KR102479272B1

KR102479272B1 - 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템 및 플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐

Info

Publication number: KR102479272B1
Application number: KR1020200036967A
Authority: KR
Inventors: 홍용철; 이희재; 김강일
Original assignee: 한국핵융합에너지연구원
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2022-12-20
Also published as: DE112021001865T5; CN115297898B; US20230174395A1; CN115297898A; KR20210120359A; WO2021194081A1

Abstract

플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템 및 분무노즐이 개시된다.
상기 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템은 플라즈마 방전수 발생장치; 상기 플라즈마 방전수 발생장치로 피처리수를 공급하는 피처리수공급부; 상기 플라즈마 방전수 발생장치의 일측에 연결되는 플라즈마 방전수 토출부; 상기 플라즈마 방전수 발생장치와 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 플라즈마 방전수 토출부로부터 플라즈마 방전수가 공급되며, 공급되는 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하여 분무하는 분무노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분무노즐은 원형의 바닥부 및 상기 바닥부에 수직한 원기둥 형태의 측벽부를 포함하며, 상기 측벽부의 상면에 방사상으로 배열되는 다수의 물분사슬릿이 구비되는, 회전드럼; 상기 회전드럼의 상기 바닥부와 연결되고, 회전하여 상기 회전드럼을 회전시키도록 구성되는, 드럼회전축; 및 상기 회전드럼의 내부공간으로 유체를 공급하는 유체공급부를 포함하고, 상기 회전드럼의 내부공간으로 주입되는 유체는 상기 회전드럼의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 측벽부의 내면을 따라 상기 측벽부의 상면으로 이동하고, 상기 측벽부의 상면에 도달한 유체는 상기 다수의 물분사슬릿을 통해 액적으로 미립화되어 상기 회전드럼 주변으로 방사될 수 있다.

Description

플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템 및 플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐{DISINFECTION SYSTEM USING PLASMA DISCHARGE WATER AND SPRAY NOZZLE SPRAYING PLASMA DISCHARGE WATER AS DROPLET}

본 발명은 방역 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 방전수 발생장치로 플라즈마 방전수를 생성하고 그 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하는 분무노즐을 통해 방사하는 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 인간이 생활하는 환경에 널리 서식하는 세균이나 바이러스 중 일부는 각종 질병을 일으키는 병원체이다. 특히 일부 병원균은 음식물을 통해 식중독을 야기하고, 일부 병원균은 공기 중으로 전염되어 짧은 기간동안 많은 인명피해를 일으키기도 한다.

일예로, 노로바이러스는 음식물을 통해 전염되는 식중독의 원인균으로 감염되면 구토와 설사 및 탈수가 동반되며, 에볼라 바이러스는 사람의 체액, 분비물, 혈액 등과 직접 접촉하여 전염되며 에볼라 바이러스에 감염되면 갑작스러운 발열, 두통, 근육통이 발생한 후 전신 무력감과 피부 발진 및 전신성 출혈로 진행되며, 페스트균(Yersinia pestis)은 숙주 동물인 쥐에 기생하는 벼룩에 의해 사람에게 전염되며 감염되면 갑작스러운 발열과 함께 근육통, 두통 또는 구토, 설사 또는 기침, 흉통 등의 증상으로 진행된다.

따라서, 질병을 유발하는 세균 및 바이러스에 감염된 감염자가 발생하면, 그 감염자가 위치한 주변을 신속하게 통제하여 세균 및 바이러스가 주변으로 전염되는 것을 방지하는 동시에, 감염지역에 잔존하는 세균 및 바이러스를 신속하게 살균하도록 해야한다.

세균 및 바이러스의 살균하기 위한 종래의 방역방식은 분무소독과 연막소독이 있다. 분무소독은 약품을 물과 혼합해 분사하는 방식으로 살포면적은 좁으나 환경오염을 최소화하고 잔류효과가 있어 살충효과가 높다. 연막소독은 살포면적이 넓고, 숲이 우거지 지역과 같은 공기의 흐름이 차단된 지역에서도 깊숙이 살풍제 입자가 도달할 수 있으나 잔류효과가 없다.

이러한 종래의 방역방식을 이용하는 방역기는 약품을 에어로졸 상태로 분무하거나 연막을 하는 방식으로 높은 비용과 환경오염의 문제를 갖고 있다.

따라서, 종래의 약품을 이용하는 방역방식을 대체할 수 있는 방역방식의 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적으로 대기압 플라즈마를 활용하는 기술이 대두되고 있다.

가스 및 액체 환경에서 플라즈마 방전은 액체에 다양한 화학적 효과를 발생한다. 즉, 플라즈마 방전에 의해 라디칼과 같은 다양한 화학적 활성종이 액체 속으로 침투해서 녹고 액체에서 화학적, 살균성을 갖게 된다.

이와 같이 가스 및 액체 환경에서의 플라즈마 방전에 의해 화학적, 살균성을 갖는 플라즈마 방전수를 방역에 이용하면 환경 오염이 없는 방역 시스템을 구현할 수 있다.

나아가, 플라즈마 방전수를 에어로졸 상태로 분무할 수 있도록 하여 대기중에서 플라즈마 방전수가 오래 부유하여 화학적 활성종이 오래 머물도록 한다면 효율적인 방역이 이루어질 수 있을 것이다.

특허문헌 1: 한국등록특허 제10-1982406호 특허문헌 2: 일본공개특허 특개2009-106809호

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 플라즈마 방전수를 미립화하고 이를 에어로졸 형태로 분무하여 세균 및 바이러스 등의 살균을 위한 방역에 효율적으로 이용될 수 있도록 한 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템을 제공하는데 있다.

또한, 플라즈마 방전수를 용이하게 미립화하여 에어로졸 형태로 분무할 수 있도록 한 분무노즐을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템은 플라즈마 방전수 발생장치; 상기 플라즈마 방전수 발생장치로 피처리수를 공급하는 피처리수공급부; 상기 플라즈마 방전수 발생장치의 일측에 연결되는 플라즈마 방전수 토출부; 상기 플라즈마 방전수 발생장치와 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 플라즈마 방전수 토출부로부터 플라즈마 방전수가 공급되며, 공급되는 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하여 분무하는 분무노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 방전수 발생장치는, 상기 피처리수를 수용하는 챔버; 및 상기 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시키도록 상기 챔버에 장착되는 수중 방전 수단을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수중 방전 수단은, 전원이 인가되는 금속 팁; 및 상기 금속 팁을 둘러싸며, 상기 금속 팁의 끝단보다 일정 길이만큼 돌출되는 유전체 튜브를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수중 방전 수단은, 전원이 인가되는 금속 팁; 상기 금속 팁을 둘러싸며, 상기 금속 팁의 끝단보다 일정 길이만큼 돌출되는 유전체 튜브; 및 상기 금속 팁을 길이 방향으로 관통하여 형성되는 가스 공급관을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수중 방전 수단은, 고전압이 인가되는 고전압전극; 상기 고전압전극을 감싸는 내부유전체튜브; 및 내면이 상기 내부유전체튜브의 외면과 일정 간격을 갖도록 상기 내부유전체튜브를 수용하며, 외면에 다수의 관통홀이 형성되고, 소스 가스가 주입되는 외부유전체튜브를 포함하고, 상기 수중 방전 수단은 상기 소스 가스에 의해 상기 외부유전체에서 상기 피처리수를 향한 방향으로 플라즈마가 발생될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 플라즈마 방전수 발생장치는, 내부의 제1 공간으로 상기 피처리수를 수용하고, 상기 제1 공간에 이웃하여 유체 소통 가능한 제2 공간에 상기 플라즈마 방전수 토출부가 연결되고, 상기 제1 공간에 유체 소통 가능하게 연결되는 가스배출부를 포함하는 챔버; 및 상기 제2 공간에 배치되어 상기 제1 공간으로부터 상기 플라즈마 방전수 토출부 방향으로 흐르는 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시키는 수중 방전 수단을 포함하고, 상기 수중 방전 수단은, 고전압이 인가되는 고전압전극; 상기 고전압전극을 감싸는 내부유전체튜브; 및 내면이 상기 내부유전체튜브의 외면과 일정 간격을 갖도록 상기 내부유전체튜브를 수용하며, 외면에 상기 제2 공간으로 소통되는 다수의 관통홀이 형성되고, 소스 가스가 주입되는 외부유전체튜브를 포함하고, 상기 수중 방전 수단은 상기 소스 가스에 의해 상기 외부유전체에서 상기 제2 공간을 지나는 피처리수를 향해 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

일 실시예에서, 상기 수중 방전 수단은 상기 제2 공간에 상기 피처리수의 이동 방향을 따라 다수 배열될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐은 원형의 바닥부 및 상기 바닥부에 수직한 원기둥 형태의 측벽부를 포함하며, 상기 측벽부의 상면에 방사상으로 배열되는 다수의 물분사슬릿이 구비되는, 회전드럼; 상기 회전드럼의 상기 바닥부와 연결되고, 회전하여 상기 회전드럼을 회전시키도록 구성되는, 드럼회전축; 및 상기 회전드럼의 내부공간으로 유체를 공급하는 유체공급부를 포함하고, 상기 회전드럼의 내부공간으로 주입되는 유체는 상기 회전드럼의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 측벽부의 내면을 따라 상기 측벽부의 상면으로 이동하고, 상기 측벽부의 상면에 도달한 유체는 상기 다수의 물분사슬릿을 통해 액적으로 미립화되어 상기 회전드럼 주변으로 방사될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 회전드럼은 상기 바닥부 및 상기 측벽부를 각각 갖는 내통 및 외통을 포함하고, 상기 내통의 외면 및 상기 외통의 내면의 사이는 일정 간격 이격되어 유체가이드공간이 구비되고, 상기 다수의 물분사슬릿은 상기 외통의 측벽부의 상면에 구비되며, 상기 유체공급부는 상기 유체가이드공간으로 유체를 공급하도록 구성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 내통 및 상기 외통 사이의 간격은 상기 유체가이드공간을 따라 가이드되는 유체가 얇은 막 형태로 가이드될 수 있는 간격을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 내통의 측벽부의 상면의 높이는 상기 외통의 측벽부의 상면의 높이보다 높을 수 있다.

일 실시예에서, 상기 물분사슬릿은 상기 측벽부의 내면으로부터 외면 방향으로 갈수록 폭이 감소하도록 테이퍼지게 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 측벽부는 상기 바닥부와 둔각을 이루도록 경사질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 측벽부는, 상기 바닥부와 둔각을 이루는 경사벽; 및 상기 경사벽의 끝단으로부터 상기 바닥부에 수직한 방향을 따라 연장되는 수직연장벽을 포함하고, 상기 물분사슬릿은 상기 수직연장벽의 상면에 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 분무노즐은 상기 회전드럼과 동축으로 설치되어서 상기 회전드럼의 바닥부 및 측벽부의 외면을 둘러싸는 물받침부재를 더 포함하고, 상기 물받침부재는 상기 회전드럼보다 큰 직경의 상면이 개방된 용기 형태로 구비되어 상기 회전드럼의 상단부에서 누수되는 유체를 수용하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템에 의하면, 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하여 에어로졸 형태로 분무하므로 플라즈마 방전수가 대기중에 오래 부유될 수 있고, 이에 의해 대기중에 존재하는 세균 및 바이러스 등을 살균하기 위한 방역에 효율적으로 이용될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 수중 방전 수단에서의 플라즈마 방전이 일어나는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 수중 방전 수단을 확대 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 분무노즐의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 분무노즐의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 분무노즐의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 분무노즐의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 분사노즐의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템 및 플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템은 플라즈마 방전수 발생장치(100), 플라즈마 방전수 발생장치(100)로 피처리수를 공급하기 위한 피처리수공급부(200), 플라즈마 방전수 발생장치(100)로부터 플라즈마 방전수를 외부로 토출시키기 위한 플라즈마 방전수 토출부(300) 및 플라즈마 방전수를 분무하기 위한 분무노즐(400)을 포함한다.

플라즈마 방전수 발생장치(100)는 피처리수공급부(200)로부터 공급되는 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시켜서 피처리수를 플라즈마로 처리하여 플라즈마 방전수를 생성하도록 구성된다.

피처리수공급부(200)는 플라즈마 방전수 발생장치(100)로 피처리수를 공급한다. 일 예로, 피처리수공급부(200)는 피처리수가 저장된 공간(미도시)으로부터 피처리수를 펌핑하여 플라즈마 방전수 발생장치(100)로 피처리수를 공급하도록 구성될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 예를 들어, 피처리수공급부(200)는 피처리수가 저장된 공간으로부터 상기 플라즈마 방전수 발생장치(100)로 연결되는 피처리수공급관(201) 및 상기 피처리수공급관(201) 상에 설치되는 제1 펌프(202)를 포함할 수 있다.

플라즈마 방전수 토출부(300)는 플라즈마 방전수 발생장치(100)의 일측에 연결되어 플라즈마 방전수 발생장치(100)에서 생성된 플라즈마 방전수를 플라즈마 방전수 발생장치(100)의 외부로 토출시킬 수 있다. 일 예로, 플라즈마 방전수 토출부(300)는 플라즈마 방전수 발생장치(100) 및 분무노즐(400) 사이에 연결되는 플라즈마 방전수 배출관(301) 및 플라즈마 방전수 배출관(301) 상에 설치되는 제2 펌프(302)를 포함할 수 있다.

분무노즐(400)은 플라즈마 방전수 발생장치(100)와 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 플라즈마 방전수 토출부(300)로부터 플라즈마 방전수가 공급되며, 공급되는 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하여 분무하도록 구성된다.

도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 플라즈마 방전수 발생장치(120)는 챔버(110) 및 수중 방전 수단(120)을 포함한다. 상기 챔버(110)는 피처리수공급부(200)와 연결되어 피처리수공급부(200)로부터 공급되는 피처리수를 수용하고, 상기 수중 방전 수단(120)은 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시키도록 챔버(110)에 장착된다.

수중 방전 수단(120)은 전원이 인가되는 금속 팁(121) 및 상기 금속 팁(121)을 둘러싸며 상기 금속 팁(121)의 끝단보다 일정 길이(d)만큼 돌출되는 유전체 튜브(122)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 d는 유전체 튜브(122) 내부에 형성되는 미세 거품 및 미세 거품에서 발생하는 방전 효과를 고려하여 적절하게 정해질 수 있다. 상기 유전체 튜브(122)는 예를 들어 석영 등으로 구성될 수 있다.

도 3은 제1 실시예에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 수중 방전 수단에서의 플라즈마 방전이 일어나는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 금속 팁(121)으로 공급되는 전압을 Vp라 할 때, |Vp|가 약 150V에 이르면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 유전체 튜브(122)의 내부에 미세 거품(microsized vapor phase bubble)이 발생한다. 상기 미세 거품의 주성분은 전기분해에 의하여 발생하는 수소이다. 이후 |Vp|가 증가할수록 주울 발열(Joule heating)에 의하여 미세 거품(1000)의 크기가 증가하며 결국 유전체 튜브(122)의 내부 지름과 같아지게 된다(도 3의 (b) 참조).

|Vp|가 약 1180V에 도달하면, 유전체 튜브(122) 내부에 속박된 전류(restricted current)에 의하여 유전체 튜브(122) 내부의 표면 방전(surface discharge)에 의한 주울 발열의 세기가 점차 강해지면서 미세 거품(1000)을 유전체 튜브(122)의 입구 쪽으로 밀어내게 되며, 미세 거품(1000)은 원형에서 타원형으로 그 형태가 변화하게 된다(도 3의 (c) 참조). 또한 미세 거품(1000)의 형태가 타원형이 되면 도시된 바와 같이 미세 거품(1000)과 유전체 튜브(122) 간의 접촉 면적이 넓어지게 되며, 이에 따라 미세 거품(1000)이 받는 주울 발열의 세기 또한 점점 강해진다.

이후 |Vp|가 계속 증가하면(약 2680V) 마침내 미세 거품(1000)은 터져서 여러 개의 거품(1002)으로 부서지게 되며, 이때의 미세 거품(1000)의 길이는 약 4mm이다(도 3의 (d) 참조). 유전체 튜브(122)의 내부에서 미세 거품이 완전히 형성되면, 미세 거품의 양 쪽으로 형성된 두 개의 물기둥(1004, 1006)이 전극 역할을 하여 미세 거품의 내부에 방전(electrical discharge)가 발생하며, 만약 |Vp|가 충분히 증가하게 되면(약 6090V) 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이 유전체 튜브(122)의 외부로 플라즈마 방전(1008)이 일어나게 된다(도 3의 (e) 참조).

도 4는 본 발명에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 플라즈마 방전수 발생장치(100)는 챔버(110) 및 수중 방전 수단(120)을 포함한다. 상기 챔버(110)는 피처리수공급부(200)와 연결되어 피처리수공급부(200)로부터 공급되는 피처리수를 수용하고, 상기 수중 방전 수단(120)은 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시키도록 챔버(110)에 장착된다.

수중 방전 수단(120)은 수중 모세관 플라즈마 방전을 일으키는 구조로 구비될 수 있다. 즉, 전원이 인가되는 금속 팁(121), 금속 팁(121)을 둘러싸며 금속 팁(121)의 끝단보다 일정 길이(d)만큼 돌출되는 유전체 튜브(122), 및 금속 팁(121)을 길이 방향으로 관통하여 형성되는 가스 공급관(123)을 포함할 수 있다.

상기 금속 팁(121) 및 상기 유전체 튜브(122)는 전원공급부(미도시)로부터 공급된 전원을 금속 팁(121)에 인가받아 챔버(110) 내의 피처리수 내에 모세관 플라즈마 방전(capillary plasma discharge)을 일으킨다. 이와 같은 모세관 플라즈마 방전으로 발생된 플라즈마는 피처리수 내의 물 분자를 분해시켜 OH^-, O, H, H₂O₂, HO₂, HClO, Cl₂, HCl 등의 활성종을 생성한다.

상기 가스 공급관(123)은 금속 팁(121) 및 유전체 튜브(122)에 의하여 모세관 플라즈마 방전이 일어나는 피처리수의 내부로 보조 가스를 주입한다. 이와 같은 보조 가스의 예로는, 오존(O₃), 산소(O₂), 질소(N₂), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 공기(Air) 또는 이들의 혼합물이 될 수 있으며, 또는 가스 공급관(123)에서 액체 상태의 과산화수소수(H₂O₂)를 분사하는 것 또한 가능하다. 이와 같이 주입되는 보조 가스는 금속 팁(121) 및 유전체 튜브(122)로부터 발생되는 플라즈마로 공급되며, 이에 따라 상기 플라즈마의 발생을 보조하게 된다. 즉, 상기와 같이 보조 가스를 주입할 경우, 보조 가스를 주입하지 않을 경우와 비교하여 피처리수 내의 상기 활성종들의 농도 및 피처리수 내 체류시간(Lifetime)을 증가시키게 된다. 또한, 이와 같이 보조 가스를 공급할 경우 가스를 주입하지 않을 경우와 비교하여 더 낮은 전력 공급으로도 플라즈마 발생이 가능하다.

도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 방전수 발생장치의 제3 실시예를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 수중 방전 수단을 확대 도시한 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 플라즈마 방전수 발생장치는 챔버(110) 및 수중 방전 수단(120)을 포함한다.

챔버(110)는 내부의 제1 공간(111)으로 피처리수를 수용하고, 제1 공간(111)에 이웃하여 유체 소통 가능한 제2 공간(112)에 플라즈마 방전수 토출부(300)가 연결되고, 상기 제1 공간(111)에 유체 소통 가능하게 연결되는 가스배출부(113)를 포함할 수 있다. 상기 제1 공간(111)으로 공급되는 피처리수에는 기체가 혼합되어 용존 산소를 포함할 수 있다.

수중 방전 수단(120)은 고전압이 인가되는 고전압전극(121), 상기 고전압전극(121)을 감싸는 내부유전체튜브(122), 및 내면이 상기 내부유전체튜브(122)의 외면과 일정 간격을 갖도록 상기 내부유전체튜브(122)를 수용하는 외부유전체튜브(123)를 포함할 수 있다. 이러한 수중 방전 수단(120)은 외부유전체튜브(123)의 양측이 챔버(110)에 안착되게 설치될 수 있다.

상기 외부유전체튜브(123)는 관통홀(123a) 및 가스공급부(123b)를 포함할 수 있다.

관통홀(123a)은 외부유전체튜브(123)의 외면을 관통한 홀 형상을 가질 수 있고, 외부유전체튜브(123)의 외면 일측에 길이방향을 따라 배열될 수 있다.

가스공급부(123b)는 외부유전체튜브(123)의 일측과 연결되며, 가스공급부(123b)에 의해 외부유전체튜브(123)의 내부에는 소스 가스가 주입될 수 있다. 소스 가스는 이산화탄소, 질소, 산소, 공기, 불활성가스, 또는 이들을 하나 이상 혼합한 가스일 수 있다.

이러한 수중 방전 수단(120)의 상기 고전압전극(121)에는 고전압이 인가되고, 챔버(110) 내의 피처리수 또는 챔버(110)는 접지될 수 있다.

고전압전극(121)에 전원이 인가되면 고전압전극(121) 및 외부유전체튜브(123)의 사이 공간에서 방전이 되어 소스 가스의 이온화가 이루어져 플라즈마가 형성될 수 있다. 플라즈마는 외부유전체튜브(123)의 관통홀(123a)을 통과하여 피처리수를 향한 방향으로 발생되며, 플라즈마는 피처리수의 물 분자를 분해시켜 OH^-, O, H 등의 활성종을 생성할 수 있다.

바람직하게는, 상기 소스 가스는 공기 및 산소가 혼합된 가스일 수 있다. 공기 및 산소가 혼합된 경우, 오존이 만들어지고 그 오존이 피처리수에 녹아 더욱 더 방역 효과를 높일 수 있고, OH라디칼과 OH라디칼이 만나면 과산화수소(H₂O₂)가 생성되어서 더욱 더 효과적이고, 플라즈마에 의해 생성되는 미세한 기포에는 O₂ ^-와 같은 산화력이 높은 이온이 캡쳐되어 더욱 더 효과적일 수 있다.

이러한 수중 방전 수단(120)은 챔버(110)의 제2 공간(112)에서 피처리수의 이동 방향을 따라 다수 배열되게 배치되어 제1 공간(111)으로부터 플라즈마 방전수 토출부(300) 방향으로 흐르는 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다.

이러한 제3 실시예에 따른 플라즈마 방전수 발생장치(100)는 피처리수가 플라즈마 방전수 토출부(300) 방향으로 흐를 때 다수의 수중 방전 수단(120)을 지나면서 다수의 수중 방전 수단(120)에 의해 플라즈마 처리되므로 더 많은 활성종들을 포함할 수 있게 되어 방역 효과가 증대될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 분무노즐의 제1 실시예를 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 분무노즐(400)은 회전드럼(410), 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)를 포함할 수 있다.

회전드럼(410)은 원형의 바닥부(411) 및 바닥부(411)에 수직한 원기둥 형태의 측벽부(412)를 포함할 수 있다. 측벽부(412)의 상면에는 방사상으로 배열되는 다수의 물분사슬릿(413)이 구비된다. 물분사슬릿(413)은 상기 측벽부(412)의 내면으로부터 외면 방향으로 갈수록 폭이 감소하도록 테이퍼지게 구비된다.

드럼회전축(420)은 회전드럼(410)의 바닥부(411)와 연결되고, 회전하여 회전드럼(410)을 회전시킬 수 있다. 드럼회전축(420)이 회전되기 위해 드럼회전축(420)은 동력수단과 연결될 수 있다. 동력수단의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 모터 및 벨트를 통해 드럼회전축(420)에 동력을 전달하는 구조일 수 있다.

유체공급부(430)는 회전드럼(410)의 내부공간으로 유체를 공급하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 드럼회전축(420)이 중공으로 구비되고, 유체공급부(430)는 호스 또는 배관 형태로 구비될 수 있고, 유체공급부(430)의 일단은 플라즈마 방전수 토출부(300)와 연결되고 유체공급부(430)의 타단은 드럼회전축(420)의 중공 내로 삽입되어 회전드럼(410)의 바닥부(411)에 관통되어 회전드럼(410)의 내부공간으로 유체가 공급되게 구성될 수 있다.

이러한 분무노즐(400)은 유체공급부(430)를 통해 회전드럼(410)의 내부공간으로 주입되는 유체, 즉 플라즈마 방전수는 회전드럼(410)의 회전에 따른 원심력에 의해 회전드럼(410)의 측벽부(412)의 내면을 따라 측벽부(412)의 상면으로 이동하고, 측벽부(412)의 상면에 도달한 플라즈마 방전수는 측벽부(412)의 상면의 다수의 물분사슬릿(413)을 통과하면서 액적으로 미립화되어 회전드럼(410) 주변으로 방사될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 분무노즐의 제2 실시예를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 분무노즐(400)은 회전드럼(410), 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)를 포함하고, 상기 회전드럼(410)은 바닥부(411) 및 측벽부(412)를 각각 갖는 내통(410a) 및 외통(410b)을 포함하고, 상기 내통(410a)의 외면 및 상기 외통(410b)의 내면의 사이는 일정 간격 이격되어 유체가이드공간(410c)이 구비되고, 다수의 물분사슬릿(413)은 상기 외통(410b)의 측벽부(412)의 상면에 구비되며, 상기 유체공급부(430)는 상기 유체가이드공간(410c)으로 유체를 공급하도록 유체가이드공간(410c)에 소통된다.

예를 들어, 드럼회전축(420)이 중공이고, 유체공급부(430)는 중공관 형태로 구비되고, 유체공급부(430)가 드럼회전축(420)의 중공 내에 삽입되며, 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)에는 서로 소통하는 유체 통로들을 둘레 방향으로 배열하여 플라즈마 방전수가 유체가이드공간(410c)으로 공급되게 구성될 수 있다.

또한, 상기 내통(410a) 및 상기 외통(410b) 사이의 간격은 상기 유체가이드공간(410c)을 따라 가이드되는 유체가 얇은 막 형태로 가이드될 수 있는 간격을 가질 수 있다.

또한, 상기 내통(410a)의 측벽부(412)의 상면의 높이는 상기 외통(410b)의 측벽부(412)의 상면의 높이보다 높다. 이에 의해, 유체가이드공간(410c)을 따라 가이드되는 유체는 내통(410a)의 측벽부(412)를 넘지 못하고 외통(410b)의 측벽부(412)의 상면을 향해 용이하게 진입될 수 있다.

이러한 분무노즐(400)은 플라즈마 방전수가 유체가이드공간(410c)으로 공급되며, 유체가이드공간(410c)으로 공급된 플라즈마 방전수는 회전드럼(410)이 회전하면 원심력에 의해 유체가이드공간(410c)을 따라 얇은 막 형태로 가이드되어 외통(410b)의 측벽부(412)의 상면으로 이동하고, 외통(410b)의 측벽부(412)의 상면에 도달하면 다수의 물분사슬릿(413)을 통과하면서 액적으로 미립화되어 회전드럼(410) 주변으로 방사될 수 있다.

이때, 플라즈마 방전수는 유체가이드공간(410c)을 따라 가이드되어서 유체가이드공간(410c)이 없는 제1 실시예의 경우보다 얇은 막 형태를 용이하게 형성할 수 있고, 플라즈마 방전수가 회전드럼(410) 내에서 비산되어 회전드럼(410) 외부로 유출되는 것에 의한 플라즈마 방전수의 손실을 최소화하며, 이에 의해 회전드럼(410)으로 공급된 플라즈마 방전수의 유량 대부분이 방역에 활용될 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 분무노즐의 제3 실시예를 나타내는 도면이다.

도 9를 참조하면, 분무노즐(400)은 회전드럼(410), 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)를 포함하고, 회전드럼(410)은 바닥부(411) 및 측벽부(412)를 포함하고, 측벽부(412)는 바닥부(411)와 둔각을 이루도록 외향되게 경사지며, 측벽부(412)의 상면에는 다수의 물분사슬릿(413)이 방사상 배열된다.

상기 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)는 도 7을 참조하여 설명한 제1 실시예의 분무노즐(400)의 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이러한 분사노즐(400)은 회전드럼(410)의 내부로 공급된 플라즈마 방전수가 회전드럼(410)의 측벽부(412)의 내면을 따라 측벽부(412)의 상면으로 이동할 때 측벽부(412)가 경사져있으므로 회전드럼(410)이 회전할 때 원심력이 더 크게 작용할 수 있고, 이에 의해 플라즈마 방전수가 측벽부(412)의 상면으로 빠르고 안정적으로 이동하여 더욱 쉽게 다수의 물분사슬릿(413)으로 진입될 수 있다. 따라서, 분무노즐(400)의 분무 효율이 증대될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 분무노즐의 제4 실시예를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 분무노즐(400)은 회전드럼(410), 드럼회전축(420) 및 유체공급부(430)를 포함하고, 회전드럼(410)은 바닥부(411) 및 측벽부(412)를 포함하고, 측벽부(412)는 바닥부(411)와 둔각을 이루는 경사벽(412a) 및 경사벽(412a)의 끝단으로부터 바닥부(411)에 수직한 방향을 따라 연장되는 수직연장벽(412b)을 포함하며, 수직연장벽(412b)의 상면에는 다수의 물분사슬릿(413)이 방사상 배열될 수 있다.

이러한 분무노즐(400)은 회전드럼(410)의 내부로 공급된 플라즈마 방전수가 회전드럼(410)의 측벽부(412)의 경사벽(412a)의 내면을 따라 경사벽(412a)의 상부로 이동하고, 경사벽(412a) 및 수직연장벽(412b)의 경계에 도달하면 수직연장벽(412b)의 내면을 따라 수직연장벽(412b)의 상면으로 이동한다. 이때, 측벽부(412)의 경사벽(412a)이 경사져있으므로 회전드럼(410)이 회전할 때 원심력이 더 크게 작용하여 수직연장벽(412b)의 상면으로 빠르고 안정적으로 이동하여 더욱 쉽게 다수의 물분사슬릿(413)으로 진입될 수 있다. 따라서, 분무노즐(400)의 분무 효율이 증대될 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 분사노즐의 제5 실시예를 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면, 제5 실시예의 분무노즐(400)은 물받침부재(500)를 더 포함하는 것을 제외하고는 도 7을 참조하여 설명한 제1 실시예에 따른 분무노즐(400)과 동일하므로 이하에서는 물받침부재(500)를 중심으로 설명한다.

물받침부재(500)는 회전드럼(410)과 동축으로 설치되어서 회전드럼(410)의 바닥부(411) 및 측벽부(412)의 외면을 둘러쌀 수 있다. 이러한 물받침부재(500)는 회전드럼(410)보다 큰 직경의 상면이 개방된 용기 형태로 구비되어 회전드럼(410)의 상단부에서 누수되는 유체를 수용할 수 있다.

이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수를 이용한 방역 시스템에서 피처리수의 공급을 시작으로 하여 최종적으로 플라즈마 방전수가 분무되는 과정을 설명한다.

먼저, 피처리수공급부(200)로부터 플라즈마 방전수 발생장치(100)로 피처리수가 공급된다.

피처리수공급부(200)로부터 공급되는 피처리수는 플라즈마 방전수 발생장치(100)의 챔버(110)의 내부로 수용되며, 수중 방전 수단(120)은 챔버(110) 내에 수용되는 피처리수의 수중에 위치하게 되고, 수중 방전 수단(120)은 피처리수의 수중에서 플라즈마를 발생시키고, 이에 의해 피처리수는 플라즈마 처리되어 피처리수 내에는 플라즈마에 의한 활성종이 생성되고, 이와 같이 플라즈마 처리된 플라즈마 방전수는 플라즈마 방전수 토출부(300)를 통해 플라즈마 방전수 발생장치(100)의 외부로 토출된다.

플라즈마 방전수 토출부(300)를 통해 토출되는 플라즈마 방전수는 분무노즐(400)로 공급된다. 이때, 플라즈마 방전수는 분무노즐(400)의 유체공급부(430)를 통해 회전드럼(410)의 내부공간으로 공급되며, 드럼회전축(420)이 회전되어 드럼회전축(420)에 의해 회전드럼(410)이 회전된다.

회전드럼(410)이 회전되면 회전드럼(410) 내에 수용된 피처리수는 회전드럼(410)의 회전에 의한 원심력에 의해 회전드럼(410)의 측벽부(412)에 밀착하는 얇은 막 형태를 이루면서 측벽부(412)의 내면의 높이 방향을 따라 측벽부(412)의 상면으로 이동하고, 측벽부(412)의 상면에 도달한 플라즈마 방전수는 측벽부(412)의 상면의 다수의 물분사슬릿(413)으로 유입된다.

이때, 각각의 물분사슬릿(413)으로 유입되는 피처리수는 상기 얇은 막으로부터 액적 형태로 쪼개지면서 물분사슬릿(413)으로 유입되며, 유입된 액적은 끝단으로 갈수록 점차 폭이 감소하는 물분사슬릿(413)을 따라 이동하면서 액적의 크기가 점차 작아지고, 물분사슬릿(413)의 끝단에서는 공기중에 분무될 수 있는 미세 크기의 액적으로 미립화되어 회전드럼(410) 주변으로 분무된다.

이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 처리수를 이용한 방역 시스템에 의하면 피처리수를 플라즈마 처리하여 플라즈마 방전수를 생성하고, 생성된 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하여 에어로졸 형태로 분무하므로 플라즈마 방전수가 대기중에 오래 부유될 수 있고, 이에 의해 대기중에 존재하는 세균 및 바이러스 등을 살균하기 위한 방역에 효율적으로 이용될 수 있는 이점이 있다.

또한, 방역에 제한되지 않고, 살균이 요구되는 피처리물의 표면에 플라즈마방전수를 분무하여 피처리물의 살균에 이용될 수 있다.

한편, 분무노즐(400)은 플라즈마 방전수를 액적으로 미립화하여 에어로졸 형태로 분무하므로 플라즈마 방전수를 방역에 용이하게 이용할 수 있도록 한다.

도시하지는 않았지만, 본 발명에 따른 플라즈마 방전수를 이용한 방역 시스템은 이동하여 오염 지역을 방역하기 위해 휴대 가능한 형태로 구성될 수도 있고, 차량 등의 방역을 위해 지상에 설치되는 형태로 구성될 수도 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims

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원형의 바닥부 및 상기 바닥부에 수직한 원기둥 형태의 측벽부를 포함하며, 상기 측벽부의 상면에서 상기 측벽부의 내면으로부터 상기 측벽부의 외면 방향으로 연장되고 방사상으로 배열되는 다수의 물분사슬릿이 구비되는, 회전드럼;
상기 회전드럼의 상기 바닥부와 연결되고, 회전하여 상기 회전드럼을 회전시키도록 구성되는, 드럼회전축; 및
상기 회전드럼의 내부공간으로 유체를 공급하는 유체공급부를 포함하고,
상기 회전드럼의 내부공간으로 주입되는 유체는 상기 회전드럼의 회전에 따른 원심력에 의해 상기 측벽부의 내면을 따라 상기 측벽부의 상면으로 이동하고, 상기 측벽부의 상면에 도달한 유체는 상기 다수의 물분사슬릿을 통해 액적으로 미립화되어 상기 회전드럼 주변으로 방사되며,
상기 물분사슬릿은 상기 측벽부의 내면으로부터 외면 방향으로 갈수록 폭이 감소하도록 테이퍼지게 구비되며,
상기 측벽부는 상기 바닥부와 둔각을 이루도록 경사지는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐.
제8항에 있어서,
상기 회전드럼은 상기 바닥부 및 상기 측벽부를 각각 갖는 내통 및 외통을 포함하고,
상기 내통의 외면 및 상기 외통의 내면의 사이는 일정 간격 이격되어 유체가이드공간이 구비되고,
상기 다수의 물분사슬릿은 상기 외통의 측벽부의 상면에 구비되며,
상기 유체공급부는 상기 유체가이드공간으로 유체를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐.
제9항에 있어서,
상기 내통 및 상기 외통 사이의 간격은 상기 유체가이드공간을 따라 가이드되는 유체가 얇은 막 형태로 가이드될 수 있는 간격을 갖는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐.
제9항에 있어서,
상기 내통의 측벽부의 상면의 높이는 상기 외통의 측벽부의 상면의 높이보다 높은 것을 특징으로 하는,
플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐.
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제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 측벽부는,
상기 바닥부와 둔각을 이루는 경사벽; 및
상기 경사벽의 끝단으로부터 상기 바닥부에 수직한 방향을 따라 연장되는 수직연장벽을 포함하고,
상기 물분사슬릿은 상기 수직연장벽의 상면에 구비되는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 분무노즐은 상기 회전드럼과 동축으로 설치되어서 상기 회전드럼의 바닥부 및 측벽부의 외면을 둘러싸는 물받침부재를 더 포함하고,
상기 물받침부재는 상기 회전드럼보다 큰 직경의 상면이 개방된 용기 형태로 구비되어 상기 회전드럼의 상단부에서 누수되는 유체를 수용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 방전수를 액적으로 분무하는 분무노즐.