KR102149432B1 - 실시간 질소 산화물 가스 발생장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마를 발생시키는 반응챔버; 상기 반응챔버에 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 반응챔버에 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 공급하는 전원부; 상기 반응챔버의 온도를 높히기 위한 히터부; 상기 반응챔버 내의 온도를 센싱하기 위한 센서부; 및 상기 센서부로부터 센싱된 상기 반응챔버의 온도를 수신받으며, 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위가 되도록 히터부를 제어하는 제어부;를 포함하는 질소 산화물 가스 발생장치 및 이를 포함하는 제어 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 질소 산화물 가스 발생장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
플라즈마는 전기장을 통하여 얻을 수 있는 제4의 물질상태이며, 국부적 전리상태의 가스로 이온, 전자, 중성입자 및 라디컬을 포함한다.
플라즈마를 이용한 방식은 크게 물을 이용한 수중 플라즈마 방식, 고온 플라즈마 방식 또는 저온 플라즈마 방식으로 대별될 수 있다.
상기한 수중 플라즈마 방식과 고온 플라즈마 방식은 발생하는 오존량을 제어하기가 힘든 문제가 있다.
저온 플라즈마 방식인 유전체격벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 형태로 생성된 이온화 가스상태인 플라즈마 또한 전자, 양이온, 음이온, 자유 라디칼, 자외선, 광자 등을 포함한 활성종(reactive species)과 활성산소(O-, O2, O3) 및 과산화수소(H2O2)와 같이 살균력이 강한 기체상 물질이 존재한다.
한편, 농업 분야, 포장 분야, 의료 분야, 반도체 분야와 같은 분야에서는 오존 발생을 최소화하고, 질소 산화물 가스를 효과적으로 생성할 수 있는 플라즈마 기술이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 플라즈마를 이용하여 오존 발생량을 억제하고 질소 산화물 가스를 효과적으로 발생시킬 수 있는 질소 산화물 가스 발생장치 및 이의 제어 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 플라즈마를 발생시키는 반응챔버; 상기 반응챔버에 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 반응챔버에 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 공급하는 전원부; 상기 반응챔버의 온도를 높히기 위한 히터부; 상기 반응챔버 내의 온도를 센싱하기 위한 센서부; 및 상기 센서부로부터 센싱된 상기 반응챔버의 온도를 수신받으며, 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위가 되도록 히터부를 제어하는 제어부;를 포함하는 질소 산화물 가스 발생장치를 제공한다.
또한, 상기 반응챔버는 유전체격벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 형태로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 온도에 따라 상기 가스공급부로부터 반응챔버 내로 유동되는 가스의 속도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 내일 때 상기 전원부의 전원을 온(on)시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 중 최하 온도의 90%의 온도가 되기 전에 상기 전원부의 전원을 오프(off)시킬 수 있다.
또한, 상기 기설정된 온도 범위는 100℃ 내지 300℃일 수 있다.
또한, 상기 히터부는 상기 반응챔버와 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 반응챔버의 일측에 배치되는 냉각부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 플라즈마 전극의 온도를 제어하기 위해 상기 냉각부를 제어할 수 있다.
또한, 상기 냉각부는 상기 반응챔버의 일측에 배치되는 세라믹 블록; 상기 세라믹 블록에 냉각수를 유입시키는 유입관; 및 상기 세라믹 블록에서 유동된 냉각수를 배출시키는 배출관;을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 질소 산화물 가스 발생 장치의 제어 방법에 있어서, 히터부를 구동시키는 단계; 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 내의 온도인지를 판단하는 단계; 전원부의 전원을 온(on)시켜서 상기 반응챔버 내에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 전원부 전원을 온(on)시킨 후 반응챔버 내의 온도를 기설정된 범위로 유지하는 단계;를 포함하는 질소 산화물 가스 발생장치의 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 플라즈마 발생 이후 상기 전원부의 오프(off)는 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 중 최하 온도의 90%의 온도가 되기 전에 제어될 수 있다.
또한, 상기 반응챔버 내의 온도에 따라 상기 가스공급부로부터 반응챔버 내로 유동되는 가스의 속도가 제어될 수 있다.
본 발명은 플라즈마를 생성하는 반응챔버 내부의 온도를 조절하거나, 또는 온도 조절과 동시에 가스의 유동 속도를 제어하여 오존 발생을 억제시키고 질소 산화물 가스의 생성을 효과적으로 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 사시도.
도 2는 도 1에서 하우징을 제거하여 하측에서 바라본 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 모듈도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 제어 방법의 플로우 차트.
도 5는 도 4에서 플라즈마 발생 단계를 구체화한 플로우 차트.
도 2는 도 1에서 하우징을 제거하여 하측에서 바라본 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 모듈도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 제어 방법의 플로우 차트.
도 5는 도 4에서 플라즈마 발생 단계를 구체화한 플로우 차트.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 사시도이며, 도 2는 도 1에서 하우징을 제거하여 하측에서 바라본 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 모듈도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치(100)는 크게 반응챔버(110), 하우징(115), 가스공급부(120), 전원부(130), 히터부(140), 센서부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있으며, 필터부(170) 및/또는 냉각부(180)를 더 포함할 수 있다.
반응챔버(110)는 플라즈마를 발생시키는 곳이며, 예를 들어, 상기 반응챔버(110)는 유전체격벽 방전(Dielectric Barrier Bischarge, DBD) 형태로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 반응챔버(110)는 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있으며, 상기 제1 전극과 제2 전극은 후술할 전원부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 반응챔버(110)는 후술할 히터부(140)를 고려하여, 고온에 견딜 수 있는 재질, 예를 들어, 스테인레스 또는 알루미늄 등으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 반응챔버(110) 또는 반응챔버(110)의 내부는 유리관으로써 형성될 수 있으며, 상기 유리관은 석영을 포함하는 재질로써 형성될 수 있다.
이러한 반응챔버(110)는 하우징(115) 내부에 배치될 수 있다.
가스공급부(120)는 상기 반응챔버(110)에 가스를 공급할 수 있으며, 가스는 공기를 사용할 수 있다. 다만, 사용자가 좀 더 순수한 질소 산화물 가스를 필요로 하는 경우는 질소와 산소 가스가 혼합되어 사용될 수 있다.
이러한 가스공급부(120)는 체크밸브 등을 포함할 수 있으며, 후술할 제어부(160)에 의해 상기 반응챔버(110)로 유동되는 가스의 유동로를 개폐할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 가스공급부(120)로부터 유동되는 가스의 양을 조절하여 가스의 유동 속도를 조절할 수 있다.
전원부(130)는 상기 반응챔버(110)에 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 공급할 수 있으며, 구체적으로 상기 제1 전극과 제2 전극에 전원을 공급할 수 있다.
상기 전원부(130)의 전원은, 예를 들어, 사인파(Sine wave), Vpp(Voltage Peak to Peak)는 5 내지 10kV, 10 내지 30kHz일 수 있다.
플라즈마를 방전하면 전자, 양이온, 음이온, 자유 라디칼, 자외선, 광자 등을 포함한 활성종(reactive species)과 활성산소(O-, O2, O3)가 발생하는데, 상기 반응챔버(110) 내의 가스 온도를 높힘으로써 오존의 생성은 억제하고 질소 산화물의 생성은 증가시킬 수 있다.
따라서, 히터부(140)는 상기 반응챔버(110)의 온도를 높히기 위해 배치되며, 적외선 램프 기반의 히터 또는 열선 기반의 히터로써 구현될 수 있다.
상기 히터부(140)가 적외선 램프 기반의 히터일 경우, 상기 하우징(115)의 상부는 상기 히터부(140)에 대응되는 크기의 개구 또는 투명창이 형성되어 적외선 램프의 광을 조사함으로써 효과적으로 상기 반응챔버(110)에 열을 전달할 수 있다.
또한, 상기 히터부(140)는 반응챔버(110) 내의 가스를 고려하여 상기 반응챔버(110)와 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다.
또한, 상기 히터부(140)는 적어도 한 개 이상의 팬(145)을 포함할 수 있으며, 이러한 팬(145)은 상기 히터부(140)의 온도 조절을 위해 후술할 제어부(160)에 의해 제어될 수 있다.
센서부(150)는 상기 반응챔버(110) 내의 온도를 센싱하기 위해 상기 반응챔버(110) 내부 또는 외부에 배치될 수 있으며, 후술할 제어부(160)에 상기 반응챔버(110)의 온도를 전송할 수 있다.
필터부(170)는 질소 산화물 가스의 순도를 높히기 위해 상기 반응챔버(110)의 전방 및/또는 후방에 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 필터부(170)는 상기 가스공급부(120)와 반응챔버(110) 사이에 배치되어 상기 반응챔버(110)로 유입되는 가스에서 먼지 기타 이물을 필터링하는 제1 필터(171)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 필터부(170)는 상기 반응챔버(110)의 후방에 배치되어 상기 반응챔버(110)에서 배출되는 질소 산화물 가스에 포함된 각종 부수적인 가스나 또는 특정 가스, 예를 들어, 오존(O3)을 제거하는 제2 필터(172)를 포함할 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 센서부(150)로부터 센싱된 상기 반응챔버(110)의 온도를 수신받으며, 상기 반응챔버(110) 내의 온도가 기설정된 온도 범위가 되도록 히터부(140)를 제어할 수 있다.
여기서, 상기 기설정된 온도 범위는 100℃ 내지 300℃일 수 있으며, 이러한 온도 범위는 상기 반응챔버(110)의 체적에 따라 변경되어 설정될 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 반응챔버(110) 내의 온도에 따라 상기 가스공급부(120)로부터 반응챔버(110) 내로 유동되는 가스의 속도를 제어할 수 있다.
예를 들어, 기설정된 온도 범위는 100℃ 내지 300℃ 중 최적 온도가 250℃라고 할 때, 상기 제어부(160)는 250℃ 미만일 때 가스의 유동속도를 점진적으로 느리게 하고, 250℃ 이상일 때 점진적으로 빠르게 제어할 수 있다.
이는 전극 근처에서 유동 가스의 낮은 입자 속도로 인해, 방전층의 온도는 실질적으로 증가하고, 이러한 온도의 증가는 오존의 생성을 억제시키기 때문이다.
반대로, 질소 산화물 가스의 생성에 최적인 온도인 250℃ 이상인 경우, 가스 유동을 빠르게 하여 반응챔버(110) 내부를 공냉 방식으로 낮춰 최적의 질소 산화물 가스 생성을 도모할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 히터부(140)와 상기 가스공급부(120)를 유기적으로 제어하여 상기 반응챔버(110) 내의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 전원부(130), 상기 히터부(140) 및/또는 상기 가스공급부(120)를 유기적으로 제어하여 상기 반응챔버(110) 내의 온도를 효과적으로 제어할 수 있다.
여기서, 상기 전원부(130)의 제어는 후술할 온/오프(on/off)의 개념이 아니라, 전극에 인가되는 전압 또는 주파수의 가변 정도를 제어하는 것이며, 이러한 전력 제어를 통해 전극 온도 상승을 일정부분 조절할 수 있다.
플라즈마 발생시 오존의 생성을 최대한 억제하기 위해, 상기 전원부(130)의 온/오프(on/off)는 다음과 같이 구현될 수 있다.
상기 제어부(160)는 상기 반응챔버(110) 내의 온도가 기설정된 온도 범위 내일 때에만 상기 전원부(130)의 전원을 온(on)시킬 수 있다.
또한, 상기 제어부(160)는 상기 반응챔버(110) 내의 온도가 기설정된 온도 범위 중 최하 온도의 90%의 온도가 되기 전에 상기 전원부(130)의 전원을 오프(off)시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 반응챔버(110) 일측에 배치되는 냉각부(180)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각부(180)는 상기 반응챔버(110)의 일측에 배치되는 세라믹 블록(181)과, 상기 세라믹 블록(181)에 냉각수를 유입시키는 유입관(182)과, 상기 세라믹 블록(181)에서 유동된 냉각수를 배출시키는 배출관(183)을 포함할 수 있다.
이러한 냉각부(180)는 플라즈마 전극을 포함하는 반응챔버(110) 내부의 온도가 히터부(140)에 의하여 가열된 경우, 플라즈마 전극의 온도를 일정하게 유지하기 위한 것으로, 플라즈마 전극의 온도가 반응챔버(110) 내부의 온도에 의하여 가열되어 변하게 되면, 플라즈마 전극의 방전 영역에서 발생하는 활성종 부산물의 양이 증가하게 되기 때문에, 플라즈마 전극 방전 영역의 온도를 일정하게 유지하여 활성종 부산물의 양을 일정하게 유지하기 위함이다.
따라서, 상기 제어부(160)는 상기 반응챔버(110) 내의 플라즈마 전극의 온도를 제어하기 위해 상기 냉각부(180)를 제어할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치(100)의 제어 방법을 살펴보자면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 질소 산화물 가스 발생장치의 제어 방법의 플로우 차트이며, 도 5는 도 4에서 플라즈마 발생 단계를 구체화한 플로우 차트이다.
일단, 플라즈마를 발생시키면 오존 및 기타 활성화 산소가 발생될 소지가 있으므로 히터부(140)를 구동시켜 반응챔버(110) 내의 온도를 상승시킨다(S10).
이 후, 센서부(150)로써 반응챔버(110) 내의 온도를 센싱하여 기설정된 온도 범위 이내에 도달하면(S20), 플라즈마를 발생시킨다(S30).
구체적으로, 상기 제어부(160)는 상기 전원부(130)를 온(on)시켜 상기 반응챔버(110) 내부에서 플라즈마를 발생시킬 수 있으며(S31), 이 때, 실시간으로 센싱되는 온도에 따라서 상기 가스공급부(120)를 제어하여 상기 반응챔버(110) 내부로 유동되는 가스의 유동 속도를 조절할 수도 있다(S32).
즉, 온도가 상승할수록 가스 유동속도를 빠르게 제어할 수 있다.
이 후, 질소 산화물 가스가 원하는 만큼 생성되거나, 원하는 만큼 생성되기 전에는 상기 히터부(140)를 제어하여 상기 반응챔버(110) 내부의 온도를 기설정된 범위로 유지시키고(S40), 상기 반응챔버(110) 내부의 온도가 기설정된 최저온도의 90% 이하가 되기 전에 상기 전원부(130)의 전원을 오프시킨다(S50).
예를 들어, 기설정된 온도 범위가 100℃ 내지 300℃인 경우, 90℃ 이하가 되기 전에 상기 전원부(130)의 전원을 오프(off)시켜 오존 발생량을 억제할 수 있다.
요컨대, 본 발명은 플라즈마를 생성하는 반응챔버(110) 내부의 온도를 조절하거나, 또는 온도 조절과 동시에 가스의 유동 속도를 제어하여 오존 발생을 억제시키고 질소 산화물 가스의 생성을 효과적으로 도모할 수 있는 이점이 있다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 질소 산화물 가스 발생장치 110: 반응챔버
120: 가스공급부 130: 전원부
140: 히터부 150: 센서부
160: 제어부 170: 필터부
171: 제1 필터 172: 제2 필터
180: 냉각부 181: 세라믹 블록
182: 유입관 183: 배출관
120: 가스공급부 130: 전원부
140: 히터부 150: 센서부
160: 제어부 170: 필터부
171: 제1 필터 172: 제2 필터
180: 냉각부 181: 세라믹 블록
182: 유입관 183: 배출관
Claims (12)
- 플라즈마를 발생시키는 반응챔버;
상기 반응챔버에 가스를 공급하는 가스공급부;
상기 반응챔버에 플라즈마를 발생시키기 위한 전원을 공급하는 전원부;
상기 반응챔버 내부의 온도를 높히기 위한 히터부;
상기 반응챔버 내부의 온도를 센싱하기 위한 센서부; 및
상기 센서부로부터 센싱된 상기 반응챔버의 내부의 온도를 수신받으며, 상기 반응챔버 내부의 온도가 설정 온도 범위 내로 유지 되도록 히터부를 제어하며, 상기 반응챔버 내의 온도에 따라 상기 가스공급부로부터 반응챔버 내로 유도되는 가스의 속도를 제어하는 제어부;를 포함하는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 반응챔버는 유전체격벽 방전(dielectric barrier discharge, DBD) 형태로 플라즈마를 발생시키는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 내일 때 상기 전원부의 전원을 온(on)시키는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 중 최하 온도의 90%의 온도가 되기 전에 상기 전원부의 전원을 오프(off)시키는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기설정된 온도 범위는 100℃ 내지 300℃인 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 히터부는 상기 반응챔버와 소정 간격 이격되게 배치되는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제1항에 있어서,
상기 반응챔버의 일측에 배치되는 냉각부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 반응챔버 내의 플라즈마 전극의 온도를 제어하기 위해 상기 냉각부를 제어하는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제8항에 있어서,
상기 냉각부는,
상기 반응챔버의 일측에 배치되는 세라믹 블록;
상기 세라믹 블록에 냉각수를 유입시키는 유입관; 및
상기 세라믹 블록에서 유동된 냉각수를 배출시키는 배출관;을 포함하는 질소 산화물 가스 발생장치.
- 제1항에 따른 질소 산화물 가스 발생 장치의 제어 방법에 있어서,
히터부를 구동시키는 단계;
반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 내의 온도인지를 판단하는 단계;
전원부의 전원을 온(on)시켜서 상기 반응챔버 내에서 플라즈마를 발생시키며, 실시간으로 센싱되는 온도에 따라서 상기 가스공급부로부터 상기 반응챔버 내부로 유동되는 가스의 유동 속도가 제어되는 단계; 및
전원부 전원을 온(on)시킨 후 반응챔버 내의 온도를 기설정된 범위로 유지하는 단계;를 포함하는 질소 산화물 가스 발생장치의 제어 방법.
- 제10항에 있어서,
플라즈마 발생 이후 상기 전원부의 오프(off)는 상기 반응챔버 내의 온도가 기설정된 온도 범위 중 최하 온도의 90%의 온도가 되기 전에 제어되는 질소 산화물 가스 발생장치의 제어 방법.
- 삭제
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| KR1020180140770A KR102149432B1 (ko) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 실시간 질소 산화물 가스 발생장치 및 이의 제어 방법 |
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| KR1020180140770A KR102149432B1 (ko) | 2018-11-15 | 2018-11-15 | 실시간 질소 산화물 가스 발생장치 및 이의 제어 방법 |
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- 2019-11-13 WO PCT/KR2019/015400 patent/WO2020101337A1/ko active Application Filing
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