KR102605276B1 - 가변전압이 인가되는 자외선 살균 장치 - Google Patents

가변전압이 인가되는 자외선 살균 장치 Download PDF

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쑤저우 레킨 세미컨덕터 컴퍼니 리미티드
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Abstract

피사체를 살균시키기 위한 살균 장치는 피사체에 조사될 광을 방출시키는 반도체 발광 소자와, 반도체 발광 소자에 인가되는 가변 전압을 생성하는 가변 전압 생성부를 포함한다.
반도체 발광 소자는 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출할 수 있다.
가변 전압은 100Hz 이하의 주파수 및 소정 주기를 가질 수 있다. 가변 전압의 소정 주기는 반도체 발광 소자의 구동 전압보다 작은 전압이 인가되는 비동작 시간과 반도체 발광 소자의 구동 전압보다 큰 전압이 인가되는 동작 시간을 포함할 수 있다. 비동작 시간과 동작 시간의 듀티비는 20% 내지 80%일 수 있다.

Description

살균 장치{Disinfection device}
실시예는 살균 장치에 관한 것이다.
현대 사회에서 들어 건강한 삶을 영위하기 위한 욕구가 증대되고 있다. 악성 균이나 바이러스에 의해 사망하는 경우가 많기 때문에, 이들 악성 균이나 바이러스를 박멸하기 위한 연구가 진행되었다. 악성 균이나 바이러스는 미세할 뿐만 아니라 사람의 육안으로 보이지 않은 온갖 악 조건에서도 기하학적으로 증식되어, 현대인들은 악성 균이나 바이러스에 항상 노출되고 있다.
이러한 악성 균이나 바이러스를 박멸하기 위한 방안으로서, 종래에는 UV 램프가 살균에 사용되었다. UV 램프는 아르곤(Ar), 제논(Xe), 헬륨(He), 수은(Hg)과 같은 가스를 이용한 방전에 의해 UV 광을 방출한다.
이러한 종래의 UV 램프는 다음과 같은 문제가 있다.
종래의 UV 램프는 불활성 가스를 사용하게 되어 환경 오염의 주요 원인이 되고 있으며, 가스 방전을 위한 넓은 공간으로 인해 부피가 크므로 소형 살균 피사체에 적용하기 어렵다.
종래의 UV 램프는 도 1a에 도시한 바와 같이, UV 광을 사용하기 위해 수분, 예컨대 2분 이상의 예열 시간이 요구되어 즉각적인 살균 처리가 어렵다.
종래의 UV 램프는 온도의 영향이 커서, 도 1b에 도시한 바와 같이 온도에 따라 광출력이 최대(100%) 대비 20%까지 감소된다. 이와 같이 온도에 따라 광출력의 편차가 심해 장소에 따른 살균 처리 성능이 달라 제품에 대한 신뢰성이 저하된다.
최근에 종래의 UV의 단점을 극복할 수 있는 자외선 발광다이오드가 각광받고 있다.
하지만, 자외선 발광다이오드에 의한 살균 처리 분야는 아직 시작 단계에 있어, 살균 처리의 효율성을 극대화할 수 있는 최적화가 제시되지 않고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0055191호 (2018.05.25)
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 새로운 방식의 살균 장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 새로운 구조를 갖는 살균 장치를 제공한다.
실시예의 또 다른 목적은 살균 처리의 효율성을 극대화할 수 있는 살균 장치를 제공한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 피사체를 살균시키기 위한 살균 장치는, 상기 피사체에 조사될 광을 방출시키는 반도체 발광 소자; 및 상기 반도체 발광 소자에 인가되는 가변 전압을 생성하는 가변 전압 생성부;를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자는 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출시킬 수 있다. 상기 가변 전압은 100Hz 이하의 주파수 및 소정 주기를 가질 수 있다. 상기 가변 전압의 소정 주기는 상기 반도체 발광 소자의 구동 전압보다 작은 전압이 인가되는 비동작 시간과 상기 반도체 발광 소자의 구동 전압보다 큰 전압이 인가되는 동작 시간을 포함할 수 있다. 상기 비동작 시간과 상기 동작 시간의 듀티비는 20% 내지 80%일 수 있다.
실시예의 다른 측면에 따르면, 피사체 내에 흐르는 유체를 살균시키기 위한 살균 장치는, 상기 피사체에 조사될 광을 방출시키는 반도체 발광 소자를 포함한다. 상기 반도체 발광 소자 각각은 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출시킬 수 있다. 상기 광이 상기 피사체 표면에 조사되는 광의 도즈(Dose)는 적어도 0.3mJ/cm2 이상일 수 있다.
실시예의 살균 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 예열 시간 없이 즉각적인 살균이 가능하다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 온도에 영향을 받는 지역이나 장소에 관계없이 안정적인 살균이 가능하여 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖고 100mW 이상의 광 출력 파워를 갖는 광을 방출하는 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 3로그 리덕션 이상이 달성되어 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 있다는 장점이 있다. 이러한 반도체 발광 소자는 유속을 갖는 유체의 살균에 효과가 클 수 있다.
실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖고, 100Hz 이하의 주파수를 가지며, 비동작 시간에 대한 동작 시간의 듀티비가 20% 내지 80%인 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 3dB 리덕션(로그 스케일) 이상이 달성되어 피사체의 살균력을 향상시킬 있다는 장점이 있다. 또한, 동일 전압 또는 전류에서 피사체의 살균력을 향상시킴으로써, 낮은 전압 또는 전류에서도 직류 전압 또는 전류에서 이루어지는 살균력 이상의 살균력을 가질 수 있다는 장점이 있다. 또한, 예시적으로 상기 가변 전압의 크기(Magnitude)가 10V 일 때의 살균력이 직류 전압 20V 일 때의 살균력과 유사할 경우, 상기 발광 소자에 인가하는 가변 전압의 크기(Magnitude)를 낮추어 낮은 가변 전압 또는 전류에서 갖는 살균력을 높은 직류 전압 또는 전류에서의 살균력과 유사하게 제작하여, 상기 발광 소자의 소비 전력을 낮출 수 있는 장점이 있다. 이러한 반도체 발광 소자는 균이나 바이러스가 포함된 피사체, 예컨대 식품이나 과일, 채소에 대한 살균에 효과가 클 수 있다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 UV 램프의 예열 특성 및 온도 특성을 보여준다.
도 2는 실시예의 살균 장치를 이용한 살균 처리 과정을 보여준다.
도 3은 개체수에 따른 로그 리덕션을 보여준다.
도 4는 종래의 UV 램프와 실시예의 반도체 발광 소자의 예열 특성 및 온도 특성을 보여준다.
도 5는 파장 및 도즈에 따른 로그 리덕션을 보여준다.
도 6a는 제1 실시예의 살균 장치의 평면도이다.
도 6b는 제1 실시에에 따른 살균 장치의 단면도이다.
도 7은 광 출력 파워 및 유속에 따른 로그 리덕션을 보여준다.
도 8은 바이러스에 대한 살균 처리 결과를 보여준다.
도 9는 제2 실시예의 살균 장치의 단면도이다.
도 10은 유속에 따른 로그 리덕션을 보여준다.
도 11은 제3 실시예의 살균 장치를 도시한다.
도 12는 교류 전압의 파형을 도시한다.
도 13은 펄스 전압의 파형을 도시한다.
도 14는 반도체 발광 소자에서 방출되는 가변 전압을 도시한다.
도 15는 실시예에서의 주파수에 따른 살균력을 보여준다.
도 16은 실시예에서의 듀티비에 따른 살균력을 보여준다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가?? 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “B 및(와) C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다. 그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속＇되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 각 구성 요소의 " 상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 2는 실시예의 살균 장치를 이용한 살균 처리 과정을 보여준다.
도 2에 도시한 바와 같이, 실시예의 살균 장치(10)로부터 방출된 광이 피사체(20)로 조사되어, 피사체(20)가 살균될 수 있다. 즉, 실시예의 살균 장치(10)의 광에 의해 피사체(20)에 존재하는 균이나 바이러스가 박멸될 수 있다. 여기서 균이라 함은 인체에 해로운 악성 균을 의미할 수 있다.
실시예의 살균 장치(10)는 피사체(20)에 따라 피사체(20)로부터 이격되어 배치되거나, 피사체(20)에 부착되거나 피사체(20)에 일시적으로 접촉될 수도 있다.
피사체(20)는 살균 처리가 필연적으로 요구되는 객체로서, 예컨대, 정수기, 상하수도 처리시설, 정화조, 오물 처리장, 식기 세척기, 균이나 바이러스에 노출되는 식품이나 신선 채소나 과일, 수도 꼭지, 청소기, 집, 사무실, 차량 등의 천장 등에 채택이 가능하다.
예컨대, 피사체(20)가 정수기인 경우, 실시예의 살균 장치(10)가 정수기의 일측에 장착될 수 있다. 이러한 경우, 실시예의 살균 장치(10)가 장착되는 지지프레임 또한 살균 장치(10)에 포함될 수 있다.
예컨대, 피사체(20)가 식품이거나 과일인 경우, 실시예의 살균 장치(10)가 식품이나 과일과 이격되어 배치될 수 있다. 예컨대, 실시예의 살균 장치(10)가 냉장고 내부의 일측에 배치되고, 냉장고 내부에 식품이나 과일이 보관되는 경우, 실시예의 살균 장치(10)는 식품이나 과일로부터 이격되어 배치될 수 있다. 이와 달리, 실시예의 살균 장치(10)가 식품이나 과일과 접촉되도록 배치될 수도 있다.
실시예의 살균 장치(10)는 반도체 발광 소자(100)를 포함할 수 있다. 실시예의 반도체 발광소자는 적어도 3dB 로그 리덕션(log reduction) 이상을 달성하도록 설계될 수 있다. 로그 리덕션은 균이나 바이러스의 박멸 정도를 나타내는 척도로서, 로그 리덕션이 커질수록 박멸 정도가 우수하다. 상기 로그 리덕션은 로그 스케일(log scale)을 의미하며, 선형 스케일 (Linear scale)로 변형할 경우, 1dB 로그 리덕션 차이는 10배와 같은 의미를 가질 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 3dB 로그 리덕션에서 균이나 바이러스 개체수의 99.9%가 박멸될 수 있다. 예컨대, 5dB 로그 리덕션에서는 균이나 바이러스 개체수의 99.999%가 박멸될 수 있다.
실시예의 살균 장치(10)는 3dB 로그 리덕션 이상을 달성하도록 설계되어, 완전 박멸이 가능하여 신뢰성을 확보할 수 있다.
실시예의 살균 장치(10), 즉 반도체 발광 소자(100)는 다양한 분야에 채택될 수 있다. 예컨대, 실시예의 살균 장치(10)에 포함되는 반도체 발광 소자(100)는 정수기, 상하수도 처리시설, 정화조, 오물 처리장, 식기 세척기, 균이나 바이러스에 노출되는 식품이나 신선 채소나 과일, 수도 꼭지, 청소기, 집, 사무실, 차량 등의 천장 등에 채택이 가능하다.
실시예의 반도체 발광 소자(100)는 도 4a에 도시한 바와 같이, 종래의 UV 램프와 달리 예열 시간이 필요 없어, 즉각적인 살균 처리가 가능하다.
또한, 실시예의 반도체 발광 소자(100)는 도 4b에 도시한 바와 같이, 종래의 UV 램프와 달리 온도에 따라 광 출력 파워의 변동이 크지 않으므로, 온도가 낮은 지역이나 온도가 높은 지역 모두에서 사용 가능하여, 응용 범용성이 확장될 수 있다.
이하에서, 3dB 로그 리덕션 이상의 살균 능력을 갖기 위한 실시예의 반도체 발광 소자(100)를 설명한다.
실시예의 반도체 발광 소자(100)는 자외선 광을 방출할 수 있다. 반도체 발광 소자(100)는 예컨대, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 자외선 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광 소자(100)는 예컨대, 대략 230nm 내지 대략 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출할 수 있다. 일반적으로 UV-C 파장 대역의 광을 방출하는 반도체 발광 소자가 적용될 수 있고, 본 실시예의 반도체 발광 소자(100)가 방출하는 광의 최대 세기는 260 nm 이상 내지 280 nm 이하일 수 있다. 피사체에 대한 살균력을 갖는 광의 파장은 280 nm 이하의 광의 파장에서 유리하지만, 제논 램프 또는 수은 램프가 갖는 250 nm 내지 260 nm의 광의 파장보다는 260 nm 내지 280 nm 의 광의 파장에서 살균력이 더 우수하다.
도 5에 도시한 바와 같이, 파장의 세기와 도즈(dose)의 크기에 따라 박멸 정도를 나타내는 로그 리덕션이 달라질 수 있다. 도 5는 예시적으로 쥐장티푸스균(Salmonella Typhimurium)를 바탕으로 실험된 결과값이다. 도즈는 단위면적당 광의 에너지를 나타내는 것으로서, 도즈의 크기가 크다는 것은 단위면적당 광의 에너지가 크다는 것을 의미할 수 있다.
일 예로서, 동일 도즈에서는 230nm 내지 대략 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광 중에서 파장이 작을수록 로그 리덕션이 커짐을 알 수 있다. 즉, 파장이 작을수록 보다 확실한 박멸이 가능하다. 예컨대, 0.5 도즈에서는 266nm, 270nm, 275nm 및 279nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광 모두에서 적어도 4.5dB 로그 리덕션이 달성될 수 있다.
다른 예로서, 동일 파장의 세기에서는 도즈의 크기가 클수록 로그 리덕션이 커질 수 있다. 예컨대, 279nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광에서는 0.5mJ/cm2의 도즈에서 4.61dB 로그 리덕션이 달성될 수 있다. 이로부터 실시예의 반도체 발광 소자(100)는 적어도 0.3 mJ/cm2의 도즈 이상으로 피사체(20)에 조사되는 경우, 적어도 3dB 로그 리덕션이 달성될 수 있다.
도 5에서 쥐장티푸스균(Salmonella Typhimurium)로 한정하여 실험되었지만, 실시예의 반도체 발광 소자(100)는 다양한 균이나 바이러스에 대해서 3dB 로그 리덕션 이상의 살균 능력을 가질 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자(100)는 적어도 100mW 이상의 광 출력 파워를 가질 수 있다. 이를 위해, 반도체 발광 소자(100)는 단일 반도체 소자를 포함하거나 또는 복수의 반도체 발광 소자(100A, 100B, 100C)로 구성될 수 있다. 예컨대, 반도체 발광 소자(100)는 2개의 반도체 발광 소자로 구성될 수 있다. 각 반도체 발광 소자는 75mW 이상의 광 출력 파워를 가질 수 있다.
실시예에 따르면, 피사체(20)가 유속을 갖는 유체가 흐르는 경우, 그 유체의 유속이나 피사체(20)의 직경이나 길이에 따라 반도체 발광 소자(100)에 요구되는 광 출력 파워는 달라질 수 있다. 유체의 유속이 빠르거나 피사체(20)의 직경이 커질수록 요구되는 광 출력 파워는 커질 수 있다.
이와 같이 유속을 갖는 유체가 흐르는 피사체(20)는 나중에 제1 및 제2 실시예에서 상세히 설명하기로 한다.
실시예에 따르면, 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 예열 시간 없이 즉각적인 살균이 가능하다.
실시예에 따르면, 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 온도에 영향을 받는 지역이나 장소에 관계없이 안정적인 살균이 가능하여 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따르면, 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 아르곤(Ar), 제논(Xe), 헬륨(He), 수은(Hg)과 같은 가스를 이용한 UV 램프에 비해 현저히 뛰어난 살균력을 가질 수 있다.
이하에서는 실시예의 살균 장치(10)의 적용예를 설명한다.
<제1 실시예>
제1 실시예에서 누락된 설명은 도 1과 관련된 개시 내용으로부터 용이하게 이해되거나 채택 가능하다.
도 6a는 제1 실시예의 살균 장치의 평면도이고, 도 6b는 제1 실시에에 따른 살균 장치의 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 실시예에 따른 살균 장치(10A)는 튜브(201)와 튜브(201)의 외부에 장착되는 복수의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)를 포함할 수 있다.
튜브(201)는 피사체(20)의 일부분으로서, 투광성 재질로 구비될 수 있다. 튜브(201)는 원통 형상을 가질 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 또한 상기 튜브(210)가 투광성 재질로 구비되는 경우, 그 두께에 대해서는 한정하지 않는다.
튜브(201)에는 유속을 갖는 유체가 흐를 수 있다. 유체는 물일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 튜브(201)는 유체가 안전하게 흐르게 하므로, 외부의 오염 물질로부터 유체를 보호해야 하고, 깨지지 않아야 하며, 유체를 지지할 수 있는 수지 재질, 금속 재질, 합금 재질 등으로 형성될 수 있다.
이와 같이 유체가 흐르는 튜브(201)는 예컨대, 정수기, 상하수도 처리시설, 정화조, 오물 처리장 등에 널리 사용될 수 있다. 따라서, 제1 실시예에에 따른 살균 장치(10A)는 이들 예시된 객체들에 채택될 수 있다.
복수의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)는 예컨대, 튜브(201)의 외측 둘레에 배치될 수 있다. 예컨대, 도 6a에 도시한 바와 같이, 위에서 보았을 때, 튜브(201)의 외측에 일정 간격을 두고 4개의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)가 장착될 수 있다. 다만, 이에 한정하지 않고, 반도체 발광 소자는 1개일 수 있고, 복수 개로 구비될 수 있다.
예컨대, 도 6b에 도시한 바와 같이, 튜브(201)의 길이 방향을 따라 튜브(201)의 외측에 장착될 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자길이(L)는 살균 처리에 대한 신뢰도를 위해 3dB 로그 리덕션이 달성될 수 있도록 설계할 수 있다.
이를 위해, 실시예의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)는 예컨대, 자외선 광을 방출할 수 있다. 실시예의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)는 예컨대, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 자외선 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)는 예컨대, 대략 230nm 내지 대략 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출할 수 있다.
한편, 적어도 3dB 로그 리덕션을 달성하기 위해 튜브(201)의 직경(D)이나 튜브(201) 내의 유체의 유속 등을 고려하여 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)의 광 출력 파워가 결정될 수 있다.
예컨대, 튜브(201) 내의 유체는 대략 1LPM(Litter Per Minute) 내지 대략 2LPM의 유속을 가질 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)에서 출력된 광이 상기 유체를 살균하기 위해 투광성 재질의 튜브에 상기 UV-C 광이 조사될 때, 상기 튜브의 표면에 조사되는 광의 도즈(dose)는 0.3mJ/cm2 이상일 수 있다. 이 때 상기 반도체 발광 소자와 상기 튜브 사이의 간격은 1m 이하일 수 있고, 상기 튜브와 상기 반도체 발광소자는 접촉할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자가 방출하는 광의 출력 크기는 적어도 100mW 이상일 수 있다. 예컨대, 단일 면적에 조사되는 반도체 발광 소자가 상기 0.3 도즈 이상을 충족하기 위해 복수 개의 반도체 발광 소자를 포함하는 경우, 복수의 반도체 발광 소자 각각에서 방출된 광의 출력 파워의 합은 100mW 이상일 수 있
도 7은 유속을 갖는 유체에 포함된 S. Typhimurium나 L. monocytogenes와 같은 식중독균에 대한 살균력 실험 결과값이다. 제1 실시예에 따른 살균 장치(10A)를 이용하여 실험하여 도 7에 도시된 실험 결과값이 얻어졌다.
도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 광 출력 파워가 클수록 로그 리덕션은 커질 수 있다. 예컨대, 2LPM의 유속에서도 200mW의 광 출력 파워를 갖는 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각에서 방출된 광에 의해 3.36dB 로그 리덕션이 달성됨을 알 수 있다. 예컨대, 1LPM의 유속에서는 150mW의 광 출력 파워를 갖는 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각에서 방출된 광에 의해 3.81dB 로그 리덕션이 달성됨을 알 수 있다. 예컨대, 1LPM의 유속에서는 100mW의 광 출력 파워를 갖는 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각에서 방출된 광에 의해 3.24dB 로그 리덕션이 달성됨을 알 수 있다.
이로부터, 튜브(201) 내의 유체가 1LPM 내지 2LPM의 유속을 가질 때, 적어도 3로그 리덕션을 달성하기 위해 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각에서 방출된 광의 출력 파워의 합이 적어도 100mW 이상일 수 있고, 이는 튜브(201) 표면에 조사되는 도즈(dose)가 0.3 도즈 이상일 때를 전제로 한다.
튜브(201)의 직경(D)은 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위를 고려하여 결정될 수 있다. 상기 튜브의 직경은 유체가 흐르는 공간의 직경을 의미할 수 있다. 또한, 살균 범위는 유체에 조사되는 광의 침투 깊이를 의미할 수 있다. 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위가 커지는 경우, 튜브(201)의 직경(D)이 커질 수 있다. 예컨대, 상기 튜브(201)의 표면에 조사되는 광의 도즈(dose)가 0.3 mJ/cm2 이하일 때, 상기 튜브는 침투 깊이를 고려하여 대략 5cm 내지 대략 10cm의 직경(D)을 가질 수 있다.
또한, 튜브(201) 내의 유속을 고려하여 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위가 결정될 수 있다. 튜브(201) 내의 유속이 빠를수록 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위가 줄어들 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위는 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각이 상기 튜브의 표면에 조사되는 도즈(dose)가 0.3 mJ/cm2 이하일 때, 5cm 이내일 수 있다. 따라서, 상기 0.3 도즈 이하의 반도체 발광 소자가 튜브의 단면적에서 단일 개로 배치되는 경우 상기 튜브의 직경은 5cm 이하일 수 있다.
튜브(201) 내의 모든 영역이 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위 내에 들어가도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D) 각각의 살균 범위와 더블어 반도체 발광 소자(101A, 101B, 101C, 101D)의 배치 위치를 고려하여 튜브(201)의 직경(D)이 결정될 수 있다.
일 예로서, 튜브(201)의 일측에만 반도체 발광 소자가 배치되는 경우, 반도체 발광 소자의 살균 범위는 튜브(201)의 직경(D)과 동일하도록 설계될 수 있다.
다른 예로서, 튜브(201)의 외측에 서로 마주보도록 제1 및 제2 반도체 발광 소자가 배치되는 경우, 제1 및 제2 반도체 발광 소자 각각의 살균 범위는 튜브(201)의 직경(D)의 반, 즉 튜브(201)의 반지름과 동일하도록 설계될 수 있다.
도 8은 바이러스에 대한 살균 처리 결과를 보여준다. 제1 실시예에 따른 살균 장치(10A)를 이용하여 실험하여 도 8에 도시된 실험 결과값이 얻어졌다. 도 8a는 MS2 바이러스에 대한 살균 처리 결과를 보여주고, 도 8b는 Qβ 바이러스에 대한 살균 처리 결과를 보여주며, 도 8c는 ΦX174 바이러스에 대한 살균 처리 결과를 보여준다.
도 8a 내지 도 8c에 도시한 바와 같이, 유속에 따라 달성되는 로그 리덕션이 상이함을 알 수 있다.
도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이, MS2 바이러스나 Qβ 바이러스는 3dB 로그 리덕션이 달성되지 않고 있다.
도 8c에 도시한 바와 같이, ΦX174 바이러스에 대해서는 1LPM이나 3LPM에서 5dB 로그 리덕션 이상이 달성될 수 있다.
이로부터, 바이러스 종류에 따라 상이한 로그 리덕션이 달성될 수 있음을 알 수 있다.
<제2 실시예>
도 9는 제2 실시예의 살균 장치의 단면도이다.
제2 실시예에서 누락된 설명은 도 1과 관련된 개시 내용이나 도 6a 및 도 6b와 관련된 개시 내용으로부터 용이하게 이해되거나 채택 가능하다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 살균 장치(10B)는 튜브(211, 215, 215)와 튜브(211, 215, 215)의 외부에 장착되는 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)를 포함할 수 있다.
튜브는 제1 튜브(211), 제1 튜브(211)의 제1 측에 연결되는 제2 튜브(213) 및 제1 튜브(211)의 제2 측에 연결되는 제3 튜브(215)를 포함할 수 있다.
제1 튜브(211)는 몸체 튜브이고, 제2 튜브(213)는 인입 튜브이며, 제3 튜브(215)는 인출 튜브일 수 있다. 예컨대, 유체가 제2 튜브(213)를 통해 제1 튜브(211)로 인입되고, 제1 튜브(211)에서 흐른 후, 제3 튜브(215)를 통해 인출될 수 있다.
제1 내지 제3 튜브(211, 215, 215) 각각은 원통 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
예컨대, 제2 튜브(213)와 제3 튜브(215) 모두 제1 튜브(211)의 상측에 연결될 수 있다. 이와 달리, 제2 튜브(213) 및 제3 튜브(215) 중 하나는 제1 튜브(211)의 하측에 연결될 수도 있다.
제1 튜브(211)는 서로 마주보는 제1 측면과 제2 측면을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 발광 소자(103A)는 제1 튜브(211)의 제1 측면 상에 장착되고, 제2 반도체 발광 소자(103B)는 제1 튜브(211)의 제2 측면 상에 장착될 수 있다. 예컨대, 제1 튜브(211)의 제1 측면에서 제1 튜브(211)의 제2 측면을 향해 유체가 흐를 수 있다. 따라서, 제1 반도체 발광 소자(103A)에서 방출된 광은 유체의 흐름 방향으로 조사되고, 제2 반도체 발광 소자(103B)에서 방출된 광은 유체의 흐름에 반대 방향으로 조사될 수 있다.
제1 반도체 발광 소자(103A)는 하나 이상의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다. 제2 반도체 발광 소자(103B)는 하나 이상의 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 제2 튜브(213) 및/또는 제3 튜브(215)의 외측 둘레에 적어도 하나의 반도체 발광 소자가 장착될 수도 있다.
도시되지 안았지만, 제1 튜브(211)의 제1 및 제2 측면을 제외한 나머지 외측 둘레에 적어도 하나 이상의 반도체 발광 소자가 장착될 수 있다.
실시예의 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)는 살균 처리에 대한 신뢰성을 확보하기 위해 3dB 로그 리덕션이 달성되어야 한다.
이를 위해, 실시예의 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)는 예컨대, 자외선 광을 방출할 수 있다. 실시예의 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)는 예컨대, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 자외선 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)는 예컨대, 대략 230nm 내지 대략 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출할 수 있다.
한편, 적어도 3dB 로그 리덕션을 달성하기 위해 제1 튜브(211)의 길이(L)나 튜브 내의 유체의 유속 등을 고려하여 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)의 광 출력 파워가 결정될 수 있다.
예컨대, 튜브 내의 유체는 대략 1LPM(Litter Per Minute) 내지 대략 2LPM의 유속을 가질 수 있다.
실시예의 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)는 적어도 100mW 이상의 광 출력 파워를 가질 수 있다.
도 10은 유속에 따른 로그 리덕션을 보여준다. 도 10은 대장균(E.coli O157:H7), 식중독균(S.Typhimurium), 리스테리아균(Listeria monocytogenes), 포토상규균(Staphylococcus aureus)를 바탕으로 실험된 결과값이다. 제2 실시예에 따른 살균 장치(10B)를 이용하여 실험하여 도 10에 도시된 실험 결과값이 얻어졌다. 도 10에 도시된 결과값을 얻기 위해 75mW의 광 출력 파워를 갖는 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)가 사용되었다.
도 10에 도시한 바와 같이, 유속이 낮을수록 로그 리덕션이 커짐을 알 수 있다.
동일 유속에서는 식중독균(S.Typhimurium), 리스테리아균(Listeria monocytogenes), 포토상규균(Staphylococcus aureus) 보다 대장균(E.coli O157:H7)에 대한 로그 리덕션이 훨씬 크다. 이로부터 다른 균에 비해 대장균(E.coli O157:H7)의 박멸이 보다 용이함을 알 수 있다.
제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)의 개수, 배치 위치, 광 출력 파워, 피크 파장대역의 최적화를 통해 로그 리덕션이 더욱 더 커질 수 있다.
제1 튜브(211)의 길이(L)은 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B) 각각의 살균 범위를 고려하여 결정될 수 있다. 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B) 각각의 살균 범위가 커지는 경우, 제1 튜브(211)의 길이(L)이 커질 수 있다. 예컨대, 제1 튜브(211)는 대략 5cm 내지 대략 10cm의 길이(L)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 튜브(211) 내의 유속을 고려하여 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B) 각각의 살균 범위가 결정될 수 있다. 제1 튜브(211) 내의 유속이 빠를수록 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B) 각각의 살균 범위가 줄어들 수 있다.
실시예의 제1 반도체 발광 소자(103A)의 살균 범위는 제1 반도체 발광 소자(103A)로부터 5cm 이내일 수 있다. 실시예의 제2 반도체 발광 소자(10B)의 살균 범위는 제2 반도체 발광 소자(103B)로부터 5cm 이내일 수 있다.
제1 튜브(211) 내의 모든 영역이 제1 및/또는 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)의 살균 범위 내에 들어가도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 제1 및/또는 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)의 살균 범위와 더블어 제1 및/또는 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B)의 배치 위치를 고려하여 제1 튜브(211)의 길이(L)이 결정될 수 있다.
일 예로서, 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B) 중 하나의 반도체 발광 소자만 제1 튜브(211)의 일측에 배치되는 경우, 튜브의 일측에 배치된 반도체 발광 소자의 살균 범위는 제1 튜브(211)의 길이(L)과 동일하도록 설계될 수 있다.
다른 예로서, 제1 튜브(211)의 제1 측면에 제1 반도체 발광 소자(103A)가 배치되고 제1 튜브(211)의 제2 측면에 제2 반도체 발광 소자(103B)가 배치되는 경우, 제1 및 제2 반도체 발광 소자(103A, 103B) 각각의 살균 범위는 제1 튜브(211)의 길이(L)의 반과 동일하도록 설계될 수 있다.
제1 및 제2 실시예에 따르면, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖고 100mW 이상의 광 출력 파워를 갖는 광을 방출하는 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 3dB 로그 리덕션 이상이 달성되어 제품에 대한 신뢰성을 향상시킬 있다. 이러한 반도체 발광 소자는 유속을 갖는 유체의 살균에 효과가 클 수 있다.
<제3 실시예>
도 11은 제3 실시예의 살균 장치를 도시한다.
제3 실시예에서 누락된 설명은 도 1과 관련된 개시 내용으로부터 용이하게 이해되거나 채택 가능하다.
도 11을 참조하면, 제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)는 가변 전압 생성부(110)와 반도체 발광 소자(100)를 포함할 수 있다.
제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)의 반도체 발광 소자(100)는 피사체(20)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 살균 장치(10C)의 반도체 발광 소자(100)는 피사체(20)에 접촉되어 배치될 수 있다.
제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)는 고정될 수도 있고, 이동이 가능할 수도 있다.
제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)가 고정되는 경우, 피사체(20)가 살균 처리를 위해 살균 장치(10C)의 살균 범위 이내로 근접하도록 이동될 수 있다. 상기 살균 범위는 상술된 제1 및 제2 실시 예의 살균 범위와 다른 살균 범위를 의미할 수 있고, 같은 살균 범위를 의미할 수 있다.
제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)가 이동 가능한 경우, 제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)가 살균 처리를 위해 살균 장치(10C)의 살균 범위 이내가 되도록 피사체(20)로 접근시킬 수 있다.
가변 전압 생성부(110)는 가변 전압을 생성할 수 있다. 여기서, 전압으로 설명하지만, 이에 한정하지 않고 전류를 의미할 수 있고, 전력을 의미할 수 있다.
일 예로서, 가변 전압은 도 12에 도시한 바와 같이, 교류 전압일 수 있다.
가변 전압은 전압 소스(미도시)로부터 공급된 교류 전압이 그대로 가변 전압으로 사용될 수 있고, 펄스 파형을 갖는 전압이 사용될 수 있다.
또는 가변 전압이 교류 전압(제1 교류 전압)인 경우, 전압 소스로부터 공급된 교류 전압이 변조된 새로운 교류 전압(제2 교류 전압)이 가변 전압으로 사용될 수 있다.
주파수와 진폭에 있어서, 제1 교류 전압과 제2 교류 전압은 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 교류 전압은 60Hz의 주파수를 가지고, 220V의 진폭을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 교류 전압은 60Hz의 주파수와 상이한 주파수를 가지고, 제1 교류 전압의 진폭보다 작은 진폭을 가질 수 있다. 예컨대, 제2 교류 전압의 진폭은 3V 내지 10V의 범위에서 반도체 발광 소자(100)의 사양에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 제2 교류 전압의 주파수는 10Hz 내지 500Hz일 수 있다. 예컨대, 제2 교류 전압의 주파수는 10Hz 내지 100Hz일 수 있다. 예컨대, 제2 교류 전압의 주파수는 10Hz 내지 60Hz일 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 가변 전압은 접지를 기준으로 동작 전압보다 큰 양전압 영역과 동작 전압보다 작은 음전압 영역을 포함할 수 있다. 양전압 영역의 폭과 음전압 영역의 폭에 의해 단위 주기(T1)가 구성될 수 있다. 동작 전압은 예컨대 0V일 수 있다. 양전압 영역의 폭은 제1 구간(T11)으로 정의되고, 음전압 영역의 폭은 제2 구간(T12)으로 정의될 수 있다.
제1 구간(T11)은 t0와 t1 사이의 시간인 제1 시간, t1과 t2사이의 시간인 제2 시간 및 t2와 t3 사이의 시간인 제3 시간을 포함할 수 있다. 제2 구간(T12)은 t3와 t4 사이의 시간인 제4 시간과 동일할 수 있다.
t0 시점에서의 가변 전압은 동작 전압으로 정의되고, t1 시점 및 t2 시점 각각의 가변 전압은 구동 전압으로 정의될 수 있다. 구동 전압은 반도체 발광 소자(100)의 문턱 전압(TH)과 동일할 수 있다. 예컨대, 반도체 발광 소자의 문턱 전압(TH)는 1V일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 동작 전압은 반도체 발광 소자(100)가 동작하기 시작하는 전압으로서, 동작 전압이거나 이보다 큰 전압일 수 있다. 구동 전압은 반도체 발광 소자(100)로부터 광이 방출되기 위한 전압일 수 있다. 가변 전압은 제1 시간(t0~t1) 동안 동작 전압으로부터 구동 전압으로 증가되는 제1 전압을 포함할 수 있다. 제1 전압은 동작 전압보다 크고 구동 전압보다 작을 수 있다. 제1 시간(t0~t1) 동안 인가되는 가변 전압의 제1 전압에 의해 반도체 발광 소자(100)이 동작되지만 광이 방출되지는 않는다.
가변 전압은 제2 시간(t1~t2) 동안 구동 전압으로부터 제1 피크 전압으로 증가되고 다시 구동 전압으로 감소되는 제2 전압을 포함할 수 있다. 제2 전압은 구동 전압보다 크고 제1 피크 전압보다 작을 수 있다. 제2 시간(t1~t2) 동안 인가되는 가변 전압의 제2 전압에 의해 반도체 발광 소자(100)로부터 광이 방출될 수 있다.
가변 전압은 제3 시간(t2~t3) 동안 구동 전압부터 동작 전압으로 감소되는 제3 전압을 포함할 수 있다. 제3 전압은 구동 전압보다 작고 동작 전압보다 클 수 있다. 제3 시간(t2~t3) 동안 인가되는 가변 전압의 제3 전압에 의해 반도체 발광 소자(100은 광이 방출되지 않는다.
가변 전압은 제4 시간(t3~t4) 동안 동작 전압부터 제2 피크 전압으로 감소되고 다시 동작 전압으로 증가되는 제4 전압을 포함할 수 있다. 제2 피크 전압은 동작 전압을 기준으로 제1 피크 전압과 대칭되는 전압일 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 즉, 동작 전압과 제1 피크 전압 사이의 제1 전압 차와 동작 전압과 제2 피크 전압 사이의 전압 차는 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 제2 피크 전압은 동작 전압을 기준으로 제1 피크 전압과 반대 극성을 갖는 전압일 수 있다. 제4 시간(t3~t4) 동안 인가되는 가변 전압의 제4 전압에 의해 반도체 발광 소자(100)은 광이 방출되지 않고 동작도 되지 않는다.
다른 예로서, 가변 전압은 도 13에 도시한 바와 같이, 펄스 전압일 수 있다. 펄스 전압은 사다리꼴 형상을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 펄스 전압은 동작 전압보다 큰 양전압 영역과 동작 전압보다 작은 음전압 영역을 포함할 수 있다. 양전압 영역과 음전압 영역에 의해 단위 주기가 구성될 수 있다. 도 13 또한 도 12와 마찬가지로, 가변 전압에 동작 전압 및 구동 전압 각각이 정의되어 단위 주기로 가변 전압이 반도체 발광 소자(100)로 인가될 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자(100)는 도 2에 도시된 반도체 발광 소자(100)일 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자(100)는 자외선 광을 방출할 수 있다. 반도체 발광 소자(100)는 예컨대, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖는 자외선 광을 방출할 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광 소자(100)는 예컨대, 대략 230nm 내지 대략 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출할 수 있다.
실시예의 반도체 발광 소자(100)는 가변 전압 생성부(110)로부터 공급된 가변 전압에 따라 광이 발광될 수 있다.
도 12에 도시된 가변 전압이 반도체 발광 소자(100)에 인가될 있다. 가변 전압은 제1 내지 제4 시간(t0~t4)으로 구분되어 제1 내지 제4 전압으로 인가될 수 있다.
동작 전압으로부터 구동 전압으로 증가되는 제1 시간(t0~t1) 동안 인가되는 가변 전압의 제1 전압에 응답하여 반도체 발광 소자(100)은 동작되지만 광이 방출되지는 않는다.
구동 전압으로부터 피크 전압으로 증가되고 다시 구동 전압으로 감소되는 제2 시간(t1~t2) 동안 인가되는 가변 전압의 제2 전압에 응답하여 반도체 발광 소자(100)은 광을 방출할 수 있다.
구동 전압부터 동작 전압으로 감소되는 제3 시간(t2~t3) 동안 인가되는 제3 전압에 응답하여 반도체 발광 소자(100)은 광을 방출하지 않는다.
동작 전압부터 피크 전압으로 감소되고 다시 동작 전압으로 증가되는 제4 시간(t3~t4) 동안 인가되는 가변 전압의 제4 전압에 응답하여 반도체 발광 소자(100)는 광을 방출하지 않고 동작도 되지 않는다. 따라서, 도 12나 도 13에 도시된 가변 전압이 반도체 발광 소자(100)에 인가되는 경우, 반도체 발광 소자(100)은 도 14에 도시된 바와 같은 가변 전압을 방출시킬 수 있다.
도 14는 반도체 발광 소자에서 방출되는 가변 전압을 도시한다.
도 14에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(100)는 동작 시간(T21) 동안 발광되고, 비동작 시간(T22) 동안 발광되지 않는다. 동작 시간(T21)과 비동작 시간(T22)에 의해 주기(T2)가 정의될 수 있다.
동작 시간(T21)은 도 12에 도시된 제2 시간(t1~t2)에 대응되는 구간으로서, 가변 전압의 제2 전압이 인가되는 구간일 수 있다..
비동작 시간(T22)은 도 12에 도시된 제1 시간(t0~t1), 제3 시간(t2~t3) 및 제4 시간(t3~r4)에 대응되는 구간으로서, 가변 전압의 제1 전압, 제3 전압 및 제4 전압이 인가되는 구간일 수 있다.
동작 시간(T21) 동안 반도체 발광 소자(100)가 발광되고, 비동작 시간(T22) 동안 반도체 발광 소자(100)가 발광되지 않는다.
비동작 시간(T22)과 동작 시간(T21)의 듀티비는 대략 20% 내지 대략 80%일 수 있다. 이는 한 주기(T2)의 제1 시간(T21) 동안 반도체 발광 소자(100)가 발광되고, 한 주기(T2)의 제2 시간(T22) 동안 반도체 발광 소자(100)가 발광되지 않음을 의미할 수 있다.
따라서, 한 주기(T2)가 고정된 경우, 동작 시간(T21)이 커질수록 비동작 시간(T22)은 작아질 수 있다.
한편, 반도체 발광 소자(100)의 발광 주기(T2)와 가변 전압의 주기는 동일할 수 있다. 반도체 발광 소자(100)의 동작 시간(T21)은 가변 전압의 양전압 영역보다 작고, 반도체 발광 소자(100)의 비동작 시간(T22)은 가변 전압의 음전압 영역보다 클 수 있다. 따라서, 비동작 시간(T22)과 동작 시간(T21)의 듀티비가 커지도록 하기 위해서는 도 12 및 도 13에서 양전압 영역의 시간 폭, 구체적으로 반도체 발광 소자(100)의 구동 전압 이상의 전압의 시간 폭이 커지도록 가변 전압이 생성될 수 있다.
이상에서는 반도체 발과 소자에서 방출되는 가변 전압이 방출되도록 가변 전압 생성부(110)가 구비될 수 있었다.
이와 달리, 도시되지 안았지만, 제3 실시예에 따른 살균 장치(10C)는 반도체 발광 소자(100) 전단에 광을 선택적으로 투과시키는 광 선택기(light selector)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우, 반도체 발광 소자(100)는 상술한 바와 같인 가변 전압이 아닌 지속 광(continuous light)을 방출할 수 있다. 즉, 반도체 발광 소자(100)는 살균 처리시 항상 지속적으로 광이 방출될 수 있다.
광 선택기는 반도체 발광 소자(100)에서 방출된 지속 광을 선택적으로 투과시켜 가변 전압을 생성할 수 있다. 따라서, 광 선택기에 의해 생성된 가변 전압이 피사체(20)로 조사될 수 있다.
따라서, 가변 전압이 방출되도록 하기 위해 앞서 설명한 가변 전압 생성부(110) 대신에 광 선택기가 사용될 수 있다. 가변 전압 생성부(110)는 회로적으로 구성될 수 있고, 광 선택기는 물리적으로 구성될 수 있다. 광 선택기는 예컨대, 축을 중심으로 회전하는 적어도 2개 이상의 날개가 구비될 수 있다. 반도체 발광 소자(100)와 동일 축 상에 날개가 위치될 때에는 반도체 발광 소자(100)의 광이 투과되지 못한다. 반도체 발광 소자(100)와 동일한 축 상에 날개 사이의 영역이 위치될 때에는 반도체 발광 소자(100)의 광이 투과될 수 있다. 반도체 발광 소자(100)의 광이 투과되는 시간은 인접하는 날개 사이의 간격에 의해 결정될 수 있다. 반도체 발광 소자(100)의 광이 차단되는 시간은 날개의 면적(또는 폭)에 의해 결정될 수 있다.
한편, 상기 소자는 단일 개의 발광 소자가 가변 전압에 의해 동작하여 피사체를 살균할 수 있다. 도 15(a) 내지 도 15(c)에 도시한 바와 같이, 종래에 비해 비교예1 내지 비교예5에서 살균력이 더욱 더 향상됨을 알 수 있다. 도 15(a) 내지 도 15(c)는 가변 전압의 주파수에 대한 실시 예의 비교된 결과이고, 펄스의 듀티비에 대한 결과를 포함한다.
도 15(a)는 병원균성 대장균(E.coli 0157)에 대한 살균력을 보여주는 도면이고, 도 15(b)는 살모넬라균(S.　typhimurium)에 대한 살균력을 보여주는 도면이며, 도 15(c)는 리스테리아균(L. monocytogenes)에 대한 살균력을 보여준다.
종래는 연속적인 신호에 의해 반도체 발광 소자에서 생성된 광에 의한 살균력을 보여준다. 비교예1 내지 비교예5는 제1 실시예에 따른 비연속적인 전압, 즉 가변 전압에 의해 반도체 발광 소자(100)에서 생성된 광에 의해 살균력을 보여준다. 가변 전압의 주파수는 비교예1에서 비교예5로 갈수록 작아진다.
병원균성 대장균(E.coli 0157)(도 3(a)), 살모넬라균(S.　typhimurium)(도 3(b)) 및 리스테리아균(L. monocytogenes)(도 3(c)) 각각에 대해 종래에 비해 비교예1 내지 비교예5에서 더 우수한 살균력이 가능함을 알 수 있다.
또한, 가변 전압의 주파수가 낮아질수록 더 우수한 살균력이 가능함을 알 수 있다. 상술한 바와 같이, 제13 실시예에 의한 가변 전압의 주파수는 대략 10Hz 내지 대략 500Hz에서 살균력이 직류 전압에서 구동되는 발광 소자의 살균력보다 좋다. 또한, 10Hz 내지 100Hz 이하일 경우의 살균력은 더 개선될 수 있다.
제3 실시예에 따르면, 280nm 이하의 파장에서 최대 세기를 갖고, 100Hz 이하의 주파수를 가지며, 비동작 시간(T22)과 동작 시간(T21)의 듀티비가 20% 내지 80%인 반도체 발광 소자를 이용함으로써, 로그 리덕션 이상이 달성되어 제품에 대한 살균력의 신뢰도를 향상시킬 있다. 이러한 반도체 발광 소자는 균이나 바이러스가 포함된 피사체, 예컨대 식품이나 과일, 채소에 대한 살균에 효과가 클 수 있다.
도 16은 실시예에서의 듀티비에 따른 살균력을 보여준다. 도 16에서 병원균성 대장균(E.coli 0157), 살모넬라균(S.　typhimurium) 및 리스테리아균(L. monocytogenes) 각각에 대해 듀티비에 따른 살균력을 보여준다.
병원균성 대장균(E.coli 0157), 살모넬라균(S.　typhimurium) 및 리스테리아균(L. monocytogenes) 각각에 대해 듀티비가 클수록 로그 리덕션이 커져 살균력도 향상될 수 있다.
도 15 및 도 16에서의 실험은 병원균성 대장균(E.coli 0157), 살모넬라균(S.　typhimurium) 및 리스테리아균(L. monocytogenes)에 대해 진행되었지만, 이 이외의 다양한 균이나 바이러스에 대해서도 뛰어난 살균력을 가질 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 제4 실시예에 따르면, 제1 또는 제2 실시예(유체 살균)과 제3 실시예(펄스 살균)이 결합될 수도 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.
10, 10A, 10B, 10C: 살균 장치
20: 피사체
100, 100A, 100B, 100C, 101A, 101B, 101C, 101D, 103A, 103B: 반도체 발광 소자
110: 가변 전압 생성부
201, 211, 213, 215: 튜브

Claims (13)

  1. 피사체를 살균시키기 위한 살균 장치에 있어서,
    상기 피사체에 조사될 광을 방출시키는 반도체 발광 소자; 및
    상기 반도체 발광 소자에 인가되는 가변 전압을 생성하는 가변 전압 생성부;
    를 포함하고,
    상기 반도체 발광 소자는 230nm 내지 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출시키고,
    상기 가변 전압은 100Hz 이하의 주파수 및 소정 주기를 가지며,
    상기 가변 전압의 소정 주기는 상기 반도체 발광 소자의 구동 전압보다 작은 전압이 인가되는 비동작 시간과 상기 반도체 발광 소자의 구동 전압보다 큰 전압이 인가되는 동작 시간을 포함하고,
    상기 비동작 시간과 상기 동작 시간의 듀티비는 20% 내지 80%인 살균 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 10 Hz 이상의 주파수에서 동작하는 살균 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 상기 피사체로부터 이격되어 배치되는 살균 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 상기 피사체에 접촉되어 배치되는 살균 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가변 전압은 펄스 전압 또는 교류 전압인 살균 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광이 상기 피사체 표면에 조사되는 광의 도즈(Dose)는 적어도 0.3mJ/cm2 이상인 살균 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 260nm 내지 280nm의 파장에서 최대 세기를 갖는 광을 방출하는 살균 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자가 1LPM 내지 2LPM의 유속을 갖는 유체에 조사할 때, 상기 반도체 발광 소자로부터 출력되는 광은 100mW 이상인 살균 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자의 살균 범위는 상기 피사체의 표면으로부터 5cm 이내인 살균 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유속을 갖는 유체는 투광성 튜브 내에서 흐르고,
    상기 반도체 발광 소자는 상기 투광성 튜브의 일측에 배치되고,
    상기 반도체 발광 소자의 살균 범위는 상기 투광성 튜브의 직경과 동일한 살균 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 상기 투광성 튜브의 외측에 서로 마주보도록 배치되고,
    상기 반도체 발광 소자의 살균 범위는 상기 투광성 튜브의 반지름과 동일한 살균 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유체가 수평으로 흐르도록 상기 피사체가 배치되면, 상기 반도체 발광 소자는 상기 피사체의 둘레에 배치되는 살균 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유체가 일측으로 인입되어 수평으로 흐른 후 타측으로 인출되도록 상기 피사체가 배치되면, 상기 발광 소자는 상기 유체가 수평으로 흐르는 피사체의 양측에 서로 마주보도록 배치되는 살균 장치.
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