WO2022015100A1 - 살균 장치 - Google Patents

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WO2022015100A1
WO2022015100A1 PCT/KR2021/009171 KR2021009171W WO2022015100A1 WO 2022015100 A1 WO2022015100 A1 WO 2022015100A1 KR 2021009171 W KR2021009171 W KR 2021009171W WO 2022015100 A1 WO2022015100 A1 WO 2022015100A1
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light
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horizontal plane
reflective surface
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PCT/KR2021/009171
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이장원
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서울반도체주식회사
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    • A61L2209/10—Apparatus features
    • A61L2209/12—Lighting means

Definitions

  • the present invention relates to a sterilizing device, and more particularly, to a sterilizing device disposed indoors to sterilize bacteria or viruses.
  • Pathogenic microorganisms such as viruses and bacteria cause various diseases in humans or animals. Furthermore, pathogenic microorganisms are transmitted between people or between animals and people through various routes. Pathogenic microorganisms especially proliferate in an infected vector, and then are released to the outside through droplets or physical contact of the infected vector to infect other objects.
  • Sterilization is to neutralize or kill pathogenic microorganisms, and is performed on various surfaces and objects on which pathogenic microorganisms live. These surfaces and objects will generally be surfaces or objects that an infected vector comes into contact with or that droplets released from an infected vector come into contact.
  • UV rays in the wavelength range of about 200 nm to about 320 nm have the effect of neutralizing and killing microorganisms.
  • Surgical instruments, packaging containers, food containers, etc. are sterilized using a specially designed UV sterilizer. This ultraviolet sterilizer sterilizes pathogenic microorganisms existing on the surface of various objects using an ultraviolet light source in a small space.
  • Such ultraviolet sterilization apparatus generally mainly uses a gas discharge lamp such as a mercury vapor lamp.
  • a gas discharge lamp includes a tube holding a gas, such as mercury vapor, and a high voltage applying device for causing an electrical discharge through the gas in the tube.
  • the mercury vapor emits light having a strong peak at about 253.7 nm by discharge, and this light sterilizes microorganisms.
  • a gas discharge lamp is used to disinfect a relatively large area of an indoor space, such as a hospital room or guest room, but the size of the device for gas discharge is relatively large and expensive. Moreover, there is also a problem harmful to the environment because of the use of mercury vapor. Furthermore, it is necessary to move the sterilizing device in order to disinfect several hospital rooms or guest rooms, but there is a problem in that it is generally difficult to sterilize the vertical lower region of the gas discharge lamp because of the support structure used for the movement.
  • a light emitting diode that emits ultraviolet light suitable for sterilization has been developed, and such an inorganic semiconductor light source may also be used in the ultraviolet sterilization device.
  • 1 is a simulation graph showing the illuminance distribution of a typical ultraviolet light emitting diode.
  • the illuminance of the floor was simulated by placing four light emitting diodes at a height of 2 m from the center of the 5 m ⁇ 5 m floor, and the same illuminance was connected and represented by contour lines.
  • the light emitting diode illuminates the bottom surface in a substantially concentric circle shape. Accordingly, the center of the bottom surface has the strongest roughness, and the corner portion has the weakest roughness.
  • the central region of the bottom surface exhibits an illuminance of about 3.5 uW/cm 2
  • the corner portion shows an illuminance of 0.35 uW/cm 2 . That is, the illuminance of the central area is about 10 times stronger than the illuminance of the corners. That is, when the light output of the light emitting diode is adjusted to be an illuminance suitable for sterilizing the corner portion, the central region will be irradiated with unnecessarily high luminance. Conversely, when the central area is adjusted to an illuminance suitable for sterilization, the edge portion does not have illuminance suitable for sterilization.
  • the indoor space has a rectangular shape
  • the conventional light emitting diode irradiation device irradiates light in a circular shape as shown in FIG. 1
  • sterilization of the corner portion is difficult.
  • ultraviolet irradiation using a light emitting diode causes an excessive difference in illuminance between the central region and the peripheral region, and accordingly, energy loss may occur significantly for sufficient sterilization.
  • An object of the present invention is to provide a sterilization apparatus suitable for sterilizing an indoor space using a light emitting diode.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a sterilizing apparatus capable of uniformly irradiating ultraviolet rays over a large area.
  • Another object to be solved by the present invention is to provide a sterilizing apparatus capable of sterilizing an indoor space while having a simple structure.
  • An ultraviolet sterilization apparatus includes: a light emitting module; and a reflector that reflects the light emitted from the light emitting module, wherein the light emitting module includes a light emitting diode emitting sterilizing light, and the reflector directs the light emitted from the light emitting module toward a horizontal plane below the light emitting module.
  • a concave reflective surface configured to reflect, wherein the concave reflective surface has a greater radius of curvature near an opposite end of the longitudinal diameter than near one end.
  • the major axis direction (X) represents the direction in which the largest diameter (Dx) of the reflector is directed
  • the minor axis direction (Y) is the direction perpendicular to the major axis direction (X) to the direction in which the largest diameter (Dy) of the reflector is directed. indicates the direction.
  • the major axis direction (X) and the minor axis direction (Y) pass through the vertices of the reflector in each orthogonal direction.
  • the diameter Dx is referred to as a longitudinal diameter
  • the diameter Dy is referred to as a unidirectional diameter.
  • germicidal light includes not only ultraviolet light within the range of 200 nm to 320 nm, but also ultraviolet or visible light of any wavelength capable of killing or neutralizing bacteria or viruses.
  • ultraviolet light may include ultraviolet light in the range of 320 nm to 390 nm, or short wavelength visible light in the range of 390 nm to 430 nm.
  • the concave reflective surface may be disposed on the upper portion of the light emitting module, and the longitudinal diameter may cross the upper portion of the light emitting module, and the light emitting module may be more at the one end than the opposite end of the longitudinal diameter. can be placed close together.
  • the long axis direction of the concave reflective surface may be disposed to be inclined with respect to the horizontal plane such that the one end is closer to the horizontal plane than the opposite end.
  • the highest point of the concave reflective surface may be located between a reference point of the concave reflective surface positioned directly above the light emitting module and a center of a longitudinal diameter.
  • the concave reflective surface may have a unidirectional diameter perpendicular to the longitudinal diameter, and the unidirectional diameter may be parallel to the horizontal plane.
  • the concave reflective surface may include an internal reflective surface that reflects the light emitted from the light emitting module to a rectangular area of the horizontal plane.
  • the rectangular area may be a square.
  • light reflected from the reference point of the concave reflective surface positioned directly above the light emitting module may be reflected to the center of the rectangular shape.
  • the light reflected from the highest point of the concave reflective surface may be irradiated within a region between the center of the rectangular shape and the vertical projection position of the light emitting module.
  • the light reflected from the edge closest to one end of the longitudinal diameter irradiates the vertex farthest from the light emitting module among the vertices of the rectangle, and among the edges of the internal reflection surface
  • the light reflected from the edge closest to the opposite end of the longitudinal diameter may irradiate the closest vertex to the light emitting module among the vertices of the rectangle.
  • the sterilization apparatus may further include a support for supporting the light emitting module.
  • the support may be a heat sink.
  • the maximum illuminance on the horizontal plane to which the sterilizing light is irradiated may be less than twice the illuminance of a point on the horizontal plane to which the light reflected from the reference point of the concave reflective surface positioned directly above the light emitting module is irradiated.
  • the sterilization device includes four light emitting modules; and four reflectors that reflect the light emitted from the four light emitting modules, respectively.
  • the four light emitting modules and the four reflectors may be arranged to respectively irradiate the divided regions of the horizontal plane with the sterilizer as a center.
  • the illuminance at the center of the horizontal plane to which the sterilizing light is irradiated may be less than twice the illuminance of points on the horizontal plane to which the light reflected from reference points of the concave reflective surface positioned directly above each light emitting module is irradiated.
  • a sterilization apparatus includes four light emitting modules; and four reflectors that respectively reflect the light emitted from the four light emitting modules, wherein the light emitting module includes a light emitting diode that emits sterilizing light, and each reflector reflects the light emitted from the corresponding light emitting module. and a concave reflective surface configured to reflect toward a horizontal plane under the light emitting modules, wherein the four light emitting modules and the four reflectors irradiate the horizontal plane with a lower region of the light emitting modules among the horizontal planes as a central region.
  • the concave reflective surface of the reflector may have a longitudinal diameter and a unidirectional diameter, the longitudinal diameter being inclined with respect to the horizontal plane, and the unidirectional diameter being parallel to the horizontal plane.
  • the sterilizer may further include a heat sink, and the four light emitting modules may be radially disposed on the heat sink at equal intervals.
  • the concave reflective surface of the reflector may include an internal reflective surface irradiating light to a rectangular area on the horizontal plane.
  • the concave reflective surface of the reflector includes a reference point positioned directly above the light emitting module, and the illuminance at the center of the horizontal plane may be less than twice the illuminance at the reference point on the horizontal plane to which the light reflected from the reference point is irradiated. .
  • the embodiments of the present invention it is possible to provide a sterilizing apparatus suitable for sterilizing an indoor space by reflecting the light emitted from the light emitting diode to a rectangular irradiation area using a reflector. Furthermore, since it has a simple structure, it is possible to provide a sterilizer capable of sterilizing a large indoor space without occupying a large indoor space.
  • 1 is a simulation graph showing the illuminance distribution of a typical ultraviolet light emitting diode.
  • FIG. 2 is a front view of a sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a partially enlarged perspective view of a sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view of a sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a light propagation path of the sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a light propagation path of the sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating an irradiated area by a combination of a light emitting diode and one reflector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic plan view for explaining a reflector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view illustrating a light irradiation area using a reflector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic perspective view for explaining a light irradiation area of the ultraviolet sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 12A, 12B, 12C, and 12D are simulation graphs illustrating an illuminance distribution of a floor surface using one, two, three, and four reflectors, respectively.
  • 13 is another simulation graph showing the distribution of illuminance of the floor using four reflectors.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of use of the sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of use of the sterilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a schematic perspective view for explaining a sterilization apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view of the sterilization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a partially enlarged perspective view of the sterilization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an embodiment of the present invention It is a top view of the sterilization apparatus 100 according to an example
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the cut-out line AA of FIG.
  • the sterilization apparatus 100 includes a light emitting module 31 and a reflector 29 . Furthermore, the sterilization apparatus 100 may include a lower post 21 , a support 23 , an upper post 25 , and a connecting beam 27 .
  • the lower pillar 21 is for installing the sterilizer 100 in a specific space in the room, and may have various shapes such as a cylinder, a square pillar, a hexagonal pillar, and the like.
  • the lower pillar 21 may have an elongated shape.
  • the lower pillar 21 may be vertically erected in an indoor space by being coupled to a support such as a tripod or a structure fixed indoors.
  • the sterilization apparatus 100 can be easily moved within the indoor space or into another indoor space by using the lower pillar 21 .
  • the lower pillar 21 is to support the light emitting modules 31 while reducing the area for shielding light irradiation.
  • various installation structures may be employed.
  • other supports such as a pendant that may be installed on the ceiling instead of the lower pillar 21 may be used to hold the light emitting module 31 and the reflectors 29 on the indoor space.
  • the support 23 supports the light emitting modules 31 .
  • the support 23 may have a plate shape as shown.
  • the support 23 may also be a heat sink for dissipating heat generated by the light emitting modules 31 .
  • the support 23 may be formed of a metal, such as Al.
  • the support 23 may have a substantially rectangular shape, for example, a square shape, but is not limited to a specific shape, and may be variously modified.
  • the support 23 may also have various shapes to improve heat dissipation performance. It may include a heat dissipation fin, and may include a heat dissipation hole.
  • the upper column 25 is coupled to the upper surface side of the support 23 , and may be erected upwardly from the support 23 .
  • the upper column 25 may have various shapes, such as a cylindrical column, a square column, a hexagonal column, and the like. Instead of the column-shaped upper column 25 , a support having a different shape may be coupled to the support 23 .
  • the connecting beam 27 is fixed to the upper post 25 to support the reflector 29 .
  • Four connecting beams 27 may be fixed to the upper column 25 , and a reflector 29 may be coupled to each of the connecting beams 27 .
  • the shape of the connecting beam 27 is not particularly limited as long as it can support the reflector 29 .
  • the light emitting modules 31 are arranged on the support 23 .
  • the light emitting modules 31 may be radially arranged at equal intervals with respect to the lower pillar 21 or the upper pillar 25 .
  • Each of the light emitting modules 31 may include a light emitting diode.
  • the light emitting diode may emit light suitable for sterilizing viruses, bacteria, or the like.
  • the light emitting diode may emit ultraviolet rays having a peak wavelength within a wavelength range of 200 nm to 320 nm, and in particular, may emit ultraviolet rays having a peak wavelength of about 275 nm.
  • the light emitting diode may emit ultraviolet light having a peak wavelength within a wavelength range of 390 nm within 320 nm, or visible light having a peak wavelength within a range of 390 nm to 430 nm.
  • the light emitting diode does not emit light unnecessary for sterilization and can emit short wavelength light having a narrow half maximum width, thereby reducing energy loss.
  • the reflector 29 reflects the light emitted from the light emitting module 31 toward a horizontal plane below the light emitting module 31 .
  • the reflector 29 and the light emitting module 31 may be disposed on a horizontal plane spaced a predetermined distance from the light emitting module 31 in a vertical direction as a target.
  • the distance between the light emitting module 31 and the target horizontal plane may be greater than the size of an average person, for example, may be about 2 m.
  • the reflector 29 may be disposed on the light emitting module 31 to cover the light emitting module 31 . As shown in FIG. 5 , a portion of the reflector 29 may be disposed on the support 23 , and the rest may be disposed on the outside of the upper region of the support 23 . Also, in certain embodiments, one end of the reflector 29 may be disposed closer to the light emitting module 31 than the opposite end.
  • the reflector 29 has a concave reflective surface that reflects light.
  • the concave reflective surface is a freeform reflector and may include reflective surfaces of various curvatures. Various curvatures of the concave reflective surface are designed so that the light emitted from the light emitting module 31 is reflected by the horizontal plane to a specific area.
  • the top surface of the reflector 29 does not affect the path of the light, and therefore need not be limited to a specific shape.
  • the reflector 29 may be formed to have a constant thickness, and thus, the shape of the top surface may be generally similar to the shape of the concave reflective surface. The shape and function of the concave reflective surface of the reflector 29 will be described in detail later with reference to FIGS. 6 to 10 .
  • the light emitting modules 31 are arranged in pairs with the reflectors 29 .
  • the light emitting module 31 and the pair of reflectors may be arranged to illuminate each area in quartered areas of the horizontal plane. Accordingly, it is possible to irradiate the four quadrants with the lower pillar 21 as the center by the four light emitting modules 31 and the reflectors 29 .
  • This irradiation method is particularly suitable for sterilizing a space having a generally rectangular shape, such as a hospital room or hotel room, or a bedroom or living room of a general household.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a beam propagation path of the sterilization device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view showing a beam propagation path of the sterilization device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a schematic plan view for explaining a reflector according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is the present invention It is a plan view for explaining a light irradiation area using a reflector according to an embodiment.
  • the light L reflected by the reflector 29 after being emitted from the light emitting module 31 disposed on the support 23 irradiates the horizontal plane HS.
  • the light L generally irradiates the first quadrant with respect to the lower column 21 as shown in FIG. 8 . Accordingly, all four quadrants can be irradiated by using all four light emitting modules 31 and four reflectors 29 .
  • the reflector 29 is disposed so as to face the diagonal direction of one quadrant to which the major axis direction X is irradiated. Furthermore, as shown in FIG. 7 , the reflector 29 may be inclined at a predetermined angle ⁇ with respect to the horizontal plane HS.
  • the inclination angle ⁇ of the reflector 29 may be defined as an angle between the major axis direction X and the horizontal direction as shown in FIG. 9 .
  • the angle of inclination ⁇ can be adjusted to increase the roughness of the horizontal plane near the lower post 21 or to increase the roughness of the horizontal plane part away from it. As the inclination angle ⁇ increases, the illuminance of the horizontal portion farther from the lower pillar 21 may be increased.
  • the inclination angle ⁇ may be greater than 0 degrees and less than 10 degrees, and further, may be in the range of 5 degrees to 10 degrees.
  • the reference point BP of the concave reflective surface is positioned directly on the light emitting module 31 .
  • the light disposed upward from the center of the light emitting module 31 and reflected from the reference point BP may be directed toward the center of the irradiation area of the horizontal plane.
  • the highest point among the concave reflective surfaces in a state in which the reflector 29 is inclinedly disposed is referred to as the highest point HP.
  • the light emitted from the center of the light emitting module 31 and reflected at the highest point HP irradiates a portion closer to the light emitting module 31 than the center of the irradiation area of the horizontal plane.
  • the light L1 emitted from the light emitting module 31 toward one end of the longitudinal diameter is reflected away from the lower pillar 21 or the light emitting module 31 , and from the light emitting module 31 , the long direction diameter
  • the light L2 emitted toward the side opposite to the opposite end is reflected toward the side closer to the lower pillar 21 .
  • the light (eg, L1) incident closer to the lower column 21 or the light emitting module 31 is reflected away from the lower column 21 on the irradiated horizontal plane
  • the light (eg, L2) incident to the far side of the light emitting module 31 is reflected toward the lower pillar 21 on the irradiated horizontal plane.
  • the light emitting module 31 light incident on the left side of the concave reflective surface with respect to the long axis direction (X) of the reflector 29 is reflected to the right of the irradiated horizontal plane, and the light incident on the right side of the concave reflective surface is It is reflected to the left of the irradiated horizontal plane. That is, the reflected light crosses over each other.
  • the light emitting module 31 is disposed so as to be slightly biased to the left along the long axis direction X from the center of the reflector 29 .
  • the point of the concave reflective surface positioned directly above the light emitting module 31 becomes the reference point BP. Meanwhile, a point where the longitudinal diameter Dx and the unidirectional diameter Dy intersect each other may be defined as the center of the reflector.
  • the highest point HP of the concave reflective surface may be located at an end opposite to the longitudinal diameter from the reference point BP. That is, the reference point BP and the highest point HP may be separated from each other. In an embodiment, the highest point HP may be located directly above a point located between the center of the longitudinal diameter Dx and a point on the longitudinal diameter Dx located directly above the light emitting module 31 .
  • the points indicated inside the reflector 29 are indicated to explain the internal reflection surface of the concave reflection surface.
  • the points disposed closest to the edge of the reflector 29 correspond to the outermost square among the squares shown in FIG. 10 . That is, the light reflected from the light emitting module 31 and reflected at the outermost points K1 of the concave reflective surface will irradiate any point of the outermost quadrangle IK1 shown in FIG. 10 on the horizontal plane. In addition, the light reflected from the light emitting module 31 and reflected at the second outermost points K2 of the concave reflective surface will irradiate any point of the second outermost quadrangle IK2 shown in FIG. 10 on the horizontal plane. .
  • the light reflected from the light emitting module 31 and reflected at the third outermost points K3 of the concave reflective surface will irradiate any point of the third outermost quadrangle IK3 shown in FIG. 10 on the horizontal plane.
  • the closer to the reference point BP of the concave reflective surface the closer to the center of the rectangular area on the horizontal plane is irradiated.
  • the light reflected from the reference point BP of the concave reflective surface will irradiate the center of the center square in the square of FIG. 10 .
  • the light emitted from the light emitting module 31 and reflected at one end of the longitudinal diameter, ie, a point P1 close to the light emitting module 31, is irradiated to a point IP1 far away from the light emitting module 31 on a horizontal plane. do.
  • the light reflected from the points P2, P3, and P4 of the concave reflective surface of FIG. 9 irradiates the points IP2, IP3, and IP4 on the horizontal plane, respectively.
  • the light reflected from the point on the concave reflective surface far from the light emitting module 31 irradiates a point on the horizontal plane close to the light emitting module 31, and the light reflected from the left side of the concave reflective surface based on the longitudinal diameter is In the irradiation area on the horizontal plane, the right side, and the light reflected from the right side is irradiated to the left side in the irradiation area on the horizontal plane. That is, the light reflected from the reflector 29 may cross over each other. Accordingly, the size of the reflector 29 may be reduced, and the light reflected from the reflector 29 may be blocked by the support 23 . can be reduced Since the light blocking by the support 23 can be reduced, the reflectors 29 can be arranged closer to the center of the sterilizing apparatus 100 , thereby reducing the overall size of the sterilizing apparatus 100 .
  • the rectangular area of FIG. 10 is irradiated with light reflected from the internal reflection surface of the area surrounded by the outermost points K1 among the concave reflection surfaces of the reflector 29 .
  • Light will also be irradiated in the region between the edge of the reflector 29 and the outermost points K1, for example, such light may irradiate the outside of the rectangular region of FIG. 10 .
  • the internal reflection surface of the concave reflection surface of FIG. 9 shows that it is designed to irradiate a square area.
  • the internal reflection surface of the concave reflection surface may be designed to irradiate a rectangular area having a long length in one direction, or may be designed to irradiate an area having a different shape.
  • the irradiation area of the horizontal plane HS irradiated using one light emitting module 31 and one reflector 29 is shown in FIG.
  • the illuminance of the region close to the lower pillar 21 is greater than that of the far region.
  • the irradiation area generally exhibits a rectangular shape.
  • a point where two straight lines intersect within a substantially rectangular region will be a point irradiated by light reflected from the reference point BP of the reflector 29 .
  • FIG. 11 is a schematic perspective view for explaining a light irradiation area of the ultraviolet sterilization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the horizontal plane HS which is generally rectangular, may be irradiated by the four light emitting modules 31 and the four reflectors 29 .
  • the light L reflected from the reflectors 29 may irradiate the inner space in a pyramid shape, and may sterilize pathogenic microorganisms located inside the space.
  • the sterilization apparatus 100 of the present invention performs sterilization when there is no human body or animal in the indoor space. Accordingly, the pathogenic microorganisms floating in the indoor space generally sink to the bottom surface. Accordingly, the sterilization apparatus 100 is suitable for sterilizing the pathogenic microorganisms remaining on the horizontal surface HS, that is, the floor surface.
  • the sterilizer 100 may be disposed at the center of the bottom surface HS to evenly irradiate light to the bottom surface HS as a whole.
  • 12A, 12B, 12C, and 12D are simulation graphs illustrating an illuminance distribution of a floor surface using one, two, three, and four reflectors, respectively.
  • the longitudinal diameter of the reflector was 106.78 mm and the unidirectional diameter was 90.8 mm
  • the highest height of the concave reflective surface was 28.9 mm
  • the inclination angle ⁇ was about 5.7 degrees.
  • all four quadrants may be irradiated by a pair of each light emitting module 31 and the reflector 29 . Also, as can be seen from the drawings, adjacent irradiation areas may overlap each other, and thus, the illuminance of the overlapping area may be relatively high.
  • the illuminance distribution of the present embodiment is substantially uniform compared to the illuminance distribution of FIG. 1 in which four light emitting modules are equally arranged in the center and the bottom surface is irradiated.
  • 13 is another simulation graph showing the distribution of illuminance of the floor using four reflectors.
  • the simulation of this embodiment was performed under the same conditions as in FIG. 12D, except that the inclination angle ⁇ of the reflector was further increased by about 1.5 degrees to about 7.2 degrees.
  • the illuminance in the central region can be lowered and the illuminance can be increased outside the rectangle.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view for explaining an example of use of the sterilization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the sterilizing device 100 may be disposed at the corner where the wall 53 or the wall meets the wall in the indoor space to sterilize the indoor space and the floor surface 51 .
  • it is disposed at the midpoint of the wall 53 and can sterilize the entire bottom surface 51 using two pairs of light emitting modules 31 and reflectors 29 .
  • the bottom surface 51 may be sterilized using a pair of light emitting modules 31 and a reflector 29 .
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view for explaining another example of use of the sterilization apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the sterilization apparatus 100 may be designed to sterilize a horizontal surface of a larger area than the floor surface 51 of the room, and thus may sterilize the wall 53 of the room.
  • the wall 53 can be sterilized by arranging the sterilizing device 100 such that light traveling at this angle from the reflector 29 illuminates the wall 53 .
  • FIG. 16 is a schematic perspective view for explaining a sterilization apparatus 200 according to another embodiment of the present invention.
  • the sterilizing apparatus 200 is substantially similar to the sterilizing apparatus 100 described with reference to FIGS. 1 to 5 , but the support 123 and the reflector 129 are included in the support 123 . There is a difference in the connection structure that binds to the
  • the member 123 includes the heat dissipation fins 123b together with the flat plate 123a. By disposing the heat dissipation fins 123b, the light emitting modules 31 can be easily cooled.
  • the reflectors 129 may be coupled to the support 123 by using the connector 125 and the bracket 127 instead of the upper pillar 25 and the connecting beam 27 of the above-described embodiment.
  • the bracket 127 is provided on the upper surface of the reflector 129 , the connector 125 is coupled to the support 123 , and the connector 125 and the bracket 127 may be fastened by screw coupling.
  • the light emitting module according to various embodiments of the present invention has been described, but the present invention is not limited to the above embodiments and may be variously modified.
  • the above-described light emitting modules may be used as a light source emitting uniform flat light in a display device such as a liquid crystal display or a lighting device.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치는, 발광 모듈; 및 발광 모듈에서 방출된 광을 반사하는 반사기를 포함하되, 발광 모듈은 자외선을 방출하는 자외선 발광 다이오드를 포함하고, 반사기는 발광 모듈에서 방출된 자외선을 발광 모듈 하부의 수평면을 향해 반사하도록 구성된 오목 반사면을 포함하며, 오목 반사면은 장방향 직경의 일측 단부 근처에서보다 반대측 단부 근처에서 더 큰 곡률 반경을 갖는다.

Description

살균 장치
본 발명은 살균 장치에 관한 것으로, 특히, 실내에 배치되어 세균이나 바이러스를 살균하기 위한 살균 장치에 관한 것이다.
바이러스, 세균 등의 병원성 미생물은 사람이나 동물의 체내에서 다양한 병을 일으킨다. 나아가, 병원성 미생물은 다양한 통로를 통해 사람들 사이에서 또는 동물과 사람들 사이에서 전염된다. 병원성 미생물은 특히 감염된 매개체에서 증식을 하고, 그 후, 감염된 매개체의 비말이나 신체적 접촉 등을 통해 외부로 방출되어 다른 대상을 감염시킨다.
병원성 미생물의 감염을 방지하기 위해 감염된 매개체를 격리시킬 필요가 있으며, 또한, 감염된 매개체로부터 방출된 병원성 미생물을 살균할 필요가 있다.
살균은 병원성 미생물을 무력화 내지 죽이기 위한 것으로, 병원성 미생물이 살고 있는 다양한 표면들 및 대상물들을 대상으로 수행된다. 이러한 표면들 및 대상물들은 일반적으로 감염된 매개체가 접촉하거나 감염된 매개체로부터 방출된 비말이 접촉하는 표면이나 대상물들이 될 것이다.
일반적으로 살균은 미생물을 무력화시키는 화학 약품을 사용하여 수행되어 왔다. 화학 약품을 병원성 미생물이 분포하는 영역에 분사함으로써 방역 활동이 수행된다. 그러나 화학 약품은 일반적으로 액상이고, 또한, 잔류하는 화학 약품이 인체에 해로운 물질을 포함할 수 있어 사용 영역이 제한된다. 더욱이, 항생제에 내성을 갖는 균들이 환경 내에서 아주 많이 발견되고 있으며 화학 약품으로는 그 처치가 점점 어려워지고 있다.
한편, 자외선과 같은 광을 이용한 살균도 잘 알려져 있다. 특히, 약 200nm 내지 약 320nm의 파장 범위의 자외선은 미생물을 무력화하고 또한 죽이는 효과를 갖는 것으로 잘 알려져 있다. 수술 도구, 포장 용기, 식품 용기 등은 특별히 제작된 자외선 살균기를 이용하여 소독된다. 이러한 자외선 살균기는 작은 공간 내에서 자외선 광원을 이용하여 다양한 물건의 표면에 존재하는 병원성 미생물을 살균한다.
최근에는, 병실이나 호텔의 객실과 같이 일정한 공간을 자외선 램프를 이용하여 살균하는 자외선 살균 장치가 사용되고 있다. 이러한 자외선 살균 장치는 일반적으로 수은 증기 램프와 같은 가스 방전 램프를 주로 이용한다. 가스 방전 램프는 수은 증기와 같은 가스를 보유하는 튜브, 및 튜브 내의 가스를 통해 전기 방전을 일으키기 위한 고전압 인가 장치를 포함한다. 수은 증기는 방전에 의해 약 253.7nm에서 강한 피크를 갖는 광을 방출하며, 이 광이 미생물을 살균한다.
가스 방전 램프는 상대적으로 넓은 면적의 병실이나 객실과 같은 실내 공간을 소독하기 위해 사용되지만, 가스 방전을 위해 장치의 크기가 상대적으로 크고 가격이 비싸다. 더욱이, 수은 증기를 사용하기 때문에 환경에 유해한 문제도 있다. 나아가, 여러 개의 병실이나 객실을 소독하기 위해서는 살균 장치를 이동시킬 필요가 있는데, 이동을 위해 사용되는 지지 구조물 때문에, 일반적으로 가스 방전 램프의 수직방향 하부 영역을 살균하기 어렵다는 문제가 있다.
한편, 살균에 적합한 자외선을 방출하는 발광 다이오드가 개발되어 있고, 이러한 무기 반도체 광원 또한 자외선 살균 장치에 사용될 수 있다.
도 1은 전형적인 자외선 발광 다이오드의 조도 분포를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다. 4개의 발광 다이오드를 5m×5m의 바닥의 중앙에서 2m 높이에 배치된 것으로 하여 바닥면의 조도를 시뮬레이션하였으며, 동일한 조도를 연결하여 등고선으로 나타내었다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드는 대체로 동심원 형상으로 바닥면을 비춘다. 이에 따라, 바닥면의 중앙이 가장 강한 조도를 갖고, 모서리 부분이 가장 약한 조도를 갖는다.
도 1의 시뮬레이션 그래프에서, 바닥면의 중앙 영역은 약 3.5uW/cm2의 조도를 나타내며, 모서리 부분은 0.35uW/cm2의 조도를 나타낸다. 즉, 중앙 영역의 조도는 모서리 부분의 조도에 비해 약 10배 강하다. 즉, 발광 다이오드의 광 출력이 모서리 부분을 살균하기에 적합한 조도가 되도록 조절될 경우, 중앙 영역은 불필요하게도 높은 광도로 조사될 것이다. 역으로, 중앙 영역이 살균에 적합한 조도로 조절될 경우, 모서리 부분은 살균에 적합한 조도를 갖지 못한다.
결론적으로, 실내 공간은 4각형 형상을 갖는데, 종래의 발광 다이오드 조사 장치는 도 1에 도시한 바와 같이 원형 형상으로 광을 조사하므로, 모서리 부분의 살균이 어려운 문제가 있다. 나아가, 발광 다이오드를 이용한 자외선 조사는 중앙 영역과 주변 영역 사이에 과도한 조도 차이를 발생시키며, 이에 따라, 충분한 살균을 위해 에너지 손실이 크게 발생할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 발광 다이오드를 이용하여 실내 공간을 살균하기에 적합한 살균 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 넓은 면적에 걸쳐 자외선을 균일하게 조사할 수 있는 살균 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 단순한 구조를 가지면서 실내 공간을 살균할 수 있는 살균 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 장치는, 발광 모듈; 및 상기 발광 모듈에서 방출된 광을 반사하는 반사기를 포함하되, 상기 발광 모듈은 살균 광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하고, 상기 반사기는 상기 발광 모듈에서 방출된 광을 상기 발광 모듈 하부의 수평면을 향해 반사하도록 구성된 오목 반사면을 포함하며, 상기 오목 반사면은 장방향 직경의 일측 단부 근처에서보다 반대측 단부 근처에서 더 큰 곡률 반경을 갖는다.
본 명세서에서, 장축 방향(X)은 반사기의 가장 큰 직경(Dx)이 향하는 방향을 나타내고, 단축 방향(Y)은 장축 방향(X)에 수직한 방향에서 반사기의 가장 큰 직경(Dy)이 향하는 방향을 나타낸다. 장축 방향(X)과 단축 방향(Y)은 각각 직교하는 방향에서 반사기의 정점들을 지난다. 여기서, 상기 직경(Dx)을 장방향 직경이라 하고, 상기 직경(Dy)을 단방향 직경이라 칭한다.
본 명세서에서 살균 광은 200nm 내지 320nm 범위 내의 자외선 뿐만 아니라 세균 또는 바이러스를 죽이거나 무력화할 수 있는 임의의 파장의 자외선 또는 가시광을 포함한다. 예를 들어, 320nm 내지 390nm 범위의 자외선이나, 또는 390nm 내지 430nm 범이 내의 단파장 가시광선을 포함할 수 있다.
상기 오목 반사면은 상기 발광 모듈의 상부에 배치될 수 있으며, 상기 장방향 직경이 상기 발광 모듈의 상부를 가로지를 수 있고, 상기 발광 모듈은 상기 장방향 직경의 반대측 단부에 비해 상기 일측 단부에 더 가깝게 배치될 수 있다.
나아가, 상기 오목 반사면의 장축 방향은 상기 일측 단부가 상기 반대측 단부보다 상기 수평면에 더 가깝도록 상기 수평면에 대해 경사지게 배치될 수 있다.
상기 오목 반사면이 상기 수평면에 경사지게 배치된 상태에서 상기 오목 반사면의 최고점은 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점과 장방향 직경의 중심 사이에 위치할 수 있다.
또한, 상기 오목 반사면은 상기 장방향 직경에 수직한 단방향 직경을 가지며, 상기 단방향 직경은 상기 수평면에 평행할 수 있다.
상기 오목 반사면은 상기 발광 모듈에서 방출된 광을 상기 수평면의 사각형 영역으로 반사하는 내부 반사면을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 사각형 영역은 정사각형일 수 있다.
한편, 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점에서 반사된 광은 상기 사각형 형상의 중심으로 반사될 수 있다.
또한, 상기 오목 반사면의 최고점에서 반사된 광은 상기 사각형 형상의 중심과 상기 발광 모듈의 수직 투영 위치 사이의 영역 내를 조사할 수 있다.
상기 내부 반사면의 가장자리 중 상기 장방향 직경의 일측 단부에 가장 가까운 가장자리에서 반사된 광은 상기 사각형의 꼭지점들들 중 상기 발광 모듈에서 가장 멀리 떨어진 꼭지점을 조사하고, 상기 내부 반사면의 가장자리 중 상기 장방향 직경의 반대측 단부에 가장 가까운 가장자리에서 반사된 광은 상기 사각형의 꼭지점들 중 상기 발광 모듈에 가장 가까운 꼭지점을 조사할 수 있다.
상기 살균 장치는 상기 발광 모듈을 지지하는 지지체를 더 포함할 수 있다. 상기 지지체는 히트싱크일 수 있다.
상기 살균 광이 조사되는 수평면에서의 최대 조도는 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점에서 반사된 광이 조사되는 상기 수평면 상의 지점의 조도의 2배 미만일 수 있다.
상기 살균 장치는, 4개의 발광 모듈; 및 상기 4개의 발광 모듈들에서 방출된 광을 각각 반사하는 4개의 반사기들을 포함할 수 있다.
상기 4개의 발광 모듈 및 4개의 반사기는 상기 살균 장치를 중심으로 상기 수평면의 4분된 영역들을 각각 조사하도록 배치될 수 있다.
상기 살균 광이 조사되는 수평면의 중심에서의 조도는 각 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점들에서 반사된 광이 조사되는 상기 수평면 상의 지점들의 각 조도의 2배 미만일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치는, 4개의 발광 모듈; 및 상기 4개의 발광 모듈에서 방출된 광을 각각 반사하는 4개의 반사기를 포함하되, 상기 발광 모듈은 살균 광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하고, 상기 각 반사기는 대응하는 발광 모듈에서 방출된 광을 상기 발광 모듈들 하부의 수평면을 향해 반사하도록 구성된 오목 반사면을 포함하며, 상기 4개의 발광 모듈 및 4개의 반사기는 상기 수평면 중 상기 발광 모듈들의 하부 영역을 중앙 영역으로 하여 상기 수평면을 조사한다.
상기 반사기의 오목 반사면은 장방향 직경 및 단방향 직경을 가지며, 상기 장방향 직경은 상기 수평면에 대해 경사지고, 상기 단방향 직경은 상기 수평면에 평행할 수 있다.
상기 살균 장치는 히트 싱크를 더 포함할 수 있으며, 상기 4개의 발광 모듈들은 상기 히트 싱크 상에 등간격으로 방사상으로 배치될 수 있다.
상기 반사기의 오목 반사면은 상기 수평면 상의 사각형 영역으로 광을 조사하는 내부 반사면을 포함할 수 있다.
상기 반사기의 오목 반사면은 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 기준점을 포함하고, 상기 수평면의 중심에서의 조도는 상기 기준점에서 반사된 광이 조사되는 수평면 상의 기준 지점에서의 조도의 2배 미만일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 발광 다이오드에서 방출된 광을 반사기를 이용하여 사각형 형상의 조사 영역으로 반사시킴으로써 실내 공간을 살균하기에 적합한 살균 장치를 제공할 수 있다. 나아가, 단순한 구조를 갖기 때문에 실내에서 넓은 공간을 점유하지 않고도 넓은 실내 공간을 살균할 수 있는 살균 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점에 대해서는 뒤에서 설명하는 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 전형적인 자외선 발광 다이오드의 조도 분포를 나타내는 시뮬레이션 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 일부 확대 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 광선 진행 경로를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 광선 진행 경로를 보여주는 일부 확대 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 발광 다이오드와 하나의 반사기의 조합에 의한 조사 영역을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사기를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사기를 이용한 광 조사 영역을 설명하기 위한 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 장치의 광 조사 영역을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 각각 1개, 2개, 3개, 및 4개의 반사기를 이용한 바닥면의 조도 분포를 나타내는 시뮬레이션 그래프들이다.
도 13은 4개의 반사기들을 이용한 바닥면의 조도 분포를 나타내는 또 다른 시뮬레이션 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 사용예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 또 다른 사용예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 살균 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치(100)의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치(100)의 일부 확대 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치(100)의 평면도이며, 도 5는 도 4의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 살균 장치(100)는 발광 모듈(31) 및 반사기(29)를 포함한다. 나아가, 살균 장치(100)는 하부 기둥(21), 지지체(23), 상부 기둥(25), 및 연결 보(27)를 포함할 수 있다.
하부 기둥(21)은 살균 장치(100)를 실내의 특정 공간에 설치하기 위한 것으로, 원기둥, 사각 기둥, 육각 기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 하부 기둥(21)은 기다란 형상을 가질 수 있다.
하부 기둥(21)은 삼발이 등의 지지물이나 실내에 고정된 구조물에 결합되어 실내 공간에서 수직하게 세워질 수 있다. 살균 장치(100)는 하부 기둥(21)을 이용하여 실내 공간 내에서 또는 다른 실내 공간으로 쉽게 이동될 수 있다.
본 실시예에서, 하부 기둥(21)은 광 조사를 차폐하는 영역을 줄이면서 발광 모듈들(31)을 지지하기 위한 것이다. 하부 기둥(21) 이외에 다양한 구조의 설치 구조가 채택될 수 있다. 예를 들어, 하부 기둥(21) 대신 천장에 설치될 수 있는 팬던트 등의 다른 지지체가 발광 모듈(31) 및 반사기들(29)을 실내 공간 상에 유지하기 위해 사용될 수도 있다.
지지체(23)는 발광 모듈들(31)을 지지한다. 지지체(23)는 도시한 바와 같이 플레이트 형상을 가질 수 있다. 지지체(23)는 또한 발광 모듈들(31)에서 생성된 열을 방열하기 위한 히트싱크일 수도 있다. 예를 들어, 지지체(23)는 금속, 예컨대 Al으로 형성될 수 있다. 지지체(23)는 대략 사각 형상, 예컨대 정사각형 형상을 가질 수 있으나, 특정 형상에 한정되는 것은 아니며, 다양하게 변형될 수 있다.
지지체(23)는 또한 방열 성능을 향상시키기 위해 다양한 형상을 가질 수 있다. 방열 핀을 포함할 수 있으며, 방열 구멍을 포함할 수도 있다.
상부 기둥(25)은 지지체(23)의 상면 측에 결합되며, 지지체(23)로부터 상부 방향으로 직립할 수 있다. 상부 기둥(25)은 원기둥, 사각 기둥, 육각 기둥 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 기둥 형상의 상부 기둥(25) 대신에 다른 형상의 지지물이 지지체(23)에 결합될 수도 있다.
연결 보(27)는 상부 기둥(25)에 고정되어 반사기(29)를 지지한다. 4개의 연결 보들(27)이 상부 기둥(25)에 고정될 수 있으며, 각각의 연결 보들(27)에 반사기(29)가 결합될 수 있다. 반사기(29)를 지지할 수 있는 한, 연결 보(27)의 형상은 특별히 한정되지 않는다.
발광 모듈들(31)은 지지체(23) 상에 배열된다. 발광 모듈들(31)은 하부 기둥(21) 또는 상부 기둥(25)을 기준으로 방사상으로 등간격으로 배치될 수 있다. 발광 모듈들(31)은 각각 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 다이오드는 바이러스나 세균 등을 살균하기에 적합한 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 발광 다이오드는 200nm 내지 320nm의 파장 범위 내에 피크 파장을 갖는 자외선을 방출할 수 있으며, 특히, 약 275nm의 피크 파장의 자외선을 방출할 수 있다. 또는, 발광 다이오드는 320nm 내재 390nm의 파장 범위 내의 피크 파장을 갖는 자외선이나, 390nm 내지 430nm 범위 내의 피크 파장을 갖는 가시광을 방출할 수 있다.
발광 다이오드는 수은 증기 방전 램프와 달리 살균에 불필요한 광을 방출하지 않고 좁은 반치폭을 갖는 단파장 광을 방출할 수 있어 에너지 손실을 줄일 수 있다.
반사기(29)는 발광 모듈(31)에서 방출된 광을 발광 모듈(31) 하부의 수평면을 향해 반사한다. 반사기(29)와 발광 모듈(31)은 발광 모듈(31)로부터 수직 방향으로 일정 거리 떨어진 수평면을 타겟으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 발광 모듈(31)과 타겟 수평면의 거리는 평균적인 사람의 크기보다 클 수 있으며, 예컨대 약 2m일 수 있다.
반사기(29)는 발광 모듈(31)의 상부에 배치되어 발광 모듈(31)을 덮을 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 반사기(29)의 일부는 지지체(23) 상부에 배치되고, 나머지는 지지체(23) 상부 영역의 바깥쪽에 배치될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 반사기(29)의 일측 단부가 반대측 단부보다 발광 모듈(31)에 더 가깝게 배치될 수 있다.
한편, 반사기(29)는 광을 반사하는 오목 반사면을 갖는다. 오목 반사면은 자유곡면(freeform) 반사기로, 다양한 곡률의 반사면들을 포함할 수 있다. 오목 반사면의 다양한 곡률들은 발광 모듈(31)에서 방출된 광을 수평면이 특정 영역으로 반사하도록 설계된다. 반사기(29)의 상면은 광의 경로에 영향을 미치지 않으며, 따라서, 특정 형상에 한정될 필요는 없다. 다만, 재료를 절약하기 위해 반사기(29)는 일정한 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 상면 형상이 대체로 오목 반사면 형상과 유사할 수 있다. 반사기(29)의 오목 반사면의 형상 및 기능에 대해서는 도 6 내지 도 10을 참조하여 뒤에서 상세하게 설명된다.
발광 모듈들(31)은 반사기들(29)과 쌍을 이루어 배치된다. 발광 모듈(31)과 반사기의 쌍은 수평면의 4등분된 영역들에서 각 영역을 조사하도록 배치될 수 있다. 따라서, 이들 4개의 발광 모듈들(31) 및 반사기들(29)에 의해 하부 기둥(21)을 중심으로 4개의 사분면들을 조사할 수 있다. 이러한 조사 방식은 특히, 병실이나 호텔 객실, 또는 일반 가정의 침실이나 거실과 같이 대체로 사각형 형상을 갖는 공간을 살균하기에 적합하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 광선 진행 경로를 보여주는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치의 광선 진행 경로를 보여주는 일부 확대 단면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 발광 다이오드와 하나의 반사기의 조합에 의한 조사 영역을 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반사기를 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사기를 이용한 광 조사 영역을 설명하기 위한 평면도이다.
우선, 도 6 및 도 7을 참조하면, 지지체(23) 상에 배치된 발광 모듈(31)에서 방출된 후 반사기(29)에서 반사된 광(L)은 수평면(HS)을 조사한다. 광(L)은 대체로 하부 기둥(21)을 기준으로 도 8에 도시한 바와 같이 1 사분면을 조사한다. 따라서, 4개의 발광 모듈들(31) 및 4개의 반사기(29)를 모두 사용함으로써 4개의 사분면을 모두 조사할 수 있다.
반사기(29)는 장축 방향(X)이 조사되는 1개의 사분면의 대각선 방향을 향하도록 배치된다. 나아가, 도 7에 도시한 바와 같이, 반사기(29)는 수평면(HS)에 대해 소정 각도(α)로 경사질 수 있다. 반사기(29)의 경사각(α)은 도 9에 도시한 바와 같이 장축 방향(X)이 수평 방향에 이루는 각도로 정의될 수 있다. 경사각(α)은 하부 기둥(21) 근처의 수평면의 조도를 증가시키거나 또는 그로부터 먼 수평면 부분의 조도를 증가시키기 위해 조정될 수 있다. 경사각(α)이 클수록 하부 기둥(21)으로부터 먼 수평면 부분의 조도가 증가될 수 있다. 경사각(α)은 0도보다 크고 10도보다 작을 수 있으며, 나아가, 5도 내지 10도 범위 내일 수 있다.
한편, 발광 모듈(31)의 직상에 오목 반사면의 기준점(BP)이 위치한다. 발광 모듈(31)의 중심에서 상부로 배치되어 기준점(BP)에서 반사된 광은 수평면의 조사 영역의 중심으로 향할 수 있다. 한편, 반사기(29)가 경사지게 배치된 상태에서 오목 반사면 중 가장 높게 위치하는 지점을 최고점(HP)으로 지칭한다. 발광 모듈(31)의 중심에서 방출되어 최고점(HP)에서 반사된 광은 수평면의 조사 영역의 중심보다 발광 모듈(31)에 가까운 부분을 조사한다. 또한, 발광 모듈(31)에서 장 방향 직경의 일측 단부에 가까운 쪽으로 방출된 광(L1)은 하부 기둥(21) 또는 발광 모듈(31)에서 먼 쪽으로 반사되며, 발광 모듈(31)에서 장 방향 직경의 반대측 단부에 가까운 쪽으로 방출된 광(L2)은 하부 기둥(21)에 가까운 쪽으로 반사된다. 이와 같이, 반사기(29)의 오목 반사면 중에서, 하부 기둥(21) 또는 발광 모듈(31)에 가까운 쪽으로 입사된 광(예, L1)은 조사되는 수평면 상에서 하부 기둥(21)에 먼 쪽으로 반사되고, 발광 모듈(31)에 먼 쪽으로 입사된 광(예, L2)은 조사되는 수평면 상에서 하부 기둥(21)에 가까운 쪽으로 반사된다. 나아가, 발광 모듈(31)에서 반사기(29)의 장축 방향(X)을 기준으로 오목 반사면의 왼쪽으로 입사된 광은 조사되는 수평면의 오른쪽으로 반사되고, 오목 반사면의 오른쪽으로 입사된 광은 조사되는 수평면의 왼쪽으로 반사된다. 즉, 반사되는 광은 서로 크로스 오버된다.
반사기(29)의 오목 반사면의 구조 및 이에 따른 수평면 상의 광 조사 영역에 대해 도 9 및 도 10을 참조하여 더 상세하게 설명한다.
우선, 도 9를 참조하면, 반사기(29)와 함께 발광 모듈(31)의 위치가 도시되어 있다. 발광 모듈(31)은 반사기(29)의 중심에서 장축 방향(X)을 따라 왼쪽으로 약간 치우치도록 배치된다. 발광 모듈(31)의 직상에 위치하는 오목 반사면의 지점이 기준점(BP)이 된다. 한편, 장방향 직경(Dx)과 단방향 직경(Dy)이 서로 교차하는 지점을 반사기의 중심으로 정의할 수 있다.
발광 모듈(31) 상부에 반사기(29)를 경사각(α)으로 기울여 배치한 경우, 오목 반사면의 최고점(HP)은 기준점(BP)으로부터 장방향 직경의 반대측 단부로 치우쳐 위치할 수 있다. 즉, 기준점(BP)과 최고점(HP)은 서로 분리될 수 있다. 일 실시예에서, 최고점(HP)은 장방향 직경(Dx)의 중심과 발광 모듈(31)의 직상에 위치하는 장방향 직경(Dx) 상의 지점 사이에 위치하는 지점의 직상에 위치할 수 있다.
도 9에서, 반사기(29) 내부에 표시한 점들은 오목 반사면의 내부 반사면을 설명하기 위해 표시한 것이다. 예를 들어, 반사기(29)의 테두리에 가장 가깝게 배치된 점들은 도 10에 도시한 사각형들 중 최외곽 사각형에 대응한다. 즉, 발광 모듈(31)에서 반사되어 상기 오목 반사면의 최외곽 점들(K1)에서 반사된 광은 수평면 상에서 도 10에 도시한 최외곽 사각형(IK1)의 어느 지점을 조사할 것이다. 또한, 발광 모듈(31)에서 반사되어 상기 오목 반사면의 2번째 최외곽 점들(K2)에서 반사된 광은 수평면 상에서 도 10에 도시한 2번째 최외곽 사각형(IK2)의 어느 지점을 조사할 것이다. 그리고 발광 모듈(31)에서 반사되어 상기 오목 반사면의 3번째 최외곽 점들(K3)에서 반사된 광은 수평면 상에서 도 10에 도시한 3번째 최외곽 사각형(IK3)의 어느 지점을 조사할 것이다. 이와 같이, 오목 반사면의 기준점(BP)에 가까울수록 수평면 상의 사각형 영역에서 중심에 가까운 영역을 조사한다. 특히, 오목 반사면의 기준점(BP)에서 반사된 광은 도 10의 사각형에서 가운데 사각형의 중심을 조사할 것이다.
한편, 발광 모듈(31)에서 방출되어 장방향 직경의 일측 단부, 즉 발광 모듈(31)에 가까운 지점(P1)에서 반사된 광은 수평면 상에서 발광 모듈(31)로부터 멀리 떨어진 지점(IP1)을 조사한다. 도 9의 오목 반사면의 지점들(P2, P3, P4)에서 반사된 광은 각각 수평면 상의 지점들(IP2, IP3, IP4)를 조사한다. 즉, 발광 모듈(31)에서 멀리 떨어진 오목 반사면의 지점에서 반사된 광은 발광 모듈(31)에 가까운 수평면 상의 지점을 조사하고, 장방향 직경을 기준으로 오목 반사면의 왼쪽에서 반사된 광은 수평면 상의 조사 영역에서 오른쪽을, 오른쪽에서 반사된 광은 수평면 상의 조사 영역에서 왼쪽을 조사한다. 즉, 반사기(29)에서 반사된 광은 서로 크로스 오버될 수 있는데, 이에 따라, 반사기(29)의 크기를 줄일 수 있으며, 지지체(23)에 의해 반사기(29)에서 반사된 광이 차단되는 것을 줄일 수 있다. 지지체(23)에 의한 광 차단을 줄일 수 있으므로, 반사기들(29)을 살균 장치(100)의 중심에 더 가깝게 배치할 수 있어, 살균 장치(100)의 전체 크기를 줄일 수 있다.
도 10의 사각형 영역은 반사기(29)의 오목 반사면 중 최외곽 점들(K1)로 둘러싸인 영역의 내부 반사면에서 반사된 광에 의해 조사된다. 반사기(29)의 테두리와 최외곽 점들(K1) 사이의 영역에서도 광을 조사할 것이며, 예를 들어, 이러한 광은 도 10의 사각형 영역의 바깥쪽을 조사할 수 있다.
한편, 도 9의 오목 반사면의 내부 반사면은 정사각형 영역을 조사하도록 설계된 것을 나타낸다. 그러나 오목 반사면의 내부 반사면은 일 방향이 긴 직사각형 영역을 조사하도록 설계될 수도 있으며, 또는 다른 형상의 영역을 조사하도록 설계될 수도 있다.
하나의 발광 모듈(31) 및 하나의 반사기(29)를 이용하여 조사되는 수평면(HS)의 조사 영역이 도 8에 도시되어 있다. 대체로 하부 기둥(21)에 가까운 영역의 조도가 먼 영역보다 큰 것을 알 수 있다. 그러나 조사 영역은 대체로 사각형 형상을 나타낸다. 또한, 대략적으로 사각형 영역 내부에서 두 개의 직선이 교차하는 지점이 반사기(29)의 기준점(BP)에서 반사된 광에 의해 조사되는 지점이 될 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 살균 장치(100)의 광 조사 영역을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 11을 참조하면, 4개의 발광 모듈(31) 및 4개의 반사기(29)에 의해 전체적으로 사각형인 수평면(HS)을 조사할 수 있다. 반사기들(29)에서 반사된 광(L)은 피라미드 형상으로 내부 공간을 조사할 수 있으며, 이 공간 내부에 위치하는 병원성 미생물들을 살균할 수 있다.
특히, 본 발명의 살균 장치(100)는 실내 공간에 인체나 동물이 없을 때 살균 작업을 수행한다. 따라서, 실내 공간에 부유하던 병원성 미생물은 대체로 바닥면으로 가라앉게 된다. 따라서, 살균 장치(100)는 수평면(HS), 즉 바닥면에 잔류하는 병원성 미생물들을 살균하기에 적합하다.
살균 장치(100)는 바닥면(HS)의 중앙에 배치되어 바닥면(HS)에 전체적으로 고르게 광을 조사할 수 있다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d는 각각 1개, 2개, 3개, 및 4개의 반사기를 이용한 바닥면의 조도 분포를 나타내는 시뮬레이션 그래프들이다. 여기서, 반사기의 장방향 직경은 106.78mm이고 단방향 직경은 90.8mm이며, 오목 반사면의 최고 높이는 28.9mm로 하였으며, 경사각(α)는 약 5.7도로 하였다.
도 12a, 도 12b, 도 12c, 및 도 12d를 참조하면, 각각의 발광 모듈(31)과 반사기(29)의 쌍에 의해 4개의 사분면들을 모두 조사할 수 있다. 또한, 도면들을 통해 알 수 있듯이, 인접한 조사 영역들은 서로 중첩할 수 있으며, 따라서, 중첩하는 영역의 조도가 상대적으로 높을 수 있다.
도 12d에 4개의 사분면들을 모두 조사할 경우의 바닥면에서의 조도를 나타내었다. 중심 부분은 약 2.8umW/cm2의 가장 높은 조도를 나타내며, 사각형의 모서리 근처에서 약 1.4uW/cm2보다 작은 조도를 나타내는 것을 알 수 있다. 이 그래프에 따르면, 반사기(29)의 기준점(BP)에서 반사된 광은 각 사분면의 중심을 조사할 것인데, 각 사분면의 중심을 1.4uW/cm2보다 높은 조도를 나타내는 것을 알 수 있다. 따라서, 발광 모듈들에 의해 생성되는 바닥면(HS)에서의 가장 높은 조도, 즉 중심 부분에서의 조도는 각 사분면의 중심에서서의 조도의 2배 미만인 것을 알 수 있다.
본 실시예의 조도 분포는 동일하게 4개의 발광 모듈들을 중앙에 배치하고 바닥면을 조사한 도 1의 조도 분포와 대비하여 상당히 균일한 것이다.
도 13은 4개의 반사기들을 이용한 바닥면의 조도 분포를 나타내는 또 다른 시뮬레이션 그래프이다.
본 실시예의 시뮬레이션은 도 12d와 동일한 조건에서 수행했으며, 다만, 반사기의 경사각(α)을 약 1.5도 더 증가시켜 약 7.2도로 한 것이다.
도 13을 참조하면, 반사기(29)의 경사각(α)을 증가시킴으로써 도 12d의 시뮬레이션 그래프와 비교하여 중심 영역에서의 조도를 낮출 수 있으며, 사각형의 바깥쪽에서 조도를 높일 수 있었다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치(100)의 사용예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
살균 장치(100)는 실내 공간에서 벽(53) 또는 벽과 벽이 만나는 귀퉁이에 배치되어 실내 공간 및 바닥면(51)을 살균할 수도 있다. 예를 들어 벽(53) 근처에 배치될 경우, 벽(53)의 중간 지점에 배치되고 2쌍의 발광 모듈들(31)과 반사기들(29)을 이용하여 바닥면(51) 전체를 살균할 수 있으며, 귀퉁이에 배치된 경우, 한 쌍의 발광 모듈(31)과 반사기(29)를 이용하여 바닥면(51)을 살균할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균 장치(100)의 또 다른 사용예를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 15를 참조하면, 살균 장치(100)는 실내이 바닥면(51)보다 넓은 면적의 수평면을 살균하도록 설계될 수 있으며, 따라서, 실내의 벽(53)을 살균할 수 있다.
발광 모듈(31)에서 방출되어 반사기(29)의 오목 반사면에서 반사되는 광은 하부 기둥(21)에 대해 대체로 최대 약 55도의 각도로 진행한다. 반사기(29)로부터 이 각도로 진행하는 광이 벽(53)을 조사하도록 살균 장치(100)를 배치함으로써 벽(53)을 살균할 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 살균 장치(200)를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 살균 장치(200)는 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한 살균 장치(100)와 대체로 유사하나, 지지체(123) 및 반사기(129)를 지지체(123)에 결합하는 연결 구조에서 차이가 있다.
도 1 내지 도 5의 지지체(23)는 평판 형상을 갖지만, 본 실시예에 있어서, 지체(123)는 평판(123a)과 함께 방열 핀들(123b)을 포함한다. 방열 핀들(123b)을 배치함으로써 발광 모듈들(31)을 쉽게 냉각 시킬 수 있다.
한편, 앞서 설명한 실시예의 상부 기둥(25) 및 연결 보(27) 대신에 연결구(125) 및 브라켓(127)을 이용하여 반사기들(129)을 지지체(123)와 결합시킬 수 있다.
브라켓(127)은 반사기(129)의 상면에 제공되고, 연결구(125)는 지지체(123) 상에 결합되며, 연결구(125)와 브라켓(127)은 나사 결합에 의해 체결될 수 있다.
상술한 실시예에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 발광 모듈이 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시에들에 한정되는 것은 아니며 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 상술한 발광모듈들은 액정 디스플레이와 같은 디스플레이 장치나 조명 장치에서 균일한 평면 광을 방출하는 광원으로 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 발광 모듈; 및
    상기 발광 모듈에서 방출된 광을 반사하는 반사기를 포함하되,
    상기 발광 모듈은 살균 광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 반사기는 상기 발광 모듈에서 방출된 광을 상기 발광 모듈 하부의 수평면을 향해 반사하도록 구성된 오목 반사면을 포함하며,
    상기 오목 반사면은 장방향 직경의 일측 단부 근처에서보다 반대측 단부 근처에서 더 큰 곡률 반경을 갖는 살균 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목 반사면은 상기 발광 모듈의 상부에 배치되되,
    상기 장방향 직경이 상기 발광 모듈의 상부를 가로지르며,
    상기 발광 모듈은 상기 장방향 직경의 반대측 단부에 비해 상기 일측 단부에 더 가깝게 배치된 살균 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 오목 반사면의 장축 방향은 상기 일측 단부가 상기 반대측 단부보다 상기 수평면에 더 가깝도록 상기 수평면에 대해 경사지게 배치된 살균 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 오목 반사면이 상기 수평면에 경사지게 배치된 상태에서 상기 오목 반사면의 최고점은 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점과 장방향 직경의 중심 사이에 위치하는 살균 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 오목 반사면은 상기 장방향 직경에 수직한 단방향 직경을 가지며, 상기 단방향 직경은 상기 수평면에 평행한 살균 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 오목 반사면은 상기 발광 모듈에서 방출된 광을 상기 수평면의 사각형 영역으로 반사하는 내부 반사면을 포함하는 살균 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 사각형 영역은 정사각형인 살균 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점에서 반사된 광은 상기 사각형 형상의 중심으로 반사되는 살균 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 오목 반사면의 최고점에서 반사된 광은 상기 사각형 형상의 중심과 상기 발광 모듈의 수직 투영 위치 사이의 영역 내를 조사하는 살균 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 내부 반사면의 가장자리 중 상기 장방향 직경의 일측 단부에 가장 가까운 가장자리에서 반사된 광은 상기 사각형의 꼭지점들들 중 상기 발광 모듈에서 가장 멀리 떨어진 꼭지점을 조사하고
    상기 내부 반사면의 가장자리 중 상기 장방향 직경의 반대측 단부에 가장 가까운 가장자리에서 반사된 광은 상기 사각형의 꼭지점들 중 상기 발광 모듈에 가장 가까운 꼭지점을 조사하는 살균 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 모듈을 지지하는 지지체를 더 포함하는 살균 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 살균 광이 조사되는 수평면에서의 최대 조도는 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점에서 반사된 광이 조사되는 상기 수평면 상의 지점의 조도의 2배 미만인 살균 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    4개의 발광 모듈; 및
    상기 4개의 발광 모듈들에서 방출된 광을 각각 반사하는 4개의 반사기들을 포함하는 살균 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 4개의 발광 모듈 및 4개의 반사기는 상기 살균 장치를 중심으로 상기 수평면의 4분된 영역들을 각각 조사하도록 배치된 살균 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 살균 광이 조사되는 수평면의 중심에서의 조도는 각 발광 모듈의 직상에 위치하는 오목 반사면의 기준점들에서 반사된 광이 조사되는 상기 수평면 상의 지점들의 각 조도의 2배 미만인 살균 장치.
  16. 4개의 발광 모듈; 및
    상기 4개의 발광 모듈에서 방출된 광을 각각 반사하는 4개의 반사기를 포함하되,
    상기 발광 모듈은 살균 광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하고,
    상기 각 반사기는 대응하는 발광 모듈에서 방출된 광을 상기 발광 모듈들 하부의 수평면을 향해 반사하도록 구성된 오목 반사면을 포함하며,
    상기 4개의 발광 모듈 및 4개의 반사기는 상기 수평면 중 상기 발광 모듈들의 하부 영역을 중앙 영역으로 하여 상기 수평면을 조사하는 살균 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 반사기의 오목 반사면은 장방향 직경 및 단방향 직경을 가지며, 상기 장방향 직경은 상기 수평면에 대해 경사지고, 상기 단방향 직경은 상기 수평면에 평행한 살균 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    히트 싱크를 더 포함하되,
    상기 4개의 발광 모듈들은 상기 히트 싱크 상에 등간격으로 방사상으로 배치된 살균 장치.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 반사기의 오목 반사면은 상기 수평면 상의 사각형 영역으로 광을 조사하는 내부 반사면을 포함하는 살균 장치.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 반사기의 오목 반사면은 상기 발광 모듈의 직상에 위치하는 기준점을 포함하고,
    상기 수평면의 중심에서의 조도는 상기 기준점에서 반사된 광이 조사되는 수평면 상의 기준 지점에서의 조도의 2배 미만인 살균 장치.
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