KR20130085304A - 공기청정기능을 갖는 제습로터 및 상기 제습로터의 제작방법 - Google Patents

공기청정기능을 갖는 제습로터 및 상기 제습로터의 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기청정기능을 갖는 제습로터 및 상기 제습로터 제작방법에 관한 것이다. 이는 디스크의 형태를 취하며 제습장치내에 회전 가능하게 설치되고 그 내부에 제습물질을 갖는 것으로서, 제습장치 외부로부터 유입된 습공기를 두께방향으로 통과시키며 습공기 내의 습기를 흡습하는 제습로터에 있어서, 상기 제습로터에는 제습로터를 통과하는 습공기 내의 오염물질을 흡착 및 분해하는 촉매가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 공기청정기능을 갖는 제습로터는, 본연의 제습기능을 수행함은 물론, 공기중의 질소산화물이나 휘발성 유기화합물(VOCs) 또는 병원성세균이나 곰팡이와 같은 각종 유해물질과 악취의 제거까지 가능하여 습도조절과 공기청정을 동시에 구현할 수 있다.

Description

공기청정기능을 갖는 제습로터 및 상기 제습로터의 제작방법 {Dehumidifying Rotor having air conditioning ability and Method of manufacturing the Dehumidifying Rotor}
본 발명은 공기청정기능을 갖는 제습로터 및 상기 제습로터의 제작방법에 관한 것이다.
가정이나 사무실에서 사용되는 제습기는 보통 흡착방식이다. 이는 건조제가 적용되어 있는 제습로터의 흡습 및 방습 작용을 이용하여, 실내 공기에 포함되어 있는 습기를 제거하는 원리를 갖는다. 이러한 방식의 제습장치를 제습로터 방식 제습기라고도 한다.
도 1에 상기 제습로터가 구비되어 있는 일반적인 제습로터 방식 제습장치(11)의 구조를 나타내 보였다.
제습로터는 디스크의 형태를 취하지만 도 1은 측면형상을 도시한 것이므로 제습로터(17)가 직사각형으로 표시되어 있다.
도시한 바와같이, 종래의 제습장치(11)는, 회전축(18)을 중심으로 회전 가능한 디스크의 형태를 취하며 모터(19)에 벨트(21) 연결되어 회전하는 제습로터(17)와, 상기 제습로터(17)의 일부영역인 재생부(25)로 가열된 재생공기를 공급하는 가열공기공급부(12)와, 상기 제습로터(17)의 나머지 영역인 흡착부(23)를 통해 실내의 습공기를 통과시키는 습공기공급부(26)를 포함한다. 상기 습공기공급부(26)에는 습공기블로워(27)가 포함된다.
상기 재생부(25)와 흡착부(23)는, 제습로터(17)의 상호 분리된 영역을 의미하는 것이 아니라, 제습로터(17)의 회전 중 상기 가열공기공급부(12)에 마주하는 부분이 재생부(25)이고, 습공기공급부(26)에 마주하는 부분이 흡착부(23)이다. 따라서, 이를테면 제습로터(17)의 임의의 한 포인트는, 제습로터(17)의 회전에 따라 재생부(25)이었다가 흡착부(23)이었다가 한다.
도면부호 29는 애프터쿨러이다. 상기 애프터쿨러(29)는 흡착부(23)를 통과하며 건조화된 공기의 온도를 필요에 맞추어 얼마간 낮추어준다. 상기 애프터쿨러(29)를 통과한 공기는 건공기블로워(31)를 통해 실내로 공급된다.
한편, 상기 가열공기공급부(12)는, 재생공기블로워(13)와 히터(15)로 구성된다. 상기 가열공기공급부(12)는 재생공기블로워(13)를 통과한 공기를 히터(15)로 가열한 상태로 상기 재생부(25)를 통과시키는 역할을 한다. 가열된 건공기는, 습공기의 습기를 흡착한 상태로 (제습로터의 회전에 따라) 재생부(25)영역으로 올라온 습기를 말려 제거한다. 이에 따라 제습로터 내부의 제습제는(desiccant), 건조해진 상태로 다시 흡착부(23) 영역으로 내려가 흡착을 수행하게 된다. 상기 제습제는 실리카겔이나 제올라이트 정도가 사용된다.
참고로, 상기 제습제는 수증기에 대해 높은 친화성을 갖고 있는 물질로서 대략 건조무게 대비 20% 이상의 수증기를 흡수할 수 있다.
상기 재생부(25)를 통과한 가열공기는 습기를 머금어 축축한 상태로 응축기(미도시)를 통과하며 외기와 열교환을 통해 응축기로 수분을 내놓고, 재생공기로서 상기 가열공기공급부(12)로 돌아간다.
도 2,3 및 도 4,5는 상기 제습장치에 사용되는 종래 제습로터(17)의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
먼저 도 2 및 도 3에 도시한 타입의 제습로터(17)는, 일정두께를 갖는 디스크의 형태를 취하며 중앙에 관통구멍(33e)이 형성되어 있는 제습로터본체(33)와, 상기 제습로터본체(33)를 수용하는 케이싱(35a,35b)으로 구성된다. 상기 제습로터본체(33)는, 무기질섬유를 파형화 한 후 권취한 것으로서, 공기통로인 유동공간(33d)을 제공하는 로터본체(33b)와, 각 유동공간(33d)의 내향면에 코팅되어 있는 흡습층(33c)으로 이루어진다.
상기 흡습층(33c)은 실리카겔이나 제올라이트 등의 무기계 제습제를 코팅한 부분이다.
그런데 상기한 타입의 제습로터(17)는 유동공간(33d)의 내부가 거의 비어있어 공기의 유동저항이 적기는 하지만, 습공기와 흡습층(33c)간의 접촉면적이 작아 제습효율이 어느 이상 올라가지 않는다는 문제가 있었다. 특히 제습장치의 사용이 오래되어 상기 흡습층(33c)이 이물질에 오염될 경우 흡습효율이 더욱 낮아진다.
도 4 및 도 5는 다른 타입의 제습로터(17)를 도시한 도면이다.
도면을 참조하면, 상기 제습로터(17)는 마치 마차바퀴의 형태를 취하며 그 내부에 알갱이 형태의 흡습재(39)를 수용하는 제습로터본체(37)와, 상기 제습로터본체(37)의 양측면을 커버하는 스크린시트(41)로 구성된다.
상기 제습로터본체(37)는, 상기 회전축(18)이 통과하는 축구멍(37c)에 그 일단부가 고정되며 반지름 방향으로 연장된 다수의 구획벽(37a)을 갖는다. 상기 구획벽(37a)들의 사이공간은 공기가 통과하는 유동공간(37b)으로서, 상기 흡습재(39)를 수용한다. 상기 흡습재(39)는 유동공간(37b)을 채운 상태로 유동공간을 통과하는 공기내 습기를 흡습한다.
그런데, 도 4 및 도 5에 도시한 방식의 제습로터(17)는, 각 유동공간(37b)의 부피가 커서 한 공간 안에 채워지는 흡습재(39)의 양이 많으므로, 흡습재(39)가 깨지거나 마모되어 중력에 의해 하부로 가라앉을 수 있다는 문제가 있었다. 흡습재(39)가 하부로 가라앉으면 유동공간(37b)을 통과하는 공기가 흡습재를 만나지 못하고 통과해 습기제거 효율이 현저히 떨어진다. 또한 사용 중 흡습재(39)가 공기와 부딪힘에 의한 소음의 발생현상도 발생한다.
아울러 상기한 종래의 제습로터(17)는 오로지 흡습 기능만 할 뿐 다른 기능 이를 테면 공기정화 등을 할 수 없다는 아쉬움이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 흡착제에 저온분해촉매를 바인딩하여, 구조적 변경을 수행하지 않음에도 불구하고 제습기능은 물론 공기중의 질소산화물이나 휘발성 유기화합물과 같은 유해물질과 악취까지 제거가 가능한 공기청정기능을 갖는 제습로터 및 상기 제습로터의 제작방법를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 공기청정기능을 갖는 제습로터는, 디스크의 형태를 취하며 제습장치내에 회전 가능하게 설치되고 그 내부에 제습물질을 갖는 것으로서, 제습장치 외부로부터 유입된 습공기를 두께방향으로 통과시키며 습공기 내의 습기를 흡습하는 제습로터에 있어서, 상기 제습로터에는, 제습로터를 통과하는 습공기 내의 오염물질을 흡착 및 분해하는 촉매가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제습장치는, 상기 제습로터의 일부영역을 통해 습공기를 통과시키는 습공기공급부와, 상기 제습로터의 나머지 영역을 통해 가열공기를 통과시켜 제습로터를 건조시키는 가열공기공급부를 포함하며, 상기 촉매는, 상기 가열공기공급부에 의해 제습로터를 통과하는 가열공기의 열을 촉매반응 에너지로 사용하는 저온분해촉매인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제습물질과 촉매는 일정비율로 바인딩된 상태로 제습로터의 공기가 통과하는 면에 코팅되어 층을 이루는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 촉매는, Pd/Mn/beta-zeoite 촉매이고, 제습물질은 제올라이트 또는 실리카겔인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제습로터 제작방법은, 공기중의 오염물질을 제거하는 촉매와 제습제를 바인딩하여 촉매와 제습제 혼합물을 얻는 바인딩단계와; 상기 바인딩단계를 통해 얻은 혼합물을 무기질 섬유페이퍼에 함침시키는 함침단계와; 상기 함침단계를 마친 섬유페이퍼를 파형화하여 편면골판지로 제작한 후 권취하여 디스크형 하니컴구조체로 형성하는 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 함침단계가 완료된 후, 섬유페이퍼에 열을 가하여, 섬유페이퍼에 혼합물을 고착시키는 가열단계가 더 포함되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 촉매는, 상기 제습로터를 통과하는 가열공기의 열을 촉매반응 에너지로 사용하는 저온분해촉매인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 공기청정기능을 갖는 제습로터는, 본연의 제습기능을 수행함은 물론, 공기중의 질소산화물이나 휘발성 유기화합물(VOCs) 또는 병원성세균이나 곰팡이와 같은 각종 유해물질과 악취의 제거까지 가능하여 습도조절과 공기청정을 동시에 구현할 수 있다.
도 1은 제습로터가 구비되어 있는 일반적인 제습장치의 구조를 나타내 보인 구성도이다.
도 2 내지 도 5는 종래 제습로터의 문제점을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습로터의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습로터의 제작 방법을 정리하여 나타내 보인 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습로터의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
상기한 도면부호와 동일한 도면부호는 동일한 기능의 동일한 부재를 가리킨다.
도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 제습로터(43)는, 전체적으로 일정두께의 디스크의 형태를 취하며 그 두께 방향으로 공기를 통과시키켜 제습 및 공기정화층(45)이 코팅되어 있는 제습로터본체(43a)와, 상기 제습로터본체(43a)를 커버하는 케이싱(35a,35b)으로 구성된다.
상기 제습로터본체(43)는, 일정두께를 갖는 디스크의 형태를 취하며 하니컴적 내부 구조를 갖는 것으로서, 무기질섬유페이퍼를 파형화하여 편면 골판지 형태로 제작 한 후 권취해 제작한 로터본체(33b)와, 상기 로터본체(33b)에 일정두께로 코팅된 제습 및 공기정화층(45)으로 구성된다.
상기 제습로터본체(43)는 무기질섬유페이퍼에 미리 준비된 혼합물을 합침 한 후, 이를 공지의 파형화 장치를 이용하여 파형화 한 상태로 권취한 것이다. 일정두께를 갖는 무기질섬유페이퍼를 파형화 하는 파형장치나 권취장치는 일반적인 것이다.
특히 상기 혼합물은, 공기중의 오염물질을 제거하는 촉매와 제습제를 바인딩하여 제작한 제습 및 공기정화층(45)으로서, 상기 로터본체(33b)의 표면에 일정두께의 코팅층을 이룬다.
상기 제습 및 공기정화층(45)은, 상기 로터본체(33b)가 제공하는 유동공간(33d)으로 노출되어, 상기 유동공간(33d)을 통과하는 가열공기에 의해 반응한다. 즉, 제습 및 공기정화층(45) 내부의 제습물질은, 공기 중의 습기를 제거하고, 촉매는 가열공기의 열을 받아 반응하여 공기 중의 오염물질을 분해하는 것이다.
상기 제습 및 공기정화층(45)의 코팅 두께는, 제습로터(43)의 용량에 따라 달라질 수 있으며, 가령 5mm 내외의 두께로 성형할 수 도 있다.
이와같이, 제습 및 공기정화층(45)이 로터본체(33b)에 일정두께로 코팅된 상태이므로, 공기의 유동저항이 증가하지도 않고, 또한 구조적 변경을 수반하지도 않은 상태에서, 공기 중의 오염물질을 제거할 있는 것이다.
상기한 바와같이, 제습 및 공기정화층(45)은 제습제와 저온분해촉매의 혼합물이다. 상기 저온분해촉매는, 유동공간(33d)을 통과하는 공기와 접하며 공기 중의 오염물질을 흡착 및 분해하는 역할을 한다.
본 발명의 저온분해촉매는 바람직하게 저온 분해를 위해 활성화에너지가 낮고 산화능력이 좋은 금속 또는 전이금속을 포함하여 이루어진다. 상기 저온분해촉매로서, 귀금속촉매를 사용할 수 있고, 예로 촉매 반응온도가 40~90℃인 Pd/Mn/beta-zeoite를 사용할 수 있다.
상기 귀금속촉매로서 Pd/Mn/beta-zeoite가 바람직한 실시예이지만, Pd는 Pt, Au, Rh 중 어느 하나로 대체가능하고, Mn은 Cu, Fe, Ce 중 어느 하나로 대체가능하고, b-zeolite는 TiO2, SiO2 중 어느 하나로 대체가능하다.
아울러, 본 실시예의 제습로터(43)를 커버하는 것으로서, 상기한 케이싱(35a,35b)을 적용하였지만, 제습로터(43)를 회전 가능하게 수용하는 이상 상기 케이싱(35a,35b)과 다른 타입의 케이싱을 적용할 수 도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제습로터의 제작 방법을 정리하여 나타내 보인 블록도이다.
도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 제습로터의 제작방법은, 바인딩단계(S100)와, 함침단계(S102)와, 가열단계(S104)와, 성형단계(106)를 포함하여 구성된다.
상기 바인딩단계(S100)는, 제습제와 저온분해촉매를 바인딩하여 제습 및 공기정화층(45)을 코팅할 대상을 만드는 단계이다. 바인딩단계(S100)에서의 제습제와 저온분해촉매의 비율은 목적하는 바에 따라 다르다. 가령 보다 강력한 제습을 원할 경우 제습제의 혼합비율을 높이고, 제습보다 공해물질의 제거가 더 중요하다면 저온분해촉매의 비율을 높이는 것이다.
상기 바인딩단계(S100)에 이어지는 함침단계(S102)는, 상기 저온분해촉매와 무기바인더를 혼합한 후 준비된 무기질섬유페이퍼에 함침하는 단계이다. 이 때, 저온분해촉매와, 상기 저온분해촉매의 고형분 대비 10% 내지 20% 중량의 무기바인더를 혼합하되, 전체 함침액의 농도는 3% 내지 5%로 한다. 아울러 상기 함침단계시 사용하는 무기바인더로서는 알루미나솔, 실리카솔을 사용한다.
가령 촉매 5g 사용하고, 촉매 대비 바인더 중량비를 10wt%로 하고, 농도가 30%인 바인더 용액을 사용하고, 전체 함침 용액 농도를 5%로 하고, 물을 채운 전체 110g의 중량을 갖는 함침액을 제조할 때; 바인더 고형분량은 5g×0.1=0.5g이 되고, 바인더 용액의 농도가 30%이므로 바인더 고형분 0.5g를 위해서는 1.67g(=0.5÷(30/100))의 바인더 용액이 필요하고, 이렇게 하는 경우 고형분 량은 촉매 5g, 바인더 0.5g으로 총 5.5g이고, 함침액 농도 5%를 위해서는 상기 고형분 량 5.5g에 물을 더한 전체 중량이 110g(=5.5g/5%)이 되게 하여, 함침액을 제조하고 이 함침액에 무기질섬유페이퍼를 함침시킨다.
상기 함침단계(S102) 완료된 후, 무기질섬유페이퍼에 열을 가하여 무기질섬유페이퍼에 함침되어 있는 코팅층을 그 자리에 고착시키는 가열단계(S104)를 수행한다. 상기 가열단계(S104)를 통해 로터본체(33b)에 제습 및 공기정화층(45)이 형성된다.
상기 가열단계(S104)를 마친 후 성형단계(S106)를 수행한다. 상기 성형단계(S106)는 상기 제습 및 공기정화층(45)이 완전히 고착되어 있는 무기질섬유페이퍼를 파형화 한 후 권취하여 디스크 형태의 로터본체(33b)로 제작하는 단계이다.
상기 성형단계(S106)를 통해 제습로터본체(43a)를 제작하고 모든 공정을 마무리한다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
11:제습장치 12:가열공기공급부
13:재생공기블로워 15:히터
17:제습로터 18:회전축
19:모터 21:벨트
23:흡착부 25:재생부
26:습공기공급부 27:습공기블로워
29:애프터쿨러 31:건공기블로워
33:제습로터본체 33b:로터본체
33c:흡습층 33d:유동공간
33e:관통구멍 35a,35b:케이싱
37:제습로터본체 43:제습로터
43a:제습로터본체 45:제습 및 공기정화층

Claims (10)

  1. 제습장치 외부로부터 유입된 습공기 내의 습기를 흡습하는 제습로터에 있어서,
    상기 제습로터에는, 습공기 내의 오염물질을 흡착 및 분해하는 촉매가 구비된 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제습장치는, 상기 습공기를 통과시키는 습공기공급부와, 상기 제습로터를 건조시키기 위해 가열공기를 통과시키는 가열공기공급부를 포함하며,
    상기 촉매는, 상기 가열공기공급부에 의해 제습로터를 통과하는 가열공기의 열을 촉매반응 에너지로 사용하는 저온분해촉매인 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제습물질과 촉매는 일정비율로 바인딩된 상태로 제습로터에 코팅되어 층을 이루는 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매는 40~90℃에서 촉매 반응하는 촉매인 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 촉매는 Pd/Mn/beta-zeoite 촉매인 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매는 Pd, Pt, Au, Rh 중 어느 하나와, Mn, Cu, Fe, Ce 중 어느 하나 및 b-zeolite, TiO2 , SiO2 중 어느 하나가 선택되어 조합 구성된 촉매인 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제습물질은 제올라이트 또는 실리카겔인 것을 특징으로 하는 공기청정기능을 갖는 제습로터.
  8. 공기중의 오염물질을 제거하는 촉매와 제습제를 바인딩하여 촉매와 제습제 혼합물을 얻는 바인딩단계와;
    상기 바인딩단계를 통해 얻은 혼합물을 무기질 섬유페이퍼에 함침시키는 함침단계와;
    상기 함침단계를 마친 섬유페이퍼를 파형화하여 편면골판지로 제작한 후 권취하여 하니컴구조체로 형성하는 성형단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제습로터 제작방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 함침단계가 완료된 후, 섬유페이퍼에 열을 가하여, 섬유페이퍼에 혼합물을 고착시키는 가열단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 제습로터 제작방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 촉매는, 상기 제습로터를 통과하는 가열공기의 열을 촉매반응 에너지로 사용하는 저온분해촉매인 것을 특징으로 하는 제습로터 제작방법.
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