KR20030048989A - 공기청정기 - Google Patents

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KR20030048989A
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Abstract

본 발명은 광촉매제에 의한 살균이 활발하게 이루어지도록 하고, 광촉매필터의 양산성을 향상시킬 수 있는 공기청정기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기청정기는, 공기흡입구(11a)와 공기토출구(11b)가 구비된 케이스(10)와, 상기 케이스의 내부에 공기흡입구측에서부터 차례로 설치되는 제1메시필터(20), 항균필터(30), 전기집진장치(40), 광촉매필터 조립체(50), 탄소필터(60)와, 상기 케이스의 공기토출구측에 설치되는 크로스 플로우팬(70)과, 케이스의 공기토출구에 설치되는 제2메시필터(80)를 포함하여 이루어지며, 상기 광촉매필터 조립체는, 자외선 램프(51)와, 상기 자외선 램프의 사방에 배치되는 광촉매필터(52)(53)(54)(55)로 이루어진다. 상기 광촉매필터는 자외선과의 접촉면적을 증가하기 위하여 자외선 램프의 사방에 배치시킨다. 이에 의하여, 광촉매필터가 자외선과의 접촉면적이 증가되어 광촉매제에 의한 공기의 살균, 탈취가 잘 이루어진다.

Description

공기청정기{Air Cleaner}
본 발명은 공기청정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매제에 의한 살균작용이 활발하게 이루어져 공기의 청정도를 높이며, 광촉매필터의 양산성을 향상할 수 있도록 한 공기청정기에 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 공기정화기가 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 수 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.
잘 알려져 있듯이, 산화 티타늄과 같은 산화 금속 반도체에 자외선광이 조사되면, 가전자대(valency band;價電子帶)에 있는 전자들이 전도대(conduction band) 까지 상승되어 홀(hole)을 생성하며, 산화 금속 반도체의 여기된 표면과 접하고 있는 산소 또는 수분으로부터 활성 종(라디칼)(active species(radical))이 생성된다. 상기 활성 종은 표면에 부착된 유기물, 미세 유기체 등을 산화 분해시킨다. 이들 활성 종은 또한 NOx 또는 SOx 를 산화시켜 최종 산화물로 만든다.
광촉매와 같은 산화 금속 반도체의 미세 입자를 지지하는 지지 기판을 포함하는 광촉매 시트는, 자외선이 조사되면 담배냄새와 같은 악취, NOx 및 SOx 와 같은 유해 가스, 새 집에서 발생하는 휘발성 유기 화합물 및, 주거 공간이나 작업 환경에 존재하는 미세 유기체를 제거하거나 감소시킬 수 있는 공기 정화 수단으로서 알려져 있다.
광촉매반응 메커니즘을 설명하면 다음과 같다.
자외선 램프 등에서 방출되는 소정크기 이상의 광에너지가 광촉매에 조사되면 원자는 전자대(Valence Band)에 전이되고, 전자는 전도대(Conduction Band)에 전이되어, 전자와 정공이 생성된다. 이러한 전자와 정공은 매우 강한 산화력과 환원력을가지고 있으므로 공기중의 수증기(H2O)나 산소(O2)등과 반응하여 OH 라디칼, H 라디칼, 슈퍼옥사이드엔아이온(O2 -) 등의 활성산소를 발생시킨다. 그리고 이러한라디칼들은 다른 성분과 강한 결합력을 가지고 있기 때문에 냄새물질의 결합을 파괴하게 되어 탈취작용이 이루어지게 된다. 즉, OH 라디칼은 냄새를 유발하는 유기물의 결합을 깨고 직접 결합하게 되어 최종적으로 수증기와 이산화탄소가 남게 되므로 냄새성분이 제거되면서 탈취작용을 하게된다.
또한 OH 라디칼은 미생물을 살균시키는 강한 산화력을 갖고 있으므로 살균작용을 하게 된다. 즉 알레르기를 유발시키는 물질이나 미생물은 아미노산이 폴리펩티드 결합한 단백질이 주성분이고, OH 라디칼은 이러한 아미노산의 폴리펩티드 결합을 파괴함으로써 단백질을 변성시킨다. 따라서, 알레르기를 유발시키는 물질이 분해되고, 미생물이 살균되게 된다.
결국 광촉매를 이용하면 상기와 같은 원리로 살균, 탈취 및 알레르기를 유발시키는 물질의 분해작용을 할 수 있게 된다.
한편, 일반적인 광촉매제는 넓은 표면적을 갖도록 대개 벌집모양의 허니콤(honey comb) 구조물에 코팅되어 사용하는 것이 대부분이다. 허니콤은 특수 설계된 금형에서만이 제작 가능하기 때문에 가격이 고가이다. 허니콤은 높은 표면적을 가지는 구조이지만 자외선 램프에서 나오는 자외선과의 산화, 환원 작용이 자외선과 가까운 표면(자외선이 접하는 부분)에서만 이루어지고 나머지 부분에서는 산화, 환원작용을 하기 때문에 광촉매제를 효율적으로 활용하지 못하고, 경제적인 효과를 얻지 못하는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 광촉매제에의한 살균작용이 활발하게 이루어져 공기의 청정도를 높이며, 생산성을 향상할 수 있도록 한 공기청정기를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기청정기의 외관을 보인 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 공기청정기의 내부 구조를 보인 종단면도,
도 3은 본 발명에 따른 공기청정기에 적용된 광촉매조립체의 사시도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공기청정기 케이스, 11 : 케이스 본체
11a : 공기흡입구, 11b : 공기토출구
12 : 커버, 20,80 : 메시필터
20a,30a,40a,60a,80a : 슬롯, 30 : 항균필터
40 : 전기집진장치, 50 : 광촉매필터 조립체
51 : 자외선 램프, 52,53,54,55 : 광촉매필터
52a,53a,54a,55a : 광촉매 슬롯, 70 : 크로스 플로우팬
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기청정기는, 공기흡입구와 공기토출구가 구비된 케이스와; 케이스의 내부에 설치되는 제1메시필터, 항균필터, 집진장치, 광촉매필터 조립체 및 탄소필터와; 상기 케이스의 공기토출구측에 설치되는 크로스 플로우팬과; 케이스의 공기토출구에 설치되는 제2메시필터를 포함하여 이루어지며, 상기 광촉매필터 조립체는, 자외선 램프와; 상기 자외선 램프를 사방에서 각각 독립적으로 설치되는 광촉매필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 광촉매필터는, 상기 공기청정기 케이스 내부의 자외선 램프 전후, 상하부에 각각 설치되는 슬롯에 교체 가능하게 조립되는 것이 바람직하다.
상기 광촉매필터 중 공기 흐름 방향에 대해 공기흡입구와 공기토출구측의 광촉매필터는 망구조로 이루어지며, 나머지 상하부의 광촉매필터는 부직포로 이루어질 수 있다.
상기 광촉매필터는 자외선의 접촉면적을 증가하기 위하여 자외선램프의 전후, 좌우 사방에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 공기청정기 케이스의 내부 양측에는 슬롯이 각각 형성되며, 상기 제1,2메시필터, 항균필터, 집진장치 및 탄소필터는 그 양측 단부가 상기 슬롯에 탈착 가능하게 설치될 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기청정기의 외관 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공기청정기의 내부 구조를 보인 종단면도며, 도 3은 본 발명에 따른 공기청정기에 적용된 광촉매조립체의 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기청정기는, 공기청정기 케이스(10)와, 케이스(10)의 내부에 공기흡입구(11a)측에서부터 차례로 설치되는 제1메시필터(20), 항균필터(30), 집진장치(40), 광촉매필터 조립체(50) 및 탄소필터(60)와, 탄소필터(60)의 후방 및 공기토출구(11b)와 대응하는 곳에 설치되는 크로스 플로우팬(70)과, 케이스(10)의 공기토출구(11b)에 설치되는 제2메시필터(80)를 포함하여 이루어진다.
케이스(10)는 공기흡입구(11a)와 공기토출구(11b)가 구비된 케이스 본체(11)와 이 케이스 본체(11)에 회동 등의 방식에 의해 개폐 가능하게 설치되는 커버(12)로 이루어진다.
제1메시필터(20)는, 큰 먼지의 유입을 막기 위한 메시로 이루어진다.
집진장치(40)는, 일정 간격을 두고 설치되며 -4.5KV의 직류전압이 대전되는 전기집진판(41)과, 전기집진판(41)의 사이에 설치되며 +2.5KV의 직류전압이 대전되어 미세 먼지가 전기집진판(41)에 흡착되도록 하는 텅스텐 와이어(42)로 이루어진다.
도 3에서 보이는 바와 같이, 광촉매필터 조립체(50)는, 케이스 본체(11)에교체 가능하게 설치되는 자외선 램프(51)와, 자외선 램프(51)의 사방(전후,상하)에 배치되는 광촉매필터(52)(53)(54)(55)로 이루어진다. 자외선은 파장에 따라 크게 UV-A, UV-B, UC-C로 나뉘어진다. UV-A는 파장이 320~400㎜ 사이로 광촉매제와 가장 활발한 산화, 환원 반응이 일어나는 파장이고, UV-B는 파장이 290~320㎜ 사이로 오존을 생성하는 파장대이고, UV-C는 파장이 200~290㎜ 사이로 살균과 오존을 생성하는 파장대로, 본 발명에 따른 공기청정기는 오존이 생성되지 않는 UV-A 파장대의 자외선램프를 사용한다. 이는 오존은 살균능력을 갖고 있으나 인체의 호흡기에 흡입되면 세포조직을 파괴하는 강력한 산화제이기 때문에 세포조직이 약한 신생아, 어린이, 노약자들에게는 치명적인 결과를 초래할 수 있기 때문이다.
공기흡입구(11a)쪽의 광촉매필터(52)와 공기토출구(11b)측의 광촉매필터(53)는 공기투과가 가능한 망형상의 필터에 광촉매제가 코팅되어 이루어지며, 공기유동이 없는 쪽(자외선 램프의 상하부)의 광촉매필터(54)(55)는 부직포에 광촉매제가 코팅되어 이루어진다.
광촉매필터(52)(53)(54)(55)는 케이스(10)의 내부에 각각 형성된 슬롯(52a)(53a)(54a)(55a)에 교체 가능하게 끼움방식으로 설치된다. 전후방에 설치되는 광촉매필터(52)(53)는 그 하단이 슬롯(52a)(53a)에 끼워 결합되며, 상하부에 배치되는 광촉매필터(54)가 그 양측이 슬롯(54a)에 분리 가능하게 끼워진다.
광촉매필터 조립체(50)와 이와 대응하는 케이스(10)에는 전기통전부가 각각 갖추어진다.
제1메시필터(20), 항균필터(30), 전기집진장치(40), 탄소필터(60) 및 제2메시필터(80)는 그 단부가 케이스(10)의 내부에 설치된 슬롯(20a)(30a)(40a)(60a)(80a)에 각각 끼워 결합된다. 각각의 필터(20)(30)(60)(80)는 앞서 설명한 순서에 의해서만 설치되지 않고 그 설치위치가 서로 바뀔 수 있으며, 이때 케이스(10)를 공용할 수 있도록 끼움구조를 동일하게 적용한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기청정기의 작용은 다음과 같다.
공기청정기의 작동 스위치를 조작하여 크로스 플로우팬 모터(71)를 구동시키면, 크로스 플로우팬(70)에 의해 외부 공기가 공기흡입구(11a)를 통해 공기청정기 케이스(10) 내부에 흡입된다.
흡입공기는 제1메시필터(20)를 통과하며, 제1메시필터(20)에 의해 흡입공기에 포함된 입자가 큰 먼지가 걸러진다.
제1메시필터(20)를 통과한 공기는 항균필터(30)를 통과하면서 공기에 포함된 오염된 먼지가 걸러진다.
항균필터(30)를 통과한 공기는 미세먼지와 세균, 악취가스를 가지고 있으며, 이중 미세먼지는 전기집진장치(40)에 의해 공기에서 분리된다.
전기집진장치(40)의 텅스텐 와이어(42)에 직류전압 +2.5KV를 대전시키고 전기집진판(41)에 -4.5KV를 대전시키면 + 대전된 미세먼지는 쿨롱의 힘에 의해 전기집진판(41)에 흡착된다.
전기집진장치(40)를 통과한 공기는 광촉매필터 조립체(50)를 통과하면서 광촉매필터(54)(55)(56)(57)에 의해 공기가 살균, 탈취된다.
광촉매제에 의한 반응은 다음과 같다.
자외선 램프(51)의 자외선이 그 사방의 광촉매필터(52)(53)(54)(55)의 광촉매제에 조사되면, 원자는 전자대(Valence Band)에 전이되고, 전자는 전도대(Conduction Band)에 전이되어, 전자와 정공이 생성된다. 이러한 전자와 정공은 매우 강한 산화력과 환원력을가지고 있으므로 공기중의 수증기(H2O)나 산소(O2)등과 반응하여 OH라디칼, H라디칼, 슈퍼옥사이드엔아이온(O2-) 등의 활성산소를 발생시킨다. 그리고 이러한 라디칼들은 다른 성분과 강한 결합력을 가지고 있기 때문에 냄새물질의 결합을 파괴하게 되어 탈취작용이 이루어진다. 즉, OH 라디칼은 냄새를 유발하는 유기물의 결합을 깨고 직접 결합하게 되어 최종적으로 수증기와 이산화탄소가 남게 되므로 냄새성분이 제거되면서 탈취작용을 하게 된다.
또한, OH라디칼은 미생물을 살균시키는 강한 산화력을 갖고 있으므로 살균작용을 하게 된다. 즉 알레르기를 유발시키는 물질이나 미생물은 아미노산이 폴리펩티드 결합한 단백질이 주성분이고, OH 라디칼은 이러한 아미노산의 폴리펩티드 결합을 파괴함으로써 단백질을 변성시킨다. 따라서, 알레르기를 유발시키는 물질이 분해되고, 미생물이 살균된다.
광촉매제 조립체(50)를 통과한 공기는 탄소필터(60)를 통과하게 되며, 이때 공기에 포함된 악취가스가 탄소필터(60)에 의해서 대부분 흡착된다.
각기 필터(20)(30)(40)(50)(60)에 의해 오염물질이 제거된 청정 공기는 크로스 플로우팬(70)에 의해 공기토출구(11b)측의 제2메시필터(80)를 통과한 후, 토출된다.
한편, 광촉매필터 조립체(50)의 생산 및 교체시 광촉매필터(52)(53)(54)(55)를 케이스(10)의 슬롯(52a)(53a)(54a)(55a)에 끼워 조립하고, 이 슬롯(52a)(53a)(54a)(55a)에서 분리함으로써 광촉매필터(52)(53)(54)(55)를 교체할 수 있다.
광촉매필터 조립체(50)와 마찬가지로 각 필터(20)(30)(40)(60)(80)는 각각의 슬롯(20a)(30a)(40a)(60a)(80a)에 끼우고, 빼내는 방법에 의해 그 설치 가능하다.
따라서, 광촉매필터(52)(53)(54)(55)가 자외선 램프(51)의 사방에 배치되어 자외선과의 접촉면적이 넓어지므로 자외선에 의한 살균작용이 활발해진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공기청정기에 의하면, 자외선과 광촉매제의 접촉면적이 증가하여 광촉매의 산화, 환원작용이 활발해짐에 따라 공기의 청정도를 높일 수 있다.

Claims (4)

  1. 공기흡입구와 공기토출구가 구비된 케이스와;
    케이스의 내부에 설치되는 재1메시필터, 항균필터, 집진장치, 광촉매필터 조립체 및 탄소필터와;
    상기 케이스의 공기토출구측에 설치되는 크로스 플로우팬과;
    케이스의 공기토출구에 설치되는 제2메시필터를 포함하여 이루어지며,
    상기 광촉매필터 조립체는, 자외선 램프와; 상기 자외선 램프의 사방에 각각 독립적으로 설치되는 광촉매필터로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매필터는, 상기 공기청정기 케이스 내부의 자외선 램프 전후, 상하부에 각각 형성된 슬롯에 교체 가능하게 조립되는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 광촉매필터 중 공기 흐름 방향에 대해 공기흡입구와 공기토출구측의 광촉매필터는 망구조로 이루어지며, 나머지 상하부의 광촉매필터는 부직포로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 공기청정기 케이스의 내부 양측에는 슬롯이 각각 형성되며, 상기 제1,2메시필터, 항균필터, 집진장치 및 탄소필터는 그 양측 단부가상기 슬롯에 탈착 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
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