WO2021096077A1 - 다공성 세라믹 유전체를 포함하는 플라즈마 발생장치 - Google Patents

다공성 세라믹 유전체를 포함하는 플라즈마 발생장치 Download PDF

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WO2021096077A1
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ceramic
ceramic layer
plasma generating
beads
ozone
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이승훈
김도근
김창수
박훈관
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한국재료연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a plasma generating apparatus comprising a porous ceramic dielectric.
  • the present invention includes a porous ceramic dielectric coated with an antibacterial material, and can effectively generate ozone to remove bacteria and viruses, and to increase air purification capacity while minimizing pressure loss. It relates to a plasma generating apparatus for purification.
  • Ventilation decreases due to an increase in the concentration of outdoor fine dust and ultrafine dust, and indoor air pollution by bio aerosols generated by humans and animals, volatile organic compounds and radon emitted by building materials, and fine dust generated during food cooking is further prevented. The situation is getting worse.
  • MERS Middle East Respiratory Syndrome
  • polymer fiber-based filter materials used for air purification are capable of collecting bacteria in the size of several hundred nanometers to tens of micrometers, adsorbing VOCs, and collecting fine dust. Difficulty in preventing secondary infection.
  • the ultraviolet sterilization method known as a bioaerosol management technology
  • a bioaerosol management technology has problems of lack of pathogen removal performance and shortening of life due to curing of the polymer filter when mixed with a polymer fiber-based filter.
  • An object of the present invention is to provide a plasma generating device excellent in bioaerosol collection and sterilization performance.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma generating device capable of maximizing air purification capacity while minimizing pressure loss in a large air purifier.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus capable of optimizing the quality of indoor air according to the characteristics of a space in a public facility.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma generating device including a ceramic filter coated with an antibacterial material capable of implementing antibacterial properties even under conditions where plasma and ozone are not generated.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus capable of minimizing ozone emission.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma generating apparatus capable of increasing the area in order to be applicable to commercial air conditioning equipment.
  • the first ground electrode; High voltage electrode; And a plasma generating module comprising a first ceramic layer made of a porous ceramic dielectric formed between the first ground electrode and the high voltage electrode, wherein the first ground electrode and the high voltage electrode are made of a lattice shape or a porous metal.
  • the ceramic includes an antibacterial coating layer coated with an antibacterial material, and the first ceramic layer has open pores formed therein, and a plasma generating device is provided.
  • the plasma generation module may include a second ceramic layer made of a porous ceramic dielectric provided on one side of the high voltage electrode; And a second ground electrode formed on one side of the second ceramic layer.
  • the plasma generating module may further include a second ground electrode provided on one side of the high voltage electrode.
  • the porosity of the first ground electrode, the high voltage electrode, and the second ground electrode may be 5 to 95 vol%.
  • the first ground electrode, the high voltage electrode, and the second ground electrode may have a thickness of 0.1 to 10 mm.
  • At least one of the first ceramic layer and the second ceramic layer may be formed as a single layer.
  • the ceramic may include at least one of alumina (Al 2 O 3 ), zirconia (ZrO 2 ) , diatomaceous earth, and silica (SiO 2 ).
  • the antibacterial coating layer of the ceramic may include at least one of zinc oxide having antibacterial activity and a carbon compound that converts ozone into hydroxide.
  • the zinc oxide includes ZnOx, and x may be 1 to 2.
  • the carbon compound may convert ozone into OH active species.
  • the ceramic may be a bead or a reticulated porous ceramic.
  • the plasma generating apparatus of the present application includes: a first ceramic layer composed of beads and a second ceramic layer composed of beads; A first ceramic layer made of beads and a second ceramic layer made of reticulated porous ceramics; A first ceramic layer made of reticulated porous ceramic and a second ceramic layer made of beads; Alternatively, a first ceramic layer composed of a reticulated porous ceramic and a second ceramic layer composed of a reticulated porous ceramic may be included.
  • the particle diameter of the bead may be 100 to 5000 ⁇ m.
  • a porosity of at least one of the first ceramic layer composed of beads and the second ceramic layer composed of beads may be 0.5 to 50 vol%.
  • the pore density of the reticulated porous ceramic may be 30 to 100 PPI (Pores per Inch).
  • the porosity of at least one of the first ceramic layer made of reticulated porous ceramic and the second ceramic layer made of beads may be 0.5 to 50 vol%.
  • an air purification apparatus including the plasma generating apparatus of the present application.
  • an ozone removal catalyst may be further included at the rear of the plasma generating device.
  • the wind speed of the air purification device may be 0.1 to 5 m/s.
  • ozone for removing bacteria and viruses including a porous ceramic dielectric coated with an antibacterial material, and to minimize pressure loss while increasing air purification capacity.
  • the structure and manufacturing process of the plasma generating device are simple, so that the large area of the plasma generating device is possible.
  • harmful ozone emission may be minimized by applying an antimicrobial member capable of decomposing various ozone to the coating layer of the porous ceramic dielectric material.
  • a plasma generating device including a ceramic filter coated with an antibacterial material capable of implementing antibacterial properties even under conditions in which plasma and ozone are not generated.
  • a plasma generating device capable of efficiently removing specific pathogens may be provided by applying various sterilizing materials to the coating layer of a porous ceramic dielectric.
  • FIG. 1A schematically shows a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1B schematically shows a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic diagram of a plasma generating module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a photograph of a plasma generating module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a graph showing a result of measuring an ozone fluid generation amount and ozone generation efficiency by a plasma generating apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • terms such as “or” and “at least one” may represent one of words listed together, or a combination of two or more.
  • “or B”, “at least one of and B” may include only one of A or B, and may include both A and B.
  • pathogens refer to microorganisms that cause diseases such as viruses and bacteria. In general, anything that can cause disease is included.
  • the bioaerosol includes airborne microorganisms, microorganisms such as bacteria or fungi, viruses, and pollen causing allergies in gas or liquid particles.
  • FIG. 1A schematically shows a plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a plasma generating apparatus includes: a first ground electrode 10; A high voltage electrode 30; And a first ceramic layer 20 made of a porous ceramic dielectric formed between the first ground electrode 10 and the high voltage electrode 30.
  • a dielectric barrier discharge may be most suitable.
  • the use of the dielectric barrier discharge has the advantage of obtaining a high concentration of active species per unit volume of the discharge region.
  • the first ground electrode 10 and the high voltage electrode 30 are formed of a lattice-like or porous metal such as a mesh.
  • a large amount of atmospheric pressure low-temperature plasma is generated in a portion where the first ground electrode 10 and the high voltage electrode 30 are in contact with the dielectric ceramic.
  • the metal is not limited thereto, but may be made of aluminum or stainless steel. According to the above configuration, ozone for removing bacteria and viruses, etc. can be effectively generated, and pressure loss can be minimized while increasing the air purification capacity.
  • the meshes of the first ground electrode 10 and the high voltage electrode 30 may be appropriately sized and shaped to prevent the dielectric ceramic beads from leaking to the outside.
  • the overall shape of the first ground electrode 10 and the high voltage electrode 30 may be a square frame, but the shape of the frame may be changed according to the configuration of a conventional air conditioner.
  • the ceramic includes an antibacterial coating layer coated with an antibacterial material, and open pores are formed in the ceramic layer. According to the above configuration, ozone for removing bacteria and viruses, etc. can be effectively generated, and pressure loss can be minimized while increasing the air purification capacity.
  • Open pores are formed in the first ceramic layer, so that gas permeability is excellent.
  • the plasma generation module 1 includes a second ceramic layer 22 formed of a porous ceramic dielectric provided on one side of the high voltage electrode 30; And a second ground electrode 12 formed on one side of the second ceramic layer 22.
  • the high voltage electrode 30, the second ceramic layer 22, and the second ground electrode 12 may generate a large amount of atmospheric pressure low-temperature plasma by increasing a portion of the porous ceramic dielectric body in contact with each other. According to the above configuration, ozone for removing bacteria and viruses, etc. can be effectively generated, and pressure loss can be minimized while increasing the air purification capacity.
  • the porosity (a ratio of the space volume to the total volume) of the first ground electrode 10, the high voltage electrode 30, and the second ground electrode 12 may be 5 to 95 vol%. Although not limited thereto, if the porosity of the first ground electrode 10, the high voltage electrode 30, and the second ground electrode 12 is less than 5 vol%, the pressure loss increases, and if it exceeds 95 vol%, the bioaerosol Plasma generation for collection and sterilization may not be smooth.
  • the first ground electrode 10, the high voltage electrode 30, or the second ground electrode 12 may have a thickness of 0.1 to 10 mm. Although not limited thereto, if the thickness of the first ground electrode 10, the high voltage electrode 30, or the second ground electrode 12 is less than 0.1 mm, it is difficult to mechanically support the ceramic, and if it exceeds 10 mm, it is more than necessary. It can occupy the volume.
  • At least one of the first ceramic layer 20 and the second ceramic layer 22 may be formed as a single layer. According to the above configuration, a large amount of atmospheric pressure low-temperature plasma can be generated by increasing a portion of the high voltage electrode 30 and the like in contact with the porous ceramic dielectric body. Therefore, it is possible to efficiently remove pathogens, and while increasing the air purification capacity, it is possible to minimize pressure loss.
  • the ceramic layers 20, 22 are intended to improve the efficiency of removal of pathogens and contaminants by the plasma, the ceramic include, but are not limited to, alumina (Al 2 O 3), zirconia (ZrO 2), diatomaceous earth, And silica (SiO 2 ).
  • the antibacterial coating layer of the ceramic may include at least one of zinc oxide having antibacterial activity and a carbon compound that converts ozone into hydroxide.
  • the zinc oxide and carbon compound may induce a sterilization effect by supplying hydrogen peroxide or OH active species to the bioaerosol collected in the ceramic layer and reduce ozone generated by plasma.
  • the filter can function as a ceramic filter coated with an antibacterial material capable of implementing antibacterial properties even under conditions in which plasma and ozone are not generated.
  • the zinc oxide includes ZnOx, and x may be 1 to 2.
  • zinc oxide When zinc oxide is coated on the surface of the porous ceramic, it may have a sterilizing effect by a photocatalytic function by light, and cell walls of bacteria may be destroyed by ion substitution. In addition, it is possible to increase the sterilizing power for bacteria collected on the surface of the plasma module. In addition, the zinc oxide may have an antibacterial effect of sterilizing infectious bacteria attached to the air purifier for a long time.
  • the carbon compound can reduce ozone concentration and increase sterilization activity by converting ozone into OH active species.
  • the carbon compound may exhibit a composite function by impregnating a material capable of antibacterial and dustproof with granular activated carbon (AC).
  • the granular activated carbon may form a surface layer of a high voltage electrode with fine particles in a colloidal form.
  • the carbon compound may be, for example, zeolite or activated carbon.
  • the ceramic may be a bead or a reticulated porous ceramic.
  • the plasma generating apparatus of the present application includes: a first ceramic layer composed of beads and a second ceramic layer composed of beads; A first ceramic layer made of beads and a second ceramic layer made of reticulated porous ceramics; A first ceramic layer made of reticulated porous ceramic and a second ceramic layer made of beads; Alternatively, a first ceramic layer composed of a reticulated porous ceramic and a second ceramic layer composed of a reticulated porous ceramic may be included.
  • FIG. 1B shows a plasma generating apparatus including a first ceramic layer 20 ′ composed of beads and a second ceramic layer 22 ′ composed of reticulated porous ceramics.
  • the ceramic layers 20 and 22 are formed of a single layer of porous ceramic, and the particle diameter of the beads in the ceramic layers 20 and 22 may match the thickness of the ceramic layers 20 and 22.
  • the particle size of the bead is correlated with the concentration of the pathogen and the amount of ozone to be removed, and when the concentration is high, the particle size of the bead can be reduced, thereby increasing the surface area.
  • the beads in the ceramic layers 20 and 22 typically have a larger diameter than the opening of the high voltage electrode 30 or the like.
  • the ceramic layers 20 and 22 may be fixed by an adhesive or a mechanical fastening structure, and may be included before being attached to the high voltage electrode 30 or the like by assembly.
  • the bead may have a particle diameter of 100 to 5000 ⁇ m, and is not limited thereto, but may be suitable to increase pathogen removal efficiency and ozone removal efficiency.
  • the porosity of at least one of the first ceramic layer 20 made of beads and the second ceramic layer 22 made of beads may be 0.5 to 50 vol%. Although not limited thereto, if the porosity of the first ceramic layer 20 and the second ceramic layer 22 is less than 0.5 vol%, the pressure loss increases, and if it exceeds 50 vol%, it is difficult to collect and sterilize the bioaerosol, or The purification capacity may be reduced.
  • the pore distribution of the reticulated porous ceramic may be 30 to 100 PPI (Pores per Inch). Although not limited thereto, if the pore distribution of the first ceramic layer 20 and the second ceramic layer 22 is less than 30 PPI, the pressure loss increases, and if it exceeds 100 PPI, it is difficult to collect and sterilize the bioaerosol or purify the air. The dose may be reduced.
  • the porosity of at least one of the first ceramic layer 20 made of reticulated porous ceramic and the second ceramic layer 22 made of beads may be 0.5 to 50 vol%.
  • the porosity of at least one of the first ceramic layer 20 ′ composed of beads and the second ceramic layer 22 ′ composed of reticulated porous ceramics may be 0.5 to 50 vol%.
  • the air purification device of the present invention can be easily applied to commercial air conditioning equipment in the form of being embedded and installed in air conditioning ducts of large facilities such as hospitals.
  • the air purifying apparatus of the present application includes: a housing having an inlet, an outlet, and an air flow path connecting the inlet and the outlet; Plasma generating apparatus according to the present application; And a power supply for applying power to the plasma generating device.
  • the air purifying device of the present application is installed in a hospital to efficiently remove pathogens by collecting and sterilizing bioaerosols according to the characteristics of each space in a large space among the air flowing into the room and/or outside the air. The back can be effectively prevented or managed.
  • ozone generated by plasma can be efficiently removed before discharging the air purifier.
  • the air purifying apparatus of the present application may further include an ozone removing catalyst part at the rear of the plasma generating apparatus.
  • a known catalyst capable of decomposing ozone may be used for the ozone removal catalyst part.
  • a carbon composite, activated carbon particles, manganese dioxide, copper oxide, and/or an active material may be supported on a support including Pd and/or Pt, and may be a filter containing an ozone decomposition catalyst or an ozone decomposition catalyst, but is limited thereto. It is not.
  • the air flow rate in the air purifying apparatus may be adjusted for the purpose of the present application, that is, to increase the efficiency of removing pathogens and to reduce ozone generated through the plasma generating apparatus.
  • the wind speed of the air purifier may be 0.1 to 5 m/s.
  • the plasma generating apparatus included in the air purifying apparatus may be one frame or a frame in which a predetermined area is assembled, but is not limited thereto, but the area of the plasma generating apparatus may be 100 to 3600 cm2. If it is included in the area range, there is an advantage that the area of the plasma generating device can be adjusted within the range, so that it can be easily applied to a commercial air conditioning facility already installed in a large-scale building.
  • the plasma generating apparatus of the present application (FIGS. 2A and 2B) was manufactured, and the ozone generation efficiency and ozone fluid generation amount were measured using the following calculation formulas and conditions.
  • Ozone generation efficiency[g/kWh] Ozone concentration [g/m3] ⁇ Flow rate[m3/min]/Power consumption[kW] ⁇ 60[min/h]
  • Ozone concentration Ultraviolet absorption base Ozone concentration meter
  • power consumption power supply To output Power
  • FIG. 3 is a graph showing a result of measuring an ozone fluid generation amount and ozone generation efficiency by a plasma generating apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • an ozone generator that requires an ozone concentration of several hundred ppm has a value of 100 g/kWh or less.
  • the plasma generating portion was short to several cm, and as shown in FIG. 3, the ozone generation efficiency and the ozone fluid generation amount were remarkably improved.
  • concentration of ozone for sterilizing bacteria in the air bioaerosol is 0.5 ppm and the exposure time is less than 10 minutes, all of E. coli, Staphylococcus aureus, and Legionella bacteria show 99.9% sterilization properties.
  • the ozone concentration of the air conditioning gas is 0.5 ppm, and the bacteria in the bioaerosol collected by the porous ceramic are designed to be exposed to ozone for several minutes or more.
  • the concentration of ozone generated by the plasma generating device can be effectively reduced.
  • the following is an example in which the ozone gas generated by the plasma generation module is treated with an ozone removal catalyst to reduce the discharged ozone concentration. Electric power was applied to the plasma module in an environment in which air having a temperature of 21° C. and a humidity of 45% moves at a wind speed of 1 m/s in an air conditioning duct having a cross-sectional area of 100 cm2 to generate 0.97 ppm ozone gas.
  • the discharged ozone concentration of 0.4 ppm was confirmed.
  • the ozone gas having a concentration of about 0.5 ppm using the ozone removal catalyst applied in the present embodiment will be able to maintain the discharged ozone concentration below 0.05 ppm.
  • Table 1 shows the results of confirming the antibacterial ability of the ZnO-based antibacterial material, and was evaluated using the JIS Z 2801 standard. It was confirmed that Staphylococcus aureus and Escherichia coli were reduced by more than 99.9% by ZnO-based antibacterial material.
  • Table 2 is a result of evaluating the antibacterial ability of the ZnO-based antibacterial material through the ASTM E 2180 standard, which is a favorable condition for bacterial propagation compared to the conditions in Table 1. It was confirmed that Staphylococcus aureus and pneumococcal bacteria decreased by more than 99.9% after 24 hours by the ZnO-based antibacterial material.
  • Table 3 is a result of evaluating the antibacterial ability of ZnO-based antibacterial materials through ASTM E 2149 standard to confirm antibacterial properties in a short time compared to the conditions in Table 2. It was confirmed that the E. coli decreased by more than 99.9% after 1 hour by the ZnO-based antibacterial material.

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Abstract

본 발명은 다공성 세라믹 유전체를 포함하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 항균물질로 코팅된 다공성 세라믹 유전체를 포함하여, 박테리아와 바이러스 등을 제거하기 위한 오존을 효과적으로 생성할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있는 공기정화용 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.

Description

다공성 세라믹 유전체를 포함하는 플라즈마 발생장치
본 발명은 다공성 세라믹 유전체를 포함하는 플라즈마 발생장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 항균물질로 코팅된 다공성 세라믹 유전체를 포함하여, 박테리아와 바이러스 등을 제거하기 위한 오존을 효과적으로 생성할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있는 공기정화용 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.
실외 미세먼지 및 초미세먼지 농도의 증가로 환기가 감소하여, 사람 및 동물이 발생하는 바이오에어로졸, 건축자재가 방출하는 휘발성 유기화합물 및 라돈, 음식물 조리 중 발생하는 미세먼지에 의한 실내 공기 오염은 더욱 악화되고 있는 실정이다.
특히, 박테리아, 진균과 같은 미생물과 바이러스 등을 포괄적으로 의미하는 바이오에어로졸 또는 병원체에 의한 실내 공기 오염 문제가 심각하다. 예를 들면, 메르스(Middle East Respiratory Syndrome, MERS)의 사례에서 보는 바와 같이, 공공시설의 실내 공기 중 병원체의 관리 기술 부족으로 인한 2차 감염자의 발생이 급증할 수 있는 문제점이 있다.
안전하고 건강한 생활환경 조성을 위한 사회적 수요 증가에 따라, 바이오에어로졸의 효과적인 포집 및 살균이 가능한 신개념의 공기정화용 소재의 필요성이 증가하고 있다.
현재 공기정화 용도로 사용되는 고분자 섬유 기반의 필터 소재는 수백 나노미터에서 수십 마이크로미터 크기의 세균 포집, VOCs 흡착, 미세먼지 집진이 가능하지만, 필터 내 박테리아 증식으로 인한 악취 발생, 부유미생물 발생으로 인한 2차 감염 방지에 어려움이 있다.
또한, 바이오에어로졸 관리 기술로 알려진 자외선 살균방식은 병원체 제거 성능 부족, 고분자 섬유기반 필터와 혼용 시 고분자 필터 경화에 의한 수명 단축의 문제가 있으며, 플라즈마 방식은 대형 공조기 내의 압력손실, 유해 오존 배출 등의 기술적 난제가 존재하고 있다.
따라서, 병원과 같은 공공시설에서의 바이오에어로졸에 의한 2차 감염 등의 피해를 방지하기 위해서는 공공시설 내의 공간의 특성에 따라 실내공기질을 최적화할 수 있으면서 동시에 바이오에어로졸을 포집하여 살균할 수 있는 공기정화용 소재 개발이 필요하다.
본 발명의 배경기술로는 대한민국 등록특허 제1818947호에 미세먼지 제거를 위한 공기정화이온발생장치가 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 바이오에어로졸 포집 및 살균 성능이 우수한 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 대형 공기정화기 내의 압력손실을 최소화하면서 공기정화 용량을 극대화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공공시설 내의 공간의 특성에 따라 실내공기의 질을 최적화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 플라즈마 및 오존이 발생하지 않는 조건에서도 항균 특성을 구현할 수 있는 항균 소재가 코팅된 세라믹 필터를 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 오존 배출을 최소화할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상용 공조설비에 적용 가능하기 위해 대면적화가 가능한 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
일 측면에 따르면, 제1 접지전극; 고전압전극; 및 상기 제1 접지전극과 상기 고전압전극 사이에 형성된 다공성 세라믹 유전체로 구성된 제1 세라믹층;을 포함하는 플라즈마 발생 모듈을 포함하고, 상기 제1 접지전극 및 상기 고전압전극은 격자형 또는 다공성 금속으로 구성되고, 상기 세라믹은 항균물질로 코팅된 항균코팅층을 포함하고, 상기 제1 세라믹층에는 개기공이 형성되는, 플라즈마 발생 장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생 모듈은 상기 고전압전극의 일측에 구비된 다공성 세라믹 유전체로 구성된 제2 세라믹층; 및 상기 제2 세라믹층의 일측에 형성된 제2 접지전극;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생 모듈은 상기 고전압전극의 일측에 구비된 제2 접지전극;을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 접지전극, 고전압 전극, 및 제2 접지전극의 공극률은 5 내지 95 vol%일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 접지전극, 고전압 전극, 및 제2 접지전극의 두께는 0.1 내지 10 mm일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 세라믹층 및 상기 제2 세라믹층 중 1 이상은 단층으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 세라믹은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2 ), 규조토, 및 실리카(SiO2) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 세라믹의 항균코팅층은 항균활성을 가진 아연산화물과 오존을 수산화물로 변환하는 탄소화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 아연산화물은 ZnOx를 포함하고, 상기 x는 1 내지 2일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 탄소화합물은 오존을 OH 활성종으로 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 세라믹은 비드(bead) 또는 망상 다공성 세라믹일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본원의 플라즈마 발생장치는 비드로 구성된 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 제2 세라믹층; 비드로 구성된 제1 세라믹층 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층; 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 제2 세라믹층; 또는 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제1 세라믹층 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 비드의 입경은 100 내지 5000㎛일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 비드로 구성된 상기 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 상기 제2 세라믹층 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 망상 다공성 세라믹의 기공 밀도는 30 내지 100 PPI(Pores per Inch)일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 망상 다공성 세라믹으로 구성된 상기 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 상기 제2 세라믹층 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본원의 플라즈마 발생장치를 포함하는, 공기정화장치가 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 플라즈마 발생장치 후방에 오존제거촉매부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 공기정화장치의 풍속은 0.1 내지 5m/s일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 항균물질로 코팅된 다공성 세라믹 유전체를 포함하여, 박테리아와 바이러스 등을 제거하기 위한 오존을 효과적으로 생성할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 공간의 특성에 따라 비드의 크기 및 전극의 배치, 두께 등을 조절하여, 대형 공공시설 내의 공간 특성에 따라 실내 공기질을 최적화할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 플라즈마 발생장치의 구조 및 제조공정이 단순하여 플라즈마 발생장치의 대면적화가 가능하다.
일 실시예에 의하면, 다공성 세라믹 유전체의 코팅층에 다양한 오존분해가 가능한 항균부재를 적용하여 유해한 오존 배출을 최소화할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 플라즈마 및 오존이 발생하지 않는 조건에서도 항균 특성을 구현할 수 있는 항균 소재가 코팅된 세라믹 필터를 포함하는 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 상용 공조설비에 용이하게 적용할 수 있는 플라즈마 발생장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 다공성 세라믹 유전체의 코팅층에 다양한 살균소재를 적용하여 특정 병원균을 효율적으로 제거할 수 있는 플라즈마 발생 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 모듈의 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 모듈의 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에 의한 오존 유체 발생량 및 오존 생성 효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다", "구비하다", "마련하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, "또는", "적어도 하나" 등의 용어는 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, "또는 B", "및 B 중 적어도 하나"는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, "예를 들어" 등에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 기재된 경우, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '상에' 있다거나 '접하여' 있다고 기재된 경우, 다른 구성요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 '바로 위에' 있다거나 '직접 접하여' 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성요소가 존재하지 않은 것으로 이해될 수 있다. 구성요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, '~사이에'와 '직접 ~ 사이에' 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 명세서에서, '제1', '제2' 등의 용어는 다양한 구성요소를 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소는 위 용어에 의해 한정되어서는 안 된다. 또한, 위 용어는 각 구성요소의 순서를 한정하기 위한 것으로 해석되어서는 안되며, 하나의 구성요소와 다른 구성요소를 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, '제1구성요소'는 '제2구성요소'로 명명될 수 있고, 유사하게 '제2구성 요소'도 '제1구성요소'로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본원에서 병원체(病原體)란 바이러스, 세균 등 질병을 일으키는 미생물 등을 가리킨다. 일반적으로 질병을 일으킬 수 있는 어떠한 것이라도 포함된다.
본원에서 바이오에어로졸은 공기부유 미생물 또는 세균이나 곰팡이와 같은 미생물과 바이러스, 그리고 알러지를 일으키는 꽃가루 등이 기체나 액체 입자에 포함되어 있는 것을 모두 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치는, 제1 접지전극(10); 고전압전극(30); 및 상기 제1 접지전극(10)과 상기 고전압전극(30) 사이에 형성된 다공성 세라믹 유전체로 구성된 제1 세라믹층(20);을 포함하는 플라즈마 발생 모듈(1)을 포함한다.
이에 한정하는 것은 아니나, 본원에서는 대면적 방전을 전기방전의 형태로 사용하기 위해서 유전체장벽 방전(dielectric barrier discharge)이 가장 적합할 수 있다. 상기 유전체장벽 방전을 사용하면 방전영역의 단위 부피당 높은 농도의 활성종을 얻을 수 있는 장점이 있다.
상기 제1 접지전극(10) 및 상기 고전압전극(30)은 메쉬와 같은 격자형 또는 다공성 금속으로 구성된다. 고전압전원(40)에 의해 고전압전극(30)에 전원이 인가되면, 상기 제1 접지전극(10) 및 상기 고전압전극(30)과 상기 유전체 세라믹이 접촉하는 부분에서 대기압 저온 플라즈마가 대량 발생한다. 상기 금속은 이에 한정되는 것은 아니나, 알루미늄 또는 스테인리스강 재질로 이루어질 수 있다. 상기한 구성에 의해서, 박테리아와 바이러스 등을 제거하기 위한 오존을 효과적으로 생성할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있다.
상기 제1 접지전극(10) 및 상기 고전압전극(30)의 메쉬는 유전체 세라믹 비드가 외부로 유출되는 것을 방지하도록 적절히 크기 및 형상을 조절할 수 있다.
상기 제1 접지전극(10) 및 상기 고전압전극(30)의 전체적인 형상은 사각프레임일 수 있으나, 종래 적용되는 공조기의 구성에 따라 프레임의 형태는 변경될 수 있다.
상기 세라믹은 항균물질로 코팅된 항균코팅층을 포함하고, 상기 세라믹층에는 개기공이 형성된다. 상기한 구성에 의하여, 박테리아와 바이러스 등을 제거하기 위한 오존을 효과적으로 생성할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있다.
상기 제1 세라믹층에는 개기공이 형성되어, 기체 투과성이 우수하다.
상기 플라즈마 발생 모듈(1)은 상기 고전압전극(30)의 일측에 구비된 다공성 세라믹 유전체로 형성된 제2 세라믹층(22); 및 상기 제2 세라믹층(22)의 일측에 형성된 제2 접지전극(12);을 더 포함할 수 있다. 상기 고전압전극(30)과 제2 세라믹층(22) 및 상기 제2 접지전극(12)은 상기 다공성 세라믹 유전체가 접촉하는 부분을 증가시켜 대기압 저온 플라즈마를 대량 발생시킬 수 있다. 상기한 구성에 의해서, 박테리아와 바이러스 등을 제거하기 위한 오존을 효과적으로 생성할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있다.
상기 제1 접지전극(10), 고전압전극(30), 및 제2 접지전극(12)의 공극률(전체 용적에 대한 공간 용적의 비율)은 5 내지 95 vol%일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 접지전극(10), 고전압전극(30), 및 제2 접지전극(12)의 공극률은 5 vol% 미만이면 압력 손실이 증가하고, 95 vol% 초과이면 바이오에어로졸 포집 및 살균을 위한 플라즈마 발생이 원활하지 않을 수 있다.
상기 제1 접지전극(10), 고전압전극(30), 또는 제2 접지전극(12)의 두께는 0.1 내지 10 mm일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 접지전극(10), 고전압전극(30), 또는 제2 접지전극(12)의 두께는 0.1 mm 미만이면 기계적으로 세라믹을 지지하기 어렵고, 10 mm 초과이면 필요 이상으로 부피를 차지할 수 있다.
상기 제1 세라믹층(20) 및 상기 제2 세라믹층(22) 중 1 이상은 단층으로 형성될 수 있다. 상기한 구성에 의하면, 고전압전극(30) 등과 상기 다공성 세라믹 유전체가 접촉하는 부분을 증가시켜 대기압 저온 플라즈마를 대량 발생시킬 수 있다. 따라서, 병원체를 효율적으로 제거할 수 있고, 공기정화용량을 증가시키면서도, 압력 손실을 최소화할 수 있다.
상기 세라믹층(20, 22)은 플라즈마에 의한 병원체 및 오염물질의 제거 효율을 개선하기 위한 것으로, 상기 세라믹은 이에 한정되는 것은 아니나, 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 규조토, 및 실리카(SiO2) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 세라믹의 항균코팅층은 항균활성을 가진 아연산화물과 오존을 수산화물로 변환하는 탄소화합물 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 아연산화물 및 탄소화합물은 세라믹층에 포집된 바이오에어로졸에 과산화수소 또는 OH 활성종을 공급하여 살균 효과를 유발하고 플라즈마에 의해 발생된 오존을 저감시킬 수 있다.
또한, 플라즈마 및 오존이 발생하지 않는 조건에서도 항균 특성을 구현할 수 있는 항균 소재가 코팅된 세라믹 필터의 기능을 할 수 있다.
상기 아연산화물은 ZnOx를 포함하고, 상기 x는 1 내지 2일 수 있다.
상기 다공성 세라믹 표면에 산화아연이 코팅되면, 빛에 의한 광촉매 기능에 의해 살균 효과를 가질 수 있고, 이온 치환에 의해 균의 세포벽 파괴할 수 있다. 또한, 플라즈마 모듈의 표면에 포집된 균에 대한 살균력을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 산화아연에 의해, 오랜 시간 공기정화장치 내에 부착된 감염균을 살균하는 항균 효과도 가질 수 있다.
상기 탄소화합물은 오존을 OH 활성종으로 변환하여 오존 농도를 낮추고 살균활성을 높일 수 있다. 상기 탄소화합물은 항균 방진이 가능한 소재를 입상 활성탄(Activated Carbon; AC)을 함침시켜, 복합기능을 나타낼 수 있다. 상기 입상 활성탄은 콜로이달 형태로 미세입자로 고전압전극의 표면층을 형성할 수 있다. 상기 탄소화합로는 예를 들면, 제올라이트 또는 활성탄일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 세라믹은 비드(bead) 또는 망상 다공성 세라믹일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본원의 플라즈마 발생장치는 비드로 구성된 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 제2 세라믹층; 비드로 구성된 제1 세라믹층 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층; 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 제2 세라믹층; 또는 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제1 세라믹층 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층을 포함할 수 있다.
도 1b에는 비드로 구성된 제1 세라믹층(20') 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층(22')을 포함하는 플라즈마 발생장치가 도시되어 있다.
본원에 따른 세라믹층(20, 22)은 다공성 세라믹이 단층으로 형성된 것으로, 상기 세라믹층(20, 22) 내의 비드의 입경은 세라믹층(20, 22)의 두께와 일치할 수 있다. 상기 비드의 입경은 병원체의 농도 및 제거되는 오존의 양과 상관관계가 있으며, 농도가 높을 경우 비드의 입경을 감소시켜, 표면적을 넓힐 수 있다. 세라믹층(20, 22) 내의 비드는 전형적으로 고전압전극(30) 등의 개구보다 더 큰 직경을 갖는다. 상기 세라믹층(20, 22)은 접착제 또는 기계적 체결 구조물에 의해 고정될 수 있고, 조립에 의해 고전압전극(30) 등에 부착 전 포함될 수 있다.
상기 비드의 입경은 100 내지 5000㎛일 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니나 병원체 제거 효율 및 오존 제거 효율을 증대시키기 위해서 적합할 수 있다.
상기 비드로 구성된 제1 세라믹층(20) 및 비드로 구성된 상기 제2 세라믹층(22) 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 세라믹층(20) 및 제2 세라믹층(22)의 공극률은 0.5 vol% 미만이면 압력 손실이 증가하고, 50 vol% 초과이면 바이오에어로졸 포집 및 살균이 어렵거나 공기정화용량이 감소할 수 있다.
상기 망상 다공성 세라믹의 기공 분포는 30 내지 100 PPI(Pores per Inch)일 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 상기 제1 세라믹층(20) 및 제2 세라믹층(22)의 기공 분포가 30 PPI 미만이면 압력 손실이 증가하고, 100 PPI 초과이면 바이오에어로졸 포집 및 살균이 어렵거나 공기정화용량이 감소할 수 있다.
망상 다공성 세라믹으로 구성된 상기 제1 세라믹층(20) 및 비드로 구성된 상기 제2 세라믹층(22) 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%일 수 있다.
비드로 구성된 상기 제1 세라믹층(20') 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 상기 제2 세라믹층(22') 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%일 수 있다.
이하, 본원의 일 실시예에 따른 공기정화장치에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
모듈 형태로 제작이 가능하여 본원의 공기정화장치는 병원 등 대형 시설의 공조덕트에 매립되어 설치되는 형태로 상용 공조설비에 용이하게 적용될 수 있다.
즉, 본원의 공기정화장치는 입구, 출구, 및 상기 입구와 상기 출구를 연결하는 공기 유동 경로를 갖는 하우징; 본원에 따른 플라즈마 발생 장치; 및 상기 플라즈마 발생 장치로 전원을 인가하는 전원부를 포함한다.
또한, 본원의 공기정화장치는 병원에 설치되어 실내로 유입되는 공기 및/또는 실외로 내보내는 공기 중, 넓은 공간에서 각 공간별 특성에 맞게 바이오에어로졸 포집 및 살균하여 병원체를 효율적으로 제거하여 병원 내 감염 등을 효과적으로 예방 또는 관리할 수 있다. 또한, 플라즈마에 의해 발생되는 오존을 공기정화장치 배출 전 효율적으로 제거할 수 있다.
본원의 공기정화장치는 상기 플라즈마 발생장치 후방에 오존제거촉매부를 더 포함할 수 있다. 상기 오존제거촉매부에는 오존을 분해할 수 있는 공지의 촉매가 이용될 수 있다. 예를 들면, 탄소 복합체, 활성탄 입자, 이산화망간, 산화구리 및/또는 활성물질을 Pd 및/또는 Pt를 포함하는 지지체에 담지시킨 오존제거 촉매 또는 오존분해 촉매를 내장한 필터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 공기정화장치 내 공기 유속은 본원의 목적, 즉 병원체 제거 효율을 높이고, 플라즈마 발생장치를 통해 생성된 오존을 저감하기 위해, 조절될 수 있다. 이에 한정하는 것은 상기 공기정화장치의 풍속은 0.1 내지 5m/s가 적합할 수 있다.
상기 공기정화장치에 포함되는 플라즈마 발생 장치는 한 프레임 또는 일정 면적을 조립한 프레임일 수 있고, 이에 한정하는 것은 아니나, 플라즈마 발생 장치의 면적은 100 ~ 3600 ㎠ 일 수 있다. 상기 면적 범위에 포함되면, 플라즈마 발생 장치의 면적을 범위 내에서 조절하여, 대규모 건물 내 이미 설치된 상용 공조설비에 용이하게 적용할 수 있는 이점이 있다.
플라즈마 발생 장치의 오존 생성 효율 및 오존 유체 발생량의 측정
본원의 플라즈마 발생 장치(도 2a 및 도 2b)를 제작하여, 하기와 같은 계산식 및 조건으로 오존 생성 효율 및 오존 유체 발생량을 측정하였다.
오존생성효율[g/kWh]= 오존농도 [g/㎥]×유량[㎥/min]/소모전력[kW]×60[min/h]
오존발생량[ppm·㎥/min=g/㎥·㎥/min=g/min]=오존농도[g/㎥]×유량[㎥/min]
고정변수: 유량=0.6[㎥/min]
측정값: 오존농도 (자외선흡수기반 오존농도측정계 ), 소모전력(전원장치가 출력하는 전력), 조건별 3회 이상 평가 후 평균
그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치에 의한 오존 유체 발생량 및 오존 생성 효율을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
일반적인 오존 발생장치에서는 오존 발생을 위한 플라즈마 발생부의 길이가 증가함에 따라 오존의 발생량은 증가하지만 생성된 오존의 분해도도 증가하였다. 따라서 수백 ppm의 오존 농도를 필요로 하는 오존 발생 장치는 100g/kWh 이하의 값을 가진다.
이에 반해 본 발명의 의한 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생부가 수 cm로 짧아 도 3에 나타난 바와 같이, 오존생성효율 및 오존 유체 발생량이 획기적으로 개선된 것으로 확인되었다. 공기 중 바이오에어로졸 내 박테리아 살균을 위한 오존의 농도는 0.5 ppm, 노출시간은 10분 이내이면 대장균, 황색포도상구균, 레지오넬라균 등 모두 99.9%의 살균 특성을 보인다. 본 발명에서 목적하는 공조 기체의 오존 농도는 0.5 ppm이며, 다공성 세라믹으로 포집된 바이오에어로졸 내 박테리아가 오존에 수 분 이상 노출되도록 설계되었다. 0.5 ppm 수준의 낮은 오존 농도에서 수 분 이상 노출시키도록 설계되어 목적 오존 농도가 낮으며, 따라서 이론적 오존 발생효율 한계 값인 600~700 g/kWh에 근접한 우수한 성능을 보인다. (참고문헌: Vacuum 155 (2018) 29-37)
공기정화장치의 오존 생성 및 배출오존 제거특성 평가
오존제거 촉매부를 구비한 경우, 플라즈마 발생장치가 생성한 오존의 농도를 효과적으로 저감시킬 수 있다. 다음은 플라즈마 발생 모듈이 생성한 오존 기체를 오존제거 촉매부로 처리하여 배출 오존 농도를 낮은 실시예이다. 단면적 100 ㎠의 공조 덕트에 온도 21 ℃, 습도 45%의 공기가 풍속 1 m/s로 이동하는 환경에서 플라즈마 모듈에 전력을 인가하여 0.97 ppm의 오존 기체를 생성하였다. 플라즈마 모듈 후단에 탄소복합체 기반의 오존제거촉매를 위치시켜 온도 177 ℃, 공간속도 288,000/h 조건에서 오존 기체를 처리한 결과, 0.4 ppm의 배출 오존 농도를 확인하였다. 초기 입력 오존 기체대비 오존의 저감 농도가 0.57 ppm임을 고려하면, 본 실시예에서 적용한 오존제거 촉매를 사용하여 약 0.5 ppm 농도의 오존 기체는 배출 오존 농도를 0.05 ppm 이하로 유지 가능할 것이다.
플라즈마 발생 장치의 항균 특성 평가
본원의 ZnO 기반 항균소재를 활용한 가요성 유전체 상 코팅을 한 후, 그 항균 특성을 평가하였다. 그 결과를 표 1 내지 3에 나타내었다.
Figure PCTKR2020014016-appb-T000001
Figure PCTKR2020014016-appb-T000002
Figure PCTKR2020014016-appb-T000003
표 1은 ZnO 기반의 항균소재의 항균능력을 확인한 결과를 나타내며, JIS Z 2801 규격을 사용하여 평가하였다. 황색포도상구균과 대장균이 ZnO 기반의 항균소재에 의해 99.9% 이상 감소함을 확인하였다.
표 2는 ZnO 기반의 항균소재의 항균능력을 표 1의 조건 대비 세균 번식이 유리한 조건인 ASTM E 2180 규격을 통해 평가한 결과이다. ZnO 기반의 항균 소재에 의해 황색포도상구균과 폐렴막대균이 24시간 후 99.9% 이상 감소함을 확인하였다.
표 3은 ZnO 기반의 항균소재의 항균능력을 표 2의 조건 대비 짧은 시간에 항균특성을 확인하고자 ASTM E 2149 규격을 통해 평가한 결과이다. ZnO 기반의 항균소재에 의해 대장균이 1시간 후 99.9% 이상 감소함을 확인하였다.
따라서, ZnO 기반의 항균 소재를 공기정화장치 내측에 코팅하여 사용할 경우, 우수한 항균 효과를 얻을 수 있으며, 플라즈마 발생 모듈이 생성한 오존과 함께 살균 효과를 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 청구범위 및 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
[부호의 설명]
1, 1': 플라즈마 발생 모듈
10, 10', 12, 12': 접지전극
20, 20', 22, 22': 세라믹층
30, 30': 고전압전극
40, 40': 고전압전원

Claims (19)

  1. 제1 접지전극; 고전압전극; 및 상기 제1 접지전극과 상기 고전압전극 사이에 형성된 다공성 세라믹 유전체로 구성된 제1 세라믹층;을 포함하는 플라즈마 발생 모듈을 포함하고,
    상기 제1 접지전극 및 상기 고전압전극은 격자형 또는 다공성 금속으로 구성되고,
    상기 세라믹은 항균물질로 코팅된 항균코팅층을 포함하고, 상기 제1 세라믹층에는 개기공이 형성되는, 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 모듈은
    상기 고전압전극의 일측에 구비된 다공성 세라믹 유전체로 구성된 제2 세라믹층; 및
    상기 제2 세라믹층의 일측에 구비된 제2 접지전극;을 더 포함하는, 플라즈마 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 모듈은
    상기 고전압전극의 일측에 구비된 제2 접지전극;을 더 포함하는, 플라즈마 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접지전극 및 고전압 전극의 공극률은 5 내지 95 vol%인, 플라즈마 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 접지전극 또는 상기 고전압 전극의 두께는 0.1 내지 10 mm인, 플라즈마 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세라믹층은 단층으로 형성되는, 플라즈마 발생 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹은 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 규조토, 및 실리카(SiO2) 중 1종 이상을 포함하는, 플라즈마 발생 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹의 항균코팅층은 항균활성을 가진 아연산화물과 오존을 수산화물로 변환하는 탄소화합물 중 1종 이상을 포함하는, 플라즈마 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 아연산화물은 ZnOx를 포함하고,
    상기 x는 1 내지 2인, 플라즈마 발생 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 탄소화합물은 오존을 OH 활성종으로 변환하는, 플라즈마 발생 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹은 비드 또는 망상 다공성 세라믹인, 플라즈마 발생 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 망상 다공성 세라믹의 기공 밀도는 30 내지 100 PPI(Pores per Inch)인, 플라즈마 발생 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    비드로 구성된 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 제2 세라믹층;
    비드로 구성된 제1 세라믹층 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층;
    망상 다공성 세라믹으로 구성된 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 제2 세라믹층; 또는
    망상 다공성 세라믹으로 구성된 제1 세라믹층 및 망상 다공성 세라믹으로 구성된 제2 세라믹층;을 포함하는, 플라즈마 발생 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 비드의 입경은 100 내지 5000㎛인, 플라즈마 발생 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    비드로 구성된 상기 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 상기 제2 세라믹층 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%인, 플라즈마 발생 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    망상 다공성 세라믹으로 구성된 상기 제1 세라믹층 및 비드로 구성된 상기 제2 세라믹층 중 1 이상의 공극율은 0.5 내지 50 vol%인, 플라즈마 발생 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 플라즈마 발생장치를 포함하는, 공기정화장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생장치 후방에 오존제거촉매부를 더 포함하는, 공기정화장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 공기정화장치의 풍속은 0.1 내지 5m/s인, 공기정화장치.
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