KR102689852B1 - 생물체 불활화 시스템 - Google Patents

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(주)파워팩터스
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Abstract

본 발명은 미생물이나 유전자 변형 생물체 (LMO: Living modified organism)를 사멸 또는 멸균 하기 위한 생물체 불활화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생물체 성장과정이나 미생물의 배양과정에서 배출되는 오염가스를 정화시키는 것으로 상기 오염가스에 포함된 인체에 유해할 수 있는 또는 자연계에 영향을 줄 수 있는 병원성 미생물 또는 유전자 변형 생물체를 사멸, 멸균, 제균 시킬 수 있는 생물체 불활화 시스템에 관한 것이다.

Description

생물체 불활화 시스템{LIVING MODIFIED ORGANISM STERILIZATION USING DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE PLASMA REACTOR SYSTEM}
본 발명은 미생물이나 유전자 변형 생물체 (LMO: Living modified organism)를 사멸 또는 멸균하기 위한 생물체 불활화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생물체 성장과정이나 미생물의 배양과정에서 배출되는 오염가스를 정화시키는 것으로 상기 오염가스에 포함된 인체에 유해할 수 있는 또는 자연계에 영향을 줄 수 있는 병원성 미생물 또는 유전자 변형 생물체를 사멸, 멸균, 제균 시킬 수 있는 생물체 불활화 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 E.coli와 같은 미생물이나 LMO라고 불리우는 유전자 변형 생물체의 배양과정에서는 오염가스가 방출될 수 있다. 특히 이러한 오염가스에는 인체에 유해할 수 있는 병원성 미생물 또는 유전자 변형 미생물이 포함되어 있기 때문에, 이를 제거하는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
이를 해결하기 위한 방법으로는 저온 플라즈마(non-thermal plasma)를 이용한 공기정화 방식이 적용되고 있다. 저온 플라즈마는 에너지 소비가 적고 항균효과(antimicrobial effect)가 뛰어나 다양한 분야에 적용되고 있다. 저온 플라즈마의 항균효과의 주된 요인은 UV복사(UV radiation), 국부 전기장(local electtic fields), 반응 화학종(예, O, O3, OH, NO, NO2), 충전입자(charged particles)이다.
또한 대기압에서 이용되는 방전방식으로는 코로나 방전, 유전체방전, 및 스파크 방전 등이 있다. 특히, 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge)은 유전체를 사이에 두고 대향하는 두 전극에 고전압을 인가하는 방전 방식이다. 이 유전체 장벽 방전은 대기압 하에서 급격하고 불안정한 스파크 방전의 발생을 억제하면서 플라즈마를 비교적 안정적으로 생성하는 방식으로, 최근 그 개발과 실용적인 응용이 확대되고 있다.
이러한 유전체 장벽 방전을 이용한 플라즈마 반응기에 대한 선행 기술은 일례로, 대한민국 등록특허 제10-1156604호에서 유전체를 사이에 두고 평판의 전극들이 배치되어 구성되어 있다. 다른 예로, 대한민국 등록특허 10-1450551에서는 전극의 선단이 예리한 원추형 돌기인 것으로 구성되어 있다. 이처럼 다양한 플라즈마 반응기 및 이를 구비한 가스처리 장치가 제안되고 있다.
대한민국 등록특허 제10-2211053호 대한민국 등록특허 제10-0969629호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 E.coli와 같은 미생물이나 LMO(이하, 설명의 편의를 위해 미생물과 LMO를 모두 포함하도록'생물체'라고 지칭하도록 하나, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.)의 배양과정에서 발생할 수 있는 오염가스를 정화하여 깨끗한 공기를 배출하는 생물체 불활화 시스템을 제공하는 것이다.
구체적으로, 미생물을 배양하는 경우에 발생될 수 있는 오염가스에는 미생물이 포함될 수 있고, LMO를 배양하는 경우에는 오염가스에 LMO가 포함될 수 있기 때문에, 오염가스 내에서 이들을 제거하기 위한 불활성 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 이러한 미생물이나 LMO를 제거하기 위하여, 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마 반응기를 사용하는 생물체 불활화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 대량의 오염가스를 처리하기 위하여 DBD 플라즈마 반응기를 대용량으로 구성한 생물체 불활화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 DBD 플라즈마 반응기 및 오염가스를 처리하기 위하여 사용되는 스크러버와 같은 구성요소를 모듈화하여 상황에 따라 조립을 다르게 하여 다양한 환경에서 사용할 수 있는 생물체 불활화 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다양한 실시 예를 통하여 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 미생물이나 LMO의 배양과정에서 방출되는 오염가스 중 생물체(병원성 미생물 또는 LMO 일 수 있다.)를 제균시키도록 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 반응기를 포함하는 생물체 불활화 시스템에 있어서,
상기 DBD 반응기는
본체;
상기 본체에 결합되며, 일정길이를 갖는 전극부재와, 상기 전극부재 외면에 형성되는 유전체로 이루어지며, 서로 이격되어 평행하게 배열되는 복수의 방전전극체;
(-)전하가 발산되는 발산전극체를 형성하도록 상기 복수의 방전전극체 중 일부의 방전전극체에 접속되는 고전압전극;
(-)전하를 받아들이는 수신전극체를 형성하도록 상기 복수의 방전전극체 중 나머지의 방전전극체에 접속되는 접지전극;
을 포함하되,
상기 오염가스가 상기 DBD 반응기를 통과할 때 방전전극체의 길이방향과 교차하는 방향으로 통과하여 오염가스에 포함된 미생물이 제균될 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 오염가스가 DBD 반응기에서 플라즈마를 발산하는 방전전극체의 길이방향과 교차되는 방향으로 진행되어 방전전극체의 길이방향으로 오염가스가 이동되는 방식에 비하여 제균 효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 방전전극체의 길이방향으로 오염가스가 이동할 때 생기는 플라즈마의 쏠림 현상을 방지하여 제균효율을 보다 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, DBD 플라즈마 반응기의 대형화로 인해 다량의 오염가스를 한 번에 처리할 수 있어 처리시간을 단축시키고, 공정 효율성을 향상시킬 수 있고, 개량된 전력수단을 통하여 DBD 플라즈마 반응기의 과열을 방지할 수 있다.
또한 상기 DBD 플라즈마 반응기를 모듈형태로 조립 가능하게 구성함에 따라 설치환경에 맞추어 설치가 가능하여 작업 효율성을 향상시킬 수 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 발명에 따른 생물체 불활화 시스템의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 DBD 반응기의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 DBD 반응기의 또 다른 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 DBD 반응기의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 DBD 반응기의 방전전극체의 상세도이다.
도 6은 본 발명에 따른 대장균 제거 실험의 개략도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시 예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시 예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안 된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 실시 예가 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시 예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 생물체 불활화 시스템(A)은 미생물이나 LMO를 배양할 때 방출되는 오염가스를 정화하기 위한 시스템으로, 특히 유전체장벽방전(DBD;Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 반응기(이하, DBD 반응기(D)라고 지칭하도록 하나, 이에 권리범위가 제한 해석되지는 않도록 한다.)에 의해 오염가스 내의 미생물이나 LMO를 제거할 수 있다.
본 발명에서는 설명의 편의를 위하여 '생물체'를 미생물이나 LMO를 지칭하는 것으로 정의하였으나, 이는 하나의 실시예를 의미하는 것일 뿐 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.
다시, 상기 생물체 불활화 시스템(A)에 포함되는 DBD 반응기(D)는 도1에 도시된 시스템 중 어느 한 구성요소로, 오염가스 내에 포함된 병원성 미생균 또는 LMO의 제균 기능을 수행할 수 있다. 또한 본 발명은 DBD 반응기(D)의 대형화를 구현하여 다량의 오염가스를 제균할 수 있다.
도2 내지 도5를 참고하여 상기 DBD 반응기(D)에 대하여 상세하게 설명하도록 한다.
도2는 DBD 반응기(D)가 상기 생물체 불활화 시스템(A)에 설치되는 구성을 도시한 분해사시도이다.
상기 DBD 반응기(D)는 함체(10)에 실장될 수 있다. 상기 함체(10)는 조립형의 박스형 함체(10)를 의미할 수 있다. 상기 함체(10)는 전면판재(11), 후면판재(13), 상부판재(15), 하부판재(17) 및 측면판재(19)가 상호 볼트 등의 결합방식을 이용하여 조립된 박스형의 부재일 수 있다. 상기 DBD 반응기(D)는 상기 함체(10) 내부, 보다 정확하게는 상기 함체(10) 중앙에 위치하도록 함체(10) 내부에 실장될 수 있다.
상기 DBD 반응기(D)에는 전면과 후면에 각각 제1접속부재(371)와 제2접속부재(391)가 노출될 수 있으며, 이는 하기에 보다 상세하게 설명하도록 한다. 상기 DBD 반응기(D)의 제1접속부재(371)와 제2접속부재(391)가 상기 함체(10) 외면에 노출되어 전원이 공급될 수 있도록, 상기 함체(10) 중 전면판재(11)에는 상기 제1접속부재(371)가 관통하여 노출될 수 있는 제1노출공(111)이 형성될 수 있다. 마찬가지로 상기 후면판재(13)에는 상기 제2접속부재(391)가 관통하여 노출될 수 있는 제2노출공(131)이 형성될 수 있다.
상기 제1노출공(111) 및 제2노출공(131)은 상기 제1접속부재(371)와 제2접속부재(391)의 크기, 개수에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한 상기 제1노출공(111)과 제2노출공(131)은 상기 제1접속부재(371)와 제2접속부재(391)를 고정하여 상기 DBD 반응기(D)를 상기 함체(10) 내부에 고정하는 기능을 보조적으로 수행할 수 있다.
본 발명은 후술하는 방전전극체(31)의 길이방향과 교차하는 방향으로 오염가스가 이동하는 것을 특징으로 한다. 상기 방전전극체(31)는 상기 제1접속부재(371)와 제2접속부재(391)와 평행을 이루도록 설치되고, 이에 따라 상기 오염가스는 도1 및 도2를 기준으로 하부에서 상부 방향으로 이동될 수 있다.
이를 위하여 상기 함체(10)의 하부판재(17)는 오염가스가 유입되는 유입되는 유입공(171)이 형성될 수 있고, 상기 상부판재(15)에는 제균이 완료된 공기(가스)가 배출되는 배출공(151)이 형성될 수 있다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 상기 유입공(171) 및 배출공(151)은 공의 형상으로 상기 하부판재(17) 및 상부판재(15)에 각각 성형될 수 있다. 또한 가스가 이동하는 관, 구체적으로 오염가스가 이동하는 유입관이 상기 유입공(171)에 체결되고, 정화된 가스가 이동하는 배출관이 상기 배출공(151)에 결합될 수 있다.
상기 판재는 상기 DBD 반응기(D)의 크기에 따라 크기가 변경될 수 있으며, 상기 DBD 반응기(D)가 실장된 함체(10)가 세트단위로 하나 또는 둘 이상으로 상기 생물체 불활화 시스템(A)에 설치되는 것도 가능하며, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.
도3은 상기 함체(10) 내부에 실장되는 DBD 반응기(D)의 분해사시도를 도시한 것이고, 도4는 상기 DBD 반응기(D)가 실장된 함체(10)의 단면도를 도시한 것으로, 도면을 참조하여 각각의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
우선, 상기 DBD 반응기(D)는 본체(20)와, 상기 본체(20)에 하나 또는 둘 이상으로 결합되는 DBD 플라즈마 반응모듈(30)을 포함할 수 있다.
상기 본체(20)는 상기 DBD 플라즈마 반응모듈(30)을 결합하고 가이드하기 위한 부재로, 도면에는 3개의 DBD 플라즈마 반응모듈(30)이 결합된 형상을 도시하였으나, 하나 또는 둘 이상이 될 수도 있으며, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.
도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 상기 본체(20)는 전면분체(21), 후면분체(23), 상부분체(25), 하부분체(27)가 상호 결합되어 내부에 후술하는 방전전극체(31), 가이드들 등의 구성요소가 결합될 수 있도록 구성된다. 상기 본체(20)에는 측면분체가 포함되지 않으나, 이는 하나의 실시예일 뿐 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.
우선 상기 상부분체(25)와 하부분체(27)에 대하여 설명하면, 상기 상부분체(25) 및 하부분체(27)는 판형의 부재로, 하부분체(27)에는 오염가스가 유입되는 유입부(271)가 형성되고, 상부분체(25)에는 정화된 가스가 배출되는 배출부(251)가 형성될 수 있다.
상기 유입부(271) 및 배출부(251)는 하부분체(27)와 상부분체(25)에 형성된 공으로, 공의 형상은 가스가 유입될 수 있는 형상이면 모양에 한정되지 않을 수 있다. 또한 도면에 도시된 바와 같이, 각각의 DBD 플라즈마 방전모듈의 개수에 대응하여 형성될 수도 있으나, 그렇지 않을 수도 있다.
본 발명은 오염가스가 상기 DBD 반응기(D)의 수직방향, 보다 정확하게는 하부에서 상부방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 바, 오염가스는 유입공(171)으로 유입되어 유입부(271)를 지나 플라즈마 방전공간을 거친 후, 다시 배출부(251) 및 배출공(151)을 통하여 배출될 수 있다.
상기 전면분체(21) 및 후면분체(23)는 동일 또는 유사한 형상으로 이루어진 부재로, 상기 전면분체(21)에는 제1결속공(211)이 형성되고, 상기 후면분체(23)에는 제2결속공(231)이 형성될 수 있다.
상기 제1결속공(211) 및 제2결속공(231)은 후술하는 제1접속부재(371) 및 제2접속부재(391)가 관통되는 공을 의미할 수 있다.
상기 DBD 플라즈마 반응모듈(30)은 일정길이를 갖으며 서로 이격되어 평행하게 배열되는 방전전극체(31)를 포함할 수 있다.
도3 내지 도5를 참고하여 단일의 방전전극체(31)에 대하여 설명하면, 일정길이를 갖는 원통형의 전극부재(311)와 상기 전극부재(311) 외면에 형성되는 유전체(313)를 포함할 수 있다.
상기 유전체(313)는 상기 전극부재(311)보다 짧은 길이로 상기 전극부재(311)의 외면에 형성되어, 전극부재(311)의 일부가 외부로 노출될 수 있도록 하는 것이 좋다.
상기 전극부재(311)는 동재질로 이루어지는 관 또는 와이어일 수 있으며, 전도체로 이루어져 전기가 인가될 때 이온을 발산시킬 수 있다.
상기 유전체(313)(Dielectric Barrier)는 세라믹재질로 이루어질 수 있다. 따라서 상기 전극부재(311)에 전자가 채워지면 전자는 발산되고, 유전체(313)에 전자가 전달되면서 외부로 전자가 발산될 수 있다.
상기 방전전극체(31)는 연결되는 전극에 따라 (-)전하를 발산하거나 (-)전하를 받아들일 수 있다. 본 명세서에서는 (-)전하를 발산하는 경우에 발산전극체(315)라 지칭하고, 상기 발산전극체(315)에 의해 발산된 (-)전하를 받아들이는 경우에 수신전극체(317)라 지칭하도록 한다.
다시, 상기 방전전극체(31)는 복수개가 평행하게 배열될 수 있으며, 앞서 오염가스가 이동하는 방향과 상기 방전전극체(31)의 길이방향이 서로 교차, 바람직하게는 직교하는 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명은 상기 복수의 방전전극체(31) 중 일부에 고전압전극(37)을 접속시켜 발산전극체(315)를 형성하고, 나머지에 접지전극(39)을 접속시켜 수신전극체(317)를 형성할 수 있다.
상기 고전압전극(37)과 접지전극(39)은 접속되는 방전전극체(31)의 일측 및 타측에 위치할 수 있다. 즉, 상기 고전압전극(37)과 접지전극(39)은 서로 마주보는 방향에 위치하며, 이들 사이에 상기 복수의 방전전극체(31)가 위치할 수 있다.
상기 고전압전극(37)과 접지전극(39)은 판상의 재질로, 이루어져 있으며, 외측방향(상기 방전전극체(31)가 위치하는 반대면 방향)에 각각 제1접속부재(371)와 제2접속부재(391)가 위치할 수 있다.
상기 제1접속부재(371) 및 제2접속부재(391)는 원통형의 부재일 수 있으며, 고전압전극(37) 및 접지전극(39)과 함께 전기가 연결되는 동재질로 이루어질 수 있다.
상기 방전전극체(31) 중 일부는 고전압전극(37)과 연결되어 발산전극체(315)가 되어 (-)전하를 발산하고, 나머지는 접지전극(39)과 연결되어 수신전극체(317)가 되어 (-)전하를 받아들일 수 있다.
이 때, 상기 발산전극체(315) 및 수신전극체(317)는 일정한 규칙을 가지고 배열될 수 있다.
도4를 참고하여 보다 상세하게 설명하면, 우선 상기 발산전극체(315) 및 수신전극체(317)는 상하방향으로 서로 반복 배열될 수 있다. 그 결과 상하방향으로 발산전극체(315)가 (-)전하를 발산하면 인접 배열되는 수신전극체(317)가 발산된 (-)전하를 수신하여 플라즈마가 형성되는 방전공간을 형성할 수 있다.
구체적으로 방전전극체(31)의 길이방향을 X축, 이를 기준으로 상하방향을 Y축이라 정하면, Z축방향으로 방전전극체(31)가 평행하게 복수개가 배열되되, 이들은 동일한 전극에 연결되어 동일한 전하를 발산하도록 구성된다. (제1열이라 지칭할 수 있다.)
상기 제1열의 방전전극체(31)의 Y축 방향으로 일정간격 2격된 또 다른 제2열의 방전전극체들(31)이 위치할 수 있다.(제2열이라 지칭할 수 있다.) 이 때 이 방전전극체들(31)은 상기 제1열의 방전전극체들(31)과 다른 성향을 갖는 방전전극체(31)일 수 있다.
이러한 규칙이 반복 형성되어 Y축방향을 기준으로 (-)전하를 발산하는 방전전극체(31)(발산전극체(315))와 (-)전하를 받아들이는 방전전극체(31)(수신전극체(317))이 반복적으로 위치할 수 있다.
아울러, 제1열의 어느 두 개의 방전전극체들(31) 사이로부터 Y축으로 이격된 위치에 제2열의 방전전극체(31)가 위치할 수 있다. 보다 바람직하게는 제1열의 어느 두 개의 방전전극체들(31) 사이의 중간위치로부터 가상으로 Y축 방향으로 일정간격 이격된 위치에 제2열의 방전전극체(31)가 위치할 수 있다. 이는 각각의 방전전극체들(31)의 이격거리를 모두 동일하게 구성하여 균일한 플라즈마 의 형성을 유도하기 위함이다.
따라서 오염가스가 이동하는 위치에 상관없이 균일한 제균효과를 기대할 수 있다. 이 때, 상기 인접하는 방전전극체들(31) 사이의 이격거리는 0.3mm 이상 0.7mm 이하, 가장 바람직하게는 0.5mm로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.
본 발명은 방전전극체(31)를 배열함에 있어, 이를 고정함과 동시에 과열을 방지하기 위한 세라믹재질의 가이드들을 구성할 수 있다.
도3 내지 도5를 참고하여 상기 가이드들에 대하여 설명하면, 단일의 방전전극체(31)의 양측에는 한 쌍의 제1가이드(33)가 각각 결합될 수 있다. 상기 제1가이드(33)에는 복수의 제1관통공(331)이 형성될 수 있으며, 이 제1관통공(331)의 내경은 상기 방전전극체(31)의 외경과 유사할 수 있다.
상기 제1관통공(331)은 상기 방전전극체(31)의 배열 형상에 따라 제1가이드(33)에 복수개로 형성될 수 있다.
따라서 상기 제1가이드(33)에 형성된 각각의 제1관통공(331)에 상기 방전전극체(31)가 각각 끼워져 고정됨에 따라 방전전극체(31)의 위치를 고정하는 역할을 수행하고, 더 나아가 세라믹 재질로 구성되어 과열을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 제2가이드들(35)은 각각 제1가이드들(33) 외측에 인접하게 결합될 수 있다.
상기 제2가이드들(35) 각각에는 복수의 제2관통공(351)이 형성될 수 있으며, 상기 제2관통공(351)은 상기 제1관통공(331)과 동일한 내경을 가지며, 상기 방전전극체(31)가 관통될 수 있다.
이 때 상기 제1가이드(33)에는 모든 방전전극체(31)가 결합되거나 관통되고, 제2가이드(35)에는 일부의 방전전극체(31)가 결합될 수 있다.
이는 결합되는 전극에 따라 다르게 구성될 수 있다.
도4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방전전극체(31) 중 일부는 발산전극체(315)가 되고, 나머지는 수신전극체(317)가 되며, 이는 접속되는 전극이 고전압전극(37)인지 접지전극(39)인지에 따라 달라진다.
또한 앞서 언급한 바와 같이, 고전압전극(37)과 접지전극(39)은 서로 마주보는 방향에 위치하게 된다.
일 실시예로, 발산전극체(315)를 기준으로 설명하면, 발산전극체(315)의 일측에는 고전압전극(37)이 접속되게 되는데, 발산전극체(315)의 일측은 상기 제1가이드(33)를 관통하고, 상기 제2가이드(35)를 더 관통하여 고전압전극(37)과 접속될 수 있다. 반면에 타측은 제1가이드(33)에는 결합되지만 제2가이드(35)에는 대응되는 제2관통공(351)이 없어 결합되지 않도록 구성될 수 있다.
수신전극체(317)는 상기 발산전극체(315)와 반대로 이루어짐에 따라 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 한다.
또한 제2가이드(35)의 제2관통공(351)을 관통하는 부분은 방전전극체(31)의 전극부재(311)이고 유전체(313)는 제2가이드(35) 외부로 노출되지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명은 DBD 반응기(D)를 대형화 함에 따라 전력공급부재를 제어하여 플라즈마 방전의 안정도를 향상시킬 수 있다.
전력공급부재에 의해 상기 DBD 반응기(D)에 전력이 공급될 때, 계속 전력을 강하게 공급하면 부하가 발생함에 따라 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 구체적으로는 세라믹 재질의 유전체(313)가 파손될 수 있다.
따라서 본 발명은 상기 전력공급부재의 DUTY cycle을 70 ~ 80%로 하여 플라즈마의 과부하를 방지하고 균일한 전력 공급을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 E.coli와 같은 미생물 또는 LMO의 배양과정에서 발생되는 오염가스를 정화하기 위한 시스템으로, 도1에 도시된 바와 같이, 전력공급을 위한 전력제어장치(E) 및 컨덴서(C)를 더 포함할 수 있으나, 이는 종래의 공지된 기술에 해당함에 따라 자세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 오염가스에서 상기 DBD 반응기(D)를 통해 미생물이 제균되지만, 오존이 잔류할 수 있어, 이를 제거하기 위한 Wet 스크러버(S)를 더 포함할 수 있다.
상기 wet 스크러버(S)는 상기 DBD 반응기(D) 후단에 설치되는 것으로, 액적에 입자가 충돌하여 부착되는 현상을 이용한 장치로, 독성물질, 무기물 가스 등을 제거할 수 있는 것으로, 기 공지된 기술로 작동 원리와 같은 자세한 설명은 생략하도록 한다.
아울러 본 발명은 설치 환경에 대응할 수 있도록 각 구성요소를 모듈화하여 조립시 선택하여 조립할 수 있는 것을 특징으로 한다.
여기서 모듈화로 이루어지는 구성요소로는 상기 DBD 반응기(D) 후단에 설치되는 Wet Scrybber(Ÿ‡ 스크러버(S))가 있을 수 있다.
상기 Ÿ‡ 스크러버(S)는 선택적으로 설치되는 구성요소로, 설치 환경 또는 오염가스의 농도 등에 따라 설치 유무를 판단할 수 있다. 이를 위하여 도면에는 도시되지 않았으나, 본 발명은 상기 Ÿ‡ 스크러버(S)를 통과하지 않고 바로 배출이 가능한 바이패스관이 더 포함될 수 있다.
또 다른 실시예로는 상기 DBD 반응기(D)가 실장된 함체(10)를 의미할 수 있다.
상기 함체(10)(DBD 반응기(D)가 실장된)는 설치 환경에 따라 하나 또는 둘 이상으로 설치될 수 있다. 또한 도면에 도시된 바와 같이, 복수개가 병렬로 설치될 수도 있고, 직렬로 설치될 수도 있으며, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다. 또한 이 경우를 대비하여 복수의 분기관이 설치되는 것은 필수적 요소일 수 있다.
또 다른 실시예로는 단일의 DBD 반응기(D) 내에서 DBD 플라즈마 반응모듈(30)이 하나 또는 둘 이상으로 선택적으로 설치될 수도 있다. 이 또한 설치 환경에 따라 변경될 수 있으며, 앞서 언급한 각각의 구성요소를 모두 변경할 수도 있다.
나아가 헤파필터를 더 포함할 수도 있으며, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안된다.
실험예1
1. 배양한 E.coli를 소형 펌프를 이용하여 버블링하여 Main 유량에 혼합하였다.
2. 미생물 버블링 시작 10분 이후 sampling을 진행하였다.(10분 4회)
3. 이후 DBD 시스템을 가동하고 10분 이후 sampling 진행하였다. (10분 4회)
이 때, a. Sampling은 환경부 공정시험법의 실내 공기 중 총부유세균 측정방법을 참고하였고, b. 정량 미니펌프를 이용하였으며, 멤브레인 필터(0.45 ㎛)에 미생물을 포집하였으며, Sampling이 완료된 멤브레인 필터는 TSA 고체 배지에 올려두어 배양을 진행하였다.(도6)
또한 배양은 35℃에서 48시간 동안 보관 후 집락수를 세어 제균효율을 계산하였다.
하기 [표1] 및 [표2]는 제균효율에 대한 상기 실험예1의 결과를 도시한 것이다.
[표1]
[표2]
상기 [표1] 및 [표2]에 나타난 바와 같이, 유량의 변화에 따라 제균효율을 100%를 보이고 있으며, 유량이 1400을 초과하는 경우에 점차 감소하는 것으로 확인되었다.
즉, 유량이 1,000L/min 가 될 때 까지는 제균효율이 100%를 유지할 수 있어 대용량으로 제균이 가능하다는 것이 확인되었다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 도면을 참고하여 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다.
예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다 해야 할 것이다.
A : 불활화 시스템 D : DBD 반응기
C : 컨덴서 E : 전력제어장치
S : 스크러버
10 : 함체 11 : 전면판재
111 : 제1노출공 13 : 후면판재
131 : 제2노출공 15 : 상부판재
151 : 배출공 17 : 하부판재
171 : 유입공 19 : 측면판재
20 : 본체 21 : 전면분체
211 : 제1결속공 23 : 후면분체
231 : 제2결속공 25 : 상부분체
251 : 배출부 27 : 하부분체
271 : 유입부 30 : DBD 플라즈마 반응모듈
31 : 방전전극체 311 : 전극부재
313 : 유전체 315 : 발산전극체
317 : 수신전극체 33 : 제1가이드
331 : 제1관통공 35 : 제2가이드
351 : 제2관통공 37 : 고전압전극
371 : 제1접속부재 39 : 접지전극
391 : 제2접속부재

Claims (7)

  1. 미생물이나 유전자 변형 생물체 (LMO: Living Modified Organism)의 배양과정에서 방출되는 오염가스 중 병원성 미생물 또는 LMO를 제균시키도록 유전체 장벽 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge) 반응기를 포함하는 생물체 불활화 시스템에 있어서,
    상기 DBD 반응기는
    본체;
    상기 본체에 결합되며, 일정길이를 갖는 전극부재와, 상기 전극부재 외면에 형성되는 유전체로 이루어지며, 서로 이격되어 평행하게 배열되는 복수의 방전전극체;
    (-)전하가 발산되는 발산전극체를 형성하도록 상기 복수의 방전전극체 중 일부의 방전전극체에 접속되는 고전압전극;
    (-)전하를 받아들이는 수신전극체를 형성하도록 상기 복수의 방전전극체 중 나머지의 방전전극체에 접속되는 접지전극;
    상기 복수의 방전전극체의 배열 형상에 따라 형성된 복수의 제1 관통공이 구비되고, 상기 복수의 방전전극체의 양측에 결합되는 한 쌍의 제1 가이드; 및
    상기 각 제1 가이드의 외측에 인접하게 결합되는 한 쌍의 제2 가이드를 포함하고,
    상기 한 쌍의 제2 가이드 중 어느 하나의 제2 가이드에는 상기 복수의 방전전극체 중 일부의 방전전극체의 배열에 따라 복수의 제2 관통공이 형성되고, 상기 한 쌍의 제2 가이드 중 다른 하나의 제2 가이드에는 상기 복수의 방전전극체 중 나머지의 방전전극체의 배열에 따라 복수의 제2 관통공이 형성됨으로써, 상기 복수의 방전전극체 중 일부의 방전전극체는 상기 어느 하나의 제2 가이드의 제2 관통공을 통해 상기 고전압전극에 접속되고, 상기 복수의 방전전극체 중 나머지의 방전전극체는 상기 다른 하나의 제2 가이드의 제2 관통공을 통해 상기 접지전극에 접속되며,
    상기 오염가스가 상기 DBD 반응기를 통과할 때 방전전극체의 길이방향과 교차하는 방향으로 통과하여 오염가스에 포함된 미생물이 제균되는 생물체 불활화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 DBD 반응기는
    상하방향으로 상기 발산전극체 및 수신전극체가 서로 반복하여 배열되어, 이들 사이에 플라즈마 방전공간이 형성되는 생물체 불활화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 DBD 반응기는 상기 생물체 불활화 시스템에 설치되는 함체 내부에 실장되고,
    상기 함체는
    오염가스가 유입되는 유입공과 미생물이 제균된 가스가 배출되는 배출공이 각각 상기 함체의 하부와 상부에 설치되고,
    상기 함체 내부에 실장되는 DBD 반응기의 본체에는
    상기 함체 내부로 유입된 오염가스가 유입되는 유입부와, 미생물이 제균된 가스가 배출되는 배출부가 상기 본체 하부와 상부에 각각 형성되어 오염가스가 함체의 수직방향으로 이동하는 생물체 불활화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압전극은
    상기 방전전극체의 일부 중 일측에 접속되어 발산전극체를 형성하고,
    상기 접지전극은
    상기 방전전극체의 나머지 일부 중 타측에 접속되어 수신전극체를 형성하는 생물체 불활화 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 각 제1 가이드 및 상기 각 제2 가이드는 세라믹 재질로 이루어지는 생물체 불활화 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 DBD 반응기에 전기를 공급하는 전력공급부재는 듀티사이클(duty cycle)을 70~80%로 유지하는 것을 특징으로 하는 생물체 불활화 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 DBD 반응기가 실장된 함체는
    설치 환경에 따라 하나 또는 둘 이상으로 설치되는 생물체 불활화 시스템.
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