KR102174252B1

KR102174252B1 - 광촉매 장치

Info

Publication number: KR102174252B1
Application number: KR1020140128992A
Authority: KR
Inventors: 김재호; 박지용; 임연우; 지용준
Original assignee: 한온시스템 주식회사
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2020-11-04
Also published as: KR20160036854A

Abstract

본 발명의 광촉매 장치(100)는 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300)에 고정되는 고정부(111) 및 내부 수분이 배출가능한 배수공(113a)이 형성된 몸체(110); LED(121)와, 상기 LED(121)가 고정되는 기판(122)을 포함하여 자외선(UV) 광을 조사하며, 상기 몸체(110)에 고정되는 광원부(120); 및 상기 광원부(120)에 의해 조사되는 광에 의해 광 촉매 반응을 일으켜 과산소 라디칼을 발생시키는 촉매부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 몸체(110)에 배수공(113a)이 형성되어 광촉매 장치(100) 내부로 유입된 수분에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지함으로써 살균 및 탈취 성능을 지속적으로 유지할 수 있으며, 고정부(111)를 통해 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300)에 고정될 수 있어 장착이 용이하다.

Description

광촉매 장치{PHOTOCATALYST DEVICE}

본 발명은 광촉매 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게, 공조케이스의 내부로 유입되는 공기를 정화함과 더불어 증발기를 살균 및 탈취하며, 광촉매 장치 내부로 유입된 수분에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지함으로써 살균 및 탈취 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 광촉매 장치에 관한 것이다.

차량용 공조장치는 차량 외부의 공기를 차량 실내로 도입하거나 차량 실내의 공기를 순환시키는 과정에서 가열 또는 냉각시켜 차량 실내를 냉방 또는 난방하기 위한 장치로서, 공조케이스의 내부에는 냉각작용을 위한 증발기와, 가열작용을 위한 히터코어 및 증발기나 히터코어에 의해 냉각 또는 가열된 공기를 송풍 모드 전환용 도어를 사용하여 차량 실내의 각 부분으로 선택적으로 송풍하도록 이루어진다.

한편, 차량 보급률이 계속 증가될 뿐만 아니라 사용자가 차량 내부에 있는 시간도 늘어나고 있어 차량 내부의 쾌적성 유지를 위한 연구가 계속되고 있다. 그러나 차량의 실내는 좁고 밀폐되어 있어 오염되기 쉬우며, 도심의 미세먼지와 각종 오염물질 때문에 차량 실내의 오염은 더욱 가중됨에 따라, 최근에는 차량의 실내 공기를 정화시키는 차량용 공기정화장치가 개발되어 있다.

일 예로서, 선 출원된 일본 등록특허공보 제2549032호(1997.05.30)에는 자동차용 탈취기 부착 냉방 장치가 개시된바 있다. 도 1은 종래의 자동차용 탈취기 부착 냉방 장치를 도시한 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 자동차용 탈취기 부착 냉방 장치는 몸체(20)에 외기 흡입구(21)와 내기 흡입구(22)가 구비되며, 외기 흡입구(21)와 내기 흡입구(22)를 선택적으로 개폐하는 인테이크 도어(23)가 회동 가능하게 구비된다. 인테이크 도어(23)의 회동 축에는 액추에이터(30)가 연결되어 제어 수단(31)에 의해 제어된다. 인테이크 도어(23)의 하류 측에는 내,외기 흡입구(21)(22)로부터 도입된 공기를 하류 측으로 송풍하기 위한 송풍기(25)가 설치되고, 송풍기(25)는 팬(32)과 상기 팬(32)을 회전시키는 모터(33)로 구성된다. 상기 송풍기(25)의 하류 측에는 증발기(26)가 내설되어 이를 통과하는 공기와 열교환 함으로써 공기를 냉각시킨다. 증발기(26)의 하류 측의 공기 통로(28)에는 장파장 빛의 조사에 의해 활성 산소를 발생시키는 광촉매 필터(27)가 설치된다. 상기 광촉매 필터(27)는 자외선 램프(29)의 조사에 의해 활성 산소를 발생해, 이 활성 산소가 악취를 일으키는 물질을 극 저농도의 피산화성 화합물까지 산화 분해한다. 상기 자외선 램프(29)는 증발기(26)와 광촉매 필터(27)의 사이에 배치된다. 광촉매 필터(27)의 하류 측에는 유동 공기중에 포함되는 오존을 제거하기 위한 금속촉매 필터(34)가 설치된다. 미설명된 부호 35는 온도 센서이고, 36은 악취 레벨을 센싱하는 센서이며, 37은 팬 스위치이고, 24는 공기 토출구이다.

하지만, 종래의 자동차용 탈취기 부착 냉방 장치는 광촉매의 광원으로 사용되는 자외선 램프(29)가 내부에 수은을 함유한 것으로서, 수은이 인체에 유해하고 여러 환경적 요건에 의해 차량에 적용할 수 없다는 문제점이 있었다. 아울러, 광촉매 필터(27)는 증발기(26)의 하류 측에 설치되어 증발기(26)에서 발생되는 악취를 흡착하여 탈취시킴에 따라, 먼지량 과다 시 풍량 저하로 필터를 교체하여야 하는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 자동차용 탈취기 부착 냉방 장치는 자외선 램프(29)와 광촉매 필터(27)가 개별 부품으로써 조립성이 저하되는 문제점이 있다.

일본 등록특허공보 제2549032호(1997.05.30)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 공조케이스의 내부로 유입되는 공기를 정화함과 더불어 증발기를 살균 및 탈취하며, 광촉매 장치 내부로 유입된 수분에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지함으로써 살균 및 탈취 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 광촉매 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 광촉매 장치는 차량용 공조장치의 케이스에 고정되는 고정부 및 내부 수분이 배출가능한 배수공이 형성된 몸체; LED와, 상기 LED가 고정되는 기판을 포함하여 자외선(UV) 광을 조사하며, 상기 몸체에 고정되는 광원부; 및 상기 광원부에 의해 조사되는 광에 의해 광 촉매 반응을 일으켜 과산소 라디칼을 발생시키는 촉매부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 즉, 몸체에 배수공이 형성되어 광촉매 장치 내부로 유입된 수분에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지함으로써 살균 및 탈취 성능을 지속적으로 유지할 수 있으며, 고정부를 통해 차량용 공조장치의 케이스에 고정될 수 있어 장착이 용이하다.

이 때, 상기 몸체는 상기 LED 기판을 지지하는 지지부와, 상기 지지부로부터 상기 광원부의 광 조사 방향으로 폭이 넓어지게 경사지게 형성되는 경사부와, 상기 경사부의 내주로부터 내측방향으로 돌출되어 상기 촉매부를 지지하는 단턱부와, 상기 단턱부로부터 연장되어 상기 촉매부를 고정하는 촉매부 수용부를 포함하여 간단한 구성을 가지며, 상기 경사부를 통해 상기 지지부에 장착되는 광원부로부터 조사된 광을 상기 촉매부로 안내하여 상기 촉매부에 집중되게 함으로써 촉매 반응량을 증가시킨다. 이로 인해, 과산소 라디칼의 발생량이 많아져 살균 및 탈취 효과가 증대될 수 있다.

또, 상기 차량용 공조장치의 케이스에 장착된 상태에서, 상기 경사부의 하측에 배수공이 형성되어 수분 배출이 경사부를 통해 상기 배수공으로 안내되어 수분 배출 효과를 더욱 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 기판은 상기 촉매부와 마주하는 면이 방습재료로 코팅되어 수분에 의해 기판이 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 광촉매 장치는 공조케이스의 내부로 유입되는 공기를 정화함과 더불어 증발기를 살균 및 탈취하며, 광촉매 장치 내부로 유입된 수분에 의해 내구성이 저하되는 것을 방지함으로써 살균 및 탈취 성능을 지속적으로 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 자동차용 탈취기 부착 냉방 장치를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 광촉매 장치의 사시도, 다른 방향 및 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 광촉매 장치의 촉매부를 나타낸 도면.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 광촉매 장치가 장착된 차량용 공조장치를 나타낸 개략도, 및 사시도.

이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 광촉매 장치(100)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 광촉매 장치(1000)의 사시도, 다른 방향 및 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 광촉매 장치(100)의 촉매부(130)를 나타낸 도면이며, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 광촉매 장치(100)가 장착된 차량용 공조장치(1000)를 나타낸 개략도, 및 사시도이다.

본 발명의 광촉매 장치(100)는 몸체(110), 광원부(120), 및 촉매부(130)를 포함한다.

상기 몸체(110)는 상기 광원부(120) 및 촉매부(130)를 지지하며, 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300)(공조케이스(300) 또는 송풍케이스(210))와 고정을 위한 고정부(111)가 형성되어 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300)에 고정된다. 또한, 배수공(113a)이 형성되어 내부의 수분이 배출되도록 한다.

더욱 상세하게, 상기 몸체(110)는 지지부(112), 경사부(113), 단턱부(114), 및 촉매부 수용부(115)를 포함하며, 상기 배수공(113a)이 상기 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300)에 장착된 상태에서, 상기 경사부(113)의 하측에 형성될 수 있다.

먼저, 상기 지지부(112)는 상기 광원부(120)의 기판(122)을 지지하는 부분이며, 상기 경사부(113)는 상기 지지부(112)로부터 상기 단턱부(114)(촉매부(130)) 측으로 폭이 넓어지게 경사지는 부분으로서, 상기 지지부(112)에 장착되는 광원부(120)로부터 조사된 광을 상기 촉매부(130)로 안내하여 상기 촉매부(130)에 집중되게 함으로써 촉매 반응량을 증가시킨다. 이로 인해, 과산소 라디칼의 발생량이 많아져 살균 및 탈취 효과가 증대될 수 있다. 이 때, 상기 배수공(113a)은 상기 배수공(113a)이 상기 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300)에 장착된 상태에서, 상기 경사부(113)의 하측에 형성되어 수분이 상기 경사부(113)를 통해 상기 배수공(113a)으로 안내되어 수분 배출 효과를 더욱 높일 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 도 2 내지 도 4에서 상기 경사부(113)는 상기 지지부(112)를 기준으로 상, 하, 좌, 우측의 모든 부분이 경사지게 형성된 예를 나타내었다. 더욱 상세하게, 상기 경사부(113)는 상기 지지부(112)와 상기 단턱부(114)를 연결하되, 상기 지지부(112)에서 단턱부(114) 측으로 내부 길이가 증가되도록 형성된다. 특히, 상기 경사부(113)는 도 2 내지 도 4의 상하방향(광촉매 장치(100)가 장착된 상태에서)을 기준으로, 점차 내부 길이가 증가되는 형태를 갖도록 형성되어야 하며, 하측방향으로 경사지게 형성된 하측 경사부(113)에 상기 배수공(113a)이 형성된다.

상기 촉매부 수용부(115)는 상기 촉매부(130)가 구비되는 부분으로서, 촉매부(130)로 차량용 공조장치(1000)의 케이스(210, 300) 내부 공기가 상기 촉매부(130) 측으로 안내될 수 있도록 형성된다. 특히, 상기 촉매부(130)의 일면(상기 지지부(112)가 구비된 측의 반대면)이 케이스(210, 300) 내부로 노출되도록 형성되어야 한다. 이 때, 상기 촉매부 수용부(115)는 상기 촉매부(130)의 장착 및 점검 등이 용이하도록 상기 촉매부(130)가 탈착가능하도록 슬라이딩 결합될 수 있다.

상기 광원부(120)는 상기 몸체(110)에 고정되어 자외선(UV) 광을 조사하는 부분으로서, LED(121)(Light emitting diode, 발광다이오드)와, 상기 LED(121)가 고정되는 기판(122)을 포함한다. 상기 LED(121)는 400nm 이하의 파장을 갖는 UVA(Ultra Violet-A) 광 또는 UVC(Ultra Violet-C) 광을 조사하는 것으로서, 기존의 수은 램프에서 문제점이었던 수은 사용의 문제를 해결하고 작은 전력으로 효과적인 빛의 조사가 가능하다. 이 경우, UVA는 비교적 저가이기 때문에 비용적인 측면에서 유리하고 광촉매 담체의 광 촉매 반응을 효과적으로 활성화시킨다. 아울러, UVC는 비교적 고가이나 광 촉매 반응을 활성화시키는 작용을 함과 동시에 자체적으로 살균 기능을 수행하여 살균 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 광원부(120)는 상기 LED(121)가 하나일 수도 있으며 상기 촉매부(130)의 크기에 대응하여 둘 이상이 구비될 수 있다. 물론, 상기 LED(121)가 둘 이상이 구비되는 경우, UVA(Ultra Violet-A) 및 UVC(Ultra Violet-C)를 조사하는 LED(121)가 모두 구비될 수도 있다.

이 때, 상기 기판(122)은 상기 촉매부(130)와 마주하는 면이 방습재료로 코팅되어 수분에 의해 LED(121)로의 전원 공급에 문제가 되는 것을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

상기 촉매부(130)는 상기 광원부(120)에 의해 조사되는 광에 의해 광 촉매 반응을 일으켜 과산소 라디칼을 발생시킨다. 상기 촉매부(130)는 상기 광원부(120)에서 조사되는 광에 의해 광 촉매 반응을 일으키며, 광 촉매 반응에서 발생된 과산소 라디칼의 산화 작용으로, 공조케이스(300) 내부로 유입되는 오염물질과, 증발기(410) 내의 균류, 각종 오염물질 및 악취를 제거한다. 더욱 상세하게, 상기 광촉매는 광원부(120)에서 조사되는 광을 흡수하게 되면, 전자가 채워져 있는 가전자대(Valence Band:VB)의 전자가 빛에너지를 흡수하여 전자가 비어있는 전도대(Conduction Band:CB)로 점프하게 된다. 가전자대의 빈 전자자리인 정공(Hole)은 표면에 물 분자를 산화시켜 자신은 원래의 상태로 되고, 산화된 물분자는 ㅇOH 라디칼을 형성한다. 아울러, 전도대로 여기된 여기 전자(Excited Electron)라 하는 전자는 산소와 반응하여 강한 산화력의 과산소 라디칼을 생성한다.

한편, 상기 촉매부(130)는 담지체(131)와, 조촉매와 산성 첨가제를 첨가하여 겔 형태로 액상화된 촉매를 상기 담지체(131)에 코팅하여 담지되는 코팅층(132)을 포함할 수 있다. (도 5 참조) 상기 담지체(131)는 그물망을 포함한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 메탈 또는 탄성특성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.

상기 촉매로서, 10나노미터 내지 60나노미터 크기로 입자화된 산화티타늄을 구비하고, 상기 산화티타늄의 표면적 값은 330m²/g 이상으로 형성된다. 더욱 상세하게는, 광촉매로 사용되는 산화티타늄(TiO₂)은 400nm 이하의 자외선을 받아 과산소 라디칼을 생성하며, 생성된 과산소 라디칼은 유기물을 분해하여 안전한 물과 이산화탄소로 분해한다. 상기 산화티타늄은 나노 입자화되어 비교적 세기가 약한 자외선 파장을 나타내는 광원을 사용하여도 다량의 과산소 라디칼을 생성할 수 있다. 따라서, 유기물의 분해 능력이 우수하고, 환경 변화에도 지속적인 내구성 및 안정성을 가지며, 반영구적인 효과를 갖는다. 또한, 다량으로 발생된 과산소 라디칼은 유기물뿐만 아니라 악취, 세균 등 다양한 물질을 제거할 수 있다. 상기 촉매부(130)는 나노 입자화된 산화티타늄의 표면적 값을 330m²/g 이상으로 형성함으로써, 통상의 산화티타늄에 비해 같은 면적당 광 에너지를 받는 입자수가 월등히 많이 존재하게 되어 과산소 라디칼의 발생량이 증가한다.

이 때, 상기 조촉매는 알루미나일 수 있으며, 이 경우 촉매부(130)의 담지력을 보다 향상시키고, 담지체(131)의 고정 능력을 증대할 수 있는 장점이 있다.

상기 촉매부(130)의 제조 과정의 일 예를 설명하면, 산화티타늄을 고온에서 소성과 상온 건조 과정을 거쳐 10나노미터 ~ 60나노미터 크기로 입자화 한 후, 알루미나로 구성된 조촉매를 첨가하여 액상으로 가공한다. 이후에, 액상을 사용 용도에 맞게 2차 가공하여 담지체(131)에 담지하고, 2차 건조 소성 과정을 거쳐 담지체(131)에 고정한다.

본 발명의 광촉매 장치(100)는 광원부(120)와 촉매부(130)를 이용하여 광 촉매 반응에 의해 과산소 라디칼을 발생시키는 구조로서, 종래의 악취가 포함된 오염 공기를 흡착하여 탈취시키는 구조와 비교하여, 별도로 필터를 교체하지 않아도 되며, 담체의 종류 선택 또는 광원부(120)의 적절한 온/오프 제어를 통해 거의 반영구적으로 사용 가능한 장점이 있다.

본 발명의 광촉매 장치(100)는 몸체(110)의 고정부(111)에 의해 차량용 공조장치(1000)의 송풍케이스(210) 또는 공조케이스(300)에 고정되어 차량 실내로 공급되는 공기를 정화한다. 이 때, 본 발명의 광촉매 장치(100)가 차량용 공조장치(1000) 내부에 구비되는 증발기(410)의 전측에 구비됨으로써 상기 증발기(410)를 살균 및 탈취하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 차량용 공조장치(1000)에 대하여 간단히 설명한다. (도 6 및 도 7 참조)

상기 차량용 공조장치(1000)는 유입덕트, 내외기 전환도어(213), 송풍팬(214) 및 송풍케이스(210)를 포함하는 송풍장치(200)와, 온도 조절 및 차량 실내로 토출되는 공기 흐름을 조절하기 위한 구성들이 내장되는 공조케이스(300)를 포함한다.

상기 유입덕트는 내기 유입구(211) 및 외기 유입구(212)가 각각 형성된다. 상기 내기 유입구(211)는 차량 내부와 연통되어 내기가 유입되며, 상기 외기 유입구(212)는 차량 외부와 연통되어 외기가 유입된다.

상기 내외기 전환도어(213)는 상기 유입덕트 내부에 구비되어 상기 내기 유입구(211) 및 외기 유입구(212)를 개폐한다. 상기 내외기 전환도어(213)는 차량 탑승객의 설정에 따라 작동되어 외기 또는 내기가 선택적으로 유입되도록 제어한다.

상기 송풍팬(214)은 내기 또는 외기를 강제 송풍한다.

상기 송풍케이스(210)는 일측이 상기 유입덕트와 연결되고 타측이 공조케이스(300)의 입구측과 연결되는 부분으로서, 내부에 송풍팬(214)이 구비된다. 더욱 상세하게, 상기 송풍케이스(210)는 상기 유입덕트와 연결되어 상기 송풍팬(214)이 안착되는 팬안착부와, 상기 팬안착부의 둘레로부터 연장되어 공조케이스(300)의 입구측과 연결되는 연결부를 포함한다.

한편, 상기 공조케이스(300)는 공기유입구와 송풍케이스(210)가 연결되어 공기가 유입되며 내부에는 증발기(410) 및 히터코어(420)가 구비되어 상기 송풍장치(200)를 통해 공급되는 공기를 냉각하거나 가열하고, 복수개의 벤트(310)들을 통해 차량 실내로 공급된다. 이 때, 일반적으로, 상기 증발기(410)는 차가운 냉매가 유동되어 공기를 냉각하며, 상기 히터코어(420)는 가열된 냉각수가 유동되어 공기를 가열한다. 또한, 상기 공조케이스(300)는 내부에 증발기(410)를 통과한 공기가 히터코어(420)를 통과하는 정도를 결정하는 온도조절도어(320)가 구비된다. 다시 말해, 상기 온도조절도어(320)는 증발기(410)를 통과한 공기가 전량 히터코어(420)를 통과하는 온기통로와, 히터코어(420)를 통과하지 않는 냉기통로의 개도를 조절한다. 또한, 상기 공조케이스(300)는 상기 증발기(410) 및 히터코어(420)에 의해 온도 조절된 공기가 차량 실내로 토출되는 벤트(310)가 형성된다. 상기 벤트(310)는 페이스 벤트(310)(Face Vent), 디프로스트 벤트(310)(Defrost Vent), 및 플로어 벤트(310)(Floor Vent)를 포함한다. 상기 페이스 벤트(310)는 차량 실내의 전측(앞좌석)으로 공기를 토출하는 부분이며, 상기 디프로스트 벤트(310)는 차량 실내의 차창 쪽으로 공기를 토출하는 부분이고, 상기 플로어 벤트(310)는 차량 실내의 앞좌석 바닥 쪽으로 공기를 토출하는 부분이며, 상기 페이스 벤트(310), 디프로스트 벤트(310), 및 플로어 벤트(310)는 각각의 모드도어(310d)를 통해 개도가 조절된다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 광촉매 장치
110 : 몸체
111 : 고정부
112 : 지지부
113 : 경사부 113a : 배수공
114 : 단턱부 115 : 촉매부 수용부
120 : 광원부
121 : LED 122 : 기판
130 : 촉매부
131 : 담지체 132 : 코팅층
200 : 송풍장치
210 : 송풍케이스
211 : 내기 유입구 212 : 외기 유입구
213: 내외기 전환도어 214 : 송풍팬
300 : 공조케이스
310 : 벤트 310d : 모드도어
320 : 온도조절도어
410 : 증발기
420 : 히터코어
1000 : 차량용 공조장치

Claims

차량용 공조장치의 케이스에 고정되는 고정부 및 내부 수분이 배출가능한 배수공이 형성된 몸체;
LED와, 상기 LED가 고정되는 기판을 포함하여 광을 조사하며, 상기 몸체에 고정되는 광원부;
상기 광원부에 의해 조사되는 광에 의해 광 촉매 반응을 일으켜 과산소 라디칼을 발생시키는 촉매부를 포함하며,
상기 몸체는,
상기 LED 기판을 지지하는 지지부;
상기 지지부로부터 연장되어 상기 광원부의 광 조사 방향으로 폭이 넓어지도록 외측 방향으로 경사지게 형성되며, 상기 지지부와의 사이에 형성되는 공간을 에워싸는 경사부;
상기 경사부의 내주로부터 내측방향으로 돌출되어 상기 촉매부를 지지하는 단턱부; 및
상기 단턱부로부터 연장되어 상기 촉매부를 고정하는 촉매부 수용부를 포함하고,
상기 배수공은 상기 경사부의 하측에 형성는 것을 특징으로 하는 광촉매 장치.
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제1항에 있어서,
상기 기판은 상기 촉매부와 마주하는 면이 방습재료로 코팅되는 것을 특징으로 하는 광촉매 장치.