KR101929423B1

KR101929423B1 - 플라즈마 이온화 발생장치

Info

Publication number: KR101929423B1
Application number: KR1020170031718A
Authority: KR
Inventors: 박창준; 이대영; 이규찬; 조태준; 박정철
Original assignee: 주식회사 코어밸런스
Priority date: 2017-03-14
Filing date: 2017-03-14
Publication date: 2019-03-14
Also published as: KR20180104878A

Abstract

본 발명은 액체를 저장하고 공급하기 위한 액체 저장 공급부, 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 생성부, 상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 활성산소종으로 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부 및 상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부를 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치에 관한 것이다.

Description

플라즈마 이온화 발생장치{A PLASMA IONIZATION GENERATOR DEVICE}

본 발명은 플라즈마 이온화 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플라즈마 발생을 위한 액체의 미세 액적이 일정한 크기 이하만 플라즈마 발생부에 유입될 수 있는 플라즈마 이온화 발생장치에 관한 것이다.

플라즈마는 기체에 에너지를 가함에 따라 전자와 이온으로 분리되어 공간 중에 전자와 이온으로 공존하는 입자들의 집합체이며, 자유 입자에 가까운 브라운 동동을 하면서도 전체적으로 중성을 유지하므로 전기적으로 이온화된 전도성 가스라고 할 수 있다.

이러한 플라즈마의 극대화된 반응성을 이용하는 기술은 만성 상처나 피부 질환 치료, 조직 공학, 종량 치료, 치과 치료 등을 예로 들 수는 있는 바이오 메디칼 분야, 플라즈마 발생에 의해 생성되는 활성종의 살균이나 탈취 기능을 이용한 공기질 제어 또는 오염 물체의 멸균/소독 분야, 새로운 물질의 합성이나 가공 방법의 개선을 위한 공업 분야 등의 다양한 분야에서 그 활용 가치가 대두되고 있다.

상업적 또는 공업적으로는 장벽 방전(BD : barrier discharge), 플라즈마 제트 또는 코로나 방전 방식으로 발생시킨 대기압 저온 플라즈마가 많이 연구되고 응용되고 있으며, 특히, 인간 생활 상에 직접으로 관련된 바이오 메디칼분야 또는 멸균/소독 분야 등에서는 불활성 가스를 주입하면서 바늘 전극 구조에 고전압을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 제트 기술이 응용되고 있다.

이러한 플라즈마 발생기에 관련된 종래기술로서, 한국등록특허 제10-1407672호(2014.06.13.)에서는 고전압을 인가하는 평행 평판의 두 전극 사이에 유전체를 개재하여 플라즈마를 발생시키는 유전체 장벽 방전(DBD : dielectric barrierdischarge)을 이용한 대기압 저온 플라즈마 발생기에 관해 기재되어 있다.

하지만, 종래 기술에 따른 플라즈마 발생기는 가스 주입을 위한 구조 및 플라즈마 생성을 위한 구조가 복잡하게 구성되거나, 또는 발생시킨 전자와 이온의 재결합에 의한 플라즈마의 소멸을 고려하여 플라즈마가 발생되는 부위를 플라즈마 처리 대상물에 근접시키는 구조를 갖추어서, 실제 다양한 용도로 사용하는 데 제한을 받고 있으며, 또한, 실제 사용할 용도에 따라서는 휴대용으로 구성하는 것이 사용 용도를 다변화할 수 있지만, 종래기술에 의해서는 휴대용으로 구성하더라도 그 구조에 의해 사용 용도가 한정될 뿐만 아니라 휴대용에 따른 사용 편리성 및 사용 시간에도 제한을 받을 수 있다.

이러한 플라즈마 발생기의 구조를 살펴보면, 한국등록특허 제10-1478267호(2014.12.31.)는 플라즈마 스프레이 장치 및 액체 전구체를 플라즈마 가스흐름에 도입시키는 방법에 관한 것으로, 스프레이 액체 또는 고농도 액체 코팅인 액체 전구체를 플라즈마 토치의 플라즈마 가스 흐름 내로 다소 완전하게 통과시키려는 것을 목적으로 하는 플라즈마 스프레이 장치를 개략적으로 도시한 것이며, 이를 도 1에 도시하였다.

상기 도 1을 보다 상세히 설명하면, 이는 상기 플라즈마 스프레이 장치는 가열 존 내에서 플라즈마 가스를 가열하기 위한 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 플라즈마 토치는 플라즈마 가스 흐름을 형성하기 위한 노즐 본체를 포함하며, 상기 플라즈마 토치는 상기 노즐 본체의 중앙 종축을 따라 형성된 개구부를 가진다. 상기 개구부는 플라즈마 가스의 유입구를 구비한 수렴부, 상기 개구부의 최소 단면적(斷面積)부를 포함하는 스로트(throat)부, 및 상기 플라즈마 가스 흐름의 배출구를 구비한 발산부를 가지며, 액체 전구체를 상기 플라즈마 가스 흐름 내로 유입시키기 위한 유입관을 구비하는 것을 특징으로 한다.

한편, 이러한 플라즈마 스프레이 장치는 플라즈마를 이용한 소독 및 멸균 장치의 용도로서, 이용될 수 있다.

일반적으로 실험실, 의약품 제조시설, 식품과 제약 등의 무균 조제 및 제조 시설은 청정한 멸균 상태의 관리가 요구되며, 이러한 멸균은 세척(cleaning) 또는 소독(disinfection) 등과는 달리 물리적, 화학적 작용을 통하여 살아있는 모든 종류의 미생물을 완전히 제거하는 높은 수준의 처리를 의미할 수 있다. 이를 위해, EO(산화에틸렌, ethylene oxide)가스, 증기, 과산화수소, 플라즈마 등을 사용가능하며, 이중 EO(산화에틸렌)는 독성과 폭발의 위험이 있으며, 증기는 고온 및 습기노출 가능한 제품에만 사용이 가능한 한계가 있어, 과산화수소 및 플라즈마 멸균이 많은 연구가 되고 있다.

이러한 과산화수소 및 플라즈마를 이용한 멸균 장치에 대한 종래기술로서, 등록특허공보 제10-1534817호(2015.07.06)에서는 공기 유입 통로를 형성하는 이중 제트 노즐의 구조로 구성함으로써, 기존의 단일 제트 노즐로 분무되는 입자 사이즈보다 더욱 미세한 입자 사이즈로 분무될 수 있도록 하는 이중제트노즐을 구비하는 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치에 관해 기재되어 있으나, 이는 노즐을 이중으로 구비해야 하며, 입자의 크기를 완벽하게 제어할 수 없는 단점이 있고, 이로 인해 사용자가 원하지 않는 크기 범위를 가지는 과산화수소 입자가 외부로 방출되어 오염을 높일 수 있는 단점을 가진다.

등록특허공보 제10-1407672호(2014.06.13.) 등록특허공보 제10-1478267호(2014.12.31.) 등록특허공보 제10-1534817호(2015.07.06.)

본 발명은 그 구조를 간소화하여 구성하기에 용이하고, 20um 이하 크기로 생성된 미세입자를 플라즈마 발생 장치에 유입시켜 플라즈마를 발생함으로써, 원하는 입자 크기를 조절할 수 있는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 플라즈마 이온화 발생장치의 응용으로서, 액체로서 과산화수소를 사용하며, 과산화수소의 공기 중 오염을 없애는 동시에 과산화수소 용액의 사용효율을 100% 가까이 높여줄 수 있는 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치를 제공하는 것을 발명의 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 플라즈마화 하고자 하는 액체를 저장하고 공급하기 위한 액체 저장 공급부; 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하고, 이를 액적의 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 생성부; 상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부; 및 상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부;를 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명의 상기 플라즈마 이온화 발생장치의 미세입자 생성부는 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하는 인젝터; 및 상기 인젝터로부터 생성되는 액적을 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 분리기;를 포함하는 것을 특징으로 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 미세입자 분리기는 사이클론 분리기(cyclone separator), 데미스터(demister) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 미세입자 생성부에서 분리되어 플라즈마 발생장치부로 이송되는 미세입자 액적의 크기는, 이송되는 전체 입자의 크기 분포에 있어, 80% 이상이 20 um 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 미세입자 분리기에서 플라즈마 발생장치부로 이송되지 않는 미세입자는 액체 저장 공급부로 이동하여 회수되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 인젝터는 동축 인젝터, 충돌형 인젝터, Cross-flow형 인젝터, Babington형 인젝터 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 이온화 발생장치는 상기 미세입자 생성부내 인젝터가 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하거나 또는 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 플라즈마 발생 장치부로 이송하기 위해, 에어 공급부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명은 플라즈마화 하고자 하는 액체를 저장하고 공급하기 위한 액체 저장 공급부; 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 생성부; 상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부; 및 상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부;를 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 미세입자 생성부는 초음파 진동자에 의해서 소정의 크기 이하의 미세입자를 상기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 이온화 발생장치는 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하기 위해, 에어 공급부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 미세입자 생성부는 상기 초음파 진동자를 제어하기 위한 초음파 제어부를 추가적으로 포함함으로써, 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체의 액적화를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마 이온화 발생장치는 미세입자 생성부로 액체를 공급하기 위해, 상기 액체 저장 공급부와 미세입자 생성부 사이에 액체를 이동시키기 위한 펌프를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 플라즈마화 하고자 하는 액체는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명은 그 구조를 간소화하여 구성하기에 용이하고, 20um 이하 크기로 생성된 미세입자를 플라즈마 발생 장치에 유입시켜 플라즈마를 발생함으로써, 원하는 입자 크기를 조절할 수 있는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치는 과산화수소를 액체로서 사용하여 소독 또는 멸균 장치로서 사용될 수 있다. 이 경우에 과산화수소 미세입자가 사용자가 원하는 일정크기 이하, 예컨대 20um 이하, 또는 15 um이하의 크기만 플라즈마 발생부에 유입하여 이온화 효율을 높임으로서 살균 또는 멸균의 효과가 높으며, 일정크기 이상의 과산화수소 미세입자는 과산화수소 저장부로 이동함에 따라 과산화수소 액의 사용 효율이 매우 높일 수 있어, 과산화수소의 공기 중 오염을 없애는 동시에 과산화수소 용액의 사용효율을 100 % 가까이 높여줄 수 있는 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 과산화수소 플라즈마 스프레이 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치내 미세입자 생성부를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치부를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른, 미세입자 생성부에 사이클론 분리기가 포함된 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른, 플라즈마 이온화 발생장치의 3차원 외면도를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른, 미세입자 생성부에 초음파 진동자가 포함된 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른, 미세입자 생성부에 초음파 진동자가 포함된 과산화수소 플라즈마 이온화 발생장치의 일부의 외면도와 구성요소의 일부를 절개한 영역을 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 플라즈마화 하고자 하는 액체를 저장하고 공급하기 위한 액체 저장 공급부; 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하고, 이를 액적의 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 생성부; 상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 활성산소종으로 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부; 및 상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부;를 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

본 발명에서의 상기 액체 저장 공급부는 플라즈마화 하고자하는 액체를 저장하고 공급하기 위한 것으로, 통상적으로 쉽게 산화되지 않는 고분자 재료, 예컨대 polyethylene (PE) 재질을 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 액체 저장 공급부는 플라즈마화에 의해 이온화하여 분산될 수 있는 액체를 사용할 수 있으면 종류에 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예컨대 살균 또는 멸균을 하기 위하여 과산화수소 수용액 또는 메틸알콜 등을 포함하는 용액이 액체 저장 공급부에 저장될 수 있다.

특히, 상기 과산화수소 수용액은 실험실, 우수의약품 제조시설(GMP), 동물 사육 시설, 생물학적 안전 등급(BSL 3등급)의 생물 안전과 식품 및 제약 등의 무균 조제 및 제조 시설에서 내부 실험실 및 생산 룸의 멸균을 위해 사용하기 위한 세척 용액에 해당된다.

또한, 메틸알콜 수용액은 70 ~ 75 %의 수용액에서 살균력이 강하고 수지, 피부, 수술기구를 살균할 때 사용되는 동일 소독제이며, 무포자균에 아주 효과적인 소독제이기 때문에 메틸알콜 수용액을 액체 저장 공급부에 저장되어 살균 또는 멸균을 하기 위하여 사용될 수 있다.

또한, 본 발명에서의 액체 저장 공급부에는 화장수와 같은 미용수를 포함할 수 있다. 본 플라즈마 이온화 발생장치의 액체 저장 공급부에 상기 미용수를 포함하는 수용액을 포함하여 플라즈마 이온화를 하는 경우에는 다량의 수산화기 등 특정 가스를 발생시킴으로써 피부미용의 효과를 극대화 시킬 수 있는 효과가 있기 때문에 화장수와 같은 미용수를 액체 저장 공급부에 저장되어 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

또한, 상기 액체 저장 공급부에는 다른 물질을 코팅을 할 수 있는 코팅액 수용액을 포함할 수 있다. 본 발명에서의 플라즈마 이온화 발생장치는 액체 저장 공급부의 수용액 또는 용액을 분무화하는 것으로 액체 저장 공급부에 다른 물질을 코팅할 수 있는 코팅 용액 등을 플라즈마 이온화 하는 경우에는 고르게 분무되어 코팅을 할 수 있기 때문에 액체 저장 공급부에 코팅액을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치내의 미세입자 생성부는 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하고, 액적의 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 생성하는 역할을 하며, 이를 위해 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하기 위한 인젝터 및 상기 인젝터로부터 생성되는 액적을 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 분리기를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 인젝터의 종류로서는 동축형 인젝터 또는 충돌형 인젝터, Cross-flow형 인젝터, Babington형 인젝터 중에서 선택될 수 있으며, 상기 인젝터는 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 미세입자 생성부에 액체를 뿜어 줄 뿐만 아니라, 추가적으로 포함되는 에어 공급부에서 공급되는 에어와 잘 섞이도록 일정한 크기의 액적으로 분무될 수 있도록 한다.

또한, 상기 에어 공급부는 미세입자 생성부 내 인젝터가 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하거나 또는 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 플라즈마 발생 장치부로 이송하기 위한 역할을 할 수 있다.

또한 본 발명에서의 미세입자 생성부내 미세입자 분리기는 상기 인젝터로부터 생성되는 액적을 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자 액적만을 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 역할을 하며, 상기 미세입자 분리기는 사이클론 분리기(cyclone separator) 또는 데미스터(demister) 중에서 선택되어 사용될 수 있고, 바람직하게는 사이클론 분리기를 사용하여 미세입자 액적을 분리하도록 할 수 있다.

상기 사이클론 분리기의 경우에, 이는 에어 공급부(202)를 통해 유입되는 에어에 의하여 고속의 와류가 발생되어 와류에 대한 원심력으로 큰 입자는 내벽에 부딪혀서 제거되고 미세입자 액적만 플라즈마 발생 장치부로 이송시킬 수 있다.

도 2는 본 발명의 미세입자 생성부의 일 실시예로, 미세입자 분리기의 한 예인 사이클론 분리기(201)와 인젝터의 한 예인 동축형 인젝터(203)를 포함하고 있는 미세입자 분리기(201)의 내부 구조도를 도시하였다.

도 2에 따르면, 액체 저장 공급부로부터의 액체는 동축형 인젝터를 통하여 미세입자로 액적화되어 사이클론 분리기로 유입된다. 이때 동축형 인젝터 부근의 에어 공급부의 에어로 인해 액적화된 미세입자는 사이클론 분리기에서 액적 흐름의 회전운동에 따른 와류현상이 일어나며, 이로 인한 원심력으로 인해 특정 크기(예: 20um) 이하의 미세입자만 플라즈마 발생 장치부로 이동을 하며, 플라즈마 발생 장치부로 이송되지 않는, 특정크기 이상의 미세입자는 액체 저장 공급부로 이동하여 회수될 수 있다.

본 발명에서 플라즈마 발생 장치부로 이송되는 미세입자 액적의 크기는 이송되는 전체 입자의 크기 분포에 있어서, 80% 이상이 20um 이하의 크기를 갖도록 할 수 있으며, 바람직하게는 미세입자 액적의 크기는 이송되는 전체 입자의 크기 분포에 있어서, 80% 이상이 15um 이하의 크기를 갖도록 할 수 있고, 더욱 바람직하게는 80% 이상이 10 um 이하의 크기를 갖도록 할 수 있다.

이를 위해서, 상기 사이클론 분리기의 크기(직경 및 높이)를 적절하게 조절할 수 있고, 또한 상기 인젝터로 유입되는 에어의 압력과 인젝터 노즐의 크기를 적절히 조절할 수 있다.

한편, 상기 플라즈마 발생 장치부로 이송되는 미세입자 액적의 크기는 수 μm 크기에서부터 100 μm 이상의 크기 사이의 가우시안 분포를 가질 수 있다. 여기서, 상기 이송되는 입자의 크기가 20 um이상을 가지는 경우에 분무입자들은 플라즈마를 통과할 때 이온화되지 못하고 일부 혹은 전체가 휘발하여 증기 상태로 나가게 되어, 플라즈마 이온화 발생장치의 효율을 저하시키며, 또한 액체로서 과산화수소, 메탄올 등을 사용하는 경우에는 환경오염의 원인이 될 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 상기 사이클론 분리기, 데미스터 등의 미세입자 분리기를 이용하여 일정크기 이하의 미세액적만을 플라즈마 안으로 주입되도록 함으로써, 앞서의 문제점을 해결하며, 아울러 플라즈마 발생 장치 주변 또는 살균 및 멸균이 필요한 공간의 오염을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

이를 위해 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치에서의 미세액적은 사용자가 원하는 입자크기로 조절가능하며 이를 위해서, 이송되는 전체 입자의 크기 분포에 있어, 80% 이상이 20 um 이하의 크기를 가질 수 있고, 바람직하게는 15 μm 이하의 크기를 갖도록 할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10 um 이하의 크기를 갖도록 할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 미세입자 분리기에서 플라즈마 발생장치부로 이송되지 않는 미세입자에 해당하는, 일정범위이상의 크기의 액적(예컨대, 20um 크기를 초과하는 미세입자 액적)은 다시 액체 저장 공급부로 이송되어 회수됨에 따라 액체의 사용 효율을 높일 수 있으며, 상기 액체의 사용 효율은 거의 100%에 가깝게 사용될 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명에서의 플라즈마 이온화 발생장치는 상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 플라즈마에 의해 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치부를 도시한 것으로, 도 3의 상단 그림은 플라즈마 발생 장치부의 단면도를 도시하였고, 하단부에는 일반적으로 사용될 수 있는 플라즈마 발생 장치부의 구조 및 작동 상태를 도시하였다.

일 실시예로서, 본 발명에서의 상기 플라즈마화 하고자 하는 액체가 과산화수소에 해당하는 경우에 플라즈마에 의해 이온화되는 미세입자 액적은 일부가 활성산소종으로 이온화되어 소독 또는 멸균의 효과를 가지게 할 수 있다.

보다 상세하게는, 액체 저장 공급부에 포함된 액체가 과산화수소 용액인 경우, 이온화된 활성산소종(ROS)은 OH-, H+, O2-로 이온화되어, 공간 내부 또는 장소의 멸균을 처리하게 되고, 이온 처리되지 않은 입자는 분해되거나 공기 중으로 사라지게 된다. 과산화수소를 통해 이온화된 활성산소종(ROS)에서 살균에 직접 관여하는 이온은 수산화 이온(OH-, 일명 Hydroxyl Radical)이며, 그와 동반하여 활성 산소(O2-, Radical Oxygen)가 지질, 단백질, DNA 등 세포 구성 물질을 멸균 처리하게 된다.

또한, 본 발명에서의 플라즈마 발생 장치부는 전극에 생성된 플라즈마 방전을 통해 이온화된 미세입자 분자를 생성시키고, 그물 형태의 강한 양전하 장을 생성하며, 에너지 장을 통하여 멸균을 위한 공간 내부 또는 장소로 이동이 가능하게 한다.

여기서 도 3내 플라즈마 발생 장치부 외부(302)는 고분자 또는 금속 등의 재질로 구성되며, 미세입자 생성부로부터 이송되는 미세입자(액적) 유입관과 플라즈마 발생을 위한 내부전극 등을 보호하며, 이의 내부에 과산화수소 액 미세입자 유입관(303)을 구비할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치는 상기 미세입자 생성부내 인젝터가 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하거나 또는 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 플라즈마 발생 장치부로 이송하기 위해, 에어 공급부(305)를 추가적으로 포함할 수 있다.

또한 상기 과산화수소 액 미세입자 유입관과 플라즈마 발생 장치부 외부(302)사이에 전원 연결부(304)을 통해 플라즈마를 생성할 수 있는 내부 전극를 구비할 수 있고, 플라즈마 발생 장치부 외부(302)에 접지 전극(Ground,301)을 구비하도록 한다. 또한 플라즈마 발생 장치부 외부(302)와 과산화수소 액 미세입자 유입관(303) 외부의 사이에 에어 공급부(305)를 구비하여, 에어 공급부에서 주입되는 에어와 과산화수소 액 미세입자 유입관으로부터 분사되는 과산화수소 액적이 노즐부위에서 합쳐지면서 플라즈마화된 과산화수소액적이 외부로 분사되도록 한다.

상기 플라즈마 발생 장치부의 외부에는 PEEK(poly ether ether ketone)로 구성할 수 있으며, 외부전극(그라운드)과 내부전극 사이의 간격에 따라 플라즈마 방전 특성이 달라질 수 있으므로, 반복 실험에 의해 원하는 플라즈마 방전 특성이 나타나도록 그 간격을 정하여야 할 것이다.

한편, 상기 내부전극 및 외부전극은 금속 재질로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 스텐리스강 재질로 구성될 수 있다.

또한, 플라즈마 발생 장치부의 내부 포함되는 미세입자 액적이 유입되는 유입관은 금속, 고분자 또는 석영관 등이 사용가능하며, 바람직하게는 고온에서도 견디며, 산에도 강한 성질을 갖고 있으며, 가공이 용이하기 때문에 석영관을 사용할 수 있다.

플라즈마 방전을 위한 DC 혹은 AC 파형의 전기를 내부전극과 외부전극 간에 인가받으면 유전체 장벽 방전(DBD : dielectric barrier discharge)에 의해 플라즈마 방전하게 되며, 이에, 플라즈마 발생 장치부의 플라즈마 방전은 미세입자 유입관을 통과하는 미세입자 액적에 작용하여서 플라즈마화 된 액적(미스트)로 변경하여 통과하게 한다. 즉, 앞서 정의한 바와 같이 액체가 과산화수소인 경우에, 플라즈마화된 액적은 전자 및 이온뿐만 아니라 OH 라디칼, 여기된 원자/분자 또는 오존이 혼합된 미스트로 변경된다.

본 발명은 과산화수소를 액체로서 사용하는 경우에, 상기 과산화수소 액적을 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자만을 플라즈마 발생 장치부로 이용하여 플라즈마화함으로써, 종래에 플라즈마를 이용하여 과산화수소 액적을 플라즈마화 하는 경우보다 액적의 플라즈마화 효율을 높일 수 있으며, 살균 또는 멸균이 필요한 공간 내부 또는 장소 등 미세한 공간의 멸균 효과가 증대될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 이온화 발생장치의 단면도를 도 4에 도시하였고, 도 5에서는 플라즈마 이온화 발생장치의 3차원 외면도를 도시하였다.

상기 도 4 및 도 5를 참조하면, 플라즈마 이온화 발생장치는 액체 저장 공급부(100)와 미세입자 생성부(200) 및 플라즈마 발생 장치부(300)를 포함하여 구성된 것을 볼 수 있고, 상기 미세입자 생성부에 사이클론 분리기 및 인젝터가 포함된 것을 나타내고 있으며, 또한 상기 미세입자 생성부로 액체를 공급하기 위해, 상기 액체 저장 공급부와 미세입자 생성부 사이에 액체를 이동시키기 위한 펌프를 추가적으로 포함하는 구성이 도시되어 있다.

또한, 본 발명은 상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(미도시)를 포함할 수 있고, 이는 공지된 직류 또는 교류의 형태를 사용할 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예로서, 본 발명은 플라즈마화 하고자 하는 액체를 저장하고 공급하기 위한 액체 저장 공급부; 상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 생성부; 상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 활성산소종으로 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부; 및 상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부;를 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치를 제공한다.

여기서, 상기 미세입자 생성부는 초음파 진동자에 의해서 소정의 크기 이하의 미세입자를 상기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 것을 특징으로 할 수 있다. 일반적으로 초음파진동자를 사용하는 초음파분무기를 사용하면 분무입자가 모두 10 μm 이하의 입자들로 생성되기 때문에 앞서의 동축 인젝터와 사이클론 입자분리기 조합을 사용하는 방식을 대체할 수 있다.

즉, 상기 미세입자 생성부는 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 생성함에 있어서, 초음파 진동자에 의해 소정의 크기 이하의 미세입자 액적으로 생성하는 것을 특징으로 한다.

상기 초음파 진동자는 액체 저장 공급부로부터 유입된 액체를 직접적으로 미세입자 액적으로 생성시키는 구성요소로, 상기 초음파 진동자는 미세입자 생성부의 바닥면에 위치하도록 한다.

즉, 액체 저장 공급부로부터 유입되는 액체를 초음파 진동자의 진동에 의해 미세입자 액적으로 생성하며, 진동을 가해 얻어지는 미세입자 액적이 미스트와 같은 형태로 플라즈마 발생 장치부로의 이동이 용이하기 때문에 초음파 진동자는 미세입자 생성부의 바닥면에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 초음파 진동자는 수정 진동자, 티탄산-바륨계 자기 진동자, 볼트고정 랑지방진동자(BLT), 바이모르트형 진동자 또는 페라이트 진동자 중 선택되어 사용될 수 있다.

또한, 상기 초음파 진동자의 초음파 주파수 등을 제어하기 위한 초음파 제어부를 상기 미세입자 생성부에 추가적으로 포함함으로써, 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체의 액적화를 제어할 수 있다.

상기 초음파 진동자의 초음파 주파수(f)는 20 내지 50 kHz 인 것이 바람직하며, 상기의 범위로 초음파 진동자를 제어하는 것이 과산화수소 액 미세입자를 10 um 이하로 생성할 수 있기 때문에 상기의 범위로 제어를 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 플라즈마 이온화 발생장치가 초음파 진동자를 포함함으로써, 사이클론 분리기 등의 미세입자 분리기를 대체하는 경우에도 상기 플라즈마 이온화 발생장치는 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하기 위해, 에어 공급부를 추가적으로 포함할 수 있다.

도 6은 액체 저장 공급부와, 초음파 진동자를 포함하는 미세입자 생성부(200) 및 플라즈마 발생 장치부(300)가 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치의 단면도를 도시한 그림이고, 도 7은 이의 부분 절단을 통한 외부면과 단면을 동시에 도시한 그림이다.

도 6 및 도 7에 따르면, 상기 미세입자 생성부(200)에는 에어 공급부(202)가 추가적으로 포함될 수 있고, 상기 에어 공급부는 초음파 진동자를 통해 생성된 미세입자 액적을 플라즈마 발생 장치부로 이송시켜 주는 역할을 한다.

또한, 상기 플라즈마 이온화 발생장치는 미세입자 생성부로 액체를 공급하기 위해, 상기의 액체 저장 공급부와 미세입자 생성부의 사이에는 추가적으로 펌프가 포함될 수 있으며, 상기 펌프로 인해 액체 저장 공급부에 저장된 과산화수소 등의 액체를 미세입자 생성부로 이동이 용이할 수 있다.

또한, 상기 초음파진동자를 포함하는 플라즈마 이온화 발생 장치도 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(미도시)를 포함할 수 있다.

이상으로 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

100: 액체 저장 공급부
200: 미세입자 생성부
201: 미세입자 분리기 202: 에어 공급부(압축공기 주입부)
203: 인젝터
204, 205: 과산화수소 액 미세입자 이동부
206: 초음파 진동자
300: 플라즈마 발생 장치부
301: 접지전극(Ground) 302: 플라즈마 발생 장치부 외부
303: 과산화수소 액 미세입자 유입관
304: 전원 연결부 305: 에어 공급부

Claims

플라즈마화 하고자 하는 액체를 저장하고 공급하기 위한 액체 저장 공급부;
상기 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하고, 이를 액적의 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자를 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 생성부;
상기 미세입자 생성부로부터 분리된 미세입자 액적의 적어도 일부가 이온화되어 분산되도록 플라즈마 방전을 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치부; 및
상기 플라즈마 발생 장치부에서 플라즈마 방전을 일으키도록 상기 플라즈마 발생 장치부의 전극으로 전원을 공급하기 위한 전원 공급부;를 포함하는 플라즈마 이온화 발생장치에 있어서,
상기 플라즈마 이온화 발생장치의 미세입자 생성부는 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하는 인젝터; 및 상기 인젝터로부터 생성되는 액적을 크기에 따라 분리하여 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 하기 플라즈마 발생 장치부로 이송하는 미세입자 분리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 미세입자 분리기는 사이클론 분리기(cyclone separator), 데미스터(demister) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 미세입자 생성부에서 분리되어 플라즈마 발생장치부로 이송되는 미세입자 액적의 크기는, 이송되는 전체 입자의 크기 분포에 있어, 80% 이상이 20 um 이하의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 미세입자 분리기에서 플라즈마 발생장치부로 이송되지 않는 미세입자는 액체 저장 공급부로 이동하여 회수되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 인젝터는 동축 인젝터, 충돌형 인젝터, Cross-flow형 인젝터, Babington형 인젝터 중에서 선택하여 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 플라즈마 이온화 발생장치는 상기 미세입자 생성부 내 인젝터가 액체 저장 공급부로부터 공급된 액체를 액적화하여 분사하거나 또는 소정의 크기 이하의 미세입자 액적을 플라즈마 발생 장치부로 이송하기 위해, 에어 공급부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
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제1항에 있어서,
상기 플라즈마 이온화 발생장치는 미세입자 생성부로 액체를 공급하기 위해, 상기 액체 저장 공급부와 미세입자 생성부 사이에 액체를 이동시키기 위한 펌프를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.
제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마화 하고자 하는 액체는 과산화수소인 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온화 발생장치.