KR102587611B1 - UV sterilizing device using light collection and multi-reflection - Google Patents
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Abstract
UV LED가 있고,
UV LED로부터 전달받은 UV를 집광 시켜 외부로 투사 시키는 광학계;
광학계로부터 전달받은 UV를 반사 시키는 반사체;
로 구성된 것을 특징으로 한다. There is a UV LED,
An optical system that condenses the UV received from the UV LED and projects it to the outside;
A reflector that reflects UV transmitted from the optical system;
It is characterized by being composed of.
Description
본 발명은 UV를 이용해 바이러스, 균 등을 소독하는 UV 살균 소독 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UV의 집광 및 다중반사를 이용하여 살균력을 증대시키는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a UV sterilizing and disinfecting device that disinfects viruses, bacteria, etc. using UV, and more specifically, to a device that increases sterilizing power by using UV convergence and multiple reflections.
UV는 파장 범위 약 10~400nm인 빛으로서, 바이러스나 균의 DNA와 RNA를 손상시켜 비활성화 시킬 수 있으므로 살균 소독에 효과적인데, 공개특허 10-2017-0028472, 공개특허 10-2016-0035265 와 같은 발명이 게재되어 있다. UV is a light with a wavelength range of about 10 to 400 nm, and is effective for sterilization and disinfection because it can damage and inactivate the DNA and RNA of viruses or bacteria. Inventions such as published patent 10-2017-0028472 and published patent 10-2016-0035265 This is posted.
또한, 화학적 살균 소독제에 비해 비교적 안전하며 비용도 적게 든다. 그러나 화학적 살균 소독제를 대체할 만큼의 강력한 살균력을 발휘하려면 매우 높은 UV 에너지 밀도가 필요하다. 높은 UV 에너지 밀도를 위해서는 높은 소비전력이 요구되고 제품의 크기가 커지게 되는 문제점이 있다. Additionally, it is relatively safer and less expensive than chemical disinfectants. However, very high UV energy density is required to exert a sterilizing power strong enough to replace chemical disinfectants. There are problems in that high UV energy density requires high power consumption and increases the size of the product.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 UV의 집광 및 다중반사를 이용해 낮은 소비전력으로 높은 UV 에너지 밀도를 제공하여, 작은 크기에서도 높은 살균력을 달성하는데 그 목적이 있다. In order to solve the above problems, the purpose of the present invention is to provide high UV energy density with low power consumption by using UV convergence and multiple reflections to achieve high sterilizing power even in a small size.
UV LED가 있고,There is a UV LED,
UV LED로부터 전달받은 UV를 집광 시켜 외부로 투사시키는 광학계; An optical system that condenses UV received from the UV LED and projects it to the outside;
광학계로부터 전달받은 UV를 반사시키는 반사체;A reflector that reflects UV transmitted from the optical system;
로 구성되는 것을 특징으로 한다. It is characterized by being composed of.
또한, 상기 광학계는 1개 이상의 양의 굴절능(Positive Power)을 가져 UV를 집광하는 렌즈나 리플렉터로 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical system is characterized by being composed of a lens or reflector that has at least one positive refractive power and collects UV light.
또한, 상기 반사체는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸는 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the reflector has a tubular shape and is characterized in that it has a shape that surrounds the fluid on a cross section perpendicular to the direction in which the fluid flows.
또한, 상기 반사체는 UV 광축과 관의 길이 방향이 수직에 가깝게 구성되는 것을 특징으로 한다. In addition, the reflector is characterized in that the UV optical axis and the longitudinal direction of the tube are configured to be close to vertical.
또한, 상기 반사체는 반사면에 패턴형상인 것을 포함한다.Additionally, the reflector includes a pattern shape on the reflective surface.
또한, 상기 반사체는 입광면과 전반사면으로 구성되어 입광면에서 굴절된 UV가 전반사면에서 전반사되는 것을 포함한다.In addition, the reflector is composed of a light incident surface and a total reflection surface, so that UV refracted at the light incident surface is totally reflected by the total reflection surface.
제품의 크기가 작아 제작이 용이하여 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있으며, 낮은 소비전력에서도 UV 에너지 밀도가 높기 때문에 에너지 절감의 효과와 살균력이 증대되는 효과를 발생시킨다. The small size of the product makes it easy to manufacture, so it can be applied to a variety of applications, and the UV energy density is high even at low power consumption, resulting in energy savings and increased sterilization power.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 유체가 통과하는 통로의 단면을 보인 것이다.
도2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향에서의 단면을 보인 것이다.
도2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향에서의 단면을 보인 것이다.
도3a는 UV LED만 있는 경우의 UV 에너지 밀도를 도시화 한 것이다.
도3b는 UV LED에 반사체가 있는 경우의 UV 에너지 밀도를 도시화 한 것이다.
도3c는 UV LED에 광학계가 있는 경우의 UV 에너지 밀도를 도시화 한 것이다.
도3d는 UV LED에 광학계와 반사체가 모두 있는 경우의 UV 에너지 밀도를 도시화 한 것이다.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다.
도6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다.
도7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다.
도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다.Figure 1 shows a cross section of a passage through which fluid passes, according to an embodiment of the present invention.
Figure 2a shows a cross-section in a direction perpendicular to the direction in which fluid flows, according to an embodiment of the present invention.
Figure 2b shows a cross-section in a direction perpendicular to the direction in which fluid flows, according to an embodiment of the present invention.
Figure 3a shows the UV energy density in the case of only UV LEDs.
Figure 3b shows the UV energy density when there is a reflector in the UV LED.
Figure 3c shows the UV energy density when the UV LED has an optical system.
Figure 3d shows the UV energy density when the UV LED has both an optical system and a reflector.
Figure 4 shows a modification according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a modification according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a modification according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows a modification according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows a modification according to an embodiment of the present invention.
도1은 유체(fluid)가 통과하는 통로의 단면을 보인 것으로, UV LED(100)와 광학계(200)와 반사체(300)로 구성된다. UV LED(100)와 광학계(200)는 UV 광축을 따라 순차적으로 위치한다. 반사체(300)의 외부에 위치한 UV LED(100)와 광학계(200)의 광축을 반사체 내부에서 흐르는 유체의 방향에 수직한 방향으로 위치시키고, 광학계(200)는 1개 이상의 양의 굴절능(Positive Power)을 가져 UV를 모아주는 렌즈로 구성되어, UV LED(100)에서 방출된 UV를 집광시켜, 반사체(300)로 전달한다. 반사체(300)는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸는 형상을 가지고 있고, 광학계(200)로부터 투사된 UV가 반사체(300)의 내부로 유입되도록, 부분적으로 투명하거나 구멍이 뚫린 투과창이 형성되어 있어, 광학계(200)에서 전달받은 UV를 반사체(300) 내부에서 반복적으로 반사시킨다.Figure 1 shows a cross-section of a passage through which fluid passes, and is composed of a UV LED 100, an optical system 200, and a reflector 300. The UV LED 100 and the optical system 200 are sequentially positioned along the UV optical axis. The optical axis of the UV LED (100) and the optical system (200) located outside the reflector (300) are positioned in a direction perpendicular to the direction of the fluid flowing inside the reflector, and the optical system (200) has at least one positive refractive power (Positive). It is composed of a lens that collects UV rays and focuses the UV rays emitted from the UV LED 100 and transmits them to the reflector 300. The reflector 300 has a tubular shape and has a shape that surrounds the fluid on a cross-section perpendicular to the direction in which the fluid flows, and is partially transparent or partially transparent so that UV projected from the optical system 200 flows into the interior of the reflector 300. Since a perforated transmission window is formed, UV transmitted from the optical system 200 is repeatedly reflected inside the reflector 300.
도2a, 도2b는 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향에서의 단면을 보인 것으로, 도2a에서처럼 반사체(300)의 단면이 다각형으로 구성될 수 있고, 도2b에서처럼 단면이 원형일 수도 있다. Figures 2a and 2b show cross-sections in a direction perpendicular to the direction in which fluid flows. The cross-section of the reflector 300 may be polygonal, as shown in Figure 2a, or may be circular, as shown in Figure 2b.
그리고 반사체(300)는 광학계(200)로부터 입사되는 UV의 반사율을 높이기 위해 반사면이 유전체 코팅이거나 ALZAK 처리 또는 증착, 도금된 알루미늄, 광택 처리된 스테인레스 등의 재료로 제작될 수 있다.In order to increase the reflectance of UV incident from the optical system 200, the reflector 300 may have a dielectric coating or be made of materials such as ALZAK treatment or deposition, plated aluminum, or polished stainless steel.
도3a 내지 도3d는 살균력을 높이기 위해 UV 에너지 밀도(에너지양/단위부피)를 높이고, UV의 균 및 바이러스에 조사되는 시간을 늘리기 위한 과정을 보인 것이다. Figures 3a to 3d show a process for increasing UV energy density (energy amount/unit volume) and increasing the time for UV irradiation to bacteria and viruses in order to increase sterilizing power.
설명의 편의를 위해, 유체가 흐르는 방향을 법선으로 하는 면의 넓이를 A, A의 법선 방향의 길이를 h1, h2, h3, h4 인 공간을 살균 한다고 하고, UV LED에서 출발한 광선 한 개 (혹은 국소 영역에 모여있는 광선 묶음)가 상기 살균공간을 가로지르는 동안 방출되는 에너지양을 E라고 하면, For convenience of explanation, let us sterilize a space where A is the area of the surface normal to the direction in which the fluid flows, and the length of the normal direction of A is h1, h2, h3, and h4, and one ray departing from the UV LED ( If E is the amount of energy emitted while a bundle of rays (or a bundle of rays concentrated in a local area) traverses the sterilization space,
도3a와 같이 UV LED(100)만 있는 경우 2개의 광선이 UV LED(100)에서 방출되어, 총 2E의 에너지양이 Ah1 살균공간에 분포하게 된다.As shown in Figure 3a, when there is only the UV LED (100), two rays are emitted from the UV LED (100), and a total amount of energy of 2E is distributed in the Ah1 sterilization space.
도3b와 같이 UV LED(100)에 Ah2 살균공간을 감싸는 반사체(300)가 있게 되면, UV LED(100)에서 방출된 UV가 반사체(300)에 전달되고, 반사체(300)의 내부에서 반사가 일어나 Ah2 살균공간의 UV 에너지양은 총 4E가 된다. (h2=2h1) As shown in Figure 3b, when the UV LED 100 has a reflector 300 surrounding the Ah2 sterilization space, the UV emitted from the UV LED 100 is transmitted to the reflector 300, and is reflected inside the reflector 300. The total amount of UV energy in the Ah2 sterilization space becomes 4E. (h2=2h1)
여기서, 도3a와 도3b의 총 에너지양은 다르지만, UV 에너지 밀도는 도3a는 2E/Ah1, 도3b는 4E/Ah2(= 2E/Ah1)로 동일하다. 그렇지만, 도3a에 비해 도3b의 살균공간이 크기 때문에 흐르는 유체에 UV가 긴 시간 조사되므로 살균력은 증가하게 된다. Here, the total amount of energy in Figures 3a and 3b is different, but the UV energy density is the same as 2E/Ah1 in Figure 3a and 4E/Ah2 (= 2E/Ah1) in Figure 3b. However, since the sterilizing space in Figure 3b is larger than that in Figure 3a, UV is irradiated to the flowing fluid for a long time, thereby increasing the sterilizing power.
도3c와 같이 UV LED(100)에 광학계(200)가 있게 되면, UV가 모아지기 때문에, Ah3 살균공간에 총 2E의 에너지가 집중되게 된다. (h1=4h3)As shown in Figure 3c, when the optical system 200 is present in the UV LED 100, UV is collected, and a total of 2E of energy is concentrated in the Ah3 sterilization space. (h1=4h3)
여기서, 도3a와 도3c의 총 에너지양은 2E로 같지만 UV 에너지 밀도는 도3a는 2E/Ah1, 도3c는 2E/Ah3(= 8E/Ah1)가 된다. 도3a에 비해 도3c의 살균공간이 작기 때문에 흐르는 유체에 UV가 짧은 시간 조사되지만, UV의 에너지 밀도가 극도로 높기 때문에 강한 UV가 조사되므로 더욱 효과적인 살균이 가능하다. Here, the total amount of energy in Figures 3a and 3c is the same as 2E, but the UV energy density is 2E/Ah1 in Figure 3a and 2E/Ah3 (= 8E/Ah1) in Figure 3c. Because the sterilization space in Figure 3c is smaller than that in Figure 3a, UV is irradiated to the flowing fluid for a short period of time, but since the energy density of UV is extremely high, strong UV is irradiated, enabling more effective sterilization.
도3d와 같이 UV LED(100)에 광학계(200)와 Ah4 살균공간을 감싸는 반사체(300)가 모두 있는 경우, UV LED(100)에서 방출된 UV가 광학계(200)에 의해 집광되어 반사체(300)에 전달되고, 반사체(300)는 광학계(200)에서 전달받은 UV를 반사체(300)의 내부에서 다중반사를 일으키므로 Ah4 살균공간의 UV 에너지양은 총 8E가 된다. (h1=4h3=h4) 이때, UV 에너지 밀도를 살펴보면 8E/Ah4(= 8E/Ah1)가 되어 도3c와 같지만, 도3c에 비해 도3d의 살균공간이 크기 때문에 흐르는 유체에 UV가 긴 시간 조사되므로 더 높은 살균력을 기대할 수 있다. As shown in Figure 3d, when the UV LED (100) has both an optical system (200) and a reflector (300) surrounding the Ah4 sterilization space, the UV emitted from the UV LED (100) is concentrated by the optical system (200) and reflected by the reflector (300). ), and the reflector 300 causes multiple reflections of the UV received from the optical system 200 inside the reflector 300, so the total amount of UV energy in the Ah4 sterilization space is 8E. (h1=4h3=h4) At this time, looking at the UV energy density, it becomes 8E/Ah4 (= 8E/Ah1), which is the same as Figure 3c, but since the sterilization space in Figure 3d is larger than that in Figure 3c, UV irradiates the flowing fluid for a long time. Therefore, higher sterilizing power can be expected.
상기와 같이 본원 발명은 살균력을 극대화 할 수 있고, 반사체의 크기를 작게 제작할 경우에도 높은 살균력을 달성 할 수 있으므로 컴팩트한 제품 제작이 용이해 진다. As described above, the present invention can maximize sterilizing power and can achieve high sterilizing power even when the size of the reflector is manufactured small, making it easy to manufacture compact products.
도4는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로 광학계(200)가 리플렉터로 구성되어 UV를 모아줄 수 있다. Figure 4 shows a modification according to an embodiment of the present invention, where the optical system 200 is composed of a reflector and can collect UV.
도5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로 반사체(300)는 반사면에 패턴형상을 가진 구조로 구성되어 광학계(200)로부터 전달받은 UV를 반사면의 패턴형상을 조정해 원하는 지점으로 반사시킬 수 있다. Figure 5 shows a modification according to an embodiment of the present invention. The reflector 300 is composed of a structure with a pattern shape on the reflecting surface, and the UV transmitted from the optical system 200 is adjusted to the desired shape by adjusting the pattern shape of the reflecting surface. It can be reflected to a point.
도6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로, 반사체(300)는 입광면과 전반사면으로 구성되어 광학계(200)에서 투사된 UV가 입광면에서 굴절되어 전반사면에서 입사각이 임계각이 되면 전반사되어 UV를 반사시킬 수 있다. Figure 6 shows a modification according to an embodiment of the present invention. The reflector 300 is composed of a light incident surface and a total reflection surface, so that UV projected from the optical system 200 is refracted at the light incident surface, so that the incident angle at the total reflection surface is the critical angle. When this happens, total reflection occurs and UV can be reflected.
도7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로, 반사체(300)는 반사면이 굴곡진 형태로 구성될 수 있다. Figure 7 shows a modification according to an embodiment of the present invention, and the reflector 300 may have a curved reflection surface.
도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로, 반사체(300)는 투명한 소재의 외부에 반사층이 코팅된 것으로, 광학계(200)에서 투사된 UV가 투명한 소재에서 굴절되어 반사층에 전달되면 UV를 반사시킬 수 있다. 이렇게 구성하면 외부에 반사층을 코팅하므로 제작이 간편하고, 청소도 용이하게 할 수 있는 장점이 있다. Figure 8 shows a modification according to an embodiment of the present invention. The reflector 300 is a transparent material coated with a reflective layer on the outside, and UV projected from the optical system 200 is refracted in the transparent material and transmitted to the reflective layer. This can reflect UV. This configuration has the advantage of being easy to manufacture and easy to clean since a reflective layer is coated on the outside.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those skilled in the art will recognize that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom. You will understand.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the scope of the patent claims.
10: 집광 및 다중반사를 이용한 UV 살균 소독 장치
100: UV LED
200: 광학계
300: 반사체10: UV sterilization and disinfection device using concentrating light and multiple reflections
100: UV LED
200: Optics
300: reflector
Claims (6)
UV LED가 있고,
UV LED로부터 전달받은 UV를 집광 시켜 반사체로 투사 시키는 광학계;
광학계로부터 전달받은 UV를 반사시키는 반사체;
로 구성되고,
상기 광학계는 1개 이상의 양의 굴절능(Positive Power)을 가져 UV를 집광하는 렌즈나 리플렉터로 구성되고,
상기 반사체는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸는 형상을 가지고 있고, UV LED 광축과 관의 길이 방향이 수직이 되도록 위치하고, 입광면과 전반사면으로 구성되어 입광면에서 굴절된 UV가 전반사면에서 전반사되는 것을 포함하는 UV 살균 소독 장치.The UV sterilization and disinfection device using light condensation and multiple reflection according to the present invention is
There is a UV LED,
An optical system that condenses UV received from a UV LED and projects it onto a reflector;
A reflector that reflects UV transmitted from the optical system;
It consists of,
The optical system consists of a lens or reflector that has one or more positive refractive power and condenses UV,
The reflector has a tube shape and has a shape that surrounds the fluid on a cross-section perpendicular to the direction in which the fluid flows, is positioned so that the UV LED optical axis and the longitudinal direction of the tube are perpendicular, and is composed of a light incident surface and a total reflection surface. A UV sterilization/disinfection device comprising total reflection of refracted UV from a total reflection surface.
상기 반사체는 반사면이 패턴형상인 것을 포함하는 UV 살균 소독 장치.In clause 1,
The reflector is a UV sterilization and disinfection device including a reflective surface having a pattern shape.
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Patent Citations (4)
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