WO2011043528A1 - 에이오피 자외선 램프 - Google Patents

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WO2011043528A1
WO2011043528A1 PCT/KR2010/002870 KR2010002870W WO2011043528A1 WO 2011043528 A1 WO2011043528 A1 WO 2011043528A1 KR 2010002870 W KR2010002870 W KR 2010002870W WO 2011043528 A1 WO2011043528 A1 WO 2011043528A1
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WO
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aop
outer tube
ultraviolet lamp
titanium oxide
discharge electrode
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PCT/KR2010/002870
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옥도영
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Ok Do-Young
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    • H01J65/046—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using capacitive means around the vessel
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    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/35—Vessels; Containers provided with coatings on the walls thereof; Selection of materials for the coatings

Definitions

  • the present invention relates to an ultraviolet lamp, and more particularly, to an environmentally friendly Advanced Oxdiation Process (AOP) ultraviolet lamp using an inert reaction gas.
  • AOP Advanced Oxdiation Process
  • ultraviolet light contains approximately 9% of sunlight and can be artificially produced by a discharge lamp.
  • the ultraviolet light generated by the discharge lamp is characterized in that, during discharge, electromagnetic waves radiated by excitation of the outermost electrons of mercury (Hg) atoms and then returned to the ground state are 184.9 nm, 253.7 nm, 296.7 nm, It appears in ultraviolet rays such as 365nm wavelength. At this time, ultraviolet rays play different roles depending on the energy and energy level of each wavelength emitted.
  • the ultraviolet lamp is almost 90% of the products called "low pressure ultraviolet lamp” or "sterilization lamp” whose main wavelength is 254nm. Occupies more than
  • the ultraviolet germicidal effect is completely dependent on the wavelength of ultraviolet rays, and it is known that the sterilizing effect is most excellent at a wavelength of 250 to 260 nm.
  • the bactericidal effect at a wavelength of 250 to 260 nm is directly proportional to the amount of accumulated UV (irradiation intensity x irradiation time) to be irradiated.
  • the ultraviolet sterilization effect is similar for dozens to hundreds of species and new viruses which are not yet known.
  • the bactericidal effect of the new strain is similar to the bactericidal effect of the known virus is a very big advantage over the sterilization by the drug.
  • the 184.9 nm wavelength emitted from the ultraviolet lamp has various advantages such as deodorizing, decolorizing and purifying in addition to the strong bactericidal effect by the generation of ozone (O3) by the reaction with oxygen (O2).
  • the treatment using ozone generator is for water sterilization, when aeration in water, 51% remains and 49% evaporates to the outside, which causes severe discomfort from the surroundings, and the reaction rate is very slow, so that drinking water is not completely dissolved. It is pointed out that it is difficult to use due to the problem of residual ozone, and to shorten the life by promoting corrosion of pipes, and has been widely used for wastewater and heavy water treatment, not drinking water.
  • the AOP method is an innovative new technology that generates an intermediate material called OH radicals and oxidizes organic substances, which are various pollutants, and is generated by simultaneously generating 253.7 nm of ultraviolet wavelength and 184.9 nm of ozone generating wavelength in a discharge lamp.
  • the ultraviolet rays are combined with oxygen in the air to generate a large amount of OH radicals during photodegradation, thereby oxidizing and removing contaminants.
  • the AOP technology utilizes an ultraviolet lamp that simultaneously produces wavelengths of 253.7 nm and 184.9 nm, or 254.7 nm and 184.9 nm, for food production, fish processing, pharmaceutical manufacturing, air purification, ship ballast water treatment, and the like. It is effectively used for sterilization, disinfection and wastewater treatment in various industrial fields.
  • 1 is a cross-sectional view showing a conventional ultraviolet lamp.
  • the conventional UV lamp 100 is provided with tungsten filament 120 as an electrode at each end of the quartz tube 110 that effectively transmits ultraviolet light, and barium oxide outside the tungsten filament 120.
  • a material (not shown) that is easy to radiate hot electrons, such as calcium oxide and strontium oxide, are coated, and have a structure in which argon (Ar) and mercury (Hg) are filled in the quartz tube 110 as discharge gas. .
  • the conventional ultraviolet lamp 100 emits ultraviolet rays while the outermost electrons of the mercury (Hg) electrons 130b are excited and return to the ground state at the time of discharge.
  • the unexplained reference numeral 130a represents an argon atom.
  • UV lamps containing mercury (Hg) are multi-wavelength, and only 253.7 nm and 184.9 nm of the wavelengths are applied, and the energy output of the radiation intensity is low, as well as around the lamp. According to the temperature of the mercury (Hg) electrons are unstable, the UV lamp is very sensitive to the ambient temperature of the lamp, there is a problem that may not be immediately flashing.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and provides an environmentally friendly AOP ultraviolet lamp that does not contain mercury (Hg).
  • the present invention also provides an AOP ultraviolet lamp having high efficiency and high energy short wavelength non-interfering characteristics.
  • the present invention provides an AOP ultraviolet lamp that is not affected at all by ambient temperature.
  • the present invention provides an AOP ultraviolet lamp that can be turned on / off immediately.
  • AOP ultraviolet lamp the outer tube; An inner tube inserted into the outer tube; A discharge electrode installed to cause surface discharge on an outer surface of the inner tube; A dielectric coated on the discharge electrode to a thickness not in contact with an inner surface of the outer tube; And a discharge gas filled in a space between an inner surface of the outer tube and an outer surface of the inner tube including the dielectric and the discharge electrode, and including at least two or more inert gases of Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl, and XeF. It includes;
  • the discharge electrode is provided in a stripe type or a spiral type.
  • the dielectric may be coated to cover only the discharge electrode, or may be applied to the entire outer surface of the inner tube including the discharge electrode.
  • the dielectric is applied so as not to cover the terminal portion of the discharge electrode.
  • the above-described AOP ultraviolet lamp of the present invention further includes a titanium oxide cap installed to surround the outer tube on the outside of the outer tube.
  • the titanium oxide cap is made of any one of a titanium oxide coated mesh (mesh) type cylindrical mesh, a mesh type cylindrical mesh formed with a titanium oxide film by anodizing, and a perforated titanium oxide cylindrical tube.
  • the titanium oxide cap is preferably provided at a position 5 to 50 mm away from the outer surface of the outer tube.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the invention uses at least two or more inert gases of Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl and XeF, preferably ArF and KrF gas, instead of conventional mercury (Hg) as the discharge gas. . Accordingly, the AOP ultraviolet lamp according to the present invention can emit an ultraviolet wavelength having high efficiency and high energy single wavelength non-interfering characteristics, is not affected by the ambient temperature at all, and on / off flashing can be performed immediately. Can be.
  • the AOP UV lamp according to the present invention is harmless to humans and the environment by having the advantages of the existing AOP method at the same time, it is active in a variety of applications according to the increase in the needs (needs) to strengthen the environment and green industry with a strong and safe sterilization power It can be utilized.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention can be effectively used in the development of eco-friendly systems, thereby activating the material industry of domestic environmentally friendly UV lamps and building a significant economic and economic impact on the environment and well-being related industries. Can be.
  • 1 is a cross-sectional view showing a conventional ultraviolet lamp.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an AOP ultraviolet lamp according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an AOP ultraviolet lamp according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining the radiation wavelength of the AOP ultraviolet lamp according to the present invention.
  • the AOP method currently used includes, firstly, a UV / O3 method for simultaneously generating ozone and ultraviolet rays from a discharge lamp, secondly an O3 / H2O2 method for introducing hydrogen peroxide into the ozone generator, and a third, high PH / O3 method.
  • UV / H2O2 method for injecting hydrogen peroxide into UV lamp and fifth, photocatalyst / UV method for projecting photocatalyst UV light into photocatalyst, and all five types of AOP methods have their advantages and disadvantages. However, either method alone is limited in achieving a complete sterilization and purification effect.
  • the present invention can utilize the advantages of each AOP method, harmless to the human body and the environment, environmentally friendly, safe and strong sterilization power groundwater purification treatment, downtown edible water treatment, indoor air sterilization treatment, cooling water tank sterilization treatment, We provide eco-friendly AOP UV lamps that are perfect for microbial treatment in fields related to agricultural water purification, bottled beverage processing, food processing, industrial water purification and sterilization.
  • the 253.7 nm wavelength mainly used for sterilization by mercury (Hg) in the conventional UV lamp is replaced by KrF gas that emits a single wavelength of 248 nm in an inert gas.
  • the 184.9 nm wavelength by argon (Ar) can be used as it is, but is replaced with the ArF gas which radiates 193 nm short wavelength in an inert gas.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention is at least two or more inert gases of Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl and XeF as the discharge gas, preferably, KrF (248 nm) and ArF (193 nm), ArF and XeF (354 nm) or two reaction gases, XeF and KrF.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention is composed of three kinds of inert gases by injecting XeF gas emitting short wavelength of 354nm into two kinds of inert gases such as ArF and KrF as discharge gas.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention is a cap made of titanium oxide (TiO 2) on the outside of the lamp, for example, titanium oxide coated mesh (Mesh) type cylindrical mesh, titanium oxide by anodizing treatment ( A TiO2) film-formed mesh-type cylindrical mesh, or a perforated titanium oxide cylindrical tube, is placed so that the advantages of each of the AOP schemes are maximized simultaneously by continuous mutual circulation.
  • TiO 2 titanium oxide coated mesh
  • a TiO2 titanium oxide by anodizing treatment
  • the titanium oxide (TiO 2) is a kind of optical semiconductor, and when titanium oxide is irradiated with light such as the sun or a fluorescent lamp, electrons (e ⁇ ) in the titanium oxide are excited to generate holes (h +).
  • the electrons react with oxygen (O 2) in the air to form an active oxygen called superoxide anion (+ O 2-), from which hydrogen peroxide (H 2 O 2) or various active oxygen are produced, and these active oxygens oxidize organic matter.
  • the generated holes have a very strong oxidizing power, it has been reported to directly oxidize organic matter. If you look at the energy of holes made from titanium oxide, you get + 3.0V for the hydrogen reference potential.
  • the photo-excited surface maintains a strong oxidizing power, and when used properly, it can oxidatively decompose various chemicals or organic substances, and thus the advantages of the various AOP methods can be obtained.
  • FIG. 2 is a perspective view for explaining an AOP ultraviolet lamp according to the present invention.
  • the AOP ultraviolet lamp 200 according to the embodiment of the present invention, the outer tube 210, the inner tube 220 inserted into the outer tube 210, the outside of the inner tube 220 A discharge electrode 230 disposed on a side surface, a dielectric layer 240 applied to cover the discharge electrode 230, and an inner tube 220 coated with an inner surface of the outer tube 210 and the dielectric 240. And a discharge gas 250 filled in a discharge space therebetween and made of at least two fluorinated gases.
  • the outer tube 210 is made of, for example, glass or quartz material.
  • the inner tube 220 is, for example, made of any one of ceramic, borosilicate glass, or quartz, and inserted into the outer tube 210 to be spaced apart from the inner surface of the outer tube 210. do.
  • the discharge electrode 230 is installed in a structure in which surface discharge can occur on the outer surface of the inner tube 220, for example, a stripe type or a spiral type.
  • the dielectric 240 is applied to surround only the discharge electrode 230, as shown, is applied to the entire outer surface of the inner tube 220 including the discharge electrode 230.
  • the dielectric 240 is preferably coated so as not to cover both end portions, that is, terminal portions of the discharge electrode 230 to be connected to an external circuit.
  • the dielectric 240 is applied to a thickness that does not contact the inner surface of the outer tube 210, which is to make a surface discharge by making a discharge space.
  • the discharge gas 250 is filled in the discharge space made between the outer surface of the inner tube 220 and the inner surface of the outer tube 210, the discharge electrode 230 and the dielectric 240 formed on the outer surface, It consists of at least two inert gases of Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl and XeF which do not contain mercury (Hg).
  • the discharge gas 250 may be made of inert gases of KrF (248 nm) and ArF (193 nm), or may be made of inert gases of ArF and XeF (354 nm), or may be inert of XeF and KrF. Consists of gases.
  • the discharge gas 250 may be composed of three types of inert gases, KrF, ArF and XeF.
  • the inner tube 220 may be formed with a plurality of grooves disposed at regular intervals along the longitudinal direction on its outer surface.
  • the grooves are formed to have the same shape, the same depth and width.
  • each discharge electrode 230 is formed to be inserted into each of the grooves provided on the outer surface of the inner tube 220.
  • the AOP ultraviolet lamp 200 is provided with a titanium oxide cap 260 spaced a predetermined distance (d) to the outside of the outer tube (210).
  • the titanium oxide cap 260 may be understood to be installed to obtain better purification and sterilization effect by realizing all the advantages of various existing AOP methods through oxidative decomposition of various chemicals or organic materials.
  • the titanium oxide cap 260 may be a mesh type cylindrical mesh coated with titanium oxide, a mesh type cylindrical mesh formed with a titanium oxide (TiO 2) film by anodizing, or a titanium oxide cylindrical tube which is perforated. It may be configured, it is installed in a position 5 to 50 mm apart from the outer surface of the outer tube 210, preferably 10 to 20 mm apart.
  • FIG. 4 is a view for explaining the radiation wavelength of the AOP ultraviolet lamp according to the present invention.
  • the AOP ultraviolet lamp 200 uses KrF and ArF, ArF and XeF, or XeF and KrF as two types of inert gases as discharge gas. Emit wavelengths of nm or wavelengths of 193 nm and 354 nm, or wavelengths of 248 nm and 354 nm.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention emits wavelengths of 193 nm, 248 nm and 354 nm when three kinds of inert gases, KrF, ArF and XeF, are used as discharge gas.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention can implement an environmentally friendly AOP ultraviolet lamp by using an inert gas such as KrF, ArF, and XeF in place of the conventional mercury (Hg) as a discharge gas for obtaining a sterilization and purification effect.
  • an inert gas such as KrF, ArF, and XeF
  • Hg conventional mercury
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention using these inert gases as discharge gas has high efficiency and high energy short wavelength non-interfering characteristics.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention can immediately turn on / off without being affected by the ambient temperature.
  • the AOP ultraviolet lamp according to the present invention may further promote photocatalytic activation by providing a titanium oxide cap, which is a photocatalytic reaction material, on the outside of the outer tube, thereby obtaining better sterilization and purification effects.
  • the photocatalytic material for activating the photocatalytic reaction may be formed in various structures such as material, shape, shape, and method. Therefore, it will be apparent to those skilled in the art that the following claims may be variously modified and modified without departing from the spirit and scope of the present invention.

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Abstract

본 발명은 수은(Hg)을 함유하지 않는 친환경의 AOP 자외선 램프를 개시하며, 개시된 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는, 외부 관; 상기 외부 관 내에 삽입된 내통 관; 상기 내통 관의 외측 표면에 면방전이 일어나도록 설치된 방전전극; 상기 방전전극 상에 상기 외부 관의 내측면과 접하지 않는 두께로 도포된 유전체; 및 상기 외부 관의 내측면과 상기 유전체 및 방전전극을 포함한 내통 관의 외측면 사이의 공간에 충진되며, Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl 및 XeF 중 적어도 둘 이상의 불활성 가스로 이루어진 방전가스;를 포함한다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 01.06.2010]　에이오피 자외선 램프
본 발명은 자외선 램프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 불활성 반응 가스를 이용한 친환경의 AOP(Advanced Oxdiation Process) 자외선 램프에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 자외선은 태양광선 중에 대략 9% 정도가 포함되어 있으며, 인공적으로는 방전 램프에 의해서 만들 수 있다. 상기 방전 램프에 의해 만들어지는 자외선은, 방전 시, 수은(Hg) 원자의 최외각 전자가 여기되었다가 기저상태로 복귀하면서 방사하는 전자기파가 각각의 에너지 준위에 따라 184.9nm, 253.7nm, 296.7nm, 365nm 파장 등의 자외선으로 나타난다. 이때, 자외선은 방사되는 각 파장의 에너지와 에너지 준위에 따라 서로 다른 역할을 하게 되며, 현재 자외선 램프라고 하는 것은 주파장이 254nm인 "저압 자외선 램프" 또는 "살균등"이라고 불리는 제품이 거의 90% 이상을 차지하고 있다.
여기서, 자외선 살균 효과는 자외선의 파장에 따라 전혀 달라지며, 250∼260nm의 파장에서 살균 효과가 가장 우수한 것으로 알려져 있다. 250∼260nm 파장에서의 살균 효과는 피조사되는 적산 UV량(방사 강도×조사 시간)에 정비례하는 관계가 있다.
또한, 자외선 살균 효과는 수십∼수백 종의 균종과 아직 알려지지 않은 새로운 바이러스에 대해서도 비슷하다. 특히, 새로 생기는 변종에 대한 살균 효과도 기존의 알려진 바이러스의 살균 효과와 비슷하다는 것은 약품에 의한 살균보다 매우 큰 장점이다.
게다가, 자외선 램프에서 방사되는 184.9nm 파장에서는 산소(O2)와의 반응에 의한 오존(O3) 생성에 의하여 강력한 살균 효과 작용외에 탈취, 탈색 및 정화 작용도 겸하는 등 다양한 이점을 가지고 있다.
한편, 살균 효과를 얻기 위한 오존 단독 처리의 경우, 강한 산화력(전위차: 2.07V)으로 THM(트리할로메탄; trihalomethane) 생성 억제, 맛 및 응집침전 개선 효과, 그리고, 생화학적 처리의 효과 증대 등 이점은 있으나, 실제로는 대다수 유기물과의 반응(예; 맛, 냄새 유발물질인 eosmin, MIB와 THM과 같은 포화탄화수소, 농약)이 느리거나 어떤 물질과는 전혀 반응을 하지 않고 매우 선택적인 반응이 일어나는 것이 결점으로 지적되어 왔으며, 또한, 반응속도가 매우 길기 때문에 nOx나 독성을 남길 뿐만 아니라 완벽한 살균이 불가능하다는 단점이 있다.
또한, 오존 발생기를 이용한 처리는 수질 살균용으로 물속에 폭기시, 51%가 잔류하고 49%가 외부로 증발하여 주변에서 심한 불쾌감을 느낄 뿐만 아니라 반응속도가 매우 느리기 때문에 완전히 용해되지 않는 상태에서 음용수나 식품의 제조용수로 사용하기에는 잔류 오존의 문제로 사용에 어려움이 있고, 배관의 부식을 촉진시켜 수명을 단축시키는 것으로 지적되어, 음용수가 아닌 폐수 및 중수처리에 많이 이용되어 왔다.
따라서, 광분해 과정에서 생성되는 중간생성 물질로 강력한 산화력을 지닌 OH 라디컬(전위차; 2.81V)이 수처리에서 매우 중요한 역할을 할 수 있음을 알게 된 이후, 기존의 오존 발생기 단독 처리에 의한 산화 방식의 단점을 보완할 수 있는 다양한 방식들이 연구되었고, 최근, AOP(Advanced Oxidation Process) 방식이 활발하게 연구되고 있다.
상기 AOP 방식은 OH 라디컬이라는 중간생성 물질을 생성하여 각종 오염물질인 유기물을 산화처리하는 혁신적 신기술로서, 방전 램프에서 자외선 파장인 253.7㎚와 오존 생성 파장인 184.9㎚를 동시에 발생시켜 주면, 이렇게 발생된 자외선들이 공기중의 산소와 결합하여 광분해하는 과정에서 다량의 OH 라디컬을 생성하게 됨으로써, 오염물질을 산화처리해서 제거하는 방식이다.
현재, 상기 AOP 기술은 253.7nm와 184.9nm, 또는, 254.7nm와 184.9nm 파장들을 동시 생성하는 자외선 램프를 이용하여 식품 제조, 수산 가공, 의약품 제조, 공기 정화, 선박 밸러스트(Ballast) 수 처리 등을 비롯한 여러 산업 분야에서의 살균, 소독 및 하,폐수 처리 등에 유효하게 이용되고 있다.
도 1은 종래의 자외선 램프를 도시한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 자외선 램프(100)는 자외선을 효과적으로 투과시키는 석영관(110)의 양끝 각각에 전극으로서 텅스텐 필라멘트(120)가 설치되어 있고, 상기 텅스텐 필라멘트(120)의 외측에 산화바륨, 산화칼슘 및 산화스트론듐 등 열전자를 방사하기 쉬운 물질(도시않됨)이 도포되어 있으며, 상기 석영관(110) 내에 방전가스로서 아르곤(Ar) 및 수은(Hg)이 충진되어 있는 구조를 갖는다.
이러한 종래의 자외선 램프(100)는 방전시에 수은(Hg) 전자(130b)의 최외각 전자가 여기되었다가 기저상태로 복귀하면서 자외선을 방사하게 된다.
도 1에서, 미설명된 도면부호 130a는 아르곤 원자를 나타낸다.
그러나, 전술한 종래의 자외선 램프는 저압 램프, 중압 램프, 고압 램프 및 AOP용 램프던 간에 모두 수은(Hg)이 함유되어 있기 때문에 이러한 수은으로 인해 여러가지 문제를 갖는다.
구체적으로, 수은(Hg)이 함유된 자외선 램프들은 방사되는 파장이 다파장 형태이며, 여러 파장들 중에서 253.7nm와 184.9nm의 파장만이 응용되고 있고, 방사 강도의 에너지 출력이 낮음은 물론 램프 주변의 온도에 따라 수은(Hg) 전자의 여기상태가 불안정하여 자외선 램프가 램프 주변 온도에 매우 민감하며, 즉각적인 점멸이 이루어지지 못하는 경우가 있는 등의 문제가 있다.
특히, 환경적인 측면에서, 중금속인 수은(Hg)이 함유된 자외선 램프를 공기정화 및 오수 처리 등의 제반 산업 현장에서 취급하는 경우, 램프의 파손이 발생하게 되면, 인체 및 수질 등 제반 환경에 유해한 영향을 미치게 되고, 사용후 폐기시에도 별도의 관리가 필요하다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 수은(Hg)을 함유하지 않는 친환경의 AOP 자외선 램프를 제공한다.
또한, 본 발명은 고효율 및 고에너지의 단파장 비간섭 특성을 갖는 AOP 자외선 램프를 제공한다.
게다가, 본 발명은 주변 온도에 전혀 영향을 받지 않는 AOP 자외선 램프를 제공한다.
아울러, 본 발명은 온/오프 점멸이 즉시 가능한 AOP 자외선 램프를 제공한다.
본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는, 외부 관; 상기 외부 관 내에 삽입된 내통 관; 상기 내통 관의 외측 표면에 면방전이 일어나도록 설치된 방전전극; 상기 방전전극 상에 상기 외부 관의 내측면과 접하지 않는 두께로 도포된 유전체; 및 상기 외부 관의 내측면과 상기 유전체 및 방전전극을 포함한 내통 관의 외측면 사이의 공간에 충진되며, Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl 및 XeF 중 적어도 둘 이상의 불활성 가스로 이루어진 방전가스;를 포함한다.
여기서, 상기 방전전극은 스트라이프 타입(stripe Type), 또는, 나사선 타입(spiral type)으로 설치된다.
상기 유전체는 상기 방전전극만을 감싸도록 도포되거나, 또는, 상기 방전전극을 포함한 내통 관의 외측면 전면에 도포된다.
이때, 상기 유전체는 상기 방전전극의 단자 부분을 덮지 않도록 도포된다.
전술한 본 발명의 AOP 자외선 램프는, 상기 외부 관의 외측에 상기 외부 관을 감싸도록 설치된 산화티타늄 캡을 더 포함한다.
상기 산화티타늄 캡은 산화티타늄이 코팅된 메쉬(Mesh) 타입 원통형 그물망, 양극산화 처리에 의해 산화티타늄 피막이 형성된 메쉬 타입 원통형 그물망, 및 타공 처리된 산화티타늄 원통관 중 어느 하나로 이루어진다.
또한, 상기 산화티타늄 캡은, 바람직하게, 상기 외부 관의 외측면으로부터 5∼50㎜ 이격된 위치에 설치된다.
본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 방전가스로서 종래의 수은(Hg) 대신에 Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl 및 XeF 중 적어도 둘 이상의 불활성 가스들, 바람직하게, ArF 및 KrF 가스를 사용한다. 이에 따라, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 고효율 및 고에너지의 단파장(Single Wavelength) 비간섭 특성을 지닌 자외선 파장을 방사할 수 있고, 주변 온도에 전혀 영향을 받지 않으며, 온/오프 점멸도 즉시 가능할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 기존 AOP 방식의 장점들을 동시에 가짐으로써 인체 및 환경에 무해하고, 안전하면서 강력한 살균력으로 친환경과 녹색산업 강화에 대한 니즈(needs) 고조에 따른 다양한 응용분야에 적극 활용할 수 있다.
게다가, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 친환경 시스템 개발에 효율적으로 이용함으로써 국내 친환경 자외선 램프의 부품 소재 산업 활성화 및 환경과 웰-빙(well-being) 관련 산업에 경제적 측면에서 상당한 파급 효과를 구축할 수 있다.
도 1은 종래의 자외선 램프를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 AOP 자외선 램프를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 AOP 자외선 램프를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프의 방사 파장을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 간략하게 설명하도록 한다.
현재 이용되고 있는 AOP 방식으로는, 첫째, 방전 램프에서 오존과 자외선을 동시에 발생시키는 UV/O3 방식, 둘째, 오존 발생기에 과산화수소를 투입하는 O3/H2O2 방식, 셋째, 하이(High) PH/O3 방식, 넷째, 자외선 램프에 과산화수소를 투입하는 UV/H2O2 방식, 다섯째, 광촉매제에 광촉매용 자외선을 투사하는 광촉매/UV 방식 등이 있으며, 상기 다섯 종류의 AOP 방식들 모두 각각의 장,단점들을 가지고 있고, 어느 한 방식만으로는 완벽한 살균 및 정화 효과를 얻는데 한계가 있다.
따라서, 본 발명은 각 AOP 방식들의 장점들을 활용할 수 있고, 인체 및 환경에 무해하여 친환경적이며, 안전하면서 강력한 살균력으로 지하수 정화 처리, 도심지 식용급수 처리, 실내 공기 살균 처리, 냉각용 물탱크 살균 처리, 농업용수 정화처리, 병음료수 가공 처리, 식품 가공 처리, 공업용수 정화 처리 및 살균 등과 관련된 분야의 미생물 처리에 완벽을 기할 수 있는 친환경의 AOP 자외선 램프를 제공한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프에 있어서, 종래의 자외선 램프에서 수은(Hg)에 의한 살균용으로 주로 이용하는 253.7nm 파장은 불활성 가스중 248nm의 단파장(Single Wavelength)을 방사하는 KrF 가스로 대체하고, 아르곤(Ar)에 의한 184.9nm 파장은 그대로 이용 가능하지만 불활성 가스중 193nm 단파장을 방사하는 ArF 가스로 대체한다.
즉, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 방전가스로서 Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl 및 XeF 중 적어도 둘 이상의 불활성 가스들, 바람직하게, KrF(248nm)와 ArF(193nm), ArF와 XeF(354㎚), 또는, XeF와 KrF의 두 반응 가스를 이용한다. 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 방전가스로서 상기 ArF와 KrF의 두 종류의 불활성 가스에 354nm의 단파장을 방사하는 XeF 가스를 주입하여 세 종류의 불활성 가스로 구성한다.
또한, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 램프 외측에 산화티타늄(TiO2)으로 이루어진 캡(Cap), 예를 들어, 산화티타늄이 코팅된 메쉬(Mesh) 타입 원통형 그물망, 양극산화 처리에 의해 산화티타늄(TiO2) 피막이 형성된 메쉬 타입 원통형 그물망, 또는, 타공 처리된 산화티타늄 원통관을 배치시켜, AOP 방식들의 각 장점들을 동시에 연속 상호 순환작용에 의한 효율이 극대화되도록 한다.
참고로, 상기 산화티타늄(TiO2)은 광 반도체의 일종으로 산화티타늄에 태양이나 형광등 같은 빛을 쪼여주면, 산화티타늄 내의 전자(e-)가 여기하여 정공(h+)이 생성된다. 여기서, 상기 전자는 공기중의 산소(O2)와 반응하여 슈퍼옥사이드 음이온(+O2-)이라는 활성산소를 만들며, 이로 부터 과산화수소(H2O2)나 여러 활성산소를 만들어 내고, 이들 활성산소가 유기물의 산화 분해에 기여한다. 또한, 생성된 정공은 대단히 강한 산화력을 지니며, 유기물을 직접 산화시키는 것으로 보고된 바 있다. 산화티타늄에서 만들어진 정공의 에너지를 보면, 수소 기준전위에 대해 +3.0V가 된다. 물(H2O)의 산화 전위가 +1.23V, 수처리에 사용되는 염소(Cl-)와 오존(O3)의 산화 전위가 각각 +1.36V, +2.07V이므로, 산화티타늄의 전위력이 매우 강력함을 알 수 있다.
따라서, 산화티타늄에 빛을 쪼이면, 광 여기된 표면은 강한 산화력을 유지하게 되는 바, 이를 적절히 이용하면, 다양한 화학물질이나 유기물을 산화분해시킬 수 있으므로, 기존 여러 AOP 방식들의 장점들을 본 발명의 AOP 자외선 램프로 구현할 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프를 설명하기 위한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 AOP 자외선 램프(200)는, 외부 관(210)과, 상기 외부 관(210) 내에 삽입된 내통 관(220), 상기 내통 관(220)의 외측면에 설치된 방전전극(230), 상기 방전전극(230)을 덮도록 도포된 유전체(240), 그리고, 상기 외부 관(210)의 내측면과 상기 유전체(240)가 도포된 내통 관(220) 사이의 방전 공간에 충진되고 적어도 둘 이상의 불화성 가스들로 이루어진 방전가스(250)를 포함한다.
상기 외부 관(210)은, 예를 들어, 유리(glass) 또는 석영(quartz) 재질로 이루어진다.
상기 내통 관(220)은, 예를 들어, 세라믹, 파이렉스(borosilicate) 유리, 또는, 석영 중 어느 하나로 이루어지며, 상기 외부 관(210) 내에 상기 외부 관(210)의 내측면과 이격하도록 삽입 배치된다.
상기 방전전극(230)은 상기 내통 관(220)의 외측면 상에 면방전이 일어날 수 있는 구조, 예를 들어, 스트라이프 타입(stripe type) 또는 나사선 타입(spiral type)으로 설치된다.
상기 유전체(240)는 상기 방전전극(230)만을 감싸도록 도포됨은 물론, 도시된 바와 같이, 상기 방전전극(230)을 포함한 내통 관(220)의 외측면 전체 상에 도포된다. 이때, 상기 유전체(240)는 여느 경우이든 외부 회로와 연결될 상기 방전전극(230)의 양끝단 부분, 즉, 단자 부분은 덮지 않도록 도포됨이 바람직하다. 또한, 상기 유전체(240)는 상기 외부 관(210)의 내측면과 접하지 않는 두께로 도포되며, 이는 방전 공간을 만들어 면방전이 이루어지도록 하기 위함이다.
상기 방전가스(250)는 외측면에 방전전극(230) 및 유전체(240)가 형성된 내통 관(220)의 외측면과 상기 외부 관(210)의 내측면 사이에 만들어진 방전 공간 내에는 충진되며, 수은(Hg)을 포함하지 않는 Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl 및 XeF 중 적어도 둘 이상의 불활성 가스들로 이루어진다. 예를 들어, 상기 방전가스(250)는 KrF(248nm)와 ArF(193nm)의 불활성 가스들로 이루어지거나, ArF와 XeF(354㎚)의 불활성 가스들로 이루어지거나, 또는, XeF와 KrF의 불활성 가스들로 이루어진다. 또한, 상기 방전가스(250)는 KrF와 ArF 및 XeF 세 종류의 불활성 가스들로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내통 관(220)은 그의 외측면에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 다수의 홈이 형성될 수 있다. 이때, 상기 홈들은 동일 모양, 동일 깊이 및 폭을 갖도록 형성된다.
또한, 상기 방전전극(230)이 스트라이프 타입으로 이루어지는 경우, 각각의 방전전극(230)은 내통 관(220) 외측면에 구비된 각 홈 내에 각각 삽입 배치되게 형성된다.
게속해서, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프(200)는 상기 외부 관(210)의 외측에 소정 간격(d) 이격해서 산화티타늄 캡(260)이 설치된다. 상기 산화티타늄 캡(260)은 다양한 화학물질이나 유기물을 산화분해시키는 것을 통해 기존 여러 AOP 방식들의 장점들을 모두 구현함으로써 보다 우수한 정화 및 살균 효과를 얻기 위하여 설치해주는 것으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 상기 산화티타늄 캡(260)은 산화티타늄이 코팅된 메쉬 타입 원통형 그물망, 양극산화 처리에 의해 산화티타늄(TiO2) 피막이 형성된 메쉬 타입 원통형 그물망, 또는, 타공 처리된 산화티타늄 원통관 등으로 구성될 수 있으며, 외부 관(210)의 외측면으로부터 5∼50㎜ 이격된 위치, 바람직하게, 10∼20㎜ 이격된 위치에 설치된다.
도 4는 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프의 방사 파장을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프(200)는 방전가스로서 KrF와 ArF, ArF와 XeF, 또는, XeF와 KrF의 두 종류의 불활성 가스들을 이용함에 따라, 방전 시, 193㎚ 및 248㎚의 파장들이나 193㎚ 및 354㎚의 파장들, 또는, 248㎚ 및 354㎚의 파장들을 방사하게 된다.
또한, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 방전가스로서 KrF와 ArF 및 XeF의 세 종류의 불활성 가스들을 이용하는 경우, 193㎚, 248㎚ 및 354㎚의 파장들을 방사하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 살균 및 정화 효과를 얻기 위한 방전가스로서 종래의 수은(Hg)을 대신하여 KrF와 ArF 및 XeF 등의 불활성 가스를 이용함으로써 친환경의 AOP 자외선 램프를 구현할 수 있다.
또한, 상기 KrF, ArF 및 XeF 등의 불활성 가스들은 방사 강도의 에너지 출력이 높기 때문에 이러한 불활성 가스들을 방전가스로 이용하는 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 고효율 및 고에너지의 단파장 비간섭 특성을 갖는다.
게다가, 상기 불활성 가스들은 전자의 여기상태가 램프 주변의 온도 영향을 크게 받지 않으므로, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 주변 온도에 전혀 영향을 받지 않으면서 온/오프 점멸이 즉시 가능하다.
부가해서, 본 발명에 따른 AOP 자외선 램프는 외부 관의 외측에 광촉매 반응 물질인 산화티타늄 캡을 설치해줌으로써 광촉매 활성화를 더욱 촉진시켜 보다 우수한 살균 및 정화 효과를 얻을 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광촉매 반응의 활성화를 위한 광촉매 물질이 형성되는 재질 및 형태, 모양, 방법 등 다양한 구조로 구성 할 수 있다. 따라서, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 외부 관;
    상기 외부 관 내에 삽입된 내통 관;
    상기 내통 관의 외측 표면에 면방전이 일어나도록 설치된 방전전극;
    상기 방전전극 상에 상기 외부 관의 내측면과 접하지 않는 두께로 도포된 유전체; 및
    상기 외부 관의 내측면과 상기 유전체 및 방전전극을 포함한 내통 관의 외측면 사이의 공간에 충진되며, Ar, ArF, KrF, KrCl, Xe, XeCl 및 XeF 중 적어도 둘 이상의 불활성 가스로 이루어진 방전가스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전전극은 스트라이프 타입(stripe type), 또는, 나사선 타입(spiral type)으로 설치된 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 방전전극만을 감싸도록 도포되거나, 또는, 상기 방전전극을 포함한 내통 관의 외측면 전면에 도포된 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 방전전극의 단자 부분을 덮지 않도록 도포된 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 관의 외측에 상기 외부 관을 감싸도록 설치된 산화티타늄 캡을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 산화티타늄 캡은 산화티타늄이 코팅된 메쉬(Mesh) 타입 원통형 그물망, 양극산화 처리에 의해 산화티타늄 피막이 형성된 메쉬 타입 원통형 그물망, 및 타공 처리된 산화티타늄 원통관 중 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 산화티타늄 캡은 상기 외부 관의 외측면으로부터 5∼50㎜ 이격된 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 AOP 자외선 램프.
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