KR20190122939A

KR20190122939A - 플라즈마-멸균 가습기

Info

Publication number: KR20190122939A
Application number: KR1020180046479A
Authority: KR
Inventors: 광섭 조; 윤중 김; 김시찬
Original assignee: 광운대학교 산학협력단
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2019-10-31
Also published as: KR102117752B1

Abstract

본 발명은, 플라즈마 가습기를 제공한다. 가습기 수조에 플라즈마 기체를 용해하여 물속의 병원균을 멸균하고, 수조의 미생물 번식을 방지하여, 살균 처리된 청정의 수증기 방출과 청소가 필요없는 친환경 플라즈마 가습기를 제공한다.

Description

플라즈마-멸균 가습기{Plasma-Sterilized Humidifier}

본 발명은 플라즈마의 멸균 기능을 이용하여 가습기 수조의 미생물 등 균류 살균 및 부패 방지를 통하여 청정의 가습 증기를 방출하는 플라즈마-멸균 가습기에 관한 것이다.

현행 가습기의 문제점은 수조 속의 세균 등 미생물의 성장으로 병원균에 오염된 가습 공기를 방출하는 것이다.

최근에 가습기 수조의 물에 세균 번식을 방지할 목적으로 화학제를 첨가하여 사용하는 가운데, 첨가제의 독성 물질 성분이 가습 증기로 배출되어 폐질환을 유발하여 사망에 이르는 등의 심각한 문제를 초래하였다.

친환경 물질인 대기 플라즈마의 멸균 효과는 많은 연구를 통하여 입증되었다. 대기 플라즈마는 물속에 용해되어 물속 및 용기의 병원균을 사멸 혹은 증식을 방지한다. 대기 플라즈마의 성분 중에 가장 발생 농도가 크고 반감기(Life-time)가 수 시간으로 가장 긴 것은 오존(O₃)이다. 오존은 물속에서 일정부분 용해되고, 물속에 용해된 오존은 불안정하여 산소로 변한다. 즉, 물속에서의 용존 오존의 반감기는 20분 정도로 짧다. 이와 관련된 화학식은 H₂O + O₃ → 2OH + O₂이다. 즉, 물과 오존이 반응하여 멸균작용이 강한 OH가 생성되고 산소로 용존 된다. 따라서 가습기에서 방출되는 수증기에는 오존의 함량이 극히 미미하며, 오히려 산소가 용존된 습기가 방사되므로 안전하다.

가습기에 플라즈마를 적용한 사례는 본 발명인의 출원특허(출원번호 10-2016-0022933호)가 있으나, 이는 가습증기 도출구에 플라즈마 발생기를 장착하는 방식으로서 수조의 물을 멸균처리하는 본 발명과 차이가 있다.

등록실용신안공보 20-0435409호(수산기 생성장치를 구비한 가습기)에서는 수중에서 저전압 방전(DC 3-47 V)으로 저온 플라즈마에 의하여 수산기를 생성하여 가습용수의 살균 및 소독을 이용한 가습기가 제안되어 있다. 그러나 이는 수중 방전에 의한 플라즈마의 발생이 아니라 수중의 전기분해 방식과 유사하며, 본 발명과는 차이가 있다. 이러한 전기분해 방식이나 고전압이 요구되는 수중방전 방식은 구조가 복잡하여 가습기에 적용이 어렵다.

또 다른 방식은 가습기와 결합된 공기청정기에 멸균장치를 장착하는 겸용장치들이 있으나, 이들은 수조를 직접 멸균하는 방식이 아니라 이온나이저나 플라즈마 클러스터 장치를 부착하여 공기나 증기와 함께 배출하는 방식이다.

본 발명은 수조 외부 공간에서 발생된 플라즈마 기체를 수조의 물에 주입하여 제어하는 기술을 제공한다. 본 발명은 간단한 플라즈마 발생 장치를 사용하여 플라즈마 기체를 가습기 수조 용기에 용해하여 제어하는 방식을 제공하고자 한다.

본 발명은 가습기 수조 내부의 별도 공간이나 수조와 인접한 공간에 플라즈마를 발생시켜 물속에 플라즈마 기체(주로 오존)을 용해하여 확산하는 방식의 플라즈마 가습기를 제공한다. 본 발명은 플라즈마 기체를 물속에 용해하는 방식으로서, 두 가지 방식을 제시한다. 하나는 물과 플라즈마 사이에 방수막을 설치하고, 방수막을 경계로 플라즈마 기체는 물로 확산하는 방식이다. 또 다른 방식은 플라즈마를 수조의 물속에 소형 펌프를 사용하여 강제 주입하는 방식이다.

본 발명의 제1 실시예는, 플라즈마를 적용한 가습기에 있어서,

상부 수조;

상기 상부 수조를 지지하며 상부 수조의 하부에 배치되고, 습기 배출구를 구비한 하부 수조;

상기 하부 수조의 바닥에 배치되는 플라즈마 발생부;

상기 하부 수조 내에 배치되어 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생의 온/오프를 제어하는 플라즈마 제어부; 및

상기 하부 수조의 습기 배출구 주변에 배치되어 습기의 배출을 촉진하는 진동자와 진동자 제어부;를 포함하고,

상기 플라즈마 발생부는,

하우징 내부에 플라즈마 발생장치를 구비하고, 상부에 개구부를 구비하되, 상기 개구부는 기체는 소통되고 액체는 차단되는 방수막이 설치되고, 상기 플라즈마 발생장치 하부에 해당하는 하부 수조 바닥면은 외부 공기를 플라즈마 발생부 안으로 유입할 수 있는, 방수막이 설치된 하나 이상의 미세 구멍을 구비하고,

상기 플라즈마 발생부로부터 플라즈마가 상방으로 확산되어 상부수조로 이송되고, 플라즈마 발생으로 플라즈마 발생부 내부압력 상승으로 플라즈마 기체가 방수막을 통하여 수조 내부로 확산되어 용해되고,

하부 수조의 수위 경계에서여 상기 진동자에 의하여 멸균 습기를 분출하고,

플라즈마 제어부는 플라즈마 발생 이후 소정의 시간이 경과하면 플라즈마 발생 전원을 차단하여 플라즈마 발생을 중단시키고, 플라즈마 발생부 압력 낮아지면, 상기 미세 구멍을 통하여 공기가 유입되어 플라즈마 발생부 내부 압력이 균형을 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균 가습기를 제공한다.

본 발명의 제2 실시예는 수조와 인접한 공간에 플라즈마 발생기를 설치하고, 플라즈마 발생기 내부에는 소형 펌프를 설치하여 플라즈마 기체(주로 오존)를 수조에 강제 주입한다. 주입된 플라즈마는 물속에 일부 용해되고, 용해되지 않은 플라즈마는 수조 상부의 포집 공간에 모으고, 포집된 기체는 회수관을 통하여 다시 플라즈마 발생기로 회수한다. 따라서, 수조의 물은 일정 용존도를 갖는 플라즈마-수가 되어 수조의 물을 멸균 처리하게 된다.

상기에 있어서, 플라즈마 발생부에 장착되는 플라즈마 발생장치는, 유전장벽방식 플라즈마 발생장치이고, 소정의 유전층 상하면에 제1 및 제2 전극이 부착되는 플라즈마 방출다이오드 소자로 된 플라즈마 발생 모듈, 침상 전극 모듈, 또는 탄소브러쉬형 전극 모듈 중에 어느 하나를 채용한 플라즈마 멸균 가습기를 제공한다.

상기에 있어서, 플라즈마 방출다이오드 소자로 된 플라즈마 발생 모듈의 고체 유전판의 두께는 0.5 mm 이하이고, 필름 유전층의 두께는 300 um 이하로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균 가습기를 제공한다.

본 발명에 따르면, 가습기 수조의 물이 친환경적으로 살균되고. 살균된 가습 증기가 공간에 방출된다. 따라서 물속의 미생물과 병원균이 제거되고 증식이 방지되므로 가습기 용기의 청결상태가 유지된다. 따라서 병원균의 방출없는 가습기와 동시에 청소가 필요없는 가습기를 제공한다.

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시 예로서 가습기 하부 수조에 플라즈마 발생부를 설치하여 플라즈마에 의하여 멸균되는 가습기의 개요도.
도 1(b)는 플라즈마 발생부의 개요도.
도 2는 제2 실시 예로서 가습기 하부 수조에 플라즈마 기체를 소형 펌프에 의하여 강제 주입하는 방식의 가습기 개요도.
도 3은 플라즈마 발생 모듈의 예에 대한 도시.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

도 1(a)는 본 발명의 제1 실시 예로서 가습기 하부수조에 플라즈마 발생부를 설치한 플라즈마에 의하여 멸균되는 가습기의 개요를 나타내는 단면도이다.

종래 가습기(100)의 동작은 상부수조(200) 용기의 끝부분이 하부수조(200)의 수위를 경계로 맞닿는다. 진동자(320)에 의하여 발생된 기포 습기가 방출구(330)로 방출되어 하부수조(300)의 수위(310)가 낮아 지면, 상부수조(200)의 물이 하강과 동시에 상부수조 용기 끝부분의 수위와의 경계면을 통하여 대기가 유입된다. 대기가 상부수조 윗부분으로 이송되고 상부수조 상단의 대기 공간의 압력과 하부수조 수위의 압력이 상호 균형을 유지하여 가습기가 작동된다.

본 발명은 플라즈마 기체의 멸균작용을 이용하여 상부수조(200) 및 하부수조(300)의 물과 가습기 내부 장치들의 멸균을 목적으로 한다.

상기의 목적으로 하부수조(300)의 아래 쪽에 플라즈마 발생부(400)를 설치하여 플라즈마 기체가 하부수조(300)와 상부수조(200)로 이송 과정에 용존상태에서 물의 멸균과 용기 내부의 멸균이 유지된다.

도 1(b)의 플라즈마 발생부(400)는 내부에 플라즈마 모듈(410)이 설치되고 상부에 방수막(420)이 설치된다. 방수막(420)은 하부수조(300)의 물의 유입을 방지하고 플라즈마 기체가 하부수조의 물에 확산되어 용해되게 하는 기능을 갖는다. 플라즈마 모듈(410)의 상단에서 플라즈마 기체가 발생하면, 내부 공간의 온도 상승과 발생 기체의 확산으로 방수막(420)으로 통하여 하부수조의 물에 확산 용해되고, 또한 상부수조로 이송된다. 따라서 플라즈마 발생부의 방수막에서 방출하는 플라즈마가 상부수조로 이송되도록 상부수조 하단 입구로부터 연직하방에 방수막을 설치한다.

플라즈마 발생부는 하우징 내부에 플라즈마 발생장치를 구비하고, 상부에 개구부를 구비하되, 상기 개구부는, 기체는 소통되고 액체는 차단되는 방수막이 설치되고, 상기 플라즈마 발생장치 하부에 해당하는 하부 수조 바닥면은 외부 공기를 플라즈마 발생부 안으로 유입할 수 있는, 방수막이 설치된 하나 이상의 미세 구멍을 구비한다.

플라즈마 발생 전원이 차단되는 경우에는 내부 압력의 저하로 수조의 물이 방수막으로 역류하는 것을 방지하기 위하여, 플라즈마 발생부 하면에 미세구멍(440)을 설치하고 동시에 차단막(방수막 동일소재)(430)을 추가로 설치하여 미세구멍을 통하여 외부 공기 유입으로 수조의 압력과 플라즈마 발생부 내부 압력이 균형을 이루도록 하는 것이 특징이다. 이때 미세구멍(440)은 하나 이상을 설치하되, 상부의 방수막(420)의 구경보다 작게 하여 플라즈마가 미세구멍으로 방출되는 것을 차단한다.

상기 방수막(420)과 차단막(430)은 방수천 혹은 타이백(Tyvek)을 사용한다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예로서, 가습기 수조에 플라즈마 기체를 소형 펌프를 이용하여 강제 주입하여 용해하는 방식의 가습기이다.

하부수조(300)와 인접하여 플라즈마 발생기(400)를 설치한다. 플라즈마 발생기(400) 내부에는 플라즈마 모듈(410)과 소형 펌프(450)을 장착한다. 플라즈마 발생기에서 생성된 플라즈마 기체를 소형 펌프(450)를 작동하여 주입관(460)을 통하여 수조의 물속에 강제 주입하고, 기포 상태의 플라즈마 기체는 상승과정에서 일부 용해되고, 용해되지 않은 기체는 수조 상부의 기체 포집공간(340)에 포집되고, 포집된 기체는 자체 압력으로 회수관(470)을 통하여 플라즈마 발생기(400)로 회수된다. 이와 같이 플라즈마 기체를 수조와 플라즈마 발생기 사이에 순환과정에서 수조의 물에 플라즈마 기체가 일정한 용존도를 갖는다. 플라즈마의 용존수는 하부수조(300) 및 물통인 상부수조(200)의 전체로 확산되어 멸균 작용을 한다.

도 3은 본 발명에서 채용 가능한 플라즈마 모듈(410)의 개략도이다: (a)는 플라즈마 방출 다이오드(PED: Plasma Emitting Diode) 소자의 모듈이고, (b)는 침상형 모듈, 그리고 (c)는 카본브러쉬형 모듈이다. 각 소자의 플라즈마 발생 방식과 고전압 발생장치가 장착된 모듈을 도시하였다. 플라즈마 모듈은 일반적으로 소정의 DC-전압을 입력한다. 입력 DC-전압을 스위칭 방식으로 트랜스를 사용하여 출력 AC-전압(root-mean-square value)은 1 내지 3 kV의 범위로 하며, 전류는 mA의 크기 이며, 따라서 소모전력은 수 W 이하가 된다.

도 3(a)의 PED는 본 발명자의 출원특허 10-2017-0177591호에 나타나있다. 유전층의 상단면과 하단면에 제1 전극과 제2전극을 형성하고, 고전압발생부의 출력단에 연결하여, 유전층 위의 전극 사이에 플라즈마가 발생한다. 본 발명에서 유전재는 Quartz-판이나 세라믹(Al₂O₃)-판을 사용하는 경우 유전층의 두께는 0.5 mm 이하로 제한하고, 실리콘이 도포된 폴리이미드 필름(번 발명자의 출원특허 10-2018-0004509호)을 사용하는 경우는 유전층의 두께를 300 um 이하로 하여 구동전압이 3 kV 이하가 되도록 한다.

도 3(b)의 침상형 전극에 고전압이 인가되어 코로나 방전 방식의 미소 플라즈마 발생 모듈이다. 침상형 전극에 발생되는 플라즈마량이 극히 작기 때문에 하나 이상의 다중 전극침을 채용할 수 있다. 다중 침상형 전극의 플라즈마 모듈은 상용화되어 시중에 판매되고 있다.

도 3(c)는 탄소브러쉬형 전극에 고전압을 인가하여 플라즈마를 발생하는 모듈이다. 탄소브러쉬 끝에 미소 방전에 의하여 플라즈마 발생량이 적은 경우를 감안하여, 하나 이상의 다중형태의 모듈을 채용할 수 있다. 탄소브러쉬형 전극 모듈도 시판되고 있다.

다음은 본 발명의 플라즈마 멸균방식의 가습기(100)에서 플라즈마 발생의 제어 방식을 기술한다.

가습기의 장시간 가동으로 상부수조(200)의 물이 거의 소진되기 전에 플라즈마 발생을 중단하도록 제어한다. 따라서, 사용자가 가습기의 제어표시패널(600)에 설치된 작동 스위치를 'ON'하는 경우에 플라즈마가 발생토록 한다. 필요 이상의 장시간 동안 플라즈마가 발생하지 않도록 제어하기 위하여, 소정의 시간 동안 플라즈마가 발생토록 하는 타이머를 장착하여 제어한다. 즉, 가습기 사용 중에 플라즈마 발생 제어 시간은 상부 수조의 물이 대개 절반 정도(수조의 물이 1/3 내지 2/3 잔류 시)소모되는 시간을 기준으로 소정의 시간 경과 후에는 플라즈마 발생이 자동 정지되도록 제어한다.

소정의 시간 동안의 플라즈마 발생량을 제어하는 방법으로 침상형이나 브러쉬형은 미소방전을 감안하여 모듈의 설치 개수를 고려하여 멸균 효과를 감안하여 발생량을 제어한다. PED 소자의 경우는 소자의 플라즈마 발생 특성을 고려하여 제어한다.

상기 도 3의 플라즈마 모듈(410)의 고전압발생장치에서 출력되는 전압의 크기와 파형을 제어하여 플라즈마 발생량을 조절하는 방식을 추가로 채택할 수 있다. 전원장치의 소형화를 위하여 스위칭 방식을 단순하게 구성하되 파형의 변조방식을 채용한다. 파형의 두티를 임의 조정하는 방식을 채용한다.

한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 가습기
200: 상부 수조, 210: 수위,
300: 하부 수조, 310: 수위, 320: 진동자, 330: 습기배출구, 340: 기체 포집공간,
400: 플라즈마 발생기, 410: 플라즈마 모듈, 420: 방수막, 430: 차단막, 440: 미세구멍, 450: 소형 펌프, 460: 주입관, 470: 회수관,
500: 진동자 제어부, 510: 플라즈마 모듈 제어부, 520: 전원플러그,
600: 제어표시 패널

Claims

플라즈마를 적용한 가습기에 있어서,
상부 수조;
상기 상부 수조를 지지하며 상부 수조의 하부에 배치되고, 습기 배출구를 구비한 하부 수조;
상기 하부 수조의 바닥에 배치되는 플라즈마 발생부;
상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생의 온/오프를 제어하는 플라즈마 제어부; 및
상기 하부 수조의 습기 배출구 주변에 배치되어 습기의 배출을 촉진하는 진동자와 진동자 제어부;를 포함하고,
상기 플라즈마 발생부는,
하우징 내부에 플라즈마 발생장치를 구비하고, 상부에 개구부를 구비하되, 상기 개구부는 기체는 소통되고 액체는 차단되는 방수막이 설치되고, 상기 플라즈마 발생장치 하부에 해당하는 하부 수조 바닥면은 외부 공기를 플라즈마 발생부 안으로 유입할 수 있는, 방수막이 설치된 하나 이상의 미세 구멍을 구비하고,
상기 플라즈마 발생부로부터 플라즈마가 상방으로 확산되어 상부수조로 이송되고, 플라즈마 발생으로 플라즈마 발생부 내부압력 상승으로 플라즈마 기체가 방수막을 통하여 수조 내부로 확산되어 용해되고,
하부 수조의 수위 경계에서여 상기 진동자에 의하여 멸균 습기를 분출하고,
플라즈마 제어부는 플라즈마 발생 이후 소정의 시간이 경과하면 플라즈마 발생 전원을 차단하여 플라즈마 발생을 중단시키고, 플라즈마 발생부 압력 낮아지면, 상기 미세 구멍을 통하여 공기가 유입되어 플라즈마 발생부 내부 압력이 균형을 이루는 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균 가습기.
플라즈마를 적용한 가습기에 있어서,
상부 수조;
상기 상부 수조를 지지하며 상부 수조의 하부에 배치되고, 습기 배출구를 구비한 하부 수조;
상기 하부 수조의 외측에 배치되는 플라즈마 발생부;
상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생의 온/오프를 제어하는 플라즈마 제어부; 및
상기 하부 수조의 습기 배출구 주변에 배치되어 습기의 배출을 촉진하는 진동자와 진동자 제어부;를 포함하고,
상기 플라즈마 발생부는,
하우징 내부에 플라즈마 발생장치;
상기 플라즈마 발생장치로부터 발생된 플라즈마와 기페를 펌핑하는 펌프;
상기 펌프에 의해 배출되는 플라즈마와 기체를 상기 하부 수조의 물 속으로 공급하기 위한 주입관;
상기 주입관을 통해 하부 수조의 물 속으로 주입되고 용해되지 않은 기체들이 포집되는 하부 수조의 수위를 넘는 높이에 연결되어 용해되지 않은 기체들을 플라즈마 발생부 안으로 회수하기 위한 회수관;을 구비하여 플라즈마 강제 주입 및 플라즈마 순환식 용해를 적용한 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균 가습기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 플라즈마 발생부에 장착되는 플라즈마 발생장치는, 유전장벽방식 플라즈마 발생장치이고, 소정의 유전층 상하면에 제1 및 제2 전극이 부착되는 플라즈마 방출다이오드 소자로 된 플라즈마 발생 모듈, 침상 전극 모듈, 또는 탄소브러쉬형 전극 모듈 중에 어느 하나를 채용한 플라즈마 멸균 가습기.
제3항에 있어서, 플라즈마 방출다이오드 소자로 된 플라즈마 발생 모듈의 고체 유전판의 두께는 0.5 mm 이하이고, 필름 유전층의 두께는 300 um 이하로 된 것을 특징으로 하는 플라즈마 멸균 가습기.