KR102524473B1 - 플라즈마 생성을 위한 유연성 전극 조립체 및 유연성 전극 조립체를 포함한 공기 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

공기 처리 기기를 위한 유연성 전극 조립체는:
절연 시트를 형성하는 유연성 유전체층; 절연 시트의 제1 측면 상의 복수의 도전체 트랙들; 절연 시트의 제2 측면 상의 도전체층을 포함하고, 도전 트랙들과 도전체층에 대한 전압의 공급이 도전 트랙들로부터 방전되는 플라즈마를 생성한다. 다른 일면에서, 본 발명은 또한 병원체를 포함할 수 있는 건강을 위협하는 부유성 오염원들을 공기 유동으로부터 제거하기 위한 공기 처리 장치도 제공하며, 상기 공기 처리 장치는 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 전반적으로 싸이클론 형상인 기하 구조를 구비한 장치를 포함한다. 본 발명은 또한 유연성 전극 조립체를 포함한 공기 처리 기기에도 관련되어 있다.

Description

플라즈마 생성을 위한 유연성 전극 조립체 및 유연성 전극 조립체를 포함한 공기 처리 시스템 {Flexible Electrode Assembly for Plasma Generation and Air Treatment System including the Flexible Electrode Assembly}

본 발명은 공기 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 유연성 전극 조립체와 공기 덕팅 시스템을 포함한 공기 처리 장치에 관한 것이다. 이 장치는 전원을 더 포함할 수 있다. 전극 조립체는 유연성 소재로 만들어지며 건강을 위협하는 실내 공기에 존재하는 부유성 오염 물질을 비활성화하고 오염 물질을 제거하기 위한 저전력 전기 방전 플라즈마를 생성하는 데에 사용된다. 본 발명은 또한 건강을 위협하는 부유성 오염 물질을 제거하기 위한 공기 처리 용도로 이런 장치의 사용 방법을 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은 또한 병원체를 포함할 수 있는 건강을 위협하는 부유성 오염물질들을 공기 유동으로부터 제거하기 위한 공기 처리 장치도 제공하는데, 공기 처리 장치는 전반적으로 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 사이클론 형상의 기하 구조를 가진다; 이 장치는 동일한 방향으로 회전하는 전반적으로 원형 유체 운동의 영역을 규정하며, 장치 내로의 공기 유동의 진입을 위한 공기 인입구와 정화된 배출 공기가 빠져나가는 이 장치로부터의 출구를 구비하고, 상기 공기 인입구는 전반적으로 원형인 유체 운동을 확립하는 것을 용이하게 하도록 구성되고, 건강을 위협하는 부유성 오염물질을 비활성화하기 위한 수단이 상기 장치 내에 제공된다. 바람직한 실시예에서, 이상적으로는, 전반적으로 사이클론 형상의 기하 구조를 가진 이 장치는 상기 규정된 유연성 전극 조립체를 포함하는데, 이 유연성 전극 조립체는 건강을 위협하는 부유성 오염물질들이 유연성 전극 조립체의 외측을 면하는 도전체층으로부터 방출된 플라즈마에 의해 생성되는 비활성화 영역으로 몰아내어지도록 공기 유동이 사이클론 형상의 장치로 향하게 사이클론 형상이 기하 구조의 벽체들 둘레에 제공된다.

다른 측면에서, 본 발명은 공기 멸균 및 오염 물질 제어를 위한 플라즈마 생성 유연성 전극 정전기 촉진자 조립체를 포함하는 공기 처리 장치와 관련되어 있는데, 여기서 플라즈마 생성 유연성 전극 정전기 촉진자 조립체는 저전력 전기 방전 플라즈마를 생성하고 공기 유동 중의 병원체를 비활성화하기 위해 구성된 유연성 전극 조립체를 포함한다.

건강을 위협하는 부유성 오염 물질들은 3가지 그룹들로 분류될 수 있다; (a) 공기를 통해 주변환경을 통해 퍼지는 질병을 유발하는 유기체를 포함하는 부유성 병원체; (b) 섭취되거나 흡입되거나 접촉할 경우 알러지 반응을 유발하는 물질을 포함하는 부유성 알러지 유발 항원; (c) 공기 중에서 부유되어 유지되는 미세한 입자의 형태로 고압으로 스프레이되도록 디자인된 제품을 포함하는 부유성 휘발성 유기 화합물(VOC). 마지막 카테고리는 청소용 화학제품, 헤어 스프레이, 다양한 형태의 프라이머(primer) 및 가솔린이나 케로신과 같은 연료는 물론 기타 가정용, 미용용 또는 취미용 제품들을 포함한다. 몇몇 섬유들, 특히 최근에 제조된 것들 또한 시간이 지남에 따라 가스의 형태로 화학물질을 내뿜거나 누설시키는 경우 실내 부유성 VOC의 원인이 된다.

부유성 오염 물질들은 실내 환경에서 심각하게 축적될 수 있으며 그 결과 우리가 호흡하는 공기가 오염될 수 있다. 인간이 평균적으로 대략 90%의 시간을 실내 환경에서 보낸다는 것을 감안하면, 실내 공기로부터 오염 물질을 제거하는 것이 새집 증후군과 같은 알러지를 줄이고 감염 전염을 방지하기 위해 중요하다는 것을 알게 될 것이다.

부유성 병원체의 제어를 위한 기술의 현재 수준은 다음과 같이 분류될 수 있다: (a) 부유성 포집 시스템 또는 필터, (b) 부유성 비활성화 시스템 및 (c) 이상의 몇 가지 조합.

현존하는 부유성 비활성화 기술들은 또한 화학물질, UV 조사 및 플라즈마 방전 부산물을 이용하는 것들을 포함한다.

화학적 비활성화의 예는 전형적으로 오존 또는 과산화수소인 항균제 분무기의 이용을 포함한다. 이런 시스템들은 효율적이지만, 이들 또한 파괴적이며 처리될 실내 공간의 소개(evacuation)를 필요로 하고, 따라서 통상적인 생활 환경 하에서의 사용에 적합하지 않다.

공기 정화를 위한 대안적인 발명들은 부유성 박테리아를 죽이기 위한 자외선(UV) 방사의 이용을 포함한다. 예를 들어, 국제공개공보 WO2003/092751은 유체(예컨대 공기)가 UV 램프들의 어레이를 통과해 지나가게 된다. 이 해법에서 유일한 비활성화 메커니즘은 UV 방사에 의한다는 것이 인식된다.

공기 필터 매체의 소독을 위해 플라즈마 라디칼을 이용하는 것 또한 알려져 있다; 예를 들어 미국 특허 공개 2004/0184972 A1 참조. 이 선행기술 문헌에서 상류로의 플라즈마 방전이 중간 필터를 향해 상류로 흐르며 필터에 포집된 박테리아나 바이러스를 사멸시키는 활성 라디칼들을 생성할 수 있다.

플라즈마 방전에 의존하는 이런 시스템들에서, 플라즈마 생성기의 디자인 및 구성이 특히 중요하다. 본 문헌에 개시된 교시들은 공기 멸균 및 오염 제어를 위해 이용될 수 있는 플라즈마 생성을 위한 전극 조립체를 제안한다.

따라서, 본원의 제1 실시예는 청구항 1에 상세히 된 바와 같이 공기 처리 기기를 위한 유연성 전극 조립체를 제공한다.

따라서, 일 측면에서, 본 발명은,

절연 시트를 형성하는 유연성 유전체층;

절연 시트의 제1 측면 상의 복수의 도전성 트랙들;

절연 시트의 제2 측면 상의 도전체층을 형성하는 간극이나 구멍이 없는 균일한 전기적 도전 물질; 및

메인 주파수와 동등한 전압원 주파수를 가지고 조립체에 의해 생성되는 이온화가 암방전 또는 타운젠드 타입 방전이도록 전극 조리체에 전력을 공급하도록 구성된 AC 전원으로서, 전원은 전극 조립체에 적용되는 단위 면적당 전력이 100mW/cm²보다 작은 것을 사용 가능하게 보장하도록 추가적으로 구성되고,

도전성 트랙과 도전체층에 대한 전압의 공급이 도전성 트랙들로부터 방전되는 플라즈마를 생성하며, 복수의 도전체 트랙들은 조립체의 제1 층을 형성하고 도전체층은 조립체의 제2 층을 형성하며, 제1 층 및 제2 층에 대한 전압의 공급이 제1 층으로부터만 방전되고 지속되는 유전체 배리어 방전 타입의 플라즈마를 생성하는 공기 처리 기기를 위한 유연성 전극 조립체를 제공한다.

본 발명의 유연성 전극의 장점은 임의의 필요한 형상을 취할 수 있고, 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 전반적으로 원뿔형 기하 구조를 구비한 장치를 포함하는 덕트나 덕팅 섹션의 내부와 같은 곳에 삽입될 장치의 형상에 맞추어질 수 있다는 것이다.

다른 일면에서, 본 발명은 또한 독립 청구항(들)에서 상세히 된 바와 같이 공기 처리 시스템 및 공기 처리 장치도 제공한다. 유리한 실시예들이 종속 청구항들에 제공되어 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 또한 공기 유동으로부터 병원체를 포함할 수 있는 건강을 위협하는 부유성 오염원의 제거를 위한 공기 처리 장치로서, 상기 공기 처리 장치는 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 전반적으로 싸이클론 형상 기하 구조를 구비하고; 상기 공기 처리 장치는 동일한 방향으로 회전하는 전반적으로 원형인 유체 운동 영역을 규정하며, 상기 장치는 상기 장치로의 공기 유동의 진입을 위한 공기 인입구를 구비하고, 상기 공기 인입구는 전반적으로 원형인 유체 운동을 확립하는 것을 용이하게 하도록 구성되고, 건강을 위협하는 부유성 오염원들을 비활성화하는 수단이 상기 장치 내에 제공되며; 정화된 배출 공기가 빠져나갈 수 있는 상기 장치로부터의 출구 포트를 구비하는 공기 처리 장치도 제공한다. 이상적으로, 바람직한 실시예에서, 상기 장치로부터의 출구는 싸이클론 기하 구조를 구비한 상기 장치의 선회 공기 유동의 방향의 평면과 동일 평면으로 되지만; 배출 공기 유동 방향은 유입 선회 공기 유동 방향과 반대된다. 다른 특징들은 종속 청구항들에 포함되어 있다.

본 발명의 공기 처리 장치의 장점은 나선 회전 공기유동이 장치를 통과하는 임의의 부유성 오염 물질의 상기 장치를 통과하는 경로를 상기 장치에서 소요하는 시간이 상기 장치를 길이방향으로 통과하는 직접적인 유입 공기유동의 경우에서보다 길도록 상대적으로 길고, 따라서 부유성 오염 물질이 비활성화 영역으로 압박되는 횟수가 선형 유입 공기유동에 비하여 증가되는 것을 보장한다는 것이다. 다른 장점은 그리고 나서 상기 장치 바깥으로의 배출 공기유동이, 싸이클론 기하 구조 장치의 내부에서 어떠한 물질 축적도 일어나지 않도록 비활성화된 부유성 오염 물질을 제거한다는 것이다.

바람직한 일실시예에서, 본 발명은 플라즈마 생성 유연성 전극과 공기 멸균 및 오염 제어를 위한 정전기 촉진자 조립체를 포함하는 공기 처리 기기로서, 상기 플라즈마 생성 유연성 전극 정전기 촉진자 조립체가 저전력 전기 방전 플라즈마를 생성하기 위해 구성된 유연성 전극 조립체를 포함하는 것에 관련되어 있다.

일 측면에서, 본 발명은 플라즈마 생성 정전기 촉진자 조립체를 포함하는 공기 처리 기기로서:

정전기 촉진자 주변의 부유성 입자들을 대전시키도록 구성된 정전기 촉진자; 및

상기 정전기 촉진자에 근접하여 배치되고 상기 정전기 촉진자와 협력하도록 구성된 유연성 전극 조립체를 포함하는 플라즈마 생성기를 포함하고,

플라즈마 생성기는 플라즈마를 방전하도록 구성되고 부유성 입자들을 비활성화하도록 작동하는 플라즈마 생성기의 영역에 비활성화 영역을 제공하며,

상기 공기 처리 기기는 공기 처리 기기가 대전된 부유성 입자들을 생성하고 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 이끌어 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역의 플라즈마에 노출시키기에 적합하게 되도록 정전기 촉진자에 의해 생성된 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 이끌기 위한 수단을 포함하는 공기 처리 기기를 제공한다.

본 특허 명세서 전체에서, "비활성화 영역"이라는 용어는 플라즈마가 방출되며 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질을 비활성화하기에 효과적인 영역을 가리킨다는 점을 이해하여야 한다. 건강을 위협할 수 있는 이런 부유성 오염 물질(즉, 부유성 오염원)은 세 가지 그룹으로 나뉘어질 수 있다: (a) 공기를 통해 대기중으로 전파되는 질병을 유발하는 임의의 유기체를 포함하는 부유성 병원체들; (b) 섭취, 흡입 또는 접촉할 경우 알러지 반응을 유발하는 임의의 물질을 포함하는 부유성 알러지 유발 항원, (c) 공기중에 떠다니도록 유지되는 미세한 입자상의 고압으로 분사되도록 디자인된 임의의 제품을 포함하는 휘발성 유기 화합물(VOC). 본 발명의 공기 처리 장치에 있는 플라즈마 생성기에 의해 생성되는 플라즈마는 분류 (a) 내지 (c)에 규정된 부유성 오염 물질의 어느 것이라도 비활성화하는 데에 효과적이다.

따라서, 공기 처리 장치는 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 유인하도록 구성된다. 이것은 모든 대전된 입자들을 플라즈마 생성기의 표면으로 유인하기 위해 노력하는 것과 동일한 것이 아니며, 모든 대전된 입자들이 플라즈마 생성기의 표면 상에 있다면 플라즈마 생성기의 효과적인 작동을 방해할 수 있기 때문에 사실 이것은 바람직하지 않다. 본 발명의 공기 처리 장치는 유연성 전극 조립체를 포함하는 플라즈마 생성기를 포함하는데, 이것은 플라즈마 방전을 사용 가능하게 생성하기 위해 1W/cm²보다 작은 전력 밀도로 작동되도록 구성된다.

바람직한 실시예에서, 플라즈마 생성기는 유연성 전극 조립체를 포함하고, 유연성 전극 조립체는 유연성 전극 조립체의 길이방향 축 둘레로 플라즈마 방전을 사용 가능하게 생성하기 위해 1W/cm²보다 낮은 전력 밀도로 작동하도록 구성된다. 유연성 전극 조립체는 공기 처리 장치의 내부 벽체의 적어도 일부, 바람직하게는 내부 벽체들의 적어도 일부 둘레의 주변부에 제공될 수 있으나, 유연성 전극 조립체는 상기 장치의 벽체들의 영역에서 비활성화 영역을 제공하기에 충분한 임의의 필요한 크기로 될 수 있다. 비활성화 영역은 유연성 전극 조립체로부터 대략 1cm만큼 바깥으로 연장될 수 있다. 부유성 오염 물질이 비활성화되기 위해 부유성 오염 물질이 유연성 전극 조립체와 충돌하여야 할 필요가 있는 것은 아니다; 부유성 오염 물질이 비활성화 영역으로 진입하는 것으로 충분하다. 이상적으로, 본 발명의 공기 처리 장치의 싸이클론 배치에서, 부유성 오염 물질은 유입 공기 유동의 회전하는 선회 운동으로 인해 비활성화 영역으로 복수회 진입할 것이다. 이 유입 공기유동은 싸이클론 공기유동을 확립하도록 구성된 유입 공기유동 포트를 통해 공기 처리 기기 내로 이끌어진다. 공기유동 포트는 싸이클론 공기유동을 확립하기 위해 협력하는 복수의 벽체들을 포함한다.

가장 바람직하게는, 플라즈마 생성기는 0.1에서 0.5W/cm²의 범위에 있는 전력 밀도로 작동되도록 구성된다. 이것은 플라즈마 생성을 위한 상대적을 낮은 전력 밀도이며 플라즈마 생성기 둘레에 비활성화 영역을 생성하기에 효과적이다.

본 발명이 이제 예시적인 방식으로만 본 발명의 실시예들과 다양한 측면들을 나타낸 첨부의 도면들을 참조로 설명될 것이다.
도 1은 본 교시에 따른 전극 조립체의 제1 측으로부터의 도면이다.
도 2는 제2 측으로부터의 도 1의 전극 조립체의 도면이다;
도 3은 본 교시에 따라 반원형 방식으로 굽혀진 전극 조립체의 제1 측으로부터의 도면이다.
도 4는 본 교시에 따라 반원형 방식으로 굽혀진 전극 조립체의 제2 측으로부터의 도면이다.
도 5는 도관 내에 배치된 본 교시에 따른 유연성 전극 조립체의 도면이다.
도 6은 도관 내에 배치된 도 5의 유연성 전극 조립체의 확대도이다.
도 7은 도관 내에서 유연성 전극 조립체의 배치를 위한 대안적인 구성의 도면이다.
도 8은 도 7의 대안적인 배치 구성의 단면도이다.
도 9는 유연성 전극 유연성 전극 조립체의 제1 층과 유연성 전극의 제2 층으로의 전원 공급을 위한 연결부를 보여주는 개략도로서, 제1 층은 유연성 전극의 플라즈마 생성면이고 제2 층은 유연성 전극의 배면측이다.
도 10은 전반적으로 실린더형 섹션과 전반적으로 원뿔형 섹션을 포함하는 전반적으로 사이클론 형상의 기구학적 구조의 형태로 된 공기 처리 장치의 일실시예의 사시도이다.
도 11은 나선형 하방으로 유입 공기 유동과 상방으로 향하는 배출 공기 유동을 보여주는 도 10의 공기 처리 장치의 단면도이다.
도 12는 사이클론 형상의 기구적 구성의 공기 처리 장치 내에서 공기 유동의 방향에 대해 접선방향으로 배치된 각진 공기 유동 인입구를 보여주는 상방으로부터의 단면도이다.
도 13은 싸이클론 형상 기하 구조의 실린더형 단면의 내부 벽체들 둘레에 배치되어 나타내어진 도 1 내지 도 4의 유연성 전극 조립체를 보여주는 공기 처리 장치의 다른 실시예의 단면도이다.
도 14는 장치가 뒤집어진 점, 즉 도 13에 나타낸 장치에 비해 180도 회전된 점을 제외하고는 도 13의 실시예와 동일한 특징을 포함하는 공기 처리 장치의 다른 실시예의 단면도로서; 이는 이 장치가 성분들의 분리들 위해 전형적으로 사용되는 통상적인 싸이클론과 동일한 방식으로 동작하지 않으며 본 발명은 그 기능과는 전혀 다르다는 것을 보여준다.
도 15는 유연성 전극 조립체가 포함된 도 13에 나타낸 것과 유사한 다른 실시예의 측면 단면도이다.
도 16은 도 14에 나타낸 실시의 추가 도면이다.
도 17은 유연성 전극 조립체가 도 13 및 도 15에 나타낸 것과 유사한 다른 실시예의 측면 단면도이다.
도 18은 도 17에 나타낸 실시예의 추가 도면이다.
도 19는 도 13의 공기 처리 장치의 대안적인 사시도이다.
도 20은 유연성 전극 조립체가 싸이클론 기하 구조 공기 처리 장치의 벽체 둘레에 포함되거나 포함되지 않은 도 11에 나타낸 공기 처리 기기의 대안적인 실시예로서, 이 실시예에서 공기 유동 내의 건강을 위협하는 오염 물질을 비활성화하는 대안적인 수단이 예를 들어 UV 광원을 이용하여 채택되고 UV 광원으로부터의 UV 광선이 화살표로 나타낸 방식으로 내부적으로 반사되도록 UV 반사층으로 코팅된 공기 처리 장치의 내부 벽체를 구비한다.
도 21은 정전기 촉진자가 유연성 전극 조립체와의 협력을 위한 공기 처리 장치에 포함된 공기 처리 장치의 다른 대안적인 실시예이다. 도 21 및 도 22에 나타낸 이 실시예에서 정전기 촉진자는 니들 어레이의 형태로 되어 있다.
도 22는 니들 전극 정전기 촉진자를 더 상세히 보여주는 도 21의 공기 처리 장치의 전개도이다.

본 교시는 덕팅 시스템(ducting system)을 통과하여 지나가는 공기의 처리를 위한 플라즈마를 사용 가능하게 생성하는 덕팅 시스템에 사용되는 유연성 전극 조립체를 포함하는 공기 처리 장치에 관한 것이다. 이 장치는 유연성 전극 조립체에 결합되어 플라즈마의 생성에 사용되는 전력을 공급하는 전원을 더 포함할 수 있다. 이에 더하여, 공기가 덕팅 시스템들 통과하도록 하는 데에 임펠러가 요구될 수 있다. 이러한 요소들의 조합을 제공함으로써 전극 조립체에 전력이 적용될 때 공기로부터 미생물 또는 병원체를 효과적으로 멸균하거나 덕팅 시스템을 통하여 지나가는 부유성 유기 오염물질 및 입자들을 효율적으로 산화시키기 위해 저전력 플라즈마 방전 영역을 생성하는 것이 가능하다.

전원은 1kV 내지 10kV 범위의 진폭을 가진 고전압 발전기일 수 있다. 고전압 발전기는 직류(DC) 또는 교류(AC) 전류 타입의 것일 수 있다. 예시적인 실시예는 AC 전원에 의해 구동된다. 이 실시예에서 전압원 주파수는 메인 주파수, 즉 지리적 영역에 따라 50 내지 60Hz와 동일하다. 대안적인 실시예에서, 전력 공급원의 주파수는 킬로 헤르츠 범위, 예컨대 1kHz 내지 250kHz에 있을 수 있다. 다른 대안적인 실시예들에는 이들 보다 높거나 낮은 범위에서 주파수 변조된 AC 전력 공급원들이 설치될 수 있다.

유연성 전극 조립체의 구성이 도 1 및 도 2를 참조로 가장 잘 설명되어 있는데, 이들은 유전체층(101)을 포함하는 전극 조립체(100)를 보여준다. 전극들은 유전체층(101)의 전면측 및 후면측에 부착된다. 이런 식으로, 전극들이 유전측의 마주보는 측면들 상에 제공된다.

전극들은 각각 도전체층을 포함한다. 제1 도전체층(102)은 전기적 도전 트랙들의 일련의 얇은 열들 사이에 좁은 간극이 남겨진 것으로 패터닝되어 있다. 제2 도전체층(203)(도 2에 나타냄)은 간극이나 구멍이 없이 균일한 전기적 도전 소재를 포함한다. 제1 도전체층(102) 및 제2 도전체층(203)은 한 쌍의 전극들로서 기능한다.

플라즈마 방전은 제1 도전체층(102)과 제2 도전체층(203)을 포함하는 한 쌍의 전극들로 전력을 적용함으로써 생성된다. 적용된 전력은 유연성 전극 조립체(100)의 제1 표면(102)으로부터 DC 또는 AC 방출을 지속시킨다. 본 교시에서 플라즈마 생성은 양 전극들이 유전체층(101)에 의해 서로 절연된 유전체 배리어 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD) 타입의 것이다. 제1 도전체층(102) 및 제2 도전체층(203)의 구성 및 배치는 플라즈마 방전이 전극 조립체(100)의 제1 층(102) 상에서 생성되고 지속되도록 보장한다.

유전체 배리어 방전(DBD)은 두 전극들, 즉 절연 유전체 배리어 즉 유전체 시트(101)에 의해 분리된 제1 층(102) 및 제2 층(203) 사이의 전기적 방전이다. 알려진 DBD 장치들은 전형적으로 유전체로 분리된 강고하고 평행한 플레이트들을 이용하여 평탄하거나, 사이에 유전체 튜브가 있는 동축 플레이트들을 이용하여 실린더형이다. 그러나, 본 교시에 따라 전극 조립체(100)의 구축을 위한 유연성 소재들을 사용함으로써, 유연한 특성을 가진 전극 쌍을 조립함으로써 장치가 평면형 또는 실린더형 배열과 다른 기하 구조로 형상화되는 것이 가능해진다.

유전체층(101)은 높은 유전 강도를 가진 적절한 절연 소재로 만들어지는데, 이것은 본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 적절히 선택될 수 있다. 본 교시의 예시적인 배치에서, 유전체 절연층(101)은 100kV/mm 보다 큰 유전 강도를 가진 폴리이미드(polyimide) 절연 시트를 포함한다.

이 예시적인 배치에서, 전극 조립체(100)는 한쪽 측면에 구리 시트(제2 도전체층(203)으로 기능하는)를, 반대 측면에 구리 트랙들(제1 도전체층(102)로서 기능하는)을 가진 폴리이미드 시트로 이루어진다.

구리가 부착된 폴리이미드의 사용은 인쇄회로기판 제조용으로 널리 알려져 있다. 특히, 이런 구성은 일반적으로 유연성 인쇄회로기판을 구성할 수 있다. 이런 유연한 회로들은 평탄한 형태로 조립/제조되며 사용된 소재의 물리적 특성으로부터 나오는 굽힐 수 있거나 유연한 시트/보드가 된다는 것을 알 수 있다. 이런 굽힐 수 있는 보드들은 전형적으로 통상적인 강고한 인쇄회로기판이 적합하지 않을 때, 예컨대 평탄하지 않은 구역 또는 표면이 요구될 때 유연성을 가능하게 하도록 디자인된다는 것에도 주목하여야 한다. 이와 같이 이런 유연성 인쇄회로기판들은 저전압 및 저전력 용도를 포함하여 그들의 강고한 대응물들과 유사한 적용처에 사용되지만 지금까지는 플라즈마 생성기의 맥락에서 사용된 적이 없다.

본원의 발명자들은 이런 유연한 보드들이 전극 조립체 또는 고전력 플라즈마 방전, 즉 단위 영역당 전력이 1W/cm²을 초과하는 방전에 대한 생성 매개물을 위한 전극 조립체로서의 사용을 위해 구성될 수 있다는 것을 인식하였다. 그러나 이런 작동 조건에서, 그런 유연성 인쇄회로기판의 사용수명이, 보드 상에서 회로단선을 야기하고 고전류로 인해 트랙을 태울 수 있는 고전압 및 고전력으로 인해 단축되는 경향이 있다. 따라서, 본 발명에 따라 유연성 인쇄회로기판에 공급되는 전력은 조심스럽게 조정되는 것이 중요하다.

본 발명의 교시에 따르면 전원으로부터 전극 조립체(100)에 적용되는 전력은 전극 조립체(100) 주변의 공기의 이온화하는 양으로 제한되기에 충분히 낮게 되며, 긴 작동 수명을 보장하도록 PCB 상의 낮은 전기적 스트레스를 유지하도록 된다. 예시적인 일면에서, 전극에 적용되는 단위 면적당 전력은 100mW/cm² 이하이다. 이런 전력 레벨에서 시스템에 의해 생성되는 이온화는 암방전(dark discharge) 또는 타운젠드 방전(Townsend discharge) 타입의 것이다. 이 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이 이 방전 모드는 낮은 방전 전류(마이크로 암페어 또는 그 이하의 범위)와 방사성 방출(radiative emission)이 없는 것의 조합으로서 특징 지워지며 따라서 암방전이라는 용어가 사용된다(예컨대 Plasma Phys. Control. Fusion 47 (2005) B755-B588 참조). 이 방전 모드에서 라디칼들의 생성이 또한 제한되는데, 이는 본 발명의 시스템에 의해 배출되는 항병원체 작용제의 낮은 레벨을 유지하기 위해 유리하다. 따라서 이온화된 플라즈마는 플라즈마 전류와 라디칼 및 다른 플라즈마종(plasma species) 농도가 매우 높아 가시성 글로우(visible glow), 전극 가열 및 손상, 그리고 유독성 라디칼의 대량 방출로 귀결되는 글로우 방전 모드의 것이 아니다.

다른 일면에서, 전극 조립체(100)는 제1 도전체층(102)과 유전체층(101) 사이에 추가적인 절연층을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 절연층이 제2 도전체층(202)과 유전체층(101) 사이에 배치될 수 있다. 이런 추가적인 층(들)은 오염 또는 품질저하의 외부적인 원인으로부터 유전체층(101)을 보호하는 데에 기여한다. 추가적인 보호층(들)은 또한 전극으로 기능하는 층들과 및/또는 인접한 도체들 사이에서 아크(arc)의 가능성을 줄여준다.

도 3 및 도 4는 제1 도전체층(102)가 내부 측면에 있고 제2 도전체층(203)이 외부 측면에 있는 반원형 식으로 구부러진 전극 조립체(100)의 사시도를 나타내고 있다. 특정적으로, 도 3은 아치형이 되도록 굽혔을 때 전극 조립체(100)의 내부 측면을 보여주는 한편, 도 4는 전극 조립체(100)의 외부 측면을 보여주고 있다.

반원형 형상이 나타내어져 있으나, 유연성 전극 조립체(100)를 이용하여 복수의 형상들이 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 유연성 전극 조립체(100)를 이용하여 형성되는 형상에는 원뿔형 기하구조가 포함된다.

본 기술분야의 통상의 기술자에 의해 전력 공급원으로부터 유연성 전극 조립체(100)로 전력이 공급되는 것이 이해될 것이다. 유연성 전극 조립체(100)와 전력 공급원 사이의 연결(예컨대, 배선)의 정확한 특성은 적절하게 선택될 수 있으며 전력 공급원과 전극 조립체(100)가 함께 배치되어야 할 필요는 없다. 변압기(미도시)가 또한 전력 공급원과 유연성 전극 조립체(100) 사이에 사용되어 고전압 교류 전류를 제공할 수도 있다.

제1 도전체층(102) 및 제2 도전체층(203)은 그 각각의 전체 표면 면적 둘레에서 유전체층(101)과의 직접적인 접촉을 유지한다. 이는 전극 조립체(100) 내부에 공기 포켓이 없는 것을 보장하는데, 이 공기 포켓에는 플라즈마의 상승된 레벨이 플라즈마 생성 과정에서 축적될 수 있다.

본 교시의 바람직한 일면에서, 제2 도전체층(203)의 연속적이고 균일한 소재는 조립체(100)의 제2 층(203) 상에 어떤 플라즈마도 지속되지 않는 것을 보장한다. 다른 한편, 제1 도전체층(102)에서 간극에 의해 분리된 와이어 열은, 높은 전기장이 간극에서 제1 도전체층(102)과 제2 도전체층(203) 사이에 적용된 높은 전압 포텐셜로 인해 증강되도록 한다. 이 전기장은 제1 도전체층(102) 주변의 가스를 이온화하여 대기압 플라즈마 방전(atmospheric plasma discharge)을 촉발하고 유지한다. 상기 플라즈마 방전은 제1 표면(102)으로 제한된다. 이에 더하여, 상기 플라즈마 방전은 전극 조립체(100)의 제1 도전체층(102) 위에 비활성화 영역을 생성하는데, 여기서 플라즈마 장, 방사 및 활성 종은 유연성 전극 조립체(100)를 통과하는 공기에 대해 항병원체 작용제로서 작용한다.

비활성화 영역은 플라즈마가 방출되고 공기 유동에 수반된 부유성 오염 물질을 비활성화하는 데에 효과적이다. 건강을 위협하는 부유성 오염물들은 세 가지 그룹으로 대별될 수 있다: (a) 공기를 통해 대기중으로 전파되는 질병을 유발하는 임의의 유기체를 포함하는 부유성 병원체들; (b) 섭취, 흡입 또는 접촉할 경우 알러지 반응을 유발하는 임의의 물질을 포함하는 부유성 알러지 유발 항원, (c) 공기중에 떠다니도록 유지되는 미세한 입자상의 고압으로 분사되도록 디자인된 임의의 제품을 포함하는 휘발성 유기 화합물(VOC).

본 기술분야의 통상의 기술자드은 제2 도전체층(203)(즉, 도전 소재로 된 시트)를 제1 도전체층(102)과 유사한 층(간극에 의해 분리된 와이어 열을 가진)으로 대체하는 것이 유연성 전극 조립체(100)의 전방 측면 뿐만 아니라 제2 측면에서도 플라즈마 방전이 생성되고 지속되는 결과를 가져올 것이라는 점을 이해할 것이다. 이것은 몇몇 상황들 및/또는 본 교시의 적용예에서 바람직할 것이며, 전극 조립체의 한쪽 측면에서만 플라즈마를 생성하는 것으로 본 교시를 제한하고자 하는 것이 아니다.

유연성 전극 조립체(100)는 바람직하게는 조립체에 의해 생성되는 플라즈마에 공기가 노출되는 시간을 최대화하도록 공기가 조립체의 방향과 평행한 방향으로 흐르는 방식으로 지향되어야 한다. 유연성 조립체를 제공함으로써, 조립체가 다양한 곡선 기하 구조를 채용할 수 있으므로 전극 조립체에 의해 생성되는 비활성화 영역이 평면적일 필요가 없다. 특히 본 교시의 전극 조립체(100)의 유연한 특성으로 인해, 복수의 구성이 가능하다.

도 5는 이런 예시적인 구성을 도시하고 있다. 복수의 유연성 전극 조립체들(100)이 원형 도관(504) 안에 배치된 것을 볼 수 있다. 도관(504)은 도관 내의 복수의 유연성 전극 조립체들(100)이 쉽게 보이도록 절개되어 나타내어져 있다. 본 기술분야에서 통상의 기술자에게 이해될 것과 같이, 임의의 적절한 형상의 도관이 사용될 수 있으며 조립체의 유연한 특성이 도관(504)의 형상에 조립체가 적응하도록 해준다. 공기는 화살표(505) 방향으로 도관(504)에 진입하고 복수의 전극 조립체들(100)을 지나 흘러서 도관(504)의 반대 단부에서 빠져나간다.

도 6은 도 5의 유연성 전극 조립체의 확대 이미지이다. 복수의 전극 조립체들(100)이 도관(104)의 내부 곡률에 맞추어지도록 또는 적응하도록 형태가 갖추어진 것을 알 수 있다. 이에 더하여, 개별적인 전극 조립체들(100)은 도관 내에서 전극 조립체들의 연속적인 링을 형성하도록 서로에 대해 상대적으로 배치될 수 있다. 몇몇 구성들에서, 더 적은 수의 전극 조립체들(100)이 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에서 4개의 조립체들(100)이 나타나 있지만, 2개 또는 3개의 조립체들(100)이 비연속적 링에 사용될 수 있다. 조립체의 수를 결정하는 것은 통상의 기술자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 몇몇 상황에서, 유연성 전극 조립체(100)의 제1 층으로부터 플라즈마 방전에 의해 생성되는 비활성화 영역이 공기 유동(505)에 수반된 부유성 오염 물질을 비활성화하기에 충분하다면 단일한 조립체가 사용될 수 있다.

본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있는 수많은 수단들이 도관(504)을 통한 공기 유동을 유도하기 위해 선택될 수 있다. 예컨대 임펠러가 사용될 수 있다.

유연성 전극 조립체(100)의 제1 층(102)으로부터의 플라즈마 방전에 의해 생성된 비활성화 영역에서 플라즈마 농도는 공기 유동에 수반된 부유성 오염 물질을 효과적으로 비활성화하는 데에 충분하다. 게다가, 플라즈마의 농도는 본 장치의 도관(504) 영역으로부터 빠져나가는 정화된 공기에서 플라즈마 방전에 의해 생성된 임의의 항병원체 작용제의 농도가 생리학적으로 용인할 수 있는 수준이도록 비활성화 영역 바깥에서 충분히 약해져야 한다.

도 7은 도관(706) 내에서 적어도 하나의 유연성 전극 조립체(100)의 배치에 대한 다른 구성을 보여주고 있다. 도관(706)의 절개된 섹션이 용이한 시각화를 위해 도 7에 제공되어 있다. 복수의 전극 조립체들(100)이 도관(706)의 제한된 직사각형 섹션(708) 안에 제공된다. 특정적으로, 복수의 전극 조립체들(100)은 직사각형 섹션(708)의 내부 표면에 배치되어 전극 조립체들의 연속적인 링을 형성한다. 전극 조립체의 유연한 특성이 직사각형 섹션(708) 내에서 연속적인 링을 용이하게 구성하는 것을 보장한다는 것을 알게 될 것이다.

공기는 화살표(707) 방향으로 도관(706)에 진입하고 복수의 유연성 전극 조립체들(100)이 설치된 도관(706)의 직사각형 섹션(708)으로 흘러간다. 상기 섹션(708)의 형상은 전극 조립체들(100)을 통과하여 흐르는 공기가 섹션(708) 내에 존재하는 전극 조립체들의 제1 도전체층(102)로부터 1cm 이내에서 흐르도록 되어 있다. 이는 직사각형 섹션(708)의 정상 및 바닥 내부 표면들에서 전극 조립체들이 1cm 이상 떨어질 수 없다는 것을 의미한다. 그러나 양측면 사이의 거리는 1cm보다 훨씬 클 수 있다.

도 7의 배치는 도관(706)을 통해 흐르는 모든 공기가 대기압 플라즈마 방전으로부터 귀결된 비활성화 영역 내에서 흐르는 것을 보장한다. 도 7의 단면이 도 8에 도시되어 있다.

이제 유연성 전극 조립체의 제1 층, 즉 유연성 전극 조립체의 플라즈마 생성 표면, 그리고 유연성 전극 조립체의 제2 층, 즉 덕팅 섹션 또는 공기 처리 장치의 벽체에 인접한 유연성 전극 조립체의 측면인 유연성 전극 조립체의 뒤쪽 측면으로의 전력 공급을 위한 연결을 나타내고 있는 도 9를 참조하기로 한다. 플라즈마는 한 쌍의 전극들, 즉 제1 층(102)와 제2 층(203)에 전력을 적용함으로써 유연성 전극 조립체(100)에 의해 생성된다. 플라즈마는 제1 층(102)의 영역에서 비활성화 영역을 제공하도록 제1 층(102)으로부터만 방전된다. 제2 층(203)은 전형적으로, 여기의 다른 도면들을 참조로 추가로 설명될 본 발명의 다른 일면에서 나타내어지는 것과 같이 덕팅 섹션 또는 공기 처리 장치의 내부 벽체의 일부분의 표면에 대해 달라붙어 있을 것이다. 적용된 전력은 유연성 전극 조립체의 제1 층(102)과 제2 층(203)으로 이루어진 전극 쌍의 표면 사이, 둘레 및/또는 그 위에서 DC 또는 AC 방전을 유지한다. 도 9에 나타낸 배치는 예시적인 방식으로 제1 층(102)과 제2 층(203)으로의 AC 전압 공급원인 것으로 나타낸 유연성 전극 조립체의 배치의 하나의 실시예일 뿐이라는 것을 이해하여야 한다. 도 9에 나타낸 바와도 같이, 이 특정한 실시예에서, 1,000V와 10,000V 사이(1kV에서 10kV)의 범위; 바람직하게는 2,000볼트와 9,000볼트 사이의 범위; 더욱 바람직하게는 3,000볼트와 8,000볼트 사이의 범위; 더욱 바람직하게는 4,000볼트와 7,000볼트 사이의 범위; 그리고 이상적으로는 약 5,000볼트의 전압에 있는 DC 전압이 도 20 및 도 21에 나타낸 배치에서와 같은 니들 전극 어레이(needle electrode array)와 같은 정전기 촉진자와 유연성 전극 조립체 플라즈마 생성기(100)의 외측 층(102) 사이에 적용된다.

유전체 배리어 방전을 얻기 위해 요구되는 전압 및 전류 파라미터는 이론적으로 사용된 유전체의 특성에 좌우될 것이라는 점을 알 수 있을 거이다. 일반적으로, 1kV 아래의 작동 전압은 실용적이지 않으며, 바람직하게는 1kV에서 6kV의 범위에 있는 작동 전압이 유연성 전극 조립체의 제1 층과 제2 층 사이에 제공되고, 더욱 바람직하게는 3kV에서 5kV까지의 전압, 예컨대 약 4kV의 전압이 유연성 전극 조립체의 제1 층과 제2 층 사이에 제공된다. 유전체 배리어 방전을 유지하기 위해 요구되는 전류는 그것을 촉발하는 데에 요구되는 것보다 훨씬 적다는 것을 알 수 있을 것이다. 플라즈마 생성기 유닛들의 전류(따라서 그 전력)는 통상적으로 작동개시 전류의 관점에서 표현된다. 1mA 에서 10mA 까지의 범위, 바람직하게는 적어도 3mA의 (작동개시) 전류가 사용될 것이다. 물론 플라즈마 생성기의 전력은 전압과 전류 조합에 따라 좌우될 것이다. 전력은 일반적으로 50와트보다 커서는 안되며 바람직하게는 적어도 4와트이다. 전형적으로 전력은 10와트에서 40와트의 범위에 있다. 이런 전력 수준은 특히 플라즈마 생성기가 0.02m³ 에서 1.0m³ 수준의 도관 용적을 가지는 장치 유닛의 일부분으로써 사용될 때 편리한 것으로 파악되었다.

이제 도 10 내지 도 16을 참조하여, 본 발명에 따른 공기 처리의 다양한 실시예들이 설명될 것이다.

도 10, 도 11, 도 12에 나타낸 실시예는 임펠러(1102)와 공기 인입구(1108)를 포함하며, 이 장치는 전반적으로 실린더형이고 공기유동 인입구를 포함하는 제1 섹션을 포함하는데; 바람직하게는 실린더형 섹션에 인접하게 또는 부착되도록 구성된 유연성 전극 조립체(도 10 내지 도 12에서는 나타내지 않음)가 여기에 있다. 화살표(1103)로 표시된 유입 공기 유동은 임펠러(1102)로 진입하고, 임펠러 하우징(1302)으로부터 이동하면서 나선형이고 지속적으로 회전하는 공기 유동을 확립하도록 구성된 아치형 벽체(1204)를 포함하는 내부 벽체들을 가진 공기 인입 포트(1120)를 통과하여 장치의 실린더형 섹션 및 원뿔형 섹션에서도 화살표(1206)로 표시된 나선 회전하는 공기유동을 확립하도록 구성된 장치 인입구(1320)로 진입한다. 그 후 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부에서 압력이 증가하면서 공기 유동 방향은 원뿔형 섹션 바깥으로 장치의 길이방향을 따라 화살표(1207)의 방향으로 화살표(1104)로 표시된 바와 같이 출구(1205)를 통해 밖으로 압박된다. 따라서 이 배치는 화살표(1106)으로 표시된 바와 같이 유입 공기 유동의 나선 회전 패턴이, 공기 유동 내의 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질이 나선 회전하는 공기유동(1206) 안에서 이동하는 동안 원심력의 작용으로 인해 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션의 벽체를 향해 적어도 한번, 더 가능성 있게는 여러 번 압박되는 것을 보장한다. 따라서 부유성 오염 물질은 싸이클론 기하 구조의 벽체들 둘레에 제공된 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체의 영역 내의 비활성화 영역으로 압박될 것이다.

도 13을 참조하면, 유입 공기 유동(1303)은 임펠러 하우징(1302)으로부터 장치의 실린더형 섹션 및 또한 원뿔형 섹션에서 나선 회전하는 공기유동(1306)을 확립하도록 구성된 장치 인입구(1320)로 이동하면서 나선형이고 연속적으로 회전하는 공기 유동 내에 확립된다. 그리고 나서, 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부에서 압력이 증가하면서 공기 유동 방향은 장치의 길이방향 축을 따라 화살표(1307)의 방향으로 원뿔형 섹션의 바깥으로, 그리고 화살표(1304)로 표시된 바와 같이 출구(1305)를 통해 밖으로 압박된다. 따라서 이 배치는 화살표(1306)로 표시된 바와 같이 유입 공기 유동의 나선 회전 패턴이 공기유동 내의 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질이 나선 회전하는 공기유동 중에서 이동하면서 원심력의 작용으로 인해 실린더형 섹션 및 원뿔형 섹선의 벽체를 향해 적어도 한번, 더욱 가능성 있게는 여러 번 압박될 것이라는 점을 보장하는 특별한 장점을 가진다. 따라서, 부유성 오염 물질은 싸이클론 기하 구조의 벽체들 둘레에 제공된 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체(1301)의 영역에 있는 비활성화 영역으로 압박될 것이다.

따라서 이 배치는 화살표(1306)로 표시된 바와 같은 유입 공기 유동의 나선 회전 패턴이 공기유동 중의 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질이 나선 회전 공기 유동 내에서 이동하는 동안 원심력의 작용으로 인해 실린더형 섹션 및 원뿔형 섹션의 벽체들과 적어도 한번, 더욱 가능성 있게는 여러 번 압박될 것을 보장한다는 특별한 장점을 가진다. 따라서 부유성 오염 물질은 싸이클론 기하 구조의 벽체들 둘레에 제공된 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체(1301)의 영역에 있는 비활성화 영역으로 압박될 것이다. 공기 처리 장치의 다른 장점은 나선 회전 공기유동이 장치를 통과하는 임의의 부유성 오염 물질의 경로를 장치 내에서 소모하는 시간이 또한 장치를 길이방향으로 통과하는 직접적인 유입 공기유동의 경우에서보다 더 길어지도록 상대적으로 긴 것을 보장하고, 따라서 부유성 오염 물질이 비활성화 영역으로 압박되는 횟수가 직선적인 유입 공기유동에 비해 증가된다는 것이다. 다른 장점은, 그리고 나서 장치 바깥으로의 배출 공기유동이 싸이클론 기하 구조 장치 내부에서 어떠한 물질의 축적도 일어나지 않도록 비활성화된 부유성 오염 물질을 제거한다는 것이다.

장치가 반전되어 있다는 점, 즉 도 13에 나타낸 장치에 비해 180도의 각도로 회전되어 있는 것을 제외하고는 도 13의 실시예와 동일한 특성을 포함하는 도 14에 나타낸 대안적인 실시예를 참조하면, 이것은 이 장치가 성분들의 분리를 위해 전형적으로 사용되는 통상적인 싸이클론과 동일한 방식으로 작동하지 않고, 본 발명이 그 기능과는 전적으로 다르다는 것을 입증하고 있다. 도 14에 나타낸 공기 처리 장치는 도 13의 공기 처리 장치의 실시예에 대해 설명한 것과 동일한 방식으로 작동한다. 유사한 특징들은 도 13의 것들과 유사한 참조 번호로 표시되어 있다. 실린더형 섹션은 플라즈마 방전 제1 층(1301)을 구비한 유연성 전극 조립체를 포함한다. 다시 이 실시예에서, 유입 공기 유동(1303')은 임펠러 하우징(1302')으로부터 이동하면서 나선형이고 연속적으로 회전하는 공기 유동 내에서 확립되며 장치의 실린더형 섹션 및 원뿔형 섹션에서 나선 회전 공기유동(1306')을 확립하도록 구성된 장치 인입구(1320)로 들어간다. 그리고 나서 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부에서 압력이 증가함에 따라 공기 유동 방향은 원뿔형 섹션 바깥으로 장치의 길이방향 축을 따라 화살표(1307')의 방향으로, 그리고 화살표(1304')로 표시된 바와 같이 출구(1305')를 통해 바깥으로 압박된다. 따라서 이 배치는 화살표(1306')로 표시된 바와 같이 유입 공기 유동의 나선 회전 패턴이, 공기유동 중의 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질이 나선 회전 공기 유동 내에서 이동하면서 원심력의 작용으로 인해 실린더형 섹션 및 원뿔형 섹션의 벽체들을 향해 적어도 한번, 더욱 가능성 있게는 여러 번 압박될 것을 보장하는 특별한 장점을 가진다. 따라서, 부유성 오염 물질은 싸이클론 기하 구조의 벽체들 둘레에 제공된 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체(1301')의 영역에 있는 비활성화 영역으로 압박될 것이다.

이제 도 15 및 도 16을 참조하면, 이 실시예의 공기 처리 장치는 본질적으로 도 13에 나타낸 것과 동일하다. 유사한 특징들은 유사한 참조 번호로 참조된다. 공기 처리 장치는 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 싸이클론 타입 기하 구조를 포함한다. 실린더형 섹션은 플라즈마 방전 제1 층(1401)을 구비한 유연성 전극 조립체를 포함한다. 유입 공기 유동을 참조 번호(1402)로 전체적으로 표시된 유입 공기 유동 인입구로 인도하기 위한 임펠러(1402)가 있다. 이 공기는 임펠러 하우징(1402)으로부터 장치의 실린더형 섹션은 물론 원뿔형 섹션에서 나선 회전 공기유동(도 15 및 도 16에서는 나타내지 않음)을 확립하도록 구성된 장치 인입구(1420)로 이동하면서 나선형이고 연속적으로 회전하는 공기유동 내에 확립된다. 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부에서 압력이 증가함에 따라 공기 유동 방향은 장치의 길이방향 축을 따라 원뿔형 섹션 바깥으로, 그리고 출구(105)를 통과해 바깥으로 압박된다. 따라서 이 장치는 유입 공기 유동의 나선 회전 패턴이, 공기 유동 중의 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질이 나선 회전 공기유동 내에서 이동하는 동안 원심력의 작용으로 인해 실린더형 섹션 및 원뿔형 섹션의 벽체들을 향해 적어도 한 번, 더욱 가능성 있게는 여러 번 압박될 것을 보장하는 특별한 장점을 가진다. 따라서, 부유성 오염 물질은 싸이클론 기하 구조를 가진 공기 처리 장치의 실린더형 섹션의 벽체들 둘레에 둘러싸도록 제공된 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체(1401)의 영역에 있는 비활성화 영역으로 압박될 것이다.

유연성 전극 조립체가 도 10 내지 도 16의 이 실시예들에서 장치의 실린더형 섹션의 벽체들의 일부분만을 점하는 것으로 나타내었으나, 유연성 전극 조립체는 장치의 벽체들의 영역에 있는 비활성화 영역을 제공하기에 충분한 요구되는 임의의 크기의 것일 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 비활성화 영역은 유연성 전극 조립체로부터 대략 1cm만큼 바깥으로 연장될 수 있다. 부유성 오염 물질이 비활성화되기 위해 부유성 오염 물질이 유연성 전극 조립체와 충돌하여야 할 필요가 있는 것은 아니다; 부유성 오염 물질이 비화렁화 영역으로 진입하는 것으로 충분하다.

본 발명의 공기 처리 장치의 장점은 나선 회전 공기유동이 장치를 통과하는 임의의 부유성 오염 물질의 경로가 장치 내에서 소모하는 시간이 장치를 통한 길이방향으로의 직접적인 유입 공기유동의 경우에서보다 더 길도록 상대적으로 길고, 따라서 부유성 오염 물질이 비활성화 영역으로 압박될 횟수가 직선형 유입 공기 유동에 비해 증가되는 것을 보장한다는 것이다. 다른 장점은, 그리고 나서 장치 바깥으로의 배출 공기유동이 싸이클론 기하 구조 장치 내부에 어떠한 물질의 축적이나 증강도 발생하지 않도록 비활성화된 부유성 오염 물질을 제거한다는 것이다.

이제 도 17 및 도 18을 참조하면, 도 10 내지 도 16에 나타낸 것으로부터 대안적인 실시예가 예시되어 있다. 도 17 및 도 18의 실시예에서, 유연성 전극 조립체는 공기 처리 장치의 실린더형 섹션 둘레를 따라 연장되고 도 15 및 도 16에 나타낸 실시예에서보다 축방향으로 더 넓게 연장된 것으로 나타나 있다. 따라서 이 실시예에서, 유연성 전극 조립체는 도 15 및 도 16의 앞선 실시예에서 보다 공기 처리 장치의 실린더형 섹션의 내부 벽체의 영역을 더 많이 차지한다. 도 17 및 도 18에서, 유사한 특징들은 다시 유사한 참조 번호들로 참조된다. 공기 처리 장치는 실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 싸이클론 타입 기하 구조를 포함한다. 실린더형 섹션은 플라즈마 방전 제1 층(1601)을 구비한 유연성 전극 조립체를 포함한다. 유입 공기 유동을 참조 번호(1620)로 전체적으로 표시된 유입 공기 유동 인입구로 인도하기 위한 임펠러가 있다. 이 공기는 임펠러 하우징(1602)으로부터 장치의 실린더형 섹션은 물론 원뿔형 섹션에서 나선 회전 공기유동(도 17 및 도 18에서는 나타내지 않음)을 확립하도록 구성된 장치 인입구(1420)로 이동하면서 나선형이고 연속적으로 회전하는 공기 유동으로 확립된다. 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부에서 압력이 증가함에 따라, 공기 유동 방향은 장치의 길이방향 축을 따라 원뿔형 섹션의 바깥으로, 그리고 출구(1605)를 통과해 바깥으로 압박된다.

유연성 전극 조립체가 싸이클론 공기 처리 장치의 실린더형 섹션으로부터 테이퍼드 섹션으로 연장될 수 있다는 것을 알게 될 것이다. 사실, 유연성 전극 조립체는, 도면으로 나타내지 않은 대안적인 실시예에서, 실린더형 섹션이 아니라 장치의 원뿔형 섹션 내에 제공될 수 있다.

사실, 통상의 기술자는 싸이클론 공기 처리 장치의 내부 벽체 둘레에 유연성 전극을 제공하는 것은, 유연성 전극 조립체의 기능이 싸이클론 공기 처리 장치로의 공기 유동 내에 운반되는 부유성 입자의 효과적인 비활성화를 위한 플라즈마 생성이므로, 몇 가지 형태를 띌 수 있다는 것을 이해할 것이다; 바람직한 배치는, 원심력이 유입 공기유동을 이동하도록 압박하여 부유성 오염 물질들이 비활성화 영역으로 압박되도록 하는 것이라는 점에서, 비활성화 영역이 벽체 둘레에 생성되도록 유연성 전극 조립체가 장치의 벽체의 적어도 일부분 둘레에 제공되는 것이다. 따라서 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체를 벽체들의 적어도 일부분 둘레에 제공하는 것은 유입 공기유동 패턴과 비활성화 영역 사이의 협력이 부유성 오염 물질의 비활성화 영역으로의 다중적인 진입을 보장하는 것을 가능하게 한다.

도 19를 참조하면, 공기를 실린더형 섹션으로 운반하는 공기 유동 인입구가 도 13에 나타낸 실시예를 참조로 더 상세히 나타나 있다. 그러나 도 19에 나타낸 공기 유동 인입구는 도 10 내지 도 18, 그리고 도 20 내지 도 22에 나타낸 실시예들 각각에서 공기 유동 인입구의 구조의 전형이라는 것을 이해하여야 한다. 공기 유동 인입구는 싸이클론 타입 공기 유동을 생성하도록 구성되고 그와 같이 벽체(1324)와 협력하는 아치형 벽체(1323)가 있는데, 아치형 벽체(1323 및 1224)는 반복적으로 회전하는 유입 공기 유동을 가진 선회 공기유동인 싸이클론 공기 유동을 개시하도록 각이 져있다. 공기유동 인입구는 또한 유입 공기유동을 공기 처리 장치로 안내하는 기능을 하는 벽체들(1321 및 1322)을 포함한다.

도 20을 참조하면, 유해한 병원체 및 부유성 입자들을 비활성화하기 위한 대안적인 수단이 싸이클론 공기 처리 장치(1900) 내에 포함된 대안적인 일면이 나타나 있다. 이 실시예에서, 유연성 전극 조립체는 생략될 수 있으며, UV 광원(1950)과 같은 대안적인 비활성화 수단이 유연성 전극 조립체를 대신하여 사용될 수 있다. 공기 처리 장치(1900)는 UV LED(1950)로부터의 UV광이 화살표(1960)로 표시된 바와 같이 공기 처리 장치를 통해 반사되도록 UV 반사층(1925)으로 코팅된 내부 벽체들을 포함한다. 공기 처리 장치(1900)는 또한 임펠러(1902)와 공기 인입 포트(1924) 및 공기 배출 포트(1905)를 포함하며; 따라서 공기 처리 장치(1900)에서 공기유동 방향도 13에 나타낸 것과 동일하다(유입 나선 회전 공기유동에 대해 화살표(1306)로, 배출 선형 유동에 대해 화살표(1307)로 표시된). 이 실시예에서, 부유성 오염 물질을 비활성화하기 위한 수단은 유연성 전극 조립체 제1 층(1301)로부터 방전된 플라즈마에 의해 생성되는 비활성화 영역을 가지기보다 UV광 처리를 포함한다.

그러나 대안적인 실시예에서, 싸이클론 공기 처리 장치 내에서 UV광선을 반사하는 UV 반사층으로 코팅된 내부 벽체들을 가진 UV 광원은 바람직하다면 추가적인 비활성화 능력을 생성하기 위해 플라즈마 생성을 위해 구성된 유연성 전극 조립체와 함께 사용될 수 있다는 것을 이해하여야 한다.

이제 도 21 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 공기 처리 장치의 다른 실시예가 설명될 것이다. 이 실시예에서, 참조 번호 2000으로 전반적으로 표시된 공기 처리 장치(2000)는 플라즈마를 생성하고 유연성 전극 조립체 층(2101)으로부터 바깥으로 약 1cm까지의 영역에 비활성화 영역을 생성하는 제1 층(2101)을 구비한 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체를 포함한다. 장치(2000)는 또한, 저전력 전기적 방전 플라즈마를 생성하기 위해 구성된 유연성 전극 조립체의 제1 층(2101)으로부터 플라즈마가 생성되는 싸이클론 장치와 함께 공기 살균 및 오염 제어를 위한 니들 전극 어레이 (2071)를 포함하는 정전기 촉진자(2070)를 포함한다. 도 21 및 도 22에 나타낸 바와 같이, 니들 전극 어레이(2071)는 공기 처리 장치의 실린더형 섹션으로의 인입 포트 이전에 제공된다. 도 21 및 도 22에 나타낸 실시예에서, 본 발명은 정전기 촉진자 주변의 부유성 입자를 대전시켜 대전된 부유성 입자들을 제공하도록 구성된 정전기 촉진자(2070, 2071);와, 정전기 촉진자와 근접하지만 미리 정해진 거리에 배치되고 정전기 촉진자와 협력하도록 구성된, 플라즈마를 방전하기 위한 제1 층(2101)을 구비한 유연성 전극 조립체를 포함하는 플라즈마 생성기를 포함하고, 이 플라즈마 생성기는 플라즈마 생성기의 영역 안에 비활성화 영역을 생성하도록 구성되고, 공기 처리 장치는 정전기 촉진자에 의해 생성된 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 이끌기 위한 수단을 포함하며, 공기 처리 장치는 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역에서 플라즈마에 노출시키기 위해 대전된 부유성 입자들을 생성하고 즉각적으로 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 이끌기에 적합하게 되어 있다. 정전기 촉진자에 의해 생성된 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 이끌기 위한 수단은 정전기 촉진자와 플라즈마 생성기 사이에 적용된 전압을 포함할 수 있어서, 공기 처리 장치는 대전된 부유성 입자들을 생성하고 동시에, 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역에 있는 플라즈마에 노출시키도록, 생성된 대전 입자들을 비활성화 영역으로 이끌기에 적합하다.

비활성화 영역은 플라즈마가 방출되는 영역이며 병원체를 포함하는 부유성 오염 물질을 비활성화하기에 효과적이다. 건강을 위협할 수 있는 이런 부유성 오염 물질(즉, 부유성 오염원)은 세 가지 그룹으로 나뉘어질 수 있다: (a) 공기를 통해 대기로 퍼지는 질병을 초래하는 임의의 유기체를 포함하는 부유성 병원체; (b) 섭취, 흡입 또는 접촉시 알러지 반응을 초래하는 임의의 물질을 포함하는 부유성 알러지 유발 항원 및 (c) 공기 중에 떠있는 채로 유지되는 미세 입자 형태로 고압으로 분사되도록 디자인된 임의의 제품을 포함하는 부유성 휘발성 유기 화합물(VOC). 본 발명의 공기 처리 장치에 있는 플라즈마 생성기에 의해 생성되는 플라즈마는 분류 (a) 내지 (c)에 규정된 부유성 오염 물질의 어느 것이라도 비활성화하는 데에 효과적이다.

따라서, 공기 처리 장치는 대전된 부유성 입자들을 비활성화 영역으로 유인하도록 구성된다. 이것은 모든 대전된 입자들을 플라즈마 생성기의 표면으로 유인하기 위해 노력하는 것과 동일한 것이 아니며, 모든 대전된 입자들이 플라즈마 생성기의 표면 상에 있다면 플라즈마 생성기의 효과적인 작동을 방해할 수 있기 때문에 사실 이것은 바람직하지 않다. 본 발명의 공기 처리 장치는 유연성 전극 조립체를 포함하는 플라즈마 생성기를 포함하는데, 이것은 플라즈마 방전을 사용 가능하게 생성하기 위해 1W/cm²보다 작은 전력 밀도로 작동되도록 구성된다.

바람직한 실시예에서, 플라즈마 생성기는 유연성 전극 조립체이고, 가장 바람직하게는 유연성 전극 조립체로부터 플라즈마 방전을 사용 가능하게 생성하기 위해 1W/cm²보다 낮은 전력 밀도로 작동하도록 구성되는 유연성 전극 조립체이다.

가장 바람직하게는, 플라즈마 생성기는 0.1에서 0.5W/cm²의 범위에 있는 전력 밀도로 작동되도록 구성된다. 이것은 플라즈마 생성을 위한 상대적을 낮은 전력 밀도이며 플라즈마 생성기 주변에 비활성화 영역을 생성하기 위해 효과적이다.

예를 들어 공기 처리 장치의 일 실시예에서 플라즈마 생성 유연성 전극 조립체는 싸이클론 기하 구조의 벽체들의 적어도 일부분의 둘레에 제공될 수 있고, UV광이 장치의 동일한 실시예에 포함되거나 및/또는 정전기 촉진자가 추가로 제공될 수도 있도록, 건강을 위협하는 부유성 오염 물질들을 비활성화하기 위한 수단의 조합이 본 발명의 공기 처리 장치에 포함될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 도시한 실시예들은 서로 격리된 것으로 받아들여져서는 안되며 공기유동의 효과적인 처리를 제공하도록 조합될 수 있다.

이에 더하여, 효과적인 공기 유동 처리를 보장하기 위해, 첫 번째 공기 처리 장치로부터의 배출 공기유동이 두 번째 공기 처리 장치에 대한 유입 공기유동으로써 두 번째 공기 처리 장치로 공급되는 공기 처리 장치들의 어레이를 제공하도록 적어도 2개의 이런 공기 처리 장치들이 연속적으로 제공될 수 있다.

본 명세서에서 사용될 때 포함하다는 용어는 언급된 특성, 숫자, 단계 또는 구성의 존재를 특정하지만, 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 구성 또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

물론, 다양한 변형 및 대체가 첨부된 청구범위에서 규정된 바와 같은 본 발명의 범위 내에서 가능하다는 것이 이해될 것이다.

Claims (38)

1. 공기 유동으로부터 병원체를 포함하는 건강을 위협하는 부유성 오염원의 제거를 위한 공기 처리 장치로서, 공기 처리 장치는;
   실린더형 섹션과 원뿔형 섹션을 포함하는 싸이클론 형상 기하 구조를 가지는 덕팅 섹션으로서, 덕팅 섹션은 동일한 방향으로 회전하는 원형의 유체 운동 영역을 규정하고, 상기 원뿔형 섹션은 폐쇄된 단부를 가지는, 덕팅 섹션;
   공기 처리 장치로의 공기 유동의 진입을 위한 공기 인입 포트(1320, 1320', 1420)로서, 상기 공기 인입 포트는 원형의 유체 움직임을 용이하게 만들도록 구성되는, 공기 인입 포트;
   상기 공기 처리 장치 내의 배출 포트(1305, 1305', 1405);
   상기 원뿔형 섹션은 폐쇄된 단부를 갖는 것을 특징으로 하고,
   덕팅 섹션의 내부 벽체 표면에 대해 배치된 플라즈마 생성 유연성 전극(100, 1301, 1301', 1401)으로서, 상기 유연성 전극은 상단부와 하단부를 가지며, 상기 상단부는 상기 배출 포트의 개구에 대해 길이방향으로 상기 장치 내에서 상기 배출 포트의 개구로부터 이격되어 덕팅 섹션 내에서 상기 배출 포트의 개구로부터 이격된 비활성화 구역을 생성하며, 공기 유동 및 부유성 오염원이 상기 비활성화 구역 안으로 압박되고, 이로써, 비활성화 구역 내의 부유성 오염원을 비활성화시키고, 원형의 유체 움직임을 갖는 공기 유동이 덕팅 섹션을 통과하여 내부 방향으로 이동한 후 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부를 향해 이동하여 원뿔형 섹션의 폐쇄된 단부에서 공기 유동의 압력을 증가시키고 덕팅 섹션을 통해 반대 외부 방향으로 배출 포트를 향하여 공기 유동을 압박함에 따라, 공기 유동이 내부 방향과 반대 외부 방향으로 이동할 때 부유성 오염원이 비활성화 영역으로 다중 노출되도록 하여, 정화된 공기가 배출 포트를 통해 빠져나가는, 플라즈마 생성 유연성 전극;
   을 포함하는,
   공기 처리 장치.
2. 제1항에 있어서, 건강을 위협하는 부유성 오염원들이 유연성 전극 조립체로부터 방전된 플라즈마에 의해 생성되는 비활성화 영역을 향해 그리고 이 비활성화 영역 내로 압박되도록 공기 유동이 상기 덕팅 섹션의 벽체들을 향하는 것인, 공기 처리 장치.
3. 제2항에 있어서, 내부 방향의 공기 유동은 인입으로부터 상기 공기 처리 장치를 통과해 상기 공기 처리 장치의 반대편 단부로 향하는 내부 방향으로 이동하면서 복수의 평면들에서 연속적으로 회전하는 유동을 가진 나선 회전 패턴 내에 있고;
   반대 외부 방향의 공기 유동은 상기 공기 처리 장치의 길이방향 축을 따른 단일 평면 내에 있으며,
   이로써 상기 공기 처리 장치 내의 복수의 평면들에서 연속적으로 회전하는 공기 유동이 공기 유동 중의 부유성 오염원들의 플라즈마 생성 유연성 전극 비활성화 영역에 대한 노출을 증가시키고 플라즈마에 대한 공기 노출을 보장하는, 공기 처리 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제

Images