KR20110006017A - 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대기압 저온 공기 플라즈마 제트를 이용하여 화학적, 생물학적으로 반응성이 강한 화학종을 발생시키고 이를 이용하여 미생물을 제거하는 장치와 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 대기압에서 Medium Frequency (MF)나 저주파의 파워 공급 장치를 이용하여, 다공성유전체가 삽입된 전극이 동축 실린더형과 평판형 축전기식으로 형성된 반응기에서 공기 플라즈마를 발생시키고; 주입된 공기에서 저온의 반응성 강한 화학종을 다량 방출함으로써 생화학 무기 물질을 수십초 이내로 살균 및 제거시키고 미생물을 제거하며 처리 대상 물질의 열적 손상으로부터 보호함으로써; 대기압 저온 공기 플라즈마 제트를 이용하여 생화학 무기 물질을 저온 살균 및 제거하고 미생물을 제거하는 장치와 방법을 제공함에 그 목적이 있다. 본 발명에 의한 또 다른 목적은 본 발명의 공기 플라즈마 제트를 이용하여 산업현장에서 물질 또는 물체의 표면을 세정하는 장치를 제공한다.
상압 상온 플라즈마 제트, 공기 플라즈마 제트, 다공성유전체, 생화학 무기, 미생물제거, 표면세정
Description
본 발명은 대기압 저온 공기 플라즈마 제트를 이용하여 화학적, 생물학적으로 반응성이 강한 화학종들을 발생시키고 이를 이용하여 미생물을 제거하며 생화학 무기 물질을 제독하는 장치와 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 대기압에서 Medium Frequency (MF)나 저주파의 파워 공급 장치를 이용하여, 다공성유전체가 삽입된 전극이 동축 실린더형과 평판형 축전기식으로 형성된 반응기에서 공기 플라즈마를 발생시키고 이를 통하여 저온의 반응성 강한 화학종들을 다량으로 방출함으로써 미생물을 제거하고 생화학 무기 물질 을 수십초 이내로 제거하면서도 처리 대상을 열적 손상으로부터 보호함으로써 미생물이나 생화학 무기 물질을 안전하고 효과적으로 제거하는 장치와 방법에 관한 것이다.
기존의 통상적인 고열을 이용한 살균방법은 플라스틱, 고무, 섬유, 음식 혹은 사람 인체에 열적 손상을 주고, 또한 살균에 사용되는 산화에틸렌과 같은 화학약품은 부식성 및 유독성 잔여물을 만들 수 있다. 이로 인해 오랫동안 자외선 살균 이 그 대안으로 연구되어 왔으나 탄저균 등과 같은 포자에 대한 그 살균력은 매우 약하다. 반면 탄저균은 고온이나 화학물질 및 자외선에 매우 강한 저항성을 가지고 있다. 상기와 같은 이유로 최근 몇 년 동안 저온 플라즈마 장치를 이용한 미생물제거가 새로운 대안으로서 연구되어 왔다. 저온 플라즈마는 기존 통상적인 살균장치와 비교하여 조작하기 편리하고 휴대하기 용이한 장치이며 준 안정성 화학종, 대전 입자, 라디칼, 자외선 방출과 같이 살균력이 강한 요인들을 다수 방출할 수 있다. 또한 생의학 기기에 살균 장치로 응용할 수도 있는 유망한 기술 중에 하나이다. 최근 연구되어온 저온 플라즈마로는 대기압 균일 글로우 방전 플라즈마 (One Atmospheric-pressure Uniform Glow Discharge Plasma), 유전체 장벽 방전 (Dielectric Barrier Discharge), 코로나 방전, 저항체 장벽 방전 (Resistive Barrier Discharge), 2.45 GHz 마이크로웨이브를 이용한 표면파장 플라즈마 (Surface-wave plasma), 대기압 플라즈마 제트 (Atmospheric Pressure Plasma Jet: 이하 APPJ) 등이 연구되었다. 특히 미국 로스 알라모스 연구소에 의해 1999년 10월 5일자에 등록된 미국 특허 US 5,961,772의 대기압 플라즈마 제트 (APPJ) 는 13.56 MHz 라디오 주파수의 파워 공급장치에 의해 동축의 실린더형 축전기식 반응기에서 플라즈마를 발생하고 강한 가스 흐름에 의해 반응기 밖으로 집약적이고 반응성 강한 화학종을 방출하는 장치이다. 이 플라즈마는 대기압에서 형성되고 저온이며 균일한 글로우 방전이다. 이 발명에 따르면 기존 연구된 플라즈마 장치들 중에서 비교적 효과적인 살균효과가 있으며 공간적 제약을 피할 수 있는 특징이 있다.
상기 나열한 대기압 플라즈마 장치와 대기압 플라즈마 제트 (APPJ)는 일반적 으로 헬륨가스를 주원료로 사용해 왔다. 헬륨가스를 이용한 대기압 방전은 낮은 방전전압을 갖으며 산소와 같은 전자친화력이 강한 가스를 포함하더라도 안정한 글로우 방전을 유지할 수 있는 반면 헬륨가스를 사용하는 기존 대기압 플라즈마 제트 (APPJ)는 효과적인 살균을 하기 위해서 분당 90 리터 (lpm)가 넘는 많은 가스와 많은 전력을 소모하며 섭씨 150도의 플라즈마 화염온도는 플라스틱과 같은 처리대상에 열적 손상을 준다. 상기와 같은 문제점을 고려하여 본 발명의 발명자 중에 엄환섭은 대한민국 등록특허공보 제10-0822599호에서 아르곤 가스를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 발명하였으며 저온의 플라즈마 제트로 탄저균과 같은 바실러스 포자를 성공적으로 살균하였다.
그러나 상기 아르곤 플라즈마 제트는 제목이 암시하는 것처럼 아르곤가스를 사용하며 플라즈마 제트는 13.56 MHz 라디오 주파수의 파워공급 장치를 이용하여 발생하였다. 본 발명의 발명자중 하나가 발명한 대한민국 등록특허공보 제10-0822599호의 아르곤 플라즈마 제트장치는 실용화하는 데에 두 문제점에 봉착한다. 아르곤은 특수가스로서 쉽게 구할 수 없으며 필요하면 휴대하여야 한다. 따라서 공기플라즈마 제트가 절실하게 요구되는 것이다. 13.56 MHz 라디오 주파수의 파워공급 장치는 고가이고 크며 무겁다. 작고 가벼우며 저렴한 파워공급 장치가 필요하다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은 Medium Frequency (MF)나 저주파의 파워 공급 장치를 이용하여 대기압에서 공기를 이용한 저온 플라즈마 제트를 발생하고 이 공기 플라즈마 제트로 미생물을 제거하는 것이다. 여기서 언급하는 Medium Frequency는 과학기술계에서 통상 언급하는 용어로 1kHz이상 수백만kHz를 지칭하며 저주파는 10Hz이상 1kHz를 의미한다.
본 발명은 물체의 표면에 부착되어있는 원치 않는 미생물을 효율적으로 제거하는 것으로서 본 발명의 목적은 대기압에서 Medium Frequency (MF)나 저주파의 파워 공급 장치를 이용하여 공기 플라즈마를 발생하고 발생된 플라즈마를 제트 식으로 분사하여 물체의 표면에 부착된 미생물을 효율적으로 제거하는 것이다.
또한 본 발명은 대기압에서 Medium Frequency (MF)나 저주파의 파워 공급장치를 이용하여 공기 플라즈마를 발생하면 플라즈마가 고전압을 가지게 되는데, 플라즈마를 다공성유전체를 통과시켜 유도된 고전압을 제거함으로서 전기에 취약한 물체의 표면에 부착되어있는 미생물을 제거하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 대기압에서 Medium Frequency (MF)나 저주파의 파워 공급 장치를 이용하여, 다공성유전체가 삽입된 전극 반응기에서 공기 플라즈마를 발생시키고 이를 통하여 저온의 반응성 강한 화학종들을 다량으로 방출함으로써 미생물을 제거하고 생화학 무기 물질 을 수십 초 이내로 제거하는 것이다.
본 발명의 핵심은 다공성유전체가 삽입된 전극 반응기에서 방출된 플라즈마 제트가 미생물이 부착된 처리 대상을 열적 내지는 전기적 손상으로부터 보호함으로써 미생물이나 생화학 무기 물질을 안전하고 효과적으로 제거하는 것이다.
본 발명에서 개발된 장치에서 방출되는 공기 플라즈마 제트는 반응성 강한 화학종들을 다량으로 포함하고 있기 때문에 또한 여러 분야 산업현장의 표면세정에 이용된다.
상기와 같은 목적을 달성하고 아르곤 가스를 사용하는 대기압 플라즈마 제트 (APPJ)의 단점을 보완하기 위하여 본 발명은 공기나 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 가스를 사용하여 미생물을 제거하고 생화학 무기 물질 제거 효과를 증대시키는 것이다. 공기를 이용한 라디오 주파수방전은 공기 중의 질소와 산소가 고 주파수에 의한 여기현상으로 고온의 플라즈마가 발생되어 열에 취약한 대상에는 사용할 수 없다. 그래서 주파수가 비교적 낮은 Medium Frequency나 저주파 파워공급 장치를 사용할 수밖에 없다. 그러나 저주파에서 방전을 유도하기 위해서는 고전압이 요구되며 이로 발생된 플라즈마는 고전압을 띄게 되며 전기에 취약한 대상에는 사용할 수 없게 되는 것이다. 다시 말해서 고온 플라즈마 또는 고전압 플라즈마 중 하나를 선택하야 하는 어려움이 이 있는 것이다. 여기서 본 발명의 가장 핵심이 되는 기술이 접목되는 것이다. 일단 Medium Frequency나 저주파수의 파워공급 장치로 저온 플라즈마를 발진하고 플라즈마에 유도되는 고전압은 다공성유전체를 통과시킴으로서 제거하는 것이다. 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 발생되고 방출되는 플라즈마는 저온이면서 저 전압의 글로우 플라즈마 제트로 전기에 취약한 대상에도 전혀 전기적 충격을 주지 않는다.
본 발명은 공기 플라즈마 제트를 이용하여 미생물을 제거하는 장치와 방법을 제안하는 것이지만, 이 발명을 통하여 생물화학 무기에 사용된 화학물질 및 세균에 의해 오염된 표면을 살균 및 제거하고, 의료 살균 실험과 의료용 기기의 살균에 효과적 일 수 있고 독성이 강한 화학 약품을 제거하는 효과를 제공할 수 있으며 제반 산업체에서 표면을 세정하는 데에 이용된다. 테러용의자들에 의해 생화학 무기 물질이 중요 기기, 고가 장비 및 인체에 오염되었을 경우, 열적 손상을 입히지 않고 신속히 오염물질을 제거함으로 인명 피해를 최소화하고 고가의 주요 장비들을 폐기하지 않고 다시 사용함으로써 경제적인 손실을 줄일 수 있다.
부수적인 효과로, 본 발명은 기존의 플라즈마 장치보다 고밀도의 반응성 강한 화학종을 방출함으로써 반도체 산업에서 건식 식각(Etching) 및 에싱(Ashing)에 응용될 수 있으며, 또한 소형 렌즈의 건식 세정에 응용될 수 있다. 이러한 맥락에서 본 발명은 화생무기의 위험성 오염물질 제독뿐만 아니라 산업에서 요구되는 표면처리에도 효율적으로 사용 될 수 있다.
본 발명은 대기압에서 Medium frequency나 저주파 파워 공급장치를 이용하고 공기나 산소가 다량 함유된 가스를 방전하여 반응성이 강한 화학종이 다수 포함된 저온의 플라즈마 화염을 발생하는 대기압 저온 공기 플라즈마 제트를 만들고, 이를 이용하여 미생물과 생화학 무기 물질을 효과적으로 제거하는 장치와 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명은 표면에 부착된 미생물과 생화학 무기 물질뿐 아니라 불규칙한 표면의 홈이나 틈과 같은 좁은 공간 사이의 미생물과 생화학 무기 물질을 제거하는데 효과적이고 플라스틱, 고무, 합성수지, 섬유, 음식, 인체뿐만 아니라 열에 약한 고가의 장비들을 열적 손상이나 부식시키지 않고 미생물과 생화학 무기 물 질만 살균 및 제거하는 데에 효율적으로 이용될 수 있다. 미생물과 생화학전 무기 물질 및 오염된 표면을 효과적으로 살균 및 제거하기 위해서는 높은 전자밀도의 플라즈마가 필요 하다. 높은 전자밀도는 다량의 반응성 강한 화학종들을 발생시킬 수 있기 때문이다. 이런 맥락에서 고밀도의 공기 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있는 대기압 플라즈마 제트를 만들었으며, 산소와 같은 전자 친화력이 강한 가스종이 주입되었을 경우 플라즈마가 불안정해지고 유지될 수 없는 현상을 막기 위해 전극사이에 다공성유전체를 삽입하여 균일한 플라즈마의 전압이 높지 않으면서 제트가 안정적으로 동작할 수 있도록 하였다. 따라서 대기압 저온 공기 플라즈마 제트는 헬륨이나 아르곤 가스를 사용하는 기존의 대기압 플라즈마 제트 (APPJ)와 비교하여 쉽게 구할 수 있는 공기를 사용하고 낮은 전력으로 저온 저전압의 플라즈마 화염을 형성하여 처리 표면의 열적 및 전기적 손상을 방지할 수 있으며 더욱 강한 살균 및 제거 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로 플라즈마 방전에 산소는 살균효과를 높일 수 있는데 이것은 반응성 강한 산소 화학종들이 세균의 고분자들과 반응하여 산화시킴으로써 살균효과를 증가시키기 때문이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 기존의 대기압 플라즈마 제트 (APPJ)의 결점을 제거하기 위한 본 발명은 전력을 공급하는 Medium Frequency나 저주파를 갖는 파워공급 장치;
상기 파워공급 장치로부터 전달되는 전력과 외부로 부터 주입되는 공기 또는 다량의 산소가 함유된 가스에 의해 플라즈마가 생성되는 플라즈마 반응기;
상기 플라즈마 반응기를 구성하는 파워전극과 접지전극;
상기 접지전극을 향한 파워전극 표면을 감싸는 절연체;
상기 두 전극 사이에 삽입되어 플라즈마를 형성하는 다공성유전체;
상기 플라즈마를 형성하는 다공성유전체에 형성된 플라즈마를 형성부에서 집약된 제트로 외부로 방출시키기 위한 제트 방출부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치 및 방법이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대기압 저온 공기 플라즈마 발생장치의 구성을 개념적으로 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대기압 저온 공기 플라즈마의 발생 장치는 전원 (10), 파워 공급부(20), 공기 공급부(30), 반응기(40), 제트 방출부(50)로 구성된다. 상기 파워 공급부(20)는 Medium Frequency나 저 주파수의 전력을 공급하는 장치이다. 상기 파워 공급부(20)는 전원(10)로부터 전력을 공급받아 전력 손실을 최소화하여 효율적으로 최대전력을 반응기(40)에 공급하도록 한다. 상기 공기 공급부(30)는 주입된 공기나 산소가 다량 함유된 가스가 균일하게 혼합되며 가스의 흐름이 한쪽으로 치우치지 않게 공급하도록 구성한다. 상기 반응기(40)는 파워전극과 접지전극 사이에 다공성유전체를 삽입한 것으로 동축의 실린더형 혹은 평판형 축전기식 반응기로써 파워 공급부(20)로부터 효율적으로 전달받은 전력을 통해 파워전극과 접지전극 사이에 삽입된 다공성유전체에 전기장을 형성하여 공기 공급부(30)로부터 주입된 공 기를 방전시켜 플라즈마를 형성하게 한다. 상기 제트 방출부(50)는 반응기(40)에서 형성된 플라즈마를 공기 공급부(30)에서 나오는 강한 공기 흐름에 의하여 제트 방출부(50)의 중심 제트출구를 통해 반응성 강한 화학종이 포함된 플라즈마 제트가 나오도록 구성한다. 제트 방출부(50)는 편의상 외부접지 전극의 연장으로 이루어질 수도 있다. 파워 전극에 절연체를 부착하여 전력소모를 최소화 할 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 모식도 이다. 이 발명의 핵심인 방응기(40)는 외부 접지전극과 내부 파워전극으로 구성되어 있고 전극사이에 다공성유전체가 삽입되어 있으며 또한 절연체가 삽입된다. 내부전극을 통하여 공기는 주입된다. 위에서 상술한 것처럼, 반응기는 필요에 따라 실린더형 또는 평판형이다. 실린더형일 때에는 플라즈마 제트가 원통형이고, 평판형에서는 플라즈마 제트가 슬리트(Slit) 형태로 방출된다. 평판형일 경우 공기가 균일하게 주입되도록 한다. 한 예로 도 2에서는 다공성알루미나가 다공성유전체로 그리고 석영이 절연제로서 사용되고 있다. 외부전극과 내부전극간의 거리는 다양하게 변화할 수 있으나, 이 발명의 한 예에서는 2mm로 했으며 그때 발생된 플라즈마 제트의 사진을 도 2에 삽입하였다. 플라즈마 제트의 길이는 약 23mm이었다.
필요에 따라서는 실린더형 반응기를 여러 개 병열로 연결하여 사용할 수 있으며 역시 필요에 따라 평판형 반응기를 여러 개 병열 연결하여 미생물 제거효율을 더욱 증대시킬 수 있다.
＜실시 예 1＞
한 실시예로서 다공성알루미나 (Porous alumina)를 다공성유전체로 사용하여 만든 공기 플라즈마 제트의 한 예를 도 2에 표시하였다. 플라즈마 제트 장치는 두 전극, 유전체 그리고 고전압 파워공급부로 구성되었다. 도 2의 교류 파워 공급부는 60Hz의 네온등 트랜스포머이며 한쪽 단자는 접지되었다. 전압제어기로 프라이머리전압을 조절하여 고전압을 제어하였다. 이 실시예의 반응기는 실린더형이며 내부전극은 안 직경이 1.2mm인 강철이였으며 전극 두께는 0.2mm이었다. 외부직경이 3.2mm인 석영튜브로 내부전극을 완전히 감쌌다. 지름이 10mm 길이가 20mm인 다공성알루미나를 석영튜브와 내부전극에 맞도록 가공하였으며 도 2에서 보는 것처럼, 내부전극의 끝단과 다공성알루미나의 표면이 서로 접하도록 했다. 외부전극도 강철(Stainless steel)로 만들었으며 외부전극에 있는 구멍을 통하여 플라즈마 제트가 방출된다. 전극간의 거리는 조절되며 2mm일 때에 좋은 제트가 형성되었다. 공기가 내부전극을 통하여 공급되었으며 지름 1mm의 구멍을 통하여 제트로 방출되었다. 알루미나는 부피 30퍼센트가 다공성에 해당하였으며 다공의 평균지름은 100 마이크로미터였다. 공기가 유입되고 전극에 고전압이 걸리면 전극사이의 다공성알루미나에 방전이 일어나고 2 - 3 센티미터의 긴 플라즈마 제트가 방출된다.
도 3은 도 2의 전압제어기가 1.66kV rms 전압을 걸 때, 공기 주입량에 따른 플라즈마 제트의 길이이다. 삽입된 사진은 주입된 공기량에 따라 촬영되었다. 공기 1 standard liter per minute (slm)일 때에는 제트의 길이가 5mm이고 대단히 약한 제트를 형성하나, 공기 5slm에서는 제트 길이가 23mm로 증가한다. 이때 사용된 전력은 약 2.3W였다. 방출되는 플라즈마 제트의 온도는 제트 응용에 대단히 중요한 변수이다. 도 4는 공기 유입량에 따른 플라즈마 제트의 온도 분포를 보여주고 있 다. 도 4에서 변수 z는 외부전극으로 부터의 거리를 나타낸다. 공기량이 2에서 5slm으로 증가할 때, z = 2mm인 점에서의 제트의 온도는 섭씨 86도가 감소하는 것을 볼 수 있다. 그리고 공기량 5 slm일 때, z = 15mm인 점에서의 제트 온도는 거의 상온에 가까운 것을 볼 수 있다. 이 점에서는 제트를 손으로 만질 수 있으며 전기충격 없이 피부에 조사할 수 있다. 도 5는 플라즈마 제트에 함유된 플라즈마 활성입자에서 방출되는 분광 스펙트럼을 250에서 1000 나노미터의 파장 대에서 관찰한 것이다. 이 분광 스펙트럼은 공기유량 5slm일 때에 관찰된 것이다. 가장 대표적인 분광 스펙트럼은 777나노미터의 산소원자 표시이다. 이 산소원자는 세포 셀이나 유기물질을 파괴하는 데에 탁월한 것으로 알려져 있다. 질소원자나 여기 된 질소 분자에 대한 표시도 나타난다. 그러나 대표주자는 위에서 언급한 산소원자이다.
공기유량 5slm인 플라즈마 제트를 이용하여 미생물 살균실험을 하였다. 도 6은 대기압 저온 공기 플라즈마 제트 (Atmospheric-pressure Air Plasma Jet)를 이용한 E. coli 살균효과를 처리시간에 따라 나타내는 그래프로 가로축은 시간(초)이고 세로축은 N/N 0 의 로그 값이다. 여기서 N은 플라즈마 처리 후 생존한 세균의 집락(colony) 수이며 단위는 밀리리터당 집락 수 (cfu/ml)를 나타내고, 초기 샘플의 집락(colony) 수 N 0 는 104 cfu/ml이었다. 완전히 살균되어 콜로니가 발견되지 않을 경우 그 기준치를 log(N/N0)=-5로 정의하고 (즉, N=0.1 cfu/ml) 그 평균값을 직선으로 도시하였다. 이 살균실험에서는 z=5mm인 위치에서 플라즈마 제트가 E. coli 샘플에 조사되었다. 이때 사용된 전력은 위에서 언급한데로 2.3W였다. 아주 적은전력 에 의해서 발생된 플라즈마 제트에도 불구하고 대부분의 E. coli박테리아가 30여초의 시간에 거의 완전히 소멸되는 것을 볼 수 있었다.
본 발명의 중요한 사항은 본 발명에서 제안하는 대기압 저온 공기 플라즈마 제트는 소형화 장치이므로 어느 곳에서든 빠른 대처와 낮은 전력으로 오염된 표면을 처리할 수 있는 것이다. 이는 기존 대기압 플라즈마 제트 (APPJ)를 포함한 여타 다른 플라즈마 장치에 비하여 매우 큰 효율을 가지며 충분한 잠재능력을 가진다는 것이다.
지금까지 실시 예를 통하여 본 발명에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외 에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1 은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대기압 저온 공기 플라즈마 발생 장치의 구성을 개념적으로 나타낸 블록도.
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대기압 저온 공기 플라즈마 발생 장치의 구성을 개념적으로 나타낸 모식도. 도 2에 삽입된 사진은 실린더형 반응기에서 방출된 플라즈마 제트의 사진이다.
도 3 은 전압제어기에 1.66kV rms 전압을 걸 때, 공기 주입량에 따른 플라즈마 제트의 길이.
도 4 는 공기 유입량에 따른 플라즈마 제트의 온도 분포.
도 5 는 플라즈마 제트에 함유된 플라즈마 활성입자에서 방출되는 분광 스펙트럼을 250에서 1000 나노미터의 파장 대에서 관찰한 것.
도 6 은 대기압 저온 공기 플라즈마 제트를 이용한 E. coli 살균효과를 처리시간에 따라 나타내는 그래프. 여기서 N은 플라즈마 처리 후 생존한 세균의 집락(colony) 수이며 단위는 밀리리터당 집락 수 (cfu/ml)를 나타내고, 초기 샘플의 집락(colony) 수 N 0 는 104 cfu/ml이었다.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
10: 전원 20: 파워 공급부
30: 공기 공급부 40: 반응기
50: 제트 방출부 AC: 교류
slm: 리터로 환산된 분당 유입되는 공기량
T: 섭씨로 표시된 플라즈마 제트 온도
z: 제트 방출부로부터의 거리
N2: 질소분자
O: 산소원자
t: 시간
N : 플라즈마 처리 후 생존한 세균의 집락(colony) 수
N 0 : 초기 샘플의 집락(colony) 수
Claims (11)
- 다공성유전체 (Porous Dielectric Material)가 삽입된 전극으로 형성된 반응기에서 공기 플라즈마를 발생시켜 미생물을 제거하는 장치에 있어서,전력을 공급하는 Medium Frequency 및 저주파를 갖는 파워공급 장치;상기 파워공급 장치로부터 전달되는 전력과 외부로 부터 주입되는 공기 또는 다량의 산소가 함유된 가스에 의해 플라즈마가 생성되는 플라즈마 반응기;상기 플라즈마 반응기를 구성하는 파워전극과 접지전극;상기 접지전극을 향한 상기 파워전극 표면을 감싸는 절연체;상기 두 전극 사이에 삽입되어 플라즈마를 형성하는 다공성유전체; 및상기 플라즈마를 형성하는 다공성유전체에 형성된 플라즈마를 형성부에서 집약된 제트로 외부로 방출시키기 위한 제트 방출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치.
- 제 1 항에 있어서;상기 플라즈마 반응기는 파워전극과 접지전극 사이에 다공성유전체를 삽입한 것으로 동축의 실린더형 혹은 평판형 축전기식 반응기로 구성되는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치.
- 제 1 항에 있어서;상기 플라즈마 반응기는 미생물 제거 및 표면세정 효율을 증대하기 위하여 하나의 반응기 또는 병열로 연결된 여러 개의 반응기를 사용하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치.
- 제 1 항에 있어서;상기 Medium Frequency 및 저주파를 갖는 파워공급 장치는 진동수가 10Hz에서 50만Hz인 파워공급 장치를 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치.
- 제 1 항에 있어서;상기 제트 방출부는 필요에 따라 상기 플라즈마 반응기의 일부로 구성될 수도 있으며 또는 상기 반응기와 분리된 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 장치.
- 다공성유전체가 삽입된 전극으로 형성된 반응기에서 공기 플라즈마를 발생시켜 미생물을 제거하는 방법에 있어서;파워전극과 접지전극으로 구성된 플라즈마 반응기를 형성하는 과정;상기 파워전극과 접지전극 사이에 다공성유전체를 삽입하는 과정;상기 접지전극을 향한 상기 파워전극 표면에 절연체를 장착하는 과정;상기 플라즈마 반응기에 공기를 주입하는 과정;상기 파워전극에 Medium Frequency 및 저주파의 전력을 공급하여 상기 다공성유전체에 방전을 유도하고 플라즈마를 발생하는 과정;충분한 공기를 상시 반응기에 주입하여 상기 발생된 플라즈마를 제트 방출부를 통해 플라즈마 제트를 방출하는 과정; 및상기 플라즈마 제트로 미생물을 제거하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 방법.
- 제 6 항에 있어서;진동수가 10Hz에서 50만Hz인 상기 Medium Frequency 및 저주파의 전력으로 플라즈마를 발생하는 과정을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 방법.
- 제 6 항에 있어서;미생물 제거 및 표면세정 효율을 증대하기 위하여 하나의 반응기 또는 병열로 연결된 여러 개의 반응기를 사용하여 더욱 강화된 플라즈마 제트를 발생하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공 기플라즈마를 이용한 미생물 제거 방법.
- 제 6 항에 있어서,생화학 무기 물질로 오염된 대상물을 상기 플라즈마 제트로 저온 살균하고 소독하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 방법.
- 제 6 항에 있어서,각종 산업체에서 생산되고 있는 물체의 표면을 상기 플라즈마 제트로 저온 세정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 방법.
- 제 6 항에 있어서,각종 의료 시설과 의료 기기를 상기 플라즈마 제트로 저온 살균하고 소독하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극사이에 삽입된 다공성유전체에서 방출된 공기플라즈마를 이용한 미생물 제거 방법.
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