KR20210024589A - 유체 여과 시스템 및 사용 방법 - Google Patents

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Abstract

프레임에 연결된 포획층 및 반응층을 포함하는, 하나 또는 그 이상의 층을 포함하는 유체 여과 시스템. 오염물 흡수 단계, 오염물 포획 단계, 및 오염물 분해 단계를 포함하는 유체 여과 방법.

Description

유체 여과 시스템 및 사용 방법
본 출원은 2018년 7월 26일에 출원된 미국 가특허출원 제62/703,808호 및 2018년 12월 19일에 출원된 미국 가특허출원 제62/782,072호의 이익을 청구하며, 이들 각각은 여기에 그 전체가 참조 인용되었다.
본 발명은 일반적으로 유체 여과 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유체 여과 분야에서의 신규하고 유용한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
공기 여과 시스템은 공기 품질을 개선하기 위해, 미립자, 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds)(VOCs), 및 부유 세균(bioaerosol)과 같은 공기 중의 오염물을 환경으로부터 제거하는 데 사용될 수 있다. 전형적인 여과 시스템은, 원하는 수준의 오염물 포집 효율을 유지하고 또한 매질이 이전에 포집된 오염물로부터 가스를 배출하는 것을 방지하기 위해, 비교적 짧은 기간 사용 후 교체 및/또는 재생을 요구하는 공기 필터 매질을 사용한다. 예를 들어, 기체형 오염물이 활성탄의 흡착 부위를 점점 더 많이 채우고 및/또는 상기 필터 매질로부터 탈착됨에 따라, 많은 공기 정화 시스템에서 발견되는 활성탄(activated media) 매질은 포화 또는 주변 조건(예를 들어, 온도, 상대 습도, 등)의 변화에 따라 VOCs 의 원인이 될 수 있다. 일단 활성탄 층이 포화되었다면, 필터는 더 이상 오염물을 효율적으로 포획할 수 없다. 실제로, 흡착 부위에 대해 더 높은 친화성을 갖는 화학물은 친화성이 낮은 화학물을 대체할 수 있으며, 흡수제(sorbent)에 대해 주어진 화학물의 친화성은 온도 및 상대 습도와 같은 주변 조건에 크게 의존한다. 따라서 조건이 변함에 따라, 상이한 화학물이 필터로부터 방출될 수 있다. 통상적인 여과 시스템은 오염물의 타입에 따라 다양한 성능을 가질 수도 있으며, 여기서 필터는 그 화학적 특성 및/또는 기타 특성에 따라 다양한 타입의 오염물을 다양한 효율성으로 선택적으로 흡착, 분해, 또는 포획한다. 통상적인 여과 시스템에서의 이러한 불일치 및 결함은 사용자의 건강상 위험, 용납 불가능할 정도로 높은 대기 오염물 수준, 예측 불가능한 오염물 제거 성능, 및 기타 문제로 나타날 수 있다.
따라서 유체 여과 분야에서는 신규하고 유용한 유체 여과 시스템 및 방법이 요망되고 있다. 본 발명은 이러한 신규하고 유용한 유체 여과 시스템 및 방법을 제공한다.
도 1은 유체 여과 시스템의 변형예의 개략도이다.
도 2는 본 방법의 변형예의 개략도이다.
도 3은 제조 방법의 변형예의 개략도이다.
도 4는 필터 매질의 변형예가 통합된 관련의 예시적인 유체 여과 시스템의 일부의 사시도이다.
도 5는 필터 매질의 변형예가 통합된 관련의 예시적인 유체 여과 시스템의 일부의 사시도이다.
도 6은 필터 매질의 예의 횡단면도이다.
도 7a, 7b, 및 7c는 각각 필터 매질의 제1 예의 개략도, 필터 매질의 제2 예의 개략도, 및 필터 매질의 제3 예의 횡단면도이다.
도 8은 필터 매질의 층의 다수의 변형예에 대한 분해 성능의 비교도이다.
도 9는 흡수제층의 일부의 변형예에 따라 활성탄을 포함하는 변형예에서 오염물을 흡수하는 실시예의 예시이다.
도 10은 필터 매질의 예의 횡단면도이다.
도 11은 필터 매질의 변형예가 통합된 관련의 예시적인 유체 여과 시스템의 일부의 사시도이다.
도 12는 반응층의 일부의 변형예에 따라 광촉매를 포함하는 변형예에서 오염물을 분해하는 실시예의 예시이다.
도 13a 및 13b는 각각 필터의 예시적인 예 및 상기 예의 개략적인 사시도이다.
도 14 및 15는 각각 유체 여과 시스템의 변형예의 등각투영도 및 분해도이다.
본 발명의 바람직한 실시예의 이하의 설명은 본 발명을 이들 바람직한 실시예로 제한하려는 것이 아니라, 오히려 본 기술분야의 숙련자가 본 발명을 제조 및 사용할 수 있게 하기 위한 것이다.
1. 개요.
도 1에 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 다수의 필터층 및 하나 또는 그 이상의 프레임을 포함할 수 있는 필터 매질을 포함할 수 있다. 상기 다수의 필터층은 하나 또는 그 이상의 반응층 및/또는 하나 또는 그 이상의 포획층(trapping layer)을 포함할 수 있다. 상기 시스템(100)은 하나 또는 그 이상의 지지층, 추가적인 또는 대안적인 필터층, 유체 가이드(fluid guide), 및/또는 유체 정화를 촉진시키기 위한 임의의 다른 적절한 메커니즘 및/또는 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 시스템은 공기 스트림으로부터 공기 중의 오염물(190)을 제거하도록 바람직하게 기능한다. 오염물(190)은 휘발성 유기 화합물(VOCs); 생물학적 오염물[예를 들어, 박테리아, 바이러스, 곰팡이 포자(mold spore), 곰팡이, 등]; 검댕 입자(soot particle), 먼지, 연기, 소정의 임계값(예를 들어, 0.3 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛, 10 ㎛, 등)보다 더 큰 입자와 같은 입자상 물질(particulate matter); 질소 산화물(예를 들어, NO, NOx, 등), 황산화물(예를 들어, SO2, SO3, SOx, 등), 일산화탄소, 염화물, 암모니아(예를 들어, NH3), 등과 같은 오염물; 휘발성 무기 화합물; 비듬(dander), 꽃가루(pollen), 등과 같은 알레르기 유발 항원(allergen); 및/또는 실내 및/또는 실외 공기 흐름에서 발견될 수 있는 임의의 다른 오염물을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 단일층(single-layer) 및/또는 비 혼성(non-hybridized) 여과 시스템에 대해 유체 여과의 효율성을 개선시키도록 기능할 수도 있다. 상기 시스템은 기존의 공기 흐름 시스템(예를 들어, HVAC 덕트, 차량 환기 시스템, 자립형 공기 청정기, 등)에 통합되도록 기능할 수도 있다. 그러나 상기 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로, 수성 유체 스트림, 오일 유체 스트림, 또는 다른 유체 스트림을 여과하는 데 사용될 수 있고 및/또는 임의의 다른 적절한 기능을 가질 수 있다.
상기 유체 여과 시스템의 제1 변형예에 있어서, 상기 필터 매질은 단일의 연속적인 프레임에 장착될 수 있다. 유체 여과 시스템의 제2 변형예에 있어서, 다수의 여과층의 각각은 하나 또는 그 이상의 별개의 프레임(들)에 장착될 수 있다(예를 들어, 서로 구별되고, 여과 메커니즘 또는 공기 청정기, 등과 구별된다). 상기 유체 여과 시스템의 제3 변형예에 있어서, 상기 필터 매질은 필터층의 각각의 기능성을 갖는 단일층(예를 들어, 반응층과 포획층 모두로서 기능하는 단일층)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 유체 여과 방법(S200)은 유체 스트림(예를 들어, 유체 흐름, 유체 흐름 경로, 유체 경로, 등)으로부터 하나 또는 그 이상의 오염물(190)을 제거하도록 바람직하게 기능한다. 상기 방법은 오염물을 흡수하는 단계, 오염물을 포획하는 단계, 오염물을 분해하는 단계, 및/또는 오염물을 달리 프로세싱 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 분해 부산물을 포집하는 단계 및/또는 임의의 다른 적절한 단계 및/또는 프로세스를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 방법은 유체 여과 시스템에 의해 수행될 수 있지만; 그러나 상기 방법은 임의의 적절한 시스템에 의해 수행될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 필터 매질의 제조 방법(S300)은 필터층에 재료를 도포하는 단계(S320), 다수의 필터층을 상기 필터 매질에 조합하는 단계(S350), 및 상기 필터 매질에 구조적 형태를 부여하는 단계(S370)를 포함할 수 있다. 상기 제조 방법은 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 다른 적절한 단계 및/또는 하위 프로세스를 포함할 수 있다.
상기 제조 방법(S300)은 실질적으로 기재된 바와 같은 유체 여과 시스템(100)을 제공하도록 바람직하게 기능한다. 상기 제조 방법(S300)은 추가적으로 또는 대안적으로, 여기에 기재된 바와 같은 유체 여과 시스템의 적어도 일부를 제조하는 것과 관련하여 임의의 다른 적절한 기능을 가질 수 있다.
2. 이점.
기술의 변형예는 여러 가지 이점 및/또는 이익을 부여할 수 있다.
첫째로, 기술의 변형예는 사용되는 광촉매 재료의 양(예를 들어, 농도, 총량, 등)을 증가시키지 않고서도, 광촉매를 포함하는 필터의 오염물 분해 효율을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 변형예는 (예를 들어, 광촉매 나노 입자로 코팅된) 반응층 및 포획층을 포함하는 필터 매질을 포함할 수 있으므로, 상기 필터 매질은 전체적으로 단독으로 동작하는 단일의 광촉매층(photocatalytic layer)에 도포되는 바와 동일한 양의 광촉매 재료를 포함한다. 다중 층을 구비한 필터 매질은 (예를 들어, 필터 조립체에서 오염물의 체류 시간을 증가시킴으로써) 상기 단일의 광촉매층에 비해 개선된 분해 효율을 나타내고, 또한 (예를 들어, 오염물 및/또는 미립자를 물리적으로 여과함으로써) 개선된 미립자 제거 효율을 나타낼 수도 있다. 광촉매 재료의 임의의 증가 없이 더 높은 분해 효율이 달성되기 때문에, 이러한 성능은 독특하고 예상할 수 없는 것이다.
둘째로, 기술의 변형예는 선택성을 나타내고 및/또는 특정 오염물(예를 들어, 화학적 화합물)에 대한 조정을 필요로 할 수 있는 통상적인 여과 시스템 및 방법론에 비해, 오염물의 광범위한 선택적 분해, 더 적은 선택적 분해, 비 선택적 분해를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기술의 이러한 변형예는 조건, 관능기(functional group)의 타입, 및/또는 화학적 동일성(chemical identity)에 관계없이 다양한 VOCs 를 흡착 및 파괴할 수 있다.
셋째로, 기술의 변형예는 필터가 교체될 것을 요구하는 횟수를 줄임으로써 최종-사용자 비용을 절감할 수 있다. 통상적인 여과 시스템에서는, 포화된 필터(예를 들어, 포화된 흡착 필터, 포화된 탄소 필터, 등)를 교체하는 것이 불편할 수 있고 비용이 많이 소요될 수 있다. 필터가 실질적으로 포화되었음을 검출 가능한 징후가 없는 경우가 자주 있기 때문에, 이러한 통상적인 필터가 교체되어야 하는 시기를 결정하는 것이 어려울 수도 있어서, 교체되어야만 하는 필터를 사용하게 되고, 또한 사용할 수 있는 필터를 교체하게 된다. 기술의 변형예는 통상적인 여과 시스템의 이러한 결함들을 해결하기 위해, 다른 필터층 타입(예를 들어, 반응성 필터층, 포획 필터층, 등)과의 조합을 통해, 포화 가능한 필터의 수명을 연장할 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 포획층은 반응층에 도달하는 오염물의 양(예를 들어, 하루 중 특정 시간에 증가되는 오염물의 양)의 정점을 하루 중 다른 시간으로 재분배하고, 이에 따라 상기 반응층이 과부하를 받아 더 빨리 마모되는 것을 방지할 수 있다.
넷째로, 기술의 변형예는 이러한 오염물의 서브 세트(subset)를 제거하는 데 효과적인 많은 통상적인 개별 여과 시스템을 달리 요구할 수 있는 오염물의 세트를 제거할 수 있다. 예를 들어, 흡착 필터(예를 들어, 활성탄 필터)만으로는 전형적으로 공기로부터 많은 타입의 유기 화합물(예를 들어, VOCs)을 제거하는 데 효과적이지만, 그러나 미립자 오염(예를 들어, 먼지 및 꽃가루와 같은 알레르기 유발 항원, 공기 중의 알레르기 유발 항원 단백질 또는 다른 알레르기 유발 항원, 간접적인 연기 또는 산불 연기, PM 2.5 오염, PM 10 오염, 등)을 제거하는 데는 비교적 비효율적이다. 미립자 오염물을 포획 및/또는 분해하는 필터 매질과의 조합을 통해, 상기 기술의 변형예는 통상적인 여과 시스템의 이러한 결함들을 해결할 수 있다.
다섯째로, 기술의 변형예는 (예를 들어, 완전히 구성된 오염물을 포획하는 대신에 또는 포획과 함께) 오염물을 파괴함으로써(예를 들어, 분해함으로써, 산화함으로써, 환원함으로써, 침전함으로써, 제거함으로써), 공기 소독 및 정화를 가능하게 할 수 있다
여섯째로, 기술의 변형예는 (예를 들어, 필터 매질에서 오염물의 체류 시간을 증가시킴으로써, 반응층을 반응층의 분해 용량으로 또는 이 이하로 로딩함으로써, 등) 오염물이 완전히 분해되는 것을 보장할 수 있다. 예를 들어, 흡수제층(예를 들어, 활성탄)의 사용은, VOCs 가 필터 매질에서 소비되는 시간을 증가시킬 수 있다. 이런 증가된 시간은 VOCs 가 반응층(예를 들어, 광촉매층)과 상호작용하여 부산물로 부서질 더 많은 기회를 제공한다.
일곱째로, 기술의 변형예는 광원(예를 들어, 출력 전력, 조도, 등)을 변경하지 않고서도, 광촉매층에서 이용 가능한 광량을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 광원이 광촉매층 및 필터 매질을 향해 지향되었을 때, 및/또는 상기 광원이 반경방향으로 외향하여 지향되었을 때, 상기 광원이 필터 매질의 하류에(또는 말단에), 그리고 상기 광촉매층의 하류에(예를 들어, 인접하여) 배치되는 변형예에서는, 흡수되지 않은 광자를 광촉매층을 향해 재반사하도록 다른 층(예를 들어, 포획층, 지지층 등)이 적절히 배치될 수 있으며, 이에 따라 광원을 변화시키지 않고서도 상기 광촉매층에서 유효 광속(optical flux)을 증가시킬 수 있다.
여덟째로, 기술의 변형예는 필터 매질로부터 방출되는 광량을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 광원이 필터 매질의 하류에 배열되는 변형예에 있어서, 가장 멀리 있는 상류의 필터층은 광학적으로 불투명하도록[예를 들어, 광원 광자에; 가시성 광자에; 자외선 광자에; 근적외선 광자에; 도 11에 도시된 예에서 형광, 광 루미네선스(photoluminescence)와 같은 광 루미네선스에; 등] 구성될 수 있다. 이런 구성은 필터로부터 누출되는 광량을 감소시키며, 이는 사용자에게 훨씬 만족스러운 경험을 제공하며 그리고 사용자에게 더욱 안전하다.
아홉째로, 기술의 변형예는 하나의 층이 하나 또는 그 이상의 기능을 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 포획층은 흡수제로 코팅될 수 있으며, 이에 따라 동일한 층에서 입자 포획과 수착(收着)(sorption) 모두를 부여할 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 포획층은 광자에 반사될 수 있으며, 이에 따라 동일한 층에서 입자 포획과 광학 특성 모두를 부여할 수 있다.
열 번째로, 기술의 변형예는 유체 여과 시스템을 통한 유체 흐름을 제어하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 인접한 층에 대한 층 다공성 및/또는 층 배열[예를 들어, 분리 거리(separation distance)]은, 유체 여과 시스템을 통한 유체 흐름의 소용돌이(eddies), 비틀림(tortuosity), 및 기타 특성을 제어하도록 선택될 수 있다. 상기 유체 흐름은, 예를 들어 작동 유체를 끌어당기기 위해 더 낮은 층간 압력을 발생하도록 제어될 수 있다.
그러나 기술의 변형예는 임의의 다른 적절한 이점 및/또는 이익을 부여할 수 있다.
3. 시스템.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 유체 여과 시스템(100)은 다수의 필터층 및 하나 또는 그 이상의 프레임을 포함하는 필터 매질(101)을 포함할 수 있다. 상기 다수의 필터층은 하나 또는 그 이상의 반응층 및/또는 하나 또는 그 이상의 포획층을 포함할 수 있다. 상기 유체 여과 시스템(100)은 하나 또는 그 이상의 지지층, 추가적인 또는 대안적인 필터층, 및/또는 유체 정화를 촉진시키기 위한 임의의 다른 적절한 메커니즘 및/또는 구성요소를 선택적으로 포함할 수 있다.
상기 유체 여과 시스템은 공기 스트림으로부터 공기 중의 오염물(190)을 제거하도록 바람직하게 기능한다. 오염물(190)은 휘발성 유기 화합물(VOCs); 생물학적 오염물(예를 들어, 박테리아, 바이러스, 곰팡이 포자, 곰팡이 등); 검댕 입자, 먼지, 연기, 등과 같은 입자상 물질; 질소 산화물(예를 들어, NOx), 황산화물(예를 들어, SOx), 염화물, 암모니아(예를 들어, NH3), 등과 같은 오염물; 비듬, 꽃가루, 등과 같은 알레르기 유발 항원; 및/또는 실내 및/또는 실외 공기 흐름에서 발견될 수 있는 임의의 다른 오염물을 포함할 수 있다. 상기 시스템은 단일층 및/또는 비 혼성 여과 시스템에 비해 유체 여과의 효율성을 개선시키도록 기능할 수도 있다. 상기 시스템은 기존의 공기 흐름 시스템(예를 들어, HVAC 덕트, 차량 환기 시스템, 자립형 공기 청정기, 등)에 통합되도록 기능할 수도 있다. 그러나 상기 시스템은 추가적으로 또는 대안적으로, 수성 유체 스트림, 오일 유체 스트림, 또는 다른 유체 스트림을 여과하는 데 사용될 수 있고 및/또는 임의의 다른 적절한 기능을 가질 수 있다.
상기 유체 여과 시스템은 유체 흐름, 하나 또는 그 이상의 임펠러 모듈, 하나 또는 그 이상의 여기원(excitation source) 및/또는 지지 구조체를 포함할 수 있는 유체 흐름 시스템(예를 들어, 필터 시스템)에 바람직하게 결합되지만; 그러나 상기 유체 여과 시스템은 임의의 적절한 유체 흐름 및/또는 유체 흐름 시스템에 대안적으로 결합될 수 있다.
상기 유체 흐름은 (환형부를 통해, 필터 두께 등을 통해, 상기 유체 여과 시스템 표면에 대해 임의의 각도로, 반경방향으로 내향하여, 반경방향으로 외향하여, 상기 유체 여과 시스템 표면과 직교하여) 상기 유체 여과 시스템을 바람직하게 통과하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 유체 흐름은 실질적으로 유체 여과 시스템에 평행할 수 있다(예를 들어, 유체 여과 시스템 표면을 따른 흐름, 유체 여과 시스템의 중심에 평행, 유체 여과 시스템의 횡방향 축선에 평행, 유체 여과 시스템을 따라 임의의 방향으로 유체 여과 시스템의 길이방향 축선에 평행), 및/또는 달리 적절히 배향될 수 있다. 상기 유체는 유체 여과 시스템 내로 균일하게 바람직하게 흐르지만(예를 들어, 유체 흐름은 상기 유체 여과 시스템 표면을 따라 일정하거나 또는 동일하며, 압력 강하는 유체 여과 시스템 표면을 횡단하여 거의 동일하지만); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 유체 흐름은 이질적이고, 제어되지 않을 수 있고, 부분적으로 제어될 수 있고(예를 들어, 유체 여과 시스템의 서브 세트에 대해 균일하며), 및/또는 임의의 다른 적절한 흐름일 수 있다. 상기 유체 흐름은 배플, 소용돌이, 임펠러 모듈, 유체 여과 시스템 설계에 의해, 및/또는 유체 흐름 시스템 및/또는 유체 여과 시스템의 임의의 적절한 구성요소에 의해 제어될 수 있다.
상기 여기원은 유체 여과 시스템(예를 들어, 반응층)을 활성화시키도록 바람직하게 기능한다. 상기 여기원은 하나 또는 그 이상의 오염물(190)을 분해하도록 및/또는 임의의 다른 적절한 기능을 제공하도록 기능할 수 있다. 상기 여기원은 광원(예를 들어, 발광 다이오드, 레이저, 램프, 형광등, 등)이 바람직하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 여기원은 주변 광, 전원(예를 들어, 전원 공급부), 열원(heat source), 및/또는 임의의 적절한 여기원일 수 있다. 상기 여기원은 반응층[예를 들어, 광촉매층, 광전기화학적(photoelectrochemical layer) 층, 광전기화학적 산화(photoelectrochemical oxidation)(PECO) 층, 등]에 바로 인접하는 것이 바람직하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 여기원은 필터 매질(101)의 임의의 적절한 층에 바로 인접할 수 있다. 상기 여기원은 반응층을 향해 바람직하게 지향되지만, 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 또 다른 층[예를 들어, 광을 반응층으로 다시 반사하는 반사층, 여기 파장(excitation wavelength)에 반투명한 층, 등]을 향해 지향될 수 있다. 특정 변형예에 있어서, 유체 여과 시스템이 원통형 프로필을 가질 때, 상기 여기원은 유체 여과 시스템 내에 배치될 수 있지만[예를 들어, 유체 여과 시스템의 루멘(lumen) 내에서 유체 여과 시스템의 중심을 따라, 반경방향으로 내향하여 또는 유체 여과 시스템 내에 달리 배치될 수 있지만]; 그러나 상기 여기원은 추가적으로 또는 대안적으로, 유체 여과 시스템의 외측에서 유체 여과 시스템의 층들 사이에(예를 들어, 유체 여과 시스템의 반경방향으로 외향하여, 유체 여과 시스템을 둘러싸서, 등) 배치될 수 있으며, 및/또는 유체 여과 시스템에 대해 달리 적절히 위치된다.
특정 변형예에 있어서, 광원은 상기 광원에 근접한 유체 여과 시스템의 표면을 균일하게 조사하도록(예를 들어, 거의 동일한 전력으로, < 5%, < 10%, < 20% , 등의 전력 변동으로 유체 여과 시스템을 조사하도록) 바람직하게 배치된다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 광은 유체 여과 시스템의 패턴화된 조사를(예를 들어, 유체 여과 시스템의 영역은 더 크고 작은 광학적 영향을 수용할 수 있다), 불균일 조사를, 무작위 조사를, 일시적으로 변하는 조사를, 공간적으로-일시적으로 변하는 조사를, 및/또는 임의의 다른 적절한 조사를 제공하도록 배치될 수 있다. 상기 광원은 (예를 들어, 필터를 사용하여; 광원 재료에 기초하여; 온도, 에너지, 등과 같은 광원 작동 파라미터에 기초하여) UV-A, UV-B, 가시성 광 방사선(예를 들어, 280-700 ㎚ 범위의 파장 및/또는 그 서브 세트)을 방출하도록 바람직하게 구성될 수 있지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 광원은 UV-C(예를 들어, 100-280 ㎚), 근적외선(예를 들어, 700-1400 ㎚), 적외선(예를 들어, 700 ㎚ 내지 1 ㎜), 서브 세트 및/또는 파장 범위의 중첩 영역, 및/또는 임의의 적절한 파장을 방출하도록 바람직하게 구성될 수 있다.
상기 유체 여과 시스템은 유체 흐름 시스템의 폼 팩터(form factor)(예를 들어, 지지 구조체, 유체 흐름 경로, 유체 흐름 설계, 등)에 상보적인(예를 들어, 매칭되는, 동일한, 결합을 가능하게 하는, 등) 폼 팩터를 바람직하게 갖지만; 그러나 상기 유체 여과 시스템은 유체 흐름 시스템에 비상보적일 수 있고(예를 들어, 상이할 수 있고) 및/또는 임의의 적절한 폼 팩터를 가질 수 있다. 상기 폼 팩터는 원통형, 반구형, 평면형, 반원통형, 구형, 각기둥형(예를 들어, 직육면체, 삼각형 프리즘, 각주형과 유사한 형상일 수 있음), 도넛형(toroidal), 타원형, 사슬형(catenoidal) 및/또는 임의의 적절한 기하학적 형상일 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 유체 여과 시스템은 직사각형 덕트 시스템에 포함될 수 있는 실질적으로 평탄한 공기 정화 카트리지와 결합될 수 있다. 유체 여과부는 상기 덕트 시스템에 제거 가능하게 삽입되거나, 또는 영구적으로 설치될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 유체 여과 시스템은 자립형 공기 정화 시스템(예를 들어, 가정용으로 사용하기 위해, 밀폐된 공간에서 사용하기 위해, 등)에 포함될 수 있는 관형 필터 카트리지 내에 배치될 수 있다. 상기 유체 여과 시스템(100)은 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 적절한 공기 정화 또는 여과 시스템에 포함될 수 있으며, 여기서 오염물이 함유된 공기는 필터 매질(101)에 근접하여(예를 들어, 필터 매질을 통해, 필터 매질 위에, 필터 매질에 인접하여, 등) 통과될 수 있다.
3.1 필터 매질
필터 매질(101)은 하나 또는 그 이상의 오염물 제거 메커니즘을 이용하여, 상기 필터 매질(101)을 통해 흐르는 유체 스트림으로부터 하나 또는 그 이상의 오염물(190)을 제거하도록 바람직하게 기능한다. 상기 필터 매질(101)은 예를 들어 도 6에 도시된 바와 같이 다수의 층(102)을 바람직하게 포함하며, 여기서 각각의 층은 하나 또는 그 이상의 오염물 제거 메커니즘을 사용하여 오염물을 제거할 수 있지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 필터 매질(101)은 단일층(예를 들어, 동일한 층에 통합된 하나 또는 그 이상의 오염물 제거 메커니즘을 구비함)을 포함할 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 층 구성을 가질 수 있다. 각각의 층은 "층 타입" 또는 "층 등급"과 관련된 하나 또는 그 이상의 오염물 제거 메커니즘에 따라 특정하게 구성될 수 있으며 및/또는 공식화될 수 있다. 층 타입은 반응층, 침전층, 흡수제층, 포획층, 입자-포획층, 불활성층, 지지층, 화학층, 및/또는 임의의 다른 적절한 타입의 층을 포함할 수 있다. 층들은 두께, 다공성(예를 들어, 공기 흐름과 같은 유체 흐름에 대한 투과성), 상대적 배향(예를 들어, 유체 흐름 방향, 조사, 등과 관련하여 다른 층에 대한), 전도성(예를 들어, 전기 전도성, 열전도성 등) 및/또는 임의의 적절한 표면 또는 벌크 특성을 포함하여, 다양한 특성을 한정할 수 있다.
필터 매질의 넓은 면(예를 들어, 표면)은 주름이 잡힐 수 있고, 매끄러울 수 있고(예를 들어, 평탄할 수 있고), 절첩될 수 있고, 융기될 수 있고, 잔주름이 잡힐 수 있고, 굴곡될 수 있고, 이런 특징들의 혼합물일 수 있으며, 및/또는 상기 넓은 면은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 바람직하게는, 상기 필터 매질의 모든 층들은 동일한 넓은 면 구성을 갖지만; 그러나 각각의 층은 상이한 넓은 면 구성(예를 들어, 상이한 주름 깊이, 상이한 구성, 등과 같은 상이한 크기)을 가질 수 있고, 층의 서브 세트는 동일한 넓은 면 구성을 가질 수 있으며, 상기 층은 인접한 층에 의존하는(예를 들어, 층 타입, 층 넓은 면, 층 오염물 제거 메커니즘, 등) 넓은 면 구성을 가질 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 층 넓은 면 구성이 사용될 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 주름 깊이[예를 들어, 주름의 평균 정점 대 골(trough) 크기]는 필터 매질 크기, 필터 매질 표면적, 의도된 용도(예를 들어, 공기 흐름 여과, 오일 여과, 물 여과, 사무실 여과, 가정 여과, 자동차, 등), 유체 유량, 및/또는 임의 다른 적절한 파라미터에 기초하여(직접적으로 변하거나 또는 역으로 변함) 결정될 수 있다. 예에 있어서, 주름 깊이는 0.1 ㎝ - 50 ㎝ 사이의 임의의 깊이(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 깊이를 가질 수 있다. 주름 밀도는 100 mm 당 1-10 개의 주름, 100 mm 당 5개의 주름, 또는 임의의 다른 적절한 주름 밀도일 수 있다.
상기 층의 두께는 층의 등급 및/또는 타입에 바람직하게 의존하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 두께는 일부 및/또는 모든 층에 대해 동일할 수 있고, 모든 층에 대해 상이할 수 있으며, 유체 흐름 시스템(예를 들어, 지지 구조체, 유체 흐름 경로, 등), 의도된 용도, 유체 유속에 의존할 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 결정될 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 층들(예를 들어, 개별 층들, 적층된 층들, 등)의 두께는 0.1 ㎜ - 10 ㎝ 사이의 임의의 두께(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 두께를 가질 수 있다.
필터 매질(102)의 모든 층들은 다공성인 것이 바람직하지만(예를 들어, 다공성을 갖는 것이 바람직하지만); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층들은 섬유, 벌집 구조체(honeycombs), 아이소그리드(isogrid), 중공형, 개방형, 천공형일 수 있으며, 및/또는 필터 매질(101)을 통한 유체 흐름을 촉진시키기 위해 임의의 적절한 기하학적 형상 또는 구조를 가질 수 있다(예를 들어, 유량 > 0 m3/s). 모든 층들은 동일한 다공성을 갖거나 또는 상이한 다공성을 가질 수 있다. 층의 다공성은 주어진 크기의(예를 들어, 100 pm - 10 nm, 0.3 - 1 ㎛, 1 - 3 ㎛, 3 - 10 ㎛, 등) 또는 그 범위의 오염물의 임의의 적절한 양(예를 들어, > 20%, > 35%, > 50%, > 65%, > 75%, > 85%, > 95%, > 99%, 등)을 포획하도록 기능할 수 있다. 상기 층은 다공성이 최내층으로부터 최외층으로 증가하거나 또는 감소하도록 배치될 수 있으므로, 상기 다공성은 층들 사이에서 교호하거나 및/또는 달리 적절히 배치되도록 배열(예를 들어, 배향)될 수 있다. 상기 층은 최소 효율 보고값(minimum efficiency reporting value)(MERV) 등급(예를 들어, 4, 9, 12, 14, 16, 20, 등의 MERV 점수)을 가질 수 있지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층은 고효율 미립자 공기(high-efficiency particulate air)(HEPA) 등급일 수 있고, 초 저미립자 공기(ultra-low particulate air)(UPLA) 등급일 수 있고, 등급이 없을 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 등급을 특징으로 할 수 있다. 예에 있어서, 층의 다공성[예를 들어, 공극 분율(void fraction)]은 0 - 1 사이의 임의의 다공성(또는 그 범위)일 수 있다. 예에 있어서, 구멍의 크기는 100 pm - 1 ㎜ 사이의 임의의 크기(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 값일 수 있다.
상기 층(102)은 300 Pa의 최대 압력 강하를 갖도록 바람직하게 구성되지만(예를 들어, 적절한 다공성, 구멍 크기, 두께, 재료 타입, 등); 그러나 상기 압력 강하는 0 - 1000 Pa 사이의 임의의 값(또는 그 범위), 및/또는 임의의 적절한 값일 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 압력 강하는 유체 유량(예를 들어, 필터 매질을 통한, 개별 층 등을 통한), 상기 필터 매질을 통과하는 유체의 총 체적, 상기 필터 매질을 통과하는 오염물의 양, 의도된 용도, 유체 흐름 시스템, 인접한 층의 다공성, 인접한 층의 두께, 및/또는 임의의 다른 적절한 특성에 의존할 수 있다.
상기 층은 에너지(예를 들어, 광) 반사성이 바람직하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층은 산란할 수 있고, 흡수할 수 있고, 투과할 수 있고, 투명할 수 있고, 반투명할 수 있고, 불투명할 수 있으며, 및/또는 입사 에너지 및/또는 광자와 달리 상호작용할 수 있다. 광 반사율은 재료에 내재되어 있고(예를 들어, 층 재료에 의해, 층 다공성 등에 의해), 부여될 수 있으며(예를 들어, 코팅에 의해, 보조 층에 의해, 층 구조체, 등에 의해), 및/또는 임의의 다른 수단에 의해 달성될 수 있다. 상기 층은 흑색, 백색, 회색, 거울형, 및/또는 임의의 적절한 색상 및/또는 음영일 수 있다. 특정 예에 있어서, 필터 매질의 최외층은 광(예를 들어, 100 - 800 ㎚ 사이의 파장 또는 그 범위를 갖는 광, 광원에 의해 방출되는 광, 상기 반응층을 활성화하는 파장을 갖는 광, 등)에 실질적으로 불투명할 수 있다(예를 들어, 90% 이상, 80% 이상, 70% 이상, 등을 차단한다). 이런 예에 있어서, 상기 최외층은 광원으로부터 가장 멀리 있는 층, 반응층으로부터 가장 멀리 있는 층, 및/또는 임의의 적절한 층 또는 층의 세트일 수 있다. 이런 불투명은 반응층의 반응성을 증가시키도록(예를 들어, 상기 필터 매질 내에 활성화 에너지를 유지시키고, 상기 활성화 에너지를 반응층을 향해 반사함으로써), 순응성 또는 눈 안전을 증가시키도록(예를 들어, 누출된 광량을 규정-준수 레벨로 감소시킴으로써), 및/또는 임의의 적절한 혜택을 부여하도록, 기능할 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 최외층은 투명할 수 있고, 반투명할 수 있고, 및/또는 임의의 다른 적절한 광학 특성을 가질 수 있다. 이런 예에 있어서, 중간층 및/또는 내층은 광원에 의해 방출된 광에 대해 투명하거나, 반투명하거나, 또는 적어도 반사할 수 있다. 이들 특성은 반응층의 반응성을 증가시키도록(예를 들어, 유입된 광자를 반응층의 다른 영역으로 재지향시킴으로써), 광자를 다른 반응층으로 재지향시키거나, 또는 다른 적절한 이점을 부여하도록 기능할 수 있다. 그러나 상기 중간층은 불투명할 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 광학 특성을 가질 수 있다.
상기 필터 매질(102) 내의 층은 하나 또는 그 이상의 인접한 층과 함께 적층되어 바람직하게 배치된다. 상기 층은 그 넓은 면을 따라, 가장자리를 따라, 및/또는 임의의 적절한 부분을 따라 결합될 수 있다. 상기 층들은 서로 바람직하게 접촉하지만(예를 들어, 연속적으로, 중첩되어); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층들은 그들 사이에 분리 거리를 가질 수 있다. 상기 분리 거리는 0.1 ㎚ - 10 ㎝와 같은 임의의 적절한 거리(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 거리일 수 있다. 상기 분리 거리는 인접한 층에 따라[예를 들어, 다공성, 타입, 등급, 두께(들), 등], 유체 흐름 시스템에 따라(예를 들어, 지지 구조체, 유체 흐름 경로, 유체 유량, 등), 층들 사이에서 동일할 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 결정될 수 있다.
모든 층은 동일한 하우징[예를 들어, 프레임(140)] 내에 바람직하게 유지되지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층은 별도의 프레임에 지지될 수 있으며, 층의 서브 세트는 동일한 프레임을 공유할 수 있고, 상기 층은 프레임 없이 지지될 수 있으며, 및/또는 상기 층은 임의의 적절한 방식으로 유지될 수 있다. 특정 예에 있어서, 하나 또는 그 이상의 층이 프레임으로부터 제거될 수 있다(예를 들어, 하나 또는 그 이상의 교체 가능한 층은 메인 프레임으로부터 제거 가능한 별도의 서브 프레임에 장착될 수 있다). 그러나 상기 층은 프레임에 영구적으로 부착될 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 고정될 수 있다.
상기 층들은 바람직하게 분리되어 있지만(예를 들어, 서로 분리되고 구별되지만); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층들은 단일층의 서브 섹션일 수 있으며 및/또는 달리 적절히 관련될 수 있다. 상기 층들은 크림핑에 의해, 접착에 의해, 납땜에 의해, 용접에 의해, 재봉에 의해, 묶음에 의해, 엉킴에 의해, 결합(예를 들어, 이온 결합, 공유 결합, 금속 결합, 반데르 발스 힘, 등)에 의해, 롤링에 의해, 간접적으로(예를 들어, 프레임을 통해, 지지 구조체, 등을 통해) 및/또는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 서로 (예를 들어, 인접한) 층에 연결될 수 있다. 상기 층은 하나 또는 그 이상의 가장자리를 따라 서로 바람직하게 부착되지만(예를 들어, 층의 넓은 면이 서로를 향해 지향되지만); 그러나 상기 층은 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 넓은 면의 중심에서, 가장자리에서, 패턴으로(예를 들어, 벌집 구조, 줄무늬, 고정 간격, 격자, 등), 무작위로, 연결될 수 있다. 모든 층들은 동일한 방식으로(예를 들어, 동일한 위치에서, 동일한 방법으로, 등), 상이한 방식으로(예를 들어, 상이한 위치에서, 상이한 방법으로, 등) 연결된다. 층을 연결하는 방법 및 위치는 층의 타입, 층 재료, 인접한 층, 의도된 용도, 유체 흐름 시스템, 및/또는 임의의 다른 적절한 파라미터에 의존할 수 있다.
일부 층은 기판(103) 및 활성 재료를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 기판(103)은 활성 재료(예를 들어, 특정 층의 오염물 제거 메커니즘에 따라 제거 오염물과 같은 층의 기능을 수행하는 재료)를 배치할 표면을 제공하며, 상기 오염물 제거에 필연적으로 직접적으로 또는 능동적으로 기여하지는 않는다. 그러나 상기 기판(103)은 층에 기계적 지지를 제공하도록, 에너지를 전도하도록(예를 들어, 전기적으로, 열적으로, 등), 층의 오염물 제거 메커니즘의 성능을 수행 및/또는 보조하도록(예를 들어, 기계적 필터로서 기능하도록), 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행하도록 기능할 수 있다. 상기 기판 재료는 임의의 적절한 재료[예를 들어, 펠트, 양모-섬유 기반, 합성 섬유 기반, 블렌딩된 천연의 그리고 합성 섬유, 등과 같은 직물 재료; 섬유 직물 매질; 비 섬유성 직물 매질; 금속 표면; 금속 코팅된 폴리머 직물; 폴리머 재료; 코팅된 폴리머; 세라믹 매질 또는 직물; 서멧(cermet) 매질 또는 직물, 등]일 수 있다. 특정 실시예에 있어서, 상기 기판은 전기적으로 전도성일 수 있지만(예를 들어, 금속 나노 입자, 나노 와이어, 와이어, 폴리머, 등과 같은 전도성 재료로 로딩될 수 있고; 전도성 특성을 보유할 수 있지만); 그러나 상기 기판은 절연성일 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 전기적 특성을 가질 수 있다.
상기 활성 재료는 접착제, 정전기 부착, 공유 결합, 극성 공유 결합, 이온 결합, 반데르 발스 힘, 수소 결합, 금속 결합에 의해 및/또는 임의의 적절한 방식으로 기판(103)의 섬유에 고정될 수 있다.
상기 필터 매질의 반응층(110)은, 필터 매질을 통과하는 하나 또는 그 이상의 오염물을 분해하도록 바람직하게 기능한다(예를 들어, 오염물 분자를 파괴하도록, 오염물을 구성 분자 블록으로 또는 원자 단위로 감소시켜, 반응성 오염물 분자를 비 활성화시키도록, 등). 상기 반응층(110)은 산화 프로세스를 사용하여, 보다 바람직하게는 광전기화학적 산화(photo-electrochemical oxidative)(PECO) 프로세스를 사용하여, 하나 또는 그 이상의 오염물을 바람직하게 파괴하지만, 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 화학 반응[예를 들어, 조합, 분해, 단일 변위, 이중 변위, 연소, 산화 환원 반응(redox), 등], 에너지[예를 들어, 오존 생성, 직접 분해에 의해 하나 또는 그 이상의 오염물을 분해하기 위해 큰 전압을 방전하는 바와 같은 전기 방전; 오염물이 화학 반응을 겪을 수 있도록 활성화 장벽(activation barrier)을 극복하기 위해, 그 분해 온도 이상으로 오염물의 가열과 같은 열 방전, 등], 및/또는 임의의 적절한 분해 프로세스(예를 들어, 광화학 산화, 전기화학적 산화, 촉매화 화학적 산화, 직접 이온화, 광분해, 조사, 등)를 사용하여, 오염물을 파괴할 수 있다. 상기 반응층(110)은 바람직하게는 유체 흐름의 하류에 있는 필터 매질에서 가장 멀리 있는 층이지만; 그러나 상기 반응층은 유체 흐름의 상류에 있는 필터 매질에서 가장 멀리 있는 층, 상기 필터 매질의 중간층, 및/또는 상기 필터 매질 내의 및/또는 유체 흐름에 대한 임의의 적절한 위치일 수 있다. 상기 반응층은 광자원(photon source)에 가장 근접하는 것이 바람직하지만; 그러나 상기 반응층은 상기 광자원으로부터 말단에 있을 수 있으며, 및/또는 상기 광자원에 대해 임의의 다른 적절한 지리적 관계를 가질 수 있다. 상기 반응층은 지지층에 인접한 것이 바람직하지만; 그러나 상기 반응층은 포획층 및/또는 임의의 적절한 층에 인접할 수 있다.
변형예에 있어서, 상기 반응층(110)은 기판(103)(예를 들어, 전술한 바와 같은), 및 반응성 재료(예를 들어, 상기 기판 상에 배치되는)를 포함할 수 있다.
특정 예에 있어서, 상기 기판은 한쪽(예를 들어, 제1 측부)이 반응성 재료로 코팅되고, 제2 측부는 코팅되지 않는다. 이런 예에 있어서, 상기 기판은 제1 측부가 상기 여기원에 인접하고, 제2 측부가 반사층(예를 들어, 포획층)에 인접하도록 배치될 수 있다. 그러나 제1 측부는 상기 여기층으로부터 부분적으로 차단될 수 있으며(예를 들어, 불투명층, 상기 제1 측부와 광원 사이의 부분 반사층 또는 흡수층 등에 의해), 및/또는 상기 반응층에 도달하기 위해 여기를 허용하는 임의의 적절한 배열로 구성될 수 있다. 그러나 상기 제2 측부는 광원, 불투명층, 및/또는 임의의 적절한 층에 인접할 수 있다.
변형예에 있어서, 상기 활성 재료는 필터 매질을 통과하는 하나 또는 그 이상의 오염 분자(예를 들어, VOCs ; SOx, NOx, CO 등과 같은 무기 재료)를 분해하도록(예를 들어, 오염 분자를 파괴하도록, 오염물을 구성 분자 블록 또는 원자 단위로 감소시켜, 반응성 오염물 분자를 비 활성화시키도록, 등) 바람직하게 기능하지만; 그러나 상기 활성 재료는 추가적으로 또는 대안적으로, 비 분자 오염물 및/또는 다른 적절한 재료를 분해할 수 있다. 상기 활성 재료는 기판의 하나 또는 그 이상의 측부 상에(예를 들어, 상류측 상에, 하류측 상에, 지지 재료에 근접한 측부 상에, 상기 지지 재료와 대향하는 측부 상에, 상기 광원에 인접한 측부 상에, 상기 광원과 대향하는 측부 상에, 포획층에 근접한 측부 상에, 포획층과 대향하는 측부 상에, 등) 배치될 수 있고, 상기 기판에 매립되어 기판에 내재될 수 있고, 및/또는 달리 적절히 한정될 수 있다. 상기 반응층은 활성 재료로 바람직하게 포화되지만(예를 들어, 더 이상 재료가 포함될 수 없지만); 그러나 상기 활성 재료 농도는 추가적으로 또는 대안적으로, 불포화될 수 있으며, 0.01 - 1000 g/m2 사이의 임의의 값(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 농도값일 수 있다.
상기 활성 재료는 코팅, 분무, 침지(dipping), 정전 코팅, 드롭 캐스팅(drop casting), 스핀 코팅, 증발, 직접 합성, 직조, 프레싱, 및/또는 임의의 다른 적절한 부착 방법에 의해, 기판에 부착될 수 있다. 활성 재료 분포는 실질적으로 균일하게 기판을 바람직하게 덮지만(예를 들어, 활성 재료 두께 및/또는 농도는 기판 표면에 걸쳐 < 90%, < 80%, < 70%, 등으로 변한다); 그러나 상기 활성 재료는 무작위로 불균일하게 패턴화될 수 있으며(예를 들어, 패턴화된 여기원 방출과 매칭시키기 위해), 및/또는 달리 적절히 배치될 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 상기 반응층은 광촉매층(111)일 수 있고, 여기서 활성 재료는 광촉매 재료이며, 상기 광촉매 재료(112)는 필터 조립체(110)의 기판 표면에 근접한 오염물의 직접적인 및/또는 간접적인 감소를 위한 촉매 부위를 제공하도록 기능한다. 상기 광촉매 재료(112)는 광자에 의한 조사 시 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 발생하도록 기능할 수도 있으며, 이는 주변 공기에 함유된(예를 들어, 간접적인 오염물 감소의 일부로서) 수증기(또는 다른 기체 함유물)와의 상호작용에 따라 히드록실 라디칼(또는 다른 라디칼)을 발생할 수 있다. 이렇게 발생된 히드록실 라디칼은, 오염물을 화학적으로 환원시키도록 공기 흐름에서 환원 가능한 오염물과 화학적으로 반응하며, 이에 의해 상기 공기 흐름으로부터 오염물을 제거할 수 있다. 상기 전자-정공 쌍은 직접적인 오염물 감소의 일부로서, 공기 중의 오염물(예를 들어, 자유 라디칼로서 작용하는)과 직접적으로 반응할 수도 있다. 그러나 상기 광촉매 재료(112)는 임의의 다른 적절한 촉매 또는 반응 부위를 제공할 수 있다.
상기 광촉매 재료(112)는 나노 구조체(115)로 적어도 부분적으로 바람직하게 형성되며, 상기 나노 구조체(115)는 하나 또는 그 이상의 무기 광촉매[예를 들어, 아나타제(anatase), 금홍석(rutile), 및 임의의 다른 적절한 상(phase)의 티타늄 이산화물; 나트륨 탄탈라이트, 도핑된 티타늄 이산화물, 아연 산화물, 광자 조사에 응답하여 반응을 촉진시키는 임의의 다른 적절한 재료]로부터 적어도 부분적으로 바람직하게 형성되지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 다른 적절한 재료(예를 들어, 탄소, 탄소-함유 화합물, 유기 재료, 무기 재료, 등)로 형성될 수 있다. 상기 나노 구조체(115)는 분쇄된 나노 구조체[예를 들어, 분쇄된 나노 튜브, 분쇄된 나노 로드(nanorod), 분쇄된 나노 와이어, 등]와 나노 입자[예를 들어, 구형 나노 입자, 준 구형 나노 입자, 편원형(oblate) 나노 입자, 등]의 조합을 바람직하게 포함한다. 그러나 상기 나노 구조체(115)는 추가적으로 또는 대안적으로, 분쇄되지 않은 나노 튜브, 분쇄된 및/또는 분쇄되지 않은 중공 나노 튜브, 임의의 적절한 상으로 전술한 나노 구조체 및/또는 임의의 다른 적절한 나노 구조체 또는 그 조합물로 구성된 균질 또는 이종 재료를 포함할 수 있다.
상기 광촉매 재료(112)의 나노 구조체(115)는, 조사 광 주파수 또는 주파수로 플라즈모닉 공명(plasmonic resonance)을 유도하도록 기능할 수 있다. 상기 광촉매 재료의 나노 구조체의 플라즈모닉 공명 주파수는, 나노 구조체의 기하학적 특성에 기초할 수 있으며; 특히, 나노 구조체의 특성 치수(예를 들어, 크기)는 공진이 여기되는 경우에 상기 광촉매 프로세스의 효율(예를 들어, 양자 효율)을 증가시키고 또한 PECO 성능을 강화시키는 플라즈모닉 공명 주파수에 대응할 수 있다. 변형예에 있어서, 상기 나노 구조체는 나노 구조 타입에 따르는 크기 분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 나노 입자는 분쇄된 나노 구조체의 제2 크기 분포보다 더 좁은 제1 크기 분포를 가질 수 있다. 나노 구조체의 분쇄는, 분쇄 중 나노 구조체의 파단 위치의 무작위 변화로 인해, 결과적으로 분쇄된 나노 구조체의 더 넓은 크기 분포로 나타날 수 있다[예를 들어, 실질적으로 구형인 나노 입자 또는 나노 비드(nano bead)에 비해]. 광촉매 재료에 추가되는 분쇄된 나노 구조체는, 변형예에서는, 시스템(100)에 사용되는 분쇄된 나노 구조체의 크기 분포를 조정하기 위해(예를 들어, 분쇄 후 크기에 기초하여 상기 분쇄된 나노 구조체를 필터링함으로써), 분쇄된 나노 구조체의 총량의 서브 세트로서 선택될 수 있다. 크기 분포를 넓히면, 대응의 플라즈모닉 공명 주파수와 중첩되는 특성 치수를 포함하는 광촉매 재료에서, 나노 구조체(예를 들어, 분쇄된 나노 구조체와 나노 입자 모두를 포함하는)의 개수를 증가시킬 수 있다. 상기 나노 구조체는 임의의 적절한 특성 치수 및/또는 특성 치수 범위(예를 들어, 1-5 ㎚, 2-50 ㎚, 50-500 ㎚, 등)를 가질 수 있으며, 이는 특성 직경, 특성 길이, 특성 체적, 및 임의의 다른 적절한 특성 치수를 포함할 수 있다.
상기 광촉매 재료(112)는 임의의 적절한 비율로 및/또는 조합으로 조합된, 임의의 적절한 광촉매 나노 구조체를 포함할 수 있다. 광촉매 재료(112)가 다중 타입의 나노 구조체를 포함하는 변형예에 있어서, 상기 광촉매 재료(112)는 다중 타입의 나노 구조체의 균질한 혼합(예를 들어, 각각의 나노 구조체 타입의 상대 밀도는 광촉매 재료가 배치된 기판 상의 임의의 주어진 위치에서 실질적으로 동일하다), 패턴화된 조합[예를 들어, 기판(111) 상에 배치된 광촉매 재료(112)의 영역의 제1 세트는 실질적으로 오로지 제1 타입 또는 타입들의 나노 구조체를 포함하고, 영역의 제2 세트는 실질적으로 오로지 제2 타입 또는 타입들의 나노 구조체를 포함하고; 여기서 영역의 제1 세트는 광촉매 재료를 포함하고, 영역의 제2 세트는 실질적인 양의 또는 임의의 광촉매 재료가 없음], 또는 임의의 다른 적절한 조합일 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 광촉매 재료(112)는 분쇄된 나노 로드와 나노 비드의 균질한 조합으로, 나노 로드 대 나노 비드가 1:9 의 비율로(예를 들어, 질량 기준으로는 1:9, 체적 기준으로는 1:9, 등으로) 이루어진다. 또 다른 예에 있어서, 상기 광촉매 재료(112)는 순수한 분쇄된 나노 로드로 이루어진다. 그러나 광촉매 재료(112)는 분쇄된 및/또는 분쇄되지 않은 나노 구조체의 임의의 적절한 조합으로 달리 적절히 이루어질 수 있다. 예에 있어서, 반응층은 2018년 10월 16일에 출원된 미국 특허출원 제16/161,600호, 2014년 10월 10일에 출원된 미국 특허 제9,899,221호, 및/또는 2016년 4월 26일에 출원된 미국 특허 제7,635,450호에 개시된 층을 포함할 수 있으며, 이들 각각은 그 전체가 여기에 참조 인용되었다. 그러나 상기 반응층은 달리 구성될 수도 있다.
특정 실시예에 있어서, 상기 반응층은 유체 흐름으로부터 오염물 분자를 제거하기 위해, 하나 또는 그 이상의 오염물 분자(예를 들어, SOx, NOx, CO2, VOCs, 등)와의 화학 반응을 수행하도록 기능하는 화학층(118)일 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 화학층은 비 분자 오염물과 반응할 수 있다. 상기 화학층(118)은 용해된 염(예를 들어, 물에 용해된 금속 수산화물), 고상 염(solid salt), 산, 염기, 금속, 유기 분자, 제올라이트, 금속 유기 프레임워크(metal organic frameworks)(MOFs), 아민, 재료의 혼합물, 등을 갖는 용매를 포함할 수 있다. 상기 화학층 및 광촉매층을 포함하는 변형예에 있어서, 상기 화학층은 유체 흐름에서 광촉매층으로부터 하류에 있는 것이 바람직하지만; 그러나 상기 화학층은 상류에 있을 수 있고, 상기 광촉매층과 혼합될 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 위치에 있을 수 있다. 특정 예에 있어서, 유체 흐름(예를 들어, SOx, NOx, 등)으로부터 산성 오염물들을 포집하기 위해, 상기 화학층은 물에 용해된 알칼리 토염[예를 들어, Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2, 등]일 수 있다 . 상기 산성 오염물들이 화학층을 통해 흐름에 따라, 이들은 염기에 의해 중화되며, 그리고 용액으로부터 침전된다. 그러나 재료를 격리시키기 위해, 임의의 다른 적절한 반응 또는 메커니즘이 사용될 수 있다.
추가적인 또는 대안적인 변형예에 있어서, 상기 반응층은 오염물을 분해하도록 달리 적절히 구성될 수도 있다.
상기 필터 매질은 지지층(120)을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 지지 구조체는 필터 매질 및/또는 층의 서브 세트를 실질적으로 견고하게 유지하도록 기능한다. 상기 지지 구조체는 반응성 재료가 배치된 기판의 전도성 및/또는 전자 이동도를 강화시키도록 기능할 수도 있으며(예를 들어, 상기 지지 구조체가 전기적으로 전도성이고 또한 상기 반응층과 접촉하는 경우에), 이는 전자-정공 쌍의 수명을 증가시키고, 따라서 라디칼 생성의 효율성(예를 들어, 결과적인 오염물 감소)을 증가시키도록 기능할 수 있다.
상기 지지층(120)은 반응층으로부터 상류에 바람직하게 배치되어, 상기 반응층과 직접적으로 결합되지만(예를 들어, 바로 인접하지만, 접촉되지만, 전기 접촉되지만, 등); 그러나 상기 지지층은 반응층으로부터 하류에 있을 수 있고, 상기 반응층에 간접적으로 결합될 수 있고, 상기 반응층에 결합되지 않을 수 있고, 및/또는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 상기 반응층은 광원과 지지층(120) 사이에 바람직하게 배치되지만; 그러나 상기 지지층은 광원에 근접될 수 있고, 상기 광원으로부터 말단에 있을 수 있고, 및/또는 달리 적절히 구성될 수 있다. 상기 지지층은 포획층으로부터 하류에 있는 것이 바람직하지만; 그러나 상기 지지층은 포획층으로부터 상류에 있을 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 지지층은 입자-포획층과 반응층 바로 사이에 있지만; 그러나 상기 지지층은 달리 적절히 위치될 수 있다.
상기 지지층(120)은 반응층 기판과 구별될 수 있고, 반응층 기판에 통합될 수 있고, 및/또는 반응층 기판과 동일할 수 있으며, 및/또는 반응층 기판과 임의의 다른 적절한 관계를 가질 수 있다. 상기 지지층은 반응층의 전체 넓은 면에 걸쳐 바람직하게 연장되지만; 그러나 상기 지지층은 상기 넓은 면의 일부의 위로, 가장자리를 따라, 중심 위로, 및/또는 반응층의 임의의 적절한 영역 위로 연장될 수 있다. 일 예에 있어서, 상기 지지층은 [예를 들어, 프레임(140)에 의해] 접착되거나, 롤링되거나, 보유되거나, 또는 상기 반응층에 달리 부착될 수 있다.
상기 지지층 재료는 무기물이 바람직하고, 보다 바람직하게는 금속이지만(예를 들어, 알루미늄; 스테인레스, 탄소 등과 같은 강철; 마그네슘; 티타늄, 등); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 지지층은 폴리머, 합금, 직물, 세라믹, 유기 재료, 등을 포함할 수 있다. 상기 지지층은 전기를 바람직하게 전도하지만; 그러나 상기 지지층은 대안적으로 전기 절연성일 수 있으며, 또는 임의의 적절한 전기적 특성을 가질 수 있다. 상기 지지층은 메시(예를 들어, 벌집 구조, 그리드, 격자, 등)로 바람직하게 배치되지만; 그러나 상기 지지층은 추가적으로 또는 대안적으로, 와이어, 가요성 금속일 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다.
특정 예에 있어서, 상기 지지층은 구조적 지지와 강화된 표면 전도성 모두를 제공하기 위해, 상기 반응층 기판에 인접하여 배치되는 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예에 있어서, 이런 전도성 재료는 상기 반응층 기판의 표면에 배치된 금속 메시(예를 들어, 알루미늄 벌집 구조)를 포함하며; 상기 지지층은 상기 광자원(예를 들어, 광원)에 의해 조사되는 측부에 대해 상기 반응층 기판의 대향측에 있을 수 있지만, 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 기판과 광자원 사이에 있을 수 있다.
기술의 특정 실시예에 있어서, 상기 지지층은 반응층 기판의 내부에 있다. 이런 실시예의 제1 예에 있어서, 상기 지지층은 반응층 기판의 와이어 메시를 포함하며, 반응층 기판에 통합되어, 상기 반응층 기판이 임의의 적절한 형상으로 유연하게 형성될 수 있게 하고, 와이어 메시의 강성(rigidity)에 의해 형상을 유지할 수 있게 한다. 기술의 이런 실시예의 제2 예에 있어서, 상기 지지층은 기판에 통합된 전도성 및 연성 섬유를 포함하며, 여기서 상기 반응층 기판은 섬유성 매질을 이루는 섬유로 적어도 부분적으로 형성되며, 이는 상기 반응층 기판이 그 내부에 통합된 전도성 및 연성 섬유(예를 들어, 금속 섬유)의 연성 및 부분 강성도(stiffness)를 이용하는 형태로 형성된다.
상기 필터 매질은 하나 또는 그 이상의 오염물을 포획하도록 기능하는 동일하거나 상이한 타입의 하나 또는 그 이상의 포획층(130)을 바람직하게 포함한다. 상기 포획층(들)(130)은 추가적으로 또는 대안적으로, 필터 매질을 통과하는 오염물(들)의 이동을 느리게 하여, 필터 매질에서의 오염물 체류 시간을 증가시키고, 오염물의 서브 세트를 포획하고 및/또는 필터 매질을 통한 오염물 진행에 달리 적절히 영향을 끼칠 수 있다. 상기 포획층(들)(130)은 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 층에 기계적 지지를 제공하고 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행하도록 기능할 수 있다. 상기 포획층은 화학적, 기계적, 전기적, 격리, 혼입(예를 들어, 액체 혼입), 및/또는 임의의 다른 적절한 메커니즘을 사용하여, 오염물을 포획 및/또는 느려지게 할 수 있다.
상기 포획층(130)은 지지층 및 반응층의 상류로부터 바람직하게 배치되고, 또한 상기 지지층에 인접하거나 근접하여 배치되지만; 그러나 상기 포획층은 지지체와 반응층 사이, 상기 지지체 및 반응층으로부터 하류에 또는 말단에 있을 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 배치될 수 있다. 그러나 상기 포획층은 반응층에 인접할 수 있고, 반응층에 대향할 수 있으며(예를 들어, 상기 지지층을 가로질러), 다른 층들 사이에 끼워질 수 있고, 및/또는 필터 매질 스택(stack) 내에 달리 위치될 수 있다.
상기 포획층(130)은 반응층보다 더 높은 MERV 점수를 갖는 것이 바람직하지만(예를 들어, 반응층 MERV 등급 12 에 대해 포획층 MERV 등급 16); 그러나 상기 포획층은 반응층보다 더 낮은 MERV 등급을 가질 수 있고, 상기 반응층과 동일한 MERV 등급을 가질 수 있으며, MERV 등급을 갖지 않을 수 있으며, 상기 반응층의 MERV 점수에 의존하지 않을 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 등급 및/또는 다공성을 가질 수 있다.
하나 또는 그 이상의 포획층을 구비한 필터 매질의 변형예에 있어서, 유체로부터 상이한 서브 세트(예를 들어, 종류)의 오염물을 포획하고, 연속 여과를 제공하고(예를 들어, 반응층이 오버로딩되거나 및/또는 막히는 것을 방지하기 위해), 및/또는 달리 적절히 사용되기 위해, 상이한 포획층이 구성될 수 있다(예를 들어, 상이한 다공성, 구멍 크기, 재료 등을 가질 수 있다). 그러나 단일의 포획층이 사용될 수 있다.
상기 포획층은 작동 유체(예를 들어, 유체 흐름) 내의 대부분의(예를 들어, > 50%, > 80%, > 90%, > 95%,> 99%, 등) 표적 오염물(들)을 바람직하게 포집한다. 제1 예에 있어서, 포획 필터는 주어진 크기 범위(예를 들어, 0.3 ㎛ - 1 ㎛, 3 ㎛ - 5 ㎛, 3 - 10 ㎛, 0.1 ㎚ - 300 ㎚, 0.3 um - 5 um, 등)를 갖는 대부분의 오염물(예를 들어, 필터 매질 내의 혼입된 오염물)을 포집하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 포획 필터는 크기에 관계없이 오염물을 포획할 수 있다. 제2 예에 있어서, 상기 포획 필터는 소정 양의 오염물의 서브 세트(예를 들어, 10%, 25%, 40%, 50%, 75%, 90%, 등) 및/또는 임의의 적절한 양의 오염물(들)을 포집할 수 있다.
상기 포획층(들)은 입자-포획층(138), 흡수층(흡수제층)(133), 보조 반응층(예를 들어, 화학층, 침전층 등), 및/또는 임의의 다른 적절한 층을 포함할 수 있다.
상기 입자-포획층(138)은 미립자 오염물(예를 들어, > 0.3 ㎛, > 1 ㎛, > 3 ㎛, > 5 ㎛,> 10 ㎛, 등과 같은 특정 범위보다 크기가 더 큰 오염물)을 포획하도록 바람직하게 기능하며, 특히 필터 매질의 다른 층에 의해 쉽게 또는 실현 가능하게 흡수되지 않는 및/또는 분해되지 않는 미립자를 포획하도록 기능할 수 있다. 상기 입자-포획층은 오염물을 비 가역적으로 포획하거나, 오염물을 가역적으로 포획하거나, 또는 오염물을 달리 포획할 수 있다. 상기 입자-포획층(138)은 다른 기능적 책임(예를 들어, 분해, 수착, 등)과 함께 미립자를 포획하기 위해 이러한 하류층의 요구를 제거함으로써, 하류층이 더 높은 다공성(예를 들어, 투과성), 더 낮은 MERV 등급, 및/또는 표면적을 가질 수 있도록 기능할 수도 있다. 상기 입자-포획층은, 다른 층(예를 들어, 흡수층과 같은 다른 포획층; 필터 매질의 다른 층, 등)에 대한 기계적 지지를 제공하도록, 및/또는 임의의 다른 적절한 기능을 수행하도록 기능할 수도 있다. 상기 입자-포획층은 수동층(passive layer)(예를 들어, 공기 및 분자 크기의 오염물은 투과할 수 있지만, 그러나 마이크론 크기의 입자와 같은 더 큰 크기의 오염물을 포획하는 다공성 수동층) 및/또는 활성층(예를 들어, 여기서 포획 효율은 정전 대전 또는 유사한 기술을 통해 능동적으로 조정될 수 있다)일 수 있다.
상기 입자-포획층(138)은 다른 포획층과 지지층 사이에 바람직하게 배치되지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 입자-포획층은 상류에서 가장 멀리 있는, 하류에서 가장 멀리 있는 층일 수 있고, 반응층에 대해 광원에 대향할 수 있고, 광원으로부터 반응층을 부분적으로 차단할 수 있으며(예를 들어, 반응층과 광 사이에 있을 수 있으며), 및/또는 적절한 구성을 가질 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 입자-포획층은 상류에서 가장 멀리 있고 및/또는 반응층에서 가장 말단에 있다. 상기 입자-포획층에 인접해서는 지지층이 있고, 또한 상기 지지층에 인접해서는 반응층이 있다. 그러나 상기 층들은 달리 적절히 배치될 수 있다.
상기 입자-포획층(138)은 광학 방사선(예를 들어, 광원에 의해 방출된 광, 상기 반응층을 여기할 수 있는 파장을 갖는 광, 등)을 반사하도록 바람직하게 구성되지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 입자-포획층은 광을 흡수할 수 있고(예를 들어, 코팅을 포함할 수 있고), 광을 투과시킬 수 있고, 광을 산란시킬 수 있고, 및/또는 임의의 적절한 광학 특성을 가질 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 입자-포획층은 280-700 ㎚의 파장, 280 ㎚ 이상의 파장, 700 ㎚ 이하의 파장, 및/또는 임의의 적절한 파장을 포함하는 광학 방사선을 산란하도록(예를 들어, 반사하도록) 구성된다. 그러나 상기 입자-포획층은 임의의 적절한 파장에 대해 임의의 적절한 응답을 갖도록 구성될 수 있다.
상기 입자-포획층(138)은 필터 매질 내의 임의의 층들 중 가장 높은 MERV 점수(예를 들어, MERV 14, MERV 16, 및/또는 임의의 적절한 MERV 등급)를 바람직하게 갖지만; 그러나 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 입자-포획층은 필터 매질 내에서 가장 낮은 MERV 등급을 가질 수 있으며, 등급이 없을 수 있으며, 상이한 크기(예를 들어, ISO 16890)로 및/또는 임의의 다른 적절한 등급으로 등급이 지정될 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 반응층은 MERV 12의 등급을 갖는 반면에, 상기 입자-포획층은 MERV 16의 등급을 갖는다. 그러나 입자-포획층과 반응층 모두는 임의의 적절한 MERV 점수를 가질 수 있다. 또 다른 특정 예에 있어서, 상기 반응층의 MERV 등급은 16이며, 이에 따라 입자-포획층이 포함되지 않는다. 그러나 임의의 적절한 층은 높은 MERV 등급을 가질 수 있고, 둘 이상의 층은 높은 MERV 등급을 가질 수 있으며, 상기 필터 매질에 존재하는 층들과는 관계없이 입자-포획층이 포함될 수 있으며, 및/또는 층의 입자 포집 효율은 달리 적절히 결정될 수 있다.
상기 입자-포획층은 폴리에틸렌 블렌드로 바람직하게 제조되지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 입자-포획층은 임의의 적절한 기판 재료로 제조될 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 재료로 제조될 수 있다.
특정 예에 있어서, 상기 입자-포획층은 수동 포획층일 수 있다(예를 들어, 이동 부품이 없고, 시간에 따라 층에 대해 공학적 변형이 없다). 이런 예에 있어서, 상기 입자-포획층은 HEPA 필터, 세미 HEPA 필터, ULPA, 및/또는 임의의 적절한 필터 등급일 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 입자-포획층은 0.3 - 10 ㎛ 사이의 크기(또는 그 범위)를 갖는 오염물을 포획하기 위한 및/또는 임의의 적절한 크기의 오염물을 포획하기 위한, 다공성, 구멍 크기, 필터 구성, 등을 특징으로 한다. 그러나 상기 수동 입자-포획층은 달리 적절히 결정될 수 있다.
제1 변형예에 있어서, 상기 입자-포획층은 능동 포획층(예를 들어, 정전기)일 수 있다. 이러한 변형예에 있어서, 상기 층은 정전기 인력(electrostatic attraction)을 통해 미립자를 끌어당기도록, 정전기적으로 대전된다. 이러한 변형예는 상기 입자-포획층이 수동층에 비해 더 높은 다공성(예를 들어, 더 큰 투과성)을 정의하는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 대전된 층과 오염물 사이의 정전기 인력으로 인해 추가적인 포획이 발생하기 때문이다(예를 들어, 층의 기계적 여과 이상으로). 추가적으로 또는 대안적으로, 활성의 정전 대전은 층의 입자 포획 성능을 강화하기 위해 임의의 적절한 층 타입에 적용될 수 있다(예를 들어, 흡수제층, 반응층, 또는 코팅되지 않은 층이 또한 활성 입자-포획층으로서 작용하도록). 일부 예에 있어서, 상기 층은 일정한 전하로 유지될 수 있으며; 대안적인 예에 있어서, 상기 층은 동적으로 충전 및 방전될 수 있다(예를 들어, 입자 포획 용량을 순환시키고, 필터층을 리프레시하기 위해, 등).
제2 변형예에 있어서, 상기 입자-포획층은 (예를 들어, 기계적으로 동작되는) 능동 포획층일 수 있다. 이러한 변형예에서는, 층들이 이동될 수 있다(예를 들어, 휘핑될 수 있다, 움직일 수 있다, 흔들릴 수 있다, 진동될 수 있다, 등). 이러한 변형예는 상기 입자-포획층이 수동층에 비해 더 높은 다공성(예를 들어, 더 큰 투과성)을 정의할 수 있게 하는데, 그 이유는 입자-포획층이 스윕하는 유효 아크(effective arc)에 걸쳐 추가적인 포획이 (예를 들어, 층의 기계적 여과 이상으로) 발생하기 때문이다. 일부 예에 있어서, 상기 활성 입자-포획층은 일정한 위치에 유지될 수 있으며; 대안적인 예에 있어서, 상기 층은 다양한 주파수, 이동 패턴, 등으로 동적으로 이동할 수 있다. 이런 특정 예에 있어서, 필터 재료의 종점(endpoint)은 필터 재료가 이동될 동안 바람직하게 고정되지만; 그러나 상기 종점도 그에 따라 이동될 수 있다(예를 들어, 동기식으로, 비 동기식으로, 등). 예에 있어서, 상기 필터 재료는 그 전체가 여기에 참조 인용된, 2018년 10월 19일에 출원된 미국 특허출원 제16/165,975호에 개시된 바와 유사한 방식으로 동작될 수 있지만; 그러나 상기 필터 재료는 달리 작동될 수 있다.
흡수제층(133)은 수착 프로세스를 통해 휘발성 분자 화합물(예를 들어, VOCs; SOx, NOx, CO, 등과 같은 휘발성 무기 재료; 휘발성 원소, 등)을 포획하도록 기능한다. 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 필터 매질에서 하나 또는 그 이상의 오염물의 체류 시간을 증가시키는 버퍼(buffer) 또는 커패시터로서 기능할 수 있으며, 이는 반응층과의 오염물 반응 확률을 증가시킬 수 있다. 상기 흡수제층은 오염물을 유지시키고(예를 들어, 흡착 부위에서의 흡착, 흡수, 등을 통해), 이어서 (예를 들어, 다운 스트림 반응층에 의한 분해에 대해) 더 느린 비율로 오염물을 탈착시키는 화학-물리적 버퍼층으로서 기능할 수도 있으므로, 오염물 농도의 일시적 증가(예를 들어, 반응층에 의해 분해될 수 있는 최대 농도보다 더 높음)는, 필터 매질의 전체 여과 용량 또는 효율을 감소시키지 않는다. 변형예에 있어서, 상기 유체 여과 시스템은 하나 또는 그 이상의 흡수제층을 (예를 들어, 직렬로, 병렬로) 포함할 수 있으며, 이는 흡수 용량 및/또는 효능(예를 들어, 하나 또는 그 이상의 오염물에 대한)을 증가시킬 수 있고 및/또는 임의의 적절한 이점을 부여할 수 있다. 그러나 상기 흡수제층은 다른 기능을 수행할 수 있다.
상기 흡수제층(133)은 특정 크기보다 더 작은 오염물(예를 들어, 분자, 1 ㎚, 10 ㎚, 100 ㎚, 0.3 ㎛, 1 ㎛, 5 ㎛ 보다 더 작은 재료, 등)을 바람직하게 포집하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 흡수제층은 임의의 적절한 크기의 오염물을 포집할 수 있다. 상기 흡수제층은 소정 세트의 오염물[예를 들어, 특정 활성 부위 및/또는 측쇄(side chain), 유기 화합물, 무기 화합물 등을 갖는 오염물]을 바람직하게 포집하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 흡수제층은 임의의 적절한 오염물(들)을 포집할 수 있다.
상기 흡수제층(133)은 오염물을 바람직하게 흡착하지만(예를 들어, 물리적으로 흡착하지만, 화학적으로 흡착하지만, 등); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 흡수제층은 임의의 적절한 방식으로 오염물을 흡수할 수 있고, 오염물과 반응할 수 있고, 오염물을 침전시킬 수 있고, 및/또는 오염물과 상호작용할 수 있다. 상기 흡수제층은 오염물을 가역적으로 흡수하는 것이 더욱 바람직하지만; 그러나 상기 흡수제층은 오염물을 비 가역적으로 흡수할 수 있다. 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 흡착된 오염물과 유체의 오염물 사이의 평형에 도달할 수 있다. 유체의 오염물의 양이 변함에 따라(예를 들어, 반응층에서 부서져서, 하루 중 시간에 따라 변동하는, 등), 상기 평형이 바뀔 수 있다. 예를 들어, 유체의 오염물 농도가 높을 때는, 상기 흡수제층에 의해 더 많은 오염물이 흡수될 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 상기 유체의 오염물 농도가 낮을 때는, 흡수된 오염물은 상기 흡수제층으로부터 방출될 수 있다(예를 들어, 반응물 층에 의해 분해되도록 및/또는 부서지도록). 그러나 상기 흡수제층은 임의의 적절한 방식으로 오염물(들)을 포집할 수 있다.
상기 흡수제층(133)은 두께(예를 들어, 100 ㎚, 1 ㎛, 10 ㎛, 100 ㎛, 1 ㎜ 등) 및/또는 필터 매질을 통과함에 따라 층(들) 내의 오염물이 함유된 유체의 원하는 체류 시간(예를 들어, 30초, 5분, 15분, 1 시간, 2 시간, 6 시간, 24 시간, 등)에 대응하는 흡수제 로딩[예를 들어, 1 g/m2, 100 g/m2, 1000 g/m2, 등과 같은 흡수제의 농도; 흡수제 피복률(coverage); 등]을 바람직하게 정의하지만; 그러나 상기 흡수제층 두께 및/또는 흡수제 로딩은, 흡수제 용량[예를 들어, 흡수제층이 포집할 수 있는 주어진 오염물(들)의 양], 흡수제 수명(예를 들어, 흡수제가 분해되는 데 소요되는 시간), 흡수제 재료, 소정량, 흡수제층 물리적 특성[예를 들어, 구조적 무결성, 중량, 가단성(melleability), 불투명도, 압력 강하, 등]에 기초하여 결정될 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 결정될 수 있다. 예에 있어서, 상기 두께는 0.1 ㎜ - 10 ㎝ 사이의 임의의 두께(또는 그 범위)이거나, 또는 임의의 적절한 두께를 가질 수 있다. 예에 있어서, 상기 흡수제 로딩(예를 들어, 농도)은 0.01 mg/㎜2 - 1 g/㎜2 사이의 임의의 밀도(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 표면 피복률을 가질 수 있다.
상기 흡수제층(133)은 바람직하게는 유체 흐름의 상류에서 가장 멀리 있는 층이지만; 그러나 상기 흡수제층은 하류에서 가장 멀리 있을 수 있으며, 및/또는 필터 매질의 임의의 적절한 위치에(예를 들어, 유체 흐름 경로를 따라) 위치될 수 있다. 상기 흡수제층은 바람직하게는 반응층에서 가장 말단에 있는 층이지만, 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 흡수제층은 반응층에 근접할 수 있고, 입자-포획층과 반응층 사이에 배치될 수 있으며, 및/또는 필터 매질 스택 내에 달리 적절히 배치될 수 있다.
상기 흡수제 재료는 활성탄(134), 세라믹, 점토, 금속-유기 프레임워크(예를 들어, MOFs), 지르코늄 티탄산염(예를 들어, ZrTiO4), 제올라이트, 겔(예를 들어, 실리카겔, 에어로겔, 등), 티탄산 지르콘산 연(lead zirconate titanate)(예를 들어, PbZrTiO4, PZT, 등), 및/또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다. 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄(134)을 포함할 수 있다. 일부 예에 있어서, 상기 층은 전체적으로 또는 거의 전체적으로 활성탄으로 구성될 수 있는 반면에, 대안적인 예에서 상기 층은 활성탄이 아닌 기판(예를 들어, 직물), 및 활성탄(예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같은 활성탄 입자, 상기 직물에 통합된 활성탄 함침 섬유, 등)을 포함하는 기판 상에 배치된 기능성 재료를 포함할 수 있다. 이러한 변형예에 있어서, 탄소는 특정 용도에 맞게 조정될 수 있는 수착 효율 정점을 정의하도록 활성화될 수 있다(예를 들어, 상기 수착 효율 정점은 필터 매질이 사용되려는 환경에서 비교적 높은 농도로 존재하는 것으로 알려진 화학 재료에 대해 높은 효율을 갖도록 조정된다). 예를 들어, 상기 활성탄은 석유 정제소(petroleum refinery)에 근접한 공기 환경에서 고농도로 존재하는 것으로 알려진 특정 화학물, 또는 산불 연기, 담배 연기, 및/또는 유사한 맥락으로 큰 비율로 존재하는 것으로 알려진 화학물을 효율적으로 흡착하도록 조정될 수 있다(예를 들어, 표면적이 수정될 수 있다, 표면이 기능화될 수 있다). 그러나 활성탄을 포함하는 흡수제층의 추가적인 또는 대안적인 변형예에 있어서, 상기 활성탄은 조정되지 않을 수 있다(예를 들어, 상기 수착 효율 스펙트럼은 실질적으로 평탄하며, 상기 수착 효율 스펙트럼은 의도적으로 조정되지 않은 정점, 등을 포함한다).
또 다른 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고, 여기서 상기 펠릿의 크기는 필터 매질의 형태 및 폼 팩터에 의존하지만; 그러나 상기 펠릿의 크기는 추가적으로 또는 대안적으로, 활성탄의 물리적 특성, 제조 프로세스에 의존할 수 있으며, 필터 매질의 형상 및/또는 폼 팩터와 무관할 수 있고, 1 ㎛ - 100 ㎜ 사이의 적절한 크기(또는 그 범위)일 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 크기일 수 있다. 상기 펠릿은 흡수제층의 표면 또는 면에 걸쳐 바람직하게(예를 들어, 균일하게, 불균일하게) 분포되지만, 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 달리 배치될 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 흡수제층은 탄소 섬유(예를 들어, 다공성, 충전된, 등), 중공 튜브, 구불구불한 구멍, 및/또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다.
상기 흡수층은 수동으로 및/또는 능동으로 제어될 수 있다(예를 들어, 온도, 유체 유량, 압력 차이, 등을 제어함으로써). 능동으로 제어되는 변형예에 있어서, 상기 흡수층은 흡수된 재료의 방출을 촉진시키고 및/또는 임의의 적절한 기능을 동작하도록 기능할 수 있는 방출 요소를 포함할 수 있다. 상기 방출 요소는 가열 요소, 전기 요소, 압력 요소, 압축/연장 요소, 및/또는 임의의 적절한 요소를 포함할 수 있다.
변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 하나 또는 그 이상의 기판 및 활성 재료(예를 들어, 흡수제 재료를 포함하는 반응성 재료)를 포함할 수 있다. 상기 하나 또는 그 이상의 기판[예를 들어, 직물층, 스크림(scrim), 등]은 흡수제층에 기계적 지지를 제공하도록, 그리고 상기 활성층이 배치될 수 있는 재료로서 작용하도록 기능할 수 있다. 예를 들어, 상기 흡수제층은 활성 재료가 그 사이에 배치된 제1 및 제2 기판을 포함할 수 있다. 그러나 상기 활성 재료는 또 다른 층(예를 들어, 반응층, 입자-포획층, 지지층, 등) 및/또는 임의의 적절한 재료에 직접 도포될 수 있다. 상기 스크림(들)은 직조 직물, 플라스틱, 폴리머, 금속, 가죽, 부직포, 상기 기판과 동일한 것, 상기 지지 구조체와 동일한 것, 유리 섬유, 등일 수 있다. 상기 기판(들)은 광학적으로 불투명한 것이 바람직하지만(예를 들어, 흑색, 두꺼운, 등); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 기판(들)은 광원 파장에 대해 불투명할 수 있고, 가시 파장에 대해 불투명할 수 있고(400 - 700 ㎚), 상기 가시 파장의 서브 세트에 대해 불투명할 수 있고(예를 들어, 400 - 450 ㎚, 400 - 500 ㎚, 500 - 700 ㎚ 등), 광 발광에 대해 불투명할 수 있고(예를 들어, 광촉매 재료, 섬유, 형광 분자, 형광 오염물, 형광, 인광 등으로부터), 투명할 수 있고, 반투명할 수 있고, 임의의 다른 적절한 광학 특성을 가질 수 있다. 그러나 상기 기판(들)은 임의의 다른 적절한 특성을 가질 수 있다.
특정 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 2개의 스크림(132)을 포함할 수 있다. 상기 스크림 중 적어도 하나는 활성 탄소 활성층이 배치될 기판으로서 기능한다. 나머지 다른 스크림은 활성탄을 보호하기 위해, 상기 활성탄을 샌드위치시킨다(예를 들어, 상기 활성탄이 2개의 스크림층 사이에 위치되는 구조를 형성한다). 그러나 상기 흡수제층은 달리 적절히 정의될 수 있다.
필터 매질의 제1 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 필터 매질 내에서 가장 멀리 있는 상류층일 수 있다. 이런 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄을 포함할 수 있으며, 상기 오염물(들)이 필터를 통과할 때 이들을 가역적으로 포집할 수 있다. 상기 흡수제층은 포집된 오염물(들)을 서서히 방출하여, 다른 필터층(들)에 대한 즉각적인 오염물 부하를 감소시킬 수 있다. 그러나 상기 흡수제층은 달리 적절히 구성될 수 있다.
필터 매질의 제2 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 필터 매질 내에서 가장 멀리 있는 하류층일 수 있다. 이런 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 MOF 를 포함할 수 있으며, 또한 필터로부터 방출되기 전에 이산화탄소(예를 들어, CO2)를 가역적으로 포집할 수 있다. 흡수제층은, 상기 흡수제층이 포화되어(예를 들어, 더 이상 CO2 를 흡착할 수 없음), 재생되고(예를 들어, 방출 요소를 사용하여 흡수제층으로부터 CO2 가 방출됨), 및/또는 임의의 다른 적절한 동작이 발생하고 및/또는 취해질 때까지, CO2 를 포집할 수 있다. 그러나 상기 흡수제층은 달리 적절히 구성될 수 있다.
필터 매질의 제3 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 선택적으로 침전층을 포함할 수 있다. 유체가 침전 필터를 통과함에 따라, 상기 침전 필터가 재료의 응축 지점 아래에 있으면, 오염물이 침전 필터 상에 응축될 수 있다. 상기 침전층은 대안적으로 및/또는 추가적으로 유체 흐름으로부터의 오염물을 층 상에 침전시켜, 오염물의 침전물을 포획하도록 기능할 수 있다. 상기 침전층은 산성 무기 가스(acidic inorganic gas)를 상기 침전층의 표면 상에 배치된(예를 들어, 포획된) 염으로 변환하도록 기능할 수도 있다. 상기 침전층은 복분해(metathetical) 또는 단일 교체 반응(single replacement reaction)을 통해, 산성 무기 가스(예를 들어, NOx, SOx, CO, 등)를 포획하도록 기능할 수도 있다. 그러나 상기 흡수제층 및 침전층은 공기 흐름으로부터 적절한 오염물을 제거하기 위해, 오염물 침전물을 달리 적절히 형성할 수 있다.
추가적인 또는 대안적인 변형예에 있어서, 상기 흡수제층은 분자 오염물을 흡착하도록 적절히 구성될 수 있다.
제1 특정 예에 있어서, 상기 필터 매질은 광촉매 재료를 포함하는 반응층의 상류에 활성탄을 포함하는 흡수제층을 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 활성탄은 특정 오염물에 대한 특별한 선택성 없이, 넓은 스펙트럼 수착을 정의하도록 활성화되지만(예를 들어, 상기 반응층은 낮은 상대 효율로 인해 탈착되거나 흡수되지 않는 오염물을 제거하지만); 그러나 대안적인 예에 있어서, 상기 흡수제층의 활성탄은 특정 오염물(예를 들어, 비교적 낮은 분해 효율을 갖는 오염물)을 선택적으로 흡착하도록 조정될 수 있다.
관련의 특정 예에 있어서, 상기 필터 매질은 그 위에 배치된 활성탄 입자 및 광촉매 나노 입자를 포함하는 직물 기판을 포함할 수 있다. 이러한 예 및 관련의 구성은 다수의 층을 포함하는 것으로서 지칭될 수 있으며, 여기서는 단일층이 다수의 오염물-제거 기능(예를 들어, 수착 및 분해)을 수행한다.
또 다른 관련의 예에 있어서, 상기 필터 매질은 탄소 매질 및 기타 흡수층의 많은 층, 및 PECO 기능성을 포함하는 최종 반응층을 포함한다. 대안적으로, 상기 최종 층은 임의의 다른 적절한 재료일 수 있으며, 및/또는 임의의 다른 적절한 여과 및/또는 오염물 감소 목적을 수행할 수 있다. 이런 예의 하나 또는 그 이상의 층은 일부 공기 중 화학물의 수착 또는 중화(예를 들어, 비 활성화)를 개선시키기 위해 화학 코팅을 포함할 수 있다.
전술한 예의 필터 매질은 관능기의 조건 및 타입에 관계없이, 다양한 VOCs 를 바람직하게 흡수 및 파괴(예를 들어, 분해, 분쇄, 등)할 수 있다. 예를 들어, 상류 흡수제층은 초기에 VOCs 를 흡수하고, VOCs 를 서서히(예를 들어, 감소된 운동 속도로) 방출(예를 들어, 탈착)할 수 있으며, 상기 PECO 매질은 방출된 VOCs 를 양성의(예를 들어, 무해한, 비 오염된) CO2 및 H2O 로 분해할 수 있다. 이러한 예에 있어서, 탄소 및 기타 흡수 매질은 작동 중 포화를 방지할 수 있고, 또한 흡수된 바람직하지 않은 화학물이 다시 환경으로 방출되는 것을 방지할 수 있다.
변형예에 있어서, 상기 반응층은 하나 또는 그 이상의 코팅되지 않은 층[예를 들어, 기판(들), 입자-포획층(들), 지지층(들) 등]을 이에 근접하여(예를 들어, 상류에 인접하여, 하류에 인접하여, 상류 및 하류에 인접하여) 포함할 수 있다. 이러한 코팅되지 않은 층은 상기 반응층에 근접하여 분해 가능한 오염물의 체류 시간을 증가시키도록 기능할 수 있으며(예를 들어, 여기서 상기 반응층은 광촉매 나노 입자로 코팅될 수 있음), 이에 따라 상기 반응층에 포함된 광촉매 재료의 양을 초과하여 증가시키지 않으면서 전체 오염물 분해 효율을 증가시킬 수 있다. 예에 있어서, 코팅된 매질과 비 코팅된 매질의 결과적인 조합은, 동일한 양의 광촉매 로딩(예를 들어, 상기 필터 매질 상에 또는 필터 매질 내에 전체적으로 배치된 광촉매 재료)으로, 대응의 단일층 조립체에 비해 증가된(예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이) VOCs 분해 효율을 가질 수 있다. 또 다른 변형예에 있어서, 상기 코팅되지 않은 매질은 개선된 입자 및 부유 세균 감소 효율을 달성하도록 정전 대전될 수 있다(예를 들어, 입자 포획에 의해, 따라서 상기 코팅되지 않은 층이 입자-포획층으로서 기능한다). 또 다른 변형예에 있어서, 상기 반응층은 오염물 분자의 체류 시간을 증가시키도록 정전 대전될 수 있다(예를 들어, 이에 따라 파괴 속도 및/또는 효율을 증가시킨다). 또 다른 변형예에 있어서, 상기 코팅되지 않은 층과 광촉매층 모두는 정전 대전되어, 오염물(예를 들어, VOCs, 미생물, 등)의 광촉매 파괴뿐만 아니라 입자 여과(예를 들어, 입자 포획)를 개선할 수 있다.
또 다른 특정 예에 있어서, 상기 필터 매질은 반응층의 상류에 입자-포획층을 포함한다. 또 다른 특정 예에 있어서, 상기 필터 매질은 입자-포획층, 흡수제층, 및 반응층을 포함하며, 여기서 상기 입자-포획층은 흡수제층의 상류에 있고, 상기 흡수제층은 반응층의 상류에 있다. 또 다른 특정 예에 있어서, 상기 필터 매질은 흡수제층의 상류에 입자-포획층을 포함한다.
그러나 추가적인 또는 대안적인 예에 있어서, 상기 필터 매질은 임의의 적절한 개수의 임의의 적절한 층을, 임의의 적절한 순서로 포함할 수 있다.
3.2 프레임
상기 프레임(140)은 필터 매질에 구조적 지지를 제공하도록 바람직하게 기능하고, 상기 층을 위한 장착 지점을 제공하며, 및/또는 주어진 순서대로/방향으로 상기 필터 매질의 층(들)의 전부 또는 서브 세트를 유지하도록 기능한다. 그러나 상기 프레임은 임의의 적절한 기능을 제공할 수 있다. 상기 프레임(140)은 필터 매질에 바람직하게 연결되고, 보다 바람직하게는 필터 매질의 모든 층에 연결되는 것이지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 층의 서브 세트는 프레임에 연결될 수 있고, 단일층이 상기 프레임에 연결될 수 있으며, 상기 필터 매질은 자체 지원될 수 있으며(예를 들어, 프레임이 필요하지 않음), 및/또는 상기 프레임은 달리 적절히 구성될 수 있다.
상기 프레임은 필터 매질의 상부 및 하부에 바람직하게 결합되지만(도 15에 도시된 예); 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 상기 프레임은 하나 또는 그 이상의 층 가장자리의 둘레에서(예를 들어, 프레임에 의해 정의된 루멘을 가로질러 연장되는 층 내에서) 층의 길이를 따라 오직 상부에만, 오직 하부에만 결합되어, 상기 층을 둘러쌀 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 결합될 수 있다.
상기 프레임은 금속(예를 들어, 알루미늄, 스테인리스강, 탄소강, 등), 플라스틱, 직물(예를 들어, 직조, 부직포, 등), 가죽, 목재, 판지, 및/또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다. 상기 프레임은 필터 매질에 접착될 수 있고, 납땜될 수 있고, 끼워질 수 있고, 스탬핑될 수 있고, 크림핑될 수 있고, 클램핑될 수 있고, 나사 체결될 수 있고, 라미네이팅될 수 있으며, 및/또는 달리 적절히 부착될 수 있다.
변형예에 있어서, 프레임은 상기 프레임으로부터 제거 가능한 서브 프레임을 포함할 수 있다. 이들 변형예에 있어서, 상기 서브 프레임은 제거 가능한 층(예를 들어, 입자-포획층, 흡수제층, 반응층 등)을 제공하기 위해, 상기 필터 매질의 하나 또는 그 이상의 층에 연결될 수 있다. 상기 서브 프레임은 전체 필터 매질이 동시에 교체될 것을 요구하지 않고, 상기 필터 매질 층의 제거 및 교체를 촉진시키도록 기능할 수 있다. 그러나 층은 프레임에 영구적으로 연결될 수 있고, 반영구적으로 연결될 수 있고, 및/또는 임의의 적절한 방식으로 연결될 수 있다.
특정 예에 있어서, 상기 프레임은 2개의 원형 또는 환형 서브 프레임(도 14 및 도 15에 도시된 예)을 포함할 수 있으며, 각각의 서브 프레임은 절결부를 포함한다. 필터 매질은 상기 절결부 내에 삽입될 수 있으며, 하나의 원형 프레임이 상기 필터 매질의 상부에 배치되고 하나의 프레임이 상기 필터 매질의 하부에 배치되므로, 상기 필터 매질은 서브 프레임에 의해 원통형 형상으로 유지된다. 그러나 단일의 서브 프레임이 사용될 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 결합 메커니즘 및/또는 기하학적 형상이 사용될 수 있다.
또 다른 특정 예에 있어서, 상기 필터 매질은 직사각형의 넓은 면을 정의할 수 있다. 그러면 상기 프레임은 필터 매질의 가장자리를 부분적으로 및/또는 완전히 둘러싸는 직사각형(예를 들어, 판지로 제조된)일 수 있다. 상기 프레임은 필터 매질의 일부를 둘러싸고, 필터 매질과 접촉할 수 있으며(예를 들어, 필터 매질의 크기에 매칭되는 절결부 영역을 정의할 수 있으며), 및/또는 임의의 적절한 방식으로 상기 필터 매질에 배치될 수 있다. 상기 프레임은 필터 형상을 유지하도록 기능할 수 있고, 상기 필터 매질을 조작하기 위한 핸들을 제공할 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행할 수 있다. 그러나 상기 프레임은 달리 적절히 정의될 수 있다.
상기 시스템은 데이터를 기부(proximal) 컴퓨팅 시스템(예를 들어, 스캐너, 스마트폰, 수신 공기 필터 시스템, 등)과 통신시키도록 기능하는 하나 또는 그 이상의 단거리 통신 시스템(150)을 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 단거리 통신 시스템은 컴퓨팅 시스템으로부터 데이터를 선택적으로 수신할 수 있다. 상기 단거리 통신 시스템은 (예를 들어, 수신 장치, 원격 컴퓨팅 시스템에 의해), 시스템을 추적하도록, 시스템을 식별하도록, 시스템이 정품인지를 확인하도록(공기 필터 시스템 작동 전에), 상기 장치의 환경 풋프린트(footprint)를 추적하도록, 장치 메트릭을 추적하도록(예를 들어, 여과되거나 파괴된 오염물의 측정된, 계산된, 또는 추정된 양을 시스템/필터와 관련시키도록), 공기 필터 교체를 자동으로 알리도록, 사용자 또는 관리 주체에 대한 알림을 자동으로 생성하도록(예를 들어, 필터를 교체하도록, 공기질 불량으로 인해 외부로 나가지 않도록, 등), 사용될 수 있으며, 또는 달리 사용될 수 있다.
상기 단거리 통신 시스템은 수동적인 것이 바람직하지만(예를 들어, 외부에서 적용되는 RF 필드에 의해 전원이 공급되는), 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 능동적일 수도 있다(예를 들어, 공기 필터 시스템의 전원처럼 온보드 전원에 의해 전원이 공급되고, 외부 전원에 의해 전원이 공급된다). 상기 근거리 통신 시스템은 NFC, 블루투스[예를 들어, 블루투스 로우 에너지(Bluetooth Low Energy), 블루투스 클래식(Bluetooth Classic), UWB, 등], 지그비(Zigbee), 또는 임의의 다른 적절한 단거리 통신 시스템일 수 있다.
상기 단거리 통신 시스템은 시스템의 프레임(예를 들어, 필터 프레임)에 바람직하게 장착되지만, 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 시스템의 패키징, 필터 매질에, 및/또는 시스템의 임의의 다른 적절한 부분에 장착될 수 있다.
변형예에 있어서, 상기 시스템은 선적 및/또는 배포를 위해 패키징될 수 있다. 패키징의 예로는, 플라스틱 랩(plastic wrap), 박스, 및/또는 임의의 다른 적절한 선적 컨테이너를 포함할 수 있다. 특정 예에 있어서, 상기 시스템은 실질적으로 유동 가능하게 밀봉된 플라스틱 랩으로(예를 들어, 공기 필터 내에서 인-시튜로 또는 독립적으로) 전달될 수 있다. 이런 플라스틱 랩은 사용 전에 오염물이 시스템 내로 유입되거나 흡착되는 것을 방지하도록 기능할 수 있다(예를 들어, 이에 따라 시스템의 유효 수명을 연장시킨다). 상기 래핑된(wrapped) 시스템이 공기 필터 내에 인-시튜로 선적되는 변형예에 있어서, 상기 래핑 또는 패키징은 공기 필터 시스템에 대한 필터(또는 기타 전원 구성요소) 전기 접속을 방해할 수 있고, 또한 사용자로 하여금 설정 중 필터 교체를 연습하도록 동기를 부여할 수 있다(예를 들어, 사용자가 공기 필터 시스템을 사용할 동안).
4. 방법.
도 2에 도시된 바와 같이, 유체 여과 방법(S200)은 유체 스트림(예를 들어, 유체 흐름, 유체 흐름 경로, 유체 경로, 등)으로부터 하나 또는 그 이상의 오염물(190)을 제거하도록 바람직하게 기능한다. 상기 방법은 오염물을 흡수하는 단계(S220), 오염물을 포획하는 단계(S240), 및/또는 오염물을 분해하는 단계(S260)를 포함할 수 있다. 상기 방법은 분해 부산물을 포집하는 단계(S280) 및/또는 임의의 다른 적절한 단계 및/또는 프로세스를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 방법은 유체 여과 시스템에 의해 수행될 수 있지만(예를 들어, 위에서 설명한 바와 같이); 그러나 상기 방법은 임의의 적절한 시스템에 의해 수행될 수 있다.
오염물을 흡수하는 단계는 유체 흐름으로부터 오염물(191)의 제1 서브 세트(예를 들어, 분자 오염물, VOC, 특정 관능기를 갖는 오염물; 10 ㎚, 100 ㎚, 300 ㎚, 1 ㎛, 등과 같은 소정의 크기보다 더 작은 오염물; 무기 재료, SOx, NOx, CO, 등과 같은 무기 오염물; 유기 오염물; 등)를 포집하도록 바람직하게 기능하지만; 그러나 임의의 적절한 오염물이 흡수될 수 있다. 오염물을 흡수하는 단계는 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 단계에 비해 오염물의 흐름을 완충시키도록(예를 들어, 오염물을 저장하고 나중에 방출시키도록) 기능할 수 있으며, 이는 오염물로 층을 제압하지 않음으로써 필터 매질[예를 들어, 반응층(들), 입자-포획층(들), 등과 같은 필터 매질의 특정 층]의 효율 및/또는 수명을 강화시킬 수 있다. 그러나 오염물을 흡수하는 단계는 임의의 적절한 기능을 수행할 수 있다. 오염물을 흡수하는 단계는 하나 또는 그 이상의 흡수제층에서 바람직하게 발생되지만(예를 들어, 전술한 바와 같이); 그러나 임의의 적절한 층 및/또는 필터가 상기 단계를 수행할 수 있다. 오염물을 흡수하는 단계는 오염물을 흡착하는 단계를 바람직하게 포함하지만; 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 오염물을 흡수하는 단계는 오염물과 반응하는 단계, 오염물을 흡수하는 단계, 상 변화(예를 들어, 응축, 침전, 증착, 동결, 등)를 유도하는 단계를 포함할 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 프로세스를 포함할 수 있다.
오염물을 흡수하는 단계는 오염물을 분해하는 단계 전에 바람직하게 발생하며[예를 들어, 오염물-함유 유체로부터의 오염물(들)은 분해되기 전에 흡수된다], 바람직하게는 오염물-함유 유체 상에서 수행되는 제1 여과 단계이지만; 그러나 오염물을 흡수하는 단계는, 오염물을 분해하는 단계 후에(예를 들어, 미 반응 오염물을 흡수하고, 반응 부산물을 흡수하는, 등), 한 번 이상(예를 들어, 오염물을 분해하기 전과 후에, 등), 다른 여과 단계와 동시에(예를 들어, 동일한 필터층에서처럼 오염물을 분해하는 단계와 실질적으로 동시에 오염물을 흡수하고, 동일한 필터층에서처럼 오염물을 포획하는 단계와 실질적으로 동시에 오염물을 흡수한다), 및/또는 임의의 적절한 타이밍에 발생할 수 있다. 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 오염물은 흡수되지 않을 수 있다.
오염물을 흡수하는 단계는, 흡수된 재료(예를 들어, 흡수된 오염물, 흡수된 부산물, 등)를 방출하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 흡수된 재료를 방출하는 단계는, 흡수된 재료를 유체 흐름 내로 방출하고, 흡수제를 재생하고(예를 들어, 상기 흡수제를 디폴트 상태로 준비 및/또는 복귀시키고, 재료를 흡수하도록 흡수제를 준비하고, 등), 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행하도록 기능하는 것이 바람직하다. 상기 흡수된 재료를 방출하는 단계는 수동적일 수 있으며(예를 들어, 자발적으로 발생할 수 있으며, 탈착될 수 있으며, 등), 및/또는 능동적일 수 있다. 흡수된 재료를 방출하는 단계가 능동적인 변형예에 있어서, 상기 흡수된 재료를 방출하는 단계는, 방출 요소에 의해 및/또는 임의의 적절한 요소에 의해 수행될 수 있다. 이들 변형예에 있어서, 흡수된 재료를 방출하는 단계는 흡수제를 가열하는 단계, 상기 흡수제에 전기장을 적용하는 단계, 상기 흡수제에 전위를 적용하는 단계, 상기 흡수제에 힘을 적용하는 단계, 상기 흡수제를 진공에 노출시키는 단계, 상기 흡수제를 회수 재료(예를 들어, 흡수된 재료를 대체할 수 있는 재료)에 노출시키는 단계를 포함할 수 있으며, 및/또는 흡수된 재료를 방출하기 위해 임의의 다른 적절한 메커니즘을 포함할 수 있다.
오염물을 포획하는 단계는 오염물(192)의 제2 서브 세트(예를 들어, 0.1 ㎛, 0.3 ㎛, 1 ㎛, 3 ㎛, 10 ㎛, 100 ㎛ 등과 같은 임계값 크기보다 더 큰 오염물)를 포획하도록(예를 들어, 물리적으로 포집하도록, 화학적으로 포집하도록, 등) 바람직하게 기능한다. 오염물을 포획하는 단계는 (예를 들어, 반응성 필터 상의) 부하를 감소시키도록, (예를 들어, 필터 시스템의, 특정 필터층의, 등) 수명을 연장시키도록, 필터 시스템 및/또는 층 내의/필터 시스템 및/또는 층을 통하는 유체 흐름(예를 들어, 속도, 압력 강하, 등)을 변경시키도록, 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행하도록 기능할 수 있다. 오염물의 제2 서브 세트는 상기 오염물의 제1 서브 세트(예를 들어, 오염물 흡수 시 흡수되는 것들)와 상이한 것이 바람직하지만; 그러나 오염물의 상기 제1 및 제2 서브 세트는 중첩될 수 있고, 동일할 수 있고, 임의의 및/또는 모든 오염물을 포함할 수 있고, 및/또는 임의의 적절한 관련 및/또는 오염물을 가질 수 있다.
오염물을 포획하는 단계는 오염물을 흡수한 후에 바람직하게 발생하지만; 그러나 오염물을 포획하는 단계는 오염물을 흡수하는 단계와 실질적으로 동시에, 오염물을 흡수하는 단계 전에, 및/또는 임의의 적절한 타이밍에 발생할 수 있다. 오염물을 포획하는 단계는, 유체가 필터 매질을 통해 흐를 때 1회 또는 그 이상 발생할 수 있다.
오염물을 포획하는 단계는 하나 또는 그 이상의 포획층(예를 들어, 전술한 바와 같이)에 의해, 보다 바람직하게는 하나 또는 그 이상의 입자-포획층에 의해 바람직하게 수행되지만; 그러나 오염물을 포획하는 단계는, 흡수층에 의해 및/또는 임의의 적절한 필터 또는 층에 의해 수행될 수 있다. 오염물을 포획하는 단계는, 수동적일 수 있으며(예를 들어, 정적 필터 및/또는 층 사용) 및/또는 능동적일 수 있다.
능동적인 변형예에 있어서, 오염물을 포획하는 단계는 층 및/또는 층의 구성요소를 이동시키는 단계(예를 들어, 섬유질 필터층 및/또는 재료로부터 섬유를 이동시키는 단계), 층 및/또는 층의 구성요소를 전기적으로 충전 및/또는 방전하는 단계, 및/또는 임의의 다른 적절한 단계(들)를 포함할 수 있다. 층을 이동시키는 단계는 유체 흐름을 촉진시킬 수 있고, 층이 더 큰 영역을 덮을 수 있게 하고, 입자 방출을 돕고(예를 들어, 반응층에서의 분해를 위해), 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행하게 할 수 있다. 층을 전기적으로 충전하는 단계는 오염물을 전자기적으로 포획하도록(예를 들어, 정전기 상호작용을 통해, 자기 상호작용을 통해, 등), 오염물을 완충시키도록(예를 들어, 오염물이 가역적으로 포획되어 나중에 방출될 수 있도록 허용하기 위해) 기능할 수 있으며, 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행할 수 있다. 그러나 서브 세트의 임의의 다른 적절한 서브단계의 세트가 수행될 수 있다.
오염물을 분해하는 단계는, 오염물을 부산물(197)로 분해(예를 들어, 산화)하도록 바람직하게 기능한다. 상기 부산물(197)은 작동 조건에서는 무독성인 것이 바람직하지만, 그러나 임의의 적절한 화합물 세트일 수 있다. 상기 부산물(197)은 오염물에 의존할 수 있으며, 또한 이산화탄소(예를 들어, CO2), 물, 일산화탄소(예를 들어, CO), 황산화물(예를 들어, SO2, SO3, SOx, 등), 질소 산화물(예를 들어, NO , NO2, NOx, 등), 인 산화물(예를 들어, POx), 붕소 산화물(예를 들어, BOx), 셀레늄 산화물(SeOx), 비소 산화물(AsOx), 수소화 및/또는 양성자화된 산화물, 및/또는 임의의 적절한 분자, 원자 및/또는 종(species)을 포함할 수 있다. 변형예에 있어서, 오염물을 분해하는 단계는 유체 흐름으로부터 종을 제거하여 격리하도록 기능할 수 있다.
오염물을 분해하는 단계는 오염물을 포획하고 오염물을 흡수한 후에 바람직하게 발생하지만; 그러나 오염물을 분해하는 단계는 오염물을 포획하기 전에, 오염물을 흡수하기 전에, 오염물을 포획하는 단계와 흡수하는 사이에, 또는 임의의 적절한 타이밍에 발생할 수 있다. 오염물을 분해하는 단계는 하나 또는 그 이상의 반응층에 의해 바람직하게 수행되지만; 그러나 임의의 적절한 층 및/또는 필터가 사용될 수 있다.
변형예에 있어서, 예를 들어 도 12에 도시된 바와 같이, 오염물을 분해하는 단계는 광촉매층을 활성화하는 단계(예를 들어, 광학 조사에 의해, 열 조사에 의해, 전기적 여기에 의해, 등), 오염물을 분해하기 위해 상기 활성화된 광촉매층을 오염물과 반응시키는 단계, 및/또는 임의의 적절한 프로세스를 포함할 수 있다. 광촉매층을 활성화하는 단계는, 광촉매 재료(116)를 활성화하기 위해 적절한 파장(예를 들어, 반응성 재료의 여기 파장에 매칭되는)의 광으로 광촉매층을 조사하는 단계를 바람직하게 포함하지만; 그러나 임의의 적절한 활성화 프로세스가 사용될 수 있다. 광촉매층을 활성화하는 단계는 연속적으로 및/또는 간헐적으로 발생할 수 있다(예를 들어, 임의의 적절한 기간에, 임의의 적절한 타이밍에, 트리거에 응답하여, 등). 광촉매층을 활성화하는 단계는 여기원(예를 들어, 광원)에 의해 바람직하게 수행되지만; 그러나 임의의 적절한 요소가 사용될 수 있다. 상기 활성화된 광촉매층은 전자적으로 여기된 상태(예를 들어, 광학적으로 여기된, 열적으로 여기된, 등)의 광촉매 재료, 고온의(예를 들어, 실온보다 높은 온도의) 활성 재료, 하전된 활성 재료(예를 들어, 양으로 하전된, 음으로 하전된), 및/또는 임의의 적절한 활성화 상태를 포함할 수 있다.
상기 활성화된 광촉매층을 오염물과 반응시키는 단계는, 오염물을 부산물로(예를 들어, 오염물의 구성요소의 산화물로) 비 특이적으로 분해하도록(예를 들어, 산화하도록, 환원하도록, 등) 바람직하게 기능하지만; 그러나 상기 활성화된 광촉매층을 오염물과 반응시키는 단계는, 임의의 적절한 기능을 수행할 수 있다. 상기 활성화된 광촉매층을 오염물과 반응시키는 단계는, 광촉매층을 활성화시키는 단계와 동시에 및/또는 임의의 적절한 시간에 발생할 수 있지만; 그러나 활성화된 광촉매층을 오염물과 반응시키는 단계는 적절한 시간에 발생할 수 있다. 활성화된 광촉매층을 오염물과 반응시키는 단계는, 상기 활성화된 광촉매(116)에서 라디칼(예를 들어, OH 와 같은 반응성 라디칼)을 발생하는 단계, 활성화된 오염물을 발생하기 위해 라디칼을 오염물과 반응시켜, 광촉매에서 오염물의 직접 반응, 광촉매로부터 오염물로의 에너지 전달(예를 들어, 공명 에너지 전달, 전자 전달, 등)을 수행하는 단계, 활성화된 오염물을 예를 들어, 다른 오염물과, 다른 활성화된 오염물과, 유체 흐름의 다른 구성요소와, 광촉매와, 등과 반응시키는 단계, 및/또는 임의의 다른 적절한 프로세스를 포함할 수 있다.
변형예에 있어서, 오염물을 분해하는 단계는 오염물과 화학적으로 반응하는 단계를 포함할 수 있다. 오염물과 화학적으로 반응하는 단계는 유체 흐름으로부터 오염물을 격리 및 제거하도록 및/또는 임의의 적절한 기능을 수행하도록 기능할 수 있다. 오염물과 화학적으로 반응하는 단계는 바람직하게는 반응층에서, 보다 바람직하게는 화학층에서 발생하지만; 그러나 오염물과 화학적으로 반응하는 단계는 임의의 적절한 층 및/또는 필터에서 발생할 수 있다. 특정 예에 있어서, 오염물과 화학적으로 반응하는 단계는 화학 종의 염을 침전시키는 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, SO3 를 제거하기 위해 황산염을, NO2 를 제거하기 위해 질산염을 침전시키는 단계, 등). 그러나 임의의 적절한 화학 반응이 사용될 수 있다.
그러나 오염물을 분해하는 단계는 임의의 적절한 프로세스 및/또는 단계를 포함할 수 있다.
상기 방법은 분해 부산물을 포획하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 분해 부산물을 포획하는 단계는, 부산물(예를 들어, 오염물이 분해된 후 생성된 종)을 격리하여, 이들이 환경으로 방출되거나 및/또는 환경으로 복귀하는 것을 방지하도록 바람직하게 기능한다. 분해 부산물을 포집하는 단계는 오염물을 분해하는 단계 후에 바람직하게 발생하지만, 그러나 추가적으로 또는 대안적으로, 오염물을 분해하는 단계와 동시에 발생할 수 있다. 분해 부산물을 포집하는 단계는 흡수제층, 반응층, 입자-포획층, 임의의 다른 적절한 필터 및/또는 층, 매니폴드, 저장조, 및/또는 임의의 다른 적절한 포획 메커니즘에 의해 수행될 수 있다.
5. 제조 방법
도 3에 도시된 바와 같이, 필터 매질의 제조 방법(S300)은, 재료를 필터층에 도포하는 단계(S320), 다수의 필터층을 필터 매질에 결합하는 단계(다수의 층을 조합하는 단계)(S350), 및 상기 필터 매질에 구조적 형태를 부여하는 단계(S370)를 포함할 수 있다. 상기 제조 방법은 추가적으로 또는 대안적으로, 임의의 다른 적절한 단계 및/또는 하위 프로세스를 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 필터층에 재료를 도포하는 단계를 포함하는 블록(S320)을 포함할 수 있다. 블록(S320)은 층의 원하는 기능이 기계적 여과(예를 들어, 수착, 분해, 능동 포획, 등)와 함께 오염물 제거 메커니즘과 관련된 경우에, 층(예를 들어, 기판)을 기능화하도록 기능한다. 필터층에 재료를 도포하는 단계는 필터 매질에 다수의 층을 조합하는 단계 전에 바람직하게 발생하지만; 그러나 필터층에 재료를 도포하는 단계는 다수의 층을 조합하는 단계와 동시에 및/또는 임의의 적절한 타이밍에 발생할 수 있다. 필터층에 재료를 도포하는 단계는 적절한 피복률 및/또는 층 두께를 확보하도록 필요에 따라 1회 또는 그 이상(예를 들어, 동일한 기판에, 상이한 기판에, 동일한 층에, 다른 층에, 등) 발생할 수 있다. 필터층에 재료를 도포하는 단계는 하나 또는 그 이상의 기판에 하나 또는 그 이상의 활성층을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 예에서는, 반응층을 형성하기 위해 광촉매 나노 입자가 하나의 기판에 도포되고, 또한 흡수제층을 형성하기 위해 활성탄 펠릿이 스크림(132)(예를 들어, 기판)에 도포될 수 있다. 다른 특정 예에서는, 실질적으로 동일한 층에 반응성 및 흡수제층을 형성하기 위해, 상기 광촉매 나노 입자 및 활성탄이 기판에 각각 도포될 수 있다. 그러나 임의의 적절한 재료는 임의의 적절한 층에 도포될 수 있다.
블록(S320)은 재료(예를 들어, 미립자 재료, 코팅, 광촉매 재료, 광촉매 나노 입자, 활성탄, 섬유, 등)를 기판(예를 들어, 직물 기판, 임의의 다른 적절한 재료의 시트, 등)에 도포하기 위해, 임의의 적절한 제조 프로세스를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 블록(S320)은 스프레이 코팅, 압착(press-bonding)과 조합되는 정전 코팅, 딥 코팅(dip coating), 드롭 캐스팅(dropcasting), 스핀 코팅, 증발, 직접 합성(예를 들어, 기판 상에서 직접 성장하는 재료), 웨이빙(waving), 프레싱, 및/또는 임의의 다른 적절한 프로세스를 포함할 수 있다.
예를 들어, 블록(S320)은 필터층의 직물 기판에 광촉매 나노 입자를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 블록(S320)은 포획층의 기판[예를 들어, 스크림(132)]에 활성탄 입자를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 예에 있어서, 블록(S320)은 (예를 들어, 필터층의 정전 대전을 촉진시키기 위해) 기판에 충전 가능한 (예를 들어, 유전체, 금속, 등) 입자를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 블록(S320)은 추가적으로 또는 대안적으로, (예를 들어, 전도성 섬유를 펠트에 프레싱하고, 전도성 섬유를 직조 직물로 직조함으로써, 등) 전도성 섬유를 필터 매질의 하나 또는 그 이상의 층과 조합하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 상기 블록(S320)은 임의의 다른 적절한 방식으로 필터층에 임의의 적절한 재료를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
블록(S350)은 다수의 필터층을 필터 매질에 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(S350)은 다양한 오염물 제거 메커니즘[예를 들어, 상기 시스템(100)과 관련하여 전술한 바와 같이]에 의해 다중 타입의 오염물을 제거할 수 있는 필터 매질을 생성하도록 기능할 수 있다. 블록(S350)은 블록(S320) 이후에 바람직하게 발생하지만; 그러나 블록(S350)은 블록(S320)과 동시에 및/또는 그 이전에 발생할 수 있다. 블록(S350)은 지정된(예를 들어, 소정의) 순서로(예를 들어, 바람직한 층 순서로, 바람직한 층 배향으로, 등) 상기 필터 매질에 층 스택을 바람직하게 형성하지만; 그러나 상기 층 스택은 임의의 순서로 준비될 수 있다. 블록(S350)은 필터 매질을 준비하기 위해 1회 또는 그 이상 반복될 수 있다. 특정 예에 있어서, 블록(S350)은 1회에 한 층씩 필터 매질을 구축하도록(예를 들어, 제3 층을 추가하기 전에 2개의 층을 조합하도록) 개별적으로 반복될 수 있다. 또 다른 특정 예에 있어서, 블록(S350)은 동시에 2개 이상의 층을 함께 조합하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나 블록(S350)은 필터 매질을 제조하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
다수의 필터층을 필터 매질에 조합하는 블록(S350)은 하나 또는 그 이상의 층을 함께 접착하는 단계(예를 들어, 무기 결합제, 유기 결합제, 등을 사용하여), 결합하는 단계(예를 들어, 공유 결합, 이온 결합, 금속 결합, 반데르 발스 결합, 등), 롤링하는 단계, 크림핑하는 단계, 엉킴 단계, 납땜 단계, 직조 단계, 교반 단계, 등을 포함할 수 있다. 블록(S350)은 층들을 조합하기 위해 도포되는 하나 또는 그 이상의 기술의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다.
특정 예에 있어서, 블록(S350)은 제1 측부에 금속 메시(예를 들어, 알루미늄, 강철, 및 임의의 다른 적절한 금속 재료, 등)에 인접한 직물 흡수제층을, 그리고 상기 제1 측부와 대향하는 제2 측부에 상기 금속 메시에 인접한 반응층을(예를 들어, PECO 프로세스의 수행을 위한 광촉매 재료에 함침된), 위치시키는 단계를 포함한다. 이런 예에 있어서, 블록(S350)은 소정의 횡방향 압력을 가하여 3개의 층을 필터 매질에 결합하기 위해, 대향 롤러를 사용하여 3개의 층(예를 들어, 흡수제층, 금속 메시층, 및 반응층)을 함께 가압하는 단계를 포함한다.
또 다른 특정 예에 있어서, 블록(S350)은 동일한 측부 상의 반응층에 인접한 금속 메시를 사용하여 반응층의 제1 측부 상에 접착제를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 이런 예에서는, 상기 금속 메시가 접착제와 접촉할 수 있다. 접착제는 금속 메시(예를 들어, 지지층)가 반응층에 결합되는 순서로 건조되는 것이 허용될 수 있다. 그러나 층들을 조합하기 위한 임의의 적절한 메커니즘이 사용될 수 있다.
변형예에 있어서, 블록(S350)은 섬유질 얽힘을 통해 2개 또는 그 이상의 섬유층(예를 들어, 수착 및/또는 분해 기능을 수행하도록 기능화된 펠트 직물층, 입자 포획을 수행하기 위해 정전기적으로 대전될 수 있는 충전 가능한 펠트 직물 층 등)을 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 2개의 섬유층이 서로 인접하여 배치되며, 그리고 표면 섬유들이 그 각각의 층의 펠트로부터 자유로워지고 인접한 섬유 재료의 표면 섬유와 얽히도록 교반될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 블록(S350)은 필터 매질을 형성하도록 임의의 적절한 방식으로 2개 또는 그 이상의 층을 함께 결합하는 단계를 포함할 수 있다.
블록(S370)은 필터 매질에 구조적 형태를 부여하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(S370)은 필터 매질에 원하는 구조(예를 들어, 형상, 기하학적 형상, 폼 팩터, 등)를 부여하도록 기능할 수 있다. 블록(S370)은 블록(S350) 이후에 바람직하게 발생하지만; 그러나 블록(S370)은 블록(S350) 이전에 발생할 수 있다. 블록(S370)은 필터 매질을 준비하기 위해 1회 또는 그 이상 반복될 수 있다. 특정 예에 있어서, 블록(S370)은 블록(S350) 이전에 필터 매질의 층에 대해 개별적으로 반복될 수 있다(예를 들어, 층을 조합하기 전에 각각의 층을 개별적으로 주름잡는다). 또 다른 특정 예에 있어서, 블록(S370)은 전체 필터 매질에 구조를 한 번에 부여하기 위해 이미 조합된[예를 들어, 블록(S350) 이후에] 필터 매질을 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 그러나 블록(S370)은 필터 매질을 제조하기 위해 필요에 따라 반복될 수 있다.
블록(S370)은 폼 팩터를 생성하는 단계 및/또는 넓은 면 구조체(예를 들어, 주름진, 매끄러운, 절첩된, 융기된, 잔주름이 잡힌, 굴곡된, 등)를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(S370)은 절첩 단계, 굴곡 단계, 절단 단계, 접착 단계, 결합 단계, 프레싱 단계, 성형 단계, 및/또는 임의의 다른 적절한 프로세스 또는 프로세스들의 조합을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 블록(S370)은 필터 매질의 층을 형성하기 위해 하나 또는 그 이상의 층을 임의의 적절한 방식으로 조작하는 단계를 포함할 수 있다.
6. 특정 예
제1 특정 예(도 7c, 도 13a 및 도 13b에 도시된 예시적인 예)에 있어서, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 흡수제층, 입자-포획층, 지지층, 및 반응층을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 유체 흐름 방향은 유체가 먼저 흡수제층, 입자-포획층, 지지층, 및 마지막으로 광촉매층과 상호작용하도록 구성된다. 이런 예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고, 상기 입자-포획층은 MERV 등급이 16 인 직물일 수 있으며, 상기 지지층은 6각형 금속 메시(예를 들어, 알루미늄)일 수 있으며, 상기 반응층은 광촉매층(예를 들어, MERV 9 표준 이상을 충족하는 섬유질 기판 상에 배치된 나노 입자 활성층)일 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 필터 매질의 각각의 층은 인접한 층들 사이에 분리 거리를 가질 수 있다. 광원은 상기 광촉매층에 인접하게 배치되어, 광촉매층을 조사하도록 구성될 수 있다. 모든 층들은 동일한 프레임에 함께 유지될 수 있다.
제2 특정 예에 있어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 흡수제층, 입자-포획층, 지지층, 1차 반응층, 및 2차 반응층을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 유체 흐름 방향은 유체가 먼저 흡수제층과 반응하고, 이어서 입자-포획층, 지지층, 1차 반응층 및 2차 반응층과 상호작용하도록 구성된다. 이런 예에 있어서, 상기 흡수제층은 2개의 스크림층들 사이에 배치되는 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고(예를 들어, 여기서 상기 스크림층은 흑색과 같이 광학적으로 불투명할 수 있고), 상기 입자-포획층은 MERV 등급이 16 인 직물일 수 있고, 상기 지지층은 6각형 금속 메시(예를 들어, 강철)일 수 있고, 상기 1차 반응층은 광촉매층(예를 들어, MERV 9 표준 이상을 충족하는 섬유질 기판 상에 배치된 나노 입자 활성층)일 수 있으며, 상기 2차 반응층은 수산화바륨 용액일 수 있다.
제3 특정 예에 있어서, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 흡수제층, 입자-포획층, 및 반응층을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 유체 흐름 방향은 유체가 먼저 흡수제층과 상호작용하고, 그 후 입자-포획층과, 그리고 마지막으로 반응층과 상호작용하도록 구성된다. 이런 예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고, 상기 입자-포획층은 MERV 등급이 16 인 직물일 수 있으며, 상기 반응층은 광촉매층(예를 들어, MERV 9 표준을 충족하는 기판에 배치된 광촉매 나노 입자)일 수 있다. 이런 특정 예에 있어서, 상기 광촉매층 기판은 광촉매층의 강도를 강화시키기 위해 금속 로드(예를 들어, 알루미늄)로 로딩될 수 있다. 상기 금속 로드는 전도성(예를 들어, 전기적으로)인 것이 바람직하지만, 그러나 상기 막대는 비 전도성일 수 있다.
제4 특정 예에 있어서, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 흡수제층, 지지층, 및 반응층(선택적 입자-포획층을 갖는 도 7a에 도시된 예)을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 유체 흐름 방향은 유체가 먼저 상기 흡수제층과 상호작용하고, 그 후 지지층과, 그리고 마지막으로 상기 반응층과 상호작용하도록 구성된다. 이런 예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고, 상기 지지층은 금속 메시(예를 들어, 알루미늄)일 수 있으며, 상기 반응층은 광촉매층(예를 들어, MERV 12+ 표준을 충족하는 기판 상에 배치된 광촉매 나노 입자)일 수 있다.
제5 특정 예에 있어서, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 포획층, 지지층, 및 반응층(도 7b에 도시된 예)을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 유체 흐름 방향은 유체가 먼저 포획층과 상호작용하고, 그 후 상기 지지층과, 그리고 마지막으로 반응층과 상호작용하도록 구성된다. 이런 예에 있어서, 상기 포획층은 MERV 등급이 12 이상인 직물일 수 있고, 상기 지지층은 알루미늄을 포함하는 6각형 메시일 수 있으며, 상기 반응층은 광촉매층일 수 있다(예를 들어, 기판에 배치된 광촉매 나노 입자). 광원은 상기 광촉매층에 인접하게 배치되어, 상기 광촉매층을 조사하도록 구성될 수 있다. 이런 특정 예에 있어서, 상기 포획층은 광학 방사선을 반사하도록 바람직하게 구성되지만(예를 들어, 반사성 재료로 제조되고, 반사성 재료로 코팅되고, 광의 반사에 적절한 다공성을 갖지만); 그러나 상기 포획층은 임의의 적절한 광학적 특성을 가질 수 있다.
제6 특정 예에 있어서, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 원통형일 수 있다(도 5, 도 11, 도 14, 및 도 15에 도시된 예). 상기 필터 매질은 흡수제층, 입자-포획층, 지지층, 및 반응층을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 유체 흐름 방향은 반경방향으로 내향이므로, 상기 유체는 먼저 흡수제층과 상호작용하고, 그 후 입자-포획층, 지지층, 그리고 마지막으로 광촉매층과 상호작용한다. 이런 예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고, 상기 입자-포획층은 MERV 등급이 14 이상(및/또는 먼지 보유 용량이 5g 또는 그 이상)인 직물일 수 있으며, 상기 지지층은 6각형 금속 메시(예를 들어, 알루미늄)일 수 있고, 그리고 상기 반응층은 광촉매층(예를 들어, MERV 9 표준을 충족하는 섬유질 기판 상에 배치된 나노 입자 활성층)일 수 있다. 광원은 광촉매층에 인접하게 배치되어, 상기 광촉매층을 조사하도록 구성될 수 있다. 모든 층들은 동일한 프레임에 함께 보유될 수 있으며, 여기서 상기 프레임은 필터 매질의 상부 및 바닥에 부착할 수 있는 2개의 서브 프레임을 포함할 수 있다. 상기 필터 매질은 유체 경로를 제어하도록 구성된 루멘 및 임펠러 모듈(예를 들어, 팬)을 포함하는 유체 정화 유닛 내에 설치될 수 있다. 상기 유체 경로는 오염물이 함유된 공기가 필터 매질에 반경방향으로 들어가고 그리고 정화된 공기가 축방향으로 방출되도록 제어될 수 있다. 이런 예의 예시적인 구성에 있어서, 상기 다층 필터는 6 인치 외경, 3.8 인치 내경, 6.5 인치 높이를 가질 수 있으며, 100 ㎜ 당 5개 또는 그 이상의 주름 밀도를 가질 수 있고, 및/또는 75개의 주름을 가질 수 있다. 그러나 이런 예는 달리 구성될 수 있다.
제7 특정 예에 있어서, 다층 필터(예를 들어, 필터 매질)는 박스형일 수 있다(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이). 상기 필터 매질은 흡수제층, 입자-포획층, 지지층, 및 반응층을 직렬로 포함할 수 있다. 이런 예에 있어서, 상기 유체 흐름 방향은 실질적으로 상기 박스의 넓은 면과 직교하므로, 유체는 먼저 흡수제층과 상호작용하고, 그 후 입자-포획층, 지지층, 그리고 마지막으로 광촉매층과 상호작용한다. 이런 예에 있어서, 상기 흡수제층은 활성탄 펠릿을 포함할 수 있고, 상기 입자-포획층은 MERV 등급이 12 이상인 직물일 수 있으며, 상기 지지층은 6각형 금속 메시(예를 들어, 알루미늄)일 수 있으며, 상기 반응층은 광촉매층(예를 들어, MERV 9 표준을 충족하는 섬유질 기판 상에 배치된 나노 입자 활성층)일 수 있다. 광원은 광촉매층에 인접하게 배치되어, 상기 광촉매층을 조사하도록 구성될 수 있다. 모든 층들은 동일한 프레임 상에 함께 보유될 수 있으며, 여기서 상기 프레임은 필터 매질의 가장자리를 둘러쌀 수 있다. 상기 필터 매질은 유체 경로를 제어하도록 구성된 루멘 및 임펠러 모듈(예를 들어, 팬)을 포함하는 유체 정화 유닛 내에 설치될 수 있다. 상기 유체 경로는 오염물이 함유된 공기가 한쪽 측부로부터 상기 필터 매질에 들어가고, 그리고 정화된 공기가 반대쪽으로부터 방출되도록 제어할 수 있다.
제8 특정 예에 있어서, 유체를 정화하는 방법은 유체 흐름으로부터 오염물의 서브 세트를 흡수하는 단계, 상기 유체 흐름으로부터 오염물의 제2 서브 세트를 포획하는 단계, 및 상기 유체 흐름에서 오염물을 분해하는 단계를 포함할 수 있다. 오염물의 서브 세트를 흡수하는 단계는 한 번에 분해될 오염물(예를 들어, VOCs, 무기물, 등과 같은 분자 오염물)의 속도 및 양을 바람직하게 완충하며, 활성 탄소층(예를 들어, 흡수층)에서 바람직하게 발생한다. 오염물의 제2 서브 세트를 포획하는 단계는 오염물 크기(예를 들어, 0.3 ㎛ 보다 큰 및/또는 임의의 적절한 크기)에 기초하여 오염물을 포획하도록 바람직하게 기능하며, 또한 입자-포획층에서 바람직하게 발생한다(예를 들어, 12 이상의 MERV 등급으로). 오염물을 분해하는 단계는 광촉매층을 바람직하게 조사하는 단계, 반응성 라디칼을 발생하는 단계, 및 상기 라디칼을 오염물과 반응시키는 단계를 포함하며, 그리고 광촉매층에서 바람직하게 발생한다. 이런 특정 예는 부산물이 외부 환경으로 방출되는 것을 방지하기 위해 반응 부산물을 포집하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있으며, 흡수층 또는 반응층에서 바람직하게 발생한다. 그러나 임의의 적절한 프로세스가 포함될 수 있으며, 모든 프로세스들은 임의의 적절한 층 및/또는 필터에서 발생할 수 있다.
시스템 및/또는 방법의 실시예는 다양한 시스템 구성요소와 다양한 방법 프로세스의 모든 조합 및 순열을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 방법 및/또는 프로세스의 하나 또는 그 이상의 경우는 비 동기식으로(예를 들어, 순차적으로), 동시에(예를 들어, 병렬로), 또는 여기에 기재된 시스템, 요소, 및/또는 개체의 하나 또는 그 이상의 경우에 의해 및/또는 이를 사용하는 임의의 다른 적절한 순서로 수행될 수 있다.
본 기술분야의 숙련자가 앞서 기재된 상세한 설명과 도면 및 청구범위로부터 인식할 수 있는 바와 같이, 이하의 청구범위에 정의된 본 발명의 범위로부터의 일탈 없이 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.

Claims (26)

  1. 공기 여과 시스템으로서:
    ● 반응층으로서, 여기서 반응성 필터가 공기 중의 오염물과 반응하도록 구성된, 반응층;
    ● 포획층으로서, 여기서 상기 포획층은 공기 중의 오염물의 서브 세트를 포획하도록 구성된, 포획층; 및
    ● 프레임으로서, 상기 반응층 및 상기 포획층이 상기 프레임에 연결되는, 프레임을 포함하는, 공기 여과 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응층은 섬유질 재료를 포함하는 기판층 및 광전기화학적 산화(PECO) 층을 포함하고, 상기 PECO 층은 광촉매 나노 구조체를 포함하는, 공기 여과 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    지지층을 더 포함하고, 상기 지지층은 전기적으로 전도성이고, 상기 PECO 층은 상기 지지층에 결합되는, 공기 여과 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    제2 반응층을 더 포함하고, 상기 제2 반응층은 상기 반응층의 하류에 있고, 상기 제2 반응층은 상기 반응층이 공기 중의 오염물과 반응한 후 부산물과 반응하도록 구성되는, 공기 여과 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    제2 반응층을 더 포함하고, 상기 제2 반응층은 공기 중의 무기 오염물과 반응하도록 구성되는, 공기 여과 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    지지층을 더 포함하며, 상기 지지층은 상기 반응층의 상류에 있고, 상기 지지층은 상기 공기 여과 시스템에 대한 구조적 지지를 제공하도록 구성되고, 상기 지지층은 금속 메시를 포함하는, 공기 여과 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 포획층은 상기 반응층의 상류에 있고, 상기 포획층은 흡수제층을 포함하고, 상기 흡수제층은 공기 중의 오염물의 상기 서브 세트를 흡수하도록 구성되는, 공기 여과 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 흡수제층은 활성탄을 포함하고, 상기 활성탄은 공기로부터 오염물의 상기 서브 세트를 흡착하도록 구성되는, 공기 여과 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 흡수제층은 광학적으로 불투명한, 공기 여과 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 흡수제층은 스크림층을 더 포함하고, 상기 활성탄은 상기 스크림층에 결합되는, 공기 여과 시스템.
  11. 청구항 7에 있어서,
    공기로부터의 오염물의 상기 서브 세트는 무기 오염물을 포함하는, 공기 여과 시스템.
  12. 청구항 7에 있어서,
    입자-포획층을 더 포함하고, 상기 입자-포획층은 상기 반응층의 상류에 그리고 상기 흡수층의 하류에 있고, 상기 입자-포획층은 상기 프레임에 연결되고, 상기 포획층은 공기 중의 오염물의 제2 서브 세트를 포획하도록 구성되는, 공기 여과 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 포획층은 적어도 MERV 12 표준을 충족하는, 공기 여과 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 포획층은 수동의 기계식 필터인, 공기 여과 시스템.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 포획층은 광학 방사선을 반사하도록 구성되는, 공기 여과 시스템.
  16. 유체로부터 오염물을 제거하기 위한 방법으로서:
    ● 포획층에서 상기 유체로부터 오염물의 서브 세트를 포획하는 단계;
    ● 활성화된 광촉매층을 발생하기 위해, 광촉매층을 광학 방사선으로 조사하는 단계;
    ● 상기 오염물의 상기 서브 세트를 포획한 후, 상기 활성화된 광촉매층에 근접한 오염물을 반응시키는 단계; 및
    ● 상기 오염물과 상기 활성화된 광촉매층 사이의 반응으로부터 생성된 부산물을 방출하는 단계를 포함하는, 오염물 제거 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 반응으로부터 상기 부산물을 방출하는 단계는, 상기 부산물을 포집하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 오염물의 상기 서브 세트를 포획하는 단계는, 흡수제층에서 상기 유체로부터 상기 오염물의 서브 세트를 흡수하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 흡수제층은 활성탄을 포함하고, 상기 오염물의 상기 서브 세트를 흡수하는 단계는 상기 오염물의 상기 서브 세트를 가역적으로 흡착하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 오염물의 상기 서브 세트를 흡수한 후, 입자-포획층에서 상기 유체로부터 상기 오염물의 제2 서브 세트를 포획하는 단계를 더 포함하고, 상기 오염물의 상기 제2 서브 세트를 포획한 후, 상기 활성화된 광촉매층에 근접한 상기 오염물을 반응시키는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 입자-포획층은 적어도 MERV 12 표준을 충족시키는, 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    상기 반응층, 상기 입자-포획층, 및 상기 흡수제층은 프레임에 결합되는, 방법.
  23. 청구항 16에 있어서,
    상기 광촉매층을 조사하는 단계는 상기 광촉매층을 광원으로 조사하는 단계를 포함하고, 상기 광원에 의해 방출된 상기 광학 방사선은 280 나노 미터보다 더 큰 최소 파장을 갖는, 방법.
  24. 청구항 16에 있어서,
    상기 광촉매층은 기판층을 포함하고, 상기 기판층은 섬유질 재료 및 광전기화학적 산화(PECO) 층을 포함하고, 상기 PECO 층은 광촉매 나노 구조체를 포함하는, 방법.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 활성화된 광촉매층에서 상기 오염물을 반응시키는 단계는,
    ● 상기 PECO 층에서 라디칼을 발생하는 단계; 및
    ● 상기 라디칼을 상기 오염물과 반응시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  26. 청구항 20에 있어서,
    상기 오염물을 반응시키는 단계는 상기 오염물의 제3 서브 세트를 반응시키는 단계를 포함하고, 상기 오염물의 상기 제3 서브 세트는 상기 활성화된 광촉매층에 근접한, 방법.
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