KR100692141B1 - 플라즈마 반응기 및 이를 포함한 차량의 배기 가스 저감장치 - Google Patents

플라즈마 반응기 및 이를 포함한 차량의 배기 가스 저감장치 Download PDF

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최광옥
김연승
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 플라즈마 반응기는 서로 적층되는 복수개의 전극 유닛과, 상기 복수개의 전극 유닛 사이에 각각 구비되는 적어도 2개의 스페이서와, 상기 복수개의 전극 유닛 중 홀수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제1 연결 유닛과, 그리고 상기 복수개의 전극 유닛 중 짝수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제2 연결 유닛을 포함한다. 상기 복수개의 전극 유닛은 제1 전극 유닛을 포함하고, 상기 제1 전극 유닛은 제1 유전체와, 상기 제1 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제1 메인 전극과, 제2 유전체와, 그리고 상기 제2 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제2 메인 전극을 포함한다. 상기 제1 메인 전극과 상기 제2 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉된다.
플라즈마, 반응기, 유전체, 전극, 스페이서

Description

플라즈마 반응기 및 이를 포함한 차량의 배기 가스 저감 장치{PLASMA REACTOR AND APPARATUS FOR DECREASING EXHAUSTING GAS OF A VEHICLE INCLUDING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 반응기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 반응기에서, 제1 유전체에 제1 메인 전극 및 제6 보조 전극이 인쇄된 상태를 보이는 제1 유전체의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 반응기에서, 제1 유전체에 제1 보조 전극 및 제5 보조 전극이 인쇄된 상태를 보이는 제1 유전체의 저면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 반응기에서, 제1 스페이서에 제3 보조 전극이 인쇄된 상태를 보이는 제1 스페이서의 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 반응기에서, 제1 스페이서에 제4 보조 전극이 인쇄된 상태를 보이는 제1 스페이서의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 차량의 배기 가스 저감 장치를 나타낸 사시도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 전극 유닛 30: 스페이서
50: 제1 연결 유닛 70: 제2 연결유닛
100: 제1 전극 유닛 200: 제2 전극 유닛
110: 제1 유전체 120: 제1 메인 전극
130: 제2 유전체 140: 제2 메인 전극
510, 520, 530: 제1, 제2 및 제3 관통홀
540, 550, 560: 제1, 제2 및 제3 삽입 전극
610, 620, 630, 640: 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극
710, 720, 730: 제4, 제5 및 제6 관통홀
740, 750, 760: 제4, 제5 및 제6 삽입 전극
810, 820, 830, 840, 850, 860: 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극
본 발명은 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량의 배기 가스 저감 장치용 플라즈마 반응기에 관한 것이다.
가솔린 엔진의 한계점인 열 효율성과 연비 저감이 이루어질 수 있는 대안으로 디젤엔진이 강력히 추천되고 있으며, 사용자의 기호 또한 이에 발맞추어 그 수요가 급격히 증하고 있다.
그러나 디젤엔진의 사용이 계속 증가하면서 많은 선진국에서는 디젤엔진의 배기가스 배출 허용기준으로 강화하고 있으며, 디젤엔진에서 배출되는 오염물질을 줄이도록 규제하고 있다.
이러한 규제가 유럽과 미국을 중심으로 점차 강화됨에 따라 기존 방식의 후처리 장치에서 벗어나 새로운 개념의 배기 정화장치가 절실히 요구되고 있다.
이에 따라 현재 플라즈마 반응을 이용한 배기정화 시스템이 NOx와 입자상 물질(Diesel Particulate matter)을 동시에 저감할 수 있기 때문에, 플라즈마 반응을 이용한 배기정화 시스템은 중요한 기술로 인정되고 있다.
그리고, 현재 플라즈마를 발생시키기 위한 코로나 발생장치는 여러 종류가 개발되고 있으나, 안전성 문제 및 스파크(spark)에 따른 내구성 문제 등이 발생되고 있는 실정이다.
본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 과제는, 안정성 및 내구성을 향상시킬 수 있는 플라즈마 반응기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 플라즈마 반응기를 채용한 차량의 배기 가스 저감 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기는, 서로 적층되는 복수개의 전극 유닛; 상기 복수개의 전극 유닛 사이에 각각 구비되는 적어도 2개의 스페이서; 상기 복수개의 전극 유닛 중 홀수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제1 연결 유닛; 그리고 상기 복수개의 전극 유닛 중 짝수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제2 연결 유닛을 포함한다.
또한, 상기 복수개의 전극 유닛은 제1 전극 유닛을 포함하고, 상기 제1 전극 유닛은 제1 유전체; 상기 제1 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제1 메인 전극; 제2 유전체; 그리고 상기 제2 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제2 메인 전극을 포함하고, 그리고 상기 제1 메인 전극과 상기 제2 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉된다.
또한, 상기 제1 및 제2 메인 전극 각각은 상기 제1 및 제2 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고 상기 제2 연결 유닛과 전기적 접촉을 막기 위해 상기 제1 및 제2 유전체의 중심을 기준으로 설정거리 좌측으로 편심된다.
또한, 상기 적어도 2개의 스페이서는 상기 복수개의 전극 유닛 사이의 양측에 각각 구비되는 제1 및 제2 스페이서를 포함하고, 상기 제1 연결 유닛은 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제1 스페이스를 관통하여 상기 홀수 번째 전극 유닛과 전기적으로 연결되고 그리고 상기 제2 연결 유닛은 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제2 스페이스를 관통하여 상기 짝수 번째 전극 유닛과 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 제1 연결 유닛은 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제1 스페이서에 각각 형성되되 상기 제1 스페이서의 동일 수직선 상에 위치되는 제1, 제2 및 제3 관통홀; 상기 제1 관통홀에 삽입되고 상기 제1 메인 전극과 면에 의해 접촉되는 제1 삽입 전극; 상기 제2 관통홀에 삽입되고 상기 제2 메인 전극과 면에 의해 접촉되는 제2 삽입 전극; 상기 제3 관통홀에 삽입되는 제3 삽입 전극, 상기 제1 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제1 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제1 보조 전극; 상기 제2 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제2 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제2 보조 전극; 그리고 상기 제1 스페이서의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제3 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제3 및 제4 보조 전극을 포함한다.
또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극 각각은 상기 제1 유전체, 상기 제1 스페이서 및 상기 제2 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극의 각 폭은 상기 제1, 제2 및 제3 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제1 스페이서의 폭보다 작다.
또한, 상기 제2 연결 유닛은 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제2 스페이서에 각각 형성되되 상기 제2 스페이서를 기준으로 동일 수직선상에 위치되는 제4, 제5 및 제6 관통홀; 상기 제4, 제5 및 제6 관통홀에 각각 삽입되는 제4, 제5 및 제6 삽입 전극; 상기 제1 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제4 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제5 및 제6 보조 전극; 상기 제2 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제5 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제7 및 제8 보조 전극; 그리고 상기 제2 스페이서의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제6 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제9 및 제10 보조 전극을 포함한다.
또한, 상기 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극 각각은 상기 제1 유전체, 상기 제2 스페이서 및 상기 제2 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고 상기 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극의 각 폭은 상기 제4, 제5 및 제6 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제2 스페이서의 폭보다 작다.
또한, 상기 제1 메인 전극과 상기 제6 보조 전극과의 간격, 그리고 상기 제2 메인 전극과 상기 제7 보조 전극과의 간격은, 상호 절연성을 유지할 수 있는 최소 값으로 설정된다,
구체적으로, 상기 제1 메인 전극과 상기 제6 보조 전극과의 간격은 상기 제1 메인 전극과 상기 제6 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되고; 그리고 상기 제2 메인 전극과 상기 제7 보조 전극과의 간격은 상기 제2 메인 전극과 상기 제7 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정된다.
또한, 상기 복수개의 전극 유닛은 제2 전극 유닛을 더 포함하고, 상기 제2 전극 유닛은 제3 유전체; 상기 제3 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제3 메인 전극; 제4 유전체; 그리고 상기 제4 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제4 메인 전극을 포함하고, 상기 제3 메인 전극과 상기 제4 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉된다.
또한, 상기 제3 및 제4 메인 전극 각각은 상기 제3 및 제4 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고 상기 제1 연결 유닛과 전기적 접촉을 피하기 위해 상기 제3 및 제4 유전체의 중심을 기준으로 설정거리 우측으로 편심된다.
또한, 상기 제1 연결 유닛은 상기 제3 및 제4 유전체에 각각 형성되는 제7 및 제8 관통홀; 상기 제7 및 제8 관통홀에 각각 삽입되는 제7 및 제8 삽입 전극; 상기 제3 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제7 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제11 및 제12 보조 전극; 그리고 상기 제4 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제8 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제13 및 제14 보조 전극을 더 포함한다.
또한, 상기 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극 각각은 상기 제3 및 제4 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고 상기 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극의 각 폭은 상기 제7 및 제8 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제1 스페이서의 폭보다 작 다.
또한, 상기 제3 메인 전극과 상기 제12 보조 전극과의 간격, 그리고 상기 제4 메인 전극과 상기 제13 보조 전극과의 간격은, 상호 절연성을 유지할 수 있는 최소값으로 설정된다.
구체적으로, 상기 제3 메인 전극과 상기 제12 보조 전극과의 간격은 상기 제3 메인 전극과 상기 제12 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되고; 그리고 상기 제4 메인 전극과 상기 제13 보조 전극과의 간격은 상기 제4 메인 전극과 상기 제13 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정된다.
또한, 상기 제2 연결 유닛은 상기 제3 및 제4 유전체에 각각 형성되는 제9 및 제10 관통홀; 상기 제9 관통홀에 삽입되고 상기 제3 메인 전극과 면 접촉되는 제9 삽입 전극; 상기 제10 관통홀에 삽입되고 상기 제4 메인 전극과 면 접촉되는 제10 삽입 전극; 상기 제3 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제9 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제15 보조 전극; 그리고 상기 제4 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제10 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제16 보조 전극을 더 포함한다.
또한, 상기 제15 및 제16 보조 전극 각각은 상기 제3 및 제4 유전체의 면 내에 위치되고; 그리고 상기 제15 및 제16 보조 전극의 각 폭은 상기 제9 및 제10 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제2 스페이서의 폭보다 작다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 배기 가스 저감 장치는 배기가스가 배출되는 차량 엔진의 일측에 설치되어 배기가스가 그 내로 유동되는 하우징; 상기 하우징 내에 설치되고, 코로나 방전이 형성되는 플라즈마 영역으로 배기가스 가 유동되는 플라즈마 반응기; 그리고 상기 플라즈마 반응기와 상기 하우징 사이에 설치되는 매트를 포함한다.
상기 플라즈마 반응기는 서로 적층되는 복수개의 전극 유닛; 상기 복수개의 전극 유닛 사이에 각각 구비되는 적어도 2개의 스페이서; 상기 복수개의 전극 유닛 중 홀수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제1 연결 유닛; 그리고 상기 복수개의 전극 유닛 중 짝수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제2 연결 유닛을 포함한다.
상기 복수개의 전극 유닛은 제1 전극 유닛을 포함하고, 상기 제1 전극 유닛은 제1 유전체; 상기 제1 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제1 메인 전극; 제2 유전체; 그리고 상기 제2 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제2 메인 전극을 포함하고, 그리고 상기 제1 메인 전극과 상기 제2 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉된다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마 반응기의 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기는, 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개의 전극 유닛(10)과, 적어도 2개의 스페이서(30)와, 제1 연결 유닛(50)과, 그리고 제2 연결유닛(70)을 포함한다.
복수개의 전극 유닛(10)은 서로 적층되고, 적어도 2개의 스페이서(30)는 복 수개의 전극 유닛(10) 사이에 구비되어 방전 공간(S)을 형성한다.
제1 연결 유닛(50)은 복수개의 전극 유닛(10) 중 홀수번째 전극 유닛(도 1의 "100"참조)을 상호 전기적으로 연결하고, 제2 연결 유닛(70)은 복수개의 전극 유닛(10) 중 짝수번째 전극 유닛(도 1의 "200"참조)을 상호 전기적으로 연결한다.
이하, 도 1 내지 도 5을 참조하여, 상기 복수개의 전극 유닛(10)을 구체적으로 설명한다.
복수개의 전극 유닛(10)은 방전 공간(S)을 형성하기 위해 제1 전극 유닛(100)과 제2 전극 유닛(200)을 포함한다. 그리고 제1 전극 유닛(100)과 제2 전극 유닛(200)에는 서로 다른 전압이 인가되어 제1 전극 유닛(100)과 제2 전극 유닛(200) 사이에 전압차를 발생시키게 된다. 이러한 전압차에 의해 방전 공간(S)에는 코로나 방전이 형성된다.
구체적으로, 제1 전극 유닛(100)은 제1 유전체(110)와, 제1 메인 전극(120)과, 제2 유전체(130)와, 그리고 제2 메인 전극(140)을 포함한다.
제1 메인 전극(120)은 전도성 재질로 이루어지고 전압을 직접적으로 인가 받는다. 그리고 제1 메인 전극(120)과 절연 재질로 이루어진 제1 유전체(110) 사이에 공극이 발생되는 것을 차단하기 위해 제1 메인 전극(120)은 제1 유전체(110)의 제1 면에 인쇄된다. 따라서, 공극에 의해 야기될 수 있는 스파크(spark)를 미연에 차단시킬 수 있게 된다. 또한, 공극이 발생되는 것을 차단하기 위해 제2 메인 전극(140)은 제2 유전체(130)의 제1 면에 인쇄된다. 나아가, 전도성 재질의 특성상 그 사이에 공극이 발생되더라도 스파크가 발생되지 않기 때문에, 전도성 재질의 제 1 메인 전극(120)과 제2 메인 전극(140)은 상호 면에 의해 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 메인 전극(120)(140) 각각은 외부 부재(미도시)와 접촉되는 것을 막기 위해 즉 고전압이 외부 부재(미도시)로 전달되는 것을 막기 위해 제1 및 제2 유전체(110)(130)의 면 내에 위치된다. 따라서, 고전압에 의한 피해를 미연에 막을 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 메인 전극(120)(140) 각각이 제2 연결 유닛(70)과 전기적으로 접촉되지 않도록 상기 제1 및 제2 메인 전극(120)(140) 각각의 중심(C1)은 제1 및 제2 유전체(110)(130)의 중심(C2)을 기준으로 설정거리(L1) 좌측으로 편심된다. 또한, 상기 적어도 2개의 스페이서(30)는 상기 제1 전극 유닛(100)과 제2 전극 유닛(200) 사이의 양측에 각각 구비되는 제1 및 제2 스페이서(310)(320)를 포함한다.
또한, 제1 연결 유닛(50)은 제1 유전체(110)와, 제2 유전체(130)와, 그리고 제1 스페이스(310)를 관통하여 홀수 번째 전극 유닛("100"참조)과 전기적으로 연결되고, 그리고 제2 연결 유닛(70)은 제1 유전체(110)와, 제2 유전체(130)와, 그리고 제2 스페이스(320)를 관통하여 짝수 번째 전극 유닛("200"참조)과 전기적으로 연결된다. 특히 이렇게 관통시키게 되면 제1 또는 제2 연결 유닛(50)(70)을 통해 전달되는 고전압이 외부로 직접 전달되지 않으므로 고전압에 의한 피해를 미연에 막을 수 있게 된다.
이하, 도 1 내지 도 5를 계속 참조하여, 상기 제1 연결 유닛(50)을 구체적으로 설명한다.
제1 연결 유닛(50)은 제1, 제2 및 제3 관통홀(510)(520)(530)과, 제1, 제2 및 제3 삽입 전극(540)(550)(560)과, 그리고 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극(610)(620)(630)(640)을 포함한다.
제1, 제2 및 제3 관통홀(510)(520)(530)은 제1 유전체(110)와, 제2 유전체(130)와, 그리고 제1 스페이서(310)에 각각 형성되고, 제1 스페이서(310)의 동일 수직선 상에 위치된다.
제1 삽입 전극(540)은 제1 관통홀(510)에 삽입되고 그의 제1 면은 제1 메인 전극(120)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제1 보조 전극(610)과 면에 의해 접촉된다.
제2 삽입 전극(550)은 제2 관통홀(520)에 삽입되고 그의 제1 면은 제2 메인 전극(140)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제2 보조 전극(620)과 면에 의해 접촉된다.
제3 삽입 전극(560)은 제3 관통홀(530)에 삽입되고 그의 제1 면은 제3 보조 전극(630)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제4 보조 전극(640)과 면에 의해 접촉된다.
나아가, 공극에 의해 야기될 수 있는 스파크를 미연에 차단시키기 위해, 제1 보조 전극(610)은 제1 유전체(110)의 제2 면에 인쇄되고, 제2 보조 전극(620)은 제2 유전체(130)의 제2 면에 인쇄되며, 제3 보조 전극(630)은 제1 스페이서(310)의 제1 면에 인쇄되고, 그리고 제4 보조 전극(640)은 제1 스페이서(310)의 제2 면에 인쇄된다. 이러한 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극(610)(620)(630)(640)은 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 전도성 재질의 특성상 그 사이에 공극이 발생되 더라도 스파크가 발생되지 않기 때문에, 제2 보조 전극(620)과 제3 보조 전극(630)은 상호 면에 의해 접촉될 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극(610)(620)(630)(640) 각각은 외부 부재(미도시)와 접촉되는 것을 차단하기 위해 제1 유전체(110)와, 제1 스페이서(310)와, 그리고 제2 유전체(130)의 면 내에 위치된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극(610)(620)(630)(640)의 폭(W1) 각각은 제1, 제2 및 제3 삽입 전극(540)(550)(560)의 직경(D)보다 크고 제1 스페이서(310)의 폭(W2)보다 작게 설계될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5를 계속 참조하여, 상기 제2 연결 유닛(70)을 구체적으로 설명한다.
제2 연결 유닛(70)은 제4, 제5 및 제6 관통홀(710)(720)(730)과, 제4, 제5 및 제6 삽입 전극(740)(750)(760)과, 그리고 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극(810)(820)(830)(840)(850)(860)을 포함한다.
제4, 제5 및 제6 관통홀(710)(720)(730)은 제1 유전체(110)와, 제2 유전체와, 그리고 제2 스페이서(320)에 각각 형성되고 제2 스페이서(320)를 기준으로 동일 수직선상에 위치된다.
제4 삽입 전극(740)은 제4 관통홀(710)에 삽입되고 그의 제1 면은 제5 보조 전극(810)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제6 보조 전극(820)과 면에 의해 접촉된다.
제5 삽입 전극(750)은 제5 관통홀(720)에 삽입되고 그의 제1 명은 제7 보조 전극(830)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제8 보조 전극(840)과 면에 의해 접촉된다.
제6 삽입 전극(760)은 제6 관통홀(730)에 삽입되고 그의 제1 면은 제9 보조 전극(850)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제10 보조 전극(860)과 면에 의해 접촉된다.
제4, 제5 및 제6 삽입 전극(740)(750)(760)은 제4, 제5 및 제6 관통홀(710)(720)(730)에 각각 삽입된다.
나아가, 공극에 의해 야기될 수 있는 스파크를 미연에 차단시키기 위해, 제5 및 제6 보조 전극(810)(820)은 제1 유전체(110)의 양면에 각각 인쇄되고, 제7 및 제8 보조 전극(830)(840)은 제2 유전체(130)의 양면에 각각 인쇄되며, 제9 및 제10 보조 전극(850)(860)은 제2 스페이서(320)의 양면에 각각 인쇄된다. 이러한 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극(810)(820)(830)(840)(850)(860)은 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 전도성 재질의 특성상 그 사이에 공극이 발생되더라도 스파크가 발생되지 않기 때문에, 제6 보조 전극(820)과 제7 보조 전극(830)은 상호 면에 의해 접촉되고, 제8 보조 전극(840)과 제9 보조 전극(850)은 상호 면에 의해 접촉될 수 있다.
또한, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극(810)(820)(830)(840)(850)(860) 각각은 외부 부재(미도시)와 접촉되는 것을 차단하기 위해 제1 유전체(110)와, 제2 스페이서(320)와, 그리고 제2 유전체(130)의 면 내에 위치된다. 또한, 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극 (810)(820)(830)(840)(850)(860)의 폭(도 4의 "W1"참조) 각각은 제4, 제5 및 제6 삽입 전극(740)(750)(760)의 직경(도 4의 "D"참조)보다 크고 제2 스페이서(320)의 폭(도 4의 "W2" 참조)보다 작게 설계된다.
또한, 제1 메인 전극(120)과 제6 보조 전극(820)과의 간격(G1)과, 그리고 제2 메인 전극(140)과 제7 보조 전극(830)과의 간격(G2)은, 상호 절연성을 유지할 수 있는 최소값으로 설정된다. 구체적으로, 제1 메인 전극(120)과 제6 보조 전극(820)과의 간격(G1)은 제1 메인 전극(120)과 제6 보조 전극(820)과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되고, 제2 메인 전극(140)과 제7 보조 전극(830)과의 간격(G2)은 제2 메인 전극(140)과 제7 보조 전극(830)과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정된다.
이하, 도 1을 참조하여, 상기 복수개의 전극 유닛(10) 중 제2 전극 유닛(200)을 구체적으로 설명한다.
제2 전극 유닛(200)은 제3 유전체(210)와, 제3 메인 전극(220)과, 제4 유전체(230)와, 그리고 제4 메인 전극(240)을 포함한다.
제3 메인 전극(220)은 전도성 재질로 이루어지고 전압을 직접적으로 인가 받는다. 그리고 제3 메인 전극(220)과 절연 재질로 이루어진 제3 유전체(210) 사이에 공급이 발생되는 것을 차단하기 위해 제3 메인 전극(220)은 제3 유전체(210)의 제1 면에 인쇄된다. 따라서, 공극에 의해 야기될 수 있는 스파크를 미연에 차단시킬 수 있게 된다. 또한, 공극이 발생되는 것을 차단하기 위해 제4 메인 전극(240)은 제4 유전체(230)의 제1 면에 인쇄된다. 나아가, 전도성 재질의 특성상 그 사이 에 공극이 발생되더라도 스파크가 발생되지 않기 때문에 제3 메인 전극(220)과 제4 메인 전극(240)은 상호 면에 의해 접촉될 수 있다.
또한, 상기 제3 및 제4 메인 전극(220)(240) 각각은 외부 부재(미도시)와 접촉되는 것을 막기 위해 즉 고전압이 외부 부재(미도시)로 전달되는 것을 막기 위해 제3 및 제4 유전체(210)(230)의 면 내에 위치된다. 따라서, 고전압에 의한 피해를 미연에 막을 수 있다. 또한, 상기 제3 및 제4 메인 전극(220)(240) 각각이 제1 연결 유닛(50)과 전기적으로 접촉되지 않도록 상기 제3 및 제4 메인 전극(220)(240) 각각의 중심(C3)은 제3 및 제4 유전체(210)(230)의 중심(C2)을 기준으로 설정거리(L1) 우측으로 편심된다.
한편, 상기 제2 전극 유닛(200)이 더 포함될 경우, 상기 제1 연결 유닛(50)은 다음과 같은 구성요소들을 더 포함하게 된다.
제1 연결 유닛(50)은 제7 및 제8 관통홀(571)(572)과, 제7 및 제8 삽입 전극(573)(574)과, 그리고 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극(650)(660)(670)(680)을 더 포함한다.
제7 및 제8 관통홀(571)(572)은 제3 및 제4 유전체(210)(230)에 각각 형성되고, 제1 스페이서(310)의 동일 수직선 상에 위치된다.
제7 삽입 전극(573)은 제7 관통홀(571)에 삽입되고, 그의 제1 면은 제11 보조 전극(650)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제12 보조 전극(660)과 면에 의해 접촉된다.
제8 삽입 전극(574)은 제8 관통홀(572)에 삽입되고, 그의 제1 면은 제13 보 조 전극(670)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제14 보조 전극(680)과 면에 의해 접촉된다.
나아가, 공극에 의해 야기될 수 있는 스파크를 미연에 차단시키기 위해, 제11 및 제12 보조 전극(650)(660)은 제3 유전체(210)의 양면에 각각 인쇄되고, 제13 및 제14 보조 전극(670)(680)은 제4 유전체(230)의 양면에 각각 인쇄된다. 이러한 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극(650)(660)(670)(680)은 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 전도성 재질의 특성상 그 사이에 공극이 발생되더라도 스파크가 발생되지 않기 때문에, 제4 보조 전극(640)과 제11 보조 전극(650)은 상호 면에 의해 접촉되고, 제12 보조 전극(660)과 제13 보조 전극(670)은 상호 면에 의해 접촉될 수 있다.
또한, 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극(650)(660)(670)(680) 각각은 외부 부재(미도시)와 접촉되는 것을 막기 위해 제3 및 제4 유전체(210)(230)의 면 내에 위치된다. 또한, 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극(650)(660)(670)(680)의 폭(도 4의 "W1"참조) 각각은 제7 및 제8 삽입 전극(573)(574)의 직경(도 4의 "D"참조)보다 크고 상기 제1 스페이서(310)의 폭(도 4의 "W2"참조)보다 작게 설계된다.
또한, 제3 메인 전극(220)과 제12 보조 전극(660)과의 간격(G3)과, 그리고 제4 메인 전극(240)과 제13 보조 전극(670)과의 간격(G4)은, 상호 절연성을 유지할 수 있는 최소값으로 설정된다. 구체적으로, 제3 메인 전극(220)과 제12 보조 전극(660)과의 간격(G3)은 제3 메인 전극(220)과 제12 보조 전극(660)과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되고, 제4 메인 전극(240)과 제13 보조 전극(670)과의 간격(G4)은 제4 메인 전극(240)과 제13 보조 전극(670)과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정된다.
또한, 상기 제2 전극 유닛(200)이 더 포함될 경우, 상기 제2 연결 유닛(70)은 다음과 같은 구성요소들을 더 포함하게 된다.
제2 연결 유닛(70)은 제9 및 제10 관통홀(771)(772)과, 제9 및 제10 삽입 전극(773)(774)과, 그리고 제15 및 제16 보조 전극(870)(880)을 더 포함한다.
제9 및 제10 관통홀(771)(772)은 제3 및 제4 유전체(210)(230)에 각각 형성되고 제2 스페이서(320)의 동일 수직선 상에 위치된다.
제9 삽입 전극(773)은 제9 관통홀(771)에 삽입되고, 그의 제1 면은 제15 보조 전극(870)과 면에 의해 접촉되고, 그의 제2 면은 제3 메인 전극(220)과 면에 의해 접촉된다.
제10 삽입 전극(774)은 제10 관통홀(772)에 삽입되고, 그의 제1 면은 제4 메인 전극(240)과 면 접촉되고, 그의 제2 면은 제16 보조 전극(880)과 면에 의해 접촉된다.
나아가, 공극에 의해 야기될 수 있는 스파크를 미연에 차단시키기 위해, 제15 보조 전극(870)은 제3 유전체(210)의 제1 면에 인쇄되고, 제16 보조 전극(880)은 제4 유전체(230)의 제2 면에 인쇄된다. 이러한 제15 및 제16 보조 전극(870)(880)은 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 특히, 전도성 재질의 특성상 그 사이에 공극이 발생되더라도 스파크가 발생되지 않기 때문에, 제10 보조 전극(860)과 제15 보조 전극(870)은 상호 면에 의해 접촉된다.
또한, 제15 및 제16 보조 전극(870)(880) 각각은 외부 부재(미도시)와 접촉되는 것을 막기 위해 제3 및 제4 유전체(210)(230)의 면 내에 위치된다. 또한, 제15 및 제16 보조 전극(870)(880)의 폭(도 4의 "W1"참조) 각각은 제9 및 제10 삽입 전극(773)(774)의 직경(도 4의 "D"참조)보다 크고 제2 스페이서(320)의 폭(도 4의 "W2"참조)보다 작게 설계된다.
한편, 상술한 제1 전극 유닛(100)과 제2 전극 유닛(200)은 상술한 내용을 기초로 반복적으로 적층될 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기의 동작을 설명한다.
제1 연결 유닛(50)을 통하여 외부로부터 고전압이 인가되면, 방전 공간(S)에서 코로나 방전이 형성된다.
이렇게 형성된 코로나는 이 코로나에 존재하는 전자는 에너지가 높아 배기 가스 중의 산소, 질소, 수증기 등과 충돌하여 각종의 라디칼(radical)을 형성하고, 이렇게 생성된 라디칼은 유해물질과 반응하여 다른 물질로 변환됨으로써 유해물질을 제거하게 된다.
이하, 도 6을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 배기 가스 저감 장치 구체적으로 설명한다.
차량의 배기 가스 저감 장치는 하우징(1000)과 상술한 플라즈마 반응기(3000)와, 매트(5000)를 포함한다.
하우징(1000)은 배기 가스가 배출되는 차량 엔진의 일측에 설치되어 배기가 스가 그 내로 유동된다.
매트(5000)는 플라즈마 반응기(3000)와 하우징(1000) 사이에 설치되어 차량의 진동으로부터 플라즈마 반응기(3000)를 보호한다. 나아가, 매트(5000)는 절연재질로 이루어진다.
플라즈마 반응기(3000)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응기와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 플라즈마 반응기 및 이를 적용한 차량의 배기 가스 저감 장치는 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 전도성 재질의 전극이 절연 재질의 유전체에 인쇄되므로 즉, 전도성 재질과 절연 재질 사이에 공극이 발생되지 않으므로 이로 인한 스파크를 미연에 막을 수 있다. 결과적으로, 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 고전압의 전극들이 외부로 노출되지 않으므로 플라즈마 반응기의 안정성이 확보될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (18)

  1. 서로 적층되는 복수개의 전극 유닛,
    상기 복수개의 전극 유닛 사이에 각각 구비되는 적어도 2개의 스페이서,
    상기 복수개의 전극 유닛 중 홀수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제1 연결 유닛, 그리고
    상기 복수개의 전극 유닛 중 짝수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제2 연결 유닛을 포함하고,
    상기 복수개의 전극 유닛은 제1 전극 유닛을 포함하고,
    상기 제1 전극 유닛은,
    제1 유전체,
    상기 제1 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제1 메인 전극,
    제2 유전체, 그리고
    상기 제2 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제2 메인 전극을 포함하고, 그리고
    상기 제1 메인 전극과 상기 제2 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉되는 플라즈마 반응기.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 및 제2 메인 전극 각각은,
    상기 제1 및 제2 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고
    상기 제2 연결 유닛과 전기적 접촉을 막기 위해 상기 제1 및 제2 유전체의 중심을 기준으로 설정거리 좌측으로 편심되는 플라즈마 반응기.
  3. 제1항에서,
    상기 적어도 2개의 스페이서는 상기 복수개의 전극 유닛 사이의 양측에 각각 구비되는 제1 및 제2 스페이서를 포함하고,
    상기 제1 연결 유닛은 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제1 스페이스를 관통하여 상기 홀수 번째 전극 유닛과 전기적으로 연결되고, 그리고
    상기 제2 연결 유닛은 상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제2 스페이스를 관통하여 상기 짝수 번째 전극 유닛과 전기적으로 연결되는 플라즈마 반응기.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 연결 유닛은,
    상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제1 스페이서에 각각 형성되되 상기 제1 스페이서의 동일 수직선 상에 위치되는 제1, 제2 및 제3 관통홀,
    상기 제1 관통홀에 삽입되고 상기 제1 메인 전극과 면에 의해 접촉되는 제1 삽입 전극.
    상기 제2 관통홀에 삽입되고 상기 제2 메인 전극과 면에 의해 접촉되는 제2 삽입 전극,
    상기 제3 관통홀에 삽입되는 제3 삽입 전극,
    상기 제1 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제1 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제1 보조 전극,
    상기 제2 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제2 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제2 보조 전극, 그리고
    상기 제1 스페이서의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제3 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제3 및 제4 보조 전극을 포함하는 플라즈마 반응기.
  5. 제4항에서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극 각각은 상기 제1 유전체, 상기 제1 스페이서 및 상기 제2 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 보조 전극의 각 폭은 상기 제1, 제2 및 제3 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제1 스페이서의 폭보다 작은 플라즈마 반응기.
  6. 제4항에서,
    상기 제2 연결 유닛은,
    상기 제1 유전체, 상기 제2 유전체 및 상기 제2 스페이서에 각각 형성되되 상기 제2 스페이서를 기준으로 동일 수직선상에 위치되는 제4, 제5 및 제6 관통홀,
    상기 제4, 제5 및 제6 관통홀에 각각 삽입되는 제4, 제5 및 제6 삽입 전극,
    상기 제1 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제4 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제5 및 제6 보조 전극,
    상기 제2 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제5 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제7 및 제8 보조 전극, 그리고
    상기 제2 스페이서의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제6 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제9 및 제10 보조 전극을 포함하는 플라즈마 반응기.
  7. 제6항에서,
    상기 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극 각각은 상기 제1 유전체, 상기 제2 스페이서 및 상기 제2 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고
    상기 제5, 제6, 제7, 제8, 제9 및 제10 보조 전극의 각 폭은 상기 제4, 제5 및 제6 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제2 스페이서의 폭보다 작은 플라즈마 반응기.
  8. 제7항에서,
    상기 제1 메인 전극과 상기 제6 보조 전극과의 간격, 그리고 상기 제2 메인 전극과 상기 제7 보조 전극과의 간격은, 상호 절연성을 유지할 수 있는 최소값으로 설정되는 플라즈마 반응기.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 메인 전극과 상기 제6 보조 전극과의 간격은 상기 제1 메인 전극과 상기 제6 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되고, 그리고
    상기 제2 메인 전극과 상기 제7 보조 전극과의 간격은 상기 제2 메인 전극과 상기 제7 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되는 플라즈마 반응기.
  10. 제6항에서,
    상기 복수개의 전극 유닛은 제2 전극 유닛을 더 포함하고,
    상기 제2 전극 유닛은,
    제3 유전체,
    상기 제3 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제3 메인 전극,
    제4 유전체, 그리고
    상기 제4 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제4 메인 전극을 포함하고,
    상기 제3 메인 전극과 상기 제4 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉되는 플라즈마 반응기.
  11. 제10항에서,
    상기 제3 및 제4 메인 전극 각각은,
    상기 제3 및 제4 유전체의 면 내에 위치되고,
    상기 제1 연결 유닛과 전기적 접촉을 피하기 위해 상기 제3 및 제4 유전체의 중심을 기준으로 설정거리 우측으로 편심되는 플라즈마 반응기.
  12. 제10항에서,
    상기 제1 연결 유닛은,
    상기 제3 및 제4 유전체에 각각 형성되되 상기 제1 스페이서의 동일 수직선 상에 위치되는 제7 및 제8 관통홀,
    상기 제7 및 제8 관통홀에 각각 삽입되는 제7 및 제8 삽입 전극,
    상기 제3 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제7 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제11 및 제12 보조 전극, 그리고
    상기 제4 유전체의 양면에 각각 인쇄되되 상기 제8 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제13 및 제14 보조 전극을 더 포함하는 플라즈마 반응기.
  13. 제12항에서,
    상기 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극 각각은 상기 제3 및 제4 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고
    상기 제11, 제12, 제13 및 제14 보조 전극의 각 폭은 상기 제7 및 제8 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제1 스페이서의 폭보다 작은 플라즈마 반응기.
  14. 제13항에서,
    상기 제3 메인 전극과 상기 제12 보조 전극과의 간격, 그리고 상기 제4 메인 전극과 상기 제13 보조 전극과의 간격은, 상호 절연성을 유지할 수 있는 최소값으 로 설정되는 플라즈마 반응기.
  15. 제14항에서,
    상기 제3 메인 전극과 상기 제12 보조 전극과의 간격은 상기 제3 메인 전극과 상기 제12 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되고, 그리고
    상기 제4 메인 전극과 상기 제13 보조 전극과의 간격은 상기 제4 메인 전극과 상기 제13 보조 전극과의 전압차에 따라 1KV 당 1mm±0.1mm로 설정되는 플라즈마 반응기.
  16. 제12항에서,
    상기 제2 연결 유닛은,
    상기 제3 및 제4 유전체에 각각 형성되되 상기 제2 스페이서의 동일 수직선 상에 위치되는 제9 및 제10 관통홀,
    상기 제9 관통홀에 삽입되고 상기 제3 메인 전극과 면 접촉되는 제9 삽입 전극.
    상기 제10 관통홀에 삽입되고 상기 제4 메인 전극과 면 접촉되는 제10 삽입 전극,
    상기 제3 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제9 삽입 전극과 면에 의해 접촉되는 제15 보조 전극,
    상기 제4 유전체의 제2 면에 인쇄되되 상기 제10 삽입 전극과 면에 의해 접 촉되는 제16 보조 전극을 더 포함하는 플라즈마 반응기.
  17. 제16항에서,
    상기 제15 및 제16 보조 전극 각각은 상기 제3 및 제4 유전체의 면 내에 위치되고, 그리고
    상기 제15 및 제16 보조 전극의 각 폭은 상기 제9 및 제10 삽입 전극의 직경보다 크고 상기 제2 스페이서의 폭보다 작은 플라즈마 반응기.
  18. 배기가스가 배출되는 차량 엔진의 일측에 설치되어 배기가스가 그 내로 유동되는 하우징,
    상기 하우징 내에 설치되고, 코로나 방전이 형성되는 플라즈마 영역으로 배기가스가 유동되는 플라즈마 반응기, 그리고
    상기 플라즈마 반응기와 상기 하우징 사이에 설치되는 매트를 포함하고,
    상기 플라즈마 반응기는,
    서로 적층되는 복수개의 전극 유닛,
    상기 복수개의 전극 유닛 사이에 각각 구비되는 적어도 2개의 스페이서,
    상기 복수개의 전극 유닛 중 홀수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제1 연결 유닛, 그리고
    상기 복수개의 전극 유닛 중 짝수번째 전극 유닛을 상호 전기적으로 연결하는 제2 연결 유닛을 포함하고,
    상기 복수개의 전극 유닛은 제1 전극 유닛을 포함하고,
    상기 제1 전극 유닛은,
    제1 유전체,
    상기 제1 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제1 메인 전극,
    제2 유전체, 그리고
    상기 제2 유전체의 제1 면에 인쇄되는 제2 메인 전극을 포함하고, 그리고
    상기 제1 메인 전극과 상기 제2 메인 전극은 상호 면에 의해 접촉되는 차량의 배기 가스 저감 장치.
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