KR20050102036A

KR20050102036A - 공기정화기용 그래파이트필터

Info

Publication number: KR20050102036A
Application number: KR1020040030292A
Authority: KR
Inventors: 이바도
Original assignee: 이바도
Priority date: 2004-04-20
Filing date: 2004-04-30
Publication date: 2005-10-25

Abstract

본 발명은 공기정화기용 그래파이트 필터에 관한 것으로서 입경이 10미크론에서 수천미크론 범위의 고결정성 구조의 흑연 입자 또는 플레이크를 산화성 산처리(intercalation)를 하고 고온에서 튀겨 팽창시킨 웜형 입자를 압축하여 제조되는 그래파이트 매트 또는 시트로 된, 공기 정화기의 필터 요소로서 사용되는 밀도 0.05∼ 1g/cc 를 갖는 그래파이트 필터를 제공한다. 본 발명은 그래파이트 필터가 갖는 고전기전도성, 고열전도성, 고내열성을 이용하여 살균효과, 촉매효과에 의한 정화효과, 음이온 발생효과 및/또는 집진효과를 이용하여 공기정화기용에 적합한 그래파이트 필터를 제공한다.

Description

공기정화기용 그래파이트필터{Graphite filter for air cleaner}

본 발명은 공기정화기용 그래파이트 필터에 관한 것이다. 더 상세하게는 본 발명은 공기 정화기의 주요 부품인 필터 재료로서 사용 될 수 있는 그래파이트 매트 또는 시트로 된 필터에 관한 것이다. 종래에 공기정화기에는 주요 구성요소로서 헤파필터를 가진다. 헤파필터는 0.3미크론 이상의 미세먼지를 99.7% 이상 제거하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 헤파필터에는 스펀본디드 방식 또는 멜트블로운 방식으로 수 미크론 단위 직경의 합성수지 파이버를 접합하여 제조되는 부직포가 널리 사용된다. 이 부직포는 이 분야에 잘 알려진 방식으로 정전기를 띄게 함으로서 상기 부직포가 구성하는 공극보다 더 작은 미세 먼지를 포집할 수 있어 낮은 공기흐름 저항 가운데에서도 미세먼지를 효과적으로 제거 할수 있다. 이러한 부직포는 낮은 가격 효율적인 처리능력 낮은 공기흐름 저항 때문에 헤파필터로서 널리 사용된다. 그러나 상기 헤파필터는 낮은 가격과 높은 효율성에도 불구하고 미세먼지와 함께 포집된 세균등 미생물을 살균하는 어떠한 수단도 갖고 있지 않다. 또한 낮은 정전기량에 의해서 먼지 포집효과도 시간이 갈수록 현저하게 떨어진다. 이러한 오염된 헤파필터는 약한강도의 합성수지 파이버로 인하여 세척또는 재생하여 쓰는것은 거의 불가능하다. 일반적으로 일년정도의 일정주기에 카트리지를 전체적으로 교체한다. 그러나 교체하기전 까지의 장기간동안 필터에 쌓인 오염물질은 미생물번식의 온상이 되어서 그중 일부는 필터를 통과하여 건강에 위해를 가할수 있다. 뿐만 아니라 상기 헤파필터의 공기 흐름 저항도 만족할만한 수준이 아니다.

알려진 바와같이 흑연은 단단한 평면 결합구조를 가지는 방면에 c방향으로는 느슨한 결합구조를 가진다. 자연산 괴상흑연은 산화성 산처리하여 고온에 노출 시키면 c 방향으로 80배 이상 팽창 된다. 이러한 형태를 웜형이라 한다. 이러한 웜형 입자를 바인더 없이도 압착시키면 입자상호간의 물리적인 연결에 의하여 고정된 매트상의 형태를 형성한다. 이러한 매트를 압축을 반복하면 상당한 강도를 갖는 밀도 2g/cc 를 넘는 그래파이트 시트의 제조가 가능하다. 이러한 그래파이트시트는 시트평면방향의 물리적 성질이 시트 두께방향의 물리적 성질과 상당히 차이가 나는 이방성 성질을 띈다. 예를 들자면 시트내에서 시트면과 평행한 방향의 전기전도도나 열전도도는 시트 두께 방향에 비해서 수십 배 높다. 이러한 양호한 전기전도성과 열전도성을 이용하여 그래파이트 시트는 전자파 차폐제, 전기전도체, 열전도체, 전기히타 또는 가스켓 재료로 주로 쓰인다. 지금까지는 이러한 그래파이트 시트를 공기정화기 필터로 사용하는 것이 제안된 바가 없다.

본 발명은 필터로서 기능할뿐 아니라 살균효과를 겸비하면서 쉽게 청소하거나 재생할수 있고 필터 자체에 높은 전압을 걸어 공기 흐름에 대한 저항 낮은 가운데에서도 미세 먼지를 효과적으로 제거 할수 있는 새로운 개념의 필터를 제공하기 위한 것이다. 본 발명자는 흑연 입자의 범위를 잘 선정하고 압축과정을 조정하여 적절한 공극을 가지면서 전압을 인가하여 공기흐름저항을 아주 낮게 유지하면서 미세먼지를 효과적으로 제거 할수 있다는데 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다. 또한 본 발명에 의하여 오존, 유해성 유기물질(HOC's;hazardous organic compound), 휘발성 유기물질(VOC,s;Volitile organic compound), CO, NOx(질소산화물) 및/또는 새집증후군의 주범인 포름알데히드 등의 오염물질을 제거할 수 있는 촉매 담지 그래파이트 필터가 제공된다.

본 발명에 의하여 고결정성 구조의 흑연 입자 또는 플레이크를 산화성 산처리(intercalation)하고 고온에서 튀겨 팽창시킨 웜형 입자를 압축하여 제조되는 그래파이트 매트 또는 시트로 된, 공기 정화기의 필터 요소로서 사용되는 밀도 0.05∼ 1g/cc 를 갖는 그래파이트 필터가 제조된다. 상기 그래파이트 입자 또는 플레이크는 입경이 10미크론에서 수천 미크론 범위이다. 상기 흑연 입자 또는 플레이크에서 제조되는 웜 형 입자를 롤로 압착하면 초기 단계에서는 0.05내지 0.1 g/cc 의 정도 밀도의 그래파이트 매트가 얻어진다. 상기 그래파이트 매트가 수십미크론 내지 1000미크론 범위의 비슷한 입도를 가진 흑연 입자로 부터 만들어지는 것이 공극의 크기를 조절하기 위하여 바람직하다. 상기 그래파이트 매트를 롤에 의해서 압축을 반복하면 2g/cc 밀도 정도의 시트도 얻을 수 있다. 본 발명에 사용되는 그래파이트 매트는 0.05 내지 1 g/cc정도의 밀도, 바람직하게는 0.1∼ 1g/cc의 밀도를 가진다. 상기 그래파이트 매트는 강도를 증가시키기 위하여 수지로 함침하는 것이 바람직하다. 사용되는 수지는 일반적인 열가소성 수지도 가능하나 내열성 또는 열경화성 수지가 바람직하다. 열경화성 수지로는 예를 들면 페놀수지, 에폭시수지, 열반응성 가교제가 혼입된 아크릴 수지, 불포화폴리에스테르 수지등이 사용된다. 사용환경에 따라 열가소성수지가 사용될 수 있다. 이러한 수지로 함침을 시킬 때는 연속기공이 파괴되지 않도록 점도가 1000cps 이하 바람직하게는 500cps 이다. 적정한 점도를 맞추기 위하여 용제를 사용하여 희석하거나 에멀전 상태로 적용할 수 있다. 수지를 건조 시킨 후에 필요한 온도로 가열하여 수지를 경화시킨다.

이러한 그래파이트 시트는 고 전도성 전도체이므로 전압을 인가하면 공극보다도 훨씬 작은 미세한 먼지를 포집할 수 있다. 이러한 그래파이트 필터는 제거하고자 하는 미세먼지의 크기와 효율에 따라서 다양한 설계가 가능하고 흑연 입자 크기를 작게 하든지 압축률을 높임으로써 공극률을 작게 하여 극미세 먼지의 제거가 가능하도록 설계할 수 있다. 그럼에도 불구하고 필터 상의 고전압을 인가하여 양호한 공기 흐름 저항을 유지할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 그래파이트 필터는 고 전도체이자 고 내열성 이므로 전류를 인가하여 가열함으로써 포집된 세균을 살균 또는 멸균 할 수 있다. 또는 하기와 같이 집진회로를 구성하여 가열할 수 있다.

상기 그래파이트 필터는 유전체 또는 절연체로 된 스페이서를 사이에 두고 고전압으로 두개의 같거나 다른 공극을 가진 필터를 대향하게 하여 음이온 발생수단으로 사용할 수 있다. 일반적인 음이온 발생기 보다 훨씬 미세한 통로를 통과하여야 하므로 음이온 발생의 효율은 훨씬 뛰어나다. 상기 음이온 발생수단에 연이어 또 하나의 그래파이트 필터를 배치하고 회로를 형성하여 집진기능을 배가할 수 있다. 이러한 두가지 또는 세가지 필터는 하나의 카트리지를 형성할 수 있다.

또한 상기 그래파이트 필터는 무 전해 또는 전해 도금의 방법으로 은 코팅을 할 수 있다. 또는 압착하기전에 웜형 입자를 무전해도금 함으로써 은 코팅을 할 수 있다.무 전해 도금은 은 수용액에 침지하여 얻어진다. 은 전해 도금 방식은 은 수용액을 주제로 하는 도금욕에서 그래파이트 매트 또는 시트에 마이너스 전극을 인가하여 이루어진다. 이러한 도금에 의한 은 코팅은 일반적인 은 미분에 의한 성형이나 부도체에 대한 증착이나 스퍼터링에 의한 도금방식보다 훨씬 필터재 내부 속까지 도금할 수 있기 때문에 은 코팅에 의한 살균 효과는 뛰어나다.

또한 상기 그래파이트 필터는 촉매 코팅을 할 수 있다. 귀금속, 이산화망간, 산화구리 촉매는 비교적 저온에서 오존을 산소로 변환 시킨다. 본 발명의 그래파이트 필터는 백금족 금속, Ag, Au, Mn 과 St 바람직하게는 Pt, Rh 과 Pd로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 귀금속 및/또는 산화철, 세리아, 지르코니아, 산화구리, 희토류 금속 산화물, 산화망간, 산화바나듐과 산화크롬으로 이루어지는 금속 또는 준금속산화물이 담지될 수 있다. 상기 촉매를 담지시키는 방법은 잘 알려져 있다. 금속촉매를 담지하기 위해서는 염화팔라듐과 같이 금속 또는 수용성 염의 수용액을 준비하고 상기 그래파이트 필터를 침지하고 전해 또는 무전해 방식으로 피복한 후에 건조, 환원하거나 산화처리한다. 상기 그래파이트 필터는 오존, 유해성 유기물질(HOC's;hazardous organic compound), 휘발성 유기물질(VOC,s;Volitile organic compound), CO, NOx(질소산화물) 및/또는 새집증후군의 주범인 포름알데히드 등의 오염물질을 제거할 수 있다.

본 발명의 그래파이트 필터는 공극의 크기, 전압인가의 크기, 표면 촉매 또는 은코팅의 조합에 따라서 프리필터, 헤파필터, ULPA필터, 살균필터 및 또는 음이온 발생기로서 사용될 수 있다. 또는 다른 헤파필터와 조합하여 사용되어 질 수 있다. 본 발명의 그래파이트 필터를 카트리지로 구성하고 공기인입수단 필요하다면 다른 공기정화 수단을 부가하여 공기정화기를 만들 수 있다.

본 발명은 그래파이트 필터가 갖는 고전기전도성, 고열전도성, 고내열성을 이용하여 살균효과, 촉매효과에 의한 정화효과, 음이온 발생효과 및/또는 집진효과를 갖는 필터 요소의 제조가 가능하다.

Claims

입경이 10미크론에서 수천미크론 범위의 고결정성 구조의 흑연 입자 또는 플레이크를 산화성 산처리(intercalation)를 하고 고온에서 튀겨 팽창시킨 웜형 입자를 압축하여 제조되는 밀도 0.05∼ 1g/cc의 그래파이트 매트 또는 시트로 된, 공기 정화기용 그래파이트 필터
제1항에 있어서, 상기 그래파이트 필터가 0.1내지 0.6g/cc 밀도인 그래파이트 필터.
제2항에 있어서, 상기 그래파이트 필터가 수십미크론 내지 1000미크론 범위의 비슷한 입도를 가진 흑연 입자로 부터 만들어지고 점도 1000cps이하의 수지로 함침되고 연속기공이 형성된 그래파이트 필터.
제3항에 있어서, 상기 수지가 열경화성인 그래파이트 필터.
제4항에 있어서, 상기 그래파이트 필터는 고 전압을 인가하여 음이온 발생 수단으로 사용되는 그래파이트 필터.
제5항에 있어서, 상기 그래파이트 필터는 주기적으로 전류를 인가하거나 음이온 발생회로에 의하여 전기 가열하여 포집된 미생물을 살균하는 그래파이트 필터.
제6항에 있어서, 상기 그래파이트 필터는 헤파필터 또는 ULPA로 사용되는 그래파이트 필터.
제1항 내지 7항중 어느 한항 에 있어서, 상기 그래파이트 필터는 귀금속, 금속 또는 금속 또는 준금속산화물로 피복된 그래파이트 필터.
제8항에 있어서,상기 그래파이트 필터는 Ag, Au, Mn St, Pt, Rh 과 Pd로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 귀금속 및/또는 산화철, 세리아, 지르코니아, 산화구리, 희토류 금속 산화물, 산화망간, 산화바나듐과 산화크롬으로 이루어지는 금속 또는 준금속산화물이 담지된 그래파이트 필터.
제9항에 있어서, 상기 그래파이트 필터는 Ag로 도금된 그래파이트 필터.
제10항의 상기 그래파이트 필터를 포함하는 공기정화기.
제1항 내지 제7항의 상기 그래파이트 필터를 포함하는 공기정화기.