KR20170014483A - 광촉매필터 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20170014483A KR1020150107942A KR20150107942A KR20170014483A KR 20170014483 A KR20170014483 A KR 20170014483A KR 1020150107942 A KR1020150107942 A KR 1020150107942A KR 20150107942 A KR20150107942 A KR 20150107942A KR 20170014483 A KR20170014483 A KR 20170014483A
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Abstract

본 발명은 광촉매필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광이 조사되는 표면적 비율을 크게 높인 광촉매필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 통공을 가지는 격벽을 구비하는 격자층을 적어도 2 이상 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법으로서, 상기 2 이상의 격자층은 제1통공을 가지는 제1격벽을 구비하는 제1격자층과, 제2통공을 가지는 제2격벽을 구비하는 제2격자층을 포함하고, 상기 제조 방법은: 제1격자층과 제2격자층을 준비하는 단계; 및 유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층하여 결합하는 단계를 포함하며,
상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공이 서로 중첩되는 영역이 존재하도록 하거나, 상기 제1격자층과 상기 제2격자층 사이에 스페이서를 개재하여 적층하여 결합하는 단계를 포함하는 광촉매필터 제조 방법.

Description

광촉매필터 및 그 제조방법{Photocatalytic Filters and Manufacturing Methods thereof}
본 발명은 광촉매필터 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광이 조사되는 표면적 비율을 크게 높인 광촉매필터 및 그 제조방법에 관한 것이다.
광촉매 반응(光觸媒反應, photocatalytic reaction)이란 이산화티타늄(TiO2) 등의 광촉매 물질을 사용하는 반응을 의미하며, 물의 광분해, 은과 백금 등의 전석(電析) 반응, 유기물의 분해 등이 광촉매 반응으로 알려져 있다. 이러한 광촉매 반응은 새로운 유기합성 반응에 대한 응용, 초순수 제조 등에 대한 응용도 시도되고 있다.
공기 중에 존재하는 암모니아, 아세트산(acetic acid), 아세트알데하이드와 같은 유해 가스 내지 악취 유발 물질은 상술한 광촉매 반응에 의해 분해되고, 이와 같은 광촉매 반응을 활용한 공기 정화 장치는 광원(자외선 등)과 광촉매 물질이 코팅된 필터만 있으면 반영구적으로 사용이 가능하다. 광촉매 필터는 광촉매 반응 효율이 떨어질 때 필터의 재생을 통해 광촉매 반응 효율을 회복시킨 후 다시 사용할 수 있어 반영구적이라 할 수 있다.
특히 자외선 광원으로 UV LED를 사용하는 경우에는 기존의 수은 램프 등과 달리 램프 내부의 유해한 가스가 필요 없기 때문에 친환경적이고, 에너지 소비효율이 높으며, 크기가 작아 각종 설계에 유리하다.
하지만 프리필터나 헤파필터와 같이 공기가 필터를 거치면서 물리적으로 집진되는 기존의 필터와 달리, 광촉매 필터는 공기 중 오염물질이 필터를 통과하면서 필터의 표면과 접촉하여 흡착된 유해가스가 광촉매 반응에 의해 형성되는 활성산소종에 의해 분해되는 구조로서, 광촉매 표면의 활성 싸이트에 목표로 하는 물질이 얼마나 효율적으로 접촉하는가가 제거 효율에 큰 영향을 미친다. 즉 광촉매가 활성화되는 면적이 넓어야 하고, 이렇게 활성화된 면적 부분에 목표로 하는 물질이 접촉하는 효율을 높게 해야 한다.
광촉매 필터의 광촉매 반응 효율은 공기 정화 능력과 직결된다. 다시 말하면 광촉매 반응 효율이 좋은 공기 정화기를 사용하는 공간의 유해가스는, 동일한 크기와 구조이지만 상대적으로 효율이 떨어지는 공기 정화기를 사용하는 공간의 유해가스보다 빨리 분해된다.
한국 등록특허 제541026호에는 빛 반사율이 좋은 알루미늄 박판을 하니컴이나 코러게이트 형상으로 적층하여 공기가 통과할 수 있는 다수의 셀을 형성하고, 이러한 셀의 내측벽에 산화티타늄(TiO2)을 코팅하여 자외선 램프로부터 방사되는 빛이 셀에서 다수 회 반사되도록 하여 셀의 깊은 부분까지 자외선 광선이 도달하도록 하는 기술이 개시되어 있다.
하지만 해당 특허공보에 기재된 의도와 달리, 알루미늄 박판 중 산화티타늄이 코팅된 부분은 실질적으로 반사가 잘 일어나지 않으므로 의도한 바와 같이 자외선 광선이 셀의 깊은 부분까지 도달하지 못하게 되고, 또한 광의 이동거리가 멀면 멀수록 광이 확산되어 광의 세기가 약해진다는 점에서, 위와 같은 종래의 기술에 의해 과연 광촉매 활성화 효율이 증가될지는 의문이다.
광촉매 효율을 높이기 위해서는 광이 도달하는 광촉매 필터 부분의 광촉매 물질의 표면적이 커야 하고, 또한 이러한 광촉매물질의 표면이 광원에 대해 소정 거리 범위 내에 있어야 광촉매 효율을 높일 수 있다 할 것인데, 상술한 선행기술은 이러한 점을 간과한 면이 있다.
한국 등록특허공보 제541026호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 광촉매필터의 표면 중 광이 도달하는 부분의 면적을 크게 높이고, 또한 광촉매필터를 통해 유동하는 유체가 광촉매필터 표면과 접촉하는 효율을 높인 광촉매필터의 구조와 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 통공을 가지는 격벽을 구비하는 격자층을 적어도 2 이상 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법으로서, 상기 2 이상의 격자층은 제1통공을 가지는 제1격벽을 구비하는 제1격자층과, 제2통공을 가지는 제2격벽을 구비하는 제2격자층을 포함하고, 상기 제조 방법은: 제1격자층과 제2격자층을 준비하는 단계; 및 유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층하여 결합하는 단계를 포함하며, 상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공이 서로 중첩되는 영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법을 제공한다.
상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1격벽과 상기 제2격벽이 서로 중첩되는 영역이 존재할 수 있다.
상기 제1통공과 상기 제2통공은 형상, 위치 또는 크기 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 상이할 수 있다.
상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공 중 어느 하나가 나머지 하나를 포함하는 형상일 수 있다.
상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층할 때, 유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 서로 어긋나게 적층할 수 있다.
상기 어긋하게 적층하는 단계는, 하나의 격자층에 대해 다른 격자층을 평행이동 시킨 상태에서 적층하는 것을 포함할 수 있다.
상기 어긋하게 적층하는 단계는, 하나의 격자층에 대해 다른 격자층을 적층방향과 평행한 축을 중심으로 소정 각도만큼 회전 시킨 상태에서 적층하는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 준비하는 단계는 상기 제1격자층과 상기 제2격자층의 지지체 상에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층한 후, 적층된 상기 제1격자층과 제2격자층에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 통공을 가지는 격벽을 구비하는 격자층을 적어도 2 이상 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법으로서, 상기 2 이상의 격자층은 제1통공을 가지는 제1격벽을 구비하는 제1격자층과, 제2통공을 가지는 제2격벽을 구비하는 제2격자층을 포함하고, 상기 제조 방법은: 제1격자층과 제2격자층을 준비하는 단계; 및 유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층하되, 상기 제1격자층과 상기 제2격자층 사이에 스페이서를 개재하여 적층하여 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1통공과 상기 제2통공은 형상, 위치 또는 크기 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 상이할 수 있다.
상기 스페이서를 개재하여 상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공이 서로 중첩되는 영역이 존재할 수 있다.
상기 스페이서는 서로 적층되는 제1격자층 및 제2격자층 중 적어도 어느 하나에 일체로 형성된 형태일 수 있다.
상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 준비하는 단계는 상기 제1격자층과 상기 제2격자층의 지지체 상에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층한 후, 적층된 상기 제1격자층과 제2격자층에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 격벽과 통공으로 이루어진 지지체 상에 광촉매물질이 코팅된 광촉매필터로서, 상기 통공을 통해 유체가 유동하며, 상기 유체의 유동방향을 이루는 축에 수직인 평면(x,y)에 의해 형성되는 상기 통공의 단면적, 통공의 단면의 형상 또는 통공의 단면의 위치 중 적어도 어느 하나가, 상기 유체의 유동방향을 이루는 축의 방향으로 바라보았을 때 적어도 1회 이상 변화하는 광촉매필터를 제공한다.
상기 변화는 상기 통공의 단면의 위치가 상기 평면 상의 1축 이상의 방향으로 오프셋 된 것일 수 있다.
상기 변화는 상기 통공의 단면의 형상이 유체의 이동방향을 이루는 축과 평행한 축을 중심으로 회전한 형태일 수 있다.
상기 변화가 이루어지는 두 지점 사이에는 공기의 유동을 원활하게 하기 위해 격벽이 제거된 스페이스(S)가 마련될 수 있다.
본 발명에 의하면, 광촉매필터의 표면에서 광이 도달하는 부분의 면적을 크게 넓힘으로써 광촉매 활성화 효율이 높고, 또한 광촉매필터의 구조 상 이를 관통하여 흐르는 유체에 난류(turbulence)가 발생할 수밖에 없어 광촉매필터의 표면과 유체의 접촉 효율을 크게 높여 광촉매 반응 효율을 크게 높일 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 복수 개의 격자층을 적층하여 복잡한 형상의 내부 구조를 가진 광촉매 필터를 쉽게 제작할 수 있다.
특히 광촉매필터의 지지체로서 다공질의 세라믹을 사용할 경우 소정의 가공 방식에 의해 광촉매물질의 부착력을 크게 높일 수 있고 이에 따라 광촉매물질의 탈락 없이 재생할 수 있는 반면, 취성이 큰 재질의 특성 상 복잡한 형상을 가공하기에 어려움이 많지만, 본 발명의 제조방법에 의하면 세라믹 재질의 지지체로도 복잡한 형상의 광촉매필터를 쉽게 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 제1실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 제1실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도,
도 3은 도 1의 광촉매필터의 적층 전의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 4는 도 3의 광촉매필터의 적층 후의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 제2실시예로서 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 제3실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 7은 도 6의 제3실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도,
도 8은 본 발명에 따른 제4실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명에 따른 제5실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 10은 도 9의 광촉매필터의 적층 전의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 11는 도 9의 광촉매필터의 적층 후의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 12는 본 발명에 따른 제6실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 13은 도 12의 광촉매필터의 적층 전의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 14는 도 12의 광촉매필터의 적층 후의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 15는 본 발명에 따른 제7실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 16은 도 15의 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 17은 본 발명에 따른 제8실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 18은 본 발명에 따른 제9실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 19는 도 18의 제9실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도,
도 20은 도 18의 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 측면 단면도,
도 21은 본 발명에 따른 제10실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도,
도 22는 도 21의 제10실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도,
도 23은 본 발명에 따른 제11실시예로서 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도,
도 24는 본 발명에 따른 제12실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 그리고
도 25는 도 24의 제12실시예의 광촉매필터의 적층 상태를 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 발명의 실시예에서는 다공질의 세라믹 지지체에 광촉매물질인 산화티타늄을 코팅한 광촉매필터를 예시한다. 이는 분말 형태의 산화티타늄을 분산시킨 물에 세라믹 지지체를 침지하여 지지체 주변에 광촉매물질이 부착되도록 한 후, 분산용액으로부터 꺼내어 건조시키고, 다시 섭씨 400도 내외의 온도로 수 분에서 수십 분 소결하여 제작하는데, 이러한 제작 과정을 거친 광촉매필터는 지지체에 대한 광촉매물질의 부착력이 다른 소재나 다른 제조방법에 비해 탁월하여 광촉매필터의 표면이 오염되었을 때 오염을 제거하면서 광촉매필터를 재생하기가 매우 용이하다.
이러한 광촉매필터는 지지체의 재질이 세라믹인 만큼, 취성이 강해 다양한 형상을 가지는 지지체를 제작하는 것이 용이하지 않아, 그 형상이 한정적인 수밖에 없다. 하지만 본 발명의 광촉매필터 제조방법에 의할 때, 다양하고 복잡한 형상의 광촉매필터를 제작하는 것이 가능해지는 길이 열리고, 이는 광촉매필터의 광촉매 활성화 효율과 유체인 공기의 광촉매물질과의 접촉 효율, 이에 따른 광촉매 반응 효율을 높이는데 일조할 수 있다.
일반적인 형태의 광촉매필터용 세라믹 지지체는, 그 단면의 형상이 도 2의 (b)에 도시된 형상과 같이 통공을 규정하는 격벽으로 이루어진 형태로서, 해당 형상의 틀로 지지체를 압출하는 방식으로 제작된다. 따라서 지지체의 형상은 도 1의 제2격자층(12)과 같이 통공(22)을 규정하는 격벽(32)으로 이루어진 지지체가 높이방향(z방향)으로 길게 압출된 형태를 이루며, 이를 필요한 길이만큼 커팅하여 사용하게 된다.
이러한 압출 방식으로 지지체를 제작하는 한계로 인해, 지지체는 높이방향(z방향)으로 계속 같은 단면을 가지는 형상일 수밖에 없고, 따라서 광촉매필터의 통공의 내측면에 대해서는 자외선이 도달하는 데에 한계가 있었다. 하지만 후술할 본 발명에 따른 제조방법에 의해 광촉매필터를 제조하면 다양한 단면을 가지는 광촉매필터를 제작할 수 있어 자외선이 도달하는 광촉매필터의 면적을 크게 확장할 수 있고, 이러한 형상으로 인해 광촉매필터를 지나는 동안 유체의 난류를 유도하여 유체와 광촉매필터 표면 간의 접촉 효율을 크게 높일 수 있다.
[제1실시예]
도 1은 본 발명에 따른 제1실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 도 2는 도 1의 제1실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도, 도 3은 도 1의 광촉매필터의 적층 전의 상태를 나타낸 측면 단면도, 그리고, 도 4는 도 3의 광촉매필터의 적층 후의 상태를 나타낸 측면 단면도이다.
도 1 내지 도 4에는 높이를 얇게 한 복수 개의 격자층(10)을 서로 적층하여 광촉매필터를 제조하는 과정이 개시되어 있다. 모든 격자층(11~17)은 격벽(31~37)에 의해 통공(21~27)이 규정되는데, 제2, 제4, 제6 격자층(12,14,16)은 정사각형 형상의 통공(22,24,26)이 형성되어 있고, 제1, 제5 격자층(11,15)은 정사각형 형상의 통공(22,24,26)보다 좌측이 일정 부분 막힌 형태를 한 직사각형 형상의 통공(21,25)이 형성되어 있으며, 제3, 제7 격자층(13,17)은 정사각형 형상의 통공(22,24,26)보다 우측이 일정 부분 막힌 형태를 한 직사각형 형상의 통공(21,25)이 형성되어 있다.
이들 제1 내지 제7 격자층(11~17)을 도시된 순서대로 적층하게 되면, 상호 적층되어 마주하는 통공들이 서로 연통하여 도 4에 도시된 바와 같은 공기유동로를 형성하게 된다. 자세히 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이 좌측으로 치우친 직사각형 형상의 통공(27)을 가진 제7 격자층(17) 위에 제6격자층(16)을 적층하면, 정사각형 형상의 통공(26)과 직사각형 형상의 통공이 서로 연통하게 된다. 또한 제6 격자층 위에 제5격자층(15)을 적층하면, 정사각형 형상의 통공(26) 위에 우측으로 치우친 직사각형 형상의 통공(25)이 서로 연통하게 된다. 이처럼 좌측으로 치우친 직사각형, 정사각형, 우측으로 치우친 직사각형, 정사각형, 좌측으로 치우친 직사각형, 정사각형, 우측으로 치우친 직사각형의 순으로 격자층(10)들을 적층, 결합하게 되면 도 1 및 도 4에 도시된 광촉매필터(1)의 형상이 완성된다. 이 때 좌측으로 치우친 직사각형을 가지는 격자층과, 우측으로 치우친 직사각형을 가지는 격자층은, 실은 같은 형상의 격자층을 180도 돌려 놓은 형태로 구성할 수 있다. 그러면 정사각형의 통공을 가지는 격자층과, 일측으로 치우친 직사각형의 통공을 가지는 격자층 단 두 가지만으로도 도 4에 도시된 단면형상을 가지는 광촉매필터(1)를 제조할 수 있게 된다.
직선으로 뻥 뚤려 있는 기존 필터의 통공 형태와 달리, 본 발명에 의하면 도 4에 도시된 바와 같이 공기의 유동방향을 막는 칸막이가 중간 중간 돌출된 형태의 통공이 형성되는데, 기존 필터의 통공과 달리 이러한 칸막이의 면적 부분에 자외선이 더 도달하기 때문에 필터에서 광촉매 활성화가 이루어지는 면적이 더 늘어나게 된다. 나아가 도 4에 도시된 바와 같이 공기유동의 상류 부분(도 4의 윗부분)뿐만 아니라 공기유동의 하류 부분(도 4의 아래부분)에도 UV LED(52)가 실장된 기판(50)을 설치하여 광촉매필터(1)에 자외선을 조사하면, 필터에서 광촉매 활성화가 이루어지는 면적이, 한쪽에만 광원을 두었을 때보다 거의 2배로 늘어나게 된다.
한편, 공기의 층류(laminar flow) 유동을 막는 칸막이 형상으로 인해, 공기는 난류(turbulence) 유동을 하게 되고, 이러한 난류로 인해 공기와 광촉매 물질의 접촉 효율이 더욱 증가하게 된다.
제1실시예에서 적층되는 격자층 간의 통공은 그 영역이 서로 중첩되며, 특히 제1실시예에서는 적층되어 이웃하는 두 격자층 중 어느 하나의 통공이 다른 하나의 통공을 포함하는 형태로 이루어져 있어서, 공기에 난류를 발생시키되 공기 유동은 원활이 이루어지게 된다.
도 3과 도 4를 참조하면, 각 격자층의 격벽들(31~37) 역시 적층되는 두 격자층의 격벽들 간에 중첩되는 영역이 존재한다. 특히 제1실시예에서는 도 2의 (b) 형태의 격벽이 상하방향(z방향)으로 모두 중첩된다. 이는 적층되는 각 격자층 간의 접착 면적을 증가시켜 격자를 견고히 결합시킬 뿐만 아니라 적층형임에도 불구하고 광촉매필터(1)의 강도를 크게 증가시켜준다.
지지체인 격차층에 광촉매물질을 코팅하는 공정은 각 격자층을 적층하기 전에 할 수도 있고, 각 격자층을 적층한 후에 할 수도 있다. 광촉매물질의 분산용액에 격자층을 담궜을 때 용액의 표면장력으로 인해 격자층 내의 통공으로 용액이 잘 스며들지 못하거나 통공을 막아버리는 경우가 있을 수 있다는 점을 고려하여 광촉매물질의 코팅 공정을 언제 할지 결정할 수 있다. 가령 개별 격자층에 광촉매물질을 코팅함에는 무리가 없지만, 적층한 후의 격자층들에 광촉매물질을 코팅하는 과정은 수월하지 않다면, 적층 전에 먼저 광촉매물질을 코팅하는 편이 바람직하다 할 것이다. 이러한 사항은 이하의 다른 실시예에서도 마찬가지이므로, 이하에서는 반복되는 설명은 생략한다.
[제2실시예]
도 5는 본 발명에 따른 제2실시예로서 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도이다.
제2실시예는 제1실시예와 거의 유사하며, 다만 어느 한쪽으로 치우친 직사각형의 통공을 가지는 격자층을 도면 상 도 5의 (a)와 같이 우측으로 치우치게 하거나, 도 5의 (b)와 같이 아래쪽으로 치우치게 하거나, 도 5의 (c)와 같이 좌측으로 치우치게 하거나, 도 5의 (d)와 같이 위쪽으로 치우치게 하여 적층함에 차이가 있다. 물론 직사각형의 통공을 가지는 격자층은, 실은 동일한 격자층을 각각 90도씩 돌려 놓은 것일 수 있다. 그러면 정사각형의 통공과 일측으로 치우친 직사각형의 통공을 가지는 단 두 가지의 격자층만으로도 도 5에 도시된 방식으로 적층하는 것이 가능하다.
도 5를 참조하면, 먼저 가장 바닥에는 도 5의 (a) 형태의 제7격자층(17)을 놓고, 그 위에 (e) 형태의 제6격자층(16), 그 위에 (b) 형태의 제5격자층(15), 그 위에 (e) 형태의 제4격자층(14), 그 위에 (c) 형태의 제3격자층(13), 그 위에 (e) 형태의 제2격자층(12), 그리고 그 위에 (d) 형태의 제1격자층(11)을 적층하여 광촉매필터의 형태를 구성한다. 이는 직사각형의 통공을 가지는 격자층과 정사각형의 통공을 가지는 격자층을 번갈아 적층하되, 직사각형의 통공을 가지는 격자층은 적층할 때마다 90도씩 돌려서 적층한 것으로 이해할 수 있다.
모든 격자층이 적층된 도 5의 (f)의 마지막 도면을 보면 광촉매필터의 거의 모든 평면적에 해당하는 만큼 광촉매물질의 표면이 자외선에 노출될 수 있음을 확인할 수 있다.
이러한 형태로 격자층을 적층하여 형성된 통공(20)은 공기가 유동하는 방향(z)을 따라 통공(21,23,25,27)의 위치가 지속적으로 90도씩 변하므로 공기의 난류를 유도할 수 있고, 중간 중간 정사각형 형태의 통공(22,24,26)이 있어 공기의 유동이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 물론 정사각형 형태의 통공은, 적층 후 다른 층의 직사각형 형상의 통공을 포함하는 형태로 되어 있어 공기의 유동이 더욱 원활하게 이루어지게 된다.
[제3실시예]
도 6은 본 발명에 따른 제3실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 제3실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도이다.
제3실시예에서는 통공의 형상은 동일하지만, 통공의 크기가 서로 다른 격자층(11,12,13)들을 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법이 개시된다. 제1격자층(11)의 통공(21)은 크기가 크지만 개수는 그만큼 적고, 제2격자층(12)의 통공(22)은 통공(21)보다 크기가 작지만 개수는 그만큼 많으며, 제3격자층(13)의 통공(23)은 통공(22)보다 크기가 작지만 개수는 그만큼 많다.
도 7에 도시된 바와 같이 제3격자층(13), 제2격자층(12) 및 제1격자층(11)의 순으로 적층하면, 이웃하는 격자층 사이에 서로 중첩되는 통공 영역이 존재하고, 또한 서로 중첩되는 격벽 영역이 존재하므로, 공기의 유동은 원활하게 이루어지면서도 각 격자층 간 결합력을 높일 수 있다.
[제4실시예]
도 8은 본 발명에 따른 제4실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도이다.
제4실시예에서는 통공의 형상이 서로 다른 격자층(11,12,13)들을 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법이 개시된다. 제1격자층(11)의 통공(21)은 정사각형이고, 제2격자층(12)의 통공(22)은 정육각형이며, 제3격자층(13)의 통공(23)은 원형으로서, 그 형상이 서로 다르고, 경우에 따라 통공의 개수나 밀도에도 차이를 둘 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이 제3격자층(13), 제2격자층(12) 및 제1격자층(11)의 순으로 적층하면, 이웃하는 격자층 사이에 서로 중첩되는 통공 영역이 존재하고, 또한 서로 중첩되는 격벽 영역이 존재하므로, 공기의 유동은 원활하게 이루어지면서도 각 격자층 간 결합력을 높일 수 있다.
[제5실시예],
도 9는 본 발명에 따른 제5실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 도 10은 도 9의 광촉매필터의 적층 전의 상태를 나타낸 측면 단면도, 그리고 도 11는 도 9의 광촉매필터의 적층 후의 상태를 나타낸 측면 단면도이다.
제1실시예와 대비하여 제5실시예의 가장 큰 차이는, 제1실시예에서 정사각형의 통공을 가지는 격자층을 적층하던 부분에, 스페이서(90)를 대신 넣어 적층하는 것이다. 제1격자층(11)과 제3격자층(13)은 우측으로 치우친 직사각형 형태의 통공(21,23)이 형성되어 있고, 제2격자층(12)과 제4격자층(14)은 좌측으로 치우친 형태의 통공(22,24)이 형성되어 있다. 따라서 이들을 적층하면 도 12에 도시된 바와 같이 격자층(11,12,13,14) 사이에 스페이스(S)가 존재하게 된다. 스페이스는 격벽이 없는 영역이어서 측방으로도 공기가 자유롭게 유동할 수 있는 영역이 된다. 상기 격자층(11,12,13,14)들을 스페이서(90) 없이 적층한다면, 이웃하는 각 격자층들의 통공이 서로 중첩되는 면적이 매우 작거나 없어 공기 유동이 불가능하게 된다. 하지만 중간에 스페이서(90)를 개재하여 격자층들을 적층하게 되면 상하로 이웃하는 통공들 사이에 서로 중첩되는 면적이 있는지 여부를 크게 고려할 필요가 없게 된다.
다만 이러한 구조에서는 스페이서에 의해 띄워진 공간(S)으로 인해 각 격자층의 강도가 서로 보완하며 보강되지 않을 수 있다는 점에서 강도에 대해 의문을 제기할 수도 있겠으나, 스페이서의 중간 지점에 보강부재(80; 도 11 참조)를 넣어 이웃하는 두 격자층의 중간영역도 서로 지지되도록 추가적인 구성을 통해 이러한 부분을 별다른 어려움 없이 보완할 수 있다. 즉 도 9에는 테두리 부분에만 스페이서가 위치하는 것을 도시하고 있으나, 스페이서는 반드시 이러한 형상에 한정되는 것은 아니며, 스페이서가 중간영역을 가로질러도 무방하다.
[제6실시예]
도 12는 본 발명에 따른 제6실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 도 13은 도 12의 광촉매필터의 적층 전의 상태를 나타낸 측면 단면도, 그리고 도 14는 도 12의 광촉매필터의 적층 후의 상태를 나타낸 측면 단면도이다.
제5실시예와 대비하여 제6실시예는 스페이서(90)가 격자층(11,12,13)에 일체로 구성되어 있다는 점에 차이가 있다. 이렇게 스페이서를 격자층에 일체로 형성하면 적층 과정이 더욱 간결해진다.
[제7실시예]
도 15는 본 발명에 따른 제7실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 도 16은 도 15의 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 측면 단면도이다.
제3실시예와 대비하여 제7실시예에서는 적층되는 각 격자층(11,12,13) 사이에 스페이서(90)가 개재되어 도 16에 도시된 바와 같이 각 격자층의 통공(21,22,23)이 서로 스페이스(S)를 두고 이격되어 있다는 것이다. 이는 통공을 통과하는 유체의 흐름을 원활하게 하면서 자외선이 필터(1) 내부에 도달하는 면적을 더욱 증가시켜준다.
[제8실시예]
도 17은 본 발명에 따른 제8실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도이다.
제4실시예와 대비하여 제8실시예에서는 적층되는 각 격자층(11,12,13) 사이에 스페이서(90)가 개재되어 각 격자층의 통공(21,22,23)이 서로 스페이스를 두고 이격된다는 것이다. 이는 통공을 통과하는 유체의 흐름을 원활하게 하면서 자외선이 필터(1) 내부에 도달하는 면적을 더욱 증가시켜준다.
[제9실시예]
도 18은 본 발명에 따른 제9실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 도 19는 도 18의 제9실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도, 그리고 도 20은 도 18의 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 측면 단면도이다.
제9실시예에서는 앞서 제1 내지 제8 실시예와 달리, 격자층 자체를 어긋나게 적층함으로써 유체의 유동방향을 대표하는 축(z축) 방향으로 통공(20)의 위치가 지속적으로 변하도록 하였다는 점에 특징이 있다. 즉 제7격자층(17)으로부터 제1격자층(11)까지 적층해 나아감에 있어서 격자층을 점점 y방향으로 오프셋 시키며 적층하게 되는데, 이때 물론 서로 마주하는 두 격자층의 통공들은 서로 중첩되는 영역이 존재하여 공기의 유동이 가능하게 한다.
제9실시예에서는 제7격자층에서 제4격자층까지는 점점 우측으로 격자층을 오프셋 시키며 적층하고, 다시 제4격자층부터 제1격자층까지는 점점 좌측으로 격자층을 오프셋 시키며 적층하여 광촉매필터를 형성하였다.
이러한 구조는 격벽이 상하로 서로 중첩되는 부분이 있어 견고하고, 통공이 유체의 유동방향(z)을 따라 위치를 달리하여 자외선의 도달면적이 더 증가하며, 통공의 형태가 유체 유동의 난류를 유도하게 된다.
[제10실시예]
도 21은 본 발명에 따른 제10실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도이고, 도 22는 도 21의 제10실시예의 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도이다.
제10실시예는 제9실시예와 대비하였을 때, 적층되는 격자층의 오프셋 방향이 y축 방향뿐만 아니라 x축방향으로도 이루어진다는 데에 있다. 즉 제5격자층(15)에 대해 그 상부에 적층되는 제4격자층(14)은 x축 방향으로 전방으로 오프셋 되고, 제3격자층(13)은 제4격자층에 대해 y축 방향으로 우측으로 오프셋 되며, 제2격자층(12)은 제3격자층에 대해 x축 방향으로 후방으로 오프셋 되고, 제1격자층(11)은 제2격자층에 대해 y축 방향으로 좌측으로 오프셋 된다.
이러한 규칙으로 격자층을 쌓게 되면 자외선이 도달하는 단면적을 증가시키면서, 또한 통공이 나선형으로 연통됨으로써 통공을 흐르는 유체의 난류를 유도할 수 있다.
[제11실시예]
도 23은 본 발명에 따른 제11실시예로서 광촉매필터의 적층 과정을 순서대로 나타낸 평면도이다.
제11실시예는 제10실시예와 대비하였을 때, 적층이 진행됨에 따라 오프셋 되는 방향이 변할 때, 한 방향으로 오프셋을 복수 회 하면서 오프셋 방향이 변한다는 점에 차이가 있다. 구체적으로, 제7격자층(17)에 대해 제6격자층(16)과 제5격자층(15)은 x축 방향으로 전방으로 오프셋 되고, 제4격자층(14)과 제3격자층(13)은 y축 방향으로 우측으로 오프셋 되며, 제2격자층(12)과 제1격자층(11)은 x축 방향으로 후방으로 오프셋 된다.
이러한 규칙 역시 자외선이 도달하는 단면적을 증가시키면서, 또한 통공이 나선형으로 연통됨으로써 통공을 흐르는 유체의 난류를 유도할 수 있다.
[제12실시예]
도 24는 본 발명에 따른 제12실시예로서 광촉매필터의 적층 전후의 상태를 나타낸 사시도, 그리고 도 25는 도 24의 제12실시예의 광촉매필터의 적층 상태를 나타낸 평면도이다.
제12실시예에서는 각 격자층을 적층함에 있어서 격자층을 소정 각도만큼 조금씩 회전시키며 적층함으로써 공기 유동 방향을 따라 통공의 위치를 변화시킨 것이다.
상술한 제9 내지 제12 실시예에서는 하나의 격자층에 대해 다음 격자층이 어느 한쪽 축 방향으로 오프셋 되거나 특정 회전축을 중심으로 회전 오프셋 되는 형태를 예시하였으나, 오프셋이 반드시 이러한 형태에 한정되는 것은 아니고, 이들의 조합으로 오프셋 되는 것도 가능하다. 가령 하층의 격자층에 대해 그 상층의 격자층은 x축방향으로도 소정 거리 이동하고 y축방향으로도 소정 거리 이동한 형태, 즉 대각선으로 이동한 형태로 적층될 수도 있고, 하층의 격자층에 대해 상층의 격자층이 x축 방향이나 y축 방향으로 평행이동한 상태에서 다시 소정 각도 회전된 형태로 오프셋 될 수도 있으며, 하층의 격자층에 대해 상층의 격자층이 회전 오프셋 될 때에도, 적층이 진행됨에 따라 그 회전 오프셋의 회전 중심의 위치가 이동할 수도 있다.
한편 상술한 제9 내지 제12실시예에서는 적층되는 각 격자층들에 형성된 통공의 형상이 서로 동일한 것을 기준으로 설명하였으나, 각 격자층들에 형성된 통공의 형상, 크기, 위치 등이 서로 다른 것을 제9 내지 제12실시예와 같이 오프셋 하며 적층하는 것도 가능하다 할 것이다.
또한 본 발명의 실시예에서는 격자층 간에 형상, 크기, 위치 중 어느 하나가 다른 것을 중점적으로 설명하였으나, 형상, 크기, 위치 모두가 다른 격자층을 적층하는 것도 가능하다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
1: 광촉매필터
10: 격자층
11: 제1격자층
12: 제2격자층
13: 제3격자층
20: 통공
21: 제1통공
22: 제2통공
23: 제3통공
30: 격벽
31: 제1격벽
32: 제2격벽
33: 제3격벽
50: 기판
52: LED
80: 보강부재
90: 스페이서
S: 스페이스

Claims (19)

  1. 통공을 가지는 격벽을 구비하는 격자층을 적어도 2 이상 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법으로서, 상기 2 이상의 격자층은 제1통공을 가지는 제1격벽을 구비하는 제1격자층과, 제2통공을 가지는 제2격벽을 구비하는 제2격자층을 포함하고,
    상기 제조 방법은:
    제1격자층과 제2격자층을 준비하는 단계; 및
    유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층하여 결합하는 단계를 포함하며,
    상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공이 서로 중첩되는 영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1격벽과 상기 제2격벽이 서로 중첩되는 영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1통공과 상기 제2통공은 형상, 위치 또는 크기 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공 중 어느 하나가 나머지 하나를 포함하는 형상인 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층할 때, 유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 서로 어긋나게 적층하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 어긋하게 적층하는 단계는,
    하나의 격자층에 대해 다른 격자층을 평행이동 시킨 상태에서 적층하는 것을 포함하는 광촉매필터 제조 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 어긋하게 적층하는 단계는,
    하나의 격자층에 대해 다른 격자층을 적층방향과 평행한 축을 중심으로 소정 각도만큼 회전 시킨 상태에서 적층하는 것을 포함하는 광촉매필터 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 준비하는 단계는 상기 제1격자층과 상기 제2격자층의 지지체 상에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 포함하는 광촉매필터 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층한 후, 적층된 상기 제1격자층과 제2격자층에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 더 포함하는 광촉매필터 제조 방법.
  10. 통공을 가지는 격벽을 구비하는 격자층을 적어도 2 이상 적층하여 광촉매필터를 제조하는 방법으로서, 상기 2 이상의 격자층은 제1통공을 가지는 제1격벽을 구비하는 제1격자층과, 제2통공을 가지는 제2격벽을 구비하는 제2격자층을 포함하고,
    상기 제조 방법은:
    제1격자층과 제2격자층을 준비하는 단계; 및
    유체의 유동방향을 이루는 축(z)을 따라 상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층하되, 상기 제1격자층과 상기 제2격자층 사이에 스페이서를 개재하여 적층하여 결합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1통공과 상기 제2통공은 형상, 위치 또는 크기 중 적어도 어느 하나 이상이 서로 상이한 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 스페이서를 개재하여 상기 제1격자층 및 상기 제2격자층을 적층하였을 때 상기 제1통공과 상기 제2통공이 서로 중첩되는 영역이 존재하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 스페이서는 서로 적층되는 제1격자층 및 제2격자층 중 적어도 어느 하나에 일체로 형성된 형태인 것을 특징으로 하는 광촉매필터 제조 방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 준비하는 단계는 상기 제1격자층과 상기 제2격자층의 지지체 상에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 포함하는 광촉매필터 제조 방법.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1격자층과 상기 제2격자층을 적층한 후, 적층된 상기 제1격자층과 제2격자층에 광촉매물질을 코팅하는 단계를 더 포함하는 광촉매필터 제조 방법.
  16. 격벽과 통공으로 이루어진 지지체 상에 광촉매물질이 코팅된 광촉매필터로서,
    상기 통공을 통해 유체가 유동하며,
    상기 유체의 유동방향을 이루는 축에 수직인 평면(x,y)에 의해 형성되는 상기 통공의 단면적, 통공의 단면의 형상 또는 통공의 단면의 위치 중 적어도 어느 하나가, 상기 유체의 유동방향을 이루는 축의 방향으로 바라보았을 때 적어도 1회 이상 변화하는 것을 특징으로 하는 광촉매필터.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 변화는 상기 통공의 단면의 위치가 상기 평면 상의 1축 이상의 방향으로 오프셋 되는 것인 광촉매필터.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 변화는 상기 통공의 단면의 형상이 유체의 이동방향을 이루는 축과 평행한 축을 중심으로 회전한 형태인 광촉매필터.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 변화가 이루어지는 두 지점 사이에는 공기의 유동을 원활하게 하기 위해 격벽이 제거된 스페이스(S)가 마련된 광촉매필터.
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