KR20200073829A - Uvc led를 이용한 덕트용 레이저 살균기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 덕트 내부의 모든 영역을 살균할 수 있는 덕트용 레이저 살균기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기는 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 일측과 일정 각도를 가진 상태에서 고정 체결된 제2 프레임의 일측을 포함하는 제2 프레임 및 이격된 제1 프레임과 제2 프레임을 상호 연결하는 제3 프레임을 포함하는 덕트용 UVC LED 케이스; 상기 제3 프레임 상에 형성되는 LED PCB에 안착되는 UVC LED 모듈; 및 상기 UVC LED 모듈로부터 일정 거리 이격된 상태에서 상기 제1 프레임의 종단에 형성된 제1 홈부와 상기 제2 프레임의 종단에 형성된 제2 홈부에 각각 일부가 인입되는 볼록렌즈를 포함한다.

Description

UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기{Laser Sterilizer for duct using UVC LED}

본 발명은 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 덕트 내부의 모든 영역을 살균할 수 있는 덕트용 레이저 살균기에 관한 것이다.

도심에는 많은 빌딩들이 있고, 빌딩의 공조기는 냉, 난방된 공기를 여러 경로의 덕트를 통해 각 사용처로 공급을 하고, 사용된 공기는 에너지 절감을 위해 일부 공기는 재사용하며, 나머지 공기는 외부로 배출한다. 덕트 내부는 냉, 난방 및 가습 등으로 항상 젖어 있어 세균이 번식하기에 좋은 조건을 제공해 준다.

상술한 이유로 인해 2003년도에는 SARS가 호텔의 공조 덕트를 통해 각 객실로 전염되었고, 2015년도에는 MERS가 병원의 공조 덕트가 병원균의 전염경로가 되었다.

기존 덕트용 살균기는 오존을 이용한 오존 살균기와 자외선램프를 덕트에 삽입하여 사용하는 자외선 살균기가 대표적인 살균기이다. 오존 살균기는 가격이 저렴하다는 장점은 있으나, 인체에 유해하여 사용이 제한되며, 자외선램프 살균기는 근거리 살균에는 유리하나, 거리가 멀어질수록 살균력이 현저히 저하되는 문제점이 있다. 이외에도 자외선램프 살균기는 수명이 짧고, 소비전력이 커서 유지 보수비가 많이 소요된다는 단점을 가지고 있다.

도 1은 기존 자외선램프 살균기의 살균조도에 따른 거리를 도시하고 있다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 기존 자외선램프 살균기는 근거리 살균에는 유리하나, 거리가 멀어질수록 살균력이 역지수 함수적으로 현저하게 저하된다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 상술한 바와 같이 거리에 상관없이 덕트 내를 살균할 수 있는 방안이 요구된다.

한국공개특허 제2018-0053846호(발명의 명칭: UVC 엘이디를 이용한 조립형 살균장치) 한국등록특허 제10-1234756호(발명의 명칭: 자외선 엘이디를 이용한 휴대용 자외선 살균기)

본 발명이 해결하려는 과제는 거리에 상관없이 우수한 살균력을 갖는 덕트용 레이저 살균기를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 유지보수비용이 저렴한 덕트용 레이저 살균기를 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 용이하게 장착이 가능한 덕트용 레이저 살균기를 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기는 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 일측과 일정 각도를 가진 상태에서 고정 체결된 제2 프레임의 일측을 포함하는 제2 프레임 및 이격된 제1 프레임과 제2 프레임을 상호 연결하는 제3 프레임을 포함하는 덕트용 UVC LED 케이스; 상기 제3 프레임 상에 형성되는 LED PCB에 안착되는 UVC LED 모듈; 및 상기 UVC LED 모듈로부터 일정 거리 이격된 상태에서 상기 제1 프레임의 종단에 형성된 제1 홈부와 상기 제2 프레임의 종단에 형성된 제2 홈부에 각각 일부가 인입되는 볼록렌즈를 포함한다.

본 발명에 따른 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기는 UVC LED 모듈 전방에 볼록렌즈를 장착하여 UVC LED 모듈로부터 발산되는 자외선을 평행광 형태로 발산되도록 하여 덕트 내부의 살균력을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 복수의 UVC LED 모듈이 형성된 케이스를 일정 간격으로 덕트 내부에 장착하여 덕트 내부의 공기 흐름을 방해하지 않고 덕트 내부를 살균할 수 있다.

이외에도 복수의 UVC LED 모듈이 형성된 케이스를 덕트 내부에 장착 및 탈거가 용이하도록 하여 유지 보수비용이 저렴하다는 장점이 있다.

도 1은 UVC LED 살균기의 거리에 따른 살균조도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 덕트용 UVC LED 케이스 구조를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 제1 홈부와 제2 홈부에 인입되는 렌즈 어레이를 구성하는 렌즈의 형상을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 어레이 형태로 구성된 볼록렌즈를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 볼록렌즈(또는 렌즈)가 인입된 덕트용 UVC LED 케이스를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 복수의 덕트용 UVC LED 케이스가 내장된 살균 유니트를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 살균 유니트가 결합되는 덕트 구조를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 덕트의 내부에 설치된 반사판과 볼록거울을 도시하고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 덕트용 UVC LED 케이스 구조를 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 덕트용 UVC LED 케이스 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 2에 의하면, 덕트용 UVC LED 케이스는 일정 각도를 갖는 삼각기둥 형상을 갖는다. 부연하여 설명하면, 덕트용 UVC LED 케이스(200)는 제1 프레임(205) 및 제1 프레임(205)과 일정 각도를 갖는 상태로 형성된 제2 프레임(210)으로 구성된다. 제1 프레임(205)은 일정 두께를 갖는 평판 타입으로 형성되며, 타측 종단은 복수의 렌즈로 구성된 렌즈 어레이가 인입되는 제1 홈부(205a)가 형성된다. 제2 프레임(210) 역시 일정 두께를 갖는 평판 타입으로 형성되며, 타측 종단은 렌즈 어레이가 인입되는 제2 홈부(210a)가 형성된다.

물론 제1 프레임(205)의 일측 종단과 제2 프레임(210)의 일측 종단은 일정 각도를 유지한 상태에서 체결부재(미도시)에 의해 체결된다.

제1 프레임(205) 상의 한 지점과 제2 프레임(210) 상의 한 지점은 제3 프레임(215)에 의해 연결되며, 제1 프레임(205)의 일측 종단에서 제1 프레임 상의 한 지점까지의 거리는 제2 프레임(210)의 일측 종단에서 제2 프레임 상의 한 지점까지의 거리와 동일하다.

제3 프레임(215) 상에는 LED PCB(220)가 안착되며, 안착된 LED PCB(220) 상에는 UVC LED 모듈(225)이 안착된다.

또한, 제1 프레임(205)의 타측 종단에 형성된 제1 홈부(205a)와 제2 프레임(210)의 타측 종단에 형성된 제2 홈부(210a)는 서로 대향하며, 제1 홈부(205a)에는 렌즈 어레이의 일측이 인입되며, 제2 홈부(210a)에는 렌즈 어레이의 타측이 인입된 상태로 고정된다.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 제1 홈부와 제2 홈부에 인입되는 렌즈 어레이를 구성하는 렌즈의 형상을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 제1 홈부와 제2 홈부에 인입되는 렌즈 어레이를 구성하는 렌즈의 형상에 대해 알아보기로 한다.

도 3에 의하면, 본 발명에서 제안하는 렌즈는 볼록렌즈이며, 일측은 제1 곡률을 가지며, 타측은 제2 곡률을 갖는다. 제1 곡률은 제2 곡률보다 상대적으로 크다.

부연하여 설명하면, 볼록렌즈는 일정 두께를 가지며, 단면이 직사각형 형상을 갖는 제1 부분, 제1 부분의 일측에 형성되며, 제1 곡률을 갖는 제2 부분 및 제1 부분의 타측에 형성되며, 제2 곡률을 포함하는 제3 부분으로 형성된다.

제2 부분은 동일한 곡률을 갖는 반면, 제3 부분은 상이한 곡률을 갖는다. 제3 부분은 가운데 영역인 제1 영역은 제2 곡률을 갖는 반면, 종단인 제2 영역은 제1 영역의 종단에서 제1 부분의 종단까지 라운드 처리한다. 이에 대해서는 도 2에서 명확하게 도시하고 있다.

본 발명에서 제안하는 볼록 렌즈의 재질은 자외선과 같은 단파장의 투과효율이 좋으며, 투과되는 자외선의 변형이 없는 석영(Quarts)이나 광학 액상 실리콘라바(Liquid Silicone Rubber for Optical) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 볼록렌즈의 표면은 자외선과 같은 단파장의 투과효율이 좋은 CaF, MgF₂에 실리카 등을 용융한 반사방지용 코팅액을 도포하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 어레이 형태로 구성된 볼록렌즈를 도시하고 있다. 이하 도 4를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 어레이 형태로 구성된 볼록렌즈에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 4a에 의하면, 렌즈 어레이는 원형 형태로 형성된 볼록렌즈가 일정 간격으로 복수 개의 형성된다. 또한, 상술한 바와 같이 볼록렌즈는 직사각형 형태의 제1 부분, 제1 부분의 일측에 형성되며 제1 곡률을 갖는 제2 부분 및 제1 부분의 타측에 형성되며, 제2 곡률을 포함하는 제3 부분으로 형성됨을 알 수 있다.

또한, 도 4는 두 가지 유형의 렌즈 어레이를 도시하고 있다. 하나의 렌즈 어레이는 단면이 원형인 볼록렌즈가 복수 개 형성된 렌즈 어레이를 도시(도 4a)하고 있으며, 다른 하나는 단면이 직사각형 형태인 제1 부분의 일측은 제1 곡률을 갖는 제2 부분이 연속하여 형성되어 있으며, 타측은 제2 곡률을 갖는 제3 부분이 연속하여 형성된 렌즈 어레이를 도시(도 4ㅠ)하고 있다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 볼록렌즈(또는 렌즈)가 인입된 덕트용 UVC LED 케이스를 도시하고 있다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 볼록렌즈가 인입된 덕트용 UVC LED 케이스에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이 덕트용 UVC LED 케이스를 구성하는 제1 프레임의 종단과 제2 프레임의 종단에는 렌즈 어레이가 인입되어 있으며, 제3 프레임에는 UVC LED 모듈이 장작된 LED PCB이 장착되어 있다. 덕트용 UVC LED 케이스는 UVC LED 모듈에서 발생한 열을 발열시킬 수 있도록 알루미늄 재질로 형성하는 것이 바람직하나, 기타 다른 재질로 형성될 수 있다.

도 5에 도시되어 있는 바와 같이 UVC LED 모듈에서 방사된 자외선은 볼록렌즈에 의해 평행광으로 광 경로로 변경된다. 부연하여 설명하면, UVC LED 모듈에서 발산되는 자외선은 방사 방향으로 발산되나, 본 발명은 UVC LED 모듈의 전단에 볼록렌즈를 형성하여 방사 방향으로 발산되는 자외선을 평행광으로 광 경로를 변경되어 발산된다.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 복수의 덕트용 UVC LED 케이스가 내장된 살균 유니트를 도시하고 있다. 이하 도 6을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 복수의 덕트용 UVC LED 케이스가 내장된 살균 유니트에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 6에 의하면, 살균 유니트는 복수 개의 덕트용 UVC LED 케이스 내장된다. 특히 도 6에 의하면, 덕트용 UVC LED 케이스는 살균 유니트 내에서 적어도 2개의 열로 배치되며, 제1 열과 제2 열에 각각 일정 간격으로 배치된다. 제1 열로부터 살균 유니트의 길이방향으로 일정 거리 이격된 지점인 제2 열에 일정 간격으로 덕트용 UVC LED 케이스가 배치된다. 제1 열에 배치되는 덕트용 UVC LED 케이스의 간격은 덕트용 UVC LED 케이스의 홈부에 인입되지 않은 볼록렌즈의 길이이다.

부연하여 설명하면, 덕트용 UVC LED 케이스에 인입된 렌즈의 직경 중 제1 홈부와 제2 홈부에 인입된 길이를 제외한 잔여길이가 'd'인 경우에, 제1 열에 배치되는 덕트용 UVC LED 케이스는 'd' 간격으로 배치된다. 물론 제2 열에 배치되는 덕트용 UVC LED 케이스 역시 'd' 간격으로 배치된다.

또한, 제2 열에 배치되는 UVC LED 케이스는 제1 열에 배치된 UVC LED 케이스의 사이에 배치된다. 또한, 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 UVC LED 케이스를 삼각기둥 형상으로 형성하여 공기의 흐름을 최대한 방해하지 않도록 한다. 또한, 상술한 바와 같이 제1 열에 배치되는 덕트용 UVC LED 케이스와 제2 열에 배치되는 덕트용 UVC LED 케이스가 동일한 지점에 배치되지 않도록 함으로써 공기의 흐름을 방해하지 않는 동시에 덕트 내부에서 흐르는 공기를 살균할 수 있게 된다.

도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 살균 유니트가 덕트에 체결되는 예를 도시하고 있다. 이하 도 7을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 살균 유니트가 덕트에 체결되는 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다. 특히 도 7은 살균 유니트가 체결되는 덕트의 단면을 도시하고 있다.

도 7에 의하면, 살균 유니트는 절단된 덕트의 사이에 인입된 상태에서 양 측면이 덕트와 체결된다. 이와 같이 본 발명에서 제안하는 살균 유니트는 살균이 필요한 덕트 사이에 인입되는 방식으로 사용된다.

살균 유니트의 외측은 외곽 프레임(601)이 형성되며, 외곽 프레임(601)의 내측에는 가이드 레일 프레임(605)을 포함하며, 가이드 레일 프레임(605)은 일정 간격으로 홈부가 형성되며, 형성된 홈부 상에는 내부 프레임(610)이 인입된다. 부연하여 설명하면, 살균 유니트를 형성하는 외곽 프레임(601)의 내측에 가이드 레일 프레임(605)이 형성된다. 가이드 레일 프레임(605)은 외곽 프레임(601)에 밀착된 제1 부분과 외곽 프레임(601)으로부터 일정 거리 이격된 제2 부분이 교대로 형성된다. 외곽 프레임(601)에 밀착된 제1 부분에는 내부 프레임(610)이 인입되며, 제2 부분에는 UVC LED 모듈을 구동하거나 기타 필요한 케이블이 인입된다. 물론 외곽 프레임(601)은 덕트의 일측과 체결된다. 또한, 필요한 경우 가이드 레일 프레임(605)을 이용하여 덕트와 체결할 수 있다.

내부 프레임(610)은 연결볼트(615)에 의해 덕트용 UVC LED 케이스와 고정 체결된다.

물론 가이드 레일 프레임 및 내부 프레임은 덕트의 상단 뿐만 아니라 하단에도 동일하게 형성된다.

도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 반사판과 볼록거울이 형성된 덕트를 도시하고 있다. 이하 도 8을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 반사판과 볼록거울이 형성된 덕트 내부 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

덕트 내부는 90도 굴절된 부분이 있으며, 이런 부분에서도 자외선을 효과적으로 덕트 내부로 발산하기 위해 90도로 굴절된 부분에 반사판을 형성하며, 덕트의 종단에는 볼록거울을 형성하여 덕트 외부로 자외선이 발산되지 않도록 한다. 또한 볼록거울을 사용하여 자외선이 덕트 내에서 산란되도록 한다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

200: 덕트용 UVC LED 케이스
205: 제1 프레임 210: 제2 프레임
215: 제3 프레임 220: LED PCB
225: UVC LED 모듈
601: 외곽 프레임 605: 가이드 레일 프레임
610: 내부 프레임 615: 연결 볼트

Claims (7)

1. 제1 프레임, 상기 제1 프레임의 일측과 일정 각도를 가진 상태에서 고정 체결된 제2 프레임의 일측을 포함하는 제2 프레임 및 이격된 제1 프레임과 제2 프레임을 상호 연결하는 제3 프레임을 포함하는 덕트용 UVC LED 케이스;
   상기 제3 프레임 상에 형성되는 LED PCB에 안착되는 UVC LED 모듈; 및
   상기 UVC LED 모듈로부터 일정 거리 이격된 상태에서 상기 제1 프레임의 종단에 형성된 제1 홈부와 상기 제2 프레임의 종단에 형성된 제2 홈부에 각각 일부가 인입되는 볼록렌즈를 포함함을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 프레임과 제2 프레임 상에는 제1 거리 간격으로 적어도 두 개의 제3 프레임이 형성되며,
   상기 제1 프레임의 종단에 형성된 제1 홈부와 제2 프레임의 종단에 형성된 홈부에는 상기 제3 프레임의 개수와 동일한 개수를 갖는 볼록렌즈가 형성된 렌즈 어레이의 일부가 인입됨을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 볼록렌즈의 표면은 CaF 또는 MgF₂가 포함된 실리카가 코팅되어 있으며, 상기 볼록렌즈는 석영이나 광학액상 실리콘라바로 형성되며,
   상기 덕트용 UVC LED 케이스는 알루미늄 재질로 형성됨을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 블록렌로 형성됨을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.즈의 단면은,
   직사각형 형상을 갖는 제1 부분, 상기 제1 부분의 일측에 형성되며, 제1 곡률을 갖는 제2 부분 및 상기 제1 부분의 타측에 형성되며, 제1 곡률보다 상대적으로 작은 곡률을 갖는 제2 곡률을 포함하는 제3 부분으
   
5. 제 4항에 있어서,
   살균 유니트 내부의 제1 열과 제2 열에 각각 적어도 2개의 덕트용 UVC LED 케이스가 제2 거리 간격으로 체결되며,
   제2 열에 체결되는 덕트용 UVC LED 케이스는 제1 열에 체결되는 두 개의 덕트용 UVC LED 케이스의 사이에 체결됨을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.
   
6. 제 5항에 있어서, 상기 제2 거리 간격은,
   상기 볼록렌즈의 직경에서 상기 제1 홈부 및 제2 홈부에 인입되지 않은 길이임을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.
   
7. 제 6항에 있어서, 상기 살균 유니트는,
   상기 덕트의 일측에 체결되며, 외측에 형성된 외곽 프레임;
   상기 외곽 프레임에 밀착되는 제1 영역과 상기 외곽 프레임과 일정 거리 이격되는 제2 영역이 교대로 형성된 가이드 레일 프레임;
   상기 제2 영역에 인입되는 내부 프레임;
   상기 내부 프레임과 상기 덕트용 UVC LED 케이스를 체결하는 연결볼트를 포함함을 특징으로 하는 UVC LED를 이용한 덕트용 레이저 살균기.

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