KR102511801B1 - 3d 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치 - Google Patents

3d 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치가 제공된다. 상기 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치에 있어서, 상기 공기정화장치는, 3D 프린터를 이용하여 이산화티탄 광촉매 조성물이 코팅된 프린팅원료를 프린팅하여 제조되는 광촉매 필터;를 포함하고, 상기 광촉매 필터는, 외측면 중 적어도 하나의 측면에 공기의 유동방향에 따라 입구가 개구된 복수개의 외측셀이 외측격벽에 의해 규정되고, 내부에 상기 공기의 유동방향에 따라 출구가 개구되어 소정간격으로 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 관통홀을 구비할 수 있다.

Description

3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치 {AIR CONDITIONER INCLUDING PHOTOCATALYST FILTER MANUFACTURING BY 3D PRINTER}
본 발명은 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치에 관한 발명으로써, 보다 구체적으로 3D 프린터를 이용하여 제조되는 이산화티탄 광촉매 조성물이 코팅된 광촉매 필터를 이용하여 광효율을 증대시키며, 광촉매 필터에 공기의 유동경로를 원활하게 할 수 있는 복수개의 관통홀을 구비하여 공기의 유동경로가 자외선의 조사경로에 의해 차단되는 것을 방지할 수 있는 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치에 관한 것이다.
일반적으로 가정 또는 산업 현장 등에서는 각종 공기정화장치가 사용된다. 예를 들어 쓰레기 소각로나 공장의 굴뚝 등에서는 배출가스 중에 포함된 유해물질이나 먼지 등을 제거하기 위하여 공기정화장치를 이용한다. 그리고 가정에서도 청정한 환경을 유지하기 위하여 공기정화장치가 사용되며, 에어콘, 팬히터, 진공청소기 등에서도 공기를 정화하는 각종 필터가 장착된다.
종래에는 공기를 정화하기 위하여 일반적으로 폴리프로필렌(PP)수지 섬유 또는 폴리에틸렌(PE)수지 섬유를 이용하는 부직포 형태의 필터를 사용하거나, 전기집진방식의 정전필터 등을 사용하였다.
그러나 이러한 형식의 필터로는 먼지를 거르는 것은 가능하지만 그 구조상 악취를 제거하거나 세균을 살균하는 것은 곤란하였다. 따라서 탈취를 위하여 활성탄으로 만들어진 별도의 탈취필터를 사용하기도 하였다. 그러나 활성탄을 이용한 탈취필터는 탈취성능 및 내구성이 좋지 않았고, 공기중에 포함된 유해한 미생물을 살균할 수는 없었다는 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 광에너지에 의하여 활성화되어 살균 및 탈취기능을 갖는 광촉매물질을 이용한 소위 광촉매기술이 연구 개발되고 있으며, 대표적인 광촉매가 산화티타늄(TiO2)이다.
산화티타늄과 같은 광촉매는 유기물과의 흡착력이 뛰어나며, 또한 광에너지에 노출되면 여기(勵起)되어 여러형태의 라디칼(radical)을 형성시켜 주어 강한 산화력에 의하여 미생물을 살균하고, 동시에 라디칼이 악취를 유발하는 냄새물질과 반응하면서 이를 분해하기 때문이다.
그리고, 3D 프린터는 특정 소프트웨어에 의해서 작성된 3차원 설계도에 기초해서 연속적인 계층의 물질을 분사해서 3차원 물체를 제조하는 장치로, 개발 초기에는 주로 시제품의 제작에 사용되었으나, 최근에는 선박, 자동차, 건축, 의료, 식품 등 산업의 전분야에서 널리 이용되고 있고, 또한 소비자가 자기만의 스타일과 디자인으로 물건을 맞춤 생산하기 위한 용도로도 이용이 확대되고 있다. 사용되는 원료의 종류에 따라 FFF(Fused Filament Fabrication), FDM(Fused Deposition Modeling) 방식, DLP(Digital Light Processing) 방식, SLS(Selective Laser Sintering) 방식 등으로 분류될 수 있다. 여기에서, FFF 및 FDM 방식에서는 고체 필라멘트를 원료로 사용하고, DLP 방식에서는 액체의 원료를 사용하며, SLS 방식에서는 파우더 형태의 원료를 사용할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2020-0013284호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치는, 상기 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치에 있어서, 상기 공기정화장치는, 3D 프린터를 이용하여 이산화티탄 광촉매 조성물이 코팅된 프린팅원료를 프린팅하여 제조되는 광촉매 필터;를 포함하고, 상기 광촉매 필터는, 외측면 중 적어도 하나의 측면에 공기의 유동방향에 따라 입구가 개구된 복수개의 외측셀이 외측격벽에 의해 규정되고, 내부에 상기 공기의 유동방향에 따라 출구가 개구되어 소정간격으로 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 관통홀을 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 관통홀의 내측면은, 상기 공기의 유동방향에 따라 출구가 개구된 복수개의 내측셀이 내측격벽에 의해 규정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 광촉매 필터의 상부면은, 양측 끝단에서 중심방향으로 완곡하게 하향 경사진 반원구 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면, 광촉매 필터를 3D 프린터에 의해 제조됨으로써, 복잡한 형상을 쉽게 프린팅하여 작업성을 간단히 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 3D 프린터를 이용하여 이산화티탄 광촉매 조성물이 코팅된 광촉매 필터를 제조함으로써, 광촉매를 통해 바이러스 또는 세균을 효과적으로 제거하여 공기 정화 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터에 공기의 유동경로를 원활하게 할 수 있는 복수개의 관통홀을 구비함으로써, 공기의 유동경로가 자외선의 조사경로에 의해 차단되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터의 상면을 반원구형상으로 구비함으로써, 자외선의 조사경로와 공기의 유동경로를 원활하게 하면서 광효율을 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 자외선이 외부로 조사되어 나오는 것을 방지하여 자외선으로 인해 발생하는 수 있는 폐해를 최소화할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치의 동작상태를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치의 동작상태를 설명하는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치(1)는 팬모듈(100), 광원부(200) 및 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)를 포함할 수 있다.
팬모듈(100)은 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치(1)로 공기를 유입시켜 정화된 공기를 배출하는 팬(120)과 모터(140)를 포함할 수 있다.
여기서, 모터(140)는 별도의 배터리부를 구비할 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
광원부(200)는 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)로 자외선을 조사하는 복수의 광촉매용 UV LED(220)을 포함할 수 있다.
복수의 광촉매용 UV LED(220)는 양이온이나 음이온이 치환된 광촉매의 흡수 파장에 따라 자외선을 조사할 수 있다. 하지만, 이에 한정하지 않고, 복수의 광촉매용 UV LED(220)는 가시광선을 조사할 수 있다.
예를 들어, 복수의 광촉매용 UV LED(220)의 자외선의 파장은 200~390nm 대역을 포함하며, 특히 그 피크파장이 260~370nm 사이에 존재하도록 하면 광촉매 반응 효율을 더욱 높일 수 있다.
실시예에 따라, 광원부(200)는 복수의 광촉매용 UV LED(220)의 자외선 조사 방향과 동일한 방향으로 살균용 파장을 가지는 자외선을 조사하는 살균용 UV LED(미도시)를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 구조의 광원부(200)는 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 전방에 광촉매용 UV LED(220)를 배치하여 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 전방에서 자외선이 비추도록 함으로써, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)를 통과해서 공기의 압력 강하가 발생하기 전에 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 전면 표면에서부터 광촉매 반응이 일어나도록 함으로써 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 유해가스 분해효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
광촉매 필터(300)는 광원부(200)와 맞대응 하는 면에 소정간격으로 이격되어 배치되도록 3D 프린터에 의해 제조될 수 있다.
구체적으로, 광촉매 필터(300)는 3D 프린터에 의해 이산화티탄(TIO2) 광촉매 조성물이 코팅된 프린팅원료를 이용하여 프린팅하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 열가소성 소재를 용융시켜 용융물을 아래서부터 순차적으로 쌓아 올리면서 3차원 출력물을 성형하는 FDM(Fused Deposition Modeling) 방식을 이용하여 광촉매 필터(300)가 생성되는 경우, 광촉매 필터(300)는 이산화티타늄 광촉매 분말과, 메틸 셀룰로오즈, 분산제, 소포제 등의 다공성 무기물질을 이용하여 생성될 수 있다.
또한, 액상의 광경화성 소재가 담긴 수조에 레이저를 투사하여 레이저가 닿는 부분을 굳혀 3차원 출력물을 제조하는 SLA(Stereolithography) 방식을 이용하여 광촉매 필터(300)를 생성하는 경우, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)는 광경화 수지와 이산화티타늄 광촉매 분말을 이용하여 UV를 조사하는 Laser를 이용하여 부분적으로 경화하여 생성될 수 있다.
이와 달리, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)는 SLS(SelectiveLaser Sintering) 방식 및 FFF(Fused Filament Fabrication) 방식을 이용하여 생성될 수 있다.
본 실시예에서, 광촉매 필터(300)는 3D 프린팅 기술을 이용하여 생산되는 것으로 개시하였지만, 이에 한정하지 않는다.
3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)는 도 2를 참조하면, 6면을 갖는 사각형상으로 공기의 유동방향에 따라 입구가 개구된 복수개의 외측셀(322)과, 복수개의 외측셀(322)을 규정화하는 외측격벽(324)을 포함하는 적어도 하나의 외측면(320)과, 공기의 유동방향에 따라 출구가 개구되어 소정간격으로 이격되어 배치되는 적어도 하나 이상의 관통홀(342)을 포함하는 상부면(340)을 포함할 수 있다.
외측면(320)의 외측셀(322)과 외측격벽(324)은 메쉬망 구조로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않고, 허니컴 구조로 형성될 수 있다.
외측셀(322)은 공기의 유동방향에 따라 개구되어 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 내부가 노출될 수 있다.
실시예에 따라, 외측셀(322)은 관통홀(342)의 내측면을 노출할 수 있다.
관통홀(342)은 내측면에 상기 공기의 유동방향에 따라 출구가 개구된 복수개의 내측셀(3420)과, 복수개의 내측셀(3420)를 규정화하는 내측격벽(3422)을 포함할 수 있다.
이와 같은 상부면(340)은 평탄한 표면으로 형성될 수 있지만, 이에 한정하지 않는다.
예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상부면(340)은 반원구형 표면으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상부면(340)의 양측 끝단(344)에서 중심부(346)로 완곡하게 하향 경사진 반원구 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 양측 끝단(344)의 높이는 중심부(346)의 높이보다 높게 위치할 수 있다.
이와 같은 광촉매 필터(300)는 3차원 프린팅 기술을 이용하여 생산함으로써, 복잡한 형상을 쉽게 프린팅하여 작업성을 간단히 하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따라, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)는 원통형 카트리지 형태로 수세를 위해 탈착이 가능할 수 있다.
이와 같은 구조의 공기정화장치(1)는 산화티타늄을 이용한 광촉매 필터(300)를 구비함으로써, 바이러스 또는 세균을 효과적으로 제거하여 공기 정화 효율성을 향상시킬 수 있고, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)에 공기의 유동경로를 원활하게 할 수 있는 복수개의 관통홀을 구비함으로써, 공기의 유동경로가 자외선의 조사경로에 의해 차단되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 공기정화장치(1)는 광촉매 필터(300)의 상부면(340)을 반원구형상으로 구비함으로써, 자외선의 조사경로와 공기의 유동경로를 원활하게 하면서 광효율을 증대시킬 수 있다.
실시예에 따라, 공기정화장치(1)는 광원부(200)와 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300) 사이에 자외선 반사판(미도시)을 설치하게 되면, 내면으로 조사되는 자외선이 다시 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)를 향해 조사되도록 할 수 있게 되어, 탈취 및 살균 효율을 더욱 높일 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 본 실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치의 동작은 다음과 같다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치의 동작상태를 설명하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 일실시예에 따른 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치의 동작상태를 설명하는 도면이다.
우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치(1)의 동작은, 공기정화장치(1)의 외측면을 통해 공기가 유입되면, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 외측셀(322), 내측셀(3420)을 관통하여 관통홀(342)을 통해 자외선의 조사경로에 노출되지만, 공기의 유동경로가 자외선의 조사경로에 의해 차단되는 것을 방지하여 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)를 통해 바이러스 또는 세균을 효과적으로 제거하여 팬모듈(100)의 팬(120)을 통해 정화된 공기가 배출될 수 있다.
여기서, 조사되는 자외선에 의해 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 광촉매 반응 효율이나 흡착 효율을 더욱 높일 수 있다. 이때, 공기정화장치(1)의 외측면은 복수개의 관통홀이 구비되어 공기가 유입될 수 있다.
그리고, 도 5 도시된 바와 같이, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치(1)의 동작은, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 상면이 반원구 형상을 형성되어 복수의 광촉매용 UV LED(220)에서 조사되는 자외선의 조사경로와 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터(300)의 상면에 효율적으로 조사됨으로써, 공기의 유동경로를 원활하게 하면서 광효율을 증대시킬 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 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, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치
100 : 팬모듈
200 : 광원부
300 : 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터

Claims (3)

  1. 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치에 있어서,
    상기 공기정화장치는,
    3D 프린터를 이용하여 이산화티탄 광촉매 조성물이 코팅된 프린팅원료를 프린팅하여 6면을 갖는 사각 형상으로 제조되는 광촉매 필터;를 포함하고,
    상기 광촉매 필터는,
    공기의 유동방향에 따라 입구가 개구되어 소정간격으로 이격되어 외측면 중 적어도 하나의 측면에 배치되는 복수개의 외측셀; 및
    공기의 유동방향에 따라 출구가 개구되어 소정간격으로 이격되어 상부면에 배치되는 적어도 하나 이상의 관통홀;을 포함하고,
    상기 관통홀은,
    공기의 유동방향에 따라 출구가 개구되어 소정간격으로 이격되어 내측면에 배치되는 복수개의 내측셀을 포함하며,
    상기 복수개의 외측셀은,
    평탄한 판 형상의 외측격벽에 의해 각각 규정되고,
    상기 복수개의 내측셀은,
    완곡한 반원구 형상의 내측격벽에 의해 각각 규정되며,
    상기 외측셀 및 상기 내측셀의 크기는 상기 관통홀의 크기보다 작고,
    공기가 상기 외측셀의 개구된 입구를 통해 이동한 후, 상기 내측셀의 출구를 통해 이동한 후, 상기 관통홀의 개구된 출구를 통해 순차적으로 상기 광촉매 필터를 관통하는, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매 필터의 상부면은,
    양측 끝단에서 중심방향으로 완곡하게 하향 경사진 반원구 형상으로 형성되는, 3D 프린터에 의해 제조되는 광촉매 필터를 포함하는 공기정화장치.
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