KR102106776B1 - 휴대형 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술은 휴대가 편리하고 성능이 우수하며, 플라즈마 플레임의 조절이 용이하여 마이크로 웰 플레이트와 같은 미세 구조의 내부 표면을 간편하고 고르게 국부 처리할 수 있는 휴대형 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

Description

휴대형 플라즈마 발생장치{POTABLE PLASMA DEVICE}
이하 설명하는 기술은 휴대형 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
플라즈마는 주로 물질의 표면 개질 및 코팅, 환경 정화 등의 분야에서 활용되고 있다. 최근에는 바이오 의료 분야의 응용 가능성에 관하여 연구가 점차 확대되고 있다. 50℃ 이하의 영역에서 저온 대기압 플라즈마를 살균 또는 멸균의 목적 이용하기 위한 연구들이 최근에 이루어지고 있다. 저온 대기압 플라즈마의 발생장치 팁의 전극 구조는 대부분 침형태의 바늘 전극 구조로 전원장치에 따라서 다양한 구성과 방식으로 이루어 진다. 상기 방식은 주로 외부로부터 불활성 가스를 주입하고 바늘 전극 구조에 고전압이 가하여 플라즈마를 발생시키는 것이다.
한편, 종래 휴대형 플라즈마 발생장치들은 주로 피부미용용으로 개발되어 있으며, 플라즈마의 세기가 미약하며, 그 형태나 플라즈마의 발생방식은 바이오 연구 분야에서 사용하기 적합하지 않다. 바이오 의료 분야에 플라즈마를 활발히 활용하기 위해서는 장치의 소형화 및 휴대성과 제어의 용이성이 요구된다. 그러나, 종래의 바이오 의료 분야에서 이용되는 표면처리용 플라즈마 기기들은 사용자의 의도에 따라 플라즈마 플레임(flame)의 세기를 조절하는 것이 어렵고 장치 자체의 크기로 인해 마이크로 웰 플레이트(micro well plate)와 같은 미세 구조의 내부 표면을 고르게 국부 처리하는 것이 용이하지 않다.
한국등록특허 제10-1577207호 한국공개특허 제10-2018-0057809호
본 기술은 휴대가 편리하고 성능이 우수하며, 플라즈마 플레임(flame)의 조절이 용이하여 마이크로 웰 플레이트(micro well plate)와 같은 미세 구조의 내부 표면을 간편하고 고르게 국부 처리할 수 있는 휴대형 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 기술의 일실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치는 하우징, 상기 하우징의 일면에 위치하고 상기 하우징의 길이 방향의 하방으로 이동 가능하게 설치되어 플라즈마 플레임(flame)의 방출을 조절하는 푸쉬부재, 상기 푸쉬부재가 설치된 일면의 반대면에 구비되는 거치부재 및 상기 하우징 하부에 위치하는 플라즈마 방출부를 포함한다.
이하 설명하는 기술은 휴대가 편리하고 성능이 우수하며, 플라즈마 플레임의 조절이 용이하여 마이크로 웰 플레이트와 같은 미세 구조의 내부 표면을 간편하고 고르게 국부 처리할 수 있는 휴대형 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 제1 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치의 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치의 정면도이다.
도 3은 제1 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치의 측면도이다.
도 4는 제1 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치의 상면도이다.
도 5는 제2 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치의 정면도이다.
도 6은 일실시예에 의한 플라즈마 방출부를 확대하여 나타낸 것이다.
도 7은 일실시예에 의한 플라즈마 방출부의 구성을 단면도로 나타낸 것이다.
도 8은 제1 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치 구성의 연결관계를 도시한 것이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
또한, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
도 1 내지 4는 제1 실시예에 의한 휴대형 플라즈마 발생장치를 나타낸 도면이다. 도 1 내지 4를 참조하면, 본 기술의 휴대형 플라즈마 발생장치는 하우징(100), 상기 하우징(100)의 일면에 위치하고 상기 하우징(100)의 길이 방향의 하방으로 이동 가능하게 설치되어 플라즈마 플레임(flame)의 방출을 조절하는 푸쉬부재(200), 상기 푸쉬부재가 설치된 일면의 반대면에 구비되는 거치부재(300) 및 상기 하우징(100) 하부에 위치하는 플라즈마 방출부(400)를 포함한다.
상기 하우징(100)은 기본적으로 내부공간을 갖는 축 방향으로 연장된 중공형태이며, 파지부, 상부 및 하부로 구분될 수 있다. 상기 “파지부”는 사용자가 휴대형 플라즈마 발생장치 사용시 하우징(100)에서 사용자가 손으로 파지하는 부분이다. 상기 “상부”는 사용자가 손으로 휴대형 플라즈마 발생장치의 상기 파지부를 파지할 경우, 하우징(100)에서 상기 파지부를 기준으로 파지되지 않은 상방에 위치하는 부분이다. 상기 “하부”는 사용자가 손으로 휴대형 플라즈마 발생장치의 상기 파지부를 파지할 경우, 하우징(100)에서 상기 파지부를 기준으로 하방에 위치하는 부분이다.
상기 푸쉬부재(200)는 상기 하우징(100)의 길이 방향의 하방으로 이동 가능하게 하우징(100)의 일면에 구비되어 플라즈마 플레임(flame)의 방출을 조절할 수 있다. 상기 구성에 따라, 본 기술의 휴대형 플라즈마 발생장치는 상기 푸쉬부재(200)의 하방 이동에 의해 플라즈마 플레임(flame)을 플라즈마 방출부(400)를 통해 방출할 수 있다. 하방 이동은 사용자가 하우징(100)을 파지하고 있는 동안 푸쉬부재(200) 상에 사용자에 의해서 가해지는 하방향의 엄지손가락 힘에 의해 조절된다. 상기 푸쉬부재(200)는 하방으로 가해지는 힘에 대응하여 이동된 푸쉬부재(200)의 위치를 원위치로 되돌리는 탄성부재(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다.
상기 거치부재(300)는 상기 푸쉬부재(200)가 구비된 일면의 반대면에 구비된다. 상기 거치부재(300)가 사용자의 검지 (또는 중지) 손가락의 일부 면과 밀착됨으로써, 상기 푸쉬부재(200)에 힘을 가할 때, 하우징(100)을 안정적으로 파지할 수 있다. 구체적인 일 실시예로, 상기 거치부재(300)는 사용자의 검지 (또는 중지) 손가락의 일부 면과 밀착되어 맞닿도록 곡선형을 갖는 형태를 가질 수 있다.
상기 푸쉬부재(200)와 거치부재(300)를 이용함으로써, 사용자는 푸쉬부재(200)에 적당한 힘을 가하여 플라즈마 발생장치를 작동시킬 수 있다. 따라서 안정적으로 용이하게 플라즈마 플레임의 방출을 조절할 수 있다. 또한, 사용자는 하우징(100)을 한손으로 파지하고 다른 손으로 바이알, 시험관, 웰 플레이트 등을 파지한 상태에서도, 하우징(100)을 파지한 손의 손가락만을 이용하여 하우징(100) 상부에 구비된 전원버튼(113) 또는 설정버튼(115)과 같은 작동부재 등을 용이하고 자유롭게 작동시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 휴대형 플라즈마 발생장치는 사용자의 엄지 손가락에 부적절하게 스트레스를 주지 않으면서, 작동에 필요한 시간 동안에 사용자가 자유롭게 사용할 수 있도록 하여 사용자의 제어 하에 플라즈마 발생장치를 정확하고 반복 가능하게 작동할 수 있게 한다.
상기 하우징(100)에는 가스 유입부(111), 충전단자(112), 전원버튼(113), 외부 그라운드 연결부(114), 플라즈마 플레임의 출력 세기를 설정하는 설정버튼(115) 및 설정·작동상태를 나타내는 표시부(116) 중 어느 하나 이상이 구비될 수 있다.
상기 가스 유입부(111)는 외부로부터 플라즈마 방전에 필요한 가스를 공급받기 위한 부분으로 가스가 들어있는 컨테이너, 가스통 또는 용기 등과 연결될 수 있다. 상기 연결은 호스, 튜브, 관 등을 이용하여 실시될 수 있다.
상기 충전단자(112)는 외부전원과 연결되어 배터리(121)를 충전시킬 수 있다. 상기 전원버튼(113)은 플라즈마 발생장치를 ON/OFF 시킬 수 있다.
상기 외부 그라운드 연결부(114)를 더 포함할 수 있다. 상기 외부 그라운드 연결부(114)에는 접지선(도시하지 않음)을 연결하여 외부 금속판(도시하지 않음)에 접지시킬 수 있다. 이와 같이 외부 그라운드 연결부(114)와 외부 금속판을 접지선으로 연결할 경우, 플라즈마 플레임의 방출 세기를 높여, 바이알(vial), 시험관, 웰 플레이트 등의 내부 표면을 개질, 코팅, 살균 효율을 높일 수 있다. 상기 외부 금속판은 전도체 재질로 이루어져 있으며, 상기 외부 금속판과 플라즈마 방출부 사이에 바이알(vial), 시험관, 웰 플레이트 등 플라즈마 플레임 방출 대상을 위치시킨다.
또한, 상기 하우징(100)은 설정버튼(115) 및 표시부(116)를 포함할 수 있다. 상기 설정버튼(115)은 플라즈마 플레임의 출력 세기를 설정할 수 있다. 상기 표시부(116)는 상기 설정된 세기를 표시하는 외에 배터리(121)의 잔량 등 플라즈마 발생장치의 작동에 필요한 정보를 표시할 수 있다.
상기 외부 전원버튼(113), 설정버튼(115) 및 표시부(116)는 하우징(100) 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 이로써 사용자는 플라즈마 발생장치의 하우징(100)을 파지한 상태에서 파지한 손의 손가락으로 전원버튼(113) 및 설정버튼(115)을 용이하고 자유롭게 작동시키고, 상기 버튼의 작동에 응답하는 표시부(116)의 신호를 명확하게 볼 수 있게 된다.
한편, 본 기술에 따른 제1 실시예로, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(100)은 플라즈마 방출부(400)와 연결되는 하부가 길이 방향의 중심축을 기준으로 대칭적인 형태일 수 있다.
또한, 본 기술에 따른 제2 실시예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 방출부(400)는 하우징의 길이 방향의 중심축을 기준으로 한쪽으로 치우쳐진 비대칭적으로 형태로 형성될 수 있다. 상기와 같이 플라즈마 방출부(400)가 비대칭적으로 한쪽에 위치하는 경우, 사용자가 휴대형 플라즈마 발생장치를 파지하여 사용하는 동안 플라즈마 플레임의 방출상태를 용이하며 파악할 수 있다. 또한, 휴대형 플라즈마 발생장치를 한 손에 파지하고 바이알, 시험관 등을 다른 한 손에 파지하는 경우 자연스러운 자세로 휴대형 플라즈마 발생장치를 기울여 사용하기 편리하다. 또한, 사용 후 거치 시 주변 기물로부터 이격거리가 길어져 전극의 오염을 방지할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 방출부(400)는 플라즈마가 방출돠는 말단부에 방출전극(401), 접지전극(ground)(402) 및 유전체(dielectric wall)(403)를 포함한다.
상기 방출전극(401)은 이에 제한되는 것은 아니나, 금, 백금, 은, 구리, 몰리망간, 알루미늄, 스테일레스 또는 이들의 합금 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 다양한 전도체 금속이 사용될 수 있다. 상기 방출전극(401)은 가스 튜브(124)와 연결되어, 가스 유입부(111)를 통해 유입되는 가스를 공급받을 수 있다. 상기와 같이 공급되는 가스에 전압을 가하여 플라즈마 플레임을 생성·방출함으로써, 플라즈마 방전을 수행한다. 상기 방출전극(401)은 전극 내부로 가스가 이동할 수 있는 속이 비어있는 관 또는 튜브 형태일 수 있다. 상기 방출전극(401)의 형태와 내부 중공의 크기를 조절함으로써, 방출되는 플라즈마 플레임의 형태를 조절할 수 있다.
구체적인 실시예로, 상기 방출전극(201)이 속이 비어있는 관 또는 튜브 형태일 경우, 마이크로 웰 플레이트(micro well plate)와 같은 미세 구조의 내부 표면을 처리하 적절한 플라즈마 플레임을 발생시키기 위해, 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 관 또는 튜브의 내부 직경은 0.05 내지 3.0 mm인 것이 바람직하다.
상기 접지전극(402)은 상기 방출전극(401)의 둘레를 감싸도록 이격되어 배치될 수 있다. 상기 접지전극(402)은 상기 방출전극(401)와 마찬가지로 이에 제한되는 것은 아니나, 금, 백금, 은, 구리, 몰리망간, 알루미늄, 스테일레스 또는 이들의 합금 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 다양한 전도체 금속이 사용될 수 있다. 또한, 플라스틱, 아크릴, 수지, 세라믹 또는 석영 계열 등의 재질로 형성되고, 상기 플라스틱 재질의 표면에 상기 금속 재질로 코팅된 것일 수 있다.
상기 유전체(403)는 상기 방출전극(401)과 접지전극(402) 사이에 위치하여, 상기 방출전극(401)와 접지전극(402)이 직접 접촉되는 것을 방지한다. 상기 유전체(403)는 플라스틱, 아크릴, 수지, 세라믹 또는 석영 계열 등의 물질일 수 있으며, 방출전극(401) 및 접지전극(402) 중 어느 하나 이상에 코팅될 수 있다.
상기와 같은 플라즈마 방출부(100)의 구성에 의해 방출전극(401)과 접지전극(402)의 작동에 의해 플라즈마 플레임이 생성될 수 있다. 방출되는 플라즈마 플레임은 라디칼과 이온들을 포함한다. 생성된 라디칼과 이온들은 마이크로 웰 플레이트(micro well plate)와 같은 미세 구조의 내부 표면을 개질, 코팅 또는 살균할 수 있다.
한편, 외부 그라운드 연결부(114)에 접지선을 연결하여 외부 금속판(외부 그라운드)에 연결할 경우, 상기 접지전극(402)은 작동하지 않으며, 방출전극(401)과 외부 금속판이 상호 작동하여 외부 금속판 사이에 놓인 플라즈마 처리대상에 플라즈마 플레임이 방전될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 플라즈마 방출부(400) 말단에는 투명부재(404)를 더 포함할 수 있다. 상기 투명부재(404)는 플라스틱, 아크릴, 수지, 세라믹 또는 석영 계열 등의 물질일 수 있다. 투명부재(404)를 구비함으로써, 사용자는 플라즈마 플레임의 방출 상태를 용이하게 파악할 수 있다.
도 8은 본 발명의 휴대형 플라즈마 발생장치의 각 구성의 연결관계를 도시한 것이다. 하우징(100)의 내부공간은 배터리(121), 발진기(122), 변압기(123), 가스 튜브(124), 밸브(125) 및 제어회로(126)를 포함할 수 있다.
상기 배터리(121)는 충전단자(112)와 연결되어 충방전이 가능하며, 착탈 가능할 수 있다. 상기 발진기(122)는 제너레이터(generator)로 상기 배터리로부터 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 출력한다. 상기 변압기(123)는 트랜스포머(transformer)로 상기 발진기(122)로부터 출력된 교류 전력의 레벨을 변환시킨다. 상기 가스 튜브(124)는 가스 유입부(111)와 연결되어 외부로부터 유입된 가스를 방출전극(401)로 전달한다. 상기 밸브(125)는 상기 가스 튜브(124)의 일부에 연결되어 개폐 작동에 의해 가스의 이동을 조절한다. 상기 제어회로(126)는 전원버튼(113), 외부 그라운드 연결부(114), 설정버튼(115), 표시부(116), 배터리(121), 전압 발생부(122), 변압기(123), 밸브(125), 방출전극(401), 접지전극(402) 등과 회로로 연결되어, 플라즈마 발생장치의 ON/OFF, 플라즈마 플레임의 방출 세기 설정, 상기 밸브(125) 개폐, 방출전극(401) 작동, 접지전극(402) 설정 및 외부 그라운드(114)의 작동 등 플라즈마 발생장치의 전반적인 설정·작동을 제어한다.
한편, 상기 방출전극(401)의 방전은 상기 밸브(125)가 개방된 다음, 설정된 일정 시간 경과 후에 이루어질 수 있다. 이와 같이 시간의 차이를 두고 방출전극(401)을 방전시키는 경우, 대기 중의 질소(N2)와 반응하여 플라즈마 플레임 발생되는 것을 방지하고, 순수하게 사용하고자 하는 가스만을 이용하여 목적하는 종류의 플라즈마 플레임을 발생시킬 수 있다. 또한, 가스의 방출 후 방전이 이루어지기 때문에 불필요한 전력의 소비를 줄일 수 있고, 방출되는 가스의 압력으로 바이알, 시험관, 웰 플레이트 등의 표면에 존재하는 미세먼지와 같은 불순물을 제거할 수 있으며, 플라즈마 플레임의 초기 방출세기를 일정하게 조절할 수 있다. 구체적인 실시예로, 상기 개방 후 방전이 이루어지기까지 걸리는 시간은 제어회로(126)의 설정을 통해 조절될 수 있다.
본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.
100 : 하우징 111: 가스 유입부
112 : 충전단자 113 : 전원버튼
114 : 외부 그라운드 연결부 115 : 설정버튼
116 : 표시부 121 : 배터리
122 : 발진기 123 : 변압기
124 : 가스 튜브 125 : 밸브
126 : 제어회로 200 : 푸쉬부재
300 : 거치부재 400 : 플라즈마 방출부
401 : 방출전극 4 02 : 접지전극
403 : 유전체 404 : 투명부재

Claims (8)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 일면에 위치하고 상기 하우징의 길이 방향의 하방으로 이동 가능하게 설치되어, 이동 위치에 따라 플라즈마 플레임(flame)의 방출을 조절하는 푸쉬부재;
    상기 푸쉬부재가 하방으로 이동시 푸쉬부재에 가해지는 힘에 대응하여 푸쉬부재를 원위치로 되돌리는 탄성부재;
    상기 푸쉬부재가 설치된 일면의 반대면에 구비되는 거치부재; 및
    상기 하우징 하부에 위치하는 플라즈마 방출부;를 포함하는 휴대형 플라즈마 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    가스 유입부; 충전단자; 전원버튼; 외부 그라운드 연결부; 플라즈마 플레임의 출력 세기를 설정하는 설정버튼; 및 설정·작동상태를 나타내는 표시부;를 더 포함하는 휴대형 플라즈마 발생장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마 방출부는 하우징의 길이 방향의 중심축을 기준으로 한쪽으로 치우쳐져 비대칭적으로 형성된 휴대형 플라즈마 발생장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 플라즈마 방출부는 플라즈마 방전을 수행하는 방출전극;
    상기 방출전극의 둘레를 감싸도록 이격되어 배치되는 접지전극; 및
    상기 방출전극과 접지전극 사이에 위치하는 유전체;를 더 포함하는 휴대형 플라즈마 발생장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 방출전극 및 접지전극 중 어느 하나 이상에 코팅되는 휴대형 플라즈마 발생장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 플라즈마 방출부의 말단부에 투명부재가 구비되는 휴대형 플라즈마 발생장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부공간에는
    상기 충전단자와 연결되어 충방전이 가능한 배터리;
    상기 배터리로부터 직류 전력을 공급받아 교류 전력으로 출력하는 발진기;
    상기 교류 전력의 레벨을 변환시키는 변압기;
    상기 가스 유입부와 연결되는 가스 튜브;
    상기 가스 튜브의 일부에 연결되어 개폐작동에 의해 가스의 이동을 조절하는 밸브; 및
    플라즈마 발생장치의 설정·작동을 제어하는 제어회로;를 더 포함하는 휴대형 플라즈마 발생장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸브가 개방된 다음, 설정된 일정 시간 경과 후에 상기 방출전극의 방전이 이루어지는 휴대형 플라즈마 발생장치.
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