KR102551154B1 - 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법 - Google Patents

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KR102551154B1
KR102551154B1 KR1020220073260A KR20220073260A KR102551154B1 KR 102551154 B1 KR102551154 B1 KR 102551154B1 KR 1020220073260 A KR1020220073260 A KR 1020220073260A KR 20220073260 A KR20220073260 A KR 20220073260A KR 102551154 B1 KR102551154 B1 KR 102551154B1
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이서안
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Abstract

본 발명은 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법로써, 보다 상세하게 입체여과층과, 상기 입체여과층에 적층되는 정전여과층과, 상기 정전여과층에 적층되는 나노여과층을 포함하고, 상기 입체여과층, 정전여과층 및 나노여과층 순의 유체의 유동에 따라 순차적으로 점점 더 작은 입자가 필터링되는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 다층필터 및 그 제작방법{Hybrid Multi-layer filter and Manufacturing Method}
본 발명은 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법으로써 더욱 자세하게는, 정전필터와 무정전필터(나노필터)의 결합을 통해 집진효율 및 내구성을 향상시키고, 압력강하(차압)를 감소시킬 수 있는 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법에 관한 것이다.
일반적으로 에어 필터는 크게 정전필터와 무정전필터로 분류될 수 있으며, 대부분의 마스크와 공기청정기 필터는 정전필터로 정전력을 이용하여 먼지 등을 필터링한다. 일례로, 대한민국등록특허 제10-2081242호(2020.02.19.)에는 공기정화용 정전필터 및 그 제조방법에 관한 내용이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 정전필터의 경우, 습기에 취약하며 사용에 따라 집진효율이 감소되어 최초 제작 시 집진효율에 30% 내지 60%의 집진효율을 가지게 되는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 무정전필터 중 필터 여재 섬유의 크기를 작게 하여 나노 사이즈의 섬유 직경을 가지는 나노필터는 필터 사용에 따른 집진효율 변화나 수명변화는 미미하나, 동일한 효율 등급의 정전필터에 비해 2 내지 3배 높은 차압을 가진다는 단점이 있었다. 또한, 수명저하가 없는 무정전 방식의 필터를 사용하기 위해서는 팬과 모터 등이 소요되어 상대적으로 시스템의 볼륨이 커지게 되며, 이로 인한 공간문제와 소음의 증가 등의 단점이 있었다.
대한민국 등록특허공보 제10-2081242호(2020.02.19.)
본 발명은 상술한 바와 같은 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 정전필터와 무정전필터(나노필터)의 결합을 통해 집진효율 및 내구성을 향상시키고, 압력강하(차압)를 감소시킬 수 있는 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명이 해결하려는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법에 있어서, 입체여과층과, 상기 입체여과층에 적층되는 정전여과층과, 상기 정전여과층에 적층되는 나노여과층을 포함하고, 상기 입체여과층, 정전여과층 및 나노여과층 순의 유체의 유동에 따라 순차적으로 점점 더 작은 입자가 필터링되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 본 발명은, 상기 나노여과층에 적층되는 지지층을 더 포함하고, 상기 나노여과층이 상기 정전여과층과 지지층 사이에 구비되어, 상기 나노여과층의 변형 또는 손상이 최소화되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 입체여과층의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되고, 상기 정전여과층의 섬유 직경이 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되며, 상기 나노여과층의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 상기 지지층의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 하이브리드 다층필터의 제작방법에 있어서, 상기 입체여과층에 상기 정전여과층이 적층되고, 상기 정전여과층에 상기 나노여과층이 적층되는 적층단계를 포함하고, 상기 입체여과층의 섬유 직경은 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되도록 제작되고, 상기 정전여과층의 섬유 직경은 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되도록 제작되며, 상기 나노여과층의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되도록 제작되는 것을 특징으로 한다.
상기 과제의 해결 수단에 의해, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법에서 입체여과층은 161μm 내지 608μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있고, 정전여과층은 161μm 내지 483μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있으며, 나노여과층은 16μm 내지 81μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있고, 지지층은 135μm 내지 483μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있으며, 입체여과층의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되고, 정전여과층의 섬유 직경이 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되며, 나노여과층의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되고, 지지층의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되도록 제작됨에 따라, 분진포집효율은 95.77%이며, 복수개의 접착부는 비스듬히 경사지게 배열되는 격자형태로 형성되어, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법의 압력강하 값을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법는, 나노여과층에 있어서, 나노필터 소재가 가지는 낮은 접착성 등 결합성을 고려하여 초음파 융착 기술을 적용하고 초음파 융착의 패턴을 최적화함으로써, 손실되는 유동 면적을 줄여 성능을 극대화하고 절곡성 등 소재 필터 제작성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법는, 입체여과층, 정전여과층 및 나노여과층의 주요 3단계의 층을 하나의 필터로 구현하고, 지지층을 통해 나노여과층의 내구성을 향상시키며, 층별 주요 분진 타겟을 설정함으로써 필터의 효율을 향상시키고, 최후단의 나노여과층의 나노필터를 통하여 수분에 영향이 없는 장수명 사용이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법는, 정전여과층 및 나노여과층의 정전여재 및 나노여재 각각의 집진효율과 압력강하 특성을 비교하여 여러 조합을 통해서 고효율/저차압의 장수명 필터 설계가 가능하다는 이점이 있으며, 일례로, E10급(85%) MB 필터 + E10급(85%) 나노 필터 = E11 등급 필터(>95%)일 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 여기에 언급되지 않은 본 발명의 효과는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터의 구성을 나타낸 전개도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3의 (a)는 종래의 단층필터의 구조를 나타낸 예시도이고, 도 3의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터의 구성을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터 또는 입체여과층의 구성을을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터의 압착부의 패턴을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터의 압착부의 패턴에 따른 압력강하값을 나타낸 실험결과 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터의 분집포집효율 시험성적서를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 다층필터와 종래의 양산 필터의 성능을 비교하여 나타낸 도면이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시 예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
종래의 대부분의 마스크와 공기청정기 필터는 멜트브라운(Melt Blown)방식의 정전 필터로 정전력을 이용하여 필터링 함으로써 고효율 저차압의 성능을 가진다. 그러나, 정전필터는 습기에 취약하고, 내구성에 따라 집진효율이 감소되어 사용시간에 따라 집진효율을 낮아지게 되는 문제점이 있다. 일례로, E11 Grade 기준 95%에서 최대 30% 수준까지 저감될 수 있으며, 사용에 따라 정전필터의 집진효율은 30% 내지 60% 로 감소하게 된다.
또한, 무정전 방식의 필터 중 필터 여재 섬유의 크기를 작게 하여 나노 사이즈의 섬유 직겨을 가지는 나노필터의 경우, 필터 사용에 따른 수명변화 및 효율의 감소는 미미하나 동일한 효율 등급의 정전 필터에 비해 2배 내지 3배의 높은 차압을 가지는 문제점이 있다. 또한, 수명저하가 없는 무정전 방식의 필터를 활용하기 위해서는 팬 및 모터 등의 구성이 필요하여 상대적으로 필터링 시스템의 볼륨이 급격히 증가하게 되며, 이로 인한 공간문제와 소음발생문제가 있다.
이와 같은, 종래의 정전필터와 나노필터의 문제점을 보완하고, 효율 및 차압 성능을 극대화하기 위하여, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법에서는 정전여과층(200)과 나노여과층(300)을 결합하여 각 필터의 장점을 극대화 할 수 있는 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법을 개시한다.
본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법은 가정 및 상업용 환기장치 또는 공기정화 시스템(ERV, DOAS), 다중이용시설 공조시스템 및 환기장치, 반도체 공정 및 병원(수술실) 클린룸 시스템, 공기청정기, 자동차 에어컨 필터 등에 적용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법에 있어서, 입체여과층(100)과, 상기 입체여과층(100)에 적층되는 정전여과층(200)과, 상기 정전여과층(200)에 적층되는 나노여과층(300)을 포함하고, 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200) 및 나노여과층(300) 순의 유체의 유동에 따라 순차적으로 점점 더 작은 입자가 필터링되도록 섬유 직경이 점차적으로 작아지게 형성된다.
먼저, 상기 입체여과층(100)이 마련된다. 상기 입체여과층(100)은 외피에 해당할 수 있으며, 직경이 10μm 이상인 꽃가루, 먼지 등의 조대 먼지를 포집하는 역할을 한다. 이때, 상기 입체여과층(100)은 타 층에 비하여 비교적 강도가 높은 소재로 제작될 수 있으며, 여재 섬유의 직경은 약 15μm 내지 300μm 로 제작될 수 있고, 50g/m2 내지 70g/m2 의 무게를 가지도록 제작될 수 있다.
다음으로, 상기 정전여과층(200)이 마련된다. 상기 정전여과층(200)은 상기 입체여과층(100)의 내측면에 적층될 수 있으며, 직경이 비교적 작은 먼지를 포집하는 역할을 한다. 일례로, 상기 정전여과층(200)은 PM10 내지 PM2.5 의 미세먼지를 포집하는 역할을 한다. 이때, 상기 정전여과층(200)은 정전필터로 정전력을 이용하여 미세먼지를 포집하도록 하며, 여재 섬유의 직경은 약 0.5μm 내지 5μm 로 제작될 수 있고, 집진효율은 85% 내지 99.995%, 압력강하는 0.5mmAq 내지 7.0mmAq 일 수 있다.
그리고, 상기 나노여과층(300)이 마련된다. 상기 나노여과층(300)은 상기 정전여과층(200)의 내측면에 적층될 수 있으며, 직경이 매우 작은 먼지를 포집하는 역할을 한다. 일례로, 상기 나노여과층(300)은 PM2.5 이하의 초미세먼지 및 바이러스를 포집하는 역할을 한다. 이때, 상기 나노여과층(300)은 나노필터로 사용 시간 및 환에 따른 성능 및 효율의 감소는 없으며, 여재 섬유의 직영은 약 0.05μm 내지 0.5μm 로 제작될 수 있고, 집진효율은 85% 내지 99.995%, 압력강하는 약 1.5mmAq 일 수 있다.
또한, 상기 나노여과층(300)의 내측면에 적층되는 지지층(400)을 더 포함하한다. 일례로, 상기 지지층(400)의 여재 섬유의 직경은 약 15μm 내지 300μm 로 제작될 수 있고, 10g/m2 내지 30g/m2 의 무게를 가지도록 제작될 수 있다.
이때, 상기 나노여과층(300)은 상기 정전여과층(200)과 지지층(400) 사이에 구비되어, 상기 나노여과층(300)의 변형 또는 손상이 최소화되도록 한다. 보다 구체적으로, 상기 나노여과층(300)의 여재의 경우, 외부의 충격에 따른 손상 및 열적인 변화에 따른 손상에 취약함으로 이를 최소화하기 위하여 비교적 강도가 높은 상기 정전여과층(200)과 지지층(400) 사이에 구비되는 것이다.
한편, 상기 입체여과층(100)의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되고, 상기 정전여과층(200)의 섬유 직경이 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되며, 상기 나노여과층(300)의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되도록 제작한다. 또한, 상기 지지층(400)의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되도록 제작한다.
즉, 본 발명의 하이브리드 다층필터의 제작방법에 있어서, 상기 입체여과층(100)에 상기 정전여과층(200)이 적층되고, 상기 정전여과층(200)에 상기 나노여과층(300)이 적층되는 적층단계를 포함하고, 상기 입체여과층(100)의 섬유 직경은 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되도록 제작되고, 상기 정전여과층(200)의 섬유 직경은 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되도록 제작되며, 상기 나노여과층(300)의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되도록 제작되는 것이다.
이때, 상기 입체여과층(100) 및 지지층(400)의 섬유 직경이 300μm 미만으로 제작되고, 상기 정전여과층(200)의 섬유 직경이 1μm 미만으로 제작되는 경우, 집진효율 대비 압력손실이 급격히 증가함에 따라 통풍량이 급격히 감소하게 되는 문제점과, 마스크에 적용될 경우, 호흡이 용이하지 않게 되는 문제점이 있다.
또한, 상기 입체여과층(100) 및 지지층(400)의 섬유 직경이 300μm를 초과하도록 제작되고, 상기 정전여과층(200)의 섬유 직경이 5μm를 초과하도록 제작되며, 상기 나노여과층(300)의 섬유 직경이 0.5μm를 초과하도록 제작되는 경우, 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 필터링 효율이 감소하게 되는 문제점과, 마스크에 적용될 경우, 상기 정전여과층(200)으로 사용자의 날숨에 따른 습기가 전달되어 상기 정전여과층(200)의 집진효율이 더욱 감소하게 되는 문제점이 있다.
다른 한편으로, 상기 입체여과층(100) : 정전여과층(200) : 나노여과층(300) : 지지층(400)의 두께비율은 1 내지 1.5 : 1 : 0.1 내지 0.2 : 1 로 제작한다. 보다 구체적으로, 상기 입체여과층(100)은 161μm 내지 608μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있고, 상기 정전여과층(200)은 161μm 내지 483μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있으며, 상기 나노여과층(300)은 16μm 내지 81μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있고, 상기 지지층(400)은 135μm 내지 483μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있다.
이때, 상기 입체여과층(100) : 정전여과층(200) : 나노여과층(300) : 지지층(400)의 두께비율이 1 : 1 : 0.1 : 1 의 비율 미만의 두께비율로 제작되는 경우, 집진효율 대비 압력손실이 급격히 증가함에 따라 통풍량이 급격히 감소하게 되는 문제점과, 마스크에 적용될 경우, 호흡이 용이하지 않게 되는 문제점이 있다. 또한, 상기 입체여과층(100) : 정전여과층(200) : 나노여과층(300) : 지지층(400)의 두께비율이 1.5 : 1 : 0.2 : 1 의 비율을 초과하는 두께비율로 제작되는 경우, 미세먼지 및 초미세먼지에 대한 필터링 효율이 감소하게 되는 문제점과, 마스크에 적용될 경우, 상기 정전여과층(200)으로 사용자의 날숨에 따른 습기가 전달되어 상기 정전여과층(200)의 집진효율이 더욱 감소하게 되는 문제점이 있다.
또 다른 한편으로, 상기 입체여과층(100)은 복수개의 층으로, 일례로 상층(101), 중층(102) 및 하층(103)으로 형성될 수 있다. 이때, 도 3의 (a)를 참조하면, 종래와 같이 외피가 단일층으로 형성될 경우, 공기 중 분지내에 다양한 크기의 오염원이 필터를 거치는 과정에서 직경이 큰 입자로 막히는 클로깅(Clogging) 현상이 발생할 수 있으며, 차폐로 인하여 필터 내에 여과 능력이 있음에도 불구하고 차압 증가 및 유량 감소가 발생하여 더 이상 여과기능을 수행할 수 없게 되는 등 필터의 수명이 감소하게 되는 문제점이 있다.
이에 비하여, 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법에 적용되는 상기 입체여과층(100)은 상기 상층(101), 중층(102) 및 하층(103)으로 형성되고, 상기 상층(101), 중층(102) 및 하층(103) 순의 유체의 유동에 따라 순차적으로 점점 더 작은 입자가 필터링되도록 섬유 직경이 점차적으로 작아지게 형성됨에 따라, 입자가 큰 물질부터 입자가 작은 물질까지 순차적으로 여과될 수 있다. 이에 따라, 클로깅(Clogging) 현상을 최소화할 수 있어 공기의 흐름을 원활하게 하고, 필터링 성능을 높일 수 있으며, 필터의 수명을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 상기 상층(101) 및 중층(102)에 파괴나 손상으로 인하여 홀이 생성되게 되는 경우, 상기 홀을 통해 유동하는 공기의 필터링을 상기 하층(103)이 수행하도록 함에 따라, 종래의 단일층에 비하여 손상에 따른 필터의 성능 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
이와 마찬가지로, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법은 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200), 나노여과층(300) 및 지지층(400)으로 다층 구조로 적층됨에 따라 클로깅(Clogging) 현상을 최소화할 수 있고, 손상에 따른 필터의 성능 저하를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법은 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200), 나노여과층(300) 및 지지층(400)을 합포하는 압착부(500)를 더 포함한다. 상기 압착부(500)를 통한 합포 방식은 열접착, 초음파, 봉제 방식으로 이루어진 군에서 1이상 선택되어 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 압착부(500)는 초음파 압착을 통하여 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200), 나노여과층(300) 및 지지층(400)이 합지되도록 하는 접착부(501)를 포함한다. 상기 접착부(501)는 복수개로 초음파 압착 방식에 의하여 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200), 나노여과층(300) 및 지지층(400) 순으로 관통되며, 접착제를 함유하여 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200), 나노여과층(300) 및 지지층(400)이 접착되도록 한다. 이때, 상기 복수개의 접착부(501)는 비스듬히 경사지게 배열되는 격자형태로 형성될 수 있다. 즉, 상기 복수개의 접착부(501)는 종래의 초음파 압착에 의해 형성되는 종래의 접착부(E1, E2, E3)와 비교하여 직경이 작은 원형의 단면을 가지도록 형성되며, 상기 복수개의 접착부(501)가 서로 인접하게 배열되어 선을 이루는 형태로 마련되다.
보다 구체적으로, 상기 복수개의 접착부(501)의 패턴을 설정하기 위하여, TSI 8130 필터 성능테스트에서, 분진 모사는 파라핀 오일 또는 Nacl(0.3μm 이하)이며, 유량은 32 LPM으로, 일반 환경 조건에서 0.3μm의 단분산 입자를 분사하여 필터 전후의 집진효율을 광산란 방식을 통한 계수법으로 전후 입자 수 카운팅 후 효율을 산출한다. 즉, 도 5와 같이 여러 형상의 패턴으로 합지한 후, 도 6과 같이 압력강하 분석 결과를 살펴보면, 패턴 1과 패턴 4가 비교적 압력강하 값이 낮으나, 패턴 1의 경우 각 층별 접착성이 상대적으로 낮아 층이 분리되는 등의 문제점이 있어 제작성이 낮다. 따라서, 상기 복수개의 접착부(501)는 비스듬히 경사지게 배열되는 격자형태로 형성되어, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법의 압력강하 값을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법의 분진포집효율은 평균적으로 95.77% 이상이다. 즉, 상기 입체여과층(100)은 161μm 내지 608μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있고, 상기 정전여과층(200)은 161μm 내지 483μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있으며, 상기 나노여과층(300)은 16μm 내지 81μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있고, 상기 지지층(400)은 135μm 내지 483μm의 두께를 가지도록 제작될 수 있으며, 상기 입체여과층(100)의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되고, 상기 정전여과층(200)의 섬유 직경이 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되며, 상기 나노여과층(300)의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되고, 상기 지지층(400)의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되도록 제작됨에 따라, 분진포집효율은 95.77%이며, 상기 복수개의 접착부(501)는 비스듬히 경사지게 배열되는 격자형태로 형성되어, 본 발명의 하이브리드 다층필터 및 그 제작방법의 압력강하 값을 최소화할 수 있는 이점이 있다. 다시 말하면, TSI 8130(유량 32 LPM)의 현장시험방법을 통해 시험한 결과, 분진포집효율(염화나트륨)이 1차 96.4%, 2차 95.8%, 3차 95.1%로 평균 분진포집효율은 95.77% 이상인 것을 확인할 수 있다.
또한, 상기 나노여과층(300)에 있어서, 나노필터 소재가 가지는 낮은 접착성 등 결합성을 고려하여 초음파 융착 기술을 적용하고 초음파 융착의 패턴을 최적화함으로써, 손실되는 유동 면적을 줄여 성능을 극대화하고 절곡성 등 소재 필터 제작성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고, 상기 입체여과층(100), 정전여과층(200) 및 나노여과층(300)의 주요 3단계의 층을 하나의 필터로 구현하고, 상기 지지층(400)을 통해 상기 나노여과층(300)의 내구성을 향상시키며, 층별 주요 분진 타겟을 설정함으로써 필터의 효율을 향상시키고, 최후단의 상기 나노여과층(300)의 나노필터를 통하여 수분에 영향이 없는 장수명 사용이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 상기 정전여과층(200) 및 나노여과층(300)의 정전여재 및 나노여재 각각의 집진효율과 압력강하 특성을 비교하여 여러 조합을 통해서 고효율/저차압의 장수명 필터 설계가 가능하다는 이점이 있으며, 일례로, E10급(85%) MB 필터 + E10급(85%) 나노 필터 = E11 등급 필터(>95%)일 수 있다.
그리고, 도 9를 참조하면, 본 발명의 하이브리드 다층필터는 종래의 일반적인 양산 필터에 비하여 사용 기간이 늘어나더라도 초미세먼지의 제거 효율이 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 하이브리드 다층필터는 수명이 12개월 이상으로, 종래의 양산 필터와 비교하여 4배 내지 12배의 수명을 가진다. 즉, 본 발명의 하이브리드 다층필터는 종래에 비하여 필터의 수명을 획기적으로 향상시킬 수 있고, 고효율 여과 성능이 유지될 수 있는 이점이 있다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 입체여과층
101 : 상층
102 : 중층
103 : 하층
200 : 정전여과층
300 : 나노여과층
400 : 지지층
500 : 압착부
D : 먼지
E1 : 종래의 접착부
E2 : 종래의 접착부
E3 : 종래의 접착부

Claims (5)

  1. 입체여과층;
    상기 입체여과층에 적층되는 정전여과층; 및
    상기 정전여과층에 적층되는 나노여과층;을 포함하고,
    상기 입체여과층, 정전여과층 및 나노여과층 순의 유체의 유동에 따라 순차적으로 점점 더 작은 입자가 필터링되며,
    상기 나노여과층에 적층되는 지지층;을 더 포함하고,
    상기 나노여과층이 상기 정전여과층과 지지층 사이에 구비되어, 상기 나노여과층의 변형 또는 손상이 최소화되도록 하며,
    상기 입체여과층의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되고,
    상기 정전여과층의 섬유 직경이 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되며,
    상기 나노여과층의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되고,
    상기 지지층의 섬유 직경이 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되며,
    상기 입체여과층, 정전여과층, 나노여과층 및 지지층의 두께는 1 내지 1.5 : 1 : 0.1 내지 0.2 : 1 의 비율을 가지도록 제작되고,
    상기 입체여과층은,
    상층;
    상기 상층의 하부에 적층되는 중층; 및
    상기 중층의 하부에 적층되는 하층;을 포함하며,
    상기 상층, 중층 및 하층 순의 유체의 유동에 따라 순차적으로 점점 더 작은 입자가 필터링되고,
    상기 입체여과층, 정전여과층, 나노여과층 및 지지층을 합포하는 압착부를 더 포함하며,
    상기 압착부는,
    초음파 압착을 통하여 상기 입체여과층, 정전여과층, 나노여과층 및 지지층이 합지되도록 하는 복수개의 접착부;를 포함하고,
    상기 복수개의 접착부는, 경사지게 배열되는 격자형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 다층필터.
  2. 제1항의 하이브리드 다층필터의 제작방법에 있어서,
    상기 입체여과층에 상기 정전여과층이 적층되고, 상기 정전여과층에 상기 나노여과층이 적층되는 적층단계;를 포함하고,
    상기 입체여과층의 섬유 직경은 15μm 내지 300μm 의 범위에 포함되도록 제작되고,
    상기 정전여과층의 섬유 직경은 0.5μm 내지 5μm 의 범위에 포함되도록 제작되며,
    상기 나노여과층의 섬유 직경은 0.5μm 이하의 범위에 포함되도록 제작되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 다층필터의 제작방법.
  3. 삭제
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