KR102595765B1

KR102595765B1 - 펄스 uv 램프를 이용한 수처리 장치

Info

Publication number: KR102595765B1
Application number: KR1020230038876A
Authority: KR
Inventors: 김형태; 황우철
Original assignee: 주식회사 에코셋
Priority date: 2023-03-24
Filing date: 2023-03-24
Publication date: 2023-10-30

Abstract

유속을 기반으로 UV 펄스의 주기를 제어하여 사멸되지 않은 미생물에 UV가 조사될 수 있도록 하고, 전력 소모를 줄이면서 사멸율을 높일 수 있는 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 개시된다.
개시된 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치는,
내부에 펄스 UV 램프가 설치된 반응기; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서; 상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어하는 램프 제어부;를 포함한다.

Description

펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치 {Water treatment device using pulsed UV lamp}

본 발명은 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.

자외선 즉, UV는 파장에 따라 UA A(315 ~ 400 ㎚), UV B(280 ~ 315 ㎚), UV C(185 ~ 280 ㎚) 및 UV D(100 ~ 185 ㎚)로 나뉘는데, 이 중 UV C가 일반적으로 소독 및 advanced oxidation process(AOP)에 이용되는 파장대이다.

UV에 의한 살균/소독은 UV 조사에 의해 DNA의 염기 중 티민의 분자구조가 집중적으로 파괴되며, UV를 흡수한 티민은 이웃한 티민이나 시토신과 중합되어 DNA 복제가 정상적으로 이루어지는 것을 방해함으로써 생명체로서의 기능을 정지시킨다. 이러한 기작은 화학적 방법에 의한 소독과는 달리 미생물의 면역성이 생길 가능성이 없다.

펄스 자외선(pulsed ultraviolet, PUV)은 긴 파장대를 가지는 UV에 비해 훨씬 높은 에너지를 가진 짧은 파장대로 미생물 세포막에 외상을 주어 미생물 세포막으로 하여금 삼투압을 조절할 수 없도록 하여 사멸시키는 점을 이용한다. 그리고 일반 저압 UV와 UV C의 발생량이 비슷하나, UV 소독의 단점으로 지적되는 소독 반경(거리) 및 유지관리의 어려움 등의 문제점을 해결할 수 있으며, 단시간에 많은 양의 소독이 가능한 공정이다. PUV 소독 시스템에 의한 Aspergillus Niger와 Escherichia coli에 대한 소독능력은 특히 매우 우수하다.

PUV는 저압/저출력 램프가 가지고 있는 단점인 약한 출력을 극복하기 위해서 개발되었다. PUV는 펄스폭 10 마이 크로초(백만분의 10초), 최대펄스의 수 120 pulse/sec, 최대에너지(40,000 W/pulse)의 에너지로 UV를 조사하는 기술이다. 일반적인 수은 램프가 정수에서 약 5 cm 이하, 하수에서 3 cm 이하인 것에 비해 높은 순간 출력을 내는 PUV 소독 시스템은 그 10배 수준인 30 ~ 40 cm의 긴 유효 소독 거리를 가진다.

이러한, PUV 소독 시스템은 수처리 시스템에도 적용될 수 있는데, 기존 수처리 시스템은 PUV를 수처리에 이용한다는 점만 개시하고 있을 뿐, 수처리 효과를 최적화시키는 장치의 구조 및 제어 방법에 대해서는 개시하고 있지 않고 있다

한국공개특허 제10-2008-0056717호

본 발명은 유속을 기반으로 UV 펄스의 주기를 제어하여 사멸되지 않은 미생물에 UV가 조사될 수 있도록 하고, 전력 소모를 줄이면서 사멸율을 높일 수 있는 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치는,

내부에 복수개의 펄스 UV 램프가 설치된 반응기; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서; 상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 복수개의 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어하는 램프 제어부;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 램프 제어부는, 상기 복수개의 펄스 UV 램프 중 어느 하나의 펄스 UV 램프의 펄스 주기와 나머지 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 제어한다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 반응기는 길이 방향으로 연장 형성된 중공형 파이프 형상으로 형성되고, 상기 펄스 UV 램프는 상기 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 반응기는 상방향으로 적층되어 연결되며 평행하게 배치된 복수개의 중공형 파이프를 포함하며, 각 층의 중공형 파이프 내부에는 상기 펄스 UV 램프가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 램프 제어부는, 상기 피처리수의 유속이 느려지면 상기 펄스 주기를 증가시키고, 상기 피처리수의 유속이 빨라지면 상기 펄스 주기를 감소시켜서 일정한 크기의 선량(DOSE)이 상기 피처리수에 가해지도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 램프 제어부는 룩-업 테이블(Look-up Table)을 참조하여 상기 유속 센서에서 측정된 유속에 따른 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기에 대한 제어신호를 생성할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 룩-업 테이블은 반복 실험에 의한 통계적인 방법으로 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 룩-업 테이블은 목표 선량을 정하고, 다양한 유속 및 다양한 펄스 주기 하에서 반복 실험하여 측정된 선량 중에서 목표 선량에 해당하는 유속 및 펄스 주기를 추출하여 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치는,

내부에 펄스 UV 램프가 설치된 반응기; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서; 상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어하는 램프 제어부; 상기 반응기 내벽으로부터 상기 반응기 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 제1 유동 가이드는 상기 반응기 내벽을 따라 환형 고리 형상으로 형성되고, 그 단면은 삼각형 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 펄스 UV 램프는 상기 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열되고, 상기 제1 유동 가이드는 전방의 펄스 UV 램프와 그 후방의 펄스 UV 램프 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 제1 유동 가이드는 상기 전방의 펄스 UV 램프의 단부와 근접하도록 형성될 수 있다.

내부에 펄스 UV 램프가 설치된 반응기; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서; 상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어하는 램프 제어부; 상기 반응기 내벽으로부터 상기 반응기 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드; 상기 펄스 UV 램프의 후단에서 방사 방향으로 돌출 형성된 제2 유동 가이드;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 제1 유동 가이드는 상기 반응기 내벽을 따라 환형 고리 형상으로 형성되고, 상기 제2 유동 가이드는 상기 펄스 UV 램프의 후단 외주면을 따라 환형 고리 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 펄스 UV 램프는 상기 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열되고, 상기 제1 유동 가이드는 전방의 펄스 UV 램프와 그 후방의 펄스 UV 램프 사이에 형성되며, 상기 제2 유동 가이드는 상기 제1 유동 가이드의 전방에 형성될 수 있다.

내부에 펄스 UV 램프가 설치된 반응기; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 자외선 투과도를 측정하는 UVT 측정기; 상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기에 대한 제어신호를 생성한 후, 상기 UVT 측정기에서 측정된 피처리수의 자외선 투과도를 보정 인자로 하여 상기 제어신호를 보정하는 램프 제어부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 UVT 측정기는, 격벽에 의해 측정 챔버와 보정 챔버가 구획 형성된 하우징; 상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버에 형성되며, 상기 측정 챔버로 유입된 피처리수에 자외선을 조사하는 UV 램프를 구비한 UV 램프부; 상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치되는 UV 센서를 구비한 UV 센서부; 상기 보정 챔버에서 측정된 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여, 상기 측정 챔버에서 측정된 자외선 투과도를 보정하는 UVT 보정부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 UV 램프는 제1 석영관 내부에 설치되고 상기 격벽을 관통하여 상기 하우징의 양단 내벽에서 종단되며, 상기 UV 센서는 상기 격벽을 관통하여 상기 하우징의 양단 내벽에서 종단되는 제2 석영관 내부에서 상기 측정 챔버와 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 UV 센서부는 상기 UV 램프부를 가운데 두고 상하 양측으로 서로 상이한 간격으로 이격된 제1 UV 센서와 제2 UV 센서를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 UV 센서부는, 상기 격벽에 형성된 관통구를 통해 삽입되어 상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버 양 측에 걸쳐서 배치되는 상기 제2 석영관과, 상기 제2 석영관 내부에 설치되어 상기 UV 램프의 자외선 투과도를 측정하는 상기 UV 센서와, 상기 제2 석영관 내부에서 상기 UV 센서를 전후진시키는 리니어 액츄에이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 제1 및 제2 UV 센서가 상기 보정 챔버에서 측정한 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여 상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율을 산출하고, 상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율의 비율로부터 기울기 보정값을 산출하며, 상기 제1 및 제2 UV 센서의 상기 UV 램프의 램프 강도 측정치의 차이값을 옵셋값으로 산출하고, 상기 산출된 기울기 보정값과 옵셋값을 보정값으로 하여 상기 측정 챔버에서 측정된 투과도값을 보정할 수 있다.

내부에 펄스 UV 램프가 설치된 반응기; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서; 상기 반응기로 유입되는 피처리수의 자외선 투과도를 측정하는 UVT 측정기; 상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기에 대한 제어신호를 생성한 후, 상기 UVT 측정기에서 측정된 피처리수의 자외선 투과도를 보정 인자로 하여 상기 제어신호를 보정하는 램프 제어부; 상기 반응기 내벽으로부터 상기 반응기 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드; 상기 펄스 UV 램프의 후단에서 방사 방향으로 돌출 형성된 제2 유동 가이드;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치에 있어서, 상기 UVT 보정부는, 상기 제1 및 제2 UV 센서가 상기 보정 챔버에서 측정한 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여 상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율을 산출하고, 상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율의 비율로부터 기울기 보정값을 산출하며, 상기 제1 및 제2 UV 센서의 상기 UV 램프의 램프 강도 측정치의 차이값을 옵셋값으로 산출하고, 상기 산출된 기울기 보정값과 옵셋값을 보정값으로 하여 상기 측정 챔버에서 측정된 투과도값을 보정할 수 있다.

기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.

본 발명의 실시 형태에 따르면, 유속을 기반으로 UV 펄스의 주기를 제어하여 사멸되지 않은 미생물에 UV가 조사될 수 있도록 하고, 전력 소모를 줄이면서 사멸율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.
도 6은 본 발명의 제6 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.
도 7 내지 도 9는 UVT 측정기가 도시된 단면도로서, 도 7은 초기 자동 보정시의 동작 상태가 도시된 단면도이며, 도 8은 측정시의 동작 상태가 도시된 단면도이고, 도 9는 운영중 자동 보정시의 동작 상태가 도시된 단면도이다.
도 10은 램프 최초 사용시(초기 설치시)의 영점 조절 과정이 도시된 도면이다.
도 11은 램프 사용 중에 UVT 측정값을 보정하는 과정이 도시된 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 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. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_1)는, 반응기(11), 유속 센서(12), 램프 제어부(13)를 포함한다.

반응기(11)는 길이 방향으로 연장 형성된 중공형 파이프 형상으로 형성되고, 그 내부에는 펄스 UV 램프(L : L1, L2)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 반응기(11)는 펄스 UV 램프(L)를 이용하여 피처리수를 수처리한다. 도 1에서 펄스 UV 램프(L)는 2개로 도시되어 있지만, 처리할 피처리수의 양 및 설계 사양에 따라서 펄스 UV 램프(L)의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.

펄스 UV 램프(L) 각각은 길이 방향으로 연장된 긴 막대형의 원통형 구조로 형성되며, 도 1과 같이 반응기(11)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 물론, 설계에 따라 펄스 UV 램프(L)는 반응기(11)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배열될 수도 있다.

유속 센서(12)는 유동 방향 상류에 배치된 제1 펄스 UV 램프(L1)의 전방에 설치되며 반응기(11) 내부를 유동하는 피처리수의 유동 속도를 측정하여 램프 제어부(13)로 전달한다. 유속 센서(12)는, 예를 들어 초음파를 사용하여 피처리수의 속도를 측정하는 초음파 유속 센서, 반응기(11)의 내부에서의 피처리수 회전에 의해 생기는 회전력을 감지하여 유속을 측정하는 회전 유속 센서 등이 될 수 있다.

펄스 UV 조사 영역 내의 피처리수 내에 포함된 미생물은 피처리수의 유속이 느리면 사멸될 가능성이 높아지고, 유속이 빠르면 사멸될 가능성이 낮아진다. 한편, 펄스 UV 램프(L)가 유속에 관계없이 항상 일정한 펄스 주기로 운전되는 경우에, 유속이 느릴 때 사멸된 미생물에 반복해서 자외선이 조사되거나, 유속이 빠를 때, 사멸되지 않은 미생물에 자외선이 조사되지 않을 수 있다. 전자의 경우, 펄스 UV 램프(L)의 전력이 과도하게 소모되는 문제가 있고, 후자의 경우, 미생물 살균 효과가 저하되는 문제가 있다.

이에, 본 실시예의 수처리 장치(10_1)는, 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기와 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 하여 제1 펄스 UV 램프(L1)의 자외선 조사 영역(A1)에서 사멸되지 않은 미생물들이 제2 펄스 UV 램프(L2)의 자외선 조사 영역(A2)에서 사멸될 수 있도록 한다. 이때, 유속에 따라 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기와 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기는 서로 상이할 수 있다.

램프 제어부(13)는 유속이 기준 속도보다 느리면, 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기가 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기 보다 크도록 제어하고, 유속이 기준 속도보다 빠르면, 램프 제어부(13)는 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기가 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기 보다 작도록 제어한다. 펄스 주기가 작을수록 단위 시간당 펄스가 생성되는 횟수가 많아져서 미생물 사멸을 위한 에너지의 양이 높아질 수 있다.

도 2은 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.

도 2을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_2)는, 반응기(11), 유속 센서(12), 램프 제어부(13)를 포함한다.

제2 실시예의 수처리 장치는 반응기(11)의 형상이 상이하고, 유속 센서(12) 및 램프 제어부(13)의 기능은 전술한 제1 실시예와 실질적으로 동일하다.

제2 실시예에서 반응기(11)는 상방향으로 적층되어 연결되며 평행하게 배치된 복수개의 중공형 파이프를 포함한다. 각 층의 중공형 파이프 내부에는 펄스 UV 램프(L : L1, L2, L3)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 도 2에서 펄스 UV 램프(L)는 3개로 도시되어 있지만, 처리할 피처리수의 양 및 설계 사양에 따라서 펄스 UV 램프(L)의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.

내부에는 펄스 UV 램프(L : L1, L2, L3) 각각은 길이 방향으로 연장된 긴 막대형의 원통형 구조로 형성되며, 도 2와 같이 중공형 파이프의 길이 방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다.

본 실시예의 수처리 장치(10_2)는, 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기와 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기와 제3 펄스 UV 램프(L3)의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 하여 제1 펄스 UV 램프(L1)의 자외선 조사 영역(A1)에서 사멸되지 않은 미생물들이 제2 펄스 UV 램프(L2)의 자외선 조사 영역(A2)에서 사멸될 수 있도록 하고, 전방의 두 자외선 조사 영역(A1, A2)에서 사멸되지 않은 미생물들이 제3 펄스 UV 램프(L3)의 자외선 조사 영역(A3)에서 사멸될 수 있도록 한다.

이때, 유속에 따라 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기와 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기와 제3 펄스 UV 램프(L3)의 펄스 주기는 서로 상이할 수 있다. 램프 제어부(13)는 유속이 기준 속도보다 느리면, 제2 및 제3 펄스 UV 램프(L2, L3)의 펄스 주기가 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기 보다 점진적으로 크도록 제어하고, 유속이 기준 속도보다 빠르면, 램프 제어부(13)는 제2 및 제3 펄스 UV 램프(L2, L3)의 펄스 주기가 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기 보다 점진적으로 작아지도록 제어한다. 펄스 주기가 작을수록 단위 시간당 펄스가 생성되는 횟수가 많아져서 미생물 사멸을 위한 에너지의 양이 높아질 수 있다.

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_3)는, 반응기(11), 유속 센서(12), 램프 제어부(13)를 포함한다.

반응기(11)는 길이 방향으로 연장 형성된 중공형 파이프 형상으로 형성되고, 그 내부에는 펄스 UV 램프(L)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 반응기(11)는 펄스 UV 램프(L)를 이용하여 피처리수를 수처리한다. 도 3에서 펄스 UV 램프(L)는 2개로 도시되어 있지만, 처리할 피처리수의 양 및 설계 사양에 따라서 펄스 UV 램프(L)의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.

펄스 UV 램프(L) 각각은 길이 방향으로 연장된 긴 막대형의 원통형 구조로 형성되며, 도 3과 같이 반응기(11)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 물론, 설계에 따라 펄스 UV 램프(L)는 반응기(11)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배열될 수도 있다.

유속 센서(12)는 펄스 UV 램프(L)의 전방에 설치되며 반응기(11) 내부를 유동하는 피처리수의 유동 속도를 측정하여 램프 제어부(13)로 전달한다. 유속 센서(12)는, 예를 들어 초음파를 사용하여 피처리수의 속도를 측정하는 초음파 유속 센서, 반응기(11)의 내부에서의 피처리수 회전에 의해 생기는 회전력을 감지하여 유속을 측정하는 회전 유속 센서 등이 될 수 있다.

이에, 본 발명에서 램프 제어부(13)는 유속 센서(12)에서 측정된 유속을 기반으로 복수개 펄스 UV 램프(L)의 펄스 주기를 제어하여, 전력 소모를 최소화하면서 사멸되지 않은 미생물에 펄스 UV가 조사될 수 있도록 한다. 펄스 주기(Pulse Period)는 일정한 간격으로 반복되는 펄스(Pulse)에서 한 사이클이 완료되는 시간을 의미한다. 예를 들어, 1kHz의 펄스는 1초당 1,000개의 펄스가 생성되며, 이 경우 펄스 주기는 1/1,000초 또는 1밀리초(ms)가 된다. 펄스 주기가 작을수록 단위 시간당 펄스가 생성되는 횟수가 많아져서 미생물 사멸을 위한 에너지의 양이 높아질 수 있다.

한편, 자외선 살균 선량(DOSE)은 자외선(UV) 복사량과 노출 시간의 곱으로 계산된다. 일반적으로 자외선 살균기의 출력은 mW/cm²로 측정되며, 이는 단위 면적당 초당 방출되는 자외선 복사량을 의미한다. 자외선 살균 선량은 이 출력과 노출 시간에 따라 아래 식 (1)에 따라 결정된다.

식 (1) : 선량(DOSE) = t_ave* I_ave

t_ave는 미생물이 조사 영역에서 보낸 평균 시간이고, I_ave는 조사 영역 내의 체적에 대해 측정되는 평균 자외선 세기이며, 조사 영역은 펄스 UV 램프(L)에 의해 피처리수가 처리되는 영역임

본 발명에서, 램프 제어부(13)는 유속이 느려지면 램프의 펄스 주기를 크게 하고, 유속이 빨라지면 램프의 펄스 주기를 작게 하여 일정한 크기의 선량(DOSE)이 피처리수에 가해질 수 있도록 한다.

구체적으로, 램프 제어부(13)는 룩-업 테이블(Look-up Table)을 참조하여 유속 센서(12)에서 측정된 유속에 따른 램프(L : L1, L2)의 펄스 주기에 대한 제어신호를 생성할 수 있다. 이때, 램프 제어부(13)는 제1 펄스 UV 램프(L1)의 펄스 주기와 제2 펄스 UV 램프(L2)의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 하는 제어신호를 생성할 수 있다.

룩-업 테이블에는 유속에 따른 램프(L)의 펄스 주기가 인덱스(index)화되어 미리 설정되어 있다. 룩-업 테이블은 반복 실험에 의한 통계적인 방법으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 룩-업 테이블은 목표 선량을 정하고, 다양한 유속 및 다양한 펄스 주기 하에서 반복 실험하여 측정된 선량 중에서 목표 선량에 해당하는 유속 및 펄스 주기를 추출하여 마련될 수 있다. 이때, 유속과 펄스 주기는 실질적으로 반비례 관계로 매칭될 수 있다.

이와 같이, 피처리수의 유속이 느리면 이에 포함된 미생물의 사멸 가능성이 높으므로 상대적으로 적은 전력이 소모되도록 펄스 주기를 작게 하고, 피처리수의 유속이 빠르면 이에 포함된 미생물의 사멸 가능성이 낮아지므로 상대적으로 큰 살균력이 가해지도록 펄스 주기를 크게 함으로써, 전력 소모를 최소화하면서 미생물 살균력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_4)는, 반응기(11), 유속 센서(12), 램프 제어부(13), 제1 유동 가이드(14)를 포함한다.

반응기(11)는 길이 방향으로 연장 형성된 중공형 파이프 형상으로 형성되고, 그 내부에는 펄스 UV 램프(L)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 반응기(11)는 펄스 UV 램프(L)를 이용하여 피처리수를 수처리한다. 도 4에서 펄스 UV 램프(L)는 2개로 도시되어 있지만, 처리할 피처리수의 양 및 설계 사양에 따라서 펄스 UV 램프(L)의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.

펄스 UV 램프(L) 각각은 길이 방향으로 연장된 긴 막대형의 원통형 구조로 형성되며, 도 4와 같이 반응기(11)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 물론, 설계에 따라 펄스 UV 램프(L)는 반응기(11)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배열될 수도 있다.

램프 제어부(13)는 유속 센서(12)에서 측정된 유속을 기반으로 복수개 펄스 UV 램프(L)의 펄스 주기를 제어하여, 전력 소모를 최소화하면서 사멸되지 않은 미생물에 펄스 UV가 조사될 수 있도록 한다. 펄스 주기(Pulse Period)는 일정한 간격으로 반복되는 펄스(Pulse)에서 한 사이클이 완료되는 시간을 의미한다. 예를 들어, 1kHz의 펄스는 1초당 1,000개의 펄스가 생성되며, 이 경우 펄스 주기는 1/1,000초 또는 1밀리초(ms)가 된다. 펄스 주기가 작을수록 단위 시간당 펄스가 생성되는 횟수가 많아져서 미생물 사멸을 위한 에너지의 양이 높아질 수 있다.

램프 제어부(13)는 유속이 느려지면 램프의 펄스 주기를 크게 하고, 유속이 빨라지면 램프의 펄스 주기를 작게 하여 일정한 크기의 선량(DOSE)이 피처리수에 가해질 수 있도록 한다.

제1 유동 가이드(14)는 반응기(11) 내벽으로부터 반응기(11) 중심을 향하여 소정 형상으로 돌출 형성된다. 제1 유동 가이드(14)는 원형의 반응기(11) 내벽을 따라 환형 고리 형상으로 형성될 수 있다. 제1 유동 가이드(14)의 단면은 삼각형 형상으로 형성될 수 있다. 펄스 UV 램프(L)가 복수개로 설치될 경우, 제1 유동 가이드(14)는 전방의 제1 펄스 UV 램프(L1)와 그 후방의 제2 펄스 UV 램프(L2) 사이에 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 제1 유동 가이드(14)는 전방의 제1 펄스 UV 램프(L1)의 단부와 근접하도록 형성되는 것이 바람직하다.

제1 펄스 UV 램프(L1)를 유동하는 피처리수 중에서, 제1 펄스 UV 램프(L1)와 가까운 위치를 유동하는 피처리수(F1)에는 세기가 큰 자외선이 조사되므로 자외선 살균 선량(DOSE)이 크나, 상대적으로 먼 위치를 유동하는 피처리수(F2)에는 세기가 작은 자외선이 조사되므로 자외선 살균 선량(DOSE)이 작다. 따라서, 피처리수(F1)에 있는 미생물은 사멸될 가능성이 높으나, 피처리수(F2)에 있는 미생물은 사멸될 가능성이 낮다.

이에, 본 실시예에서는 전방의 제1 펄스 UV 램프(L1)와 그 후방의 제2 펄스 UV 램프(L2) 사이에, 반응기(11) 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드(14)를 설치하여, 제1 펄스 UV 램프(L1)를 통과한 직후에 상대적으로 먼 위치를 유동하는 피처리수(F2)의 적어도 일부가 제2 펄스 UV 램프(L2)와 가까운 위치로 가이드되도록 하여 피처리수(F2) 흐름 내에서 사멸되지 않고 함유된 미생물에 세기가 큰 자외선이 조사되도록 하여, 펄스 UV 램프(L1, L2)와의 거리에 관계없이 골고루 살균될 수 있도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 제4 실시예에 의하면, 피처리수의 유속에 따라 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어하면서, 펄스 UV 램프와의 거리에 관계없이 피처리수에 포함된 미생물에 자외선이 골고루 조사될 수 있도록 함으로써, 전력 소모를 최소화하면서 미생물 살균력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 5은 본 발명의 제5 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.

도 5을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_5)는, 반응기(11), 유속 센서(12), 램프 제어부(13), 제1 유동 가이드(14), 제2 유동 가이드(15)를 포함한다.

반응기(11)는 길이 방향으로 연장 형성된 중공형 파이프 형상으로 형성되고, 그 내부에는 펄스 UV 램프(L)가 적어도 하나 이상 설치될 수 있다. 반응기(11)는 펄스 UV 램프(L)를 이용하여 피처리수를 수처리한다. 도 5에서 펄스 UV 램프(L)는 2개로 도시되어 있지만, 처리할 피처리수의 양 및 설계 사양에 따라서 펄스 UV 램프(L)의 개수는 다양하게 설정될 수 있다.

펄스 UV 램프(L) 각각은 길이 방향으로 연장된 긴 막대형의 원통형 구조로 형성되며, 도 5과 같이 반응기(11)의 길이 방향과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 물론, 설계에 따라 펄스 UV 램프(L)는 반응기(11)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배열될 수도 있다.

제2 유동 가이드(15)는 펄스 UV 램프(L1, L2)의 후단에서 방사 방향으로 돌출 형성된다. 제2 유동 가이드(15)는 제1 유동 가이드(14)를 향해 돌출 형성된다. 제2 유동 가이드(15)는 펄스 UV 램프(L1, L2)의 후단 외주면을 따라 환형 고리 형상으로 형성될 수 있다. 제2 유동 가이드(15)의 단면은 삼각형 형상으로 형성될 수 있다. 피처리수 유동 방향을 기준으로 제2 유동 가이드(15)는 제1 유동 가이드(14)의 전방에 형성되는 것이 바람직하다.

이에, 본 실시예에서는 전방의 제1 펄스 UV 램프(L1)와 그 후방의 제2 펄스 UV 램프(L2) 사이에 반응기(11) 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드(14)를 설치하고, 펄스 UV 램프(L1, L2)의 후단에는 방사 방향으로 제1 유동 가이드(14)를 향해 돌출 형성된 제2 유동 가이드(15)를 설치한다. 이에 따라, 제1 펄스 UV 램프(L1)를 통과하기 직전에 상대적으로 가까운 위치를 유동하는 피처리수(F1)의 적어도 일부는 상대적으로 먼 위치를 유동하는 피처리수(F2)에 혼합되고, 제1 펄스 UV 램프(L1)를 통과한 직후에 상대적으로 먼 위치를 유동하는 피처리수(F2)의 적어도 일부는 제2 펄스 UV 램프(L2)와 가까운 위치로 가이드되어, 피처리수(F2) 흐름 내에서 사멸되지 않고 함유된 미생물에 세기가 큰 자외선이 조사되도록 하여, 펄스 UV 램프(L1, L2)와의 거리에 관계없이 골고루 살균될 수 있도록 할 수 있다.

이와 같이, 본 제5 실시예에 의하면, 피처리수의 유속에 따라 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어하면서, 펄스 UV 램프와의 거리에 관계없이 피처리수에 포함된 미생물에 자외선이 골고루 조사될 수 있도록 함으로써, 전력 소모를 최소화하면서 미생물 살균력을 향상시킬 수 있게 된다.

도 6는 본 발명의 제6 실시예에 따른 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치가 도시된 개념도이다.

펄스 UV의 강도가 동일한 상태에서, 자외선 투과도가 높으면 상대적으로 조사 영역은 넓어지고, 자외선 투과도가 낮으면 상대적으로 조사 영역은 좁아진다. 따라서, 전력 소모를 최소화하면서 미생물 살균력을 향상시키기 위해서는 유속 및 자외선 투과도를 기반으로 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어할 필요가 있다.

이에, 본 제6 실시예의 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_6)는, 반응기(11)로 유입되는 피처리수의 유속 뿐만 아니라, 피처리수의 자외선 투과도를 측정하여 유속 및 자외선 투과도를 기반으로 펄스 UV 램프의 펄스 주기를 제어한다.

이를 위해 본 제6 실시예의 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치(10_6)는, 전술한 제1 내지 제5 실시예의 수처리 장치(10_1 ~ 10_5)에 UVT 측정기(20)가 더 포함될 수 있다.

본 제6 실시예에서, 램프 제어부(13)는 룩-업 테이블(Look-up Table)을 참조하여 유속 센서(12)에서 측정된 유속에 따른 램프(L)의 펄스 주기에 대한 제어신호를 생성한 후, UVT 측정기(20)에서 측정된 피처리수의 자외선 투과도를 보정 인자로 하여 램프 제어신호를 보정할 수 있다.

예를 들어, 램프 제어부(13)는 자외선 투과도의 기준값을 기준으로, 측정된 자외선 투과도가 기준값보다 큰 경우, 유속을 기반으로 생성된 펄스 주기에 대한 램프 제어신호에 1 보다 작은 보정 인자를 곱하여 램프 제어신호를 보정할 수 있다. 또는, 측정된 자외선 투과도가 기준값보다 작은 경우, 유속을 기반으로 생성된 펄스 주기에 대한 램프 제어신호에 1 큰 작은 보정 인자를 곱하여 램프 제어신호를 보정할 수 있다.

또는, 램프 제어부(13)는 제2 룩-업 테이블(Look-up Table)을 참조하여 램프 제어신호를 보정할 수 있다. 제2 룩-업 테이블에는 자외선 투과도에 따른 램프(L) 펄스 주기의 보정 인자가 인덱스(index)화되어 미리 설정될 수 있다. 제2 룩-업 테이블은 반복 실험에 의한 통계적인 방법으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 제2 룩-업 테이블은 목표 선량을 정하고, 다양한 유속 및 다양한 펄스 주기 및 다양한 자외선 투과도 하에서 반복 실험하여 측정된 선량 중에서 목표 선량에 해당하는 유속 및 펄스 주기 및 자외선 투과도를 추출하여 마련될 수 있다.

한편, 본 실시예의 UVT 측정기(20)는, 반응기(11)의 유입구와 연결된 유로(FL) 측에 마련되어, 반응기(11)로 유입되기 전에 피처리수를 일부 바이패스(bypass)시킨 샘플 피처리수에 대해 자외선을 조사하여 피처리수의 자외선 투과도를 측정함으로써, 반응기(11)로 유입되는 전체 피처리수의 자외선 투과도를 측정할 수 있다.

이와 같은 UVT 측정기(20)에 대해 도 7 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다. 도 7 내지 도 9는 UVT 측정기가 도시된 단면도로서, 도 7은 초기 자동 보정시의 동작 상태가 도시된 단면도이며, 도 8는 측정시의 동작 상태가 도시된 단면도이고, 도 9는 운영중 자동 보정시의 동작 상태가 도시된 단면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, UVT 측정기(20)는, 하우징(100), UV 램프부(200), UV 센서부(300), UVT 보정부(400)를 포함한다. 선택적으로 세척부(500)를 더 포함할 수 있다.

하우징(100)은 소정 형상, 예를 들어 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 내부에는 격벽(110)이 구비된다. 격벽(110)은 하우징(100) 내부의 공간을 2개의 공간으로 구획한다. 격벽(110)의 일측(도면에서 우측)에는 측정 챔버(120)가 형성되고, 타측(도면에서 좌측)에는 보정 챔버(130)가 형성된다.

측정 챔버(120)에서는 UV 램프부(200)로부터 조사된 자외선이 피처리수를 투과하는 정도를 측정(즉, UVT 측정)하고, 보정 챔버(130)에서는 UV 램프의 감쇠값을 측정한다. UVT 보정부(400)는 측정된 UV 램프의 감쇠값을 이용하여 측정 챔버(120)에서 측정된 자외선 투과도를 보정한다. 이에 대해서는 후술한다.

측정 챔버(120)에는 피처리수가 유입되는 유입구(121)와 UVT 측정이 완료된 피처리수가 유출되는 유출구(122)가 형성된다. 유입구(121)와 유출구(122)는 반응기(11)의 유입구와 연결된 유로와 연결될 수 있다.

측정 챔버(120) 측 하우징에는 UV 램프부(200), UV 센서부(300 : 300a, 300b), 세척부(500)의 일단이 관통 삽입되는 플랜지(101)가 형성되고, 보정 챔버(130) 측 하우징에는 UV 램프부(200), UV 센서부(300)의 타단을 고정 지지하는 지지 브라켓(102)들이 형성될 수 있다. UV 램프부(200), UV 센서부(300)의 타단들은 지지 브라켓(102)을 통해 종단될 수 있다. 그리고, 보정 챔버(130) 측 하우징의 상측 및 하측 중 적어도 어느 하나에는 공냉팬(131)이 설치되어, UV 램프부(200)(구체적으로는 UV 램프(220))가 과열되지 않도록 냉각 공기를 공급하여 냉각 기능을 수행한다. 또는, 공냉팬(131) 대신 순수 공급유닛이 설치될 수 있다.

격벽(110)에는 UV 램프부(200), UV 센서부(300)가 관통하는 관통구(111)들이 형성된다. 또한, 격벽(110)에는 세척부(500)의 타단을 고정 지지하는 지지 브라켓(112)이 형성될 수 있다. 또한, 격벽(110)에는 측정 챔버(120)를 유동하는 피처리수가 보정 챔버(130) 측으로 흐르는 것을 방지하기 위한 씰링부재(미도시)가 형성될 수 있다.

UV 램프부(200)는 격벽(110)을 관통하여 하우징(100)의 양단 내벽에서 종단되며, 측정 챔버(120)로 유입된 피처리수에 자외선을 조사한다. UV 램프부(200)는 제1 석영관(210), UV 램프(220), 램프 소켓(230)을 포함한다.

제1 석영관(210)은 수평 방향으로 연장 형성되며, 격벽(110)의 관통구(111)를 통해 삽입되어 측정 챔버(120)와 보정 챔버(130) 양 측에 배치된다. 제1 석영관(210) 내부에는 UV 램프(220)가 배치된다. UV 램프(220)는 측정 챔버(120)와 보정 챔버(130) 양 측에 걸쳐서 배치된다. UV 램프(220)는 소정 크기의 파장을 갖는 자외선을 피처리수에 조사한다. 램프 소켓(230)은 UV 램프(220)로 전원을 공급하는 전원 케이블(미도시)과 접속된다.

UV 센서부(300)는 UV 램프부(200)를 가운데 두고 상하 양측으로 소정 거리 이격된 한 쌍으로 구비될 수 있다. 제1 UV 센서부(300a)는 UV 램프부(200) 상측에 제1 거리만큼 이격 형성되고, 제2 UV 센서부(300b)는 UV 램프부(200) 하측에 제1 거리와 상이한 제2 거리만큼 이격 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1 UV 센서부(300a)는 UV 램프(220)의 상부에 Xmm 만큼 이격 설치될 수 있고, 제2 UV 센서부(300b)는 UV 램프(220)의 하부에 (X+10)mm 만큼 이격 설치될 수 있다. 제1 UV 센서부(300a)와 제2 UV 센서부(300b)가 UV 램프(220)와 각각 다른 거리 만큼 이격 설치됨으로써, UV 램프(220)의 자외선 투과도 측정값의 정확도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 각각의 UV 센서부(300a, 300b)는 제2 석영관(310), UV 센서(320), 리니어 액츄에이터(330)를 포함한다.

제2 석영관(310)은 제1 석영관(210)과 유사하게, 수평 방향으로 연장 형성되며, 격벽(110)의 관통구(111)를 통해 삽입되어 측정 챔버(120)와 보정 챔버(130) 양 측에 배치된다.

제2 석영관(310) 내부에는 UV 램프(220)로부터 조사된 자외선이 피처리수를 투과하는 정도(자외선 투과도, UVT)를 측정하는 UV 센서(320)가 배치된다. UV 센서(320)는 리니어 액츄에이터(330)에 의해 전후진되면서 제2 석영관(310) 내부를 이동한다. UV 센서(320)는 리니어 액츄에이터(330)에 의해 전후진되면서 측정 챔버(120)와 보정 챔버(130)로 이동 가능하다.

리니어 액츄에이터(330)는 UV 센서(320)를 일축 방향으로 전후진시키는 것으로, 예를 들어, 리니어 서보 모터일 수 있다.

UVT 보정부(400)는 UV 센서(320)의 위치를 제어하여, 측정 챔버(120)에서는 UV 센서(320)를 이용하여 UV 램프(220)로부터 조사되는 자외선이 피처리수를 투과하는 정도(투과도)를 측정하고, 보정 챔버(130)에서는 UV 센서(320)를 이용하여 공기 중에서 UV 램프(220)의 감쇠값을 측정한다. 그리고, UVT 보정부(400)는 측정된 UV 램프(220)의 감쇠값을 자외선 투과도에 반영하여 측정 챔버(120)에서 측정된 자외선 투과도를 보정한다.

UVT 보정부(400)는 리니어 액츄에이터(330)의 동작을 제어하여 UVT 측정시 및 보정시의 UV 센서(320)의 위치를 제어한다.

구체적으로, UVT 측정시에는 UVT 보정부(400)는 제1 UV 센서부(300a) 및 제2 UV 센서부(300b)의 UV 센서(320)의 위치가 측정 챔버(120) 내의 어느 한 위치가 되도록 하여, UV 램프(220)의 상측 및 하측에서 각각 UV 램프(220)의 자외선 투과도를 측정한다. 이때, 제1 UV 센서부(300a)와 제2 UV 센서부(300b)가 UV 램프(220)와 각각 다른 거리 만큼 이격 설치됨으로써, UV 램프(220)의 자외선 투과도 측정값의 정확도를 향상시킬 수 있다.

보정시에는 UVT 보정부(400)는 제1 UV 센서부(300a) 및 제2 UV 센서부(300b)의 UV 센서(320)의 위치가 보정 챔버(130) 내의 어느 한 위치가 되도록 하여, UV 램프(220)의 상측 및 하측에서 UV 센서(320)가 UV 램프(220)의 자외선을 수신하는 강도를 측정한다.

보정 챔버(130)에서 측정된 UV 램프(220)의 자외선 강도값(감쇠값)을 이용하여 자외선 투과도를 보정하는 과정은 다음과 같다. 이하의 설명에서, UV 램프(220)의 상부에 Xmm 만큼 이격 설치된 제1 UV 센서부(300a)의 UV 센서를 제1 센서, UV 램프(220)의 하부에 (X+10)mm 만큼 이격 설치된 제2 UV 센서부(300b)의 UV 센서를 제2 센서라 한다.

먼저, 제1 및 제2 센서가 보정 챔버(130)에서 측정한 UV 램프(220)의 강도값을 이용하여 제1 및 제2 센서의 기울기 변화율을 산출한다.

각 센서의 기울기 변화율은 각각의 거리에서 측정된 UV 램프(220)의 강도값을, 각각의 거리에서의 UV 램프(220)의 기준값으로 나누어서 산출한다.

즉, 제1 센서의 기울기 변화율 S1은 측정 거리 Xmm에서의 (램프 강도 측정치)/(램프 강도 기준치)이고, 제2 센서의 기울기 변화율 S2는 측정 거리 (X+10)mm 에서의 (램프 강도 측정치)/(램프 강도 기준치)이다.

여기서, 램프 강도 기준치는 램프 최초 사용시(초기 설치시), 순수(DI water) 환경 하에서 해당 거리에서 측정된 램프 강도를 의미한다. 즉, 해당 거리에서의 측정된 해당 램프의 최대 강도일 수 있다. 이때, 램프 강도 기준치 대비 램프 강도 측정치는 램프 사용에 따라 감쇠된 값이므로, UV 램프(220)의 감쇠값이라 한다.

다음, 상기 산출된 각 센서의 기울기 변화율의 비율로부터 기울기 보정값 Sc을 산출한다. 즉, 기울기 보정값 Sc = S1/S2, 또는 Sc = S2/S1 일 수 있다.

그리고, 두 램프 강도 측정치의 차이값을 옵셋값 Oc으로 산출한다.

UVT 보정부(400)는, 이와 같이 산출된 기울기 보정값 Sc과 옵셋값 Oc을 보정값으로 하여, 측정 챔버(120)에서 측정된 UVT값을 보정한다.

이에 대해 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 도 10은 램프 최초 사용시(초기 설치시)의 영점 조절 과정이 도시된 도면이고, 도 11은 램프 사용 중에, UVT 측정값을 보정하는 과정이 도시된 도면이다.

먼저, 순수(DI water) 환경 하에서 기준 UV 센서를 이용하여 기준 램프의 투과도를 측정한다. 초기에는 순수인 상황에서 투과도를 측정하고, 이후, 오염 물질을 추가해 가면서 오염도 증가에 따른 기준 UV 램프의 투과도를 측정한다. 기준 UV 센서를 이용한 기준 램프의 투과도 측정 결과는 도 10의 (a)에서 La으로 도시되어 있다.

다음, 순수(DI water) 환경 하에서 본 발명의 UVT 측정기에 설치될 UV 센서 및 UV 램프를 이용하여, 동일한 조건으로 투과도를 측정한다. 측정 결과는 도 10의 (a)에서 Lb로 도시되어 있다.

Lb를 La에 근사하기 위해, 도 10의 (b)와 같이, La과 Lb의 좌표 정보를 이용한 연산을 수행하여 Lb의 투과율 기울기를 보정한 후, 도 10의 (c)와 같이, 최초 투과도값(오염도 0일 때의 투과도값)을 일치시켜서 영점 조절을 완료한다.

이와 같은 영점 조절 과정을 통해, 기준 UV 센서 및 기준 UV 램프에 의한 이상적인 투과도 결과에, 실제 설치된 UV 센서 및 UV 램프에 의한 투과도 결과를 근사시켜서 UV 센서 및 UV 램프의 종류에 관계없이 측정 오차가 최소화되도록 한다.

한편, UVT 측정기를 구성하는 UV 램프(220)는 사용 시간 경과에 따라 그 성능이 열화되어 자외선 강도가 감쇠하게 되는데, UV 센서(320)가 초기 설정된 영점에 따라 UV 램프(220)의 UVT 투과도를 측정하면, 필연적으로 측정 오차가 커지게 된다. 따라서, UV 램프(220)의 감쇠값을 측정하여 UVT 투과도를 보정해야 한다. 종래에는, 투과도 보정을 위해, 작동 중인 반응기(11)를 정지시키고, 반응기(11) 내의 피처리수를 제거한 다음, 반응기(11) 내에 순수(DI water)를 투입하여 UV 램프(220)의 감쇠값을 측정하였다. 이에 따라 반응기(11) 운영 시간의 감소에 따른 효율 감소, 비용 증가, 인력 소모 등의 문제가 있다.

이를 해소하기 위해, 본 발명에서는 반응기(11) 운용 중에 일정 시간 경과시마다 측정 챔버(120)에서 UVT 투과도를 측정하던 UV 센서를, 순수(DI water)와 유사한 환경인 공기로 채워진, 보정 챔버(130)로 이동시켜서 UV 램프(220)의 감쇠값을 측정하여 실시간 온라인으로 UV 램프(220)의 UVT 투과도를 보정할 수 있도록 한다.

반응기(11) 운용 시간 경과에 따라, UV 램프(220)의 성능이 열화되어, 측정 챔버(120)에서 측정된 UVT 투과도는, 도 10의 (c)에서 도 11의 (a)와 같이 변화하게 된다. 도 11 (a)의 값은 초기 설정된 영점에 따라 UV 램프(220)의 UVT 투과도를 측정한 것이므로 측정 오차를 내포한다. 물론, 반드시 초기 설정된 영점에 한정되는 것은 아니며, 이전 측정 주기에서 보정된 영점에 따라 측정한 경우에도 현재 측정 주기에서의 측정값은 측정 오차를 내포하게 된다.

이와 같은 측정 오차를 제거하기 위해, UVT 보정부(400)는 상기에서 산출된 기울기 보정값 Sc을 이용하여 도 11의 (b)와 같이 기울기를 보정하고, 상기에서 산출된 옵셋값 Oc을 보정값으로 하여 영점 조절하여 UVT 측정값 보정을 완료한다.

세척부(500)는 주기적 또는 비주기적으로 UV 램프(220)/UV 센서(320)를 감싸는 제1 석영관(210)/제2 석영관(310)의 표면을 세척하여 UV 램프(220)의 투과도/UV 센서(320)의 수신 강도를 향상시킨다. 세척부(500)는 세척링(510), 세정액 공급모듈(520), 이송 스크류(530)를 포함한다.

세척링(510)은 석영관(210, 310) 표면과 접촉되어 이송 스크류(530)의 전후진에 따라 함께 석영관(210, 310) 표면을 전후진하여 석영관(210, 310) 표면을 세척한다.

세정액 공급모듈(520)은 세척링(510)에 세정액을 공급한다. 석영관(210, 310) 표면에는 세척링(510)에 의한 물리적 세척과, 세정액에 의한 화학적 세척이 함께 수행될 수 있다.

이송 스크류(530)는 모터 또는 액츄에이터에 의해 UV 램프(220)/UV 센서(320)가 설치된 길이 방향으로 전후진하면서, 세정액 공급모듈(520) 및 이와 연결 형성된 세척링(510)을 전후진시킨다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

10 (10_1 ~ 10_6) : 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치
11 : 반응기 12 : 유속 센서
13 : 램프 제어부 14 : 제1 유동 가이드
15 : 제2 유동 가이드
20 : UVT 측정기
100 : 하우징
110 : 격벽 120 : 측정 챔버
130 : 보정 챔버 131 : 공냉팬
200 : UV 램프부
210 : 제1 석영관 220 : UV 램프
230 : 램프 소켓
300 : UV 센서부
310 : 제2 석영관 320 : UV 센서
330 : 리니어 액츄에이터
400 : UVT 보정부
500 : 세척부

Claims

내부에 복수개의 펄스 UV 램프가 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배치된 반응기;
상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서;
상기 반응기로 유입되는 피처리수의 자외선 투과도를 측정하는 UVT 측정기;
상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 복수개의 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 제어하되, 유속이 기준 속도보다 느리면 유동 방향의 후단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 전단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기보다 크도록 제어하고, 유속이 기준 속도보다 빠르면 유동 방향의 후단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 전단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기보다 작도록 제어하는, 램프 제어부;를 포함하며,
상기 UVT 측정기는,
격벽에 의해 측정 챔버와 보정 챔버가 구획 형성된 하우징;
상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버에 형성되며, 상기 측정 챔버로 유입된 피처리수에 자외선을 조사하는 UV 램프를 구비한 UV 램프부;
상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치되는 UV 센서를 구비한 UV 센서부;
상기 보정 챔버에서 측정된 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여, 상기 측정 챔버에서 측정된 자외선 투과도를 보정하는 UVT 보정부;
를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 반응기는 상방향으로 적층되어 연결되며 평행하게 배치된 복수개의 중공형 파이프를 포함하며, 각 층의 중공형 파이프 내부에는 상기 펄스 UV 램프가 적어도 하나 이상 설치되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 램프 제어부는, 상기 피처리수의 유속이 느려지면 상기 펄스 주기를 증가시키고, 상기 피처리수의 유속이 빨라지면 상기 펄스 주기를 감소시켜서 일정한 크기의 선량(DOSE)이 상기 피처리수에 가해지도록 하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 램프 제어부는 룩-업 테이블(Look-up Table)을 참조하여 상기 유속 센서에서 측정된 유속에 따른 상기 펄스 UV 램프의 펄스 주기에 대한 제어신호를 생성하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 룩-업 테이블은 반복 실험에 의한 통계적인 방법으로 마련되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 룩-업 테이블은 목표 선량을 정하고, 다양한 유속 및 다양한 펄스 주기 하에서 반복 실험하여 측정된 선량 중에서 목표 선량에 해당하는 유속 및 펄스 주기를 추출하여 마련되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
내부에 복수개의 펄스 UV 램프가 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열된 반응기;
상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서;
상기 반응기로 유입되는 피처리수의 자외선 투과도를 측정하는 UVT 측정기;
상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 복수개의 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 제어하되, 유속이 기준 속도보다 느리면 유동 방향의 후단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 전단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기보다 크도록 제어하고, 유속이 기준 속도보다 빠르면 유동 방향의 후단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 전단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기보다 작도록 제어하는, 램프 제어부;
상기 반응기 내벽으로부터 상기 반응기 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드;
를 포함하며,
상기 UVT 측정기는,
격벽에 의해 측정 챔버와 보정 챔버가 구획 형성된 하우징;
상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버에 형성되며, 상기 측정 챔버로 유입된 피처리수에 자외선을 조사하는 UV 램프를 구비한 UV 램프부;
상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치되는 UV 센서를 구비한 UV 센서부;
상기 보정 챔버에서 측정된 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여, 상기 측정 챔버에서 측정된 자외선 투과도를 보정하는 UVT 보정부;
를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 제1 유동 가이드는 상기 반응기 내벽을 따라 환형 고리 형상으로 형성되고, 그 단면은 삼각형 형상으로 형성되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 펄스 UV 램프는 상기 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열되고, 상기 제1 유동 가이드는 전방의 펄스 UV 램프와 그 후방의 펄스 UV 램프 사이에 형성되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 제1 유동 가이드는 상기 전방의 펄스 UV 램프의 단부와 근접하도록 형성되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
내부에 복수개의 펄스 UV 램프가 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열된 반응기;
상기 반응기로 유입되는 피처리수의 유속을 측정하는 유속 센서;
상기 반응기로 유입되는 피처리수의 자외선 투과도를 측정하는 UVT 측정기;
상기 유속 센서에서 측정된 유속을 기반으로 상기 복수개의 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 교대로 엇갈리도록 제어하되, 유속이 기준 속도보다 느리면 유동 방향의 후단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 전단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기보다 크도록 제어하고, 유속이 기준 속도보다 빠르면 유동 방향의 후단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기가 전단에 배치된 펄스 UV 램프의 펄스 주기보다 작도록 제어하는, 램프 제어부;
상기 반응기 내벽으로부터 상기 반응기 중심을 향하여 돌출 형성된 제1 유동 가이드;
상기 펄스 UV 램프의 후단에서 방사 방향으로 돌출 형성된 제2 유동 가이드;
를 포함하며,
상기 UVT 측정기는,
격벽에 의해 측정 챔버와 보정 챔버가 구획 형성된 하우징;
상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버에 형성되며, 상기 측정 챔버로 유입된 피처리수에 자외선을 조사하는 UV 램프를 구비한 UV 램프부;
상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치되는 UV 센서를 구비한 UV 센서부;
상기 보정 챔버에서 측정된 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여, 상기 측정 챔버에서 측정된 자외선 투과도를 보정하는 UVT 보정부;
를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 유동 가이드는 상기 반응기 내벽을 따라 환형 고리 형상으로 형성되고, 상기 제2 유동 가이드는 상기 펄스 UV 램프의 후단 외주면을 따라 환형 고리 형상으로 형성되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 펄스 UV 램프는 상기 반응기의 길이 방향과 평행한 방향으로 복수개로 배열되고, 상기 제1 유동 가이드는 전방의 펄스 UV 램프와 그 후방의 펄스 UV 램프 사이에 형성되며, 상기 제2 유동 가이드는 상기 제1 유동 가이드의 전방에 형성되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 UV 램프는 제1 석영관 내부에 설치되고 상기 격벽을 관통하여 상기 하우징의 양단 내벽에서 종단되며,
상기 UV 센서는 상기 격벽을 관통하여 상기 하우징의 양단 내벽에서 종단되는 제2 석영관 내부에서 상기 측정 챔버와 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 18에 있어서,
상기 UV 센서부는 상기 UV 램프부를 가운데 두고 상하 양측으로 서로 상이한 간격으로 이격된 제1 UV 센서와 제2 UV 센서를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 19에 있어서, 상기 UV 센서부는,
상기 격벽에 형성된 관통구를 통해 삽입되어 상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버 양 측에 걸쳐서 배치되는 상기 제2 석영관과,
상기 제2 석영관 내부에 설치되어 상기 UV 램프의 자외선 투과도를 측정하는 상기 UV 센서와,
상기 제2 석영관 내부에서 상기 UV 센서를 전후진시키는 리니어 액츄에이터
를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 20에 있어서, UVT 보정부는,
상기 제1 및 제2 UV 센서가 상기 보정 챔버에서 측정한 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여 상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율을 산출하고,
상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율의 비율로부터 기울기 보정값을 산출하며,
상기 제1 및 제2 UV 센서의 상기 UV 램프의 램프 강도 측정치의 차이값을 옵셋값으로 산출하고,
상기 산출된 기울기 보정값과 옵셋값을 보정값으로 하여 상기 측정 챔버에서 측정된 투과도값을 보정하는,
펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
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청구항 13에 있어서,
상기 UV 램프는 제1 석영관 내부에 설치되고 상기 격벽을 관통하여 상기 하우징의 양단 내벽에서 종단되며,
상기 UV 센서는 상기 격벽을 관통하여 상기 하우징의 양단 내벽에서 종단되는 제2 석영관 내부에서 상기 측정 챔버와 상기 보정 챔버로 이동 가능하게 설치되는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 26에 있어서,
상기 UV 센서부는 상기 UV 램프부를 가운데 두고 상하 양측으로 서로 상이한 간격으로 이격된 제1 UV 센서와 제2 UV 센서를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 27에 있어서, 상기 UV 센서부는,
상기 격벽에 형성된 관통구를 통해 삽입되어 상기 측정 챔버 및 상기 보정 챔버 양 측에 걸쳐서 배치되는 상기 제2 석영관과,
상기 제2 석영관 내부에 설치되어 상기 UV 램프의 자외선 투과도를 측정하는 상기 UV 센서와,
상기 제2 석영관 내부에서 상기 UV 센서를 전후진시키는 리니어 액츄에이터
를 포함하는, 펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.
청구항 28에 있어서, UVT 보정부는,
상기 제1 및 제2 UV 센서가 상기 보정 챔버에서 측정한 상기 UV 램프의 감쇠값을 이용하여 상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율을 산출하고,
상기 제1 및 제2 UV 센서의 기울기 변화율의 비율로부터 기울기 보정값을 산출하며,
상기 제1 및 제2 UV 센서의 상기 UV 램프의 램프 강도 측정치의 차이값을 옵셋값으로 산출하고,
상기 산출된 기울기 보정값과 옵셋값을 보정값으로 하여 상기 측정 챔버에서 측정된 투과도값을 보정하는,
펄스 UV 램프를 이용한 수처리 장치.