KR100507335B1 - Plasma accelerating generator in atmosphere condition - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관체형 용기 내벽과 용기의 직경 중앙 위치에 전극을 둔 대기압 저온 프라즈마 발생장치에서, 용기를 중공부를 가지는 도너츠 형상으로 구성하고,도너츠 형상의 외경부와 중공부를 감싸는 전자석을 설치하여 프라즈마를 가속토록 구성한 대기압 프라즈마 가속 발생장치이다.The present invention is an atmospheric pressure low-temperature plasma generating device having an electrode at the inner wall of the tubular container and the diameter center of the container, the container is formed in a donut shape having a hollow portion, and the plasma is installed by installing an electromagnet surrounding the donut-shaped outer diameter portion and the hollow portion Atmospheric pressure plasma acceleration generator configured to accelerate.
이와 같은 본 발명에 의하면, 통상의 토치형 프라즈마 발생장치에서, 중앙에 중공부를 두고 중공부에서 외향부를 향하는 전자석을 감아 전자석이 토치관의 내부에자계를 발생시키므로 프라즈마가 플레밍의 왼손법칙에 의한 가속력을 받아 고밀도의 대기압 프라즈마 발생을 가능토록 한다. 또한, 본원 발명은 토치형의 프라즈마 발생용기의 중앙에 중공부를 이루도록 하므로써 관의 길이가 2배로 되어 프라즈마가 양측에서 동시에 발생하므로 고밀도의 프라즈마 발생을 가능토록 한다.According to the present invention, in the conventional torch-type plasma generating device, since the electromagnet generates a magnetic field inside the torch tube with the hollow part at the center and the hollow part toward the outward part, the plasma is accelerated by Fleming's left hand law. To enable high-density atmospheric plasma generation. In addition, the present invention is to form a hollow portion in the center of the torch-type plasma generating vessel to double the length of the tube to generate a plasma at both sides simultaneously to enable high-density plasma generation.
Description
본 발명은 대기압 프라즈마 가속 발생장치에 관한 것으로, 대기압 하에서 프라즈마를 가속 발생 가능토록 관체형 프라즈마 발생장치의 중앙에 중공부를 두고 중공부와 외경부를 전자석으로 감싸 프라즈마를 양방향에서 가속시키고 한 곳의 출구를 통해 배출토록 하는 대기압 프라즈마 가속 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atmospheric plasma acceleration generator, which has a hollow portion in the center of the tubular plasma generator so that the plasma can be accelerated under atmospheric pressure, and the hollow portion and the outer diameter portion are wrapped with an electromagnet to accelerate the plasma in both directions, It relates to an atmospheric pressure plasma acceleration generator to be discharged through.
플라즈마는 전기가 통하는 중성의 전리가스, 즉 대량의 전리가 일어나지 않는 기체 중에 이온이나 전자가 희박하게 존재하는 거의 중성에 가까운 기체상태로 그 온도에 따라 고온 및 저온 플라즈마로 나누어지며 화학적 또는 물리적으로 반응성이 대단히 강하다. Plasma is an electrically neutral neutral gas, that is, an almost neutral gaseous state in which ions or electrons are rarely present in a gas in which large amounts of ionization do not occur, and are divided into high and low temperature plasmas according to their temperature, and are chemically or physically reactive. This is very strong.
그 중 저온 플라즈마는 금속, 반도체, 폴리머, 나일론, 플라스틱, 종이, 섬유 및 오존 등의 각종 물질 또는 재료를 합성하거나 표면특성을 변화시켜 접합강도를 높이고 염색, 인쇄능을 비롯한 각종 특성을 향상시키는 분야 및 반도체, 금속 및 세라믹 박막합성, 세정 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.Among them, low-temperature plasma is used to synthesize various materials or materials such as metals, semiconductors, polymers, nylons, plastics, paper, fibers, and ozone, or to change surface properties to increase bonding strength and improve various properties including dyeing and printing performance. And it is widely used in various fields such as semiconductor, metal and ceramic thin film synthesis, cleaning.
이러한 저온 플라즈마는 통상 낮은 압력의 진공 용기 내에서 발생된다. 그러나 진공유지를 위한 장치가 필요하여 고가의 장치비가 소요됨은 물론 처리물의 크기가 큰 경우 처리가 곤란하고, 처리공정의 자동화, 고무, 생체재료 등 증기압이 높거나 탈가스가 발생하는 재료 등에는 적용하기 어려워 공업화에 많은 문제점을 가지고 있다.This low temperature plasma is usually generated in a low pressure vacuum vessel. However, a device for maintaining vacuum is required, which requires expensive equipment costs, and is difficult to process when the size of the processed material is large, and is applicable to materials with high vapor pressure or degassing such as automation of processing processes, rubber, biomaterials, etc. It is difficult to do so and has many problems in industrialization.
이를 극복하기 위해 코로나 방전(corona discharge), 유전체장벽 방전 (dielectric barrier discharge) 및 글로우 방전(glow discharge) 등 대기압에서 낮은 온도의 플라즈마를 발생시키는 기술들이 발명되었으며, 이들 기술은 상술한 분야는 물론 오존을 비롯한 각종 화학물질의 합성, 소독, 제독, 그리고 진공중의 플라즈마 법으로 처리가 어려웠던 재료의 합성공정에 널리 쓰이고 있다.To overcome this, technologies for generating low temperature plasma at atmospheric pressure, such as corona discharge, dielectric barrier discharge and glow discharge, have been invented. Synthesis, disinfection, detoxification, and the synthesis of various chemicals have been widely used in the synthesis of materials that were difficult to process by plasma in vacuum.
코로나 방전은 금속과 같은 전도성 재료로 이루어진 뾰족한 전극을 사용하여 두 전극사이에 높은 전압을 가함으로써 전극에서 스트리머 플라즈마를 얻는 방법으로 두 전극 사이의 간격을 매우 좁힌 상태에서 전압을 가하게 되면 아크가 발생되며, 직경이 매우 작은 선형의 플라즈마를 형성하게 된다. 이때, 아크방전으로 전환되는 것을 막기 위해 단속적인 전압을 인가하는 방법이나 전극에 저항을 가하는 방법이 쓰이고 있다.Corona discharge is a method of obtaining a streamer plasma at an electrode by using a sharp electrode made of a conductive material such as metal to obtain a high voltage between the two electrodes. An arc is generated when a voltage is applied while the gap between the two electrodes is very narrow. This results in a linear plasma with a very small diameter. At this time, a method of applying an intermittent voltage or a method of applying a resistance to the electrode is used to prevent the conversion to arc discharge.
유전체 방전은 유전분극 현상을 이용한 전하집적을 통한 역전위 형성으로 방전이 정지되는 즉, 펄스방전으로 되어 아크방전으로 전환되는 것을 막는 방법이다.그러나, 코로나 방전의 경우 플라즈마가 스트리머 형태로 발생됨으로 인해 균일하지 못하고 밀도가 크지 않다. 또한, 두 전극 사이의 간격이 좁으므로 3차원 형상의 처리물에는 적용하기 어렵고, 소음의 발생과 전극 수명이 짧은 단점을 가지고 있다.Dielectric discharge is a method of preventing the discharge from being stopped by the formation of reverse potential through charge accumulation using dielectric polarization, that is, pulsed discharge and switching to arc discharge. However, in the case of corona discharge, plasma is generated in the streamer form. It is not uniform and not dense. In addition, since the spacing between the two electrodes is narrow, it is difficult to apply to the three-dimensional processed material, and has the disadvantage of generating noise and short electrode life.
한편, 유전체 방전법은 균일한 플라즈마를 얻을 수 있으나 코로나 방전법과 마찬가지로 넓은 면적의 균일한 확산 플라즈마를 얻을 수 없으며, 아크 방전으로 전환되는 것을 방지하기 위한 별도의 수단을 구비한 경우에는 플라즈마 밀도가 낮고, 두 전극간 간격이 좁아 처리물의 크기 및 형상에 따라 제한적으로 사용된다.On the other hand, the dielectric discharge method can obtain a uniform plasma, but like the corona discharge method, it is not possible to obtain a uniform diffuse plasma of a large area, and when a separate means for preventing conversion to arc discharge is provided, the plasma density is low. Because of the narrow spacing between the two electrodes, it is limited to the size and shape of the treatment.
판 구조의 전극을 통한 대기압에서 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있는 알려진 기술의 예는 도 1에 도시한 바와 같이, 두 개의 전극(1,2)이 서로 마주보는 구조를 갖는다. 상기 전극(1,2)중 어느 하나의 전극(1)은 전원공급수단(6)과 연결되고 나머지 전극(2)은 접지 된다. 만약, 상기 전원공급수단(6)을 직류로 하였을 경우에는 접지된 측을 양전극(2)으로 하고 전원공급수단(6)과 연결된 측을 음전극(1)으로 하여주는 것이 바람직하다.An example of a known technique capable of generating a low temperature plasma at atmospheric pressure through an electrode of a plate structure has a structure in which two electrodes 1, 2 face each other, as shown in FIG. One electrode 1 of the electrodes 1, 2 is connected to the power supply means 6 and the other electrode 2 is grounded. If the power supply means 6 is a direct current, the grounded side is preferably the positive electrode 2 and the side connected to the power supply means 6 is the negative electrode 1.
각 전극(1,2)은 스테인레스, 알루미늄 및 구리 등의 도체인 금속으로 형성함이 바람직하며, 상기 전극(1,2)이 서로 마주보는 면에는 한 쌍의 유전체(3,4)가 서로 대향되게 장착된다.Each electrode (1,2) is preferably formed of a metal, such as a conductor of stainless steel, aluminum and copper, and a pair of dielectrics (3,4) facing each other on the surface of the electrode (1,2) facing each other Is fitted.
상기 유전체(3,4)는 플라즈마 발생을 용이하게 하기 위해 25㎛∼10mm의 두께를 갖도록 함이 바람직하다. 상기 유전체들(3,4)중 어느 하나의 유전체(3)는 그 면에 수직하게 관통된 간극(7)을 가지며, 다른 하나의 유전체(4)는 방전간극(7)이 없는 것이 바람직하다. 즉, 일 측 유전체(3)는 전원공급수단(6)과 연결된 전극(1)측에 장착되고, 타 측 유전체(4)는 접지된 전극(2)측에 장착됨으로써 양자가 서로 대향되게 위치되도록 배설된다.The dielectrics 3 and 4 preferably have a thickness of 25 μm to 10 mm to facilitate plasma generation. It is preferable that one of the dielectrics 3 and 4 has a gap 7 penetrated perpendicularly to the surface thereof, and the other dielectric 4 has no discharge gap 7. That is, one dielectric 3 is mounted on the electrode 1 side connected to the power supply means 6, and the other dielectric 4 is mounted on the grounded electrode 2 side so that both are positioned opposite each other. Excreted
특히, 상기 방전간극(7)에는 상기 전극(1)으로부터 연장된 도체전극(5)이 일정 폭(a)과 높이(b)를 가지고 배치된다. 상기 도체전극(5)에는 다양한 형태의 돌기부가 서로 마주보는 전극방향으로 형성되는 것이 바람직하다.In particular, the conductive electrode 5 extending from the electrode 1 is disposed in the discharge gap 7 with a predetermined width a and height b. The conductor electrode 5 is preferably formed in the direction of the electrode facing each other protrusions of various forms.
상기 도체전극(5)은 돌기부를 통해 전원공급수단(6)에 의해 가해진 전기장을 집적시켜 방전을 용이하게 함은 물론 방전간극(7)의 폭(a) 및 높이(b)를 유지해준다. The conductor electrode 5 integrates the electric field applied by the power supply means 6 through the projection to facilitate the discharge and maintains the width a and the height b of the discharge gap 7.
도체전극(5)에 형성된 돌기부의 형태는 삼각, 사각, 만곡진 형상 또는 그 외의 다양한 형태로 이루어질 수 있으며 그 높이(b)는 폭(a)의 0.1∼20배로 하고, 돌기부의 수는 길이 10mm 당 1∼100개로 함이 바람직하다. The protrusions formed on the conductor electrode 5 may have a triangular, square, curved shape or various other shapes. The height b is 0.1-20 times the width a, and the number of the protrusions is 10 mm long. It is preferable to set it as 1-100 pieces.
이와 같이 돌기부의 크기 및 수를 제한하는 이유는 그 범위를 벗어나는 경우 돌기부에서의 전기장의 집적효과가 크지 못하여 방전개시 및 유지전압을 낮출 수 없으며, 밀도가 높은 플라즈마를 얻을 수 없고, 또한 플라즈마를 균일하게 발생시키기 어렵기 때문이다.The reason for limiting the size and number of protrusions in this way is that if the deviation is out of the range, the effect of accumulation of electric fields in the protrusions is not so great that the discharge start and sustain voltage cannot be lowered, a high density plasma cannot be obtained, and the plasma is uniform. This is because it is difficult to generate.
상기에서 일측 유전체(3)는 전원공급수단(6)과 연결된 전극(1)측에 장착되고, 타측 유전체(4)는 접지된 전극(2)측에 장착되는 것으로 한정하였으나, 상기 유전체(3,4)가 장착되는 전극(1,2)의 위치는 바꾸어 이를테면, 방전간극(7)을 갖는 유전체(3)를 전극(2)에 장착시키고 방전간극(7)이 없는 유전체(4)를 전극(1)에 장착시킬 수 있다.In one embodiment, the one side dielectric 3 is mounted on the electrode 1 side connected to the power supply means 6, and the other side dielectric 4 is mounted on the grounded electrode 2 side. The positions of the electrodes 1 and 2 on which the 4 is mounted are changed, for example, the dielectric 3 having the discharge gap 7 is mounted on the electrode 2 and the dielectric 4 without the discharge gap 7 is mounted. 1) can be mounted.
이들 유전체(3,4)는 고온에서도 견딜 수 있고 유전특성이 우수한 두께 25㎛∼10mm의 유리, 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 탄화규소(SiC), 질화규소(Si3 N4), 석영(SiO2), 산화마그네슘(MgO) 등을 사용함이 바람직하며, 또한 방전간극(7)이 구비된 유전체의 그 두께 범위를 벗어나게 하여 사용할 수도 있다.These dielectrics (3,4) can withstand high temperatures and have excellent dielectric properties with a thickness of 25 μm to 10 mm, glass, alumina (Al 2 O 3 ), boron nitride (BN), silicon carbide (SiC), and silicon nitride (Si 3 N 4 ), quartz (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO), or the like is preferably used, and may be used beyond the thickness range of the dielectric provided with the discharge gap 7.
아울러, 상기 유전체(3)에 방전간극(7)이 없을 경우 높은 전압을 가하여야만 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 그 발생된 플라즈마는 낮은 밀도를 갖게 되는 바, 전기한 바와 같이 유전체(3)에는 방전간극(7)과 돌기부를 갖는 도체전극(5)이 구비됨으로써 전극(1,2,5)에 전기장이 가해지는 경우 전기장이 도체전극(5)의 돌기부에 집적되어 전기장의 세기가 커지고 방전간극(7)에서의 중공음극방전(hollow cathode discharge) 및 캐필러리 방전(capillary discharge)의 효과를 얻게 되며, 그것으로 인해 플라즈마 발생을 위한 전압이 낮아지며, 밀도가 높고 안정한 플라즈마를 얻을 수 있게 된다.In addition, when there is no discharge gap 7 in the dielectric 3, a high voltage may be applied to generate plasma, and the generated plasma has a low density. As described above, the dielectric 3 may be discharged. When the electric field is applied to the electrodes 1, 2, 5 by providing the gap 7 and the conductive electrode 5 having the protrusion, the electric field is integrated in the protrusion of the conductor electrode 5 so that the intensity of the electric field increases and the discharge gap ( The effect of the hollow cathode discharge (capillary discharge) and capillary discharge (capillary discharge) in 7) is obtained, thereby lowering the voltage for plasma generation, it is possible to obtain a high density and stable plasma.
유전체(3,4)에는 그 면에 수직하게 관통하여 폭(a)을 5㎛∼2mm, 그리고 높이(b)를 폭(a)의 5∼250배의 범위가 되도록 하여 방전간극(7)을 형성함이 특히 바람직한 바, 이와 같이 간극의 크기를 한정하는 이유는 그 범위를 벗어나는 경우 캐필러리 방전 및 중공음극방전이 일어나지 않고, 밀도가 높은 플라즈마를 안정하게 얻지 못하며, 플라즈마가 아크로 전환되는 것을 억제하지 못하기 때문이다. The dielectrics 3 and 4 penetrate perpendicularly to the surface thereof to have a width a of 5 m to 2 mm, and a height b to be in a range of 5 to 250 times the width a. The reason for forming the gap is particularly preferable, because the capillary discharge and the hollow cathode discharge do not occur when it is out of the range, and a high density plasma cannot be stably obtained, and the plasma is converted into an arc. Because it can not be suppressed.
유전체(3,4)가 부착된 전극(1,2,5)들 사이로 공기, 수증기(H2O), 산소(O2), 질소(N2), 수소(H2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 메탄(CH4), 암모니아(NH3 ), 사불화탄소 (CF4), 아세틸렌(C2H2), 프로판(C3H8) 등의 각종 반응가스를 단독, 또는 혼합하여 공급한 후 전원을 가하여 대기압에서 플라즈마를 발생시킬 수 있으며, 발생된 플라즈마를 접합, 연마, 세정, 박막증착, 살균, 소독, 오존제조, 염색, 인쇄, 엣칭, 수도물 및 폐수정화, 공기 및 자동차 배기가스 등의 정화, 자동차엔진의 완전연소, 고휘도 전등제조 등에 유용하게 활용할 수 있다.Air, water vapor (H 2 O), oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), hydrogen (H 2 ), argon (Ar) between the electrodes (1, 2 , 5) to which the dielectrics (3, 4) are attached , Or various reaction gases such as helium (He), methane (CH 4 ), ammonia (NH 3 ), carbon tetrafluoride (CF 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), propane (C 3 H 8 ) Plasma can be generated at atmospheric pressure by supplying power, and bonding, polishing, cleaning, thin film deposition, sterilization, disinfection, ozone production, dyeing, printing, etching, tap water and waste water purification, air and automobile It can be useful for the purification of exhaust gas, the complete combustion of automobile engines, and the manufacture of high-brightness lamps.
관구조의 전극을 통한 대기압에서 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있는 다른 예로는 도 2 와 같이 관상체의 외관에 전극(1')이 형성되고, 그 내주연에는 유전체(3')가 부착되며, 상기 전극(1') 및 유전체(3')와 거리를 두고 관상체의 중심부에는 그 길이방향을 따라 전극(2')이 배치된다. 상기 관상체의 양단에는 각 전극(1',2')의 양단이 적절히 절연된 채 지지 고정된다.Another example of generating a low-temperature plasma at atmospheric pressure through the electrode of the tubular structure is an electrode 1 'is formed on the outer appearance of the tubular body, as shown in Figure 2, the dielectric 3' is attached to the inner periphery, The electrode 2 'is disposed along the longitudinal direction of the tubular body at a distance from the electrode 1' and the dielectric 3 '. Both ends of the tubular body are supported and fixed while both ends of the electrodes 1 'and 2' are properly insulated.
관상체의 중심에 배설된 전극(2')의 외주연에는 또 다른 유전체(4')가 고정되는 바, 상기 유전체(4')는 방전간극(7)을 갖고 일정간격으로 이격되어 다수 설치된다.Another dielectric 4 'is fixed to the outer periphery of the electrode 2' disposed at the center of the tubular body, and the dielectric 4 'has a discharge gap 7 and is spaced apart at regular intervals. .
상기 방전간극(7)의 폭(a)과 높이(b)는 상술한 바와 같고, 방전간극(7)의 전극(2') 외주연에는 방전간극(7)의 폭(a)과 높이(b)를 유지하기 위한 도체전극(5)이 전기한 바와 같이 구비된다.The width a and the height b of the discharge gap 7 are as described above, and the width a and the height b of the discharge gap 7 are formed at the outer circumference of the electrode 2 'of the discharge gap 7. Is provided as described above.
또한, 상기 도체전극(5)에 형성된 돌기부의 형상도 상기에서 설명한 바와 같다. 관상체의 외측에 배치된 전극(1')은 접지되고, 내측에 배치된 전극(2')은 전원공급장치(6)와 연결된다.In addition, the shape of the protrusion formed on the conductor electrode 5 is as described above. The electrode 1 'disposed outside of the tubular body is grounded, and the electrode 2' disposed inside thereof is connected to the power supply device 6.
상기 전극(1',2') 및 유전체(3',4')의 설치위치나 형상, 배열관계는 전술한 판체형 구조와 같이 다양하게 변형될 수 있다. The installation position, the shape, and the arrangement relationship of the electrodes 1 ', 2' and the dielectrics 3 ', 4' may be modified in various ways as described above.
이와 같은 전극구조를 갖는 장치에 플라즈마 발생을 위해 전원공급수단(6)을 통해 50Hz∼10GHz 주파수 대역의 펄스 직류, 또는 교류전원을 1∼100kV/cm 세기의 전기장을 가하며, 이때 방전간극(7) 내의 돌기부와 대향전극 사이의 공간에서 방전이 이루어져 플라즈마가 발생된다.The device having the electrode structure is subjected to a pulsed DC or AC power of 1 to 100 kV / cm intensity through a power supply means 6 through a power supply means 6 to generate plasma, wherein the discharge gap 7 The discharge is generated in the space between the protrusion and the counter electrode in the plasma, thereby generating the plasma.
두 전극(1,2)이 서로 마주보는 구조로 하여 각 전극(1,2)의 서로 대향되는 면에 알루미나 유전체(3,4)를 설치하였으며, 유전체(3)에 폭(a) 200㎛ 그리고 높이(b) 2mm의 방전간극(7)을 형성하였다.The alumina dielectrics 3 and 4 were disposed on opposite surfaces of the electrodes 1 and 2 so that the two electrodes 1 and 2 faced each other, and the dielectric 3 had a width of 200 μm and A discharge gap 7 having a height b of 2 mm was formed.
구체적으로, 도체전극(5)에는 폭(a) 2mm, 높이(b) 1.5mm의 돌기부(8)를 구비하고, 두 전극(1,5) 사이의 거리를 7mm로 하며 그 사이에 헬륨(He) 가스를 공급하여 50kHz 범위의 직류 바이폴러 펄스전원을 인가하여 대기압에서 방전시켰다.Specifically, the conductor electrode 5 is provided with a projection 8 having a width (a) of 2 mm and a height (b) of 1.5 mm, with a distance of 7 mm between the two electrodes (1, 5) and helium (He) therebetween. The gas was supplied and discharged at atmospheric pressure by applying a DC bipolar pulsed power source in the 50 kHz range.
그 결과 1kV의 방전개시전압, 약 0.7kV의 유지전압을 나타냈었으며, 아크의 발생 없이 밀도가 높은 플라즈마를 안정하게 발생시킬 수 있었다.As a result, the discharge start voltage of 1 kV and the sustain voltage of about 0.7 kV were shown, and plasma with high density could be stably generated without generating an arc.
한편, 대기압에서 헬륨(He) 가스의 방전개시전압은 약 3.7kV/cm이며, 전극간 거리가 7mm 인 경우 약 2.6kV가 요구된다. Meanwhile, the discharge start voltage of helium (He) gas at atmospheric pressure is about 3.7 kV / cm, and about 2.6 kV is required when the distance between electrodes is 7 mm.
첫째, 중공음극방전, 모세관방전 및 고집적 전기장 발생을 유도하기 위한 구조로 이루어진 대기압 플라즈마 발생장치는 두 전극 사이에서 플라즈마가 아크로 전이되는 현상이 억제되고, 온도가 낮으며, 밀도가 높은 플라즈마를 안정하게 얻을 수 있다. First, the atmospheric pressure plasma generator, which is constructed to induce hollow cathode discharge, capillary discharge, and highly integrated electric field generation, suppresses the transition of the plasma to the arc between the two electrodes, and stabilizes the plasma with low temperature and high density. You can get it.
둘째, 방전개시 및 유지전압이 매우 낮고, 광역의 주파수를 사용할 수 있고, 소비전력이 적고, 전원공급장치 및 전극의 제작이 용이하여 저렴하게 대기압 플라즈마 발생장치를 제작할 수 있다. Second, since the discharge start and sustain voltage is very low, wide frequency can be used, power consumption is low, and a power supply device and an electrode can be easily manufactured, an atmospheric pressure plasma generator can be manufactured at low cost.
셋째, 대기압에서 밀도가 높고, 대면적의 균일한 플라즈마를 얻을 수 있음은 물론 에너지 상태가 높은 래디칼을 형성하여 접합, 연마, 세정, 박막증착, 살균, 소독, 오존제조, 인쇄, 염색, 엣칭, 수도물 및 폐수정화, 공기 및 자동차 배기가스 등의 정화, 완전연소, 고휘도램프 제조 등에 활용할 수 있으며, 그 경우 특성이 크게 개선되고 처리시간이 대단히 단축될 수 있는 등 수 많은 효과를 얻을 수 있다. Third, at high pressure, high density, large-area uniform plasma can be obtained, and high-energy radicals can be formed to bond, polish, clean, thin film deposition, sterilization, disinfection, ozone production, printing, dyeing, etching, It can be utilized for purification of tap water and waste water, purification of air and automobile exhaust gas, complete combustion, and manufacturing of high brightness lamps. In this case, a number of effects can be obtained, such as greatly improving characteristics and greatly reducing processing time.
그러나, 이들은 저 전압으로 프라즈마를 발생하는 기술을 집중 개발한 이점은 있으나, 프라즈마를 가속시켜 프라즈마의 이동량을 증진시키는 고밀도 프라즈마를 제공할 수 없는 문제점이 있다.However, they have the advantage of intensively developing a technology for generating plasma at low voltage, but there is a problem that can not provide a high-density plasma to accelerate the plasma to increase the amount of plasma movement.
본 발명은 이를 해결코자 하는 것으로, 본 발명의 목적은 고밀도 프라즈마를 제공 가능한 토치형 프라즈마 발생장치를 제공하려는 것이다. 이를 위하여 본 발명은 토치형 프라즈마 발생장치의 중앙에 중공부를 두어 중공부에서 외경부를 향하는 전자석을 설치하여 프라즈마를 가속시켜 고밀도의 프라즈마를 제공 가능토록 한다. The present invention is to solve this problem, an object of the present invention is to provide a torch-type plasma generating apparatus capable of providing a high-density plasma. To this end, the present invention is to provide a high-density plasma by placing a hollow in the center of the torch-type plasma generating device to install an electromagnet toward the outer diameter portion from the hollow to accelerate the plasma.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 관체형 용기 내벽과 용기의 직경 중앙 위치에 전극을 둔 대기압 저온 프라즈마 발생장치에서,In order to achieve the above object, the present invention is an atmospheric pressure low temperature plasma generating apparatus having an electrode in the inner wall of the tubular container and the diameter center position of the container,
용기를 중공부를 가지는 도너츠 형상으로 구성하고,The container is configured in a donut shape having a hollow portion,
도너츠 형상의 외경부와 중공부를 감싸는 전자석을 설치하여 프라즈마를 가속토록 구성한 대기압 프라즈마 가속 발생장치를 제공하려는 것이다.It is to provide an atmospheric pressure plasma acceleration generating device configured to accelerate the plasma by installing an electromagnet surrounding the outer diameter portion and the hollow portion of the donut shape.
상기 전자석은 중공부의 양측에서 각각 외경부를 향하도록 구분하여 감겨진 구성을 이룬 것이 좋다.The electromagnet is preferably formed to be wound separately to face the outer diameter portion on both sides of the hollow portion.
상기 용기의 내벽 전극과 용기의 길이 방향 중앙의 전극 사이에는 중앙의 전극을 지지하는 절연바를 설치한 것이 좋다.It is preferable that an insulation bar for supporting the center electrode is provided between the inner wall electrode of the container and the center electrode in the longitudinal direction of the container.
이하 본 발명의 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3 은 본 발명의 구성 단면도로, 관체형 용기(12) 내벽과 용기(12)의 직경 중앙 위치에 길이 방향으로 전극(20)을 형성하고, 용기(12)는 중공부(13)를 가지는 도너츠 형상으로 구성하며, 도너츠 형상의 외경부와 중공부(13)를 감싸는 전자석 (30,31)을 설치한다.3 is a cross-sectional view of the configuration of the present invention, in which the electrode 20 is formed in the longitudinal direction at the inner wall of the tubular container 12 and the diameter center position of the container 12, and the container 12 has a hollow portion 13. It consists of a donut-shaped, and installs electromagnets 30 and 31 which surround the donut-shaped outer diameter part and the hollow part 13.
상기 전자석(30,31)은 중공부(13)의 양측에서 각각 외경부를 향하도록 구분하여 감겨진 구성을 이루도록 한다.The electromagnets (30, 31) are formed to be wound separately to face the outer diameter portion on both sides of the hollow portion (13).
상기 용기(12)의 내벽 전극(10)과 용기(12)의 길이 방향 중앙의 전극(20) 사이에는 중앙의 전극(20)을 지지하는 절연바(40)를 설치하고, 지지바(40)는 가스의 이동 공간(통로)을 제공 가능토록 설치한다.Between the inner wall electrode 10 of the container 12 and the electrode 20 in the longitudinal center of the container 12, an insulating bar 40 supporting the center electrode 20 is provided, and the support bar 40 is provided. Is installed to provide a gas moving space (path).
상기 각 전극(10, 20)의 표면을 덮는 유전체의 바람직한 예로는 유리, 알루미나, 질화붕소, 탄화규소, 질화규소, 석영, 산화마그네슘 중에서 선택된 것을 사용하는 것이 좋다.Preferred examples of the dielectric covering the surfaces of the electrodes 10 and 20 may be selected from glass, alumina, boron nitride, silicon carbide, silicon nitride, quartz, and magnesium oxide.
이와 같이 구성한 본 발명은 프라즈마 발생용 전원(50)을 전극(10, 20)에 연결하여 대향하는 전극으로부터 프라즈마를 발생시키고, 토치형으로 구성하여 프라즈마의 밀도를 높도록 발생시키는 통상의 기술을 바탕으로, 본원 발명은 이에 더하여 가속전원(60)으로부터 전원을 인가 받은 전자석(30,31)으로부터 발생한 자계의 세기(H)가 프라즈마를 출구를 향하도록 프레밍의 왼손법칙에 의한 힘을 발생시켜, 프라즈마를 가속시키므로 토치형 프라즈마 발생장치의 길이를 길게 구성 가능하고, 길이가 길어지므로 대용량의 프라즈마 발생장치의 구성을 가능토록 한다. The present invention configured as described above is based on the conventional technology of connecting the plasma generation power supply 50 to the electrodes 10 and 20 to generate plasma from the opposite electrodes, and to configure the torch type to increase the density of the plasma. In addition, the present invention in addition to the force generated by the left hand law of the framing so that the intensity (H) of the magnetic field generated from the electromagnets (30,31) applied from the acceleration power source 60 to the exit toward the exit, the plasma By accelerating the length of the torch-type plasma generating device can be configured long, and the length becomes longer, it is possible to configure a large-capacity plasma generating device.
아울러 본원 발명은 프라즈마 발생장치의 중앙에 중공부(13)를 이루므로 프라즈마 발생장치의 관의 길이가 중공부(13)를 감싸는 형태를 이루어 관의 길이가 2배로 길어지는 효과를 제공하고, 동시에 양측에서 프라즈마가 발생하므로 2배의 프라즈마가 발생하므로 프라즈마의 발생량이 증가하고, 또한 중공부(13)에서 외향부를 향하도록 감긴 전자석(30,31)에 가속전원(60)을 인가하면(스위치의 도시는 생략 함), 전자석이 자화되어 자계가 프라즈마 발생장치의 내부에 형성되고, 플레밍의 왼손법칙에 의해 프라즈마가 가속 이동하여 고밀도 프라즈마의 발생을 가능토록 한다.In addition, the present invention forms a hollow portion 13 in the center of the plasma generating device, so that the length of the tube of the plasma generating device forms a shape surrounding the hollow portion 13, and at the same time, the length of the pipe is doubled. Since the plasma is generated on both sides, twice the plasma is generated, and the amount of generation of plasma increases, and when the acceleration power supply 60 is applied to the electromagnets 30 and 31 wound from the hollow part 13 toward the outward part (of the switch) (Not shown), the electromagnet is magnetized to form a magnetic field inside the plasma generating device, and the plasma is accelerated by the Fleming's left-hand law to allow the generation of high density plasma.
물론, 본 발명의 전극(10,20)을 덮는 유전체(11,21)중의 일개소에 유전체 (11,21)를 수직하게 관통하는 간극을 두고 간극에는 도 1 등에 나타낸 도체전극을 설치하여 가속전원(60)을 저전압용으로 구성할 수도 있다. 이 경우 물론 유전체 (11,21)의 두께는 25 마이크로미터에서 10미리미터의 두께를 이루도록 함이 좋고, 도체전극에는 일정 간격마다 돌기를 두되 예를 들어 길이 10미리미터 당 1-100개를 이루도록 구성함이 좋다.Of course, one of the dielectrics 11 and 21 covering the electrodes 10 and 20 of the present invention has a gap vertically penetrating the dielectrics 11 and 21, and the conductive electrode shown in FIG. The 60 may be configured for low voltage. In this case, of course, the thicknesses of the dielectrics 11 and 21 should be 25 micrometers to 10 millimeters in thickness, and the conductor electrodes may have protrusions at regular intervals, for example, 1-100 per 10 millimeters in length. Good to configure
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various permutations, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those who have
이상의 설명과 같이, 본원 발명은 통상의 토치형 프라즈마 발생장치에서, 중앙에 중공부를 두고 중공부에서 외향부를 향하는 전자석을 감아 전자석이 토치관의 내부에자계를 발생시키므로 프라즈마가 플레밍의 왼손법칙에 의한 가속력을 받아 고밀도의 대기압 프라즈마 발생을 가능토록 한다. 또한, 본원 발명은 토치형의 프라즈마 발생용기의 중앙에 중공부를 이루도록 하므로써 관의 길이가 2배로 되어 프라즈마가 양측에서 동시에 발생하므로 고밀도의 프라즈마 발생을 가능토록 한다. As described above, in the present invention, in the conventional torch type plasma generating apparatus, the electromagnet generates a magnetic field inside the torch tube with the hollow part at the center and the outward part from the hollow part, so that the plasma is generated by the Fleming's left hand law. Under high acceleration, high density atmospheric plasma can be generated. In addition, the present invention is to form a hollow portion in the center of the torch-type plasma generating vessel to double the length of the tube to generate a plasma at both sides simultaneously to enable high-density plasma generation.
도 1 은 일반적인 저온 프라즈마 발생장치의 일 예를 나타낸 단면도,1 is a cross-sectional view showing an example of a general low temperature plasma generating device;
도 2 는 일반적인 저온 프라즈마 발생장치의 다른 예를 나타낸 단면도,2 is a cross-sectional view showing another example of a general low temperature plasma generator;
도 3 은 본 발명의 요부 구성 단면도이다.3 is a sectional view showing the principal parts of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10; 전극 11; 유전체 10; Electrode 11; dielectric
12; 용기 13; 중공부 12; Container 13; Hollow part
20; 전극 21; 유전체 20; Electrode 21; dielectric
30; 전자석 31; 전자석 30; Electromagnet 31; Electromagnet
40; 절연바 50; 프라즈마 발생용 전원40; Insulation bar 50; Plasma generation power supply
60; 가속전원60; Acceleration power
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