KR20230050521A - 광열효과에 의한 이중살균 필터 내장형 열회수 환기시스템 및 이를 이용한 결로방지 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 실내 공기질 향상을 위한 필터 시스템에 관한 것으로서, 가시광선 또는 근적외선을 발생시키는 LED 모듈; 상기 가시광선 또는 상기 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열에 의한 광열 효과로 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균필터; 및 상기 LED 모듈 및 상기 살균필터를 둘러싸고, 공기를 전달하는 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구로부터 외부 공기를 전달받아 필터링하여 상기 출구로 배출하는 프레임을 포함하고, 상기 LED 모듈에서 발생하는 열에너지를 상기 프레임으로 전달하여 상기 프레임의 온도를 조절하고, 상기 프레임상에 형성되는 결로를 방지하는, 이중살균 필터 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 실시예는 가시광 또는 근적외선이 조사된 나노 입자가 발생시키는 열에 의해 살균이 가능한 필터를 내장하는 열회수 환기시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 발광다이오드(LED)에서 발생하는 광 에너지와 열 에너지를 모두 활용하여 박테리아 및 바이러스를 사멸시킴과 동시에 열 에너지를 재활용할 수 있는 시스템 및 이를 활용한 결로방지 기술에 관한 것이다.
실내 공기질 향상을 위한 다양한 필터 기술은 일반적으로 공기 중에 떠다니는 미세먼지 등의 미립자를 여과 기능을 가지는 필터를 통해 제거하며, 일례로 종이 필터, 부직포 필터는 미세먼지 입자보다 작은 여과망을 사용하여 미세먼지를 포집하고 있다.
종래의 공기청정필터는 세균 및 바이러스를 사멸시키지 않고 단순히 필터의 집진효과로 필터에 포집된 상태로 존재하여 세균의 번식 위험, 결로에 의한 곰팡이 증식과 이를 기반으로 한 바이러스의 증식 등의 문제를 발생할 수 있다. 예를 들어, 공기청정필터에 주로 사용되는 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Air) 필터는 섬유로 제작되어 세균 번식의 위험성이 높으며, 바이러스의 제거가 쉽지 않다.
이를 위하여 자외선(UV)를 이용한 세균 및 바이러스 제거하는 시도들이 제안되고 있지만, 자외선(UV)의 물리적 특성의 한계로 인하여 필터의 표면이 아닌 필터의 내부(크레바스, Crevasse)에서는 세균, 바이러스 등의 제거가 사실상 불가능하다는 한계점이 있다.
필터를 포함하는 필터 시스템은 다양한 환기장치와 공조장치 등에서 널리 활용되고 있다. 특히, 열회수 환기장치는 배기되는 공기의 폐열을 외부 공기와 열교환하는 방식을 채택하고 있으며, 외부에서 유입되는 저온의 공기에 의해 환기장치의 표면에서 발생하는 결로를 방지하기 위해 별도의 히터를 통해 유입되는 저온의 공기를 사전에 가열하여야 한다.
별도의 히터를 통해 저온의 공기를 사전에 가열하는 과정에서 열효율이 감소하게 되고, 별도의 히터 및 방열장치를 설치하여야 하므로 필터 시스템의 부피가 증가하게 되고, 필터를 배치하기 위한 내부 구조의 복잡성이 증가하게 된다.
종래의 필터 시스템은 필터와 열회수 환기장치를 연계하여 열경로를 형성하지 않고, 필터에 존재하는 박테리아 및 바이러스 제거를 고려하지 않는다는 한계점이 있다. 특히, 필터에 포집된 박테리아, 바이러스 등이 완전히 사멸되지 않고 유지되는 경우 박테리아, 바이러스의 증식으로 인해 발생하는 필터의 2차 오염 문제는 사용자의 건강에 심각한 위협으로 작용하게 된다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, LED 모듈에서 자외선을 조사하여 세균, 바이러스 등을 1차적으로 제거하고, 나노 입자에 의해 발생한 열로 잔존하는 세균, 바이러스 등을 2차적으로 제거하는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 가시광선 또는 근적외선을 발생시키고, 나노 입자에 의해 발생한 열로 세균, 바이러스 등을 제거하는 살균필터를 포함하는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 발광다이오드(LED)에서 발생하는 광 에너지와 열 에너지를 모두 활용할 수 있는 환기 및 필터 시스템을 제공하고, 열 에너지를 재활용하여 열효율을 개선시킬 수 있는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 별도의 히터를 구비하지 않고 외부에서 공급되는 공기에 의한 결로 발생을 방지함과 동시에, LED 모듈의 에너지 효율 저하를 개선할 수 있는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 공기질 향상을 위한 필터 시스템에 관한 것으로서, 가시광선 또는 근적외선을 발생시키는 LED 모듈; 상기 가시광선 또는 상기 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열에 의한 광열 효과로 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균필터; 및 상기 LED 모듈 및 상기 살균필터를 둘러싸고, 공기를 전달하는 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구로부터 외부 공기를 전달받아 필터링하여 상기 출구로 배출하는 프레임을 포함하고, 상기 LED 모듈에서 발생하는 열에너지를 상기 프레임으로 전달하여 상기 프레임의 온도를 조절하고, 상기 프레임상에 형성되는 결로를 방지하는, 이중살균 필터 시스템을 제공할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 이중살균 필터 시스템은 별도의 방열장치를 포함하지 않을 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 복수 개의 필터 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 상기 프레임으로 열을 전달할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 상기 살균필터로 자외선을 전달하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈의 주변에 형성되는 온도 데이터를 획득하고, 상기 공기의 온도 변화를 측정하여 상기 살균필터의 상기 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, 또는 (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 이중살균 필터 시스템에서 상기 나노 입자는 (1) 탄소나노파이버, 탄소나노튜브 등의 탄소중합체 (2) 폴리피롤(PPy: Polypyrrole) 등의 유기복합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 전기방사에 의해 형성되고, 상기 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및 상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 더 포함하고, 상기 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자를 포함할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 형광 물질은 야그(YAG) 형광체이고, 상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 다른 측면에서, 이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에 있어서, LED 모듈에 의해 생성된 광을 내부의 하나 이상의 필터에 조사하는 단계; 상기 LED 모듈에서 발생한 중에서 자외선 파장대의 광이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 1차 살균단계; 상기 광 중에서 자외선 파장대의 광 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 가시광 방출 단계; 상기 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및 상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 2차 살균단계를 포함하고, 상기 필터 시스템은 별도의 히터를 포함하지 않고, 상기 LED 모듈에서 발생한 열을 내부에서 수집하는, 방법을 제공할 수 있다.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 일 표면에 복수 개의 방열 핀(fin)을 포함하여 외부에서 공급되는 공기로 열에너지를 전달할 수 있다.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달할 수 있다.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열할 수 있다.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 복수 개의 필터 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 상기 프레임으로 열을 전달할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 별도의 히터를 포함하지 않고, 내부의 LED에서 발생하는 열 에너지를 재활용하는 필터 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 자외선을 통해 세균 및 바이러스을 제거함과 동시에 나노 입자에 의해 발생한 열로 세균 및 바이러스를 제거하는 필터 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, LED 모듈에서 발생하는 광을 활용하여 나노입자를 통한 광열효과에 의한 박테리아(세균), 박테리아 등의 살균을 도모할 수 있고, LED 모듈에서 발생하는 열을 활용하여 내부의 열경로 형성을 통해 별도의 히터를 포함하지 않고 결로 발생을 방지할 수 있으므로, 전체 필터 시스템의 에너지 효율을 개선할 수 있는 필터 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 필터의 코팅된 표면을 나타낸 도면이다.
도 3은 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.
도 4는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 나노 입자가 분사된 필터의 표면을 비교한 도면이다.
도 7은 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.
도 9는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 필터 시스템의 위치별 압력 변화를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9의 필터 시스템의 위치별 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 12는 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.
도 13은 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.
도 14는 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.
도 15는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 16는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 17는 나노 파이버 형성을 위한 방사기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.
도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.
도 19는 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.
도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.
도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 22는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 2는 필터의 코팅된 표면을 나타낸 도면이다.
도 3은 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.
도 4는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 나노 입자가 분사된 필터의 표면을 비교한 도면이다.
도 7은 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.
도 9는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 필터 시스템의 위치별 압력 변화를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9의 필터 시스템의 위치별 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 12는 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.
도 13은 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.
도 14는 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.
도 15는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 16는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 17는 나노 파이버 형성을 위한 방사기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.
도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.
도 19는 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.
도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.
도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 22는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명의 구성요소 중 필터 시스템으로 정의되는 용어는, 환기 및 필터 시스템의 의미로 혼용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상으로 설명되는 필터를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 필터 시스템은 제1 필터(100), 제2 필터(200), 제3 필터(300)를 포함할 수 있고, 각 필터의 배치 순서, 종류, 개수는 이에 제한되지 않는다.
필터 시스템은 필터를 포함하는 임의의 시스템-예를 들어, 열회수가 가능한 환기 시스템, 공조 시스템 등으로 정의될 수 있다.
제1 필터(100)은 자외선 램프(미도시)에 의해 발생한 자외선을 전달받아 박테리아 또는 세균을 제거할 수 있고, 살균필터 등으로 정의될 수 있다.
제1 필터(100)는 필요에 따라 제2 필터(200), 제3 필터(300)과 분리된 별개의 필터일 수 있고, 필요에 따라 하나의 구조의 일부일 수 있다.
자외선 램프(미도시)의 종류는 자외선을 발생시킬 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않으며, 발광다이오드(LED) 모듈에서 자외선 파장대의 광을 발생시키는 것으로 정의될 수 있다.
제1 필터(100)는 조사된 자외선에 의해 발생하는 산화(Oxidation) 반응이 살균 작용에 활용될 수 있다. 바이오 에어로졸은 세균, 박테리아, 바이러스를 포함할 수 있고, 공기중에 부유하는 바이오 에어로졸은 제1 필터(100) 또는 제2 필터(200)에 의해 제거될 수 있다.
자외선의 파장 범위에 따라 일반적으로 UV-C에 의해 광화학적 반응이 DNA와 RNA에서 발생하게 된다. UV-C에 노출된 DNA, RNA는 비활성화되어 재생산(reproduce)가 더 이상 발생하지 않게 된다. UV-B, UV-A에 노출된 단백질 또는 지질은 산화(oxidation)되어 세포의 죽음을 유발할 수 있다.
가시광 영역 중 청색 계열의 광(blue light)는 박테리아의 성장을 막을 수 있고, 이는 박테리아 세포에 독성을 가지는 산소 생성 반응(generation of reactive oxygen species)을 촉진하여 성장을 막을 수 있다.
제2 필터(200)는 나노 입자에 의해 발생하는 열에 의해 살균작용을 발생시키는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 제2 필터(200)는 필요에 따라 살균필터 등으로 정의될 수 있다.
제2 필터(200)의 표면에는 하나 이상의 나노 입자가 분산되거나 필터의 가닥 또는 나노파이버에 나노입자가 포함되어 있을 수 있다. 예시적으로, 나노 파이버 내부 공간상에 나노 입자가 내부에 배치될 수 있다. 제2 필터(200)는 필요에 따라 다양한 표면, 내부, 주변부 등의 구조 또는 배치를 가질 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자는 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR) 특성을 가지는 것이면 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 제2 필터(200)는 빛의 파장보다 작은 크기의 나노 금속의 표면에서 빛과 상호작용에 의해 발생 국소 표면 플라즈몬 공명 현상(Localized Surface Plasmon Resonance)을 발생시킬 수 있다.
표면 플라스몬 공명(SPR)은 전달되는 광에 의해 금속 표면의 전하 분포에 상호작용이 일어나고, 금속 표면에 형성되는 근접장을 발생시키는 현상을 말한다. 전달되는 광의 특성, 금속 표면의 특성에 따라 발생되는 근접장을 조절할 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자는 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다. 제2 필터(200)의 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te일 수 있고, 위 조합의 나노 입자 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자는 (1) 탄소나노파이버, 탄소나노튜브 등의 탄소중합체 (2) 폴리피롤(PPy: Polypyrrole) 등의 유기복합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자는 금속 그 자체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있고, 금속의 절연체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자는 금속-반도체 계열에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있고, 반도체 그 자체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자에 가시광선 또는 근적외선이 전달되는 경우 나노 입자는 표면 플라스몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 발생하는 열에 의해 세균, 바이러스를 제거할 수 있다. 박테리아가 일정 온도 이상으로 일정 시간 이상 노출될 경우 파괴되거나 탈(burning) 수 있다. 이러한 현상을 광열효과(photo-thermal effect)로 정의될 수 있다.
제2 필터(200)의 나노 입자에 의한 광열효과는 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선이 직접적으로 나노 입자에 조사되거나 자외선의 조사 후 형광체에 의한 가시광선 또는 근적외선 발생(emission)에 의해 나노 입자에 가시광이 전달될 수 있다.
자외선, 가시광선, 근적외선은 외부의 자연광일 수 있고, 필요에 따라 설치된 광원에 의해 조사될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
예시적으로, 자연광에 포함된 가시광이 필터에 전달되어 광열 효과(photo-thermal effect)를 발생시킬 수 있다. 또 다른 예시적으로, 자연광에 포함된 자외선이 필터에 전달되어 형광체 물질에 의해 가시광으로 변환될 수 있다.
자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선이 직접적으로 나노 입자에 조사되는 경우 나노 입자는 광열효과에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선만으로 광열효과를 발생시킬 수 있다.
제1 필터 또는 제2 필터(100, 200)는 형광 물질을 포함할 수 있다. 형광 물질은 전달된 광 또는 빛을 전달받아 광 또는 빛을 변환시킬 수 있는 물질로 선택될 수 있다. 예시적으로, 형광 물질은 야그(YAG) 또는 야그 형광체일 수 있다. 야그 형광체는 YAG:
, YAG:Nd 등일 수 있다.
제1 필터 또는 제2 필터(100, 200)의 형광체에 자외선이 조사되는 경우 형광체가 자외선을 가시광선 또는 근적외선으로 변환하고, 발생한 가시광선이 나노 입자에 조사되어 광열효과에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 자외선만을 사용하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 경우 보다 세균, 박테리아, 바이러스의 제거효율을 향상시킬 수 있다. 자외선을 가시광선 또는 근적외선으로 변환하여 나노입자에 열을 발생시키는 과정을 추가하면 1차적으로 자외선에 의한 살균을 할 수 있고, 변환된 가시광에 의해 2차적으로 광열 효과에 의한 살균을 할 수 있다. 전술한 살균 방법을 이중살균 방법으로 정의할 수 있다.
제2 필터(200)에 자외선이 조사될 수 있고, 자외선은 형광 물질로 전달될 수 있다. 이 경우 형광 물질은 자외선(UV)에 반응하고, 가시광(Visible light)으로 변환하여 방출(emission)시키는 역할을 수행할 수 있다. 방출된 가시광은 나노 입자로 전달될 수 있고, 나노 입자는 가시광과 반응하여 표면 플라스몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생시킬 수 있다.
제2 필터(200)에 가시광선 또는 근적외선이 조사될 수 있고, 나노 입자가 가시광선 또는 근적외선과 직접 반응하여 표면 플라스몬 공명(SPR) 또는 이와 유사한 효과를 발생시키는 다양한 기전에 의해 열을 발생시킬 수 있다.
예시적으로, 나노 입자는 금속 나노 입자로서 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)일 수 있다.
금속 나노 입자는 시드(seed)로부터 크기를 키우는 과정을 통해 적절한 크기를 설정할 수 있다. 예를 들어, 금(Au) 나노 입자의 시드(seed)는 10nm에서 최종 사이즈를 100nm로 키울 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제2 필터(200)에 자외선이 세균에 직접 조사되어, 세포벽을 파괴하는 등 1차적으로 살균 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광으로 변환되고, 변환된 가시광에 의해 반응한 나노 입자들이 2차적으로 세균 및 바이러스를 제거하는 이중 살균 효과를 발생시킬 수 있다.
세균 또는 바이러스 제거 성능은 공기 중 부유균 감소 확인 실험을 통해 확인할 수 있고, 시료 중의 균 감소율을 측정하여 계산할 수 있다.
제2 필터(200)의 형광체 물질에 자외선이 전달될 수 있다. 이 경우 자외선(UV)는 형광물질에 의해 파장의 변화(Wavelength Shift)가 발생하게 되고 가시광 또는 근적외선을 발생시킬 수 있다. 또한, 자외선(UV)는 삼중결합에 의한 밴드 갭(band gap)을 조정하여 가시광 또는 근적외선을 발생시킬 수 있다. 이는 반도체 밴드갭 공정에 의한 것으로 자외선에 의한 오존 발생 증가를 억제하고 가시광에 의한 오존 발생 억제를 유도할 수 있다.
기존의 광촉매 방식은 자외선을 조사할 경우 정화 물질이 생성되지만, 자외선이 산소와 반응하여 오존을 발생시키는 문제점이 존재한다.
제2 필터(200)의 표면의 일부는 광촉매에 의해 코팅되고, 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성할 수 있다.
일 실시예에 따라, 
, 
, GO 등에 의해 삼중 결합을 통한 밴드갭 (band gap) 제어를 할 수 있다. 밴드갭 특성에 의해 물질 속에서 전자가 존제하는 에너지 레벨에 의한 자유전자의 이동을 조절할 수 있다. 이 경우 섬유 또는 파이버의 표면에 작용기를 생성하여 광촉매 코팅을 시도할 수 있고, 섬유 구조 변화로 소수성을 증대시킬 수 있다.
제3 필터(300)는 일반적인 필터가 채택될 수 있고, 또는 마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 필요에 따라 제3 필터(300)는 마찰전기 필터 또는 폴리머 필터 등으로 정의될 수 있다.
폴리머 재료는 공기와의 마찰로 마찰전기를 발생시키며, 마찰전기에 의해 미세먼지(1), 박테리아(3), 바이러스(5) 등의 유해 물질을 제거할 수 있다. 마찰전기에 의한 필터는 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해 물질을 집진 또는 포집하여 제거할 수 있다.
제3 필터(300)는 흡착면의 마찰전기 발전을 통해 대전된 표면을 이용하여, 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해물질을 집진 또는 포집하는 필터를 제공할 수 있다. 박테리아 및 바이러스와 같은 바이오 에어로졸의 경우 표면의 전하로 인하여 마찰전기로 대전된 필터에 쉽게 포집될 수 있다.
제3 필터(300)는 음이온을 가질 수 있고, 양이온을 가지는 미세먼지(1), 박테리아(3), 바이러스(5) 등의 유해 물질을 정전기적 인력에 의해 흡착시키거나 당길 수 있다.
제3 필터(300)의 폴리머 재료는 마찰전기 발생에 용이한 재료일 수 있고, 자외선, 가시광선, 근적외선 조사에 따른 변성이 없는 재료로 적절하게 선택될 수 있다.
제3 필터(300)의 폴리머 재료는 형광 물질과 분리된 형태로 각각 형성될 수 있으나, 형광 물질을 포함하여 폴리머 복합체를 형성할 수도 있다.
필터 시스템은 제1 필터(100), 제2 필터(200), 제3 필터(300) 중 하나 이상을 포함하는 것으로서, 전술한 기능의 전부 또는 일부를 구현하는 필터 시스템일 수 있다.
도 2는 필터의 코팅된 표면을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 제2 필터(200)의 파이버(210)는 프레임(211), 코팅부재(212), 분산 물질(215) 등으로 형성될 수 있다.
프레임(211)은 파이버(210)의 형태를 유지시키는 역할을 하며, 필요에 따라 원형 또는 다각형의 표면을 가진 형태로 선택될 수 있다.
코팅부재(212)는 프레임(211)의 내구성을 향상시키기 위한 부재일 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다. 프레임(211)의 표면의 전부 또는 일부는 광촉매에 의해 코팅되고, 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성할 수 있다.
분산 물질(215)은 필요에 따라 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다. 분산 물질(215)은 살균 능력을 향상시키기 위한 금속 이온 등의 향균 물질일 수 있다.
분산 물질(215)의 분산 형태는 일정한 두께로 도포되어 코팅부재(212)로 정의될 수 있고, 필요에 따라 불규칙한 형태로 분산되어 있을 수 있다. 분산 물질(215)의 도포방법으로 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 스프레잉(spraying) 등의 방법이 사용될 수 있다.
분산 물질(215)가 향균 입자인 경우, 전처리 향균 입자 고착법에 의해 고착될 수 있고, 또는 후가공에 의한 향균 입자 표면 고착법에 의해 고착될 수 있다.
향균 입자는 박테리아, 바이러스 포집 물질로 CNT, 
, ZnO, CdS, 
등이 사용될 수 있다.
도 3은 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 제2 필터(200)의 제거 대상은 미세먼지(1), 또는 세균(3), 또는 바이러스(5)일 수 있고, 유해 물질이면 필터의 제거 대상으로 제한되지 않는다.
제2 필터(200)는 미세먼지(1) 제거를 위한 필터(A)일 수 있다.
제2 필터(200)는 세균(3) 제거를 위한 필터(B)일 수 있다. 예시적으로, 세균(3) 제거를 위해 자외선(10)을 조사할 수 있다. 자외선(10)이 직접 세균(3)에 전달되어 세포벽 또는 DNA가 직접 파괴될 수 있다.
제2 필터(200)는 바이러스(5) 제거를 위한 필터(C)일 수 있다. 예시적으로, 바이러스(3) 제거를 위해 가시광(20)을 조사할 수 있고, 가시광(20)을 전달받은 나노 입자는 열을 발생시켜 바이러스를 제거할 수 있다.
도 4는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 자외선(10)을 조사하는 제1 필터(400), 마찰전기로 미세먼지를 제거하는 제3 필터(500), 형광체 물질 및 나노 입자를 포함하는 제2 필터(600), 마찰전기로 미세먼지를 제거하는 제3 필터(500)의 등의 다양한 순서로 필터 시스템을 형성할 수 있다.
필터 시스템에서 하나 이상의 제1 필터(500), 하나 이상의 제2 필터(400), 하나 이상의 제3 필터(600)의 순서는 필요에 따라 변경될 수 있다.
필터 시스템에서 제1 필터(500), 제2 필터(400), 제3 필터(600)은 별개의 필터로 형성될 수 있고, 필요에 따라 하나의 필터로 형성될 수 있다.
필터 시스템은 나노 섬유를 활용한 미세먼지 필터, 광촉매에 의한 탄소층(GO, Graphene oxide) 필터, 안티 바이오 필터 중 하나 이상과 결합하여 사용될 수 있다.
필터 시스템은 공기중의 미세먼지를 포집함과 동시에 바이오 에어로졸을 제거할 수 있다. 또한, 필터 시스템은 광촉매 반응(photocatalytic reaction)을 추가로 포함하여 필터의 효능을 증대시킬 수 있다.
도 5는 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 방사기기(50)은 니들(51)을 포함할 수 있다.
방사기기(50)은 폴리머(polymer) 재료 등의 필터의 재료를 니들(51)을 통해 방사시켜 필터(700)을 형성할 수 있다. 필터(700)는 방사기기(50)에 의해 형성된 나노 파이버(710)를 포함할 수 있다.
니들(51)의 말단부에서는 테일러 콘(Taylor Cone) 형상으로 폴리머 등의 재료가 방사될 수 있다.
전기 방사에 의한 나노 파이버(710)는 필터의 표면에 부착되거나, 또는 부착되지 않고 독자적으로 필터 여재로 활용될 수도 있다.
전기 방사의 조건에 따라 나노 파이버의 형태, 물성, 배치를 달리할 수 있다. 예시적으로, 전압, 니들(needle)의 사이즈, 팁(tip)과 콜렉터(collector) 사이의 거리, 폴리머 용액의 양(amount) 또는 유속(flow rate), 농도 등에 따라 적절하게 방사 조건이 설정될 수 있다.
예시적으로, 니들(needle) 사이즈가 20G 인 경우 1 내지 10 마이크로미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 발생할 수 있다.
다른 예시로, 니들(needle) 사이즈가 22G 인 경우 0.5 내지 5 마이크로 미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 거의 발생하지 않을 수 있다.
도 6은 나노 입자가 분사된 필터의 표면을 비교한 도면이다.
도 6을 참조하면, 필터(700)의 일부 또는 나노파이버(710)에 나노 입자가 분사될 수 있다. 일 실시예에 따라, 나노 입자(720)는 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다.
도 7은 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 필터(900)는 외부 공기를 순환시키는 제1 유동 통로(810)와 연결되어 있을 수 있고, 또한 필터(900)는 제1 유동 통로와 분리되어 내부 공기를 순환시키는 제2 유동 통로(820)와 연결되어 있을 수 있다.
필터(900)는 공기질 개선 과정에서 비용을 절감할 수 있다. 유해물질 제거 후 재순환하는 공기조화 설비를 통해, 외부 공기 환기량을 최소화하여 냉난방 부하를 줄일 수 있다.
필터(900)에 의한 재순환 공기 조화 설비는 외부 공기로 환기하는 공기조화-환기 설비보다 설비 운영 공정 비용이 낮을 수 있다. 이 경우 실내 공기질 관리 설비가 차지하는 공간이 작고 장치비가 저렴해질 수 있다.
일 실시예에 따라, 제1 유동 통로(810)에 따라 실외의 공기를 필터(900)에 통과시켜 신선한 공기를 공급할 수 있고, 제2 유동 통로(820)에 따라 실내의 공기를 필터(900)에 통과시켜 실내로 공기를 배출할 수도 있다.
도 8은 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 필터에 의한 이중 살균 방법(1000)은 자외선 조사 단계(S1010), 1차 살균 단계(S1020), 가시광 방출 단계(S1030), 열 발생 단계(S1040), 2차 살균 단계(S1050)을 포함할 수 있다.
자외선 조사 단계(S1010)는 자외선 램프 또는 LED 모듈에 의해 생성된 자외선을 필터에 조사하는 단계이다.
1차 살균 단계(S1020)는 조사된 자외선이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계이다.
가시광 방출 단계(S1030)는 조사된 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 단계이다.
열 발생 단계(S1040)는 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생 단계이다.
2차 살균 단계(S1050)는 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계이다.
도 9는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 필터 시스템(2000)은 프레임(2010), LED 모듈(2020), 살균필터(2030) 등을 포함할 수 있다.
프레임(2010)은 필터 시스템(2000)의 구조를 형성하기 위한 구조체일 수 있고, LED 모듈(2020), 살균필터(2030) 등의 내부 구성을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.
프레임(2010)은 외부의 공기를 필터 시스템(2000)의 내부로 전달하는 입구(2011) 및 내부의 공기를 필터 시스템(2000)의 외부로 전달하는 출구(2012) 등을 포함할 수 있다.
LED 모듈(2020)은 다양한 파장의 광을 생성하기 위한 모듈일 수 있으며, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등을 포함하는 모듈일 수 있다.
LED 모듈(2020)이 적외선, 자외선, 자외선 등의 다양한 파장의 광을 개별적으로 또는 동시에 발생시킬 수 있다.
LED 모듈(2020)에 의해 발생하는 광을 살균필터(2030)으로 전달하여, 전술한 필터에서 각 파장대의 광에 의해 발생하는 다양한 효과들을 발생시킬 수 있다.
LED 모듈(2020)은 필터 시스템(2000)의 동작-예를 들어, 제습모드, 살균모드 등의 다양한 동작 모드-에 따라 LED를 선택적으로 온/오프 시키거나, 광 출력을 조절할 수 있다.
살균필터(2030)는 LED 모듈(2020)으로부터 가시광선, 근적외선 등의 광을 전달받고, 살균필터(2030)의 나노 입자는 광열효과에 의해 전달받은 광에 따라 발열반응을 발생시켜 세균, 박테리아, 바이러스를 제거할 수 있다.
LED 모듈(2020)은 전기적 에너지를 빛 에너지 또는 열 에너지로 변환시키므로, 열 에너지가 프레임(2010)으로 전달되어 필터 시스템(2000)에 발생하는 결로를 발생시킬 수 있다.
LED 모듈(2020)은 프레임(2010)의 입구(2011)에 배치되어 입구(2011)로 전달되는 저온의 외부공기를 가열함으로써 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
LED 모듈(2020)은 열경로를 통해 프레임(2010)으로 열을 전달할 수 있고, 필터 시스템(2000)이 복수 개의 필터를 포함하는 경우, 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 프레임(2010)으로 열을 전달할 수 있다.
필터 시스템(2000)은 LED 모듈(2020)에서 발생하는 빛과 열을 동시에 활용하여, 박테리아, 박테리아 등을 박멸함과 동시에 에너지 효율을 개선할 수 있다.
필터 시스템(2000)은 시스템 내부의 온도보다 낮은 외부의 공기가 유입되어 발생하기 위해 유입구에 별도의 히터를 설치하지 않고, 내부에 배치된 LED 모듈(2020)에 의해 열 에너지를 재활용할 수 있으므로 추가적인 장치의 설치 없이도 외부의 공기 유입으로 인한 결로를 효과적으로 방지할 수 있다.
필터 시스템(2000)은 히터의 구동에 발생하는 연료 및 전력 소비량을 감소시킬 수 있으므로, 보다 친환경적인 열회수 환기 시스템을 구현할 수 있다.
만약, LED 모듈(2020)에 의한 공기의 가열 속도를 증가시키거나 충분한 발열량을 발생하기 위하여, 히터(미도시)를 보조적으로 사용하여 공기의 가열 상태를 개선할 수 있다.
즉, 필터 시스템(2000)은 실내에 설치되어 오염된 공기를 외부의 신선한 공기로 교체하는 제1 기능과, 폐열 회수기능을 통해 에너지 효율을 향상시키는 제2 기능을 동시에 구현하는 스마트 필터 시스템으로 정의될 수 있다.
도 10은 도 9의 필터 시스템의 위치별 압력 변화를 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 필터 시스템(2000)의 입구(2011)에서 출구(2012)까지 압력이 점차적으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 입구 부근에 설치된 헤파 필터에 의해 대부분의 압력 감소가 발생할 수 있다.
도 11은 도 9의 필터 시스템의 위치별 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 11을 참조하면, 필터 시스템(2000)의 입구(2011)에서 출구(2012)까지 온도 변화에 관한 데이터를 획득할 수 있다.
필터 시스템(2000) 내부의 온도 데이터를 획득하고, 유입되는 공기의 온도 변화 또는 내부 구성요소의 온도 변화를 측정하여 살균필터(2030)의 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절할 수 있다. 이 경우, LED 모듈(2020)의 발열량 또는 유입공기의 온도 등의 다양한 지표를 변수로 활용하여 시스템 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.
필터 시스템(2000)의 LED 모듈(2020)에서 발생하는 광은 살균필터(2030)으로 전달될 수 있고, LED 모듈(2020)에서 발생하는 열은 프레임(2010) 내부의 공간으로 전달될 수 있다.
LED 모듈(2020)에서 발생하는 열의 전달을 원활하게 하고, 열 효율을 향상시키기 위하여 열경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 필터 시스템(2000)이 하나 이상의 필터 또는 필터의 구성(2041, 2042)을 포함하는 경우, 이들에 의해 프레임(2010)의 표면의 방향-예를 들어, 공기의 순환방향과 수직의 방향-으로 열이 전달되어 프레임(2010)에서 발생하는 결로를 방지할 수 있다.
또한, LED 모듈(2020)의 표면에 방열을 위한 핀(fin) 구조체를 형성하여, 열 전달의 방향 또는 효율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 핀(fin) 구조체는 시스템 내부의 공기에 열을 효과적으로 전달하는 구조체일 수 있다.
즉, LED 모듈(2020)에서 발생하는 빛 에너지-예를 들어, 가시광 또는 자외선 등-를 살균필터(2030)으로 전달함과 동시에 LED 모듈(2020)에서 발생하는 열 에너지를 프레임(2010) 또는 필터 시스템(2000)의 내부의 공간으로 전달하여 살균 효과와 열효율 개선 효과를 동시에 얻을 수 있다.
필터 시스템(2000)에서 사용되는 필터는 전술한 도 1 내지 8의 필터 중 하나 이상이 채택된 것일 수 있다.
도 12는 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 나노 입자의 파장별 광 흡수율 변화를 확인할 수 있다. 금속 나노 입자의 경우 535nm에서 최대 흡수를 나타낼 수 있다.
예시적으로, 
에 레이저를 조사한 경우 인산완충생리식염수(PBS)에 레이저를 조사한 경우보다 높은 온도를 확인할 수 있다. 이 경우 조사되는 레이서 광의 파장에 따라 온도 변화가 달라질 수 있다.
예시적으로, 금(Au) 나노 입자에 대해 파장을 달리하여 조사한 경우 535nm 내외에서 높은 흡수율을 가질 수 있다.
도 13은 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.
도 13을 참조하면, 금(Au) 나노 입자 및 산화 구리(CuO)의 표면을 확인할 수 있다.
도 14는 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.
도 14를 참조하면, 일반적인 헤파 필터 및 금속 나노 입자를 분사한 헤파 필터의 농도별 표면을 확인할 수 있다.
금속 나노 입자는 순수한 물에 희석될 수 있고, 물과 에탄올이 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 등의 다양한 비율로 혼합된 용액에 의해 분사될 수 있다. 농도별 표면 형태의 차이가 광열효과의 차이를 발생시킬 수 있다. 광열 효과를 발생시킬 수 있는 농도로 용액의 농도를 적절하게 희석할 수 있으며, 용액의 종류도 제한되지 않는다.
필터의 나노입자는 물과 적정 비율로 혼합하여 분사(spray) 및 코팅(coating)할 수 있다. 다른 실시예에 따라 나노 입자는 물, 에탄올의 혼합 용액을 적정 비율로 혼합하여 분사 및 코팅할 수 있고, 혼합 용액의 종류는 광열효과의 증가시키기 위해서 적절히 선택할 수 있는 물질이면 제한되지 않는다.
예를 들어, 532nm 녹색 레이저를 조사한 경우 광열 효과(photothermal effect)을 확인하기 위해 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 측정할 수 있고, 물과 에탄올의 혼합 비율이 1:1인 경우에 높은 온도 변화를 나타낼 수 있다. 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 계산하고, 목표 온도 또는 최적의 온도를 설정하기 위하여 혼합 비율을 적절하게 설정할 수 있다.
예시적으로, 532nm 녹색 LED를 조사한 경우 광 파워(optical power)를 변경하여 온도 변화를 측정할 수 있다. 이 경우 광원을 켠 후 10초 후의 온도를 측정하여, 광 파워(optical power)에 따른 온도 변화를 측정할 수 있다. 광 파워(optical power) 또는 측정 시간은 온도의 변화를 측정하기 쉽게 적절하게 선택될 수 있다. 다른 예시적으로, 광원을 켠 후 20초 후, 30초 후, 1분 후 등일 수 있다.
예시적으로, 50nm 이하의 금(Au) 나노 입자를 사용할 수 있다. 필요에 따라 나노 입자의 크기는 적절하게 선택될 수 있다.
도 15는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 16는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 나노 입자의 크기를 필요에 따라 조절할 수 있다.
일 실시예에 따라, 시드(seed)의 나노 입자의 크기는 10nm일 수 있고, 최종 사이즈는 100nm일 수 있다. 나노 입자의 사이즈는 광열 효과를 발생시키기 위한 것이면 크기는 제한되지 않고, 시드(seed)의 사이즈 및 최종 사이즈는 적절하게 선택될 수 있다.
도 17는 나노 파이버 형성을 위한 방사기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 나노 파이버를 형성하기 위한 방사기기를 확인할 수 있다. 콜렉터(collector) 및 니들(needle)의 팁(tip)을 확인할 수 있다.
예시적으로, 폴리머는 플루오르화 폴리비닐덴플로우라이드(PVDF)를 사용할 수 있으며, 용제(solvent)로 디메틸포름아마이드(DMF) 및 아세톤의 혼합물을 사용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 0.949g/ml DMF 및 0.78g/ml 아세톤을 사용하여 0.848g/ml 용제(solvent)를 형성할 수 있다. 이 경우 19.08 질량% 농도를 가진 용액을 약 70℃에서 2시간 저어서(stirring) 용액을 형성할 수 있다.
도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.
도 19는 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 니들 사이즈에 따른 나노 파이버 표면을 확인할 수 있다.
예시적으로, 니들(needle) 사이즈가 20G 인 경우 1 내지 10 마이크로미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 발생할 수 있다.
다른 예시로, 니들(needle) 사이즈가 22G 인 경우 0.5 내지 5 마이크로 미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 거의 발생하지 않을 수 있다.
일 실시예에 따른 니들 사이즈 변경에 따른 파이버의 형태를 비교한 것으로, 광열효과 또는 필터의 성능을 향상시키기 위하여 니들의 사이즈는 적절히 선택될 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.
도 20을 참조하면, 금(Au) 나노 입자의 분사 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 확인할 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 입자가 존재하는 샘플에서 더 많은 박테리아가 사멸됨을 확인할 수 있다.
도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 22는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면 변화를 확인할 수 있다.
예시적으로, 금속 나노 입자가 존재하는 샘플에서 박테리아의 표면이 팽창 또는 파괴됨을 확인할 수 있다.
Claims (15)
- 공기질 향상을 위한 필터 시스템에 관한 것으로서,
가시광선 또는 근적외선을 발생시키는 LED 모듈;
상기 가시광선 또는 상기 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열에 의한 광열 효과로 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균필터; 및
상기 LED 모듈 및 상기 살균필터를 둘러싸고, 공기를 전달하는 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구로부터 외부 공기를 전달받아 필터링하여 상기 출구로 배출하는 프레임을 포함하고,
상기 LED 모듈에서 발생하는 열에너지를 상기 프레임으로 전달하여 상기 프레임상에 형성되는 결로를 방지하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 이중살균 필터 시스템은 별도의 히터를 포함하지 않는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 복수 개의 필터 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 상기 프레임으로 열을 전달하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 상기 살균필터로 자외선을 전달하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈의 주변에 형성되는 온도 데이터를 획득하고, 상기 공기의 온도 변화를 측정하여 상기 살균필터의 상기 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, 또는 (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
전기방사에 의해 형성되고, 상기 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및
상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 더 포함하고,
상기 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자를 포함하는, 이중살균 필터 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 형광 물질은 야그(YAG) 형광체이고,
상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함하는, 이중살균 필터 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 LED 모듈은 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하는, 이중살균 필터 시스템. - 이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에 있어서,
LED 모듈에 의해 생성된 광을 내부의 하나 이상의 필터에 조사하는 단계;
상기 LED 모듈에서 발생한 중에서 자외선 파장대의 광이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 1차 살균단계;
상기 광 중에서 자외선 파장대의 광 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 가시광 방출 단계;
상기 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및
상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 2차 살균단계를 포함하고,
상기 필터 시스템은 별도의 히터를 포함하지 않고, 상기 LED 모듈에서 발생한 열을 내부에서 수집하는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 LED 모듈은 일 표면에 복수 개의 방열 핀(fin)을 포함하여 외부에서 공급되는 공기로 열에너지를 전달하는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달하는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열하는, 방법.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004305395A (ja) * | 2003-04-04 | 2004-11-04 | Toshiba Corp | ガス浄化システムおよびガス浄化方法並びにガス浄化システムを利用したエアコン |
| KR20120047475A (ko) | 2010-11-04 | 2012-05-14 | 주식회사 그린에어월드 | 공기정화기의 유해물질 제거 방법 및 그 장치 |
| KR20120122076A (ko) * | 2011-04-28 | 2012-11-07 | 이효제 | 광열디스플레이 |
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| KR20160039073A (ko) * | 2014-09-30 | 2016-04-08 | 서울바이오시스 주식회사 | 광촉매 볼 필터 및 이를 이용한 공기 정화 시스템 |
| KR20160077688A (ko) * | 2014-12-24 | 2016-07-04 | 장대규 | 휴대 전자기기용 살균기 |
-
2021
- 2021-10-07 KR KR1020210133288A patent/KR102644139B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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