공기 청정기

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배경

공기 청정기는 꽃가루, 동물의 비듬, 먼지, 곰팡이 포자와 같은 알레르겐에 대한 사람들의 반응에 따라 진화했습니다. 반응(재채기, 콧물, 가려운 눈, 천식 발작과 같은 더 심각한 결과)은 가정에서 발견되는 항원의 결과입니다. 이러한 항원은 천식의 주요 유발 요인이며 미국에서만 1,700만 명이 넘는 천식 환자가 있습니다. 공기 청정기는 이러한 입자의 일부를 제거하여 알레르기 유형 반응을 줄입니다.

알레르겐은 크기가 매우 작기 때문에 표준 진공 청소기 백을 통과하여 며칠 동안 머무르는 공기 중으로 재분배될 수 있습니다. 고양이 알레르겐 1마이크로그램만으로도 고양이에 알레르기가 있는 600만에서 1000만 미국인 대부분이 알레르기 반응을 일으킬 수 있습니다. 박테리아 및 바이러스와 같은 기타 공기 중 입자는 질병을 유발할 수 있으며 그 중 일부는 치명적입니다. 알레르기, 천식, 치명적인 질병 등 많은 이유가 있습니다. 미국에서 매년 수백만 대의 공기 청정기가 판매됩니다.

공기 중의 질병 및 알레르기 유발 입자의 일부 또는 전부를 제거할 수 있는 두 가지 일반적인 유형의 공기 청정기가 있습니다. 기계적 필터(가장 효과적인 것은 고효율 미립자 공기 필터(HEPA 필터)로 분류됨)와 전기 집진기입니다.

HEPA 필터는 직경이 1미크론(미크론은 0.00004인치, 0.001mm) 미만인 매우 가는 유리 실로 만들어집니다. 그에 비해 사람의 머리카락은 직경이 약 75미크론(0.003인치, 0.07mm)입니다. 가는 유리 실이 서로 엉켜 압축되어 필터 매트를 형성합니다. 개별 실이 매우 미세하기 때문에 대부분의 매트는 공기로 구성되어 있습니다. 매트의 구멍은 일반적으로 0.5미크론(0.00002인치, 0.0005mm) 미만으로 매우 작습니다. HEPA 필터는 직경이 0.3미크론(0.00001인치, 0.0003mm) 이하의 입자를 수집합니다. 필터의 너비가 2.5mm(0.10인치)에 불과하더라도 2,500개 층의 유리 실로 구성됩니다.

전기 집진기는 정전기력에 의존하여 공기에서 입자를 제거합니다. 그들은 먼지 입자가 강제로 통과하는 자유 전자 구름을 만들어 작동합니다. 먼지 입자는 플라즈마를 통과할 때 하전되어 수집하기 쉽습니다. 전기 집진기는 0.01미크론(0.00001mm)의 직경까지 입자를 수집할 수 있습니다.

HEPA 필터나 전기 집진기는 공기에서 휘발성 유기 화합물을 제거할 수 없으므로 냄새를 줄이기 위해 아무 조치도 취하지 않습니다. 이러한 이유로 대부분의 공기 청정기에는 활성탄으로 구성된 프리 또는 포스트 필터가 장착되어 있습니다. 활성탄은 탄소원(코코넛 껍질, 오래된 타이어, 뼈 등)을 산소가 없는 상태에서 매우 높은 온도로 가열하여 생성되며, 이 과정을 열분해 또는 파괴적 증류라고도 합니다. 열분해는 순수한 탄소를 원료에 포함된 다른 물질과 분리합니다. 그런 다음 순수한 탄소는 1,500°F(800°C)의 증기에 노출됩니다. 고온의 증기는 탄소를 활성화시킵니다. 활성화 과정은 탄소 입자에 수백만 개의 균열을 형성합니다. 이러한 균열의 직경은 약 0.002미크론(0.000002mm)입니다. 균열이 너무 많기 때문에 활성화 과정에서 탄소에 중량당 엄청난 표면적(약 6.5 에이커/온스(1,000 m ² ) /G). 수백만 개의 균열은 유기 화합물이 흡착될 수 있는 위치를 제공합니다. 또한 탄소 표면은 비극성 화학물질(양전하와 음전하를 분리하지 않은 화학물질)을 끌어당기는 잔류 전하를 운반합니다. 활성탄은 냄새 생성 화합물을 흡착하는 데 매우 효과적입니다.

연혁

인간이 집단 생활을 하는 한 공기 청정도는 관심사였습니다. 수렵 채집인이 유목 생활을 하는 이유 중 하나는 주기적으로 쓰레기장과 변소에서 멀리 떨어져야 하기 때문입니다. <작은> 서기 61년, 로마 철학자 세네카는 로마에 끊임없이 드리워진 굴뚝 연기의 독기에 대해 불평했습니다. 1306년 영국의 에드워드 1세는 대기 중에 남아 있는 무거운 오염 물질 때문에 런던에서 석탄 연소를 금지했습니다.

18세기와 19세기의 산업혁명은 문제를 더욱 악화시켰습니다. 석탄을 태우고 전기와 연료를 공급하자 세계의 모든 주요 산업 중심지에 검은 연기가 피어올랐고 도시 전체가 그을음으로 뒤덮였습니다. 이 문제를 해결하기 위해 엔지니어들은 더 높은 연기 굴뚝을 만들어 공기 중 쓰레기를 배출원에서 더 멀리 이동시켰습니다. 굴뚝의 높이에 관계없이 사람들은 석탄 연소로 인한 재와 산성 가스(산성비의 근원)가 농작물을 파괴하는 것에 대해 불평했습니다. 대기 오염은 자동차가 산업화된 세계에서 주요 운송 수단이 된 제2차 세계 대전 이후 다시 악화되었습니다. 자동차 스모그는 로스앤젤레스에 세계 최악의 대기 질을 제공했습니다.

원자재

HEPA 필터와 집진기 모두에 들어가는 재료는 플라스틱으로 만든 케이스, 필터를 통해 공기 흐름을 유도하는 선풍기, 필터 자체, 팬의 속도를 제어하고 공기 청정기를 돌리는 제어 스위치입니다. 켜짐 및 꺼짐. HEPA 필터는 붕규산 유리 섬유 또는 플라스틱 섬유(예:폴리프로필렌)로 만들어지며 최대 5% 아크릴 바인더(라텍스 페인트를 집에 묶는 것과 동일한 화합물)와 함께 결합됩니다. 전기 집진기는 접지된 강철 충전판 사이에 설정된 강철 와이어를 통해 극도로 높은 양의 직류 전압을 실행하여 이온을 생성합니다. 케이스는 거의 보편적으로 플라스틱, 일반적으로 고충격 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 고밀도 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 만들어집니다. 대부분의 공기 청정기에는 일반적으로 활성탄으로 구성된 포스트 필터가 장착되어 있습니다.

디자인

HEPA 필터는 제거할 입자의 크기와 필요한 공기 유량을 기반으로 설계되었습니다. HEPA 물질의 기공이 미세할수록 공기에서 제거되는 입자가 미세해집니다. 그러나 더 미세한 입자를 수집하면 필터 재료가 더 빨리 막히고 더 자주 교체해야 합니다. 설계자는 유리 섬유의 직경과 필터 기공 크기를 고정하는 필터 직물의 매트 밀도를 지정합니다. HEPA 필터에는 추가 강도를 제공하는 바인더가 포함될 수 있지만 이로 인해 필터가 더 빨리 막히게 됩니다.

전기 집진기의 설계는 훨씬 더 복잡합니다. 가정용 전기 집진기는 일반적으로 이온화 구성 요소(전자 구름이 생성되는 곳)와 집진 구성 요소(하전된 먼지 입자가 공기에서 빠져 나오는 곳)의 두 가지 구성 요소를 갖도록 설계되었습니다. 수집 구성 요소는 일련의 병렬 강판으로 구성되어 있습니다. 반은 접지되고 나머지 반은 양의 직류 전압을 전달하므로 대체 판은 양전하 또는 음전하를 띠게 됩니다. 이온화 장치는 집전판과 평행하지만 앞에 놓인 별도의 접지된 강철 이온화 판 세트 사이에 연결된 가는 와이어로 구성됩니다. 가는 전선은 매우 높은 양의 전압 직류(가정용 공기 청정기의 경우 최대 25,000볼트)를 전달합니다. 와이어의 양전하는 와이어와 인접한 이온화 플레이트 사이에서 전자의 흐름을 유도합니다. 와이어에 매우 높은 전압이 있기 때문에 전자는 중력 가속도의 약 1,000배의 가속도에 의해 와이어 쪽으로 밀려나며 이는 전자를 매우 빠른 속도로 가속합니다. 예를 들어 집먼지 진드기의 배설물 입자가 와이어를 지나 떠오를 때 고속 전자가 입자 분자의 전자와 충돌하여 노크 전기 집진기 및 그 구성 요소의 예. 그들 중 일부는 무료입니다. 이 분자는 전자를 잃으면 양전하를 띠고 음전하를 띤 집전판에 끌립니다. 설계자는 집진기를 통과하는 입자를 이온화하기에 충분한 수의 전자를 생성할 수 있을 만큼 충분히 높은 전압을 선택해야 하며 집진기 팬이 집진기 팬이 입자를 끌어당기기 전에 이온화된 먼지 입자가 플레이트에 포착될 수 있도록 집전판을 충분히 가깝게 간격을 두어야 합니다. 공기청정기를 통해 완전히

제조
프로세스

케이스

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1 원료(고충격 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 고밀도 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌)의 펠렛을 호퍼에 넣고 융점 300-590°F(150-310°C)까지 가열합니다. .

2 용융된 플라스틱을 케이스의 금형에 고압으로 주입합니다. 금형은 일반적으로 고도로 숙련된 금형 제작자가 공구강으로 만듭니다. 금형의 통풍구는 플라스틱이 들어갈 때 동반된 공기가 빠져나갈 수 있도록 합니다. 금형 설계자는 금형이 플라스틱으로 고르게 채워지고 동반된 모든 공기가 빠져나갈 수 있도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 최종 부품에 작은 기포 또는 공극이 포함될 수 있습니다.

3 물은 용융 플라스틱에서 환경으로 열을 전달하기 위해 금형에 내장된 채널을 통해 강제로 유입됩니다. 부품이 충분히 냉각되면(최대 2분이 소요될 수 있음) 금형이 열립니다. 유압으로 작동하는 핀은 부품을 열린 몰드 밖으로 밀어 수납통으로 밀어 넣습니다.

팬

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4 선풍기는 공기청정기를 통해 공기를 끌어당기는 데 사용됩니다. 팬은 일반적으로 소형 부품 공급업체에서 구입합니다. 팬은 모터의 동력인출장치에 부착된 금속 팬 블레이드가 있는 소형 전기 모터로 구성됩니다. 팬 블레이드는 일반적으로 칼라에 스폿 용접되며, 칼라는 동력인출장치에 미끄러져 제자리에 볼트로 고정됩니다.

5 팬은 일반적으로 강철 나사로 케이스에 부착됩니다.

HEPA 필터

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HEPA 필터를 구성하는 유리 섬유는 용융 유리 또는 플라스틱을 회전 노즐의 매우 미세한 구멍에 통과시켜 생성됩니다. 생성된 유리 섬유는 직경이 작기 때문에 거의 즉시 냉각되고 단단해집니다.

방사 노즐은 섬유가 수집되는 이동 컨베이어 벨트 위에서 앞뒤로 이동합니다(유리 섬유가 웹을 형성하게 함). 컨베이어 벨트의 속도는 필터 재료의 두께를 결정합니다. 컨베이어 벨트가 느리면 벨트에 더 많은 유리 섬유가 쌓이게 됩니다.

섬유의 용융 및 냉각은 섬유의 일부 결합을 생성합니다. 컨베이어가 진행됨에 따라 추가 강도를 제공하기 위해 라텍스 바인더가 직물에 분사됩니다. 직물은 기계의 실제 크기까지 임의의 너비가 될 수 있으며 직물이 롤러에 감기기 전에 고객이 지정한 크기로 절단될 수 있습니다.

HEPA 매트가 형성되면 자동 폴더에서 아코디언 패턴으로 접힙니다. 아코디언 패턴은 최대 50피트 ² (5m ² ) 작은 공간에 밀폐되는 필터 재료.

아코디언 모양의 필터는 일반적으로 개방형 와이어 그리드로 구성된 필터 케이스에 들어 있습니다. 필터 케이스의 목적은 필터를 지지하는 것입니다.

전기 집진기

<올>

집진기 집진기 수집 시스템은 강철판을 플라스틱 케이스에 넣어 손으로 조립하는 방식으로 제조됩니다. 플레이트는 케이스에서 서로 평행하게 배열됩니다.

와이어는 그런 다음 판에 고전압 양의 직류가 적용되는 대체 판에 연결됩니다. 다른 플레이트는 접지되어 있습니다.

이온화 장치는 집전판 앞에 작은 직경의 와이어를 연결하여 구성됩니다.

집진기 케이스에는 115볼트의 가정용 교류를 고압의 직류로 변환하는데 사용되는 변압기가 고정되어 있습니다. 이 전압은 양으로 대전된 수집판과 이온화 와이어 모두에 흐릅니다.

활성탄 필터

<울>

1 활성탄 필터(냄새 감소용)는 일반적으로 탄소가 함침된 천이나 폼으로 구성됩니다. 이것은 원료에 분말 활성탄을 주입하여 제조합니다.

2 탄소 필터는 HEPA 필터의 내부 또는 외부에 감싸거나 전기 집진기의 입구 또는 출구에서 프레임으로 늘어납니다.

조립

<울>

3 공기청정기에는 부품이 거의 없습니다. 이러한 이유로 일반적으로 벤치 조립됩니다. 벤치 조립에서 움직이는 컨베이어는 개별 구성 요소 또는 하위 조립품(예:케이스에 이미 부착된 팬)을 벤치로 가져온 다음 사람이 손으로 조립합니다. 일반적인 HEPA 공기 청정기에는 케이싱, 팬, 미립자 필터, 탄소 필터 및 켜기/끄기 스위치의 5가지 구성 요소만 조립이 필요할 수 있습니다.

품질 관리

필터 효율은 공기 청정기의 가장 중요한 품질 관리 테스트입니다. 미국 재료 시험 협회(ASTM)는 필터가 특정 응용 분야에 사용되거나 HEPA 필터로 판매되기 전에 충족해야 하는 품질 관리 테스트를 게시합니다(예:ASTM-F50:표준 규격의 연속 크기 조정 및 공기 중 입자 계수). 단일 서브마이크로미터 및 더 큰 입자를 감지할 수 있는 기기를 사용한 먼지 통제 구역 및 청정실). 미국 국방부는 디옥틸프탈레이트(DOP) 입자를 필터를 통해 불어넣는 기준을 공포했다. 통과하려면 필터가 유입수 DOP를 99.97% 제거해야 합니다.

부산물/폐기물

제조 부산물에는 활성탄 제조에서 증류되는 비탄소 물질, 사양 필터 물질 및 HEPA 필터 생산에서 폐기해야 하는 초과 물질이 포함됩니다. 기타 제조 폐기물의 대부분, 사출기의 플라스틱 러너 및 초과 판금은 재활용할 수 있습니다.

공기 필터 작동 중에 추가 폐기물이 생성됩니다. 전기 집진기에서 생성된 이온은 공기 중의 산소와 상호 작용하여 오존을 생성합니다. 고농도에서 오존은 유독합니다. 가정용 전기 집진기에서 생성되는 오존 수준은 위험한 수준에 도달할 가능성은 없지만 일부 사람들은 낮은 수준의 오존에도 민감합니다. 전기 집진기의 집진판은 주기적으로 청소해야 합니다.

HEPA 필터는 필터를 통해 여과되는 공기의 양과 공기 중 미립자의 양에 따라 수명이 제한됩니다. 대부분의 제조업체는 몇 년마다 교체할 것을 권장합니다. 사용한 필터는 재활용할 수 없으므로 결국 매립됩니다.

활성탄은 재활용할 수 있지만 가정용 공기 청정기에 포함된 소량의 탄소를 처리하는 데 드는 비용은 어마어마할 것입니다. 일반적으로 완전히 사용한 후에는 매립지로도 갑니다.

미래

과학자들이 환경 오염 물질과 인간 건강에 미치는 영향에 대해 더 많이 알게 되면서 가정과 사무실에 깨끗한 공기를 제공해야 할 필요성이 더욱 커질 것입니다. 현재 세대의 HEPA 필터는 직경이 0.3미크론(0.00001인치, 0.0003mm) 이하인 입자만 제거할 수 있지만 직경이 0.1미크론(0.0001mm) 이하인 입자는 폐 조직에 기계적 손상을 일으킬 수 있다고 믿어집니다. 바이러스는 직경이 0.02미크론(0.00002mm)만큼 작을 수 있습니다. 분명히, 실내 공기 오염을 통제하는 데 있어 아직 진전이 있을 수 있습니다. 현재 기술의 방향은 더 미세한 필터 재료로 향하고 있습니다. 여과의 새로운 표준은 Ultra Low Penetrating Air의 약자인 ULPA 필터입니다. ULPA 필터는 HEPA 필터가 제거할 수 있는 가장 작은 입자 직경의 약 1/3인 직경이 0.12미크론(0.00012mm)까지의 입자를 제거할 수 있어야 합니다.

자세히 알아보기

책

Cooper, David C. 및 F.C. Alley. 대기 오염 제어:설계 접근 방식. 일리노이주 Prospect Heights:Waveland Press, Inc., 1994.

맙소사, 태드. 실내 환경 품질. 뉴욕:Lewis Publishers, 1999.

Mycock, John C., et al. 대기 오염 제어 공학 및 기술 핸드북. 뉴욕:Lewis Publishers, 1995.

정기간행물

Christiansen, S.C., et al. "샌디에고 도심에서 천식이 있는 히스패닉 아동의 환경 알레르겐에 대한 노출 및 과민성." 알레르기 및 임상 면역학 저널 (1996년 8월):288-294.

기타

"정전기 강수." Tin Works, Inc. 2001년 6월 3일. .

"필터 미디어." Mac 장비. 2001년 6월 3일. .

"플라스틱:사출 성형." 미국 산업 디자이너 협회. 2001년 6월 17일. .

제프 비