KR20210094845A - 공기청정기 - Google Patents

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KR20210094845A
KR20210094845A KR1020200008580A KR20200008580A KR20210094845A KR 20210094845 A KR20210094845 A KR 20210094845A KR 1020200008580 A KR1020200008580 A KR 1020200008580A KR 20200008580 A KR20200008580 A KR 20200008580A KR 20210094845 A KR20210094845 A KR 20210094845A
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유승길
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광주대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 공기청정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세먼지 및 유해가스 제거는 물론 고체산소필터를 이용해 산소를 발생시켜 청정한 실내 공기질을 유지시킬 수 있도록 한 것으로, 본체(10) 내부에서 격벽(25)에 의해 상하로 구획된 제 1 및 제2공기여과부(20,30); PM2.5 이하의 작은 입자크기를 갖거나 중량이 가벼운 초미세먼지를 정화하도록 상기 본체(10)의 내부 상단측 제1 공기여과부(20)에 설치되는 다층 구조의 제1여과필터(40); PM2.5 이상의 미세먼지 및 공기보다 무거운 유해가스를 정화하도록 상기 본체(10) 내부 하단측 제2공기여과부(30)에 설치되는 다층 구조의 제2여과필터(41);를 포함하여 이루어지되, 상기 제1여과필터(40)는 프리필티(50)와 나노 기공구조를 갖는 나노필터(60), 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터(80)가 순서대로 설치되는 3중 구조로 이루어지고, 상기 제2여과필터(41)는 프리필터(50)와 나노 기공구조를 갖는 나노필터(60), 유해가스 흡착을 위한 탈취필터(70) 및 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터(80)가 순서대로 설치되는 4중 구조로 이루어지는 특징을 갖는다.

Description

공기청정기{Air purifier}
본 발명은 공기청정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세먼지 및 유해가스 제거는 물론 고체산소필터를 이용해 산소를 발생시켜 청정한 실내 공기 질을 유지시킬 수 있도록 하는 공기청정기에 관한 것이다.
화석연료의 사용 급증과 자동차, 공장, 수송기계 및 발전소 등의 증가로 대기오염이 갈수록 심각해지고 있으며, 지구 온난화 영향 등으로 계절에 관계없이 대기오염 상태가 지속되고 있다.
특히, 계절에 관계없이 발생되는 황사 및 미세먼지 등으로 인한 대기 오염의 심각성 때문에 호흡기 질환이 급격하게 늘어나고 있으며, 인체에 유입된 미세먼지는 다양한 암을 발병시키는 위험인자로까지 분류되고 있는 실정이다.
대기오염물질 중 미세먼지에 대한 기준을 정한 세계보건기구(WHO)에 따르면, 먼지의 지름이 10㎛ 이하 먼지는 미세먼지(PM10)로 분류하고, 지름 2.5㎛ 이하 먼지는 초미세먼지(PM2.5)로 분류하고 있으며, 환경부 자료에 따르면 미세먼지 발생원인으로 국내 발생 원인이 52%이고, 국외 발생 원인이 48%를 차지하고 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 대기오염의 심각성으로 인해 학교, 공공기관, 병원을 비롯한 다중이용시설 뿐만 아니라 일반 가정에까지 공기청정기를 설치하여 외부에서 실내로 유입된 오염된 공기를 정화시킬 수 있도록 하여 실내 공기 질을 향상시키기 위한 노력을 하고 있다.
실내 공기 질 향상을 위해 가장 널리 사용되는 방법은 공기청정기의 설치 및 사용이라 할 수 있으며, 이러한 영향으로 공공기관이나 다중이용시설 및 가정에서는 많은 경제적 비용부담을 안고 공기청정기를 설치하고 있는 실정이다.
이러한 대기오염의 심각으로 인해 공기청정기 시장 역시 날이 갈수록 급속하게 팽창되고 있으며, 가전제품군 중에서 어느덧 공기청정기가 중요한 자리를 차지하고 있은 상황이 되었다.
한국과학기술정보연구원의 조사에 따르면, 아래 그림 1과 같이, 국내 공기청정기 시장은 2014년 5000억에서 2018년 1조4천억으로 가파른 성장을 보이고 있다.
<그림 1> 국내 공기청정기 시장규모 및 판매량
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공기청정기는 설치되는 필터의 종류와 갯수, 필터의 구조와 재질 등에 따라 다양한 성능을 가지고 있기 마련인데, 현재까지 공지된 대부분의 공기청정기의 가장 기본적인 성능은 미세먼지의 포집과 인체에 유해한 가스를 포집하는 성능에 따라 제품의 등급과 가격이 정해지게 된다.
일반적인 공기청정기에 사용되는 필터의 종류 및 구조를 살펴보면, 공기가 유입되는 공기유입부에 프리필터, 탈취필터, 헤파필터가 순서대로 적층되거나 순서대로 설치되어 입자가 큰 먼지부터 작은 입자의 미세먼지와 냄새를 흡착 또는 포집할 수 있도록 구성되어 있다.
헤파필터의 경우 미세먼지(PM2.5/10)를 포집하는 필터로, 일반적으로 부직포에 정전기를 유도하여 극성을 이용해 미세먼지를 포집하는 방식이지만, 이러한 정전기 타입은 습기가 많은 우리나라에서 그 성능을 유지하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 미세먼지(초미세 먼지 포함)를 포집하기 위해 나노크기의 기공을 갖는 나노필터를 이용하여 미세먼지를 포집할 수 있는 형태의 공기청정기가 필요한 실정이다.
한편, 종래의 공기청정기를 밀폐된 실내에서 사용할 경우 공기청정기 자체 및 실내 거주자들이 호흡시 발생하는 이산화탄소가 상승하여 수시로 환기를 시켜줘야 하나, 현실적으로 학교를 비롯한 다중이용시설의 경우 환기가 제대로 이루어지지 않아 실내에 거주하는 거주자들이 오히려 밀폐된 공간 내에서 이산화탄소에 의해 두통이나 집중력 저하, 현기증 등 다양한 문제점이 발생되고 있는 것으로 보고 되고 있어서 밀폐된 실내에서 공기청정기 가동시 발생되는 제반 문제점들을 해결하기 위한 방안이 강구되어야 할 필요성이 제기되고 있다.
- 특허공개 제10-2005-92509호(2005.09.22) - 등록실용신안 제20-0331095호(2003.10.14) - 특허공개 제10-2018-66568호(2018.06.19)
본 발명은 밀폐된 실내에서 공기청정기 사용시 발생되었던 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 밀폐된 실내의 유해가스를 포집하면서 산소를 발생시켜 실내 거주자의 건강향상을 도모하고, 다양한 호흡기 질병이 발생되는 것을 예방할 수 있도록 하는 공기청정기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 공기청정기는 본체 내부에서 격벽에 의해 상하로 구획된 제 1 및 제2공기여과부; PM2.5 이하의 작은 입자크기를 갖거나 중량이 가벼운 초미세먼지를 정화하도록 상기 본체의 상단측 제1공기여과부에 설치되는 다층 구조의 제1여과필터; PM2.5 이상의 미세먼지 및 공기보다 무거운 유해가스를 정화하도록 상기 본체의 하단측 제2공기여과부에 설치되는 다층 구조의 제2여과필터;를 포함하여 이루어진다.
특히, 상기 제1여과필터는 프리필터와 나노 기공구조를 갖는 나노필터, 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터가 순서대로 설치되는 3중 구조로 이루어지고, 상기 제2여과필터는 프리필터와 나노 기공구조를 갖는 나노필터, 유해가스 포집을 위한 탈취필터 및 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터가 순서대로 설치되는 4중 구조로 이루어진 특징을 갖는 다.
또한, 상기 고체산소필터는 공기저항을 줄이면서 접촉면적을 크게할 수 있는 일정 크기의 구형(求刑)으로 성형된 고체산소 볼(ball)의 메쉬망에 채워진 구조로 이루어진다.
상술한 구성으로 이루어지는 본 발명은 밀폐된 공간에서 거주하는 거주자들의 호흡시 발생되는 이산화탄소 및 공기청정기 가동시 발생되는 이산화탄소의 증가로 인해 오히려 건강을 해치는 문제점들을 해결할 수 있도록 인체에 유해한 가스는 포집하면서 산소발생이 이루어지도록 하여 쾌적한 실내공간 유지로 실내 거주자들의 건강 유지 및 다양한 호흡기 질병이 발생되는 것을 줄일 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기청정기의 내부 구조도를 간단하게 보여주는 본체의 일부 절단 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 공기청정기에 구비되는 제1 및 제2공기여과부에 설치되는 필터의 분리상태도,
도 3은 본 발명에 따른 공기청정기에서 제2여과필터부의 각 필터들을 통해 공기정화가 이루어지는 개념도,
도 4는 탈취필터와 고체산소필터의 공기정화 메카니즘에 대한 개략도이다.
본 발명에 따른 공기청정기는 기존의 공기청정기의 가동으로 인해 발생되었던 이산화탄소 증가로 인한 폐해를 예방하기 위한 것으로, 유해가스 흡착과 더불어 산소를 발생하도록 구성되어 청정한 실내 공기질을 유지할 수 있도록 구성된다.
이를 위해 본 발명에 따른 공기청정기는 본체 내부에서 격벽에 의해 상하로 구획된 제 1 및 제2공기여과부; PM2.5 이하의 작은 입자크기를 갖거나 중량이 가벼운 초미세먼지를 정화하도록 상기 본체의 상단측 제1공기여과부에 설치되는 다층 구조의 제1여과필터; PM2.5 이상의 미세먼지 및 공기보다 무거운 유해가스를 정화하도록 상기 본체의 하단측 제2공기여과부에 설치되는 다층 구조의 제2여과필터;를 포함하는 구성으로 이루어진다.
특히, 상기 제1여과필터는 프리필티와 나노 기공구조를 갖는 나노필터, 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터가 순서대로 설치되는 3중 구조로 이루어지고, 상기 제2여과필터는 프리필터와 나노 기공구조를 갖는 나노필터, 유해가스 포집을 위한 탈취필터 및 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터가 순서대로 설치되는 4중 구조로 이루어지는 구성을 갖는다.
본 발명의 상세한 설명에서는 공기청정기에 기본적으로 구비되어야 하는 구성이나 공지된 기술구성 및 구조에 대해서는 가급적 그 설명을 생략하고 본 발명의 특징부 위주로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기청정기의 내부 구조도를 간단하게 보여주는 본체의 일부 절단 사시도를 도시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 공기청정기(100)는 본체(10)의 내부가 수평설치되는 격벽(25)에 의해 상하로 구획된 구성으로 이루어져 상단부에 제1공기여과부(20)과 구비되고, 하단부에 제2공기여과부(30)가 구비된 구조로 이루어진다.
그리고, 상기 제1공기여과부(20)와 제2공기여과부(30)의 내측에는 외부 공기가 유입되는 일측에 다중 구조로 제1여과필터(40)와 제2여과필터(41)가 각각 설치된 구성으로 이루어진다.
도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 제1여과필터(40)와 제2여과필터(41)가 설치된 대향측 또는 타측에는 본체(10)의 내부로 유입되어 정화된 공기가 외부로 배출될 수 있는 정화공기 배출구가 마련된다.
도 2는 본 발명에 따른 공기청정기(100)에 구비되는 제1공기여과부(20)에 설치되는 제1여과필터(40)와, 제2공기여과부(30)에 설치되는 제2여과필터(41)의 분리상태가 각각 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 본체(10)의 상단 내측 제1공기여과부(20)에 설치되는 제1여과필터(40)는 3중 구조로, 유입된 외기와 가장 먼저 접촉하는 프리필터(50)와, 상기 프리필터(50)의 후방으로 설치되는 나노필터(60)와, 상기 나노필터의 후방으로 고체산소필터(80)가 순서대로 설치되는 구성으로 이루어진다.
한편, 상기 본체(10)의 하단 내측 제2공기여과부(30)에 설치되는 제2여과필터(41)는 4중 구조로, 유입된 외기와 가장 먼저 접촉하는 프리필터(50)와, 상기 프리필터(50)의 후방으로 설치되는 나노필터(60)와, 상기 나노필터(60)의 후방으로 설치되는 탈취필터(70)와, 상기 탈취필터(70)의 후방으로 고체산소필터(80)가 순서대로 설치되는 구성으로 이루어진다.
본 발명에 따른 공기청정기(100)에서 공기를 정화하는 공간이 상하로 분리 구성된 이유는, 먼지의 입자 크기에 따라 공기정화가 따로 이루어질 수 있도록 한 것으로, 본체(10)의 상단측 제1공기여과부(20)에 설치되는 제1여과필터(40)는 비교적 입자의 크기가 작은 초미세먼지, 즉 PM2.5 이하의 작은 입자크기를 갖거나 중량이 상대적으로 가벼운 초미세먼지를 정화하는 기능을 수행한다.
또한, 본체(10)의 하단측 제2공기여과부(30)에 설치되는 제2여과필터(41)는 상기 제1공기여과부로 정화하는 초미세먼지보다 입자 크기가 비교적 큰 미세먼지 , 즉 PM2.5 이상의 미세먼지 및 공기보다 무거운 유해가스를 정화하는 기능을 수행한다.
상기 제1 및 제2여과필터(40,41)에 공통적으로 구비되는 프리필터(50)는 PM10보다 커서 눈에 보이는 먼지를 포집하기 위한 것이며, 염화망 필터로 구성된다.
또한, 상기 프리필터(50)의 후방으로 설치되는 나노필터(60)는 프리필터를 통과한 초미세먼지, 즉 1나노~30나노 크기의 초미세먼지를 포집할 수 있도록 나노기공을 갖는 필터로서, 일반적으로 호흡기질환을 유발할 수 있는 바이러스 등은 이 나노필터에서 모두 걸러질 수 있게 된다.
한편 상기 제1여과필터(40)는 나노필터(60) 후방에 바로 고체산소필터(80)가 설치되고, 상기 제2여과필터(41)는 나노필터(60)와 고체산소필터(80) 사이에 탈취필터(70)가 추가로 더 설치된 구성으로 이루어진다.
제2여과필터(41)에 구비되는 탈취필터(70)는 활성탄을 주재료로 하여 제작되는 것으로, 주로 포름알데히드, 톨루엔, 벤젠, 휘발성 유기화합물, 이산화탄소, 오존 등 유해가스를 흡착하기 위한 것으로, 이러한 유해가스는 공기보다 비교적 무거워 본체(10)의 하단측 제2여과필터(41)에 구비되도록 구성된다.
한편, 본 발명의 특징인 고체산소필터(80)는 각 여과필터의 가장 후단에 설치되어 통과되는 공기와 화학적 반을을 통해 산소를 발생시킬 수 있도록 한다.
상기 제2여과필터(41)의 다중 여과필터를 통해 공기정화가 이루어지는 상태를 도 3에 개략적인 모식도로 도시하고 있고, 도 4에는 상기 고체산소필터(80)를 통해 공기정화 및 산소가 발생되는 과정에 대한 모식도가 개략적으로 도시되어 있다.
상기 고체산소필터(80)는 유입된 공기 중 유해가스와 산화, 중화반응에 의해 유해가스를 제거하고 산소만 배출시키는 원리가 적용된다.
특히, 본 발명에 적용된 고체산소필터(80)는 공기와의 접촉면적을 증대시켜 유해가스 제거 및 산소발생을 높일 수 있도록 볼(구) 형태로 성형된 고체산소 볼(ball)이 메쉬망에 충진된 구조로 이루어진다.
이와 같이 볼(ball) 형태의 고체산소필터를 사용하게 되면, 작은 입자로 인해 분말이 날리는 단점을 해결할 수 있고, 표면의 공기저항을 최소화하여 공기 통과성능을 향상시키면서 접촉면적 증대를 통한 정화효율을 극대화 할 수 있도록 한다.
즉, 고체산소는 기본적으로 과산화칼륨(KO2)과 수산화칼슘(Ca(OH)2)으로 이루어져 있으며, 과산화칼륨의 기능은 산소를 발생하는 역할과 유해가스를 제거하는 촉매역할을 하며, 이는 공기 중의 수분을 흡착하고 반응을 통해 열을 발생하게 되는데 이때 과산화칼륨 안에 내포되어 있던 산소를 배출하게 되고, 수산화칼슘은 이산화탄소(CO2), 포름알데히드(HCHO)등과 같은 유해가스를 제거하는 기능을 한다.
본 발명에서 기술하는 상기 고체산소필터(80)는 일정한 크기의 하우징과, 상기 하우징 내측에 구비되는 여과필터와, 상기 여과필터에 침착된 고체산소화합물로 구성될 수 있으며, 상기 고체산소화합물은 금속산화물, 활성탄 및 촉매를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
일례로, 상기 고체산소 화합물은 활성탄 100 중량부에 대하여 금속산화물 10 내지 50 중량부, 활성탄 100 중량부에 대하여 촉매 0.1 내지 5 중량부를 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.
상기 금속산화물은 초과산화칼륨, 과산화칼슘, 과산화마그네슘, 과산화칼륨, 과산화바륨 및 과산화나트륨으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성되어 비교적 장기간에 걸쳐서 포름알데히드와 같은 유해물질을 제거할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 활성탄은 야자계, 목질계 및 석탄계로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 촉매는 카탈라아제, 퍼옥시다아제, 요오드화칼륨 및 이산화망간으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것이 바람직한 것으로, 상기 촉매의 양이 기준 미만으로 포함되면 화학반응속도가 느려져 이산화탄소 제거 및 산소발생 시간이 오래 걸리게 되고, 반면 상기 기준을 초과하게 되면 상기 화학반응속도가 급격히 진행되고 끝나버릴 수 있어서 산소발생 효과를 충분히 얻기 힘들다.
본 발명의 고체산소필터에 사용되는 금속산화물 중 초과산화칼륨은 과산화나트륨보다 산화력이 강한 물질로서 산소발생 효율이 높고, 이산화탄소와 포름알데히드 제거기능이 높아 본 발명에서는 금속산화물로서 초과산화칼륨이 사용된다.
초과산화칼륨은 상온에서 수분 및 탄산가스와 반응하여 하기의 화학반응식 1과 같이 산소를 발생시킨다.
즉, 이산화탄소를 제거함과 동시에 산소가 발생하고, 발생된 산소는 포름알데히드를 포름산으로 산화시켜 화학반응식 2와 같이 포름알데히드를 제거할 수 있으며, 이러한 초과산화칼륨에 의한 포름알데히드 제거 반응은 가변적으로 다시 포름알데히드를 생성하지 않기 때문에 활성탄보다 유해 가스 제거 효율이 더 높고 사용목적에 따라 더욱 유용하게 쓰일 수 있다.
i) 화학반응식 1
2KO2 + H2O → 2KOH + 3/2 02
2K02 + CO2 → K2C03 + 3/2 02
ii) 화학반응식 2
HCHO + 1/2 O2 → HCOOH
상기 화학반응식 1을 참조하면, 상기 고체산소 화합물에 포함된 초과산칼륨의 칼륨 이온이 이산화탄소와 반응하여 탄산칼륨을 형성하고 산소를 발생시키며, 이러한 반응은 상기에서 전술한 고체산소 화합물에 포함된 촉매에 의해 활성화 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 고체산소 화합물은 고분자 바인더에 의해 혼합되어 화합물의 분말 입자 사이의 결착력이 높아지고, 분산력이 높아질 수 있다.
상기 고분자 바인더는 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 폴리스타
이렌(polystyrene, PS), 폴리에틸렌(polyethylene, PE),폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA)로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상을 포함하도록 구성된다.
이상, 상세한 설명에서는 명세서에 첨부된 일 실시예를 토대로 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 당업자에 의해 본 발명의 동일한 기술적 사상의 범위 이내에서 다양한 변형 실시가 가능할 것이다.
10 : 본체 20 : 제1공기여과부
25 : 격벽 30 : 제2공기여과부
40 : 제1여과필터 41 : 제2여과필터
50 : 프리필터 60 : 나노필터
70 : 탈취필터 80 : 고체산소필터
100 : 공기정화기

Claims (3)

  1. 본체(10) 내부에서 격벽(25)에 의해 상하로 구획된 제 1 및 제2공기여과부(20,30);
    PM2.5 이하의 작은 입자크기를 갖거나 중량이 가벼운 초미세먼지를 정화하도록 상기 본체(10)의 내부 상단측 제1공기여과부(20)에 설치되는 다층 구조의 제1여과필터(40);
    PM2.5 이상의 미세먼지 및 공기보다 무거운 유해가스를 정화하도록 상기 본체(10) 내부 하단측 제2공기여과부(30)에 설치되는 다층 구조의 제2여과필터(41);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1여과필터(40)는 프리필티(50)와 나노 기공구조를 갖는 나노필터(60), 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터(80)가 순서대로 설치되는 3중 구조로 이루어지고,
    상기 제2여과필터(41)는 프리필터(50)와 나노 기공구조를 갖는 나노필터(60), 유해가스 흡착을 위한 탈취필터(70) 및 유입된 공기와 접촉하여 산소를 발생시키는 고체산소필터(80)가 순서대로 설치되는 4중 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 공기청정기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고체산소필터(80)는 공기저항을 줄이면서 접촉면적을 증대시킬 수 있는 일정 크기의 구형(求刑)으로 성형된 고체산소 볼(ball)이 메쉬망에 채워진 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기청정기.
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KR200331095Y1 (ko) 2003-07-08 2003-10-22 조삼동 스탠드램프 공기정화 음이온 발생장치
KR20050092509A (ko) 2004-03-16 2005-09-22 양승희 공기정화기와, 이를 통한 공기정화방법
KR20180066568A (ko) 2016-12-09 2018-06-19 김환수 깨끗한 공기를 실내에 공급하는 공기 정화기

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