KR102449427B1 - 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 LED 서라운드 방식을 이용하여 단위 조사면적당 조도 효율을 극대화한 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치에 관한 것이다.
본 발명은 투과율 90% 이상의 석영 튜브의 주변을 자외선 파장을 방출하는 LED 칩으로 360°둘러싸면서 LED 칩과 석영 튜브 간의 거리를 1㎝ 이하로 설정하고, 석영 튜브 내의 특정 지점에서 각각의 LED 칩에서 방출되는 고출력의 조도가 한 곳으로 밀집되면서 석영 튜브 내부를 통과하는 유수에 피사 영역의 음영부를 최소화시키면서 고농도의 자외선 파장이 360°방향에서 균등하게 조사되도록 하는 새로운 형태의 유수살균장치를 구현함으로써, 유수 살균 효과를 극대화하면서도 장치의 크기를 최소화할 수 있는 등 우수한 살균기능과 콤팩트한 구조를 갖춘 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치를 제공한다.

Description

3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치{RUNNING WATER DISINFECTION DEVICE FOR IRRADIATING 3D SHAPE WITH UV LIGHT ON FLOWING WATER PIPE}

본 발명은 흐르는 물에 자외선을 조사하여 물 속의 세균과 바이러스를 살균하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 3차원 LED 서라운드 방식을 이용하여 단위 조사면적당 조도 효율을 극대화한 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치에 관한 것이다.

일반적으로 가정이 업소 등에서 식수로 사용하는 상수도의 보급률은 갈수록 증가하는 추세이다.

상수도 보급률과 함께 환경오염에 따른 수질오염이 심각한 문제로 대두되면서 수돗물에서 각종 유해물질이 검출되기도 한다.

이러한 유해성 물질의 검출은 인구 밀도가 높은 우리나라에서 각종 산업체에서 발생하는 폐수, 대기오염물질 배출과도 무관하지 않다.

또한, 주철관으로 되어 있는 상수도 배관의 경우, 주철관 내벽으로 흘러가는 물에 의해 철 성분이 용해되어 빠져나가게 되고, 그 과정에서 철 성분은 산화되어 산화철을 형성하게 된다.

이 경우 주철관은 심하게 부식되고 산화철이 서로 엉겨붙게 되면 주철관의 내부를 부분적으로 가로막아 수압을 떨어뜨리게 될 뿐만 아니라 철 성분들이 서로 엉켜 붉은 녹을 형성하게 되고, 이것이 물에 다시 녹아들어 문제가 된다.

그리고, 상수도 배관의 내부에는 미생물 등이 서식 및 증식을 하고 슬라임(Slime)이나 물때 등의 발생으로 인해 불쾌한 냄새 등과 함께 인체의 건강상에 심각한 손상을 끼치는 등의 문제점이 있다.

이와 같은 문제점으로 인하여 대부분의 가정에서는 수돗물의 음용을 기피하여 수돗물 대신에 지하수나 시판 생수를 음용하거나 정수기를 이용하고 있는 실정이다.

보통 정수장에서는 이물질 제거 및 살균 등의 정수과정을 실시하기 때문에 정수장을 거친 상수는 비교적 청결한 상태를 유지하고 있으나, 최종적으로 가정에서 공급되는 수돗물은 정수과정에서 투입된 소독약품을 상당량 함유하고 있으며, 배관을 통해 각 가정으로 이송되는 과정에서 배관의 노후 등으로 인해 발생하는 각종 이물질이 유입됨으로써 그 청결도가 상당히 떨어진 상태라고 볼 수 있다.

그리고, 상수를 저장하는 기간이 길어질 경우에는 공기 중의 세균이 물로 침투하여 수돗물이 곰팡이, 조류, 박테리아 등의 세균과 바이러스에 오염되는 문제가 있다.

이러한 점을 고려하여 최근에는 LED의 자외선을 이용하여 물 속의 세균과 바이러스를 제거하는 살균장치들이 많이 제시되고 있는 추세이다.

그러나, 기존의 살균장치들은 LED에서 방출하는 자외선이 다다르지 않은 영역이 많아서 실효성이 있는 살균 효과를 얻기가 어렵고, LED의 조사 범위 밖의 영역은 거의 살균이 이루어지 않는 단점이 있다.

그리고, 기존의 LED를 이용한 살균장치들은 물의 흐름을 따라 선형적으로 배치되는 2차원 방식, 즉 LED가 선형 타입으로 여러 개가 장착되어 조도가 한 방향으로만 향하게 만들어져 있기 때문에 유수를 살균하고자 할 때 유수 속에 존재하는 세균과 바이러스가 불활성화 될 수 있는 충분한 조도를 확보하기 위해서는 많은 수의 LED를 길이 방향을 따라 선형적으로 증가시켜야 하고, 특정 살균장치를 여러 개 장착해야 하는 등 제품의 사이즈가 점점 커질 수 밖에 없으며, 굳이 불필요한 자재들 또한 어쩔 수 없이 사용해야 하는 비효율적인 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2016-0144586호 공개특허공보 제10-2020-0049434호 등록특허공보 제10-1803055호 등록특허공보 제10-2070611호

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 투과율 90% 이상의 석영 튜브의 주변을 자외선 파장을 방출하는 LED 칩으로 360°둘러싸고 LED 칩과 석영 튜브 간의 거리를 1㎝ 이하로 설정하여, 석영 튜브 내의 특정 지점에서 각각의 LED 칩에서 방출되는 고출력의 조도가 한 곳으로 밀집되면서 석영 튜브 내부를 통과하는 유수에 피사 영역의 음영부를 최소화시키면서 고농도의 자외선 파장이 360°방향에서 균등하게 조사되도록 하는 새로운 형태의 유수살균장치를 구현함으로써, 유수 살균 효과를 극대화하면서도 장치의 크기를 최소화할 수 있는 등 우수한 살균기능과 콤팩트한 구조를 갖춘 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 측부에 물 유입구를 가지면서 내부가 비어있는 챔버와 상부에 물 배출구를 가지면서 챔버의 상단부에 결합되는 캡으로 구성되는 본체와, 상기 본체의 챔버의 하단부를 마감하면서 챔버의 내부에 동축 구조로 설치되고 챔버의 내부와 통하는 유로를 가지는 중공의 코어 블록과, 상기 코어 블록의 중심부에 동축 구조로 설치되고 윗쪽의 물 배출구와 아래쪽의 유로 사이를 연통시켜주면서 물이 흐르는 통로 역할을 하는 석영 튜브와, 상기 석영 튜브를 중심으로 하여 그 주변을 360°둘러싸면서 코어 블록(16)의 내주면상에 지지되는 구조로 설치되는 다수 개의 LED를 포함한다.

따라서, 상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 석영 튜브의 주변을 360°둘러싸면서 배치되는 각각의 LED에서 방출되는 자외선이 석영 튜브 내부 중심 영역에 밀집되어 석영 튜브 내부를 통과하는 유수에 피사 영역의 음영부를 최소화시키면서 자외선이 360°방향에서 균등하게 또 집중적으로 조사될 수 있도록 한 것이 특징이다.

여기서, 상기 석영 튜브의 주변을 360°둘러싸면서 설치되는 LED는 180°간격으로 배치되는 2개, 또는 120°간격으로 배치되는 3개, 또는 90°간격으로 배치되는 4개, 또는 60°간격으로 배치되는 6개 등과 같이 다양한 각도로 다수 개가 배치될 수 있다.

특히, 상기 챔버의 내주면과 코어 블록의 외주면 사이에는 물이 채워지는 물 재킷이 형성되고, 상측의 물 유입구를 통해 들어온 물이 물 재킷을 경유한 후에 하측의 유로를 통해 석영 튜브의 내부로 보내지게 되는 물의 흐름 경로가 확보됨으로써 물 재킷을 경유하는 물을 이용하여 코어 블록을 직접 냉각시킬 수 있다.

바람직한 실시예로서, 상기 LED에서 석영 튜브의 중심까지의 거리는 약 1㎝ 이하로 설정할 수 있고, 이러한 LED는 열전도성 접착제를 이용하여 코어 블록의 내주면에 접착하는 형태로 설치할 수 있다.

그리고, 상기 석영 튜브는 캡에 형성되는 캡측 튜브 안착홈과 코어 블록에 형성되는 블록측 튜브 안착홈 사이에 실링 부재와 함께 끼워지는 구조로 설치됨으로써 석영 튜브를 손쉽게 탈부착할 수 있다.

본 발명에서 제공하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 다음과 같은 효과가 있다.

물이 흐르는 석영 튜브의 주변을 360°둘러싸는 구조로 LED 칩을 배치함과 더불어 LED 칩과 석영 튜브 간의 거리를 1㎝ 이하로 설정하여, 석영 튜브 내의 중심 영역에서 각각의 LED 칩에서 방출되는 고출력의 조도가 밀집되도록 함으로써, 석영 튜브 내부를 통과하는 유수에 피사 영역의 음영부를 최소화시키면서 고농도의 자외선 파장을 360°방향에서 균등하게 조사할 수 있고, 이에 따라 유수 살균 효과를 극대화하면서도 장치의 크기를 최소화할 수 있는 등 우수한 살균기능을 확보할 수 있는 동시에 장치(제품)를 콤팩트하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

즉, 기존의 2차원 방식을 통한 살균장치의 구성 시, 살균력 증대를 위한 조도강화방안의 일환으로 LED 칩이 추가될 때마다 불가피하게 장치의 크기 및 모듈의 갯수가 증가될 수 밖에 없었던 것을 해결하기 위한 것으로서, 조사 거리를 짧게 해서 높은 조도를 투영할 수 있고 단일 모듈 형태에서 목표 조도를 확보할 수 있고 장치의 크기 및 비용과 구조물 등의 자원을 축소할 수 있고 동일 규격 대비 최대의 조도효율을 얻을 수 있는 등 3차원 방식으로 기존에 평면상에서 나열했던 LED 칩을 특정 조사 면적을 둘러싸는 형태로 배치하여, 조사경이 겹쳐지면서 해당 영역에 밀집된 조도의 합이 2차원 방식 LED 칩 조도의 전체 합과 일치되게 만들어서 목표하는 조사량이 발생될 수 있도록 하는 효과가 있다.

따라서, 장치의 크기가 줄어든다는 것은 그만큼 물질적인 낭비가 줄어든다는 것이고, 그것은 물질자원 절약 측면에서 효율이 높아졌음을 의미한다.

2차원 형태의 평평한 한 장의 종이를 3차원 형태로 변형하기 위하여 둥글게 말았을 경우, 애초에 2차원 형태의 종이가 차지했던 면적의 길이가 10㎝라 가정했을 때, 3차원으로 둥글게 말렸을 경우에 약 3㎝(예컨대, 10㎝/3.14)로 1/3 정도 줄어들게 되어 추가적인 공간의 확보가 가능하다.

약 10㎝의 길이 안에서 작동하던 장치를 동일한 성능을 갖춘 3㎝ 길이의 장치로 변경할 수 있다면, 결국 동일한 10㎝ 길이 안에서 3배 가량의 성능이 향상된 제품이 될 수 있으며, 이는 특히 단위 규격 안에서 최대의 제균 효율을 내야 하는 살균 관련 산업에서는 큰 혁신을 줄 수 있는 기술이다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치를 나타내는 사시도
도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치를 나타내는 단면도
도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치의 사용상태를 나타내는 단면도

본 발명에서 제공하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 LED에서 방출되는 거리가 멀어질수록 그 조도가 기하급수적으로 약해지기 때문에 조도가 밀집되는 부근에서 최대의 조도가 형성될 수 있도록 사이 간격을 좁히고, 특정 지점에 LED에서 방출되는 자외선이 밀집되어 그곳에 고출력의 조도가 형성될 수 있도록 한 내부 구조를 포함하는 한편, LED와 투명한 석영 튜브 간의 거리가 좁기 때문에 LED가 부착된 PCB를 방열판에 볼트로 체결하여 장착할만한 공간이 생기기 어려우며, 좁은 공간에 다수의 LED가 부착되기 때문에 그 발열량이 매우 높아서 이를 해결하기 위한 방법으로 방열 접착제를 사용하여 LED를 포함하는 PCB를 부착하는 구조를 포함한다.

예를 들면, 상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 LED가 3차원으로 부착될 수 있는 방열부재(코어 블록)와 좁은 공간에 다수의 LED가 부착됨으로써 발생될 열에너지를 냉각시킬 수 있는 구조, LED의 최대 조도가 머물도록 하기 위해 광원과 물이 지나는 통로의 공간이 매우 협소해질 수 밖에 없기 때문에 기존의 볼트 체결 방식으로는 LED를 방열부재에 부착할 수 없으므로 이를 대체할 수 있는 구조, 부속품 교체가 가능하도록 필요 기구물의 해체 및 연결에 편의성을 확보할 수 있는 구조, 기존의 문제점을 모두 해결할 수 있는 구조물 설계에 적용할 수 있는 방수처리 구조 등을 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치를 나타내는 사시도이고, 도 4와 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치를 나타내는 단면도이다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 물 유입과 배출, 물의 흐름 경로 등을 제공하는 수단으로 본체(14)를 포함한다.

상기 본체(14)는 내부가 비어있는 원통형의 챔버(11)와 원판 형태로 되어 있는 캡(13)을 조합한 구조로 이루어지게 된다.

상기 챔버(11)의 한쪽 측부에는 상단쪽 위치에 물 유입구(10)가 형성되며, 이러한 물 유입구(10)에는 상수도 배관이 연결되어 상수도 배관을 따라 흐르는 물이 물 유입구(10)를 통해 챔버(11)의 내부로 들어올 수 있게 된다.

그리고, 상기 챔버(11)의 상단부 가장자리에는 방사상으로 배치되는 다수 개의 배선용 홈(23)이 형성되며, 이때의 배선용 홈(23)을 통해 LED(18)로부터 연장되는 배선을 밖으로 빼낼 수 있게 된다.

상기 캡(13)은 챔버(11)의 상단부를 마감하는 역할을 하는 것으로서, 다수 곳의 볼트 체결구조를 통해 챔버(11)의 상단부에 결합된다.

이러한 캡(13)의 저면부 중심에는 캡측 튜브 안착홈(20)이 형성되며, 이렇게 형성되는 캡측 튜브 안착홈(20)에는 석영 튜브(17)의 상단부가 끼워질 수 있게 된다.

그리고, 상기 캡(13)의 중심부에는 물 배출구(12)가 형성되며, 이때의 물 배출구(12)에는 상수도 배관이 연결되어 물 배출구(12)를 빠져나온 물, 즉 살균 처리된 물이 상수도 배관을 따라 후속 처리 공정으로 보내질 수 있게 된다.

또한, 상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 LED(18)에서 방출되는 열을 식혀주고 또 LED(18)의 설치 자리를 제공해주는 수단으로 코어 블록(16)을 포함한다.

상기 코어 블록(16)은 상부 개방형의 속이 비어 있는 원통체와 본체(14)의 하단부 면적에 상응하는 면적을 가지는 원판형 판체의 일체형으로 이루어진 블록으로서, 원판형 판체를 통해 본체(14)의 챔버(11)의 하단부를 마감하면서 챔버(11)의 내부에 동축 구조로 설치된다.

그리고, 상기 코어 블록(16)에는 챔버(11)의 내부, 즉 챔버(11)의 내부에 조성되는 물 재킷(19)과 통하는 동시에 석영 튜브(17)의 내부와 통하는 유로(15)가 형성된다.

여기서, 상기 유로(15)는, 도 3과 도 4에서 볼 수 있듯이, 석영 튜브(17)의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 가지면서 원통체의 하단부에 형성되는 홀 형태로서, 서로 연통되는 방사상의 수평 유로(15a)와 각 수평 유로(15a)가 한데 모이는 중심부에서 윗쪽으로 연장되는 수직 유로(15b)로 이루어질 수 있게 되며, 이때의 수평 유로(15a)는 챔버(11)의 내부와, 수직 유로(15b)는 석영 튜브(17)의 내부와 각각 통할 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 챔버(11) 내의 물은 수평 유로(15a)와 수직 유로(15b)를 거쳐 석영 튜브(17)의 내부 아래쪽으로 들어와서 윗쪽으로 흐를 수 있게 된다.

이러한 코어 블록(16)은 동(銅) 재질 등으로 이루어져 LED(18)에서 발생하는 열을 냉각시켜주는 방열판 역할을 할 수 있게 된다.

이와 더불어, 상기 코어 블록(16)의 내부 바닥, 즉 원통체의 내부 바닥 중심에는 블록측 튜브 안착홈(21)이 형성되며, 이렇게 형성되는 블록측 튜브 안착홈(21)에는 석영 튜브(17)의 하단부가 끼워질 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 유수살균장치를 경유하는 흐르는 물을 이용하여 LED(18)에서 발생되는 열을 식혀주는 구조를 제공한다.

이를 위하여, 상기 챔버(11)의 내측으로 코어 블록(16)이 동축 구조로 설치되면, 챔버(11)의 내주면과 코어 블록(16)의 외주면 사이에는 물이 채워지는 물 재킷(19)이 형성된다.

이러한 물 재킷(19)은 코어 블록(16)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되며, 이때의 물 재킷(19)에 채워지는 물은 코어 블록(16)의 전체 둘레면과 접촉할 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 챔버(11)에 형성되어 있는 상측의 물 유입구(10), 예를 들면 물 재킷(19)의 내부 윗쪽 공간으로 연통되는 물 유입구(10)를 통해 들어온 물은 물 재킷(19)의 내부에 꽉 채워진 상태로 경유한 후, 하측의 유로(15), 예를 들면 물 재킷(19)의 내부 아래쪽 공간과 연통되는 유로(15)를 통해 석영 튜브(17)의 내부로 보내지게 되는 물의 흐름 경로가 확보될 수 있게 된다.

이러한 물의 흐름이 진행되는 과정에서 물과 코어 블록(16) 간의 열교환 작용이 이루어지면서 코어 블록(16)이 냉각될 수 있게 되며, 결국 LED(18)에서 코어 블록(16)의 전달되는 열은 물과의 열교환 작용에 의해 효과적으로 냉각될 수 있게 된다.

또한, 상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 LED(18)측과 흐르는 물을 격리시켜주면서 LED(18)의 빛을 투과시키는 수단으로 석영 튜브(17)를 포함한다.

상기 석영 튜브(17)는 투명한 원형의 관 형태로서, 코어 블록(16)의 중심부에 동축 구조로 설치되고, 이렇게 설치되는 석영 튜브(17)는 윗쪽의 물 배출구(12)와 아래쪽의 유로(15) 사이를 연통시켜주면서 물이 흐르는 통로 역할을 하게 된다.

예를 들면, 상기 석영 튜브(17)의 상단부와 하단부는 캡(13)에 형성되는 캡측 튜브 안착홈(20)과 코어 블록(16)에 형성되는 블록측 튜브 안착홈(21) 사이에 실링 부재(22)와 함께 끼워지는 구조로 설치된다.

그리고, 상기 석영 튜브(17)의 외주면과 코어 블록(16)의 내주면 사이에는 공간이 조성되고, 이렇게 조성되는 공간 내에서 코어 블록(16)의 내주면측에 LED(18)가 설치될 수 있게 되며, 이때의 공간은 본체(14)에 형성되어 있는 배선용 홈(23)과도 통할 수 있게 된다.

이에 따라, 아래쪽의 코어 블록(16)의 유로(15)를 통해 석영 튜브(17)의 내부로 들어온 물은 석영 튜브(17)를 투과하는 LED 자외선을 받아 살균 처리가 된 후에 윗쪽의 캡(13)의 물 배출구(12)를 통해 빠져나갈 수 있게 된다.

여기서, 상기 석영 튜브(17)가 캡(13)측과 코어 블록(16)측에 끼워지는 구조로 설치됨에 따라 본체(14)에서 캡(13)만 분리하면 석영 튜브(17)를 쉽게 분리할 수 있는 등 손쉬운 탈부착이 가능하여 교체작업을 쉽게 할 수 있게 된다.

즉, 상기 석영 튜브(17)는 오래 사용하다보면 석회질 침착으로 인해 투과율이 감소되기 때문에 주기적인 관리가 필요한데, 끼움식 설치 구조를 통해 석영 튜브(17)를 손쉽게 탈거 및 부착할 수 있으므로 석영 튜브 교체의 편의성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치는 물 속의 세균과 바이러스를 살균하는 UV 자외선을 조사하는 수단으로 다수 개의 LED(18)를 포함한다.

상기 LED(18)는 LED 칩(18a)과 PCB(18b)를 포함하며, 석영 튜브(17)를 중심으로 하여 석영 튜브(17)의 주변을 360°둘러싸면서 코어 블록(16)의 내주면상에 지지되는 구조로 설치된다.

예를 들면, 상기 LED(18)는 180°간격으로 배치되는 2개, 또는 120°간격으로 배치되는 3개, 또는 90°간격으로 배치되는 4개, 또는 60°간격으로 배치되는 6개 등과 같이 다양한 각도로 배치되는 임의의 갯수로 이루어질 수 있게 된다.

본 발명에서는 6개의 LED(18)를 석영 튜브(17)의 둘레를 따라 60°간격으로 배치한 예를 보여준다.

바람직한 실시예로서, 상기 석영 튜브(17)의 주변을 360°둘러싸면서 배치되는 LED(18)는 동일한 높이 선상에서 1열(列)을 이룰 수 있으며, 이 외에도 위아래로 지그재그 형태를 이루면서 석영 튜브(17)의 주변을 360°둘러싸면서 배치될 수 있거나, 또는 유수의 처리 용량 등에 따라 다열 구조를 이룰 수도 있게 된다.

이렇게 석영 튜브(17)를 가운데 두고 그 주위를 둘러싸듯이 배치되는 각각의 LED(18)에서 조사되는 자외선은 석영 튜브(17)의 중심 영역에 겹쳐지는 형태로 조사되며, 즉 석영 튜브(17)의 중심 영역에 LED(18)에서 조사되는 자외선이 밀집되면서 그 곳에 고출력의 조도가 형성되며, 이에 따라 상대적으로 가장 유속이 빠른 석영 튜브(17)의 중심부를 흐르는 물에 고농도의 자외선이 집중되면서 짧은 조사 시간 동안에 최대의 살균 효과를 얻을 수 있게 된다.

즉, 석영 튜브(17)의 주변을 360°둘러싸면서 배치되는 각각의 LED(18)에서 방출되는 자외선이 석영 튜브 내부 중심 영역에 밀집되어 석영 튜브 내부를 통과하는 유수에 피사 영역의 음영부를 최소화시키면서 자외선이 360°방향에서 균등하게 조사되도록 함으로써, 유수 속에서 다양한 자세(예컨대, 뒤집어져 있거나, 등을 돌리고 있거나 하는 등의 다양한 자세)를 취하고 있는 세균과 바이러스를 효과적으로 살균할 수 있게 된다.

이러한 LED(18)는 열전도성 접착제에 의해 코어 블록(16)의 내주면에 접착되는 형태로 설치될 수 있게 된다.

이렇게 LED(18)를 접착 구조로 설치하는 구조를 적용함에 따라 LED 최대 조도가 머물게 하기 위하여 LED와 물이 지나는 통로 간의 공간을 최대한 협소하게 설계한 상태에서도 LED(18)를 용이하게 설치할 수 있게 된다.

그리고, 상기 LED(18)에서 석영 튜브(17)의 중심까지의 거리를 약 1㎝ 이하로 설정하여 Ø1.5㎝의 조사경을 확보하는 것이 조사 거리를 짧게 해서 높은 조도를 투영해야 하는 측면에서 바람직하며, 사용처에서 요구하는 유량 및 유속 대비 목표 조사량을 만족시킬 수 있다.

도 6과 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치의 사용상태를 나타내는 단면도이다.

도 6과 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 본체(14)의 물 유입구(10)와 물 배출구(12)를 정수장 등의 정수배관에 연결하고 물을 흘려서 보내는 한편, 상기 LED(18)에 전원을 공급하여 LED(18)에서 자외선이 조사되도록 한다.

이 상태에서, 본체(14)의 물 유입구(10)를 통해 들어온 물은 물 재킷(19)→수평 유로(15a)→수직 유로(15b)→석영 튜브(17)의 내부를 경유하여 물 배출구(12)를 통해 빠져나간다.

이러한 물 흐름이 이루어지는 과정에서, 석영 튜브(17)의 내부를 흐르는 물은 자외선을 집중적으로 받게 되아 살균된다.

즉, 석영 튜브(17)의 내부를 통과하는 물에 각각의 LED(18)에서 방출되는 고출력의 조도가 밀집되면서 이때의 물은 고농도의 자외선 파장을 받게 되므로서, 물 속의 세균과 바이러스가 살균될 수 있게 된다.

이렇게 3차원 LED 서라운드 방식을 통한 단위 조사면적당 조도 효율을 극대화할 수 있고, 따라서 매우 빠른 유속으로 흐르는 물을 짧은 조사시간만으로도 효과적으로 살균 처리할 수 있게 된다.

아래의 [그림 1]과 [표 1]은 본 발명에서 제공하는 3차원 방식의 유수살균장치(유수살균모듈)의 시뮬레이션 결과값을 보여준다(관거표준유속에 따른 자외선 조사범위의 평균 자외선조사량 및 그에 따른 살균력 검토).

[그림 1]

[표 1]

3차원 방식의 유수살균장치는 석영 튜브를 기준으로 LED가 거울 형태로 서로 마주보며 동일한 면적과 조도를 형성하면서 특정 조사범위를 만들게 되는데, 그 공간을 지나가게 되는 유수는 그 때에 적용되는 유속에 따라 특정 시간동안 균등한 자외선을 조사받게 된다.

위의 [표 1]은 수도관거표준에 따른 유속에 따라 내경 Ø4.5의 정수배관을 통해 유수살균장치 속을 흐르는 유수가 자외선 조사범위를 지날 때의 평균 유속을 컴퓨터 시뮬레이션으로 유추하여 얻은 결과값과 자외선 조사시간 및 자외선 조도 등을 계산하여 실제 유수가 받게 될 살균효과를 범위평균 자외선 조사량으로써 표현하여 목표 조사량인 대장균 불활성화 수치와 비교하여 나타낸 것이다.

예를 들면, 최소관거표준유속인 0.6m/s의 유수가 유수살균장치의 물 유입구를 통해 입수됐을 때, 약 0.6L/min의 출수유량을 갖게 되는데, 이때 석영 튜브 내부의 평균유속은 약 7.41㎝/s가 된다.

이를 "자외선 조사범위"이나 자외선의 특정조도가 맺히는 조사경의 범위인 1.5㎝에 나누게 되었을 때, 유수가 자외선을 받게되는 시간인 "자외선 조사시간"이 된다.

LED 칩 하나당 해당 조사경에 20mW/㎠ 만큼의 조도를 주게 되는데, 이것에 자외선 조사시간을 곱하면 해당 범위에 조사할 수 있는 "범위평균 자외선 조사량"을 구할 수 있게 된다.

265nm 자외선 파장대에서 대장균을 불활성화하기 위한 "목표 조사량"은 5.4mJ/㎠이므로 해당 조사량 이상의 값을 나타내기 위해서 LED 칩 2개를 180°씩 마주보는 형싱으로 제작하여 총 40mW/㎠의 조도를 갖추게 되면, 총 "범위 평균 조사량"은 8.09mJ/㎠이 되므로, 대장균을 살균할 수 있는 성능을 갖춘 유수살균장치가 될 수 있다.

같은 방법으로 각각의 관거표준유속에 대입하여 값을 유추하게 되면, 1L/min의 물을 살균 출수하기 위해서는 LED 칩이 서로 90°방향을 마주보는 형태로 4개씩 붙으면 되고, 1.8L/min의 경우 LED 칩이 60°방향으로 6개씩, 3L/min의 경우 30°방향으로 12개씩 붙거나 혹은 6개씩 붙은 유수살균장치 2대를 연달아 연결하는 방식으로 누적 조도를 240mW/㎠으로 만들어서 사용할 수 있다.

참고로, 아래의 [표 2]는 정수배관의 내경이 Ø6 제품 기준일 때의 값이다.

배관의 크기가 커지게 되면 입,출수되는 유량의 크기가 커지기 때문에 살균성능 또한 [표 2]와 같이 변하게 된다.

[표 2]

이와 같이, 본 발명에서는 물이 흐르는 석영 튜브의 주변을 LED가 360°둘러싸도록 하여 석영 튜브 내의 특정 지점에서 각각의 LED에서 방출되는 고출력의 조도가 한 곳으로 밀집되면서 석영 튜브 내부를 통과하는 물에 고농도의 자외선 파장이 집중적으로 조사되도록 한 새로운 유수살균장치를 제공함으로써, 흐르는 물에 대한 살균 효과를 극대화할 수 있고 유수살균장치의 크기를 최소화할 수 있다.

10 : 물 유입구
11 : 챔버
12 : 물 배출구
13 : 캡
14 : 본체
15 : 유로
16 : 코어 블록
17 : 석영 튜브
18 : LED
19 : 물 재킷
20 : 캡측 튜브 안착홈
21 : 블록측 튜브 안착홈
22 : 실링 부재
23 : 배선용 홈

Claims (6)

1. 측부에 물 유입구(10)를 가지면서 내부가 비어있는 챔버(11)와 상부에 물 배출구(12)를 가지면서 챔버(11)의 상단부에 결합되는 캡(13)으로 구성되는 본체(14);
   상기 본체(14)의 챔버(11)의 하단부를 마감하면서 챔버(11)의 내부에 동축 구조로 설치되고 챔버(11)의 내부와 통하는 유로(15)를 가지는 중공의 코어 블록(16);
   상기 코어 블록(16)의 중심부에 동축 구조로 설치되고 윗쪽의 물 배출구(12)와 아래쪽의 유로(15) 사이를 연통시켜주면서 물이 흐르는 통로 역할을 하는 석영 튜브(17);
   상기 석영 튜브(17)를 중심으로 하여 그 주변을 360°둘러싸면서 코어 블록(16)의 내주면상에 지지되는 구조로 설치되는 다수 개의 LED(18);
   를 포함하며, 각각의 LED에서 방출되는 자외선이 석영 튜브 내부 중심 영역에 밀집되면서 석영 튜브 내부를 통과하는 유수에 피사 영역의 음영부를 최소화시키면서 자외선이 360°방향에서 균등하게 조사될 수 있도록 하고,
   상기 유로(15)는 석영 튜브(17)의 직경보다 상대적으로 작은 직경을 가지면서 원통체의 하단부에 형성되는 홀 형태로서, 서로 연통되는 방사상의 수평 유로(15a)와 각 수평 유로(15a)가 한데 모이는 중심부에서 윗쪽으로 연장되는 수직 유로(15b)로 이루어지고, 상기 수평 유로(15a)는 챔버(11)의 내부와 통할 수 있는 동시에 수직 유로(15b)는 석영 튜브(17)의 내부와 통할 수 있음에 따라 챔버(11) 내의 물은 수평 유로(15a)와 수직 유로(15b)를 거쳐 석영 튜브(17)의 내부 아래쪽으로 들어와서 윗쪽으로 흐를 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 석영 튜브(17)의 주변을 360°둘러싸면서 설치되는 LED(18)는 180°간격으로 배치되는 2개, 또는 120°간격으로 배치되는 3개, 또는 90°간격으로 배치되는 4개, 또는 60°간격으로 배치되는 6개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 LED(18)에서 석영 튜브(17)의 중심까지의 거리는 1㎝ 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 LED(18)는 열전도성 접착제에 의해 코어 블록(16)의 내주면에 접착되는 형태로 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 석영 튜브(17)는 캡(13)에 형성되는 캡측 튜브 안착홈(20)과 코어 블록(16)에 형성되는 블록측 튜브 안착홈(21) 사이에 실링 부재(22)와 함께 끼워져 탈부착이 가능한 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 3차원 형태로 유수배관에 자외선을 조사하는 유수살균장치.

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