KR102279299B1 - 입자크기 0.1 ㎛ 이상의 초미세먼지를 효율적으로 제거하며, 소독능력이 향상된 광촉매 시스템을 포함하는 공기청정기 - Google Patents

입자크기 0.1 ㎛ 이상의 초미세먼지를 효율적으로 제거하며, 소독능력이 향상된 광촉매 시스템을 포함하는 공기청정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부의 공기를 흡입하는 흡기구; 상기 흡기구로 흡입된 공기에 포함된 미세먼지에 음이온을 방사하여, 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고 음전하로 하전하는 예비하전유닛; 상기 예비하전유닛을 통과한 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 헤파필터유닛; 상기헤파필터유닛을 통과한 공기가 유입되며, 하우징과, 상기 하우징에 내에 복수의 광촉매 필터가 층상구조로 배치되어 형성되는 광촉매 필터 구조체와, 상기 광촉매 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하는 광촉매 필터유닛; 및 상기 광촉매 필터유닛을 통과한 공기를 배기하는 배기구;를 포함하는 공기청정기에 관한 것이다.

Description

입자크기 0.1 ㎛ 이상의 초미세먼지를 효율적으로 제거하며, 소독능력이 향상된 광촉매 시스템을 포함하는 공기청정기{AIR PURIFIER THAT EFFICIENTLY REMOVES ULTRAFINE DUST WITH A PARTICLE SIZE OF 0.1 ΜM OR MORE, AND COMPRISING A PHOTOCATALYTIC SYSTEM WITH IMPROVED STERILIZATION ABILITY}
본 발명은 입자크기 0.1 ㎛ 이상의 초미세먼지를 효율적으로 제거하며, 소독능력이 향상된 광촉매 시스템을 포함하는 공기청정기에 관한 것이다.
실내의 공기를 양질의 공기로 정화하기 위해서는 실내 공기에 포함되어 있는 미세먼지, 휘발성유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds)과 세균·바이러스를 제거하여야 한다.
미세먼지는 산업설비의 운행시에 발생되거나, 자동차의 배출가스 등을 통해 배출되는 크기가 작은 먼지를 의미한다. 미세먼지는 크기에 따라 분류된다. 일반적으로 미세먼지라고 함은 지름이 10㎛(마이크로미터, 1㎛=1000분의 1㎜) 이하의 먼지를 의미하며, PM(Particulate Matter)10이라고 한다. 한편, 미세먼지중 입자의 크기가 더 작은 미세먼지를 초미세먼지라 부르며 지름 2.5㎛ 이하의 먼지로서 PM2.5라고 한다. 이러한 초미세먼지는 미세먼지보다 훨씩 작기 때문에 사람의 기도에서 걸러지지 못하고 대부분 폐포까지 침투해 심장질환과 호흡기 질병 등을 일으킨다. 공기청정기는 이러한 미세먼지를 제거하기 위해 헤파(HEPA; High Efficiency Particulate Air) 필터를 이용하는데, PM 2.5의 초미세먼지를 넘어 더 작은 미세먼지를 제거하기 위해서는 고가의 필터가 필요하다. 또한, 초미세먼지를 제거하기 위해 헤파필터가 아닌 전기집진필터를 이용하는 방법도 있다. 하지만, 전기집진필터는 사용 과정에서 인체에 유해한 오존이 발생하고, 정기적으로 수세척이 필요하다는 문제가 있다.
한편, 세균·바이러스를 제거하기 위해 자외선램프를 이용하거나 오존을 이용하는 방법이 있으나, 자외선 램프를 이용하는 방법은 공기 중의 세균·바이러스에 대해서는 제거 효율이 낮고, 오존을 전술한 바와 같이 인체에 유해하다는 문제가 있다.
나아가 악취를 유발하는 휘발성유기화합물을 제거할 필요가 있다.
따라서 실내 공기에 포함되어 있는 미세먼지, 휘발성유기화합물(VOCs; Volatile Organic Compounds)과 세균·바이러스를 효율적으로 제거할 수 있는 새로운 방안의 공기청정기가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 상대적으로 저렴한 PM 2.5 수준의 미세먼지를 80% 정도 필터링하는 헤파필터로 0.1 ㎛ 이상의 입자크기를 가지는 미세먼지를 93%까지 제거할 수 있는 공기청정기를 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 자외선 램프를 이용하더라도 공기 중의 세균·바이러스를 높은 효율로 제거하고, 동시에 휘발성유기화합물도 제거할 수 있는 구조의 광촉매 시스템을 포함하는 공기청정기를 제공하고자 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
상기 일 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기는 외부의 공기를 흡입하는 흡기구; 상기 흡기구로 흡입된 공기에 포함된 미세먼지에 음이온을 방사하여, 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고 음전하로 하전하는 예비하전유닛; 상기 예비하전유닛을 통과한 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 헤파필터유닛; 하우징과, 상기 하우징에 내에 복수의 광촉매 필터가 층상구조로 배치되어 형성되는 광촉매 필터 구조체, 및 상기 광촉매 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하는 광촉매 필터유닛; 및 상기 광촉매 필터유닛을 통과한 공기를 배기하는 배기구;를 포함한다.
일 예에 있어서, 상기 광촉매 필터 구조체는 인접하는 광촉매 필터가 서로 이격되어 형성되는 공간부를 포함하고, 상기 광촉매 필터 구조체 내에서 상기 광촉매 필터와 상기 공간부는 서로 교번하도록 배치될 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 자외선 램프는 상기 광촉매 필터 구조체 중 적어도 일부를 관입하도록 배치될 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 자외선 램프는 상기 공간부에 상기 하우징의 내벽을 따라 배치될 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 광촉매 필터는 플레이트 형태의 본체와 상기 본체에 형성되어 적층방향으로 공기가 유동할 수 있는 개구를 포함하는 포함할 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 복수의 광촉매 필터의 개구 중 적어도 일부는 적층방향에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다.
일 예에 있어서, 서로 인접하는 상기 광촉매 필터는 상기 개구가 적층방향에서 서로 어긋나게 배치될 수 있다.
일 예에 있어서, 상기 개구는 상기 본체의 일측의 단부에 배치되고, 상기 자외선 램프는 상기 하우징의 내벽의 상기 개구에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기는 헤파필터유닛의 전방에 예비하전유닛을 배치하여, 예비하전유닛에서 방사된 음이온을 통해 미세먼지를 조대화하고 음전하(-)로 하전시킴으로써, 상대적으로 저렴한 PM 2.5 수준의 미세먼지를 80% 정도 필터링하는 헤파필터로 0.1 ㎛ 이상의 입자크기를 가지는 미세먼지를 93%까지 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기는 광촉매 필터가 층상구조로 배치된 광촉매 필터 구조체를 포함하는 광촉매필터유닛을 이용하여, 충분한 시간동안 공기가 체류하도록 하여 자외선 조사의 효율을 증가시킬 수 있으며, 동시에 자외선을 조사에 의한 광촉매의 강한 산화-환원반응을 통해 휘발성유기화합물 제거와 세균·바이러스에 대한 소독효과를 얻을 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 공기청정기의 개략적 분해사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 A 부분의 확대단면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기의 예비하전유닛 및 헤파필터유닛의 동작을 설명하기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기의 제1실시형태의 광촉매필터유닛의 개략적 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기의 광촉매 필터의 다양한 형태에 따른 사시도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기의 제2실시형태의 광촉매필터유닛의 개략적 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기의 제3실시형태의 광촉매필터유닛의 개략적 단면도를 도시한 것이다.
※ 첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)의 개략적 사시도를 도시한 것이고, 도 2는 도 1의 I-I'에 따른 개략적 단면도이다.
이하, 도 1 및 도 2을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)의 구조와 동작에 대해 설명하도록 한다. 상세한 설명이 필요한 부분에서는 다른 도면을 참조하되, 참조하는 도면은 해당 설명 부분에 명기하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)는 공기중에 포함된 미세먼지 · 초미세먼지, 휘발성 유기화합물과 세균 · 바이러스를 제거하기 위해, 프레임(10) 내측에 예비하전유닛(21), 헤파필터유닛(22), 광촉매필터유닛(30)을 구비한다. 여기서는 프레임(10)으로 모서리를 지지대로 하는 육면체의 형상인 것을 이용하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 프레임(10)을 원통형이나, 다른 다면체의 형상을 가지는 것도 가능하다.
프레임(10)의 측면에는 측면 가이드(11)가 배치된다. 4개의 측면 가이드(11) 중 적어도 일부에는 흡기구(12)가 형성된다. 어떠한 측면 가이드(11)에 흡기구(12)가 형성되는지는 작동환경에 따라 적절히 선택될 수 있다. 도 1에 도시된 본 발명의 일예에서는 전면과 후면으로 흡기가 가능하도록 흡기구(12)가 배치되어 있다. 흡기구(12)는 펌프(50)의 동작에 의해 외부의 공기를 공기청정기(100) 내로 흡입하는 역할을 한다.
프레임(10)의 내측의 흡기구(12)에 대응하는 위치에 예비하전유닛(21)이 배치된다. 즉, 흡기구(12)로 흡입된 외부의 공기는 예비하전유닛(21)으로 유입된다.
도 3a를 참조하여, 예비하전유닛(21)의 역할에 대해 자세히 살펴보도록 한다.
예비하전유닛(21)은 전원을 공급받아 음이온을 발생한다. 이때, 예비하전유닛(21)은 카본 파이버(Carbon Fiber)를 이용하여, 저전압에서 음이온을 발생시키면서 동시에 인체에 유해한 오존의 발생을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 예비하전유닛(21)으로 전자방사식 이오나이저를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
예비하전유닛(21)에서 발생된 음이온은 흡기구(12)로 흡입되어 예비하전유닛(21)을 지나는 공기중에 포함된 미세먼지(D1) 및 초미세먼지(D2)를 음전하로 하전하고, 조대화하는 역할을 수행한다.
예비하전유닛(21)의 일측에는 헤파필터유닛(22)이 배치된다. 헤파필터유닛(22)은 직경 1 ~ 10 ㎛ 이하의 섬유를 이용하여 불규칙적인 섬유조직을 형성하여 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링한다. 필터링 하는 원리는 미세먼지 및 초미세먼지의 섬유조직에 의한 충돌, 중력에 의한 충돌, 브라운 운동, 정전기적 인력 등에 의해 미세먼지 및 초미세먼지가 포집되는 것을 이용하는 것이다.
헤파필터유닛(22)은 0.3 ㎛의 미세먼지입자에 대한 포집률을 기준으로 등급을 구분한다. 예를 들어, 헤파등급 E10은 0.3 ㎛의 미세먼지입자에 대한 포집률이 85% 이하, E11은 95%, E12는 99.5% 정도의 수준을 가진다. 공기청정기의 성능을 향상시키기 위해서는 높은 등급을 가지는 헤파필터유닛을 사용하는 것이 좋지만, 등급별로 가격차이가 현저하여 제약이 따른다. 또한, PM 2.5 수준의 초미세먼지를 필터링하기 위해서는 더욱 고가의 헤파필터유닛이 요구된다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)는 예비하전유닛(21)과 헤파필터유닛(22)의 조합을 통해 낮은 등급(예를 들어, 헤파등급 E10)의 헤파필터유닛(22)을 이용하여 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 포집률을 현저히 향상시킬 수 있었다.
구체적으로 살펴보면, 전술한 바와 같이 흡입된 외부의 공기가 예비하전유닛(21)을 통과하면서 예비하전유닛(21)에서 발생된 음이온(-)이 미세먼지(D1) 및 초미세먼지(D2)에 붙고, 이로 인해 미세먼지(D1) 및 초미세먼지(D2)는 조대화되고 음전하로 하전된다.
미세먼지(D1) 및 초미세먼지(D2)는 조대화됨으로써 헤파필터유닛(22)의 섬유조직에 대한 충돌가능성이 증가되었고, 동시에 음전하로 하전되어 있기 때문에 양전하를 띄는 헤파필터유닛(22)의 섬유조직에 정전기적 인력에 의해 끌려가게 된다. 그 결과, 상대적으로 저렴한 PM 2.5 수준의 미세먼지를 80% 정도 필터링하는 헤파필터유닛(22)으로도 0.1 ㎛ 이상의 입자크기를 가지는 미세먼지를 93%까지 제거할 수 있음을 확인하였다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 필터 전극(23)을 더 포함할 수 있다. 필터 전극(23)은 전술한 예비하전유닛(21)과 전기적으로 연결되어 양전하로 대전되거나 그라운드 상태일 수 있다. 예비하전유닛(21)을 통과한 미세먼지는 음전하로 대전되는데, 헤파필터유닛(22)에서 걸러지지 않은 미세먼지 및 초미세먼지가 필터 전극(23)에서 정전기적 인력에 의해 제거될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)는 예비하전유닛(21), 헤파필터유닛(22), 필터전극(23) 순으로 배치함으로써 필터전극(23)의 관리 주기를 현저히 증가시켜 사용자의 편의를 도모하였다.
공기의 흐름을 기준으로 헤파필터유닛(22)의 후단에는 광촉매필터유닛(30)이 배치된다. 한편, 광촉매필터유닛(30)은 프레임(10)의 중앙에 배치되나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 광촉매 필터 유닛(30)의 개략적 확대단면도이다. 도 4를 참조하여, 광촉매 필터 유닛(30)의 구성에 대해 좀 더 자세히 살펴보도록 한다. 본 발명의 일 예에 있어서, 광촉매 필터유닛(30)은 하우징(31), 광촉매 필터 구조체(33)와 자외선 램프(35)를 구비한다.
하우징(31)은 헤파필터유닛(22)을 통과한 공기가 유입되는 유입구(32a)와 광촉매 필터 구조체(33)를 통과하면서 정화된 공기가 유출되는 유출구(32b)가 배치된다.
유입구(32a)에는 펌프(50)가 배치되어, 헤파필터유닛(22)을 통과한 공기가 광촉매 필터유닛(30)으로 유입되도록 할 수 있다. 이때, 펌프(50)는 양측으로 흡기가 가능한 시로코팬을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 유출구(32b)에도 추가적인 펌프(미도시)가 배치되어, 광촉매필터유닛(30)을 통과한 공기가 배기구(13)로 배출되도록 할 수 있다. 다만, 펌프가 설치되는 위치와 설치되는 개수는 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일 예에서는 유입구(32a)는 광촉매 필터유닛(30)의 하부에 배치되고, 유출구(32b)는 광촉매 필터유닛(30)의 상부에 배치될 수 있다.
광촉매 필터 구조체(33)는 복수의 광촉매 필터(33a)가 층상구조로 배치된 형상을 가지고 있다. 다만, 복수의 광촉매 필터(33a)가 서로 밀착되어 적층된 것이 아니라, 광촉매 필터(33a)와 그 광촉매 필터(33a)에 인접하는 다른 광촉매 필터(33a)를 서로 이격시켜 형성되는 공간부(33b)를 가지도록 배치된다.
이처럼 광촉매 필터 구조체(33)가 공간부(33b)를 가지는 것은 자외선 램프(35)에 의해 광촉매 필터(33a)와 공간부(33b)를 지나는 공기에 자외선이 조사될 수 있는 공간을 확보하기 위함이다.
특히, 자외선 조사에 의한 공기 중 세균 · 바이러스의 소독은 효율이 떨어지는데, 본 발명의 일 예는 광촉매 필터(33a)를 층상구조로 배치함으로써, 하우징(31) 내에서 공기가 유동하는 시간 또는 거리(도 4의 화살표 참조)를 증가시켜 공기에 자외선을 충분히 조사할 수 있도록 하였다.
예를 들어, 본 발명의 일 예에 따른 공기청정기(100)는, 도 2와 같이, 광촉매 필터(33a)로 두께 방향으로 공기가 지나갈 수 있는 세라믹 폼 또는 허니컴 담체에 광촉매층을 코팅한 것을 사용하고, 이와 같이 투과성을 가진 광촉매 필터(33a)를 복수개를 적층함으로써 하우징(31) 내에서 공기가 유동하는 시간을 증가시킬 수 있다.
이와 달리, 본 발명의 일 예에 따른 공기청정기(100)의 광촉매 필터(33a)는 하우징(31) 내에서 공기가 유동하는 거리를 증가시키기 위해서, 도 5와 같이, 광촉매 필터(33a)가 플레이트 형태의 본체(33a_1)와 본체(33a_1)에 형성되는 개구(33a_2)를 구비하도록 할 수 있다.
개구(33a_2)는 본체(33a_1)의 외측 부분에 배치되는 홈 형태(도 5(a) 및 도 5(c))이거나, 본체(33a_1)의 중심에서 어긋난 위치에 형성되는 구멍 형태(도 5(b))일 수 있다. 또한, 본체(33a_1)도 하우징(31)의 형태에 따라 사각형(도 5(a) 및 도 5(b))이거나 원형(도 5(c))일 수 있다. 도 4 및 도 7은 도 5(a)에 도시된 광촉매 필터(33a)를 이용한 것이며, 도 6은 도 5(b)에 도시된 광촉매 필터(33a)를 이용한 것이다.
복수의 광촉매 필터(33a)를 이용하여 측상구조의 광촉매 필터 구조체(33)를 형성할 때, 복수의 광촉매 필터(33a)의 개구(33a_2) 중 적어도 일부는 적층방향에서 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 즉, 공기가 유동하는 거리를 증가시키기 위해, 서로 인접하는 광촉매 필터(33a)는 개구(33a_2)가 적층방향에서 서로 어긋나게 배치될 수 있다. 바람직하게는 도 5 또는 도 7과 같이, 서로 인접하는 광촉매 필터(33a)는 개구(33a_2)가 적층방향에서 일측의 단부과 일측에 대향하는 타측의 단부에 배치될 수 있다.
광촉매 필터(33a)는 금속 플레이트, 쿼츠(Quartz), 셀룰로우스, 불소수지에 광촉매층을 코팅한 것을 이용하거나, 다공성의 세라믹 폼, 허니컴 담체에 광촉매층을 코팅한 것을 이용할 수 있다.
광촉매는 이산화티탄(TiO2)을 이용할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 예의 광촉매층은 1차적으로 광촉매 시드를 제조한 후, 광촉매 시드의 존재하에 다시 광촉매 졸을 제조한 것을 이용하다.
구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 예의 광촉매 필터는 티타늄 전구체, 계면활성제 및 물을 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계, 상기 제1혼합물을 여과하고, 고온에서 건조하여 광촉매 시드(seed)를 제조하는 단계, 티타늄 전구체, 산(acid), 알코올 및 물과 상기 광촉매 시드를 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계, 상기 제2혼합물을 가열하여 광촉매를 제조하는 단계, 상기 광촉매를 수산화칼륨 또는 수산화나트륨과 함께 무수에탄올에 용해하여 광촉매 졸(Sol)을 제조하는 단계 및 상기 광촉매 졸을 다공성의 세라믹 폼 또는 허니콤 담체에 코팅하는 단계를 포함하는 광촉매 필터의 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
이처럼 광촉매 시드를 이용하는 경우, 광촉매층의 결정성을 향상시킬 수 있으며, 광촉매층을 형성하기 위해 이용되는 광촉매 졸의 이산화티탄의 함량을 최대 40 wt%까지 증가시킴으로써 휘발성유기화합물 등에 대한 제거성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 다음과 같은 방법으로 광촉매 필터을 제조하였다.
티타늄전구체로 테트라티타늄이소프로폭사이드 100g과 수성용매로 증류수 300g, 계면활성제로 소듐카르복실 메틸셀룰로오스 5g을 혼합용기에 균일하게 500 rpm의 속도로 1시간동안 교반하여 제1혼합물을 제조한다. 이후, 제1혼합물을 여과하여 수성용매를 제거하고, 100 ℃에서 10시간동안 건조하고, 입경이 100 ㎛ 이하가 되도록 밀링으로 분쇄하여 광촉매 시드를 제조하였다. 다음으로, 0.5 L의 가압용기에 증류수 300g과 에탄올 30g을 첨가하여 균일하게 혼합하고, 테트라티타늄이소프로폭사이드 100g을 투입하여 500rpm의 속도로 교반하였다. 교반이 진행되던 중에 광촉매 시드 10g을 투입하고, 추가로 질산(65%)를 20g 투입하여 500rpm의 속도로 균일하게 교반하여 제2혼합물을 제조하였다. 제2혼합물의 안정화 이 후, 120℃까지 1시간동안 승온하였고, 이후 120℃를 유지하면서 1시간 동안 가열하여 광촉매를 제조하였다. 압력은 1.5 내지 2 kgf/cm3하에서 수행되었다. -제조한 광촉매는 상온으로 냉각시킨 후 고형분이 5 중량%가 되도록 광촉매 졸(Sol)을 제조하였다. 이와 같은 광촉매 졸로 다공성의 세라믹 폼 또는 허니콤 담체를 코팅후 건조시켜 복수의 광촉매 필터를 제조하였다.
이와 같이 제조된 복수의 광촉매 필터(33a)를 하우징(31)내에 층상구조로 배치하여 광촉매 필터 구조체(33)를 완성한다.
광촉매 필터를 이용하여, 항균, 탈취 등을 하기위해서는 광촉매 필터에 빛을 조사하여 광화학반응을 촉진시켜야 한다.
특히, 이산화티탄의 광촉매 특성은 자외선(UV) 및 근-자외선(Near-UV)에 의해 전자가 가전자대(valence band)에서 전자대(conduction band)로 여기(excitation)되는 것으로부터 발현된다. 즉, 이산화티탄에 쪼여진 자외선(UV) 및 근-자외선(Near-UV)에 의해 전자-정공 쌍이 생성되고, 이들에 의해 강한 산화-환원 반응이 진행되는 것이다. 산화-환원 반응이 진행됨에 따라, 유기화학물질이나 염소계 화학물질이 분해되고, 암모니아나 황화수소 등의 악취가스가 제거될 수 있으며, 대장균이나 황색 포도상구균 등의 세균을 살균하는 효과도 기대할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)의 광촉매 필터(33a)를 층상구조로 배치함으로써, 충분한 시간동안 광촉매 필터에 공기가 머물면서 광촉매 특성이 발현될 수 있도록 할 수 있다.
다만, 광촉매 필터의 성능은 광촉매 물질에 의한 것 외에도 자외선을 광촉매 필터에 얼마나 효율적으로 조사할 수 있는지와도 밀접한 관련이 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예의 공기청정기(100)는 광촉매 필터(33a)가 층상구조로 배치되는데, 종래와 같이 광촉매 필터의 외측에 램프를 배치하는 구조로는 광촉매 필터(33a)에 효율적으로 자외선을 조사하기 힘들다. 이에 본 발명의 일 실시예의 공기청정기(100)기는 광촉매 필터(33a)를 층상구조로 배치하면서 동시에 효율적으로 자외선을 조사하기 위한 다양한 구조를 제공한다.
도2 또는 도 4를 참조하면, 제1실시형태의 광촉매필터유닛(30)의 자외선 램프(35)는 광촉매 필터 구조체(33)의 적어도 일부를 관입하도록 배치된다. 이처럼 자외선 램프(35)를 광촉매 필터 구조체(33)의 적어도 일부를 관입하도록 배치하여, 자외선 램프(35)가 공간부(33b)를 가로지르면서 광촉매 필터(33a)에 자외선을 조사하게 된다. 제1실시형태의 경우에는 하나의 자외선 램프를 이용해서 효율적으로 자외선을 조사할 수 있고, 유지 및 관리 측면에서 유리하다는 장점이 있다.
또는, 도 6을 참조하면, 제2실시형태의 광촉매필터유닛(30)의 자외선 램프(35)는 공간부(33b)에 하우징(31)의 내벽을 따라 배치될 수 있다. 예를 들어, 자외선 램프(35)는 원형의 고리형태로 배치될 수 있으며, 하우징(31)의 형상이 달라지면 자외선 램프(35)의 형상도 달라질 수 있다. 제2실시형태의 광촉매필터유닛(30)은 광촉매 필터(33a)의 종류, 즉 투과성의 존부 또는 개구의 존부와 무관하게 적용이 가능하다. 또한, 각 공간부(33b)마다 자외선 램프(35)를 배치하고, 각각의 자외선 램프(35)를 병렬로 연결함으로써 일부의 자외선 램프(35) 동작하지 않는 경우에도 광촉매필터유닛(30)에서 살균 및 탈취가 이루어질 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 제3실시형태의 광촉매필터유닛(30)는 광촉매 필터(33a)의 개구(33a_2)가 적층방향에서 일측의 단부과 일측에 대향하는 타측의 단부에 위치하도록 배치하고, 자외선 램프(35)는 하우징(31)의 내벽의 개구(33a_2)에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
본 발명은 제1 내지 제3실시형태와 같이 자외선 램프(35)를 배치(제1실시형태는 제1자외선 램프, 제2실시형태는 제3자외선 램프, 제3실시형태는 제2자외선 램프)함으로써, 광촉매 필터(33a)가 층상구조로 배치된 광촉매 구조체(33)를 이용하더라도 광촉매 필터(33a)에 효율적으로 자외선을 조사할 수 있다. 또한, 제1 내지 제3실시형태는 서로 배척되는 것이 아니라, 각 실시형태를 조합하는 것도 가능하다.
마지막으로 광촉매 필터유닛(30)을 통과한 공기는 배기구(13)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기(100)의 각 구성과 역할에 대해 설명하였다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기는 헤파필터유닛의 전방에 예비하전유닛을 배치하여, 예비하전유닛에서 방사된 음이온을 통해 미세먼지를 조대화하고 음전하(-)로 하전시킴으로써, 상대적으로 저렴한 PM 2.5 수준의 미세먼지를 80% 정도 필터링하는 헤파필터로 0.1 ㎛ 이상의 입자크기를 가지는 미세먼지를 93%까지 제거할 수 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기청정기는 광촉매 필터가 층상구조로 배치된 광촉매 필터 구조체를 포함하는 광촉매필터유닛을 이용하여, 충분한 시간동안 공기가 체류하도록 하여 자외선 조사의 효율을 증가시킬 수 있으며, 동시에 자외선을 조사에 의한 광촉매의 강한 산화-환원반응을 통해 휘발성유기화합물 제거와 세균·바이러스에 대한 소독효과를 얻을 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 (10)

  1. 외부의 공기를 흡입하는 흡기구;
    상기 흡기구로 흡입된 공기에 포함된 미세먼지에 음이온을 방사하여, 미세먼지 및 초미세먼지를 조대화하고 음전하로 하전하는 예비하전유닛;
    상기 예비하전유닛을 통과한 공기에 포함된 미세먼지 및 초미세먼지를 필터링하는 헤파필터유닛;
    상기 헤파필터유닛을 통과한 공기가 유입되며, 하우징과, 상기 하우징에 내에 3개 이상의 광촉매 필터가 층상구조로 배치되어 형성되는 광촉매 필터 구조체와, 상기 광촉매 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하는 광촉매 필터유닛; 및
    상기 광촉매 필터유닛을 통과한 공기를 배기하는 배기구;를 포함하고,
    상기 광촉매 필터 구조체는 광촉매 필터에 의해 구획되는 공간부를 포함하고,
    상기 광촉매 필터 구조체 내에서 상기 광촉매 필터와 상기 공간부는 서로 교번하도록 배치되며,
    상기 광촉매 필터는 플레이트 형태의 본체와 상기 본체의 일측 단부에 형성되어 적층방향으로 공기가 유동할 수 있는 개구를 포함하고,
    상기 자외선 램프는 상기 3개 이상의 광촉매 필터 중 하나 이상을 적층 방향으로 관통하도록 배치되는 제1자외선 램프와, 상기 하우징의 내벽의 상기 개구에 대응하는 위치에 배치되는 제2자외선 램프를 포함하는 공기청정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자외선 램프는 상기 공간부에 상기 하우징의 내벽을 따라 배치되는 제3자외선램프를 포함하는 공기청정기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매 필터는 유입된 공기가 두께방향으로 투과할 수 있는 투과성을 가지는 것인 공기청정기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 헤파필터유닛의 후방에 배치되며, 양전하로 대전되거나 그라운드 상태를 가짐으로써, 상기 예비하전유닛에서 음전하로 하전된 미세먼지 및 초미세먼지를 제거하는 필터 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
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