KR102274231B1 - Ozone-free Sterilization Atmospheric Plasma Treatment System - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 소독용 플라즈마 처리 시스템에 있어서, 오존의 발생량을 최소한으로 제어할 수 있는 플라즈마 처리시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 두께가 있는 유전체 기판에 관통공(100)을 타공하고, 상기 관통공(100) 내부에 X전극을 배열하되, 관통공(100)의 기체 소통이 가능하도록 배열하여 관통공(100)을 통해 원하는 기체를 주입할 수 있고, 상기 유전체 기판의 일면이자 상기 관통공(100) 단부 주변에 관통공(100) 둘레를 둘러싸는 Y전극을 배열하되, 관통공(100) 단부 주변은 유전체 기판으로부터 돌출되게 형성하여 Y전극이 상기 돌출부를 따라 돌출되고, 관통공(100)의 직경 D와 돌출된 Y전극의 단부와 관통공(100) 내부에 배치된 X전극의 단부 사이의 간격 h를 제어함과 동시에 그에 따른 인가전압을 제어하여 플라즈마 방전 불꽃의 형상을 제어하고, 오존을 비롯한 활성종의 종류와 양을 제어하는 플라즈마 처리 시스템을 제공한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma processing system capable of controlling the generation amount of ozone to a minimum in a plasma processing system for disinfection.
According to the above object, the present invention perforates a through hole 100 in a dielectric substrate having a thickness, and arranges an X electrode inside the through hole 100, and arranges the through hole 100 so that gas communication is possible. A desired gas can be injected through the through hole 100 , and a Y electrode surrounding the through hole 100 is arranged on one side of the dielectric substrate and around the end of the through hole 100 , but the through hole 100 . The periphery of the end is formed to protrude from the dielectric substrate so that the Y electrode protrudes along the protrusion, and between the diameter D of the through hole 100 and the end of the protruding Y electrode and the end of the X electrode disposed inside the through hole 100 . Provided is a plasma processing system that controls the shape of a plasma discharge flame by controlling the interval h of , and an applied voltage according thereto, and controls the type and amount of active species including ozone.

Description

오존 프리 소독용 대기압 플라즈마 처리시스템{Ozone-free Sterilization Atmospheric Plasma Treatment System}Ozone-free Sterilization Atmospheric Plasma Treatment System

본 발명은 살균 소독용 대기압 플라즈마 처리 기술에 관한 것으로 좀 더 상세하게는, 플라즈마 발생과 함께 생성되는 오존 발생량을 최소화할 수 있게 설계된 오존 프리 소독용 대기압 플라즈마 처리시스템에 관한 것이다. The present invention relates to atmospheric pressure plasma processing technology for sterilization and, more particularly, to an atmospheric pressure plasma processing system for ozone-free disinfection designed to minimize the amount of ozone generated along with plasma generation.

플라즈마 기술의 적용 범위는 반도체 제조 분야를 넘어서서 바이오 분야와 접목하여 점점 더 다양하게 사용되고 있다. 특히, 대기압 플라즈마는 피부 미용, 치료, 각종 살균 장치, 세정 장치, 그외 다양한 표면처리 장치에 응용된다. 이러한 대기압 플라즈마의 경우, 플라즈마 제트 소스와 유전장벽방전 플라즈마 소스를 이용하여 발생되는 것이 일반적이다. 한편, 본 발명자들에 의해 출원된 10-2018-0093454호와 같이 유전장벽방전 타입이면서 제트 소스의 장점을 누릴 수 있도록 구성된 플라즈마 소스도 있다. The scope of application of plasma technology goes beyond the semiconductor manufacturing field and is being used more and more diversely in conjunction with the bio field. In particular, atmospheric pressure plasma is applied to skin care, treatment, various sterilization devices, cleaning devices, and other various surface treatment devices. In the case of such atmospheric pressure plasma, it is generally generated using a plasma jet source and a dielectric barrier discharge plasma source. On the other hand, there is also a plasma source configured to enjoy the advantages of a jet source while being a dielectric barrier discharge type, such as 10-2018-0093454 filed by the present inventors.

상기와 같은 대기압 플라즈마 소스를 동작시켜 살균소독을 실시할 경우, 오존을 포함한 활성종들이 생성된다. 오존의 경우 살균 효과를 발휘하지만, 인체 유해성이 있기 때문에 오픈된 공간에서 살균소독을 실시할 수 없고, 밀폐된 챔버 내에서 실시하더라도 발생된 오존을 제거한 후라야 챔버를 개방할 수 있다. When sterilization is performed by operating the atmospheric pressure plasma source as described above, active species including ozone are generated. Ozone has a sterilizing effect, but it cannot be sterilized in an open space because it is harmful to the human body, and even if it is carried out in a closed chamber, the chamber can be opened only after removing the ozone generated.

한편, 멸균 처리를 실시한 다음, 피처리물을 밀봉하여 보관하는 경우가 많다. 예를 들면, 의료기기를 멸균처리한 다음, 파우치에 넣어 밀봉 보관하는 경우를 들 수 있다. 이러한 상황에 플라즈마 멸균을 적용하려면 파우치 안에 피처리물을 넣은 상태에서 플라즈마를 파우치 내부로 주입할 필요가 있고, 플라즈마 처리 종료 후 즉시 밀봉 처리할 수 있는 방안을 요한다.On the other hand, after performing sterilization treatment, the object to be treated is sealed and stored in many cases. For example, there is a case in which a medical device is sterilized and then sealed and stored in a pouch. In order to apply plasma sterilization in such a situation, it is necessary to inject plasma into the pouch while the object to be processed is placed in the pouch, and a method for sealing treatment immediately after plasma treatment is completed is required.

등록특허 10-1669961호의 경우, 플라즈마 멸균 처리를 위해 과산화수소를 플라즈마 처리 챔버에 공급하는 기술을 제안한다. 플라즈마 제트형 소스로 플라즈마를 발생시키고 발생된 플라즈마를 챔버로 주입하며, 챔버에 과산화수소를 공급하여 멸균 효과를 강화하고 있다. 그러나 상기 특허는 챔버 내에 플라즈마 발생장치가 배치되지 않고 챔버 외부에 배치되어 파우치 내에 있는 물품의 멸균 처리는 미비하게 되며, 멸균 처리 후 챔버 밖으로 꺼내는 순간 재오염될 수 있다. In the case of Patent Registration No. 10-1669961, a technique for supplying hydrogen peroxide to a plasma processing chamber for plasma sterilization is proposed. Plasma is generated with a plasma jet type source, the generated plasma is injected into the chamber, and hydrogen peroxide is supplied to the chamber to enhance the sterilization effect. However, in the above patent, the plasma generator is not disposed in the chamber, but is disposed outside the chamber, so the sterilization process of the article in the pouch is insufficient, and may be recontaminated the moment it is taken out of the chamber after the sterilization process.

또한, 피처리물에 따라 적절한 처리 조건, 즉, 온도, 플라즈마 발생량, 활성종 종류와 양과 같은 변수에 맞추어 설계된 플라즈마 처리장치를 제공할 필요가 있다. In addition, there is a need to provide a plasma processing apparatus designed to meet appropriate processing conditions according to the object to be treated, ie, variables such as temperature, plasma generation amount, and active species type and amount.

따라서 본 발명의 목적은 소독용 플라즈마 처리 시스템에 있어서, 오존의 발생량을 최소한으로 제어할 수 있는 플라즈마 처리시스템을 제공하고자 하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma processing system capable of controlling the generation amount of ozone to a minimum in a plasma processing system for disinfection.

또한, 본 발명은 멸균을 요하는 경우, 파우치 내에 피처리물을 넣고 파우치 내부에 플라즈마를 주입할 수 있고, 파우치 밀봉이 연계될 수 있는 플라즈마 처리시스템을 제공하고자 한다.In addition, when sterilization is required, the present invention is to provide a plasma processing system in which an object to be processed can be placed in a pouch, plasma can be injected into the pouch, and pouch sealing can be linked.

또한, 본 발명은 피처리물에 따라 적절한 처리 조건, 즉, 온도, 플라즈마 발생량, 활성종 종류와 양과 같은 변수에 맞추어 설계된 플라즈마 처리장치를 제공하고자 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus designed according to appropriate processing conditions according to the object to be processed, that is, variables such as temperature, plasma generation amount, and active species type and amount.

상기 목적에 따라 본 발명은, According to the above object, the present invention,

두께가 있는 유전체 기판에 타공된 하나 이상의 관통공;one or more through-holes perforated in the dielectric substrate having a thickness;

상기 관통공 내부에 배열된 X전극; 및an X electrode arranged inside the through hole; and

상기 유전체 기판의 일면이자 상기 관통공 단부 주변에 배열된 Y전극;을 포함하고,and a Y electrode arranged on one side of the dielectric substrate and around an end of the through hole;

상기 관통공을 통해 원하는 기체를 주입하고, Injecting the desired gas through the through hole,

Y전극이 배열된 관통공 단부 주변은 유전체 기판으로부터 돌출되게 형성하여 Y전극이 돌출형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.Provided is a plasma generator, characterized in that the Y electrode is formed in a protruding shape by forming a periphery of the end of the through hole in which the Y electrode is arranged to protrude from the dielectric substrate.

상기에 있어서, X전극은 바늘형, 막대형 또는 속이 빈 원통형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In the above, the X electrode provides a plasma generating device, characterized in that the needle-shaped, rod-shaped or hollow cylindrical shape.

상기에 있어서, 상기 관통공이 다수 배열될 때 그 배열은 일렬형, 삼각형, 또는 장방형을 이루게 하여 플라즈마 발생량을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In the above, when a plurality of the through-holes are arranged, the arrangement provides a plasma generating apparatus, characterized in that the plasma generation amount is controlled by forming a line, a triangle, or a rectangle.

상기에 있어서, 관통공의 직경을 조절하여 플라즈마 방전불꽃의 형상을 제어한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In the above, there is provided a plasma generator, characterized in that the shape of the plasma discharge spark is controlled by adjusting the diameter of the through hole.

상기에 있어서, X전극의 단부와 Y전극의 단부 사이의 간격을 조절하고, X전극과 Y전극에 인가되는 인가전압을 제어하여 오존을 포함한 활성종의 종류와 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In the above, plasma characterized in that the type and amount of active species including ozone are controlled by adjusting the distance between the end of the X electrode and the end of the Y electrode and controlling the voltage applied to the X electrode and the Y electrode. generator is provided.

상기에 있어서, 상기 인가전압 구동 회로의 펄스의 진폭 또는 주기, 주입되는 방전 기체의 온도, 방전 기체의 유량 중 어느 하나 이상의 변수를 조절하여 플라즈마 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In the above, there is provided a plasma generator, characterized in that the plasma temperature is controlled by adjusting any one or more variables among the amplitude or period of the pulse of the applied voltage driving circuit, the temperature of the injected discharge gas, and the flow rate of the discharge gas. .

상기에 있어서, X전극의 단부와 Y전극의 단부 사이의 간격을 작게함으로써 방전 전압을 낮추고 플라즈마 발생장치와 그 주변의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치를 제공한다.In the above, there is provided a plasma generator characterized in that the discharge voltage is lowered and the temperature of the plasma generator and its surroundings is lowered by reducing the distance between the end of the X electrode and the end of the Y electrode.

상기의 플라즈마 발생장치; 및the plasma generator; and

상기 플라즈마 발생장치의 관통공에 연결되어 방전기체를 공급하는 가스공급부;를 포함하여 관통공으로 방전 기체를 공급하여 플라즈마 방전을 일으켜 관통공으로부터 방출되는 플라즈마 방전 불꽃을 이용하여 피처리물에 대해 플라즈마로 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템을 제공한다.A gas supply unit connected to the through hole of the plasma generating device and supplying the discharge gas; including; supplying the discharge gas to the through hole to generate a plasma discharge, and using the plasma discharge flame emitted from the through hole to transform the object to be treated as plasma. It provides a plasma processing system, characterized in that the processing.

상기에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치의 돌출형 Y전극에 피처리물이 들어있는 파우치를 연결하고, 플라즈마를 파우치 내에 주입하여 소독한 후, 관통공으로 파우치 내부의 기체를 제거하여 진공처리하고 파우치를 열융착으로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템을 제공한다.In the above, the pouch containing the object to be treated is connected to the protruding Y electrode of the plasma generating device, plasma is injected into the pouch to sterilize, and then the gas inside the pouch is removed through a through hole for vacuum treatment, and the pouch is opened. It provides a plasma processing system, characterized in that sealing by fusion.

상기에 있어서, 상기 가스공급부의 기체가 흐르는 통로에 배치되는 액체공급부;를 더 포함하고, In the above, further comprising; a liquid supply unit disposed in the passage through which the gas of the gas supply unit flows,

상기 액체공급부는 탈이온수(DI water), 플라즈마 처리수(Plasma treated water, PTW), 또는 에틸알코올(ethanol, C2H6O) 중 하나 이상을 포함하는 액체로 충진되어, 플라즈마 발생시 발생하는 오존발생량을 낮추고, 활성종 발생량을 증가시켜 살균력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템을 제공한다.The liquid supply unit is filled with a liquid containing at least one of deionized water (DI water), plasma treated water (PTW), or ethyl alcohol (ethanol, C 2 H 6 O), ozone generated when plasma is generated It provides a plasma processing system characterized in that by lowering the generation amount and increasing the generation amount of active species to improve the sterilization power.

상기에 있어서, 상기 액체 공급부에 마이크로 버블(μ-bubble)발생장치를 추가하여 살균력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템을 제공한다.In the above, there is provided a plasma processing system, characterized in that the sterilization power is improved by adding a microbubble generator to the liquid supply part.

본 발명에 따르면 DBD 방식이면서도 X전극이 배열된 관통공(100)을 통해 원하는 기체를 공급함으로써 플라즈마 방전을 풍부하게 일으킬 수 있고 원하는 활성종을 풍부하게 제공할 수 있다.According to the present invention, by supplying a desired gas through the through hole 100 in which the X electrode is arranged in the DBD method, plasma discharge can be abundantly generated and desired active species can be abundantly provided.

또한, 본 발명에 따르면, 관통공(100)의 직경, 돌출된 Y전극과 X전극 단부와의 간격을 조절함으로써 플라즈마 방전 불꽃 형상을 제어할 수 있어 불꽃의 넓이 조절을 통해 플라즈마 처리면적을 조절할 수 있고, 전극 간 간격을 좁힐 경우 인가접압을 낮출 수 있어 오존 발생량을 줄일 수 있고 온도도 낮출 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to control the plasma discharge flame shape by adjusting the diameter of the through hole 100 and the distance between the protruding Y electrode and the X electrode end, so that the plasma treatment area can be adjusted by adjusting the width of the flame. In addition, when the gap between the electrodes is narrowed, the applied contact pressure can be lowered, thereby reducing the amount of ozone generated and lowering the temperature.

또한, 본 발명에 따르면, 관통공(100)으로 주입하는 기체 온도 조절을 통해 플라즈마 처리 온도를 조절할 수 있고, 탈이온수(DI water), 플라즈마 처리수(Plasma treated water, PTW), 또는 에틸알코올(ethanol,C2H6O)과 같은 액체를 거쳐 기체를 공급해 줌으로써 플라즈마 발생시 발생하는 오존발생량을 낮춰주고 OH 라디칼 및 과산화수소 발생량을 증가시켜 살균력을 향상시킬 수 있다. In addition, according to the present invention, it is possible to control the plasma treatment temperature by controlling the temperature of the gas injected into the through hole 100, deionized water (DI water), plasma treated water (Plasma treated water, PTW), or ethyl alcohol ( By supplying gas through a liquid such as ethanol, C 2 H 6 O), the amount of ozone generated during plasma generation can be lowered, and the amount of OH radicals and hydrogen peroxide generated can be increased to improve the sterilization power.

또한, 상기 액체 공급부에 마이크로 버블(μ-bubble) 발생장치를 추가하여 살균 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the sterilization effect can be further improved by adding a micro-bubble generator to the liquid supply part.

또한, 본 발명에 따르면, 파우치 내부에 피처리물을 넣고 멸균처리할 경우, 돌출된 전극에 연결된 파우치 내부를 완벽하게 멸균한 다음, 관통공(100)을 이용하여 내부를 진공화 하고 밀봉할 수 있어 멸균 상태로 장기보존할 수 있다. In addition, according to the present invention, when the object to be processed is put inside the pouch and sterilized, the inside of the pouch connected to the protruding electrode is completely sterilized, and then the inside can be evacuated and sealed using the through hole 100 . It can be stored for a long time in a sterile state.

따라서 의료기기와 같이 멸균 보관을 요하는 제품에 대해 유리하게 적용될 수 있다. Therefore, it can be advantageously applied to products requiring sterile storage, such as medical devices.

도 1은 소독용 대기압 플라즈마 장치의 기본 구조를 나타내며, 어레이(Array) 형태로 관통공(100)이 타공된 기판(유리, 세라믹 등)의 윗쪽면 관통공(100) 내부에 X 전극이, 기판의 아랫면에 Y전극이 위치하고 있는 구조를 보여준다.
도 2는 도 1과 동일하나 X 전극을 바늘형으로 구성한 것을 보여준다.
도 3은 도 1과 도 2의 배면도로서, X전극과 Y전극이 노즐형태를 이루는 플라즈마 발생부의 배열을 다양화할 수 있음을 보여준다.
도 4는 플라즈마 발생부의 노즐 일부를 길게 하여 파우치 살균에 이용 할 수 있게 한 것을 보여준다.
도 5는 플라즈마 노즐이 직선형 배열에서 벗어나 마름모를 이루면서 배열된 것(도 3의 상단 참조)을 단면도로 보여준다.
도 6은 플라즈마 발생에 따라 생성되는 활성종 및 오존 조절을 위하여 플라즈마 발생부에 공급되는 방전기체와 PTW, 에틸 알코올, 또는 과산화수소 등을 방전 기체에 혼합하여 주입하는 것을 보여주는 수동형 매체 공급장치를 포함한 소독용 대기압 플라즈마 장치 개요도이다.
도 7은 도 6과 거의 같지만, 방전기체와 PTW, 에틸 알코올, 또는 과산화수소 등의 매체 공급부에 자가분사노즐을 구비한 능동형 매체 공급장치를 포함한 소독용 대기압 플라즈마 장치 개요도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 소독용 대기압 플라즈마 장치에 의해 시료를 처리하면서 노즐 근처에서 온도와 오존량을 측정하되, 독립변수를 달리하여 측정한 결과를 보여주는 그래프들이다.1 shows the basic structure of an atmospheric pressure plasma apparatus for disinfection, an X electrode is placed inside the through hole 100 on the upper surface of a substrate (glass, ceramic, etc.) in which the through hole 100 is perforated in an array form shows the structure in which the Y electrode is located on the lower surface of
FIG. 2 is the same as FIG. 1, but shows that the X electrode is configured in a needle shape.
3 is a rear view of FIGS. 1 and 2, and shows that the arrangement of the plasma generator in which the X electrode and the Y electrode form a nozzle can be diversified.
4 shows that a part of the nozzle of the plasma generator is lengthened so that it can be used for pouch sterilization.
5 is a cross-sectional view showing that the plasma nozzles are arranged in a rhombus out of a linear arrangement (see the upper part of FIG. 3 ).
6 is a disinfection including a passive medium supply device showing that the discharge gas supplied to the plasma generator and PTW, ethyl alcohol, or hydrogen peroxide are mixed and injected into the discharge gas to control the active species and ozone generated according to the plasma generation; It is a schematic diagram of an atmospheric pressure plasma apparatus for use.
FIG. 7 is a schematic diagram of an atmospheric pressure plasma apparatus for disinfection including an active medium supply device having a self-injection nozzle in a discharge gas and a medium supply unit such as PTW, ethyl alcohol, or hydrogen peroxide.
8 to 10 are graphs showing the results of measuring the temperature and ozone amount near the nozzle while processing the sample by the atmospheric pressure plasma apparatus for disinfection of the present invention, but with different independent variables.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 소독용 대기압 플라즈마 장치의 기본 구조를 나타내며, 어레이(Array) 형태로 관통공(100)이 타공된 기판(유리, 세라믹 등)의 윗쪽면 관통공(100) 내부에 X 전극이, 기판의 아랫면에 Y전극이 위치하고 있는 구조를 보여준다.1 shows the basic structure of an atmospheric pressure plasma apparatus for disinfection, an X electrode is placed inside the through-hole 100 on the upper surface of a substrate (glass, ceramic, etc.) in which the through-holes 100 are perforated in the form of an array, the substrate shows the structure in which the Y electrode is located on the lower surface of

즉, 두께가 있는 유전체 기판에 관통공(100)을 타공하고, 상기 관통공(100) 내부에 X전극을 배열하며, 관통공(100)으로 기체 소통이 가능하도록 X 전극이 관통공 내벽을 따라 속빈 원통으로 배열되거나, 관통공(100) 직경보다 작은 직경의 막대형으로 구성되어 관통공(100)을 통해 원하는 기체를 주입할 수 있게 구성한다. That is, a through hole 100 is drilled in a dielectric substrate having a thickness, an X electrode is arranged inside the through hole 100 , and the X electrode is installed along the inner wall of the through hole to enable gas communication through the through hole 100 . It is arranged in a hollow cylinder or is configured in a rod shape having a diameter smaller than the diameter of the through hole 100 so that a desired gas can be injected through the through hole 100 .

X 전극에 대하여 Y 전극은 상기 유전체 기판의 일면(도 1에서 하면)이자 상기 관통공(100) 단부 주변에 해당하는 기판면에서 관통공 주변을 둘러싸는 형태로 배열된다. 기판 몸체에 타공된 관통공 내부에 안착된 X전극과 X전극의 단부쪽 기판면에 배열되어 관통공을 제외한 기판면을 덮는 Y전극은 유전장벽방전 구조를 이룬다. Y전극은 관통공 주변 부분에만 국소적으로 형성될 수 있지만 관통공을 제외한 기판면 전체를 덮도록 형성될 경우, 전원을 연결할 때 편리하다. With respect to the X electrode, the Y electrode is arranged to surround the periphery of the through hole on one surface (the lower surface of FIG. 1 ) of the dielectric substrate and the substrate surface corresponding to the periphery of the end of the through hole 100 . The X electrode seated inside the through hole punched in the substrate body and the Y electrode arranged on the substrate surface at the end of the X electrode and covering the substrate surface except for the through hole form a dielectric barrier discharge structure. Although the Y electrode can be locally formed only in the peripheral portion of the through hole, it is convenient to connect the power source when it is formed to cover the entire substrate surface except for the through hole.

이러한 Y전극 배열은 X전극/유전체 기판/Y전극의 형태를 띠어 유전장벽방전 구조를 이룸에 따라 유전장벽방전의 장점을 그대로 보유하면서도 관통공(100)을 통해 X전극에 직접적으로 방전 기체를 공급할 수 있어 원하는 활성종을 발생시킬 수 있다. 방전 기체는 관통공의 상부에서 돌출형으로 된 하부를 향해 주입한다. This Y electrode arrangement takes the form of an X electrode/dielectric substrate/Y electrode to form a dielectric barrier discharge structure, thus retaining the advantages of dielectric barrier discharge as it is, while supplying discharge gas directly to the X electrode through the through hole 100. It is possible to generate the desired active species. The discharge gas is injected from the upper part of the through hole toward the protruding lower part.

또한, 관통공(100) 단부 주변은 유전체 기판면에서 돌출되게 형성하여 Y전극이 상기 돌출부를 따라 함께 돌출형으로 배열된다. 즉, 개개의 X전극과 Y전극 부분만 보면 유전체 몸체 하단이 돌출된 제트 형상과 비슷하게 구성되고, 관통공 안에 X 전극이 배열되고 돌출된 유전체 하단부 외벽에 Y 전극이 돌출고리형으로 배열되어 제트 플라즈마와 같이 방전 불꽃을 방출할 수 있다. In addition, the periphery of the end of the through hole 100 is formed to protrude from the surface of the dielectric substrate, so that the Y electrodes are arranged in a protruding shape together along the protrusion. That is, if you look only at the individual X and Y electrodes, the lower end of the dielectric body is configured similarly to a protruding jet shape, the X electrode is arranged in the through hole, and the Y electrode is arranged in a protruding annular shape on the outer wall of the protruding lower end of the dielectric body to form a jet plasma. It can emit a discharge spark like

이때, 관통공(100)의 직경 D와 돌출된 Y전극의 단부와 X전극의 단부 사이의 간격 h를 제어하면 플라즈마 방전 불꽃의 형상을 조절할 수 있다. 직경 크기에 따라 방전 불꽃의 직경이 결정될 수 있고, h를 작게하면 인가전압을 작게하여도 충분한 방전이 일어나 방전에 따라 발생되는 열에 의한 온도 상승을 낮출 수 있고, 오존 생성량도 줄일 수 있다. 직경 D와 h 변수를 조절함에 있어서, 인가전압을 연계제어하여 플라즈마 방전 불꽃의 형상을 제어하고, 오존을 비롯한 활성종의 종류와 양을 제어할 수 있다. At this time, by controlling the diameter D of the through hole 100 and the distance h between the end of the protruding Y electrode and the end of the X electrode, the shape of the plasma discharge flame can be adjusted. The diameter of the discharge flame can be determined according to the diameter size, and if h is small, sufficient discharge occurs even with a small applied voltage, thereby reducing the temperature rise due to the heat generated by the discharge and reducing the amount of ozone generated. In adjusting the diameter D and h parameters, the shape of the plasma discharge flame can be controlled by controlling the applied voltage in conjunction, and the type and amount of active species including ozone can be controlled.

상기에서, 방전 기체는 공기, Ar을 포함한 비활성 기체, 질소 중 하나 이상을 상기 관통공(100)을 통해 공급할 수 있다.In the above, as the discharge gas, one or more of air, an inert gas including Ar, and nitrogen may be supplied through the through hole 100 .

또한, 상기 플라즈마 발생장치의 구조를 변경하여 플라즈마를 제어할 수 있다. 즉, 전극간 간격(h), 관통공 직경 크기(D), 관통공 간의 간격, 그 갯수 등의 조절을 통해 플라즈마 처리 면적을 조절할 수 있다. In addition, the plasma may be controlled by changing the structure of the plasma generator. That is, the plasma treatment area may be adjusted by adjusting the inter-electrode spacing (h), the diameter of the through-holes (D), the spacing between the through-holes, and the number thereof.

도 2는 도 1과 동일하나 X 전극을 바늘형으로 구성한 것을 보여준다.FIG. 2 is the same as FIG. 1, but shows that the X electrode is configured in a needle shape.

이러한 바늘형 X 전극은 관통공의 중심부에 배치되고 기체의 주입은 여전히 관통공을 통해 이루어지며, X 전극과 관통공(100)의 외벽 사이 공간을 통해 이루어진다. 바늘형 X전극은 원통형 X 전극과 비교하여, Y 전극과의 사이에 형성되는 전기장의 변화를 줄 수 있어 플라즈마 방전 불꽃의 형상 변화를 일으킬 수 있다. 이와 같은 원리를 이용하여 X 전극의 길이, Y 전극의 돌출 정도(길이), 돌출부의 형상(기울기)과 같은 변수를 제어하여 피처리물에 따라 적합한 플라즈마를 제공할 수 있다. The needle-shaped X electrode is disposed at the center of the through hole, and the gas is still injected through the through hole, and is made through the space between the X electrode and the outer wall of the through hole 100 . Compared with the cylindrical X electrode, the needle-shaped X electrode can change the electric field formed between the Y electrode and the Y electrode, thereby causing a change in the shape of the plasma discharge flame. By using such a principle, variables such as the length of the X electrode, the degree of protrusion (length) of the Y electrode, and the shape (slope) of the protrusion can be controlled to provide a suitable plasma according to the object to be processed.

도 3은 도 1과 도 2의 배면도로서, X전극과 Y전극이 노즐형태를 이루는 플라즈마 발생부의 배열을 다양화할 수 있음을 보여준다.3 is a rear view of FIGS. 1 and 2, and shows that the arrangement of the plasma generator in which the X electrode and the Y electrode form a nozzle can be diversified.

도 3의 상단에는 X/Y 전극으로 구성된 노즐형 플라즈마 발생부가 배열된 형상이 일렬형 외에 삼각배열, 사각배열로 된 것을 보여준다. 도 3의 하단에는 노즐부가 일직선으로 배열된 것을 보여준다. 즉, 관통공(100)의 배열을 일렬 반복식 또는 장방형 반복식으로 하여 전체 플라즈마 소스에 의한 플라즈마 발생량을 제어할 수 있다. 이는 피처리물의 특성에 따라 선택적으로 구성할 수 있을 것이다. The upper part of FIG. 3 shows that the shape in which the nozzle-type plasma generating unit composed of the X/Y electrodes is arranged is a triangular arrangement and a square arrangement in addition to a line type. The lower part of FIG. 3 shows that the nozzle units are arranged in a straight line. That is, the amount of plasma generated by the entire plasma source can be controlled by arranging the through-holes 100 in a series repeating type or a rectangular repeating type. This may be selectively configured according to the characteristics of the object to be treated.

도 4는 플라즈마 발생부의 노즐 일부를 길게 하여 파우치 살균에 이용 할 수 있게 한 것을 보여준다. 4 shows that a part of the nozzle of the plasma generator is lengthened so that it can be used for pouch sterilization.

즉, 도 4에서 중심부의 노즐은 주변부의 것 보다 더 길게 돌출 형성되어 있다. 이러한 구성은 피처리물을 파우치에 넣어 처리하는 경우 유리하다. That is, in FIG. 4 , the nozzle in the center is formed to protrude longer than that in the peripheral portion. This configuration is advantageous when the object to be treated is placed in a pouch for processing.

길이가 긴 노즐 형태로 된 Y 전극에 파우치 입구를 연결하고 파우치 내부에 들어있는 피처리물에 대해 플라즈마를 공급하여 멸균을 실시하고, 노즐 중심부의 관통공(100)을 이용하여 파우치 내부의 기체를 뽑아내어 진공화한 다음, 파우치 단부를 열융착시켜 밀봉할 수 있다. 이는 장기보관용 피처리물에 적용될 수 있다. The pouch inlet is connected to the Y electrode in the form of a long nozzle, and plasma is supplied to the object to be processed in the pouch to perform sterilization, and the gas inside the pouch is removed using the through hole 100 in the center of the nozzle. It can be pulled out and evacuated, and then sealed by heat sealing the end of the pouch. This can be applied to the object to be treated for long-term storage.

그외 장갑, 장화와 같이 내면 살균을 요하는 경우에도 길이가 긴 노즐 구성이 적용될 수 있다. In addition, a long nozzle configuration can be applied even when internal sterilization is required, such as gloves and boots.

도 5는 플라즈마 노즐이 직선형 배열에서 벗어나 삼각형 또는 마름모를 이루면서 배열된 것(도 3의 상단 참조)을 단면도로 보여준다.5 is a cross-sectional view showing that the plasma nozzles are arranged to form a triangle or a rhombus instead of a linear arrangement (see the upper part of FIG. 3 ).

도 6은 플라즈마 발생에 따라 생성되는 활성종 및 오존 조절을 위하여 플라즈마 발생부에 공급되는 방전기체와 PTW, 에틸 알코올, 또는 과산화수소 등을 방전 기체에 혼합하여 주입하는 것을 보여주는 수동형 매체 공급장치를 포함한 소독용 대기압 플라즈마 장치 개요도이다. 6 is a disinfection including a passive medium supply device showing that the discharge gas supplied to the plasma generator and PTW, ethyl alcohol, or hydrogen peroxide are mixed and injected into the discharge gas to control the active species and ozone generated according to the plasma generation; It is a schematic diagram of an atmospheric pressure plasma apparatus for use.

플라즈마 발생부의 관통공에 가스공급부를 연결하여 질소, 아르곤, 공기와 같은 방전 기체를 공급하며, 여기에 추가적으로 액체공급부를 연결하여 방전 기체로 하여금 액체를 통과하게 하여 원하는 활성종을 만들고 오존을 제거한다. 가스공급부로부터 연장되는 관로를 액체공급부를 통과하도록 설치함으로써 액체공급부에 담긴 액체의 작용을 이용할 수 있다. A gas supply unit is connected to the through hole of the plasma generator to supply discharge gases such as nitrogen, argon, and air, and a liquid supply unit is additionally connected to this to allow the discharge gas to pass through the liquid to create desired active species and remove ozone. . By installing a pipe extending from the gas supply unit to pass through the liquid supply unit, the action of the liquid contained in the liquid supply unit can be utilized.

액체는, 탈이온수(DI water), 플라즈마 처리수(Plasma treated water, PTW), 또는 에틸알코올(ethanol,C2H6O) 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있고, 이들을 거쳐 방전 기체를 공급해 줌으로써 플라즈마 발생시 발생하는 오존발생량을 낮춰주고 OH 라디칼 및 과산화수소 발생량을 증가시켜 살균력을 향상시킬 수 있다. The liquid may be any one or a combination of deionized water (DI water), plasma treated water (PTW), or ethyl alcohol (ethanol, C 2 H 6 O), and supplying a discharge gas through them By giving it, it is possible to lower the amount of ozone generated during plasma generation and improve the sterilization power by increasing the amount of OH radicals and hydrogen peroxide generated.

또한, 상기 액체 공급부에 마이크로 버블(μ-bubble)발생장치를 추가하여 관통공으로 유입되는 방전 기체가 마이크로 버블을 통해 유입되게 함으로써 살균 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 마이크로 버블(μ-bubble)발생장치는 활성종의 양적 증가를 돕는다. In addition, the sterilization effect can be further improved by adding a micro-bubble generating device to the liquid supply part so that the discharge gas flowing into the through-hole flows through the micro-bubbles. The micro-bubble generator helps to increase the quantity of active species.

또한, 상기 플라즈마 처리 시스템에서, X전극과 Y전극의 배열 이외에도, 구동 회로의 펄스 조절(진폭, 주기), 주입 기체의 온도, 유량 조절 중 어느 하나 이상의 변수 조절을 통하여 플라즈마 온도를 조절할 수 있다.In addition, in the plasma processing system, in addition to the arrangement of the X electrode and the Y electrode, the plasma temperature may be adjusted by controlling one or more variables among pulse control (amplitude, period) of the driving circuit, temperature of injected gas, and flow rate control.

도 7은 도 6과 거의 같지만, 방전기체와 PTW, 에틸 알코올, 또는 과산화수소 등의 매체 공급부에 자가분사노즐을 구비한 능동형 매체 공급장치를 포함한 소독용 대기압 플라즈마 장치 개요도이다. 분사노즐로 인해 활성종의 발생량과 발생 속도를 촉진할 수 있다. 7 is a schematic diagram of an atmospheric pressure plasma apparatus for disinfection including an active medium supply device having a self-injection nozzle in a discharge gas and a medium supply unit such as PTW, ethyl alcohol, or hydrogen peroxide. The amount and rate of generation of active species can be accelerated by the spray nozzle.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 소독용 대기압 플라즈마 장치에 의해 시료를 처리하면서 시료를 처리하는 플라즈마 노즐 근처에서 온도와 오존량을 측정하되, 독립변수를 달리하여 측정한 결과를 보여주는 그래프들이다. 대략 노즐로부터 5cm 정도 떨어진 지점에서 측정되었다. 8 to 10 are graphs showing the results of measuring the temperature and the amount of ozone in the vicinity of the plasma nozzle for processing the sample while processing the sample by the atmospheric pressure plasma apparatus for disinfection of the present invention, but with different independent variables. It was measured at a point approximately 5 cm away from the nozzle.

도 8은 구동회로의 온/오프 비율에 따른 온도와 오존량에 대한 것으로, 듀티비가 높을수록 높았다.8 shows the temperature and ozone amount according to the on/off ratio of the driving circuit, and the higher the duty ratio, the higher.

도 9는 주입 방전기체 유량에 따른 온도와 오존량에 대한 것으로 유량이 증가되면 온도는 낮아지고, 오존량은 증가한다.9 shows the temperature and the ozone amount according to the flow rate of the injected discharge gas. As the flow rate increases, the temperature decreases and the ozone amount increases.

도 10은 주입기체의 습도에 따른 온도와 오존량에 대한 것으로 온도는 습도의 영향이 거의 없고, 오존량은 습도 증가시 감소한다.10 shows the temperature and the ozone amount according to the humidity of the injected gas, and the temperature has little influence on the humidity, and the ozone amount decreases when the humidity increases.

한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.On the other hand, the specific numerical values presented in the above embodiments and experimental examples are exemplary and can be modified as needed, and those skilled in the art to which the present invention pertains will appreciate that the present invention does not change the technical spirit or essential features of the present invention. It will be understood that it may be implemented in the form Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the above detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention. do.

100: 관통공100: through hole

Claims (11)

두께가 있는 유전체 기판에 타공된 하나 이상의 관통공;
상기 관통공 내부에 배열된 X전극; 및
상기 유전체 기판의 일면이자 상기 관통공 단부 주변에 배열된 Y전극;을 포함하고,
상기 관통공을 통해 원하는 기체를 주입하고,
Y전극이 배열된 관통공 단부 주변은 유전체 기판으로부터 돌출되게 형성하여 Y전극이 돌출형으로 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.one or more through-holes perforated in the dielectric substrate having a thickness;
an X electrode arranged inside the through hole; and
and a Y electrode arranged on one side of the dielectric substrate and around an end of the through hole;
Injecting the desired gas through the through hole,
A plasma generator, characterized in that the Y electrode is formed in a protruding shape by forming a periphery of the end of the through hole where the Y electrode is arranged to protrude from the dielectric substrate. 제1항에 있어서, X전극은 바늘형, 막대형 또는 속이 빈 원통형인 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The plasma generating device according to claim 1, wherein the X electrode has a needle shape, a rod shape, or a hollow cylindrical shape. 제1항에 있어서, 상기 관통공의 배열은 일렬형, 삼각형, 또는 장방형을 이루게 하여 플라즈마 발생량을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the arrangement of the through-holes forms a line, triangle, or rectangle to control the amount of plasma generation. 제1항에 있어서, 관통공의 직경을 조절하여 플라즈마 방전불꽃의 형상을 제어한 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The plasma generating apparatus according to claim 1, wherein the shape of the plasma discharge spark is controlled by adjusting the diameter of the through hole. 제1항에 있어서, X전극의 단부와 Y전극의 단부 사이의 간격을 조절하고, X전극과 Y전극에 인가되는 인가전압을 제어하여 오존을 포함한 활성종의 종류와 양을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The method according to claim 1, characterized in that the type and amount of active species including ozone are controlled by adjusting the distance between the end of the X electrode and the end of the Y electrode and controlling the voltage applied to the X electrode and the Y electrode. plasma generator. 제5항에 있어서, 상기 인가전압 구동 회로의 펄스의 진폭 또는 주기, 주입되는 방전 기체의 온도, 방전 기체의 유량 중 어느 하나 이상의 변수를 조절하여 플라즈마 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.The plasma generating apparatus according to claim 5, wherein the plasma temperature is controlled by adjusting any one or more variables among an amplitude or a period of a pulse of the applied voltage driving circuit, a temperature of the injected discharge gas, and a flow rate of the discharge gas. 제5항에 있어서, X전극의 단부와 Y전극의 단부 사이의 간격을 작게함으로써 방전 전압을 낮추고 플라즈마 발생장치와 그 주변의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 플라즈마 발생장치.6. The plasma generator according to claim 5, wherein the discharge voltage is lowered and the temperature of the plasma generator and its surroundings is lowered by reducing the distance between the end of the X electrode and the end of the Y electrode. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 플라즈마 발생장치; 및
상기 플라즈마 발생장치의 관통공에 연결되어 방전기체를 공급하는 가스공급부;를 포함하여 관통공으로 방전 기체를 공급하여 플라즈마 방전을 일으켜 관통공으로부터 방출되는 플라즈마 방전 불꽃을 이용하여 피처리물에 대해 플라즈마로 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.The plasma generator of any one of claims 1 to 7; and
A gas supply unit connected to the through hole of the plasma generating device and supplying the discharge gas; including; supplying the discharge gas to the through hole to generate a plasma discharge, and using the plasma discharge flame emitted from the through hole to transform the object to be treated as plasma. Plasma processing system, characterized in that the processing. 제8항에 있어서, 상기 플라즈마 발생장치의 돌출형 Y전극에 피처리물이 들어있는 파우치를 연결하고, 플라즈마를 파우치 내에 주입하여 소독한 후, 관통공으로 파우치 내부의 기체를 제거하여 진공처리하고 파우치를 열융착으로 밀봉하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.The method of claim 8, wherein the pouch containing the object to be treated is connected to the protruding Y electrode of the plasma generating device, plasma is injected into the pouch to sterilize, and then the gas inside the pouch is removed through a through hole to vacuum the pouch. Plasma processing system, characterized in that the sealing by heat sealing. 제8항에 있어서, 상기 가스공급부의 기체가 흐르는 통로에 배치되는 액체공급부;를 더 포함하고,
상기 액체공급부는 탈이온수(DI water), 플라즈마 처리수(Plasma treated water, PTW), 또는 에틸알코올(ethanol, C2H6O) 중 하나 이상을 포함하는 액체로 충진되어, 플라즈마 발생시 발생하는 오존발생량을 낮추고, 활성종 발생량을 증가시켜 살균력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.The method according to claim 8, further comprising a liquid supply unit disposed in a passage through which the gas of the gas supply unit flows;
The liquid supply unit is filled with a liquid containing at least one of deionized water (DI water), plasma treated water (PTW), or ethyl alcohol (ethanol, C 2 H 6 O), ozone generated when plasma is generated Plasma treatment system, characterized in that by lowering the generation amount and increasing the generation amount of active species to improve the sterilization power. 제10항에 있어서, 상기 액체 공급부에 마이크로 버블(μ-bubble)발생장치를 추가하여 살균력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리시스템.













11. The plasma processing system of claim 10, wherein a microbubble generator is added to the liquid supply unit to improve sterilization.
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