KR102079218B1 - 오존 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존을 저감하고 염소 기체를 재사용할 수 있는 오존 처리 장치에 대한 것이다.
본 발명에 따른 오존 처리 장치는, 반응이 일어나는 챔버, 상기 챔버 내부로 염소 기체를 공급하는 염소 기체 공급부 및 상기 챔버에서 발생한 염소 기체를 순환시켜 상기 챔버 내부로 재공급하는 염소 기체 재공급부를 포함하고, 상기 염소 기체 재공급부는 Cl₂-> 2Cl의 반응을 하는 것을 특징으로 한다.

Description

오존 처리 장치{Ozone Processing Device}

본 발명은 바이오 의료장치에서 발생하는 오존을 처리하기 위한 오존 처리 장치에 관한 것으로, 구체적으로, 바이오 플라즈마를 사용한 의료 시술 이후에 상기 의료장치에서 발생되는 오존을 챔버 안에 포집하고, 상기 챔버에 염소 라디칼을 공급함으로써 해당 오존을 단시간에 산소로 분해할 수 있는 오존 처리 장치에 관한 것이다.

바이오 플라즈마(Bioplasma)는 저온 대기압 상태에서 37℃ 이하의 온도를 유지하면서 발생하는 플라즈마로써, 생체 및 의학 분야에서 치료 목적으로 적용 가능하다. 최근 여러 나라에서는 상기 바이오 플라즈마와 암세포의 단백질 또는 돌연변이 세포들과의 상호작용을 통하여 현대의 피부병, 치매, 암과 같은 난치병 등을 치유할 수 있는 새로운 플라즈마 의학기술의 패러다임이 제시되고 있다. 하지만 바이오 플라즈마가 방전된 후 공기 중으로 배기되는 오존이 적합하게 처리되지 못하면, 실내로 방출된 오존이 재실자의 호흡기계통에 손상을 주게 되는 등의 문제가 있었다.

이러한 문제가 대두됨에 따라, 공개특허공보 2005-0003899호 문헌(특허문헌 1) 등과 같이 다양한 오존 처리 기술이 제시되고 있다. 구체적으로, 기존의 오존 처리 방식은 망가니즈산 처리 방식, 광촉매를 이용한 분해 및 활성탄을 이용한 필터 등이 개시되어 있다. 먼저, 망가니즈산 처리 방식은 과산화 망가니즘을 촉매로 이용하여 오존을 산소로 환원시키는 기술이다. 그리고, 광촉매를 이용한 분해 방식은 오존에 광촉매를 이용한 UV램프를 조사하여 수산화 라디칼(Radical)을 생성하고, 이를 통해 오존을 산소로 분해하는 방식이다.

또한, 활성탄을 이용한 필터는 염소 라디칼을 고분자에 흡착시켜 활성탄을 만든 후 이를 필터 내에 설치하여 오존을 분해하는 방식이다. 이러한 오존분해필터에 관한 내용은 공개특허공보 1996-033511호(특허문헌 2)에 상세히 개시되어 있다. 본 문헌에 따른 종래의 오존처리방식은 염소원자로 코팅된 다공질의 세라믹이나 활성타에 오존을 주입하여 오존 분자를 산호로 분해하는 방식이다. 즉, 염소원자로 코팅된 활성탄에 오존이 들어오게 되면, 오존 분자가 산소로 분해되는 것이다. 해당 기술은 오존분해 역할을 하는 구성이 활성탄과 같은 필터 구조를 이룬다는 점에서 오존 유입량과 배출량이 한정적인 상황에서만 이용될 수 있고 반응 속도 또한 느리게 이루어질 수 밖에 없다는 한계가 있다.

위에서 설명한 종래의 세 가지 오존처리방식은 재사용이 불가한 소모적인 방식에 불과하여 지속적인 추가 비용이 발생되는 문제점이 있었다. 또한, 기술의 촉매가 되는 재료의 가성비가 떨어지고, 오존을 분해하는 성능이 현저히 떨어져서 권장 오존 농도 수치인 10분에 0.05ppm조차 만족 시키지 못한다. 현재 개발되는 바이오 플라즈마 기기는 1분에 800ppm의 오존 농도가 생성되는데, 기존의 기술들은 이 정도의 오존 농도를 낮추는데 한계점이 있다.

특허문헌 1: 공개특허공보 제2005-0003899호(2005.01.12. 공개) 특허문헌 2: 공개특허공보 제1996-033511호(1996.10.22. 공개)

본 발명의 목적은 바이오 플라즈마를 사용한 의료 시술 이후 장치에서 발생하는 오존을 저감하기 위하여, 라디컬화 된 염소(Cl)의 높은 반응성에 의한 촉매 작용이 적용될 수 있는 오존 처리 장치를 제공하는 것이다. 상기 오존 처리 장치에 따르면, 짧은 시간에 많은 양의 오존을 분해할 수 있고, 기존의 활성탄 사용 필터와 대비하여 볼 때 추가적인 비용 발생이 없도록 지속적인 재사용이 가능하다는 점에서 종래 기술의 한계를 극복할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 오존 처리 장치는, 반응이 일어나는 챔버, 상기 챔버 내부로 염소 기체를 공급하는 염소 기체 공급부 및 상기 챔버에서 발생한 염소 기체를 순환시켜 상기 챔버 내부로 재공급하는 염소 기체 재공급부를 포함하고, 상기 염소 기체 재공급부는 Cl₂->2Cl의 반응을 하는 것을 특징으로 한다.

상기 염소 기체 공급부는 자외선 조사부 또는 열공급부를 포함한다.

상기 염소 기체 공급부는 염화수소 수용액을 전기분해하여 염소 기체를 발생시키는 전기분해부를 포함한다.

본 발명에 따른 오존 처리 장치는, 상기 염소 기체 재공급부 및 챔버를 연결하여 염소 기체를 순환시켜 챔버 내부로 염소 기체를 재공급하는 순환관을 추가로 포함한다.

상기 챔버는 내부에 잔여 오존, 산소 및 염소 기체를 각각 분리하는 필터를 추가로 포함한다.

제안되는 본 발명에 따르면, 기존의 활성탄 촉매를 이용한 오존 처리 장치와 비교하여 볼 때, 염소기체의 라디컬화 진행 후 생성된 염소라디칼을 챔버에 투입시켜준다는 점에서 차이가 있고, 이러한 차이점은 기업에게 새로운 대안과 비전을 줄 수 있고, 기업의 필요조건에 따라 종전 보다 더 높은 수준의 효용경로를 선택할 수 있게 하는 장점이 있다.

또한, 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존을 효율적이고 단시간 내에 신속하게 분해함으로써, 환경문제에서 자유로울 수 있고 재실자의 호흡기 질환을 예방하고 방지할 수도 있는 장점이 있다.

또한, 한번 사용한 염소가스는 지속적으로 재사용이 가능하므로 기업 입장에서 볼 때 오존을 처리하는 비용 문제가 크게 개선될 수 있는 장점이 있다.

첨부된 도면은 해당 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 내용을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오존 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 제어부의 신호에 따라 의료기기 사용 후 발생하는 오존이 분해되도록 동작하는 세부 구성을 보여주는 블록도이다.
도 3은 상기 오존 처리 장치를 통해 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존을 처리하는 과정을 설명하는 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 오존 처리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 오존 처리 장치(1)는 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존을 분해하는 작업이 이루어지는 공간인 챔버(50)를 포함한다. 상기 챔버(50) 내에서 오존이 염소 라디칼과 반응하여 산소, 잔여오존 및 염소로 분해된다. 이러한 분해 반응을 가속화하기 위해, 상기 챔버(50)의 내부에는 잔여 오존, 산소 및 염소 기체를 각각 분리하는 필터(60)가 추가로 설치된다.

바이오 플라즈마 치료가 수행되기 위한 의료기기(5)와 상기 챔버(50)는 오존의 이동 통로를 제공하는 오존 유입부(40)를 통해 서로 연통된다. 즉, 상기 의료기기에서 발생되는 오존은 상기 오존 유입부(40)를 따라 이동하여 상기 챔버(50) 내에 수용된다.

상기 챔버(50)로 이동되는 염소 라디컬은 다음과 같은 과정을 통해 생성된다. 먼저, 작업자는 염화수소 수용액 공급부(10)에 적당량의 염화수소 수용액을 투입하는 작업을 실시한다. 투입된 염화수소 수용액은 관을 통해 염소 기체 공급부(20)로 이동된다. 상기 염소 기체 공급부(20) 내에는 도시되지는 않았으나 별도의 전기분해장치(전기분해부)가 설치될 수 있다. 즉, 염화수소 수용액은 상기 전기분해장치에서 전기분해가 이루어짐으로써, 염소 기체(Cl₂)가 생성될 수 있다. 즉, 염소 기체 공급부(20)는 전기분해를 통해 염소 기체를 생성할 수 있다.

상기 염소 기체 공급부(20) 내에는 자외선(UV) 조사부 또는 열 공급부가 설치되어 있다. 즉, 상기 공급부(20)로 이동된 염소 기체는 상기 자외선(UV) 조사부 또는 열 공급부로부터 발생되는 자외선이나 고온을 받아서 라디컬화 작업이 수행된다. 이에 따라, 상기 염소 기체 공급부(20)에서 상기 염소 기체가 염소 라디컬로 변형된다. 이때, 제어부는 상기 챔버(50) 내에 유입된 오존의 양을 분석해서 해당 오존을 분해시키는 데에 필요한 염소 라디컬을 산출하고, 산출된 염소 라디컬을 생성하는 데에 필요한 전력량을 작업자에게 알려준다. 작업자는 상기 제어부의 전력량 신호를 확인하여 상기 자외선 조사부 또는 열 공급부로부터 발생되는 자외선이나 열 강도를 조절할 수 있다.

염소 라디칼은 하나당 약 3만개 이상의 오존 분자를 산소로 분해할 수 있으며 반응 속도 측면에서 볼 때에도 상당히 빠른 시간 안에 분해 반응을 일으킬 수 있다. 구체적으로, 염소 기체 1몰 당 염소 라디컬 2몰을 얻을 수가 있으며, 이는 22.4L에 해당하는 염소 기체를 사용하면 1,344,000리터의 오존 기체를 분해할 수 있다는 것을 의미한다. 1몰의 염소 기체를 분해하는 데에는 가정용 전류를 사용하더라도 5~6분의 시간밖에 걸리지 않는다는 점을 고려하여 볼 때, 해당 반응은 상당히 고효율의 화학 반응임일 알 수 있다.

상기 염소 기체 공급부(20)로부터 생성된 염소 라디컬은 이중관(25)을 통해 상기 챔버(50)로 유입된다. 이온 상태의 염소 라디컬은 반응성이 높아 폭발 등의 사고 발생 위험이 있다. 따라서, 염소 라디컬이 이동되는 관은 상기 이중관(25)처럼 겹침시공을 하여 안정성을 확보하는 것이 바람직하다.

이와 같은 과정에 따라 상기 챔버(50)로 유입된 오존과 염소 라디컬은 다음과 같은 반응을 수행한다.

Cl + O₃-> ClO + O₂

ClO + O -> Cl + O₂

통상적으로, 오존 처리 장치는 환경부 기준 0.05ppm 이하의 대기 중 농도를 만족시켜야 하는데, 바이오 플라즈마 기기의 사용 당 800ppm의 오존이 발생하므로 10분 이내에 0.05ppm 이하로 오존을 저감시켜야 한다. 상기 챔버(50) 내에는 오존 농도 측정 센서(도시되지 않았음)가 작동하여 오존 농도가 0.05ppm이하로 측정될 시 반응이 완결되었음을 작업자에게 알려줄 수 있다. 해당 알림 신호는 디스플레이를 통해 시각적으로 작업자에게 반응 완결 신호를 전달할 수도 있고, 알람신호를 통해 청각적으로 작업자에게 반응 완결 신호를 전달할 수도 있다.

이에 따라, 상기 챔버(50) 내에는 반응이 완결된 오존, 산소, 염소 기체가 남게 된다. 다만, 잔존하는 물질들은 서로 다른 밀도를 갖는다. 구체적으로, 잔존 물질 중 염소의 밀도가 가장 크고, 잔여 오존, 산소 순으로 그 물질의 밀도가 낮다. 이러한 밀도 차이를 이용하여, 산소는 배출부(80)를 통해 외부로 빠져나갈 수 있고, 촉매 기능을 한 염소 기체는 순환관(70)을 따라 이동하여 염소 기체 재공급부(30)에 수용된다.

상기 염소 기체 재공급부(30) 내에는 상기 염소 기체 공급부(20)와 마찬가지로 별도의 자외선 조사부나 열 공급부가 설치될 수도 있다. 즉, 상기 염소 기체 재공급부(30)로 유입된 염소 기체는 상기 자외선 조사부나 열 공급부로부터 조사되는 자외선이나 열에 의해 염소 라디컬로 변형될 수 있다. 즉, 상기 염소 기체 재공급부(30)에서는 Cl₂-> 2Cl 반응이 발생될 수 있다. 상기 염소 기체 재공급부(30)에서 생성된 염소 라디컬은 상기 이중관(25)과 구조가 동일한 별도의 이중관(25a)을 따라 다시 상기 챔버(50)로 재공급 될 수 있다. 이때, 상기 별도의 이중관(25a)을 대신하여 상기 염소 기체 공급부(20)와 상기 챔버(50)를 연결하는 이중관(25)을 함께 사용할 수 있도록 설치되는 예도 가능하다.

도 2는 제어부의 신호에 따라 의료기기 사용 후 발생하는 오존이 분해되도록 동작하는 세부 구성을 보여주는 블록도이다.

도 2를 참조하면, 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존을 분해하는 작업은 전체적으로 제어부(100)의 제어 신호에 따라 수행된다. 구체적으로, 상기 제어부(100)는 염소 기체 공급부(20)의 자외선 조사부(130), 열 공급부(131)에 제어 신호를 송출하여 염소 기체를 염소 라디컬로 변형시킨다. 또한, 상기 제어부(100)는 염소 라디컬 확인부(140)에 신호를 송출하여 바이오 플라즈마 의료기기에서 발생된 오존의 양을 분해하기에 변형된 염소 라디컬의 양이 적절한지 여부를 판단한다.

적절한 염소 라디컬이 생성된 것으로 판단 시, 상기 염소 라디컬은 챔버(50)로 유입된다. 그러면, 상기 제어부(100)는 의료기기로부터 오존 유입 여부를 확인하는 오존 유입 판단부(110)를 활성화시키고, 오존과 염소 라디컬의 반응으로 인해 산소, 잔여오존 및 염소로 분해 및 분리되는 반응을 가속화하기 위해, 필터 구동부(120)에 제어 신호를 전달한다. 해당 과정에서 오존 분해가 제대로 이루어지지 않거나 어느 하나의 구성이라도 동작이 미흡한 것으로 판단 시, 상기 제어부(100)는 알람부(150)에 신호를 전달하여 관리자에게 이상 신호를 전달할 수 있다.

도 3은 상기 오존 처리 장치를 통해 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존을 처리하는 과정을 설명하는 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존 및 염소 기체 공급부(20)로부터 생성되는 염소 라디컬은 챔버(50)로 유입된다(S11). 상기 챔버(50)에서는 오존이 산소로 변환하는 반응이 발생하게 된다. 상기 반응을 통해 상기 챔버(50) 내에는 산소, 잔여 오존, 염소 기체가 최종 물질로 생성된다(S12). 이때, 산소, 잔여 오존, 염소 기체는 서로 다른 밀도를 갖는다. 이러한 밀도차를 이용하여 산소는 배출부(80)를 통해 외부로 빠져나가게 되고, 염소 기체는 순환관(70)을 따라 염소 기체 재공급부(30)로 이동된다(S13). 상기 재공급부(30)에서는 자외선 또는 열이 공급되고, 이에 따라 염소 기체가 염소 라디컬로 변환된다(S14). 변환된 염소 라디컬은 이중관(25 또는 25a)을 따라 다시 상기 챔버(50)로 공급(S15)되어 바이오 플라즈마 치료 후 발생하는 오존과 화학 반응하는 상기 S11 단계가 반복 수행된다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 공급된 염화수소 수용액에 전기분해, 자외선이나 열 조사의 과정을 거쳐서 생성된 염소 라디칼은 반응속도가 매우 빠르며, 반응성이 뛰어나다는 점에서, 소량으로도 대량의 오존을 분해 가능한 장점이 있다. 또한, 투입되는 Cl의 농도를 조정하는 것으로 처리할 오존의 양에 맞추어 반응속도를 조절할 수 있다. 분해반응에서 염소 라디칼은 반응에 관여하나 반응에서 소실되지 않고 염소기체(Cl₂)의 형태로 남기때문에 기타 분해방식에 비교해봤을 때, 본 발명에 따른 오존 저감 장치는 반영구적으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 염화수소 수용액 공급부
20: 염소 기체 공급부
30: 염소 기체 재공급부
40: 오존 유입부
50: 챔버
60: 필터
70: 순환관
80: 배출부

Claims (5)

1. 바이오 플라즈마 치료가 수행된 의료기기에서 발생한 오존의 이동 통로를 제공하여 오존을 챔버내로 유입하는 오존 유입부;
   상기 유입된 오존이 염소 라디칼(Cl)과 반응하여 산소, 잔여 오존 및 촉매인 염소 기체(Cl₂)로 분해되는 하기 분해 반응이 일어나는 챔버;
   상기 챔버 내부로 염소 기체를 공급하는 염소 기체 공급부; 및
   상기 챔버에서 분해되어 발생한 촉매인 염소 기체(Cl₂)를 순환시켜 상기 챔버 내부로 상기 촉매인 염소 기체(Cl₂)를 재공급하는 염소 기체 재공급부를 포함하고,
   상기 염소 기체 재공급부는 자외선 조사부 또는 열공급부를 통하여 하기 반응식의 반응을 하는 오존 처리 장치에 있어서,
   상기 염소 기체 공급부는, 염화수소 수용액을 전기분해하여 염소 기체를 발생시키는 전기분해부를 추가적으로 포함하고,
   상기 챔버는 오존이 염소 라디칼과 반응하여 분해된 내부에 존재하는 잔여 오존, 산소 및 염소 기체를 각각 밀도 차이에 의해 분리하는 필터를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 처리 장치.
   [분해 반응]
   Cl + O₃-> ClO + O₂
   ClO + O -> Cl + O₂
   Cl + Cl -> Cl₂
   [반응식]
   Cl₂-> 2Cl
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 염소 기체 재공급부 및 챔버를 연결하여 촉매인 염소 기체(Cl₂)를 순환시켜 상기 챔버 내부로 촉매인 염소 기체(Cl₂)를 재공급하는 순환관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 처리 장치.
   
   
5. 삭제

Images