KR100971177B1 - 자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 유체 살균기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합하도록 구성된 자외선 유체 살균기에 관한 것이다.
본 발명은 복수개의 자외선 살균 유닛을 포함하여 이루어지고; 자외선 살균 유닛은 작은 석영관과, 상기 작은 석영관내에 설치되어 유체의 내측에서 자외선을 조사하는 내측 자외선 램프와, 상기 작은 석영관의 외측에 동심원상으로 설치되어 유체의 흐름 공간을 형성해 주는 큰 석영관과, 상기 작은 석영관의 외경면에 나선형으로 고정되어 유체에 회전력을 부여하는 스프링형 코일과, 상기 스프링형 코일을 작은 석영관의 외경면에 밀착 고정시키고 유체의 흐름 공간에 이물질이 끼이지 않도록 하여 주는 자외선투과 수축필름으로 이루어지며; 상기 큰 석영관의 바깥측에는 자외선 살균 유닛을 흐르는 유체에 외부에서 자외선을 조사하기 위한 복수개의 외측 자외선 램프가 구비된 것을 특징으로 하는 자외선의 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기이다.

Description

자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기{Ultraviolet rays sterilizer for fruid having poor ultraviolet rays transmission}

본 발명은 자외선 유체 살균기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합하도록 구성된 자외선 유체 살균기에 관한 것이다.

자외선 살균은 빛을 이용한 물리적인 살균방법으로 자외선 파장 중 254㎚ 파장의 작용에 의해 미생물 염색체 정보를 손상시켜 미생물이 생육 및 분열을 못하도록 함으로서 미생물이 사멸되도록 하는 기술이다.

자외선 살균은 유체속의 미생물(또는 수인성 미생물)의 살균에 이용되어 왔다. 이때 살균하고자 하는 유체는 자외선의 투과율이 일정 수준 이상이어야 하는데, 그 이유는 살균 자외선 파장이 254㎚로서 매우 짧기 때문에 탁도나 색도에 의해 흡수되어 투과력이 현저하게 떨어지기 때문이다.

따라서 유체에 대한 자외선 살균은 유체의 자외선 투과율이 통상 60%(또는 일부 외국계 회사에서는 40~45%) 이상이 될 때 경제성이 있다고 판단되어 적용되어 왔으며, 유체의 투과율이 40% 이하에서는 유체 살균에 자외선을 적용하지 않는 것이 일반적이다.

이러한 이유로 자외선 투과율이 낮은 유체의 살균은 대부분 열에 의존할 수 밖에 없었는데, 이와 같이 열에 의해 유체의 살균을 행하는 경우 과도한 에너지 비용이 지출됨은 물론 고열에 의해 유체내의 특정 성분이 파괴되는 부작용을 감수해야만 한다.

상기 자외선 투과율이라 함은 254㎚ 파장의 자외선을 1cm 석영셀에 담긴 유체에 투과시킨 후에 측정된 자외선의 강도를 %로 표시한 것을 말하며, 통상 먹는 샘물은 98% 이상이고 상수도 원수는 96%, 하수 방류수는 60~70%의 자외선 투과율을 나타낸다.

유체 중에 자외선을 흡수하는 성분, 예컨데 철, 망간 등과 같은 무기물 또는당액(Sugar Syrup)과 같이 5탄당이나 6탄당 등과 같은 벤젠 구조로 이루어진 물질 등이 있으면 자외선 투과율이 낮아진다.

자외선 투과율이 낮은 유체로는 녹즙(케일, 미나리, 석류, 당근 등), 과즙음료(오렌지, 사과, 석류 등), 수액(고로쇠 수액, 단풍나무 수액 등), 주류(민속주, 막걸리, 사과술 등), 각종 건강음료, 소스 및 양념류(간장, 감식초, 과당 등), 윤활유, 의약품, 기타 살균이 필요한 고점도 자외선 불투과성 액체 등이 있다.

특히 녹즙은 천연 유기농 야채를 선별하여 프레스로 눌러 나온 식물의 즙액으로서, 착즙한 후에는 통상 mL당 10,000~100,000마리(cfu/mL)의 일반 세균이 검출되며, 유통기간 동안의 변질을 방지하기 위해 대부분의 회사에서는 냉장상태에서 하루 이내에 소비자에게 배달되도록 하고 있다. 또한 일단 포장을 개봉한 후에는 남기지 말고 다 먹으라고 권장한다.

이는 녹즙을 상온에서 방치하는 경우 미생물이 발육되고 발육된 미생물에 의해 하루만에 용기가 볼록하게 팽창하는 현상이 생기기 때문이며, 이러한 현상을 막기 위해서는 미생물의 살균이 절실히 필요함에도 불구하고 종래에는 자외선을 통한 살균이 제대로 이루어지지 않는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 자외선 살균의 한계성을 극복하여 자외선의 투과살균과 표면살균 개념이 동시에 구현되도록 자외선 램프의 주변을 흘러가는 유체의 두께를 박막의 형태로 만듬과 동시에 유체의 흐름을 난류화시키고 이렇게 박막의 형태로 난류화 되어 흘러가는 유체에 대해 안쪽과 바깥쪽에서 동시에 자외선을 조사함으로서 자외선 투과율이 낮은 유체의 경우에도 효과적인 자외선 살균이 이루어 질 수 있는 자외선 유체 살균기를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따라 복수개의 자외선 살균 유닛을 포함하여 이루어지고; 자외선 살균 유닛은 작은 석영관과, 상기 작은 석영관내에 설치되어 유체의 내측에서 자외선을 조사하는 내측 자외선 램프와, 상기 작은 석영관의 외측에 동심원상으로 설치되어 유체의 흐름 공간을 형성해 주는 큰 석영관과, 상기 작은 석영관의 외경면에 나선형으로 고정되어 유체에 회전력을 부여하는 스프링형 코일과, 상기 스프링형 코일을 작은 석영관의 외경면에 밀착 고정시키고 유체의 흐름 공간에 이물질이 끼이지 않도록 하여 주는 자외선투과 수축필름으로 이루어지며; 상기 큰 석영관의 바깥측에는 자외선 살균 유닛을 흐르는 유체에 외부에서 자외선을 조사하기 위한 복수개의 외측 자외선 램프가 구비된 것을 특징으로 하는 자외선의 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기가 제공된다.

상기 큰 석영관과 작은 석영관은 테프론관으로 대체하는 것도 가능하다.

또한, 상기 내측 자외선 램프와 외측 자외선 램프는 석영관과 나란하게 설치된 막대형 자외선 램프로 이루어진다.

본 발명에 따른 자외선 유체 살균기는 유체의 흐름이 박막화됨과 동시에 난류화되기 때문에 자외선 램프의 조사효율이 증가하게 되며, 상기와 같이 박막화 및 난류화되어 흐르는 유체의 안쪽과 바깥쪽에서 동시에 자외선을 조사하도록 되어 있기 때문에 유체의 안쪽에서만 자외선을 조사하는 기존의 자외선 유체 살균기에 비해 조사면적이 2배 이상 증가되고 이에 따라 자외선 투과율이 낮은 유체도 효과적으로 살균할 수 있게 된다.

또한 스프링형 코일의 바깥둘레에 설치된 자외선투과 수축필름에 의해 유체의 흐름이 원활짐은 물론 유체내에 포함되어 있을지 모르는 작은 이물질이 코일형 스프링에 걸려 누적되는 현상을 방지하여 살균효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 유체 살균기의 개략 정면도
도 2는 도 1의 측면도
도 3은 도 1에 도시된 자외선 살균 유닛을 확대하여 나타낸 단면도
도 4는 도 3의 종단면도
도 5는 스프링형 코일에 의해 유체가 나선형으로 흐르는 상태를 설명하기 위한 도면
도 6은 큰 석영관과 스프링형 코일 사이의 간극에 의해 유체가 직선으로 흐르는 상태를 설명하기 위한 도면

본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 바람직한 실시예일 뿐이며, 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상이 변하지 않는 범주내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위는 아래의 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 유체 살균기의 개략 정면도와 측면도이며, 도 3은 자외선 살균 유닛을 확대하여 나타낸 단면도이고 도 4는 도 3의 종단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 자외선 유체 살균기는 복수개의 자외선 살균 유닛(10)이 직렬적 또는 병렬적으로 연결되어 이루어진다. 상기 자외선 살균 유닛(10)을 직렬적으로 연결하면 살균효율의 측면에서 유리하고 병렬적으로 연결하는 경우에는 살균처리 유량이 증가하게 된다.

본 발명 실시예의 도 1 및 도 2에서는 자외선 살균 유닛(10)이 직렬적으로 연결된 상태를 도시하였으며, 자외선 살균 유닛(10)을 직렬적으로 연결할 때에는 유닛의 차압 등을 고려하여 2~5개의 단위로 연결하는 것이 바람직하다. 이 실시예에서 유체입구로 유입된 유체는 직렬로 연결된 복수개의 자외선 살균 유닛(10)을 차례로 통과하는 동안 자외선 램프에서 조사되는 자외선에 의해 살균이 이루어진 후 유체출구를 통해 배출된다.

상기 자외선 살균 유닛(10)의 바깥측에는 각각의 자외선 살균 유닛(10)을 통과하는 유체에 외부로 부터 자외선을 조사하기 위한 복수개의 막대형 외측 자외선램프(30)가 자외선 살균 유닛(10)과 나란하게 설치되어 있다. 첨부된 도면의 실시예에서는 상기 외측 자외선램프(30)가 측면에서 볼 때 각각의 자외선 살균 유닛(10)의 주위에 정사각형을 이루도록 배열되어 있는 예를 도시하였으나 외측 자외선램프(30)의 갯수와 배열은 상기 예에 한정되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다. 또한 자외선 살균 유닛(10)의 일측에는 자외선 유체 살균기의 작동이 정지되었을 때 큰 석영관(15)의 세정상태를 감지하기 위한 자외선 센서(20)가 설치되어 있다.

도 3과 도 4는 자외선 살균 유닛(10)을 설명하기 위한 도면으로서, 자외선 살균 유닛(10)은 내측 자외선램프(11)와 작은 석영관(12)과 스프링형 코일(13)과 자외선투과 수축필름(14) 및 큰 석영관(15)으로 이루어져 있다.

상기 작은 석영관(12)과 큰 석영관(15)은 자외선 살균파장(254㎚)이 잘 투과되어야 하는 특성 때문에 석영재질로 만들어진 관을 사용하는 것이 바람직하지만 이와는 달리 자외선이 투과될 수 있는 테프론관으로 대체하는 것도 가능하다. 하지만 작은 석영관(12)을 테프론관으로 대체하는 경우 유체의 압력에 의해 관이 찌그러질 우려가 있기 때문에 석영관을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 내측 자외선램프(11)는 막대형 자외선 램프로 작은 석영관(12)의 내부 중심에 작은 석영관(12)과 나란하게 설치된다. 큰 석영관(15)은 작은 석영관(12) 보다 큰 내경을 가지며, 작은 석영관(12)을 둘러싸도록 작은 석영관(12)의 바깥측에 동심원적으로 배치된다. 따라서 작은 석영관(12)과 큰 석영관(15) 사이에는 유체가 흐를 수 있는 공간이 형성된다.

상기 스프링형 코일(13)은 작은 성형관(12)의 외경면에 밀착 고정되어 자외선 살균 유닛(10)을 따라 흐르는 유체를 난류화시키는 역할을 한다.

상기 자외선투과 수축필름(14)은 스프링형 코일(13) 위에 씌워져 스프링형 코일(13)을 고정시키는 역할을 한다. 또한 자외선투과 수축필름(14)은 유체가 난류화되어 회전흐름이 일어날 때 유체에 함유되어 있는 섬유질이나 고형물이 끼일 수 있는 공간을 차단하면서 유체의 저항을 줄여 유체가 효과적으로 흐르게 할 뿐만 아니라 저항으로 인한 에너지의 손실을 막아준다. 이 자외선투과 수축필름(14)은 자외선 살균파장을 투과시킬 수 있는 재질로서 수축성이 양호하여야 함은 물론 자외선 살균파장에 오래 견딜 수 있는 재질이어야 한다.

상기 외측 자외선램프(30)는 큰 석영관(15)의 바깥측에 큰 석영관(15)과 나란하도록 복수개가 배치되며, 내측 자외선램프(11)를 기준으로 할 때 각 외측 자외선램프(30)가 등거리를 이루면서 대칭형으로 배열되는 것이 좋다.

상기 큰 석영관(15)의 내경은 자외선투과 수축필름(14)의 외경 보다 크게 형성되어 자외선투과 수축필름(14)의 외경과 큰 석영관(15)의 내경 사이에는 도 6과 같이 유체가 흐를 수 있는 간극(d)이 존재한다. 따라서 유체는 간극(d)을 통한 직선형 흐름과 스프링형 코일(13)에 의한 회전형 흐름에 의해 난류화 되는데, 이때 간극(d)을 작게 할수록 난류화를 시키는데 이상적인 조건을 갖출수는 있지만 유체의 종류에 따라 섬유질이나 고형물이 간극(d)에 끼일 수 있으므로 간극(d)은 적당한 거리로 설계되어야 한다.

동심 단면적에 흐르는 유체가 자외선 램프에서 나오는 자외선을 골고루 조사받도록 하기 위해서는 유체가 잘 섞여지게 난류화되는 것이 바람직하다. 이러한 난류화는 유체속에 있을지 모르는 작은 고형 이물질들이 큰 석영관(15)의 내경면과 자외선투과 수축필름(14)의 외경면에 달라붙지 못하도록 하여 고형 이물질에 의해 자외선이 차단되어 살균기능이 떨어지는 것을 방지하는 역할도 한다. 즉, 살균기를 장시간 가동시킬 때에 자외선 살균기능이 떨어지는 것을 방지하는데 바람직하다.

도 5와 도 6은 동심 단면적내에서의 유체의 흐름을 설명하기 위한 도면으로서, 유체는 도 6과 같이 큰 석영관(15)과 자외선투과 수축필름(14) 사이의 간극(d)으로 흐르는 직선형 흐름 및 도 5와 같이 스프링형 코일(14)의 형상을 따라 흐르는 나선형 흐름을 가지게 된다. 상기에서 유량과 동심 단면적과의 비례를 조절하여 나선형 흐름을 난류화시키면 난류화된 나선형 흐름이 직선형 흐름과 충돌하여 간극(d)에 흐르는 유체의 난류화가 가중되며, 이러한 나선형 흐름의 난류화는 유량과 유로단면적에 의해 영향을 받는다.

유체의 흐름을 나타내는 층류와 난류는 통상 레이놀즈 수에 의해 구분되며, 이 레이놀즈 수가 2,000 이하이면 층류, 4,000 이상이면 난류로 정의된다. 또 레이놀즈 수는 유체의 밀도, 유속, 관의 지름, 점성 등에 의해 결정되며, 유량이 동일하다고 가정할 때 관의 지름이 작을수록, 점도가 떨어질수록, 밀도(온도)가 떨어질수록 레이놀즈 수는 증가하게 된다.

따라서 간극(d)의 크기와 스프링형 코일(13)의 피치 등을 적절히 조절하여 유체의 흐름을 난류화시킬 수 있으며, 스프링형 코일(13)의 피치간격이 너무 좁으면 스프링형 코일(13)이 유체 저항의 역할을 다하지 못하게 되고 피치간격이 너무 넓으면 오히려 난류의 발생이 방해를 받는다.

상기 본 발명의 실시예에 따른 자외선 유체 살균기는 유체가 큰 석영관(15)과 자외선투과 수축필름(14) 사이 공간에서 난류화되어 흐르는 동안 내측 자외선램프(11)에서 자외선이 조사됨은 물론 외측 자외선램프(30)에서도 자외선이 조사되기 때문에 자외선 살균효율이 높아진다.

즉, 유체의 내,외측에서 유체를 향해 동시에 자외선이 조사되기 때문에 기존의 자외선 유체 살균기에 비해 조사면적이 2배 이상 넓어져 자외선 살균효율이 향상되는 것이다.

10 : 자외선 살균 유닛 11 : 내측 자외선 램프
12 : 작은 석영관 13 : 스프링형 코일
14 : 자외선투과 수축필름 15 : 큰 석영관
20 : 자외선 센서 30 : 외측 자외선 램프

Claims (4)

1. 복수개의 자외선 살균 유닛을 포함하여 이루어지고;
   자외선 살균 유닛은 작은 석영관과,
   상기 작은 석영관내에 설치되어 유체의 내측에서 자외선을 조사하는 내측 자외선 램프와,
   상기 작은 석영관의 외측에 동심원상으로 설치되어 유체의 흐름 공간을 형성해 주는 큰 석영관과,
   상기 작은 석영관의 외경면에 나선형으로 고정되어 유체에 회전력을 부여하는 스프링형 코일과,
   상기 스프링형 코일을 작은 석영관의 외경면에 밀착 고정시키고 유체의 흐름 공간에 이물질이 끼이지 않도록 하여 주는 자외선투과 수축필름으로 이루어지며;
   상기 큰 석영관의 바깥측에는 자외선 살균 유닛을 흐르는 유체에 외부에서 자외선을 조사하기 위한 복수개의 외측 자외선 램프가 구비된 것을 특징으로 하는 자외선의 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 큰 석영관을 테프론관으로 구성한 것을 특징으로 하는 자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 작은 석영관을 테프론관으로 구성한 것을 특징으로 하는 자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 내측 자외선 램프와 외측 자외선 램프가 석영관과 나란하게 설치된 막대형 자외선 램프인 것을 특징으로 하는 자외선 투과율이 낮은 유체를 살균하는데 적합한 자외선 유체 살균기.

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