공기청정기

공기청정기(空氣淸淨器, air purifier, air cleaner)는 실내 공기 중의 오염물질, 알레르겐, 독소와 같은 잡질을 제거하여 실내 공기 품질을 향상시켜주는 장치이다. 통상적으로 이를 사용하면 알레르기 환자와 천식증 환자한테 편하며 간접흡연의 피해를 줄이거나 없앨 수 있다.

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개요

공기청정기는 생활공간의 편의를 취지로 개발되어 실내 공기 품질을 떨어뜨리는 공기 오염물질을 감소시키고 먼지나 화분 같은 일반 알레르겐(allergens)을 필터링하여 천식이나 알레르기로 고생하는 사람들에게 유리하다.

공기정화 기술은 1940년대에 고성능 공기미립자 여과(HEPA) 필터가 개발되면서 발전을 이루어 의료청정실을 비롯한 개끗한 실내공간들을 만들었다. 그 뒤로 다양한 정화기술이 개발되었으며 소비자들은 소요에 비추어 적정한 정화 방식을 선택할 수 있다.

공기청정기는 공기 정화 방식에 따라 크게 기계식 공기청정기와 전기식 공기청정기로 나뉜다.

미국 리서치와 컨설팅 회사 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research)가 2021년 3월에 발표한 자료에 따르면 2020년에 공기청정기 글로벌 시장 규모는 106.7억 달러 수준이며 2021년부터 2028년 사이의 연평균 성장율(CAGR, compound annual growth rate)은 10% 수준으로 추정되고 있다. 시장 규모가 연속 성장하는 요인은 대기를 통해 전파되는 질병의 증가와 나날이 증가되는 도시 오염으로 추정하고 있으며 나아가서는 늘어가는 건강의식, 생활수준의 향상과 일회성 소득의 증대 등 역시 시장이 커가는 요인으로 분석되고 있다.

연혁

1823년에 잉글랜드의 찰스 앤서니 딘(Charles Anthony Deane)이 소방용 방독면(Smoke Helmet)을 발명하여 소방원들이 연기가 꽉 찬 공간에 진입할 수 있게 하였다. 이는 헬멧 뒷 부분에 긴 가죽호스를 달아 풀무로 공기를 공급할 수 있는 장치였다.

1860년에 스코틀랜드의 화학가 존 스텐하우스(John Stenhouse) 가 목탄의 흡수 특성을 활용하여 공기 정화 관련 2개 발명특허를 출원하고 세계 처음으로 실용화된 마스크(respirator)를 내놓았다. 1871년에 아일랜드의 물리학자 존 틴더우(John Tyndall)가 스텐하우스가 발명한 마스크의 보호 특징과 기타 호흡 장치를 통합하여 연기와 유독성 기체를 필터링할 수 있는 소방용 마스크의 특허를 출원하였으며 1875년에 승인을 받았다.

1950년대에 고성능 공기 미립자 여과 필터(HEPA, high-efficiency particulate air, high-efficiency particulate absorbing, high-efficiency particulate arrestance)가 상용화되었으며 그 전인 1940년대에 맨하튼 계획(Manhattan Project)을 추진하면서 공기중 방사성 오염 물질의 피해방지에 사용되었다.

정화방식별 기술원리

공기청정기에 적용되는 정화방식은 오염물질을 제거하는 방식에 따라 기계식, 전기식, 기타 방식으로 분류된다.

기계식 공기청정기 원리

기계식 공기청정기는 통상적으로 필터를 이용하여 공기 중의 먼지나 불순물을 걸러서 정화를 진행하며 기계식 공기 정화 방식은 공기청정기 중에 가장 보편적으로 적용하는 방식이다. 구체적으로 설명하면 기계식 공기 정화 방식은 오염된 공기를 팬으로 흡입하고 필터를 이용하여 미세먼지 또는 세균을 집진하며 체취나 담배 냄새를 탈취한다.

기본적으로 1단계에서 프리 필터로 큰 입자의 섬유 먼지 등을 걸러주고 2단계에서 헤파(HEPA) 필터 또는 ULPA 필터로 미립자를 집진한다. 필터에 나노실버 기술을 응용하여 살균력을 강화하기도 하고 활성탄을 사용하여 냄새를 제거하기도 한다. 헤파 필터는 0.3㎛ 직경의 미세먼지를 제거할 수 있고 ULPA는 0.1㎛ 직경의 미세먼지를 제거할 수 있다. 0.1㎛ 직경의 미세먼지에는 먼지중의 진드기, 곰팡이, 박테리아, 바이러스 들이 포함된다.

프리 필터는 3~4개월에 한 번씩 교체가 필요하고 헤파 필터나 활성탄 필터는 1년 정도에 한 번씩 교체가 필요하다.

전기식 공기청정기 원리

전기식 공기청정기는 전기 방전 원리를 이용하여 집진판으로 오염된 공기를 정화한다.

집진판의 방전사에 고압 직류전압을 가하여 공기가 전위계를 통과하는 과정에 순간적으로 부유 물질을 소각하는 방식이다. 집진판에 고전압이 인가되면 전극자체에서 전자가 생성되면서 전극 주변에 플라즈마가 형성되어 오염물질 입자들이 전하를 띠게 되며 이어서 집진판에 흡착되어 제거된다.

미세먼지까지 집진되어 정화 효과가 양호하지만 집진판 청소가 적기적으로 이루어 안 지면 집진판의 다시 배출될 가능성이 있다.

기타 방식 공기청정기 원리

□ 광촉매식 공기청정기

광촉매식 공기청정기는 광산화 반응을 이용하여 공기중의 불순물을 수증기와 이산화탄소로 분해하여 정화를 추진하는 방식이다. 광산화 반응은 광촉매제 이산화티타늄(TiO2)에 자외선을 비출 때 발생하며 이 때 오염된 공기가 통과하면 산화반응으로 세균, 미세먼지가 제거된다.

□ 복합식 공기청정기, 플라즈마식 등

복합식은 기계식과 전기식을 복합하여 공기 정화를 추진하는 방식이고 플라즈마 방식은 양/음 이온을 생성하여 불순물을 제거하는 방식이다.

종류

□ 기계식

• 집진필터식 - 전 처리와 헤파필터로 분진 제거
• 흡착필터식 - 활성탄을 이용하여 유해가스 흡착

□ 전기식

• 전기집진식 - 고전압을 이용하여 하전, 집진판에 분진을 부착하여 제거
• 음이온식 - 고전압으로 음이온을 생성, 방출하여 전하를 띤 분진을 집진판에 부착하여 제거

□ 기타

• 플라즈마식 - 플라즈마로 양/음 이온을 생성하여 유해가스를 제거
• UV광촉매식 - 이산화티타늄에 자외선을 비추어 광산화반응을 일으켜 악취와 유해가스를 제거
• 복합식 - 기계식과 전자식 등의 기능을 복합하여 작용

참고자료

• "Air purifier", Wikipedia
• 〈공기청정기〉, 《위키백과》
• "Understanding Air Purifier Technology", AirPurifiers.com
• 〈高效滤网〉, 《维基百科》
• "What is a HEPA filter?", US EPA

같이 보기

• 공기
• 청정
• 난방
• 냉방
• 에어컨
• 이온발생기

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