KR101284735B1 - Apparatus for generating a atmospheric plasma using an external ballast capacitor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 가스가 공급되는 플라즈마 발생부의 음극은 접지시키고 양극은 가변 가능한 외부 커패시터와 연결하여 방전 에너지를 외부 커패시터로부터 공급받아서 플라즈마를 발생시키는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 플라즈마 발생을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부;상기 전원 공급부의 전원을 이용하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생부;상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부 사이에 직렬 연결되어 플라즈마 발생 동작시의 전원 공급을 제어하는 제 1,2 스위칭 소자;상기 제 1,2 스위칭 소자의 사이의 접점에 병렬 연결되어 충전 및 방전을 하고 상기 제 1,2 스위칭 소자의 제어에 의해 방전 에너지를 플라즈마 발생부로 공급하는 가변 커패시터;를 포함한다.The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor which generates a plasma by supplying a discharge energy from an external capacitor by connecting a cathode connected to a variable external capacitor and grounding the cathode of the plasma generator. Power supply for supplying power for the; Plasma generating unit for generating a plasma by using the power supply of the power supply unit; First and second connected between the power supply and the plasma generating unit in the first and second to control the power supply during the plasma generation operation And a variable capacitor connected in parallel to the contacts between the first and second switching elements to charge and discharge and supply discharge energy to the plasma generation unit under control of the first and second switching elements.
Description
본 발명은 대기압 플라즈마 발생에 관한 것으로, 구체적으로 가스가 공급되는 플라즈마 발생부의 음극은 접지시키고 양극은 가변 가능한 외부 커패시터와 연결하여 방전 에너지를 외부 커패시터로부터 공급받아서 플라즈마를 발생시키는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to atmospheric pressure plasma generation, and specifically, the plasma of the plasma generation unit to which gas is supplied is grounded and the anode is connected to a variable external capacitor to receive discharge energy from an external capacitor to generate a plasma using an atmospheric pressure plasma. It relates to a generator.
대기압 플라즈마는 표면 처리나 의료, 환경처리 등 여러 산업에서 다양하게 쓰이고 있다. 대기압 플라즈마 기술은 플라즈마의 역사만큼 오랜 기간 동안 연구되어온 분야이다.Atmospheric pressure plasma is used in various industries such as surface treatment, medical treatment, environmental treatment. Atmospheric pressure plasma technology has been studied for as long as the history of plasma.
특히 대기압 플라즈마 발생 기술 중 절연체 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge)은 오존(Ozone) 발생 장치로 개발되어 오래전부터 유럽에서는 상수처리 시설에 적용되어왔고 최근 반도체 공정에서도 사용되고 있다.In particular, insulator discharge (DBD: Dielectric Barrier Discharge) is an ozone generator that has been applied to water treatment facilities in Europe for a long time.
대기압 플라즈마는 발생 특성상 진공 플라즈마의 사용이 불가능한 분야 특히 환경 분야에서 많은 기술 수요가 존재한다.Atmospheric pressure plasma has a lot of technical demand in the field, especially in the environment where the use of vacuum plasma is impossible due to the generation characteristics.
대기압 플라즈마는 유지 및 처리 비용이 기존의 기술에 비해 많이 소요되는 것은 사실이나 최근 구동 가스를 사용하지 않고 일반 공기 중에서 플라즈마 발생이 가능해지고 기존 기술이 발생시키는 환경오염 부산물 등을 만들지 않기 때문에 환경에 대한 우려에 비례하여 점차 수요가 늘어가고 있다.Atmospheric pressure plasma is more expensive to maintain and process than conventional technologies, but it is possible to generate plasma in general air without using driving gas, and does not produce environmental pollution by-products generated by existing technologies. In response to concerns, demand is gradually increasing.
최근 들어 대기압 플라즈마는 환경 분야뿐만 아니라 반도체 및 디스플레이 산업에서의 활용도가 급격히 진행되고 있다.Recently, atmospheric plasma has been rapidly utilized in the semiconductor and display industries as well as in the environmental field.
플라즈마를 발생시키기 위해서는 입자가 전계나 자계에 의해서 어느 정도 가속되어서 에너지를 가져야 한다. 에너지를 가진 입자와 중성기체가 충돌하면서 중성기체에 전달되는 에너지에 의해서 중성기체가 여기되거나 이온화가 된다.In order to generate plasma, particles must be accelerated to some extent by an electric field or a magnetic field to have energy. As energetic particles collide with the neutral gas, the neutral gas is excited or ionized by the energy transferred to the neutral gas.
따라서 초기에 입자의 가속이 잘되려면 자유행정거리가 상대적으로 긴 밀도가 낮은 공간에서 가속되어야 하고 대부분의 플라즈마는 진공상태에서 플라즈마가 발생된다.Therefore, in order to accelerate the particles at an early stage, the free stroke should be accelerated in a relatively low density space, and most plasmas generate plasma in a vacuum state.
일반적으로 진공챔버(chamber) 내에서 플라즈마를 유지하기 위해서는 교류 전원으로 주어야 한다. DC 펄스를 단극성(unipolar) 또는 양극성(bipolar)으로 주거나, 정현파(Sinusoidal) 전원을 준다.In general, in order to maintain the plasma in the vacuum chamber (chamber) should be supplied with an AC power source. DC pulses can be given unipolar or bipolar, or given sinusoidal power.
주파수는 60 Hz ~ 수십 MHz 혹은 GHz대역의 마이크로파(microwave)를 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 산업계에서는 식각(Etching)이나 증착(Deposition)과 같은 반도체공정에 활발히 적용되고 있다.The frequency is generated by using a microwave (microwave) of 60 Hz ~ tens of MHz or GHz band. In the industry, it is actively applied to semiconductor processes such as etching and deposition.
진공챔버 내에서 플라즈마를 발생시키기 위해서는 고가의 진공장비들이 요구된다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 대기압에서 플라즈마를 발생시키는 연구가 계속되고 있다.Expensive vacuum equipment is required to generate plasma in the vacuum chamber. In order to overcome this drawback, researches for generating plasma at atmospheric pressure continue.
현재는 마이크로 크기(micro size)의 대기압 플라즈마를 발생시켜 기존의 플라즈마 공정을 대체하거나 새로운 영역에서 플라즈마를 응용하는 연구들이 활발히 진행되고 있다.Currently, researches are being actively conducted to replace the existing plasma process or to apply plasma in a new area by generating a micro size atmospheric plasma.
대기압 하에서 플라즈마를 발생시키거나 또는 플라즈마를 발생시켜 활용하는 선행기술의 경우엔 일반적으로 코로나 방전법, 유전체 장벽 방전법, 대기압 글로우 방전법 등이 있다.In the prior art for generating a plasma under atmospheric pressure or generating and utilizing a plasma, there are generally a corona discharge method, a dielectric barrier discharge method, an atmospheric glow discharge method, and the like.
코로나 방전은 두 개의 전극 중 적어도 하나를 침상, 와이어 혹은 핀 형태로 구성하여 전계의 집중 효과를 이용하고 내부저항이 큰 고전압 전원 또는 전극에 저항을 이용하여 아크를 억제하고 저전류의 플라즈마를 발생시켜 여러 산업 분야에 이용되고 있다.Corona discharge uses at least one of the two electrodes in the form of needles, wires, or pins to take advantage of the electric field concentration effect, and to suppress the arc by using a resistor at a high voltage power source or an electrode having a large internal resistance, thereby generating a low current plasma. It is used in various industries.
하지만 코로나 방전의 경우, 아크를 억제하기 위해 사용되는 저항에서의 소비전력이 크기 때문에 비효율적이며, 스트리머 형태로 발생됨으로 인해 플라즈마가 균일하지 못하고 밀도가 크지 않다.However, in the case of corona discharge, the power consumption at the resistor used to suppress the arc is inefficient, and the plasma is not uniform and the density is not large due to the streamer form.
또한, 전극손상이 쉬우며 내부저항이 큰 고전압 전원을 사용으로 장치비가 고가이며 전원장치의 운전 및 관리에 어려움이 따른다.In addition, it is easy to damage the electrode and the high cost of the internal resistance using a high voltage power supply equipment is expensive and difficult to operate and manage the power supply device.
대기압 플라즈마 발생장치는 대부분이 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방식으로 유전체 장벽 방전법이라고도 한다.Atmospheric pressure plasma generators are mostly referred to as dielectric barrier discharge method by DBD (Dielectric Barrier Discharge) method.
수십 Hz의 저주파에서 수십 MHz의 AC전원을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. DBD 방식으로 플라즈마를 발생시킬 경우 유전체에 의하여 방전 전류가 제한되기 때문에 글로우 방전(glow discharge)가 유지되어 발생 된 플라즈마가 안정적이다.At low frequencies of several tens of Hz, plasma is generated using AC power of several tens of MHz. When the plasma is generated by the DBD method, since the discharge current is limited by the dielectric, the glow discharge is maintained and the generated plasma is stable.
또한, 네온 트랜스포머(Neon Transformer)나 CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) 구동회로 등 현재 산업계에서 광범위하게 적용되고 있는 전원장치를 사용할 수 있기 때문에 진입장벽이 낮다. 하지만 DBD 방식으로 플라즈마를 발생시킬 경우 그 구조적인 한계로, 플라즈마 방전에너지가 구조에 의해 결정된다.In addition, entry barriers are low because it is possible to use power supplies that are widely applied in the current industry, such as neon transformers or CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) driving circuits. However, when the plasma is generated by the DBD method, due to its structural limitation, the plasma discharge energy is determined by the structure.
즉, 유전체 사이에서 방전이 일어나기 때문에 구조적으로 커패시터(Capacitor)라고 볼 수 있다. 따라서 방전 에너지는 전극간의 면적, 간격, 방전개시전압 혹은 유지전압에 의해 결정되고 플라즈마의 출력을 조절하기가 용이하지 않게 된다.That is, since discharge occurs between dielectrics, it can be regarded as a capacitor structurally. Therefore, the discharge energy is determined by the area, the interval between the electrodes, the discharge start voltage or the sustain voltage, and it is not easy to control the output of the plasma.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 플라즈마 발생 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 가스가 공급되는 플라즈마 발생부의 음극은 접지시키고 양극은 가변 가능한 외부 커패시터와 연결하여 방전 에너지를 외부 커패시터로부터 공급받아서 플라즈마를 발생시키는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problem of the conventional plasma generation technology, the plasma generation portion of the plasma supplying gas is grounded and the anode is connected to a variable external capacitor to generate a plasma by receiving the discharge energy from the external capacitor It is an object of the present invention to provide an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor.
본 발명은 가스가 공급되는 플라즈마 발생부의 음극은 접지시키고 양극은 가변 가능한 외부 커패시터와 연결하여 방전시에 스위칭 소자를 이용하여 플라즈마 발생부와 회로부로 나누어질 수 있도록 하여 비피복 전극(bare electrode) 구조에서도 플라즈마가 안정적으로 유지될 수 있도록 한 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides a bare electrode structure in which a cathode is grounded and a cathode is connected to a variable external capacitor so that the plasma can be divided into a plasma generator and a circuit by using a switching element during discharge. To provide an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor to maintain a stable plasma even in the purpose.
본 발명은 외부에 연결된 커패시터에 방전 에너지를 저장하여 방전시에 커패시터로부터 에너지를 주입받는 방식으로 방전에너지의 제어가 가능하기 때문에 전압이나 전극 간의 간격을 조절하여 다양한 구동 가스 및 액체 속에서 구동 가능하도록 한 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention stores the discharge energy in a capacitor connected to the outside to control the discharge energy by receiving energy from the capacitor at the time of discharge, so that the voltage or the distance between the electrodes can be adjusted to drive in various driving gases and liquids. It is an object of the present invention to provide an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor.
본 발명은 유니폴라(Unipolar) 혹은 바이폴라 타입(Bipolar type)의 펄스 구동(pulse driven) 플라즈마 발생장치로 방전에너지는 인가전압과 가변 커패시터의 용량으로 결정되도록 하여 펄스당 방전 에너지를 매우 간단하고 정밀하게 제어할 수 있도록 한 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a unipolar or bipolar type pulse driven plasma generator, the discharge energy is determined by the applied voltage and the capacitance of the variable capacitor to make the discharge energy per pulse very simple and precise. It is an object of the present invention to provide an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor that can be controlled.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치는 플라즈마 발생을 위한 전원을 공급하는 전원 공급부;상기 전원 공급부의 전원을 이용하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생부;상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부 사이에 직렬 연결되어 플라즈마 발생 동작시의 전원 공급을 제어하는 제 1,2 스위칭 소자;상기 제 1,2 스위칭 소자의 사이의 접점에 병렬 연결되어 충전 및 방전을 하고 상기 제 1,2 스위칭 소자의 제어에 의해 방전 에너지를 플라즈마 발생부로 공급하는 가변 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention for achieving the above object is a power supply for supplying power for generating plasma; Plasma generating unit for generating a plasma by using the power supply of the power supply; And first and second switching elements connected in series between the plasma generation unit and the power supply during the plasma generation operation; connected in parallel to the contacts between the first and second switching elements to charge and discharge the first and second switching elements. And a variable capacitor for supplying discharge energy to the plasma generator under control of the two switching elements.
그리고 상기 제 1,2 스위칭 소자는, 상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생 동작시에 상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부가 전기적으로 분리되도록 하는 것을 특징으로 한다.The first and second switching elements may be configured to electrically separate the power supply unit and the plasma generation unit during the plasma generation operation of the plasma generation unit.
그리고 상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생 동작 이전에 상기 제 1 스위칭 소자는 턴온 되고, 제 2 스위칭 소자는 턴 오프되고, 상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생 동작시에 상기 제 1 스위칭 소자는 턴 오프 되고, 제 2 스위칭 소자는 턴 온 되는 것을 특징으로 한다.The first switching device is turned on, the second switching device is turned off, the first switching device is turned off, and the second switching device is turned off during the plasma generation operation of the plasma generator. The device is characterized in that turned on.
그리고 상기 제 1 스위칭 소자가 턴온 되고, 제 2 스위칭 소자가 턴 오프되는 동작 구간에서 상기 가변 커패시터는 충전되고,상기 제 1 스위칭 소자가 턴 오프 되고, 제 2 스위칭 소자가 턴 온 되는 구간에서 가변 커패시터는 방전 에너지를 플라즈마 발생부로 공급하는 것을 특징으로 한다.The variable capacitor is charged in an operation period in which the first switching element is turned on and the second switching element is turned off, and the variable capacitor is in a period in which the first switching element is turned off and the second switching element is turned on. Is characterized in that to supply the discharge energy to the plasma generating unit.
그리고 상기 가변 커패시터의 용량을 가변하는 것에 의해 방전 에너지를 제어하는 것을 특징으로 한다.The discharge energy is controlled by varying the capacitance of the variable capacitor.
그리고 상기 가변 커패시터의 용량은 22pF ~ 10nF에서 가변되고,1nF ~ 10nF에서 용량을 가변하는 경우에는 아크 방전이 발생하고, 22pF ~ 1nF에서 용량을 가변하는 경우에는 글로우 방전이 발생하는 것을 특징으로 한다.In addition, the capacitance of the variable capacitor is variable from 22pF to 10nF, characterized in that the arc discharge occurs when the capacitance varies from 1nF to 10nF, glow discharge occurs when the capacitance varies from 22pF to 1nF.
그리고 상기 플라즈마 발생부는 원통형의 가스 공급부를 중심으로 제 2 스위칭 소자에 연결되는 양극과, 접지 단자에 연결되는 음극이 서로 대향되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The plasma generating unit is configured such that the anode connected to the second switching element around the cylindrical gas supply unit and the cathode connected to the ground terminal face each other.
그리고 상기 양극은 구리, 스테인리스 스틸, 은, 금, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, CNT를 합성한 전도체들 중의 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성하고, 음극은 텅스텐, 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄, 티타늄, 구리합금, 알루미늄 합금, 티타늄 합금들 중에서 선택된 어느 하나의 전도체로 형성하는 것을 특징으로 한다.And the anode is formed of any one or a combination of conductors synthesized copper, stainless steel, silver, gold, tungsten, aluminum, titanium, titanium alloys, aluminum alloys, CNT, the cathode is tungsten, stainless steel, copper , Aluminum, titanium, copper alloy, aluminum alloy, characterized in that formed with any one conductor selected from titanium alloys.
그리고 상기 플라즈마 발생부에서 발생하는 플라즈마 밀도를 낮추기 위하여 양극과 제 2 스위칭 소자 사이에 밸러스트 레지스터(Ballast Resistor)를 연결하는 것을 특징으로 한다.A ballast resistor is connected between the anode and the second switching element to reduce the plasma density generated by the plasma generator.
그리고 상기 밸러스트 레지스터(Ballast Resistor)는 0Ω ~ 500kΩ으로 가변되는 것을 특징으로 한다.And the ballast resistor (Ballast Resistor) is characterized in that the variable from 0Ω to 500kΩ.
그리고 상기 플라즈마 발생부의 방전 주파수를 높이기 위하여,상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부 사이에 직렬 연결되는 다른 스위칭 소자들 및 상기 다른 스위칭 소자들의 사이의 접점에 병렬 연결되는 다른 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.And in order to increase the discharge frequency of the plasma generation unit, it is characterized in that it further comprises other switching elements connected in parallel between the power supply and the plasma generation unit and other capacitors connected in parallel to the contact between the other switching elements. .
이와 같은 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.Such an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor according to the present invention has the following effects.
첫째, 방전 에너지를 외부 커패시터로부터 공급받아서 플라즈마를 발생시켜 간단한 구조로 적용성을 높이고, 사용 편리성을 높일 수 있다.First, the discharge energy is supplied from an external capacitor to generate a plasma, thereby increasing the applicability to a simple structure and increasing the convenience of use.
둘째, 방전시에 스위칭 소자를 이용하여 플라즈마 발생부와 회로부로 나누어질 수 있도록 하여 비피복 전극(bare electrode) 구조에서도 플라즈마가 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.Second, the plasma can be divided into a plasma generating unit and a circuit unit by using a switching element during discharge so that the plasma can be stably maintained even in the bare electrode structure.
셋째, 외부에 연결된 커패시터에 방전 에너지를 저장하여 방전시에 커패시터로부터 에너지를 주입받는 방식으로 방전에너지의 정밀 제어가 가능하다.Third, it is possible to precisely control the discharge energy by storing the discharge energy in the capacitor connected to the outside to receive energy from the capacitor during discharge.
넷째, 커패시터로부터 방전에너지를 공급받는 것에 의해 전압이나 전극 간의 간격을 조절하여 다양한 구동 가스 및 액체 속에서 구동 가능하도록 한다.Fourth, by supplying the discharge energy from the capacitor to adjust the voltage or the interval between the electrodes to be able to drive in a variety of driving gas and liquid.
다섯째, 방전에너지를 인가전압과 가변 커패시터의 용량으로 결정되도록 하여 펄스당 방전 에너지를 매우 간단하고 정밀하게 제어할 수 있다.Fifth, the discharge energy per pulse can be controlled very simply and precisely by determining the discharge energy by the applied voltage and the capacitance of the variable capacitor.
여섯째, 가변 커패시터를 사용하여 플라즈마 발생 형태에 따라 방전 에너지를 공급할 수 있도록 하여 적용성을 높이고, 간단한 구조로 정밀한 제어가 가능하다.Sixth, it is possible to supply the discharge energy according to the plasma generation form by using a variable capacitor to increase the applicability, it is possible to precise control with a simple structure.
일곱째, 간단한 구조로서 사용하기 편리하고 정밀하게 방전을 제어할 수 있어 표면처리, 의료 환경 등의 각종 산업에 사용되고 있는 대기압 플라즈마 활용에 유리하도록 하는 효과가 있다.Seventh, it is convenient to use as a simple structure and precisely to control the discharge, there is an effect that it is advantageous for the utilization of atmospheric pressure plasma used in various industries, such as surface treatment, medical environment.
도 1은 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에서의 플라즈마 발생 사진
도 3은 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에서의 플라즈마 발생 이미지 및 변화 형태를 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에서 원통형 전극 사이에서 플라즈마가 발생되는 것을 나타낸 구성도
도 5는 본 발명에 따른 구리(Anode)원통전극과 텅스텐(Cathode)원통전극으로 구성된 대기압 플라즈마 발생장치 사진
도 6은 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에서의 발생된 플라즈마 파형도
도 7 내지 도 9는 본 발명에 의한 플라즈마 발생형상을 ICCD를 카메라로 측정한 사진
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치의 구성도1 is a block diagram of an atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention
Figure 2 is a plasma generation picture in the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention
Figure 3 is a block diagram showing the plasma generation image and the change form in the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention
Figure 4 is a block diagram showing that the plasma is generated between the cylindrical electrode in the atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor according to the present invention
5 is a photograph of an atmospheric pressure plasma generator including a copper cylindrical electrode and a tungsten cylindrical electrode according to the present invention.
6 is a plasma waveform diagram generated in the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention
7 to 9 are photographs obtained by measuring ICCD with plasma generation shape according to the present invention.
10 is a block diagram of an atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to another embodiment of the present invention
이하, 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of an atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Features and advantages of the atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor according to the present invention will be apparent from the detailed description of each embodiment below.
도 1은 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에서의 플라즈마 발생 사진이다.1 is a configuration diagram of an atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention, Figure 2 is a photograph of the plasma generated in the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention.
본 발명은 대기압 이상의 기체 속이나 물과 같은 액체내에서 플라즈마를 발생시키는 방법으로 가스가 공급되는 발생부에 양극과 음극의 전극을 형성시키고, 전극사이에서 플라즈마를 발생시키는 것으로, 음극은 접지시키고 양극은 외부 커패시터와 연결하여 방전 에너지를 외부 커패시터로부터 공급받아서 플라즈마를 발생시키는 것이다.The present invention is a method of generating a plasma in a gas or a liquid such as water or more than atmospheric pressure to form an electrode of the anode and the cathode in the gas supply portion, and to generate a plasma between the electrodes, the cathode is grounded and the anode Is connected to the external capacitor to receive the discharge energy from the external capacitor to generate a plasma.
본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치는 가변 커패시터를 사용하여 방전 에너지를 공급하는 것으로, 요구되는 플라즈마 발생 형태에 따라 가변 커패시터의 용량을 조절하여 방전 에너지를 제어할 수 있도록 한 것이다.Atmospheric pressure plasma generator according to the present invention is to supply the discharge energy by using a variable capacitor, it is possible to control the discharge energy by adjusting the capacity of the variable capacitor according to the type of plasma generation required.
대기압 플라즈마 발생 장치에서의 플라즈마 발생 형태는 예를 들어, 음극의 전자 방출이 주로 양이온의 충돌에 의한 2차 복사에 의해 일어나는 글로우 방전, 음극의 전자 방출이 주로 열전자 복사 또는 양이온에 의한 전계 복사에 의해 일어나는 아크 방전 등으로 나눌 수 있다.Plasma generation in an atmospheric plasma generating apparatus is, for example, a glow discharge in which the electron emission of the cathode is mainly caused by secondary radiation by the collision of cations, and the electron emission of the cathode is mainly caused by hot electron radiation or electric field radiation by cations. It can be divided into an arc discharge that occurs.
이와 같은 글로우 방전 및 아크 방전은 방전 에너지의 제어에 의해 제어되는 것으로 본 발명에서는 가변 커패시터의 용량을 제어하여 방전 형태를 사용 용도에 맞게 회로 구조의 변경 없이 용이하게 결정할 수 있다.The glow discharge and the arc discharge are controlled by the control of the discharge energy. In the present invention, the discharge type can be easily determined without changing the circuit structure according to the intended use by controlling the capacity of the variable capacitor.
저기압,저전류,고전압 상태에서의 글로우 방전은 주로 표면 처리, Si계 본딩 프로세스, 연료 개질 등의 용도로 사용되고, 고기압,대전류,저전압 상태에서의 아크 방전은 탄소 또는 텅스텐 등 끓는점이 높은 전극을 사용해서 금속의 발광분석을 하고, 고온을 이용한 아크 가열은 금속을 용접하거나, 전기로,아크로 등을 만드는 등 용도로 사용된다.Glow discharge at low pressure, low current, and high voltage is mainly used for surface treatment, Si-based bonding process, and fuel reforming.Arc discharge at high pressure, high current, and low voltage is used for high boiling point electrodes such as carbon or tungsten. Therefore, luminescence analysis of the metal is performed, and arc heating using high temperature is used for welding metal, making an electric furnace, an arc, and the like.
본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치는 도 1에서와 같이, 전원 공급부(10)와 플라즈마 발생부 사이에 직렬 연결되어 플라즈마 발생 동작시의 전원 공급을 제어하는 제 1,2 스위칭 소자(11)(12)와, 상기 제 1,2 스위칭 소자(11)(12)의 사이의 접점에 병렬 연결되는 것으로 상기 접점에 일측 전극이 연결되고 타측 전극은 접지 단자에 연결되어 플라즈마 동작 개시 전에 충전을 하고, 플라즈마 발생 동작시에 제 1,2 스위칭 소자(11)(12)의 제어에 의해 방전 에너지를 플라즈마 발생부로 공급하는 가변 커패시터(13)와, 상기 제 2 스위칭 소자(12)에 연결되어 DC 펄스가 공급되는 제 1 전극(14) 및 제 1 전극에 대향하는 제 2 전극(15)을 갖는 원통형의 플라즈마 발생부를 포함한다.Atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention, as shown in Figure 1, the first and second switching elements connected in series between the
도 1은 마주보는 두 전극에서 대기압 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생 장치를 나타낸 것으로, 제 1,2 스위칭 소자(11)(12) 사이에 가변 가능한 외부 커패시터(External Ballast Capacitor)(13)를 위치시키고 플라즈마 발생부의 제 1 전극(14)을 제 2 스위칭 소자(12)에 연결한다.FIG. 1 shows a plasma generator for generating an atmospheric pressure plasma at two opposite electrodes, in which a variable external capacitor (13) is placed between the first and second switching elements (11) and (12). The
먼저, 제 1 스위칭 소자(11)가 턴온 되고 제 2 스위칭 소자(12)가 턴 오프되면 전원 공급부(10)로부터 고전압이 인가되어 가변 커패시터(13)에 (CV2)/2 형태로 에너지가 저장된다.First, when the
가변 커패시터(13)에 에너지가 저장된 후, 제 1 스위칭 소자(11)가 턴 오프되고, 제 2 스위칭 소자(12)가 턴 온 되는 순간 가변 커패시터(13)에 저장된 에너지가 플라즈마 발생부에 인가되어 방전이 일어나게 된다.After the energy is stored in the
방전이 일어날 때에는 전원 공급부(10)에서 에너지를 직접 투입하는 것이 아니라 가변 커패시터(13)에 저장된 에너지가 사용되기 때문에 전원 공급부(10)는 안정적으로 구동된다.When the discharge occurs, the
이와 같이 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치는 외부에 연결된 커패시터에 방전 에너지를 저장하여 방전시에 커패시터로부터 에너지를 주입받는 방식으로 방전에너지의 제어가 가능하기 때문에 플라즈마 구동 회로부는 안정적으로 구동될 수 있다.As described above, since the atmospheric pressure plasma generator using the external capacitor according to the present invention stores the discharge energy in a capacitor connected to the outside, the discharge energy can be controlled in such a manner that the energy is injected from the capacitor during discharge. Can be driven.
도 2는 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치에서 발생된 플라즈마의 실제 사진이다.2 is an actual photograph of the plasma generated in the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention.
(a)는 일반공기에서 발생시킨 플라즈마 사진이고 (b)와 (c)는 각각 Ar과 He을 사용하여 플라즈마를 발생시킨 사진이다.(a) is a plasma photograph generated in general air and (b) and (c) are photographs generated plasma using Ar and He, respectively.
도 3에서 보면 발생된 플라즈마가 안정적으로 유지되고 있음을 확인할 수 있다.3, it can be seen that the generated plasma is stably maintained.
도 3은 ICCD 카메라를 통하여 측정된 이미지인데 (a)는 적용된 외부 커패시터에 따라 측정된 플라즈마의 이미지이다. 이때 사용된 구동가스는 He이다. 사용된 가변 커패시터의 용량은 22pF ~ 10nF으로 커패시터 용량이 커질수록 마이크로 아크 방전으로 이행된다. 따라서 1nF이상에서는 아크 방전의 응용분야인 방전가공에도 사용된다.3 is an image measured by the ICCD camera (a) is an image of the plasma measured according to the applied external capacitor. At this time, the driving gas used is He. The capacity of the variable capacitor used is 22pF ~ 10nF, the larger the capacitor capacity, the transition to micro arc discharge. Therefore, above 1 nF, it is also used for discharge processing, which is an application field of arc discharge.
1nF ~ 10nF의 용량으로 가변 커패시터를 조절하는 경우에는 플라즈마 발생 형태가 아크 방전이고, 22pF ~ 1nF의 용량으로 가변 커패시터를 조절하는 경우에는 플라즈마 발생 형태가 글로우 방전이다.When the variable capacitor is adjusted to a capacity of 1 nF to 10 nF, the plasma generation form is an arc discharge. When the variable capacitor is adjusted to a capacity of 22 pF to 1 nF, the plasma generation form is a glow discharge.
이와 같은 가변 커패시터의 용량은 상기한 실시 예로 한정되는 것이 아니고, 요구되는 플라즈마 발생 형태에 따라 다르게 하여 장치를 구성할 수 있음은 당연하다.The capacity of such a variable capacitor is not limited to the above-described embodiment, it is natural that the device can be configured to vary depending on the type of plasma generation required.
도 3의 (c)는 20ns의 간격으로 측정한 플라즈마의 형상 모습이고 (b)는 시간대별로 나누어진 이미지들의 중첩된 이미지이다. 방전은 전극 윗부분에서 시작되어 He 기체가 뿜어져 나오는 아래쪽으로 퍼진다.(C) of FIG. 3 is a shape of plasma measured at intervals of 20 ns, and (b) is a superimposed image of images divided by time zones. The discharge begins at the top of the electrode and spreads downward through the He gas.
도 4와 5는 원통형 전극으로 플라즈마를 발생시킨 장치의 개념도와 플라즈마 발생부의 실제 사진이다.4 and 5 are a conceptual diagram of the apparatus for generating a plasma with a cylindrical electrode and an actual picture of the plasma generating unit.
도 1에서와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 경우 플라즈마의 온도는 대략 300K에서 20,000K 정도이다.In the plasma generator according to the present invention as shown in FIG. 1, the temperature of the plasma is about 300K to 20,000K.
본 발명에 따른 플라즈마 발생장치는 글로우 방전(glow discharge)에서 아크 방전(arc discharge)까지 매우 넓은 마이크로 방전이 가능 한 만큼 다양한 응용아 가능하다.Plasma generator according to the present invention can be applied to a variety of applications as a very wide micro discharge is possible from glow discharge (arc discharge) to arc discharge (arc discharge).
이와 같은 다양한 응용을 고려할 경우 방전 온도를 높일 필요성이 있다. 방전 온도를 높이기 위하여 본 발명의 실시 예에서는 방전 전극의 단면적을 매우 좁게 설계하고, 이에 따라 전류 밀도가 높아짐에 따라 방전 온도의 상승 효과를 갖도록 한다.Considering such various applications, there is a need to increase the discharge temperature. In order to increase the discharge temperature, in the embodiment of the present invention, the cross-sectional area of the discharge electrode is designed to be very narrow, and accordingly, as the current density increases, the discharge temperature increases.
구체적으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치의 사양은 다음과 같다.Specifically, the specification of the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to an embodiment of the present invention are as follows.
설계 사양은 이하의 설명에서 제시한 사양으로 한정되는 것이 아니고, 사용 환경 및 용도에 따라 다르게 할 수 있음은 당연하다.The design specification is not limited to the specification given in the following description, and it is natural that the design specification may be different according to the use environment and the use.
본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치에서 양극은 구리, 스테인리스 스틸, 은, 금, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 티타늄 합금, 알루미늄 합금, CNT를 합성한 전도체들 중의 어느 하나 또는 이들의 조합으로 형성하고, 음극은 텅스텐, 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄, 티타늄, 구리합금, 알루미늄 합금, 티타늄 합금들 중에서 선택된 어느 하나의 전도체로 형성하는 것이 바람직하다.In the atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor according to the present invention, the anode may be any one or a combination of conductors synthesized with copper, stainless steel, silver, gold, tungsten, aluminum, titanium, titanium alloy, aluminum alloy, and CNT. The cathode is preferably formed of any one conductor selected from tungsten, stainless steel, copper, aluminum, titanium, copper alloy, aluminum alloy, and titanium alloy.
본 발명에 따른 일 실시 예에서는 애노드(Anode) 전극은 구리로 전극 직경은 6mm이고, 캐소드(Cathode) 부는 텅스텐(tungsten)으로 직경이 0.3mm 이고, 두 전극 사이의 최단거리는 0.5mm 이다.In an embodiment according to the present invention, the anode electrode is copper, and the electrode diameter is 6 mm, the cathode part is tungsten 0.3 mm in diameter, and the shortest distance between the two electrodes is 0.5 mm.
글로우 방전시에 경우에 따라서는 플라즈마 밀도를 낮추기 위하여 방전부에 밸러스트 레지스터(Ballast Resistor)를 연결하였으며, 0Ω ∼ 500kΩ을 사용한다.In the case of glow discharge, in order to reduce the plasma density, a ballast resistor is connected to the discharge part, and 0Ω to 500kΩ are used.
그리고 플라즈마 구동에 사용된 가변 커패시터의 용량은 68pF ∼ 10nF이다. The capacitance of the variable capacitor used for plasma driving is 68pF to 10nF.
10nF 이상의 커패시터를 사용할 경우 방전이 아크 방전으로 이행된다.If a capacitor of 10 nF or more is used, the discharge is transferred to the arc discharge.
도 5는 본 발명에 따른 플라즈마 발생장치의 방전부의 실제 사진이다.5 is an actual picture of the discharge portion of the plasma generating apparatus according to the present invention.
텅스텐(Tungsten) 음극 전극부는 아래쪽에서 연결되어 있으나 충분히 막혀있기 때문에 He 기체는 전극의 앞 부분으로만 흐른다.The Tungsten cathode electrode is connected from the bottom but is sufficiently blocked, so the He gas flows only to the front of the electrode.
도 6은 방전 시에 양극에서 측정된 전류전압 파형을 나타낸 것으로, 파란색 실선은 전압, 주황색 실선은 전류를 나타낸다.Figure 6 shows the current voltage waveform measured at the anode during discharge, the blue solid line represents the voltage, the orange solid line represents the current.
방전전류가 최고 0.02A 이하로 제한되어 글로우 방전을 유지하고 있다.The discharge current is limited to a maximum of 0.02A or less to maintain the glow discharge.
이때, 인가전압은 400V, 주파수 40kHz, 밸러스트 저항(Ballast Resistor) 10kΩ, 커패시터 용량 68pF, Gas Flow 1 SLM(Standard Liters Per Minute)으로, 한 펄스당 방전에너지는 대략 50∼80μJ 정도이다.At this time, the applied voltage is 400V, frequency 40kHz, ballast resistor (Ballast Resistor) 10kΩ, capacitor capacity 68pF,
제 1 스위칭 소자에 인가한 충전시간은 4㎲이고, 1㎲의 휴지기를 준 다음, 제 2 스위칭 소자의 방전시간은 1㎲로 설정한 것이다.The charging time applied to the first switching element was 4 ms, and a 1 ms rest period was given, and then the discharge time of the second switching element was set to 1 ms.
시간 0초를 기준으로, -5㎲에서 충전이 시작된다. 충전이 시작되면 스위칭 소자의 내부 커패시터에도 함께 충전되어 전압이 어느 정도 오른다. 0초에 제 2 스위칭 소자가 턴온 되면 수백 ns 이내로 방전이 시작된다. Based on time 0 seconds, charging starts at -5ms. When charging begins, it also charges the internal capacitors of the switching elements, increasing the voltage to some extent. When the second switching element is turned on in 0 seconds, discharge starts within several hundred ns.
그리고 제 2 스위칭 소자가 턴 오프 되고 1㎲이후에서 방전 전류,전압은 내부 커패시터에 의해 서서히 떨어진다. 전극 간격과 인가전압, 커패시터의 용량에 따라 커패시터에 저장된 에너지가 완전히 방전 소진되는 경우와 일정 전압까지만 방전되고 방전이 멈추는 약방전이 존재한다.After 1 ㎲ of the second switching element is turned off, the discharge current and voltage gradually fall by the internal capacitor. Depending on the electrode spacing, applied voltage, and capacitor capacity, there is a case where the energy stored in the capacitor is completely discharged and a weak discharge is discharged only to a certain voltage and the discharge is stopped.
도 6은 약방전의 경우로 방전이 200V 정도에서 멈추면서 캐소드의 충전전압 역시 200V에 멈춰있음을 알 수 있다.6 shows that in the case of weak discharge, the discharge stops at about 200V and the charge voltage of the cathode is also stopped at 200V.
방전 양상을 분석하기 위해 ICCD(Intensified Charge Coupled Device) 카메라로 방전 이미지를 도 7에서와 같이 정면에서 측정하면, 68pF, 2SLM에서 측정되었으며, 전극구조상 방전 경로가 애노드 부근에서 휘어지기 때문에 이미지 측정시 도 8과 같이 양극 부근의 중첩된 이미지로 인하여 휘도가 높다.In order to analyze the discharge pattern, the discharge image was measured at 68pF and 2SLM with the ICCD (Intensified Charge Coupled Device) camera in front, as shown in Fig. 7, and the discharge path was bent near the anode due to the electrode structure. As shown in Fig. 8, the luminance is high due to the overlapping image near the anode.
도 8에서와 같이 방전이 안정적으로 유지됨을 보여주며, 인가전압을 600V 인 경우와 700V 인 경우를 각각 측정하면 방전에너지가 높아지면서 플라즈마 밀도 또한 높아진다.As shown in FIG. 8, the discharge is stably maintained. When the applied voltage is measured at 600 V and at 700 V, the discharge energy increases and the plasma density increases.
도 9는 20ns의 간격으로 방전형상을 측정한 시변 이미지이다.9 is a time-varying image of a discharge shape measured at intervals of 20 ns.
방전 시 사용된 외부 커패시터의 용량은 68pF이고, 인가전압 DC 650V, 2 SLM이다. 노출 타임(Exposure Time)은 20ns로, 총 이미지 측정시간은 3㎲이다. 방전은 양극 부에서 시작되어 캐소드(cathode) 부로 확장되며, 0.5mm의 긴 방전거리로 인하여 줄무늬(Striation)가 확실하게 보인다.The capacity of the external capacitor used during discharge is 68pF, and the applied voltage is DC 650V, 2 SLM. The exposure time is 20ns and the total image measurement time is 3ms. The discharge starts at the anode and extends to the cathode, and the streaks are clearly seen due to the long discharge distance of 0.5 mm.
이와 같은 본 발명에 따른 플라즈마 발생 장치의 구동 주파수를 높이기 위하여 도 10과 같이 외부 커패시터를 2개 이상 병렬로 연결하여 장치를 구성할 수 있다.In order to increase the driving frequency of the plasma generating apparatus according to the present invention, as shown in FIG. 10, two or more external capacitors may be connected in parallel to configure the apparatus.
도 10에서와 같이, 전원 공급부(20)와 플라즈마 발생부(27) 사이에 병렬 연결되어 플라즈마 발생 동작시의 전원 공급을 제어하는 제 1,2 가변 커패시터(25)(26)가 구성된다.As shown in FIG. 10, the first and second
구체적으로 전원 공급부(20)와 플라즈마 발생부(27) 사이에 직렬 연결되는 제 1,2 스위칭 소자(21)(22)와, 상기 제 1,2 스위칭 소자(21)(22)의 사이의 접점에 병렬 연결되는 것으로 상기 접점에 일측 전극이 연결되고 타측 전극은 접지 단자에 연결되어 플라즈마 동작 개시 전에 충전을 하고, 플라즈마 발생 동작시에 제 1,2 스위칭 소자(21)(22)의 제어에 의해 방전 에너지를 플라즈마 발생부(27)로 공급하는 제 1 가변 커패시터(25)가 구비되고, 전원 공급부(20)와 플라즈마 발생부(27) 사이에 직렬 연결되는 제 3,4 스위칭 소자(23)(24)와, 상기 제 3,4 스위칭 소자(23)(24)의 사이의 접점에 병렬 연결되는 것으로 상기 접점에 일측 전극이 연결되고 타측 전극은 접지 단자에 연결되어 플라즈마 동작 개시 전에 충전을 하고, 플라즈마 발생 동작시에 제 3,4 스위칭 소자(23)(24)의 제어에 의해 방전 에너지를 플라즈마 발생부(27)로 공급하는 제 2 가변 커패시터(26)가 구비된다.Specifically, a contact point between the first and
이와 같이 전원 공급부(20)와 플라즈마 발생부(27) 사이에 병렬 연결되어 플라즈마 발생 동작시의 전원 공급을 제어하는 제 1,2 가변 커패시터(25)(26)를 구비하는 것에 의해 높은 방전 주파수로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.As described above, the first and second
이와 같은 본 발명에 따른 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치는 외부에 연결된 커패시터에 방전 에너지를 저장하여 방전시에 커패시터로부터 에너지를 주입받는 방식으로 방전에너지의 제어가 가능하기 때문에 전압이나 전극 간의 간격을 조절하여 다양한 구동 가스 및 액체 속에서 구동 가능하고, 방전시에 스위칭 소자를 이용하여 플라즈마 발생부와 회로부로 나누어질 수 있도록 하여 비피복 전극(bare electrode) 구조에서도 플라즈마가 안정적으로 유지될 수 있도록 한다.Such an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor according to the present invention stores the discharge energy in a capacitor connected to the outside to control the discharge energy in such a way that the energy is injected from the capacitor at the time of discharge, so the gap between the voltage and the electrode It can be controlled in various driving gases and liquids, and can be divided into a plasma generating unit and a circuit unit by using a switching element at the time of discharge so that the plasma can be stably maintained even in a bare electrode structure. .
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential features of the present invention as described above.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.
10. 전원 공급부 11. 제 1 스위칭 소자
12. 제 2 스위칭 소자 13. 가변 커패시터
14. 제 1 전극 15. 제 2 전극10.
12.
14.
Claims (11)
상기 전원 공급부의 전원을 이용하여 플라즈마를 발생하는 플라즈마 발생부;
상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부 사이에 직렬 연결되어 플라즈마 발생 동작시의 전원 공급을 제어하는 제 1,2 스위칭 소자;
상기 제 1,2 스위칭 소자의 사이의 접점에 병렬 연결되어 충전 및 방전을 하고 상기 제 1,2 스위칭 소자의 제어에 의해 방전 에너지를 플라즈마 발생부로 공급하는 가변 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.A power supply for supplying power for plasma generation;
A plasma generator for generating plasma by using the power of the power supply unit;
First and second switching elements connected in series between the power supply unit and the plasma generation unit to control power supply during a plasma generation operation;
A variable capacitor connected in parallel to the contacts between the first and second switching elements to charge and discharge and supply discharge energy to the plasma generator under control of the first and second switching elements; Atmospheric pressure plasma generator using a capacitor.
상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생 동작시에 상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부가 전기적으로 분리되도록 하는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1, wherein the first and second switching elements,
Atmospheric pressure plasma generating apparatus using an external capacitor, characterized in that the power supply and the plasma generator is electrically separated during the plasma generation operation of the plasma generator.
상기 플라즈마 발생부의 플라즈마 발생 동작시에 상기 제 1 스위칭 소자는 턴 오프 되고, 제 2 스위칭 소자는 턴 온 되는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1, wherein the first switching device is turned on, the second switching device is turned off before the plasma generation operation of the plasma generation unit,
And the first switching device is turned off and the second switching device is turned on during the plasma generation operation of the plasma generator.
상기 제 1 스위칭 소자가 턴 오프 되고, 제 2 스위칭 소자가 턴 온 되는 구간에서 가변 커패시터는 방전 에너지를 플라즈마 발생부로 공급하는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The variable capacitor of claim 3, wherein the variable capacitor is charged in an operation period in which the first switching element is turned on and the second switching element is turned off.
The variable capacitor supplies the discharge energy to the plasma generating unit in the section in which the first switching device is turned off, the second switching device is turned on, the atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor.
1nF ~ 10nF에서 용량을 가변하는 경우에는 아크 방전이 발생하고, 22pF ~ 1nF에서 용량을 가변하는 경우에는 글로우 방전이 발생하는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1, wherein the capacitance of the variable capacitor is variable from 22pF ~ 10nF,
An arc discharge occurs when the capacitance varies from 1nF to 10nF, and a glow discharge occurs when the capacitance varies from 22pF to 1nF.
음극은 텅스텐, 스테인리스 스틸, 구리, 알루미늄, 티타늄, 구리합금, 알루미늄 합금, 티타늄 합금들 중에서 선택된 어느 하나의 전도체로 형성하는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 7, wherein the anode is formed of any one or a combination of conductors synthesized copper, stainless steel, silver, gold, tungsten, aluminum, titanium, titanium alloys, aluminum alloys, CNTs,
The cathode is an atmospheric pressure plasma generator using an external capacitor, characterized in that formed of any one of the conductor selected from tungsten, stainless steel, copper, aluminum, titanium, copper alloy, aluminum alloy, titanium alloy.
상기 전원 공급부와 플라즈마 발생부 사이에 직렬 연결되는 다른 스위칭 소자들 및 상기 다른 스위칭 소자들의 사이의 접점에 병렬 연결되는 다른 커패시터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 외부 커패시터를 이용한 대기압 플라즈마 발생장치.
According to claim 1, In order to increase the discharge frequency of the plasma generating unit,
And other switching elements connected in series between the power supply unit and the plasma generating unit, and another capacitor connected in parallel to the contact point between the other switching elements.
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| KR101459633B1 (en) | 2013-08-23 | 2014-11-11 | 부산대학교 산학협력단 | Apparatus for generating a high voltage atmospheric plasma using an external capacitor |
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