KR102186368B1

KR102186368B1 - 유체 살균 장치

Info

Publication number: KR102186368B1
Application number: KR1020187011367A
Authority: KR
Inventors: 히데노리 코나가요시; 노부히로 토리이; 테츠미 오치; 히로키 키우치
Original assignee: 니기소 가부시키가이샤
Priority date: 2015-09-25
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2020-12-03
Also published as: TWI702967B; US10800672B2; CN108136058A; US20180208486A1; JP2017060668A; EP3354287B1; WO2017051774A1; CN108136058B; JP6549456B2; KR20180056743A; EP3354287A1; EP3354287A4; TW201713371A

Abstract

유체 살균 장치(100)는, 자외선을 출사하는 반도체 발광 소자(12)를 구비하는 광원(14); 살균 대상인 유체가 통과하는 유로를 형성하는 케이스(10); 광원(14)으로부터 출사된 자외선의 일부를 수광하고, 수광한 자외선의 광량을 검출하는 수광부(16); 및 수광부로부터 취득한 자외선의 광량 정보에 기초하여 반도체 발광 소자의 출력을 제어하는 제어부(18)를 구비한다. 케이스(10)는, 자외선이 입사되는 입사부(20)와, 자외선을 내면에서 반사하는 반사부(22)를 구비한다. 반사부(22)는, 자외선의 일부를 투과시키는 재료로 구성되어 있고, 수광부(16)는, 반사부(22)를 투과한 일부의 자외선을 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다.

Description

유체 살균 장치

본 발명은, 유체 살균 장치에 관한 것이다.

종래, 자외선 조사에 의한 살균이 다양한 분야에서 진행되고 있다. 예를 들면, 물 등의 유체를 살균하는 살균 장치가 고안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 자외선 살균 장치에 사용되는 광원으로서는, 저압의 수은 증기의 방전에 의해 발생하는 253.7nm의 파장의 광을 방사하는 수은 램프가 알려져 있다.

이와 같은 자외선 광원은, 소비 전력이나 발열량이 크고, 광원 자체도 대형이다. 이에, 최근에는, 수은 램프에 비해 수명이 길고, 소비 전력도 낮은 자외선 발광 다이오드를 광원으로 사용한 자외선 살균 장치가 개발되어 있다. 또한, 자외선 발광 다이오드는, 사용할수록 출력이 서서히 저하되기 때문에, 자외선의 광량을 수광 소자로 검출하고, 검출된 자외선 광량의 정보에 기초하여 발광 다이오드의 자외선 조사량이 목적으로 하는 값이 되도록 구동 신호를 조정하는 기술도 고안되어 있다(특허문헌 2 참조).

[선행기술문헌]

]특허문헌]

일본국 특허공개공보 2014-87544호 공보

일본국 특허공개공보 2005-227241호 공보

그러나, 유체를 통과시키는 공간내에 입사된 자외선은, 그대로 공간의 내부에서 반사를 반복하면서 유체를 계속 조사할 수 있으면, 자외선 광원의 수나 출력을 저감할 수 있다. 한편, 자외선 광원의 출력을 일정하게 유지하기 위해, 자외선 광원으로부터 출사하는 일부의 자외선을 어떠한 방법으로 검출할 필요가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은, 효율적으로 살균하면서 자외선 광원의 출력을 안정화하는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 살균 장치는, 자외선을 출사하는 반도체 발광 소자를 구비하는 광원; 살균 대상인 유체가 통과하는 유로를 형성하는 케이스; 광원으로부터 출사된 자외선의 일부를 수광하고, 수광한 자외선의 광량을 검출하는 수광부; 및 수광부로부터 취득한 자외선의 광량 정보에 기초하여 반도체 발광 소자의 출력을 제어하는 제어부를 구비한다. 케이스는, 자외선이 입사되는 입사부와, 자외선을 내면에서 반사하는 반사부를 구비한다. 반사부는, 자외선의 일부를 투과시키는 재료로 구성되어 있고, 수광부는, 반사부를 투과한 일부의 자외선을 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다.

이 실시예에 의하면, 수광부에서 검출하는 자외선은, 반사부를 투과한 일부의 자외선이다. 반사부를 투과한 자외선은 살균에 기여하지 않기 때문에, 이와 같은 자외선을 이용하여 수광부에서 광량을 검출하는 것에 의해, 살균에 이용하는 자외선의 양을 줄이지 않아도 된다. 또한, 수광부로부터 취득한 자외선의 광량 정보에 기초하여 반도체 발광 소자의 출력을 제어하는 것에 의해, 광원의 출력을 안정화시킬 수 있다.

수광부는, 반사부를 사이에 두고 입사부와 반대측의 영역에 배치되어 있어도 좋다. 이에 의해, 수광부를 케이스의 외부에 마련할 수 있다.

반사부는, 파장이 285nm인 자외선의 확산 반사율이 78.5~95.4%의 범위이고, 파장이 285nm인 자외선의 확산 투과율이 0.6~13.1%의 범위인 재료로 구성되어 있어도 좋다. 이에 의해, 반사부에서 반사된 자외선은 다시 살균에 이용할 수 있기 때문에, 케이스 내의 유체에 대한 살균을 효율적으로 할 수 있다. 또한, 투과한 일부의 자외선을 케이스 외부에 배치한 수광부에서 검출할 수 있다.

반사부는, 비정질 결정 구조를 일부에 구비하는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)이어도 좋다. 이에 의해, 확산 반사율을 향상시킬 수 있다.

반사부는, 두께가 1~20mm의 범위여도 좋다. 바람직하게는, 두께가 2mm 이상이면 되고, 또한, 두께가 9mm 이하이면 된다. 이에 의해, 반사부에서의 자외선의 반사와 투과를 양립시킬 수 있다.

반도체 발광 소자는, 피크 발광 파장이 250nm~350nm의 범위에 있는 자외선을 발광해도 좋다. 이에 의해, 살균 효과를 향상시킬 수 있다.

케이스는, 반사부를 구비하는 튜브 형상의 살균실과, 살균실의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 마련되어 있는, 유체의 유입구 및 유체의 유출구를 구비해도 좋다. 광원은, 살균실의 길이 방향의 양단 중의 적어도 한쪽의 외측에 배치되어 있고, 입사부는, 광원과 살균실 사이에 마련되어 있다.

한편, 이상의 구성 요소의 임의의 조합, 본 발명의 표현을 방법, 다른 장치, 시스템 등의 사이에서 변환한 것도, 본 발명의 실시예로서 유효하다.

본 발명에 의하면, 효율적으로 살균하면서 자외선 광원의 출력을 안정화시킬 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 살균 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 PTFE의 파장별 확산 반사율을 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 실시예에 따른 PTFE의 파장별 확산 투과율을 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 한편, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 첨부하고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 또한, 이하에 제시되는 구성은 예시이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

(유체 살균 장치)

도 1은 본 실시예에 따른 살균 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다. 유체 살균 장치(100)는, 자외선을 살균실에 조사하는 것에 의해, 살균실을 통과하는 유체에 포함되어 있는 세균 등을 살균하는 것이다.

유체 살균 장치(100)는, 살균 대상인 유체(F)가 통과하는 유로를 형성하는 케이스(10); 자외선을 출사하는 반도체 발광 소자(12)를 구비하는 광원(14); 광원(14)으로부터 출사된 자외선의 일부를 수광하고, 수광한 자외선의 광량을 검출하는 수광부(16); 및 수광부(16)로부터 취득한 자외선의 광량 정보에 기초하여 반도체 발광 소자(12)의 출력을 제어하는 제어부(18)를 구비한다. 케이스(10)는, 자외선이 입사되는 입사부(20)와, 자외선을 내면에서 반사하는 반사부(22)를 구비한다.

반사부(22)는, 자외선의 일부를 투과시키는 재료로 구성되어 있고, 수광부(16)는, 반사부(22)를 투과한 일부의 자외선(L1)을 수광할 수 있는 위치에 마련되어 있다. 수광부(16)는, 포토다이오드 등이 사용된다.

케이스(10)는, 반사부(22)를 구비하는 튜브 형상의 살균실(24)과, 살균실(24)의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 마련되어 있는, 유체(F)의 유입구(26) 및 유체의 유출구(28)를 구비하고 있다. 본 실시예에 따른 케이스(10)는, 비정질 결정 구조를 적어도 일부에 구비하는 비정질 불소 수지(예를 들면, 비정질 결정 구조를 구비하는 PTFE(Polytetrafluoroethylene))로 이루어지는 튜브부(30)와, 튜브부(30)의 양단의 개구부에 장착된 플랜지부(32, 34)를 구비한다.

튜브부(30)는, 내경이 15~25mm 정도의 부재이다. 플랜지부(32)는, 입사부(20) 및 유입구(26)가 형성된 PFA(tetrafluoroethylene perfluoroalkyl vinyl ether copolymer)로 이루어지는 부품이고, 자외선을 거의 투과시키는 부재이다. 마찬가지로, 플랜지부(34)는, 입사부(20) 및 유출구(28)가 형성된 PFA로 이루어지는 부품이다. 한편, 가공을 연구하는 것에 의해 튜브부(30) 및 플랜지부(32, 34)를 비정질 불소 수지로 이루어지는 하나의 부품으로 해도 좋다.

본 실시예에 따른 2개의 광원(14)은, 살균실(24)의 길이 방향의 양단 외측에 배치되어 있고, 입사부(20)는, 광원(14)과 살균실(24) 사이에 마련되어 있다.

광원(14)은, 반도체 발광 소자(12)와, 반도체 발광 소자(12)를 탑재하는 기판(36)과, 반도체 발광 소자(12)에 구동 신호를 공급하는 급전부(38)를 구비한다. 광원(14)은, 기판(36)을 통해 광원 탑재 부재(40)에 체결 부재(42)로 고정되어 있다.

본 실시예에 따른 반도체 발광 소자(12)는, 자외선을 발광하는 발광 다이오드이다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드는, 사파이어로 이루어지는 기판과, AlGaN계의 발광층과, 기판과 발광층 사이에 적층된 AlN으로 이루어지는 격자 부정합 완충층을 구비하고 있다. 이에 의해, 소형이면서 고효율의 살균 장치를 실현할 수 있다. 한편, 본 실시예에 따른 반도체 발광 소자(12)는, 피크 발광 파장이 250nm~350nm의 범위에 있는 자외선을 발광하는 것이 바람직하다. 본 실시예에 따른 발광 다이오드는, 피크 발광 파장이 285nm인 것을 사용하고 있다. 이에 의해, 살균 효과를 향상시킬 수 있다.

광원 탑재 부재(40)는, 예를 들면 알루미늄 등의 금속 재료로 이루어지고, 히트 싱크로서 기능한다. 또한, 광원 탑재 부재(40)는, 플랜지부(32)(또는 플랜지부(34)) 및 튜브부(30)와 체결 부재(44)에 의해 일체화되어 있다. 또한, 광원(14)이 탑재되는 요부(40a)의 저부(40b)에는, 반도체 발광 소자(12)의 발광면과 대향하도록 원뿔(다각뿔) 형상의 관통 구멍(40c)이 형성되어 있다. 관통 구멍(40c)의 내면(40d)은 금속 경면 가공되어 있고, 리플렉터로서 기능한다.

따라서, 반도체 발광 소자(12)로부터 출사된 자외선은, 일부가 내면(40d)에서 반사되면서 입사부(20)로부터 살균실(24)에 입사되기 때문에, 입사부(20)로부터 입사되는 자외선의 조사각의 확산을 억제할 수 있다. 그 결과, 입사부(20)로부터 입사한 자외선은, 살균실(24)의 반사부(22)에서 반사되면서 더욱 먼 곳까지 조사되어, 효율적으로 유체(F)를 살균할 수 있다.

한편, 본 실시예에서는, 살균실(24)의 양단에 광원(14)을 마련하고 있지만, 한쪽 단부만이어도 좋다. 그 경우는, 살균실의 다른 한쪽의 단부에 자외선을 반사하는 부재를 마련해도 좋다. 또한, 도 1에서는, 좌측의 광원(14)에 대응하는 수광부(16)만 도시했지만, 우측의 광원(14)에 대응하는 수광부를 마련해도 좋다.

다음으로, 튜브부(30)를 구성하는 불소계 수지에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 본 실시예에 따른 PTFE의 파장별 확산 반사율을 나타내는 그래프이다. 도 3은 본 실시예에 따른 PTFE의 파장별 확산 투과율을 나타내는 그래프이다.

도 2에 나타내는 확산 반사율의 측정은, 두께(t)가 1mm, 3mm, 5mm, 7mm, 9mm인 PTFE 시료에 대해 진행했다. 또한, 각 두께의 PTFE 시료를 3개 준비하고, 각각의 측정값의 평균값을 산출하여 그래프화했다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 두께(t)가 커지면 확산 반사율이 상승하는 것을 알 수 있다. 또한, 파장이 장파장측으로 됨에 따라 서서히 확산 반사율은 저하된다. 본 실시예에 따른 반도체 발광 소자(12)의 피크 발광 파장 285nm에 있어서는, PTFE의 두께(t)가 1mm인 경우의 확산 반사율은 78.5[%], 두께(t)가 3mm인 경우의 확산 반사율은 92.5[%], 두께(t)가 5mm인 경우의 확산 반사율은 94.3[%], 두께(t)가 7mm인 경우의 확산 반사율은 95.1[%], 두께(t)가 9mm인 경우의 확산 반사율은 95.4[%]이다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 PTFE 수지를 사용하는 것에 의해 자외선에 대한 확산 반사율을 높일 수 있다.

도 3에 나타내는 확산 투과율의 측정은, 두께(t)가 1mm, 1.5mm, 3mm, 5mm, 7mm, 9mm, 10mm인 PTFE 시료에 대해 진행했다. 또한, 각 두께의 PTFE 시료를 3개 준비하고, 각각의 측정값의 평균값을 산출하여 그래프화했다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 두께(t)가 커지면 확산 투과율이 저하되는 것을 알 수 있다. 또한, 파장이 장파장측으로 됨에 따라 서서히 확산 투과율은 증가한다. 본 실시예에 따른 반도체 발광 소자(12)의 피크 발광 파장 285nm에 있어서는, PTFE의 두께(t)가 1mm인 경우의 확산 투과율은 13.1[%], 두께(t)가 1.5mm인 경우의 확산 투과율은 7.7[%], 두께(t)가 3mm인 경우의 확산 투과율은 5.0[%], 두께(t)가 5mm인 경우의 확산 투과율은 2.9[%], 두께(t)가 7mm인 경우의 확산 투과율은 1.8[%], 두께(t)가 9mm인 경우의 확산 투과율은 1.2[%], 두께가 10mm인 경우의 확산 투과율은 0.6[%]이다.

이와 같이 본 실시예에 따른 튜브부를 구성하는 PTFE는, 대부분의 자외선을 반사하면서 일부의 자외선을 투과시키는 것 할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 유체 살균 장치(100)의 수광부(16)에서 검출하는 자외선은, 반사부(22)를 투과한 일부의 자외선이다. 반사부(22)를 투과한 자외선은 살균에 기여하지 않기 때문에, 이와 같은 자외선을 이용하여 수광부(16)에서 광량을 검출하는 것에 의해, 살균에 이용하는 자외선의 양을 줄이지 않아도 된다. 또한, 수광부(16)로부터 취득한 자외선의 광량 정보에 기초하여 반도체 발광 소자(12)의 출력을 제어하는 것에 의해, 광원의 출력을 안정화시킬 수 있다.

또한, 수광부(16)는, 반사부(22)를 사이에 두고 입사부(20)와 반대측의 영역에 배치되어 있다. 이에 의해, 수광부(16)를 케이스(10)의 외부에 마련할 수 있고, 각 부품의 레이아웃 설계의 자유도가 높아진다.

반사부(22)는, 예를 들면 두께가 1~20mm인 범위에서 선택할 수 있다. 바람직하게는, 상술한 바와 같이 1~9mm의 범위이면 되고, 더욱 바람직하게는 두께가 2mm 이상이면 되고, 또한, 두께가 5mm 이하이면 된다. 이에 의해, 반사부에서의 자외선의 반사와 투과를 양립시킬 수 있다.

또한, 반사부(22)는, 상술한 바와 같이 파장이 285nm인 자외선의 확산 반사율이 78.5~95.4%의 범위이고, 파장이 285nm인 자외선의 확산 투과율이 0.6~13.1%의 범위인 재료로 구성되어 있으면 된다. 이에 의해, 반사부(22)에서 반사한 자외선은 다시 살균에 이용할 수 있기 때문에, 케이스(10) 내의 유체(F)에 대한 살균을 효율적으로 할 수 있다. 또한, 투과한 일부의 자외선을 케이스(10) 외부에 배치한 수광부(16)에서 검출할 수 있다.

이상, 본 발명을 상술한 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 실시예의 구성을 적절히 조합한 것이나 치환한 것도 본 발명에 포함된다. 또한, 당업자의 지식에 기초하여 실시예에 있어서의 조합이나 처리의 순번을 적절히 바꾸는 것이나 각종의 설계 변경 등의 변형을 실시예에 대해 추가하는 것도 가능하고, 그러한 변형이 추가된 실시예도 본 발명의 범위에 포함될 수 있다.

[산업상 이용가능성]

본 발명은, 물 등의 유체의 살균에 이용할 수 있다.

10: 케이스
12: 반도체 발광 소자
14: 광원
16: 수광부
18: 제어부
20: 입사부
22: 반사부
24: 살균실
26: 유입구
28: 유출구
30: 튜브부
32, 34: 플랜지부
36: 기판
40: 광원 탑재 부재
100: 유체 살균 장치

Claims

자외선을 출사하는 반도체 발광 소자를 구비하는 광원;
살균 대상인 유체가 통과하는 유로를 형성하는 케이스;
상기 광원으로부터 출사된 자외선의 일부를 수광하고, 수광한 자외선의 광량을 검출하는 수광부; 및
상기 수광부로부터 취득한 자외선의 광량 정보에 기초하여 상기 반도체 발광 소자의 출력을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 케이스는, 외부에서 자외선이 입사되는 입사부와, 유체와 접촉되는 내면에서 자외선을 반사하는 반사부를 구비하고,
상기 반사부는, 자외선의 일부를 투과시키는 재료로 구성되어 있고,
상기 수광부는, 상기 반사부를 투과한 일부의 자외선을 수광할 수 있는 위치에 마련되며,
상기 반사부는, 파장이 285nm인 자외선의 확산 반사율이 78.5 ~ 95.4%의 범위이며, 파장이 285nm인 자외선의 확산 투과율이 0.6 ~ 13.1%의 범위인 재료로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 수광부는, 상기 반사부를 사이에 두고 상기 입사부와 반대측의 영역에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사부는, 비정질 결정 구조를 일부에 구비하는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)인 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사부는, 두께가 1~20mm의 범위인 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반도체 발광 소자는, 피크 발광 파장이 250nm~350nm의 범위에 있는 자외선을 발광하는 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 케이스는,
상기 반사부를 구비하는 튜브 형상의 살균실과,
상기 살균실의 길이 방향에 대해 교차하는 방향으로 마련되어 있는, 유체의 유입구 및 유체의 유출구를 구비하고,
상기 광원은, 상기 살균실의 길이 방향의 양단 중의 적어도 한쪽의 외측에 배치되어 있고, 상기 입사부는, 상기 광원과 상기 살균실 사이에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 광량 정보에 기초하여, 상기 광원의 출력이 일정하게 유지되도록 상기 반도체 발광 소자의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 유체 살균 장치.
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