KR20160129084A

KR20160129084A - 공기 살균 및 오염 물질 제거 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20160129084A
Application number: KR1020167027507A
Authority: KR
Inventors: 그레이엄 딘; 케빈 모건; 펠리페 소베론
Original assignee: 노베러스 페이턴트 리미티드
Priority date: 2014-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2016-11-08
Also published as: GB201404185D0; JP6625070B2; DK3097750T3; GB2524008A; PL3097750T3; ES2688552T3; CN106063383B; GB201406008D0; CN106063383A; EP3097750A1; JP2017513660A; WO2015132368A1; GB2524116A; EP3097750B1

Abstract

본 발명의 공기 처리 장치는 유입구와 배출구 사이에 공기 흐름 경로를 한정하는 하우징; 공기 흐름 경로를 통하여 공기의 흐름을 유발하기 위하여 배치된 공기 흐름 임펠러; 및 공기 흐름 경로 내에 고정적으로 떠 있으며 그리고 유발된 공기 흐름 경로를 가로질러 향하는 전극 조립체를 포함하며, 여기서 전극 조립체의 길이 방향 축을 중심으로 원주적으로 플라즈마 방전을 작동적으로 발생시키기 위하여 전극 조립체는 구성되며, 그리고 유발된 공기 흐름 내의 공기의 입자 또는 구성 성분이 전극 조립체 내에서 플라즈마에 노출된다.

Description

공기 살균 및 오염 물질 제거 방법 및 장치{Air disinfection and pollution removal method and apparatus}

본 발명은 공기 처리 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 실내 공기에 존재하는 병원체를 비활성화시키는 그리고 실내 공기로부터 오염 물질을 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 출원의 문맥 내에서, 대기 플라즈마 방전으로의 공기의 노출을 가져오는 방법 및 장치가 제공된다. 이 노출은 공기 내의 박테리아, 바이러스 및 다른 병원체의 살균을 야기한다. 플라즈마 방전은 또한 공기 내에 존재하는 다른 오염 물질의 분리의 원인이 된다.

건강을 위협하는 공기 매개 오염 물질은 하기의 3개의 그룹으로 세분화될 수 있다: (a) 공기를 통하여 환경에 확산되는 질병을 야기하는 어떠한 유기체를 포함한 공개 매개 병원체; (b) 섭취, 흡입 또는 접촉시 알레르기 반응을 야기하는 어떠한 물질을 포함한 공기 매개 알레르기 유발 항원; 및 (c) 공기 내에 부유된 상태를 유지하는 아주 작은 입자 형태로 고압에서 분사되도록 계획된 어떠한 산물을 포함한 공기 매개 휘발성 유기 화합물(VOC). 마지막 카테고리는 세정 화학 물질, 헤어 스프레이, 다양한 형태의 프라이머(primer) 그리고 휘발유와 경유와 같은 연료뿐만 아니라 다른 가정용, 미용 또는 취미용 제품을 포함한다. 시간이 지남에 따라 가스 형태의 화학 물질을 빼내거나 유출시킬 때, 일부 직물, 특히 최근에 제조된 직물 또한 실내 공기 매개 휘발성 유기 화합물에 기여한다.

사람들이 들이마시는 공기가 오염될 수 있다는 점의 결과로 공기 매개 병원체는 실내 환경에서 현저하게 강력해질 수 있다. 평균적인 사람이 그들 시간의 약 90%를 실내 환경에서 보낸다는 점을 고려하면, 실내 공기에서 병원체를 제거하는 것이 새건물 증후군과 같이 알레르기를 줄이는데 있어 그리고 전염병 전염을 방지하는데 있어 중요하다는 것이 인식될 것이다.

공기 매개 오염 물질제어 및 제거는 전형적으로 필터 매체에 의하여 난방, 환기 및 공기 조화 (HVAC) 시스템 내에서 실행된다. 최근의 HVAC 시스템 필터는 직경이 1 마이크로미터(um)의 몇 분의 1부터의 범위의 입자를 포획한다. 고효율 입자 공기(HEPA) 필터는 (미국 에너지부에 의하여) 0.3㎛ 직경을 갖는 입자의 99.97%를 포획할 수 있는 필터로서 규정된다. 이 입자는 최대 침투 입자 크기이며 그리고 더 큰 입자를 위한 필터 효율은 더 높다. HEPA 필터는 전형적으로 0.2 내지 0.5㎛ 직경을 갖는, 무작위로 배열된 섬유유리 섬유로 이루어진다. 입자들은 차단, 충돌 및 확산의 3개의 메커니즘 중 하나에 의하여 섬유에 의하여 포획된다. 아직은, 이 필터들이 환기 시스템을 통하여 질병을 확산시킬 수 있는 실제 감염조(infection reservoir)로 되는 필터 상에서 결국 강력해질 수 있고 그리고 성장될 수 있는 미생물을 죽이지 못한다는 점이 인식된다. HVAC 시스템 내에서 HEPA 필터가 큰 압력 강하를 일으켜 환기 시스템의 전체 성능을 감소시킨다는 점 또한 인식된다.

공기 매개 병원체의 제어를 위한 기술의 현재 상태는 (a) 공기 중 포획시스템 또는 필터; (b) 공기 중 비활성 시스템; 및 (c) 위 시스템의 일부 조합과 같이 분류될 수 있다.

공기 중 포획 시스템은 위의 제한을 갖는, 위의 위에서 설명된 바와 같은 HEPA 필터 또는 유사한 필터를 포함한다. 대안적으로, 공기로부터 입자를 제거하기 위하여 미국특허공개 2013/0233172에서 설명된 것과 같은 전기 집진기가 사용된다. 이 장치의 효율은 입자 크기에 따라 달라진다. 특히, 이들은 1 미크론 이하의 크기의 입자에 대하여 열악한 성능을 보이는 것으로 알려져 있어 공기중 박테리아와 바이러스가 통과하여 흐르는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 전기 집진기는 수집 플레이트 상에 먼지가 쌓여 시간이 지남에 따라 그의 성능을 감소시키는 경향이 있다.

기존의 공기 중 비활성화 기술은 또한 화학 물질, UV 조사 및 플라즈마 방전 부산물을 이용하는 장치를 포함한다.

화학적 비활성화의 예는 항균성 증기, 전형적으로 오존 또는 과산화수소의 사용을 포함한다. 이 시스템이 효율적인 반면에, 이들은 또한 파괴적이며 처리될 실내 공간의 비움을 필요로 하고, 그리고 따라서 정상적인 생활환경 하에서의 사용에는 적절하지 않다.

공기 정화를 위한 대안적인 발명은 공기 중 박테리아를 죽이기 위하여 자외선(UV) 배출의 사용을 포함한다. 예를 들어, 국제특허공개 WO2003/092751는 유체(예를 들어, 공기)가 다수의 UV 램프를 통과하는 장치를 설명한다. 이 해결책에서 하나의 그리고 유일한 비활성화 메커니즘이 UV방사를 통하는 것임이 인식된다.

선행 기술은 또한 공기 필터 매체의 살균을 위한 플라즈마 라디칼(plasma radicals)의 사용을 포함한다; 예를 들어, 미국특허공개 2004/0184972 A1 참조. 이 특허문헌에는, 상류 플라즈마 방전이, 상류에서 매체 필터로 흐르고 그리고 필터에 의하여 포획된 어떠한 박테리아 또는 바이러스를 죽이는 활성 라디칼을 발생시킬 수 있다는 것이 제안된다. 필터는 단지 박테리아 균집이 성장하는 것을 잠재적으로 가능하게 하는 입자를 포획한다. 이 특허문헌은 플라즈마 라디컬이 필터에 의하여 포집된 바이러스와 박테리아를 죽이는 것을 개시한다. 또한 이 특허문헌은 필터 여재 후에 과도한 라디칼의 파괴를 위한 라디칼 파괴 필터를 제공한다. 이 라디칼은 인간에게 유독하다. 필터의 고장은 생활 공간으로의 독성 가스의 방출을 야기할 수 있다는 것이 인식된다.

요약하면, 공기 살균 및 오염 물질 제거를 위한 현재의 선행 기술은, 장치 성능에 영향을 미치는 축적 병원체를 야기하고 그리고 감염성 질병을 위한 저장조가 되는 공기 포집 장치 또는 인간 건강에 심각한 위험을 제기하는 위험한 물질에 의존하는 공기 비활성화 시스템을 필요로 한다. 따라서 필터 여재 또는 등가물의 이용 없이 공기 처리 해결책이 요구된다는 것이 인식된다. 또한, 이러한 해결책은 위해 화학 물질의 발생을 포함하지 않을 것이다.

본 특허문헌에 개시된 발명은 공기 살균 및 오염 제어에 대한 가시적인 해결책을 제공한다.

따라서 본 출원의 제1 실시예는 청구항 제1항에 열거된 바와 같은 공기 처리 장치를 제공한다. 유리한 실시예는 종속 청구항에 제공된다.

첨부된 도면을 참고로 하여, 한 예로서 주어진 한 본 발명의 실시예의 하기 설명으로부터 본 발명이 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 장치의 실시예를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 장치의 내부 구성 요소를 표시한, 도 1의 실시예를 도시한 도면.
도 3은 내부 구성 요소 및 장치를 통한 공기의 흐름을 표시한, 도 1의 장치를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 장치의 전극 조립체를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 전극 조립체의 분해 사시도.

본 기술은 VOC의 제거 및 제한되지는 않지만, 박테리아, 바이러스, 진균류 그리고 곰팡이를 포함하는 병원체의 비활성화를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 기술의 문맥 내에서, 주어진 기간 동안에 대기 플라즈마 방전에 다량의 공기를 노출시키는 것을 포함하는 방법이 제공된다. 이 공기 양은 대기 플라즈마 방전을 함유한 장치를 통하여 흐른다. 한다. 장치는 플라즈마 방전을 위한 하우징의 역할을 수행하며 그리고 공기 체적이 흐르는 공기 덕트의 역할을 수행한다. 공기는 임펠러 또는 동등한 공기 강제 장치(air forcing device), 예를 들어 팬에 의하여 장치 하우징을 통하여 강제로 흐른다. 공기는 유입구 영역과 배출구 영역을 포함하여 공기가 이를 통하여 흐르는 것을 허용한다. 플라즈마 방전은 한 세트의 전극에 고전압을 인가함에 발생된다. 전극 쌍 사이에, 전극 쌍 주변에 그리고/또는 전극 쌍 표면 상에 DC 또는 AC 방전을 지속시킬 수 있는 적절한 전력 공급부에 의하여 인가된 고전압이 발생된다.

병원체 비할성화 및 VOC 제거는 플라즈마 방전에서 나오는 다양한 종의 방사선과 공기 매개 병원체 간의 상호 작용에 의한 것이다. 플라즈마 종(species)은, 제한되지는 않지만, 방전에 의하여 발생된 전자, 이온 및 및 활성 라디칼을 포함한다. 또한, 플라즈마 방전은 전기장 및 을 자외선을 발생시킨다. 플라즈마 방전의 비활성화 효과는 방전부의 부근에서 흐르는 다량의 공기로의 플라즈마 방전에 의하여 소멸된 에너지에 비례한다. 이 에너지는 플라즈마 방전을 지속하기 위하여 인가된 전력 및 노출 기간에 비례한다. 장치를 통하여 흐르는 공기의 주어진 양의 플라즈마 노출 시간은 공기 흐름에 반비례한다.

따라서, 본 명세서에서 설명된 장치의 효율은 2개의 기본적인 매개 변수, 플라즈마 방전 전력 및 공기 흐름에 좌우된다는 것이 인식된다. 본 기술 분야의 숙련된 자들은 다양한 비활성화 정도를 만족하면서 주어진 공간에서의 시간당 환기 횟수 및 플라즈마 방전에 의하여 발생된 라디칼의 최대 허용 농도를 포함하는, 공기 처리 시스템을 위한 다른 기준을 만족하는 전력 및 유량의 범위가 있다는 것을 알게 될 것이다.

본 발명이 장치의 예시적인 실시예를 참고로 하여 더 이해될 것이다. 도 1은 하우징(15) 및 공기 유입구(11) 와 배출구(12) 영역으로 이루어진 장치의 사시도이다. 이 영역은 장치의 하우징(15) 상의 개구 또는 환기 그리드로 이루어진다. 또한, 도 2에서 지시된 바와 같이, 장치는 그 하우징 내의 임펠러(23), 한 세트의 전극(24) 그리고 고전압 공급부(26)를 포함한다. 도 3은 임펠러(23)에 의하여 유발된 공기의 흐름을 도시한다. 공기(37)는 유입구 영역을 통하여 장치 내로 강제로 유입되며, 전극 세트 조립체(24) 주변을 강제적으로 유동하고 그리고 배출구 영역(12)을 통하여 방출된다. 고전압 발생부(26), 예를 들어 고전압 변압기는 전극 조립체(24)를 가로질러 플라즈마 방전을 지속시킨다. 전극 구조 및 구성은 대기 플라즈마 방전을 위한 다양한 전극 장치 중에서 선택될 수 있다. 본 기술 분야의 지식을 가진 자들은 많은 디자인이 본 명세서에서 설명된 장치 및 방법에 적합할 수 있다는 것을 알게 될 것이다. 예를 들어, 원통형 유전 베리어에 의하여 분리된, 세라믹, 글라스 또는 다른 적절한 재료로 이루어진 한 쌍의 동심 와이어 메시 실린더(wire mesh cylinder)이면 충분하다.

전극 조립체 및 지지체를 위한 바람직한 실시예가 도 4에 도시된다. 이 도면은 전극 조립체(24)의 표면 주위에서의 공기(37)의 흐름을 더 도시한다. 이 실시예에서, 전극 조립체(24)가 외부 와이어 메시 실린더(49)와 함께 도시되며, 그리고 전극 조립체(24)는 장착 홀더(48)를 포함한다. 본 실시예에서의 플라즈마 모드는, 도 5를 참고하여 설명될 바와 같은 유전체 글라스 튜브에 의하여 절연된 내부 와이어 메시 실린더를 갖는 유전체 베리어 방전(DBD) 형태이다. 전극 조립체의 원통형 형상은 외부 메시가 전극 조립체 주변에서 원주적으로 완전하게 연장된다는 점 그리고 플라즈마가 전극 조립체로부터 모든 방향으로 균일하게 방전된다는 점을 보장한다.

이하에 더 설명될 바와 같이, 유전체 베리어 방전을 이루기 위하여 요구되는 전압 및 전류 매개 변수는 사용된 유전체의 특성에 주로 좌우될 것이라는 점이 인식될 것이다. 일반적으로, 1Kv 이하의 작동 전압은 현실적이지 않으며, 그리고 바람직하게는 1 내지 6kV, 가장 바람직하게는 3 내지 5kV 범위 내의, 예를 들어 약 4kV의 작동 전압이 사용된다. 유전체 베리어 방전을 유지하기 위하여 요구되는 전류가 유전체 베리어 방전을 시작하기 위하여 필요한 전류보다는 현저하게 적다는 것이 인식될 것이다. 플라즈마 발생기 유니트의 전류(및 이에 전력)는 정상적으로 시동 전류로 표현된다. 1 내지 10mA 범위의, 바람직하게는 적어도 3mA의 (시동) 전류가 사용되어야 한다. 유니트의 전력은 물론 전압 및 전류 조합에 좌우될 것이다. 전력은 일반적으로 50와트보다 크지 않은, 그리고 바람직하게는 적어도 4와트이어야 한다. 전형적으로, 전력은 10 내지 40와트 범위 내이다. 이 전력 레벨은 특히 약 0.02 내지 1.0m³의 도관 체적을 갖는 유니트에 편리한 것으로 알려져 왔다.

이러한 저전력 유전체 베리어 방전 유니트로도, 하기의 표 1 및 표 2 내의 데이터에서 명백한 바와 같이 매우 넓은 범위의 공개 매개 오염 물질 또는 병원체를 비활성화시키기에 충분한 항-병원성 제제의 잘 억제된 국지적인 높은 비활성 농도를 달성하는 것이 가능한 것으로 알려졌다.

유리하게는, 정상 수준 이상의 출력 전압의 일시적인 출력 증대(excursions)를 최소화하기 위하여 플라즈마 발생기는 반-수술 및/또는 반-스파이크(anti-spike) 장치(들)를 구비한 변압기에 결합된다. 여기서, 일시적인 출력 증대는 내부에 전극이 제공된 하우징 외부에서의 비활성화 구역의 일시적인 연장 및/또는 그리고 과도하게 높은 항-병원성 제제 수준의 발생을 야기할 수 있다.

중요하게는, 플라즈마/항-병원성 제제로의 노출의 위험 그리고 장치의 사용 과정에서의 가능한 고장을 최소화하기 위하여 변압기는 직접적인 공기 흐름 경로 밖에 위치된다. 이전에 언급된 바와 같이, 이는 또한 변압기가 전극 조립체를 통과한 공기의 흐름을 방해하지 않는다는 것을 보장한다.

AC 공급부가 또한 장치 내에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 이는 변압기와 함께 위치되어 공기 흐름을 방해하지 않는다. 넓은 범위의 주파수가 저전력 유전체 베리어 방전 장치에 대한 AC 공급부에서 사용될 수 있으며, 그리고 정말로 일반적인 고전력 플라즈마 발생기라면 가능한 것보다 다소 높은 주파수가 안전하게 사용될 수 있다. 일반적으로, 50 내지 1000 Hz 범위 내의 주파수를 갖는 AC 공급부가 사용될 수 있다.

공기 흐름 경로에 대하여 방전 유니트를 한정하는 전극의 치수 및 배치가 매우 중요하다는 것이 인식될 것이다. 전극이 안에 위치된 도관은 유전체 베리어 방전에 의하여 발생된 플라즈마의 비활성화 구역을 포함하기 위하여 요구되는 체적보다 작지 않아야 하며 그리고 장치를 통하여 통과하는 중에 하우징 내에서의 실질적인 전체 공기 흐름이 비활성화 구역을 통과하지 않도록 넓지 않아야 한다. 이 상황에서는 비활성 구역이 항-병원성 제제의 높아진 농도를 함유하는 방전 유니트를 둘러싸는, 공기 매개 오염 물질 또는 병원체를 실질적으로 비활성화시키기에 충분한 체적이라는 것이 인식될 것이다. 비활성 구역은 방전 유니트의 외부 표면 상에 그리고 하류 방향으로 위치한다. 항병원성 제제가 전체 체적으로 분산되는 경향이 있고 그리고 미생물의 비활성화를 야기함에 따라 전체 비활성 구역은 모든 상류, 중간류 그리고 하류 단계의 조합이다.

바람직하게는 공기 흐름은 방전 유니트 위 그리고 아래를 지나지만, 방전 유니트를 통과하지 않는다. 즉, 방전 유니트 내에는 공기가 들어오는 것을 허용하는 그리고 항-병원성 제제의 증가를 잠재적으로 유지할 수 있는 공기 갭이 없다.

본 발명에 따르면, 보다 일관된 그리고 신뢰할 수 있는 플라즈마 발생 성능을 얻기 위하여 고체 유전체와 함께 방전 유니트가 바람직하게 사용되어 본 발명자들이 알아낸 유전체 베리어 방전을 제공한다. 다양한 기하학적 구조 또한 가능하다. 그러나, 본 발명을 위하여 내부 및 외부 표면 상에 관형 전극과 함께 관형 유전체를 갖는 전체적으로 관형 기하학적 구조가 바람직하다. 이 관형 형상은 방전 유니트 주변의 공기 흐름에 직접 작용한다. 플라즈마가 양 전극에서 발생될 것이라는 점이 인식될 것이다. 바람직하게는, 플라즈마가 발생되는 유전체 표면의 면적을 최대화하기 위하여 코일을 제공하는, 보통 메시형 전극이 사용된다. 이와 관련하여, 노출된 유전체 표면을 감소시킴에 따라 실질적으로 "폐쇄된(closed)" 메시가 덜 바람직하다는 것이 인식될 것이다. 다른 한편으로, 과도하게 "개방된(opened)" 메시는 주어진 크기의 유니트를 위하여 발생된 플라즈마의 양적인 면에서 일반적으로 덜 효율적이다. 가장 바람직하게는, 전극들은 바람직하게는 유전체가 전극들 사이에 끼워지는 동축 원통형 메시이다. 이 맥락에서, 바람직하게는 저전력 방전 유니트는 유전체에 의하여 분리된 동심 튜브형 금속 거즈 전극들을 포함한다.

매우 바람직한 실시예에서, 저전력 방전 플라즈마 유니트는 관형 스테인리스 스틸 거즈 전극(gauze electrode)을 포함한다. 다양한 다른 적절한 전극 재료가 본 기술 분야에서 공지된 반면에, 그 중에서도 부식에 대한 그리고 플라즈마 방전으로부터의 산화 및 다른 손상에 대한 저항으로 인하여 스테인리스 스틸이 특히 편리하다. 거즈 전극의 목적은 유전체 베리어 코로나 방전에 이용 가능한 표면 그리고 이런 이유로 플라즈마의 발생을 최대화하는 것이다. 그러나, 발생된 전자기장에 미치는 영향, 특히 50Hz 사이클의 교류 전류 동안에 전기장의 발생 및 붕괴에 관한 히스테리시스 효과와 같은 다른 요소가 메시의 거즈 및 촘촘함의 선택에 영향을 준다. 바람직한 실시예에서, 외부 전극 상의 거즈는 내부 전극 상의 거즈보다 더 굵으며, 이는 내부 전극보다 외부 전극 상에서의 플라즈마 생성이 유리하기 때문이다. 바람직한 실시예에서, 내부 전극의 메시 카운트(mesh count)는 (인치 또는 25.4mm 당) 50 내지 30*45 내지 25이며, 외부 전극의 메시 카운트는 35 내지 20*40 내지 20이다. 특히 유리한 실시예에서, 38swg 와이어(0.15mm 직경)를 이용한 내부 전극의 메시 카운트(mesh count)는 (인치 또는 25.4mm 당) 40*34이며, 30swg 와이어(0.3mm 직경)를 이용한 외부 전극의 메시 카운트는 24*28이다.

다량의 전극들이 실질적으로 균형을 이루게, 즉 많아야 20%, 바람직하게는 많아야 10%까지 다르게 효과적인 유전체 베리어 방전이 일어나는 것이 또한 바람직하다. 위에서 언급된 관형 구조 방전 유니트의 경우에 이는 특히 의미가 있다.

유전체 베리어 방전 플라즈마 유니트의 전력은 전극의 치수와 관련된다는 것 또한 인식될 것이다. 일반적으로, 메시 전극 각각은 25 내지 100cm², 바람직하게는 25 내지 90cm² 범위의 면적을 가져야 하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 제공된 코일의 대표적인 예는 5.5 cm 또는 13cm의 길이를 갖는 그리고 2.9cm의 직경을 갖는 코일이다. 이러한 코일은 50 및 118cm²의 예시적인 면적을 각각 갖는다. 플라즈마 코일에 의하여 소모된 전력은 10 내지 20W 범위이며, 이는 각 코일을 위하여 0.2 내지 0.4 W/cm² 및 0.08 내지 0.16 W/cm²의 전력 밀도를 야기한다. 본 발명에 따른 코일을 포함하는 플라즈마 발생기는 바람직하게는 1 W/cm² 미만의, 그리고 전형적으로는 0.1 내지 0.5 W/cm² 범위의 전력 밀도값으로 작동할 것이다.

고체 유전체와 함께 유전체 베리어 방전의 사용을 통한 플라즈마의 발생은 유전체의 두께에 매우 의존적이며, 그리고 특히 본 발명에 따라 사용된 바와 같이 저전압에서 유전체의 두께를 최소화하는 것이 필요하다. 방전 유니트가 방전 플라즈마 영역 내에서 부딪히는 실질적인 응력에 의한 손상을 방지하기 충분하게 강해져야 한다는 것 또한 이해될 것이다.

도 5는 도 4의 전극 조립체(24)와 홀더(48)의 분리 사시도이다. 내부 와이어 메시(510)와 외부 와이어 메시(49)는 전극 콘택트(512)에 전기적으로 연결되어 있다. 내부 와이어 메시(510)와 외부 와이어 메시(49) 상에 반대 극성의 전압이 인가되는 것을 가능하게 하는 홀더 콘택트(513)에 고전압이 인가된다. 전극 조립체를 구동하기 위한 전력이 변압기(도시되지 않음)에 의하여 적절하게 제공된다. 변압기에서 홀더 콘택트(513)로 전압을 제공하기 위하여 배선이 사용될 수 있으며, 결과적으로 홀더 콘택트는 전극 콘택트(512)에 전압을 제공한다. 전극 조립체는 절연 캡(511)에 의하여 흔들림 없이 유지된다. 전극 조립체는 절연 홀더(48)에 의하여 지지되며 그리고 푸쉬 리벳(515; push rivet)에 의하여 홀더(48) 상에서 제위치에 록킹된다. 절연 캡(511)과 홀더(48)는 홀더 콘택트(513)에 인가된 어떠한 전압이 의도적이지 않게 장치의 하우징으로 인가되지 않는다는 것을 보장한다. 홀더(48)는 장치의 하우징(15) 내에 장착되어 전극 조립체는 공기 흐름(37)의 방향을 가로질러 위치된다. 이러한 구조는 또한 도 3에서 볼 수 있다.

유전체 글라스 튜브의 각각의 전체 표면 영역 주변에서 직접적인 접촉을 유지하는 내부 및 외부 와이어 메시의 구성은 높은 수준의 플라즈마가 강력해질 수 있는 유전체 조립체(24) 주변에 공기 포켓이 없다는 것을 보장한다는 것이 또한 주목되어야 한다.

공기 흐름이 플라즈마 방전에 노출되지 않고 전극 조립체를 우회할 수 없다는 것을 보장함에 따라 정화될 또는 그렇지 않으면 처리될 공기를 운반하는 공기 흐름에 대한 전극 조립체(24)의 가로지르는 위치 선정은 또한 중요하다. 구체적으로, 전극 유니트에 인접한 비활성 영역 내에서 플라즈마를 발생 및 방전시키기 위하여 전극 조립체가 배치된다. 본 발명자들은 플라즈마 방전의 비활성 효과가 플라즈마 방전 근처를 흐르는 공기에 좌우되고 그리고 따라서 공기 흐름의 방향을 가로질러 전극 조립체를 배치하는 것은 배출 영역(27)에 도달하기 위하여 공기 흐름(37)이 통과해야만 하는 전극 유니트(24) 주변에 비활성 영역이 생성된다는 것을 보장한다는 이해를 이용한다.

본 기술에 따르면, 장치의 하우징(15)의 내부 표면에서 떨어진 전극 조립체(24)의 장착은 또한 유리하다. 전극 조립체(24)의 최대 효율을 보장하는 홀더(48)의 사용에 의하여 이러한 장착이 제공될 수 있다. 플라즈마는 외부 메시(49)로부터 방전되어 위에서 언급된 비활성 구역을 생성한다. 높이 올려진 전극 조립체를 가짐에 의하여 이 비활성 구역은 전극 조립체 주변에서 완전하게 연장되며 그리고 공기는 전극 조립체의 위 그리고 아래를 통과할 수 있는 반면에 동일한 수준의 플라즈마에 노출된다.

전극 조립체에 의하여 생성된, 비활성 영역에서의 플라즈마의 농도는 공기 흐름에 동반된 공기 매개 요염 물질을 효과적으로 비활성화시키기에 충분하다. 더욱이, 플라즈마의 농도는 비활성 구역 외부를 충분하게 쇠퇴시키며 따라서 장치의 배출구 영역(12)으로부터 배출된 깨끗한 공기 내의 플라즈마 방전에 의하여 생성된 어떠한 항병원성 제제의 농도는 생리학적으로 용인될 수 있는 수준에 있다.

위에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 방법 및 장치는 프리-필터, HEPA 필터 또는 그 등가물과 같은 신체적 공기 여과 시스템의 사용을 포함하지 않는다는 것이 주목되어야 한다.

장치의 대안적인 실시예에서, 공기는 덕트 시스템을 통하여 플라즈마 방전을 향하거나 강제로 그 주변에 있는다. 이 덕트 시스템은 방전의 1센티미터 내에서 모든 공기가 플라즈마 방전 주위에서 흐르는 것을 보장하도록 설계된다.

본 기술에 따라 제공된 장치의 예시적인 테스트는 박테리아와 바이러스를 죽이는 효능을 도시하였다. 표 1은 테스트된 박테리아를 위한 예시적인 데이터를 도시하는 반면에, 표 2는 바이러스 검사를 위한 유사한 결과를 도시한다.

표 1 및 표 2의 양 실험예에서, 1 W/cm² 미만의 전력 밀도에서 작동하는 플라즈마 발생기를 갖는 본 기술에 따른 장치는 모든 종류의 박테리아 또는 바이러스성 물질에 대하여 Log5 보다 큰 살균률(kill rate)을 얻었다.

본 발명의 항균성 적용이 특히 유용한 환경은 공기가 재순환될 수 있는 병원, 음식 조리 영역, 실험실 그리고 제한된 환기 시스템을 갖는 장소를 포함한다. 본 발명에 의하여 살균된 대기 내에서의 살균 기구 및 재료의 보관은 그들의 유통 기한을 연장할 수 있어 상당한 결과적인 절약을 갖는다. 본 발명은 연장된 기간 동안 보관된 기구의 무균성을 유지할 수 있는 살균, 건조된 공기를 갖는 이러한 보관을 위한 유니트를 공급하는 수단을 제공한다. 한 특별한 적용은 음식으로 손상된 빌딩 내이며, 여기서 공기로부터 진균 포자의 제거는 빌딩의 구조 내에서의 곰팡이의 후속 성장 그리고 부패의 진척을 최소화할 수 있어 손상 및 수리 비용이 현저하게 감소한다. 다른 적용에서, 본 장치는 예를 들어 에어 컨디셔닝 시스템 내에 사용될 수 있는 것과 같은, 공기의 흐름을 운반하는 덕트 또는 배관 내에 설치될 수 있다.

일반적으로 공개 매기 오염 물질 또는 병원체가 실내 또는 다른 거의 밀폐된 공간으로부터 제거가 되고 있는 경우 요구되는 처리 양은 오염 물질/병원체의 특성 그리고 아마도 공기 중에서의 그들의 부담 또는 추가적인 부담에 좌우될 것이라는 점이 인식될 것이다. 원칙적으로 오염 물질/병원체 부담을 점진적으로 줄이기 위하여 다수의 단계가 사용될 수 있는 반면에, 억제된 비활성화 구역 내에서의 본 발명의 장치로 이루어질 수 있는 비교적 높은 항병원성 제제 농도는 보통 단일 단계 내에서 실질적으로 완전한 비활성을 제공할 수 있으며, 그로 인하여 요구되는 환기의 횟수를 최소화한다는 점이 본 발명의 특별한 이점이다. 전형적으로 박테리아성 오염 물질을 제거하는 것이 바람직한 경우, 시간당 적어도 5번의 환기가 제공되어야 하며, 반면에 큰 담배 연기 부하를 갖는 장소의 경우에는 적어도 10회 이상의 환기를 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 실내를 처리하기 위하여 요구되는 전체 공기 흐름은 실내의 체적 및 요구되는 환기의 횟수로부터 쉽게 결정될 수 있다. 더 큰 규격의 장치로 더 큰 유량을 달성하는 것이 원칙적으로 가능할 수도 있지만, 다수의 장치 유니트를 이용함으로써 이를 이루는 것이 일반적으로 바람직하다. 이와 관련하여, 모든 발생기의 비활성 영역이 도관 내에 포함되어 있다면, 하나 이상의 방전 플라즈마 유니트가 동일 도관에 장착될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 더욱이, 비록 변압기의 모든 전력이 방전 유니트들 사이에서 나누어질지라도, 하나 이상의 방전 플라즈마 유니트가 하나(공통) 변압기에 의하여 전력을 받을 수 있다.

본 명세서 내에서 사용될 때 용어 "포함하다/포함하는"은 설명된 특징, 구성, 단계 또는 요소의 존재를 명시하기 위한 것이나, 하나 이상의 특징, 구성, 단계, 요소 또는 그의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다.

Claims

유입구와 배출구 사이에 공기 흐름 경로를 한정하는 하우징;
공기 흐름 경로를 통하여 공기의 흐름을 유발하기 위하여 배치된 공기 흐름 임펠러; 및
공기 흐름 경로 내에 고정적으로 떠 있으며 그리고 유발된 공기 흐름 경로를 가로질러 향하는 전극 조립체를 포함하되,
전극 조립체는 전극 조립체의 길이 방향 축을 중심으로 원주적으로 플라즈마 방전을 작동적으로 발생시키기 위하여 1 W/cm² 미만의 전력 밀도에서 작동하도록 구성되며, 유발된 공기 흐름 내의 공기의 입자 또는 구성 성분이 전극 조립체 내에서 플라즈마에 노출되는 공기 처리 장치.
제1항에 있어서, 전극 조립체는 직경보다 큰 길이를 갖는 원통형 형상이며, 그 길이 방향 축이 유입된 공기 흐름 경로를 가로질러 제공되도록 하우징 내에서 향하는 공진공기 처리 장치.
제2항에 있어서, 하우징의 측벽에서 떨어진 높은 위치에서 전극 조립체를 장착하기 위하여 전극 조립체의 각 종단에서의 홀더를 더 포함하는 공기 처리 장치.
제3항에 있어서, 홀더는 전극 조립체와 하우징 간의 전도를 방지하기 위한 절연 재료를 포함하는 공기 처리 장치.
제2항에 있어서, 전극 조립체는 원통형 유전체 베리어에 의하여 분리된 원통형 내부 메시와 외부 메시를 포함하는 공기 처리 장치.
제5항에 있어서, 전극 조립체는 내부 메시, 외부 메시 그리고 유전체 베리어를 서로 접촉하는 상태로 유지시키기 위하여 전극 조립체의 각 종단에 절연 캡을 포함하는 공기 처리 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서, 내부 메시와 외부 메시의 각 표면은 원통형 유전체 베리어와 완전하게 접촉하는 공기 처리 장치.
제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 메시와 외부 메시는 전극 조립체의 각 종단에서 전극 콘택트들과 전기적으로 연결되되, 콘택트들은 내부 메시와 외부 메시에 반대 극성의 전압을 제공하는 공기 처리 장치.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 메시와 외부 메시 중 적어도 하나는 전극 조립체 주위에 완전하게 연장된 공기 처리 장치.
제9항에 있어서, 내부 메시와 외부 메시 중 적어도 하나는 전극 조립체의 길이 방향 축 주위에 연속적인 표면을 제공하는 공기 처리 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 하우징은 공기 흐름 경로를 전극 조립체로 그리고 전극 조립체 주위로 향하게 하기 위한 도관 시스템을 포함하는 공기 처리 장치.
제11항에 있어서, 하우징은 제1 종단에 유입구 그리고 제2 종단에 배출구를 갖는 사각형 형상인 공기 처리 장치.
제12항에 있어서, 배출구는 하우징의 2개의 인접한 측부의 각 측부 상의 배출구 영역을 포함하는 공기 처리 장치.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 공기는 공기 흐름 경로를 가로질러 배출구를 빠져 나가는 공기 처리 장치.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 코일은 0.1 내지 0.5 W/cm² 범위 내의 전력 밀도에서 작동하는 공기 처리 장치.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 발생기는 동심 튜브형 금속 거즈 전극을 포함하는 공기 처리 장치.
제16항에 있어서, 전극은 메시를 포함하는 공기 처리 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 내부 및 외부 전극이 제공되며, 외부 전극 상의 거즈는 내부 전극 상의 거즈보다 더 굵어 내부 전극보다는 외부 전극 상에서 플라즈마의 생성을 유리하게 하는 공기 처리 장치.
제18항에 있어서, 내부 전극은 0.15mm 직경의 와이어를 이용하여 25.4mm 당 40*34의 메시 카운트(mesh count)를 가지며, 그리고 외부 전극은 0.3mm 직경의 와이어를 이용하여 25.4mm 당 24*28 의 메시 카운트를 갖는 공기 처리 장치.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 플라즈마 방전에 주변에서의 모든 공기 흐름은 방전의 1센티미터 내에서 향하는 공기 처리 장치.