KR102252602B1

KR102252602B1 - 공기정화 필터의 필터코어 및 이를 포함하는 공기정화 필터

Info

Publication number: KR102252602B1
Application number: KR1020200135044A
Authority: KR
Inventors: 양희태; 전재호; 이선호; 강석진
Original assignee: (주)쓰리에이씨
Priority date: 2020-04-17
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2021-05-17

Abstract

본 발명의 구현예는 여과재가 부착된 절곡된 형태의 기재의 단부면에 결착층 및 지지층을 포함하는 홀더(holder)를 결착하여 외부의 충격 내지 중력에 의해 필터코어가 변형되는 것을 방지한다. 상기 지지층은 외부로부터 필터에 인가될 수 있는 힘에 저항하는 물질로 제작될 수 있다. 본 발명을 통해 따라서, 변형이 저감된 공기정화 필터를 제공할 수 있다.

Description

공기정화 필터의 필터코어 및 이를 포함하는 공기정화 필터{Filter Core of Air Purifier Filter and Air Purifier Filter comprising the same }

관련 출원들과의 상호 인용

본 출원은 2019년 12월 2일자 한국 특허 출원 제 10-2019-0158394 호의 우선권을 향유하며 2020년 9월 10일자 출원된 한국 특허 출원 제2020-0116209호의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

기술분야

본 발명은 공기정화 필터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공기정화를 위한 여과재를 필터 본체에 균일하고 용이하게 충전할 수 있고, 공기 흐름 및 여과량을 균일하게 하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 여과재와 정화 대상 공기의 접촉면을 최적화하여 여과효율이 향상된 공기정화 필터에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.

일반적으로 공기정화 필터는 공기 중의 악취성분, 미세먼지, 세균 등(이하, '이물질'이라 함)을 여과하는 필터로서, 이물질에 대한 흡착력이 우수한 활성탄, 제올라이트 등의 여과재를 필터 코어에 충전한 형태로 이루어진다.

이러한, 공기 필터와 관련된 선행기술로 한국 등록특허 제10-1522199호(2015.05.15)의 "공기조화기의 필터 및 제조방법"이 개시되어 있다. 선행기술에 따른 필터는 도 1에 도시된 바와 같이 벌집 모양의 격실 구조를 가지는 필터 본체(13)를 형성하며, 이러한 필터 본체(13)의 격실(12)에 활성탄(16)을 충전한 뒤 필터 본체(13)의 전면과 후면을 망사 형태의 커버(14)(15)로 마감하여 활성탄의 이탈을 방지하는 구조로 제작된다.

그러나, 상기와 같은 선행기술에 따른 필터는 필터 본체(13)에 다수의 격실 구조를 형성하고 각 격실(12)마다 활성탄(16)을 균일하게 충전해야 하지만 활성탄을 격실(12)에 충전하는 공정에서 격실(12)에 충전되는 활성탄(16)의 양에 차이가 발생할 수 있다.

즉, 어느 격실(12)에는 과도하게 활성탄이 충전되고 다른 격실(12)에는 활성탄(16)이 부족하게 충전된다. 이와 같이, 필터 본체(13)에 형성된 격실(12)에 활성탄(16)이 제각기 다르게 충전되는 것에 따라 공기 흐름 및 여과량이 달라져 제품의 신뢰성이 낮은 문제가 있을 뿐만 아니라 격실(12)에 과도하게 활성탄이 충전되는 경우 제1커버(14) 및 제2커버(15)가 필터 본체(13)에 접착되지 않아 활성탄(16)이 격실(12)로부터 이탈할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명자는, 공기의 흐름 방향으로 유입구와 토출구를 형성하고 그 내부에 수용 공간을 형성한 필터 본체; 상기 필터 본체의 수용 공간에 마련되는 기재; 상기 기재의 표면에 부착되는 여과재를 포함하되, 상기 여과재가 부착된 기재는 3차원 절곡 구조를 갖는 공기정화 필터를 발명하였다.

그러나, 기재가 3차원 절곡 구조일 경우에 갖는 효과를 극대화하기 위하여 3차원 절곡구조를 안정적으로 유지하는 것이 중요한 요소임을 확인하고, 이를 보완하는 발명이 필요함을 인식하였다.

대한민국 공개공보 제10-2009-0063470호

상기 인식한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 여과재를 필터 본체에 균일하고 용이하게 충전할 수 있고, 필터 본체가 기울어지더라도 여과재의 쏠림을 방지하고 공기 흐름 및 여과량을 균일하게 하여 제품의 신뢰성을 향상시키면서도 여과효율이 향상된 절곡형 공기정화 필터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 상기 절곡형 공기정화 필터를 구성하는 필터코어의 절곡구조가 외부의 힘에 의해 변형되는 것을 최소화하는데 그 목적이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명의 일 측면은 하기의 필터코어를 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 필터 코어는, 표면에 여과재가 부착된 기재를 포함하는 공기정화 필터의 필터코어로서, 상기 여과재가 부착된 기재는 3차원 절곡 구조이고, 상기 3차원 절곡 구조로 형성된 기재의 단부면에 홀더가 결착되어 있으며, 상기 3차원 절곡 구조의 기재에 대하여 하기의 수학식 1로 표현되는 V_K 값이 6 내지 36인 것인, 필터코어이다:

(상기 식에서, y는 기재가 평면일 때 절곡된 방향의 길이이고, y′은 절곡된 기재를 펼쳤을 때의 절곡방향의 길이이며, h는 산의 높이이다).

상기 일 구현예의 필터 코어에 있어서, 상기 절곡 구조는 기재의 가로방향 또는 세로방향 중 1방향으로 절곡된 것이며, Vk 값은 10 내지 36일 수 있다.

이때, 상기 여과재는 활성탄, 제올라이트, 실리카, 알루미나, 망간, 백금, 구리, 광촉매 및 이들의 혼합물에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

상기 구현예에서, 상기 3차원 절곡 구조는 프리즘형 또는 산이 라운드 형태인 프리즘형에서 선택된 1 이상의 구조일 수 있다.

또한, 상기 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하고, 결착층은 상기 기재의 단부면을 형성하는 단부가 안착되는 지지구조가 형성된 것일 수 있다.

한편, 상기 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하고 결착층은 접착층을 포함하는 것일 수도 있다.

아울러, 상기 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하고 결착층은 접착층 및 마찰층을 포함하는 것일 수 있다.

상기 홀더 구조에 있어서, 상기 지지층은 알루미늄, 구리, 철, 아연 또는 니켈 등에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상의 합금에서 유래하는 것일 수 있다.

이때, 상기 지지층은 폴리비닐클로라이드(PVC), 에틸렌비닐알코올(EVA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(nylon), 우레탄(urethane), 천연고무, 합성고무에서 선택된 1종 이상으로 구성된 단독물질 또는 화합물에서 유래할 수 있다.

또한, 상기 지지층은 천연펄프 또는 화학펄프에서 선택된 단독 또는 혼합물에서 유래한 판지(board)를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 공기정화 필터를 제공한다.

본 발명의 다른 구현예는, 공기의 흐름 방향으로 유입구와 토출구를 형성하고 그 내부에 수용 공간을 형성한 필터 본체; 상기 구현예들에서 기재된 필터코어가 상기 필터 본체의 수용 공간에 마련된 것인, 공기정화 필터이다.

본 발명에 따른 절곡형 공기정화 필터는 공기정화효율이 우수하고, 중력이나 외부의 충격 등 필터에 인가될 수 있는 외부의 힘에 의한 절곡구조의 변형이 최소화 되어, 장기간 지속적으로 필터의 공기정화효율을 유지할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 공기정화필터를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 공기정화필터의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따라 3차원 절곡 구조를 갖는 필터 코어의 단면을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는 절곡형 필터 코어를 제조하는 방법을 예시하는 공정도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 코어에 포함되는 기재가 절곡되기 이전의 판형 형상을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 코어에 포함되는 기재가 절곡되었을 때 확장되는 면적에 대하여 이해를 돕기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 구현예에 따른 공기 정화 필터가 공기정화기기에 장착된 형태를 예시적으로 나타낸 투시도이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따라 홀더가 일 단부면에 결착된 형태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 구현예에 따른 필터 코어에 포함되는 홀더를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 구현예에 따른 필터 코어에 포함되는 홀더를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 11은 홀더를 결착한 필터 코어를 생산하는 공정을 개략적으로 나타낸 공정도이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다.

그리고, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 다만, 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.

이하 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 구현예에 따른 절곡형 공기정화 필터를 나타낸 분해 사시도 이다. 본 발명의 구현예에 따른 공기정화 필터는 필터 본체(110), 상기 필터 본체(110)에 마련되는 기재(120), 상기 기재(120)의 표면에 부착되는 여과재(130), 필터 본체(110)의 유입구와 토출구를 마감하는 망사 커버(140)를 포함한다.

구체적으로, 필터 본체(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 사각 틀의 형상을 갖되 공기가 흐를 수 있게 일측면과 타측면에 제각기 유입구와 토출구를 형성하며 그 내부에 기재(120)가 위치할 수 있게 수용 공간(112)이 형성된다.

필터 본체(110)는 금속이나 합성수지 등으로 이루어질 수 있다.

상기와 같은 필터 본체(110)의 수용 공간(112)에는 여과재가 부착된 기재(120)가 마련된다. 이때, 상기 기재(120)는 금속 또는 합성수지의 재질로 이루어질 수 있다.

기재(120)는 절곡 이전에 규칙 또는 불규칙적인 그물코가 연속적으로 형성된 판상의 형태를 갖게 된다. 기재(120)는 여과재를 부착하여 공기정화 필터의 골격을 담당하는 부분으로, 형태를 유지하면서 공기가 통과하는데 저해되지 않는 구조라면 제한 없이 이용 가능하다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 기재는 규칙적인 그물코가 연속적으로 형성된 메쉬망의 형태일 수 있다.(도5 참고)

본 발명의 일 구현예에서 상기 기재(120)는 3차원 절곡 구조를 가질 수 있다. 상기 3차원 절곡 구조는 도 2 및 3에 예시된 바와 같이, 규칙적으로 산과 피치(p)를 보유하는 프리즘 형태일 수 있다. 산의 높이(h)와 피치(p)는 필터의 크기에 따라 적절하게 구현할 수 있으나, 최적의 여과효율을 달성하는 측면에서 상기 3차원 절곡 구조의 단면이 규칙적으로 배열된 이등변 삼각형 또는 정삼각형인 것이 바람직하다.

이하, 본 명세서에서는 3차원 절곡 구조라는 용어와 절곡 구조라는 용어는 특별히 지적한 바가 없는 한, 같은 의미로서 서로 교차적으로 사용한다.

상기 규칙적으로 배열된 이등변 삼각형 또는 정삼각형이란 소정의 피치(p)를 밑변으로 하는 이등변 삼각형 또는 정삼각형이 연속적으로 배열된 것을 의미한다. 도 3에 예시된 절곡구조의 단면에서, 각 이등변 삼각형의 밑변을 이루는 피치(p)의 길이는 동일한 것이 바람직하나, 가공 상 오차가 존재할 수 있으며 피치 간격에 있어서, 10% 범위의 오차는 동일한 것으로 간주한다. 마찬가지로 이등변 삼각형의 두 변의 사이각인 꼭지각 또한 10% 범위의 오차는 동일한 것으로 간주한다.

상기 설명한 바와 같이 기재를 절곡하여 절곡형 필터를 제조함에 있어서, 생산속도를 향상시키기 위하여 연속생산방식, 즉 롤투롤(Roll-to-Roll) 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 롤투롤 방식을 이용할 경우에는 아래 단계들을 포함하는 방법으로 필터코어를 제조할 수 있다:

(S1) 권선된 기재를 전개하는 단계;

(S2) 상기 전개되는 기재를 절곡하는 단계;

(S3) 절곡된 기재를 프레스하는 단계;

(S4) 상기 프레스된 기재의 일면 또는 양면에 접착제를 도포하는 단계;

(S5) 상기 접착제가 도포된 기재를 프레스하는 단계;

(S6) 상기 S5단계를 통과한 기재에 여과재를 분사하는 단계;

(S7) 상기 여과재가 분사된 기재를 절단하는 단계.

본 명세서에서 상기 필터코어는 여과재가 부착된 기재를 포함하는 것으로 필터 본체의 수용공간에 마련될 수 있는 구조로서 독립적으로 유통 가능한 형태를 의미한다.

S1 단계는 권선된 기재를 전개하는 단계이다. 롤투롤 공정을 위해서는 기재가 권선될 수 있는 것이 바람직하며, 기재를 구성하는 원료는 금속 또는 합성수지일 수 있다. 도 4를 참고로 설명하면 판형의 금속 또는 합성수지가 롤형태(410)로 권선되어 공급장치에 장착한 후 이를 기계방향(Machine direction, MD)으로 공급할 수 있다.

상기 기계방향으로 이송되는 기재는 절곡장치(미도시)에 의해 절곡될 수 있다(S2단계). 기재는 절곡구조를 형성할 수 있는 강연성이 있는 금속이라면 제한 없이 이용할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 기재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 절곡형 필터를 제조함에 있어서 필터코어를 구성하는 기재의 절곡형태가 규칙적인 것이 바람직하다. 즉, 절곡구조의 피치가 편차없이 일정한 것이 바람직하다. 롤투롤 공정을 진행함에 있어서 절곡된 기재는 1차 프레스 단계(S3)를 통해 일정한 피치를 유지할 수 있도록 재정렬된다. 일반적으로 프레스 가공은 전단가공(shearing), 굽힘가공(bending) 및 드로잉(drawing) 가공 등으로 분류되어 가공되는 제품에 인가되는 힘이 높은 경우도 있다. 그러나, 본 설명에 있어서 프레스 금형은 상측금형 및 하측금형이 쌍을 이루는 인물(刃物)로서 배치될 수 있고, 제작하고자 하는 절곡구조를 보다 정밀하게 절곡하고 산의 높이 및 피치를 일정하게 할 수 있는 형태로 제작되어 미리 절곡구조가 확보된 기재를 정렬하는 역할을 하게 된다.

이송 순서에 따라 상기 S3 단계에서 프레스에 의해 정렬된 기재에는 접착제가 도포된다(S4 단계). 접착제는 여과재를 기재에 접착하기 위해 도포되는 것으로 목적하는 최종 필터의 형태에 따라 기재의 일면 또는 양면에 도포될 수 있다. 접착제의 도포는 스프레이 방식에 의할 수 있다. 또한, 기재의 양면에 접착제를 도포하는 경우에는 접착제가 담겨진 욕조에 기재를 통과시키는 방법이 보다 유리할 수 있다.

S4 단계에서 접착제가 도포된 기재는 기재의 절곡구조를 정렬하기 위한 프레스 가공을 추가로 수행한다(S5 단계). 롤투롤 공정에서 기재는 연속적으로 이송되는데, 이송을 위해 인가되는 힘 내지 중력과 같은 힘 등이 기재에 작용하여 절곡구조에 변형을 초래하여 피치의 간격이 일정하게 유지되지 않을 수 있다. S5 단계에서 수행되는 2차 프레스 공정은 작은 변형을 재정비하는 과정이므로 1차 프레스 공정, 즉 S3 단계의 프레스 공정에 이용되는 힘보다 적은 힘으로 수행될 수 있다. 또한, 접착제가 도포된 기재를 프레스에 의해 정렬하는 공정이므로 프레스를 위한 금형의 표면에는 접착제가 전이되지 않도록 실리콘 또는 테프론 등으로 표면처리하는 것이 바람직하다.

아울러, S5 단계의 프레스 공정을 수행하기 이전 또는 이후에는 기재에 도포된 접착제의 고착화하기 위해서 건조단계가 수행될 수 있다. 건조단계는 사용되는 접착제의 물성에 따라 온도 및 시간을 조정할 수 있다.

접착제의 도포 및 S5 단계의 제2프레스 공정을 거친 기재의 표면에는 여과재가 분사된다(S6 단계). 여과재는 필터의 목적에 따라 다양한 여과재가 사용될 수 있다. 예를 들어, 여과재에는 오염된 공기 내 악취성분, 유해가스 등을 흡착하는 방법에 의한 흡착재, 산화환원 반응을 유도하여 악취성분, 유해가스 등을 분해하는 방법에 의한 촉매 및 이들의 조합이 포함될 수 있다. 상기 여과재의 구체적인 예에는 활성탄, 제올라이트, 실리카, 알루미나, 망간, 백금, 구리, 광촉매 및 이들의 혼합물 등이 포함된다.

도 2를 예시로 설명하면, 기재(120)의 표면에는 여과재로서 활성탄(130)이 부착될 수 있고, 필터 본체(110)의 유입구를 통해 유입된 공기는 기재(120)의 표면에 부착된 활성탄(130)에 의해 정화된 상태로 토출구로 토출되어 공기의 정화가 이루어질 수 있다.

여과재가 부착된 기재는 장착될 필터본체의 크기에 맞게 절단된다(S7 단계). 절단 공정에 사용되는 커터(cutter)는 사용되는 기재의 종류에 따라 적절하게 선택될 수 있으며, 필터 기재의 제작 및 생산 분야의 통상의 기술자에게는 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기 S1 내지 S7 단계를 수행하여 제작한 필터코어는 공기정화기기에 장착되는 필터로 제작하기 위해, 필터본체와 조립된다. 도 2를 예시로 설명하면, 필터본체(110)와 필터코어의 조립하는 단계는 필터본체(110)가 형성하는 수용부(112)에 삽입하는 단계를 포함한다.

공기정화필터에 있어서 실질적인 공기정화의 역할을 하는 필터코어가 3차원 절곡 구조를 보유할 경우에는 필터에 소요되는 여과재의 총량 대비 탈취효율 측면에서 유리한 효과를 갖는다. 유해공기가 필터를 통과하면서 필연적으로 발생하는 압력손실이 감소되는 효과도 탈취효율을 향상시키는데 도움이 된다.

한편, 절곡구조에 의해 확장되는 면적은 필터 본체가 구성하는 수용공간에 위치하는 기재가 평면일 경우에 갖는 면적의 비에 관한 값인 V_K의 범위가 6 내지 36일 수 있다. 나아가 V_K 범위는 10 내지 36일 수 있다. V_K는 아래 수학식 1로 나타낸다.

[수학식 1]

보다 구체적으로 설명하면, 공기정화 필터에 있어서 여과재로서 활성탄을 이용할 경우, 활성탄의 양을 증가함으로써 탈취효과를 증대하려는 시도가 일반적이었다. 따라서 기존에는 가능한 한 많은 양의 활성탄을 필터에 충전시키는 것이 주된 과제였다. 따라서, 종래 기술은 허니컴 형태의 격실에 입상 또는 구상의 활성탄을 충전하는 방법을 택하거나, 활성탄이 부착되는 기재가 절곡구조를 갖는다고 하더라도 절곡구조에 활성탄을 균일하게 분산 배치하기 보다는 절곡구조의 빈 공간에 가능한 한 많은 활성탄이 충전될 수 있도록 배치하는 수준의 기술이 공개되어 있을 뿐이다.

그러나, 본 발명자는 놀랍게도 활성탄을 포함한 여과재가 부착된 기재를 3차원 구조로 절곡하여 동일한 부피 내에 기재의 면적을 효과적으로 확장하여 필터 내의 여과재 충전량은 낮추면서도 여과효율은 증가시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다.

필터 본체의 수용공간에 위치하는 기재가 단순히 평면일 경우보다 기재가 수용공간이 보유하는 높이를 갖고 단면이 이등변 삼각형 또는 정삼각형일 경우 본체 내 수용공간에 위치하는 기재의 표면적은 증가한다. 따라서 절곡구조의 단면이 도 3에 나타낸 바와 같이, 이등변 삼각형 또는 정삼각형을 규칙적으로 배열한 것일 경우 산의 높이와 피치를 조절하여 절곡구조의 면적을 제어할 수 있다.

절곡구조의 높이가 동일하면서 피치 간격이 짧을 경우, 즉 절곡구조의 단면에 있어서 피치의 길이를 짧게 조정할 경우 동일한 수용공간 내 기재에 대한 표면적이 증가하고 따라서 기재의 양면에 여과재을 부착할 경우 여과재의 총량은 증가한다. 종래의 기술에 따르면, 여과재의 총량이 증가할 경우에 필터의 탈취효율이 증가할 것으로 기대되나, 실제 여과재의 양이 증가하는 것만큼 여과 성능이 비례하여 상승하지 않는다는 것이 본 발명자의 오랜 연구 끝에 밝혀졌다. 그리고, 필터 본체의 수용공간에 위치하는 기재의 표면적이 평면일 경우의 표면적 대비 절곡구조일 경우의 표면적의 비율을 나타내는 값(V_K)을 상기 수학식 1과 같이 도출하게 되었다. 상기 수학식 1에서 y는 기재가 평면일 때 절곡되는 방향의 길이(단위 mm)인데, 이고, y′은 절곡된 기재를 펼쳤을 때의 절곡방향의 길이(단위 mm)이다. 이 때, 절곡되지 않은 방향의 길이(x)는 평면기재와 절곡된 기재가 모두 동일하다. 상기 설명된 V_K 값의 요소들은 길이의 단위로서 모두 밀리미터(mm)에 해당되는 값을 갖고, V_K 값을 산출할 때는 길이의 단위를 제외한 수치만을 대입한다.

마찬가지로 V_K 값을 결정하는 일 구성요소인 산의 높이(h)도 단위가 mm이고, V_K를 산출함에 있어서는 mm 단위를 제외한 수치로 대입하며, 따라서 V_K는 무차원의 값을 갖는다. 산의 높이를 나타내는 h 값은 목표하는 여과효율을 달성하는 측면에서 10mm 이상이고, 가공성을 확보하는 측면에서 60mm 이하일 수 있다. 절곡된 기재의 산의 높이(h)는 수용공간의 부피를 결정하는 본체의 높이에 좌우되며, 바람직하게는 본체의 높이와 절곡된 기재의 산의 높이는 동일하거나 2mm이내의 차이를 갖는다.

한편, 상기 V_K 값은 소수점 첫 자리에서 반올림하여 정수로 나타낸다. 그리고, V_K값이 6 미만일 경우에는 평면 대비 절곡 구조의 면적이 확대되기는 하나 성능을 최적화화 할 수 있는 여과재의 양을 담보하기 어렵고, 여과재를 과량 도포하는 경우 오히려 압손은 증가하나 성능이 낮아져 탈취효율이 낮을 수 있다. V_K 값이 36을 초과할 경우에는 본체의 수용 공간 내에 충전되는 여과재의 총량을 증가시키기에는 용이하나 증가하는 만큼의 여과효과의 증가가 발현되지 않을 뿐만 아니라, 피치가 좁을 경우 필터를 사용함에 따른 압력손실이 증가함으로써 여과 효율이 오히려 감소되는 결과를 초래할 수 있다. 탈취율을 높이면서 압손이 상대적으로 낮은, 즉 여과효율을 최적화 하는 측면에서 V_K 값은 10 이상 36 이하일 수 있다.

본 발명의 설명에 있어서, 기재의 표면적은 기재 일면의 가로길이 × 세로길이를 의미하는 것으로 이해된다. 즉, 기재는 여과재를 지지하되 공기가 투과될 수 있는 구조를 갖는 것이 일반적인데, 그럼에도 불구하고 표면적은 공기가 투과되는 구조를 제외하는 것이 아니다. 아울러, 기재가 절곡구조일 경우에는 절곡구조로 인해 확장된 표면적을 기재의 표면적으로 한다. 도 5 및 도 6을 참고로 설명하면, 평면 기재의 표면적은 x × y 이고, 절곡된 기재의 표면적은 x × y′으로 이해될 수 있다.

또한, 본 발명의 설명에 있어서 높은 여과효율이란, 청정공기공급률(Clean Air Delivery Rate, ‘CADR’)에 관한 수치가 높으면서도 압력손실(‘압손’으로 줄여서 표현하기도 함)이 적어 장기간 높은 탈취율을 보유하는 것을 의미한다.

그런데, 여과재가 부착된 3차원 절곡 구조를 포함하는 기재는 단순히 판상형으로 존재하는 기재보다 절곡부위가 중력이나 외부에서 인가되는 힘에 의해 변형되기가 더 쉬울 수 있다. 변형의 정도는 절곡된 기재의 산의 높이나 피치의 길이에 좌우될 수 있으나, 기본적으로 절곡부위가 외부의 힘에 저항하는 힘이 약하여 필터코어를 제작하는 연속공정 내지는 필터코어를 필터본체의 수용부에 조립하는 과정에 있어서 공정작업이 쉽게 이루어지지 않을 수 있다. 공정작업이 까다로우면 필터의 불량이나 공정시간이 지연되는 결과를 초래할 수 있다.

한편, 절곡 구조의 필터코어를 수용하는 필터가 공기정화기기에 장착되었을 경우, 중력에 의해 필터코어가 처지는 현상이 발생하여 절곡구조의 피치가 일정하지 않게 되는 상황이 발생할 수 있다. 이 경우에는 필터코어의 절곡구조에서 의도한 탈취효율이 저하될 수 있다. 도 7을 예를 들어 설명하면, 필터(710)가 공기정화기기(700)에 세로방향으로 배치될 경우 오랜 시간 중력의 영향을 받거나, 공기정화기기를 배송, 이송 내지 설치 등을 할 때 중력방향의 충격을 받으면 경우에 따라 필터코어(720)의 절곡구조에 있어서 하측의 피치가 상측 피치보다 짧아지는 경향을 보일 수 있다. 즉, 절곡구조 하측의 피치가 축소되어 절곡형태가 조밀해질 수 있으며, 이는 필터의 압손에 영향을 주어 탈취효율에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 본 발명의 다른 구현예는 외부에서 인가되는 힘에 의해 필터코어의 절곡구조에 대한 변형이 최소화된 변형저감 필터를 제공한다.

상기 변형저감 필터는 실질적으로 기재에 여과재가 부착되어 있어 공기정화에 있어서 실질적 역할을 하는 절곡형 필터코어의 변형을 최소화하는 방법을 통해 제공된다. 여기에서, 절곡형 필터코어란 3차원 절곡구조를 포함하는 필터코어를 의미한다.

상기 절곡형 필터코어의 변형을 최소화하는 방법 중 하나는 절곡된 기재의 단부면에 홀더(holder)를 결착하는 것이다. 따라서, 변형저감 필터는 절곡된 기재, 여과재 및 홀더를 포함하는 필터코어를 보유한다.

본 발명을 설명함에 있어서 절곡된 기재의 단부면(810)이란, 도 8에 예시하는 바와 같이 기재가 절곡된 방향의 말단에 형성되는 면을 의미한다. 따라서, 도 8에 나타낸 절곡 구조의 기재는 절곡된 방향의 양 말단에 2개의 단부면을 보유하게 된다.

홀더(820)는 상기 절곡된 기재의 단부면에 결착되어 중력 또는 외부에서 인가되는 힘으로부터 절곡구조를 유지할 수 있는 것으로서, 결착층(821) 및 지지층(822)을 포함할 수 있다.

도 9를 예로 하여 설명하면, 홀더(900)의 결착층(910)은 양각 또는 음각에 의해 필터코어의 절곡구조를 지지할 수 있는 형태(안착구조)를 구비할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 상기와 같이 안착구조(911)를 포함하는 홀더를 안착형 홀더(900(a), 900(b))라고 정의한다. 상기 안착형 홀더를 통해 결착층은 절곡구조의 필터 기재 또는 절곡구조의 필터 기재에 여과재를 부착한 절곡형 필터코어가 홀더(900)에 형성된 안착구조(911)에 결착할 수 있다. 상기 결착층(910) 및 지지층(920)은 폴리비닐클로라이드(PVC), 에틸렌비닐알코올(EVA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 또는 나일론(nylon) 등에서 선택된 1종 이상의 혼합물 또는 공중합물일 수 있다. 상기 결착층 및 지지층은 경계면의 구분 없이 일체적으로 형성될 수 있다. 또한, 결착층과 지지층이 각각 제조되어 조립을 통해 일체로 형성될 수 있다. 상기 결착층 및 지지층은 합성수지로 제작될 수 있으나, 절곡구조의 처짐을 방지할 수 있는 내하중 성질 및 지지구조의 가공이 용이한 물질이라면 제한 없이 이용 가능하다.

한편, 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하되, 결착층은 접착층을 포함할 수 있다. 본 발명의 명세서에서 상기 접착층을 포함하는 결착층 및 지지층으로 구성되는홀더는 접착형 홀더라고 정의한다. 접착형 홀더(1000)에 대해 도 10를 예로 설명하면, 홀더는 지지층(1020) 및 접착층(1011)을 포함하는 적층구조를 가질 수 있다. 접착층(1011)은 홀더(1000)의 지지층(1020)과 기재를 접착을 통해 결착함으로써 중력이나 외부에서 인가되는 힘에 의한 절곡구조의 변형을 최소화한다.

결착층(1010)에 접착층(1011)을 포함하는 상기 접착형 홀더(1000)에 있어서, 상기 홀더는 기재 또는 필터코어와 지지층의 결착력을 보다 향상하여 절곡된 필터코어의 변형을 최소화하기 위해 마찰층(1012)을 더 포함할 수 있다. 접착층과 마찰층의 계면은 명확히 구분되지 않을 수 있으며, 마찰층의 표면에 접착제가 얇게 도포되는 방식을 통해 결착층이 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라 결착층과 지지층 사이 또는 지지층 외부에 충격흡수층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 상기 충격흡수층은 우레탄 폼, 스폰지 등 복원력이 우수한 성질의 원료로 구성될 수 있으며, 이를 통해 필터코어를 필터본체에 장착시키는 공정에 있어서, 작업성이 향상될 수 있다.

접착층과 마찰층 및 충격흡수층이 각 층의 계면이 구분없이 일체적으로 형성될 수 있으며, 접착형 홀더의 결착층으로서 일체적으로 형성된 결착층은, 예를 들어 우레탄폼 테이프일 수 있다. 상기 마찰층은 접착성능을 향상시키는 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 절곡된 필터코어가 외력에 의해 변형되는 것을 효과적으로 억제하는 역할을 할 수 있다. 양면 우레탄폼 테이프는 필터코어가 중력 또는 외부에서 인가되는 힘을 견딜 수 있는 지지층과 결합되어 홀더를 형성할 수 있다.

접착형 홀더(1000)의 지지층(1020)은 금속, 합성수지 또는 종이 등으로부터 유래할 수 있다. 지지층은 필터코어에 작용하는 힘에 저항하는 역할을 하는 것으로 필터코어에 인가되는 힘을 지탱할 수 있는 강도를 갖는 물질은 제한 없이 이용 가능하다. 예를 들어, 지지체는 알루미늄, 구리, 철, 아연 또는 니켈 등에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상의 합금으로 이루어질 수 있다. 또한, 지지층은 예를 들어, 폴리비닐클로라이드(PVC), 에틸렌비닐알코올(EVA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(nylon), 우레탄(urethane), 천연고무, 합성고무에서 선택된 1종 이상으로 구성된 단독물질 또는 화합물로 구성될 수 있다. 지지층은 상기 합성수지를 매트릭스로 하고, 유기입자, 무기입자 또는 섬유가 혼입된 컴포지트(composite)일 수 있다. 한편, 지지체는 천연펄프 또는 화학펄프에서 선택된 단독 또는 혼합물에서 유래한 판지(board지)를 포함할 수 있다.

지지층이 강성 및 연성을 동시에 보유할 경우에는 접착형 홀더를 권선하여 필터코어를 제조하는 연속공정에 적용하기에 용이하다.

도 11을 참고로 하여 설명하면, 기재의 절곡(1110) 후에 절곡된 기재에 홀더를 결착(1120)한 후 접착제를 도포(1130)하고 여과제를 분산(1140)하여 필터코어를 제조할 수 있다. 기재를 절곡한 후 홀더를 결착하여 기재의 변형 요인을 제거할 수 있기 때문에, 앞서 설명한 절곡형 필터코어의 제조방법에 있어서 프레스에 의한 절곡구조의 재정렬 공정을 수행하지 않을 수 있는 이점이 있다.

실시예 1

합성수지(PP_폴리프로필렌)로 제조된 420mm × 270mm × 51mm(가로×세로×높이) 필터본체를 준비하고, Φ2.0×4mm인 원주상 활성탄 펠렛을 양면에 접착한 메쉬망(필터코어)을 상기 필터본체의 수용공간에 장착하였다. 메쉬망에 활성탄 펠렛을 접착하는 것은 메쉬망의 양면에 접착제를 도포하여 이송하면서 활성탄 펠렛을 낙하시켜 활성탄이 메쉬망의 양면에 접착되도록 하는 방법으로 수행하였다. 메쉬망은 두께가 0.3mm인 알루미늄으로 제조되어 규칙적인 그물코를 보유하고 있는 형태로서, 상기 필터본체의 수용공간에 낭비되는 공간 없이 장착될 수 있는 크기로 제조하였다. 메쉬망은 규칙적인 프리즘 형태로 절곡되어 있었었으며, 바닥에서 산까지의 높이(h)는 50mm 였고, 피치(p)의 길이는 약 20mm였다. 한편 절곡구조로 인한 메쉬망의 표면적은 가로(x) × 절곡된 길이(y′)로서 268mm × 2039mm에 해당하였다. 기재를 평면이라 가정할 때 절곡된 방향의 길이(y)는 409mm 였다. 기재에 충전된 활성탄의 총량을 약 300g으로 조절하였다. 활성탄의 양은 제조 공정에 있어서 활성탄이 부착되는 메쉬망의 이동속도 및 활성탄의 낙하 시간을 고려하여 조절하였다.

한편 상기 필터코어의 변형을 최소화하기 위하여, 상기 필터코어의 양 단부면에는 홀더를 결착하였다. 두께 4.5mm인 판지(하드보드지; OK박스社, MC110) 상에 우레탄폼 테이프(3M사(社), VHB^TM 테이프 5930)를 부착하여 제조한 접착형 홀더였다.

실시예 2 내지 9 및 비교예 1, 비교예 2

합성수지(PP_폴리프로필렌)로 제조된 필터본체를 준비하고 Φ2.0×4mm인 원주상 활성탄 펠렛을 양면에 접착한 메쉬망을 상기 필터본체의 수용공간에 장착하였다. 활성탄 펠렛이 접착된 메쉬망과 관련하여서는 실시예 1에 기재된 내용과 동일하나 규칙적인 프리즘 형태의 피치 및 산의 높이를 변경하여 V_K 값에 따른 필터의 여과효율, 즉 압손 및 CADR을 측정하여 확인하였다. 필터본체의 경우에도 실시예 1과 동일하나 산의 높이에 따라 본체의 높이가 조절된 것 외에 다른 조건은 동일하였다. 각각의 실시예 및 비교예에서 도출된 데이터는 아래 표 1에 정리했다.

한편 필터코어의 변형을 최소화하기 위하여, 상기 필터코어의 양 단부면에는 홀더를 결착하였다. 홀더는 두께 4.5mm인 판지(하드보드지; OK박스社, MC110) 상에 우레탄폼 테이프(3M사(社), VHB^TM 테이프 5930)를 부착하여 제조한 접착형 홀더였다.

참고예 1 - 허니컴필터

합성수지(PP_폴리프로필렌)로 제조된 410mm × 270mm × 15mm(가로×세로×높이) 필터본체를 구비하고, 수용공간에 Φ2.0×4mm인 원주상 활성탄 펠렛을 도1의 종래 기술에 나타낸 바와 같은, 허니컴 격실에 충전하였다. 충전된 활성탄의 양은 약 430g이었다.

참고예 2

합성수지(PP_폴리프로필렌)로 제조된 410mm × 270mm × 15mm(가로×세로×높이) 필터본체를 구비하고, 수용공간에 Φ2.0×4mm인 원주상 활성탄 펠렛을 메쉬망에 접착하였다. 메쉬망은 두께가 0.3mm인 알루미늄으로 제조되어 규칙적인 그물코를 보유하고 있는 형태로서, 상기 필터본체의 수용공간에 낭비되는 공간 없이 장착될 수 있는 크기로 제조하였다. 메쉬망은 절곡구조를 보유하지 않은 평면이었다. 메쉬망의 표면적은 268mm × 409mm였고, 평면형 메쉬망의 양면에 충전된 활성탄의 총량은 약 193.8g이었다.

실시예와 비교예 및 참고예의 성능 비교를 위한 데이터를 아래 표 1에 나타내었다.

구분	x (mm)	y (mm)	p (mm)	y’ (mm)	h (mm)	V_K	활성탄양(g)	압손 (mmH₂O)	CADR (m³/hr)
실시예 1	268	409	20	2039	50	10	300	2.7	138
실시예 2	268	409	16	1077	20	13	300	1.3	156
실시예 3	268	409	12	2080	30	17	300	0.9	168
실시예 4	268	409	10	1649	20	20	300	0.85	192
실시예 5	268	409	10	3324	40	20	300	0.98	187
실시예 6	268	409	6	4100	30	33	300	2.2	164
실시예 7	268	409	6	1420	10	35	300	2.6	150
실시예 8	268	409	22	1150	30	9	300	2.9	121
실시예 9	268	409	30	872	30	7	300	3.5	115
비교예 1	268	409	5.4	6013	40	37	300	4.8	85
비교예 2	268	409	32	816	40	5	300	5.2	72
참고예 1	-	-	-	-	-	-	430	0.82	57
참고예 2	268	409	-	409	-	-	193.8	1.77	52

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 활성탄의 양이 동일할 경우 V_K 값에 따라 압손 및 CADR로 나타나는 여과효율의 차이가 있음을 알 수 있다. 상기 표 1에서 각 지표의 측정은 아래와 같이 수행하였다.

압력손실(압손) 및 성능(CADR)

압력손실이란 필터를 지나가는 공기의 필터링 전 및 후의 압력을 측정하여 필터의 성능을 확인하는 지표로서 이용된다. 이때, 필터의 성능을 압력강하(mmH₂O)로 표시한다. 본 발명에서는 공기의 선속 1m/s의 조건 하에서 필터에 흐르는 풍량에 따른 압력손실을 측정하였다. 공기청정기 에어필터의 압력손실을 측정하는 표준으로서 AMCA 210 및 KS B 6311 규정에 의해 제작된 측정기기로부터 실험을 실시하였다.

성능(CADR)은 SPS-KACA002-132의 내용에 따라 실험을 실시하였다.

CADR 측정은 구체적으로, 포름알데히드, 암모니아, 아세트알데히드, 아세트산, 톨루엔 각 가스별 초기농도 10ppm을 8루베 챔버에 넣고, FT-IR 기기로 20분간 분당 농도를 측정하고, 기록하여 CADR값을 계산하였다.

시험체의 CADR은 다음의 식(1)로 산출한다

(1)

여기서,

P : 청정화능력 (m³/hr)

V : 시험챔버 체적 (m³)

t : 운전감소시의 측정시간 (min)

C_i1 : 자연감소시 측정개시점 t=0에서의 입자농도 (ppm)

C_i2 : 운전감소시 측정개시점 t=0에서의 입자농도 (ppm)

C_t1 : 자연감소시 측정시간 t 분에서의 입자농도 (ppm)

C_t2 : 운전감소시 측정시간 t 분에서의 입자농도 (p)

N : 시험체 대수

한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

한편, 필터코어의 단부면에 결착된 홀더가 구비된 필터는 필터코어의 장착시 작업성이 우수할 뿐만 아니라, 외부 충격에 따른 변형이 없는 것을 확인하였다.

아울러, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.

본 발명의 필터코어 및 이를 포함한 공기정화필터는 외부의 충격에 필터가 변형되지 않아 공기정화기기에 이용하기에 바람직하다.

110: 필터 본체 120: 기재
112: 수용 공간 130: 여과재
140: 망사 커버 700: 공기정화기기
810: 단부면 820: 홀더
900: 안착형 홀더 1000: 접착형 홀더

Claims

표면에 여과재가 부착된 기재를 포함하는 공기정화 필터의 필터코어에 있어서,
상기 여과재가 부착된 기재는 3차원 절곡 구조이고,
상기 3차원 절곡 구조로 형성된 기재의 단부면에 홀더가 결착되어 있으며,
상기 3차원 절곡 구조의 기재에 대하여 하기의 수학식 1로 표현되는 V_K 값이 10 내지 36인 것인, 필터코어:
[수학식 1]

(상기 식에서, y는 기재가 평면일 때 절곡된 방향의 길이이고, y′은 절곡된 기재를 펼쳤을 때의 절곡방향의 길이이며, h는 산의 높이이다).
삭제
제1항에 있어서,
상기 여과재는 활성탄, 제올라이트, 실리카, 알루미나, 망간, 백금, 구리, 광촉매 및 이들의 혼합물에서 선택된 1종 이상인 것인, 필터코어
제1항에 있어서,
상기 3차원 절곡 구조는 프리즘형 또는 산이 라운드 형태인 프리즘형에서 선택된 1 이상의 구조인 것인, 필터코어.
제1항에 있어서,
상기 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하고, 결착층은 상기 기재의 단부면을 형성하는 단부가 안착되는 지지구조가 형성된 것인, 필터코어.
제1항에 있어서,
상기 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하고 결착층은 접착층을 포함하는 것인, 필터코어.
제1항에 있어서,
상기 홀더는 결착층 및 지지층을 포함하고 결착층은 접착층 및 마찰층을 포함하는 것인, 필터코어.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지층은 알루미늄, 구리, 철, 아연 또는 니켈 등에서 선택된 1종 단독 또는 2종 이상의 합금에서 유래하는 것인, 필터코어.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지층은 폴리비닐클로라이드(PVC), 에틸렌비닐알코올(EVA), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론(nylon), 우레탄(urethane), 천연고무, 합성고무에서 선택된 1종 이상으로 구성된 단독물질 또는 화합물에서 유래하는 것인, 필터코어.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지층은 천연펄프 또는 화학펄프에서 선택된 단독 또는 혼합물에서 유래한 판지(board)를 포함하는 것인, 필터코어.
공기의 흐름 방향으로 유입구와 토출구를 형성하고 그 내부에 수용 공간을 형성한 필터 본체;
제1항 또는 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 필터코어가 상기 필터 본체의 수용 공간에 마련된 것인, 공기정화 필터.