KR102421925B1 - 공기정화장치 - Google Patents

Abstract

필터를 활용하여 공기를 정화하는 공기정화장치로서, 지하선로나 터널 등에 적용하여 공기 질을 보다 효과적으로 개선시키는 것이 가능한 공기정화장치가 제공된다. 공기정화장치는, 유입구와 배출구가 서로 반대편에 마주보게 형성된 하우징, 하우징 내부에 배치되며 유입구를 향해 개방된 흡입통로와 유입구 반대편에서 흡입통로를 차폐하는 차폐판과 흡입통로를 둘러싸며 흡입통로의 길이방향으로 배치되고 내부에 필터가 착탈 가능하게 삽입되는 필터카트리지를 포함하는 적어도 하나의 필터셀유닛, 및 유입구에 배치되고 필터셀유닛의 흡입통로와 연통되어 외부의 공기를 상기 흡입통로로 안내하는 가이드홀이 형성된 적어도 하나의 유량조절판을 포함한다. 본 기술은 서울특별시 서울산업진흥원 2018년도 미세먼지 저감 기술개발 지원사업(FD180001) “미세먼지 배출저감 및 위험회피 R&D 및 실증” 과제의 [도로터널내 공기정화 기술개발]을 통해 개발된 기술이다.

Description

공기정화장치{Air purifying apparatus}

본 발명은 공기정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 필터를 이용하여 공기를 정화하는 공기정화장치에 관한 것이다.

다양한 원인으로 인해 대기오염이 증가하고 있다. 일반적으로 대기는 순환하며 지표면을 이동하므로 오염원 인접지역 밖까지 오염이 확산되기도 한다. 그러나 특정 조건에서는 오히려 대기가 정체됨으로써 지속적으로 대기 질이 악화될 수도 있다. 특히 후자의 경우에는 오염물질에 대한 보다 효과적인 처리가 필요하다.

예를 들어, 철로가 개설된 장거리 지하선로나 산을 굴착하여 형성한 터널 등의 내부는 상대적으로 정체된 공기흐름으로 인해 공기 질이 쉽게 개선되지 않는 것으로 알려져 있다. 또한 지하철이나 차량 등이 쉴새 없이 오염물질을 생성하므로 공기 질이 지속적으로 악화되는 것으로 알려져 있다. 따라서 이러한 공간에 적용할 수 있는 다양한 형태의 정화 처리 방식이 개발되고 있다(예, 대한민국특허 10-0797057 등).

그럼에도 불구하고, 아직 적절한 대안은 마련되지 않고 있다. 기중 오염물질의 종류가 다양하고 오염물질 입자의 크기나 농도 및 유량과 같은 변수도 다양하여 적합한 처리방식을 특정하기 쉽지 않고 처리효율이나 비용 등도 고려하여야 하는바 아직까지는 여러 가지 시도가 이루어지고 있는 실정이다.
본 기술은 서울특별시 서울산업진흥원 2018년도 미세먼지 저감 기술개발 지원사업(FD180001) “미세먼지 배출저감 및 위험회피 R&D 및 실증” 과제의 [도로터널내 공기정화 기술개발]을 통해 개발된 기술이다.

대한민국등록특허공보 제10-0797057호, (2008. 01. 22), 명세서

본 발명의 기술적 과제는, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 특히 필터를 활용하여 공기를 정화하는 공기정화장치를 제공하는 것이며, 아울러 지하선로나 터널 등에 적용하여 공기 질을 보다 효과적으로 개선시킬 수 있는 공기정화장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 공기정화장치는, 유입구와 배출구가 서로 반대편에 마주보게 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에 배치되며, 상기 유입구를 향해 개방된 흡입통로와, 상기 유입구 반대편에서 상기 흡입통로를 차폐하는 차폐판과, 상기 흡입통로를 둘러싸며 상기 흡입통로의 길이방향으로 배치되고 내부에 필터가 착탈 가능하게 삽입되는 필터카트리지를 포함하는 적어도 하나의 필터셀유닛; 및 상기 유입구에 배치되고 상기 필터셀유닛의 흡입통로와 연통되어 외부의 공기를 상기 흡입통로로 안내하는 가이드홀이 형성된 적어도 하나의 유량조절판을 포함한다.

상기 흡입통로는 상기 유입구와 상기 배출구의 사이에 일직선상으로 연장되는 다각형 통로 또는 원형 통로로 형성되며, 상기 필터카트리지는 상기 통로의 측면을 관통하는 유동로를 포함할 수 있다.

상기 차폐판은 상기 흡입통로와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 흡입통로에 중첩되는 중앙판과, 상기 중앙판의 외측으로 확장되어 상기 필터카트리지에 접하는 적어도 하나의 돌출판을 포함할 수 있다.

상기 필터는, 상기 유동로를 가로지르는 복수 개의 주름(pleat)이 형성된 절곡면이 상기 흡입통로와 면하게 배치된 절곡필터로 이루어질 수 있다.

상기 필터카트리지는 상기 유입구를 향하는 말단에 개방된 입출구를 포함하여, 상기 필터가 상기 입출구를 통해 상기 필터카트리지 내부에 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다.

상기 공기정화장치는, 상기 유량조절판과 상기 필터셀유닛 사이에 배치되며, 복수 개의 통공을 포함하여 외부의 공기를 복수 개의 상기 통공으로 분배하되, 상기 통공 중 적어도 하나가 상기 흡입통로와, 상기 가이드홀 사이에 개재되어 상기 흡입통로와 상기 가이드홀을 연통시키는 유체분배판을 더 포함할 수 있다.

상기 필터셀유닛 및 상기 유량조절판은, 상기 통공의 수와 대응되는 복수 개로 형성될 수 있다.

상기 필터는, 복수 개의 주름이 형성된 절곡면을 갖는 주름필터로 형성되되, 상기 주름의 높이를 폭으로 나눈 절곡비가 4.14~6.90의 범위 내에 있을 수 있다.

상기 필터는, 상기 절곡비의 범위 내에서 주름의 개수가 25개를 초과하지 않을 수 있다.

상기 주름은, 상기 폭과 상기 높이를 각각 이등변삼각형의 밑변과 높이로하는 삼각형 주름일 수 있다.

상기 필터는, 상기 절곡면을 포함하는 적어도 일부가 대전된 정전식 주름필터일 수 있다.

상기 공기정화장치는, 블로워, 제습모듈, 흡착모듈, 및 촉매모듈을 더 포함하고, 상기 블로워는 상기 하우징 후단에서 음압을 발생시키고, 상기 제습모듈은 상기 블로워와 상기 하우징 사이에 연결되고, 상기 흡착모듈은 상기 제습모듈과 상기 블로워의 사이에 연결되며 공기 중 오염물질을 흡착하는 흡착제를 포함하고, 상기 촉매모듈은 상기 흡착모듈과 상기 블로워의 사이에 연결되며 공기 중 오염물질을 촉매반응으로 제거할 수 있다.

본 발명에 의하면, 장치 내 필터를 배치하여 공기를 정화시키되 필터의 정화효과가 극대화되도록 유체 유출입 및 유동구조를 개선하여 공기정화능력을 향상시킬 수 있다. 또한, 필터 자체의 오염물질 처리능력도 큰 폭으로 향상시킬 수 있어 이러한 필터 및 장치의 개선된 구조가 복합됨으로써, 탁월한 공기정화능력을 나타낼 수 있다. 아울러 다양한 오염물질에 대응하는 다양한 처리방식을 복합하여 적용할 수 있어 여러 오염물질 입자를 복합적으로 포함하는 고농도의 오염된 공기 등도 효과적으로 정화시킬 수 있다. 따라서 터널과 같이 상대적으로 오염도가 높은 공간에도 본 발명을 적용하여 유용하게 사용할 수 있고 종래 대비 탁월한 공기정화효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기정화장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 공기정화장치를 다른 방향으로 바라본 사시도이다.
도 3은 도 1의 공기정화장치의 분해도이다.
도 4는 도 3의 공기정화장치의 필터셀모듈을 유량조절판과 함께 도시한 확대사시도이다.
도 5는 도 4의 필터셀모듈의 분해도이다.
도 6a는 도 4의 필터셀모듈의 종단면을 도시한 작동도이다.
도 6b는 원형 흡입통로에 적용되는 필터의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 1의 공기정화장치의 종단면 및 횡단면을 도시한 작동도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기정화장치의 구성도이다.
도 9는 필터의 절곡비를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 필터성능을 측정하기 위한 실험장치의 구성을 예시한 도면이다.
도 11은 일정 유량에서 필터의 압력손실 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 12는 일정 여과속도에서 필터의 압력손실 측정결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 먼지크기별 필터성능지수를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여 본 발명에 의한 공기정화장치에 대해 상세히 설명한다. 먼저 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하고, 본 발명의 다른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기정화장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 공기정화장치를 다른 방향으로 바라본 사시도이며, 도 3은 도 1의 공기정화장치의 분해도이다. (도 1은 공기정화장치를 공기(A)가 유입되는 전면방향으로 바라본 사시도이고, 도 2는 그 반대편인 후면방향으로 바라본 사시도이다)

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 공기정화장치(1)는 하우징(110) 내 배치된 적어도 하나의 필터셀유닛(10)을 포함한다. 필터셀유닛(10)은 하우징(110) 내부에서 복수의 필터(도 3의 14참조)를 3차원적으로 배열하도록 구조화되어 있고 그러한 배열에 대응하는 입체적인 흡배기 구조를 자체적으로 포함하고 있다. 즉 공기정화장치(1)는 하우징(110)을 통과해 나가는 공기흐름을 내부에 배치된 필터셀유닛(10)으로 조절하고 변화시킬 수 있으며 이를 통해 집진면적을 극대화시켜 공기정화효과를 높일 수 있다. 또한 유량조절판(120) 및 유체분배판(130)과 같은 유체조절구조와, 이러한 필터셀유닛(10)의 상호작용에 의해서 서로 다른 필터셀유닛(10)이 동시에 복합적으로 작동하며 정화능력을 향상시키는 구조적 특징도 갖고 있다. 이러한 공기정화장치(1)는 예를 들어, 하우징(110) 내 필터셀유닛(10)을 배치하고 유량조절판(120)등으로 유체를 조절하는 구성으로 사용할 수도 있으나, 하우징(110) 후단에 다른 모듈을 복합하여 배치한 보다 확장된 구성으로 사용하는 것도 가능하다. 이하, 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명의 기본적인 구성과 그에 따른 작용효과 등을 먼저 설명하고, 이후, 다른 실시예를 통해 확장된 구성을 설명하도록 한다.

본 발명의 공기정화장치(1)는 구체적으로 다음과 같이 형성된다. 공기정화장치(1)는 유입구(111)와 배출구(112)가 서로 반대편에 마주보게 형성된 하우징(110), 하우징(110) 내부에 배치되며, 유입구(111)를 향해 개방된 흡입통로(도 1 및 도 4(a)의 11참조)와, 유입구(111) 반대편에서 흡입통로(11)를 차폐하는 차폐판(도 2 및 도 4(b)의 12참조)과, 흡입통로(11)를 둘러싸며 흡입통로(11)의 길이방향으로 배치되고 내부에 필터(도 3 및 도 4의 14참조)가 착탈 가능하게 삽입되는 필터카트리지(도 4의 13참조)를 포함하는 적어도 하나의 필터셀유닛(10), 및 유입구(111)에 배치되고 필터셀유닛(10)의 흡입통로(11)와 연통되어 외부의 공기를 흡입통로(11)로 안내하는 가이드홀(120a)이 형성된 적어도 하나의 유량조절판(120)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에서, 공기정화장치(1)는 유량조절판(120)과 필터셀유닛(10) 사이에 배치되며, 복수 개의 통공(도 3의 130a참조)을 포함하여 외부의 공기를 복수 개의 통공(130a)으로 분배하되, 통공(130a) 중 적어도 하나가 흡입통로(11)와 가이드홀(120a) 사이에 개재되어 흡입통로(11)와 가이드홀(120a)을 연통시키는 유체분배판(130)을 더 포함할 수 있다. 또한 흡입통로(11)는 유입구(111)와 배출구(112)의 사이에 일직선상으로 연장되는 다각형 통로 또는 원형 통로로 형성되며, 필터카트리지(13)는 상기 통로의 측면을 관통하는 유동로(도 5의 13a참조)를 포함할 수 있다. 이하 이러한 본 발명의 일 실시예를 바탕으로 공기정화장치(1)의 구성 및 작용효과 등을 보다 상세히 설명한다.

하우징(110)은 일 측으로 공기(도 1 및 도 2의 A참조)를 유입하여 반대편으로 배출하는 통체로 형성될 수 있다. 하우징(110)은 유입측과 배출측의 양면이 개구되어 공기를 자유롭게 입출하도록 형성될 수 있다. 이를테면, 하우징(110)은 전면으로 공기를 유입하고 반대편인 후면으로 공기를 배출할 수 있다. 도 1 내지 도 3과 같이 하우징(110)에는 유입구(111)와 배출구(112)가 서로 반대편에 마주보게 형성되며, 유입구(111)가 배치된 측이 공기를 유입하는 전면으로, 배출구(112)가 배치된 반대편이 공기를 배출하는 후면으로 기능할 수 있다. 하우징(110)은 각진 형상의 통체일 수 있으나 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 유입구(111)와 배출구(112)가 서로 반대편에 마주보게 개방된 다양한 형태로 변형될 수 있다. 하우징(110)의 내부에는 유입구(111) 및 배출구(112)와 연통되는 공간이 형성되어 필터셀유닛(10) 등을 수용할 수 있다. 유입구(111)와 배출구(112) 둘레에는 조립이나 설치를 용이하게 하는 플랜지 등의 구조가 형성될 수도 있다. 하우징(110) 내부의 공간에는 도 3과 같이 프레임 등의 구조물로 만들어진 거치대(140)를 설치하여 필터셀유닛(10)을 지지하게 형성할 수 있다.

필터셀유닛(10)은 이러한 하우징(110) 내부에 배치된다. 필터셀유닛(10)은 하나 또는 둘 이상이 형성될 수 있으며 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 필터셀유닛(10)을 형성하고 하우징(110)의 공간에 알맞게 입체적으로 배열하여 배치할 수 있다. 전술한 거치대(140)는 필터셀유닛(10)의 형상, 크기, 배치상태 등을 고려하여 이들을 지지할 수 있는 적절한 구조로 형성될 수 있다. 각각의 필터셀유닛(10)은, 전술한 바와 같이 유입구(111)를 향해 개방된 흡입통로(11)와, 유입구(111) 반대편에서 흡입통로(11)를 차폐하는 차폐판(도 2 및 도 4의 12참조)과, 흡입통로(11)를 둘러싸며 흡입통로(11)의 길이방향으로 배치되고 내부에 필터(14)가 착탈 가능하게 삽입되는 필터카트리지(13)를 포함한다. 필터카트리지(13)는 복수로 형성될 수 있으며, 필요에 따라 단독으로 흡입통로(11)를 둘러싸게 형성될 수도 있다. 이에 따라 각각의 필터셀유닛(10)은 이를 테면, 흡입통로(11) 둘레에 필터(14)가 입체적으로 둘러싸인 구조로 형성될 수 있다. 필터(14) 역시 복수로 형성되거나 또는 단독으로 형성될 수도 있다. 또한 흡입통로(11)는 말단이 차폐판(12)으로 막혀있어 공기가 흡입통로(11)로부터 복수의 필터(14) 측으로 우회 및 분산되며 정화되는 구조적 특징도 가질 수 있다. 필터셀유닛(10)에 대해서는 후술하여 보다 구체적으로 설명한다.

유량조절판(120)은 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 유입구(111)에 배치된다. 유량조절판(120)에는 필터셀유닛(10)의 흡입통로(11)와 연통되어 외부의 공기를 흡입통로(11)로 안내하는 가이드홀(120a)이 형성된다. 유량조절판(120)은 흡입통로(11)보다 넓게 확장될 수 있으며 확장된 부분으로 유입구(111)의 적어도 일부를 차폐할 수 있다. 따라서 외부의 공기는 유량조절판(120)에 도달하면 가이드홀(120a)을 따라서 필터셀유닛(10)의 흡입통로(11)로 진입된다. 유량조절판(120)은 하나 또는 복수로 형성될 수 있으며 도시된 바와 같이 필터셀유닛(10)의 개수와 동일한 개수로 복수의 유량조절판(120)을 형성하여 배치할 수 있다. 유량조절판(120)은 각각의 가이드홀(120a)이 각각의 흡입통로(11)와 중첩되는 위치에 배치될 수 있다. 가이드홀(120a)의 크기를 변경하여 흡입통로(11)로 유입되는 공기 등의 유체 양을 조절할 수 있으며 가이드홀(120a)의 크기 및 형상을 흡입통로(11)의 크기 및 형상과 대응되게 형성할 수도 있다. 이러한 유량조절판(120)을 이용하여 외부 공기를 흡입통로(11)의 안쪽으로 유도할 수 있다.

유체분배판(130)은 유량조절판(120)과 필터셀유닛(10) 사이에 배치된다. 유체분배판(130) 역시 유량조절판(120)과 인접한 유입구(111) 측에 배치될 수 있다. 유체분배판(130)은 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 통공(130a)을 포함하여 외부의 공기를 복수 개의 통공(130a)으로 분배할 수 있다. 복수 개의 통공(130a)은 적어도 하나가 필터셀유닛(10)의 흡입통로(11)와, 유량조절판(120)의 가이드홀(120a) 사이에 개재되어 흡입통로(11)와 가이드홀(120a)을 연통시킬 수 있다. 즉, 외부공기는 서로 중첩된 가이드홀(120a)과 통공(130a)의 연쇄체를 통과하여 흡입통로(11) 안쪽으로 진입하게 되며 진입된 후 각각의 필터셀유닛(10)에서 정화 처리된다. 전술한 바와 같이 유량조절판(120) 및 필터셀유닛(10)이 복수로 형성되는 경우, 이들의 개수는 유체분배판(130)의 통공(130a)의 개수에 대응하는 개수로 형성될 수 있으며 각각의 통공(130a)은 가이드홀(120a) 및 흡입통로(11)와 중첩되는 위치에 배열될 수 있다. 즉 필터셀유닛(10) 및 유량조절판(120)은 유체분배판(130)의 통공(130a)의 수를 고려하여 배치할 수 있으며 통공(130a)의 수와 대응되는 복수 개로 형성될 수 있다.

유체분배판(130)의 통공(130a)이 형성되지 않은 나머지 부분은 유입구(111) 전체를 차폐하게 형성될 수 있다. 이러한 유체분배판(130)의 일 측에 유량조절판(120)을 착탈 방식으로 결합할 수 있다. 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 통공(130a)이 형성된 상대적으로 넓은 유체분배판(130)을 유입구(111)에 결합하고, 그 위의 서로 다른 위치에 복수의 유량조절판(120)을 나사 결합 등의 방식으로 결합해 줄 수 있다. 통공(130a)은 중앙부분이 흡입통로(11)와 중첩되어 연통되되 흡입통로(11) 외측까지 개구되어 필터카트리지(13)의 말단과 연통되는 부분을 포함할 수 있다. 즉, 통공(130a)은 예를 들어, 흡입통로(11)외에 필터카트리지(13)의 말단과도 연통될 수 있다. 후술하는 것처럼 필터카트리지(13) 말단에는 필터(14)가 입출되는 입출구(도 5의 13b참조)가 형성될 수 있고 통공(130a)은 이러한 입출구(13b)와도 연통되게 형성되어 유체분배판(130)을 분리하지 않고도 통공(130a)을 통해 필터(14)를 교환하는 것이 가능하다. 그에 따라 통공(130a)은 예를 들어, 흡입통로(11)에 대응되는 형상의 개구가 외측으로 입출구(13b)의 형상만큼 더 개구되어 확장된 형태 등으로 형성될 수 있다. 이러한 통공(130a)의 형상은 후술할 흡입통로(11) 반대편에 배치되는 차폐판(12)과도 유사 내지는 동일한 형상일 수 있다.

반면, 유량조절판(120)의 가이드홀(120a)은 흡입통로(11)와 형상이 일치되며 크기도 흡입통로(11)보다 크지 않게 형성될 수 있다. 따라서, 통공(130a)의 흡입통로(11) 외측으로 확장된 부분 즉, 흡입통로(11) 외측으로 더 개구되어 필터(14) 입출구(13b)와 연통되는 부분은 가이드홀(120a)의 외측을 둘러싸는 유량조절판(120)의 면으로 차폐시킬 수 있다. 즉 유량조절판(120)은 가이드홀(120a)을 통해서 흡입통로(11)로만 공기를 공급할 뿐 주변의 나머지부분은 차폐하여 필터(14) 등이 외부로 직접 노출되지 못하게 할 수 있다. 이를 이용하여 흡입통로(11)로 공기를 유입시킨 후 흡입통로(11) 안쪽에서 필터(14)들을 향해 입체적으로 공기를 분산시키며 정화하는 처리구조를 구현할 수 있다. 또한, 유량조절판(120)으로 필터(14) 입출구(13b)를 차폐할 수 있으므로 유량조절판(120)을 필터(14) 입출구(13b)를 개폐하는 도어로 사용하는 것도 가능하다. 본 실시예에서와 같이 유량조절판(120)에 핸들(120b)을 형성하고 착탈이 가능하게 결합하는 방식으로 그와 같이 사용할 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 6b를 참조하여 필터셀유닛의 구조 및 작용효과를 보다 상세히 설명한다. 이후 이를 바탕으로 도 7을 참조하여 공기정화장치의 동작을 상세히 설명한다.

도 4는 도 3의 공기정화장치의 필터셀모듈을 유량조절판과 함께 도시한 확대사시도이고, 도 5는 도 4의 필터셀모듈의 분해도이고, 도 6a는 도 4의 필터셀모듈의 종단면을 도시한 작동도이며, 도 6b는 원형 흡입통로에 적용되는 필터의 예를 도시한 도면이고, 도 7은 도 1의 공기정화장치의 종단면 및 횡단면을 도시한 작동도이다. (도 4의 (a)는 필터셀모듈의 흡입통로가 개방된 공기(A) 유입측을 바라본 사시도이고, 도 4의 (b)는 그 반대편의 차폐판으로 폐쇄된 측을 바라본 사시도이다)

도 4 내지 도 6a를 참조하면, 필터셀유닛(10)은 전술한 바와 같이 하우징(도 1 내지 도 3의 110참조)의 유입구(도 1 내지 도 3의 111참조)를 향해 개방된 흡입통로(11)와, 유입구(111) 반대편에서 흡입통로(11)를 차폐하는 차폐판(12)과, 흡입통로(11)를 둘러싸며 흡입통로(11)의 길이방향으로 배치되고 내부에 필터(14)가 착탈 가능하게 삽입되는 필터카트리지(13)를 포함하는 구조로 형성된다. 전술한 것처럼 필터카트리지(13)는 복수로 형성되어 흡입통로(11) 둘레를 둘러싸게 배치될 수 있고, 필요한 경우에는 단독으로 흡입통로(11)를 둘러싸게 배치되는 것도 가능하다. 흡입통로(11)는 도 6a와 같이 하우징(110)의 유입구(111)와 배출구(도 1 내지 도 3의 112참조) 사이에 일직선상으로 연장되는 통로로 형성되며, 도 4 및 도 5와 같이 다각형인 통로로 형성될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만 흡입통로(11)는 원형 통로로도 형성될 수 있다. 즉, 흡입통로(11)는 유입구(111)와 배출구(112) 사이에 일직선상으로 연장되는 다각형 통로 또는 원형 통로로 형성된다. 구체적으로 흡입통로(11)는 횡단면이 다각형상 또는 원형상일 수 있으며 그러한 형태로 길이방향으로 일직선상으로 연장된 다각기둥 또는 원기둥의 형태로 형성될 수 있다. 필터카트리지(13)는 이러한 다각형 또는 원형 통로의 측면(다각기둥 또는 원기둥으로 생각할 때 다각기둥의 각진 모서리 사이에 배치된 외주면 또는 원기둥의 둘레를 감싸는 곡면 형상의 외주면에 해당될 수 있다)에 위치하며 다각형 통로의 측면 또는 원형 통로의 측면을 관통하는 유동로(13a)를 포함한다. 즉 복수의 필터카트리지(13)는 흡입통로(11)의 길이방향으로 흡입통로(11)를 둘러싸며 배치되어 있고, 각각은 다각형 또는 원형 통로인 흡입통로(11)의 측면을 관통하는 유동로(13a)를 통해 흡입통로(11)와 연통된다. 필터(14)는 특히 이러한 유동로(13a)에 삽입되어 흡입통로(11)에서 유동로(13a)로 확산되는 공기를 넓은 면으로 접촉하며 정화시킬 수 있다.

본 실시예에서 흡입통로(11)의 형태는 다각형 통로인 것을 기준으로 하고 있지만, 필요에 따라 흡입통로(11)는 원형 통로로도 얼마든지 변형될 수 있다. 원형 통로는 타원형 통로를 포함할 수도 있다. 이하에서 다각형 흡입통로(11)를 기준으로 하는 필터셀유닛의 구조적 측면에 대한 설명 등은 특별히 배제되지 않는 한 원형 흡입통로(11)인 경우에 대해서도 동등하게 적용될 수 있다. 이하, 흡입통로(11)에 관해서는 기본적으로 다각형 흡입통로(11)를 기준으로 설명을 진행하되 도 6b를 참조하여 원형 흡입통로(11)인 경우의 차이를 간단히 설명하면 다음과 같다.

도 6b는 원형 흡입통로 둘레에 배치되는 필터(14)의 예를 보여준다. 도 6b의 (a)는 원형 흡입통로의 정면 방향으로 본 필터(14)의 배치를 예시한 것이고, 도 6b의 (b)는 그러한 필터(14)의 측면을 도시한 것일 수 있다. 원형 흡입통로의 경우에 필터(14)는 곡률을 갖는 구부러진 형태로 형성되어 원형 흡입통로의 외주부(도 6b (a)의 원형으로 도시된 점선부분 참조)를 따라 배치될 수 있다. 도 6b에는 그 중 일부가 예시적으로 도시되었지만, 필터(14)를 연장시켜 원형 통로의 둘레를 단독으로 완전히 둘러싸게 형성할 수도 있고 복수의 필터(14)를 원형 통로의 둘레를 따라 연속 배치하여 역시 흡입통로 둘레를 둘러싸게 할 수도 있다. 이러한 배치에서, 후술하는 바와 같이 필터(14)를 절곡필터로 형성할 수 있고 그 주름의 방향은 도 6b의 (b)와 같은 흡입통로의 길이방향으로 배열될 수 있다. 이와 같은 배열을 이용하면 필터(14)를 보다 쉽게 구부려 곡률을 부여할 수 있고 원형 흡입통로를 둘러싸도록 절곡필터를 보다 용이하게 설치하는 것이 가능하다. 도시되지 않았지만 원형 흡입통로 둘레에도 앞서 설명한 필터카트리지를 외주부의 곡률 등에 따라서 대응하는 형상으로 형성해 줄 수 있고, 필요에 따라 복수 또는 단독으로 흡입통로를 둘러싸게 형성할 수 있다. 예를 들어, 흡입통로 둘레를 둘러싸는 원통형상으로 형성된 필터카트리지를 단독으로 형성하거나, 분할된 원통형상으로 복수의 필터카트리지를 형성하여 연속 배치하는 등의 방식이 가능하다. 그 내측에 도시된 바와 같은 굴절된 형태의 필터(14)를 배치할 수 있다. 필터카트리지의 형상과 개수 및 필터(14)의 형상과 개수는 서로 대응하게 적절히 조정될 수 있다. 절곡필터의 구체적인 형성방식이나 특징 등은 후술하여 보다 상세히 설명한다.

예를 들어, 필터(14)는 유동로(13a)를 가로지르는 복수 개의 주름(pleat)(14b)이 형성된 절곡면(14a)이 흡입통로(11)와 면하게 배치된 절곡필터로 이루어질 수 있다. 필터(14)는 도 5와 같이 양면에 주름(14b)이 반복 형성된 것일 수 있으며 이러한 주름(14b)이 배열된 양 면이 절곡면(14a)으로 형성될 수 있다. 필요에 따라 주름(14b)의 배열방향은 바뀔 수 있다. 이러한 절곡면(14a)이 형성된 필터(14)를 흡입통로(11)의 길이방향으로 형성된 필터카트리지(13)에 맞추어 역시 길이방향으로 삽입하는 방식으로 유동로(13a) 내부에 배치할 수 있다. 필터카트리지(13)는 전술한 것처럼 유입구(111)를 향하는 말단에 개방된 입출구(13b)를 포함할 수 있어 필터(14)는 이러한 입출구(13b)를 통해 필터카트리지(13) 내부에 슬라이딩 방식으로 결합될 수 있다. 유동로(13a)는 흡입통로(11)의 측면을 관통하여 형성되므로 필터(14)는 길이방향으로 유동로(13a)에 삽입되면 절곡면(14a)이 흡입통로(11)와 면하게 된다. 따라서 절곡면(14a)을 이용하여 흡입통로(11)로 유입된 공기와의 접촉면적을 극대화할 수 있고, 이러한 절곡면(14a)으로 공기를 통과시키며 보다 효과적으로 먼지 등의 오염물질을 제거할 수 있다. 필터(14)는 절곡면(14a)을 포함하는 적어도 일부가 대전된 정전식 주름필터일 수 있으며 정전기력을 이용하여 오염물질의 포집효과를 증대시킬 수 있다.

또한, 필터(14)는 복수 개의 주름(14b)이 형성된 절곡면(14a)을 갖는 주름필터로 형성되되, 주름(14b)의 높이(도 5 확대도의 H참조)를 폭(도 5 확대도의 W참조)으로 나눈 절곡비가 특정 범위 내에 있는 것일 수 있다. 필터(14)는 그러한 특징에 의해 필터(14) 자체의 성능이 대폭 향상된 것일 수 있다. 절곡비는 바람직하게는 4.14~6.90의 범위 내에 있을 수 있으며 보다 바람직하게는 5.80일 수 있다. 또한, 상기 절곡비의 범위 내에서 전체 주름(14b)의 개수가 25개를 초과하지 않을 수 있다. (이때, 주름의 개수는 전술한 바와 같이 필터의 양면에 형성된 주름 전체의 개수를 의미하며, 이는 전술한 앞 뒤 양 면 절곡면의 주름 개수를 모두 합한 개수에 해당할 수 있다. 이러한 전체 주름 개수는 실질적으로, 필터가 몇 번 절곡 되었는지를 나타내는 절곡 수와 동일한 의미일 수 있다) 이와 관련된 필터(14)의 구체적인 특징 및 관련 실험결과 등은 후술하여 보다 상세히 설명한다.

차폐판(12)은 전술한 바와 같이, 하우징(도 1 내지 도 3의 110참조)의 유입구(도 1 내지 도 3의 111참조) 반대편에서 흡입통로(11)를 차폐한다. 도 4 내지 도 6a에 도시된 것처럼, 차폐판(12)은 흡입통로(11)의 개방된 일단부의 반대편 타단부에(즉, 전술한 하우징의 배출구 측일 수 있다)배치되어 공기유동을 차단한다. 따라서 도 6a와 같이 차폐판(12)으로 인해 흡입통로(11)로 유입된 공기(A)는 유동경로를 변경하게 되며 흡입통로(11)의 내측에서 측면 방향으로 방향을 바꾸어 필터카트리지(13)의 필터(14)를 통과하게 된다. 이로 인해 예를 들어, 흡입통로(11) 내부로부터 흡입통로(11)를 둘러싸는 복수의 필터카트리지(13)로 공기(A)를 분산시키면서 공간을 입체적으로 사용하는 정화처리가 가능해진다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 공기(A)는 전술한 유량조절판(120)을 통과하여 흡입통로(11)로 공급된 후, 진행방향의 말단에 위치한 차폐판(12)에 의해 진행경로가 바뀌어 흡입통로(11)를 둘러싸는 서로 다른 필터(14)를 분산하여 통과하게 된다. 이러한 방식으로 공기유입량 대비 필터(14)와의 접촉면적을 늘릴 수 있으며 그러한 구조를 하우징(110) 내부의 한정된 공간 내에 효과적으로 구현할 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 유량조절판(120)에 의해 흡입통로(11) 주변이 차폐되어 흡입통로(11) 내부로 유입되는 공기의 양도 적절히 조절될 수 있는바 필터(14) 전 후단의 압력강하를 줄이면서 집진성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 각각의 필터(14) 또한 정전식 주름필터로 형성되어 주름(14b)에 의해 접촉면적이 극대화되고 정전기력에 의해 포집능력이 강화되므로 이와 같이 필터(14)의 자체 특성과 구조적 특성이 복합된 필터셀유닛(10)을 이용하여 매우 효과적으로 오염물질을 처리하고 공기를 정화시킬 수 있다.

필터셀유닛(10)은 예를 들면, 도 5와 같이 프레임(101) 및 가이드판(102) 등을 결합하는 방식으로 형성할 수 있다. 프레임(101)은 예를 들어 바 형상의 부재로 형성될 수 있으며 이를 결합하여 통기 가능한 입체적인 구조물을 형성할 수 있다. 예를 들어, 프레임(101)을 다각기둥과 같은 형상으로 조형하여 다각형 통로인 흡입통로(11)를 형성하는 것이 가능하며 그러한 프레임(101)의 열린 공간을 이용하여 흡입통로(11)와 연통되는 유동로(13a)나 필터(14)가 입출되는 입출구(13b) 등을 형성할 수 있다(이러한 필터셀유닛의 구조적 측면은 전술한 것처럼 원형 흡입통로인 경우에도 동등하게 적용된다. 즉 프레임을 원기둥과 같은 형상으로 조형하여 원형 통로인 흡입통로를 형성할 수 있고 그러한 프레임의 열린 공간을 이용하여 흡입통로와 연통되는 유동로나 필터가 입출되는 입출구 등을 형성할 수 있다). 또한 필터(14)가 배치되는 부분(필터카트리지로 형성되는 부분일 수 있다)의 일 측에는 가이드판(102) 등을 결합하여 공기가 특정방향으로 유동되게 가이드 할 수 있다. 이러한 방식으로 흡입통로(11)와, 흡입통로(11)를 둘러싸는 필터카트리지(13)를 프레임(101)과 가이드판(102) 등을 결합한 구조로 형성할 수 있다(가이드판 역시 원형 흡입통로로 형성되는 경우에도 형상 등을 적절히 변형하여 동등하게 적용할 수 있고 그러한 방식으로 원형 흡입통로를 둘러싸는 필터카트리지 또한 동등하게 형성할 수 있다). 형상을 변형하면 흡입통로(11)의 형상, 필터카트리지(13)의 형상 및 개수 등도 적절히 변화시킬 수 있다. 차폐판(12)은 도 5에 도시된 것처럼 흡입통로(11)와 대응되는 형상으로 형성되어 흡입통로(11)에 중첩되는 중앙판(12a)(점선 도시된 영역참조)과, 중앙판(12a)의 외측으로 확장되어 필터카트리지(13)에 접하는 적어도 하나의 돌출판(12b)을 포함할 수 있다. 돌출판(12b)은 예를 들어, 필터카트리지(13)에 형성된 입출구(13b)의 반대편에 접하여 필터카트리지(13)를 차폐하는 역할을 할 수 있다. 필터카트리지(13)는 유동로(13a)를 제외한 나머지 부분이 가이드판(102)과 돌출판(12b)으로 차폐될 수 있고, 필터(14) 입출구(13b)도 전술한 것처럼 유량조절판(120)에 의해 차폐될 수 있으므로 흡입통로(11)와 연통된 유동로(13a)를 통해서만 공기를 유동시키는 구조로 구현 가능하다. 도 5에는 다각형상 중앙판(12a)과 그 외측의 서로 다른 방향으로 돌출된 다각형상의 돌출판(12b)이 도시되었지만, 중앙판(12a)의 형상은 흡입통로(11)와 대응되는 형상으로 형성되는 것이므로 전술한 바와 같은 원형 흡입통로인 경우에는 대응되는 원형으로 형상이 변형될 수 있다. 돌출판(12b) 또한 필터카트리지(13)와 접할 수 있는 한도 내에서 필터카트리지(13)의 형상이나 개수 등에 따라서 형상과 개수가 적절하게 변경될 수 있다.

이와 같은 필터셀유닛(10)을 포함하는 공기정화장치(1)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 도 7의 (a)에 도시된 것처럼 하우징(110) 외부의 공기(A)는 유량조절판(120)의 가이드홀(120a)과 유체분배판(130)의 통공(130a)을 통과하여 필터셀유닛(10)의 흡입통로(11)로 유입된다. 즉 공기정화장치(1) 외부에서 유입되는 공기(A)는 유체분배판(130)에 형성된 복수의 통공(130a)으로 분배되고 유량조절판(120)에 형성된 가이드홀(120a)에 의해 가이드되어 서로 다른 필터셀유닛(10)의 흡입통로(11)로 주입된다. 이로 인해 흡입통로(11)로 유입되는 공기(A) 유량이 조절되고 각각의 필터셀유닛(10)은 적정량의 공기(A)를 흡입하여 정화시킬 수 있다. 각각의 흡입통로(11)로 유입된 공기(A)는 전술한 바와 같이 차폐판(12)에 의해 이동경로가 차단되어 흡입통로(11)를 둘러싸는 필터(14) 측으로 우회된다. 즉, 각각의 흡입통로(11)에서 흡입통로(11)를 둘러싸는 필터카트리지(13)에 삽입된 필터(14) 측으로 공기(A)의 유동방향이 변경되며 유입된 공기(A)가 각 필터셀유닛(10)마다 흡입통로(11)를 둘러싸게 배치된 필터(14)들을 통과하게 된다. 공기(A)의 유동방향은 입체적이며 예를 들어, 도 7의 (b)와 같이 다각형상의 흡입통로(11)를 둘러싸는 상하 좌우 배열된 필터카트리지(13)로 입체적으로 분배될 수 있다. 이에 따라 각각의 필터카트리지(13)에 삽입된 복수의 필터(14)를 통과하며 공기(A)가 빠르게 정화될 수 있다. 이러한 정화과정은 하우징(110) 내 배치된 복수의 필터셀유닛(10) 각각에서 동시 다발적으로 진행된다. 특히 각각의 필터(14)는 전술한 절곡면(도 5의 14a참조)이 흡입통로(11)와 면하게 배치되어 있어 공기(A)는 절곡면(14a)의 상대적으로 넓은 영역을 교차 통과하면서 필터(14)와의 접촉면적이 증가되고 효과적으로 정화된다. 이와 같이 필터(14)를 통과하여 정화된 공기(A)는 각 필터(14)의 반대면으로 빠져 나와 하우징(110) 내부를 통과한 후 개방된 배출구(112)를 통해 합쳐져 배출된다. 즉, 공기(A)가 유입되는 흡입통로(11)보다 상대적으로 넓게 개방된 배출구(112)와 연통되어 있는 하우징(110) 내부공간을 통해서 정화된 공기(A)들이 보다 손쉽게 배기된다. 이와 같은 방식으로 공기(A)를 유입하고 정화 처리하여 공기정화장치(1) 밖으로 배출시킬 수 있다.

이하, 도 8을 참조하여 본 발명의 다른 실시예예 의한 공기정화장치를 상세히 설명한다. 설명이 간결하고 명확하도록, 전술한 실시예와 차이나는 부분을 중점적으로 설명하며 별도로 언급되지 않은 부분에 대한 설명은 전술한 설명으로 대신한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기정화장치의 구성도이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 공기정화장치(1-1)는 블로워(53), 제습모듈(20), 흡착모듈(30), 및 촉매모듈(40)을 더 포함하고, 블로워(53)는 하우징(110) 후단에서 음압을 발생시키고, 제습모듈(20)은 블로워(53)와 하우징(110) 사이에 연결되고, 흡착모듈(30)은 제습모듈(20)과 블로워(53)의 사이에 연결되며 공기 중 오염물질을 흡착하는 흡착제를 포함하고, 촉매모듈(40)은 흡착모듈(30)과 블로워(53)의 사이에 연결되며 공기 중 오염물질을 촉매반응으로 제거할 수 있다. 즉 공기정화장치(1)는 기중에 섞인 다양한 오염물질을 복합적으로 처리하는 다수의 처리모듈을 포함하는 형태로 형성될 수 있다. 도 8의 확대도에 도시된 것처럼 하우징(110) 내부에는 전술한 필터셀유닛(10)이 배치되며 필터셀유닛(10)의 배출구(112)측은 차폐판(12)으로 막힌 구조로 형성되어 전술한 바와 같은 정화과정이 진행된다. 도 8의 확대도에 도시된 하우징(110)과 그 내부구조는 실질적으로 전술한 실시예의 도 2와 같은 방향으로 도시된 것으로 도면 상으로 명확하게 나타나지 않더라도 전술한 구성요소를 모두 포함하는 것으로 이해할 수 있다. 이러한 하우징(110) 후단에 블로워(53)를 배치하여 음압을 발생시킨다. 그에 따라 공기(A)는 하우징(110) 내 필터셀유닛(10)을 통과하여 배출구(112) 측으로 배출된다. 배출구(112) 측에는 다른 모듈과 연결하기 위한 호퍼(150)가 결합될 수 있으며 그 반대편(즉, 전술한 유입구 측)에는 연결부(160)를 경유하여 외부의 오염된 공기(A)를 유입하는 유입관(170)이 결합될 수 있다.

즉, 블로워(53)가 작동하면 유입관(170)으로부터 공기(A)가 유입되어 하우징(110)을 통과하면서 하우징(110)에 탑재된 전술한 구성요소들의 작용에 의해 우선적으로 정화 처리된다. 이로 인해 처리되는 오염물질은 이를 테면, 공기 중에 포함된 크고 작은 먼지입자를 포함할 수 있다. 제습모듈(20)은 블로워(53)와 하우징(110) 사이에 연결되고, 흡착모듈(30)은 제습모듈(20)과 블로워(53)의 사이에 연결되며, 촉매모듈(40)은 흡착모듈(30)과 블로워(53)의 사이에 연결되어, 도시된 바와 같이 하우징(110) 후단에 제습모듈(20), 흡착모듈(30) 및 촉매모듈(40)이 차례로 배치될 수 있다. 각각의 사이에는 풍량 등을 조절하기 위한 댐퍼(51)가 설치될 수 있으며 하우징(110)의 배출구(112)에서 제습모듈(20) 전단의 댐퍼(51) 측으로 연결되는 확장구간과, 촉매모듈(40) 후단의 댐퍼(51)에서 블로워(53)와 연결된 연결관(52)으로 연결되는 수축구간에는 각각 해당 구간에 알맞는 형태의 호퍼(150, 410)가 결합될 수 있다.

이러한 구성의 공기정화장치(1-1)를 이용함으로써 하우징(110) 후단으로 배출된 먼지 등이 제거된 공기의 수분을 다시 제습모듈(20)로 제거할 수 있다. 제습모듈(20)은 먼지에 영향을 받을 수 있으므로 전단에서 먼저 먼지를 제거하고 이후 제습모듈(20)로 수분을 제거할 수 있다. 이를 통해 후속하는 처리과정에서 수분이나 먼지 등이 영향을 주거나 각 모듈을 손상시키지 않게 할 수 있다. 제습모듈(20)을 통과한 공기는 다시 흡착모듈(30)을 통과하여 처리되며 흡착모듈(30)은 흡착제를 이용하여 오염물질을 흡착방식으로 처리할 수 있다. 이를 통해 처리되는 오염물질은 예를 들어, 질소산화물 등일 수 있다. 이와 같이 흡착모듈(30)을 통과하여 먼지, 수분, 및 질소산화물 등이 제거된 공기는 다시 촉매모듈(40)을 통과하며 재차 처리될 수 있다. 촉매모듈(40)은 촉매를 이용하여 촉매반응으로 오염물질을 제거할 수 있으며 이를 통해 처리되는 오염물질은 예를 들어, 일산화탄소일 수 있다. 촉매모듈(40)은 모듈 중 최후단에 배치하여 다른 오염물질로 인한 손상 등이 발생하지 않게 구성할 수 있다. 이와 같은 방식으로 기중에 함유된 먼지, 질소산화물, 일산화탄소 등의 오염물질과 수분 등을 한꺼번에 처리하고 정화시킬 수 있다. 이러한 공기정화장치(1-1)는 터널 등에서 유입된 다양한 오염물질을 함유한 오염도가 높은 공기 등을 처리하는 데에도 매우 적합할 수 있다.

공기정화장치(1)는 필요에 따라 재생부(21, 41)를 포함할 수도 있다. 재생부(21, 41)는 예를 들어, 제습모듈(20) 측과 촉매모듈(40) 측에 각각 연결된 열풍기 등으로 형성될 수 있다. 촉매모듈(40) 내부의 촉매는 열풍기의 고온을 이용하여 재생시킬 수 있고, 제습모듈(20) 내부의 제습제 등도 열풍기의 고온을 이용하여 건조하는 방식으로 재생시킬 수 있다. 이러한 공기정화장치(1)는 일 측에 설치된 제어반(54) 등을 조작하여 수동 또는 자동으로 동작시킬 수 있다. 최종적으로 촉매모듈(40)까지 통과한 깨끗이 정화된 공기는 연결관(52)을 따라서 블로워(53) 측으로 배출될 수 있다. 본 실시예에 따라 제습모듈(20), 흡착모듈(30), 촉매모듈(40) 등이 결합된 구조를 설명하였지만, 필요에 따라 다른 처리방식으로 동작하는 다른 형태의 처리모듈을 결합하는 것도 얼마든지 가능하므로 여러 가지 다양한 종류의 오염물질 처리에 대응할 수 있다. 이러한 방식으로 공기정화장치(1-1)를 구성하여 공기를 정화시키는 데 사용할 수 있다.

이하, 도 9를 참조하여 필터에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 9는 필터의 절곡비를 설명하기 위한 개념도이다. 이하 설명에서는 전술한 구성요소를 언급하더라도 필요한 경우 외에는 부호를 병기하지 않고 설명한다.

필터는 전술한 것처럼 절곡비와 주름 개수 등이 특정 범위 내에 있을 수 있다. 그와 같은 범위에서 필터성능이 보다 바람직한 것이 실험례로부터도 확인되었다. 필터는 이전 실시예에서 설명된 것처럼 복수 개의 주름이 형성된 절곡면을 갖는 주름필터로 형성되며, 절곡비는 다음과 같이 정의될 수 있다. 절곡비=주름의 높이/주름의 폭이며, 이는 전술한 주름필터의 일부를 도시한 도 9에서 보다 명확하게 확인된다. 주름(14b)은 같은 방향으로 접힌 하나와 다른 하나가 전술한 절곡면을 따라 나란히 배열될 수 있으며 같은 방향으로 접힌 주름(14b) 사이에는 반대방향으로 접힌 주름(14b)이 끼어있을 수 있다. 서로 반대방향으로 접힌 주름(14b)들 전체는 필터에 마루와 골을 순차적으로 형성할 수 있다. 본 명세서에서 필터의 주름 수는 서로 반대방향으로 접힌 주름 전체의 수를 의미하며, 이는 주름필터의 서로 반대방향으로 접힌 마루와 골의 수를 모두 합한 것과도 같을 수 있다. 또한 이는 실질적으로 필터가 몇 번 접혔는지를 나타내는 절곡 수(Pleat number/count)와도 동일할 수 있다.

주름의 폭은 같은 방향으로 접힌 서로 인접한 두 주름(14b)의 정점 사이의 수평간격일 수 있고 주름의 높이는 서로 반대방향으로 접힌 두 주름(14b)의 정점 사이의 수직간격일 수 있다. 이를 도면으로 좀더 명확히 표현하면, 도 9에 도시된 바와 같이 주름의 폭은 수평간격 W로, 주름의 높이는 수직간격 H로 측정할 수 있으며, H/W를 절곡비로 계산할 수 있다. 주름의 폭과 높이는 각각 mm 단위로 측정될 수 있으나 절곡비는 이를 분자와 분모로 취하여 나눈 수이므로 무차원의 수일 수 있다. 절곡비는 기하학적으로는 주름의 뾰족한 정도를 나타내는 것일 수 있으며 주름의 형상은 도 9에 도시된 바와 같이 폭과 높이를 각각 이등변삼각형의 밑변과 높이로 하는 삼각형 주름일 수 있다.

이와 같은 필터는 복수 개의 주름이 형성된 절곡면을 갖는 주름필터로 형성되되, 바람직하게는 주름의 높이를 폭으로 나눈 절곡비가 4.14~6.90의 범위 내에 있는 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 절곡비가 5.80인 것일 수 있다. 또한 필터는 상기 절곡비의 범위 내에서 주름의 개수가 바람직하게는 25개, 보다 바람직하게는 21개를 초과하지 않을 수 있다. 보다 구체적으로, 주름의 개수는 바람직하게는 15 내지 25개, 보다 바람직하게는 15 내지 21개의 범위 내에 있을 수 있다. 보다 더 바람직하게는 주름의 개수가 21개일 수 있다. 이러한 필터는 특히 우수한 성능을 나타내는 바, 이는 실험례로부터도 확인된다.

<실험례 1> 필터성능평가를 위한 실험

1)주름필터의 제조

주름필터를 제조하기 위해 다음과 같은 여재를 사용하였다. 폴리에틸렌테레프탈레이트(PTFE)재질의 지지체층과 대전된 폴리프로필렌(PP)재질의 멜트브로운(MB) 여과체층으로 구성된 필터여재{E12등급(EN1822 규격, 최소집진효율 갖는 먼지크기에서 집진효율 99.5% 이상을 갖는 필터 등급), E&H Co. Ltd.}를 사용하였다. 지지체층은 핫멜팅하여 사용하였으며 MB여과체층와 지지체층이 결합된 필터여재를 이용하여 다양한 절곡비를 가진 주름필터를 제작하였다. 제작시 주름 높이(H)는 29mm로 고정하고, 주름 폭(W)을 3.5~26.3mm로 변화시켜 각각 주름 수(Pleat count) 4, 6, 8, 10, 15, 21, 25, 30인 8종류의 주름필터를 표 1과 같이 준비하였다. 각 주름필터에 대해 주름 수(Pleat count)와, 계산된 절곡비(α)값을 표 1에 함께 나타내었다.

[표 1] 준비된 주름필터의 제원

2) 필터성능평가를 위한 실험장치의 구성

필터성능을 평가하기 위해 필터의 압력손실과 집진효율을 측정할 수 있는 장치를 구성하였다. 실험장치는 도 10에 보다 상세하게 나타내었다. 도 10은 필터성능을 측정하기 위한 실험장치의 구성을 예시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 실험장치는 에어 컴프레서 (①), 앱설루트 필터(②), 압력 조절기(③), 애토마이저(④), 디퓨전 드라이어(⑤), 열선풍속계(⑥), 소프트 엑스레이 뉴트럴라이저(⑦), 주사이동입자측정기(Scanning Mobility Particle Sizer Spectrometer; SMPS 3936) (⑧), 컴퓨터(⑨), 테스트용 필터(⑩), 차압계(⑪), 터보팬(⑫), 인버터(⑬)로 구성된다. 주름 수에 따라 여과면적이 다르므로 주름필터 별로 여과면적과 여과속도의 곱으로 실험유량을 결정하였으며, 유량은 팬(⑫)과 연결된 인버터(⑬)로 조절하였다. 인버터 단계(1~9단계)와 유량과의 상관관계는 덕트 내에서 열선풍속계(⑥)(Model testo 425, Testo SE & Co. KGaA)로 유속을 측정하여 얻었다.

테스트용 필터의 압력손실은 일정한 가스유량(1㎥/min) 또는 일정한 여과속도(0.052m/s)에서 필터의 종류별로 차압계(⑪)(Model testo 510, Testo SE & Co. KGaA)를 이용하여 측정하였다.

필터의 집진효율은 NaCl 시험먼지를 발생시켜 측정하였다. 1.0wt%의 NaCl용액을 내부압력이 25psi로 조절된 애토마이저(④)(Model 4810, HCT Co. Ltd.)로 분사하여 액적을 발생시킨 후, 디퓨전 드라이어(⑤)로 건조시켰다. 건조된 NaCl 시험먼지를 소프트 엑스레이 뉴트럴라이저(⑦)(Model XRC-05, HCT Co. Ltd.)에 통과시켜 평형 대전상태로 만들어 여과집진부로 유입시켰다. 그 후 필터(⑩) 전 후단에 시험먼지의 개수농도분포를 주사이동입자측정기(⑧)(SMPS Model 3936, TSI Co. Inc.) 를 이용하여 측정하였다. 시험먼지는 평균입경 105nm, 기하표준편차 1.9를 가지면서 유입개수농도는 45,000~60,000개/㎤의 값을 나타내었다. 이로부터 [수학식 1]을 이용하여 집진효율을 계산할 수 있었고, 다시 그로부터 [수학식 2]를 이용하여 필터성능지수를 계산할 수 있었다.

[수학식 1]

집진효율 = 100×(필터상류측개수농도-필터하류측개수농도)/필터상류측개수농도

[수학식 2]

필터성능지수 = -ln(1-집진효율)/압력손실

3)실험결과

3-1)일정 유량에서 주름 수에 따른 압력손실 변화

유량 1㎥/min인 조건에서 서로 다른 주름 수를 갖는 각 필터들의 압력손실 측정결과를 도 11에 나타내었다. 도 11은 일정 유량에서 필터의 압력손실 측정결과를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 x축은 주름수(Pleat number)를 나타내고, y축은 압력손실(Pressure drop, Δp(Pa))을 나타낸다. 일반적으로, 주름 수(Pleat number)가 많아질수록 여과면적이 증가하고 여과면적이 증가하면 필터를 통과하는 여과속도는 감소한다. 여재의 충진율이 동일할 때 여과속도와 압력손실은 비례관계에 있는 것으로 알려져 있으므로 결과적으로 주름 수가 증가할 때 압력손실은 낮아지는 경향을 나타낼 것으로 예측할 수 있다. 도 11의 결과는 부분적으로 그러한 경향을 나타내지만, 주름 수가 21을 초과한 이후에는 압력손실이 오히려 증가하는 것으로 확인되었다. 이는 주름 수가 많아져 절곡된 간격(즉, 전술한 주름 폭)이 과도하게 작아지는 경우 필터 여재에서 여과에 사용할 수 없는 공간인 dead space가 점차 증가하여 여과속도가 증가했기 때문인 것으로 볼 수 있다. 결국 유효여과면적의 감소로 인해 여과속도가 증가되어 압력손실 또한 커진 것으로 판단할 수 있다.

3-2)일정 유속에서 주름 수에 따른 압력손실 변화

3-1)의 실험결과를 고려하여, 여과속도 0.053m/s인 조건에서 서로 다른 주름 수를 갖는 각 필터들의 압력손실을 측정하였다. 측정결과는 도 12에 나타내었다. 도 12는 일정 여과속도에서 필터의 압력손실 측정결과를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 x축은 주름수(Pleat number)를 나타내고, y축은 압력손실(Pressure drop, Δp(Pa))을 나타낸다.

도 12에 나타난 바와 같이, 일반적으로 여과속도가 동일하면 압력손실 또한 비슷한 값으로 나타나는 것으로 알려진 경향을 부분적으로만 확인할 수 있다. 즉, 도 12에서도 주름 수 21개를 초과하는 시점부터 압력손실이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 앞에서도 설명한 것처럼 주름 수 증가에 따른 dead space의 증가에 의해 유효여과면적이 감소된 것에 기인한 것으로 볼 수 있다.

3-3) 먼지 크기별 필터성능지수 산정

한편, 먼지의 크기 별로 주름 수에 따른 압력손실과 집진효율을 측정 및 계산하고 이로부터 필터성능지수 값을 산출하였다. 먼지의 크기는 각각 30nm, 50nm, 100nm, 200nm의 입경을 갖도록 변화시켰으며, 이에 대해 각각 서로 다른 주름수(또는 절곡비)를 갖는 각 필터의 압력손실 값과 전술한 [수학식 1]을 이용한 집진효율의 값을 구하고 그로부터 전술한 [수학식 2]를 이용하여 필터성능지수를 구하였다. 그에 따른 결과를 도 13에 나타내었다. 도 13은 먼지 크기별 필터성능지수를 나타낸 그래프이다. 그래프에서 x축은 주름수(Pleat number)와 절곡비(α)를 나타내고, y축은 필터성능지수(Filter quality factor(Pa^-1))를 나타낸다. 도 13에서 확인되는 것처럼, 필터성능지수는 먼지 크기에 관계없이 필터 주름 수(또는 절곡비) 증가에 따라 증가하나 주름수 21(또는 절곡비 5.80)을 초과하는 시점에서 급격히 하락하며, 필터 주름수 15 내지 25(또는 절곡비 4.14 내지 6.90), 특히 필터 주름수 21(또는 절곡비 5.80)에서 필터성능지수가 높은 값을 나타냄을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 절곡비 4.14 내지 6.90(또는 주름수 15 내지 25), 특히 절곡비 5.80(또는 주름수 21)의 주름필터가 그와 인접한 절곡비(또는 주름수)를 갖는 주름필터에 비해 특히 필터성능지수가 높게 나타남을 알 수 있다. 필터성능지수는 압력손실 및 집진효율을 모두 고려하여 필터의 성능을 나타내는 지수이므로, 앞서 살펴 본 절곡비 내지 주름수를 갖는 주름필터는 압력손실 및 집진효율을 모두 고려할 때 보다 우수함을 알 수 있다.

따라서, 주름필터의 절곡비는 바람직하게는 4.14~6.90의 범위 내, 보다 바람직하게는 5.80임을 알 수 있다. 또한, 이와 같은 절곡비의 범위 내에서 바람직한 주름의 개수는 최대 25개(예, 15 내지 25개), 보다 바람직한 주름의 개수는 최대 21개(예, 15 내지 21개)임을 알 수 있다.

이상의 실험결과와 같이 우수한 성능을 갖는 필터를 본 발명의 공기정화장치에 적용함으로써 처리성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1, 1-1: 공기정화장치
10: 필터셀유닛 11: 흡입통로
12: 차폐판 12a: 중앙판
12b: 돌출판 13: 필터카트리지
13a: 유동로 13b: 입출구
14: 필터 14a: 절곡면
14b: 주름 101: 프레임
20: 제습모듈 21, 41: 재생부
30: 흡착모듈 40: 촉매모듈
51: 댐퍼 52: 연결관
53: 블로워 54: 제어반
102: 가이드판 110: 하우징
111: 유입구 112: 배출구
120: 유량조절판 120a: 가이드홀
120b: 핸들 130: 유체분배판
130a: 통공 140: 거치대
150, 410: 호퍼 160: 연결부
170: 유입관 A: 공기

Claims (7)

1. 유입구와 배출구가 서로 반대편에 마주보게 형성된 하우징;
   상기 하우징 내부에 설치된 거치대;
   상기 거치대에 지지되어 상기 하우징 내부에 배치되며,
   프레임을 다각기둥 형상으로 조형하여 형성한 흡입통로와,
   상기 흡입통로를 상하 좌우로 둘러싸며 상기 흡입통로의 길이방향으로 배치되고, 상기 흡입통로의 측면을 관통하는 유동로 및 상기 유입구를 향하는 말단에 개방된 입출구를 포함하여, 상기 입출구를 통해 내부에 필터가 슬라이딩 방식으로 결합되는 복수의 필터카트리지와,
   상기 유입구 반대편에서 상기 흡입통로를 차폐하는 차폐판을 포함하고,
   상기 흡입통로가 상기 유입구를 향해 개방된 복수의 필터셀유닛;
   상기 유입구에 배치되고 상기 필터셀유닛의 흡입통로와 연통되어 외부의 공기를 상기 흡입통로로 안내하는 가이드홀이 형성된 복수의 유량조절판; 및
   상기 유량조절판과 상기 필터셀유닛 사이에 배치되며, 복수 개의 통공을 포함하여 외부의 공기를 복수 개의 상기 통공으로 분배하며 상기 통공이 상기 흡입통로와 상기 가이드홀 사이에 개재되어 상기 흡입통로와 상기 가이드홀을 연통시키는 유체분배판을 포함하며,
   상기 유체분배판의 상기 통공은 상기 흡입통로 외측으로 상기 입출구만큼 더 개구되어 상기 입출구와도 연통되며,
   복수 개의 상기 유량조절판은 상기 가이드홀을 둘러싸는 면으로 상기 입출구를 차폐하되 핸들이 형성되고 착탈이 가능하여 상기 입출구를 개폐할 수 있고,
   상기 필터는,
   복수 개의 주름이 형성된 절곡면을 갖는 주름필터로 형성되며,
   상기 주름은 폭과 높이를 각각 이등변삼각형의 밑변과 높이로 하는 삼각형 주름이고, 상기 주름의 높이를 폭으로 나눈 절곡비가 4.14~6.90의 범위 내에 있어, 주름필터의 데드 스페이스(dead space)의 증가에 의한 유효여과면적 감소 문제의 해소가 가능한 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 차폐판은 상기 흡입통로와 대응되는 형상으로 형성되어 상기 흡입통로에 중첩되는 중앙판과, 상기 중앙판의 외측으로 확장되어 상기 필터카트리지에 접하는 적어도 하나의 돌출판을 포함하는 공기정화장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 필터는, 상기 절곡면을 포함하는 적어도 일부가 대전된 정전식 주름필터인 공기정화장치.
7. 제1항에 있어서,
   블로워, 제습모듈, 흡착모듈, 및 촉매모듈을 더 포함하고, 상기 블로워는 상기 하우징 후단에서 음압을 발생시키고, 상기 제습모듈은 상기 블로워와 상기 하우징 사이에 연결되고, 상기 흡착모듈은 상기 제습모듈과 상기 블로워의 사이에 연결되며 공기 중 오염물질을 흡착하는 흡착제를 포함하고, 상기 촉매모듈은 상기 흡착모듈과 상기 블로워의 사이에 연결되며 공기 중 오염물질을 촉매반응으로 제거하는 공기정화장치.

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