KR20210017644A - 플라즈마 방전 살균을 위한 캡슐을 이용한 포장용기 및 이를 포함하는 방전 살균 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피살균물을 저장하며, 플라즈마 방전 가스를 포함하는 기체 풍선을 포함하고, 전자기파가 소통가능한 재질로 이뤄진, 포장용기 및 이러한 포장용기를 통한 플라즈마 살균 장치 및 이러한 포장용기에 포함될 수 있는 기체 풍선에 관한 것이다.

Description

플라즈마 방전 살균을 위한 캡슐을 이용한 포장용기 및 이를 포함하는 방전 살균 장치{A Packing container using capsule for plasma discharge sterilization and a discharge sterilizer including the same}

본 발명은 포장 용기내 플라즈마 방전 살균을 위한 포장 용기 및 이를 포함하는 플라즈마 방전 살균 장치에 관한 것이다.

농업은 생산 중심에서 저장 중심으로 이의 패러다임이 전환되는 시점에 있고, 저장 기간과 효율을 높이고자 많은 연구가 이뤄지고 있다.

식품 저장 기술은 특히 유해한 화학약품에 의존하는 방법에서, 저온 저장 방법 및 CA(Controlled Atmosphere)의 방법으로 발전되었고, 최근에는 친환경적이고 살균, 호흡억제 등을 구현할 수 있는 플라즈마에 기초한 살균 방법이 시도되고 있다.

특히, 식품이나 의료기기 등을 포장한 포장지 내에서 방전을 발생시킬 경우 포장지 내에서 살균 작용이 일어나고, 살균 이후 추가 오염의 유입이 없어 살균 효과가 긴 시간 동안 유지될 수 있고, 또한 포장지 내에서 발생한 여러 활성종들은 수 분에서 수 시간이 지나면 모두 원래의 기체 조성으로 돌아가 없어지므로, 포장 개봉 시 기체에 포함된 활성종에 의한 인체 유해성은 없어 매우 효과적인 살균 전략일 수 있다.

그러나 현재의 포장 용기내에 식품 등의 살균을 위해서, 포장지의 단가 상승 및 전극으로부터의 오염 물질 유입을 억제하기 위하여 플라즈마 발생용 전극은 포장지 외부에 위치하고 있으며, 포장지 외부에 전극이 위치하는 경우 포장의 높이 또는 체적으로 인하여 방전에 매우 큰 전압이 필요하고, 포장지 외부 즉, 포장지 바깥쪽 표면과 전극 사이의 공간에서 방전을 억제하기 어려움이 있다. 위의 문제를 해결하기 위해 포장지 바깥쪽 표면에 전극을 밀착시키는 경우 포장지 바깥쪽에 전극을 밀착시키기 위한 장치와 과정이 필요하고 이로 인하여 장치 제작 비용이 상승하고 시간당 처리 성능이 떨어질 수 있다. 포장지 외부에 전극이 위치하되 포장지와 밀착할 필요가 없으면서도 방전을 용이하게 만들기 위하여 포장 내부의 기체 조성을 바꿀 수 있으나 이는 포장 후 기체 주입 및 밀봉의 과정을 필요로 하여 단가 상승 및 시간당 처리 성능을 떨어뜨릴 수 있다.

또한 살균을 위한 플라즈마 방전가스와 식품의 저장 가스는 종류가 다를 수 있다. 예를 들어 살균을 위한 플라즈마 방전가스는 오존의 발생을 위해 산소일 수 있고, 식품의 저장을 위해서는 질소와 같은 가스일 수 있다. 산소와 같은 가스는 식품을 산화시켜 저장 기간을 단축시킨다. 이에 플라즈마 방전가스와 식품의 저장 가스는 분리할 필요가 있을 것이다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 극복하는, 새로운 구성을 제공한다.

본 발명은, 포장지 외부에의 플라즈마 전극으로부터 낮은 방전 전압으로 포장 용기 내에 플라즈마를 효율적으로 발생시킬 수 있는 새로운 구성을 제공한다.

일 측면으로서, 본 발명은, 전기장 소통가능한 재질로 이뤄지고, 피살균물을 저장하는 내부 공간을 가지는 하우징; 및 플라즈마 방전 가스를 포함하고 전기장 소통가능한 재질의, 상기 하우징 내에 위치하는, 캡슐을 포함하는, 플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기를 제공한다.

본 발명은 피살균물, 예를 들어 농식품을 저장하는 가스와 플라즈마 될 방전 가스를 구분할 수 있도록, 내부에 플라즈마 방전 가스를 가지는 캡슐을 제공한다. 포장 용기의 하우징의 재질과 캡슐의 재질은 전부 전기장 소통가능한 재질로 이뤄져 있다. 이는 포장용기 재질이 도체와 같은 재질이어서 전자기 차폐가 되지 않는 재질을 의미한다. 예를 들어, 통상의 식품 포장용기, 예컨대 플라스틱 용기일 수 있다. 포장 용기 외부의 전기장 인가 수단, 예컨대 방전 전극에 의해 전달되는 전기장 에너지가 상기 캡슐 내의 플라즈마 방전 가스로 전달되어, 상기 플라즈마 방전가스가 플라즈마 될 수 있다. 상기 피살균물은 식품 또는 의료기기일 수 있다.

플라즈마 방전 가스, 예컨대 피살균물의 살균에 도움이 되는 예를 들어 산소 등에 피살균물이 저장 중에 노출을 차단하여 피살균물 예컨대 식품의 신선한 저장을 보정하고, 살균이 필요한 임의의 시점에 전기장을 인가하여 플라즈마 방전 가스에 의해 살균에 필요한 플라즈마 처리된 방전 가스가 피살균물에 전달되도록 한다.

상기 캡슐 내의 플라즈마 방전 가스는 상기 포장용기 내의 가스보다 낮은 절연파괴전압을 가짐을 특징으로 한다. 상기 플라즈마 방전 가스는 산소, 아르곤 및 헬륨 중 어느 하나 이상의 가스임을 특징으로 한다. 상기 포장용기 내의 가스는 공기 또는 질소임을 특징으로 한다. 포장 용기 외부에 위치하는 전기장 인가 수단에 의해 포장용기 내로 전기장을 인가할 때, 불필요하게 포장 용기 내의 가스에 플라즈마가 이뤄짐을 차단하고 캡슐 내의 방전 가스가 우선적으로 플라즈마화 되도록 할 수 있다. 이를 통해 플라즈마 방전 가스 만의 플라즈마화를 보장할 수 있다.

예를 들어, 공기 대비 방전이 잘되면서 산소를 포함한 기체 조성을 약간의 부피 팽창으로도 잘 터지는 재질의 풍선에 주입한 뒤에 밀봉하고, 이를 포장용기 내에 넣고 외부 전극을 이용하여 고전압을 인가하여 풍선 내부의 기체에서만 방전이 일어나면서 풍선 내부에 오존 등의 활성종이 발생하고, 방전에 의해 풍선 내부 기체의 온도가 상승하면서 부피가 팽창하여 풍선이 터지면서 풍선 내부의 활성종이 포장지 내부로 확산하고 살균 작용이 발생한다.

또한, 산소와 같은 플라즈마 방전 가스를 포장용기 내의 식품에 평상시에는 차단을 하여 산화 등의 노화를 억제하면서 식품의 저장기간 및 식품의 품질을 오래 동안 유지하면서 살균이 필요한 시점에 산소의 플라즈마 활성 종, 예컨대 오존 등에 의해 살균을 가능하도록 할 수 있다.

상기 캡슐은 인가되는 전기장에 의해 터질 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다. 전기장에 의해 터짐은 상기 캡슐 내의 플라즈마 방전 가스가 전기장 인가에 의해 절연 파괴되고 플라즈마화 되어 팽창에 의한 터짐 또는 깨짐 일 수 있다.

상기 포장용기는 기체 소통가능한 소포장을 포함하고, 상기 캡슐은 상기 소포장 내에 배치됨을 특징으로 한다. 상기 소포장은 이의 표면에 열린 기공을 가져 내외부 기체가 소통가능 하도록 구성되며, 상기 캡슐로부터 방출하는 플라즈마 처리된 가스가 외부로 방출될 수 있고, 상기 열린 기공은 상기 캡슐의 깨짐 또는 터짐에 의한 파편보다는 작아 상기 캡슐의 파편의 외부로의 이동을 차단할 수 있어, 상기 피살균물의 상기 캡슐 파편으로부터 보호할 수 있다. 이러한 소포장 내의 캡슐의 배치는 풍선이 터지면서 발생하는 터진 풍선의 재질에 따른 식품 또는 피살균물의 오염을 차단하는 효과가 있다. 소포장 내에서 터진 풍선의 잔재는 소포장 내에 가둬지고, 기체 및 활성종만 소포장의 밖으로 유출되어 피살균물을 살균하게 된다.

상기 소포장은 내면에 뽀쪽한 구조물을 포함한다. 상기 캡슐을 플라즈마 방전에 따른 팽창시 상기 뽀족한 구조물의 도움으로 터질 수 있도록 구성됨을 특징으로 한다.

상기 포장용기는 유연성 있는 재질로 구성되어, 상기 캡슐을 플라즈마 방전에 따른 팽창시 외부에서 상기 포장용기를 가압하여 상기 팽창된 캡슐이 상기 뽀족한 구조물에 접촉하여 터질 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 피살균물은 식품이고, 상기 플라즈마 방전 가스는 산소를 포함하는 가스이며, 상기 포장용기 내의 가스는 불활성 가스를 포함할 수 있다.

다른 측면으로서, 본 발명은, 제1 전극; 상기 제1 전극에 일정 간격 이격되어 마주하도록 배치된 제2 전극; 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 상기의 포장 용기; 상기 제1 및 제2 전극에 전압을 인가하는 전압인가수단을 포함하는, 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치를 제공한다.

상기 고전압 전극 및 접지 전극 사이에 컨베이어 밸트가 이동하도록 구성되며, 상기 포장용기는 상기 컨베이어 밸트 위에서 이동하면서 상기 고전압 전극 및 접지 전극 사이를 지나가도록 구성될 수 있다.

또 다른 측면으로서, 본 발명은, 플라즈마 방전 가스를 포함하고, 상기 가스의 팽창에 따라 터지도록 구성되는 캡슐로서, 피살균물을 저장하는 포장 용기 내에 포장되어 상기 포장용기로의 전기장 인가에 따라 상기 캡슐 내에서 플라즈마 발생되고 상기 캡슐의 터짐으로 포장 용기 내로 활성 종을 방출하도록 구성된, 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 캡슐을 제공한다.

본 발명은 상기한 기체풍선이 없는 포장용기에 비해 훨씬 적은 전압으로 살균에 필요한 플라즈마 활성종을 생산할 수 있고, 또한 살균이 필요한 시점에만 이 활성종의 소스 가스에 피살균물 특히 식품이 노출될 수 있도록 하여 노화 억제 등에 따른 저장 기간 및 품질 유지의 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 캡슐을 독립 공정으로 대량 생산하면 기체 주입 공정이 물품의 포장과 독립되므로 단가를 낮출 수 있고, 물품 포장 시에 기체 주입 장치 및 공정이 필요 없으며 시간당 처리 성능을 높일 수 있다. 또한 전극이 포장지 표면에 밀착할 필요가 없으므로 시간당 처리 성능을 더욱 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치를 예시한다.
도 2는 본 발명의 소포장을 포함하는 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치를 예시한다.
도 3는 본 발명의 뽀족한 구조물을 가진 소포장을 포함하는 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치를 예시한다.
도 4는 본 발명의 컨베이어 밸트를 포함하는 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치를 예시한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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 본 발명이 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 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치를 예시한다.

본 발명의 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치(100)는 제1 전극(110); 상기 제1 전극에 일정 간격 이격되어 마주하도록 배치된 제2 전극(120); 피살균물(131)을 저장하며 플라즈마 방전 가스를 포함하는 팽창가능한 캡슐(132)을 포함하는 전기장 소통가능한 재질로 이뤄진 포장용기(130); 상기 제1 전극(110) 및 상기 제2 전극(120) 사이에 전압을 인가하는 전압인가수단(140)을 포함한다.

상기 고전압 전극에 인가된 전압에 따라 고전압 전극과 접지 전극 사이에 강한 전기장이 발생하고 이 두 전극 사이에 놓인 캡슐 내의 플라즈마 방전 가스는 이온화되면서 플라즈마화 되고 팽창하면서 캡슐은 터지게 된다.

포장용기 내 가스는 캡슐 내의 가스와 다른 종류이고, 캡슐 내의 가스는 상기 포장용기 내의 가스보다 낮은 절연 파괴 전압을 가진다. 플라즈마는 기체의 절연파괴(breakdown)로 만들어지는데, 포장용기 내의 가스를 플라즈마화 시킬 때의 전압보다 캡슐 내의 가스를 플라즈마화 시킬 때의 전압이 낮다는 것을 의미한다.

적은 공간에 낮은 절연파괴의 전압의 특성을 갖는 기체가 캡슐 내에 있어서, 그렇지 않는 경우에 비해 낮은 전압으로도 쉽게, 캡슐 내의 기체들만 플라즈마화 시킬 수 있다. 이러한 캡슐이 없는 경우에 포장 용기내에 플라즈마를 만들기 위해서는 매우 높은 전압을 인가하거나 전극의 간격을 매우 좁게 하여 공간을 줄여야 하나, 낮은 전압에서도 그리고 전극의 간격을 매우 좁게 하지 않더라도 포장 용기에 낮은 절연파괴 특성을 갖는 기체를 포함하는 캡슐을 도입함에 의해 포장 용기에 플라즈마 활성종이 존재하게 할 수 있다. 이는 필요한 시기에 전압만 인가하면 플라즈마 활성종을 존재시킬 수 있는 특별한 효과도 제공할 수 있다.

포장 용기 내의 공기 대비 방전이 잘 되면서 산소를 포함한 기체 조성을 약간의 부피 팽창으로도 잘 터지는 재질의 캡슐에 주입한 뒤에 밀봉하고, 이를 포장지 내에 넣고 외부 전극을 이용하여 고전압을 인가한다. 그러면 캡슐 내부의 기체에서만 방전이 일어나면서 캡슐 내부에 오존 등의 활성종이 발생하고, 방전에 의해 풍선 내부 기체의 온도가 상승하면서 부피가 팽창하여 캡슐이 터지면서 풍선 내부의 활성종이 포장지 내부로 확산하고 살균 작용이 발생한다. 방전에 의한 캡슐 내부 기체의 온도 상승에 따른 부피 팽창 시 풍선이 더 잘 터지도록 포장지 내부 구조를 최적화할 수 있다. 캡슐을 독립 공정으로 대량 생산하면 기체 주입 공정이 물품의 포장과 독립되므로 단가가 낮고, 물품 포장 시에 기체 주입 장치 및 공정이 필요 없으며 시간당 처리 성능이 높음. 또한 전극이 포장지 표면에 밀착할 필요가 없으므로 시간당 처리 성능을 더욱 높일 수 있다.

도 2는 본 발명의 캡슐이 소포장(150) 내에 위치하는 예를 보여준다. 상기 소포장(150)은 기체 소통가능한 다수의 개구(151)을 포함하고 있어, 캡슐로부터의 활성종 기체가 피처리물로 확산될 수 있다. 상기 소포장은 캡슐의 터짐에 따른 잔재가 피처리물을 오염시킴을 차단하는 역할을 한다.

도 3은 본 발명의 소포장의 내면에 뽀쪽한 구조물(152)을 포함하는 예를 보여준다. 상기 캡슐을 플라즈마 방전에 따른 팽창시 상기 뽀족한 구조물(152)의 도움으로 더욱 쉽게 터질 수 있게 한다. 도 3b에서와 같이, 본 발명의 포장용기는 유연성 있는 재질로 구성되거나 유연성 부분(133)을 가지고 있고, 상기 캡슐을 플라즈마 방전에 따른 팽창시 외부에서 상기 포장용기를 가압하여 상기 팽창된 캡슐이 상기 뽀족한 구조물에 접촉하여 터질 수 있도록 할 수 있다.

도 4는 본 발명의 포장 용기가 컨베이어 밸트를 통해 연속 처리됨을 예시하는 도면이다.

본 발명의 포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치는 상기 고전압 전극 및 접지 전극 사이에 컨베이어 밸트(160)가 이동하도록 구성되며, 상기 포장용기는 상기 컨베이어 밸트(160) 위에서 이동하면서 상기 고전압 전극 및 접지 전극 사이를 지나가도록 구성될 수 있다.

Claims (13)

1. 전기장 소통가능한 재질로 이뤄지고, 피살균물을 저장할 수 있는 내부 공간; 및
   플라즈마 방전 가스를 포함하고 전기장 소통가능한 재질의, 상기 내부 공간에 위치하는 캡슐을 포함하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 피살균물은 식품 또는 의료기기임을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 캡슐 내의 플라즈마 방전 가스는 상기 포장용기 내의 가스보다 낮은 절연파괴전압을 가짐을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마 방전 가스는 산소, 아르곤 및 헬륨 중 어느 하나 이상의 가스임을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 포장용기 내의 가스는 공기 또는 질소임을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 캡슐은 인가되는 전기장에 의해 터질 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
7. 제1항에 있어서,
   상기 포장용기는 기체 소통가능한 소포장을 포함하고,
   상기 캡슐은 상기 소포장 내에 배치됨을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
8. 제7항에 있어서,
   상기 소포장은 내면에 뽀쪽한 구조물을 포함하고,
   상기 캡슐을 플라즈마 방전에 따른 팽창시 상기 뽀족한 구조물의 도움으로 터질 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
9. 제8항에 있어서,
   상기 포장용기는 유연성 있는 재질로 구성되어,
   상기 캡슐을 플라즈마 방전에 따른 팽창시 외부에서 상기 포장용기를 가압하여 상기 팽창된 캡슐이 상기 뽀족한 구조물에 접촉하여 터질 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는,
   플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
10. 제1항에 있어서,
    상기 피살균물은 식품이고,
    상기 플라즈마 방전 가스는 산소를 포함하는 가스이며,
    상기 포장용기 내의 가스는 불활성 가스를 포함하는,
    플라즈마 피처리물의 저장 및 플라즈마 처리용 포장용기.
11. 제1 전극;
    상기 제1 전극에 일정 간격 이격되어 마주하도록 배치된 제2 전극;
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치되는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에의 포장 용기;
    상기 제1 및 제2 전극에 전압을 인가하는 전압인가수단을 포함하는,
    포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 고전압 전극 및 접지 전극 사이에 컨베이어 밸트가 이동하도록 구성되며,
    상기 포장용기는 상기 컨베이어 밸트 위에서 이동하면서 상기 고전압 전극 및 접지 전극 사이를 지나가도록 구성됨을 특징으로 하는,
    포장 용기내 저장된 피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 방전 장치.
13. 플라즈마 방전 가스를 포함하고, 상기 가스의 팽창에 따라 터지도록 구성되는 캡슐로서,
    피살균물을 저장하는 포장 용기 내에 포장되어 상기 포장용기로의 전기장 인가에 따라 상기 캡슐 내에서 플라즈마 발생되고 상기 캡슐의 터짐으로 포장 용기 내로 활성 종을 방출하도록 구성된,
    피살균물을 플라즈마 살균하기 위한 포장용기 내 캡슐.
    
    
    

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