KR20220058023A - 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광원으로부터 발생되는 자외선(UV, ultra violet)을 이용하여 유해 가스가 분해할 때 자외선이 효과적으로 전달시킬 수 있는 광 산란층이 구비된 광촉매 필터에 관한 것으로서, 그 특징적인 구성은 광촉매 필터의 둘레면을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 후면에 설치되고, 유해 가스가 유입되는 유입공이 형성된 광 반사판; 상기 광 반사판의 일측에 설치된 광원을 고정하는 광원 지지판; 상기 광원의 일측에 설치되고, 내부에 복수개의 광 산란구가 내장된 광 산란체; 및 상기 광 산란체의 일측에 설치되고, 복수개의 통공이 설치되며, 표면에 광 촉매 물질이 코팅된 광 촉매 물질 지지체를 포함하여서 된 것이다.
Description
본 발명은 광촉매 필터에 관한 것이다. 다 구체적으로, 본 발명은 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터에 관한 것이다.
광촉매는 어떤 화학반응에서 자신은 변하지 않고 반응속도를 변화시키거나 또는 화학반응을 개시시키는 촉매의 한 종류로서, 그 촉매 작용이 빛 에너지를 받아 일어나는 점에 특징이 있다.
광촉매 반응 시에는, 활성 산소종이 발생하는데, 활성 산소종은 일반적인 산소보다 활성이 크고 불안정하며 높은 에너지를 갖고 있어서 유기물질과 쉽게 산화반응을 일으켜 미생물을 분해할 수 있다.
이와 같이 광촉매 물질을 초미립자로 만들어 무기질 바인더와 배합하고, 고경도 내산형 투명막을 형성하도록 액상으로 제조하여 패널, 유리나 거울, 타일, 필름 들과 같은 다양한 형태의 지지체의 표면에 이를 도포하여 일정한 경화 과정을 거치면 해당 지지체에 코팅이 되어 광촉매 필터가 된다.
한편, 광을 조사하는 광원은 점형태의 발광체에서 방사상으로 퍼져나가게 되는데, 비표면적이 넓도록 구성된 광촉매 물질 지지체의 표면을 골고루 사용하지 못하고 일부만 사용하여 광촉매 효율이 높지 못하는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로서, 그 목적은 광원에서 발생되는 광이 광 산란체에서 산란되어 광촉매 물질 지지체의 더 많은 표면에 조사(노출)되도록 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터는, 광촉매 필터의 둘레면을 형성하는 하우징(100)과, 공기의 유동방향 상 후류에 해당하는 상기 하우징(100)의 일측에 설치되며, 복수개의 통공(141)이 형성되고 표면에 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 물질 지지체(140)와, 공기의 유동방향 상 전류에 해당하는 상기 하우징(100)의 타측에 설치되며, 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 광을 조사하는 복수개의 광원(121)이 고정되는 광원 지지판(120), 및 상기 광촉매 물질 지지체(140)와 상기 광원 지지판(120) 사이에 설치되며, 상기 광원(121)에서 조사되는 광을 산란시키도록 내부에 복수개의 광 산란구(131)가 내장되는 광 산란체(130)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 일 태양에 따르면, 공기의 유동방향 상 상기 광원 지지판(120)보다 전류에 위치하도록 상기 광원 지지판(120)의 일측에 설치되며, 공기가 유입되는 유입공(111)이 형성되며 상기 광 산란체(130)에 의해 역방향으로 조사되는 광을 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 반사시켜주는 광 반사판(110)을 더 포함한다.
상기 광 산란체(130)는 적어도 하나 이상의 층이 겹쳐지게 배치될 수 있다.
상기 광 산란체(130)의 광 산란구(131)는 유리구, 유리막대, 관통형 유리구, 관통형 유리막대 중 어느 하나일 수 있다.
상기 광 산란체(130)의 광 산란구(131)는 석영(quart)구, 석영막대, 관통형 석영구, 관통형 석영막대 중 어느 하나일 수 있다.
상기 광 촉매 물질 지지체(140)에 형성된 통공(141)은 사각형, 육각형, 마름모형, 원형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이와 같이 본 발명에 의하면, 광원에서 발생된 광은 광 산란체에서 산란되어 광촉매 물질 지지체의 더 많은 표면에 조사(노출) 됨으로 결국 광촉매 효율이 높아지는 효과가 있다. 또한, 광 반사판을 추가로 설치하여 광 산란체로 인해 발생되는 역방향으로의 광을 광촉매 물질 지지체로 반사시켜 시킴으로써 결국 광촉매 물질 지지체의 더 많은 표면에 조사(노출) 됨으로 광촉매 효율을 더욱 높아는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터의 측단면도,
도 2 내지 도 5는 도 1의 광촉매 물질 지지체의 다양한 실시예를 나타낸 정면도,
도 6은 도 1의 광 반사판의 정면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터의 시험예의 결과 그래프이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 광촉매 물질 지지체의 다양한 실시예를 나타낸 정면도,
도 6은 도 1의 광 반사판의 정면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터의 시험예의 결과 그래프이다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.
이하 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터는, 광촉매 필터의 둘레면을 형성하는 하우징(100)과, 하우징 내부에 공기의 유동방향 상 순차적으로 설치되는 광 반사판(120), 광원 지지판(120), 광 산란체(130) 및 광촉매 물질 지지체(140)를 포함한다. 여기서 공기의 의미는 유해가스를 포함하는 공기를 의미하며, 도 1에 도시된 바와 같이 공기의 흐름은 도면의 우측에서 좌측으로 이동하게 된다.
광촉매 물질 지지체(140)는 공기의 유동방향 상 맨 후류에 해당하는 하우징(100)의 일측에 설치되며, 복수개의 통공(141)이 형성되고 표면에 광촉매 물질이 코팅된다.
광촉매 물질로는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O2, WO3 및 페롭스카이트형 복합금속산화물(SrTiO2) 등이 사용될 수 있다. 그러나 실제로 광촉매 반응에 사용할 수 있는 반도체 물질로는 광학적으로 활성이 있으며 광부식이 없어야 하고, 또한 생물학적, 화학적으로 비활성이어야 하며, 가시광이나 자외선 영역의 빛을 이용할 수 있어야 하고 경제적으로도 저렴해야 사용이 가능하다. 이와 같은 연유로 산화티탄(TiO2)은 자원으로서 매우 풍부하기 때문에 가격이 저렴하고, 내구성, 내마모성이 우수하여 주 광촉매 물질로 사용되며, 특히 광촉매 조건과 활성화에서 볼 때 빛을 받아도 자신을 변화하지 않기 때문에 반영구적인 사용이 가능하여 대표적인 광촉매 물질로 사용된다.
광촉매의 원리로는 반도체의 에너지 준위 원리로 설명되는데, 반도체는 일정 영역의 에너지가 가해지면 전자들이 가전자대의 에너지 레벨에서 전도대의 에너지 레벨로 상승하게 된다. 이때 전도대에는 전자(e-)들이 형성되고, 가전자대에는 정공(h+)들이 형성되어 강한 산화작용이나 환원작용에 의해 유해물질을 분해시키는 다양한 반응을 일으킬 수 있는 상태가 된다
촉매물질로 산화티탄은 빛을 받아 발생한 전자(e-)는 공기중의 산소를 O2-로 만들어 활성이 강한 산소로 만들고, 정공(h+)은 공기중에 있는 H2O의 전자를 빼앗아 수산라디칼(-OH)되는데 이런 활성산소와 수산라디칼은 높은 산화 환원 전위를 가지고 있기 때문에 NOx, SOx, 휘발성유기화합물(VOCs) 및 각종 악취 물질을 분해 시켜 인체에 무해한 CO2나 H2O등으로 만드는 역할을 한다. 이런 원리로 악취 제거는 물론 축산폐수, 오수, 공장폐수의 BOD를 낮추거나, 색도, 난분해성 오염물질, 환경호르몬 등을 제거하기도 하고 병원성대장균, 황색포도상구균, O-157균 등의 각종 병원균이나 박테리아를 99%까지 살균시키는 데 사용된다.
또한 빛을 받게 되면 산화티탄을 구성하는 산소원자 2개가 공기중의 H2O와 반응하여 친수성이 매우 놓은 친수기(-OH)가 형성되어 산회티탄 표면은 오명물질의 부착을 방지하는 내오염성을 가지게 되며 부착된 오염물질을 공기의 흐름이나 물을 흐름을 통해 쉽게 세척이 가능하게 되는 자정성(self-cleaning)을 가지고 있어 사용상에 더욱 유리하다.
광촉매 물질 지지체는 광촉매 물질을 초미립자로 만들어 무기질 바인더와 배합하고, 고경도 내산형 투명막을 형성하도록 액상으로 제조하여, 다양한 모양의 지지체에 이를 발라 일정한 경화 과정을 거치면 해당 지지체에 코팅이 되어 광촉매 필터에 사용되는 광촉매 물질로 사용되어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 비표면적이 넓도록 상기 광촉매 물질 지지체로서 골판지(corrugate) 구조, 달갈판 구조 등 골과 마루가 반복되는 주름진 구조를 채용하는 것이 바람직하다.
광 촉매 물질 지지체(140)에는 공기가 통과하는 통공(141)이 형성되어 있으며, 도 2 내지 도 5에 형성된 바와 같이 통공(41)의 단면은 사각형, 육각형, 마르모형, 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 상기와 같이 다양한 형상의 통공(141)을 둘러싸는 벽면 즉, 광촉매 물질 지지체의 표면에는 광 촉매 물질이 코팅되어 있으며, 따라서 이를 통과하는 공기 속의 유해물질이 광촉매 작용에 의해 제거되게 된다.
광원 지지판(120)은 공기의 유동방향 상 전류에 해당하는 하우징(100)의 타측에 설치되며, 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 광을 조사하는 복수개의 광원(121)이 고정된다.
산화티탄을 이용한 광촉매의 경우 anatase형의 산화티탄은 밴드갭이 3.2eV로 알려져 있어서 이를 이용하여 동일한 에너지를 줄 수 있는 에너지를 광파장으로 환산하면 380nm로 380nm보다 짧은 파장을 가진 파장의 빛, 즉 자외선(UV:Ultraviolet ray)을 쪼이면 그 효과를 얻을 수 있어서 광파장에 많은 의존성을 가지고 있다. 따라서, 광촉매 물질로 산화티탄을 적용하는 경우 상기 광원(121)은 380nm보다 짧은 파장을 갖는 UV lamp, UV LED, 기타 UV 발광체 등이 적용될 수 있다.
광 산란체(130)는 광촉매 물질 지지체(140)와 광원 지지판(120) 사이에 설치되며, 광원(121)에서 조사되는 광을 산란시키도록 내부에 복수개의 광 산란구(131)가 내장된다.
도 1에서는 광 산란체(130)가 한 개의 층이 배치된 것이 예시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 광원의 수, 산찬구의 개수나 부피, 하우징의 크기 등에 따라 복수 개의 층이 겹쳐지게 배치될 수 있다.
상기 광 산란체(130)에 내장되는 광 산란구(131)는 다양한 재질 및 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 광 산란구(131)는 유리 재질로 형성되며 구(球) 형상을 갖는 유리구, 구형상 이외의 형상을 갖는 유리막대, 구 형상을 갖되 중앙부가 관통된 관통형 유리구, 관통형 유리막대 중 어느 하나가 적용될 수 있다. 또한 광 산란구(131)는 석영(quart) 재질로 형성되며 구(球) 형상을 갖는 석영구, 구형상 이외의 형상을 갖는 석영막대, 관통형 석영구, 관통형 석영막대 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
광원(121)은 점 형태의 발광체에서 광이 방사상으로 퍼져나가는데 비표면적이 넓도록 구성된 광촉매 물질 지지체의 표면을 고루 사용하지 못하게 된다. 따라서 본 발명은 광촉매 물질 지지체의 표면을 더욱 많이 사용할 수 있도록 광촉매 물질 지지체(140)와 광원(121) 사이에 광 산란체(130)를 설치하고, 이에 의해 광원에서 조사되는 광은 산란되어 광촉매 물질 지지체(140)의 더 많은 표면에 조사되거나 노출됨으로 인해 결국은 광촉매 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 의하면 상술한 광촉매 효과를 더욱 높이기 위해 광 반사판(110)이 더 구비될 수 있다.
광 반사판(110)은 공기의 유동방향 상 광원 지지판(120)보다 전류에 위치하도록 상기 광원 지지판(120)의 일측(도면상 우측)에 설치된다. 광 반사판(110)은 공기가 유입되는 유입공(111)이 형성되며, 광 산란체(130)에 의해 역방향으로 조사되는 광을 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 반사시켜주는 역할을 한다. 즉, 광 반사판(110)에 의해 광원에서 조사된 광은 광촉매 물질 지지체(140)의 더 많은 표면에 조사되거나 노출됨으로 인해 결국은 광촉매 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 광 반사판(110)에는 유입공(111)이 일정 간격을 두고 규칙적으로 배치되며, 유입공(111)이 형성되지 않는 부분에 광이 반사되게 된다. 따라서, 도 1에서처럼 반사 효율을 높이기 위해 유입공(110)이 위치하는 곳과 대응되는 위치에 광원(121)이 배치되는 것이 바람직하다.
[시험예 1]
상술한 바와 같은 본 발명에 의한 광촉매 필터의 일 실시예를 다음과 같이 측정하였다.
1입방 미터의 챔버안에 NH3 가스를 주입하여 이를 초기치 NH3 농도가 10ppm이 되도록 준비하였고, 이 안에 광촉매 물질 지지체로 평방인치당 셀(cell) 300개를 가진 구조물을 20mm 두께로 준비하여 이에 광촉매 물질 TiO2를 졸겔법으로 코팅한 것을 장착하여다. 그리고 이를 비추는 촉매 활성용 광원으로 365nm 파장의 UV광을 발광하는 LED를 직/병렬로 구성하여 정격전압을 인가하여 측정하였다. 그리고 분당 풍량 1.87CMM의 풍량을 가진 송풍기를 설치하여 NH3 가스가 일정하게 광원으로부터 활성화된 광촉매 물질 지지체 사이로 통과되도록 구성하여 일정 시간이 지난 다음 분해되고 남은 NH3의 양으로 평가하여 NH3 제거율을 측정하였다.
이와 비교하기 위해 도 1에서와 같이 광 산란체(130)과, 광 반사판(110)을 광원에서 광촉매 물질 지지체의 방향과 그 반대방향에 설치한 것과, 광 산란체와 광 반사판을 설치하지 않을 것을 비교하여 측정한 결과는 아래 표 1 및 도 7과 같다.
| NH3 제거율 | 10분 경과 | 20분 경과 |
| 광산란체, 광반사판 없음 | 39% | 45% |
| 광산란체, 광반사판 사용 | 60% | 65% |
| 제거율 상승 | 21%P.증가 | 20%P.증가 |
상기 표 1과 같이 광 산란체(130)와 광 반사판(110)이 없을때에는 10분/20분 경과시 각각 39%, 45%의 제거율을 나타내었고, 광 산란체(130)와 광 반사판(110)을 설치시 제거율이 상승되어 각각 60%, 65%의 결과가 되었다.
따라서, 광 산란을 통한 광의 분산을 높였으며, 광 반사판을 이용하여 반대편으로 나올 수 있는 산란광을 다시 광 촉매 물질 지지체로 보내주기 때문에 광촉매의 효과를 극대화 시킬 수 있는 것이다.
100 : 하우징
110 : 광 반사판
111 : 유입공 120 : 광원 지지판
121 : 광원 130 : 광 산란체
131 : 광 산란구 140 : 광촉매 물질 지지체
141 : 통공
111 : 유입공 120 : 광원 지지판
121 : 광원 130 : 광 산란체
131 : 광 산란구 140 : 광촉매 물질 지지체
141 : 통공
Claims (6)
- 광촉매 필터의 둘레면을 형성하는 하우징(100);
공기의 유동방향 상 후류에 해당하는 상기 하우징(100)의 일측에 설치되며, 복수개의 통공(141)이 형성되고 표면에 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 물질 지지체(140);
공기의 유동방향 상 전류에 해당하는 상기 하우징(100)의 타측에 설치되며, 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 광을 조사하는 복수개의 광원(121)이 고정되는 광원 지지판(120); 및,
상기 광촉매 물질 지지체(140)와 상기 광원 지지판(120) 사이에 설치되며, 상기 광원(121)에서 조사되는 광을 산란시키도록 내부에 복수개의 광 산란구(131)가 내장되는 광 산란체(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터. - 청구항 1에 있어서,
공기의 유동방향 상 상기 광원 지지판(120)보다 전류에 위치하도록 상기 광원 지지판(120)의 일측에 설치되며, 공기가 유입되는 유입공(111)이 형성되며 상기 광 산란체(130)에 의해 역방향으로 조사되는 광을 상기 광촉매 물질 지지체(140) 방향으로 반사시켜주는 광 반사판(110)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 산란체(130)는 적어도 하나 이상의 층이 겹쳐지게 배치되는 것을 특징으로 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 산란체(130)의 광 산란구(131)는 유리구, 유리막대, 관통형 유리구, 관통형 유리막대 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 산란체(130)의 광 산란구(131)는 석영(quart)구, 석영막대, 관통형 석영구, 관통형 석영막대 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터. - 청구항 1에 있어서,
상기 광 촉매 물질 지지체(140)에 형성된 통공(141)은 사각형, 육각형, 마름모형, 원형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터.
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|---|---|---|---|
| KR1020200143265A KR20220058023A (ko) | 2020-10-30 | 2020-10-30 | 광 산란체를 구비하는 광촉매 필터 |
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ID=81582982
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|---|---|
| KR (1) | KR20220058023A (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20220092171A (ko) * | 2020-12-24 | 2022-07-01 | 우리산업 주식회사 | 차량 시트용 led 광촉매 살균장치 |
| KR102524118B1 (ko) * | 2023-01-30 | 2023-04-20 | 주식회사 넘버제로 | 표면 및 공기 동시 살균 장치 |
| KR102636485B1 (ko) * | 2023-05-15 | 2024-02-15 | (주)에이버츄얼 | 대면적 자외선 반응형 광융합 멸균촉매 필터 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100965105B1 (ko) | 2008-06-24 | 2010-06-22 | 서울시립대학교 산학협력단 | 졸-겔 방법을 이용한 광촉매용 이산화티타늄 축광체복합소재 제조방법 |
-
2020
- 2020-10-30 KR KR1020200143265A patent/KR20220058023A/ko not_active Application Discontinuation
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