KR101802817B1

KR101802817B1 - 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기

Info

Publication number: KR101802817B1
Application number: KR1020170001552A
Authority: KR
Inventors: 강성길; 이현욱; 원임희; 김명수
Original assignee: (주)메디플
Priority date: 2017-01-04
Filing date: 2017-01-04
Publication date: 2017-11-30

Abstract

본 발명은 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 한 개의 외부도체(10)에 플라즈마를 생성하는 다수개의 제1내부도체(20)가 구비된 것으로 불활성 가스의 소모량 및 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있도록 된 것이다.

Description

휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기{PORTABLE MICROWAVE PLASMA GENERTOR}

본 발명은 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마의 발생 효율 증대 및 플라즈마의 발생 면적의 증대를 위해 한 개의 외부도체에 플라즈마를 생성하는 다수개의 내부도체가 구비된 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 관한 기술이다.

종래의 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기는 한 개의 외부도체에 한 개의 내부도체만이 구비되어서 한 개의 플라즈마를 생성하는 구성으로, 생성된 플라즈마의 효율성을 높이기 위해서 플라즈마의 세기를 증가시킬 경우 공급되는 불활성 가스의 소모량이 크게 증가하는 단점이 있고, 또한 소비전력이 크게 증가하는 단점이 있으며, 소비전력이 증가하는 만큼 플라즈마의 온도가 크게 상승함에 따라 생성된 플라즈마의 안정성이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 한 개의 플라즈마는 플라즈마의 생성 면적이 작기 때문에 피부 미용 및 치료의 목적을 갖는 응용분야에서 널리 사용하는 데에 한계가 있다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

대한민국공개특허공보 10-2010-0024685호

본 발명은, 한 개의 외부도체에 플라즈마를 생성하는 다수개의 내부도체가 구비된 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기를 제공함으로써, 불활성 가스의 소모량 및 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있게 됨에 따라 생성된 플라즈마의 효율성을 높일 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있게 됨에 따라 플라즈마의 온도 상승을 억제할 수 있게 되고, 이를 통해 생성된 플라즈마의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 다수개의 내부도체를 이용해서 다수개의 플라즈마를 한 번에 생성하는 것으로, 이를 통해 플라즈마의 생성 면적을 크게 증대시킬 수 있게 됨에 따라 피부 미용 및 치료의 목적을 갖는 응용분야에서도 널리 사용할 수 있도록 하는 데에 다른 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기는, 다수개의 유전체 및 유전체마다 각각 한 개씩 연결된 가스이동통로가 형성된 외부도체; 상기 유전체마다 한 개씩 위치하면서 외부도체의 연결부에 일단이 고정되도록 설치된 다수개의 제1내부도체; 상기 외부도체의 일단에 결합되고 가스이동통로와 연결되도록 가스공급홀이 형성된 연결도체; 상기 외부도체의 원주방향을 따라 외부도체에 결합된 다수개의 연결부재; 및 상기 외부도체를 관통해서 제1내부도체마다 한 개씩 연결되도록 연결부재에 구비된 다수개의 제2내부도체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외부도체의 타단에 결합되고 외부도체의 길이방향을 따라 개구되게 형성된 절연체; 및 상기 절연체를 관통해서 설치되는 것으로 내부도체의 각 단부마다 한 개씩 이격되게 설치된 다수개의 점화핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 절연체의 밖으로 노출된 점화핀의 단부에는 고전압회로와 연결된 고전압케이블이 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1내부도체의 단부에서 생성된 플라즈마가 절연체의 내측공간에 집속될 수 있도록 제1내부도체의 단부 및 점화핀의 단부는 절연체의 내측공간에 수용되는 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 유전체는 4개로 형성되고; 상기 제1내부도체와 제2내부도체 및 점화핀은 유전체와 동일 개수로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 유전체는 공기이고; 상기 가스공급홀 및 가스이동통로를 통해서 불활성 가스가 유전체로 공급되고; 상기 제2내부도체를 통해서 제1내부도체로 마이크로파가 인가되는 것을 특징으로 한다.

상기 가스공급홀을 통해서 공급된 불활성 가스는 가스이동통로를 통해서 다수개의 유전체로 동시에 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 가스공급홀을 통해서 공급되는 불활성 가스는 헬륨가스 또는 아르곤가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 한 개의 외부도체에 플라즈마를 생성하는 다수개의 제1내부도체가 구비된 구성으로, 불활성 가스의 소모량 및 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 플라즈마의 효율성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있게 됨에 따라 생성된 플라즈마의 온도 상승을 억제할 수 있게 되고, 이를 통해 생성된 플라즈마의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

또한, 제1내부도체에서 생성된 플라즈마가 외부로 분출되지 않고 절연체의 내측공간에 집속됨에 따라 플라즈마의 생성 면적을 크게 증대시킬 수 있게 되는 바, 이를 통해 플라즈마의 효율성을 증대시킬 수 있게 되고 더 나아가 피부 미용 및 치료의 목적을 갖는 응용분야에서도 널리 사용할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기의 사시도,
도 2는 도 1의 우측면도,
도 3은 도 1의 Ⅰ-Ⅰ선 단면도,
도 4와 도 5는 도 3의 Ⅱ-Ⅱ선 및 Ⅲ-Ⅲ선 단면도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 대해 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 유전체(11) 및 유전체(11)마다 각각 한 개씩 연결된 가스이동통로(12)가 형성된 외부도체(10); 상기 유전체(11)마다 한 개씩 위치하면서 외부도체(10)의 연결부(13)에 일단이 고정되도록 설치된 다수개의 제1내부도체(20); 상기 외부도체(10)의 일단에 결합되어서 외부도체(10)와 전기적으로 연결되고 가스이동통로(12)와 연결되도록 가스공급홀(31)이 형성된 연결도체(30); 상기 외부도체(10)의 원주방향을 따라 외부도체(10)에 결합된 다수개의 연결부재(40); 및 상기 외부도체(10)를 관통해서 제1내부도체(20)마다 한 개씩 연결되도록 연결부재(40)에 구비된 다수개의 제2내부도체(50);를 포함한다.

상기 연결부재(40)의 재질은 도체이며, 연결부재(40)와 제2내부도체(50)의 사이에는 절연물질(41)이 채워진다.

본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)는 제2내부도체(20)를 통해 인가되는 900MHz 또는 2.45GHz의 마이크로파 신호의 공진에너지를 이용하여 플라즈마를 생성한다.

외부도체(10)와 제1내부도체(20) 및 연결도체(30)와 제2내부도체(50)는 전기적으로 연결되어 있는데, 이들이 마이크로파 신호의 공진기(resonator)로서 동작하게 된다.

인가되는 마이크로파 신호는 제1내부도체(20)에서 TEM(transverse electromagnetic)파가 되는데, TEM파는 진행방향에 전계성분 및 자계성분이 없고 진행방향의 직각 방향으로 전계성분 및 자계성분이 있는 전기적 자기적 횡파로서 전자에너지 수송을 맡고 있다.

상기 유전체(11)는 공기(air)를 사용하는 바, 즉 유전체(11)는 비어 있는 공간이 되고, 이 공간에 플라즈마 이온의 소스(source)가 되는 불활성 가스를 주입하고, 주입된 가스가 마이크로파가 공급되는 도체들(10,20,30,50)의 공진에너지에 의해 플라즈마 상태로 되어 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)의 일단 즉 A방향으로 방출된다.

상기 가스공급홀(31) 및 가스이동통로(12)를 통해서 불활성 가스가 유전체(11)로 공급되고, 상기 제2내부도체(50)를 통해서 제1내부도체(20)로는 마이크로파가 인가된다.

상기 가스공급홀(31)을 통해서 공급된 불활성 가스는 가스이동통로(12)를 통해서 다수개의 유전체(11)로 동시에 공급되는 바, 이를 통해 플라즈마 생성을 위해 소모되는 불활성 가스의 소모량을 크게 줄일 수 있게 된다.

상기 가스공급홀(31)을 통해서 공급되는 불활성 가스는 헬륨가스 또는 아르곤가스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)는 외부도체(10)의 타단에 결합되고 외부도체(10)의 길이방향을 따라 개구되게 형성된 절연체(60); 및 상기 절연체(60)를 관통해서 설치되는 것으로 내부도체(20)의 각 단부마다 한 개씩 이격되게 설치된 다수개의 점화핀(71);을 더 포함한다.

휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)에 플라즈마를 생성시키기 위해서는 일시적으로 고전압을 인가해서 스파크를 발생시키는 고전압모듈(70)이 필요하며, 상기 고전압모듈(70)은 고전압의 인가시 스파크를 발생시키는 점화핀(71), 및 상기 점화핀(71)으로 고전압을 인가하기 위한 고전압회로(72)를 포함한다.

상기 고전압회로(72)는 구성이 복잡하고 어느 정도 부피가 있는 것으로 이를 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)에 일체로 구비하도록 하는 것은 어렵지만, 상기 점화핀(71)은 구성이 단순하고 소형 부품이기에 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)에 일체로 구비하도록 하는 것은 가능하다.

상기와 같이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)에 점화핀(71)이 함께 구비되면, 플라즈마 생성을 위한 작업의 편의성을 향상시킬 수 있게 되고, 점화핀(71)의 손상을 방지할 수 있게 됨으로써 보다 안정적인 플라즈마의 생성이 가능하며, 특히 플라즈마의 생성여부를 작업자자 직접 눈으로 확인할 수 있는 장점이 있다.

상기 점화핀(71)은 도체이며, 점화핀(71)이 외부도체(10)와 직접 접촉하도록 설치되면 고전압 인가시 쇼트(short circuit)가 발생되어서 고전압회로(72)가 손상되는 문제가 발생하는 바, 이를 예방하기 위해 외부도체(10)의 타단에 절연체(60)를 결합시키고, 상기 절연체(60)를 관통하도록 점화핀(71)이 결합된 구조가 된다.

상기 점화핀(71)의 단부는 제1내부도체(20)의 플라즈마 발생부(21, 제1내부도체의 일단)로부터 일정거리로 이격되게 설치되는 것이 바람직한 바, 이와 같이 점화핀(71)의 이격거리를 한정하는 이유는 고전압 인가에 따른 스파크 발생시 플라즈마가 보다 원활히 생성될 수 있도록 하기 위함이다.

제1내부도체(20)의 플라즈마 발생부(21)에 직접적으로 고전압에 의한 스파크를 발생시키지 않고, 전술한 바와 같이 플라즈마 발생부(21)로부터 일정거리로 이격된 위치에서 점화핀(71)을 이용해 스파크를 발생시키더라도 유전체(11)에 존재하는 불활성가스의 흐름과 전기장(electric field)의 분포에 의해서 결국 플라즈마 발생부(21)에서 플라즈마가 생성되는 순간 플라즈마 발생부(21)로 이동하여 발생된 플라즈마를 유지시켜 줄 수 있게 된다.

상기 절연체(60)의 외부로 노출된 점화핀(71)의 타단에는 고전압회로(72)와 연결된 고전압케이블(73)이 분리 가능하게 결합되는 바, 따라서 플라즈마의 생성을 위해 스파크의 발생이 필요할 때에는 고전압케이블(73)을 점화핀(71)에 결합시켜서 사용하고, 플라즈마가 생성된 후에는 점화핀(71)으로부터 고전압케이블(73)을 분리시키게 된다.

상기 유전체(11)는 4개로 구성되고, 상기 제1내부도체(20)와 제2내부도체(50) 및 점화핀(71)은 각각 유전체(1)와 동일한 개수 즉 각각 4개씩 구성된 것이 일예로 도시되어 있지만, 상기 유전체(11), 제1내부도체(20), 제2내부도체(50) 및 점화핀(71)의 개수는 필요에 따라 다양하게 변경이 가능할 것이다.

상기 가스공급홀(31)을 통해서 유전체(11)로 불활성 가스가 공급되고, 점화핀(71)에 고전압이 인가되면 제1내부도체(20)의 단부(플라즈마 발생부)에서 플라즈마가 생성되는데, 이와 같이 생성된 플라즈마는 절연체(60)의 내측공간(61)에 집속되는 현상이 발생하게 되는 바, 이는 제1내부도체(20)의 단부 및 점화핀(71)의 단부가 절연체(60)의 내측공간(61)에 수용되는 설치된 구조이기에 가능한 것이다.

상기와 같이 제1내부도체(20)의 플라즈마 발생부(21)에서 생성된 플라즈마가 외부로 분출되지 않고 절연체(60)의 내측공간(61)에 집속되면, 플라즈마의 생성 면적을 크게 증대시킬 수 있게 됨에 따라 피부 미용 및 치료의 목적을 갖는 응용분야에서도 널리 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 한 개의 외부도체(10)에 플라즈마를 생성하는 다수개의 제1내부도체(20)가 구비된 구성으로, 불활성 가스의 소모량 및 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있는 장점이 있으며, 이를 통해 플라즈마의 효율성을 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 소비전력의 큰 증가 없이 플라즈마의 세기를 증가시킬 수 있게 됨에 따라 생성된 플라즈마의 온도 상승을 억제할 수 있게 되고, 이를 통해 생성된 플라즈마의 안정성을 한층 더 향상시킬 수 있는 장점도 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1 - 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기
10 - 외부도체 20 - 제1내부도체
30 - 연결도체 40 - 연결부재
50 - 제2내부도체 60 - 절연체
70 - 고전압모듈 71 - 점화핀
72 - 고전압회로 73 - 고전압케이블

Claims

다수개의 유전체 및 유전체마다 각각 한 개씩 연결된 가스이동통로가 형성된 외부도체;
상기 유전체마다 한 개씩 위치하면서 외부도체의 연결부에 일단이 고정되도록 설치된 다수개의 제1내부도체;
상기 외부도체의 일단에 결합되고 가스이동통로와 연결되도록 가스공급홀이 형성된 연결도체;
상기 외부도체의 원주방향을 따라 외부도체에 결합된 다수개의 연결부재; 및
상기 외부도체를 관통해서 제1내부도체마다 한 개씩 연결되도록 연결부재에 구비된 다수개의 제2내부도체;를 포함하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 외부도체의 타단에 결합되고 외부도체의 길이방향을 따라 개구되게 형성된 절연체; 및
상기 절연체를 관통해서 설치되는 것으로 내부도체의 각 단부마다 한 개씩 이격되게 설치된 다수개의 점화핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 2에 있어서,
상기 절연체의 밖으로 노출된 점화핀의 단부에는 고전압회로와 연결된 고전압케이블이 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 2에 있어서,
상기 제1내부도체의 단부에서 생성된 플라즈마가 절연체의 내측공간에 집속될 수 있도록 제1내부도체의 단부 및 점화핀의 단부는 절연체의 내측공간에 수용되는 설치된 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 유전체는 4개로 형성되고;
상기 제1내부도체와 제2내부도체 및 점화핀은 유전체와 동일 개수로 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 유전체는 공기이고;
상기 가스공급홀 및 가스이동통로를 통해서 불활성 가스가 유전체로 공급되고;
상기 제2내부도체를 통해서 제1내부도체로 마이크로파가 인가되는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 6에 있어서,
상기 가스공급홀을 통해서 공급된 불활성 가스는 가스이동통로를 통해서 다수개의 유전체로 동시에 공급되는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
청구항 6에 있어서,
상기 가스공급홀을 통해서 공급되는 불활성 가스는 헬륨가스 또는 아르곤가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.