KR20200137668A

KR20200137668A - 에어 필터 팩 및 그를 포함하는 에어 필터

Info

Publication number: KR20200137668A
Application number: KR1020190064407A
Authority: KR
Inventors: 이정기; 최철준; 곽남수; 차인표
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2020-12-09

Abstract

본 발명은 에어 필터 팩 및 그를 포함하는 에어 필터에 관한 것으로, 주름진 나노섬유 시트가 형상을 유지할 수 있도록 강성을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 에어 필터 팩은 나노섬유 원판을 주름지게 접음으로써 형성되는 주름선으로 연결된 복수의 필터벽을 구비하는 주름지게 형성된 나노섬유 시트와, 복수의 필터벽에 각각 형성되며, 주름선에 어긋난 방향으로 길게 형성되고, 주름선 방향으로 일정 간격으로 형성된 요철부를 포함한다.

Description

에어 필터 팩 및 그를 포함하는 에어 필터{Air filter pack and air filter comprising the same}

본 발명은 에어 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주름진 나노섬유 시트가 형상을 유지할 수 있도록 강성을 제공하는 에어 필터 팩 및 그를 포함하는 에어 필터에 관한 것이다.

에어 필터는 공기 중의 먼지나 오염 물질을 제거하기 위한 용도로 사용된다. 이러한 에어 필터는 주름진 형태의 에어 필터 팩을 포함한다. 에어 필터 팩의 소재로는 멜트-블로운 부직포(melt-brown non-woven fibers), 나노섬유 시트가 사용되고 있다. 멜트-블로운 부직포는 기공의 크기가 약 1000nm이고 공극율이 25% 이하이기 때문에, 미세 먼지를 정화하는 데 사용될 수 있다. 나노섬유 시트는 기공의 크기가 약 100nm이고 공극율이 62.5% 이상이기 때문에, 초미세 먼지까지 안정적으로 정화할 수 있다.

에어 필터는 주름진 형태의 에어 필터 팩의 구조적인 강성을 높이면서 변형을 억제하기 위해서, 주름진 방향에 수직한 방향으로 열가소성 수지를 일정 간격으로 도포하여 핫 멜트부를 형성한다.

하지만 핫 멜트부를 형성하는 열가소성 수지는 공기를 정화하는 과정에서 오히려 공기를 오염시키는 오염원으로 작용할 수 있다. 핫 멜트부를 형성하기 위해서는 액상의 열가소성 수지의 도포, 건조하는 공정이 필요하기 때문에, 에어 필터의 제조 시간이 길어지고 제조 비용이 상승하는 문제가 발생한다. 또한 핫 멜트부로 인해서 에어 필터의 중량이 증가하는 문제가 발생한다.

등록특허공보 제10-1041774호 (2011.06.17. 공고)

따라서 본 발명의 목적은 핫 멜트부를 형성하지 않더라도 주름진 나노섬유 시트가 형상을 유지할 수 있도록 강성을 제공하는 에어 필터 팩 및 그를 포함하는 에어 필터를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나노섬유 원판을 주름지게 접음으로써 형성되는 주름선으로 연결된 복수의 필터벽을 구비하는 주름지게 형성된 나노섬유 시트; 및 상기 복수의 필터벽에 각각 형성되며, 상기 주름선에 어긋난 방향으로 길게 형성되고, 상기 주름선 방향으로 일정 간격으로 형성된 요철부;를 포함하는 에어 필터용 에어 필터 팩을 제공한다.

상기 요철부는 상기 주름선에 수직한 방향으로 형성될 수 있다.

상기 요철부는 상기 나노섬유 원판의 양면 압착을 통하여 상기 나노섬유 원판을 굴곡지게 변형하여 형성할 수 있다.

상기 요철부는 요부와 철부를 포함하고, 상기 주름선 방향으로 일정 간격으로 상기 요부와 철부가 교대로 형성될 수 있다.

상기 필터벽의 상부면으로 돌출된 철부는 상기 필터벽의 하부면에서는 요부이다.

상기 요철부의 깊이 또는 높이는 상기 요철부의 폭보다는 좁게 형성될 수 있다.

상기 요부와 철부 간의 간격은 상기 요철부의 길이 보다는 짧게 형성될 수 있다.

상기 요부는 슬롯(slot)으로 형성될 수 있다.

그리고 본 발명은 중심에 공간부가 형성된 격자 프레임; 및 상기 격자 프레임의 공간부에 형성된 상기 에어 필터 팩;을 포함하는 에어 필터를 제공한다.

본 발명에 따른 에어 필터 팩은 주름진 나노섬유 시트에 주름선에 어긋난 방향으로 길게 요철부를 필터벽에 형성함으로써, 주름진 나노섬유 시트가 형상을 유지할 수 있도록 강성을 제공할 수 있다.

이와 같이 주름진 나노섬유 시트에 형성된 요철부는 기존의 핫 멜트부를 대신할 수 있기 때문에, 본 발명에 따른 에어 필터 팩은 별도의 핫 멜트부를 형성할 필요가 없다. 이로 인해 본 발명은 기존의 핫 멜트부로 인한 문제를 해소한 에어 필터 팩 및 에어 필터를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어 필터 팩을 포함하는 에어 필터를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 에어 필터를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 1의 주름지기 전 에어 필터 팩을 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다.
도 5는 도 3의 주름진 에어 필터 팩을 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주름지기 전 에어 필터 팩을 보여주는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 실시예 따른 에어 필터 팩에 형성되는 요철부를 보여주는 평면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 에어 필터 팩을 포함하는 에어 필터를 보여주는 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 에어 필터를 보여주는 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 에어 필터(100)는 중심에 공간부(11)가 형성된 격자 프레임(10)과, 격자 프레임(10)의 공간부(11)에 형성된 에어 필터 팩(20)을 포함한다. 여기서 에어 필터 팩(20)은 나노섬유 시트(21)와 요철부(31)를 포함한다.

여기서 격자 프레임(10)은 사각틀 형상을 가지며, 중심의 공간부(11)에 나노섬유 시트(21)가 형성된다. 격자 프레임(10)의 소재로는 펄프, 나노섬유 원판, 부직포, 고무, 플리스틱 소재가 사용될 수 있다.

그리고 에어 필터 팩(20)은 기계식으로 공기를 여과한다. 이러한 에어 필터 팩(20)은 나노섬유 시트(21)와 요철부(31)를 포함한다. 나노섬유 시트(21)는 나노섬유 원판을 주름지게 접음으로써 형성되는 주름선(29)으로 연결된 복수의 필터벽(27)을 구비한다. 그리고 요철부(31)는 복수의 필터벽(27)에 각각 형성되며, 주름선(29)에 어긋난 방향으로 길게 형성되고, 주름선(29) 방향으로 일정 간격으로 형성된다. 여기서 주름지게 형성한 나노섬유 원판을 나노섬유 시트(21)라 한다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 에어 필터(100)는 주름선(29)에 어긋난 방향으로 길게 요철부(31)를 필터벽(27)에 형성함으로써, 주름진 나노섬유 시트(21)가 형상을 유지할 수 있도록 강성을 제공할 수 있다. 즉 주름선(29)에 어긋난 방향으로 형성된 요철부(31)는 주름선(29)을 지지하는 지지대의 역할을 하기 때문에, 공기를 여과하는 과정에서 나노섬유 시트(21)의 면으로 작용하는 유속에 의해 나노섬유 시트(21)가 유속이 작용하는 방향으로 변형되는 것을 억제할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 에어 필터(100)는 안정적인 공기 여과 기능을 유지할 수 있다.

따라서 나노섬유 시트(21)에 형성된 요철부(31)는 기존의 핫 멜트부를 대신할 수 있기 때문에, 제1 실시예에 따른 에어 필터 팩(20)은 별도의 핫 멜트부를 형성할 필요가 없다. 이로 인해 기존의 핫 멜트부로 인한 문제를 해소한 제1 실시예에 따른 에어 필터 팩(20) 및 에어 필터(100)를 제공할 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 에어 필터 팩(20)에 대해서 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3은 도 1의 주름지기 전 에어 필터 팩(20)을 보여주는 평면도이다. 도 4는 도 3의 4-4선 단면도이다. 그리고 도 5는 도 3의 주름진 에어 필터 팩(20)을 보여주는 사시도이다.

나노섬유 시트(21)는 평판 형태의 나노섬유 원판을 주름지게 접어서 제조한다. 이러한 나노섬유 시트(21)는 주름선(29)으로 연결된 복수의 필터벽(27)을 구비한다. 요철부(31)가 복수의 필터벽(27)에 형성된다.

나노섬유 시트(21)는 다음과 같이 제조될 수 있다. 먼저 전기방사공법을 사용하여 제조되는 나노섬유로 나노섬유 원판을 제조한다. 나노섬유의 소재로는 PES(polyether sulfone)가 사용될 수 있다.

다음으로 나노섬유 원판에 일정 간격으로 압착 툴로 눌러서 주름선(29)을 형성한다. 주름선(29) 사이의 영역이 필터벽(27)으로 사용된다.

이어서 필터벽(27)에 요철부(31)를 형성할 수 있는 롤 형태의 양면 압착 툴로 양면 압착을 통해서 나노섬유 원판을 굴곡지게 형성하여 복수의 필터벽(27)에 각각 요철부(31)를 형성한다. 이때 양면 압착 툴은 서로 맞물리는 한 쌍의 압착 롤을 포함한다. 나노섬유 원판이 한 쌍의 압착 롤을 통과하면서 요철부(31)가 나노섬유 원판에 형성된다.

그리고 나노섬유 원판을 제조한 에어 필터 팩(20)의 크기로 절단한 이후에, 절단한 나노섬유 원판을 주름선(29)을 따라서 주름지게 접음으로써, 제1 실시예에 따른 에어 필터 팩(20)을 제조할 수 있다.

이때 주름선(29)을 형성하는 공정과 요철부(31)를 형성하는 공정을 인라인으로 순차적으로 진행할 수 있다. 주름선(29)을 형성하는 공정과 요철부(31)를 형성하는 공정의 순서를 바꾸어 진행할 수 있다. 또는 양면 압착 툴에 주름선(29)과 요철부(31)를 형성할 수 있는 돌기가 형성되어 있다면, 주름선(29)과 요철부(31)를 형성하는 공정을 함께 진행할 수도 있다.

요철부(31)는 나노섬유 시트(21)를 안정적으로 지지할 수 있도록 주름선(29)에 수직한 방향으로 형성하는 것이 바람직하다.

요철부(31)는 요부(33)와 철부(35)를 포함하고, 주름선(29) 방향으로 일정 간격으로 요부(33)와 철부(35)가 교대로 형성된다. 예컨대 주름진 방향이 Y축이고, 주름선(29)이 X축 방향으로 형성될 때, 요철부(31)는 Y축 방향으로 길게 형성되고, 요부(33)와 철부(35)가 교대로 X축 방향으로 필터벽(27)에 형성된다.

요철부(31)는 나노섬유 원판을 굴곡지게 변형하여 형성하기 때문에, 필터벽(27)의 상부면(25)으로 돌출된 철부(35)는 필터벽(27)의 하부면(23)에서는 요부(33)에 해당된다. 반대로 필터벽(27)의 하부면(23)으로 돌출된 철부(35)는 필터벽(27)의 상부면(25)에서는 요부(33)에 해당된다.

요철부(31)가 나노섬유 시트(21)를 보다 안정적으로 지지할 수 있도록 다음과 같은 형상을 가질 수 있다. 요철부(31)는 X축 방향의 폭(b) 보다 Y축 방향의 길이(a)가 길게 형성된다. 요철부(31)의 깊이 또는 높이(d)는 폭(b) 보다는 좁게 형성된다. 요부(33)와 철부(35) 간의 간격(c)은 요철부(31)의 길이(a) 보다는 짧게 형성된다. 예컨대 필터벽(27)의 Y축 방향의 길이가 20 내지 40mm일 때, 요철부(31)는 폭(b)이 4 내지 8mm, 길이(a)가 10 내지 25mm, 간격(c)이 5 내지 15mm, 깊이 또는 높이(d)가 1 내지 2mm 일 수 있다.

복수의 필터벽(27)에 형성된 요철부(31)는 Y축 방향으로 동일한 요철부(31)가 형성될 수 있다. 예컨대 나노섬유 시트(21)를 펼쳤을 때, 요철부(31)는 M×N 행렬로 형성될 수 있다. 같은 행에는 요부(33)와 철부(35)가 교대로 형성되고, 동일 열에는 요부(33)와 철부(35) 중에 하나가 형성된다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 에어 필터에 집진효율 및 압력손실에 대한 성능시험 결과는 아래의 표1 내지 표3과 같다. 여기서 표1은 시험 조건 및 시험체 정보를 나타낸다. 표2 및 표3은 시험결과로서, 표2는 압력손실을 나타내고 표3은 최소제거효율(집진효율)을 나타낸다. 표2의 시험 방법은 "DIN EN 1822-5:2011"이다. 본 성능시험은 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰하여 진행하였으며, 시험기간은 2018년 11월 05일부터 2018년 12월 06일까지이다.

표1 내지 표3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 에어 필터의 0.3㎛ 시험입자 기준으로 집진효율 및 압력손실에 대한 성능시험 결과는 집진효율이 99.71.%, 압력손실이 3.86mmAq로 산출되었다. 즉 요철부가 형성되지 않은 에어 필터와 비교하여, 제1 실시예에 따른 에어 필터는 집진효율이 0.42% 향상되었고, 압력손실이 65.09% 감소하였다.

한편 제1 실시예에서는 동일 열에는 동일한 요부(33)와 철부(35) 중에 하나가 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 동일 열에 요부(33)와 철부(35)가 교대로 형성될 수도 있다.

[제2 실시예]

한편 제1 실시예에서는 요철부(31)가 주름선(29)에 수직한 방향으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 6에 도시된 바와 같이, 요철부(131)는 주름선(129)에 경사지게 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 주름지기 전 에어 필터 팩(20)을 보여주는 평면도이다.

도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 에어 필터 팩(120)은 주름선(129)에 경사지게 필터벽(127)에 형성된 요철부(131)를 포함한다.

요철부(131)와 주름선(129)이 이루는 각도(θ)는 60도 이상일 수 있다. 60도 이하인 경우는 요철부(131)로 인한 주름진 에어 필터 팩(120)을 지지하는 효과가 떨어질 수 있기 때문이다.

이와 같은 본 실시예에 따른 요철부(31)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도 7은 본 발명에 실시예 따른 에어 필터 팩(20)에 형성되는 요부(33,34)를 보여주는 평면도이다.

도 7을 참조하면, 요부(33)는 슬롯 형태로 형성된다. 즉 도 7(a)와 같이 요부(33)는 직선 형태로 길게 형성될 수 있다. 도 7(b)와 같이 요부(34)는 타원 형태로 길게 형성될 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 격자 프레임
11 : 공간부
20, 120 : 에어 필터 팩
21 : 나노섬유 시트
23 : 하부면
25 : 상부면
27, 127 : 필터벽
29, 129 : 주름선
31, 131 : 요철부
33, 34 : 요부
35 : 철부
100 : 에어 필터

Claims

나노섬유 원판을 주름지게 접음으로써 형성되는 주름선으로 연결된 복수의 필터벽을 구비하는 주름지게 형성된 나노섬유 시트; 및
상기 복수의 필터벽에 각각 형성되며, 상기 주름선에 어긋난 방향으로 길게 형성되고, 상기 주름선 방향으로 일정 간격으로 형성된 요철부;
를 포함하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
제1항에 있어서,
상기 요철부는 상기 주름선에 수직한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
제2항에 있어서,
상기 요철부는 상기 나노섬유 원판의 양면 압착을 통하여 상기 나노섬유 원판을 굴곡지게 변형하여 형성한 것을 특징으로 하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
제3항에 있어서,
상기 요철부는 요부와 철부를 포함하고, 상기 주름선 방향으로 일정 간격으로 상기 요부와 철부가 교대로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
제4항에 있어서,
상기 필터벽의 상부면으로 돌출된 철부는 상기 필터벽의 하부면에서는 요부인 것을 특징으로 하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
제5항에 있어서,
상기 요철부의 깊이 또는 높이는 상기 요철부의 폭보다는 좁게 형성되고, 상기 요부와 철부 간의 간격은 상기 요철부의 길이 보다는 짧은 것을 특징으로 하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
제6항에 있어서,
상기 요부는 슬롯(slot)으로 형성되는 특징으로 하는 에어 필터용 에어 필터 팩.
중심에 공간부가 형성된 격자 프레임; 및
상기 격자 프레임의 공간부에 형성된 에어 필터 팩;을 포함하고,
상기 에어 필터 팩은,
주름지게 접음으로써 형성되는 주름선으로 연결된 복수의 필터벽을 구비하는 주름지게 형성된 나노섬유 시트; 및
상기 복수의 필터벽에 각각 형성되며, 상기 주름선에 어긋난 방향으로 길게 형성되고, 상기 주름선 방향으로 일정 간격으로 형성된 요철부;
를 포함하는 에어 필터.