KR102376807B1 - 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치 - Google Patents

이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 증발기 내부의 코어 주변에 설치되어 상하방향 또는 좌우방향 또는 전후방향으로 이동하며, 상기 코어에 자외선을 조사하도록 자외선 LED가 설치된 이동형 자외선 모듈을 포함하는 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 자동차 공기정화장치의 제조비용을 절감할 수 있고, 탁월한 살균 효과를 통해 소비자와 세균 및 바이러스의 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 에어컨의 증발기에 남아 있던 잔류 습기를 제거함으로써, 증발기에 남아 있던 잔류 습기로 인한 악취 발생을 원천적으로 차단할 수 있고, 이로 인해 항상 쾌적한 운전환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치{AIR CLEANING DEVICE FOR VEHICLE USING MOVABLE ULTRAVIOLET MODULE}
본 발명은 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 공기순환시스템 중 에어컨(air conditioner) 장치에 사용되는 증발기(evaporator)의 살균 및 탈취를 위해 장치 내부의 수분 발생과 외부공기에 포함된 이물질 등의 유입으로 발생하는 악취 및 세균 번식을 억제하여 차량 내부로 공급되는 공기를 효과적으로 정화시킬 수 있는 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에 관한 것이다.
냉매사이클이라 함은 압축기(냉매를 고온 고압의 기체상태로 배출), 응축기(고온 고압의 냉매 기체를 상온 고압의 액상으로 변환), 모세관(냉매를 저온 저압으로 감압), 증발기(기화되면서 열교환)를 통과하면서 열교환 되도록 한 것으로, 증발기에서 주위에 열교환 된 공기를 이를 송풍 팬으로 실내로 불어 넣어 실내를 혹은 냉장고 등을 쿨링(Cooling)하게 되는 것이다. 냉매사이클을 이용한 냉동 및 냉방기기 및 장치는 가정용 에어컨이나 자동차용 에어컨 등이 대표적이다. 이외에도 쇼 케이스, 냉동고 등 다양한 종류가 있다.
차량에는 여름철과 같이 실내 온도가 높을 때 차량의 실내를 적정온도와 습도로 제어하여 실내를 쾌적하게 유지할 수 있도록 에어컨 시스템이 구비되어 있다. 차량의 에어컨 시스템은 증기 압축 냉동 사이클로서, 응축기(condenser), 압축기(compressor), 팽창 밸브(expantion valve), 증발기(evaporator), 건조기(dryer)의 주요 부품으로 구성된다. 냉동사이클은 냉매가스를 충진하거나 사용도중 보충하기 위한 냉매 가스 주입 포트가 마련되어 있다. 이러한 포트는 고압측 포트(HP)와 저압측 포트(LP)로 나뉘어져 있는데 고압측 포트(HP)는 압축기와 응축기 사이에 설치되고, 저압측 포트는 팽창밸브와 증발기 사이에 위치되어 있다. 그러나 종래의 자동차용 에어컨은 냉매시스템이 작동하는 과정에 압축기 내의 오일과 냉매가스 속에 포함되어 있는 수분 혹은 공기에 의해 냉매 물질이 화학적으로 변하거나 그 변화에 따라 냉동시스템을 구성하는 순환로의 내벽에 산화 피막이나 스케일이 형성되게 된다.
그러나, 에어컨이 구동되는 하절기의 경우에는 차량의 시동을 끄거나 에어컨 작동을 중지하게 되면, 잔류 응축수는 증발기 케이스의 응축수 드레인을 통해 배출하게 된다. 잔류 응축수가 증발기 케이스의 응축수 드레인을 통해 배출 후에도 표면장력으로 인하여 증발기의 표면에 응결된 상태로 남아 있게 된다. 증발기 표면에 남아 있는 잔류 응축수에는 각종 곰팡이균이나 세균 등이 번식되기 때문에, 이 후에 에어컨을 다시 가동하게 되면 공기와 함께 곰팡이균 및 세균이 차량의 실내로 유입되어 차량의 실내에 불쾌한 악취나 곰팡이 냄새를 유발시키게 된다. 필터 부재가 사용되는 동안 부착되는 다양한 종류의 세균 또는 박테리아 등에 의해서 오염되나, 필터 부재를 살균할 수 있는 장치를 구비하지 않고 있어, 필터 부재의 사용 수명이 단축되거나, 필터 부재에 의해서 여과되는 공기의 질이 악화된다.
차량용 에어컨의 세척 방법은 전용 세척(Cleaning) 용액, 자외선 광원(UV-Lamp), 에어필터(Air filter)를 활용하는 방법 등이 있다. 전용 세척 용액을 활용하는 방법은 시중에서 별도의 세척액을 사용하여 세척하는 방법으로서, 일정 시간이 지나면 효과가 사라져 매번 세척해야 하는 문제가 있으며, 전용 세척 용액 비용이 비싸고, 세척에 많은 시간이 소요되며, 차체에 손상을 주는 경우도 있다. 자외선 Lamp를 활용하는 방법은 효과가 지속되는 장점이 있으나, 자외선 Lamp의 수명이 짧고, 램프 타입이라서 충력에 약하며, on/off 시간이 오래 걸리며, 증발기 전체에 균일한 빛 조사가 어려움이 있다. 또한, 악취 강도나 발생 등에 반응하지 않고, 단순이 빛을 조사하는 초보적인 방식이다. 에어필터를 활용한 방법은, 가장 손쉽게 운전자가 취할 수 있는 방법으로 가장 저렴하다. 그러나, 필터는 먼지 등은 제거할 수 있으나 증발기의 오염이나 세균의 억제 또는 방지는 불가능하다.
한국등록특허 제10-1145185호(등록일: 2012.05.04) 한국등록특허 제10-1072180호(등록일: 2011.10.04)
본 발명의 목적은 차량의 증발기에서 발생되는 결로 현상으로 인한 곰팡이 및 바이러스의 발생으로 성인 및 영유아들의 악취 및 호흡기 감염을 방지하고, 증발기에 남아 있는 잔류습기로 인한 악취 발생을 차단하여 쾌적한 운전환경을 도모할 수 있는 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치를 제공하는 것이다. 그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 차량의 증발기 내부의 코어 주변에 설치되어 상하방향 또는 좌우방향 또는 전후방향으로 이동하며, 상기 코어에 자외선을 조사하도록 자외선 LED가 설치된 이동형 자외선 모듈을 포함하는 것으로 구성된다.
상기 자외선 LED는 자외선 C LED일 수 있다.
상기 자외선 LED는 200 nm 내지 280 nm의 파장 범위 및 4.43 eV 내지 6.20 eV 범위의 광자 에너지를 갖는 자외선을 생성할 수 있다.
상기 증발기의 내부에 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 메쉬를 더 구비할 수 있다.
상기 광촉매 물질은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화텅스텐-이산화티타늄(WO3-TiO2), 황화아연(ZnS), 산화니켈(NiO) 및 산화철(Fe2O3)로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 포함하는 광촉매 물질일 수 있다.
상기 광촉매 메쉬는 외주면에 자외선 차단필름 층이 형성된 투명 아크릴 하우징 내부에 형성될 수 있다.
상기 자동차용 공기정화장치는 상기 증발기의 수분, 악취, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compounds; VOCs), 대장균, 황색포도상구균, 곰팡이, 박테리아 및 바이러스로 이루어진 군에서 선택된 유해물질을 제거하는 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 탁월한 살균 효과를 통해 소비자와 세균 및 바이러스의 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 에어컨의 증발기에 남아 있던 잔류 습기를 제거함으로써, 증발기에 남아 있던 잔류 습기로 인한 악취 발생을 원천적으로 차단할 수 있고, 이로 인해 항상 쾌적한 운전환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 블로워의 구동 및 정지시 차량의 도어 윈도우가 함께 연동하여 자동으로 개폐되도록 구성하게 되면, 에어컨의 탈취 과정에서 실내로 유입될 수 있는 오염공기를 윈도우가 개방된 차량 밖으로 완전히 배출시킬 수 있으므로 차량 실내의 탈취효과를 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 구비되는 차량의 증발기 주변 구성요소들의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에서 나선형의 요홈이 형성된 내벽에 코팅된 광촉매 코팅층과 진공 자외선 사이의 공기 흐름을 나타내는 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에서 사용할 수 있는 자외선 파장 범위를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에서 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 반응 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 증발기 및 UV LED 광 패널의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 광촉매 TiO2의 정화작용을 나타낸 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 구성 및 이산화티타늄(TiO2) 광촉매에 코팅된 Mesh 구조의 반응 메커니즘을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 차량의 증발기에 적용되는 적용상태를 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 설치될 증발기의 단면 모습을 나타낸 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 설치된 상태의 증발기 내부의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 설치된 차량 증발기 하우징의 커팅 상태를 나타낸 모식도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 자외선 LED가 배치된 이동형 자외선 모듈과 증발기 코어 라디에이터의 사이즈 비율과 배치상태를 나타낸 모식도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 이동형 자외선 모듈에 자외선 LED가 배치된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 이동형 자외선 모듈이 증발기 코어 주변에 배치되는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 Bar 타입의 이동형 자외선 모듈의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 시제품 모듈을 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 구비되는 차량의 증발기 주변 구성요소들의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에서 나선형의 요홈이 형성된 내벽에 코팅된 광촉매 코팅층과 진공 자외선 사이의 공기 흐름을 나타내는 단면을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에서 사용할 수 있는 자외선 파장 범위를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에서 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 반응 메커니즘을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 증발기 및 UV LED 광 패널의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 광촉매 TiO2의 정화작용을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 구성 및 이산화티타늄(TiO2) 광촉매에 코팅된 Mesh 구조의 반응 메커니즘을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 차량의 증발기에 적용되는 적용상태를 나타낸 모식도가 개시되어 있으며, 도 9에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 설치될 증발기의 단면 모습을 나타낸 모식도가 개시되어 있다.
도 10에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 설치된 상태의 증발기 내부의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치가 설치된 차량 증발기 하우징의 커팅 상태를 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 12에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 자외선 LED가 배치된 이동형 자외선 모듈과 증발기 코어 라디에이터의 사이즈 비율과 배치상태를 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 이동형 자외선 모듈에 자외선 LED가 배치된 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있고, 도 14에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 이동형 자외선 모듈이 증발기 코어 주변에 배치되는 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 Bar 타입의 이동형 자외선 모듈의 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 16에는 본 발명의 일실시예에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치의 시제품 모듈을 나타낸 사진이 개시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 차량의 증발기 내부의 코어 주변에 설치되어 상하방향 또는 좌우방향 또는 전후방향으로 이동하며, 상기 코어에 자외선을 조사하도록 자외선 LED가 설치된 이동형 자외선 모듈을 포함하는 것으로 구성된다.
즉, 본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 코어에 자외선을 조사하도록 자외선 LED가 설치된 이동형 자외선 모듈을 증발기 내부에서 상하방향 또는 좌우방향 또는 전후방향의 다양한 위치로 이동시켜 가면서 코어에 자외선을 조사하도록 구성됨으로써, 증발기의 효과적인 살균을 위한 자외선 LED 개수를 줄여 제작비용을 절감할 수 있고, 자외선 LED 개수와 배열을 조절하여 코어에 조사되는 자외선 광량을 용이하게 조절할 수 있으며, 탁월한 살균 효과를 통해 증발기가 설치되는 차량의 소비자와 세균 및 바이러스의 접촉을 방지할 수 있다. 또한, 차량 에어컨의 증발기에 남아 있던 잔류 습기를 제거함으로써, 증발기에 남아 있던 잔류 습기로 인한 악취 발생을 원천적으로 차단할 수 있고, 이로 인해 항상 쾌적한 운전환경을 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 차량 블로워의 구동 및 정지시 차량의 도어 윈도우가 함께 연동하여 자동으로 개폐되도록 구성하게 되면, 에어컨의 탈취 과정에서 실내로 유입될 수 있는 오염공기를 윈도우가 개방된 차량 밖으로 완전히 배출시킬 수 있으므로 차량 실내의 탈취효과를 극대화할 수 있다.
또한, 상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 자동차 시스템에 적용되어 증발기의 결로 현상으로 인해 발생하는 곰팡이 및 바이러스의 영향으로 성인 및 영유아들에 대한 악취 및 호흡기 감염을 방지할 수 있다.
본 발명의 이동형 자외선 모듈은 예를 들어, 도 10 내지 16에서와 같이, 상부 프레임과 하부 프레임 양단에 각각 배치되어 고정되며 수직방향으로 연장되는 구조의 가이드 폴대를 상부 프레임과 하부 프레임 사이에 형성하여 가이드 프레임을 제작하고, Bar 타입의 패널 일면에 예를 들어 34 내지 40개의 다수의 LED 칩들을 형성하여 Bar 타입의 자외선 모듈을 제작한 다음, 상기 가이드 프레임의 가이드 폴대에 상기 Bar 타입의 자외선 모듈을 장착하되 상기 자외선 모듈이 상기 가이드 폴대에 장착된 상태에서 상하 방향으로 이동하며 증발기 하우징 내부에 자외선을 조사할 수 있도록 상기 자외선 모듈에 모터를 연동시켜 최종 이동형 자외선 모듈을 제작하고, 이와 같이 제작된 이동형 자외선 모듈을 증발기 하우징 내부에 배치할 수 있다.
구체적으로, 자동차 에어컨 시스템 중 증발기로부터 나오는 탈취 및 살균을 높이기 위해 기존의 에어컨 시스템 증발기 전(前)면에 UV LED와 메쉬 구조의 TiO2 망을 추가로 사용함으로서 탁월한 탈취 및 살균 효과를 통해 소비자와 세균 및 바이러스의 접촉을 방지하게 된다.
본 발명은 차량용 공기순환시스템 중 에어컨(Air conditioner)의 증발기(Evaporator)에 적용되어 에어컨의 살균 및 탈취 효과를 극대화 하고, 장치 내부에 수분 발생과 외부공기에 포함된 이물질 등의 유입으로 발생하는 악취 및 세균 번식 문제를 해결하기 위해 UV-LED를 이용한 살균과 TiO2 광촉매 반응을 통한 악취 제거를 이용할 수 있다.
구체적으로 TiO2 코팅을 통해 그물망(Mesh)을 제작하고 광촉매 반응 및 살균 반응 활성화를 위한 UV-C type LED(270 nm 내지 280 nm)를 증발기(Evaporator) 전(前)면부에 일정한 간격으로 배열하는 것으로 상기 살균장치를 구현할 수 있다. 이 때, UV-C type과 Mesh type을 사용하는 이유는 강력한 자외선 에너지(약 4.4 eV 내지 4.6 eV)로 인한 살균 효율성 극대화와 표면적 증가에 따른 TiO2 광촉매 반응을 통한 탈취 특성을 향상시키기 위함이다.
상기 UV-LED와 TiO2 광촉매를 통해 기존의 에어컨 공기 살균 및 정화에 적용되었던 전용 세척(Cleaning) 용액, 자외선 LED(UV-Lamp), 에어필터(Air filter) 등의 경제적 측면, 내구성 측면, 환경적 측면의 한계를 극복하고 고효율의 우수한 특성을 갖는 Air solution 시스템을 제작할 수 있다.
공기 흐름은 도 1에서와 같이 차량 내, 외부, 에어필터, 증발기(에바포레이터), 차량내부의 블로어 모터에 의해 흐른다. 에어필터는 차량 내외부 공기의 필터이다. 블로어 모터는 차량 내외부의 공기를 흡입하는 역할을 한다. 증발기는 블로어 모터가 흡입한 공기를 냉매(Refriegerant)를 통해 차갑게 만들어 준다. 이후 차가워진 공기가 차량의 덕트를 통해서 각 통풍구로 이동 차량 내부 온도가 감소한다. 증발기에서 열을 빼앗긴 공기가 차가워지며 공기가 함유하고 있는 수분이 응축된다. 이러한 수분이 응축된 부분에서 각종 세균, 미생물이 번식하여 악취의 원인이 된다.
증발기(Evaporator)는 에어컨 구성요소 중 가장 중요한 요소이다. 액체인 냉매가 상대적으로 고온인 외부 공기와 접촉하고, 공기가 함유하는 수분이 열을 냉매에 빼앗겨 응축하며, 응축된 부분에서 각종 세균, 곰팡이 번식하고, 악취의 원인이 된다. 따라서, UV-LED와 TIO2 광 촉매 물질을 이용한 탈취 및 살균효과로 Evaporator 개선 효과 기대할 수 있다.
상기 에어컨 공기 살균장치는 도 2에서와 같이 예를 들어 공기 유입부, 공기 배출부 및 상기 공기 유입부와 상기 유출구 사이에 배치된 관로를 포함하는 증발기 본체, 상기 증발기 본체 내에 배열되는 자외선 파장을 갖는 UV-LED (Ultraviolet light emitting diode; UV LED) 모듈, 즉 살균 특성을 나타내는 UV-C영역의 자외선 LED(본 발명에서는 280nm급 자외선 LED적용)와 광촉매 기능을 갖는 UV-A 파장(본 발명에서는 365nm급 자외선 LED적용)의 UV-LED로 구성된 모듈로 구성될 수 있다.
도 3에서와 같이 자외선은 200 ~ 400nm 파장대의 빛을 뜻한다. 해당 파장의 에너지로 인해 살균 및 멸균 효과 (미생물, 박테리아, 바이러스, 곰팡이 등)가 있다. 즉, 상기 자외선은 미생물의 DNA 구조를 파괴하여 불활성화 시키는 소독 방식으로 이용된다.
상기 자외선 C(UVC)는, 200 nm 내지 280 nm, 바람직하게는, 270 nm 내지 280 nm의 파장 범위 및 4.43 eV 내지 6.20 eV, 바람직하게는, 4.4 eV 내지 4.6 eV 범위의 광자 에너지를 포함하는 것일 수 있다. 상기 자외선 C LED 모듈은, 200 nm 내지 280 nm의 파장 범위의 UVC(Ultraviolet C)를 포함하고, 단파 자외선(short wave UV) 또는 원자외선(deep UV)에 해당한다. 살균에 주로 사용된다.
자외선은 그 파장 범위에 따라 자외선 A(Ultraviolet A; UVA), 자외선 B(Ultraviolet B; UVB), 자외선 C(Ultraviolet C; UVC) 및 진공 자외선(Vacuum Ultraviolet; VUV)으로 나뉜다. 자외선 A(UVA)는 315 nm 내지 400 nm의 파장 범위를 가지고, 장파 자외선(long wave UV) 또는 원자외선(deep UV)을 포함하며, 태양 빛의 대부분에 해당한다. 경화, 광촉매에 주로 사용된다. 자외선 B(UVB)는 280 nm 내지 315 nm 파장 범위를 가지고, 오존층에 의해서 대부분 흡수한다. 의학에 많이 사용된다. 자외선 C(UVC)의 파장은 곰팡이, 미생물, 병원균, 바이러스 등에 조사되면 세포내의 DNA를 손상시킴으로써 이들의 증식능력을 억제시킬 수 있다.
상기 자외선 C LED 모듈은, 파장이 짧아질수록 큰 광자 에너지 갖는다. 상기 자외선 C LED 모듈은, 4.43 eV 내지 6.20 eV 범위의 자외선 C(UVC)의 광자 에너지를 포함하는 것일 수 있다. 자외선 C(UVC)의 254 nm 파장은 4.88 eV 광자 에너지를 가지는 것일 수 있다. UVA(Ultraviolet A)의 광자 에너지는 3.10 eV 내지 3.94 eV이고, UVB(Ultraviolet B)의 광자 에너지는 3.94 eV 내지 4.30 eV인 것일 수 있다.
상기 자외선 LED는 선택적인 단일 파장으로 인한 미생물 제거 성능이 우수하다. 또한, 낮은 소비전력과 높은 수명을 가지며, 낮은 열 발생량을 가진다. 또한, 광재활현상 방지에 우수하다. 광재활현상이란, 살균선(200~300nm)을 조사 받은 불활성화한 세균이 살아가는데 필요한 빛(350~500nm)영역의 빛을 받게 되어 되살아나는 현상이다. UV LED는 자외선 파장의 선택적인 발생으로 인해 세균이 살아가는데 필요한 빛이 조사되지 않아 UV Lamp보다 우수하다.
상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 상기 증발기의 내부에 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 메쉬를 더 구비할 수 있다.
상기 광촉매 물질은, 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화텅스텐-이산화티타늄(WO3-TiO2), 황화아연(ZnS), 산화니켈(NiO) 및 산화철(Fe2O3)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 물질을 포함하는 것일 수 있다. 상기 광촉매 물질은 광촉매제로서 메쉬 상에 코팅되어 자외선 C(UVC)의 조사에 의해 금속 표면에 전자-정공을 생성하며 이들은 공기 중의 수산기(H2O)와 반응을 일으켜 수산화물 라디칼(OH)을 생성하게 된다. 이러한 수산화물 라디칼(OH)은 매우 강력한 산화제로써 살균 및 다양한 종류의 유기화합물의 분해를 담당할 수 있다. 메쉬 광촉매는 자외선 C(UVC)와 접촉 면적을 증가시켜 반응 면적이 증대되는 것일 수 있다.
상기 광촉매 물질은 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 반응 메커니즘을 나타내는 도면이다. 도 4를 통하여 이산화티타늄(TiO2)의 광촉매 반응 메커니즘을 설명한다. 이산화티타늄(TiO2)은 밴드갭 에너지(bandgap energy)가 3.2 eV인 반도체이다. 밴드갭(band gap) 이상의 진공 자외선(VUV) 광 에너지를 받은 티타늄은 표면에서 전자(e-)가 전자대(valence band)에서 전도대(conduction band)로 여기되면서 전자 홀(h+)을 형성하고 수산화물 라디칼(Hydroxyl radical), 산소 종(Oxygen species)과 같은 강력한 산화물을 형성한다. 이산화티타늄(TiO2)은 루틸(rutile), 아나타제(anantase), 브루카이트(brookite) 상으로 존재하며, 이중 아나타제 TiO2가 광촉매 활성을 나타낸다. 빛에 의한 촉매의 활성화에 의해 정공과 전자가 생성된다. 반응물이 주반응 흐름에서 벗어나 촉매 표면으로 확산(외부확산)된다. 생성된 정공이 촉매 내부에서 촉매 표면으로 확산(내부확산)과 동시에 생성된 전자가 촉매 내부에서 금속쪽으로 확산(내부확산)된다. 정공과 반응물이 반응(환원형→산화형)됨과 동시에 전자와 반응물이 반응(산화형→환원형)한다.
상기 광촉매 물질은 병원, 식당에서 살균, 부패방지를 하는 학균 작용을 한다. 아파트에서 공기 중의 유해물질을 제거하여 대기정화를 한다. 암모니아 황화수소 등의 악취 흡착분해로 탈취 작용을 한다. 터널 및 건물 외벽에서 표면 부착 가능한 유기물질 분해 제거하는 방오 작용을 한다. 또한, 폐수처리장에서 오/폐수 유해성 유기화합물을 분해하여 제거한다.
상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 수분, 악취, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compounds; VOCs), 곰팡이, 박테리아 및 바이러스로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나를 제거하는 것일 수 있다. 특히, 에어컨에서 발견되는 세균으로서, 살모넬라균, 대장균, 진드기, 곰팡이, 레지오넬라균, 녹농균 제거에 효과적이다.
상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 도 5에서와 같이, 증발기 및 UV LED 광 패널을 통해 구현될 수 있다. UV-LED (UV-C, UV-A)파장을 적용하여 패널 소형화 및 슬립화 기술, 방열 설계 기술, 고신뢰성 모듈 설계 기술, 고균일 광분포 제어 기술, 광학계 설계 기술, UV용 소재 설계 기술을 통해 구현될 수 있다.
또한, 상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 UV-LED를 기반으로 한 항균/살균 기능 (곰팡이균 억제)을 한다. UV-LED의 광출력 제어를 통한 광촉매 (TiO2)의 활성화를 한다. UV-LED와 TiO2를 이용한 탈취, 항균 등 차량 실내 공기 정화를 한다.
도 6은 광촉매 TiO2의 정화작용을 나타낸다. 본 발명은 또한, 부품 모듈화를 통한 Clean Air Condition system을 제공하며, TiO2를 활용한 공기정화 장치를 제공한다. 또한, 365nm UV-LED를 적용한 광촉매 활성화를 제공하며, 편리한 유지 관리를 위한 부품 모듈화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치에 적용될 수 있는 에어컨 공기 살균장치의 구성을 나타내는 것이다. Mesh structure TiO2, Anatase type TiO2, Mesh 구조로 반응 표면적 향상된다. UV-C type LED는 270~280nm 파장대의 자외선 사용하여 4.4~4.6 eV의 강력한 자외선 에너지의 살균력이 있다. 공조커버(에어컨 송출구)와 연동한 교체 System은 Tube형식의 System구성으로 공조커버 교환과 동시에 TiO2를 세척 또는 교환할 수 있다. 차량 매니아들이 하던 훈증식, 액체식 에바 클리닝 제품에 비해서 쉬운 초보자 접근성을 가진다.
도 8 내지 도 16을 참조하여 상기 이동형 자외선 모듈을 설명하면, 증발기 내부 공간을 고려한 최적 설계를 통해 공기저항 최소화로 기존 냉각 효율 유지, LED의 사용을 최소화하여 모듈 제작 비용 절감, 자외선 조사 면적을 균일하게 자외선 조사 가능한 구조 설계, 이송 시간 및 속도를 조절하여 살균 효과 제어, PCB 모듈의 LED 개수와 배열 조절로 전체 광량 조절이 용이, 수리 및 교환이 용이하여 정비와 운영 비용 절감 등의 장점이 있다.
280nm급 UV-C LED 기반 자외선 공기정화장치 구현시 구체적으로 단일 PCB 부착 방식이 아닌, Bar type의 motor연동을 통한 살균 모듈을 설계할 수 있으며, 증발기 등의 내부에서 일정시간 자외선 조사 후 살균 모듈을 이동시켜 살균을 진행하도록 구성하여 LED 개수를 최소화할 수 있다.
상기 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 TiO2 광촉매 탈취 모듈을 더 포함할 수 있다. 즉, 자동차 에어컨 내부에 있는 증발기(Evaporator)에 적용될 수 있는 구조로서, 곰팡이로 인한 악취 제거 효과 및 효율 향상으로 단일 구조의 고효율 탈취 모듈(Module)로서 TiO2 광촉매 탈취 모듈을 포함할 수 있다.
이러한 TiO2 광촉매 탈취 모듈은 고효율 UV-A LED와 표면적이 증가된 메쉬(Mesh) 타입에 TiO2 coating을 통한 표면적 극대화 할 수 있으며, 자외선을 조사시 TiO2(광촉매) 내부의 화학작용으로 인한 화합물 형성하여 탈취, 살균, 항균, 유기물질 분해 등의 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 예를 들어 자동차 토출구 부분에 원통 형태의 광촉매 모듈 적용 시, 아크릴 원통 형안에 TiO2 광촉매 mesh를 4-5겹 고정시킨 후, 원통 구조의 아랫부분에 2열로 365nm 대역의 UV-LED 부착하는 형태로 구현될 수 있다.
예를 들어, 원통 형태의 광촉매 모듈은 에어컨의 토출구 부분에 들어갈 원통 형태의 광촉매 모듈의 경우 예를 들어 외경 100~110mm, 내경 85~95mm로 형성하고, Ti mesh 에 TiO2 용액을 Spray방법으로 코팅하여, 모듈에 일정한 간격으로 삽입하여 구현할 수 있다.
또한, LED부착을 쉽게 하기 위해 원통 구조 아랫부분에 깊이 5mm 홈을 파서 LED 부착 내부의 모습이 외부에서 보일 수 있도록 아크릴로 제작할 수 있으며, UV-A LED로 부터 인체를 보호하기 위해 자외선 차단 필름으로 외부를 코팅하는 구조로 구현될 수 있다. 또한, Mesh 고정을 위해 모듈에 홈을 파서 mesh를 끼워 넣는 방식과 앞뒤로 고무밴드를 넣어 mesh를 고정하는 방안 등도 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 자동차용 공기정화장치를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상이 그에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
TiO2 coating을 통해 그물망(Mesh)을 제작하고 광촉매 반응 및 살균 반응 활성화를 위한 UV-A type LED(365~380nm) 와 UV-C type LED(270~280nm)가 형성된 이동형 자외선 모듈을 증발기(Evaporator) 전(前)면부에 일정한 간격으로 배치한다. 이 때 살균 기능의 UV-C type 및 탈취 기능의 UV-A type과 Mesh type을 사용하는 이유는 강력한 자외선 에너지(약4.4~4.6eV)로 인한 살균 효율성 극대화와 표면적 증가에 따른 TiO2 광촉매 반응을 통한 탈취 특성을 향상시키기 위함이다. 이때, 상기 이동형 자외선 모듈의 LED 적용개수는 40개이고, LED 파장은 279.8nm이며, 광원 모듈의 출력은 15.16mW였다. 또한, 모듈의 광균일도는 91.39%이고, 모듈의 출력 안정성 (500시간 후 초기 출력기준)은 89.46%였다.
자동차 내부에 장착되는 배터리는 소모성 제품으로써 자동차내부에 장착된 발전기에 의해서 자가 충전이 이루어지지만, 블랙박스, 내비게이션 등은 운행이 중지된 이후에도 작동하는 경우 추가적인 베터리가 소모되어 자동차의 방전문제를 발생시키고 있다. 따라서 배터리의 소모가 최소화되는 기술의 적용이 필요하며, 본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 배터리 소모를 최소화하면서 차량 내부의 공기를 효과적으로 정화시킬 수 있다.
이와 관련하여 기존에는 자동차의 에어컨디션 내부에 바이러스를 억제하기 위해 주행 후 엔진을 끄기 전에 5분 정도 외부 공기를 사용하여 에어컨 off상태에서 에어컨디션을 가동시켜서 evaporator 표면에 있는 물기를 제거할 것을 권장하고 있다. 그러나 실제 이와 같은 자동차 운영을 통해 습도를 제어하는 방식은 운영 정지 전에 5분 동안 기다려야 하는 불편함과 추가적인 연료 소모가 요구되므로, 이러한 문제점을 해결하기 위한 개선된 방식의 탈취장치 구동이 필요하며, 본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 이러한 요구를 충족할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치는 공기 살균장치는 온도 또는 습도 센서 연동을 통해 내부 상태 감지 후 살균이 진행되는 운영시스템(에너지소모 최소화를 위한 스마트 방식 운영)을 적용할 수 있다. 이 경우, 차량용 에어컨을 작동시켰을 때 살균과 탈취가 동시에 구현되는 최적의 설계 모듈 제작이 적용될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 차량의 증발기 내부의 코어 주변에 설치되어 상하방향 또는 좌우방향 또는 전후방향으로 이동하며, 상기 코어에 자외선을 조사하도록 자외선 LED가 설치된 이동형 자외선 모듈;을 포함하고,
    상기 이동형 자외선 모듈은 motor가 연동되어 차량의 증발기 내부에서 이동 가능한 구조로 이루어지며, 34 내지 40개의 LED 칩이 일면에 형성된 Bar 타입의 이동형 자외선 모듈이며,
    상기 차량의 증발기 내부를 흘러온 공기가 차량 내부로 토출되는 상기 차량의 공기 토출구에는 광촉매 메쉬가 4 내지 5겹 고정된 원통 구조의 TiO2 광촉매 탈취 모듈로서 UV-LED를 구비하며 외경 100~110mm, 내경 85~95mm의 사이즈를 갖는 광촉매 탈취 모듈이 형성되고,
    상기 증발기 내부의 코어의 외주부를 일측면을 제외한 세 면을 둘러싸며, 상기 증발기 내부의 코어 타측면 쪽에 가깝게 상기 이동형 자외선 모듈이 위치하고, 상기 증발기 내부의 코어와 거리가 멀어질수록 단차져서 계단식으로 외주가 구비되어 있으며, 상기 증발기 내부의 코어와 상기 이동형 자외선 모듈을 수용하는 무빙케이스가 더 포함되는, 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 LED는 자외선 C LED인 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 자외선 LED는 200 nm 내지 280 nm의 파장 범위 및 4.43 eV 내지 6.20 eV 범위의 광자 에너지를 갖는 자외선을 생성하는 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 증발기의 내부에 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 메쉬를 더 구비하는 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 광촉매 물질은 이산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2), 산화텅스텐(WO3), 산화텅스텐-이산화티타늄(WO3-TiO2), 황화아연(ZnS), 산화니켈(NiO) 및 산화철(Fe2O3)로 이루어진 군에서 선택된 화합물을 포함하는 광촉매 물질인 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 광촉매 메쉬는 외주면에 자외선 차단필름 층이 형성된 투명 아크릴 하우징 내부에 형성되는 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 자동차용 공기정화장치는 상기 증발기의 수분, 악취, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 휘발성유기화합물질(Volatile Organic Compounds; VOCs), 대장균, 황색포도상구균, 곰팡이, 박테리아 및 바이러스로 이루어진 군에서 선택된 유해물질을 제거하는 장치인 이동형 자외선 모듈을 이용한 자동차용 공기정화장치.
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KR101663216B1 (ko) * 2016-08-16 2016-10-06 한국해양바이오클러스터 주식회사 자외선살균램프를 이용한 차량용 증발기 살균시스템

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