KR200318828Y1 - 공기청정기의 광촉매 에어필터 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 공기청정기의 광촉매 에어필터에 관한 것으로 공기청정기의 광촉매제 에어필터에 있어서, 밀집된 간격으로 연속되면서 일정한 두께를 가지는 격자에 이산화티타늄의 광촉매제를 코팅하고, 공기의 접촉면적을 확대시키기 위해 상기 격자판이 서로 접하면서 다층으로 적층하며, 필터의 교환이 용이하도록 다층으로 적층된 필터의 외주면에 고정구를 일체로 고정시키고, 공기청정기의 소정 위치에 계속적으로 빛이 조사되도록 다수개의 UV자외선 램프를 설치하고, 일정한 두께로 적층된 격자판의 일면에 일정한 두께를 가지는 부직포를 고정시켜 통과되는 공기를 필터링하여 마름모 형태로 밀접된 간격으로 형성되어 공기가 유입되면서 광촉매제에 접촉하는 면적이 증가하게 되고, 광촉매제가 격자로부터 떨어지지 않게 되며, 공기의 접촉면적이 확대되어 광촉매제의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
Description
본 고안은 공기청정기의 광촉매 에어필터에 관한 것이다.
특히 밀집된 간격으로 형성된 격자에 광촉매인 이산화티탄을 일정 두께로 코팅한 격자를 적층하여 공기가 필터를 통과하면서 항균, 탈취, 오염, 방미, 공기를 정화하는 광촉매를 코팅한 필터에 관한 것이다.
일반적으로 공기청정기는 가정 또는 산업현장 등에서 산업발전에 따른 환경오염이 증대됨에 따라 대기오염으로 인한 인체의 유해성도 날로 증가하고 있으며 환경오염의 대부분을 차지하는 대기오염은 실외의 공기 뿐만 아니라 사람들이 장시간 활동하는 실내의 공기를 더욱 심각하게 오염시키고 있다.
오염된 실내공기가 인간의 건강에 미치는 영향은 대기오염 보다 더욱 심각한 원인은 주거양식의 변화로 인한 단열, 난방, 방음의 효과를 높이기 위하여 밀폐도가 증가된 실내에서 거주하는 시간이 늘어나고 또한, 대기오염이 자연적으로 희석되어 정화되는 비율이 큰 반면 실내공기는 한정된 공간에서 오염된 공기가 계속적으로 순환하므로서 실외공기 보다 오염이 심각하며, 아울러 에너지 보존을 위한 새로운 건축자재의 등장으로 오염물질이 방출되고 각종 가정용품의 사용으로 실내공기의 오염이 더욱 증가되고 있다.
공기를 정화시키는 방법으로는 대기오염의 주요인인 자동차에서 배출되는 오염물질을 억제하는 것이 가장 좋으나 이는 기술적인 실시에 따른 비용부담이 너무 크고, 실내의 공기를 보건, 위생상 안전하고 쾌적하게 유지하기 위한 수단으로 건물내부로 유입되는 외부공기를 내부에서 순환하는 공기를 정화시켜 실내공기를 쾌적하게 하는 방법이 있다.
공기청정기는 주로 일반가정, 사무실, 병원 공장 등의 실내공간에 설치되어 공기를 정화시키는 장치로서 오염된 실내공기를 정화시켜 신선한 공기로 바꾸는 장치이며, 오염된 공기를 송풍기로 흡입하여 분진 제거장치(Air Filter)에 의해 미세한 먼지나 세균류를 포집하거나 분진제거 기능과 함께 악취 및 유해가스, 탈취기능등을 수행하도록 구성되어 있으며, 오염에 의해 감소된 음이온을 환원하여 주는 음이온 발생기가 구비되기도 한다.
공기청정기는 집진 및 탈취방식에 따라 크게 여재를 사용하거나 물을 분류하여 집진 또는 집진과 탈취를 수행하는 기계식 공기청정기와, 고전압을 이용하여 분진을 집진하거나 집진과 탈취기능을 수행하는 전기식 공기청정기 및 기계식과 전기식을 결합한 복합식으로 나뉘어지고, 오염물질을 포집하는 방식에 따라 여과식(Filter), 정전 필터방식, 전기 집진방식, 복합방식 등으로 구분되며, 악취나 유해가슨 또는 냄새를 탈취하는 방식에 따라 흡착방식, 산화방식, 오존기체 반응방식, 광촉매 방식 등으로 나누어진다.
오염물질이 포함된 공기를 프라즈마 프리필터(plasma pre-filter), 헤파(HEPA, high efficiency particulate air) 프리필터, 광촉매 필터를 통과하도록 하여 먼지 및 오염물질 등을 제거하고 있다.
프라즈마 프리필터는 공기를 플라즈마 가스에 의해 반응시켜 가스에 포함된 다이옥신을 분해한 뒤 분해된 다이옥신과 반응성이 좋은 가스를 반응시켜 다이옥신의 재생성을 원척적으로 저지하는 필터이다.
헤파 프리필터는 입경이 0.3㎛의 입자를 99.97% 이상 제거할 수 있는 고효율의 필터이고, 광촉매 필터는 벌집과 같은 형상으로 되어 있는 것으로서 광촉매제인 산화티타늄(TiO2)을 표면에 코팅된 N형 반도체로서 광촉매 필터는 대략 380㎚ 이하의 파장을 가지는 자외선을 조사하면 광촉매제인 산화티타늄을 여기(勵起)시켜 강한 산화력을 가진 하이드록시 라디칼(OH)과 산소(O2)를 생성하며 상기 생성된 하이드록시 라디칼과 산소의 강한 산화력에 의해 통과하는 공기 중에 포함된 오염물질(유기물)을 산화시켜 사람의 신체에 해를 주지 않는 물질로 변화시켜 공기 중의 오염물질을 제거 및 부패방지와 탈취, 살균하게 된다.
그러나 종래의 광촉매 필터는 일정한 두께를 가지는 우레탄 폼(Urethane Form)에 광촉매제를 코팅하여 공기를 통과하도록 되어 있어 우레탄 폼에 코팅된 광촉매제가 장시간 사용으로 떨어져 정화기능이 저하되는 단점이 있었고, 공기의 접촉면적이 좁아서 여과효율이 낮은 단점이 있으며, 광촉매제가 우레탄 폼으로부터 떨어지는 문제점이 있었다.
특히, 우레탄 폼은 UV자외선을 받으면 색깔 변색과 그 부분이 딱딱하게 굳어서 부러지고 효율이 떨어지는 단점이 있었다.
이에 따라 광촉매 필터의 장시간 사용에 따라 광촉매제의 효율이 저하되지 않고 공기의 접촉면적을 넓게 하면서 광촉매제가 필터로부터 떨어지지 않는 필터가 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 고안의 공기청정기의 광촉매 에어필터는 밀접한 간격으로 형성되고, 일정한 두께를 가지는 격자에 광촉매제를 코팅하여 공기의 접촉면적을 넓게 하고, UV자외선을 넓은 면적으로 투과하여 청정효율을 두 배 이상 나올 수 있도록 하고, 광촉매제가 격자로부터 떨어지지 않도록 일정한 두께로 코팅하며, 광촉매제의 효율을 향상시키는 공기청정기의 광촉매 에어필터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 고안의 공기청정기의 광촉매 에어필터를 설치한 공기청정기를 간략하게 나타낸 분해사시도이고,
도 2는 본 고안의 공기청정기의 광촉매 에어필터를 나타낸 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 공기청정기 11: 격자
12: 결자판 13: 고정구
14: 부직포 16: UV자외선 램프
19: 광촉매 에어필터 20: 흡기팬
21: 헤파 카본필터 22: 프리필터
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 공기청정기의 광촉매제 에어필터는 공기청정기의 광촉매제 에어필터에 있어서, 밀집된 간격으로 연속되면서 일정한 두께를 가지는 격자에 이산화티타늄의 광촉매제를 코팅하고, 공기의 접촉면적을 확대시키기 위해 상기 격자를 다층으로 적층하며, 필터의 교환이 용이하도록 다층으로 적층된 필터의 외주면에 고정구를 일체로 고정시키고, 공기청정기의 소정 위치에 계속적으로 빛이 조사되도록 다수개의 UV자외선 램프를 설치하고, 일정한 두께로 적층된 격자판의 일면에 일정한 두께를 가지는 부직포를 고정시켜 통과되는 공기를 필터링하는 것을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.
이하, 본 고안의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 고안의 공기청정기의 광촉매 에어필터를 설치한 공기청정기를 간략하게 나타낸 분해사시도이고, 도 2는 본 고안의 공기청정기의 광촉매 에어필터를 나타낸 사시도이다.
이산화티탄 광촉매는 유독한 약품 등을 사용하지 않고서 빛을 이용하여 분해하기 어려운 여러가지 화학물질을 안전하고 용이하게 분해할 수 있는 것으로 촉매로서 작용할 뿐 자신은 변화하지 않기 때문에 반영구적으로 사용할 수 있고, 안전무해한 물질로 티탄이나 중금속 등의 용출은 없기 때문에 안전하다.
이산화티탄은 반도체로서 빛이 조사되면 전자가 막힌 하전자대로부터 빈 전도체로 전자가 여기된다. 하전자대에서 전도체로 전자를 여기시키기 위해 2가지 밴드(band)의 에너지 레벨(energy level)의 차에 상당하는 이상의 에너지를 갖는 빛을 조사할 필요가 있으며, 이산화티탄에서는 365㎚부터 단파장의 빛에 해당한다.
따라서 태양광이나 형광등의 빛에 의해서도 광촉매 기능이 발현되고, 유해물질은 주로 이 전자나 하전자대의 전자가 빠진 자리의 정공과 물이나 산소가 반응하여 생긴 OH radical에 의해 분해되며, 상기 OH radical은 소독이나 살균에 널리 사용되고 있는 염소나 차아염소산, 과산화수소, 오존 등 보다 훨씬 강한 산화력을 갖는다.
유기물을 구성하는 분자 중의 탄소-탄소결합 등의 결합 에너지보다도 OH radical의 에너지(120K㎈/㏖) 쪽이 훨씬 크기 때문에 이들의 결합을 간단히 절단하여 분해하여 공기 중의 유해화학물질을 분해/무해화가 가능하다.
인회석(apatite)은 일반적으로 M10(ZO4)6X2의 조성을 가진 광물군의 총칭으로 그 중에서도 뼈나 치아 무기성분의 주성분으로 알려진 Ca10(PO4)6(OH)2로 나타내는 hydroxy apatite로 치아의 에나멜질에는 약 95%, 뼈에는 65%의 인회석을 포함하고 있다.
인회석의 피복방법은 소결법, 수용액법 등 여러가지 방법이 있는데 습식법 등의 수용액을 이용한 방법에서는 인회석의 제작에 1주일 이상의 기간이 소요되고, 인회석 결정을 얻는데에 고온에서 소성이 불가결하다.
최근 인공뼈의 합성으로 응용되기 시작한 bio-mimetic은 생체를 견본으로 한 환경조화형 재료 프로세스(process)로 생체 내에서 미네랄(mineral)화로 치아나 뼈 등 생체 내에서 생기는 무기성분의 합성 시스템을 모방하여 생체 내와 같은 상온/상압에서 세라믹을 합성하는 새로운 세라믹 합성 프로세스이다.
생체 내에서 무기성분의 합성 프로세스는 환경에 대한 부하가 극히 작은 것이 특징으로 이상적인 환경조화형 재로 프로세스로서 에너지(energy)의 사용량이 적고, 유해한 배출물이 없는 프로세스일 뿐만 아니라 환경에 배출되어도 문제가 되지 않는다.
생체 내에서 인회석 생성기구를 조사하기 위하여 인공골을 동물생체 내에 묻고 재료의 표면에 생성되는 인회석을 고분해능 전자현미경으로 관찰하여 생체 내에서 인공골 표면에 신생된 결정은 한 방향으로 신장한 판상 혹은 리본상의 인회석으로 C축 방향으로 신장된 판상(板狀) 결정이다.
생체 내에서 생성되는 인회석은 전구체를 거치게 되는데 얻어진 인회석도 전구체의 형상을 이어받아 판상으로 나타나는 전구체로서 인산칼슘 화합물 중에서 판상의 자형을 갖는 결정은 OCP와 TCP인데 OCP의 자형은 c축방향으로 방향으로 신장된 판상인데 TCP는 c축에 수직인 육각판상이다.
인회석의 형성에는 높은 알칼리성과 고온을 필요로 하므로 생체 내의 환경은 인회석의 형성에 적합하지 않고, OCP는 생리조건, 즉 약 40℃, pH 5.9~7.0 사이가 최적의 생성조건이며, 고온 혹은 알칼리성에서 인회석에 수해(水解)반응이 일어나 인회석으로 변한다.
OCP는 인회석에 비교하여 생리적 환경 하에서 생성되기 쉬우므로 인회석을 직접 석출하지 않고 OCP를 경유하여 단시간에 합성한다.
OCP가 석출되도록 조성을 조성하여 체온에 가까운 37℃를 유지한 의사체액에 티탄(titan) 박막을 코팅(coating)한 유리를 담그면 1시간 이내에 이산화티탄의 표면에 미세한 OCP의 결정이 석출되고, 이윽고 표면을 덮어 버린다. 그 후 OCP결정은 분해되어 인회석으로 전화된다.
상기 인회석은 칼슘과 인으로 이루어져 의사체액 중에 함유되는 마그네슘이나 나트륨은 검출되지 않고, 칼슘과 인의 몰비는 약 1.5로 화학량톤 조성인 1.76에 비하면 칼슘결손 인회석이다.
절단면을 관찰하며 약 0.3㎛ 두께의 이산화티탄 막상에 약 0.7㎛ 두께의 인회석막이 석출되고, 이 막중의 인회석이 차지하는 상대밀도는 약 40%이다.
결정의 형상은 약 0.1~0.5㎛ 길이이며 두께 2~10㎚의 판상으로 이산화티탄 막상에서 주로 수직방향으로 성장하고 있으며 이산화티탄막 표면의 대부분은 노출되어 있지 않으면서 인회석층이 덮고 있는 이상적인 구조로 되어 있다.
박막과 마찬가지로 의사체액 중에 분말을 침지시키면 분말에 대해서도 피복을 하게 되는데 입자에 균일하게 피복하기 위하여 분말이 침전되지 않도록 37℃에서 1시간 서서히 교반하면서 침지시키면 이산화티탄 분말의 표면을 인회석으로 덮게 된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 분말에 인회석이 코팅된 분말을 마름모꼴의 격자(11)가 연속적으로 형성되고 격자(11)와 격자(11) 간의 간격을 조밀하게 하며 일정한 두께를 가지는 격자판(12)을 공기청정기(10)의 내부에 삽입되도록 형성한다.
상기와 같은 격자판(12)을 인회석이 코팅된 분말 또는 액체를 코팅하여 이산화티탄이 격자(11)의 표면으로부터 떨어지지 않도록 한다.
상기 격자판(12)과 격자판(12)이 서로 접하면서 다중으로 적층되고, 격자판(12)의 각도로를 달리하여 격자(11)와 격자(11)가 서로 겹치도록 하고, 다중으로 적층된 격자판(12)의 외주면에는 격자판(12)이 서로 이격되지 않도록 고정구(13)를 고정한다.
또한, 격자판(12)으로 이루어진 필터의 일면에 부직포(14)를 부착하여 광촉매 필터를 통과하는 공기를 필터링하도록 하고, 다른 필터에도 UV자외선이 토출되는 것을 방지한다.
상기 광촉매 에어필터는 공기조화기에 설치된 흡기팬(20)의 전면에 UV자외선 램프(16)를 고정하고, 자외선 램프(16)의 전면에 광촉매 에어필터를 고정하며, 광촉매 에어필터의 전면에 헤파 카본필터(21)와 프리필터(22)를 고정한다.
상기와 같은 공기청정기(10)의 광촉매 에어필터(19)는 공기청정기(10)의 내부에 설치된 UV자외선 램프(16)의 전면에 설치되어 UV자외선 램프(16)으로부터 조사되는 자외선이 광촉매 에어필터(19)에 조사된다.
공기청정기(10) 내부로 유입되는 공기는 공기청정기(10) 내부에 설치되어 있는 광촉매 에어필터를 거치면서 공기 중에 포함되어 있는 유해성분들을 항균, 탈취, 정화하게 된다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 공기청정기의 광촉매 에어필터는 마름모 형태로 밀접된 간격으로 형성되어 공기가 유입되면서 광촉매제에 접촉하는 면적이 증가하게 되고, 광촉매제가 격자로부터 떨어지지 않게 되며, 공기의 접촉면적이 확대되어 광촉매제의 효율을 향상시키는 효과가 있다.
Claims (3)
- 공기청정기의 광촉매제 에어필터에 있어서,밀집된 간격으로 연속되면서 일정한 두께를 가지는 격자에 이산화티타늄의 광촉매제를 코팅하고, 공기의 접촉면적을 확대시키기 위해 상기 격자판이 서로 접하면서 다층으로 적층하며, 일정한 두께의 격자판 모양으로 공기통과 구멍을 줄이기 위해 가로, 세로 번갈아가면서 다층으로 적층하며, 필터의 교환이 용이하도록 다층으로 적층된 필터의 외주면에 고정구를 일체로 고정시키고, 공기청정기의 소정 위치에 계속적으로 빛이 조사되도록 다수개의 UV자외선 램프을 설치한 것을 특징으로 하는 공기청정기의 광촉매 에어필터.
- 제1항에 있어서,일정한 두께로 적층된 격자판의 일면에 일정한 두께를 가지는 부직포를 고정시켜 통과되는 공기를 필터링하는 것을 특징으로 하는 공기청정기의 광촉매 에어필터.
- 제1항에 있어서,팬 흡입구 앞에 UV자외선 램프와 광촉매 에어필터를 설치하는 것을 특징으로 하는 공기청정기의 광촉매 에어필터.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101867522B1 (ko) | 2016-12-13 | 2018-06-15 | 금오공과대학교 산학협력단 | 탄소나노소재가 적용된 캐빈에어필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노소재가 적용된 캐빈에어필터 |
| KR20190008437A (ko) * | 2005-12-29 | 2019-01-23 | 인바이런멘탈 메니지먼트 컨피더레이션, 인크. | 액티브 필드 미디어 공기 정화기를 위한 개선된 필터 미디어 |
| US11007537B2 (en) | 2005-12-29 | 2021-05-18 | Environmental Management Confederation, Inc. | Filter media for active field polarized media air cleaner |
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2003
- 2003-03-27 KR KR20-2003-0009243U patent/KR200318828Y1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR102288113B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2021-08-11 | 인바이런멘탈 메니지먼트 컨피더레이션, 인크. | 액티브 필드 미디어 공기 정화기를 위한 개선된 필터 미디어 |
| KR101867522B1 (ko) | 2016-12-13 | 2018-06-15 | 금오공과대학교 산학협력단 | 탄소나노소재가 적용된 캐빈에어필터의 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노소재가 적용된 캐빈에어필터 |
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