KR20170118660A - 플라즈마 가습기 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 넓은 공간에 습도 조절과 함께 플라즈마 처리에 의한 감기 인플루엔자, MERS, SARS 등의 호흡기 질환 바이러스 등의 멸균 효과를 볼 수 있는 플라즈마 가습기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 플라즈마를 구성하는 전자, 이온 및 각종 라디칼(전자+이온+각종 라디칼)들을 수증기과 함께 공간에 날려서 대기 중의 병원균과 화학적인 반응을 일으켜 멸균 작용을 하게 하는 플라즈마 가습기를 제공한다.
상기와 같은 플라즈마 가습기는 수증기이 방출되는 방출구를 몸체로부터 좁게 설치하고, 방출구 출구쪽의 내부에 플라즈마 발생용 전극을 설치하여 구성되며, 플라즈마 발생은 대기를 방전시키는 방식을 취하고, 플라즈마 발생용 전극은, 텅스텐 침상의 고전압 전극과 이에 대한 접지 전극을 설치한 침전극 방식, 주사기 바늘 전극을 고전압 전극으로 하고 접지전극을 납작한 판에 구멍이 뚫린 형태로 구성하는 주사기 바늘 관 전극 방식, 또는 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방식 중 어느 하나로 구성할 수 있다.

Description

플라즈마 가습기{PLASMA HUMIDIFIER}
본 발명은 공간에 플라즈마를 수증기과 함께 날려 공간에 대한 습도조절 살균 처리를 할 수 있는 플라즈마 가습기에 관한 것이다.
플라즈마는 그동안 반도체 제조에서 주역을 차지하는 기술로 여겨져 왔다. 최근에는 플라즈마를 생물학적 용도로 적용하는 융합기술에 대해 많은 연구가 이루어지고 있다. 인체에 플라즈마를 처리하여 피부 질환을 치료하거나, 발모를 촉진하거나, 대기 또는 물건을 살균하는 효과를 얻고자 여러 가지 플라즈마 발생장치를 개발하고 있다. 이러한 바이오 플라즈마 응용에서, 종래의 플라즈마는 빛을 내는 글로우 플라즈마를 직접 물체 표면이나 피부에 접촉하는 방식을 택하고 있다. 즉, 종래의 플라즈마 장치들은 플라즈마 빔(Beam)이나 플라즈마 플럼(Plume)을 직접 피부나 기구물에 조사하는 방식이다. 이러한 경우, 플라즈마의 길이나 조사(助射) 직경이 수 mm 정도이다. 따라서 이들의 사용에는 공간적인 제한이 있다. 이들 장치를 피부나 표면에 근접 사용해야 하는 불편이 있으며, 대면적에 대해 처리해야 할 경우, 조사 직경이 작은 플라즈마를 위치를 이동하여 가며 조사해야 하므로 이에 따른 시간적인 제약이 있다.
대한민국 공개 특허로서 출원번호 10-2010-0097961호는 플라즈마를 이용한 공기 정화 장치를 제안하나, 구체적인 플라즈마 발생장치와 전원에 대한 것은 기재되지 않았다.
대한민국 공개특허 10-2011-0026551호는 가습장치와 플라즈마 발생장치 및 공기청정기를 결합한 것을 보여준다. 상기 공보에서는 가습기 장치를 상단부에 포함하고 그 아래 플라즈마 장치를 공기청정기에 결합시키고 있으며, 침상 음극과 그물상 양극을 설치한다. 이러한 전극 구성은 고전압을 요하여 전기적 안정성이 떨어진다.
따라서 본 발명의 목적은 넓은 공간에 습도 조절과 함께 플라즈마 처리에 의한 감기 인플루엔자, MERS, SARS 등의 호흡기 질환 바이러스 등의 멸균 효과를 볼 수 있는 플라즈마 가습기를 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적에 따라 본 발명은 플라즈마를 구성하는 전자, 이온 및 각종 라디칼(전자+이온+각종 라디칼)들을 수증기과 함께 공간에 날려서 대기 중의 병원균과 화학적인 반응을 일으켜 멸균 작용을 하게 하는 플라즈마 가습기를 제공한다.
상기와 같은 플라즈마 가습기는 수증기이 방출되는 방출구를 몸체로부터 좁게 설치하고, 방출구 출구쪽의 내부에 플라즈마 발생용 전극을 설치하여 구성되며, 플라즈마 발생은 대기를 방전시키는 방식을 취하고, 플라즈마 발생용 전극은, 텅스텐 침상의 고전압 전극과 이에 대한 접지 전극을 설치한 침전극 방식, 주사기 바늘 전극을 고전압 전극으로 하고 접지전극을 납작한 판에 구멍이 뚫린 형태로 구성하는 주사기 바늘 관 전극 방식, 또는 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방식 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 가습기는 헤어, 피부, 물체 표면에 플라즈마 가습기로부터 나오는 수증기과 라디칼들을 접촉시켜 미용 효과와 살균 효과를 볼 수 있다.
본 발명은 플라즈마 플럼이나 빔 자체를 피처리물에 직접 닿게 하지는 않지만, 플라즈마의 입자들의 라이프 타임(life time)이 짧게는 수십 마이크로 초에서 길게는 수 초가 된다는 점에 착안하여, 비록 발광(글로우) 형태의 플라즈마는 아니지만 상당 수의 플라즈마 입자들이 가습기의 진동자에 의해 넓은 공간으로 퍼져나가 살균, 소독, 처치 등의 효과를 넓은 공간에 대해 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 감기 인플루엔자나 SARS 및 MERS와 같은 전염성 호흡기 질환의 예방을 위한 실내 습도 조절 장치 및 실내 공기 중의 병원균의 멸균을 위한 복합 장치를 제공한다.
본 발명의 플라즈마 가습기를 입원실과 같은 실내에 설치하면, 대기 살균과 더불어 실내 벽면과 물체 면을 살균 소독하고, 실내에 있는 사람의 피부 또는 헤어에 적용되어, 플라즈마 입자들이 피부에 접촉되어 피부 조직을 활성화하고 피부를 살균하여 청결을 유지하며, 피부 세포의 활성화를 통하여 치료 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명의 플라즈마 가습기는 DC-AC 인버터를 구비한 전용 전원장치를 제공하므로, 일반 가정용 전원을 이용하여 사용될 수 있으며, 별도의 DC 전원 건전지로도 사용 가능하고, 충전용 배터리를 사용하는 등으로 휴대용 플라즈마 장치로 사용될 수 있어 장소에 구애받지 않고 시술할 수 있는 편리성이 있다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 가습기의 기본구조를 보여주는 구성도이다.
도 2는 플라즈마 가습기 방출구 내부표면에 전극을 설치하는 방식을 보여주는 도면으로서, (a) 직접 방전 플라즈마 발생 방식으로, 텡스턴 침을 이용한 것을 나타내고, (b)는 유리판 등을 이용한 유전층 장벽 방전 방식을 나타낸 세부 구성도이다.
도 3은 플라즈마 가습기의 방출구 내부표면에 전극을 설치하는 방식을 보여주는 도면으로서, (a) 직접 방전 플라즈마 발생 방식으로, 주사기 바늘 전극을 이용한 것을 나타내고, (b)는 유리판 등을 이용한 유전층 장벽 방전 방식을 나타낸 세부 구성도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 플라즈마 가습기의 기본 구성을 도시한다. 물통과 진동자와 플라즈마 발생부가 설치된 플라즈마 가습기의 기본형태를 보여준다. 플라즈마 발생부는 전극을 포함하며, 플라즈마 가습기의 수증기 방출구 하우징 내면에 설치된다. 플라즈마바 발생부의 바람직한 위치는 가습기 노즐 단부 안쪽이라 할 수 있다. 도 1에 플라즈마 발생부의 위치를 노즐 단부에 두는 것과 좀 더 안쪽에 두는 것을 한꺼번에 표시하였으나 선택적으로 구성할 수 있다.
이러한 플라즈마 가습기에 포함된 플라즈마 발생 장치 구성은 도 2와 도 3에 자세히 기술한다.
*플라즈마 발생은 기본적으로 DC 혹은 저주파 교류를 사용하여 대기를 방전한다. 일반적으로는 주파수 수십 Hz에서 수십 kHz의 DC-AC 인버터를 사용한다. 그 외에도 반도체 발진 소자를 사용한 고주파 RF 및/또는 마이크로파 방전으로 대기 자체를 방전으로 플라즈마를 생성할 수도 있다.
플라즈마 발생량은 하우징 외측에 설치한 구동 스위치로 조절한다.
플라즈마 발생장치는 수증기 방출구 노즐단부에 설치하며, 노즐은 가습기 몸체로부터 좁고 길게 설치하여 기류의 속도를 빠르게 유지한다. 또한, 플라즈마 발생장치는 출구 노즐 쪽의 내부에 플라즈마 발생장치를 설치하는 것이 본 발명의 특징이다. 플라즈마 발생장치를 가습기 몸체 내부 공간에 설치하면 몸체 내부 공간에서 플라즈마 입자들이 쉽게 에너지를 잃어버리고 중성화되므로 플라즈마 입자들의 에너지를 최대화하기 위하여 좁은 방출구 출구 쪽에 설치하는 것이 바람직하다.
작동원리는, 수증기 방출구 노즐 내부에서 발생 된 플라즈마가 진동기에 의하여 방출구를 통하여 플라즈마 입자들(전자+이온+각종 라디칼)이 바람의 형태로 토출 되는 것이다.
대기 방전에 의한 플라즈마 입자들의 발생량은 전극에 인가하는 전압과 플라즈마 전류를 제어하여 조정할 수 있다.
도 2는 플라즈마 방출구 노즐 내부표면에 전극을 설치한 방식을 예시한다. 플라즈마의 발생은 다양한 방식이 있으며, 도 2와 도 3에서 플라즈마 가습기를 위한 플라즈마 소스 구조의 몇 가지 예를 제시한다.
도 2(a)는 직접 방전 플라즈마 발생 방식의 전극 구성을 보여준다. 방출구 노즐 내부 표면의 네 군데에 플라즈마 전극(500)을 설치한 경우이다. 전극은 방사상 배열이 바람직하다.
하우징의 방출구 노즐 내면에 텅스텐 침(510)을 고정시키고 침 끝에서 방출구 후방을 향해 약간의 간격 d(1 내지 10mm일 수 있으나 제한적이지 않다)를 두고 환형의 접지 전극(520)을 고정한다. 텅스텐 침(510)에는 고전압이 인가되고, 환형 접지 전극(520)은 접지되어, 텅스텐 침(510)과 환형의 접지 전극(520) 사이에서 플라즈마가 발생한다. 텅스텐의 직경은 수 mm(1 내지 10mm일 수 있으나 제한적이지 않다)이고, 끝이 뾰쪽한 침상형이다. 텅스텐 침(510)에는 인버터를 통한 전원을 안전 캐패시터(CB)를 통하여 인가한다. 텅스텐 침(510)의 끝과 접지전극(520) 사이의 간격(d)은 1 mm 정도가 바람직하다. 텅스텐 침(510)에는 주파수 수십 kHz의 1 내지 3 kV의 전압을 걸어 텅스텐 침(510) 끝과 접지전극(520) 사이에 방전이 일어나 고밀도의 글로우 플라즈마가 발생한다. 이들 플라즈마가 하우징 내부의 진동기에 의하여 플라즈마 바람으로 수분과 함께 방출구 노즐에서 나온다. 텅스텐 침(510)은 방사상으로 배치될 때 4개 이하나 이상으로 변형실시될 수 있다. 침전극은 텅스텐 외에 방전용 합금 소재 또는 백금, 티타늄 등을 적용할 수도 있다.
도 2(b)는 유리판과 같은 유전체를 이용한 유전층 장벽 방전 방식의 플라즈마 소스를 적용한 것을 보여준다. 방출구 내부 표면 쪽 네 군데에 플라즈마 발생 장치를 설치한 예이다. 유리판 또는 수정판(Quartz)으로 된 유전체(535)의 하부 면에 금속 전극(530)을 판상으로 설치하고, 유전체(535) 상면에 길이 방향으로 접지전극(540)을 전선형태로 설치한다. 본 실시예는 유리판을 사용하였고, 접지전극(540)은 접지시키고 금속 전극(530)에 전원을 인가하여, 유전층 장벽방전(Dielectric Barrier Discharge)으로 하여 접지전선 주변에 플라즈마를 발생시킨다. 유전체(535)의 두께는 약 1 mm 정도가 바람직하며, 금속 전극(530) 판에 인가되는 전압은 주파수 수십 kHz의 1 내지 3 kV이다.
도 3은 플라즈마 방출구 노즐 내부 단면을 통과하게 구성된 전극 설치 방식을 보여준다.
도 3(a)는 주사기 바늘(syringe needle) 전극(550)을 사용하는 직접 방전 방식의 플라즈마 소스를 적용하였다. 방출구 노즐의 몸체 안에 4 군데에 주사기 바늘 전극(550)을 설치하고, 주사기 바늘 전극(550) 끝에서 간극을 두고 구멍이 뚫린 판상의 접지 전극(560)이 배치된다. 즉, 방출구 노즐 내부가 절연체로 채워진 몸체(555)를 주사기 바늘 전극(550)이 관통하는 식으로 배치되고, 주사기 바늘 전극(550) 단부에서 약 1mm 정도 이격된 곳에 주사기 바늘 전극(550)의 통공과 소통할 수 있는 위치에 구멍이 뚫린(전체적으로 4개의 구멍) 판상의 접지 전극(560)이 조립된다. 즉, 접지 전극(560)이 주사기 바늘 단부에 비해 방출구 노즐에서 더 앞쪽으로 배치된다. 내경이 수 mm 이하의 주사기 바늘 전극(550) 끝과 접지 전극(560) 판 사이에서 플라즈마가 발생한다. 이를 위해, 통상 수십 kHz의 전압 1 내지 3 kV의 전압이 주사기 바늘전극(550)에 인가된다. 주사기 바늘 전극(550)과 접지 전극 판의 구멍은 4개 이하 또는 그 이상으로 변형실시될 수 있다.
도 3(b)는 유리판, 수정판(Quartz plate)과 같은 유전체(575)를 적용한 유전층 장벽 방전 방식 플라즈마 소스를 적용한 것을 보여준다. 도 3(b)는 도 2(b)와 동일한 방전 방식으로서 방출구 노즐의 단면상에 슬릿 형태를 이루는 두 개의 판상 유전체(575)를 설치하고 각각의 유전체(575) 이면에 각각 고전압 전극판(570)을 설치하고, 유전체(575) 전면이 이루는 공간, 즉, 슬릿과 같은 틈새에는 접지 전극판(580)을 설치한다. 통상 수십 kHz의 전압 1 내지 3 kV의 전압을 고전압 전극판(570)에 인가하여 유전층 장벽 방전 방식 플라즈마를 발생시킨다.
본 발명은 상자형(Desk Top) 플라즈마 가습기는 데스크-탑 형태의 상자형으로 제작될 수 있다. 이러한 상자형은 실내 공기의 살균 정화 장치로 사용하기에 적합하다.
한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
510: (텅스텐) 침
520: 환형의 접지 전극
530: 금속전극
535: 유전체
540: 접지 전극
550: 주사기 바늘 전극
555: 몸체
560: 접지전극
570: 고전압 전극판
575: 유전체
580: 접지 전극판

Claims (1)

  1. 플라즈마 가습기로서,
    수증기 방출구 노즐을 구비한 하우징 내부에,
    수증기를 발산시키는 진동기;
    상기 진동기가 설치된 하우징 몸체 공간에 비해 직경을 좁히며 연장되어 기류 속도를 빠르게 유지시키는 방출구 노즐;
    상기 수증기 방출구 노즐 단부 내면에 설치되어 플라즈마 입자들이 에너지를 잃지 않고 바람의 형태로 토출되게 하는 플라즈마 발생용 전극; 및
    전극에 전압을 인가하는 전원 장치;를 포함하고,
    플라즈마 발생은 대기를 방전시키는 방식을 취하고,
    플라즈마 발생용 전극은,
    상기 방출구 노즐 단부 안쪽에 주사기 바늘 관 방식으로 설치되며,
    상기 주사기 바늘 관 방식은, 방출구 노즐 단부의 내부 일부를 절연체로 된 몸체로 채우고, 몸체에 다수의 주사기 바늘을 방사상으로 꽂고, 주사기 바늘 단부에서 간격을 둔 위치에 구멍이 뚫린 납작한 판으로 된 접지 전극을 방출구 내부에 배치하되, 상기 구멍은 주사기 바늘의 구멍과 소통되도록 서로 직선으로 얼라인 되게 위치되고, 접지 전극이 주사기 바늘 단부에 비해 방출구 노즐에서 더 앞쪽으로 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 가습기.
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KR20190122939A (ko) * 2018-04-23 2019-10-31 광운대학교 산학협력단 플라즈마-멸균 가습기

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