KR20220136299A - 태양빛에 포함된 원적외선을 분리하여 증폭할 수 있는 조사기 - Google Patents

Abstract

사람 및 생명체에게 웰빙환경을 제공하는 방안들중 하나로서는 자연계에 존재하는 태양빛 중에서도 원적외선 영역의 파장을 생명체에 비추게 하는 것이다. 원적외선 영역의 파장은 생명체의 세포에 깊숙히 침투하여 여러가지 이로운 작용을 하는데, 가급적 장시간 쪼이면 그만큼 효과 증대에 유리하다. 적외선은 햇빛에 포함되어 있으나 자외선 및 해로운 파장도 포함 되어 있으며, 적외선 램프나 전열기기 등으로 적외선을 발생시킬 수도 있지만, 이또한 전자파가 부수적으로 발생하여 해롭다. 뜨거운 불가마 찜질방 내에서는 근적외선의 열작용 효과를 어느 정도 기대할 수는 있지만, 원적외선은 미미하다. 태양광에 포함된 원적외선을 증폭하며 되지만, 태양광의 열에너지는 장시간 조사하면 일사병 및 열사병의 원인이 된다. 태양빛에 포함된 원적외선의 웰빙효과는 증대시키고 부수적으로 발생하는 부작용을 없애는 획기적인 방법으로는, 자외선 차단 처리된 프레넬 렌즈나 볼록렌즈에 햇빛을 통과 시킨 후에 초점부위에 가림막을 설치하여 열에너지를 차단하고 원적외선만 증폭시키는 것이 본 발명의 핵심이다.

Description

태양빛에 포함된 원적외선을 분리하여 증폭할 수 있는 조사기 {The instrument for separating and amplifying far infrared ray included in sunlight }

본 발명은 웰빙 환경을 조성하는 방안중의 하나로서 인류를 비롯한 생명체에 이로운 원적외선을 분광 시켜서 장시간 조사할수 있는 방법에 관한 것이다.

적외선은 근적외선과 원적외선으로 나뉘는데 원적외선 영역의 파장은 인간의 육안으로는 볼수 없고 일반 카메라로도 잡히지 않으나, 생명체의 세포 깊숙히 침투하여 여러가지 이로운 작용을 한다. 체내에서 혈액순환 및 신진대사 증대, 피로회복, 면역세포를 활성화하여 체내에 침투한 세균 및 바이러스의 살균에 간접적으로 기여하는 등의 효능을 발휘한다. 따라서 가급적 장시간 꾸준히 쪼이면 그만큼 웰빙 효과 증대에 유리하다.

원적외선은 태양빛에 다량 함유되어 있는데, 본 발명은 이를 선별 증폭할 수 있는 방안에 관한 것이다.

원적외선을 인체에 조사하면 웰빙 효과를 얻을 수 있다는 사실이 밝혀지면서 원적외선을 생성시키기 위해 여러 방법이 제시 되고 있다.

적외선 램프를 전원에 연결하여 적외선을 생성 시키거나, 황토나 세라믹 소재 또는 금속 물질에 열을 가하여 발생 시키기도 한다. 햇빛에 원적외선이 포함되어 있으므로 일광욕을 하면서 쬐는 방법도 있다.

최근에 본 발명자가 제시한 방법으로서(출원 10-2022-0057419) 기존의 태양광에 반사광을 추가하여 증폭시키는 방법을 들 수도 있다.

원적외선이 인류를 비롯한 생명체에 이롭기 때문에 현재 이를 얻을려고 시도하는 방법들은 모두 다음과 같은 문제점들을 안고 있다.

햇빛에 원적외선이 포함되어 있으므로 일광욕을 하는 방법이 있으나, 햇빛에는 원적외선 말고도 자외선을 포함되어 있어서, 직사광선에 장시간 노출되면 해롭다.

적외선 램프나 전열기기 등으로 적외선을 발생시키는 경우 전자파가 부수적으로 발생하는 단점이 있고 원적외선 생성량도 미미하다. 뜨거운 불가마 찜질방도 앞으로 언급 하게 될 흑체복사 이론에 의하면 강도 및 효과가 미미하다.

본 발명자가 기존에 제시한 태양광 증폭기는 원적외선을 증폭시키는 긍정적인 역할도 하지만 가시광선과 근적외선도 동시에 증폭시키므로, 이를 장시간 조사할 경우 일사병 및 열사병을 초래할 위험이 커진다.

원적외선은 피부 이하로 부분적으로 침투는 하지만 일정 깊이 이상으로는 침투하기 어렵다. 체내 깊은 곳으로 침투시키기 위해서는 별도의 전달 방법이 필요하다

가시광선의 초점부분은 열선이라 불리는 근적외선도 이부분에서 초점을 형성하여, 종이도 태우는 화력을 지닌다. 이러한 파장에 비해 원적외선은 굴절률이 낮아서 가시광선의 초점 부분보다 훨씬 아래 부분에 초점을 형성한다.

태양빛에 포함된 원적외선은 증폭하되 자외선과 열에너지는 제거할 수 있는 획기적인 방안으로는, 볼록렌즈나 프레넬렌즈를 이용하여 원적외선은 증폭하되 열에너지는 초점 부위에 가림장치와 열교환 장치를 구비하여 해결 할 수 있다.

프레임 상단부분에 자외선 방지 코팅 처리된 볼록렌즈나 프레넬 렌즈를 장착하고(도1 108) , 입사된 태양광은 가시광선 초점 부위에 수냉식으로 열교환이 가능한 가림판을 설치하여(112) 가시광선과 근적외선에 함유된 열에너지를 차단시키고, 증폭된 원적외선만을 하단부위로 통과시킨다.(도1)

원적외선 증폭기를 플렉시블한 내시경에 연결하면 증폭된 원적외선을 최내 장기 깊숙히 전달할 수 있어서, 신체 안과 밖 모두 치유할 수 있다.

자외선 차단 처리해서 햇빛중의 자외선과 열에너지가 높은 가시광선과 근적외선은 차단하고 원적외선은 투과되어 증폭되므로, 기존이 여러 파장이 혼합된 태양빛에 비해 웰빙 효과를 극대화 할 수 있고, 장시간 조사하여도 해롭지 않다. 열에너지가 제거된 원적외선을 선별하여 인류 및 생명체에게 꾸준하게 조사 할 경우, 체세포내에서 각종 웰빙효과를 증대시키고 부분적으로는 자연 치유의 효과까지도 기대를 할 수 있는 방법이 되겠다. 증폭된 원적외선은 신체각부위에 골고루 조사하는 것이 가장 이상적이며, 신체 외부뿐만 아니라 광학내시경과 연계하여 신체 내부 장기에 직접 조사해주면 효과가 훨씬 증대된다.

도1은 프레넬렌즈를 이용하여 열에너지를 제거한 원적외선 증폭기 도시
도2는 내시경용 원적외선 증폭기
도3은 프리즘에 의한 태양빛의 분광현상 도시
도4는 흑체복사이론의 광원의 온도와 빛의 광도 관계 도시
도5는 프레넬 렌즈 도시(정방향-볼록렌즈 해당)
도6은 역방향 프레넬 렌즈 도시(오목렌즈 해당)
도7은 가시광선과 원적외선의 초점 위치 차이 도시
도8은 원적외선의 진행방향이 가시광선 가림판의 영향 받지 않음을 도시

원적외선 영역의 파장을 일단 정의 하자면, 햇빛을(101) 프리즘에(102) 통과시키면 여러가지 파장의 빛들이 색상별로 분리되어[도5] 나타난다. 각각의 파장은 특정한 색상과 에너지와 굴절률을 지닌다. 가시광선은 흰색이지만 프리즘을 통과하면서는 각파장의 굴절률 차이로 인하여 분광현상이(104) 발생한다. 적색은 그중에서 파장이 가장 길면서 굴절률이 낮아서 조금 꺽어지므로 제일 상단에 위치하고, 보라색은 파장이 가장 짧고 굴절률이 제일 커서 많이 꺽어지므로 하단에 위치한다. 근적외선은 적색 보다는 굴절률이 작아서 적색파장의 상단에(105) 위치하며, 본발명의 최대 관심 사항인 원적외선은(106) 근적외선 보다 굴절률이 작아서 이보다 상단에 위치한다. 각 파장의 간단한 특성은 아래의 [표 1] 와 같다.

흑체복사 이론에 의하면[도2] 광원의 온도가 고온일수록 많은 광량을 생성한다. 태양 표면의 온도는 6000 K 로서, 적외선 램프(2000 ∼ 3000 K)나 찜질방의 온도 보다 훨씬 높은 만큼 발생하는 원적외선의 함량도 많다.

각종 원적외선 발생장치를 통해 원적외선을 발생시켜서 인체에 조사해 보지만 효능이 제대로 발휘되지 않는 이유로는, 적외선램프나 찜질방에서 발생하는 원적외선의 광량이 흑체복사 이론상 극히 미미하기 때문이다. 3500 K 의 광원이라도 그래프상 가장 낮은 광량을 보이는데, 일상적인 원적외선 발생장치는 이보다도 저온에서 생성되므로 비교 자체가 안된다.

원적외선의 효능을 충분히 발휘하기 위해서는 일상적인 햇빛 조사량에 비해 최소 1.5 ∼ 2배 이상의 빛의 광도 부터 제대로 된 효과를 기대 할 수 있다. 태양에서 생성된 원적외선을 포함한 햇빛은 광속으로 8분 거리인 지구에 도달하면서는 광량이 줄어든 상태이고, 본 발명의 목적상으로는 불필요한 자외선과 열에너지를 포함하고 있다. 따라서, 자외선과 열에너지는 차단시키고 원적외선은 필요한 만큼 증폭시키는 것이 본발명의 핵심이다.

본발명에 사용되는 프레넬렌즈란 미세한 삼각형(프리즘) 모양의 돌기들을 동심원을 이루도록 하여(도5의 108 ), 동일한 배율의 볼록렌즈에 비해 얇고 가벼운 특성을 지닌다. 역방향의 프레넬렌즈는 동심원을 이루는 미세한 삼각형(프리즘)이 역방향으로 배열하여(도6의 109)오목렌즈 역할을 한다.

맑은날 옥외에서 프레넬렌즈나 볼록렌즈로 태양빛을 모으면 초점부위에서는 종이를 태우는 화력을 발휘하는데, 태양빛이 모인 초점을 제외한 어두운 부분은 원적외선 영역이다.(115)

이제 본발명에 대해 구체적으로 상술하자면, 프레임 상단에는 자외선차단 코팅 처리된 프레넬 렌즈나(도1 108 ) 볼록렌즈를 장착한다. 몸통 프레임은 가시광선 초점부분까지 깔때기 형태의 역삼각형 형태로(121) 제조하고, 하단 프레임은 원통형을(122) 유지한다. 프레임의 내벽 전체에는 거울을(121,122,123) 부착한다. 상단 렌즈를 통해 입사된 태양 빛이 모이는 가시광선의 초점 부위에 가림판을(112) 설치한다.

가림판은 상단 렌즈크기의 5% 이하로 하여, 불필요하게 광량을 낭비하지 않으면서도 가시광선과 열에너지를 충분히 차단하도록 일정한 면적을 부여한다. 가림판 내부로는 냉각수를 지속적으로 공급받도록 급수배관을(118) 연결 하고 밸브 또한 부착하여(119) 공급과 퇴수되는 양을 조절한다. 열교환된 냉각수는 외부로 방출시키는데, 퇴수부분의 배관을(120) 최대한 가늘게 하여 자체 열에 의해 증발이 쉽도록 유도하여 불필요한 관리를 배재하도록 한다.

가림판의 하단부위에는 역방향의 프레넬렌즈나 오목렌즈를 설치하여(도 109) 원적외선이 과다하게 초점으로 집결되지 않고(도7 111) 배출부분으로 골고루 방출되도록 유도한다.(도1)

이렇게 제조된 원적외선 증폭기는 소형규격으로 제조하여 피부에 부분적으로 조사할 수도 있고, 대형화 하여 전신 조사를 시도 할 수도 있다. 소형으로 제조할때는 상단 렌즈를 단일판으로 하는 것이 바람직하다. 반면 대형화 하고자 할 경우에는 단일판으로는 제조 및 시공이 난이할 수 있으므로 몇조각을 연결하여 시도하면 보다 편리하다. 프레넬렌즈는 꼭 원형일 필요는 없고, 사용 현장의 형태에 맞추어 제조하면 된다.(도9)

특별히 체내의 장기에 직접 원적외선을 조사하기 위해서는 원적외선 증폭기를 아날로그 타입의 내시경에 연결하여(도2 123,124) 각종 장기 내부에 원적외선의 조사를 시도할 수도 있다. 내부 장기의 관찰용이 아니라 원적외선을 내부로 전달만 할 수 있으면 되므로 끝부분을 투명판으로 마감 밀폐한(125) 간단한 광학 거울을 내장한 플렉시블관이면 충분하고, 플렉시블관 내부에서의 광량 손실을 최소화 하기 위해 플렉시블관의 길이를 최소화 한다.

원적외선 증폭기 프레임의 내벽에(121,122,123 ) 거울을 부착하여 광량 손실을 최소화 하도록 하는데, 유리거울 보다는 안정성이 높은 금속재질, 특히 은거울을 사용하는 것이 가장 바람직하며 내시경용 플레시블 내부도 은거울의 적용이 유리하다.

본발명상 입사광량 대비 출구부의 증폭되는 비율은 다음 공식으로 간단히 확인할 수 있다. 상단 렌즈 직경이 20㎝ 이고 출구지름이 10㎝일 경우,

원넓이 공식 = πr²

렌즈지름 20㎝ 일 경우 r = 10㎝ 이므로 렌즈 넓이는 100π㎝²

출구지름 10㎝ 일 경우 r = 5㎝ 이므로 출구 넓이는 25π㎝²

렌즈의 넓이에 비해 출구부의 넓이는 1/4이므로, 입사한 원적외선의 광량의 손실이 없다는 전제하에 하단 방출구에서의 원적외선의 광량은 4배로 증폭된다. 태양빛이 렌즈에 입사하면서 가시광선의 초점부위에 설치한 가림판과 냉각수 배관 부분에서 일부 소실되지만, 대부분의 원적외선은 가림판을 스치듯이 지나서 하단부위로 전달되므로, 증폭비율이 4배이므로 일부 손실되더라도 3배이상의 증폭효과가 있다. 렌즈 크기 대비 출구부이 지름을 조절하면 보다 고배율의 원적외선을 응집할 수도 있다.

원적외선에 대해 몇가지 참고할 사항으로는, 화학물질의 성분을 분석하는 방법중에는 원적외선을 이용한 FT-IR 이 있는데, 원적외선 영역의 파장을 물질에 조사하였을때, 물질마다 특정한 파장대를 흡수하거나 투과되는 정도를 달리하므로, 이를 활용하여 해당 물질의 조성을 판별한다. 본발명상 증폭하여 얻고자하는 원적외선의 파장과 동일한 파장대인 것이다.

미생물 들이나 체세포 내에서도 원적외선을 활용하여 세포 구성 물질에 대한 정보를 분석하는 기능을 자연적으로 지닌것으로 추측될만한 사항인데, 향후 밝혀 볼만한 과제이다.

성경기록에 의하면 하나님이 빛을 창조하셨다라는(창세기 1장 3절) 유명한 대목과 함께, 태양빛에 대해 치료하는 광선(말라기 4장 2절)이라고 기술한 대목이 있는데, 태양 광선의 다양한 치료효과를 암시하는 듯 여겨진다.

101 태양빛 102 프리즘 103 자외선 및 전자파 영역
104 가시광선 105 근적외선 106 원적외선
107 흑체복사의 원적외선 영역 108 프레넬렌즈(정방향)
109 역방향 프레넬렌즈 110 가시광선 초점 111 원적외선 초점
112 열교환기능을 지닌 가림판 113 가시광선 진행 방향
118 냉각수 급수부 119 냉각수 조절 밸브 120 냉각수(증기) 배출부
121 상단 프레임 122 하단 프레임
123 내시경 연결용 프레임
124 광학 내시경용 플렉시블 125 투명판

Claims (2)

1. 태양빛의 자외선과 열에너지는 차단하고 원적외선을 증폭하고자 하여, 깔대기 형태의 프레임(121) 상단에 자외선 차단 코팅 처리된 볼록렌즈나 프레넬렌즈(108)를 장착하고, 프레임 내부에는(121) 은거울을 비롯한 금속거울을 장착하고, 깔대기 형태의 하단 부위에도(122) 원통형 및 입방형태의 프레임 구조물의 내부 벽면에도 금속거울을 장착하여 입사광이 증폭 되도록 한 원적외선 증폭장치[도1]에서, 태양광의 열에너지를 차단하기 위해 가시광선과 근적외선의 초점 부위에 냉각수 공급과 순환에 의한 열교환이 가능한 가림판(112)을 장착하고, 가림판 하단에 오목렌즈나 역방향의 프레넬렌즈를 장착하여(109) 증폭된 원적외선이 하단 출구 부위에서는 균일하게 전달 배출되는 원적외선 증폭장치
2. 1 항에 있어서, 원적외선 증폭기의 하단 프레임(123)에 반사거울을 내부에 장착한 플렉시블한 내시경을(124) 연결하여, 응집 증폭된 원적외선을 인체 장기 내부로 전달하는 기능을 겸비한 내시경 타입의 원적외선 증폭장치

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