KR20230000810A - 휘발성유기화합물 흡착용 필터를 구비한 공기정화장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 휘발성유기화합물 흡착용 필터가 구비된 공기정화장치에 관한 것으로서, 상기 휘발성유기화합물 흡착용 필터는 (a) 탄소 분말과 점토광물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 준비하는 단계, (b) 상기 혼합 분말에 바인더 및 분산 용매를 첨가한 후 습식 혼합하여 도우(dough)를 제조하는 단계, (c) 상기 도우를 압출 성형하여 성형체를 제조하는 단계, (d) 상기 성형체를 건조하는 단계 및 (e) 상기 성형체를 소성하는 단계에 의하여 제조된 필터로서, 원료 물질을 이용하여 바로 적용 가능한 필터 형태로 제조함으로써 흡착성능 개선 및 재생이 가능하여 비용절감은 물론 환경친화적 효과를 높일 수 있다.

Description

휘발성유기화합물 흡착용 필터를 구비한 공기정화장치{Air purificaiton device with filter for adsorbing volatile organic compounds}
본 발명은 휘발성유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds) 흡착용 필터를 구비한 공기정화장치에 관한 것으로, 상기 필터는 공기 중에 포함되는 오염된 성분 중 휘발성유기화합물을 흡착하여 필터링하는 필터로서 탄소분말 성분을 직접 압출성형하여 일정한 형태로 제조한 활성탄 성형 필터이다.
공기 중에 포함된 인체에 해로운 물질들은 여러 가지가 있지만 이중 가장 비중을 많이 차지하는 휘발성유기화합물(VOC; Volatile Organic Compounds)은 인체를 직접적으로 반응시켜 오랜 시간 동안 노출될 경우 매우 강한 악영향을 나타내게 하며 환경적으로도 광화학반응 등을 통해 오존과 스모그의 원인물질이 되고 대기환경을 악회시키는 주 원인이 된다.
또한 최근의 극도의 산업 발전을 통한 공장 등에서 방출되는 화학 가스나 자동차 등의 증가로 인해 자동자의 주 기관인 엔진에서 화석연료를 태움으로 인해 발생되어 방출되는 다양한 매연 가스, 그리고 일반 집이나 음식점 등에서 음식을 만들 때 발생되는 다양한 VOC 형 가스들은 점차적으로 늘어가는 추세이다.
이러한 환경적 공기분야의 악화는 점진적으로 늘어나기 때문에 대기환경 및 미래의 환경에도 영향을 미칠것이라는 예측이 많이 나오고 있으며, 이에 따라 국제적으로는 국가간의 협약을 통해 이를 방지하려는 조약 등을 진행하고 있으며, 사회적으로 각종 캠페인을 이용하여 줄여나가자는 노력이 점차로 커지고 있다.
반면 이러한 노력에도 불구하고, 도시에 가까이 사는 사람들에게는 도시에의 발전에 따른 많은 효과로 인한 영향을 피할 수 없으며 새로이 집을 구입하거나 자동차를 구입할 때에도 새집 증후군, 새차 증후군 등으로 불리우는 각종 희귀 현상들이 발생할 정도로 사회적으로 문제가 되고 있는 실정이다.
이에 각 산업체에서는 이렇게 발생한 가스형 오염물들을 제거하기 위해 공청화장치 또는 공기조화장치를 만들어 내고 있으며 사회적으로도 '미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법', '실내 공기질관리법', '건축물의 설비기준 등에 관한 규칙', '서울시 녹색건축물 설비 기준 고시' 등 다양한 방법으로 실내 공기질을 관리할 것을 강제하고 있다.
이중 대기환경보전법과 악취방지법은 체계적인 배출규제가 요구되어지고 있으며, 이에 따라 인쇄시설, 자동차나 선박 따위에 대한 페인트도장시설, 섬유염색시설, 페인트제조시설, 저유소, 화학공정시설 등에서 발생되어 대기로 배출되는 휘발성유기화합물의 배출허용한도를 50ppm 미만으로 고시하여, VOC저감설비를 요구하고 있는 실정이다.
이러한 상황에서 휘발성유기화합물을 점진적으로 보다 높은 수준으로 처리하고자하는 노력으로 인해 여러 가지 방안들이 나와 있지만 1회용 필터를 사용하는 등 비 친환경적인 결과로 인해 이 또한 해결되어야 하는 문제이다.
특히, 종래의 공기정화장치에서 휘발성유기화합물을 필터링하기 위한 목적으로 활성탄 및 촉매금속 성분을 펠렛 형태로 구성하고 이를 일정 간격으로 격리해 주기 위해 벌집모양의 금속망을 이용하여 각 칸에 상기의 펠렛을 일정 비율로 넣거나, 부직포나 망사형의 프리필터등의 표면에 점착시켜 고정하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나, 상기와 같은 공기정화장치의 경우 비표면적이 상대적으로 좁아 오염공기의 처리 속도가 늦으며, 진동과 같은 물리적 움직임에 펠렛 형태 서로 간에 마찰 등으로 활성탄이나 촉매금속 분말이 발생하여 새로운 오염물을 만드는 문제가 있었다.
한국공개특허 제10-2018-0083234호 한국공개특허 제10-2012-0085079호 한국공개특허 제10-2008-0098114호
상기한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명은 대기의 오염 등으로 인해 휘발성유기화합물이 포함된 공기를 필터링할 때 필터링 장치내에 활성탄이나 촉매금속을 펠렛형으로 제작하여 지지체에 삽입하거나 고정하여 처리하는 방식에서 벗어나 탄소분말 성분을 직접 압출성형하여 일정한 형태로 만들고 같은 시간에 많은 공기를 접하여 처리할 수 있도록 비표면적을 넓혀 그 효율을 극적으로 향상시기고, 또한 지지체 없이도 일정한 위치를 차지할 수 있는 독립적인 구조로 분리하여 이를 적용할 수 있도록 만들어진 흡착필터를 포함하는 공기정화장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명은 휘발성유기화합물의 흡착필터로서 탄소분말의 원료물질을 이용하여 바로 사용이 가능하도록 기공이 서로 연결되고 비표면적이 높은 구조물 형태로 성형하여 제작하고 이를 사용함으로써 적용이 편리하고, 분해조립이 용이하며, 탈취효율을 높이고, 필터의 수명은 연장시키며, 자체 소재간 마찰이나 충격을 통한 분말의 탈락을 극적으로 줄이고, 재생과정을 통해 버려짐이 없이 다시 사용될 수 있도록 함으로써 효율은 높이지만 비용은 절감시킬 수 있는 구조의 흡착필터를 구비하는 공기정화장치를 제공함에 있다.
본 발명의 휘발성유기화합물의 흡착 필터는 탄소분말 성형필터로서, 공기청정기의 공기 유입구와 공기 배출구, 상세하게는 공기 유입구와 공기 배출구의 공기 유로 상에 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 이러한 필터는 탄소 분말 20~60 중량%, 바람직하게는 30~50 중량%, 가장 바람직하게는 35~45 중량%, 및 팔리고르스카이트 및 카올린으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 점토광물 분말 40~80 중량%, 바람직하게는 50~70 중량%, 가장 바람직하게는 55~65 중량%가 혼합된 혼합 분말을 포함하되 압출 성형에 의해 일체로 형성된 것일 수 있으며, 이때 필터는 복수의 통기공을 갖는 필름 또는 폼의 형태일 수 있으며, 허니컴 등의 형상 및 구조일 수 있다.
그리고, 상기 필터는 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 바인더 1~20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부, 및 분산 용매 50~70 중량부, 바람직하게는 55~65 중량부를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 공기정화장치에 구비되는 탄소분말 성형 필터의 성분에 대해 상세하게 설명한다.
탄소 분말은 표면에 존재하는 수많은 기공으로 악취성분을 물리적으로 흡착하여 제거하는 역할을 하는 것으로, 활성탄, 활성탄소섬유, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 활성탄일 수 있다. 여기서, 탄소 분말의 평균 입경은 1~40 ㎛, 바람직하게는 20~30 ㎛일 수 있다. 이는 탄소 분말의 평균 입경이 1 ㎛ 미만이면, 필터에 적용하였을 시 흡인과정 중 부하량이 크기 때문에 전력소모량이 크며, 공기청정기와 같은 장비의 수명을 단축시킬 수 있고, 40 ㎛를 초과하면, 흡인과정 중 공기의 투과성은 증가되나 필터링 및 흡착효과가 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하다. 탄소 분말의 평균 입경이 상기 범위내인 경우, 요오드 흡착력이 600~1200 ㎎/g일 수 있다.
상기 탄소 분말은 20~60 중량%, 바람직하게는 30~50 중량%, 가장 바람직하게는 35~45 중량%로 포함될 수 있다. 이는 탄소 분말이 20 중량% 미만이면, 필터의 공극률이 떨어지며 흡착 특성이 저하될 수 있고, 60 중량%를 초과하면, 내구성 및 기계적 특성이 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하다.
상기 점토광물 분말은 비표면적이 높아 활성탄의 흡착 성능을 향상시키며, 점토광물 특유의 성능으로 성형 시 성형성 증진효과를 높일 수 있다. 이러한 점토광물 분말로는 팔리고르스카이트 및 카올린이 0.5 내지 1.5: 1의 중량비, 바람직하게는 0.8 내지 1.2: 1의 중량비로 혼합된 것일 수 있다. 팔리고르스카이트 및 카올린의 배합비가 0.5: 1 중량비 미만이거나 1.5: 1 초과이면 흡착 성능이 저하될 수 있다.
상기 팔리고르스카이트 (Palygorskite)는 침상으로 산출되는 2: 1 점토광물로서 규산4면체의 사슬구조에 의한 터널(tunnel)구조를 가지며 터널 내에 물분자를 함유하고, 화학식은 [Si8Mg2Al2O20(OH)2(OH)2·4H2O]이다. 또한, 아타풀자이트(attapulgite)와 같은 상업적으로 판매되는 제품을 구입하여 사용할 수 있다.
상기 카올린은 가장 대표적인 점토광물이며 단위구조는 규산 4면체층과 알루미나 8면체층이 1: 1로 되는 구조를 가지며, 카올리나이트, 디카이트(dickite), 내크라이트(nacrite)의 구조가 다른 3종류의 광물과 층간수가 첨가된 할로이사이트(halloysite)를 포함할 수 있다. 할로이사이트 이외의 3광물의 화학조성식은 [Al2Si2O5(OH)4] 또는 [Al2O3·2SiO2·2H2O]이며 산화물의 중량 %는 SiO2, 46.5%; Al2O3, 39.5%; H2O, 14.0%로, 점토광물 중에서는 가장 일정한 조성을 가지고 있다.
상기 점토광물 분말은 40~80 중량%, 바람직하게는 50~70 중량%, 가장 바람직하게는 55~65 중량%로 포함될 수 있다. 점토광물 분말이 40 중량% 미만이면 점토성분이 감소하여 성형 시 성형성이 저하될 수 있고, 80 중량%를 초과하면 탄소 분말의 함량이 상대적으로 줄어 들어 유해물질 및 오염물질에 대한 흡착 효능이 저조해질 수 있다.
상기 바인더는 탄소 분말 및 점토광물 분말의 도우(dough)가 균일 안정하게 하고 결착을 잘 유지하도록 하는 역할을 하는 물질로, 카복시메틸셀룰로스(Carboxymethyl cellulose, CMC), 메틸셀룰로스(Methyl cellulose, MC) 및 하이드록시프로필메틸셀룰로스(Hydroxypropyl methylcellulose, HPMC)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 메틸셀룰로스(Methyl cellulose, MC)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 언급한 바인더 외에 폴리바이닐부티랄(Polyvinyl butyral)과 같은 유기바인더 또는 탄산바륨(BaCO3)과 같은 무기바인더를 필요에 따라 추가로 첨가 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 바인더는 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 1 내지 20 중량부, 바람직하게는 5 내지 15 중량부로 첨가될 수 있다. 이는 바인더가 1 중량부 미만이면 혼합 분말 간의 결합이 불충분하여 내구성이 떨어질 수 있고, 20 중량부를 초과하면 탄소 분말 및 점토광물 분말이 고르게 분산되기 어려울 수 있다. 바인더의 함량이 상기 범위 내인 경우, 탄소 분말과 점토광물 분말을 보다 효과적으로 결합시킬 수 있다.
상기 분산 용매는 정제수, 메탄올(Methyl alcohol), 에탄올(Ethyl alcohol), 글리세린(Glycerin), 에틸아세테이트(Ethyl acetate), 부틸렌글리콜(Butylene glycol) 및 프로필렌글리콜(Propylene glycol)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 정제수를 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 바인더의 종류에 따라 그 종류를 달리하여 적용할 수 있다. 분산 용매는 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 50~70 중량부, 바람직하게는 55~65 중량부로 첨가될 수 있다. 이는 분산 용매가 50 중량부 미만이면 탄소 분말 및 점토광물 분말이 고르게 분산되기 어렵고, 70 중량부를 초과하면 필터 제조 시 보형성 유지가 어려울 수 있다.
이하에서는 도 1을 참고로 하여 본 발명의 공기청정장치에 구비되는 탄소분말 성형필터의 제조방법을 설명한다. 공기청정기용 탄소분말 성형필터의 각 성분의 함량 및 한정사유에 대해서는 상기에서 자세히 설명하였으므로 생략한다.
우선, 탄소 분말과 점토광물 분말을 혼합하여 혼합 분말을 준비한다.
탄소 분말 20~60 중량%, 바람직하게는 30~50 중량%, 가장 바람직하게는 35~45 중량% 및 점토광물 분말 40~80 중량% 바람직하게는 50~70 중량%, 가장 바람직하게는 55~65 중량%로 혼합하여 혼합 분말을 준비할 수 있다. 이때, 탄소 분말은 볼 밀(Ball mill), 어트리션 밀(Attrition mill), 제트 밀(Jet mill), 회전밀(Rotary mill) 및 진동 밀(Vibration mill) 중 선택되는 어느 하나의 장비를 이용하여 탄소 분말의 평균 입경이 1~40 ㎛, 바람직하게는 20~30 ㎛가 되도록 분쇄할 수 있다. 이와 같이 분쇄하는 작업을 실시함에 의해 표면적이 넓어져 공기 중으로부터 유해 물질 흡착 및 제거 효율이 더욱 향상될 수 있으며, 요오드 흡착력은 600~1200 ㎎/g의 범위 내일 수 있다. 탄소 분말은 활성탄, 활성탄소섬유, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 활성탄일 수 있다.
점토광물 분말은 팔리고르스카이트 및 카올린로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상, 바람직하게는 팔리고르스카이트 및 카올린이 0.5 내지 1.5: 1의 중량비, 바람직하게는 0.8 내지 1.2: 1의 중량비로 혼합된 것일 수 있으며, 평균 입경이 1~50 ㎛를 갖도록 분쇄하는 작업을 실시할 수 있다.
다음으로, 혼합 분말에 바인더 및 분산 용매를 첨가한 후 습식 혼합하여 도우(Dough)를 제조한다.
상기 혼합 분말 준비 단계에서 제조된 혼합 분말 100 중량부에 대하여, 바인더 1~20 중량부, 바람직하게는 바인더 5~15 중량부, 및 분산 용매 50~70 중량부, 바람직하게는 55~65 중량부로 첨가한 다음 믹서기를 이용하여 습식 혼합하여 도우(Dough)를 제조할 수 있다.
그 후 도우(Dough)를 성형하여 성형체를 제조한다.
상기 습식 혼합 단계에서 제조된 도우(Dough)는 형틀을 이용한 압출 성형, 레이저 가공, 프레스 금형, 사출 가공 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 성형을 실시할 수 있으며, 바람직하게는 정해진 필터 형상으로 제조된 성형틀을 이용한 압출 성형법으로 성형체를 제조할 수 있다. 이때 성형체는 복수의 통기공이 형성된 필름(film) 또는 폼(form) 형태일 수 있으며, 허니컴(honeycomb), 파이버(fiber), 격자(lattice) 또는 주름(corrugate), 바람직하게는 허니컴(honeycomb) 형상 및 구조를 갖도록 제조될 수 있다. 또한 성형체의 크기는 가로 및 세로가 각각 30~50 mm, 바람직하게는 35~45 mm, 두께는 5~15 mm, 바람직하게는 8~12 mm로 제조될 수 있다.
상술한 바와 같은 형태 및 형상으로 제조된 성형체를 공기청정기에 적용할 경우 탄소 분말의 비표면적이 넓어 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세먼지, 악취 등의 냄새 성분과 오염물질의 흡착 능력이 우수할 수 있으며, 이렇게 흡착된 유해물질은 미세기공 내에 흡착되어 물리적으로 안정한 상태를 유지하며 탈취 효율이 증대될 수 있다.
그리고 성형체를 건조한다.
상기 도우 성형 단계 단계에서 제조된 성형체를 열풍건조, 가열건조, 자연건조(상온건조) 또는 항온항습건조기 등의 장비를 이용하여 30~120 ℃, 바람직하게는 40~70 ℃의 온도 및 습도 20~70 %, 바람직하게는 30~50 %로 건조를 실시할 수 있다. 상기 건조 온도가 30 ℃ 미만이면, 건조하는데 소요되는 시간이 길어 업무 효율이 저조할 수 있고, 120 ℃를 초과하면, 필요이상의 온도 조건으로 인하여 제조비용이 상승될 수 있으므로 상기한 범위로 실시하는 것이 바람직하며, 성형체의 제형에 따라 시간은 조절할 수 있다.
마지막으로 성형체를 소성한다.
상기 성형체 건조 단계에서 건조가 완료된 성형체를 400~700 ℃, 바람직하게는 500~600 ℃의 온도로 소성을 실시하되, 승온 속도를 1.0∼5.0 ℃/min로 조절하면서 소성 온도까지 상승시키는 것이 바람직하다. 상기 소성 온도가 400 ℃ 미만이면 불완전한 소결로 인해 성형체의 기계적 특성이 좋지 않을 수 있고, 700 ℃를 초과하면 과도한 입자의 성장으로 인해 활성탄의 기공 통기성이 저하되어 흡착 성능이 저하될 수 있으므로 상기 언급한 범위로 소성을 실시하는 것이 바람직하다.
상기 승온 속도가 1.0 ℃/min 미만이면 소성 온도까지 도달하는데 걸리는 시간이 오래 걸려 생산성이 저조할 수 있고, 승온 속도가 5.0 ℃/min 를 초과하면 급격한 온도 상승으로 인해 기공의 분포가 균일하지 못하고, 균열의 발생으로 필터의 품질이 저하될 수 있다.
또한, 소성은 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He)과 같은 비활성 가스 분위기에서 수행하거나, 공기(air) 또는 산소(O2) 분위기 하에서 실시될 수 있다.
상술한 바와 같이 소성이 완료되면, 본 발명의 탄소분말 성형필터가 수득될 수 있다. 상술한 바와 같은 제조방법에 의해 제조된 본 발명의 공기청정기용 탄소분말 성형필터는 필름, 폼, 또는 허니컴의 형태로 적어도 하나 이상을 결합하여 사용할 수 있으며, 바람직하게는 70~90장을 결합하여 사용할 수 있으나 앞서 언급한 장수로 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 공기정화장치에 구비되는 탄소분말 성형필터는 종래의 필터처럼 교환해야 하는 것이 아닌 열풍건조로 탄소분말 성형필터에 흡착된 유해가스, 즉 휘발성유기화합물을 제거하여 재사용할 수 있다.
상기 유해가스가 흡착된 탄소분말 성형필터의 열풍건조는 90~150 ℃, 바람직하게는 100~150 ℃, 보다 바람직하게는 100~140℃, 보다 더 바람직하게는 100~130℃, 가장 바람직하게는 110~130℃에서 18시간 이상, 바람직하게는 18~100시간, 보다 바람직하게는 18~80시간, 보다 더 바람직하게는 18~72 시간, 가장 바람직하게는 24~72시간 동안 이루어진다. 상술한 온도 및 시간 조건을 만족하지 못한 경우 탄소분말 성형필터로부터 암모니아, 포름알데히드, 톨루엔 등의 유해가스가 탈착되지 못할 수 있으며, 재사용 시 90% 이상의 유해가스 제거 효율이 달성되기 어려울 수 있다.
상기 언급한 재생방법을 통해 탄소분말 성형필터를 반영구적으로 재생하여 사용할 수 있으므로 필터 교체 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 공기정화장치는 상술한 탄소분말 성형필터 이외에 프리필터(50), 미디움필터(80), 헤파필터(60), 이온필터(70), 및 광촉매필터(90)으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 필터 또는 이들 필터가 2이상 구비된 모듈, 또는 UV 광원(91)등의 구조물을 포함할 수 있다.
상기 프리필터(50)는 공기 중에 포함된 굵은 입자(동물의 털, 보푸라기, 머리카락, 큰 먼지 등)를 필터링하는 망사 구조 또는 부직포 구조의 필터를 말한다.
상기 헤파필터(60)는 공기 중에 포함된 미세먼지(0.3 um 이상의 크기)를 물리적으로 필터링하는 필터를 말한다.
상기 미디움필터(80)는 상기 프리필터의 필터링 효율보다 높지만 헤파필터의 필터링 효율보다 낮은 필터로서 프리필터 또는 헤파필터 대신에 사용하거나 프리필터 및 헤파필터 사이에 구비될 수 있다.
또한, 상기 프리필터(50), 헤파필터(60), 및 미디움필터(80)는 이들 중의 어느 하나만을 포함할 수 있다.
상기 이온필터(70)는 공기 중에 포함된 VOC를 유해하지 않게 화학적으로 분해하여 필터링하는 필터를 말한다.
상기 UV 광원(91)은 공기 중에 포함된 유해한 세균 및 바이러스를 사멸시키기 위한 것이다.
상기 광촉매필터(90)는 광촉매가 포함된 필터로서 광촉매에 의하여 공기 중에 포함된 VOC를 분해 또는 흡착하여 필터링하는 필터를 말한다.
하나의 예로서, 상기 광촉매필터는 통상의 필터일 수 있으나, 본 출원인이 특허출원 제10-2020-0143265호로 출원한 광촉매필터일 수 있다. 따라서, 본 명세서는 상기 특허출원에 기술된 내용을 포함할 수 있으며, 본 출원인의 광촉매필터를 본 명세서에서는 편의상 광촉매모듈이라 한다.
보다 구체적으로, 상기 광촉매모듈(150)은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 광촉매 필터의 둘레면을 형성하는 하우징(100)과, 하우징 내부에 공기의 유동방향 상 순차적으로 설치되는 광 반사판(120), 광원 지지판(120), 광 산란체(130) 및 광촉매 물질 지지체(140)를 포함한다. 여기서 공기의 의미는 유해가스를 포함하는 공기를 의미하며, 도 2에 도시된 바와 같이 공기의 흐름은 도면의 우측에서 좌측으로 이동하게 된다.
상기 광촉매 물질 지지체(140)는 공기의 유동방향 상 맨 후류에 해당하는 하우징(100)의 일측에 설치되며, 복수개의 통공(141)이 형성되고 표면에 광촉매 물질이 코팅된다.
상기 광촉매 물질은 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O2, WO3 및 페롭스카이트형 복합금속산화물(SrTiO2) 등이 사용될 수 있다.
하나의 구체적 예로서, 상기 광촉매 물질 지지체는 광촉매 물질을 초미립자로 만들어 무기질 바인더와 배합하고, 고경도 내산형 투명막을 형성하도록 액상으로 제조하여, 다양한 모양의 지지체에 이를 발라 일정한 경화 과정을 거치면 해당 지지체에 코팅이 되어 광촉매 필터에 사용되는 광촉매 물질로 사용되어질 수 있다.
하나의 구체적 예로서, 상기 광촉매 물질 지지체는 비표면적이 넓도록 상기 광촉매 물질 지지체로서 골판지(corrugate) 구조, 달갈판 구조 등 골과 마루가 반복되는 주름진 구조를 채용하는 것이 바람직하다.
상기 광촉매 물질 지지체(140)에는 공기가 통과하는 통공(141)이 형성되어 있으며, 그 통공(41)의 단면은 사각형, 육각형, 마름모형, 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기와 같이 다양한 형상의 통공(141)을 둘러싸는 벽면 즉, 광촉매 물질 지지체의 표면에는 광촉매 물질이 코팅되어 있으며, 따라서 이를 통과하는 공기 속의 유해물질이 광촉매 작용에 의해 제거되게 된다.
상기 광원 지지판(120)은 공기의 유동방향 상 전류에 해당하는 하우징(100)의 타측에 설치되며, 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 광을 조사하는 복수개의 광원(121)이 고정된다.
산화티탄을 이용한 광촉매의 경우 anatase형의 산화티탄은 밴드갭이 3.2eV로 알려져 있어서 이를 이용하여 동일한 에너지를 줄 수 있는 에너지를 광파장으로 환산하면 380nm로 380nm보다 짧은 파장을 가진 파장의 빛, 즉 자외선(UV:Ultraviolet ray)을 쪼이면 그 효과를 얻을 수 있어서 광파장에 많은 의존성을 가지고 있다. 따라서, 광촉매 물질로 산화티탄을 적용하는 경우 상기 광원(121)은 380nm보다 짧은 파장을 갖는 UV 램프, UV LED, 기타 UV 발광체 등이 적용될 수 있다.
상기 광 산란체(130)는 광촉매 물질 지지체(140)와 광원 지지판(120) 사이에 설치되며, 광원(121)에서 조사되는 광을 산란시키도록 내부에 복수개의 광 산란구(131)가 내장된다.
도 2에서는 광 산란체(130)가 한 개의 층이 배치된 것이 예시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 광원의 수, 산찬구의 개수나 부피, 하우징의 크기 등에 따라 복수 개의 층이 겹쳐지게 배치될 수 있다.
상기 광 산란체(130)에 내장되는 광 산란구(131)는 다양한 재질 및 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 광 산란구(131)는 유리 재질로 형성되며 구(球) 형상을 갖는 유리구, 구형상 이외의 형상을 갖는 유리막대, 구 형상을 갖되 중앙부가 관통된 관통형 유리구, 관통형 유리막대 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 또한 광 산란구(131)는 석영(quart) 재질로 형성되며 구(球) 형상을 갖는 석영구, 구형상 이외의 형상을 갖는 석영막대, 관통형 석영구, 관통형 석영막대 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
상기 광원(121)은 점 형태의 발광체에서 광이 방사상으로 퍼져나가는데 비표면적이 넓도록 구성된 광촉매 물질 지지체의 표면을 고루 사용하지 못하게 된다. 따라서 광촉매 물질 지지체의 표면을 더욱 많이 사용할 수 있도록 광촉매 물질 지지체(140)와 광원(121) 사이에 광 산란체(130)를 설치하고, 이에 의해 광원에서 조사되는 광은 산란되어 광촉매 물질 지지체(140)의 더 많은 표면에 조사되거나 노출됨으로 인해 결국은 광촉매 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
상기 광촉매모듈(150)은 상술한 광촉매 효과를 더욱 높이기 위해 광 반사판(110)이 더 구비될 수 있다.
상기 광 반사판(110)은 공기의 유동방향 상 광원 지지판(120)보다 전류에 위치하도록 상기 광원 지지판(120)의 일측(도면상 우측)에 설치된다. 광 반사판(110)은 공기가 유입되는 유입공(111)이 형성되며, 광 산란체(130)에 의해 역방향으로 조사되는 광을 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 반사시켜주는 역할을 한다. 즉, 광 반사판(110)에 의해 광원에서 조사된 광은 광촉매 물질 지지체(140)의 더 많은 표면에 조사되거나 노출됨으로 인해 결국은 광촉매 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
하나의 구체적 예로서, 상술한 필터 및 구조물을 구비하는 본 발명에 따른 공기정화장치는 도 3 및 4에서 볼 수 있는 구조 및 배열로 구성될 수 있다.
구체적으로, 도 3은 본 발명에 따른 공기정화장치의 일 예로서, 외부로부터 공기를 빨아들일 수 있는 공기 유입구(10), 공기를 유입하는데 물리적인 압력을 이용할 수 있도록 구성된 블로워팬(30) 또는 단방향팬(200), 유입 공기 중에 포함된 외부로부터 굵은 입자를 거를 수 있는 망사 구조 또는 부직포 구조의 프리필터(50) 또는 미디움필터(80), 유입 공기 중에 포함된 미세먼지를 물리적으로 거르기 위한 헤파필터(60) 또는 미디움필터(80), 유입 공기 중에에 포함된 VOC를 흡착하여 거르기 위한 탄소분말성형필터(40), 유입 공기 중에 포함된 VOC를 유해하지 않게 화학적인 분해를 하게 하는 이온필터(70), 광촉매필터(90), 또는 광촉매모듈(150), 유입 공기 중에 포함된 세균성 물질을 사멸시키기 위한 UV 광원(90), 공기의 흐름을 제어하기 위한 개폐 구조 댐퍼, 각종 필터를 통해 정화된 공기를 내보낼 수 있는 공기 배출구(20), 유입구에서 각종 필터를 및 팬을 지나 배출구로 이어지는 공기통로(92) 등으로 구성될 수 있다. 또한 상기의 필터들 중의 2이상을 하나의 구조물처럼 제조한 필터 모듈이 포함될 수 있다.
또한, 구체적으로, 도 4는 본 발명에 따른 공기정화장치의 일 예로서, 상기 공기정화장치는 일정 공간의 공기, 즉 실내 공기만을 흡입, 처리, 배출하지 않고, 다른 공간의 공기, 즉 실외의 공기를 빨아들여 환기를 시킬 수 있는 장치로 구성될 수 있다. 즉, 실외 공기를 빨아들이는 실외측 유입구(OA; Out Air)(11), 실외측 유입구를 막거나 열 수 있는 댐퍼(93), 빨아들인 실외 공기에 포함된 미세먼지, VOC, 세균성 물질 들을 처리할 수 있는 프리필터(50), 미디움필터(80), 헤파필터(60), 이온필터(70), 광촉매필터(90), 광촉매모듈(150) 등의 필터류 또는 필터 모듈류, 실외로부터 실내로 공기를 보낼 수 있도록 압력을 제공하는 실내 흡기용 블로워팬(32), 필터를 통해 정화된 공기를 실내로 보낼 수 있도록 구성한 실내측 배출구(SA: Supply Air)(12), 실내측 배출구를 막거나 열 수 있는 댐퍼(93), 실내의 오래된 오염된 공기를 빨아 들이는 실내측 유입구(RA; Room Air) (12), 실내측 유입구를 막거나 열 수 있는 댐퍼(93), 실내측 유입구를 통해 빨아들인 공기에 포함된 입자를 걸리낼 수 있는 헤파필터(60) 또는 부직포 구조의 미디움필터(80), 실내로부터 실외로 공기를 보낼 수 있도록 압력을 제공하는 실내 배기용 블로워팬(31), 실내 공기를 바깥을 배출시킬 수 있는 실외측 배출구(EA; Exaust Air) (12), 실외측 배출구를 막거나 열 수 있는 댐퍼(93), 실내 공기를 외부로 내보낼 때 낭비되는 실내 공기의 냉방 에너지 또는 난방 에너지를 일시적으로 빼앗아 실외 공기를 내부로 들여올 때 다시 실외 공기를 본래의 실내 공기의 온도에 유사하도록 실내 공기에서 빼앗았던 에너지를 되돌려주는 열교환소자(95) 등으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 탄소분말 성형 필터가 구비된 공기정화장치는 바로 적용 가능하도록 제조한 탄소분말 성형 필터를 포함함으로써 구조가 간단하고, 필터의 교체 주기를 연장시킬 수 있으므로 필터의 수명특성이 개선됨과 동시에 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 공기정화장치에 구비된 탄소분말 성형필터는 점토광물 분말로 비표면적이 높은 팔리고르스카이트 및 카올린을 사용함으로써 활성탄의 흡착 성능을 향상시키며, 점토광물 특유의 성능으로 성형 시 성형성 증진효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 공기정화장치에 구비된 탄소분말 성형필터는 재생 사용이 가능하므로 필터 교체 비용을 감소하며 폐기물의 감소로 인한 환경 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 공기정화장치에 구비된 흡착필터의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 공기정화장치에 구비될 수 있는 광촉매모듈의 구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치의 일구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치의 일 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소분말 성형 필터의 탈취 효율 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 종래 펠렛형 활성탄 필터의 탈취 효율 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실험예 3에서 사용된 장치를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치의 아세트알데히드 제거 효율실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치의 톨루엔 제거 효율실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기정화장치의 포름알데히드 제거 효율실험 결과를 나타낸 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
이하 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명하겠는 바, 본 발명이 다음 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 탄소분말 성형필터 제조
25 ㎛의 평균 입경을 갖는 활성탄 분말 45 g, 팔리고르스카이트 분말 25 g, 카올린 분말 30 g이 혼합된 혼합 분말에 메틸셀룰로스 10g, 정제수 61g를 첨가한 후 습식 혼합하여 도우(dough)를 제조하였다. 상기 도우(dough)를 허니컴(honeycomb) 구조 및 형상을 갖도록 성형틀을 이용하여 압출 성형한 후 항온항습건조기를 이용하여 100 ℃에서 건조한 다음 550 ℃에서 소성하여 탄소분말 성형필터를 제조하였으며, 탄소분말 성형필터는 가로 40 mm X 세로 40 mm X 두께 10 mm로 제작하였다.
실시예 2. 필터 제조
25 ㎛의 평균 입경을 갖는 활성탄 분말 40g, 팔리고르스카이트 분말 30g, 카올린 분말 30g이 혼합된 혼합 분말을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 탄소분말 성형필터를 제조하였다.
비교예 1. 펠렛형 활성탄 필터 제조
펠렛 형상으로 성형한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 2. 필터 제조
50㎛의 평균 입경을 갖는 활성탄을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
비교예 3 내지 비교예 9. 필터 제조
하기 표 1에 기재된 성분 비율로 혼합하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
구분 활성탄 분말 점토광물 분말
팔고르스카이트 카올린
비교예 3 15 28 57
비교예 4 20 60 20
비교예 5 45 13 42
비교예 6 50 40 10
비교예 7 70 25 5
비교예 8 75 4 21
비교예 9 80 10 10
비교예 10 내지 비교예 14. 필터 제조
하기 표 2에 기재된 온도 조건으로 건조 및 소성을 실시한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필터를 제조하였다.
구분 건조 온도(℃) 소성 온도(℃)
비교예 10 25 660
비교예 11 200 580
비교예 12 50 320
비교예 13 60 850
비교예 14 70 1000
실험예 1. 필터의 구조에 따른 탈취 효율 평가
실시예 1 및 비교예 1에 따른 필터의 유해가스 5개 물질(암모니아, 초산, 아세트알데히드, 톨루엔, 포름알데히드)에 대한 제거 효율을 평가하기 위해 ㈜동광엔비화성 연구소에 측정을 의뢰하였다.
우선, 가로 40mm X 세로 40mm X 두께 10mm 로 제작된 실시예 1의 필터 80개를 가로 320mm, 세로 400mm로 붙여서 실제 공기청정기에 장착하고, 초기 가스 농도를 측정하였다. 그 다음 대상가스가 담지된 챔버(8㎡)를 30분간 가동시킨 후에 다시 가스농도를 측정하여 유해가스 제거 효율을 산출하였다. 그 결과는 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5는 실험예 1에서 실시예 1에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이고, 도 6은 실험예 1에서 비교예 1에 따른 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 비교예 1의 탈취 효율이 81.13%에 불과한 반면 실시예 1의 탈취 효율은 91.52% 로 비교예 1에 비해 높았다. 이에 활성탄을 펠렛 타입으로 제조하여 지지체에 삽입 고정하는 방법보다 원료 물질을 이용하여 필터 형태로 제조하는 방법이 암모니아, 초산, 톨루엔 등과 같은 유해가스 제거 효율에 더 효과적임을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 탈취 효율 평가
혼합 분말의 성분 혼합비율과 건조 및 소성 온도의 조건에 따른 유해가스 제거 효율을 평가하기 위해 실험예 1과 동일한 방법으로 실험을 실시하여 5개 물질에 대한 평균 제거율 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
구분 초기(ppm) 30분 후(ppm) 탈취 효율(%)
실시예 2 10 0.98 90.20
비교예 2 1.25 87.50
비교예 3 2.55 74.50
비교예 4 2.35 76.50
비교예 5 1.81 81.90
비교예 6 1.30 87.00
비교예 7 0.68 93.20
비교예 8 0.58 94.20
비교예 9 0.37 96.30
비교예 10 0.99 90.10
비교예 11 0.89 91.10
비교예 12 1.24 87.60
비교예 13 1.96 80.40
비교예 14 2.15 78.50
표 3을 참조하면, 실시예 2가 비교예들에 비해 우수한 탈취 효율을 보이는 것을 확인하였다. 비교예 2는 50 ㎛의 활성탄 분말을 사용하여 탈취 효율이 저조하였고, 특히 비교예 3 및 4는 활성탄 분말을 소량 포함함으로 인해 다른 비교예들에 비해 탈취 효율이 저조하였다. 그에 반해 비교예 7 내지 비교예 9는 활성탄 분말을 다량 함유하였으며, 탈취 효율이 활성탄 분말 함유량에 따라 증가하는 것을 확인할 수 있다. 그러나 활성탄 함량이 높은 비교예 7 내지 비교에 9는 탈취 효율은 높은 반면에 성형 및 건조 시 형상 불량이 발생하여 수율이 저하되는 문제가 있었다. 실시예 1 및 2와 비교한 비교예 11 및 14는 소성 온도에 따른 탈취효율을 확인할 수 있었는데, 건조온도 또는 소성온도가 증가할수록 탈취 효율이 저하되는 것을 확인하였다.
실험예 3. 풍량 측정
실시예 1 및 비교예 1에 따른 필터가 장착된 공기청정기를 도 7에 도시된 바와 같이 장치의 공기유입구에 설치하여 풍량 시험을 실시하였다.
풍량 시험은 공기청정기를 정격 주파수, 정격 전압으로 운전하여 KSC 9304의 부속서 1에 따라 실시하였다. 즉, 공기 누설이 없도록 적당한 접속을 하고, 풍량에 따라 오리피스 또는 노즐을 교환하면서 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 여기서, 대조예는 활성탄 필터(실시예 1) 및 펠렛 타입 필터(비교예 1)가 장착되지 않은 공기청정기이다.
구분 실시예 1 비교예 1 대조예
1단 3.01 CMM 2.81 CMM 3.16 CMM
2단 3.96 CMM 3.65 CMM 4.16 CMM
3단 5.00 CMM 4.71 CMM 5.09 CMM
터보 6.11 CMM 6.00 CMM 6.28 CMM
표 4를 참조하면, 고 풍량을 요구하는 경우에도 요구된 풍량을 지원할 수 있도록 설계됐음을 확인할 수 있었다.
실험예 4. 필터의 재생 특성 평가
실시예 1에 따른 필터의 재생 특성을 확인하기 위하여 하기와 같은 방법으로 실험을 실시하였다.
우선, 가로 40mm X 세로 40mm X 두께 10mm 로 제작된 실시예 1의 필터 80개를 가로 320mm, 세로 400mm로 붙여서 실제 공기청정기에 장착하고, 대상가스가 담지된 챔버(8㎡)를 가동시켜 가스농도를 측정한 다음 30 분간 7회 반복하여 챔버(8㎡)를 가동시킨 후(가혹 시험 후)에 다시 가스농도를 측정하였다. 그리고 필터를 120 ℃에서 72 시간 건조하여 재생시킨 후 챔버(8㎡)를 가동시켜 유해가스를 측정하고 30 분간 5회 반복하여 챔버(8㎡)를 가동시킨 후(가혹 시험 후)에 다시 가스농도를 측정하였다. 마지막으로 필터를 120 ℃에서 24 시간 건조하여 재생시킨 후 챔버(8㎡)를 가동시켜 유해가스를 측정하고 산출한 결과를 각각 표 5에 나타내었다.
구분 제거 효율(%)
초기제품 가혹시험 후 72시간 재생 후 가혹 시험 후 24 시간 재생 후
암모니아 90.91 54.5 90.00 66.67 90.00
포름알데히드 86.67 84.91 100.00 10.00 100.00
톨루엔 100.00 100.00 100.00 10.00 100.00
평균 92.53 79.82 96.67 88.89 96.67
(암모니아+포름알데히드+톨루엔)/3
표 5를 참조하면, 필터를 복수 회 재생시킨 후에도 유해가스 제거 효율이 96.67 % 이상으로 회복되는 것을 확인할 수 있었다. 이에 본 발명의 필터는 반영구적으로 사용 가능함을 알 수 있었다.
실험예 5: 탄소분말 성형필터가 구비된 공기정화장치의 필터 효율 측정
도 3과 같은 구조를 갖는 공기정화장치에서 VOC 흡착 필터를 본 발명에 따른 실시예 1의 탄소분말 성형필터로 대체한 공기정화장치 및 비교예 1의 펠릿형 활성탄 필터로 대체한 공기정화장치의 공기 정화능을 비교하였다.
구체적으로, 8M3의 밀폐된 챔버에 VOC 흡착 필터가 흡착하여 필터링해야 할 가스로서 아세트알데히드, 톨루엔, 및 포름알데히드 각각을 10ppm 농도로 넣었다. 이렇게 준비된 챔버내에 실시예 1의 탄소분말 성형필터가 구비된 공기정화장치와 비교예 1의 펠릿형 활성탄 필터가 구비된 공기정화장치를 넣고 일정시간별 가스 잔량을 측정하는 방식으로 필터링 목적의 가스 제거량을 측정하였다, 사용된 공기정화장치는 동일한 성능의 같은 공기정화장치를 사용하였으며, 시험에 사용된 원료인 활성탄의 겉보기 부피비는 탄소분말 성형필터에 비해 펠릿형 활성탄 필터가 2배(카본 분말 성형 필터 350cm3, 펠릿형 활성탄 716cm3) 사이의 양이 사용되어 상대적으로 탄소분말 성형필터가 활성탄을 적게 사용하였다. 시험에 사용된 가스량 검출은 해당가스의 검지관을 사용하여 측정하였다.
이에 대한 결과로서 하기 표 6 내지 8과 도 8 내지 10에 아세트알데히드, 톨루엔, 및 포름알데히드의 제거율을 나타내었다.
아세트알데히드 가스 제거율 시험 결과
시간 - 제거율 0분 10분 20분 30분 40분
활성탄-펠릿형 0% 20% 30% 40% 40%
활성탄 성형 필터 0% 20% 40% 50% 50%
톨루엔 가스 제거율 시험 결과
시간 - 제거율 0분 10분 18분 22분 26분
활성탄-펠릿형 0% 50% 80% 90% 100%
활성탄 성형 필터 0% 80% 100% 100% 100%
포름알데히드 가스 제거율 시험 결과
시간 - 제거율 0분 5분 10분 15분
활성탄-펠릿형 0% 85% 95% 100%
활성탄 성형 필터 0% 85% 95% 100%
상기 결과에서 볼 수 있듯이, 포름알데히드 가스의 경우 동일한 제거능을 나타내었지만, 아세트알데히드와 톨루엔 가스의 경우 모두 본 발명에 따른 활성탄 성형 필터가 구비된 공기정화장치가 종래의 펠릿형 활성탄 필터가 구비된 공기정화장치에 비하여 빠른 제거능을 보여 효율이 높음을 알 수 있었다.
실험예 6: 광촉매모듈 필터 효율 측정
1입방 미터의 챔버안에 NH3 가스를 주입하여 이를 초기치 NH3 농도가 10ppm이 되도록 준비하였고, 이 안에 광촉매 물질 지지체로 평방인치당 셀(cell) 300개를 가진 구조물을 20mm 두께로 준비하여 이에 광촉매 물질 TiO2를 졸겔법으로 코팅한 것을 장착하여다. 그리고 이를 비추는 촉매 활성용 광원으로 365nm 파장의 UV광을 발광하는 LED를 직/병렬로 구성하여 정격전압을 인가하여 측정하였다. 그리고 분당 풍량 1.87CMM의 풍량을 가진 송풍기를 설치하여 NH3 가스가 일정하게 광원으로부터 활성화된 광촉매 물질 지지체 사이로 통과되도록 구성하여 일정 시간이 지난 다음 분해되고 남은 NH3의 양으로 평가하여 NH3 제거율을 측정하였다.
이와 비교하기 위해 도 1에서와 같이 광 산란체(130)와 광 반사판(110)을 광원에서 광촉매 물질 지지체의 방향으로 설치한 것과, 광 산란체와 광 반사판을 설치하지 않은 것을 비교하여 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.
NH3 제거율 10분 경과 20분 경과
광산란체, 광반사판 없음 39% 45%
광산란체, 광반사판 사용 60% 65%
제거율 상승 21%P.증가 20%P.증가
상기 표 9와 같이 광 산란체(130)와 광 반사판(110)이 없을 때는 10분/20분 경과시 각각 39% 및 45%의 제거율을 나타내었고, 광 산란체(130)와 광 반사판(110)을 설치시 제거율이 상승되어 각각 60% 및 65%의 결과가 되었다.
따라서, 광 산란을 통한 광의 분산을 높였으며, 광 반사판을 이용하여 반대편으로 나올 수 있는 산란광을 다시 광촉매 물질 지지체로 보내주기 때문에 광촉매의 효과를 극대화 시킬 수 있었다.
10: 공기 유입구 11: 실외측 유입구
12: 실내측 배출구
20: 공기 배출구 21: 실외측 배출구
22: 실내측 배출구 30: 블로워팬
31: 실내 배기용 블로워팬 32: 실내 흡기용 블로워팬
40: 활성탄 성형필터 50: 프리필터
60: 헤파필터 70: 이온필터
80: 미디움필터 90: 광촉매필터
91: UV 광원 92: 공기통로
93: 댐퍼 95: 열교환소자
100: 광촉매필터하우징 110: 광 반사판
111: 유입공 120: 광원 지지판
121: 광원 130: 광 산란체
131: 광 산란구 140: 광촉매 물질 지지체
141: 통공 150: 광촉매모듈

Claims (8)

  1. 공기정화장치의 공기 유입구 및 공기 배출구의 공기 유로 상에 적어도 하나 이상 구비되는 활성탄 성형 필터를 포함하는 공기정화장치로서,
    상기 활성탄 성형 필터는 평균 입경은 1~40 ㎛이고 요오드 흡착력은 600~1200 ㎎/g인 탄소 분말 35 내지 45 중량%와 팔리고르스카이트 및 카올린이 0.5 내지 1.5: 1의 중량비로 혼합된 점토광물 분말 55 내지 65 중량%가 혼합된 혼합 분말과, 상기 혼합 분말 100 중량부에 대하여 바인더 1~20 중량부 및 분산 용매 50~70 중량부로 이루어지되 압출 성형에 의해 일체로 형성되고, 공기 내에 포함된 휘발성유기화합물을 제거하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 활성탄 성형 필터는 복수의 통기공을 갖는 필름, 폼, 또는 허니컴 형태인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 활성탄 성형 필터는,
    (a) 평균 입경은 1~40 ㎛이고 요오드 흡착력은 600~1200 ㎎/g인 탄소 분말 35 내지 45 중량%와 팔리고르스카이트 및 카올린이 0.5 내지 1.5: 1의 중량비로 혼합된 점토광물 분말 55 내지 65 중량%를 혼합하여 혼합 분말을 준비하는 단계;
    (b) 상기 혼합 분말 100 중량부에 바인더 1~20 중량부 및 분산 용매 50~70 중량부를 첨가한 후 습식 혼합하여 도우(dough)를 제조하는 단계;
    (c) 상기 도우(dough)를 성형하여 일체로 형성된 성형체를 제조하는 단계;
    (d) 상기 성형체를 건조하는 단계; 및
    (e) 상기 성형체를 500~600 ℃의 온도 및 승온속도 1.0 ~ 5.0 ℃/min에서 질소(N2), 아르곤(Ar), 및 헬륨(He)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 비활성 가스 분위기, 또는 공기(air) 또는 산소(O2) 분위기 하에서 소성하는 단계;를 포함하는 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 활성탄 성형 필터는 열풍건조에 의하여 재생 가능한 것인 공기정화장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공기정화장치는 활성탄 성형 필터 외에 프리필터, 미디움필터, 헤파필터, 이온필터, 및 광촉매필터로 이루어진 군으로부터 1이상 선택된 필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광촉매필터는,
    광촉매 필터의 둘레면을 형성하는 하우징(100);
    공기의 유동방향 상 후류에 해당하는 상기 하우징(100)의 일측에 설치되며, 복수개의 통공(141)이 형성되고 표면에 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 물질 지지체(140);
    공기의 유동방향 상 전류에 해당하는 상기 하우징(100)의 타측에 설치되며, 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 광을 조사하는 복수개의 광원(121)이 고정되는 광원 지지판(120); 및,
    상기 광촉매 물질 지지체(140)와 상기 광원 지지판(120) 사이에 설치되며, 상기 광원(121)에서 조사되는 광을 산란시키도록 내부에 복수개의 광 산란구(131)가 내장되는 광 산란체(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 공기정화장치는 UV 광원이 추가로 구비되어 공기 중의 미생물을 살균하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 공기정화장치는 실내 전용 공기정화장치이거나 건물이나 사무실 또는 방의 실내와 실외를 연결하는 부위에 설치된 환기용 공기정화장치인 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
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