KR102341929B1 - 공기 정화 살균 시스템 - Google Patents

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KR102341929B1
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air purification
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손영환
이성민
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네오에스티지 주식회사
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Abstract

본 발명은 유해가스제거제와 다공성 복합차단막이 적용된 공기 정화 살균 시스템으로, 황산화물과 질소산화물 및 이산화탄소를 포함한 유해가스와 대기오염물질을 분해제거하고 살균하는 유해가스 제거부(10); 및 공기를 흡입하여 대기오염물질을 제거하는 공기 정화 살균부(20);를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템을 사용함으로써, 먼지와 같은 대기 오염물질을 제거할 수 있고, 황산화물과 질소산화물 등과 같은 대기오염물질과 이산화탄소를 포함한 유해가스를 제거할 수 있으며, 과산화물이 포함된 유해가스제거제와 다공성 무기광물질이 포함된 복합차단막이 미생물의 DNA 구조를 분해하여 1차 살균하고, 코팅된 다공성 섬유상 필터를 통과하는 실내공기가 2차 살균되는 효과가 있다. 또한, 공기 정화 살균 시스템의 작동 효율 저하 및 에너지 효율 저하로 인한 경제적 손실이 발생하지 않으며, 유해가스를 제거함에 있어서 소음이 발생하지 않고, 사용된 수용액을 처리해야 하는 불편함이 없는 효과가 있다.

Description

공기 정화 살균 시스템{Air purification and sterilization system}
본 발명은 공기 정화 살균 시스템으로서, 보다 상세하게는 일반 공기 정화 기능 및 실내 이산화탄소 농도를 측정하여 이산화탄소 제거 기능이 작동하도록 하되, 과산화물이 포함된 유해가스제거제와 다공성 무기물이 포함된 복합차단막을 구비하여 이산화탄소를 포함 2차 미세먼지의 주성분인 황산화물, 질소산화물 등 산성가스를 제거하여 실내 유해가스의 농도를 저감함과 동시에, 과산화물의 오염물질 제거반응 후 발생되는 산소라디칼과 공기중 수분과의 반응에 의한 과산화수소로 미생물의 DNA 구조를 분해하여 1차 살균하고, 다공성 무기광물질이 포함된 차단막(코팅된 다공성 섬유상필터)을 통과하면서 2차 완벽 살균하는 방식이 적용된 유해가스제거제와 다공성 복합차단막이 적용된 공기 정화 살균 시스템에 관한 것이다.
최근 대기오염에 대한 대중의 관심이 쏠리게 되면서, 대기오염물질의 발생을 예방하고, 대기오염물질을 필터링하는 기술에 대한 연구개발이 활발해지고 있다. 대기오염을 유발시키는 것으로는 미세먼지, 이산화탄소, 황사, 오존, 라돈 등이 있다. 여기서, 우리나라는 특히 대내외적인 영향에 의하여 사시사철 미세먼지로 인한 피해를 직간접적으로 받고 있는 실정이다. 이에 각 가정, 공공장소, 근무공간 등에서 공기청정기를 구비하여 사용하는 것을 빈번하게 볼 수 있다.
또한. 미세먼지는 1차 미세먼지와 1차 미세먼지의 광화학반응에 의해 발생하는 2차 생성 초미세먼지로 구성되어 있다.
1차 미세먼지 발생원 중 가장 많은 부분은 화력발전소나 공장, 소각장 등에서 발생하는 비산 먼지포함 질소산화물, 휘발성 유기화합물 등이 포함되어 있다,
2차 생성 초미세먼지란 질소산화물이나 휘발성 유기화합물(VoC), 블랙 카본(BC) 등이 대기 중에서 화학반응을 거치며 만들어진 입자 형태의 초미세먼지로, 질소산화물이나 황산화물이 반응으로 만들어지는 황산암모늄, 질산암모늄 등이 2차 생성 초미세먼지에 포함된다. 공사장, 공장, 도로변에서 배출되는 비산먼지, 화력발전소나 목재를 태울 때 나오는 초미세먼지와 2차생성 초미세먼지가 합쳐지면 고농도의 초미세먼지 환경이 만들어진다. 결국 2차 생성 초미세먼지 비중이 전체 초미세먼지 중에서 상당수를 차지한다는 점, 2차 생성 초미세먼지의 원인이 질소산화물, 황산화물이라는 점을 고려하면 초미세먼지를 줄일 수 있는 복합적인 정책방안이 나올 수 있다. 여기에 화력발전소나 공장, 소각장 등 초미세먼지 발원지에서 저감할 수 있는 기술을 공격적으로 투입하는 방법을 추가하면 인체에 치명적인 초미세먼지 문제의 직접적인 해결책이 될 수 있다.
또한, 최근 연구결과에 의하면, 자동차나 화력 발전소 등에서 연소할 때 나오는 대표적인 대기 오염 물질인 이산화질소(NO2)가 퇴행성 뇌 질환인 파킨슨병을 일으킬 수 있다는 연구 결과가 나왔다.
종래의 공기청정기는 공기를 흡입하여, 먼지 제거필터 및 탈취필터로 구성된 일련의 공기 정화필터를 통하여 먼지와 같은 유해물질 등을 필터링한 후, 이를 배출하는 것으로 밀폐된 실내에서 작동하여야 효과가 있다. 그러나, 이와 같은 구성은 미세먼지와 같은 대기오염물질 제거는 가능하지만, 2차 미세먼지의 주요 원인물질인 황산화물, 질소산화물 포함 이산화탄소 제거가 불가능하다는 단점이 있다.
또한, 실내의 높은 이산화탄소의 농도는 졸음 유발, 두통, 현기증과 같이 신체활동에 악영향을 미치므로, 실내의 이산화탄소를 배출하기 위하여 창문 개방 등과 같은 방식으로 환기를 해주어야 하는데, 환기하는 과정에서 외부의 오염된 공기가 유입된다는 문제가 발생한다.
또한, 최근에는 실내의 이산화탄소의 농도가 높아질 경우, 환기를 하여 이산화탄소를 배출하는 환기 공기청정기가 개발되지만. 이 경우에도 오염된 외부 공기가 실내로 유입 가능함으로써, 공기 정화 시스템의 효율 저하 및 에너지 효율 저하로 인하여 경제적 손실이 발생한다는 한계가 있다.
또한, 종래의 이산화탄소 저감기능을 겸비한 공기청정기의 경우, 플링이 충진된 용기의 상부에서 수용액을 분사하면서 공기를 통가시켜 공기와 수용액과의 접촉시킴으로써 공기 중의 이산화탄소를 저감하는 방식이 개시되어 있으나, 이는 액체를 분사하는 방식으로, 그로 인한 소음이 발생하고, 사용된 수용액을 처리해야하는 문제가 발생한다.
또한, 기존 공기살균시스템은 UV살균, 광촉매, 오존, 플라즈마 등에 의한 방법을 사용하고, 공간살균을 목표로 함에 따라 오존 등 부산물에 의해 인체유해성 문제가 제기되고 있다. 또한, 일반적으로 사용되는 미세먼지 제거용으로 사용되는 헤파필터도 박테리아, 바이러스 제거에 탁월하나, 분해가 아니라, 포집하는 역할로, 제거능력을 초과할 경우, 미세먼지나 바이러스 확산 등 2차 오염의 우려가 있다.
더욱이, 요즘의 코로나 팬데믹 현상에 질병관리본부에서는 "필터는 바이러스가 부착되는 즉시 사멸되는 강력한 항바이러스 성능과 필터 소재가 인체에는 유해하지 않은 특성을 동시에 갖출 필요가 있다＂라고 권고하고 있는 바, 기존 살균시스템에서 발생가능한 오존 등과 같은 부산물 발생이 없는 무해한 시스템이 절실하게 필요한 실정이다.
이에 본 출원인은 오랜 연구끝에 유해가스제거제 및 다공성 섬유상 필터에 무기성소재를 코팅하는 표면코팅기술을 적용하여 이산화탄소와 2차 미세먼지의 주요원인 물질인 황산화물, 질소산화물을 제거함과 동시에 오존 등과 같은 부산물 발생이 없는 무해한 시스템을 개발하게 되었다.
대한민국등록특허 제10-0943537호
본 발명은 위의 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 먼지와 같은 1차 미세먼지와 2차 미세먼지의 주요생성물질인 황산화물, 질소산화물 등 대기 오염물질을 제거하는 기능을 가질 뿐만 아니라, 이산화탄소를 제거하여 실내 이산화탄소의 농도를 저감하는 기능을 가지는 공기 정화 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 과산화물이 포함된 유해가스제거제와 다공성 무기광물질이 포함된 복합차단막을 이용하여 미생물의 DNA 구조를 분해하여 1차 살균하고, 코팅된 다공성 섬유상 필터를 통과하면서 실내공기를 2차 살균하는 하이브리드 복합 공기 살균 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 외부의 오염된 공기가 실내로 유입되지 않으면서 실내의 유해가스가 제거 가능하도록 하는 공기 정화 살균 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 공기 정화 시스템의 작동 효율 저하 및 에너지 효율 저하로 인한 경제적 손실이 발생하지 않는 공기 정화 살균 시스템을 제공하는 것이다.
또한, 유해가스를 제거함에 있어서, 소음이 발생하지 않고, 사용된 수용액을 처리해야 하는 불편함이 없는 공기 정화 살균 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템은,
공기를 흡입하여 황산화물과 질소산화물 및 이산화탄소를 포함한 유해가스와 대기오염물질을 분해제거하고 살균하는 유해가스 제거부(10); 및
공기를 흡입하여 대기오염물질을 제거하는 공기 정화 살균부(20); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 유해가스 제거부(10)는,
유해가스제거제(11); 및 상기 유해가스제거제(11)로부터 소정 간격만큼 이격되어 나란하게 구비되는 복합차단막(12);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 유해가스제거제(11)는 황산화물과 질소산화물 및 이산화탄소를 포함하는 유해가스 또는 대기오염물질을 분해제거하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 유해가스제거제(11)는 알카리 또는 알카리 토금속의 과산화물이나 초과산화물 및 알카리 토금속의 수산화물이 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 유해가스제거제(11)는 알카리 또는 알카리 토금속의 과산화물이나 초과산화물 및 알카리 토금속의 수산화물의 산화반응 및 중화반응에서 발생되는 산소라디칼에 의해 항균성 및 살균력을 갖게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 복합차단막(12)은 다공성 무기광물질이 포함된 코팅액이 코팅되어 형성된 코팅막이 구비된 다공성 섬유상 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 복합차단막(12)은
(a) 다공성 기재에 양극성 물질 및 음극성 물질을 각각 n회(n은 1~10의 정수) 교차 적층시키는 단계; 및 (b) (a) 단계에서 제조된 다공성 기재에 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 및 버미큘라이트로 구성되는 군에서 선택되는 다공성 무기광물질을 적층시켜 차단막을 수득하는 단계;로 제조된 다공성 섬유상 필터인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 복합차단막(12)의 다공성 기재는 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 및 버미큘라이트로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이며,
상기 양극성 물질은 BPEI (Branched, Polyethylenimine), 키토산(Chitosan, CHI), PDDA(Poly(diallyldimethylammonium chloride), PEO(Polyethyloxide), CNC(Cellulose nanocrystal) 및 PVA(Polyvinyl alcohol)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고,
상기 음극성 물질은 PAA(Polyacrylic acid(poly(1-carboxyethylene), LDH(Layered double hydroxide), 나일론(Nylon), 나피온(Nafion), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate), 수용액 상태의 무기다공성 무기물 및 음극성 물질에 CNT 또는 Graphene을 분산시킨 용액으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 복합차단막(12)과 마주보는 상기 유해가스제거제(11)의 면에 황산화물과 질소산화물 및 이산화탄소를 포함한 유해가스와 대기오염물질이 분해되는 분해층(16)이 형성되는 것을 특징으로한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 복합차단막(12)은 황산화물과 질소산화물 및 이산화탄소를 포함한 유해가스와 대기오염물질의 투과를 차단하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 공기 정화 살균 시스템은,
상기 유해가스 제거부(10)와 상기 공기 정화 살균부(20)의 작동을 제어하는 제어부(30)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 유해가스 제거부(10)는,
상기 유해가스제거제(11) 및 상기 복합차단막(12)의 이격된 공간에 형성된 차단층(13);
상기 차단층(13)과 연결되어 구비되는 가스포집관(14); 및
상기 유해가스제거제(11)의 전면측 또는 상기 복합차단막(12)의 후면측에 고정구비되는 제1모터(15);를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 차단층(13)에는 상기 복합차단막(12)을 투과하지 못한 유해가스와 대기오염물질이 체류되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 차단층(13)에는 유해가스와 대기오염물질을 분해하는 격자 형태의 분해구조물(17)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 차단층(13)에는 상하로 작동하면서 개폐가능한 상기 차단층(13)을 분리하는 분리구조물(18)이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 가스포집관(14)은 내부에 가스 제거용 분해제가 충진되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 공기 정화 살균부(20)는,
헤파필터, 탈취필터, 프리필터 및 공기의 흐름을 조절하는 제2모터(21)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템에서,
상기 제어부(30)는,
이산화탄소를 포함한 유해가스 농도 센서를 포함하고,
설정된 이산화탄소 농도 또는 유해가스 농도를 기준으로, 기준 이상일 경우 상기 유해가스 제거부(10) 및 상기 공기 정화 살균부(20)를 작동시키고, 기준 이하일 경우 상기 공기 정화 살균부(20)를 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템을 사용함으로써, 먼지와 같은 대기 오염물질을 제거하는 기능을 가질 뿐만 아니라, 황산화물과 질소산화물 등과 같은 대기오염물질 및 이산화탄소를 포함한 유해가스를 제거할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 공기 정화 시스템은 과산화물이 포함된 유해가스제거제와 다공성 무기광물질이 포함된 복합차단막이 미생물의 DNA 구조를 분해하여 1차 살균하고, 코팅된 다공성 섬유상 필터를 통과하는 실내공기가 2차 살균되는 효과가 있다.
또한, 외부의 오염된 공기가 실내로 유입되지 않으면서 실내의 이산화탄소와 같은 유해가스가 제거 가능한 효과가 있다.
또한, 공기 정화 살균 시스템의 작동 효율 저하 및 에너지 효율 저하로 인한 경제적 손실이 발생하지 않는다는 효과가 있다.
또한, 대기오염물질 및 이산화탄소를 포함한 유해가스를 제거함에 있어서, 소음이 발생하지 않고, 사용된 수용액을 처리해야 하는 불편함이 없는 효과가 있다.
도1은 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템을 도시한 도면.
도2은 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 작동상태를 도시한 사시도.
도3는 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 작동상태를 도시한 단면도.
도4는 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 차단층에 장착되는 분해구조물을 도시한 도면.
도5은 본 발명에 따른 유해가스 제거부에서 제1모터를 역방향으로 가동하였을 때 분해구조물로부터 이산화탄소가 탈거되는 것을 도시한 도면.
도6는 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 차단층에 분리구조물이 설치된 것을 도시한 도면.
도7은 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 차단층에 설치된 분리구조물이 층을 분리한 것을 도시한 도면.
도8의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 복합차단막에 의해 실내공기중에서 바이러스 등의 미생물의 제거능력을 실험한 결과를 나타낸 배양사진 자료.
도9는 버스 공기순환시스템을 이용하여, 본 발명에 따른 복합차단막 적용 전/후를 비교하여 버스내 실내공기질 공기살균효과에 대한 3회 반복 시험결과 배양사진 자료.
도 10은 헤파필터에 본 발명에 따른 나노 고분자 양극성 물질과 음극성 물질을 코팅한 결과를 나타낸 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진자료.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형성은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 공기 정화 살균 시스템을 도시한 도면, 도2은 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 작동상태를 도시한 사시도, 도3는 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 작동상태를 도시한 단면도, 도4는 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 차단층에 장착되는 분해구조물을 도시한 도면, 도5은 본 발명에 따른 유해가스 제거부에서 제1모터를 역방향으로 가동하였을 때 분해구조물로부터 이산화탄소가 탈거되는 것을 도시한 도면, 도6은 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 차단층에 분리구조물이 설치된 것을 도시한 도면, 도7은 본 발명에 따른 유해가스 제거부의 차단층에 설치된 분리구조물이 층을 분리한 것을 도시한 도면, 도8의 (a),(b),(c)는 본 발명에 따른 복합차단막에 의해 실내공기중에서 바이러스 등의 미생물의 제거능력을 실험한 결과를 나타낸 배양사진 자료, 도9는 버스 공기순환시스템을 이용하여, 본 발명에 따른 복합차단막 적용 전/후를 비교하여 버스내 실내공기질 공기살균효과에 대한 3회 반복 시험결과 배양사진 자료, 도 10은 헤파필터에 본 발명에 따른 나노 고분자 양극성 물질과 음극성 물질을 코팅한 결과를 나타낸 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진자료이다.
본 발명에 따른 유해가스제거제와 다공성 복합차단막이 적용된 공기 정화 살균 시스템은, 공기를 흡입하여 황산화물과 질소산화물을 포함한 이산화탄소를 제거하는 유해가스 제거부(10), 공기를 흡입하여 대기오염물질을 제거하는 공기 정화 살균부(20), 유해가스 제거부(10) 및 공기 정화 살균부(20)의 작동을 제어하는 제어부(30)를 포함하여 구성된다.
도1에는 공기 정화 살균 시스템이 공기 정화 살균부(20), 제어부(30), 유해가스 제거부(10)의 순서대로 상하 배치된 것이 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고 유해가스 제거부(10), 공기 정화 살균부(20), 제어부(20)가 상하좌우 관계없이 다양하게 배치될 수 있음은 물론이다.
여기서, 유해가스 제거부(10)는, 유입된 공기가 이동하는 통로에 고정구비되는 유해가스제거제(11), 공기가 이동하는 통로를 따라 유해가스제거제(11)로부터 소정 간격만큼 이격되어 나란하게 고정구비되는 복합차단막(12), 유해가스제거제(11) 및 복합차단막(12)의 이격된 공간에 형성된 차단층(13) 및 유해가스제거제(11)의 전면측 또는 복합차단막(12)의 후면측에 고정구비되는 제1모터(15)를 포함하여 구성된다.
도2 및 도3을 참고하여 보면, 본 발명에 따른 유해가스 제거부(10)는 유입되는 공기의 흐름 방향에 대향하여, 유해가스제거제(11), 복합차단막(12), 제1모터(15)의 순서대로 배치되어 있으나, 이와 같은 배치에 한정하지 않고, 제1모터(15), 유해가스제거제(11), 복합차단막(12)의 순서대로 배치되는 것도 가능하며, 제1모터(15)의 작동으로 인하여 유입되는 공기가 서로 나란히 구비된 유해가스제거제(11)와 복합차단막(12)를 순서대로 거칠 수 있다면 어떠한 구성을 가져도 무방하다.
여기서, 유해가스제거제(11)는 유해가스 제거부(10)로 유입된 공기가 이동하는 통로에 고정구비되는 것으로, 유입된 공기에 포함된 이산화탄소를 포함한 유해가스를 분해하여 제거하고 산소를 발생시키는 역할을 수행한다.
유해가스제거제에는 알카리 또는 알카리 토금속의 과산화물이나 초과산화물 및 알카리 토금속의 수산화물이 포함되어 있다.
유해가스제거제는 공기중의 수분(물)이나 이산화탄소를 포함한 유해가스를 분해하여 과산화물이나 초과산화물과 수산화물의 산화/중화 반응이 일어나고, 산화/중화반응 과정에서 과산화물이 오염물질과 결합함으로써 오염물질(황산화물, 질산화물, 황화수소, 포름알데히드, 이산화탄소, 암모니아 등) 제거반응이 일어나고 동시에 산소가 발생하게 된다.
또한, 알카리 또는 알카리 토금속의 과산화물이나 초과산화물 및 알카리 토금속의 수산화물의 산화/중화반응 과정에서 발생되는 산소라디칼이 공기중의 수분(물)과 반응하여 과산화수소(H2O2)를 발생시킨다.
발생되는 과산화수소의 살균효능에 의해 박테리아 등 바이러스나 미생물의 세포벽이 파괴되거나 세포 자체의 DNA 구조가 분해되어 파괴되므로, 유해가스제거제는 항균성 및 살균력을 갖게 된다. 즉, 과산화수소로 인하여 실내공기는 1차 살균된다.
이를 간략하게 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
Metal Oxide + VOCs in air + [O] Oxygen radical Salt + Oxygen↑
MO2(알칼리토금속과산화물)+CO2(이산화탄소) → MCO3↓ + O(산소)↑
MO2 + NO2 (NOx, 질소산화물) → MNO3↓+ O2 (산소)↑
MO2 + SO3(SOx, 황산화물) → MSO4↓+ O2 (산소)↑
[O]산소라디칼+ H2O(공기 중) → H2O2+~~CH2CO(미생물/유기물) → 살균
이때, 유해가스제거제(11)에 사용되는 모 소재는 황산화물과 질소산화물을 포함한 이산화탄소를 포함한 유해가스의 분해제거가 가능한 제올라이트가 사용되는 것이 바람직하나, 기체의 이동이 용이하고, 가스분자와의 접촉 면적이 크면서, 유해가스와의 분해제거율을 높일 수 있는 어떠한 소재라도 사용 가능하다.
여기서, 유해가스제거제(11)에 유입된 공기가 유해가스제거제(11)를 통과한다고 하더라도, 모든 이산화탄소나 오염물질 등이 분해되고 제거되는 것은 아니므로, 유해가스제거제(11)를 통과하면서 미처 분해제거되지 않은 잔여 이산화탄소나 오염물질 등은 차단층(13)으로 넘어가게 된다.
시험항목
(항균시험)		 시험방법 시험결과 시험환경
초기농도
(CFU/mL)		 24h 후 농도
(CFU/mL)		 감소율
(%)

37.0±0.2℃
대장균 BLANK

KCL-FIR-1002:2018		 4.3×104 7.5×105 -
CN BALL 4.3×104 < 10 99.9
녹농균 BLANK 4.7×104 4.2×105 -
CN BALL 4.7×104 < 10 99.9
황색포도상
구균		 BLANK 3.3×104 9.4×105 -
CN BALL 3.3×104 < 10 99.9
이에 대한 실험결과는 도 8의 (a)대장균,(b)녹농균,(c)황색포도상구균 배양사진에 나타냈다.
도3을 참고하여 보면, 복합차단막(12)과 마주보는 유해가스제거제(11)의 면에는 이산화탄소나 오염물질 등이 제거된 분해층(16)이 형성된다. 이는 유해가스제거제(11)를 투과한 공기 중에 남아있는 이산화탄소나 오염물질 등이 복합차단막(12)를 투과하지 못하고 차단층(13) 내에 체류하게 되는데, 차단층(13)에 체류하는 이산화탄소나 오염물질 등이 유해가스제거제(11)의 표면 내외에서 분해됨으로써 분해층(16)이 형성되는 것이다.
또한, 복합차단막(12)은 공기가 이동하는 통로를 따라 유해가스제거제(11)로부터 소정 간격만큼 이격되어 나란하게 배치된 것으로, 유해가스제거제(11)를 통과한 공기 중에 남아있는 잔여 이산화탄소나 오염물질 등의 투과를 차단하는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 다공성 무기광물질이 포함된 코팅액이 코팅되어형성된 코팅막이 구비된 다공성 섬유상 필터에 의해 실내공기는 통과하면서 2차로 완벽하게 살균되는 것이다.
복합차단막에 의해 실내공기중에서 바이러스 등의 미생물의 제거능력을 실험한 결과 아래 표2에서와 같이, 총부유세균, 대장균, 황색포도상구균, 폐렴연쇄상구균이 제거되었음을 확인하였다.
이는 버스 공기순환시스템을 이용하여, 복합차단막 적용 전/후를 비교하여 버스내 실내공기질 공기살균효과를 확인해 본 결과로, 버스내 승객용 송풍기는 22CMM 풍량 (일반 25평형대 공기청정기 풍량 10CMM 대비 2배 이상 풍량)에서도 부유세균 96.5%, 부유성 세균 중에서도 대장균 97.9%, 황색포도상구균 94.4%, 폐렴연쇄상구균 89.2%의 제거율 확인하였다. 이에 대한 실험결과는 도 9의 3회 반복 시험결과 배양사진에 나타냈다.
시험항목
(항균시험)		 시험방법 시험결과 시험환경
적용전
(CFU/㎥)		 적용후
(CFU/㎥)		 감소율
(%)

37.0±0.2℃
총부유세균 『환경분야 시험,검사 등에 관? 법률』 제6조 제1항 제3호에 따른 환경부 고시 제2018.12.21 실내공기질공정시험방법 407.0 14.4 96.5
대장균 299.6 6.4 97.9
황색포도상구균 28.8 1.6 94.4
폐렴연쇄상구균 59.3 6.4 89.2
여기서, 복합차단막(12)은 질소 및 산소는 투과시키되, 이산화탄소뿐만 아니라 일산화탄소, 라돈, 포름알데히드, 휘발성 유기화합물 및 유기 방향성 화합물 등의 가스상 대기오염물질을 차단하는 역선택적 분리 특성을 가지는 복합재료의 소재로 구성될 수 있고, 다공성 무기광물질이 포함된 코팅액이 코팅된 다공성 섬유상 필터일 수도 있다.
또한, 복합차단막(12)은 (a) 다공성 기재에 양극성 물질 및 음극성 물질을 각각 n회(n은 1~10의 정수) 교차 적층시키는 단계; 및 (b) (a) 단계에서 제조된 다공성 기재에 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 및 버미큘라이트로 구성되는 군에서 선택되는 다공성 무기광물질을 적층시켜 차단막을 수득하는 단계로 제조될 수 있다.
이때, 다공성 무기광물질 소재는 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 및 버미큘라이트로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상으로 구성될 수 있다.
양극성 물질은 BPEI (Branched, Polyethylenimine), 키토산(Chitosan, CHI), PDDA(Poly(diallyldimethylammonium chloride), PEO(Polyethyloxide), CNC(Cellulose nanocrystal) 및 PVA(Polyvinyl alcohol)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질로 구성될 수 있으며, 음극성 물질은 PAA(Polyacrylic acid(poly(1-carboxyethylene), LDH(Layered double hydroxide), 나일론(Nylon), 나피온(Nafion), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate), 수용액 상태의 무기다공성 무기광물질 및 음극성 물질에 CNT 또는 Graphene을 분산시킨 용액으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 물질로 구성될 수 있다.
다공성 섬유상 필터에 상술한 나노 고분자 양극성 물질과 음극성 물질을 코팅한 결과 도면은 도 10에 나타냈다. 이와 같은 물질로 코팅처리된 다공성 섬유상 필터는 산소와 이산화탄소의 선택적 투과가 가능하였고, 미세먼지 제거율과 오염물질투과율의 제어가 가능하였다.
이와 같은 복합차단막(12)에 의하여, 차단층(13)에는 복합차단막(12)을 투과하지 못한 이산화탄소 및 가스상 대기오염물질이 체류되는 것을 특징으로 한다.
이때, 차단층(13)에 복합차단막(12)을 투과하지 못한 이산화탄소나 오염물질의 체류시간을 길게 하고, 모여진 이산화산소나 오염물질이 분해층(16)에 골고루 분포되도록 하여 유해가스제거제(11)에 의하여 이산화탄소나 오염물질의 제거율을 상승시키도록 하기 위하여, 차단층(13)에는 이산화탄소나 오염물질을 분해하는 격자 형태의 분해구조물(17)이 구비될 수 있다.
여기서, 분해구조물(17)은 이산화탄소나 오염물질의 흡착이 가능하도록, 유해가스제거제(11)와 동일한 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 도5에 도시된 바와 같이, 분해구조물(17)을 측면에서 보았을 때, 격자 구조물을 돌출시켜 형성함으로써 유해가스와의 접촉 면적을 높여 유해가스 분해율을 상승시키는 것이 바람직하다.
이와 같이 차단층(13)에 체류하는 이산화탄소나 오염물질은 차단층과 연결된 가스포집관(14)에 의하여 용이하게 제거될 수 있고, 이를 위해 차단층(13)에는 상하로 작동하면서 개폐가능한 차단층(13)을 분리하는 분리구조물(18)이 더 구비될 수 있다.
이때, 분리구조물(18)은 이산화탄소 및 가스상 대기오염물질이 유해가스제거제(11)쪽으로 이동하는 것을 막고, 차단층(13)와 연결된 가스포집관(14)으로 이동하도록 하는 것이므로, 복합차단막(12)과 동일하게 이산화탄소 및 가스상 대기오염물질을 포함한 유해가스의 투과를 차단하는 복합재료 소재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 가스포집관(14)은 차단층(13)의 일측면에 연결되어 구비될 수 있으며, 이때 가스포집관(14)의 내부에는 가스 제거용 분해제(미도시)가 충진될 수 있다. 가스 제거용 분해제는 유해가스제거제(11)와 동일한 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 유해가스와의 접촉 면적을 크게 하기 위하여 비드(bid) 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
여기서, 가스포집관(14)은 차단층(13) 및 분해구조물(17)에 체류하는 잔여 이산화탄소 및 가스상 대기오염물질을 포함한 유해가스가 포함된 공기가 통과할 때, 가스포집관(14) 내부의 가스 제거용 분해제에 유해가스가 흡착되어 분해되도록 하고, 나머지 공기를 배출하는 역할을 수행한다. 도7에 도시된 바와 같이, 차단층(13)의 잔여 유해가스가 포함된 공기를 가스포집관(14)으로 이동시키기 위하여 차단층(13) 내에 분리구조물(18)이 작동하여 차단층(13)이 분리되면, 제1모터(15)가 공기 유입 방향으로부터 역방향으로 가동함으로써 차단층(13) 및 분해구조물(17)의 유해가스가 가스포집관(14)으로 이동하게 되는 것이다. 이와 같은 과정은 1시간에 30초 정도 주기 적으로 시행하는 것이 바람직하나, 차단층(13) 및 분해구조물(17)에 체류하는 유해가스의 양에 따라 그 주기가 짧아질 수 있다.
공기 정화 살균부(20)는 공기를 흡입하여 미세먼지와 같은 입자가 큰 대기오염물질을 제거하는 것으로, 헤파필터, 탈취필터, 프리필터 및 공기의 흐름을 조절하는 제2모터(21)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제어부(30)는 유해가스 제거부(10) 및 공기 정화 살균부(20)의 작동을 제어하는 것으로, 이산화탄소를 포함한 유해가스 농도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 유해가스 농도 센서로부터 측정된 유해가스 농도 데이터가 제어부(30)로 전달되면, 설정된 유해가스 농도를 기준으로, 기준 이상일 경우 유해가스 제거부(10) 및 공기 정화 살균부(20)가 작동되도록, 제1모터(15) 및 제2모터(21)이 가동되도록 하고, 기준 이하일 경우 공기 정화 살균부(20)가 작동되도록, 제2모터(21)만 가동되도록 한다.
이때, 이산화탄소의 기준 농도는 1000ppm으로 설정하는 것이 바람직하나, 사용자의 조작에 따라 유해가스 제거부(10)가 작동되도록 하는 이산화탄소 또는 유해가스 기준 농도의 설정이 변경 가능하다.
또한, 제어부(30)는 유해가스의 농도에 따라, 제1모터(15) 또는 제2모터(21)의 구동rpm을 조절하는 것이 가능하다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정이나 변형이 가능할 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특히 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석 되어야 할 것이다.
10 : 유해가스 제거부 11 : 유해가스제거제
12 : 복합차단막 13 : 차단층
14 : 가스포집관 15 : 제1모터
16 : 분해층 17 : 분해구조물
18 : 분리구조물 20 : 공기 정화 살균부
21 : 제2모터 30 : 제어부

Claims (18)

  1. 공기 중의 황산화물과 질소산화물을 포함한 이산화탄소를 제거하고 산소를 발생시키는 유해가스 제거부; 및
    공기 중의 대기오염물질을 제거하는 공기 정화부를 포함하고,
    상기 유해가스 제거부는 유해가스제거제와, 상기 유해가스제거제로부터 이격되어 배치되는 복합차단막과, 상기 유해가스제거제와 상기 복합차단막의 이격 공간에 배치되는 분해구조물을 포함하고,
    상기 공기 정화부는 헤파필터와, 탈취필터와, 프리필터를 포함하고,
    상기 유해가스 제거부에서는 상기 유해가스제거제에서 상기 복합차단막으로 공기가 흐르며,
    상기 유해가스제거제는 황산화물과 질소산화물을 포함한 이산화탄소를 제거하는 동시에 산소를 발생시키고,
    상기 복합차단막은 이산화탄소는 차단하고 산소를 선택적으로 투과시키고,
    상기 분해구조물은 격자 형태를 가져, 상기 복합차단막을 투과하지 못한 이산화탄소가 상기 유해가스제거제와 상기 복합차단막의 이격 공간에 균등하게 분포하도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 유해가스제거제는 알카리 또는 알카리 토금속의 과산화물이나 초과산화물 및 알카리 토금속의 수산화물이 포함되는 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 유해가스제거제는 알카리 또는 알카리 토금속의 과산화물이나 초과산화물 및 알카리 토금속의 수산화물의 산화반응 및 중화반응에서 발생되는 산소라디칼에 의해 항균성 및 살균력을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 복합차단막은 다공성 무기광물질이 포함된 코팅액이 코팅되어 형성된 코팅막이 구비된 다공성 섬유상 필터인 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 복합차단막은
    (a) 다공성 기재에 양극성 물질 및 음극성 물질을 각각 n회(n은 1~10의 정수) 교차 적층시키는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계에서 제조된 다공성 기재에 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 및 버미큘라이트로 구성되는 군에서 선택되는 다공성 무기광물질을 적층시켜 차단막을 수득하는 단계;로 제조된 다공성 섬유상 필터인 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 복합차단막의 다공성 기재는 벤토나이트, 몬트모릴로나이트 및 버미큘라이트로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이며,
    상기 양극성 물질은 BPEI (Branched, Polyethylenimine), 키토산(Chitosan, CHI), PDDA(Poly(diallyldimethylammonium chloride), PEO(Polyethyloxide), CNC(Cellulose nanocrystal) 및 PVA(Polyvinyl alcohol)로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이고,
    상기 음극성 물질은 PAA(Polyacrylic acid(poly(1-carboxyethylene), LDH(Layered double hydroxide), 나일론(Nylon), 나피온(Nafion), 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리스틸렌 설포네이트(Polystyrene Sulfonate), 수용액 상태의 무기다공성 무기물 및 음극성 물질에 CNT 또는 Graphene을 분산시킨 용액으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 복합차단막과 마주보는 상기 유해가스제거제의 면에 황산화물과 질소산화물 및 이산화탄소를 포함한 유해가스와 대기오염물질이 분해되는 분해층이 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 유해가스제거제와 상기 복합차단막의 이격 공간에는 상기 복합차단막을 투과하지 못한 유해가스와 대기오염물질이 체류되는 것을 특징으로 하는 공기 정화 살균 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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