KR20230071096A - Ptfe 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛 - Google Patents

Ptfe 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛 Download PDF

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KR20230071096A
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문영실
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Abstract

본 발명은 3개의 중첩된 레이어를 포함하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛에 있어서, 최외곽에 배치되는 심층여과 방식의 필터링을 수행하는 멜트블로운 레이어와, 상기 멜트블로운 레이어의 내측에 중첩되는 표면여과 방식의 필터링을 수행하는 PTFE 멤브레인 레이어와, 상기 PTFE 멤브레인 레이어의 내측에 중첩되어 상기 레이어들을 지지하는 역할을 하는 지지체 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 개시한다.

Description

PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛 {CABIN FILTER UNIT OF MULTI-LAYER STRUCTURE HAVING PTFE MEMBRANE}
본 발명은 표면여과 방식의 PTFE 멤브레인 필터와 심층여과 방식의 멜트블로운 필터의 조합을 통해 성능을 향상시킨 캐빈필터 유닛에 관한 것으로서, 자세하게는 멜트블로운층, PTFE 멤브레인층, 지지층을 조합하였을 때 각 소재의 장점을 극대화 할 수 있는 특성값들을 적용한 PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛에 관한 것이다.
최근 들어 미세 먼지로 인해 가정이나 사무실에서 공기청정기의 사용은 필수가 되었다. 하지만, 미세 먼지 문제가 점점 심해짐에 따라 차량의 공기순환 시스템에서도 미세먼지를 걸러내는 방법에 대한 관심이 늘어나고 있다.
현재 공기청정기에 사용되는 미세먼지 필터는 대부분 멜트블로운(Melt Blown, MB) 방식으로 제조된 정전필터를 많이 사용하고 있다. 멜트 블로잉(Melt blowing) 방식은 부직포 섬유 제조 시에 정전하를 부가하거나 또는 정전하가 부가된 고분자 필름을 섬유화한 후에 다시 부직포화하여 제조되며, 부직포형 에어필터의 포집기구들 외에 정전기력에 의한 포집기구가 추가되어 여과효율이 크게 향상되는 장점이 있다. 따라서, 초기 여과 성능이 좋기 때문에 지금까지 가장 선호하는 방식이다.
하지만, 이러한 정전필터는 필터 내부에 미세먼지가 박혀있기 때문에 재생이 불가능하여 주기적으로 교체 사용해야 하는 문제가 있어, 유지 비용이 많이 들고 정기적인 관리를 받아야 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 나노 멤브레인 방식의 필터를 사용하였는데, 이는 표면여과를 통해 세정하는 방식으로 고효율을 내기 위해서는 압력손실이 높다는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 특허문헌 1에서는 최외곽 층에 나노섬유층을 형성시키고, 가운데 지지층을 배치하고, 내측에 MB정전필터층을 배치하여 나노섬유층에서 미처 제거되지 못하고 통과한 미세먼지를 MB 정전기필터층을 통과하며 심층여과하는 방식을 사용하였다.
하지만, 이와 같은 종래 기술은 압력손실이 발생할 뿐 아니라 먼지포집능력 (Dust Holding Capacity, 이하 'D.H.C'라 함) 수치가 너무 낮아져 버린다는 문제가 발생한다. 즉, 세척하여 사용하기 힘든 차량 캐빈필터에서는 특허문헌 1에서 개시하고 있는 필터는 사용하기 힘들다는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-2270152호 미국 등록특허 US 11,161,070 B2
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 멜트블로운(Melt Blown,MB) 소재와 PTFE 멤브레인을 병용함으로서 이물포집능력(Dust Holding Capacity, DHC)을 높이면서 동시에 포집효율의 경시변화가 없는 고효율 캐빈필터를 만드는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은 3개의 중첩된 레이어를 포함하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛에 있어서, 최외곽에 배치되는 심층여과 방식의 필터링을 수행하는 멜트블로운 레이어와, 상기 멜트블로운 레이어의 내측에 중첩되는 표면여과 방식의 필터링을 수행하는 PTFE 멤브레인 레이어와, 상기 PTFE 멤브레인 레이어의 내측에 중첩되어 상기 레이어들을 지지하는 역할을 하는 지지체 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 멜트블로운 레이어는 0.15 mm이상 0.35 mm 미만의 두께와, 16 g/m2 이상 20 g/m2 미만의 밀도를 가지고, 상기 PTFE 멤브레인 레이어는 4 um 이상 8um 미만의 평균 기공크기와, 0.2 um 이상 0.4 um 미만의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지체 레이어는 65 g/m2이상의 저융점 융단으로 0.25 mm 이상 0.35mm 미만의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 멜트블로운 레이어는 평균 기공크기 20 um 이상 30 um 미만인 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 PTFE 멤브레인 레이어는 공기 투과도가 45 ㎤/㎠/sec 이상 55 ㎤/㎠/sec 미만으로 형성되는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 개시한다.
본 발명에 따르면 자동차용 캐빈필터 유닛(Cabin filter unit)의 개발을 위하여 멜트블로운 (Melt blown) 소재 레이어와 PTFE 멤브레인 레이어와, 지지체 레이어를 복합화하여 0.3 um Particle에 대하여 98% 이상의 효율을 가지며, 장기간 사용해도 효율저하가 적은 차세대 제품을 제공한다.
표면여과방식의 PTFE 멤브레인 레이어를 적용하여 장시간 사용해도 효율 저하가 적어지며 PTFE 멤브레인 레이어에 멜트블로운 레이어를 적층하여 표면여과방식의 단점인 이물포집능력 (Dust Holding Capacity, DHC)을 향상시키는 것이 가능해진다.
또한, 멜트블로운 레이어와 PTFE 멤브레인 레이어 각각의 기공크기, 중량, 두께, 압력손실값의 최적의 조합을 통해 캐빈필터의 효율, 압력손실, 이물포집능력에서 임계수치를 넘어서는 상용화 가능한 제품을 제공할 수 있다.
이러한 조합을 통해 온도와 습도 등의 환경과 사용기간에 무관하게 0.3um Particle 기준 98% 이상의 필터링 효율을 발휘하여 캐빈필터의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐빈필터 유닛의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐빈필터 유닛의 다층구조를 나타낸 도면이다.
도 3은 멜트블로운 레이어를 300배 현미경으로 들여다본 사진(a)과 PTFE 멤브레인을 3000배 현미경으로 들여다본 사진이다.
도 4의 (a)는 멜트블로운 레이어만으로 이루어진 캐빈필터의 개념도이고, (b)는 PTFE 멤브레인 레이어만으로 이루어진 캐빈필터의 개념도이다.
도 5는 시간에 따른 필터효율을 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛의 개념도이다.
이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐빈필터 유닛의 개념도이다.
도 1에 도시된 것과 같이 자동차 에어컨이나 히터 등 차량 내부의 공조 장치에는 캐빈필터가 장착된다. 캐빈필터는 차량 내부 공기의 질에 영향을 주는 필터인 만큼 자동차 오너의 꼼꼼한 관리가 필요하다.
차량의 증가로 인해 자동차 도로는 차량에서 배출되는 오염물질로 심각하게 오염되고 있다. 특히 마멸된 타이어에서 나오는 분진, 브레이크 패드에서 나오는 분진, 그리고 배기가스에서 배출되고 생성되는 PM(카본 찌꺼기, 황산화물, 질산화물 등등)이 대표적인 오염물질이다. 따라서, 차량에 캐빈필터가 없다면 운전자와 탑승자는 노면의 오염물질에 무방비로 노출되게 된다.
미세먼지와 질소산화물 등 대기 오염 때문에 보다 높은 성능과 수명이 긴 캐빈필터가 요구되고 있다. 하지만 필터가 미세할수록 공기의 투과 저항이 커져서 공조장치에 많은 부하를 발생시키고 적정한 환기량을 충족하지 못할 수 있기 때문에 이를 고려하여 적당한 밸런스의 필터를 선택하여야 한다는 어려움이 있다.
본원발명에서는 멜트블로운 필터와 PTFE 멤브레인 필터의 장점을 조합하여 이러한 문제를 해결한 PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 제공하고자 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐빈필터 유닛의 다층구조를 나타낸 도면이고, 도 3은 멜트블로운 레이어를 300배 현미경으로 들여다본 사진(a)과 PTFE 멤브레인을 3000배 현미경으로 들여다본 사진이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛은 멜트블로운 레이어(Melt blown layer), PTFE 멤브레인 레이어(PTFE membrane layer), 지지체 레이어(Support layer)의 3층 구조를 이룬다.
멜트블로운 레이어는 평균 기공크기가 약 10 ~ 25㎛에 해당하여 작은 미세먼지를 필터링하지 못하며 필터 내부에 미세먼지를 포집하게 된다. 즉, 멜트블로운 레이어에서는 심층여과 방식의 필터링을 하게 되며 여과효율의 경시변화가 매우 크게 나타난다(도 3의 왼쪽 사진 참조).
그에 비해 PTFE 멤브레인 레이어는 평균 기공크기가 약 1 ~ 10 ㎛에 해당하여 작은 미세먼지까지 표면에서 여과시킨다. 즉, 미세먼지가 레이어 내부로 들어오지 못하도록 표면 여과 방식의 필터링을 하게 된다. 따라서, PTFE 멤브레인 레이어에서는 여과효율의 경시변화가 적게 나타난다(도 3의 오른쪽 사진 참조).
도 4의 (a)는 멜트블로운 레이어만으로 이루어진 캐빈필터의 개념도이고, (b)는 PTFE 멤브레인 레이어만으로 이루어진 캐빈필터의 개념도이다.
도 4의 (a)를 참조하면 멜트블로운 레이어만으로 이루어진 캐빈필터에서는 필터의 평균 기공크기가 크기 때문에 심층여과 방식으로 미세먼지가 필터링된다. 구체적으로, 입자가 큰 미세먼지는 필터의 표면에서 여과되고(d1), 입자가 작은 미세먼지는 필터의 내부에 포집되거나(d2) 필터를 통과하여 지나간다(d3).
이러한 특성 때문에 필터링 효율이 낮고 시간이 지남에 따라 필터의 성능이 떨어지게 된다는 문제가 있다.
도 4의 (b)를 참조하면 PTFE 멤브레인 레이어만으로 이루어진 캐빈필터에서는 필터의 평균 기공크기가 매우 작기 때문에 표면여과 방식으로 미세먼지가 필터링된다. 이에 따르면 작은 미세먼지 입자도 필터 표면에서 여과되기 때문에 필터링 효율이 매우 높아진다. 하지만, 필터의 표면에서 작은 입자들도 모두 필터링되기 때문에 미세먼지 입자들이 이탈되어 DHC가 낮아지는 문제가 있다.
또한, 도 5를 참조하면 정전식 필터링은 초기에는 미세입자에 대하여 포집효율이 90% 이상으로 유지되지만 시간이 경과하거나 온도와 습도가 높아지면 전하의 소실로 정전기력이 감소하여 50% 정도까지 여과효율이 감소하여 미세입자에 대하여 여과 효율이 떨어지는 단점이 있다. 이에 비해 표면여과(물리적 필터링) 방식의 필터링은 시간이 지나거나 온도와 습도가 변하더라도 효율이 크게 떨어지지 않는다는 것을 확인할 수 있다.
본원발명에서는 이러한 멜트블로운 필터와 PTFE 멤브레인 필터의 장점을 조합하는 방법을 제시하고자 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛의 개념도이다.
도 6을 참조하면, 작은 미세입자들이 PTFE 멤브레인 레이어에서 표면여과 되며 이탈되는 미세입자들은 멜트블로운 레이어에 포집되어 캐빈필터의 DHC 수치가 높아지게 된다.
다만, 멜트블로운 레이어의 스펙과 PTFE 멤브레인 레이어의 스펙이 변화함에 따라 성능과 효율이 크게 달라지기 때문에 본 발명에서는 수많은 실험과 연구를 통해 상용화 가능한 최적의 조합을 제시하고자 한다.
캐빈필터 유닛(Cabin filter unit) 복합여지의 구성은 도 2에 도시된 것과 같으며 멜트블로운 레이어( Melt blown layer)가 가장 외부층에 존재하여 먼지를 1차적으로 포집하며 더스트 케이크(Dust cake)가 생성되는 부분이며, 두 번째로 PTFE 멤브레인 레이어에서 미세한 입자가 걸러진다.
종래의 멜트블로운 방식의 필터에서는 먼지 입자를 필터의 내부에 포집시켜 일정 시간이 지나면 필터의 효율이 급격히 떨어진다는 문제가 있었다.
PTFE 멤브레인 레이어는 표면여과방식으로 먼지 입자를 걸러낸다. PTFE 멤브레인층을 적용하는 경우 입자가 멤브레인층의 표면에서 걸러지므로 여과효율의 저하가 발생하지 않는다. 그러나 PTFE 멤브레인 소재 만으로 필터를 만들 경우 위에서 설명한 것과 같이 멜트블로운 필터 소재에 비하여 압력손실이 높고 먼지를 홀딩하는 능력 D.H.C(Dust Holding Capacity)가 낮아진다는 문제가 있다.
참고로, 차량용 캐빈필터의 D.H.C.값은 규정상 최소 15g/m2 이상이 되어야 하기 때문에 제품을 상용화 하기 위해서는 D.H.C 값이 15g/m2 임계치를 만족하여야 한다. 또한, 압력손실 값이 커질 경우 차량 내부로 유입되는 공기량이 감소하여 공기순환에 어려움이 생겨 제품을 상용화 하는 것이 불가능하다. 따라서, 공기순환에 문제가 발생하기 위해서는 압력손실 값은 6mmAq가 되어야 한다. 아울러, 미세먼지 여과 효율이 98% 미만일 경우 차량 내부로 유입되는 미세먼지의 양이 높아져 상용화가 불가능하다.
본원발명에서는 이러한 임계 수치
- 압력손실 : 6mmAq 미만
- 여과 효율 : 98% 이상
- D.H.C. : 15g/m 2 이상
을 만족시키는 조건의 PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛을 제안한다.
< 본 발명에서 사용되는 각 레이어의 고정 조건 >
본 발명에서 사용되는 PTFE 멤브레인 레이어는 평균기공크기는 4um ~ 6um인 소재를 사용하였다. PTFE 멤브레인 레이어는 단일층으로 사용할 때 여과효율이 60%이상 80% 미만이고 압력손실이 2mmAq 이상 3mmAq 미만, 공기투과도는 50 ㎤/㎠/sec 이상인 레이어를 사용하였다.
상기 PTFE 멤브레인 레이어의 여과효율은 Modified BS EN 1822-3 시험법 기준으로하여 32LPM 에서 0.3um 입자에 대하여 측정하였다.
본 발명에서 사용되는 멜트블로운 레이어 소재는 평균 중량(밀도)이 18g/m2이고, 평균 기공크기는 22um 인 소재를 이용하였다. 멜트블로운 레이어는 단일층으로 사용할 때 여과효율은 (0.3um, 32LPM 기준) 96%이고 압력손실은 1mmAq이며 공기투과도는 125 Pa기준 75㎤/㎠/sec로 확인되었다.
지지체 레이어(Support layer)는 중량 65g/m2 이상의 저융점 원단으로 0.3mm의 두께로 제작하였다. 지지체 레이어(Support layer)는 지지체의 역할을 수행하기 위해 스티프니스(Stiffness)가 최소 300 Newton/m 이상이어야 하며, 여과효율은 매우 낮고 압력손실은 0.1mmAq 이하인 것을 사용한다.
< 실시 데이터 >
위와 같은 각 레이어의 고정조건에서 3개의 레이어를 중첩시켰을 때 조건을 달리하여 아래와 같이 실험을 진행하였다.
본 발명에서 3개의 레이어의 순서는 외부로부터 멜트블로운 레이어, PTFE 멤브레인 레이어, 지지체 레이어 순서로 중첩시킨다.
본 발명에 따른 캐빈필터 효율은 아래 표 1의 시험조건에 따라 측정하였다.
시험항목 시험 조건 성능기준
대 중 소
압력손실시험 풍량: 300 CMH 20 mmAq 이하
(196 Pa)
분진
제거효율시험 		분진종류: A2 fine dust
분진농도: 10~30 mg/m3
풍량: 300 CMH
공차: -3% 까지 합격		 0.3~0.5 ㎛ 80 % 이상
0.5~1.0 ㎛ 85 % 이상
1.0~3.0 ㎛ 90 % 이상
최대분진포집
용량시험 		분진종류: A2 fine dust
분진농도: 75 mg/m3
기준: 초기 차압 x 2.5 배 까지의 분진포집량 측정 @300 CMH		 15 g/sqm이상
아래 표 2는 실험예와 비교예의 실험결과 데이터를 정리한 표이다.
Melt blown 층 PTFE membrane 층 성능
평균
기공크기
(um) 		밀도
(g/m 2 ) 		두께
(mm) 		평균
기공크기
(um)
공기
투과도 (㎤/㎠/sec) 		두께
(um) 		효율
(%) 		압력손실
(mmAq) 		D.H.C
(g/m 2 )
실시예1 22 um 18 0.2 4um 50 0.3 99.70 4.87 17
실시예2 22 um 18 0.2 8um 50 0.3 98.02 3.02 17
실시예3 22 um 18 0.2 6um 50 0.3 98.53 3.43 17
실시예4 22 um 16 0.2 6um 50 0.3 98.51 3.46 15
실시예5 22 um 20 0.3 6um 50 0.3 99.83 4.92 19
비교예1 22 um 18 0.2 2um 50 0.3 99.93 7.3 17
비교예2 22 um 18 0.2 10um 50 0.3 97.13 2.8 17
비교예3 22 um 10 0.1 6um 50 0.1 98.23 3.42 9
비교예4 22 um 12 0.1 6um 50 0.1 98.33 3.38 12
비교예5 22 um 14 0.2 6um 50 0.1 98.48 3.43 14
비교예6 22 um 20 0.3 4um 50 0.3 99.91 6.07 19
비교예7 22 um 18 0.1 6um 50 0.3 98.06 4.80 17
비교예8 22 um 18 0.4 6um 50 0.3 98.02 3.17 17
비교예9 22 um 15 0.2 6um 50 0.3 98.16 4,24 14
비교예10 22 um 20 0.2 6um 50 0.3 99.93 6.81 20
비교예11 22 um 18 0.2 3um 50 0.3 99.93 6.17 17
비교예12 22 um 18 0.2 9um 50 0.3 97.22 2.66 17
비교예13 22 um 18 0.2 9um 50 0.1 97.24 2.71 17
비교예14 22 um 18 0.2 9um 50 0.5 97.30 2.76 17
위의 표에 따르면, 각 실험의 결과는 아래와 같다.
먼저, 실험에서 고정시킨 조건은 다음과 같다.
멜트블로운 레이어의 평균 기공 크기는 22um로 고정시키고 밀도와, 두께를 변화시켰다. 또한, PTFE 멤브레인 레이어의 공기투과도가 50 ㎤/㎠/sec로 고정시키고 평균 기공크기와 두께를 변화시켰다. 지지체 레이어는 중량 65g/m2, 0.3mm의 두께로 고정하고, 스티프니스(Stiffness)값은 300 Newton/m. 압력손실 값은 0.1mmAq 로 고정하였다.
즉, 본 실험에서의 변수는 멜트블루운 레이어의 밀도 및 두께, PTFE 멤브레인 레이어의 기공크기와 두께이다.
먼저, 실시예 1에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기가 4um, 두께가 0.3 um 이며, 멜트블로운 레이어의 밀도가 18 g/m2 , 두께가 0.2 mm 인 경우 캐빈필터의 효율은 99.70%, 압력손실은 4.87 mmAq, D.H.C.는 17인 것으로 확인된다. 따라서, 캐빈필터의 효율값, 압력손실값, D.H.C.값 모두 임계값을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 2에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기가 8um, 두께가 0.3 um 이며, 멜트블로운 레이어의 밀도가 18 g/m2 , 두께가 0.2 mm 인 경우 캐빈필터의 효율은 98.02%, 압력손실은 3.02 mmAq, D.H.C.는 17인 것으로 확인된다. 따라서, PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기가 8um로 커지고 다른 조건들이 동일하더라도 캐빈필터의 효율값, 압력손실값, D.H.C.값 모두 임계값을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 3에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기가 6um, 두께가 0.3 um 이며, 멜트블로운 레이어의 밀도가 18 g/m2 , 두께가 0.2 mm 인 경우 캐빈필터의 효율은 98.53%, 압력손실은 3.43 mmAq, D.H.C.는 17인 것으로 확인된다. 이 경우에도 캐빈필터의 효율값, 압력손실값, D.H.C.값 모두 임계값을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 4에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기가 6um, 두께가 0.3 um 이며, 멜트블로운 레이어의 밀도가 16 g/m2 , 두께가 0.2 mm 인 경우 캐빈필터의 효율은 98.51%, 압력손실은 3.46 mmAq, D.H.C.는 15인 것으로 확인된다. 이 경우에도 캐빈필터의 효율값, 압력손실값, D.H.C.값 모두 임계값을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
실시예 5에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기가 6um, 두께가 0.3 um 이며, 멜트블로운 레이어의 밀도가 20 g/m2 , 두께가 0.2 mm 인 경우 캐빈필터의 효율은 99.83%, 압력손실은 4.92 mmAq, D.H.C.는 19인 것으로 확인된다. 이 경우에도 캐빈필터의 효율값, 압력손실값, D.H.C.값 모두 임계값을 만족하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어(여과효율 98% 이상 / 압력손실 4mmAq )에 멜트블로운 레이어( 18g 97% / 압력손실 1.0mmAq)을 복합화하였을 때, 여과효율 99% 이상 / 압력손실 7mmAq 정도의 결과가 나왔으며, 압력손실이 높아 부적합한 것으로 확인되었다.
비교예 2에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어 (여과효율 40% 이상 / 압력손실 1mmAq) 에 멜트블로운 레이어( 18g 97% / 압력손실 1.0mmAq)을 복합화하였을 때, 여과효율 97% 이상 / 압력손실 2mmAq 정도의 결과가 나왔으며, 여과효율이 낮아 부적합하다.
비교예 3에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어( 여과효율 70% 이상 / 압력손실 2mmAq )에 멜트블로운 레이어( 10g 92% / 압력손실 0.7mmAq)을 복합화하였을 때, 여과효율 98% 이상 / 압력손실 3mmAq 정도의 결과가 나왔으며, 여과효율과 압력손실이 적절하나 D.H.C가 9g/m2로 낮아 부적합하다.
비교예 4에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어( 여과효율 70% 이상 / 압력손실 2mmAq )에 멜트블로운 레이어( 12g 94% / 압력손실 0.8mmAq)을 복합화하였을 때, 여과효율 98% 이상 / 압력손실 3mmAq 정도의 결과가 나왔으며, 여과효율과 압력손실이 적절하나 D.H.C가 11g/m2로 낮아 부적합하다.
비교예 5에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어( 여과효율 70% 이상 / 압력손실 2mmAq )에 멜트블로운 레이어( 14g 96% / 압력손실 0.9mmAq)을 복합화하였을 때, 여과효율 98% 이상 / 압력손실 3mmAq 정도의 결과가 나왔으며, 여과효율과 압력손실이 적절하나 D.H.C가 13g/m2로 낮아 부적합하다.
비교예 6 에 따르면, PTFE 멤브레인 레이어( 여과효율 85% 이상 / 압력손실 3.5mmAq) 에 멜트블로운 레이어( 20g 99% / 압력손실 1.2mmAq)을 복합화하였을 때, 여과효율 99% 이상 / 압력손실 6mmAq 정도의 결과가 나왔으며, 압력손실이 높아 부적합하다.
비교예 7에 따르면, 실시예 3에 비해 멜트블로운 레이어의 두께를 0.1mm로 얇게 한 경우 여과효율이 임계치의 오차범위 내로 줄어들기 때문에 상용화에 부적합하다.
비교예 8에 따르면, 실시예 3에 비해 멜트블로운 레이어의 두께를 0.4mm로 두껍게 한 경우에도 여과효율이 임계치의 오차범위 내로 줄어들기 때문에 상용화에 부적합하다.
비교예 9에 따르면, 실시예 3에 비해 멜트블로운 레이어의 밀도를 15 g/m2로 낮춘 경우 D.H.C. 값이 임계치 보다 낮아져 상용화에 부적합하다.
비교예 10에 따르면, 실시예 3에 비해 멜트블로운 레이어의 밀도를 20 g/m2로 높인 경우 압력 손실이 임계치 보다 높아져 상용화에 부적합하다.
비교예 11에 따르면, 실시예 3에 비해 PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기를 3um 로 줄인 경우 압력손실이 임계치 보다 높아져 상용화에 부적합하다.
비교예 12에 따르면, 실시예 3에 비해 PTFE 멤브레인 레이어의 평균 기공크기를 9um 로 늘린 경우 여과효율이 임계치 보다 낮아져 상용화에 부적합하다.
비교예 13에 따르면, 실시예 3에 비해 PTFE 멤브레인 레이어의 두께를 0.1um 로 줄인 경우 여과효율이 임계치 보다 낮아져 상용화에 부적합하다.
비교예 14에 따르면, 실시예 3에 비해 PTFE 멤브레인 레이어의 두께를 0.5um 로 늘린 경우 여과효율이 임계치 보다 낮아져 상용화에 부적합하다.
본 발명에 따르면 자동차용 캐빈필터 유닛(Cabin filter unit)의 개발을 위하여 멜트블로운 (Melt blown) 소재 레이어와 PTFE 멤브레인 레이어와, 지지체 레이어를 복합화하여 0.3 um Particle에 대하여 98% 이상의 효율을 가지며, 장기간 사용해도 효율저하가 적은 차세대 제품을 제공할 수 있고, 표면여과방식의 PTFE 멤브레인 레이어를 적용하여 장시간 사용해도 효율 저하가 적어지며 PTFE 멤브레인 레이어에 멜트블로운 레이어를 적층하여 표면여과방식의 단점인 이물포집능력 (Dust Holding Capacity, DHC)을 향상시키는 것이 가능해지며, 멜트블로운 레이어와 PTFE 멤브레인 레이어 각각의 기공크기, 중량, 두께, 압력손실값의 최적의 조합을 통해 캐빈필터의 효율, 압력손실, 이물포집능력에서 임계수치를 넘어서는 상용화 가능한 제품을 제공할 수 있으며, 이러한 조합을 통해 온도와 습도 등의 환경과 사용기간에 무관하게 0.3um Particle 기준 98% 이상의 필터링 효율을 발휘하여 캐빈필터의 신뢰성을 향상시킬 수 있게 되는 등 종래기술에 비해 향상된 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : PTFE 멤브레인 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛
10 : 멜트블로운 레이어
20 : PTFE 멤브레인 레이어
30 : 지지체 레이어
d1 : 필터링 된 미세먼지
d2 : 포집된 미세먼지
d3 : 통과된 미세먼지
d4 : 이탈된 미세먼지

Claims (5)

  1. 3개의 중첩된 레이어를 포함하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛에 있어서,
    최외곽에 배치되는 심층여과 방식의 필터링을 수행하는 멜트블로운 레이어;
    상기 멜트블로운 레이어의 내측에 중첩되는 표면여과 방식의 필터링을 수행하는 PTFE 멤브레인 레이어;
    상기 PTFE 멤브레인 레이어의 내측에 중첩되어 상기 레이어들을 지지하는 역할을 하는 지지체 레이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 멜트블로운 레이어는 0.15 mm이상 0.35 mm 미만의 두께와, 16 g/m2 이상 20 g/m2 미만의 밀도를 가지고,
    상기 PTFE 멤브레인 레이어는 4 um 이상 8um 미만의 평균 기공크기와, 0.2 um 이상 0.4 um 미만의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지체 레이어는 65 g/m2이상의 저융점 융단으로 0.25 mm 이상 0.35mm 미만의 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 멜트블로운 레이어는 평균 기공크기 20 um 이상 30 um 미만인 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 PTFE 멤브레인 레이어는 공기 투과도가 45 ㎤/㎠/sec 이상 55 ㎤/㎠/sec 미만으로 형성되는 것을 특징으로 하는 PTFE membrane 다층구조를 갖는 캐빈필터 유닛.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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