KR20120091729A - 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 렌즈를 구비한 자외선 살균장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선램프 외부에 이중 볼록렌즈나 원형, 나사산형 볼록렌즈 등을 도입하여 자외선 렌즈의 빛을 특정 형태로 모아 광에너지를 집중하여 유해세균이나 독성물질의 제거효율을 보다 높이도록 한 자외선 살균장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치는 자외선램프; 상기 자외선램프 외부에 볼록렌즈; 및 상기 볼록렌즈 고정을 위한 고정수단;을 포함하여 이루어진다.

Description

광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치{STERILIZATION APPARATUS USING UV LAMP EQUIPPED WITH LENS}

본 발명은 볼록렌즈를 구비한 자외선 살균장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 자외선램프 외부에 이중 볼록렌즈, 링 타입(원형) 또는 나사산형(나선형) 볼록렌즈 등을 도입하여 자외선 등의 광(光)에너지를 렌즈를 이용하여 특정 형태로 에너지를 집중하고, 이 영역에 존재하는 유해세균이나 독성물질의 제거효율을 기존 설비의 수중 색도 등에 의한 처리한계를 극복하고 동량(同量)의 에너지에 대해서도 더 높은 처리효율을 나타내는 렌즈를 가지는 자외선 살균장치에 관한 것이다.

상수도 시설이나 먹는 물을 위한 정수기기, 또는 하수도시설이나 각종 오폐수 처리시설, 공기정화 설비 등에 적용되어 멸균 또는 각종 유해물질 제거를 위하여 자외선램프가 활용되고 있다.

그러나 현실적으로 범용적인 자외선램프에 의하여 제거되는 미생물 또는 물질들은 이미 하?폐수처리 과정에서 생명력이 약화된 상태로 자외선램프 처리반경에 유입된 것이 대부분으로 실질적인 자외선램프의 광(光)에너지에 의해 완벽하게 미생물(세균, 바이러스 등)이 제거되었다고 보기에는 한계가 있다.

따라서 이미 시장에서 판매되고 있는 범용적인 자외선램프를 활용하면서도 더 높은 살균 또는 멸균 효율과 전 세계 기후변화 대안으로 저탄소형 녹색사회로 가기 위한 에너지 절감기술 개발 그리고 한 차원 높은 환경보건기술의 개발 등 다양한 방안들의 개발이 매우 절실하다.

종래 자외선 램프를 이용한 기술로는

공기 정화 관련 분야로 최익규의 실용신안등록 제00035762호(19871128) [살균등을 이용한 공기청정기] 등 다수이고,

수처리 관련 분야로는 김정술의 실용신안공개 제1999-009199호(1999년03월15일) [초음파, 오존, 자외선 복합으로 축산폐수정화 및 질소산화공법] 등 다수이다.

또 자외선램프 관련 기술 중 '렌즈'를 언급하고 있는 종래기술로는

(주)크로바 환경의 특허공개 제2003-0094948호(2003년12월18일) [악성폐수처리방법 및 그 장치]가 있다.

상기 공개특허는 쓰레기 매립장 침출수, 염색폐수, 피혁폐수, 석유화학폐수, 제지폐수와 같은 산업폐수와 축산폐수 및 생활폐수 등과 같은 각종 악종폐수를 처리 정화하는 폐수처리장치에 있어서, 폐수 중에 수화 된 각종 유기물이나 중금속 착이온들을 물층에서 이탈시키어 분해 정화할 수 있는 악성폐수처리방법 및 그 장치에 관한 것으로, 자외선램프와 산화티탄 광촉매를 활용한 기술을 제시하고 있다.

비록 상기 공개특허공보에서 '렌즈'라는 용어를 사용하고 있으나, 이는 단지 태양광을 이 투과되는 투시창을 의미하는 것이며, 자외선의 광에너지 집중을 이용하는 기술과는 무관하다.

또 남영우의 실용신안등록 제0335669호(2003년12월01일) [광촉매를 이용한 정화장치]가 있는데,

상기 등록고안은 광섬유를 이용하여 광원으로부터 발생된 자외선을 칩의 구석 구석에 조사하여 칩에 포함된 이산화티탄으로부터 광촉매 작용이 원활하게 이루어지도록 한 정화장치에 관한 기술을 제시하고 있다.

상기 등록고안에서는 광섬유와 같은 광전달부재의 끝단에 자외선을 확산시키기 위한 확산렌즈가 설치되는데,

이러한 확산렌즈는 전달된 자외선을 보다 넓은 각도로 분산시켜 자외선이 넓은 범위로 조사되도록 하는 것이어서, 칩 타입의 UV LED를 활용하는 경우 광확산에 중점을 두고 있다는 점에서 본 발명의 기술과는 정반대 사항에 해당하는 것이다.

나아가 주식회사 제일그린시스의 특허 제0894823호(2009년04월17일) [자외선 ＵＶ램프를 이용한 덕트의 공기정화장치]가 있는데,

상기 특허는 자외선 UV램프를 이용한 덕트의 공기정화장치에 관한 것으로서, 건물 내부에 설치되는 덕트와 덕트 외부 커버 사이에 자외선 UV램프의 살균기능을 이용하여 덕트를 통해 실내로 유입되는 공기 중에 포함된 세균이나 미생물 등의 유해물질들을 차단할 수 있도록 한 자외선 UV램프를 이용한 덕트의 공기정화장치에 관한 것이다. 또한, 상기 특허는 덕트 내부에 구비되는 자외선 UV램프와 덕트외부커버 사이에 미스트필터를 탈부착이 가능하도록 설치하여, 주기적으로 미스트필터를 관리함으로써 자외선 UV 램프의 살균기능을 향상시킬 수 있도록 한 자외선 UV램프를 이용한 덕트의 공기정화장치를 제시하고 있다.

상기 특허공보에서도 자외선 UV램프의 빛이 렌즈를 통해 발산되어 몸체부를 통과하는 공기의 살균 작용을 하는 램프부를 언급하고 있는데, 상기 '렌즈'는 일종의 단순한 외피에 해당하는 것이라 할 것이어서 역시 본 발명의 개념과는 다르다.

아울러 전자부품연구원의 특허 제0998473호(2010년11월30일) [자외선 발광 다이오드를 이용한 살균 장치]가 있는데,

상기 특허는 자외선 발광 다이오드(UVLED, Ultra Violet Light Emitting Diode)를 이용하여 살균하는 기능을 가지는 살균 장치에 관한 것인데, 상기 특허공보에서는 자외선을 발산하는 방향으로 소정 간격 이격되어 렌즈부에 대한 언급이 있으나, 이 역시 자외선의 집중이 아닌 확산을 위한 것이다.

이에 본 발명은 자외선램프 외부에 이중 볼록렌즈, 원형 또는 나사산형 볼록렌즈 등을 도입하여 자외선 렌즈의 빛을 특정 형태로 모아 광(光)에너지를 집중하여 유해세균이나 독성물질의 제거효율을 보다 높이도록 한 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 볼록렌즈의 형태가 자외선램프의 빛이 자외선 조사 대상체에 초점 형태로 집중 조사하거나, 선 또는 면 형태로 모아 비추거나 하기 위한 양면 볼록렌즈(bi-convex lens) 등의 다양한 렌즈를 도입하고, 또 램프 형상에 따라 링 타입이나 나선형 렌즈 등을 도입한 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 덕트나 수로 등의 관로에 자외선램프를 설치하기 편리하도록 하는 지지체를 도입하고, 또 자외선의 360도 조사가 가능하도록 하는 반사갓들을 구비한 고정체를 도입하고, 이 반사갓 마다 자외선램프가 장착되어 있어 컴팩트한 설치가 가능하고, 관로를 통과하는 유체의 흐름을 방해하지 않으며, 관로 전체에 자외선 조사가 가능한 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 고정체가 반사갓과 함께 일체로 압출 성형되고 각 반사갓 내면에 연결된 호형편들에 의하여 둘러싸인 중공 양단에는 쐐기부를 갖는 스토퍼에 의하여 고정된 중계부재가 구비되어 있어 단가경쟁력, 조립 및 생산성이 우수하고, 관로 설치 편리성도 증진된 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 고정체를 관로에 장착하기 위한 지지체를 도입하면서, 상기 지지체를 이루는 포스트에는 연속 형성된 다수의 정지홈이 형성되어 있고, 이 정지홈에 탄지핀을 갖는 두 슬라이딩링이 각각 결합되고, 상기 슬라이딩링에는 자외선램프가 장착된 고정체가 연결되어 있어 관로 내에서 자외선램프의 이동이 편리하게 이루어지는 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 본 발명은 상기 중계부재의 통공을 관통하여 지지체의 포스트에 각각 결합된 양 슬라이딩링을 잇는 탄성줄을 통하여 약 50cm 이상의 길이를 갖는 자외선램프의 위치 이동이 쉽게 이루어질 수 있도록 한 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치는

자외선램프;

상기 자외선램프 외부에 볼록렌즈; 및

상기 볼록렌즈 고정을 위한 고정수단;

을 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 광(光)에너지 집중을 위한 볼록렌즈를 구비한 자외선 살균장치에서

상기 자외선램프는 단면이 원형인 봉형상을 갖고, 상기 볼록렌즈는 상기 봉형 자외선램프의 외주면을 감싸는 나선형 렌즈나 다수의 링 타입 렌즈가 구비된 형태를 가질 수 있고,

나아가 상기 자외선램프는 단면이 원형인 봉형상을 갖고, 복수 개 구비되며, 클램프를 통하여 고정된 상기 각 자외선램프를 감싸는 반사갓이 외주면에 다수 배열되어 있는 고정체와, 설치관로의 양 벽체에 접촉하는 지지발을 양단에 갖는 한 쌍의 포스트를 포함한다. 또한 상기 고정체 양단에 상기 포스트가 각각 결합하는 지지체를 더 포함하고 있고, 상기 고정체의 반사갓 마다 구비되어 방사상을 형태로 배열된 자외선램프들은 점등시 자외선의 360도 조사가 가능하며

상기 고정체는 반사갓들과 함께 일체로 압출 성형된 것으로, 각 반사갓 내면에 연결된 호형편들에 의하여 둘러싸인 중공을 갖고, 상기 중공에 양단에 끼워져 배열되는 중계부재는 상기 고정체의 호형편 내면을 파고들어 결합되는 쐐기부를 갖는 스토퍼에 의하여 고정되는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치에서

상기 지지체의 각 포스트에는 연속 형성된 다수의 정지홈이 형성되어 있고, 상기 중계부재에는 통공이 구비되어 있으며, 상기 포스트를 따라 이동하고 상기 정지홈에 결합되는 탄지핀을 갖는 두 슬라이딩링과, 상기 각 슬라이딩링에 힌지핀을 통하여 결합된 연결부재와, 상기 각 중계부재의 통공에 끼워진 다음 상기 각 연결부재와 양단이 연결된 탄성줄을 더 포함하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 자외선 살균장치는 자외선램프 외부에 이중 볼록렌즈, 링 타입 또는 나사산형 볼록렌즈 등을 도입하여 자외선 렌즈의 빛을 특정 형태로 모아 광(光)에너지를 집중하여 유해세균이나 독성물질의 제거효율을 보다 높일 수 있고, 또 볼록렌즈의 형태가 자외선램프의 빛이 자외선 조사 대상체에 초점 형태로 집중 조사하거나, 선 또는 면 형태로 모아 비추거나 하기 위한 양면 볼록렌즈(bi-convex lens) 등의 다양한 형태의 렌즈가 도입이 가능하고, 또 램프 형상에 따라 링 타입이나 나선형 렌즈 등을 도입하여 목적에 맞게 다양한 집중 조사 형태 및 램프 형상에 맞는 볼록렌즈의 도입이 가능하며, 나아가 본 발명에 따른 자외선 살균장치는 외선의 360도 조사가 가능하도록 고정체의 반사갓들이 외주면에 배열되어 있다. 그리고 이 반사갓 마다 자외선램프가 장착되어 있어 컴팩트한 설치가 가능하고, 관로를 통과하는 유체의 흐름을 방해하지 않아 전반적인 관로에 자외선 조사가 가능하다. 또한 고정체가 반사갓과 함께 일체로 압출 성형되고 각 반사갓 내면에 연결된 호형편들에 의하여 둘러싸인 중공 양단에는 쐐기부를 갖는 스토퍼에 의하여 고정된 중계부재가 구비되어 있어 단가경쟁력, 조립 및 생산성이 우수하고, 관로 설치 편리성도 증진되었다. 나아가 고정체를 관로에 장착하기 위한 지지체를 도입하면서, 상기 지지체를 이루는 포스트에는 연속 형성된 다수의 정지홈이 형성, 이 정지홈에 탄지핀을 갖는 두 슬라이딩링이 각각 결합되도록 구성되어 있다. 그리고 상기 슬라이딩링에는 자외선램프가 장착된 고정체가 연결되어 있어 관로 내에서 자외선램프의 이동이 편리하게 이루어질 수 있고, 한편 중계부재의 통공을 관통하여 지지체의 포스트에 각각 결합된 양 슬라이딩링을 잇는 탄성줄을 통하여 약 50cm 이상의 길이를 갖는 자외선램프의 위치 이동이 쉽게 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치의 개념도.
도 2a는 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치의 사시도.
도 2b는 도 2a와는 다른 형태의 자외선 살균장치를 도시한 사시도.
도 3은 고정체에 볼록렌즈가 도입되는 여러 구현예를 도시한 측면도.
도 4는 자외선 살균장치를 구성하는 고정체의 부분 확대도면.
도 5는 자외선 살균장치에서 고정체의 위치 이동 상태를 도시한 정면도.
도 6은 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치를 관로에 설치한 상태를 나타내는 개략도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명에 따른 광(光)에너지 집중을 위한 볼록렌즈를 구비한 자외선 살균장치(A)를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 5를 참고하여 특정하면,

보이는 방향 그대로 지지체(30)의 양 포스트(31)에 장착된 고정체(20)의 상부와 하부 및 좌우측을 구분하며, 다른 도면과 관련된 설명에서도 이 기준에 따라 방향을 기술한다.

먼저, 다양한 형태의 볼록렌즈를 구비한 자외선 살균장치(A)의 개념도인 도 1에 도시된 바와 같이, 자외선램프와, 이 자외선램프 외부에 구비된 볼록렌즈, 그리고 볼록렌즈를 자외선램프에 대하여 특정 위치에 고정하기 위한 고정수단으로 이루어진다.

상기 자외선램프는 일반 형광 램프와 같은 봉상의 전통적인 형상을 갖거나, 최근 각광받는 UV LED를 활용한 것일 수 있는데, 이하에서는 편의상 봉상의 UV 램프를 위주로 설명한다.

또 상기 볼록렌즈는 양면 볼록렌즈(Bi-convex lenses), 평면-볼록렌즈(Plano-convex lenses), 평면-볼록 원통형 렌즈(Plano-convex cylindrical lenses) 등 자외선 광에너지 집중을 위한 다양한 형상을 가질 수 있다.

도 1에서, [A]는 광원인 자외선램프(10)의 빛이 렌즈(L1)를 거쳐 조사(照射)대상체(S)에 1차원적인 점 형태의 포커싱(F1)을 이루도록 하는 렌즈 형태를 도시하고 있으며,

[B]는 자외선램프(10)의 빛이 렌즈(L2)를 거쳐 조사(照射)대상체(S)에 2차원적인 선 형태의 포커싱(F2)을 이루도록 하는 렌즈 형태를 도시하고 있으며,

[C]는 자외선램프(10)의 빛이 렌즈(L3)를 거쳐 조사(照射)대상체(S)에 선 형태의 포커싱(F2)을 이루도록 하는 렌즈 형태이면서, [B]가 램프의 일부를 감싸는 형태라면 [C]는 램프의 전체를 원형 또는 나선형으로 감싸는 구조를 갖는 것이며,

[D]는 자외선램프(10)의 빛이 렌즈(L4)를 거쳐 조사(照射)대상체(S)에 3차원적인 면 형태의 포커싱(F3)을 이루도록 하는 렌즈 형태이고, 역시 램프의 전체를 원형 또는 나선형으로 감싸는 구조를 갖는다.

한편, [E]는 단면이 원형이고 봉형상을 갖는 자외선램프(10)의 외주면을 감싸는 나선형 볼록렌즈(L5)의 형상을 개략적으로 나타낸 사시도이다.

[E] 형태의 살균장치는 특히, 공기(기체) 살균 정화를 위한 용도로 도입되기에 적합할 수 있다.

대안적으로 [E]의 하부 일점 쇄선 원내 정면도에 도시된 바와 같이, 봉형상을 갖는 자외선램프(10)의 외주면에 링 타입 볼록렌즈(L6)가 다수 구비된 형태의 것이 채용될 수 있다.

또 도 1 [F]에 도시된 바와 같이, 통상적으로 수처리용 자외선 램프(10) 외부에 구비되어 보호 역할을 하는 석영 또는 통상의 유리 소재의 보호관(10P) 외부에 에너지 집중을 위한 다양한 렌즈(L)가 구비되는 형태를 도입할 수 있다.

나아가 필요에 따라 특허 제0480347호(2005년03월23일) [광촉매 및 자외선램프 모듈을 이용한 살균 및 정화장치] 또는 실용신안등록 제0417371호(2006년05월22일) [와이퍼 착탈 가능한 관로형 자외선램프 세척장치]에서와 같이,

원형이고 봉형상을 갖는 자외선램프 또는 그 외부의 보호관을 세척하기 위한 브러시가 구비되는 경우, 광에너지 집중을 위한 볼록렌즈는 세척 브러시 이동 공간을 보장하기 위하여 자외선램프 (또는 보호관)와 이격거리가 보장되거나 보호관 안쪽면상에 구성되어야 한다.

이와 같이 에너지 집중을 위하여 자외선램프 외부에 설치되는 다양한 렌즈를 통하여 자외선의 광에너지를 점, 선 또는 면 형태로 조사대상체(S)(실질적으로는 물 또는 공기와 같은 유체에 포함된 미생물이나 유해물질이 조사대상체임)에 집중하여 유해세균이나 독성물질의 제거효율은 렌즈를 미설치한 경우의 제거효율보다 높일 수 있다.

이는 마치 태양에서 나오는 빛에너지, 즉 파장을 볼록렌즈 또는 이와 유사한 기능을 갖는 기구를 통과시켜 에너지가 중첩 및 집중되도록 할 경우 종이, 목재 등에 불이 일어나는 원리와 같다.

이러한 다양한 볼록렌즈를 자외선램프 외부에 도입하면 램프 표면에서 방출되는 에너지 파장을 필요한 부분에 필요한 형태로 집중하도록 인위적으로 선택하여 오염된 하수나 폐수 등의 수중이나 공기 등의 기중에 투과시킬 경우 기존에 단순히 자외선램프만을 켜 놓은 경우보다 수중(또는 기중) 유해 세균 또는 수중(또는 기중) 독성의 저감 효과가 더 높게 나타나게 된다. 그 결과 유해세균 사멸 또는 독성 저감 효율을 이끌어 낼 수 있다. 이도록 한 자외선 살균장치에 관한 것이다.

이를 통하여 상수도 시설이나 먹는 물을 위한 정수기기, 또는 하수도시설이나 각종 오폐수 처리시설, 공기정화 설비에 적용되어 멸균 또는 각종 유해물질 제거를 위하여 자외선램프를 활용하는 경우, 현실적으로 범용적인 자외선램프에 의하여 제거되는 미생물 또는 물질들은 이미 약화된 것들이 대부분이며, 완벽한 살균성능을 보이기는 어려운 문제점을 해결하여, 이미 시장에서 판매되고 있는 범용적인 자외선램프를 활용하면서도 살균 또는 멸균 효율성을 높일 수 있게 된다.

아울러 부수적인 효과로 자외선 살균이 필요한 경우 렌즈 부착형 자외선램프를 사용하는 경우에는 단순히 자외선램프만을 사용하는 경우보다 그 설치 개수를 줄일 수 있어 전체 인가 에너지를 적게 사용하여도 되므로 재료비 및 유지비 절감과 에너지절약 효과를 얻을 수 있다.

자외선램프만을 사용하는 기존 방식보다 대체적으로 10% 이상 더 적은 에너지를 사용하더라도 수중이나 기중에 존재하는 세균의 제거나 독성 유해물질의 제거효율이 더 놓게 나타나는데, 하수처리시설이나 폐수처리시설 등과 공기정화 설비의 경우처럼 장기간 사용하는 설비에서는 인가에너지에 대한 처리 효율은 최대 50% 이상까지도 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

나아가 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치(A)는 결과적으로 지구 온난화 해소를 위한 친환경 녹색기술로서 자탄소형, 저에너지소비형 고효율 기술을 구현한 제품 및 시설에 해당한다고 말할 수 있다. 본 발명에 따른 기술이 세계적으로 보급될 경우 기후변화 대응을 위한 CDM(Clean Development Mechanism, 청정개발체제) 사업으로 CERs(Certified Emission Reductions, 탄소배출권)를 획득할 수 있는 특징도 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치(A), 보다 줄여서 렌즈형 자외선램프에서 빛에너지가 투과되는 공간은 세균의 사멸과 독성물질의 제거에 이용된다. 이후의 과정에서는 관로의 벽면에 투사되는 빛은 필요에 따라 반사체를 이용하여 빛에너지가 특정한 각도로 반사 후 재입하사여 잔여 빛에너지가 다시 특정 공간에서 세균의 사멸과 독성물질 제거에 이용되도록 유도할 수 있다.

한편, 광에너지 집중이 가능한 렌즈를 가지는 자외선 소독 살균장치는 특히 색도로 인해 폐수나 하수의 방류수 내 세균 및 색도 저감에 어려움을 겪는 기존 자외선 소독설비의 약점

(통상의 화학폐수 등 오폐수 처리 설비에서의 최종 방류수를 처리하는 자외선 설비의 경우 방류수의 색도(또는 탁도)가 높아 자외선이 조사되는 범위가 크게 제한되어 자외선 살균효과를 실질적으로 기대하기 어렵다)을 원칙적으로 개선할 수 있는 아주 특별한 장점을 제공한다.

또한 일반적인 범용 자외선램프는 램프의 수명 등으로 인해 단위면적 또는 체적당 아주 강력한 빛에너지를 발산하는 램프를 생산하는 것이 기술적으로 어렵다. 램프의 수명을 연장해서 오래 사용하는 제품을 제조하기 위해 가능한 낮은 에너지 준위의 빛을 발하는 램프를 사용하는 것이 불가피하다. 하지만 너누 낮은 에너지 준위의 자외선을 발하는 램프는 자외선램프의 기능을 발휘할 수 없는 문제를 갖는다. 따라서 본 발명에 따른 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치의 기술을 활용하면 최종 조사대상체에 동일한 에너지 준위의 빛을 조사하면서도 전반적으로 램프의 수명도 30% 정도 연장하는 것이 가능하게 된다. 따라서 살균효율 증대라는 고유의 기능 달성 뿐 아니라 에너지 절감과 함께 자외선램프의 수명 연장이라는 효과도 얻을 수 있게 되는 것이다.

다음으로 도 2a 내지 도 5를 참조하여, 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치(A)의 보다 현실적인 응용 기술을 설명한다.

도 2a, 도 4 및 도 5에는 편의상 볼록렌즈를 생략한 형태로 도시되어 있고, 도 3에는 다양한 형태의 렌즈를 도입한 특정 구조가 도시되어 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1구현예에 따른 자외선 살균장치(A)는

자외선램프(10)와, 각 램프(10)를 위한 반사갓(21)들이 외주면에 구비된 고정체(20), 그리고 고정체를 관로에 장착하기 위한 지지체(30)를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 살균장치(A)에서 자외선램프는 예를 들어 UVC(220~280nm) 또는 UVV(170~220nm)를 발하는 공지의 자외선램프를 이용하며, 전원케이블(13)을 통하여 전력을 공급받는다.

본 발명에 따른 자외선 살균장치(A)에서 핵심 중 하나인 고정체(20)는 복수의 반사갓(21)들이 외주면에 배열되어 있다.

특히 이 고정체는 상기 볼록렌즈 고정을 위한 고정수단의 일종이라 할 수 있다. 그 외 자외선램프의 형태 및 사양이나 볼록렌즈의 형태에 따라 각종 브라켓이나 거치대 종류들이 고정수단으로 활용될 수 있다.

참고로, 도 3에 도시된 바와 같이, 고정체(20)가 고정수단으로 활용됨에 있어,

[A]에는 반사갓(21) 단부 마주보는 면에 끼움홈(21A)이 형성되어 있고, 이 끼움홈에 양면 볼록렌즈(La)가 각각 끼워져 있는 형태가 도시되어 있고,

[B]에는 반사갓(21)의 끼움홈(21A)에 일종의 포지티브 메니스커스 렌즈(positive meniscus lens)(Lb)가 각각 구비되어 있는 형태가 도시되어 있고,

[C]에는 각 반사갓(21) 단부와 접하는 유사 원통 형상의 렌즈(Lc)가 구비되어 있는데, 각 램프(10)와 접하는 부분에는 일종의 양면 볼록렌즈 또는 유사 평면-볼록렌즈 소자가 구비되는 형태임을 확인할 수 있고, 지지체(30)와는 억지끼움이나 기타 체결수단을 통하여 고정되는 방식을 취하게 된다.

다음으로 [D]에는 [A]와 유사한 형태로 고정체(20), 반사갓(21)의 끼움홈(21A)에 결합될 수 있는 형태이나 다수의 볼록렌즈 소자(Ld')(상부 일점 쇄선 원 내의 측단면 개념도 참조)가 일정 간격으로 구비된 렌즈(Ld) 형태가 도시되어 있다.

[A], [B], [C], [D] 각 도면에서 볼록렌즈(La)(Lb)(Lc)(Ld)와 자외선램프(10) 외피의 간격은 필요에 따라 임의로 선택될 수 있다(이는 도 1 [A~F] 및 도 3 [F]에서도 마찬가지이다(다만 도 1 [F]에서는 렌즈(L7)와 보호관(10P) 사이의 간격이고, 도 3 [F]에서는 내부관(10p1)과 렌즈(L)사이의 간격임)).

도 3의 [E]에는 자외선램프(10)의 내부에 물(또는 공기)이 통과하면서 살균이 이루어지는 형태가 도시되어 있는데,

내부관(10p1)과 외부관(10p2) 사이의 발광공간(10s)에는 전극(미도시 됨)이 구비되어 있어 방전에 의한 발광이 이루어지고, 내부관(10p1)의 중공에는 통로(W)가 형성되어 있어 물(또는 공기)이 통과하면서 자외선에 의한 살균이 이루어진다.

이러한 형태의 자외선램프(10)에서는 상기 내부관(10p1)을 다양한 볼록렌즈(L)로 구성하여 광에너지 집중을 구현할 수 있다.

또 대안적으로는 [F]에 도시한 바와 같이, 내부관(10p1)과는 별도로 내부에 단면이 원형으로 연속적인 볼록렌즈(L)를 별도로 도입하여 광에너지 집중을 구현할 수 있다(필요에 따라 나선형의 볼록렌즈를 내부관(10p1)에 끼우거나 링 타입의 볼록렌즈를 다수 연결하여 내부관에 도입하는 방식이 가능하다)(도 3의 [E] 및 [F]에서 볼록렌즈(L)의 단면 형상은 편의상 단순화하여 표시함).

다시 도 2a 및 도 4에서, 고정체(20)의 반사갓(21) 마다 구비되어 방사상을 형태로 배열된 자외선램프(10)들은 점등시 그 빛이 장치가 설치된 관로에 자외선을 360도 조사하는 것이 가능하여 자외선램프의 살균 및 탈취 효율을 최대화할 수 있으면서도, 컴팩트한 설치가 가능하고, 이에 따라 관로를 통과하는 유체의 흐름을 방해하지 않는다.

상기 자외선램프(10)는 석영 유리로 이루어진 외피의 파손 방지를 위하여 외주면에 완충와이어(11)가 구비되어 있고, 이 와이어(11)는 밀착링(11A)에 의하여 외피에 밀착된다.

또 자외선램프(10)는 클램프(21a)에 의하여 반사갓(21)에 장착되어 있으며,

각 반사갓(21) 저면에는 자외선램프의 요동방지 등을 위하여 지지돌기(21p) 2개가 길이 방향으로 돌출되어 있다(도 2a [B] 참조).

나아가 상기 고정체(20)는 반사갓(21)과 각 반사갓 내면에 연결된 호형편(23)이 일체로 사출된 것이 단가경쟁력, 조립 및 생산성면에서 바람직하며, 필요에 따라 일정 길이로 절단하여 사용하면 된다.

또 상기 각 반사갓(21) 내면에 연결된 호형편(23)들에 의하여 둘러싸인 중공(20H)(도 2a [B] 참조) 양단에는 중계부재(25)가 구비되어 있다.

이 중계부재(25)는 지지체(30)의 포스트(31)에 슬라이딩 결합된 브라켓(27A)의 슬롯(27a')에 거치되는 볼트(21B)를 반사갓(21)에 도입하기 위한 것이다(그러나 도 5의 변형예에서는 중계부재의 중공(20H)에 탄성줄(21C)이 끼워진다).

상기 중계부재(25)는 볼트와의 결합을 위한 암나사부를 갖는 통공(25h)이 중앙에 형성되어 있다.

상기 중계부재(25)는 외주면에 일정 간격을 두고 형성된 복수의 쐐기부(25a)(도 2a [B]의 우측 상부 확대된 일점 쇄선 원 내 참조)를 갖는 스토퍼(25A)에 의하여 확고하게 호형편(23) 내면에 지지되어 고정된다.

스토퍼(25A)를 강제로 압입하면 프레스 등에 의하여 날카롭게 가공된 쐐기부(25a)는 통상 알루미늄 또는 그 합금으로 제조된 고정체(20)의 호형편(23) 내면을 파고들어 확고한 고정력을 제공하게 되며, 디스크 형상의 중계부재(25) 양측에 각각 하나 또는 둘 이상의 스토퍼(25A)를 도입하여 고정력 향상을 도모할 수 있다.

즉, 상기 각 반사갓(21) 내면에 연결된 호형편(23)들에 의하여 둘러싸인 중공(20H) 내경보다 상대적으로 큰 외경을 갖는 스토퍼(25A)를 이용하여 중공 내경 보다 상대적으로 작은 외경을 갖는 중계부재(25)를 고정함에 있어,

상기 중공(20H)에 먼저 하나의 스토퍼(25A)를 강제 압입하면 쐐기부(25a)가 호형편(23) 내면을 파고들어 고정되고,

이어 디스크 형상의 중계부재(25)를 중공(20H)에 끼우고,

다시 다른 스토퍼(25A)를 강제 압입하면 역시 쐐기부(25a)가 호형편(23) 내면을 파고들어 고정되므로 중계부재(25)의 장착이 확고하게 이루어지게 된다.

또 도 2a 및 도 4 [A]에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 고정체(20)는 양단에 캡(21A)을 도입하여 미관 향상과 양단 절단면의 노출 방지, 그리고 반사갓(21)에 클램프(21a)를 통하여 장착된 자외선램프(10)의 좌우 이탈방지 효과를 얻을 수 있다. 나아가 상기 캡(21A)은 도 3과 같이 볼록렌즈들이 도입되는 경우, 볼록렌즈의 좌우 방향 이탈을 방지하여 일종의 고정수단 기능도 할 수 있다.

상기 캡(21A)에는 상기 중계부재(25)의 통공(25h)에 형성된 암나사부에 결합되는 볼트(21B)가 관통 결합되어 있으며,

캡(21A) 외측에 노출된 볼트(21B)에는 복수의 너트(21b)가 결합되어 있어,

도 2a의 상부 우측 일점 쇄선 원 내 변형예 사시도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 지지체(30)의 포스트(31)에 결합되는 브라켓(27A)의 슬롯(27a') 상기 볼트(21B)를 거치하고,

슬롯(27a') 내외측에 볼트(21B)에 결합된 너트(21b)가 위치하도록 한 상태에서 공구 등으로 너트(21b)를 조이면 고정이 이루어진다.

또 상기 고정체(20)는 양단에 구비된 브라켓(27A)을 포스트(31)에 결합한 후 볼트(27a)를 통하여 브라켓을 오므리면 양 포스트에 고정체를 고정하는 것이 가능하다.

한편, 상기 중계부재(25)의 통공(25h)에 형성된 암나사부는 다양한 방식으로 디스크 형태의 중계부재(25) 중앙 구멍에 결합되는 너트를 통하여 구현될 수 있으며,

상기 호형편(23)이 불연속적인 것은 재료 절감과 압출 성형 용이성을 위한 것이며 필요에 따라 다양한 형성을 가질 수 있다.

한편, 상기 지지체(30)는 포스트(31)와, 이 포스트 양단에 구비되어 설치관로의 양 벽체에 접촉하는 지지발(33)을 포함하여 이루어진다.

이어서, 도 2a 및 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 자외선 살균장치(A)의 다른 기능들을 보다 상세히 설명한다.

도시된 구현예의 장치는 복수의 자외선램프(10)가 구비된 고정체(20)를 2개 이상 지지체(30)에 탈착할 경우 편리성을 향상하기 위한 것이다.

먼저, 제2구현예의 자외선 살균장치(A)에서 지지체(30)의 포스트(31)에는 연속 형성된 다수의 정지홈(31a)이 형성되어 있으며(도 2a의 상부 좌측 일점 쇄선 원 내 단면 개념도 참조),

복수의 고정체(20)를 장착하기 용이하고, 다양한 설치환경에 따라 길이조절이 가능하도록 포스트(31) 양단에는 연결파이프(35)가 구비되어 있고, 각 연결파이프(35) 단부에는 지지발(33)이 구비되어 있으며,

길이조절 후 고정을 위하여 포스트(31)에는 고정볼트(35b)가 결합되어 있다.

필요에 따라서는 다단 정지홈이 형성된 포스트 자체를 둘 이상의 분체로 만들어 길이조절이 가능하도록 구성할 수도 있다.

또 상기 포스트(31)에는 두 슬라이딩링(27B)이 각각 결합되고, 상기 슬라이딩링에는 자외선램프가 장착된 고정체가 연결되어 있어 고정체의 위치이동 기능이 구현되고,

이 슬라이딩링(27B)에는 상기 포스트의 다단 정지홈(31a)에 결합되는 탄지핀(27b)이 스프링(27c)에 의하여 지지되어(도 3의 좌측 상부 확대된 일점 쇄선 원 내의 개략적인 단면도 참고),

슬라이딩링(27B)(결국은 고정체(20))의 위치 이동 편리성 보장과 변위 후 고정력이 동시에 구현될 수 있다.

필요에 따라 상기 슬라이딩링에는 별도의 고정볼트가 도입되어 고정력을 보강할 수 있다.

나아가 도 2b에 도시한 바와 같이(도 2 [E]과 관련하여 이미 설명함) 단면이 원형이고 봉형상을 갖는 자외선램프(10)의 외주면을 감싸는 나선형 볼록렌즈(L5)(또는 링 타입 볼록렌즈(L6)가 다수 구비된 형태) 등을 이용하는 방식,

즉, 반사갓 없이 양단부에 소켓(21S)이 결합된 개개의 자외선 램프(10) 및 다양한 볼록렌즈로 구성된(필요에 따라 지지체(30) 이용 가능) 자외선 살균장치(A)를 구성할 수 있다.

한편, 상기 고정체(20) 양단에 구비된 중계부재(25)의 통공(25h)에는 탄성줄(21C)이 설치되어 있으며,

상기 탄성줄(21C) 양단부는 슬라이딩링(27B)과 연결되어 있다.

보다 구체적으로 상기 각 슬라이딩링(27B)은 힌지핀(29A)을 통하여 힌지결합된 연결부재(29)가 구비되어 있고, 이 연결부재에 탄성줄(21C)이 연결되어 있다.

즉, 도 4 [B] 및 도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이,

상기 탄성줄(21C)은 상기 고정체(20)의 중공(20H)을 통과하여 상기 각 중계부재(25)의 통공(25h)에 끼워져 노출된 후, 상기 각 연결부재(29)와 양단이 연결되는 형태로 고정체(20)와 지지체(30)를 연결한다.

이러한 탄성줄(21C)과 연결부재(29)는 약 50cm 이상의 길이를 갖는 자외선램프가 결합된 고정체(20)가 지지체(30)의 포스트(31)를 따라 위치이동하기 편리하도록 하기 위한 것이다.

만약, 탄성줄이 아닌 딱딱한 연결부위를 갖는다면(도 1의 경우), 고정체(20)의 양단에 균일한 힘이 가해지지 않는다면

고정체 양단 중 한 쪽이 치우치게 되고, 연결부위(브라켓(27A) 또는 슬라이딩링(27B))의 필연적인 공차로 인하여 기울어지게 되어 이를 똑바로(수평상태로) 만들어야 위치이동이 가능하게 된다.

이에 비하여 본 발명에서는 탄성줄(21C)로 인하여 도 5에 도시된 바와 같이, 한 손으로 좌측의 슬라이딩링(27B)만을 이동시키면, 탄성줄(21C)이 신장되고(21c),

다시 한 손으로 우측 슬라이딩링(27B)을 상승시키면 된다.

이처럼 작업자가 한 손을 사용하거나 일측에만 힘을 가해도 고정체(20)의 위치이동이 원활하게 이루어질 수 있으므로 장측 및 유지 보수 편리성이 증진된다.

슬라이딩링(27B)은 힌지핀(29A)을 통하여 힌지결합된 연결부재(29)는 이와 같이 고정체(20)(또는 슬라이딩링(27B)의 어느 한 쪽에만 힘을 가할 경우 이동이 보다 쉽게 이루어질 수 있도록 하는 보조기구이므로 필수적인 구성요소는 아니다.

또한 도 2a 하부 일점 쇄선 원 내 단면 개념도에서 확인할 수 있는 바와 같이, 최초 설치 및 유지 보수를 위한 탈부착 용이성 향상을 위하여 상기 지지체(30)의 지지발(33)에는 트임부(33A)가 형성되어 있고,

상기 지지발(33)에는 비틀림코일스프링(33a)에 의하여 탄지되는 고정핀(33B)이 구비되어 있어,

포스트(31), 특히 연결파이프(35)를 트임부(33A)로 밀어 넣으면, 고정핀(33B)이 가압되어 눕게 되어 연결파이프(35)가 지지발(33)에 안착되고,

가압력이 해소되면 다시 고정핀(33B)이 스프링(33a)에 의하여 복원되어 임의 이탈이 방지될 수 있다.

따라서 필요에 따라 덕트 등의 관로와 같은 설치장소에 볼트를 통하여 박혀 있는(각 지지발에 형성된 네 통공을 도면에서 확인할 수 있다) 지지발(33)은 그대로 두고 [포스트(31)-연결파이프(35)-고정체(20)-자외선램프(10) 결합체]를 분리하여 고장난 자외선램프를 교체하거나 세척을 하는 등의 유지 보수 작업 편리성이 증진될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 살균장치(A)는 공기 덕트나 수로 등의 관로(P)에 서치되는데, 도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이,

[A]에서처럼 관로(P)를 통과하는 유체의 흐름 방향과 일치하게 길이방향으로 지지체(30)를 통하여 [자외선램프(10), 볼록렌즈 및 고정체(20) 조립체]를 설치할 수 있으며,

[B]에서처럼 관로(P)를 통과하는 유체의 흐름 방향과 교차하는 폭방향으로 지지체(30)를 통하여 [자외선램프(10), 볼록렌즈 및 고정체(20) 조립체]를 설치할 수도 있으며, 이 경우에는 고정력 강화를 위하여 관로(P)에 지지체(30) 양단을 수용하는 리세스(P1)를 형성할 수 있으며,

어느 경우에나 상당한 시간 경과에도 흔들림 없는 확고한 설치상태를 유지할 수 있다.

이상의 설명에서 자외선램프의 사양, 고정수단, 설치장소 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 구성을 갖는 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

A: 살균장치 10: 자외선램프
11: 완충와이어 20: 고정체
21: 반사갓 21A: 캡
21C: 탄성줄 23: 호형편
25: 중계부재 25h: 통공
21A: 캡 21C: 탄성줄
25A: 스토퍼 25a: 쐐기부
27A: 브라켓 27B: 슬라이딩링
27b: 탄지핀 29: 연결부재
30: 지지체 31: 포스트
33: 지지발 35: 연결파이프
L,L1,L2,L3,L4,L5,L6,L7,La,Lb,Lc,Ld: 볼록렌즈
P: 관로

Claims (4)

1. 자외선램프;
   상기 자외선램프 외부에 볼록렌즈; 및
   상기 볼록렌즈 고정을 위한 고정수단;
   을 포함하여 이루어진 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 자외선램프는 단면이 원형인 봉형상을 갖고,
   상기 볼록렌즈는 상기 봉형 자외선램프의 외주면을 감싸는 평면형, 원형 또는 나선형을 갖는 것을 특징으로 하는 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 자외선램프는 단면이 원형인 봉형상을 갖고, 복수 개 구비되며,
   
   클램프(21a)를 통하여 고정된 상기 각 자외선램프(10)를 감싸는 반사갓(21)이 외주면에 다수 배열되어 있는 고정체(20)와,
   설치관로의 양 벽체에 접촉하는 지지발(33)을 양단에 갖는 한 쌍의 포스트(31)를 포함하며, 상기 고정체(20) 양단에 상기 포스트(31)가 각각 결합하는 지지체(30)를 더 포함하며,
   
   상기 고정체(20)의 반사갓(21) 마다 구비되어 방사상을 형태로 배열된 자외선램프(10)들은 점등시 자외선의 360도 조사가 가능하고,
   상기 고정체(20)는 반사갓(21)들과 함께 일체로 압출 성형된 것으로, 각 반사갓(21) 내면에 연결된 호형편(23)들에 의하여 둘러싸인 중공(20H)을 갖고,
   상기 중공(20H)에 양단에 끼워져 배열되는 중계부재(25)는 상기 고정체(20)의 호형편(23) 내면을 파고들어 결합되는 쐐기부(25a)를 갖는 스토퍼(25A)에 의하여 고정되는 것을 특징으로 하는 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 지지체(30)의 각 포스트(31)에는 연속 형성된 다수의 정지홈(31a)이 형성되어 있고, 상기 중계부재(25)에는 통공(25h)이 구비되어 있으며,
   
   상기 포스트(31)를 따라 이동하고 상기 정지홈(31a)에 결합되는 탄지핀(27a)을 갖는 두 슬라이딩링(27B)과,
   상기 각 슬라이딩링(27B)에 힌지핀(29A)을 통하여 결합된 연결부재(29)와,
   상기 각 중계부재(25)의 통공(25h)에 끼워진 다음 상기 각 연결부재(29)와 양단이 연결된 탄성줄(21C)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광에너지 집중을 위한 렌즈를 구비한 자외선 살균장치.

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