KR102432767B1 - 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 PM(Particulate Matter)2.5 이하의 초미세먼지 등을 차단할 수 있는 멤브레인 필터를 채용하면서, 환기량을 증가시킨 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 공기정화 시스템은 실내와 실외를 관통하는 부분에 설치되며 내부에 공간을 갖는 통 형상의 프레임; 상기 프레임의 실외 측에 장착되어 외부로부터 유입되는 공기를 정화하는 필터모듈; 및 상기 프레임의 실내 측에 설치되어 외부 공기를 강제 흡인하는 송풍기;를 포함하며, 상기 송풍기는 원심형 송풍기인 것을 특징으로 한다.

Description

미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템{Air Cleaning System Capable of Filtering Fine Particles}

본 발명은 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템에 관한 것으로, 특히 PM(Particulate Matter)2.5 이하의 초미세먼지 등을 차단할 수 있는 멤브레인 필터를 채용하면서, 환기량을 증가시킨 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 방충망은 파리나 모기, 나방과 같은 벌레나 해충이 실내로 들어오지 못하도록 창문이나 출입문 등에 설치하는 그물을 말한다.

이러한 방충망은 나일론과 같은 합성수지, 글래스 화이버(유리섬유), 금속 등과 같은 다양한 재질로 제조된다.

통상적인 방충망은 가로와 세로 방향으로 와이어가 일정간격으로 배열되어 일정 크기의 격자가 형성된 메쉬망으로 형성되며, 메쉬망에 형성된 통공은 벌레나 해충이 통과하지 못할 정도의 크기를 갖는다.

그러나 종래의 기술에 따른 방충망은 통공의 크기보다 작은 크기의 황사 먼지나 꽃가루, 미세 먼지 등을 차단하는 데에는 부적합하다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 황사 먼지와 같은 미세 오염물질을 차단할 수 있는 환경 방충망이 제안되고 있다.

일례로, 금속망체, 글래스 망체 또는 직물망체에 광촉매 및 발수제가 코팅 또는 함침된 형태가 있다. 그러나, 이와 같은 환경 방충망은 해충의 침입차단에는 효과를 발휘할 수 있으나 여전히 PM2.5 이하의 초미세먼지를 제거하는 데는 한계가 있다.

한편, 실내환기를 위해 창문을 개방할 경우, 먼지나 빗방울 등이 실내로 유입되는 것을 차단할 수 없어 창문을 개방하지 못하고 있다. 이러한 점을 해결하고자 시스템 창호가 개발되었다.

일반적으로 시스템 창호는 외부의 빛을 실내로 유입시키는 역할과 실내 공기를 적절히 환기시키는 역할을 수행하며, 닫힘 상태에서는 실내와 실외의 열 흐름을 차단시켜서 실내의 냉, 난방 효과를 유지하는 역할을 수행한다.

이러한 시스템 창호에서 실내를 환기시키고자 할 때는 창문을 열어서 자연 환기시키거나 또는, 별도의 강제환기장치에 의해 강제환기시키는 방법을 취하고 있는데, 일반 가정에서는 주로 전자의 방법이 이용되고 있다.

그러나, 창문을 열어 실내를 환기시키는 방법은 실외공기에 포함된 먼지나 각종 해충, 꽃가루 등의 오염물이 유입되는 문제점이 있으며, 비가 오거나 안개가 낀 날에는 창문을 개방하지 못해 바람직하지 않다. 이에 따라, 종래에는 창짝프레임의 일부분에 개폐가 가능한 환기장치를 설치하여 환기 및 단열이 가능하도록 하고 있다.

또한, 환기장치를 사용하지 않고 공기청정기 등을 사용하는 경우, 외부로부터의 신선한 공기가 유입되는 것을 배제한 것이고, 충분한 환기가 이루어지지 못하는 문제가 있다.

일반적인 시스템 창호에 구비된 환기장치 또는 필터(또는 방충망)는 입자가 큰 미세먼지, 화분, 곤충 등을 차단하는 것은 가능하나, PM2.5 이하의 초미세먼지, 병원균, 냄새 등을 차단하지 못하였다.

한국 공개특허공보 제10-2015-0108537호(특허문헌 1)에는 항균 기능이 구비된 나노섬유 웹을 적용하여 저렴하고 간단하게 PM2.5 이하의 초미세먼지를 차단하는 것이 가능한 자연 환기형 멤브레인이 제안되었으나, 기공 크기가 감소함에 따라 자연 환기방식으로는 외부 공기가 실내로 유입되는 공기의 환기량이 적어서 환기의 실효성이 떨어지는 문제가 있다.

한국 등록특허공보 제10-851436호(특허문헌 2)에는 내부에 실내창과 실외창이 장착되는 프레임과, 프레임의 상하 또는 좌우면에 서로 대향되도록 설치되는 흡배기장치와, 흡배기장치와 프레임 사이에 각각 설치되는 송풍장치를 포함하는 다기능 창호 시스템이 개시되어 있다.

특허문헌 2의 흡배기장치에는 동력에 의해 흡배기공의 유로를 개폐하는 개폐수단을 구비하고 있으나, 좁은 유로 상에 설치된 필터를 통과하면서 외부 공기의 실내 유입 유로를 설정하는 개폐수단을 제어하도록 다수의 모터를 설치해야 하며, 좁은 유로상에 필터를 설치함에 따라 충분한 크기의 필터를 사용하지 못하는 문제가 있다. 그 결과, 충분한 양의 신선한 공기를 실내로 공급하기 위해서는 작은 면적의 필터를 사용하는 데 따른 송풍팬 모터의 가동시간이 길어지고 가동주기가 짧아져서 유지비용이 증가하는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 특허문헌 2에서는 필터의 가동에 따라 흡착되는 먼지나 이물질을 자동으로 청소할 수 없어 수동으로 작업하여야 하는 문제가 있다.

한편, 공기정화 시스템에서 멤브레인 필터와 블로워 팬을 사용하여 강제환기를 실시하는 경우 소음발생을 억제하며 모터의 부가가 발생되는 것을 막고 가능한 많은 공기량을 확보하는 것이 요구된다.

: 한국 공개특허공보 제10-2015-0108537호 : 한국 등록특허공보 제10-851436호

본 발명자는 흡입구와 토출구 사이의 압력비가 높은 축류형 블로워 팬을 사용하는 경우 송풍기의 구동에 따라 멤브레인 필터에 차압이 발생할 때 팬의 구동속도를 높이면 소음이 증가하고 모터의 부하가 증가하고 전력 소모량이 증가하는 문제가 있는 점을 인식하였다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 PM(Particulate Matter)2.5 이하의 초미세먼지, 병원균, 냄새 등을 차단하기 위해 나노섬유 웹을 이용한 멤브레인 필터를 채용하면서, 대면적의 멤브레인 필터와 강제환기 구조를 적용하여 환기량을 증가시킨 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 송풍기의 구동에 따라 멤브레인에 큰 차압이 발생하지 않으면서 소음과 사용전력을 낮추도록 낮은 속도, 낮은 압력, 높은 공기량을 만족하는 원심형 송풍기를 채용하여 팬의 구동속도를 낮추면서도 흡입량을 증가시킬 수 있는 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 선광후협 구조의 흡입관로를 채용함에 따라 유속의 흐름을 증가시켜서 공기 흡입량을 증가시킬 수 있는 공기정화 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 멤브레인 필터에 걸리는 공기압 또는 부압을 측정하여 필터를 능동적 또는 주기적으로 교체하도록 사용자에게 알려주는 기능을 갖는 공기정화 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 공기정화 시스템은 실내와 실외를 관통하는 부분에 설치되며 내부에 공간을 갖는 통 형상의 프레임; 상기 프레임의 실외 측에 장착되어 외부로부터 유입되는 공기를 정화하는 필터모듈; 및 상기 프레임의 실내 측에 설치되어 외부 공기를 강제 흡인하는 송풍기;를 포함하며, 상기 송풍기는 원심형 송풍기인 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 PM 2.5 이하의 초미세먼지, 병원균, 냄새 등을 차단하기 위해 나노섬유 웹을 이용한 멤브레인 필터를 채용하면서, 대면적의 멤브레인 필터와 강제환기 구조를 적용하여 환기량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 적은 유지비용으로 실내의 공기를 청정한 상태로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 본 발명의 다른 목적은 송풍기의 구동에 따라 멤브레인에 큰 차압이 발생하지 않으면서 소음과 사용전력을 낮추도록 낮은 속도, 낮은 압력, 높은 공기량을 만족하는 원심형 송풍기, 예를 들어, 시로코 팬(sirocco fan) 구조를 갖는 다익형 송풍기를 채용하여 팬의 구동속도를 낮추면서도 흡입량을 증가시킬 수 있다.

본 발명에서는 선광후협 구조의 흡입관로를 채용함에 따라 유속의 흐름을 증가시켜서 공기 흡입량을 증가시킬 수 있다.

더욱이, 본 발명에서는 멤브레인 필터에 걸리는 공기압을 측정하여 필터 세정과 교체 주기를 사용자에게 알려주며, 실내의 공기 오염도를 측정하여 외부 공기를 실내로 환기시키는 강제환기 시간과 주기를 능동적으로 자동 제어할 수 있는 스마트 기능을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템을 나타내는 개략 사시도,
도 2a는 도 1에 도시된 공기정화 시스템의 수평방향 단면도,
도 2b 및 도 2c는 도 1에 도시된 공기정화 시스템에 적용 가능한 시로코 팬의 일예를 나타낸 사진,
도 2d는 도 1에 도시된 공기정화 시스템에 사용되는 T자 덕트를 나타낸 사진,
도 3a 및 도 3b는 벽이나 창문에 적용 가능한 본 발명의 제2실시예에 따른 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템을 나타내는 사시도 및 길이방향 단면도,
도 4a 및 도 4b는 벽이나 창문에 적용 가능한 본 발명의 제3실시예에 따른 환풍기형 공기정화 시스템을 나타내는 사시도 및 길이방향 단면도,
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 공기정화 시스템을 나타내는 길이방향 개략 단면도,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 제5실시예에 따른 스탠드 얼론형(stand-alone type) 공기정화 시스템을 나타내는 길이방향 사시도 및 길이방향 개략 단면도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 필터부재를 이용한 필터모듈의 단면 구조를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 필터부재에 사용되는 다공성 나노섬유 웹의 확대도이다.
도 9는 도 7의 필터부재에 사용되는 다공성 나노섬유 웹의 확대도이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 필터부재의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 필터부재의 단면도이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 더욱 명확해질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

먼저, 본 발명의 제1실시예에 따른 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템은 도 1 내지 도 2d에 도시된 바와 같이 좌우 대칭 구조를 가지며, 외부 하우징(11), 내부 하우징(12), 멤브레인 필터(20) 및 원심형 송풍기(30)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 공기정화 시스템(1)은 외부 하우징(11) 내부에 밀폐형 챔버를 구성하는 내부 하우징(12)이 배치되어 있으며, 외기와 접하는 입구에는 대면적의 멤브레인 필터(20)가 배치되어 있다.

외부 하우징(11)과 내부 하우징(12) 사이의 공간(13)에는 원심형 송풍기(30)가 배치되며, 외부 하우징(11)의 실내 부분에 위치한 양측에는 각각 배출구(11a,11b)가 배치될 수 있다.

상기 멤브레인 필터(20)는 PM2.5 이하의 초미세먼지 차단이 가능한 미세 기공(112b)을 가진다.

이 경우, 실내로 유입되는 외부의 신선한 공기에 대한 환기량을 증가시키기 위해서 강제환기 구조를 채용하고 있으며, 이를 위해 원심형 송풍기(30)가 밀폐형 챔버를 구성하는 내부 하우징(12)의 후단부에 연결되어 있다.

원심형 송풍기(30)는 다익형으로, 예를 들어, 시로코 팬(sirocco fan)을 사용할 수 있다. 원심형 송풍기(30)는 낮은 회전속도, 낮은 압력, 높은 공기량을 만족하는 다익형 송풍기로서, 송풍기의 구동에 따라 멤브레인 필터(20)에 큰 차압이 발생하지 않으며 팬의 구동속도를 낮추면서도 공기 흡입량을 증가시킬 수 있고, 소음과 사용전력을 낮추는 것이 가능하다.

원심형 송풍기(30)의 흡입구(31)는 내부 하우징(12)의 후단부에 연결되고, 원심형 송풍기(30)의 배출구(32,33)는 양측면에 배치되어 있다.

원심형 송풍기(30)는 예를 들어, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같은 시로코 팬(sirocco fan)을 사용할 수 있고, 필요에 따라 1개 또는 2개의 배출구를 채택할 수 있다. 2개의 배출구를 채택하는 경우 도 2d에 도시된 T자형 덕트를 이용할 수 있다.

시로코 팬(sirocco fan) 구조의 원심형 송풍기(30)는 임펠러가 로터의 회전축에 연결되어 있어, 축방향으로 유입되는 공기를 반경방향으로 토출한다. 또한, 상기 임펠러의 외측에는 임펠러에 의해 반경방향으로 토출되는 공기를 모아서 일측으로 공기 흐름을 가이드하는 달팽이관 구조의 가이드가 형성되어 있다.

또한, 본 발명에서는 용량에 따라 송풍기로서 후곡형(backward type)의 터보 팬을 적용할 수 있다.

본 발명의 공기정화 시스템은 외부 공기가 실외에 위치된 외부 하우징(11)에 배치된 멤브레인 필터(20)를 거치면서 미세먼지 등이 걸러지고, 원심형 송풍기(30)의 배출구(32,33)를 통하여 실내로 배출된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 공기정화 시스템은 PM(Particulate Matter)2.5 이하의 초미세먼지, 병원균, 냄새 등을 차단하기 위해 나노섬유 웹을 이용한 멤브레인 필터(20)를 채용하면서, 대면적의 멤브레인 필터(20)와 원심형 송풍기(30)를 조합하여 강제환기 구조를 적용하여 환기량을 증가시킴에 의해 초미세먼지 제거가 가능하다.

본 발명에 적용되는 외기에 포함된 미세먼지를 차단할 수 있는 멤브레인 필터(Membrane Filter)(20)는 도 7 내지 도 11에 도시된 바와 같이 미세 기공을 갖는 나노섬유 웹의 형태로 제공될 수 있다. 이 경우, 필요에 따라 메쉬망 형태의 방충망이 멤브레인 필터(Membrane Filter)(20)에 결합될 수 있다. 상기 방충망은 메쉬, 망, 필라멘트, 그리드, 기타 형태로 구성될 수 있다.

상기 멤브레인 필터(20)는 하우징에 조립되도록 하우징의 형상에 대응하는 형상으로 이루어지며, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 기공을 갖는 필터부재(22)와, 필터부재(22)의 가장자리에 장착되어 필터부재(22)를 지지하는 필터 프레임(21)를 포함한다.

제1실시예에 따른 필터부재(22)는 도 8에 도시된 다공성 나노섬유 웹(23)을 공기와의 접촉면적을 넓게 하여 공기 정화성능을 향상시키도록 주름진 형태로 절곡 형성되며, 필터 프레임(21)은 필터부재(22)의 가장자리를 둘러싸면서 필터부재(22)를 지지한다.

또한, 필터부재(22)가 주름진 형태를 가지지 않고 평판 형태일 경우 필터 프레임는 필터부재(22)의 외주부를 몰딩하는 단일 부재로 이루어질 수 있다.

필터부재(22)에 사용되는 다공성 나노섬유 웹(Nanofiber Web)(23)은 전기 방사 가능한 고분자 물질과 용매를 일정 비율로 혼합하여 방사용액을 만들고, 이 방사용액을 예를 들어, 전기방사방법에 의해 방사하여 방사되는 다수의 나노섬유(24)를 콜렉터 또는 트랜스퍼 시트에 축적하여 3차원 네트워크를 형성하는 나노섬유(24) 사이에 미세 기공(25)을 갖도록 형성된다(도 8 참조).

이하에 도 8 내지 도 11을 참고하여 본 발명에 따른 멤브레인 필터(20)에 사용되는 필터부재(22)에 대하여 설명한다.

제1실시예에 따른 필터부재(22)에 사용되는 다공성 나노섬유 웹(23)은 전기 방사 가능한 고분자 물질과 용매를 일정 비율로 혼합하여 방사용액을 만들고, 이 방사용액을 예를 들어, 전기방사방법에 의해 방사하여 방사되는 다수의 나노섬유(24)를 콜렉터 또는 트랜스퍼 시트에 축적하여 3차원 네트워크를 형성하는 나노섬유(24) 사이에 미세 기공(25)을 갖도록 형성된다(도 10 참조).

상기 미세 기공(25)은 3차원 네트워크를 형성하는 나노섬유(24) 사이에 형성되는 것이므로 상호 연결된 3차원 구조를 갖는다. 그 결과, 다공성 나노섬유 웹(23)은 빗물을 차단하는 방수성을 갖게 되며, 기공 크기에 따라 PM(Particulate Matter)2.5 이하의 초미세먼지, 병원균, 냄새 입자 등을 차단하는 것이 가능하게 된다.

상기 고분자 물질은 전기 방사가 가능한 것으로 예를 들면, 합성 및 천연 고분자가 사용될 수 있으며, 이러한 고분자들을 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

고분자 물질 중에서 본 발명의 필터재료로 특히 바람직한 것은 폴리아크릴로 나이트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF), 폴리에스테르 설폰(PES), 폴리스티렌(PS), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리우레탄(PU), 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 단독으로 사용하거나, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF)와 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 혼합하거나, PVdF와 PES, PVdF와 열가소성 폴리우레탄(TPU: Thermoplastic Polyurethane), PVC, PC 등을 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 고분자 물질로는 나노섬유 웹이 방수성을 갖도록 소수성 성질을 갖는 것이 더욱 바람직하다. 대표적인 소수성 성질을 갖는 고분자 물질로는 PVDF, PVC, PC, PU, PMMA, PS, Nylon 중 하나 또는 2종 이상이 혼합된 것을 사용할 수 있다.

더욱이, 상기 나노섬유 웹은 항균성을 부여하도록 은나노 물질 또는 천연물을 담지할 수 있다.

본 발명에서는 상기 전기방사는 일반적인 전기방사(electrospinning), 에어 전기방사(AES: Air-Electrospinning), 전기분사(electrospray), 전기분사방사(electrobrown spinning), 원심전기방사(centrifugal electrospinning), 플래쉬 전기방사(flash-electrospinning), 펄스전기방사 및 버블전기방사 등의 방법을 적용할 수 있으며, 방사 방법으로는 노즐이 장착된 상향타입, 하향타입 및 노즐이 없이 방사 가능한 Nozzleless 타입이 사용 가능하며, 이들 공정들 중에서 적절히 채택하여 사용할 수 있다.

다공성 나노섬유 웹(23)은 전기 방사방법으로 제조되므로 고분자 물질의 방사량에 따라 두께가 결정된다. 따라서, 다공성 나노섬유 웹(23)의 두께를 원하는 두께로 만들기가 쉬운 장점이 있다.

따라서, 다공성 나노섬유 웹(23)의 두께에 따라 기공수 및 기공의 평균 사이즈가 결정되므로 공기정화장치로 사용되는 환풍기에서 나노 사이즈의 미세 먼지를 필터링하기 적합한 기공 평균 사이즈를 제어할 수 있다.

또한, 나노섬유 웹(23)의 평균 기공크기는 0.2~10.0㎛, 섬유 직경은 0.05~3㎛로 설정되며, 가능한 한 공기저항을 최소화할 수 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하며, 통기량 확보측면에서는 3㎛까지 가능하다.

나노섬유 웹을 구성하는 섬유의 평균 직경은 웹의 기공도 및 기공크기 분포에 매우 큰 영향을 미친다. 섬유 직경이 작을수록 기공 크기가 작아지며, 기공 크기 분포도 작아진다.

본 발명에서는 나노섬유 웹의 평균 기공크기가 0.2~10.0㎛인 것을 예시하고 있으나, 비, 곤충, 미세먼지, 화분, 악취, 병원균 및 박테리아 중에서 차단하고자 하는 물질의 크기와 통풍량을 고려하여 나노섬유 웹의 평균 기공크기를 적절하게 조절할 수 있다.

본 발명에서는 PM(Particulate Matter)2.5의 초미세먼지는 물론 PM10의 미세먼지를 필터링할 수 있도록 나노섬유의 직경과 평균 기공크기를 제어할 수 있다.

전기방사에 의해 제조되는 나노섬유는 통상 1㎛ 미만이나 3㎛까지 제작이 가능하다.

본 실시예에 따른 멤브레인 필터(20)은 외부로 노출된 상태로 설치되기 때문에 기본적으로 다공성 나노섬유 웹(23)은 빗물이 통과할 수 없는 기공 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 다공성 나노섬유 웹(23)의 표면에는 발수 코팅층을 형성하여 빗물이 다공성 나노섬유 웹(23)의 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있다.

다공성 나노섬유 웹(23)은 외부로 노출된 상태이기 때문에 다공성 나노섬유 웹(23) 표면에 스크래치 등이 발생되는 것을 방지하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이, 강도 보강층(26)이 적층될 수 있다.

강도 보강층(26)은 안료, 바인더 및 용매를 일정 비율로 혼합되고 다공성 나노섬유 웹(23)의 표면에 도포된다. 강도 보강층(26)에 사용되는 안료는 검정 또는 컬러 색상의 안료를 사용하게 되는데, 안료의 사용량, 종류에 따라 다양한 색상, 톤을 구현할 수 있다.

강도 보강층(26)의 도포 방법은 그라비아 인쇄, 코팅 등을 사용할 수 있고, 다공성 나노섬유 웹(23)을 만드는 방법과 마찬가지로 전기 방사에 의해 만드는 것도 가능하다.

이러한 강도 보강층(26)에는 다공성 나노섬유 웹(23)의 강도를 강화시키는 바인더가 포함되어 다공성 나노섬유 웹(23)의 표면 강도를 강화시켜 내스크래치성을 갖게 된다.

즉, 다공성 나노섬유 웹(23)은 전기 방사방법에 의해 제조되어 나노섬유(24)가 축적된 형태이므로 나노섬유 사이에 미세 기공(25)이 형성되고, 강도 보강층(26)이 나노섬유(24)가 서로 만나는 지점에 도포되어 다공성 나노섬유 웹(23)의 강도를 강화시키게 된다. 따라서, 외부의 충격이나 소리의 압력에 다공성 나노섬유 웹(23)이 변형되는 것을 최소화할 수 있게 된다.

제2실시예에 따른 필터부재(22a)는 도 10에 도시된 바와 같이, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재(27)와, 다공성 기재(27)에 적층되고 전기 방사방법에 의해 형성되는 다수의 기공을 갖는 다공성 나노섬유 웹(nano web)(23)을 포함한다.

제2실시예에 따른 필터부재(22a)에 사용되는 다공성 나노섬유 웹(23)은 일 실시예에서 설명한 다공성 나노섬유 웹(23)과 동일하다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 다공성 기재(27)는 상기 나노섬유 웹(23)을 통과한 외기가 통과할 수 있도록 다공성의 기재일 수 있으며, 비제한적인 예로서 상기 다공성 기재는 공지의 직물, 편물 또는 부직포 중 어느 하나일 수 있다.

다공성 기재(27)로 사용되는 부직포는 써멀본드 부직포, 스펀본드 부직포, 케미칼본드 부직포, 에어레이드 부직포 및 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

또한, 상기 다공성 기재(27)는 나노섬유 웹을 지지하는 강도 보강층으로 나노섬유의 물리적 특성을 보완하고, 취급성을 향상시킬 수 있는 소재로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

상기 다공성 기재(27)는 예를 들어, 소수성 고분자 물질인 PET, PE, PP, PVC 등으로 구성된 부직포나 직포를 사용할 수 있으며, 상기 나노섬유 웹(23)에 적층되는 경우, 동일소재로 구성되거나 이종소재로 구성할 수 있다.

상기 필터부재(22a)는 빗물이 내부로 침투하는 것을 차단하도록 실외측에 배치되는 막이 소수성 소재로 이루어진 막으로 구성되는 것이 바람직하다.

다공성 기재(27)와 다공성 나노섬유 웹(23)은 열에 의해 융착될 수 있고, 다공성 기재(27)의 가장자리에 양면 접착 테이프를 형성하여 상호 접착될 수 있다.

이때, 다공성 나노섬유 웹(23)의 두께는 1~5㎛이고, 공기투과도는 10~20 CFM일 수 있다.

다공성 기재(27)와 다공성 나노섬유 웹(23)이 적층된 경우 다공성 기재의 두께에 따라 전체 두께가 달라질 수 있다.

제3실시예에 따른 필터부재(22b)는 도 11에 도시된 바와 같이, 다수의 기공을 갖는 다공성 기재(27)와, 다공성 기재(27)의 일면에 적층되고 전기 방사방법에 의해 형성되는 다수의 기공을 갖는 제1다공성 나노섬유 웹(23a)과, 다공성 기재의 타면에 적층되고 전기 방사방법에 의해 형성되는 제2다공성 나노섬유 웹(23b)을 포함한다.

제3실시예에 따른 필터부재(22b)는 다공성 기재(27)의 양면에 각각 다공성 나노섬유 웹(23a,23b)이 적층되어 공기투과도는 저하되지만 필터링 성능을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 제3실시예에 따른 필터부재(22b)의 공기투과도는 7~20 CFM이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 멤브레인 필터(20)에 사용 가능한 필터부재는 제1 내지 제3 실시예에 따른 단층 또는 다층 구조의 다공성 필터부재(Membrane Filter)를 사용할 수 있다.

이 경우, 다공성 나노섬유 웹(23,23a,23b)은 고가일 뿐 아니라 강도가 약하므로, 필터부재는 다공성 기재(27)의 일면 또는 양면에 박막의 다공성 나노섬유 웹(23a,23b)가 합지된 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 예를 들어, 부직포로 이루어지는 다공성 기재(27)는 다공성 지지체로서 역할과 함께 저렴한 비용으로 필터부재를 구현할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 다층 구조의 필터부재(22a,22b)는 나노섬유 웹(23)을 형성한 후, 열압착 또는 라미네이팅 방법에 의해 다공성 기재(27)의 일측면 또는 양측면에 나노섬유 웹(23)과 복합화하여 형성한다.

또한, 본 발명에 따른 환풍기는 벌레나 해충이 통과하는 것을 방지하도록 건물의 외측에 메쉬망 형태의 방충망을 별도로 구비할 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 스마트 환풍기(100)는 멤브레인 필터(20)의 필터부재(22)에 메쉬망 형태의 방충망이 부착되어 단일체로 구성될 수 있다.

이 경우, 상기 방충망은 메쉬, 망, 필라멘트, 그리드, 기타 형태로 구성될 수 있다.

상기 메쉬, 망 또는 필라멘트 형태의 방충망은 예를 들어, 은사 또는 금속사를 사용하여 나노섬유 웹(23)의 제조시에 내부에 매입하여 설치하거나 또는 외부에 설치함에 따라 항균 또는 멸균 기능을 부여할 수 있다.

이때, 상기 나노섬유 웹(23)은 미세먼지를 차단할 수 있도록 상기 미세 기공(25)이 상기 방충망의 통공보다 상대적으로 작은 사이즈를 갖도록 형성될 수 있다. 일례로, 상기 나노섬유 웹의 미세 기공은 평균 공경이 10㎛일 수 있다. 그러나, 상기 미세 기공의 평균 공경을 이에 한정하는 것은 아니며, PM2.5 이하의 초미세먼지를 차단할 수 있도록 기공 사이즈가 2.5㎛이하일 수 있다. 더불어, 상기 나노섬유 웹에 형성되는 미세 기공의 사이즈는 차단이 필요한 미세먼지의 사이즈에 맞게 적절하게 변경될 수 있다.

또한, 상기 필터부재(22a,22b)는 다공성 나노섬유 웹(23)과 다공성 기재(27)가 모두 소수성 고분자로 구성되어 있기 때문에 외부로부터 비나 습기가 내부로 침투하는 것을 차단할 수 있게 된다. 더욱이, 나노섬유 웹(23)은 직경 3㎛ 미만의 나노섬유(24)에 의해 집적되어 3차원 미세 기공(25)을 가지며, 평균 기공크기는 0.2~10.0㎛이므로 공기저항을 최소화하면서도 물 분자가 기공을 통하여 내부로 침투하는 것을 차단하는 방수 기능을 가진다. 또한, 섬유의 직경이 작을수록 섬유의 비표면적이 증대되므로 방수성능도 증가하게 된다.

더욱이, 필터부재(22a,22b)로 사용되는 나노섬유 웹과 다공성 기재의 적층체로 이루어지는 필터는 먼지가 달라붙는 것을 방해하도록 발수 및 발유 처리 공정을 거칠 수 있다. 즉, 멤브레인 필터에 예를 들어, 불소계 발수제 용액을 전사방법으로 코팅한 후 100~120℃에서 에이징 처리함에 의해 섬유의 표면에 발수 코팅층을 형성할 수 있다. 그 결과, 빗물이 다공성 나노섬유 웹(23)의 내부로 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 필터에 먼지가 달라붙는 것이 방해되고 빗물에 의해 세정이 이루어질 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 미세먼지 제거가 가능한 공기정화 시스템은 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이 원통형 구조를 가지며, 필터 하우징(40), 멤브레인 필터(20) 및 원심형 송풍기(30)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 공기정화 시스템(2)은 필터 하우징(40)의 선단부 외부에 외기 흡입구(41)가 배치되고, 후단부에 멤브레인 필터(20)가 내장되며, 멤브레인 필터(20)의 후단부의 내부 하우징에는 외부 공기를 강제 흡인하는 원심형 송풍기(30)가 연결되어 있다.

필터 하우징(40)과 원심형 송풍기(30) 사이에는 원심형 송풍기(30)의 흡입구(31)는 유로를 좁게 하기 위해 멤브레인 필터(20)로부터 선광후협의 구조(42)를 갖도록 형성되어 있으며, 밀폐구조를 갖는다. 상기 내부 하우징과 필터 하우징을 포함하는 상기 공기정화 시스템은 전체적으로 원통 형상의 구조를 가지며, 상기 내부 하우징의 원통 직경이 상기 필터 하우징의 원통 직경보다 더 크게 형성된다.

이에 따라 본 발명에 따른 공기정화 시스템(2)은 실외에 배치된 필터 하우징(40)의 외기 흡입구(41)로부터 유입된 외부 공기는 멤브레인 필터(20)를 거치면서 미세먼지 등이 걸러지고, 원심형 송풍기(30)의 배출구(33)를 통하여 실내로 배출된다.

본 발명의 제3실시예에 따른 환풍기형 공기정화 시스템은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 단면이 사각형 구조를 가지며, 필터 하우징(50), 멤브레인 필터(20) 및 원심형 송풍기(30)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 공기정화 시스템(3)은 필터 하우징(50)의 선단부에 멤브레인 필터(20)가 내장되며, 후단부에 원심형 송풍기(30)가 연결되어 있다.

필터 하우징(50)과 원심형 송풍기(30) 사이에는 원심형 송풍기(30)의 흡입구(31)가 배치되며 밀폐구조를 갖는다.

이에 따라 본 발명에 따른 공기정화 시스템(3)은 외부 공기가 필터 하우징(50)의 흡입구에 위치한 멤브레인 필터(20)를 거치면서 미세먼지 등이 걸러지고, 원심형 송풍기(30)의 배출구(33)를 통하여 실내로 배출된다.

본 발명의 제4실시예에 따른 공기정화 시스템은 도 5에 도시된 바와 같이 멤브레인 필터(20), 필터 하우징(51), 연결부(52) 및 원심형 송풍기(30)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 공기정화 시스템(4)은 필터 하우징(51)이 선광후협의 구조를 가지며 후단부가 연결부(52)를 통해 원심형 송풍기(30)의 흡입구(31)에 연결되어 있다.

멤브레인 필터(20)는 선광후협 구조를 가지는 필터 하우징(51)의 선단부에 배치되어 있다. 멤브레인 필터(20)와 원심형 송풍기(30)의 흡입구(31) 사이에는 외부가 밀폐구조를 갖는다.

이에 따라 본 발명에 따른 공기정화 시스템(4)은 외부 공기가 필터 하우징(51)의 흡입구에 위치한 멤브레인 필터(20)를 거치면서 미세먼지 등이 걸러지고, 선광후협 구조를 가지는 필터 하우징(51)을 거치면서 유속이 증가하여 공기 흡입량을 증가시킬 수 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 스탠드 얼론형 공기정화 시스템은 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 필터 하우징(51), 연결부(52), 송풍기 하우징(53), 멤브레인 필터(20) 및 원심형 송풍기(30)가 직사각통 형상의 외부 하우징(50)에 내장되어 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 공기정화 시스템은 외부 하우징(50)이 스탠드 얼론형으로 창문의 일부에 내장되어 사용될 수 있는 구조이다.

또한, 본 발명에 따른 공기정화 시스템(5)은 수직방향으로 배치된 필터 하우징(51)이 통형상으로 이루어지고, 입구 전면에 멤브레인 필터(20)가 배치되며, 하단부에 좁은 입구 구조를 가지도록 필터 하우징(51)보다 좁은 통로를 가지는 연결부(52)가 수직으로 배치되어 있다.

연결부(52)의 하부에는 연결부(52)와 연통되며 내부에 원심형 송풍기(30)가 내장되는 송풍기 하우징(53)이 연결되어 있다.

송풍기 하우징(53)의 흡입구(31)는 송풍기 하우징(53)의 측면방향에 배치되며, 배출구(33)는 외부 하우징(50)의 측면 배출구에 연결되어 있다.

필터 하우징(51), 연결부(52) 및 송풍기 하우징(53)은 상호 연통하는 밀폐구조를 갖는다.

이에 따라 본 발명에 따른 공기정화 시스템(5)은 외부 공기가 필터 하우징(51)의 흡입구에 위치한 멤브레인 필터(20)를 거치면서 미세먼지 등이 걸러지고, 좁은 입구 구조를 가지는 연결부(52)를 거치면서 유속이 증가하여 공기 흡입량을 증가시킬 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 실내의 공기 오염도를 측정하여 외부 공기를 실내로 환기시키는 강제환기 시간과 주기를 능동적으로 제어하며, 주기적으로 멤브레인 필터를 교체하도록 안내하며, 양질의 공기를 실내에 공급할 수 있는 공기정화 시스템을 제공한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

본 발명은 PM 2.5 이하의 초미세먼지 등을 차단할 수 있는 멤브레인 필터를 채용하면서, 저소음, 높은 환기량을 구현하도록 원심형 다익 송풍기를 적용한 공기정화 시스템에 적용할 수 있다.

1-5 : 공기정화 시스템 10: 하우징
11: 외부 하우징 12: 내부 하우징
20: 멤브레인 필터 21: 필터 프레임
22-22b,122: 필터부재 23-23b: 나노섬유 웹
24: 나노섬유 25: 미세 기공
26: 강도 보강층 27: 다공성 기재
30: 송풍기 31: 흡입구
32,33: 배출구

Claims (5)

1. 실내 부분에 외부로부터 유입되어 정화된 공기를 배출하는 적어도 하나의 배출구를 갖는 외부 하우징;
   상기 외부 하우징의 내부에 배치되는 내부 하우징;
   상기 내부 하우징의 외기와 접하는 입구에 장착되어 외부로부터 유입되는 공기를 정화하는 멤브레인 필터; 및
   상기 외부 하우징과 내부 하우징 사이의 공간에 배치되며 상기 멤브레인 필터를 통하여 외부 공기를 강제 흡입하는 원심형 송풍기;를 포함하며,
   상기 내부 하우징은 상기 멤브레인 필터와 함께 밀폐형 챔버를 형성하고,
   상기 원심형 송풍기는 상기 밀폐형 챔버를 형성하는 상기 내부 하우징의 후단부에 결합되어 있는 공기정화 시스템.
2. 삭제
3. 실내 측에 설치되어 외부로부터 유입되는 정화된 공기를 실내로 배출하는 적어도 하나의 배출구를 갖는 내부 하우징;
   선단부가 실외 측에 배치되고 외부에 외기 흡입구가 배치되는 필터 하우징;
   상기 필터 하우징의 후단부에 배치되어 외부로부터 유입되는 공기를 정화하는 멤브레인 필터; 및
   상기 내부 하우징에 설치되며 상기 필터 하우징과 연결되어 상기 멤브레인 필터를 통하여 외부 공기를 강제 흡인하는 원심형 송풍기;를 포함하는 공기정화 시스템으로서,
   상기 내부 하우징과 필터 하우징을 포함하는 상기 공기정화 시스템은 전체적으로 원통형상의 구조를 가지며, 상기 내부 하우징의 원통 직경이 상기 필터 하우징의 원통 직경보다 더 크게 형성되고,
   상기 멤브레인 필터의 후면에는 상기 멤브레인 필터를 통과한 정화 공기를 상기 내부 하우징의 배출구로 유도하기 위한 유로가 형성되고, 상기 유로는 정화된 공기의 흐름 방향에 대해 선광후협의 구조로 형성된 공기정화 시스템.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 원심형 송풍기는 적어도 하나의 배출구를 갖는 시로코 팬인 공기정화 시스템.
5. 제1항 또는 제3항에 있어서,
   상기 멤브레인 필터는
   PM2.5 이하의 초미세먼지 차단이 가능한 미세 기공을 가지는 다공성 나노섬유 웹; 및
   상기 다공성 나노섬유 웹을 지지하는 강도 보강층으로서 빗물 침투를 차단하는 소수성 고분자 물질로 이루어진 다공성 기재;를 포함하는 공기정화 시스템.
   

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