KR20220025429A - 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치 및 방법에 관한 발명이다. 본 발명에서는, 나노 입자의 소재로 이루어지는, 적어도 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 스파크 방전을 이용하여 나노 입자를 발생시키고, 건조 가스 공기를 운반 가스로 하여, 생성된 나노 입자를 증착 장치에 공급하고, 증착 장치 내에서, 반송 장치에 의해 반송되는 필터 여재 상에 나노 입자가 포함된 건조가스를 분사함으로써, 필터 여재 상에 나노 입자를 증착시키는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항균 기능을 갖는 나노 입자를 필터 여재 상에 증착시킴으로써, 필터 여재의 항균 성능을 향상시킬 수 있는 제조 방법 및 제조 장치에 관한 발명이다.
대기환경의 오염이 심각해짐에 따라, 최근 미세 먼지 또는 유해 가스 제거용 에어필터가 구비된 공기 청정기를 실내에 설치하여 사용하는 경우가 증가하고 있다.
특히, 최근 바이러스성 질병이 창궐함에 따라, 기존의 집진 및 탈취 기능에 더하여, 공기에 존재하는 박테리아, 곰팡이, 바이러스와 같은 다양한 미생물의 제거가 가능한 다기능 항균 에어 필터에 대한 요구가 증가하고 있다. 박테리아나 미생물 및 바이러스 등은 미세 먼지와 대비하여 그 물리적인 크기가 더욱 작기 때문에 이들을 제거하기 위해서는 일반적인 여과식 필터로는 역부족이다. 또한, 필터를 통해 이러한 미생물들을 여과한다 하더라도, 일반 부유 입자와 달리 부유 미생물의 경우 환경 조건에 따라 포집된 필터 여재 표면 상에서 다시 증식하게 되며, 또한, 이들이 부패하면서 생기는 생물학적 휘발성 유기 화학물질(MVOC)에 의해 악취가 발생하는 등 2차 오염을 발생시킬 우려가 크다.
따라서, 특허문헌 1에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 액상의 항균제를 필터 여재의 표면에 도포하여 필터 여재 상의 미생물의 증식을 억제하는 방식이 제시되고 있다. 이러한 방식으로 제조되는 항균 필터의 필터의 경우 별도의 운전 비용 없이 필터 여재 상에 코팅된 항균 물질에 의해, 필터 상에서 미생물이 번식 및 탈착하여 발생할 수 있는 2차 오염 및 MVOC에 의한 악취 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능하다.
그러나. 특허문헌 1에서 개시된 습식(dipping) 공정에 의해서는 다공성 담체인 필터 여재에 효과적으로 항균 코팅을 실시하기 어렵다. 따라서, 상기한 제조 방법은 비교적 담지가 쉬운 프리 필터나 미디엄 급 필터에만 적용되고 있는데,프리 필터나 미디엄급 필터의 경우 헤파 필터 등과 비교하여 여과 효율이 낮기 때문에 미생물 포집 성능이 저하되는 문제점이 있다. 그리고, 코팅 과정 및 그 후 여재의 건조 과정에서 에서 필터 여재가 손상될 가능성이 높으며, 항균 물질을 여재 표면에 균일하게 도포하는 것에도 한계가 있었다. 또한, 코팅 공정 자체가 배치식 공정인 것에 더하여 건조에 상당한 시간과 에너지가 소모되는바, 제조 비용 및 시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 스파크 방전에 의해 발생한 항균 나노 입자를 필터 여재 상에 증착시킴으로써 상대적으로 낮은 제조 비용 및 시간으로 높은 항균 성능을 보유한 항균 필터를 제조할 수 있는 제조 장치 및 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 장치는, 나노 입자의 소재로 이루어지는, 적어도 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 스파크 방전을 이용하여 나노 입자를 발생시키는 나노 입자 발생 장치; 나노 입자 발생 장치 내로 건조 공기를 주입하기 위한 건조 공기 유입 장치; 필터 여재를 공급하기 위한 반송 장치; 나노 입자 발생 장치에 의해 생성된 나노 입자를 건조 공기와 함께, 반송 장치에 의해 반송 중인 필터 여재 상에 분사하여 필터 여재 상에 증착시키는 증착 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 나노 입자 발생 장치는,스파크 방전에 의해 발생된 나노 입자를, 입자의 전하간 인력에 의해 서로 응집시키는 응집 챔버를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 나노 입자 발생 장치는, 스파크 방전에 의해 양전하의 나노 입자를 발생시키는 제1 방전 장치와,스파크 방전에 의해 음전하의 나노 입자를 발생시키는 제2 방전 장치를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 나노 입자 발생 장치는, 제1 방전 장치와 상기 제2 방전 장치에 의해 발생된 나노 입자를 양전하 또는 음전하로 추가 하전하는 하전 장치를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는,상기 응집 챔버는, 챔버 내의 공기를 가열시켜 응집 효율을 증가시키기 위한 가열 장치를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 응집 챔버는, 챔버 내에 교류 전기장을 발생시켜 응집 효율을 증가시키기 위한 교류 전기장 발생 장치를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 상기 나노 입자는 구리(Cu) 또는 은(Ag)으로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 건조 공기는 질소, 아르곤, 헬륨 또는 이들의 혼합기체로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 건조 공기 유입 장치는 나노 입자 발생 장치 내로 유입되는 건조 공기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절 장치를 더 구비할 수 있다.
바람직하게는, 방전 장치는, 방전 챔버; 방전 챔버 내에 위치하고, 일정 간극을 두고 서로 대향 배치되는 한 쌍의 전극; 한 쌍의 전극과 전기적으로 연결되고, 저항, 축전기 및 고전압 파워 서플라이로 구성되는 전기 회로;로 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 상기 증착 장치는, 반송 장치에 의해 반송되는 필터 여재가 내부로 유입되는 유입구 및 외부로 반출되는 반출구를 구비한 증착 챔버; 나노 입자 발생 장치에서 발생된 나노 입자를 상기 필터 여재의 처리 표면을 향해 분사하기 위한 분사 장치; 및 증착 챔버 내의 분위기를 배출하기 위한 배기 장치;를 구비할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법은, 나노 입자의 소재로 이루어지는 적어도 한 쌍의 전극 사이에 스파크 방전을 발생 시켜 나노 입자를 발생시키는 단계; 건조 공기를 운반 기체로 하여, 발생된 나노 입자를 증착 챔버로 공급하는 단계; 필터 여재를 상기 증착 챔버 내로 공급하는 단계; 증착 챔버 내를 이동 중인 필터 여재의 처리 표면 상에 나노 입자가 포함된 건조공기를 분사하여 증착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 발생된 나노 입자를 증착 챔버로 공급하기 전에, 스파크 방전에 의해 발생된 나노 입자를, 입자의 전하간 인력에 의해 서로 응집시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 발생된 나노 입자를 증착 챔버로 공급하기 전에, 스파크 방전에 의해 발생된 나노 입자를 추가 하전하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스파크 방전에 의해 발생한 항균 나노 입자를 정전식 헤파 필터 표면 상에 증착시킬 수 있어, 바이러스 여과 성능이 우수하면서도, 동시에 필터 여재 표면 상에 여과된 바이러스나 미생물을 효과적으로 멸균할 수 있는 필터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 컨베이어 롤러 등에 의해 이송 중인 필터 여재 상에 나노 입자를 증착킬 수 있어 연속적인 필터 제조가 가능한바, 종래의 배치식 제조 방법과 대비하여 제조 시간을 감축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 종래 습식 공정과 달리 필터 건조 공정이 필요하지 않으므로, 필터 건조에 필요한 에너지나 시간을 절약할 수 있어, 단시간에 낮은 제조 비용으로 필터 제조가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 스파크 방전에 의해 발생한 항균 나노 입자를, 건조 가스를 운반 가스로 하여 필터 여재 상에 분사하는 것이 가능한바, 종래 습식 공정과 대비하여, 필터 여재 표면에 균일하게 나노 입자를 도포하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치를 도시한 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치의 방전 장치를 도시한 구성도
도 3은 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치의 실시 형태를 나타내는 블럭도.
도 4는 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 블럭도.
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법을 나타내는 순서도.
도 2는 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치의 방전 장치를 도시한 구성도
도 3은 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치의 실시 형태를 나타내는 블럭도.
도 4는 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 블럭도.
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법을 나타내는 순서도.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치를 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치는, 건조 공기 유입 장치(100), 나노 입자 발생 장치(200), 증착 장치(300) 및 반송 장치(400)를 포함하여 구성된다.
건조 공기 유입 장치(100)는 후술하는 나노 입자 발생 장치(200)에 의해 발생되는 나노 입자를 증착 장치(300)까지 반송하기 위한 운반 기체를 공급하기 위한 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직하게는, 건조 공기 유입 장치(100)는, 건조 공기 유입 배관(110), 컴프레서(120), 에어 드라이어(130), 필터(140), 밸브(150), 유량 센서(160)를 포함하여 구성될 수 있다.
건조 공기 유입 배관(110)은 그 일단이 컴프레서(120)와 연결되고, 타단이 나노 입자 발생 장치(200)와 연결되어, 컴프레서(120)에 의해 흡입된 공기를 나노 입자 발생 장치(200)까지 전송하는 전송 배관의 기능을 수행한다.
한편, 건조 공기 유입 배관(110)의 경로 상에는, 에어 드라이어(130), 필터(140), 밸브(150), 유량 센서(160)가 순차로 배치될 수 있다. 에어 드라이어(130)는 컴프레서(120)에 의해 흡입된 압축 공기 내에 수분을 제거하여 건조 공기를 형성하기 위한 장치이다. 바람직하게는 에어 드라이어(130)에는 압축 공기를 가열 건조하는 가열식 드라이어 또는 수분을 흡착시켜 제거하는 흡착식 드라이어가 사용될 수 있다. 필터(140)는 에어 드라이어(130)를 통과한 건조 공기 내에 포함된 이물질을 제거하기 위한 장치이다. 바람직하게는 필터(140)로서 0.3㎛ 크기 입자를 99.97% 이상 거를 수 있는 HEPA 필터가 사용될 수 있다. 밸브(150)는 나노 입자 발생 장치(200)로 공급되는 건조 공기의 유량을 조절하기 위한 장치이다. 후술하는 바와 같이, 나노 입자 발생 장치(200)로 공급되는 건조 공기의 유량이 증가할 수록 나노 입자 발생 장치(200)에서 발생된 나노 입자 간의 응집(aggregation)을 감소시켜 발생되는 나노 입자의 크기가 감소하게 된다. 또한, 건조 공기의 유량이 증가할 수록 나노 입자 발생 장치(200) 내에서의 안정적인 스파크 방전 발생이 어려울 수 있다. 따라서, 목적으로 하는 입자 크기 및 방전 안정성 확보를 위해 밸브(150)의 개도를 적절히 조절할 필요가 있다. 이 때 바람직한 건조 공기의 유량을 약 30lpm이다. 한편 바람직하게는 밸브(150)로서, 전자식 팽창 밸브를 사용할 수 있다. 또한, 바람직하게는 밸브(150) 후단에는, 건조 공기 유입 배관(110)을 통과하는 건조 공기의 유량을 측정하기 위한 유량 센서(160)를 구비할 수 있다. 작업자는 유량 센서(160)에서의 측정 결과를 확인하여 수동으로 밸브(150)의 개도를 조절할 수도 있고, 도시되지 않은 제어기를 이용하여 유량 센서(160)의 측정 결과에 따라 전자식 팽창 밸브의 개도를 자동 제어 되도록 할 수도 있다. 한편, 건조 공기로는, 컴프레서(120)로 흡입된 외기를 사용할 수 있으며, 또는 방전 효율을 증가시키기 위해, 질소, 아르곤, 헬륨과 같은 불활성 기체 또는 이들의 혼합 기체로부터 선택되는 하나 이상의 기체를 이용할 수도 있다. 이 경우에는, 컴프레서(120) 대신, 불활성 기체가 장입된 탱크로부터 기체를 공급받을 수 있다.
나노 입자 발생 장치(200)는, 나노 입자의 소재로 이루어지는, 적어도 한 쌍의 전극을 이용하여 나노 입자를 발생시키는 장치이다. 나노 입자 발생 장치(200)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 이후 상세히 다시 설명하기로 한다.
반송 장치(400)는 필터 여재(10)를, 후술하는 증착 장치(300)의 내부로 공급하기 위한 장치이다. 바람직하게는 반송 장치(400)는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 컨베이어 롤러(410)로 구성되어, 필터 여재(10)의 증착 공정 동안, 필터 여재(10)를 증착 장치(300) 내부로 연속적으로 공급한다. 반송 대상이 되는 필터 여재(10)는 바람직하게는 섬유상의 정전 필터에 사용되는 여재일 수 있으며, 바이러스 또는 미생물의 여과 성능을 극대화 하기 위하여 정전식 HEPA 필터의 여재인 것이 바람직하다.
증착 장치(300)는 반송 장치(400)로부터 연속적으로 공급되는 필터 여재의 처리 표면 상에 나노 입자 발생 장치(200)에 의해 생성된 나노 입자를 포함한 건조 공기를 분사시킴으로써 필터 여재(10) 상에 나노 입자를 증착시키기 위한 장치이다. 바람직하게는 증착 장치(300)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반송 장치(400)로부터 공급되는 필터 여재가 출입하기 위한 입구부 및 출구부를 구비한 중공의 증착 챔버의 형태로 구성되며, 증착 챔버(300)의 내부의 상방에 나노 입자를 포함한 건조 공기를 분사시키기 위한 분사 노즐(310)이 구비될 수 있다. 한편, 도 1에는 필터 여재(10)의 상면에만 나노 입자가 분사되는 것으로 도시하고 있으나, 본 발명의 실시예는 이에 한정되지 않으며, 필터 여재(10)의 상하면 모두에 나노 입자가 분사될 수 있고, 이 경우, 분사 노즐(310)은 증착 챔버(300)의 상, 하부에 모두 구비될 수 있다. 한편, 필터 여재가 정전기를 갖는 정전 필터용 여재인 경우에는, 필터 여재와 나노 입자 사이의 정전기적 인력으로 인하여 나노 입자가 필터 여재의 표면 상에 더욱 강고히 부착될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직하게는 증착 장치(300)에는 필터 여재(10)로의 증착이 완료된 건조 공기를 외부로 배출하기 위한 배출 기구를 구비할 수 있다. 배출 기구는, 증착 챔버(300) 내의 분위기를 외부로 배기하기 위한 배기 팬(320), 배기 팬(320)과 증착 챔버(300) 사이를 연결하여, 증착 챔버(300)로부터 배출되는 건조 공기의 통로를 구성하는 건조 공기 배출 배관(330) 및 건조 공기 배출 배관(330)을 통해 외부로 배출되기 전에 건조 공기에 포함된 나노 물질을 제거하기 위한 배기 처리 시스템(340)을 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 도 1에 도시된 나노 입자 발생 장치(200)의 구체적인 구성에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치(200)의 방전 장치(210) 도시한 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치(200)의 실시 형태를 나타내는 블럭도이고, 도 4는 도 1에 도시된 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치의 나노 입자 발생 장치(200)의 다른 실시 형태를 나타내는 블럭도이다.
도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자 발생 장치(200)는, 스파크 방전에 의해 나노 입자를 발생시키기 위한 방전 장치(210), 방전 장치(210)에 의해 발생된 나노 입자를 양전하 또는 음전하로 추가 하전시키기 위한 하전 장치(220) 및 하전 장치(220)를 통과하여 대전된 나노 입자를 입자의 전하간 인력에 의해 서로 응집시키기 위한 응집 챔버(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
방전 장치(210)는, 스파크가 발생하는 챔버(211) 내부에 구비된, 소정의 금속 재료로 이루어지고 서로 간격을 두고 대향 배치되는 적어도 한 쌍의 전극(212) 사이에 고전압을 인가하여, 해당 전극(212)의 표면을 증발시켜 나노 입자화하는 장치이다.
도 2에서는, 방전 장치(210)에 사용되는 한 쌍의 전극(212)으로서, 전극(212)이 실린더 형태를 가지는 로드-투-로드(rod-to-rod) 형태의 전극을 개시하고 있으나, 본 발명은 상기한 도시 내용에 한정되지 않는다, 즉 한 쌍의 전극(212)으로서 로드-투-로드 형태의 전극 이외에도, 어느 하나의 전극이 와어어 형태를 갖는 와이어-투-로드 형태의 전극도 가능하며, 2개의 전극 모두가 와이어 형태를 갖는 와이어-투-와이어 형태의 전극도 가능하다. 한편, 본 발명에서의 방전 장치(310)의 목적은 스파크 방전을 통해 특정한 소재의 전극(212)의 표면을 증발시켜 나노 입자를 발생시키기 위함이므로, 전극(212)의 소재는 항균 성능을 가지는 금속인 것이 바람직하다. 따라서, 전극(212)의 소재로서는, 구리(Cu) 또는 은(Ag)과 같이 바러스 또는 미생물에 대해 항균 특성을 가지는 금속인 것이 바람직하다.
도 2에서 도시된 바와 같이, 챔버(211)는, 건조 공기 유입 장치(100)로부터 공급되는 건조 공기가 유입되는 유입구와, 스파크 방전에 의해 발생한 나노 입자가 포함된 건조 공기를 배출하기 위한 배출구를 구비한다.
한편, 도 2를 참조하면, 방전 장치(210)를 구성하기 위한 전기 회로는, 고전압 공급원(213), 저항(214), 캐패시터(215)로 구성된 정전류 회로일 수 있다.
이 때, 상기한 정전류 회로의 캐패시터(215)의 용량이 C이고, 고전압 공급원(213)에 의해 방전 전압(Vd)을 인가하였을 때에, 스파크 방전 시 소요되는 스파크 에너지(Espark)는 다음의 식1과 같다.
또한, 이 때의 방전 주파수(fspark)는 다음의 식2와 같다.
식1과 식2의 스파크 에너지와 방전 주파수를 적절히 제어함으로써, 스파크 방전에 의해 발생되는 나노 입자의 크기 및 농도를 적절히 제어하는 것이 가능하다.
또한 전극(212)에 인가되는 전압의 특성(양전압 또는 음전압)에 따라 방전 장치(210)에 의해 발생되는 나노 입자가 특정한 하전 상태를 가지도록 할 수 있다. 이와 관련하여, 도 4에서 도시된 실시예에서는 방전 장치(210)를 제1 방전장치(210a) 및 제2 방전장치(210a)의 복수의 방전 장치를 구성하고 있다. 이 경우, 제1 방전장치(210a)에서는 양전압을 인가하고, 제2 방전장치(210b)에서는 음전압을 인가하여, 양 방전장치에 의해 발생되는 나노 입자의 하전특성이 상반되도록 할 수 있다. 이 경우, 후술하는 응집 챔버(230)내에서 서로 상반되게 하전된 나노 입자간 정전기적 인력에 의해 응집이 촉진될 수 있어, 상대적으로 큰 크기의 나노 입자를 생성할 수 있다.
하전 장치(220)는, 방전 장치(210)의 하류 측에 설치되어, 방전 장치(210)에 의해 발생된 나노 입자를 추가적으로 하전시키기 위한 장치이다. 하전 장치(220)는 바람직하게는 특정한 하전 상태를 갖는 이온을 발생시키는 이오나이저(ionizer)일 수 있다. 예컨대, 도 3에서 도시된 바와 같이, 하전 장치(220)는 양전하 또는 음전하를 갖는 이온을 다량으로 발생시키고, 발생된 이온이, 방전 장치(210)에 의해 발생된, 나노 입자에 부착되게 함으로써, 나노 입자를 추가로 하전시킬 수 있다. 하전 장치(220)를 통과하면서 나노 입자의 하전량이 증가함에 따라 정전기적 인력도 증가하게 되어, 후술하는 응집 챔버(230)에서 나노 입자의 크기를 효과적으로 증가시킬 수 있게 된다.
한편, 도 4에서 도시된 실시예와 같이, 방전 장치(210)를 제1 방전장치(210a) 및 제2 방전장치(210a)의 복수의 방전 장치로 구성하는 경우, 하전 장치(220)도 그에 따라 2개의 하전 장치(220a, 220b)로 구성하고, 각각의 하전 장치(220a, 220b)에서 생성되는 이온의 하전 상태를 반대가 되도록 하여, 방전 장치로부터 전달되는 나노 입자에 대해서 각각의 하전 상태에 맞게 추가 하전시킬 수 있다.
응집 챔버(230)는, 바람직하게는 중공 형상의 챔버로서, 건조 가스에 포함된 나노 입자가 챔버 내에서 일정 시간 체류하도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 나노 입자간 응집 효율을 증가시키기 위하여 응집 챔버(230) 내에, 도시되지 않은 열전 소자와 같은 가열 기구를 구비하여 응집 챔버(230) 내의 분위기를 가열시킬 수 있다. 또는 응집 챔버(230) 내에 교류 전기장을 발생시킬 수 있는, 도시되지 않은 공지의 전기장 발생 장치를 구비하여, 응집 챔버(230) 내에서의 나노 입자의 움직임을 촉진함으로써, 응집 효율을 상승시킬 수도 있다.
이하에서는 도 5를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따른 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5에서 도시된 바와 같이, 필터 여재(10)의 제조를 위해 먼저 스파크 방전에 의해 나노 입자를 생성한다(S10). 이를 위해, 나노 입자 발생 장치(200)의 방전 장치(210)에서의 스파크 방전을 통해 전극(212) 표면을 증발시켜 항균 특성을 갖는 나노 입자를 생성한다. 한편, 생성된 나노 입자는, 건조 공기 유입 장치(100)를 통해 방전 장치(210)로 공급되는 건조 공기에 혼입되어, 도시되지 않은 배관을 통해 하전 장치(220)로 공급되게 된다.
스파크 방전에 의해 나노 입자를 생성한 후에는, 나노 입자의 하전량을 증대시키기 위하여 하전 장치(220)에 의해 나노 입자를 하전시킨다. 기본적으로 스파크 방전에 의해 발생되는 나노 입자는 스파크 방전 시 인가되는 전압 특성에 따라 특정한 극성으로 하전되게 된다. 다만 후술하는 응집과정을 통해 목적으로 하는 크기의 나노 입자를 생성하기 위해서는 나노 입자의 하전량을 증대시킬 필요가 있다. 따라서, 하전 장치(220)에 의해 나노 입자를 추가 하전시키는 것이다. 바람직하게는 하전 장치(220)는 특정 극성의 이온을 발생시켜 해당 이온을 나노 입자와 부착시키는 형태로 나노 입자의 대전량을 증가시키게 된다.
나노 입자를 추가 하전시킨 다음, 하전 장치(220)의 하류 측에 구비된 응집 장치에서 나노 입자를 응집시킨다(S30). 스파크 방전에 의해 생성된 나노 입자의 크기는 미세하기 때문에 목적으로 하는 항균 성능을 획득하기에는 충분한 양과 크기의 나노 입자를 획득하기 곤란할 수 있다. 따라서, 나노 입자를 정전기적 인력에 의해 서로 응집시켜 목적으로 하는 크기의 나노 입자를 생성시키는 것이다. 이러한 응집 효과를 증가시키기 위해서는 응집 챔버(300) 내부의 분위기를 히터 등을 이용하여 가열시키거나, 응집 챔버(300) 내에 교류 전기장을 형성하여 챔버 내의 나노 입자의 거동을 촉진할 수도 있다.
응집된 나노 입자는, 전술한 건조 공기를 운반 가스로 하여 증착 장치(300)로 공급(S40)되어, 증착 장치(300) 내부로 공급되는 필터 여재(10)의 처리 표면 상에 분사됨으로써 필터 여재(10)의 처리 표면에 증착(S50)된다. 이후 나노 입자가 증착된 필터 여재를 절곡하여 필터 형태로 가공함으로써 공기 청정기 등에 사용될 수 있다.
상기한 본 발명에 따른 항균 필터 여재 제조 방법 및 제조 장치에 의하면, 종래와 같이 액상의 항균제를 필터 표면에 디핑하는 대신, 스파크 방전에 의해 발생한 항균 나노 입자를 정전식 헤파 필터 표면 상에 증착시키고 있기 때문에, 여과 효율이 뛰어난 정전식 헤파 필터에 대해서도 적용 가능하다. 따라서, 바이러스 여과 성능이 우수하면서도, 동시에 필터 여재 표면 상에 여과된 바이러스나 미생물을 효과적으로 멸균할 수 있는 필터를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 항균 필터 여재 제조 방법 및 제조 장치에 의하면, 컨베이어 롤러로 이송 중인 필터 여재 상에 나노 입자를 분사함으로써, 이동 중에 필터 여재 상에 나노 입자를 증착킬 수 있어 연속적인 필터 제조가 가능하다. 따라서, 종래의 배치식 제조 방법과 대비하여 제조 시간을 감축시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 항균 필터 여재 제조 방법 및 제조 장치에 의하면, 종래 습식 공정과 달리 필터 건조 공정이 필요하지 않으므로, 필터 건조에 필요한 에너지나 시간을 절약할 수 있어, 단시간에 낮은 제조 비용으로 필터 제조가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 항균 필터 여재 제조 방법 및 제조 장치에 의하면, 스파크 방전에 의해 발생한 항균 나노 입자를, 건조 가스를 운반 가스로 하여 필터 여재 상에 분사하는 것이 가능한바, 종래 습식 공정과 대비하여, 필터 여재 표면에 균일하게 나노 입자를 도포하는 것이 가능하게 된다.
100: 건조 공기 유입 장치
110: 건조 공기 유입 배관
120: 컴프레서 130: 에어 드라이어
140: 필터 150: 밸브
160: 유량 센서 200: 나노 입자 발생 장치
210: 방전 장치 210a: 제1 방전장치
210b: 제2 방전장치 211: 챔버
212: 전극 213: 고전압 공급원
214: 저항 215: 캐패시터
220: 하전 장치 230: 응집 챔버
300: 증착 장치 310: 분사 노즐
320: 배기 팬 330: 건조 공기 배출 배관
340: 배기 처리 시스템 400: 반송 장치
410: 컨베이어 롤러
120: 컴프레서 130: 에어 드라이어
140: 필터 150: 밸브
160: 유량 센서 200: 나노 입자 발생 장치
210: 방전 장치 210a: 제1 방전장치
210b: 제2 방전장치 211: 챔버
212: 전극 213: 고전압 공급원
214: 저항 215: 캐패시터
220: 하전 장치 230: 응집 챔버
300: 증착 장치 310: 분사 노즐
320: 배기 팬 330: 건조 공기 배출 배관
340: 배기 처리 시스템 400: 반송 장치
410: 컨베이어 롤러
Claims (14)
- 나노 입자의 소재로 이루어지는, 적어도 한 쌍의 전극 사이에서 발생하는 스파크 방전을 이용하여 나노 입자를 발생시키는 나노 입자 발생 장치;
상기 나노 입자 발생 장치 내로 건조 공기를 주입하기 위한 건조 공기 유입 장치;
필터 여재를 공급하기 위한 반송 장치;
상기 나노 입자 발생 장치에 의해 생성된 나노 입자를 상기 건조 공기와 함께, 상기 반송 장치에 의해 반송 중인 필터 여재 상에 분사하여 상기 필터 여재 상에 증착시키는 증착 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 나노 입자 발생 장치는,
스파크 방전에 의해 발생된 나노 입자를, 입자의 전하간 인력에 의해 서로 응집시키는 응집 챔버를 더 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 나노 입자 발생 장치는,
스파크 방전에 의해 양전하의 나노 입자를 발생시키는 제1 방전 장치와,
스파크 방전에 의해 음전하의 나노 입자를 발생시키는 제2 방전 장치를 더 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 나노 입자 발생 장치는,
상기 제1 방전 장치와 상기 제2 방전 장치에 의해 발생된 나노 입자를 양전하 또는 음전하로 추가 하전하는 하전 장치를 더 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 응집 챔버는, 챔버 내의 공기를 가열시켜 응집 효율을 증가시키기 위한 가열 장치를 더 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 응집 챔버는, 챔버 내에 교류 전기장을 발생시켜 응집 효율을 증가시키기 위한 교류 전기장 발생 장치를 더 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 나노 입자는 구리(Cu) 또는 은(Ag)으로 이루어지는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 건조 공기는 질소, 아르곤, 헬륨 또는 이들의 혼합기체로부터 선택되는 하나 이상인, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 건조 공기 유입 장치는 상기 나노 입자 발생 장치 내로 유입되는 건조 공기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절 장치를 더 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 제1 방전 장치 및 상기 제2 방전 장치는,
방전 챔버;
상기 방전 챔버 내에 위치하고, 일정 간극을 두고 서로 대향 배치되는 상기 한 쌍의 전극;
상기 한 쌍의 전극과 전기적으로 연결되고, 저항, 축전기 및 고전압 파워 서플라이로 구성되는 전기 회로;로 이루어지는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 증착 장치는,
상기 반송 장치에 의해 반송되는 필터 여재가 내부로 유입되는 유입구 및 외부로 반출되는 반출구를 구비한 증착 챔버;
상기 나노 입자 발생 장치에서 발생된 나노 입자를 상기 필터 여재의 처리 표면을 향해 분사하기 위한 분사 장치; 및
상기 증착 챔버 내의 분위기를 배출하기 위한 배기 장치;를 구비하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 장치. - 나노 입자의 소재로 이루어지는 적어도 한 쌍의 전극 사이에 스파크 방전을 발생 시켜 나노 입자를 발생시키는 단계;
건조 공기를 운반 기체로 하여, 발생된 나노 입자를 증착 챔버로 공급하는 단계;
필터 여재를 상기 증착 챔버 내로 공급하는 단계;
상기 증착 챔버 내를 이동 중인 필터 여재의 처리 표면 상에 상기 나노 입자가 포함된 건조공기를 분사하여 증착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법. - 청구항 12에 있어서,
발생된 나노 입자를 증착 챔버로 공급하기 전에,
상기 스파크 방전에 의해 발생된 나노 입자를, 입자의 전하간 인력에 의해 서로 응집시키는 단계를 더 포함하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법. - 청구항 12에 있어서,
발생된 나노 입자를 증착 챔버로 공급하기 전에,
상기 스파크 방전에 의해 발생된 나노 입자를 추가 하전하는 단계를 더 포함하는, 나노 입자가 증착된 항균 필터 여재 제조 방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR20080067109A (ko) * | 2007-01-15 | 2008-07-18 | 연세대학교 산학협력단 | 금속 에어로졸 나노입자를 생성하여 고정하는 방법 |
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| KR101986234B1 (ko) | 2017-07-11 | 2019-06-05 | 주식회사 엔트리생활건강 | 고기능성 항균·탈취 필터 및 그 제조방법 |
-
2020
- 2020-08-24 KR KR1020200106114A patent/KR102507354B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102507354B9 (ko) | 2024-01-16 |
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