WO2016148348A1 - 공기 정화 기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체 및 이를 포함하는 차량공조시스템 - Google Patents

공기 정화 기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체 및 이를 포함하는 차량공조시스템 Download PDF

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WO2016148348A1
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이경숙
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바이오세라 주식회사
이경숙
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to an ocher-carbon particle composite molded body having an air purification function and a vehicle air conditioning system including the same. More specifically, the present invention relates to an ocher-carbon particle composite molded product having not only an excellent air purification function but also an improved time for which the purification function is expressed. Furthermore, the present invention not only has an excellent air purification function but also a long product life, The present invention relates to an air purifying ceramic cartridge, a vehicle ceramic air purifier, an indoor air purifier, and a vehicle air conditioning system including an ocher-carbon particle composite molded body configured to be easily used repeatedly.
  • VOCs volatile organic compounds
  • an air cleaner and a purifier are used.
  • activated carbon is the most widely used at present.
  • Activated charcoal has a carbonized inner mesh structure, which has far-infrared radiation effect and excellent adsorption rate of various foreign substances. Therefore, activated carbon has a variety of properties such as water purifier, deodorant, air conditioner, reverse osmosis or hollow fiber membrane filter. It is widely used in the field. However, activated carbon is no longer functioning as a filter when the internal pores are saturated with contaminants, so it is necessary to periodically replace it with new activated carbon. Therefore, it is necessary to improve the life of such activated carbon in economic and environmental aspects.
  • the air purification apparatus used in the vehicle and the room used in the prior art is known in a variety of ways, such as using ultraviolet rays, far infrared rays and anions, but these conventional methods have the ability to capture or decompose VOCs particles and odor particles, etc. It was not big and the actual air purification effect was insignificant.
  • An object of the present invention is to provide a loess-carbon particle complex molded body that can remove the fine dust, bacteria, odor, VOC and the like present in the air.
  • Another object of the present invention is to provide a ceramic cartridge, a ceramic air purifier for a vehicle, and an indoor ceramic air purifier having an air purifying function capable of removing fine dust, bacteria, odors, VOCs, etc. present in the air.
  • Another object is to provide a vehicle air conditioning system that can continuously maintain the air purification performance.
  • An object of the present invention is an ocher-carbon particle composite molded article having a purification function, which includes 5 to 15 parts by weight of plastic clay and 3 to 15 parts by weight of carbon particles, based on 100 parts by weight of loess, and measured by BET method. This is achieved by being 60 m 2 / g or more and having a density of 5.1 to 7.4 g / cc.
  • the composite molded body further includes 1 part by weight to 10 parts by weight of the anion mineral, the anion mineral is P 2 O 5 , Ce 2 O 3 , La 2 O 3 , Nd 2 O 3 , ThO 2 , Pr 2 O 3 , SiO It may further include at least two selected from 2 , Sm 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , and SO 3 . .
  • the complex molded body has pores, and may further include one or more yeasts or microorganisms of catalase, diphenoloxydiase, saccharase, protease, Bacillus, Pesudomonas, and Nitrosomonas. .
  • the carbon particles of the composite molded body may further include at least one of activated carbon, charcoal, carbon nanotubes, graphite, and carbon black.
  • the ocher-carbon particle composite molded article can reduce the VOC concentration by 70% or more compared to the initial value after 2 hours in the VOC removal performance test.
  • the air purifying apparatus may be configured by using the ocher-carbon particle composite molded body to achieve the purpose of air purification, and the tile may be made using some or all of the ocher-carbon particle composite molded body.
  • An object of the present invention comprises a plurality of ceramic molded body, the specific surface area of 60 to 200 m 2 / g, and the density of 5.1 to 7.4 g / cc, including more than 50% by weight ocher, measured by the BET method
  • a ceramic support for supporting a molded body wherein the ceramic support includes a ceramic seating portion on which the plurality of ceramic molded bodies are seated, and the ceramic support includes the plurality of ceramic formed bodies such that an air flow path is formed between the plurality of ceramic molded bodies. It is achieved by supporting ceramic cartridges for air purification.
  • the ceramic molded body is formed in a plate shape, and may further include a support for supporting the plurality of ceramic molded bodies so that the plurality of ceramic molded bodies face each other.
  • the distance between the ceramic moldings may be 10 to 150% of the thickness of the ceramic molding.
  • the ceramic molded body may include a first ceramic molded body composed of 5 to 15 parts by weight of plastic clay and 3 to 15 parts by weight of carbon particles based on 100 parts by weight of ocher.
  • the ceramic molded body may further include a second ceramic molded body composed of 3 to 15 parts by weight of anionic minerals and 1 to 10 parts by weight of plastic clay, based on 100 parts by weight of ocher.
  • the carbon particles included in the ceramic molded body may include at least one of activated carbon, charcoal, carbon nanotubes, graphite, and carbon black.
  • the specific surface area measured by the BET method is 60 ⁇ 200 m 2 / g
  • the density is 5.1 ⁇ 7.4 g / cc
  • the ceramic support may include a ceramic seating part on which the plurality of ceramic moldings are seated, and the ceramic support part may include a ceramic ceramic air purifier supporting the plurality of ceramic moldings such that an air flow path is formed between the ceramic moldings. Is achieved.
  • the ceramic molded body may include 5 to 15 parts by weight of plastic clay and 3 to 15 parts by weight of carbon particles based on 100 parts by weight of ocher.
  • the specific surface area measured by the BET method is 60 ⁇ 200 m 2 / g
  • the density is 5.1 ⁇ 7.4 g / cc
  • a cover having a plurality of ceramic molded bodies, a ceramic support for supporting the plurality of ceramic molded bodies, a blowing fan located on one side of the ceramic support, the ceramic formed body, the ceramic support and the blowing fan, and having an air inlet and an air outlet formed therein. Including indoor ceramic air purifier is achieved.
  • the ceramic molded body may include 5 to 15 parts by weight of plastic clay and 3 to 15 parts by weight of carbon particles based on 100 parts by weight of ocher.
  • the specific surface area measured by the BET method is 60 to 200 m 2 an air purifying unit including an ocher-carbon particle composite molded product having a density of about 5.1 to about 7.4 g / cc, a measuring unit for measuring at least one of an operating time and a purifying performance of the air purifying unit, and the driver It may be achieved by a vehicle air conditioning system including an alarm unit for notifying the state of the purifying unit and a control unit for notifying the driver of the state of the air purifying unit through the alarm unit based on the measurement result of the measuring unit.
  • the vehicle air conditioning system may further include a regeneration unit for regenerating the air purifying unit, and the control unit may cause the regeneration unit to regenerate the air purifying unit based on the measurement result of the measuring unit.
  • the ocher-carbon particle composite molded body of the present invention does not fire, so a large amount of microorganisms exist, and because of its porosity, it is excellent in antibacterial and deodorizing action, and a large amount of far infrared rays are emitted. Therefore, when the ocher-carbon particle complex is applied to air cleaners, solvent washers, tiles, and the like, it is possible to remove fine dust, bacteria, odors and VOCs present in air and water.
  • the harmful substances are removed to prevent user's health, air pollution and global warming.
  • the ceramic air purifier of the present invention does not need other energy to purify the air and no secondary environmental pollution occurs.
  • the ceramic cartridge of the present invention can be mounted and detached in the form of a cartridge in an air purifier, etc., and thus can be easily replaced. Ceramic cartridges that have been used for a period of time have a week's recovery time, which can restore air purification, such as VOC removal, to reduce waste.
  • FIG. 1 is a perspective view of a ceramic support according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a ceramic cartridge according to the present invention.
  • FIG 3 is a plan view of a ceramic cartridge according to the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view showing an embodiment of a method of arranging ceramic molded bodies according to the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which a vehicle ceramic air purifier according to the present invention is mounted in a vehicle.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of a vehicle ceramic air purifier according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a vehicle ceramic air purifier according to the present invention.
  • FIG 8 is an exploded perspective view of the indoor ceramic air purifier according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view of an indoor ceramic air purifier.
  • FIG. 10 is a functional block diagram showing a functional configuration of a control device in a vehicle air conditioning system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph illustrating results of measuring VOCs concentration measurement and removal efficiency over time of filters prepared according to Example 1 and Comparative Examples 1 and 2;
  • Example 12 is a graph showing the VOCs removal rate with time of the filters prepared according to Example 1 and Comparative Example 4.
  • the conventional ocher molded body may have excellent strength by carrying out a drying process (heating at 800-1300 ° C.) after the drying process.
  • a drying process heating at 800-1300 ° C.
  • the specific surface area of the molded body is decreased, and all of the microorganisms and enzymes derived from loess therein can withstand high temperatures and disappear.
  • activated carbon has a very large specific surface area, which is excellent in removing microorganisms and VOCs, and thus is used in various air filtration apparatuses and contaminated water purification apparatuses. It was difficult to get a constant purification performance only by replacing with new activated carbon.
  • the ocher-carbon particle composite molded product of the present invention comprises 100 parts by weight of ocher, 5 to 15 parts by weight of plastic clay, and 3 to 15 parts by weight of carbon particles.
  • the specific surface area measured by BET method is 60 m 2 / g or more, and the density is 5.1 to 7.4 g / cc
  • the ocher-carbon particle composite molded body has excellent VOC decomposition and deodorization effect compared to the molded body using only ocher. It has been shown that the time for which the purifying performance is maintained is longer than that of the purifier composed of activated carbon only.
  • Yellow Soil (Hwangto) in the present invention refers to weathered residual soil (weathered soil) that has been altered and soiled by chemical weathering (J. Miner. Soc. Korea, 13, 147-163 (2000). ) Reference).
  • Ocher is a kind of soil, and it is a weathered product of rocks. Therefore, color, composition, and physicochemical properties may appear in various ways depending on the type and degree of weathering.
  • the chemical composition is 45-55% by weight of silicon dioxide, 20-30% by weight of alumina, 10-20% by weight of iron trioxide, and the minor components are titanium dioxide, magnesium oxide, calcium oxide, sodium oxide and oxide Potassium and the like may contain 0 to 15%, but this is only an example and the ocher according to the present invention is not limited to the above content range.
  • Ocher is composed of various enzymes such as calcium carbonate, silica, alumina, iron, magnesium, sodium, potassium, catalase, diphenoloxydiaze, saccharase, and protease, and Bacillus, Pesudomonas, and Nitrosomonas. Contains microorganisms At this time, enzymes play a role in detoxification, degrading power, and purification, and microorganisms decompose VOC, and in particular, decompose bad smell into carbon dioxide and water.
  • the loess used in the present invention is a porous material, for example, a honeycomb structure having a large surface area, and has a plurality of sections forming a multilayer structure. It is known to absorb, store and release a large amount of far-infrared rays of sunlight into the pores of ocher.
  • ocher is a porous material and has an excellent ability to adsorb fine dust, bacteria, odors, etc. by a high specific surface area.
  • ocher-carbon particle composite molded body Accordingly, in the ocher-carbon particle composite molded body according to the present invention, many organic substances, such as enzymes or microorganisms, contained in ocher are present in a large amount in the surface and pores of the composite molded body, and the contaminants adsorbed on the surface of activated carbon Removal and / or decomposition can improve the air purification performance and lifetime of the ocher-carbon particle composite molded body.
  • microorganisms and other organic substances contained in loess are included in the scope of the present invention. Yeasts and microorganisms present in the loess-carbon particle complex molded body of the present invention can be easily detected through a method of microbial culture of a sample taken from the complex molded body.
  • the plastic clay does not decompose ocher in water, and increases the viscous force of the loess so that the ocher-carbon particle composite molded body may be molded to have excellent strength without a firing process alone.
  • the plastic clay is preferably formed in a desired shape by adding water, and the shape and strength of the plastic clay is maintained even when the moisture is dried.
  • the plastic clay is composed of 71-73% by weight of silicon dioxide and 14-16% by weight of alumina, and as a small component, two or more of 11 are selected from iron trioxide, titanium dioxide, magnesium oxide, calcium oxide, sodium oxide and potassium oxide. It is preferable to include -15% by weight, and if the content of plastic clay obtained in nature is less than this, the necessary ingredients can be added.
  • the carbon particles are included in the composite molded body so that the specific surface area is better in order to have the ability to capture VOCs, odor particles and fine dust, etc.
  • charcoal, carbon nanoparticles, carbon black, graphene, graphite One or more than two can be mixed and used.
  • the ocher-carbon particle composite molded body of the present invention may further include 1 part by weight to 10 parts by weight of an anion mineral that can further release antibacterial and odor particle removal performance.
  • Anionic minerals used in the present invention are P 2 O 5 , Ce 2 O 3 , La 2 O 3 , Nd 2 O 3 , ThO 2 , Pr 2 O 3 , SiO 2 , Sm 2 O 3 , CaO, Fe 2 O 3 , At least two selected from TiO 2 , ZrO 2 , Y 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Dy 2 O 3 , and SO 3 .
  • the loess-carbon particle composite molding of the present invention may further include chamotte.
  • the chamotte is a material calcined at about 1450 ° C. and when chamotte is added, the chamotte can be used to maintain the shape of the ocher-carbon particle composite molded body only by the drying process.
  • the ocher-carbon particle composite molded body of the present invention can maintain the molded shape only with the plastic clay and the loess, but if the chamotte is added, the molded shape is more firmly maintained.
  • chamotte preferably further comprises 5 to 10 parts by weight of chamotte based on 100 parts by weight of ocher.
  • the chamotte is 50-60% by weight of silicon dioxide, 30-37% by weight of alumina, 1-5% by weight of iron trioxide, 1-5% by weight of titanium dioxide, 0.1-2.0% by weight of magnesium oxide, 0.01-0.1% by weight of calcium oxide, It is preferable to include 0.01-0.1 wt% sodium oxide and 0.1-2.0 wt% potassium oxide.
  • the shape of the ocher-carbon particle composite molded body according to the present invention may be produced in a particle shape, a cylindrical shape, a plate shape and a polygon, respectively.
  • FIG. 1 is a perspective view of a ceramic support according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing a ceramic cartridge according to the present invention.
  • the ceramic cartridge according to the present invention includes a ceramic molded body 110 and a ceramic support 120, and the ceramic support body 120 includes a ceramic seat in which the ceramic molded body 110 may be seated.
  • the part 121 is provided, and the ceramic molded body 110 is mounted on the ceramic support 120 in a detachable state.
  • the ceramic seating part 121 may be configured to support an air flow path between the plurality of ceramic moldings, and the ceramic molding 110 may have a plate shape and may support the ceramic moldings to face each other.
  • the distance d between the ceramic formed bodies 110 is preferably 10 to 150% of the thickness t of the ceramic formed bodies 110 to form an air flow path. If the spacing between the ceramic moldings is too narrow, the air flow is blocked and the purification function is reduced. If it is too wide, the air passing through without contacting the moldings also reduces the purification function.
  • FIG. 4 illustrates an example of the arrangement of the first ceramic molded body 113 and the second ceramic molded body 114 according to the present invention.
  • the first ceramic molded body 113 has a large specific surface area of carbon particles, which is excellent in capturing contaminants such as VOCs particles and odor particles, and decomposes VOCs particles and odor particles by microorganisms in pores.
  • the second ceramic molded body 114 sterilizes and deodorizes by far infrared rays emitted from ocher and anions emitted from anionic minerals.
  • the reason why the anion minerals are not directly mixed with the first ceramic molded body 113 is that microorganisms in the first ceramic molded body 113 are significantly reduced due to the sterilization action of the anion, so that degradation of VOCs or the like is reduced.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the vehicle ceramic air purifier according to the present invention is mounted on a vehicle.
  • a vehicle ceramic air purifier 200 is mounted on the air conditioner air outlet 1 in the vehicle.
  • the air outlet 1 is preferably detached directly to the grille, but another fastening structure in which air at the outlet may be drawn into the vehicle ceramic air purifier 200 is also possible.
  • Figure 6 is an exploded perspective view of a vehicle ceramic air purifier according to the present invention
  • Figure 7 is a perspective view of a vehicle ceramic air purifier.
  • the vehicle ceramic air purifier 200 includes a fastening part 240 formed to be detachable from the air conditioner 1 of the air conditioner 1 of the vehicle, and one or more air inlets formed of two or more air inlets. 231 and a case 230 having a support mounting portion on which the ceramic support 220 can be mounted, a plurality of ceramic formed bodies 210, and a ceramic support 220 supporting the ceramic formed bodies 210.
  • the fastening part 240 may be integrally formed on the case 230 or may be a detachable structure that can be coupled to and separated from the case.
  • the case 230 may further include an opening through which the ceramic molded body 210 or the ceramic support 220 may be entered, and an opening and closing unit that may open and close the opening.
  • the opening and closing part may be integrally formed with the case 230, or may be separately formed and detached from the case 230.
  • the ceramic support body 220 and the ceramic molded body 210 of the vehicle ceramic air purifier 200 are separated from the case 230 in order to replace and use the ceramic molded body 210.
  • the ceramic molded body 210 is used in contaminated air for a certain period (1 to 6 months) or more, the decomposition ability by the microorganisms is reduced, and since the decomposition capacity recovery period of the microorganisms is required for a predetermined time (about a week or more), 2
  • repeated use is repeated using a plurality of sets of ceramic moldings 210 at a specific cycle, it is possible to obtain a continuous purification performance, preferably two ceramic cartridges 100 every 1 to 6 months in the form of the ceramic cartridge 100 of FIG. You may want to use).
  • the vehicle ceramic air purifier 200 may include a filter net 260 capable of filtering dust.
  • the ceramic molded body 210 of the present invention is excellent in the ability to decompose VOCs, odor particles, etc., but the ability to filter dust is relatively weak compared to the general filter type filter, and also, fine dust on the surface of the ceramic molded body 210 When the light is adsorbed, the effect of decomposing the VOC, etc. may be reduced, so that the filtering network 260 may be used to prevent this.
  • the filter net 260 may be made of natural fibers such as ramie, burlap, and the like as well as dust filtration, which is environmentally friendly, and in the case of ramie, antibacterial effect can be expected.
  • Figure 8 is an exploded perspective view of the indoor ceramic air purifier according to the present invention
  • Figure 9 is a perspective view of the indoor ceramic air purifier.
  • the indoor ceramic air purifier 300 further includes a blowing fan, unlike the ceramic air purifier 200 of FIGS. 5 to 7 so that the indoor ceramic air purifier 300 may be used in homes and offices. It has a fastening part which can be fastened to the air conditioner discharge part.
  • the ceramic seating part includes a ceramic seating part on which the plurality of ceramic moldings 320 are seated, and the ceramic seating part supports the ceramic supporting body 320 so that an air flow path is formed between the plurality of ceramic moldings 320.
  • a support fan 330 and a blowing fan 360 for allowing external air to be introduced into the ceramic molded body 320 are included, and a support seating part on which the ceramic support 330 is mounted is included, and the ceramic molded body 320 ), Surrounding the ceramic support 330 and the blowing fan 360, and includes a cover 310 having an air inlet and an air outlet.
  • the blower fan 360 is shown to be positioned below the ceramic formed body 320, but other positions and structures may be provided as long as air may be introduced into the ceramic formed body 320.
  • the blower fan is electrically driven, and may be provided with a power source using a battery, a USB terminal of a PC, a home power source, a solar cell, and the like to supply power.
  • the indoor ceramic air purifier 300 may also have a detachable structure for repeated reuse of the ceramic molded body 320.
  • the ocher-carbon particle composite molded body can be used in combination with an air conditioner to improve the indoor air quality of the vehicle.
  • the ocher-carbon particle composite molded vehicle air conditioning system 400 may be coupled to the automotive air conditioner grill unit 1 similarly to the ceramic air purifier 200 for vehicles as shown in FIG. 5.
  • it may be used in the form of being coupled to the vehicle air filter unit, may be formed integrally with the vehicle air conditioner grill unit (1).
  • the ocher-carbon particle composite molded body is used in a case having a detachable part that can be coupled to a vehicle air conditioner. As another embodiment, it may be used in the form included in the vehicle air filter.
  • the air purifying unit 410 includes 5 to 15 parts by weight of plastic clay, 3 to 15 parts by weight of carbon particles, and has a specific surface area of 60 to 200 m 2 / g and a density, based on 100 parts by weight of yellow soil. Is composed of a loess-carbon particle composite molded product having a 5.1 to 7.4 g / cc, and purifies the air in the vehicle interior, such as VOC removal.
  • the measurement unit 420 measures the time that the air purifier is operated or measures whether the purifying performance of the air purifier is maintained above the reference value using a sensor or the like.
  • the controller 430 transmits a signal to the alarm unit 440 when the operating time exceeds the reference time or the air purifying unit purge performance is lower than the reference value according to the measured value transmitted from the measuring unit 420. Allow unit 440 to operate.
  • the alarm unit may be a method of lighting by using an LED or a lamp, or may notify the replacement time by a speaker or a vibrator. The user can know when to replace the ocher-carbon particle composite molded body of the air purification unit 410 by the operation of the alarm unit 440, it is possible to expect a continuous air purification performance of the vehicle.
  • control unit 430 may operate the play unit 450 by sending a signal to the play unit 450 instead of sending a signal to the alarm unit 440.
  • the regeneration unit 450 may blow a strong wind on the surface of the ocher-carbon particle composite molded body or emit infrared rays or the like to maintain an appropriate temperature.
  • the manufacturing method of the ocher-carbon particle composite molded body is shown as an example, and the VOC removal performance of the manufactured molded body is shown through the experimental example in comparison with the comparative examples.
  • a molded article used for air purification a molded article formed only of ocher and plastic clay was used.
  • a fired body was used after mixing ocher and plastic clay to form a sphere having an average diameter of 3 to 4 mm.
  • a fired body As a molded product used for air purification, a fired body was used after mixing ocher and plastic clay into a spherical shape having an average diameter of 10 to 12 mm.
  • a filter consisting only of activated carbon was used.
  • Example 1 and Comparative Examples 1-3 each having the same volume of 260 cc were placed in a thermostat with a volume of 30 L, and the initial VOC concentration was made equal to 360 ppm, and then the VOC concentration (ppm) over time was determined. The removal efficiency was measured and the results are shown in FIG. 11.
  • Concentration removal experiments in the present invention refers to those performed under the above conditions.
  • the VOC removal efficiency was slightly higher until the initial 20 minutes when compared with the measured value without the molding, and after that, VOC removal was rather over time.
  • the efficiency was also shown to be low, because the molded body of Comparative Example 2 and Comparative Example 3 was calcined, and because the microorganisms derived from loess were extinguished, there was no degradation of VOC by the microorganisms.
  • the higher efficiency was shown to be due to adsorption by pores outside the molded body, and when fired, the adsorption capacity appeared to be saturated quickly because the pores were very small compared to the dry molded body.
  • Example 1 In comparison with Comparative Example 1 and Example 1, the removal performance of the ocher-carbon particle composite molded body of Example 1 was consistently better after 10 minutes, and in Comparative Example 1, the VOC concentration after 2 hours was 84. On the other hand, in the case of Example 1, it was 29 ppm, and the removal performance of Example 1 was much higher.
  • VOCs from the evaporating solvent were placed in a 27-32 ° C. thermostat (30 L) equipped with the filters of Example 1 and Comparative Example 4 each having an equal volume of 260 cc and the solvent was kept at 40 ° C. to 3.2-3.5 m /
  • the filter was passed through the filters of Example 1 and Comparative Example 4 at a flow rate of s.
  • the treatment capacity of VOCs with time was expressed in% and the results are shown in FIG. 12.
  • Example 1 the purification effect of Example 1 is maintained longer, as a whole, and the filter of Comparative Example 4 was found to have no purification effect after 172 hours.
  • Example 1 The long life of Example 1 is thought to be because microorganisms present in the surface and pores of the ocher-carbon particle composite body decompose and discharge collected VOCs and odor particles, and repeatedly collect and decompose new VOCs and odor particles. do. Although the experiment only lasted up to 540 hours, the actual prototype was used to confirm that VOCs removal performance was maintained for more than two months, and its life was significantly increased compared to the air purification filter using only activated carbon.
  • the present invention can be used for the purpose of purifying the vehicle and indoor air, deodorization and VOC removal.
  • the present invention can be used for clean room air cleaners such as vehicle air purifiers, vehicle air filters, household air cleaners, industrial VOC removal equipment, and semiconductor manufacturing equipment.

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Abstract

본 발명은 공기 정화 기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체 및 그 제조방법으로서, 황토와 탄소입자를 가소성 점토와 혼합하여 성형된 것으로서, 기존 활성탄 필터, 황토 필터에 비해 공기 정화 성능이 우수하고, 장기간 사용이 가능하다. 또한 상기의 황토-탄소입자 복합성형체를 포함하는 차량용공조시스템은 차량 실내의 공기 정화 성능이 우수하며, 교환시기를 알려 지속적인 공기 정화 성능을 기대할 수 있다.

Description

공기 정화 기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체 및 이를 포함하는 차량공조시스템
본 발명은 공기 정화 기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체 및 이를 포함하는 차량공조시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는 우수한 공기 정화 기능을 가질 뿐만 아니라 정화 기능이 발현되는 시간이 개선된 황토-탄소입자 복합성형체에 관한 것이며, 또한, 우수한 공기 정화 기능을 가질 뿐만 아니라 제품의 수명이 길어졌으며, 교체 및 반복 사용이 용이하도록 구성된 황토-탄소입자 복합성형체를 포함하는 공기 정화용 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기정화기, 실내용 공기정화기 및 차량공조시스템에 관한 것이다.
일반적으로 우리가 숨 쉬는 공기에는 미세먼지, 세균 등이 존재하며, 악취를 퍼트린다. 특히 황사가 발생하면 많은 모래와 미세먼지 등에 의하여 공기가 매우 오염되어 사람의 기관지 등에 악영향을 준다. 또한, 휘발성 유기화합물(Volatile organic compounds, VOC)은 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되고, 대기 중에서 질소산화물과 공존 시 태양광의 작용을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 PAN 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질의 총칭이다. 이러한 휘발성 유기화합물은 발암성 물질이며, 대기오염 및 지구온난화의 원인물질이므로 국가마다 배출을 줄이기 위해 정책적으로 관리하고 있다. 이때 유기용매는 액체 상태이므로 배출 관리를 용이하게 할 수 있으나, VOC 가스는 기체 상태로 존재하므로 이를 관리하는 것이 어렵다.
이러한 공기 또는 수질에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거하기 위하여 공기청정기 및 정화장치 등을 사용한다. 이에 사용되는 재료로서 현재 가장 광범위하게 사용되는 것이 활성탄이다.
활성탄은 탄화된 내부 메쉬구조를 이루고 있는 특성상 원적외선방사효과와 더불어 각종 이물질의 흡착율이 우수하여 가정은 물론, 산업현장의 공조기, 역삼투방식 혹은 중공사막방식의 여과필터를 이용하는 정수장치, 탈취제 등 다양한 분야에서 광범위하게 사용되고 있다. 하지만, 활성탄은 내부 기공이 오염물질로 포화되면 더 이상 필터로서의 기능을 하지 못하므로 주기적인 새로운 활성탄으로 교체가 필수적이다. 따라서 경제적인 측면이나 환경적인 측면에서 이러한 활성탄의 수명을 향상시키는 것이 필요하다.
또 종래에 사용되던 차량 및 실내에서 사용하는 공기 정화 장치는 자외선, 원적외선 및 음이온 등을 이용하는 방법 등이 다양하게 공지되어 있으나, 종래의 이러한 방법들은 VOCs 입자 및 냄새입자 등을 포집하거나 분해하는 능력이 크지 않아 실제적인 공기 정화 효과는 미미하였다.
본 발명의 목적은 공기 중에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거할 수 있는 황토-탄소입자 복합성형체를 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 공기 중에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취, VOC 등을 제거할 수 있는 공기 정화 기능을 가진 세라믹 카트리지, 차량용 세라믹 공기 정화기 및 실내용 세라믹 공기 정화기를 제공하는데 있으며, 본 발명의 또 다른 목적으로 공기정화성능을 지속적으로 유지시킬 수 있는 차량용공조시스템을 제공하는 데 있다.
상기 본 발명의 목적은 정화기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체로서, 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 m2/g 이상이고, 밀도가 5.1~7.4 g/cc 인 것에 의해 달성된다.
상기 복합성형체는 음이온광물 1중량부 내지 10중량부를 더 포함하며, 상기 음이온광물은 P2O5, Ce2O3, La2O3, Nd2O3, ThO2,Pr2O3, SiO2, Sm2O3, CaO, Fe2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3, Gd2O3, Dy2O3, 및 SO3 중에서 선택되는 적어도 2개를 더 포함할 수 있다.
상기 복합성형체에는 기공이 형성되어 있으며, 상기 기공 내에 위치하는 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제, Bacillus속, Pesudomonas속 및 Nitrosomonas속 중 1종 이상의 효모 또는 미생물을 더 포함할 수 있다.
상기 복합성형체의 탄소입자는 활성탄, 숯, 탄소나노튜브, 흑연, 및 카본블랙 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 황토-탄소입자 복합성형체는 VOC 제거 성능 시험에서 VOC 농도가 2시간 이후 초기 값 대비 70% 이상 감소시킬 수 있다.
또한, 공기 정화의 목적을 달성하기 위해 황토-탄소입자 복합성형체를 이용하여 공기 정화 장치를 구성할 수 있으며, 황토-탄소입자 복합성형체를 일부 또는 전부를 이용하여 타일을 만들 수 있다.
상기 본 발명의 목적은 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체, 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체를 포함하며, 상기 세라믹 지지체는 상기 복수의 세라믹 성형체가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며, 상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 공기정화용 세라믹 카트리지에 의해 달성된다.
상기 공기정화용 세라믹 카트리지에 있어, 세라믹 성형체는 판상으로 이루어져 있으며, 상기 복수의 세라믹 성형체가 서로 마주하도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 공기정화용 세라믹 카트리지에 있어, 세라믹 성형체 간의 간격은 상기 세라믹 성형체 두께의 10 내지 150% 일 수 있다.
상기 공기정화용 세라믹 카트리지에 있어, 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부로 구성되는 제1 세라믹 성형체를 포함할 수 있다.
상기 공기정화용 세라믹 카트리지에 있어, 세라믹 성형체는, 황토 100 중량부에 대하여, 음이온광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성되는 제2 세라믹 성형체를 더 포함할 수 있다.
상기 공기정화용 세라믹 카트리지에 있어, 세라믹 성형체에 포함된 탄소입자는 활성탄, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 해결 수단으로서, 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체, 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체, 상기 세라믹 지지체 및 상기 세라믹 성형체를 커버하며 공기 유입구와 공기 유출구가 형성된 케이스, 상기 케이스에 연결되어 있으며 공조기 공기 토출구에 결합가능한 체결부를 포함하며, 상기 세라믹 지지체는 상기 복수의 세라믹 성형체가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며, 상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 차량용 세라믹 공기정화기에 의해 달성된다.
상기 차량용 세라믹 공기정화기에 있어, 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 또 다른 해결 수단으로, 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체, 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체, 상기 세라믹 지지체의 일측에 위치한 송풍팬, 상기의 세라믹 성형체, 세라믹 지지체 및 송풍팬을 감싸며, 공기유입구와 공기유출구가 형성되어 있는 커버를 포함한 실내용 세라믹 공기정화기로 달성된다.
상기 세라믹 공기정화기에 있어, 세라믹 성형체는 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해, 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 내지 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 내지 7.4 g/cc 인 황토-탄소입자 복합성형체를 포함하는 공기정화부와, 상기 공기정화부의 가동시간 및 정화성능 중 적어도 하나를 측정하는 측정부와, 운전자에게 상기 공기정화부의 상태를 알려주는 알람부와 상기 측정부의 측정결과에 기초하여 상기 알람부를 통해 상기 공기정화부의 상태를 운전자에게 알려주는 제어부를 포함하는 차량공조시스템으로 달성될 수 있다.
상기 차량공조시스템에 있어 상기 공기정화부를 재생시키는 재생부를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 측정부의 측정결과에 기초하여 상기 재생부가 상기 공기정화부를 재생하도록 할 수 있다.
본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체는 소성하지 않아 다량의 미생물이 존재하며, 다공성이므로 항균작용 및 탈취작용이 우수할 뿐만 아니라, 다량의 원적외선이 방사된다. 그러므로 황토-탄소입자 복합성형체가 공기청정기, 솔벤트(Solvent) 세척기, 타일 등에 적용되면 공기 및 수질에 존재하는 미세먼지, 세균, 악취 및 VOC 등을 제거할 수 있다.
이렇게 인체에 위해를 가하는 물질(미세먼지, 세균, 악취, VOC 등)들이 제거됨으로써 사용자의 건강, 대기오염 및 지구온난화를 방지할 수 있다. 또한 본 발명의 세라믹 공기 정화 장치는 공기를 정화하는데 다른 에너지가 필요하지 않으며 2차 환경오염이 발생되지 않는다.
또한 본 발명의 세라믹 카트리지는 공기정화기 등에 카트리지 형태로 장착 및 탈착할 수 있어 용이한 교체가 가능하다. 일정 기간 사용한 세라믹 카트리지는 일주일 정도의 회복기를 가지면 VOC 제거 등의 공기 정화 기능이 회복되어 폐기물 발생을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 지지체의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 세라믹 카트리지의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 카트리지의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 세라믹 성형체 배열 방법에 대한 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기가 차량 내부에 장착되는 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 실내용 세라믹 공기정화기의 분해사시도이다.
도 9는 실내용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.
도 10에는 본 발명의 실시예에 따른 차량공조시스템에 있어서 제어 장치의 기능구성을 나타낸 기능블럭도이다.
도 11은 실시예 1 및 비교예 1~2에 따라 제조된 필터의 시간 경과에 따른 VOCs 농도 측정제거 효율 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 12는 실시예 1 및 비교예 4에 따라 제조된 필터의 시간에 따른 VOCs 제거율을 도시한 그래프이다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 사상이 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다.
종래의 황토 성형체는 건조공정 후 소성(800-1300 ℃로 가열)공정을 진행함으로써 우수한 강도를 가질 수 있었다. 그러나, 소성공정을 거치게 되면 성형체의 비표면적은 감소하게 되고, 내부에 있는 황토 유래의 미생물과 효소 등은 모두 고온을 견디지 못하고 소멸한다. 또한, 활성탄은 비표면적이 매우 넓어 미생물 및 VOC 등의 제거 능력이 우수하여, 각종의 공기여과 장치 및 오염된 수질 정화 장치 등에 사용되고 있으나, 일정 시간 이상 사용하게 되면 정화 능력이 크게 감소하며, 재생이 어려워 새로운 활성탄으로 교체를 해 주어야만 일정한 정화 성능을 얻을 수 있었다.
그러나 본 발명은 가소성 점토 및 황토를 활성탄과 혼합함으로서 소성공정을 거치지 않고 성형 후 건조공정만으로 우수한 강도를 가지며, 유해물질(악취, VOC, 미세먼지, 세균 등)을 제거할 수 있고, 일반 활성탄 필터에 비해 장시간 정화 성능이 유지되는 황토-탄소입자 복합성형체, 세라믹 성형체를 포함한 카트리지, 상기 세라믹 성형체를 포함하는 차량용 공기정화기 및 실내용 공기정화기에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체는 황토 100 중량부, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함한다. 상기 황토-탄소입자 복합성형체는 BET법으로 측정한 비표면적이 60 m2/g 이상이고, 밀도가 5.1~7.4 g/cc 일 경우, 황토만 사용한 성형체에 비해 VOC 분해 및 탈취효과가 우수한 것으로 나타났으며, 활성탄으로만 이루어진 정화장치에 비해 정화 성능이 유지되는 시간이 더욱 길게 유지되는 것으로 나타났다.
본 발명에 있어서의 황토(Yellow Soil, Hwangto)란 암석이 화학적 풍화작용을 받아 변질되어 토양화된 풍화잔류토(풍화토)를 의미한다(J. Miner. Soc. Korea, 13, 147-163 (2000) 참조). 황토는 토양의 일종으로서, 암석의 풍화산물이므로 본래의 암석(모암)의 종류와 풍화정도 등에 따라 색, 성분, 물리화학적 성질 등이 다양하게 나타날 수 있다. 예를 들면, 그 화학적 조성은 이산화규소 45-55 중량%, 알루미나 20-30 중량%, 삼이산화철 10-20 중량%를 주성분으로 하고 미량성분으로 이산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨 및 산화칼륨 등을 0~15% 포함할 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 상기 함량 범위로 본 발명에 따른 황토가 제한되는 것은 아니다.
황토는 탄산칼슘, 실리카, 알루미나, 철, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등의 수많은 무기질, 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제 등의 다양한 효소 및 Bacillus속, Pesudomonas속, Nitrosomonas속 등의 다양한 미생물을 함유하고 있다. 이때 효소는 독소제거, 분해력, 및 정화작용의 역할을 하며, 미생물은 VOC를 분해하며, 특히 악취를 이산화탄소와 물로 분해한다.
본 발명에서 사용되는 황토는 다공성 물질로서, 예컨대 표면적이 넓은 벌집구조로서 수많은 구간이 복층 구조를 이루고 있다. 황토의 기공 안으로 태양광선 중 원적외선이 다량으로 흡수 및 저장되고, 방출되는 것으로 알려져 있다. 또한, 황토는 다공성 물질로서 높은 비표면적에 의해 미세먼지, 세균, 악취 등을 흡착하는 능력이 우수하다.
이에 따라, 본 발명에 따른 황토-탄소입자 복합성형체는 황토가 함유하고 있던 여러 유기물, 예를 들면 효소나 미생물 등이 상기 복합성형체의 표면 및 기공 내에 다량 존재하며, 활성탄 표면에 흡착된 오염 물질들을 제거 및/또는 분해함으로써 황토-탄소입자 복합성형체의 공기정화 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 물론, 상기 언급한 명칭의 미생물 외에도 황토에 함유되어 있는 미생물 및 기타 유기물이라면 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체 내에 존재하는 효모 및 미생물 등은 복합성형체에서 채취한 시료를 미생물 배양하는 방법을 통해 용이하게 검출 가능하다.
상기의 가소성 점토는 황토가 물에 분해되지 않도록 하며, 황토의 점력을 더욱 증가시켜 소성공정을 거치지 않고 건조공정만으로도 황토-탄소입자 복합성형체가 우수한 강도를 갖도록 성형을 할 수 있도록 해준다. 또한 가소성 점토는 물을 첨가하여 원하는 형상으로 성형한 후 수분을 건조시키더라도 성형시 모양과 강도가 계속 유지되는 것이 바람직하며, 예를 들면 벤토나이트, 게르마늄, 몬모릴로나이트 및 견운모로 이루어진 군 중에서 선택된 하나 또는 2종 이상이다. 이때 바람직하게는 벤토나이트나 몬모리로나이트를 사용하는 것이다.
상기의 가소성 점토는 이산화규소 71-73 중량%, 알루미나 14-16 중량%를 주성분으로 하며, 소량 성분으로서 삼이산화철, 이산화티타늄, 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화나트륨, 산화칼륨 중에서 2종 이상이 11-15 중량%를 포함하는 것이 바람직하며, 자연에서 얻어지는 가소성 점토의 함량이 이에 미치지 못할 경우에는 필요한 성분을 추가하여 사용할 수 있다.
상기 탄소입자는 복합성형체에 포함되어 VOCs, 냄새입자 및 미세먼지 등을 포집하는 성능을 갖기 위해 비표면적이 클수록 좋으며, 일반적으로 활성탄, 숯, 탄소나노입자, 카본블랙, 그래핀, 흑연의 분말 중 하나 또는 2개 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명에서의 황토-탄소입자 복합성형체는 음이온을 방출하여, 항균 및 냄새입자 제거 성능을 더욱 향상시킬 수 있는 음이온광물을 1 중량부 내지 10 중량부를 더 포함시킬 수 있다. 본 발명에서 사용된 음이온 광물은 P2O5, Ce2O3, La2O3, Nd2O3, ThO2, Pr2O3, SiO2, Sm2O3, CaO, Fe2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3, Gd2O3, Dy2O3, SO3 중에서 선택되는 적어도 2개를 포함하는 것을 의미한다.
선택적으로, 본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체는 샤모트를 더 포함할 수 있다. 샤모트는 약 1450 ℃에서 소성된 물질로서 샤모트를 첨가시 건조공정만으로도 황토-탄소입자 복합성형체의 형상이 계속 유지될 수 있도록 뼈대역할을 한다. 본 발명의 황토-탄소입자 복합성형체는 가소성 점토 및 황토만으로도 성형된 형상을 유지할 수 있지만 샤모트가 추가되면 더욱 견고하게 성형된 형상이 유지된다. 이러한 측면에서 샤모트는 황토 100 중량부에 대하여 샤모트를 5 내지 10 중량부 더 포함하는 것이 바람직하다. 이때 샤모트는 이산화규소 50-60 중량%, 알루미나 30-37 중량%, 삼산화철 1-5 중량%, 이산화티타늄 1-5 중량%, 산화마그네슘 0.1-2.0 중량%, 산화칼슘 0.01-0.1 중량%, 산화나트륨 0.01-0.1 중량%, 산화칼륨 0.1-2.0 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 황토-탄소입자 복합성형체의 형태에 특별한 제한은 없으나 예를 들면 각각 입자형, 원통형, 판상형 및 다각형 등으로 제조될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 세라믹 카트리지 구성의 일 구현 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 세라믹 지지체의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 세라믹 카트리지를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 카트리지는 세라믹 성형체(110), 세라믹 지지체(120)를 포함하며, 세라믹 지지체(120)에는 세라믹 성형체(110)가 안착할 수 있는 세라믹 안착부(121)가 구비되며, 세라믹 성형체(110)는 세라믹 지지체(120)에 탈착이 가능한 상태로 안착된다. 세라믹 안착부(121)는 복수의 세라믹 성형체 사이로 공기유로가 형성되도록 지지하는 형태이며, 세라믹 성형체(110)는 판상일 수 있으며, 복수의 세라믹 성형체가 마주하도록 지지하는 구조일 수 있다.
도 3에서 도시한 바와 같이 세라믹 성형체(110) 간의 간격(d)은 공기유로를 형성하도록 세라믹 성형체(110) 두께(t)의 10 내지 150% 인 것이 바람직하다. 세라믹 성형체 간의 간격이 너무 좁으면 공기 흐름이 차단되어 정화 기능이 감소되며, 너무 넓으면, 성형체에 접촉하지 못하고 통과하는 공기가 많아져 역시 정화 기능이 감소된다.
도 4는 본 발명에 따른 제1 세라믹 성형체(113)와 제2 세라믹 성형체(114)의 배열에 관한 실시 가능한 예를 도시한 것이다. 도 4(a)와 같이 제1 세라믹 성형체(113)만 포함하거나, 4(b) 및 4(c)와 같이 일정 간격으로 제1 세라믹 성형체(113)와 제2 세라믹 성형체(114)를 혼합하여 사용할 수 있다. 제1 세라믹 성형체(113)는 탄소입자의 비표면적이 넓어 VOCs 입자 및 냄새입자 등의 오염물 포집능력이 우수하며, 기공 내의 미생물에 의해 VOCs 입자 및 냄새입자 등을 분해한다. 제2 세라믹 성형체(114)는 황토에서 나오는 원적외선과 음이온광물에서 방출되는 음이온에 의해 살균 및 탈취작용을 한다. 제1 세라믹 성형체(113)에 음이온광물을 직접 혼합하지 않는 것은 음이온의 살균 작용에 의해 제1 세라믹 성형체(113) 내의 미생물이 현저히 감소하여 VOCs 등의 분해작용이 감소하기 때문이다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기가 차량에 장착되는 상태를 도시한 사시도이다. 차량 내부의 공조기 공기 토출구(1)에 차량용 세라믹 공기정화기(200)가 장착된 것을 예시하여 도시하였다. 도 5와 같이 공기 토출구(1) 그릴에 직접 탈착하는 구조인 것이 바람직하나, 토출구의 공기가 차량용 세라믹 공기정화기(200) 내로 인입 가능한 다른 방식의 체결구조도 가능하다.
도 6은 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기의 분해사시도이며, 도 7은 차량용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.
도 6 내지 도 7에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 차량용 세라믹 공기정화기(200)는 차량의 공조기 공기 토출구(1)에 탈착 가능하도록 형성된 체결부(240), 하나 또는 2개 이상 형성된 공기유입구(231) 및 세라믹 지지체(220)가 안착될 수 있는 지지체 안착부를 갖는 케이스(230), 복수의 세라믹 성형체(210) 및 상기 세라믹 성형체(210)를 지지하는 세라믹 지지체(220)로 구성된다. 체결부(240)는 케이스(230)에 일체로 형성되거나, 케이스에 결합 및 분리가 가능한 탈착구조 일 수 있다.
상기 케이스(230)는 상기 세라믹 성형체(210) 또는 세라믹 지지체(220)를 입출할 수 있는 개구부와 상기 개구부를 개폐할 수 있는 개폐부가 더 포함될 수 있다. 상기 개폐부는 상기 케이스(230)에 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 형성되어 상기 케이스(230)에 탈착될 수 있다.
본 발명에서 차량용 세라믹 공기정화기(200)의 세라믹 지지체(220)와 세라믹 성형체(210)가 케이스(230)로부터 분리 가능한 구조인 것은, 세라믹 성형체(210)의 교체 사용을 위해서다. 세라믹 성형체(210)를 일정 기간(1~6개월) 이상 오염된 공기 중에 사용하면 미생물에 의한 분해 능력이 감소하게 되고, 일정 시간(대략 일주일 이상) 미생물의 분해 능력 회복 기간이 필요하기 때문에, 2 세트 이상의 세라믹 성형체(210)를 이용하여 특정 주기로 교체하여 반복 사용하게 되면 지속적인 정화 성능을 얻을 수 있고, 바람직하게는 도 2의 세라믹 카트리지(100) 형태로 1 내지 6개월 마다 2 개의 세라믹 카트리지(100)를 번갈아 사용하는 것이 좋다.
상기 차량용 세라믹 공기정화기(200)에는 먼지를 여과할 수 있는 여과망(260)이 포함될 수 있다. 본 발명의 세라믹 성형체(210)는 VOCs나 냄새 입자 등을 분해하는 능력은 우수하나, 상대적으로 먼지를 여과하는 성능은 일반 필터형 여과기에 비해 약하기 때문에, 또한, 세라믹 성형체(210) 표면에 미세 먼지 등이 흡착되게 되면 VOC 등을 분해하는 효과가 감소할 수 있어, 이를 방지하기 위해 여과망(260)을 사용할 수 있다. 여과망(260)은 모시, 삼베 등의 천연 섬유로 된 것을 사용할 수 있는데, 먼지 여과뿐만 아니라 환경 친화적이며, 모시의 경우에는 항균 효과도 기대할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 실내용 세라믹 공기정화기의 분해사시도이며, 도 9는 실내용 세라믹 공기정화기의 사시도이다.
도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 실내용 세라믹 공기정화기(300)는 가정 및 사무실 등에서 사용 가능하도록, 도 5내지 도 7의 차량용 세라믹 공기정화기(200)와는 다르게 송풍팬을 더 가지고 있으며, 공기 조화기 토출부에 체결 가능한 체결부가 없는 것이 특징이다. 구체적으로는 복수의 세라믹 성형체(320)가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며, 상기 세라믹 안착부는 상기 복수의 세라믹 성형체(320) 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체(320)를 지지하는 세라믹 지지체(330), 상기 세라믹 성형체(320)에 외부 공기가 인입될 수 있도록 하기 위한 송풍팬(360)이 포함되며, 상기 세라믹 지지체(330)가 안착되는 지지체 안착부가 포함되며, 상기 세라믹성형체(320), 세라믹 지지체(330) 및 송풍팬(360)을 감싸며, 공기유입구와 공기유출구가 형성된 커버(310)를 포함한다.
도 8에서 송풍팬(360)은 세라믹 성형체(320)의 하부에 위치하는 것으로 나타냈으나, 세라믹 성형체(320)에 공기를 인입시킬 수 있는 위치이면 다른 위치와 구조도 가능하다. 더불어 상기 송풍팬은 전기로 구동되며, 전력을 공급하기 위하여, 배터리, PC의 USB 단자, 가정용 전원, 태양광전지 등을 이용한 전원부를 구비할 수 있다.
상기의 차량용 세라믹 공기정화기(200)의 경우에서와 같이, 실내용 세라믹 공기정화기(300)도 세라믹 성형체(320)의 반복 재사용을 위해 탈착 가능 구조로 하는 것이 바람직하다.
또한, 황토-탄소입자 복합성형체는 자동차 실내 공기질을 개선시키기 위해 공조장치에 결합되어 사용될 수 있다. 황토-탄소입자 복합성형체 차량공조시스템(400)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기의 차량용 세라믹 공기정화기(200)와 유사하게 자동차 공조장치 그릴부(1)에 결합된 형태일 수 있으며, 그 외에도 자동차 에어필터부에 결합되는 형태로 사용될 수 있고, 자동차 공조장치 그릴부(1)와 일체로 형성되어 사용될 수도 있다.
황토-탄소입자 복합성형체는 자동차 공조장치에 결합될 수 있는 탈착부를 가지는 케이스 내에 포함되어 사용된다. 또 다른 실시예로서, 자동차 에어필터부에 포함되는 형태로 사용될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 황토-탄소입자 복합성형체 차량공조시스템에 있어서 제어 장치의 기능구성을 나타낸 기능블럭도이다. 공기정화부(410)는 황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 내지 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 내지 7.4 g/cc 인 황토-탄소입자 복합성형체를 포함하여 구성되며, VOC 제거 등 차량 실내의 공기를 정화한다. 측정부(420)는 공기정화부가 가동된 시간을 측정하거나, 센서 등을 이용하여 공기정화부의 정화성능이 기준치 이상 유지되고 있는지를 측정한다. 제어부(430)는 측정부(420)로부터 전달된 측정값에 따라 가동된 시간이 기준 시간을 초과하거나, 공기정화부 정화성능이 기준치 이하로 낮아지게 되면 알람부(440)에 신호를 전달하여 알람부(440)가 작동되도록 한다. 알람부는 LED나 램프 등을 이용하여 점등되는 방식일 수 있고, 스피커나 진동기에 의해 교환시기를 알릴 수도 있다. 사용자는 알람부(440)의 작동에 의해 공기정화부(410)의 황토-탄소입자 복합성형체를 교환할 시기를 알 수 있어, 차량의 지속적인 공기정화 성능을 기대할 수 있다. 또한 제어부(430)은 알람부(440)로 신호를 보내는 대신 재생부(450)에 신호를 보내 재생부(450)를 작동시킬 수 있다. 재생부(450)는 황토-탄소입자 복합성형체의 표면에 강한 바람을 불게 하거나, 적정 온도가 유지되도록 적외선 등을 방사할 수 있다.
이하에서는, 황토-탄소입자 복합성형체의 제조 방법을 실시예를 들어 나타냈으며, 제조된 성형체의 VOC 제거 성능을 비교예들과 비교하여 실험예를 통해 나타내었다.
실시예 1
<황토-탄소입자 복합성형체 제조>
각각 입자크기가 180 메쉬인 가소성 점토 9 중량부, 황토 100 중량부와 활성탄 7 중량부를 혼합하여 황토-탄소입자 혼합체를 만들었다. 상기 황토-탄소입자 혼합체와 물을 1: 1.5의 비율로 혼합하여 황토 혼합물을 희석한 후, 진동체로 180 메쉬의 스크린에 통과시켜 미세한 입자크기로 여과하였다. 여과된 황토 혼합물을 필터프레스로 50분 동안 10kg/cm2 의 압력을 가하여 탈수하고 이를 진공토련기로 탈기한 후 도판기로 22 kg/cm2 의 압력을 가하여 성형함으로써 판상형의 황토-탄소입자 복합성형체를 얻었으며, 그 후 자연건조시켜 건조된 황토-탄소입자 복합성형체를 제조하였다.
비교예 1
공기정화에 사용된 성형체로서 황토와 가소성점토로만 성형된 성형체를 사용하였다.
비교예 2
공기정화에 사용된 성형체로서 황토와 가소성점토를 혼합하여 평균직경 3~4 mm의 구 형상으로 만든 후 소성한 소성체를 사용하였다.
비교예 3
공기정화에 사용된 성형체로서 황토와 가소성점토를 혼합하여 평균직경 10~12 mm의 구 형상으로 만든 후 소성한 소성체를 사용하였다.
비교예 4
활성탄으로만 이루어진 필터를 사용하였다.
실험예 1: 시간 경과에 따른 VOC 농도 측정제거 효율 측정
각각 260 cc의 동일한 부피를 갖는 실시예 1 및 비교예 1-3의 성형체를 용량 30 L인 항온조 내에 배치하고, 초기 VOC 농도를 360 ppm 로 동일하게 한 후 시간 경과에 따른 VOC 농도(ppm)를 측정하여 제거 효율을 관찰하였으며, 그 결과를 도 11에 도시하였다.
본 발명에서 농도 제거 실험은 위 조건에서 수행한 것을 말한다.
도 11을 참고하면, 전체적으로 실시예 1의 성형체의 VOC 제거 성능이 가장 우수한 것을 알 수 있으며, 비교예 3의 필터가 성능이 가장 낮은 것을 알 수 있다.
구체적으로는, 비교예 2와 비교예 3 성형체의 경우는 성형체가 없이 실시한 측정값과 비교하였을 때, 초기 20분까지만 VOC 제거효율이 약간 높은 것으로 나타났고, 그 이후에는 오히려 시간이 지날수록 VOC 제거 효율이 낮게 나타나기도 하였는데, 이는 비교예 2와 비교예 3의 성형체가 소성을 하였기 때문에, 황토에 유래하는 미생물이 소멸된 상태이므로, 미생물에 의한 VOC의 분해 작용이 없었기 때문으로 보이며, 초기 20여 분간 더 효율이 높게 나타난 것은 성형체 외부의 기공에 의한 흡착 등에 기인한 것으로 보이고, 소성을 했을 경우 건조 성형체에 비해 기공이 매우 적기 때문에 흡착 능력이 빠르게 포화된 것으로 보인다.
비교예 1과 실시예 1을 비교하였을 때에도 실시예 1의 황토-탄소입자 복합성형체의 제거 성능이 10분 이후 지속적으로 더 좋았으며, 비교예 1의 경우 2시간이 경과하였을 때의 VOC 농도가 84 ppm 이었던 반면, 실시예 1의 경우는 29 ppm 으로 나타나, 실시예 1의 제거 성능이 월등히 높았다.
이를 통해, 황토와 가소성 점토만으로 이루어진 성형체에 비해 활성탄이 포함되었을 경우 활성탄의 흡착 능력 및 VOC 제거 성능에 기인하여 더욱 우수한 성능을 가지는 것으로 나타났다.
실험예 2: 사용 시간에 따른 VOC 처리 능력(%) 측정
각각 260 cc의 동일한 부피를 갖는 실시예 1 및 비교예 4의 필터를 장착한 27-32℃ 항온조(용량 30L)에 넣고 솔벤트를 40℃로 유지시켜 증발하는 솔벤트에서 나오는 VOCs를 3.2-3.5 m/s의 유속으로 실시예 1 및 비교예 4의 필터에 통과시켰다. 시간에 따른 VOCs 처리 능력을 %로 나타내었으며, 그 결과를 도 12에 도시하였다.
도 12를 참고하면, 전체적으로 실시예 1의 정화효과가 더욱 길게 유지되는 것을 알 수 있으며, 비교예 4의 필터는 172시간 이후 정화효과가 없는 것으로 나타났다.
실시예 1의 수명이 길게 유지되는 것은 황토-탄소입자 복합성형체 표면 및 기공 내에 존재하는 미생물이 포집된 VOCs 및 냄새 입자를 분해하여 배출하고 새로운 VOCs 및 냄새입자를 반복적으로 포집하여 분해하기 때문으로 생각된다. 이번 실험은 540 시간까지만 나와 있으나, 실제 시제품을 제작하여 사용해 본 결과 2개월 이상 VOCs 제거 성능이 유지되는 것을 확인하였으며, 활성탄만을 사용한 공기정화 필터에 비해 그 수명이 현격히 증가하는 것을 확인하였다.
환경오염이 점차로 심각해지고 이에 대한 관심과 연구가 활발한 당분야의 실정을 고려할 때 이러한 수준의 정화성능 개선은 현저한 수준임은 당업자에게 자명하다.
전술한 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 예시로서, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형하여 본 발명을 실시하는 것이 가능할 것이므로, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 차량 및 실내 공기의 정화, 탈취 및 VOC 제거 등의 용도로 사용 가능하다. 구체적으로는 차량용 공기정화기, 차량용 에어필터, 가정용 공기청정기, 산업용 VOC 제거설비, 및 반도체 제조설비 등의 클린룸 공기청정장치 등에 사용할 수 있다.

Claims (19)

  1. 공기 정화기능을 갖는 황토-탄소입자 복합성형체로서,
    황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하며,
    BET법으로 측정한 비표면적이 60 내지 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 내지 7.4 g/cc 인 황토-탄소입자 복합성형체.
  2. 제1항에서,
    음이온광물을 1중량부 내지 10중량부를 더 포함하며,
    상기 음이온광물은 P2O5, Ce2O3, La2O3, Nd2O3, ThO2, Pr2O3, SiO2, Sm2O3, CaO, Fe2O3, TiO2, ZrO2, Y2O3, Gd2O3, Dy2O3 및 SO3 중에서 선택되는 적어도 2개를 포함하는 것을 특징으로 하는 황토-탄소입자 복합성형체.
  3. 제1항에서,
    상기 복합성형체에는 기공이 형성되어 있으며,
    상기 기공 내에 위치하는 카탈리아제, 디페놀옥시디아제, 사카리제, 프로테아제, Bacillus속, Pesudomonas속 및 Nitrosomonas속 중 1종 이상의 효모 또는/및 미생물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 황토-탄소입자 복합성형체.
  4. 제1항에서,
    상기 탄소입자는 활성탄, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 황토-탄소입자 복합성형체.
  5. 제1항에서,
    상기 황토-탄소입자 복합성형체는 VOC 제거 성능 시험에서 VOC 농도가 2시간 이후 초기값 대비 70% 이상 감소시키는 것을 특징으로 하는 황토-탄소입자 복합성형체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 황토-탄소입자 복합성형체가 포함된 공기정화 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 황토-탄소입자 복합성형체를 포함하는 타일.
  8. 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체;
    상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체를 포함하며,
    상기 세라믹 지지체는 상기 복수의 세라믹 성형체가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며,
    상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 공기정화용 세라믹 카트리지.
  9. 제8항에서,
    상기 세라믹 성형체는 판상으로 이루어져 있으며,
    상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체가 서로 마주하도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 카트리지.
  10. 제9항에서,
    상기 세라믹 성형체 간의 간격은 상기 세라믹 성형체 두께의 10 내지 150%인 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 카트리지.
  11. 제8항에서,
    상기 세라믹 성형체는,
    황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부로 구성되는 제1 세라믹 성형체를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 카트리지.
  12. 제11항에서,
    상기 세라믹 성형체는,
    황토 100 중량부에 대하여, 음이온광물 3 내지 15 중량부, 가소성 점토 1 내지 10 중량부로 구성되는 제2 세라믹 성형체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 카트리지.
  13. 제11항에서,
    상기 탄소입자는 활성탄, 숯, 탄소나노튜브, 흑연 및 카본블랙 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기정화용 세라믹 카트리지.
  14. 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체;
    상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체;
    상기 세라믹 지지체 및 상기 세라믹 성형체를 커버하며 공기 유입구와 공기 유출구가 형성된 케이스;
    상기 케이스에 연결되어 있으며 공조기 공기 토출구에 결합가능한 체결부를 포함하며,
    상기 세라믹 지지체는 상기 복수의 세라믹 성형체가 안착되는 세라믹 안착부를 포함하며,
    상기 세라믹 지지부는 상기 복수의 세라믹 성형체 사이에 공기유로가 형성되도록 상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 차량용 세라믹 공기정화기.
  15. 제14항에서,
    상기 세라믹 성형체는,
    황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 세라믹 공기정화기.
  16. 황토를 50 중량% 이상 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 ~ 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 ~ 7.4 g/cc 인 복수의 세라믹 성형체;
    상기 복수의 세라믹 성형체를 지지하는 세라믹 지지체;
    상기 세라믹 지지체의 일측에 위치한 송풍팬;
    상기의 세라믹 성형체, 세라믹 지지체 및 송풍팬을 감싸며, 공기유입구와 공기유출구가 형성되어 있는 커버;
    를 포함하는 실내용 세라믹 공기정화기.
  17. 제16항에서,
    상기 세라믹 성형체는,
    황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내용 세라믹 공기정화기.
  18. 차량공조시스템에 있어서,
    황토 100 중량부에 대하여, 가소성점토 5 내지 15 중량부, 탄소입자 3 내지 15 중량부를 포함하며, BET법으로 측정한 비표면적이 60 내지 200 m2/g 이고, 밀도가 5.1 내지 7.4 g/cc 인 황토-탄소입자 복합성형체를 포함하는 공기정화부와;
    상기 공기정화부의 가동시간 및 정화성능 중 적어도 하나를 측정하는 측정부와;
    운전자에게 상기 공기정화부의 상태를 알려주는 알람부와;
    상기 측정부의 측정결과에 기초하여 상기 알람부를 통해 상기 공기정화부의 상태를 운전자에게 알려주는 제어부를 포함하는 차량공조시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 공기정화부를 재생시키는 재생부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 측정부의 측정결과에 기초하여 상기 재생부가 상기 공기정화부를 재생하도록 하는 것을 특징으로 하는 차량공조시스템.
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