[스크랩] 공기청정기의 원리

건강하게 살기 위해서는 좋은 음식을 먹고 좋은 물과 좋은 공기를 마시는 것이 중요하다. 사람이 하루에 섭취하는 물질 중 80%가 공기이고 하루에 80% 이상의 시간을 실내에서 생활하고 있으므로 실내 공기의 오염은 건물병증후군 (SBS)과 같은 이상 증상을 일으킬 수 있다. 이 때문에 환경부는 미세먼지, 포름알데히드, 부유 세균 등 5개 오염물질에 대해 실내 공기질 유지 기준을 설정하여 준수하도록 하고 있으며, 가정에서도 공기 청정기를 사용하는 경우가 점점 많아지고 있다.     필터를 사용해 오염 물질을 제거 공기 중에는 건강에 해로운 세균이나 바이러스, 곰팡이, 미세먼지, 유해 기체, 악취를 풍기는 냄새 성분과 같이 여러 가지 오염 물질이 있을 수 있다. 공기 청정기는 이러한 오염 물질을 제거하기 위해 사용한다. 공기 중의 오염 물질을 제거하는 데는 크게 필터를 사용하여 여과·흡착하여 걸러내는 방식과 전기적으로 오염물질을 제거하는 방식이 있다. 여과란 입자의 크기 차이를 이용하여 액체나 기체로부터 고체 입자를 물리적으로 분리하는 과정이고, 흡착은 고체의 표면에 기체나 용액의 입자들이 달라붙는 것이다. 필터의 종류에 따라 제거할 수 있는 입자의 크기는 달라지는데 미세한 입자를 여과할수록 필터의 능력이 뛰어나다고 할 수 있다. 공기가 이러한 필터를 지나가면서 고체 입자들이 필터에 걸려 분리되는 것이다.

 

여과는 입자의 크기 차이를 이용하여 액체나 기체로부터 고체 입자를 물리적으로 분리하는 과정이다.

 

공기 중의 고체 입자의 분포는 0.001μm~500μm(1μm=10-6m)로 눈에 보이는 것부터 보이지 않는 것까지 다양한데, 이 가운데 10μm 이하의 직경을 가진 것을 미세먼지라 한다. 필터 방식으로 먼지를 제거할 때는 보통 섬유필터를 사용한다. 요즘 많이 사용하는 필터는 헤파 HEPA 필터인데, 0.3μm의 입자를 1회 통과시켰을 때 99.97% 이상 제거한다고 알려져 있다. 헤파필터는 미국에서 방사성 먼지를 제거하기 위해 개발되었다. 진드기, 바이러스, 곰팡이 등을 제거할 수 있는 까닭에 현재는 공기 청정기 뿐만 아니라 에어컨, 청소기 등에 널리 쓰이고 있다.   헤파필터는 불규칙하게 배열된 섬유들의 집합이다. 공기 중의 입자는 이들 섬유에 의해 차단되면서 정전기적 힘으로 섬유에 붙잡힌다. 헤파필터를 사용할 경우 세척이 가능한 프리필터를 먼저 통과시켜 크기가 더 큰 입자를 제거한다. 헤파필터를 자주 갈아야하는 불편을 줄이는 것이다. 헤파필터 뒤에는 필터의 등급을 나타내는 숫자가 있는데 이 숫자가 클수록 고효율임을 의미한다. 헤파필터로 거를 수 없는 더 작은 입자는 울파필터(ULPA, Ultra-Low Penetration Air)라는 초고성능 필터를 사용해 제거한다. 울파필터는 0.12μm 이상의 입자를 99.999%까지 제거할 수 있어 주로 반도체 연구실이나 생명공학 실험실의 클린룸에서 사용한다. 필터 방식의 공기 청정기를 사용할 때는 필터가 더러워져 공기가 재오염되는 것을 막기 위해 필터를 자주 세척하거나 필터의 교환주기를 철저히 지켜야 한다.

 

헤파필터의 구조.

 

 

이온화 방식을 이용해 전기적으로 오염 물질을 제거 전기적으로 오염 물질을 제거하는 공기 청정기는 방전 에 의한 이온화 방식을 이용한다. 수천 볼트의 고전압을 걸어주면 전극 자체에서 전자가 생성되거나 전극 주위의 기체에서 전자가 만들어져 전극 주위에 플라즈마가 형성된다. 플라즈마란 기체 상태의 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온을 포함하고 있는 상태로 전기를 잘 전도한다. 이렇게 만들어진 전자가 공기 중의 입자에 부착되면 입자들이 (-)전하를 띠게 되고, 전하를 띤 먼지 입자는 정전기적 인력에 의해 반대 전하가 걸려 있는 집진판으로 이동하여 들러붙어 제거된다.   이온화 방식은 공기 정화 과정에서 오존이나 질소산화물 같은 산화물이 어느 정도 발생한다. 이러한 산화물은 반응성이 커서 공기 중 유해 물질의 분해를 촉진하는 살균 효과를 나타낸다. 그러나 오존 발생에는 주의를 기울여야 한다. 실내의 오존 농도가 높으면 기침, 두통, 천식, 알레르기질환 등의 원인이 되므로 환경부는 다중이용시설에 대해 실내의 오존 농도를 0.06ppm 이하로 관리하고 있다.

 

이온화 방식으로 먼지를 제거하는 원리의 예.

 

먼지 외의 각종 냄새의 원인을 제거하는 데는 활성탄 필터를 사용한다. 활성탄은 극히 미세한 수백만의 기공이 있는 다공성 물질로 1g의 활성탄이 500m2 이상의 표면적을 가지고 있어 기체나 액체 등을 효과적으로 흡착한다. 또한 살균력이 있는 자외선을 공기에 쪼여 미생물을 제거하는 방식이나 산화티탄을 이용해 유해 물질을 분해하거나 미생물을 죽이는 광촉매 방식도 공기 청정에 이용되고 있다     가장 손쉬운 공기 정화 방식은 실내 환기 실내 공기 오염이 날로 심각해지고 건강에 대한 관심도 날로 증가하고 있어 새로운 기술로 포장된 공기 청정기들이 속속 등장하고 있다. 각 업체가 내세우는 다양한 공기 정화 원리의 과학성과 효과에 대해서 의견이 엇갈리는 부분도 많다. 성능이 뛰어난 공기 청정기도 좋겠지만 우리가 할 수 있는 가장 손쉬운 공기 정화 방식인 실내를 자주 환기시키는 일을 잊지 말아야겠다.

 

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1. 건물병증후군

   건물병증후군(Sick Building Syndrome)은 건물내 거주자들이 실내공기 오염으로 인하여 일시적 또는 만성적으로 걸리는 코, 눈, 목의 건조와 통증, 재채기, 코막힘, 피로 또는 무기력, 두통, 구도, 건망증 등의 건강 이상 증상이다.

2. 헤파

   헤파는 High Efficiency Particulate Air의 약자이다.

3. 방전

   공기와 같은 절연체가 강한 전기장 하에서 절연성을 잃고 전류가 흐르는 현상. 코로나 방전, 불꽃 방전, 아크방전, 글로우 방전 등이 있다.

 

 

 

글 이화정 / 금옥여자고등학교 교사, 서울과학교사모임

서울과학교사 모임은 딱딱한 과학수업을 재미있게 풀기 위해 모인 수도권 지역 과학선생님들의 모임이다. 재미있는 과학 교육을 위해 [묻고 답하는 과학 톡톡 카페1,2], [숨은 과학] 등을 출간하였다.

발행일  2010.11.01

출처 : 요셉나라

글쓴이 : GILBERT 원글보기

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