KR101952484B1 - 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스 - Google Patents

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Abstract

적층형 면방전 플라즈마 발생 소스가 개시된다. 상기 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스는, 일정 면적을 갖는 베이스 전극; 상기 베이스 전극의 상면에 적층되어 있는 유전층; 및 상기 유전층 상면에 적층되어 있는 플로팅 전극모듈을 포함하고, 상기 플로팅 전극모듈은 둘 이상의 플로팅 전극 및 하나 이상의 유전체가 상기 유전층의 상면에서 상기 플로팅 전극을 시작으로 하여 교대로 적층되어 구성되고, 상기 베이스 전극 및 상기 플로팅 전극모듈에서 최상층에 위치한 플로팅 전극 사이에 고전압이 인가되고, 상기 고전압이 인가되면 상기 유전층 및 유전층과 접한 최하부 플로팅 전극으로부터 최상부 플로팅 전극 방향으로 플라즈마 발생 영역이 확대되는 것을 특징으로 한다.

Description

적층형 면방전 플라즈마 발생 소스{STACKED TYPE SURFACE DISCHARGE PLASMA GENERATING SOURCE}
본 발명은 플라즈마 발생 소스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플라즈마 발생 영역이 확대될 수 있는 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)란 이온화된 가스를 의미하고, 원자 또는 분자로 이루어진 가스에 에너지를 이용하여 여기시키면, 전자, 이온, 분해된 가스, 및 광자(photon) 등으로 이루어진 플라즈마가 형성된다. 이러한 플라즈마는 피처리물의 표면 처리, 살균 등에 널리 이용되고 있다.
또한, 대면적 또는 대용량의 피처리물을 플라즈마 처리하기 위해 플라즈마의 생성 영역을 증대시킬 수 있는 플라즈마 장치가 개발되고 있다.
플라즈마를 생성시키는 기술의 일 예로, 유전막 방전 기술이 있다. 유전막 방전 기술로는 대표적으로 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방전기술이 이용되고 있다. DBD 방전기술을 이용한 플라즈마 처리장치는 평판 전극 사이에 피처리대상물을 놓고, 불활성 기체를 이용하여 유전막 방전을 일으키면, 플라즈마가 발생되고, 플라즈마를 피처리대상물의 표면에 접촉시켜 피처리대상물의 표면을 처리하게 된다.
플라즈마 생성 영역을 증대시키기 위해, 예를 들어, 상기 DBD 방전 기술의 경우 플라즈마 생성 영역의 증대를 위해 전극의 크기를 대면적으로 하여 방전 부피를 증대시키는 기술이 알려져 있다. 전극의 크기를 대면적으로 하여 방전 부피를 증대시키는 것은 2차원의 평면적인 플라즈마 생성 영역의 증대만을 가능하게 한다.
이러한 2차원의 평면적인 플라즈마 생성 영역의 증대는 대면적의 피처리물, 예를 들면, 대면적의 기판의 표면을 처리하기에는 용이하지만, 대용량의 피처리물, 예를 들면, 다량으로 쌓인 대용량의 농작물, 식품 등의 살균, 저장을 위해 플라즈마가 이용되는 경우 플라즈마가 생성되는 전극의 표면에 근접한 피처리물에 대해서만 살균 효과가이 우수하고, 플라즈마가 생성되는 전극의 표면보다 높게 위치한 원거리의 피처리물에 대해서는 살균 효과가 미비해지는 문제가 발생된다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수평면에 평행한 수평 방향 및 수평면에 수직한 높이 방향으로 방전 부피가 확대될 수 있으므로 플라즈마 생성 범위가 수평면에 평행한 수평 방향 및 수평면에 수직한 높이 방향으로 확대될 수 있고, 플라즈마 생성 범위가 수평 방향 및 높이 방향으로 확대됨에 따라 대면적 또는 대용량의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리가 가능하도록 한 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스를 제공하는데 있다.
또한, 수평면에 수직한 높이 방향으로 확대되는 방전 부피를 조절할 수 있도록 한 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스를 제공하는데 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스는, 일정 면적을 갖는 베이스 전극; 상기 베이스 전극의 상면에 적층되어 있는 유전층; 및 상기 유전층 상면에 적층되어 있는 플로팅 전극모듈을 포함하고, 상기 플로팅 전극모듈은 둘 이상의 플로팅 전극 및 하나 이상의 유전체가 상기 유전층의 상면에서 상기 플로팅 전극을 시작으로 하여 교대로 적층되어 구성되고, 상기 베이스 전극 및 상기 플로팅 전극모듈에서 최상층에 위치한 플로팅 전극 사이에 고전압이 인가되고, 상기 고전압이 인가되면 상기 유전층 및 유전층과 접한 최하부 플로팅 전극으로부터 최상부 플로팅 전극 방향으로 플라즈마 발생 영역이 확대되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예로, 상기 플로팅 전극모듈은 둘 이상이 상기 유전층 상에 일정 패턴으로 분포하여 위치할 수 있다.
일 실시예로, 상기 플로팅 전극모듈이 다수인 경우 각각의 플로팅 전극모듈은 상기 제2 전압이 전달되도록 서로 연결될 수 있다.
일 실시예로, 상기 플로팅 전극 및 유전체의 적층개수는, 상기 플로팅 전극은 2n개이고, 유전체는 2n-1개이고, 상기 n은 1이상의 자연수일 수 있다.
일 실시예로, 상기 유전체는 세라믹이고, 상기 플로팅 전극은 스테인레스일 수 있다.
상기 플라즈마 발생 소스는 살균을 요하는 피처리 대상의 살균, 농수산물 및 식품의 저장 및 유통을 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스에 의하면, 수평 방향 및 수평면에 수직한 높이 방향으로 방전 부피가 확대될 수 있으므로 플라즈마 생성 범위가 수평면에 평행한 수평 방향 및 수평면에 수직한 높이 방향으로 확대될 수 있고, 플라즈마 생성 범위가 수평 방향 및 높이 방향으로 확대됨에 따라 대면적 또는 대용량의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리가 가능해지는 이점이 있다.
또한, 수평면에 수직한 높이 방향으로 확대되는 방전 부피를 조절할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스의 일 실시 형태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스는, 베이스 전극(110), 유전층(120), 플로팅 전극모듈(130)을 포함한다.
베이스 전극(110)은 유전층(120) 및 플로팅 전극모듈(130)과의 적층 구조에서 최하부에 위치하는 전극이다. 베이스 전극(110)에는 제1 전압이 인가될 수 있다. 예를 들면, 제1 전압은 그라운드(ground) 전압일 수 있다. 베이스 전극(110)의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 일 예로, 사각의 기판 형태로 이루어질 수 있다. 또한 베이스 전극(110)의 재질에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 스테인레스 재질일 수 있다.
유전층(120)은 베이스 전극(110)의 형상 및 크기에 대응하는 형상 및 크기로 베이스 전극(110)의 상면에 적층될 수 있다. 유전층(120)의 재질은 베이스 전극(110) 및 플로팅 전극모듈(130)을 물리적 및 전기적으로 절연시킬 수 있는 재질일 수 있고, 예를 들면, 세라믹 재질일 수 있다.
플로팅 전극모듈(130)은 둘 이상의 플로팅 전극(131) 및 플로팅 전극들 사이에 면접하여 배치되는 유전체(132)가 조합되어 모듈 형태로 구비될 수 있고, 유전층(120) 상에 적층된다.
둘 이상의 플로팅 전극(131)에는 베이스 전극(110)에 인가되는 제1 전압과 크기가 다른 제2 전압, 예를 들면, 플로팅 전극(131) 간의 방전이 가능한 고전압이 인가될 수 있고, 상부로 적층되는 플로팅 전극(131)은 하부에 위치한 플로팅 전극(131)으로부터 플로팅되어 있다. 여기서, 전기적으로 플로팅되어 있다는 것은 두 전극이 물리적으로는 유전체(132)와 접하여 있으나 도선을 통해 연결되지 않고 유전체(132)를 통해 이격되어 있는 상태를 의미한다.
유전체(132)는 플로팅 전극모듈(130)의 각각의 플로팅 전극(131)에 대응하는 형상 및 크기로 적층될 수 있다. 유전체(132)는 서로 평행하게 위치한 플로팅 전극(131) 대 플로팅 전극(131)의 사이에서 두 전극을 물리적 및 전기적으로 절연시킬 수 있는 재질일 수 있다. 예를 들면, 세라믹 재질일 수 있다.
둘 이상의 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)는 베이스 전극(110) 및 유전층(120)의 적층 방향을 따라 교대로 적층된다. 즉, 순차적으로 플로팅 전극(131), 유전체(132), 플로팅 전극(131)이 교대로 적층된다. 둘 이상의 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)의 적층 개수는, 플로팅 전극(131)은 2n개이고, 유전체(132)는 2n-1개이다. 여기서, n은 1이상의 자연수이다.
이러한 플로팅 전극모듈(130)의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 플로팅 전극모듈(130)의 평면 형상이 원, 막대, 다각형 등의 형상으로 구비될 수 있다.
또한, 플로팅 전극모듈(130)은 유전층(120) 상에 일정 패턴으로 둘 이상 분포하여 위치할 수 있다. 상기 패턴의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들면, 각각의 플로팅 전극모듈(130)이 일정 간격으로 병렬 배열되는 형태로 분포하여 위치할 수 있다. 이러한 경우, 각각의 플로팅 전극모듈(130)은 제2 전압이 인가되기 위해 각각의 플로팅 전극모듈(130)의 최상층에 위치한 플로팅 전극(131)에 각각 도선을 연결하여 제2 전압을 인가시키는 형태로 구성될 수도 있고, 또는 각각의 플로팅 전극모듈(130)의 최상층에 위치한 플로팅 전극(131)이 서로 연결되어 하나의 플로팅 전극모듈(130)에 제2 전압을 인가하면 나머지 플로팅 전극모듈(130)들에도 제2 전압이 전달될 수 있는 형태로 구비될 수도 있다.
도 2는 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스의 일 실시 형태를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 베이스 전극(110)은 사각의 기판 형태로 구비될 수 있고, 베이스 전극(110)의 위로 적층된 유전층(120)은 베이스 전극(110)과 동일한 기판 형태로 구비될 수 있다.
유전층(120) 상에 적층되는 플로팅 전극모듈(130)은 다수일 수 있고, 각각의 플로팅 전극모듈(130)은 바 형태를 이루어 등간격으로 병렬로 배열될 수 있다. 각각의 플로팅 전극모듈(130)은 3개의 플로팅 전극(131) 및 2개의 유전체(132)가 교대로 적층된 형태일 수 있다. 이러한 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)의 적층 개수는 예시적인 형태일 뿐 더 많은 개수로 적층될 수 있다.
이러한 각각의 플로팅 전극모듈(130)의 배열 형태에서 각각의 플로팅 전극모듈(130)을 구성하는 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)는 전극 대 전극, 유전체 대 유전체를 연결하는 일체형의 각각의 연결부(131a, 132a)를 통해 연결될 수 있다.
이러한 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스는 베이스 전극(110) 및 플로팅 전극모듈(130)의 최상층에 위치한 플로팅 전극(131)에 각각 제1 전압 및 제2 전압을 인가하면 플로팅 전극모듈(130) 주위에 방전이 일어나고, 이에 따라 유전층(120) 및 유전층(120)과 접한 최하부 플로팅 전극(131)으로부터 최상부 플로팅 전극(131) 방향으로 플라즈마 발생 영역(10)이 확대된다. 여기서, 베이스 전극(110) 및 플로팅 전극모듈(130)의 최상층에 위치한 플로팅 전극(131)에 인가되는 전압은 교류 전압일 수 있다.
플로팅 전극(131) 주위에 발생되는 방전은 플로팅 전극(131)의 적층 방향을 따라 발생된다. 즉, 유전체(132)를 사이에 두고 적층되어 있는 플로팅 전극(131)들 사이에 방전이 발생된다. 따라서, 플로팅 전극(131)의 적층 개수에 따라 방전 범위는 확대되어 플라즈마 발생 영역(10)이 확대된 방전 범위에 따라 확대된다.
이러한 본 발명에 따른 적층형 면방전 플라즈마 발생 소스는 플로팅 전극모듈(130)의 플로팅 전극(131)의 적층 개수에 따라 방전 범위가 확대되므로 플라즈마 발생 가능한 방전 부피가 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)의 적층 방향에 평행한 높이 방향으로 확대될 수 있다.
또한, 플로팅 전극모듈(130)은 유전층(120) 상에 일정 패턴으로 다수 분포하여 위치할 수 있으므로 상기 높이 방향에 수직하는 수평 방향으로도 방전 부피가 확대될 수 있다.
따라서, 플라즈마 생성 범위가 수평면에 평행한 수평 방향 및 수평면에 수직한 높이 방향으로 확대될 수 있고, 플라즈마 생성 범위가 수평 방향 및 높이 방향으로 확대됨에 따라 대면적 또는 대용량의 피처리 대상에 대한 플라즈마 처리가 가능한 이점이 있다.
또한, 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)의 적층 개수에 따라 방전 부피가 상기 높이 방향으로 증가하므로 플로팅 전극(131) 및 유전체(132)의 적층 개수를 조절하여 방전 부피를 조절할 수도 있는 이점이 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 일정 면적을 갖는 베이스 전극;
    상기 베이스 전극의 상면에 적층되어 있는 유전층;
    상기 유전층 상면에서 적층되어 있는 플로팅 전극모듈을 포함하고,
    상기 플로팅 전극모듈은 상기 유전층 및 상기 베이스 전극의 단면의 폭보다 작은 폭을 갖는 플로팅 전극 및 하나 이상의 유전체가 상기 유전층의 상면에서 상기 플로팅 전극을 시작으로 하여 교대로 적층되어 구성되고,
    상기 베이스 전극 및 상기 플로팅 전극모듈에서 최상층에 위치한 플로팅 전극 사이에 고전압이 인가되고,
    상기 고전압이 인가되면 상기 유전층 및 유전층과 접한 최하부 플로팅 전극으로부터 최상부 플로팅 전극 방향으로 플라즈마 발생 영역이 확대되는 것을 특징으로 하는,
    적층형 면방전 플라즈마 발생 소스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극모듈은 둘 이상이 상기 유전층 상에 일정 패턴으로 분포하여 위치하는 것을 특징으로 하는,
    적층형 면방전 플라즈마 발생 소스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 플로팅 전극모듈이 다수인 경우 각각의 플로팅 전극모듈은 상기 고전압이 전달되도록 서로 연결되는 것을 특징으로 하는,
    적층형 면방전 플라즈마 발생 소스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 세라믹이고, 상기 플로팅 전극은 스테인레스인 것을 특징으로 하는,
    적층형 면방전 플라즈마 발생 소스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 플로팅 전극 및 유전체의 적층개수는,
    상기 플로팅 전극은 2n개이고, 유전체는 2n-1개이고,
    상기 n은 1이상의 자연수인 것을 특징으로 하는,
    적층형 면방전 플라즈마 발생 소스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생 소스는 살균을 요하는 피처리 대상의 살균, 농수산물 및 식품의 저장 및 유통을 위해 이용되는 것을 특징으로 하는,
    적층형 면방전 플라즈마 발생 소스.
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