KR102541787B1 - 편광 공기 정화기용 파형화된 여과 미디어 - Google Patents

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Abstract

개시된 필터 미디어는 허니컴(honeycomb) 매트릭스로 파형화된(corrugated) 편평한 쉬트들을 포함하고, 공기가 물질을 통해 유동하고 공기로 운반되는 오염물질이 물질의 측벽들 상에 집진되고, 액티브 정전기장이 편평한 쉬트들에 인가된다.

Description

편광 공기 정화기용 파형화된 여과 미디어
본 발명은 일반적으로 공기 정화기 시스템들에 관한 것으로서, 특히, 미디어 상의 입자의 집진율을 증가시키기 위해 미디어를 편광시키고 입자들을 편광시키는 정전기장을 사용하는 형태의 공기 정화기들을 위한 필터 미디어에 관한 것이다.
정전기 인력의 원리는 공기 흐름들로부터 오염물질의 제거를 개선하기 위해 오랫동안 사용되고 있다. 정전기 공기 정화기들과 관련된 3개의 주요 유형들은, 정전 집진기(electrostatic precipitator)들, 패시브(passive) 정전 집진기(electrostatic filter)들 및 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기들이며, 이들은 때때로 상이한 용어들로 알려져 있다.
정전 집진기들은 입자를 대전시킨 후, 반대의 극성으로 대전된 및/또는 그라운드된 집진 플레이트 상에서 입자를 집진한다.
패시브 정전 필터(일렉트릿(electret)으로도 알려짐)는 미디어(또는 상이한 미디어의 조합)를 사용함으로써, 처리 및/또는 고유 특성들의 일부 조합이 정전하를 가지게 된다. 정전하를 가지고 필터 미디어로 들어가는 입자들은 반대 극성의 정전하를 가진 대전된 미디어 필터 물질로 끌어 당겨진다.
액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기는 2개의 전극들 사이의 차동 전압에 의해 생성되는 정전하 필드를 사용한다. 유전(dielectric) 필터 미디어는 2개의 전극들 사이의 정전하 필드 내에 위치된다. 정전하 필드는 미디어 섬유들과 들어가는 입자들 모두를 편광시킴으로써, 미디어와 공기 정화기의 효율을 증가시킨다. 유전 물질은 전류에 대한 저항력이 높고 전기 에너지를 또한 저장할 수 있는 전기 절연체 또는 물질이다. 유전 물질은 인가된 전기장을 자신의 내부로 집중시키는 경향이 있으므로, 정전하 필드의 효율적인 서포터이다.
추가적인 정전하 공기 필터 디자인은 캐나다 특허 번호 1,272,453에 개시되어 있는바, 일회용의 직각 카트리지가 고압 전원에 연결된다. 카트리지는 유전 섬유 물질(플라스틱 또는 유리)의 2개의 층들 사이에 끼워진 전도성 내부 센터 스크린으로 구성된다. 2개의 유전층들은 차례로 도전재료의 2개의 외부 스크린들 사이에 추가적으로 끼워진다. 전도성 내부 센터 스크린은 높은 전압으로 상승됨으로써, 내부 센터 스크린과 반대 또는 그라운드 포텐셜에 유지된 2개의 전도성 외부 스크린들 사이에 정전하 필드를 생성한다. 고전압 정전하 필드는 2개의 유전층들의 섬유들을 편광시킨다.
공기 정화기는 난방 환기 및 에어컨디셔닝(heating ventilating and air conditioning:HVAC) 시스템 및 독립형 공기 이동/정화 시스템들 모두의 일부로서, 다양한 구성들과 상황들에 설치될 수 있다. 더 작은 HVAC 시스템들(예를 들어, 주거 및 경공업용)에 있어서, 공기 정화기 패널들은 종종 편평한 구성(공기흐름에 수직)으로 또는 경사진 필터 트랙들로 설치된다. 더 큰 시스템들에서, 공기 필터들의 뱅크들은 일반적으로 다중 분리 필터들이 공기흐름의 축에 수직인 Z-폴드 필터를 형성하도록 위치된 V-뱅크 구성으로 배열된다.
본 발명은 전술한 선행기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 개선된 편광 공기 정화기용 파형 여과 미디어를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 필터 미디어는 허니콤 매트릭스로 파형화된(corrugated) 평판 쉬트들을 포함하고, 공기는 물질을 통하여 유동하고 공기로 운반되는 오염물질은 물질의 측벽들 상에서 집진되고, 액티브 정전기장이 평판 쉬트들에 인가된다.
도 1은 본 발명에 따른, 상대적으로 낮은 저항을 가진 유전 물질의 섬유질 패드들 사이의 더 높은 저항 통기성 스크린을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 유전 물질의 섬유질 패드 및 마찰전기 스케일(triboelectric scale)의 상이한 끝단들로부터의 섬유들을 가진 혼합된 섬유층을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 도 1 및 도 2로부터의 특징들을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른, 더 낮은 밀도의 유전 물질을 따르는 더 높은 밀도의 유전 물질의 층을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른, 도 1 내지 도 4로부터의 특징들을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 도 1 및 도 5로부터의 특징들을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른, 도 3 및 도 6의 특징들을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른, 마찰전기 스케일의 상이한 끝단들로부터의 섬유들을 가진 혼합된 섬유층을 포함하는 필터 미디어의 단면도이다.
도 9는 광촉매 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 10은 대안적인 광촉매 디바이스의 실시예를 도시한다.
도 11은 필터 미디어의 대안적 실시예의 개략적 단면도를 도시한다.
도 12a는 필터 미디어의 대안적 실시예의 개략적 단면도를 도시한다.
도 12b는 도 12a의 필터 미디어의 대안적 실시예의 사시도를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 필터 미디어의 대안적 실시예의 사시도를 각각 도시한다.
도 14 내지 도 17은 각각 필터 미디어 조립체들과 편광 환경 내에 사용하는 필터 미디어의 대안적 실시예를 각각 도시한다.
도 1은 본 발명에 따른 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기의 실시예를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 필터를 통하는 공기흐름은 도면의 상부로부터 도면의 하부까지 아래로 향한다(도 2 내지 도 7 역시 동일함). 필터는 필터 미디어를 유지하는 프레임으로 구성되거나 그것을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 필터 미디어 그 자체는, 유전체 미디어 서포트 프레임(120), 섬유질 유전 물질의 제1 패드(16A), 섬유유리 메쉬 스크린(14A), 섬유질 유전 물질의 제2 패드(16B), 센터 스크린(13), 섬유질 유전 물질의 제3 패드(16C), 제2 유리섬유 메쉬 스크린(14B), 및 섬유질 유전 물질의 제4 패드(16D)를 구비하거나 이것들로 구성된다. 필터 미디어를 유지하는 필터 프레임(120)은, 전도성의 제1 외부 스크린(12A)을 가진 전도성의 제1 유지 프레임(116A) 및 전도성의 제2 외부 스크린(12B)을 가진 전도성의 제2 유지 프레임(116B)을 포함하거나 이것들로 구성된다. 명확성을 위해, 미디어 프레임(120)과 유지 프레임들(116A, 116B)을 사용하는 동일한 기본 구성이 도면들에 표현되었지만 이들은 하나의 가능한 실시예에 불과할 뿐이다. 본 발명의 필수적 구성요소들은 편광 미디어 공기 정화기 내의 2개의 전극들 사이의 미디어의 다양한 구성들이다. 특정의 실시예들에는 특정의 장점들이 있는 것으로서 상세한 설명에 개시되는 한편, 센터 스크린은 에지(edge)까지 이어질 필요는 없고, 그 주변의 프레임과 미디어 층들을 가질 필요도 없다.
섬유질 유전 물질의 제1 패드(16A)는 접착제(121A) 또는 초음파 용접과 같은 적절한 수단에 의해 유전체 미디어 서포트 프레임(120) 및/또는 센터 스크린(13)에 부착된다. 섬유질 유전 물질의 제4 패드(16D)는 접착제(121B) 또는 초음파 용접과 같은 적절한 수단에 의해 유전체 미디어 서포트 프레임(120)에 부착된다. 미디어 서포트 프레임을 가지지 않는 실시예들에서, 미디어의 다수의 층들(16A-16D, 14A, 14B) 및 센터 스크린(13)은 접착제, 초음파 용접, 재봉(sewing) 또는 클램핑과 같은 적절한 수단에 의해 서로 일반적으로 부착될 것이다. 전도성의 제1 외부 스크린(12A)은 전도성의 제1 유지 프레임(116A)에 의해 정 위치에 유지된다. 전도성의 제2 외부 스크린(12B)은 전도성의 제2 유지 프레임(116B)에 의해 정 위치에 유지된다.
작동 시, 고전압 전원(108)의 하나의 단자는 센터 스크린(13)에 연결된다. 고전압 전원(108)의 다른 단자는, 일반적으로 그라운드 포텐셜로 유지되는, 전도성의 제1 외부 스크린(12A)과 전도성의 제2 외부 스크린(12B)에 커플링된다.
도 1의 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기의 유전 필터 물질(16A, 16B, 16C, 16D)을 통과하여 들어오는 공기 내의 입자들은 그 안의 전기장에 의해 편광되고 유전 필터 물질(16A, 16B, 16C, 16D)의 제1 및 제2 패드들 상에 집진된다.
본 발명의 필터 미디어는 더 낮은 유전층들 사이에 개재된 더 높은 저항의 통기성 물질을 가진 섬유질 유전체 물질의 2개의 층들을 포함한다. 다른 물질 조합들이 가능한 반면, 구체적으로, 도 1에서, 섬유유리 메위 스크린(14A)은 폴리에스테르층(16A)과 폴리에스테르층(16B) 사이에 개재되고, 센터 스크린(13) 위에 배치된다. 유사하게, 센터 스크린(13) 아래에는 폴리에스테르층(16C)과 폴리에스테르층(16D) 사이에 섬유유리 메쉬 스크린(14B)이 개재된다.
물질들의 이러한 배치는 전극들 사이의 더 높고 더 안정된 차동 전압을 가능하게 한다. 이것은 더 높은 전압 수단과 더 높은 필드 강도와 같이, 입자 제거 효율을 증가시키는 것이 발견되었다. 구체적으로, 물질들의 전술한 배치는 전극들 사이의 아크방전과 용사(spraying) 없이 25% 더 높은 전압까지 허용됨이 발견되었다.
본 발명의 필터 미디어는 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기 내의 혼합된 섬유 층을 포함하고, 상기 혼합된 섬유 층은 물질들의 마찰전기 시리즈의 상이한 부분으로부터의 섬유를 가진다. 대부분의 물질들은 일부 정전기를 생성 및 저장할 것이다. 전하를 생성 및 저장하기 위한 물질들의 용량은 마찰전기 스케일 상에서 그것이 속하는 곳을 정의한다.
정전기를 야기하는 물질들의 마찰전기 시리즈
일부 물질들은 다른 것들보다 더 많은 정전기를 생성한다. 정전기는 물질의 표면 상에 전기적으로 대전된 입자들의 덩어리이기 때문에, 다양한 물질들은 전자들을 포기하고 양(+) 전하로 되거나, 또는 전자들을 끌어당겨 음(-) 전하로 되는 경향이 있다. 마찰전기 시리즈는 물질들의 리스트이고, 어느 것이 양(+)으로 되는 경향이 더 많은지 어느 것이 음(-)으로 되는 경향이 더 많은지 보여준다. 리스트는 물질들의 어떤 조합이 정전기를 가장 많이 생성하는지 결정하는데 사용된다.
설명을 위해, 일부 흔한 물질들은 다른 물질과 함께 문질러질 때 정전기를 얼마나 잘 생성하는지 뿐만 아니라 물질이 어떤 전하를 소유하는지에 따라 아래에 열거된다. 이러한 리스트는 완전한 목록은 아니고, 어딘가에 적합한 모든 물질은 양 또는 음의 마찰전기 스케일이다.
양 전하로 되는 물질들
[표 1]의 물질들은 다른 물질들과 접촉했을 때 전자들을 포기하는 경향을 가질 것이다. 이들은 전자들을 주려고 하는 경향이 가장 큰 것들부터 전자들을 거의 포기하지 않으려는 것들까지 열거된다.
사람의 건조한 피부 전자들을 포기하고 양 전하로 되는 경향이 가장 큼
가죽
토끼 털 토끼 털은 종종 정전기를 생성하는데 사용됨
유리 TV 스크린 상의 유리는 대전되어 먼지를 집진함
나일론
울(wool)
납 납은 놀랍게도 고양이 털만큼의 정전기를 집적함
고양이 털
실크
알루미늄 일부 전자들을 포기함
종이
중성인 물질들
[표 2]와 같이 다른 물질들과 접촉되거나 문질렀을 때 쉽게 전자를 끌어당기거나 포기하는 경향을 갖지 않는 물질들은 매우 드물다.
솜 비-정적(non-static) 의류에 최상
스틸 정전기를 위해 유용하지 않음
음 전하로 되는 물질
[표 3]의 물질들은 다른 물질들과 접촉했을 때 전자를 끌어당기려는 경향을 가진다. 이들은 전자들을 끌어당기는 경향이 가장 작은 것들부터 전자들을 쉽게 끌어당기는 것들까지 열거된다.
목재(Wood) 일부 전자들을 끌어당기지만 거의 중성
호박
경질 고무 일부 빗(comb)들은 경질 고무로 만들어짐
니켈, 구리 구리 브러시들은 윔즈허스트(Wimshurst) 정전기 발생기에 사용됨
놋쇠, 은
금, 백금 놀랍게도 이들 금속들은 거의 폴리에스테르만큼 전자들을 끌어당김
폴리에스테르 의류들은 정전기에 의해 달라 붙음
스티렌(스티로폼) 포장 물질은 모든 것에 달라붙으려 함
사란 랩(Saran Wrap) 사란 랩이 물건들에 달라붙는 방식을 볼 수 있음
폴리우레탄
폴리에틸렌(스카치 테이프 유사) 스카치 테이프 표면을 벗기면 대전될 것임
폴리프로필렌
비닐(PVC) PVC 표면 상에 많은 전자들이 집적될 것임
실리콘
테프론 전자들이 테프론 표면 상에 집적되어 음 전하로 되는 경향이 가장 큼
정전기를 생성하기 위한 물질들의 최고의 조합들은 양(+) 전하 리스트로부터 하나, 그리고 음(-) 전하 리스트로부터 하나가 된다. 그러나, 양 전하 리스트 상의 2개의 물질들 또는 음 전하 리스트 상의 2개의 물질들로부터 적당한 양의 정전기가 생성될 수 있다. 예를 들면, 전자들을 포기하는 경향을 가진 2개의 물질들을 서로 문지르면, 가장 큰 경향성을 가진 물질은 적당하게 양 전하로 대전된다. 유사하게, 전자들을 끌어당기는 경향을 가진 2개의 물질들을 서로 문지르면, 가장 큰 경향성을 가진 물질이 적당하게 음 전하로 대전된다.
도 2에는 상이한 부분들 및/또는 바람직하게, 마찰전기 스케일의 상이한 사이드들로부터의 섬유들의 혼합을 사용하는 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기 내에 사용하기 위한 본 발명의 필터 미디어가 도시된다. 구체적으로, 필터층(15A)은 마찰전기 스케일의 상이한 사이드들로부터의 섬유들의 혼합(혼합된 마찰전기 필터층)을 포함한다. 필터층(15A)의 상이한 섬유들은 필터층(15A) 전체에 걸쳐 서로 섞어 짜여서 혼합될 수 있고, 또는 대안적으로, 필터층(15A)의 상이한 섬유들은 서로 접촉하도록 배치된 필터 물질들의 분리된 제1 및 제2 쉬트들일 수 있다. 즉, 필터 물질의 제1 쉬트는 마찰전기 스케일의 하나의 사이드로부터의 섬유들로 제조되고, 필터 물질의 제2 쉬트는 마찰전기 스케일의 다른 사이드로부터의 섬유들로 제조된다. 필터 물질의 제1 및 제2 쉬트들은 혼합된 마찰전기 필터층(15A)을 형성하기 위해 서로 접촉 배치된다.
혼합된 마찰전기 필터층(15B)은 혼합된 마찰전기 필터층(15A)과 유사하다. 마찰전기 스케일의 상이한 사이드로부터의 섬유들의 혼합(섞어 짜거나 접촉시킴으로써)의 중요한 특징은, 이러한 섬유의 혼합이 이러한 혼합된 마찰전기 섬유층들(15A, 15B) 내의 섬유들 상에 상대적인 양과 음의 전하를 대전시키는 것이다. 이러한 통합된 물질들은, 다른 것들 중에서 무엇보다도, 물질의 HP 시리즈가 모드아크릴과 폴리프로필렌의 혼합인 '알스트롬 에어 미디어(Alhstrom Air Media)', 및 테크노스탯(Technostat) 물질들이 아크릴과 폴리프로필렌의 혼합인 '홀링스워스와 보스(Hollingsworth and Vose)'로부터 입수할 수 있다.
패시브 정전 필터들의 제조 및 설계에 있어서, 마찰전기 스케일의 상이한 사이드들로부터의 물질들의 적절한 혼합은, 오로지 미디어의 밀도로부터 즉, 미디어의 패시브 매커니즘으로부터 예견되는 것을 넘어 미디어의 효율을 증폭시킬 것이 라는 사실이 잘 알려져 있다. 다른 유형의 패시브 정전 필터는 다양한 기술들에 의해 미디어 상에 대전된 전하를 갖는다. 패시브 정전 필터와 관련된 하나의 이슈는, 섬유들이 오염물질로 덮여지고 및/또는 다양한 요인(습기, 화학물질 및 온도)으로 인해 점진적으로 방전될 때 정전 인력의 실제적인 감소로 인한 초기 효율들이다.
많은 필터 미디어들을 정전기장 내에 두는 것은 그들의 효율을 향상시킬 수 있지만, 이는 예외 없이 그런 것은 아니다. 사실, 많은 패시브 정전 미디어는 개선되지 않거나 실제로 더 나쁘게 수행한다. 그러나, 마찰전기 형태의 일렉트릿 미디어를 편광 필드 내에 두게 되면 그 효율성을 향상시키고 효율성의 저하를 방지한다는 것이 밝혀졌다. 마찰전기 층은 비교적 얇게 되는 경향이 있고, 따라서 이것은 공기 정화기 미디어 내의 다양한 위치들에서, 하나 이상의 층들에, 함께 또는 별도로, 즉 다른 미디어 물질들을 그것의 어느 한 사이드 또는 양 사이드들 상에 위치시킨 상태로, 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 혼합된 마찰전기 필터층(15A) 위에는 비교적 희박한 섬유질층(16E)이 있다. 센터 스크린(13) 위의 필터 미디어 구조는 센터 스크린(13) 아래에도 반복된다. 즉, 제2 혼합된 마찰전기 필터층(15B)의 위에는 비교적 희박한 제2 섬유질층(16F)이 있다. 비교적 희박한 층들은 다양한 물질들 또는 서로 상이한 물질들일 수 있다.
도 3에는 섬유유리 센터 스크린(14A, 14B)과 마찰전기 스케일의 상이한 사이드들로부터의 섬유들의 혼합 모두를 조합하는 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기에 사용하기 위한 본 발명의 필터 미디어가 도시된다. 도 3의 필터 미디어는 도 1 및 도 2에 도시된 필터 미디어의 조합이다.
이러한 조합은 각각의 실시예의 장점들을 조합하여, 시스템의 최대 효율을 가능하게 한다.
도 4에는 저밀도의 유전 물질 층에 뒤따라 더 높은 밀도의 유전 물질 층을 포함하는 필터 미디어가 도시된다. 도 4에 도시된 필터 미디어는 도 2에 도시된 것과 유사하다. 그러나, 도 4에 있어서, 비교적 더 낮은 밀도의 물질의 추가적인 필터층(25A)이, 비교적 더 높은 밀도의 물질의 필터층(16E) 뒤에 배치된다.
도 5에는 더 높은 밀도의 유전 물질 층에 뒤따라 더 낮은 밀도의 유전 물질 층을 포함하는 다른 필터 미디어가 도시된다. 도 5에 도시된 필터 미디어는 도 3에 도시된 것과 유사하다. 그러나, 도 5에 있어서, 비교적 더 낮은 밀도의 물질의 추가적인 필터층(25A)이 필터층(16E) 뒤에 위치한다. 부가적으로, 도 5에 있어서, 비교적 더 낮은 밀도의 물질의 제2 마찰전기 필터층(25B)은, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기를 통하는 공기 흐름의 끝단에서 필터층(16D) 뒤에 위치된다.
이들 실시예들의 이점은 공기흐름에 대한 저항의 감소이다. 밀도가 가장 높은 미디어 층은 공기 흐름에 대해 가장 큰 저항을 가질 것이다. 밀도가 가장 높은 층이 전극들 중 하나와 대향하게 되면, 그 영역은 전극의 그것에 의해 효과적으로 감소될 것이다. 이것은 남아 있는 영역을 통하는 공기 속도를 증가시키고, 공기흐름에 대한 저항을 증가시키게 된다. 전극과 밀도가 가장 높은 층 사이에 더 작은 밀도의 층을 위치시킴으로써, 더 높은 밀도의 물질 대신에 더 작은 밀도의 물질을 통하는 공기 속도를 증가시킴으로써, 공기흐름에 대한 저항을 현저하게 감소시키게 된다.
도 6에 있어서, 센터 스크린(13) 위의 필터 미디어의 부분은 도 1에 도시된 것과 동일하고, 센터 스크린(13) 아래의 필터 미디어의 부분은 도 5에 도시된 것과 동일하다.
이러한 실시예는 우수한 로딩 특성을 제공한다. 더 큰 입자들 또는 더 낮은 밀도 및/또는 더 낮은 모멘텀의 입자들을 더 낮은 밀도의 상류 층들 상에 집진함으로써, 더 높은 밀도의 층들이 막히지 않고 주로 더 작은(즉, 더 높은 밀도 및/또는 더 높은 모멘텀) 입자들을 집진할 수 있고, 따라서 더 긴 사용 기간을 가질 수 있다. 그러므로, 미디어의 용적을 통하여 미디어는 입자의 균등한 확산을 가능하게 한다.
도 7에 있어서, 센터 스크린(13) 위의 필터 미디어 부분은 도 3에 도시된 것과 동일하고, 센터 스크린(13) 아래의 필터 미디어 부분은 도 5 또는 도 6에 도시된 것과 동일하다.
도 8에 있어서, 센터 스크린(13) 위의 필터 미디어(15C, 15D)는 본 발명에 따른 마찰전기 스케일의 상이한 끝단들로부터의 섬유들을 가진 혼합된 섬유 층이다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 미디어의 최외각 층들의 하나는 광촉매 물질로 처리될 수 있다. 그러면, 공기 정화기는 가스 상태의 오염물질의 파괴를 위해 UV 광에 결합된다. 본 실시예에서 생성된 수산기(Hydroxyl)들은 생물학적 제제를 비활성화시키고 가스 상태의 오염물질을 파괴한다. 그러한 실시예에 있어서, UV 광의 영향하에서, 미디어는 집진되고 공기로 운반되는 바이오 미세입자들과 가스 상태의 오염물질과 반응하기 위해 수산기 라디칼들과 과산화물 이온들을 생성한다. 광촉매 층은 가장 멀리 떨어진 하류층이다. 이것은 오염물질 입자가 실질적으로 존재하지 않도록 유지시킨다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 필터 프레임의 외부 스크린/전극은 광촉매로 처리된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 센터 스크린은 탄소가 함유된 거품 또는 메쉬와 같이, 냄새 흡수 성질을 가질 것이다.
더 낮은 밀도의 물질의 하류층은 VOC들, 다른 반응성 가스 상태의 오염물질 및/또는 오존 및/또는 생물학적인 오염물질을 파괴하기 위해 촉매로 처리될 수 있다.
외부 스크린 및/또는 미디어 층의 적어도 하나는, 광, 전형적으로 UV 광의 존재하에서 VOC들과 생물학적인 오염물질과 같은 기체 불순물들을 파괴하는 경향이 있는 광촉매로 처리될 수 있다. 후자의 구성은 하나 이상의 UV 소스들에 근접하게 커플링됨으로써 광촉매 효과를 야기할 수 있다. 결과적인 컴포넌트들의 통합은 공기흐름에 광촉매를 적용하는 비용을 상당히 감소시킬 것이다. 촉매는 상류 또는 하류의 스크린에 적용될 수 있다. 시스템은 처리된 스크린들의 상류와 하류 모두의 처리된 스크린 상을 비추는 센터 UV 광을 포함할 수 있다. 미디어의 층에 광촉매를 적용하는 경우, 바람직한 실시예는 오염물질에 의해 오염될 가능성이 더 낮은 층으로서, 최대의 하류층을 가질 것이다.
도 9는 광촉매 디바이스의 실시예를 도시한다. 다양한 액체와 기체 흐름들을 정화하기 위해 광촉매 산화(Photocatalytic Oxidation)(PCO)가 사용되고 있지만, PCO에 있어서, 그것이 적용되는 기재(substrate)에 촉매가 부착되지 않을 수 있는 경우, 광촉매 산화법의 효율의 이슈들이 종종 있다. 이산화 티탄은 필터 또는 전극들을 코팅하는 촉매로서 사용될 수 있으므로, PCO는 흐름을 정화시키는데 사용될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 정전기장 내부에 기재를 배치하면, 기재(901)에 촉매가 더 잘 부착되고 반응 시간이 더 짧아지는 결과를 초래한다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 부직포 섬유유리 물질로 된 기재(901)에 촉매가 적용되고, 그 물질이 UV 광원(940) 하에서, 5-15kv dc의 차동 전압을 가진 2개의 전극들(912A, 912B) 사이에 대략 0.5"로 이격되게 배치되면, 촉매는 그 결과로 생긴 편광 필드에 의해 섬유유리 물질의 기재(901) 상에 유지되어 손쉽게 덜 흘리게 된다. 또한, 필드 그 자체의 에너지는 기류 내의 휘발성 화합물들의 파괴를 빠르게 한다.
예비 시험에서, TVOC 레벨들은, 그것이 정전기장 내에 배치되었을 때 동일한 촉매와 같이, 거의 2배로 신속하게 줄어들었다. 시험은 다음과 같다.
대략 1,000 입방피트의 방(room) 안으로 공기를 끌어들이고 그로부터 공기를 빼내기 위해 팬과 함께 U-형 덕트가 구성되었다. 임의의 의류에 톨루엔을 붓고 그 의류를 임의의 공간에 몇 분 동안 두었다. 방 안의 TVOC 레벨들을 측정하기 위해 에어큐티 옵티마(Aircuity Optima) 유니트가 사용되었다. V-뱅크 공기 정화기는 상류에서 254 urn UVC 램프와 함께 덕트 내에 배치되었다. 순환 팬은 1,000 cfm으로 설정되었다. 공기 정화기 프레임들은 미디어를 유지하였고 미디어 내부에 정전기장을 생성할 수 있었다. 25분 후에 필터가 없는 경우, TVOC 레벨들은 6% 감소했다. UV 램프를 켜고 정전기장이 없는 촉매 코팅된 미디어의 경우, 12% 감소했다. 동일한 배치로 정전기장을 활성화시킨 경우, 24% 감소했다.
그러한 디바이스는 흐름의 정화를 위해 다양한 HVAC 및 공기 이동 시스템들에 적용될 수 있다. 또한, 촉매는 유리와 다른 다양한 물질들일 수 있는 직조(woven) 물질에 적용될 수 있다. 촉매 코팅된 물질은 촉매 내에 용사 또는 딥핑(dipping)될 수 있다.
도 10에 도시된 다른 실시예에 있어서, 촉매 코팅된 물질(1012)은 UV 광원(1040)의 존재하에, 전극들(1012A, 1012B) 사이의 코팅된 물질(1012)과 비-코팅된 층(1020) 모두를 포함하는 다층 필터 미디어의 하나의 층일 수 있다.
전극들은 다양한 전도성 물질들로부터 제조될 수 있고 전기적으로 균일할 수 있고 코팅된 미디어 물질의 어느 하나의 사이드 상에 균일하게 이격된 그리드들을 포함한다. 또한, 그들은 코팅된 물질 속으로 최대의 광이 침투하도록 가능한 한 개방될 수 있다. 전극들은 또한 촉매로 코팅될 수 있다.
모든 경우들에 있어서, 디바이스는 촉매 작용을 위한 기본 에너지를 공급하기 위해 UV 광원(들)에 근접되게 배치될 수 있다. 이러한 시나리오에서 생성된 수산기들은 생물학적 제제를 비활성화시키고 가스 상태의 오염물질을 파괴할 것이다. 그러한 실시예에서, UV 광의 영향하에서, 미디어는 집전되고 공기로 운반되는 바이오 미세입자들과 가스 상태의 오염물질과 반응하기 위해 수산기 라디칼들과 과산화물 이온들을 생성한다.
전술한 발명들은 다양한 실시예들을 참조하였지만, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 구조와 구성요소들에 대한 변형들이 만들어질 수 있다. 특히, 다양한 층들 또는 구성요소들은 다양한 결과들을 얻기 위해 조합되거나 반복될 수 있다. 예를 들면, 도 11 및 도 12a는 공기 정화기의 기본 개념을 도시하고, 도 12b는 조립된 시스템의 일 형태의 구성을 도시한다. 명확성을 위해, 다양한 구성요소들은 별개의 층들로 도시되었고, 2개 이상의 층들은 단일 층 또는 물질과 결합될 수 있다.
도 11 내지 도 17은 편광 미디어 공기 정화기용 집진 미디어의 대안적 실시예들을 도시한다. 도 11, 도 12a 및 도 12b에 있어서, 필터 미디어(1100, 1200) 쉬트들은 허니콤 매트릭스로 파형화되고(1110, 1210), 채널들(1150, 1250)을 통하는 공기 흐름과 공기로 운반되는 오염공기는 물질의 측벽들(1140, 1240) 상에 집진된다. 물질은 파형화된 층들(1120, 1220)과 평판 층들(1130, 1230) 사이에 교호할 수 있거나 파형화된 층들로 단지 스택킹될 수 있다. 파형화된 물질(CM)의 이러한 구조의 장점은 공기흐름에 대한 저항이 상대적으로 낮고 일정하다는 것이다.
도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 액티브 필드 편광 물질(1100, 1200)은 입자의 집진율과 공기로 운반되는 입자들을 현저하게 개선한다. 이것은 기본 CM 및 이온화를 가진 CM 모두에 적용된다. 아래의 [표 4]는 다양한 사이즈 범위들 내에서 입자들을 위한 상류/하류 입자의 제거 속도를 보여준다. 편광 물질(1100, 1200)은 비-편광 CM에 걸쳐 입자의 집진을 개선한다. 물질(1100, 1200)이 이온화 및 편광화되면, 심지어 더 좋은 성능을 나타낸다.
입자 사이즈(마이크론) 및 제거율(%)
전압, 미디어, 이온화기 0.3 0.5 0.7 1 2 5
7kV, 3/8" 두께 CM w/이온화기 82% 80% 80% 81% 83% 99+%
7kV, 3/8" 두께 CM 34% 34% 39% 39% 45% 67%
0kV, 3/8" 두께 CM 20% 17% 19% 23% 26% 42%
그러한 물질(1100, 1200)의 일 예는 3M에 의해 개발되어 HAPA로서 시판되는 제품군으로부터 얻을 수 있다. 그러한 물질을 액티브 정전기장에 놓으면 단기 효율 및 장지 효율 모두를 현저히 개선하는 것이 발견되었다.
파형화된 미디어(CM)는 다른 CM 또는 다른 물질의 층들과 함께 조립체 내에 사용될 수 있다. 예를 들어, 유리 또는 부직포 물질의 상류층은 공기 중의 더 큰 분진 입자들을 집진하여 그들이 CM의 상대적으로 작은 채널들을 막는 것을 도울 수 있다.
CM의 다른 장점은 상당히 단단한 구조(높이 올려진 및/또는 부직포 미디어와 달리)는 하나 이상의 층들에 인가되는 액티브 전압을 이용하여 미디어 조립체를 절연 및 밀봉하기 위한 옵션들을 준다는 것이다.
파형화된 물질의 다른 이점은 그것이 더 높은 전압에서 사용될 수 있다는 것이다. 정상 작동에서, 대전된 센터 스크린이 그라운드 스크린에 아크방전되는 것을 방지하기 위해 필터는 에어 갭에 의존한다. 그라운드 스크린과 센터 스크린이 더 편평 할수록, 거리의 일관성이 더 많고, 인가될 수 있는 전압이 더 높아진다. 이러한 더 높은 전압은 더 강한 필드와 더 큰 효율의 결과를 낳는다.
도 13a는 필드가 물질의 쉬트 안에 생성될 수 있도록 전도성 쉬트들/밴드들/부재들(1310)이 CM(1300)에 통합되는 대안적 실시예이다. 이들은 냄새 흡수 성질일 수 있고, 예를 들어, 고정화된(immobilized) 탄소, 제올라이트 또는 다른 물질의 쉬트를 포함할 수 있다. 도 13b는 CM의 면만을 따르지 않고 CM(1300A) 속으로 연장하는 쉬트들(1310A)을 도시한다.
도 15는 전술한 것들 또는 부직포 유리와 같은 다른 것들과 같은 다른 물질(1500)과 함께 CM의 조립체를 도시한다.
도 16은 절연/밀봉 피스(120)가 CM(1100)에 부착된, 도 15와 유사한 조립체를 도시한다.
도 17에 있어서, CM(1100)은 대전된 센터 스크린(108)을 위한 구멍(hollow)(1710)를 생성하는 그러한 방식의 모양이고 절연체로서 작용한다. 다른 물질(1500)은 제2 필터 물질로서 작용할 수 있다.
위에서 개시된 발명(들)은, HVAC 시스템들, 자립형 필터/팬 유니트들, 및 산업용 공기 정화 시스템 및 집진기들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다양한 방법으로 사용될 수 있다. 상기 실시예들은 주로 편평한 필터 구성들을 기술하였으나, 본 발명은 다중 평판 패널들의 V-뱅크 그룹, 패널과 V-뱅크 유니트들의 상호연결된 그룹, 및 집진 시스템용 원통 필터들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다른 구성들에 맞추어 변경될 수 있다.
12A, 12B...외부 스크린
13...센터 스크린
14A, 14B...메쉬 스크린
15A...필터층
15B...혼합된 마찰전기 필터층
16A...제1 패드
16B...제2 패드
16C...제3 패드
16D...제4 패드
16E...희박한 섬유질층
16F...희박한 제2 섬유질층
25A...추가적인 필터층
25B...제2 마찰전기 필터층
116A...제1 유지 프레임
116B...제2 유지 프레임
108...고전압 전원
120...서포트 프레임
901...기재
940...UV 광원
912A, 912B...전극

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기에 있어서:
    전도성 스크린;
    공기를 통과시킬 수 있는 채널들을 정의하는 교호하는 평평한 층들 및 파형화된 층들을 포함하는 파형화된 쉬트, - 여기서 상기 채널들은 공기 흐름의 방향으로 정렬되고 상기 채널을 통한 공기 흐름을 방해하지 않으며, 각 채널은 상기 파형화된 쉬트의 제1측면으로부터 상기 파형화된 쉬트의 제2측면으로 연장됨 -; 및
    상기 전도성 스크린에 전압을 인가하여 상기 파형화된 쉬트의 상류에 편광 필드를 생성하고 상기 필드를 통과하는 입자들을 대전시킬 수 있도록, 상기 전도성 스크린에 연결된 고압 전원을 구비하고,
    상기 전압이 상기 전도성 스크린에 인가될 때, 상기 파형화된 쉬트는, 마이크론 단위의 0.3, 0.5, 0.7, 1, 2, 및 3의 입자 크기 각각에서, 입자 크기의 20%, 17%, 19%, 23%, 26% 및 42%를 제거하는 0-전압 적용 미디어와 비교하여, 3/8”두께 및 7kV 전압 하에서, 동일 입자 크기에서 입자 크기의 적어도 34%, 34%, 39%, 39%, 45% 및 67%를 제거하는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  3. 청구항 2에서,
    대전된 입자들이 상기 파형화된 쉬트의 측벽들 상에 집진되는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  4. 청구항 2에서,
    2개 중 하나가 상기 파형화된 쉬트인 필터 미디어들 사이에 상기 전도성 스크린이 위치된, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  5. 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기에 있어서,
    공기가 통과할 수 있는 채널들을 정의하는 교호하는 평평한 층들 및 파형화된 층들을 포함하는 파형화된 쉬트, - 여기서 상기 채널들은 그 채널들을 통한 직접적인 공기 흐름을 위해 공기 흐름의 방향으로 정렬되고, 각 채널은 상기 파형화된 쉬트의 제1측면으로부터 상기 파형화된 쉬트의 제2측면으로 연장됨 -; 및
    상기 파형화된 쉬트 내에 내장된 전도성 부재에 전압을 인가하여 상기 파형화된 쉬트 내부에 편광 필드를 생성하고 상기 필드를 통과하는 입자를 대전시킬 수 있도록, 상기 파형화된 쉬트 내에 내장된 전도성 부재에 연결된 고압 전원을 구비하고,
    상기 전압이 상기 전도성 부재에 인가될 때, 상기 파형화된 쉬트는, 마이크론 단위의 0.3, 0.5, 0.7, 1, 2, 및 3의 입자 크기 각각에서, 입자 크기의 20%, 17%, 19%, 23%, 26% 및 42%를 제거하는 0-전압 적용 미디어와 비교하여, 3/8”두께 및 7kV 전압 하에서, 동일 입자 크기에서 입자 크기의 적어도 34%, 34%, 39%, 39%, 45% 및 67%를 제거하는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  6. 청구항 5에서,
    상기 부재는 쉬트인, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  7. 청구항 5에서,
    상기 부재는 밴드인, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  8. 청구항 2에서,
    상기 파형화된 쉬트는, 교호하는 파형화된 층들 및 평평한 쉬트 층들을 포함하는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  9. 청구항 8에서,
    상기 파형화된 층들은, 상기 채널들의 측벽들 및, 각 채널의 상부 및 하부 중 적어도 하나를 정의하는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  10. 청구항 5에서,
    상기 파형화된 쉬트는, 교호하는 파형화된 층들 및 평평한 쉬트 층들을 포함하는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.
  11. 청구항 10에서,
    상기 파형화된 층들은, 상기 채널들의 측벽들 및, 각 채널의 상부 및 하부 중 적어도 하나를 정의하는, 액티브 필드 편광 미디어 공기 정화기.


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