KR20230063625A

KR20230063625A - 살균 장치

Info

Publication number: KR20230063625A
Application number: KR1020210148876A
Authority: KR
Inventors: 어닐 카완
Original assignee: 주식회사 라이트전자
Priority date: 2021-11-02
Filing date: 2021-11-02
Publication date: 2023-05-09

Abstract

본 발명에 따른 살균 장치는, 일 방향을 따라 원통 형상으로 곧게 연장하도록, 원통 형상의 일단에서 폐쇄되어 원통 형상의 타단에서 개구부를 가지고, 일단 주변에 유입 도관과 타단 주변에 유출 도관을 가지는 살균관; 살균관의 내부에서 살균관의 길이 방향을 따라 살균관의 내부를 나누고 살균관의 길이 방향에 직각인 방향을 따라 살균관의 내부를 나누면서 유출 도관 대비 유입 도관에 상대적으로 가까이 위치되는 유체흐름 조정도구; 및 살균관의 개구부에 삽입되어 유체흐름 조정도구를 향해 살균광을 조사하는 광조사 도구를 포함한다.

Description

살균 장치{DISINFECTOR}

본 발명은, 자외선 파장 대역의 살균광을 사용하여 물을 살균하는 살균 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전자기파는 라디오파, 마이크로파, 적외선, 가시광선, 자외선, 엑스선 및 감마선의 순으로 점진적으로 짧은 파장을 가지면서 점진적으로 에너지를 크게 갖는다. 여기서, 상기 자외선은 세포(예를 들면, 대장균) 속 DNA에 조사되는 동안 이중나선 구조의 분자 결합을 끊어 세포 증식과 세포 분열을 방해하는 살균광의 특성을 가지고 있다.

따라서, 상기 살균광은 수은(Hg) 램프 또는 발광다이오드(LED) 램프에 채택되어 살균기에 살균 성능을 부여한다. 상기 자외선을 이용한 살균광의 장점은 아래와 같이 열거될 수 있다. 첫째로, 상기 살균광은 유해한 화학물질(chemical) 사용없이 살균처리 가능하고(chemical free), 둘째로, 상기 살균광은 화학물질 사용과 동시에 발생되는 몸에 유해한 디부틸프탈레이트(DBP)의 발생이 없다(no DBP).

셋째로, 살균광은 다양한 수인성 미생물 제거에 매우 효과적이며 특히 클로린(chlorine, 염소)에 내성을 가진 크립토스포리디움(Cryptosporidium) 및 지아르디아(Giardia)의 제거도 가능하게 해준다(efficient pathogen inactivation). 넷째로, 살균광은 사용 및 유지·보수에 매우 용이한 기술을 제공한다.

위의 장점에도 불구하고, 상기 수은 램프의 살균기는 UV-C(254nm) 파장의 자외선을 살균광으로 사용하여 광 이용범위를 협소하게 가지면서 수은 램프에 360°광조사 특성을 보여 수은 램프의 광 집중을 위해 부가적인 기구를 필요로 한다. 또한, 상기 수은 램프는 발광을 위해 방전관을 필요로 하기 때문에 살균기의 소형화에 어려움을 갖는다.

또한, 상기 수은 램프는, 램프의 파손 또는 사용 수명에 도달하는 때, 수은을 유해물질로 가지기 때문에 형광등의 분리 절차에 따라 분리수거되지 않으면 환경오염을 야기한다. 이에 반해서, 상기 발광다이오드(LED(light-emitting diode)) 램프의 살균기는 UV-C(100-280nm) 파장 대역의 자외선을 살균광으로 사용하여 광 이용범위를 넓게 가지면서 발광다이오드 램프에 180°광조사 특성을 보여 발광다이오드 램프의 광 집중을 위해 수은 램프 대비 상대적으로 부가적인 기구를 덜 필요로 한다.

또한, 상기 발광다이오드 램프는 발광을 위해 박막 형태의 반도체 적층 구조를 사용하므로 살균기의 소형화에 이점을 갖는다. 또한, 상기 발광다이오드 램프는 램프의 파손에도 유해물질의 누출이 없고 수은 램프보다 더 낮은 소비전력을 갖는다. 그러나, 상기 발광다이오드 램프는 살균기의 특성을 향상시키기 위해 180°광조사 특성에 제한적인 부가 특성을 부여하는 것이 더 요청된다.

한편, 상기 수은 램프의 살균기는 한국 공개특허공보 제10-2018-0010876호에 종래기술로서 유사하게 개시되고, 상기 발광다이오드 램프의 살균기는 한국 등록특허공보 제10-1716643호에 종래기술로서 유사하게 개시되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2018-0010876호 한국 등록특허공보 제10-1716643호

본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 자외선을 조사하는 발광다이오드를 구비하면서, 발광다이오드의 광조사 특성에 부가 특성을 부여하고, 자외선의 살균광에 조사되는 물의 흐름을 조정하여 물에 대한 자외선(UV-C 파장(255-280nm) 대역을 가짐)의 살균력을 극대화시키는데 적합한 살균 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 살균 장치는, 일 방향을 따라 원통 형상으로 곧게 연장하도록, 상기 원통 형상의 일단에서 폐쇄되어 상기 원통 형상의 타단에서 개구부를 가지고, 상기 일단 주변에 유입 도관과 상기 타단 주변에 유출 도관을 가지는 살균관; 상기 살균관의 내부에서 상기 살균관의 길이 방향을 따라 상기 살균관의 상기 내부를 나누고 상기 살균관의 길이 방향에 직각인 방향을 따라 상기 살균관의 상기 내부를 나누면서 상기 유출 도관 대비 상기 유입 도관에 상대적으로 가까이 위치되는 유체흐름 조정도구; 및 상기 살균관의 상기 개구부에 삽입되어 상기 유체흐름 조정도구를 향해 살균광을 조사하는 광조사 도구를 포함하고, 상기 유체흐름 조정도구는, 복수의 분기 통로를 가지면서, 상기 살균기의 상기 유입 도관 및 상기 유출 도관 사이에 물의 흐름동안, 개별 분기 통로를 통해 상기 물의 라미나 흐름(laminar flow)을 유도하고, 상기 광조사 도구는, 복수의 발광다이오드와 함께, 개별 발광다이오드 상에 전반사 렌즈(TIR(total internal relection) lens)를 가지고, 상기 물은, 상기 살균기의 내측벽을 따라 상기 살균기와 상기 광조사 도구 사이의 공간을 채우는 것을 특징으로 한다.

상기 살균관은, 상기 살균관의 상기 유입 도관과 상기 유출 도관 사이에서 상기 살균관의 내부 직경보다 더 큰 크기의 길이를 가지고, 상기 살균관의 상기 개구부 주변에 결합 플랜지를 가지며, 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어지고, 상기 결합 플랜지는, 상기 광조사 도구와 접촉하여 상기 광조사 도구와 나선 결합할 수 있다.

상기 살균관의 상기 유입 도관과 상기 유출 도관은, 상기 살균관의 상기 일단과 상기 타단 사이의 외측벽에 위치되어 동일 방향을 향해 돌출되어 상기 살균관과 연통할 수 있다.

상기 살균관의 상기 유입 도관과 상기 유출 도관은, 상기 살균관의 상기 일단과 상기 타단 사이의 외측벽에 위치되어 서로 다른 방향을 향해 돌출되어 상기 살균관과 연통할 수 있다.

상기 살균관의 상기 유입 도관은, 상기 살균관의 상기 일단에 위치되어 상기 일단으로부터 돌출되면서 상기 살균관과 연통하고, 상기 살균관의 상기 유출 도관은, 상기 살균관의 상기 타단에서 상기 살균관의 외측벽에 위치되어 상기 살균관과 연통할 수 있다.

상기 유체흐름 조정도구는, 상기 살균관의 상기 내측벽을 따라 상기 내측벽에 원형의 마개로 접촉되어서, 상기 살균관의 상기 내부에서 상기 유체흐름 조정도구의 일 측면을 볼 때, 상기 유체흐름 조정도구를 곧게 관통하는 상기 복수의 분기 통로를 가지고, 상기 유체흐름 조정도구의 중앙 영역에서 상기 유체흐름 조정도구의 가로와 세로를 따라 배열되어 사각 형상을 이루는 사각의 개별 분기 통로를 가지고, 상기 유체흐름 조정도구의 둘레를 따라 상기 사각 형상에서 네 개의 변에 동일 형상으로 배치되며 개별 변에 비사각의 개별 분기 통로들을 가지고, 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.

상기 유체흐름 조정도구는, 상기 살균기의 상기 유입 도관 및 상기 유출 도관 사이에 상기 물의 흐름 동안, 상기 복수의 분기 통로에서 상기 유입 도관으로부터 상기 유출 도관을 향해 상기 물을 나누어 흘려 상기 복수의 분기 통로를 통해 복수의 물 줄기를 만들고, 상기 물의 상기 라미나 흐름을 형성하기 위해, 상기 복수의 분기 통로로부터 상기 복수의 물 줄기를 서로에 대해 평행하게 토출시킬 수 있다.

상기 광조사 도구는, 상기 살균관에 삽입된 상태에서, 상기 살균관의 외부에 노출되는 원 형상의 방열 부재와 역 'T'자 환형상의 접속 플랜지, 그리고 상기 살균관의 상기 내부에 노출되는 원 형상의 발광 유닛과 환 형상의 가압 관을 포함하고, 상기 방열 부재와 상기 발광 유닛은, 상기 접속 플랜지의 내부에서 순차적으로 적층되어 서로 접촉할 수 있다.

상기 방열 부재는, 상기 접속 플랜지의 내부에서 상기 접속 플랜지의 하부측에 위치되어 상기 발광 유닛 및 상기 접속 플랜지와 나선 결합하면서 상기 발광 유닛의 광조사 동안 상기 발광 유닛으로부터 열을 전달받아 상기 방열 부재를 통해 상기 열을 외부에 발산시키고, 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다.

상기 발광 유닛은, 상기 방열 부재 상에서 상기 접속 플랜지의 상부측에 위치되어 상기 방열 부재와 상기 접속 플랜지와 가압 관에 의해 둘러싸이고 상기 방열 부재와 상기 접속 플랜지와 가압 관에 고정될 수 있다.

상기 발광 유닛은, 상기 방열 부재 상에 위치되는 인쇄회로 기판; 상기 인쇄회로 기판에 위치되는 복수의 발광다이오드(LED(light-emitting diode)); 상기 인쇄회로 기판에서 개별 발광다이오드에 외부 전원을 공급하는 발광다이오드 구동회로; 상기 인쇄회로 기판 상에서 상기 개별 발광다이오드 바로 위에 위치되는 상기 전반사 렌즈; 상기 개별 발광다이오드 상에서 상기 전반사 렌즈를 둘러싸는 렌즈 서포팅 프레임; 및 상기 렌즈 서포팅 프레임 상에서 상기 렌즈 서포팅 프레임을 덮는 광투과 유리를 포함하고, 상기 개별 발광다이오드는, 상기 살균광을 UV-C 파장(255nm ~ 280nm)의 자외선으로 조사할 수 있다.

상기 인쇄회로 기판은, 상기 방열 부재와 상기 접속 플랜지 사이에 위치되어 상기 방열 부재와 나선 결합하고, 상기 개별 발광다이오드와 상기 발광다이오드 구동회로를 전기적으로 접속시킬 수 있다.

상기 개별 발광다이오드는, 상기 전반사 렌즈 바로 아래에 위치되어서, 상기 전반사 렌즈의 중심을 수직하게 지나는 가상 축을 기준으로 하여, 상기 가상 축 주위로 -15°로 벌어지는 광조사의 각도에서 그리고 상기 가상 축 주위로 +15°로 벌어지는 광조사의 각도에서, 상기 개별 발광다이오드의 방사 광량의 50% 이상을 조사할 수 있다.

상기 발광다이오드 구동회로는, 상기 인쇄회로 기판에서 상기 복수의 발광다이오드 주변에 위치되고, 상기 인쇄회로 기판을 통해 외부로부터 AC(alternating current) 전원을 입력받아 하이볼티지 AC-LED 드라이버를 통해 전압강화 없이 상기 복수의 발광다이오드에 전압을 분배 및 인가할 수 있다.

상기 전반사 렌즈는, 상기 개별 발광다이오드 상에서 상기 전반사 렌즈를 측면에서 볼 때 역 사다리꼴 형상으로 이루어져 하부 면보다 상부면을 더 크게 가지고, 상기 개별 발광다이오드와 마주하는 외부 굴절면, 그리고 상기 외부 굴절면을 둘러싸는 내부 전반사면을 통해 상기 개별 발광다이오드의 조사 특성을 상기 전반사 렌즈의 상기 상부면으로 제한시키고, 석영(Quartz)으로 이루어질 수 있다.

상기 렌즈 서포팅 프레임은, 상기 개별 발광다이오드와 마주하는 렌즈 수용홀에 상기 전반사 렌즈를 삽입시키고, 상기 렌즈 서포팅 프레임의 가장자리에서, 상기 접속 플랜지를 통해 상기 물과 간접적으로 접촉하고, 상기 접속 플랜지를 통해 상기 방열 부재와 간접적으로 접촉하고, 알루미늄으로 이루어질 수 있다.

상기 물과 상기 렌즈 서포팅 프레임의 간접적인 접촉은, 상기 개별 발광다이오드로부터 시작하여 상기 인쇄회로 기판을 지나 상기 렌즈 서포팅 프레임에 전달되는 열의 일부를 수냉식으로 식혀주고, 상기 방열 부재와 상기 렌즈 서포팅 프레임의 간접적인 접촉은, 상기 개별 발광다이오드로부터 시작하여 상기 인쇄회로 기판을 지나 상기 렌즈 서포팅 프레임에 전달되는 상기 열의 나머지를 공냉식으로 식혀줄 수 있다.

상기 광투과 유리는, 상기 렌즈 서포팅 프레임을 덮도록 상기 렌즈 서포팅 프레임보다 더 큰 면적을 가지고, 상기 렌즈 서포팅 프레임을 상기 살균관의 내부에 노출시키고, 상기 접속 플랜지와 상기 가압 관 사이에 위치되어 상기 접속 플랜지의 제1 홈과 상기 가압 관의 제2 홈에 걸쳐지면서 상기 접속 플랜지와 상기 가압 관의 나선 결합을 통해 상기 접속 플랜지와 상기 가압 관에 고정되고, 상기 개별 발광다이오드로부터 시작하여 상기 전반사 렌즈를 지나는 살균광을 입사받아 상기 살균관의 상기 내부에 상기 살균광을 출사시킬 수 있다.

상기 살균관이, 상기 살균관의 상기 유출 도관 주변에서 상기 살균관의 외측벽에 결합 플랜지를 가지는 때, 상기 접속 플랜지는, 상기 살균관의 상기 외부에서 상기 살균관의 상기 결합 플랜지와 나선 결합하고, 상기 살균관의 상기 내부에서 상기 방열 부재 및 상기 발광 유닛과 나선 결합하고, 상기 살균관의 상기 내부에서 상기 발광 유닛을 상기 가압관에 노출시키고, 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.

상기 가압관은, 상기 살균관의 상기 내부에서 상기 접속 플랜지를 따라 위치되어 상기 접속 플랜지와 함께 상기 발광 유닛을 누르면서 상기 접속 플랜지와 나선 결합하고, 상기 발광 유닛을 상기 살균관의 상기 내부에 노출시키고, 스테인레스 스틸로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 살균 장치는,

유입 도관으로부터 유출 도관을 향해 물의 흐름을 유도하는 원통 형상의 살균관, 그리고 살균관의 내부에서 유입 도관 가까이에 위치되는 유체흐름 조정도구, 그리고 살균관의 내부에서 유출 도관 가까이에 복수의 발광다이오드(LED) 램프와 개별 발광다이오드 램프 상에 위치되는 전반사 렌즈(TIR(total internal relection) lens)를 포함하는 광조사 도구를 구비해서,

유입 도관의 물을 유체흐름 조정도구에서 복수의 물줄기로 나누어서 라미나 흐름(laminar flow)을 만들고, 물의 라미나 흐름에서 개별 물줄기에 발광다이오드와 전반사 렌즈로부터 자외선(UV-C 파장(255-280nm) 대역을 가짐)의 살균광을 조사하는 동안, 전반사 렌즈의 중심을 수직하게 지나는 가상 축을 기준으로 하여 가상 축 주위로 -15°및 +15°로 벌어지는 광조사의 각도에서 개별 발광다이오드의 방사 광량의 50% 이상을 조사하므로,

자외선을 조사하는 발광다이오드, 그리고 발광다이오드 상에 전반사 렌즈를 구비하면서, 전반사 렌즈에 발광다이오드의 광조사 특성을 제한하고, 자외선의 살균광에 조사받는 물의 흐름을 조정하여 물에 대한 자외선(UV-C 파장(255-280nm) 대역을 가짐)의 살균력을 극대화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 살균 장치를 보여주는 이미지이다.
도 2는 도 1의 살균 장치의 내부를 상세하게 보여주는 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 살균 장치에서 광조사 도구를 상세하게 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 광조사 도구에서 인쇄회로 기판과 위치 관계를 보여주는 방열 부재의 다면도(평면도 + 측면도)이다.
도 5는 도 3의 광조사 도구에서 발광 유닛을 보여주는 평면도이다.
도 6은 도 3의 광조사 도구에서 방열 부재 및 광투과 유리와 위치 관계를 보여주는 접속 플랜지의 다면도(평면도 + 측면도)이다.
도 7은 도 3의 광조사 도구에서 광투과 유리와 위치 관계를 보여주는 가압 관의 다면도(평면도 + 측면도)이다.
도 8은 도 3의 광조사 도구에서 발광다이오드의 광조사의 특정각도를 보여주는 개략도이다.
도 9는 도 3의 광조사 도구에서 발광다이오드의 살균광에 대한 전반사 렌즈의 기능을 보여주는 개략도이다.
도 10은 도 9의 전반사 렌즈의 중심을 지나는 가상 축을 가준으로 하여 가상 축으로부터 좌우로 벌여지는 광조사의 각도에 따른 살균광의 세기(또는 방사 광량)를 보여주는 그래프이다.
도 11 내지 도 14는 도 1의 살균 장치의 물 살균에 대한 시험성적서를 보여주는 이미지이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 살균 장치를 보여주는 이미지이며, 도 2는 도 1의 살균 장치의 내부를 상세하게 보여주는 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 살균 장치에서 광조사 도구를 상세하게 보여주는 단면도이다.

도 4는 도 3의 광조사 도구에서 인쇄회로 기판과 위치 관계를 보여주는 방열 부재의 다면도(평면도 + 측면도)이며, 도 5는 도 3의 광조사 도구에서 발광 유닛을 보여주는 평면도이고, 도 6은 도 3의 광조사 도구에서 방열 부재 및 광투과 유리와 위치 관계를 보여주는 접속 플랜지의 다면도(평면도 + 측면도)이다.

도 7은 도 3의 광조사 도구에서 광투과 유리와 위치 관계를 보여주는 가압 관의 다면도(평면도 + 측면도)이며, 도 8은 도 3의 광조사 도구에서 발광다이오드의 광조사의 특정각도를 보여주는 개략도이고, 도 9는 도 3의 광조사 도구에서 발광다이오드의 살균광에 대한 전반사 렌즈의 기능을 보여주는 개략도이다.

도 10은 도 9의 전반사 렌즈의 중심을 지나는 가상 축을 가준으로 하여 가상 축으로부터 좌우로 벌여지는 광조사의 각도에 따른 살균광의 세기(또는 방사 광량)를 보여주는 그래프이다. 이 때에, 도 3의 광조사 도구는 도 5의 절단선 Ⅰ - Ⅰ'의 절단 방향을 기준으로 하여 취한 단면도이다.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 살균 장치(180)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광조사 도구(110), 그리고 살균관(150), 그리고 유체흐름 조정도구(170)를 포함한다. 개략적으로 살펴볼 때, 우선적으로, 상기 살균관(150)은, 일 방향을 따라 원통 형상으로 곧게 연장하도록, 원통 형상의 일단에서 폐쇄되어 원통 형상의 타단에서 개구부를 가지고, 일단 주변에 유입 도관(125)과 타단 주변에 유출 도관(135)을 갖는다.

상기 유체흐름 조정도구(170)는, 도 2에서, 살균관(150)의 내부에서 살균관(150)의 길이 방향을 따라 살균관(150)의 내부를 나누고 살균관(150)의 길이 방향에 직각인 방향을 따라 살균관(150)의 내부를 나누면서 유출 도관(125) 대비 유입 도관(135)에 상대적으로 가까이 위치된다. 상기 광조사 도구(110)는, 도 1 및 도 2를 고려해 볼 때, 살균관(150)의 개구부에 삽입되어 유체흐름 조정도구(170)를 향해 살균광을 조사한다.

여기서, 상기 유체흐름 조정도구(170)는, 도 1 및 도 2에서, 복수의 분기 통로(160)을 가지면서, 살균기(150)의 유입 도관(125) 및 유출 도관(135) 사이에 물(도 3의 W)의 흐름(F1 내지 F3의 화살표 참조) 동안, 개별 분기 통로(160)을 통해 물(W)의 라미나 흐름(laminar flow)을 유도한다. 상기 물(W)의 라미나 흐름은 본 발명에서 유체흐름 조정 도구(170)를 사용하여 물(W)을 나누어 복수의 평행한 물줄기(도면에 미도시)로 만든 후 이웃하는 두 개의 물줄기가 붕괴되지 않는 흐름을 지칭한다.

상기 광조사 도구(110)는, 복수의 발광다이오드(도 3의 30)와 함께, 개별 발광다이오드(30) 상에 전반사 렌즈(TIR(total internal relection) lens; 40))를 갖는다. 상기 물(W)은, 살균기(150)의 내측벽을 따라 살균기(150)와 광조사 도구(110) 사이의 공간(115)을 채운다. 좀 더 상세하게 살펴볼 때, 상기 살균관(150)은, 도 1 및 도 2에서, 상기 살균관(150)의 유입 도관(125)과 유출 도관(135) 사이에서 살균관(150)의 내부 직경보다 더 큰 크기의 길이를 가지고, 살균관(150)의 개구부 주변에 결합 플랜지(140)를 가지며, 스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어진다.

상기 결합 플랜지(140)는, 도 1 내지 도 3을 고려해 볼 때, 광조사 도구(110)와 접촉하여 광조사 도구(110)와 나선 결합한다. 상기 살균관(150)의 유입 도관(125)과 유출 도관(135)은, 도 1 및 도 2를 고려해 볼 때, 살균관(150)의 일단과 타단 사이의 외측벽에 위치되어 동일 방향을 향해 돌출되어 살균관(150)과 연통한다. 여기서, 상기 유입 도관(125)과 유출 도관(135)은, 유입구(120)와 유출구(130)를 둘러싼다.

이와 유사하게, 상기 살균관(150)의 유입 도관과 유출 도관은, 도면에 미도시되지만, 살균관(150)의 일단과 타단 사이의 외측벽에 위치되어 서로 다른 방향을 향해 돌출되어 살균관(150)과 연통한다. 또한, 이와 유사하게, 상기 살균관(150)의 유입 도관은, 도면에 미도시되지만, 살균관(150)의 일단에 위치되어 일단으로부터 돌출되면서 살균관(150)과 연통한다. 상기 살균관(150)의 유출 도관은, 도면에 미도시되지만, 살균관(150)의 타단에서 살균관(150)의 외측벽에 위치되어 살균관(150)과 연통한다.

상기 유체흐름 조정도구(170)는, 도 2에서, 살균관(150)의 내측벽을 따라 내측벽에 원형의 마개로 접촉되어서, 살균관(150)의 내부에서 유체흐름 조정도구(170)의 일 측면을 볼 때, 유체흐름 조정도구(170)를 곧게 관통하는 복수의 분기 통로(160)를 가지고, 유체흐름 조정도구(170)의 중앙 영역에서 유체흐름 조정도구(170)의 가로와 세로를 따라 배열되어 사각 형상을 이루는 사각의 개별 분기 통로(160)를 가지고, 유체흐름 조정도구(170)의 둘레를 따라 사각 형상에서 네 개의 변에 동일 형상으로 배치되며 개별 변에 비사각의 개별 분기 통로(160)들을 가지고, 스테인레스 스틸로 이루어진다.

상기 유체흐름 조정도구(170)는, 도 1 및 도 2를 고려해 볼 때, 살균기(150)의 유입 도관(125) 및 유출 도관(135) 사이에 물(W)의 흐름(F1 내지 F3의 화살표 참조) 동안, 도 2를 고려해 볼 때, 복수의 분기 통로(160)에서 유입 도관(125)으로부터 유출 도관(135)을 향해 물(W)을 나누어 흘려 복수의 분기 통로(160)를 통해 복수의 물 줄기를 만들고, 물(W)의 라미나 흐름을 형성하기 위해, 복수의 분기 통로(160)로부터 복수의 물 줄기를 서로에 대해 평행하게 토출시킨다.

상기 광조사 도구(110)는, 도 1 내지 도 3을 고려해볼 때, 살균관(150)에 삽입된 상태에서, 살균관(150)의 외부에 노출되는 원 형상의 방열 부재(10)와 역 'T'자 환형상의 접속 플랜지(90), 그리고 살균관(150)의 내부에 노출되는 원 형상의 발광 유닛(80)과 환 형상의 가압 관(100)을 포함한다. 여기서, 상기 방열 부재(10)와 발광 유닛(80)은, 도 3에서, 접속 플랜지(90)의 내부에서 순차적으로 적층되어 서로 접촉한다.

상기 방열 부재(10)는, 도 3 및 도 4를 고려해볼 때, 접속 플랜지(90)의 내부에서 접속 플랜지(90)의 하부측에 위치되어 제1 접속홀(H1)과 제2 접속홀(H2)을 통해 발광 유닛(80) 및 접속 플랜지(90)와 나선 결합하면서 발광 유닛(80)의 광조사 동안 발광 유닛(80)으로부터 열을 전달받아 방열 부재(10)를 통해 열을 외부에 발산시키고, 알루미늄(Al)으로 이루어진다.

상기 발광 유닛(80)은, 도 3 내지 도 5를 고려해볼 때, 방열 부재(10) 상에서 접속 플랜지(10)의 상부측에 위치되어 방열 부재(10)와 접속 플랜지(90)와 가압 관(100)에 의해 둘러싸이고 방열 부재(10)와 접속 플랜지(90)와 가압 관(100)에 고정된다.

상기 발광 유닛(80)은, 도 3 및 도 5를 고려해 볼 때, 방열 부재(10) 상에 위치되는 인쇄회로 기판(20), 그리고 인쇄회로 기판(20)에 위치되는 복수의 발광다이오드(LED(light-emitting diode); 30), 그리고 인쇄회로 기판(20)에서 개별 발광다이오드(30)에 외부 전원을 공급하는 발광다이오드 구동회로(15), 그리고 인쇄회로 기판(20) 상에서 개별 발광다이오드(30) 바로 위에 위치되는 전반사 렌즈(40), 개별 발광다이오드(30) 상에서 전반사 렌즈(40)를 둘러싸는 렌즈 서포팅 프레임(50), 그리고 렌즈 서포팅 프레임(50) 상에서 렌즈 서포팅 프레임(50)을 덮는 광투과 유리(60)를 포함한다.

여기서, 상기 개별 발광다이오드(30)는, 살균광을 UV-C 파장(255nm ~ 280nm)의 자외선(도 9의 R1, R2)으로 조사한다. 상기 인쇄회로 기판(20)은, 도 3 내지 도 5를 고려해볼 때, 방열 부재(10)와 접속 플랜지(90) 사이에 위치되어 제1 접속홀(H1)을 통해 방열 부재(10)와 나선 결합하고, 개별 발광다이오드(30)와 발광다이오드 구동회로(15)를 전기적으로 접속시킨다.

상기 개별 발광다이오드(30)는, 도 3 및 도 5 및 도 8 내지 도 10을 고려해볼 때, 전반사 렌즈(40) 바로 아래에 위치되어서, 전반사 렌즈(40)의 중심을 수직하게 지나는 가상 축(X)을 기준으로 하여, 가상 축(X) 주위로 -15°로 벌어지는 광조사의 각도(-θ1)에서 그리고 가상 축(X) 주위로 +15°로 벌어지는 광조사의 각도(+θ1)에서, 개별 발광다이오드(30)의 방사 광량의 50% 이상을 조사한다. 도 10에서, 상기 개별 발광다이오드(30)는, 살균광 관련한 광조사의 0°각도에서 가장 큰 세기(Ｉ)를 갖는다.

상기 발광다이오드 구동회로(15)는, 도 5에서, 인쇄회로 기판(20)에서 복수의 발광다이오드(30) 주변에 위치되고, 인쇄회로 기판(20)을 통해 외부로부터 AC(alternating current) 전원을 입력받아 하이볼티지 AC-LED 드라이버(도면에 미도시)를 통해 전압강화 없이 복수의 발광다이오드(30)에 전압을 분배 및 인가한다.

상기 전반사 렌즈(40)는, 도 3 및 도 8 및 도 9를 고려해볼 때, 개별 발광다이오드(30) 상에서 전반사 렌즈(40)를 측면에서 볼 때 역 사다리꼴 형상으로 이루어져 하부 면(S1)보다 상부면(S2)을 더 크게 가지고, 개별 발광다이오드(30)와 마주하는 외부 굴절면(S3), 그리고 외부 굴절면(S3)을 둘러싸는 내부 전반사면(S4)을 통해 개별 발광다이오드(30)의 조사 특성을 전반사 렌즈(40)의 상부면(S1)으로 제한시키고, 석영(Quartz)으로 이루어진다.

상기 렌즈 서포팅 프레임(50)은, 도 3에서, 개별 발광다이오드(30)와 마주하는 렌즈 수용홀(45)에 전반사 렌즈(40)를 삽입시키고, 렌즈 서포팅 프레임(50)의 가장자리에서, 접속 플랜지(90)를 통해 물(W)과 간접적으로 접촉하고, 접속 플랜지(90)를 통해 방열 부재(10)와 간접적으로 접촉하고, 알루미늄으로 이루어진다.

여기서, 상기 물(W)과 렌즈 서포팅 프레임(50)의 간접적인 접촉은, 도 3에서, 개별 발광다이오드(30)로부터 시작하여 인쇄회로 기판(20)을 지나 렌즈 서포팅 프레임(50)에 전달되는 열의 일부를 수냉식으로 식혀준다. 상기 방열 부재(10)와 렌즈 서포팅 프레임(50)의 간접적인 접촉은, 도 3에서, 개별 발광다이오드(30)로부터 시작하여 인쇄회로 기판(20)을 지나 렌즈 서포팅 프레임(50)에 전달되는 열의 나머지를 공냉식으로 식혀준다.

상기 광투과 유리(60)는, 도 3 및 도 6을 고려해 볼 때, 렌즈 서포팅 프레임(50)을 덮도록 렌즈 서포팅 프레임(50)보다 더 큰 면적을 가지고, 렌즈 서포팅 프레임(50)을 살균관(150)의 내부에 노출시키고, 접속 플랜지(90)와 가압 관(100) 사이에 위치되어 접속 플랜지(90)의 제1 홈(도 3의 G1)과 가압 관(100)의 제2 홈(도 3의 G2)에 걸쳐져 제4 접속 홀(H4)에서 접속 플랜지(90)와 가압 관(100)의 나선 결합을 통해 접속 플랜지(90)와 가압 관(100)에 고정되고, 개별 발광다이오드(30)로부터 시작하여 전반사 렌즈(40)를 지나는 살균광을 입사받아 살균관(150)의 내부에 살균광을 출사시킨다.

또한, 상기 접속 플랜지(90)는, 도 3 및 도 4 및 도 6을 고려해 볼 때, 방열 부재(10)의 제2 접속홀(H2)와 접속 플랜지(90)의 제3 접속홀(H3)를 통해 방열 부재(10)와 나선 결합한다. 상기 접속 플랜지(90)는, 도 3 및 도 4 및 도 6을 고려해 볼 때, 살균관(150)의 결합 플랜지(140)의 끼움 돌기(도면에 미도시)를 수용하는 끼움 홈(G)을 갖는다.

구체적으로는, 상기 살균관(150)이, 도 2 및 도 3과 같이, 살균관(150)의 유출 도관(135) 주변에서 살균관(150)의 외측벽에 결합 플랜지(140)를 가지는 때, 상기 접속 플랜지(90)는, 도 2 및 도 3 및 도 6을 고려해 볼 때, 살균관(150)의 외부에서 제5 접속홀(H5)을 통해 살균관(150)의 결합 플랜지(140)와 나선 결합하고, 살균관(150)의 내부에서 제3 접속홀(H3)을 통해 방열 부재(10) 및 발광 유닛(80)과 나선 결합하고, 살균관(150)의 내부에서 발광 유닛(80)을 가압관(100)에 노출시키고, 스테인레스 스틸로 이루어진다.

상기 가압관(100)은, 도 3 및 도 6 및 도 7을 고려해 볼 때, 살균관(150)의 내부에서 접속 플랜지(90)를 따라 위치되어 접속 플랜지(90)와 함께 발광 유닛(80)을 누르면서 제5 접속홀(H5) 및 제6 접속홀(H6)을 통해 접속 플랜지(90)와 나선 결합하고, 발광 유닛(80)을 살균관(150)의 내부에 노출시키고, 스테인레스 스틸로 이루어진다.

도 11 내지 도 14는 도 1의 살균 장치의 물 살균에 대한 시험성적서를 보여주는 이미지이다.

도 11 내지 도 14를 참조하면, 살균 장치(180)와 물통(200)과 펌프(210)가 준비되었다. 상기 펌프(210)는 살균 장치(180)와 물통(200) 사이의 물흐름 경로 상에 위치한다. 상기 펌프(210)의 가동 동안, 상기 살균 장치(180)는 물통(200)으로부터 물을 공급받는 동안 UV-C 파장(255nm ~ 280nm)의 살균광을 사용하여 물통(200)의 물을 15초 동안 살균처리하였다.

여기서, 상기 살균 장치(180)는 분당 150리터의 살균처리 특성을 갖는다. 이후로, 살균 처리되지 않은 물은 비교예의 페트리 접시(220)에 준비되었다. 또한, 살균 처리된 물은 실시예의 페트리 접시(230)에 준비되었다. 상기 비교예의 페트리 접시(220)와 실시예의 페트리 접시(230)에서, 집락형성단위(CFU(colony forming unit))가 측정되었다.

상기 집락형성단위의 측정 결과를 고려해 볼 때, 상기 살균 장치(180)는 물통(200)의 물의 대장균(V)을 99,9%로 살균처리 했슴을 보여준다.

110; 광조사 도구, 125; 유입 도관
135; 유출 도관, 140; 결합 플랜지
150; 살균관, 160; 분기 통로
170; 유체흐름 조정도구, 180; 살균 장치
F1 & F2 & F3; 물의 흐름

Claims

일 방향을 따라 원통 형상으로 곧게 연장하도록, 상기 원통 형상의 일단에서 폐쇄되어 상기 원통 형상의 타단에서 개구부를 가지고, 상기 일단 주변에 유입 도관과 상기 타단 주변에 유출 도관을 가지는 살균관;
상기 살균관의 내부에서 상기 살균관의 길이 방향을 따라 상기 살균관의 상기 내부를 나누고 상기 살균관의 길이 방향에 직각인 방향을 따라 상기 살균관의 상기 내부를 나누면서 상기 유출 도관 대비 상기 유입 도관에 상대적으로 가까이 위치되는 유체흐름 조정도구; 및
상기 살균관의 상기 개구부에 삽입되어 상기 유체흐름 조정도구를 향해 살균광을 조사하는 광조사 도구를 포함하고,
상기 유체흐름 조정도구는,
복수의 분기 통로를 가지면서,
상기 살균기의 상기 유입 도관 및 상기 유출 도관 사이에 물의 흐름동안, 개별 분기 통로를 통해 상기 물의 라미나 흐름(laminar flow)을 유도하고,
상기 광조사 도구는,
복수의 발광다이오드와 함께,
개별 발광다이오드 상에 전반사 렌즈(TIR(total internal relection) lens)를 가지고,
상기 물은,
상기 살균기의 내측벽을 따라 상기 살균기와 상기 광조사 도구 사이의 공간을 채우는, 살균 장치.
제1 항에 있어서,
상기 살균관은,
상기 살균관의 상기 유입 도관과 상기 유출 도관 사이에서 상기 살균관의 내부 직경보다 더 큰 크기의 길이를 가지고,
상기 살균관의 상기 개구부 주변에 결합 플랜지를 가지며,
스테인레스 스틸(stainless steel)로 이루어지고,
상기 결합 플랜지는,
상기 광조사 도구와 접촉하여 상기 광조사 도구와 나선 결합하는, 살균 장치.
제2 항에 있어서,
상기 살균관의 상기 유입 도관과 상기 유출 도관은,
상기 살균관의 상기 일단과 상기 타단 사이의 외측벽에 위치되어 동일 방향을 향해 돌출되어 상기 살균관과 연통하는, 살균 장치.
제2 항에 있어서,
상기 살균관의 상기 유입 도관과 상기 유출 도관은,
상기 살균관의 상기 일단과 상기 타단 사이의 외측벽에 위치되어 서로 다른 방향을 향해 돌출되어 상기 살균관과 연통하는, 살균 장치.
제2 항에 있어서,
상기 살균관의 상기 유입 도관은,
상기 살균관의 상기 일단에 위치되어 상기 일단으로부터 돌출되면서 상기 살균관과 연통하고,
상기 살균관의 상기 유출 도관은,
상기 살균관의 상기 타단에서 상기 살균관의 외측벽에 위치되어 상기 살균관과 연통하는, 살균 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유체흐름 조정도구는,
상기 살균관의 상기 내측벽을 따라 상기 내측벽에 원형의 마개로 접촉되어서,
상기 살균관의 상기 내부에서 상기 유체흐름 조정도구의 일 측면을 볼 때,
상기 유체흐름 조정도구를 곧게 관통하는 상기 복수의 분기 통로를 가지고,
상기 유체흐름 조정도구의 중앙 영역에서 상기 유체흐름 조정도구의 가로와 세로를 따라 배열되어 사각 형상을 이루는 사각의 개별 분기 통로를 가지고,
상기 유체흐름 조정도구의 둘레를 따라 상기 사각 형상에서 네 개의 변에 동일 형상으로 배치되며 개별 변에 비사각의 개별 분기 통로들을 가지고,
스테인레스 스틸로 이루어지는, 살균 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유체흐름 조정도구는,
상기 살균기의 상기 유입 도관 및 상기 유출 도관 사이에 상기 물의 흐름 동안,
상기 복수의 분기 통로에서 상기 유입 도관으로부터 상기 유출 도관을 향해 상기 물을 나누어 흘려 상기 복수의 분기 통로를 통해 복수의 물 줄기를 만들고,
상기 물의 상기 라미나 흐름을 형성하기 위해, 상기 복수의 분기 통로로부터 상기 복수의 물 줄기를 서로에 대해 평행하게 토출시키는, 살균 장치.
제1 항에 있어서,
상기 광조사 도구는,
상기 살균관에 삽입된 상태에서,
상기 살균관의 외부에 노출되는 원 형상의 방열 부재와 역 'T'자 환형상의 접속 플랜지, 그리고 상기 살균관의 상기 내부에 노출되는 원 형상의 발광 유닛과 환 형상의 가압 관을 포함하고,
상기 방열 부재와 상기 발광 유닛은,
상기 접속 플랜지의 내부에서 순차적으로 적층되어 서로 접촉하는, 살균 장치.
제8 항에 있어서,
상기 방열 부재는,
상기 접속 플랜지의 내부에서 상기 접속 플랜지의 하부측에 위치되어 상기 발광 유닛 및 상기 접속 플랜지와 나선 결합하면서 상기 발광 유닛의 광조사 동안 상기 발광 유닛으로부터 열을 전달받아 상기 방열 부재를 통해 상기 열을 외부에 발산시키고,
알루미늄(Al)으로 이루어지는, 살균 장치.
제8 항에 있어서,
상기 발광 유닛은,
상기 방열 부재 상에서 상기 접속 플랜지의 상부측에 위치되어 상기 방열 부재와 상기 접속 플랜지와 가압 관에 의해 둘러싸이고 상기 방열 부재와 상기 접속 플랜지와 가압 관에 고정되는, 살균 장치.
제8 항에 있어서,
상기 발광 유닛은,
상기 방열 부재 상에 위치되는 인쇄회로 기판;
상기 인쇄회로 기판에 위치되는 복수의 발광다이오드(LED(light-emitting diode));
상기 인쇄회로 기판에서 개별 발광다이오드에 외부 전원을 공급하는 발광다이오드 구동회로;
상기 인쇄회로 기판 상에서 상기 개별 발광다이오드 바로 위에 위치되는 상기 전반사 렌즈;
상기 개별 발광다이오드 상에서 상기 전반사 렌즈를 둘러싸는 렌즈 서포팅 프레임; 및
상기 렌즈 서포팅 프레임 상에서 상기 렌즈 서포팅 프레임을 덮는 광투과 유리를 포함하고,
상기 개별 발광다이오드는,
상기 살균광을 UV-C 파장(255nm ~ 280nm)의 자외선으로 조사하는, 살균장치.
제11 항에 있어서,
상기 인쇄회로 기판은,
상기 방열 부재와 상기 접속 플랜지 사이에 위치되어 상기 방열 부재와 나선 결합하고,
상기 개별 발광다이오드와 상기 발광다이오드 구동회로를 전기적으로 접속시키는, 살균 장치.
제11 항에 있어서,
상기 개별 발광다이오드는,
상기 전반사 렌즈 바로 아래에 위치되어서,
상기 전반사 렌즈의 중심을 수직하게 지나는 가상 축을 기준으로 하여, 상기 가상 축 주위로 -15°로 벌어지는 광조사의 각도에서 그리고 상기 가상 축 주위로 +15°로 벌어지는 광조사의 각도에서, 상기 개별 발광다이오드의 방사 광량의 50% 이상을 조사하는, 살균 장치.
제11 항에 있어서,
상기 발광다이오드 구동회로는,
상기 인쇄회로 기판에서 상기 복수의 발광다이오드 주변에 위치되고,
상기 인쇄회로 기판을 통해 외부로부터 AC(alternating current) 전원을 입력받아 하이볼티지 AC-LED 드라이버를 통해 전압강화 없이 상기 복수의 발광다이오드에 전압을 분배 및 인가하는, 살균 장치.
제11 항에 있어서,
상기 전반사 렌즈는,
상기 개별 발광다이오드 상에서 상기 전반사 렌즈를 측면에서 볼 때 역 사다리꼴 형상으로 이루어져 하부 면보다 상부면을 더 크게 가지고,
상기 개별 발광다이오드와 마주하는 외부 굴절면, 그리고 상기 외부 굴절면을 둘러싸는 내부 전반사면을 통해 상기 개별 발광다이오드의 조사 특성을 상기 전반사 렌즈의 상기 상부면으로 제한시키고,
석영(Quartz)으로 이루어지는, 살균 장치.
제11 항에 있어서,
상기 렌즈 서포팅 프레임은,
상기 개별 발광다이오드와 마주하는 렌즈 수용홀에 상기 전반사 렌즈를 삽입시키고,
상기 렌즈 서포팅 프레임의 가장자리에서, 상기 접속 플랜지를 통해 상기 물과 간접적으로 접촉하고, 상기 접속 플랜지를 통해 상기 방열 부재와 간접적으로 접촉하고,
알루미늄으로 이루어지는, 살균 장치.
제16 항에 있어서,
상기 물과 상기 렌즈 서포팅 프레임의 간접적인 접촉은,
상기 개별 발광다이오드로부터 시작하여 상기 인쇄회로 기판을 지나 상기 렌즈 서포팅 프레임에 전달되는 열의 일부를 수냉식으로 식혀주고,
상기 방열 부재와 상기 렌즈 서포팅 프레임의 간접적인 접촉은,
상기 개별 발광다이오드로부터 시작하여 상기 인쇄회로 기판을 지나 상기 렌즈 서포팅 프레임에 전달되는 상기 열의 나머지를 공냉식으로 식혀주는, 살균 장치.
제11 항에 있어서,
상기 광투과 유리는,
상기 렌즈 서포팅 프레임을 덮도록 상기 렌즈 서포팅 프레임보다 더 큰 면적을 가지고,
상기 렌즈 서포팅 프레임을 상기 살균관의 내부에 노출시키고,
상기 접속 플랜지와 상기 가압 관 사이에 위치되어 상기 접속 플랜지의 제1 홈과 상기 가압 관의 제2 홈에 걸쳐지면서 상기 접속 플랜지와 상기 가압 관의 나선 결합을 통해 상기 접속 플랜지와 상기 가압 관에 고정되고,
상기 개별 발광다이오드로부터 시작하여 상기 전반사 렌즈를 지나는 살균광을 입사받아 상기 살균관의 상기 내부에 상기 살균광을 출사시키는, 살균 장치.
제8 항에 있어서,
상기 살균관이,
상기 살균관의 상기 유출 도관 주변에서 상기 살균관의 외측벽에 결합 플랜지를 가지는 때,
상기 접속 플랜지는,
상기 살균관의 상기 외부에서 상기 살균관의 상기 결합 플랜지와 나선 결합하고,
상기 살균관의 상기 내부에서 상기 방열 부재 및 상기 발광 유닛과 나선 결합하고,
상기 살균관의 상기 내부에서 상기 발광 유닛을 상기 가압관에 노출시키고,
스테인레스 스틸로 이루어지는, 살균 장치.
제8 항에 있어서,
상기 가압관은,
상기 살균관의 상기 내부에서 상기 접속 플랜지를 따라 위치되어 상기 접속 플랜지와 함께 상기 발광 유닛을 누르면서 상기 접속 플랜지와 나선 결합하고,
상기 발광 유닛을 상기 살균관의 상기 내부에 노출시키고,
스테인레스 스틸로 이루어지는, 살균 장치.