KR20150089704A - 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상호 일정 간격으로 복수개의 개구부가 전체 기판에 관통 형성된 PCB 기판과; 상기 PCB기판 상에 관통된 각 개구부의 주변 양쪽으로 격자구조로 고정 배치되어 공급되는 전원에 의해 발광되어 가시광선 또는 자외선을 방사하도록 면 광원체로 구성되는 복수개의 LED모듈과; 상기 PCB기판의 양쪽으로 일정거리 이격되게 고정프레임에 고정 설치되어 상기 LED모듈에서 조사되는 광원에 의해 광분해 기능을 가지는 고체촉매가 표면에 일정 두께로 코팅된 촉매코팅층이 형성되어 상기 PCB기판에 평행하게 배치되는 촉매 코팅판;을 포함하는 구성으로 이루어져 오염된 공기가 상기 PCB기판과 양쪽 촉매 코팅판 사이로 유입되어 광분해반응에 의해 유해물질이 분해되어 공기정화가 이루어지도록 구성되는 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 구비한 공기정화장치에 관한 것이다.

Description

엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치{SERAMIC FILTER USING THE LED LIGHT}

본 발명은 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 가시광선 및 자외선을 방사하는 엘이디모듈을 개구부가 복수개 형성된 PCB기판에 격자구조로 배치하고, 상기 PCB기판 양쪽으로 일정간격 이격되게 이산화티타늄이 코팅된 촉매 코팅판을 층상으로 설치하여 그 내부로 유입되는 오염공기를 정화시킬 수 있도록 구성되는 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치에 관한 것이다.

광촉매란 광(光)을 받으면 촉매 반응을 일으키는 물질로, 광촉매 중 이산화티타늄(TiO₂)이 가장 많이 사용되고 있다.

이는 이산화티타늄이 내산성, 내알카리성 등이 좋으며 인체에 무해하고, 각종 오염물질을 무해한 물질로 변화시켜 주는 친환경적 소재로 알려져 있기 때문이다.

이산화티타늄 광촉매는 n형 반도체로서 자외선(400mm)을 받으면 전자(Electron) 전공대(Electron Hole)가 형성되어 강한 산화력을 가진 하이드록시 라티칼(-OH)과 슈퍼 옥사이드을 생성한다.

이 하드드록시 라디칼과 슈퍼옥사이드가 유기 화합물을 산화 분해시켜 물과 탄산가스로 변화시키면서 공기 중의 오염물질을 산화, 분해시켜 무해한 물과 탄산가스로 변화시키고 수중의 오염 물질인 유기화합물을 분해시켜 물과 탄산가스로 변화시키게 되어 강한 산화작용에 의해 산화분해되어 살균된다.

또한, 이러한 이산화티타늄에 광도가 높은 자외선을 쪼여주면 공기중의 불순물을 분해하는 힘을 가진 이온활성 물질을 발생시킴으로써 공기중에 존재하는 잡균, 화학물질, 악취의 원인이 되는 유기가스와 결합하여 안정된 물질로 변환시켜 청정한 공기를 만들어 내는 원리를 이용하여 각종 산업분야에서 공기청정필터로 그 이용이 증대되고 있다.

종래의 광촉매 필터는 LED 램프에 비해 두꺼운 수은등을 사용하여 양쪽에 배치된 광촉매 코팅 면에서 활성화된 촉매에 의해 고도산화반응이 일어나다.

그러나 측면에 배치된 코팅면 사이로 형성되는 공기 유로 간격이 넓어 코팅면에 있는 광촉매와 자농도 유해 물질이 만날 수 있는 충돌 빈도가 극히 작기 때문에, 수은 램프에 의해 활성을 가졌을지라도 광촉매 표면에 오염물질이 충돌하지 못하므로 광촉매의 고도산화 반응에 의한 요염물질 제거 효과는 기대할 수 없었다.

이와 함께, 실내의 각종 조명으로 사용되는 조명등에 광촉매 구성을 결합하여 조명과 더불어 실내의 오염된 공기를 탈취하거나 정화할 수 있는 형광등 형태의 광촉매 살균램프도 제안된 바 있다.

그러나, 이러한 형광등 형태의 광촉매 살균램프는 제작이 어렵고 램프가 설치된 국소부위에 제한되어 살균효과를 제공할 수 밖에 없는 단점이 있었다.

또한, 블록형태의 밀폐된 박스 내부에 자외선 엘이디를 구비하고, 그 내부에 광촉매가 코팅된 담체가 구비되도록 하여 일측에 형성된 유입구로 블로어를 통해 공기를 유입시켜 타측에 형성된 유출구로 정화된 공기가 배출되는 구조로 이루어지는 공기살균장치가 제안되기도 하였다.

하지만, 이러한 블록형태의 공기살균장치는 그 부피가 커서 설치에 불편하고, 제한된 공간 내부로 공기를 강제로 유입시켜 배출시키는 구조여서 살균공간 및 영역이 매우 제한적으로 이루어질 수 밖에 없으며, 내부 일측방향으로 엘이디램프가 설치되어 촉매가 코팅된 전체 내면에서 골고루 살균효과가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

- 한국 특허공개 제10-2011-13921호(공개일 : 2011.02.10, 발명의 명칭: 엘이디 형광램프를 이용한 광촉매 살균램프) - 한국 특허공개 제10-2012-77724호(공개일 : 2012.07.10, 발명의 명칭: 자외선 엘이디와 광촉매를 이용한 공기살균장치) - 한국 특허공개 제10-2006-81685호(공개일 : 2006.07.13, 발명의 명칭: 디스플레이 앞유리에 광촉매와 은나노를 코팅한 자동식 공기청정 기능을 갖춘 액자)

본 발명은 상술한 종래의 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 면광원 LED모듈이 설치된 PCB기판 양쪽으로 촉매코팅판을 배치하여 직진하는 공기가 그 내부를 통과하면서 사방으로 퍼지면서 촉매 코팅판 표면과의 충돌빈도를 향상시켜 오염물질의 분해반응이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 엘이디모듈이 구비된 PCB기판과 촉매 코팅판을 층상의 복층구조로 제작 가능하여 필요에 따라 정화성능을 자유자재로 조절할 수 있도록 할 뿐만 아니라 설치 공간에 따라 그 크기를 조절하여 설치 가능한 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터 및 이를 이용한 공기정화장치를 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터는 상호 일정 간격으로 복수개의 개구부가 전체 기판에 관통 형성된 PCB 기판; 상기 PCB기판 상에 관통된 각 개구부의 주변 양쪽으로 격자구조로 고정 배치되어 공급되는 전원에 의해 발광되어 가시광선 또는 자외선을 방사하도록 면 광원체로 구성되는 복수개의 LED모듈; 상기 PCB기판의 양측으로 일정거리 이격 설치되어 상기 LED모듈에서 조사되는 광원에 의해 광분해 기능을 가지는 고체촉매가 표면에 코팅되어 상기 PCB기판에평행하게 배치되는 촉매 코팅판;을 포함하는 구성으로 이루어져 오염된 공기가 상기 PCB기판과 양쪽 촉매 코팅판 사이로 유입되어 광분해반응에 의해 유해물질이 분해되어 공기정화가 이루어지도록 구성된다.

특히, 상기 촉매 코팅판에 코팅되는 고체촉매는 기공과 흡착성능을 가지는 이산화티탄늄으로 구성되고, 상기 PCB기판과 양쪽 촉매 코팅판이 다층 구조로 반복 배치되어 공기정화효율을 향상시킬 수 있도록 구성된다.

상술한 본 발명에 따른 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터는 PCB기판 사이로 유입된 공기가 서로 높이를 달리하는 LED모듈과 개구부에 의해 난류형태로 바뀌면서 불규칙적인 흐름을 갖는 공기가 촉매가 코팅된 면과 접촉되는 충동확률이 증대되면서 자외선에 의한 광분해성능이 향상되어 바이러스의 살균효과를 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 촉매 코팅판에 충돌되는 공기는 메조기공을 가진 이산화티타늄에 의한 흡착성능을 향상시켜 오염물질을 고도 산화시키고, 흡착된 오염물질의 분해 후 재결합을 방지하여 오염물질이 활성화되는 것을 효과적으로 방지하게 된다.

또한, 오염물질의 흡착에 의한 정화능력이 저하될 경우, 촉매 코팅판만을 교체하여 사용하면 되므로, 공기정화용 필터의 관리 및 이용이 더욱 편리하도록 하며, 두께를 얇게 할 수 있어 틈새공간 등에 설치가 용이하고, 성능을 향상시키기 위해서 층상으로 복층구조를 구성하면 되므로, 다양한 용도 및 장소에 설치할 수 있는 정화용 필터를 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터의 주요부 구성에 대한 일부 분해상태도,
도 2는 본 발명에 따른 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터의 일실시예에 따른 조립상태도,
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 절단단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 공기정화용 필터의 내부에서 공기흐름상태도이다.

이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터의 주요부 구성을 분해상태도로 도시하고 있으며, 도 2는 본 발명의 조립된 공기정화용 필터의 일실시예를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 엘이디를 이용한 공기정화용 필터는 가시광선 또는 자외선을 방출하는 엘이디 모듈이 PCB기판상에 배치되되, 상기 PCB기판 양쪽으로 일정간격 이격되게 상기 PCB기판을 향하는 내측면에 기공을 갖는 고체촉매가 표면에 코팅된 촉매코팅판이 설치되는 구조로 이루어진다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 PCB기판(10)에는 복수개의 엘이디 모듈(12)이 격자 구조로 배치되되, 격자구조로 배치된 각 엘이디 모듈(12) 사이에는 각 일정 크기의 개구부(140가 관통 형성된 구조로 이루어진다.

특히, 상기 PCB기판(10)은 양쪽으로 일정거리 이격 설치된 촉매코팅판(20,21)을 향해 일정한 조도의 빛을 조사하도록 상하 또는 좌우 양면에 엘이디 모듈(12)이 상호 겹치지 않도록 면 광원체 형태로 배치되는 구조로 이루어진다.

또한, 상기 PCB기판(10)의 양쪽으로 일정거리 이격되어 설치되는 촉매코팅판(20,21)은 상기 PCB기판(10)을 향하는 내면에 일정 두께의 고체촉매, 바람직하게는 이산화티타늄(TiO₂)이 코팅된 촉매코팅층(25)이 형성된 구조로 이루어진다.

이와 같은 구조로 이루어지는 상기 PCB기판(10)은 각 엘이디 모듈(12)과 PCB기판 표면 사이에 일정한 높이차가 발생되고, 또한 PCB기판 표면과 개구부 사이에 도 단차가 발생되어 PCB기판(10)의 양쪽으로 유입된 유체의 직선 유로가 상기 PCB기판(10)상에 돌출되게 고정된 복수개의 엘이디 모듈(12)에 충돌하면서 난류를 형성하면서 그 중 일부는 상기 개구부(14)로 빠져 나가면서 난류가 형성된 유체는 PCB기판(10)의 양쪽에 설치된 촉매코팅판(20,21)의 표면에 직접 충돌하는 빈도가 더욱 향상되어 촉캐 코팅층(25)에 코팅된 촉매와의 반응속도를 향상시킬 수 있는 구조로 이루어진다.

특히, 상기 PCB기판(10)의 양쪽으로 배치되는 상기 촉매코팅판(20,21)은 평판재로 이루어진 실시예를 도면에 도시하고 있으나, 유체의 접촉 및 충돌을 유도하기 위해 곡면형태나 다굴절 형태로 구성할 수 있으며, 이러한 촉매코팅판(20,21)의 구조는 유체의 흐름에 지장을 주지 않으면서 오염물질의 정화효율을 최대한 상승시킬 수 있는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 PCB기판(10)과 촉매코팅판(20,21,22)이 복층으로 이루어진 상태로 조립된 공기정화용 필터의 일 실시예를 도시하고 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기정화용 필터(F)는 상기 PCB기판(10)과 촉매 코팅판(20,21,22)은 적층되는 갯수에 따라 필터의 정화능력이나 용량을 자유자재로 조절하여 조립 및 제작할 수 있으며, 복층구조로 이루어지는 필터의 내부에 설치되는 상기 촉매 코팅판(22)은 양측면에 촉매코팅층이 형성된 구조로 이루어져 단면 촉매코팅층을 갖는 촉매코팅판의 설치 갯수를 줄여 부피를 최소화할 수 있다.

또한, 이러한 복층 구조의 PCB기판(10)과 촉매코팅판(20,21,22)은 도 2에 도시된 일부 확대도에 도시된 바와 같이, 별도의 고정프레임(30)에 의해 고정되며, 상기 고정프레임(30)은 그 내측면에 일정 깊이의 고정홈(32)이 상하 일정 간격으로 형성되어 상기 PCB기판(10) 및 촉매 코팅판(20,21,22)의 조립이 용이하도록 구성된다.

또한, 상기 고정프레임(30)에 형성된 복수의 고정홈(32) 사이의 간격에 따라 설치되는 PCB기판(10)과 촉매 코팅판(20,21,22) 사이의 간격을 조절할 수 있으며, 고정프레임(30)의 크기와 고정홈(32)의 갯수에 따라 PCB기판(10)과 촉매 코팅판(20,21,22)의 설치 개수가 조절되어 설치 장소에 적절한 공기정화능력을 갖는 필터를 제작할 수 있도록 구성된다.

한편, 상기 촉매 코팅판(20,21,22)의 촉매코팅층으로 코팅되는 이산화티탄늄(TiO₂)은 공기 중의 산소(O₂)와 물(H₂O)을 흡착하여 활성 산소와 OH-라디칼을 만들고, 많은 미세기공을 가지고 있으므로 각각의 기공 안에 오염물질을 흡착할 수 있으므로 발생한 활성산소 및 OH-라디칼 그리고 오염물질의 재결합을 억제하므로 오염물질의 분해효율을 높일 수 있다.

따라서, 촉매코팅층이 형성된 상기 촉매코팅판은 일정기간 사용된 후 촉매의 정화능력이 떨어질 경우 고정프레임(30)에서 분리하여 새로운 촉매코팅판으로 교체 사용할 수 있다.

그리고, 도 3은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화용 필터(F)의 일측 종단면의 일부를 도시하고 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기정화용 필터(F)에 적용되는 상기 PCB기판(10)은 개구부(14) 사이의 상하면에 각각 복수의 엘이디 모듈(12)이 설치되므로 PCB기판(10)의 표면과 각 엘이디 모듈(12)과의 높이가 달라 단차가 발생하게 되고, 이와 같은 구조로 인해서 양쪽 촉매 코팅판(20,22)(22,21) 사이로 유입된 직진성 유체는 PCB기판(10)의 양쪽면에 돌출된 엘이디 모듈(12)에 충돌되어 불규칙적인 흐름이 형성되고, 불규칙적인 흐름을 형성하는 난류성 유체는 개구부(14)를 상하 또는 좌우로 통과하면서 양쪽면에 배치된 촉매 코팅판의 촉매코팅층에 충돌되는 빈도가 증가하면서 오염물질이 촉매코팅층의 미세기공에 흡착될 수 있는 빈도를 향상시켜 오염물질이 함유된 유체의 정화능력을 향상시키도록 한다.

특히, 상기 PCB기판(10)은 면 광원체 형태로 결합되는 엘이디 모듈(12)이 양쪽면에 동시에 구비되어 있어서 촉매 코팅판(20,21,22)에 형성된 촉매코팅층(25)에 의한 광반응 효율을 극대화시킬 수 있는 구조를 제공한다.

또한, 도 4는 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화용 필터(F)의 내부로 유체가 흐르는 상태를 단면도로 간단하게 도시하고 있다.

즉, 층상 구조로 배치된 촉매코팅판(20,21,22)과 PCB기판(10) 사이로 처리하고자 하는 유체를 통과시키면 PCB 기판(2)에 부착되어 돌출된 면광원체인 LED 모듈(12)과 충돌하게 되고, 층류로 흘러가는 유체가 면광원 LED 모듈(12)과 충돌하는 과정에서 난류로 바뀌게 되고, 면광원 LED 모듈(12)을 통과하면서 형성된 난류성 유체는 PCB 기판(2)에 관통된 개구부(14)를 통해 상하 또는 좌우로 교차되면서 유체의 흐름이 더욱 더 불규칙해진다.

따라서, 필터(F) 내부를 흐르는 유체의 난류가 더욱 심하게 됨에 따라 이산화티타늄(TiO₂)이 코팅된 촉매코팅판(20,21,22)에 접촉되는 충돌 확률이 높아지고, 면광원체인 LED 모듈(12)에서 나오는 자외선에 의해 더욱 광분해 반응이 활성화되고, LED 모듈(12)에서 나오는 자외선으로 인해 바이러스의 세포벽이 파괴되어 사멸되는 멸균 효과도 잇따라 발생하게 된다.

또한, 촉매코팅판(20,21,22)의 표면에 코팅된 이산화티타늄(TiO₂)의 미세 기공 안에서 공기 중의 물(H₂O)과 산소(O₂)가 흡착되어 활성산소가 OH-라디칼로 바뀌어 충돌하는 오염물질을 고도 산화시키고, 기공에 흡착된 오염물질을 분해 후 재결합되는 역반응이 일어나는 것을 방지하면서 오염물질의 정화가 이루어진다.

즉, PCB기판(10)에 구비된 LED 모듈(12)의 광원에 의해 촉매코팅판(20,21,22)의 표면에 코팅된 이산화티타늄(TiO₂)이 활성화되어 생기는 광분해 반응에 의해 악취물질 및 VOCs가 물과 이산화탄소로 분해되고, 바이러스의 새포벽이 파괴되어 사멸되는 살균 효과가 이루어지면서 오염물질의 탈취 및 제거가 가능하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 공기정화용 필터(F)는 간단한 구조의 PCB기판(10)의 양쪽면에 엘이디 모듈(12)이 구비되고, 상기 엘이디 모듈(12)에서 방사되는 자외선 및 가시광선에 의해 유체속에 포함된 오염물질이 사멸되거나 살균되는 효과가 이루어진다.

따라서, 본 발명의 공기정화용 필터(F)는 화학약품을 처리하는 과정에서 유해가스가 생성되는 곳이나, 멸균 및 청정한 공기를 필요로 하는 의약품 및 의료시설 관련분야에서 그 이용을 높일 수 있을 것이다.

한편, 상술한 본 발명의 구성 설명에서 상기 PCB기판 상에 배치된 엘이디모듈에 전원을 공급하는 전원공급장치 및 기타 전기장치 등에서 대해서는 별도의 설명을 하지 않았으나, 이는 당업에 종사하는 통상의 지식을 가진 자가 공지된 기술을 이용하여 용이하게 적용가능한 것이어서 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

또한, 상술한 본 발명의 실시예에는 본 발명의 이해를 위해 일부 실시예로 한정하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시가 가능한 것이어서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : PCB 기판 12 : 엘이디모듈
14 : 개구부 20,21 : 촉매코팅판
25 : 촉매코팅층 30 : 고정프레임

Claims (4)

1. 상호 일정 간격으로 복수개의 개구부가 전체 기판에 관통 형성된 PCB 기판;
   상기 PCB기판 상에 관통된 각 개구부의 주변 양쪽으로 격자구조로 고정 배치되어 공급되는 전원에 의해 발광되어 가시광선 또는 자외선을 방사하도록 면 광원체로 구성되는 복수개의 LED모듈;
   상기 PCB기판의 양쪽으로 일정거리 이격되게 고정프레임에 고정 설치되어 상기 LED모듈에서 조사되는 광원에 의해 광분해 기능을 가지는 고체촉매가 표면에 일정 두께로 코팅된 촉매코팅층이 형성되어 상기 PCB기판에 평행하게 배치되는 촉매 코팅판;을 포함하는 구성으로 이루어져
   오염된 공기가 상기 PCB기판과 양쪽 촉매 코팅판 사이로 유입되어 광분해반응에 의해 유해물질이 분해되어 공기정화가 이루어지도록 구성되는 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 촉매 코팅판에 형성된 촉매코팅층은 기공과 흡착성능을 가지는 이산화티탄늄으로 구성된 것을 특징으로 하는 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 공기정화용 필터는 공기정화효율을 향상시킬 수 있도록 PCB기판과 양쪽 촉매 코팅판이 반복 배치되어 다층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 엘이디 광원을 이용한 공기정화용 필터가 장착된 공기정화장치.

Images