KR102034342B1 - Cylinder type atmospheric pressure surface discharge generator - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 공기정화 등의 용도로 배관 내에 설치할 수 있는 파이프형 대기압 플라즈마 소스를 제공하되, 플라즈마 방전 불꽃이 일어나는 부위를 좀 더 다양화시키고 오존과 같은 활성종의 발생량을 필요에 따라 제어하기 위해 전극 구조를 다양하게 변화시킨 형태로 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 반경이 큰 외부 유전체 관과 반경이 작은 내부 유전체 관 사이에 관형 내부 전극을 배치하되, 관형 내부 전극 주변에 유격이 없도록 반경과 두께를 조절하고, 상기 외부 유전체 관 외주면에 스트라이프 패턴의 외부전극을 감아 플라즈마 방전이 풍부하게 일어나도록 하였다. An object of the present invention is to provide a pipe-type atmospheric plasma source that can be installed in the pipe for the purpose of air purification, etc., to diversify the site of the plasma discharge flame and to control the amount of active species such as ozone as needed In order to provide a variety of forms of the electrode structure.
According to the present invention, a tubular inner electrode is disposed between a large radius outer dielectric tube and a small radius inner dielectric tube, and the radius and thickness are adjusted so that there is no play around the tubular inner electrode. The electrode was wound so that abundant plasma discharge occurred.
Description
본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 대기압 플라즈마를 실린더형의 발생장치에서 표면 방전되게 하는 기술에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma generator, and more particularly, to a technique for surface discharge of atmospheric plasma in a cylindrical generator.
플라즈마는 반도체, 디스플레이 소자, 각종 부품의 표면처리 등에 널리 사용되어 왔으며, 더욱 그 응용성을 넓혀 생명공학 연구, 의료용, 공기 청정, 소각로 등에도 사용되는 융합적인 기술분야로 자리매김하고 있다. 특히, 치아미백, 암세포 사멸, 혈액 응고속도촉진 등의 의료용으로 종래 주로 사용되던 레이저의 경우, 스팟(spot) 형태로 작용하기 때문에 치료부위의 면적이 넓을 경우, 처리 효율이 낮은 데 비해, 플라즈마의 경우 좁은 면적에 대한 처리뿐만 아니라 대면적 처리 또한 가능하여 처리 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 유전체 장벽 방전인 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마의 경우, 면 방전 구조의 플라즈마 소스를 구성하여 피부치료 목적 등의 의료용으로 시험 되고 있다. 지금까지 사용되고 있는 DBD 플라즈마 소스의 경우, 유리와 같은 유전체 위 또는 아래의 같은 면에 일정한 간격을 유지하여 X 전극 및 Y 전극을 설치하는 구조로 구성하며, 방전 가스를 공급하기도 하지만 공기를 방전 가스로 사용하는 경우가 많다. 이러한 플라즈마 소스는 방전으로 인한 각종 활성종과 오존을 생성하며, 이들을 이용하여 살균, 소독, 수처리, 미용, 치료 등 각종 처치를 실시한다. Plasma has been widely used in the surface treatment of semiconductors, display devices, and various components, and has further expanded its applicability to become a convergent technology field used in biotechnology research, medical use, air cleaning, incinerators, and the like. In particular, lasers, which are commonly used for medical purposes such as tooth whitening, cancer cell death, and blood coagulation speed, act in the form of spots. Therefore, when the area of the treatment area is large, the treatment efficiency is low. In this case, not only the treatment for a small area, but also a large area treatment is possible, thereby increasing the treatment efficiency. In the case of DBD (Dielectric Barrier Discharge) plasma, which is a dielectric barrier discharge, a plasma source having a surface discharge structure is configured and tested for medical purposes such as skin treatment. The DBD plasma source used up to now has a structure in which the X electrode and the Y electrode are installed at regular intervals on the same surface above or below the dielectric such as glass, and supply the discharge gas but use air as the discharge gas. Often used. The plasma source generates various active species and ozone due to discharge, and uses them to perform various treatments such as sterilization, disinfection, water treatment, beauty treatment, and treatment.
상기와 같은 바이오 플라즈마 처리에 있어서, 플라즈마 방전이 활발히 일어나고 처리하고자 하는 물체 또는 물질에 플라즈마 자체가 충분히 도달할 수 있는 플라즈마 소스로서 유전방벽 방전 플라즈마 소스를 들 수 있다. 이에 대한 다수의 특허문헌이 개시되어 있으며, 등록특허 10-1023091호의 경우, 대기압 플라즈마 발생장치를 원통형으로 구성하고 있다. 그러나 상기 공보의 플라즈마 소스의 경우 내부 전극 쪽에서만 방전이 일어나게 되고, 대기압 플라즈마에서 문제가 될 수 있는 오존양에 대한 언급이 없다.In the bioplasma treatment as described above, a dielectric barrier discharge plasma source can be cited as a plasma source in which plasma discharge occurs actively and the plasma can sufficiently reach the object or material to be treated. A number of patent documents have been disclosed, and in the case of registered patent No. 10-1023091, an atmospheric pressure plasma generating device has a cylindrical shape. However, in the plasma source of the publication, the discharge occurs only at the inner electrode side, and there is no mention of the amount of ozone which may be a problem in the atmospheric plasma.
따라서 플라즈마 소스의 전반적인 구조와 전극 구조를 적절히 설계하여 방전 불꽃을 적절히 활용하기에 편리하고 활용 목적 달성에 필요충분한 플라즈마 및 활성종들을 제공 및 제어 할 수 있어야 한다. Therefore, the overall structure and the electrode structure of the plasma source must be properly designed to be convenient for the proper use of the discharge flame and to provide and control the plasma and active species sufficient to achieve the purpose of utilization.
상기 필요에 따라 본 발명의 목적은 공기정화 등의 용도로 배관 내에 설치할 수 있는 파이프형 대기압 플라즈마 소스를 제공하되, 플라즈마 방전 불꽃이 일어나는 부위를 좀 더 다양화시키고 오존과 같은 활성종의 발생량을 필요에 따라 제어하기 위해 전극 구조를 다양하게 변화시킨 형태로 제공하고자 하는 것이다. According to the above needs, an object of the present invention is to provide a pipe-type atmospheric plasma source that can be installed in a pipe for air purification, etc., to diversify a portion where a plasma discharge flame occurs and to generate an amount of active species such as ozone. To control in accordance with the intended to provide a variety of changes in the electrode structure.
상기 목적에 따라 본 발명은 반경이 큰 외부 유전체 관과 반경이 작은 내부 유전체 관 사이에 관형 내부 전극을 배치하되, 관형 내부 전극 주변에 유격이 없도록 반경과 두께를 조절하고, 상기 외부 유전체 관 외주면에 스트라이프 패턴의 외부전극을 감아 플라즈마 방전이 풍부하게 일어나도록 하였다. According to the above object, the present invention is to arrange a tubular inner electrode between a large radius outer dielectric tube and a small radius inner dielectric tube, the radius and thickness is adjusted so that there is no play around the tubular inner electrode, the outer dielectric tube outer peripheral surface The external electrode of the stripe pattern was wound so that plasma discharge was abundantly generated.
외부 전극을 보호하기 위해 외부 전극을 감싸는 보호용 유전체 관을 더 배치할 수 있으며, 상기 내외부 유전체관의 양단부를 캡으로 막아 내부 유전체관 속의 내부 압력을 높게 유지시켜 방전 전압을 낮추고 그에 따라 오존 및 기타 활성종들의 발생량을 감소시키며, 외부 전극에서만 플라즈마가 발생 되게 할 수 있다. 캡을 사용하지 않으면 내부전극과 외부전극 쪽에서 모두 플라즈마가 방전되고 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 증가한다.A protective dielectric tube may be further disposed to protect the external electrode, and a cap may be disposed at both ends of the inner and outer dielectric tubes to maintain a high internal pressure in the inner dielectric tube, thereby lowering the discharge voltage and thus reducing ozone and other activity. It is possible to reduce the amount of species generated and to generate plasma only at the external electrode. Without the cap, the plasma is discharged on both the inner and outer electrodes, increasing the production of ozone and other active species.
또한, 상기에서 내부 전극을 다수로 구성하기 위해, 금속 봉을 내부전극으로 하고 이를 내부 유전체 관 속에 넣은 다음, 외부 유전체 관 속에 상기 내부 유전체관들을 넣고, 상기 외부 유전체 관 외주면을 스트라이프 패턴의 외부 전극으로 감아 플라즈마 방전을 더욱 풍부화시켰다. In addition, in order to configure a plurality of inner electrodes in the above, a metal rod is used as an inner electrode and put it in an inner dielectric tube, and then the inner dielectric tubes are put in an outer dielectric tube, and the outer circumferential surface of the outer dielectric tube is a stripe pattern outer electrode. To further enrich the plasma discharge.
또한, 반경이 큰 외부 유전체 관 안쪽에 접하여 외부 전극을 형성하고, 반경이 작은 내부 유전체 관 안쪽에 접하여 내부 전극을 형성하여, 두 개의 유전체 관 사이에 가스를 주입하고 여기서 플라즈마가 방전되게 구성할 수 있다. In addition, an outer electrode may be formed in contact with the inner side of the outer dielectric tube having a large radius, and an inner electrode may be formed in contact with the inner side of the inner dielectric tube having a small radius to inject a gas between the two dielectric tubes and discharge the plasma therein. have.
본 발명에 따르면, 상술한 바와 같은 파이프형 플라즈마 발생장치를 공기가 유통되는 배관 안에 설치하여 공기 정화를 하거나, 악취 제거, 공기 살균, 미세먼지 제거와 같은 작용을 할 수 있다. According to the present invention, the pipe-type plasma generating apparatus as described above may be installed in a pipe through which air flows to purify the air, or may act as removing odors, sterilizing air, and removing fine dust.
캡의 적용/부적용에 따라 플라즈마 방전 위치를 달리하고, 방전 전압의 인하/상승으로 방전에 따르는 활성종의 종류와 양의 제어가 가능하여 필요 또는 목적에 맞게 플라즈마 소스를 구성할 수 있다. The plasma discharge position is changed according to the application / inapplication of the cap, and the type and amount of active species following the discharge can be controlled by the reduction / rising of the discharge voltage, so that the plasma source can be configured according to the needs or purposes.
본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치는 공기청정기에 적용될 수 있으며, 병원과 같이 공기를 살균 처리하여 공급하는 곳의 배관 내에 설치되어 멸균 공기를 공급하는 데 적용될 수도 있으며, 세탁소와 같이 유해물질이 발생 되는 건물의 배관 내에 설치되어 유해가스를 분해 처리할 수도 있다. 공기청정의 목적으로 사용될 시에는 오존의 발생량이 감소되도록 조절하여 적용할 수 있다. The pipe-type plasma generator of the present invention can be applied to an air purifier, can be applied to supply sterilized air is installed in the pipe of the place to supply air sterilization treatment, such as a hospital, where harmful substances such as laundry It can be installed in the pipe of a building to decompose harmful gas. When used for the purpose of air cleaning, it can be applied by adjusting the amount of ozone to be reduced.
도 1은 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치의 구성들을 보여주는 정면도 및 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치의 또 다른 구성들을 보여주는 정면도 및 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치의 또 다른 구성들을 보여주는 정면도 및 단면 구성도이다.
도 4는 도 1과 도 2에 의한 파이프형 플라즈마 발생장치로 플라즈마 방전 실험을 한 결과를 나타내는 사진들이다.
도 5 내지 도 7는 각각 저전압, 중전압, 고전압에서 플라즈마를 방전할 때 발생되는 오존량을 측정한 것을 보여주는 측정 사진과 그래프이다. 1 is a front view and a cross-sectional view showing the configuration of the pipe-type plasma generating apparatus of the present invention.
2 is a front view and a cross-sectional view showing still another configuration of the pipe-type plasma generating apparatus of the present invention.
3 is a front view and a cross-sectional view showing still another configuration of the pipe-type plasma generating apparatus of the present invention.
Figure 4 is a photograph showing the results of the plasma discharge experiment with the pipe-type plasma generator according to Figures 1 and 2.
5 to 7 are measurement photographs and graphs showing the amount of ozone generated when the plasma is discharged at low voltage, medium voltage, and high voltage, respectively.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 보면, 파이프형 플라즈마 발생장치의 구성이 나와 있다. Referring to Figure 1, the configuration of the pipe-type plasma generating apparatus is shown.
반경이 큰 외부 유전체 관(110)과 반경이 작은 내부 유전체 관(210)을 준비하고 이들 사이에 관형 내부 전극(200)을 배치하되, 관형 내부 전극(200) 주변에 유격이 없도록 반경과 두께를 조절하여 세 개의 관이 꼭 맞도록 구성하고, 상기 외부 유전체 관(110) 외주면에 스트라이프 패턴의 외부전극(100)을 감아 플라즈마 발생장치를 구성한다. 또한, 외부 전극(100)을 보호하기 위해 외부 전극(100)을 감싸는 보호용 유전체 관(400)을 더 배치하였다. 보호용 유전체 관(400)은 선택사항이며, 배관에 배치될 경우, 배관이 그 역할을 대신할 수 있을 것이다. Prepare the outer
이와 같은 형태의 플라즈마 발생장치는 관형 내부 전극(200)에 대해 그 외부에서 권선형태로 감긴 외부 전극(100) 구조로 인해 플라즈마 방전이 풍부하게 일어난다. 주로 권선을 따라 플라즈마 방전이 외부 유전체 관(110) 표면에서 풍부하게 일어나며, 내부 전극(200)과 내부 유전체 관(210) 안쪽에서도 플라즈마 방전이 일어난다. 따라서 이러한 파이프형 플라즈마 발생장치를 배관 안에 배치하여 공기를 유통시킬 경우, 플라즈마와 오존을 포함한 활성종들로 인해 살균, 유해물질 분해 등의 작용으로 오염 공기의 정화, 악취 제거, 멸균 공기 공급 등이 가능하다. 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치는 특별히 배관 안에 설치되기 편리하도록 구성되었다. The plasma generator of this type is rich in plasma discharge due to the structure of the
상기에서, 내외부 유전체관(210,110)의 양단부를 캡(300)으로 막아 내부 유전체관(210) 속의 내부 압력을 높게 유지시키면 방전 전압을 낮출 수 있다. 그에 따라 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 감소되며, 상대적으로 압력이 낮은 외부 전극(100) 쪽에서만 플라즈마가 발생 된다. 오존량을 낮추어야 유리한 공기청정기와 같은 용도에 적합하다. 내부 전극으로는 금속 메시 소재 역시 적용 가능하다. In the above, if both ends of the inner and outer
캡(300)을 사용하지 않으면 내부전극(200)과 외부전극(100) 쪽에서 모두 플라즈마가 방전되고 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 증가한다. 따라서 멸균 공기 공급용이라든가 유해물질 제거용으로 유리하다. If the
상기와 같은 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치는 기존의 것이 내부 전극 안쪽에서 플라즈마를 방전시킨데 비해, 외부 유전체 관 표면에서 플라즈마가 방전될 수 있게 하거나 내부와 외부 표면 모두에서 방전이 일어나게 하였다는 점에서 차별화된다. 그리고 발생되는 활성종의 양을 조절할 수 있다는 것 역시 차별화되는 특징 중 하나이다. 배관 내에 설치될 경우, 배관을 통과하는 공기가 특정영역에 들어오지 않는한 플라즈마 처리가 미흡해질 수 있는 종래 기술에 비해, 충분한 플라즈마 처리가 이루어질 수 있게 한 것이다. The pipe-type plasma generator of the present invention as described above discharges the plasma inside the internal electrode, whereas the plasma can be discharged on the surface of the outer dielectric tube or discharge on both the inner and outer surfaces. Differentiate from And the ability to control the amount of active species generated is also one of the distinguishing features. When installed in the pipe, compared to the prior art that the plasma treatment may be insufficient as long as the air passing through the pipe does not enter a specific region, sufficient plasma treatment can be made.
도 2는 파이프형 플라즈마 발생장치의 변형 실시예를 보여준다. 2 shows a modified embodiment of the pipe-type plasma generator.
여기서는 내부전극(250)을 관형이 아닌 금속 봉으로 구성하였다. 금속 봉을 내부 유전체 관(210)에 넣고 이들을 다시 외부 유전체 관(110)에 넣는다. 금속 봉으로 된 내부전극(250)과 내부 유전체 관(210)은 다수 만들어져 외부 유전체 관(110) 안에 다수가 배치될 수 있다. 다음, 상기 외부 유전체 관(110) 외주면을 스트라이프 패턴의 외부 전극(100)으로 감아 플라즈마를 방전시키면, 외부 전극(100)을 따라 외부 유전체 관(110) 표면에서 풍부한 플라즈마가 방전되며, 내부 전극(250) 근처에서도 플라즈마가 방전되어 풍부한 플라즈마 및 오존을 포함한 활성종들을 얻을 수 있다. 이 경우에도 외부 전극(100)을 감싸는 보호용 유전체 관(400)을 더 배치할 수 있으며, 캡(300)으로 외부 유전체 관(110)을 막으면, 내부 압력을 높게 유지시켜 방전 전압을 낮출 수 있다. 그에 따라 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 감소되며, 외부 전극(100) 쪽에서만 플라즈마가 발생 된다. 오존량을 낮추어야 유리한 공기청정기와 같은 용도에 적합하다. In this case, the
캡(300)을 사용하지 않으면 내부전극(250)과 외부전극(100) 쪽에서 모두 플라즈마가 방전되고 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 증가한다. 따라서 멸균 공기 공급용이라든가 유해물질 제거용으로 유리하다. If the
도 3은 파이프형 플라즈마 발생장치의 또 다른 변형 실시예를 보여준다. Figure 3 shows another modified embodiment of the pipe-type plasma generator.
반경이 큰 외부 유전체 관(110) 안쪽에 접하여 외부 전극(150)을 형성하고, 반경이 작은 내부 유전체 관(210) 안쪽에 접하여 내부 전극(200)을 형성하여, 두 개의 유전체 관 사이에 가스를 주입하고 여기서 플라즈마가 방전되게 구성된다. The
캡(300)으로 내부 유전체 관(210)을 막으면, 내부 압력을 높게 유지시키고, 가스는 내부 유전체관(210)과 외부 전극(150) 사이에서 흘러 압력이 낮아진다. 그에 따라 방전 전압은 더욱 낮아지고 두 유전체 관 사이에서 플라즈마가 방전되며, 낮은 방전 전압으로 인해 오존 발생량이 감소되며, 외부 전극(150) 쪽에서만 플라즈마가 발생 된다. 오존량을 낮추어야 유리한 공기청정기와 같은 용도에 적합하다. Closing the
상술한 파이프형 플라즈마 발생장치는 필요에 따라 전극의 형태를 선택하고 캡의 적용 여부를 선택한 다음, 인가전압을 조절함으로써 활성종의 종류와 발생량을 조절할 수 있다. The pipe-type plasma generator described above can adjust the type and amount of active species by selecting the shape of the electrode, selecting the application of the cap, and adjusting the applied voltage as necessary.
상기에서 유전체 관의 소재로는 유리, 석영, 세라믹, 금속에 유전체를 코팅한 것 등이 선택될 수 있다. As the material of the dielectric tube, glass, quartz, ceramics, a dielectric coated on a metal, and the like may be selected.
도 4는 도 1과 도 2에 의한 파이프형 플라즈마 발생장치로 플라즈마 방전 실험을 한 결과를 나타내는 사진들이다. Figure 4 is a photograph showing the results of the plasma discharge experiment with the pipe-type plasma generator according to Figures 1 and 2.
도 5 내지 도 7는 각각 저전압, 중전압, 고전압에서 플라즈마를 방전할 때 발생되는 오존량을 측정한 것을 보여주는 측정 사진과 그래프이다. 인가전압이 높아질수록 오존 농도가 높아진 것을 확인할 수 있다. 5 to 7 are measurement photographs and graphs showing the amount of ozone generated when the plasma is discharged at low voltage, medium voltage, and high voltage, respectively. It can be seen that the higher the applied voltage, the higher the ozone concentration.
한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.On the other hand, the specific numerical values given in the above embodiments and experimental examples are illustrative and can be modified as necessary, and those skilled in the art to which the present invention pertains can change the technical spirit or essential features of the present invention without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. It will be appreciated that it may be implemented in a form. Therefore, the embodiments described above are to be understood as illustrative and not restrictive in all aspects. The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100, 150: 외부전극
200, 250 : 내부전극
300: 캡100, 150: external electrode
200, 250: internal electrode
300: cap
Claims (6)
상기 내부 유전체 관 외측에 인접 배치되는 관형 또는 금속 메쉬로 된 관형의 내부 전극;
상기 관형 내부 전극 외측에 인접 배치되는 외부 유전체 관; 및
상기 외부 유전체 관 외주면에 권선형태로 감긴 스트라이프 패턴의 외부전극;을 포함하고, 상기 내부전극과 외부전극에 전원을 인가하여 내부 유전체 관 안쪽과 외부전극의 권선을 따라 표면 플라즈마 방전이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.Internal dielectric tubes;
A tubular inner electrode of tubular or metal mesh disposed adjacent the outer side of the inner dielectric tube;
An outer dielectric tube disposed adjacent to the outer side of the tubular inner electrode; And
And a stripe pattern external electrode wound in a winding form on an outer circumferential surface of the outer dielectric tube, wherein surface plasma discharge is generated along the windings of the inner dielectric tube and the outer electrode by applying power to the inner electrode and the outer electrode. Pipe type plasma generator.
상기 내부 전극이 삽입되는 내부 유전체 관;
상기 내부 전극이 삽입된 내부 유전체 관 다수가 배치되는 외부 유전체 관; 및
상기 외부 유전체 관 외주면에 권선형태로 감긴 스트라이프 패턴의 외부전극;을 포함하고, 상기 내부전극과 외부전극에 전원을 인가하여 외부전극 또는 내부전극 주변에서 표면 플라즈마 방전이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.Internal electrodes of metal rods;
An inner dielectric tube into which the inner electrode is inserted;
An outer dielectric tube in which a plurality of inner dielectric tubes into which the inner electrode is inserted are disposed; And
And a stripe pattern external electrode wound in a winding form on the outer circumferential surface of the outer dielectric tube, wherein a surface plasma discharge is generated around the outer electrode or the inner electrode by applying power to the inner electrode and the outer electrode. Plasma generator.
The air purifier of claim 4, wherein the pipe-type plasma generator is installed in a pipe through which air is passed.
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2017
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