KR102212654B1 - 플라즈마 살균 모듈 및 이를 구비하는 공기청정기 - Google Patents

플라즈마 살균 모듈 및 이를 구비하는 공기청정기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기가 유입되는 제1 면 및 제1 면에 대향되고 유입된 공기가 토출되는 제2 면이 개구되고, 개구된 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 형성하는 내측 둘레면의 단면이 다각형으로 형성된 하우징과, 상기 하우징내에 설치되는 접지 전극과, 상기 하우징내에 배치되되, 상기 접지 전극과 이격되게 배치되는 방전 전극을 포함하고, 상기 접지 전극은, 단면이 다각형으로 형성된 복수의 전극부를 포함하고, 상기 방전 전극은, 다각형의 형상으로 형성된 복수의 방전 베이스와, 상기 복수의 방전 베이스에 구비되고 고전압이 인가되어 상기 전극부를 향하여 플라즈마 방전이 발생되는 방전침을 포함하여, 공기중의 미생물을 살균처리하는 플라즈마 살균 모듈에 관한 것이다.

Description

플라즈마 살균 모듈 및 이를 구비하는 공기청정기 {Plasma sterilizing module and air purifier including for the same}
본 발명은 플라즈마 살균 모듈 및 이를 구비하는 공기청정기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마 방전을 이용하여 오염된 공기를 살균하는 플라즈마 살균 모듈 및 이를 구비하는 공기청정기에 관한 것이다.
공기청정기는 오염된 공기를 정화하여 신선한 공기로 바꾸는 장치를 일컫는 것으로, 오염된 공기를 팬으로 흠입하여 필터에 의해 미세한 먼지나 세균류를 집진(集塵)하고, 체취나 담배 냄새 등의 악취를 탈취한다.
이러한 공기청정기는 공기 내 오염물질을 효과적으로 제거하는 것이 요구된다. 또한, 실내에 배치시 공간을 적게 차지하면서도 공기 청정 용량을 키우는 것이 요구된다.
이를 위해, 플라즈마 방전을 이용하여 살균 처리를 수행하는 방안들이 제안되고 있다.
예를 들어, 종래기술 1(한국 공개특허공보 제10-2007-0094026호)은, 공기 통로에 방전유닛과 열교환기를 배치한 공기조화장치에 관한 것으로, 방전유닛은, 플라즈마 방전의 일종인 스트리머 방전으로 피처리 성분의 분해 효율을 향상하고 있다.
또한, 종래기술 2(한국 공개특허공보 제10-2006-0085647호)도, 스트리머 방전을 이용하는 공기정화장치를 제안하고 있다.
그러나, 상기의 종래기술들은 스트리머 방전이 일어나는 영역에 공기를 통과시켜 살균 처리를 수행하기 보다는, 스트리머 방전으로 래디컬을 발생시키고, 상기 래디컬 등의 확산 현상에 의해 살균 처리를 수행하여, 살균 성능 향상이 어려운 문제점이 있다.
또한, 살균 처리 성능을 향상시키기 위하여 방전 강도를 높이거나, 방전유닛의 개수를 늘려야 하고, 이 경우 공기 청정 규격에 따른 30ppb(십억분율)이상 농도의 오존이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 래디컬에 의한 살균 처리 성능을 향상시키기 위하여 촉매수단을 필요로 하고 이러한 촉매수단은 토출구측에 공기 유로와 수직한 방향으로 배치된다. 이에 따라, 공기 유동의 방해가 되어 차압을 증가시키고, 종래기술들에 개시된 방전유닛의 구조는 공기 유동을 방해하여 차압이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 방전유닛의 형상에 제약이 따르고, 이에 따라 다양한 형상의 공기청정기에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
선행문헌 1: 한국 공개특허공보 제10-2007-0094026호 선행문헌 2: 한국 공개특허공보 제10-2006-0085647호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공기가 유동하는 유로에 플라즈마 방전영역을 형성하고, 공기중의 미생물을 전하에 의해 살균하여 살균 처리 성능을 향상시킨 플라즈마 살균 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 전하에 의해 미생물을 살균하여 살균 처리 성능을 향상시킴으로써, 플라즈마 방전에 의해 발생되는 오존의 농도를 감소시키고, 이로써 오존에 대한 공기청정규격에 부합하는 플라즈마 살균 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 전하에 의해 미생물을 살균하여 차압증가의 원인이 되는 별도의 촉매수단을 요하지 않는 플라즈마 살균 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 공기가 유동하는 유로상에 설치되면서도, 유로저항을 최소화하는 형상으로 설치되어, 상류와 하류의 차압을 감소시킨 플라즈마 살균 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 방전 전극과 접지 전극의 이격 거리를 균일하게 배치하여, 구비된 방전침 모두에서 플라즈마 방전이 발생하도록 하고, 플라즈마 방전의 강도가 균일하게 발생되는 플라즈마 살균 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 방전침 끝단의 직경을 줄여 방전 강도를 유지하면서 방전 전극과 접지 전극 사이의 이격 거리를 늘리고, 넓은 영역에서 플라즈마 방전이 발생하는 플라즈마 살균 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈은, 공기가 유입되는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되고 유입된 공기가 토출되는 제2 면이 개구되고, 개구된 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 형성하는 내측 둘레면의 단면이 다각형으로 형성된 하우징과, 상기 하우징내에 설치되는 접지 전극과, 상기 하우징내에 배치되되, 상기 접지 전극과 이격되게 배치되는 방전 전극을 포함한다.
상기 접지 전극은 단면이 다각형으로 형성된 복수의 전극부를 포함하고, 상기 방전 전극은, 다각형의 형상으로 형성된 복수의 방전 베이스와, 상기 복수의 방전 베이스에 구비되고 고전압이 인가되어 상기 전극부를 향하여 플라즈마 방전이 발생되는 방전침을 포함한다.
상기 복수의 전극부는, 상기 하우징의 내측 둘레면과 중심축을 공유할 수 있고, 상기 중심축으로부터 상기 하우징의 내측 둘레면 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 복수의 방전 베이스는, 상기 하우징의 내측 둘레면 및 복수의 전극부와 중심축을 공유할 수 있고, 상기 중심축으로부터 상기 하우징의 내측 둘레면 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 복수의 방전 베이스는 서로 마주보는 두 개의 전극부의 이격된 사이에 하나씩 배치될 수 있다.
상기 복수의 방전 베이스는 각각 상기 서로 마주보는 두 개의 전극부의 이격된 사이의 중앙에 배치될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 내측 둘레면의 내각이 90도 이상 144도 이하로 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 내측 둘레면의 단면이 정다각형으로 형성될 수 있다.
상기 하우징은, 외곽을 형성하고, 상기 내측 둘레면을 구비하는 외측링과, 상기 외측링의 모서리부로부터 상기 외측링의 중심축을 향하여 돌출된 스포크를 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 외측링보다 상기 중심축과 가깝게 배치되는 허브링과, 상기 외측링과 허브링의 이격된 사이의 중앙에 배치되는 내측링을 포함할 수 있고, 상기 외측링, 상기 허브링 및 상기 내측링은 중심축을 공유할 수 있고, 상기 스포크는 상기 외측링, 상기 내측링 및 상기 허브링을 연결할 수 있다.
상기 내측링은 복수로 구비될 수 있고, 복수의 내측링은 중심축을 공유하고, 외측링 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다.
상기 스포크는, 상기 외측링의 모서리부, 상기 내측링의 모서리부 및 상기 허브링의 모서리부를 연결할 수 있다.
상기 복수의 전극부는, 상기 외측링의 내측 둘레면, 상기 내측링의 외측 둘레면과 내측 둘레면, 상기 허브링의 외측 둘레면과 내측 둘레면에 배치될 수 있다.
상기 복수의 전극부는, 상기 복수의 전극부의 모서리부가 상기 스포크에 의해 지지되게 배치될 수 있고, 상기 복수의 방전 베이스는, 상기 복수의 방전 베이스의 꼭짓점이 상기 스포크 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 접지 전극은 상기 복수의 전극부를 연결하는 방사상의 접지 연결부를 포함할 수 있고, 상기 접지 연결부는 상기 스포크에 지지되게 배치될 수 있다.
상기 스포크는 길이방향을 따라 연장 형성된 삽입홈이 형성될 수 있고, 상기 접지 연결부는 상기 삽입홈에 삽입될 수 있다.
상기 방전 전극은, 상기 복수의 방전 베이스를 연결하는 베이스 연결부를 포함할 수 있고, 상기 베이스 연결부가 상기 스포크 상에 위치하도록 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 살균 모듈은, 상기 방전 전극을 수용하고, 상기 하우징에 결합되는 방전 전극 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 방전 전극 하우징은 상기 방전 베이스와 동일한 형상의 홈이 형성될 수 있고, 상기 방전침은, 길이가 상기 방전 전극 하우징의 홈보다 길게 형성될 수 있다.
상기 방전침은 상기 방전 베이스와 별도로 제작되어 상기 방전 베이스에 설치될 수 있다.
다르게는, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈은, 공기청정기에 구비될 수 있다.
다르게는, 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈은 공기조화기에 구비될 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 플라즈마 살균 모듈에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　방전 전극과 접지 전극은 공기가 플라즈마 방전이 발생하는 영역을 통과하도록 배치되어 공기중의 미생물이 플라즈마 방전영역을 통과하면서 세포벽에 전하가 쌓이고, 전하에 의한 쿨롱힘에 의해 미생물이 세포벽이 붕괴되며 살균되어 살균 처리 성능이 향상되는 장점이 있다.
둘째,　종래 래디컬의 확산에 의한 방전유닛보다 제균성능이 향상되어 플라즈마 방전에 의해 발생되는 오존의 농도를 감소시킬 수 있는 장점도 있다.
셋째,　전하에 의해 미생물을 살균하여 별도의 촉매수단을 요하지 않고, 공기가 유입되는 제1 면 및 제1 면에 대향되고 공기가 토출되는 제2 면이 개구된 하우징이 공기가 유동하는 유로상에 설치되어 공기유로의 상류와 하류의 차압을 감소시켜 살균 처리 성능 및 송풍성능이 향상된 장점도 있다.
넷째, 상기 제1 면 및 제2 면이 개구된 하우징을 포함하고, 방전 전극과 접지 전극은 하우징과 중심축을 공유하고 서로 이격되게 배치되어, 공기가 플라즈마 방전이 발생하는 영역을 통과하면서 꺽이지 않게 유동하여 유로저항을 줄이고, 차압을 감소시킬 수 있는 장점도 있다.
다섯째, 하우징의 내측 둘레면의 단면과 방전침에 대향하는 전극부의 단면이 다각형의 형상으로 형성되고, 방전침이 구비되는 방전 베이스도 다각형의 형상으로 형성되어 방전 전극과 접지 전극의 이격 거리가 균일하게 배치될 수 있고, 이로써 구비된 모든 방전침에서 플라즈마 방전이 발생할 수 있고, 플라즈마 방전의 강도가 균일하게 발생되는 장점도 있다.
여섯째, 방전침을 방전 베이스와 별도로 제작하여, 종래의 방전 유닛보다 방전이 발생하는 끝단의 직경이 작은 방전침을 경제적으로 구비할 수 있고, 이로써 방전 강도를 유지하면서도 방전 전극과 접지 전극사이의 이격거리를 늘려 넓은 영역에서 플라즈마 방전이 발생할 수 있는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈을 구비한 공기청정기의 정면을 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기청정기의 측면을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈의 평면도와 저면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 접지 전극, 하우징 및 접지 전극과 하우징 조립체를 나타낸 도이다.
도 6은 도 3에 도시된 방전 전극 및 일부 조립체의 사시도이다.
도 7은 도 4에 표시된 A영역의 확대도와 하우징의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈의 일부에서 발생하는 플라즈마 방전 영역을 통과하는 공기를 나타낸 개념도이다.
도 9는 플라즈마 방전의 종류를 나타내는 개념도로서, (a)는 방전 전극에 양의 전압이 인가된 경우이고, (b)는 방전 전극에 음의 전압이 인가된 경우의 개념도이다.
도 10은 플라즈마 방전 영역을 통과하는 공기의 살균 원리를 나타내는 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)을 구비한 공기청정기(10)의 정면을 도시한 개념도이다. 도 2는 도 1에 도시된 공기청정기(10)의 측면을 도시한 개념도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예가 적용되는 공기청정기(10)는, 원통 형상의 본체와, 본체의 하부에 구비되어 공기가 흡입되는 흡입구(12)와, 본체의 상부에 구비되어 흡입구(12)로 흡입된 공기가 토출되는 토출구(13)와, 본체 내부에 구비되어 흡입구(12)측에서 토출구(13)측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(11)과, 흡입된 공기를 플라즈마 방전을 이용하여 살균 처리하는 플라즈마 살균 모듈(100)을 구비할 수 있다.
공기청정기(10)는 공기가 흡입되는 흡입구(12)가 플라즈마 살균 모듈(100)의 하측에 구비되고, 공기가 외부로 토출되는 토출구(13)가 플라즈마 살균 모듈(100)의 상측에 구비될 수 있다. 플라즈마 살균 모듈(100)은 공기가 유동하는 유로상에 설치될 수 있다.
또한, 플라즈마 살균 모듈(100)의 상측으로 공기를 유동시키는 송풍팬(11)이 배치될 수 있다. 이 경우에, 토출구(13)는 송풍팬(11)의 상측에 형성될 수 있다. 즉, 송풍팬(11)은 플라즈마 살균 모듈(100)과 토출구(13)의 사이에 배치될 수 있다.
도 1과 도 2에서 도시된 공기청정기(10)의 형상은 예시적인 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
한편, 공기청정기(10)의 본체 내부에는 송풍팬(11)을 구동시키는 모터(미도시), 각종 회로 부품, 필터 등이 수용될 수 있다. 송풍팬(11)은, 외부의 오염된 공기를 흡입하여, 정화된 공기를 외부로 다시 배출시키는 기능을 수행할 수 있다.
송풍팬(11)은, 상기 플라즈마 살균 모듈(100)의 하측에서 상기 플라즈마 살균 모듈(100)의 상측으로 공기가 유동하도록, 상기 플라즈마 살균 모듈(100)의 상측에 구비될 수 있다. 이에 따라, 공기는 흡입구(12), 플라즈마 살균 모듈(100), 토출구(13) 순서로 흐를 수 있다. 또한, 흡입구(12)와 송풍팬(11) 사이에는 각종 필터(filter)가 배치될 수도 있다.
플라즈마 살균 모듈(100)은 본체의 내부에 배치되어 흡입구(12)로 흡입된 공기를 살균 처리하여 정화할 수 있다. 플라즈마 살균 모듈(100)은 둘레가 본체의 내부 둘레와 같은 형상으로 형성될 수 있다.
이하에서는 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)을 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈을 나타낸 것이고, 도 5(a)는 접지 전극의 사시도, 도 5(b)는 하우징의 평면도 도 5(c)는 하우징의 제1 면과 제2 면의 사이의 횡단면도, 도 5(d)는 접지 전극과 하우징 조립체의 사시도, 도 6(a)는 방전 전극의 사시도, 도 6(b)는 방전 전극과 방전 전극 하우징 조립체의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은, 상기 공기가 유입되는 제1 면(151) 및 상기 제1 면(151)에 대향되고 들어온 공기가 토출되는 제2 면(152)이 개구된 하우징(150)과, 하우징(150)내에 설치되는 접지 전극(130)과, 하우징(150)내에 설치되고, 접지 전극(130)에 이격되게 배치되는 방전 전극(110)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 거미줄 형상으로 형성될 수 있다.
하우징(150)은 개구된 제1 면(151) 및 제2 면(152)을 형성하는 내측 둘레면(153i)을 구비한다. 내측 둘레면(153i)의 단면은 다각형으로 형성된다. 즉, 하우징(150)의 내측 둘레면(153i)은 제1 면(151) 및 제2 면(152)이 개구된 다각형 기둥의 형상으로 형성된다.
하우징(150)은 공기가 유동하는 유로상에 설치될 수 있고, 개구된 제1 면(151) 및 제2 면(152)을 형성하는 내측 둘레면(153i)이 공기가 유동하는 유로와 평행하게 형성될 수 있다. 하우징(150)은 플라즈마 살균 모듈(100)이 적용되는 공기청정기(10), 공기조화기 등에 설치될 수 있고, 상기 공기청정기(10) 또는 공기조화기의 본체 내부의 공기유로를 형성하는 면에 접하게 설치될 수 있다. 따라서, 흡입구(12)로 들어온 공기는 빠짐없이 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하여 토출구(13)로 유동할 수 있다.
플라즈마 살균 모듈(100)이 적용되는 공기청정기(10) 또는 공기조화기에 흡입구(12)가 본체의 하부에 설치되고, 토출구(13)가 본체의 상부에 설치되는 경우, 하우징(150)은 제1 면(151)이 하부를 향하고, 제2 면(152)이 상부를 향하게 설치될 수 있다.
방전 전극(110)은 고전압이 인가되어 제1 면(151)과 제2 면(152)의 사이에서 접지 전극(130)을 향하여 플라즈마 방전을 발생시킨다. 방전 전극(110)은 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시키고, 접지 전극(130)은 플라즈마 살균 모듈(100)에 접지를 제공하고, 방전 전극(110)에서 발생하는 플라즈마 방전이 접지 전극(130)을 향하여 발생하도록 한다.
접지 전극(130)은 단면이 다각형으로 형성된 복수의 전극부(131)를 포함한다. 복수의 전극부(131) 각각은 단면이 다각형으로 형성된다.
접지 전극(130)은 상용전원의 접지전극과 연결되거나, 플라즈마 살균 모듈(100)이 적용되는 공기청정기(10) 또는 공기조화기의 제어회로기판과 연결되어 접지 전극(130)에 접지를 제공할 수 있다.
방전 전극(110)은 다각형의 형상으로 형성된 방전 베이스(111)와, 방전 베이스(111)에 구비되는 복수의 방전침(113)을 포함한다. 방전 전극(110)은 복수의 방전 베이스(111)를 포함한다. 복수의 방전 베이스(111) 각각은 다각형으로 형성된다. 각각의 방전 베이스(111)에는 복수개의 방전침(113)이 구비된다. 방전침(113)은 고전압이 인가되어 전극부(131)를 향하여 플라즈마 방전이 발생된다.
방전 전극(110)과 접지 전극(130)은 전도성이 우수한 재질로 이루어질 수 있고, 하우징과 후술하는 방전 전극 하우징(160)은 비전도성의 재질로 이루어질 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 하우징(150)은 외곽을 형성하는 외측링(153), 외측링(153)과 이격되게 배치되고 외측링(153)보다 중심축(C)에 가깝게 배치되는 허브링(155), 외측링(153)과 허브링(155)의 이격된 사이에 배치되는 내측링(154) 및 방사상의 스포크(157)를 포함할 수 있다. 허브링(155), 내측링(154) 및 외측링(153)은 스포크(157)에 의해 연결될 수 있다.
외측링(153)은, 하우징(150)의 외곽을 형성하고, 하우징(150)의 내측 둘레면(153i)을 구비할 수 있다. 따라서, 하우징(150)의 내측 둘레면(153i)은 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)을 의미한다.
허브링(155), 내측링(154) 및 외측링(153)은 중심축(C)을 공유하고, 중심축(C)으로부터 외측 방향으로 허브링(155), 내측링(154), 외측링(153)의 순서로 배치된다. 내측링(154)은 외측링(153)과 허브링(155)의 이격된 사이의 중앙에 배치될 수 있다.
하우징(150)은 복수의 내측링(154)을 구비할 수 있고, 내측링(154)의 개수는 플라즈마 살균 모듈(100)의 크기에 따라 결정될 수 있다. 복수의 내측링(154)의 내측 둘레면(154i)과 외측 둘레면(154o)에 전극부(131)가 배치될 수 있다.
복수의 내측링(154)은 형상이 동일하고 크기가 다른 닮은꼴 형상일 수 있다. 복수의 내측링(154)은 중심축(C)을 공유하고, 중심축(C)으로부터 외측링(153)의 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 내측링(154)은 서로 인접한 내측링(154) 사이의 이격 거리가, 가장 외곽에 배치되는 내측링(154)과 외측링(153) 사이의 이격거리 및 가장 내측에 배치되는 내측링(154)과 허브링(155) 사이의 이격거리와 동일하게 배치될 수 있다.
복수의 내측링(154)은 크기가 다르나, 이외의 사항은 서로 동일하거나 유사한 바, 이하, 내측링(154)이 하나인 경우를 예로 들어 설명한다.
내측링(154)과 허브링(155)은 둘레면의 단면이 다각형인 링 형상으로 형성될 수 있다. 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154)의 내측 둘레면(154i)과 외측 둘레면(154o) 및 허브링(155)의 내측 둘레면(155i)과 외측 둘레면(155o)은 단면이 서로 닮은꼴 형상으로 형성될 수 있다. 즉 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154) 및 허브링(155)의 단면은 크기가 서로 다르고, 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 플라즈마 살균 모듈(100)을 공기 유동의 하류측 또는 상류측에서 볼 때, 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154), 허브링(155)은 크기가 서로 다른 정팔각형의 형상으로 형성될 수 있다. 외측링의 내측 둘레면(153i), 내측링(154) 및 허브링(155)의 정팔각형의 형상은 하나의 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 다각형 기둥에서 높이방향의 모서리를 모서리부라 정의한다.
스포크(157)는 외측링의 모서리부(153e)로부터 중심축(C)을 향하여 돌출형성될 수 있다. 스포크(157)는 외측링(153)의 모서리부(153e), 내측링(154)의 모서리부(154e), 허브링(155)의 모서리부(155e)를 연결할 수 있다. 따라서, 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154), 허브링(155)이 원형으로 형성된 경우에 비하여, 상호간의 이격 거리를 일정하게 배치하기 용이하다.
도 5를 참조하면, 스포크(157)는 길이방향을 따라 삽입홈(157h)이 형성되어, 상기 홈에 후술하는 접지 전극(130)의 접지 연결부(135)가 삽입될 수 있다. 스포크(157)는, 스포크(157)와 외측링(153)이 만나는 끝단, 스포크(157)와 허브링(155)이 만나는 끝단 및 스포크(157)와 내측링(154)이 교차하는 위치에 전극부(131)의 모서리부(131e)와 동일한 형상으로 삽입홈(157h)이 연장형성될 수 있고, 전극부(131)의 모서리부(131e)는 상기 삽입홈(157h)에 삽입되어 스포크(157)에 의해 지지될 수 있다. 삽입홈(157h)의 깊이는 접지 전극(130)의 높이와 동일하게 형성될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154)의 외측 둘레면(154o)과 내측 둘레면(154i), 허브링(155)의 외측 둘레면(155o)과 내측 둘레면(155i)에 접지 전극(130)의 전극부(131)가 배치되고, 접지 연결부(135)는 삽입홈(157h)에 삽입되어, 방전침(113)과 전극부(131) 사이에 플라즈마 방전이 발생되고, 방전침(113)과 접지 연결부(135) 사이에는 방전이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 방전침(113)과 전극부(131) 사이의 이격 거리를 균일하게 배치할 수 있다.
스포크(157)는 단차지게 형성된 가이드부(157g)가 형성되어 후술하는 방전 전극(110)의 설치 위치를 안내할 수 있다. 방전 전극(110)은 하우징(150)에 접촉되게 설치되거나, 방전 전극 하우징(160)에 설치되고 방전 전극 하우징(160)이 하우징(150)에 결합될 수 있다. 가이드부(157g)는 스포크(157)에 형성되되, 내측링(154)과 외측링(153)을 연결하는 부분에 형성될 수 있다.
가이드부(157g)는, 방전 베이스(111)의 높이와 동일한 높이의 단차를 갖게 형성될 수 있고, 방전 베이스(111)는 가이드부(157g)에 접촉되게 설치될 수 있다. 또는, 가이드부(157g)는 방전 전극 하우징(160)의 높이와 동일한 높이의 단차를 갖게 형성될 수 있고, 방전 전극(110)은 방전 전극 하우징(160)에 설치되고, 방전 전극 하우징(160)이 가이드부에 접촉되게 설치될 수 있다.
스포크(157)는 제1 면(151) 및 제2 면(152) 중 어느 한 면측에 상기 삽입홈(157h)이 형성되고, 다른 한 면 측에 상기 가이드부(157g)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 도3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 스포크(157)는 하우징(150)의 제1 면(151)측에 상기 가이드부(157g)가 형성되고, 하우징(150)의 제2 면(152)측에 상기 삽입홈(157h)이 형성될 수 있다. 이와 달리, 스포크(157)는 하우징(150)의 제1 면(151) 측에 상기 삽입홈(157h)이 형성되고, 하우징의 제2 면(152) 측에 상기 가이드부(157g)가 형성될 수도 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 접지 전극(130)은 복수의 전극부(131)와, 복수의 전극부(131)를 연결하는 접지 연결부(135)를 포함할 수 있다. 복수의 전극부(131)는 각각 단면이 다각형으로 형성되고, 접지 연결부(135)는 방사상으로 형성되어 복수의 전극부(131)의 모서리부(131e)를 연결할 수 있다. 한편, 도 4에서 접지 전극(130)은 음영이 표시된 구성이다.
전극부(131)는 하우징(150)에 설치될 수 있다. 복수의 전극부(131)는 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154)의 외측 둘레면(154o)과 내측 둘레면(154i), 허브링(155)의 외측 둘레면(155o)과 내측 둘레면(155i)에 각각 배치될 수 있다.
복수의 전극부(131)는 서로 중심축(C)을 공유할 수 있다. 복수의 전극부(131)는 중심축(C)으로부터 외측링(153)(또는, 하우징의 내측 둘레면(153i))의 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 전극부(131)는 외측링(153), 내측링(154) 및 허브링(155)과 중심축(C)을 공유할 수 있다.
복수의 전극부(131)는 서로 형상이 동일하고 크기가 다른 닮은꼴 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 전극부(131)의 단면은, 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154)의 내측 둘레면(154i)과 외측 둘레면(154o) 및 허브링(155)의 내측 둘레면(155i)과 외측 둘레면(155o)의 단면과 닮은꼴 형상일 수 있다.
접지 전극(130)은 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)에 배치되는 제1 전극부(131a)와, 제1 전극부(131a)와 대향되고 내측링(154)의 외측 둘레면(154o)에 배치되는 제2 전극부(131b)와, 내측링(154)의 내측 둘레면(154i)에 배치되는 제3 전극부(131c)와, 제3 전극부(131c)와 대향되고, 허브링(155)의 외측 둘레면(155o)에 배치되는 제4 전극부(131d)와, 허브링(155)의 내측 둘레면(155i)에 배치되는 제5 전극부(131e)를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이 하우징(150)은 복수의 내측링(154)을 구비할 수 있고, 이 경우 복수의 내측링(154) 각각의 외측 둘레면(154o)과 내측 둘레면(154i)에도 전극부(131)가 배치될 수 있다.
복수의 전극부(131)는 서로 대향되게 배치된 전극부(131) 사이의 이격거리가 서로 동일하게 배치될 수 있다. 제1 전극부(131a)와 제2 전극부(131b) 사이의 이격 거리, 제3 전극부(131c)와 제4 전극부(131d) 사이의 이격 거리 및 제5 전극부(131e)의 서로 대향되는 면 사이의 거리는 서로 동일할 수 있다.
접지 연결부(135)는 방사상으로 형성될 수 있고, 하우징(150)의 스포크(157)에 의해 지지될 수 있다. 전술한 바와 같이, 접지 연결부(135)는 스포크(157)에 형성된 삽입홈(157h)에 삽입되어, 접지 전극(130)이 하우징(150)에 설치될 수 있다.
접지 연결부(135)는 복수개의 평판 형상의 전도성 재질의 부재를 방사상으로 배치하여 형성될 수 있다. 상기 복수개의 평판 형상의 부재는 제1 내지 제4 전극부의 모서리부를 연결하고, 상기 복수개의 평판 형상의 부재 중 적어도 어느 하나의 부재는 제1 내지 제5 전극부의 모서리부를 연결할 수 있다.
한편, 허브링(155)은, 제1 내지 제5 전극부(131a~131e)의 모서리부(132a~132e)를 연결하는 부재가 배치되는 위치에 스포크(157)의 삽입홈(157h)으로부터 연장된 홈이 형성되어, 상기 부재가 제4 전극부(131d)와 제5 전극부(131e)를 연결할 수 있다.
복수의 전극부(131)는 접지 연결부(135)에 의하여 서로 연결되어 같은 전위를 가질 수 있다. 따라서, 접지 전극(130)의 어느 부위에 전압이 인가되더라도 동일한 전위를 가지며, 접지 전극(130)의 어느 부위에 접지가 제공되더라도, 접지 전극(130) 전체에서 플라즈마 살균 모듈(100)에 접지를 제공할 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 방전 전극(110)은, 다각형의 형상으로 형성된 복수의 방전 베이스(111)와, 복수의 방전 베이스(111)에 구비되는 방전침(113)을 포함한다. 플라즈마 살균 모듈(100)은 방전 전극(110)을 수용하는 방전 전극 하우징(160)을 포함할 수 있고, 방전 전극(110)은 방전 전극 하우징(160)에 설치될 수 있고, 방전 전극 하우징(160)은 하우징(150)에 결합될 수 있다. 또는, 방전 전극(110)은 하우징(150)에 접촉되게 설치될 수도 있다. 이하, 방전 전극(110)이 방전 전극 하우징(160)에 설치되는 경우를 예로들어 설명한다.
복수의 방전 베이스(111)는, 외측링(153)과 내측링(154)의 이격된 사이와, 내측링(154)과 허브링(155)의 이격된 사이에 배치될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)는 외측링(153)과 내측링(154)의 이격된 사이의 중앙과, 내측링(154)과 허브링(155)의 이격된 사이의 중앙에 배치될 수 있다. 내측링(154)이 복수로 구비된 경우에는 복수의 내측링(154)의 서로 이격된 사이에 배치될 수 있고, 복수의 내측링(154)의 서로 이격된 사이의 중앙에 배치될 수 있다.
상기의 방전 베이스(111)가 하우징(150)과의 관계에서 배치 위치를 특정한 것은 하우징(150)의 제1 면(151)의 상류측, 또는 제2 면(152)의 하류측에서 봤을 때의 배치 위치를 설명하는 것이고, 이격된 사이에 위치하면서 반드시 동일 평면상에 위치하는 것으로 특정한 것은 아니다. 이하, 방전 베이스(111)의 배치 위치를 접지 전극(130)과의 관계에서 특정한 것 또한 같다.
복수의 방전 베이스(111)는 서로 마주보는 두 개의 전극부(131)의 이격된 사이에 배치될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)는 서로 마주보는 두 개의 전극부(131)의 이격된 사이에 하나씩 배치될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)는 서로 바주보는 두 개의 전극부(131)의 이격된 사이의 중앙에 배치될 수 있다.
복수의 방전 베이스(111)는 제1 전극부(131a)와 제2 전극부(131b)의 이격된 사이와, 제3 전극부(131c)와 제4 전극부(131d)의 이격된 사이에 배치될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)는 제1 전극부(131a)와 제2 전극부(131b)의 이격된 사이의 중앙과, 제3 전극부(131c)와 제4 전극부(131d)의 이격된 사이의 중앙에 배치될 수 있다.
한편, 후술하는 바와 같이 방전침(113)은 방전 베이스(111)에 구비되고, 중심축(C) 상에도 더 구비될 수 있고, 방전 전극(110)에 구비된 모든 방전침(113)과 각각의 방전침(113)에 대향하는 전극부(131) 사이의 거리는 동일할 수 있다.
복수의 방전 베이스(111)는 서로 중심축(C)을 공유한다. 복수의 방전 베이스(111)는 중심축(C)으로부터 외측링(153)(또는, 하우징의 내측 둘레면(153i))의 방향으로 서로 이격되게 배치될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)는, 복수의 전극부(131), 외측링(153), 내측링(154) 및 허브링(155)과 중심축(C)을 공유할 수 있다. 따라서, 상기 중심축(C)을 플라즈마 살균 모듈(100)의 중심축(C)이라 할 수 있다.
복수의 방전 베이스(111)는 서로 형상이 동일하고 크기가 다른 닮은꼴의 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)는, 복수의 전극부(131), 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154)의 내측 둘레면(154i)과 외측 둘레면(154o) 및 허브링(155)의 내측 둘레면(155i)과 외측 둘레면(155o)의 단면과 닮은꼴 형상일 수 있다.
방전 베이스(111)는 꼭짓점이 스포크(157) 상에 위치하도록 배치된다. 방전 전극(110)이 하우징(150)에 접촉되게 설치되는 경우, 방전 베이스(111)는 꼭짓점이 스포크(157)에 접촉되게 배치된다. 방전 전극(110)이 방전 전극 하우징(160)에 설치되는 경우, 위에서 볼 때 방전 베이스(111)는 꼭짓점이 스포크(157)와 겹쳐지게 배치된다.
방전침(113)은, 방전 전극(110)에 고전압이 인가되면 접지 전극(130)의 전극부(131)를 향하여 플라즈마 방전이 발생된다. 방전침(113)은 공기 유동방향과 나란하게 배치될 수 있다.
방전침(113)은 방전 베이스(111)에 구비되고, 방전 베이스(111)는 복수의 전극부(131)의 이격된 사이의 중앙에 배치되어, 서로 마주보는 두 개의 전극부(131)의 이격된 중앙에 방전침(113)이 배치된다. 방전 전극(110)에 고전압이 인가되면 방전침(113)은 상기 서로 마주보는 두 개의 전극부(131)를 향하여 양방향으로 플라즈마 방전이 발생된다.
한편, 플라즈마 살균 모듈(100)의 사용에 따라, 전극 마모가 발생할 수 있고, 특히 방전침(113)의 끝단에 마모가 발생할 수 있다. 방전침(113)의 마모는 끝부분의 직경이 두꺼워지게 하고, 플라즈마 방전 강도에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 플라즈마 살균 모듈(100)의 사용에 따라, 플라즈마 방전의 강도가 불균일해질 수 있다.
전극에 니켈-코발트 합금(nickel-cobalt alloy)을 도금할 경우 전극 마모를 방지할 수 있는 것으로 알려져 있다. 전극 마모를 방지하기 위하여 방전침(113)은 니켈-코발트 합금으로 형성되거나, 스테인레스강으로 형성되고 니켈-코발트 합금으로 도금될 수 있다.
방전침(113)은 방전 베이스(111)와 별도로 제작되어 방전 베이스(111)에 설치될 수 있다. 방전 베이스(111)는 금속 페이스트로 제작될 수 있다. 방전침(113)과 방전 베이스(111)를 금형을 이용하여 일체로 제작하는 경우에는 방전침(113)의 끝단의 직경을 줄이는데 한계가 있으며, 방전침(113)의 끝단의 직경을 100μm이하로 제작하기에 상당한 어려움이 있다. 이에 비하여, 방전침(113)을 별도로 제작하는 경우에는 방전침(113)의 끝단 직경이 약 10μm 이하가 되게 제작하는데 용이하다.
한편, 방전 강도는 인가된 전압의 크기가 크고, 방전침(113)의 끝단의 직경이 작으며, 방전침(113)과 대향 전극사이의 거리가 가까울수록 크다. 따라서, 방전침(113)을 방전 베이스(111)와 별도로 제작하여 끝단의 직경을 줄일 수 있고, 방전침과 전극부(131)의 이격거리를 종래보다 크게 할 수 있으며, 이에 따라 방전 영역을 증가시킬 수 있다.
방전 전극(110)은 체결링(118)과 베이스 연결부(116)를 포함할 수 있다. 방전 전극(110)은 베이스 연결부(116)가 스포크(157) 상에 위치하도록 배치될 수 있다. 체결링(118)은 허브링(155) 상에 배치될 수 있다. 복수의 방전 베이스(111)와, 베이스 연결부(116)와, 체결링(118)은 일체로 형성될 수 있다.
상기의 베이스 연결부(116)가 스포크(157) 상에 위치한다는 것은 베이스 연결부(116)가 스포크(157)에 접촉되게 위치하는 경우뿐만 아니라, 하우징(150)의 제1 면(151)의 상류측 또는 제2 면(152)의 하류측에서 봤을 때 겹쳐지게 배치되는 경우도 포함한다. 체결링(118)이 허브링 상에 배치된다는 것 또한 같다.
체결링(118)은 방전 베이스(111)와 중심축(C)을 공유할 수 있고, 방전 베이스(111)보다 중심축(C)에 가깝게 배치될 수 있다. 체결링(118)은 방전 베이스(111)와 닮은꼴의 다각형 형상으로 형성될 수 있다.
베이스 연결부(116)는 복수의 방전 베이스(111)를 연결할 수 있다. 베이스 연결부(116)는 체결링(118)으로부터 가장 외측에 배치된 방전 베이스(111)를 향하여 연장 형성되어 복수의 방전 베이스(111)와 체결링(118)을 연결하고, 방사상으로 형성될 수 있다. 베이스 연결부(116)는 복수의 방전 베이스(111)의 꼭짓점을 연결할 수 있다. 베이스 연결부(116)는 체결링(118)의 꼭짓점과 복수의 방전 베이스(111)의 꼭짓점을 연결할 수 있다. 방사상의 베이스 연결부(116)의 일부는 중심축(C)을 지나게 형성될 수 있다.
한편, 방전침(113)은 방전 베이스(111)에 구비될 뿐만 아니라, 중심축(C)을 지나는 베이스 연결부(116c)상에 설치되어 중심축(C) 상에도 구비될 수 있다. 중심축(C) 상에 구비된 방전침(113)은 허브링(155)의 내측 둘레면(155i)에 배치된 전극부(131)를 향하여 플라즈마 방전이 발생될 수 있다.
방전침(113), 방전 베이스(111), 베이스 연결부(116), 체결링(118)은 모두 연결되어 있어, 어느 부분에 전압이 인가되더라도 복수의 방전침(113)들은 같은 전압이 인가될 수 있다. 방전 전극(110)은 고전압이 인가되고, 복수의 방전 베이스(111) 또는 베이스 연결부(116)와 연결되는 전압인가부(미도시)를 포함할 수 있다.
방전 전극 하우징(160)은 방전 전극(110)을 수용하고, 하우징(150)에 결합될 수 있다. 방전 전극 하우징(160)은 복수의 방전 베이스(111)와 동일한 형상의 홈이 형성되어 방전 베이스(111)가 삽입될 수 있다. 방전 전극 하우징(160)은 복수의 방전 베이스(111), 베이스 연결부(116), 체결링(118)의 결합체와 동일한 형상의 홈이 형성되어 상기 결합체가 상기 홈에 삽입될 수 있다. 방전 베이스(111)가 방전 전극 하우징(160)에 삽입되어 접지 전극(130)과의 접촉을 방지할 수 있다.
방전침(113)의 길이는 상기 방전 전극 하우징(160)의 홈의 깊이보다 길게 형성된다. 따라서, 방전침(113)은 측면에서 봤을 때, 방전 전극 하우징(160)으로부터 돌출되고, 전극부(131)와 대향하여 플라즈마 방전이 발생될 수 있다.
전술한 스포크(157)의 가이드부(157g)에 방전 전극 하우징(160)이 접촉하게 배치되어, 방전 전극 하우징(160)은 하우징(150)과 결합될 수 있다. 방전 전극 하우징(160)은 외측 둘레면(163)의 모서리부(163e)가 스포크(157)(157)의 가이드부(157g)와 맞물림으로써, 하우징(150)에 결합될 수 있다.
한편, 방전 전극(110)과 접지 전극(130)은 제1 면(151)으로 유입된 공기가 플라즈마 방전이 발생하는 영역을 통과하여 제2 면(152)으로 토출되게 배치된다. 상기 플라즈마 방전은 제1 면(151)으로 유입되어 제2 면(152)으로 토출되는 공기를 가로질러 발생할 수 있다.
방전 전극(110)과 접지 전극(130)은 상기 플라즈마 방전이 발생하는 영역이 상기 공기가 유동하는 방향과 교차하게 배치될 수 있다. 방전 전극(110)과 접지 전극(130)은 상기 플라즈마 방전이 발생하는 영역과 상기 공기가 유동하는 방향이 직교하게 배치될 수 있다. 상기 플라즈마 방전이 발생하는 영역은 상기 공기가 유동하는 방향과 직교할 수 있다.
외측링(153)과 내측링(154) 및 허브링(155)은 공기유동방향과 나란하게 배치될 수 있고, 복수의 전극부(131)는 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154)의 내측 둘레면(154i)과 외측 둘레면(154o) 및 허브링(155)의 내측 둘레면(155i)과 외측 둘레면(155o)에 배치되고, 방전침(113)은 공기 유동방향과 나란하게 배치될 수 있다.
하우징(150)의 폭은 공기 유동방향과 수직한 방향으로 정의할 수 있고, 높이는 공기 유동방향과 수평한 방향으로 정의할 수 있다. 이 경우, 외측링(153), 내측링(154), 허브링(155) 및 스포크(157)는 폭이 높이보다 좁게 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 하우징의 제1 면(151)으로 유입되어 제2 면(152)으로 토출되는 공기의 유로저항을 줄이고, 공기 유로의 상류와 하류 사이의 차압을 종래기술들에 비해 감소시킬 수 있다.
한편, 플라즈마 방전의 강도는 방전 전극(110)과 접지 전극(130)의 이격거리와, 방전침(113)의 끝단의 직경, 인가된 전압의 크기에 따라 세기가 결정된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 방전 전극(110)과 접지 전극(130)의 이격거리, 방전침(113) 끝단의 직경, 인가된 전압의 크기가 플라즈마 방전이 발생하는 영역 모두에서 동일하기 때문에 균일한 강도의 플라즈마 방전이 발생할 수 있다.
도 7은 하우징(150)의 외측링(153)(또는, 하우징의 내측 둘레면(153i))과 전극부(131)의 내각의 각도(θ)와, 내각의 각도(θ)에 따른 외측링(153) 및 전극부(131)의 형상을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 하우징(150)의 내측 둘레면(153i)의 내각의 각도(θ), 즉 외측링(153)의 내각의 각도(θ)는 90도 이상, 144도 이하로 형성될 수 있다. 내측링(154)의 외측 둘레면(154o)과 내측 둘레면(154i), 허브링(155)의 외측 둘레면(155o)과 내측 둘레면(155i)의 내각의 각도는 외측링(153)의 내각의 각도(θ)와 동일할 수 있다. 또한, 복수의 전극부(131)의 내각의 각도와 방전 베이스(111)의 내각의 각도도 외측링(153)의 내각의 각도(θ)와 동일할 수 있다.
하우징(150)의 내측 둘레면(153i)의 단면, 즉 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)의 단면은 정다각형으로 형성될 수 있다. 따라서, 외측링(153)의 모든 내각의 각도(θ)는 서로 동일할 수 있다. 또한, 내측링(154)의 외측 둘레면(154o)과 내측 둘레면(154i), 허브링(155)의 외측 둘레면(155o)과 내측 둘레면(155i)의 단면은 외측링(153)의 내측 둘레면(153i) 단면과 닮은꼴의 정다각형으로 형성될 수 있다. 또한, 복수의 전극부(131)의 단면과 복수의 방전 베이스(111)는 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)의 단면과 닮은꼴의 정다각형으로 형성될 수 있다.
정다각형 또는 정다각형의 기둥형상으로 이루어진 외측링(153)의 내측 둘레면(153i), 내측링(154), 허브링(155), 복수의 전극부(131) 및 방전 베이스(111)는 내각의 각도가 90도 이상 144도 이하로 형성될 수 있고, 이는 상기 정다각형이 정사각형 내지 정십각형인 경우를 의미한다.
외측링(153)의 내측 둘레면(153i)이 정삼각형 기둥으로 형성될 경우, 제1 면(151) 또는 제2 면(152)의 개구된 영역의 넓이는 하우징(150)의 단면적의 약 0.41 이하의 비율을 갖는다. 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)이 정사각형 기둥으로 형성될 경우, 제1 면(151) 또는 제2 면(152)의 개구된 영영의 넓이는 하우징(150)의 단면적의 약 0.64 이하의 비율을 갖는다. 따라서, 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)의 단면이 정삼각형일 경우, 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하는 공기의 절반 이상이 유로저항을 겪게되고, 플라즈마 살균 모듈(100)의 상류 및 하류의 차압이 크게 발생한다.
도 7(c)에 도시된 바와 같이, 외측링(153)의 내각의 각도(θ)가 144도인 경우, 외측링(153)의 내측 둘레면(153i)은 정십각형 기둥의 형상이고, 하우징(150) 전체의 단면적 대비 개구된 면적의 비율이 커서 차압이 적을 수 있다. 다만, 내각의 각도(θ)가 144도를 초과하는 경우, 즉 정십각형을 초과하는 정다각형일 경우, 외측링(153), 내측링(154), 허브링(155), 복수의 전극부(131), 방전 베이스(111)의 제조공정이 복잡해지고, 그에 비해 차압이 감소 효과가 크지 않다.
한편, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명을 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)의 하우징(150)의 외측 둘레면(153o)은 원 기둥의 형상으로 형성될 수 있고, 내측 둘레면(153i)은 정다각형의 기둥 형상으로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 플라즈마 살균 모듈(100)이 적용되는 공기청정기(10) 등의 내부 유로의 둘레면에 따라 하우징(150)의 외측 둘레면(153o)의 형상을 달라질 수 있다. 예를 들어, 하우징(150)의 외측 둘레면(153o)은 타원형 기둥 형상일 수 있고, 내측 둘레면(153i)은 좌우 대칭형의 다각형 기둥의 형상일 수도 있다. 또는, 하우징(150)의 외측 둘레면(153o)과 내측 둘레면(153i)이 모두 다각형의 형상일 수도 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하는 공기를 나타낸다. 도 8을 참조하면, 복수의 전극부(131)는 서로 마주보게 배치될 수 있고, 복수의 전극부(131)의 이격된 사이의 중앙에 방전침(113)이 배치될 수 있다. 복수의 전극부(131)와, 방전침(113)은 공기 유동방향과 나란하게 배치될 수 있다.
방전 전극(110)에 고전압이 인가되면, 방전침(113)은 서로 마주보게 배치된 전극부(131)를 향하여 양방향으로 플라즈마 방전을 발생시킨다. 플라즈마 방전은 방전침(113)의 끝단으로부터 전극부(131)를 향하여 발생될 수 있다. 공기는 하우징(150)의 개구된 제1 면(151)으로 유입되어 플라즈마 방전 영역을 통과하고, 제2 면(152)으로 토출된다.
따라서, 공기 유로의 상류와 하류사이의 차압이 작고, 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하는 공기를 효과적으로 살균 처리할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)의 플라즈마 방전을 이용한 살균 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 9(a)는 방전 전극(110)에 양의 전압이 인가된 경우, 도 9(b)는 방전 전극(110)에 음의 전압이 인가된 경우 플라즈마 방전의 종류를 나타내는 개념도이고, 도 10은 플라즈마 방전 영역을 통과하는 공기의 살균 원리를 나타내는 개념도이다.
플라즈마 방전(또는, 코로나 방전)의 형태는 방전 전극(110)과 대향 전극(또는, 접지 전극) 사이에 걸리는 전위차에 의해 변화한다. 방전 전극(110)에 전원의 양극을 연결하고, 인가된 전압의 크기를 증가시키면, 점차 도 9(a)의 a2, a3, a4, a5의 형태로 변화한다. 도 9(a)의 a2는 글로우 방전, a3는 브러쉬 방전, a4는 스트리머 방전, a5는 아크 방전을 나타낸다.
방전 전극(110)에 전원의 음극을 연결하고, 인가된 접압의 크기를 증가시키면, 점차 도 10(b)의 b2, b3의 형태로 변화하고, b2는 글로우 방전, b3는 아크 방전을 나타낸다. 방전 전극(110)에 전원의 음극을 연결한 경우, 전원의 양극을 연결한 경우와 달리, 스트리머 방전은 발생하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)의 방전 전극(110)에 전원의 양극을 연결하여 양의 전압을 인가할 수 있다. 방전 전극(110)은 양의 고전압이 인가되어 접지 전극(130)을 향하여 스트리머 방전을 발생시킬 수 있다. 스트리머 방전은, 글로우 방전에서 전기 에너지를 더 가하게 될 경우 전자 사태가 일어나며, 글로우 방전보다 넓은 방전역역을 형성하고, 살균 처리에 유리하다.
이와달리, 방전 전극(110)에 전원의 음극을 연결하여 음의 전압을 인가할 수도 있다. 방전 전극(110)은 음의 고전압이 인가되어 접지 전극(130)을 향하여 글로우 방전을 발생시킬 수 있다. 음의 고전압을 인가하여 발생되는 글로우 방전은 스트리머 방전에 비해 살균처리 성능은 떨어지나, 오존 발생이 적은 것으로 알려져 있다.
플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하는 공기 중의 부유 미생물(m)은 방전 전극(110)과 접지 전극(130) 사이의 방전 영역을 통과하며 세포벽에 전하가 축적된다. 미생물(m)은, 전하의 쿨롱 힘에 의해 세포벽의 장력이 붕괴되고, 세포벽이 찢어지면서 대사가 불가능하게된다. 이로써 상기 공기는 살균처리된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)의 살균 성능은 측정하기 위하여, 플라즈마 살균 모듈(100)에 1m/s의 유속으로 공기를 유동시키고, 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하기 전 상류 영역의 미생물(m) 농도와 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과한 후 하류 영역의 미생물(m) 농도를 비교하였다. 이와 같이 측정된 원패스(one pass) 살균 성능은, 살균처리를 위하여 흔히 쓰이는 UVC LED의 원패스 살균 성능과 유사한 성능이 실험적으로 관찰되었다.
한편, 자외선은 파장에 따라 UVA(315~400nm), UVB(280~315nm) 및 UVC(100~280nm)로 나누어지며, UVC LED는 UVC를 이용한 유기발광다이오드를 말한다.
살균 성능은, 공기가 플라즈마 방전 영역을 통과하는데 소요되는 시간과도 연관이 있다. 플라즈마 방전이 발생하는 영역의 유로폭이 다른 유로에 비해 좁아지는 경우, 공기의 유동이 빨라져 미생물에 충분한 전하가 축적되기 어렵다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)의 접지 전극(130)은 하우징(150)의 내측 둘레면(153i)과 평행하게 배치되어 공기 유로의 폭의 변화를 최소화하여, 공기 중의 부유 미생물에 전하가 충분히 축적되어 살균 성능이 향상될 수 있다.
또한, 종래기술의 살균 모듈의 구조와 같은 경우에는, 방전 영역의 구조물이 공기의 유동을 방해하여 살균 모듈을 통과하는 공기의 많은 부분이 플라즈마 방전 영역을 통과하지 않고, 공기중의 미량의 비율만이 방전 영역을 통과하게 되고, 전하의 축적에 의한 살균 효과는 미미하다. 따라서, 종래기술들은 래디컬 등의 확산 현상에 의해 살균 처리를 수행하게 되며, 이는 살균 성능이 향상되기 어려운 문제가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 하우징(150)의 제1 면(151) 및 제2 면(152)이 개구되고, 방전 전극(110)과 접지 전극(130)이 하우징의 내측 둘레면(153i)과 평행하게 배치되어, 플라즈마 방전 영역을 공기가 직접 통과하여 살균처리 되기 때문에, 종래기술들보다 낮은 전압을 인가하여 살균처리를 수행할 수 있고, 전술한 성능을 유지하면서 발생하는 오존의 농도를 낮출 수 있다.
일반적으로 오존에 대한 공기청정기의 규격은 30ppb농도 이하를 요구하고 있고, 종래기술에 의한 공기청정기의 사용시 상기 규격 농도 이상의 오존이 발생할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)을 적용하면, 규격 농도 이하의 오존이 발생할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 종래기술들과 달리 피처리 공기가 플라즈마 방전 영역을 직접 통과하여 공기중의 부유 미생물을 전하의 쿨롱힘에 의해 살균하여 별도의 촉매수단이나 집진 필터를 필요로 하지 않는다. 상기 촉매수단이나 집진 필터는 공기 유로의 상, 하류의 압력차이를 증가시키는 요인이 되고, 송풍성능을 감소시킨다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 종래기술에 비해 차압을 감소시켜 송풍성능을 향상시키고, 이는 종래기술에 비해 살균처리되는 공기의 양이 증가시키는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 살균 모듈(100)은 공기청정기(10) 또는 열교환기를 구비한 공기조화기에 적용할 수 있다. 공기청정기(10)에 적용되는 경우, 송풍팬(11)은 공기가 흡입구(12)를 통해 공기청정기(10)의 본체내로 유입되게 하고, 유입된 공기는 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하여 살균처리된 후, 토출구(13)를 통해 외부로 토출된다. 열교환기를 구비한 공기조화기에 적용되는 경우, 공기청정기(10)에서와 같이 플라즈마 살균 모듈(100)을 통과하여 살균처리된 공기는 열교환기와 열교환을 한 후, 외부로 토출된다. 이하, 공기청정기(10)에 적용된 경우를 예로 들어 설명한다.
플라즈마 살균 모듈(100)은 공기청정기(10) 본체 내부의 공기가 유동하는 유로상에 설치되고, 방전 전극(110)은 전원의 양극과 연결되어 접지 전극(130)을 향하여 플라즈마 방전을 발생시킨다. 방전 전극(110)에 고전압을 인가하여 플라즈마 방전을 발생시킬 수 있고, 플라즈마 살균 모듈(100)은 공기가 유동하는 유로의 상류측인 제1 면(151)과 하류측인 제2 면(152)이 개구되어 공기가 플라즈마 방전 영역을 직접 통과하며 살균처리된다.
하우징(150)의 제1 면(151)과 제2 면(152)이 개구되고, 복수의 전극부(131)는 하우징의 내측 둘레면(153i)과 평행하게 배치되고, 방전 전극 하우징(160)과 내측링(154), 허브링(155), 스포크(157)는 폭이 높이보다 좁게 형성되어, 공기 유동을 방해하지 않아 차압 감소를 최소화할 수 있다. 본 발명의 플라즈마 살균 모듈(100)을 적용한 경우, 공기청정기(10)에 일반적으로 적용되는 헤파필터에 비해 1/10정도 수준의 차압감소가 발생한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10: 공기청정기 11: 송풍팬
12: 흡입구 13: 토출구
100: 플라즈마 살균 모듈 110: 방전 전극
111: 방전 베이스 113: 방전침
116: 베이스 연결부 118: 체결링
130: 접지 전극 131: 전극부
135: 접지 연결부 150: 하우징
151: 제1 면 152: 제2 면
153: 외측링 154: 내측링
155: 허브링 157: 스포크(157)
160: 방전 전극 하우징

Claims (20)

  1. 공기가 유입되는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되고 들어온 공기가 토출되는 제2 면이 개구되고, 개구된 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 형성하는 내측 둘레면의 단면이 다각형으로 형성된 하우징;
    상기 하우징내에 설치되는 접지 전극; 및
    상기 하우징내에 배치되되, 상기 접지 전극과 이격되게 배치되는 방전 전극;을 포함하고,
    상기 접지 전극은 단면이 다각형으로 형성된 복수의 전극부를 포함하고,
    상기 방전 전극은,
    다각형의 형상으로 형성된 복수의 방전 베이스와,
    상기 복수의 방전 베이스에 구비되고, 고전압이 인가되어 상기 전극부를 향하여 플라즈마 방전이 발생되는 방전침을 포함하고,
    상기 하우징은,
    외곽을 형성하고, 상기 내측 둘레면을 구비하는 외측링과,
    상기 외측링의 모서리부로부터 상기 외측링의 중심축을 향하여 돌출된 스포크를 포함하는 플라즈마 살균 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극부는, 상기 하우징의 내측 둘레면과 중심축을 공유하고, 상기 중심축으로부터 상기 하우징의 내측 둘레면 방향으로 서로 이격되게 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 방전 베이스는, 상기 하우징의 내측 둘레면 및 복수의 전극부와 중심축을 공유하고, 상기 중심축으로부터 상기 하우징의 내측 둘레면 방향으로 서로 이격되게 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수의 방전 베이스는 서로 마주보는 두 개의 전극부의 이격된 사이에 하나씩 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수의 방전 베이스는 각각 상기 서로 마주보는 두 개의 전극부의 이격된 사이의 중앙에 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 내측 둘레면의 내각이 90도 이상, 144도 이하로 형성된 플라즈마 살균 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 내측 둘레면의 단면이 정다각형으로 형성된 플라즈마 살균 모듈.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서
    상기 하우징은,
    상기 외측링보다 상기 중심축과 가깝게 배치되는 허브링,
    상기 외측링과 허브링의 이격된 사이의 중앙에 배치되는 내측링을 포함하고,
    상기 외측링, 상기 허브링 및 상기 내측링은 중심축을 공유하고,
    상기 스포크는 상기 외측링, 상기 내측링 및 상기 허브링을 연결하는 플라즈마 살균 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스포크는, 상기 외측링의 모서리부, 상기 내측링의 모서리부 및 상기 허브링의 모서리부를 연결하는 플라즈마 살균 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서
    상기 복수의 전극부는,
    상기 외측링의 내측 둘레면, 상기 내측링의 외측 둘레면과 내측 둘레면, 상기 허브링의 외측 둘레면과 내측 둘레면에 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극부는, 모서리부가 상기 스포크에 의해 지지되게 배치되고,
    상기 복수의 방전 베이스는, 꼭짓점이 상기 스포크 상에 위치하도록 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 접지 전극은 상기 복수의 전극부를 연결하는 방사상의 접지 연결부를 포함하고,
    상기 접지 연결부는 상기 스포크에 지지되게 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 스포크는 길이방향을 따라 연장 형성된 삽입홈이 형성되고,
    상기 접지 연결부는 상기 삽입홈에 삽입되는 플라즈마 살균 모듈.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 전극은,
    상기 복수의 방전 베이스를 연결하는 베이스 연결부를 포함하고,
    상기 베이스 연결부가 상기 스포크 상에 위치하도록 배치되는 플라즈마 살균 모듈.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전 전극을 수용하고, 상기 하우징에 결합되는 방전 전극 하우징을 더 포함하는 플라즈마 살균 모듈
  17. 공기가 유입되는 제1 면 및 상기 제1 면에 대향되고 들어온 공기가 토출되는 제2 면이 개구되고, 개구된 상기 제1 면 및 상기 제2 면을 형성하는 내측 둘레면의 단면이 다각형으로 형성된 하우징;
    상기 하우징내에 설치되는 접지 전극; 및
    상기 하우징내에 배치되되, 상기 접지 전극과 이격되게 배치되는 방전 전극;을 포함하고,
    상기 접지 전극은 단면이 다각형으로 형성된 복수의 전극부를 포함하고,
    상기 방전 전극은,
    다각형의 형상으로 형성된 복수의 방전 베이스와,
    상기 복수의 방전 베이스에 구비되고, 고전압이 인가되어 상기 전극부를 향하여 플라즈마 방전이 발생되는 방전침을 포함하고,
    상기 방전 전극을 수용하고, 상기 하우징에 결합되는 방전 전극 하우징을 더 포함하고,
    상기 방전 전극 하우징은 상기 방전 베이스와 동일한 형상의 홈이 형성되고,
    상기 방전침은, 길이가 상기 방전 전극 하우징의 홈보다 길게 형성된 플라즈마 살균 모듈.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 방전침은 상기 방전 베이스와 별도로 제작되어 상기 방전 베이스에 설치되는 플라즈마 살균 모듈.
  19. 제 1 항 내지 제 7 항, 제 9 항 내지 제 18 항 중 어느 하나의 항에 따른 플라즈마 살균 모듈을 구비한 공기청정기.
  20. 제 1 항 내지 제 7 항, 제 9 항 내지 제 18 항 중 어느 하나의 항에 따른 플라즈마 살균 모듈을 구비한 공기조화기.
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