KR101894516B1 - 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 플라즈마의 생성을 위해 스파크를 발생시키는 점화핀(31)이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)에 함께 구비된 것이다.

Description

휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기{PORTABLE MICROWAVE PLASMA GENERTOR}

본 발명은 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마의 생성을 위해 스파크를 발생시키는 점화핀이 구비된 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 관한 기술이다.

휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 플라즈마를 생성시키기 위해서는 일시적으로 고전압을 인가해서 스파크를 발생시키는 고전압모듈이 필요하다.

상기 고전압모듈은 고전압의 인가시 스파크를 발생시키는 점화핀, 및 점화핀으로 고전압을 인가하기 위한 고전압회로를 포함한 구성으로, 종래에는 점화핀 및 고전압회로가 모두 저전력 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기와 분리된 구성으로 되어 있다.

이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)의 헤더를 점화핀(2)이 고정된 플러그(3)에 꽂아서 플라즈마를 생성시키고, 플라즈마 생성 후에는 저전력 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)를 플러그(3)로부터 뽑아서 사용하게 된다.

미설명 도면부호 4는 고전압회로이고, 5는 점화핀과 플러그 및 고전압회로를포함하는 고전압모듈이다.

상기와 같이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)와 점화핀(2)이 서로 분리된 구성은 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)의 헤더를 플러그(3)에 꽂는 작업과 빼는 작업을 반복적으로 수행해야 함에 따라 작업의 불편함이 따르고, 특히 꽂는 작업과 빼는 작업을 수행하는 과정에서 점화핀(3)이 손상될 우려가 있으며, 점화핀(3)이 손상될 경우 플라즈마가 안정적으로 생성될 수 없는 단점이 있다.

또한, 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(1)를 플러그(3)에 꽂은 상태로 플라즈마를 생성시킬 경우, 플라즈마의 생성여부를 작업자가 눈으로 확인할 수 없는 단점도 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, 플라즈마의 생성을 위해 스파크를 발생시키는 점화핀이 구비된 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기를 제공함으로써, 플라즈마 생성을 위한 작업의 편의성을 향상시킬 수 있도록 하고, 점화핀의 손상을 방지함으로써 보다 안정적인 플라즈마의 생성을 가능하게 하며, 플라즈마의 생성여부를 작업자자 직접 눈으로 확인할 수 있으며, 더 나아가 플라즈마 생성의 위한 소비전력을 대폭 낮출 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 제1내부도체 및 제1내부도체를 둘러싸는 유전체를 구비한 동축케이블; 및 상기 동축케이블을 감싸는 외부도체를 포함하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 있어서, 상기 외부도체에 고정되게 설치되는 것으로 일단은 유전체내에 위치해서 제1내부도체와 이격된 상태로 대면하고 타단은 외부도체의 밖으로 돌출되게 돌출된 점화핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외부도체를 관통하도록 절연체가 구비되고; 상기 점화핀은 절연체를 관통하는 형태로 절연체에 고정된 것을 특징으로 한다.

상기 점화핀의 일단은 제1내부도체의 플라즈마 발생부로부터 제1내부도체의 길이방향을 따라 20mm 이내로 이격되면서 제1내부도체의 반경방향으로 5mm 이내로 이격되게 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 외부도체의 밖으로 돌출된 점화핀의 타단에는 고전압회로와 연결된 고전압케이블이 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 한다.

상기 외부도체의 일단에 결합되어서 제1내부도체와 외부도체를 전기적으로 연결하고 유전체와 연결된 적어도 1개 이상의 가스공급홀이 형성된 연결도체; 및 상기 외부도체를 관통하도록 설치되고 제1내부도체와 연결되도록 제2내부도체가 구비된 연결부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유전체는 공기이고; 상기 가스공급홀을 통해서 불활성 가스가 유전체로 공급되고; 상기 제2내부도체를 통해서 마이크로파가 인가되는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명에 의하면, 플라즈마의 생성을 위해 스파크를 발생시키는 점화핀이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 함께 구비된 것으로, 플라즈마 생성을 위한 작업의 편의성을 크게 향상시킬 수 있게 되고, 점화핀의 손상을 방지할 수 있게 됨으로써 보다 안정적인 플라즈마의 생성이 가능하며, 특히 플라즈마의 생성여부를 작업자자 직접 눈으로 확인할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명에 따라 점화핀을 구비한 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기의 도면,
도 3과 도 4는 도 2를 A방향 및 B방향에서 바라본 도면이다.

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

본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 동축케이블(11), 외부도체(12), 연결도체(13), 및 연결부재(14)를 구비한다.

상기 동축케이블(11)은 제1내부도체(16) 및 상기 제1내부도체(16)를 둘러싸는 유전체(17)를 구비하고, 상기 외부도체(12)는 동축케이블(11)을 둘러싸고 있다.

상기 연결도체(13)는 외부도체(12)의 일단에 결합되어서 제1내부도체(16)와 외부도체(12)를 전기적으로 연결하고 또한 유전체(17)와 연결된 적어도 1개 이상의 가스공급홀(18)이 형성된다.

상기 연결부재(14)는 외부도체(12)를 관통하도록 설치되고 제1내부도체(16)와 접속부(19)에서 전기적으로 연결되는 제2내부도체(21)가 내부에 구비된다.

상기 연결부재(14)의 재질은 도체이며, 제2내부도체(21)와 연결부재(14)의 사이에는 절연물질(22)이 채워진다.

본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)는 제2내부도체(21)를 통해 인가되는 900MHz 또는 2.45GHz의 마이크로파 신호의 공진에너지를 이용하여 플라즈마를 생성한다.

연결부재(14), 연결도체(13), 외부도체(12), 제1내부도체(16) 및 제2내부도체(21)는 전기적으로 연결되어 있는데, 이들이 마이크로파 신호의 공진기(resonator)로서 동작하게 된다. 인가되는 마이크로파 신호는 동축케이블(11)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.

동축케이블(11)의 외피와 제1내부도체(16)사이의 유전체(17)로는 공기(air)를 사용 한다. 즉 유전체(17)는 비어 있는 공간이 되며, 이 공간에 플라즈마 이온의 소스(source)가 되는 불활성 가스를 주입하고, 주입된 가스가 마이크로파가 공급되는 도체들(13,12,16,21)의 공진에너지에 의해 플라즈마 상태로 되어 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)의 하부 즉 B 방향으로 방출된다.

동축케이블(11)의 제1내부도체(16)와 연결부재(14)의 제2내부도체(21)의 접속부(19)에서 바라본 동축케이블(11)의 입력임피던스는 접속부의 위치에 따라서 달라진다. 이러한 점을 감안하여 마이크로파 신호를 제2내부도체(21)를 경유하여 동축케이블(11)에 인가하는 마이크로파 발진기 또는 마이크로파 발진기로부터 출력되는 마이크로파 신호를 증폭하는 증폭기와의 임피던스 정합(impedance matching)을 용이하게 조절할 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)를 A방향에서 바라본 도면으로, 외부도체(12)의 중앙부분에 연결도체(13)가 삽입되어 있으며, 연결도체(13)에는 유전체(17)와 연결된 2개의 가스공급홀(18)이 형성되어 있다.

상기 가스공급홀(18)의 개수는 필요에 따라 다양한 개수로 설계가 가능하며, 가스공급홀(18)로 공급되는 불활성 가스의 예로는 헬륨 및 아르곤이 있다.

도 4는 도 2에 도시된 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)를 B방향에서의 바라본 도면으로, 외부도체(12)는 동축케이블(11)을 감싸고 있고, 동축케이블(11)의 중앙부분에는 제1내부도체(16)가 있으며, 동축케이블(11)의 외피와 제1내부도체(16)사이에는 유전체(17)가 있다.

한편, 본 발명에 따른 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)는 외부도체(12)에 고정되게 설치되는 것으로 일단은 유전체(17)내에 위치해서 제1내부도체(16)와 이격된 상태로 대면하고 타단은 외부도체(12)의 밖으로 돌출된 점화핀(31)을 더 포함한다.

상기 점화핀(31)은 외부도체(12)를 관통하는 형태로 외부도체(12)에 고정되게 설치되거나, 또는 외부도체(12)를 관통하지 않고 일단이 유전체(17)내에 위치하도록 외부도체(12)에 고정되게 설치될 수 있다. 본 발명에서는 점화핀(31)이 외부도체(12)를 관통해서 설치된 것을 실시예로서 설명한다.

휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)에 플라즈마를 생성시키기 위해서는 일시적으로 고전압을 인가해서 스파크를 발생시키는 고전압모듈(30)이 필요하며, 상기 고전압모듈(30)은 고전압의 인가시 스파크를 발생시키는 점화핀(31), 및 상기 점화핀(31)으로 고전압을 인가하기 위한 고전압회로(32)를 포함한다.

상기 고전압회로(32)는 구성이 복잡하고 어느 정도 부피가 있는 것으로 이를 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)에 일체로 구비하도록 하는 것은 어렵지만, 상기 점화핀(31)은 구성이 단순하고 소형 부품이기에 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)에 일체로 구비하도록 하는 것은 가능하다.

상기와 같이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)에 점화핀(31)이 함께 구비되면, 플라즈마 생성을 위한 작업의 편의성을 향상시킬 수 있게 되고, 점화핀(31)의 손상을 방지할 수 있게 됨으로써 보다 안정적인 플라즈마의 생성이 가능하며, 특히 플라즈마의 생성여부를 작업자자 직접 눈으로 확인할 수 있는 장점이 있다.

상기 점화핀(31)은 도체이며, 점화핀(31)이 외부도체(12)와 직접 접촉하도록 설치되면 고전압 인가시 쇼트(short circuit)가 발생되어서 고전압회로(32)가 손상되는 문제가 발생하는 바, 이를 예방하기 위해 외부도체(12)를 관통하도록 절연체(33)가 구비되고, 상기 점화핀(31)은 절연체(33)를 관통하는 형태로 절연체(33)에 고정되도록 설치된다.

상기 점화핀(31)의 일단은 제1내부도체(16)의 플라즈마 발생부(16a, 제1내부도체의 일단)로부터 제1내부도체(16)의 길이방향을 따라 20mm 이내(L1)로 이격되면서 제1내부도체(16)의 반경방향으로 5mm 이내(L2)로 이격되게 설치되는 것이 바람직한 바, 이와 같이 점화핀(31)의 이격거리를 한정하는 이유는 고전압 인가에 따른 스파크 발생시 플라즈마가 보다 원활히 생성될 수 있도록 하기 위함이며, 상기 20mm 이상과 5mm 이상으로 이격될 경우 고전압 인가시 점화핀(31)을 통해 스파크가 발생하더라도 제1내부도체(16)의 플라즈마 발생부(16a)에서 플라즈마가 원활히 발생하지 않을 우려가 있다.

제1내부도체(16)의 플라즈마 발생부(16a)에 직접적으로 고전압에 의한 스파크를 발생시키지 않고, 전술한 바와 같이 플라즈마 발생부(16a)로부터 일정거리로 이격된 위치에서 스파크를 발생시키더라도 유전체(17)에 존재하는 불활성 가스의 흐름과 전기장(electric field)의 분포에 의해서 결국 플라즈마 발생부(16a)에서 플라즈마가 생성되는 순간 플라즈마 발생부(16a)로 이동하여 발생된 플라즈마를 유지시켜 줄 수 있게 된다.

상기 외부도체(12)의 밖으로 돌출된 점화핀(31)의 타단에는 고전압회로(32)와 연결된 고전압케이블(34)이 분리 가능하게 결합되는 바, 따라서 플라즈마의 생성을 위해 스파크의 발생이 필요할 때에는 고전압케이블(34)을 점화핀(31)에 결합시켜서 사용하고, 플라즈마가 생성된 후에는 점화핀(31)으로부터 고전압케이블(34)을 분리시키게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 실시예는, 플라즈마의 생성을 위해 스파크를 발생시키는 점화핀(31)이 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기(10)에 함께 구비된 것으로, 플라즈마 생성을 위한 작업의 편의성을 크게 향상시킬 수 있게 되고, 점화핀(31)의 손상을 방지할 수 있게 됨으로써 보다 안정적인 플라즈마의 생성이 가능하며, 특히 플라즈마의 생성여부를 작업자자 직접 눈으로 확인할 수 있는 장점이 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.

10 - 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기
11 - 동축케이블 12 - 외부도체
13 - 연결도체 14 - 연결부재
16 - 제1내부도체 17 - 유전체
21 - 제2내부도체 30 - 고전압모듈
31 - 점화핀 32 - 고전압회로
33 - 절연체 34 - 고전압케이블

Claims (7)

1. 제1내부도체 및 제1내부도체를 둘러싸는 유전체를 구비한 동축케이블; 및 상기 동축케이블을 감싸는 외부도체를 포함하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기에 있어서,
   상기 외부도체에 고정되게 설치되는 것으로 일단은 유전체내에 위치해서 제1내부도체와 이격된 상태로 대면하고, 타단은 외부도체의 밖으로 돌출되며, 상기 외부도체를 관통하는 절연체 내부에 고정된 점화핀;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 점화핀의 일단은 제1내부도체의 플라즈마 발생부로부터 제1내부도체의 길이방향을 따라 20mm 이내로 이격되면서 제1내부도체의 반경방향으로 5mm 이내로 이격되게 설치된 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부도체의 밖으로 돌출된 점화핀의 타단에는 고전압회로와 연결된 고전압케이블이 분리 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 외부도체의 일단에 결합되어서 제1내부도체와 외부도체를 전기적으로 연결하고 유전체와 연결된 적어도 1개 이상의 가스공급홀이 형성된 연결도체; 및
   상기 외부도체를 관통하도록 설치되고 제1내부도체와 연결되도록 제2내부도체가 구비된 연결부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 유전체는 공기이고;
   상기 가스공급홀을 통해서 불활성 가스가 유전체로 공급되고;
   상기 제2내부도체를 통해서 마이크로파가 인가되는 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 가스공급홀을 통해서 공급되는 불활성 가스는 헬륨가스 또는 아르곤가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 휴대용 마이크로파 플라즈마 발생기.

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