KR20230032308A - 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템 - Google Patents

전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치는, 외부 공기 또는 내부 순환 공기에 포함된 미세먼지를 전기적으로 하전시키는 하전부, 상기 하전된 미세먼지를 포집하는 전도성 필터 유닛, 그리고 상기 하전부 및 상기 전도성 필터 유닛에 고전압을 인가하는 고전압 인가 장치를 포함하는 전도성 필터 모듈; 상기 전도성 필터 모듈을 통과한 외부 공기를 실내로 공급하는 제1 송풍기; 상기 내부 순환 공기를 외부로 배출하는 제2 송풍기; 및 상기 외부 공기, 상기 전도성 필터 모듈을 통과한 외부 공기, 또는 상기 내부 순환 공기와 에너지 교환을 수행하는 전열 교환 소자;를 포함할 수 있다.

Description

전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템{HEAT EXCHANGER VENTILATOR AND VENTILATION SYSTEM USING THE SAME}
본 실시예들은 세균 및 바이러스 증식을 방지할 수 있으며 동시에 미세 먼지도 효과적으로 제거할 수 있는 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에 관한 것이다.
공기 중에는 곰팡이균, 폐렴균, 대장균 등의 박테리아성 세균뿐만 아니라 사스 및 코로나와 같은 전염병을 유발하는 바이러스와 같은 바이오 에어로졸이 존재할 수 있으며, 이러한 부유 세균 및 바이러스로 인해 인체에 각종 심각한 질환 및 전염병을 유발할 수 있다.
이렇게 공기 중에 부유하는 세균 및 박테리아를 제거할 수 있는 기술은 크게 실내의 오염공기를 외부로 내보내고 외부의 깨끗한 공기를 실내로 들이는 환기기술과 실내 공기에 부유하는 바이오 에어로졸을 필터에 포집 제거하는 필터 포집 제균 기술이 있다.
환기기술은 바이오 에어로졸 농도가 높게 유지될 수 있는 실내공기를 외부로 배출하고 바이오 에어로졸이 없거나 그 농도가 매우 낮은 외부 공기를 실내로 유입시켜 바이오 에어로졸 관점에서는 공기정화에 매우 효과적일 수 있다. 그러나 실내로 유입되는 외부공기에 호흡기 질환에 또 다른 심각한 문제를 유발하는 미세먼지가 다량 함유되어 있어 환기기술에는 미세먼지를 효과적으로 제거할 수 있는 또 다른 기술이 적용될 필요가 있다.
이에 반해 필터 포집 제균 기술은 공기 중에 부유하는 매우 작은 크기의 바이러스 및 각종 세균을 매우 효과적으로 포집 할 수 있어 별도의 외기 유입 없이 실내 공기에 부유하는 바이오 에어로졸 농도를 효과적으로 제어할 수 있다.
그러나, 필터 포집 제균 기술에 사용되는 필터는 항균 및 항바이러스 성능이 없는 일반 헤파(HEPA)필터가 대부분으로 필터에 포집된 세균 및 바이러스가 증식되어 공기 중에 재 비산될 경우 인체에 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 또한, 환기능력이 구현되지 않아 가스상 오염물질 저감을 구현할 수 없어 상쾌한 실내공기 유지가 불가능하다.
따라서, 세균 및 바이러스 증식을 방지할 수 있으며 환기 성능도 갖춘 필터의 개발이 요구된다.
본 실시예에서는 미세먼지 제거 및 실내 환기를 동시에 효과적으로 수행할 수 있는 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치는, 외부 공기 또는 내부 순환 공기에 포함된 미세먼지를 전기적으로 하전시키는 하전부, 그리고 상기 하전된 미세먼지를 포집하는 전도성 필터 유닛을 포함하는 전도성 필터 모듈; 상기 전도성 필터 모듈을 통과한 외부 공기를 실내로 공급하는 제1 송풍기; 상기 내부 순환 공기를 외부로 배출하는 제2 송풍기; 및 상기 외부 공기, 상기 전도성 필터 모듈을 통과한 외부 공기, 또는 상기 내부 순환 공기와 에너지 교환을 수행하는 전열 교환 소자; 를 포함할 수 있다.
상기 전도성 필터모듈을 통과하는 공기의 속도(surface velocity)가 2 m/sec 이하일 때 상기 전도성 필터모듈로 인해 발생되는 정압손실이 70Pa 이하일 수 있다.
상기 전도성 필터 모듈은, 10CMH 내지 800CMH 풍량의 외부 공기 또는 내부 순환 공기 중 입자상 오염 물질을 70% 내지 99.99% 제거할 수 있는 것일 수 있다.
상기 전도성 필터 모듈은 세척을 통해 재 이용 가능한 것일 수 있다.
이때, 상기 세척은 고압가스 및 용액 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다.
또한, 상기 고압가스는, 공기, 질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 용액은, 물 및 알코올 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 전도성 필터 유닛은, 절곡부 및 상기 절곡부로 연결되며 마주보는 격벽을 포함하는 전도성 필터 절곡체, 그리고 상기 마주보는 격벽 사이에 위치하는 유전체 전극을 포함할 수 있다.
상기 전도성 필터 절곡체는 통전 가능한 소재로 구성된 다공체일 수 있다.
상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는, 부직포를 구성하는 단위 섬유 표면 전체에 알루미늄, 은, 구리 및 전도성 탄소 소재 중 적어도 하나를 이용하여 코팅된 코팅층이 형성된 것일 수 있다.
상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는 90% 이상의 항균 및 항바이러스 특성이 구현되는 것일 수 있다.
상기 유전체 전극은, 전도성 물질 및 상기 전도성 물질의 외부에 형성된 유전체 코팅층을 포함하는 것일 수 있다.
상기 전도성 필터 모듈은, 상기 외부 공기가 유입되는 유입구 및 상기 전열교환소자 사이에 위치하는 것일 수 있다.
한편, 상기 전열 교환 소자는, 전열교환효율이 난방기준 70% 이상이고, 냉방기준 40% 이상일 수 있다.
본 실시예에서, 상기 전열 교환 장치는, 상기 외부 공기 및 상기 내부 순환 공기가 혼합되지 않도록 공간을 구획하는 구조물을 더 포함할 수 있다.
다른 실시예의 전열 교환 환기 장치에서, 상기 전도성 필터 모듈은, 상기 전열교환소자 및 상기 제1 송풍기 사이에 위치하는 것일 수 있다.
또 다른 실시예의 전열 교환 환기 장치에서, 상기 전도성 필터 모듈의 하전부는 상기 외부 공기가 유입되는 유입구 및 상기 전열교환소자 사이에 위치하고, 상기 전도성 필터 유닛은 상기 전열교환소자 및 상기 제1 송풍기 사이에 위치하는 것일 수 있다.
한편, 일 실시예에 따른 환기 시스템은, 상기 실시예들에 따른 전열 교환 환기 장치를 이용하여 정화된 외부 공기를 실내로 공급하는 것일 수 있다.
또한, 상기 환기 시스템에서, 실내 순환 공기는 상기 전열 교환 장치의 제2 송풍기에 의해 상기 전열 교환 장치로 유입된 후 전열 교환 소자를 통과한 후 외부로 배출되는 것일 수 있다.
또한, 상기 환기 시스템에서, 실내 순환 공기는 상기 전열 교환 장치의 제2 송풍기에 의해 상기 전열 교환 장치로 유입된 후 바이패스 라인을 통해 외부 공기 유입구와 전열 교환 소자 사이로 유입되어 전도성 필터모듈과 전열교환 소자를 순서대로 통과해 다시 실내로 유입될 수 있다.
또한, 상기 환기 시스템에서, 실내 순환 공기는 상기 전열 교환 장치의 제2 송풍기에 의해 상기 전열 교환 장치로 유입된 후 바이패스 라인을 통해 외부 공기 유입구와 전열 교환 소자 사이로 유입되어 전열교환 소자와 전도성 필터모듈을 순서대로 통과해 다시 실내로 유입될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전도성 필터 모듈, 제1 송풍기, 제2 송풍기 및 전열 교환 소자를 포함함으로써 미세먼지 제거 및 실내환기를 동시에 효과적으로 수행할 수 있는 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 전열 교환 환기 장치를 이용한 환기 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4는 도 3의 전열 교환 환기 장치를 이용한 환기 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 전열 교환 환기 장치를 이용한 환기 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참고하면, 일 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치(100)는, 전도성 필터 모듈(110), 전열 교환 소자(120), 제1 송풍기(131), 및 제2 송풍기(132)를 포함한다.
제1 송풍기(131)는 전도성 필터 모듈(110)을 통과한 외부 공기를 실내로 공급하기 위한 것이고, 제2 송풍기(132)는 내부 순환 공기를 외부로 배출하기 위한 것이다.
또한, 상기 전열 교환 소자는, 전열교환효율이 난방기준 70% 이상이고, 냉방기준으로 40% 이상일 수 있다.
본 실시예의 전열 교환 환기 장치(100)는 급기와 배기, 즉, 외부에서 투입되는 공기와 내부 순환 후 배출되는 공기가 혼합되지 않도록 공간을 구획하는 구조물을 포함할 수 있다.
상기 전도성 필터 모듈(110)은, 하전부(111) 및 전도성 필터 유닛(112)을 포함한다.
하전부(111)는 외부 공기 또는 내부 순환 공기에 포함된 미세먼지를 전기적으로 하전시키는 것으로, 세균 및 바이러스를 포함한 미세먼지에 양이온 또는 음이온을 부착시켜 전기적 특성을 부여한다.
또한, 상기 하전부(111)는, 예를 들면, 고전압이 인가되는 텅스텐 와이어와 접지되는 금속판으로 구성된 와이어 플레이트(wire & plate) 구조 또는 금속핀 또는 탄소브러쉬와 원형 및 사각형 구멍이 뚫린 금속판으로 구성된 핀투그리드(pin to grid) 구조 등으로 구성될 수 있으며, 이 외에도 이미 공개된 다양한 종류의 미세먼지 하전 시스템을 사용할 수 있다.
본 실시예에서 전열 교환 환기 장치(100)의 유입구(101)를 통해 유입된 외기(OA) 중 낙엽이나 커다란 먼지 또는 벌레 등의 이물질 등은 프리필터(140)에 걸려 제거되고, 프리필터(140)를 통과한 먼지는 하전부(111)를 거치면서 음이온 또는 양이온과 결합되어 전기적 특성을 갖게 된다.
다음, 전도성 필터 유닛(112)은 하전된, 즉, 양이온 또는 음이온이 부착된 미세먼지를 전기적 인력으로 포집한다.
상기 전도성 필터 유닛(112)은 미세먼지가 포집되는 부분의 표면적을 극대화하고 그렇게 극대화된 표면적과 하전된 미세먼지 사이의 전기적 인력이 극대화될 수 있도록 하는 구조로 되어있는 것이 특징이다.
구체적으로, 전도성 필터 유닛(112)은, 절곡부 및 상기 절곡부로 연결되며 마주보는 격벽을 포함하는 전도성 필터 절곡체, 그리고 상기 마주보는 격벽 사이에 위치하는 유전체 전극을 포함할 수 있다. 이때 절곡부로 연결된 격벽은 반복되는 W 형상의 단면을 갖는다.
상기 전도성 필터 절곡체는 미세먼지가 포집되는 표면적이 극대화되도록 통전 가능한 소재로 구성된 다공체일 수 있다.
상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는, 부직포를 구성하는 단위 섬유 표면 전체, 즉, 단위 섬유 한올 한올의 모든 면에 전도성 물질이 코팅된 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는, 부직포를 구성하는 단위 섬유는, 예를 들면, 알루미늄, 은, 구리 및 전도성 탄소 소재 중 적어도 하나를 이용하여 코팅된 코팅층이 형성된 것일 수 있다. 상기 전도성 탄소 소재는 예를 들면, 탄소나노튜브, 그래핀, 흑연 등이 있다.
또한, 상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는 90% 이상의 항균 및 항바이러스 특성이 구현되는 것일 수 있다.
본 실시예에서 전도성 필터 절곡체로 사용되는 전도성 물질이 코팅된 다공체의 공기 투과도는, 시험압력인 125Pa인 조건에서 200 내지 500 cm3/cm2/s 범위일 수 있다.
한편, 상기 전도성 필터 절곡체의 마주보는 격벽 사이에는 유전체 전극이 위치한다. 상기 유전체 전극은, 전도성 물질 및 상기 전도성 물질의 외부에 형성된 유전체 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 유전체 코팅층은, PET 라미네이트 필름, 유리, 미카(Mica), 마일라(mylar), 네오프렌 (neoprene), 플렉시글라스(Plexiglas), 폴리에틸렌, PVC, 및 테플론으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 이용하여 형성될 수 있다. 구체적으로 상기 유전체 코팅층은 PET 라미네이트 필름으로 형성될 수 있다.
전도성 필터 절곡체에는 접지를 유전체로, 유전체 전극에는 고전압기를 이용하여 고전압을 인가함으로써, 전도성 필터 절곡체 및 유전체 전극 사이에 강한 자기장이 형성되도록 한다.
이때, 고전압이 인가된 유전체 전극은, 부도체인 유전체 소재로 코팅이 되어 있으므로 접지된 전도성 다공체와 가까이 위치하거나 서로 닿아도 방전 스파크 현상이 발생되지 않는 것이 특징이다.
하전부는 코로나 방전장치 또는 이온발생장치로 구성될 수 있다. 하전부에 연결된 고전압 인가 장치에서 음극 또는 양극의 직류 고전압을 인가하여 외기 또는 내부 순환공기에 포함된 미세먼지를 음이온 또는 양이온으로 하전시킨다. 다음, 전도성 필터 유닛을 구성하는 전도성 필터 절곡체에는 접지를 그리고 전도성 필터 절곡체의 격벽과 격벽 사이에 위치하는 유전체 전극에는 상기 하전된 미세먼지와 극성과 같은 고전압을 인가하여 하전된 미세먼지가 전도성 필터 절곡체를 통과하면서 포집되게 한다.
본 실시예에서, 상기 전도성 필터모듈(110)을 통과하는 공기의 속도가 (surface velocity) 2 m/sec 이하일 때 상기 전도성 필터모듈로 인해 발생되는 정압손실이 70Pa 이하로 유지될 수 있다.
또한, 상기 전도성 필터모듈(110)은 전열 교환 환기 장치의 정격풍량인 10CMH 내지 800CMH에서 정압손실이 70Pa 이하로 유지될 수 있다.
아울러, 상기 전도성 필터 모듈(110)은, 10CMH 내지 800CMH 풍량의 외부 공기 또는 내부 순환 공기 중 입자상 오염 물질을 70% 내지 99.99% 제거할 수 있는 것일 수 있다.
본 실시예에서, 하전부(111)에 인가된 고전압의 극성과 전도성 필터 모듈(110)의 유전체 전극에 인가된 고전압의 극성은 동일하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 필터모듈(110)은 세척을 통해 재 사용이 가능한 것일 수 있다. 이때, 상기 세척은 예를 들면, 고압 가스 및 용액 중 적어도 하나를 이용하여 수행될 수 있다. 고압가스는, 예를 들면, 공기, 질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함할 수 있고, 용액은, 예를 들면, 물 및 알코올 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 실시예에서는 이와 같이 전도성 필터 모듈(110)의 재사용이 가능하기 때문에 필터의 수명이 연장되고 이에 따라 경제성을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 폐 필터 발생량을 현저하게 줄여 환경보호 차원에서도 많은 도움이 될 수 있다.
본 실시예에서 전도성 필터 모듈(110)은 도 1에 도시된 바와 같이, 외부 공기(OA)가 유입되는 유입구(101) 및 전열 교환 소자(120) 사이에 위치할 수 있다.
도 2는 도 1의 전열 교환 환기 장치를 이용한 환기 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
구체적으로, 도 2는, 일 실시예에 따른 전도성 필터모듈(110)이 장착된 전열 교환 환기 장치(100)를 운전하는 경우 실내에 깨끗한 공기가 공급되고 실내의 오염된 공기가 외부로 배출되는 과정을 나타내었다.
도 2를 참고하면, 실내공기는 전열 교환 환기 장치(100)에 설치된 배기 송풍기에 의해 전열 교환 환기 장치(100)로 유입(RA)되고 따뜻하거나 시원한 실내 공기는 전열 교환 소자(120)를 통과하며 전열 교환 소자(120)를 따뜻하게 또는 시원하게 만들어 준 후 외부로 배출(EA)된다.
이와는 반대로 외부 공기는 전열 교환 환기 장치(100)에 설치된 흡입 송풍기에 의해 전열 교환 환기장치로 유입(OA)되고 1차로 프리필터(140)를 통해 커다란 먼지, 낙엽, 벌레 등이 제거된 후 전도성 필터모듈(110)을 구성하는 하전부(111)를 통한 이온 결합을 통해 전기적 특성을 띠게 되는 미세먼지 하전과정이 일어난다.
이후 하전된 미세먼지는 접지된 전도성 필터 절곡체와 전도성 필터 절곡체의 마주보는 격벽 사이에 치한 양극의 2.0kV 직류전압이 인가된 유전체 전극 사이에 강한 전기장이 형성된 집진부(112)를 통과하며 대부분 포집된다. 이렇게 다량의 미세먼지가 제거된 청정공기는 RA에 의해 따뜻하거나 시원해진 전열 교환 소자(120)를 통과하며 차가운 공기(OA)는 따뜻하게 뜨거운 공기(OA)는 시원하게 되어 실내로 공급(SA)된다.
또한, 상기 환기 시스템에서, 실내 순환 공기는 상기 전열 교환 장치의 제2 송풍기에 의해 상기 전열 교환 장치로 유입된 후 바이패스 라인을 통해 외부 공기 유입구와 전열 교환 소자 사이로 유입되어 전도성 필터모듈과 전열교환 소자를 순서대로 통과해 다시 실내로 유입될 수 있다.
또한, 상기 환기 시스템에서, 실내 순환 공기는 상기 전열 교환 장치의 제2 송풍기에 의해 상기 전열 교환 장치로 유입된 후 바이패스 라인을 통해 외부 공기 유입구와 전열 교환 소자 사이로 유입되어 전열교환 소자와 전도성 필터모듈을 순서대로 통과해 다시 실내로 유입될 수 있다.
도 3은 다른 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 4는 도 3의 전열 교환 환기 장치를 이용한 환기 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예의 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에서, 전열 교환 환기 장치에 포함되는 전도성 필터 모듈(110)은, 전열 교환 소자(120) 및 제1 송풍기(131) 사이에 위치할 수 있다.
본 실시예와 같이 전도성 필터 모듈이 전열 교환 소자 및 제1 송풍기 사이에 위치하는 경우, 전도성 필터 모듈의 전면을 활용할 수 있기 때문에 외부 공기 유입구 및 전열교환소자 사이에 전도성 필터 모듈이 위치하는 경우보다 미세먼지 제거 효율이 보다 우수할 수 있다.
본 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에서, 전도성 필터 모듈(110)의 위치를 제외한 나머지 구성은, 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한 일 실시예의 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에서 설명한 것과 동일한 바, 동일한 부호를 사용하였으며 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 또 다른 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 6은 도 5의 전열 교환 환기 장치를 이용한 환기 시스템을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예의 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에서, 전열 교환 환기 장치에 포함되는 전도성 필터 모듈(110)의 하전부(111)는 외부 공기(OA)가 유입되는 유입구(101) 및 전열교환소자(120) 사이에 위치하고, 전도성 필터 유닛(112)는 상기 전열교환소자(120) 및 제1 송풍기(131) 사이에 위치한다. 도 5와 같은 구조는 좁은 공간의 전열 교환 환기 장치에 전도성 필터모듈을 효과적으로 배치하기 위한 방법으로, 작은 크기의 전열 교환 환기 장치의 경우 외기 유입구와 전열교환 소자 사이의 공간 또는 전열 교환 소자와 제1 송풍기 사이의 공간이 좁아 하전부와 집진부과 연달아 설치하기 불가능할 수 있다. 이런 경우 도 5와 같이 하전부 외기 유입구와 전열교환소자 사이에 설치하고 필터 유닛인 집진부는 전열교환소자와 제1 송풍기 사이에 놓이도록 설치할 수 있다.
본 실시예에 따른 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에서, 전도성 필터 모듈(110)에 포함되는 하전부(111) 및 전도성 필터 유닛(112)의 위치를 제외한 나머지 구성은, 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한 일 실시예의 전열 교환 환기 장치 및 이를 이용한 환기 시스템에서 설명한 것과 동일한 바, 동일한 부호를 사용하였으며 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
실시예
도 1 및 도 3의 구조를 갖는 전열 교환 환기 장치(100)의 미세먼지 제거 효율을 측정한 결과를 하기 실험예 1 및 실험예 2에 나타내었다.
실험예 1
도 1과 같은 구조의 전열 교환 환기 장치를 준비하였다.
구체적으로, 하전부(111)는 가로 280 mm, 세로 243mm, 두께 8mm의 크기를 지니며 0.1 mm 굵기의 텅스텐 와이어와 1 mm 두께의 스테인리스 접지판으로 구성되어 있다. 텅스텐 와이어와 스테인리스 접지판의 거리는 14 mm로 되어 있으며, 총 10줄의 텅스텐 와이어와 11개의 스테인리스 접지판으로 구성되어 있다.
전도성 필터 유닛(112)의 전도성 필터 절곡체로 사용된 알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 필터소재는 50데니아의 장섬유 폴리에스터 부직포로 1 m2의 넓이가 약 70g인 원료소재에 습식공정을 통해 알루미늄을 코팅한 소재이다. 해당 알루미늄 전도성 부직포 필터는 습식공정을 통해 알루미늄이 코팅되므로 원료소재인 부직포를 구성하는 단위섬유 한올 한올의 표면에 50nm 내지 200nm 두께의 알루미늄이 코팅되어 10Ω/sq 이하의 면저항이 구현된다.
또한 인체 독성이 있는 물질이 함유되어 있는지 확인하기 위해 RoHS 시험을 수행한 결과 RoHS 시험항목 중 유일하게 염소 성분만 검출됐으며 나머지 항목은 전부 미검출 되었다. 유일하게 검출된 염소성분은 140 ppm으로 기준치 보다 낮게 나타났다.
알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 필터는 격벽 높이 18 mm, 격벽간격 3.5 mm, 마주보는 격벽 사이의 공간 총 수가 82개로 구성되도록 절곡하여 그 크기가 가로 291 mm, 세로 270 mm, 두께 18 mm의 전도성 필터 절곡체가 만들어졌으며, 전도성 필터 절곡체의 마주보는 격벽 사이에는 모두 164개의 유전체 전극이 위치한다.
이렇게 만들어진 전도성 필터모듈(110)은 도 1과 같이 외부 공기가 유입되는 유입구 및 전열교환소자 사이에 위치시키고, 미세먼지에 대한 제거효율을 처리 풍량별로 측정하였다. 이 때 하전부(111)에는 하전부를 구성하는 텅스텐 와이어에 양극의 직류 고전압 6.5kV를 인가했으며 접지판은 접지처리 하였다. 전도성 필터 유닛(112)을 구성하는 알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 절곡체는 접지처리 하였으며 전도성 부직포 절곡체의 마주보는 격벽 사이에 위치하는 유전체 전극 전체에는 양극의 직류 고전압 2.0 kV를 인가하였다. 또한 전열 교환 환기 장치(100)의 필터부 구성은 외기가 들어오는 OA 입구에서부터 프리필터(pre-filter), 전도성 필터모듈(110), 탄소필터, 전열 교환 소자(120), 송풍기 순으로 설치하였으며, 처리 풍량은 각각 150 CMH, 200 CMH, 250 CMH, 300 CMH로 하였다.
결과는 하기 표 1에 나타내었다.
필터 모듈 설치 위치 풍량 [CMH] 미세먼지 제거효율 [%]
1 유입구(101) 및 전열교환소자(120) 사이에 위치 150 96.5
2 200 94.5
3 250 81.8
4 300 61.8
실험예 2
도 3과 같은 구조의 전열 교환 환기 장치를 준비하였다.
구체적으로, 전도성 필터모듈(110)을 전열교환소자(112) 및 제1 송풍기(131) 사이에 위치시키고 미세먼지에 대한 제거효율을 처리 풍량별로 측정하였다. 이 때 하전부에는 하전부(111)를 구성하는 텅스텐 와이어에 양극의 직류 고전압 6.5kV를 인가했으며 접지판은 접지처리 하였다. 전도성 필터 유닛(112)을 구성하는 알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 절곡체는 접지처리 하였으며 전도성 부직포 절곡체의 마주보는 격벽 사이에 위치하는 유전체 전극 전체에는 양극의 직류 고전압 2.0 kV를 인가하였다. 또한 전열 교환 환기 장치(100)의 필터부 구성은 외기가 들어오는 OA 입구에서부터 프리필터(pre-filter), 전열 교환 소자(120), 전도성 필터모듈(110), 탄소필터, 송풍기 순으로 설치하였으며, 처리 풍량은 150 CMH, 200 CMH, 250 CMH, 300 CMH로 하였다.
결과는 하기 표 2에 나타내었다.
필터 모듈 설치 위치 풍량 [CMH] 미세먼지 제거효율 [%]
1 전열교환소자(112) 및 제1 송풍기(131) 사이에 위치 150 99.3
2 200 97.7
3 250 93.5
4 300 90.3
표 1 및 표 2를 참고하면, 전도성 필터 모듈을 포함하는 도 1 및 도3의 구조를 갖는 전열 교환 환기 장치는 모두 미세먼지 제거 효율이 우수한 것을 확인할 수 있다.
또한, 전도성 필터 모듈은 도 3의 실시예와 같이 전열 교환 소자 및 제1 송풍기 사이에 위치하는 것이 전열교환 소자에 의해 전열교환환기장치 외기 유입구로 유입된 외기가 고르게 퍼져 전도성 필터 모듈의 전면을 통과할 수 있는 가능성이 높기 때문에 미세먼지 제거 효율이 더 우수한 것도 알 수 있다.
실험예 3
실험예 1 및 2에 사용된 전도성 필터모듈(110)을 구성하는 전도성 필터유닛 중 전도성 필터 소재인 알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 필터의 항균시험을 수행하였다.
시험방법은 KS K 0693:2016에 따라 시험 균주로 K. pneumoniae와 S. aureus에 대해 수행했으며, 항바이러스 시험을 ISO 18184에 따라 시험 바이러스로 인플루엔자 A 바이러스 [Influenza A(H1N1)]에 대해 수행하였다. 해당 알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 필터소재는 50 데니아의 장섬유 폴리에스터 부직포로 1 m2의 넓이가 약 70g인 원료소재에 습식공정을 통해 알루미늄을 코팅한 소재다.
해당 알루미늄 전도성 부직포 필터는 습식공정을 통해 알루미늄이 코팅되므로 원료소재인 부직포를 구성하는 단위섬유 한올 한올의 표면에 50nm 내지 200nm 두께의 알루미늄이 코팅되어 10Ω/sq 이하의 면저항이 구현된다.
또한 인체 독성이 있는 물질이 함유되어 항균 및 항바이러스 특성이 나타나는 것이 아닌지 확인하기 위해 RoHS 시험을 수행한 결과 RoHS 시험항목 중 유일하게 염소 성분만 검출됐으며 나머지 항목은 전부 미검출 되었다. 유일하게 검출된 염소성분은 140 ppm으로 기준치 보다 낮게 나타났다.
결과는 하기 표 3에 나타내었다.
시험항목 결과 [%]
(항균, 항바이러스 성능)		 시험방법
항균 K. Pneumoniae 99.99 KS K 0693:2016
S. aureus 99.99 KS K 0693:2016
항바이러스 Influenza A(H1N1) 99.56 ISO 18184
표 3을 참고하면, 본 실시예들의 전도성 필터모듈에 포함되는 전도성 필터 유닛을 구성하는 전도성 필터 소재인 알루미늄이 코팅된 전도성 부직포 필터는 항균 성능이 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 전열 교환 환기 장치
110: 전도성 필터 모듈
111: 하전부
112: 전도성 필터 유닛
120: 전열 교환 소자
131: 제1 송풍기
132: 제2 송풍기
140: 프리필터
101: 유입구

Claims (19)

  1. 외부 공기 또는 내부 순환 공기에 포함된 미세먼지를 전기적으로 하전시키는 하전부, 그리고
    상기 하전된 미세먼지를 포집하는 전도성 필터 유닛을 포함하는 전도성 필터 모듈;
    상기 전도성 필터 모듈을 통과한 외부 공기를 실내로 공급하는 제1 송풍기;
    상기 내부 순환 공기를 외부로 배출하는 제2 송풍기; 및
    상기 외부 공기, 상기 전도성 필터 모듈을 통과한 외부 공기, 또는 상기 내부 순환 공기와 에너지 교환을 수행하는 전열 교환 소자;
    를 포함하는 전열 교환 환기 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필터모듈을 통과하는 공기의 속도(surface velocity)가 2 m/sec 이하일 때 상기 전도성 필터모듈로 인해 발생되는 정압손실이 70Pa 이하인 전열 교환 환기 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필터 모듈은,
    10CMH 내지 800CMH 풍량의 외부 공기 또는 내부 순환 공기 중 입자상 오염 물질을 70% 내지 99.99% 제거할 수 있는 것인 전열 교환 환기 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필터 모듈은 세척을 통해 재 이용 가능한 것인 전열 교환 환기 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세척은 고압가스 및 용액 중 적어도 하나를 이용하여 수행되는 전열 교환 환기 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고압가스는,
    공기, 질소 및 아르곤 중 하나 이상을 포함하는 전열 교환 환기 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용액은,
    물 및 알코올 중 하나 이상을 포함하는 전열 교환 환기 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필터 유닛은,
    절곡부 및 상기 절곡부로 연결되며 마주보는 격벽을 포함하는 전도성 필터 절곡체, 그리고
    상기 마주보는 격벽 사이에 위치하는 유전체 전극을 포함하는 전열 교환 환기 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 필터 절곡체는 통전 가능한 소재로 구성된 다공체인 전열 교환 환기 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는, 부직포를 구성하는 단위 섬유 표면 전체에 알루미늄, 은, 구리 및 전도성 탄소 소재 중 적어도 하나를 이용하여 코팅된 코팅층이 형성된 것인 전열 교환 환기 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 통전 가능한 소재로 구성된 다공체는 90% 이상의 항균 및 항바이러스 특성이 구현되는 것인 전열 교환 환기 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 유전체 전극은,
    전도성 물질 및 상기 전도성 물질의 외부에 형성된 유전체 코팅층을 포함하는 것인 전열 교환 환기 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필터 모듈은,
    상기 외부 공기가 유입되는 유입구 및 상기 전열교환소자 사이에 위치하는 것인 전열 교환 환기 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 외부 공기 및 상기 내부 순환 공기가 혼합되지 않도록 공간을 구획하는 구조물을 더 포함하는 전열 교환 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 필터 모듈은,
    상기 전열교환소자 및 상기 제1 송풍기 사이에 위치하는 것인 전열 교환 환기 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 하전부는 상기 외부 공기가 유입되는 유입구 및 상기 전열교환소자 사이에 위치하고,
    상기 전도성 필터 유닛은 상기 전열교환소자 및 상기 제1 송풍기 사이에 위치하는 것인 전열 교환 환기 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전열 교환 소자는,
    전열교환효율이 난방기준 70% 이상이고, 냉방기준 40% 이상인 전열 교환 환기 장치.
  18. 제1항의 전열 교환 장치를 이용하여 정화된 외부 공기를 실내로 공급하는 환기 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    실내 순환 공기는 상기 전열 교환 장치의 제2 송풍기에 의해 상기 전열 교환 장치로 유입된 후 전열 교환 소자를 통과한 후 외부로 배출되는 것인 환기 시스템.

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