KR20230116466A - 평행광 자외선 살균장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자외선 램프의 필라멘트 과열을 방지하여 램프의 수명을 연장할 수 있으며, 자외선 램프 외부로 조사되는 자외선의 산란을 최소화하여 활용성을 향상시킬 수 있는 평행광 자외선 살균장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치는,
일측에 개구부가 형성된 챔버; 상기 챔버 내부에 형성되며 자외선을 방사하는 자외선 램프; 상기 자외선 램프의 전방에 형성되며 상기 자외선 램프에서 방사되는 자외선을 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈; 상기 평행광 변환렌즈의 전방에 형성되며 비평행 방향으로 조사되는 산란광을 흡수하고 이격 형성되는 복수개의 산란광 흡수 부재;를 포함하며, 상기 챔버의 중앙에서 상기 챔버의 내벽으로 갈수록 상기 복수개의 산란광 흡수 부재의 이격 간격은 작아지는 것을 특징으로 한다.

Description

평행광 자외선 살균장치 {Parallel light UV sterilizer}
본 발명은 실내 공간을 자외선으로 살균하는 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 자외선 램프의 필라멘트 과열을 방지하여 램프의 수명을 연장할 수 있으며, 자외선 램프 외부로 조사되는 자외선의 산란을 최소화하여 활용성을 향상시킬 수 있는 평행광 자외선 살균장치에 관한 것이다.
2003년 사스(SARS), 2005년 조류독감(AVIAN H5N1 INFLUENZA VIRUS), 2009년 신종플루(SWINE FLU H1N1), 2014년 에볼라바이러스, 2015년 중동호흡기증후군(MERS), 2020년에는 코로나19까지 몇 년을 간격으로 사람을 숙주로 하는 병원체들로 전 세계가 개인위생관리 문제와 소독 방역문제에 대해 인지하기 시작하였다.
방역에는 승인된 소독제와 인력에 의해 수작업으로 소독을 실시하여야 하나 일정 수준 이상의 소독효과를 유지하기 위해서는 장비의 적절한 사용을 위해 방역 작업자들에 대해 사전 교육을 실시하여야 한다는 한계점이 있다.
이러한 병원체들을 효과적으로 소독하기에는 에탄올과 같은 소독제의 사용이 정확성은 있으나, 광범위한 영역을 살균하기에는 인력사용에 따른 한계점을 가지며, 소독제 사용에 따른 냄새로 불편함을 겪게 되는 문제점도 가지고 있다. 자외선 소독은 태양의 소독원리를 그대로 가지고 있어, 자연친화적인 소독기술이기는 하나, 소독에 대한 잔류성이 없다는 문제점을 가지고 있다. 또한 병원체들을 효과적으로 사멸시키기 위해 자외선 영역 중 200~300nm가 가장 효과적인 것으로 미국 EPA는 규정하고 있다. 이러한 200~300nm의 파장은 병원체들에게도 효과적이지만, 사람에게도 피부암이나 실명을 시킬 수 있는 인체에 해가 되는 파장이다.
도 1은 종래 기술에 따른 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 자외선 살균장치에 의할 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 자외선 살균장치는, 챔버(11), 자외선 램프(12), 렌즈부(13), 산란광 흡수 부재(14), 개구부(15)를 포함한다.
챔버(11) 내에 자외선 램프(12)가 배치되고, 자외선 램프(12)의 전방에는 렌즈부(13)가 배치된다. 자외선 램프(12)에서 방사되는 자외선의 일부는 렌즈부(13)를 통해 평행광으로 변환되고, 평행광으로 변환되지 않은 자외선은 렌즈부(13) 전방에 배치된 복수개의 산란광 흡수 부재(14)에 의해 흡수된다. 이때, 복수개의 산란광 흡수 부재(14)는 등 간격으로 배치된다. 평행광으로 변환된 자외선은 개구부(15)를 통해 실내 공간으로 조사되는데, 챔버(11)의 내벽 측을 통해 조사되는 자외선의 일부는 크게 회절되면서 진행하게 된다.
이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 자외선의 일부가 사람 또는 생명체로 조사될 우려가 있기에, 상대적으로 낮은 천장을 갖는 실내 공간에서는 적용하기 어려운 문제가 있다.
한편, 저압 수은 또는 저압 아말감 자외선 램프의 경우, 필라멘트에 에미션페이스트가 코팅되어 전자 방출을 용이토록 도모하는데, 에미션페이스트의 과도한 증발은 램프 필라멘트의 과도한 온도 상승이 원인이 되기 때문에 램프 수명의 단축을 시키는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0051219호
본 발명은 자외선 램프의 필라멘트 과열을 방지하여 램프의 수명을 연장할 수 있으며, 자외선 램프 외부로 조사되는 자외선의 산란을 최소화하여 활용성을 향상시킬 수 있는 평행광 자외선 살균장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치는,
일측에 개구부가 형성된 챔버; 상기 챔버 내부에 형성되며 자외선을 방사하는 자외선 램프; 상기 자외선 램프의 전방에 형성되며 상기 자외선 램프에서 방사되는 자외선을 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈; 상기 평행광 변환렌즈의 전방에 형성되며 비평행 방향으로 조사되는 산란광을 흡수하고 이격 형성되는 복수개의 산란광 흡수 부재;를 포함하며, 상기 챔버의 중앙에서 상기 챔버의 내벽으로 갈수록 상기 복수개의 산란광 흡수 부재의 이격 간격은 작아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치에 있어서, 상기 평행광 변환렌즈의 표면에 근접하도록, 상기 복수개의 산란광 흡수 부재 중 적어도 어느 하나는 나머지 산란광 흡수 부재 중 적어도 어느 하나와 다른 길이로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치에 있어서, 상기 자외선 램프는, 자외선을 방사하는 자외선 광원과 상기 자외선 광원을 감싸는 램프 튜브와 상기 램프 튜브의 외주면에 형성되는 반사막 조립체를 포함한다. 상기 반사막 조립체는, 상기 램프 튜브의 외주면에 형성되며 상기 자외선 광원에서 방사되는 자외선이 상기 평행광 변환렌즈로 입사되는 영역을 제외한 영역에 형성된 자외선 반사막과, 상기 자외선 반사막 상에 형성된 보호막과, 상기 보호막과 상기 자외선 반사막을 상기 램프 튜브의 외주면에 고정시키는 고정 밴드를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치에 있어서, 필라멘트의 단부에서 상기 램프 튜브의 직경 만큼 상기 반사막 조립체가 이격되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치에 있어서, 상기 챔버 내에서 상기 평행광 변환렌즈를 전후방으로 이동시켜서 상기 평행광 변환렌즈의 초점거리를 보정시키는 초점거리 보정유닛을 더 포함할 수 있다.
기타 본 발명의 다양한 측면에 따른 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 자외선 램프의 필라멘트 과열을 방지하여 램프의 수명을 연장할 수 있으며, 자외선 램프 외부로 조사되는 자외선의 산란을 최소화하여 활용성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 자외선 살균장치에 의할 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치의 동작 상태가 도시된 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 평면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치의 동작 상태가 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치는, 챔버(110), 자외선 램프(120), 평행광 변환렌즈(130), 산란광 흡수 부재(140), 개구부(150)를 포함한다
챔버(110)는 일측이 개방되어, 개방된 일측은 개구부(150)를 형성하고, 타측은 막힌 상태로 지면 방향으로 길게 형성될 수 있다.
자외선 램프(120)는 챔버(110) 내에 배치되며 방사 방향으로 자외선을 방사한다.
평행광 변환렌즈(130)는 자외선 램프(120)의 전방에 배치되어 자외선 램프(120)에서 방사되는 자외선의 적어도 일부를 평행광으로 변환한다. 본 명세서에서 "전방"이라 함은 자외선이 조사되는 방향을 의미한다. 평행광 변환렌즈(130)는 소정 곡률을 가지며, 일면 또는 타면 중 적어도 어느 하나가 볼록한 렌즈일 수 있다.
산란광 흡수 부재(140)는 평행광으로 변환되지 않은 자외선을 흡수하는 부재로서, 서로 이격되어 복수개로 구비될 수 있다. 도면에서는 4개의 산란광 흡수 부재(140)를 예시하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 산란광 흡수 부재(140)가 판형인 것을 예시하나, 격자형 구조, 허니컴 구조, 또는 격자 내부에 허니컴 구조가 삽입된 형태일 수 있다.
허니컴 구조인 경우, 자외선 램프(120)에서 방사되는 자외선 중 산란광의 대부분을 흡수하여 자외선의 직진성을 향상시킬 수 있으나, 상대적으로 자외선 조사량이 적은 단점이 있다. 격자형 구조인 경우, 자외선의 직진성은 떨어지나, 상대적으로 자외선 조사량이 많아서 살균 효과를 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예에서, 복수개의 산란광 흡수 부재(140 : 141, 142)는 챔버(110)의 중앙에서 챔버의 내벽(111)으로 갈수록 복수개의 산란광 흡수 부재(140)의 이격 간격은 작아지도록 형성한다. 즉, 도 3을 참조하면. 중앙에 배치된 한 쌍의 산란광 흡수 부재(141) 간의 간격(b1)이, 산란광 흡수 부재(141)와 내벽(111) 측에 배치된 산란광 흡수 부재(142)와의 간격(b2) 보다 더 크도록 형성한다. 내벽(111) 또한 산란광 흡수 기능을 수행할 수 있다. 따라서, 산란광 흡수 부재(142)와 내벽(111) 간의 간격(b3)은 가장 작게 형성된다. (b1 > b2 > b3)
이와 같이, 챔버(110)의 중앙에서 챔버의 내벽(111)으로 갈수록 산란광 흡수 부재(140)의 이격 간격이 작아지도록 형성하면, 챔버(11)의 내벽 측을 통해 조사되는 자외선 일부의 조사 각도(β)가 이격 간격이 동일한 경우의 조사 각도(α) 보다 작게 된다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래에 비해 자외선의 일부가 사람 또는 생명체로 조사될 가능성이 작아 지기에, 상대적으로 낮은 천장을 갖는 실내 공간에서도 적용할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치의 응용예가 도시된 측단면도이다.
제1 실시예의 응용예에서, 복수개의 산란광 흡수 부재(141, 142) 중 적어도 어느 하나는 나머지 산란광 흡수 부재 중 적어도 어느 하나와 다른 길이로 형성되어 평행광 변환렌즈(130)의 표면에 근접하도록 할 수 있다.
도 5를 참조하면, 복수개의 산란광 흡수 부재(141, 142) 각각이 평행광 변환렌즈(130)의 표면에 근접하도록 형성된다. 이때, 평행광 변환렌즈(130)는 볼록 렌즈이므로, 중앙에 배치된 한 쌍의 산란광 흡수 부재(141)의 길이(a1)가 내벽(111) 측에 배치된 산란광 흡수 부재(142)의 길이(a2) 보다 작도록 형성될 수 있다. 물론, 평행광 변환렌즈(130)의 형상에 따라 산란광 흡수 부재(141)의 길이(a1)가 산란광 흡수 부재(142)의 길이(a2) 보다 더 클 수도 있다.
이와 같이, 복수개의 산란광 흡수 부재(141, 142)의 길이를 다르게 하면서 복수개의 산란광 흡수 부재(141, 142) 각각이 평행광 변환렌즈(130)의 표면에 근접하도록 하여 산란광에 의해 발생되는 자외선의 조사 각도를 최소화할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 측단면도이고, 도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 평면도이다.
본 실시예에서는, 자외선 램프(120)로부터 전방향으로 방사되는 자외선을 평행광으로 전환해주는 평형광 변환렌즈(130)를 이용하여 굴절시켜 전방향으로 조사되는 자외선을 이용함과 동시에, 기존 알루미늄 재질 반사판의 관리의 번거로움을 해결하고자 램프와 일체화된 반사판을 제공함으로써, 반사판의 오염을 방지하고, 8000 ~ 16000시간에 달하는 램프의 수명 도래시, 램프와 함께 일체화된 반사판을 교체함으로써 유지 관리의 편의성을 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치는, 전술한 제1 실시예의 자외선 램프(120) 표면에 반사막 조립체(123, 124, 125)가 형성된다.
구체적으로, 자외선 램프(120)는 자외선을 방사하는 자외선 광원(121)과 자외선 광원을 감싸는 램프 튜브(122)와 램프 튜브의 외주면에 형성되는 반사막 조립체(123, 124, 125)를 포함할 수 있다.
반사막 조립체(123, 124, 125)는 자외선 반사막(123), 보호막(124), 고정 밴드(125)를 포함한다.
자외선 반사막(123)은 자외선 광원(121)에서 방사되는 자외선이 평행광 변환렌즈()로 입사되는 영역을 제외한 영역에 형성된다. 자외선 반사막(123)은 알루미늄이 진공 증착 처리된 반사막일 수 있으며, 자외선(200nm ~ 380nm), 가시광선(381nm ~ 650nm)을 반사시키고 적외선(651nm~)을 투과시키며, 석영 재질의 램프 튜브에 증착 물질(Ti02, Sio2, Zr02,ZnS, MgF2, In203, Cr203) (Ai,Pt, Au, Ag, Cu, Cr, Si, Ni, Ta2003, Ge..)을 진공 증착방식으로 다층 박막으로 형성할 수 있다.
보호막(124)은 자외선 반사막(123) 상에 형성된다. 자외선 반사막(123)과 마찬가지로, 보호막(124)도 자외선 광원(121)에서 방사되는 자외선이 평행광 변환렌즈()로 입사되는 영역을 제외한 영역에 형성된다. 보호막(124)은 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET) 일 수 있다.
고정 밴드(125)는 보호막(124)과 자외선 반사막(123)을 램프 튜브(122)의 외주면에 고정시킨다. 고정 밴드(125)는 도 8과 같이 링 형상으로 복수개로 구비될 수 있다. 또는, 고정 밴드(125)는 도 9와 같이 폴리머 튜브로 형성될 수 있다. 폴리머 튜브는 PTFE 또는 FEP 재질일 수 있다.
폴리머 튜브로 형성될 경우, 고정 밴드(125)는 램프 튜브(122)의 파손시, 석영 재질의 램프 튜브(122)의 비산을 방지하여 자외선 반사막(123)과 램프 튜브(122) 사이에 정전기로 인한 오염물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 양방향으로 자외선이 조사되는 자외선 램프를 도시하고 있으며, 이 경우 챔버(110)는 양방향이 오픈된 개구부(150)를 구비한다.
한편, 저압 수은 또는 저압 아말감 자외선 램프의 경우, 필라멘트(F)에 에미션페이스트가 코팅되어 전자 방출을 용이하게 하는데, 이러한 에미션페이스트의 증발은 램프 필라멘트의 과도한 온도 상승 원인이 되어, 램프 수명을 단축시키게 된다.
이에, 본 실시예에서는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 필라멘트(F)의 단부에서 램프 튜브(122)의 직경(D) 만큼 반사막 조립체(123, 124, 125)를 이격시켜 위치시킴으로써 적외선의 반사, 자외선의 반사로 인한 필라멘트(F)의 손상을 최소화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치가 도시된 평면도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 평행광 자외선 살균장치는, 전술한 실시예들에서, 평행광 변환렌즈(130)를 전후방으로 이동시켜서 평행광 변환렌즈(130)의 초점거리를 보정시키는 초점거리 보정유닛(131)을 더 포함한다.
초점거리 보정유닛(131)은 평행광 변환렌즈(130)의 제조과정에서 발생하는 공차로 인해 초점이 맞지 않는 부분을 보상한다.
미설명 부호 160은 자외선 램프(120)의 후방에 배치되어 자외선 램프(120)를 냉각시키는 램프 냉각부(160)로서, 일단에는 냉각용 급기팬(161)이 형성되고, 타단에는 냉각용 배기팬(162)이 형성된다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
110 : 챔버 120 : 자외선 램프
121 : 자외선 광원 122 : 램프 튜브
123 : 자외선 반사막 124 : 보호막
125 : 고정 밴드 130 : 평행광 변환렌즈
131 : 초점거리 보정유닛 140 : 산란광 흡수 부재
150 : 개구부 160 : 램프 냉각부

Claims (5)

  1. 일측에 개구부가 형성된 챔버;
    상기 챔버 내부에 형성되며 자외선을 방사하는 자외선 램프;
    상기 자외선 램프의 전방에 형성되며 상기 자외선 램프에서 방사되는 자외선을 평행광으로 변환하는 평행광 변환렌즈;
    상기 평행광 변환렌즈의 전방에 형성되며 비평행 방향으로 조사되는 산란광을 흡수하고 이격 형성되는 복수개의 산란광 흡수 부재;를 포함하며,
    상기 챔버의 중앙에서 상기 챔버의 내벽으로 갈수록 상기 복수개의 산란광 흡수 부재의 이격 간격은 작아지는 것
    을 특징으로 하는 평행광 자외선 살균장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 평행광 변환렌즈의 표면에 근접하도록, 상기 복수개의 산란광 흡수 부재 중 적어도 어느 하나는 나머지 산란광 흡수 부재 중 적어도 어느 하나와 다른 길이로 형성되는, 평행광 자외선 살균장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 자외선 램프는, 자외선을 방사하는 자외선 광원과 상기 자외선 광원을 감싸는 램프 튜브와 상기 램프 튜브의 외주면에 형성되는 반사막 조립체를 포함하며,
    상기 반사막 조립체는,
    상기 램프 튜브의 외주면에 형성되며 상기 자외선 광원에서 방사되는 자외선이 상기 평행광 변환렌즈로 입사되는 영역을 제외한 영역에 형성된 자외선 반사막과, 상기 자외선 반사막 상에 형성된 보호막과, 상기 보호막과 상기 자외선 반사막을 상기 램프 튜브의 외주면에 고정시키는 고정 밴드를 포함하는,
    평행광 자외선 살균장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    필라멘트의 단부에서 상기 램프 튜브의 직경 만큼 상기 반사막 조립체가 이격되어 형성되는, 평행광 자외선 살균장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버 내에서 상기 평행광 변환렌즈를 전후방으로 이동시켜서 상기 평행광 변환렌즈의 초점거리를 보정시키는 초점거리 보정유닛을 더 포함하는, 평행광 자외선 살균장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140051219A (ko) 2011-06-08 2014-04-30 제넥스 디스인펙션 서비시즈, 엘엘씨 하나 이상의 반사기를 갖는 자외선 방전램프 장치 및 살균기기의 동작 파라미터와 소독 스케줄을 결정하는 시스템

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