KR102152435B1 - 자외선 라인빔 살균장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이송부를 통해 이송되고 있는 이송물에 자외선 라인빔을 조사하여 살균처리하는 기술에 관한 것이다.
이러한 본발명은 컨베이어의 이송부에 적재되어 이송되고 있는 이송물의 전체 표면에 대하여 자외선 라인빔을 조사하면서 그에 따른 출력 및 상태정보를 출력하는 자외선광원 모듈부; 복수 개의 티오에프 센서를 구비하여 상기 이송물에 대한 크기 및 거리 감지신호, 정위치 감지신호 및 살균종료 감지신호를 출력하는 센서부; 및 상기 크기 및 거리 감지신호, 정위치 감지신호, 살균종료 감지신호 및 설정정보에 따른 구동제어신호 및 상기 출력 및 상태정보에 따른 상기 이송물의 수량, 자외선 사용시간, 에너지 세기 상태를 표시하기 위한 표시제어신호를 출력하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자외선 라인빔 살균장치{UV LINE BEAM STERILIZING APPARATUS }
본 발명은 이송부를 통해 이송되고 있는 이송물을 살균하는 기술에 관한 것으로, 특히 공항 또는 항만의 터미널과 같이 방역을 필요로 하는 장소에서 컨베이어와 같은 이송수단에 적재되어 이송되고 있는 이송물의 표면에 자외선 라인빔을 조사하여 대장균이나 바이러스 등을 살균 처리할 수 있도록 한 자외선 라인빔 살균장치에 관한 것이다.
방역법에 따르면, 공항이나 항만에서 처리되는 이송물은 방역을 위해 살균처리하게 되어 있다. 이를 소홀히 하는 경우, 이송물의 표면(예: 가방이나 포장재)에 묻어 있는 대장균이나 바이러스가 다른 지역으로 전파되어 문제를 일으킬 수 있다.
최근 들어, 공항이나 항만을 통해 수출입되는 화물량 및 여행객의 개인 수화물량이 빠른 속도로 증가되고 있는 추세에 있다. 따라서, 공항이나 항만을 통해 수출입되는 화물이나 여행객의 개인 수화물(이하, '이송물'이라 칭함)에 대해 빠른 살균처리가 요구되고 있다.
종래 기술에 의한 이송물의 살균 장치로서 램프모듈을 이용한 자외선(UV) 살균장치가 널리 사용되고 있다. 이 자외선 살균장치는 램프모듈을 이용하여, 컨베이어에 적재되어 이송되고 있는 이송물을 살균하게 되어 있다.
그런데, 이와 같은 종래의 자외선 살균장치는 UV램프 모듈을 이용하여 이송물을 오랜 시간 동안 살균하게 되어 있으므로, 이 때 발생되는 고열에 의해 이송물이 변형되는 문제점이 있고 살균하는데 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.
더욱이, 종래 기술에 의한 자외선 살균장치는 UV램프 모듈을 통해 일정치 이상의 UV에너지를 얻기 위해 사용 전에 10분 내지 1시간 정도 켜 놓아야 하므로, 컨베이어에 적재되어 이송되고 있는 이송물을 즉시 살균하는데 어려움이 있고, 이송물의 전체 표면에 걸쳐 자외선을 고르게 조사할 수 없는 결함이 있다.
또 다른 종래 기술로서 대한민국 특허등록 1000438570000호가 있다.
그러나, 이와 같은 또 다른 종래 기술에서도 UV 램프를 사용하므로, 웜업(warm-up) 시간을 필요로 하고 살균시간이 오래 걸리는 결함이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공항 또는 항만의 터미널과 같이 방역을 필요로 하는 장소에서 컨베이어에 적재되어 이송되고 있는 이송물의 표면을 살균처리할 때 자외선 라인빔을 이용하여 이송물의 전체 표면을 빠른 시간에 균일하게 살균처리하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자외선 라인빔 살균장치는 컨베이어의 이송부에 적재되어 이송되고 있는 이송물의 전체 표면에 대하여 자외선 라인빔을 조사하면서 그에 따른 출력 및 상태정보를 출력하는 자외선광원 모듈부; 복수 개의 TOF(Time Of Flight) 센서를 구비하여 상기 이송물에 대한 크기 및 거리 감지신호, 정위치 감지신호 및 살균종료 감지신호를 출력하는 센서부; 상기 크기 및 거리 감지신호, 정위치 감지신호, 살균종료 감지신호 및 설정정보에 따른 구동제어신호 및 상기 출력 및 상태정보에 따른 상기 이송물의 수량, 자외선 사용시간, 에너지 세기 상태를 표시하기 위한 표시제어신호를 출력하는 제어부; 및 상기 구동제어신호에 따라 상기 자외선광원 모듈부에 구동전원을 공급하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명 상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 자외선 라인빔 살균장치는 컨베이어의 이송부에 적재되어 이송되고 있는 이송물의 전체 표면에 대하여 자외선 라인빔을 조사하여 살균처리 함으로써, 면적당 출력이 높고 일정한 형태의 라인빔을 조사할 수 있어 이송물의 크기나 모양에 관계없이 빠른 시간에 균일하게 살균 할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 의한 자외선 라인빔 살균장치의 블록도.
도 2는 본 발명에 의한 자외선 라인빔 살균장치(100)가 적용된 컨베이어의 절개 사시도.
도 3은 컨베이어 상에 설치된 자외선광원 모듈부의 개략도.
도 4는 자외선광원 모듈부에 구비된 라인빔 광학계의 상세도.
도 5는 본 발명에 따른 자외선 라인빔 살균장치(100)의 살균 처리과정을 나타낸 흐름도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 의한 자외선 라인빔 살균장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이 자외선 라인빔 살균장치(100)는 자외선광원 모듈부(110), 센서부(120), 조작부(130), 제어부(140), 전원부(150) 및 표시부(160)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 의한 자외선 라인빔 살균장치(100)가 적용된 컨베이어의 절개 사시도이다. 도 3은 컨베이어 상에 설치된 자외선광원 모듈부(110)의 개략도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 자외선 라인빔 살균장치(100)의 살균 작용을 설명하면 다음과 같다.
자외선광원 모듈부(110)는 컨베이어(101)의 이송부(예: 이송벨트)(102)에 적재되어 이송되고 있는 이송물(103)의 전체 표면에 대하여 자외선 라인빔을 조사하면서 그에 따른 출력 및 상태정보(OUT/STATE)를 출력한다.
이를 위해, 자외선광원 모듈부(110)는 도 2 및 도 3에서와 같이 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102) 상에서 살균처리 구간을 통과할 때, 이송물(103)의 전면과 상부면에 자외선 라인빔을 출사하는 제1상부면 자외선광원모듈(111), 이송물(103)의 상부면과 후면에 자외선 라인빔을 출사하는 제2상부면 자외선광원모듈(112), 이송물(103)의 좌측면에 자외선 라인빔을 출사하는 좌측면 자외선광원모듈(113), 이송물(103)의 우측면에 자외선 라인빔을 출사하는 우측면 자외선광원모듈(114) 및 이송물(103)의 하부면에 자외선 라인빔을 출사하는 하부면 자외선광원모듈(115)을 구비하여 구동전원(DV)에 따라 구동된다.
상기 자외선광원모듈(111-115)의 설치 위치를 조정하여 이들로부터 출사되는 자외선 라인빔의 크기, 위치 및 방향을 조절할 수 있다. 상기 자외선광원 모듈(111-115) 각각은 이송물(103)의 크기에 대응하여 직렬로 추가 배열될 수 있다.
센서부(120)는 이송물(103)을 감지하기 위한 3개의 티오에프(TOF: Time Of Flight) 센서를 구비한다. 이 중에서 제1티오에프 센서(TOF1)는 이송물(103)이 자외선 라인빔에 의해 살균되는 정위치를 기준으로 그 이송물(103)의 상부에 설치되고, 제2티오에프 센서(TOF2)는 전방 상부에 설치되고, 제3티오에프 센서(TOF3)는 후방 상부에 설치된다. 제1티오에프 센서(TOF1)는 이송물(103)이 상기 정위치에 도착할 때 그 이송물(103)의 크기 및 거리를 감지하여 그에 따른 크기 및 거리 감지신호(SIZE/DISTANCE)를 출력한다. 제2티오에프 센서(TOF2)는 이송물(103)이 상기 정위치에 도착한 것을 감지하여 그에 따른 정위치 감지신호(POSITION)를 출력한다. 제3티오에프 센서(TOF3)는 이송물(103)에 대한 자외선 라인빔 살균처리가 종료되어 상기 정위치에서 벗어나는 것을 감지하여 그에 따른 살균종료 감지신호(END)를 출력한다.
조작부(130)는 자외선 라인빔 살균장치(100)를 이용하여 이송물(103)의 표면에 자외선 라인빔을 조사하여 살균처리 할 때, 살균 시간, 살균 에너지, 시작 및 종료 등을 사용자가 설정할 수 있도록 설정정보(SET)를 전송하는 사용자 인터페이스 기능을 구비한다.
제어부(140)는 상기 센서부(120)로부터 공급되는 상기 감지신호(SIZE/ DISTANCE), (POSITION),(END)와 상기 조작부(130)로부터 공급되는 설정정보(SET)에 따른 구동제어신호(CTL_DR)를 출력하고, 상기 자외선광원 모듈부(110)로부터 공급되는 출력 및 상태정보(OUT/STATE)에 따른 이송물(103)의 수량, 자외선 사용시간, 에너지 세기 상태를 표시하기 위한 표시제어신호(CTL_DIS)를 출력한다. 제어부(140)는 컨베이어(101)에 속도제어신호(CTL_V)를 출력한다. 제어부(140)는 상기 신호들을 출력하기 위해 RS-232 및 RS-485등과 같은 직렬 통신을 사용하거나 그 밖의 다른 통신 방식을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제어부(140)는 상기 센서부(120)와 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신을 수행하여 상기 감지신호(SIZE/DISTANCE), (POSITION),(END)를 공급받을 수 있다. 제어부(140)는 상기 센서부(120)로부터 공급되는 크기 감지신호(SIZE)와 이송물(102)의 이송시간을 근거로 상기 구동제어신호(CTL_DR)를 출력할 수 있다.
전원부(150)는 상기 제어부(140)로부터 공급되는 구동제어신호(CTL_DR)에 따라 자외선광원 모듈부(110)에 상기 구동전원(DV)을 출력하여 그에 따른 출력을 갖는 자외선 라인빔이 출력되도록 한다.
표시부(160)는 상기 제어부(140)로부터 공급되는 표시제어신호(CTL_DIS)에 따라 살균 처리된 이송물(103)의 수량, UV광원 사용시간, 에너지 세기 및 상태를 디스플레이 한다.
자외선광원 모듈부(110)의 작용을 도 2 및 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1상부면 자외선광원모듈(111)은 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102) 상에서 살균처리 구간을 통과할 때, 이송물(103)의 전면과 상부면에 자외선 라인빔을 조사한다. 이를 위해 제1상부면 자외선광원모듈(111)은 제1라인빔 광학계(111A)와 제1거울(111B)을 구비한다. 제1라인빔 광학계(111A)는 상기 살균처리 구간의 상부 전면부에 설치되어 자외선 라인빔을 출사한다. 제1거울(111B)은 상기 제1라인빔 광학계(111A)에서 출사되는 라인빔을 소정 각도(예: 50도)로 반사시킨다. 이에 따라, 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102)에 적재되어 상기 살균처리 구간에 진입한 후 먼저 제1거울(111B)을 통해 조사되는 라인빔에 의해 전면이 살균 처리되고 이어서 상부면이 살균 처리된다.
제2상부면 자외선광원모듈(112)은 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102) 상에서 살균처리 구간을 통과할 때, 이송물(103)의 상부면과 후면에 자외선 라인빔을 조사한다. 이를 위해 제2상부면 자외선광원모듈(112)은 제2라인빔 광학계(112A)와 제2거울(112B)을 구비한다. 제2라인빔 광학계(112A)는 상기 살균처리 구간의 상부 후면부에 설치되어 자외선 라인빔을 출사한다. 제2거울(112B)은 상기 제2라인빔 광학계(112A)에서 출사되는 라인빔을 소정 각도(예: 50도)로 반사시킨다. 이에 따라, 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102)에 적재되어 상기 살균처리 구간에 진입한 후 먼저 제2거울(112B)을 통해 조사되는 라인빔에 의해 상부면이 살균 처리되고 이어서 후면이 살균 처리된다.
좌측면 자외선광원모듈(113)은 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102) 상에서 살균처리 구간을 통과할 때, 이송물(103)의 좌측면에 자외선 라인빔을 조사한다. 이를 위해 좌측면 자외선광원모듈(113)은 제3라인빔 광학계(113A)와 제3거울(113B)을 구비한다. 제3라인빔 광학계(113A)는 상기 살균처리 구간의 좌측면에 설치되어 자외선 라인빔을 출사한다. 제3거울(113B)은 상기 제3라인빔 광학계(113A)에서 출사되는 라인빔을 소정 각도(예: 90도)로 반사시킨다. 이에 따라, 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102)에 적재되어 상기 살균처리 구간을 통과할 때 상기 제3거울(113B)을 통해 조사되는 라인빔에 의해 좌측면이 살균 처리된다.
우측면 자외선광원모듈(114)은 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102) 상에서 살균처리 구간을 통과할 때, 이송물(103)의 우측면에 자외선 라인빔을 조사한다. 이를 위해 우측면 자외선광원모듈(114)은 제4라인빔 광학계(114A)와 제4거울(114B)을 구비한다. 제4라인빔 광학계(114A)는 상기 살균처리 구간의 우측면에 설치되어 자외선 라인빔을 출사한다. 제4거울(114B)은 상기 제4라인빔 광학계(114A)에서 출사되는 라인빔을 소정 각도(예: 90도)로 반사시킨다. 이에 따라, 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102)에 적재되어 상기 살균처리 구간을 통과할 때 상기 제4거울(114B)을 통해 조사되는 라인빔에 의해 우측면이 살균 처리된다.
하부면 자외선광원모듈(115)은 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102) 상에서 살균처리 구간을 통과할 때, 이송물(103)의 하부면에 자외선 라인빔을 조사한다. 이를 위해 하부면 자외선광원모듈(115)은 제5라인빔 광학계(115A)와 제5거울(115B)을 구비한다. 제5라인빔 광학계(115A)는 상기 살균처리 구간의 하부면에 설치되어 자외선 라인빔을 출사한다. 제5거울(115B)은 상기 제5라인빔 광학계(115A)에서 출사되는 라인빔을 소정 각도(예: 90도)로 반사시킨다. 이에 따라, 이송물(103)이 컨베이어(101)의 이송부(102)에 적재되어 상기 살균처리 구간을 통과할 때 상기 제5거울(115B)을 통해 조사되는 라인빔에 의해 하부면이 살균 처리된다. 상기 각각의 자외선광원모듈은 200nm ~ 400nm의 파장의 자외선 라인빔을 출력한다.
자외선광원 모듈부(110)의 자외선광원 모듈(111-115)에 각기 구비된 라인빔 광학계(111A-115A)는 서로 동일한 원리로 라인빔을 발생한다. 도 4는 라인빔 광학계(111A)의 상세도이다. 따라서, 상기 라인빔 광학계(111A-115A) 중에서 라인빔 광학계(111A)를 예로 하고, 도 4를 참조하여 라인빔을 발생 동작을 설명하면 다음과 같다.
라인빔 광학계(111A)는 고체 레이저(401), 전단 거울(402) 및 후단 거울(403), 비구면 실린더렌즈(powell lens)(404) 및 실린더렌즈(405)를 구비한다.
고체 레이저(401)는 평행광 형태의 빔을 출사하는데, 이 빔의 형태는 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 고체 레이저(401)에서 출사되는 빔의 파장 은 265nm이고, 출력은 1W이고, 직경은 1mm이고, 빔 발산각(Beam Divergence)은 평행광과 거의 흡사할 정도로 매우 작은 0.45mrad 이하일 수 있다. 광원으로써 상기 고체 레이저(401)가 아닌 광섬유 결합 레이저(fiber coupled laser) 또는 LD(laser diode) 또는 LED(light emitting diode) 등이 사용될 경우 이로부터 출력되는 빔의 크기와 빔의 발산각이 크기 때문에 평행한 빔이 출사되도록 별도의 시준 렌즈군을 구비하여야 한다.
전단 거울(402)은 상기 고체 레이저(401)의 전방에 소정의 각도(예: 45도)의 기울기로 설치되어 상기 고체 레이저(401)에서 조사되는 빔을 소정 각도(예: 90도)로 반사시킨다.
후단 거울(403)은 상기 전단 거울(402)의 전방에 소정의 각도(예: 45도)의 기울기로 설치되어 상기 전단 거울(402)을 통해 반사된 빔을 소정 각도(예: 90도)로 반사시킨다.
비구면 실린더 렌즈(powell lens)(404)는 상기 후단 거울(403)을 통해 평행광 형태로 입사되는 가우시안 빔을 균일하게 퍼뜨려주고 한 쪽 방향으로 길게 늘려주는 역할을 한다. 비구면 실린더 렌즈(404)는 뒷단이 원형 구조를 갖는 광학 부품으로 근본적으로 실린더 렌즈의 특성을 가진다. 따라서, 비구면 실린더 렌즈(404)는 입사되는 빔을 수직 방향으로 늘려주고 수평 방향으로는 변화시키지 않고 그대로 통과시킨다. 비구면 실린더 렌즈(404)의 곡률 부분을 여러 개 사용하여 나란하게 배열하면, 즉, 여러개의 비구면 실린더 렌즈를 나란하게 배열하면, 빔을 세로 방향으로 보다 균일하게 할 수 있다. 비구면 실린더 렌즈(4)에서 출사되는 빔의 직선거리(z)는 다음의 [수학식 1]로 표현할 수 있다.
Figure 112018079188343-pat00001
여기서, 다항식 항(Ai)이 포함된 항은 사용하지 않으며, 다음과 같은 구속조건을 가진다.
z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 직선거리, s는 광축에 수직인 방향으로의 거리, k는 코닉 계수로 -1보다 작은 값, c는 곡률(1/R, R:렌즈의 곡률반경), Ai는 비구면 계수 값이다. 여기서, 코닉계수(K)와 곡률(c)의 곱은 0.25보다 크고 50보다 작은 값을 가진다.
실린더 렌즈(405)는 상기 비구면 실린더 렌즈(404)로부터 입사되는 빔에 대하여 수직 방향의 길이는 그대로 유지하고 폭을 줄여주는 역할을 한다. 이를 위해 실린더 렌즈(405)의 두께는 축상 자오선(axial meridian)에서 일정하고 굴절능 자오선(power meridian)에서는 달라지는 구조를 갖도록 하였다. 실린더 렌즈(405)의 곡률은 포물면 또는 비구면일 수 있으며, 빔의 직선거리(z)는 다음의 [수학식 2]로 표현할 수 있다.
Figure 112018079188343-pat00002
여기서, z는 렌즈의 정점으로부터 광축 방향으로의 직선거리, s는 광축에 수직인 방향으로의 거리, k는 코닉 계수, c는 곡률(1/R, R:렌즈의 곡률반경), A4는 4번째 순서의 비구면 계수값, A6는 6번째 순서의 비구면 계수값, A8은 8번째 순서의 비구면 계수 값이다.
비구면 실린더 렌즈(404)의 축상 자오선(axial meridian)과 수직 방향으로 실린더 렌즈(405)를 배치하면 빔 폭을 줄일 수 있다. 예를 들어, 빔이 비구면 실린더 렌즈(404)만 통과할 경우 이의 폭은 1.4mm 정도이지만 계속해서 다음 단의 실린더 렌즈(405)까지 통과할 경우에는 0.4mm로 줄어든다. 결국, 비구면 실린더 렌즈(404)에 실린더 렌즈(405)를 결합 함으로써, 단위 면적당 출력를 높일 수 있고, 낮은 출력의 빔을 이용하여 이송물(103)을 살균할 수 있게 된다.
비구면 실린더 렌즈(404)와 실린더 렌즈(405)의 재질은 특별하게 한정되지 않으나, 자외선 투과율이 극히 낮은 일반 유리는 사용하지 않고, 자외선을 투과시킬 수 있는 Fluoride 계열(CaF2, MgF2)인 Sapphire, PYREX, Fused Silica, Quartz(SiO2), Chloride 계열을 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 굴절률은 1.4~1.5로 낮고 투과율은 최대 90% 내외이다. 실리카(Silica)나 수정(Quartz)은 품질에 따라 차이가 있지만 진공자외선(VUV)까지 투과시킬 수 있으며, 자외선 퓨즈드 실리카(UV Fused Silica)는 자외선부터 근적외선까지 높은 투과율, 우수한 가공 정밀도를 가지며, 온도 변화에 따른 환경성이 우수하여 자외선용 재질로 가장 많이 사용된다. 이를 감안하여, 자외선광원 모듈부(110)에서 사용되는 모든 렌즈는 UV Fused Silica 재질을 사용하였으며, 이 렌즈들은 265nm 파장의 자외선에 대해 1.46의 굴절률을 가지며 67.8의 아베수를 갖는다.
또한, 상기 렌즈들을 265nm 파장의 자외선에서 비반사 코팅하여 반사율을 약 0.5% 이하로 만들 수 있다. 그리고, 상기 렌즈들의 비반사막으로 자외선 투과율이 좋은 ZrO2(고굴절 물질)와 SiO2(저굴절 물질)을 사용하면 투과율을 높일 수 있다.
자외선광원 모듈부(110)에서 사용되는 모든 거울은 유리 또는 금속 재질을 사용할 수 있으며, 평판 또는 직각 프리즘 형상으로 제작할 수 있다. 이때, 상기 렌즈들에 입사되는 광원의 세기가 클 경우 유리 재질과 다르게 금속 재질은 열에 의해 변형될 수 있으므로 광원의 세기를 고려할 필요가 있다. 자외선광원 모듈부(110)에서 사용되는 거울은 자외선 빔의 손실을 최소화 할 수 있도록 자외선 파장대역용 알루미늄 반사 코팅을 적용하였으며, 유전체 다층 박막 필름 코팅을 사용하여 자외선의 반사율을 더 높일 수 있다. 상기 직각 프리즘 형태의 거울은 기구물의 가공이나 조립이 용이한 장점을 갖는다.
자외선 라인빔 살균장치(100)에서 조사되는 265nm 파장의 에너지 밀도는 특별하게 한정되지 않으며, 본 실시예에서는 0.4mW/mm2이다. 실험 결과에 의하면, 자외선 라인빔의 에너지 밀도가 0.4mW/mm2인 경우 대부분의 바이러스가 살균되는 것으로 확인되었다. 그리고, 본 실시예에 따른 상기 자외선 라인빔의 크기는 길이 방향으로 600mm 정도이고, 폭은 0.28mm, 에너지 밀도는 기준값 0.4mW/mm2 보다 6배 정도 큰 2.4mW/mm2이다. 실험 결과에 의하면, 이와 같은 경우 초당 6mmㅧ600mm의 면적을 살균할 수 있는 것으로 확인되었다.
아래의 [표 1]은 자외선광원 모듈부(110)의 자외선광원 모듈(111-115) 중에서 상기 살균처리 구간의 상부에 설치된 라인빔 광학계 예를 들어, 자외선광원 모듈(112)의 구성요소에 대한 특성을 나타낸 것이다. [표 1]에 나타난 바와 같이 비구면 실린더 렌즈(404)의 출사 면(L5)과 실린더 렌즈(405)의 입사 렌즈(L6) 간의 거리를 일정치(예: 2mm) 이하로 가깝게 하여 렌즈 밖으로 퍼져나가는 에너지 손실이 최소화 되도록 하였다. 그리고, 자외선광원 모듈(112)과 빔 조사면(L8) 간의 거리를 일정치(예: 400mm) 이상으로 유지되게 함으로써, 빔이 넓게 퍼져나가 비교적 큰 사이즈의 이송물(103)에 대해서도 모든 표면을 살균처리할 수 있게 된다.
Figure 112018079188343-pat00003
아래의 [표 2]는 자외선광원 모듈부(110)의 자외선광원 모듈(111-115) 중에서 상기 살균처리 구간의 측면에 설치된 라인빔 광학계 예를 들어, 자외선광원 모듈(114)의 구성요소에 대한 특성을 나타낸 것이다. [표 2]에 나타난 바와 같이 비구면 실린더 렌즈(404)의 출사 평면(L5)과 실린더 렌즈(405)의 입사 렌즈(L6) 간의 거리를 일정치(예: 2mm) 이하로 가깝게 하여 렌즈 밖으로 퍼져나가는 에너지 손실이 최소화 되도록 하였다. 그리고, 자외선광원 모듈(114)과 빔 조사면(L8) 간의 거리를 일정치(예: 400mm) 이상으로 유지되게 함으로써, 빔이 넓게 퍼져나가 비교적 큰 사이즈의 이송물(103)에 대해서도 모든 표면을 살균처리할 수 있게 된다.
Figure 112018079188343-pat00004
아래의 [표 3]은 자외선광원 모듈부(110)의 자외선광원 모듈(111-115) 중에서 상기 살균처리 구간의 하부에 설치된 하부면 자외선광원모듈(115)의 구성요소에 대한 특성을 나타낸 것이다. [표 3]에 나타난 바와 같이 비구면 실린더 렌즈(404)의 출사 평면(L5)과 실린더 렌즈(405)의 입사 렌즈(L6) 간의 거리를 일정치(예: 2mm) 이하로 가깝게 하여 렌즈 밖으로 퍼져나가는 에너지 손실이 최소화 되도록 하였다. 그리고, 자외선광원 모듈(115)과 빔의 조사면(L8) 간의 거리를 일정치(예: 400mm) 이상으로 유지되게 함으로써, 빔이 넓게 퍼져나가 비교적 큰 사이즈의 이송물(103)에 대해서도 모든 표면을 살균처리할 수 있게 된다.
Figure 112018079188343-pat00005
상기 이송부(102)의 살균처리 구간에서 자외선광원 모듈부(110)로부터 이송물(103)에 조사되는 자외선이 외부로 새어나가는 것을 방지하기 위해 이중 차단막(104)을 구비할 수 있다. 자외선 라인빔 살균장치(100)는 내부를 자체적으로 살균처리하기 위하여 자체 살균처리 기능을 구비할 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 자외선 라인빔 살균장치(100)의 살균 처리과정을 나타낸 흐름도이다. 도 5를 참조하여 자외선 라인빔 살균장치(100)의 살균 처리과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 사용자는 자외선 라인빔을 이용하여 이송물(103)의 살균처리를 위해 조작부(130)를 통해 살균 조건을 설정한다(S1).
이후, 제어부(140)는 센서부(120)를 통해 컨베이어(101)의 이송부(102)에 이송물(103)이 적재되는 것을 인식하여 그 컨베이어(101)를 구동시킨다(S2,S3).
이어서, 제어부(140)는 자외선광원 모듈부(110)을 구동시키고, 센서부(120)를 통해 이송물(103)의 사이즈를 인식한 후 현재 자외선광원 모듈부(110)로부터 조사되고 있는 자외선 라인빔의 출력이 상기 사이즈에 대비하여 적절한지 확인한다(S4,S5).
제어부(140)에서 확인 결과, 현재 출력되고 있는 자외선 라인빔의 출력이 상기 사이즈에 대비하여 적절하지 않은 것으로 판단되면 전원부(150)를 통해 자외선광원 모듈부(110)로부터 조사되고 있는 자외선 라인빔의 출력을 조절하고, 적절한 것으로 판명될 때에는 출력 조정 없이 그대로 살균과정을 진행한다(S6,S7).
이후, 제어부(140)는 센서부(120)를 통해 이송물(103)이 배출되는지 확인하여 배출되지 않은 것으로 판명되면 해당 이송물(103)에 대한 살균과정을 계속 진행하고, 배출된 것으로 판명되면 살균 카운트값을 하나 증가시킨다(S8,S9).
이어서, 제어부(140)는 센서부(120)를 통해 다음 이송물이 더 있는지 확인하여 더 있는 것으로 판명되면 상기와 같은 살균처리과정을 반복 수행하고, 더 이상 없는 것으로 판면되면 자외선 라인빔 살균장치(100)에 대한 자체 살균처리 과정을 수행한 후 살균처리과정을 종료한다(S10,S11).
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 자외선 라인빔 살균장치 110 : 자외선광원 모듈부
111 : 제1상부면 자외선광원모듈 112 : 제2상부면 자외선광원모듈
113 : 좌측면 자외선광원모듈 114 : 우측면 자외선광원모듈
115 : 하부면 자외선광원모듈 120 : 센서부
130 : 조작부 140 : 제어부
150 : 전원부 160 : 표시부

Claims (11)

  1. 컨베이어의 이송부에 적재되어 이송되고 있는 이송물의 전체 표면에 대하여 자외선 라인빔을 조사하면서 그에 따른 출력 및 상태정보를 출력하는 적어도 하나 이상의 자외선광원모듈을 포함하는 자외선광원 모듈부;
    복수 개의 티오에프(TOF: Time Of Flight) 센서를 구비하여 상기 이송물에 대한 크기 및 거리 감지신호, 정위치 감지신호 및 살균종료 감지신호를 출력하는 센서부;
    상기 크기 및 거리 감지신호, 정위치 감지신호, 살균종료 감지신호 및 설정정보에 따른 구동제어신호 및 상기 출력 및 상태정보에 따른 상기 이송물의 수량, 자외선 사용시간, 에너지 세기 상태를 표시하기 위한 표시제어신호를 출력하는 제어부; 및
    상기 구동제어신호에 따라 상기 자외선광원 모듈부에 구동전원을 공급하는 전원부를 포함하되,
    상기 자외선광원모듈은
    평행광 형태의 빔을 출사하는 고체 레이저;
    상기 고체 레이저의 전방에 기울어진 형태로 설치되어 상기 고체 레이저에서 출사되는 빔을 반사시키는 전단 거울;
    상기 전단 거울의 전방에 기울어진 형태로 설치되어 상기 전단 거울을 통해 반사된 빔을 반사시키는 후단 거울;
    상기 후단 거울을 통해 평행광 형태로 입사되는 가우시안 빔을 균일하게 퍼뜨려주고 한 쪽 방향으로 길게 늘려주는 역할을 하는 비구면 실린더 렌즈(powell lens); 및
    상기 비구면 실린더 렌즈로부터 입사되는 빔에 대하여 수직 방향의 길이는 그대로 유지하고 폭을 줄여주는 역할을 하는 실린더 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자외선광원 모듈부는
    상기 이송물이 상기 이송부 상에서 살균처리 구간을 통과할 때,
    상기 이송물의 전면과 상부면에 자외선 라인빔을 출사하는 제1상부면 자외선광원모듈;
    상기 이송물의 상부면과 후면에 자외선 라인빔을 출사하는 제2상부면 자외선광원모듈;
    상기 이송물의 좌측면에 자외선 라인빔을 출사하는 좌측면 자외선광원모듈;
    상기 이송물의 우측면에 자외선 라인빔을 출사하는 우측면 자외선광원모듈; 및
    상기 이송물의 하부면에 자외선 라인빔을 출사하는 하부면 자외선광원모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 각각의 자외선광원모듈은
    200nm ~ 400nm의 파장의 자외선 라인빔을 출력하는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 각각의 자외선광원모듈은
    상기 이송물의 크기에 대응하여 직렬로 추가 배열되는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 비구면 실린더 렌즈는 곡률 부분을 여러 개 사용하여 나란하게 배열된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 자외선 라인빔 살균장치는
    상기 이송물의 표면에 자외선 라인빔을 조사하여 살균처리 할 때, 사용자로 하여금 살균 시간, 살균 에너지, 시작 및 종료를 설정할 수 있도록 상기 설정정보를 전송하는 조작부를 더 포함한 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 크기 감지신호와 상기 이송물의 이송시간을 근거로 상기 구동제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  10. 제1항에 있어서, 자외선 라인빔 살균장치는
    상기 자외선광원 모듈부로부터 상기 이송물에 조사되는 자외선이 외부로 새어나가는 것을 방지하기 위한 이중 차단막을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
  11. 제1항에 있어서, 자외선 라인빔 살균장치는
    내부를 자체적으로 살균처리하기 위하여 자체 살균처리 기능을 구비한 것을 특징으로 하는 자외선 라인빔 살균장치.
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