KR102577305B1 - 금속폼 광촉매 장치, 그리고 이를 포함하는 차량 공기조화장치 - Google Patents
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Abstract
금속폼 광촉매 장치는, 기판, 기판 위에 위치하고 광을 조사하는 광원, 기판 위에서 광원을 덮고 있으며, 곡면 형상을 갖는 금속폼, 그리고 금속폼에 위치하고, 광원에 반응하는 광촉매를 포함하고, 광촉매의 반응에 의해 금속폼을 통과하는 공기 중에 포함되어 있는 악취, 미생물, 곰팡이, 또는 바이러스를 하나 이상 제거한다.
Description
금속폼 광촉매 장치, 그리고 이를 포함하는 차량 공기조화장치(HVAC)가 제공된다.
일반적으로, 플라즈마 방식의 이오나이저(ionizer)는 차량 공기조화장치(HVAC, Heating, Ventilation, Air Conditioning) 내부에 설치된다. 이오나이저는 활성 산소를 생성하여 차량 내부의 악취를 제거하지만, 동시에 이오나이저는 발암 물질인 오존을 생성한다. 오존 규제로 인하여, 플라즈마 방식의 이오나이저의 출력이 제한되며, 결국 악취 제거 효과도 감소한다.
오존 발생이 없으면서도, 차량 내부의 악취를 제거하기 위해, 차량 공기조화장치 내부에 설치되는 광촉매 장치가 사용될 수 있다. 이러한 광촉매 장치는 자외선 광원을 활용하며, 평면의 허니컴 담체에 TiO2 촉매가 도포되어 있으며, 방열 기구나 방수 기구가 함께 사용된다. 그러나, 자외선 광원을 활용하는 광촉매 장치는 자외선으로 인하여 열이 발생하여, 방열 기구가 함께 사용될 수 밖에 없다.
일 실시예는 차량 실내 및 차량 공기조화장치 내부의 악취를 제거하고, 미생물 성성을 억제하고, 곰팡이 및 바이러스를 제거하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
일 실시예에 다른 금속폼 광촉매 장치는, 기판, 기판 위에 위치하고 광을 조사하는 광원, 기판 위에서 광원을 덮고 있으며, 곡면 형상을 갖는 금속폼, 그리고 금속폼에 위치하고, 상기 광원에 반응하는 광촉매를 포함하고, 광촉매의 반응에 의해 금속폼을 통과하는 공기 중에 포함되어 있는 악취, 미생물, 곰팡이, 또는 바이러스를 하나 이상 제거한다.
광은 가시광 또는 자연광일 수 있다.
광촉매 위에 귀금속이 적용되어 있을 수 있다.
금속폼에 알루미나, 세리아, 제올라이트 또는 이들이 하나 이상 위치할 수 있다.
금속폼은 돔(dome) 형상을 가질 수 있다.
금속폼은 원기둥 형상을 가질 수 있다.
금속폼은 반원기둥 형상을 가질 수 있다.
금속폼 광촉매 장치는 금속폼 광촉매 장치에 부착되어 있는 금속판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 차량 공기조화장치는, 내부 또는 외부에 설치되어 있는 금속폼 광촉매 장치를 포함하고, 금속폼 광촉매 장치는, 기판, 기판 위에 위치하고 광을 조사하는 광원, 기판 위에서 광원을 덮고 있으며, 곡면 형상을 갖는 금속폼, 그리고 금속폼에 위치하고, 상기 광원에 반응하는 광촉매를 포함하고, 광촉매의 반응에 의해 금속폼을 통과하는 공기 중에 포함되어 있는 악취, 미생물, 곰팡이, 또는 바이러스를 하나 이상 제거한다.
금속폼 광촉매 장치는 차량 공기조화장치의 공기 합류부 또는 공기 토출부에 부착되어 있을 수 있다.
차량 공기조화장치는 방열 기판 또는 방열 핀 없이, 금속폼 광촉매 장치를 방열할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속폼 광촉매 장치는, 차량 공기조화장치의 내부 또는 외부에 적용 가능하며, 토출면 또는 유량 합류부에 적용 가능하다.
일 실시예에 따르면, 금속폼 광촉매 장치는 자연광을 활용할 수 있으며, 방열 기구 또는 방수 기구가 사용되지 않을 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속폼 광촉매 장치는 기공율이 높은 금속폼을 촉매 담체로 사용함으로써, 비표면적을 최대화하여 성능을 극대화할 수 있으며, 광투과율도 극대화할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 금속폼 광촉매 장치는 유연성이 높은 금속폼을 촉매 담체로 사용함으로써, 높은 가공성을 가지며 광 조사거리의 균일화가 가능하며 비표면적을 최대화하여 성능을 극대화할 수 있으며, 광투과율도 극대화할 수 있으며, 반사판이 부착될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 4c는 도 4b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 4d는 도 4a 내지 도 4c의 종래의 광촉매 장치에 대한 유량해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 5a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 5c는 도 5b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 5d는 도 5a 내지 도 5c의 금속폼 광촉매 장치에 대한 유량 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 6a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 6c는 도 6b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 금속폼 광촉매 장치에 대한 유량해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 7a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 7c는 도 7b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 금속폼 광촉매 장치에 대한 유량해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 4c는 도 4b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 4d는 도 4a 내지 도 4c의 종래의 광촉매 장치에 대한 유량해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 5a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 5c는 도 5b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 5d는 도 5a 내지 도 5c의 금속폼 광촉매 장치에 대한 유량 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 6a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 6c는 도 6b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 금속폼 광촉매 장치에 대한 유량해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 7a는 종래의 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7b는 종래의 광촉매 장치의 측면도이고, 도 7c는 도 7b의 A-A선을 따라 자른 단면도이고, 도 6d는 도 6a 내지 도 6c의 금속폼 광촉매 장치에 대한 유량해석 결과를 나타내는 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
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 있는 것을 의미한다.
그러면, 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2a는 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2b는 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 3은 일 실시예에 따른 금속폼 광촉매 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 기판 위에 광원이 위치하며, 곡면 형태의 금속폼이 광원을 덮고 있다. 공기는 금속폼을 관통하며, 금속폼에 형성되어 있는 광촉매는 광원을 통해 반응하며, 이에 따라 공기 중에 포함된 악취, 미생물, 곰팡이, 바이러스 등이 제거될 수 있다.
예를 들어, 금속폼은 촉매 담체로 사용될 수 있으며, 기공율이 90% 이상일 수 있으며, 이에 따라 비표면적 최대화를 통하여 광촉매 장치 성능이 개선될 수 있다. 또한, 금속폼의 비표면적은 약 1.1 m2/L 내지 약 13 m2/L일 수 있으며, 이 경우 금속폼의 광투과율이 극대화되어, 광촉매 장치의 성능도 극대화될 수 있다. 또한, 금속폼은 니켈, 철, 크롬, 알루미늄 등의 금속을 하나 이상 포함하여 얇게 제조될 수 있다. 이러한 금속폼은 유연성을 가지므로, 가공성이 높으며, 광 조사거리의 균일화를 쉽게 달성할 수 있도록, 곡면 형상으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 곡면 형상은 도 1의 돔(dome) 형상, 도 2a 및 도 2b의 원기둥 형상, 도 3의 반원기둥 형상을 가질 수 있다. 또한, 돔 형상은 구형, 육각형, 팔각형 등의 형상일 수 있다. 이러한 금속폼의 곡면 형상으로 인하여, 광으로부터 금속폼까지의 광 조사거리가 다양한 위치에서 동등할 수 있다. 또한, 금속폼의 곡면 형상은 광 투과 깊이를 얇게 만들 수 있으며, 이에 따라 광촉매 장치가 처리하는 공기 체적이 유지되면서, 동시에 압력 강하도 낮은 수준으로 유지될 수 있다. 또한, 광촉매 장치가 차량 공기조화장치에 사용되는 경우, 경사부에 설치되지 않을 수 있다.
예를 들어, 광촉매는 TiO2를 포함할 수 있다. 광촉매 위에 백금, 로듐, 팔라듐 등의 귀금속이 적용될 수 있으며, 이 경우 활성에너지가 더 낮아진다. 또한, 광촉매는 알루미나, 세리아, 제올라이트 등의 조촉매와 함께 사용될 수 있다.
예를 들어, 광원은 1 개 이상의 가시광 또는 자연광을 포함할 수 있으며, 자외선으로 인한 오존 발생이 방지될 수 있다. 광원은 LED가 이용될 수 있다. 또한, 가시광 또는 자연광은 자외선보다 열 발생이 적으므로, 방열 기판이나 방열 핀의 사용이 필요하지 않다. 나아가, 가시광 또는 자연광의 낮은 에너지를 보완하여, 공기 내 악취, 미생물, 곰팡이, 바이러스 등을 제거하기 위하여, 광촉매 위에 귀금속이 적용되거나, 광촉매와 함께 조촉매가 함께 사용될 수 있다.
또한, 광촉매 장치에 반사판이 부착될 수 있으며, 이 경우, 광촉매 장치의 성능이 더욱 개선될 수 있다.
전술한 금속폼 광촉매 장치는 차량 공기조화장치의 내부 또는 외부에 적용 가능하며, 토출면 또는 유량 합류부에 적용 가능하다.
예를 들어, 곡면 형상의 금속폼과 종래의 평판형 허니컴을 비교하는 경우, 곡면 형상의 금속폼은 비표면적이 종래의 평판형 허니컴보다 높으므로, 체적이 감소한다. 또한, 곡면 형상의 금속폼의 경우, 동일 체적 대비 두께가 감소하므로, 압력 강하도 감소할 수 있다. 또한, 곡면 형상의 금속폼의 경우, 일관된 공기의 유동으로 인하여, 압력 강하가 감소하고, 공기의 유출입량이 증대되며, 소음이 감소할 수 있다. 또한, 곡면 형상의 금속폼의 경우, 광조사 길이가 균일하므로, 광촉매 장치의 분해 성능이 향상될 수 있다.
종래의 평판형 허니컴을 사용하는 광촉매 장치에 대한 유동해석은 도 4a 내지 도 4d에 나타난다. 일 실시예에 따른 곡면 형상의 금속폼을 사용하는 유동해석은, 돔형 금속폼 광촉매 장치에 대한 유동해석인 도 5a 내지 도 5d, 원기둥형 금속폼 광촉매 장치에 대한 유동해석은 도 6a 내지 도 6d, 그리고 반원기둥형 금속폼 광촉매 장치에 대한 유동해석은 도 7a 내지 도 7d에 나타난다. 이러한 유동해석을 유동해석 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 주입되는 공기는, 속도(velocity) 5 Am/sec, 유량(flow rate) 455 kg/hr, 온도 25 ℃이다. 종래의 평판형 허니컴 광촉매 장치, 돔형 금속폼 광촉매 장치, 그리고 원기둥형 금속폼 광촉매 장치에서 공기의 체적은 동일하며, 반원기둥형 금속폼 광촉매 장치에서 공기의 체적은 종래의 평판형 허니컴 광촉매 장치에서 공기의 체적보다 약 3 배 더 크다.
유동해석 결과 | Catalyst Flow | Difference (%) | |||
Total ΔP(Pa) | Flow Rate(kg/hr) | Portion (based on Inlet flow rate) |
Pressure Drop | Flow Rate | |
평판형 | 2.09 | 5.11 | 1.12% | 100% | 100% |
돔형 | 2.46 | 7.93 | 1.74% | 118% | 155% |
원기둥형 | 3.32 | 12.63 | 2.78% | 159% | 247% |
반원기둥형 | 5.99 | 12.90 | 21.6% | 286% | 505% |
표 1을 참고하면, 종래의 평판형 광촉매 장치 대비하여, 일 실시예에 따른 곡면 형상의 금속폼 광촉매 장치는 촉매내로의 공기의 분배 유량이 증가하여 촉매 성능이 향상될 수 있다. 또한, 공기의 분배 유량이 증가함에 따라 압력 강하의 상승 폭이 작다. 반원기둥형 금속폼 광촉매 장치의 경우, 종래의 평판형 광촉매 장치보다 체적을 3배 증가시켰음에도 불구하고, 압력 강하의 증가폭은 3배 이하이며, 분배 유량은 5배 가량 증가할 수 있다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 곡면 형상의 금속폼 광촉매 장치는 공기의 분배 유량이 증가하면서도 압력 강하 상승이 최소화될 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 차량 공기조화장치에 대하여 상세하게 설명한다.
차량 공기조화장치는, 내부 또는 외부에 설치되어 있는 금속폼 광촉매 장치를 포함한다. 금속폼 광촉매 장치에 대한 설명은 전술한 도 1 내지 도 7d의 설명이 동일하게 적용될 수 있다.
예를 들어, 금속폼 광촉매 장치는, 기판, 기판 위에 위치하고 광을 조사하는 광원, 기판 위에서 광원을 덮고 있으며, 곡면 형상을 갖는 금속폼, 그리고 금속폼에 위치하고, 광원에 반응하는 광촉매를 포함하고, 광촉매의 반응에 의해 금속폼을 통과하는 공기 중에 포함되어 있는 악취, 미생물, 곰팡이, 또는 바이러스를 하나 이상 제거한다.
금속폼 광촉매 장치는 차량 공기조화장치의 공기 합류부 또는 공기 토출부에 부착되어 있을 수 있다.
차량 공기조화장치는, 방열 기판 또는 방열 핀 없이, 금속폼 광촉매 장치를 방열할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
Claims (11)
- 기판,
상기 기판 위에 위치하고 광을 조사하는 광원,
상기 기판 위에서 상기 광원을 덮고 있으며, 곡면 형상을 갖는 금속폼, 그리고
상기 금속폼에 위치하고, 상기 광원에 반응하는 광촉매
를 포함하고,
상기 광촉매의 반응에 의해 상기 금속폼을 통과하는 공기 중에 포함되어 있는 악취, 미생물, 곰팡이, 또는 바이러스를 하나 이상 제거하고,
상기 금속폼은 니켈, 철, 크롬, 또는 알루미늄을 하나 이상 포함하고, 상기 금속폼의 비표면적은 1.1 m2/L 내지 13 m2/L인, 금속폼 광촉매 장치.
- 제1항에서,
상기 광은 가시광 또는 자연광인, 금속폼 광촉매 장치.
- 제2항에서,
상기 광촉매 위에 귀금속이 적용되어 있는, 금속폼 광촉매 장치.
- 제2항에서,
상기 금속폼에 알루미나, 세리아, 제올라이트 또는 이들이 하나 이상 위치하는, 금속폼 광촉매 장치.
- 제1항에서,
상기 금속폼은 돔(dome) 형상을 갖는, 금속폼 광촉매 장치.
- 제1항에서,
상기 금속폼은 원기둥 형상을 갖는, 금속폼 광촉매 장치.
- 제1항에서,
상기 금속폼은 반원기둥 형상을 갖는, 금속폼 광촉매 장치.
- 제1항에서,
상기 금속폼 광촉매 장치에 부착되어 있는 금속판을 더 포함하는, 금속폼 광촉매 장치.
- 내부 또는 외부에 설치되어 있는 금속폼 광촉매 장치를 포함하고,
상기 금속폼 광촉매 장치는,
기판,
상기 기판 위에 위치하는 광을 조사하는 광원,
상기 기판 위에서 상기 광원을 덮고 있으며, 곡면 형상을 갖는 금속폼, 그리고
상기 금속폼에 위치하고, 상기 광원에 반응하는 광촉매
를 포함하고,
상기 광촉매의 반응에 의해 상기 금속폼을 통과하는 공기 중에 포함되어 있는 악취, 미생물, 곰팡이, 또는 바이러스를 하나 이상 제거하고,
상기 금속폼은 니켈, 철, 크롬, 또는 알루미늄을 하나 이상 포함하고, 상기 금속폼의 비표면적은 1.1 m2/L 내지 13 m2/L인, 차량 공기조화장치.
- 제9항에서,
상기 금속폼 광촉매 장치는 상기 차량 공기조화장치의 공기 합류부 또는 공기 토출부에 부착되어 있는, 차량 공기조화장치.
- 제9항에서,
방열 기판 또는 방열 핀 없이, 상기 금속폼 광촉매 장치를 방열하는, 차량 공기조화장치.
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