KR102056547B1 - Functional Air-Purification Apparatus Using UV-LED Modules - Google Patents

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KR102056547B1
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Abstract

The present invention relates to an air purification apparatus installed indoors to purify air and, more specifically, relates to a functional air purification apparatus using UV-LED modules (20), wherein a plurality of UV-LED modules (20) in which the whole surface of a substrate except for a light source portion (22) and a partial power access portion is coated with an insulating layer (31) and a photocatalytic layer (32) are arranged. Moreover, the functional air purification apparatus is arranged with a structure to improve air purification efficiency of the air purification apparatus in the air purification apparatus.

Description

UV-LED 모듈을 이용한 기능성 공기정화 장치{Functional Air-Purification Apparatus Using UV-LED Modules}Functional Air-Purification Apparatus Using UV-LED Modules}

본 발명은 실내에 설치되어 공기를 정화하는 공기정화 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an air purifying apparatus installed in a room to purify air.

더욱 상세하게는 자외선에 의해 활성화되는 광촉매의 공기정화 기능을 활용하여 실내 공기를 정화하는 기능성 공기정화 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a functional air purifying apparatus that purifies indoor air by utilizing an air purifying function of a photocatalyst activated by ultraviolet rays.

최근 국내외적으로 점점 더 심각해지는 미세먼지의 오염에 대한 가장 근본적인 대책은 어쩌면 외출을 안 하고 그냥 실내에서만 생활하는 것일지 모른다. 그러나 그것도 문제인 것이 병원이나 연구소 등의 클린룸처럼 외부와 완벽하게 차단된 곳이 아니라면 실내라 하더라도 미세먼지의 외부유입은 막을 도리가 없다는 것이다. 그렇다면 미세먼지가 유입된 실내에서 일반인들이 할 수 있는 유일한 대응책은 공기청정기의 사용일 것이며 이 경우 공기청정기 내에 있는 공기정화용 필터의 성능은 미세먼지를 피할 수 있는 최후의 보루라고 할 수 있다.In recent years, the most fundamental countermeasure against the pollution of fine dust, which is becoming more and more serious at home and abroad, may be to stay indoors without going out. However, the problem is that even if it is not completely isolated from the outside, such as a clean room such as a hospital or research institute, even if it is indoors, the inflow of fine dust cannot be prevented. Then, the only countermeasure that the general public can do in the room where the fine dust has been introduced is the use of an air purifier. In this case, the performance of the air purifying filter in the air purifier is the last step to avoid the fine dust.

그래서 더욱 기존의 공기정화 필터들의 문제들은 보완되어야 한다. 기존 공기정화 필터들의 문제를 3가지로 본다면, So the problems of the existing air purification filters have to be complemented. If we look at three problems of existing air purification filters,

첫 번째 문제는 오염 정도에 따라 다르겠지만 공기정화에 일반적으로 사용되는 필터의 경우 그 수명이 통상 6개월에서 1년 이하라는 것이다. 그러므로 이런 필터를 사용하면 사용 후 버려지는 필터 폐기물에 의한 2차 환경오염문제가 대두될 수밖에 없게 된다. The first problem depends on the degree of contamination, but for filters commonly used for air purification, their lifetimes are typically between six months and one year. Therefore, the use of such a filter is a secondary environmental pollution problem caused by filter waste discarded after use.

두 번째로 수명이 다한 필터는 재생할 방법이 없기 때문에 공기청정기를 계속 사용하기 위해서는 어쩔 수 없이 필터의 교환을 위한 수고와 추가적인 비용지출을 감당해야 한다는 것이다. Second, since the end-of-life filter has no way of regenerating, it is inevitable to continue to use the air cleaner and to incur additional labor and additional expenses for the replacement of the filter.

마지막으로, 정해진 기한을 넘은 필터를 계속 사용함으로써 실내 오염이 더 가중되는 문제가 있다.Finally, there is a problem that the indoor pollution is further increased by using the filter beyond the specified time limit.

이런 이유로 인해 최근 필터의 교환이 필요 없는 전기집진, 광촉매, 오존, 음이온 등의 기술이 접목된 실내 공기정화 제품들이 관련 시장에 많이 출시되고 있는데, 문제는 해당 기술들 역시 초미세먼지 처리에 약점을 보이는 전기집진기술, 잔류오존의 인체 유해성 등 개별 기술들이 가지는 한계들로 인해 현재 해당 기술들이 제대로 공기청정기 관련 시장에 정착하지 못하고 있다는 점이다.For this reason, many indoor air purification products incorporating technologies such as electrostatic precipitating, photocatalyst, ozone and anion, which do not require replacement of filters, have recently been introduced to the relevant market. Due to the limitations of individual technologies, such as visible electrostatic precipitating technology and human ozone hazard, residual technologies are not properly settled in the air purifier market.

최근 공기청정기 시장에서 많이 소개되고 있는 UV-LED가 적용된 공기청정기들의 문제점 2가지를 살펴보면,Looking at two problems of UV-LED applied air cleaners, which are recently introduced in the air cleaner market,

첫째로, 도 2에 도시된 공기청정 기술은 현재 관련 시장에 소개되고 있는 종례의 UV-LED 적용 공기청정 기술 중 하나이며 가장 흔한 형태이다. 상기 기술의 문제점은 도 2에 도시된 그림처럼 하나의 평면상에 모든 UV-LED들이 배치되어 공기청정기 내에 있는 광촉매가 코팅된 정화부재의 한 측면으로만 자외선이 조사되어 실제 공기청정이 이루어지는 필터부의 표면적이 그 일면으로 제한되어 버린다는 것이며 이 때문에 높은 공기정화 효율을 기대하기 힘들다는 것이다.First, the air cleaning technology shown in FIG. 2 is one of the most common UV-LED applied air cleaning technologies currently introduced in the relevant market and is the most common form. The problem of the above technique is that all the UV-LEDs are arranged on one plane as shown in Fig. 2, and the ultraviolet ray is irradiated only to one side of the photocatalyst-coated purifying member in the air cleaner, so that the actual air cleaning is performed. The surface area is limited to one side, which is why it is difficult to expect high air purification efficiency.

둘째로, 본 고안에서와같이 UV-LED(22)의 자외선 조사각과 광촉매 기재부(32)와 UV-LED의 광원부(22) 간의 간격이 동시에 최적화되는 구조를 가진 기술이 없다는 것이다.Secondly, as in the present invention, there is no technology having a structure in which the ultraviolet irradiation angle of the UV-LED 22 and the distance between the photocatalyst base portion 32 and the light source portion 22 of the UV-LED are optimized at the same time.

본 고안의 UV-LED 모듈(20)을 이용한 기능성 공기정화 장치는 실내에 설치되어 공기를 정화하는 공기정화 장치에 있어서; Functional air purification device using the UV-LED module 20 of the present invention is installed in the air purification device for purifying the air;

도 1의 일 실시예에서 도시된 것처럼 상기 공기정화 장치 내부의 양쪽 내벽에 하나씩 서로 평행하면서 엇갈리게 부착되어 지그재그 모양의 연속적인 격벽을 만드는 다수의 UV-LED 모듈(20)을 가지며;1, there are a plurality of UV-LED modules 20, which are attached to both inner walls of the inside of the air purifying device and are parallel and staggered to each other to form a zigzag continuous partition wall as shown in the embodiment of FIG.

상기 UV-LED 모듈기판(21)은 광원부(22) 및 일부 전원접속부를 제외한 전체의 표면이 모두 절연층(31) 및 광촉매층(32)으로 코팅되고; The entire surface of the UV-LED module substrate 21 is coated with the insulating layer 31 and the photocatalyst layer 32 except for the light source unit 22 and some power connection units;

도 4에 도시된 것처럼 상기 공기정화 장치 내 배치된 각각의 UV-LED 모듈(20) 간의 간격은 10mm 내지 30mm 중 어느 하나이며;As shown in FIG. 4, the spacing between each of the UV-LED modules 20 disposed in the air purifying apparatus is any one of 10 mm to 30 mm;

상기 UV-LED 모듈(20) 상에 배치된 모든 UV-LED(22)의 조사각은 통상 UV-LED의 최대 광량 범위가 되는 50° 내지 70° 중 어느 하나인 UV-LED 모듈(20)을 이용한 기능성 공기정화 장치에 관한 것이다.Irradiation angles of all the UV-LEDs 22 disposed on the UV-LED module 20 are UV-LED module 20 which is any one of 50 ° to 70 ° which is usually the maximum light amount range of the UV-LED It relates to a functional air purifier used.

본 발명의 일 실시예에 따른 UV-LED 모듈(20)을 이용한 기능성 공기정화 장치에 따르면,According to the functional air purifying device using the UV-LED module 20 according to an embodiment of the present invention,

첫째, 본 고안의 광촉매 코팅된 UV-LED 모듈기판(21)은 UV-LED 모듈(20)의 역할과 동시에 기존의 공기정화 장치 내에서 별도로 배치되어 사용되는 광촉매층(32을 가진 정화부재 판(plate) 또는 Sheet의 역할을 해주고 있으므로 공기정화 장치 내의 공간을 단순화시켜 내부 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있게 해줌은 물론 넓어진 내부의 공간으로 인해 공기정화 장치의 전체적인 유량을 증가시켜 준다.First, the photocatalyst coated UV-LED module substrate 21 of the present invention is a purification member plate having a photocatalytic layer 32 that is used separately and used in the existing air purifying device at the same time as the role of the UV-LED module 20 ( It acts as a plate or sheet, which simplifies the space inside the air purifier to make more efficient use of the internal space, and increases the overall flow rate of the air purifier due to the wider internal space.

둘째, 도 1의 일 실시예에서 도시된 것처럼 본 고안은 상기 공기정화 장치 내부의 양쪽 내벽에 하나씩 서로 평행하면서 엇갈리게 부착되어 지그재그 모양의 연속적인 격벽을 가지는데,Second, as shown in the embodiment of FIG. 1, the present invention has a zigzag-shaped continuous partition wall which is attached to both inner walls of the air purifying device in parallel and staggered with each other.

이런 격벽으로 인해, 상기 공기정화 장치로 유입되는 모든 공기는 하나도 빠짐없이 상기 공기정화 장치 내에 배치된 모든 UV-LED 모듈기판(21)의 표면과 만나게 되며 모든 UV-LED(22)가 공기정화 과정에 참여할 수 있게 되어 높은 공기정화 효율을 기대하게 해준다.Due to such a partition, all the air flowing into the air purifying device meets the surfaces of all the UV-LED module substrates 21 disposed in the air purifying device and all the UV-LEDs 22 are air purifying. It is possible to participate in the project, leading to high air purification efficiency.

셋째, 상기 공기정화 장치는 UV-LED의 광원부(22)와 광촉매층(32) 간의 간격이 최대의 공기정화 효율을 내는 20mm(‘한국화학공학회지 2015.12’, 53권, 6호)가 포함되는 10mm 내지 30mm 중 어느 하나이며 동시에 상기 UV-LED(22)의 자외선 조사각 또한 UV-LED의 가장 효율이 높은 조사각으로 알려진 50° 내지 70° 중 어느 하나가 되는 구조로 이루어진다. Third, the air purifying apparatus includes 20 mm ('Korean Chemical Engineering Journal 2015.12', Vol. 53, No. 6) in which the distance between the light source unit 22 and the photocatalyst layer 32 of the UV-LED produces the maximum air purification efficiency. Any one of 10 mm to 30 mm, and at the same time, the ultraviolet irradiation angle of the UV-LED 22 also has a structure of any one of 50 ° to 70 ° known as the most efficient irradiation angle of the UV-LED.

이로 인해 UV-LED 모듈이 사용되는 종례의 공기정화 장치들에 비해 효율이 높은 공기정화 장치를 제공해 줄 수가 있다.This can provide a more efficient air cleaner than conventional air cleaners using UV-LED modules.

넷째, 도 1의 일 실시예에 도시된 것처럼 본 발명의 공기정화 장치는 다른 공기정화 장치에 비해 구조가 단순하기 때문에 제조가 쉽고 향후 A/S에 있어서도 큰 장점을 가질 것으로 생각된다.Fourth, as shown in the embodiment of Figure 1, the air purifying device of the present invention is easy to manufacture because it is simple compared to other air purifying devices, it is considered to have a great advantage in the after-sales service.

다섯째, 케이스의 일부 또는 전체가 투명 또는 반투명부일 경우, 본 고안의 UV-LED(22)(UV-A 및 UV-C를 사용)의 파장대 중 UV-A의 긴 파장대 영역에서 주로 방사되는 보라색 광은 공기정화 기능과 동시에 실내장식의 요소로도 충분히 활용될 수 있다.Fifth, when part or all of the case is a transparent or translucent part, violet light mainly emitted in the long wavelength range of UV-A among the wavelength bands of the UV-LED 22 (using UV-A and UV-C) of the present invention. At the same time, the air purification function can be utilized as an element of interior decoration.

도 1은 본 고안의 바람직한 실시예에 따른 공기정화 장치의 사시도.
도 2는 UV-LED 광원을 이용한 종례의 공기정화 필터 분리사시도.
도 3은 도 1의 공기정화 장치의 A-A'선 확대단면도.
도 4는 90° 회전시킨 도 3의 A-A'선 단면도의 부분확대도.
도 5는 90° 회전시킨 도 3의 A-A'선 단면도의 UV-LED 모듈 부분확대도.1 is a perspective view of an air purifying apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view of the air purification filter of the example using a UV-LED light source.
Figure 3 is an enlarged cross-sectional view taken along the line A-A 'of the air purifying device of FIG.
4 is a partially enlarged view of a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3 rotated 90 °.
FIG. 5 is a partially enlarged view of the UV-LED module of the AA ′ line cross-sectional view of FIG.

1) UV-LED 모듈기판(21)1) UV-LED Module Board (21)

양면 모두에 UV-LED 광원부(22)를 가지며, 광원부(22) 및 전원인가 접속부를 제외한 기판(21) 전체의 표면이 절연(31) 및 광촉매(32) 코팅층으로 구성된 UV-LED 모듈기판(21)에 있어서,UV-LED module substrate 21 having a UV-LED light source unit 22 on both sides, and the surface of the entire substrate 21 except the light source unit 22 and the power supply connection unit is composed of an insulation 31 and a photocatalyst 32 coating layer. ),

일반적인 PCB 기판은 합선 또는 표면부식 방지를 위한 기본적인 마감처리가 되어 있지만, 본 고안의 UV-LED 모듈기판(21) 표면은 상기 광촉매의 코팅을 위해 별도의 절연 코팅층(31)이 형성된다. 본 고안에서 사용된 상기 절연 코팅재료로서는 기본적인 절연 및 전자부품의 보호 기능 외에도 광촉매 코팅층(32)을 보호하는 데 있어서 우수한 장점이 있는 기능성 에폭시, 아크릴, 우레탄, 실리콘 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.The general PCB substrate has a basic finish for preventing short circuit or surface corrosion, but the surface of the UV-LED module substrate 21 of the present invention is formed with a separate insulating coating layer 31 for coating the photocatalyst. The insulating coating material used in the present invention may further include at least one of functional epoxy, acrylic, urethane, and silicone having excellent advantages in protecting the photocatalyst coating layer 32 in addition to the basic insulating and protective functions of the electronic component. .

상기 본 고안의 구성에 대한 설명 중에서 상기 PCB 기판에 배치된 여러 전자부품에 전원공급을 하는 장치 및 기타 전기전자 관련장치 등에 대해서는 별도의 설명은 하지 않았지만, 당업에 종사하는 통상의 기술을 가진 자가 공지된 기술을 이용하여 쉽게 적용 가능한 것이어서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.In the description of the configuration of the present invention, a device for supplying power to the various electronic components disposed on the PCB board and other electrical and electronic related devices, etc. have not been described separately, but those with ordinary skill in the art Since it is easily applicable using the described technology, a detailed description thereof will be omitted.

2) UV-LED 모듈(20)의 배치2) Placement of the UV-LED Module 20

본 고안에 사용되는 상기 공기정화 장치에 있어서, 상기 UV-LED 모듈(20)들은 공기정화 장치 내벽의 공기 유로를 따라 하나씩 한쪽 벽으로 엇갈리게 부착되어 공기정화 장치의 내부가 UV-LED 모듈기판(21)에 의해 도 1의 일 실시예에 도시된 것처럼 지그재그 모양의 격벽을 이루며, 이로 인해 상기 UV-LED 모듈(20)과 상기 공기정화 장치 내벽 간에 좌우로 하나씩 형성되는 공간으로 인해 상기 공기정화 장치의 공기 유로 또한 지그재그 모양을 이루게 된다. In the air purifying device used in the present invention, the UV-LED modules 20 are alternately attached to one wall one by one along the air flow path of the inner wall of the air purifying device so that the inside of the air purifying device is UV-LED module substrate 21. 1) to form a zig-zag-shaped partition wall as shown in the embodiment of FIG. 1, and because of this, a space formed one to the left between the UV-LED module 20 and the inner wall of the air purifier is used. The air flow path is also zigzag.

본 고안의 상기 공기정화 장치로 유입되는 모든 공기는 상기 공기정화 장치 내에 배치된 모든 UV-LED 모듈기판(21)의 표면 위를 지나게 되어 상기 공기정화 장치의 공기정화 효율은 매우 높아지게 되며 상기 격벽이 만들어주는 상기 공기정화 장치 내벽 양측에 형성되는 빈공간으로 인해 비교적 유량이 큰 공기정화 장치를 얻을 수 있게 된다.All air flowing into the air purifier of the present invention passes over the surface of all the UV-LED module substrate 21 disposed in the air purifier, so that the air purifying efficiency of the air purifier is very high and the partition wall is Due to the empty spaces formed on both sides of the inner wall of the air purifier, the air purifier having a relatively high flow rate can be obtained.

또한, 상기 공기정화 장치 내에서 지그재그 모양으로 배치된 상기 UV-LED 모듈(20)들은 도 1에 도시된 것처럼 구조적으로 모두가 서로 평행하게 마주 보도록 형성되어 있으며 상기 공기정화 장치의 사용자는 각각의 UV-LED 모듈기판(21) 표면끼리의 간격을 통상 광촉매-자외선램프 간 최적의 공기정화 효율 거리로 알려져 있는 20mm(‘한국화학공학회지 2015.12’, 53권, 6호)이 포함되는 10mm 내지 30mm 중 어느 하나로 맞출 수 있다. 이와 동시에 본 발명에 사용된 UV-LED(22)의 조사각은 도 4에 도시된 것처럼 통상 UV-LED가 최대 광량을 낼 수 있는 범위인 50° 내지 70° 중 어느 하나가 될 수 있다.In addition, the UV-LED modules 20 arranged in a zigzag shape in the air purifier are structurally formed so that all of them face each other in parallel, as shown in FIG. -The distance between the surface of the LED module substrate 21 among the 10mm to 30mm including 20mm ('Korean Journal of Chemical Engineering 2015.12', Vol. 53, No. 6), which is commonly known as the optimal air purification efficiency distance between the photocatalyst and the ultraviolet lamp. You can set it to either. At the same time, the irradiation angle of the UV-LED 22 used in the present invention may be any one of 50 ° to 70 °, which is a range in which the UV-LED can produce the maximum amount of light as shown in FIG. 4.

또한, 상기 공기정화 장치 케이스의 전체 또는 일부분을 광이 투과될 수 있는 투명 또는 반투명한 재질로 구성할 경우, 공기정화와 동시에 상기 UV-LED의 광원부(22)에서 공기정화 과정에서 방사되는 UV-A의 화려한 보라색 광은 실내장식의 요소로도 활용될 수 있을 것이다. 단, 상기 UV-LED 광원부에서 조사된 UV는 투명 또는 반투명 재질의 케이스로 이루어진 공기정화 장치의 외부로 유출되어 주변에 있는 사람들에 위해가 될 수 있으므로 상기 공기정화 장치의 케이스를 투명 또는 반투명의 재질로 구성할 때는 케이스의 외부 면에 자외선 차단재료를 코팅해야 한다.In addition, when the whole or part of the air purifier case is composed of a transparent or translucent material through which light can be transmitted, UV- is emitted during the air purification process from the light source unit 22 of the UV-LED simultaneously with air purification. A's brilliant purple light can also be used as an element of interior decoration. However, since the UV irradiated from the UV-LED light source unit may leak to the outside of the air purifying device made of a transparent or semi-transparent material case, and may be harmful to those around, the case of the air purifying device may be made of transparent or translucent material. When it is configured as a sunscreen should be coated on the outer surface of the case.

본 고안은 상기 실시예 등 첨부된 도면들에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다.The present invention is not limited by the accompanying drawings, such as the above embodiment, and various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the spirit of the present invention.

11 : 흡입구
12 : 배출구
20 : UV-LED 모듈
21 : UV-LED 모듈기판
22 : UV-LED
31 : 절연층
32 : 광촉매층11: intake port
12: outlet
20: UV-LED Module
21: UV-LED Module Board
22: UV-LED
31: insulation layer
32: photocatalyst layer

Claims (2)

공기의 흡입구(11)와 배출구(12)를 가지며 실내 공기정화를 위해 설치되는 공기정화 장치에 있어서,
정해진 형상의 테두리 및 내부 공간을 형성하는 프레임과;
한 면 또는 양면 모두에 UV-LED 광원부(22)를 가지며 상기 공기정화 장치 내부의 양쪽 내벽에 하나씩 서로 평행하면서 엇갈리게 부착되어 지그재그 모양의 연속적인 격벽을 만드는 다수의 UV-LED 모듈(20)을 포함하되;
상기 UV-LED 모듈(20)의 기판(21)은 광원부(22) 및 일부 전원접속부를 제외한 전체의 표면이 모두 절연층(31) 및 광촉매층(32)으로 코팅되는 UV-LED 모듈(20)을 이용한 기능성 공기정화 장치.In the air purifying device having an air inlet 11 and outlet 12 of the air and is installed for indoor air purification,
A frame forming an edge and an inner space having a predetermined shape;
It includes a plurality of UV-LED module 20 having a UV-LED light source 22 on one side or both sides and attached to both inner walls of the inside of the air purifier in parallel and staggered to each other to create a continuous zigzag-shaped partition wall. But;
The substrate 21 of the UV-LED module 20 is a UV-LED module 20 is coated with an insulating layer 31 and a photocatalytic layer 32, the entire surface of the substrate 21, except for the light source 22 and a part of the power connection portion Functional air purifier using 제 1항에 있어서, 상기 모든 UV-LED 모듈(20)끼리의 배치 간격은 10mm 내지 30mm 중 어느 하나이며;
상기 UV-LED 모듈(20) 상에 배치된 모든 UV-LED(22)는 50° 내지 70° 중 어느 하나의 자외선 조사각을 가지는 UV-LED 모듈(2)을 이용한 기능성 공기정화 장치.The method of claim 1, wherein the arrangement interval of all the UV-LED modules (20) between any one of 10mm to 30mm;
All UV-LED (22) disposed on the UV-LED module 20 is a functional air purification device using a UV-LED module (2) having an ultraviolet irradiation angle of any one of 50 ° to 70 °.
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