KR101976164B1

KR101976164B1 - 플라즈마 종자처리 장치

Info

Publication number: KR101976164B1
Application number: KR1020180005070A
Authority: KR
Inventors: 송석균; 박미리; 정만기; 강민지; 이윤수
Original assignee: 재단법인 철원플라즈마 산업기술연구원; 강원대학교산학협력단
Priority date: 2018-01-15
Filing date: 2018-01-15
Publication date: 2019-05-07

Abstract

본 발명은 플라즈마 종자처리 장치에 관한 것으로, 마이크로웨이브가 발생되는 마그네트론 안테나; 상기 마이크로웨이브가 전파되는 복수의 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 중심에 배치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 유도 안테나; 상기 진공 챔버 내부에 위치하며, 회전하여 종자를 교반하는 교반 챔버;를 포함할 수 있다.
본 출원에 의하면 친환경 플라즈마를 이용하여 살균처리 이후 추가적인 건조 공정이 필요 없는 건식의 종자살균 장치를 제공한다. 또한, 본 출원에 의하면 친환경 플라즈마를 이용하여 단시간에 살균 효과가 우수한 종자살균 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 출원에 의하면 친환경 플라즈마를 이용하여 살균 후 종자 보관이 편리하여 유통에 크게 도움이 될 수 있는 종자살균 장치를 제공할 수 있다.

Description

플라즈마 종자처리 장치{APPARATUS AND METHOD OF PLASMA TREATMENT FOR SEED}

본 출원은 플라즈마 종자처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 발생으로 종자의 표면 살균을 이루며, 또한 마이크로웨이브 에너지의 일부가 종자 내부의 분자에 전달되어 종자 내부의 살균을 이루는 종자처리 장치 및 종자처리 방법에 관한 것이다.

최근 종자산업 활성화로 인해 종자 시장 규모가 급상승함에 따라, 다국적 종자 기업들의 종자살균, 코팅, 프라이밍(priming), 유전자 조작 등 종자의 품질 향상 기술에 대한 연구 및 개발이 활발하게 진행 중에 있다.

종자살균은 특히 종자전염을 통해 병을 일으키는 식물병원성 미생물 방제에 있어서 병의 확산을 1차적으로 방제할 수 있는 단계이므로 종자 회사에서 매우 중요한 단계이다. 전 세계적으로 이상고온 현상과 친환경재배 면적지의 확대 등으로 종자전염성 식물병의 발생이 증가하고 있다. 환경오염 등의 문제가 대두되고 있어, 화학적 살균제 사용 및 개발을 지양하고 있으며, 이에 따라, 화학적 살균제를 대체 가능한 이체 무해한 친환경 소독제 개발을 목적으로 연구가 활발하게 진행되고 있다.

국내외에서 종자살균은 크게 두 가지 방법, 즉, 온탕 침지법과 종자살균제 활용법으로 이루어지고 있다.

일반적으로 종자살균제 활용법에 의한 종자살균은 이프코나졸, 테브코나졸, 프로클라즈 등 화학제를 종자와 혼합하여 종자 표면 및 침투되어 있는 병원성 미생물을 살균하는 방법으로 살균제에 의한 종자 표면 및 내부 살균 효율이 높으나 살균제가 고가이고, 살균제 처리 환경 및 작업자의 건강에 유해하다. 또한, 살균제 처리가 끝난 후, 종자 세척 및 건조 과정이 추가적으로 발생하여 종자처리 시간이 길고, 추가 공정(세척 및 건조과정)으로 추가비용 발생과 개발된 살균제가 현재 종자 산업의 주를 이루고 있는 곡물류에 초점이 맞추어져 있어, 박과 작물과 같은 과채류 종자 살균 적용에 제한이 있다.

반면에, 친환경적 방법으로 많이 사용되고 있는 온탕 침지법은, NaOCl, H₂O₂ 등 친환경적 수용성 살균제를 사용하여 대량 종자 살균이 가능하나, 종자의 살균 효과가 충분하지 않고, 살균처리 후 건조과정이 필요하여 종자처리 시간이 오래 걸리고, 공정의 추가로 추가 비용이 발생한다는 단점이 있다.

이에 따라, 최근 친환경 종자살균 기술로 플라즈마가 이용되고 있으나, 이는 수용액 상에서 플라즈마를 방전시켜 이온수 또는 과산화수소수를 만들어 살균하는 방법으로, 살균처리 후 역시 종자 건조 단계가 필요한 문제점이 있다.

따라서, 종자살균 처리 단계의 단순화와 종자처리 공정 시간 단축으로 추가비용을 없애고 인체에 무해한 재료를 이용하여 박과 작물의 종자 살균 효율을 높일 수 있는 건식방법의 친환경 종자살균 기술개발이 필요하다.

공개 특허 10-2017-0097274는 비열 플라즈마를 이용한 종자의 살균 및 발아촉진방법에 관한 것으로서 기존에 잘 알려진 코로나방전 플라즈마 제트(CDPJ) 장치를 이용하여 종자의 살균 및 발아촉진방법을 제시한 방법에 관한 공정을 제시한 특허이며, 종자 내부의 세균 살균이 잘 이루어지기 어려운 단점이 있다.

또한, 특허 10-1428525는 수중 종자 플라즈마 처리 방법에 관한 특허로, 이미 알려진 수중 플라즈마 발생 장치를 종자 처리에 맞게 적용 구조 및 방법을 제시하는 특허로 종자 살균 보다는 종자 발아 및 성장 촉진 방법으로 제시하는 것을 특징으로 하는 특허이다.

본 출원의 일 과제는, 플라즈마를 이용하여 건식으로 단시간에 살균 효과가 우수한 종자살균 처리 장치 및 종자살균 방법을 제공하는 것에 있다.

본 출원이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 출원의 일 양상에 따르면, 마이크로웨이브가 발생되는 마그네트론 안테나; 상기 마이크로웨이브가 전파되는 복수의 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 중심에 배치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 유도 안테나; 상기 진공 챔버 내부에 위치하며, 회전하여 종자를 교반하는 교반 챕버;를 포함하는 플라즈마 종자처리 장치가 제공될 수 있다.

상기 복수의 진공 챔버는 상기 마그네트론 안테나를 중심으로 대칭으로 배치될 수 있다. 또는, 상기 복수의 진공 챔버는 상기 마그네트론 안테나를 중심으로 원형으로 배치될 수 있다.

상기 플라즈마 종자처리 장치는, 상기 교반 챔버를 회전시키기 위한 적어도 하나의 회전모터;를 더 포함할 수 있다. 상기 회전 모터는 각 진공 챔버에 있는 교반 챔버들을 연결하여 구동하도록 설치될 수 있다. 또는, 상기 회전 모터가 복수 개이고, 상기 회전 모터는 각 진공 챔버마다 설치될 수 있다.

상기 교반 챔버는, 교반 날개 및 종자처리 공간을 포함할 수 있다.

상기 플라즈마 유도 안테나에 의해 발생된 플라즈마는 종자의 표면을 살균할 수 있다.

상기 마이크로웨이브의 일부는 종자 내부에 전달되어 종자의 내부를 살균할 수 있다.

상기 플라즈마 종자처리 장치는, 상기 마그네트론 안테나에서 발생된 마이크로웨이브가 도파되는 도파관;을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 마이크로웨이브 에너지 매칭을 위하여 상기 도파관 내에 3-stub tuner가 배치될 수 있다. 상기 3-stub tuner는 상기 도파관 내 파장의 λg/4의 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 유도 안테나는 λg/4의 간격으로 배치될 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 종자처리 장치는, 상기 플라즈마 유도 안테나 주위를 감싸는 절연체 튜브;를 더 포함할 수 있고, 상기 절연체 튜브의 일부는 진공 상태에서 밀폐가 유지되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 종자처리 장치는, 상기 교반 챔버 내부에 탈착 가능한 테프론 뚜껑을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 테프론 뚜껑은 종자 크기보다 작은 바람 구멍을 갖을 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 종자처리 장치는, 종자의 투입 및 수거를 위한 도어;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 출원의 다른 양상에 따르면, 마그네트론에 전력을 인가하는 단계; 상기 인가된 전력에 의해 마그네트론 안테나에서 마이크로웨이브가 발생하는 단계; 상기 마이크로웨이브가 진공챔버 내부에 전파되는 단계;를 포함하며, 상기 진공챔버 내부에 전파된 상기 마이크로웨이브 중 일부는 플라즈마를 발생시키도록 사용되고, 상기 마이크로웨이브 중 일부는 종자 내부에 전달되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 종자처리 방법이 제공될 수 있다.

상기 플라즈마 발생에 의해 종자의 표면이 살균될 수 있고, 상기 종자 내부에 전달된 마이크로웨이브에 의해 종자의 내부가 살균될 수 있다.

상기 진공 챔버는 복수 개로 구성될 수 있다.

본 출원의 과제의 해결 수단이 상술한 해결 수단들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 해결 수단들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 출원에 의하면 친환경 플라즈마를 이용하여 살균처리 이후 추가적인 건조 공정이 필요 없는 건식의 종자살균 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 출원에 의하면 친환경 플라즈마를 이용하여 단시간에 살균 효과가 우수한 종자살균 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 출원에 의하면 친환경 플라즈마를 이용하여 살균 후 종자 보관이 편리하여 유통에 크게 도움이 될 수 있는 종자살균 장치를 제공할 수 있다.

본 출원의 효과가 상술한 효과로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치의 정면도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 종자처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치에 의해 처리조건에 따른 처리된 종자의 발아율을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치에 의해 처리조건에 따른 처리된 종자의 외피 및 내부의 살균효과를 나타내는 도면이다.

본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 명확히 설명하기 위한 것이므로, 본 발명이 본 명세서에 기재된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 본 발명의 사상을 벗어나지 아니하는 수정예 또는 변형예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하여 가능한 현재 널리 사용되고 있는 일반적인 용어를 선택하였으나 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 의도, 관례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 다만, 이와 달리 특정한 용어를 임의의 의미로 정의하여 사용하는 경우에는 그 용어의 의미에 관하여 별도로 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가진 실질적인 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 한다.

본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명을 용이하게 설명하기 위한 것으로 도면에 도시된 형상은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필요에 따라 과장되어 표시된 것일 수 있으므로 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에서 본 발명에 관련된 공지의 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 이에 관한 자세한 설명은 필요에 따라 생략하기로 한다.

과거 국내 농업은 협소한 경작규모에서 많은 인구를 부양하기 위해 작물의 내병성 증진 및 생장을 위해 저렴하면서 효과가 좋은 화학 농약에 의존해왔으나, 소비자의 소득 증대로 농산물 소비 선호도가 가격에서 품질 및 안전성으로 이동되고 있다.

전 세계적으로 농업이 친환경 농업을 지향하고 있고, 더불어 국내 농업의 농산물 안전성 기준의 강화와 2005년부터 화학비료 보조금의 정부 지원 중단 및 가축분뇨퇴비 등 유기질 비료 지원으로 인한 10년간 지속적인 농가의 화학농약 및 화학비료의 사용 감소 추세로 기존의 화학농약 등을 대체할 방법 및 소재를 필요로 하고 있다. 이에 따라, 종자살균처리에 많이 사용되는 인체 유해한 화학제를 지양하고 있으며, 플라즈마를 응용한 친환경 종자처리 기술 개발에 관심을 보이고 있다.

플라즈마(plasma)란 제4의 물질상태로 외부에서 가해진 전기장 등에 의해 생성된 이온, 전자, 라디칼 등과 중성입자로 구성되어 거시적으로 전기적 중성을 이루고 있는 물질 상태이다.

이러한 플라즈마 내의 이온, 전자, 라디칼(활성종) 등을 이용하여 살균, 소독, 폐수 및 수돗물 정화, 공기 정화 등 소독 및 환경정화 부분에서 다양하게 응용되고 있다.

구체적으로, 플라즈마에 의한 살균효과는 플라즈마 내의 이온, 전자, 라디칼 및 에너지를 가지는 가스입자의 물리적 충돌 및 강력한 활성에 의한 화학 반응으로 세균의 세포벽을 파괴하는 방식에 의해 나타날 수 있다. 플라즈마를 이용한 살균방법은 플라즈마 처리 후, 오존이나 과산화수소가 다시 산소와 물분자로 환원되기 때문에 부산물, 폐기물 및 독성기체 등이 발생하지 않아 친환경적이다.

이하에서는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치 및 종자처리 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치의 평면도이며, 도 2는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치의 정면도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 플라즈마 종자처리 장치의 구성요소에 대해 상세하게 설명한다.

본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)는, 마그네트론(1), 마그네트론 안테나(2), 도파관(3), 플라즈마 유도 안테나(5), 절연체 튜브(6), 교반 챔버(7), 종자처리 공간(8), 테프론 뚜껑(10), 진공 챔버(13), 도어(14), 회전 모터(15) 등을 포함할 수 있다.

마그네트론(1)은 마이크로웨이브를 발생시키기 위한 구성이며, 상기 마그네트론(1)에 전력을 인가하면 마그네트론 안테나(2)에서 마이크로웨이브가 발생될 수 있다. 상기 마그네트론 안테나(2)로부터 발생된 마이크로웨이브는 도파관(3)을 따라 도파될 수 있다.

플라즈마 유도 안테나(5)는 상기 마이크로웨이브를 이용하여 플라즈마를 발생시키기 위한 구성이다.

보통 반도체 제조 등에 쓰이는 유리, 석영 등 윈도우를 통하여 마이크로웨이브를 조사하는 경우 윈도우 주변에 발생하는 플라즈마가 에너지를 대부분 흡수하며 윈도우 주변에 플라즈마가 강력하게 발생하는 구조로 되어있다. 반면에 본 발명의 플라즈마 유도 안테나(5)는 상기 플라즈마 유도 안테나(5)의 플라즈마가 길이 방향으로 덜 손실되어 전달될 수 있기 때문에, 플라즈마의 발생 길이를 보다 증가시킬 수 있다. 따라서 주변의 종자 내부에 마이크로웨이브의 에너지를 전달할 수 있어 종자 처리 공간을 크게 증대할 수 있는 구조이다. 예를 들어, 윈도우 방식은 에너지 전달이 100~200mm 이고, 상기 플라즈마 유도 안테나(5) 방식의 경우 500~1000 mm 이상도 가능할 수 있다.

이 때, 상기 도파관(3)을 따라 도파되는 마이크로웨이브 에너지의 매칭을 위하여 상기 도파관(3) 내에 3-stub tuner(4)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 3-stub tuner(4)는 상기 도파관(3) 내 파장의 λg/4의 간격으로 배치될 수 있다. 상기 플라즈마 유도 안테나(5) 또한 λg/4의 간격에 맞추어 배치될 수 있다.

절연체 튜브(6)는 상기 플라즈마 유도 안테나(5) 주위를 감싸고, 상기 절연체 튜브(6)의 일부가 진공 상태에서 밀폐가 유지될 수 있도록 구성될 수 있다.

교반 챔버(7)는 교반 날개(7a)와 종자처리 공간(8)을 포함하며, 회전하여 종자(9)를 교반하여 골고루 처리가 되도록 하기 위한 구성이다.

이 때, 상기 절연체 튜브(6)의 일부가 진공 상태에 놓여 있는 주변을 상기교반 챔버(7)로 감싸도록 구성될 수 있다.

테프론 뚜껑(10)은 상기 교반 챔버(7) 안에 있는 종자(9)가 흘러내리지 않도록 탈부착 가능하게 구성될 수 있으며, 상기 테프론 뚜껑(10)은 진공 펌핑 시 및 작업 가스 등의 입출입이 원활하도록 종자의 크기보다 작은 바람 구멍(11)을 갖도록 제작될 수 있다.

진공 챔버(13)는 상기 마그네트론 안테나(2)에서 발생되는 마이크로웨이브가 전파되는 공간으로, 상기 진공 챔버(13)의 내부에는 전술한 플라즈마 유도 안테나(5), 절연체 튜브(6), 교반 챔버(7), 종자처리 공간(8), 테프론 뚜껑(10), 바람 구멍(11) 등이 배치될 수 있다.

상기 진공 챔버(13)는 복수 개로 구성될 수 있으며, 하나 이상의 진공 챔버(13)가 대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 마그네트론 안테나(2)를 중심으로 원형으로 배치될 수 있다. 이와 같이 상기 복수의 진공 챔버(13)를 원형으로 대칭을 이루도록 배치함으로써, 에너지 전달이 대칭 균형을 이룰 수 있다.

도어(14)는 종자를 투입하고 수거하기 위한 구성이다.

회전 모터(15)는 상기 교반 챔버(7)를 회전시키기 위한 구성이다. 상기 회전 모터(15)는 적어도 하나 구비될 수 있다. 상기 플라즈마 종자처리 장치(100)가 하나의 회전 모터(15)를 구비하는 경우, 상기 회전 모터(15)는 각 진공 챔버(13) 내의 상기 교반 챔버(7)들을 연결하여 구동하도록 설치될 수 있다. 또는, 상기 플라즈마 종자처리 장치(100)가 복수의 회전 모터(15)를 구비할 수 있다. 이 때, 상기 회전 모터(15)는 각 진공 챔버(13) 마다 개별적으로 설치될 수 있다.

다시 말해, 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치에 의하면, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 발생으로 라디칼을 발생시켜 종자의 표면 살균을 이루며, 또한 마이크로웨이브 에너지가 종자 내부의 분자에 전달되어 일정 온도로 상승하여 온열에 의한 종자 내부 살균을 이룰 수 있다. 또한, 고른 처리를 위하여 플라즈마 발생 및 마이크로웨이브 에너지 전달을 높이기 위하여 표면적을 증가시키도록 다수의 챔버로 구성된 플라즈마 종자처리장치가 제공될 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)의 종자처리 메커니즘에 대해 상세하게 설명한다.

도 3은 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 종자처리 방법을 나타내는 흐름도 이다. 도 3을 참조하면, 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 종자처리 방법은, 마그네트론(1)에 전력을 인가하는 단계(S1), 마그네트론 안테나(2)에서 마이크로웨이브가 발생하는 단계(S2), 마이크로웨이브가 진공챔버 내부에 전파되는 단계(S3), 및 마이크로웨이브 중 일부는 플라즈마를 발생시키도록 사용되며, 마이크로웨이브 중 일부는 종자 내부에 전달되는 단계(S4) 를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 먼저 마그네트론(1)에 전력을 인가할 수 있고(S1), 상기 인가된 전력에 의해 마그네트론 안테나(2)에서 마이크로웨이브 에너지가 발생(S2)될 수 있다.

발생된 마이크로웨이브 에너지는 매칭을 통하여 도파관(3)을 따라 도파되어 진공 챔버(13) 내부로 전파될 수 있다(S3). 이 때, 상기 도파관(3)을 따라 도파되는 마이크로웨이브 에너지의 매칭을 위하여 상기 도파관(3) 내에 3-stub tuner(4)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 3-stub tuner(4)는 상기 도파관(3) 내 파장의 λg/4의 간격으로 배치될 수 있다. 상기 플라즈마 유도 안테나(5) 또한 λg/4의 간격에 맞추어 배치될 수 있다.

상기 플라즈마 유도 안테나(5)로 전달되어 상기 진공 챔버(13) 내부에 전파된 상기 마이크로웨이브 중 일부는 플라즈마를 발생시키도록 사용될 수 있으며, 상기 마이크로웨이브 에너지 중 일부는 종자처리 공간(8)에 존재하는 종자(9) 내부에 전달될 수 있다(S4).

상기 발생된 플라즈마는 종자 표면을 소독할 수 있으며, 상기 종자(9) 내부에 전달된 에너지는 종자 내부에 존재하는 수분 등의 분자를 진동시켜 열을 발생하게 한다.

플라즈마의 살균력은 매우 강력하여 종자 표면을 소독하기에는 충분하나 종자 내부에 영향을 줄 수 없는 단점이 있다. 그러나 일부 마이크로웨이브 에너지에 의한 종자 내부의 온도 상승은 종자 내부에 존재하는 유해균을 살균할 수 있다.

또한, 마이크로웨이브 에너지에 의한 종자 내부의 온도 상승은 내부 자체 발열로 매우 빠른 속도로 온도를 상승 유지시킬 수 있으므로 전체적으로 살균하는 시간을 매우 단축시킬 수 있다.

예를 들어, 기존의 건식 온열 또는 습열 방식 등은 살균을 위하여 보통 수 시간에서 수일이 소요되나, 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)에 의하여 수 분 이내로 기존 대비 100배 이상의 소요 시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.

다시 말해, 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치에 의하면, 마이크로웨이브에 의한 플라즈마 발생으로 라디칼을 발생시켜 종자의 표면 살균을 이루며, 또한 마이크로웨이브 에너지가 종자 내부의 분자에 전달되어 일정 온도로 상승하여 온열에 의한 종자 내부 살균을 이룰 수 있다. 또한, 고른 처리를 위하여 플라즈마 발생 및 마이크로웨이브 에너지 전달을 높이기 위하여 표면적을 증가시키도록 다수의 챔버로 구성된 플라즈마를 이용한 종자처리방법이 제공될 수 있다.

이하에서는 도 4 및 도 5를 참조하여 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)에 의한 실험 예를 설명한다.

도 4는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)에 의해 처리조건에 따라 처리된 수박종자의 발아율을 나타낸 그래프이다. 대조군(control)은 아무것도 처리하지 않은 경우를 나타낸다. 참고로 보통 종자의 경우 발아율이 80~90%이면 좋은 종자라고 할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 파워(power) 30W에서 3~5분 처리한 경우 및 50W에서 3분 처리했을 때 발아율이 90%로 가장 좋은 결과를 보여준다. 또한, 도 4를 참조하면, 플라즈마 파워가 셀수록, 그리고 시간이 길수록 발아율이 낮아짐을 알 수 있다. 또한, 50W에서 5분 처리한 경우, 및 80W에서 5분 처리한 경우에는 발아가 전혀 되지 않았음을 알 수 있다.

도 5는 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)에 의해 처리조건에 따라 처리된 수박 종자의 외피 및 내부 살균효과를 나타내는 그림이다.

수박 종자에 과일썩음병(Bacterial Fruit Blotch, BFB)을 유발하는 세균(Acidovorax citrulli)을 감압에 의해 10⁷cfu 수준으로 인공 감염시킨 후 플라즈마 처리 후 종자의 외피 및 내부에 BFB 세균 사멸 여부를 관찰하였다. 대조군(control)의 경우, 종자의 외피 및 내부에 BFB 세균이 살아 있음을 고체배지에 배양 (도 5의 A, B) 및 PCR(Polymerase Chain Reaction) 기법(도 5의 C)으로 확인하였다.

또한, 플라즈마 처리 파워를 30, 50, 80W로 조건을 달리하여 멸균되는지를 조사하였다. 도 5를 참조하면, 플라즈마를 1분 처리한 경우는 모두 종자 외피 및 내부에서 세균이 검출됨을 알 수 있다. 반면에 플라즈마를 3분 및 5 분 처리한 경우는 외피 및 내부에서 세균이 모두 멸균되었음을 확인할 수 있었다. 그러나 발아율을 고려하면 30W는 3분 및 5분, 50W는 3분이 멸균을 이룰 수 있는 조건이라 할 수 있을 것이다.

전술한 실험 예와 같이 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)로 발아율에 큰 영향을 주지 않으면서, 종자의 멸균이 3~5분 이내에 이루어지는 것을 확인했으며 이는 기존의 종자 소독에 수 시간~수 일 걸리는 방법에 비해 현저하게 개선된 효과이다.

또한, 본 출원의 일 실시예에 따른 플라즈마 종자처리 장치(100)는 살균처리 이후 추가적인 건조 공정이 필요 없는 건식 종자 살균 기술로서 사용 및 살균 후 종자 보관이 편리하여 유통에 크게 도움될 수 있다.

상술한 본 출원에 따른 플라즈마 종자처리 장치에 있어서, 각 실시예를 구성하는 단계가 필수적인 것은 아니며, 따라서 각 실시예는 상술한 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 또 각 실시예를 구성하는 각 단계는 반드시 설명된 순서에 따라 수행되어야 하는 것은 아니며, 나중에 설명된 단계가 먼저 설명된 단계보다 먼저 수행될 수도 있다. 또한 각 단계는 동작하는 동안 어느 한 단계가 반복적으로 수행되는 것도 가능하다.

상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백하다. 또한 본 명세서에서 설명된 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있으며, 각 실시예를 구성하는 단계들은 다른 실시예를 구성하는 단계들과 개별적으로 또는 조합되어 이용될 수도 있다. 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.

1: 마그네트론 2: 마그네트론 안테나
3: 도파관 4: 3-stub turner
5: 플라즈마 유도 안테나 6: 절연체 튜브
7: 교반 챔버 7a: 교반 날개
8: 종자처리 공간 9: 시편(종자)
10: 테프론 뚜껑 11: 바람 구멍
12: 진공 공간 13: 진공 챔버
14: 도어 15: 회전 모터

Claims

마이크로웨이브가 발생되는 마그네트론 안테나;
상기 마이크로웨이브가 전파되는 복수의 진공 챔버;
상기 진공 챔버의 중심에 배치되어 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 유도 안테나;
상기 진공 챔버 내부에 위치하며, 회전하여 종자를 교반하는 교반 챔버;를 포함하는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 진공 챔버는 상기 마그네트론 안테나를 중심으로 대칭으로 배치되는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 진공 챔버는 상기 마그네트론 안테나를 중심으로 원형으로 배치되는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 교반 챔버를 회전시키기 위한 적어도 하나의 회전 모터;를 더 포함하는 플라즈마 종자처리 장치.
삭제
제4 항에 있어서, 상기 회전 모터가 복수 개이고, 상기 회전 모터는 각 진공 챔버마다 설치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 교반 챔버는, 교반 날개 및 종자처리 공간을 포함하는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 플라즈마 유도 안테나에 의해 발생된 플라즈마는 종자의 표면을 살균하는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브의 일부는 종자 내부에 전달되어 종자의 내부를 살균하는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 마그네트론 안테나에서 발생된 마이크로웨이브가 도파되는 도파관;을 더 포함하는 플라즈마 종자처리 장치.
제10 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 에너지 매칭을 위하여 상기 도파관 내에 3-stub tuner가 배치되는 플라즈마 종자처리 장치.
제11 항에 있어서, 상기 3-stub tuner는 상기 도파관 내 파장의 λg/4의 간격으로 배치되는 플라즈마 종자처리 장치.
제12 항에 있어서, 상기 플라즈마 유도 안테나는 λg/4의 간격으로 배치되는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 플라즈마 유도 안테나 주위를 감싸는 절연체 튜브;를 더 포함하고,
상기 절연체 튜브의 일부는 진공 상태에서 밀폐가 유지되도록 구성되는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 상기 교반 챔버 내부에 탈착 가능한 테프론 뚜껑;을 더 포함하는 플라즈마 종자처리 장치.
제15 항에 있어서, 상기 테프론 뚜껑은 종자 크기보다 작은 바람 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 종자처리 장치.
제1 항에 있어서, 종자의 투입 및 수거를 위한 도어;를 더 포함하는 플라즈마 종자처리 장치.
마그네트론에 전력을 인가하는 단계;
상기 인가된 전력에 의해 마그네트론 안테나에서 마이크로웨이브가 발생하는 단계;
상기 마이크로웨이브가 진공챔버 내부에 전파되는 단계;를 포함하며,
상기 진공챔버 내부에 전파된 상기 마이크로웨이브 중 일부는 플라즈마를 발생시키도록 사용되고, 상기 마이크로웨이브 중 일부는 종자 내부에 전달되는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 종자처리 방법.
제18 항에 있어서, 상기 플라즈마 발생에 의해 종자의 표면이 살균되는 플라즈마를 이용한 종자처리 방법.
제18 항에 있어서, 상기 종자 내부에 전달된 마이크로웨이브에 의해 종자의 내부가 살균되는 플라즈마를 이용한 종자처리 방법.
제18 항에 있어서, 상기 진공 챔버는 복수 개로 구성되는 플라즈마를 이용한 종자처리 방법.