KR20230035779A - 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제트 플라즈마에 의해 활성화된 소독약을 분무하여 소독 및 방역할 수 있는 소독 장치 및 방법에 관한 것으로서, 운반기체 공급 수단(T1); 플라즈마 전원 공급 수단(T2); 관 또는 노즐 형태로서 플라즈마 전극에서 발생되는 제트 플라즈마를 토출하는 제트 플라즈마 발생 수단(T3); 액상 소독약품의 저장 수단(T4); 및 상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단(T5);을 포함하되, 상기 운반기체와 소독약품 미립자가 플라즈마 전극과 제트 플라즈마 영역을 함께 통과하는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치 및 복합 플라즈마를 이용한 소독 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제트 플라즈마에 의해 활성화된 소독약을 분무하여 소독 및 방역할 수 있는 소독 장치 및 방법에 관한 것이다. 아울러 대한민국 등록특허 제10-1848311호 및 PCT KR2016 011942의 개량기술에 관한 것으로, 이 선행기술의 출원인과 발명인은 본 발명과 동일인으로서 추가적인 개량 기술의 개발을 통해 효율 및 휴대성을 더욱 발전시킨 분사식 소독장치에 관한 발명이다.
일반적으로 감염병 또는 전염병은 세균, 스피로헤타, 바이러스, 진균, 기생충과 같은 여러 병원체에 의해 감염되어 발병하는 질환이다. 병원체에 의한 감염은 음식의 섭취, 호흡에 의한 병원체의 흡입, 다른 사람과의 접촉 등 다양한 경로를 통해 발생하며 특히 여러 사람에게 전파되는 감염병을 전염병이라 칭한다. 이러한 감염병 또는 전염병에 대해서 살균 소독하는 방법에 대해 많은 연구개발이 이루어지고 있다.
현재 사용하고 있는 소독 방식의 경우 Ethylene oxide(ETO) 가스를 이용하는 방법, 오존과 물을 이용하는 방법, 과산화수소 증기를 이용하는 방법, 과산화수소와 플라즈마를 이용하는 방법 등이 있다. 최근에는 오존, 과산화수소, 자외선(UV) 및 광촉매(TiO2) 등을 다양하게 조합하여 살균 효율을 높이는 노력이 진행되고 있다.
과산화수소수는 살균 효과를 나타내기 위해 고농도 액의 사용이 필요하고, 고농도의 과산화수소수는 취급상 유독 물질이고 방역 후 환기가 필수적이다.
오존의 경우, 오존의 강력한 산화력을 이용하여 살균을 하고자 하는 여러 노력들이 있었다. 오존은 불소(F, 2.87eV), 수산화기(OH, 2.85eV) 다음으로 높은 산화 환원 준위(2.07eV)를 가지며, 과산화수소(H2O2, 1.77eV)보다 더 강력한 산화제로 알려져 있다. 그러나 오존은 살균 반응시간이 느리고 유기물의 종류에 따라 분해과정에서의 속도 편차가 크다는 단점이 있다.
밀폐용기가 아닌 노출된 곳을 살균하는 방법으로는 과산화수소 또는 살균 약품을 분사하는 방식이 주로 사용되며, 밀폐된 용기를 제거하고 저압으로 감압하는 공정도 필요가 없으므로 장치가 간단하다는 장점이 있다. 이러한 방법으로는 US 7008592 B2와 US 6969487 B1의 문헌이 있다. 여기서는 소독 약품을 미세입자로 분사하고 이후에 이 미세입자를 활성화 에너지에 노출시켜 소독 약품을 활성화시켜 노출된 물건 표면 또는 공간 전체를 살균하고자 하였다. 이 방법은 뾰족한 두 전극 사이에서 고전압의 전기적 아크를 발생시켜 이 영역을 분무된 미세입자가 통과하는 방법으로 아크 플라즈마(Arc Plasma)를 이용하는 방식이다. 그러나 이 방법은 아크 플라즈마의 형성 영역이 좁고, 미세입자가 아크 방전을 통과할 때 OH 라디칼을 형성시키지만 생존 수명이 짧아 살균 대상물의 표면에 도달하기 전에 소멸할 우려가 있다. 따라서 분사 속도가 빠르고 지속되어야 살균효과를 발생시킬 수 있다는 단점이 있다.
이외에 자외선을 이용한 방법도 유력하지만 짧은 시간 내에 활성화하기에는 자외선의 에너지가 부족하고 빛의 특성상 그늘진 곳의 살균이 불가능하다.
한편, 전염병의 확산을 막기 위해 의료시설, 다중 사용 공간 등에 대해 소독을 진행하고 있으나 대부분 외부 전력을 요구하거나 부담스러운 크기로 인해 공간적 제약을 받는다. 이러한 문제를 해결하기 위해 작업자가 직접 분무기나 소독용액을 통해 소독을 진행하거나, 전력이 필요하지 않은 휴대용 소독기 등을 사용해 소독을 진행하고 있으나, 그 효과가 미흡하고 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 대한민국 등록특허 10-2215252 등에서 배터리가 장착된 휴대용 소독기에 대한 기술을 개시하였지만, 단순한 간이 분무식 형태에 한정되어 살균 소독 효과를 나타내기 위해서는 고농도의 과산화수소수나 독한 소독액을 사용해야 한다는 문제점이 있다.
따라서 본 발명에서는 외부에 노출된 표면 또는 공간을 살균하기 위하여 비교적 장치가 간단한 소독약품의 분무 또는 분사 공정을 기본공정으로 이용하고 살균 효율을 더욱 증가시키기 위하여 소독약품과 플라즈마를 복합적으로 이용하는 살균 소독 방법을 제안하고자 한다.
이는 선행기술인 대한민국 등록특허 제10-1848311호 방법과 기본원리는 유사하지만, 소독약품 미립자의 공급위치를 변경하여 더욱 소독효과를 효율화시키는 개량 기술이다. 더욱 자세하게는 소독약품의 액체 미립자를 발생시키고 선행기술과는 달리, 이 액체 미립자를 플라즈마 전극 앞 단계에 유입시키는 방법을 채택하였다. 즉, 액상 미립자가 운반기체와 함께 플라즈마 전극 영역과 제트 플라즈마 영역을 동시에 통과하여 액상 미립자가 플라즈마 형성에 직접 참여하여 활성화되는 특징이 있다. 따라서 액상 미립자가 고도로 활성화되어 소독유체가 대상물에 도달한 후 화학반응에 의해 2차 활성화 반응을 일으키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 소독약품의 미립자와 운반기체를 제트 플라즈마에 의해 1차 활성화시켜 복합 소독유체를 생성하고, 생성된 복합 소독유체는 살균 대상물 표면에 도달한 후 2차 활성화 반응을 일으켜 살균능력이 극대화된 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마 분사 소독장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 언급한 과제로 제한되지 않는다. 언급하지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에 의한 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마 분사 소독 장치는, 운반기체 공급 수단(T1); 플라즈마 전원 공급 수단(T2); 관 또는 노즐 형태로서 플라즈마 전극에서 발생되는 제트 플라즈마를 토출하는 제트 플라즈마 발생 수단(T3); 액상 소독약품의 저장 수단(T4); 및 상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단(T5);을 포함하되, 상기 운반기체와 소독약품 미립자가 플라즈마 전극과 제트 플라즈마 영역을 함께 통과하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 소독 장치에 있어서, 상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단은 초음파 진동 미립자 발생기(T5), 벤츄리 관(T6), 액상 분사노즐(T7) 또는 이들의 조합을 포함하는 수단인 것을 특징으로 하고; 상기 운반기체는 공기, 산소, 아르곤, 질소, 헬륨 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하며; 상기 제트 플라즈마 발생 방식은 아크 제트 방식, 유전체 제트 방식 또는 이들의 조합이고 플라즈마 전원은 펄스 또는 교류의 형태로 0.2 내지 25kV 범위의 전압과 0.5 내지 50kHz 범위의 주파수인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 액상 소독약품은 과산화수소수, 오존 함유수, 과초산, 치아염소산, 과탄산나트늄, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 에틸렌다이아민테트라아세테이트(ethylenediamine-tetraacetate), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다. 여기에서, 상기 과산화수소수의 과산화수소 농도가 6% 이하인 것이 바람직하다.
또, 제트 플라즈마 후단에 제트 플라즈마를 감싸는 관 형태 또는 1단 내지 다단 노즐 형태의 플라즈마 보호 기기가 더 구비될 수 있으며, 상기 플라즈마 보호기기 내부에 전자파 차폐 장치가 더 구비되어 있는 것이 바람직하다.
또, 상기 분사 소독장치는 배터리로 구동되어 휴대용으로 제작되는 것이 바람직하다.
한편, 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 실시예에 의한 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마 분사 소독 방법은, 액상 소독약품을 용기에 장입하는 단계(S1); 제트 플라즈마를 발생시키는 운반기체를 공급하는 단계(S2); 상기 소독약품을 제트 플라즈마 발생장치에 유입시키는 단계(S3); 상기 소독약품의 미립자 형성 및 상기 운반기체와의 혼합단계(S4); 제트 플라즈마의 발생 및 소독유체(운반가스 및 소독액 미립자)의 제트 플라즈마 통과 단계(S5); 상기 운반기체와 상기 소독약품 미립자의 혼합물인 복합 소독유체의 분무 단계(S6); 상기 복합 소독유체가 비행하여 살균 대상물에 도달하는 단계(S7); 및 상기 복합 소독유체가 복합반응을 일으켜 살균하는 단계(S8);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 소독 방법에 있어서, 상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단은 초음파 진동 미립자 발생기, 벤츄리 관, 액상 분사노즐 또는 이들의 조합을 포함하는 수단이 될 수 있고, 또한 상기 운반기체는 공기, 산소, 아르곤, 질소, 헬륨 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상술한 본 발명의 방법 구성에서, 상기 제트 플라즈마 발생 방식은 아크 제트 방식, 유전체 제트 방식 또는 이들의 조합이고 플라즈마 전원은 펄스 또는 교류의 형태로 0.2 내지 25kV 범위의 전압과 0.5 내지 50kHz 범위의 주파수인 것이 바람직하다. 또, 상기 액상 소독약품은 과산화수소수, 오존 함유수, 과초산, 치아염소산, 과탄산나트늄, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 에틸렌다이아민테트라아세테이트(ethylenediamine-tetraacetate), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 과산화수소수의 과산화수소 농도가 6% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 방법 발명에 있어서, 상기 제트 플라즈마 후단에 제트 플라즈마를 감싸는 관 형태 또는 1단 내지 다단 노즐 형태의 플라즈마 보호 기기가 더 구비되는 것이 바람직하고, 상기 상기 플라즈마 보호기기 내부에 전자파 차폐 장치가 더 구비되는 것이 바람직하며, 상기 분사 소독장치는 배터리로 구동되어 휴대용으로 제작되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치 및 방법은 장치가 간단하고 소독약품과 플라즈마의 복합반응의 결과로 살균 효율이 우수하다. 특히 살균처리에 플라즈마를 활용하지만, 감압 시스템을 생략하여 장치가 간단해 질 수 있다. 또한, 본 발명은 활성종의 생성 후 분사되어 이동되는 방식과 함께 살균 대상물 표면에서 화학반응에 의해 활성종이 추가 생성되는 방식을 채택하여 살균 효율이 증가된다. 따라서 본 발명의 소독 장치 및 방법은 실내 및 실외에 노출된 살균 대상물에 쉽게 적용할 수 있고, 추가적으로 밀폐용기 내부에도 적용할 수 있어 의료용 기구 등의 살균에도 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 소형화가 가능하여 배터리 구동 방식의 휴대용으로 응용이 가능하여 장소에 구애를 받지 않고 살균 소독을 용이하게 실시할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 선행기술(등록특허 10-1848311)에 따른 장치의 구성예를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 복합 살균 과정을 나타낸 개념도.
도 3는 본 발명에 따른 장치 구성예를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 액상 소독약품의 미세화 방법의 구성예를 나타낸 도면.
도 5는 선행기술과 본 발명의 혼용 활용에 따른 장치 구성예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 살균 과정을 나타내는 공정 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 복합 살균 과정을 나타낸 개념도.
도 3는 본 발명에 따른 장치 구성예를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 액상 소독약품의 미세화 방법의 구성예를 나타낸 도면.
도 5는 선행기술과 본 발명의 혼용 활용에 따른 장치 구성예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 살균 과정을 나타내는 공정 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 설명의 편의를 위해 도면에 도시된 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 표현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 복합 살균 과정을 나타낸 개념도이고, 도 3는 본 발명에 따른 장치 구성예를 나타낸 도면이며, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 액상 소독약품의 미세화 방법의 구성예를 나타낸 도면이고, 도 5는 선행기술과 본 발명의 혼용 활용에 따른 장치 구성예를 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 살균 과정을 나타내는 공정 흐름도이다.
본 발명은 플라즈마, 소독약품(과산화수소 등) 및 물과의 복합반응을 효율적으로 이용하고자 하였다. 플라즈마 이용의 주목적은 액상 미립자의 액체 활성화이다. 소독액을 구성하는 액상 소독 약품 및 활성화된 액체는 비교적 유효 수명이 길기 때문에, 분무과정 이후에도 성분의 소모 없이 살균 대상물에 도달하여 복합 반응에 의해 활성종을 형성시켜 소독작용을 일으킨다.
본 발명은 소독약품의 분사 시 분무되는 액상 미립자와 운반가스가 플라즈마영역을 동시에 통과하도록 하여 액상 미립자를 액체 활성화하도록 하는 방식이다. 액체의 활성화로 인해 액체 내에 OH 라디칼, 활성산소 및 오존 등 활성종이 형성된다.
본 발명은 활성화 효율이 증가되어 소형화가 가능함에 따라 배터리로 구동되는 휴대용 방식으로의 전환이 용이하여, 장소에 구애를 받지 않고 현장에서 즉시 활용 가능하므로 기존의 여러 가지 문제점들을 해소할 수 있다.
다양한 플라즈마 장치의 종류 및 그 특성과 이에 따른 다양한 활성종의 생성에 대한 내용은 선행 특허인 대한민국 등록특허 10-1848311에 개시되어 있다. (도 1a 및 도 1b 참조)
현재까지 살균 분야에서 응용되는 플라즈마 기술은 플라즈마에 의해 활성산소와 OH 라디칼을 다량으로 발생시킨 후 살균하는 방식에 집중되어 왔다. 즉, 활성종을 형성시킨 후 이동시키는 방식이라고 할 수 있다. 그러나 활성종의 수명이 짧고 지속적으로 활성종을 공급해야 한다는 단점이 있다.
본 발명은 이전 발명과 같이 활성종과 오존을 동시에 활용하는 방식으로 제트 플라즈마 방식을 활용한다. 제트 플라즈마는 활성산소와 오존을 대략 같은 정도로 발생시켜 소독에 응용하는데 적합한 플라즈마이다. 제트 플라즈마는 아크 플라즈마 제트 방식과 DBD 플라즈마 제트 방식으로 구분할 수 있으며, 본 발명에서는 어느 하나를 선택해서 사용하던가 또는 두 가지 방식을 혼용하여 사용하여도 무방하다.
소독약품 활성화에 제트 플라즈마를 적용하면 기상에서는 활성산소와 기상 오존이 동시에 발생되는 동시에, 액상 미립자는 플라즈마를 통과할 때 액체가 플라즈마 활성화되어 액체 내에 OH 라디칼 및 오존 등이 형성된다.
한편, 소독약품에 과산화수소와 오존이 존재할 경우, 과산화수소와 오존은 페록손(peroxone)반응을 일으킨다. 페록손 반응은 다음의 식으로 표현되며, OH 라디칼 등을 생성시킨다.
H2O2 + 2O3 -> 2OH* + 3O2
OH 라디칼의 경우 불소(F, 2.87eV) 다음으로 강력한 산화작용(2.85eV)을 하며, 거의 모든 유기물과 빠른 속도로 반응하여 살균에 효율적이다. 그러나 생존수명이 짧아 잔류시간이 매우 짧은 편이다. 그러나 OH 라디칼이 물과 함께 존재할 경우 생존수명이 증가하므로 소독에 활용 가능하다.
과산화수소의 경우 특별히 반응을 촉발시키지 않는 한 안정적인 수명을 보유하고 있다. 또 본 발명에서 오존의 경우는 기상 또는 액상 오존일 수 있다. 오존의 반감기는 온도에 따라 차이가 발생하지만 약 20분 내지 12시간 정도로서 현실적으로 응용하기에 충분하다.
본 발명은 과산화수소수 등을 이용하므로 소독약품에 이미 물을 포함하고 있다. 오존이 물과 공존할 경우, 오존의 가수분해 반응이 여러 반응 경로를 통해 일어나게 되어, OH 라디칼을 개시제로 하여 OH 라디칼과 과산화수소 등을 생성한다.
본 발명에서 오존은 기상 또는 액상일 수 있고, 물 역시 액상으로 존재하므로 대상 목표물에서 기화하여 지속적으로 화학적 2차 활성화 반응에 의해 소독 유효 성분을 공급하게 된다. 따라서 분무된 이후에도 살균 반응이 지속되어 살균에 효율적이다. 2차 활성화 반응은 다음식과 같다.
H2O2 + O3 + H2O -> OH*, ROS, H2O2
본 발명에서는 살균을 위해 소독약품(과산화수소수 등)의 액상 미립자를 소독유체의 주성분으로 하고 제트 플라즈마를 이용하여 이를 플라즈마 활성화한다. 이로 인해 소독유체는 액상 미립자내에 OH 라디칼 등의 활성종과 오존(기상 또는 액상)을 포함하는 기체와 액체로 이루어진 복합 소독유체를 형성하고, 살균 대상에서 소독유체가 화학적으로 2차 활성화되는 복합 반응을 일으켜 살균 효율을 증가시키는 것을 특징으로 한다.(도 2 참조)
또한, 본 발명에서 과산화수소가 소독약품으로 사용되는 경우, 살균이 끝난 후에 과산화수소와 오존은 물과 산소로 전환되어 잔류 소독 성분이 남지 않게 되는 장점이 있다.
다음은 본 발명이 이전 발명인 대한민국 등록특허 10-1848311과 차별화되고 개량된 점을 기술한다. 이전 발명은 소독액의 액상 미립자가 이미 형성된 플라즈마 중간 부분에 유입되는 방식이고, 액상 미립자가 유입되는 방식은 유체역학적으로 제트 기류에 의해 끌려오는 방식이므로, 액상 미립자가 제트 플라즈마에 접촉을 하지만 플라즈마를 통과하는 궤적이 비교적 짧은 편이다.(도 1b 참조) 이는 액상 미립자가 플라즈마가 발생하는 금속 전극과 접촉하지 않아서 전기적 교란 없이 플라즈마가 비교적 안정하다는 장점이 있다.
그러나 본 발명에서는 액상 미립자를 제트 플라즈마 발생 이전에 공급하여 운반기체와 액상 미립자가 플라즈마 형성에 직접 참여하는 방식을 채택하였다.(도 3 참조) 이때 플라즈마는 전기적 교란 없이 잘 유지되었고 살균 효율이 이전 발명보다 더욱 증가하였다.
즉 운반기체와 소독약품 미립자가 플라즈마 전극부위와 제트 플라즈마 발생 영역을 함께 통과함으로써 플라즈마 노출 궤적이 증가하였다. 또한, 기상과 액상이 전극부위를 통과할 때 전기적 충격을 동시에 받아 활성화 효율이 증가하고 이로 인해 소독 효율이 증가되는 결과로 나타났다.
또한, 본 발명에서는 활성화 효율이 증가하여, 외부 교류 전원은 물론이고 직류 배터리를 원천 전원으로 사용하여 휴대성을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 큰 특징 중 하나는 인체에 유해하지 않은 저농도 소독액(저농도 과산화수소수, 순수한 물, 저농도 알콜)을 사용하고 제트 플라즈마의 기상 및 액상활성화를 활용하여 소독의 효율을 희생하지 않고 소독의 목적을 달성한다는 점이다.
한편, 본 발명에서 소독약품을 미립자로 만드는 수단은 크게 3가지로 분류할 수 있다. 첫째, 소독액을 초음파 진동자 등을 사용하여 먼저 미립화한 후 플라즈마 제트 발생관 내부의 유입구를 통해 제트 기류에 의해 이 미립자가 빨려들어 운반기체와 함께 플라즈마 전극과 플라즈마 제트 영역을 통과시키는 방법.(도 4a의 T6 참조) 둘째, 소독약품 저장용기에 벤튜리 관을 연결하여 소독액이 고속의 기체 기류를 따라 미립화되어 운반가스와 함께 플라즈마 전극과 플라즈마 제트 영역을 통과시키는 방법.(도 4b의 T7 참조) 셋째, 소독액에 직접 압력을 가하여 액상 노즐을 통해 액 자체를 고속 분사하여 소독액을 미립화하고 분사하고 플라즈마 전극과 플라즈마 제트를 통과시키는 방법(도 4c의 T8 참조)이 있다.
이러한 미립화 수단은 상기 3가지 방법, 기타 방법 및 이들의 조합을 활용해도 무방하고, 이때 분무되는 미립자의 크기는 0.01 ~ 50 미크론 범위가 바람직하다.
분무 시 사용되는 운반기체 및 플라즈마 발생 시 사용되는 운반기체는 공기, 산소, 아르곤, 질소, 헬륨 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 본 발명에서의 제트 플라즈마 발생 방식은 아크 제트 방식 또는 유전체(DBD : Dielectric Barrier Discharge) 제트 방식이고, 플라즈마 전원은 펄스 또는 교류의 형태로 0.2~25kV 범위의 전압과 0.5~50kHz 범위의 주파수인 것이 바람직하다.
한편, 소독약품으로는 과산화수소수 외에도 오존함유수, 과초산(peracetic acid), 차아염소산(hypochlorous acid), 과탄산나트륨(sodiumperoxo carbonate ), 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 에틸렌다이아민테트라아세테이트(ethyl enediaminetrtraacetate), 아이소프로필알코올(isopropyl alcogol), 구연산(citric acid), 젖산(lactic acid), 옥살릭산(oxalic acid), 알코올, 물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 사용하여도 무방하다.
본 발명에서 소독액의 과산화수소 농도는 35% 이하, 10% 이하, 7.5% 이하, 또는 6% 이하인 것을 선택적으로 사용할 수 있다. 식품의약품안전처 기준 과산화수소수 6% 이상일 경우 유해물질이니 그 이하의 농도가 바람직하다.
한편, 본 발명에서 발생하는 플라즈마는 비록 저온 플라즈마에 해당하나, 인체의 접촉은 바람직하지 않고, 플라즈마로부터 발생하는 자외선도 눈에 해롭다. 따라서 이를 방지하기 위하여 플라즈마 제트를 외부와 차단하는 플라즈마 보호 기기가 필요할 수 있으며, 다양한 재질의 투명 또는 불투명 보호관의 설치가 바람직하다. 또한 플라즈마 보호기기는 추가적인 1단 또는 다단 노즐의 형태로 적용할 경우 분사되는 복합 소독유체의 분사 속도 및 미립화를 더욱 증가시킬 수도 있다.
전자기기의 경우 응용처에 따라 전자파 유출을 금하고 있다. 본 발명의 장치의 경우 기기로부터 외부로 분사되는 노즐은 필연적으로 외부에 개방되어 있으므로 전차파 차폐를 위해서는 전자파를 차단하는 수단이 필요하다. 이를 위해서는 기기로부터 발생하는 전자파 주파수에 대응하여 메쉬(mesh) 형태로 도전체 재질인 금속망 등을 적정 메쉬 크기로 설치하면 전차파 차단이 가능하다. 금속망 이외에 통상적인 전차파 차단 방법을 사용하여도 무방하다.
또한, 본 발명은 외부와 격리시키는 밀폐 공간을 더 구비하고, 소독유체를 밀폐 공간 안으로 분무하여 내부 대상물을 살균할 수도 있다.
본 발명에서는 응용처에 따라 소독약품의 투입을 플라즈마 발생 전과 발생 후의 투입비율을 적정 비율로 조정하여 사용할 수 있으며, 이는 선행기술과 본 발명 기술의 혼용으로 볼 수 있다. (도 5 참조) 특히 소독액의 분사량이 많이 필요하여 플라즈마 발생시 전기적 교란이 발생할 경우, 소독액의 투입량을 적절한 비율로 플라즈마 발생 전과 후로 나누어 투입하면 장치가 안정화 될 수 있다.
본 발명에서 소독이 이루어지는 단계는 소독 약품 장입하는 단계(S1), 운반 기체 공급하는 단계(S2), 액체 미립화하고 운반기체와 액체를 혼합하는 단계(S3), 소독약품 공급 및 유입시키는 단계(S4), 제트 플라즈마 발생 및 소독유체의 플라즈마 통과 단계(S5), 소독유체를 분무하는 단계(S6), 복합 소독유체가 비행하여 살균 대상물 표면 도착하는 단계(S7), 소독 유체의 복합 반응 및 살균하는 단계(S8)로 이루어진다.
(실시예)
이전 발명과 본 발명에서의 큰 차별점은 소독액의 유입 위치에 따른 플라즈마 활성화 효율의 증가에 있으므로, 소독액 유입 위치의 차이에 따른 소독효과의 검증에 대한 시험을 진행하였고, 이때 사용된 공정변수는 아래와 같다.
소독약품으로는 과산화수소수 5.5%의 수용액을 사용하였고 분무되는 액상 미립자의 크기는 5~25μm 범위였으며, 분무량은 50g/min로 하였다. 제트 플라즈마는 15kV, 20kHz의 펄스 전원을 인가하였으며, 플라즈마가 플라즈마 토출구로부터 1.5cm까지 확장되도록 운반기체의 압력을 조정하였다. 플라즈마 토출구 및 소독약품의 유입구 직경은 각각 2.3mm, 2nm로 하였다.
살균시험에 사용된 샘플은 BI(Biological Indicator)를 이용하였으며, BI는 상업적으로 판매되는 것으로 스테인리스 강에 Geobacillus Stearothermophilus균과 Escherichia.coli균이 106 접종된 것을 소독약품의 분사 토출구로부터 30cm 거리에 위치시켰다. 그 후 상기 소독장치를 가동시키고 1초 단위로 20초까지 분무하는 살균 시험을 수행하였다. 분무 후 1시간의 경과시간을 두고 BI를 배양하여 반응이 없을 때의 분무시간을 표 1에 나타내었다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 실시예 5는 이전 발명의 구성예에 따른 시험으로, 제트 플라즈마가 발생된 후 플라즈마 중간 영역에서 소독액이 유입되는 방식이고(도 1b), 실시예 2 내지 4, 실시예 6 내지 8은 본 발명에 따른 구성예에 따른 시험으로서 소독액의 미립자가 제트 플라즈마 발생 전에 유입되어 운반기체와 미립자가 플라즈마 전극과 제트 플라즈마를 동시에 통과하는 방식이다(도 3).
표 1에 따르면, 실시예 2가 실시예 1에 비하여 1.2배 이상의 살균효율을 보이고 있다.
또한, 실시예 3과 실시예 4는 실시예 2의 구성을 토대로, 소독액을 증류수(실시예 3)와 알코올(실시예 4)로 변경하였을 경우이다. 실시예 3과 4에서도 살균 능력이 나타나지만, 과산화수소수를 사용하였을 때(실시예 2) 보다는 살균 효율이 감소함을 보여주고 있다.
실시예 5 내지 8은 실시예 1 내지 4와 균주만 다를 뿐 그 외에는 동등한 조건에서 진행하였으며, 결과 또한 동일한 경향을 나타낸다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
| 살균능력 (균주 : GS균) | ||||
| 구 분 | No | 소독액 종류 | 소독액 유입 위치 | 분무시간(초) |
| 실시예 | 1 | 과산화수소수(5.5%) | 이전 발명의 구조(도 1 (b)) | 12 |
| 2 | 과산화수소수(5.5%) | 본 발명의 구조(도 3) | 9 | |
| 3 | 증류수 | 본 발명의 구조(도 3) | 18 | |
| 4 | Isopropanol 40% | 본 발명의 구조(도 3) | 13 | |
| 살균능력 (균주 : ECO균) | ||||
| 실시예 | 5 | 과산화수소수(5.5%) | 이전 발명의 구조(도 1 (b)) | 11 |
| 6 | 과산화수소수(5.5%) | 본 발명의 구조(도 3) | 8 | |
| 7 | 증류수 | 본 발명의 구조(도 3) | 15 | |
| 8 | Isopropanol 40% | 본 발명의 구조(도 3) | 11 | |
T1 : 운반기제 공급장치
T2 : 플라즈마 전원장치
T3 : 제트 플라즈마 발생장치
T4 : 소독약품 저장용기
T5 : 액상 미립자 발생장치
T6, T7, T8 : 미립자 발생 장치
T2 : 플라즈마 전원장치
T3 : 제트 플라즈마 발생장치
T4 : 소독약품 저장용기
T5 : 액상 미립자 발생장치
T6, T7, T8 : 미립자 발생 장치
Claims (18)
- 운반기체 공급 수단(T1);
플라즈마 전원 공급 수단(T2);
관 또는 노즐 형태로서 플라즈마 전극에서 발생되는 제트 플라즈마를 토출하는 제트 플라즈마 발생 수단(T3);
액상 소독약품의 저장 수단(T4); 및
상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단(T5);을 포함하되,
상기 운반기체와 소독약품 미립자가 플라즈마 전극과 제트 플라즈마 영역을 함께 통과하는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단은 초음파 진동 미립자 발생기(T5), 벤츄리 관(T6), 액상 분사노즐(T7) 또는 이들의 조합을 포함하는 수단인 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 운반기체는 공기, 산소, 아르곤, 질소, 헬륨 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제트 플라즈마 발생 방식은 아크 제트 방식, 유전체 제트 방식 또는 이들의 조합이고 플라즈마 전원은 펄스 또는 교류의 형태로 0.2 내지 25kV 범위의 전압과 0.5 내지 50kHz 범위의 주파수인 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 액상 소독약품은 과산화수소수, 오존 함유수, 과초산, 치아염소산, 과탄산나트늄, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 에틸렌다이아민테트라아세테이트(ethylenediamine-tetraacetate), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 과산화수소수의 과산화수소 농도가 6% 이하인 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제1항에 있어서,
제트 플라즈마 후단에 제트 플라즈마를 감싸는 관 형태 또는 1단 내지 다단 노즐 형태의 플라즈마 보호 기기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 플라즈마 보호기기 내부에 전자파 차폐 장치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 분사 소독장치는 배터리로 구동되어 휴대용으로 제작되는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 장치.
- 액상 소독약품을 용기에 장입하는 단계(S1);
제트 플라즈마를 발생시키는 운반기체를 공급하는 단계(S2);
상기 소독약품을 제트 플라즈마 발생장치에 유입시키는 단계(S3);
상기 소독약품의 미립자 형성 및 상기 운반기체와의 혼합단계(S4);
제트 플라즈마의 발생 및 소독유체(운반가스 및 소독액 미립자)의 제트 플라즈마 통과 단계(S5);
상기 운반기체와 상기 소독약품 미립자의 혼합물인 복합 소독유체의 분무 단계(S6);
상기 복합 소독유체가 비행하여 살균 대상물에 도달하는 단계(S7); 및
상기 복합 소독유체가 복합반응을 일으켜 살균하는 단계(S8);를 포함하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 소독약품을 미립자로 만드는 수단은 초음파 진동 미립자 발생기, 벤츄리 관, 액상 분사노즐 또는 이들의 조합을 포함하는 수단인 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 운반기체는 공기, 산소, 아르곤, 질소, 헬륨 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 제트 플라즈마 발생 방식은 아크 제트 방식, 유전체 제트 방식 또는 이들의 조합이고 플라즈마 전원은 펄스 또는 교류의 형태로 0.2 내지 25kV 범위의 전압과 0.5 내지 50kHz 범위의 주파수인 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 액상 소독약품은 과산화수소수, 오존 함유수, 과초산, 치아염소산, 과탄산나트늄, 글루타르알데하이드(glutaraldehyde), 에틸렌다이아민테트라아세테이트(ethylenediamine-tetraacetate), 아이소프로필 알콜(isopropyl alcohol), 물 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 과산화수소수의 과산화수소 농도가 6% 이하인 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제10항에 있어서
제트 플라즈마 후단에 제트 플라즈마를 감싸는 관 형태 또는 1단 내지 다단 노즐 형태의 플라즈마 보호 기기가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제16항에 있어서
상기 플라즈마 보호기기 내부에 전자파 차폐 장치가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
- 제10항에 있어서,
상기 분사 소독장치는 배터리로 구동되어 휴대용으로 제작된 것을 특징으로 하는 제트 플라즈마로 활성화된 기상/액상 복합 플라즈마를 이용한 분사 소독 방법.
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| US6969487B1 (en) | 1999-05-06 | 2005-11-29 | Intecon Systems, Inc. | Denaturing of a biochemical agent using an activated cleaning fluid mist |
| US7008592B2 (en) | 1999-05-06 | 2006-03-07 | Intecon Systems, Inc. | Decontamination apparatus and method using an activated cleaning fluid mist |
| KR101848311B1 (ko) | 2016-04-22 | 2018-04-12 | 주식회사 에스피텍 | 플라즈마 제트를 이용한 복합 소독유체 분무식 멸균장치 및 방법 |
| KR102215252B1 (ko) | 2019-08-21 | 2021-02-15 | 주식회사 에스엠뿌레 | 이종 밸브가 설치된 송풍식 분무기 |
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2021
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