KR102632871B1 - High Efficiency UV Sterilization Device Using Reflector - Google Patents
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Abstract
UV LED가 있고,
UV LED로부터 전달받은 UV를 반사시키는 반사체;
로 구성되고,
상기 반사체는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향인 반사체의 길이방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸는 형상을 가지고,
상기 UV LED는 반사체의 외부에 있고, UV LED의 광축이 반사체의 길이 방향과 수직에 가깝도록 구성되는 것을 특징으로 한다.There is a UV LED,
A reflector that reflects UV transmitted from the UV LED;
It consists of,
The reflector has a tubular shape and has a shape that surrounds the fluid on a cross-section perpendicular to the longitudinal direction of the reflector, which is the direction in which the fluid flows,
The UV LED is located outside the reflector, and the optical axis of the UV LED is configured to be close to perpendicular to the longitudinal direction of the reflector.
Description
본 발명은 UV를 이용해 바이러스, 균 등을 소독하는 UV 살균 소독 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 UV의 반사를 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 using reflection of UV.
UV는 파장 범위 약 10~400nm인 빛으로서, 바이러스나 균의 DNA와 RNA를 손상시켜 비활성화 시킬 수 있으므로 살균 소독에 가장 효과적이다.
또한, 화학적 살균 소독제에 비해 비교적 안전하며 비용도 적게 든다. 그러나 화학적 살균 소독제를 대체할 만큼의 강력한 살균력을 발휘하려면 UV 에너지가 매우 커야 한다. 이를 위해서는 높은 소비전력이 요구되고 제품의 크기가 커지게 되는 문제점이 있다. UV is a light with a wavelength range of about 10 to 400 nm, and is the most effective for sterilization and disinfection because it can damage the DNA and RNA of viruses or bacteria and inactivate them.
Additionally, it is relatively safer and less expensive than chemical disinfectants. However, UV energy must be very large to exert a sterilizing power strong enough to replace chemical disinfectants. This has the problem of requiring high power consumption and increasing the size of the product.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 반사체를 이용해 낮은 소비전력으로 높은 UV 에너지를 제공하여, 작은 크기에서도 높은 살균력을 달성하는데 그 목적이 있다. The purpose of the present invention is to provide high UV energy with low power consumption using a reflector to solve the above problems, thereby achieving high sterilizing power even in a small size.
UV LED가 있고,There is a UV LED,
UV LED로부터 전달받은 UV를 반사시키는 반사체;A reflector that reflects UV transmitted from the UV LED;
로 구성되고, It consists of,
상기 반사체는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향인 반사체의 길이방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸는 형상을 가지고, The reflector has a tubular shape and has a shape that surrounds the fluid on a cross-section perpendicular to the longitudinal direction of the reflector, which is the direction in which the fluid flows,
상기 UV LED는 반사체의 외부에 있고, UV LED의 광축이 반사체의 길이 방향과 수직에 가깝도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The UV LED is located outside the reflector, and the optical axis of the UV LED is configured to be close to perpendicular to the longitudinal direction of the reflector.
또한, UV 광축선상에서 반사체 폭을 D1,In addition, the reflector width on the UV optical axis is D1,
유체입구 및 출구에서의 UV 광축과 평행한 방향으로의 반사체 폭을 D2라고 할 때,When the reflector width in the direction parallel to the UV optical axis at the fluid inlet and outlet is D2,
상기 반사체는 D1>D2인 특징으로 한다.The reflector is characterized by D1>D2.
또한, UV LED와 반사체 사이에 위치하여, UV LED로부터 전달된 UV를 집광시켜 반사체로 전달하는 광학계를 더 포함하고;In addition, it is located between the UV LED and the reflector, and further includes an optical system that condenses the UV transmitted from the UV LED and transmits it to the reflector;
상기 광학계는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 또는 리플렉터로 구성되는 것을 특징으로 한다.The optical system is characterized by being composed of a lens or reflector having positive refractive power.
제품의 크기가 작아 제작이 용이하여 다양한 어플리케이션에 적용할 수 있으며, 낮은 소비전력으로 높은 UV 에너지를 제공하기 때문에 에너지 절감의 효과와 살균력이 증대되는 효과를 발생시킨다. The small size of the product makes it easy to manufacture, making it applicable to a variety of applications. It provides high UV energy with low power consumption, resulting in energy savings and increased sterilizing power.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 유체가 통과하는 통로의 단면을 보인 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향에서의 단면을 보인 것이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향에서의 단면을 보인 것이다.
도 3a는 UV LED에 반사체가 있는 경우의 UV 에너지를 도시화 한 것이다.
도 3b는 UV LED만 있는 경우의 UV 에너지를 도시화 한 것이다.
도 3c는 UV LED에 반사체가 있는 경우의 UV 에너지를 도시화 한 것이다.
도 4는 UV의 반사에 대해 보인 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로, UV LED에 광학계와 반사체가 있는 경우의 UV 에너지를 도시화 한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것이다.
도 7은 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 when there is a reflector in the UV LED.
Figure 3b shows the UV energy when there is only UV LED.
Figure 3c shows the UV energy when there is a reflector in the UV LED.
Figure 4 shows the reflection of UV.
Figure 5 shows a modification according to an embodiment of the present invention, and illustrates UV energy when a UV LED has an optical system and a reflector.
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.
도 1은 유체(fluid)가 통과하는 통로의 단면을 보인 것으로, UV LED(100)와 반사체(200)로 구성된다. 반사체(200)의 외부에 위치한 UV LED(100)의 광축을 반사체(200) 내부에서 흐르는 유체의 방향에 수직한 방향으로 위치시키고, UV LED(100)에서 방출된 UV는 반사체(200)에 전달된다. 반사체(200)는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸고 하방에 위치한 유체입구와 상방에 위치한 유체출구방향으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상이다.Figure 1 shows a cross-section of a passage through which fluid passes, and is composed of a UV LED (100) and a reflector (200). The optical axis of the UV LED (100) located outside the reflector (200) is positioned perpendicular to the direction of the fluid flowing inside the reflector (200), and the UV emitted from the UV LED (100) is transmitted to the reflector (200). do. The reflector 200 has a tubular shape, surrounds the fluid on a cross-section perpendicular to the direction in which the fluid flows, and has a shape whose width becomes narrower toward the fluid inlet located below and the fluid outlet located above.
또한, UV LED(100)로부터 투사된 UV가 반사체(200)의 내부로 유입되도록, 부분적으로 투명하거나 구멍이 뚫린 투과창이 형성되어 있어, UV를 반사체(200) 내부에서 반사 시킨다.In addition, a partially transparent or perforated transmission window is formed so that the UV projected from the UV LED 100 flows into the interior of the reflector 200, thereby reflecting the UV inside the reflector 200.
도 2a, 도 2b는 유체가 흐르는 방향에 수직한 방향에서의 단면을 보인 것으로, 도 2a에서처럼 반사체(200)의 단면이 다각형으로 구성될 수 있고, 도 2b에서처럼 단면이 원형일 수도 있다. FIGS. 2A and 2B show cross-sections in a direction perpendicular to the direction in which fluid flows. The cross-section of the reflector 200 may be polygonal as shown in FIG. 2A, or may have a circular cross-section as shown in FIG. 2B.
그리고 반사체(200)는 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, the reflector 200 may have a dielectric coating or be made of materials such as ALZAK treated or deposited aluminum, plated aluminum, or polished stainless steel.
도 3a 내지 도 3c는 본원 발명과 종래 기술의 각 조건에 따른 UV 에너지를 도시화 한 것이다. Figures 3a to 3c illustrate UV energy according to each condition of the present invention and the prior art.
설명의 편의를 위해, 유체가 흐르는 방향으로 길이 h인 공간을 살균한다고 하고, UV 광축선상의 반사체(200) 폭을 D1, 유체입구 및 출구에서의 UV 광축과 평행한 방향에서의 반사체(200) 폭을 D2, UV LED(100)에서 출발한 광선 한 개 (혹은 국소 영역에 모여있는 광선 묶음)가 상기 반사체(200) 내부로 유입된 직후부터 첫 반사가 일어나는 동안 혹은 어느 반사 시점부터 그 다음 반사가 일어나는 동안 방출되는 근사된 에너지를 E, 반사체(200)의 반사율을 r이라고 하면,For convenience of explanation, it is assumed that a space with a length h in the direction in which the fluid flows is sterilized, the width of the reflector 200 on the UV optical axis is D1, and the reflector 200 in the direction parallel to the UV optical axis at the fluid inlet and outlet is sterilized. The width is D2, and the first reflection occurs immediately after a single ray (or a bundle of rays gathered in a local area) from the UV LED 100 flows into the reflector 200, or the next reflection occurs from a certain point of reflection. If the approximate energy emitted while occurring is E and the reflectivity of the reflector 200 is r,
도 3a와 같이 UV LED(100)에 D1>D2인 특징을 가지는 살균 공간을 감싸는 반사체(200)가 있게 되면, UV LED(100)에서 방출된 UV 광선은 반사체(200)에서 여러 번 반사되면서 상방으로 진행되다가 어느 지점에서 하방으로 방향을 바꾸어 반사가 진행된 후, UV 광축 아래에 위치한 반사체(200)에서 다시 여러 번 반사가 되면, UV 광선은 상방으로 방향을 또다시 바꾸며, 이러한 과정을 h공간 내에서 반복하여 무한번 반사가 일어난다. 여기서 h공간이 광축기준으로 상하 비대칭인 이유는 용이한 설명을 위해 상방으로 투사되는 UV 광선 1개 기준으로 도시하였기 때문이며, 실제 UV는 광원에서 대칭으로 방출되지만, 상기와 같은 광선의 집합이므로 동일한 원리가 적용된다. 이와 같은 h공간에서 무한번 반사하는 총 UV 에너지는 무한등비급수 공식에 의해 (1+r+r2+r3+ … )E= E/1-r (E≠0,|r|<1)가 된다.As shown in FIG. 3A, when the UV LED 100 has a reflector 200 surrounding a sterilizing space having the characteristic of D1>D2, the UV rays emitted from the UV LED 100 are reflected several times by the reflector 200 and are directed upward. After the reflection progresses and changes direction downward at a certain point, and is reflected again several times by the reflector 200 located below the UV optical axis, the UV ray changes direction upward again, and this process occurs within the h space. Reflection occurs repeatedly indefinitely. Here, the reason why the h-space is asymmetrical up and down based on the optical axis is because it is drawn based on one UV ray projected upward for easy explanation. In reality, UV is emitted symmetrically from the light source, but since it is a set of rays as above, the principle is the same. applies. The total UV energy reflected infinitely in h-space is (1+r+r 2 +r 3 + … )E= E/1-r (E≠0,|r|<1) by the infinite geometric series formula. ) becomes.
도 3b와 같이 UV LED(100)만 있는 경우 1개의 광선이 UV LED(100)에서 방출되어, 도 3a와 동일한 공간인 h공간내의 총 UV 에너지는 1E가 된다. As shown in FIG. 3B, when there is only UV LED 100, one ray is emitted from UV LED 100, and the total UV energy in h space, which is the same space as in FIG. 3A, becomes 1E.
도 3c와 같이 UV LED(100)에 살균공간을 감싸는 반사체(200)가 있게 되면, UV LED(100)에서 방출된 UV 광선은 반사체(200)의 상방으로 반사가 진행되어, 1회 반사가 된다고 하면, 도 3a와 동일한 공간인 h공간내의 총 UV 에너지는 (1+r)E가 된다. As shown in Figure 3c, when the UV LED 100 has a reflector 200 surrounding the sterilization space, the UV rays emitted from the UV LED 100 are reflected upward from the reflector 200 and are reflected once. Then, the total UV energy in the h space, which is the same space as in FIG. 3A, becomes (1+r)E.
본원 발명인 도 3a의 반사의 진행방향이 상방에서 하방으로 바뀌는 과정을 구체적으로 설명하기 위해 도 4를 보면, 수평선과 θ각인 UV 광선이 반사체(200) 내부에서 처음 반사가 일어나는 곳에서 반사면과 수평선의 사잇각이 90도+a이면, UV 광선은 반사 후 수평선과 θ-2a가 된다. 이 UV 광선이 반사체(200)와 두 번째 반사가 일어나는 곳에서 반사면과 수평선의 사잇각이 90도+b이면 UV 광선은 반사 후 θ-2a-2b가 된다. 다시, UV 광선이 반사체(200)와 세 번째 반사가 일어나는 곳에서 반사면과 수평선의 사잇각이 90도+c이면 UV 광선은 반사 후 θ-2a-2b-2c가 된다. 이때, θ < 2a+2b+2c+… 이 되는 순간 반사체(200)의 상방으로 진행하던 UV 광선은 하방으로 방향을 바꾸어 되돌아가게 되고, 광축 아래로 이동한 UV 광선은 반사체(200)에서 몇 번의 반사 후 다시 하방에서 상방으로 방향이 바뀌게 되며, 이것이 계속 반복되고, UV는 반사체(200) 내부에 갇히게 되어, 매우 높은 UV 에너지를 좁은 공간에 집중할 수 있게 된다. Looking at FIG. 4 to specifically explain the process in which the direction of reflection in FIG. 3a, the inventor of the present application, changes from upward to downward, the UV ray at an angle θ with the horizontal line is first reflected inside the reflector 200, where the reflection surface and the horizontal line occur. If the included angle is 90 degrees + a, the UV rays become θ-2a with the horizon after reflection. If the angle between the reflecting surface and the horizon is 90 degrees + b at the place where the second reflection of the UV rays occurs with the reflector 200, the UV rays become θ-2a-2b after reflection. Again, if the angle between the reflecting surface and the horizon is 90 degrees + c at the place where the third reflection of the UV rays occurs with the reflector 200, the UV rays become θ-2a-2b-2c after reflection. At this time, θ < 2a+2b+2c+… At this moment, the UV rays traveling upward from the reflector 200 change direction downward and return, and the UV rays moving below the optical axis are reflected a few times by the reflector 200 and then change direction again from downward to upward. , this is repeated continuously, and the UV is trapped inside the reflector 200, making it possible to focus very high UV energy in a narrow space.
상기와 같이 본원 발명은 종래기술과 비교 시 같은 살균공간내의 UV 에너지가 극도로 커지기 때문에 낮은 소비전력으로도 높은 살균력을 구현할 수 있다. As described above, compared to the prior art, the present invention can achieve high sterilizing power even with low power consumption because the UV energy within the same sterilizing space is extremely large.
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로, UV LED(100)에 양의 굴절능을 가지는 광학계와 함께 D1>D2인 살균 공간을 감싸는 반사체(200)가 있게 되면, UV LED(100)에서 방출된 UV가 광학계에 의해 집광되어 반사체(200)에 전달되는데, 반사체(200)에 유입된 UV 광선은 도 3a에서 보다 작은 각을 가지게 된다. 이로 인해, 반사체(200)에 유입된 UV가 h보다 짧은 h' 사이에서 무한 번 반사를 하게 되어, 더욱 좁은 공간에서 높은 에너지를 달성할 수 있어 컴팩트한 제품 구현이 가능하다.Meanwhile, Figure 5 shows a modification according to an embodiment of the present invention. When the UV LED 100 has an optical system with positive refractive power and a reflector 200 surrounding a sterilization space where D1>D2, UV emitted from the UV LED 100 is concentrated by an optical system and transmitted to the reflector 200, and the UV rays entering the reflector 200 have a smaller angle than that in FIG. 3A. As a result, the UV that flows into the reflector 200 is reflected infinitely between h', which is shorter than h, and high energy can be achieved in a narrower space, making it possible to implement a compact product.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로 도 5의 광학계가 리플렉터로 구성될 수도 있다. Figure 6 shows a modification according to an embodiment of the present invention, and the optical system of Figure 5 may be composed of a reflector.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른, 변형을 보인 것으로, 반사체(200)는 투명한 소재의 외부에 반사층이 코팅된 것으로, UV LED(100)에서 투사된 UV가 투명한 소재에서 굴절되어 반사층에 전달되면 UV를 반사시킬 수 있다.Figure 7 shows a modification according to an embodiment of the present invention. The reflector 200 is a transparent material coated with a reflective layer on the outside, and the UV projected from the UV LED 100 is refracted in the transparent material and is reflected in the reflective layer. When delivered, it can reflect UV.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely illustrative, 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: 반사체를 이용한 고효율 UV 살균 소독 장치
100: UV LED
200: 반사체10: High-efficiency UV sterilization and disinfection device using a reflector
100: UV LED
200: reflector
Claims (3)
UV LED가 있고,
UV LED로부터 전달받은 UV를 반사시키는 반사체;
로 구성되고,
상기 반사체는 관 형상을 가져, 유체가 흐르는 방향인 반사체의 길이방향에 수직한 단면상에서 유체를 감싸는 형상을 가지고,
상기 UV LED는 반사체의 외부에 있고, UV LED의 광축이 반사체의 길이 방향에 수직하도록 구비되고;
상기 반사체는, UV LED의 광축선상에서 반사체 폭을 D1, 유체입구 및 출구에서의 UV 광축과 평행한 방향으로의 반사체 폭을 D2라고 할 때,
상기 반사체는 D1>D2인 특징을 가지는 UV 살균 소독 장치.The high-efficiency UV sterilization and disinfection device using a reflector according to the present invention is
There is a UV LED,
A reflector that reflects UV transmitted from the UV LED;
It consists of,
The reflector has a tubular shape and has a shape that surrounds the fluid on a cross-section perpendicular to the longitudinal direction of the reflector, which is the direction in which the fluid flows,
The UV LED is outside the reflector, and the optical axis of the UV LED is perpendicular to the longitudinal direction of the reflector;
As for the reflector, when the width of the reflector on the optical axis of the UV LED is D1, and the width of the reflector in the direction parallel to the UV optical axis at the fluid inlet and outlet is D2,
The reflector is a UV sterilization and disinfection device characterized in that D1>D2.
UV LED와 반사체 사이에 위치하여, UV LED로부터 전달된 UV를 집광시켜 반사체로 전달하는 광학계를 더 포함하고;
상기 광학계는 양의 굴절능을 가지는 렌즈 또는 리플렉터로 구성되는 것을 특징으로 하는 UV 살균 소독 장치.
In paragraph 1,
It is located between the UV LED and the reflector, and further includes an optical system that condenses UV transmitted from the UV LED and transmits it to the reflector;
A UV sterilization and disinfection device, characterized in that the optical system consists of a lens or reflector having positive refractive power.
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2021
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Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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