KR102238089B1 - 편백나무를 이용한 공기청정 필터 - Google Patents

편백나무를 이용한 공기청정 필터 Download PDF

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Abstract

필터의 내부에 편백나무 칩 또는 숯을 포함하는 것으로 미세먼지 정화뿐만 아니라 피톤치드를 방출하여 살균효과를 동시에 발휘할 수 있는 편백나무를 이용한 공기청정 필터를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 편백나무를 이용한 공기청정 필터는 (a) 외부프레임; (b) 외부프레임의 상면, 하면 또는 상하면에 부착되어 내부공간을 형성하는 필터; (c) 상기 외부프레임의 내측에 설치되는 내부프레임; 및 (d) 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 충진되는 편백나무 가공품을 포함할 수 있다.

Description

편백나무를 이용한 공기청정 필터{Filter for air purification using cypress tree}
본 발명은 편백나무를 이용한 공기청정 필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 필터의 내부에 편백나무 칩 또는 숯을 포함하는 것으로 미세먼지 정화뿐만 아니라 피톤치드를 방출하여 살균효과를 동시에 발휘할 수 있는 편백나무를 이용한 공기청정 필터에 관한 것이다.
대기의 오염이 심해지면서 공기 중에 인체에 해로운 유해물질과 오염된 먼지등이 함유되어 있고, 이러한 인체에 해로운 유해물질과 오염된 먼지등이 함유된 공기를 걸러짐 없이 그냥 섭취할 때에는 인체에 여러가지 좋지 않은 영향을 미치게 되므로 상기한 유해물질과 오염된 먼지등을 걸러주는 다양한 형태의 공기청정기 (일명 공기정화기라고도 한다)등이 사용되고 있다.
공기청정기는 실내의 공기를 흡입하여 그 오염물질을 제거하여 공기를 청정하게 하는 기계를 말한다. 이러한 공기청정기는 다양한 방식의 것들이 존재를 하는데, 크게 보아 기계식, 전기식 및 이온식으로 나눌 수 있다.
기계식은 팬을 이용하여 외부의 공기를 흡입하고 이를 필터를 통과시켜 여과한 후 이를 다시 외부로 방출하는 것을 말한다.
전기식은 팬에 의하여 외부의 공기를 흡입하고 공기중의 오염물질을 (+)극으로 대전시킨 후 (-)극의 필터로 집진하여 여과한 후 이를 다시 외부로 방출하는 것을 말한다.
이온식은 그 내부에서 (-)이온을 발생하여 실내로 방출하고 이에 따라서 (-)극으로 대전된 오염물질을 (+)극의 필터로 끌어당겨 공기중의 오염물질을 여과하는 것을 말한다.
이러한 방식들이 가장 기본적인 공기청정기의 방식들이지만 경우에 따라서는 이들 방식을 다양하게 조합할 수 있다. 이렇게 공기청정기는 그 방식에는 차이가 있지만 모두 공기중의 오염물질을 그 내부의 필터에서 여과하는 방식이다.
이와 같은 공기청정기는 미세한 유해물질과 오염된 먼지까지도 걸러주기 위하여 공지된 특수 대전섬유인 석면 섬유로 제작 된 여과지인 헤파필터(HEPA : High Efficiency Particulate Air)를 장착하여 사용하고 있는데, 상기 헤파필터는 강한 흡착력으로 공기에 함유되어 인체에 해로운 집먼지, 진드기, 바이러스, 곰팡이 등과 같은 유해물질과 인체에 가장 해 로운 미립자인 대략 0.3마이크론 크기의 오염먼지를 99.97%까지 깨끗하게 제거하는 정화력을 가짐으로서, 오염된 공기를 상당히 깨끗한 상태까지 정화시키는 역할을 하였다.
하지만 이러한 해파필터의 경우 단순히 필터의 역할만을 수행하고 있어 다양한 오염물질에 대한 대응력이 떨어지며, 살균기능을 하지 않기 때문에 미생물성 오염물질에 관해서는 별 효과를 가지지 못한다는 단점을 자기도 있다. 이를 해결하기 위하여 다양한 방법이 개발되었는데 그중 편백나무를 사용한 공기청정기의 경우 편백나무에서 발생하는 피톤치드로 인하여 사용자에게 상쾌함을 줌과 동시에 악취제거 및 살균의 효과를 기대할 수 있다.
하지만 기존의 편백나무를 사용한 공기청정기의 경우 편백나무층은 필터효과를 가지지 못함에따라 별도의 층으로 제작되어야 하며, 이에 따라 필터의 두께가 두꺼워져 사용이 불편하고 그 공기 유출량도 줄어들게 된다는 문제점을 가지고 있다.
(0001) 대한민국 공개특허 제10-2020-0098845호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-1892926호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 편백나무 칩 또는 숯을 함유함에 따라 피톤치드를 발산할 수 있는 필터를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 편백나무 칩을 다공성으로 가공함에 따라 피톤치드의 발산뿐만 아니라 프리필터의 역할도 동시에 수행할 수 있는 편백나무를 이용한 공기 청정필터를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 편백나무칩 또는 숯을 특정형상으로 제작된 프레임을 이용하여 고정하는 것으로 장시간 사용에도 상기 편백나무칩 또는 숯이 한쪽으로 치우치지 않고 성능이 유지될 수 있는 편백나무를 이용한 공기 청정필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 편백나무를 이용한 공기청정 필터는 (a) 외부프레임; (b) 외부프레임의 상면, 하면 또는 상하면에 부착되어 내부공간을 형성하는 필터; (c) 상기 외부프레임의 내측에 설치되는 내부프레임; 및 (d) 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 충진되는 편백나무 가공품을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 외부프레임은 1~20mm의 두께와 폭을 가지는 편백나무 각재를 연결하여 사각형으로 제작되는 프레임이며, 상기 외부프레임은 가로 10~100cm, 세로 10~100cm 두께 0.1~20cm으로 제작되며, 상기 필터는 상기 외부프레임의 상면, 하면 또는 상하면에 접착되어 상측 또는 하측에서 유입되는 공기를 하측 또는 상측으로 배출할 수 있으며, 상기 필터는, 전처리 필터; 정전력이 부여된 그물형 필터; 및 표면에 항균활성을 가지는 금속 또는 금속염이 코팅된 나노입자를 포함하는 항균필터를 포함하고, 상기 전처리 필터는 토르말린 또는 광촉매를 포함하며, 그물형 또는 매쉬형으로 제작되어 탈취, 살균 또는 제습효과를 가지며, 상기 정전력이 부여된 그물형 필터는 2~10중량%의 전도성 물질을 포함하며, 공기의 유동에 따라 인접섬유와 마찰되는 것으로 정전기를 발생시키며, 상기 살생되는 정전기에 의한 정전기적인 인력으로 미세입자를 흡착하며, 상기 전도성 물질은 탄소나노튜브, 탄소섬유, 금속 나노섬유, 금속 나노입자, 그래핀 및 플러렌에서 선택되는 1종 이상을 포함하며, 상기 항균필터는 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간 및 아연에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 이들의 염이 코팅된 나노입자를 포함하며, 상기 나노입자는 코어 100중량부 대비 상기 금속 또는 금속염 5~50중량부가 코팅된 코어-쉘 구조를 가지며, 상기 내부프레임은 상기 외부프레임과 상기 필터가 형성하는 공간을 물리적으로 분할하며, 상기 편백나무 가공품은 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 포함하며, 상기 편백나무 칩은; (i) 편백나무를 1~10mm의 크기로 절단하는 단계; (ii) 상기 절단된 편백나무를 200~300℃의 온도 및 0.5~2Mpa의 압력으로 가열한 다음, 대기압으로 감압하여 팽화시키는 단계; 및 (iii) 상기 팽화된 편백나무를 1~10mm의 크기로 분쇄하여 편백나무 칩을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며, 상기 편백나무 칩은 비표면적이 1~100㎡/g이며, 상기 편백나무 숯은, (i) 편백나무를 1~10mm의 크기로 절단하는 단계; (ii) 상기 절단된 편백나무를 가마에 장입한 다음, 가마 내부를 불활성기체 분위기로 치환하는 단계; (iii) 가마내부가 불활성분위기로 치환된 다음, 700~1500℃로 가열하여 탄화시키는 단계; (iv) 상기 탄화된 편백나무 숯을 냉각시키는 단계; (v) 냉각된 편백나무 숯을 불활성기체 분위기 하에서 700~900℃로 가열한 다음, 수증기를 공급하여 활성화시키는 단계; 및 (vi) 상기 활성화된 편백나무 숯을 건조시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되며, 상기 편백나무 가공품은; (i) 편백나무 칩 또는 편백나무 숯 50~80중량부; 및 (ii) 천연펄프 부직포 20~50중량부를 포함하며 상기 편백나무칩 또는 편백나무 숯은 상기 천연펄프 부직포 기재 상에 균일하게 분산되어 있으며, 상기 편백나무 가공품은 침엽수 펄프로 제작된 원사를 스파이크 롤을 이용하여 팽창시키는 단계; 상기 팽창된 원사를 얇은 시트 형태로 가공하는 단계; 상기 시트와 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 교대로 적층하는 단계; 및 상기 적층된 시트에 천연접착제를 분사하여 고정하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며, 상기 편백나무 가공품은 일정한 크기로 절단되어 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 충진될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 필터에 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 포함함에 따라 공기가 상기 필터를 통과할 때 피톤치드를 방출할 수 있으며, 이에 따라 사용자에게 상쾌한 느낌을 줌과 동시에 살균효과를 발휘할 수 있다.
또한 기존의 편백나무 필터와는 달리 편백나무 칩 또는 숯이 다공성을 가지도록 제작되어 프리필터의 역할을 수행할 수 있으며, 이에 따라 단순히 편백나무 층을 사용하는 기존의 필터에 비하여 작은 부피로도 동일한 성능을 가지는 필터의 제작이 가능하다.
또한 상기 필터의 양면에 항균필터 및 정전력이 부여된 그물형 필터를 사용하는 것으로 필터링 성능을 극대화하여 추가적인 필터의 사용없이도 미세먼지를 흡착할 수 있는 필터를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 편백나무를 이용한 공기청정 필터를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 내부프레임의 형상을 다르게 제작한 공기청정 필터를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 공기청정 필터의 단면을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 편백나무 칩을 포함하는 공기청청 필터를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 편백나무 숯을 포함하는 공기청정 필터를 나타낸 사진이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.
본 발명은 (a) 외부프레임; (b) 외부프레임의 상면, 하면 또는 상하면에 부착되어 내부공간을 형성하는 필터; (c) 상기 외부프레임의 내측에 설치되는 내부프레임; 및 (d) 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 충진되는 편백나무 가공품을 포함하는 편백나무를 이용한 공기청정 필터에 관한 것이다.
상기 외부프레임(100)은 상기 필터의 외부를 형성하는 부분으로 각재를 이용하여 제작되는 사각형의 프레임 형상으로 제작될 수 있다. 이 외부프레임(100)은 상기와 같이 사각형으로 제작되어 필터의 측면부를 형성할 수 있으며, 내부에는 후술할 편백나무가공품(300)을 포함하는 것이 가능하다.
또한 상기 외부프레임(100)은 1~20mm의 두께와 폭을 가지는 편백나무 각재를 연결하여 사각형으로 제작되는 프레임일 수 있다. 상기 외부프레임(100)은 필터의 측면을 형성하고 필터의 두께를 결정하는 부분으로, 상기 외부프레임(100)이 1mm미만의 두께를 가지는 경우 프레임의 강도가 낮아질 뿐만 아니라 내부에 삽입되는 편백나무 가공품(300)의 함량이 낮아져 편백나무 가공품(300)에 의한 효과를 기대하기 어려우며, 20mm를 초과하는 두께를 가지는 경우 통과하는 공기의 유량이 적어지며 필터가 많은 부피를 차지하게 됨에 따라 필터로의 사용이 어려울 수 있다.
상기와 같이 형성된 외부프레임(300)의 상하면에는 필터(400)가 결합되어 사용될 수 있다. 상기 필터(400)는 상기 외부프레임(100)의 일측면에만 형성될수도 있지만 상기 외부프레임(100)의 양측면에 고정되어 입사되는 공기를 정화시키는 것이 바람직하다.
상기 필터(400)는 상기 외부프레임(100)의 상면 또는 상하면에 부착되어 입사되는 공기를 정화하는 것으로 상면과 하면에 부착되어 상기 외부프레임(100)과 더불어 내부공간을 형성할 수 있다.
이 필터(400)는 상기 외부프레임(100)의 상면, 하면 또는 상하면에 접착되어 상측 또는 하측에서 유입되는 공기를 하측 또는 상측으로 배출할 수 있으며, 상기 필터(400)는, 전처리 필터; 정전력이 부여된 그물형 필터; 및 표면에 항균활성을 가지는 금속 또는 금속염이 코팅된 나노입자를 포함하는 항균필터를 포함할 수 있다.
상기 전처리 필터는 상기 필터(400)에 유입되는 공기에 포함되는 크기가 큰 입자를 1차적으로 걸러주는 역할을 수행하는 것으로 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매를 포함하며, 그물형 또는 매쉬형으로 제작되어 탈취, 살균 또는 제습효과를 가질 수 있다.
이를 상세히 살펴보면 후술할 정전력이 부여된 그물형 필터는 크기가 큰 입자나 수분이 유입되는 경우 그 정전성능이 떨어져 결과적으로 필터의 성능이 감소할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 전처리 필터는 크기가 큰 입자 또는 수분을 제거하여 상기 정전력이 부여된 그물형 필터의 포집력을 최대화할 수 있다. 이때 상기 전처리 필터의 경우 단순히 크기가 큰 입자 또는 수분, 특히 물방울을 물리적으로 필터링하게 되므로 그물형 또는 메쉬형으로 제작하여 공기의 유입을 최대화하면서도 크기가 큰 입자와 물방울을 침입을 방지할 수 있다.
또한 상기 전처리 필터에는 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매를 포함하는 것으로 탈취 또는 살균효과를 가지도록 할 수 있다. 상기 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매는 상기 전처리 필터 제작시 원사에 혼합되어 사용될 수도 있으며, 이와는 달리 필터를 제작한 다음 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매를 전처리 필터에 흡착시켜 사용하는 것도 가능하다. 또한 상기와 같이 제작 이후 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매를 흡착시켜 사용하는 경우에는 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매를 흡착시킨 다음 적절한 양의 천연 접착물질을 도포하여 상기 피톤치드, 토르말린 또는 광촉매가 상기 전처리 필터에서 이탈되지 않도록 할 수 있다.
상기 정전력이 부여된 그물형 필터는 상기 전처리 필터에 의하여 1차 여과된 기체에서 미세입자를 제거하기 위하여 사용되는 것으로 상기 그물형 필터는 2~10중량%의 전도성 물질을 포함하는 섬유로 제작되며, 공기의 유동에 따라 인접 섬유와 마찰되는 것으로 정전기를 발생시키며, 상기 발생된 정전기로 인하여 먼지입자가 흡착될 수 있다.
상기 전도성 물질은 상기 그물형 필터에 포함되어 발생되는 정전기를 상기 그물형 필터의 전체에 고르게 분산시키는 역할을 수행한다. 일반적으로 공기의 유동에 의하여 인접섬유간에 마찰이 일어나게 되어 정전기가 발생하지만 필터를 사용하는 공기청정기의 특성상 중앙부에서는 않은 움직임이 발생하여 많은 정전기가 발생하는 것이 반하여 프레임부 주변에는 움직임이 적어 정전기 발생량이 떨어지며, 이에 따라 발생되는 정전기는 그 부위에 따라 상이할 수 있다. 따라서 상기와 같이 전도성 물질을 상기 그물형 필터에 포함시키는 것으로 상기 정전기를 상기 그물형 필터에 균일하게 분산시킬 수 있다. 또한 상기 전도성 물질은 상기 그물형 필터의 전기저항을 낮춰주는 역할을 수행할 수 있으며 이에 따라 마찰에 의하여 좀 더 많은 정전기를 발생시킬 수 있다.
상기 전도성 물질은 탄소나노튜브, 탄소섬유, 금속 나노섬유, 금속 나노입자, 그래핀 및 플러렌에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 전도성 물질은 상기 필터 사용시 편의를 위하여 적절한 연성을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 상기 전도성 물질은 섬유상으로 제작되는 탄소나노튜브, 탄소섬유, 금속 나노섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이러한 섬유상의 전도성 물질은 상기 그물형 필터에 일정 비율 이상으로 포함되는 경우 전도성 네트워크를 형성할 수 있어 상기 정전기를 더욱 신속하게 상기 그물형 필터의 전체로 분산시킬 수 있다. 또한 입자상의 전도성 물질인 금속 나노입자, 그래핀 및 플러렌의 경우 단독으로 포함되기 보다는 상기 섬유상의 전도성 물질과 혼합되어 사용될 수 있으며, 이 경우 상기 입자상의 전도성물질은 많은 양의 정전기를 발생시키는 돌기의 역할을 수행하며, 이렇게 발생된 정전기가 상기 섬유상의 전도성 물질을 타고 이동하여 더욱 많은 정전기가 고르게 분산될 수 있다.
또한 전처리 필터에 의하여 1차 여과된 기체에는 상기 전처리 필터에 의하여 여과되지 않은 미세입자를 포함하고 있는데 이 미세입자는 크기가 작아 정전기에 의하여 쉽게 흡착되어 제거될 수 있다.
이를 상세히 살펴보면 상기 그물형 필터는 전도성 물질을 포함하는 섬유를 그물형으로 조합하여 제작되며, 기체의 이동 및 주변의 진동으로 인하여 각 섬유간의 마찰이 지속적으로 발생한다. 이때 상기 섬유사이의 마찰로 인하여 정전기가 발생하며, 상기 정전기는 상기 섬유에 포함된 전도성 물질로 인하여 그물형 필터 전체에 확산되고 저장된다. 이때 상기 전처리 필터에 의하여 1차 처리된 기체가 공급되면, 상기 정전기에 의하여 미세입자가 반데르발스 결합을 형성하여 응집되거나 그물형 필터에 흡착되어 걸러지게 된다.
또한 상기 섬유의 표면에는 대전성 고분자 수지를 코팅하여 정전기를 더욱 많이 유도할 수 있다. 상기 대전성 고분자 수지는 수지 자체가 대전성을 구비한 것이거나, 또는, 수지에 첨가제를 투입하여 대전성이 부여된 것이거나, 또는, 수지를 수처리에 의해 전하 부여된 것일 수 있다. 이러한 대전성 고분자 수지는 + 30nC/J 이상의 양전하 친화도 값(positive charge affinity value) 혹은 -30 nC/J 이하의 음전하 친화도 값(negative charge affinity value) 범위의 마찰전기(triboelectric) 계수를 갖는 것일 수 있다. 본 발명에서 사용가능한 대전성 고분자 수지의 비제한적인 예로는 폴리염화비닐(PVC, 마찰전기 계수 -100nC/J), 폴리프로필렌(Polypropylene, 마찰전기 계수 -90nC/J), 폴리아마이드(Polyamide, 마찰전기 계수 +30nC/J), 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephtalate, 마찰전기 계수 -40nC/J)를 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 폴리염화비닐이 별도 첨가제없이 공기와의 마찰만으로 대전되기 때문에 본 발명의 목적상 바람직하다.
상기 정전력이 부여된 그물형 필터는 일정 수준 이상의 기계적 강도를 부여하기 위해 0.1 내지 0.5㎜ 두께를 가지며, 공기가 잘 투과되어 환기성이 확보되도록 10 내지 30 메쉬(mesh) 눈 크기를 가질 수 있다. 상기 눈은 정사각형, 직사각형, 마름모, 타원형, 육각형과 같은 형태를 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 대전성메쉬 기재는 다층구조 필터가 이상 수준 이상의 기계적 강도를 갖고 우수한 가시광선 투과를 확보하도록 100 내지 150 g/㎡의 평량을 가질 수 있다. 상기 규격내에서 상기 그물형 필터는 최적의 성능을 가질 수 있으며, 상기 규격을 벗어나는 경우 미세입자의 흡착이 불가능하거나 원하는 물성을 가지지 못할 수 있다.
상기 항균필터는 상기 그물형 필터를 통과하거나 상기 그물형 필터에 흡착된 병원성 물질을 무해화하는 부분으로, 표면에 항균활성을 가지는 금속 또는 금속염이 코팅된 나노입자를 포함할 수 있다. 이때 사용되는 금속은 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간 및 아연 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 금속의 금속염을 사용하는 것도 가능하다. 상기 나노입자에 코팅된 금속 또는 금속염은 항균활성을 가짐에 따라 접촉되는 병원체를 사멸시키거나 무해화할 수 있으며, 이에 따라 상기 그물형 필터의 정전기적인 인력에 의하여 걸러지지 못한 병원체를 무해화하는 역할을 수행할 수 있다. 또한 상기 항균필터는 상기 그물형 필터와 합지되어 제작되므로 상기 그물형 필터에 흡착된 병원체도 무해화할 수 있어 상기 마스크의 사용기간을 늘려주는 역할을 할 수 있다.
상기 나노입자는 코어 100중량부 대비 상기 금속 또는 금속염 5~50중량부, 바람직하게는 25~50중랑부, 더욱 바람직하게는 40~45중량부가 코팅된 코어-쉘 구조를 가질 수 있다. 상기 금속 또는 금속염이 5중량부 미만으로 포함되는 경우 금속 또는 금속염의 항균효과가 떨어질 수 있으며, 50중량부를 포함하여 포함되는 경우 더 이상의 항균활성의 증가 없이 비용만 추가될 수 있다.
상기와 같이 제작된 필터는 상기 외부프레임(100)의 상면 또는 상하면에 부착될 수 있다. 이를 통하여 상기 편백나무를 포함하는 필터는 기존의 편백나무 필터와는 달리 추가적인 필터를 사용하지 않고서도 높은 필터효과를 가질 수 있다.
상기 외부프레임(100)의 내부에는 상기 외부프레임(100)과 상기 필터가 형성하는 공간을 물리적으로 분할하는 내부프레임(200)이 설치될 수 있다. 상기 외브프레임(100)이 형성하는 공간에는 후술할 편백나무 가공품이 장입(300)될 수 있다. 하지만 상기 편백나무 가공품(300)의 경우 물리적으로 고정되지 않고 상기 외부프레임(100) 내부에 장입되거나 단순히 부직포(500)로 상하를 감싸서 장입되므로 상기 공기청정 필터를 세로로 위치하는 경우 지면방향으로 내려 앉을 수 있다. 이를 방지하기 위하여 상기 외부프레임(100)의 내부공간은 상기 내부프레임(200)을 이용하여 일정하게 분할되는 것이 바람직하다(도 1참조). 이때 상기 내부프레임(200)은 단순히 격자형으로 상기 외부프레임(100)의 공간을 분할할 수도 있지만, 다양한 문양을 가지도록 분할하여 상기 공기청정 필터가 외부로 돌출되어 설치되는 경우 새로운 미감을 가지도록 할 수도 있다(도 2 참조).
상기 내부프레임(200)이 형성한 공간에는 편백나무 가공품(300)이 충진될 수 있다
상기 편백나무는 일본의 대표적 수목 가운데 하나로 목질이 좋고 향이 뛰어나 실용성이 높다. 가구 제작은 물론 건물의 내부 벽체, 인테리어용으로 널리 쓰인다. 편백에 함유된 피톤치드가 아토피 치료에 효과가 있음이 알려지면서 베개, 벽지, 도마, 장난감 등 편백을 이용한 각종 생활용품이 널리 쓰이고 있다. 한국에는 제주도와 남부 지방을 중심으로 분포한다. 편백나무의 향에 피톤치드가 함유돼 있다는 것이 알려지면서 식재가 늘고 있다. 지구 온난화의 영향에 따라 생육 가능 지역이 북상하면서 재배 지역도 늘고 있다. 산림청 국립산림과학원은 2014년 편백잎에서 추출한 정유(essential oil) 속의 에레몰(elemol)이 아토피 치료에 효과가 있음을 동물실험을 통해 확인했다고 밝혔다.
본 발명의 경우 상기 편백나무를 일정한 방법으로 가공한 편백나무 가공품(300)을 상기 필터 내부에 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 필터를 이용한 공기 정화시 피톤치드가 발산될 수 있으며 이는 공기중의 병원균 살균뿐만 아니라 아토피 질환의 완화에도 효과를 가질 수 있다.
상기 편백나무 가공품(300)은 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 포함할 수 있다.
상기 편백나무 칩은 상기 편백나무를 일정한 크기로 절단한 것을 의미하는 것으로 본 발명에서는 상기 편백나무를 팽화시킨 다음 절단하여 다공성을 가지도록 한 편백나무 칩을 사용할 수 있다(도 4 참조).
이를 위하여 상기 편백나무 칩은; (i) 편백나무를 1~10mm의 크기로 절단하는 단계; (ii) 상기 절단된 편백나무를 200~300℃의 온도 및 0.5~2Mpa의 압력으로 가열한 다음, 대기압으로 감압하여 팽화시키는 단계; 및 (iii) 상기 팽화된 편백나무를 1~10mm의 크기로 분쇄하여 편백나무 칩을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 (i)단계는 채취된 편백나무를 일정한 크기로 절단하는 과정으로 팽화공정을 수행하기 이전 일정한 크기로 절단하는 것으로 후술할 팽화과정을 더육 효율적으로 수행하기 위한 과정이다. 이때 상기 편백나무를 1mm크기 미만으로 절단하는 경우 작은 크기로 인하여 취급이 어려우며, 10mm를 초과하는 크기로 절단하는 경우 팽화시 사용되는 시간이 많이 필요하여 효율이 떨어질 수 있다. 또한 상기 채취된 편백나무는 상기 절단과정에서 잔가지와 잎을 제거하고 껍질을 벗겨 사용될 수 있다. 잎, 잔가지 및 껍질에도 피톤치드는 다량 함유되어 있지만 팽화과정에서 가루를 발생시킬 수 있으며 상기 잎, 잔가지 및 껍질은 팽화이후에도 경도가 약하여 필터의 사용중에도 가루를 날릴 수 있으므로 이를 제거하고 사용하는 것이 바람직하다.
상기 (ii)단계는 상기 절단된 편백나무를 팽화시키는 단계로 200~300℃의 온도 및 0.5~2Mpa의 압력으로 가열한 다음, 대기압으로 감압하여 팽화시킬 수 있다. 이때 온도가 200℃미만이거나 압력이 0.5Mpa미만인 경우 원활한 팽화가 일어나지 않으며, 온도가 300℃를 초과하는 경우 편백나무가 탄화될 수 있다. 또한 2Mpa를 초과하는 압력으로 가열하는 경우 고압을 견지기 위하여 추가적인 자재를 소모하게 되므로 비경제적이다. 상기와 같이 가열 및 가압이 완료되면 압력을 급격히 제거하는 것으로 팽화를 시킬 수 있다. 즉 상기 편백나무는 고압 및 고압과정을 거쳐 조직 내부에 가압될 수 있으며, 급격한 감압을 통하여 상기 조직내에 있는 수분등이 기화되는 것으로 다공성을 가지도록 가공될 수 있다.
상기와 같이 다공성을 가지도록 가공된 편백나무는 비표면적이 1~100㎡/g일 수 있다. 즉 상기 팽화된 편백나무는 다공성 흡착제로 사용할 수 있으며, 이에 따라 상기 필터 내에서 먼지를 흡착하는 흡착재로 사용될 수 있다.
상기와 같이 팽화된 편백나무는 1~10mm의 일정한 크기로 절단되어 편백나무 칩으로 가공될 수 있다. 이때 1mm미만의 크기로 가공되는 경우 작은 크기로 인하여 취급이 어려울 수 있으며, 10mm를 초과하는 크기로 가공되는 경우 표면적이 줄어들어 피톤치드를 비롯한 유효성분의 발출 및 먼지의 흡착성능이 떨어질 수 있다.
또산 상기 편백나무 칩을 대신하여 편백나무 숯이 사용될 수 있다(도 5 참조). 상기 편백나무 숯은 편백나무 칩에 비하여 피톤치드의 방출량을 줄어들 수 있지만 더욱 높은 다공성을 가짐에 따라 미세먼지뿐만 아니라 휘발성 유기화합물까지 흡착할 수 있다. 따라서 상기 편백나무 칩을 포함하는 필터와 선택적으로 사용할 수 있으며, 이와느 별도로 상기 편백나무 칩과 편백나무 숯을 일정비율로 혼합하여 상기 공기청정 필터의 내부에 충진하는 것도 가능하다.
이를 위하여 상기 편백나무 숯은 (i) 편백나무를 1~10mm의 크기로 절단하는 단계; (ii) 상기 절단된 편백나무를 가마에 장입한 다음, 가마 내부를 불활성기체 분위기로 치환하는 단계; (iii) 가마내부가 불활성분위기로 치환된 다음, 700~1500℃로 가열하여 탄화시키는 단계; (iv) 상기 탄화된 편백나무 숯을 냉각시키는 단계; (v) 냉각된 편백나무 숯을 불활성기체 분위기 하에서 700~900℃로 가열한 다음, 수증기를 공급하여 활성화시키는 단계; 및 (vi) 상기 활성화된 편백나무 숯을 건조시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조될 수 있다.
상기 (i)단계는 채취된 편백나무를 일정한 크기로 절단하는 과정으로 팽화공정을 수행하기 이전 일정한 크기로 절단하는 것으로 후술할 탄화과정을 더육 효율적으로 수행하기 위한 과정이다. 이때 상기 편백나무를 1mm크기 미만으로 절단하는 경우 작은 크기로 인하여 취급이 어려우며, 10mm를 초과하는 크기로 절단하는 경우 탄화시 사용되는 시간이 많이 필요하여 효율이 떨어질 수 있다. 또한 상기 채취된 편백나무는 상기 절단과정에서 잔가지와 잎을 제거하고 껍질을 벗겨 사용될 수 있다. 잎, 잔가지 및 껍질에도 피톤치드는 다량 함유되어 있지만 탄화과정에서 가루를 발생시킬 수 있으며 상기 잎, 잔가지 및 껍질은 탄화이후에도 경도가 약하여 필터의 사용중에도 가루를 날릴 수 있으므로 이를 제거하고 사용하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 절단된 편백나무는 가마에 장입한 다음 탄화시킬 수 있다. 다만 기존의 숯 제조공정에서는 가마에 나무를 장입한 다음 나무 자체를 발화시켜 숯을 제조하고 있지만, 이럴경우 편백나무에 포함되어 있는 유효성분이 증발되어 사라지게 되므로 본 발명의 경우 가마 내부를 불활성기체로 치환하고 외부의 열로 가열하여 탄화시키게 된다. 이때 사용되는 불활성 기체는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 또는 제논을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 질소기체를 사용할 수 있다.
상기와 같이 가마의 내부를 불활성기체로 치환한 다음에는 가마 내부의 온도를 700~1500℃가 되도록 가열하여 상기 편백나무를 탄화시킬 수 있다. 이를 통하여 상기 편백나무는 탄화됨과 동시에 다공성을 가지게 될 수 있으며, 이를 상기 필터에 포함하는 경우 미세먼지뿐만 아니라 휘발성 유기화합뭉을 흡착하는 것이 가능하다. 이때 상기 가마의 온도가 700℃미만인 경우 탄화가 완전하지 않아 다공성이 떨어질 수 있으며, 1500℃를 초과하는 경우 높은 온도로 인하여 열분해 되어 편백나무 숯의 수율이 떨어질 수 있다.
상기와 같이 제조된 편백나무 숯은 휘발성 유기화합물 및 먼지와의 친화도를 높이기 위하여 활성화 단계를 거칠 수 있다. 기존의 활성탄의 활성화 단계는 염기성용액과 산성용액을 이용하였지만 이 경우 상기 편백나무 숯에 남아 있는 피톤치즈가 손상될 가능성이 높다. 따라서 본 발명의 경우 고온에서 수증기를 이용하는 방법으로 활성화시키는 것이 바람직하다.
이를 위하여 상기 편백나무 숯은 냉각된 편백나무 숯을 불활성기체 분위기 하에서 700~900℃로 가열한 다음, 수증기를 공급하여 활성화시키는 단계를 통하여 활성화 처리될 수 있다. 이때 상기 불활성기체는 질소, 헬륨, 네온, 아르곤 또는 제논을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 질소기체를 사용할 수 있으며, 상기 활성화온도가 700℃미만인 경우 활성화 효과가 떨어질 수 있고 900℃를 초과하는 경우 열분해가 일어나 숯의 수율이 감소할 수 있다.
상기와 같이 활성화가 완료된 다음, 상기 숯을 냉각하고 건조하여 편백나무 숯의 제조가 가능하다. 또한 상기 편백나무 숯은 상기 편백나무 칩과 동일하게 일정한 크기를 가지도록 절단될 수 있지만, 상기 편백나무 칩과는 달리 숯 제조과정에서 크기가 줄어들게 되므로 별다른 절단공정 없이도 사용할 수 있다.
위와 같이 가공된 편백나무 칩 또는 편백나무 숯은 그대로 상기 내부프레임(200)에 의하여 형성된 공간에 충진될 수도 있지만 상기 편백나무 가공품(300)을 고정함과 동시에 필터성능을 향상시킬 수 있도록 펀연펄프 부직포(500)를 이용하여 고정되어 상기 내부프레임(200)에 의하여 형성된 공간에 충진되는 것이 바람직하다(도 3참조).
이때 상기 편백나무 가공품은; (i) 편백나무 칩 또는 편백나무 숯 50~80중량부; 및 (ii) 천연펄프 부직포 20~50중량부를 포함할 수 있다. 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯이 50중량부 미만인 경우 편백나무에 의한 유효성분 방출 효과가 떨어질 수 있으며, 80중량부를 초과하는 경우 고정성이 떨어져 필터를 세로로 세워서 사용하는 경우 아랫 부분으로 하강할 수 있다.
아울러 상기 편백나무 가공품(300)은 침엽수 펄프로 제작된 원사를 스파이크 롤을 이용하여 팽창시키는 단계; 상기 팽창된 원사를 얇은 시트 형태로 가공하는 단계; 상기 시트와 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 교대로 적층하는 단계; 및 상기 적층된 시트에 천연접착제를 분사하여 고정하는 단계를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 펄프는 침엽수 펄프를 사용하는 것이 바람직하다. 침엽수 펄프의 경우 펼프를 구성하는 섬유의 길이가 본 발명의 부직포(500)를 형성하기에 용이한 길이를 가지며, 내구성이 ?穿爭け? 때문에 본 발명의 필터에 사용하기 적합하다.
상기 펄프의 팽창단계는 상기 침엽수 펄프를 스파이크 롤을 이용하여 팽창시키는 단계로 펄프 섬유를 팽창시켜 그 밀도를 감소시키는 단계이다. 이를 통하여 상기 펄프는 섬유 단위로 분산됨과 동시에 균일하게 분산되어 부직포(500)에 사용할 수 있를 섬유구조를 가지게 된다. 일반적으로 제조되는 펄프의 경우 목재의 섬유를 이용하고 있으므로 섬유끼리 응집되어 있지만 이 과정을 통하여 섬유를 고르게 분산시킴과 동시에 밀도를 낮춤으로서 부직포로의 제조가 용이하게 할 수 있다.
상기와 같이 팽창된 원사는 얇은 시트형태로 가공될 수 있다. 이를 위하여 상기 팽창된 원사는 압축되거나 적층될 수 있다.
상기 시트형태로 가공된 원사는 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯과 교대로 적층될 수 있다(도 3참조). 상기 시트는 적층되어 부직표(500)의 형상을 가질 수 있으며, 이 과정에서 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯과 혼합되어 상기 필터에 충진될 수 있다. 이를 위하여 상기 적층과정에서 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯과 교대로 적층하는 것으로 상기 필터 내에 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯이 하강하지 않도록 고정할 수 있다. 또한 상기 부직포(500)의 경우 공기가 통할 수 있는 구조를 가짐에 따라 상기 필터의 성능 저하를 최소화할 수 있으며, 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 내부에 포함하고 있으므로 편백나무 칩 또는 편백나무 숯에 의한 유효성분 방출 및 오염물질 흡착효과를 발휘할 수 있다.
상기와 같이 부직포(500)와 일체형으로 제작된 편백나무 가공품(300)은 일정한 크기로 절단되어 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 삽입될 수 있다. 이때 상기 내부프레임이 형성하는 공간을 하나의 부직포와 일체형으로 제작된 편백나무 가공품이 채우는 것도 가능하며, 부직포와 일체형으로 제작된 편백나무 가공품을 일정크기로 절단한 다음 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 소정의 개수를 삽입하여 채우는 것도 가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100 : 외부프레임
200 : 내부프레임
300 : 편백나무 가공품
400 : 필터
500 : 부직포

Claims (2)

  1. (a) 외부프레임;
    (b) 외부프레임의 상면, 하면 또는 상하면에 부착되어 내부공간을 형성하는 필터;
    (c) 상기 외부프레임의 내측에 설치되는 내부프레임; 및
    (d) 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 충진되는 편백나무 가공품;
    을 포함하는 편백나무를 이용한 공기청정 필터에 있어서,
    상기 외부프레임은 1~20mm의 두께와 폭을 가지는 편백나무 각재를 연결하여 사각형으로 제작되는 프레임이며,
    상기 외부프레임은 가로 10~100cm, 세로 10~100cm 두께 0.1~20cm으로 제작되며,
    상기 필터는 상기 외부프레임의 상면, 하면 또는 상하면에 접착되어 상측 또는 하측에서 유입되는 공기를 하측 또는 상측으로 배출할 수 있으며,
    상기 필터는,
    전처리 필터;
    정전력이 부여된 그물형 필터; 및
    표면에 항균활성을 가지는 금속 또는 금속염이 코팅된 나노입자를 포함하는 항균필터를 포함하고,
    상기 전처리 필터는 토르말린 또는 광촉매를 포함하며, 그물형 또는 매쉬형으로 제작되어 탈취, 살균 또는 제습효과를 가지며,
    상기 정전력이 부여된 그물형 필터는 2~10중량%의 전도성 물질을 포함하며, 공기의 유동에 따라 인접섬유와 마찰되는 것으로 정전기를 발생시키며, 상기 발생되는 정전기에 의한 정전기적인 인력으로 미세입자를 흡착하며,
    상기 전도성 물질은 탄소나노튜브, 탄소섬유, 금속 나노섬유, 금속 나노입자, 그래핀 및 플러렌에서 선택되는 1종 이상을 포함하며,
    상기 항균필터는 구리, 니켈, 코발트, 철, 망간 및 아연에서 선택되는 1종 이상의 금속 또는 이들의 염이 코팅된 나노입자를 포함하며,
    상기 나노입자는 코어 100중량부 대비 상기 금속 또는 금속염 5~50중량부가 코팅된 코어-쉘 구조를 가지며,
    상기 내부프레임은 상기 외부프레임과 상기 필터가 형성하는 공간을 물리적으로 분할하며,
    상기 편백나무 가공품은 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 포함하며,
    상기 편백나무 칩은;
    (i) 편백나무를 1~10mm의 크기로 절단하는 단계;
    (ii) 상기 절단된 편백나무를 200~300℃의 온도 및 0.5~2Mpa의 압력으로 가열한 다음, 대기압으로 감압하여 팽화시키는 단계; 및
    (iii) 상기 팽화된 편백나무를 1~10mm의 크기로 분쇄하여 편백나무 칩을 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며,
    상기 편백나무 칩은 비표면적이 1~100㎡/g이며,
    상기 편백나무 숯은,
    (i) 편백나무를 1~10mm의 크기로 절단하는 단계;
    (ii) 상기 절단된 편백나무를 가마에 장입한 다음, 가마 내부를 불활성기체 분위기로 치환하는 단계;
    (iii) 가마내부가 불활성분위기로 치환된 다음, 700~1500℃로 가열하여 탄화시키는 단계;
    (iv) 상기 탄화된 편백나무 숯을 냉각시키는 단계;
    (v) 냉각된 편백나무 숯을 불활성기체 분위기 하에서 700~900℃로 가열한 다음, 수증기를 공급하여 활성화시키는 단계; 및
    (vi) 상기 활성화된 편백나무 숯을 건조시키는 단계를 포함하는 제조방법으로 제조되며,
    상기 편백나무 가공품은;
    (i) 편백나무 칩 또는 편백나무 숯 50~80중량부; 및
    (ii) 천연펄프 부직포 20~50중량부를 포함하며
    상기 편백나무칩 또는 편백나무 숯은 상기 천연펄프 부직포 기재 상에 균일하게 분산되어 있으며,
    상기 편백나무 가공품은
    침엽수 펄프로 제작된 원사를 스파이크 롤을 이용하여 팽창시키는 단계;
    상기 팽창된 원사를 얇은 시트 형태로 가공하는 단계;
    상기 시트와 상기 편백나무 칩 또는 편백나무 숯을 교대로 적층하는 단계; 및
    상기 적층된 시트에 천연접착제를 분사하여 고정하는 단계를 포함하는 방법으로 제조되며,
    상기 편백나무 가공품은 일정한 크기로 절단되어 상기 내부프레임이 형성하는 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 편백나무를 이용한 공기청정 필터.
  2. 삭제
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