KR20220130480A - 살균등 및 이를 포함하는 살균장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 자외선을 방출하는 램프와; 상기 자외선을 가시광 또는 적외선으로 변환하는 파장변환부와; 상기 램프 상부에 배치되는 미러 반사부를 포함하는 살균등을 제공한다.

Description

살균등 및 이를 포함하는 살균장치{Germicidal Lamp And Apparatus Including The Same}

본 발명은 살균등에 관한 것으로, 특히 파장변환부를 포함하는 살균등 및 이를 포함하는 살균장치에 관한 것이다.

일반적으로 260nm 부근의 자외선 파장은 박테리아나 곰팡이 등의 미생물 살균에 널리 사용되어 왔고 특히 바이러스의 DNA도 파괴하므로 바이러스 불활성화(제거)에도 매우 효과가 뛰어나다고 알려져 있다.

반면 사람의 각막이나 피부에 손상이나 암을 유발할 수 있으므로 인체에 직접 조사하는 것은 불가하다고 알려져 있다.

최근의 연구에 의하면 200nm ~ 280nm 영역의 UVC 파장 중 특히 200nm - 230nm 영역의 Far UVC는 살균 및 바이러스 비활성화에 기존의 260nm 영역의 UVC 파장 못지 않게 효과가 있으면서도 인체에는 무해하다는 것이 밝혀졌다.

이는 크기가 20 ~ 50마이크로미터인 인체 세포의 경우 Far UVC 파장의 자외선이 피부나 각막의 외부(바깥층) 세포 표면에서 흡수되고 핵에 도달하지 못해 피해를 일으키지 않는 반면, 크기가 수 마이크로미터인 바이러스는 Far UVC가 세포핵을 관통하면서 핵 내부에 존재하는 DNA 결합 구조를 파괴하여 바이러스나 세균을 불활성화하거나 살균한다고 알려져 있다.

중심파장 220nm를 발생시키는 가장 일반적인 수단으로는 KrCl Excimer Lamp가 알려져 있다.

이 램프는 222nm 중심 파장을 기준으로 매우 좁은 반치폭(Full Width Half Maximum)의 자외선 스펙트럼을 나타내지만 염소 가스에 의한 258nm 파장도 일부 포함되어 발광되고 있다.

이로부터 KrCl Excimer Lamp로 발광된 자외선을 사람이 활동하고 있는 공간에 조사하여 살균용으로 사용하기 위해서는 인체에 유해하다고 알려진 258nm 파장대의 빛을 제거하는 것이 필요한데, 200nm ~ 230nm 파장의 자외선만 통과시키고 인체에 유해한 258nm 영역의 빛은 흡수하는 Bandpass Filter를 램프와 함께 사용하는 기술이 알려져 있다.

그런데, 인체에 유해한 파장을 제거하기 위해 Bandpass Filter를 사용할 경우 240nm ~ 270nm 영역의 자외선은 완전히 제거할 수 있으나, 현재의 광학 코팅의 기술적 문제로 인해 Filter의 가격은 매우 높은데 비해, 투과도는 낮아 200nm ~ 230nm 영역의 실제 투과도는 20 ~ 50% 이상을 달성하기 어렵다고 알려져 있다.

이는 Bandpass Filter 장착으로 인해 최소 2배 ~ 5배의 램프 출력(광량) 증가가 필요하다는 것을 의미하며, 이 경우 가격 상승 및 등기구 크기 증가도 매우 큰 문제이지만, 출력 증가로 인한 발열이 중요한 문제로 작용한다.

현재 상용화된 일반적인 가시광 영역을 발광하는 램프나 LED 조명의 수명이 8,000시간 ~ 50,000시간인 것에 비해 KrCl Excimer Lamp는 램프 수명이 2,000시간 ~ 4,000시간에 불과한데 발열로 인한 수명 단축이 주요 요인으로 알려져 있다.

발열로 인해 램프 내부 온도가 상승할 경우 전극과 부식성 가스가 반응하는 속도가 높아져 수명이 가속화되어 낮아진다.

이 경우 광출력이 낮아진 램프는 살균력이 낮아져 본연의 기능을 수행하지 못하는데 비해, 200nm ~ 230nm 파장대의 자외선은 사람 눈에 보이지 않으므로, 점등 중인데 출력이 낮아진 것인지, 비점등 상태인지 확인이 어렵다는 문제가 있다.

이로부터 램프 교체 시기를 지나칠 경우 살균등을 설치하였음에도 불구하고 치명적인 결과를 초래할 수도 있다는 문제가 있다.

본 발명은, 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 자외선을 흡수하여 가시광 또는 적외선으로 변환하는 파장변환부와 전반사 미러를 이용하여 빛을 방출함으로써, 안전성이 향상되고 제조비용이 절감되는 살균등 및 이를 포함하는 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 자외선을 방출하는 램프와; 상기 자외선을 가시광 또는 적외선으로 변환하는 파장변환부와; 상기 램프 상부에 배치되는 미러 반사부를 포함하는 살균등을 제공한다.

본 발명은, 자외선을 흡수하여 가시광 또는 적외선으로 변환하는 파장변환부와 전반사 미러를 이용하여 빛을 방출함으로써, 안전성이 향상되고 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 살균등을 도시한 도면.
도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 살균등을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균등을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 살균등의 형광물질의 특성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 살균등의 형광체의 특성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 살균장치를 도시한 도면.

이하, 본 발명의 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 i) 254nm 파장대의 자외선을 흡수하여 가시광이나 적외선 영역의 빛으로 파장을 변환하여 방출하는 수단과, ii) 전반사 미러를 이용한 수단을 제안하고자 한다.

i)의 수단은 단독으로 사용할 경우 주로 엑시머 램프에 장착하여 넓은 각도로 200nm ~ 230nm 영역의 자외선을 조사할 때 사용하는 수단이며, 등기구에 램프를 내장하여 일정 공간만 조사할 경우 i)의 수단과 ii)의 수단을 결합하여 사용할 수도 있다.

도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 살균등을 도시한 도면이다.

도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이, 엑시머 램프 제작 시 i)의 수단을 적용할 수 있다.

240nm ~ 270nm 파장대의 자외선을 흡수하여 가시광이나 적외선 영역의 빛으로 변환하는 형광체나 염료 등을 엑시머 램프에 직접 도포하거나, 별도의 필름에 도포한 후 이를 램프에 부착하는 형태, 직경이 다른 두 개의 원통 사이에 형광체나 염료를 도포한 별도의 투명 실리콘 필름 등을 삽입하거나, 투명 원통 재질 내부에 상기 형광체나 염료를 분산한 PIG(Phosphor-in-Glass) 형태로 사용할 수 있다.

도 2a 및 도 2b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 살균등을 도시한 도면이다.

도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 파장 변환용 형광체나 염료를 램프의 일부 혹은 전부에 도포하거나 부착한 수단에 전반사 미러를 결합할 수 있다.

전반사 미러는 200nm ~ 230nm 영역에서 반사율 90% ~ 99%를 용이하게 얻을 수 있으므로, Bandpass Filter에 비해 가격과 성능 면에서 월등하게 우수하다.

그리고, 인체에 해로운 240nm ~ 270nm 영역의 자외선은 파장 변환용 형광체나 염료에 의해 가시광으로 변환되어 방출되므로, 인체에는 무해하다.

이 경우 램프가 점등하면 200nm ~ 230nm 영역의 살균력을 가지는 자외선뿐만 아니라 사용자의 눈에는 가시광의 빛도 함께 보이므로, 램프의 점등 유무와 발광 강도를 실시간 인지할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 적절한 형광체나 염료, 혹은 도료를 선정할 경우 200nm ~ 230nm 영역의 투과도를 80% ~ 90% 이상 유지하는 것도 가능하므로, 과도한 램프 출력 증가로 인한 가격 상승 및 온도 상승으로 인한 수명 단축의 위험을 제거할 수 있다.

엑시머 램프에 파장 변환 형광체를 도포하거나 삽입하는 방법 외 램프 배면의 반사판(필름)에 도포하는 방법도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 살균등을 도시한 도면이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 램프의 전면에 반사 미러를 배치하여 램프 후면에 있는 미러에 빛이 반사되도록 배치한 후 배면에 있는 미러 표면에 파장 변환용 형광체나 염료를 추가로 도포할 경우 코팅된 형광체나 염료 등에 의해 인체에 해로운 240nm ~ 270nm 파장대의 자외선은 가시관으로 변환되어 방출된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 살균등의 형광물질의 특성을 도시한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, HZr₂(PO₄)₃조성의 물질은 700도에서 가열하여, 자외선 영역의 빛을 흡수할 경우 청자색 형광 특성을 나타낼 수 있다.

내부의 좌측에 나타낸 점선은 형광체의 여기광 특성(Excitation: 흡수특성)을 나타낸 것으로 254nm 부근에서 강한 흡수 특성을 나타내고 있지만, 200nm ~ 230nm 영역에서는 매우 낮은 흡수 특성을 보여 주고 있음을 알 수 있다.

우측의 실선은 형광체의 형광특성(Emission: 발광특성)을 나타낸 것으로 254nm 흡수광에 의해 여기된(Excited) 형광체가 392nm의 청색 발광 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

즉, 인체에 해로운 258nm 파장대를 흡수하여 인체에 무해한 392nm 파장대역의 청자색광으로 변환시키고, 살균에 사용되는 200nm ~ 230nm 영역의 자외선은 투과시키는 파장 변환 소자로 적용 가능한 예를 나타낸 것이다.

이러한 형광체를 두께 0.000001mm(1nm) ~ 10mm의 두께로 램프의 튜브에 도포하거나, 유연성이 있는 투명 기판이나 필름에 도포한 후 전술한 램프의 튜브에 부착하거나, 두 개의 투명 동심원 튜브 사이에 삽입하는 형태 혹은 PIG (Phosphor in Glass) 형태로 엑시머 램프를 제작할 경우, 램프 동작 시 200nm ~ 230nm 영역의 살균용 자외선과 청자색광이 동시에 방출된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 살균등의 형광체의 특성을 도시한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, Ba_0.97Eu_0.03Ca₂MgSi₂O₈ 조성의 물질은 형광체 특성을 나타낼 수 있다.

도 4의 실시예와 유사하게, 240nm 이상 파장의 UV를 흡수하여 430nm 이상 파장의 가시광으로 변환하여 발광하는 특성을 나타내고 있음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 살균장치를 도시한 도면이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 전반사 미러 수단과, 형광체나 염료가 도포된 전반사 미러를 결합하여 살균장치에 사용할 수 있다.

Excimer Lamp 주위에 반사율이 매우 높은 소재로 코팅된 Housing을 설치한 후 최소 1개 이상의 광 출력구를 배치하고, 광출력구에 200nm ~ 230nm 파장대에서 매우 높은 반사율 특성을 나타내는 별도의 전반사 미러를 설치하는 형태이다.

출력구 외부에 장착된 별도의 전반사 미러는 표면에 상기 형광체나 염료를 도포한 것으로 200nm ~ 230nm 파장대의 자외선은 매우 높은 반사율로 반사되지만, 240nm ~ 270nm 영역의 자외선은 표면의 형광체나 도료에 흡수되어 가시광으로 변환되어 일부는 반사되고, 일부는 투과되거나 흡수된다.

Housing 내부에 코팅된 반사 물질은 표면 거칠기가 높고 사방으로 균일하게 자외선을 조사하는 특징을 가진 물질이 적당하며 Housing에는 내부의 램프를 냉각하거나 공기 살균을 위한 팬이 배치된다.

Housing 일부에 원하는 크기와 형태의 광 출력구를 제작하면 Housing 내부에서 균일하게 전반사된 자외선의 일부가 광출력구를 통해 방출된다. 광 출력구에 200nm ~ 230nm에서 매우 높은 반사율을 가지면서 240nm ~ 270nm에 주로 반응하는 형광체가 코팅된 미러를 설치하면 240nm ~ 270nm 영역의 인체에 해로운 자외선은 외부로 산란되거나 주변 물질에 흡수되므로 인체에 영향을 주지 않는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 살균등

Claims (1)

1. 자외선을 방출하는 램프와;
   상기 자외선을 가시광 또는 적외선으로 변환하는 파장변환부와;
   상기 램프 상부에 배치되는 미러 반사부
   를 포함하는 살균등.
   

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