KR101837132B1

KR101837132B1 - 가정용 플라즈마 살균장치

Info

Publication number: KR101837132B1
Application number: KR1020170157488A
Authority: KR
Inventors: 전덕수
Original assignee: (주)준시스
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2018-03-09
Also published as: US11344642B2; CN111344022A; US20200360550A1; WO2019103444A1

Abstract

이하 개시된 내용은 플라즈마를 이용하여 가정 내의 생활용품을 살균하는 가정용 플라즈마 살균장치에 관한 것이다.
일 실시예에 의한 가정용 플라즈마 살균장치는, 살균챔버 내의 살균 대상물을 살균하기 위해 플라즈마를 발생시키는 다수개의 플라즈마 전극모듈과, 살균챔버와 연통되며 챔버 내부의 유해가스를 제거하기 위한 촉매필터가 구비된 유해가스 제거부와, 플라즈마 전극모듈에 전력을 공급하는 전원공급부와, 전원공급부의 전력공급을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 다수개의 플라즈마 전극모듈이 순차적으로 전력을 공급받도록 하되 전체적으로 연속성을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

가정용 플라즈마 살균장치{PLASMA STERILIZER FOR HOUSEHOLD USE}

이하 개시된 내용은 플라즈마를 이용하여 가정 내의 생활용품을 살균하는 가정용 플라즈마 살균장치에 관한 것이다.

최근 들어 여러 감염성 질병이 발생됨에 따라 이러한 질병을 예방하는 기술에 대한 중요성이 부각되고 있다. 특히 면역력이 상대적으로 약한 영유아나 노약자의 경우 병원균에 노출되었을 때 쉽게 감염될 우려가 있어 가정에서 이들이 사용하는 생활용품을 간편하게 소독할 수 있는 살균장치에 대한 관심이 증대되고 있다.

종래의 경우 고온의 스팀을 이용하는 살균장치나 자외선을 이용한 살균장치가 주로 사용되었지만 전자의 경우 사용자가 화상을 당할 위험이 있었고 일부 플라스틱이나 합성수지로 만든 생활용품들은 인체 유해성으로 인해 사용에 제약이 따랐으며 후자의 경우 자외선의 특성상 음영지역이 발생하여 살균의 효과가 떨어지고 시간이 오래 걸리는 단점이 존재하였다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 대한민국 등록특허 제10-1012442호의 대기압 플라즈마를 이용한 살균장치 등 다양한 플라즈마 살균장치들이 개시되고 있다. 그러나 종래 플라즈마 살균장치들의 경우 살균효과를 높이기 위해 단일의 플라즈마 발생용 전극에 고압 전류를 연속적으로 가하여 플라즈마를 발생시킴에 따라 방전 전극에 과도한 에너지가 집중되었고 그 결과 고열의 발생과 함께 전극에 부정적 영향을 주는 화학적 반응이 촉진되어 전극이 소실되는 문제점이 있었다.

KR

10-1012442

B1

상술한 문제점을 해결하기 위하여, 수명이 향상되고 살균성능이 개선된 가정용 플라즈마 살균장치를 제공함에 있다.

또한 저렴한 비용으로 제작할 수 있는 가정용 플라즈마 살균장치를 제공함에 있다.

일 실시예에 의한 가정용 플라즈마 살균장치는, 살균챔버 내의 살균 대상물을 살균하기 위해 플라즈마를 발생시키는 다수개의 플라즈마 전극모듈과, 살균챔버와 연통되며 챔버 내부의 유해가스를 제거하기 위한 촉매필터가 구비된 유해가스 제거부와, 플라즈마 전극모듈에 전력을 공급하는 전원공급부와, 전원공급부의 전력공급을 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 다수개의 플라즈마 전극모듈이 순차적으로 전력을 공급받도록 하되 전체적으로 연속성을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 플라즈마 전극모듈은 네 개로 이루어져 상기 살균 챔버의 상하, 좌우에 각각 대칭적으로 구비될 수 있다.

또한, 플라즈마 전극모듈은 유전체 재질의 기판, 방전전극 및 유도전극을 포함하되, 기판은 FR-4로 이루어질 수 있다.

한편, 촉매필터의 촉매제는 산화구리 18 내지 26 mol% 및 이산화망간 74 내지 82 mol%를 포함할 수 있다.

개시된 내용에 따르면, 플라즈마 전극모듈을 개선함으로써 수명이 연장되고 살균성능이 증대되는 효과가 있다.

또한 저렴한 비용으로 제작할 수 있으며 살균챔버 내의 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 일 실시예에 따른 가정용 플라즈마 살균장치의 사시도.
도 2는 도 1의 내부를 개략적으로 보인 블록도.
도 3a는 도 2에 도시된 플라즈마 전극모듈의 상면과 하면을 보인 예시도.
도 3b는 도 2에 도시된 플라즈마 전극모듈의 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 플라즈마 전극모듈에 전력이 인가되는 방법을 보이기 위한 예시도.
도 5는 도 2에 도시된 유해가스 제거부의 구성인 촉매제의 오존 분해율을 보이기 위한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 가정용 플라즈마 살균장치에 대하여 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 가정용 플라즈마 살균장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면 일 실시예에 따른 가정용 플라즈마 살균장치는 내부에 살균챔버 등의 주요구성을 수용하는 하우징(10)과, 살균대상물 처리를 위해 열고 닫음에 따라 살균챔버(100, 도 2참조)를 밀폐 개방하는 도어(12)와, 바닥에 맞닿아 살균장치가 좌우로 움직이지 않도록 지지하는 지지틀(14)을 구비할 수 있다.

하우징(10)은 다양한 형태로 이루어질 수 있으나 살균 대상물을 용이하게 넣고 뺄 수 있도록 육면체 형태로 이루어짐이 바람직하다. 한편, 도어(12)에는 용이하게 열고 닫을 수 있도록 손잡이(12a)가 마련되고 중앙부에는 살균챔버(100)의 내부를 볼 수 있도록 투명창(12b)이 설치될 수 있다.

도 2는 도 1의 내부를 개략적으로 보인 블록도이며, 도 3a는 도 2에 도시된 플라즈마 전극모듈의 상면과 하면을 보인 예시도이고, 도 3b는 도 2에 도시된 플라즈마 전극모듈의 단면도이다.

도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 가정용 플라즈마 살균장치는 살균챔버(100)와, 다수개의 플라즈마 전극모듈(120)과, 유해가스 제거부(140)와, 전원공급부(160)와, 제어부(180)를 포함한다.

살균챔버(100)는 내부에 가정에서 사용되는 생활용품 등의 살균대상물을 위치시켜 살균하기 위한 챔버로서 일측에 개구부(미도시)가 마련되며 도어(12)의 열고 닫음에 따라 밀폐 또는 개방된다. 살균챔버(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 사각 형태로 이루어짐이 바람직하나 이에 한정되지 않고 구형이나 원통형 등 다양한 형태로 제작될 수 있음은 물론이다.

플라즈마 전극모듈(120)은 살균챔버(100) 내부의 대기압 상태에서 플라즈마를 발생시키기 위한 장치로서, 유전체 재질의 기판(122)과, 기판(122)의 하면에 구비되는 유도전극(126)과, 상면에 구비되며 고압의 전력에 의해 플라즈마 방전이 일어나는 방전전극(124)을 포함한다. 여기서, 기판(122)은 다양한 유전체 재질의 기판으로 이루어질 수 있으나 절연성이 우수하고 가격이 비교적 저렴한 Fiberglass 계열의 FR-4기판으로 이루어짐이 바람직하다. 종래의 경우 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene:PTFE) 또는 세라믹 재질의 유전체 기판을 주로 사용하였으나 유전율이 낮고 고비용으로 인하여 제조단가가 상승되는 문제점이 있었다. 또한 기판(122)은 고압의 전력에 견딜 수 있는 동시에 플라즈마 방전이 잘 발생할 수 있도록 0.4mm 두께로 이루어짐이 바람직하다.

다수개의 플라즈마 전극모듈(100)은 살균챔버(100)의 내부 중심을 기준으로 서로 대칭적으로 배치되며 바람직하게는 네 개로 이루어져 살균챔버(100)의 상하, 좌우에 각각 대칭적으로 배치될 수 있다. 이 경우 살균챔버(100) 내의 살균대상물에 플라즈마가 골고루 확산될 수 있고 후술할 전원공급부(160)의 전력공급 효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다. 한편 살균장치의 용량이 커서 보다 많은 플라즈마 발생량이 요구될 경우 두 개 이상의 플라즈마 전극모듈을 한 조로 하여 다수로 구비될 수 있다.

전원공급부(160)는 제어부(180)의 제어에 의해 다수개의 플라즈마 전극모듈(120)에 전력을 공급하는 역할을 하게 되는데 대기압 상태에서 플라즈마를 발생하기 위해 고압의 전력을 송출하게 된다. 제어부(180)에 의한 전원공급 인가방법에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.

유해가스 제거부(140)는 살균챔버(100)와 연통되며 살균챔버(100) 내부의 유해가스를 제거하기 위한 촉매필터(142)를 포함하며 살균챔버(100) 내의 유해 가스가 포함된 공기를 촉매필터(142)로 이동시키기 위한 송풍팬(144)을 더 포함할 수 있다. 살균챔버(100) 내에서 고전압에 의해 플라즈마 발생할 경우 오존이나 질소산화물 등과 같은 인체 유해가스가 동반하게 되는데 이때 유해가스가 포함된 공기는 송풍팬(144)에 의해 유해가스 제거부(140)로 이동하게 되고 여기서 촉매필터(142)의 촉매제에 의해 정화되어 다시 송풍팬(144)에 의해 살균챔버(100) 내부로 이동하게 된다.

이때 사용되는 촉매제는 산화구리(CuO) 18 mol% 이상 및 이산화망간(MnO2) 74 mol% 이상을 주성분으로 하고 기타 소량의 산화알루미늄(Al₂O₃)을 포함할 수 있다. 다만 촉매제의 오존 분해율을 극대화하기 위해 산화구리(CuO) 18 내지 26 mol% 및 이산화망간(MnO2) 74 내지 82 mol%를 포함하도록 함이 바람직하다. 한편 촉매제는 다양한 형태로 제작될 수 있으나 촉매효율을 극대화하기 위하여 직경 3mm 내외인 펠렛(Pellet)입상으로 이루어짐이 바람직하다.

도 4는 도 2에 도시된 플라즈마 전극모듈에 전력이 인가되는 방법을 보이기 위한 예시도이다. 참고로 도 4의 (a) 내지 (d)는 도 2의 네 개의 전극모듈 각각에 전력이 공급되는 상태를 보이도록 한 전력공급파형을 나타낸 것이며, (a)에서 P는 전압, Q는 주기, D는 Duty Ratio를 나타낸다.

도 4를 참조하면, 제어부(180)는 다수개의 플라즈마 전극모듈(120)이 일정 주기로 순차적으로 전력을 공급받도록 하되 전체적으로 연속성을 갖도록 제어하게 된다. 가령, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 플라즈마 전극모듈(120)에 전력이 ON상태가 되면 다른 세 개의 플라즈마 전극모듈(120)에는 전력이 인가되지 않는 OFF 상태가 되며, 일정 시간이 지난 후 제1 플라즈마 전극모듈(120)에 인가되는 전력이 OFF상태가 되면 다음 제2 플라즈마 전극모듈(120)에 전력이 공급되고 이때 나머지 세 개의 플라즈마 전극모듈에는 전력이 인가되지 않는 OFF상태가 된다. 이러한 방식으로 제3 및 제4 플라즈마 전극모듈(120)에도 순차적으로 전력이 공급된다. 이에 따르면 플라즈마 전극모듈(120) 각각은 일정 주기로 전력을 공급받게 되고 플라즈마 전극모듈(120) 전체로 보았을 땐 전력 공급이 연속성을 갖게 되어 살균챔버(100) 내에는 플라즈마가 연속적으로 발생하게 된다.

상기의 구성에 따르면, 단일 또는 다수의 플라즈마 전극모듈(120)에 동시에 연속적으로 전력이 인가될 경우의 과도한 에너지 집중으로 인한 고열 발생과 전력 누설을 방지할 수 있어 살균장치의 수명을 연장시키는 이점이 있다. 또한 각 플라즈마 전극모듈(120)이 살균챔버(100) 내부에 고루 분산 배치될 수 있어 살균 대상물의 적재 위치에 상관없이 균일한 살균효과를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 5는 도 2에 도시된 유해가스 제거부의 구성인 촉매제의 오존 분해율을 보이기 위한 그래프이다.

도 5의 경우 촉매제의 성분을 산화구리(CuO) 18 내지 26 mol% 및 이산화망간(MnO2) 74 내지 82 mol%를 포함하도록 구성하였을 때의 오존 분해율을 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이 32℃ 이상의 온도조건에서 97% 이상의 분해효율을 보였으며 40℃ 이상의 경우 거의 100%에 가까운 분해율을 보이고 있다. 이는 일반적으로 사용되는 히터가열에 의한 고온 분해법이나 단순히 이산화망간만을 촉매제로 사용하는 방법, 활성탄 등을 흡착제로 이용하여 분해하는 방법 등에 비하여 동일 조건하에서 월등히 높은 수치임을 나타낸다. 이에 따라 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 살균장치는 오존 등의 유해가스 분해효율이 뛰어나고 빠른 정화처리가 가능한 이점이 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 하우징 12: 도어
14: 지지틀 100: 살균챔버
120: 플라즈마 전극모듈 122: 기판
124: 방전전극 126: 유도전극
140: 유해가스 제거부 142: 촉매필터
144: 송풍팬 160: 플라즈마 전원공급부
180: 제어부

Claims

살균챔버;
상기 살균챔버 내의 살균 대상물을 살균하기 위해 플라즈마를 발생시키는 다수개의 플라즈마 전극모듈;
상기 살균챔버와 연통되며 상기 살균챔버 내부의 유해가스를 제거하기 위한 촉매필터가 구비된 유해가스 제거부;
상기 플라즈마 전극모듈에 전력을 공급하는 전원공급부; 및
상기 전원공급부의 전력공급을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는 다수개의 상기 플라즈마 전극모듈이 일정 주기로 순차적으로 전력을 공급받도록 하되 전체적으로 연속성을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 하는 가정용 플라즈마 살균장치
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 전극모듈은 네 개로 이루어져 상기 살균 챔버의 상하, 좌우에 각각 대칭적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 가정용 플라즈마 살균장치
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 전극모듈은 유전체 재질의 기판, 상기 기판의 상면과 하면에 각각 구비되는 방전전극과 유도전극을 포함하되, 상기 기판은 FR-4로 이루어진 것을 특징으로 하는 가정용 플라즈마 살균장치
제1항에 있어서,
상기 촉매필터의 촉매제는 산화구리(CuO) 18 내지 26 mol% 및 이산화망간(MnO2) 74 내지 82 mol%를 포함하는 것을 특징으로 하는 가정용 플라즈마 살균장치