KR101684223B1 - 중앙 집광형 살균시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 석영관 내부에 코팅된 합성 광촉매와 광이 반응하는 광화학적 반응을 이용하여, 상기 석영관 내부에 흐르는 유체를 살균시킬 수 있는, 중앙 집광형 살균시스템을 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템은, 투명하며, 내부면에 이산화 티타늄(TiO2)을 포함한 광촉매(101)가 코팅되어 있는 석영관(110); 상기 석영관(110)의 외부에 배치되고, 상기 석영관(110)을 따라 배치되며, 상기 석영관(110)에 광을 조사하는 광원부(120); 상기 석영관(110)의 외부에 배치되며, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광을 반사시키는 반사판(140); 및 상기 석영관(110), 상기 광원부(120) 및 상기 반사판(140)을 커버하고 있는 하우징(150)을 포함한다.
Description
본 발명은 살균 시스템에 관한 것이며, 특히, 자외선 또는 가시광선 발광다이오드, 합성 광촉매가 코팅된 석영관 및 반사기능의 방열판구조가 구비된 중앙 집광형 살균시스템에 관한 것이다.
종래의 살균시스템의 자외선 광원으로는, 주로 수은(Hg) UV Lamp, 메탈할라이드 UV Lamp 등이 이용되고 있다. 따라서, 종래의 살균시스템은 환경 유해 물질을 함유하고 있다. 이에 따라, UV Lamp 등을 대체하고, 병원성 세균 및 유해물질의 살균을 위한 효율성이 높은 친환경 수질 정화용 살균 시스템이 필요하다.
종래의 살균시스템에서는, UV Lamp가 살균대상에 직접 접촉하는 방식과 대상의 외부에서 자외선을 조사하는 간접조사 방식이 사용되고 있다.
직간접 조사방식인 UV Lamp형 살균시스템은 환경적 위험요소를 내포하고 있기 때문에, 규제 대상으로 분류된다.
또한, UV lamp는 보통 1,000시간 이하의 수명으로 교체주기가 매우 짧고, 워밍업 시간이 많이 걸리기 때문에, 유지보수 비용과 전력소비효율이 낮은 단점이 있다.
추가적으로 살균, 정수 등의 효율을 높이기 위해서는 직접방식을 이용하는 것이 좋다. 그러나, UV Lamp는 넓은 대역의 광스펙트럼 분포를 가지고 있기 때문에, 파장 선택성이 제한되는 단점이 있다. 또한, UV Lamp에서는, 제품의 특성상 빛이 방사형으로 진행하기 때문에, 지향성이 떨어지는 단점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명의 목적은, 석영관 내부에 코팅된 합성 광촉매와 광이 반응하는 광화학적 반응을 이용하여, 상기 석영관 내부에 흐르는 유체를 살균시킬 수 있는, 중앙 집광형 살균시스템을 제공하는 것이다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템은, 투명하며, 내부면에 이산화 티타늄(TiO2)을 포함한 광촉매(101)가 코팅되어 있는 석영관(110); 상기 석영관(110)의 외부에 배치되고, 상기 석영관(110)을 따라 배치되며, 상기 석영관(110)에 광을 조사하는 광원부(120); 상기 석영관(110)의 외부에 배치되며, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광을 반사시키는 반사판(140); 및 상기 석영관(110), 상기 광원부(120) 및 상기 반사판(140)을 커버하고 있는 하우징(150)을 포함한다.
본 발명은 광촉매를 이용한 광촉매 반응을 이용하고 있으며, 이에 따라, 오염방지효과, 공기정화 효과, 수질정화 효과, 살균 효과, 냄새 제거 효과 등이 기대될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 육면도.
도 4는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 또 다른 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 육면도.
도 4는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 또 다른 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 일실시예 육면도이다. 특히, 도 3에서, (a)는 평면도이고, (b)는 정면도와 좌측면도와 우측면도이며, (c)는 저면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 단면도이며, 특히, 도 3에 도시된 X-X'라인을 따라 절단된 단면도이다. 도 5는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템의 또 다른 단면도이며, 특히, 도 3에 도시된 Y-Y'라인을 따라 절단된 단면도이다.
본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템(100)은, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 투명하며, 내부면에 이산화 티타늄(TiO2)을 포함한 광촉매(101)가 코팅되어 있는 석영관(110), 상기 석영관(110)의 외부에 배치되고, 상기 석영관(110)을 따라 배치되며, 상기 석영관(110)에 광을 조사하는 광원부(120), 상기 석영관(110)의 외부에 배치되며, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광을 반사시키는 반사판(140), 상기 석영관(110)과 상기 광원부(120)과 상기 반사판(140)을 커버하고 있는 하우징(150), 상기 광원부(120)의 하단에 배치되며 상기 광원부(120)의 열을 외부로 배출시키는 방열부(130) 및 상기 석영관(110)의 양쪽 끝단에 장착되며 유체(A)가 흐르는 유체관과 상기 석영관(110)을 연결시키는 제1연결부(160) 및 제2연결부(170)를 포함한다.
본 발명은 살균처리에 관한 것이며, 특히, 수질을 청정하게 하고, 미세먼지 또는 악취를 제거하는 기능을 수행한다.
본 발명은 UV LED 또는 Visible LED로 구성된 상기 광원부(120)와 합성 광촉매인 TiO2 - XNx 및 반사기능을 갖춘 반사판(140)으로 이루어진 살균시스템이다.
첫째, 상기 석영관(110)은 속이 빈 관 형태이며 투명하다. 상기 석영관(110) 내부로는 유체(A)가 흐른다. 유체(A)는 기체가 될 수도 있으며, 액체가 될 수도 있다.
둘째, 상기 석영관(110)의 내부면에는 이산화 티타늄(TiO2)을 포함한 광촉매(101)가 코팅된다.
상기 광촉매(101)는 이산화 티타늄(TiO2)을 포함한다. 상기 광촉매(101)는 이산화 티타늄(TiO2)과 질소가 합성된 물질(TiO2-XNx)이 될 수 있다.
상기 광촉매(101)에 의한 광촉매 반응은 대상 물질, 즉, 상기 석영관(110) 내부를 흐르는 유체(A)의 종류에 따라서 다양하게 변경될 수 있다.
다양한 광촉매 반응들에서 공통적으로 나타나는 기본적인 반응 원리는 [표 1]과 같다.
| <반응 원리> TiO2 + hν → e- + h+ (전자의 반응) e- + O2 → O2 - (SuperOxide Radical) 2O- + 2H2O → 2OH + 2OH- + O2 (정공의 반응) h+ + OH- → 2 OH |
상기 광촉매로 이용되는 이산화 티타늄(TiO2)은 반도체 성질을 가지고 있다. 이산화티타늄에 자외선을 쪼이게 되면, - 전기를 가진 전자와 + 전기를 가진 정공이 발생되고, 전자는 광촉매 표면에 있는 용존 산소와 반응해서 슈퍼옥사이드 음이온(O2 -)을 만든다.
상기 슈퍼옥사이드 음이온은 기체(공기) 또는 액체(물) 속에 존재하는 수분과 반응하여 하이드록실 라디칼(Hydroxyl radical, 중성 OH)을 만든다.
상기 하이드록실 라디칼은 강력한 유기물질들을 산화 및 분해할 수 있는 능력이 매우 뛰어나다. 따라서, 상기 하이드록실 라디칼은 공기나 물속에 항상 존재하고 있는 악취물질, 바이러스, 박테리아 같은 세균 등을 분해하여 물과 이산화탄소로 바꿀 수 있다.
밴드 갭 에너지가 3.2eV인 순수한 TiO2의 광촉매 특성은 자외선 영역에서만 활성을 보인다.
본 발명은 TiO2에 질소를 합성시킨 광촉매를 이용함으로써, 밴드갭의 에너지를 줄일 수 있으며, 이에 따라, 가시광 영역에서도 광촉매 반응을 일으킬 수 있다.
합성을 통해서 얻은 TiO2 - XNx 합성 광촉매(101)가 상기 석영관(110)의 내부면에 코팅됨으써, 본 발명은 자외선 영역 파장대(250nm ~ 380nm) 뿐만 아니라, 가시광선 영역 파장대(400nm ~ 700nm)에서도 이용될 수 있다.
상기 석영관(110) 내부에 코팅되는 상기 광촉매(101)의 입자 사이즈를 작게 함으로써, 표면적이 극대화될 수 있으며, 이에 따라, 최적의 살균효율가 기대될 수 있다.
상기 광촉매(101)를 이용한 광촉매 반응에 의해, 오염방지효과, 공기정화 효과, 수질정화 효과, 살균 효과, 냄새 제거 효과 등이 기대될 수 있다.
셋째, 상기 광원부(120)는 상기 석영관(110)의 외부에 배치되고, 상기 석영관(110)을 따라 배치되며, 상기 석영관(110)에 광을 조사한다.
상기 광원부(120)는 자외선을 방출할 수 있다.
상기 광촉매(101)가 이산화 티타늄(TiO2)과 질소가 합성된 물질(TiO2 - XNx)인 경우, 상기 광원부(120)는 가시광선을 방출할 수도 있다.
상기 광원부(120)는 자외선을 방출하는 UV LED 또는 가시광선을 방출하는 Visible LED와 같은 광원(121), 상기 광원(121)을 지지하며 상기 광원을 구동하는 회로들이 구비되어 있는 기판(122) 및 상기 광원(121)으로부터 방출된 후 상기 석영관(110)으로부터 상기 기판(122) 방향으로 반사되는 광을 다시 상기 석영관(110) 방향으로 반사시키기 위해, 상기 광원(121)과 상기 기판(122) 상단에 배치되는 반사시트(123)를 포함한다.
상기 반사시트(123)에는 상기 광원(121)이 관통될 수 있도록, 관통홀이 형성되어 있다.
넷째, 상기 반사판(140)은 상기 석영관(110)의 외부에 배치되며, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광을 반사시킨다.
상기 반사판(140)은 상기 석영관(110)을 사이에 두고 상기 광원부(120)와 마주보도록 배치된다.
상기 반사판(140)은, 상기 석영관(110) 중 상기 광원부(120)와 마주하고 있는 영역을 제외한 외주면을 감싼다. 예를 들어, 상기 광원부(120)가 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 석영관(110)의 하단에 배치된 경우, 상기 반사판(140)의 하단부는 개방되어 있다.
즉, 본 발명에서는, 상기 광원부(120)가 상기 석영관(110)을 사이에 두고 상기 반사판(140)과 마주하고 있다. 따라서, 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템은, 한 방향 조사방식 및 반사기능 반사판(140)을 이용하고 있다.
다섯째, 상기 하우징(150)은 상기 석영관(110)과 상기 광원부(120)와 상기 반사판(140)을 커버한다.
상기 하우징(150)은 상기 방열부(130)를 지지할 수도 있다.
여섯째, 상기 방열부(130)는 상기 광원부(120)의 하단에 배치되며 상기 광원부(120)의 열을 외부로 배출시키는 기능을 수행한다.
상기 방열부(130)는 상기 기판(122)의 하단에 배치되는 방열필름(131) 및 상기 방열필름(131)의 하단에 배치되는 방열판(132)을 포함할 수 있다.
상기 방열부(130)는 그리스(Grease)를 이용하여 구성될 수도 있다.
여섯째, 상기 제1연결부(160)는 상기 석영관(110)의 일측 끝단에 장착되어, 상기 유체(A)가 흐르는 유체관과 상기 석영관(110)을 연결시키는 기능을 수행한다.
일곱째, 상기 제2연결부(170)는 상기 석영관(110)의 타측 끝단에 장착되어, 상기 유체(A)가 흐르는 또 다른 유체관과 상기 석영관(110)을 연결시키는 기능을 수행한다.
상기 제1연결부(160) 및 상기 제2연결부(170) 각각은 고무부싱, 연결코크, 슬리브 및 실리콘 오링을 포함할 수 있다. 상기 고무부싱은 상기 유체관과 상기 석영관(110)의 연결부분을 밀페시키는 기능을 수행한다. 상기 연결코크는 상기 유체관과 상기 석영관(110)을 연결시키는 기능을 수행한다. 상기 슬리브는 상기 석영관(110) 내부로 삽입된다. 상기 실리콘 오링은 상기 석영관(110) 내부로 삽입된 상기 슬리브의 끝단에 장착되어, 상기 슬리브와 상기 석영관(110) 사이를 밀폐시키는 기능을 수행한다.
상기에서 설명된 본 발명의 특징을 간단히 정리하면 아래와 같다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는, UV LED(121)에서 조사된 자외선 또는 Visible LED에서 조사된 가시광선이 합성 광촉매(TiO2-XNx)가 코팅된 상기 석영관(110) 내부로 흐르는 유체(물)(A)에 조사되고, 상기 자외선 또는 가시광선이 상기 석영관(110) 내부에 코팅된 합성 광촉매와 광화학적 반응을 일으키며, 이에 따라, 상기 유체(A)에 대한 살균효과가 발생될 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 상기 광원(121)에서 방출된 후, 반사기능이 갖춰진 상기 반사판(140)에서 반사된 자외선 또는 가시광선이, 상기 석영관(110) 내부에 코팅된 합성 광촉매와 광화학적 반응을 일으킴으로써, 상기 석영관(110) 내부를 흐르는 유체(A)의 살균효과가 극대화될 수 있다.
본 발명은, 상기 석영관(110)을 보호하고 상기 광원(121), 예를 들어, UV LED의 낮은 광출력을 상승시킬 수 있도록 중앙 집광형 반사판 구조를 가지고 있다.
또한, 본 발명은 상기 광원부(120)를 보호하기 위해 상기 방열부(130)를 포함하고 있다. 즉, 본 발명은 상기 광원부(120)의 발열문제를 해결하고자 방열필름(131) 및 방열판(132)을 포함하고 있으며, 이에 따라, 내부 발생 열이 외부의 알루미늄 파이프로 배출될 수 있다.
살균시스템에서 가장 중요한 것은 인체에 해가 없어야 한다. 종래의 램프형 살균시스템은 환경유해 물질을 포함하고 있기 때문에 인체에 해가 된다. 그러나, 상기 광원(121)으로 LED를 이용하고 있는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템은 상기한 바와 같은 단점을 극복할 수 있다.
살균효과를 높이기 위해서 광투과력은 매우 중요하다. 종래의 램프형의 광은 방사형 특성을 가지고 있기 때문에 빛의 투과력이 낮다. 그러나, 상기 광원(121)으로 LED를 이용하고 있는 본 발명에 따른 중앙 집광형 살균시스템에서는, 광이 직진성을 갖기 때문에, 광 투과력이 매우 우수하다. 따라서, 본 발명은 종래의 램프형 살균시스템보다 광 투과 깊이를 높일 수 있으며, 중앙 집광형 반사구조의 반사판을 사용함으로써, 광출력 상승효과를 유도할 수 있다.
본 발명에서는, 광촉매인 TiO2에 자외선이 조사되어, 광화학적 반응이 발생되며, 이에 따라, 본 발명은 적은 수량의 자외선을 이용하여 살균력을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 합성 광촉매(TiO2-XNx)를 이용함으로써, 자외선뿐만 아니라 가시광선에서도 살균효과를 발생시킬 수 있다.
본 발명은 상기 광원부(120)에서 발생된 열을, 열전도율이 높은 그리스(Grease)나 방열필름(131)을 이용하여 미니 히트싱크로 방출할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110: 석영관 101: 광촉매
120: 광원부 130: 방열부
140: 반사판 150: 하우징
160: 제1연결부 170: 제2연결부
120: 광원부 130: 방열부
140: 반사판 150: 하우징
160: 제1연결부 170: 제2연결부
Claims (8)
- 투명하며, 내부면에 이산화 티타늄(TiO2)을 포함한 광촉매(101)가 코팅되어 있는 석영관(110);
상기 석영관(110)의 외부에 배치되고, 상기 석영관(110)을 따라 배치되며, 상기 석영관(110)에 광을 조사하는 광원부(120);
상기 석영관(110)의 외부에 배치되며, 상기 광원부(120)로부터 조사된 광을 반사시키는 반사판(140); 및
하나의 상기 석영관(110), 하나의 상기 광원부(120) 및 하나의 상기 반사판(140)을 커버하고 있는 하우징(150)을 포함하고,
상기 반사판(140)은 상기 석영관(110)을 사이에 두고 상기 광원부(120)와 마주보고,
상기 반사판(140)은, 상기 석영관(110) 중 상기 광원부(120)와 마주하고 있는 영역을 제외한 외주면을 감싸고,
상기 광원부(120)는 광원(121), 상기 광원(121)을 지지하며 상기 광원을 구동하는 회로들이 구비되어 있는 기판(122) 및 상기 광원(121)으로부터 방출된 후 상기 석영관(110)으로부터 상기 기판(122) 방향으로 반사되는 광을 다시 상기 석영관(110) 방향으로 반사시키기 위해, 상기 광원(121)과 상기 기판(122) 상단에 배치되는 반사시트(123)를 포함하고,
상기 광원은 유기발광다이오드(LED)이고,
상기 반사시트(123)에는 상기 광원(121)이 관통될 수 있도록, 관통홀이 형성되어 있고,
상기 기판(122) 중 상기 광원(121) 및 상기 반사시트(123)가 배치되는 일측과 반대되는 타측에는, 상기 광원부(120)의 열을 외부로 배출시키는 방열부(130)가 배치되어 있으며,
상기 방열부(130)는 방열필름(131) 및 방열판(132)을 포함하는 중앙 집광형 살균 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원부(120)는 자외선을 방출하는 중앙 집광형 살균 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광촉매(101)는 이산화 티타늄(TiO2)과 질소가 합성된 물질(TiO2 - XNx)인 중앙 집광형 살균 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 광원부(120)는 가시광선을 방출하는 중앙 집광형 살균 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 석영관(110)의 내부로는 유체(A)가 흐르며, 상기 석영관(110)의 양쪽 끝단에는 상기 유체(A)가 흐르는 유체관과 상기 석영관(110)을 연결시키는 제1연결부(160) 및 제2연결부(170)가 장착되는 중앙 집광형 살균 시스템.
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