KR102644139B1 - Ventilation system for heat recovery including dual sterilization filter by photothermal effect and its method for preventing condensation - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는, 실내 공기질 향상을 위한 필터 시스템에 관한 것으로서, 가시광선 또는 근적외선을 발생시키는 LED 모듈; 상기 가시광선 또는 상기 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열에 의한 광열 효과로 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균필터; 및 상기 LED 모듈 및 상기 살균필터를 둘러싸고, 공기를 전달하는 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구로부터 외부 공기를 전달받아 필터링하여 상기 출구로 배출하는 프레임을 포함하고, 상기 LED 모듈에서 발생하는 열에너지를 상기 프레임으로 전달하여 상기 프레임의 온도를 조절하고, 상기 프레임상에 형성되는 결로를 방지하는, 이중살균 필터 시스템을 제공할 수 있다.One embodiment of the present invention relates to a filter system for improving indoor air quality, comprising: an LED module that generates visible light or near-infrared light; A sterilizing filter that transmits the visible light or the near-infrared ray to the nanoparticles and removes germs, bacteria, and viruses through a photothermal effect caused by heat generated by the nanoparticles; And a frame surrounding the LED module and the sterilizing filter, including an inlet and an outlet for transmitting air, receiving external air from the inlet, filtering it, and discharging it to the outlet, and dissipating heat energy generated from the LED module. It is possible to provide a double sterilization filter system that controls the temperature of the frame by delivering it to the frame and prevents condensation from forming on the frame.
Description
본 실시예는 가시광 또는 근적외선이 조사된 나노 입자가 발생시키는 열에 의해 살균이 가능한 필터를 내장하는 열회수 환기시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 발광다이오드(LED)에서 발생하는 광 에너지와 열 에너지를 모두 활용하여 박테리아 및 바이러스를 사멸시킴과 동시에 열 에너지를 재활용할 수 있는 시스템 및 이를 활용한 결로방지 기술에 관한 것이다.This embodiment relates to a heat recovery ventilation system incorporating a filter capable of sterilization by heat generated by nanoparticles irradiated with visible light or near-infrared rays. More specifically, it utilizes both light energy and heat energy generated from light-emitting diodes (LEDs). This relates to a system that kills bacteria and viruses while simultaneously recycling heat energy and a condensation prevention technology using the same.
실내 공기질 향상을 위한 다양한 필터 기술은 일반적으로 공기 중에 떠다니는 미세먼지 등의 미립자를 여과 기능을 가지는 필터를 통해 제거하며, 일례로 종이 필터, 부직포 필터는 미세먼지 입자보다 작은 여과망을 사용하여 미세먼지를 포집하고 있다.Various filter technologies to improve indoor air quality generally remove fine particles such as fine dust floating in the air through filters with a filtration function. For example, paper filters and non-woven filters use a filter net smaller than fine dust particles to remove fine dust. is capturing.
종래의 공기청정필터는 세균 및 바이러스를 사멸시키지 않고 단순히 필터의 집진효과로 필터에 포집된 상태로 존재하여 세균의 번식 위험, 결로에 의한 곰팡이 증식과 이를 기반으로 한 바이러스의 증식 등의 문제를 발생할 수 있다. 예를 들어, 공기청정필터에 주로 사용되는 헤파(HEPA, High Efficiency Particulate Air) 필터는 섬유로 제작되어 세균 번식의 위험성이 높으며, 바이러스의 제거가 쉽지 않다. Conventional air purifying filters do not kill bacteria and viruses, but simply remain trapped in the filter due to the dust collection effect of the filter, causing problems such as the risk of bacterial proliferation, mold growth due to condensation, and virus growth based on this. You can. For example, HEPA (High Efficiency Particulate Air) filters, which are mainly used in air purification filters, are made of fiber, so there is a high risk of bacterial growth, and it is not easy to remove viruses.
이를 위하여 자외선(UV)를 이용한 세균 및 바이러스 제거하는 시도들이 제안되고 있지만, 자외선(UV)의 물리적 특성의 한계로 인하여 필터의 표면이 아닌 필터의 내부(크레바스, Crevasse)에서는 세균, 바이러스 등의 제거가 사실상 불가능하다는 한계점이 있다.To this end, attempts to remove bacteria and viruses using ultraviolet (UV) light have been proposed, but due to the limitations of the physical characteristics of ultraviolet light (UV), bacteria and viruses are removed from the inside of the filter (crevasse) rather than the surface of the filter. There is a limitation that it is virtually impossible.
필터를 포함하는 필터 시스템은 다양한 환기장치와 공조장치 등에서 널리 활용되고 있다. 특히, 열회수 환기장치는 배기되는 공기의 폐열을 외부 공기와 열교환하는 방식을 채택하고 있으며, 외부에서 유입되는 저온의 공기에 의해 환기장치의 표면에서 발생하는 결로를 방지하기 위해 별도의 히터를 통해 유입되는 저온의 공기를 사전에 가열하여야 한다.Filter systems including filters are widely used in various ventilation and air conditioning devices. In particular, the heat recovery ventilator adopts a method of heat exchanging the waste heat of the exhausted air with external air, and in order to prevent condensation from forming on the surface of the ventilator due to low-temperature air flowing in from the outside, it is introduced through a separate heater. The low temperature air must be heated in advance.
별도의 히터를 통해 저온의 공기를 사전에 가열하는 과정에서 열효율이 감소하게 되고, 별도의 히터 및 방열장치를 설치하여야 하므로 필터 시스템의 부피가 증가하게 되고, 필터를 배치하기 위한 내부 구조의 복잡성이 증가하게 된다.In the process of pre-heating low-temperature air through a separate heater, thermal efficiency decreases, the volume of the filter system increases because a separate heater and heat radiator must be installed, and the complexity of the internal structure for placing the filter increases. It increases.
종래의 필터 시스템은 필터와 열회수 환기장치를 연계하여 열경로를 형성하지 않고, 필터에 존재하는 박테리아 및 바이러스 제거를 고려하지 않는다는 한계점이 있다. 특히, 필터에 포집된 박테리아, 바이러스 등이 완전히 사멸되지 않고 유지되는 경우 박테리아, 바이러스의 증식으로 인해 발생하는 필터의 2차 오염 문제는 사용자의 건강에 심각한 위협으로 작용하게 된다.Conventional filter systems have limitations in that they do not form a heat path by connecting a filter and a heat recovery ventilator, and do not consider removal of bacteria and viruses present in the filter. In particular, if bacteria, viruses, etc. captured in the filter are maintained without being completely killed, secondary contamination of the filter caused by the proliferation of bacteria and viruses poses a serious threat to the user's health.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 일 측면에서, LED 모듈에서 자외선을 조사하여 세균, 바이러스 등을 1차적으로 제거하고, 나노 입자에 의해 발생한 열로 잔존하는 세균, 바이러스 등을 2차적으로 제거하는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.Against this background, the purpose of this embodiment is, in one aspect, to primarily remove bacteria, viruses, etc. by irradiating ultraviolet rays from an LED module, and to secondarily remove remaining bacteria, viruses, etc. with heat generated by nanoparticles. The purpose is to provide ventilation and filtration systems and their operating methods.
본 실시예의 목적은, 다른 측면에서, 가시광선 또는 근적외선을 발생시키고, 나노 입자에 의해 발생한 열로 세균, 바이러스 등을 제거하는 살균필터를 포함하는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.In another aspect, the purpose of this embodiment is to provide a ventilation and filter system including a sterilizing filter that generates visible light or near-infrared rays and removes bacteria, viruses, etc. with heat generated by nanoparticles, and a method of operating the same.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 발광다이오드(LED)에서 발생하는 광 에너지와 열 에너지를 모두 활용할 수 있는 환기 및 필터 시스템을 제공하고, 열 에너지를 재활용하여 열효율을 개선시킬 수 있는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.The purpose of this embodiment is, in another aspect, to provide a ventilation and filter system that can utilize both light energy and heat energy generated from light-emitting diodes (LEDs), and to provide ventilation and filter systems that can improve thermal efficiency by recycling heat energy. It provides a filter system and its operation method.
본 실시예의 목적은, 또 다른 측면에서, 별도의 히터를 구비하지 않고 외부에서 공급되는 공기에 의한 결로 발생을 방지함과 동시에, LED 모듈의 에너지 효율 저하를 개선할 수 있는 환기 및 필터 시스템과 그 동작 방법을 제공하는 것이다.The purpose of this embodiment is, from another aspect, a ventilation and filter system that can prevent condensation from occurring due to air supplied from the outside without a separate heater and improve the decrease in energy efficiency of the LED module, and the same. It provides a method of operation.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 공기질 향상을 위한 필터 시스템에 관한 것으로서, 가시광선 또는 근적외선을 발생시키는 LED 모듈; 상기 가시광선 또는 상기 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열에 의한 광열 효과로 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균필터; 및 상기 LED 모듈 및 상기 살균필터를 둘러싸고, 공기를 전달하는 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구로부터 외부 공기를 전달받아 필터링하여 상기 출구로 배출하는 프레임을 포함하고, 상기 LED 모듈에서 발생하는 열에너지를 상기 프레임으로 전달하여 상기 프레임의 온도를 조절하고, 상기 프레임상에 형성되는 결로를 방지하는, 이중살균 필터 시스템을 제공할 수 있다.In order to achieve the above-mentioned object, in one aspect, it relates to a filter system for improving air quality, comprising: an LED module that generates visible light or near-infrared light; A sterilizing filter that transmits the visible light or the near-infrared ray to the nanoparticles and removes germs, bacteria, and viruses through a photothermal effect caused by heat generated by the nanoparticles; And a frame surrounding the LED module and the sterilizing filter, including an inlet and an outlet for transmitting air, receiving external air from the inlet, filtering it, and discharging it to the outlet, and dissipating heat energy generated from the LED module. It is possible to provide a double sterilization filter system that controls the temperature of the frame by delivering it to the frame and prevents condensation from forming on the frame.
이중살균 필터 시스템에서 상기 이중살균 필터 시스템은 별도의 방열장치를 포함하지 않을 수 있다.In the double sterilization filter system, the double sterilization filter system may not include a separate heat radiation device.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달할 수 있다.In a double sterilization filter system, the LED module converts electrical energy into heat energy and light energy, transfers the light energy to the sterilization filter, and transfers the heat energy to the frame.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열할 수 있다.In the double sterilization filter system, the LED module is placed at the inlet of the frame and can heat the low-temperature external air delivered to the inlet.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 복수 개의 필터 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 상기 프레임으로 열을 전달할 수 있다.In a double sterilization filter system, the LED module is placed between a plurality of filters and can transfer heat to the frame through a heat path generated by the plurality of filters.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 상기 살균필터로 자외선을 전달하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거할 수 있다.In a double sterilization filter system, the LED module can remove germs, bacteria, and viruses by transmitting ultraviolet rays to the sterilization filter.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈의 주변에 형성되는 온도 데이터를 획득하고, 상기 공기의 온도 변화를 측정하여 상기 살균필터의 상기 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절할 수 있다.In the double sterilization filter system, temperature data formed around the LED module can be acquired, and the temperature change of the air can be measured to adjust the heat energy delivered to the nanoparticles of the sterilization filter.
이중살균 필터 시스템에서 상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, 또는 (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the double sterilization filter system, the nanoparticles are: (1) one or more of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) one or more of metal-insulator-based SiO2-metal and SiN-metal, (3) metal. -It may include one or more of semiconductor-based TiO2-metal, ZnO-metal, and SnO2-metal, or (4) one or more of semiconductor-based Ge-Te.
또한, 이중살균 필터 시스템에서 상기 나노 입자는 (1) 탄소나노파이버, 탄소나노튜브 등의 탄소중합체 (2) 폴리피롤(PPy: Polypyrrole) 등의 유기복합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.Additionally, in the double sterilization filter system, the nanoparticles may include one or more of (1) carbon polymers such as carbon nanofibers and carbon nanotubes, and (2) organic complexes such as polypyrrole (PPy).
이중살균 필터 시스템에서 전기방사에 의해 형성되고, 상기 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및 상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 더 포함하고, 상기 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자를 포함할 수 있다.Nanofibers formed by electrospinning in a double sterilization filter system and irregularly arranged on the surface of the porous friction member; and a fluorescent material applied to the surface of the nanofiber, and may include one or more metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles capable of generating heat in response to visible light converted by the fluorescent material.
이중살균 필터 시스템에서 상기 형광 물질은 야그(YAG) 형광체이고, 상기 폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In the double sterilization filter system, the fluorescent material is YAG phosphor, and the polymer material is polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon, and Na. It may contain one or more of Nafion.
이중살균 필터 시스템에서 상기 LED 모듈은 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함할 수 있다.In a double sterilization filter system, the LED module may include an ultraviolet lamp that irradiates ultraviolet rays to the filter.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 다른 측면에서, 이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에 있어서, LED 모듈에 의해 생성된 광을 내부의 하나 이상의 필터에 조사하는 단계; 상기 LED 모듈에서 발생한 중에서 자외선 파장대의 광이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 1차 살균단계; 상기 광 중에서 자외선 파장대의 광 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 가시광 방출 단계; 상기 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및 상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 2차 살균단계를 포함하고, 상기 필터 시스템은 별도의 히터를 포함하지 않고, 상기 LED 모듈에서 발생한 열을 내부에서 수집하는, 방법을 제공할 수 있다.In order to achieve the above-described object, in another aspect, a method of operating a filter system capable of double sterilization and heat recovery includes the steps of irradiating light generated by an LED module to one or more filters therein; A first sterilization step in which light in the ultraviolet wavelength range generated from the LED module sterilizes germs, bacteria, or viruses; A visible light emission step of transmitting the light to a photofluorescent material in the ultraviolet wavelength range to emit visible light; A heat generation step in which nanoparticles emit heat in response to the visible light; and a secondary sterilization step in which heat emitted from the nanoparticles sterilizes germs, bacteria, or viruses, and the filter system does not include a separate heater and collects heat generated from the LED module internally. can be provided.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 일 표면에 복수 개의 방열 핀(fin)을 포함하여 외부에서 공급되는 공기로 열에너지를 전달할 수 있다.In a method of operating a filter system capable of double sterilization and heat recovery, the LED module includes a plurality of heat dissipation fins on one surface and can transmit heat energy to air supplied from the outside.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달할 수 있다.In a method of operating a filter system capable of double sterilization and heat recovery, the LED module can convert electrical energy into heat energy and light energy, transfer the light energy to the sterilization filter, and transfer the heat energy to the frame.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열할 수 있다.In a method of operating a filter system capable of double sterilization and heat recovery, the LED module is placed at the inlet of the frame and can heat low-temperature external air delivered to the inlet.
이중살균 및 열회수가 가능한 필터 시스템의 동작 방법에서 상기 LED 모듈은 복수 개의 필터 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 상기 프레임으로 열을 전달할 수 있다.In a method of operating a filter system capable of double sterilization and heat recovery, the LED module is disposed between a plurality of filters and can transfer heat to the frame through a heat path generated by the plurality of filters.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 별도의 히터를 포함하지 않고, 내부의 LED에서 발생하는 열 에너지를 재활용하는 필터 시스템을 제공할 수 있다.As described above, according to this embodiment, it is possible to provide a filter system that recycles heat energy generated from the internal LED without including a separate heater.
또한, 본 실시예에 따르면, 자외선을 통해 세균 및 바이러스을 제거함과 동시에 나노 입자에 의해 발생한 열로 세균 및 바이러스를 제거하는 필터 시스템을 제공할 수 있다.Additionally, according to this embodiment, it is possible to provide a filter system that removes bacteria and viruses through ultraviolet rays and simultaneously removes bacteria and viruses through heat generated by nanoparticles.
또한, 본 실시예에 따르면, LED 모듈에서 발생하는 광을 활용하여 나노입자를 통한 광열효과에 의한 박테리아(세균), 박테리아 등의 살균을 도모할 수 있고, LED 모듈에서 발생하는 열을 활용하여 내부의 열경로 형성을 통해 별도의 히터를 포함하지 않고 결로 발생을 방지할 수 있으므로, 전체 필터 시스템의 에너지 효율을 개선할 수 있는 필터 시스템을 제공할 수 있다.In addition, according to this embodiment, the light generated from the LED module can be used to sterilize bacteria (germs), bacteria, etc. by the photothermal effect through nanoparticles, and the heat generated from the LED module can be used to sterilize the internal Since it is possible to prevent condensation from occurring without including a separate heater through the formation of a heat path, it is possible to provide a filter system that can improve the energy efficiency of the entire filter system.
도 1은 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 필터의 코팅된 표면을 나타낸 도면이다.
도 3은 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.
도 4는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.
도 5는 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.
도 6은 나노 입자가 분사된 필터의 표면을 비교한 도면이다.
도 7은 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.
도 8은 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.
도 9는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 필터 시스템의 위치별 압력 변화를 설명하는 도면이다.
도 11은 도 9의 필터 시스템의 위치별 온도 변화를 설명하는 도면이다.
도 12는 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.
도 13은 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.
도 14는 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.
도 15는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 16는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.
도 17는 나노 파이버 형성을 위한 방사기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.
도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.
도 19는 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.
도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.
도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.
도 22는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.1 is a diagram showing a first embodiment of a filter system including a plurality of filters.
Figure 2 is a view showing the coated surface of the filter.
Figure 3 is a diagram explaining the removal target of the filter.
Figure 4 is a diagram showing a second embodiment of a filter system equipped with a plurality of filters.
Figure 5 is a diagram explaining the nanofiber production process through electrospinning.
Figure 6 is a diagram comparing the surfaces of filters onto which nanoparticles were sprayed.
Figure 7 is a diagram showing the circulation process of indoor air.
Figure 8 is a diagram showing the double sterilization step of the filter.
Figure 9 is a diagram showing a third embodiment of a filter system equipped with a plurality of filters.
FIG. 10 is a diagram illustrating pressure changes by position in the filter system of FIG. 9.
FIG. 11 is a diagram illustrating temperature changes by location of the filter system of FIG. 9.
Figure 12 is a diagram showing the light absorption rate of nanoparticles by wavelength.
Figure 13 is an enlarged view of the surface of nanoparticles.
Figure 14 is an enlarged example view of the surface for each concentration of nanoparticles.
Figure 15 is a first example drawing enlarging the surface of nanoparticles by size.
Figure 16 is a second example drawing enlarging the surface of nanoparticles by size.
Figure 17 is a diagram showing the experiment process of a spinning device for forming nanofibers.
Figure 18 is a first example drawing enlarging nanofibers according to needle size.
Figure 19 is a second example drawing enlarging nanofibers according to needle size.
Figure 20 is a diagram comparing the bacteria removal effect depending on the presence or absence of nanoparticles.
Figure 21 is a first example enlarged view of the surface of bacteria according to the presence or absence of nanoparticles.
Figure 22 is a second example enlarged view of the surface of bacteria according to the presence or absence of nanoparticles.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail through illustrative drawings. When adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even if they are shown in different drawings. Additionally, in describing the present invention, detailed descriptions of related known configurations or functions that are judged to be likely to obscure the gist of the present invention will be omitted.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, a, b 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.Additionally, in describing the components of the present invention, terms such as first, second, a, and b may be used. These terms are only used to distinguish the component from other components, and the nature, order, or order of the component is not limited by the term. When a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, that component may be directly connected or connected to that other component, but there is another component between each component. It will be understood that elements may be “connected,” “combined,” or “connected.”
본 발명의 구성요소 중 필터 시스템으로 정의되는 용어는, 환기 및 필터 시스템의 의미로 혼용될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상으로 설명되는 필터를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.Among the components of the present invention, the term defined as a filter system may be used interchangeably to mean ventilation and a filter system, and should be understood to include a filter described in the technical spirit of the present invention.
도 1은 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.1 is a diagram showing a first embodiment of a filter system including a plurality of filters.
도 1을 참조하면, 필터 시스템은 제1 필터(100), 제2 필터(200), 제3 필터(300)를 포함할 수 있고, 각 필터의 배치 순서, 종류, 개수는 이에 제한되지 않는다.Referring to FIG. 1, the filter system may include a first filter 100, a second filter 200, and a third filter 300, and the arrangement order, type, and number of each filter are not limited thereto.
필터 시스템은 필터를 포함하는 임의의 시스템-예를 들어, 열회수가 가능한 환기 시스템, 공조 시스템 등으로 정의될 수 있다.A filter system can be defined as any system that includes a filter - for example, a ventilation system with heat recovery, an air conditioning system, etc.
제1 필터(100)은 자외선 램프(미도시)에 의해 발생한 자외선을 전달받아 박테리아 또는 세균을 제거할 수 있고, 살균필터 등으로 정의될 수 있다. The first filter 100 can remove bacteria or germs by receiving ultraviolet rays generated by an ultraviolet lamp (not shown), and may be defined as a sterilizing filter.
제1 필터(100)는 필요에 따라 제2 필터(200), 제3 필터(300)과 분리된 별개의 필터일 수 있고, 필요에 따라 하나의 구조의 일부일 수 있다.The first filter 100 may be a separate filter from the second filter 200 and the third filter 300, if necessary, or may be part of a single structure, if necessary.
자외선 램프(미도시)의 종류는 자외선을 발생시킬 수 있는 것이면 그 종류는 제한되지 않으며, 발광다이오드(LED) 모듈에서 자외선 파장대의 광을 발생시키는 것으로 정의될 수 있다.The type of ultraviolet lamp (not shown) is not limited as long as it can generate ultraviolet rays, and can be defined as generating light in the ultraviolet wavelength range in a light emitting diode (LED) module.
제1 필터(100)는 조사된 자외선에 의해 발생하는 산화(Oxidation) 반응이 살균 작용에 활용될 수 있다. 바이오 에어로졸은 세균, 박테리아, 바이러스를 포함할 수 있고, 공기중에 부유하는 바이오 에어로졸은 제1 필터(100) 또는 제2 필터(200)에 의해 제거될 수 있다.The first filter 100 can utilize an oxidation reaction generated by irradiated ultraviolet rays for sterilization. Bio-aerosol may include germs, bacteria, and viruses, and bio-aerosol floating in the air may be removed by the first filter 100 or the second filter 200.
자외선의 파장 범위에 따라 일반적으로 UV-C에 의해 광화학적 반응이 DNA와 RNA에서 발생하게 된다. UV-C에 노출된 DNA, RNA는 비활성화되어 재생산(reproduce)가 더 이상 발생하지 않게 된다. UV-B, UV-A에 노출된 단백질 또는 지질은 산화(oxidation)되어 세포의 죽음을 유발할 수 있다.Depending on the wavelength range of ultraviolet light, photochemical reactions generally occur in DNA and RNA due to UV-C. DNA and RNA exposed to UV-C are inactivated and reproduction no longer occurs. Proteins or lipids exposed to UV-B or UV-A can be oxidized, causing cell death.
가시광 영역 중 청색 계열의 광(blue light)는 박테리아의 성장을 막을 수 있고, 이는 박테리아 세포에 독성을 가지는 산소 생성 반응(generation of reactive oxygen species)을 촉진하여 성장을 막을 수 있다.Blue light in the visible light range can prevent the growth of bacteria, and it can prevent growth by promoting the generation of reactive oxygen species, which is toxic to bacterial cells.
제2 필터(200)는 나노 입자에 의해 발생하는 열에 의해 살균작용을 발생시키는 것이면 그 종류는 제한되지 않는다. 제2 필터(200)는 필요에 따라 살균필터 등으로 정의될 수 있다.The type of the second filter 200 is not limited as long as it generates a sterilizing effect by heat generated by nanoparticles. The second filter 200 may be defined as a sterilization filter, etc., as needed.
제2 필터(200)의 표면에는 하나 이상의 나노 입자가 분산되거나 필터의 가닥 또는 나노파이버에 나노입자가 포함되어 있을 수 있다. 예시적으로, 나노 파이버 내부 공간상에 나노 입자가 내부에 배치될 수 있다. 제2 필터(200)는 필요에 따라 다양한 표면, 내부, 주변부 등의 구조 또는 배치를 가질 수 있다.One or more nanoparticles may be dispersed on the surface of the second filter 200, or nanoparticles may be included in the strands or nanofibers of the filter. Illustratively, nanoparticles may be placed inside the inner space of the nanofiber. The second filter 200 may have various structures or arrangements, such as surface, interior, and periphery, as needed.
제2 필터(200)의 나노 입자는 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance, SPR) 특성을 가지는 것이면 제한되지 않는다. 보다 구체적으로, 제2 필터(200)는 빛의 파장보다 작은 크기의 나노 금속의 표면에서 빛과 상호작용에 의해 발생 국소 표면 플라즈몬 공명 현상(Localized Surface Plasmon Resonance)을 발생시킬 수 있다.The nanoparticles of the second filter 200 are not limited as long as they have Surface Plasmon Resonance (SPR) characteristics. More specifically, the second filter 200 may generate a localized surface plasmon resonance phenomenon generated by interaction with light on the surface of a nano-metal having a size smaller than the wavelength of light.
표면 플라스몬 공명(SPR)은 전달되는 광에 의해 금속 표면의 전하 분포에 상호작용이 일어나고, 금속 표면에 형성되는 근접장을 발생시키는 현상을 말한다. 전달되는 광의 특성, 금속 표면의 특성에 따라 발생되는 근접장을 조절할 수 있다.Surface plasmon resonance (SPR) refers to a phenomenon in which transmitted light interacts with the charge distribution on the metal surface and generates a near field formed on the metal surface. The generated near field can be adjusted depending on the characteristics of the transmitted light and the characteristics of the metal surface.
제2 필터(200)의 나노 입자는 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다. 제2 필터(200)의 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, (4) 반도체 계열의 Ge-Te일 수 있고, 위 조합의 나노 입자 중 하나 이상을 포함하거나 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 철(Fe) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. Nanoparticles of the second filter 200 may be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles. The nanoparticles of the second filter 200 include (1) one or more of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) one or more of metal-insulator-based SiO2-metal and SiN-metal, (3) It may be one or more of metal-semiconductor series TiO2-metal, ZnO-metal, SnO2-metal, (4) semiconductor series Ge-Te, and may contain one or more of the above combination of nanoparticles or a combination of two or more. You can. Illustratively, the metal nanoparticle may include one or more of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and iron (Fe).
제2 필터(200)의 나노 입자는 (1) 탄소나노파이버, 탄소나노튜브 등의 탄소중합체 (2) 폴리피롤(PPy: Polypyrrole) 등의 유기복합체 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The nanoparticles of the second filter 200 may include one or more of (1) carbon polymers such as carbon nanofibers and carbon nanotubes, and (2) organic complexes such as polypyrrole (PPy).
제2 필터(200)의 나노 입자는 금속 그 자체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있고, 금속의 절연체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있다.The nanoparticles of the second filter 200 can generate a photothermal effect due to the metal itself, and can generate a photothermal effect due to the insulator of the metal.
제2 필터(200)의 나노 입자는 금속-반도체 계열에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있고, 반도체 그 자체에 의한 광열 효과를 발생시킬 수 있다.The nanoparticles of the second filter 200 can generate a photothermal effect by a metal-semiconductor series, and can generate a photothermal effect by the semiconductor itself.
제2 필터(200)의 나노 입자에 가시광선 또는 근적외선이 전달되는 경우 나노 입자는 표면 플라스몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 발생하는 열에 의해 세균, 바이러스를 제거할 수 있다. 박테리아가 일정 온도 이상으로 일정 시간 이상 노출될 경우 파괴되거나 탈(burning) 수 있다. 이러한 현상을 광열효과(photo-thermal effect)로 정의될 수 있다.When visible light or near-infrared light is transmitted to the nanoparticles of the second filter 200, the nanoparticles may generate heat by surface plasmon resonance (SPR). In this case, bacteria and viruses can be removed by the heat generated. If bacteria are exposed to a certain temperature or higher for a certain period of time, they may be destroyed or burn. This phenomenon can be defined as the photo-thermal effect.
제2 필터(200)의 나노 입자에 의한 광열효과는 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선이 직접적으로 나노 입자에 조사되거나 자외선의 조사 후 형광체에 의한 가시광선 또는 근적외선 발생(emission)에 의해 나노 입자에 가시광이 전달될 수 있다.The photothermal effect caused by the nanoparticles of the second filter 200 is caused by direct irradiation of visible light or near-infrared rays to the nanoparticles without irradiation of ultraviolet rays, or by emission of visible or near-infrared rays by a phosphor after irradiation of ultraviolet rays. Visible light can be transmitted.
자외선, 가시광선, 근적외선은 외부의 자연광일 수 있고, 필요에 따라 설치된 광원에 의해 조사될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. Ultraviolet rays, visible rays, and near-infrared rays may be external natural light, and may be irradiated by an installed light source as needed, but are not limited thereto.
예시적으로, 자연광에 포함된 가시광이 필터에 전달되어 광열 효과(photo-thermal effect)를 발생시킬 수 있다. 또 다른 예시적으로, 자연광에 포함된 자외선이 필터에 전달되어 형광체 물질에 의해 가시광으로 변환될 수 있다.As an example, visible light included in natural light may be transmitted to the filter to generate a photo-thermal effect. As another example, ultraviolet rays included in natural light may be transmitted to a filter and converted into visible light by a phosphor material.
자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선이 직접적으로 나노 입자에 조사되는 경우 나노 입자는 광열효과에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 자외선의 조사 없이 가시광선 또는 근적외선만으로 광열효과를 발생시킬 수 있다.When visible or near-infrared rays are directly irradiated to nanoparticles without irradiation of ultraviolet rays, the nanoparticles can generate heat through a photothermal effect. In this case, the photothermal effect can be generated only with visible light or near-infrared light without irradiation of ultraviolet rays.
제1 필터 또는 제2 필터(100, 200)는 형광 물질을 포함할 수 있다. 형광 물질은 전달된 광 또는 빛을 전달받아 광 또는 빛을 변환시킬 수 있는 물질로 선택될 수 있다. 예시적으로, 형광 물질은 야그(YAG) 또는 야그 형광체일 수 있다. 야그 형광체는 YAG:, YAG:Nd 등일 수 있다.The first or second filters 100 and 200 may include a fluorescent material. The fluorescent material may be selected as a material that can convert light or light by receiving transmitted light or light. Illustratively, the fluorescent material may be YAG or YAG phosphor. YAG phosphor is YAG: , YAG:Nd, etc.
제1 필터 또는 제2 필터(100, 200)의 형광체에 자외선이 조사되는 경우 형광체가 자외선을 가시광선 또는 근적외선으로 변환하고, 발생한 가시광선이 나노 입자에 조사되어 광열효과에 의해 열을 발생시킬 수 있다. 이 경우 자외선만을 사용하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 경우 보다 세균, 박테리아, 바이러스의 제거효율을 향상시킬 수 있다. 자외선을 가시광선 또는 근적외선으로 변환하여 나노입자에 열을 발생시키는 과정을 추가하면 1차적으로 자외선에 의한 살균을 할 수 있고, 변환된 가시광에 의해 2차적으로 광열 효과에 의한 살균을 할 수 있다. 전술한 살균 방법을 이중살균 방법으로 정의할 수 있다.When ultraviolet rays are irradiated to the phosphor of the first filter or the second filter (100, 200), the phosphor converts the ultraviolet rays into visible light or near-infrared rays, and the generated visible light is irradiated to the nanoparticles to generate heat by the photothermal effect. there is. In this case, the removal efficiency of germs, bacteria, and viruses can be improved compared to when removing germs, bacteria, and viruses using only ultraviolet rays. By adding the process of converting ultraviolet rays into visible or near-infrared rays to generate heat in the nanoparticles, sterilization can be done primarily by ultraviolet rays, and sterilization by the photothermal effect can be done secondarily by the converted visible light. The above-described sterilization method can be defined as a double sterilization method.
제2 필터(200)에 자외선이 조사될 수 있고, 자외선은 형광 물질로 전달될 수 있다. 이 경우 형광 물질은 자외선(UV)에 반응하고, 가시광(Visible light)으로 변환하여 방출(emission)시키는 역할을 수행할 수 있다. 방출된 가시광은 나노 입자로 전달될 수 있고, 나노 입자는 가시광과 반응하여 표면 플라스몬 공명(SPR)에 의해 열을 발생시킬 수 있다. Ultraviolet rays may be irradiated to the second filter 200, and the ultraviolet rays may be transmitted to the fluorescent material. In this case, the fluorescent material can react to ultraviolet rays (UV), convert it into visible light, and emit it. The emitted visible light can be transferred to nanoparticles, and the nanoparticles can react with visible light to generate heat by surface plasmon resonance (SPR).
제2 필터(200)에 가시광선 또는 근적외선이 조사될 수 있고, 나노 입자가 가시광선 또는 근적외선과 직접 반응하여 표면 플라스몬 공명(SPR) 또는 이와 유사한 효과를 발생시키는 다양한 기전에 의해 열을 발생시킬 수 있다.Visible light or near-infrared rays may be irradiated to the second filter 200, and heat may be generated by various mechanisms in which nanoparticles react directly with visible light or near-infrared rays to generate surface plasmon resonance (SPR) or similar effects. You can.
예시적으로, 나노 입자는 금속 나노 입자로서 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu)일 수 있다.Illustratively, the nanoparticles are metal nanoparticles and may be gold (Au), silver (Ag), or copper (Cu).
금속 나노 입자는 시드(seed)로부터 크기를 키우는 과정을 통해 적절한 크기를 설정할 수 있다. 예를 들어, 금(Au) 나노 입자의 시드(seed)는 10nm에서 최종 사이즈를 100nm로 키울 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Metal nanoparticles can be set to an appropriate size through the process of increasing their size from a seed. For example, the seed of gold (Au) nanoparticles can be grown from 10 nm to a final size of 100 nm, but is not limited to this.
제2 필터(200)에 자외선이 세균에 직접 조사되어, 세포벽을 파괴하는 등 1차적으로 살균 효과를 발생시킬 수 있다. 또한, 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광으로 변환되고, 변환된 가시광에 의해 반응한 나노 입자들이 2차적으로 세균 및 바이러스를 제거하는 이중 살균 효과를 발생시킬 수 있다.Ultraviolet rays are directly irradiated to the bacteria through the second filter 200, which can primarily produce a sterilizing effect, such as destroying cell walls. In addition, ultraviolet rays are transmitted to the fluorescent material and converted into visible light, and the nanoparticles that react with the converted visible light can generate a double sterilization effect by secondarily eliminating bacteria and viruses.
세균 또는 바이러스 제거 성능은 공기 중 부유균 감소 확인 실험을 통해 확인할 수 있고, 시료 중의 균 감소율을 측정하여 계산할 수 있다.The performance of removing bacteria or viruses can be confirmed through an experiment to confirm the reduction of floating bacteria in the air, and can be calculated by measuring the reduction rate of bacteria in the sample.
제2 필터(200)의 형광체 물질에 자외선이 전달될 수 있다. 이 경우 자외선(UV)는 형광물질에 의해 파장의 변화(Wavelength Shift)가 발생하게 되고 가시광 또는 근적외선을 발생시킬 수 있다. 또한, 자외선(UV)는 삼중결합에 의한 밴드 갭(band gap)을 조정하여 가시광 또는 근적외선을 발생시킬 수 있다. 이는 반도체 밴드갭 공정에 의한 것으로 자외선에 의한 오존 발생 증가를 억제하고 가시광에 의한 오존 발생 억제를 유도할 수 있다.Ultraviolet rays may be transmitted to the phosphor material of the second filter 200. In this case, ultraviolet rays (UV) undergo a wavelength shift due to the fluorescent material and can generate visible light or near-infrared rays. Additionally, ultraviolet rays (UV) can generate visible light or near-infrared rays by adjusting the band gap by triple bonds. This is due to the semiconductor bandgap process and can suppress the increase in ozone generation by ultraviolet rays and induce the suppression of ozone generation by visible light.
기존의 광촉매 방식은 자외선을 조사할 경우 정화 물질이 생성되지만, 자외선이 산소와 반응하여 오존을 발생시키는 문제점이 존재한다.Existing photocatalytic methods generate purification substances when irradiated with ultraviolet rays, but there is a problem in that ultraviolet rays react with oxygen to generate ozone.
제2 필터(200)의 표면의 일부는 광촉매에 의해 코팅되고, 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성할 수 있다.A portion of the surface of the second filter 200 is coated with a photocatalyst, and the photocatalyst may form a band gap.
일 실시예에 따라, , , GO 등에 의해 삼중 결합을 통한 밴드갭 (band gap) 제어를 할 수 있다. 밴드갭 특성에 의해 물질 속에서 전자가 존제하는 에너지 레벨에 의한 자유전자의 이동을 조절할 수 있다. 이 경우 섬유 또는 파이버의 표면에 작용기를 생성하여 광촉매 코팅을 시도할 수 있고, 섬유 구조 변화로 소수성을 증대시킬 수 있다.According to one embodiment, , , GO, etc. can control the band gap through triple bonds. Due to the band gap characteristics, the movement of free electrons can be controlled by the energy level at which electrons exist in the material. In this case, photocatalytic coating can be attempted by creating a functional group on the surface of the fiber or fiber, and hydrophobicity can be increased by changing the fiber structure.
제3 필터(300)는 일반적인 필터가 채택될 수 있고, 또는 마찰전기를 발생시키는 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 필요에 따라 제3 필터(300)는 마찰전기 필터 또는 폴리머 필터 등으로 정의될 수 있다.The third filter 300 may be a general filter or may include a polymer material that generates triboelectricity. If necessary, the third filter 300 may be defined as a triboelectric filter or a polymer filter.
폴리머 재료는 공기와의 마찰로 마찰전기를 발생시키며, 마찰전기에 의해 미세먼지(1), 박테리아(3), 바이러스(5) 등의 유해 물질을 제거할 수 있다. 마찰전기에 의한 필터는 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해 물질을 집진 또는 포집하여 제거할 수 있다.Polymer materials generate triboelectricity through friction with air, and can remove harmful substances such as fine dust (1), bacteria (3), and viruses (5) through triboelectricity. Filters using triboelectricity can collect and remove harmful substances such as fine dust, bacteria, and viruses.
제3 필터(300)는 흡착면의 마찰전기 발전을 통해 대전된 표면을 이용하여, 미세먼지, 박테리아, 바이러스 등의 유해물질을 집진 또는 포집하는 필터를 제공할 수 있다. 박테리아 및 바이러스와 같은 바이오 에어로졸의 경우 표면의 전하로 인하여 마찰전기로 대전된 필터에 쉽게 포집될 수 있다.The third filter 300 can provide a filter that collects or collects harmful substances such as fine dust, bacteria, and viruses by using a surface charged through triboelectric generation on the adsorption surface. Bio-aerosols such as bacteria and viruses can be easily captured in triboelectrically charged filters due to the surface charge.
제3 필터(300)는 음이온을 가질 수 있고, 양이온을 가지는 미세먼지(1), 박테리아(3), 바이러스(5) 등의 유해 물질을 정전기적 인력에 의해 흡착시키거나 당길 수 있다.The third filter 300 may contain negative ions and may adsorb or attract harmful substances such as fine dust (1), bacteria (3), and viruses (5) containing positive ions by electrostatic attraction.
제3 필터(300)의 폴리머 재료는 마찰전기 발생에 용이한 재료일 수 있고, 자외선, 가시광선, 근적외선 조사에 따른 변성이 없는 재료로 적절하게 선택될 수 있다.The polymer material of the third filter 300 may be a material that is easy to generate triboelectricity, and may be appropriately selected as a material that does not deteriorate due to irradiation with ultraviolet rays, visible rays, or near-infrared rays.
제3 필터(300)의 폴리머 재료는 형광 물질과 분리된 형태로 각각 형성될 수 있으나, 형광 물질을 포함하여 폴리머 복합체를 형성할 수도 있다.The polymer material of the third filter 300 may be formed separately from the fluorescent material, but may also form a polymer composite including the fluorescent material.
필터 시스템은 제1 필터(100), 제2 필터(200), 제3 필터(300) 중 하나 이상을 포함하는 것으로서, 전술한 기능의 전부 또는 일부를 구현하는 필터 시스템일 수 있다.The filter system includes one or more of the first filter 100, the second filter 200, and the third filter 300, and may be a filter system that implements all or part of the above-described functions.
도 2는 필터의 코팅된 표면을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a view showing the coated surface of the filter.
도 2를 참조하면, 제2 필터(200)의 파이버(210)는 프레임(211), 코팅부재(212), 분산 물질(215) 등으로 형성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the fiber 210 of the second filter 200 may be formed of a frame 211, a coating member 212, a dispersion material 215, etc.
프레임(211)은 파이버(210)의 형태를 유지시키는 역할을 하며, 필요에 따라 원형 또는 다각형의 표면을 가진 형태로 선택될 수 있다.The frame 211 serves to maintain the shape of the fiber 210, and may be selected as having a circular or polygonal surface as needed.
코팅부재(212)는 프레임(211)의 내구성을 향상시키기 위한 부재일 수 있고, 필요에 따라 생략될 수 있다. 프레임(211)의 표면의 전부 또는 일부는 광촉매에 의해 코팅되고, 광촉매는 밴드갭(Band gap)을 형성할 수 있다.The coating member 212 may be a member to improve the durability of the frame 211, and may be omitted as needed. All or part of the surface of the frame 211 is coated with a photocatalyst, and the photocatalyst may form a band gap.
분산 물질(215)은 필요에 따라 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다. 분산 물질(215)은 살균 능력을 향상시키기 위한 금속 이온 등의 향균 물질일 수 있다.The dispersed material 215 may be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles, if necessary. The dispersion material 215 may be an antibacterial material such as metal ions to improve sterilization ability.
분산 물질(215)의 분산 형태는 일정한 두께로 도포되어 코팅부재(212)로 정의될 수 있고, 필요에 따라 불규칙한 형태로 분산되어 있을 수 있다. 분산 물질(215)의 도포방법으로 증발(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 스프레잉(spraying) 등의 방법이 사용될 수 있다.The dispersion form of the dispersion material 215 may be defined as the coating member 212 by applying it at a constant thickness, and may be dispersed in an irregular form as needed. As a method of applying the dispersion material 215, methods such as evaporation, sputtering, and spraying may be used.
분산 물질(215)가 향균 입자인 경우, 전처리 향균 입자 고착법에 의해 고착될 수 있고, 또는 후가공에 의한 향균 입자 표면 고착법에 의해 고착될 수 있다.If the dispersed material 215 is an antibacterial particle, it may be fixed by a pre-treatment antibacterial particle fixation method, or by a post-processing antibacterial particle surface fixation method.
향균 입자는 박테리아, 바이러스 포집 물질로 CNT, , ZnO, CdS, 등이 사용될 수 있다.Antibacterial particles contain CNT as a bacteria and virus capturing material, , ZnO, CdS, etc. may be used.
도 3은 필터의 제거 대상을 설명하는 도면이다.Figure 3 is a diagram explaining the removal target of the filter.
도 3을 참조하면, 제2 필터(200)의 제거 대상은 미세먼지(1), 또는 세균(3), 또는 바이러스(5)일 수 있고, 유해 물질이면 필터의 제거 대상으로 제한되지 않는다.Referring to FIG. 3, the object to be removed by the second filter 200 may be fine dust (1), bacteria (3), or virus (5), and if it is a harmful substance, the object to be removed by the filter is not limited.
제2 필터(200)는 미세먼지(1) 제거를 위한 필터(A)일 수 있다. The second filter 200 may be a filter (A) for removing fine dust (1).
제2 필터(200)는 세균(3) 제거를 위한 필터(B)일 수 있다. 예시적으로, 세균(3) 제거를 위해 자외선(10)을 조사할 수 있다. 자외선(10)이 직접 세균(3)에 전달되어 세포벽 또는 DNA가 직접 파괴될 수 있다.The second filter 200 may be a filter (B) for removing bacteria (3). As an example, ultraviolet rays (10) may be irradiated to remove bacteria (3). Ultraviolet rays (10) are delivered directly to bacteria (3), which may directly destroy cell walls or DNA.
제2 필터(200)는 바이러스(5) 제거를 위한 필터(C)일 수 있다. 예시적으로, 바이러스(3) 제거를 위해 가시광(20)을 조사할 수 있고, 가시광(20)을 전달받은 나노 입자는 열을 발생시켜 바이러스를 제거할 수 있다.The second filter 200 may be a filter (C) for removing viruses 5. As an example, visible light 20 can be irradiated to remove the virus 3, and nanoparticles receiving visible light 20 can generate heat to remove the virus.
도 4는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제2 실시예를 나타낸 도면이다.Figure 4 is a diagram showing a second embodiment of a filter system equipped with a plurality of filters.
도 4를 참조하면, 자외선(10)을 조사하는 제1 필터(400), 마찰전기로 미세먼지를 제거하는 제3 필터(500), 형광체 물질 및 나노 입자를 포함하는 제2 필터(600), 마찰전기로 미세먼지를 제거하는 제3 필터(500)의 등의 다양한 순서로 필터 시스템을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4, a first filter 400 that irradiates ultraviolet rays 10, a third filter 500 that removes fine dust with triboelectricity, a second filter 600 containing a phosphor material and nanoparticles, The filter system can be formed in various sequences, such as the third filter 500, which removes fine dust using triboelectricity.
필터 시스템에서 하나 이상의 제1 필터(500), 하나 이상의 제2 필터(400), 하나 이상의 제3 필터(600)의 순서는 필요에 따라 변경될 수 있다. The order of one or more first filters 500, one or more second filters 400, and one or more third filters 600 in the filter system may be changed as needed.
필터 시스템에서 제1 필터(500), 제2 필터(400), 제3 필터(600)은 별개의 필터로 형성될 수 있고, 필요에 따라 하나의 필터로 형성될 수 있다.In the filter system, the first filter 500, the second filter 400, and the third filter 600 may be formed as separate filters or, if necessary, as one filter.
필터 시스템은 나노 섬유를 활용한 미세먼지 필터, 광촉매에 의한 탄소층(GO, Graphene oxide) 필터, 안티 바이오 필터 중 하나 이상과 결합하여 사용될 수 있다.The filter system can be used in combination with one or more of a fine dust filter using nanofibers, a carbon layer (GO, graphene oxide) filter using a photocatalyst, and an anti-bio filter.
필터 시스템은 공기중의 미세먼지를 포집함과 동시에 바이오 에어로졸을 제거할 수 있다. 또한, 필터 시스템은 광촉매 반응(photocatalytic reaction)을 추가로 포함하여 필터의 효능을 증대시킬 수 있다.The filter system can collect fine dust in the air and remove bio-aerosols at the same time. Additionally, the filter system may additionally include a photocatalytic reaction to increase the effectiveness of the filter.
도 5는 전기 방사를 통한 나노파이버 제작 과정을 설명하는 도면이다.Figure 5 is a diagram explaining the nanofiber production process through electrospinning.
도 5를 참조하면, 방사기기(50)은 니들(51)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 5, the spinning device 50 may include a needle 51.
방사기기(50)은 폴리머(polymer) 재료 등의 필터의 재료를 니들(51)을 통해 방사시켜 필터(700)을 형성할 수 있다. 필터(700)는 방사기기(50)에 의해 형성된 나노 파이버(710)를 포함할 수 있다.The spinning device 50 can form the filter 700 by spinning a filter material, such as a polymer material, through the needle 51. The filter 700 may include nanofibers 710 formed by the radiation device 50.
니들(51)의 말단부에서는 테일러 콘(Taylor Cone) 형상으로 폴리머 등의 재료가 방사될 수 있다.Materials such as polymer may be spun from the distal end of the needle 51 in a Taylor Cone shape.
전기 방사에 의한 나노 파이버(710)는 필터의 표면에 부착되거나, 또는 부착되지 않고 독자적으로 필터 여재로 활용될 수도 있다.The electrospun nanofibers 710 may be attached to the surface of the filter, or may be used independently as a filter medium without being attached.
전기 방사의 조건에 따라 나노 파이버의 형태, 물성, 배치를 달리할 수 있다. 예시적으로, 전압, 니들(needle)의 사이즈, 팁(tip)과 콜렉터(collector) 사이의 거리, 폴리머 용액의 양(amount) 또는 유속(flow rate), 농도 등에 따라 적절하게 방사 조건이 설정될 수 있다.The shape, physical properties, and arrangement of nanofibers can vary depending on the conditions of electrospinning. For example, radiation conditions may be set appropriately according to voltage, size of needle, distance between tip and collector, amount or flow rate, concentration, etc. of polymer solution. You can.
예시적으로, 니들(needle) 사이즈가 20G 인 경우 1 내지 10 마이크로미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 발생할 수 있다.For example, when the needle size is 20G, a fiber with a thickness of 1 to 10 micrometers is formed, and beads and curls may occur.
다른 예시로, 니들(needle) 사이즈가 22G 인 경우 0.5 내지 5 마이크로 미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 거의 발생하지 않을 수 있다.As another example, when the needle size is 22G, a fiber with a thickness of 0.5 to 5 micrometers is formed, and beads and curls may hardly occur.
도 6은 나노 입자가 분사된 필터의 표면을 비교한 도면이다.Figure 6 is a diagram comparing the surfaces of filters onto which nanoparticles were sprayed.
도 6을 참조하면, 필터(700)의 일부 또는 나노파이버(710)에 나노 입자가 분사될 수 있다. 일 실시예에 따라, 나노 입자(720)는 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자일 수 있다.Referring to FIG. 6, nanoparticles may be sprayed onto a portion of the filter 700 or the nanofibers 710. According to one embodiment, the nanoparticles 720 may be metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles.
도 7은 실내 공기의 순환 과정을 나타내는 도면이다.Figure 7 is a diagram showing the circulation process of indoor air.
도 7을 참조하면, 필터(900)는 외부 공기를 순환시키는 제1 유동 통로(810)와 연결되어 있을 수 있고, 또한 필터(900)는 제1 유동 통로와 분리되어 내부 공기를 순환시키는 제2 유동 통로(820)와 연결되어 있을 수 있다.Referring to FIG. 7, the filter 900 may be connected to a first flow passage 810 that circulates external air, and the filter 900 may be separated from the first flow passage and a second flow passage that circulates internal air. It may be connected to the flow passage 820.
필터(900)는 공기질 개선 과정에서 비용을 절감할 수 있다. 유해물질 제거 후 재순환하는 공기조화 설비를 통해, 외부 공기 환기량을 최소화하여 냉난방 부하를 줄일 수 있다.The filter 900 can reduce costs in the process of improving air quality. Through air conditioning equipment that recirculates after removing harmful substances, the cooling and heating load can be reduced by minimizing the amount of external air ventilation.
필터(900)에 의한 재순환 공기 조화 설비는 외부 공기로 환기하는 공기조화-환기 설비보다 설비 운영 공정 비용이 낮을 수 있다. 이 경우 실내 공기질 관리 설비가 차지하는 공간이 작고 장치비가 저렴해질 수 있다.Recirculating air conditioning equipment using the filter 900 may have lower plant operating process costs than air conditioning-ventilation equipment that ventilates with external air. In this case, the space occupied by indoor air quality management equipment can be small and the equipment cost can be low.
일 실시예에 따라, 제1 유동 통로(810)에 따라 실외의 공기를 필터(900)에 통과시켜 신선한 공기를 공급할 수 있고, 제2 유동 통로(820)에 따라 실내의 공기를 필터(900)에 통과시켜 실내로 공기를 배출할 수도 있다.According to one embodiment, fresh air may be supplied by passing outdoor air through the filter 900 according to the first flow passage 810, and indoor air may be supplied through the filter 900 according to the second flow passage 820. The air can also be discharged into the room by passing through it.
도 8은 필터의 이중 살균 단계를 나타내는 도면이다.Figure 8 is a diagram showing the double sterilization step of the filter.
도 8을 참조하면, 필터에 의한 이중 살균 방법(1000)은 자외선 조사 단계(S1010), 1차 살균 단계(S1020), 가시광 방출 단계(S1030), 열 발생 단계(S1040), 2차 살균 단계(S1050)을 포함할 수 있다.Referring to Figure 8, the double sterilization method 1000 using a filter includes an ultraviolet irradiation step (S1010), a primary sterilization step (S1020), a visible light emission step (S1030), a heat generation step (S1040), and a secondary sterilization step ( S1050) may be included.
자외선 조사 단계(S1010)는 자외선 램프 또는 LED 모듈에 의해 생성된 자외선을 필터에 조사하는 단계이다.The ultraviolet ray irradiation step (S1010) is a step of irradiating ultraviolet rays generated by an ultraviolet lamp or an LED module to the filter.
1차 살균 단계(S1020)는 조사된 자외선이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계이다.The first sterilization step (S1020) is a step in which irradiated ultraviolet rays sterilize germs, bacteria, or viruses.
가시광 방출 단계(S1030)는 조사된 자외선이 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 단계이다.The visible light emission step (S1030) is a step in which irradiated ultraviolet rays are transmitted to the fluorescent material to emit visible light.
열 발생 단계(S1040)는 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생 단계이다.The heat generation step (S1040) is a heat generation step in which nanoparticles emit heat in response to visible light.
2차 살균 단계(S1050)는 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 단계이다.The second sterilization step (S1050) is a step in which the heat emitted from the nanoparticles sterilizes germs, bacteria, or viruses.
도 9는 복수 개의 필터를 구비한 필터 시스템의 제3 실시예를 나타낸 도면이다.Figure 9 is a diagram showing a third embodiment of a filter system equipped with a plurality of filters.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 필터 시스템(2000)은 프레임(2010), LED 모듈(2020), 살균필터(2030) 등을 포함할 수 있다.9 to 11, the filter system 2000 may include a frame 2010, an LED module 2020, a sterilizing filter 2030, etc.
프레임(2010)은 필터 시스템(2000)의 구조를 형성하기 위한 구조체일 수 있고, LED 모듈(2020), 살균필터(2030) 등의 내부 구성을 둘러싸는 형상을 가질 수 있다.The frame 2010 may be a structure for forming the structure of the filter system 2000 and may have a shape that surrounds internal components such as the LED module 2020 and the sterilizing filter 2030.
프레임(2010)은 외부의 공기를 필터 시스템(2000)의 내부로 전달하는 입구(2011) 및 내부의 공기를 필터 시스템(2000)의 외부로 전달하는 출구(2012) 등을 포함할 수 있다.The frame 2010 may include an inlet 2011 that delivers external air to the inside of the filter system 2000 and an outlet 2012 that delivers internal air to the outside of the filter system 2000.
LED 모듈(2020)은 다양한 파장의 광을 생성하기 위한 모듈일 수 있으며, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등을 포함하는 모듈일 수 있다.The LED module 2020 may be a module for generating light of various wavelengths, and may be a module including a light emitting diode (LED), etc.
LED 모듈(2020)이 적외선, 자외선, 자외선 등의 다양한 파장의 광을 개별적으로 또는 동시에 발생시킬 수 있다.The LED module 2020 can individually or simultaneously generate light of various wavelengths such as infrared, ultraviolet, and ultraviolet rays.
LED 모듈(2020)에 의해 발생하는 광을 살균필터(2030)으로 전달하여, 전술한 필터에서 각 파장대의 광에 의해 발생하는 다양한 효과들을 발생시킬 수 있다.By transmitting the light generated by the LED module 2020 to the sterilizing filter 2030, various effects generated by light in each wavelength range can be generated in the above-mentioned filter.
LED 모듈(2020)은 필터 시스템(2000)의 동작-예를 들어, 제습모드, 살균모드 등의 다양한 동작 모드-에 따라 LED를 선택적으로 온/오프 시키거나, 광 출력을 조절할 수 있다.The LED module 2020 can selectively turn on/off the LED or adjust light output according to the operation of the filter system 2000 - for example, various operation modes such as dehumidification mode and sterilization mode.
살균필터(2030)는 LED 모듈(2020)으로부터 가시광선, 근적외선 등의 광을 전달받고, 살균필터(2030)의 나노 입자는 광열효과에 의해 전달받은 광에 따라 발열반응을 발생시켜 세균, 박테리아, 바이러스를 제거할 수 있다.The sterilizing filter (2030) receives light such as visible light and near-infrared ray from the LED module (2020), and the nanoparticles of the sterilizing filter (2030) generate an exothermic reaction according to the light received by the photothermal effect, causing germs, bacteria, Viruses can be removed.
LED 모듈(2020)은 전기적 에너지를 빛 에너지 또는 열 에너지로 변환시키므로, 열 에너지가 프레임(2010)으로 전달되어 필터 시스템(2000)에 발생하는 결로를 발생시킬 수 있다.Since the LED module 2020 converts electrical energy into light energy or heat energy, the heat energy may be transferred to the frame 2010 to cause condensation in the filter system 2000.
LED 모듈(2020)은 프레임(2010)의 입구(2011)에 배치되어 입구(2011)로 전달되는 저온의 외부공기를 가열함으로써 가열 효율을 향상시킬 수 있다.The LED module 2020 is placed at the inlet 2011 of the frame 2010 and can improve heating efficiency by heating the low-temperature external air delivered to the inlet 2011.
LED 모듈(2020)은 열경로를 통해 프레임(2010)으로 열을 전달할 수 있고, 필터 시스템(2000)이 복수 개의 필터를 포함하는 경우, 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 프레임(2010)으로 열을 전달할 수 있다.The LED module 2020 may transfer heat to the frame 2010 through a heat path, and when the filter system 2000 includes a plurality of filters, the heat path generated by the plurality of filters may be transferred to the frame 2010. Heat can be transferred.
필터 시스템(2000)은 LED 모듈(2020)에서 발생하는 빛과 열을 동시에 활용하여, 박테리아, 박테리아 등을 박멸함과 동시에 에너지 효율을 개선할 수 있다.The filter system 2000 can simultaneously utilize light and heat generated from the LED module 2020 to eradicate bacteria and bacteria, while improving energy efficiency.
필터 시스템(2000)은 시스템 내부의 온도보다 낮은 외부의 공기가 유입되어 발생하기 위해 유입구에 별도의 히터를 설치하지 않고, 내부에 배치된 LED 모듈(2020)에 의해 열 에너지를 재활용할 수 있으므로 추가적인 장치의 설치 없이도 외부의 공기 유입으로 인한 결로를 효과적으로 방지할 수 있다. The filter system (2000) does not install a separate heater at the inlet to generate external air that is lower than the temperature inside the system, and heat energy can be recycled by the LED module (2020) placed inside, thereby adding additional energy. Condensation due to external air inflow can be effectively prevented without installing a device.
필터 시스템(2000)은 히터의 구동에 발생하는 연료 및 전력 소비량을 감소시킬 수 있으므로, 보다 친환경적인 열회수 환기 시스템을 구현할 수 있다.The filter system 2000 can reduce fuel and power consumption generated when driving the heater, thereby implementing a more environmentally friendly heat recovery ventilation system.
만약, LED 모듈(2020)에 의한 공기의 가열 속도를 증가시키거나 충분한 발열량을 발생하기 위하여, 히터(미도시)를 보조적으로 사용하여 공기의 가열 상태를 개선할 수 있다.In order to increase the heating rate of air by the LED module 2020 or generate sufficient heat generation, the heating condition of the air can be improved by auxiliary use of a heater (not shown).
즉, 필터 시스템(2000)은 실내에 설치되어 오염된 공기를 외부의 신선한 공기로 교체하는 제1 기능과, 폐열 회수기능을 통해 에너지 효율을 향상시키는 제2 기능을 동시에 구현하는 스마트 필터 시스템으로 정의될 수 있다.In other words, the filter system (2000) is installed indoors and is defined as a smart filter system that simultaneously implements the first function of replacing polluted air with fresh air from outside and the second function of improving energy efficiency through waste heat recovery function. It can be.
도 10은 도 9의 필터 시스템의 위치별 압력 변화를 설명하는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating pressure changes by position in the filter system of FIG. 9.
도 10을 참조하면, 필터 시스템(2000)의 입구(2011)에서 출구(2012)까지 압력이 점차적으로 감소할 수 있다. 예를 들어, 입구 부근에 설치된 헤파 필터에 의해 대부분의 압력 감소가 발생할 수 있다.Referring to FIG. 10, the pressure may gradually decrease from the inlet 2011 to the outlet 2012 of the filter system 2000. For example, most of the pressure reduction may occur due to a HEPA filter installed near the inlet.
도 11은 도 9의 필터 시스템의 위치별 온도 변화를 설명하는 도면이다.FIG. 11 is a diagram illustrating temperature changes by location of the filter system of FIG. 9.
도 11을 참조하면, 필터 시스템(2000)의 입구(2011)에서 출구(2012)까지 온도 변화에 관한 데이터를 획득할 수 있다.Referring to FIG. 11, data on temperature change can be obtained from the inlet 2011 to the outlet 2012 of the filter system 2000.
필터 시스템(2000) 내부의 온도 데이터를 획득하고, 유입되는 공기의 온도 변화 또는 내부 구성요소의 온도 변화를 측정하여 살균필터(2030)의 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절할 수 있다. 이 경우, LED 모듈(2020)의 발열량 또는 유입공기의 온도 등의 다양한 지표를 변수로 활용하여 시스템 제어의 정확성을 향상시킬 수 있다.By acquiring temperature data inside the filter system (2000) and measuring the temperature change of the incoming air or the temperature change of the internal components, the heat energy delivered to the nanoparticles of the sterilizing filter (2030) can be adjusted. In this case, the accuracy of system control can be improved by using various indicators, such as the heat generation amount of the LED module (2020) or the temperature of the incoming air, as variables.
필터 시스템(2000)의 LED 모듈(2020)에서 발생하는 광은 살균필터(2030)으로 전달될 수 있고, LED 모듈(2020)에서 발생하는 열은 프레임(2010) 내부의 공간으로 전달될 수 있다.Light generated from the LED module 2020 of the filter system 2000 may be transmitted to the sterilizing filter 2030, and heat generated from the LED module 2020 may be transmitted to the space inside the frame 2010.
LED 모듈(2020)에서 발생하는 열의 전달을 원활하게 하고, 열 효율을 향상시키기 위하여 열경로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 필터 시스템(2000)이 하나 이상의 필터 또는 필터의 구성(2041, 2042)을 포함하는 경우, 이들에 의해 프레임(2010)의 표면의 방향-예를 들어, 공기의 순환방향과 수직의 방향-으로 열이 전달되어 프레임(2010)에서 발생하는 결로를 방지할 수 있다.A thermal path can be formed to facilitate the transfer of heat generated from the LED module 2020 and improve thermal efficiency. For example, if the filter system 2000 includes one or more filters or configurations of filters 2041, 2042, these may be used to orient the surface of the frame 2010—e.g., perpendicular to the direction of air circulation. Heat is transferred in this direction, preventing condensation from occurring on the frame (2010).
또한, LED 모듈(2020)의 표면에 방열을 위한 핀(fin) 구조체를 형성하여, 열 전달의 방향 또는 효율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 핀(fin) 구조체는 시스템 내부의 공기에 열을 효과적으로 전달하는 구조체일 수 있다.Additionally, by forming a fin structure for heat dissipation on the surface of the LED module 2020, the direction or efficiency of heat transfer can be adjusted. For example, a fin structure may be a structure that effectively transfers heat to the air inside the system.
즉, LED 모듈(2020)에서 발생하는 빛 에너지-예를 들어, 가시광 또는 자외선 등-를 살균필터(2030)으로 전달함과 동시에 LED 모듈(2020)에서 발생하는 열 에너지를 프레임(2010) 또는 필터 시스템(2000)의 내부의 공간으로 전달하여 살균 효과와 열효율 개선 효과를 동시에 얻을 수 있다.In other words, the light energy generated by the LED module 2020 - for example, visible light or ultraviolet rays, etc. - is transmitted to the sterilizing filter 2030, and at the same time, the heat energy generated by the LED module 2020 is transmitted to the frame 2010 or the filter. By delivering it to the internal space of the system 2000, a sterilization effect and an improvement in thermal efficiency can be obtained at the same time.
필터 시스템(2000)에서 사용되는 필터는 전술한 도 1 내지 8의 필터 중 하나 이상이 채택된 것일 수 있다.The filter used in the filter system 2000 may be one or more of the filters shown in FIGS. 1 to 8 described above.
도 12는 나노 입자의 파장별 광 흡수율을 나타낸 도면이다.Figure 12 is a diagram showing the light absorption rate of nanoparticles by wavelength.
도 12를 참조하면, 나노 입자의 파장별 광 흡수율 변화를 확인할 수 있다. 금속 나노 입자의 경우 535nm에서 최대 흡수를 나타낼 수 있다.Referring to Figure 12, the change in light absorption rate of nanoparticles by wavelength can be confirmed. In the case of metal nanoparticles, maximum absorption can be observed at 535 nm.
예시적으로, 에 레이저를 조사한 경우 인산완충생리식염수(PBS)에 레이저를 조사한 경우보다 높은 온도를 확인할 수 있다. 이 경우 조사되는 레이서 광의 파장에 따라 온도 변화가 달라질 수 있다.By way of example, When the laser is irradiated to , a higher temperature can be confirmed than when the laser is irradiated to phosphate-buffered saline (PBS). In this case, the temperature change may vary depending on the wavelength of the irradiated laser light.
예시적으로, 금(Au) 나노 입자에 대해 파장을 달리하여 조사한 경우 535nm 내외에서 높은 흡수율을 가질 수 있다.For example, when gold (Au) nanoparticles are irradiated at different wavelengths, they may have a high absorption rate around 535 nm.
도 13은 나노 입자의 표면을 확대한 도면이다.Figure 13 is an enlarged view of the surface of nanoparticles.
도 13을 참조하면, 금(Au) 나노 입자 및 산화 구리(CuO)의 표면을 확인할 수 있다.Referring to Figure 13, the surfaces of gold (Au) nanoparticles and copper oxide (CuO) can be seen.
도 14는 나노 입자의 농도별 표면을 확대한 예시 도면이다.Figure 14 is an enlarged example view of the surface for each concentration of nanoparticles.
도 14를 참조하면, 일반적인 헤파 필터 및 금속 나노 입자를 분사한 헤파 필터의 농도별 표면을 확인할 수 있다.Referring to Figure 14, the surface of a general HEPA filter and a HEPA filter sprayed with metal nanoparticles can be confirmed by concentration.
금속 나노 입자는 순수한 물에 희석될 수 있고, 물과 에탄올이 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 등의 다양한 비율로 혼합된 용액에 의해 분사될 수 있다. 농도별 표면 형태의 차이가 광열효과의 차이를 발생시킬 수 있다. 광열 효과를 발생시킬 수 있는 농도로 용액의 농도를 적절하게 희석할 수 있으며, 용액의 종류도 제한되지 않는다.Metal nanoparticles can be diluted in pure water and sprayed as a solution in which water and ethanol are mixed in various ratios such as 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, and 1:5. Differences in surface shape depending on concentration may cause differences in photothermal effects. The concentration of the solution can be appropriately diluted to a concentration that can generate a photothermal effect, and the type of solution is not limited.
필터의 나노입자는 물과 적정 비율로 혼합하여 분사(spray) 및 코팅(coating)할 수 있다. 다른 실시예에 따라 나노 입자는 물, 에탄올의 혼합 용액을 적정 비율로 혼합하여 분사 및 코팅할 수 있고, 혼합 용액의 종류는 광열효과의 증가시키기 위해서 적절히 선택할 수 있는 물질이면 제한되지 않는다.Filter nanoparticles can be mixed with water in an appropriate ratio and sprayed and coated. According to another embodiment, nanoparticles can be sprayed and coated by mixing a mixed solution of water and ethanol in an appropriate ratio, and the type of mixed solution is not limited as long as it is a material that can be appropriately selected to increase the photothermal effect.
예를 들어, 532nm 녹색 레이저를 조사한 경우 광열 효과(photothermal effect)을 확인하기 위해 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 측정할 수 있고, 물과 에탄올의 혼합 비율이 1:1인 경우에 높은 온도 변화를 나타낼 수 있다. 시간의 변화에 따른 온도의 변화를 계산하고, 목표 온도 또는 최적의 온도를 설정하기 위하여 혼합 비율을 적절하게 설정할 수 있다. For example, when irradiated with a 532nm green laser, the temperature change over time can be measured to check the photothermal effect, and when the mixing ratio of water and ethanol is 1:1, a high temperature change is observed. can represent. The change in temperature over time can be calculated, and the mixing ratio can be appropriately set to set the target temperature or optimal temperature.
예시적으로, 532nm 녹색 LED를 조사한 경우 광 파워(optical power)를 변경하여 온도 변화를 측정할 수 있다. 이 경우 광원을 켠 후 10초 후의 온도를 측정하여, 광 파워(optical power)에 따른 온도 변화를 측정할 수 있다. 광 파워(optical power) 또는 측정 시간은 온도의 변화를 측정하기 쉽게 적절하게 선택될 수 있다. 다른 예시적으로, 광원을 켠 후 20초 후, 30초 후, 1분 후 등일 수 있다.For example, when a 532nm green LED is irradiated, the temperature change can be measured by changing the optical power. In this case, the temperature change according to optical power can be measured by measuring the temperature 10 seconds after turning on the light source. Optical power or measurement time can be appropriately selected to easily measure changes in temperature. As another example, it may be 20 seconds, 30 seconds, 1 minute, etc. after turning on the light source.
예시적으로, 50nm 이하의 금(Au) 나노 입자를 사용할 수 있다. 필요에 따라 나노 입자의 크기는 적절하게 선택될 수 있다.For example, gold (Au) nanoparticles of 50 nm or less can be used. The size of the nanoparticles can be appropriately selected as needed.
도 15는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.Figure 15 is a first example drawing enlarging the surface of nanoparticles by size.
도 16는 나노 입자의 크기별 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.Figure 16 is a second example drawing enlarging the surface of nanoparticles by size.
도 15 및 도 16을 참조하면, 나노 입자의 크기를 필요에 따라 조절할 수 있다.Referring to Figures 15 and 16, the size of the nanoparticles can be adjusted as needed.
일 실시예에 따라, 시드(seed)의 나노 입자의 크기는 10nm일 수 있고, 최종 사이즈는 100nm일 수 있다. 나노 입자의 사이즈는 광열 효과를 발생시키기 위한 것이면 크기는 제한되지 않고, 시드(seed)의 사이즈 및 최종 사이즈는 적절하게 선택될 수 있다.According to one embodiment, the size of the seed nanoparticles may be 10 nm, and the final size may be 100 nm. The size of the nanoparticles is not limited as long as it is intended to generate a photothermal effect, and the seed size and final size can be appropriately selected.
도 17는 나노 파이버 형성을 위한 방사기기 실험 과정을 나타낸 도면이다.Figure 17 is a diagram showing the experiment process of a spinning device for forming nanofibers.
도 17을 참조하면, 나노 파이버를 형성하기 위한 방사기기를 확인할 수 있다. 콜렉터(collector) 및 니들(needle)의 팁(tip)을 확인할 수 있다. Referring to Figure 17, a spinning device for forming nanofibers can be identified. You can check the tips of the collector and needle.
예시적으로, 폴리머는 플루오르화 폴리비닐덴플로우라이드(PVDF)를 사용할 수 있으며, 용제(solvent)로 디메틸포름아마이드(DMF) 및 아세톤의 혼합물을 사용할 수 있다.For example, fluorinated polyvinyldene fluoride (PVDF) may be used as the polymer, and a mixture of dimethylformamide (DMF) and acetone may be used as the solvent.
일 실시예에 따라, 0.949g/ml DMF 및 0.78g/ml 아세톤을 사용하여 0.848g/ml 용제(solvent)를 형성할 수 있다. 이 경우 19.08 질량% 농도를 가진 용액을 약 70℃에서 2시간 저어서(stirring) 용액을 형성할 수 있다. According to one embodiment, 0.848 g/ml solvent may be formed using 0.949 g/ml DMF and 0.78 g/ml acetone. In this case, a solution with a concentration of 19.08% by mass can be formed by stirring at about 70°C for 2 hours.
도 18은 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제1 예시 도면이다.Figure 18 is a first example drawing enlarging nanofibers according to needle size.
도 19는 니들 사이즈에 따른 나노 파이버를 확대한 제2 예시 도면이다.Figure 19 is a second example drawing enlarging nanofibers according to needle size.
도 18 및 도 19를 참조하면, 니들 사이즈에 따른 나노 파이버 표면을 확인할 수 있다.Referring to Figures 18 and 19, the nanofiber surface according to needle size can be confirmed.
예시적으로, 니들(needle) 사이즈가 20G 인 경우 1 내지 10 마이크로미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 발생할 수 있다.For example, when the needle size is 20G, a fiber with a thickness of 1 to 10 micrometers is formed, and beads and curls may occur.
다른 예시로, 니들(needle) 사이즈가 22G 인 경우 0.5 내지 5 마이크로 미터의 두께의 파이버가 형성되며, 비드(bead) 및 컬(curl)이 거의 발생하지 않을 수 있다.As another example, when the needle size is 22G, a fiber with a thickness of 0.5 to 5 micrometers is formed, and beads and curls may hardly occur.
일 실시예에 따른 니들 사이즈 변경에 따른 파이버의 형태를 비교한 것으로, 광열효과 또는 필터의 성능을 향상시키기 위하여 니들의 사이즈는 적절히 선택될 수 있고, 이에 제한되지 않는다.This is a comparison of the shape of the fiber according to the change in needle size according to one embodiment. The size of the needle can be appropriately selected to improve the photothermal effect or filter performance, but is not limited thereto.
도 20은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 비교한 도면이다.Figure 20 is a diagram comparing the bacteria removal effect depending on the presence or absence of nanoparticles.
도 20을 참조하면, 금(Au) 나노 입자의 분사 유무에 따른 박테리아 제거 효과를 확인할 수 있다. 예시적으로, 금속 나노 입자가 존재하는 샘플에서 더 많은 박테리아가 사멸됨을 확인할 수 있다.Referring to Figure 20, the bacteria removal effect depending on the presence or absence of spraying of gold (Au) nanoparticles can be confirmed. For example, it can be confirmed that more bacteria are killed in samples containing metal nanoparticles.
도 21은 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제1 예시 도면이다.Figure 21 is a first example enlarged view of the surface of bacteria according to the presence or absence of nanoparticles.
도 22는 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면을 확대한 제2 예시 도면이다.Figure 22 is a second example enlarged view of the surface of bacteria according to the presence or absence of nanoparticles.
도 21 및 도 22를 참조하면, 나노 입자의 유무에 따른 박테리아 표면 변화를 확인할 수 있다.Referring to Figures 21 and 22, changes in the surface of bacteria depending on the presence or absence of nanoparticles can be confirmed.
예시적으로, 금속 나노 입자가 존재하는 샘플에서 박테리아의 표면이 팽창 또는 파괴됨을 확인할 수 있다.For example, it can be confirmed that the surface of bacteria is expanded or destroyed in a sample containing metal nanoparticles.
Claims (15)
가시광선 또는 근적외선을 발생시키는 LED 모듈;
상기 가시광선 또는 상기 근적외선이 나노 입자에 전달되고, 상기 나노 입자에 의해 발생한 열에 의한 광열 효과로 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는 살균필터; 및
상기 LED 모듈 및 상기 살균필터를 둘러싸고, 공기를 전달하는 입구 및 출구를 포함하며, 상기 입구로부터 외부 공기를 전달받아 필터링하여 상기 출구로 배출하는 프레임을 포함하고,
상기 LED 모듈에서 발생하는 열에너지를 상기 프레임으로 전달하여 상기 프레임상에 형성되는 결로를 방지하고,
상기 LED 모듈의 주변에 형성되는 온도 데이터를 획득하고, 상기 공기의 온도 변화를 측정하여 상기 살균필터의 상기 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절하는, 이중살균 필터 시스템.Regarding a filter system for improving air quality,
LED module that generates visible light or near-infrared light;
A sterilizing filter that transmits the visible light or the near-infrared ray to the nanoparticles and removes germs, bacteria, and viruses through a photothermal effect caused by heat generated by the nanoparticles; and
A frame surrounds the LED module and the sterilizing filter, includes an inlet and an outlet for transmitting air, and receives external air from the inlet, filters it, and discharges it through the outlet,
Prevents condensation from forming on the frame by transferring heat energy generated from the LED module to the frame,
A double sterilization filter system that acquires temperature data formed around the LED module, measures temperature changes in the air, and adjusts the heat energy delivered to the nanoparticles of the sterilization filter.
상기 이중살균 필터 시스템은 별도의 히터를 포함하지 않는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The double sterilization filter system is a double sterilization filter system that does not include a separate heater.
상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 살균필터로 전달하고, 상기 열 에너지는 상기 프레임으로 전달하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The LED module converts electrical energy into heat energy and light energy, transmits the light energy to the sterilization filter, and transmits the heat energy to the frame.
상기 LED 모듈은 상기 프레임의 상기 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The LED module is disposed at the inlet of the frame and heats low-temperature external air delivered to the inlet.
상기 LED 모듈은 복수 개의 필터 사이에 배치되고, 상기 복수 개의 필터로 인해 생성되는 열경로를 통해 상기 프레임으로 열을 전달하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The LED module is disposed between a plurality of filters and transfers heat to the frame through a heat path generated by the plurality of filters.
상기 LED 모듈은 상기 살균필터로 자외선을 전달하여 세균, 박테리아, 바이러스를 제거하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The LED module transmits ultraviolet rays to the sterilization filter to remove germs, bacteria, and viruses. A double sterilization filter system.
상기 나노 입자는, (1) 금속 계열의 금, 은, 구리, 철 중 하나 이상, (2) 금속-절연체 계열의 SiO2-금속, SiN-금속 중 하나 이상, (3) 금속-반도체 계열의 TiO2-금속, ZnO-금속, SnO2-금속 중 하나 이상, 또는 (4) 반도체 계열의 Ge-Te 중 하나 이상을 포함하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The nanoparticles are (1) one or more of metal-based gold, silver, copper, and iron, (2) one or more of metal-insulator-based SiO2-metal and SiN-metal, (3) metal-semiconductor-based TiO2 -A double sterilization filter system comprising at least one of metal, ZnO-metal, SnO2-metal, or (4) one or more of the semiconductor series Ge-Te.
전기방사에 의해 형성되고, 다공성 마찰부재의 표면에 불규칙적으로 배치되는 나노 파이버; 및
상기 나노 파이버 표면에 도포된 형광 물질을 더 포함하고,
상기 형광 물질에 의해 변환된 가시광에 반응하여 열을 발생시킬 수 있는 하나 이상의 금속 나노 입자 또는 반도체 나노 입자를 포함하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
Nanofibers formed by electrospinning and arranged irregularly on the surface of the porous friction member; and
Further comprising a fluorescent material applied to the surface of the nanofiber,
A double sterilization filter system comprising one or more metal nanoparticles or semiconductor nanoparticles capable of generating heat in response to visible light converted by the fluorescent substance.
상기 형광 물질은 야그(YAG) 형광체이고,
폴리머 재료는 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리테트라플루오르에틸렌(PTFE), 나일론(Nylon) 및 나피온(Nafion) 중 하나 이상을 포함하는, 이중살균 필터 시스템.According to clause 9,
The fluorescent material is YAG phosphor,
A double sterilization filter system, wherein the polymer material includes one or more of polyvinylidene fluoride (PVDF), polydimethylsiloxane (PDMS), polytetrafluoroethylene (PTFE), nylon, and Nafion.
상기 LED 모듈은 필터에 자외선을 조사하는 자외선 램프를 포함하는, 이중살균 필터 시스템.According to paragraph 1,
The LED module is a double sterilization filter system including an ultraviolet lamp that irradiates ultraviolet rays to the filter.
LED 모듈에 의해 생성된 광을 내부의 하나 이상의 필터에 조사하는 단계;
상기 LED 모듈에서 발생한 중에서 자외선 파장대의 광이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 1차 살균단계;
상기 광 중에서 자외선 파장대의 광 형광 물질에 전달되어 가시광을 방출하는 가시광 방출 단계;
상기 가시광에 반응하여 나노 입자가 열을 방출하는 열 발생단계; 및
상기 나노 입자에서 방출된 열이 세균, 박테리아 또는 바이러스를 살균하는 2차 살균단계를 포함하고,
상기 필터 시스템은 별도의 히터를 포함하지 않고, 상기 LED 모듈에서 발생한 열을 내부에서 수집하고
상기 열 발생단계는 상기 LED 모듈의 주변에 형성되는 온도 데이터를 획득하고, 상기 온도 데이터에 따라 상기 나노 입자에 전달하는 열 에너지를 조절하는, 방법.In the method of operating a filter system capable of double sterilization and heat recovery,
irradiating light generated by the LED module to one or more filters therein;
A first sterilization step in which light in the ultraviolet wavelength range generated from the LED module sterilizes germs, bacteria, or viruses;
A visible light emission step of transmitting the light to a photofluorescent material in the ultraviolet wavelength range to emit visible light;
A heat generation step in which nanoparticles emit heat in response to the visible light; and
It includes a secondary sterilization step in which the heat emitted from the nanoparticles sterilizes germs, bacteria, or viruses,
The filter system does not include a separate heater, but collects heat generated from the LED module internally and
The heat generation step is a method of acquiring temperature data formed around the LED module and controlling heat energy delivered to the nanoparticles according to the temperature data.
상기 LED 모듈은 일 표면에 복수 개의 방열 핀(fin)을 포함하여 외부에서 공급되는 공기로 열에너지를 전달하는, 방법.According to clause 12,
The LED module includes a plurality of heat dissipation fins on one surface and transfers heat energy to air supplied from the outside.
상기 LED 모듈은 전기 에너지를 열 에너지 및 광 에너지로 변환시키고, 상기 광 에너지는 상기 필터로 전달하는, 방법.According to clause 12,
The LED module converts electrical energy into heat energy and light energy, and the light energy is transmitted to the filter.
상기 LED 모듈은 상기 필터 시스템의 입구에 배치되고, 상기 입구로 전달되는 저온의 외부공기를 가열하는, 방법.According to clause 12,
The LED module is disposed at the inlet of the filter system and heats low-temperature external air delivered to the inlet.
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