KR20210089993A - 다공성 필름을 이용한 집진 마스크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다공성 필름을 이용한 집진 마스크를 개시한다. 본 발명에 따르면, 사용자의 얼굴에 맞닿는 마스크 전면부; 상기 마스크 전면부에 탈부착 가능하게 제공되며, 미리 설정된 크기 이상의 분진을 집진하는 필터, 고전압 인가를 통해 상기 필터를 통과한 미세먼지를 이온으로 대전시켜 집진하는 다공성 필름을 포함하는 하나 이상의 정화통; 및 상기 마스크 전면부의 일측에 제공되며 상기 필터 및 상기 다공성 필름이 부착된 도전체에 고전압을 인가하는 고전압 공급부를 포함하는 집진 마스크가 제공된다.

Description

다공성 필름을 이용한 집진 마스크{Dust mask using porous film}

본 발명은 다공성 필름을 이용한 집진 마스크에 관한 것이다.

건설, 토목 공사와 같은 산업현장에서 발생하는 분진으로 인해 지속적으로 인부들의 호흡기 건강이 위협받고 있다.

현재 산업현장에서 사용되는 마스크는 물 세척 시 필터의 성능이 떨어져 재사용이 불가능하다.

그렇기 때문에 교체가 필수적이며 그에 따른 추가적인 비용이 발생하여 경제성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 종래의 집진 마스크에 구비된 필터만으로는 직경이 2.5㎛ 내지 10㎛ 미만의 미세먼지 입자를 제거하지 못하는 문제점이 있다.

한국공개특허공보 10-2017-0025527

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 반영구적 사용이 가능하며 미세먼지 집진 효율이 향상된 다공성 필름을 이용한 집진 마스크를 제안하고자 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면,사용자의 얼굴에 맞닿는 마스크 전면부; 상기 마스크 전면부에 탈부착 가능하게 제공되며, 미리 설정된 크기 이상의 분진을 집진하는 필터 및 고전압 인가를 통해 상기 필터를 통과한 미세먼지를 이온으로 대전시켜 집진하는 다공성 필름을 포함하는 하나 이상의 정화통; 및 상기 마스크 전면부의 일측에 제공되며 상기 필터 및 상기 다공성 필름이 부착된 도전체에 고전압을 인가하는 고전압 공급부를 포함하는 집진 마스크가 제공된다.

상기 필터는 데미스터 필터이고, 상기 다공성 필름은 PDMS 필름이고, 복수의 도전체의 양면에 상기 PDMS 필름이 부착되며, 상기 복수의 도전체의 양면에 부착된 복수의 PDMS 필름은 상기 데미스터 필터에서 상기 사용자측으로의 공기 이동 방향과 나란하게 이격 배치될 수 있다.

상기 PDMS 필름은 PDMS층 및 PDMS와 카본 블랙의 혼합층을 포함할 수 있다.

상기 고전압 공급부는 상기 필터에 음의 전압, 상기 도전체에 양의 전압을 인가하여 상기 필터를 통과한 미세먼지를 음이온으로 대전시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 집진부에 다공성 필름을 복수 개 배치하고 집진부에 고전압을 인가함으로써 미세먼지의 집진 효율을 한층 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집진 마스크의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 정화통의 내부 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 구리판에 다공성 필름이 부착된 상태를 도시한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 집진 마스크의 집진 성능 실험을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 따른 집진 실험 결과를 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 집진 마스크의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 실시예에 따른 정화통의 내부 구조를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 집진 마스크는 사용자의 얼굴에 맞닿는 마스크 전면부(100) 및 마스크 전면부(100)에 탈부착 가능하게 제공되는 하나 이상의 정화통(102)을 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 정화통(102)은 덮개(110), 데미스터 필터(Demister filter, 112), 다공성 필름 수용부(114), 고무링(116) 및 팬(118)을 포함한다.

필요에 따라 고무링(116)은 제공되지 않을 수 있고, 사용자의 호흡을 통해 공기가 유입되므로 팬(118) 역시 생략될 수 있다.

데미스터 필터(112)는 덮개(110)를 통해 유입된 외부 공기에서 소정 크기 이상의 먼지를 걸러낸다.

바람직하게, 데미스터 필터(112)는 미세먼지를 제외한 직경이 10㎛ 이상인 분진을 집진한다.

또한, 데미스터 필터(112)는 미세먼지에 해당하는 10㎛ 이하의 분진이 다공성 필름 수용부(114)에서 골고루 퍼지도록 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 다공성 필름 수용부(114)의 내부에는 공기의 이동 방향으로 복수의 다공성 필름(120)이 이격 배치된다.

바람직하게, 다공성 필름(120)은 도전체 전극에 부착되는 PDMS(Polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산) 필름일 수 있다.

도 3은 본 실시예에 따른 구리판에 다공성 필름이 부착된 상태를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 미세먼지를 집진하는 다공성 필름(120)은 구리판과 같은 도전체(140)의 적어도 일면에, 바람직하게는 양면에 부착된다.

본 실시예에 따른 집진 마스크는 코로나 방전을 이용하여 다공성 필름(120)에 미세먼지가 집진되도록 한다.

코로나 방전은 기체 중에서 두 전극간의 전압을 상승시켜 가면 어느 값에서 불꽃 방전이 발생하는데, 전극간의 전계가 평등하지 않으면 불꽃 방전 이전에 전극 표면상의 전계가 큰 부분에 발광 현상이 나타나고, 1~100㎂ 정도의 전류가 흐르는 현상을 의미한다.

마스크 전면부(100)의 일측에는 고전압 공급부(130)가 제공되며, 고전압 공급부(130)는 데미스터 필터(112)에 음의 전압, 다공성 필름을 부착하고 있는 복수의 도전체(140)에 양의 전압을 인가한다.

고전압 인가에 의해 코로나 방전이 발생되며, 데미스터 필터(112)를 통과한 공기 중에 포함된 미세먼지가 음이온으로 대전된다.

음이온으로 대전된 미세먼지는 양극을 띠는 다공성 필름(120)에 분리되어 포집된다.

미세먼지가 제거된 공기가 팬(118)을 통해 사용자에게 공급된다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 다공성 필름(120)은 PDMS 필름일 수 있으며, 전도성을 가지도록 하기 위해 카본 블랙을 혼합하여 제작된다.

PDMS 필름을 제작하기 위해 질량비 PDMS(polydimethylsiloxane):curer(경화제) = 10:1로 혼합한 용액과 질량비 PDMS:curer: 전도성 carbon black = 10:1:1로 혼합한 용액을 제작한다.

혼합 용액의 기포를 제거하기 위해 진공챔버를 이용하여 탈포시킨다.

그 후 PDMS와 경화제 혼합 용액을 어플리케이터를 사용하여 PET film(0.1T) 위에 각각 100㎛의 두께를 갖도록 도포시키고 경화, 냉각 과정을 거친다.

그 다음 PDMS, 경화제 및 카본 블랙의 혼합 용액을 어플리케이터로 100㎛ 도포시켜 총 200㎛두께의 전도성 필름을 제작한다.

이때, 다공성을 갖기 위해 필름 위에 수용성 수크로스(sucrose)를 골고루 도포한 뒤 경화 및 용해 과정을 거친 후 완성한다.

완성된 PDMS 필름은 다공성, 전도성, 신축성, 방수성을 가지게 된다.

이렇게 제작된 PDMS 필름을 도전체(140)의 양면에 부착한다.

도전체(140)의 양면에 부착된 PDMS 필름(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 다공성 필름 수용부(114) 내에 소정 거리로 이격되어 배치된다.

바람직하게, 본 실시예에 따른 본 실시예에 따른 복수의 PDMS 필름(120)은 팬(118)으로의 공기 이동 방향과 나란하게 이격 배치된다.

도 4는 본 실시예에 따른 집진 마스크의 집진 성능 실험을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 200x200x250(mm)과 55x55x500(mm) 크기의 2개의 챔버를 아크릴로 제작하여 연결하였고, 공기 유동을 주어 분진을 고르게 분포시키고 유속을 유지하기 위해 팬을 부착하였다.

두 번째 챔버 내부를 먼지센서(제1 먼지센서) - 데미스터 필터 - PDMS 필름 - 먼지센서(제2 먼지센서) - 팬 순으로 구성하였다. 데미스터 필터와 PDMS 필름은 챔버 외부 3.3kV의 고전압 발생기와 연결되어 있다.

공기가 유입되는 상황에서 분진을 발생시키기 위하여 정량의 향을 밀폐된 상태인 첫 번째 챔버 내에서 연소시켰으며, 확산된 분진이 두 번째 챔버로 들어감과 동시에 제1 먼지센서에서 분진 농도가 측정되고 데미스터 필터 및 PDMS 필름을 통과한 뒤 제2 먼지센서에서 감소된 분진 농도가 측정된다.

이후 분진이 제거된 공기는 팬을 통해 외부로 유출된다. 보다 정확한 측정을 위해 먼지센서들을 같은 높이에 위치시켰으며 pm 2.5 이상의 분진 농도를 30분간 지속적으로 측정하였다.

도 5는 본 실시예에 따른 집진 실험 결과를 도시한 도면이다.

집진 실험에서, 30분 동안 먼지농도를 측정하였고, 데미스터 필터 및 PDMS 필름의 세척 전 후로 1차와 2차 실험을 진행하였다.

실험 결과 제1 먼지센서에서 5000ug/m³의 높은 미세먼지 농도가 60X200cm 크기의 PDMS 필름을 지나면서 평균적으로 1800ug/m³ 농도로 감소하는 것을 확인 할 수 있었고, 세척 후에도 성능이 떨어지지 않고 비슷한 집진율을 보이는 것이 확인되었다.

상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

100: 마스크 전면부 102: 정화통 110: 덮개
112: 데미스터 필터 114: 다공성 필름 수용부
116: 고무링 118: 팬 120: 다공성 필름
130: 고전압 공급부 140: 도전체

Claims (4)

1. 사용자의 얼굴에 맞닿는 마스크 전면부;
   상기 마스크 전면부에 탈부착 가능하게 제공되며, 미리 설정된 크기 이상의 분진을 집진하는 필터, 고전압 인가를 통해 상기 필터를 통과한 미세먼지를 이온으로 대전시켜 집진하는 다공성 필름을 포함하는 하나 이상의 정화통; 및
   상기 마스크 전면부의 일측에 제공되며 상기 필터 및 상기 다공성 필름이 부착된 도전체에 고전압을 인가하는 고전압 공급부를 포함하는 집진 마스크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 필터는 데미스터 필터이고, 상기 다공성 필름은 PDMS 필름이고,
   복수의 도전체의 양면에 상기 PDMS 필름이 부착되며, 상기 복수의 도전체의 양면에 부착된 복수의 PDMS 필름은 상기 데미스터 필터에서 상기 사용자측로의 공기 이동 방향과 나란하게 이격 배치되는 집진 마스크.
3. 제2항에 있어서,
   상기 PDMS 필름은 PDMS층 및 PDMS와 카본 블랙의 혼합층을 포함하는 집진 마스크.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고전압 공급부는 상기 필터에 음의 전압, 상기 도전체에 양의 전압을 인가하여 상기 필터를 통과한 미세먼지를 음이온으로 대전시키는 집진 마스크.
   
   

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