KR200432637Y1 - 캐빈 에어필터 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 차내의 공기를 정화하기 위한 캐빈 에어필터에 관한 것으로, 상세하게는 차량의 실내로 도입되는 공기 중의 오염물질을 여과하는 차량용 캐빈 에어필터에 있어서, 대략 사각틀 형상을 갖는 필터케이스와; 상기 필터케이스에 고정설치되어 공기 중에 흡입된 먼지 등의 유해 물질을 정화하기 위해 그 표면에 아파타이트 및 광촉매 이산화티탄(TiO2)을 혼합한 코팅액이 도포된 여과필터; 및 상기 필터케이스의 각 내측변에 설치되어 상기 광촉매와 반응하여 살균 및 탈취기능을 배가시키는 자외선 발광다이오드;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것으로서, 본 고안에 따르면 활성탄섬유(ACF)와 혼섬된 지지층에 신물질을 코팅한 공기청정필터로 자동차 내로 유입되는 미립자 물질과 유해 물질을 완벽에 가깝게 제거할 수 있고, 높은 흡착능 및 우수한 향균성을 발휘하여 자동차 실내환경을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
캐빈, 에어필터, 광촉매, 아파타이트, 이산화티탄, 자외선 발광다이오드
Description
도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 캐빈 에어필터를 도시한 사시도
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 캐빈 에어필터의 분해사시도.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 캐빈 에어필터의 대장균 항균시험결과를 나타낸 그래프
*도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명*
10. 필터케이스 12. 절결부
20. 여과필터 22. 광촉매막
22a. 이산화티탄 22b. 아파타이트
30. 자외선 발광다이오드 32. PCB 기판
40. 광반사판
본 고안은 캐빈 에어필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량에 장착되는 여과필터의 표면에 아파타이트 및 분말상의 이산화티탄을 혼합한 코팅액을 도포하여 포집된 미세먼지 및 유해입자를 자외선 발광다이오드를 구동시켜 광촉매 분해시 키는 것을 특징으로 하는 캐빈 에어필터에 관한 것이다.
최근 환경문제가 크게 부각됨에 따라 오염된 물질을 제거하는 공기청정 및 대기환경, 실내환경 등 환경제어산업은 첨단산업 및 환경산업의 발달로 인하여 눈부신 발전을 지속하고 있으며, 아울러 공기청정 및 환경제어산업의 중요성은 날로 부각되고 있다.
우리나라 공기청정 및 환경제어산업은 첨단산업의 발전의 견인차 역할을 하고 있으나, 아직까지 국내 기술수준은 일부 장비 및 시스템 기술에만 치중하여 공기 청정 및 환경제어산업 전반에 대한 수급구조에 문제가 있어 그 발전 및 전문성도 미흡하다. 따라서 공기청정 및 환경제어산업에 대한 기초기반 기술도 취약하여 많은 기술들을 선진국으로부터 도입하고 있는 실정이다. 또한 국제적으로 공기청정 및 환경제어 산업은 국가가 전략으로 육성하고 있는 추세이며 이러한 문제의 해결을 위하여 관련기술의 개발이 절대적으로 필요하다.
필터의 요구성능을 보면 여과목적에 따라 대상유체가 기체인 건식여과와 대상유체가 액체인 습식여과로 구분되며, 용도별로 에어필터, 집진필터, 마스크, 물정화 필터, 액체필터, 토양필터 등으로 대별되고 있다. 필터 중에서 최대의 시장규모를 가지는 것을 자동차용 필터이다.
생활의 필수품인 자동차는 이제 우리의 삶에 있어서 매우 중요한 일부분이기도 하며, 자동차 속에서의 안락함과 쾌적함은 절실하게 요구되어지는 요소이다. 자동차가 증가하면서 곳곳에 교통 체증 또한 많이 발생한다. 이에 따라 차 안에 있는 시간도 많아질 수밖에 없다. 또한 그만큼 차 안의 공기도 나빠질 수밖에 없을 것이 다. 이렇게 매연과 대기오염물질이 더욱더 심해져 가는 요즘, 대부분의 운전자들은 차내의 공기를 정화시켜주는 필터를 많이 장착하고 있다. 반면에 자동차용 항균 에어필터에 대해 아는 운전자들도 많이 있다. 차내에서 많이 보내는 운전자일수록 꼭 필요한 부품 중에 하나가 바로 항균 에어필터다.
운전을 할 때 차에서 발생하는 입자상 물질 등은 가스상 물질에 비해 인체의 폐에 침투하기 쉽다. 그러므로 대기 오염 물질보다 인체 건강에 더 큰 악영향을 초래할 가능성이 있는 것으로 알려져 있다. 특히 사람이 호흡할 때 직경이 10㎛ 이하인 미세 입자들은 호흡기를 통해서 폐에 스며들어간다. 대기 중에는 먼지, 분진, 꽃가루뿐만 아니라 냄새를 유발하는 기체 상태의 오염 물질이 포함되어 있다. 이러한 부유 물질의 농도를 최소한으로 줄여서 쾌적한 환경을 만들고자 개발된 것이 ‘캐빈 에어필터(Cabin Air Filter)’다. 특히 알레르기성 비염이나 천식이 심한 사람, 5세 미만의 어린이는 먼지 및 배기가스 입자에 의해 쉽게 영향을 받으므로 반드시 장착하는 것이 좋다.
이와 같이 종래에 사용되는 캐빈 에어필터는 소정 형상의 필터케이스와 이의 내부공간에 일정두께 또는 여러 겹으로 겹쳐서 제작된 필터부재인 여과지를 장착함으로써 구성된다.
최근에는 광촉매를 이용한 광화학 반응은 광원만을 반응에 사용하고 광촉매를 반영구적으로 사용할 수 있어 다른 환경오염 처리 기술과는 달리 제2의 유해 물질을 생성하는 문제점이 없다. 또한, 광촉매로 사용되는 이산화티탄(TiO2)은 치약, 내복, 종이 등에 백색 염료로서 널리 사용되고 있는 인체에 무해한 물질로서 일반 생활에 광범위하게 사용될 수 있다는 장점을 가지고 있다. 따라서, 근래에는 이와 같은 이산화티탄(TiO2) 광촉매를 이용한 광화학 반응으로 에어필터를 정화시키는 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, 종래의 이산화티탄(TiO2) 광촉매를 이용한 에어필터는 전자 및 홀의 생성이라는 점에서는 공기 중에 함유된 유해물질, 악취 등을 분해 제거하는데 뛰어난 특성을 나타내지만, 이하의 문제를 가지고 있었다.
우선 광촉매 반응에 의해 제거하는 것이 바람직한 물질에는 이산화티탄(TiO2)에 흡착하기 어려운 물질도 존재한다. 이러한 물질에 대해서는, 이산화티탄(TiO2)에 의해 충분히 제거하기 어려운 경우가 있다. 즉, 항균, 항곰팡이 재료로서 이용하는 경우 균이 광촉매에 부착되기 어렵기 때문에 그 효과를 발휘하기 어렵고, 효율도 좋지 않다는 문제점이 있었다.
또한, 이산화티탄(TiO2)을 광촉매제로 사용했을 때에 광촉매가 물질을 완전히 탄산가스와 물로 분해하려면 물질이 이산화티탄(TiO2) 입자 표면에 일정시간 접촉할 필요가 있는데 보통은 공기의 흐름 등에 의해 물질과 이산화티탄(TiO2)의 접촉이 불확실하여 흡착하는 기능이 떨어지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 여과필터의 표면에 불활성으로 잡균 등을 흡착하는 성질을 가진 동시에 다공질인 아파타이트와 이산화티탄의 복합물로 코팅함으로써 이산화티탄의 광촉매 기능을 해치는 일 없이 자외선 발광다이오드를 통해 각종 세균이나 곰팡이 등을 흡착, 살균처리함으로써 탈취효과뿐만 아니라 향균성이 우수한 캐빈 에어필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 바람직한 일 실시예에 따른 캐빈 에어필터에 있어서, 차량의 실내로 도입되는 공기 중의 오염물질을 여과하는 차량용 캐빈 에어필터에 있어서, 대략 사각틀 형상을 갖는 필터케이스와; 상기 필터케이스에 고정설치되어 공기 중에 흡입된 먼지 등의 유해 물질을 정화하기 위해 그 표면에 아파타이트(apatite) 및 광촉매 이산화티탄(TiO2)을 혼합한 코팅액이 도포된 여과필터; 및 상기 필터케이스의 각 내측변에 설치되어 상기 광촉매와 반응하여 살균 및 탈취기능을 배가시키는 자외선 발광다이오드;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 바람직하게 상기 자외선 발광다이오드는, 자외선 320nm ~ 400nm 범위의 빛을 발광하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 여과필터는, 아파타이트를 겔(gel) 상태로 교반하여 이산화티탄의 입자성 가루를 집어넣고 혼합하여 액상 스프레이로 분사를 한 후 건조하여, 여과필터의 표면에는 광촉매막으로서 불활성인 아파타이트가 결정화된 것을 특징으 로 한다.
또한, 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른 캐빈 에어필터는, 상기 필터케이스의 내벽면에 장착되어 자외선 발광다이오드에서 발생되는 빛을 반사하도록 금속판을 지그재그 형태로 절곡하여 형성된 광반사판;이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 고안의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 고안의 일실시예에 따른 캐빈 에어필터를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 캐빈 에어필터의 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 캐빈 에어필터는 필터케이스(10)와, 여과필터(20)와, 자외선 발광다이오드(30)로 이루어진다.
상기 필터케이스(10)는 외부의 공기가 통과되도록 대략 사각틀 형상을 가지는 것으로, 상기 필터케이스(10)의 상·하 가장자리에 절결부(12)가 마련되어 여과필터(20)가 장착된다.
상기 여과필터(20)는 공기 중에 흡입된 먼지 등의 유해 물질을 정화하기 위해 광촉매로 코팅된 것으로, 미세한 유해물질과 오염된 먼지까지 걸러주는 활성탄섬유(ACF)를 카본섬유나 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PS) 등을 지지층으로 이들과 혼섬하여 광촉매를 코팅한 소재로 이루어진다. 또한, 상기 여과필터(20)는 먼지포집 면적과 살균면적을 증가시키기 위하여 굴곡형으로 처리된다.
특히, 본 고안에서는 망사형의 직물지로 제작된 여과필터(20)의 미세먼지를 포집하는 정전여지의 표면에 광촉매를 혼합한 코팅액(22)이 도포된다.
상기 광촉매를 혼합한 코팅액(22)은 광촉매 이산화티탄 분말(22a)을 아파타이트(22b)의 수성화합물 및 기타 첨가제로 혼합된 수분산 도료에 접착제를 일정한 비율로 혼합하여 이루어진다.
먼저, 본 고안에 따른 광촉매 이산화티탄(22a)을 설명하기로 한다.
광촉매라 함은 광을 조사하지 않은 조건과 비교하여 광조사 조건 하에서 활성이 증가하는 촉매를 말한다. 또한, 광촉매 방식은 태양광이나 형광등의 불빛을 받으면 강력한 산화력이 생기는 촉매를 이용해서 유해유기물질이나 세균을 제거하는 기술로서, 광촉매에 사용할 수 있는 물질로는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CDS, ZRO2, SNO2, V2O2. WO3 등과 페롭스카이트형 복합금속산화물(SRTIO3) 등이 있다. 그러나 실체 광촉매 반응에 사용할 수 있는 반도체 물질은 우선, 광학적으로 활성이 있으며 광부식이 없어야 하고, 또한 생물학적으로나 화학적으로 비활성이어야 하며, 가시광선이나 자외선 영역의 빛을 이용할 수 있어야 할 뿐만 아니라 경제적인 측면에서도 저렴해야 한다.
이들 중에서 본 고안에 사용되는 상기 이산화티탄(TiO2)(22a)은 항산화반응, 항균, 멸균, 자외선 강산화반응을 하는 물질로서, 필터케이스(10)에서 반사되어 온 빛에 의하여 광촉매 반응을 일으킴으로써 여과필터(20)의 표면에 포집된 먼지나 세균 등을 살균처리시켜 준다. 특히, 본 고안에 있어서 광촉매 능력을 유효하게 발휘하기 위해서 이산화티탄(TiO2)(22a)은 루틸(rutile)형 액정 구조보다는 아나타아 제(anatase)형 결정 구조인 것이 바람직하다. 따라서 본 고안은 아나타아제형 결정구조에 의해 이산화티탄(TiO2)의 친수성을 더욱 향상시킬 수가 있다. 상기 광촉매의 평균 입경은 통상 0.1 ~ 6㎛, 바람직하게는 0.5 ~ 3㎛이다.
한편, 상기 이산화티탄(TiO2)(22a)에도 다양한 결점이 있으므로, 본 고안에서는 이를 보충하기 위해 광촉매 이산화티탄(TiO2)(22a)과 아파타이트(apatite)(22b)의 복합화로 이루어진 광촉매가 제공된다.
여기서, 아파타이트(22b)라 함은, 플로오로아파타이트(Ca10(PO4)6F2)와 동일한 결정 구조를 갖는 물질을 가리키고,
구조식: Ax(BOy)zXs·n(H2O)
(A는 Ca, Ti, Sr, Ba, Pb, Na, K, Y, Ce, Co, Ni, Cu, Al, La, Cr, Fe, Mg 또는 이들의 조합을 나타내고; B는 P, S, V, Si, As 또는 이들의 조합을 나타내고; X는 F, Cl, OH, O 또는 이들의 조합을 나타내고; y는 B에 의해서 정해지는 값이고; x, z, 및 s는 A, (BOy) 및 X의 원자가수에 의해 결정되는 값이고; n은 0 ~ 20의 범위임)으로 나타내는 물질을 말한다. A, (BOY), 및 X는 또 다른 이온에 의해 치환되어도 좋다.
아파타이트(22b)에는, 플로오로아파타이트, 클로로아파타이트, 및 히드록시아파타이트가 포함된다. 본 발명에서는, 아파타이트가 칼슘 히드록시아파타이트인 것이 바람직하다. 여기서 칼슘 히드록시아파타이트(이하, CaHAP라 함)라 함은 Ca10(PO4)6(OH)2 및 Ca, (PO4), 또는 OH의 일부가 치환된 Ca10(PO4)6(OH)2 를 말한다.
이와 같은 아파타이트(22b)는 광촉매 이산화티탄(TiO2)(22a)의 흡착하는 기능이 떨어지는 결점을 보완하여 흡착과 분해의 기능을 갖게 되며, 야간 등 반드시 빛을 쬘 수 없는 상황이나 빛이 미약한 경우에도 아파타이트(22b)는 다량의 세균이나 물질을 흡착하여 둘 수 있다.
본 고안에서는, 우선 아파타이트 및 이산화티탄을 포함하는 코팅액을 제조한다. 코팅액은 용매를 더 함유해도 좋다. 코팅액이라 함은 용액에 한정되지 않고 현탁액을 포함한다.
본 고안에 있어서는 수분산 도료(Marutake사, 일본)에 이산화티탄 및 아파타이트를 배합하고 접착제를 1:1 ~ 1:2의 중량비율로 혼합하여 총 광촉매 함유량이 20 ~ 30%가 되도록 한다. 여기서 광촉매 함유량이 너무 적으면 빛을 균일하게 반사시키기 어려워진다. 반대로 너무 많으면 광촉매가 빛을 흡수하게 되어 반사효율이 저하된다. 상기 접착제는 ABS수지, 폴리에스테르 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드수지, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리(메타)아크릴레이트, 폴리에테르술폰, 우레탄 수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서 폴리프로필렌 수지가 가장 바람직하다. 또한, 아파타이트에 코팅된 TiO2 분말은 여과필터에 코팅시키기 위하여는 단순한 용매만 혼합해서는 코팅이 되지 않으므로 바인딩 첨가제를 혼합하여 코팅한다. 바인딩 첨가제로는 예컨대, 졸겔법을 활용한 코팅의 경우 무기골격의 물질로 Si-C 결합의 축합반응에서의 안정성을 보유하는 알콕시실 란(Alkoxysilane)이 사용된다. 일예로, 에틸알코올(Ethylalcohol)과 테트라에틸 오르쏘실리게이트(TEOS:Tetraethyl orthosilicate)의 몰비가 10:1 정도가 되도록 혼합한 후 상온에서 충분히 교반시킨다. 이 비율은 허용된 건조시간과 필요한 혼합 결합력의 세기에 의하여 조절될 수 있다.
또한, 아파타이트 및 이산화티탄을 포함하는 코팅액을 도포하기 위해서는 임의의 공지의 방법을 사용할 수 있다. 예를 들면 증착이나 PVD, CVD, 스패터링, 콜로이드 용액 겔법에 따르는 이산화티탄 콜로이드 용액의 코팅, 초미립자의 이산화티탄(TiO2)의 고착 등 여러 가지 방법에 따라 행해질 수 있다.
즉, 5 ~ 10㎏f/㎠의 압력을 가진 콤프레셔와 0.3 내지 0.4mm 직경의 노즐을 가진 스프레이 건으로 10 내지 30g/㎡ 만큼 코팅한다. 이것은 미세입자 및 유해물질 등이 여과필터(20)의 광촉매 물질에 접촉한 때에 효과가 발휘되기 때문에 다공성의 아파타이트(apatite) 입자(22b)가 유해물질을 포집하고 광촉매 물질인 이산화티탄(TiO2)(22a)이 분해하기 때문에 효율이 더 좋다.
본 아파타이트 및 이산화티탄 코팅막의 두께는 용도에 따라 적당히 선택되고, 20nm이상, 바람직하게 50nm 이상이고, 10㎛ 이하, 바람직하게는 1㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 500nm 이하이다. 이러한 상기 여과필터(20)의 표면에 생성되는 아파타이트 및 이산화티탄 코팅막의 두께는 코팅액의 조성이나 온도, 분사 시간을 바꿈으로써 제어할 수 있다. 인이나 칼슘의 함유량을 줄이거나 온도를 낮추거나 시간을 짧게 했을 경우에는 여과필터(20)의 표면에 섬(島) 모양의 아파타이트 및 이산 화티탄 코팅막이 생성되거나 얇은 아파타이트막이 생성된다. 인이나 칼슘의 함유량이 많거나 온도를 높게 했을 경우에는 코팅막이 두꺼워진다.
다음의 단계로, 아파타이트 및 이산화티탄 코팅막이 코팅된 여과필터(20)를 건조시킨다. 아파타이트가 코팅된 여과필터(20)를 건조하는 공정에서 용매나 반응의 부생성물을 제거함과 동시에 분해나 중합 등의 반응을 더 진행시켜 아파타이트를 형성한다. 아파타이트와 이산화티탄(TiO2)(22b)의 조성물이 졸(sol)인 경우, 건조에 의해 겔(gel)을 거쳐서 아파타이트 및 이산화티탄 코팅막이 형성된다. 건조 속도는 막에 균열이 생기지 않도록 적당히 선택된다. 건조 온도는 용매가 제거되는 온도이면 특별한 제한은 없고, 코팅된 여과필터(20)는 크랙(crack)의 방지를 위하여 대략 24시간 동안 섭씨 80℃ 이하의 온도에서 건조되는 것이 바람직하며, 바람직하게는 20℃이상 60℃ 이하, 바람직하게 상온 24℃에서 행하는 것이 바람직하다.
건조 공정 뒤, 높은 온도에서 더 가열해도 좋다. 가열 공정에 의해 아파타이트 및 이산화티탄 코팅막의 결정성, 투명성 및 광촉매 활성 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 가열 공정의 최고 도달 온도는 400℃ 이상, 바람직하게는 500℃ 이상이고, 800℃ 이하, 바람직하게는 700℃ 이하이다. 온도가 상기 범위 미만에서는 가열에 의한 효과가 충분하지 않은 경우가 있고, 상기 범위를 넘으면 여과필터(20)가 손상을 받는 경우가 있다. 가열 공정은 산소 함유 분위기 하, 예를 들면 공기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 고안은 아파타이트(22b)를 겔(gel) 상태로 교반하여 이산화티 탄(TiO2)(22a)의 입자성 가루를 집어넣고 혼합하여 액상 스프레이로 분사를 한 후 건조하게 되면, 여과필터(20)의 표면에는 광촉매막으로서 불활성인 아파타이트(22b)가 결정화가 되어 기공 및 구멍이 생겨 단백질이나 아미노산, 세균, 바이러스 등을 흡착하므로 표면의 아파타이트 결정이 수중이나 공기 중의 세균을 흡착할 수가 있다. 이때 아파타이트가 흡착한 세균, 바이러스, 암모니아 냄새, 질소산화물 등을 광촉매 이산화티탄이 분해함으로써 유해물질의 분해효율이 높아지게 되는 것이다. 즉, 광촉매가 유해물질을 분해하는 데는 일정시간이 필요한데 흡착능력이 없는 광촉매에 비해 흡착능력이 있는 경우 충분한 시간을 가지고 확실히 분해할 수 있게 되는 것이다.
한편, 자동차의 필터함은 어두운 공조기 내부에 존재하므로 설치공간은 매우 어두운 암실이 된다. 아파타이트(22b)의 흡착기능은 접촉해온 물질밖에 분해할 수 없고 사용하고 있으면 포화해 버리므로 정기적인 교환이 필요하므로 반영구적인 흡착기능을 가지지 못한다. 반면에, 광촉매는 빛을 조사하여 강한 산화력을 일으키므로 유해한 유기화학 물질이나, 세균, 냄새 등을 분해하고 탄산가스나 물 등으로 분해, 제거할 수 있다. 따라서, 본 고안에 따른 캐빈 에어필터는 아파타이트(22b) 및 이산화티탄(TiO2)(22a)의 광촉매 반응이 원활히 이루어지기 위해 여과필터(20)의 전면에 지속적인 빛을 제공하는 자외선 발광다이오드(30)가 설치된다.
상기 자외선 발광다이오드(30)는 상기 필터케이스(10)의 각 내측변에 복수 개 설치되는 것으로서, 소비전력이 종래의 자외선 수은램프보다 월등히 낮을 뿐 아 니라 사이즈가 현저히 작기 때문에 필터와 최대한 근접되게 설치될 수 있어 컴팩트한 구조로 누구나 쉽게 관리할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 상기 자외선 발광다이오드(30)는 통상적으로 200 ~ 400nm 파장의 자외선을 발광할 수 있는데, 200 ~ 300nm 파장의 자외선은 살균기능이 있는 반면에 파장이 300nm을 초과하게 되면 살균작용이 저하되는 측면이 있다.
따라서, 본 고안은 자외선 발광다이오드(30)로부터 조사되는 자외선의 파장이 200 ~ 300nm인 직접 살균 파장대의 경우 자외선을 그대로 여과필터(20)에 조사시켜 멸균 및 탈취작용을 하도록 하며, 자외선의 300nm이상의 간접 살균 파장대일 경우에는 코팅된 아파타이트(22b)에 의한 강력한 흡착효과와 이산화티탄의 광촉매 효과에 의해서 멸균 및 탈취작용이 일어나도록 하는 것이다. 보다 바람직하게는 이산화티탄이 흡수하는 UV-A(320nm ~ 400nm) 영역은 결정 구조에 따라 미세한 차이는 있으나 대략 380~385nm 파장 이하의 빛을 흡수하여 활성화되므로 이 범위의 빛을 조사하는 자외선 발광다이오드(30)가 이용된다.
또한, 본 고안은 상기 자외선 발광다이오드(30)를 일정간격으로 장착할 수 있는 PCB 기판(32)을 하나의 모듈을 구성하여 상기 필터케이스(10)의 일측에 장착되는 것이 바람직하다. 상기 자외선 발광다이오드(30) 및 이를 장착한 PCB 기판(32)은 자외선 조사방향이 여과필터(20)의 상부 또는 하부면을 향하도록 상기 필터케이스(10) 상에 설치되는 것이다.
한편, 본 고안의 바람직한 다른 실시예에 따른 캐빈 에어필터는 상기 필터케이스(10)의 내벽면에 자외선 발광다이오드(30)으로부터 나오는 빛을 광반사판(40) 에 의해 난반사되도록 하고 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이러한 광반사판(40)은 알루미늄 판을 지그재그로 절곡하여 형성할 수 있다. 이와 같이 광반사판(40)의 표면이 요철 형태로 형성됨으로써, 자외선 발광다이오드(30)로부터 나오는 빛이 효과적으로 난반사되게 된다. 상기 광반사판(40)은 고순도의 알루미늄이나 금 또는 은으로 형성하는 것이 더욱 유리하나, 경제성을 고려하여 적절한 순도의 알루미늄을 채택하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 광반사판(40)은 상기 필터케이스(10)의 표면에 광반사 코팅이 수행되는 광반사 필름층이 입혀져 입사되는 빛을 반사시키는 광반사 구조가 되는 것도 가능할 것이다.
따라서, 상기 필터케이스(10)의 내벽면에 광반사판(40)이 더 구비되는 경우, 자외선 발광다이오드(30)의 자외선이 해당 내벽면에서 골고루 반사되기 때문에 여과필터(20)에서 자외선을 더욱 유효하게 이용하는 것이 가능해진다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 캐빈 에어필터의 효과를 확인하기 위하여 오염물질의 분해반응 실험을 다음과 같이 실행하였다.
[실시예 1]
<포름알데히드(HCHO) 탈취효과 시험>
시험조건은 자외선(UV) 발광다이오드 2개, 자외선 강도계(Konica Minolta)(UM-10) UD-360, 시료의 채취량은 10×10(㎝)의 평판 시료, 시험편 윗면까지의 거리는 램프 중앙에서 12㎝, 시험실의 시험개시부터 종료 때까지의 온도는 22 ℃를 유지하였다. 그 시험결과는 다음의 표 1과 같다.
| 시험항목 | 탈취시험(HCHO) | ||
| 경과시간 | 시료농도(ppm) | ||
| 시험결과 | 자외선 발광다이오드 무조사 | 초기 | 150 |
| 5시간 00분 | 110 | ||
| 6시간 00분 | 100 | ||
| 7시간 00분 | 100 | ||
| 자외선 발광다이오드 조사 | 7시간 10분 | 90 | |
| 7시간 30분 | 50 | ||
| 7시간 50분 | 10 | ||
| 8시간 00분 | N.D. | ||
| 시험방법 | KTI - L 02 | ||
(비고) N.D. : 검출되지 않거나 최소검출한계(0.5ppm) 미만의 농도.
시험결과에서와 같이 자외선 발광다이오드의 무조사 시에는 5시간이나 7시간이 지나도 포름알데히드(HCHO)의 농도의 변화가 거의 없었으나, 자외선 발광다이오드의 조사 후 20분 간격으로 측정한 결과는 포름알데히드(HCHO)의 농도가 점차로 감소하여 약 1시간 후에는 거의 소멸되는 것으로 확인되었다.
[실시예 2]
<암모니아(NH3) 탈취효과 시험>
시험조건은 상기 실시예 1의 포름알데히드(HCHO) 탈취효과 시험과 동일하다. 그 시험결과는 다음의 표 2와 같다.
| 시험항목 | 탈취시험(NH3) | ||
| 경과시간 | 시료농도(ppm) | ||
| 시험결과 | 자외선 발광다이오드 무 조 사 | 초기 | 200 |
| 5시간 00분 | 60 | ||
| 6시간 00분 | 50 | ||
| 7시간 00분 | 50 | ||
| 자외선 발광다이오드 조 사 | 7시간 10분 | 35 | |
| 7시간 30분 | 15 | ||
| 7시간 50분 | 5 | ||
| 8시간 00분 | N.D. | ||
| 시험방법 | KTI - L 02 | ||
(비고) N.D. : 검출되지 않거나 최소검출한계(1 ppm) 미만의 농도.
시험결과에서와 같이 자외선 발광다이오드의 무조사 시에는 암모니아(NH3)의 농도의 변화가 거의 없었으나, 자외선 발광다이오드의 조사 후 20분 간격으로 측정한 결과 암모니아(NH3)의 농도는 점차로 감소하여 약 1시간 후에는 거의 소멸되는 것으로 확인되었다.
[실시예 3]
<대장균 항균효과 시험>
본 실시예의 장치인 캐빈 에어필터의 항균성능의 측정에 있어서 복합소재(HAp)의 어두운 곳에 있어서의 「대장균」항균 효과를 검토하였다.
구체적으로, 우선 시험균주로 Escherichia coli(IFO 3972) 대장균을 MHB(Mueller Hinton broth) 배양지 (DIFCO)에 배양하여 시험균주를 보통 한천 배지에서 2대계체 후, MHB 배양지에 접종해 35℃, 24시간 배양하고, 멸균 생리 식염수로 적당 희석해, 접종용균액으로 하여 시험용균액을 조성했다.
또한, 시험조작으로 1.0% 나노복합소재 용액을, 1 ml 시험용 용액으로 했다. 시험용 용액에 접종용균액을 더해 어두운 곳에 있어, 35℃로 교반하면서 배양을 실시했다. 또한 공백으로서 멸균 생리 식염수에도 이와 같이 접종용균액을 더하고 배양을 실시했다. 그리고 배양을 실시하고 있는 시험 용액을 0분, 5분, 10분, 20및 30분 후에 채취해, 데오키시코레이트 한천 배지를 이용해 혼석법에 의해 대장균의 균수를 측정하였다.
그 시험결과는 다음의 표 3 및 도 3와 같다.
| 0분 후 | 5분 후 | 10분 후 | 20분 후 | 30분 후 | |
| 복합소재 1% | 220000 | 86000 | 110 | 0 | 0 |
| Blank Test | 210000 | 220000 | 230000 | 230000 | 250000 |
도 3는 본 고안에 따른 캐빈 에어필터의 대장균 항균시험결과를 나타낸 그래프이다. 도 3에서 종축은 대장균 개체수이고, 횡축은 경과시간을 나타낸다.
도 3의 그래프 A는 본 고안에 따른 복합소재 1% 용액에서의 시간 경과에 따른 대장균 수의 변화를 나타내고, 그래프 B는 대조실험[對照實驗, Blank test]에서의 시간 경과에 따른 변화를 나타낸다.
표 3 및 도 3에 도시된 바와 같이, 대장균은 대조실험군(Blank Test)에서는 30분 후까지 자연 증가가 있었지만, 본 고안에 따른 캐빈 에어필터에 의하면 복합소재 1% 용액에서 220000개의 대장균은 20분 후에 모두 박멸된 것을 알 수 있다.
[실시예 4]
<아파타이트 함유 시의 비교시험>
시험조건은 자외선 발광다이오드(2개) 조사 하에, 시료의 채취량은 10×10㎠ 시험편, 주입량은 암모니아 4㎕, 톨루엔 2.5㎕, 포름알데히드 1㎕, 시험용기는 2L, 탈취율(%) = ((Cb - Cs)/Cb) × 100(여기서 Cb는 블랭크, 각 시간 경과 후 시험용기 안에 남아있는 시험가스의 농도, Cs는 시료, 각 시간 경과 후 시험용기 안에 남아있는 시험가스의 농도), 시험편 윗면까지의 거리는 램프 중앙에서 12㎝, 시험실의 시험개시부터 종료 때까지의 온도는 22℃를 유지하였다. 그 시험결과는 다음의 표 4와 같다.
비교예는 종래의 이산화티탄으로만 코팅된 여과필터를 장착하였으며, 시험예는 본 고안에 따른 아파타이트 및 이산화티탄으로 코팅된 여과필터를 장착하였다.
| 시험항목 | 탈취시험(%) | ||||
| 경과시간 | 암모니아 | 톨루엔 | 포름알데히드 | ||
| 시험결과 | 비교예 | 5분 | 60.0 | 45.0 | 55.0 |
| 시험예 | 86.2 | 78.0 | 88.0 | ||
| 비교예 | 15분 | 61.5 | 48.5 | 56.2 | |
| 시험예 | 92.6 | 84.2 | 90.0 | ||
| 비교예 | 30분 | 62.0 | 49.0 | 56.5 | |
| 시험예 | 96.5 | 86.8 | 95.5 | ||
| 비교예 | 60분 | 62.0 | 50.3 | 56.5 | |
| 시험예 | 99.4 | 89.5 | 98.3 | ||
| 시험방법 | 가스검지관법 | ||||
시험결과에서와 같이 비교예에서는 시간이 지나도 암모니아(NH3), 톨루엔 및 포름알데히드의 농도의 변화가 거의 없거나 미미한 정도에 그치나, 시험예에서는 측정한 결과 암모니아(NH3) 및 포름알데히드의 농도는 점차로 감소하여 약 1시간 후에는 거의 소멸되는 것으로 확인되었고, 톨루엔은 그 결과값의 차이가 매우 크게 나타남을 알 수 있다.
이상과 같이 구성된 본 고안의 작용 및 효과를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 고안에 따른 캐빈 에어필터는 공기정화장치 가동시 팬이 작동함으로써, 공기는 흡기구를 통해 공기정화장치로 유입되고 광촉매가 여과필터(20)의 표면에 코팅되어 상기 필터케이스(10)에 내장됨으로써 공기를 탈취, 항균하여 깨끗한 공기를 배출하게 되는 것이다. 이때 자동차의 전원공급부(미도시)와 본 고안의 PCB기판(32)이 연결되어 자외선 발광다이오드(30)에 전원이 인가되어 자외선 발광다이오드(30)가 작동됨으로써 여과필터(20)에 코팅된 광촉매와 반응하여 오염된 공기를 더 효율적으로 항균, 탈취하게 되고, 공기 중의 오염 물질이나 세균 등은 광촉매와 접촉하여 분해 작용을 받는다.
따라서, 본 고안의 캐빈 에어필터는 자동차의 공기정화장치에 착탈 가능하도록 장착되어 흡입된 공기 중에 포함된 미세먼지 및 유해물질은 여과필터의 표면을 코팅한 아파타이트가 다공질이기 때문에 작은 구멍의 바닥에 이산화티탄이 노출되어 있어 여기에 자외선 발광다이오드의 자외선 빛이 조사되면 광반사판의 난반사에 의해 생성된 전자와 정공의 산화환원 작용에 의해 악취 공기 중의 유해 물질을 완벽에 가깝게 제거할 수 있고, 높은 흡착능 및 우수한 향균성을 발휘하여 자동차 실내환경을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
지금까지는 본 고안의 특정한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 고안의 청구범위에 기재된 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상술한 바와 같이 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 명백하다. 따라서, 본 고안의 상세한 설명 및 첨부된 도면은 본 고안의 기술 사상을 한정하는 것이 아니라 단지 예시한 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 고안은 아파타이트가 흡착, 여과필터의 표면을 코팅한 아파타이트가 다공질이기 때문에 작은 구멍의 바닥에 이산화티탄이 노출되어 있어 여기에 자외선 발광다이오드의 자외선 빛이 조사되면 광반사판의 난반사에 의해 생성된 전자와 정공의 산화환원 작용에 의해 악취 공기 중의 유해 물질을 완벽에 가깝게 제거할 수 있고, 높은 흡착능 및 우수한 향균성을 발휘하여 자동차 실내환경을 크게 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 고안은 아파타이트가 광촉매로서 불활성이기 때문에 여과필터의 보호막 역할을 하기 때문에 아파타이트의 흡착기능은 자외선 발광다이오드의 조사에 의해 그때마다 매번 재생되어 반영구적으로 사용할 수 있어 현재 에어필터를 150 ~ 200시간 운전 후 정기적으로 교환해 주어야 하는 것에 비해 800시간 이상 사용가능하므로 약 100% 정도의 비용절감효과도 발생할 것이며, 간단한 재생처리를 통해 재활용도 가능한 효과가 있다.
또한, 본 고안은 자외선 발광다이오드는 소비전력이 종래의 자외선 수은램프보다 월등히 낮을 뿐 아니라 사이즈가 현저히 작기 때문에 필터와 최대한 근접되게 설치될 수 있어 컴팩트한 구조로 누구나 쉽게 관리할 수 있는 효과가 있다.
Claims (4)
- 차량의 실내로 도입되는 공기 중의 오염물질을 여과하는 차량용 캐빈 에어필터에 있어서,대략 사각틀 형상을 갖는 필터케이스와;상기 필터케이스에 고정설치되어 공기 중에 흡입된 먼지 등의 유해 물질을 정화하기 위해 그 표면에 아파타이트(apatite) 및 광촉매 이산화티탄(TiO2)을 혼합한 코팅액이 도포된 여과필터; 및상기 필터케이스의 각 내측변에 설치되어 상기 광촉매 이산화티탄과 반응하여 살균 및 탈취기능을 배가시키는 자외선 발광다이오드;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 캐빈 에어필터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 자외선 발광다이오드는,자외선 320nm ~ 400nm 범위의 빛을 발광하는 것을 특징으로 하는 캐빈 에어필터.
- 제 1 항에 있어서, 상기 여과필터는,아파타이트를 겔(gel) 상태로 교반하여 이산화티탄의 입자성 가루를 집어넣고 혼합하여 액상 스프레이로 분사를 한 후 건조하여, 여과필터의 표면에는 광촉매 막으로서 불활성인 아파타이트가 결정화된 것을 특징으로 하는 캐빈 에어필터.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 필터케이스의 내벽면에 장착되어 자외선 발광다이오드에서 발생되는 빛을 반사하도록 금속판을 지그재그 형태로 절곡하여 형성된 광반사판;이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 캐빈 에어필터.
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| KR2020060024478U KR200432637Y1 (ko) | 2006-09-12 | 2006-09-12 | 캐빈 에어필터 |
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