KR102278469B1 - 살균공기정화기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 살균필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력변화에 의해 100 mV 이상의 출력전압을 발생시킬 수 있는 압전소자; 상기 압전소자의 일측에 바람을 방출하여 압전소자의 압력을 변화시킬 수 있는 바람방출수단; 상기 압전소자의 다른 일측에 접합되어 압전소자에서 발생된 전류에 의해 살균기능이 활성되는 살균활성층; 및 상기 살균활성층상에 소정의 입자를 여과할 수 있는 여과부재를 포함하여 형성된 살균필터로, 압전소자에서 발생된 전기에너지에 의해 살균활성이 증가되어 공기 중의 진균, 박테리아 또는 바이러스 제거율이 높은 살균필터에 관한 것이다.
Description
본 발명은 살균공기정화기에 대한 것으로, 구체적으로 공기 중 포함된 박테리아 또는 바이러스를 포집하여 살균할 수 있도록 압전소자 기반의 여과형 살균장치를 이용하는 살균공기정화기에 대한 것이다.
최근 현대인의 실내거주시간이 급속히 증가하면서, 실내공기질에 대한 관심이 높아지고 있으며, 특히 초미세먼지 농도가 올라가면서, 미세먼지의 인체보건학적 영향이 부각되고 있는 실정이다. 초미세먼지는 먼지 그 자체도 인체 기도를 용이하게 통과하여 PM 2.5 이하에서는 상기 직경 이상의 먼지와 비교하여, 상대적으로 큰 부정적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 이와 함께, 먼지에 함께 부착되어 있는 병원성 박테리아 및 바이러스도 질병 등의 보건학적 문제를 일으키는 것으로 알려져 있다. 상기와 같은 사회적 이슈에 대하여 아파트 등의 가정집과 사무용공간에서는 공기정화기를 일반적으로 사용하고 있으나, 공기정화기의 경우, 먼지와 같은 입자상물질의 제거에는 특화되어 있으나, 박테리아 및 바이러스의 제거에는 취약한 문제를 나타내고 있다. 일례로 한국등록특허 제1638065호는 25mmAq 수준의 압력손실이 발생하는 헤파필터를 이용하고 있어 직경 0.1 마이크로미터의 초미세먼지도 제거가 가능하나, 병원성 박테리아 및 바이러스의 제거에는 미흡한 실정이다. 또한, 한국공개특허 제2014-00032245호, 일본공개특허 제2015-150524호는 상기와 같이 헤파필터를 이용하지 않으면서 입자상물질을 제거하고 있으나, 이들 선행기술도 박테리아 및 바이러스의 제거에는 어려움을 나타내고 있다. 이외에도, 화학약품이나 케미칼을 이용하여 입자상 물질 중 병원성 박테리아 또는 바이러스를 제거하는 기술도 함께 개발되고 있으며, 특히 콜로이드 형태의 은 나노입자는 약 650 여종의 유해세균 및 진균류에 대해 강한 항균력이 있음이 밝혀져 있다. 은 콜로이드 입자들은 세균 및 바이러스의 세포속 침투가 용이하여 효소작용을 정지시키거나, 세포벽 파괴, 균의 신진대사를 저해시킴으로써 각종 세균, 바이러스 및 알레르기성 질환균에 대한 멸균작용을 나타낸다. 이와 관련하여, 미국공개특허 제2006-0020108호에는 은 전구체가 포함된 글리콜을 테레프탈산과 혼합 중합하여 폴리에스터 마스터 배치(master batch)를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그러나 상기 특허에서는 은 전구체로부터 일부분만 은이 환원되는 문제가 발생하여 은 입자에 의한 항균성이 저하될 수 있다. 또한, 한국공개특허 제2017-0040919호에는 은 입자를 500 내지 2000ppm의 농도로 포함하는 은 나노 졸을 포함한 코팅용액을 이용한 텐트용 항균 탈취 조성물을 개시하고 있다. 상기 특허에서는 항균성의 발현 및 지속성을 유지하기 위해서 고농도의 은 나노입자를 사용하고 있으나, 은 나노입자가 서로 뭉쳐 응집할 수 있으며 비특허문헌 1에 나타난 바와 같이 인체 유해성이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
김수진 외 15인, 제조은나노 물질에 대한 유해성 연구, 국립환경과학원, NIER No. 2010-49-1224
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 인체 위해성이 낮은 함량의 은 나노입자를 이용하여 우수한 항균력을 발휘할 수 있는 공기정화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같이 인체 위해성을 최소화하고자 낮은 함량의 은 나노입자를 이용하면서도 높은 수준의 살균력을 확보하기 위하여, 압전소자에 의해 살균기능이 활성화되어 공기 중의 진균, 박테리아 또는 바이러스를 제거할 수 있는 공기정화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 은 나노입자를 필터 상에 도포하지 않고서 우수한 항균력을 발휘할 수 있는 공기정화기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 공기정화기는 공기가 유입되는 유입구, 유입구로 유입된 공기를 정화하는 정화부, 정화부에서 정화된 공기를 배출시키는 배출구, 유입구로 공기를 정화부로 유입하는 송풍팬을 포함하면서, 상기 정화부는 압력변화에 의해 100 mV 이상의 출력전압을 발생시킬 수 있는 압전소자 ; 상기 압전소자의 일측에 바람을 방출하여 압전소자의 압력을 변화시킬 수 있는 바람방출수단 ; 상기 압전소자의 다른 일측에 접합되어 압전소자에서 발생된 전류에 의해 살균기능이 활성되는 살균활성층 ; 및 상기 살균활성층상에 소정의 입자를 여과할 수 있는 여과부재를 포함하여 형성된 것을 특징으로 한다. 여기에서, 상기 압전소자와 살균활성층 사이에 고분자 커버층이 추가로 형성될 수 있다. 또한, 상기 고분자 커버층은 전도성 고분자로 이루어진 것일 수 있다.
상기 전도성 고분자는 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 사이클로 올레핀폴리머(COP), 사이클로 올레핀 공중합체(COC), 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 노보르넨계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.
상기 사이클로 올레핀폴리머는 헤테로고리 화합물일 수 있다.
상기 헤테로고리 화합물은 폴리피롤일 수 있다.
상기 압전소자는 100 내지 400 mV의 출력전압을 발생시킬 수 있다.
상기 압전소자는 수정, 로셀염(Rachelle salt), 티탄산 바륨(BaTiO3), 인산이수소암모늄 결정, 타타르산에틸렌다이아민 결정, PZT 및 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재로 이루어질 수 있다.
상기 소정의 입자는 크기가 2.5 내지 10 ㎛ 일 수 있다.
상기 여과부재는 폴리나일론, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에스터, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리테라플루오로에틸렌(PTFE)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재로 이루어질 수 있다.
상기 살균활성층은 은(Ag), 구리 또는 이들의 혼합 금속의 나노입자를 0.01 내지 0.1 % 포함할 수 있다.
상기 살균활성층은 코팅층 또는 필름층일 수 있다.
상기 공기정화기는 박테리아를 74 내지 95 % 제거하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 공기정화기는 압전소자를 통해 발생된 전기에너지에 의해 은 나노입자를 포함한 살균층이 활성화되어 진균, 박테리아 또는 바이러스 등의 제거효율이 우수하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기정화기는 낮은 함량의 은 나노 입자를 사용하여 우수한 항균력을 발휘할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기정화기는 낮은 함량의 은 나노 입자를 사용하여 인체에 유해성을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기정화기는 항균 효과뿐만 아니라 미세먼지를 여과하여 병원, 제약회사, 식품회사, 다중이용시설의 공기 청정능력이 향상되는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 공기정화기의 구성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부의 제1실시양태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 압전소자에서 전압이 발생되는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부의 제2실시양태를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부의 제3실시양태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부의 제1실시양태를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 압전소자에서 전압이 발생되는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부의 제2실시양태를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부의 제3실시양태를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 (특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 공기정화기에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 3은 각각 본 발명의 일례에 따른 공기정화기를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 공기청정기는 소정의 형상을 가진 본체(1)와, 상기 본체의 개방된 전면에 결합되며 본체의 내부로 공기가 유입되도록 하기 위한 흡입구(2)가 마련되어 있는 전면패널(미도시)을 구비한다. 본체의 상면에는 흡입구(2)로 유입된 공기를 다시 실내공간으로 배출시키기 위한 배출구(6)가 마련되어 있으며, 본체(1)의 내부에는 실내공기가 흡입구(2)와 배출구(6)를 통해 강제 순환되도록 하기 위한 송풍팬(5)과, 순환되는 실내 공기를 정화시키기 위한 정화부가 설치되며, 상기 정화부는 살균부(3) 및 미세먼지 여과부(4)로 구성된다.
도 2는 상기 살균부(3)의 구성을 나타낸 것으로, 압전소자(100), 상기 압전소자(100)의 하부에 형성된 바람방출수단(200), 상기 압전소자(100)의 상부에 형성된 살균활성층(300) 및 상기 살균활성층(300)상에 여과부재(400)가 형성되어 있다. 일반적으로 상기 압전소자(100)는 외부에서 물리적 힘인 압력을 가하게 되면, 이 압전소자(100)로 전달되는 압력에 의해 압전소자가 비틀림 또는 충격에 의한 변형이 일어나면서 100 내지 400 mV 크기의 전압이 발생된다. 이러한 원리는 고체에 힘을 가하였을 때 결정 겉면에 전기적 분극이 일어나는 현상으로 피에조 효과라고 하며, 상기 압전소자(100)에서 전기에너지가 발생되는 과정을 설명하면 다음과 같다. 도 3에 도시된 바와 같이, 외부에서 압전소자(100)에 힘(F)을 가하면 압전소자(100)의 내부방향으로 응력이 발생하여 압전소자(100)가 압축되면서(t0>t1) 양극 금속판인 전극 A 및 음극 금속판인 전극 B에 각각 양전하와 음전하가 축적된다. 상기 전극 A에서 양이온이, 전극 B에서 음이온이 각각 발생하고 압전소자의 내부 압력(P)이 커서 압전소자의 외부방향으로 응력이 발생하면 압전소자가 신장되면서(t0<t2) 전극 A 및 전극 B에 각각 양전하와 음전하가 축적되고 전극 A에서 음이온이, 전극 B에서 양이온이 각각 발생한다.
상기와 같은 원리로 압전소자(100)는 일측에 형성된 바람방출수단(200)으로부터 유입된 공기에 의해 압전소자(100)가 분극되어 100 mV 이상의 출력전압을 발생시키며, 바람직하기로는 100 내지 400 mV의 출력전압을 발생시키는 것이 좋다.
상기 압전소자(100)가 100 mV 미만의 출력전압을 발생시킬 경우, 전압이 낮아 살균효과가 저하될 수 있으며, 400 mV를 초과할 경우, 전압이 증가하여 인체에 해로운 영향을 끼칠 수 있다.
상기 압전소자(100)는 당 분야에서 일반적으로 사용되는 것이면 특별히 한정하지 않으나, 수정, 로셀염(Rachelle salt), 티탄산 바륨(BaTiO3), 인산이수소암모늄 결정, 타타르산에틸렌다이아민 결정, PZT 및 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재로 이루어진 것이 사용될 수 있다. 바람직하기로 상기 압전소자(100)는 가요성(flexible)의 고분자 압전 재료로서 사용시 접촉되는 부분의 형상에 따라 형태 변형이 용이한 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)으로 이루어진 것이 좋다. 일례로 바람방출수단(200)으로부터 유입된 공기가 통과할 수 있도록 통기공이 형성되고 유연성을 갖는 지지체(미도시)에 복수개의 열전소자(100)가 삽입된 형태로 제작될 수 있다. 상기 압전소자(100)의 압력을 변화시키는 바람방출수단(200)은 외기를 흡입하여 내부 공기의 유동을 발생시킬 수 있는 송풍기일 수 있다. 구체적으로 상기 송풍기는 팬과 모터를 포함할 수 있으며 팬이 회전함에 따라 압전소자에 바람을 방출하여 압력을 변화시킬 수 있다.
또한, 상기 바람방출수단(200)은 콘트롤러(미도시)에 의해 팬의 구동속도가 조절될 수 있으며, 이에 따라 압전소자(100)에 의해 발생되는 전기에너지의 양도 조절할 수 있다.
상기 압전소자(100)의 다른 일측에는 압전소자(100)에서 발생된 전기에너지에 의해 살균기능이 활성화되는 살균활성층(300)이 형성된다.
상기 살균활성층(300)은 코팅층 또는 필름층으로 형성될 수 있으며, 은, 구리 또는 이들의 혼합 금속의 나노입자를 포함할 수 있다.
이때 상기 살균활성층(300)은 은(Ag), 구리 또는 이들의 혼합 금속 나노입자를 0.01 내지 0.1 % 포함할 수 있다.
상기 금속 나노입자를 0.01 % 미만 포함할 경우 살균력이 저하될 수 있으며, 0.1 %를 초과하여 포함할 경우 입자끼리 응집하여 두께가 불균일하고 가공성이 저하될 수 있으며, 경제적인 측면에서 비효율적이다.
이처럼 상기 압전소자(100)의 다른 일면에 살균활성층(300)이 형성됨으로써 압전소자(100)로부터 발생된 전기에너지에 의해 은 또는 구리 나노 입자가 활성화되어 은 또는 구리 이온으로 방출되고, 공기 중의 진균, 바이러스 또는 박테리아를 제거할 수 있다.
상기 살균활성층(300)은 은 또는 구리 나노입자 및 용매를 함유하는 코팅액을 리버스 코팅, 그라비아 코팅, 스핀 코팅법, 스크린 코팅법, 파운틴코팅법, 딥 코팅법, 바 코팅, 스프레이법을 사용하여 압전소자(100) 상에 도포한 후 건조시켜 제조될 수 있다.
또한 상기 살균활성층(300)은 항진균, 항박테리아, 항바이러스성 등의 활성뿐만 아니라 얇고 고른 코팅성을 유지하기 위하여, 산화철(Fe2O3, Fe3O4), 이산화망간(MnO2), 과망간염, 산화구리(CuO), 질산구리(Cu(NO3)2·3H2O), 붕산나트륨10수화물(Na2B4O7·10H2O) 및 세라믹으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 입자가 추가로 함유될 수 있다.
상기 살균활성층(300)을 필름층으로 형성할 경우, 통기성 고분자 필름 상에 은 또는 구리 나노입자 및 용매를 함유하는 코팅액을 도포하여 제조할 수 있다.
상기 통기성 고분자 필름은 폴리올레핀에 탄산칼슘 등의 무기물을 혼합하여 압출 연신시켜 제조한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며 당업계에 공지된 상업화된 폴리올레핀 통기성 필름을 구입하여 사용할 수 있다. 또한 상기 코팅액은 은 또는 구리 나노입자간의 응집을 최소화하여 균일한 입도의 나노입자를 형성할 수 있도록 분산제를 추가로 포함할 수 있다.
상기 고분자 필름은 압전소자 상에 접합하여 제조될 수 있으며, 접합 방식은 당 분야에서 일반적으로 사용되는 접착, 초음파 융착, 고주파 융착, 열융착 등의 방식에 의해 접합된다. 일례로 점착제 수지를 포함하는 점착제 조성물을 사용하여 접합될 수 있다. 상기 점착제 수지는 예를 들면 아크릴계 공중합체, 천연 고무, 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS) 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔-스티렌(SBS) 블록 공중합체, 스티렌-에틸렌부틸렌-스티렌(SEBS) 블록 공중합체, 스티렌-부타디엔 고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리이소부티렌, 부틸 고무, 클로로프렌 고무 및 실리콘 고무 등의 통상의 중합체를 사용할 수 있으며, 점착력의 제어가 용이한 아크릴계 공중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 살균활성층(300)상에 소정의 입자를 여과할 수 있는 여과부재(400)가 형성된다.
상기 여과부재(400)는 살균활성층(300)에 의해 진균, 바이러스, 박테리아가 제거된 공기 중에 존재하는 2.5 내지 10 ㎛의 크기를 갖는 입자를 여과한다.
이때 상기 여과부재(400)는 2.5 내지 10 ㎛의 크기를 갖는 입자를 여과시킬 수 있도록 주름형 필터 또는 메쉬 필터일 수 있다. 바람직하게는 공기가 통과할 수 있고, 공기 중의 먼지 및 이물질을 제거할 수 있는 메쉬홀의 크기가 70목 이상인 메쉬 필터가 좋다. 여기서 ‘70목’이란 의미는 메쉬필터의 가로 세로 1cm에 해당하는 영역에 형성된 망의 수가 70개란 의미이다.
상기 여과부재(400)는 폴리나일론, 폴리아미드, 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에스터, 폴리프로필렌(PP) 및 폴리테라플루오로에틸렌(PTFE)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재로 이루어질 수 있으며, 인체 유해성, 압력 손실 등을 함께 고려하면 폴리에스터로 이루어진 것이 바람직하다.
또한 상기 여과부재(400)는 살균활성층(300)상에 일체형으로 형성되거나 교체가능한 구조로 착탈가능하게 수납될 수 있다.
이와 같이, 진균, 바이러스 또는 박테리아에 대한 항균 효과뿐만 아니라 미세먼지도 여과할 수 있어 공기정화장치에 사용시 병원, 제약회사, 식품회사, 다중이용시설의 공기 청정능력이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예를 나타낸 것이며, 상기 도 2에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(100)와 살균활성층(300) 사이에 고분자 커버층(500)이 추가로 형성된 구조이다.
구체적으로 도 4의 살균부는 상기 압전소자(100)의 다른 일면에 고분자 커버층(500)이 형성된 경우이며, 상기 도 2에서 설명한 바와 동일하게 상기 압전소자(100)로부터 발생된 전기에너지에 의해 살균활성층(300)이 활성화되고 은 또는 구리 이온이 방출되어 살균력을 갖게 된다.
이때 상기 압전소자(100)의 다른 일면에 고분자 커버층(500)을 추가로 포함함으로써, 압전소자(100)로부터 살균활성층(300)으로 전기전도성이 향상되므로, 살균활성층(300)에 포함된 은 또는 구리 나노금속의 함량이 적은 상태에서도 살균 효과를 상승시킬 수 있다.
상기 고분자 커버층(500)은 전도성 고분자로 이루어질 수 있으며, 이때 전도성 고분자의 소재는 활성화된 금속 나노 입자의 항진균, 항박테리아, 항바이러스성을 저해하지 않는 것이면 특별히 한정하지는 않는다. 구체적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 사이클로 올레핀폴리머(COP), 사이클로 올레핀 공중합체(COC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(CTA), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 노보르넨계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 전도율, 가격 경쟁력, 취급 용이성 등을 고려하면 사이클로 올레핀폴리머가 바람직하고, 상기 사이클로 올레핀폴리머는 헤테로고리 화합물이 보다 바람직하며, 상기 헤테로고리 화합물은 폴리피롤인 것이 더욱 바람직하다.
도 5는 본 발명에 따른 공기정화기의 다른 일 실시예를 나타낸 것으로, 상기 도 5에 도시된 바와 같이 상기 압전소자(100)와 살균활성층(300) 사이에 고분자 커버층(500)으로서 헤테로고리 화합물인 폴리피롤로 이루어진 폴리피롤층(600)이 형성될 수 있다. 상기 도 4의 고분자 커버층(500) 또는 도 5의 폴리피롤층(600)은 바람방출수단(200)으로부터 공급된 공기가 통과할 수 있도록 기공을 갖는 필름 형태로 제조될 수 있다.
이렇게 압전소자(100)의 일면에 접합된 도 4의 고분자 커버층(500) 또는 도 5의 폴리피롤층(600)은 다른 일면에 살균활성층(300)이 형성된다. 상기 도 4의 고분자 커버층(500) 또는 도 3의 폴리피롤층(600)에 의해 전기전도도가 증가하여 살균활성층(300)의 살균력이 향상된다. 또한 은 나노입자의 함량을 최소화하여 인체에 무해하면서도 항균력이 우수하다.
또한 도 5의 열전소자(100) 및 그 일면에 접합된 폴리피롤층(600)은 도 2에 도시된 살균부와 같이 살균활성을 가질 수 있다.
이와 같이 도 2, 도 4 내지 도 5의 본 발명에 따른 공기정화기는 바람방출수단(200) 및 상기 바람방출수단(200)에 의해 전기에너지를 발생시키는 압전소자(100)에 의해 살균활성층(300)이 활성화되어 진균, 박테리아, 바이러스 등의 제거효율이 우수하다. 구체적으로 본 발명에 따른 공기정화기는 박테리아를 74 내지 95 % 제거할 수 있다.
또한 본 발명의 도 2, 도 4 내지 도 5에 따른 공기정화기는 먼지 등의 미세입자 제거효율이 우수하며, 구체적으로 2.5 내지 10 ㎛ 크기의 입자를 90 % 이상 제거할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
은(
Ag
)을 포함한 살균활성층
<
제조예
1. 코팅액 제조>
은 함유량이 99.9% 순도 이상의 순수한 은(Ag) 5 g을 나노 사이즈(Nano Size, 5~10nm)로 분쇄하여 미립자를 형성하고, 상기 제조된 은 미립자를 암모니아수 1L에 용융한 후 산 처리하여 용해시킴으로써 은 콜로이드 용액을 제조하였다. 이때 상기 은 콜로이드 용액은 은 나노입자가 0.05 % 함유되도록 제조하였다.
<
제조예
2. 필름 제조>
시판되는 폴리올레핀계 수지(엘지화학 LLDPE ST408 30%, LDPE BB150 20%)에 탄산칼슘(삼진폴리텍 사) 50%를 혼입하였다. 그 다음 필름 압출기에서 230℃, 10 rpm, 25 bar의 압출조건으로 T-다이 압출한 후 통기성 필름을 얻었다. 상기 통기성 필름 표면에 제조예 1의 코팅액을 딥 코팅법을 통해 300Å의 두께로 코팅하였으며, 90℃에서 1시간 동안 건조하여 은 나노입자가 함유된 필름을 제조하였다.
구리를 포함한 살균활성층
<
제조예
3. 코팅액 제조>
질산구리(Cu(NO3)2·H2O(동양제철화학사) 38.01g을 측량하여 1L 비커에 옮긴 후, 증류수를 넣고 서서히 교반하여 질산구리를 완전히 용해하였다. 용해된 질산구리를 완전 환원을 위하여 다른 용기에 질산구리 1몰에 환원제로서 1몰 이상의 히드리진하이드레이트(N2H2H2O)를 측량하고, 질산구리가 용해된 용액을 1,000 rpm의 속도로 교반하면서 환원제를 적가하여 구리분말이 포함된 수용액을 얻었다. 과잉으로 적가된 히드라진하이드레이트와 부산물을 제거하기 위하여 여과 및 수세를 5차례 실시한 후 완전 건조하여 평균 0.1nm 크기의 구리분말을 10 g 수득하였다. 상기 수득된 구리분말 0.025 g에 증류수 50 ml을 공급하고, 폴리비닐알콜 0.5 g을 첨가한 다음 용해시켜 구리를 포함한 용액을 제조하였다.
이때 상기 구리 나노 용액은 구리 나노입자가 0.05 % 함유되도록 제조하였다.
<
제조예
4. 필름 제조>
상기 제조예 2와 동일하게 실시하되, 상기 제조예 3의 코팅액을 사용하여 구리 나노입자가 함유된 필름을 제조하였다.
공기정화기
살균부의
제조
<
실시예
1>
상기 제조예 1에서 제조한 은(Ag) 나노입자를 0.05 % 함유한 코팅액을 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF)으로 이루어진 압전소자(Sensonic사)의 일측에 Mayer bar No. 20을 이용하여 균일하게 코팅하여 살균활성층을 형성하였다. 상기 살균활성층이 형성된 압전소자는 100℃에서 10분 동안 건조시키고, 살균활성층 상에 여과부재로서 폴리에스터로 이루어진 메쉬형 필터(70목)를 사용하였다. 그리고 상기 압전소자의 다른 일측에 송풍기(엘지이노텍, TB-150)를 장착한 다음, 15 CFM의 풍량을 가하여 출력전압, 항균활성 및 미세입자 제거효율을 측정하였다.
<
실시예
2>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 압전소자와 살균활성층 사이에 폴리에테르이미드(PEI)로 이루어진 고분자 커버층을 추가로 형성하여 살균필터를 제조하였다. 이때 상기 고분자 커버층은 압전소자의 일면에 10 nm의 두께로 도포한 후 80℃의 건조로에 투입하여 10분 동안 건조시켜 제조하였다.
<
실시예
3>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 압전소자와 살균활성층 사이에 폴리피롤로 이루어진 고분자 커버층을 추가로 형성하여 살균장치를 제조하였다. 이때 상기 폴리피롤층은 압전소자의 일면에 10 nm의 두께로 도포한 후 80℃의 건조로에 투입하여 10분 동안 건조시켜 제조하였다.
<
실시예
4>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 제조예 3에서 제조한 구리 나노입자를 0.05 % 함유한 용액을 사용하여 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부를 제조하였다.
<
실시예
5>
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 상기 제조예 3에서 제조한 구리 나노입자를 0.05 % 함유한 용액을 사용하여 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부를 제조하였다.
<
실시예
6>
상기 실시예 3과 동일하게 실시하되, 상기 제조예 3에서 제조한 구리 나노입자를 0.05 % 함유한 용액을 사용하여 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부를 제조하였다.
<
실시예
7>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 1 대신 제조예 2(은 나노입자를 0.05 % 함유한 필름)를 사용하여 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부를 제조하였다. 상기 제조예 2에서 제조된 필름은 아크릴계 공중합체로 이루어진 접착제(AKITACK상품, 에이케이켐텍(주))를 사용하여 압전소자에 접합하였다.
<
실시예
8>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 제조예 3 대신 제조예 4(구리 나노입자를 0.05 % 함유한 필름)를 사용하여 본 발명에 따른 공기정화기의 살균부를 제조하였다. 상기 제조예 4에서 제조된 필름은 아크릴계 공중합체로 이루어진 접착제(AKITACK상품, 에이케이켐텍(주))를 사용하여 압전소자에 접합하였다.
<
실시예
9>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 압전소자에 10 CFM의 바람을 가하였다.
<
실시예
10>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 압전소자에 50 CFM의 바람을 가하였다.
<
비교예
1>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 압전소자가 구비되지 않고 제조예 2(은 나노입자를 0.05 % 함유한 필름)를 사용하여 제조하였다.
<
비교예
2>
상기 실시예 2와 동일하게 실시하되, 압전소자가 구비되지 않고 공기정화기의 살균부를 제조하였다.
<
비교예
3>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 은(Ag) 나노입자를 0.008 % 함유한 코팅액을 사용하여 제조하였다.
<
비교예
4>
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 은(Ag) 나노입자를 1 % 함유한 코팅액을 사용하여 제조하였다.
<
실험예
>
상기 실시예 및 비교예에 따른 공기정화기를 이용하여 항균성능 및 미세입자 제거효율을 평가하였다.
1. 항균성 평가
항균성 평가를 위한 미생물 실험은 적당한 배지를 준비하여 실험 목적에 적합한 미생물만을 순수 배양하였다. 그리고 시약, 초자류 등은 모두 121℃에서 15분간 고압멸균, 또는 필터(pore size 0.2~0.45㎛)를 이용하여 여과멸균하여 사용하였다.
항균성 평가를 위한 지표 미생물로는 대장균(Escherichia Coli: ATCC 15597)에 대해 항균성을 시험하였다. 상기 균주는 37℃에서 150 ~ 200rpm의 속도로 인큐베이터(shaking incubator)에서 배양한 다음, 고체배지(trypticase soy agar, 29 ml)가 포함된 페트리 디쉬(petri dish, 150mm)에 0.3 ml 도말시키고, 37℃에서 12 ~ 18시간(overnight) 배양하였다.
상기 균주가 접종된 페트리 디쉬에 본 발명에 따른 필터인 10×10×1 mm 크기의 시편을 넣고, 25℃에서 50분 동안 배양시킨 후 하기 수학식 1에 따라 콜로니(colony)를 세고, 수학식 2에 따라 항균성(%)을 평가하였다. 그 결과는 표 2로 나타내었다.
[수학식 1]
N : 밀리리터 당 집락형성단위(CFU/ml)
CFU : 페트리 디쉬 안의 총 집락수
α: 박테리아 주입량(ml)
di : 희석 배수
[수학식 2]
(%)IE : 비활성화 효율
Ntreated : 압전소자를 구비한 샘플의 밀리리터 당 집락형성단위
Ncontrol : 대조군(압전소자를 구비하고 있지 않은 샘플)
| 구분 | 50분 후 균수 (CFU/ml) |
대조군 | 대조군 대비 균 감소율(%) |
| 실시예1 | 2.17 | 비교예1 | 74 |
| 실시예2 | 1.16 | 비교예1 | 86 |
| 실시예3 | 0.42 | 비교예1 | 95 |
| 실시예4 | 5.01 | 비교예2 | 80 |
| 실시예5 | 3.80 | 비교예2 | 85 |
| 실시예6 | 2.39 | 비교예2 | 90 |
| 실시예7 | 1.75 | 비교예1 | 79 |
| 실시예8 | 4.03 | 비교예2 | 84 |
| 실시예9 | 7.33 | 비교예1 | 12 |
| 실시예10 | 2.49 | 비교예1 | 70 |
| 비교예1 | 8.32 | 비교예1 | 0 |
| 비교예2 | 25.2 | 비교예2 | 0 |
| 비교예3 | 7.48 | 비교예1 | 10 |
| 비교예4 | 6.24 | 비교예1 | 25 |
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서는 비교예 1과 비교하여 200 mV 이상의 출력전압을 발생시킨 압전소자에 의해 박테리아 제거율이 70% 이상인 것을 알 수 있으며, 특히 실시예 3의 폴리피롤로 이루어진 고분자 커버층을 포함한 살균장치는 박테리아를 95 % 제거한 것을 알 수 있다.
반면에 비교예 3 및 4에서 발생된 출력전압은 실시예 1 내지 3과 비슷하나, 은 함량이 낮아 항균활성이 거의 측정되지 않은 것으로 나타났다.
또한 실시예 4 내지 6을 통해 구리 나노입자를 함유한 살균활성층을 사용한 살균장치는 비교예 2에 비해 90%의 박테리아 제거율을 나타낸 것을 알 수 있다.
또한 실시예 7 및 8을 통해 압전소자에 은 또는 구리 나노입자가 포함된 살균활성층이 필름 형태로 접합되어 형성된 살균장치에서도 항균활성이 실시예 1 내지 6과 동등하거나 더 증가한 것으로 나타났다.
압전소자에 가하는 힘의 크기에 따른 항균활성을 측정한 결과, 실시예 9 및 10을 통해 알 수 있듯이 10 CFM의 유속으로 바람을 압전소자에 가하였을 때, 출력전압이 낮아 항균효과가 거의 나타나지 않았다. 또한, 30 CFM의 유속으로 바람을 압전소자에 가하였을 때에 높은 출력전압을 나타내지만, 항균효과에서는 거의 차이 없는 것으로 나타났다.
2. 미세먼지 제거효율
독일식 콤비네이션 사이클 시험법인 DIN71460 규격으로 입자 크기별 제거효율에 대한 성능평가를 진행하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다. 평가조건으로 미세먼지 농도는 20 mg/m3를 유지하였다.
| 구분 | 입자 크기별 제거효율(%) | ||
| 입자 크기(㎛) | 1.0~3.0 | 3.0~5.0 | 5.0~10.0 |
| 실시예1 | 91 | 94 | 96.9 |
| 실시예2 | 92.4 | 95.5 | 97 |
| 실시예3 | 94.5 | 97.4 | 99.5 |
| 실시예4 | 92 | 93.1 | 96.1 |
| 실시예5 | 92.5 | 94.2 | 97.5 |
| 실시예6 | 92 | 94 | 97 |
| 실시예7 | 92 | 95 | 97 |
| 실시예8 | 92 | 93.5 | 95.5 |
| 실시예9 | 85.1 | 88.7 | 92 |
| 실시예10 | 80.6 | 84.2 | 90.9 |
| 비교예1 | 88 | 89.1 | 90.1 |
| 비교예2 | 87 | 89 | 90 |
| 비교예3 | 88.2 | 89.3 | 91.2 |
| 비교예4 | 89.9 | 90.0 | 91 |
또한, 상기 표 2에서 확인되는 바와 같이 실시예 1 내지 10의 살균필터는 1.0 ~ 3.0㎛, 3.0 ~ 5.0㎛ 및 5.0 ~ 10.0㎛의 입자크기에서 약 90% 이상의 필터링 효율이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 상기 시험 결과를 바탕으로 본 발명에 따른 살균필터는 미세먼지를 여과하는 특성이 우수함을 확인할 수 있었다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 압전소자
200: 바람방출수단
300: 살균활성층
400: 여과부재
500: 고분자 커버층
600: 폴리피롤층
200: 바람방출수단
300: 살균활성층
400: 여과부재
500: 고분자 커버층
600: 폴리피롤층
Claims (13)
- 공기가 유입되는 유입구, 유입구로 유입된 공기를 정화하는 정화부, 정화부에서 정화된 공기를 배출시키는 배출구, 유입구로 공기를 정화부로 유입하는 송풍팬을 포함하는 공기정화기에 있어서,
상기 정화부에는 압력변화에 의해 100 mV 이상의 출력전압을 발생시킬 수 있는 압전소자 ;
상기 압전소자의 일측에는 바람을 방출하여 압전소자의 압력을 변화시킬 수 있는 바람방출수단 ;
상기 압전소자의 다른 일측에 접합되어 압전소자에서 발생된 전류에 의해 살균기능이 활성되는 살균활성층 ; 및
상기 살균활성층상에는 소정의 입자를 여과할 수 있는 여과부재를 포함하고,
상기 압전소자와 상기 살균활성층 사이에 고분자 커버층이 추가로 형성되되,상기 고분자 커버층은 전도성 고분자로 이루어지며,
상기 살균활성층의 형성에 따라 상기 압전소자로부터 발생된 전기에너지에 의해 은 또는 구리 나노입자가 활성화되어 은 또는 구리 이온으로 방출되고, 공기 중의 진균, 바이러스 또는 박테리아를 제거하며,
상기 살균활성층은 은 또는 구리 나노입자 및 용매를 함유하는 코팅액을 상기 압전소자 상에 도포한 후 건조시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 공기정화기.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 고분자는 폴리에틸렌테레프탈레이드(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리에테르술폰(PES), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르 이미드(PEI), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리카보네이트(PC), 사이클로 올레핀폴리머(COP), 사이클로 올레핀 공중합체(COC), 셀룰로오스 트리아세테이트(CTA), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 노보르넨계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 공기정화기.
- 청구항 3에 있어서, 상기 사이클로 올레핀폴리머는 헤테로고리 화합물인 것을 특징으로 하는 공기정화기.
- 청구항 4에 있어서, 상기 헤테로고리 화합물은 폴리피롤인 것을 특징으로 하는 공기정화기.
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Non-Patent Citations (1)
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