KR20210094501A - 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터 - Google Patents
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Abstract
광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 전면 및 후면을 가지며 내부가 비어 있는 사각 프레임 구조의 하우징을 구비하고, 하우징은 길이 방향(X 방향), 길이 방향(X 방향)과 수직이며 전면에서 후면 방향인 깊이 방향(Y 방향), 및 길이 방향(X 방향) 및 깊이 방향(Y 방향)에 모두 수직인 높이 방향(Z 방향)을 가진다. 하우징의 전면에 길이 방향(X 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 설치된 복수개의 인쇄 회로 기판들, 하우징 내부로 광을 조사하게 인쇄 회로 기판들 각각에 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 복수개의 광원들, 하우징의 내부에 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 이산화티탄(TiO2) 광촉매가 코팅된 판재 형태의 복수개의 모재들을 포함한다. 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 광원들 각각에 대향하여 설치되고, 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 길이 방향(X 방향) 및 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 깊이 방향(Y 방향)으로 기울어져 설치되고, 광원들 각각은, 발광되는 광이 깊이 방향(Y 방향)으로 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 수직하게 조사되고, 깊이 방향(Y 방향)으로 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들 사이로 공기가 흐르게 구성된다.
Description
본 발명은 광촉매 필터에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 이산화티탄(TiO2, titanium dioxide) 광촉매 필터에 관한 것이다.
기존의 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터는 모재가 이산화티탄 광촉매와의 광활성량 및 반응 면적이 작아 오염 물질과의 반응이 없거나 반응 효율이 작을 수 있다. 기존의 이산화티탄 광촉매 필터는 모재가 경화되거나 열화되어 모재가 심한 손상을 입어 결국에는 모재로써의 기능을 상실하게 된다. 기존의 이산화티탄 광촉매 필터는 고전압 UV(자외선) 램프관을 사용하여 많은 열을 발생하고 화재의 위험성도 있고 수명이 비교적 짧다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수명이 길고 안전한 광원을 사용함과 아울러 모재의 단점을 보완한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터를 제공하는 데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터는 전면 및 후면을 가지며 내부가 비어 있는 사각 프레임 구조의 하우징을 구비하되, 상기 하우징은 길이 방향(X 방향), 상기 길이 방향(X 방향)과 수직이며 상기 전면에서 상기 후면 방향인 깊이 방향(Y 방향), 및 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 모두 수직인 높이 방향(Z 방향)을 가지며; 상기 하우징의 전면에 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 설치된 복수개의 인쇄 회로 기판들;
상기 하우징 내부로 광을 조사하게 상기 인쇄 회로 기판들 각각에 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 복수개의 광원들; 및 상기 하우징의 내부에 상기 하우징의 상기 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 이산화티탄(TiO2) 광촉매가 코팅된 판재 형태의 복수개의 모재들을 포함하되,
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 광원들 각각에 대향하여 설치되고, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 상기 길이 방향(X 방향)으로 기울어져 설치되고, 및 상기 광원들 각각은, 발광되는 광이 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 수직하게 조사되도록 구성되고, 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들 사이로 공기가 흐르게 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들은, 일부분이 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 겹쳐 배치될 수 있다. 상기 광원들은 UV LED 광원들로 구성하고, 상기 UV LED 광원들의 파장은 300 내지 400nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각과 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 이격되어 설치되고, 상기 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 광을 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 직접 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 스테인레스 스틸 기판에 이산화티탄 광촉매가 코팅되어 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터는 내부가 비어 있는 사각 프레임 구조의 하우징을 구비하되, 상기 하우징은 길이 방향(X 방향), 상기 길이 방향(X 방향)과 수직인 깊이 방향(Y 방향), 및 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 모두 수직인 높이 방향(Z 방향)을 가지며; 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 설치된 복수개의 인쇄 회로 기판들; 상기 하우징 내부로 광을 조사하게 상기 인쇄 회로 기판들 각각에 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 복수개의 UV LED 광원들; 및 상기 하우징의 내부에 상기 하우징의 상기 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 이산화티탄(TiO2) 광촉매가 코팅된 판재 형태의 복수개의 모재들을 포함한다.
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 스테인레스 스틸 기판에 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태로 구성되고, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 UV LED 광원들 각각에 대향하여 설치되고, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 소정 각도로 회전하여 설치되고, 상기 UV LED 광원들 각각은, 발광되는 UV 광이 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 수직하게 조사되도록 구성되고, 및 상기 하우징의 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 사이로 공기가 흐르게 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들은, 일부분이 상기 하우징의 길이 방향(X 방향)으로 겹쳐 배치되고, 상기 UV LED 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각과 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 이격되어 설치되고, 및 상기 UV LED 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 UV 광을 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 직접 조사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 UV LED 광원들의 파장은 300 내지 400nm이고, 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 하우징 및 상기 인쇄 회로 기판의 총 두께는 15mm 내지 200mm로 구성되고, 및 상기 인쇄 회로 기판에 설치된 상기 UV LED 광원과 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재와의 거리는 5mm 내지 150mm로 구성할 수 있다.
본 발명의 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터는 광원이 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재의 전체 표면을 전면에서 조사하여 오염된 공기의 항균, 살균 및 탈취, 그리고 휘발성 유기화합물(TVOC’s)을 효과적으로 분해하여 제거할 수 있다.
본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 UV LED 광원을 사용함으로서 수명이 증가함과 아울러 저전압의 DC 전원을 사용함으로서 비용 절감 및 안전성은 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 광촉매 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 여러가지 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 응용 분야를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 사시도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 여러가지 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 응용 분야를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 사시도이다.
도 5은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄(TiO2) 광촉매 필터의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 광촉매 반응을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 여러 가지 기능을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 응용 분야를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 광촉매란 촉매의 한 종류로서 촉매 반응이 빛에너지를 받아 일어나는 물질, 즉, 광을 에너지원으로 촉매 반응(산화,환원반응)을 촉진시켜 각종 세균 및 유기물질을 분해시켜주는 반도체 물질을 의미한다.
반도체 등의 분말을 수용액에 넣어,그 반도체가 가지고 있는 밴드갭 이상의 에너지 광을 조사하면, 마이너스 전하를 갖는 전자(e-)와 플러스 전하를 갖는 정공(h+)이 생성되고 이것의 강한 환원 또는 산화 작용에 의해 수용액중의 이온종이나 분자종을 분해시키는 등 다양한 반응을 일으키게 된다.
이산화티탄(TiO2)는 광 여기를 받아서 촉매 작용을 나타내는 물질로, 일반적인 금속류 물질과는 다르게 에너지적으로 서로 중복되지 않는 두 가지 종류의 에너지 밴드를 지니고 있다. 금속 산화물류 반도체 성질의 촉매들은 그 표면에서 각각 자신이 지니고 있는 밴드 갭 에너지 이상에 해당하는 파장의 광 에너지(400nm이하의 파장을 가지는 빛에너지)를 조사하게 되면 자신이 지니고 있는 전자들로 채워져 있는 가전자대(Valence Band, 반도체, 절연체 등 결정의 에너지대중 전자가 충만한 에너지대; VB)로부터 전자가 비어 있는 전도대(Conduction Band, CB)로 이동하여 VB와 CB사이에 전자/정공쌍(Electron-hole pairs)를 형성하여 공간 전하 영역(Space Charge Region)을 이루면서 여기된다.
이렇게 여기된 전자 및 전공은 도 1에 도시한 바와 같이 대기중의 물과 산소로부터 활성 산소인 수산 라디칼(OH)과 슈퍼옥사이드 음이온(O2-)을 생성할 수 있다. 예컨대, 전자 및 정공은 촉매인 자신의 표면에 흡착되어 있는 수산화 이온(Hydroxyl Ion)과 산화 반응하여 강력한 산화제인 수산 라디칼(Hydroxyl Radical, OH)이 생성될 수 있다. 오존/자외선, 오존/과산화수소, 펜톤(fenton) 산화 등과 같은 여타의 고급 산화법과 같이 생성된 수산 라디칼(OH)에 의해 산화 분해 반응을 일으켜 대상 물질의 분해 반응을 유도한다.
이산화티탄 광촉매 반응은 크게 두 가지로, 하나는 광촉매의 자외선 조사에 따른 광분해 반응(산화-환원반응)을 이용하는 분야와 자외선 조사에 의한 광 여기 친수화 현상을 이용하는 분야이다. 실제 광촉매에 대한 연구는 1980년대 말에 들어서 세계적으로 환경문제의 심각성이 대두되면서 연구 방향이 현재와 같은 환경 친화적 소재의 응용으로 변하였다.
초기 연구에서는 이산화티탄의 광 여기 친수화 현상이 광분해 반응과 명쾌하게 구분되지는 못하였으나, 연구자들이 광 여기 친수화 현상을 보고한 이래 이산화티탄(TiO2)의 자정기능에 대한 이해가 확산 되었다.
이산화티탄을 이용한 살균방법은 전형적인 살균 방법인 소독 방법과는 구별되는 몇가지 특징이 있다. 이산화티탄 살균의 대상 물질은 바이러스(Viruses), 박테리아(bacteria), 균류(Fungi), 프로토조아(Protozoa), 조류(Algae) 등의 유기체들(Pathogenic Organisms)이며, 이산화티탄 살균 메커니즘(Mechanisms)에 관한 연구도 최근 여러 연구자들에 의해 보고되고 있다.
유기물의 분해, 항균 및 살균, 탈취, 물의 정화 등 다양한 분야에서 이산화티탄을 이용한 광촉매 반응에 대한 연구가 진행되고 있다. 이산화티탄를 이용한 유기체에 대한 살균 효과는 1985년 연구자들이 미생물 살균 효과에 대한 첫 번째 보고 이후, 광촉매의 살균효과에 대한 관심이 증대되었고 광촉매가 인체에 미치는 영향에 대한 연구도 진행되고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 이산화티탄 광촉매가 빛 에너지와 결합하여 여러 가지 기능을 발휘할 수 있다. 예컨대, 이산화티탄 광촉매가 빛 에너지와 결합할 경우 공기 정화, 오염 방지, 냄새 제거, 항균 살균, 초친수성 및 유해 화학 물질 분해 작용을 할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 이산화티탄 광촉매 필터는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예컨대, 이산화티탄 광촉매 필터는 대기처리, 악취 처리, 수처리, 자외선 차단, 태양/연료전지, 항 바이오, 자기 정화 등에 이용될 수 있다. 이와 같이 이산화티탄 광촉매 필터는 다양한 분야에 적용이 가능하다.
본 발명은 앞서 설명한 기능 및 다양한 분야에 적용 가능한 기존의 이산화티탄 광촉매 필터가 가지는 단점을 보완한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터를 제공한다.
먼저, 종래의 이산화티탄 광촉매 필터의 단점을 제시한다.
첫째, 기존의 이산화티탄 광촉매 필터는 그 모재로써 우레탄 폼 필터, 부직포, 그리고 알루미늄 메쉬 망 및 세라믹이나 종이 허니컴 등을 사용하고 있다. 이러한 모재들의 특성은 비표면적이 작아 이산화티탄 광촉매의 광 활성량 및 반응면적이 작아 오염물질과의 반응이 없거나 반응효율이 작으며, 공기가 통과할 때의 속도, 즉 풍속에 의해 흔들림이나 진동이 일어날 수 있으며 이로인해 광원과의 거리가 계속 변하는 단점을 가진다.
또한 이산화티탄 광촉매의 작용으로 모재가 경화되거나 열화되어 모재가 심한 손상을 입어 결국에는 이산화티탄 광촉매 필터 모재로써의 기능을 상실하게 된다. 이처럼 이산화티탄 광촉매 필터의 모재로써의 역할을 제대로 하지 못하는 것을 해결하고자 한다.
둘째 이산화티탄 광촉매 필터는 반드시 UV(자외선) 광원이 있어야 제대로 작용을 한다. 기존에는 관 타입의 고전압 UV 램프관을 사용하여 왔으며 현재도 널리 사용되고 있다. 그러나 현재 사용되고 있는 UV 램프관은 높은 전압을 사용하여야 하기 때문에 많은 열을 발생하여 화재의 위험성도 있고, 수명도 비교적 짧다.
이로 인하여 자주 교체를 해주어야 하고, 그 비용도 많이 들어간다. 또한 이산화티탄 광촉매와 광원과의 거리가 이산화티탄 광촉매 필터로써 중요한 인자인데 현재 그 거리가 정해져 있지 않은 실정이다. 이에 본 발명에서 광원으로써 수명이 길고 안전한 광원을 사용하고 모재의 단점을 보완하고자 한다.
이에 따라, 본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 하우징의 한쪽 프레임과 수평 방향으로 광촉매가 코팅된 모재를 일정 간격 겹쳐 배열한다. 또한 본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 수직 방향으로 서로 떨어져 설치된 여러개의 인쇄 회로 기판들; 인쇄 회로 기판 내에 설치된 광원을 포함한다. 특히, 본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 하우징 내에 수평 방향으로 설치되면서 서로 겹쳐 배치된 광촉매가 코팅된 모재를 포함한다.
본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 광원이 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재의 전체표면을 전면에서 조사하는 방식이어서 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재를 통과하는 오염된 공기의 항균, 살균 및 탈취 그리고 인체에 암을 유발시킬수 있는 휘발성유기화합물(TVOC’s)을 효과적으로 분해하여 제거하는 탁월한 기능을 나타낸다.
본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 UV LED 광원을 사용함으로서 그 수명이 기존에 사용되고 있는 관 타입 UV 램프보다 월등히 늘어났으며, 저전압의 DC전원을 사용함으로서 전기비가 거의 들어가지 않으면서도 감전의 위험이 전혀 없어 안전성은 매우 우수하다.
이하에서는 본 발명에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터를 보다 더 자세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 사시도이다.
구체적으로, 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)를 하우징(31) 내에 설치한다. 하우징(31)은 전면 및 후면을 가지며 내부가 비어 있는 사각 프레임 구조를 가질 수 있다. 하우징(31)은 길이 방향(X 방향), 길이 방향(X 방향)과 수직이며 전면에서 후면 방향인 깊이 방향(Y 방향), 및 길이 방향(X 방향) 및 깊이 방향(Y 방향)에 모두 수직인 높이 방향(Z 방향)을 가질 수 있다.
광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 하우징(31)의 전면에 길이 방향(X 방향)으로 연장되어 설치되고, 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 설치된 복수개의 인쇄 회로 기판들(35, PCB)을 포함한다. 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 인쇄 회로 기판(35) 내에 설치된 광원(37), 예건대 UV LED 광원을 포함한다. 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 하우징(31) 내에 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치되면서 길이 방향(X 방향)으로 서로 엇갈려 겹쳐진 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)들을 포함한다.
하우징(31)의 L(길이)과 H(높이)는 적용되는 장소 및 제품의 크기에 따라 조절이 가능하나, 깊이(D), 즉 하우징(31) 및 인쇄 회로 기판(35)의 총 두께는 15mm 내지 200mm일 수 있다. 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터를 구성하는 모재(33)는 예컨대 수분 등에 녹슬지 않는 스테인레스 스틸(STS Steel) 기판에 이산화티탄이 코팅되어 구성될 수 있다. 모재(33)는 풍속에 의해 흔들림이나 진동이 발생하면 안되기 때문에 단단한 견고성을 가질 수 있도록 일정두께 0.5 내지 1.5 mm의 스테인레스 스틸 기판을 사용할 수 있다.
광원(37)은 스테인레스 스틸 기판에 코팅된 이산화티탄 광촉매의 기능이 활성화 되도록 자외선을 조사해 줄 수 있다. 광원(37)은 UV LED로 쓸 수 있으며, 입력 전압은 DC 5V~24V, 전류량은 1A 내지 5A, UV 파장은 300nm 내지 400nm 범위의 것을 사용할 수 있다. 인쇄 회로 기판(35)에 있는 UV LED 광원(37)과 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)와의 거리는 최소 5mm에서 최대 150mm일 수 있다.
광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 하우징(31)의 일측에 전원선 유입구(39)가 설치될 수 있다. 본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 공기의 질을 개선하는 수단으로 사용되는 실내 공기 청정기, 건물의 환기시스템, 차량내의 공기 정화 시스템등에 사용될 수 있다.
이상과 같은 도 4의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 X 방향, Y 방향 및 Z 방향의 3차원으로 구성될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 X 방향은 하우징(31)의 길이(L) 방향일 수 있다. Y 방향은 하우징(31)의 깊이(D) 방향일 수 있다. 깊이 방향(Y 방향)은 길이 방향(X 방향)과 수직일 수 있다. X 방향(길이 방향)과 깊이 방향(Y 방향)은 일 평면을 이룰 수 있다. Z 방향은 하우징(31)의 길이 방향(X 방향)과 깊이 방향(Y 방향)을 갖는 상기 일 평면에 대해 수직한 높이(H) 방향)일 수 있다.
본 발명의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 광원(37)이 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)의 전체 표면을 전면에서 조사하는 방식으로, 표면 반응을 하는 이산화티탄 광촉매의 반응 면적을 넓혀 기존의 필터방식보다 항균, 살균, 및 탈취 기능이 매우 우수하다
다시 말해, 본 발명은 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)와 광원(37)을 결합한 새로운 구조로 항균, 살균, 탈취 및 휘발성 유기화합물(VOC)의 분해 제거 기능을 향상시킬 수 있다.
이에 반하여, 비교예로서 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)와 광원이 조합되지 않을 경우 항균, 살균, 탈취 기능이 떨어지거나 항균, 살균, 탈취 기능이 발휘되지 않을 수 있다.
비교예로써, 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)의 표면을 직접 조사하는 방식이 아니라 옆에서 조사하는 방식일 경우, 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33) 전체 면을 조사하지 못한다. 이렇게 되면, 이산화티탄 광촉매 필터가 가지는 항균, 살균, 탈취 및 휘발성 유기화합물(VOC)의 분해 제거 기능이 많이 저하하거나 아예 작동하지 않을 수 있다.
이하에서는 도 4의 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 구체적인 도면을 제시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 정면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 측면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 공기 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로, 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재(33)나 인쇄 회로 기판(35) 등이 설치되는 하우징(31)을 포함할 수 있다. 하우징(31)의 일측에서 광원들(37), 예컨대 UV LED들이 장착된 인쇄 회로 기판(PCB 기판, 35)이 설치될 수 있다. 인쇄 회로 기판(35)은 일직선 모양, 공기 흐름의 저항을 최소화시킬 수 있는 격자 모양 또는 원형 타입으로 구성할 수 있다.
광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터는 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)을 포함할 수 있다. 하우징(31)은 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 인쇄 회로 기판(35)이 설치되는 전면과 이의 반대 면인 후면을 포함할 수 있다. 도 5 내지 도 8에서, 도 4와 동일한 방향은 동일한 것을 의미할 수 있다.
인쇄 회로 기판(35)은 하우징(31)의 전면 또는 하우징(31)의 일측에 길이 방향(X 방향)으로 설치됨과 아울러 길이 방향(X 방향)과 수직한 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 복수개 설치될 수 있다. 광원들(37)은 하우징(31) 내부로 광을 조사하게 인쇄 회로기판(35)에 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치될 수 있다.
광원들(37)은 도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)과 인접하여 설치될 수 있다. 광원들(37)은 도 5 및 도 7에 도시한 바와 같이 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)과 깊이 방향(Y 방향)으로 이격되어 설치될 수 있다.
이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)은 하우징(31)의 내부에 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 복수개 설치될 수 있다. 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)은 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 광원들(37)에 대향하여 설치될 수 있다. 광원들(47)은 도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)의 표면에 광을 직접 조사할 수 있다.
이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33) 각각은 도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 하우징(31)의 전면에서 후면을 바라볼 때 길이 방향(X 방향)으로 기울어져 설치될 수 있다. 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들(33) 각각은 길이 방향(X 방향) 및 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 길이 방향(X 방향)으로 기울어져 설치될 수 있다.
이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33) 각각은 도 5 및 도 8에 도시한 바와 같이 길이 방향(X 방향) 및 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 길이 방향(X 방향)에서 깊이 방향(Y 방향)을 향하여 소정 각도(θ)로 회전하여 설치될 수 있다. 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)은, 도 5, 도 6 및 도 8에 도시한 바와 같이 일부분이 길이 방향(X 방향)으로 겹쳐 배치될 수 있다.
이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들(33)은 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 핵심부분으로, 기존의 필터 구조와는 다른 형태의 구조일 수 있다.
일반적으로 이산화티탄 광촉매 필터는 다공성의 폴리에스테르 필터폼이나 폴리에테르 필터폼에 이산화티탄 광촉매를 코팅하는 타입이거나, 알루미늄 메쉬 망타입, 세라믹이나 종이 허니컴에 코팅하는 타입, 부직포 타입 또는 일반 절곡 형태의 필터폼에 코팅하는 타입들이다. 이런 일반적인 구조의 이산화티탄 광촉매 필터은 공기 흐름 저항을 줄이는데 초점이 맞추어져 비표면적이 작을 수 있다.
이렇게 제작된 이산화티탄 광촉매 필터는 광원과의 반응면적이 작아 이산화티탄 광촉매의 광활성이 제대로 일어나지 않을 수 있거나 효율이 안나올 수 있다.
이에 본 발명은 이산화티탄 광촉매를 수분에 의해 부식이 일어나지 않고, 공기 흐름에도 흔들리지 않는 견고성을 지닌 스테인레스 스틸(STS Steel) 기판에 코팅한 후, 공기가 원할히 통과할 수 있게 각 스테인레스 스틸 기판을 어긋나게 겹쳐 배열하여 모재들(33)을 구성한다.
본 발명은 도 8에 도시한 바와 같이 하우징(31))의 전면(우측)에서 후면(좌측)으로 오염 공기가 청정 공기로 변경될 때, 화살표로 표시한 공기 흐름에 의한 차압을 줄이면서 이산화티탄 광촉매가 활성화할 수 있는 최대 표면적을 제공하여 광촉매 필터로서의 제 기능을 수행할 수 있게 하는 구조이다.
광원(37)은 UV LED 광원일 수 있고 이산화티탄 광촉매가 활성화할 수 있도록 자외선(예컨대, 파장 300~400nm의 자외선)을 조사해 준다. UV LED를 사용한 이유는 기존 자외선 램프보다 수명이 길며, 전압 변화에 따른 자외선의 왜곡을 줄일 수 있고, 소모전력도 줄일 수 있고 제작도 용이하기 때문이다.
참조번호 39는 전원선 유입구로써 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터의 측면으로 전원을 삽입할 수 있도록 하여 다양한 제품 (에어컨, 공기청정기 등)의 하나의 부품으로 끼워 넣을 수 있다. 본 발명은 다른 광촉매 필터와 달리 필터에 자외선이 직접 조사되는 구조로 되어 있다. 이는 기존 방식에서는 없는 형태로 월등한 항균, 살균, 및 탈취, 그리고 휘발성유기화합물(TVOC’s)의 분해 제거 효과를 볼 수 있다.
이상과 같은 본 발명은 이산화티탄 광촉매를 활성시켜 광촉매의 성능을 극대화시킬 수 있게 하는 UV 광원을 조합한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터를 제공한다. 상세하게는 본 발명은 항균, 탈취, 휘발성 유기화합물(VOC)의 분해 제거 및 다양한 기능을 갖는 필터로서, 실내공기의 질을 개선하는 분야(예를 들어 공기청정기 등) 그리고 에어컨공조, 자동차 실내 공기 질 개선분야, 건물 환기공조 시스템등에 적용이 가능한 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터를 제공한다.
31: 하우징, 33; 이산화티탄 광촉매가 코팅 된 모재들, 35; 인쇄 회로 기판, 37; 광원, 39; 전원선 유입구
Claims (8)
- 전면 및 후면을 가지며 내부가 비어 있는 사각 프레임 구조의 하우징을 구비하되, 상기 하우징은 길이 방향(X 방향), 상기 길이 방향(X 방향)과 수직이며 상기 전면에서 상기 후면 방향인 깊이 방향(Y 방향), 및 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 모두 수직인 높이 방향(Z 방향)을 가지며;
상기 하우징의 전면에 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 설치된 복수개의 인쇄 회로 기판들;
상기 하우징 내부로 광을 조사하게 상기 인쇄 회로 기판들 각각에 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 복수개의 광원들; 및
상기 하우징의 내부에 상기 하우징의 상기 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 이산화티탄(TiO2) 광촉매가 코팅된 판재 형태의 복수개의 모재들을 포함하되,
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 광원들 각각에 대향하여 설치되고,
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 상기 길이 방향(X 방향)으로 기울어져 설치되고, 및
상기 광원들 각각은, 발광되는 광이 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 수직하게 조사되도록 구성되고,
상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 모재들 사이로 공기가 흐르게 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터. - 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들은,
일부분이 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 겹쳐 배치된 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터. - 제1항에 있어서, 상기 광원들은 UV LED 광원들로 구성하고, 상기 UV LED 광원들의 파장은 300 내지 400nm인 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터.
- 제1항에 있어서, 상기 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각과 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 이격되어 설치되고,
상기 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 광을 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 직접 조사하는 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터. - 제1항에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 스테인레스 스틸 기판에 이산화티탄 광촉매가 코팅되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터.
- 내부가 비어 있는 사각 프레임 구조의 하우징을 구비하되, 상기 하우징은 길이 방향(X 방향), 상기 길이 방향(X 방향)과 수직인 깊이 방향(Y 방향), 및 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 모두 수직인 높이 방향(Z 방향)을 가지며;
상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 높이 방향(Z 방향)으로 서로 떨어져 설치된 복수개의 인쇄 회로 기판들;
상기 하우징 내부로 광을 조사하게 상기 인쇄 회로 기판들 각각에 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 복수개의 UV LED 광원들; 및
상기 하우징의 내부에 상기 하우징의 상기 높이 방향(Z 방향)으로 연장되어 설치됨과 아울러 상기 길이 방향(X 방향)으로 서로 이격되어 설치된 이산화티탄(TiO2) 광촉매가 코팅된 판재 형태의 복수개의 모재들을 포함하되,
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 스테인레스 스틸 기판에 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태로 구성되고,
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 UV LED 광원들 각각에 대향하여 설치되고,
상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각은 상기 하우징의 상기 길이 방향(X 방향) 및 상기 깊이 방향(Y 방향)에 의한 X-Y 평면 상에서 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 소정 각도로 회전하여 설치되고,
상기 UV LED 광원들 각각은, 발광되는 UV 광이 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 수직하게 조사되도록 구성되고, 및
상기 하우징의 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 사이로 공기가 흐르게 구성되는 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터. - 제6항에 있어서, 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들은, 일부분이 상기 하우징의 길이 방향(X 방향)으로 겹쳐 배치되고,
상기 UV LED 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각과 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 이격되어 설치되고, 및
상기 UV LED 광원들 각각은 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재들 각각의 표면에 UV 광을 상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 직접 조사하는 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터. - 제6항에 있어서, 상기 UV LED 광원들의 파장은 300 내지 400nm이고,
상기 하우징의 상기 깊이 방향(Y 방향)으로 상기 하우징 및 상기 인쇄 회로 기판의 총 두께는 15mm 내지 200mm로 구성되고, 및
상기 인쇄 회로 기판에 설치된 상기 UV LED 광원과 상기 이산화티탄 광촉매가 코팅된 판재 형태의 모재와의 거리는 5mm 내지 150mm로 구성하는 것을 특징으로 하는 광원 일체형 이산화티탄 광촉매 필터.
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