KR19990021845A

KR19990021845A - 벤치 상단스자외선-활성화된 냄새 여과 디바이

Info

Publication number: KR19990021845A
Application number: KR1019970708319A
Authority: KR
Inventors: 디사나이아카 빔사라; 디비갈피티야 란지쓰; 이. 리빙스톤 데이비드
Original assignee: 스프레이그 로버트 월터; 미네소타마이닝 앤드 매뉴팩춰링 캄파니
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1996-05-03
Publication date: 1999-03-25
Also published as: WO1996037281A1; JPH11505746A; AU5675096A; CA2150320A1; EP0828551A1; CN1185755A

Abstract

본 발명은 이산화티타늄과 같은 활성 광촉매에 의해 공기를 정화시키는 장치에 관한 것으로서 상기 장치는 공기를 순화시키기 위한 유입구(2) 및 배출구(4)를 갖는 하우징(1); 공기를 순환시키기 위해 하우징 내브에 장착되는 팬과 같은 순환 수단(5); 공기 순환 통로를 가로질러 배치되어 있는 평면 필터(7), 섬유상 다공성 지지체에 고정된 광촉매를 포함하는 필터; 및 상기 광촉매를 활성화시키기 위해 하우징내에 장착된 광원(13)을 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 테이블 또는 실험 벤치상에서 쉽게 고정될 수 있는 소형 장치를 제공하며 냄새와 같은 공중부유 오염물을 빠르게 감소시킬 수 있다.

Description

벤치 상단 자외선-활성화된 냄새 여과 디바이스

밀폐된 공간 안에서의 공기는 곰팡내가 나거나 또는 휘발성 유기 화합물, 곰팡이 및 무기 화합물과 같은 물질에 의한 오염에 기인한 냄새를 전개시킨다. 병원에서는 에틸렌 산화물 같이, 마취 가스 및 독성 멸균용 화합물이 공기중에 누적될 수 있다. 자동차, 트럭 및 항공기 안과 같은 더 좁은 공간에서는, 예컨대 구조재 및 설비재로부터 나온 오염물의 누적이 더욱 큰 문제가 될 수 있다. 담배 연소 또한 오염의 원인이 된다.

오염된 공기의 처리는 여과, 활성 탄소상에서의 흡착 또는 정전 석출과 같은 고형분 입자의 제거에 초점이 맞추어져 왔다. 상기 고형물 제거는 단순히 오염물을 한곳에서부터 다른 곳으로 이동시키는 것이다. 상기 제거에 대한 통상적인 선택으로 활성 탄소를 사용하는 경우, 오염물은 탄소 표면상에 흡착하여 마침내 포화되며 교체되어야 한다. 저분자량 기체 화합물과 같은 몇몇 오염물은 만족스럽게 흡착되지 않거나 또는 쉽게 탈착된다. 또한, 오염물 제거의 효능은 고온에서 감소한다.

공기 재조정 장치의 많은 요건중에서, 몇가지 요건은 본질적으로 중요한 데, 시판중인 시스템에 의해서는 충족되지 않는다. 이러한 요건들은 다종의 오염물을 실온에서 장기간의 가동 하에서 동시에 처리할 수 있어야 한다는 것이다.

최근에는 오염물을 제거하기 위해서 광촉매 반응을 사용하여 왔다. 오염된 공기를 적당한 광원을 사용하여 광촉매위를 통과시키거나 또는 광촉매를 관통시킨다. 애너테이스(예추석;銳錐石) 이산화 티타늄(TiO₂)은 광촉매의 통상 형태이며 실온에서 UV광선으로 적당히 조사된다. 이산화 티타늄을 사용한 광촉매 처리는 연속 조작시 활성 탄소를 사용하는 것 보다 저분자량 유기 및 무기 기체 화합물을 더 빨리 제거하며, 오염물은 일반적으로 무해한, 냄새 없거나 또는 독성이 적은 화합물로 분해되는 잇점을 갖는다.

미국 특허 제 5,045,288 호(라우쁘등)는 물로부터 오염물을 제거하는 광촉매반응을 사용한 장치를 개시하고 있다. 물은 반응 용기의 UV-투과 벽을 통과한 UV광선에 의해 조사되는 광촉매의 베드를 통해 펌핑된다. 물 대신 공기를 사용하기 위해 상기 배치를 변경시킬 수도 있으나, 상기 촉매 베드 및 상기 유동 촉매를 위해 더욱 큰 반응 챔버를 필요로 하므로, 이는 상기 장치를 방과 같은 작은 공간에 대해서는 부적합하게 만든다. 추가로, 배압 또는 상기 촉매에 의해 형성된 내성은 큰 부피의 오염된 공기를 처리하는 공정을 방해하므로, 오염물 제거에 효과적인 강력한 장치를 요할 것이다.

미국 특허 제 4,892,712 호(로버트슨 등)은 광촉매를 사용하여 유체로부터 오염물을 제거하는 장치를 개시하고 있다. 상기 장치는 광촉매를 함유하는 원통형 매트릭스를 구비한 UV관을 에워싸고 있다. 그 UV관 및 매트릭스는 상기 장치의 한 단부에 있는, 원통형 자켓의 종축에 수직한, 소형 유체 유입관 및 상기 장치의 다른 단부에서 상응한 유체 배출관을 구비한 원통형 유체-밀폐 자켓내에 차례로 봉입되어 있다. 비록 상기 장치가 기체 및 액체 모두에 대해 유용한 것으로 개시되어 있기는 하나, 이 장치는 방 또는 실험실에서의 공기로부터 신속하게 오염물을 제거하는 데 효과적이지 않다. 공기를 상기 매트릭스의 길이를 따라 이동시키므로써 발생된 배압은 불편할정도로 큰 펌프 또는 팬을 필요로 할 것이다.

병실, 방 또는 연구실 또는 자동차, 트럭 또는 비행기와 같은 교통수단의 내부과 같은 좁은 공간으로부터 오염물을 제거하거나 냄새를 제거하기에 적합하게 배치할 필요가 존재한다. 좁은 공간에 적당하기 위해서는, 오염물 제거 장치가 너무 크거나 또는 조잡하지 않으면서 신속하게 큰 부피의 공기를 제거할 수 있어야 한다. 상기 장치는 벤치 또는 테이블상에 놓을 수 있으며 불쾌하거나 해로운 오염물을 신속히 제거할 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명은 냄새 또는 기타 공중 부유 오염물을 공기로부터 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 실시예에 의해 발명의 실시태양 및 그 부품들을 보여주는 하기한 도면을 참고로 추가 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 장치를 부분적으로 절단한 개략 측면도이다.

도 2는 도 1의 실시태양의 평면도이다.

도 3은 개방된 위치에서 선회하는 후위 부분을 보여주는 도 1에서와 같이 부분적으로 절단한 개략 측면도이다.

도 4는 도 1의 장치내에 사용하기에 적합한 필터를 함유하는 필터 카트리지의 분해도이다.

도 5 및 도 6은 각각 도 4의 필터 카트리지의 평면도 및 측면도이다.

도 7, 도 8 및 도 9는 도 1의 장치에 사용하기에 적합한 필터의 상이한 실시태양들의 분해도이다.

바람직한 실시태양에서, 공기 흐름 통로는 공기가 한 방향으로 흐르는 상류 부분 및 공기가 그 반대 방향으로 흐르는 인접한 하류 부분을 구비하며 상기 평면 필터 수단은 상기 필터 수단이 상류 및 하류 부분을 가로질러 연장되도록 하우징내에 배치된다.

상기 하우징은 공기가 순환하는 통로, 및 광원 및 상기 순환 수단과 같은 기타 부품이 장착될 수 있는 구조물을 제공한다.

유입구는 상기 필터 수단을 수용할 만큼 충분히 커야한다. 유입구가 상기 필터 수단 보다 크면, 그후 공기는 광촉매에 노출되지 않고 통과할 것이다. 유입구가 필터 수단 보다 작으면, 이는 필터의 사용가능한 면적의 일부를 버리는 것이 된다. 필터 수단의 사이즈는 적합한 공기 흐름을 허용하기에 충분히 커야한다. 공기 유입구는 노(爐) 내에서 사용하는 것처럼, 먼지를 제거하고 상기 광촉매의 막힘(colgging)을 방지하는 추가 필터 수단인, 광촉매 필터 수단의 업스트림을 가질수 있다.

공기는 필터와 동일한 치수의 차단되지 않은 배출구를 통과하는 것처럼 상기 필터 수단을 빠르게 통과할 수는 없으므로, 배출구는 상기 시스템과 동일한 유입구 보다 작을 수 있다. 테스트 장치에서, 33%의 사이즈 차(0.31m²(48in²)유입구 및 0.23m²(36in²)배출구)를 사용한다.

보호 그릴은 유입구 및 배출구의 외부에 놓는 것이 바람직하다. 상기 그릴은 실질적으로 공기 흐름을 방해하지 않아야 한다.

오염물의 반응 및 분해를 수행하도록 광촉매에 에너지를 주입하기 위해서는 광원이 충분한 세기 및 파장띠의 광선을 공급하여야 한다. 광역 광원을 사용할 수 있다. 적당한 광원은 형광 흑광, 백열 흑광, 크세논 램프 및 저압, 중압 및 고압 수은 램프를 포함한다. 그러나, 광촉매가 이산화티타늄인 경우, 300 내지 440nm의 파장 띠를 갖는 흑광과 같은 UV 광원이 바람직하다. 254nm부근과 같은 더 짧은 파장이 효과적이나, 안전의 이유로 UV A구간내의 광선을 사용하는 것이 바람직하다. 350-380nm 부근의 파장 띠가 적당하다. 366nm 파장이 바람직하다.

광선의 세기는 광원의 유형 및 수에 의해 좌우된다. 이산화 티타늄의 경우, 313 및 366nm의 파장에서 최고 출력을 갖는 저 동력 15 와트 수은 전구가 적합하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 전구를 사용하는 경우, 1 개의 전구가 아닌 2 개의 전구를 사용하면 반응 속도가 현저히 증가하나, 2 개가 아닌 3 개를 사용하면 반응 속도의 증가가 덜 현저하다는 것이 밝혀졌다. 그러므로, 가정용으로는 경제적인 측면에서 2 개의 백열전구를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

광원은 필터수단의 한 면에 배열된다. 즉, 광원은 필터 수단에 의해 둘러싸이지 않는다. 이로써 필터 수단이 공기 통로안에서 더 큰 면적을 갖게 되며 상기 광원으로부터 나온 광선이 복사하여 필터 수단의 노출된 부위에 도달된다. 반사 층이 이탈 광선을 필터 수단 뒤로 반사시키도록 반사층을 광원뒤에 배치하는 것이 바람직하다.

오염물을 효과적으로 제거하거나 감소시키는 광촉매를 사용할 수 있다. 적당한 광촉매로는 TiO₂, ZnO, CdS, WO₃, SnO₂, ZrO₂, Sb₂O₄, CeO₂, Fe₂O₃가 있다. 바람직한 광촉매는 TiO₂의 예추석 형태이다.

냄새 및 오염물 제거를 최적화시키는 것은 한편으로는 효율을 증가시켜야 하고 다른 한편으로는 공기 흐름을 증가시키고 제조단가를 감소시켜야 하는 것과 같은 상충하는 요구 사이에 균형을 이루어야 한다. 소정의 광촉매에 대해서, 오염물 제거 효율은 광선의 파장 및 세기; 광촉매의 표면적; 체적측정용 공기 흐름; 및필터 수단을 가로지르는 압력 차에 영향을 받을 것이다.

공기 흐름은 체류 시간 또는 오염물이 광촉매와 접촉하는 시간을 결정한다. 체류시간에 있어서, 오염된 공기가 광촉매와 오래 접촉할수록, 오염물이 분해될 가능성은 더 커진다. 다른 한편으로는, 오염물 함량을 감소시기 위해 가능한 한 빠르게 많은 공기를 가공하는 것이 바람직하다.

순환 수단은 펌프와 같은 기타 수단을 통과하는 팬이 간편하며 또는 대류를 사용할 수도 있다. 상기 수단은 광촉매위 공기의 이동을 가능하게 하는 데만 요구된다.

바람직한 실시태양에 있어서, 유입구는 하우징의 전방 한 사이드의 상단에 존재하며 배출구는 하우징의 동일한 사이드의 하단으로부터 밖으로 돌출한 터널의 단부에 존재한다. 이러한 터널은 팬에 대해 간편한 위치에 주어지며 상기 장치의 하단("바퀴밑(footprint)")의 면적을 증가시킴으로써, 터널이 쉽게 뒤집어지지 않도록 상기 장치에 안정성을 부여한다. 이러한 디자인은 또한 필터가 실질적으로 상기 장치의 전체 높이로 연장될 수 있는 추가의 바람직한 특성을 허용한다. 그 후 유입 공기가 필터의 상단 구간에 노출되어 하우징의 뒤의 곡면 배열에 의해 U-턴하여 둘레에 안내된다. 플리넘(plenum)을 사용하여 이 배열을 갖는 필터의 상단 및 하단 구간을 분리시킨다.

물론 기타의 배열도 가능하다. 예를 들면, 상기 순환용 공기가 하우징의 한 사이드상의 유입구로부터 하우징의 다른 사이드상의 배출구로 거의 직선형 통로로 이동하도록 하우징이 구조될 수 있다. 이러한 배열에서는 하우징은 장방형 모양인 것이 간편할 수 있다. 필터 수단은 유입구 또는 배출구중의 하나와 인접하게 장착될 수 있으며 또는 심지어는 유입구 및 배출구 각각에 인접하게 하나씩 위치된 두 개의 필터 수단을 사용할 수 있다. 그 후 순환 수단은 유입구 및 배출구의 사이 중앙에 위치될 수 있다. 그러므로 다양한 배열이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

필터 수단은 편평하거나 또는 주름진 필터를 포함한다. 필터는 필수적으로 두 개의 성분 즉, 지지체 및 광촉매를 포함한다. 지지체는 섬유상이고 적합한 공기 흐름을 허용하기에 충분히 다공성이어야 한다. 지지체는 큰 표면적을 가지며 사용된 광선을 투과하거나 또는 광선을 거의 흡수하지 않는 것이 바람직하다. 광촉매는 순환공기에 노출된 표면적을 최소화하도록 지지체상에 배열되어야 한다. 광촉매는 액체 매체중 광촉매의 피복 조성물과 상기 지지체를 접촉시키므로써 간편하게 지지체상의 피복물 형태로 제조될 수 있다. 상기 표면적을 최소화하는 효과적인 방법은 미세한 분말형태의 광촉매를 엘렉트릿(electret) 물질과 같이, 광촉매 입자를 정전기적으로 고정시킬 수 있는 섬유상 부직 지지체에 도포하는 것이다. 미리하전된 엘렉트릿 섬유는 코로나 방전처리 및 피브릴화될 수 있는 유전 중합체로 된 필름으로부터 형성하는 것이 바람직하다. 적당한 필름 형성 유전 중합체는 폴리프로필렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 폴리-1-부텐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리트리플루오로클로로에틸렌과 같은 폴리올레핀; 또는 폴리비닐클로라이드; 폴리스티렌과 같은 방향족폴리아렌; 폴리카보네이트; 폴리에스테르; 및 이들의 공중합체 및 혼합물을 포함한다. 분지된 알킬 라디칼 및 이들의 공중합체를 함유하지 않는 폴리올레핀이 바람직하다. 폴리프로필렌 및 폴리프로필렌 공중합체가 특히 바람직하다.

당해 기술분야에 공지된 다양한 작용성 첨가제를 미국 특허 제 4,874,399 호에 교시된 바와 같은 폴리(4-메틸-1-펜텐)과 같은 상기 유전 중합체 또는 공중합체, 미국 특허 제 4,789,504 호에 개시된 바와 같은 지방산 금속염 또는 미국 특허 제 4,456,648 호에서와 같은 미립물질과 혼합할 수 있다. 이러한 엘렉트릿 섬유는 미립자를 정전기적으로 고정시킬 것이다. 블로운 섬유, 특히 블로운 폴리프로필렌 미소섬유는 상기 지지체 물질로 바람직하다. 상기 섬유상 지지체는 20 내지 80g/m², 더욱 바람직하게는 30 내지 60g/m²의 중량범위를 갖는 폴리프로필렌이 바람직하다.

바람직한 지지체 물질인 블로운 폴리프로필렌 미소섬유는 압착된 형태로는 0.127mm(1 in의 5/1000)의 두께, 미압착 형태로는 0.508mm(1 in의 20/1000)의 두께를 가지며 롤형태로 시판된다. 본 발명에서는 상기 물질을 부풀게("fluff") 하여 1.524mm(1 in의 60/1000)의 미압착 두께를 부여하는 것이 바람직하다. 이 물질은 광촉매를 장입한 후, 이중 또는 삼중 층으로서 사용하는 것이 바람직하다.

광촉매가 상기 지지체에 정전기적으로 고정되어 있는 필터수단은 미분 광촉매 분말을 상기 지지체와 접촉시키고 존재하는 헐겁게 부착된 입자 또는 과잉의 입자를 진공화에 의해 제거함으로써 쉽게 제조된다.

또한 예컨대, 얇은 수계 아크릴산 접착제를 사용하여 상기 지지체를 코팅시키고, 그 후 그 코팅된 지지체를 광촉매 분말과 접촉시키므로써 분말 형태의 광촉매를 지지체상에 적재할 수 있다. 이 기술을 사용하여 이산화 티타늄을 폴리프로필렌 지지체상에 적재할 수 있다.

광촉매 분말은 일반적으로 1nm미만의 입자 크기를 가져야 하거나 또는 지지체는 입자를 정전기적으로 보유할 수 없어야 한다. 또한, 더 작은 입자 크기는 통상 더 큰 표면적을 제공할 것이므로 반응 속도를 증가시킨다. 1 nm 내지 1mm(1000㎛)범위의 입자 크기가 적당하며 2nm 내지 1000nm가 바람직하다.

필터는 일반적으로 1m²/g이상, 바람직하게는 5m²/g이상의 광촉매 표면적을 제공하여야 한다. 광촉매가 분말형태이고 정전기적으로 지지체에 고정되는 경우, 상기 광촉매의 거의 모든 표면적이 반응에 대해 유효할 것이다. 분말 형태의 적당한 이산화 티타늄 광촉매는 Degussa로부터 시판되는 약 50m²/g의 표면적을 갖는 상표명 "P 25" 및 Hombikat로부터 시판되는 약 250m²/g의 표면적을 갖는 상표명 UV100 으로 시판한다. 그러나, 상기 입자가 과도하게 미세한 경우, 입자들이 함께 모여서 예측된 표면적을 감소시킬 수 있다는 데에 주의하여야 한다.

액체 매체중의 이산화 티타늄 광촉매 조성물을 지지체상에 코팅시키므로써 제조된 필터 수단은 전형적으로 약 10 내지 약 15 m²/g의 표면적을 가질 것이다.

섬유상 지지체상에서 정전기적으로 결합된 분말화된 광촉매를 사용하는 경우, 지지체 중량을 기준으로 50중량%까지의 광촉매를 상기 지지체상에 적재할 수 있다. 바람직한 적재범위는 10 내지 25중량%이다.

이산화 티타늄과 같은 활성화된 광촉매를 사용하므로써 유기 및 무기 화합물 모두를 분해시킬 수 있다. 예를 들면, 탄화수소를 이산화탄소 및 물로 분해시킬 수 있으며 황화수소는 황원소로 분해시킬 수 있다. 일어나는 반응은 광선에 의해 연속하여 재활성화될 수 있는 광촉매를 소비하지 않는다.

필터 수단은 활성탄과 같은 한 층의 흡착제를 하나 이상의 기타 섬유상 다공성 지지체상에 추가로 포함할 수 있으므로 광촉매 오염물 및 흡착제 오염물을 둘 다 함께 감소 및 제거시키므로써 유리하다. 상기 추가층을 사용한다면, 광원에 마주한 광촉매층의 사이드상에 존재하여야 광선 차단 및 광촉매의 활성화 방해를 피할 수 있다.

필터 수단은 순환 공기의 통로를 가로질러 배치되므로, 장치가 가동중인 경우에는 배압이 발생한다. 배압은 필터를 횡단하는 압력 강하의 함수이다. 한 예를 보여주기 위해, 가정용 노에서는 필터를 횡단하는 압력강하는 1.524m/초(300ft/분)의 면속도에서 물 약 3.81mm(0.15in)이 될 것이다. 이같은 가정용 노의 경우, 만약 상기 필터를 횡단하는 압력 강하가 1.524m/초(300ft/분)의 면속도에서 물 약 12.7mm(0.5in)로 상승한다면, 팬은 공기를 순환시키기에 충분한 동력을 갖지 않을 수 있다.

본 발명의 장치에 대해 바람직한 것과 같이, 테이블 상단 또는 벤치 상단 용도에 있어서, 필터를 횡단하는 압력 강하는 면속도 0.381m/초(75ft/분)에서 물 7.62mm 내지 12.7mm(0.3 내지 0.5in)의 범위, 면속도 1.524m/초(300ft/분)에서 물 15.24mm 내지 25.4mm(0.6 내지 1.0in)의 범위에 놓이는 것이 바람직하다. 이상적으로, 압력 강하는 공기와 광촉매의 유효한 접촉을 시종일관 달성하면서 소정의 공기 흐름을 위해 가능한한 낮아야 한다.

공기 흐름은 0.0508m/초 내지 3.556m/초(10ft/분 내지 700ft/분)의 면속도가 바람직하며, 0.127m/초 내지 1.778m/초(25ft/분 내지 350ft/분)의 면속도가 더욱 바람직하다.

상기 바람직한 폴리프로필렌 지지체 물질을 사용하는 경우, 이중층에 대한 3.048mm(1 in의 120/1000) 내지 압착된 삼중층 또는 다중층에 대한 약 3.302mm(1 in의 130/1000)의 두께가 적당하다.

상기 지지체는 파형 또는 주름형일 수 있다. 이 주름진 구조물은 배압을 현저히 증가시키지 않거나 또는 공기 흐름을 방해함이 없이 큰 표면적을 허용한다. 상기한 주름진 구조물을 구성하는 것을 돕기 위해 상기 지지체는 소정의 모양을 유지하도록 배열될 수 있는 백킹 물질상에 장착될 수 있다. 상기 백킹 물질은 공기 흐름 및 광촉매 에너지화를 방해하지 않아야 한다. 팽창된 금속 또는 스크림은 백킹물질로서 적당하다. 스크림은 폴리프로필렌과 같은 물질로 된 망이며, 예컨대 Conwed Corp로부터 시판한다. 시판하는 스크림 형태는 약 0.254mm(1 in의 10/1000)의 두께를 갖는다. 백킹층을 한 층의 압감접착제로 코팅하여 지지체를 고정한다. 필터 수단은 다중층 지지체, 예컨대 다수개의 각 백킹상에 있는 한 층의 지지체를 가질 수 있거나 또는 단일 백킹이 각 사이드상에 한 층의 지지체를 구비하도록 하여 상기 백킹 층은 실질적으로 지지체층들의 사이에 존재한다. 물론, 층이 많을수록 공기 흐름이 방해될 것이다. 주름진 단일층 또는 이중 층이 바람직하다.

다양한 냄새 및 오염물, 예를 들면, 이소부탄, 프로판, 디에틸에테르 및 아세트알데히드와 같은 저분자량 유기 기체 및 에틸프로피오네이트(과일향 럼 냄새), 알릴부티레이트(복숭아, 살구 냄새) 및 프로필부티레이트(땀에 절은 고약한 냄새)와 같은 고분자량 기체를 제거하는 데 상기 장치를 사용할 수 있다. 제거될 수 있는 중요한 오염물은 황화 수소이다. 악취 있는 기체의 80%는 황화 수소를 함유한다고 말한다.

도 1 과 관련하여, 본 발명의 공기를 정화하는 장치는 곡선의 배면을 갖는 일반적인 L자-모양의 하우징(1)을 포함한다. 그 하우징은 플라스틱 구조 물질로 만들어지나, 금속과 같은 적당한 기타 구조 물질로 만들어질 수 있다. 하우징의 앞은 공기 유입구(2)를 포함하는 상단 부분 및 공기 배출구(4)에서 끝나는, 통상 (3)으로 표시되는 연장부를 갖는 하단 부분을 구비한다. 팬(5)는 연장부(3)내에 장착된다. 연장부(3)는 팬(5)에 편리한 위치를 제공하며 추가로 안정한 디자인을 제공한다. 일반적으로 평면 필터 카트리지(6)형태의 필터 수단은 유입구(2)에 인접한 하우징내에 장착되어 있으며 하우징의 상단으로부터 하우징의 하단까지 유입구(2)와 일반적으로 동일 평면으로 연장되어 있다. 상기 필터 카트리지(6)은 상류 및 하류 공기 흐름 통로 모두를 횡단하여 연장되어 카트리지의 횡단면적이 상류 및 하류 통로의 면적의 합과 거의 동일한 것을 알 수 있다. 내부 고정된 광촉매를 갖는 하나 이상의 지지체층을 포함하는 카트리지(6)내에 필터(7)을 배치한다. 플리넘(8)은 필터 카트리지(6)을 상부 필터 구간 및 저부 필터 구간으로 분리하여 도 9, 10, 11 및 12에서와 같이, 순환하는 공기가 유입구(2)에 도입시킨 후 카트리지(6)의 구간을 통과하고 나서 배출구(4)로 가는 도중에 있는 저부 구간을 통과한다. 그러므로 본 실시태양에서는 공기가 필터에 두 번 노출된다. 도 1 에 도시되어 있는 필터(7)의 바람직한 배열은 필터(7)이 공기 흐름의 일반적인 방향에 대해 일정한 각도로 배치된 다수개의 평면들을 포함하는 주름진 배열이다. 필터는 이하에 더욱 자세히 기술할 것이다.

UV 램프(13)은 광원으로 작용하며 필터 카트리지(6)의 한 사이드상의 하우징(1)의 측벽내 및 카트리지(6)과 하우징의 뒤사이에 장착된다. UV 램프는 광촉매로서 이산화티타늄에 대한 바람직한 광원이다. 상기 도시된 램프는 종래의 원통형 UV 램프이며 하우징의 한 측벽으로부터 다른 측벽으로 연장된다. 램프(13)의 위치는 중요한 것이 아니나, 단 그것들은 광촉매를 효과적으로 에너지화할 수 있다. 상기 램프는 손쉽게 접근하도록 하우징의 상단에 장착된 스위치(14) 및 안정성을 위해 하우징의 하단에 장착된 밸러스트(15;ballast)에 의해 활동할 수 있다.

하우징(1)의 뒤는 하우징 상단에 피보트(17)에서 선회하는 시라우드(16;shroud)를 포함하며 이는 하우징의 내부에 쉽게 접근하기 위해 위쪽으로 열 수 있다. 자물쇠(18) 및 걸쇠(19)는 상기 선회하는 시라우드(16)를 밀폐된 위치로 고정한다. 시라우드(16)의 내부 표면상 및 하우징(1)의 뒤에 있는, 윤을 낸 알루미늄의 반사 표면(20)은 효율을 최대화하기 위해 램프(13)으로부터 필터(7)로 이탈하는 광선을 재직행시킨다. 윤을 낸 알루미늄은 UV 광선의 반사를 위해 바람직한 물질이다.

도 2는 도 1의 장치의 평면도이다. 하우징(1)은 유입구(2)를 횡단하여 배치된(본 도면에서는 도시되지 않음) 보호 유입 그릴(30) 및 배출구(4)를 횡단하여 배치된(본 도면에서는 도시되지 않음) 보호 배출 그릴(31)을 구비한다.

도 3은 도 1 및 도 2에서 도시된 장치의 또 다른 측면도이며 개방된 위치로 선회하는 시라우드(16)을 도시하는 것을 제외하고는 도 1과 동일하다.

작동시, 팬(5)는 유입구(2)를 통해 그리고 필터(7)의 상단 부분을 통해 외부공기를 인출한다. 필터(7)상의 광촉매는 UV램프와 접촉한 공기내 오염물의 파괴 및 분해를 일으키는 UV 램프에 의해 에너지화된다. 공기는 상기 이면 둘레의 하우징(1)을 통해 그리고 필터의 낮은 구간을 통해 계속하여 인출되는 데, 여기서 추가의 파괴 및 분해는 필터의 낮은 구간내에서 수행된다. 반응 생성물 및 미반응 기체 및 공기는 그 후 연장부(3)을 통과하여 배출구(4)로부터 방출된다.

도 4, 5 및 6은 도 1의 필터 카트리지(6)를 더욱 자세히 도시한다. 카트리지(6)은 두 개의 분리가능한 구간(40) 및 (41)의 외부 케이싱을 갖는다. 그 케이싱은 필터(7)의 용이한 취급 및 보호를 허용한다. 도면들에 도시된 실시태양에서, 필터(7)은 주름지거나 파형 모양을 갖는다. 플리넘(8)은 상기 필터의 저부(배출)구간으로부터 상부(유입) 구간을 분리하며 공기가 필터를 우회하는 것을 막는다. 좁은 립(42) 및 (43)은 필터를 케이싱내에 정합하도록 보유시키기 위해 케이싱 구간의 전면 및 후면을 횡단하여 연장된다.

도 7, 8 및 9는 본 발명의 사용을 위해 적합한 필터의 세가지 유형의 분해도이다. 도 7은 도 4, 5 및 6에 도시된 필터(7)의 도면이다. 지지체(71)은 섬유에 정진기적으로 고정된 이산화 티타늄의 광촉매 분말을 적재한 블로운 폴리프로필렌 미소섬유의 이중층이다. 백킹층(72) 및 (73)은 주름지거나 또는 파형 모양으로 형성된 확장 금속 메쉬이다. 필터(7)(도 1에 도시됨)을 얻기 위해서, 상기 지지체 층(71)을 확장된 금속 메쉬층(72) 및 (73)사이에서 압연하여 상기 유연한 다공성 층(71)이 확장된 금속 메쉬층(72) 및 (73)과 동일한 주름 모양을 갖게 한다.

도 8에서 지지체(81)은 도 1에 도시한 바와 동일한 이산화 티타늄 적재된 폴리프로필렌 섬유의 단일층이다. 단지 하나의 백킹층(82)이 사용되기 때문에, 백킹층(82) 또는 지지체(81)중 어느 하나에 압감접착제 코우팅을 도포하므로써 지지체(81)을 백킹층(82)에 고정시킨다.

도 9는 지지체(91)이 두 개의 백킹층(92) 및 (93)사이의 단일층(도 8에 도시된 바와 같음)이라는 것을 제외하고는 도 7과 같다. 또 다른 차이는 추가 지지체층(94)이 존재한다는 것이다. 추가의 지지체층은 이산화 티타늄 광촉매를 적재한 폴리프로필렌 섬유의 추가층일 수 있거나 또는 폴리에스테르 섬유의 다공성 웹에 고정된 활성 탄소의 한 층과 같은 종래의 흡착제를 함유하는 다공성 층일 수 있다.

본 발명의 장치는 LP 1500 Bionaire 공기 정화기를 변형시키므로써 구성된다. 그 UV 램프는 Southern Ultraviolet Co. 에서 시판하는 15와트, 0.3048m(12in) RPR-3000 램프(Rayonet 광화학 반응기내에 사용되는 것과 같은 것)이다. 상기 팬은 두 가지 속도를 갖는다. 고속 또는 고유량 세팅은 1080L/분의 유속을 제공한다. 저속 세팅은 6040L/분의 유속을 제공한다. 사용된 장치내에서 이들 세팅은 면속도 0.9144m/초(180ft/분)(고유량) 및 0.508m/초(100ft/분)(저유량)에 해당한다.

실시예들에서 사용되고 도 1, 2 및 3에 의해 개략적으로 나타나는 변형된 Bionaire LP 1500 공기 정화기는 높이 0.222m(8.75in), 깊이 0.27m(10.625in) 및 너비 0.31m(12.25in)를 갖는다. 이들 치수는 벤치 또는 데스크 톱에 적당한 간소한 "바퀴밑"을 갖는 소형 디바이스를 이룬다.

사용된 필터 카트리지는 너비 0.2921m(11.5in) 및 높이 0.197m(7.75in)를 갖는다. 플리넘은 카트리지의 하단으로부터 0.086m(3.38in)이다. 카트리지는 0.0381m(1.5in)두께이며, 주름의 면을 따라 하나의 주름으로부터 다음 주름까지의 거리는 0.04m(1.58in)이다. 그러므로 8개의 주름을 갖는 필터는 필터가 편평한 주름없는 필터 간격 0.4064m x 0.04m(16 x 1.58in)에 비교되는 16개의 주름면을 갖는다. 카트리지의 가장자리는 약 0.0127m(0.5in)로 모두 둥글다.

본 발명의 일면에 따르면,

공기 유입구 및 공기 배출구를 갖는 하우징(housing);

상기 하우징 외부로부터의 공기를 상기 하우징 내부의 공기 흐름 통로를 따라 상기 유입구를 통해 그리고 배출구 밖으로 순환시키는, 상기 하우징에 장착된 순환 수단;

상기 공기 순환 통로를 가로질러 배치되어 있으며, 섬유상 다공성 지지체에 고정된 광촉매를 포함하는 평면 필터 수단; 및

상기 광촉매를 활성화시키기 위해 상기 필터 수단상에 광선을 보내는, 하우징내에 장착된 광원을 포함하는 공기 정화용 장치가 제공된다.

본 발명을 대표하는 실시예, 비교예 및 참고예(Philips)를 다음과 같이 테스트하였다.

특별한 지시가 없으면 상기 장치를 0.609m x 0.609m x 0.609m(2ft x 2ft x 2ft)(227ℓ) 기밀 챔버내에 놓았다. 오염물의 공지된 양을 상기 챔버내로 도입하였다. 테스트의 목적으로, 오염물 초기 농도를 가끔 1500 내지 2000ppm으로 조절하였다. (통상의 용도로는, 약 1 ∼ 20ppm의 농도임). 평형상태에 도달시키기 위한 몇 분 후에, 상기 장치를 작동시키고 주사기를 사용하여 일정간격으로 샘플을 제거하였다. 그 샘플을 메탄화기가 장착된 Perkin Elmer Autosystem 기체 크로마토그램 -9000을 사용하여 분석하였다. 불꽃 이온화 감지기의 온도는 정확성을 개선시키기 위해 이소부탄 및 프로판을 테스트하는 경우, 350℃에서 225℃로 감소되었다. 황화 수소인 경우, 3M에서 상표명 "Dynatel CSM 500"으로 시판하는 제한 간격 모니터를 사용하여 측정하였다.

상기 장치는 오염물로서 하기 화합물을 사용하여 테스트되었다: 이소부탄, 황화 수소, 디에틸 에테르, 아세트알데히드, 에틸프로피오네이트, 알릴 부티레이트 및 프로필 부티레이트. 사용된 오염물은 각각 하기한 표 1 내지 15B로 표시되어 있다. 테스트된 필터 및 장치/필터 오염물에 대해 사용된 유속을 하기 표 1 내지 15B에 나타냈다.

테스트된 장치는 특별한 언급이 없는 한, 각각 313 nm 파장을 갖는 UV 백열전구를 갖는다. 백열전구의 수(동일한 파장을 가짐)는 실시예 6에서 다양하며 그 파장(동일한 수의 백열전구)은 표 7에서 다양하다는 데에 주목한다.

하기 표들에서 오염물 농도를 판독하지 않은것은 데 표의 컬럼에 표시된 시간동안 상기 판독이 이루어지지 않았다는 것을 나타낸다.

필터의 제조

필터 #1

블로운 폴리프로필렌 부직 섬유들의 웹을 웹내로 니들-택킹하였다. 그 웹을 과잉 이산화 티타늄 분말을 갖는 백내에서 상기 웹이 상기 분말로 포화될 때 까지 흔든다. 상기 이산화 티타늄 적재된 웹을 발연 후드내에서 진공시키거나 또는 유리된 분말을 제거하기 위해 휴대용 진공기로 진공시켰다. 그 웹을 접어서 8 개의 주름 또는 파형을 갖는 주름진 와이어 메쉬 백킹층(0.381mm(0.015in)두께 및 31.75mm(1.25in)디이아몬드 확장된 금속 메쉬) 상에 놓았다. 두 번째 주름진 와이어 메쉬 백킹층을 상기 웹의 다른 사이드상에서 압연시켰다. 그 필터를 (0.3098m(12in) x 0.2032 m(8in))카드보드 프레임내에 놓았다.

필터 #2

한 층의 폴리프로필렌 웹을 사용하고 상기 웹은 단지 하나의 사이드상에 주름진 와이어 메쉬 백킹을 갖는다는 것을 제외하고는 필터 #1에 대한 과정을 따랐다. 압감접착제 코팅에 의해 상기 웹을 백킹에 고정시켰다.

필터 #3

유리 섬유 시이트를 블로운 폴리프로필렌 섬유 대신 사용하였다. 졸-겔 가공법(미국 특허 제 4,892,712호에 개시한 것과 같음)을 사용하여 이산화티타늄을 유리 섬유상에 코팅하였다. 그외에는 필터 #1에 대한 과정을 사용하였다.

필터 #4 및 필터 #5

스크림 물질을 백킹층으로서 사용하는 것을 제외하고는 필터 #1에 대한 과정을 따랐다. 그 스크림을 압감접착제로 코팅하였다. 그 스크림을 주름지게 하기는 어려우므로, 이 유형의 필터는 주름없는 편평한 것이다.

필터 #6

이산화 티타늄이 적재된 한 층을 활성탄소 흡착제로 코팅한 폴리에스테르 섬유 웹의 한 층으로 대체하는 것을 제외하고는 필터 #1에 대한 과정을 따랐다. 이 혼성 필터는 광촉매 층 및 활성 탄소의 추가 층을 폴리에스테르 섬유 지지체상에 모두 갖는다.

실시예 1

실시예 2

실시예 3

실시예 4

실시예 5

실시예 6

실시예 7

실시예 8

실시예 9

실시예 10

실시예 11

실시예 12

실시예 13

실시예 14

실시예 15

정화 공기 배분율(CADR)은 오염물 제거율을 비교하는 간편한 파라미터이다. 만약 ln(C_At/C_A)가 시간에 대해 플로팅된다면(여기서 C_At는 소정의 시간에서의 오염물 농도이고 C_A는 초기 농도임), 그 후 상기 그래프 기울기는 감쇠 상수 k_n가 될 것이다. 자연 감쇠 상수 k_n는 광촉매 또는 기타 활성 제거 없이 수득한 결과에 대한 동일한 그래프의 기울기이다. 그후 CADR를 하기 수학식 1에 따라 계산하였다 :

CADR = (k-k_n)V

식중, V는 테스트 챔버의 부피이다.

상기 실시예들을 사용하여, 표 A 내지 E를 만들 수 있다. 감쇠상수 k를 계산한 표는 하기에 공급 표로 나타내었으며 그 실시예 또는 참고예는 "실시예 기호"로 나타냈다.

상기 유량이 감소하는 경우 탄소 필터에 대해서 상기 CADR이 강하(덜 효율적임) 한다는 데에 주목하여야한다. 본 발명의 광촉매 디바이스에 있어서, 유속의 감소는 일반적으로 CADR을 증가시킨다.

상기 결과는 본 발명의 장치가 필립스 디바이스의 활성탄소 필터 보다 성능이 우수하다는 것을 입증하였다. 특히 이소부탄, 프로판, 아세트알데히드 및 황화수소와 같은 저분자량 기체에 대해 성능이 우수하였다.

Claims

공기 유입구 및 공기 배출구를 갖는 하우징;

상기 하우징 외부로부터의 공기를 상기 하우징 내부의 공기 흐름 통로를 따라 상기 유입구를 통해 그리고 배출구 밖으로 순환시키는, 상기 하우징에 장착된 순환 수단;

상기 공기 순환 통로를 가로질러 배치되어 있으며, 섬유상 다공성 지지체에 고정된 광촉매를 포함하는 평면 필터 수단; 및

상기 필터 수단상에 광선을 보내어 상기 광촉매를 활성화시키기 위해 하우징내에 장착된 광원을 포함하는 공기 정화 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공기 흐름 통로는 공기가 한 방향으로 흐르는 상류 부분 및 공기가 반대 방향으로 흐르는 인접한 하류 부분을 가지며 상기 평면 필터 수단은 필터 수단이 상기 상류 및 하류 부분을 가로질러 연장되도록 하우징내에 배치되는 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공기-흐름 통로는 직선형인 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 공기 흐름 통로의 상류 및 하류 부분의 단면적의 합은 필터 수단의 단면적과 거의 같은 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광촉매는 상기 지지체에 정전기적으로 고정되는 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광촉매는 이산화 티타늄 분말이고, 광원은 UV B범위에서 최대 세기를 갖는 UV광선 공급원이고, 지지체는 블로운 폴리프로필렌 일렉트릿 섬유인 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 지지체는 확장된 금속 메쉬이고 지지체는 주름진 형태를 갖는 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 수단은 흡착제를 포함하는 제 2의 섬유상 다공성 지지체를 추가로 포함하는 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 흡착제는 활성탄소인 장치.