KR102266699B1 - 광촉매 살균모듈 - Google Patents

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방승섭
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Abstract

본 발명은 살균 덕트의 효율적인 단면 구조와 주름진 광촉매 산란판의 설치로 광화학 반응의 면적 증대와 광반응의 효율성이 높아지고, 자외선을 방사시키는 LED 자외선 방사체의 작은 구성으로 송풍 장애가 적어짐으로써 라디칼의 배출효율이 상승하여 살균력이 대폭 증대되고, 사용수명이 향상되도록 한 광촉매 살균모듈을 제공한다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 광촉매 살균모듈은, 일정한 간격을 두고 서로 나란한 전면판과 후면판 및 전면판과 후면판에 연결되어 소정 각도로 경사진 경사판에 의해 사다리꼴 단면을 갖고, 이들 전면판과 후면판 및 경사판에 의해 내부로 폐합된 광촉매 살균실을 포함하되 광촉매 살균실의 모든 내면에 광촉매물질이 코팅되어 있고, 광촉매 살균실의 하부로 송풍유입구가 형성되어 있는 살균덕트와; 상기 살균덕트의 양쪽 경사판 및 전면판의 각기 내측에 배치되고, 광촉매 물질이 코팅되어 자외선의 산란과 확산을 유도하는 광촉매 경사산란판 및 광촉매 전면산란판과; 일정 길이에 걸쳐 원형 단면을 갖는 LED 스트립 설치봉, LED 스트립 설치봉의 외주면에 원형 배치되어 LED 자외선을 발생시키는 LED 스트립으로 이루어져 상기 광촉매 살균실에 배치되어 있는 하나 이상의 LED 자외선 방사체와; 상기 후면판에 설치되어 LED 자외선 방사체를 고정 지지시키는 LED 자외선 방사체 지지대;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

광촉매 살균모듈{Photocatalytic sterilizatio module}
본 발명은 공기 정화 및 살균에 사용되는 광촉매 살균모듈에 관한 것으로, 특히 살균 덕트의 효율적인 단면 구조와 주름진 광촉매 산란판의 설치로 광화학 반응의 면적 증대와 광반응의 효율성이 높아지고, 자외선을 방사시키는 LED 자외선 방사체의 작은 구성으로 송풍 장애가 적어짐으로써 라디칼의 배출효율이 상승하여 살균력이 대폭 증대되고, 사용수명이 향상되도록 한 광촉매 살균모듈에 관한 것이다.
광촉매 반응은 가전제품, 도로, 차량, 대기처리, 의료관련, 수질처리 등 다양한 분야에서 실용화되고 있는 상태이다. 예를 들어, 광촉매 반응을 이용하여 흔히 말하는 새집증후군, 헌집증후군 등의 원인이 되는 각종 휘발성 유기화합물, 포름알데히드 등을 분해 제거하고 있다. 이처럼 현재 광촉매 반응은 에너지, 환경 측면에서 각광받고 있는 대표적인 미래기술 중 하나이다. 이에 따라 현재는 에너지, 환경 분야에서 활발하게 활용되고 있는 편이다. 큰 에너지 없이도 빛만으로 지구 곳곳에 퍼져 있는 오염물질을 쉽게 제거할 수 있기 때문에 유해 유기물과 대기 오염물질을 분해 제거하는 데에 적극적으로 활용되고 있다. 예로 실내의 공기 정화 및 살균의 목적으로 광촉매 정화장치가 사용된다.
본 발명의 배경이 되는 기술로는 한국 등록특허 등록번호 제10-0982400호로서, '정화장치용 광촉매판'이 제안되어 있다. 이는 광촉매판이 일정 간격으로 이격된 두 개의 투명 평판과, 상기 투명 평판의 사이에 삽입된 광촉매 분말 또는 광촉매 물질이 양면에 도포된 기판으로 구성되어, 광촉매의 변형이나 물리화학적 성질의 변화가 없고 오염된 물이나 공기 등의 저항에 견딜 수 있어 오염된 물이나 공기 등을 정화하는 능력이 향상되도록 한 것이다.
그러나 상기 배경기술은 유체가 광촉매판에 형성된 수많은 통공을 지나가야 하는 구조임으로 흐름 장애를 받아 배출 효율이 떨어짐으로서 살균력이 저하되는 문제가 있다.
한국 등록특허 등록번호 제10-0874130호
본 발명은 살균 덕트의 효율적인 단면 구조와 주름진 광촉매 산란판의 설치로 광화학 반응의 면적 증대와 광반응의 효율성이 높아지고, 자외선을 방사시키는 LED 자외선 방사체의 작은 구성으로 송풍 장애가 적어짐으로써 라디칼의 배출효율이 상승하여 살균력이 대폭 증대되고, 사용수명이 향상되도록 한 광촉매 살균모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따른 광촉매 살균모듈은, 공기 정화 및 유기물질의 분해·살균에 사용되는 광촉매 살균모듈에 있어서,
일정한 간격을 두고 서로 나란한 전면판과 후면판 및 전면판과 후면판에 연결되어 소정 각도로 경사진 경사판에 의해 사다리꼴 단면을 갖고, 이들 전면판과 후면판 및 경사판에 의해 내부로 폐합된 광촉매 살균실을 포함하되 광촉매 살균실의 모든 내면에 광촉매물질이 코팅되어 있고, 광촉매 살균실의 하부로 송풍유입구가 형성되어 있는 살균덕트와;
상기 살균덕트의 양쪽 경사판 및 전면판의 각기 내측에 배치되고, 광촉매 물질이 코팅되어 자외선의 산란과 확산을 유도하는 광촉매 경사산란판 및 광촉매 전면산란판과;
일정 길이에 걸쳐 원형 단면을 갖는 LED 스트립 설치봉, LED 스트립 설치봉의 외주면에 원형 배치되어 LED 자외선을 발생시키는 LED 스트립으로 이루어져 상기 광촉매 살균실에 배치되어 있는 하나 이상의 LED 자외선 방사체와;
상기 후면판에 설치되어 LED 자외선 방사체를 고정 지지시키는 LED 자외선 방사체 지지대;를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED 자외선 방사체 지지대에는 LED 자외선 방사체의 교체를 용이하게 하기 위해 LED 자외선 방사체 지지대에 볼트로 체결 및 분리되는 방사체 체결클램프가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 광촉매 경사산란판 및 광촉매 전면산란판은 광확산 및 산란 효율을 높이기 위해 강판을 절곡시켜 각기 60도 각도를 갖는 산형이 일정 폭을 갖고 연속적으로 이어져 주름 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED 자외선 방사체는 광촉매 살균실내에 한 쌍이 좌우 대칭적으로 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경사판은 후면판에 대해 광확산 효율을 고려하여 50도의 각도로 기울어져 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 LED 스트립 설치봉의 외주면에 광촉매 물질로서 이산화티타늄이 더 코팅되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 후면판에는 LED 스트립에서 생성된 LED 자외선과 광촉매 반을 일으키는 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 후면산란판이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 광촉매 산란 및 확산을 위해 상기 광촉매 경사산란판의 산형은 광촉매 전면산란판의 산형과 서로 직교 방향으로 배치되되, 광촉매 전면산란판의 산형 길이 방향은 공기흐름의 저항을 최소화시키기 위해 송풍 방향과 일치되도록 배치한 것을 특징으로 한다.
또한, 살균덕트의 내부 청소 및 관리를 위해 살균덕트의 전면판에 덕트관리용 개구부가 형성되고, 덕트관리용 개구부에는 상기 광촉매 전면산란판이 장착되어 있는 광촉매 전면산란판 기대가 탈부착 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광촉매 살균모듈에 따르면, 살균 덕트의 사다리꼴 단면 구조로 광반사의 효율성이 높아지고, 살균 덕트의 내면 전체에 광촉매 물질이 코팅되어 있을 뿐만 아니라 추가적으로 설치된 주름진 광촉매 산란판의 설치로 광화학 반응의 면적 및 산란 증대로 광반응의 효율성이 높아진다.
또한, 자외선을 방사시키는 LED 자외선 방사체는 원형 봉 형태로 길에 설치되는 구조를 갖기 때문에 살균 덕트의 내부에서 차지하는 단면 크기 및 부피가 상대적으로 매우 작아져 외기가 주입되는 송풍 장애가 적어짐으로써 라디칼의 배출효율이 상승하여 살균력이 대폭 증대된다.
또한, LED 자외선 방사체에는 LED 스트립을 사용하여 교환주기 및 수명이 길어지는 장점을 갖는다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 첨부한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 광촉매 살균모듈의 사시도.
도 2는 도 1의 분해사시도.
도 3은 도 1의 정면도.
도 4은 도 1에 도시된 광촉매 살균모듈을 상부에서 보았을 때 나타나는 광촉매 경사산란판과 광촉매 전면산란판의 배치상태도.
도 5는 도 3의 A-A선에서 본 단면도.
도 6은 도 3의 B-B선에서 본 단면도.
도 7은 도 1에 적용된 광촉매 전면산란판의 사시도.
도 8은 도 1에 도시된 광촉매 경사산란판의 사시도.
도 9a는 본 발명의 광촉매 살균모듈에 적용되는 LED 자외선 방사체의 사시도.
도 9b는 도 9a에 도시된 LED 자외선 방사체의 일측면도로서 방사체 체결클램프가 분리된 상태도.
도 10은 도 1에 도시된 광촉매 살균모듈에 광촉매 후면산란판 추가적으로 설치된 단면도.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 실시 예에 따른 광촉매 살균모듈(20)는 도 1 내지 도 5에서와 같이 살균덕트(210)를 가지고 그 내부에서 LED 자외선을 발생시켜 광촉매 물질간의 반응으로 생성된 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical, OH-)(이하 '라디칼' 이라 함)의 산화력으로 오염물질(또는 흡입공기)에 포함된 세균과 바이러스 등의 유기물질을 분해 및 사멸시키는 기능을 수행한다. 예로, 살균덕트(210)내로는 도시안된 송풍기에 의해 외기를 흡입하여 주입시킬 수 있다.
광촉매 살균모듈(20)은 송풍 통로 및 광촉매 반응실을 제공하는 살균덕트(210), 살균덕트(210)의 양쪽 경사판(213) 및 전면판(211)의 각기 내측에 배치되고 광촉매 물질이 코팅되어 광산란 및 확산을 위한 광촉매 경사산란판(220) 및 광촉매 전면산란판(230), 광촉매 경사산란판(220) 및 광촉매 전면산란판(230)에 자외선을 방사시키는 하나 이상의 LED 자외선 방사체(240) 및 LED 자외선 방사체(240)를 살균덕트(210)내에서 지지하는 LED 자외선 방사체 지지대(250)를 포함한다.
살균덕트(210)는 일정한 간격을 두고 상호 평행한 전면판(211)과 후면판(212) 및 전면판(211)과 후면판(212)에 연결되어 소정 각도로 경사진 경사판(213)을 구비한다. 따라서 살균덕트(210)는 이들 전면판(211), 후면판(212), 경사판(213)에 의해 사다리꼴 폐단면을 갖는 광촉매 살균실(214)이 구비된다. 바람직하게 살균덕트(210)의 모든 내면에는 광촉매 반응 면적을 증대시키기 위해 광촉매 물질이 코팅되어 있다. 경사판(213)은 후면판(212)에 대해 50도의 각도로 기울어져 광반응을 더욱 촉진하게 설치되어 있다. 이는 50도 보다 커지는 경우 자외선의 광촉매 살균실(214)을 벗어나는 손실이 커지고, 50도 보다 작은 경우 자외선의 충분한 광확산을 얻을 수 없기 때문이다. 살균덕트(210)는 본 실시 예에서 부식에 강한 스테인레스 강판으로 제작되어 있으나 이러한 금속 재질에 한정되는 것은 아니다. 또한 살균덕트(210)에는 광촉매 살균실(214)의 하부 중앙으로 도 2 및 도 4와 같이 송풍유입구(214a)가 형성되어 있다. 따라서 송풍유입구(214a)를 통해 유입된 흡입공기는 광촉매 살균실(214)을 거쳐 상방으로 배출된다.
살균덕트(210)의 내부 청소 및 관리를 위해 도 2와 같이 살균덕트(210)의 전면판(211)에 덕트관리용 개구부(211a)가 형성되고, 덕트관리용 개구부(211a)에는 광촉매 전면산란판(230)이 장착되어 있는 광촉매 전면산란판 기대(232)가 탈부착 가능하게 설치되어 있다.
도 4 및 도 5와 같이 광촉매 경사산란판(220) 및 광촉매 전면산란판(230)은 스테인레스 강판을 절곡시켜 각기 주름각도(θ)를 갖는 산형(220a,230a)이 일정 폭을 갖고 연속적으로 이어져 주름 형태를 이루고 있다. 본 실시 예에서 산형(220a,230a)이 60도의 주름각도(θ)를 이루어 광산란과 확산이 살균덕트(210)내에서 효율적으로 이루어진다. 이는 주름각도(θ)가 60도보다 커지는 경우 LED 자외선 방사체(240)의 LED 스트립(242)에서 발생되는 자외선(U)이 광촉매 살균실(214)을 벗어나는 손실이 커지고, 60도 보다 작은 경우 그 자외선(U)의 충분한 광확산을 얻을 수 없기 때문이다.
더욱이 광촉매 산란 및 확산을 위해 도 3 및 도 4와 같이 광촉매 경사산란판(220)의 산형(220a)은 광촉매 전면산란판(230)의 산형(230a)과 서로 직교 방향으로 배치되되, 광촉매 전면산란판(230) 산형(230a)의 길이방향은 공기흐름의 저항을 최소화시키기 위해 송풍기(30)의 송풍 방향과 일치되도록 배치됨이 바람직하다.
도 10과 같이 추가적으로 후면판(212)에는 살균 능력을 높이기 위해 LED 스트립(242)에서 생성된 LED 자외선과 광촉매 반을 일으키는 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 후면산란판(270)이 더 설치될 수 있다.
도 9a 및 도 9b와 같이 LED 자외선 방사체(240)는 일정 길이에 걸쳐 원형 단면을 갖는 LED 스트립 설치봉(241), LED 스트립 설치봉(241)의 외주면에 원형 배치되어 LED 자외선을 발생시키는 LED 스트립(242)으로 이루어져 광촉매 살균실(214)에 배치되어 있다. LED 스트립 설치봉(241)의 외주면에는 광촉매 물질이 코팅됨이 바람직하다. 본 실시 예에서 LED 자외선 방사체(240)는 광촉매 살균실(214)내에 한 쌍이 좌우 대칭적으로 위치하여 방사량이 증대되게 배치되어 있다. LED 스트립(242)에서 발생되는 LED 자외선은 예로 200~300nm의 범위의 파장을 가질 수 있다.
LED 자외선 방사체 지지대(250)는 후면판(212)에 설치되어 LED 자외선 방사체(230)를 고정 지지시킨다. 여기서 LED 자외선 방사체 지지대(250)에는 LED 자외선 방사체(230)의 교체를 용이하게 하기 위해 LED 자외선 방사체 지지대(250)에 볼트(261)로 체결 및 분리되는 방사체 체결클램프(260)가 더 설치될 수 있다.
본 실시 예에 적용된 광촉매 물질은 이산화티타늄(TiO2)이 사용되었다. 이산화티타늄은 염소나 오존보다 산화력이 높아 살균력이 뛰어나며, 모든 유기물을 이산화탄소와 물로 분해할 수 있는 능력을 갖고 있다. 이산화티타늄은 광촉매로서 내구성, 내마모성이 우수하고, 촉매로서의 기능을 하기 때문에 자신을 변하지 않고, 그 자체는 안전, 무독물질이며, 폐기하여도 2차 공해에 대한 염려가 없다. 그러나 본 발명은 이산화티타늄(TiO2)에 한정되는 것은 아니며 그 밖의 알려진 광촉매 물질(ZnO, CdS, ZrO2, V2O3, WO3, 페롭스카이트형 복합금속산화물(SrTiO3) 등)이 적용될 수도 있다.
미설명 부호 '217'은 '송풍기 장착부'이다.
이와 같이 구성된 광촉매 살균모듈의 작용을 설명한다.
먼저, 광촉매 살균모듈(20)은 LED 자외선 방사체(240)측 LED 스트립(242)에 전류가 인가되면 도 5와 같이 살균덕트(210)의 내부에서 자외선(U)을 발생시킨다. 또한 송풍유입구(214a)를 통해 송풍력이 발생되면 살균덕트(210)의 내부에서는 송풍 흐름이 발생된다. 이때 송풍유입구(214a)를 통해 외기(오염물질, 박테리아, 바이러스 등)가 흡입된다.
또한, LED 자외선 방사체(240)의 LED 스트립(242)에서 발생된 자외선은 방사되어 살균덕트(210)의 내면에 충돌하게 되어 코팅된 이산화티타늄으로부터 전자가 형성되어 강한 산화력이 발생하고, 하이드록시 라디칼(-OH)과 슈퍼옥사이드(-O2)가 생성된다. 이 과정에서 살균덕트(210)의 내면과 광촉매 경사산란판(220) 및 광촉매 전면산란판(230)에 코팅된 이산화티타늄에 의한 광화학 반응의 면적 증대로 인해 더 많은 라디칼(OH-)이 생성된다. 따라서 살균덕트(210)내로 유입된 외기에 포함된 오염물질, 세균 및 바이러스 등의 유기화합물은 증대된 살균력에 의해 산화, 분해 및 사멸이 촉진된다.
또한, 광촉매 살균모듈(20)은 LED형 광촉매를 사용하는 방식으로서 LED 스트립(242)의 교환주기가 길어져 종래 스크류형 또는 필터형 광촉매보다 수배 수명이 길어지는 장점을 갖는다.
또한, LED 자외선 방사체(240)는 작은 직경에 긴 형태를 갖고 있어 살균덕트(210)내의 단면 크기에 상대적으로 작은 단면과 부피를 차지하게 된다. 이로 인해 살균덕트(210)내의 송풍 흐름의 저항 장애가 작아져 살균 효율이 향상되는 이점을 갖는다.
지금까지 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
20: 광촉매 살균모듈
210: 살균덕트
220: 광촉매 경사산란판
230: 광촉매 전면산란판
240: LED 자외선 방사체
241: LED 스트립 설치봉
242: LED 스트립
250: LED 자외선 방사체 지지대
260: 방사체 체결클램프

Claims (9)

  1. 공기 정화 및 유기물질의 분해·살균에 사용되는 광촉매 살균모듈(20)에 있어서,
    일정한 간격을 두고 서로 나란한 전면판(211)과 후면판(212) 및 전면판(211)과 후면판(212)에 연결되어 소정 각도로 경사진 경사판(213)에 의해 사다리꼴 단면을 갖고, 이들 전면판(211)과 후면판(212) 및 경사판(213)에 의해 내부로 폐합된 광촉매 살균실(214)을 포함하되 광촉매 살균실(214)의 모든 내면에 광촉매물질이 코팅되어 있고, 광촉매 살균실(214)의 하부로 송풍유입구(214a)가 형성되어 있는 살균덕트(210)와;
    상기 살균덕트(210)의 양쪽 경사판(213) 및 전면판(211)의 각기 내측에 배치되고, 광촉매 물질이 코팅되어 자외선의 산란과 확산을 유도하는 광촉매 경사산란판(220) 및 광촉매 전면산란판(230)과;
    일정 길이에 걸쳐 원형 단면을 갖는 LED 스트립 설치봉(241), LED 스트립 설치봉(241)의 외주면에 원형 배치되어 LED 자외선을 발생시키는 LED 스트립(242)으로 이루어져 상기 광촉매 살균실(214)에 배치되어 있는 하나 이상의 LED 자외선 방사체(240)와;
    상기 후면판(212)에 설치되어 LED 자외선 방사체(230)를 고정 지지시키는 LED 자외선 방사체 지지대(250);를 포함한 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 자외선 방사체 지지대(250)에는 LED 자외선 방사체(230)의 교체를 용이하게 하기 위해 LED 자외선 방사체 지지대(250)에 볼트로 체결 및 분리되는 방사체 체결클램프(260)가 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 광촉매 경사산란판(220) 및 광촉매 전면산란판(230)은 광확산 및 산란 효율을 높이기 위해 강판을 절곡시켜 각기 60도 각도를 갖는 산형(220a,230a)이 일정 폭을 갖고 연속적으로 이어져 주름 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 자외선 방사체(240)는 광촉매 살균실(214)내에 한 쌍이 좌우 대칭적으로 설치된 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 경사판(213)은 후면판(212)에 대해 광확산 효율을 고려하여 50도의 각도로 기울어져 설치된 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 LED 스트립 설치봉(241)의 외주면에 광촉매 물질로서 이산화티타늄(TiO2)이 더 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 후면판(212)에는 LED 스트립(242)에서 생성된 LED 자외선과 광촉매 반을 일으키는 광촉매 물질이 코팅된 광촉매 후면산란판(270)이 더 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  8. 제 1항에 있어서,
    광촉매 산란 및 확산을 위해 상기 광촉매 경사산란판(220)의 산형(220a)은 광촉매 전면산란판(230)의 산형(230a)과 서로 직교 방향으로 배치되되, 광촉매 전면산란판(230)의 산형(230a) 길이 방향은 공기흐름의 저항을 최소화시키기 위해 송풍 방향(X)과 일치되도록 배치한 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
  9. 제 1항에 있어서,
    살균덕트(210)의 내부 청소 및 관리를 위해 살균덕트(210)의 전면판(211)에 덕트관리용 개구부(211a)가 형성되고, 덕트관리용 개구부(211a)에는 상기 광촉매 전면산란판(230)이 장착되어 있는 광촉매 전면산란판 기대(232)가 탈부착 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 광촉매 살균모듈.
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