KR101375539B1 - 플라즈마 점화장치 - Google Patents

Abstract

플라즈마 점화장치가 개시된다. 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치는, 원격 플라즈마 발생기에 장착되어 플라즈마 방전을 수행하는 플라즈마 점화장치에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생기에 형성된 장착부에 결합되며 측면에 공기순환용 개구부가 형성되고, 상부에는 통기용 개구부가 형성된 하우징; 상기 하우징의 내부에 결합되는 점화전극; 상기 하우징의 통기용 개구부에 장착되어 하우징의 내부 공기를 강제로 배출시키는 쿨링팬;을 포함하여 이루어진다.
이에 따르면, 플라즈마 고열을 쿨링팬과 히트싱크에 의해 강제적으로 신속하게 외부로 배출시킴으로써 과열에 의한 전극의 소손을 방지할 수 있어 수명이 연장될 수 있으며 아울러 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 이로 인해 작업 효율이 월등히 향상될 수 있는 효과가 있다.

Description

플라즈마 점화장치{Plasma Igniter}

본 발명은 원격 플라즈마 발생기에 장착되어 플라즈마 방전을 수행하는 플라즈마 점화장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마의 고열에 직접적으로 노출되므로 수명이 짧아지는 폐단을 해소하기 위해 냉각성능을 향상시킴으로써 내구성 향상과 수명연장을 도모할 수 있는 플라즈마 점화장치에 관한 것이다.

일반적으로 플라즈마 방전은 해리 가스에 사용되어 이온, 자유 라디칼(free radical), 원자 및 분자를 포함하는 활성 가스를 생산할 수 있다.

활성 가스는 반도체 웨이퍼, 분말, 및 다른 가스와 같은 물질을 가공하는 것을 포함하는 많은 산업응용분야 및 과학응용분야에 이용된다. 플라즈마 특성과 가공되는 물질에 대한 플라즈마 노출 조건은 응용분야에 따라 광범위하게 변화된다.

예를 들면, 가공되려는 물질이 피해에 민감하거나, 다른 것과 관련있는 어떤 물질의 선택적인 식각이 필요하기 때문에, 몇몇 응용분야는 저 운동에너지(예를 들면 작은 전기 볼트)를 갖는 이온의 사용이 요구된다.

이방성 식각 또는 평탄화 절연 증착과 같은 다른 응용분야는 고 운동에너지를 갖는 이온의 사용이 요구된다.

몇몇 응용분야는 가공되려는 물질이 고밀도 플라즈마에 직접 노출되는 것이 요구된다. 그러한 응용분야는 이온-활성 화학반응과 높은 종횡비(aspect-ratio) 구조로 물질의 식각과 증착을 하는 것을 포함한다.

물질이 이온으로 인한 피해에 민감하거나 공정이 높은 선택도의 조건을 갖기 때문에 다른 응용분야에서는 가공되려는 물질을 플라즈마로부터 차폐하는 것이 필요하다.

플라즈마는 직류(DC)방전, 고주파(RF)방전, 및 극초단파방전을 포함하는 다양한 방법으로 생성시킬 수 있다. 직류방전은 가스 내의 두 전극 사이에 전위를 인가함으로써 달성될 수 있다. 고주파 방전은 전력 공급원으로부터의 에너지를 플라즈마에 전기용량적으로(capacitively) 또는 유도적으로 결합시킴으로써 달성될 수 있다.

평행판은 에너지를 플라즈마에 전기용량적으로 결합시키도록 사용될 수 있다. 유도코일은 플라즈마에서 전류를 유도시키도록 사용될 수 있다. 극초단파방전은 극초단파 에너지 소스를 가스를 포함하는 방전챔버에 결합시킴으로써 생성될 수 있다.

플라즈마 방전은, 플라즈마를 구성하고 있는 대전종(charged species)과 플라즈마에 의해 활성화될 수 있는 중성종(neutral species) 양쪽이, 가공되려는 물질과 밀접하게 접촉하고 있는 것과 같은 방식으로 생성될 수 있다.

선택적으로 플라즈마 방전은 가공되려는 물질로부터 멀리 떨어져 생성될 수 있고, 그래서 비교적 소수의 대전종이 가공되려는 물질과 접촉을 하게 되고, 반면에 중성종은 여전히 접촉될 수 있을 것이다.

그러한 플라즈마 방전은 보통 원격 플라즈마 방전 또는 다운스트림(downstream) 플라즈마 방전이라고 명명된다.

그 구조에 따라, 가공되는 물질과 관련된 위치 결정, 가공 조건(플라즈마 내의 가스종, 압력, 유속, 전력), 플라즈마 소스가 이러한 두가지 일반적인 유형중 하나 또는 양쪽 모두의 특징을 가질 수 있다.

이에 관련된 선행기술로는 국내공개특허 10-2010-0059578호가 개시된 바 있다.

상기 선행기술은 무전력 방식의 점화를 수행할 수 있으므로, 고전압이 요구되는 종래 기술의 문제(과도한 전력량, 안전상의 문제)를 한꺼번에 피할 수 있고, 플라즈마 열에 따른 점화 장치의 물리적 손상을 방지할 수 있으며, 또한 점화장치에 사용되는 금속 재료의 범위가 종래 기술에 비하여 훨씬 넓다는 효과를 갖는 상압 플라즈마 점화 장치 및 이를 이용한 상압 플라즈마 점화 방법에 관련된다.

한편 종래 플라즈마 점화장치는 플라즈마의 고열에 직접적으로 노출되므로 열손상을 입게되어 수명이 짧아지므로 자주 교체하여야 하고, 이로 인해 인력 낭비와 자원 낭비 및 공정 중단에 따른 작업 능률 저하의 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 원격 플라즈마 발생기에 장착되는 플라즈마 점화장치에 쿨링팬과 히트싱크를 형성하여 열을 강제적으로 외부로 발산시키고, 아울러 공냉에 의한 냉각이 이루어질 수 있도록 하여 냉각 성능의 향상과 내구성의 향상을 도모할 수 있도록 한 플라즈마 점화장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 원격 플라즈마 발생기에 장착되어 플라즈마 방전을 수행하는 플라즈마 점화장치에 있어서, 상기 원격 플라즈마 발생기에 형성된 장착부에 결합되며 측면에 공기순환용 개구부가 형성되고, 상부에는 통기용 개구부가 형성된 하우징; 상기 하우징의 내부에 결합되는 점화전극; 상기 하우징의 통기용 개구부에 장착되어 하우징의 내부 공기를 강제로 배출시키거나 외부 공기를 흡입시키는 쿨링팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 점화장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 하우징의 하부에는 상기 점화전극을 감싸면서 상기 장착부에 결합되는 절연체가 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징의 상부에는 상기 쿨링팬이 안착되도록 쿨링팬 브라켓이 장착된 것을 특징으로 한다.

상기 하우징의 내부에는 다수의 핀으로 이루어지며, 상기 다수의 핀이 공기순환용 개구부를 향하도록 형성된 히트싱크부가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 고열을 쿨링팬과 히트싱크에 의해 강제적으로 신속하게 외부로 배출시키거나 외부의 공기를 강제적으로 인입시킴으로써 과열에 의한 전극의 소손을 방지할 수 있어 수명이 연장될 수 있으며 아울러 내구성의 향상을 도모할 수 있고, 이로 인해 작업 효율이 월등히 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치가 장착된 원격 플라즈마 발생기를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치를 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치에 대한 결합단면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치가 장착된 원격 플라즈마 발생기를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치를 나타낸 분해사시도, 도 3은 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치에 대한 결합단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 점화장치(A)는, 원격 플라즈마 발생기(100)에 장착되어 플라즈마 방전을 수행하는 플라즈마 점화장치에 있어서, 원격 플라즈마 발생기(100)에 형성된 장착부(120)에 결합되며 측면에 공기순환용 개구부(220)가 형성되고, 상부에는 통기용 개구부(240)가 형성된 하우징(200); 하우징(200)의 내부에 결합되는 점화전극(300); 하우징(200)의 통기용 개구부(240)에 장착되어 하우징(200)의 내부 공기를 강제로 배출시키거나 외부 공기를 흡입시키는 쿨링팬(400);을 포함하여 구성된다.

하우징(200)은 원격 플라즈마 발생기(100)의 장착부(120)에 결합되는데, 원통형상이며 측면에 다수의 공기순환용 개구부(220)가 형성되고, 상부에는 통기용 개구부(240)가 형성된다.

하우징(200)의 상부에는 상기 쿨링팬(400)이 안착되도록 쿨링팬 브라켓(500)이 장착된다.

쿨링팬 브라켓(500)은 하우징(200)과 직경이 동일한 원판 형상이며, 하우징(200) 내의 공기를 흡입할 수 있도록 다수의 통공(520)이 방사상으로 형성된다.

쿨링팬(400)은 쿨링팬 브라켓(500)에 장착되는 커버(410)와, 커버(410) 내에 장착되어 고속 회전되는 회전날개(420)로 구성된다.

하우징(200)의 하부에는 상기 점화전극(300)을 감싸면서 상기 장착부(120)에 결합되는 절연체(600)가 결합된다.

절연체(600)는 원통 관체 형상이며, 하우징(200)의 저면에 형성된 장착공(250)의 외주에 형성된 내입 단턱(260)에 결합되며, 이 결합된 부위에 오링(R1)이 장착되어 기밀성을 갖게 된다.

절연체(600)의 내부에는 점화전극(300)이 결합되며, 점화전극(300)과 절연체(600)의 내주면과 기밀성을 갖도록 오링(R2)이 장착된다.

한편 하우징(200)의 내부에는 다수의 핀(710)으로 이루어지며, 상기 다수의 핀(710)이 공기순환용 개구부(220)를 향하도록 형성된 히트싱크부(700)가 형성된다.

히트싱크부(700)의 다수의 핀(710)은 열전도율이 높은 금속소재가 바람직하며, 일 예로는 알루미늄 재질로 이루어짐이 바람직하다.

점화전극(300)은 그 상부가 히트싱크부(700)의 중심부에 결합되고, 하부의 전극(320)만 노출되도록 형성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 점화전극(300)에 고전압이 가해지면 점화가 발생되고, 원격 플라즈마 발생기(100)의 내부에 플라즈마 방전이 실시된다.

따라서 원격 플라즈마 발생기(100)는 가열된 상태가 되고, 이에 따른 고온 효과는 플라즈마 점화장치(A)에도 영향을 미치게 된다.

따라서 쿨링팬(400)을 구동시켜 하우징(200) 내의 가열 공기를 강제로 배출시키고, 아울러 다수의 공기순환용 개구부(220)를 통해 계속 유입되는 냉각 공기는 히트싱크부(700)를 냉각시킨 후 가열된 상태로 쿨링팬(400)에 의해 강제 배출된다.

이렇게 히트싱크부(700)의 냉각에 의해 그 내부에 장착된 점화전극(300)의 상부를 냉각시킴에 따라 과열에 의한 소손을 방지할 수 있게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

100 : 원격 플라즈마 발생기 120 : 장착부
200 : 하우징 220 : 공기순환용 개구부
240 : 통기용 개구부 300 : 점화전극
400 : 쿨링팬 410 : 커버
420 : 회전날개 500 : 쿨링팬 브라켓
600 : 절연체

Claims (4)

1. 원격 플라즈마 발생기에 장착되어 플라즈마 방전을 수행하는 플라즈마 점화장치에 있어서,
   상기 원격 플라즈마 발생기에 형성된 장착부에 결합되며 측면에 공기순환용 개구부가 형성되고, 상부에는 통기용 개구부가 형성된 하우징;
   상기 하우징의 내부에 결합되는 점화전극;
   상기 하우징의 통기용 개구부에 장착되어 하우징의 내부 공기를 강제로 배출시키거나 외부 공기를 흡입시키는 쿨링팬;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 점화장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징의 하부에는 상기 점화전극을 감싸면서 상기 장착부에 결합되는 절연체가 결합된 것을 특징으로 하는 플라즈마 점화장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징의 상부에는 상기 쿨링팬이 안착되도록 쿨링팬 브라켓이 장착된 것을 특징으로 하는 플라즈마 점화장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징의 내부에는 다수의 핀으로 이루어지며, 상기 다수의 핀이 공기순환용 개구부를 향하도록 형성된 히트싱크부가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 점화장치.
   
   

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