KR102579868B1

KR102579868B1 - 자외선을 이용한 공기 소독 장치

Info

Publication number: KR102579868B1
Application number: KR1020230010560A
Authority: KR
Inventors: 김현철; 김란희; 김성표
Original assignee: 주식회사 케이에이디
Priority date: 2023-01-27
Filing date: 2023-01-27
Publication date: 2023-09-19

Abstract

본 발명은 자외선을 이용한 공기 소독 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자외선을 이용하여 공기를 소독하는 반응부를 내측 파이프와 외측 파이프로 구성하여 자외선과 접촉하는 유효체류시간을 증가시키고, 자외선 광원부에서 발생하는 열기를 제거하기 위한 방열 수단과 그 제어 방법을 함께 제공하는 자외선을 이용한 공기 소독 장치에 관한 것이다.

Description

자외선을 이용한 공기 소독 장치{Air disinfection apparatus using ultraviolet radiation and heat sinking}

종래의 자외선을 이용한 공기 소독 장치 기술 대부분은 수은 램프를 사용하는 제품이 주류를 이루고 있으나 수은을 함유한 제품의 생산, 사용, 배출, 폐기 등 유해물질 규제 관련 국제협약인 '미나마타 협약' 발효에 따라 사용이 크게 위축되고 있다.

또한, 여과기술 기반의 보급형 공기정화 장치는 약점으로 지적된 공간소독 목적을 보강하기 위해 다양한 기능성 필터를 적용하고 있지만 이는 필터에 바이러스가 효과적으로 억류되는 것을 전제로 하는 '접촉' 기술로, 기능성 필터의 공극 크기는 공기전파 가능한 법정 전염병 유발 바이러스의 크기보다 커 효과적인 억류가 어렵고, 필터 표면에 억류되었다 하더라도 불활성화(즉, 살균)에 수십 분에서 수 시간까지 소요되며, 무엇보다 장기간 운전시 기능성 소재로 사용되는 나노 물질의 지속성과 소재 내구성 저하로 인한 유출 위험과 환경위해성이 존재하는 문제점이 있다.

이에 따라 최근 발광다이오드(Light-emitting diode, LED)를 자외선 광원으로 사용하는 소독 장치들이 경쟁적으로 개발되어 일부는 시장에서 유통되고 있으나, 지금까지 사용되던 수은 램프보다 낮은 에너지 효율로 인한 발열 때문에 LED 광원이 쉽게 파손되거나 기대수명보다 사용 연한이 짧아 별도의 방열 수단이 통합된 공기 소독 장치에 대한 요구가 늘어나고 있는 실정이다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허 제10-2017-0028472호에 게시되어 있다.

본 발명은 오존 발생이 없고 화학약품이나 나노 입자 등 유해성 소재를 사용하지 않아 밀폐된 실내 사용에도 안전하며, 다양한 모양과 형태로 제작하여 광원이 파손될 때도 수은을 함유하지 않아 유출에 따른 2차 오염 위험 없이 공기를 소독할 수 있는 자외선 공기 소독 장치를 제공한다.

본 발명은 오염공기에 존재하는 미생물의 DNA/RNA 및 proteins에 각각 선택적으로 흡수될 수 있는 서로 다른 첨두 파장(peak wavelength)을 갖는 복수의 LED를 자외선 광원으로 사용하는 공기 소독 장치를 제공한다.

본 발명은 자외선 광원으로 사용되는 LED에서 발생하는 열에 의해 야기되는 자외선량 감소와 그에 따른 소독성능 저하를 예방하기 위한 방열 수단을 가지는 공기 소독 장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치는 유입되는 공기를 광원부에서 조사되는 자외선에 노출하여 소독하는 소독부, 상기 광원부를 냉각하기 위한 방열부, 상기 소독부와 상기 방열부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 소독부는, 내측 파이프 및 외측 파이프가 결합된 구조로 형성되는 반응부를 포함하고, 상기 유입되는 공기는 상기 광원부에 대향하여 이동하며 소독 처리되고, 내측 파이프의 개방된 타측 일면을 통과하여 공기의 흐름 방향을 전환하며, 상기 내측 파이프와 상기 외측 파이프 사이의 통로를 통해 되돌아오는 과정에서 재소독 처리될 수 있다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치의 상기 반응부는 상기 내측 파이프의 자외선 광원 인접부에 정류판을 포함하거나, 또는 정류판 삽입 슬롯을 포함할 수 있다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치의 상기 광원부는 이용자가 수동으로 점등하거나, 또는 송풍부의 동작 신호가 전달되면 자동으로 점등될 수 있다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치의 상기 광원부는 파장 265nm 및 278nm에서 각각 최대 자외선량을 나타내는 복수의 광원을 포함할 수 있다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치의 상기 반응부는 자외선이 반사되는 반사체가 코팅된 내벽을 포함할 수 있다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치의 상기 방열부는, 상기 광원부와 맞닿아 접하여 냉각수와 열교환 하는 냉각블록, 상기 냉각블록 내의 상기 냉각수 온도를 측정하는 온도센서를 포함하고, 상기 측정된 냉각수의 온도 측정값에 따라 상기 제어부에서 냉각속도를 단계적으로 조절할 수 있다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치의 상기 제어부는 적정온도의 상한값 및 하한값을 미리 설정하고, 적정 온도 상한 설정값을 초과하는 경우 적정 온도 하한 설정값에 도달할 때까지 냉각속도를 단계적으로 조절할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치는 화학약품이나 나노 입자 등 유해성 소재를 사용하지 않아 안전하며, 자외선 광원인 LED가 파손되는 경우에도 수은을 함유하지 않아 2차 오염 위험 없이 오염공기를 소독할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치는 바이러스 등 공기 오염원에 따라 유동적일 수 있는 살균 효과를 극대화할 수 있도록 살균하고자 하는 대상 미생물의 자외선 흡수 밴드를 고려하여 최적 자외선 파장의 광원으로 손쉽게 교체 가능하므로 소독 장치의 적용 범위를 넓힐 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 자외선 공기 소독 장치는 자외선 광원에 대한 공냉 및 수냉 조합형 방열 수단과 그 제어 방법을 함께 제공함으로써 자외선 광원인 LED의 사용 연한을 극대화하고 광원의 기대수명 대비 광원으로부터 조사되는 자외선량을 최대치로 유지할 수 있다.

공기 소독이 필요한 공간의 환경조건에 따라 자외선 소독 장치의 송풍 유량을 당초와 달리 증감하여 운전할 때에도 소독 장치의 단순한 조작을 통해 공기흐름을 조절하여 자외선 광원에 대한 공기 접촉 효율을 극대화할 수 있다.

호흡기 감염병(예, 코로나19)의 집단 발병 가능성이 내재된 고위험 시설(밀폐, 밀집, 밀접) 공간을 대상으로 실내 공기에 포함된 바이러스의 비가역적인 불활성화(즉, 살균)을 달성함으로써 감염을 차단할 수 있다.

사무실, 학교, 버스, 지하철 등 다중이용시설의 천장 내부에 매립방식으로 설치함으로써 이용자들의 신체 중 어느 일부라도 광원 또는 광원으로부터 조사된 자외선에 노출되는 것을 차단하고, 이용자 재실 상황에서도 항시 안전한 사용이 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 일반적인 미생물의 자외선 흡수 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 종속영양 생물의 박테리아(Heterotrophic Bacteria)에 대한 LED 파장별 자외선 소독성능 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 4는 코로나19 바이러스 SARS-CoV-2의 자외선 흡수 밴드를 나타내는 도면이다.
도 5는 자외선 영역의 파장별 LED 광원에 관한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치의 내측 파이프 및 외측 파이프의 나선형 결합부를 가지는 반응부를 포함하는 소독부에 대한 사시도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 소독부의 4분의 1 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치의 내측 파이프 및 외측 파이프의 나선형 결합부를 가지는 반응부에 공기 정류판 또는 정류판 삽입 슬롯이 포함된 소독부에 대한 사시도이다.
도 9는 도 8에 나타낸 소독부의 4분의 1 단면도이다.
도 10은 반응부의 내측 파이프와 자외선 광원 사이의 이격거리 조절에 따른 공기 흐름 변화와 그에 따른 자외선 광원 인접부의 공기 흐름의 균질성을 나타낸 도면이다.
도 11은 반응부에 적용 가능한 반사체 종류에 따른 UV 반사특성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 채널구조의 매립형 자외선 챔버를 적용한 자외선을 이용한 공기 소독 장치를 나타내는 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.

이하, 본 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)를 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)는 소독부(101), 방열부(102) 및 제어부(160)를 포함한다.

소독부(101)는 자외선을 이용하여 공기를 소독한다. 소독부(101)는 송풍부(110), 공급부(120), 광원부(130), 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)로 구성된 반응부(140) 및 배출부(150)를 포함한다.

송풍부(110)는 외부로부터의 오염된 공기를 흡입하고 미는 힘을 작용하여 공급부(120)로 원활하게 공기를 유입시키며, 팬의 형태로 구비될 수 있다. 송풍부(110)의 구동에 의하여, 외부의 오염된 공기는 반응부(140)의 일측 일면에 구비된 공급부(120)를 통과하고 반응부(140) 내로 흡입된다.

반응부(140)는 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)로 구성되어 결합된 원통형의 구조일 수 있다. 내측 파이프(141)의 직경은 외측 파이프(142)의 직경보다 작으며, 내측 파이프(141)는 광원부(130)와 근접한 타측 일면이 개방된 형태일 수 있다. 반응부(140)는 일측 일면에 구비된 공급부(120)를 통해 유입된 외부 공기를 자외선에 노출하여 반응하도록 구성된다.

반응부(140)는 상단의 일측에 배출부(150)를 포함할 수 있다. 외부로부터의 오염된 공기가 반응부(140)의 일측 일면에 배치된 공급부(120)를 통과하여 유입되고, 정화된 공기는 반응부(140) 상단 일측에 배치된 상기 배출부(150)를 통과하여 배출한다. 이때, 공기의 이동을 광원부(130)로 향하도록 유도함으로써, 자외선과 접촉하는 유효체류시간을 증가시키고, 공기의 소독 성능을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 반응부(140)는 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)로 구성된다. 외부로부터 유입된 오염 공기가 먼저, 내측 파이프(141) 내에서 광원부(130)와 대향하여 이동하며 소독 처리되고, 내측 파이프(141)의 광원부(130)와 근접한 개방된 타측 일면을 통과한다. 내측 파이프(141)의 타측 일면을 통과한 공기는 흐름 방향을 전환하여 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142) 사이의 통로를 통해 되돌아오는 과정에서 배출구까지 이동하며 자외선 광원에 의해 재소독 처리될 수 있다. 이를 통하여 자외선 광원의 표면에서 자외선과 공기 내의 미생물이 반응하는 유효체류시간을 극대화함으로써 공기 살균 효과를 보다 향상시킬 수 있다.

광원부(130)는 원통형의 반응부(140) 타측 일면에 구비되어 반응부(140)와 같은 직경의 크기로 결합되는 원통형의 구조일 수 있다. 광원부(130)는 자외선 광원인 발광다이오드(Light-emitting diode, LED)를 구비하며, 상기 광원은 이용자가 수동으로 점등하거나 또는 송풍부(110)의 동작 신호가 제어부(160)에 전달되는 즉시 자동으로 점등되도록 구성할 수 있다.

광원부(130)는 상기의 수동 점등 또는 제어부(160)의 신호에 따라 반응부(140) 내에서 자외선을 조사한다. 구체적으로, 광원부(130)는 반응부(140)의 타측 일면에 하나 이상의 광원을 구비하여 배치되고, 공급부(120)를 통해 유입된 공기의 흐름에 대향하여 자외선을 조사할 수 있다. 여기서, 자외선 광원인 LED의 구성을 파장 265nm 및 278nm에서 각각 최대 자외선량을 나타내는 복수의 LED로 광원부(130)에 배치할 수 있다. 광원부(130)는 내측 파이프(141)를 통과하는 공기는 파장 265nm의 제1 광원부가 대향되어 조사하고, 외측 파이프(142)로 이동한 공기는 파장 278nm의 제2 광원부가 대향되어 조사할 수 있다. 또한 광원부(130)는 내부에서 외부 방향으로 파장 265nm의 제1 광원부와 파장 278nm의 제2 광원부가 반복되어 배치되어 2가지 파장의 자외선을 조사할 수 있다. 광원부(130)는 2가지(파장 265nm 또는 파장 278nm)의 다른 파장의 자외선을 조사하여 오염된 공기에 존재하는 미생물의 DNA/RNA 및 단백질(proteins) 영역을 동시에 공격함으로써 파장 265nm 또는 파장 278nm 중 어느 한 종류만을 사용하는 경우와 비교하여 더 높은 소독성능을 달성하고 최대 살균 효과를 발현하도록 할 수 있다.

방열부(102)는 소독부(101)에서 발생되는 열을 방출하여 제어한다. 방열부(102)는 냉각블록(CB), 펌프(P), 라디에이터(R), 냉각팬(F), 냉각수 저장탱크(T) 및 온도센서(S)를 포함한다.

방열부(102)는 상술한 광원부(130)에서 발생하는 열기를 제거하기 위하여 광원부(130)의 타측면에 위치한다. 여기서, 냉각블록(CB; cooling block)은 자외선 광원인 LED와 맞닿아 접하여 배치될 수 있다. 자외선 광원의 열기는, 냉각블록(CB) 내에서 냉각수가 순환함으로써 열교환되는 수냉 방식으로 냉각된다. 냉각수가 냉각블록(CB) 내로 원활하게 공급 및 배출되도록 하기 위해 냉각블록(CB) 일측 하단의 튜브를 통하여 펌프(P)와 연결된다. 또한, 펌프(P)는 흡입하는 힘 또는 미는 힘을 작용하여 냉각수 순환라인 상에서 이루어지는 냉각수의 순환을 원활하게 하는 역할을 할 수 있다.

냉각블록(CB) 내에서 자외선 광원의 열기에 의해 승온된 냉각수는 먼저 펌프(P)를 통과한 후, 열교환이 이루어지는 부분의 면적과 온도차를 늘리고 열플럭스(heat flux)를 높이기 위하여 튜브를 통해 연결된 라디에이터(R)로 이동하여 열교환되는 공냉 방식으로 열을 식힐 수 있다. 여기서, 라디에이터(R)는 열전도율이 높은 구리 또는 알루미늄 재질로 구성된 것일 수 있다. 라디에이터(R)의 상부에 마련된 냉각팬(F)에 의하여 열교환된 열은 외부로 송풍 되어 방출된다.

방열부(102)는 냉각 효율을 높이기 위하여 냉각수 저장탱크(T)를 더 포함할 수 있다. 라디에이터(R)와 냉각팬(F)에 의하여 다시 냉각된 냉각수는 튜브를 통해 연결된 저장탱크(T)로 이동하여 저장될 수 있다. 또한, 광원부(130)의 냉각이 필요할 경우, 다시 연결된 튜브를 통해 냉각블록(CB)으로 유입된다. 이 때, 상기 냉각블록(CB), 펌프(P), 라디에이터(R), 저장탱크(T)를 연결하는 튜브는 열전도율이 높은 구리 또는 알루미늄 재질로 구성되어 냉각 효율을 더욱 높일 수 있다.

제어부(160)는 소독부(101) 및 방열부(102)의 동작을 제어한다.

제어부(160)는 자외선 광원이 이용자에 의하여 수동으로 점등되거나 송풍부(110)의 동작 신호가 제어부(160)에 전달되어 광원이 자동으로 점등되면, 자외선 광원 점등 신호를 인식하고, 자동으로 펌프(P)를 가동한다.

제어부(160)는 광원의 점등이 시작되는 것과 동시에 냉각수를 순환시키고 자동으로 냉각팬(F)을 작동시킴으로써, 방열부(102)의 미작동으로 인하여 광원부(130)의 열이 지나치게 상승하는 것을 사전에 방지할 수 있다. 이로 인하여, 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)는 자외선 광원의 사용 연한을 극대화하고 광원의 기대수명 대비 광원으로부터 조사되는 자외선량을 최대치로 유지하여 소독 성능 향상에 중요한 역할을 할 수 있다.

또한, 제어부(160)는 펌프(P)와 냉각팬(F)의 구동 속도를 통상의 제어시스템에 사용되는 전기신호 값으로부터 환산하여 1단계부터 10단계까지 설정하도록 할 수 있다. 즉, 제어부(160)는 냉각블록(CB)에 부착된 온도센서(S)와 신호를 주고받아 온도센서(S)로부터 측정되는 냉각블록(CB) 내의 냉각수 온도에 연동하여 구동속도를 조절한다. 제어부(160)는 미리 적정온도 상한값 및 하한값이 설정될 수 있고, 적정 온도 상한 설정값을 초과하는 경우 적정 온도 하한 설정값에 도달할 때까지 펌프(P)와 냉각팬(F)을 단계적으로 구동할 수 있다. 예를 들어, 제어부(160)는 적정온도 상한값이 35℃이고, 적정온도 하한값이 30℃로 미리 설정된 경우, 냉각수의 온도가 35℃를 초과하게 되면, 펌프(P)와 냉각팬(F)를 단계적으로 구동하고, 냉각수의 온도가 30℃에 도달할 때까지 온도를 제어하는 역할을 할 수 있다. 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)는 상기 과정을 통해 자외선 광원에서 발생하는 열에 의해 야기되는 자외선량의 감소와 그에 따른 소독성능 저하를 예방할 수 있다.

도 2는 일반적인 미생물의 자외선 흡수 특성을 나타내는 도면이고, 도 3은 종속영양 생물의 박테리아(Heterotrophic Bacteria)에 대한 LED 파장별 자외선 소독성능 평가 결과를 나타내는 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, DNA와 RNA에 존재하는 뉴클레오티드는 파장 200~300nm의 자외선을 선택적으로 흡수하고, 일반적으로 최대 흡수율이 나타나는 파장 260nm 부근에서 최대 살균 효과가 발현되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 미생물의 세포 단백질 성분에 의해서도 상당량의 자외선이 흡수되며, 일반적으로 파장 280 nm 부근에서 완만한 흡수 밴드를 나타내고 있어 이들 복합파장의 자외선을 조사할 수 있는 자외선 광원을 적용시 미생물에 대한 소독 효과를 향상시킬 수 있음을 예상할 수 있다.

도 4는 코로나19 바이러스 SARS-CoV-2의 자외선 흡수 밴드를 나타내는 도면이고, 도 5는 자외선 영역의 파장별 LED 광원에 관한 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명은 발광다이오드(Light-emitting diode, LED)를 광원으로 사용하여 원하는 목적 파장의 자외선량 방출이 가능하므로 살균하고자 하는 호흡기 감염병 유발 바이러스의 최대 자외선 흡수 밴드에 최적화된 자외선 영역을 선택적으로 적용하여 효과적인 소독 효과를 얻을 수 있음을 예상할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)의 내측 파이프(141) 및 외측 파이프(142)의 나선형 결합부(170)를 가지는 반응부(140)를 포함하는 소독부(101)에 대한 사시도이고, 도 7은 상기 소독부(101)의 4분의 1 단면도이다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 반응부(140)는 외측 파이프(142)와 내측 파이프(141)로 구성된 원통형의 형태로 구성된다. 반응부(140)는 내측 파이프(141)의 직경이 외측 파이프(142)의 직경보다 작으며, 내측 파이프(141)의 외주면 및 외측 파이프(142)의 내주면에 원주 둘레방향으로 순차로 형성된 나선형의 요철(도시되지 않음)에 의하여 나사 형태로 결합되는 나선형 결합부(170)를 포함할 수 있다. 즉, 반응부(140)는 비용접 나선형 조립방식으로 외측 파이프(142)에 체결된 내측 파이프(141)의 매몰 깊이를 조절할 수 있다. 이 때, 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)의 나선형 이동에 의해 발생할 수 있는 반응부(140)의 밀봉성 저하를 방지하기 위하여 내측 파이프(141) 외주면과 외측 파이프(142)의 내주면 사이의 나선형 결합부(170)에 탄성 소재의 씰(seal)링(171)을 추가할 수 있다.

공급부(120)는 내측 파이프(141)의 일측 일면에 배치되어 유입된 외부 오염공기를 자외선에 노출하여 반응시킨다.

배출부(150)는 외측 파이프(142) 상단의 일측에 위치하여 소독된 공기를 배출할 수 있다.

내측 파이프(141)는 타측 일면이 개방된 형태로, 외부로부터 유입된 오염 공기가 내측 파이프(141)의 일측 일면에 배치된 공급부(120)를 통과하여 유입되고, 먼저, 내측 파이프(141) 내에서 광원부(130)와 대향하여 이동하며 소독 처리된다.

외측 파이프(142)는 내측파이프의 광원부(130)와 근접한 개방된 타측 일면을 통과한 공기가 흐름 방향을 전환하여 유입되어 자외선 광원에 의해 재소독 처리된다.

여기서, 자외선 광원의 단위면적당 방출되는 자외선량은 수은 램프를 사용하는 종래기술 대비 작게는 수십 배에서 크게는 수백 배 높아 양호한 소독 성능을 확보하기 위해서는 반응부(140) 내부의 유로 및 특히 자외선 광원 인접부에서의 유로 내 균질한 공기흐름을 확보하는 것이 매우 중요하다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 자외선 소독장치(100)는 반응부(140)의 내측 파이프(141) 및 외측 파이프(142)의 나선형 결합 구조에 의하여 당초에 주어진 조건과 달리 송풍 유량을 변경하여 운전하여야 하는 경우, 자외선 광원 인접부에서 균질한 공기흐름을 확보할 수 있도록 내측 파이프(141)와 자외선 광원 사이의 이격거리(L) 조절이 상시 가능하다. 바람직하게는 상기 내측 파이프(141)의 타측 종단과 외측 파이프(142)의 타측 종단의 이격거리(L)는 5mm일 수 있으나, 통과하는 공기량에 따라 조절될 수 있다.

제어부(160)는 송풍부(110)의 동작 신호가 전달되면 반응부(140) 내로 유입되는 유량을 감지하고 상기 측정된 송풍 유량값에 따라 나선형 결합부(170)에 의하여 체결된 내측 파이프(141) 또는 외측 파이프(142)를 회전하는 방식으로 구동하여, 내측 파이프(141)와 자외선 광원 사이의 이격거리(L)를 조절할 수 있다. 제어부(160)는 미리 설정된 송풍 유량값의 상한값 및 하한값을 설정하고, 상한값 초과인 경우, 이격거리(L)가 늘어나도록 하고, 하한값 미만인 경우, 이격거리(L)가 줄어들도록 할 수 있다. 또한, 송풍 유량값은 복수의 단계로 설정하여 각각의 단계에 따라 이격거리(L)를 단계적으로 조절할 수도 있다. 상기와 같이 송풍 유량의 변경과 동시에 이격거리(L)을 조절함으로써, 공기 흐름의 균질성이 저하되는 것을 사전에 방지하여, 소독 효율을 높일 수 있다. 반응부(140)는 이러한 내측 파이프(141)와 외측 파이프(142)의 나선형 결합 구조는 소독 장치의 단순한 조작을 통하여 공기흐름을 조절하고 자외선 광원에 대한 공기 접촉 효율을 극대화하도록 할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)의 내측 파이프(141) 및 외측 파이프(142)의 나선형 결합부(170)를 가지는 반응부(140)에 공기 정류판(172) 또는 정류판 삽입 슬롯(173)이 포함된 소독부(101)에 대한 사시도이고, 도 9는 상기 소독부(101)의 4분의 1 단면도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 정류판(172)은 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)의 자외선 광원 인접부에서 공기흐름을 균질하게 조절한다.

정류판 삽입 슬롯(173)은 정류판(172)을 삽입하거나, 또는 정류판(172)을 제거하는 통로이다. 정류판 삽입 슬롯(173)은 여닫이 구조 또는 미닫이 구조로 정류판(172)이 삽입되거나 제거된 후 공기가 유출되지 않도록 밀폐될 수 있다. 정류판 삽입 슬롯(173)은 반응부(140)의 내측 파이프(141)에 비용접 체결 방식으로 삽입될 수 있다. 예를 들면, 정류판 삽입 슬롯(173)은 내측 파이프(141)과 외측 파이프(142)에 개폐 가능한 개구부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 정류판(172)은 개구부가 열린 상태로 개구부를 통하여 내측 파이프(141)의 내부면에 형성된 가이드 레일에 따라 삽입 및 슬라이드됨으로써 탈착 가능하게 할 수 있다. 정류판(172)이 정류판 삽입 슬롯(173) 내로 체결 완료되면, 개구부는 닫힌 상태로 밀폐를 유지한다.

자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)는 정류판(172)과 정류판 삽입 슬롯(173)을 각각 추가하거나 또는 복수개 추가할 수도 있다. 광원부(130)로부터 정류판(172), 정류판 삽입 슬롯(173)의 순서로 형성할 수도 있고, 또한 역의 순서로 형성할 수도 있으며, 3개 이상을 형성하는 경우, 그 외의 순서로 형성하는 것도 가능하다.

도 10은 반응부(140)의 내측 파이프(141)와 자외선 광원 사이의 이격거리(L) 조절에 따른 공기 흐름 변화와 그에 따른 자외선 광원 인접부의 공기 흐름의 균질성을 나타낸 도면이다.

도 10에 나타난 바와 같이, 본 발명은 내측 파이프(141) 및 외측 파이프(142)의 나선형 결합 구조에 의한 반응부(140) 내 이격거리(L) 조절 수단은 공기 유입(즉, 송풍) 유량 조건을 당초에 주어진 조건과 달리할 때에도 내측 파이프(141)의 종단과 자외선 광원 사이의 이격거리(L)를 조절하는 것에 의하여 공기흐름의 균질성을 유지하고 자외선 광원에 대한 공기 접촉 효율을 극대화할 수 있음을 확인할 수 있다.

도 10의 (a)에서 나타낸 바와 같이, 반응부(140)는 공기 유입 유량이 당초에 주어진 조건보다 적을 경우, 내측 파이프(141)의 종단과 자외선 광원 사이의 이격거리(L)를 줄여 자외선 광원 인접부에서의 공기 흐름을 균질하게 유지할 수 있다.

도 10의 (b)에서 나타낸 바와 같이, 반응부(140)는 공기 유입 유량이 당초의 조건을 유지하는 경우, 내측 파이프(141)의 종단과 자외선 광원 사이의 이격거리(L) 또한 유지하여, 자외선 광원 인접부에서의 공기 흐름을 균질하게 유지할 수 있다

도 10의 (c)에서 나타난 바와 같이, 반응부(140)는 공기 유입 유량이 당초에 주어진 조건보다 많을 경우, 내측 파이프(141)의 종단과 자외선 광원 사이의 이격거리(L)를 늘려 자외선 광원 인접부에서의 공기 흐름을 균질하게 유지할 수 있다.

도 11은 자외선을 이용한 공기 소독 장치(100)의 반응부(140)에 적용 가능한 반사체 종류에 따른 UV 반사특성을 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 반응부(140)의 내벽은 PTFE 등 일반의 과불화합물 중 어느 하나를 반사체로 채택하여 코팅함으로써 자외선 광원인 LED로부터 전달되는 자외선량이 반응부(140) 내의 표면에서 흡수되어 소모되는 현상을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 반응부(140)는 반사체를 구성하는 반사물질로 폴리테트라 플루오르 에틸렌 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제4 실시예에 따른 채널구조의 매립형 자외선 챔버를 적용한 자외선을 이용한 공기 소독 장치(200)의 평면도 및 사시도를 나타내는 도면이다.

도 12를 참조하면, 제4 실시예에 따른 자외선을 이용한 공기 소독 장치(200)는 흡입부(210), 제1 광원부(230), 제2 광원부(240) 및 배출부(220)를 포함한다.

흡입부(210)는 외부로부터의 오염 공기를 챔버 내로 주입하도록 송풍팬을 구비하며, 송풍팬의 작동이 감지되는 경우, 자외선 광원이 점등되고, 공기의 이동에 대향하여 자외선을 조사한다.

흡입부(210)는 적어도 하나 이상의 격벽으로 구성된 챔버의 일측 하단에 위치하여 공기를 챔버 내부 방향으로 주입한다. 이 때, 흡입부(210)는 송풍 압력에 영향을 주지 않는 범위의 필터를 추가 구성할 수 있고, 해당 필터 표면은 자외선 흡수제를 도포하여 자외선 누출을 방지할 수 있다.

제1 광원부(230)는 흡입부(210)와 마주하도록 챔버 내부의 상측에 복수개 구비되어 흡입부(210)를 통해 주입된 공기의 이동에 대향하여 제1 자외선을 조사한다. 예를 들어, 제1 광원부(230)는 파장 265nm에서 최대 자외선량을 나타내는 제1 자외선을 조사할 수 있다.

제2 광원부(240)는 챔버의 하측에 복수개 구비되어 제1 광원부(230)를 거쳐 격벽을 통과한 공기의 이동에 대향하여 제2 자외선을 조사한다. 예를 들어, 제2 광원부(240)는 파장 278nm에서 최대 자외선량을 나타내는 제2 자외선을 조사할 수 있다.

제1 광원부(230) 및 제2 광원부(240)는 제1 자외선 및 제2 자외선을 조사하는 적어도 하나 이상의 자외선 광원을 포함할 수 있으며, 이 때, 제1 광원부(230) 및 제2 광원부(240)는 채널 방식의 배열을 통해 챔버 내부의 격벽을 통과하는 공기의 이동에 대향하여 자외선을 조사할 수 있다. 이를 통해, 제1 광원부(230) 및 제2 광원부(240)는 자외선과 공기 내의 미생물이 반응하는 유효체류시간을 극대화하고, 오염된 공기에 존재하는 미생물의 DNA/RNA 및 단백질(proteins) 영역을 동시에 공격함으로써 파장 265nm 또는 파장 278nm 중 어느 한 종류만을 사용하는 경우와 비교하여 더 높은 소독 성능을 달성하고 최대 살균 효과를 발현할 수 있다.

배출부(220)는 적어도 하나 이상의 격벽으로 구성된 챔버의 타측 하단에 위치하여 자외선 챔버를 통과하며 정화된 공기를 외부로 배출한다. 이 때, 배출부(220)는 송풍 압력에 영향을 주지 않는 범위의 필터를 추가 구성할 수 있고, 해당 필터 표면은 자외선 흡수제를 도포하여 자외선 누출을 방지할 수 있다.

자외선 챔버는 PTFE 등 일반의 과불화합물 중 어느 하나를 반사체로 채택하여 코팅함으로써 자외선 광원으로부터 전달되는 자외선량이 챔버 내부와 격벽의 표면에서 흡수되어 소모되는 현상을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 반응부(140)는 반사체를 구성하는 반사물질로 폴리테트라 플루오르 에틸렌 또는 알루미늄을 포함할 수 있다.

자외선 챔버는 매립형으로 구성할 수 있다. 예를 들어, 사무실, 학교, 버스, 지하철 등 다중이용시설의 천장 내부에 설치하며, 흡입부(210)와 배출부(220)는 설치 환경에 따라 위치를 자유롭게 조정할 수 있다. 이를 통하여, 이용자들의 신체 중 어느 일부라도 광원 또는 광원으로부터 조사된 자외선에 노출되는 것을 차단하고, 이용자 재실 상황에서도 항시 안전한 사용이 가능할 수 있다.

전술한 내용들로 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 자외선을 이용한 공기 소독 장치
101: 소독부
102: 방열부
110: 송풍부
120: 공급부
130: 광원부
140: 반응부
141: 내측 파이프
142: 외측 파이프
143: 유로조절부
150: 배출부
160: 제어부
CB: 냉각블록
P: 펌프
R: 라디에이터
F: 냉각팬
T: 저장탱크
L: (종단)이격거리
S: 온도센서
170: 나선형 결합부
171: 씰(seal)링
172: 정류판
173: 정류판 삽입 슬롯
200: 자외선을 이용한 공기 소독 장치
210: 흡입부
220: 배출부
230: 제1 광원부
240: 제2 광원부

Claims

자외선을 이용한 공기 소독 장치에 있어서,
유입되는 공기를 광원부에서 조사되는 자외선에 노출하여 소독하는 소독부;
상기 광원부를 냉각하기 위한 방열부; 및
상기 소독부와 상기 방열부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
상기 소독부는,
내측 파이프 및 외측 파이프가 결합된 구조로 형성되는 반응부를 포함하고,
상기 유입되는 공기는 상기 광원부에 대향하여 이동하며 소독 처리되고, 상기 내측 파이프의 개방된 타측 일면을 통과하여 공기의 흐름 방향을 전환하며, 상기 내측 파이프와 상기 외측 파이프 사이의 통로를 통해 되돌아오는 과정에서 재소독 처리되고,
상기 반응부는
상기 내측 파이프 및 상기 외측 파이프에 나선형 결합부를 포함하고, 상기 나선형 결합부를 통하여 상기 내측 파이프의 종단과 상기 광원부 사이의 이격 거리를 조절하고,
상기 내측 파이프의 자외선 광원 인접부에 정류판을 포함하거나, 또는 정류판 삽입 슬롯을 포함하는
자외선을 이용한 공기 소독 장치
제1 항에 있어서,
상기 나선형 결합부는 상기 제어부에 송풍부의 동작 신호가 전달되면 상기 반응부 내로 유입되는 유량을 감지하고, 측정된 송풍 유량값에 따라 상기 내측 파이프 또는 상기 외측 파이프를 회전하는 방식으로 구동되는
자외선을 이용한 공기 소독 장치
제1 항에 있어서,
상기 광원부는 이용자가 수동으로 점등하거나, 또는 송풍부의 동작 신호가 전달되면 자동으로 점등되는 자외선을 이용한 공기 소독 장치
제1 항에 있어서,
상기 광원부는 파장 265nm 및 278nm에서 각각 최대 자외선량을 나타내는 복수의 광원을 포함하는 자외선을 이용한 공기 소독 장치
제1 항에 있어서,
상기 반응부는 자외선이 반사되는 반사체가 코팅된 내벽을 포함하는 자외선을 이용한 공기 소독 장치
제1 항에 있어서
상기 방열부는,
상기 광원부와 맞닿아 접하여 냉각수와 열교환 하는 냉각블록;
상기 냉각블록 내의 상기 냉각수 온도를 측정하는 온도센서; 를 포함하고,
상기 측정된 냉각수의 온도 측정값에 따라 상기 제어부에서 냉각속도를 단계적으로 조절하는 자외선을 이용한 공기 소독 장치
제6 항에 있어서,
상기 제어부는 적정온도의 상한값 및 하한값을 미리 설정하고, 적정 온도 상한 설정값을 초과하는 경우 적정 온도 하한 설정값에 도달할 때까지 냉각속도를 단계적으로 조절하는 자외선을 이용한 공기 소독 장치
제6 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 광원부를 이용자가 수동으로 점등하거나, 또는 송풍부의 동작 신호가 전달되어 상기 광원부가 자동으로 점등되면 자동으로 펌프를 가동하는
자외선을 이용한 공기 소독 장치