KR101632158B1 - 플라즈마를 이용한 차량 또는 실내 살균기 - Google Patents

플라즈마를 이용한 차량 또는 실내 살균기 Download PDF

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영준 홍
배준형
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광운대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 목적은 구급차 또는 실내 벽면에 이르기까지 살균력을 발휘할 수 있는 플라즈마 살균기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스에서 방전된 플라즈마 흐름에 추진력을 더하는 팬; 플라즈마가 흘러나가는 유로에 배치되는 자외선 램프 및 활성탄;을 포함하는 살균기 모듈을 제공하며,
상기 플라즈마 소스는,
절연체로 된 제1 기판에 포크 형태의 제1 전극을 형성하고 상기 전원전극을 유전체로 덮고, 유전체 보호 및 수화방지를 위하여 산화알루미늄을 유전체 위에 박막 증착한다. 절연체로 된 제2 기판에 포크 형태의 제2 전극을 형성하고 상기 접지전극을 유전체로 덮고, 유전체 보호 및 수화방지를 위하여 산화알루미늄을 유전체 위에 박막 증착한다. 제1 기판과 제2 기판을 나란하게 배치하되, 상기 포크 형태로 된 제1전극과 제2전극이 서로 간격을 두고 나란히 마주보는 형태로 되게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈을 제공한다.

Description

플라즈마를 이용한 차량 또는 실내 살균기{STERILIZER FOR VEHICLE OR ROOM WITH PLASMA}
본 발명은 플라즈마를 발생하여 차량 또는 실내를 살균하는 살균기에 관한 것으로, 좀 더 특별하게는 구급차량의 실내 살균을 위한 살균기 구성에 관한 것이다.
플라즈마는 반도체 제조기술의 핵심기술로서 국내 산업에 오랫동안 기여해 왔다. 최근에는 플라즈마 기술을 의료산업, 미용산업, 식품산업 기술과 융합하여 적용범위를 넓히고 있다. 플라즈마를 이용한 각종 치료기기가 등장하고 있으며, 특히, 대기압 저온 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 발생장치 주변에 많은 활성 라디칼을 생성함으로써 살균작용을 발휘하도록 한 각종 바이오 응용 기술이 나타나고 있다.
구급차의 경우, 감염 위험이 있어, 내부를 지속적으로 살균소독하여야 할 필요가 있다. 그에 따라 인력을 동원하여 지속적으로 세정작업과 방역을 실시하고 있다. 오존 살균기, 이온 살균기, 자외선 살균기 등의 살균장치를 구급차 실내에 설치하고 있지만 실내 공기 정화 정도 효과를 얻을 수 있고, 구급차 실내 벽면 등에는 살균 효과가 미치지 못하여 여전히 인력을 동원한 세정작업이 실시되고 있다.
대한민국 등록특허 10-1273888호는 유전체장벽 플라즈마 방전소스를 적용한 다용도 멸균소독기를 공개한다. 상기 공보의 플라즈마 소스는 절연체 위와 아래에 전원전극과 접지전극을 배열하고 전원 전극 위에 쿨링팬을 구비한다. 평판형 전원전극 하부에 절연체를 위치시키며 그 아래 선형 접지전극을 별도의 절연체로 감싸 밀착 배치하고 있다. 이러한 소스 구조는 두 전극 사이에서 방전되는 플라즈마 발생전압이 20 kV로 매우 높기 때문에 방전 효율 및 활성종 발생효율이 낮다. 특히, 상기 공보는 살균 챔버 안에 피 살균체를 넣고 처리하므로 구급차 또는 실내 벽면 같은 살균영역이 넓은 경우에는 부적합하다.
즉, 구급차나 병실과 같은 곳 전체를 플라즈마 살균기를 이용하여 살균하고자 할 경우, 좀 더 방전 효율이 좋고 벽면 등의 원하는 곳까지 살균력을 미칠 수 있는 살균기 구성이 필요한 상황이다.
따라서 본 발명의 목적은 구급차의 실내 벽면에 이르기까지 살균력을 발휘할 수 있는 플라즈마 살균기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은, 유전 장벽방전 플라즈마 소스;
상기 플라즈마 소스에서 방전된 플라즈마 흐름에 추진력을 더하는 팬; 및 플라즈마가 흘러나가는 유로에 배치되어 발생되는 오존량을 감소시킬 수 있는 자외선 램프; 및 활성탄;을 포함하는 살균기 모듈을 제공하며, 살균효율을 증대하기 위하여 필요에 따라 가습장치;를 추가할 수 있다.
상기 플라즈마 소스는,
절연체로 된 제1 기판에 포크 형태의 제1 전극을 형성하고 상기 전원전극을 유전체로 덮고, 절연체로 된 제2 기판에 포크 형태의 제2 전극을 형성하고 상기 접지전극을 유전체로 덮고, 제1 기판과 제2 기판을 나란하게 배치하되, 상기 포크 형태로 된 제1전극과 제2전극이 서로 포크 날이 엇갈려 나란히 맞물리는 형태로 되게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈을 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 플라즈마 소스는 제1 기판에 형성된 제1 전극과 제2 기판에 형성된 제2 전극이 서로 간격을 두고 배치하되, 그 배열은, 제1기판/제1전극/유전체/보호막/간격/제2기판/제2전극/유전체/보호막의 순이 된다.
즉, 제1 전극과 제2전극이 직접 마주보는 배열이 아니라 전극들은 기판에 대해서 같은 윗방향 또는 아랫방향을 보도록 배열된다.
상기에서 보호막은 생략될 수도 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 방전 전압을 낮추기 위하여, 상기 기판 또는 유전체층의 두께를 얇게 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 플라즈마가 흘러가는 유로에 자외선 램프를 더 구비하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 플라즈마가 흘러가는 유로를 곡선으로 구성할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기에서, 플라즈마 소스에 유입되는 공기에 포함된 이물질을 걸러주는 필터를 더 구비하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 플라즈마 살균기 모듈을 하우징 안에 조립하고, 9 내지 12V의 건전지로 구동될 수 있도록 건전지와 인버터를 상기 하우징 안에 내장시킨 플라즈마 살균기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 플라즈마 살균기에 가습기를 더 결합시켜 살균력을 강화한 플라즈마 살균기를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기 플라즈마 살균기 모듈에 플라즈마 소스를 다수 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 플라즈마 살균기 하우징은 벽걸이형으로 구성되고, 곡선형으로 된 플라즈마 유로 개구부는 실내 정면을 향하도록 하여 플라즈마로 인한 살균력이 미치는 거리를 길게 한다.
본 발명에 따르면, 얇은 기판 및 유전체 두께로 인해 플라즈마 방전 효율이 높아 다량의 활성 라디칼을 생성함으로써 살균력이 뛰어난 살균기를 제공한다.
또한, 팬에 의해 플라즈마와 활성 라디칼들이 상당히 먼 거리를 이동할 수 있어 구급차 또는 실내 벽면에 이르러 살균할 수 있어 별도의 인력을 동원한 세정이나 방제 작업의 노고를 줄인다.
또한, 본 발명의 플라즈마 소스 구조에 따르면, 유전층 또는 기판 두께를 얇게 조절하여 방전전압을 낮춤으로써 방전효율을 높이면서도 플라즈마 소스의 수명을 연장할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 살균기는 저전압의 배터리를 이용할 수 있어, 전기적으로 안전하다.
또한, 본 발명의 플라즈마 살균에 가습장치가 결합 되면, 생성된 오존을 감소시켜 더욱 안전한 살균기가 된다.
또한, 상기 플라즈마 가습장치는 활성종을 구급차 및 실내 벽면에 운송, 반응 시켜 효율적인 살균을 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 살균기의 단면도 및 평면도이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 살균기에 포함되는 플라즈마 소스의 모식도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 소스를 구성하는 전극구조를 보여주는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 살균기의 외관을 보여주는 정면도, 평면도, 좌우측면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 살균기(100)의 단면구성도와 평면도이다.
플라즈마 살균기(100)는 공기를 플라즈마 소스 쪽으로 송풍하여 주는 팬 (300)과, 팬에 인접하여 배치된 플라즈마 소스(400), 발생된 플라즈마가 활성 라디칼들과 함께 흘러나가는 곡선형 유로(500)를 포함한다. 또한 상기 유로에는 활성탄(600)을 배치하여 오존을 감소시키고 활성 원자 산소를 발생시킨다. 바람직하게는 상기 유로(500) 초입에 자외선 램프(700)를 설치하여 자외선에 의한 오존 감소 및 1차 살균을 실시한다. 또한, 플라즈마 살균기 모듈은 팬 입구에 필터를 구비할 수 있다. 필터는 플라즈마 소스에 공급되는 공기의 먼지나 세균 등을 걸러준다. 이러한 플라즈마 살균기 모듈은 벽걸이형 하우징에 내장된다. 상기 하우징은 팬 근처에 공기 유입구가 형성되고, 곡선형 유로의 출구에도 다수의 살(blade)을 포함한 플라즈마와 라디칼의 토출구를 구비한다.
도 1은 플라즈마 소스(400)와 팬(300)이 각각 두 개씩 포함된 플라즈마 살균기를 절단면도와 평면도에 나타내었다. 그러나 플라즈마 소스와 팬은 하나 일 수 있고, 경우에 따라 세 개 이상을 포함시켜 강력하고도 신속한 소독을 실시할 수 있다.
자외선 램프(700)의 경우, 지속적으로 점등시킬 수도 있지만 사람이 실내에 머물거나 구급차 내에 있을 경우, 소등될 수 있다.
도 2는 본 발명에 적용된 플라즈마 소스(400)의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 전극은 상판과 하판의 한 쌍으로 구성되며, 여기에 교류전압을 인가하여 플라즈마를 방전한다. 즉, 제1 기판(200) 면에 제1 전극(210)을 전원전극으로 형성하고, 제1전극 (210)을 유전체(230)로 덮는다. 유전체 보호 및 수화방지를 위하여 보호막(250)으로서 산화알루미늄을 유전체(230) 위에 박막 증착한다. 제2 기판(220) 면에 제2 전극(240)을 접지전극으로 형성하고, 유전체(260)로 덮는다. 유전체 보호 및 수화방지를 위하여 보호막(280)으로서 산화알루미늄을 유전체(260) 위에 박막 증착한다.
플라즈마 소스(400)는 이들 두 전극을 나란히 간격을 두고 배치하여 구성된다. 이때, 바람직하게는, 제1 전극(210)과 제2 전극(240)이 서로 직접 마주보는 것이 아니라 제2 기판(220)이 제1 전극(210)을 직접 마주하게 배치한다. 따라서 플라즈마 소스 모듈에서의 배열 순서는 다음과 같다. 제1기판/제1전극/유전체/보호막/간격/제2기판/제2전극/유전체/보호막 순이다. 이러한 배열은 실제 제품 구현 시 전극 간 간격 조절을 쉽게 하여 주고, 안전성을 높이며, 전극 수명을 길게 하여 준다. 보호막은 상술한 바와 같이 구성하는 것이 바람직하나 생략된 상태로 플라즈마 소스를 구성할 수도 있다.
한편, 방전 효율을 높이기 위해서는 적절한 형상의 전극 디자인이 필요하다. 본 발명은, 도 3에서와 같이 전극들을 포크 형태로 디자인하였고, 제1전극(210)과 제2 전극(240)이 서로 간격을 두어 마주보는 형태로 나란히 배치되게 하였다. 제1전극(210)과 제2전극(240)은 동일 평면상에 있는 것은 아니지만 투시하여 보면 도 3과 같은 배치가 될 수 있다. 제1전극(210)과 제2전극(240)은 포크 형태를 이루는 살(tooth)들이 서로 중첩될 수 있는 위치로 배치되거나 서로 엇갈려 맞물리는 형태로 배치될 수 있다. 이러한 포크 형상과 배치는 전극 간 거리를 방전에 유리한 상태로 좁힐 수 있고 방전이 잘 일어날 수 있는 기하학적 조건을 갖춘 것이다. 상기 포크형전극은 실버와 같은 귀금속 또는 구리, 알루미늄 등으로 만들 수 있다.
제1 전극(210)과 제2 전극(240)에 교류전압이 인가되면, 두 전극 사이에서 플라즈마가 방전된다. 따라서 도 3과 같은 전극 구조는 제1 전극(210)과 제2 전극(240) 사이에서 대향 유전체 장벽 방전이 일어나 플라즈마 방전분포가 넓고 그에 따른 활성종의 발생 범위가 넓어 살균력을 강화하기에 적합하다.
상기에서 기판은 절연체로 구성하며, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리올레핀(PO), PES(polyether sulfone) 등 일 수 있고, 내열성이 있는 유연성(flexible) 소재로 구성될 수도 있다.
유전체(230, 260)와 기판(200, 220)의 두께를 조절함으로써 플라즈마 및 활성종 발생에 필요한 방전개시 전압 크기를 조절할 수 있다. 이들 두께를 얇게 하면, 방전 전압을 낮출 수 있어, 효율적이면서도 유전체 수명을 길게 하여 결과적으로 플라즈마 소스 수명을 길게 한다.
유전체 두께는 대략 50 ~ 수백μm(1000μm 미만), 기판 두께는 0.5 mm ~ 수 mm(10mm 미만) 일 수 있다.
산화알루미늄 보호막(250, 280)은 1 ~ 5μm 두께로 형성할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 살균기(100)는 구급차에 설치될 수 있어야 하므로, 9 내지 12V의 배터리를 이용할 수 있게 하였다. 배터리는 살균기 자체 내에 내장될 수도 있고, 차량에 들어있는 배터리를 이용할 수도 있다. 실내이면, 가정용 전원에 어댑터를 연결해 사용될 수도 있다. 9 내지 12V 배터리 전압으로 구동되어 플라즈마가 발생 되어야 하므로 플라즈마 살균기(100)에 DC/AC 고전압 인버터를 포함한다. 이때 발생되는 펄스형태의 구동전류는 수 mA로 상당히 낮은 값을 가지고 있다. 따라서 전기적으로 매우 안전하다.
한편, 플라즈마 발생에 따라 오존이 생성될 수 있는데, 오존이 인체에 유해하므로 오존의 제거는 자외선 램프가 어느 정도 담당하나 좀 더 확실한 제거를 위해, 본 발명은 활성탄을 결합시켰다. 또한 바람직하게는 가습장치를 추가하여 수증기를 통해 오존이 과산화수소가 되는 반응을 일으켜 오존을 감소시키고 살균력을 강화한다.
또한, 오존발생량을 좀 더 감소시키기 위하여, 상기 포크형태 전극에 대해 그 크기가 대략 1 내지 20% 정도 더 큰 면적의 보조바탕전극을 투명전극으로 만들어 포크형태 전극 밑에 설치한다. 즉, 보조바탕전극은 본래 전극 형태인 포크 형태로 구성되되, 그 면적이 약간 더 크게 구성되어 실루엣은 같고 약간의 마진이 형성된다.
보조바탕전극을 형성하는 투명전극은 ITO, AZO, ZnO, 그래핀 등의 다양한 소재로 이루어질 수 있고, 유사투명전극으로 이루어질 수도 있다. 또한, 각종 투명 플렉서블(flexible) 전극으로 구성될 수도 있다. 보조바탕전극이 형성될 경우, 제1기판/보조바탕전극/제1전극/유전체/보호막/간격/제2기판/보조바탕전극/제2전극/유전체/보호막의 순으로 전극을 이루는 층상 배열이 이루어진다.
도 4에는 본 발명의 플라즈마 살균기의 전체적인 외관이 나와 있다. 벽걸이형으로 디자인 되어 벽에 걸면 토출구(outlet)가 정면을 향해 나타나며, 이는 곡선형 유로 설계 때문이다. 이러한 토출구를 통해 팬이 부여하는 송풍력 및 가습장치의 수증기 분사로 활성종들이 상당히 먼 거리에 있는 실내 및 구급차 벽면까지 도달할 수 있는 것이다.
본 발명의 플라즈마 살균기에 따르면 구급차 또는 실내 벽면에 있는 대장균, 포도상 구균 등을 모두 살균할 수 있다.
본 발명의 구성은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 얼마든지 다양한 응용과 변형이 가능함은 자명하다.
100: 플라즈마 살균기
200: 제1 기판
220: 제2 기판
210: 제1 전극
240: 제2 전극
230, 260: 유전체
300: 팬
400: 플라즈마 소스
500: (곡선형) 유로
600: 활성탄
700: 자외선 램프
250, 280: 유전체 보호막

Claims (12)

  1. 유전체 장벽 방전 플라즈마 소스;
    상기 플라즈마 소스에서 방전된 플라즈마 흐름에 추진력을 더하는 팬; 및
    플라즈마가 흘러나가는 유로에 배치되는 자외선 램프 및 활성탄;을 포함하는 살균기 모듈로서,
    상기 플라즈마 소스는,
    절연체로 된 제1 기판에 포크 형태의 제1 전극을 형성하고 제1전극을 유전체로 덮고,
    절연체로 된 제2 기판에 포크 형태의 제2 전극을 형성하고 제2전극을 유전체로 덮고,
    제1 기판과 제2 기판을 나란하게 배치하되, 상기 포크 형태로 된 제1전극과 제2전극이 서로 간격을 두고 나란히 마주보는 형태로 되게 하며,
    제2 기판이 유전체에 덮인 제1 전극을 마주보게 배치한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 플라즈마 소스에서 전극을 덮는 유전체를 보호하는 유전체 보호막으로서 산화알루미늄 박막을 형성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 방전 전압을 낮추기 위하여, 상기 기판 또는 유전체층의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  4. 제1항에 있어서, 플라즈마 소스에서, 기판과 포크 형태의 전극 사이에 보조바탕전극을 투명전극으로 배치하며, 상기 보조바탕전극은 포크 형태의 전극에 비해 1 내지 20% 더 큰 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  5. 제2항에 있어서, 플라즈마 소스는 제1 기판에 형성된 제1 전극과 제2 기판에 형성된 제2 전극이 서로 간격을 두고 나란히 배치하되, 그 배열은, 제1기판/제1전극/유전체/보호막/간격/제2기판/제2전극/유전체/보호막의 순이 되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 플라즈마가 흘러가는 유로에 자외선 램프를 더 구비하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  7. 제1항에 있어서, 공기 유입구 및 플라즈마가 흘러가는 유로에 활성탄을 더 구비하게 한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  8. 제1항에 있어서, 플라즈마가 흘러가는 유로를 곡선으로 구성한 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  9. 제1항에 있어서, 플라즈마 소스에 유입되는 공기를 걸러주는 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기 모듈.
  10. 제1항의 플라즈마 살균기 모듈을 하우징 안에 조립하고, 9 내지 12V의 전압으로 구동될 수 있도록 고전압 인버터를 상기 하우징 안에 내장시킨 플라즈마 살균기.
  11. 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 살균기에 가습기를 더 결합시켜 살균력을 강화하고 플라즈마 발생시 부산된 오존을 제거한 플라즈마 살균기.
  12. 제10항에 있어서, 상기 플라즈마 살균기 하우징은 벽걸이형으로 구성되고, 곡선형으로 된 플라즈마 유로 개구부는 정면을 향하도록 하여 플라즈마로 인한 살균력이 미치는 거리를 연장시킨 것을 특징으로 하는 플라즈마 살균기.
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