생활속 과학 (10) / 공기청정기는 어떻게 공기를 깨끗하게할까?

우리에게 맑은 공기를 선사하는 공기청정기의 원리

 

 

공업이 발달하고 인구가 많아지면 자연스럽게 환경오염이 시작되기 마련이다.  이러한 오염으로 발생되는 미세먼지나 냄새 같은 오염물질과 함께 자연 상태에서는 공기 중에 세균과 바이러스 곰팡이 등이 우리 인류와 늘 함께 존재한다.

이러한 공기 중에 포함되어 있는 오염물질들을 정화하여 신선한 공기로 바꾸는 장치가 공기청정기이다.

공기청정기는 적은 양의 전기를 사용하지만 먼지, 꽃가루, 애완동물의 털 및 곰팡이의 포자나 집먼지진드기의 배설물들 까지 알레르기를 일으키는 주된 물질을 줄이기 위해 사용되며 그중에서 특별히 알레르기와 천식이 있는 사람들에게 유용하게 사용이 된다.

처음에는 주로 가정에서 많이 사용하였지만 특히 우리나라는 미세먼지와 초미세먼지의 농도가 점점 심해지면서 각 가정뿐만 아니라 학교, 공공시설, 사무실, 병원이나 일반 상가에 까지 사용되고 있다.  같은 곳에 가더라도 공기청정기가 있는 곳을 더 선호하게 되며 아기가 있는 사람들은 중요하게 생각하고 있다.

이러한 공기청정기는 여러 가지 방식을 거쳐서 공기를 정화시키는데 대표적인 방식이 필터를 이용하여 여과, 흡착하여 정화하는 방식과 전기적으로 오염물질을 제거하는 방식이 있다.

1. 필터식

공기 중 오염물질을 제거하기 위해 팬을 이용해서 공기를 흡입한 후 필터를 통과하면서 여과 및 흡착하여 정화된 공기를 배출하는 방식으로 가장 많이 사용되고 있다.  

여과는 입자 크기 차이를 이용하여 분리하는 방식으로 필터의 종류에 따라서 제거할 수 있는 입자의 크기가 달라지며 미세한 입자를 여과할수록 좋은 필터라고 할 수 있다.  이 방식을 이용하는 공기청정기는 일반적으로 HEPA라는 부직포의 필터를 사용하는데 이 필터는 공기 중의 고체 입자(0.001㎛~500㎛) 중에서 미세먼지라고 불리는 10㎛ 이하의 미세먼지까지 분리가 된다.  HEPA필터는 0.3㎛의 입자를 통과시키면 99.97% 이상 제거된다고 알려져 있으며 미국에서 방사성 먼지를 제거하기 위해 개발되었지만 진드기나 바이러스, 곰팡이등을 제거할 수 있어서 공기청정기뿐만 아니라 에어컨이나 청소기 등에도 널리 사용되는 중요한 것이 되었다.

 

HEPA 필터

HEPA필터는 세척을 하면 성능이 떨어지기 때문에 더러워지면 교환해야 차기 때문에 세척이 가능한 프리필터를 먼저 통과시켜서 크기가 큰 입자를 걸러주고 난 후에 HEPA필터를 통과하는 방식을 이용한다.  헤파필터를 자주 갈아주어야 하는 불편을 줄이기 위해서 이다.  

이렇게 필터 방식의 공기청정기를 이용하는 경우에는 필터가 더러워져서 공기가 재오염되는 것을 막기 위해서 세척 가능한 필터는 자주 세척해 주고 교환해야 하는 것은 사용 빈도에 따라서 교체 주기를 잘 지켜 사용해야 한다.

 

2. 전기식(이온식)

전기식의 공기청정기는 방전에 의한 이온화 방식을 이용하는 것으로 일정한 거리를 둔 전극에 수천 볼트의 고전압을 흘려보내면 전극 자체에서 전극 자체나 주위의 기체에서 전자가 만들어져 플라즈마가 형성되며 이렇게 만들어진 전자가 공기 중의 미립자에 부착하면 (-) 전하를 띠게 되고 이를 (+) 극의 집진판에 끌어당겨 제거하게 된다.  

소비전력이 적고 조용하다는 장점이 있으나 시간이 오래 걸리고 일시적으로 불안정한 이온이 나오고 그것이 산소 분자와 결합해서 오존이나 질소산화물 같은 산화물이 발생하게 된다.  이들은 공기 중의 유해물질 분해를 촉진하는 살균효과를 나타내기도 하지만 오존의 경우 농도가 높으면 기침, 두통, 천식, 알레르기 질환 등의 원인이 되기 때문에 환경부에서는 다중이용시설애 대한 실내 오존 농도를 0.06ppm 이하로 관리하라고 한다.

• 고전압 걸기
• 전극 자체에서 전자 생성
• 전극 주위의 기체에서 전자가 만들어짐 (플라즈마)
• 전자가 공기 중 입자와 부착 후 (-) 전하를 띠게 됨
• 반대쪽 (+) 극의 집진판으로 이동

 

3. 먼지 외의 원인 제거

먼지뿐만 아니라 여러 가지 냄새나 유해물질, 미생물 등을 제거하기 위해서 활성탄 필터나 광촉매 방식의 필터도 사용이 된다.  활성탄은 미세한 수백만 개의 기공이 있는 다공성 물질로 기체나 액체 등을 잘 흡착하기 때문에 각종 냄새의 원인을 제거하는데 효과적이며 광촉매 방식은 살균력이 있는 자외선을 공기에 조여 미생물을 제거하는 방식이나 산화티탄을 이용해서 유해물질을 분해 하 거는 죽이는 방식이다.

 

 

헤파 필터와 활성타 필터

4. 환기

가장 쉬운 공기정화의 방법은 바로 실내 환기이다.

날이 갈수록 공기오염이 심해지고 건강에도 관심이 증가하여 새로운 기술의 새로운 제품이 지속적으로 등장하고 있지만 그 어떤 제품 보다도 실내 환기가 우선되어야 한다.

성능이 뛰어난 공기를 사용하는 것도 좋지만 주기적으로 환기를 해주는 것이 가장 쉬운 방법이니 잊지 말고 실천해보자.

 

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플라즈마 : 기체 상태의 원자나 분자에서 전자가 분리되어 전자와 이온을 포함하고 있는 상태로 전기를 잘 전도한다.