KR20170032197A - 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화장치 - Google Patents

생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화장치 Download PDF

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Abstract

고효율 입자 필터(5), 화학 필터(6) 및 2 단계 정전 필터(2)와 같은 적어도 3개의 필터 유형을 포함하는 신선 공기 정화 장치가 개시된다. 상기 필터들은 건물의 벽(4) 또는 창(11)에 고정되는 신선 공기부(1)에 고정된다. 특히, 본 발명은 외부로부터 들어오는 소음을 감속하기 위하여 저소음 팬(7)을 포함한다. 상기 입자 필터와 화학 필터는 효율적인 여과를 위하여 돌출부를 가지며, 롤링된 형상 또는 평판 형상이다. 더 상세하게는, 본 발명은 환경 친화적인 생분해성 필터인 새로운 형식의 쉽게 설치하고 수리할 수 있는 필터로 실외로부터 신선하게 공급되는 공기와 실내에서 재순환하는 공기를 전화하는 장치에 관한 것이다.

Description

생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화장치{AN APPARATUS TO PURIFY FRESH AIR USING BIODEGRADABLE FILTER}
본 발명은 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화장치에 관한 것이다. 특히, 본원발명은 가스 여과 장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본원발명은 실외 환경으로부터 신선하게 공급되는 공기를 정화하는 장치에 관한 것으로서, 환경친화적인 생분해성 필터를 새로운 형식으로 쉽게 설치 및 사용할 수 있어 실내 공기를 순환하는 것이다.
주방 후드 또는 화장실 배기 팬과 같은 배기 장치의 사용으로 인하여 주거지와 다른 자연 환기 시설의 내부는 일반적으로 음압이다. 만약에 그때 기계적으로 신선 공기 배치가 없는 경우에는, 이는 간접적인 자연 환기를 의미한다. 신선 공기는 건축물의 누설 또는 창문의 개방 또는 실외와의 다른 개방들에 의하여 제공된다. 이러한 제공는 신선 공기의 정화하지 않으며, 따라서 외부가 동시에 오염될 때에는 내부 오염 수준은 PM 2.5 수준까지 증가될 것이다. 신선 공기의 온도 또는 습도의 양도 제어하기 어렵고 또한 외부 소음도 제어하기 어렵다.
자연적으로 환기되는 집에서는 객실은 매우 밀폐되며, 이산화탄소 수준은 몇 시간 내로 수백 ppm에서 인체에 유해한 또는 매우 해로운 수준까지 증가할 수 있다. 따라서 수시간 내로 자주 창문의 개방이 필요하게 되며 또는 대안으로 열려진 상태를 유지할 필요가 있다.
중국과 같은 일부 국가에서는, 특히 새로운 빌딩에서, 분리형 에어컨을 설치하기 위하여 건설단계에서 (벽을 통과하는 파이프들) 구멍에 접근할 몇 가지의 준비가 되어 있다. 이러한 파이프들은 통상적으로 가장자리와 같은 접근하기 어려운 장소에 위치하고 있으며, 따라서 공지된 해결책들을 적용하지 못하거나 또는 기존의 신선 공기 시스템은 가능한 위치에는 맞지 않다.
반면에 벽을 통과하여 구멍을 만드는 것이 정상적인 방법이지만, 크기가 최소화되어야 하며, 외부로부터 소음 공해가 불필요하게 증가될 것이다. 또한, 커다란 구멍은 너무 뜨겁거나 차거운 공기를 가져올 수 있으며, 열려진 표면이 적절하게 밀폐되지 않으면, 높은 습도를 유발하거나 벽에 손상을 줄 수 있다. 그 대신에 온도와 습도의 차이점은 미생물 성장을 위한 유기 먼지의 잠재적 위험과 함께 신선한 공기의 입구에서 이슬점을 유발할 수 있다. 실외로부터 신선 공기가 실내 오염 수준을 희석시키기 위해 주로 필요하게 된다.
이산화탄소 수준이 종종 신선 공기 필요에 대한 지표로서 사용된다. 대부분의 지역들에서 실외 공기는 약 300-400 ppm의 이산화탄소를 포함한다. 높은 실외 CO2 농도는 차량 혼잡 지역들, 산업단지, 및 연소의 근원이 있는 근처에서 발견될 수 있다. 중국에서는 GB/T 18883-2002과 같은 실내 공기 품질 표준은 1000ppm의 한계 값을 갖는다. 실내의 이산화탄소 농도가 (외부 공기와 비교하여) 높은 경우에는, 그 근원의 빌딩의 거주자들일 것이다. 인간이 내쉬는 이산화탄소, 평균 성인이 내쉬는 것에는 약 CO2의 35,000 에서 50,000 ppm(실외 공기보다 100배 높음)이 포함되어 있다. CO2는 CO2를 희석시키거나 제거하기 위한 적당한 환기가 없다면, 즉 거주자들에 의하여 계속적으로 내쉬는 것에 의하여 축적될 수 있다. 또한, 높은 CO2 수준은 CO, O3, 포름알데히드, B(a)P, TVOC, 폴리브롬화 디페닐 에테르(PBDEs) 또는 바이러스, 곰팡이, 박테리아와 같은 생물학적 유기체와 같은 다른 화학적 오염원들의 높은 축적을 나타낼 수 있다.
일산화 중독은 많은 나라에서 치명적인 공기 중독의 가장 일반적인 유형이다. 일산화탄소는 무색, 무취, 무미이지만, 매우 독성이다. 중국에서는 표준 GB3095-2012에 기반하여, 한 시간 평균 4 mg/m3 및 일 평균 10 mg/m3이다. 반감기는 신선 공기에서 약 5 시간이기 때문에, 짧은 시간의 척도 내에서, 일산화탄소 흡수가 누적된다.
폴리브롬화 디페일 에테르(PBDEs)는 정신 및 육체 저하, 낮은 IQ, 사춘기 발달, 출산율 저하를 유발한다. 다른 난연제는 암과 연결되어 있다. 이들은 섬유, 긴 의자와 아기 용품들의 발포 고무, 건물 단열, 카펫, 커튼, 개인용 컴퓨터, TV 세트, 자동차 대시보드, 전기 케이블 및 많은 다른 생산품들에 적용되고 있다. 이들은 물질에 화학적으로 결합되지 않고 이후에 제조과정에서 결합되거나 또는 분사되며, 이들은 통상적으로 기체로서 또는 공기 입자로 이탈하여서 먼지에서 표면에 붙거나 정착하기 쉽다.
포름알데히드의 근원과 노출 실내 근원의 경로는 흡연, 난방, 요리, 또는 촛불 또는 분향과 같은 연소과정일 수 있다. 그러나 금연 환경에서의 주요 근원은 포름알데히드를 방출하는 빌딩 재료들과 소비자 제품들이다. 중국에서 평균 실외 포름알데히드 농도는 1997-2006의 기간에 대하여 11.7μg/m3인데, 이는 X. Tang et al./ Environment International 35(2009) 1210-1224에 개시되어 있다. 중국 실내 공기 품질 표준 - GB/T 18883-2002 에서는 포름알데히드에 대한 한계 값은 100μg/m3이다.
일 사망률과 저오존 농도 사이의 최근 결정 협회에 기반한 "WHO 공기 품질 가이드라인들"은 오존(O3) 에디션에 대한 2005 공기 품질 가이드라인들에서 공기 품질 한계를 권장하였는데, 상기 한계는 100μg/m3 8-시간 평균이다. 공기 중에 과도한 오존은 인체에 현저한 효과를 발생할 수 있다. 이는 호흡 문제에 이르고, 천식을 유발하며, 폐기능을 감소시키며, 폐질환의 원인이 될 수 있다. 유럽에서는 현재 가장 관심있는 대기 오염원들의 하나이다. 여러 유럽의 연구들은 오존 노출에서 매 10μg/m3 증가는 일 사망률은 0.3% 증가하며, 심장 질환은 0.4% 증가한다고 보고되고 있다.
현재 WHO 가이드라인은 이산화질소 가스의 건강 영향으로부터 대중을 보호하기 위하여 (연평균) 40μg/m3의 값이 설정되었다. 공기 오염 물질로서, 이산화질소(NO2)는 여러 관련 활동을 갖는데, 짧은 경과기간에 200μg/m3를 초과하는 경우, 이는 기도의 심각한 염증을 유발하는 독성가스이다. 이산화질소(NO2)는 질산 에어졸(nitrate aerosols)의 주요인으로서, 이는 PM2.5(초미세먼지)와 자외선의 존재하에서 오존의 중요한 부분을 형성한다. 이산화질소(NO2)는 자동차 배기가스뿐만 아니라 등유와 비전기식 히터들, 가스 스토브와 의류 건조기, 화로, 및 담배의 연기에 존재한다. 또한, 이는 발전기 및 산업용 보일러의 배출에서 발견된다. 이산화황(SO2)은 24-시간 평균 40μg/m3, 10분 평균 500μg/m3의 가이드라인 값을 갖는다. 500μg/m3의 이산화황(SO2) 농도는 10분 기간의 평균 기간에 초과해서는 안 된다. 연구에 의하면 10분 이내의 이산화황(SO2)의 노출 후에는 천식을 갖는 사람의 비율이 폐 기능과 호흡기 증상으로 변하는 것을 나타내고 있다. 이산화황(SO2)은 호흡기 및 폐의 기능에 영향을 주며 눈 자극을 야기할 수 있다. 호흡기의 염증은 기침, 점액 분비, 천식과 만성기관지염의 악화를 야기하며, 사람들이 호흡기 감염이 더 되도록 한다. 심장질환에 의한 이원과 사망률은 더 높은 이산화황(SO2) 수준과 함께 시간에 따라 증가하고 있다. 스펭글러 등, 1979; 리 등, 1999; 켄드지르스키와 셈바룩, 2001 에서 참조된 세 가지 연구들이 동일 나라의 도시와 시골에서의 야외 수준을 측정하였다. 모두 더 밀집도가 높은 도시 지역에서 더 높은 실외 이산화황(SO2) 수준을 갖는 것을 발견하였다. 산업, 가정 난방과 차량 교통 배출량은 인구 밀도와 관련된 잠재적인 근원들이다.
휘발성 유기 화합물(VOCs)은 공지된 실외 공기 오염 물질이다. 이들은 메탄(CH4) 또는 비-메탄(NMVOCs)으로 분류된다. 메탄은 지구 온난화를 향상시키는데 기여하는 매우 효과적인 온실 가스이다. 다른 탄화수소의 유기화합물(VOCs) 역시 심각한 온실 가스인데, 이는 이들은 오존을 생성하는 역할을 하며 대기 중에서 메탄의 수명을 연장하기 때문이다. 이 효과는 지역 대기질에 따라서 달라진다. 방향족 비 메탄 휘발성 유기 탄소 화합물(aromatic NMVOCs)인 벤젠, 톨루엔 및 크실렌은 발암물질로 의심되며 장기간의 노출에서는 백혈병에 이르게 된다.
입자성 물질(particulate matter, PM)은 다른 오염물질보다 더 사람들에게 영향을 준다. PM의 주요 구성요소는 황산, 질산, 암모니아, 염화 나트륨, 블랙 탄소, 미네랄 먼지 및 물이다. 이는 대기 중에서 부유하는 유기 및 무기 물질들의 고체 및 액체 입자들의 복잡한 혼합물로 구성된다. 가장 건강에 해로운 입자들은 10 미크론 이하 (≤PM10)의 직경을 갖는 것들로서, 폐로 침투하여 깊숙히 머물 수 있다. 입자들에 만성적으로 노출되는 것은 폐암뿐만 아니라 심혈관 및 호흡기 질환에 걸릴 위험에 기여한다.
대기 품질 측정치들은 통상적으로 대기 부피의 입방 미터(m3)당 PM10 입자들의 일 또는 연평균 농도로 보고된다. 일상적인 대기 품질 측정은 통상적으로 입방미터당 마이크로그램(μg/m3)으로 PM 농도를 설명한다. 충분히 민감한 측정 도구들이 이용가능할 때에는, 미세 입자들(PM2.5 또는 그 이하)의 농도가 또한 보고된다.
매일 또는 시간 이상으로, 작은 입자들(PM10 및 PM2.5)의 고농도 노출과 증가되는 사망률 또는 질병률과의 밀접하고 정량적인 관계가 있다. 역으로, 다른 요인들이 동일하다고 가정한다면 - 작고 미세한 입자들이 감소될 때에는 동시에 사망률 역시 내려갈 것이다. 이는 정책입안자들에게 만약에 입자 대기 오염이 감소한다면 예상될 수 있는 인구 건강 증진을 반영하게 할 수 있다.
작은 입자 오염은 매우 작더라도 심각하게 건강에 영향을 줄 수 있다 - 사실 건강에 해롭지 않다고 관찰되는 임계치 이하는 알려져 있지 않다. 따라서, WHO 2005 가이드라인 한계는 가능한 PM의 가장 낮은 농도를 달성하는 것을 목표로 하고 있다.
소음 공해는 전세계에서 도시에서의 삶의 질에 대한 중요한 문제로 인식되고 있다. 자동차 수의 증가, 산업화로 인하여, 소음 공해 역시 증가하고 있다. 도시에서의 소음, 특히 주요 지역에서는 불안 수준까지 도달하고 있다. 복잡한 도시의 음경(soundscape)은 교통 시스템, 도로 교통, 건설, 산업, 건축 환경, 인구 밀도 및 다른 근원들로부터의 환경 소음의 조합에 의하여 형성된다.
소음 공해는 단지 개발도상국의 대한 고유한 문제가 아니다. 많은 연구자들은 유럽에서 1억 3천만명 이상의 사람들이 65 dB (A)이상의 소음 수준에 노출되어 고통을 겪고 있는 것을 밝혔다. 본드 엠(1996) 플래그 바이 노이즈, 뉴 사이언티스트 16: 14-15(Bond M (1996) Plague by noise, New Scientist 16: 14-15)는 유럽에서 16%의 사람들이 밤에 그들의 침실에서 간섭받지 않는 수면을 위한 30-35 dB(A)의 WHO의 평균 추정치와 비교하여 교통 소음의 40 dB(A)에 노출되어 있다고 보고하고 있다. 세계보건기구(WHO)는 수면중에 실외의 소음 수준은 45 dB(A)를 초과하지 말아야 한다고 발표하였다.
공기 청정의 정도에 영향을 미치는 요인에 더하여, 비용(초기 투자 및 유지), 공간 필요조건, 및 공기 저항 등과 같은 요소는 공기 청정기의 다양한 개발을 주도하고 있다. 세 가지의 구별되는 동작 특성들은 효율성, 공기 흐름의 저항, 및 먼지-보유 용량이다.
필터의 수명 동안에 최소한의 효율은 대부분의 필터들과 응용들에 대하여 가장 의미있는 특성이다. 공기 흐름에 대한 저항(또는 단순히 저항)은 주어진 면전 속도(face velocity)에서 필터를 가로지르는 정압 강하 차이이다. 만약에 여과 시스템에서 높이 차이가 무시할 수 있다면, 정압 차이 조건은 압력 강하와 저항과 대체할 수 있다.
먼지-보유 용량은 특정 공기 유속에서 일정 정도의 최대 저항값에서 동작할 때 공기 청정기가 보유할 수 있는 먼지의 특정 형태의 양을 규정한다.
따라서, 공기 청정기의 완전한 평가는 효율성, 저항, 먼지-보유 용량, 및 효율성과 저항하에서 먼지 부하의 효과에 관한 자료를 요구한다.
고효율 미립자 공기(High-efficiency particulate air, HEPA) 필터는 이를 통과하는 공기로부터 0.3 마이크로미터보다 큰 모든 입자들의 99.97%를 제거해야 한다. EPA / HEPA / ULPA 필터 분류는 지역 입자 집적 효율 (지역 값, local value)과 통합 효율 (통합 값, integral value)에 대한 값에 기반하고 있다. 각각은 가장 통과를 잘하는 입자 크기(most penetrating particle size, MPPS)에 기반하여 평가된다. 필터의 특징 때문에 압력 강하는 높으며, 신선한 공기 여과를 위한 사용은 매우 제한을 받는다.
거친, 중간 및 고급 필터들은 특정 성능 속도로 작동되게 설계된 교환가능한 필터들이며 따라서 버려지고 교체된다. 거친, 중간 및 고급 필터들의 여과 효율은 먼저 부하가 증가할 때 개선된다. 동시에 압력 강하는 또한 증가하며, 여과 효율은 필터를 교환하기 전에 가장 높다. 이러한 형식의 필터들은 작은 크기의 입자들 (약 0.4 미크론)에 대하여 효율적이지 못하며, 재-순환되는 실내 공기에 대한 사용은 제한적이다.
물과 안개 여과는 다른 필터들에 대하여 심각한 단점을 갖는데, 1. 필터 유닛 근처의 습도와 안개의 제어, 2. 물을 정기적으로 교환하지 않기 때문에 (레지오넬라균과 같은) 박테리아 성장의 위험성, 3. 물이 지속적으로 사용된다면 물의 소비와 같은 것들이다.
오존 발생기는 신선 공기 목적으로 사용되기에 적당하지 않은데; 대신에 오존은 신선 공기 및 재-순환 실내 공기로부터 여과할 필요가 있는 주 오염물질 중의 하나이다.
광촉매산화반응(Photocatalytic oxidation, PCO)은 실외로부터 신선 공기를 여과하며, 재-순환 공기를 정화하기에는 불충분한데, 이는 약간의 효율은 있지만 또한 이는 인간에게 모두 해로운 포름알데히드 및 아세트알데히드를 생성시킬 수 있는 단점이 발견된다.
자외선 살균조사(Ultraviolet germicidal irradiation , UVGI) 기술은 미생물의 DNA 구조를 파괴하는데 좋지만, 이는 충분한 에너지 용량 방사를 위한 충분한 시간이 필요하다. 따라서 자유롭게 흐르는 공기로부터 미생물을 살균하기 위하여 이를 사용하는 것은 비효율적이다. UVGI 기술은 필터 매개체에 트랩되어 있거나 또는 케이징의 내부 표면에 있는 필터 유닛 내부의 살아있는 조직을 살균하는데 적당하다.
화학 필터는 공기로부터 기체형태의 오염원들을 제거하기 위하여 필요하다. 자주 사용되는 활성탄은 포름알데히드와 같은 높은 증기압 가스를 여과하기에는 비효율적이다. 가스 오염 물질 및 투여량에 따라서, 화학 필터는 특정 성분과 흡착 시간이 필요한데, 이는 물질을 통과하는 공기 속도와 관련되어 있다. 전통적인 제조방법을 사용할 때, 높은 압력 강하를 갖는 활성 탄소 과립의 충분한 두께가 요구조건으로 필요하다.
시장에 있는 대부분의 공기 정화기는 활성 탄소 과립을 갖는 화학 필터를 갖는다. 이들은 벌집형 금속 또는 플라스틱 구조 내부에 과립들이 설치되며 양 측면은 금속 또는 플라스틱으로 만들어진 신축성 그물로 덮여진다. 이러한 형식의 해결책의 단점은 필터를 직립 위치로 필터를 들어올릴 때, 과립들은 신축성 그물을 밀게되며 탄소 베드(carbon bed)가 불균일하게 되는데 - 실제로 필터 매개체가 없는 구조상에는 구멍이 있을 것이다. 기류는 여과 없이 이러한 구멍들을 통과할 것이며, 따라서 공기 흐름 저항이 없을 것이다.
전기 공기 청정기(Electronic Air Cleaners):
외부에서 전원이 공급되는 전기 집진기(또한 전기 공기 청정기로 알려짐)와 같은 몇 개의 공기 청정기는 종종 초기에는 높은 여과 효율을 가진다. 충전기 유닛 뒤에는 집진부(collection section)가 있는데, 이는 통상적으로 철판 또는 그물이다.
와이어 코로나 충전기(Wire Corona Chargers):
외이어 코로나 충전기는 청소하기가 어렵고, 심지어는 깨끗한 상태에서도 사용중에는 오존을 생성한다.
정화된 신선 공기를 공급하는 다양한 공기 필터들은 이 분야에서 개발되었으며; 그 방법들은 다음과 같다:
CN2906423은 환기 튜브를 가로지르는 실외 측면 벽 내부에 주로 바람과 연결되는데 사용되는 가정용 장비 출구 내로의 자연 신선 공기에 관한 것으로서, 세 방향들에서 방 내부로 불어올 수 있다. 이 해결책의 단점은 내부 및 외부에서의 온도 및 압력이 동일하거나 차이가 단지 적은 경우에는 외부로부터의 공기는 내부로 통과하지 못하며 이산화탄소 수준은 높게 유지된다는 것이다.
CN203949307은 공기 정화기에 관한 것으로서, 특히 내부 및 외부 공기를 깨끗하게 하기 위한 여과기와 공기 정화 시스템의 아로마 기능에 관한 것이다. 또한, 신선 공기 파이프 내부에 위치되는 더 작은 흡기관 내부에 프리-필터, PCO-필터, HEPA-필터, 팬, 활성 탄소 필터, 포름알데히드 필터 및 이온화기(ionizer)를 포함하는 장치에 관한 것이다. 이 해결책의 단점은 HEPA와 활성 탄소 필터와 같은 필터는 높은 압력 강하 및 작은 크기 팬을 야기하게 되는데, 이러한 응용은 거의 극복될 수 없다.
공지된 선행 기술 CN203068671, CN10387928, CN293478450, CN2348284, CN203349399, CN203132030, CN201283117 및 CN203704238는 필터, 열, 냉각 및 제습 또는 야외에서 신선한 공기를 가습하는 것에 관한 것이다. 이러한 해결책과 공기 장치의 단점은 이들은 상대적으로 큰 공간과 효울적인 팬을 필요하며, 따라서 에너지 소비와 소음 수준이 높다. 이러한 해결책들은 공기 처리 장치들(Air handling Units)로부터 소형 모델로 변환되며, 지난 수십년 동안에 단지 작은 변화를 갖는 구형 기술이 이미 적용되며 HVAC 산업에서 전세계적으로 사용되고 있다.
CN203421792는 일종의 가정 공기 정화 장치를 제공하는 것을 의도하고 있는데, 이는 실내에서 내부 소음을 효율적으로 감소하며 동시에 신선 외부 공기를 부가하지만, 이러한 형식의 장치는 온도 차이에 기반하며, 이는 신선 공기의 양을 제어하기 어렵다.
CN201277666는 일종의 에어컨 장치에 관한 것으로서, 특히 이는 외부 신선 공기를 실내 에어컨으로 하는 것으로서, 더 상세하게는 신선 공기 인입관과 실내에 위치하는 공기 정화기를 연결하기 위하여 사용되는 슬리브에 관한 것이다.
CN202442444는 실내 공기 인입관과 실내 위치하는 공기 정화기는 클라임과 클라임 버클로 연결된다는 것을 개시하고 있다.
CN4844749(Y) 에서 개시된 셀프-잠금 매달린 공기 정화기는 영구적으로 매달리는 해결책을 위한 공기 인입관의 사용에 대하여 개시하고 있다.
또 다른 공지된 종래기술인 CN203443015(U), CN203980487U, CN103398441A, CN203642412(U), CN201069227, CN103644613, CN202590559, CN201253368, CN2199470(Y)는 신선 공기 흡입구를 연결하는 관 연결을 제외한 후방 쉘을 갖는 공기 정화기를 개시한다.
또한 공지된 종래기술인 CN103353153A, CN203097659(U), KR 100797894(B1), CN2367950(Y) 는 창문에 장착되는 신선 공기 정화 장치를 개시하고 있다.
CN203928174는 공기 정화 장치에 관한 것으로서, 특히 소형 공기 호스로 작은 구멍을 통하여 외부로부터 신선 공기를 흡입하도록 하는 신선 공기 정화기에 관한 것이다.
또 다른 공지된 종래기술인 CN103623665(A), CN103623665(A), CN203657089(U) 는 호스와 신선 공기 인입관과 연결되는 신선 공기 정화 장치를 개시하고 있는데, 상기 장치는 벽 또는 바닥 등과 같은 곳에서 이동식 장치에 견고하게 장착된다.
또 다른 공지된 종래기술인 CN203731589U, CN102563767B, CN201253367Y 는 수동 또는 전기 구동 기계 밸브 또는 댐퍼를 사용하여 공기 청정기나 공기 처리 장치 내부의 실내 공기와 신선한 공기를 혼합하는 것을 개시하고 있다.
또한, 공지된 종래기술인 US2013/0213414A1, WO2010131031 (A2) 는 플래퍼 디스크 형식으로 저압 일방향 공기 밸브에 관한 것이다.
또한, 수동 정전기 공기 필터인 공지된 종래기술인 EP1596960(B1), KR20110008369(A), KR101317615(B1)는 정전하에 관한 것으로서, 이는 자연적으로 또는 제조 과정에서 매개체에 부가될 수 있다. 공기가 견고하게 형성된 필터 매개체 구조물을 통과하도록 하기 위하여, 다수의 돌출부들이 대전막 상에 형성된다. 이러한 발명들의 단점은 상기 필터들은 그 (낮은 공기 속도를 갖는) 사용을 고려하는 동안에는 고효율을 나타낼 수 있으며, 그 실제 수명 주기 동안에 효율이 급격하게 떨어진다. 주된 이유 중의 하나는 초미세 또는 미세 입자들은 대전된 섬유들 또는 대전된 필름을 덮을 것이며, 최종적으로 자기장을 스위칭할 것이다. 이러한 해결책들의 약한 전기장으로 인하여, 필터 매개체 내부의 공기 속도가 증가할 때에는, 미세 입자들의 여과 효율은 심각하게 감소할 것이다. 여과 효율의 급격한 강하를 피하기 위하여, 돌출부들은 필터 필름층 사이에서 매우 좁은 캡(narrow cap)과 함께 대전된 필름상에서 불규칙하게 형성된다. 이는 필터 매개체 내부에 먼지의 불균일한 분포를 야기하며, 단지 필터의 앞 부분만이 필터를 비행하는 먼지로 가득할 것이다.
또 다른 미국특허 US5993521A는 강판이 비-금속 재료로 교체된 2-단계 정전기 필터에 관한 것이다. 먼지로 가득할 때, 제거 효율은 감소(플레이트-타입, plate type) 및/또는 압력 강하(Pa)는 증가(네트-타입, net type)할 것이다. 이러한 장치들의 효율성은 시간이 지남에 따라 감소할 것이며, 그 수명은 전도율 및 집진되는 먼지에 의존한다.
CN2906423 CN203949307
본 발명은 쉽게 설치되며 수리 사용할 수 있는 공기 필터를 제공하여 종래 기술의 단점을 극복하는 것으로서, 환경 친화적이며 생분해성인 일회용 필터를 제공하는 것이다.
종래기술의 하나 이상의 문제점들은 본 발명의 실시예에 의하여 극복될 수 있다.
따라서, 본 발명의 주목적은 생분해 필터를 사용하여 신선 공기 정화 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적의 하나는, 장치 입자 필터는 롤링되어 있거나 또는 평면 형상이며, 그 매개체는 도전성, 중간 도전체, 비-도전체 또는 이들의 조합이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 장치는 브러시형 카본 파이버로부터 코로나 방전을 하는 2-단계 정전 필터로 구성되는데, 이는 접지 프레임 및 집진부 매체의 내부에 설치된다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 장치는 공기 흡입구의 크기와 형상에 기반하여 사용되는 오픈 설치 표면을 갖는다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 저압력 강하 및 고효율 화학 필터를 가지고 신선 및 재순환되는 공기로부터 오존을 효율적으로 여과한다.
본 발명의 기본적인 특징에 따르면, 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치가 제공되는데, 신선 공기부(fresh air unit)를 포함하며,
상기 신선 공기부는,
하우징부(Housing unit);
고효율 입자 필터(High efficient particle filter);
화학 필터(Chemical filter);
다수의 돌출부(plurality of protrusions);
입자 필터 매체(particle filter media);
2-단계 정전 필터(two-stage electrostatic filters);
브러시형 탄소 섬유(brush type carbon fiber);
접지 프레임(grounded frames);
신선 공기 인입구(fresh air inlet);
저압 일방향 고무 밸브(low pressure one way rubber valve); 및
저소음 팬(low noise fans)을 포함한다.
본 발명의 하나의 특징으로서, 상기 입자 필터 매체(particle filter media )는 도전성, 반도전성(medium conductive), 비도전성 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 필터는 필터 필름상에 형성된 다수의 돌출부를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 입자 필터는 롤링된 형상(rolled form) 또는 평판 형상(plate form)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 화학 필터는 과립 크기를 갖는 활성탄, 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 제올라이트, 탄산 수소나트륨 중에서 선택된 어느 하나로 구성된 혼합물로서, 흡착 영역을 차단하지 않으며 접착하기 적합한 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 2-단계 정전 필터는 접지 프레임(grounded frames)과 집진부 매체(collection section media) 내부에 설치되는 브러시형 탄소 섬유로부터 코로나 방전을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 집진부는 도전성, 반도전성, 비도전성 또는 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 저압력 일방향 고무 공기 밸브(low pressure one way rubber air valve)는 상기 하우징에 대하여 측면으로 트위스트되어(twisted) 있으며, 상기 공기 밸브는 신선 공기부 내부로 열려져서 신선공기부 내부의 압력을 유지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 고무는 할로겐화 부틸 고무(halogenated butyl rubber) 또는 EDPM 고무로부터 선택되는 불투과성 물질일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 입자 필터 및 화학 필터는 환경 친화적인 생분해성 재료로 만들어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징과 이점들은 아래의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조하여 더 상세하게 이해될 것이다. 첨부된 도면들, 이는 이 상세한 설명의 일부분을 구성하며 통합되며, 본 발명의 실시예들을 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
본 발명에 따르면, 신선 공기 및 재순환 공기 여과는 건물 내부에 존재하는 포름알데히드를 희석하는 효율적인 해결책이다.
또한, 필터들은 낮은 압력 강하와 고효율 화학 필터로 신선 공기 또는 재-순환 공기로부터 오존을 효율적으로 여과한다.
또한, 본 발명은 신선 공기 인입구로 통하여 내부로 들어오는 NO2를 방지하며, 재순환 공기를 통하여 여과하는 효율적인 입자 및 화학 필터를 구비한다.
또한, 본 발명은 신선 공기 인입구로 통하여 내부로 들어오는 SO2를 방지하는 화학 필터를 구비하며, 따라서 이는 재순환 공기로부터 SO2를 여과한다
또한, 본 발명은 압력 강하와 고효율 화학 필터로 신선 및 재순환 공기로부터 휘발성 유기화합물(VOC)을 효율적으로 여과한다.
또한, 본 발명은 낮은 압력 강하와 고효율의 환경 친화적인 생분해성 일회용 필터로 신선 및 재순환 공기로부터 입자상 물질들을 효율적으로 여과한다.
또한, 본 발명은 작은 개구부를 제공하여 외부로부터 소음을 감소하도록 설계된다.
또한, 발명은 자연식 및 기계식 환기 건물에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 벽 또는 창에 부착되는 신선 공기부의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 신선 공기부의 하우징 상의 일방향 공기 밸브의 단면도이다.
도 3은 본 발명이 일실시예에 따른 롤링된 고효율 입자 필터를 갖는 벽 또는 창문에 부착되는 신선 공기부의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 필름에 형성된 돌출부를 갖는 롤링된 형상 또는 평면 형상인 고효율 입자 필터의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 평면 형상인 고효율 입자 필터의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 화학 필터를 갖는 고효율 입자 필터의 배치의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 그 바닥이 보호되는 화학 필터 필름을 갖는 고효율 입자 필터의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고효율 입자 필터의 롤링된 모드를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 원판에서 브러시형 탄소 섬유 및 접지 프레임의 배치를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 사각판에서 브러시형 탄소 섬유 및 접지 프레임의 배치를 나타내는 단면도이다.
도면들은 본 명세서의 일부분을 구성하며, 본 발명의 실시예들을 설명하며, 이의 다양한 목적과 특징을 설명한다. 또한, 도면들은 반드시 수치에 맞는 것이 아니며, 일부 도면들은 과장되어서 특정 부분들을 상세하게 보여준다. 이에 더하여, 명세서 및 도면에서 도시된 것들은 예시를 위한 것으로서, 이를 한정하는 것이 아니다. 따라서, 여기에서 개시된 특정 구조와 기능에 대한 상세한 설명은 한정된 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 본 발명을 다양하게 채용하도록 당업자를 교시하기 위한 대표적인 기초로 해석되어야 한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명하여 아래의 상세한 설명에 의하여 명백하게 될 것이며, 여기에서 동일 참조부호는 동일한 구성요소와 관련된 것이다.
일반적으로, 본 발명의 요지는 신선 공기 정화 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 상기 장치는 고정되는 생분해성 필터를 갖는 신선 공기부(1, fresh air unit)를 포함한다. 특히, 본 발명은 2 단계 정전 필터(2, two stage electrostatic filters), 고효율 입자 필터(5,high efficiency particle filter) 및 화학 필터(6, chemical filters)와 같은 3 가지 유형의 필터들을 포함한다. 상기 필터들은 롤링된 형상 또는 평면 형상이다. 상기 필터는 동일한 크기를 갖는 다수의 돌출부를 가지며, 그들 사이에는 공간이 있다. 본 발명은 벽(4) 또는 창(11)의 공기 흡입 밸브(14)로 고정되는 개방 설치면(10)을 갖는다. 상기 신선 공기부(1)는 하우징에 고정되는 저압 일방향 고무 밸브(14, one way rubber valve)를 포함한다. 더 상세하게는, 본 발명은 이산화탄소 수준이 침실에서 가장 높을 때인, 밤에도 본 발명을 사용하게 할 수 있는 저소음 팬(7, fans)을 하우징의 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 다양한 형상의 신선 공기부(1)를 포함하는데, 입방체, 직방체, 사각 피라미드, 원뿔, 삼각 기둥, 삼각 피라미드, 실린더 및 구형 또는 이들의 조합 등으로 이에 한정되지는 않는다. 상기 신선 공기부(1)는 인당 5-20 l/s (18-72 m3/h) 사이의 공기 용량을 갖는 공기, 특히 실외로부터 정화하기 위한 신선 공기를 흡입하는데, 이는 시설 및 국가별 표준에 의존하며, 조절 가능한 재-순환 속도로 재-순환된 공기와 혼합될 수 있다.
본 발명의 일실시예로서, 상기 장치는 도 2를 참조하면, 신선 공기부(1)에 외부를 형성하며 고정되는 하우징 장치를 포함한다. 상기 하우징에는 저압 일방향 고무 공기 밸브(14) 장치가 고정되어 있는데, 이는 어떠한 수동 또는 전기 구동 밸브 또는 댐퍼없이 공기 속도를 자동 재-순환하도록 설계된다. 신선 공기의 공기 흐름 방향은 외부에서 내부이다. 일방향 고무 공기 밸브(14)의 고무는 하우징에 대하여 측면으로 트위스트되어 있어서, 따라서 일방향 공기 밸브(14)는 장치의 내부에 압력이 조절 압력을 초과하는 순간에는 신선 공기 장치(1) 내부를 열게된다. 상기 고무는 불투과성 재료로 만들어지지만, 할로겐화 부틸 고무 및 EPDM 고무 등 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 신선 공기부는 신선 또는 재-순환 공기 모두에 대하여 흡입 공기에 균일한 코로나 방전을 주기 위하여 신선 공기부의 공기 흡입구의 위치에 영구적으로 설치된 브러시형 탄소 섬유(8, brush type carbon fibers)에 의하여 실행되는 유지되는 자유 전하를 갖는다.
또한, 다른 실시예로서, 본 발명은 팬(7)을 포함하며, 팬의 회전 속도, 공기량, 압력차에 근거하여, 고무 공기 밸브(14)의 고무 민감도(유연성 및 두께)는 목표한 신선 및 재-순환 공기 속도로 자동적으로 조정되도록 설계된다.
본 발명의 바람직한 설계로서, 도 3 내지 도 10을 참조하면, 상기 신선 공기부(1)는 2 방향 정전 필터(2), 고효율 입자 필터(5) 및 화학 필터(6)와 같은 세가지 유형의 필터들을 포함한다. 필터링이 요구되는 오염원들의 가스 형상에 기초하여, 상기 필터들은 심하게 흡착 영역을 차단하지 않고 접착에 적합한 과립의 크기를 갖는 활성탄, 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 제올라이트, 탄산수소나트륨 등과 같은 몇 개의 화합물의 혼합으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 설계로서, 상기 신선 공기부(1)는 입자 및 가스 오염원들을 정화하기 위한 고효율 필터(5) 및 화학 필터(6)를 포함한다. 상기 입자 필터 시트와 화학 필터 시트는 인접한 위치에서 함께 고정된다. 상기 필터들은 롤링되거나 또는 평판 형상(15, plate form)이다. 입자 필터 매체(Particle filter media)는 도전성, 반도전성, 비도전성 또는 이들의 조합이다. 필터 필름 층들 사이에는 간극을 유지하기 위하여, 상기 필터들은 사이에 동일한 크기와 거리로 체계적으로 필터 필름상에 형성된 다수의 돌출부(16, protrusions)를 갖는다. 이는 필터 매체 내부에 먼지 입자의 균일한 분포와 필터의 전 표면의 높은 부하 용량을 갖도록 한다.
탄소층(carbon bed)의 폭의 필요에 따라서, 과립들이 필요한 양으로 혼합되어서 접착제를 형성하며, 이 과정은 가열 (시간 및 온도)에 기초한다. 적정 온도와 시간으로 가열한 후에는, 활성탄 과립은 저압에서 필요한 형상으로 변환되며, 따라서 공기 정화기 내에서 필요한 형상, 크기 및 위치에서 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 사용되는 필터는 접지 프레임(9, grounded frames) 및 집진부 매체(collection section media)에 고정되는 브러시형 탄소 섬유(8)로부터 코로나 방전을 갖는 적어도 2-단계 정전 필터(2)이며, 이는 도전성, 반도전성, 비도전성 또는 이들의 결합이다. 본 발명은 정상적인 가정에서 신선 공기 배치에서 사용할 때에는 5-10 kV 코로나 방전을 사용하며, 기계적 환기 건물 공조기에서 사용할 때에는 7-40 kV 코로나 방전을 사용한다. 필터를 통해 흐르는 충전 공기는 집진부에 도달하기 전에 적어도 1kV 이다. 이는 초미세 및 미세 입자에 의하여 완전히 덮여있음에도, 집진 필터 필름에 높은 전기장을 제공한다. 이는 또한 여과재(filter media) 내부에서 공기 속도가 증가하더라도 높은 여과 효율을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 개방 설치면(open installation surface)은 공기 인입구(10, air inlet)에 고정되며, 벽(4) 또는 창(11) 및 그 프레임(12, frame) 또는 다른 표면과 그 구조로 고정되는데, 본 발명의 하우징 크기를 표시하는 것으로 한정되지 않는다. 상기 개방 설치면은 설치를 위한 추가적인 장치없이 벽(4) 또는 다른 구조들의 두께에 맞도록 설계된다.
본 발명은 신선 공기를 실외에서 실내로 가져오는 동안에 벽(4) 또는 창(11)에 고정되는 건물의 기존 파이프(들)을 사용한다. 이는 외부로부터 신선 공기의 계속적인 흐름을 제공하며, 따라서 사람들을 일산화탄소 중독에 대하여 보호한다. 또한, 분할 에어컨 장치를 위하여 설치된 기존의 액체 파이프를 사용한다. 이러한 파이프들은 절연 파이프/호스와 같이 다른 구성요소가 부분적으로 채워져 있더라도 사용될 수 있다. 이는 건물에 새로운 구멍을 만들지 않고서·도 본 발명을 쉽게 설치하는 것을 제공한다. 본 발명은 외부 소음이 실내로 접근하는 것을 막는 활성 소음 절연 장치(13,active noise insulation unit)로서 작용한 설계이다.
이점들(Advantages):
·신선 공기 및 재순환 공기 여과는 건물 내부에 존재하는 포름알데히드를 희석하는 효율적인 해결책이다.
·상기 필터들은 낮은 압력 강하와 고효율 화학 필터로 신선 공기 또는 재-순환 공기로부터 오존을 효율적으로 여과한다.
·본 발명은 신선 공기 인입구로 통하여 내부로 들어오는 NO2를 방지하며, 재-순환 공기를 통하여 여과하는 효율적인 입자 및 화학 필터를 구비한다.
·본 발명은 신선 공기 인입구로 통하여 내부로 들어오는 SO2를 방지하는 화학 필터를 구비하며, 따라서 이는 재-순환 공기로부터 SO2를 여과한다.
·상기 발명은 낮은 압력 강하와 고효율 화학 필터로 신선 및 재-순환 공기로부터 휘발성 유기화합물(VOC)을 효율적으로 여과한다.
·상기 발명은 낮은 압력 강하와 고효율의 환경 친화적인 생분해성 일회용 필터로 신선 및 재-순환 공기로부터 입자상 물질들을 효율적으로 여과한다.
·본 발명은 작은 개구부를 제공하여 외부로부터 소음을 감소하도록 설계된다.
·상기 발명은 자연식 및 기계식 환기 건물에서 사용될 수 있다.
비록 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만. 이 설명은 한정적인 의미로서 해석되는 것을 의미하는 것은 아니다. 개시된 실시예들의 다양한 교환뿐만 아니라, 다른 실시예들은 당업자에게는 명백할 것이다. 따라서, 첨부된 청구항은 본 발명의 진정한 범위 내에 있는 모든 변형을 포함하는 것으로 해석된다.
1: 신선 공기부 2: 2 단계 정전 필터
4: 벽 5: 고효율 입자 필터
6: 화학 필터 7: 팬
8: 브러시형 탄소 섬유 9: 접지 프레임
10: 공기 인입구 11: 창
12: 프레임 14: 저압 일방향 고무 밸브
16: 돌출부

Claims (11)

  1. 신선 공기부(fresh air unit)를 포함하며,
    상기 신선 공기부는,
    적어도 하나의 하우징부;
    적어도 하나의 고효율 입자 필터;
    적어도 하나의 화학 필터;
    다수의 돌출부(protrusions);
    입자 필터 매체(particle filter media);
    적어도 하나의 2-단계 정전 필터(two-stage electrostatic filters);
    하나 이상의 브러시형 탄소 섬유(brush type carbon fiber);
    하나 이상의 접지 프레임(grounded frames);
    적어도 하나의 신선 공기 인입구(fresh air inlet);
    적어도 하나의 저압 일방향 고무 밸브(low pressure one way rubber valve);
    하나 이상의 저소음 팬(low noise fans)를 포함하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입자 필터는 롤링된 형상 또는 평판 형상인 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입자 필터 매체는 도전성, 반도전성(medium conductive), 비도전성 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 필터 필름상에 형성된 다수의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 화학 필터는 과립 크기를 갖는 활성탄, 첨착 활성탄(impregnated activated carbon), 제올라이트, 탄산 수소나트륨 중에서 선택된 어느 하나로 구성된 혼합물로서, 흡착 영역을 차단하지 않으며 접착하기 적합한 것임을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2-단계 정전 필터는 접지 프레임과 집진부 매체(collection section media) 내부에 설치되는 브러시형 탄소 섬유로부터 코로나 방전을 포함하는 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 집진부는 도전성, 반도전성, 비도전성 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저압력 일방향 고무 공기 밸브는 상기 하우징에 대하여 측면으로 트위스트되어 있으며, 상기 공기 밸브는 신선 공기부 내부로 열려져서 신선공기부 내부의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고무는 할로겐화 부틸 고무(halogenated butyl rubber) 또는 EDPM 고무로부터 선택되는 불투과성 물질인 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 저소음 팬은 회전 속도, 공기량, 압력 차이에 기초하여 선택되어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 입자 필터 및 화학 필터는 환경 친화적인 생분해성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 생분해성 필터를 이용한 신선 공기 정화 장치.
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