KR102478463B1 - 유체 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
유체 처리 장치는 유입구와 배출구를 가지며 유체가 이동하는 내부 공간을 갖는 배관, 및 상기 내부 공간에 제공되며 상기 유체에 광을 제공하는 광원부를 포함한다. 상기 광원부는, 기판, 및 상기 기판 상에 제공되어 상기 광을 출사하는 복수 개의 광원들을 갖는 적어도 하나의 광원 유닛을 포함하고, 종단면 상에서 볼 때, 서로 인접한 두 광원 사이의 제1 거리와, 각 광원으로부터 상기 배관의 내주면까지의 제2 거리의 비는 1 : 1.25 이하이다.
Description
본 발명은 유체 처리 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 유체에 광을 제공하여 처리하는 유체 처리 장치에 관한 것이다.
물이나 공기와 같은 유체에는 사감의 건강에 유해한 다양한 세균, 박테리아 등이 포함되어 있는 바, 이를 살균하거나 제거하기 위한 유체 처리 장치가 필요하다.
유체를 처리하기 위한 방법으로는 유체에 자외선을 인가하는 방법이 있는 바, 기존에 사용된 자외선 램프의 경우, 중금속인 수은을 함유하고 있을 뿐만 아니라, 실제 소비 전력대비 유효한 자외선 출력 효율이 낮아 에너지 소비가 많아진다는 문제점을 갖고 있다.
최근 자외선 LED가 개발된 바, 자외선 LED를 이용하여 효율적으로 유체 처리가 가능한 모듈 설계에 대한 기술이 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 유체 처리 효율이 높은 유체 처리 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 유입구와 배출구를 가지며 유체가 이동하는 내부 공간을 갖는 배관, 및 상기 내부 공간에 제공되며 상기 유체에 광을 제공하는 광원부를 포함한다. 상기 광원부는, 기판, 및 상기 기판 상에 제공되어 상기 광을 출사하는 복수 개의 광원들을 갖는 적어도 하나의 광원 유닛을 포함하고, 종단면 상에서 볼 때, 서로 인접한 두 광원 사이의 제1 거리와, 각 광원으로부터 상기 배관의 내주면까지의 제2 거리의 비는 1 : 1.25 이하이다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 서로 인접한 두 광원 사이의 제1 거리와, 각 광원으로부터 상기 배관의 내주면까지의 제2 거리의 비는 1 : 0.8 내지 1.25 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 종단면 상에서 볼 때, 상기 제2 거리는 상기 두 광원 사이의 광량이 상기 광원의 법선 방향에서의 광량의 70% 이상인 지점으로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 종단면 상에서 볼 때, 상기 제2 거리는 상기 두 광원 사이의 광량이 상기 광원의 법선 방향에서의 광량의 80% 이상인 지점으로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원 유닛들은 n개로 제공되며, 상기 광원 유닛들의 상기 기판들은 횡단면 상에서 볼 때 정n각형의 각 변에 대응할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원 유닛들은 3개 이상으로 제공될 수 있다. 이때, 상기 제1 거리는 15mm 내지 30mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 횡단면 상에서 볼 때, 상기 배관은, 각 광원 유닛의 법선 방향에서의 광량과, 상기 정n각형의 중심으로부터 꼭지점을 잇는 선 상에서의 광량의 비가 70% 이상이 되는 지점에서 최소 반지름을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 배관의 최소 반지름은 10mm 초과될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 각 광원 유닛은 3개의 광원을 포함할수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원 유닛은 상기 기판 및 상기 광원을 수납하는 보호관을 더 포함할 수 있다. 상기 보호관은 투명한 재료로 이루어질 수 있다. 상기 광원 유닛은 상기 보호관의 양측을 봉지하는 베이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원의 지향각은 110도 내지 150도일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유입구와 상기 배출구는 상기 배관의 길이 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유입구와 상기 배출구 중 적어도 하나는 상기 배관의 길이 방향과 경사지거나 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유입구와 상기 배출구는 상기 배관의 길이 방향에 수직한 횡단면 상에서 볼 때 동일한 방향에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유체는 물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원부는 자외선 파장 대역의 광을 출사할 수 있으며, 예를 들어, 살균 파장 대역의 광을 출사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체 처리 장치는 유입구와 배출구를 가지며 유체가 이동하는 내부 공간을 갖는 배관, 및 상기 배관에 인접하게 제공되어 상기 유체에 광을 제공하는 광원부를 포함할 수 있다. 상기 광원부는 기판, 및 상기 기판 상에 제공되어 상기 광을 출사하는 복수 개의 광원들을 갖는 적어도 하나의 광원 유닛을 포함하고, 종단면 상에서 볼 때, 서로 인접한 두 광원 사이의 제1 거리와, 각 광원으로부터 마주보는 상기 배관의 내주면까지의 제2 거리의 비는 1 : 1.25 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광원부는 상기 배관을 사이에 두고 서로 마주보며, 각각이 기판, 및 상기 기판 상에 제공되어 상기 광을 출사하는 복수 개의 광원들을 가지는 제1 및 제2 광원 유닛들을 포함할 수 있다. 여기서, 종단면 상에서 볼 때, 길이 방향을 따라 서로 인접한 두 광원들 사이의 거리와, 상기 배관을 사이에 두고 마주보는 두 광원들 사이의 거리의 비는 1 : 2.5 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 단시간에 다량의 유체를 균일하게 효율적으로 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부를 도시한 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원부를 각각 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 종단면도 중 일부를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 것이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 광원부와 배관의 배치를 설명하는 단면도들이다.
도 11은 횡단면 상에서 볼 때 광출사 방향을 나타낸 것이다.
도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부를 도시한 분해 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원부를 각각 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 횡단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 종단면도 중 일부를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 것이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 광원부와 배관의 배치를 설명하는 단면도들이다.
도 11은 횡단면 상에서 볼 때 광출사 방향을 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I'선에 따른 단면도이다.
본 발명의 일 실시예는 유체 처리 장치에 관한 것이다. 일 실시예에 있어서, 유체는 유체 처리 장치를 이용하여 처리하고자 하는 목적 물질로서, 상기 유체는 물(특히, 유수)이나 공기일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유체를 처리한다는 것은 유체 처리 장치를 통해 유체에 예를 들어, 살균을 비롯하여, 정화, 탈취 등의 조치를 하는 것까지 포함한다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유체의 처리는 이에 한정되는 것은 아니며, 이후 설명할 유체 처리 장치를 이용하여 가능한 다른 조치를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 그 내부로 유체가 이동하는 배관(10)과, 상기 배관(10) 내에 제공되며 유체에 광을 제공하는 광원부(20)를 포함한다.
배관(10)은 일 방향으로 길게 연장된 막대 형상을 가질 수 있으며, 유체를 처리하기 위한 내부 공간(19)을 제공한다. 유체는 내부 공간(19)으로 이동할 수 있다. 배관(10)은 유체가 유입되는 유입구(11) 및 처리된 유체가 배출되는 배출구(15)를 가지며 유체가 처리되는 본체(13)와, 본체(13)의 양측을 봉지하는 캡(17)을 포함한다.
본체(13)는 그 내부에 유입구(11)를 통해 유입된 유체가 처리되도록 하는 구성 요소, 예를 들어 광원부(20)를 그 내부에 수용한다. 광원부(20)는 후술한다.
본체(13)는 내부가 비어있는 파이프 형상을 가지되 연장 방향의 양 단부가 개구된 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본체(13)는 원기둥 형상일 수 있다. 이 경우, 원기둥의 길이 방향과 교차하는 단면은 원 형상이다. 그러나, 본체(13)의 단면의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상, 예를 들어 타원, 사각형과 같은 다각형, 등으로 제공될 수 있다.
유입구(11)는 본체(13)의 일측에 연결되어 본체(13) 내의 내부 공간(19)과 연결될 수 있다. 유입구(11)의 연장 방향은 본체(13)의 연장 방향과 다를 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 유입구(11)의 연장 방향은 본체(13)의 연장 방향에 경사지거나 수직할 수 있으며, 이에 따라 유체는 본체(13)에 경사지거나 수직한 방향으로 유입된 후 본체(13)의 연장 방향을 따라 이동할 수 있다. 유입구(11)를 통해 본체(13)로 유입되는 유체는 본체(13)에서 처리되어야 할 유체, 예를 들어, 살균, 정화, 탈취 처리 필요한 대상물이다.
배출구(15)는 유입구(11)와 이격된 위치에 제공되며 본체(13)와 연결되어 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배출구(15)의 연장 방향은 본체(13)의 연장 방향에 경사지거나 수직할 수 있으며, 이에 따라 유체는 본체(13)에 연장 방향을 따라 이동하다가 본체(13)에 경사지거나 수직한 방향으로 배출될 수 있다. 배출구(15)를 통해 본체(13)로부터 배출되는 유체는 본체(13)에서 이미 처리된 유체, 예를 들어, 살균, 정화, 탈취 처리가 된 대상물이다.
유입구(11)와 배출구(15)의 단면은 원 형상이나 타원 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상, 예를 들어, 다각형으로 제공될 수 있다. 여기서, 유입구(11)와 배출구(15)의 단면은 유입구(11)가 연장된 방향, 또는 유로가 형성된 방향에 교차하는 방향에 따른 단면일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 배관(10)의 내주면, 특히, 본체(13)의 내주면에는 후술할 광원부(20)로부터의 광을 효과적으로 반사시키기 위한 반사층이 제공될 수 있다.
반사층은 광원부(20)로부터의 광이 외부로 누설되는 일 없이 본체(13)의 내부에서 지속적으로 진행하도록 한다. 반사층의 재료는 상기 광을 반사할 수 있는 것이라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 반사층이 제공되는 영역은 광원부(20)으로부터 광이 도달할 수 있는 영역이라면 특별히 한정되지 않으며, 배관(10) 내면의 전 영역에 제공되거나, 일부 영역에만 제공될 수도 있다.
도시하지는 않았으나, 유입구(11) 및/또는 배출구(15)에는 별도의 배관이 더 제공될 수 있다. 별도의 배관은 유입구(11)와 배출구(15)와 노즐을 통해 연결될 수 있다. 노즐은 유입구(11) 및/또는 배출구(15)와 다양한 방식으로 결합될 수 있는 바, 예를 들어 나사 결합할 수 있다.
본체(13)의 양단에는 본체(13)의 양단을 봉지하는 캡(17)이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 캡(17)은 본체(13)와 결합하는 체결부를 가질 수 있다. 체결부는 다양한 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 캡(17)은 체결부로서 본체(13)의 내경에 대응하는 직경을 가진 삽입부를 가질 수 있으며, 본체(13)의 단부에 삽입되어 체결됨으로써 본체(13)를 봉지할 수 있다. 또는 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 캡(17)은 체결부로서 본체(13)의 단부를 둘러싸는 커버부를 가질 수 있으며, 커버부 내로 본체(13)의 단부가 삽입됨으로써 본체(13)의 양단이 봉지될 수 있다.
캡(17)은 본체(13)의 양단을 봉지함으로써 본체(13)의 내부에서 유동하는 유체가 외부로 누출되는 것을 방지한다. 캡(17)은 연성을 갖는 탄성 재료로 이루어질 수 있다. 캡(17)을 이루는 탄성 재료로는 실리콘 수지를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 커버와 하우징을 안정적으로 밀폐할 수 있다면 다른 재료로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 탄성 재료로 천연 또는 합성 고무가 사용될 수 있으며, 이외의 다른 고분자 유기 탄성 재료가 사용될 수 있다.
캡(17)에는 관통홀이 제공될 수 있으며, 관통홀을 통해 광원부(20)가 관통하여 본체(13) 내부로 삽입될 수 있다. 이때, 광원부(20)의 양단은 양측 캡(17)의 일 외측으로 돌출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 배관(10)은 유체 처리 장치의 외관을 형성할 수 있다. 그러나, 실시예에 따라 배관(10)의 바깥쪽에, 배관(10)을 커버하는 별도의 하우징이나 추가 부품이 제공될 수 있으며, 이 경우, 하우징이나 추가 부품이 외관을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 배관(10)의 형상이 일 방향으로 연장된 것을 설명하였으나 배관(10)의 형상은 이와 달리 형성될 수 있으며, 유체가 이동하는 내부 공간(19)을 제공하고, 유체가 처리될 수 있는 구성을 가지는 한도 내에서 다른 형상을 가질 수 있음은 물론이다.
광원부(20)는 배관(10)의 내부 공간(19)에 제공되며 광을 출사한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원(25)은 배관(10) 중 본체(13)의 내부, 즉, 본체(13) 내의 내부 공간(19)에 제공된다.
광원부(20)가 출사하는 광은 다양한 파장 대역을 가질 수 있다. 광원부(20)로부터의 광은 가시광선 파장 대역, 적외선 파장 대역, 또는 그 이외의 파장 대역의 광일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)로부터 출사되는 광은 유체의 종류, 처리하고자 하는 대상(예를 들어, 세균이나 박테리아 등) 등에 따라 다양한 파장 대역을 가질 수 있으며, 특히, 유체를 살균하는 경우, 살균 파장 대역을 가질 수 있다. 예를 들어, 광원부(20)는 자외선 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)는 미생물 등을 살균할 수 있는 파장 대역인 약 100 nm 내지 약 405 nm 파장 대역의 광을 출사 할 수 있다. 광원부(20)는 본 발명의 일 실시예에서는 약 100nm 내지 약 280nm 파장 대역의 광을 출사할 수 있으며, 다른 실시예에서는 180nm 내지 약 280nm 파장 대역의 광을 출사할 수 있으며, 또 다른 실시예에서는 약 250nm 내지 약 260nm 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 상기 파장 대역의 자외선은 큰 살균력을 가지고 있는 바, 예를 들어, 1㎠당 100㎼의 강도로 자외선을 조사하면, 대장균, 디프테리아균, 이질균과 같은 세균을 약 99%까지 사멸할 수 있다. 또한, 상기 파장 대역의 자외선은 식중독을 유발하는 세균을 사멸할 수 있는 바, 식중독을 유발하는 병원성 대장균, 황색포도상구균(Staphylococcus aureus), 살모넬라 웰테브레덴(Salmonella Weltevreden), 살모넬라 티푸무리움(S. Typhumurium), 엔테로코쿠스 파에칼리스(Enterococcus faecalis), 바실러스 세레우스(Bacillus cereus), 슈도모나스 애루지노사(Pseudomonas aeruginosa), 장염 비브리오(Vibrio parahaemolyticus), 리스테리아 모노사이토제네스(Listeria monocytogenes), 여시니아 엔테로코리티카(Yersinia enterocolitica), 클로스트리디움 퍼프린젠스(Clostridium perfringens), 클로스트리디움 보툴리늄(Clostridium botulinum), 캠필로박터 제주니(Campylobacter jejuni) 또는 엔테로박터 사카자키(Enterobacter sakazakii) 등의 세균을 사멸할 수 있다.
상술한 광을 출사하기 위해, 광원부(20)는 광을 출사하는 적어도 하나의 광원(25)을 포함할 수 있다. 광원(25)은 광촉매 재료와 반응하는 파장 대역의 광을 출사하는 것이라면 크게 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광원부(20)가 자외선 파장 대역의 광을 출사하는 경우, 자외선을 출사하는 다양한 광원(25)이 사용될 수 있다. 자외선을 출사하는 광원(25)으로는 대표적으로 발광 다이오드(light emitting diode) 소자가 사용될 수 있다. 광원부(20)가 그 이외의 파장 대역의 광을 출사하는 경우, 공지된 다른 광원(25)이 사용될 수 있음은 물론이다.
광원부(20)의 광원(25)으로서 발광 소자가 사용되는 경우, 광원(25)은 기판(23) 상에 실장될 수 있다. 기판(23)과 적어도 하나의 광원(25)은 광원 유닛(21)을 이룰 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광원부(20)를 도시한 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 광원부(20)는 기판(23)과 광원(25)을 포함하는 광원 유닛(21)과, 광원 유닛(21)을 보호하는 보호관(27)을 포함할 수 있다.
기판(23)은 소정 방향, 예를 들어, 일 방향으로 길게 연장된 형태로 제공될 수 있다. 기판(23) 상에는 복수 개의 광원(25), 예를 들어, 3개의 광원(25)이 소정 방향, 예를 들어, 상기 일 방향을 따라 배열될 수 있다.
광원 유닛(21)이 복수 개의 광원들(25)을 포함하는 경우, 각 광원(25)은 동일한 파장 대역의 광을 출사하거나, 서로 다른 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 각 광원(25)은 모두 동일하거나 유사한 자외선 파장 대역의 광을 출사할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 일부 광원들(25)은 자외선 파장 대역 중 일부를 출사하고, 나머지 광원들(25)은 자외선 파장 대역 중 다른 파장 대역의 일부를 출사할 수 있다.
광원들(25)이 서로 다른 파장 대역을 갖는 경우, 광원들(25)은 다양한 순서로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제1 파장 대역의 광을 출사하는 광원과, 제1 파장 대역과 다른 제2 파장 대역의 광을 출사하는 광원은 서로 교번하여 배열될 수 있다.
보호관(27)은 기판(23)과 광원들(25)을 보호한다. 보호관(27)은 투명한 절연 재료로 이루어지며, 광원들(25)과 기판(23)을 보호함과 동시에 광원들(25)로부터 출사된 광을 투과시킨다. 보호관(27)은 상술한 기능을 만족하는 한, 다양한 재료로 제공될 수 있으며, 그 재료가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 보호관(27)은 석영이나 고분자 유기 재료로 이루어질 수 있다. 여기서 고분자 유리 재료의 경우, 모노머의 종류, 성형 방법, 조건에 따라 흡수/투과시키는 파장이 다르기 때문에 광원들(25)으로부터 출사되는 파장을 고려하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리(메틸메타크릴레이트)(poly(methylmethacrylate); PMMA), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol; PVA), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 저밀도 폴리에틸렌(polyethylene; PE)과 같은 유기 고분자는 자외선은 거의 흡수하지 않으나, 폴리에스테르(polyester)와 같은 유기 고분자는 자외선을 흡수할 수 있다.
보호관(27)은 기판(23)의 연장 방향을 따라 긴 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 일측이 개구되고 일 측이 막힌 구조로 제공될 수 있다. 개구된 부분에는 배선(26)을 외부로 뽑기 위한 베이스(29)가 제공될 수 있다. 베이스(29)은 광원 유닛(21)이 안정적으로 보호관(27) 내에 안치될 수 있도록 하는 마운트 부재로 사용될 수 있으며, 베이스(29)의 외부로는 기판(23)에 연결되어 광원들(25)에 전원을 제공하는 전원 배선(26)이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 보호관(27)의 내주면 및/또는 외주면 상에는 광촉매 재료를 포함하는 광촉매층이 제공될 수 있다. 광촉매 재료로는 광원 유닛(21)으로부터 조사되는 광에 의해 촉매 반응을 일으키는 재료로서, 티타늄 산화물(TiO2), 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO2) 등을 포함할 수 있다.
광촉매는 광촉매를 구성하는 재료에 따라 다양한 파장 대역의 광에 반응할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 다양한 파장 대역의 광 중 자외선 파장 대역의 광에 광촉매 반응을 일으키는 재료가 사용될 수 있다. 그러나, 광촉매의 종류는 이에 한정되는 것은 아니며, 광원 유닛(21)으로부터 출사되는 광에 따라 동일하거나 유사한 메커니즘을 갖는 다른 광촉매가 사용될 수 있다. 광촉매는 자외선에 의해 활성화되어 화학 반응을 일으킴으로써, 광촉매와 접촉하는 공기 내의 각종 오염 물질, 세균 등을 산화환원 반응을 통해 분해시킨다. 이러한 광촉매 반응을 이용하면 공기를 살균, 정화, 탈취 처리 등을 할 수 있다. 특히 살균의 경우, 균 세포내의 효소와 호흡계에 작용하는 효소 등을 파괴시켜 살균 또는 항균작용을 하는 것으로 균이나 곰팡이의 번식을 막고, 이들이 내놓는 독소도 분해할 수 있다.
광촉매층이 제공되는 영역은 광원 유닛(21)으로부터 광이 도달할 수 있는 영역이라면 특별히 한정되지 않으며, 보호관(27)의 내주면 및/또는 외주면의 전 영역에 제공되거나, 일부 영역에만 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광촉매층은 광원 유닛(21)의 내주면이나 외주면뿐만 아니라, 광이 도달하는 다른 영역에도 형성될 수 있다. 예를 들어, 광촉매층은 배관(10)에도 제공될 수 있으며, 상세하게는 배관(10) 본체(13)의 내주면에 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 보호관(27)의 형태는 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 보호관(27)은 양측이 개구된 형상을 가질 수 있으며, 이 경우, 보호관(27)의 양측에 베이스(29)가 제공될 수 있다. 양측에 베이스(29)가 형성된 경우, 양측의 베이스(29) 중 적어도 하나를 통해 광원들(25)에 전원을 제공하는 전원 배선(26)이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 광원부(20)는 일 방향으로 광을 제공할 수 있다. 도시한 바와 같이, 기판(23)의 일면 상에 광원들(25)이 제공된 경우, 광원들(25)이 제공된 면에 수직한 방향으로 주로 광이 출사될 수 있다. 그러나, 광원부(20)가 출사하는 광의 방향은 다양하게 변형될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예들에 따른 광원부(20)를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 광원부(20)는 적어도 한 개의 기판(23)과 기판(23) 상에 실장된 복수 개의 광원들(25)을 포함할 수 있다. 광원 유닛(21)의 기판(23)은 광이 다양한 방향, 예를 들어, 최대한 방사형으로 방출될 수 있도록 그 단면이 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 3의 경우 기판(23)의 단면이 삼각형을 갖는 경우를 도시하였으나, 기판(23)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 도 4a및 도 4b와 같이, 전체적으로 사각 기둥과 오각 기둥의 형태로 제공될 수도 있다. 예를 들어,
기판(23)의 형상은 정n각형(n은 3 이상의 자연수)으로 제공될 수 있다. 기판(23)이 정n각형으로 제공되는 경우, 방사상으로 제공되는 광의 균일도가 상대적으로 가장 높다. 이때, 광원들(25)은 삼각 기둥, 사각 기둥, 오각 기둥 등의 측면 상에 배열될 수 있으며, 각 측면들로부터 광이 출사됨으로써 일 방향이 아닌 다양한 방향으로 광이 진행될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 기판(23)이 삼각 기둥이나 사각 기둥을 갖는 하나의 기판(23)으로 제공될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 평판 형상을 갖는 광원 유닛(21)을 복수 개 이용하여 삼각 기둥, 사각 기둥, 오각 기둥 등의 형상으로 조립함으로써 삼각 기둥형, 사각 기둥형, 오각 기둥형 광원부(20)를 형성할 수 있다.
상술한 실시예에서는 광원 유닛(21)의 단면이 직선형, 삼각형, 사각형인 것을 도시하였으나, 실시예에 따라 광원 유닛(21)이 원형이나 다각형을 가질 수도 있다. 또한, 상술한 실시예에서는 정n각형인 것을 일 예로서 설명하였으나, 광원(25)의 지향각이 더 커질 수 있다는 점, 유체가 배관(10) 내에서 다양한 방향으로 유동할 수 있다는 점 등을 고려하면, 광원 유닛(21)의 단면이 선형일 수도 있다. 이 경우, 기판의 양면에 광원들(25)이 배치될 수도 있다.
상술한 구조를 갖는 유체 처리 장치는 단시간에 다량의 유체를 효율적으로 처리할 수 있는 바, 이에 대해서 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 횡단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치의 종단면도 중 일부를 도시한 것이다. 도 6에 있어서는, 설명의 편의를 위해, 기판(23)과 광원들(25) 및 배관(10)의 본체(13)만을 도시하였다. 여기서 횡단면은 배관(10)의 길이 방향과 수직한 단면을 의미하며, 종단면은 배관(10)의 길이 방향을 따라 자른 단면을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 배관(10)은 소정 두께를 갖는 원기둥 형상으로 제공되며, 내주면과 외주면을 갖는다. 광원부(20)의 보호관(27) 또한 원기둥 형상으로 제공되며, 내주면과 외주면을 갖는다. 배관(10) 및 보호관(27)의 횡단면은 원형으로 제공된다.
보호관(27) 내에는 삼각 기둥 형상의 기판(23)과 광원(25)이 제공된다. 유체는 보호관(27)의 외주면과 배관(10)의 내주면 사이에서 충진될 수 있으며, 배관(10)의 연장 방향을 따라 유입구(11)로부터 배출구(15) 방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 삼각 기둥 형상 기판(23), 보호관(27), 및 배관(10)의 중심은 횡단면 상에서 볼 때 동일 위치(O)일 수 있다. 횡단면 상에서 광원부(20)의 중심이 배관(10)의 중심과 일치되는 경우, 중심(O)으로부터 내주면까지의 거리(R)이 어느 위치에서나 동일하기 때문에, 광원들(25)로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리 또한 가장 균일할 수 있으며, 그 결과, 유체에 상대적으로 균일하게 광을 인가할 수 있다.
유체는 유입구(11), 본체(13), 및 배출구(15)를 순차적으로 관통하여 외부로 배출된다. 유체의 이동이 용이하도록 유입구(11), 본체(13), 및 배출구(15)는 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 유입구(11), 본체(13), 및 배출구(15)는 도 1에 도시된 바와 같이 따라 순차적으로 배치될 수 있으며, 이 경우, 본체(13)의 일측에 유입구(11)가 배치되고, 본체(13)의 타측에 배출구(15)가 배치될 수 있다. 유체는 본체(13) 내에서 일부 방향이 달라지기는 하지만, 대체적으로 배관(10)의 연장 방향(D1)을 따라 이동한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치에 따르면, 광원부(20)는 실질적으로 유체 처리가 이루어지는 유체 처리 영역을 갖는다. 유체 처리 영역은 광원부(20)에 의해 출사된 광이 유체에 충분히 도달함으로써 유체에 목적하는 처리가 이루어지는 영역으로서, 서로 인접한 두 광원들(25) 사이의 영역, 및 최외곽 광원들(25)의 바깥측 영역 일부를 포함한다. 예를 들어, m개의 광원(25)이 순차적으로 소정 거리(예를 들어, d)로 이격하여 제공되는 경우, 첫 광원부(20)터 마지막 광원(25) 사이의 거리((m-1)d)에 해당하는 영역과, 첫 번째 광원(25)의 바깥측 영역으로서 약 1/4d에 해당하는 영역, 및 마지막 광원(25)의 바깥측 영역으로서 약 1/4d에 해당하는 영역을 포함할 수 있다. 다만, 첫 번째 광원(25)과 마지막 광원(25)의 바깥측 영역은 광원(25)의 광량에 따라 달리 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유체 처리 영역 내에서, 광원들(25) 사이의 거리와 광원들(25)로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리가 소정 범위 내에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 종단면 상에서 볼 때, 서로 인접한 두 광원(25) 사이의 거리를 제1 거리(D1)라고 하고, 각 광원(25)으로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리를 제2 거리(D2)라고 하면, 제1 거리(D1)는 각 광원(25)의 지향각(θ) 및 광량을 고려하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 거리(D1)는 광원(25)의 종류에 따라 달리 설정될 수도 있으나 대체적으로 약 15mm 내지 약 30mm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 지향각(θ)이 작은 경우 광원(25)에 인접하되 광원(25)의 측부에 위치한 부분의 유체 처리 효과가 작아질 수 있기 때문에, 각 광원(25)의 지향각(θ)은 클수록 유체 처리에 효율적이다. 이에 따라, 각 광원(25)의 지향각(θ)은 180도에 가까운 것이 바람직하며, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 각 광원(25)의 지향각(θ)은 110도 이상일 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 각 광원(25)의 지향각(θ)은 110도 내지 150도일 수 있다. 여기서 지향각(θ)은 각 광원(25)으로부터 출사된 광의 최대 광량이 50%에 해당하는 각도로서 각 광원(25)의 중심에 수직한 선을 기준으로 양측의 각도를 합한 것을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 거리(D1)는 서로 인접한 두 광원(25) 사이의 중간 지점에서의 광량이 각 광원(25)의 수직한 지점에서의 광량 대비 약 70% 이상의 광량을 가지는 한도 내에서 설정될 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 있어서, 제1 거리(D1)는 서로 인접한 두 광원(25) 사이의 중간 지점에서의 광량이 각 광원(25)의 수직한 지점에서의 광량 대비 약 80% 이상의 광량을 가지는 한도 내에서 설정될 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 3개의 광원(25)이 제공되는 경우, 가운데 광원(25)에 수직한 지점을 제1 지점(R1)이라고 하고, 일측에 인접한 광원(25)에 수직한 지점을 제3 지점(R3)이라고 하고, 두 광원(25) 사이의 중간 지점을 제2 지점(R2)이라고 하는 경우, 제1 거리(D1)는 제2 지점(R2)의 광량이 제1 지점(R1) 및 제3 지점(R3)의 광량의 약 70% 이상, 또는 약 80% 이상이 되도록 제1 거리(D1)가 설정될 수 있다. 제1 거리(D1)가 상기한 조건을 만족시키지 못하는 경우 서로 인접한 두 광원(25) 사이를 지나는 유체의 처리 효과가 떨어질 수 있다.
제2 거리(D2)는, 제1 거리(D1)에 따라 달라질 수 있으며, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)의 비는 1 : 1.25 이하일 수 있다. 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)의 비가 1.25 이하인 경우, 광원(25)으로부터 나온 광의 총 누적량이 배관(10) 내를 유동하는 유체를 충분히 처리할 수 있는 정도를 나타낸다.
제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)의 비가 1.25보다 큰 경우, 광원부(20)와 배관(10)의 내주면 사이의 거리가 멀기 때문에 배관(10)의 내주면에 가까운 유체에 대한 처리 효과가 현저히 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)의 비는 1 : 0.8~1.25일 수 있다. 제1 거리(D1)와 제2 거리(D2)의 비가 0.8보다 작은 경우, 광원부(20)와 배관(10)의 내주면 사이의 거리가 짧다. 이에 따라 광원부(20)와 배관(10)의 내주면 사이를 이동하는 유체의 양이 작아지며, 상황에 따라서는 충분한 양의 유체를 처리하기 어려울 수 있다.
여기서, 광원(25)은 기판(23)에 비해 작은 크기로 제공될 수 있으나, 본 발명의 도면들에서는 설명의 편의를 위해 크기가 과장되게 도시되었다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바에 따르면, 기판(23)의 상면으로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리는 광원(25)으로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리보다 길게 도시되었으나, 광원(25)의 높이는 도시된 것보다 작을 수 있으며 실질적인 거리 차이가 매우 작기 때문에, 기판(23)의 상면으로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리는 광원(25)으로부터 배관(10)의 내주면까지의 거리로 보아도 무방하다.
횡단면 상에서 볼 때, 상기 배관(10)은, 각 광원 유닛(21)의 법선 방향에서의 광량과, 상기 정n각형의 중심으로부터 꼭지점을 잇는 선 상에서의 광량의 비가 70% 이상이 되는 지점에서 최소 반지름을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 횡단면상에 볼 때, 기판(23)이 3각 기둥 형상으로 제공되고, 광원(25)이 3개로 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 광원부(20)로부터 출사되는 광의 균일성을 유지하면서도 유량이 감소하지 않도록 배관(10)의 크기가 설정됨으로써 배관(10) 내의 유체가 효율적으로 처리되도록 한다. 특히, 광원부(20)로부터 출사되는 광이 살균 파장의 자외선이고, 유체가 물인 경우, 물에 고르게 자외선이 인가되어 효과적으로 물을 살균할 수 있으며, 살균 처리되는 물의 용량이 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 상술한 구조에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 개념을 유지하는 한도 내에서 다양한 구조로 변형될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 것이다. 이하의 실시예에서는 설명의 편의를 위해 이전의 실시예와 다른 점을 위주로 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 유입구(11)와 배출구(15)가 본체(13)의 일측과 타측에 연결되되, 횡단면 상에서 볼 때 동일한 방향으로 배치될 수 있다. 유입구(11)와 유출구는 각각 본체(13)의 연장 방향에 수직하게 연결될 수 있으며, 유입구(11)로부터 본체(13)로 유입된 유체는 본체(13)의 연장 방향으로 이동하다가 배출구(15)로 배출된다. 이때, 유체의 이동 방향은 대략 “ㄷ” 형상을 가질 수 있다.
그러나, 유입구(11)와 배출구(15)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 있어서는, 횡단면 상에서 볼 때, 유입구(11)와 배출구(15)가 서로 다른 방향으로 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 본체(13)의 길이에 대응하여 광원(25)은 다양한 개수로 제공될 수 있다. 예를 들어, 광원(25)은 4개 이상으로 제공될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 도시한 것이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 배관(10) 및 광원부(20)가 상술한 실시예들과 다른 형상을 가질 수 있다. 특히, 배관(10)은 연장 방향을 따라 긴 원기둥 형상을 가지되, 일측이 개구되고 일측이 막힌 구조로 제공될 수 있다. 배관(10)의 개구된 일측 부분에는 본체(13)를 봉지하는 캡(17)이 제공된다. 캡(17)에는 광원부(20)가 삽입되는 관통홀이 제공되며, 관통홀을 통해 광원부(20)가 본체(13) 내의 내부 공간(19)으로 삽입될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 광원부(20)의 광원 유닛(21) 또한 배관(10)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 광원부(20)에 있어서, 보호관(27)은 일측이 개구되고 일측이 막힌 구조로 제공될 수 있으며, 개구된 부분에는 베이스(29)가 제공될 수 있다. 베이스(29)를 통해 광원들(25)로부터 외부로 배선(26)이 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치에 따르면, 서로 인접한 두 광원(25) 사이의 거리와, 각 광원(25)으로부터 마주보는 상기 배관(10)의 내주면까지의 거리의 비가 상술한 범위 내로서, 유체를 처리할 수 있는 것이라면 각 구성 요소의 배치가 일부 변경될 수 있다.
도 9와 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 광원 유닛(21)과 배관(10)의 배치를 설명하는 단면도이다. 도 9와 10에 있어서, 설명의 편의를 위해, 광원 유닛(21)의 기판(23)과 광원(25), 및 배관(10)의 본체(13)만 도시되었다.
도 9를 참조하면, 광원 유닛(21)은 배관(10)의 내부 공간(19)에 제공되는 것이 아니라 배관(10)의 외측에 제공될 수 있다. 이때 배관(10)은 광원 유닛(21)으로부터 출사된 광이 투과되는 투명 재료로 이루어질 수 있으며 내부에는 처리하고자 하는 목적 물질이 충진되어 이동될 수 있다. 광원 유닛(21)으로부터 출사된 광은 배관(10) 내의 내부 공간(19)으로 제공되며, 배관(10) 내의 내부 공간(19)을 채운 유체를 처리하게 된다.
이때, 상술한 실시예들과 마찬가지로, 종단면 상에서 볼 때, 서로 인접한 두 광원(25) 사이의 제1 거리(D1)와, 각 광원(25)으로부터 마주보는 상기 배관(10)의 내주면까지의 제2 거리(D2)의 비는 1 : 0.8~1.25일 수 있으며, 이 경우, 배관(10) 내의 유체를 최대한 균일하게 효율적으로 많은 양을 살균할 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 9와 유사하게, 광원 유닛은 배관(10)의 내부 공간(19)에 제공되는 것이 아니라 배관(10)의 외측에 제공될 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 도 9와 달리, 배관(10)의 양측(도면 상에서는 상부와 하부 모두)에 광원 유닛이 배치될 수 있다. 이때 배관(10)은 광원 유닛으로부터 출사된 광이 투과되는 투명 재료로 이루어질 수 있으며 내부에는 처리하고자 하는 목적 물질이 충진되어 이동될 수 있다. 광원 유닛으로부터 출사된 광은 배관(10) 내의 내부 공간(19)으로 제공되며, 배관(10) 내의 내부 공간(19)을 채운 유체를 처리하게 된다.
본 실시예에 있어서, 광원 유닛이, 하측에 배치되며 제1 기판(23a)과 제1 광원(25a)을 갖는 제1 광원 유닛(21a)과, 상측에 배치되며 제2 기판(23b)과 제2 광원(25b)을 갖는 제2 광원 유닛(21b)으로 이루어진다고 하면, 배관(10)의 상측 및 하측 모두에 광원 유닛이 배치되어 배관(10)의 중심까지 충분한 양의 광이 도달하면 된다. 이에, 종단면 상에서 볼 때, 길이 방향으로 서로 인접한 두 제1 광원(25a) 사이의 제1 거리(D1)와, 각 제1 광원(25a)으로부터 마주보는 상기 배관(10)의 중심까지의 제2 거리(D2a)의 비는 1 : 0.8~1.25일 수 있다. 또한, 종단면 상에서 볼 때, 길이 방향으로 서로 인접한 두 제2 광원(25b) 사이의 제1 거리(D1)와, 각 제2 광원(25b)으로부터 마주보는 상기 배관(10)의 중심까지의 제2 거리(D2b)의 비는 1 : 0.8~1.25일 수 있다. 여기서, 제3 거리(D3)는 배관(10)을 사이에 두고 서로 마주보는 제1 광원(25a)과 제2 광원(25b) 사이의 거리로서, 제1 광원(25a)으로부터 마주보는 상기 배관(10)의 중심까지의 제2 거리(D2a)와 각 제2 광원(25b)으로부터 마주보는 상기 배관(10)의 중심까지의 제2 거리(D2b)의 합에 해당한다. 배관(10)의 직경은 제3 거리(D3)는 대응하여 설정된다. 즉, 서로 인접한 두 제1 광원(25a) 또는 제2 광원(25b) 사이의 제1 거리(D1)와, 제3 거리(D3) 사이의 비는 1: 1.6~2.5일 수 있다.
본 실시예의 경우에도 상술한 바와 마찬가지로 배관 내의 유체를 최대한 균일하게 효율적으로 많은 양을 살균할 수 있다.
실시예
1. 횡단면 상에서의 광원의 출사 방향에 따른 조도 결과
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치를 횡단면 상에서 볼 때, 광 출사 방향 및 거리에 따른 조도(㎼/㎠)를 측정한 결과값이다. 도 11은 횡단면 상에서 볼 때 광출사 방향을 나타낸 것으로서, 표 1에서 측정한 6개의 방향에 대응한다.
표 1에서의 거리는 각 광원으로부터 수직한 방향으로 배관 본체의 내주면까지의 거리이다. 각 광원으로부터 수직한 방향으로 출사되는 경우의 조도는 ①, ③, ⑤로 표시되었으며, 광원과 광원 사이로 출사되는 경우의 조도는 ②, ④, ⑥으로 표시되었다. 사용된 조도계는 뉴포트사(Newport사)의 1918-R이었다. 여기서 사용된 광원의 지향각은 124도였다. 하기 표에 있어서, “AVG”는 조도량의 평균을 나타내며, “MIN-MAX”는 각 거리에 따른 조도의 최대값과 최소값의 비를 나타낸다. 사용된 조도계 및 광원의 지향각은 이하의 실시예들에서도 동일하며, 사용된 용어 또한 이하의 실시예에서 동일한 취지로 사용되었다.
| 거리 | ① | ② | ③ | ④ | ⑤ | ⑥ | AVG | MIN-MAX |
| 10mm | 940 | 540 | 850 | 570 | 870 | 530 | 716.7 | 56% |
| 20mm | 420 | 315 | 383 | 325 | 395 | 315 | 358.8 | 75% |
| 30mm | 280 | 240 | 267 | 247 | 260 | 241 | 255.8 | 86% |
| 40mm | 218 | 203 | 205 | 206 | 206 | 200 | 206.3 | 92% |
| 50mm | 171 | 169 | 164 | 169 | 167 | 165 | 167.5 | 96% |
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리가 10mm인 경우, 조도의 최대값과 최소값의 차이가 56%였는 바, 각 위치에 도달하는 광량이 현저하게 불균일하다는 것을 의미한다. 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리가 20mm인 경우, 조도의 최대값과 최소값의 차이가 75%였는 바, 각 위치에 도달하는 광량이 상대적으로 균일하다. 이에 따라, 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리는 10mm는 초과되는 것이 유리함을 알 수 있다.
2. 종단면 상에서의 광원의 출사 방향에 따른 조도 결과
표 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치에 있어서, 광 출사 방향이 다를 때, 종단면 상에서의 거리에 따른 조도를 측정한 결과값이다. 표 2에 있어서의 “방향”은 도 11에 도시된 광 출사 방향 ①과 ②를 의미한다. 표 2에서의 거리 1는 광원이 3개 사용되고, 서로 인접한 광원 사이의 간격이 25mm였을 때, 중간에 배치된 광원으로부터 바깥쪽으로의 거리를 의미한다. 즉, 표 2에서의 거리 1는, 도 6을 참조하면, 제1 지점(R1)을 0으로 놓고, 제1 지점으로부터 제3 지점 향하는 방향으로의 거리를 의미한다. 거리 2은 각 광원으로부터 바깥쪽 방향으로의 거리이다.
| 방향 | 거리1 거리2 |
0mm | 10mm | 20mm | 30mm | 40mm | 50mm | AVG | 0~50mm MIN-MAX |
0~30mm MIN-MAX |
| ① | 0mm | 940 | 684 | 854 | 100 | 50 | 3 | 438.5 | 0% | 11% |
| 10mm | 420 | 315 | 398 | 361 | 89 | 22 | 267.5 | 5% | 75% | |
| 20mm | 280 | 267 | 272 | 236 | 109 | 29 | 198.8 | 10% | 84% | |
| 30mm | 218 | 207 | 190 | 157 | 92 | 38 | 150.3 | 17% | 72% | |
| 40mm | 171 | 163 | 149 | 122 | 79 | 41 | 120.8 | 24% | 71% | |
| ② | 0mm | 555 | 130 | 462 | 484 | 26 | 1 | 276.3 | 0% | 27% |
| 10mm | 344 | 274 | 342 | 315 | 70 | 4.5 | 224.9 | 1% | 80% | |
| 20mm | 236 | 232 | 229 | 194 | 93 | 26 | 168.3 | 11% | 84% | |
| 30mm | 199 | 198 | 179 | 148 | 85 | 39 | 141.3 | 20% | 75% | |
| 40mm | 160 | 158 | 142 | 119 | 78 | 43 | 116.7 | 27% | 75% |
표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 종단면 상에서 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 처리 장치는 거리 1이 0mm, 20mm, 및 30mm 근처에서 적절한 광량을 나타내었다. 특히, 광원이 배치된 영역을 포함하는 0~30mm에서의 조도의 최대값과 최소값의 비는, 광원이 배치되지 않은 영역까지 포함하는 0~50mm에서의 조도의 최대값과 최소값의 비보다 훨씬 높은 값을 나타내었다. 광원이 제공되지 않은 거리 1에 해당하는 40mm와 50mm 지점에서는 현저하게 조도가 감소하였는 바, 본 실시예의 경우 약 0~30mm를 유체 처리 영역에 해당함을 알 수 있다. 유체 처리 영역 내에서 거리 2가 10mm 이상일 때, 조도의 최대값과 최소값의 비는 ① 방향과 ② 방향 모두에서 75% 이상을 나타내었다. 표 2에서는, 또한, 거리 2가 20mm 이상 일 때 광의 균일도가 높은 값을 나타났다. 횡단면 상에서 볼 때 ① 방향과 ② 방향으로 출사된 광의 경우 모두 거리 2가 10mm일 때는 광의 균일도가 매우 낮았다. 그러나, 거리 2가 20mm 일 때는 광의 균일도가 상대적으로 높게 나타났다.
3. 거리별 살균력 결과
표 3은 하나의 광원(3mW, 30mA)을 기준으로, 상기 광원으로부터 거리에 따라 99.9%의 살균에 걸린 시간을 측정한 결과값이다.
| 광원으로부터 거리 | 시간 |
| 30mm | 100초 |
| 50mm | 5분 |
| 100mm | 20분 |
표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 단일 광원 기준으로 광원으로부터 거리가 멀어질수록 살균력이 급속히 감소한다. 살균하고자 하는 유체가 유수인 경우, 조사 시간이 더 짧기 때문에 유수가 제공된 처리 영역 내에서 동시에 균일한 광의 조사가 필요함을 확인할 수 있다.
4. 광원부의 형상에 따른 조도 결과
표 4는 광원부의 광원 유닛이 삼각형, 사각형, 및 오각형일 때의 조도를 도시한 표이다.
표 4에 있어서, 3각형에서의 방향 1 및 2는 상술한 방향 ①과 ②에 해당하며, 4각형의 방향 3 및 4는 각각, 방향 1 및 2와 유사하게, 광원으로부터 수직한 방향 및 인접한 두 광원 사이의 방향을 의미한다. 5각형의 방향 5 및 6 또한, 방향 1 및 2와 유사하게, 광원으로부터 수직한 방향 및 인접한 두 광원 사이의 방향을 의미한다. 표 4에서의 거리는 거리는 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리이다.
| 3 각형 | 4 각형 | 5각형 | ||||
| 방향 거리 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| 10mm | 940 | 540 | 934 | 980 | 1009 | 1099 |
| 20mm | 420 | 315 | 400 | 530 | 420 | 544 |
| 30mm | 280 | 240 | 256 | 389 | 289 | 389 |
| 40mm | 218 | 203 | 196 | 299 | 229 | 308 |
| 50mm | 171 | 169 | 159 | 241 | 184 | 249 |
표 4를 참조하면, 횡단면 상에서 볼 때 3각형일 때 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리가 10mm 인 경우, 광의 균일도가 낮으나, 4각형, 5각형의 경우에는 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리가 10mm인 경우에도 광의 균일도가 매우 높았다. 따라서, 횡단면 상에서 볼 때, 4개 이상의 광원을 사용하는 경우에는 각 광원으로부터 배관 본체의 내주면까지의 거리가 작은 경우에도 광의 균일성을 높일 수 있음을 알 수 있다.
5. 광원 사이의 간격에 따른 조도 결과 1
표 5는 종단면 상에서의 거리에 따른 조도를 측정한 결과값이다. 표 5에 있어서의 거리 2은 각 광원으로부터 바깥쪽 방향으로의 거리이다. 거리 1는 광원이 3개 사용되고, 서로 인접한 광원 사이의 간격이 20m였을 때, 중간에 배치된 광원으로부터 바깥쪽으로의 거리를 의미한다. 하기 표 5의 누적량은 거리 1이 0mm부터 40mm까지일 때의 광량의 총합을 나타낸 것으로서, 거리 2에 따라 각각 측정한 값이며, 누적 비율은 거리 2가 10mm 일때의 광의 누적량을 100%로 하였을 때 거리 2에 따른 누적량의 비를 나타낸 것이다.
| 거리1 거리2 |
0mm | 5mm | 10mm | 15mm | 20mm | 25mm | 30mm | 35mm | 40mm | 0~25mm MIN-MAX |
누적량 | 누적 비율 |
| 10 mm | 810 | 633 | 218 | 653 | 772 | 655 | 143 | 19 | 13 | 27% | 3884 | 100% |
| 15 mm | 514 | 445 | 305 | 482 | 494 | 421 | 178 | 52 | 20 | 59% | 2839 | 73% |
| 20 mm | 389 | 365 | 320 | 359 | 366 | 321 | 175 | 68 | 35 | 82% | 2295 | 59% |
| 25 mm | 317 | 309 | 287 | 299 | 288 | 277 | 157 | 93 | 48 | 87% | 1934 | 50% |
| 30 mm | 228 | 224 | 218 | 214 | 228 | 208 | 147 | 82 | 46 | 91% | 1467 | 38% |
| 35 mm | 198 | 194 | 188 | 184 | 194 | 181 | 123 | 80 | 51 | 91% | 1262 | 32% |
| 40 mm | 175 | 174 | 170 | 161 | 170 | 160 | 109 | 74 | 43 | 91% | 1119 | 29% |
표 5를 참조하면, 광원이 제공되지 않은 거리 1에 해당하는 30mm 이상의 지점에서는 현저하게 조도가 감소하였는 바, 본 실시예의 경우 약 0~25mm 영역이 유체 처리 영역에 해당함을 알 수 있다. 유체 처리 영역 내에서 거리 2가 15mm일 때 조도의 최대값과 최소값의 비가 59%이며, 20mm일 때 82%를 나타내었다. 거리 2가 35mm 이상인 경우, 조도의 최대값과 최소값의 비가 91%로서 영역에 따른 광량 균일성이 매우 높으나 전체적인 광량이 감소하였다.
6. 광원 사이의 간격에 따른 조도 결과 2
표 6 종단면 상에서의 거리에 따른 조도를 측정한 결과값이다. 표 5에 있어서의 거리 2는 각 광원으로부터 바깥쪽 방향으로의 거리이다. 거리 1는 광원이 3개 사용되고, 서로 인접한 광원 사이의 간격이 25mm였을 때, 중간에 배치된 광원으로부터 바깥쪽으로의 거리를 의미한다. 하기 표 6의 누적량은 거리 1이 0mm부터 40mm까지일 때의 광량의 총합을 나타낸 것으로서, 거리 2에 따라 각각 측정한 값이며, 누적 비율은 거리 2가 10mm 일때의 광의 누적량을 100%로 하였을 때 거리 2에 따른 누적량의 비를 나타낸 것이다.
| 거리1 거리2 |
0 mm | 5 mm | 10 mm | 15 mm | 20 mm | 25 mm | 30 mm | 35 mm | 40 mm | 0~30mm MIN-MAX |
누적량 | 누적비율 |
| 10 mm | 775 | 618 | 134 | 105 | 570 | 763 | 663 | 179 | 27 | 14% | 3576 | 100% |
| 15 mm | 501 | 420 | 186 | 177 | 380 | 495 | 455 | 208 | 65 | 35% | 2822 | 79% |
| 20 mm | 370 | 320 | 290 | 285 | 350 | 339 | 279 | 175 | 33 | 75% | 2428 | 68% |
| 25 mm | 284 | 254 | 230 | 240 | 268 | 274 | 252 | 165 | 85 | 81% | 1990 | 56% |
| 30 mm | 246 | 233 | 220 | 221 | 229 | 231 | 222 | 158 | 49 | 89% | 1779 | 50% |
| 35 mm | 195 | 189 | 177 | 177 | 193 | 190 | 173 | 126 | 79 | 91% | 1420 | 40% |
| 40 mm | 181 | 177 | 165 | 165 | 171 | 180 | 165 | 110 | 80 | 91% | 1314 | 37% |
표 6을 참조하면, 광원이 제공되지 않은 거리 1에 해당하는 35mm 이상의 지점에서는 현저하게 조도가 감소하였는 바, 본 실시예의 경우 약 0~30mm 영역이 유체 처리 영역에 해당함을 알 수 있다. 유체 처리 영역 내에서 거리 2가 15mm일 때 조도의 최대값과 최소값의 비가 35%이며, 20mm일 때 75%를 나타내었다. 거리 2가 35mm 이상인 경우, 조도의 최대값과 최소값의 비가 91%로서 영역에 따른 광량 균일성이 매우 높으나 전체적인 광량이 감소하였다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10 : 배관 11 : 유입구
13 : 본체 15 : 배출구
17 : 캡 19 : 내부 공간
20 : 광원부 21 : 광원 유닛
23 : 기판 25 : 광원
27 : 보호관
13 : 본체 15 : 배출구
17 : 캡 19 : 내부 공간
20 : 광원부 21 : 광원 유닛
23 : 기판 25 : 광원
27 : 보호관
Claims (22)
- 유입구와 배출구를 가지며 유체가 이동하는 내부 공간을 갖는 배관; 및
상기 내부 공간에 제공되며 상기 유체에 광을 제공하는 광원부를 포함하며,
상기 광원부는, 기판, 및 상기 기판 상에 제공되어 상기 광을 출사하는 복수 개의 광원들을 갖는 적어도 하나의 광원 유닛을 포함하고,
종단면 상에서 볼 때, 서로 인접한 두 광원 사이의 제1 거리와, 각 광원으로부터 상기 배관의 내주면까지의 제2 거리의 비는 1 : 1.25 이하이고,
상기 광원 유닛은 n개 이상 제공되어 상기 배관의 내주면을 향해 상기 광을 발생시키고, 상기 광원 유닛들의 상기 기판들은 횡단면 상에서 볼 때 정n각형의 각 변에 대응하고,
횡단면 상에서 볼 때, 상기 배관의 반지름은, 상기 기판의 중심과 상기 정n각형의 중심을 잇는 가상의 선 상에서의 광량과, 상기 정n각형의 중심으로부터 꼭지점을 잇는 가상의 선 상에서의 광량의 비가 70% 이상이 되는 지점 이상인 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 서로 인접한 두 광원 사이의 제1 거리와, 각 광원으로부터 상기 배관의 내주면까지의 제2 거리의 비는 1 : 0.8 내지 1.25인 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
종단면 상에서 볼 때, 상기 제2 거리는 상기 두 광원 사이의 광량이 상기 광원의 법선 방향에서의 광량의 70% 이상인 지점으로 설정된 유체 처리 장치. - 제3 항에 있어서,
종단면 상에서 볼 때, 상기 제2 거리는 상기 두 광원 사이의 광량이 상기 광원의 법선 방향에서의 광량의 80% 이상인 지점으로 설정된 유체 처리 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 광원 유닛들은 3개 이상으로 제공되는 유체 처리 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 배관의 반지름은 10mm 초과인 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
각 광원 유닛은 3개의 광원들을 포함하는 유체 처리 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 제1 거리는 15mm 내지 30mm인 유체 처리 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 광원 유닛은 상기 기판 및 상기 광원을 수납하는 보호관을 더 포함하는 유체 처리 장치. - 제11 항에 있어서,
상기 보호관은 투명한 유체 처리 장치. - 제11 항에 있어서,
상기 광원 유닛은 상기 보호관의 양측을 봉지하는 베이스를 더 포함하는 유체 처리 장치. - 제9 항에 있어서,
상기 광원의 지향각은 110도 내지 150도인 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 유입구와 상기 배출구는 상기 배관의 길이 방향과 평행하게 배치된 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 유입구와 상기 배출구 중 적어도 하나는 상기 배관의 길이 방향과 경사지거나 수직한 방향으로 배치된 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 유입구와 상기 배출구는 상기 배관의 길이 방향에 수직한 횡단면 상에서 볼 때 동일한 방향에 배치된 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 유체는 물인 유체 처리 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 광원부는 자외선 파장 대역의 광을 출사하는 유체 처리 장치. - 제19 항에 있어서,
상기 광원부는 살균 파장 대역의 광을 출사하는 유체 처리 장치. - 삭제
- 삭제
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