KR200287404Y1 - 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 광촉매-자외선을 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광촉매-자외선을 이용하여 탈취와 살균기능이 일원화된 고효율, 저비용으로 다양한 실내공간에서의 공기오염에 대한 대응책과 처리장치를 제공하여 국민보건 증진은 물론 사회 보장비용의 절감에도 이바지 하는 광촉매-자외선을 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것이다.

본 고안의 목적은 전단에 필터를 이용하여 먼지나 미진을 제거하고 AC/ACF필터를 이용하여 악취나 유해가스를 흡착시킨 후, 광촉매-자외선을 이용하여 악취제거와 살균작용을 동시에 구현할 수 있는 고효율, 저비용의 광촉매-자외선을 이용한 실내공기 정화장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 실내의 공기를 인출하여 흡입할 수 있는 인출구(20)가 구비된 흡입기(10)와; 상기 흡입기(10)와 연결되어 공기중의 각종 먼지 등의 미세 고형물질을 제거하기 위한 전처리필터(30) 및 중간필터(40)와; 공기 중의 각종 악취 및 유해가스를 제거하기 위한 AC/ACF필터(50)와; 미량의 오염된 공기를 살균하기 위한 자외선램프(60) 및 광촉매부재(70)과; 상기 정화 및 살균된 공기를 실내에 배출하기 위한 배출팬(80)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 자외선램프(60)는 탈취작용과 살균작용이 가능한 280∼315nm의 자외선을 방사하는 램프로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.

또한 바람직하게는, 상기 광촉매부재(70)는 석영관과 세라믹담체에 TiO₂를 도핑시킨 광촉매 도핑담체인 것을 특징으로 한다.

Description

광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치{The room air purifying apparatus using the ultraviolet light source}

본 고안은 광촉매-자외선을 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광촉매-자외선 기술을 이용하여 탈취와 살균기능이 일원화된 고효율, 저비용으로 다양한 실내공간에서의 공기오염에 대한 대응책과 처리장치를 제공하여 국민보건 증진은 물론 사회 보장비용의 절감에도 이바지 하는 광촉매-자외선을 이용한 실내공기 정화장치에 관한 것이다.

종래에는 공기를 정화하기 위하여 일반적으로 폴리프로필렌(PP)수지 섬유 도는 폴리에틸렌(PE)수지 섬유를 이용하는 부직포 형태의 필터만을 사용하거나, 전기집진방식의 정전필터등을 사용하였다.

그러나, 이러한 형식의 필터로는 먼지를 거르는 것은 가능하지만 그 구조상 악취를 제거하거나 세균을 살균하는 것은 어려웠다. 따라서 탈취를 위한 활성탄으로 만들어진 활성탄탈취필터를 사용하기도 하였으나, 활성탄필터로는 탈취성능 및 내구성이 좋지 않았고, 공기중에 포함된 유해한 미생물을 살균할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 광에너지에 의해 활성화되어 탈취와 살균기능을 각는 광촉매물질을 이용한 광촉매-자외선을 이용한 실내공기정화가 제안되고 있다.

아래 [표1]은 광촉매로 사용할 수 있는 반도체와 산화환원 포텐셜을 나타낸 것이다.

반도체	Valence Band(V vs. SCE ±0.1V)	Conduction Band(V vs. SCE ±0.1V)
TiO2	+3.1	-0.1
SnO2	+4.1	+0.3
ZnO	+3.0	-0.2
WO3	+3.0	+0.2
CdS	+2.1	-0.4
CdSe	+1.6	-0.1
CaAs	+1.0	-0.4
CaP	+2.2	-0.1
SiC	+1.6	-1.4

일반적으로 광화학반응은 반도체의 결합전위에 의해 좌우되며, 촉매의 표면적과 결합전위 및 경제성을 고려할 경우 TiO2광촉매가 가장 적합하다.

자외선은 1800대 초에 발견된 이래로 살균목적에 이용하기 시작한 것은 1877년 경부터 이며 오늘에 와서는 응용범위가 매우 광범위하고 응용 형태 역시 매우 다양하게 되었다.

자외선에 대해서 C.I.E(국제조염위원회)에서 분류는 [표 2]와 같다.

UV-A	315nm-400nm	근자외선
UV-B	280nm-315nm	중자외선
UV-C	100nm-280nm	원자외선

상기 자외선은 특정한 파장을 중심으로 하여 고유의 특수한 작용을 하고 있는 것으로 나타나고 있으며 파장에 따른 특징은 [표 3]과 같다.

파장의 범위(nm)	가장작용이 강한 파장(nm)	작용	명칭	응용예
150∼200	184.9	음이온,오존의 생성	오존발생원	탈취, 살균, 물처리
200∼280	253.7	살균작용	살균선	살균
280∼320	296.7	홍반작용	건강선	광중합, 홍반효과
320∼380	365.0	화학반응	화학선	광중합, 형광램프

광촉매-자외선을 이용한 탈취 및 살균작용은 다음과 같이 이루어진다.

1. TiO₂반도체에 의한 빛의 흡수

TiO₂+hυ → e^- _CB+h ⁺ _VB

2. e^-+ h⁺ _VB확산

3. 양공반응

h ⁺VB + OH^-→ OH·

h ⁺ _VB+ H₂O → OH· + H⁺

OH· + Organic → Organic⁺

h⁺ _VB+ Organic →Organic⁺

4. 전자반응

e^-+ O₂→ O2^-·

1) 2O₂ ^-·+ 2H₂O →2OH·+ 2OH^-+ O₂

2) O₂ ^-·+ H⁺→HO₂·

O₂-·+ HO₂· →H₂O- + O₂

HO₂· + HO₂· → H₂O₂· + O₂

HO₂ ^-+ H⁺→ H₂O₂

H₂O₂+ e^- _CB→OH· + OH^-

H₂O₂+ O₂→ OH· + OH^-+ O₂

H₂O₂→ hυ → 2OH·

OH·+ OH·→H₂O₂

5. OH· + Organic → Organic⁺

e^-+ Organic → Organic^-

상기한 바와 같이, TiO₂반도체 표면에 빛 에너지가 조사되면 TiO₂valance band에 있는 전자가 conduction band로 전이되고 Valence band에는 전자가 비어있는 h⁺이 남게된다.

이때, 전자가 전이되는데 필요한 광에너지로 band gab에 해당하는 3.2eV 정도의 에너지가 필요하며 390nm보다 짧은 파장이 이에 해당한다.

이렇게 생긴 e^- _CB(conduction band에 전이된 전자)와, h⁺ _VB(valence band에 남은 positive hole)은 TiO₂표면에 확산되어 아래와 같은 연속적 과정을 거치게 된다.

이러한 몇 단계 과정을 거쳐서 생성된 OH·은 유기물과 반응하여 유기물을 파괴시키게 되는 것이다.

본 고안은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 전단에 필터를 이용하여 먼지나 미진을 제거하고 AC/ACF필터를 이용하여 악취나 유해가스를 흡착시킨 후, 광촉매-자외선을 이용하여 악취제거와 살균작용을 동시에 구현할 수 있는 고효율, 저비용의 광촉매-자외선을 이용한 실내공기 정화장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안의 구성은, 실내의 공기를 인출하여 흡입할 수 있는 인출구(20)가 구비된 흡입기(10)와; 상기 흡입기(10)와 연결되어 공기중의 각종 먼지 등의 미세 고형물질을 제거하기 위한 전처리필터(30) 및 중간필터(40)와; 공기 중의 각종 악취 및 유해가스를 제거하기 위한 AC/ACF필터(50)와; 미량의 오염된 공기를 살균하기 위한 자외선램프(60) 및 광촉매부재(70)과; 상기 정화 및 살균된 공기를 실내에 배출하기 위한 배출팬(80)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 자외선램프(60)는 탈취작용과 살균작용이 가능한 280∼315nm의 자외선을 방사하는 램프로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.

또한 바람직하게는, 상기 광촉매부재(70)는 석영관과 세라믹담체에 TiO₂를 도핑시킨 광촉매 도핑담체인 것을 특징으로 한다.

도1은 본 고안에 따른 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치의 개략적인 구성도,

도2는 도1의 전처리필터의 예시도,

도3은 도1의 중간필터의 예시도,

도4는 도1의 AC/ACF필터의 예시도,

도5는 도1의 자외선램프의 예시도,

도6은 광촉매-자외선의 살균원리도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10: 흡입기 20: 인출구

30: 전처리필터 40: 중간필터

50: AC/ACF필터 60: 자외선램프

70: 광촉매부재 80: 배출팬

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치에 대해 상세히 설명한다.

도1은 본 고안에 따른 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치의 개략적인 구성도이고, 도2는 도1의 전처리필터의 예시도이며, 도3은 도1의 중간필터의 예시도이고, 도4는 도1의 AC/ACF필터의 예시도이며, 도5는 도1의 자외선램프의 예시도이고, 도6은 광촉매-자외선의 살균원리도이다.

상기 도1을 참조하면, 실내의 공기를 인출하여 흡입할 수 있는 인출구(20)가 구비된 흡입기(10)와, 상기 흡입기(10)와 연결되어 공기중의 각종 먼지 등의 미세 고형물질을 제거하기 위한 전처리필터(30) 및 중간필터(40)와, 공기 중의 각종 악취 및 유해가스를 제거하기 위한 AC/ACF필터(50)와, 미량의 오염된 공기를 살균하기 위한 자외선램프(60) 및 광촉매부재(70)와, 상기 정화 및 살균된 공기를 실내에 배출하기 위한 배출팬(80)으로 구성된다.

상기 광촉매-자외선살균은 상기 도6에 도시된 바와 같이 TiO₂반도체 표면에빛 에너지가 조사되면 TiO₂가전자층(Valence band)에 있는 전자가 전도층(conduction band)로 전이되고 가전자층(Valence band)에는 전자가 비어있는 정공(h⁺)이 남게된다.

이때 전자가 전이되는데 필요한 광에너지로 밴드갭(band gab)에 해당하는 3.2eV(전자볼트) 정도의 에너지가 필요하며 390nm보다 짧은 파장이 이에 해당한다. 이렇게 생긴 가전자(e-_CB)(conduction band에 전이된 전자)와, 정공(h+_VB)(valence band에 남은 positive hole)은 TiO₂표면에 확산되어 도6과 같은 연속적 과정을 거치게 된다.

이러한 몇 단계 과정을 거쳐서 생성된 OH(수산기)가 유기물과 반응하여 유기물을 파괴 시키는 기술이다.

이러한 TiO₂-자외선기술을 활용한 실내공기 정화시스템은 혁신적인 기술 및 공정 단순화를 통한 저비용, 저부피를 구현하여 실내공기 정화시스템의 보편화를 가능케 하며, 그동안 생물학적 처리와 같은 기존의 방법으로 처리할 수 없었던 난분해성 물질의 정화에 있어서도 탁월한 성능을 발휘하도록 한다.

또한, 탈취와 살균기능을 동일 시스템내에서 구현함으로써 비용대비 고효율의 정화기능을 실현 할 수 있게 한다.

상기 자외선램프(60)는 도5에 여러가지 형상이 제시되어 있다.

여기서, 자외선램프(60)는 탈취작용과 살균작용이 동시에 가능한 280∼315nm의 자외선을 사용하며 정화장치의 크기에 따라 2W∼120W까지 다양하게 사용할 수 있다.

상기 광촉매부재(70)는 석영관에 TiO₂광촉매를 CVD방법으로 코팅시킨 광촉매코팅석영관 또는 세락믹담체에 TiO₂를 도핑시킨 광촉매 도핑담체를 이용할수 있으며, SUS판에 TiO₂를 코팅시킨 광촉매 코핑판을 이용할 수 있다.

또한, 상기 광촉매는 TiO₂에 한정한 것은 아니며, 상기 광촉매-자외선기법으로 공기를 살균 및 탈취하는 것이다.

그리고, 상기 AC/ACF필터(50)는 활성탄소섬유(Activated Carbon Fiber) 및 활성탄(Activated Carbon)으로 이루어진 필터로서 공기중의 각종 악취 및 유해가스를 제거하는 것으로서 도4에 그 다양한 형태를 예시하고 있다.

또한 상기 전처리필터(30) 및 중간필터(40)는 공기 중의 먼지 등을 제거하는 필터로서 세라믹필터로 구성함이 바람직할 것이다.

즉, 상기와 같이 오염된 실내공기 중의 미세 고형물질등은 상기 전처리필터(30) 및 중간필터(40)에서 제거하고, 상기 실내공기 중의 악취 및 각종 유해가스는 AC/ACF필터(50)에서 제거한 후 상기 광촉매-자외선 살균장치로서 실내공기를 살균하도록 간단한 장치와 저유지 비용으로 실내공기를 쾌적하게 할 수 있는 것이다.

상술한 바와 같이 본 고안에 따르면, 에너지원으로 고가인 플라즈마 광원을 이용하지 않고, 비교적 저렴한 자외선을 사용하며, 정화장치의 구조가 간단하여 저비용으로 광촉매를 이용한 공기정화장치를 구현할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 광촉매부재를 석영관에 TiO₂광촉매를 CVD방법으로 코팅시킨 광촉매코팅석영관 또는 석영관과 세락믹담체에 TiO₂를 도핑시킨 광촉매 도핑담체를 이용할 수 있으며 석영관과 SUS판에 TiO₂를 코팅시킨 광촉매 코핑판을 이용함으로서 설치장소 및 현장조건에 따라 조건에 맞은 방법을 선택함으로써 탈월한 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 광촉매부재 내의 광촉매가 메디아에 코팅 또는 도핑되어 있어 반영구적으로 사용할 수 있으며, 기존의 필터들에 의한 단순 흡착에 의한 장치보다 처리효율이 높고, 탈취와 살균을 동시해 구현할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 실내공기정화에 대한 사회인식의 제고에 따라 다수 대중이 운집하여 2차감염의 우려가 높은 병원, 관공서, 학교, 백화점, 지하철 역등의 공공장소는 물론 가정에서도 사용할 수 있어, 그 사용범위가 넓은 장점이 있다

Claims (4)

1. 실내의 공기를 인출하여 흡입할 수 있는 인출구(20)가 구비된 흡입기(10)와; 상기 흡입기(10)와 연결되어 공기중의 각종 먼지 등의 미세 고형물질을 제거하기 위한 전처리필터(30) 및 중간필터(40)와; 공기 중의 각종 악취 및 유해가스를 제거하기 위한 AC/ACF필터(50)와; 미량의 오염된 공기를 살균하기 위한 자외선램프(60) 및 광촉매부재(70)과; 상기 정화 및 살균된 공기를 실내에 배출하기 위한 배출팬(80)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자외선램프(60)는,

   탈취작용과 살균작용이 가능한 280∼315nm의 자외선을 방사하는 램프인 것을 특징으로 하는 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 광촉매부재(70)는,

   석영관과 세라믹담체에 TiO₂를 도핑시킨 광촉매 도핑담체인 것을 특징으로 하는 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 광촉매부재(70)는,

   석영관과 SUS판에 TiO2를 코팅한 광촉매코팅판인 것을 특징으로 하는 광촉매 자외선을 이용한 실내공기 정화장치.