차량용 HVAC 시스템의 살균을 위한 UV-C LED 광학 모듈의 설계에 관한 연구
Design of a UV-C LED Based Optical Module for Sterilization in Automotive HVAC Systems
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초록
현대인의 생활양식 변화로 인해 실내 활동 시간이 증가함에 따라 밀폐된 공간에서의 공기질 관리 중요성이 점차 부각되고 있다. 차량은 그 중에서도 대표적인 협소·밀폐 공간으로, 차량 공조장치(heating, ventilation, air conditioning, HVAC) 내부의 습윤 환경은 미생물의 증식과 바이오필름 형성을 촉진하여 악취 발생, 건강상의 위험, 그리고 시스템 효율 저하를 유발한다. 본 연구에서는 차량용 HVAC 필터를 대상으로 자외선 발광다이오드(UV-C LED)를 이용한 살균용 광학 모듈을 설계하고, 조도 분포를 분석하여 살균 성능을 평가하였다. 중심 파장 275 nm, 광출력 90 mW의 UV-C LED를 사용하여 필터의 곡면 구조에 적합한 3 × 3 어레이를 구성하였으며, 광선 추적 시뮬레이션을 통해 조도 균일 성을 검토하였다. 시뮬레이션 결과, 최소 조도 110.60 μW/cm 2 , 평균 조도 137.32 μW/cm 2 , 균일도 80.6%를 달성하여 목표 기준(≥80%)을 충족함을 확인하였다. 본 연구 결과는 차량용 공조 시스템 내 미생물 제어 및 공기질 개선을 위한 UV-C LED 기반 살균 기술의 적용 가능성을 제시한다.
Abstract
As modern lifestyles have led to increased indoor activity, maintaining air quality in enclosed environments has become increasingly important. Vehicles represent typical confined spaces where the humid conditions inside heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems facilitate microbial growth and biofilm formation, resulting in unpleasant odors, health risks, and reduced system efficiency. This study proposes a UV-C light-emitting diode (LED) based sterilization optical module designed for automotive HVAC filters. The irradiance distribution of the module was analyzed to evaluate its sterilization performance. A 3 × 3 UV-C LED array with a central wavelength of 275 nm and an optical output of 90 mW was configured to match the curved geometry of the filter. Ray-tracing simulations demonstrated uniform irradiance distribution, achieving a minimum irradiance of 110.60 μW/cm 2 , an average irradiance of 137.32 μW/cm 2 , and a uniformity of 80.6%, thereby meeting the target criterion (≥80%).