방향으로 신축됨에 따라 제1벽(27')이 상기 탄성물질을 확장시키던 힘이 낮아지면서 탄성물질이 원상태로 회복된다.

한편, 제2벽(28')의 내측에는 멈춤부재(34')가 형성된다.

여기에서는 설명하지 않았으나, 일 실시예의 에어필터 유닛과 마찬가지로 고정벽 또는 고정프레임을 다른 실시예의 에어필터 유닛에 차용하는 것도 가능하다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어필터 유닛의 스트레쳐의 가변부 일부의 개략적 단면도로서, 다양한 실시형태를 도시한 것이다. 도 11(a)와 같이 분리벽(35')은 중공을 대각선으로 가로지르도록 형성되거나, 도 11(b)와 같이 분리벽(35')은 중공을 수평으로 가로지르도록 형성되거나, 도 11(c)와 같이 분리벽(35')은 중공을 수직으로 가로지르도록 형성될 수 있다.

한편, 도 11(a) ~ (c)와 같이 제1공간(A)을 구성하는 외벽에 예각인 부분이 있는 경우 밀폐부재(31')가 제1공간(A)을 밀폐시키는 것이 어려워진다. 즉, 제1공간(A)을 구성하는 외벽의 예각 부분에서 공기의 누출(leakage)가 발생할 가능성이 높다. 따라서, 도 11(d) ~ (f)와 같이 제1공간(A)을 구성하는 외벽의 단면은 예각이 없이 둔각으로만 구성되거나, 원 또는 타원이 되도록 할 수 있다. 즉, 제1공간(A)의 단면이 둔각으로 이루어진 다각형, 원 또는 타원 중 어느 하나일 수 있다. 이때, 제2벽(28')의 일부는 제1공간(A)의 외벽이 되고, 다른 일부는 하우징의 역할을 하게될 수 있다. 이 경우에도 제1공간(A)과 제2공간(B)은 연결구멍(32')을 통해 공기가 서로 움직을 수 있도록 구성된다.

상술한 본 발명의 에어필터 유닛(100, 200)이 구현되기 위해서는 스트레쳐(20, 20')에 의해 필터링 능력과 통기성이 조절할 수 있는 필터(10)가 필요하다.

스트레쳐(20, 20')에 의해 필터링 능력과 통기성이 조절할 수 있는 필터(10)로는 기공을 가지는 탄성 파이버 필터나 기공이 형성된 탄성층 필터를 이용할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

먼저, 도 12를 참조하여, 탄성 파이버 필터에 대해 살펴보도록 한다. 도 12(a)는 본 발명의 에어필터 유닛에 사용되는 탄성력있는 필터의 일 예인 탄성 파이버 필터를 제조하기 위한 electro spinning의 모식도이며, 도 12(b)는 도 12(a)의 electro spinning의 방법으로 제조된 탄성 파이버 필터의 사진이고, 도 12(c)는 탄성 파이버 필터의 SEM(Scanning Electon Microscope) 이미지이다.

종래의 파이버 필터는 대부분 M/B(Melt-Blowing) 방식에 의해 제조되었다. M/B 필터는 Polypropylene, Polystyrene, Polyesters, Polyurethane, Polyamids, Polyethylene, Polycarbonate와 같은 열가소성 고분자를 용융하여 노즐을 통해 압출 방사하는 제조된다. 즉, 고온, 고압의 공기를 용융되어 방사되는 고분자에 가하여 연신, 극세화된 상태로 컨베이어 벨트(conveyor belt)에서 적층하여 잔열에 의한 자기 접착성으로 결합하여 부직포 형태로 제조되는 필터 제조기술을 의미한다. 그런데 이러한 M/B 방식은 비탄성(inelastic) 물질에만 적용이 가능한바, 본 발명에서 이용하고자 하는 탄성 파이버 필터의 제조에는 이용되기 어렵다.

이에 본 발명에서는 Electro-Spinning(E-Spinning) 방식을 이용하여 탄성 파이버 필터를 제조한다. E-Spinning 방식은 도 12(a)와 같이 전기장을 인가한 상태에서 고분자 용액을 노즐을 통해 토출하여 수행된다. 이때 노즐 팁에 고전압을 인가하면 표면전하 사이의 상호 정전기적 반발력과 외부 전기장에 작용된 쿨롱력에 의해 액상의 고분자 방울이 원뿔(conical) 형태로 연신되고, 나아가 고분자 용액이 매우 가는 형태로 방사된다. 방사된 고분자 용액은 스크린에 도달하기 전에 연신되는 것과 동시에 용매의 휘발이 동시에 이루어지면서 스크린의 상부에 무작위적으로 배열된 파이버(도 12(b) 및 도 12(c) 참조)를 수득할 수 있다. 이러한 E-Spinning 방식은 재료의 선택에 제한이 적다는 장점이 있다. 따라서 E-Spinning 방식을 이용하여 Poly(styrene-co-butadiene) (SBS), 또는 Poly(dimethyl siloxane) (PDMS)를 이용하여 탄성 파이버 필터를 제작할 수 있다. 또한, 재료의 선택에 제한이 없으므로 하나의 종류의 고분자 재료만을 이용하는 것이 아니라, Poly(vinylidene fluoride) (PVDF) 등의 전기 쌍극자 모멘트(electric dipole moment)가 높은 물질을 첨가하여 집진 능력을 향상시킬 수 있다. 즉, 이종의 고분자 재료를 이용하여 탄성 파이버 필터를 제조할 수 있다.

본 발명의 탄성 파이버 필터는 도 12(c)에서 보는 바와 같이 평행 또는 부정방향으로 파이버가 단층 내지 다층으로 구성된다. 즉, 파이버들에 의해 기공이 형성(12)돠며, 기공을 통해 공기가 통과하면서 입자들이 필터에 의해 제거된다. 본 발명의 파이버 필터는 개개의 파이버들이 탄성체이기 때문에 탄성 파이버 필터를 멤브레인에 의해 확장시키면 기공이 확대되어 보다 수월하게 공기가 통과할 수 있게 된다.

무엇보다 본 발명의 탄성 파이버 필터는 도 12(c)에서 보는 바와 같이, 나노 파티클 프리(nano particle free)인 것을 특징으로 한다. 공개특허공보 제10-2020-0031376호는 2차원 형상의 금속유기구조체가 서로 수직적으로 성장하여 형성된 계층구조가 결착된 멤브레인에 관한 것이고, 등록특허공보 제10-2039243호는 은-실리카 복합체 및 탄소계 섬유를 포함하는 다기능성 마스크에 관한 것인데 2 건의 선행문헌들은 모두 고형상의 나노입자가 섬유로부터 이탈될 가능성이 높다는 문제가 있다. 이러한 고형상의 나노입자를 흡입할 경우 PM을 직접 흡입하는 것과 동일하거나 그보다 더 위험할 수 있다. 이와 달리 본 발명의 탄성 파이버 필터는 제조과정에서 균질한 탄성체로 형성이 되며, 종래 M/B 방식과 같이 제조과정에서 나노 파티클이 형성되지 않는다. 따라서 본 발명의 탄성 파이버 필터는 나노 파티클 프리를 구현함으로써 나노 파티클에 의한 위험을 방지하였다.

다음으로 도 13 내지 도 15을 참조하면, 필터(10)로는 탄성층 필터가 이용될 수 있다. 탄성층 필터는 Poly(styrene-co-butadiene) (SBS), Poly(dimethyl siloxane) (PDMS), 또는 ECOFLEX^tm 등을 단층 내지 다층으로 형성하되, 기공(12)을 미세하게 형성한 것을 이용할 수 있다. 탄성층 필터를 멤브레인에 의해 확장시키면 기공이 확대되어 보다 수월하게 공기가 통과할 수 있게 된다. 도 14는 탄성층 필터의 사진으로써, 도 14(a)와 도 14(b)를 비교해 보면 외력에 의해 탄성층 필터가 탄성적으로 인장되는 것을 확인할 수 있다. 도 15은 탄성층 필터를 광학 현며경으로 촬영한 평면 사진(a)과 단면 사진(b)으로서, 탄성층 필터에 마이크로 수준의 기공이 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상술한 탄성 파이버 필터와 탄성층 필터를 복합적으로 이용하는 것도 가능할 것이다. 한편, 본 발명의 다른 예로 disinfection 기능 부여를 위해 필터 자체에 항균물질을 첨가하는 것도 가능하다. 항균물질로는 Ag, Cu, Zn등의 항균성을 가지는 금속이온 또는 hydroxyl, carboxyl, amino, phosphonium salts, ammonium salts, phenol groups, chitosan derivatives, polyamides, polyesters, or polyurethanes 등으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 항균성 고분자(Antimicrobial polymer)를 더 포함할 수 있다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터의 확장 전(a)과 확장 후(b)의 기공 크기에 따른 변화를 설명하기 위한 참고도이며, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터의 확장 전(a)과 확장 후(b)의 동일한 압력차에서의 유동량을 시뮬레이션 한 것이다. 또한, 도 18(a)는 멤브레인 확장에 따른 필터의 효율과 통기성의 관계를 설명하기 위한 그래프이며, 도 18(b)는 A 모드(필터효율우선 모드) 및 B 모드(통기성우선 모드)를 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)의 효과를 살펴보면 다음과 같다. 본 발명의 에어필터 유닛(100)은 도 16(a), 도 17(a) 및 도 18(b)의 A-mode에서 보는 바와 같이 필터의 기공의 크기를 줄여 유속을 낮춤으로써 여과성능을 향상시킬 수 있다. 이에 비해 본 발명의 에어필터 유닛(100)은 도 16(b), 도 17(b) 및 도 18(b)의 B-mode에서 보는 바와 같이 필터의 기공의 크기를 증가시켜 통기성을 증가시키는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)은 주변의 상태나 착용자의 필요에 맞춰 작동 특성을 최적화할 수 있다. 도 17에서도 알 수 있듯이, 필터의 기공의 크기가 2배 확장될 경우 동일한 압력차에서도 유동량이 8배 증가하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 통기성을 조절 가능함을 알 수 있다. 결국 도 18(a)의 그래프처럼 스트레쳐(20)를 조절하여 멤브레인(21)의 확장 또는 수축을 조절하여 능동적으로 주변환경 또는 사용자의 요구에 대응할 수 있다. 예컨대, PM 센서와 논리회로를 이용할 경우, 공기 오염이 심한 곳에서는 기공의 크기를 줄여 필터링 능력을 향상시키고, 공기 오염이 양호한 곳으로 이동할 경우에는 통기성을 증대시켜 호흡의 부담을 최소화할 수 있다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터인 탄성 파이버 필터를 확장시키면서 동일한 유량을 가지기 위한 필터 전후의 압력차를 측정한 그래프이다.

도 19를 참조해보면, 필터를 확장시켜 기공의 크기를 증가시킬 경우 동일한 유량의 공기가 통과하기 위한 압력차가 기공의 크기가 최소인 경우와 비교하여 50% 이상 감소하게 됨을 알 수 있다. 이는 마스크에 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛(100)을 적용할 경우 그만큼 착용자가 편하게 호흡할 수 있다는 것을 의미한다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어필터 유닛에서 이용되는 탄성력있는 필터인 탄성 파이버 필터를 확장시키면서 필터 효율을 측정한 것으로서, 각각 (a) PM_1.0, (b) PM_2.5, (c) PM_3.0 기준으로 측정한 것이다. 본 실험은 매우 가혹한 환경에서 수행되었다.

도 20을 참조하면, PM_3.0입자의 경우 기공의 크기를 가장 작게 줄인 상태에서는 99.6% 제거가 가능하면, 기공의 크기를 최대 확장하더라도 70.5%의 제거가 가능함을 알 수 있다. 이는 도 19에서 필요 압력이 50% 수준으로 떨어지는 것에 비하여 여전히 높은 수준으로 미세먼지를 제거하고 있는 것임을 알 수 있다. PM_2.5의 경우에도 기공의 크기를 가장 작게 줄인 상태에서는 98.4% 제거가 가능하면, 기공의 크기를 최대 확장하더라도 70.5%의 제거가 가능함을 알 수 있다. PM_1.0의 경우 기공의 크기를 가장 작게 줄인 상태에서는 95.0% 제거가 가능하면, 기공의 크기를 최대 확장하더라도 39.7%의 제거가 가능함을 알 수 있다. 본 데이터는 에어필터 유닛(100)의 확장에 따른 통기성과 효율의 변화라는, 본 발명의 기본 구성을 정성적으로 증빙하기 위해 제시된 것이며, 그 수치가 절대적인 것은 아니다. 데이터 획득에 이용된 에어필터 유닛(100)의 필터(10)는 최적화 전 단계이며, 이후의 연구를 통해 대한민국 인증(KF 99, KF 94 등)에 준하는 수준에 무리없이 도달할 수 있을 것으로 기대된다

도 21은 본 발명의 다른 예에 따른 마스크의 개략적 사시도와, 마스크의 착용한 상태를 도시한 참고도이다.

도 21을 참조하면, 본 발명의 다른 예에 따른 마스크(1000)는 에어필터 유닛(100)과, 착용자의 코와 잎을 덮으며 에어필터 유닛(100) 설치되는 마스크 본체(200) 및 본체(200)의 양측에 형성되어 본체(200)를 착용자의 안면에 고정시키는 고정부재(300)를 포함한다. 에어필터 유닛(100)은 상술한 본 발명의 일 예에 따른 에어필터 유닛(100)을 이용하며, 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하도록 한다. 고정부재(300)는 착용자의 귀에 거는 형태 뿐만 아니라 밴드 형태로 사용자의 머리를 감싸는 형태 등을 가질 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 고정부재(300)로는 마스크 본체(200)를 착용자의 코와 입을 덮도록 유지할 수 있는 것이라면 충분하다.

착용자는 에어필터 유닛(100)을 조절하여, 마스크(1000)의 필터링 능력과 통기성을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상술한 스트레쳐(20)를 이용할 경우 중공(S)에 튜브를 통해 공기를 배출 또는 주입하여 멤브레인(21)을 확장시키거나 수축시킴으로써 필터(10)의 기공을 확장시키거나 수축시킬 수 있다.

또한, 외부의 환경을 감지하거나 알려줄 수 있는 장치(예를 들어, PM 센서, 스마트폰 등)와 연동하여 능동적으로 마스크의 필터링 능력과 통기성을 조정하는 것도 가능하다. 도 17에 도시한 것처럼 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스크(1000)는 PM 센서(400), 논리회로(500) 및 펌프(600)를 더 구비하고, PM 센서(400)에서 주변의 공기 상태를 감지하면 논리회로(500)를 통해 펌프(600)를 동작시켜 중공(S)으로 공기를 주입하거나 배출할 수 있다.

도 22는 주변 상태 내지 착용자의 상태에 따라 마스크의 통기성이 조절되는 것을 설명하기 위한 참고도이다.

도 22(a)는 평상시와 운동상태인 경우의 마스크(1000)의 동작을 설명하는 것으로서, 평소에는 기공을 좁혀 필터링 능력을 향상시키고 사용자가 운동을 할 경우에는 기공을 확장시켜 통기성을 향상시킬 수 있다. 무엇보다 본 발명의 마스크(1000)는 기공의 크기를 연속적으로 조절할 수 있으므로, 중간정도의 운동 상태에서 적정한 기공의 크기로 조절하여 필터링 능력과 기공의 크기를 조율하는 것이 가능하다. 도 22(b)는 주변의 공기 상태에 따른 마스크(1000)의 동작을 설명하는 것으로서, 공기의 상태가 나쁠 경우에는 기공의 크기를 줄여서 필터링 능력을 향상시키고, 공기의 상태가 좋을 경우에는 기공의 크기를 확장시켜서 통기성을 확보할 수 있다. 특히, 마스크(1000)가 PM 센서나 스마트폰과 연계될 경우에는 착용자의 조작없이도 마스크(1000)가 능동적으로 공기질과 연동하여 마스크(1000)의 필터링 능력과 통기성을 조절할 수 있다. 도 22(c)는 평상시와 대화시의 마스크(1000)의 동작을 설명하는 것으로서, 대화를 할 경우 기공을 확장시켜 호흡의 편의성을 높이고 대화의 전달력을 향상시킬 수 있다. 한편, 도 22에서 설명한 마스크(1000)의 동작은 논리회로(500) 및 펌프(600)를 이용하여 수행될 수 있다.

도 23은 본 발명의 다른 예의 따른 마스크의 제1실시형태이며, 도 24는 본 발명의 다른 예의 따른 마스크의 제2실시형태이다.

제1실시형태의 마스크(1000)는 마스크 본체(200)는 통기성이 없고, 에어필터 유닛(100)만이 통기성을 가지는 형태이다. 즉, 제1실시형태에서는 에어필터 유닛(100)에 의해 필터링 능력과 통기성이 조절된다.

이에 반해, 제2실시형태의 마스크(1000)는 마스크 본체(200)가 통기성을 가지되, 동시에 필터링 능력을 가지는 재질로 형성된다. 이 경우 마스크 본체(200)와 에어필터 유닛(100)으로 공기가 유입되면서 필터링이 수행되지만, 에어필터 유닛(100)에 의해 부가적으로 필터링 능력과 통기성이 조절될 수 있다.

이 경우 필터 대신 통기성 제어층을 구비하며, 스트레쳐가 통기성 제어층을 적어도 일 방향으로 확장 또는 수축시켜 통기성을 조절하게 된다. 즉, 통기성 제어층에 공기가 통과하는 기공이 형성되며, 통기성 제어층이 탄성적 재질로 형성되어 스트레쳐의 동작에 의해 기공의 크기가 달려져 통기성이 조절된다. 통기성 제어층의 일 예로 탄성층에 레이저 드릴링으로 기공이 형성된 것을 이용할 수 있다. 또한, 통기성 제어층의 기공은 필터의 기공보다는 클 수 있다.

본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명이 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.

Claims (13)

1. 중앙에 위치하는 탄성물질을 확장시킬 수 있는 스트레쳐로서:
   탄성력을 가지며 내측의 탄성물질과 연결되는 제1벽과 상기 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽에 의해 형성되는 링 형태의 가변부;
   상기 중공을 제1공간 및 제2공간으로 분리하는 분리벽;
   상기 제1공간 및 상기 제2공간 사이에서 공기가 이동할 수 있도록 상기 분리벽에 형성되는 적어도 하나 이상의 연결구멍; 및
   상기 제1공간에 설치되며 상기 제1공간 및 상기 제2 공간을 외부와 밀폐시키는 밀폐부재;를 포함하고,
   상기 제2공간은 적어도 일부가 상기 제1벽에 의해 형성되며,
   상기 밀폐부재의 일방향으로 움짐임에 따라 제2공간의 공기가 상기 제1공간으로 빠져나감으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장되고, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 제1벽이 상기 탄성물질을 확장시키는 것을 특징으로 하는 스트레쳐.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀폐부재의 일방향의 반대방향으로의 움직임에 따라 제2공간의 공기가 제1공간으로 유입됨으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간의 반대방향으로 신축되며, 상기 제1벽이 상기 제2공간의 반대방향으로 신축됨에 따라 상기 제1벽이 상기 탄성물질을 확장시키던 힘이 낮아지면서 상기 탄성물질이 원상태로 회복되는 것을 특징으로 하는 스트레쳐.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가변부의 외측에는 상기 밀폐부재와 연결되는 레버가 설치되며, 상기 레버의 조작에 따라 상기 밀폐부재의 움직임이 제어되는 것을 특징으로 하는 스트레쳐.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 탄성물질의 외주 전부가 상기 제1벽과 연결되거나 상기 탄성물질의 외주가 등간격으로 상기 제1벽과 연결되어, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 탄성물질이 등방향으로 확장되는 것을 특징으로 하는 스트레쳐.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 분리벽은 상기 중공을 대각선, 수직 또는 수평으로 분리하는 것을 특징으로 하는 스트레쳐.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1공간의 단면은 둔각으로 이루어진 다각형, 원 또는 타원인 것을 특징으로 하는 스트레쳐.
   
7. 삭제
8. 통과하는 공기에 포함된 입자를 기공에 의해 필터링하는 필터와 상기 필터를 적어도 일방향으로 확장 또는 수축시킬 수 있는 스트레쳐를 포함하여 통기성을 조절할 수 있는 에어필터 유닛로서:
   상기 필터는 탄성적 재질로 형성되어 상기 스트레쳐의 동작에 의해 기공의 크기가 달라지며,
   상기 스트레쳐는,
   상기 필터가 설치되는 멤브레인;
   탄성력을 가지며 내측의 멤브레인과 연결되는 제1벽과 상기 제1벽과 함께 중공을 구성하는 제2벽에 의해 형성되는 링 형태의 가변부;
   상기 중공을 제1공간 및 제2공간으로 분리하는 분리벽;
   상기 제1공간 및 상기 제2공간 사이에서 공기가 이동할 수 있도록 상기 분리벽에 형성되는 적어도 하나 이상의 연결구멍; 및
   상기 제1공간에 설치되며 상기 제1공간 및 상기 제2 공간을 외부와 밀폐시키는 밀폐부재;를 포함하고,
   상기 제2공간은 적어도 일부가 상기 제1벽에 의해 형성되며,
   상기 밀폐부재의 일방향으로 움짐임에 따라 제2공간의 공기가 상기 제1공간으로 빠져나감으로써 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장되고, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 제1벽이 상기 멤브레인을 확장시키는 것을 특징으로 하는 에어필터 유닛.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 가변부의 외측에는 상기 밀폐부재와 연결되는 레버가 설치되며, 상기 레버의 조작에 따라 상기 밀폐부재의 움직임이 제어되는 것을 특징으로 하는 에어필터 유닛.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 멤브레인의 외주 전부가 상기 제1벽과 연결되거나 상기 멤브레인의 외주가 등간격으로 상기 제1벽과 연결되어, 상기 제1벽이 상기 제2공간으로 신장됨에 따라 상기 멤브레인이 등방향으로 확장되는 것을 특징으로 하는 에어필터 유닛.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 분리벽은 상기 중공을 대각선, 수직 또는 수평으로 분리하는 것을 특징으로 하는 에어필터 유닛.
    
12. 착용자의 코와 입을 덮는 마스크 본체;
    상기 마스크 본체에 설치되는 에어필터 유닛; 및
    상기 본체의 양측에 형성되며, 상기 본체를 착용자의 안면에 고정시키는 고정부재;를 포함하고,
    상기 에어필터 유닛은 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 에어필터 유닛인 것을 특징으로 하는 마스크.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 마스크 본체는 통기성을 가지되, 입자를 필터링 할 수 있는 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 마스크.
    

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