KR102569968B1 - 살균 및 산소발생기능을 갖는 필터가 내장된 열회수 공기순환기 - Google Patents

살균 및 산소발생기능을 갖는 필터가 내장된 열회수 공기순환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열교환부재의 실외공기 도입측에 설치되는 필터에 살균 및 산소발생기능을 갖도록 하여 실내로 공급되는 공기에 포함된 유해 세균의 제거와 아울러 실내로 공급되는 공기 중의 산소농도를 높여줄 수 있도록 한 것인바, 실외공기와 실내공기가 열교환유닛(10)에서 교차하면서 열회수를 이루는 열회수 공기순환기(1)에 있어서, 상기 열교환유닛(10)의 실외공기 도입부 측에 프리필터(F1)와 헤파필터(F2)를 설치하되, 상기 프리필터(F1)는 소정 두께의 부직포(W)에 분말 상태의 활성탄(C)과 고체산소(S)가 도포되고, 상기 헤파필터(F2)는 2중의 필터원단(E1,E2) 사이에 고체산소(S')를 채워 프리필터(F1)에서 미처 제거되지 못한 세균과 박테리아를 사멸시킬 수 있도록 되어 있다.

Description

살균 및 산소발생기능을 갖는 필터가 내장된 열회수 공기순환기{A Heat recovery air circulator with oxyzen discharging and sterilization function}
본 발명은 열회수 공기순환기에 관한 것으로, 상세히는 열교환유닛의 실외공기 도입부에 설치되는 프리필터와 헤파필터에 고체산소를 부가하여 실내로 공급되는 공기에 포함된 유해 세균의 제거와 아울러 실내로 공급되는 공기 중의 산소농도를 높여줄 수 있도록 한 것이다.
건물이 기밀해지면 에너지절감과 벽체 내 결로현상 감소라는 순기능이 있지만 사람에게 필요한 환기량이 부족해 질 수밖에 없다. 그래서 기밀성을 고도화한 패시브하우스에서는 기계식 환기장치를 사용하게 되며, 환기를 기계식으로 하다 보니 좀 더 기술을 덧붙여서 나가는 공기와 들어오는 공기의 열을 서로 기계 내에서 교환하는 열회수 공기순환기(열회수형 환기장치)를 사용하는 것이다.
열회수 공기순환기는 기존의 공기청정기와 비교할 때 미세먼지를 줄이는 점에서는 동일한 기능을 발휘하지만, 실내의 생활냄새 감소 성능은 물론 산소농도 개선, 이산화탄소의 배출 및 휘발성 유기화합물과 라돈의 배출 기능이 상대적으로 우월하다는 장점이 있다.
또, 열회수 공기순환기는 별다른 열의 생산 없이 외기의 온도를 실내의 공기온도에 가깝게 맞추어서 공급한다는데 큰 장점이 있는데, 환기를 위해 창문을 열었을 경우에 그냥 버려지는 에너지 손실을 최소화한다는데 큰 의미가 있다.
열회수 공기순환기는 열교환유닛의 실외공기 도입부 측에 프리필터(pre filter)와 헤파필터(HEPA Filter; High Efficiency Particulate Air Filter)가 설치되어 실외로부터 도입되는 공기 중에 포함된 벌레나 먼지 등 각종 이물질은 물론 0.3㎛ 크기의 아주 미세한 입자도 걸러낼 수 있도록 되어 있고, 열교환유닛의 실내공기 도입부 측에도 실내공기 중의 먼지가 열교환유닛으로 유입되는 것을 방지하기 위한 프리필터가 설치되어 있다.
그러나 실외로부터 도입되는 공기 중에는 인체에 유해한 각종 세균이나 박테리아가 포함될 수 있는데, 프리필터와 헤파필터로는 이를 걸러내지 못하므로 특허문헌 1에서와 같이 습식살균유닛을 별도로 구비하거나, 특허문헌 2 내지 특허문헌 4에서와 같이 열교환유닛과 필터 사이에 필터에 부착된 먼지에 포함된 세균 및 바이러스를 사멸시키는 자외선램프(또는 LED)를 이용하거나, 플라즈마 방전 이온발생장치 등으로 이루어진 살균장치를 설치하였다.
한편, 상술한 특허문헌 1 내지 4 등에 개시된 바와 같은 살균장치는 열회수 공기순환기의 제조비용을 증가시키는 것은 물론, 장치의 구성이 복잡해지게 되어 이의 유지관리가 용이하지 않고, 고장 발생의 우려도 높다는 문제점이 있었다.
한국등록특허 제10-0640800호(2006.10.25. 등록) 한국공개특허 제10-2022-0028346호(2022.03.08. 공개) 한국등록실용신안 제20-0369084호(2004.11.22. 등록) 한국등록특허 제10-2258581호(2021.05.25. 등록)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 열회수 공기순환기에서 열교환유닛의 실외공기 도입부 측으로 유입되는 공기 중의 각종 유해균이나 박테리아를 효과적으로 제거할 수 있도록 하되 별도로 고가의 살균장치를 부가하지 않고 필터부재를 개선하는 것에 의해 살균 및 산소발생기능을 발휘할 수 있는 열회수 공기순환기를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 실외공기와 실내공기가 교차하면서 열회수를 이루는 열회수 공기순환기에 있어서, 상기 열교환유닛의 실외공기 도입부 측에 프리필터와 헤파필터를 설치하되, 상기 프리필터는 소정 두께의 부직포에 활성탄과 고체산소가 도포되고, 상기 헤파필터는 2중의 필터 원단 사이에 고체산소를 채워 프리필터에서 미처 제거되지 못한 세균과 박테리아를 사멸시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 고체산소는 실외에서 도입되는 공기 중의 수분 또는 이산화탄소와 접촉하여 산소를 발생시키되 고체산소의 표면에서 산소 발생시 강력한 산화작용으로 살균작용이 이루어져 공기 중의 박테리아를 비롯한 각종 유해균의 살균기능을 발휘할 수 있도록 한 살균 및 산소발생기능을 갖는 필터가 내장된 열회수 공기순환기를 제공한다.
본 발명에 의하면 열교환유닛의 실외공기 도입부에 설치되는 프리필터와 헤파필터에 고체산소를 부가함으로써 종래기술에서와 같이 고가이거나 구조가 복잡한 습식 또는 자외선 또는 플라즈마 방전식 살균장치를 사용하지 않고도 실내로 공급되는 공기에 포함된 유해 세균의 제거와 아울러 실내로 공급되는 공기 중의 산소농도를 높여줄 수 있어 열회수 공기순환기의 제조원가를 상승시키지 않으면서도 쾌적한 실내의 공기상태를 유지할 수 있으며, 주기적으로 필터만 교체해주기만 하면 되므로 이의 유지관리 또한 용이한 등의 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 의한 열회수 공기순환기의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 프리필터의 실물사진,
도 3은 도 2에 도시된 프리필터의 확대도면,
도 4는 도 1에 도시된 헤파필터의 실물사진,
도 5는 도 4에 도시된 헤파필터의 확대도면이다.
이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5에는 본 발명에 의한 열회수 공기순환기 및 필터가 도시되어 있는데, 본 발명은 실외공기와 실내공기가 열교환유닛(10)에서 교차하면서 열회수를 이루는 열회수 공기순환기(1)에 있어서, 상기 열교환유닛(10)의 실외공기 도입부 측에 프리필터(F1)와 헤파필터(F2)를 설치하되, 상기 프리필터(F1)는 소정 두께의 부직포(W)에 분말 상태의 활성탄(C)과 고체산소(S)가 도포되고, 상기 헤파필터(F2)는 2중의 필터 원단(E1,E2) 사이에 고체산소(S')를 채워 프리필터(F1)에서 미처 제거되지 못한 세균과 박테리아를 사멸시킬 수 있도록 한 것으로, 상기 고체산소(S,S')는 실외에서 도입되는 공기 중의 수분 또는 이산화탄소와 접촉하여 산소를 발생시키되 고체산소(S,S')의 표면에서 산소 발생시 강력한 산화작용으로 살균작용이 이루어져 공기 중의 박테리아를 비롯한 각종 유해균의 살균기능을 발휘할 수 있도록 된 것이다.
부호 F3는 실내에서 외부로 배출되는 실내 공기 중의 이물질을 제거한 후 열교환유닛(10)으로 공급하기 위한 프리필터로 이는 일반적인 공지의 난연 부직포 섬유로 이루어진 프리필터를 사용하면 된다.
도 2에는 프리필터(F1)의 실물 사진이 도시되어 있고, 도 3에는 프리필터(F1)의 확대 도면이 도시되어 있는데, 프리필터(F1)의 구조는 5~10mm 정도의 두께로 이루어진 난연 섬유 부직포(W)에 활성탄(C)과 고체산소(S)가 도포되어 부착된 상태를 이루고 있는데, 이의 제조방법은 상기 부직포(W)에 접착제를 스프레이식으로 분사한 후 활성탄과 고체산소를 뿌려서 접착제를 경화시키는 것에 의해 제조될 수 있고, 활성탄과 고체산소의 입도와 양은 프리필터를 이루는 부직포 섬유 자체가 갖고 있는 공기투과도를 10~15% 정도 낮추는 범위 내에서 적정한 규격과 양을 선정하여 사용하면 된다.
본 발명에서 상기 프리필터(F1)에 부착된 활성탄(C)은 실외공기 중에 포함된 악취성분이나 기타 유해성분을 흡착하는 역할을 하게 되는데, 여기에 사용되는 활성탄은 평균 입경이 1.1 - 1.6mm인 입상 활성탄이나 평균 입경이 0.1mm 이하의 분말 활성탄을 사용할 수 있다.
첨부된 도면에서는 상기 프리필터(F1)에 활성탄과 고체산소를 혼합하여 부착한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 활성탄을 사용하지 않는 대신 카본섬유로 이루어진 부직포(W)에 고체산소(S)만을 도포하여 제작할 수도 있음은 물론이다.
또, 도 4 및 도 5에는 헤파필터(F2)의 실물 사진 및 확대 도면이 도시되어 있는데, 이 헤파필터(F2)의 구조는 0.3㎛의 입자까지 거를 수 있는 H13 또는 H14 등급으로 이루어진 2중의 필터원단(E1,E2) 사이에 입경 약 1~3mm의 볼(ball) 타입 고체산소(S')를 채워 상기 프리필터(F1)에서 미처 제거되지 못한 세균과 박테리아를 헤파필터(F2)에서 사멸시킬 수 있도록 되어 있다.
본 실시 예에서, 상기 헤파필터(F2)는 아코디언 형태로 접혀 공기와의 접촉면적을 최대화할 수 있도록 되어 있으며, 2중의 필터원단(E1,E2) 사이에는 고체산소(S')가 적정 밀도로 채워질 수 있도록 공간이 형성되어 있고, 이와 같이 접힌 상태의 유지는 도 3에 도시된 바와 같이 헤파필터(F2)의 외곽 프레임(R)과 내측에 위치한 핫멜트 소자로 이루어진 형태유지구(V)에 의해 이루어지게 된다.
본 발명에서, 실외 공기가 실내로 도입되기 전에 프리필터(F1)와 헤파필터(F2)에 존재하는 고체산소(S,S')와 충분히 접촉하는 것에 의해 실내 공기 중의 수분 및 이산화탄소와 반응하여 산소를 발생시키게 되는바, 이러한 원리는 다음과 같다.
상기 고체산소(S,S')는 과산화물(peroxide)이나 초산화물(superoxide)로 과산화나트륨(sodium peroxide, Na2O2)과 과산화칼륨(potassium peroxide, K2O2), 과산화칼슘(calciumperoxide, CaO2), 과산화리튬(lithium peroxide, Li2O2)이 있으며, 초산화물에 속하는 것으로, 초산화나트륨(sodium superoxide, NaO2)과 초산화칼륨(potassium peroxide, KO2) 또는 수산화칼륨(Ca(OH)2) 등을 사용할 수 있는데, 이들 산소 발생 물질 중에서 초산화칼륨과 과산화나트륨은 공기 재생 물질(air revitalization material)로 사용되어 왔으며, 이는 이들 물질이 다음 화학식 1 내지 4에 나타낸 반응으로 공기 속에 포함된 이산화탄소 또는 물과 반응하여 산소를 발생시킨다.
화학식 1
Na2O2 + H2O → 2NAOH + 1/2O2
화학식 2
Na2O2 + CO2 → NA2CO3 + 1/2O2
화학식 3
2KO2 + H2O → 2KOH + 3/2O2
화학식 4
2KO2 + CO2 → K2CO3 + 3/2O2
물론, 공기 중에 포함된 이산화탄소를 제거하는 공기정화제로는 수산화칼슘(Ca(OH)2)과 수산화나트륨의 혼합물인 소다라임(soda lime)이 있고, 이외에도 수산화리튬(lithium hydroxide)이 널리 사용되고 있으나, 이들 물질은 산소를 발생시키지는 못하고 단순히 이산화탄소만을 제거하므로 과산화나트륨이나 초산화칼륨에 비해서는 공기 정화성이 떨어진다.
따라서, 흔히 산소 발생제는 산소 발생과 이산화탄소 제거 능을 가지는 과산화물이나 초산화물과, 상기 과산화물이나 초산화물이 화학 반응성을 완화시켜 주는 완화제를 포함하는 조성물로 이루어지며, 경우에 따라서는 성형성을 높이기 위한 성형 보조제가 첨가되어 조성될 수도 있다. 성형 보조제는 Sodium silicate, Bentonite, Kaolin, PVA 중에서 어느 하나를 선택하여 사용한다.
한편, 상기 설명에서는 산소 발생과 함께, 제거되는 유해 가스로 이산화탄소만을 예로 들어 설명하였지만, 본 발명은 산소발생제 즉, 고체산소를 조성함에 있어서, 산화질소(NOx) 가스, 산화황(SOx) 가스, 일산화탄소 등을 제거하면서 산소를 발생시켜 주는 조성물도 포함할 수 있으며, 과산화수소를 발생하는 SOP(Solid Oxygen Purifier)를 적용할 경우에는 산소발생제의 표면에서 산소 발생시 산화작용으로 살균작용이 있어 공기 중의 박테리아를 비롯한 각종 유해균의 살균기능도 발휘할 수 있게 된다.
상술한 SOP는 이산화탄소를 흡수하고 산소를 발생시키는 특성이 있는 물질로, 특히 밀폐 공간의 공기질을 개선하는 효과가 있다. 본 발명에서 적용한 고체산소는 활성탄 100중량부에 대하여 금속의 과산화물 5 내지 50중량부 및 촉매 0.001 내지 5중량부를 포함하며, 금속의 과산화물은 과산화칼슘, 과산화마그네슘, 과산화칼륨, 과산화바륨 및 과산화나트륨으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함하고, 촉매는 카탈라아제, 퍼옥시다아제, 요오드화칼륨 및 이산화망간으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함하며, 활성탄은 야자계, 목질계 및 석탄계로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상을 포함한다.
이처럼 본 발명에 의하면 열회수 공기순환기에 별도의 습식 살균장치나 자외선 또는 플라즈마 방사에 의해 오존이 발생하는 고가이면서 복잡한 살균장치를 구비할 필요없이 외기도입부 측에 설치되는 프리필터와 헤파필터에 고체산소를 부착 또는 내장하는 것에 의해 실내로 도입되는 외기 중에 포함된 각종 세균이나 박테리아를 고체산소가 실외 공기 중의 수분이나 이산화탄소와 접촉하는 과정에서 산소가 발생하면서 강력한 산화작용에 의해 제거할 수 있게 되므로 열회수 공기순환기의 제조원가를 상승시키지 않으면서도 살균기능을 부여할 수 있고, 실내로 공급되는 공기 중의 산소농도를 높여줄 수 있어 쾌적한 실내공기 질을 유지할 수 있으며, 주기적인 필터의 교체만으로도 유지관리가 가능하고, 고장발생의 우려가 없다는 이점이 있다.
1 : 열회수 공기순환기
10 : 열교환유닛
F1 : 프리필터(외기 도입측)
F2 : 헤파필터(외기 도입측)
F3 : 프리필터(내기 배출측)
W : 부직포 섬유
C : 활성탄
S,S' : 고체산소
E1,E2 : 필터 원단
R : 외곽 프레임
V : 형태유지구

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 실외공기와 실내공기가 열교환유닛(10)에서 교차하면서 열회수를 이루는 열회수 공기순환기(1)에 있어서,
    상기 열교환유닛(10)의 실외공기 도입부 측에 프리필터(F1) 및 헤파필터(F2)를 설치하되,
    상기 프리필터(F1)는 5 ~ 10㎜ 두께의 부직포(W)에 접착제를 분사하고 활성탄과 고체산소를 뿌려 접착제를 경화시키는 것에 의해 제조하며, 상기 활성탄과 고체산소의 입도와 량은 상기 프리필터(F1)를 이루는 부직포(W) 자체가 갖는 공기투과도를 10 ~ 15% 낮추는 규격과 량을 사용하고,
    상기 헤파필터(F2)는 0.3㎛까지의 입자를 거를 수 있는 H13 또는 H14 등급으로 이루어진 2중의 필터원단(E1, E2) 사이에 입경 1 ~ 3㎜의 볼 타입 고체산소(S′)가 채워지며,
    또 상기 헤파필터(F2)는 아코디언 형태로 접혀 공기와의 접촉면적을 최대화할 수 있도록 하되, 아코디언 형태로 접힌 상태는 헤파필터(F2)의 외관 프레임(R)과 내측에 위치한 핫멜트 소자로 이루어진 형태유지구(V)에 의해 유지되어 상기 프리필터(F1)에서 미처 제거되지 못한 세균과 박테리아를 사멸시킬 수 있도록 한 것을 특징으로하는 살균 및 산소발생기능을 갖는 필터가 내장된 열회수 공기순화기.
  3. 삭제
  4. 삭제
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