KR20140134544A - 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광촉매가 코팅된 활성탄을 이용하여 공기 중의 유해물질을 분해 및 흡착 제거하는 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈은, 공기 유입을 위한 유입구와 공기 배출을 위한 배출구 및 유입구와 배출구 사이에 마련되는 활성탄 충전 챔버를 갖는 케이스와, 활성탄 충전 챔버에 충전되고 활성탄 필렛에 광촉매가 코팅되어 이루어진 복수의 광촉매 활성탄과, 복수의 광촉매 활성탄에 빛을 조사하기 위해 활성탄 충전 챔버에 설치되는 광조사 유닛과, 광조사 유닛과 결합되도록 활성탄 충전 챔버에 설치되어 복수의 광촉매 활성탄 속에 묻힌 광조사 유닛을 회전시키는 회전장치를 포함한다.
Description
본 발명은 활성탄 필터 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 광촉매가 코팅된 활성탄을 이용하여 공기 중의 유해물질을 분해 및 흡착 제거하는 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 유해가스 유해가스 정화 및 중화 장치는 주로 화력 발전소나 폐기물 소각장, 또는 대량의 연소 가스 발생 공장, 건식 식각 공정을 사용하는 반도체 제조 공장 등에 고정식의 대규모 설비로 제공되어 왔다.
통상적으로 이들 장치는 건식 및 습식 장치로 대별될 수 있으며, 유해가스 정화용 건식 장치는 고전압을 이용한 집진 및 제진 설비와 유해 성분을 열분해하기 위한 소각 설비 및 필터 설비를 갖추고 있다. 그리고 유해가스 정화 및 정화용 습식 설비는 위의 설비 외에 살수에 의한 유해 성분 포집 설비와 중화 설비 및 폐수 처리 설비와 필터 설비를 갖추고 있다.
그러나 이들 장치는 대부분 연소로나 소각로로부터 발생하는 연소 가스 또는 건식 식각 공정 설비로부터 발생하는 유해가스를 처리하여 외기로 직접 배출하는 옥외용의 대규모 연소 가스 유해가스 정화 및/또는 중화 설비에 적합한 구조로 되어 있어, 독립적인 형태를 가지는 소규모의 이동형 또는 스탠드형으로 제조하여 사용하기는 적합하지 않다.
한편, 근래 들어 가정용으로 출시되고 있는 공기 정화기나 공기 청정기는 독립적인 형태를 가지는 이동형 또는 스탠드형의 소규모의 실내용 장치이기는 하지만, 이들은 가정이나 사무실 등 주거용 공간 내의 실내 공기를 정화하기 위한 본래의 목적 및 기능으로부터 유해가스 정화 및 중화 처리와는 본질적으로 무관하다. 이들 가정용 공기 정화기나 공기 청정기는 전기 집진 및 제진 기능을 주요 기능으로 하며, 부수적으로 음이온 오존 발생이나 방향, 탈취나 소취, UV 램프나 은 나노필터를 이용한 미생물 살균 기능을 갖는다. 이들은 가정이나 사무실 실내 공기를 쾌적하게 하기 위한 것일 뿐, 그 구조 및 기능을 고려할 때 유해 또는 유독 가스를 정화 및 중화시키기에는 역부족이다.
본 출원인은 대학이나 기업 또는 연구소 등의 실험실이나 연구실, 반도체 또는 화학제품 생산 공장이나 병원 등에서의 연구 업무 수행이나 제품 생산 시 발생하는 휘발성 유기 화합물이나 악취, 또는 흄(fume)과 같은 유해가스를 효과적으로 정화 및 중화시키기 위한 실내용 유해가스 정화 및 중화 장치를 개발한 바 있다. 이러한 본 출원인이 개발한 유해가스 정화 및 중화 장치는 대한민국 등록특허 제0941666호(2010. 02. 03 등록)에 개시되어 있고, 현재 유해가스 정화 및 중화 효율을 향상시키기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광촉매가 코팅된 활성탄과 이에 빛을 조사하기 위한 광조사 유닛을 이용하여 공기 중의 유해물질을 분해 및 흡착 제거 효율을 향상시킬 수 있는 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈은, 공기 유입을 위한 유입구와 공기 배출을 위한 배출구 및 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련되는 활성탄 충전 챔버를 갖는 케이스와, 상기 활성탄 충전 챔버에 충전되고 활성탄 필렛에 광촉매가 코팅되어 이루어진 복수의 광촉매 활성탄과, 상기 복수의 광촉매 활성탄에 빛을 조사하기 위해 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되는 광조사 유닛과, 상기 광조사 유닛과 결합되도록 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되어 상기 복수의 광촉매 활성탄 속에 묻힌 상기 광조사 유닛을 회전시키는 회전장치를 포함한다.
상기 광조사 유닛은, 일단이 상기 회전장치에 결합되고 그 외면에 상기 복수의 램프가 결합된 지지바와, 상기 지지바 및 상기 복수의 램프를 감싸는 투명 커버를 포함할 수 있다.
상기 투명 커버에는 상기 복수의 램프에서 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 복수의 통공이 마련될 수 있다.
상기 광조사 유닛의 회전 방향을 기준으로 상기 투명 커버의 선단에는 후방에서 전방쪽으로 폭이 점진적으로 감소하는 돌출부가 구비될 수 있다.
상기 회전장치는, 모터와, 상기 케이스에 고정되는 고정체와 상기 모터에 의해 회전할 수 있도록 상기 고정체에 회전 가능하게 결합되는 회전체를 갖는 로터리 조인트를 포함하고, 상기 광조사 유닛은 상기 로터리 조인트에 연결된 케이블을 통해 외부 전원을 공급받을 수 있다.
상기 회전장치는 복수가 상기 케이스의 상기 유입구가 형성된 유입면과 상기 배출구가 형성된 배출면에 각각 고정되도록 설치되고, 상기 광조사 유닛은 상기 복수의 회전장치에 각각 결합되도록 복수가 구비될 수 있다.
본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈은, 상기 배출구를 덮도록 상기 케이스의 상기 배출구가 형성된 배출면의 내측에 배치되고 공기는 통과시키되 상기 광촉매 활성탄이 상기 배출구로 빠져나가지 못하게 막는 제 1 네트와, 상기 유입구를 덮도록 상기 케이스의 상기 유입구가 형성된 유입면의 내측에 배치되고 공기는 통과시키되 상기 광촉매 활성탄이 상기 유입구로 빠져나가지 못하게 막는 제 2 네트를 더 포함할 수 있다.
상기 광촉매 활성탄에 코팅된 광촉매는 가시광 응답형 광촉매일 수 있다.
상기 가시광 응답형 광촉매는 불소가 도핑된 이산화티탄이거나, 불소와 질소가 동시에 도핑된 이산화티탄일 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유해가스 정화 및 중화 장치는, 흡기구와 배기구를 갖는 본체와, 상기 본체 내부의 상기 흡기구와 상기 배기구 사이에 배치되어 상기 흡기구를 통해 흡입된 공기 중에 함유된 이물질을 걸러내는 프리 필터와, 상기 본체 내부의 상기 프리 필터보다 하류에 배치되는 활성탄 필터 모듈과, 상기 흡기구와 상기 배기구 사이에서 공기를 강제 유동시키기 위해 상기 본체 내부에 설치되는 블로워를 포함한다. 상기 활성탄 필터 모듈은, 공기 유입을 위한 유입구와 공기 배출을 위한 배출구 및 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련되는 활성탄 충전 챔버를 갖는 케이스와, 상기 활성탄 충전 챔버에 충전되고 광촉매가 코팅된 복수의 광촉매 활성탄과, 상기 복수의 광촉매 활성탄에 빛을 조사하기 위해 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되는 광조사 유닛과, 상기 광조사 유닛과 결합되도록 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되어 상기 복수의 광촉매 활성탄 속에 묻힌 상기 광조사 유닛을 회전시키는 회전장치를 포함한다.
본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈은 유입구와 배출구 사이의 활성탄 충전 챔버에 충전되는 광촉매 활성탄의 활성탄 필렛이 공기 중의 유해 가스나 유해 물질을 흡착시켜 제거하고, 활성탄 필렛에 코팅된 광촉매가 광조사 유닛으로부터 빛을 조사받아 공기 중의 유해 물질을 살균 및 멸균한다. 따라서, 공기 중의 유해가스를 효과적으로 정화 및 중화시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈은 회전장치가 복수의 광촉매 활성탄 속에 묻혀있는 복수의 광조사 유닛을 회전시킴으로써, 활성탄 충전 챔버에 충전된 복수의 광촉매 활성탄에 균일하게 빛을 조사할 수 있다. 따라서, 활성탄 충전 챔버에 충전된 광촉매 활성탄에 대한 전체적인 광활성 효율을 높일 수 있고, 이를 통해 공기 정화 및 살균 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈은 가시광 영역에서도 반응하도록 개질된 이산화티탄이 활성탄 펠렛에 코팅된 광촉매 활성탄을 사용함으로써, 가시광 영역에서도 광촉매 활성탄이 광분해능을 발휘할 수 있다. 따라서, 광촉매 활성탄에 빛을 조사하기 위한 광조사 유닛을 LED 등 저전력 특성을 갖는 저가의 램프로 구성할 수 있어 저비용으로 제조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 정화 및 중화 장치를 나타낸 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유해가스 정화 및 중화 장치의 활성탄 필터 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유해가스 정화 및 중화 장치의 활성탄 필터 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 활성탄 필터 모듈의 광조사 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈에 구비되는 광촉매 활성탄 제조에 이용되는 개질된 이산화티탄의 자외선-가시광선 흡광도를 확산 반사 분광법(UV-DRS : UV-visible Diffuse Reflectance Spectrophotometer)으로 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 활성탄 필터 모듈의 광조사 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유해가스 정화 및 중화 장치의 활성탄 필터 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 유해가스 정화 및 중화 장치의 활성탄 필터 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 활성탄 필터 모듈의 광조사 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈에 구비되는 광촉매 활성탄 제조에 이용되는 개질된 이산화티탄의 자외선-가시광선 흡광도를 확산 반사 분광법(UV-DRS : UV-visible Diffuse Reflectance Spectrophotometer)으로 측정하여 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈을 나타낸 분해 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 활성탄 필터 모듈의 광조사 유닛을 나타낸 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 정화 및 중화 장치를 나타낸 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 유해가스 정화 및 중화 장치의 활성탄 필터 모듈을 나타낸 분해 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 유해가스 정화 및 중화 장치의 활성탄 필터 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 정화 및 중화 장치(10)는 흡기구(12)와 배기구(13)를 갖는 본체(11)와, 본체(11) 내의 흡기구(12)에서 배기구(13)까지의 유로에 배치되는 프리 필터(15), 블로워(17) 및 활성탄 필터 모듈(20)을 포함한다. 활성탄 필터 모듈(20)은 블로워(17)를 사이에 두고 한 쌍이 배치된다. 블로워(17)는 흡기구(12)와 배기구(13) 사이에서 공기를 강제 유동시키기 위한 것으로, 블로워(17)가 작동하면 외부의 공기가 흡기구(12)를 통해 본체(11) 내부로 흡입되어 프리 필터(15)와 복수의 활성탄 필터 모듈(20)을 차례로 통과하여 정화된 후 배기구(13)를 통해 외부로 배출된다. 블로워(17)의 상하부에 각각 배치되는 활성탄 필터 모듈(20)은 동일한 구조로 이루어진다.
프리 필터(15)는 활성탄 필터 모듈(20)의 부하 경감을 위해 흡입된 공기 중에 포함된 먼지 등의 이물질을 걸러내는 전처리 필터이다. 이러한 프리 필터(15)는 당업계 공지의 필터로서 재사용 가능한 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP) 섬유의 부직 필터, 또는 다공성 스펀지 필터이거나, 또는 재사용 불가한 유리 섬유 필터 등 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 활성탄 필터 모듈(20)은 케이스(21)와, 케이스(21) 내부에 충전되는 복수의 광촉매 활성탄(30)과, 복수의 광촉매 활성탄(30)에 빛을 조사하기 위해 케이스(21) 내부에 설치되는 복수의 광조사 유닛(33)과, 복수의 광조사 유닛(33)을 회전시키기 위해 케이스(21) 내부에 설치되는 회전장치(43)를 포함한다. 이러한 활성탄 필터 모듈(20)은 프리 필터(15)를 통과한 공기 중의 유해 가스나 유해 물질을 흡착시켜 제거함과 동시에, 살균 및 멸균 기능을 발휘한다.
케이스(21)는 복수의 광촉매 활성탄(30)이 충전되는 활성탄 충전 챔버(23)를 갖고 일면이 개방된 케이스 본체(22)와, 케이스 본체(22)의 개방된 상면을 덮는 케이스 커버(27)를 갖는다. 케이스 본체(22)는 복수의 배출구(25)가 형성된 배출면(24)과, 배출면(24)의 가장자리 둘레에 배치되는 펜스(26)를 포함한다. 케이스 커버(27)는 복수의 유입구(29)가 형성된 유입면(28)을 갖는다. 활성탄 충전 챔버(23)에는 복수의 광촉매 활성탄(30)이 충전되고, 케이스 본체(22)에 케이스 커버(27)가 결합된 상태에서 프리 필터(15)를 거친 공기는 케이스 커버(27)의 유입구(29)를 통해 활성탄 충전 챔버(23)로 유입된 후 복수의 광촉매 활성탄(30) 사이사이의 틈새를 통과하여 케이스 본체(22)의 배출구(25)로 빠져나간다.
활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 광촉매 활성탄(30)이 배출구(25)를 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 배출면(24)의 내측에는 제 1 네트(31)가 배치된다. 제 1 네트(31)는 배출구(25)를 덮어 광촉매 활성탄(30)이 배출구(25)로 빠져나가지 못하게 막되 공기는 통과시킬 수 있는 부직포 등 다수의 통기구를 갖는 구조로 이루어진다. 또한 활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 광촉매 활성탄(30)이 유입구(29)를 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지하기 위해 유입면(28)의 내측에는 제 2 네트(32)가 배치된다. 제 2 네트(32)는 유입구(29)를 덮어 광촉매 활성탄(30)이 유입구(29)로 빠져나가지 못하게 막되 공기는 통과시킬 수 있는 부직포 등 다수의 통기구를 갖는 구조로 이루어진다.
복수의 광촉매 활성탄(30)은 일정 크기의 활성탄 필렛의 표면에 광촉매가 코팅되어 이루어진 것으로, 활성탄 충전 챔버(23)로 유입된 공기를 정화시킨다. 즉 광촉매 활성탄(30)을 구성하는 활성탄 필렛은 공기 중의 유해 가스나 유해 물질을 흡착시켜 제거하고, 활성탄 필렛에 코팅된 광촉매는 광조사 유닛(33)으로부터 빛을 조사받아 살균 및 멸균 기능을 발휘한다.
잘 알려진 것과 같이, 광촉매란 가시광선이나 자외선 등의 빛이 조사되는 경우, 표면의 화학적 상태가 변화됨으로써 화학반응을 촉진시키는 촉매 기능을 하는 물질을 말한다. 빛이 광촉매의 표면에 조사되면 히드록시 라디칼, 슈퍼 옥사이드 음이온 등의 라디칼 물질이 생성되며, 이렇게 생성된 라디칼 물질은 여러 가지 유해물질의 제거, 살균, 멸균 등의 기능을 하게 된다. 광촉매로 사용되는 대표적인 것은 이산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화철(Fe2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS) 등이 있다.
본 발명에 의한 광촉매 활성탄(30)을 구성하는 광촉매로는 상술한 것과 같은 다양한 종류의 광촉매 물질이 이용될 수 있지만, 가시광에서의 광활성화가 가능한 이산화티탄(TiO2)이 이용되는 것이 바람직하다. 특히 복수의 비금속 이온이 도핑된 이산화티탄(TiO2)을 활성탄 필렛에 코팅하여 광촉매 활성탄(30)을 형성함으로써 높은 광촉매 효율을 발휘할 수 있다. 이러한 광촉매 활성탄(30)의 구체적인 제조방법에 대해서는 후술하기로 한다.
도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 광조사 유닛(33)은 복수가 활성탄 충전 챔버(23)에 설치되어 활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 복수의 광촉매 활성탄(30)에 빛을 조사함으로써 광촉매 활성탄(30)의 광촉매를 광활성화시킨다. 이러한 광조사 유닛(33)은 빛을 발생하는 복수의 램프(34)와, 복수의 램프(34)를 지지하는 지지바(35)와, 복수의 램프(34) 및 지지바(35)를 감싸는 투명 커버(36)를 포함한다.
램프(34)로는 광촉매 활성탄(30)의 광촉매를 광활성화시킬 수 있는 가시광 또는 자외선을 조사할 수 있는 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다. 램프(34)는 지지바(35)의 외면에 복수로 배치된다. 지지바(35)는 그 일단이 회전장치(43)에 결합된다. 지지바(35)의 내부에는 전원 공급을 위한 전원공급로(미도시)가 마련되고, 복수의 램프(34)는 지지바(35) 내부의 전원공급로로부터 전원을 공급받아 작동한다.
회전장치(43)에는 복수의 광조사 유닛(33)에 전원을 공급하기 위한 전원공급로(미도시)가 마련되고, 회전장치(43)의 전원공급로는 일단에 커넥터(41)가 결합된 케이블(40)과 연결된다. 케이블(40)의 커넥터(41)가 결합된 부분은 케이스 본체(22)의 외부로 노출되고, 케이블(40)의 나머지 일부분은 케이스 본체(22)의 배출면(24)에 내장되어 회전장치(43)의 전원공급로와 연결된다. 따라서, 케이블(40)을 통해 공급되는 외부 전원은 회전장치(43)의 전원공급로 및 지지바(35)의 전원공급로를 통해 복수의 램프(34)에 제공될 수 있다. 물론, 램프(34)에 대한 외부 전원 공급 구조는 다양하게 변경될 수 있다.
지지바(35)는 램프(34)에서 발생하는 열을 방열시킬 수 있도록 열전도성이 우수한 소재를 포함하여 이루어질 수 있다. 지지바(35)에 방열 기능을 부가하면 램프(34)에서 발생하는 열이 지지바(35)를 통해 회전장치(43)에 전달되고, 회전장치(43)로 전달된 열은 활성탄 충전 챔버(23)를 통과하는 공기에 의해 외부로 방출됨으로써, 램프(34)가 과열되는 문제를 줄일 수 있다.
투명 커버(36)는 복수의 램프(34)를 감싸서 광촉매 활성탄(30)이 램프(34)에 접촉하는 것을 막아준다. 투명 커버(36)는 복수의 램프(34)가 결합된 지지바(35)를 감싸면서 그 일단이 회전장치(43)에 결합된다. 물론 투명 커버(36)는 지지바(35)에 결합될 수도 있다. 투명 커버(36)에는 그 내부에 배치되는 복수의 램프(34)에서 발생하는 열을 방출시키기 위한 복수의 통공(37)이 마련된다. 투명 커버(36)에 복수의 통공(37)을 마련해 놓으면 활성탄 충전 챔버(23)를 통과하는 공기를 이를 통해 투명 커버(36) 내부로 유입시킴으로써 램프(34)에 대한 냉각 효율을 높일 수 있다.
이러한 광조사 유닛(33)은 복수가 회전장치(43)에 결합되어 복수의 광촉매 활성탄(30) 속에 묻힌 상태에서 회전할 수 있다. 회전장치(43)를 이용하여 복수의 광조사 유닛(33)을 회전시키면 활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 복수의 광촉매 활성탄(30)에 더욱 균일하게 빛을 조사할 수 있어 복수의 광촉매 활성탄(30)에 의한 공기 정화 및 살균 효율을 향상시킬 수 있다. 광촉매 활성탄(30) 속에 묻힌 광조사 유닛(33)이 광촉매 활성탄(30)을 밀면서 더욱 원활하게 이동할 수 있도록 투명 커버(36)에는 돌출부(38)가 구비된다. 돌출부(38)는 광조사 유닛(33)의 회전 방향을 기준으로 투명 커버(36)의 선단에 후방에서 전방쪽으로 폭이 점진적으로 감소하는 형상으로 마련된다.
광조사 유닛(33)을 회전시키기 위한 회전장치(43)는 모터(44)와, 복수의 광조사 유닛(33)이 결합되는 로터리 조인트(46)를 포함한다. 복수의 광조사 유닛(33)에 전원을 공급하기 위한 전원공급로는 로터리 조인트(46)에 마련된다. 로터리 조인트(46)는 케이스(21)의 배출면(24)에 고정되는 고정체(47)와 고정체(47)에 회전 가능하게 결합되는 회전체(48)를 갖는다. 회전체(48)는 모터(44)의 구동축(45)과 결합되어 모터(44)에 의해 회전하고, 그 외면에 복수의 광조사 유닛(33)이 결합된다. 모터(44)는 케이블(40)을 통해 전원을 공급받아 작동한다. 로터리 조인트(46)는 복수의 광조사 유닛(33)을 회전시키면에 이들에 외부 전원을 공급할 수 있는 공지된 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다.
물론, 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈(20)은 복수의 광조사 유닛(33)에 전원을 공급하기 위한 케이블과 모터(44)에 전원을 공급하기 위한 케이블이 별도로 구비될 수도 있다. 그리고 케이스(21)에는 복수의 광조사 유닛(33)과 모터(44)에 전원을 공급하기 위한 배터리가 설치될 수도 있다.
이 밖에, 활성탄 필터 모듈(20)을 구성하는 케이스(21)와, 광조사 유닛(33) 및 회전장치(43)의 구체적인 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 케이스(21)는 케이스 본체(22)에 케이스 커버(27)가 분리 가능하게 결합되는 구조 이외에, 펜스(26)의 일단에 유입면(28)이 일체로 구비되고 펜스(26)의 타단에 배출면(24)이 일체로 구비되는 구조로 이루어질 수 있다. 그리고 광조사 유닛(33)의 램프(34)는 광촉매 활성탄(30)의 광촉매 종류에 따라 가시광을 발생하는 LED나, 자외선을 발생하는 자외선 램프 등 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다. 또한 회전장치(43)는 로터리 조인트(46)를 포함하는 구조 이외의 복수의 광조사 유닛(33)을 회전시킬 수 있는 다른 구조로 변경될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈(20)의 광촉매 활성탄(30)을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명에서 활성탄 펠렛에 코팅되어 광촉매 활성탄(30)을 구성하는 광촉매로는 공지된 어떤 것이 사용되어도 무방하다. 구체적인 예를 들어보면, 이산화티탄(TiO2), 산화주석(SnO2), 산화철(Fe2O3), 산화텅스텐(WO3), 산화아연(ZnO), 황화카드뮴(CdS) 등이 활성탄 펠렛에 코팅될 수 있다. 이들 다양한 종류의 광촉매 중에서 이산화티탄(TiO2)은 광분해 과정에서 유해물질의 배출이 없으며, 반영구적으로 사용 가능하고, 특정 물질에 구애받지 않고 광분해능을 발현하므로 본 발명에서 활성탄 펠렛에 코팅되는 광촉매로서 가장 바람직하다.
광촉매로서 이산화티탄을 그대로 사용하는 경우, 이산화티탄은 3.2eV의 높은 밴드갭을 가지고 있어서 387.5nm 보다 짧은 파장을 갖는 자외선 영역에서만 반응하게 된다. 따라서, 광분해 효율을 높이고, 광촉매로서 이산화티탄의 활용가치를 극대화하기 위하여 본 발명에서 사용되는 이산화티탄은 가시광 영역에서도 반응하도록 개질된 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 가시광 영역에서도 광분해능을 발현하도록 이산화티탄을 개질시키는 방법으로서, 이산화티탄에 불소를 도핑하거나, 이산화티탄에 불소와 질소를 동시에 도핑하는 방법이 이용될 수 있다. 이산화티탄에 불소, 질소를 도핑하게 되면 이산화티탄의 밴드갭 에너지를 낮추어 가시광 영역에서도 이산화티탄이 광분해능을 발현하게 된다.
이하에서는 활성탄 펠렛에 이산화티탄을 코팅하는 방법, 이산화티탄에 불소, 질소를 도핑하는 방법 등에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
먼저 이산화티탄이 코팅된 활성탄 펠렛은, 용매에 이산화티탄 전구체를 용해시키고, 제조된 이산화티탄 전구체 용액에 활성탄 펠렛을 충분히 담지시킨 다음, 열처리를 함으로써 얻을 수 있다.
또한 가시광 영역에서도 광분해능을 발현하도록 개질된 이산화티탄을 활성탄 펠렛에 코팅하는 것은 다음과 같은 방법에 의하여 이루어질 수 있다.
제1방법 : 불소가
도핑된
이산화티탄이 코팅된 활성탄 펠렛
의
제조
(1) 용매에 이산화티탄 전구체를 용해시키는 제1단계;
(2) 제1단계를 통하여 제조된 용액에 활성탄 펠렛을 담지시키는 제2단계
(3) 제2단계의 과정을 거친 활성탄 펠렛을 열처리하는 제3단계;
(4) 제3단계의 열처리 과정을 거친 활성탄 펠렛을 불소가스와 반응시키는 제4단계.
제2방법 : 불소와 질소가 동시에
도핑된
이산화티탄이 코팅된 활성탄 펠렛
의
제조
(ⅰ) 용매에 이산화티탄 전구체와 질소를 포함하는 화합물을 용해시키는 제ⅰ단계;
(ⅱ) 제ⅰ단계를 통하여 제조된 용액에 활성탄 펠렛을 담지시키는 제ⅱ단계
(ⅲ) 제ⅱ단계의 과정을 거친 활성탄 펠렛을 열처리하는 제ⅲ단계;
(ⅳ) 제ⅲ단계의 열처리 과정을 거친 활성탄 펠렛을 불소가스와 반응시키는 제ⅳ단계.
상기 제3단계 및 제ⅲ단계에서 이루어지는 열처리는 100 내지 500℃의 온도에서 0.1 내지 1시간 동안 이루어지는 것이 바람직한데, 열처리 온도 및 시간이 상기 하한치 미만일 경우에는 잔존 용매의 존재 등 충분한 열처리가 이루어지지 않을 우려가 있고, 열처리 온도 및 시간이 상한치를 초과하는 경우에는 활성탄의 구조가 변형될 우려가 있어 바람직하지 않다.
또한 상기 제4단계 및 제ⅳ단계에서 이루어지는 불소가스와의 반응은 불소가스의 압력이 0.1 내지 3 bar의 범위에서 0.1 내지 1시간 동안 이루어지는 것이 바람직한데, 불소가스의 압력 및 시간이 상기 하한치 미만일 경우에는 불소 관능기가 충분히 도핑되지 않아 이산화티탄의 밴드갭을 줄이는 효과가 충분히 달성되지 않을 우려가 있어 바람직하지 않고, 불소가스의 압력 및 시간이 상기 상한치를 초과하는 경우에는 과불소화로 인하여 이산화티탄의 광분해능이 오히려 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기와 같이 불소가 도입된 이산화티탄 또는 불소와 질소가 동시에 도입된 이산화티탄의 가시광 영역에서의 광분해능은 도 5에 도시된 그래프를 통하여 확인할 수 있다. 도 5는 자외선-가시광선 흡광도를 확산 반사 분광법(UV-DRS : UV-visible Diffuse Reflectance Spectrophotometer)으로 측정하여 나타낸 것인데, 도 5에서 (a)는 이소프로판올(Isopropanol) 100ml에 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide) 28.4g을 용해시킨 다음, 상기 용액에 활성탄 펠렛을 3분간 담지시킨 후, 300℃에서 30분간 열처리한 샘플이고, (b)는 이소프로판올(Isopropanol) 100ml에 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide) 28.4g을 용해시킨 다음, 상기 용액에 활성탄 펠렛을 3분간 담지시킨 후, 300℃에서 30분간 열처리하고, 불소가스 1 bar의 압력에서 10분간 활성탄 펠렛과 불소가스를 반응시킨 샘플이며, (c)는 이소프로판올(Isopropanol) 100ml에 티타늄 테트라이소프로폭사이드(Titanium tetra isopropoxide) 28.4g과 요소(NH2CONH2) 5g을 용해시킨 다음, 상기 용액에 활성탄 펠렛을 3분간 담지시킨 후, 300℃에서 30분간 열처리하고, 불소가스 1 bar의 압력에서 10분간 활성탄 펠렛과 불소가스를 반응시킨 샘플이다. 도 5에서 볼 수 있듯이 불소 또는 질소가 도핑되지 않은 이산화티탄이 코팅된 샘플인 (a)는 400nm 이상의 범위의 가시광 영역에서는 활성을 보이지 않았으며, 불소가 도핑된 이산화티탄이 코팅된 샘플인 (b)와 불소와 질소가 도핑된 이산화티탄이 코팅된 샘플인 (c)는 자외선 영역뿐 아니라 가시광 영역에서도 활성을 보임을 알 수 있었다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈(20)은 유입구(29)와 배출구(25) 사이의 활성탄 충전 챔버(23)에 충전되는 광촉매 활성탄(30)의 활성탄 필렛이 공기 중의 유해 가스나 유해 물질을 흡착시켜 제거하고, 활성탄 필렛에 코팅된 광촉매가 광조사 유닛(33)으로부터 빛을 조사받아 공기 중의 유해 물질을 살균 및 멸균한다. 따라서, 공기 중의 유해가스를 효과적으로 정화 및 중화시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈(20)은 회전장치(43)가 복수의 광촉매 활성탄(30) 속에 묻혀있는 복수의 광조사 유닛(33)을 회전시킴으로써, 활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 복수의 광촉매 활성탄(30)에 균일하게 빛을 조사할 수 있다. 따라서, 활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 광촉매 활성탄(30)에 대한 전체적인 광활성 효율을 높일 수 있고, 이를 통해 공기 정화 및 살균 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의한 활성탄 필터 모듈(20)은 가시광 영역에서도 반응하도록 개질된 이산화티탄이 활성탄 펠렛에 코팅된 광촉매 활성탄(30)을 사용함으로써, 가시광 영역에서도 광촉매 활성탄(30)이 광분해능을 발휘할 수 있다. 따라서, 광촉매 활성탄(30)에 빛을 조사하기 위한 광조사 유닛(33)을 LED 등 저전력 특성을 갖는 저가의 램프로 구성할 수 있어 저비용으로 제조될 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈을 나타낸 측단면도이다.
도 6에 도시된 활성탄 필터 모듈(50)은 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 활성탄 필터 모듈(20)과 비교하여 광조사 유닛(33) 및 회전장치(43)의 설치 개수와 배치 구조에 있어 다소 차이가 있을 뿐, 나머지 구성은 동일한 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈(50)은 케이스(21) 내부에 회전장치(43)가 두 개 배치되고, 각 회전장치(43)에는 복수의 광조사 유닛(33)이 결합된다. 회전장치(43)의 구체적인 구조나, 회전장치(43)와 복수의 광조사 유닛(33)의 결합 구조는 상술한 것과 같다.
두 개의 회전장치(43) 중 하나는 케이스 본체(22)의 배출면(24)에 결합되고, 다른 회전장치(43)는 케이스 커버(27)의 유입면(28)에 결합된다. 이렇게 회전장치(43)를 활성탄 충전 챔버(23)에 복수로 배치하고 각 회전장치(43)에 복수의 광조사 유닛(33)을 설치하여 복수의 광조사 유닛(33)을 회전시키면, 활성탄 충전 챔버(23)에 충전된 복수의 광촉매 활성탄(30)에 더욱 균일하게 빛을 조사할 수 있어 광촉매 활성탄(30)에 의한 공기 정화 및 살균 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 각 회전장치(43)의 회전 방향은 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈을 나타낸 분해 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 활성탄 필터 모듈의 광조사 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 7에 도시된 활성탄 필터 모듈(60)은 상술한 본 발명의 일실시예에 의한 활성탄 필터 모듈(20)과 비교하여 광조사 유닛(61)의 구조가 다소 변경된 것으로, 나머지 구성은 동일한 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 의한 활성탄 필터 모듈(60)의 광조사 유닛(61)은 빛을 발생하는 복수의 램프(34)와, 복수의 램프(34)를 지지하는 지지바(35)와, 복수의 램프(34) 및 지지바(35)를 감싸는 투명 커버(62)를 포함한다. 여기에서, 복수의 램프(34)와 지지바(35)는 상술한 것과 같다.
투명 커버(62)는 복수의 램프(34)가 결합된 지지바(35)를 감싸면서 그 일단이 회전장치(43)에 결합된다. 투명 커버(62)에는 그 내부에 배치되는 복수의 램프(34)에서 발생하는 열을 방출시키기 위한 복수의 통공(37)과, 복수의 돌출부(63)가 마련된다. 돌출부(63)는 광조사 유닛(61)의 회전 방향을 기준으로 투명 커버(62)의 선단에 후방에서 전방쪽으로 폭이 점진적으로 감소하는 형상으로 이루어져, 광촉매 활성탄(30) 속에 묻힌 광조사 유닛(61)이 광촉매 활성탄(30)을 밀면서 더욱 원활하게 이동할 수 있도록 한다. 돌출부(63)의 형상은 도시된 것과 같은 삼각 기둥 형상 이외에 다른 형상으로 변경될 수 있고, 설치 개수나 배치 구조도 다양하게 변경될 수 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서, 이러한 개량 및 변경은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10 : 유해가스 정화 및 중화 장치 11 : 본체
12 : 흡기구 13 : 배기구
15 : 프리 필터 17 : 블로워
20, 50, 60 : 활성탄 필터 유닛 21 : 케이스
22 : 케이스 본체 23 : 활성탄 충전 챔버
24 : 배출면 25 : 배출구
26 : 펜스 27 : 케이스 커버
28 : 유입면 29 : 유입구
30 : 광촉매 활성탄 31, 32 : 제 1, 2 네트
33, 61 : 광조사 유닛 34 : 램프
35 : 지지바 36, 62 : 투명 커버
37 : 통공 38, 63 : 돌출부
40 : 케이블 43 : 회전장치
44 : 모터 46 : 로터리 조인트
47 : 고정체 48 : 회전체
12 : 흡기구 13 : 배기구
15 : 프리 필터 17 : 블로워
20, 50, 60 : 활성탄 필터 유닛 21 : 케이스
22 : 케이스 본체 23 : 활성탄 충전 챔버
24 : 배출면 25 : 배출구
26 : 펜스 27 : 케이스 커버
28 : 유입면 29 : 유입구
30 : 광촉매 활성탄 31, 32 : 제 1, 2 네트
33, 61 : 광조사 유닛 34 : 램프
35 : 지지바 36, 62 : 투명 커버
37 : 통공 38, 63 : 돌출부
40 : 케이블 43 : 회전장치
44 : 모터 46 : 로터리 조인트
47 : 고정체 48 : 회전체
Claims (11)
- 공기 유입을 위한 유입구, 공기 배출을 위한 배출구 및 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련되는 활성탄 충전 챔버를 갖는 케이스;
상기 활성탄 충전 챔버에 충전되고, 활성탄 필렛에 광촉매가 코팅되어 이루어진 복수의 광촉매 활성탄;
상기 복수의 광촉매 활성탄에 빛을 조사하기 위해 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되는 광조사 유닛; 및
상기 광조사 유닛과 결합되도록 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되어 상기 복수의 광촉매 활성탄 속에 묻힌 상기 광조사 유닛을 회전시키는 회전장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광조사 유닛은, 일단이 상기 회전장치에 결합되고 그 외면에 상기 복수의 램프가 결합된 지지바와, 상기 지지바 및 상기 복수의 램프를 감싸는 투명 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 2 항에 있어서,
상기 투명 커버에는 상기 복수의 램프에서 발생하는 열을 외부로 방출시키기 위한 복수의 통공이 마련되는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 2 항에 있어서,
상기 광조사 유닛의 회전 방향을 기준으로 상기 투명 커버의 선단에는 후방에서 전방쪽으로 폭이 점진적으로 감소하는 돌출부가 구비되는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는, 모터와, 상기 케이스에 고정되는 고정체와 상기 모터에 의해 회전할 수 있도록 상기 고정체에 회전 가능하게 결합되는 회전체를 갖는 로터리 조인트를 포함하고, 상기 광조사 유닛은 상기 로터리 조인트에 연결된 케이블을 통해 외부 전원을 공급받는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 회전장치는 복수가 상기 케이스의 상기 유입구가 형성된 유입면과 상기 배출구가 형성된 배출면에 각각 고정되도록 설치되고, 상기 광조사 유닛은 상기 복수의 회전장치에 각각 결합되도록 복수가 구비되는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 배출구를 덮도록 상기 케이스의 상기 배출구가 형성된 배출면의 내측에 배치되고, 공기는 통과시키되 상기 광촉매 활성탄이 상기 배출구로 빠져나가지 못하게 막는 제 1 네트; 및
상기 유입구를 덮도록 상기 케이스의 상기 유입구가 형성된 유입면의 내측에 배치되고, 공기는 통과시키되 상기 광촉매 활성탄이 상기 유입구로 빠져나가지 못하게 막는 제 2 네트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 광촉매 활성탄에 코팅된 광촉매는 가시광 응답형 광촉매인 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 8 항에 있어서,
상기 가시광 응답형 광촉매는 불소가 도핑된 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 제 8 항에 있어서,
상기 가시광 응답형 광촉매는 불소와 질소가 동시에 도핑된 이산화티탄인 것을 특징으로 하는 활성탄 필터 모듈.
- 흡기구와 배기구를 갖는 본체;
상기 본체 내부의 상기 흡기구와 상기 배기구 사이에 배치되어 상기 흡기구를 통해 흡입된 공기 중에 함유된 이물질을 걸러내는 프리 필터;
상기 본체 내부의 상기 프리 필터보다 하류에 배치되는 활성탄 필터 모듈; 및
상기 흡기구와 상기 배기구 사이에서 공기를 강제 유동시키기 위해 상기 본체 내부에 설치되는 블로워;를 포함하고,
상기 활성탄 필터 모듈은,
공기 유입을 위한 유입구, 공기 배출을 위한 배출구 및 상기 유입구와 상기 배출구 사이에 마련되는 활성탄 충전 챔버를 갖는 케이스,
상기 활성탄 충전 챔버에 충전되고, 광촉매가 코팅된 복수의 광촉매 활성탄,
상기 복수의 광촉매 활성탄에 빛을 조사하기 위해 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되는 광조사 유닛, 및
상기 광조사 유닛과 결합되도록 상기 활성탄 충전 챔버에 설치되어 상기 복수의 광촉매 활성탄 속에 묻힌 상기 광조사 유닛을 회전시키는 회전장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 정화 및 중화 장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020130054579A KR101549649B1 (ko) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130054579A KR101549649B1 (ko) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20140134544A true KR20140134544A (ko) | 2014-11-24 |
| KR101549649B1 KR101549649B1 (ko) | 2015-09-03 |
Family
ID=52455580
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020130054579A KR101549649B1 (ko) | 2013-05-14 | 2013-05-14 | 활성탄 필터 모듈 및 이를 갖는 유해가스 정화 및 중화 장치 |
Country Status (1)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20200033621A (ko) * | 2018-09-20 | 2020-03-30 | 주식회사 에코 | 노출형 필터를 갖는 폐액 보관 용기 |
| KR102325618B1 (ko) * | 2021-02-02 | 2021-11-15 | 주식회사 에이피씨테크 | 광촉매 반응 공기 정화 열교환 환기장치 |
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| KR102390161B1 (ko) | 2022-01-26 | 2022-04-26 | 주식회사 지티사이언 | 정화시스템이 내장된 유해가스 정화장치 |
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| JP2000126279A (ja) * | 1998-10-29 | 2000-05-09 | Mitsubishi Electric Corp | 脱臭装置 |
| JP2002336690A (ja) * | 2001-05-18 | 2002-11-26 | Shimadzu Corp | 揮発性有機物を含むガスの分解・除去方法およびそのための装置 |
| JP3822093B2 (ja) | 2001-11-05 | 2006-09-13 | 株式会社東エンジニアリング | 光分解による汚染空気の浄化装置及びその方法 |
-
2013
- 2013-05-14 KR KR1020130054579A patent/KR101549649B1/ko active IP Right Grant
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107243200A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-10-13 | 常勇 | 精密过滤分离器及油烟废气净化设备 |
| CN107243200B (zh) * | 2017-07-10 | 2023-04-07 | 常勇 | 精密过滤分离器及油烟废气净化设备 |
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