KR100480260B1

KR100480260B1 - 광촉매를 이용한 공기청정기

Info

Publication number: KR100480260B1
Application number: KR10-2002-0047194A
Authority: KR
Inventors: 배성순
Original assignee: 배성순
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2005-04-06
Also published as: KR20040014028A

Abstract

본 발명은 광촉매를 이용한 공기청정기에 관한 것으로 통상의 다기능 복합필터기구와 공기순환용 송풍기가 구비된 공기청정기에 있어서, 공기청정기의 기체 내면 사방에 산화티타늄 (TiO₂)의 광촉매 적층판을 내장하고 기체내의 공기 순환(循環)의 영역(領域)에는 망상으로 된 광촉매가 적층 망상통 및 광촉매 적층팬을 저속으로 회전가능하게 설치하며, 기체 내부 공간부에는 광촉매 반응을 위한 복수개의 자외선 램프를 사방에 배치하여, 자외선이 조사(照射)된 광촉매 반응에 의하여 공기에 함유된 유해가스를 무해물로 분해하여 필터기구에 의한 공기의 청정여과기능과 더불어 광촉매 반응에 의한 공기의 정화기능을 보다 높일 수 있게 한 것이다.

Description

광촉매를 이용한 공기청정기{AIR CLEANER APPLYING LIGHT CATACYST}

본 발명은 광촉매를 이용한 공기청정기에 관한 것이다.

종래 공기의 청정에 있어서는 지역환경에 따라 공기의 질이 매우 다양하기 때문에 한 가지 형태의 공기정화기로 모든 공기를 정화하는 것은 불가능하고 공기를 물로 세정하는 공기정화기, 복합 필터기구에 의하여 공기의 먼지를 여과하고 일부 가스를 흡착하게 된 공기 정화기, 살균등을 설치하여 공기여과와 동시에 특정 세균을 살균하게 된 공기정화기, 또는 이온이나 정전기를 발생시키어 먼지를 흡착하는 공기정화기, 오존에 의해 유화가스를 분해시켜 냄새를 제거하거나 살균하게 된 공기 정화기 등 다양한 기능의 공기정화기가 있다.

그러나 공기청정기의 기능이 모든 환경에 충족되고 있는 것은 아니기 때문에 날이 갈수록 환경공해가 심화되고 있는 실정을 감안할 때 공기청정기의 기술개발의 요구는 한계가 없다.

본 발명의 목적은 다기능 복합 필터기구에 의해서 마이크로 단위의 미세한 먼지를 여과할 수 있는 공기청정기에 있어서, 복수개의 산화티타늄(TiO₂)의 광촉매 적층판과 복수개의 자외선 램프를 기체내부의 공기 순환 영역(領域)에 구비시키어 자외선램프에서 방출되는 자외선의 조사(照射)에 의한 광촉매반응으로 필터기구로 여과되지 않은 유해가스를 무해 물질로 분해시키어 공기의 정화기능을 보다 향상시킨 새로운 광촉매를 이용한 공기청정기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가정의 주방에서 발생되는 악취등을 제거하고 문을 제대로 열어 둘 수 없는 각종 공장의 산업지대의 아파트나 주택에서 실내공기의 청정도를 보다 높이어 각종 공해로 인한 호흡기질환을 예방하고 위생적으로 보다 안전하게 사용할수 있는 광촉매를 이용한 공기청정기를 제공하려는데 있다.

본 발명자가 특허 및 실용신안등록을 받은 선행기술의 몇 종류의 공기청정기는 특수한 다기능 복합 필터기구를 구비하고 있어서 적어도 0.3㎛-5㎛정도의 먼지등은 거의 모두 여과가 가능하고 악취나 아황산가스등의 일부도 제거되고 있다. 본 발명은 상기한 다기능 복합 필터기구에 의한 고도의 공기 여과기능의 장점은 그대로 유지하고, 여기에 더하여, 자외선이 조사되면 광촉매반응에 의하여 공기중의 유해가스를 무해하게 분해시키어 공기청정 기능을 보다 향상시킨 새로운 광촉매를 이용한 새로운 공기청정기를 개발한 것이다.

본 발명에서 채용한 광촉매는 공지된 산화티타늄(TiO₂)이다. 상기 광촉매에 380nm 파장이하의 자외선(UV)을 조사(照射)하면 광촉매의 표면에 묻어 있는 오물(汚物)이 실온(室溫)에서 분해되거나 물과 친수성이 강하여 초친수성(超親水性)의 효과를 내며 따라서 미세한 물방울이 표면에 퍼져 투명한 수막을 이루기도 한다. 이를 산화티타늄의 "광촉매(光觸媒) 반응"이라 한다.

이러한 광촉매 반응에 의하여 유기물의 분해가 일어나고 최종적으로는 물과 이산화탄소(CO₂)로 분해되어 오물이 제거되고 항상 깨끗한 표면을 유지할 수 있다.

이러한 산화티타늄의 광촉매 반응은 적어도 빛의 파장이 380nm이하의 자외선이 조사(照射)되어야 하고 자외선의 강도는 수 mW/㎠정도가 필요하다. 이러한 강도의 자외선은 낮의 태양광선에서 충분히 얻을 수 있다.

또한 산화티타늄의 광촉매반응이 일어나는 이유는 TiO₂의 분자구조에 의한다. 티타늄원자의 표면에 산소원자가 브릿치형으로 배열되어 있기 때문에 여기에 자외선이 조사되면 원자 레벨의 변화가 일어나서, 이로 인하여 생성된 정공(正孔)에 의하여 광촉매의 결정체 내면의 산소원자에 비하여 표면에 배열된 산소원자 에너지가 불안정하게 되어 표면의 산소는 이탈되어 산소결핍을 생성하게 된다. 이 결함에 의해 공기중의 물분자가 해리(解離)되어 수산기(水酸基)로서 흡착되어 표면의 수산기의 밀도가 증가되어 상기한 "초친수성"이 되는 것이다.

현재는 주로 건물의 외벽이나 유리창 또는 자동차의 외부 사이드밀러 등 태양광선을 이용할 수 있는 부분에서 국부적으로 산화티타늄 광촉매를 표면의 청결수단으로 이용하고 있는 정도이다.

그러나 최근에 여러가지 시험을 통하여 알아 본 결과로는 산화티타늄이 나노어더(nano-oder)의 조면(粗面)으로 적층하면 TiO₂의 결정체 표면이 증대되면서 산소의 표면적이 보다 증대되어, 불과 1㎼/㎠정도의 작은 자외선 강도로도 상기한 광촉매반응을 일으켜 "산화반응"이나 "초친수성" 효과를 실현할 수 있는 사실을 알게 되었다. 이 정도의 자외선량은 통상의 자외선 램프에서 얻을 수 있다.

본 발명은 이러한 산화티타늄의 광촉매 반응의 특성을 공기청정기의 공기정화기능에 이용한 것이다.

즉, 고집진(高集塵) 여과기능을 가진 공기 청정기에 있어서, 기체 내부의 공기순환 영역에 산화티타늄(TiO₂)의 광촉매가 나노오더의 조면(粗面)으로 적층된 복수개의 광촉매 적층판과 빛의 파장이 380nm 이하의 자외선을 적어도 1㎼/㎠ 이상 방출하는 복수개의 자외선 램프를 적절한 간격으로 배치하여 기체내부의 공기의 여과순환중 자외선램프에서 방출된 자외선이 광촉매 적층판에 조사되면서 광촉매 반응을 하여 공기중의 유해가스나 유해물질을 무해하게 분해하여 분해중에 생성된 수분은 대부분 증발비산하고 일부분은 기체 하부측에 설치한 집수기에 집수되고 유해가스가 제거되어 공기의 청정기능을 보다 상향시킬 수 있게 구성한 것이다.

본 발명은 상기한 구성에 한정하지 않고 공기의 접촉을 증대하기 위하여 망상의 광촉매 적층 망상통이나 광촉매 적층팬을 저속으로 회전가능하게 설치하여 순환공기가 광촉매의 표면에 보다 용이하게 접촉할수 있게 하여서 광촉매 반응에 의한 공기의 정화기능을 높이게 할 수 있다.

또한 본 발명은 특허청구범위 내에서 공기청정기의 공기순환 영역에 상기의 광촉매 적층판과 자외선램프를 좁은 간격의 병열로 나란히 배치할 수 있고 또한 공기청정기의 공기순환통로를 지그재그의 형태로 가변시키어 가변된 공기통로에 상기 광촉매 적층판과 자외선램프를 배치할 수도 있다.

본 발명의 상기 광촉매가 적층되는 소재는 알루미늄판, 철판, 동판, 기타 각종의 금속판과, 유리판, 각종 합성수지판 등을 사용할 수 있으며 광촉매의 적층법은 공지된 것이다.

본 발명의 공기청정기는 송풍기의 가동에 의하여 기체의 내외로 공기를 순환시키면 다기능 복합 필터기구에 의하여 공기중에 부유되는 미립자의 먼지등은 모두 여과 집진된다.

한편 자외선을 점등시키면 자외선램프에서 방출된 자외선이 광촉매에 조사되면서 광촉매반응이 일어난다.

상기 광촉매작용은 "산화반응"과 " 초친수성"효과이며, 이러한 광촉매반응에 의해서 필터기구에서 여과되지 못한 공기중에 함유된 이산화황(SO₂)이나 산화질소(NO₂), 또는 암모니아 (NH₃)등 각종 유해가스나 유해물질을 분해하여 무해하게 청정하는 것이다.

이와 같이 본 발명은 다기능 필터기구에 의한 먼지의 여과기능과 자외선에 의한 부차적인 살균작용과 및, 자외선의 조사에 따른 광촉매반응의 가스분해 작용등의 결합에 의하여 종래의 공기청정기에 비하여 공기의 청정폭이 확장되고 정화기능이 보다 향상된다.

따라서 주방에서 나오는 음식냄새, 각종 공장의 산업지대에서 제대로 문을 열고 살기 어려운 아파트나 가정에서 실내의 공기를 보다 유효하게 청정하여 사용할 수 있게 한 것이다.

도1은 본 발명의 한 실시예를 보인 측단면도이고 도2는 동 평단면도이다.

공기청정기(1)의 공기유입구(2)측에 통상의 다기능 복합 필터기구(3)가 내장되고 공기 유출구(4)측에 모터(4m)로 구동되는 송풍기(4f)가 설치되어 기체(1a)의 유입구(2)에서 유출구(4)로 송풍기(4f)의 송풍력에 의하여 실내공기가 순환되는 중에 공기에 함유된 미세한 먼지가 여과하게 된 것에 있어서,

기체(1a)의 사방 내면부에는 광촉매(TiO₂)가 나노오더(nano oder)의 조면(粗面)으로 적층된 광촉매 적층판(5)을 사방에 내장한다. 기체(1a)의 중앙부의 공기의 순환 영역에는 망상으로 된 광촉매 적층 망상통(5d)과 광촉매 적층팬(5f)을 각각 모터(5m)(5m')에 의해서 저속으로 회전(약 60- 100회전/분)되게 설치한다. 기체(1a)의 공간내부의 적정위치에는 1㎼/㎠이상의 자외선이 방출되는 복수개의 자외선 램프(6)를 전원제어기(7)에 의하여 제어가능하게 배치하여 자외선 램프에서 방출되는 자외선 조사에 따른 광촉매 반응에 의해서 유해가스를 무해하게 분해하여 공기의 청정범위를 확장하고 청정기능을 보다 높일 수 있게 구성하여서 된 것이다.

도면중 미설명부호 8은 광촉매반응으로 생성된 물기를 집수하는 집수기(集水器)이다.

본 발명에서 광촉매 적층판(5), 광촉매 적층 망상통(5d), 광촉매 적층팬(5f)에 사용되는 광촉매는 산화티타늄(TiO₂)이며, 상기 광촉매를 나노오더(nano oder)의 미세한 조면(粗面)으로 적층한 것으로서 조면은 도면 C 의 모식도와 같이 약 1㎚의 요철면으로 되어 있다. 상기 광촉매 적층 망상통(5d)과 광촉매 적층팬(5f)은 광촉매의 표면에 공기의 접촉율을 보다 증대하기 위한 부가적인 수단이다.

광촉매의 적층방법은 공지한 것으로 한 예를 들면, 광촉매를 적층할 판체를 포토에칭법이나 분사에칭법을 이용하여 조면으로 형성한 다음 코팅기에 의하여 1nm의 조면의 박막으로 산화티타늄 광촉매를 적층하는 것이다. 본 발명에서는 광촉매를 1nm의 조면으로 적층하는 것은 통상의 자외선램프를 사용하기 때문이다.

이와 같이 구성된 본 발명은, 공기청정기(1)를 실내에서 가동하면 공기유출구(4)측의 송풍기(4f)에 의하여 실내의 공기는 기체(1a)의 유입구(2)와 필터기구(3)를 통하여 유출구(4)로 유출되는 과정에서 공기중에 함유된 미립자의 먼지등이 먼저 여과된다.

한편 전원 제어기구(7)의 스위치 조작으로 자외선램프(6)를 점등시키고 광촉매 적층 망상통(5d) 및 광촉매 적층팬(5f)을 저속으로 가동하면 자외선램프에서 방출된 자외선(UV)은 광촉매 적층판(5)과 강촉매 적층 망상통(5d) 및 광촉매 적층팬(5f)에 조사되어 광촉매반응을 일으킨다. 이때 광촉매 적층 망상통(5d)과 광촉매 팬(5f)이 저속으로 회전되면서 공기와의 표면접촉율이 높게 되므로 광촉매 반응에 의한 공기의 정화효율이 그만큼 높게 된다. 즉, 자외선이 광촉매에 접촉되면 광촉매의 분자의 표면에 배열된 산소가 에너지적으로 불안정하게 되면서 유리(遊離)되어 광촉매작용이 일어난다. 광촉매작용은 "산화분해" 작용과 "초친수성" 효과이다.

이러한 광촉매의 반응에 의하여 필터기구에서 여과되지 않은 공기중에 존재하는 암모니아(NH₃)가스, 또는 이산화황(SO₂) 등을 분해하여 무해한 물질로 변화시키고 생성된 수분은 대부분 증발비산하고 일부분이 기체(1a)하부측의 집수기(8)로 집수된다.

본 발명의 공기청정기의 암모니아 가스, 먼지, 이산화황에 대한 청정기능에 대하여 시험결과는 아래의 표와 같다. (표중 "엔젤에어" 는 본 발명의 회사의 상품명이다.)

탈취효율시험결과

		암모니아(NH3)
초 기		3ppm
말기(30분후)		0.3ppm
효 율		90%

(시험제품 : 공기청정기(엔젤에어))

본 발명의 공기청정기를 가동하여 30분이 경과하였을때 90%의 암모니아가스가 제거되었음을 표1에서 확인되며, 이는 광촉매 반응에 의한 암모니아가스가 분해되는 사실이 확인된다. 공기청정기를 계속가동하면 암모니아가스의 대부분을 제거할 수 있음을 알 수 있다. 암모니아가스는 악취를 발산하는 유해가스이다.

집진효율시험결과

	PARTICL SIZE
	0.3㎛	0.5㎛	1㎛	2㎛	5㎛
초 기	57851	4254	384	145	9
말기(60분후)	23590	1416	30	3	0
효 율	59. 22%	66.71%	92.19%	97.93%	100%

(시험제품 : 공기청정기(엔젤에어))

상기 표2에 의하여 1㎛이상의 미세한 먼지는 모두 제거될 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 광촉매 작용이라기보다 필터기구에 의한 효과이다.

가스제거시험결과

	이산화황(SO₂) (PPm)
초 기	0.3897
10 분	0.3086
20 분	0.2312
30 분	0.1691
40 분	0.1286
50 분	0.0984
60 분	0.0741
효 율	80.9%

(시험제품 : 공기청정기(엔젤에어)

표3에 의하여 본 발명의 공기청정기를 60분 가동하였을 경우 광촉매 반응에 의하여 악취를 내는 이산화황의 가스를 80% 이상 제거된 사실을 확인할 수 있다.

본 발명의 공기청정기는 필터기구에 의하여 공기의 먼지의 여과뿐 아니라 광촉매 반응에 의한 유해가스의 분해기능에 의하여 공기청정기능이 보다 향상된 사실을 확인할 수 있다.

이상의 시험은 강남필터(주) 부설 환경기술연구소의 시험결과이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 다기능 복합 필터기구에 의하여 미세한 먼지의 여과기능을 가진 공기청정기에 산화티타늄의 광촉매를 이용하여 자외선의 조사에 따른 광촉매반응에 의해서 유해가스를 정화할 수 있게 구성하였기 때문에 광촉매 반응에 의한 "산화반응"과 수산기의 농도증가에 따른 "초친수성" 효과에 의해서 종래 필터기구로도 여과되지 않는 악취를 내는 유해가스를 분해할 수 있어 공기청정 폭이 그만큼 확장된다.

또한 광촉매를 나노오더의 조면으로 적층 형성한 광촉매 적층판과 자외선램프가 구비된 공기청정기를 구성하였기 때문에 통상의 자외선 램프에 의하여 광촉매반응을 실현할 수 있고 가정이나 아무데서나 광촉매반응에 의하여 편리하게 공기를 순도 높게 청정할 수 있다.

또한 광촉매가 적층된 회전체에 의해서 광촉매의 표면에 공기의 접촉율이 증가되게 하였기 때문에 공기의 정화율이 그만큼 향상되어 실내의 악취를 제거하고 살균을 비롯하여 각종 유해가스를 제거하여 신선한 공기를 호흡할 수 있다.

또한 구조가 간단하여 사용중 고장의 우려가 없고 취급이 용이하여 일반 가정이나 공기의 환경공해가 심하여 문을 열기조차 어려운 각종 공장의 산업지대의 아파트나 가정에서 각종 호흡질환을 예방하고 보다 위생적으로 편리하게 사용할 수 있는 등의 여러가지 효과가 있다.

도1은 본 발명의 한 실시예의 종단면 예시도

도2는 동 평단면 예시도

A는 도2의 a 부분의 광촉매 적층 망상통의 확대 단면도

B는 도2의 b 부분의 광촉매 적층판의 확대 단면도

C는 본 발명의 광촉매 적층 조면(粗面)의 모식도

[도면중 중요한 부분에 대한 부호 설명]

1 : 공기청정기 1a : 기체 2 : 공기유입구 3 : 필터기구

4 : 유출구 5 : 광촉매 적층판 5d : 광촉매 적층 망상통

5f : 광촉매 적층팬 6 : 자외선 램프 7 : 전원제어기

Claims

미세한 먼지를 여과하는 다기능 복합필터기구가 구비된 공기유입구와 기체의 내외로 공기를 순환시키는 송풍기가 구비된 공기유출구를 가진 공기청정기에 있어서, 기체 내부의 공기 순환영역에 이산화티타늄(TiO₂)의 광촉매가 나노오더의 조면(粗面)으로 적층된 복수개의 광촉매 적층판과 파장이 380nm이하의 자외선을 1㎼/㎠ 이상 방출되는 복수개의 자외선램프를 자외선의 조사(照射)에 의해서 광촉매 반응을 할수 있도록 구비시키어 필터기구에 의해 먼지가 여과된 공기중의 유해가스를 광촉매반응에 의하여 무해한 물질로 분해시키어 공기를 청정하는 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 공기청정기.
제1항에 기체(1a)의 내면에는 산화티타늄(TiO₂) 광촉매가 나노오더(nano oder)의 조면(粗面)로 적층된 광촉매 적층판(5)을 사방 벽면에 내장하고 기체(1a)중앙부에 광촉매 적층 망상통(5d)과 광촉매 적층팬(5f)을 저속회전 가능하게 설치하며 기체(1a)의 공간내부에 1㎼/㎠ 이상의 자외선이 방출되는 복수개의 자외선 램프(6)를 전원 제어기(7)에 의하여 제어가능하게 배치하여, 필터기구에 의한 먼지의 여과기능과 자외선의 살균기능 및 광촉매 반응에 의한 유기물의 분해기능에 의하여 공기를 청정하는 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 공기청정기.
제1항에 있어서, 산화티타늄 광촉매 적층판(5)의 표면에 나노오더의 조면(粗面)은 1nm의 요철로 된 것을 특징으로 하는 광촉매를 이용한 공기청정기.