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KR101867452B1 - 개선된 촉매성능의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치 - Google Patents

개선된 촉매성능의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치 Download PDF

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KR101867452B1
KR101867452B1 KR1020177021837A KR20177021837A KR101867452B1 KR 101867452 B1 KR101867452 B1 KR 101867452B1 KR 1020177021837 A KR1020177021837 A KR 1020177021837A KR 20177021837 A KR20177021837 A KR 20177021837A KR 101867452 B1 KR101867452 B1 KR 101867452B1
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이우영
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주식회사 퓨어시스
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Abstract

본 발명은 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치에 관한 것으로, 특히 개선된 촉매성능으로 담배연기, 일산화탄소를 포함한 흡연실 및 일상생활공간에서 발생하는 다양한 오염물질에 대해 우수한 살균, 정화, 탈취, 제연 성능을 지닌 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치에 관한 것이다. 본 발명에서는, 필터부; 광촉매부; 및 자외선램프; 를 포함하는 제연정화살균 모듈에 있어서, 광촉매부가 광촉매물질이 담지된 합금코팅메탈폼으로 이루어진 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치를 제공한다. 본 발명의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치는 흡연실, 사무공간, 아파트 등의 생활공간, 병원 및 의료시설에서 기존 제연정화살균 장치 및 공기정화 장치를 대체하여 널리 사용될 수 있다.

Description

개선된 촉매성능의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치
본 발명은 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치에 관한 것으로, 특히 개선된 촉매성능으로 담배연기, 일산화탄소를 포함한 흡연실 및 일상생활공간에서 발생하는 다양한 오염물질에 대해 우수한 살균, 정화, 탈취, 제연 성능을 지닌 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치에 관한 것이다.
현재 사용되고 있는 제연정화살균 장치들은 단순 집진 및 탈취방식을 채택한 제품이 주를 이루고 있어 흡연 실내부와 주변오염이 높은 실정이다. 특히 아파트의 경우 층간 흡연문제로 인한 분쟁이 빈번한 상황으로 이에 대한 해결이 요구되고 있으나 기존 제연정화살균 장치들은 촉매성능에 한계가 있어 흡연시의 제연 기능이 요구에 미치지 못하고 있다. 특히 담배연기에서 발생하는 일산화탄소(CO)는 탄소 또는 탄소함유물질의 불완전 연소에 의해 발생되는 기체로, 혈액에 작용하여 조직체에의 산소 공급능력을 감소시켜 질식을 일으킬 수 있는 물질로서 허용농도 50ppm을 초과할 경우 반드시 제거되어야 하는 물질이나, 기존 제연정화살균 장치들은 흡연시 일산화탄소 제거기능이 이에 미치지 못하고 있다.
등록특허공보 제10-1069685호에 기재된 메탈폼(Metal-Foam)은 다공성 물질로 접촉 면적이 커서 촉매작용에 의한 살균 및 정화 성능을 극대화할 수 있고, 다공성에 의한 압력 손실이 적은 이점을 지닌다. 그리고 합금 재질에 따라 전자기파 차단능력도 가질 수 있다. 그러나 이러한 기존 메탈폼은 도 2에서 볼 수 있는 바와 같이 표면이 매끄러워 원하는 촉매반응을 얻기 위한 촉매의 코팅이 어렵고 촉매의 탈리현상 또한 빈번하게 일어나 촉매반응을 극대화가 어려울 뿐만 아니라 사용기간이 경과함에 따라 성능 저하가 발생하므로 교체가 필요하고 이에 따른 관리의 어려움 및 비용 증가를 초래하게 된다.
대한민국 등록특허공보 10-1419481 대한민국 등록특허공보 10-1069685 대한민국 등록특허공보 10-1478286 대한민국 등록특허공보 10-1456116
흡연에 따른 담배연기와 일산화탄소 등의 실내 오염물질을 허용기준 이하로 빠르게 제거하여 쾌적한 실내공기를 유지할 수 있도록 하는 제연정화살균 장치가 요구되나, 기존 제연정화살균 장치들은 촉매 성능의 한계로 이러한 요구를 만족시키기 어려웠다.
본 발명에서는 촉매성능을 향상시켜 우수한 제연 및 일산화탄소 제거 기능을 지닌 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에서는 합금코팅메탈폼을 이용한 향상된 촉매부에 필터부 및 다른 촉매부를 조합 구성하여 우수한 복합성능을 지닌 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서는,
프리필터 및 헤파필터를 포함하는 필터부와;
합금코팅메탈폼에 광촉매가 담지되어 있는 광촉매부와;
합금코팅메탈폼에 탈취촉매가 담지되어 있는 탈취촉매부와;
자외선램프; 를 포함하되,
상기 합금코팅메탈폼은 니켈; 철; 구리; 알루미늄 중 어느 하나로 형성된 금속 폼에 바인더를 도포한 후, 합금분말을 균일하게 도포하고, 1,000~1,400℃에서 열처리하여 소결시켜 얻어진 것으로서 기공 크기가 250㎛ 내지 2㎜이고 최대 공극률이 90~97%이며 밀도가 300g/㎡ 내지 5000g/㎡ 인 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈을 제공한다.
상기 합금코팅메탈폼은 바람직하게는 니켈폼이 사용될 수 있다.
상기 합금분말은 상기 폼을 형성하는 금속과 함께 촉매의 지지체로서 사용되기에 적합한 합금분말이면 모두 사용 가능하며, 바람직하게는 NiFeCrAl, FeCrAl 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 나노사이즈의 입경을 갖는다.
상기 광촉매는 바람직하게는 TiO2, Fe2O3, WO3, ZnO, ZrO2 로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 이밖에 다른 광촉매물질의 사용도 모두 가능하다.
상기 광촉매부는 상기 합금코팅메탈폼에 CuO, MnO2, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 촉매물질이 더 담지될 수 있다.
본 발명의 제연정화살균 모듈에서 상기 탈취촉매는 바람직하게는 MnO2, CuO, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 MnO2와 CuO를 혼합 사용하거나 MnO2를 사용할 수 있다.
상기 필터부는 바람직하게는 프리필터와 헤파필터를 포함한다.
본 발명의 제연정화살균 모듈은 바람직하게는 저온촉매탈취필터를 더 포함할 수 있다. 상기 저온촉매탈취필터는 바람직하게는 흡착성 물질에 상온 이하에서 기능하는 촉매물질이 담지된 것이다. 상기 저온촉매탈취필터는 더욱 바람직하게는 과립상 활성탄에 상온 이하에서 기능하는 촉매물질과 바인더를 첨가하고 혼합한 후 3차원의 일정 형상으로 성형시킨 것이며, 이때 상기 촉매물질은 CuO, MnO2, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상이 될 수 있다.
본 발명의 제연정화살균 모듈은 필요에 따라 발향체를 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 고체세라믹천연아로마 발향체를 포함할 수 있다.
본 발명의 제연정화살균 모듈에서 상기 광촉매부와 자외선램프는 바람직하게는 교대로 적층된 '촉매-램프 적층체'를 형성하며 각각 복수개로 포함되는 것이 바람직하다. 본 발명의 제연정화살균 모듈은, 상기 프리필터; 헤파필터; 촉매-램프 적층체가 순차적으로 설치되어 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는,
니켈; 철; 구리; 알루미늄 중 어느 하나로 형성된 금속 폼에 바인더를 도포하는 단계와, 상기 바인더가 도포된 금속 폼에 합금분말을 균일하게 도포하는 단계와, 상기 합금분말이 도포된 금속 폼을 1,000~1,400℃의 열처리로 소결시켜 합금코팅메탈폼을 얻는 단계를 포함하며, 상기 합금분말은 NiFeCrAl, FeCrAl 중 어느 하나를 포함하며 나노사이즈의 입경을 갖는 합금코팅메탈폼의 제조공정;
상기 합금코팅메탈폼에 광촉매를 담지시키는 광촉매부의 제조공정;
상기 합금코팅메탈폼에 탈취촉매를 담지시키는 탈취촉매부의 제조공정; 및
프리필터 및 헤파필터를 포함하는 필터부와, 상기 광촉매부, 상기 탈취촉매부 및 자외선램프를 조합하여 제연정화살균 모듈을 제조하는 공정;을 포함하는 제연정화살균 모듈의 제조방법을 제공한다.
상기 광촉매물질의 담지는, 바람직하게는 액화광촉매와 분말광촉매가 혼합된 광촉매 용액에 합금코팅메탈폼을 30분에서 60분 동안 침지시킨 후 100~120℃로 열처리한다. 상기 광촉매 용액은 액화광촉매와 분말광촉매가 2:1 내지 1:2로 혼합되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서는,
상기와 같은 제연정화살균 모듈을 구비한 제연정화살균 장치를 제공한다. 상기 제연정화살균 장치는 팬을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치는 개선된 촉매성능으로 높은 살균, 정화, 탈취 성능을 지니며 특히 우수한 제연 및 일산화탄소 제거 성능을 지닌다.
본 발명에 따른 합금코팅메탈폼은 전표면에 합금분말이 코팅 고착되어 있어 표면적이 넓고 입체적이므로, 많은 양의 촉매물질을 담지할 수 있고 접촉면적이 일반 금속폼에 비해 3배 이상으로 크기 때문에, 향상된 높은 촉매성능을 나타낼 수 있다. 이러한 합금코팅메탈폼에 광촉매물질이 담지된 본 발명의 광촉매부는, 높은 촉매성능으로 CO, H2, LNG, LPG, 악취, CH4 등을 제거할 수 있으며, 특히 CO의 경우 99.75% 이상 산화시켜 제거할 수 있다. 아울러 본 발명의 광촉매부는 합금코팅메탈폼과 촉매의 접착력이 좋아 촉매가 탈리되지 않으므로 반영구적으로 사용이 가능하다.
또한, 본 발명의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치는 상기와 같은 광촉매부에 필터 및 다른 촉매 기능을 조합하여 우수한 복합성능을 지니게 함으로써 흡연실 및 일상생활공간에서 발생하는 다양한 오염물질에 대해 우수한 살균, 정화, 탈취, 제연 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명의 제연정화살균 모듈은 우수한 촉매성능을 지니고 있어 크기를 작게 하면서도 필요한 성능을 낼 수 있으므로, 제연정화살균 장치를 필요에 따라 소형화하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 합금코팅메탈폼의 사진이다.
도 2는 종래 메탈폼의 사진이다.
도 3은 촉매가 담지된 합금코팅메탈폼의 사진이다.
도 4는 제연정화살균 모듈의 사시도이다.
도 5는 제연정화살균 모듈 중 필터부와 '촉매-램프 적층체'의 분해 사시도이다.
도 6은 제연정화살균 모듈이 구비된 제연정화살균 장치의 정면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 제연정화살균 모듈(10)은 도 4와 같다.
먼저, 제연정화살균 모듈(10)을 구성하는 광촉매부(11) 및 탈취촉매부(15)의 구성 및 제조방법에 대해 설명한다. 본 발명의 광촉매부(11)는 광촉매물질이 담지되어 있는 합금코팅메탈폼으로 이루어지며, 합금코팅메탈폼은 도 1의 사진과 같은 구조를 지닌다. 탈취촉매부(15) 또한 탈취촉매가 담지되어 있는 합금코팅메탈폼으로 이루어지며, 광촉매부(11)와 실질적으로 같은 구조를 지닌다.
합금코팅메탈폼은 니켈, 철, 구리, 알루미늄 등과 같은 순수한 금속 폼(Foam)으로부터 제조되며, 바람직한 실시예로서 니켈을 사용할 수 있다. 니켈을 사용할 경우, 먼저 코일 형태의 순수 니켈 폼 표면에 바인더(Binder)를 분사하여 도포한다. 이는 이후 분사, 도포되는 합금분말이 안정적으로 니켈 폼 표면에 고정될 있도록 하기 위함으로, 상기 바인더의 분사, 도포 후에는 합금분말을 분사, 도포시킨다. 이때 합금분말로는 나노사이즈의 입경을 갖는 NiFeCrAl, FeCrAl 등을 사용할 수 있다. 그런 다음에는, 메탈폼의 최종 완성품 규격에 따라 시트(Sheet) 형태로 절단한 후 열처리 공정으로 이송하여 1,200℃에서 소결시켜 완성된 합금코팅메탈폼을 얻는다. 상기 열처리 공정은 바인더 물질을 제거하고 소결을 거쳐 메탈폼을 완성하기 위한 공정으로서, 이러한 열처리 공정을 거쳐 최종적으로 균일한 합금코팅메탈폼이 완성된다.
이렇게 제조된 본 발명의 합금코팅메탈폼은 폼 기공을 포함한 표면 전체에 분말 형태의 합금이 고르게 코팅, 고착되어 있는 상태로, 도 1과 같은 구조를 갖는다. 본 출원인의 선특허인 등록특허공보 제10-1069685호에서도 다공성의 메탈폼을 개시하고 있는데, 이러한 종래의 메탈폼은 도 2의 사진과 같이 표면이 매끄럽다. 이렇게 표면이 매끄러운 종래의 메탈폼은 촉매의 코팅이 어렵고, 촉매의 탈리 현상이 빈번하게 일어나며, 사용함에 따라 촉매 성능이 저하되어 메탈폼 촉매를 교체해주어야 한다. 본 발명의 합금코팅메탈폼은 이러한 종래 메탈폼의 문제점을 해결한 것으로, 순수한 금속(Ni, Fe, Cu, Al 등) 폼 표면에 바인더(Binder)를 매개로 합금분말을 도포한 후 열처리를 통해 고착시킴으로써 합금분말이 폼 기공을 포함한 표면 전체에 균일하게 안정적으로 고착되어 새로운 폼 표면을 형성하게 된다.
도 1의 사진을 통해 확인되는 본 발명의 합금코팅메탈폼은, 폼 전체에 균일하게 코팅된 합금분말에 의해 기존 메탈폼에 비해 크게 확장된 넓은 표면적을 갖게 된다. 또한, 본 발명의 합금코팅메탈폼은 고온 열처리와 합금분말과의 안정적인 복합체 형성을 통해 기계적 강도가 우수하고 고온에서도 높은 안정성을 갖게 된다. 본 발명의 합금코팅메탈폼은 그 기공 크기가 최소 250㎛에서 최대 2㎜에 이른다. 또, 최대 공극률(Porosity)이 90~97% 범위이며, 보통 최대 95% 정도의 공극률을 갖는다. 소재의 밀도는 필터 시트의 두께에 따라 300g/㎡에서 5000g/㎡까지 제조될 수 있다. 시트의 두께는 공극률에 따라 1∼10㎜까지 제조된다. 본 발명의 합금코팅메탈폼은 촉매가 접착할 수 있는 면적이 종래의 일반 메탈폼 보다 3배 이상 커서 다량의 촉매를 담지할 수 있고, 촉매와의 접착성이 좋아 종래의 일반 메탈폼에 비해 탈리가 적으므로, 높은 촉매성능을 보이면서도 교체 없이 지속적인 사용이 가능하다.
상기와 같이 제조된 본 발명의 합금코팅메탈폼에 광촉매를 담지하여 광촉매부(11)를 구성하는 과정을 설명한다. 광촉매물질로는, TiO2, Fe2O3, WO3, ZnO, ZrO2 로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용한다. 또한, 여기에 CuO, MnO2, Al2O3 로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 촉매물질이 더 담지될 수 있다. 광촉매물질의 담지를 바람직한 실시예를 들어 설명하면, 50중량%의 액화광촉매에 50중량%의 파우더광촉매를 혼합 교반하여 광촉매 용액을 만든 후 여기에 합금코팅메탈폼을 30분에서 60분 동안 침지시킨 후 110℃로 열처리하여 건조시킨다. 이때 침지와 열처리공정을 반복함으로써 코팅량을 높일 수 있다. 도 3은 본 발명에 따라 촉매가 담지된 합금코팅메탈폼의 사진이다.
상기 합금코팅메탈폼에 탈취촉매를 담지하여 탈취촉매부(15)를 구성하는 과정을 설명한다. 탈취촉매로는 MnO2, CuO, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 MnO2와 CuO의 혼합물 또는 MnO2를 사용할 수 있다. 탈취촉매의 담지방법을 예를 들어 설명한다. 이산화망간 촉매를 제트 밀(Jet mill)을 이용하여 나노 사이즈로 분쇄한 후 여기에 무기 결합제 및 물을 혼합하여 코팅할 수 있는 슬러리를 만든다. 준비된 상기 합금코팅메탈폼에 이 슬러리를 코팅한 후 건조시켜 촉매를 담지한다.
본 발명의 합금코팅메탈폼은 표면이 입체적이고 표면적이 넓어서 많은 양의 촉매물질을 담지할 수 있고, 특히 접촉면적이 일반 금속폼에 비해 3배 이상 크기 때문에 그만큼 향상된 높은 촉매성능을 보일 수 있다. 따라서 광촉매물질이 담지된 합금코팅메탈폼으로 이루어진 본 발명의 광촉매부(11) 및 탈취촉매부(15)는, 살균, 정화, 탈취 성능이 향상되고, 아울러 합금코팅메탈폼과 촉매의 접착력이 좋아 촉매가 탈리되지 않으므로 반영구적으로 사용이 가능하다. 구체적으로 본 발명의 광촉매부는, 개선된 촉매성능으로 CO, H2, LNG, LPG를 산화시켜 제거할 수 있으며, 특히 CO의 경우 99.75% 이상 산화시켜 제거할 수 있고, 450℃까지 열적안정성을 가지며, 악취성분, CH4 에 대해서도 높은 제거효율을 갖는다. 또한, 셀 밀도(또는 공극밀도)를 조절하여 분진에 대해서도 허용 압력손실 내에서 운전되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 조립된 제연정화살균 모듈을 도시한 사시도이며, 도 5는 제연정화살균 모듈을 구성하는 필터부와 '촉매-램프 적층체'의 분해 사시도이다.
도 4에 도시된 제연정화살균 모듈은 프리필터(13) 및 헤파필터(14)를 포함하는 필터부와; 합금코팅메탈폼에 광촉매가 담지되어 있는 광촉매부(11)와; 합금코팅메탈폼에 탈취촉매가 담지되어 있는 탈취촉매부(15)와; 자외선램프(12); 그리고 저온촉매탈취필터(16)를 포함한다.
프리필터(13)와 헤파필터(14)를 포함하는 필터부는, 공기의 오염물을 물리적으로 제거할 수 있다. 상기 프리필터(13)는 외부에서 유입된 공기에 포함된 큰 먼지를 1차적으로 제거한다. 프리필터(13)는 초기 유지비용을 줄일 수 있는 워셔블프리필터가 바람직하다. 상기 헤파필터(14)는 MICRON 크기의 오염물질을 제거할 수 있는데, 상기 프리필터(13)의 후단에 설치되어 공기 중의 수분제거 및 미세 먼지를 2차적으로 제거한다. 헤파필터는 BAG필터 형태도 가능하다. 필터부는 장치의 초입부 또는 후단부에 설치되는 것이 바람직하다. 프리필터와 헤파필터에 관한 보다 상세한 사항은 본 출원인의 선출원 특허인 등록특허공보 제10-1419481호 및 제10-1069685호에 따른다.
본 발명의 제연정화살균 모듈에서 광촉매부(11)는 하나 또는 복수개로 포함될 수 있는데, 바람직하게는 광촉매부(11)와 자외선램프(12)를 교대로 적층함으로써, 즉 광촉매부(11), 자외선램프(12), 광촉매부(11), 자외선램프(12), 광촉매부(11)의 순으로 ‘촉매-램프 적층체’를 형성하여 광촉매 반응층을 다중으로 함으로써 효율을 더 높일 수 있다. 이렇게 구성함으로써 광촉매부를 통과한 공기에 자외선램프(12)를 조사시킨다. 자외선램프는 도 5에 도시된 바와 같이 공기의 진행 방향에 대해 수직한 방향으로 다수개가 설치될 수 있다.
본 발명의 제연정화살균 모듈은 공기 정화 효율을 높이기 위해 흡착성능과 촉매성능을 동시에 구비하는 저온촉매탈취필터(3D Low Temperature Catalyst)(16)를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 “저온촉매탈취필터”는 활성탄에 저온 및 상온에서 기능하는 촉매물질을 포함시킨 필터로 정의된다. 저온촉매탈취필터(16)는 과립상 활성탄에 촉매(저온 및 상온에서 기능하는 촉매물질) 및 바인더를 첨가한 후 이를 압축성형하거나 또는 실리콘 금형에 담지 가공하여 3차원(3D)으로 성형하여 사용할 수 있다. 활성탄은 입자가 작아 흡착 속도가 빠르고 압력손실에 유리하며, 단위체적당 흡착량이 많고, 기타의 흡착제와 비교할 때 촉매처리를 함으로써 내식, 내열, 항균성을 보유하게 하여 라이프타임(LIFE TIME)을 연장할 수 있는 특징이 있다. 상기 저온 및 상온에서 기능하는 촉매물질로는, CuO, MnO2, Al2O3 등을 사용할 수 있다. 본 발명의 제연정화살균 모듈에서 저온촉매탈취필터는 상기 촉매-램프 적층체 후단에 설치되는 것이 바람직하다. 그러나 상기 촉매-램프 적층체 전단에 설치하여 필터부의 구성에 포함시킬 수도 있으며, 본 발명의 제연정화살균 모듈이 사용될 환경을 고려하여 구체적인 설치 구조를 다양하게 변형할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제연정화살균 모듈(10)은 공기가 흡기되는 상단에서부터 필터부(13, 14), 광촉매부(11) 및 자외선램프(12)가 교대 적층된 '촉매-램프 적층체', 탈취촉매부(15), 저온촉매탈취필터(16)가 순차적으로 설치될 수 있다. 그러나 제연정화살균 모듈을 구성하는 각 요소의 배열순서 및 구체적인 설치 구조는 제연정화살균 모듈이 사용될 환경을 고려하여 다양한 변형이 가능하다.
도 4를 참조하여, 제연정화살균 장치 내에 구비된 제연정화살균 모듈이 기능하는 과정을 설명한다. 먼저 외부에서 유입된 담배연기 등을 포함하는 오염 공기가 필터부의 프리필터(13)와 헤파필터(14)를 순차적으로 지나면서 오염물질이 물리적으로 제거된다. 먼저 프리필터(13)에서는 큰 먼지를 1차적으로 제거하고, 이어서 헤파필터(14)에서는 미크론 크기의 미세먼지, 수분, 미생물 등을 제거하게 된다. 그런 다음, 공기는 광촉매부(11)와 자외선램프(12)가 교대로 적층된 촉매-램프 적층체를 통과하면서 광화학 반응에 의해 유기물이 분해되어 남은 오염물질이 분해 제거된다. 즉, 공기는 광촉매부(11)와 자외선램프(12)를 교대로 통과하면서, CO, H2, LNG, LPG, CH4, 악취성분 등이 산화되어 분해 제거된다. 그런 다음 탈취촉매부(15)를 지나면서 미세하게 남아 있는 오염물질과 CO, 연기성분, 냄새 등이 제거된다.
도 6은 본 발명의 제연정화살균 모듈(10)이 내부에 구비된 제연정화살균 장치(100)의 정면도이다. 도 6에서는 케이스(100a)가 정육면체 형상이나, 이에 한정되지 않고 상기 제연정화살균 모듈(10)을 내부에 설치할 수 있는 구조면 케이스는 형상에 관계없이 모두 가능하다.
본 발명의 제연정화살균 모듈은 발향체를 추가로 포함할 수 있으며, 바람직하게는 고체세라믹천연아로마 발향체(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
본 발명에서 “고체세라믹천연아로마 발향체”는 천연세라믹 또는 황토 등의 세라믹 재료로 형성된 일정 크기의 구조체에 세라믹 공극을 통해 아로마를 흡착시킨 후 최외층을 실리콘 코팅하여 발향량을 조절한 발향체로 정의된다.
제조방법을 설명하면, 먼저 천연세라믹 또는 황토 등의 세라믹 재료를 볼, 큐빅과 같은 일정 형태로 구조화한다. 이때 크기는 효율과 사용성을 고려할 때 지름 4~10㎜ 정도가 바람직하며, 바람직한 실시예로서 7㎜ 정도로 만들어 제연정화살균 장치에 장착한다. 그러나 크기가 특히 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 이보다 작거나 크게 만들 수도 있으며 모양도 다양하게 할 수 있다. 세라믹 재료를 볼과 같은 일정 형태와 크기로 만든 후에는 천연아로마에 침지시켜 세라믹 공극에 아로마가 흡착되도록 한다. 이때 인체에 영향을 줄 수 있는 알코올과 알데히드는 사용하지 않는다. 아로마가 흡착된 볼의 표면에 실리콘 코팅을 하여 발향량을 조절한다.
세라믹 재료로 황토를 사용할 경우 제조된 황토볼 속에는 토루말린 성분이 들어 있어 나쁜 냄새들을 제거해 주며, 원적외선 발생으로 실내의 공기가 개선되며, 노화방지 및 혈액 순환에도 도움을 줄 수 있다.
고체세라믹천연아로마 발향체는 실리콘 코팅을 통해 부드럽고 은은하게 향이 지속적으로 발산되는 효과가 있으며, 황토 등의 세라믹재료는 친환경재료로서 향 발산이 소진된 후 화분이나 땅에 버려도 안전하다.
고체세라믹천연아로마 발향체는 제연정화살균 장치 내부의 일정한 위치에 장착 구비될 수 있다. 바람직하게는 복수개의 고체세라믹천연아로마 발향체가 통기성 파우치 등에 담긴 상태로 제연정화살균 장치 내부의 적절한 위치에 장착될 수 있다. 바람직하게는 유입된 공기가 정화되는 제연정화살균 모듈의 후단부 또는 정화된 공기가 배출되는 배출부 전단에 장착되어 발향의 효과를 최대화할 수 있다.
본 발명의 제연정화살균 장치는 송풍팬, 오염된 공기가 유입되는 유입 플레이트, 정화된 공기가 배출된는 배출 플레이트 등 공지의 공기정화장치에 구비되는 통상적인 구성을 포함할 수 있다. 공지의 통상적인 구성에 대한 보다 상세한 사항은 본 출원인의 선출원 특허인 등록특허공보 제10-1419481호 및 제10-1069685호에 따른다.
도 7 및 도 8은 CuO와 MnO2가 담지된 탈취촉매부(15)의 CO 제거(산화) 효율을 실험한 결과이다. 각각의 실험 조건은 아래 표 1 및 표 2와 같다(표에서 CuO와 MnO2는 3:7로 사용되었다). 도 7의 경우 수분이 없는 조건에서도 CO 제거 효율이 장기간 유지되었다. 도 8의 경우 수분이 1.4wt% 함유된 조건에서도 CO 제거 효율이 20분까지 유지되었다. 이는 탈취촉매부(15) 단독에 대해 효능을 실험한 결과인데도, 높은 CO 제거 효율이 나타났다.
촉매지지체 Puresys합금코팅메탈폼
촉매 CuO, MnO2
촉매량 분말 (45~106 ㎛) 1g
기공 크기 250㎛ ~ 2mm
접촉면적 7,000~13,000m2/m3
유량 (SCCM) 300
WHSV (h-1) 18,000
온도 (℃) 25
CO 농도(ppmv) 2,500
절대습도(wt%) 0
촉매지지체 Puresys합금코팅메탈폼
촉매 CuO, MnO2
촉매량 분말 (45~106 ㎛) 1g
기공 크기 250㎛ ~ 2mm
접촉면적 7,000~13,000m2/m3
유량 (SCCM) 300
WHSV (h-1) 18,000
온도 (℃) 25
CO 농도(ppmv) 2,500
절대습도(wt%) 1.4
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 해당 기술분야에서 일반적으로 사용되는 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 그 의미를 정의한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 일반적인 의미가 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 명세서 전체를 통해 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
10: 제연정화살균 모듈 11: 광촉매부
12: 자외선램프 13: 프리필터
14: 헤파필터 15: 탈취촉매부
16: 저온촉매탈취필터 10a: 케이스
100: 제연정화살균 장치 100a: 제연정화살균 장치 케이스
본 발명의 제연정화살균 모듈과 이를 포함하는 제연정화살균 장치는 개선된 촉매성능으로 담배연기, 일산화탄소를 포함한 흡연실 및 일상생활공간에서 발생하는 다양한 오염물질에 대해 우수한 살균, 정화, 탈취, 제연 성능을 지니므로, 흡연실, 사무공간, 아파트 등의 생활공간, 병원 및 의료시설에서 기존 제연정화살균 장치 및 공기정화 장치를 대체하여 널리 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제연정화살균 모듈에 포함된 광촉매가 담지된 합금코팅메탈폼은 촉매가 탈리되지 않아 반영구적으로 사용이 가능하므로, 본 발명의 제연정화살균 장치는 촉매의 교체관리가 필요하지 않은 장치로서 여러 분야에서 편리하게 이용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 프리필터 및 헤파필터를 포함하는 필터부와;
    합금코팅메탈폼에 광촉매가 담지되어 있는 광촉매부와;
    합금코팅메탈폼에 탈취촉매가 담지되어 있는 탈취촉매부와;
    자외선램프; 를 포함하되,
    상기 합금코팅메탈폼은 니켈; 철; 구리; 알루미늄 중 어느 하나로 형성된 금속 폼에 바인더를 도포한 후, 합금분말을 균일하게 도포하고, 1,000~1,400℃에서 열처리하여 소결시켜 얻어진 것으로서 기공 크기가 250㎛ 내지 2㎜이고 최대 공극률이 90~97%이며 밀도가 300g/㎡ 내지 5000g/㎡ 이며,
    상기 합금분말은 NiFeCrAl, FeCrAl 중 어느 하나를 포함하며 나노사이즈의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 광촉매부는 상기 합금코팅메탈폼에 CuO, MnO2, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 촉매물질이 더 담지되는 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    저온촉매탈취필터를 더 포함하는 제연정화살균 모듈.
  5. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매는 TiO2, Fe2O3, WO3, ZnO, ZrO2로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  6. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탈취촉매는 MnO2, CuO, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  7. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광촉매부와 자외선램프는 교대로 적층된 촉매-램프 적층체를 형성하며 각각 복수개로 포함되는 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 저온촉매탈취필터는 흡착성 물질에 상온 이하에서 기능하는 촉매물질이 담지된 것임을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 저온촉매탈취필터는 과립상 활성탄에 상온 이하에서 기능하는 촉매물질과 바인더를 첨가하고 혼합한 후 3차원의 일정 형상으로 성형시킨 것임을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 촉매물질은 CuO, MnO2, Al2O3로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈.
  11. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    고체세라믹천연아로마 발향체를 더 포함하는 제연정화살균 모듈.
  12. 니켈; 철; 구리; 알루미늄 중 어느 하나로 형성된 금속 폼에 바인더를 도포하는 단계와, 상기 바인더가 도포된 금속 폼에 합금분말을 균일하게 도포하는 단계와, 상기 합금분말이 도포된 금속 폼을 1,000~1,400℃의 열처리로 소결시켜 합금코팅메탈폼을 얻는 단계를 포함하며, 상기 합금분말은 NiFeCrAl, FeCrAl 중 어느 하나를 포함하며 나노사이즈의 입경을 갖는 합금코팅메탈폼의 제조공정;
    상기 합금코팅메탈폼에 광촉매를 담지시키는 광촉매부의 제조공정;
    상기 합금코팅메탈폼에 탈취촉매를 담지시키는 탈취촉매부의 제조공정; 및
    프리필터 및 헤파필터를 포함하는 필터부와, 상기 광촉매부, 상기 탈취촉매부 및 자외선램프를 조합하여 제연정화살균 모듈을 제조하는 공정;을 포함하는 제연정화살균 모듈의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 광촉매의 담지는, 액화광촉매와 분말광촉매가 혼합된 광촉매 용액에 합금코팅메탈폼을 30분에서 60분 동안 침지시킨 후 100~120℃로 열처리하는 것을 특징으로 하는 제연정화살균 모듈의 제조방법.
  14. 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항의 제연정화살균 모듈이 구비된 제연정화살균 장치.
  15. 제14항에 있어서, 팬을 더 포함하는 제연정화살균 장치.
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