KR20210039201A - 재생 가능한 세라믹 촉매필터와 이를 포함하는 필터링 시스템 및 그 관리방법 - Google Patents

재생 가능한 세라믹 촉매필터와 이를 포함하는 필터링 시스템 및 그 관리방법 Download PDF

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지상민
강진규
박기태
이현철
정석환
최형우
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Abstract

재생 가능한 세라믹 촉매필터와 이를 포함하는 필터링 시스템 및 그 관리방법에 관해 개시되어 있다. 개시된 세라믹 촉매필터는 제1 물질을 차단하는 제1 면과, 상기 제1 면을 통과하는 제2 물질이 제거되는 제2 면을 갖는 단일체 구조물을 포함하고, 상기 제2 면은 에너지 조사에 의해 상기 제2 물질 제거를 위한 촉매층으로 활성화되는 부분이다. 상기 단일체 구조물은 상기 제1 및 제2 물질이 유입되는 측에 입구를 갖는 복수의 제1 홈과, 상기 제2 물질이 배출되는 측에 입구를 갖는 복수의 제2 홈을 포함할 수 있다.

Description

재생 가능한 세라믹 촉매필터와 이를 포함하는 필터링 시스템 및 그 관리방법{Recyclable ceramic catalyst filter, filtering system including the same and method of managing filtering system}
본 개시는 필터에 관한 것으로써, 보다 자세하게는 재생 가능한 세라믹 촉매필터와 이를 포함하는 필터링 시스템과 이 시스템의 관리방법에 대한 것이다.
미세먼지를 저감하기 위한 필터로서 멜트 블로운(melt blown)이나 유리섬유 혹은 플라스틱들로 짜여진 것(woven)이나 부직포(nonwoven) 등의 형태로 필터를 만들어 그 성능에 따라 미디엄(medium), 헤파(HEPA), 울파(ULPA) 등의 등급으로 구분하여 사용하고 있다. 또한, 미세먼지와 함께 VOC(Volatile Organic Compound)의 경우, 활성탄 등의 카본류를 사용하여 흡착(탈취)하는 탈취필터로 필터링한다. 이러한 필터들은 현재 공기청정기 또는 열교환 환풍기 또는 빌딩의 공조에 선택적으로 적용되고 있다. 필터에 따라 성능이 각기 다르지만, 헤파 필터의 경우 0.3 um 크기의 미세먼지 입자를 99.97%까지 흡착으로 저감할 수 있는 우수한 성능을 자랑한다.
반복해서 사용할 수 있는 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 제공한다.
한 개의 필터로 입자물질과 가스물질을 동시에 거를 수 있는 세라믹 촉매필터를 제공한다.
이러한 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템을 제공한다.
이러한 필터링 시스템의 관리방법을 제공한다.
일 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터는 제1 물질을 차단하는 제1 면과 상기 제1 면을 통과하는 제2 물질이 제거되는 제2 면을 갖는 단일체 구조물을 포함하고, 상기 제2 면은 에너지 조사에 의해 상기 제2 물질 제거를 위한 촉매층으로 활성화되는 부분이다.
상기 단일체 구조물은 다공성일 수 있다. 또한, 상기 단일체 구조물은 전체가 동일한 촉매재료일 수 있다.
상기 제1 및 제2 면은 각각 상하좌우로 서로 평행한 면들을 포함할 수 있다.
상기 제2 면 상에 제2 촉매층이 더 구비될 수 있다.
상기 단일체 구조물은 상기 제1 및 제2 물질이 유입되는 측에 입구를 갖는 복수의 제1 홈과, 상기 제2 물질이 배출되는 측에 입구를 갖는 복수의 제2 홈을 포함할 수 있다.
상기 제1 물질은 미세먼지를 포함하고, 상기 제2 물질은 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함할 수 있다.
상기 촉매소재는 상기 제2 면이 광 에너지에 의해 활성화되는 광 촉매재료일 수 있다.
상기 촉매재료는 상기 제2 면이 전기 에너지에 의해 활성화되는 전기 촉매재료일 수 있다. 상기 촉매재료는 상기 제2 면이 이온 에너지에 의해 활성화되는 이온 촉매재료일 수 있다. 상기 촉매재료는 상기 제2 면이 열 에너지에 의해 활성화되는 열 촉매재료일 수 있다. 상기 촉매재료는 금속 화합물일 수 있다.
상기 제2 촉매층은 상기 제2 면에 조사되는 에너지와 다른 에너지에 의해 활성화되는 촉매층일 수 있다.
상기 제1 홈의 입구 사이에 상기 제2 홈의 바닥이 위치하고, 상기 제2 홈의 입구 사이에 상기 제1 홈의 바닥이 위치할 수 있다. 상기 제1 홈의 입구 넓이와 상기 제2 홈의 바닥 넓이는 서로 다를 수 있다. 상기 제1 홈의 바닥의 통기성과 상기 제2 홈의 바닥의 통기성은 서로 다를 수 있다. 상기 제1 홈의 바닥은 상기 제2 물질을 차단하는 구성을 가질 수 있다. 상기 제2 홈의 입구는 상기 제1 홈의 바닥보다 넓을 수 있다. 상기 제2 홈의 입구 면적은 상기 제1 홈의 바닥 면적과 동일할 수 있다. 상기 제1 홈의 직경은 상기 제1 홈의 입구에서 바닥으로 갈수록 작아질 수 있다. 상기 제2 홈의 직경은 상기 제2 홈의 입구에서 바닥으로 갈수록 작아질 수 있다. 상기 제1 홈과 상기 제2 홈 사이에 존재하는 벽은 상기 제2 물질이 통과할 수 있는 통기성을 갖는 벽일 수 있다. 상기 제1 및 제2 홈은 쐐기 형태일 수 있다. 상기 통기성은 벽 전체에서 균일하거나 상기 벽을 따라 주어진 방향으로 달라질 수 있다.
일 실시예에 의한, 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템은 상기한 일 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터와 상기 촉매필터에 촉매 활성화를 위한 에너지를 공급하도록 배치된 에너지 공급원을 포함한다.
상기 에너지 공급원은 광 에너지 공급원, 전기 에너지 공급원, 이온 에너지 공급원 또는 열 에너지 공급원을 포함할 수 있다.
상기 에너지 공급원은 광 에너지, 전기 에너지, 이온 에너지 및 열 에너지 중 2가지 에너지를 공급하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 의한, 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법은 촉매필터의 일면을 촉매층으로 활성화시키는 과정과, 상기 촉매필터가 제1 조건에 도달되었을 때, 상기 촉매필터를 분리하여 세척하는 과정과, 상기 세척된 촉매필터를 원래의 위치에 장착하는 과정을 포함한다.
상기 활성화시키는 과정은 상기 일면에 에너지를 공급하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 제1 조건은 상기 촉매필터의 차압이 250 Pa 이상인 조건을 포함할 수 있다. 상기 일면에 에너지를 공급하는 과정은 상기 일면에 광 에너지를 공급하는 과정, 상기 일면에 전기 에너지를 공급하는 과정, 상기 일면에 이온 에너지를 공급하는 과정 및 상기 일면에 열 에너지를 공급하는 과정 중 한 과정 또는 두 과정을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 일면 상에 제2 촉매층이 더 구비될 수 있다. 이때, 상기 촉매필터의 일면을 활성화시키는 방법과 다른 방법으로 상기 제2 촉매층을 활성화시킬 수 있다.
개시된 세라믹 촉매필터는 촉매재료로 형성된 단일체 프레임 혹은 단일체 구조물을 형성한다. 따라서 개시된 촉매필터는 별도의 지지체를 필요로 하지 않는다. 또한, 개시된 세라믹 촉매필터에서 단일체 필터 프레임은 촉매필터에 유입되는 물질들 중에서 입자는 거르고, 가스 성분(예, VOC)은 통과시키는 월-플로우(wall-flow) 구조를 갖다. 상기 가스성분이 촉매 필터를 통과하는 과정에서 촉매필터에 에너지가 공급되고, 이 에너지에 의해 촉매필터에 촉매층이 형성된다. 상기 가스성분은 상기 촉매층을 통과하게 되는데, 이 과정에서 촉매반응으로 인해 상기 가스성분은 분해된다. 결과적으로, 개시된 촉매필터를 이용하면, 공기중에 포함된 입자성분과 함께 VOC와 같은 가스성분까지 동시에 제거할 수 있다.
또한, 개시된 세라믹 촉매필터를 사용하다 보면, 걸러지는 입자성 물질들은 촉매필터의 유입구측에 쌓이게 되고, 이렇게 쌓인 입자성 물질들은 가스성분의 흐름에 장애가 될 수 있다. 그러므로 상기 쌓인 입자성 물질들은 제거해주어야 한다. 개시된 촉매필터의 경우, 필터 프레임 자체가 촉매재료로 만들어진 것이므로, 촉매필터에 쌓인 입자성 물질은 물과 같은 세척제로 간단히 세척하여 제거할 수 있다. 입자성 물질이 제거된 촉매필터는 다시 사용될 수 있다.
이와 같이, 개시된 세라믹 촉매필터는 반복해서 사용될 수 있으므로, 소모비용을 줄일 수 있고, 자원낭비도 줄일 수 있으며, 단순히 물과 같은 용매나 용액으로 세척하여 사용할 수 있으므로, 관리도 용이하게 된다.
도 1은 일 실시예에 의한 세리믹 촉매필터(제1 촉매필터)의 입체도이다.
도 2는 도 1의 세라믹 촉매필터의 공기 유입면의 정면도이다.
도 3은 도 1의 세라믹 촉매필터의 공기 유출면의 정면도이다.
도 4는 도 2를 4-4' 방향으로 절개한 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 제1 부분(A1)을 확대한 단면도이다.
도 7은 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터(제2 촉매필터)의 공기 유입면의 정면도이다.
도 8은 도 7을 8-8' 방향으로 절개한 단면도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터에 대한 것으로, 도 8의 변형예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 일 실시예에 의한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 단면도이다.
도 11은 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 단면도이다.
도 12는 또 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 단면도이다.
도 13은 일 실시예에 의한 세라믹 촉매필터 둘레가 히팅부재에 의해 둘러싸인 경우를 나타낸 정면도이다.
도 14는 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터 둘레가 히팅부재에 의해 둘러싸인 경우를 나타낸 정면도이다.
도 15는 일 실시예에 의한 세라믹 촉매필터에 전기적 에너지를 공급하는 경우를 나타낸 것으로, 곧 전기적 방법으로 세라믹 촉매필터에 촉매층을 형성하는 경우를 나타낸 블록도이다.
도 16은 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터에 전기적 에너지를 공급하는 경우를 나타낸 것으로, 곧 전기적 방법으로 세라믹 촉매필터에 촉매층을 형성하는 경우를 나타낸 블록도이다.
도 17은 또 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템을 나타낸 단면도이다.
도 18은 일 실시예에 의한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 19는 다른 실시예에 의한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
이하, 일 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터와 이를 포함하는 필터링 시스템 및 그 관리방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시될 수 있다.
여기에 예시되는 촉매필터들은 공기를 정화하는 수단의 하나일 수 있다. 또한, 여기 예시되는 촉매필터들은 공기로부터 사람의 호흡에 해롭거나 해로울 수 있는 물질을 걸러내거나 제거하는 수단의 하나일 수 있다. 여기 예시되는 촉매필터들은 유입측보다 상대적으로 깨끗한 유체를 배출시키는 수단의 하나일 수 있다. 상기 유체는 입자 혹은 미립자 성분을 포함하는 기체일 수 있다.
먼저, 일 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터(제1 촉매필터)에 대해 살펴본다.
도 1을 참조하면, 제1 촉매필터(100)는 물질(130)이 유입되는 유입면과 가스(140)가 방출되는 방출면을 포함한다. 물질(130)은 걸러야 하거나 제거해야 하는 적어도 2종류의 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 물질(130)은 입자성의 제1 물질과 가스성의 제2 물질을 포함할 수 있다. 제1 촉매필터(100)는 물질(130) 중 일부에 대한 제1 촉매필터의 촉매반응의 결과 생성되는 가스(140)가 방출되는 방향(Y축 방향)으로 주어진 두께(T1)을 갖는다. 제1 촉매필터(100)는 물질(130)이 유입되는 방향에 입구를 갖고, 반대 방향(Y축 방향)으로 바닥을 갖는 복수의 제1 홈(110)을 포함한다. 물질(130)은 복수의 제1 홈(110)을 통해 제1 촉매필터(100)에 유입된다. 복수의 제1 홈(110)은 규칙적으로 배열되어 있다. 복수의 제1 홈(110)은 서로 평행하게 배열될 수 있다. 제1 촉매필터(100)는 물질(130)이 유입되는 방향에 복수의 제1 면(120S)을 포함한다. 복수의 제1 면(120S)은 규칙적으로 배열되어 있다. 복수의 제1 면(120S)은 복수의 제1 홈(110) 사이에 배치되어 있다. 곧, 가로 및 세로방향으로 복수의 제1 홈(110) 사이사이에 제1 면(120S)이 하나씩 위치한다. 달리 표현하면, 가로 및 세로방향으로 복수의 제1 면(120S) 사이사이에 제1 홈(110)이 하나씩 존재한다. 1개의 제1 홈(110)은 4개의 제1 면(120S)으로 둘러싸여 있고, 1개의 제1 면(120S)은 4개의 제1 홈(110)으로 둘러싸여 있다.
도 2는 도 1에 도시한 제1 촉매필터(100)의 공기 유입면의 정면도이다.
도 3은 제1 촉매필터(100)의 뒷면, 곧 가스 배출면을 보여준다.
도 3을 참조하면, 제1 촉매필터(100)는 가스가 배출되는 측에 복수의 제2 홈(120)과 복수의 제2 면(110S)을 포함하는 것을 알 수 있다. 복수의 제2 홈(120)은 가스가 유출되는 배출구가 된다. 제2 홈(120)을 통해 배출되는 가스는 제1 홈(110)을 통해 유입되는 물질(130)에서 유해물이나 불순물이 걸러진 상대적으로 깨끗하거나 무해한 가스이거나 이 가스와 공기를 포함하는 것일 수 있다. 복수의 제2 홈(120)은 규칙적으로 배치되어 있다. 복수의 제2 면(110S)도 규칙적으로 배치되어 있다. 복수의 제2 홈(120)과 복수의 제2 면(110S) 사이의 배치관계는 복수의 제1 홈(110)과 복수의 제1 면(120S) 사이의 배치관계를 따를 수 있다. 복수의 제2 면(110S)은 복수의 제1 홈(110)에 대응하고, 복수의 제2 홈(120)은 복수의 제1 면(120S)에 대응한다.
도 1과 도 3을 함께 참조하면, 제2 면(110S)은 제1 홈(110)의 바닥이 되고, 제1 면(120S)은 제2 홈(120)의 바닥이 됨을 알 수 있다.
도 4는 도 2를 4-4' 방향으로 절개한 단면을 보여준다.
제1 촉매필터(100)는 단일체 구조물 혹은 단일체 프레임(frame)일 수 있다. 제1 촉매필터(100)는 전체가 동일한 재료(예, 촉매재료)로 형성된 프레임을 가질 수 있다. 제1 촉매필터(100)는 전체가 하나로 연결된 단일체(single body)이지만, 설명의 편의상, 수평부분과 수직부분으로 구분하여 설명한다.
도 4를 참조하면, 제1 촉매필터(100)는 복수의 제1 및 제2 홈(110, 120)이 Z축 방향으로 순차적으로 적층된 프레임(frame)을 갖는 구조물로 볼 수 있다.
구체적으로, 제1 촉매필터(100)는 복수의 수평부분(410)과 복수의 수직부분(415, 425)을 포함한다. 공간적으로 복수의 수평부분(410)은 Z축 방향으로 서로 이격되어 있다. 여기서, 상기 Z축 방향을 편의상 수직방향이라 한다. 복수의 수평부분(410)은 Y축 방향으로 서로 평행하다. 복수의 수평부분(410)의 각각의 길이는 동일할 수 있다. Y축 방향은 촉매반응의 결과로 생성된 가스(140)가 방출되는 방향일 수 있다. Y축은 Z축에 수직하다. 여기서는 편의상, Y축 방향을 수평방향으로 간주한다. 복수의 수직부분(415, 425)은 서로 평행하며, 공간적으로 서로 이격되어 있다. 복수의 수직부분(415, 425)은 복수의 수평부분(410) 사이사이에 배치되어 있다. 복수의 수평부분(410)도 복수의 수직부분(415, 425) 사이사이에 배치되어 있다. 복수의 수평부분(410)은 복수의 수직부분(415, 425)을 통해 서로 연결된다. 복수의 수직부분(415, 425)은 서로 평행하며, 공간적으로 서로 이격되어 있다. 복수의 수직부분(415, 425)은 복수의 수평부분(410)을 통해 서로 연결된다. 복수의 수직부분(415, 425)은 복수의 제1 수직부분(415)과 복수의 제2 수직부분(425)을 포함한다. 복수의 제1 수직부분(415)과 복수의 제2 수직부분(425)은 Y축 방향으로 서로 이격되어 있다. 복수의 제1 수직부분(415)은 Z축 방향으로 서로 이격되어 있고, Z축 방향으로 나란히 정렬되어 있다. 복수의 제2 수직부분(425)도 Z축 방향으로 서로 이격되어 있고, Z축 방향으로 나란히 정렬되어 있다. 복수의 제1 수직부분(415)은 물질(130)이 유입되는 쪽에 배치되어 있다. 복수의 제2 수직부분(425)은 촉매반응에 의해 생성되는 가스(140)가 배출되는 쪽에 배치되어 있다.
복수의 수평부분(410)은 제1 및 제2 홈(110, 120)이 벽이 될 수 있다. 곧, 복수의 수평부분(410)은 각각 제1 홈(110)과 제2 홈(120) 사이에 위치하여 각 홈(110, 120)의 경계가 된다. 상기 벽은 제1 및 제2 홈(110, 120)의 측벽을 의미한다. 복수의 수평부분(410)의 두께는 서로 동일할 수 있으나, 두께가 다른 부분이 있을 수도 있다. 복수의 수평부분(410)의 두께는 복수의 수직부분(415, 425)의 두께와 동일할 수 있으나, 다를 수도 있다. 제1 홈(110)의 벽이 되는 수평부분(410)은 Z축 방향으로 제1 간격(D1)만큼 이격되어 있다. 제2 홈(120)의 벽이 되는 수평부분(410)은 Z축 방향으로 제2 간격(D2)만큼 이격되어 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 간격(D1, D2)는 동일할 수 있다. 곧, 제1 및 제2 홈(110, 120)의 입구의 직경은 서로 동일할 수 있다. 복수의 수평부분(410)의 Y축 방향 길이(L1)는 서로 동일할 수 있다. 제1 및 제2 홈(110, 120)의 깊이는 수평부분(410)의 Y축 방향 길이(L1)로 정해질 수 있다. 따라서 제1 및 제2 홈(110, 120)이 깊이는 서로 동일할 수 있다. 다른 예에서, 제1 홈(110)의 깊이와 제2 홈(120)의 깊이는 서로 다를 수도 있다. 복수의 제1 수직부분(415)은 제2 홈(120)의 바닥이 될 수 있다. 복수의 제2 수직부분(425)은 제1 홈(110)의 바닥이 될 수 있다. 제1 홈(110)의 바닥과 제2 홈(120)의 바닥의 통기성은 다를 수 있다. 제2 홈(120)의 바닥은 가스성 물질을 차단하는 구성을 가질 수 있다. 제1 수직부분(415)의 직경(D11)과 제2 수직부분(425)의 직경(D22)은 서로 동일할 수 있다. 제1 및 제2 수직부분(415, 425)의 Y축 방향 두께는 서로 동일할 수 있다.
복수의 수평부분(410)과 복수의 수직부분(415, 425)은 하나로 연결된 단일체로써, 동일한 촉매소재로 형성된 세라믹 형태의 물질층일 수 있다. 상기 촉매소재의 활성화를 위해 제1 촉매필터(100)에 공급되는 에너지에 따라 상기 촉매소재가 달라질 수 있다.
제1 예로써, 제1 촉매필터(100)에 공급되는 에너지가 광 에너지인 경우, 상기 촉매소재는 광촉매 반응을 일으킬 수 있는 금속화합물일 수 있는데, 예를 들면, TiO2 또는 WO3일 수 있다. 상기 광 에너지는 자외선 에너지 또는 가시광 에너지를 포함할 수 있다.
제2 예로써, 제1 촉매필터(100)에 공급되는 에너지가 직류(DC)나 교류(AC)의 전기 에너지인 경우, 상기 촉매소재는 복수의 수평부분(410)과 복수의 수직부분(415, 425)에서 전기전도성의 ORR(Oxygen Reduction Reaction)반응이 가능한 금속 화합물일 수 있다. 이때, 상기 금속 화합물은 Co, Ni 또는 Mn 등과 같은 금속을 포함하는 화합물이거나 귀금속 산화물을 포함할 수 있다.
제3 예로써, 제1 촉매필터(100)에 공급되는 에너지가 이온 에너지일 때, 상기 촉매소재는 오존 산화 가능한 금속 화합물일 수 있는데, 예를 들면, MnO2 또는 ZnO2일 수 있다. 상기 이온 에너지는, 예를 들면 플라즈마 에너지일 수 있다.
제4 예로써, 제1 촉매필터(100)에 공급되는 에너지가 열 에너지일 때, 상기 촉매소재는 저온 산화반응이 가능한 금속 화합물일 수 있다. 일 예에서, 상기 금속 화합물은 Cu, Co, Ni, Fe, Al, Si 또는 귀금속을 포함하는 화합물일 수 있다. 상기 저온 산화반응은 실온~100°사이에서 일어나는 산화반응을 의미한다. 상기 열 에너지는, 예를 들면 적외선 에너지를 포함하거나 히터와 같은 열원으로부터 공급되는 에너지를 포함할 수 있다.
제1 촉매필터(100)에 공급되는 상기 에너지는 적어도 수평부분(410)을 활성화시키고, 더 나아가서 수직부분(415, 425)의 일부 또는 전체를 활성화시켜 물질(130)에 포함된 가스성분에 대해 촉매반응을 일으키는 에너지일 수 있다. 이러한 에너지의 공급으로 제1 촉매필터(100)의 상기 에너지에 조사되는 면에 촉매층이 형성된다. 상기 에너지에 조사되는 면은 제2 홈(120)의 측면 및 바닥면이 될 수 있다. 이 촉매층은 상기 에너지 공급에 의해 활성화된 영역(층)이다. 물질(130)에 포함된 가스성분은 상기 촉매층을 통과하면서 촉매반응을 일으켜(예, 광 에너지가 공급되는 경우, 산소와 반응하여) 분해될 수 있다. 상기 가스성분은 휘발성 유기 화합물(VOC)이나 다른 유해한 가스일 수 있다. 상기 휘발성 유기 화합물은, 예를 들면 포름알데히드, 아세트알데히드, 암모니아, 톨루엔 또는 아세트산 등일 수 있다.
도 5는 도 4의 수평부분(410)의 제1 부분(A1)을 확대하여 보여준다.
도 5를 참조하면, 수평부분(410)은 포어(pore)(410A)를 포함한다. 일 예에서, 수직부분(415, 425)은 포어를 포함하지 않을 수 있다.
다른 예에서, 수직 부분(415, 425)도 포어를 포함하되, 수직부분(415, 425)의 포어 밀도는 수평부분(410)보다 낮을 수 있다.
또 다른 예에서, 제1 수직부분(415)은 포어를 포함하고, 제2 수직부분(425)은 포어를 포함하지 않을 수 있다.
또 다른 예에서, 제1 및 제2 수직부분(415, 425)이 포어를 포함하되, 제2 수직부분(425)의 포어 밀도는 제1 수직부분(415)보다 낮을 수 있다.
도 6은 도 4의 수평부분(410)의 제1 부분(A1)을 확대하여 보여준다.
도 6을 참조하면, 수평부분(410)은 포어(410A)를 포함한다. 수평부분(410)의 에너지가 조사되는 면(410S) 상에 제1 촉매층(470)이 마련되어 있다. 수평부분(410)의 에너지가 조사되는 면(410S)을 덮는 제1 촉매층(470)은 수평부분(410)의 재료와 다를 수 있다. 예컨대, 수평부분(410)이 제1 촉매소재로 형성된 것이면, 제1 촉매층(470)은 물질적으로 상기 제1 촉매소재와 다른 제2 촉매소재로 형성된 것일 수 있다. 일 예로, 수평부분(410)이 상기한 4개의 에너지 중 선택된 한 에너지(예, 열 에너지)로 활성화될 수 있는 촉매소재인 경우, 제1 촉매층(470)은 상기한 4개의 에너지 중 선택되지 않은 다른 에너지 중 하나(예, 광 에너지)로 활성화될 수 있는 촉매소재일 수 있다. 따라서 제1 촉매층(470)이 구비된 경우, 제1 촉매필터(100)에는 서로 다른 2종의 에너지가 동시에 공급될 수 있다.
도 7은 다른 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터(이하, 제2 촉매필터)를 보여준다.
제1 촉매필터(100)는 도 2 또는 도 3에서 볼 수 있듯이, 제1 홈(110)의 사이즈와 제1 홈(110) 사이에 있는 제1 면(120S)의 사이즈가 동일하다. 또한, 제2 홈(120)의 사이즈와 제2 홈(120) 사이에 있는 제2 면(110S)의 사이즈가 동일하다. 곧, 제1 홈(110)과 제1 면(120S)은 서로 대칭이고, 제2 홈(120)과 제2 면(110S)도 서로 대칭일 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2 촉매필터(600)는 복수의 제1 홈(610)과 복수의 제1 면(620S)을 포함한다. 제2 촉매필터(600)에 유입되는 공기는 제1 홈(610)을 통해 배출된다. 복수의 제1 홈(610)은 규칙적으로 배열되어 있다. 제1 홈(610)은 가로 및 세로 방향으로 각각 서로 이격되어 있다. 복수의 제1 홈(610) 사이사이에 제1 면(620S)이 존재한다. 1개의 제1 홈(610) 둘레에 4개의 제1 면(620S)이 배치되어 있다. 1개의 제1 면(620S) 둘레에 4개의 제1 홈(610)이 존재한다. 복수의 제1 면(620S)은 규칙적으로 배열되어 있다. 복수의 제1 면(620S)은 가로 및 세로 방향으로 각각 서로 이격되어 있다. 제1 홈(610)은 대각선 방향으로 서로 맞닿아 있으나, 복수의 제1 면(620S)은 대각선 방향으로 서로 이격되어 있다. 제1 홈(610)의 사이즈는 제1 면(620S)보다 크다. 제1 홈(610)의 입구의 직경(610D)은 제1 면(620S)의 직경(620D)보다 크다. 따라서 제1 홈(610)과 제1 면(620S)은 서로 비대칭이다. 제1 홈(610)의 형태와 제1 면(620S)의 형태는 서로 다를 수 있다. 제1 홈(610) 각각은 전체적으로 정사각형으로 볼 수 있는데, 정사각형에서 네 모서리가 잘린 형태이다. 제1 면(620S)은 정사각형이다. 달리 표현하면, 제1 홈(610)의 형태는 정팔각형에서 네 모서리의 변의 길이가 이웃한 변의 길이보다 짧은 형태일 수 있다.
도 8은 도 7의 촉매필터(600)를 8-8' 방향으로 절개한 단면을 보여준다.
도 8을 참조하면, 제2 촉매필터(600)는 Z축 방향으로 순차적으로 적층된 복수의 제1 홈(610)을 포함한다. 또한, 제2 촉매필터(600)는 Z축 방향으로 순차적으로 적층된 복수의 제2 홈(615)을 포함한다. 복수의 제1 홈(610)과 복수의 제2 홈(615)은 Z축 방향으로 교번 적층되어 있다. 복수의 제1 홈(610)과 복수의 제2 홈(615)은 서로 반대 방향으로 형성되어 있다. 곧, 복수의 제1 홈(610)의 입구와 복수의 제2 홈(615)의 입구는 정반대 방향을 향한다. 제1 홈(610)의 입구는 공기(650)가 유입되는 방향, 곧 Y축의 -방향을 향한다. 반면, 제2 홈(615)의 입구는 공기(650)가 유출되는 방향, 곧 Y축의 +방향을 향한다. 제1 홈(610)은 Y축 +방향으로 갈수록 직경이 점점 감소하는 형태이다. 반면, 제2 홈(615)은 Y축의 +방향으로 갈수록 직경이 증가하는 형태이다. 제2 홈(615)의 입구의 직경(615D)은 제1 홈(610)의 입구의 직경(610D)과 동일할 수 있다. 제1 홈(610)의 깊이(610L)와 제2 홈(615)의 깊이(615L)는 동일할 수 있으나, 다를 수도 있다. 복수의 제1 홈(610)과 복수의 제2 홈(615)은 단일체 프레임(645)에 의해 서로 구분되어 있다. 곧, 복수의 제1 홈(610)과 복수의 제2 홈(615) 사이에 단일체 프레임(645)이 존재한다. 단일체 프레임(645)은 제1 촉매필터(100)와 동일한 재료로 형성된 것일 수 있다. 단일체 프레임(645)은 복수의 수직부분(620, 625)과 복수의 경사진 부분(630, 635)을 포함한다. 각 부분들(620, 625, 630, 635)은 서로 연결된 연속체이다. 따라서 각 부분들(620, 625, 630, 635) 사이에는 경계가 존재하지 않는다. 복수의 수직부분(620, 625)은 복수의 경사진 부분(630, 635) 사이에 존재한다. 복수의 경사진 부분(630, 635)은 복수의 수직부분(620, 625) 사이에 위치한다. 복수의 수직부분(620, 625)은 Z축 방향에 평행하고, Z축 방향으로 서로 이격되어 있다. 복수의 수직부분(620, 625)의 복수의 제1 수직부분(620)과 복수의 제2 수직부분(625)은 Y축 방향으로 서로 이격되어 있다. 복수의 경사진 부분(630, 635)도 Z축 방향으로 서로 이격되어 있다. 복수의 제2 수직부분(625)은 제1 홈(610)의 바닥이 된다. 복수의 제1 수직부분(620)은 제2 홈(615)의 바닥이 된다. 제1 홈(610)의 바닥의 통기성과 제2 홈(615)의 바닥의 통기성은 다를 수 있다. 제2 홈(615)의 바닥은 가스성 물질의 통기를 차단할 수도 있다. 복수의 제1 수직부분(620)의 공기가 유입되는 측의 제1 면(620S)은 복수의 제2 수직부분(625)의 제2 면(625S)과 평행하다. 제1 면(620S)의 사이즈와 제2 면(625S)의 사이즈는 동일할 수 있다.
복수의 경사진 부분(630, 635)은 양의 기울기를 갖는 제1 경사진 부분(630)과 음의 기울기를 갖는 제2 경사진 부분(635)을 포함한다. 복수의 제1 경사진 부분(630)은 서로 평행하고, 공간적으로 서로 이격되어 있다. 복수의 제2 경사진 부분(635)도 마찬가지이다. 제1 경사진 부분(630)과 제2 경사진 부분(635)은 Y축을 중심으로 서로 대칭이 될 수 있다. 제1 경사진 부분(630)과 제2 경사진 부분(635)은 제1 홈(610)이 경사진 측벽이 된다. 또한, 제1 경사진 부분(630)과 제2 경사진 부분(635)은 제2 홈(615)의 경사진 측벽이 된다. 제1 홈(610)의 측벽을 이루는 제1 경사진 부분(630)과 제2 경사진 부분(635) 사이의 간격은 Y축의 +방향으로 갈수록 좁아진다. 제2 홈(615)의 측벽을 이루는 제1 경사진 부분(630)과 제2 경사진 부분(635) 사이의 간격은 Y축의 +방향으로 갈수록 증가한다. 복수의 제1 경사진 부분(630) 사이에 제1 및 제2 수직한 부분(620, 625)과 제2 경사진 부분(635)이 존재한다.
단일체 프레임(645)의 제2 및 제3 부분(A2, A3)의 구성은 도 5 또는 도 6과 동일할 수 있다. 곧, 복수의 제1 경사진 부분(630)과 복수의 제2 경사진 부분(635)은 포어(410A)를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 제1 및 제2 경사진 부분(630, 635)의 공기가 유출되는 면, 곧 제2 홈(615)의 측면과 바닥면 상에 별도의 촉매층이 더 구비될 수도 있다. 이렇게 구비되는 촉매층의 재료는 단일체 프레임(645)의 재료와 다를 수 있다. 단일체 프레임(645)의 형태를 보면, 단일체 프레임(645)은 Y축의 +방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 갖는 형태 혹은 Y축의 -방향으로 돌출되는 복수의 돌기를 갖는 형태를 갖는다.
도 9는 다른 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터(이하, 제3 촉매필터)를 보여준다.
도 9는 도 8의 제2 촉매필터(600)의 변형예로 볼 수 있다.
도 9를 참조하면, 제3 촉매필터(800)는 단일체 프레임(805)를 포함하고, 단일체 프레임(805)에 의해 한정되는 복수의 제1 홈(830)과 복수의 제2 홈(840)을 포함한다. 단일체 프레임(805)은 도 8의 단일체 프레임(645)에서 복수의 수직부분(620, 625)이 존재하지 않는 형태이다. 곧, 단일체 프레임(805)은 복수의 제1 경사진 부분(810)과 복수의 제2 경사진 부분(820)을 포함하고, 제1 및 제2 경사진 부분(810, 820)을 연결하는 수직부분을 포함하지 않는다. 단일체 프레임(805)에서 제1 및 제2 경사진 부분(810, 820)의 일단은 서로 연결되어 있고, 상기 일단과 마주하는 타단은 서로 이격되어 있다. 제1 홈(830)의 경사진 측벽을 이루는 제1 및 제2 경사진 부분(810, 820)은 Y축의 +방향으로 갈수록 좁아진다. 결과적으로, 제1 홈(830)은 Y축의 +방향으로 갈수록 직경이 작아지는 형태, 곧 쐐기 형태가 된다. 제2 홈(840)의 경사진 측벽을 이루는 제1 및 제2 경사진 부분(810, 820)의 일단은 서로 연결되어 있고, 타단은 Y축의 +방향으로 갈수록 벌어진다. 이에 따라, 제2 홈(840)은 Y축의 +방향으로 갈수록 직경이 증가하는 형태, 곧 쐐기 형태가 된다.
제3 촉매필터(800)는 도 7의 제2 촉매필터(600)에서 단일체 프레임(645)의 수직부분들(620, 625)이 제거되고, 경사진 부분들(630, 635)의 수직한 부분들(620, 625)과 연결된 부분이 서로 직접 연결된 것과 동일할 수 있다.
도 9에서 공기가 유입되는 측의 제1 홈(830)의 입구 사이즈는 공기가 배출되는 측의 제2 홈(840)의 입구 사이즈와 동일할 수 있다.
또한, 단일체 프레임(805)의 제4 및 제5 부분(A4, A5)의 구성은 도 5 또는 도 6과 동일할 수 있다. 곧, 복수의 제1 경사진 부분(810)과 복수의 제2 경사진 부분(820)은 포어(410A)를 포함할 수 있다. 또한, 복수의 제1 및 제2 경사진 부분(810, 820)의 공기가 유출되는 면, 곧 제2 홈(840)의 측면 상에 별도의 촉매층이 더 구비될 수도 있다. 이때, 상기 촉매층의 재료는 단일체 프레임(805)의 재료와 다를 수 있다.
도 10은 일 실시예에 의한, 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 제1 필터링 시스템을 보여준다.
도 10을 참조하면, 제1 필터링 시스템(1000)은 제1 촉매필터(100)와 에너지 공급부(900)를 포함한다. 에너지 공급부(900)는 제1 촉매필터(100)의 공기가 배출되는 면, 곧 에너지 공급부(900)에서 공급되는 에너지에 직접 노출되는 면을 활성화시키는 에너지를 발생시킨다. 에너지 공급부(900)에서 발생된 에너지(910)는 제1 촉매필터(100)의 제2 홈(120)의 측면(110A) 및 바닥면(110B)과 제2 면(110S)에 조사된다. 이러한 에너지가 조사된 제2 홈(120)의 측면(110A) 및 바닥면(110B)과 제2 면(110S)의 표면은 활성화되고, 그 결과 제2 홈(120)의 측면(110A) 및 바닥면(110B)과 제2 면(110S)에 촉매층(410B)이 형성된다. 촉매층(410B)은 제2 홈(120)의 측면(110A) 및 바닥면(110B)과 제2 면(110S)의 에너지 조사에 의해 활성화된 층으로 볼 수 있다.
이와 같은 매커니즘을 갖는 제1 필터링 시스템(1000)에서 제1 촉매필터(100)에 유입되는 제1 물질(920)과 제2 물질(930)의 필터링 과정, 곧 제거과정을 살펴본다. 제1 물질(920)은 입자성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 물질(920)은 입자를 포함할 수 있다. 상기 입자는, 예를 들면 입경이 10㎛이하인 입자, 곧 PM10 이하의 미립자 일 수 있다. 상기 미립자는 예를 들면, 미세먼지를 포함할 수 있다. 제2 물질(930)은 가스성 물질을 포함할 수 있는데, 예를 들면, 앞에서 설명한 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함할 수 있다. 제2 물질(930)은 유기 화합물을 포함할 수도 있다. 입자성의 제1 물질(920)은 제1 및 제2 홈(110, 120) 사이의 벽인 수평부분(410)을 통과하지 못하고, 제1 및 제2 수직부분(415, 425)도 통과하지 못하며, 제1 홈(110)의 벽에 쌓이게 된다. 제1 홈(110)의 측면과 바닥면 및 제1 수직부분(415)의 제1 면(120S)을 통칭해서 제1 물질(920)을 걸러내는 제1 촉매필터(100)의 제1 면이라 할 수 있다.
제1 촉매필터(100)에서 적어도 수평부분(410)은 포어(140A)를 포함하는 다공성 물질층일 수 있다. 따라서 가스성의 제2 물질(930)은 적어도 수평부분(410), 곧 제1 홈(110)의 측벽을 통과해서 제2 홈(120)으로 흐를 수 있다. 이 과정에서 제2 물질(930)은 촉매층(410B)을 통과하면서 촉매반응을 일으켜 분해될 수 있다. 예를 들면, 제2 물질(930)이 포름알데히드(HCHO)를 포함하는 경우, 상기 포름알데히드는 촉매층(410B)을 통과하면서 제2 홈(120)에 존재하는 산소와 촉매반응을 일으켜 물과 이산화탄소(CO2)로 분해될 수 있다. 이렇게 해서, 상기 포름알데히드는 제거될 수 있다.
한편, 에너지 공급부(900)에서 공급되는 에너지는 자외선에서 가시광 대역의 광 에너지를 공급하는 광 에너지 공급원, 플라즈마를 공급하는 이온 에너지 공급원, 또는 열에너지로 적외선을 공급하는 열에너지 공급원을 포함할 수 있다. 플라즈마가 공급되는 경우, 제2 물질(930)은 제2 홈(120)에 존재하는 오존과 촉매반응을 일으켜 분해될 수 있다.
도 11은 다른 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 제2 필터링 시스템(1100)을 보여준다. 도 10의 제1 필터링 시스템(1000)과 다른 부분만 설명한다.
도 11을 참조하면, 제2 필터링 시스템(1100)은 제2 촉매필터(600)와 에너지 공급부(900)를 포함한다. 제2 촉매필터(600)의 제2 홈(615)은 에너지 공급부(900)와 마주한다. 제2 홈(615)은 에너지 공급부(900)를 향해 벌려져 있는 형태로써, 제2 홈(615)의 직경은 Y축의 +방향으로 갈수록 증가한다. 곧, 에너지 공급부(900)에 가까이 갈수록 제2 홈(615)의 직경은 증가한다. 이에 따라, 제2 홈(615) 안쪽의 측면은 모두 에너지 공급부(900)로부터 공급되는 에너지(910)에 노출될 수 있다. 이러한 결과로, 제2 촉매필터(600)의 에너지 공급부(900)와 마주하는 면은 활성화되어 상기 면에 촉매층(630A)이 형성될 수 있다. 따라서 제2 촉매필터(600)의 에너지 공급부(900)와 마주하는 면을 통과하는 제2 물질(930)은 촉매반응을 일으켜 분해될 수 있다. 이러한 점에서 제2 촉매필터(600)의 에너지 공급부(900)와 마주하는 면, 곧 제2 홈(615)의 측면과 바닥면 및 제2 수직부분(625)의 제2 면(625S)은 통칭해서 제2 물질(930)을 제거하는 혹은 제2 물질(930)을 변화시키는 제2 촉매필터(600)의 제2 면이라 할 수 있다.
제2 필터링 시스템(1100)에서 제2 촉매필터(600)의 에너지 공급부(900)와 마주하는 면의 넓이는 제1 촉매필터(100)보다 상대적으로 넓은 바, 제2 필터링 시스템(1100)에서 형성되는 촉매층(630A)의 넓이는 제1 필터링 시스템(1000)보다 상대적으로 넓을 수 있다. 이에 따라, 제2 필터링 시스템(1100)의 필터링 효율은 제1 필터링 시스템(1000)에 비해 상대적으로 높을 수 있다.
도 12는 또 다른 실시예에 의한 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 제3 필터링 시스템(1200)을 보여준다. 도 11의 제2 필터링 시스템(1000)과 다른 부분만 설명한다.
도 12를 참조하면, 제3 필터링 시스템(1200)은 제3 촉매필터(800)와 에너지 공급부(900)를 포함한다. 제1 및 제2 경사진 부분(810, 820)의 한쪽이 서로 접촉된 것을 제외하고, 도 11의 제2 필터링 시스템(1100)과 동일할 수 있다. 제2 홈(840)은 제2 필터링 시스템(1100)의 제2 홈(615)과 마찬가지로 그 안쪽 측면이 모두 에너지 공급부(910)에서 공급되는 에너지(910)에 노출된다. 이에 따라, 제2 홈(840)의 경사진 측면이 활성화되어 상기 측면에 촉매층(1210)이 형성된다.
도 13은 또 다른 실시예에 의한 제4 필터링 시스템(1300)을 보여준다.
도 13을 참조하면, 제4 필터링 시스템(1300)은 제1 촉매필터(100)와 이를 둘러싸는 히팅부재(1310)을 포함한다. 히팅부재(1310)는 제1 촉매필터(100)의 외면을 따라 제1 촉매필터(100)를 감쌀 수 있다. 히팅부재(1310)는 일 예로 제1 촉매필터(100) 안쪽으로 열을 공급하는 히터를 포함할 수 있다. 히팅부재(1310)에 의해 공급되는 상기 열에 의해 제1 촉매필터(100)의 제2 홈(120)의 내면에 도 10에 도시한 바와 같이 촉매층(410B)이 형성될 수 있다.
도 14는 또 다른 실시예에 의한 제5 필터링 시스템(1400)을 보여준다.
도 14를 참조하면, 제5 필터링 시스템(1400)은 제2 촉매필터(600)와 이를 둘러싸는 히팅부재(1410)를 포함한다. 히팅부재(1410)는 도 13의 히팅부재(1310)와 동일할 수 있으나, 다를 수도 있다. 히팅부재(1410)에 의해 제2 촉매필터(600) 내부로 열에너지(1420)가 공급된다. 이 열에너지(1420)로 인해 도 11에 도시한 바와 같은 촉매층(630A)이 제2 홈(615)의 측면 및 바닥면에 형성된다.
도 15은 또 다른 실시예에 의한 제6 필터링 시스템(1500)을 보여준다.
도 15를 참조하면, 제6 필터링 시스템(1500)은 제1 촉매필터(100)와 이에 전기적으로 연결된 애노드 전극(1510)을 포함할 수 있다. 제1 촉매필터(100)는 캐소드 역할을 한다. 이 경우, 제1 촉매필터(100)는 전기전도성의 ORR 반응이 가능한 금속산화물로 형성된 것일 수 있다. 필터링 동작시에 애노드 전극(1510)으로부터 제1 촉매필터(100)에 전자가 공급되고, 이에 따라 제2 홈(120)의 내 측면이 활성화되어 촉매반응이 일어난다.
도 16은 또 다른 실시예에 의한 제7 필터링 시스템(1600)을 보여준다.
도 16을 참조하면, 제7 필터링 시스템(1600)은 제1 촉매필터(100) 대신에 제2 촉매필터(600)를 사용한 경우이며, 나머지 구성은 제6 필터링 시스템(1500)과 동일하다.
도 17은 또 다른 실시예에 의한 제8 필터링 시스템(1700)을 보여준다. 도 17은 복수의 에너지원을 사용하는 경우에 대한 일 예를 보여준다.
도 17을 참조하면, 제8 필터링 시스템(1700)은 촉매필터(1710)와 에너지 공급부(900) 및 히팅부재(1720)를 포함한다. 촉매필터(1710)는 앞에서 설명한 제1 내지 제3 촉매필터(100, 600, 800) 중 선택된 하나일 수 있는데, 이때, 상기 선택된 촉매필터의 단일체 프레임(예, 도 8의 645)의 구성은 도 6에 도시한 바와 같이 별도의 촉매층(470)을 갖는 구성일 수 있다. 이때, 촉매층(470)은 광촉매층일 수 있고, 단일체 프레임(645)은 열에 의해 촉매반응을 나타내는 열촉매층일 수 있다. 히팅부재(1720)는 촉매필터(1710)의 외면을 따라 배치되고, 촉매필터(1710)을 감싼다. 히팅부재(1720)는 도 14에서 설명한 히팅부재(1410)와 동일할 수 있다.
필터링 동작시에 에너지 공급부(900)로부터 광 에너지(1730)가 촉매필터(1710)로 공급되고, 동시에 히팅부재(1720)로부터 열이 촉매필터(1710)에 공급될 수 있다. 이렇게 해서 촉매층(470)은 광에너지(1730)에 의해 활성화되고, 단일체 프레임(645)은 열에너지에 의해 활성화될 수 있다.
다음에는, 일 실시예에 의한, 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법(이하, 제1 관리방법)을 설명한다.
도 18을 참조하면, 제2 관리방법은 먼저 필터링 시스템의 압력변화를 감지한다(S1). 상기 필터링 시스템은 도 10 내지 도 17에 도시한 필터링 시스템 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 다음, 압력변화가 감지된 후, 압력저하가 설정된 값보다 큰 경우, 상기 필터링 시스템의 동작을 중지한다(S2). 이때, 상기 동작중지는 상기 필터링 시스템의 전원을 오프하여 전체 동작을 중지시키는 경우와 상기 필터링 시스템의 기본 예비 동작(예, 단순한 송풍동작)은 유지하고, 필터링 동작만 중지하는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 상기 압력저하는 세라믹 촉매필터의 공기가 유출되는 측의 압력저하를 의미할 수 있다. 상기 압력변화를 감지하는 것은 상기 촉매필터의 공기 유입단과 공기 배출단 사이의 압력차를 감지하는 것일 수도 있다. 상기 압력차를 기준으로 할 때는 상기 압력차가 기준값 이상인 경우, 예컨대, 250 파스칼(Pa)이상인 경우, 상기 필터링 시스템의 동작을 중지할 수 있다.
상기 필터링 시스템을 중지한 다음, 상기 필터링 시스템으로부터 세라믹 촉매필터를 분리한다(S3). 이후, 분리한 세라믹 촉매필터를 세척한다(S4). 상기 세라믹 촉매필터의 공기 유입측의 홈(예, 도 11의 제1 홈(610))의 측면 및 바닥면 상에 입자성 제1 물질(920)이 기준량 이상으로 쌓이면, 상기 압력저하가 나타나거나 압력차가 기준값 이상으로 높아지는 경우가 나타날 수 있다. 따라서 상기 세척단계(S4)에서는 분리한 세라믹 촉매필터를 물이나 다른 정해진 용매나 용액으로 세척하여 촉매필터에 쌓여 있는 적층물, 곧 입자 케이크(cake)를 제거한다.
이와 같이 세라믹 촉매필터를 세척한 후, 세척된 세라믹 촉매필터를 상기 필터링 시스템에 다시 장착한다(S5).
다음에는, 다른 실시예에 의한, 재생 가능한 세라믹 촉매필터를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법(이하, 제2 관리방법)을 설명한다.
도 19를 참조하면, 제2 관리방법은 먼저 필터링 시스템에서 세라믹 촉매필터의 일면을 촉매층으로 활성화시킨다(S11). 활성화 단계(S110)에서 세라믹 촉매필터의 일면에 촉매층을 형성하는 과정은 상술한 바와 같이 에너지 공급부(900)로부터 촉매필터(예, 도 11의 600)에 에너지를 공급하여 수행할 수 있다.
이후, 상기 세라믹 촉매필터가 제1 조건에 도달되었을 때, 상기 세라믹 촉매필터를 분리하여 세척한다(S22). 상기 제1 조건은 도 18에서 설명한 압력관련 조건일 수 있다. 세척한 후에는 세척된 세라믹 촉매필터를 원래의 위치에 장착한다(S33).
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 권리범위를 한정하는 것이라기보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 때문에 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고, 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
100, 600, 800:제1 내지 제3 세라믹 촉매필터
110, 120:제1 및 제2 홈 110A:제2 홈의 측면
110B:제2 홈의 바닥면 110S:제2 면
120S:제1 면 130:유입 물질
140:배출되는 가스 410:수평부분
410A:포어 410B, 630A, 1210:촉매층
410S:에너지가 조사되는 면 415, 425:제1 및 제2 수직부분
470:제1 촉매층 610, 615:제1 및 제2 홈
610D, 615D:제1 및 제2 홈의 입구 직경 615L:제2 홈(615)의 깊이
620, 625:제1 및 제2 수직부분 620S, 625S:제1 및 제2 면
620D, 625D:제1 및 제2 면의 직경
630, 635:제1 및 제2 경사진 부분
645:단일체 프레임 650:공기
810, 820:제1 및 제2 경사진 부분 830, 840:제1 및 제2 홈
900:에너지 공급부 910:공급되는 에너지
920, 930:제1 및 제2 물질
1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500,1600,1700:제1 내지 제8 필터링 시스템
1310, 1410, 1720:히팅부재 1420:열에너지
1510:애노드 전극 1710:세라믹 촉매필터
1730:광에너지 A1-A5:제1 내지 제5 부분
D1, D2:제1 및 제2 간격 D11:제1 수직부분(415)의 직경
D22:제2 수직부분(425)의 직경 L1:수평부분(410)의 Y축 방향길이

Claims (40)

  1. 제1 물질을 차단하는 제1 면; 및
    상기 제1 면을 통과하는 제2 물질이 제거되는 제2 면;을 갖는 단일체 구조물이고,
    상기 제2 면은 에너지 조사에 의해 상기 제2 물질 제거를 위한 촉매층으로 활성화되는 부분인 촉매 필터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일체 구조물은 다공성인 촉매 필터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일체 구조물은 전체가 동일한 촉매소재인 촉매 필터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 면은 각각 상하좌우로 서로 평행한 면들을 포함하는 촉매 필터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 면 상에 제2 촉매층이 더 구비된 촉매 필터.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 단일체 구조물은,
    상기 제1 및 제2 물질이 유입되는 측에 입구를 갖는 복수의 제1 홈; 및
    상기 제2 물질이 배출되는 측에 입구를 갖는 복수의 제2 홈;을 포함하는 촉매필터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 물질은 미세먼지를 포함하고, 상기 제2 물질은 휘발성 유기 화합물(VOC)을 포함하는 촉매필터.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉매소재는 상기 제2 면이 광 에너지에 의해 활성화되는 광 촉매소재인 촉매필터.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉매소재는 상기 제2 면이 전기 에너지에 의해 활성화되는 전기 촉매소재인 촉매필터.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉매소재는 상기 제2 면이 이온 에너지에 의해 활성화되는 이온 촉매소재인 촉매필터.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉매소재는 상기 제2 면이 열 에너지에 의해 활성화되는 열 촉매소재인 촉매필터.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 촉매소재는 금속 화합물인 촉매 필터.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 제2 촉매층은 상기 제2 면에 조사되는 에너지와 다른 에너지에 의해 활성화되는 촉매층인 촉매필터.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 홈의 입구 사이에 상기 제2 홈의 바닥이 위치하고, 상기 제2 홈의 입구 사이에 상기 제1 홈의 바닥이 위치하는 촉매필터.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 홈의 입구 넓이와 상기 제2 홈의 바닥 넓이는 서로 다른 촉매필터.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 홈의 바닥의 통기성과 상기 제2 홈의 바닥의 통기성은 서로 다른 촉매필터.
  17. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 홈의 바닥은 상기 제2 물질을 차단하는 구성을 갖는 촉매필터.
  18. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 홈의 입구는 상기 제1 홈의 바닥보다 넓은 촉매필터.
  19. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 홈의 입구 면적은 상기 제1 홈의 바닥 면적과 동일한 촉매필터.
  20. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 홈의 직경은 상기 제1 홈의 입구에서 바닥으로 갈수록 작아지는 촉매필터.
  21. 제 6 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 제2 홈의 직경은 상기 제2 홈의 입구에서 바닥으로 갈수록 작아지는 촉매필터.
  22. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 홈과 상기 제2 홈 사이에 존재하는 벽은 상기 제2 물질이 통과할 수 있는 통기성을 갖는 벽인 촉매필터.
  23. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 홈은 쐐기 형태인 촉매필터.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 통기성은 벽 전체에서 균일하거나 상기 벽을 따라 주어진 방향으로 달라지는 촉매필터.
  25. 청구항 1의 촉매필터; 및
    상기 촉매필터에 촉매 활성화를 위한 에너지를 공급하도록 배치된 에너지 공급원;을 포함하는 필터링 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원은 광 에너지 공급원인 필터링 시스템.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원은 전기 에너지 공급원인 필터링 시스템.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원은 이온 에너지 공급원인 필터링 시스템.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원은 열 에너지 공급원인 필터링 시스템.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 에너지 공급원은 광 에너지, 전기 에너지, 이온 에너지 및 열 에너지 중 2가지 에너지를 공급하도록 구성된 필터링 시스템.
  31. 촉매필터의 일면을 촉매층으로 활성화시키는 단계;
    상기 촉매필터가 제1 조건에 도달되었을 때, 상기 촉매필터를 분리하여 세척하는 단계; 및
    상기 세척된 촉매필터를 원래의 위치에 장착하는 단계;를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 활성화시키는 단계는 상기 일면에 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 제1 조건은 상기 촉매필터의 차압이 250 Pa 이상인 조건을 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 촉매필터는 청구항 1의 촉매필터인 필터링 시스템의 관리방법.
  35. 제 32 항에 있어서,
    상기 일면에 에너지를 공급하는 단계는,
    상기 일면에 광 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  36. 제 32 항에 있어서,
    상기 일면에 에너지를 공급하는 단계는,
    상기 일면에 전기 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  37. 제 32 항에 있어서,
    상기 일면에 에너지를 공급하는 단계는,
    상기 일면에 이온 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  38. 제 32 항에 있어서,
    상기 일면에 에너지를 공급하는 단계는,
    상기 일면에 열 에너지를 공급하는 단계를 포함하는 필터링 시스템의 관리방법.
  39. 제 31 항에 있어서,
    상기 일면 상에 제2 촉매층이 더 구비된 필터링 시스템의 관리방법.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 촉매필터의 일면을 활성화시키는 방법과 다른 방법으로 상기 제2 촉매층을 활성화시키는 필터링 시스템의 관리방법.
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