KR20230085246A - 자외선 살균 모듈 - Google Patents

Abstract

자외선 살균 모듈이 개시된다. 상기 자외선 살균 모듈은 기둥 형상이고, 상기 기둥 형상의 길이방향을 따라 소정 형상의 제1 패턴이 배열되며, 석영유리 재질로 구비되는 도광부재; 상기 도광부재의 양측 단부 중 적어도 하나의 단부에 마주하게 배치되는 자외선 광원; 및 상기 도광부재의 길이 이상의 길이를 갖고, 길이방향을 따라 소정 형상의 제2 패턴이 배열되며, 상기 제2 패턴이 상기 제1 패턴의 하부에 위치하도록 상기 도광부재의 아래에 배치되어 상기 도광부재 하부로 출광되는 빛을 상기 도광부재 방향으로 반사시키는 광 반사 구조물을 포함한다.

Description

자외선 살균 모듈{UVC STIRILIZATION MODULE}

본 발명은 자외선 살균 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출광 효율이 개선된 자외선 살균 모듈에 관한 것이다.

자외선 살균장치는 현재 다양한 살균 대상을 살균하기 위하여 여러 크기와 용도로 제작되고 있는데, 가령 칫솔, 행주, 도마 등의 주방기구, 의류, 젖병, 등을 본체 내에 수납하여 살균 처리를 하고 있도록 구성되어 있다.

자외선 살균장치는 초기에는 자외선 램프를 사용하였으나, 최근 수은이 포함된 제품의 개발 및 판매에 제약이 따르면서 자외선 램프 대신 UVC 엘이디와 같은 자외선 광원이 사용되고 있다.

그런데, UVC 엘이디는 높은 단가로 인해 자외선 살균장치에 사용될 때 소량의 개수로 사용됨에 따라 자외선 살균장치의 살균 효율이 좋지 못하고, 살균 면적이 넓지 못한 문제가 있다.

한편, 자외선 램프로부터 조사된 빛을 집광 및 출광시키기 위해 도광판이 이용되는데, 상기 도광판은 PMMA, PS 등의 재질로 구비되어 자외선 투과율이 매우 낮으며, 자외선에 의한 황변 및 물성 변화가 발생하여 적용이 어려운 문제가 있었다.

공개특허 제10-2013-0077008호

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 살균을 위한 빛의 출광 효율이 증대 및 개선되어 살균력이 증대될 수 있고, 광효율 개선으로 인해 소비전력이 절감될 수 있도록 한 자외선 살균 모듈을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 모듈은 기둥 형상이고, 상기 기둥 형상의 길이방향을 따라 소정 형상의 제1 패턴이 배열되며, 석영유리 재질로 구비되는 도광부재; 상기 도광부재의 양측 단부 중 적어도 하나의 단부에 마주하게 배치되는 자외선 광원; 및 상기 도광부재의 길이 이상의 길이를 갖고, 길이방향을 따라 소정 형상의 제2 패턴이 배열되며, 상기 제2 패턴이 상기 제1 패턴의 하부에 위치하도록 상기 도광부재의 아래에 배치되어 상기 도광부재 하부로 출광되는 빛을 상기 도광부재 방향으로 반사시키는 광 반사 구조물을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 도광부재는 원통, 반원통, 다면체 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 단면 형상은 둔각삼각형 또는 예각삼각형 형상일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고, 상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고, 상기 제1 반사면 및 제2 반사면 중 상기 광원과 마주하는 적어도 하나의 반사면의 각도는 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 50~70도 범위 이내가 되도록 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고, 상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고, 상기 제2 패턴의 제1 반사면 및 제2 반사면 중 상기 광원과 마주하는 적어도 하나의 반사면의 각도는 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 20~50도 범위 이내가 되도록 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고, 상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고, 상기 제2 패턴의 제1 반사면은 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 20~50도 범위 이내이면서 상기 제2 패턴의 제2 반사면은 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 50~80도 이내가 되도록 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고, 상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고, 상기 제2 패턴의 제1 반사면이 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각도 및 상기 제2 패턴의 제2 반사면이 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각도의 합이 90도 이상이 되도록 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광 반사 구조물은 알루미늄 소재로 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 광 반사 구조물은 그 내면 및 상기 제2 패턴의 표면에 알루미늄 소재의 박막이 증착될 수 있다.

본 발명에 따른 자외선 살균 모듈을 이용하면, 살균을 위한 빛의 출광 효율이 증대 및 개선되어 살균력이 증대될 수 있고, 광효율 개선으로 인해 소비전력이 절감될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 자외선 살균 모듈에서의 출광 경로를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 자외선 살균 모듈의 광 반사 부재의 제2 패턴이 형성되지 않은 비교예 및 제2 패턴이 형성된 실시예의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 시물레이션을 통해 확인된 광 분포 모습, 출광량, 광효율 및 복사조도의 확인 결과를 나타내는 도표이다.
도 5는 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 좌우 시야각에서의 광분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 상하 시야각에서의 광분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 조도 분포를 나타내는 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 자외선 살균 모듈에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 모듈은 도광부재(110), 자외선 광원(120) 및 광 반사 구조물(300)을 포함한다.

상기 도광부재(100)는 기둥 형상으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 원통, 반원통, 다면체 중 어느 하나의 형상으로 구비될 수 있다. 일 예로, 상기 도광부재(110)는 원통 형상일 수 있고, 석영 유리 재질일 수 있다.

상기 자외선 광원(120)은 상기 도광부재(110)의 양측 단부 중 적어도 하나의 단부에 마주하게 배치될 수 있다. 일 예로, 자외선 광원(120)은 상기 도광부재(110)의 일측 단부에 마주하게 배치되는 하나 일 수 있다. 상기 자외선 광원(200)은 LED일 수 있다. 예를 들어, UVC-LED일 수 있다.

상기 광 반사 구조물(300)은 상기 도광부재(100)의 길이 이상의 길이를 갖고, 상기 도광부재(100)의 아래에 배치되어 상기 도광부재(100) 하부로 출광되는 빛을 상기 도광부재(100) 방향으로 반사시킬 수 있다.

일 예로, 상기 광 반사 구조물(300)은 바닥면(301), 상기 바닥면(301)의 양측에 상기 바닥면(301)에 수직하게 연장되는 측면부(302)들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 서로 마주하는 두 측면부(302) 사이에 상기 도광부재(100) 및 상기 자외선 광원(200)이 수용될 수 있다. 이때, 일측 측면부(302)의 내면에는 상기 자외선 광원(200)이 고정될 수 있다.

한편, 상기 도광부재(100)는 기둥 형상의 길이방향을 따라 제1 패턴(110)이 배열될 수 있다.

상기 제1 패턴(110)은 단면 형상이 둔각삼각형 또는 예각삼각형 일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 패턴(110)은 삼각형의 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고, 상기 두 변은 제1 반사면(111) 및 제2 반사면(112)을 형성하며, 상기 자외선 광원(200)이 하나인 경우 상기 제1 반사면(111) 및 제2 반사면(112) 중 하나는 상기 자외선 광원(200)을 향한다. 예를 들어, 상기 제1 반사면(111)이 상기 자외선 광원(200)을 향하도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 자외선 광원(200)을 향하는 제1 반사면(111)은 삼각형의 밑변과 이루는 각이 50~70도 범위 이내가 되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 광 반사 구조물(300)은 그 길이방향을 따라 제2 패턴(310)이 배열될 수 있고, 상기 도광부재(100)의 아래에 배치될 때 상기 제2 패턴(310)이 상기 제1 패턴(110)의 하부에 위치하도록 배치될 수 있다.

상기 제2 패턴(310)은 단면 형상이 둔각삼각형 또는 예각삼각형일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제2 패턴(310)은 삼각형의 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고, 상기 두 변은 제1 반사면(311) 및 제2 반사면(312)을 형성하며, 상기 자외선 광원(200)이 하나인 경우 상기 제1 반사면(311) 및 제2 반사면(312) 중 하나는 상기 자외선 광원(200)을 향한다. 예를 들어, 상기 제1 반사면(311)이 상기 자외선 광원(200)을 향하도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 자외선 광원(200)을 향하는 제1 반사면(311)은 상기 도광부재(100)의 제1 패턴(110)들 사이 아래에 위치할 수 있고, 삼각형의 밑변과 이루는 각이 20~50도 이내가 되도록 형성될 수 있다.

다른 실시예에서, 상기 제2 패턴(310)에서 상기 제1 반사면(311)은 삼각형의 밑변과 이루는 각이 20~50도 범위 이내이면서 상기 제2 반사면(312)은 삼각형의 밑변과 이루는 각이 50~80도 이내가 되도록 형성될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 제2 패턴(310)은, 상기 제1 반사면(311)이 삼각형의 밑변과 이루는 각도 및 상기 제2 반사면(312)이 삼각형의 밑변과 이루는 각도의 합이 90도 이상이 되도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 광 반사 구조물(300)은 광 반사율이 높은 소재로 구비될 수 있다. 일 예로, 상기 광 반사 구조물(300)은 알루미늄 소재일 수 있다. 다른 예로, 상기 광 반사 구조물(300)은 그 내면 및 상기 제2 패턴(310)의 표면에 알루미늄 소재의 박막이 증착될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 모듈은 도광부재(110)의 양측 단부 중 어느 하나에 마주하여 배치되는 자외선 광원(120)으로부터 빛이 출광되면 도광부재(110)의 양측 단부를 통해 도광부재(110) 내부로 입사되며, 입사된 빛은 도광부재(110) 내부에 형성된 제1 패턴(111)들에 의해 내부 전반사 되어 상기 도광부재(110)의 외측으로 출광된다.

일 예로, 제1 패턴(111) 형상이 비대칭의 제1 반사면(111) 및 제2 반사면(112)을 갖는 둔각삼각형 또는 예각삼각형 형상인 경우 도광부재(110) 내부로 입사된 빛이 제1 반사면(111)에서 반사된 후 빛의 일부가 제1 반사면(111)을 투과하면 그 투과된 빛은 다시 제2 반사면(112)에서 반사되어 도광부재(110)의 외측으로 출광되므로 빛의 출광 효율이 증대될 수 있다.

한편, 도광부재(100)의 내부로 입사된 빛의 일부는 도광부재(100)의 하부로 출광될 수 있다. 이때, 도광부재(100)의 하부로 출광된 광은 광 반사 구조물(300)의 내면을 향하게 되어, 도광부재(100)의 바닥면(301)에 배열된 제2 패턴(310)의 자외선 광원(200)과 마주하는 제1 반사면(311)에서 반사된 후 도광부재(100) 방향으로 가이드되어 제1 패턴(110)들 사이에서 도광부재(100)를 투과하여 도광부재(100)의 상부 방향으로 출광될 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 모듈을 이용하면, 살균을 위한 빛의 출광 효율이 증대 및 개선되어 살균력이 증대될 수 있고, 광효율 개선으로 인해 소비전력이 절감될 수 있는 이점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 자외선 살균 모듈의 광 반사 부재의 제2 패턴이 형성되지 않은 비교예 및 제2 패턴이 형성된 실시예의 모습을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 시물레이션을 통해 확인된 광 분포 모습, 출광량, 광효율 및 복사조도의 확인 결과를 나타내는 도표이고, 도 5는 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 좌우 시야각에서의 광분포를 나타내는 그래프이고, 도 6은 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 상하 시야각에서의 광분포를 나타내는 그래프이고, 도 7은 도 3에 도시된 비교예 및 실시예 각각의 조도 분포를 나타내는 그래프이다.

도 3의 (a)의 모습과 같이 패턴이 적용되지 않은 광 반사 구조물(300)을 구비하는 비교예의 자외선 살균 모듈과, 도 3의 (b)의 모습과 같이 제2 패턴(310)이 적용된 광 반사 구조물(300)을 구비하는 실시예의 자외선 살균 모듈 각각에 대해 시물레이션을 통해 출광 효율을 확인하였다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 비교예는 광이 손실되는 모습을 확인할 수 있고, 실시예는 광이 손실이 없는 모습을 확인할 수 있다.

또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 비교예에 비해 실시예가 출광량, 광효율 및 복사조도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 5에 나타나는 바와 같이, 실시예의 경우 좌우 시야각에서 광 분포가 향상된 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 6에 나타나는 바와 같이, 실시예의 경우 상하 시야각에서 광 분포가 향상된 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 7에 나타나는 바와 같이, 실시예의 경우 조도 분포가 향상된 것을 확인할 수 있었다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 기둥 형상이고, 상기 기둥 형상의 길이방향을 따라 소정 형상의 제1 패턴이 배열되며, 석영유리 재질로 구비되는 도광부재;
   상기 도광부재의 양측 단부 중 적어도 하나의 단부에 마주하게 배치되는 자외선 광원; 및
   상기 도광부재의 길이 이상의 길이를 갖고, 길이방향을 따라 소정 형상의 제2 패턴이 배열되며, 상기 제2 패턴이 상기 제1 패턴의 하부에 위치하도록 상기 도광부재의 아래에 배치되어 상기 도광부재 하부로 출광되는 빛을 상기 도광부재 방향으로 반사시키는 광 반사 구조물을 포함하는,
   자외선 살균 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 도광부재는 원통, 반원통, 다면체 중 어느 하나의 형상으로 형성되는,
   자외선 살균 모듈.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴의 단면 형상은 둔각삼각형 또는 예각삼각형 형상인,
   자외선 살균 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고,
   상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고,
   상기 제1 반사면 및 제2 반사면 중 상기 광원과 마주하는 적어도 하나의 반사면의 각도는 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 50~70도 범위 이내가 되도록 형성되는,
   자외선 살균 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고,
   상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고,
   상기 제2 패턴의 제1 반사면 및 제2 반사면 중 상기 광원과 마주하는 적어도 하나의 반사면의 각도는 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 20~50도 범위 이내가 되도록 형성되는,
   자외선 살균 모듈.
6. 제4항에 있어서,
   상기 제2 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고,
   상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고,
   상기 제2 패턴의 제1 반사면은 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 20~50도 범위 이내이면서 상기 제2 패턴의 제2 반사면은 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각이 50~80도 이내가 되도록 형성되는,
   자외선 살균 모듈.
7. 제4항에 있어서,
   상기 제2 패턴은 높이를 기준으로 이웃하는 두 변을 포함하는 삼각형 형상이고,
   상기 두 변은 제1 반사면 및 제2 반사면이고,
   상기 제2 패턴의 제1 반사면이 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각도 및 상기 제2 패턴의 제2 반사면이 상기 삼각형의 밑변과 이루는 각도의 합이 90도 이상이 되도록 형성되는,
   자외선 살균 모듈.
8. 제1항에 있어서,
   상기 광 반사 구조물은 알루미늄 소재로 구비되는,
   자외선 살균 모듈.
9. 제1항에 있어서,
   상기 광 반사 구조물은 그 내면 및 상기 제2 패턴의 표면에 알루미늄 소재의 박막이 증착되는,
   자외선 살균 모듈.

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