KR20220027503A

KR20220027503A - 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치

Info

Publication number: KR20220027503A
Application number: KR1020200108443A
Authority: KR
Inventors: 김민환
Original assignee: 주식회사 캐스트
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-08
Also published as: WO2022045546A1; KR102581014B1; US20220370677A1

Abstract

본 발명은 외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 상기 공기와 플라즈마를 반응시켜 오존을 생성시키는 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치에 관한 것이다. 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치는, 내부에 수용 공간이 형성되는 본체와, 상기 본체의 내부 수용 공간에 설치되어 오존을 생성하는 오존 생성 모듈과, 상기 본체의 외부로부터 상기 오존 생성 모듈에 연결되도록 설치되어 상기 본체 외부의 공기를 상기 오존 생성 모듈의 내부로 공급하는 외부 공기 공급 라인과, 상기 오존 생성 모듈의 내부로부터 상기 본체의 외부로 연장되도록 설치되어 상기 오존 생성 모듈에 의해 생성된 오존을 상기 본체의 외부로 토출하는 오존 토출 라인과, 상기 본체의 일 측에 설치되어 상기 본체 외부의 공기를 상기 오존 생성 모듈의 외면에 공급하는 냉각 팬을 포함한다.

Description

저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치{Cold micro plasma ozone generator}

본 발명은 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 플로팅 전극 사이에 배치된 복수 개의 마이크로 패턴들 상에 플라즈마를 발생시켜 외부로부터 흡입된 공기와 발생된 플라즈마를 반응시켜 오존을 생성하는 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치에 관한 것이다.

플라즈마는 물질을 구성하고 있는 입자들의 내부에너지 크기에 따라 고체, 액체, 기체에 이어 제4의 물질 상태라고 정의한다. 고체에 에너지를 가하면 액체·기체로 되고, 다시 이 기체 상태에 높은 에너지를 가하면 수만℃의 가스온도에서 기체는 전자와 원자핵으로 분리되어 플라즈마 상태가 되기 때문이다.

초고온 상태에서 만들어진 플라즈마에서 분자는 완전히 해리되어 원자상태가 되고 원자에 구속되어 있던 모든 전자들이 전자 궤도를 자유 전자로 이탈하게 되어 이온과 전자로 이루어진 기체상태가 되지만, 플라즈마의 온도가 높지 않은 경우에는 완전하게 해리된 분자, 불완전하게 이온화된 이온분자 또는 이온원자 등으로 반응성이 높은 화학종(Radical)들이 생긴다. 특히, 온도가 낮은 이온, 전자, 래디칼, UV 등의 여러가지의 구성원소를 갖고 있어 그 특성이 매우 다양하다.

이러한 다양한 구성 원소들로 인해 유도된 활성화, 살균, 촉매의 세 가지 제어기능은 각종 분야에 활용 가능하다. 예를 들어 농업에선 종자의 발아율이나 새싹의 성장률을 향상하고, 발생하는 활성종, 자외선 이용해 살균이 가능하여 식품의 저장, 유통 등에 활용이 가능함. 촉매는 전자 및 활성종에 의해 분자의 해리를 촉진시킬 수 있는데, 과일 저장 시 발생하는 에틸렌 가스의 분해 등에 적용할 수 있다.

저온 플라즈마는 온도가 낮아 이온, 전자, 활성종, 자외선 등 여러 가지 구성원소를 가지고 있어 그 특성이 매우 다양하며, 이로 인해 유도된 활성화, 살균, 촉매의 세 가지 기능을 다양한 응용 분야에 사용할 수 있다.

마이크로 플라즈마를 이용한 효과적인 오존의 발생기기는 대용량 시설 뿐만 아니라 그 동안 접근하기 어려웠던 저용량 소형 시설에도 사용 가능하고, 각종 수요와 필요에 따른 농식품 저장환경의 개선, 미생물 제어를 통해 농식품의 신선도를 제고하고 지속 가능한 농식품 기술을 맞춤형으로 개발되고 있다.

관련 선행기술로는 대한민국 등록특허 10-1839823호 "모듈식 마이크로플라즈마 마이크로채널 반응기 디바이스, 소형 반응기 모듈, 및 오존 발생 디바이스"가 있다. 등록특허 10-1839823호는 비 절연체 내부에 마이크로 채널을 만들고, 그 안으로 가스를 통과시키며 채널 안에 플라즈마를 발생시키는 기술을 개시하고 있을 뿐이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다수개의 플로팅 전극 사이에 배치되는 복수 개의 마이크로 패턴들 상에 플라즈마를 발생시켜 오존을 생성하고, 생성된 오존을 통해 병해충 제거와 에틸렌 저감, 유해균 살균 등이 가능한 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 내부에 수용 공간이 형성되는 본체와, 상기 본체의 내부 수용 공간에 설치되어 오존을 생성하는 오존 생성 모듈과, 상기 본체의 외부로부터 상기 오존 생성 모듈에 연결되도록 설치되어 상기 본체 외부의 공기를 상기 오존 생성 모듈의 내부로 공급하는 외부 공기 공급 라인과, 상기 오존 생성 모듈의 내부로부터 상기 본체의 외부로 연장되도록 설치되어 상기 오존 생성 모듈에 의해 생성된 오존을 상기 본체의 외부로 토출하는 오존 토출 라인과, 상기 본체의 일 측에 설치되어 상기 본체 외부의 공기를 상기 오존 생성 모듈의 외면에 공급하는 냉각 팬에 의해 달성된다.

이에 의해, 본 발명은 마이크로 패턴을 구비하는 양면의 고전압 전도체를 통해 방전 효율이 높은 마이크로 플라즈마를 원하는 위치에 발생시킬 수 있다. 또한, 다수개의 저온 마이크로 플라즈마 발생장치를 적층하여 활성된 이온 및 활성종의 발생양을 늘릴 수 있다. 또한, 저온 마이크로 플라즈마를 통해 생성된 오존을 통해 병해충 제거, 에틸렌 저감, 유해균 살균에 활용할 수 있다. 또한, 크기가 작아 여러 형태의 저장장치, 수처리장치 등에 부착하여 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치의 다른 실시 예를 도시한 단면도이다.

본 명세서에서 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어를 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 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 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치에 관하여 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치(100)는 본체(110), 본체(110)의 내부 수용 공간에 설치되어 오존을 생성하는 오존 생성 모듈(120), 본체(110)의 외부로부터 오존 생성 모듈(120)에 연결되도록 설치되어 본체(110) 외부의 공기를 오존 생성 모듈(120)의 내부로 공급하는 외부 공기 공급 라인(130), 오존 생성 모듈(120)의 내부로부터 본체(110)의 외부로 연장되도록 설치되어 오존 생성 모듈(120)에 의해 생성된 오존을 본체(110)의 외부로 토출하는 오존 토출 라인(140) 및 본체(110)의 일 측에 설치되어 본체(110) 외부의 공기를 오존 생성 모듈(120)의 외면에 공급하는 냉각 팬(150)을 포함한다.

본체(110)는 직사각 박스 형상으로 형성되는 구조물로, 내부에 수용 공간이 형성된다. 이때, 본체(110)의 일 측에는 복수 개의 냉각 슬릿이 구비되어 본체(110) 외부의 공기가 본체(110) 내부의 수용 공간으로 인입될 수 있도록 한다.

오존 생성 모듈(120)은 외부 공기 공급 라인(130)과 연결되도록 설치되는 공기 유입구(122)를 구비한 원형의 제1 플로팅 전극(121), 제1 플로팅 전극(121)과 결합되며 오존 토출 라인(140)과 연결되도록 설치되는 오존 토출구(124)를 구비한 제2 플로팅 전극(123), 제1 플로팅 전극(121)과 제2 플로팅 전극(123) 사이에 배치되어 복수 개의 마이크로 패턴 들 상에 플라즈마를 발생시키는 고전압 전도체(125), 제1 플로팅 전극(121)과 고전압 전도체(125) 사이에 배치되는 제1 유전체(126) 및 고전압 전도체(125)와 제2 플로팅 전극(123)의 사이에 배치되는 제2 유전체(127)를 포함한다.

제1 플로팅 전극(121)은 소정 두께를 갖는 원 형상의 플레이트로서, 중앙부에 공기 유입구(122)가 제1 플로팅 전극(121)을 관통하도록 형성된다.

제2 플로팅 전극(123) 또한 소정 두께를 갖는 원 형상의 플레이트로 마련되나, 제1 플로팅 전극(121)보다 큰 직경을 갖도록 형성되고 외주를 따라 제1 플로팅 전극(121)과 결합되기 위한 결합홈이 형성되어 상기 결합홈에 제1 플로팅 전극(121)이 삽입됨에 의해 제1 플로팅 전극(121)과 결합된다. 이때, 제2 플로팅 전극(123)의 중앙부에는 제2 플로팅 전극(123)을 관통하도록 오존 토출구(124)가 형성된다.

고전압 전도체(125)는 제1 플로팅 전극(121)과 제2 플로팅 전극(123)의 사이에 배치되는 고전압이 통전 가능한 전도체로서, 고전압 전도체(125)의 전 영역에 걸쳐 복수 개의 마이크로 패턴들이 형성되며, 상기 마이크로 패턴들 상에서 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이때, 발생되는 마이크로 플라즈마의 두께는 50㎛ 내지 300㎛ 일 수 있으나 이에 대해 한정되는 것은 아니다. 상기 마이크로 패턴들의 형상은 삼각형, 등변 사각형, 사각형, 반원 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 반드시 이에 대해 한정되는 것은 아니고, 실시 예에 따라 마이크로 패턴을 구비하지 않은 평면(flat)의 고전압 전도체(125)가 배치될 수 있다. 고전압 전도체(125)는 고전압 전도체(125) 사이의 간극을 마이크로 단위의 크기로 조정하여 방전공간을 확보하고 간극이 가까운 곳에서 전기장(electric field)이 강해져서 플라즈마가 발생할 수 있다. 특히 본 발명은 다수개의 마이크로 패턴 상에 플라즈마가 발생할 수 있도록 플라즈마 발생 위치를 조절 가능하도록 고안하였으며, 다양한 패턴의 표면 디자인 구성으로 가스 방전 효율이 향상되는 효과가 있다. 고전압 전도체(125)는 양면 전극 구조로서 방전량을 단면 전극 구조보다 2배 이상 향상시킬 수 있으며, 고전압 전도체(125)가 제1 플로팅 전극(121)과 제2 플로팅 전극(123) 내에 배치됨으로써 안정성도 향상될 수 있다.

제1 유전체(126) 및 제2 유전체(127)는 일반적인 유전체 물질로 형성되는 원 형상의 플레이트로서, 제1 플로팅 전극(121)과 고전압 전도체(125)의 사이 및 고전압 전도체(125)와 제2 플로팅 전극(123)의 사이에 각각 배치되도록 설치된다.

상기와 같이 구성되는 오존 생성 모듈(120)은 제1 플로팅 전극(121)의 공기 유입구(122)를 통해 공기가 유입되면, 고전압 전도체(125)의 상면 중앙에서 상면 측면으로 공기가 이동하고, 이동된 상기 공기는 고전압 전도체(125)의 하면 측면에서 하면 중앙으로 이동하여 제2 플로팅 전극(123)의 오존 배출구(124)를 통해 배출된다. 이때, 고전압 전도체(125)의 상기 마이크로 패턴들에서 플라즈마가 발생되어 유입된 공기와 반응함에 의해 오존이 발생하게 된다. 상기와 같이 발생된 오존은 제2 플로팅 전극(123)의 오존 배출구(124)를 통해 사기 공기와 함께 배출된다.

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 플라즈마 오존생성장치의 다른 실시 예를 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2의 실시예에서 오존 생성 모듈이 상이하다. 도 3의 다른 실시예를 참조하면 오존 생성 모듈(120)은, 복수 개로 마련되어 상호 적층된 형태로 설치될 수 있다. 이 경우, 오존 생성 모듈(120)들의 오존 토출구(124)는 그 하단에 배치된 오존 생성 모듈(120)의 공기 유입구(122)와 연결되도록 설치된다. 그리고 최상단 오존 생성 모듈(120)의 공기 유입구(122)는 외부 공기 공급 라인(130)과 연결되고, 최하단 오존 생성 모듈(120)의 오존 토출구(124)는 오존 토출 라인(140)과 연결될 수 있다. 상기와 같이 오존 생성 모듈(140)이 복수 개로 마련되어 상호 적층된 형태로 형성되면, 하나의 오존 생성 모듈(140)보다 많은 양의 오존을 생성할 수 있게 된다.

외부 공기 공급 라인(130)는 내부에 이송 공간이 형성되는 소정 직경을 갖는 파이프로서, 일 측이 본체(110)의 외부로 돌출되도록 형성되며, 타 측은 오존 생성 모듈(120)의 공기 유입구(122)와 연결되도록 형성되어 본체(110) 외부의 공기를 오존 생성 모듈(120)의 내부로 인입시킨다.

그리고 오존 토출 라인(140)은 내부에 이송 공간이 형성되는 소정 직경을 갖는 파이프로서, 일 측이 오존 생성 모듈(120)의 오존 토출구(124)와 연결되도록 형성되며, 타 측은 본체(110)의 외부로 돌출되도록 형성되어 오존 생성 모듈(120)에 의해 생성된 오존을 본체(110)의 외부로 토출시킨다.

냉각 팬(150)은 본체(110)의 상기 복수 개의 냉각 슬릿 인근에 배치되어 작동에 의해 상기 냉각 슬릿을 통해 본체(110) 외부의 공기를 오존 생성 모듈(120) 측으로 공급한다. 상기와 같이 냉각 팬(150)에 의해 본체(110) 외부의 공기가 오존 생성 모듈(120)로 공급되어 오존 생성에 의해 발열되는 오존 생성 모듈(120)을 냉각시키게 된다.

이상으로 본 발명에 따른 마이크로 플라즈마 오존생성장치에 대한 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였다.

전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술 될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 저온 플라즈마 오존생성장치 110: 본체
120: 오존 생성 모듈 121: 제1 플로팅 전극
122: 공기 유입구 123: 제2 플로팅 전극
124: 오존 토출구 125: 고전압 전도체
126: 제1 유전체 127: 제2 유전체
130: 외부 공기 공급 라인 140: 오존 토출 라인
150: 냉각 팬

Claims

외부의 공기를 흡입하고, 흡입된 상기 공기와 플라즈마를 반응시켜 오존을 생성시키는 저온 마이크로플라즈마 오존생성장치에 있어서,
내부에 수용 공간이 형성되는 본체;
상기 본체의 내부 수용 공간에 설치되어 오존을 생성하는 오존 생성 모듈;
상기 본체의 외부로부터 상기 오존 생성 모듈에 연결되도록 설치되어 상기 본체 외부의 공기를 상기 오존 생성 모듈의 내부로 공급하는 외부 공기 공급 라인;
상기 오존 생성 모듈의 내부로부터 상기 본체의 외부로 연장되도록 설치되어 상기 오존 생성 모듈에 의해 생성된 오존을 상기 본체의 외부로 토출하는 오존 토출 라인; 및
상기 본체의 일 측에 설치되어 상기 본체 외부의 공기를 상기 오존 생성 모듈의 외면에 공급하는 냉각 팬;을 포함하는 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치.
제1항에 있어서,
상기 오존 생성 모듈은,
상기 외부 공기 공급 라인과 연결되도록 설치되는 공기 유입구를 구비한 원형의 제1 플로팅 전극;
상기 제1 플로팅 전극과 결합되며, 상기 오존 토출 라인과 연결되도록 설치되는 오존 토출구를 구비한 제2 플로팅 전극; 및
상기 제1 플로팅 전극과 상기 제2 플로팅 전극 사이에 배치되어 복수 개의 마이크로 패턴 들 상에 플라즈마를 발생시키는 고전압 전도체;를 포함하는 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치.
제2항에 있어서,
상기 오존 생성 모듈은,
상기 제1 플로팅 전극과 상기 고전압 전도체의 사이에 배치되는 제1 유전체; 및
상기 고전압 전도체와 상기 제2 플로팅 전극의 사이에 배치되는 제2 유전체;를 더 포함하는 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치.
제3항에 있어서,
상기 오존 생성 모듈은 복수 개로 마련되어 상호 적층된 형태로 설치되되,
상기 오존 생성 모듈들의 상기 오존 토출구는 그 하단에 배치된 오존 생성 모듈의 상기 공기 유입구와 연결되도록 설치되며,
최상단 오존 생성 모듈의 공기 유입구는 상기 외부 공기 공급 라인과 연결되고,
최하단 오존 생성 모듈의 오존 토출구는 상기 오존 토출 라인과 연결되는 것을 특징으로 하는 저온 마이크로 플라즈마 오존생성장치.