KR20110136839A

KR20110136839A - 기체 화학종을 발생시키기 위한 장치

Info

Publication number: KR20110136839A
Application number: KR1020117023774A
Authority: KR
Inventors: 제프리 모건 로이드; 코맥 존 디버리; 토마스 빅포드 홀베헤
Original assignee: 린데 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2010-03-09
Publication date: 2011-12-21
Also published as: WO2010103262A1; BRPI1009858A2; EP2405854A1; GB0904221D0; JP2012520101A; CN102421388B; AU2010222766B2; GB0904198D0; RU2011141133A; TW201105299A; CA2754118A1; RU2580750C2; KR101666240B1; AU2010222766A1; US20120107761A1; CA2754118C; JP5782386B2; CN102421388A

Abstract

본 발명은 장치(10)로서, 장치로부터 방출되는 가스 플라즈마 플룸의 형태의 가스 플라즈마의 유동일 수 있는 비-열 기체 화학종(24)을 발생시키기 위한 장치(10)를 제공한다. 장치는 가스 캡슐 또는 압력 용기를 포함하며, 가스 캡슐 또는 압력 용기는 가스 또는 가스들(14)을 압력 하에서 유지하고, 캡슐로부터 방출될 때 반응 발생기(16)를 통과해 어플리케이터(18)로의 가스의 유동을 형성한다. 가스 캡슐로부터 방출된 가스는 반응 발생기 내에서 에너자이징되어 가스 플라즈마를 형성한다. 장치는 핸드헬드형이도록 구성되며, 그것이 예를 들어 치아를 클리닝하고 미백화하기 위해 사용되게 하도록 작동된다.

Description

기체 화학종을 발생시키기 위한 장치{DEVICE FOR GENERATING GASEOUS SPECIES}

본 발명은 비-열(non-thermal) 가스 플라즈마와 같은 기체 화학종(gaseous species)을 발생시키기 위한 장치(device), 및 이 장치와 재충전 유닛을 포함하는 기기(apparatus)에 관한 것이다.

비-열 가스 플라즈마(또한 "비-평형" 가스 플라즈마로 지칭됨)의 발생을 위한 시스템이 이 주제에 관하여 알려져 있으며, 산업, 치과, 의료, 미용, 및 인간 또는 동물체의 처리(treatment)를 위한 수의학 분야와 같은 다수의 분야에서 유용성이 있다. 비-열 가스 플라즈마 발생은 혈액의 응고, 클리닝(cleaning), 소독, 및 표면으로부터 오염 물질의 제거, 살균, 조직의 재결합, 및 중대한 열적 조직 손상을 일으키는 일 없는 조직 장애(tissue disorder)의 처리를 촉진하기 위해 채용될 수 있다. 플라즈마 자체가 처리될 표면에 적용될 수 있거나, 표면에 적용되는 반응성 또는 변형된 기체 화학종의 전구체로서 작용할 수 있다.

공지의 가스 플라즈마 발생기는 일반적으로 비교적 큰 기판을 처리하거나 기능적인 것으로 만들기 위한 상당한 크기의 산업용 시스템이거나, 가스관에 의해 핸드-피스(hand-piece)에 연결되는 튼튼한 가스 실린더를 갖는 기본 유닛을 포함하는 더 작은 시스템이다. 또한, 시스템은 전력 케이블에 의해 핸드 피스(hand-piece)에 접속되는 전원 장치를 포함할 수 있다. 따라서 이들 시스템은 가정용 또는 외과적 용도에 충분히 적합하지 않다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결한 비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 비열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치에 있어서, 가스 캡슐로서, 가스를 압력 하에서 유지하고, 캡슐로부터 방출될 때 반응 발생기로의 가스의 유동을 형성하기 위한 상기 가스 캡슐; 캡슐로부터 방출된 가스가 내부에서 에너자이징(energising)되어 상기 기체 화학종을 발생시킬 수 있는 반응 발생기; 전기 에너지원; 반응 발생기 내의 가스를 에너자이징하여 상기 기체 화학종을 형성하기 위해 전기 에너지원에 전기적으로 접속되는 에너자이징 수단; 및 가스 캡슐, 반응 발생기, 전기 에너지원 및 에너자이징 수단을 수용하기 위한 하우징을 포함하며, 장치는 장치가 사용자에 의해 손으로 유지 및 작동될 수 있고, 기체 화학종의 유동이 물체 또는 사람이나 동물체의 처리 영역을 처리하도록 지향될 수 있는 크기 및 중량을 갖는, 비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치를 제공한다.

발생된 화학종은 40℃ 미만의 온도의 비-열 플라즈마일 수 있다. 이 경우에, 에너자이징 수단은 플라즈마 발생기 내에 플라즈마를 발생시키도록 구성된다.

상기 가스의 유동을 형성하기 위해 가스 캡슐로부터 가스를 선택적으로 방출시키기 위한 제어부가 제공될 수 있다. 상기 제어부는 추가로 전극의 에너자이제이션(energisation)을 제어하기 위해 상기 에너자이징 수단에 작동가능하게 연결될 수 있다. 가스 캡슐로부터 방출되는 가스의 유동을 감지하기 위한 센서가 제공될 수 있으며, 상기 제어부는 상기 가스의 유동이 미리결정된 질량 또는 체적 유량을 초과하는 경우에만 에너자이징 수단의 활성화를 허용한다. 제어부는 상기 반응 발생기로의 가스의 유동 및 에너자이징 수단의 활성화를 야기하기 위해 사용자에 의해 작동가능한, 손으로 작동시킬 수 있는 버튼 또는 스위치와 같은 사용자 입력 수단을 포함할 수 있다.

하우징은 가스 캡슐이 상기 가스 유동을 형성하기 위해 가스를 방출시키도록 작동가능하도록 상기 가스 캡슐을 상기 하우징 내에 위치설정하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 상기 위치설정 수단은 상기 가스 캡슐이 상기 하우징으로부터 제거될 수 있어 교체 가스 캡슐이 상기 위치설정 수단에 의해 상기 하우징 내에 위치설정될 수 있도록 구성된다. 가스 방출 기구는 상기 위치설정 수단이 상기 가스 캡슐을 상기 하우징 내에 위치설정하였을 때 가스 캡슐로부터 가스를 방출시키도록 작동가능할 수 있다. 가스 캡슐은 가스 캡슐로부터의 가스의 방출을 방지하도록 바이어싱(biasing)되는, 슈레더 밸브(Schrader valve)와 같은 압력 해제 밸브를 포함할 수 있으며, 상기 가스 방출 기구는 상기 가스 캡슐로부터 가스를 방출시키기 위해 상기 바이어스(bias)에 대항하여 상기 압력 해제 밸브에 작동하기 위한 수단을 포함한다.

하우징은 상기 가스 캡슐로부터 방출되는 가스의 유동을 지향시키기 위해 가스 캡슐과 반응 발생기 사이에서 연장되는 도관을 포함할 수 있다. 유동 밸브는 개방될 때 가스 캡슐로부터 반응 발생기로 도관을 통한 상기 가스의 유동을 허용할 수 있으며, 폐쇄될 때 상기 유동을 막을 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 가스 캡슐과 반응 발생기 사이의 가스의 유동 및/또는 반응 발생기로부터 어플리케이터로의 화학종의 유동을 조정하기 위한 유동 조정기가 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 반응 챔버에 들어가는 가스의 유동은 반응이 일어나게 하도록 제어될 수 있으며, 장치로부터 배출되는 화학종의 유동은 처리가 일어나게 하도록 제어될 수 있다.

제어된 방출을 위해 가스가 가스 캡슐로부터 오리피스 플레이트를 통해 내부로 방출될 수 있는 팽창 챔버가 제공될 수 있다. 팽창 챔버는 가스 캡슐로부터의 유동 속도를 감소시킨다.

가스 캡슐은 화학종을 발생시켜 처리 영역에서 유익한 효과를 달성하기에 충분한 시간 동안 물체 또는 사람이나 동물체의 처리 영역을 처리하기 위해 사용 전에 충분한 양의 가스를 수용한다. 이 점에 관해서, 가스 캡슐은 적어도 2분 동안 플라즈마를 발생시키기에 충분한 양의 가스를 수용할 수 있다. (구강 내의 치아와 같은) 처리 영역에 유익한 효과를 제공하기에 충분한 화학종의 발생은 대기압에서 대체로 분당 1/2 리터의 가스를 필요로 한다. 따라서, 가스 캡슐은 적어도 60바(bar)의 압력에서 저장된, 대기압 상태에 있는 최대 4리터의 가스의 상당물을 수용할 수 있다. 가스 캡슐의 내부 체적은 10㎖ 내지 100㎖의 범위 내일 수 있다. 가스 캡슐은 대체로 원통형일 수 있으며, 길이가 대략 100㎜, 직경이 35㎜ 미만일 수 있다.

에너자이징 수단은 상기 반응 발생기 내에 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 전극, 및 상기 적어도 하나의 전극을 구동시키기 위한 전기 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기를 포함할 수 있다. 발생된 화학종이 가스 플라즈마인 경우, 에너자이징 수단은, 바람직하게는 사용자가 참을 수 있는 약 40℃ 미만의 온도의 비-열 플라즈마를 발생시키도록 구성될 수 있다. 상기 전극들 중 적어도 하나는 아크 방전을 감소시키고 이에 의해 화학종의 가열을 제한하기 위해 유전체에 의해 플라즈마 발생기 내의 가스로부터 절연될 수 있다. 상기 적어도 2개의 전극은 실질적으로 상기 플라즈마 발생기 전체 내에 전기장을 발생시키기 위해 서로 이격되어 있을 수 있다. 상기 전극들 중 하나는 플라즈마 발생기의 주변부 둘레에 형성될 수 있다. 전극들 중 하나는 플라즈마 발생기 내로 연장되는 프로브에 의해 형성될 수 있다. 프로브는 상기 플라즈마 발생기 내에서의 플라즈마의 발생을 증가시키기 위한 포인트를 형성하기 위해 단부에서 테이퍼질 수 있다.

상기 신호 발생기는 낮은 듀티 사이클(duty cycle) 신호일 수 있는, 상기 전극을 구동시키기 위한 RF, AC 또는 펄스 DC 신호를 발생시키도록 구성될 수 있으며, 낮은 듀티 사이클에서 에너지는 사이클의 10% 미만 동안 상기 전극 또는 상기 전극의 각각에 제공된다. 화학종이 가스 플라즈마인 경우, 그것의 발생은 에너자이징 수단에 의한 연속적인 에너자이제이션을 필요로 하는 일 없이 반응 발생기 내에서 개시되어 계속될 수 있다. 신호 발생기는 신호 발생기가 사용자에게 들리지 않도록 20kHz보다 큰 RF 신호를 발생시킬 수 있다.

상기 에너자이징 수단은 전극을 구동시키기 위한 신호를 증폭하기 위한 증폭기, 및 부하와 전기 에너지원의 임피던스를 정합시키기 위한 정합 회로를 포함할 수 있다.

전기 에너지원은 하나 이상의 전지일 수 있다. 전지는 바람직하게는 재충전가능하고, 상기 하우징은 주 전원에 연결되는 플러그를 수용하기 위한 소켓, 및 전지를 재충전하기 위한 재충전 회로를 포함한다. 대안적으로, 장치는 재충전을 위해 전지를 재충전 유닛에 유도적으로 결합하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 하우징은 전지를 하우징 내에 위치설정하기 위한 인클로저(enclosure), 및 상기 에너자이징 수단에 에너지를 공급하기 위해 상기 인클로저 내에 위치되었을 때 전지에 접속되는 전기 단자를 포함할 수 있다.

대안적으로, 전기 에너지원은 변압기를 포함할 수 있고, 상기 하우징은 전력 공급부에의 연결을 위한 수단을 포함하며, 상기 변압기는 상기 에너자이징 수단에 에너지를 공급하도록 구성된다. 전형적으로, 그 구성에 따라, 플라즈마 발생기는 비-열 가스 플라즈마를 개시하기 위해 고전압이 공급되는 것을 필요로 한다. 하나 이상의 승압 변압기가 전지로부터의 DC 전압을 플라즈마-개시 전압으로 변환시킬 수 있다.

반응 챔버로부터의 화학종을 반송하고 화학종을 처리 영역에 적용하기 위한 어플리케이터가 제공될 수 있다. 가스 플라즈마는 존재하도록 유지하기 위해 가스 플라즈마를 통과하는 전류의 통과를 필요로 한다. 일단 가스가 플라즈마 발생기로부터 제거되면, 이온성 화학종은 자유 전자와 재결합하는 경향이 있고, 여기된 화학종은 바닥 상태로 복귀한다. 플라즈마 발생기로부터 그렇게 제거된 가스는 때때로 "잔광(afterglow)"으로 지칭된다. 이러한 변화는 전형적으로 어플리케이터 내에서 발생한다. 어플리케이터는 화학종을 적용하기 위한 어플리케이터 헤드, 및 상기 반응 챔버로부터 상기 헤드로 화학종을 보내기 위한 덕트를 포함할 수 있다. 어플리케이터 헤드는 상기 반응 발생기로부터 이격되어, 플라즈마 발생기의 오염을 감소시키고 그리고/또는 고전압일 수 있는 에너자이징 수단으로부터 처리 영역을 분리시킬 수 있다.

장치는 용도가 많지만, 치아를 미백화(whitening)하거나 클리닝(cleaning)함으로써 인간 또는 동물체의 구강 영역을 처리하도록 구성될 수 있다. 이 점에 관해서, 어플리케이터는 하나 이상의 치아 위에 맞도록 크기설정되고 형상이 이루어질 수 있다. 어플리케이터 헤드는 화학종을 지향시켜 복수의 치아를 처리하기 위해 인간 또는 동물체의 입 안에 위치설정되도록 구성되는 하나 이상의 채널을 포함할 수 있다.

배기 수단은 처리 후에 처리 영역으로부터 화학종을 배기하기 위해 제공될 수 있으며, 처리 영역으로부터 화학종을 펌핑하기 위해 모터에 의해 구동되는 펌핑 수단을 포함할 수 있다. 배기 덕트가 처리 영역으로부터 연장될 수 있으며, 상기 펌핑 수단과 유체 연통할 수 있다. 배기 덕트는 상기 어플리케이터에 의해 형성될 수 있다. 제어부는 반응 챔버로의 가스의 공급 및 에너자이징 수단의 활성화와 함께 상기 배기 수단의 작동을 추가로 제어할 수 있다. 배기 수단은, 바람직하게는 상기 가스 캡슐로부터의 방출에 의해 야기되는 처리 영역으로의 상기 가스의 유동보다 더 큰, 처리 영역으로부터의 가스 또는 화학종의 유동을 야기한다.

캡슐의 가스량, 전기 에너지원에 남아 있는 전하량, 또는 장치로부터 방출되는 플라즈마의 온도 중 하나 이상일 수 있는 상기 장치의 상태를 나타내는 값을 디스플레이하기 위한 디스플레이가 제공될 수 있다. 상기 장치의 상태가 미리결정된 양보다 낮게 감소할 때, 사용자가 들을 수 있는 소리 또는 경고등과 같이 사용자에게 경고하기 위한 수단이 제공될 수 있다.

가스 캡슐은 상기 반응 챔버 내에 비-열 플라즈마를 형성하기 위한 낮은 에너지 요건을 갖는 가스를 수용할 수 있다. 이러한 방식으로, 반응 챔버 내로 주입되는 에너지의 양은 감소될 수 있고, 이에 의해 가스 또는 화학종의 과도한 가열을 피할 수 있다. 가스는 비-열 플라즈마가 발생되어야 하는 경우 헬륨과 같은 희가스일 수 있다. 가스 캡슐은 산소를 수용할 수 있으며, 이 가스가 에너자이징될 때 발생되는 기체 화학종은 오존이다.

장치가 손으로 사용되는 것을 허용하기 위해, 장치는 길이가 300㎜, 폭이 50㎜ 미만이고 질량이 1kg 미만인 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 장치와, 장치의 가스 캡슐에 가스를 공급하기 위해 가스를 수용하는 재충전 가스 압력 용기 및/또는 상기 장치 내의 상기 전기 에너지원을 재충전하기 위한 전기 재충전 수단을 포함하는 재충전 유닛을 포함하는 기기를 제공한다. 대안적으로, 장치는 일회용 가스 전지 및 일회용 가스 캡슐을 채용할 수 있다. 추가의 대안은 가스 캡슐이 재충전가능한 것이지만, 이 작업은 장치로부터 머리 떨어져 수행되어야 한다.

재충전 유닛 및 장치의 가스 캡슐은 장치와 유닛이 연결되었을 때 개방되어 가스 캡슐로의 가스의 공급을 허용할 수 있고 연결되지 않았을 때에는 폐쇄되는 각각의 재충전 밸브를 포함할 수 있다.

재충전 유닛은 장치를 착좌시키기 위한 시트(seat)를 포함할 수 있으며, 장치가 재충전 유닛 내에 착좌되었을 때, 가스 캡슐과 재충전 압력 용기가 연결되어 가스 캡슐로의 가스의 공급을 허용한다. 가스 캡슐의 재충전 밸브와 결합하여 개방시키도록 구성된 제 1 단부, 및 장치 압력 용기의 재충전 밸브와 결합하여 개방시키기 위한 제 2 단부를 갖는 도관이 제공될 수 있다. 대안적으로, 재충전 기기는 가스 캡슐이 상기 장치로부터 제거되었을 때 가스 캡슐을 착좌시키기 위한 시트를 포함할 수 있으며, 가스 캡슐이 재충전 유닛 내에 착좌되었을 때, 이 압력 용기들이 연결되어 가스 캡슐로의 가스의 공급을 허용한다. 이러한 구성에서, 언제든지 하나의 캡슐은 재충전을 위해 재충전 유닛 내에 착좌될 수 있고, 하나의 캡슐은 비-열 화학종을 발생시키는 데에 사용하기 위해 상기 장치 하우징 내에 수용될 수 있도록, 적어도 2개의 가스 캡슐이 제공될 수 있다.

전기 재충전 수단은 공급부로부터 전기 에너지를 받아들이고, 상기 에너지원이 상기 전기 재충전 수단에 연결되었을 때 상기 장치 내의 상기 전기 에너지원을 재충전하기 위해 상기 전기 에너지를 공급하기 위한 재충전 회로를 포함할 수 있다. 재충전 유닛은 장치를 착좌시키기 위한 시트를 포함할 수 있으며, 장치가 재충전 유닛 내에 착좌되었을 때, 상기 에너지원이 상기 전기 재충전 수단에 연결되어 상기 전기 에너지원을 재충전한다.

대안적으로, 재충전 유닛은 상기 전기 에너지원이 상기 장치로부터 제거되었을 때 상기 전기 에너지원을 착좌시키기 위한 시트를 포함할 수 있으며, 상기 에너지원이 재충전 유닛 내에 착좌되었을 때, 상기 에너지원이 상기 전기 재충전 수단에 연결되어 상기 전기 에너지원을 재충전한다.

본 발명이 충분히 이해될 수 있도록, 단지 예로서만 제공되는 그것의 실시예가 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 비-열 플라즈마를 발생시키기 위한 장치 및 재충전 유닛을 포함하는 기기를 개략적으로 보여주는 도면,
도 1a는 변형된 장치를 보여주는 도면,
도 2는 장치의 투시 단면도를 보여주는 도면,
도 3은 장치의 압력 용기의 단면도를 보여주는 도면,
도 4는 플라즈마 발생기 및 발생기 내의 가스를 에너자이징하기 위한 수단을 개략적으로 보여주는 도면,
도 5 및 도 6은 장치를 작동시키기 위한 단순화된 기계적 링크 장치를 보여주는 도면,
도 7은 장치의 제 1 어플리케이터 및 장치 하우징의 연결부를 보여주는 도면,
도 8은 장치의 제 2 어플리케이터 및 장치 하우징의 연결부를 보여주는 도면,
도 9는 장치의 제 3 어플리케이터 및 장치 하우징의 연결부를 보여주는 도면,
도 10은 도 8에 도시된 어플리케이터의 하우징에 대한 연결을 개략적으로 보여주는 도면,
도 11은 도 7에 도시된 어플리케이터의 하우징에 대한 연결을 개략적으로 보여주는 도면,
도 12는 장치의 제 4 어플리케이터를 보여주는 도면,
도 13은 충전 유닛 내에 착좌된 장치를 일 측면으로부터 보여주는 도면,
도 14는 충전 유닛 내에 착좌된 장치를 다른 측면으로부터 보여주는 도면,
도 15는 본 발명에 따른 장치의 플라즈마 발생기에 전기 플라즈마 발생 에너지를 공급하기 위한 수단을 도시하는 개략도.

도 1 및 도 2를 참조하면, 장치(10)로서, 장치로부터 방출되는 가스 플라즈마 플룸(plume)의 형태의 가스 플라즈마의 유동일 수 있는 비-열 플라즈마(24)를 발생시키기 위한 장치(10)가 도시되어 있다. 가스 플라즈마의 유동은 대체로 대기압에 상태에서 발생되어 장치로부터 방출된다. 장치는 가스 캡슐 또는 압력 용기(12)를 포함하며, 가스 캡슐 또는 압력 용기(12)는 가스 또는 가스들(14)을 압력 하에서 유지하고, 캡슐로부터 방출될 때 플라즈마 발생기(16)를 통과해 어플리케이터(applicator)(18)로의 가스의 유동을 형성한다. 가스 캡슐로부터 방출된 가스는 플라즈마 발생기 내에서 에너자이징되어 가스 플라즈마를 형성한다.

도 1a에 도시된 변형된 장치에서, 고압 가스가 캡슐로부터 오리피스 플레이트(13)를 통과해 팽창 챔버(15) 내로 유동할 수 있으며, 팽창 챔버(15)는 유동을 느리게 하며 그 다음에 제어된 방식으로 반응 발생기(16)로 방출될 수 있다.

장치는 전기 에너지원(20), 및 플라즈마 발생기(16) 내의 가스(14)를 에너자이징하여 가스 플라즈마(24)를 발생시키기 위해 전기 에너지원에 전기적으로 접속되는 가스 플라즈마 에너자이징 수단(22)을 더 포함한다. 어플리케이터(18)는 어플리케이터 내의 개구(26)로부터의 가스 플라즈마 플룸을 발생시키기 위해 플라즈마 발생기(16)로부터의 플라즈마의 유동을 지향시킨다. 가스 플라즈마는 적합하게 구성된 어플리케이터 내에서 주위 공기와 혼합될 수 있다.

하우징(28)은 가스 캡슐(12), 플라즈마 발생기(16), 전기 에너지원(20), 및 플라즈마 에너자이징 수단(22)을 수용한다. 장치는 장치가 사용자에 의해 손으로 유지 및 작동될 수 있고, 플라즈마(24)가 사용자에 의해 용이하게 지향되어 물체 또는 인간이나 동물체의 처리 영역을 처리할 수 있도록 크기설정되며 중량을 갖는다. 이 점에 관해서, 장치는 가스관에 의해 가스 공급부에 연결되는 것을 필요로 하는 일 없이 작동가능하다. 그러한 종래 기술의 구성은 거추장스러우며 장치가 휴대용이 되게 하지 않는다. 장치(10)의 자급식(self-contained) 구성은 가정 환경, 예를 들어 욕실에서의 용이한 사용을 허용한다. 장치(10)는 장치를 주 전원에 접속시키는 전기 케이블을 필요로 하는 일 없이 전원으로부터 전력을 얻을 수 있다. 그러나, 장치(10)에서 장치가 사용 중일 때 전기 케이블이 필요하지는 않지만, 전형적으로 전기 케이블은 가스관보다 가정 환경에서의 사용에 덜 방해가 되는데, 그 이유는 케이블이 보통 가요성이고 경량이기 때문이다.

장치가 손으로 유지 및 작동되기에 적합하도록, 장치는 상한 크기 또는 상한 중량을 초과해서는 안 된다. 장치를 사용하는 처리 영역의 처리는, 장치가 비교적 경량인 경우에 한하여 핸드-헬드형(hand-held)인 경우에 가능한, 복잡하면서도 정교한 운동을 필요로 할 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다. 일 예에서, 장치는 대략 전형적인 전동 칫솔의 크기 및 질량을 갖는다. 장치(10)의 크기 및 질량의 이해를 돕기 위해 본 명세서에 제공되는, 다른 분야의 공지된 핸드-헬드형 및 손으로 작동되는 다른 장치는, 예를 들어 전동 칫솔, 또는 무선 전기 드릴 또는 스크류 드라이버이다. 따라서, 하우징(28) 또는 전체로서 장치의 상한 크기는 대략 길이 30㎝ × 폭 5㎝이다. 폭의 상한은 장치를 유지하는 손의 능력에 의해 결정된다. 50㎜ 직경을 크게 초과하는 하우징의 임의의 크기는 장치를 유지 및 사용하기에 불편하게 만든다. 길이의 상한은 다루기 어렵게 되는 일 없이 장치를 사용하는 사용자의 능력에 의해 결정되며, 장치가 치아를 처리하기 위해 사용되는 경우, 장치는 팔의 길이보다 작아야 하고 바람직하게는 약 20㎝여야 한다는 것이 또한 이해될 것이다. 바람직하게는, 하우징(28)은 하우징이 손바닥에 편안하게 유지될 수 있도록 윤곽 형성된다. 하우징 또는 전체로서 장치의 질량은 바람직하게는 1㎏ 미만이다.

장치는 단일 처리(single treatment)에 사용하고 그 다음에 폐기할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 점에 관해서, 장치의 구성요소는 단일 처리만을 위해 선택될 수 있다. 단일 처리는 더 적은 가스 및 더 적은 에너지가 장치 내에 저장되는 것을 필요로 할 수 있기 때문에, 압력 용기 및 에너지원은 제조 비용을 최소화하고 장치의 크기 및 중량을 감소시키도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 장치는 한 번만 구강을 처리하고 그 다음에 폐기할 수 있도록 구성될 수 있다. 그러한 일회용 장치는 예를 들어 재킷의 주머니 또는 핸드백 안에 더 용이하게 휴대가능할 수 있다. 장치가 치아 건식 클리닝 또는 다른 처리에 적합하기 때문에, 일회용 장치는 예를 들어 여행하는 동안에 용이하게 사용될 수 있는데, 그 이유는 처리를 수행하기 위해 물이 항상 이용가능한 것은 아니기 때문이다.

장치(10)는 예를 들어 치과, 의료, 미용, 및 인간 또는 동물체의 처리를 위한 수의학 분야에서 사용될 수 있다. 장치는 치과 또는 다른 구강 처리, 예를 들어 치아 미백화(whitening) 또는 치아의 건식 클리닝, 근관(root canal) 처리 후의 소독, 상처 소독 또는 치료(예를 들어, 발치 후 비어 있는 치주낭)에서 특별한 유용성을 갖는다. 치아 미백화를 위한 적용은 2008년 12월 23일자로 출원된 본 출원인의 공계류 중인 영국 특허 출원 GB 제 0823435.3 호에 더 상세하게 기재되어 있으며, 이 특허 문헌의 내용은 이에 의해 참고로 본 명세서에 포함된다. 이 점에 관해서, 처리 영역은 단일 치아, 2개의 치아, 또는 치아의 상부 및/또는 하부 아치일 수 있다. 대안적으로, 처리 영역은 잇몸 또는 치주낭의 일부분일 수 있다. 또한, 처리 영역은 구강일 수 있다.

장치(10)는 또한 플라즈마 처리에 의한 표면의 처리, 예를 들어 페인트의 적용 전에 플라스틱 표면의 준비와 같은 비-의료 적용에 사용될 수 있다.

장치(10)의 구성요소가 이제 더 상세하게 설명되어, 변형 및 관련 대안을 제공할 것이다.

가스의 유동을 형성하기 위해 가스 캡슐로부터 가스를 선택적으로 방출시키기 위한, 일반적으로 도면부호 30으로 지시되는 제어부가 제공된다. 이 예에 도시된 바와 같이, 제어부는 개방되었을 때 가스 캡슐로부터 플라즈마 챔버로의 도관을 통한 가스의 유동을 허용하고 폐쇄되었을 때 유동을 막는 밸브(32)를 포함한다. 제어부(30)는 밸브(32)를 제어하기 위해 사용자에 의해 작동될 수 있는 기계적 푸시 스위치(34)를 포함한다. 대안적으로, 다른 사용자 활성화 수단이, 예를 들어 솔레노이드 밸브를 개방시키기 위해 닫힐 수 있는 전자 스위치 또는 기계적 슬라이드 스위치와 같은 밸브를 작동시키기 위해 제공될 수 있다. 또한, 사용자 활성화 수단은, 유동이 제 1 사용자 입력에 응답하여 가스 캡슐로부터 활성화되고 제 2 사용자 입력에 응답하여 비활성화될 수 있도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 단일의 사용자 입력이 타이머 회로(도시되지 않음)를 활성화시켜 처리 영역을 처리하기에 충분한 미리결정된 기간 동안 가스 유동을 허용할 수 있다. 예를 들어, 장치(10)가 치아 미백화를 위해 사용되는 경우, 미리결정된 기간은 각각의 치아에 대해 5초일 수 있다.

밸브(32)는 가스 캡슐과 플라즈마 발생기 사이의 유동을 개폐하기 위한 임의의 적합한 수단일 수 있다. 또한, 밸브는 완전 개방과 완전 폐쇄 사이에서 유동을 조정하기 위해 가변성일 수 있으며, 예를 들어 버터플라이 밸브(butterfly valve)이다.

하우징(28)은 가스 캡슐이 가스 유동을 형성하기 위한 가스를 방출시키도록 작동가능하도록 가스 캡슐(12)을 하우징 내에 위치설정하기 위한 수단(36)을 포함한다. 위치설정 수단(36)은 예를 들어 내부에 수용된 가스가 고갈되거나 양이 적을 때 가스 캡슐(12)이 하우징으로부터 제거될 수 있어, 가득 찬 교체 가스 캡슐이 하우징 내에 위치될 수 있도록 구성될 수 있다. 이 점에 관해서, 위치설정 수단은 가스 캡슐을 수용하기 위한 형상의 챔버, 및 가스 캡슐이 챔버 내에 위치설정되었을 때 챔버를 폐쇄하기 위한 폐쇄 부재(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 가스 캡슐은 챔버 내로 푸시-끼워맞춤 또는 스크류-끼워맞춤될 수 있다.

하우징은 위치설정 수단이 가스 캡슐을 챔버 내에 위치설정했을 때 가스 캡슐로부터 가스를 방출시키도록 작동가능한 형성 또는 다른 가스 방출 기구를 포함할 수 있다. 가스 캡슐은 압력 용기로부터의 가스의 방출을 방지하도록 바이어싱되는 압력 해제 밸브를 포함할 수 있다. 가스 방출 기구는 캡슐로부터 가스를 방출시키기 위해 바이어스에 대항하여 압력 해제 밸브에 작동한다.

가스 방출 기구 및 압력 해제 밸브의 일 예가 도 3에 도시되어 있다. 하우징은 가스 캡슐로부터 방출되는 가스의 유동을 지향시키기 위해 가스 캡슐(12)과 플라즈마 발생기(16) 사이에 연장되는 도관(38)을 포함한다. 가스 캡슐(12)은 캡슐의 헤드(42)에 밸브(40)를 포함한다. 이 예에서, 위치설정 수단은 압력 용기를 정위치에 위치설정하기 위해 하우징의 나사산이 형성된 상보적인 표면과 결합하도록 나사산이 형성된 헤드(42)의 외측 표면을 포함한다. 밸브(40)는, 압력 용기의 목부(neck)에서 슬라이딩 운동하도록 수용되고, 이 예에서 스프링(46)인 바이어싱 수단에 의해 폐쇄 위치로 바이어싱되는 슬라이딩 부재(44)를 포함한다. 압력 용기가 하우징 내에 위치설정될 때, 형성물 또는 돌출부(48)는 슬라이딩 부재(44)와 결합하여, (도 3에 화살표로 도시된 바와 같이) 슬라이딩 부재(44)를 용기 내로 밀어 밸브를 개방하여 용기로부터의 가스 유동을 허용한다. 밸브(40)는 압력 용기 내의 가스를 용기의 최대 압력, 예를 들어 80바(bar)로 유지하기에 충분한 밀봉 강도를 갖는다. 밸브는 슈레더 밸브(Schrader valve)일 수 있다.

캡슐을 위한 대안적인 밀봉 또는 밸브 구성이 가능하다. 예를 들어, 캡슐의 주둥이는 시일(seal)에 의해 유체 밀봉적으로 폐쇄될 수 있다. 가스의 전달은 양 단부에서 개방된 중공형 니들(needle)로 시일을 뚫음으로써 수행될 수 있다. 니들의 기부 단부는, 플라즈마 셀(plasma cell)로의 가스 유동을 조정하기 위해, 압력 조정기가 내부에 배치된 도관과 연통할 수 있다.

압력 해제 밸브(40)에 추가하여 플라즈마 발생기(16)로의 가스의 유동을 선택적으로 허용하기 위한 별개의 밸브(32)가 도 1에 도시되어 있지만, 대안적인 구성에서, 밸브(32)는 생략되어 가스 유동의 제어가 전적으로 압력 해제 밸브에 의해 선택적으로 팽창 챔버(15) 내로 제어되고 오리피스 플레이트를 통해 제어된 방식으로 방출될 수 있다.

플라즈마 챔버(16)에 들어가는 가스의 질량 또는 체적 유량은 바람직하게는 비-열 또는 비-평형 가스 플라즈마의 발생을 촉진하도록 제어된다. 예를 들어, 유량은 플라즈마 챔버 내에서의 가스의 체류 시간을 제어한다. 유속이 너무 높으면, 가스는 에너자이징되어 가스 플라즈마를 형성하는 일 없이 플라즈마 챔버를 통과해 유동할 수 있다. 또한, 플라즈마가 형성된다 할지라도, 어플리케이터를 통과한 유동은 처리 영역의 유익한 결과를 달성하기 위해 필요한 것보다 더 많을 수 있으며 따라서 가스의 낭비일 수 있다. 유속이 너무 느리면, 불충분한 플라즈마 유동이 어플리케이터를 통과해 발생되어, 처리 영역의 불충분한 처리, 또는 바람직하지 않거나 비-치료적인 가스 화학종의 발생으로 이어진다. 따라서, 장치(10)는 가스 캡슐과 플라즈마 발생기 사이의 가스의 유동을 조정하기 위한 유동 조정기(50)를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 유동 조정기가 가스의 유동 및 플라즈마 발생기로부터의 플라즈마를 조정하도록 위치설정될 수 있다. 유동 조정기는 유동 센서(72)를 갖는 피드백 루프 내에 배열되는 가변 유동 제어 밸브일 수 있다(도 4 참조). 유동 조정기에 대한 대안으로서, 플라즈마 발생기 내의 가스의 압력을 조정하기 위한 압력 조정기가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 유동 조정기는 가스 캡슐 내의 가스의 압력 범위의 전체에 걸쳐 플라즈마 발생기로의 가스의 일정한 유동을 달성하도록, 즉 캡슐이 가득 찬 경우에는 비교적 높은 압력을 그리고 캡슐이 비어 있는 경우에는 비교적 낮은 압력을 달성하도록 작동가능하다.

플라즈마(또는 플라즈마에 의해 발생되는 다른 기체 화학종)에 대한 처리 영역의 필요한 노출량은 장치(10)가 적용되어 수행하는 처리의 유형에 따라 다르다. 따라서, 가스 캡슐은 처리 영역에서 유익한 또는 치료적 효과를 달성하기에 충분한 시간 동안 물체 또는 인간이나 동물체의 처리 영역을 처리하는 플라즈마를 발생시키기 위해 사용 전에 충분한 양의 가스를 수용한다. 예를 들어, 분당 1리터의 유량으로 단일 치아를 미백화하는 데에 5초가 걸리고, 전형적인 입이 32개의 치아를 포함하는 경우, 가스 캡슐은 대기압 상태에 있는 적어도 2.66리터의 가스를 수용하여야 한다. 바람직하게는, 가스 캡슐은 복수의 처리를 위해 충분한 가스를 포함하고 더 낮은 유량으로 작동한다.

가스 캡슐은 적어도 2분 동안 (플라즈마) 플룸을 발생시키기 위해 또는 처리 영역에 유익한 효과를 제공하기에 충분한 (플라즈마) 플룸의 발생을 위해 충분한 양의 가스를 수용할 수 있다. 일단 플라즈마가 플라즈마 발생기(16)의 영역을 떠나 어플리케이터(18) 내로 들어가면, 플라즈마는 더 이상 엄밀히 말하자면 플라즈마를 유지하지 않고, 붕괴 이온성의 에너자이징된 기체 화학종을 포함하는 잔광(afterglow)이 된다. 잔광이 어플리케이터(18)를 떠날 때, 잔광은 플룸이 된다. 공기 가스가 플룸 내로 유도되고, 이들 공기 가스는 플룸 내의 존속하는 자유 라디칼, 에너자이징된 화학종 또는 대전된 화학종과 반응하여, 기질에 있는 유용한 화학 반응기, 예를 들어 생체 내에서 구강 박테리아를 파괴하거나 치아를 미백화하거나 또는 치아로부터 얼룩을 제거하도록 작용하는 화학 반응에 참가할 수 있는 반응성 산소 및/또는 반응성 질소 화학종을 형성할 수 있다.

압력 용기 또는 가스 캡슐 내에 수용될 수 있는 가스의 양은 압력 용기의 디자인, 및 장치의 전체 중량과 크기에 의해 제한된다. 이 후자에 관해서, 비교적 무거운 압력 용기는 다량의 가스를 저장하는 것이 가능할 수 있지만, 그러한 무거운 용기는 장치(10)에 적합하지 않은데, 그 이유는 장치를 손으로 유지 및 작동될 수 없게 만들 것이기 때문이다. 적합한 가스 캡슐은 적어도 80바 그리고 전형적으로 최대 200 내지 300바의 범위 내의 값의 압력에서 저장된, 대기압 상태에 있는 대략 4리터의 가스의 상당물을 수용하도록 구성된다는 것을 발견하였다. 가스 캡슐은 10㎖ 내지 100㎖의 물을 수용하기에 충분한 내부 체적을 가질 수 있다. 가스 캡슐은 대체로 원통형이고 길이가 100㎜ 미만, 직경이 35㎜ 미만일 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 가스 캡슐은 대략 길이가 100㎜이고 직경이 35㎜이다. 용기는 알루미늄 또는 스테인레스 강, 또는 연강(mild steel) 또는 다른 임의의 적합한 튼튼한 재료로 제조될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 그리고 아래에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 장치(10)는 가스 공급부로부터의 가스가 가스 캡슐(12)을 보충하거나 재충전하게 하기 위한 필러 밸브(filler valve)(52)를 포함한다. 필러 밸브(52)는 통상의 사용 중에는 가스 캡슐로부터의 가스의 배기를 방지하기 위해 폐쇄되어 있고, 용기를 재충전하는 것이 바람직할 때 개방될 수 있다. 밸브(52)는 재충전 유닛이 밸브(52)와 결합하여 밸브를 개방해 가스의 재충전을 허용한다는 점에서 도 3에 도시된 구성과 유사할 수 있다. 또한, 가스 캡슐은 하우징(28)과 일체로 형성되어 그 일부를 형성할 수 있으며 비었을 때 보충될 수 있다. 대안적으로, 가스 캡슐(12)은 사용자에 의해 장치(10)로부터 인출되어 재충전 유닛(134) 내로 삽입될 수 있다.

플라즈마 에너자이징 수단(22)은 플라즈마 발생기(16) 내에 전기장을 발생시키기 위한 2개의 전극(54, 56)을 포함한다. 소정 구성에서, 단일의 전극이 제공될 수 있으며, 예를 들어 2개의 전극이 구동 신호를 수신하고 1개의 전극이 접지되는 상태로 3개 이상의 전극이 제공될 수 있다. 신호 발생기(58)는 전극을 구동시키거나 에너자이징하기 위한 전기 신호를 발생시킨다. 전극들 중 적어도 하나, 그리고 바람직하게는 둘 모두 또는 전부는 연속적인 또는 장기의 아크 방전에 의해 야기되는 플라즈마의 과도한 가열을 방지하기 위해 유전체에 의해 플라즈마 챔버 내의 가스로부터 절연되는 유전체 배리어 방전(dielectric barrier discharge) 전극이다. 적합한 유전체 재료는 세라믹, 플라스틱 또는 유리이다. 그 전극 또는 각각의 전극을 절연하는 것은, 하나의 전극으로부터 플라즈마 또는 가스를 통해 다른 전극 또는 다른 전극들 각각으로 전류가 흐를 때 플라즈마 챔버 내에서의 아크 방전의 지속 시간을 감소시킨다.

도 4를 참조하면, 전극(54, 56)은 실질적으로 플라즈마 챔버(16) 전체에 역선(field line)(60)에 의해 도시된 전기장을 발생시키기 위해 서로 이격되어 있다. 이러한 방식으로, 플라즈마의 형성을 증가시키는 것이 가능한데, 그 이유는 플라즈마 챔버의 모든 부분에 있는 가스가 전기장과 상호 작용하기 때문이다.

전극들 중 하나(56)는 플라즈마 발생기의 주변부의 둘레에 형성된다. 플라즈마 발생기가 유전체로 형성되는 경우, 전극은 플라즈마 발생기의 벽의 구조물 내에 또는 벽의 외부 표면 상에 매설될 수 있다. 플라즈마 발생기가 전기적 도체로 형성되는 경우, 플라즈마 발생기의 벽 자체가 전극으로서 작용할 수 있다.

전극들 중 하나(54)가 플라즈마 발생기 내로 연장되는 프로브(probe)에 의해 형성되는 경우 플라즈마 발생이 촉진됨을 발견하였다. 프로브는 상기 플라즈마 발생기 내에서의 플라즈마의 발생을 증가시키기 위한 포인트를 형성하기 위해 그것의 단부에서 테이퍼가 형성되어 있다. 이 점에 관해서, 전기장의 밀도는 프로브의 포인트에 인접한 플라즈마 발생기의 영역에서 특히 증가된다. 프로브는 그것의 길이를 따라 유전체에 의해 전기적으로 절연될 수 있다.

플라즈마 에너자이징 수단(22)은 하나 이상의 플라즈마 에너자이징 모드, 예를 들어 AC 또는 펄스 DC 중 임의의 것으로 작동할 수 있으며, 플라즈마 챔버에 용량적으로 결합되거나 유도적으로 결합될 수 있다. 일 예에서, 신호 발생기(58)는 전극(54, 56)을 구동시키기 위해 41eV 및 8kHz의 펄스 DC 출력을 발생시키도록 구성된다. 펄스는 듀티 사이클(duty cycle)의 10 내지 20% 또는 10% 미만 동안 전극에 제공될 수 있다. 낮은 듀티 사이클은 플라즈마의 형성에 크게 영향을 미치지 않으면서 장치 내의 전기 에너지를 보존하는 것을 돕는데, 그 이유는 출력이 낮을 때 플라즈마는 챔버 내의 대전된 입자들의 캐스케이드(cascade)에 의해 계속하여 발생되기 때문이다. 대안적으로, 타이밍 회로(62)는 필요한 듀티 사이클에 걸쳐 신호 출력을 끄거나 켤 수 있다.

다른 구성에서, 신호 발생기(58)는 전극(54, 56)을 구동시키기 위해 1kV 및 30 내지 80kHz의 AC 신호 출력을 발생시키도록 구성된다. 이 범위는 신호 발생기가 전형적으로 사용 동안에 사람들에게 들리지 않도록 20kHz보다 크다. 20kHz 미만에서의 사용은 들을 수 있는 쉿쉿 소리를 생성할 수 있다.

도시된 AC 예에서, 플라즈마 에너자이징 수단(22)은 전극을 구동시키기 위한 신호 발생기로부터의 출력을 증폭하기 위한 증폭기(64)를 포함한다. 부하와 전기 에너지원의 임피던스를 정합시키기 위해 적합한 정합 회로(66)가 제공될 수 있다.

제어부(68)는 전극의 에너자이제이션을 제어하기 위해 플라즈마 에너자이징 수단(22)에 작동가능하게 연결된다. 이 예에서, 제어부(68)는 폐쇄되었을 때 전극(54, 56)의 에너자이제이션을 허용하는 전기 스위치(70)를 포함한다. 스위치(70)는 전술된 버튼 스위치(34)(이것은 또한 밸브(32)를 작동시킴)를 이용하여 사용자에 의해 수동으로 작동가능하다. 대안적으로, 별개의 사용자 입력 장치가 스위치(70)를 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 플라즈마 챔버 내로의 가스의 유동을 제어하는 것과 전극(54, 56)의 에너자이제이션을 위해 동일한 사용자 입력 장치를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 바람직하게는 가스 유동 및 전극의 에너자이제이션이 동시에 발생하거나, 가스 유동과 에너자이제이션 사이에 미리결정된 시간 지연이 있을 수 있기 때문이다. 또한, 전극의 에너자이제이션은 가스 유동이 미리결정된 최소의 필요 유동을 초과하지 않는 한 발생하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 제어부(68)와 제어부(30)는 통합되어 가스(14)의 유동을 허용하기 위한 유동 밸브(32) 및 전극의 에너자이제이션을 하용하기 위한 스위치(70)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 압력 용기(12)로부터 방출되는 가스(14)의 유동을 감지하기 위한 센서(72)가 제공된다. 제어부(68)는 가스의 유동이 미리결정된 질량 또는 체적 유량을 초과할 경우에만 전극의 에너자이제이션을 허용한다.

도 5 및 도 6에 도시된 일 구성에서, 통합된 제어부(30, 68)는 기계적 링크 장치를 포함하여, 사용자 입력 장치(34)의 작동이 밸브(32) 내의 밸브 플레이트의 운동 및 스위치(70) 내의 전기 접점들의 접속을 야기할 수 있다. 더 상세하게, 입력 장치 또는 슬라이드 스위치(34)는 피벗 아암에 의해 밸브 플레이트(74)에 그리고 전기 접점(76)에 접속되어 있다. 도 5에 도시된 기계적 링크 장치의 상태에서, 밸브 플레이트(74)는 밸브 시트(78)에 맞대어져 밀봉되어 가스 유동을 폐쇄한다. 전기 접점(76)은 제 2 전기 접점(80)으로부터 이격되어 있다. 도 6에 도시된 상태에서, 밸브 플레이트(74)는 밸브 시트(78)로부터 이격되어 가스 유동을 개방하고, 접점(76)과 접점(80) 사이의 전기적 접촉이 이루어져 전기 에너지원(20)이 플라즈마 발생 수단(22)을 에너자이징하게 한다.

전기 에너지원(20)은 하나 이상의 전지일 수 있으며 바람직하게는 전지는 재충전가능하다. 이 경우에, 하우징(28)은 주 전원에 접속되는 플러그를 수용하기 위한 전기 소켓, 및 전지를 재충전하기 위한 재충전 회로(82)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 장치는 재충전을 위해 전지를 재충전 유닛에 유도적으로 결합시키기 위해 전지에 접속되는, 예를 들어 재충전 유닛 내의 1차 권선 및 장치 내의 2차 권선을 포함한다.

하우징(28)은 전지를 하우징 내에 위치설정하기 위한 인클로저(enclosure)(84), 및 에너지를 플라즈마 에너자이징 수단(22)에 공급하기 위해 전지가 인클로저 내에 위치설정될 때 전지에 접속되는 전기 단자(도시되지 않음)를 포함한다.

자유로운 범위의 사용자에 의한 장치의 운동을 허용하기 위해, 전기 에너지원은 사용 동안에 주 전원 또는 다른 공급부에 접속되지 않는 것이 바람직하다. 장치가 습윤 환경 예를 들어 욕실에서 사용될 수 있기 때문에 케이블을 피하는 것이 유리하다는 것이 또한 이해될 것이다. 또한, 일부 욕실은 전기 소켓을 갖고 있지 않다. 그러나, 장치(10)는 사용 동안에 전기 케이블에 의해 소켓에 접속될 수 있다. 이 경우에, 전기 에너지원(20)은 변압기를 포함할 수 있으며, 하우징은 전력 공급 장치에 접속되는 플러그를 수용하기 위한 소켓을 포함한다. 변압기는 플라즈마 에너자이징 수단(22)에 적합한 형태의 에너지를 공급하도록 구성된다. 플러그 및 변압기는 예를 들어 플러그를 자동차의 라이터(cigarette lighter)의 소켓 내로 삽입하고 플라즈마 에너자이징 수단에 적합한 전력을 전달함으로써 차량의 에너지 공급부에 연결되도록 구성될 수 있다.

어플리케이터(18)는 플라즈마 발생기(16)로부터 처리 영역으로 가스 플라즈마를 지향시키기 위한 임의의 적합한 형태를 취할 수 있다. 가장 간단한 형태에서, 어플리케이터는 플라즈마 챔버 내의 개구를 포함할 수 있다. 그러나, 도 1에 도시된 바와 같이, 어플리케이터(18)는 플라즈마 플룸(24)을 형성하기 위한 개구(26), 및 플라즈마 발생기(16)로부터 헤드로 생성되는 잔광을 보내기 위한 덕트(88)를 포함한다. 덕트는 바람직하게는 직경이 대략 1㎜ 내지 5㎜이며, 이는 처리 영역으로의 플라즈마의 신속한 직통 유동을 야기하기에 충분히 작다. 덕트는 도시된 바와 같이 직선형일 수 있으며, 처리 영역에 대한 접근을 허용하도록 구성될 수 있다. 어플리케이터는 전형적으로 약 10㎝ 미만인 길이를 갖는다.

헤드는 개구의 형태를 취할 수 있거나, 대안적으로 유동을 집중시키기 위한 노즐을 포함할 수 있다. 헤드는 플라즈마를 발생시키기 위해 사용되는 고전압으로부터 사용자를 보호하고 플라즈마 챔버의 오염의 위험을 감소시키기에 충분히 플라즈마 발생기로부터 이격되어 있다.

도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같은 3개의 예에서, 장치(10)는 인간 또는 동물체의 구강 영역을 처리하도록 구성되며, 어플리케이터 헤드는 그러한 구강 처리에 적합한 반응성 화학종의 유동을 발생시키도록 구성된다.

먼저 도 8을 참조하면, 어플리케이터(90)는 어플리케이터 헤드(92), 내부에 잔광이 존재하는 가스를 헤드로 보내고 또한 처리 영역으로부터 멀리 가스를 보내기 위한 하나 이상의 덕트를 갖는 중앙부(94), 및 어플리케이터를 하우징(28)에 연결하기 위한 연결부(96)를 포함한다. 헤드(92)는 처리 영역, 예를 들어 2개의 치아를 수용하도록 크기설정되고 형상이 이루어지며 가요성 재료로 형성된 캐비티(cavity)를 형성한다. 캐비티는 대안적으로 오직 하나의 치아 또는 3개 이상의 치아를 수용하도록 형상이 이루어질 수 있다. 헤드(92)는 캐비티가 치아를 수용했을 때 치아의 에나멜질의 표면적의 실질적으로 전부, 및 선택적으로 잇몸의 기부가 처리를 위해 플라즈마 또는 다른 활성 기체 화학종에 노출되도록 구성된다.

연결부(94)는 어플리케이터를 하우징에 고정하기 위해 하우징(28)의 단부에 있는 상보적인 연결부(96)와 결합하도록 구성된다. 어플리케이터 연결부(94)는 하우징 연결부(96) 내의 각각의 복수의 리세스(recess) 또는 키 구멍(key hole)(97) 내에 수용되는 복수의 형성물 또는 키(95)를 포함한다. 일단 리세스 내에 수용되면, 어플리케이터 및 하우징은 상대 회전하여 어플리케이터를 정위치에 록킹(locking)한다.

연결부(94, 96)는 연결되었을 때 장치(10)의 하나 이상의 기능의 활성화를 허용하도록, 그리고 연결되지 않았을 때 기능의 활성화를 방지하도록 구성된다. 유사하게, 하우징에 대한 하나의 어플리케이터의 연결은 일 세트의 기능의 활성화를 허용할 수 있는 반면, 하우징에 대한 다른 어플리케이터의 연결은 다른 세트의 기능을 활성화시킬 수 있다. 하우징(28)에 대한 어플리케이터(90)의 연결은 사용자 입력 장치(34)가 작동될 때 플라즈마 에너자이징 수단(22)의 활성화 및 플라즈마 챔버(16)로의 가스 유동의 활성화를 허용하도록 구성된다. 그러한 연결이 없으면, 사용자 입력 장치의 작동은 이들 기능을 활성화시킬 수 없다.

도 10에 도시된 바와 같이, 연결부(94, 96)는 소정의 선택된 기능의 활성화를 허용하도록 접속되는 상보적인 전기 접점들을 포함할 수 있다. 이 구성이 도 10에 개략적으로 도시되어 있다. 도 10에서 연결부(94)는 어플리케이터를 하우징에 록킹하도록 연결부(96) 내에서 회전가능하다. 록킹되었을 때, 연결부(94) 상의 전기 접점(98)은 연결부(96) 상의 전기 접점(100)과 접촉하며, 이에 의해 각각의 전자 스위치를 닫히게 하여 밸브(32)에 의한 가스 유동의 활성화, 스위치(70)에 의한 플라즈마 에너자이징 수단의 활성화, 및 배기 수단(102)(아래에서 설명됨)의 활성화를 허용한다. 칫솔 헤드에 운동을 부여하기 위한 수단(104)의 활성화는 이러한 구성에서는 허용되지 않는다.

상이한 어플리케이터가 하우징에 연결될 때, 장치의 상이한 기능이 허용된다. 이 점에 관해서, 도 11은 도 7에 더 상세하게 도시된 어플리케이터(110)를 개략적으로 도시하고 있다. 어플리케이터(110)는 치아를 클리닝하기 위한 강모를 포함하는 전형적인 칫솔과 유사한 어플리케이터 헤드(112)를 포함한다. 어플리케이터(110)는 하우징(28)의 연결부(96)와 결합하기 위한 연결부(114)를 더 포함한다. 어플리케이터(110) 내에는 연결부(114)와 헤드(112) 사이에 덕트가 필요하지 않은데, 그 이유는 어플리케이터(110)가 플라즈마 처리 없이 사용되도록 설계되기 때문이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 연결부(114)가 연결부(96) 내에 수용되고 회전하여 어플리케이터(110)를 하우징(28)에 록킹할 때, 연결부(114) 상의 전기 접점(106)은 연결부(96) 상의 전기 접점(108)과 접촉하며, 이에 의해 전자 스위치를 닫히게 하여, 칫솔 헤드 또는 칫솔질을 돕기 위한 다른 수단에 운동을 부여하기 위한 수단(104)의 활성화를 허용한다. 장치(10)의 다른 기능(32, 70, 102)은 이러한 구성에서 비활성화되어, 보통의 칫솔질이 수행될 때에는 플라즈마가 전달되지 않는다.

어플리케이터(110)가 칫솔질을 돕기 위한 진동을 활성화시키기 위한 전기 접점을 포함하는 것으로 도시되지만, 대신에 연결부(114)는 전기 접점이 없을 수 있으며 어플리케이터(110)는 그렇다면 보통의 칫솔로서 사용된다. 제공되는 경우, 진동 수단(104)은 어플리케이터 헤드(112)를 진동시키거나 다른 방식으로 이동시키기 위해 어플리케이터에 연결된 이심의(eccentric) 샤프트부를 갖는 구동 샤프트를 구동시키기 위한 전기 모터를 포함할 수 있다. 대안적으로, 모터는 치아 클리닝을 돕기 위해 헤드를 회전시키도록 구성된다.

다시 도 8을 참조하면, 도 2에 또한 도시되어 있는 어플리케이터(90)는, 중앙부(94)에, 내부에 잔광이 존재하는 가스를 플라즈마 챔버로부터 어플리케이터 헤드(92)로 보내기 위한 덕트(88), 및 처리 영역으로부터 멀리 플라즈마 또는 가스를 보내기 위한 덕트(116)를 포함한다. 덕트(116)는 처리 영역으로부터 연장되고 펌핑 수단(118)과 유체 연통하는, 어플리케이터(90) 내의 배출 덕트를 형성한다. 펌핑 수단(118)은 처리 영역으로부터 가스 또는 플라즈마를 펌핑하기 위한 모터(120)에 의해 구동된다. 구성요소(116, 118, 120)를 포함하는 배기 수단(102)은 처리 후에 처리 영역으로부터 가스 또는 플라즈마를 배기하여, 특히 구강 처리에서 사용자는 상당한 양의 가스 또는 플라즈마를 흡입하지 않는다.

배기 수단(102)에 의해 배출된 배출 가스는 과열에 민감한 장치의 부품을 냉각하기 위해 사용될 수 있다. 배출된 가스는 활성 필터(119), 예를 들어 고무, 실리카, 숯, 제올라이트에 의해 여과될 수 있다.

대안적으로, 장치의 내부 구성요소 위로 냉각 공기를 펌핑하기 위해 별개의 펌핑 수단이 공급될 수 있다. 구성요소를 냉각하기 위해 방출될 수 있는 이산화탄소 또는 물과 같은 유체의 또 다른 공급원이 제공될 수 있다. 가열에 민감한 장치(10)의 내부 구성요소에는 핀(fin)과 같은 열 소산 수단이 제공될 수 있으며, 별개의 구성에서 장치는 전기 입력 및 가스 입력의 질량을 측정하도록 설계될 수 있다. 따라서, 열전달이 측정될 수 있으며 안전한 피드백 시스템이 설계될 수 있다.

배기 수단의 작동을 제어하기 위한 제어부가 제공된다. 제어부는 바람직하게는 제어부(30, 68)와 통합되며, 사용자 입력 장치(34)에 작동가능하게 연결된 모터(120)를 작동시키기 위한 전자 스위치를 포함한다. 따라서, 제어부는 가스가 플라즈마 챔버에 공급되고 플라즈마 에너자이징 수단이 플라즈마를 발생시킬 때 처리 영역으로부터 가스 또는 플라즈마를 배기하도록 배기 수단을 제어하도록 작동가능하다. 처리 영역으로부터의 플라즈마 또는 가스의 배기 효율을 증가시키기 위해, 배기 수단(102)은 가스 캡슐(12)로부터의 방출에 의해 야기되는 그리고 처리 영역 내로의 가스의 유동보다 큰, 처리 영역으로부터 멀어지는 가스 또는 플라즈마의 유동을 야기하도록 구성된다.

상이한 헤드를 갖고 배기 덕트(116)를 갖고 있지 않지만 도 8에 도시된 어플리케이터(90)와 대체로 유사한 제 3 어플리케이터(122)가 도 9에 도시되어 있다. 어플리케이터(122)는 플라즈마 또는 활성 기체 화학종을 사용자의 치아와 같은 처리 영역 상으로 지향시키기 위한 복수의 가는(fine) 중공형 튜브(125)를 포함하는 어플리케이터 헤드(124)를 포함한다. 가는 중공형 튜브는 압출과 같은 임의의 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다. 튜브는 플라즈마 또는 활성 화학종을 튜브들로 대체로 균등하게 분배하기 위해 헤드에 있는 매니폴드 캐비티(127)에 연결된다.

도 12는 제 4 어플리케이터(126)를 도시하고 있다. 어플리케이터 헤드(128)는 스포츠에서 사용되는 바와 같은 마우스피스와 형상이 유사하며, 복수의 치아를 처리하기 위한 유동 플라즈마 또는 활성 화학종을 지향시키기 위해 인간 또는 동물체의 입 안에 위치되도록 구성되는 하나 이상의 채널(129)을 포함한다. 더 상세하게, 각각의 채널은 윗턱 또는 아래턱의 치아에 상응하도록 대체로 아치 형상을 이룬다. 대안적으로, 어플리케이터 헤드는 상부의 치아 세트와 하부의 치아 세트 둘 모두를 동시에 처리하기 위해 하나는 상방으로 지향시키고 다른 하나는 하방으로 지향시키는 2개의 그러한 채널을 포함할 수 있다.

장치(10)는 단일의 어플리케이터, 예를 들어 도 8에 도시된 어플리케이터(90)를 포함할 수 있거나, 대안적으로 장치(10)는 도 7 내지 도 9 및 도 12에 도시된 바와 같은, 각각이 특정 기능을 수행하는 복수의 상호 교환가능한 어플리케이터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 어플리케이터(110)를 갖는 장치(10)를 사용하여 보통의 방법으로, 선택적으로 진동으로, 치아를 닦는 것을 가능하게 하고, 또한 어플리케이터(90, 122, 126) 중 임의의 하나 이상에 의해 플라즈마 또는 다른 활성 화학종으로 치아를 처리할 수 있는 것을 가능하게 하는 것이 바람직하다.

도 1을 참조하면, 장치(10)는 장치의 상태, 예를 들어 가스 캡슐(12)의 가스량, 전기 에너지원(20) 내에 남아 있는 전하량, 또는 어플리케이터로부터 방출되는 플라즈마 플룸의 온도 중 하나 이상을 나타내는 값을 디스플레이하기 위한 디스플레이(130)를 포함할 수 있다. 디스플레이는 그래픽 LCD일 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 압력 용기의 가스량, 전기 에너지원 내의 전하, 또는 플라즈마 플룸의 온도와 같은 장치의 상태가 미리결정된 양을 초과하여 감소하거나 증가할 때 사용자에게 경고하기 위한 수단(132)이 제공될 수 있다. 경고 수단(132)은 가스 캡슐 또는 전기 에너지원을 재충전 또는 교체하거나, 상해를 피하기 위해 처리 영역으로부터 장치를 제거할 것을 사용자에게 촉구하는, 사용자가 들을 수 있는 소리를 발생시키기 위한 수단 또는 LED와 같은 경고등을 포함할 수 있다.

가스 캡슐(12)은 바람직하게는 상기 플라즈마 발생기 내에 비-열 가스 플라즈마를 형성하기 위해 헬륨 또는 다른 희가스와 같은 가스 또는 가스들의 혼합물을 수용한다. 즉, 가스는 비교적 적은 양의 에너지가 플라즈마 에너자이징 수단(22)에 의해 플라즈마 발생기(16)에 입력될 때 플라즈마를 형성할 수 있다. 가스 플라즈마의 형성에서, 발생된 전기장은 고에너지 전자가 가스 원자 또는 분자와 충돌하게 하여 전자를 제거하고, 이에 의해 전자 및 이온의 바다를 형성한다. 일반적으로, 약 40℃ 미만의 온도에 있는 비-열 플라즈마 유동 또는 플룸의 발생은 헬륨에 기초한 가스에서 달성될 수 있다. 대안적으로, 가스 플라즈마는 하나 이상의 다른 희가스에 기초할 수 있다. 인간 또는 동물체를 처리할 때 비교적 낮은 온도가 요구되는데, 그 이유는 높은 온도는 생체 세포를 죽여 괴사 또는 고통을 야기할 수 있기 때문이다.

도 1, 도 13 및 도 14를 참조하면, 장치(10) 및 재충전 유닛(134)을 포함하는 기기가 도시되어 있다. 재충전 유닛은 장치(10)의 가스 캡슐(12)에 가스를 공급하기 위한 가스를 수용하는 재충전 압력 용기(136), 및 장치 내의 전기 에너지원(20)을 재충전하기 위한 전기 재충전 수단(138)을 포함한다. 대안적인 구성에서, 재충전 유닛은 재충전 압력 용기(136)와 전기 재충전 수단(138) 중 하나만을 포함할 수 있다. 교체 압력 용기(12)는 장치 내에서의 사용에 의해 이전의 용기에 가스가 고갈되었을 때 사용될 수 있거나, 새로운 전지는 방전되었을 때 에너지원(20)을 교체하기 위해 사용된다.

재충전 유닛 및 장치 가스 캡슐(12)은, 가스 캡슐이 도시된 바와 같이 연결되었을 때 개방되어 장치 가스 캡슐(12)로의 가스의 공급을 허용할 수 있고, 압력 용기가 연결되지 않았을 때 폐쇄되는 각각의 재충전 밸브(140, 142)를 포함한다. 밸브 구성은 도 3에 도시된 구성과 유사할 수 있다.

재충전 유닛(134)은 재충전 압력 용기(136)를 저장하기 위한 직립부(144)를 갖는 스탠드(stand)로 이루어진다. 재충전 압력 용기는 비교적 더 크고, 더 큰 압력 체적을 가질 수 있으며, 장치를 다수 회, 아마도 20회 만큼 많이 보충하기에 충분한 가스를 수용할 수 있다. 재충전 유닛은 또한 장치를 착좌시키기 위한 시트(146)를 포함한다. 장치(10)가 재충전 유닛 내에 착좌되었을 때, 압력 용기(12, 136)가 연결되어 장치 가스 캡슐(12)로의 가스의 공급을 허용한다. 이 점에 관해서, 장치 가스 캡슐(12)의 재충전 밸브(140)와 결합하여 개방시키도록 구성된 제 1 단부, 및 재충전 압력 용기(136)에 연결되는 제 2 단부를 갖는, 선택적으로 밸브(150)를 포함하는 도관(148)이 제공된다. 따라서, 장치(10)가 재충전 유닛(134) 내에 착좌되었을 때, 장치(10)의 압력 용기(12)는 자동적으로 보충된다.

대안적인 구성에서, 재충전을 위해 장치(10)의 전체를 재충전 유닛 상에 착좌시키기 보다는, 시트(146)는 장치 가스 캡슐(12)이 장치로부터 제거되었을 때 장치 가스 캡슐(12)을 착좌시킨다. 따라서, 장치 가스 캡슐(12)이 재충전 유닛 내에 착좌되었을 때, 압력 용기(12, 136)가 연결되어 장치 가스 캡슐로의 가스의 공급을 허용한다.

이 경우에, 기기는 적어도 2개의 장치 가스 캡슐(12)을 포함할 수 있다. 언제든지, 하나 이상의 장치 가스 캡슐(12)이 재충전을 위해 재충전 유닛(134) 내에 착좌될 수 있고, 하나의 장치 가스 캡슐(12)이 가스 유동을 발생시키는 것에 사용하기 위해 장치 하우징(28) 내에 수용될 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 전기 재충전 수단(138)은, 플러그(154)를 통해 예를 들어 주 전원으로부터 전기 에너지를 수용하고, 에너지원(20)이 전기 재충전 수단(138)에 연결되었을 때 장치(10) 내의 전기 에너지원(20)을 재충전하기 위한 전기 에너지를 공급하기 위한 제어 회로(152)를 포함한다. 장치가 재충전 유닛 내의 시트(146)에 착좌되었을 때, 재충전 유닛이 주 전원에 연결되어 있다면 에너지원(20)은 전기 재충전 수단에 자동적으로 연결된다.

시트(146) 및 장치(10) 중 하나는 형성물 또는 돌출부(154)를 포함할 수 있고 나머지 하나는 리세스(156)를 포함하며, 형성물 또는 돌출부(154)와 리세스(156)는 맞물려, 예를 들어 에너지원(20)을 충전하기 위한 유도적으로 결합된 충전 수단의 1차 및 2차 코일들의 근접을 허용한다.

대안적인 구성에서, 에너지원(20)은 에너지원(20)을 장치(10)로부터 제거하고, 재충전 유닛에 연결되도록 시트(146) 상에 배치하고, 재충전 수단(138)으로 재충전함으로써 재충전될 수 있다.

예를 들어 미백화, 클리닝, 소독, 또는 신체의 구강 영역을 치료하기 위한 장치(10)의 사용에서, 사용자는 하우징(28)에 고정하기 위한 적절한 어플리케이터(18)를 선택한다. 어플리케이터에 따라, 장치(10)의 선택된 기능은 사용자가 사용자 입력 장치(34)를 작동시킬 때 활성화될 수 있다. 플라즈마 처리의 경우, 사용자 입력 장치의 작동은 밸브(32)를 개방하고, 스위치(70)를 닫히게 하며, 배기 수단(102)을 활성화시킨다. 플라즈마 발생기(16) 내로 충분한 가스 유동(예를 들어, 헬륨)이 있다면, 플라즈마 에너자이징 수단(22)은 플라즈마 발생기 내의 가스를 에너자이징하여 플라즈마를 형성한다. 실질적으로 플라즈마 발생기의 전부가 전기장에 노출되지만, 생성되는 플라즈마의 이온화의 정도는 제한될 수 있다. 플라즈마는 발생기로부터 유동하고, 어플리케이터(18)를 통해 유동하는 잔광이 된다. 사용자는 생성되는 가스 플룸이 처리 영역, 예를 들어 하나 이상의 치아 위로 유동하도록 어플리케이터 헤드를 위치시킨다. 처리 동안에, 배기 수단은 처리 영역으로부터 가스를 배기한다. 처리가 완료되었을 때, 사용자는 사용자 입력 장치(34)를 작동시켜 가스 유동, 플라즈마 에너자이징 수단(22) 및 배기 수단(102)을 비활성화시킨다.

불가피하게, 일부 플룸은 주위 공기(예를 들어, 산소, 질소 및 아르곤)와 상호 작용하여 약간의 화학적 붕괴를 야기해 활성 기체 화학종, 특히 반응성 산소 화학종(reactive oxygen species, ROS) 및 반응성 질소 화학종(reactive nitrogen species, RNS)을 형성한다. 예를 들어, 플룸과 산소의 상호 작용은 하이드록실 라디칼 및/또는 오존을 형성할 수 있다. 둘 모두는 강한 산화제이며, 다른 활성 기체 화학종과 마찬가지로 처리 영역에 대한 유익한 또는 치료적인 효과에 공헌할 수 있다.

다른 실시예에서, 장치는 비-열 플라즈마의 발생 없이 또는 다른 에너자이징 기술을 이용함으로써 오존 또는 다른 활성 기체 화학종을 발생시키도록 구성된다.

그러한 장치는 비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키며, 다르게 기재되는 점을 제외하고는 장치(10)와 동등한 특징부를 갖는다. 장치는 가스 캡슐을 포함하며, 가스 캡슐은 가스를 압력 하에서 유지하고, 용기로부터 방출될 때 반응 챔버를 통과해 어플리케이터로의 가스의 유동을 형성한다. 가스 캡슐로부터 방출된 가스는 플라즈마 발생기 내에서 이온화되어 활성 기체 화학종을 형성한다.

장치는 전기 에너지원, 및 플라즈마 발생기 내의 가스를 에너자이징하여 기체 화학종을 형성하기 위해 전기 에너지원에 전기적으로 접속되는 에너자이징 수단을 더 포함한다.

어플리케이터는 장치로부터의 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위해 플라즈마 발생기로부터의 기체 화학종의 유동을 지향시킨다. 하우징은 가스 캡슐, 플라즈마 발생기, 전기 에너지원 및 에너자이징 수단을 수용한다. 하우징은 장치가 사용자에 의해 손으로 유지 및 작동될 수 있고 기체 화학종의 유동이 물체 또는 사람이나 동물체의 처리 영역을 처리하도록 지향될 수 있도록 크기설정되며 중량을 갖는다. 가스 캡슐은 산소를 포함할 수 있으며, 이 경우에 형성되는 에너자이징된 기체 화학종은 1중항 산소(singlet oxygen)이다. 산소 분자와 1중항 산소의 반응에 의해 오존이 형성된다. 이제 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 일 형태가 개략적으로 도시되어 있으며, 여기에서 12V DC 신호는 15% 듀티 사이클 중에 플라즈마 발생기를 작동시키기 위한 6kV AC 신호로 변환된다. 낮은 듀티 사이클은 플라즈마의 형성에 크게 영향을 미치지 않으면서 장치 내의 전기 에너지를 보존하는 것을 돕는다.

도 15에 도시된 장치는 최대 100㎖, 그러나 바람직하게는 대략 20㎖ 정도의 물 용량을 갖는 원통형 가스 캡슐(502)을 갖는다. 가스 캡슐(502)에는 온-오프 밸브(504)가 설치된다. 밸브(504)는 도 3을 참조하여 본 명세서에 설명된 것 그리고 도 3에 도시된 것과 동일한 종류일 수 있다. 밸브(504)는 도 3을 참조하여 설명된 것과 유사하고 도 3에 도시된 바와 같은 장치에 의해 작동될 수 있다. 작동을 위해 장치를 준비하기 위해서, 캡슐로부터 비-열 가스 플라즈마의 발생기로의 가스의 공급을 제어하기 위한 밸브를 포함하는 하우징(506) 내에 가스 캡슐(502)이 도킹되며, 발생기 또한 하우징(506) 내에 제공된다. 추가적으로, 하우징은 DC 전류를 공급하기 위한 하나 이상의 전지, 및 DC 전압을 AC 전압으로 변환하고 AC 전압을 플라즈마 발생기의 전극에 인가하기 위한 전기적 수단을 수용한다.

하우징(506)은 가스 캡슐(502)로부터 플라즈마 발생기(510)로의 가스의 유동을 위한 가스 통로(508)를 갖는다. 통로(508)는 차례로 압력 조정기(512), 유동 센서(514) 및 솔레노이드 밸브(516)를 모두 플라즈마 발생기(510)의 상류에 수용한다.

하우징(506)은 12V 전지(520)를 수용한다. 전지에는 디스플레이 LED(522)가 제공된다. 디스플레이 LED는 전지의 상태를 나타낼 수 있는데, 즉 전지(520) 내의 이용가능한 전력이 낮은 경우에 사용자에게 알린다. 전지(520)는 고전압 발생기(526)와 함께 저전압 신호 발생기(524)에 전력을 제공한다. 논리 회로의 형태인 제어부(528)는 신호 발생기(524, 526)에 출력을 선택적으로 공급하기 위해 기기의 상태에 따라 복수의 입력을 수신하도록 구성된다. 제 1 입력은 주 온-오프 스위치(530)로부터 온다. 이 스위치가 "오프" 위치에 있는 경우, 플라즈마 발생기에 대한 가스 공급이나 전력 공급 어느 것도 개시될 수 없다. 제 2 입력은 LED(522)로부터일 수 있다. 전지가 낮은 경우, 플라즈마 발생기에 대한 가스 공급이나 전력 공급 어느 것도 개시될 수 없다. 제어부로의 제 3 입력은 유동 센서(514)로부터이다. 유동 센서가 플라즈마 발생기(510)로의 가스의 유동을 검출하지 않은 경우, 플라즈마 발생기(510)로의 전력 공급은 개시될 수 없다. 바람직하게는, 논리 회로(528)는 유동 센서(514)가 플라즈마 발생기로의 가스의 통과를 감지한 후에 미리결정된 시간 동안 플라즈마 발생기(510)로의 전력 출력의 발생을 지연시키는 시간 지연 수단을 포함한다. 이것은 플라즈마 발생의 개시 전에 가스가 플라즈마 발생기(510)를 퍼징(purging)하는 것을 가능하게 한다.

도 15에 도시된 장치에는 보조 온-오프 스위치(532)가 제공된다. 스위치(532)가 "오프" 위치에 있을 때, 솔레노이드 밸브(516)는 폐쇄 위치에 있다. 따라서 가스는 플라즈마 발생기(510)로 유동하는 것이 방지된다. 한편, 스위치가 "온" 위치에 있을 때, 주 스위치(530)가 또한 "온" 위치에 있다면, 논리 회로는 솔레노이드 밸브(516)를 개방시키기 위해 솔레노이드 밸브(516)에 신호를 보낸다. 따라서 플라즈마 발생기로의 가스의 유동이 검출되고, 플라즈마 발생 신호가 플라즈마 발생기(510)로 보내질 수 있다.

원한다면, 단일 온-오프 스위치가 둘 모두의 스위치(530, 532)의 기능을 수행할 수 있다.

플라즈마 발생기(510)는 비-열 반응성 기체 화학종의 플룸을 목표 표면에 지향시키도록 구성된 어플리케이터(540)와 연통하는 출구를 갖는다.

신호 발생기(524, 526)는 다수의 구성요소 및 회로(개별적으로 도시되지 않음)를 통해 12V 전지로부터의 전류를, 비-열 플라즈마의 발생에 적합한 2 내지 10kHz의 주파수의 4 내지 6kV 범위 내에 있는 펄스 출력 전압으로 변환시킨다. 그러한 회로 및 구성요소는 전자 공학 및 전기 공학의 분야에서 잘 알려져 있으며 본 명세서에 충분히 상세하게 기재될 필요가 없다. 기본적으로, 제논 플래쉬램프와 함께 사용되는 종류의 회로가 말하자면 320V까지 전지가 커패시터를 충전하는 것을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 변압기가 전압을 승압시키고 4 내지 6kV의 원하는 범위 내의 전압 펄스가 발생되는 것을 가능하게 하기 위해 사용될 수 있다. 뚜렷하고 명확한 펄스를 생성하기 위해, 턴(turn)의 수 및 변압기의 권선의 인덕턴스를 낮은 수준으로 유지하고 적당한 승압비를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 접근법은 누출 인덕턴스의 불필요한 기생 요소 및 표유 권선 커패시턴스(stray winding capacitance)를 최소로 유지하는 것을 돕는데, 이 둘 모두는 펄스 왜곡의 원인이다.

펄스 변압기가 낮은 1차 권선 인덕턴스를 갖기 때문에, 코어 내에 작동 자기 플럭스를 발생시키는 자화 전류는 상당하여, 펄스 발생 동안에 변압기 내에 상당한 자기 에너지가 저장되게 된다. 효율적인 디자인을 위해, 이 자기 에너지는 펄스의 단부에서 회수되어, 다음 펄스를 발생시킬 준비가 된 다른 형태로(보통 커패시터에 전하로서) 일시적으로 유지된다.

어떠한 경우에도, 코어 내의 자기 플럭스는 다음 펄스가 발생되기 전에 제로로 복귀되어야 하며, 그렇지 않으면 코어가 포화될 때까지 연속적인 펄스에 의해 플럭스가 형성되고, 코어가 포화된 시점에서 변압기는 작동을 멈추고 구동 전자장치에 대한 단락(short circuit)으로서 작용한다.

이 경우에 사용될 수 있는, 스위치-모드(switched-mode) 전력 공급 변압기에서의 자기 에너지 회수의 통상적인 방법은 이른바 "플라이백(flyback)" 권선의 사용에 의하는 것이다. 이것은 보통 1차 권선과 동일하며, 둘 사이의 자기 결합의 높은 수준을 보장하기 위해 둘 모두가 코어 상에 동시에 권선된다(양극 권선). 플라이백 권선은 차단 다이오드를 거쳐 접지와 DC 공급부의 레저버 커패시터(reservoir capacitor) 사이를 연결한다.

펄스 발생 동안에 고정 전압이 1차 권선에 인가되고 전류가 증가되어 코어 내에 자기 플럭스를 형성하며, 이것은 플라이백 권선을 가로질러 동등한 반대의 전압을 유도한다(그러나 차단 다이오드로 인해 전류는 유동하지 않는다). 펄스의 단부에서의 1차 전류의 중단은 강제로 자기장이 붕괴하기 시작하게 하고, 이는 플라이백 권선을 가로질러 유도된 전압을 역전시키고 전류가 다시 전력 공급 커패시터 내로 유동하게 한다. 플럭스 및 전류는 다음 펄스를 위해 준비가 된 제로까지 완만하게 감소한다.

다른 적합한 변압기 구성은 바이필러 권선된(bifilar wound) 2개의 동일한 1차 권선이 교번하여 DC 전력 공급부에 접속되는 푸시-풀(push-pull) 디자인이다. 권선의 위상은 코어 내의 자기 플럭스가, 각각 교번하여 움직이는 대향 방향들을 갖도록 발생되게 구성된다.

푸시-풀 디자인은 또한 플라이백 접근법과 매우 유사한 방식으로 저장된 자기 에너지가 회수되어 전력 공급 커패시터로 복귀되게 하며, 여기서 차단 다이오드는 이제 능동 트랜지스터 스위치가 된다. 동일한 변압기 디자인이 이제 양 접근법을 위해 사용될 수 있다.

푸시-풀 디자인은 추가의 스위칭 트랜지스터 및 제어부를 필요로 하지만, 양의 플럭스 편의(flux excursion)와 음의 플럭스 편의 둘 모두를 이용함으로써 코어의 한계 내에서 자기 플럭스의 변화를 두 배로 할 수 있는 가능성을 허용한다. 전술된 플라이백 디자인은 단지 단극 플럭스 편의를 허용할 뿐이다.

Claims

비-열 기체 화학종(non-thermal gaseous species)의 유동을 발생시키기 위한 장치에 있어서,
가스 캡슐로서, 가스를 압력 하에서 유지하고, 상기 캡슐로부터 방출될 때 반응 챔버를 통과하는 가스의 유동을 형성하기 위한 상기 가스 캡슐과,
상기 캡슐로부터 방출된 가스가 내부에서 에너자이징(energising)되어 상기 기체 화학종을 발생시킬 수 있는 반응 발생기와,
전기 에너지원과,
상기 반응 발생기 내의 가스를 에너자이징하여 상기 기체 화학종을 형성하기 위해 상기 전기 에너지원에 전기적으로 접속되는 에너자이징 수단; 및
상기 가스 캡슐, 상기 반응 발생기, 상기 전기 에너지원 및 상기 에너자이징 수단을 수용하기 위한 하우징을 포함하며,
상기 장치는 상기 장치가 사용자에 의해 손으로 유지 및 작동될 수 있고, 상기 기체 화학종의 유동이 물체 또는 사람이나 동물체의 처리 영역을 처리하도록 지향될 수 있는 크기 및 중량을 갖는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가스의 유동을 형성하기 위해 상기 가스 캡슐로부터 가스를 선택적으로 방출시키기 위한 제어부를 더 포함하는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제어부는 상기 에너자이징 수단의 활성화를 제어하기 위해 상기 에너자이징 수단에 작동가능하게 연결되는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 가스 캡슐로부터 방출되는 상기 가스의 유동을 감지하기 위한 센서를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 가스의 유동이 미리결정된 질량 또는 체적 유량을 초과하는 경우에만 상기 에너자이징 수단의 활성화를 허용하는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
팽창 챔버를 더 포함하며, 상기 반응 발생기로의 제어된 방출을 위해 가스가 상기 가스 캡슐로부터 오리피스 플레이트를 통과해 상기 팽창 챔버 내로 방출될 수 있는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 캡슐과 상기 플라즈마 발생기 사이의 상기 가스의 유동을 조정하기 위한 유동 조정기를 더 포함하는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너자이징 수단은 상기 반응 발생기 내에 전기장을 발생시키기 위한 적어도 하나의 전극, 및 상기 적어도 하나의 전극을 구동시키기 위한 전기 신호를 발생시키기 위한 신호 발생기를 포함하는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 신호 발생기는 펄스 DC 또는 AC 신호를 발생시키는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 신호 발생기는 낮은 듀티 사이클(duty cycle) 신호를 발생시키도록 구성되며, 상기 듀티 사이클에서 상기 에너지는 상기 듀티 사이클의 10% 미만 동안 상기 전극 또는 상기 전극의 각각에 제공되는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극 중 적어도 하나는 아크 방전을 감소시키기 위해 유전체에 의해 상기 반응 발생기 내의 가스로부터 절연되는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 에너자이징 수단은 적어도 2개의 전극을 포함하고, 상기 반응 발생기는 비-열 플라즈마를 발생시키도록 배열되며, 상기 전극 중 하나는 상기 플라즈마 발생기의 주변부 둘레에 형성되고, 상기 전극 중 하나는 상기 반응 발생기 내로 연장되는 프로브(probe)에 의해 제공되는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 치아를 미백화(whitening) 또는 클리닝(cleaning)함으로써 사람 또는 동물체의 구강 영역을 처리하도록 구성되는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학종은 비-열 가스 플라즈마인
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 13 항에 있어서,
상기 장치는 40℃ 미만의 온도의 비-열 플라즈마를 발생시키도록 구성되는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반응 챔버로부터의 화학종을 반송하고 처리 영역에 화학종을 적용하기 위해 상기 하우징에 연결가능한 어플리케이터(applicator)를 더 포함하는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어플리케이터는 상기 장치를 사용하는 사람의 입구멍 내로 삽입되도록 구성되는 디지털 단부를 갖는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 비-열 플라즈마를 발생시키기 위한 장치; 및
상기 장치의 상기 가스 캡슐에 가스를 공급하기 위해 가스를 수용하는 재충전 압력 용기, 및/또는 상기 장치 내의 상기 전기 에너지원을 재충전하기 위한 전기 재충전 수단을 포함하는 재충전 유닛을 포함하는
기기.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 캡슐은 내부 체적이 10㎖ 내지 100㎖의 범위 내인
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 캡슐은 적어도 60바(bar)의 압력에서 저장된 가스를 수용하는
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 에너지원은 하나 이상의 재충전가능한 전지인
비-열 기체 화학종의 유동을 발생시키기 위한 장치.