KR20210121771A - Ｕｖ 살균 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체가 일방향으로 이동하도록 일단에 유입구를 구비하고 타단에 유출구를 구비한 파이프 형상의 하우징: 상기 하우징의 중앙에 상기 하우징의 길이방향과 수직방향으로 배열되어 상기 하우징을 관통하도록 설치되는 석영 튜브; 상기 석영 튜브의 내부에 배치되어 자외선을 방사하는 UV 램프; 및 상기 하우징의 내부에 삽입되고, 상기 UV 램프로부터 방사되는 자외선을 내부 전반사시켜 상기 하우징 내부로 유입된 유체가 자외선에 노출되도록 하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치로서, UV 램프로부터 방사되는 자외선이 처리 대상 유체에 효율적으로 노출되도록 하여 살균 효율을 증가시킬 수 있다.

Description

ＵＶ 살균 장치{Ultra-violet sterilizing device}

본 발명은 자외선(UV) 살균 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 하천, 양어장, 상하수도 등에 사용되는 수처리용 UV 살균 장치에 관한 것이다.

일반적으로 양어장에서는 사료와 어분 등으로 인하여 병원성 미생물이 다량으로 번식하게 된다. 이러한 병원성 미생물은 어류에게 질병을 유발시키고, 독성물질을 발생시키며, 양어장의 용존산소를 감소시켜 양식 생물의 집단 폐사를 초래할 수 있다. 또한, 병원성 미생물은 오염된 환경에서 자란 어류를 섭취하는 최종 소비자인 사람에게 치명적인 식중독을 유발할 수도 있다.

이러한 양어장에서 오염된 양식수를 정화하는 방법으로는 항생제 투여법 및 오존 살균법 등이 있으나, 이러한 방법들은 비경제적이고 살균효과가 저조해서 다량의 어류를 양식하는 양식업에는 적절하지 못하다. 특히 항생제 투여법은 투여된 항생제가 어류를 통하여 인간에 이행될 우려가 있고, 오존살균법은 높은 농도의 오존으로 인해 어류가 시력을 상실하게 되고 심할 경우 치사하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 최근에는 전술한 화학적 처리방법을 대신하여 자외선에 의한 살균 처리기술이 각광받고 있다.

자외선 살균 처리기술은 처리 대상수에 자외선 살균 램프 및 시스템에서 조사되는 200nm ~ 400nm의 사이의 살균 파장을 갖는 자외선에 의한 광화학 작용(Photochemical effect)으로 바이러스와 박테리아 같은 미생물들을 살균하는 방법이다.

이러한 자외선 살균 장치에 사용되는 UV 램프에는 크게 2 종류가 있는데, 일반적으로 가장 많이 쓰이는 것이 저압 램프이고, 다른 하나가 중압 램프이다. 저압 램프는 살균력이 가장 강한 254nm의 단일 파장 자외선을 방사하고, 중압 램프는 200nm ~ 320nm에 걸쳐 있는 넓은 파장 대역의 자외선을 방사한다.

여기서, 저압 램프에서 방사되는 254nm 파장의 자외선은 가장 살균력이 강하기는 하지만 대장균 같은 미생물은 저압 램프에 노출된 후에 곧 회복될 수 있다. 반면, 중압 램프에 노출된 대장균과 같은 미생물은 회복이 거의 불가능하다. 한 연구에서, 중압 UV 램프는 1cm² 당 100mJ의 에너지(자외선 투여량)로 99.99% 이상의 미생물 감소율을 달성하였지만, 저압 UV 램프는 같은 감소율을 달성하기 위해 1cm² 당 186mJ의 에너지가 필요하다는 것이 입증되었다. 즉, 살균 효과 및 비용 효율적인 측면에서 중압 램프가 적용된 자외선 살균 장치가 유리하다는 것을 알 수 있다.

한편, 종래의 UV 살균 장치는 파이프 형태의 스테인리스 하우징 내에 석영 튜브를 배치하고, 석영 튜브 내부에 UV 램프를 위치시키고, 석영 튜브의 중공부에 진공 또는 질소(N2)를 봉입하고, UV 램프의 양 끝단에 자외선 반사판이 삽입 위치하는 이중 직관 구조로 이루어진다.

그러나, UV 램프로부터 방사되는 자외선의 일부는 석영 튜브를 통과하여 스테인리스 하우징에 흡수됨으로써, 실제 살균에 사용되는 자외선의 효율이 감소된다는 문제가 있었다. 또한, 석영 튜브가 오염 또는 손상된 경우에는 석영 튜브를 세척하거나 석영 튜브 전체를 교체하여야 하는 문제가 있었다.

선행기술문헌 1: 등록특허 제10-1379737호(2014.04.01. 공고)

선행기술문헌 2: 등록특허 제10-0913187호(2009.08.20. 공고)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, UV 램프로부터 방사되는 자외선이 처리 대상 유체에 효율적으로 노출되도록 하여 살균 효율을 증가시킬 수 있는 UV 살균 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 반사판 및/또는 석영 튜브의 교체가 용이한 UV 살균 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 처리 대상 유체에 포함된 미생물이 고르게 자외선에 노출되도록 하는 UV 살균 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유체가 일방향으로 이동하도록 일단에 유입구를 구비하고 타단에 유출구를 구비한 파이프 형상의 하우징: 상기 하우징의 중앙에 상기 하우징의 길이방향과 수직방향으로 배열되어 상기 하우징을 관통하도록 설치되는 석영 튜브; 상기 석영 튜브의 내부에 배치되어 자외선을 방사하는 UV 램프; 및 상기 하우징의 내부에 삽입되고, 상기 UV 램프로부터 방사되는 자외선을 내부 전반사시켜 상기 하우징 내부로 유입된 유체가 자외선에 노출되도록 하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 UV 램프는 200 ~ 320nm 파장 대역의 자외선을 방사하는 중압 UV 램프인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 반사판은 복수의 판 형상 부재들로 이루어지고, 상기 하우징의 길이방향을 따라 삽입되어 다각형의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 반사판의 복수의 판 형상 부재들은 개별적으로 상기 하우징에 착탈 가능한 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 하우징 내의 유체의 유량을 측정하는 유량 센서, 상기 UV 램프로부터 방사되는 자외선의 강도를 측정하는 UV 강도 측정 센서 및 상기 하우징 내의 유체로 투과되는 자외선의 투과도를 측정하는 UV 투과도 센서를 포함하는 센서부; 및 상기 센서부의 감지 결과를 기초로 상기 UV 램프의 자외선 투여량을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

부가적으로, 상기 하우징의 유입구의 전단에 설치되어 상기 하우징으로 유입되는 유체에 와류가 형성되도록 하는 와류 형성 수단을 더 포함하고, 상기 와류 형성 수단은 나선형 유로가 형성된 와류 형성 파이프, 와류 형성 펌프 또는 스테틱 믹서인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하우징의 내부에서 자외선의 전반사가 이루어지도록 반사판을 구비하여 처리 대상 유체로 전달되는 자외선의 투여량을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 처리 대상 유체의 미생물 살균 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 사용 중에 처리 대상 유체와의 접촉에 의해 반사판이 손상 또는 오염되는 경우, 사용자는 손상 또는 오염된 해당 판 형상 부재만을 간단하게 교체할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 처리 대상 유체의 유량, UV 램프의 출력 및 자외선 투과도를 기초로 하여 처리 대상 유체에 적합한 자외선 투여량을 계산하고, 계산된 자외선 투여량에 맞춰 UV 램프의 출력을 효율적으로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 하우징으로 유입되는 처리 대상 유체가 와류 흐름을 갖고 하우징을 통과하도록 하여 부유물이 정체되지 않고 이동함으로써 처리 대상 유체에 포함된 미생물 전체에 고르게 자외선이 도달할 수 있게 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 UV 살균 장치를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 UV 살균 장치를 개략적으로 도시한 횡방향 단면 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 UV 살균 장치를 개략적으로 도시한 종방향 단면 구성도,
도 4는 다각형 반사판이 삽입된 본 발명에 따른 UV 살균 장치를 개략적으로 도시한 종방향 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 UV 살균 장치에 대한 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

본 발명에 따른 UV 살균 장치는 하천, 양어장, 상하수도 등의 수질을 개선하기 위해 처리 대상 유체에 자외선을 방사하여 처리 대상 유체에 포함된 미생물을 살균 처리하는 장치이다.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 파이프 형상의 하우징(110), UV 램프(130)를 보호하도록 UV 램프(130)를 수용하는 석영 튜브(120), 석영 튜브(120) 내부에 배치되는 UV 램프(130), 및 UV 램프(130)로부터 방사되는 자외선이 하우징(110) 내부로 고르게 반사되도록 하는 반사판(140)을 포함하여 구성된다.

하우징(110)은 일단에 유입구(111)를 구비하고 타단에 유출구(112)를 구비하여 일방향으로 유체가 이동할 수 있는 구조를 갖는다. 이 하우징(110)은 부식 및 오염 방지를 위해 그리고 내구성 등을 이유로 스테인리스 재질로 이루어질 수 있다.

석영 튜브(120)는 하우징(110)의 중앙에 하우징(110)의 길이방향과 수직방향으로 배열된다. 즉, 석영 튜브(120)는 하우징(110)의 중앙 부분을 관통하도록 설치된다.

UV 램프(130)는 석영 튜브(120)의 내부에 배치되어 석영 튜브(120) 외부로 자외선을 방사한다. 이 UV 램프(130)는 200 ~ 320nm 파장 대역의 자외선을 방사하는 중압 UV 램프일 수 있다.

반사판(140)은 하우징(110)의 내부에 하우징(110)의 길이방향을 따라 삽입되고, UV 램프(130)로부터 방사되는 자외선을 내부 전반사시켜 하우징(110) 내부로 유입된 처리 대상 유체가 자외선에 고르게 노출되도록 하는 역할을 한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 하우징(110)의 내부에서 자외선의 전반사가 이루어지도록 반사판(140)을 구비하여 처리 대상 유체로 전달되는 자외선의 투여량을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 따라서, 처리 대상 유체의 미생물 살균 효율을 높일 수 있다.

바람직하게는, 반사판(140)은 복수의 판 형상 부재들로 이루어질 수 있다. 그리고, 이 판 형상 부재들은 하우징(110)의 길이방향을 따라 하우징(110) 내에 삽입되는 다각형의 종방향 단면 형상을 가질 수 있다. 도 4에는, 5개의 판 형상 부재들로 이루어진 반사판(140)이 도시되어 있지만, 반사판(140)은 하우징 내부에서 전반사가 이루어지는 형태라면 3개, 4개, 6개 등의 판 형상 부재들로 이루어질 수도 있다.

여기서, 반사판(140)의 복수의 판 형상 부재들은 개별적으로, 즉 하나씩 하우징(110)의 내부에 착탈 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 하우징(110)은 내면에 길이방향을 따라 연장되고 서로 나란하게 배열된 복수의 리브(미도시)를 구비할 수 있고, 판 형상 부재들은 하나씩 상기 한 쌍의 리브 사이에 슬라이딩 방식으로 삽입될 수 있다.

따라서, 사용 중에 처리 대상 유체와의 접촉에 의해 반사판(140)이 손상 또는 오염되는 경우, 사용자는 손상 또는 오염된 해당 판 형상 부재만을 간단하게 교체할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 UV 살균 장치에 따르면, 하우징(110)의 중앙에 배치된 UV 램프(130)로부터 방사된 자외선은 하우징(110)의 좌측 뿐만 아니라 하우징(110)의 우측으로 방사된다. 따라서, 하우징(110)의 유입구(111)로부터 유출구(112)를 향하여 이동하는 처리 대상 유체는 하우징(110) 내에서 이동하는 동안 지속적으로 자외선에 노출되어 살균 처리가 이루어진다.

본 발명의 도면에는 1개의 UV 램프(130)가 구비된 UV 살균 장치가 도시되어 있지만, 처리 대상 유체의 용량에 따라 UV 램프의 수는 증가될 수 있다. 바람직하게는, 1개의 UV 램프(130), 하우징(110) 및 반사판(140)이 하나의 UV 살균 모듈을 구성할 수 있고, 이 UV 살균 모듈은 필요에 따라 복수 개로 연결되어 대용량의 UV 살균 장치를 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 UV 램프(130)를 용이하게 교체할 수 있도록 구성된다. 첨부된 도면들에서, 하우징(110)의 중앙 부분을 보면, 하우징(110)의 상단 및 하단에 일직선상으로 각각 개구(113, 114)가 형성되고, 이 개구들(113, 114)에는 각각 개폐 가능한 캡(150, 160)이 구비된다. 사용자가 캡(150, 160)을 개방하면, 석영 튜브(120)의 내부가 개방되는 구조이다. 따라서, 사용자는 석영 튜브(120) 내부의 UV 램프(130)를 교체하거나 UV 램프(130)를 석영 튜브(120)의 내부에 설치하기 위해 캡(150, 160)을 개방함으로써, 하우징(110)의 내부의 석영 튜브(120) 및/또는 UV 램프(130)를 간단하게 개방시킬 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 처리 대상 유체의 효율적인 살균 처리를 위해 UV 램프(130)의 자외선 투여량을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 유량 센서(170), UV 강도 측정 센서(180) 및 UV 투과도 센서(190)를 구비한 센서부 그리고 센서부의 감지 결과를 기초로 UV 램프(130)의 자외선 투여량을 제어하는 콘트롤러(200)를 더 포함할 수 있다.

유량 센서(170)는 하우징(110)의 하측에 설치되어 하우징(110)의 유입구(111)로부터 유출구(112) 측으로 이동하는 처리 대상 유체의 유량을 측정한다. UV 강도 측정 센서(180)는 UV 램프(130)와 인접한 위치에 설치되어 UV 램프(130)로부터 조사되는 자외선의 강도, 즉 UV 램프(130)의 출력을 측정한다. 그리고, UV 투과도 센서(190)는 하우징(110) 내부로 유입된 처리 대상 유체에 방사되는 자외선의 투과도를 측정한다.

그리고, 콘트롤러(200)는 유량 센서(170)를 통해 측정된 처리 대상 유체의 유량, UV 강도 측정 센서(180)를 통해 측정된 UV 램프(130)의 출력 및 UV 투과도 센서(190)를 통해 측정된 자외선 투과도를 기초로 하여 처리 대상 유체에 적합한 자외선 투여량을 계산하고, 계산된 자외선 투여량에 맞춰 UV 램프(130)의 출력을 제어할 수 있다.

예를 들면, 유량 센서(170)를 통해 측정된 처리 대상 유체의 유량이 증가하는 경우, 또는 UV 투과도 센서(190)를 통해 측정된 자외선 투과도가 감소하는 경우에, 콘트롤러(200)는 처리 대상 유체에 포함된 미생물이 증가하였다고 판단하여 UV 램프(130)의 출력을 증가시킴으로써 자외선 투여량을 증가시킬 수 있다.

추가적으로, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 하우징(110) 내부에 유입되는 처리 대상 유체가 층류 흐름이 아닌 와류 흐름을 갖도록 와류 형성 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.

이 와류 형성 수단은 하우징(110)의 유입구(111)의 전단에 설치되어 하우징(110)으로 유입된 유체가 와류 흐름을 갖고 하우징(110) 내부를 통과하도록 하는 역할을 한다. 처리 대상 유체가 층류 흐름을 갖고, 즉 일정한 형태로 하우징(110) 내부를 통과하면 유체에 포함된 부유물 반대편에 가려진 미생물에는 자외선이 도달하지 않는 경우가 발생할 수 있다. 그러나, 처리 대상 유체가 와류 흐름을 갖고, 즉 회전하는 형태로 하우징(110) 내부를 통과하게 되면 유체에 포함된 부유물이 회전하면서 미생물 전체에 고르게 자외선이 도달하게 된다.

여기서, 와류 형성 수단은 예를 들면 나선형의 유로가 형성된 와류 형성 파이프로 구성되어 하우징(110)의 유입구(111) 전단에 설치될 수 있다. 이 나선형의 유로는 와류 형성 파이프의 내벽에 나선 형상으로 돌출된 가이드 리브일 수 있다.

또한, 와류 형성 수단은 예를 들면 하우징(110)의 유입구(111) 전단에 설치되어 와류 흐름을 갖는 유체를 외부로 펌핑하는 와류 형성 펌프일 수 있다.

또한, 와류 형성 수단은 예를 들면 하우징(110)의 유입구(111) 측에 설치된 스테틱 믹서(static mixer)일 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 UV 살균 장치는 하우징(110)으로 유입되는 처리 대상 유체가 와류 흐름을 갖고 하우징(110)을 통과하도록 하여 부유물이 정체되지 않고 이동함으로써 처리 대상 유체에 포함된 미생물 전체에 고르게 자외선이 도달할 수 있게 할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

110: 하우징 111: 유입구
112: 유출구 113, 114: 개구
120: 석영 튜브 130: UV 램프
140: 반사판 150, 160: 캡
170: 유량 센서 180: UV 강도 측정 센서
190: UV 투과도 센서 200: 콘트롤러

Claims (6)

1. 유체가 일방향으로 이동하도록 일단에 유입구를 구비하고 타단에 유출구를 구비한 파이프 형상의 하우징:
   상기 하우징의 중앙에 상기 하우징의 길이방향과 수직방향으로 배열되어 상기 하우징을 관통하도록 설치되는 석영 튜브;
   상기 석영 튜브의 내부에 배치되어 자외선을 방사하는 UV 램프; 및
   상기 하우징의 내부에 삽입되고, 상기 UV 램프로부터 방사되는 자외선을 내부 전반사시켜 상기 하우징 내부로 유입된 유체가 자외선에 노출되도록 하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 UV 램프는 200 ~ 320nm 파장 대역의 자외선을 방사하는 중압 UV 램프인 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 반사판은 복수의 판 형상 부재들로 이루어지고, 상기 하우징의 길이방향을 따라 삽입되어 다각형의 단면 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 반사판의 복수의 판 형상 부재들은 개별적으로 상기 하우징에 착탈 가능한 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 하우징 내의 유체의 유량을 측정하는 유량 센서, 상기 UV 램프로부터 방사되는 자외선의 강도를 측정하는 UV 강도 측정 센서 및 상기 하우징 내의 유체로 투과되는 자외선의 투과도를 측정하는 UV 투과도 센서를 포함하는 센서부; 및
   상기 센서부의 감지 결과를 기초로 상기 UV 램프의 자외선 투여량을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징의 유입구의 전단에 설치되어 상기 하우징으로 유입되는 유체에 와류가 형성되도록 하는 와류 형성 수단을 더 포함하고,
   상기 와류 형성 수단은 나선형 유로가 형성된 와류 형성 파이프, 와류 형성 펌프 또는 스테틱 믹서인 것을 특징으로 하는 UV 살균 장치.

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