KR101805740B1 - 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치 - Google Patents

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Abstract

가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치는, 전원이 인가되는 전원 플레이트를 포함하는 제1 전극; 막대 형상의 복수의 제2 전극; 및 외부 일측면에 상기 전원 플레이트가 결합 되며, 내부에 상기 전원 플레이트의 길이방향에 대해 수직하게 상기 제2 전극을 고정하며, 피처리물을 향하는 상기 제2 전극의 하단이 노출되는 방전공간을 형성하는 전극 고정부를 복수 개 구비하는 유전체 블록을 포함한다.

Description

가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치{APPARATUS OF GENERATING VISIBLE ATMOSPHERE PRESSURE NITROGEN}
본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 특히 대기압 환경에서 가시성 있는(visible) 플라즈마를 발생하는 장치에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)는 중성상태를 이루는 서로 다른 극성의 이온이나 활성상태의 라디칼(radical)과 같은 다량의 반응성 핵종(reactive species)의 플럭스(flux)를 발생한다. 이로 인하여 산업적으로 물체의 표면처리를 위하여 많이 사용되고 있다.
종래 플라즈마를 이용하는 공정에서 플라즈마는 진공 상태의 챔버(chamber) 내에서 고온-고압으로 발생된다.
이러한 종래의 플라즈마 공정에서는, 플라스틱과 같이 융점이 낮은 재료의 표면처리 시 표면이 녹아서 변형되거나 물성이 변하는 문제점이 있다.
또한 챔버를 진공 상태로 유지하기 위한 추가적인 비용이 소요되며, 챔버라는 닫혀진 공간 내에서 플라즈마 처리가 이루어지므로, 피처리물의 크기가 제약되는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위해서, 균일하고 안정된 저온 플라즈마를 진공이 아닌 대기압 상태에서 발생시킬 필요가 있다. 이하에서, 대기압이라고 하면 대기압 또는 대기압 부근의 압력상태를 말한다. 대기압 플라즈마를 이용한다면, 플라스틱과 같이 융점이 낮은 재료의 표면처리 시 표면이 녹아서 변형되거나 물성이 변형되는 것을 방지하여, 플라스틱이나 유리와 같은 재료의 표면처리가 가능하게 된다.
또한 대기압 플라즈마를 이용하면, 제품의 생산 공정 중에도 플라즈마를 연속적으로 할 수 있어서 생산성을 획기적으로 증가시킬 수 있다. 또한 챔버 내에서 진공을 형성시키기 위한 비용이 절약되며, 피 처리물의 크기에 대한 제약이 완화된다.
이러한 대기압 상태에서 플라즈마를 생성하는 방법에는 다이렉트 방전방식(Direct Discharge)과 리모트 방전방식(Remote Discharge)이 있다.
다이렉트 방전방식은 챔버 없이 대기압에서 양 전극을 일정 간격을 띄우고 고전압을 인가해주면 전극 사이 공간에서 방전이 형성되어 플라즈마 발생가스의 이온화가 이루어져 플라즈마(plasma)를 발생하는 방식이다. 다이렉트 방전방식의 플라즈마 발생가스로는 아르곤이 많이 사용되고 있다.
하지만 다이렉트 방전방식은 두 전극 사이에 상당히 높은 전압이 인가되기 때문에 아크(arc)를 발생한다. 이러한 아크는 전극 및 피처리물의 손상을 가져오게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방식으로 리모트 방전방식이 공지되어 있다.
리모트 방전방식은 전극 사이에 유전체 층을 형성하는 방법으로 알려져 있다. 두 전극의 한쪽 또는 양쪽 전극의 표면에 세라믹 등의 절연체 또는 유전체를 피복 또는 밀착하여 고전압을 인가하면 두 전극에서 직접 방전이 일어나지 않고 유전체와 전극 사이 또는 유전체와 유전체 사이에서 방전이 일어나는데, 이를 유전체 장벽 방전(Dielectric barrier Discharge) 또는 무성방전(Silent Discharge)이라 한다.
도 1은 리모트 방전방식의 대기압 플라즈마 발생장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전원공급 수단(1)은 전원 극(2)에 RF(Radio Frequency) 전압을 인가한다. 접지 극(3)은 접지에 전기적으로 연결되어 있으며, 평판형으로 형성되어 있다. 유전체(4)는 전원 극(2)에 밀착 결합 되어 있으며 평판형으로 형성되어 있다. 이러한 유전체(4)로 실리콘 등이 사용되고 있다. 유전체(4)와 접지 극(3) 사이에는 일정 간격이 유지되는 공간이 형성되어 있다.
전원공급 수단(1)에 의해 RF 전원이 전원 극(2)에 인가되면 유전체(4)와 접지 극(3) 사이의 공간(방전공간)에서 방전이 형성되어 플라즈마 발생가스(반응가스)의 이온화가 이루어져 플라즈마가 발생 된다.
유전체(4)는 방전에 의해 전달되는 전하의 양을 제한하며, 방전이 전극 전체로 퍼지도록 하는 역할을 한다. 이러한 유전체 장벽 방전 방식에는 주로 수 ~ 수십 ㎑의 교류 전원이나 펄스 형태의 전원이 인가되며 전압의 크기는 수 ㎸ 정도이다. 유전체 장벽 방전 방식은 전극 간의 전압이 높기 때문에 플라즈마 발생가스의 이온화가 쉽게 이루어져 플라즈마가 발생 된다. 유전체 장벽 방식의 플라즈마 발생가스로는 질소가 많이 사용되고 있다.
이렇게 발생된 플라즈마에는 중성상태를 이루는 서로 다른 극성의 이온들과 활성상태의 라디칼(radical) 등이 포함되어 있다.
활성상태의 라디칼은 접지 극(3)에 형성된 다수의 배출홀(5)을 통해서 외부로 방출된다. 중성상태를 이루는 서로 다른 극성의 이온들은 다수의 배출홀(5)을 통해서 외부로 방출될 만큼의 에너지를 가지고 있지 않기 때문에, 유전체(4)와 접지 극(3) 사이의 공간에 머물러 있게 된다.
이렇게 배출되는 활성상태의 라디칼은 사람의 눈에 보이지 않는다.
따라서 리모트 방전방식의 플라즈마 발생장치에서 눈에 보이지 않는 라디칼만이 배출되기 때문에, 사용자는 피처리물에 대한 처리가 제대로 되고 있는지 확인할 수 없다.
또한, 리모트 방전방식의 플라즈마 발생장치는 내부에 있는 라디칼을 외부로 블로우(blow)하는 방식이다. 이를 위해서 리모트 방전방식의 플라즈마 발생장치는 플라즈마 발생가스로 사용되는 질소를 플라즈마 발생공간(유전체(4)와 접지 극(3) 사이의 공간 즉 방전공간)으로 계속 주입해주어야 한다.
이로 인해서, 리모트 방전방식의 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 발생가스로 사용되는 질소는 다이렉트 방전방식의 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 발생가스로 사용되는 아르곤보다 대략 30배 이상 사용된다.
결국, 리모트 방전방식의 플라즈마 발생장치는 라디칼을 외부로 배출하기 때문에, 다이렉트 방전방식의 플라즈마 발생장치에 비해서 훨씬 많은 양의 플라즈마 발생가스를 사용해야 하는 단점을 가진다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 오랫동안 고심하고 연구하며 노력한 끝에 완성한 것으로 비로소 기본 얼개가 만들어졌다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 등록특허 제10-0771509호(등록일: 2007년 10월 24일)가 있다.
대기압 환경에서 리모트 방전방식으로 발생되는 플라즈마 중 중성상태의 서로 극성을 가진 이온들이 플라즈마 발생공간(방전공간)에서 활성화 상태의 라디칼 등과 외부로 배출되도록 하여 배출되는 플라즈마가 눈에 보이도록 한 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치가 제안된다.
또한, 대기압 환경에서 리모트 방전방식으로 발생되는 플라즈마의 플라즈마 발생가스인 질소 사용량을 줄인 대기압 플라즈마 발생장치가 제안된다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 해결 과제들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 일 양상에 따른 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치는, 전원이 인가되는 전원 플레이트를 포함하는 제1 전극; 막대 형상의 복수의 제2 전극; 및 외부 일측면에 상기 전원 플레이트가 결합 되며, 내부에 상기 전원 플레이트의 길이방향에 대해 수직하게 상기 제2 전극을 고정하며, 피처리물을 향하는 상기 제2 전극의 하단이 노출되는 방전공간을 형성하는 전극 고정부를 복수 개 구비하는 유전체 블록을 포함한다.
이에 따라, 상기 전원 플레이트에 전원 인가시, 상기 전원플레이트와 상기 제2전극 사이에 배치된 상기 유전체 블록에 의해 커패시턴스가 발생되고, 상기 커패시턴스에 의해 상기 제2전극과 제3전극 사이에 방전이 발생하여 상기 방전공간에 주입된 플라즈마 발생가스의 이온화가 이루어져 플라즈마가 발생한다.
상기 복수 개의 전극 고정부는, 일정 간격을 두고서 상기 유전체 블록의 내부에 배열될 수 있다.
상기 제1 전극 및 복수의 제2 전극이 결합된 유전체 블록을 외부에서 감싸는 하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 저면 플레이트에는 상기 방전공간과 대응되게 상기 플라즈마가 상기 피처리물로 배출되는 배출홀이 형성될 수 있다.
이때 상기 저면 플레이트는 접지되어 상기 제3전극으로 동작할 수 있다.
상기 유전체 블록은, 상기 유전체 블록의 외부 일측면을 형성하는 외측면에 상기 전원 플레이트가 안착 고정되는 안착홈이 형성되며, 내측면에 제1 고정홈이 복수 개 형성된 제1 유전체 플레이트;와 내측면에 상기 제1 고정홈과 대응되는 제2 고정홈이 복수 개 형성된 제2 유전체 플레이트를 결합하여 형성될 수 있다.
이에 따라 상기 제1 유전체 플레이트 및 제2 유전체 플레이트 결합시 상기 제1 고정홈 및 제2 고정홈이 결합 되어 상기 전극 고정부를 형성할 수 있다.
상기 방전공간을 형성하기 위해서 상기 제2 전극의 하단을 노출시키는 상기 제1 고정홈 및 제2 고정홈 각각의 하단 안착홈의 폭은, 상기 제2 전극의 몸체를 고정하기 위한 각각의 몸체 고정홈의 폭 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제2 고정홈의 하단 안착홈 벽면에 상기 방전공간에 플라즈마 발생가스의 주입을 위한 주입홀이 형성될 수 있다.
일면이 상기 제2 유전체 플레이트의 타측면과 결합 되고, 타면이 상기 하우징의 배면 플레이트의 내측면과 결합되고, 상기 배면 플레이트에서 공급되는 플라즈마 발생가스를 상기 주입홀로 균일하게 공급하기 위한 복수의 공급홀이 형성된 매니폴드 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 배면 플레이트에는, 상기 배면 플레이트의 일측면에 형성되어 외부로부터 상기 플라즈마 발생가스를 공급받기 위한 삽입구와, 상기 삽입구로부터 상기 배면 플레이트 내부에 길이방향으로 형성되는 수평 가스 공급관과, 수평 가스 공급관의 끝단에서 폭 방향으로 연장되어 상기 배면 플레이트의 내측면으로 노출되는 수직 공급관이 형성될 수 있다.
상기 수직 공급관은 상기 매니폴드 플레이트의 복수의 공급 홀과 연결될 수 있다.
상기 하우징의 우측 플레이트에는, 상기 전원 플레이트에 전원을 공급하기 위한 플러그를 수용하기 위한 플러그 삽입홀이 형성될 수 있다.
상기 플러그와 전기적으로 연결되는 소켓을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 전극은, 일측이 상기 전원 플레이트와 결합 되며, 타측이 상기 유전체 블록의 외부 일측면에 결합 되고 상기 소켓과 전기적으로 연결되어 상기 소켓을 통해 인가된 상기 전원을 상기 전원플레이트에 인가하는 전극바를 더 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 발생가스는 질소, 이산화탄소, 공기 중 어느 하나일 수 있다.
상기 유전체 블록의 재질은, 세라믹(ceramic)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 대기압 환경에서 리모트 방전방식으로 발생되는 플라즈마 중 중성상태의 서로 극성을 가진 이온들이 플라즈마 발생공간(방전공간)에서 활성화 상태의 라디칼 등과 외부로 배출되도록 하여 배출되는 플라즈마가 눈에 보이도록 할 수 있다.
또한, 유전체 블록의 내부에 일정간격으로 형성된 전극 고정부의 하단에 형성된 방전공간에 각각 플라즈마 발생가스를 주입함으로써, 대기압 환경에서 리모트 방전방식으로 발생되는 플라즈마의 플라즈마 발생가스인 질소 사용량을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 리모트 방전방식의 대기압 플라즈마 발생장치의 개념도이다.
도 2, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시성 있는 대기압 플라즈마 장치의 결합 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시성 있는 대기압 플라즈마 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 전극 고정부의 구조를 나타낸 것이다.
도 6, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유전체 블록의 분해 사시도이다.
도 8은 제2 유전체 플레이트의 내측면 일부 확대도이다.
도 9는 제1 유전체 플레이트의 내측면 일부 확대도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 전극의 사시도이다.
도 11은 유전체 블록에 형성된 진공공간과 저면 플레이트에 형성된 배출홀 간의 관계를 나타내는 사시도이다.
도 12는 매니폴드 플레이트 일면을 나타낸 것이고, 도 13은 매니폴드 플레이트 타면을 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.　
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.　
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안됨은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가시성 있는 대기압 플라즈마 장치의 결합 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가시성 있는 대기압 플라즈마 장치의 분해 사시도이고, 도 5는 전극 고정부의 구조를 나타낸 것이고, 도 6, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유전체 블록의 분해 사시도이고, 도 8은 제2 유전체 플레이트의 내측면 일부 확대도이고, 도 9는 제1 유전체 플레이트의 내측면 일부 확대도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제2 전극의 사시도이고, 도 11은 유전체 블록에 형성된 진공공간과 저면 플레이트에 형성된 배출홀 간의 관계를 나타내는 사시도이고, 도 12는 매니폴드 플레이트 일면을 나타낸 것이고, 도 13은 매니폴드 플레이트 타면을 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 13을 참조하면, 제1 전극은 외부에서 전원을 인가받는 전원 플레이트(20)를 포함한다. 이때 외부에서 인가되는 전원은 10[kV] ~ 15[kV], 주파수 20 ~ 50[KHz]를 가진 전원일 수 있다. 그러나 전원의 종류는 이에 제한되지 않는다.
복수의 제2 전극(40)은 막대 형상을 가지며, 제1 전극의 전원 플레이트(20)의 길이방향과 수직하게 일정간격으로 배열된다.
복수의 제2 전극(40)이 전원 플레이트(20)의 길이방향과 수직하게 일정간격으로 배열되는 구조는 유전체 블록(30)의 내부에 일정간격으로 형성된(배열된) 전극 고정부(34, 도 5에 도시됨)에 의해서 달성될 수 있다.
즉 유전체 블록(30)의 외부 일측면에 전원 플레이트(20)가 결합되며, 유전체 블록(30)의 내부에 상기 전원 플레이트(20)의 길이방향과 수직하게 일정간격으로 형성된 복수 개의 전극 고정부(34) 각각에 제2 전극(40)이 삽입 고정된다.
이렇게 상기 복수 개의 전극 고정부 각각에 제2 전극(40)이 삽입 고정됨으로써, 복수의 제2 전극(40)은 상기 전원 플레이트(20)의 길이방향과 수직하게 일정간격으로 배열된다.
이때 상기 전극 고정부(34)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 유전체 플레이트(32)와 제2 유전체 플레이트(36)의 결합에 의해서 형성될 수 있다.
이렇게 형성되는 전극 고정부(34)는 제2 전극(40)의 상단(40b)이 밀착 고정되는 상단 고정공간(35), 제2 전극(40)의 몸체(40a)가 밀착 고정되는 몸체 고정공간(38) 및 제2 전극(40)의 하단(40c)이 노출되는 방전공간(39)으로 구성된다.
상단 고정공간(35) 및 방전공간(39)의 폭은 몸체 고정공간(38)의 폭보다 크며, 상단 고정공간(35)의 폭은 방전공간(39)의 폭과 같을 수 있다. 그리고 방전공간(39)의 폭은 제2 전극(40)의 하단(40c)이 방전공간(39)에 노출되도록 제2 전극(40)의 하단(40c) 폭보다 클 수 있다.
이렇게 전극 고정부(34)에 고정되는 제2 전극의 하단(40c)은 도 5 및 도 10에 도시된 바와 같이 뾰족하게 형성될 수 있다. 이에 따라서, 제2 전극(40)은 도 10에 도시된 바와 같이 못 형상을 가질 수 있다.
그러나 이에 한정되지 않고 제2 전극의 하단(40c)은 은 라운드 처리되거나 또는 구 형태를 가질 수 있다.
이러한 구조를 갖는 대기압 플라즈마 발생장치에서 플라즈마는, 전원 플레이트(20)에 전원 인가시, 전원플레이트(20)와 제2 전극(40) 사이에 배치된 유전체 블록(30)에 의해 커패시턴스(capacitance)가 발생되고, 이렇게 발생된 커패시턴스에 의해서 제2 전극(40)과 제3 전극 사이에 방전이 발생하여 상기 방전공간(39)에 주입된 플라즈마 발생가스의 이온화가 이루어져 발생 된다.
이때 상기 제3 전극은 후술한 하우징(10)의 저면 플레이트(12)가 접지됨으로써 구현될 수 있다. 다시 말해서 저면 플레이트(12)가 접지되어 상기 제3 전극으로 동작할 수 있다.
이렇게 외부로 배출되는 플라즈마에는 서로 다른 극성을 가지고 색깔을 방출하는 이온들과 라디칼이 포함되어 있다.
따라서 서로 다른 극성을 가지고 색깔을 방출하는 이온들이 배출되기 때문에 사용자는 색깔을 띠는 플라즈마를 보고서 피처리물에 대한 플라즈마 처리가 제대로 되는지를 확인할 수 있게 된다.
그리고 라디칼 뿐만 아니라 서로 다른 극성을 갖는 이온들까지 외부로 배출되기 때문에 플라즈마 처리 효과가 종래 리모트 방전방식보다 높아지게 된다.
또한 플라즈마 발생가스로는 주로 질소를 이용할 수 있다. 질소는 일반적으로 용이하게 획득할 수 있고 가격도 저렴하다. 따라서 플라즈마 발생을 위해서 소모되는 비용을 줄일 수 있다.
하지만 이에 한정되지 않고 플라즈마 발생가스로 이산화탄소 또는 공기를 이용할 수도 있다.
또한 배출되는 질소 플라즈마의 온도가 대략 50 내지 60도로 매우 낮아서, 바이오, 의료 등의 살균에 사용될 수 있다.
전극 고정부(34)의 형성을 위해서 제1 유전체 플레이트(32)와 제2 유전체 플레이트(36)의 결합이 이루어져야 한다.
즉, 제1 유전체 플레이트(32)와 제2 유전체 플레이트(36) 결합시, 복수의 전극 고정부(34)는 제1 유전체 플레이트(32)의 내측면에 일정 간격을 두고서 복수 개 형성된 제1 고정홈(33)과 이에 대응되게 제2 유전체 플레이트(32)의 내측면에 일정 간격을 두고서 복수 개 형성된 제2 고정홈(37)의 결합에 의해서 형성될 수 있다.
이때 제1 유전체 플레이트(32)와 제2 유전체 플레이트(36)의 재질은 세라믹(ceramic)일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 유전율을 갖는 물질이라면 어느 것이라도 사용할 수 있다.
제1 고정홈(33)은 제2 전극(40)의 상단(40b)이 안착되는 제1 상단 고홈(33c), 제2 전극(40)의 몸체(40a)가 안착 되는 제1 몸체 고정홈(33a), 제2 전극(40)의 하단(40c)이 안착되는 제1 하단 안착홈(33b)으로 구성될 수 있다.
이때 제1 하단 안착홈(33b)의 폭은 방전공간(39)의 형성을 위해서 제2 전극(40)의 하단(40b) 폭보다 크게 형성될 수 있다.
그리고 제1 하단 안착홈(33b)의 폭은 제1 몸체 고정홈(33a)의 폭 보다 크게 형성될 수 있으며, 제1 상단 안착홈(33c)의 폭과 같게 형성될 수 있다.
제2 고정홈(37)은 제2 전극(40)의 상단(40b)이 안착되는 제2 상단 고홈(37c), 제2 전극(40)의 몸체(40a)가 안착되는 제2 몸체 고정홈(37a), 제2 전극(40)의 하단(40c)이 안착되는 제2 하단 안착홈(37b)로 구성될 수 있다.
이때 제2 하단 안착홈(37b)의 폭은 방전공간(39)의 형성을 위해서 제2 전극(40)의 하단(40b) 폭보다 크게 형성될 수 있다.
그리고 제2 하단 안착홈(37b)의 폭은 제2 몸체 고정홈(37a)의 폭 보다 크게 형성될 수 있으며, 제2 상단 안착홈(37c)의 폭과 같게 형성될 수 있다.
나아가서, 제1 고정홈(33)과 이에 대응하는 제2 고정홈(37)의 결합을 통해서 전극 고정부(34)가 형성되는데, 전극 고정부(34)의 하단에 형성되는 방전공간(39)에 플라즈마 발생가스를 주입하기 위해서, 제2 고정홈(37)의 제2 하단 안착홈(37b)에 주입홀(36a)가 형성될 수 있다. 이 주입홀(36a)은 제2 하단 안착홈(37b) 벽면에서 제2 유전체 플레이트(36)의 외측면까지 관통하는 홀이다.
이렇게 전극 고정부(34)의 방전공간(39)에 각기 플라즈마 발생을 위해서 플라즈마 발생가스의 주입홀(36a)이 형성됨으로써, 종래 기술인 리모트 방전방식(내부에 있는 라디칼을 외부로 블로우(blow)해주는 방식)보다 플라즈마 발생가스의 소모량이 작아지게 된다.
유전체 블록(30)의 내부에 일정간격으로 형성된 전극 고정부(34)의 방전공간(39)에 플라즈마 발생가스를 균일하게 공급해주기 위해서, 본 발명의 실시예에서는 매니폴드 플레이트(50)를 더 포함할 수 있다.
매니폴드 플레이트(50)는 알루미늄의 재질을 가질 수 있으며, 일면이 제2 유전체 플레이트(36)의 타측면과 밀착 결합되고, 타면이 후술할 하우징(10)의 배면 플레이트(14)의 내측면과 밀착 결합 된다.
매니폴드 플레이트(50)의 일면에는 도 13에 도시된 바와 같이, 제2 유전체 플레이트(36)에 형성된 복수의 주입홀(36a)에 플라즈마 발생가스를 균일하게 제공하기 위한 균일 공급부(53)이 형성되어 있다.
매니폴드 플레이트(50)의 타면에는 도 12에 도시된 바와 같이 배면 플레이트(14)로부터 플라즈마 발생가스를 공급받는 외부 공급부(51)가 형성되어 있다.
상기 균일 공급부(53)와 외부 공급부(51)를 관통하는 적어도 하나의 공급 홀(53)이 매니폴드 플레이트(50)에 형성될 수 있다.
즉 배면 플레이트(14)에서 공급되는 플라즈마 발생가스는 적어도 하나의 공급 홀(53)을 통해서 균일 공급부(53)에 균일하게 조절된 후, 복수의 주입홀(36a)을 통해서 복수의 전극 고정부(34)의 방전공간으로 공급된다.
한편, 배면 플레이트(14)에는 일측에 플라즈마 발생가스 주입을 위한 호스를 체결하기 위한 피팅(70)이 삽입되는 삽입구(14)가 형성되어 있으며, 삽입구(14)로부터 배면 플레이트(14) 내부에 길이방향으로 형성되는 수평 가스 공급관(미도시)과, 수평 가스 공급관의 끝단에서 폭 방향으로 연장되어 배면 플레이트(14)의 내측면으로 노출되는 수직 공급관(14b)이 형성된다.
이 수직 공급관(14b)은 매니폴트 플레이트(50)의 타면에 형성된 외부 공급부(51)에 연결된다.
즉 플라즈마 발생가스는 수직 공급관(14b)을 통해서 외부 공급부(51)로 공급되고, 외부 공급부(51)에서 적어도 하나의 공급홀(53)을 통해 균일 공급부(53)로 공급되고, 최종적으로 복수의 전극 고정부(34)의 방전공간(39)으로 각각 공급된다.
이렇게 복수의 전극 고정부(34)의 방전공간(39)에 각각 플라즈마 발생가스가 공급된 상태에서 제1 전극의 전원플레이트(20)에 전원이 인가되면, 전원플레이트(20)와 복수의 제2 전극(40) 사이에 배치된 유전체 블록(30)에 의해 커패시턴스가 발생된다. 이렇게 발생된 커패시턴스에 의해 복수의 제2 전극(40)과 상기 제3 전극 사이에 방전이 발생한다. 이 방전으로 인해서 방전공간(39)에 공급된 플라즈마 발생가스의 이온화가 이루어져 플라즈마가 발생한다.
이렇게 발생된 플라즈마가 피처리물로 균일하게 배출되도록 하기 위해서, 제1 전극 및 복수의 제2 전극이 결합된 유전체 블록(30)을 외부에서 감싸는 하우징(10)의 저면 플레이트(12)에 복수의 방전공간(39)의 위치에 대응되게 복수의 방출홀(12a)이 형성된다. 이러한 저면 플레이트(12)에는 유전체 블록(30)이 안착되는 유전체 블록 안착홈(12b)이 형성된다. 이때 상기 저면 플레이트(12)는 접지되어 상기 제3 전극으로 동작한다.
한편, 하우징(10)을 구성하는 각 면의 플레이트 재질은 알루미늄일 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다.
하우징(10)의 우측 플레이트(16)에는 전원 플레이트(20)에 전원을 공급하기 위한 플러그(60)를 수용하기 위한 플러그 삽입홀(16a)이 형성된다.
이 플러그(60)는 소켓(24)의 일단과 결합 된다.
소켓(24)의 타단은 도 6에 도시된 바와 같이 전극바(22)의 타단(22b)에 형성된 삽입홀(22)에 삽입된다. 전극바(22)의 일단(22a)에 형성된 전극 고정홀(22a) 및 전원 플레이트(20)의 플레이트 고정홀(20a)은 나사 결합에 의해서 고정될 수 있다.
이에 따라서 전원플레이트(20)의 전원이 인가될 수 있게 된다.
전극 고정홀(22a)와 플레이트 고정홀(20a)을 결합하는 나사, 소켓(24), 전극바(22), 전원플레이트(20)는 모두 황동(brass)의 재질을 가질 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않는다.
또한 전원플레이트(20)는 전극바(22)와 고정된 상태에서 제1 유전체 플레이트(32)의 외측면에 형성된 안착홈(32a)이 안착되고, 제1 유전체 플레이트(32)에 형성된 결합홀(32b)에 전극바(22)의 타단(22b)가 삽입 결합됨으로써, 전원플레이트(20)가 제1 유전체 플레이트(32)에 고정 결합된다.
전원플레이트(20)와 제1 유전체 플레이트(32)의 고정 결합을 위해서, 본 발명의 실시예에서는 복수의 스페이서(18a, 18b, 18c), 복수의 보조 스페이서(19a, 19b, 19c)를 포함할 수 있다. 복수의 스페이서(18a, 18b, 18c), 복수의 보조 스페이서(19a, 19b, 19c)는 Ultem 수지의 재질을 가질 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않는다.
복수의 스페이서(18a, 18b, 18c) 일단은 각각 하우징(10)의 정면 플레이트(13)에 형성된 고정홀(13a, 13b, 13c)에 결합되어 고정되고, 이렇게 고정된 상태에서 복수의 스페이서(18a, 18b, 18c)의 타단은 각각 직접 전원 플레이트(20)를 고정 지지하거나, 복수의 보조 스페이서(19a, 19b, 19c)를 매개하여 전원 플레이트(20)를 고정 지지할 수 있다.
정면 플레이트(13)와 배면 플레이트(14)는 고정 블록(17)과 나사 결합을 통해서 결합 고정될 수 있다. 이때, 고정 블록(17)의 재질은 테프론(tefron)일 수 있다.
정면 플레이트(13), 배면 플레이트(14), 좌측 플레이트(15), 우측 플레이트(16), 상면 플레이트(11) 및 저면 플레이트(12)는 나사 결합에 의해서 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않는다.
플라즈마를 발생하는 과정에서 발생하는 열을 외부로 방출하기 위해서, 하우징(10)에는 배출 수단이 마련될 수 있다.
즉 상면 플레이트(11)에는 열을 외부로 방출하는 복수의 방출홀(11a)이 형성될 수 있다.
정면 플레이트(11)에는 열을 외부로 방출하기 위한 복수의 정면 돌기(13f)가 형성될 수 있다.
배면 플레이트(14)에는 열을 외부로 방출하기 위한 복수의 배면 돌기(14c)가 형성될 수 있다.
좌측 플레이트(15)에는 열을 외부로 방출하기 위한 복수의 좌측 돌기(15a)가 형성될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 내용 및 그와 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 전원이 인가되는 전원 플레이트를 포함하는 제1 전극;
    막대 형상의 복수의 제2 전극; 및
    외부 일측면에 상기 전원 플레이트가 결합 되며, 내부에 상기 전원 플레이트의 길이방향에 대해 수직하게 상기 제2 전극을 고정하며, 피처리물을 향하는 상기 제2 전극의 하단이 노출되는 방전공간을 형성하는 전극 고정부를 복수 개 구비하는 유전체 블록을 포함하며,
    상기 전원 플레이트에 전원 인가시, 상기 전원플레이트와 상기 제2전극 사이에 배치된 상기 유전체 블록에 의해 커패시턴스가 발생되고, 상기 커패시턴스에 의해 상기 제2전극과 제3전극 사이에 방전이 발생하여 상기 방전공간에 주입된 플라즈마 발생가스의 이온화가 이루어져 플라즈마가 발생되고,
    상기 복수 개의 전극 고정부는, 일정 간격을 두고서 상기 유전체 블록의 내부에 배열되는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극 및 복수의 제2 전극이 결합된 유전체 블록을 외부에서 감싸는 하우징을 더 포함하며,
    상기 하우징의 저면 플레이트에는 상기 방전공간과 대응되게 상기 플라즈마가 상기 피처리물로 배출되는 배출홀이 형성되며,
    상기 저면 플레이트는 접지되어 상기 제3전극으로 동작하는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 유전체 블록은,
    상기 유전체 블록의 외부 일측면을 형성하는 외측면에 상기 전원 플레이트가 안착 고정되는 안착홈이 형성되며, 내측면에 제1 고정홈이 복수 개 형성된 제1 유전체 플레이트;와
    내측면에 상기 제1 고정홈과 대응되는 제2 고정홈이 복수 개 형성된 제2 유전체 플레이트를 결합하여 형성되며,
    상기 제1 유전체 플레이트 및 제2 유전체 플레이트 결합시 상기 제1 고정홈 및 제2 고정홈이 결합 되어 상기 전극 고정부가 형성되는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방전공간을 형성하기 위해서 상기 제2 전극의 하단을 노출시키는 상기 제1 고정홈 및 제2 고정홈 각각의 하단 안착홈의 폭은, 상기 제2 전극의 몸체를 고정하기 위한 각각의 몸체 고정홈의 폭 보다 크게 형성되는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 고정홈의 하단 안착홈 벽면에 상기 방전공간에 플라즈마 발생가스의 주입을 위한 주입홀이 형성된, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    일면이 상기 제2 유전체 플레이트의 타측면과 결합 되고, 타면이 상기 하우징의 배면 플레이트의 내측면과 결합되고, 상기 배면 플레이트에서 공급되는 플라즈마 발생가스를 상기 주입홀로 균일하게 공급하기 위한 복수의 공급홀이 형성된 매니폴드 플레이트를 더 포함하는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배면 플레이트에는, 상기 배면 플레이트의 일측면에 형성되어 외부로부터 상기 플라즈마 발생가스를 공급받기 위한 삽입구와, 상기 삽입구로부터 상기 배면 플레이트 내부에 길이방향으로 형성되는 수평 가스 공급관과, 수평 가스 공급관의 끝단에서 폭 방향으로 연장되어 상기 배면 플레이트의 내측면으로 노출되는 수직 공급관이 형성되며,
    상기 수직 공급관은 상기 매니폴드 플레이트의 복수의 공급 홀과 연결되는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징의 우측 플레이트에는, 상기 전원 플레이트에 전원을 공급하기 위한 플러그를 수용하기 위한 플러그 삽입홀이 형성되는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 플러그와 전기적으로 연결되는 소켓을 더 포함하며,
    상기 제1 전극은, 일측이 상기 전원 플레이트와 결합 되며, 타측이 상기 유전체 블록의 외부 일측면에 결합 되고 상기 소켓과 전기적으로 연결되어 상기 소켓을 통해 인가된 상기 전원을 상기 전원플레이트에 인가하는 전극바를 더 포함하는, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 플라즈마 발생가스는 질소, 이산화탄소, 공기 중 어느 하나인, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체 블록의 재질은, 세라믹(ceramic)인, 가시성 있는 대기압 플라즈마 발생장치.
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