KR102396823B1

KR102396823B1 - 공기 살균 장치

Info

Publication number: KR102396823B1
Application number: KR1020210075606A
Authority: KR
Inventors: 정윤모
Original assignee: 주식회사 아티스
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-05-12
Also published as: US20220211895A1; CN114712545A

Abstract

공기 살균 장치는, 리플렉터, 제1 LED 광원, 및 제2 LED 광원을 포함한다. 상기 리플렉터는 내부가 비어 있고 윗면과 밑면에 개구가 형성된 원형 기둥 형상의 바디부, 상기 바디부의 밑면에 연결되고 내부가 비어 있는 형상인 제1 회전체, 및 상기 바디부의 윗면에 연결되고 내부가 비어 있는 형상인 제2 회전체를 포함하고, 상기 제1 LED 광원은 상기 제1 회전체에서 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하며, 상기 제2 LED 광원은 상기 제2 회전체에서 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하고, 상기 리플렉터는 상기 제1 LED 광원 및 상기 제2 LED 광원으로부터 조사되는 빛을 반사할 수 있다.

Description

공기 살균 장치{AIR STERILIZATION DEVICE}

본 개시는 공기 살균 장치에 관한 것이다.

기존의 공기청정기는 대부분 H11등급 헤파 필터를 장착하여 공기를 정화한다. H11등급 헤파 필터는 입자 크기 0.3um를 기준으로 95%의 집진 효율을 가지고 있다. 그런데, 최근 전세계적으로 유행하고 있는 코로나 바이러스의 크기는 0.08~0.1um로써 헤파 필터의 집진 규격 사이즈 보다 작기 때문에, 코로나 바이러스는 헤파 필터를 통과할 수 있다. 즉, 헤파 필터만으로는 바이러스를 차단할 수 없다.

기존의 살균 방식은 촉매 반응 혹은 오존 반응을 통해 구현되어 왔다. 그러나, 촉매 반응으로는 유효 살균 영역에서 균일도를 확보하기 어려워 살균되지 않고 통과하는 바이러스가 존재할 수 있고, 오존 반응은 그 성분의 유해성으로 인해 일상 생활에 적합하지 않은 문제가 있다.

UV Lamp를 통해 보다 확실한 살균 효과를 확보할 수 있으나, UV Lamp는 그 제조 과정에서 수은 등의 유해 물질을 포함하기 때문에 지양되고 있는 기술이다. 일부 제품은 UV LED 광원을 통해 살균을 진행하고 있으나, 공기살균의 본연의 목적을 달성하기에는 아직 충분하지 않다.

본 발명은 코로나 바이러스를 포함, 유해 미생물을 제거하기에 충분한 살균력을 제공할 수 있는 공기 살균 장치를 제공하고자 한다.

일 실시예에 따른 공기 살균 장치는, 리플렉터, 제1 LED 광원, 및 제2 LED 광원을 포함한다. 상기 리플렉터는 내부가 비어 있고 윗면과 밑면에 개구가 형성된 원형 기둥 형상의 바디부, 상기 바디부의 밑면에 연결되고 내부가 비어 있는 형상인 제1 회전체, 및 상기 바디부의 윗면에 연결되고 내부가 비어 있는 형상인 제2 회전체를 포함하고, 상기 제1 LED 광원은 상기 제1 회전체에서 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하며, 상기 제2 LED 광원은 상기 제2 회전체에서 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하고, 상기 리플렉터는 상기 제1 LED 광원 및 상기 제2 LED 광원으로부터 조사되는 빛을 반사할 수 있다.

상기 제1 회전체와 상기 바디부의 밑면이 연결되는 개구와 마주보는 제1 개구가 상기 제1 회전체에 위치하고, 상기 제1 LED 광원은 상기 제1 개구에 대응하여 위치할 수 있다.

상기 제2 회전체와 상기 바디부의 윗면이 연결되는 개구와 마주보는 제2 개구가 상기 제2 회전체에 위치하고, 상기 제2 LED 광원은 상기 제2 개구에 대응하여 위치할 수 있다.

상기 바디부의 연장 방향으로의 길이 및 상기 바디부의 반지름은 상기 공기 살균 장치의 내부에 공기가 체류하는 시간인 체류 시간이 소정의 살균 시간 이상이 되도록 설정될 수 있다.

상기 바디부의 연장 방향으로의 길이 및 상기 바디부의 반지름은 소정의 살균력을 확보하기 위해 필요한 최소 조도가 상기 공기 살균 장치의 내부에 제공되도록 설정될 수 있다.

상기 소정의 살균 시간은 0.07초이고, 상기 최소 조도는 43mW/cm²이며, 상기 바디부의 연장 방향으로의 길이는 80mm~120mm이고, 상기 바디부의 반지름은 25mm~35mm일 수 있다.

상기 제1 회전체에서 상기 바디부의 연장 방향과 동일한 방향의 길이는, 상기 바디부의 연장 방향으로의 길이에 대하여 5%~15%일 수 있다.

상기 제2 회전체에서 상기 바디부의 연장 방향과 동일한 방향의 길이는, 상기 바디부의 연장 방향으로의 길이에 대하여 5%~15%일 수 있다.

상기 제1 회전체와 상기 바디부의 밑면이 연결되는 개구와 마주보는 제1 개구 사이의 경사면의 경사각은 상기 바디부의 밑면에 대해서 35도~55도일 수 있다.

상기 제2 회전체와 상기 바디부의 윗면이 연결되는 개구와 마주보는 제2 개구 사이의 경사면의 경사각은 상기 바디부의 밑면에 대해서 35도~55도일 수 있다.

상기 공기 살균 장치는, 상기 제1 LED 광원에 결합된 제1 열-싱크 및 상기 제2 LED 광원에 결합된 제2 열-싱크를 더 포함할 수 있다.

상기 공기 살균 장치는, 상기 제1 회전체의 하부에 위치하여 공기를 흡입하는 팬을 더 포함하고, 상기 팬을 통해 흡입된 공기는 상기 제1 열-싱크를 통해 상기 리플렉터로 유입되어 상기 바디부를 통과하고, 상기 제2 열-싱크를 통해 상기 리플렉터 외부로 배출될 수 있다.

발명의 다른 특징에 따른 공기 살균 장치는, 내부가 비어 있는 바디부 및 상기 바디부의 양면에 대해서 내부가 비어 있는 제1 및 제2 회전체가 결합된 형상으로 구현된 리플렉터를 포함하고, 상기 제1 회전체는 상기 바디부의 양면 중 일면에 연결된 일면을 포함하고, 상기 제2 회전체는 상기 바디부의 양면 중 타면에 연결된 일면을 포함할 수 있다. 상기 공기 살균 장치는, 상기 제1 회전체의 일면에 마주보는 제1 개구에 대응하여 위치하고, 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하는 제1 LED 광원 및 상기 제2 회전체의 일면에 마주보는 제2 개구에 대응하여 위치하고, 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하는 제2 LED 광원을 더 포함할 수 있다.

상기 제1 회전체의 일면에는 상기 제1 개구에 마주보는 제3 개구가 형성되어 있고, 상기 제2 회전체의 일면에는 상기 제2 개구에 마주보는 제4 개구가 형성되어 있을 수 있다.

상기 제1 LED 광원은 상기 제1 개구와 상기 제3 개구 사이에 위치하고, 상기 제2 LED 광원은 상기 제2 개구와 상기 제4 개구 사이에 위치할 수 있다.

공기 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 LED 광원이 동시에 켜지거나, 상기 제1 및 제2 LED 광원 중 하나만 켜질 수 있다.

상기 제1 및 제2 LED 광원이 번갈아 꺼지고 켜질 수 있다.

본 발명은 코로나 바이러스를 포함, 유해 미생물을 제거하기에 충분한 살균력을 제공할 수 있는 공기 살균 장치를 제공한다.

도 1은 일 실시예에 따른 공기 살균 장치를 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 2은 일 실시예에 따른 공기 청정 시스템을 도식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 공기 청정기를 나타낸 도면이다.
도 4는 공기 청정기에 의해 흡기 되어 배출되는 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 공기 청정기를 반으로 잘라 A-A’ 축을 기준으로 열었을 때의 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 우측 단면에서 상부 결합부를 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5의 좌측 단면에서 상부 결합부를 나타낸 도면이다.
도 9는 B-B’ 라인을 따라 공기 청정기의 상부 구조물을 자른 단면도이다.
도 10은 공기 청정기의 상부 결합부에 결합된 열-싱크를 z축 방향으로 아래에서 위로 바라본 도면이다.
도 11은 공기 청정기의 상부 결합부, 열-싱크, 및 LED 광원의 결합 상태를 아래 방향에서 바라본 사시도이다.
도 12는 열 싱크에서의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.
도 13은 상부 결합부에서의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 리플렉터 길이 방향에 대해 수직한 단면에서의 조도 값을 도식화하여 나타낸 도면이다.

본 발명은 UV LED 광원 및 반사판(reflector)를 이용한 공기 살균 장치에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및/또는 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예는 공기 살균 장치에 관한 것으로, 예를 들어 공기청정기 내부에 장착되어 기존의 촉매 반응이나 오존이 아닌 100~280nm 파장 대역의 UV-C를 방출하는 LED 광원을 포함한다. UV-C LED 광원에서 방출되는 자외선이 공기 청정기 내부로 지나가는 공기에 직접 쐬어져서 공기 중에 포함된 바이러스 및 세균, 기타 유해한 미생물의 DNA 혹은 생체 조직이 파괴되고 비활성화되어 사용자의 건강이 유지될 수 있다. 공기 살균 장치는 공기청정기 혹은 기타 소형 혹은 휴대용 제품 내부에 장착되어 활용될 수 있다. 일 예로, 공기 살균 소형 모듈의 크기는 소형 혹은 휴대용 제품, 예를 들어 공기청정기, AI 스피커, 화분, 수조 등의 내부에 장착될 수 있는 크기로 제작되어, 공기 살균 기능을 제공할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 공기 살균 장치를 도식적으로 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공기 살균 장치(200)은 두 개의 LED 광원(201, 202) 및 리플렉터(Reflector)(203)를 포함한다. 도 1에 도시된 리플렉터(203)는 제1 회전체(204) 및 제2 회전체(205), 그리고 제1 회전체(204)와 제2 회전체(205) 사이에 유효 살균 영역인 바디부(206)를 포함한다. 리플렉터(203)는 공기 살균 장치(200)의 내부 공간을 형성하고, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 공간에서 UV-C 자외선이 반사되어 살균 작용이 제공된다.

도 1에서 두 개의 LED 광원(201, 202) 각각은, 공기 살균을 위한 10mW 이상의 출력을 내는 UV-C LED 광원으로 구현될 수 있고, 리플렉터(203)의 양 끝단에 2개의 LED 광원(201, 202)이 서로 마주보고 배치되어 있다. 이와 같이, 일 실시예에 따른 공기 살균 장치(200)는 공기 살균을 달성하기 위해 리플렉터(203) 및 그 내부에 서로 마주보는 형태로 배치된 2 개의 UV-C LED 광원(201, 202)을 포함한다.

리플렉터(203)의 재질은 자외선을 효과적으로 반사시킬 수 있는 알루미늄 재질로 구현될 수 있다. 리플렉터(203)의 재질은 스테인리스강(Stainless Use Steel, SuS), 알루미늄, 테프론 재질 등 완전 흡수체가 아닌 물질로 가능하다. 비용 및 UV-C 반사율을 고려할 경우 알루미늄 재질이 효과적일 수 있다. LED 광원(201, 202)에서 나온 빛을 다시 공기 살균 장치(200)안으로 방향을 바꾸어 줌으로써, UV-C가 살균기능에 적용되어 살균력에 기여하게 된다.

UV-C LED 광원(201, 202)는 충분한 살균 효과를 확보하기 위해 적어도 10mW 이상의 출력을 가지고, 그 배치 위치는 리플렉터(203) 내부의 유효 살균 영역의 양 끝단 중 하나에 위치한다. 2 개의 UV-C LED 광원(201, 202) 각각은 리플렉터(203) 내부의 유효 살균 영역의 양 끝단 중 대응하는 곳에 위치하여, 서로 마주보는 형태로 배치된다. UV-C LED 광원(201, 202)을 고정시키는 기구물은 UV-C LED 광원을 지지 및 고정하고, UV-C LED 광원(201, 202)을 고정시키는 기구물에는 전기 배선 및 온도 측정을 위한 온도 센서 등이 구비되어 있을 수 있다. 예를 들어, 기구물에 위치하는 온도 센서는 리플렉터(203) 표면 온도를 측정하고, 측정된 리플렉터 표면 온도에 회귀식을 적용하여 UV-C LED 광원(201, 202)의 온도를 유추하는 방식으로 산출할 수 있다.

2개로 배치된 LED 광원(201, 202)는 사용자의 조작 또는 공기 중에 분포된 살균 대상의 분포 밀도 등에 따라, 동시 구동되거나, 1개의 LED 광원만 구동되거나, 또는 서로 번갈아 가면서 구동될 수 있다.

예를 들어, 먼지 센서에 의해 측정된 공기 상태가 매우 불량하여 최대 살균력을 확보해야 하는 경우, 2개의 LED 광원(201, 202)이 동시에 켜질 수 있다. 공기 상태가 양호한 경우, 1개의 LED 광원은 켜지고 반대쪽 LED 광원은 꺼짐으로써 전력 소모를 최소화할 수 있다. 또는 1번 LED 광원 켜짐/2번 LED 광원 꺼짐에서 1번 LED 광원 꺼짐/2번 LED 광원 켜짐, 또는 그 반대 동작을 반복 수행함으로써, LED 광원에 걸리는 부하를 최소화하여 LED 광원에서 발생하는 발열을 최소화할 수도 있다. LED 광원 점등을 위한 직류(DC) 전압이 LED 광원에 공급되거나, 펄스(Pulse) 전압 LED 광원에 공급되는 LED 광원의 온/오프(On/Off) 동작이 반복될 수도 있다.

리플렉터(203)는 외부의 빛이 아닌, 내부에서 생성되는 자외선을 빈틈없이 효과적으로 분산시킨다. UV-C LED 광원에서 생성된 자외선은 리플렉터(203)에 의해 반사되어 리플렉터(203) 내부를 빈틈없이 촘촘하게 자외선으로 채운다. 그러면, 살균에 필요한 임계치 도즈(dose) 이상의 자외선 세기가 리플렉터(203) 내부에서 확보될 수 있다. 또한 서로 마주보는 형태로 배치되는 2개의 UV-C LED 광원을 통해 리플렉터(203) 내부의 유효 살균 영역에서의 자외선 세기 균일도를 확보할 수 있다.

리플렉터(203)는 내부가 비어 있는 원형 기둥 혹은 다면체 기둥의 형상인 바디부(206) 및 바디부(206)의 양 끝단에 내부가 비어 있는 제1 및 제2 회전체(204, 205)이 결합된 형상으로 구현될 수 있다. 제1 및 제2 회전체(204, 205)에서 공기 살균 장치의 바깥 방향으로 위치하는 윗면은 개구로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 회전체(204, 205)는 원뿔의 축방향에 대해서 수직한 방향으로 특정 위치에서 잘린 모양일 수 있다. 또는 제1 및 제2 회전체(204, 205)는 등변 사다리꼴이 등변 사다리꼴의 윗변과 아랫 변의 중심을 잇는 중심선을 기준으로 회전한 형상일 수 있다. 따라서 제1 및 제2 회전체(203, 204)에 옆면(이하, 경사면)은 기준 평면(예를 들어, 바디부의 상부면 또는 하부면)에 대해서 특정 각도로 기울어져 있다. 이하, 제1 및 제2 회전체(203, 204)의 옆면이 기울어진 각도를 경사각이라 한다. 제1 및 제2 회전체(203, 204) 중 하나의 개구를 통해 공기가 리플렉터(203) 내부로 유입되고, 다른 하나의 개구를 통해 외부로 유출된다. 리플렉터(203) 내부는 자외선을 반사할 수 있는 재질로 구성되고 LED 광원 FOV(Field Of View)에 따라 회전체의 길이(B2, B3)와 바디부의 길이(B1)의 비율을 계산할 수 있다. 이 비율을 통해 LED 광원에서 방출되는 자외선을 효과적으로 분산시켜 목표 살균력 및 균일도를 확보할 수 있다. 경사각은 LED 광원 FOV에 따라 소정 범위에 속하는 각도로 형성되어 Back Scattering되는 자외선 성분을 다시 유효살균영역 쪽으로 반사하여 되돌려 보낼 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 공기 청정 시스템을 도식적으로 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 공기 살균 장치를 배열하여 큰 규모의 공기 살균을 제공할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 공기 청정기를 나타낸 도면이다.

도 3은 공기 살균 장치(10)의 구조를 명확하게 표현하기 위해서, 공기 청정기(1)에서 일정 부분이 절단되어 내부가 도시된 도면이다.

공기 살균 장치(10)는 리플렉터(100), 열-싱크(110, 130), 및 LED 광원(120, 140)을 포함한다. 리플렉터(100)는 제1 회전체(101), 제1 개구(102), 바디부(103), 제2 회전체(104), 및 제2 개구(105)를 포함한다. 제1 회전체(101), 바디부(103), 및 제2 회전체(104)는 반사 기능이 있는 알루미늄으로 제조될 수 있다.

바디부(103)는 내부가 비어 있고 윗면과 밑면에 개구가 형성된 원형 기둥 형상이다. 실질적으로 바디부(103)의 윗면과 밑면은 바디부(103)의 옆면의 두께로 형성된 테두리 영역을 제외한 모든 영역이 개구인 영역을 포함할 수 있다. 제1 회전체(101)에 제1 개구(102)가 위치하고, 제1 회전체(101)는 바디부(103)의 밑면에 접촉하여 연결되는 상부면을 포함한다. 제1 회전체(101)의 상부면에는 제1 회전체(101)의 경사면의 두께로 형성된 테두리 영역을 제외한 모든 영역이 개구(191)로 형성될 수 있다. 제2 회전체(104)에 제2 개구(105)가 위치하고, 제2 회전체(104)는 바디부(103)의 윗면에 접촉하여 연결되는 하부면을 포함한다. 제2 회전체(104)의 하부면에는 제2 회전체(104)의 경사면의 두께로 형성된 테두리 영역을 제외한 모든 영역이 개구(192)로 형성될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공기 청정기(1)는 공기 살균 장치(10) 및 공기 살균 장치(10)이 수납된 하우징(2)을 포함한다. 하우징(2)은 공기 유입부(20), 하부 결합부(30), 바디 커버부(40), 및 상부 결합부(50)로 구분될 수 있다. 하부 결합부(30)는 제1 회전체(101)와 체결 수단을 통해 결합되어, 리플렉터(100)를 고정 및 지지하고, 상부 결합부(40)는 제2 회전체(104)와 체결 수단을 통해 결합되어 리플렉터(100)를 고정 및 지지한다. 바디 커버부(40)는 상부 결합부(50)와 하부 결합부(40) 사이에서 리플렉터(100)의 바디부(103)를 감싸도록 형성될 수 있다. 전체적으로 하우징(2)은 원형 기둥 모양이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 공기 살균 장치가 원형 기둥을 포함하는 형상이고, 이에 맞춰 하우징(2)이 전체적으로 원형 기둥의 형상이다. 다만, 공기 살균 장치가 다면체 기둥인 경우, 하우징(2)에서 적어도 바디 커버부(40)는 다면체 기둥의 형상으로 형성될 수 있다. 하부 구조물(20)은 외부 공기를 흡기하기 위한 복수의 구멍이 형성된 원형 기둥 모양으로 형성될 수 있다. 하부 구조물(20)의 상부 면은 팬(60)이 위치하는 원형 개구(21)가 형성되어 있고, 원형 개구(21)의 하단에 팬(60)이 결합되어 있다. 외부 공기가 팬(60)에 의해 흡기되어 상부로 흐른다.

리플렉터(100)에서 일 끝단에 위치하는 제1 회전체(101)의 하부면에 형성된 제1 개구(102)에는 열-싱크(110)와 결합된 LED 광원(120)이 위치하고, 다른 끝단에 위치하는 제2 회전체(104)의 상부면에 형성된 제2 개구(105)에는 열-싱크(130)와 결합된 LED 광원(140)이 위치한다. LED 광원(120)에서 광이 방사되는 면은 제1 회전체(101)에서 길이(B2)로 지시되는 영역 내에 위치할 수 있고, LED 광원(140)에서 광이 방사되는 면은 제2 회전체(104)의 길이(B3)로 정의되는 영역 내에 위치할 수 있다.

팬(60)을 통해 흡기된 공기는 열 싱크(110)를 통해 리플렉터(100)로 유입되어, 바디부(103)를 통과하고, 열-싱크(107)를 통해 리플렉터(100) 외부로 배출된다. 리플렉터(100)의 상부에 위치하는 상부 결합부(50)의 상부 면에는 공기가 배출될 수 있도록 다수의 배출구가 형성되어 있다. 도 3에 도시된 배출구들은 원형 띠의 형태로 형성되어 있으나, 이는 일 예로 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 공기 청정기에 의해 흡기되어 배출되는 공기의 흐름을 나타낸 도면이다.

도 5는 공기 청정기를 반으로 잘라 A-A’ 축을 기준으로 열었을 때의 도면이다.

도 6 및 도 7은 도 3의 우측 단면에서 상부 결합부를 나타낸 도면이다.

도 8은 도 5의 좌측 단면에서 상부 결합부를 나타낸 도면이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 캡(51)은 상부 결합체(50)에서 제1 회전체(104)에 대응하는 각도로 경사진 부분이다. h1은 캡(51)의 연결부(511)과 체결 수단을 통해 연결되기 위한 제1 회전체(104)의 연결부(106)의 길이이고, 제1 회전체(104)의 z 축 방향의 길이로 설정될 수 있다. h2는 캡(51)의 하부 면에서 z축 방향을 따라 아래로 연장된 연결부(511)의 길이이고, 캡((51)의 z 축 방향의 길이로 설정될 수 있다.

h1 및 h2는 고정되고, 열-싱크(130)의 브릿지(131, 132)의 z 축 방향 길이는 LED 광원(140)의 발광면 위치에 따라 결정된다. 예를 들어, LED 광원(140)의 발광부는 라인 L1부터 라인 L2까지의 거리(d2) 범위 내에 위치할 수 있다. 그러면, 브릿지(131)의 z축 방향 길이(h3)의 최소값과 최대값 간의 차는 d2일 수 있다. 도 6에서는, LED 광원(140)의 발광부 위치가 라인 L1에 인접하고, 도 7에서는 LED 광원(140)의 발광부 위치가 L2에 인접해 있다. 도 6의 브릿지(131)의 z축 방향 길이(h3)와 도 7의 브릿지(131)의 z축 방향 길이(h3’) 간의 차는 도 6의 LED 광원(140)의 발광부 위치와 도 7의 LED 광원(140)의 발광부 위치 간의 차일 수 있다.

그리고, 공기 살균 장치(10)에서 두 열-싱크(110, 130), 두 LED 광원(120, 140), 및 제1 및 제2 회전체(101, 104)의 위치는 공기 살균 장치(10)의 중심을 기준으로 대칭일 수 있다.

또한, 도 3에 표시된 바디부(103)의 z축 방향의 길이(d1)과 제1 회전체(104)의 z축 방향의 길이(d2) 간의 비는 대략 10:1로 설정될 수 있다.

도 9는 B-B’ 라인을 따라 공기 청정기의 상부 구조물을 자른 단면도이다.

도 10은 공기 청정기의 상부 결합부에 결합된 열-싱크를 z축 방향으로 아래에서 위로 바라본 도면이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 열-싱크(130)의 본체로부터 연장된 세 개의 브릿지(131-133)의 일부는 캡(51)의 하부면에서 z축 방향으로 아래로 연장된 3 개의 연결부(도 5의 511, 512, 그리고 도 6의 513)와 제1 회전체(104)의 상부면에서 z축 방향으로 위로 연장된 3 개의 연결부(106-108) 사이에 위치한다. 체결 수단(예를 들어, 나사)을 통해, 캡(51)의 연결부, 브릿지, 및 제1 회전체(104)의 연결부가 결합되어, 고정된다.

하부 결합부(30)와 제2 회전체(102) 사이의 결합도 앞서 설명한 상부 결합부(40)와 제1 회전체(104) 사이의 결합 구조와 유사하다.

도 11은 공기 청정기의 상부 결합부, 열-싱크, 및 LED 광원의 결합 상태를 아래 방향에서 바라본 사시도이다.

도 12는 열 싱크에서의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 열-싱크(130)는 복수의 핀(예를 들어, 135)이 하부 구조물(134)로부터 z축 방향으로 연장되어 위치한다. 그러면, 열-싱크(130)를 통해 사방에서 바람이 통하여 냉각에 용이하다. 아울러, 브릿지(131-133)는 하부 구조물(134)로부터 연장되어 형성된다.

도 13은 상부 결합부에서의 공기 흐름을 나타낸 도면이다.

도 13에 도시된 바와 같이, 제1 회전체(104)와 열-싱크(130) 사이로 빠져 나가는 공기가 열-싱크(130)의 안 쪽은 통해 흘러, 냉각되는 것을 알 수 있다.

본 발명을 활용하여, 실질적으로 코로나 바이러스 및 기타 유해 미생물을 직접 공기 살균하여 제거할 수 있는 살균 시스템을 구축할 수 있다. 기존의 공기청정기 내부에 장착하여 미세 먼지 제거 및 바이러스 제거를 동시에 수행할 수 있는 제품을 개발하거나, 살균 목적이 아닌 제품이라도 본 발명의 소형 사이즈 장점을 활용하여 내부에 장착하여 활용할 수 있다. 예를 들어 실내 인테리어 목적으로 배치된 화분 등에 내부 혹은 외부의 일정 공간을 할애하여 본 모듈을 장착함으로써 공기살균 효과를 획득할 수 있다.

COVID19 등 바이러스는 대장균 보다 약한 선량(dose)으로 살균 가능하다. 일반 대장균의 경우 99.99% 살균을 위해 1.89 dose의 양이 필요한데, COVID19의 경우 대장균 살균력의 50% 수준에서 99.9% 살균이 가능하다. COVID19 뿐만 아니라 향후 발생할 공기를 통한 바이러스 전염을 예방하기 위해서는 3 dose 이상으로 살균력을 확보할 필요가 있다.

일 실시예를 통해, 순간 살균력을 3 dose로 제공하는 콤팩트(compact)한 사이즈의 공기 살균 장치가 제공될 수 있다. 이를 위해서, 공기 살균 장치의 LED 광원과 리액터 구조에 대한 최적화 설계가 필요하다. 이하에서 설명하는 예시는 본 발명에 대한 설명을 위한 것으로 본 발명의 권리 범위를 제한하지 않는다.

소형화를 위해 공기 살균 장치의 길이에 해당하는 바디부의 길이(B1)의 길이를 짧게 할수록, 소형화는 가능하나 LED 광원 간의 거리가 짧아진다. 그러면, LED 광원에 발생하는 열이 다른 LED 광원에 영향을 주게 되어 LED 광원의 내구성 및 LED 광원의 신뢰성에 영향을 주게 된다. 그러면, LED 광원의 출력 저하로 인한 살균력 감소 및 공기 살균 장치의 성능 감소가 야기될 수 있다.

또한, 소형화를 위해 공기 살균 장치의 지름(도 1의 B11 또는 B12)을 작게 설정하면 소형화는 가능하나, 공기 살균 장치 내부에서 공기가 체류하는 시간이 99.9% 살균력을 확보하기 위해 필요한 살균 시간보다 짧아진다. 공기 살균 장치의 사이즈를 소형화 하면서 살균력을 확보하기 위해서는 공기가 공기 살균 장치 내에 체류하는 시간이 소정의 살균 시간(예를 들어, 99.9% 살균력을 확보하기 위해 필요한 살균 시간) 이상이어야 한다. 또한, 99.9% 살균력을 확보하기 위해 필요한 최소 조도가 공기 살균 장치 내에 제공되어야 한다.

이하의 일 예에서는, 살균력 99.9%를 만족하면서 공기 살균 장치의 사이즈를 최소화할 수 있는 공기 살균 장치의 다양한 예를 설명한다. 예를 들어, 공기 살균 장치(200)에 공기가 한 번 통과하면 바로 99.9% 살균되는 기능을 제공하기 위해서, 공기 살균 장치(200)는 공기의 최소 체류 시간 0.07초 및 공기 살균 장치(200) 내부의 최소 조도 43mW/cm²를 만족하도록 설계될 수 있다. 체류 시간은, 공기가 이상적인 평형상태기준으로 공기 살균 장치(200)의 한쪽 끝에서 들어왔다가 다른 쪽 끝으로 나가는 시간으로 공기 살균 장치(200) 내부를 통과하는 시간을 의미한다. 최소 체류 시간은 0.07 초로 설정될 수 있다. 최소 조도는 공기 살균 장치(200)의 내부에 있어서, 단위 면적당 조사되는 광의 세기 중 가장 낮은 조도를 의미한다. 최소 조도에 대한 임계치는 43mW/cm² 일 수 있다. 최소 선량은 최소 체류 시간과 최소 조도의 임계치의 곱(0.07 초 * 43mW/cm² )인 3mJ로 설정될 수 있다. 최소 체류 시간이 길어지거나, 최소 조도가 높아지면 최소 조도가 증가하여 살균력이 증가할 수 있다.

체류 시간 및 최소 조도 값은 유동해석과 광학 시뮬레이션을 통하여 도출할 수 있다.

표 1에서 최소 체류 시간 0.07초를 만족하는 B1의 길이와 B11 및 B12의 1/2이 기재되어 있다.

[표 1]

다만, 표 1에서 바디부의 길이(B1)가 짧은 경우(예를 들어, 80mm 미만), 광원인 두 LED 광원(201, 202) 간의 거리가 너무 가까워서 광원에 대한 신뢰성 및 광원의 내구성이 서로 영향을 준다. 이는 살균력 저하의 원인이 될 수 있다. 또한, 공기 살균 장치(200)의 소형화를 위해서 바디부의 길이(B1)는 120mm 이하로 설정되고, 바디부의 반지름(B11 및 B12의 1/2)은 35mm 이하로 설정된다. 따라서, 표 1을 참조하면, 소형화 및 최소 체류 시간을 만족하기 위해서, 바디부의 길이(B1)는 80mm~120mm 범위로 설계될 수 있고, 반지름(B11 및 B12의 1/2)은 25mm~35mm 범위로 설계될 수 있다.

표 2는 표 1에 기재된 공기 살균 장치의 구조 조건들에서, 공기 살균 장치(200) 내부의 최소 조도 및 선량(Dose)를 나타낸 표이다.

[표 2]

표 2에서 알 수 있듯이, 바디부의 길이(B1)가 60mm 일 때, 공기 살균 장치 반지름(B11 및 B12의 1/2)이 35mm에서, 최소 선량 기준이 만족된다. 바디부의 길이(B1)가 70mm 일 때, 공기 살균 장치 반지름(B11 및 B12의 1/2)이 30mm ~ 35mm 인 범위에서, 최소 선량 기준이 만족된다. 바디부의 길이(B1)가 80~120mm 일 때, 공기 살균 장치 반지름(B11 및 B12의 1/2)이 20mm ~ 35mm 인 범위에서, 최소 선량 기준이 만족된다.

따라서, 표 1을 참조로 설명한 설계 조건의 최소 조도 및 최소 선량 조건에 대한 조건도 만족함을 알 수 있다.

회전체(204, 205)는 LED 광원(201, 202)에서 나온 광을 반사하여 리플렉터(100) 내부로 보내는 역할을 수행한다. 회전체(204, 205)에 반사된 광은 살균에 기여할 수 있다.

회전체(204, 205)의 형상은 리플렉터(100) 내부 공간에 공기가 체류하는 체류 시간과 관련이 있다. 예를 들어, 회전체(204, 205)의 길이(B3, B2)와 경사각은 체류 시간을 감소시키지 않도록 설계되어야 한다.

예를 들어, 회전체(204, 205)의 길이(B3, B2) 각각은 바디부의 길이(B1)의 10%에 해당하는 길이로 설계되는 것이 적절할 수 있다. 조립 오차 및 이에 따른 체류시간 변화에 대응하기 위해, 회전체(204, 205)의 길이(B3, B2) 각각은 바디부의 길이(B1)의 5% ~ 15%에 범위 내에서 설계될 수 있다.

아울러, 경사각(θ)은 0도 보다 큰 값으로 설계되어야 한다. 경사각(θ)은 회전체(204, 205) 각각의 경사각(θ)에 따른 체류 시간 변화를 고려하여, 최소 체류 시간이 확보될 수 있도록 설계될 수 있다. 리플렉터(100) 내부의 살균에 기여하는 광의 확률을 고려할 때, 경사각(θ)이 45도로 설계될 수 있다. LED 광원(201, 202)로부터 조사된 빛이 회전체(204, 205)의 경사면에 반사되어 빛의 방향벡터가 수직으로 광축과 나란한 방향으로 변할 수 있다. 광축은 도 1의 화살표 방향이다. 이를 통해, LED 광원(201, 202)로부터 조사되는 빛 중 회전체(204, 205)의 경사면에 반사되어 리플렉터(100) 안으로 들어가는 빛이 증가한다. 리플렉터(100) 내부로 들어가는 광원은 살균에 기여할 수 있다. 경사각(θ)은 조립공차 및 시스템 보정을 위해 45도 기준으로 +/-10도의 마진을 가지고 설정될 수 있다.

일 실시예에서는 경사각을 45도로 설명하였으나, 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 리플렉터(100)의 구조, 회전체의 길이(B2, B3), 바디부의 길이(B1)에 등에 따라 달라질 수 있다. LED 광원으로부터 방사된 광이 리플렉터(100) 내부 살균에 직접적으로 기여할 수 있고, LED 광원으로부터 방사된 광이 회전체에 의해 반사되어 살균에 기여할 수도 있다. 회전체의 경사각은 LED 광원으로부터 방사된 광이 반사에 의해 살균에 기여하는 정도가 최대가 되도록 설정되는 것이 바람직하다.

도 14는 일 실시예에 따른 리플렉터 길이 방향에 대해 수직한 단면에서의 조도 값을 도식화하여 나타낸 도면이다.

도 14에 도시된 조도값에 리플렉터(100) 내부에서의 체류시간을 곱하면, 리플렉터(100)의 최외곽(도 15에서 원형으로 표시되는 영역의 최외곽)에서의 조도는 40mW/cm²이다. 일 실시예에 따른 리플렉터(100) 내부에서의 체류시간을 유동해석으로 계산하면 대략 0.1208초이다. 따라서 리플렉터(100) 내부의 최외곽에서의 대략적인 선량은　4.9529 [dose]이다. 도 14에 도시된 조도 값은, 회전체의 경사각 45도, 바디부의 길이 120 mm, 및 회전체의 길이 12 mm인 리플렉터(100) 내부의 조도 값을 도식화한 것이다. 회전체의 길이는 바디부의 길이에 대해 10%에 해당한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지로 변형 및 개량한 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.

1: 공기 청정기
10, 200: 공기 살균 장치

Claims

내부가 비어 있고 윗면과 밑면에 개구가 형성된 원형 기둥 형상의 바디부, 상기 바디부의 밑면에 연결되고 내부가 비어 있는 형상인 제1 회전체, 및 상기 바디부의 윗면에 연결되고 내부가 비어 있는 형상인 제2 회전체를 포함하는 리플렉터;
상기 제1 회전체에서 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하는 제1 LED 광원; 및
상기 제2 회전체에서 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하는 제2 LED 광원을 포함하고,
상기 리플렉터는 상기 제1 LED 광원 및 상기 제2 LED 광원으로부터 조사되는 빛을 반사하는, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 회전체와 상기 바디부의 밑면이 연결되는 개구와 마주보는 제1 개구가 상기 제1 회전체에 위치하고,
상기 제1 LED 광원은 상기 제1 개구에 대응하여 위치하는, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 회전체와 상기 바디부의 윗면이 연결되는 개구와 마주보는 제2 개구가 상기 제2 회전체에 위치하고,
상기 제2 LED 광원은 상기 제2 개구에 대응하여 위치하는, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 바디부의 연장 방향으로의 길이 및 상기 바디부의 반지름은 상기 공기 살균 장치의 내부에 공기가 체류하는 시간인 체류 시간이 소정의 살균 시간 이상이 되도록 설정되는, 공기 살균 장치.
제4항에 있어서,
상기 바디부의 연장 방향으로의 길이 및 상기 바디부의 반지름은 소정의 살균력을 확보하기 위해 필요한 최소 조도가 상기 공기 살균 장치의 내부에 제공되도록 설정되는, 공기 살균 장치.
제5항에 있어서,
상기 소정의 살균 시간은 0.07초이고, 상기 최소 조도는 43mW/cm²이며,
상기 바디부의 연장 방향으로의 길이는 80mm~120mm이고,
상기 바디부의 반지름은 25mm~35mm인, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 회전체에서 상기 바디부의 연장 방향과 동일한 방향의 길이는, 상기 바디부의 연장 방향으로의 길이에 대하여 5%~15%인, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 회전체에서 상기 바디부의 연장 방향과 동일한 방향의 길이는, 상기 바디부의 연장 방향으로의 길이에 대하여 5%~15%인, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 회전체와 상기 바디부의 밑면이 연결되는 개구와 마주보는 제1 개구 사이의 경사면의 경사각은 상기 바디부의 밑면에 대해서 35도~55도인, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 회전체와 상기 바디부의 윗면이 연결되는 개구와 마주보는 제2 개구 사이의 경사면의 경사각은 상기 바디부의 밑면에 대해서 35도~55도인, 공기 살균 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 LED 광원에 결합된 제1 열-싱크 및 상기 제2 LED 광원에 결합된 제2 열-싱크를 더 포함하는, 공기 살균 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 회전체의 하부에 위치하여 공기를 흡입하는 팬을 더 포함하고,
상기 팬을 통해 흡입된 공기는 상기 제1 열-싱크를 통해 상기 리플렉터로 유입되어 상기 바디부를 통과하고, 상기 제2 열-싱크를 통해 상기 리플렉터 외부로 배출되는, 공기 살균 장치.
내부가 비어 있는 바디부 및 상기 바디부의 양면에 대해서 내부가 비어 있는 제1 및 제2 회전체가 결합된 형상으로 구현된 리플렉터 - 상기 제1 회전체는 상기 바디부의 양면 중 일면에 연결된 일면을 포함하고, 상기 제2 회전체는 상기 바디부의 양면 중 타면에 연결된 일면을 포함 -;
상기 제1 회전체의 일면에 마주보는 제1 개구에 대응하여 위치하고, 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하는 제1 LED 광원; 및
상기 제2 회전체의 일면에 마주보는 제2 개구에 대응하여 위치하고, 상기 리플렉터 내부로 UV-C 자외선을 조사하는 제2 LED 광원, 공기 살균 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 회전체의 일면에는 상기 제1 개구에 마주보는 제3 개구가 형성되어 있고, 상기 제2 회전체의 일면에는 상기 제2 개구에 마주보는 제4 개구가 형성되어 있는, 공기 살균 장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 LED 광원은 상기 제1 개구와 상기 제3 개구 사이에 위치하고, 상기 제2 LED 광원은 상기 제2 개구와 상기 제4 개구 사이에 위치하는, 공기 살균 장치.
제13항에 있어서,
공기 상태에 따라, 상기 제1 및 제2 LED 광원이 동시에 켜지거나, 상기 제1 및 제2 LED 광원 중 하나만 켜지는, 공기 살균 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 및 제2 LED 광원이 번갈아 꺼지고 켜지는, 공기 살균 장치.