KR20090055515A - 점화장치, 내연기관, 점화 플러그, 플라즈마장치, 배기가스분해장치, 오존 발생·멸균·소독장치 및 소취장치 - Google Patents

점화장치, 내연기관, 점화 플러그, 플라즈마장치, 배기가스분해장치, 오존 발생·멸균·소독장치 및 소취장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이나 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서, 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 경우에도 안정되고, 그리고 고효율의 연소·반응을 할 수 있도록 하여, 점화의 안정화, 화염 전파 속도의 향상, 출력 향상, 배기가스의 청정화, 불균일 혼합기의 안정 점화, 연비 소비율의 개선 등을 도모한다.
연소·반응실(8)에 물 및/또는 배기가스를 도입하여 연소·반응실(8) 내에서의 혼합기의 유전율을 제어하는 유전율 제어수단과 연소·반응실(8) 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사 안테나(1)와 연소·반응실(8)에 있어서의 혼합기에 대하여 점화하는 방전부(2)를 구비하고, 유전율 제어수단은 혼합기의 연소·반응이 행하여지기 전에 혼합기의 유전율을 제어하여, 혼합기의 공진주파수를 마이크로파의 주파수에 일치시킨다.
내연기관, 점화장치, 점화플러그, 오존발생, 멸균, 소독.

Description

점화장치, 내연기관, 점화 플러그, 플라즈마장치, 배기가스 분해장치, 오존 발생·멸균·소독장치 및 소취장치{Ignition device, internal combustion engine, ignition plug, plasma apparatus, exhaust gas decomposition apparatus, ozone generation/sterilization/disinfection apparatus, and deodorization apparatus}
본 발명은 예를 들면, 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이나 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에서 사용되는 점화장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 점화장치를 적용하는 것에 적합한 내연기관에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 점화장치에 적용하는 것에 적합한 점화 플러그에 관한 것이다.
또, 본 발명은 예를 들면, 유해 배출물(CO2, NOx, 미연탄화수소), 휘발성 유해화학 물질(V0C), 부유 입자형 물질(PM), 매연 등의 삭감, 저감이나 타르, 진흙, 배수의 처리·재이용 등의 환경(공장내(in-plant) 및 오염방지(end-of-pipe)) 대책분야, 및 멸균, 살균, 세정기술 등 의료·위생분야에서 사용되는 플라즈마장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 플라즈마장치를 적용하는 것에 적 합한 배기가스 분해장치에 관한 것이다.
또, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 플라즈마장치를 적용하는 것에 적합한 오존 발생·멸균·소독장치, 소취(악취제거) 장치에 관한 것이다.
종래, 왕복동엔진이나 로터리엔진 등의 내연기관에서의 혼합기의 점화는 불꽃 방전을 하는 점화 플러그를 사용하여 행하여지고 있다. 그러나, 불꽃 방전에 의해서 발생하는 전자 노이즈가 차량에 탑재되어 있는 전자기기의 오동작의 원인이 되는 것 등 때문에, 불꽃 방전에 의하지 않고, 수 기가헤르츠(GHz)의 주파수를 갖는 전자파, 즉, 마이크로파를 사용하여 점화하는 점화장치가 종래부터 제안되었다.
예를 들면, 특허문헌 1 내지 특허문헌 4에는 연소·반응실(실린더 내)에 마이크로파 도파관을 연결하는 동시에, 이 연소·반응실 내에 마이크로파 방전을 위한 방전전극을 형성하여 구성한 점화장치가 기재되어 있다.
이 점화장치에서는 마이크로파 발생장치(마그네트론)에 의해 발생된 마이크로파 펄스를 마이크로파 도파관을 통해서 연소·반응실 내에 전송시켜, 방전전극에서 마이크로파 코로나 방전을 발생시켜, 연소·반응실 내의 혼합기에 점화하도록 하고 있다.
또한, 예를 들면, 특허문헌 5에는 연소·반응실(실린더 내)에 고주파 전계 발생장치(마그네트론)를 형성하여, 기관의 압축행정 중에 상기 고주파 전계 발생장치에 의해 연소실 내에 고주파 전장을 형성하고, 상기 연소실 내의 혼합기를 유전 가열하여 점화 연소하도록 한 가솔린 내연기관이 기재되어 있다.
또한 종래, 환경 대책기술분야에서 사용되고 있는 플라즈마장치는 저압력하에서 방전에 의해 발생한 플라즈마에 대한 입력 에너지를 높여, 고온의 평형 플라즈마를 생성하고, 그 열로 유해 배출물, 화학 물질, 부유 입자형 물질, 매연 등을 고온상태에 가열하여, 산화·분해하고 있는 경우가 대부분이었다.
최근, 대기압·비평형의 플라즈마를 마이크로파 방전하여 발생시키는 수법(동축 공진기형 플라즈마 생성)이 연구되고 있다. 발생하는 플라즈마의 전자 온도는 수만 도, 가스 온도는 상온 내지 1000℃의 반응성 플라즈마이다. 또한, 플라즈마에 의해서 생성된 OH 라디칼이나 O3(오존) 등의 강한 화학반응 작용을 이용하여 의료·위생분야에서의 멸균·살균·소취용 플라즈마장치의 개발도 이루어지고 있다(innovation Japan 2005년 ; http://ccr.ccr.tokushima-u.ac.jp/topic/050927-01.pdf).
마이크로파를 사용한 플라즈마장치로서는 대기압에 가까운 가스를 마이크로파로 여기시켜 플라즈마가스를 발생시키는 것이었다.
예를 들면, 특허문헌 6 및 특허문헌 7에는 마이크로파 플라즈마장치가 기재되어 있다. 이 마이크로파 플라즈마장치에서는 중심 도체의 중심에 따라서 가스 유로용 비금속 파이프를 배치하고 있고, 한쪽 끝으로부터 주입된 가스가 중심 도체로 덮이지 않은 갭으로 마이크로파에 의해 여기되고 다른쪽 끝으로부터 플라즈마화하여 방출(동축 공진기형 플라즈마 생성)되도록 하고 있다.
[특허문헌 1] 일본 공개특허공보 제(소)57-186067호
[특허문헌 2] 일본 공개특허공보 제(평3)-31579호
[특허문헌 3] 일본 공개특허공보 2000-230426
[특허문헌 4] 일본 공개특허공보 2001-73920
[특허문헌 5] 일본 공개특허공보 2000-274249
[특허문헌 6] 일본 공개특허공보 2001-035692
[특허문헌 7] 일본 공개특허공보 2004-172044
그런데, 최근에는 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에서는 연비 소비율의 개선이 요구되고 있다. 연비 소비율의 개선을 도모하기 위해서는 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 것을 고려할 수 있다. 그렇지만, 종래의 내연기관 등에 있어서 혼합기 중의 연료의 비율을 내리면, 사이클 변동이 생기는 등, 연소·반응의 안정성이 손상되고, 출력 저하 등의 문제가 생긴다.
따라서, 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서 연비 소비율의 개선을 도모하기 위해서는 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 경우에도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소·반응을 할 수 있도록 할 필요가 있다.
그리고, 상술한 바와 같은 마이크로파 코로나 방전을 사용한 점화장치는 종래의 불꽃 방전을 사용하는 점화방식과 비교하여, 연비 소비율의 개선이나 연소·반응의 안정성을 바랄 수 없기 때문에, 거의 실용화되지 않은 것이 형상이다.
또한, 상술한 바와 같은 고주파 전계 발생장치를 사용한 가솔린 내연기관은 엔진에 직접 마그네트론을 장착함으로써, 내구성, 내진동, 장착 공간에 대한 제약, 분위기 온도(엔진이 고온이 됨), 전자파의 누설에 의한 제어계의 오동작 방지 등 여러가지의 지장이 생기기 때문에, 거의 실용화되지 않았다.
그래서, 본 발명은 상술한 실정을 감안하여 제안되는 것으로, 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이나 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서, 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 경우에도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소·반응을 할 수 있도록 하여, 출력의 향상, 배기가스의 청정화, 연비 소비율의 개선을 도모할 수 있는 점화장치를 제공하고자 하는 것이다.
또 가솔린 내연기관에 있어서, 엔진에 직접 마그네트론을 장착함으로써, 내구성, 내진동, 장착 공간에 대한 제약, 분위기 온도(엔진이 고온이 된다), 전자파의 누설에 의한 제어계의 오동작 방지 등 여러가지 지장을 해결할 수 있는 내연기관을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 관계되는 점화장치를 적용하는 것에 적합한 내연기관을 제공하고자 하는 것이며, 또, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 관계되는 점화장치에 적용하는 것에 적합한 점화 플러그를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 이들 종래의 플라즈마 발생방식에서는 고온 플라즈마를 지속적으로 발생시키기 위해서 다대한 에너지를 소비하고, 장치 자체도 대단히 고가(300만엔 이상)이고, 운전비용도 고가이고, 또한 장치 자체도 크기 때문에 운반이 곤란하였다. 또한, 대기압·비평형의 플라즈마 이용 기술은 그 연구개발이 아직 실마리를 찾았을 뿐이며, 플라즈마 점화에 상술한 중심 도체간의 방전을 이용하지만, 지속적으로 안정된 플라즈마를 발생시키기 위해서는 아직 큰 출력(수백W 내지 5kW 정도)이 필요하다. 현재, 이들 플라즈마장치를 사용한 환경대책기술, 의료·위생분야에 대한 적용기술에 관하여, 같은 대책기술의 제품성능으로서는 예를 들면, 연간 1톤 미만의 VOC 소형처리장치에서는 장치비 30만엔 이하/대, 전기세 3만엔/월 정도의 저가격 제품이 필요하게 된다(경제산업성, 2003년 ; 화학 물질 리스크 삭감기술 목표).
본 방식의 플라즈마는 저온·대기압·공기의 마이크로 플라즈마이고, 유해 배출물, 화학 물질, 부유 입자형 물질, 매연 등을 고온으로 가열하는 것은 아니고, 그 플라즈마에 의한 생성물(OH 라디칼, 오존(O3))을 이용하여 화학적으로 산화, 반응시켜, 유해물 등을 삭감, 저감, 무해화하는 것으로, 종래의 고온 플라즈마 이용기술과는 완전히 다른 신규성, 유효성을 구비한다. 종래, 유해물을 처리하는 플라즈마를 생성시키기 위해서 많은 에너지와 대규모의 장치가 필요하였다. 또한, 대기압의 공기로 간단히 플라즈마화를 할 수 있고, 라디칼이 다량으로 발생하는 저가이며 소형 장치는 거의 없었다.
그래서, 본 발명은 상술한 실정을 감안하여 제안하는 것으로, 대기압으로 간단히 플라즈마화를 할 수 있고, 라디칼이 다량으로 발생하는 저가이며 소형의 플라즈마장치를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 이들 오염방지 대책기술뿐만 아니라, 공장내 대책기술에 대한 적용도 가능하게 하는 플라즈마장치를 제공하고자 하는 것이다. 여러가지 연소기에서도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소를 할 수 있도록 하여, 출력의 저하가 없고, 연소 프로세스의 개선(강한 OH 라디칼에 의한 화학적으로 산화, 반응시켜, 부피 점화, 희박연료의 연소 한계의 확대에 의한 에너지 절감화), 미연소연료의 분해·완전 연소에 의한 유해 배출물의 삭감·저감을 도모하는 것에 적합한 플라즈마장치를 제공하고자 하는 것이다.
또, 저비용이고 연속적으로 활성의 OH 라디칼, O3을 다량으로 발생시키는 것으로, 효과적인 배기가스 분해장치, 오존 발생·멸균·소독장치, 소취장치를 제공하고자 하는 것이다.
상술한 과제를 해결하고, 상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관계되는 점화장치는 이하의 구성 중 어느 하나를 갖는 것이다.
〔구성 1〕
열기관 또는 플라즈마장치에서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하고 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응영역에 대하여 물 및/또는 상기 연소·반응영역으로부터 배기된 배기가스를 도입하여 상기 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 유전율을 제어하는 유전율 제어수단과, 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시키는 마이크로파 방사수단과, 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 점화하는 점화수단을 구비하고, 유전율 제어수단은 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 연소·반응이 행하여지기 전에, 이 혼합기의 유전율을 제어함으로써, 상기 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 공진주파수를 마이크로파 방사수단에 의해서 방사되는 마이크로파의 주파수에 일치시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 2〕
열기관 또는 플라즈마장치에서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단과, 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 점화하는 점화수단과, 마이크로파 방사수단 및 점화수단을 제어하는 제어수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단 및 점화수단은 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 마이크로파 방사수단이 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시킨 후에, 점화수단이 혼합기에 대하여 점화하고, 다음에 마이크로파 방사수단이 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 연소·반응을 촉진시킨다고 하는 사이클을 반복하는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 3〕
구성 1 또는 구성 2를 갖는 점화장치에 있어서, 마이크로파 방사수단이 되는 마이크로파 방사 안테나와, 점화수단이 되는 점화·방전부를 구비하고, 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부(insulator) 내에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 4〕
구성 1 내지 구성 3 중 어느 하나를 갖는 점화장치에 있어서, 마이크로파 방사수단이 방사하는 마이크로파는 1 또는 2 이상의 제어된 단속파인 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명에 관계되는 내연기관은 이하의 구성 중 어느 하나를 갖는 것이다.
〔구성 5〕
실린더 및 피스톤으로 구성되어 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소실과, 연소·반응실 내에 마이크로파를 방사하여 적어도 상기 연소·반응실 내의 혼합기의 온도 상승을 행하는 마이크로파 방사수단을 구비하고, 피스톤의 실린더 내벽에 슬라이딩하는 외주면에는 마이크로파의 누설을 방지하기 위한 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 6〕
실린더 및 피스톤으로 구성되어 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응실과, 연소·반응실에 형성된 흡기구 및 배기구를 개폐하는 밸브와, 연소·반응실 내에 마이크로파를 방사하여 적어도 상기 연소·반응실 내의 혼합기의 온도 상승을 행하는 마이크로파 방사수단을 구비하고, 밸브의 상기 연소·반응실 내에 닿는 면에는 상기 마이크로파를 1 또는 2 이상의 밸브 저면에 집중시키는 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 7〕
실린더 및 피스톤으로 구성되어 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과, 이 연소·반응실에서의 혼합기에 대하여 방전시켜, 점화하는 점화수단과, 점화수단의 주위, 또는 실린더의 주위에 설치된 자석을 구비하고, 자석이 발생하는 자계에 의해, 연소·반응실 내에서 발생하는 이온, 또는 플라즈마의 전해를 피스톤방향으로 하고, 화염·반응대 내, 또는 화염·반응대의 후방의 기(旣) 연소·기(旣) 반응 가스 중의 이온, 또는 플라즈마를 실린더의 외주측을 향하여 가속시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 내연기관에서는 화염면 및 그 후방에서 마이크로파에 의해 발생된 플라즈마에 의한 점화 특성과 화염 전파 속도의 가속이 촉진된다.
〔구성 8〕
실린더 및 피스톤으로 구성되어 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과, 연소·반응실에서의 혼합기에 대하여 방전시켜 점화하는 점화수단과, 점화수단에 공급하는 전압을 조정하는 전압 조정수단을 구비하고, 전압 조정수단은 점화수단에 공급하는 전압을 조정함으로써, 연소·반응실 내에서의 미연소·미반응의 혼합기에 대하여 점화 에너지 이하에서의 방전을 함으로써 플라즈마화시키고, 및/또는 기 연소·기 반응의 혼합기에 대하여 방전을 함으로써 플라즈마화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 내연기관에서는 마이크로파를 사용하지 않고, 종래의 스파크 플러그를 응용함으로써, 점화 전후의 양쪽 단계에서 플라즈마를 생성시킬 수 있다. 즉, 점화수단에 공급하는 전압을 단속파로 하고, 그 진폭 및 시간 길이를 제어함으로써, 부하, 혼합기 농도, 회전수, 점화 타이밍 등의 넓은 조건하에서, 안정 화염의 생성과 화염 전파 속도의 가속을 실현할 수 있다.
〔구성 9〕
실린더 및 피스톤으로 구성되어 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과, 반응성가스와 산화가스의 혼합기를 고압으로 분사하는 것으로 반응성가스와 산화가스의 혼합기를 압축하여 온도를 상승시켜, 자동점화시키는 수단과, 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단과, 자동점화시키는 수단 및 마이크로파 방사수단을 제어하는 제어수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단 및 점화수단은 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 마이크로파 방사수단이 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 연소·반응영역에서의 혼합기 중의 수분으로부터 다량의 OH 라디칼, 오존(O3)을 발생시킨 후에, 화학적으로 산화, 반응시켜, 자동점화시키는 수단이 혼합기에 대하여 점화하여, 다량의 OH 라디칼, O3에 의해서 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 연소를 촉진시킨다고 하는 사이클을 반복하는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 10〕
구성 5, 또는 구성 9를 갖는 내연기관에 있어서, 반응성가스와 산화가스의 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응영역에 대하여, 상기 연소·반응영역으로부터 배기된 가스 중의 O2, NOx, CO, 매연의 농도를 계측하는 계측 센서군을 구비하고 있기 때문에, 연소상태를 실시간으로 계측하면서 배출가스를 저감하는 연소 제어를 실현할 수 있다.
또, 본 발명에 관계되는 점화 플러그는 이하의 구성을 갖는 것이다.
〔구성 11〕
열기관 또는 플라즈마장치에서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사 안테나와, 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 점화하는 점화·방전부를 구비하고, 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관계되는 플라즈마장치는 이하의 구성을 갖는 것이다.
〔구성 12〕
소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와, 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동과, 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단은 마이크로파에 의해서 형성되는 플라즈마의 생성영역에 마이크로파에 의한 강(强) 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 13〕
구성 12를 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 공진 공동 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 14〕
구성 13을 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 방사수단 및 플라즈마 점화수단을 제어하는 제어수단과 플라즈마 발생에 의해서 생성하는 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정하는 측정부를 구비하고, 마이크로파 방사수단 및/또는 플라즈마 점화수단은 측정부의 결과를 실시간으로 처리하고, 그 제어수단에 제공하는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 15〕
구성 13, 또는 구성 14를 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 방사수단은 마이크로파 방사수단과 플라즈마 점화수단이 되는 점화·방전부를 구비하고, 마이크로파 방사수단 및 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 16〕
구성 12 내지 구성 15 중 어느 하나를 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 발진장치로서, 발진주파수가 2.45GHz의 발진 가전용 마그네트론을 사용한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 17〕
구성 13 내지 구성 15 중 어느 하나를 갖는 플라즈마장치에 있어서, 플라즈마 점화수단은 전극간에 유전체 등의 절연물을 삽입하는 배리어 방전, 불평등 전계를 형성하는 코로나 방전, 1㎲ 미만의 단(短) 펄스 전압을 인가하는 펄스 방전 타입을 사용한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 18〕
구성 12, 구성 13, 구성 15, 또는 구성 16을 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 전송수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 19〕
구성 18을 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 전송수단은 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 20〕
구성 18을 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파 전송수단은 도파관인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 21〕
구성 15 내지 구성 17 중 어느 하나를 갖는 플라즈마장치에 있어서, 마이크로파를 전송하는 동축 케이블과 마이크로파를 분기, 격리, 결합하는 방향성 결합기와 전송계 전체의 임피던스를 조정하는 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관계되는 배기가스 분해장치는 이하의 구성을 갖는 것이다.
〔구성 22〕
소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와, 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동과, 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단은 배기가스가 흐르는 유로 외주에 주방향에 배치하여 마이크로파에 의해서 형성되는 플라즈마의 생성영역이 유로 단면과 똑같이 마이크로파에 의한 강(强) 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 23〕
구성 22를 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 배기가스가 흐르는 유로 중심축방향에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하기 위한 중공, 또는 중실(中實)의 금속제의 막대 또는 판을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 24〕
구성 22, 또는 구성 23을 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 마이크로파 공진 공동(空洞) 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 25〕
구성 24를 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 플라즈마 점화수단은 배기가스가 흐르는 유로 외주방향에서 축방향에 대향하여 배치한 전극간의 아크방전에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 26〕
구성 22 내지 구성 25 중 어느 하나를 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 마이크로파 전송수단을 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 27〕
구성 26을 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 마이크로파 전송수단은 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 28〕
구성 26을 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 마이크로파 전송수단은 도파관인 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관계되는 오존 발생·멸균·소독장치는 이하의 구성을 갖는 것이다.
〔구성 29〕
오존의 생성영역에 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와, 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 상기 오존 생성영역에 형성한 마이크로파 공진 공동과, 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단은 마이크로파에 의해서 형성되는 오존의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 30〕
구성 29를 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에 있어서, 마이크로파 공진 공동 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단은 플라즈마 점화수단에 의해서 형성되는 오존의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 여러가지 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 31〕
구성 29, 또는 구성 30을 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에 있어서, 마이크로파 공진 공동 내의 기체가 대기압 이상의 공기인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 32〕
구성 29, 또는 구성 30을 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에 있어서, 마이크로파 공진 공동 내의 기체가 대기압 이상의 수증기인 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관계되는 소취장치는 이하의 구성을 갖는 것이다.
〔구성 33〕
소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와, 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동과, 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고, 마이크로파 방사수단은 마이크로파에 의해서 형성되는 마이크로파 공진 공동 내 소취 공간에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 것이다.
〔구성 34〕
구성 33을 갖는 소취장치에 있어서, 마이크로파 공진 공동 내에 소취하는 기체, 액체를 순환하기 위한 순환장치 및 순환계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.
구성 1을 갖는 점화장치에서는 유전율 제어수단이, 연소·반응영역 내의 혼합기의 유전율을 제어하고, 이 혼합기의 공진주파수를 마이크로파 방사수단에 의해서 방사되는 마이크로파의 주파수에 일치시키기 때문에, 마이크로파 방사수단에 의해서 마이크로파가 방사되었을 때에, 혼합기를 효율 좋게 온도 상승시킬 수 있다.
또한, 구성 2를 갖는 점화장치에서는 마이크로파 방사수단이 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시킨 후에, 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상 및 화염 전파 속도의 촉진을 도모하여, 점화수단이 혼합기에 대하여 점화하고, 다음에 마이크로파 방사수단이 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 혼합기의 연소·반응을 촉진시키기 때문에, 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기 또는 불균일 혼합기를 연소·반응시키는 경우에도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소·반응이 행하여진다.
구성 3을 갖는 점화장치에서는 마이크로파 방사수단이 되는 마이크로파 방사 안테나와 점화수단이 되는 점화·방전부가, 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있기 때문에, 이들을 종래의 스파크 플러그와 호환적으로 사용할 수 있다.
구성 4를 갖는 점화장치에서는 마이크로파 방사수단이 방사하는 마이크로파가 1 또는 2 이상의 제어된 단속파이기 때문에, 복수 개소에서 방전을 실현할 수 있다. 또한, 소비전력을 증대시키지 않고, 순간적으로는 마이크로파를 사용한 플라즈마를 생성할 수 있다.
구성 5를 갖는 내연기관에서는 피스톤의 실린더 내벽에 슬라이딩하는 외주면에, 마이크로파의 누설을 방지하기 위한 오목부가 형성되어 있기 때문에, 상술한 점화장치를 사용한 경우에도, 마이크로파의 누설을 방지할 수 있다.
구성 6을 갖는 내연기관에서는 밸브의 연소·반응실 내에 닿는 면에, 상기 마이크로파를 1 또는 2 이상의 밸브 저면에 집중시키는 구조(전기장으로서 사용하는 파장의 1/4 길이의 구조)가 형성되어 있기 때문에, 상술한 점화장치를 사용하고, 이 밸브에 마이크로파를 공급함으로써, 마이크로파의 공진에 의해 연소·반응영역에 대하여 방전 등의 에너지 방사를 할 수 있다.
구성 7을 갖는 내연기관에서는 자석이 발생하는 자계에 의해, 연소·반응실 내에서 발생하는 이온, 또는 플라즈마의 전계를 피스톤방향으로 하여, 화염·반응대 내, 또는 화염·반응대의 후방의 기 연소·기 반응 가스 중의 이온, 또는 플라즈마를 실린더의 외주측을 향하여 가속시키기 때문에, 화염면 및 그 후방으로 마이크로파에 의해 발생된 플라즈마에 의한 점화 특성과 화염 전파 속도의 가속을 촉진시킬 수 있다.
구성 8을 갖는 내연기관에서는 점화수단에 공급하는 전압을 조정함으로써, 연소·반응실 내에서의 미연소·미반응의 혼합기에 대하여 점화 에너지 이하에서의 방전을 함으로써 플라즈마화시키고, 및/또는 기 연소·기 반응의 혼합기에 대하여 방전을 함으로써 플라즈마화시키기 때문에, 마이크로파를 사용하지 않고, 종래의 스파크 플러그를 응용함으로써, 점화 전후의 양쪽의 단계에서 플라즈마를 생성시킬 수 있다.
즉, 이 내연기관에서는 점화수단에 공급하는 전압을 단속파로 하고, 그 진폭 및 시간 길이를 제어함으로써, 부하, 혼합기 농도, 회전수, 점화 타이밍 등의 넓은 조건하에서, 안정 화염의 생성과 화염 전파 속도의 가속을 실현할 수 있다.
구성 9를 갖는 내연기관에서는 반응성가스와 산화가스의 혼합기를 고압으로 연소·반응영역에 분사하는 것으로 혼합기를 압축하여 온도를 상승시켜, 혼합기를 자동점화시킬 때, 연소·반응영역 내에 미리 마이크로파를 방사하고 있기 때문에, 그 자동점화를 이용하여 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 이 저온 플라즈마 발생에 의해 혼합기 중의 수분으로부터 다량의 OH 라디칼, 오존(O3)을 지속적으로 생성할 수 있어, 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 연소를 촉진시킬 수 있다.
구성 10을 갖는 내연기관에서는 연소·반응영역으로부터 배기된 배기가스 중의 O2, NOx, CO, 매연의 농도를 계측하는 계측 센서군을 구비하고 있기 때문에, 연소·반응실 내의 연소·반응상태를 모니터할 수 있어, 마이크로파를 사용한 연소 개선·제어에 반영시키는 것이 가능해진다.
구성 11을 갖는 점화 플러그에서는 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부가, 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있기 때문에, 종래의 스파크 플러그나 글로우 플러그 등, 플라즈마원과 호환적으로 사용하면서, 상술한 점화장치를 구성할 수 있다.
구성 12를 갖는 플라즈마장치에서는 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동(캐비티)과 캐비티 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(마이크로파 방사 안테나)을 구비하고 있고, 플라즈마의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수의 마이크로파 방사 안테나를 갖는 것으로 효율 좋은 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
구성 13을 갖는 플라즈마장치에서는 캐비티 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비하고 있고, 플라즈마의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수의 마이크로파 방사 안테나를 갖는 것으로 효율 좋은 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
구성 14를 갖는 플라즈마장치에서는 마이크로파 방사수단 및 플라즈마 점화수단을 제어하는 제어수단과 플라즈마 발생에 의해서 생성하는 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정하는 측정부를 구비하고 있고, 측정부의 결과를 실시간으로 처리하여, 마이크로파 방사수단 및/또는 플라즈마 점화수단의 제어에 사용하는 것으로 OH 라디칼, O3의 발생량을 전기적으로 제어할 수 있다.
구성 15를 갖는 플라즈마장치에서는 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있고, 저가이고, 조밀하고, 취급이 용이한, 융통성이 높은 장치를 제공할 수 있다.
구성 16을 갖는 플라즈마장치에서는 발진주파수가 2.45GHz의 가전용 마그네트론을 사용하고 있기 때문에, 저가이며, 입수하기 쉽고, 수리·교환이 용이하고, 또한 사용상의 법적규제상, 지장이 없는 플라즈마장치를 제공할 수 있다.
구성 17을 갖는 플라즈마장치에서는 플라즈마 점화수단은 전극간에 유전체 등의 절연물을 삽입하는 배리어 방전, 불평등 전계를 형성하는 코로나 방전, 1㎲ 미만의 단 펄스 전압을 인가하는 펄스 방전 타입의 어느 것을 사용하여도 같은 효과를 얻을 수 있고, 적용 조건에 의하지 않고 융통성이 높은 장치를 제공할 수 있다.
구성 18을 갖는 플라즈마장치에서는 마이크로파 전송수단을 구비하고 있기 때문에, 같은 효과를 유지하면서, 발생장치의 설치장소에 융통성을 갖게 할 수 있다.
구성 19를 갖는 플라즈마장치에서는 마이크로파 전송수단에 플렉시블한 동축 케이블을 사용하고 있기 때문에, 마이크로파 발진장치의 설치에 제약이 없고, 같은 효과를 얻을 수 있고, 융통성이 높은 장치를 제공할 수 있다.
구성 20을 갖는 플라즈마장치에서는 마이크로파 전송수단은 도파관이기 때문에, 동축 케이블 이상으로 고효율의 전송을 기대할 수 있다.
구성 21을 갖는 플라즈마장치에서는 마이크로파를 전송하는 동축 케이블과 마이크로파를 분기, 격리, 결합하는 방향성 결합기와 전송계 전체의 임피던스를 조정하는 조정기(stub)를 구비하는 것으로 전송계의 마이크로파 전송 효율을 높여, 최적으로 조정할 수 있다. 또한 마이크로파 발생장치와 플라즈마 발생 개소를 분리할 수 있어, 적용 개소에 따른 여유도(Redundancy)가 더욱 높은 시스템 설계가 가능해진다.
구성 22를 갖는 배기가스 분해장치에서는 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동(캐비티)과 캐비티 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(마이크로파 방사 안테나)을 구비하고, 마이크로파 방사수단은 배기가스가 흐르는 유로 외주에 주방향에 배치하여 마이크로파에 의해서 형성되는 플라즈마의 생성영역이 유로 단면 똑같이 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 여러가지 치수를 갖고 있기 때문에, 대유량의 배기가스를 처리하는 것이 가능하다.
구성 23을 갖는 배기가스 분해장치에서는 배기가스가 흐르는 유로 중심축(흐름)방향에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하기 위한 중공, 또는 중실의 금속제의 막대 또는 판을 구비하는 것으로, 배기가스가 흐르는 유로 단면 전역, 흐름 방향에 걸쳐 똑같은 강도의 높은 저온 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
구성 24를 갖는 배기가스 분해장치에서는 캐비티 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비하는 것으로, 캐비티 내에서 에너지 효율 좋게 마이크로파에 의한 플라즈마를 발생시켜, 효율 좋게 배기가스를 분해할 수 있다.
구성 25를 갖는 배기가스 분해장치에서는 플라즈마 점화수단에, 배기가스가 흐르는 유로 외주방향에서 축(흐름)방향에 대향하여 배치한 전극간에서의 아크방전에 의해서 행하는 것으로, 유로 단면 내에서 균일하고 또한 축방향에 임의의 구간 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
구성 26을 갖는 배기가스 분해장치에서는 마이크로파 전송수단을 구비하고 있기 때문에, 마이크로파 발진장치의 설치장소에 관계 없이, 온라인상에 플라즈마장치를 설치하는 것이 가능해져, 설치 제약이 없어진다.
구성 27을 갖는 배기가스 분해장치에서는 마이크로파 전송수단이 동축 케이블이기 때문에, 마이크로파 발진장치의 설치장소에 관계 없이, 온라인상에 플라즈마장치를 설치하는 것이 가능해져, 도중의 전송 스페이스나 구조상의 설치 제약이 없어진다.
구성 28을 갖는 배기가스 분해장치에 있어서, 마이크로파 전송수단은 도파관이기 때문에, 동축 케이블 이상으로 고효율의 전송을 기대할 수 있다.
구성 29를 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에서는 오존의 생성영역에 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 상기 오존 생성영역에 형성한 마이크로파 공진 공동(캐비티)과 캐비티 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(마이크로파 방사 안테나)을 구비하고, 마이크로파 방사 안테나는 오존의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖고 있기 때문에, 대유량의 오존을 발생시키는 것이 가능하다.
구성 30을 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에서는 캐비티 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비하고, 마이크로파 방사 안테나는 플라즈마 점화수단에 의해서 형성되는 오존의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 여러가지 치수를 갖고 있기 때문에, 캐비티 내에서 에너지 효율 좋게 마이크로파에 의한 플라즈마를 발생시키고, 효율 좋게 대유량의 오존을 발생시킬 수 있다.
구성 31을 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에 있어서, 캐비티 내의 기체가 대기압 이상의 공기이기 때문에, 특수한 구조를 갖지 않고 저가로 용이하게, 또한 다량으로 발생시킬 수 있다.
구성 32를 갖는 오존 발생·멸균·소독장치에서는 캐비티 내의 기체가 대기압 이상의 수증기를 사용하는 것으로, 또 특수한 구조를 갖지 않고 저가로 용이하게, 또한 다량으로 발생시킬 수 있다.
구성 33을 갖는 소취장치에서는 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동(캐비티)과 캐비티 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(마이크로파 방사 안테나)과 마이크로파 방사 안테나는 마이크로파에 의해서 형성되는 캐비티 내 소취 공간에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수법을 갖고 있기 때문에, 대량의 오존을 발생시켜 소취 효과를 높일 수 있다.
구성 34를 갖는 소취장치에서는 캐비티 내에 소취하는 기체, 액체를 순환하기 위한 순환장치 및 순환계를 구비하는 것으로, 더욱 소취 효과를 높인 소취장치를 제공할 수 있다.
즉, 본 발명은 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이나 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서, 혼합기 중의 연료의 비율을 내려 얇은 혼합기를 연소·반응시키는 경우에도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소·반응이 행하여지는 것을 가능하게 하여, 점화의 안정화, 연소 속도의 향상, 불균일 혼합기의 연소 촉진, 연비 소비율의 개선을 도모할 수 있는 점화장치를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 관계되는 점화장치를 적용하는 것에 적합한 내연기관을 제공할 수 있는 것으로, 또, 본 발명은 상술한 바와 같은 본 발명에 관계되는 점화장치에 적용하는 것에 적합한 점화 플러그를 제공할 수 있는 것이다. 또, 이 점화 플러그는 내연기관뿐만 아니라, 연소·반응기기의 점화장치로서 사용할 수 있다. 이것에 의해, 화염의 안정화와 연비 소비율 향상, 연소·반응 효율의 향상을 도모할 수 있다.
또, 본 발명은 예를 들면, 유해 배출물(CO2, NOx, 미연탄화수소), 휘발성 유해화학 물질(V0C), 부유 입자형 물질(PM), 매연 등의 삭감, 저감을 위한 처리장치, 전기집진기에 대한 응용, 및 타르, 진흙, 배수의 처리·재이용 등의 환경(공장내, 오염방지) 대책기술분야, 및 멸균, 살균, 세정기술 등 의료·위생분야에서 사용되는 플라즈마장치, 배기가스 분해장치, 유해 물질처리장치, 오존 발생·멸균·소독장치, 소취장치에 있어서, 대기압으로 간단히 플라즈마화를 할 수 있고, OH 라디칼이나 O3이 대량으로 발생하는 저가이며 소형의 장치를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 오염방지 대책기술뿐만 아니라, 공장내 대책기술에 대한 적용도 가능한 것이다. 가스터빈, 화로, 산업 폐기물 소각로, 열 분해로 등 여러가지의 연소기에서도, 안정되고, 그리고, 고효율의 연소를 할 수 있도록 하여, 출력의 저하가 없고, 연소 프로세스의 개선(희박연료의 연소 한계의 확대에 의한 에너지 절감화), 미연소연료의 분해·완전 연소에 의한 유해 배출물의 삭감·저감을 도모하는 적합한 플라즈마장치를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 저가이며, 용이하게, 대량의 O3을 고효율, 또한 에너지 절감으로 발생하는 오존 발생·멸균·소독장치, 소취장치를 제공할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명에 관계되는 점화장치가 적용되는 내연기관에 있어서의 혼합기의 온도와 유전율의 관계를 도시하는 그래프.
도 2는 본 발명에 관계되는 점화장치에 있어서의 마이크로파의 펄스폭을 도시하는 그래프.
도 3은 상기 내연기관에 있어서의 연소·반응실의 구성을 도시하는 측면도.
도 4는 본 발명에 관계되는 4단계의 멀티 점화의 마이크로파의 펄스폭 및 마이크로파의 출력을 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명에 관계되는 점화 플러그의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 본 발명에 관계되는 점화 플러그의 구성을 도시하는 측면도.
도 7은 본 발명에 관계되는 내연기관의 제1실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도 및 평면도.
도 8은 본 발명에 관계되는 내연기관의 제2실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 단면도.
도 9는 본 발명에 관계되는 내연기관의 구성의 다른 예를 도시하는 측면도.
도 10은 본 발명에 관계되는 내연기관의 구성의 더욱 다른 예를 도시하는 단면도.
도 11은 본 발명에 관계되는 플라즈마장치의 제1실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도.
도 12는 본 발명에 관계되는 플라즈마장치의 제2실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도. 또한, 본 발명에 관계되는 배기가스 처리장치의 제1실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도.
도 13은 본 발명에 관계되는 플라즈마장치의 제3실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도.
도 14는 본 발명에 관계되는 플라즈마장치의 제4실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도. 또한, 본 발명에 관계되는 배기가스처리장치의 제2실시형태의 오목부의 구성을 도시하는 측면도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.
〔점화장치의 제1실시형태〕
열기관 또는 플라즈마장치에서, 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응영역, 예를 들면, 엔진의 연소·반응실에서, 마이크로파에 의한 혼합기의 승온이나 점화를 하는 경우에는 승온이나 점화를 위해 요하는 에너지를 연소·반응실 내에 효율 좋게 전송할 필요가 있다. 이 때문에, 연소·반응실의 형상이나 혼합기의 유전율(ε) 등에 의해서 결정되는 공진주파수와 마이크로파의 주파수가 일치하고 있는 것이 바람직하다. 한편, 마이크로파를 발생시키는 마그네트론으로서는 물분자에 공진하는 발진주파수 2.45GHz가, 이미 가전제품용으로서 다수 생산되어 사용되고 있다. 또한, 물고기떼 탐지기 나 레이더용으로서는 또 고주파의 마그네트론이 실용화되고 있다.
그래서, 연소·반응실의 공진주파수를, 예를 들면, 이 주파수(2.45GHz)에 일치시킬 수 있으면, 대량으로 유통되어 저가인 발진주파수 2.45GHz의 마그네트론을 사용할 수 있어, 장치의 제조의 용이화나 제조비용의 저렴화의 관점에서 바람직하다.
그러나, 실린더의 내부 형상 및 피스톤의 형상에 따라서 결정되는 연소·반응실의 형상은 공진주파수 이외의 여러 가지의 요인에 의해서 결정되기 때문에, 모든 기관에서 공진주파수가 일정해지는 형상으로 하는 것은 곤란하다.
그래서, 본 발명에 관계되는 점화장치에서는 연소·반응실 내에 물 및/또는 배기가스를 도입함으로써, 혼합기의 유전율(ε)을 제어하여, 연소·반응실 내의 혼합기의 공진주파수를 마이크로파의 주파수에 일치시키도록 하고 있다.
즉, 이 점화장치는 유전율 제어수단을 갖고 있다. 이 유전율 제어수단은 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응영역(연소·반응실 등)에 대하여, 물 및/또는 상기 연소·반응영역으로부터 배기된 배기가스를 도입하여, 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 유전율을 제어하는 것이다.
연소·반응실 내의 혼합기의 유전율(ε)은 연소·반응실 내에 분사하는 가솔린량을 바꿈으로써 공연비(A/F 값)의 변화에 따라서도 변화하지만, 도 1에 도시하는 바와 같이, 혼합기와는 별도로, 연소·반응실 내에 물(수증기)을 도입함으로써도, 변화시킬 수 있다. 그래서, 유전율 제어수단에 의해서, 연소·반응실 내에 물 을 도입함으로써, 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 유전율을 제어할 수 있다. 연소·반응실 내에 물을 도입하는 것은 예를 들면, 탱크에 축적한 물을 펌프에 의해서 연소·반응실 내에 보냄으로써 행할 수 있다.
또한, 연소·반응실로부터 배기된 배기가스를 연소·반응실에 재도입하는 것은 소위 「EGR」(배기재순환)로서 종래부터 행하여지고 있는 것이기 때문에, 배기가스를 연소·반응실에 재도입하는 구체적인 기구로서는 주지의 기구를 사용할 수 있다.
유전율 제어수단은 이들 물 및/또는 배기가스를 연소·반응실 내에 도입함으로써, 연소·반응실 내의 수증기량이나 온도를 제어하고, 이들에 의해서 혼합기의 유전율(ε)을 제어한다. 그리고, 이 유전율 제어수단은 연소·반응실 내의 혼합기의 공진주파수를, 후술하는 마이크로파 방사수단에 의해 방사되는 마이크로파의 주파수에 일치시킨다.
그리고, 이 점화장치는 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하고, 이 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시키는 마이크로파 방사수단을 갖고 있다. 이 마이크로파 방사수단으로서는 발진주파수가 2.45GHz의 일반적인 마그네트론을 사용할 수 있다. 발진주파수 2.45GHz의 마그네트론은 소위 「전자레인지」에서 사용되고 있는 것으로, 대량으로 생산되어 유통되고 있는 것이다. 한편, 마그네트론에 한하지 않고, 휴대전화 등에 사용되는 고주파 대역의 발신기 등을 사용하여도 좋고, 이 경우는 더욱 소형으로 휴대 가능한 장치를 제공할 수 있다. 그리고, 이 마이크로파 방사수단은 마이크로파를 마이크로초의 펄스, 또는 1 또는 2 이 상의 단속적으로서 방사하는 것이 바람직하다. 마이크로파를 단속적으로 행함으로써, 소비전력을 증대시키지 않고, 순간적으로는 큰 파워의 마이크로파에 의해 플라즈마를 생성할 수 있다.
또, 본 발명의 적용 대상물에 대하여, 마이크로파의 발진 형태를 이들 펄스, 단속, 연속의 조합으로 최적이 되도록 구성하여 제어할 수도 있다.
또, 단속적인 마이크로파의 지속시간(펄스폭)은 각각의 열기관 또는 플라즈마장치에 의해 적절하게 최적화할 수 있어, 도 2에 도시하는 바와 같이, 예를 들면, 인버터가 있는 전자레인지의 기구를 응용하는 것이면, 16 msec 정도의 주기로 3 μsec 내지 18 μsec 정도의 펄스폭의 마이크로파를 방사하는 것이 가능해진다. 또, 단속적인 마이크론파의 진폭 및 주기는 임의로 설정할 수 있다.
이 점화장치에 있어서, 마이크로파 방사수단으로부터 발생하는 마이크로파는 동축 케이블을 통해서, 연소·반응실 내에 전송되도록 되어 있다.
또, 이 점화장치는 연소·반응실 내의 혼합기에 대하여 점화하는 점화수단을 갖고 있다. 이 점화수단은 가솔린엔진에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 스파크 플러그나, 디젤엔진에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 글로우 플러그 등의 점화·방전부를 갖는 것을 사용할 수 있다.
또, 이 점화장치에서는 점화수단으로서, 스파크 플러그나 글로우 플러그를 사용하지 않고, 마이크로파 방사수단이 점화수단도 겸하도록 하여도 좋다. 또 마이크로파에 의한 플라즈마 발생을 쉽게 하기 위한 점화수단으로서, 레이저광, 라이터 버너 등의 화염, 히터 가열, 고온의 금속편 등의 수단을 사용하여 열적으로 전 자를 공급하여도 좋다.
이 점화장치에서는 유전율 제어수단은 연소·반응실 내에서의 혼합기의 연소·반응이 행하여지기 전에, 이 혼합기의 유전율(ε)을 제어함으로써, 연소·반응실 내에서의 혼합기의 공진주파수를 마이크로파 방사수단에 의해서 방사되는 마이크로파의 주파수에 일치시킨다. 이 상태로, 마이크로파 방사수단에 의해서 마이크로파가 방사되면, 연소·반응실 전체가 공진하여, 연소·반응실 내의 혼합기가 효율 좋게 승온되어, 점화가 용이한 상태가 된다.
이와 같이 연소·반응실 내의 혼합기가 승온된 상태로, 점화수단에 의해서 점화를 함으로써, 혼합기가 양호하게 연소·반응하게 된다. 이 점화에서는 마이크로파에 의한 공진을 이용하여, 소위 「부피 점화」를 하여도 좋고, 또는 국소영역에서 「점 점화」를 하여도 좋고, 또, 다단의 점화를 하여도 좋다. 즉, 이 점화장치는 점화 전, 점화시, 점화 후에, 마이크로파에 의한 플라즈마 생성을 할 수 있는 시스템이다.
또, 점화시에 관해서는 「점화 지연 시간」(ignition delay)을 고려하여, 점화는 피스톤이 상사점에 도달하여 연소·반응실의 용적이 가장 축소되는 시점의 소정시간 전에 행하는 것이 바람직하다. 연료의 농도(공연비)나 점화의 타이밍은 각각의 열기관 또는 플라즈마장치에 의해 최적화함으로써, 최대의 출력을 얻을 수 있도록 할 수 있다.
또한, 이 점화장치에서는 연소·반응실 내에 도입하는 물의 양, 재순환하는 배기가스의 양, 연료의 양 등을 적절하게 최적화함으로써, 혼합기의 유전율을 정확 하게 제어할 수 있다. 또, 이들의 최적화는 연소·반응실 내의 산소 농도, 혼합기의 온도, 잔류가스의 농도 등에 의한 영향도 고려하여, 적절하게 정할 수 있다.
이렇게 하여, 이 점화장치는 종래의 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서의 점화장치와 비교하여, 혼합기 중의 연료의 비율이 낮은 경우이어도 혼합기 농도가 불균일상태이어도, 안정된 연소·반응을 실현할 수 있다.
또, 이 점화장치는 연소·반응영역으로서 폐쇄된 연소·반응실을 갖지 않는 제트엔진 등에서도 사용할 수 있다. 제트엔진 등에서는 엔진 내의 연속한 공간에서, 흡기, 혼합, 연소·반응 및 배기가 각각 연속하여 행하여지지만, 이 점화장치는 연소·반응이 행하여지는 영역에서, 앞서 설명한 바와 같이, 혼합기의 유전율의 제어, 마이크로파 방사 및 점화를 연속적으로, 또는 단속적으로 행한다.
그리고, 이 점화장치에 있어서, 마이크로파 방사수단은 발진주파수 2.45GHz의 마그네트론에 한정되지 않고, 연료 중의 탄화수소분자, 탄소분자, 또는 수소분자 등에 공진하는 주파수에 있어서 발진하는 마그네트론을 사용하여도 좋다. 이 경우에는 연소·반응영역 내에 물을 도입할 필요는 없다.
〔점화장치의 제2실시형태〕
이 실시형태에 있어서의 점화장치는 상술한 제1실시형태에 있어서의 점화장치와 같이, 마이크로파 방사수단과 점화수단을 갖고 있다. 그리고, 이 점화장치에서는 마이크로파 방사수단 및 점화수단을 제어하는 제어수단을 구비하고 있다.
제어수단은 마이크로파 방사수단 및 점화수단을 제어하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 방사수단에 의해 연소·반응실(8) 내에 마이크로파를 방사 하여 연소·반응실에서의 혼합기의 온도를 상승시키거나, 또는 라디칼을 생성시킨 후에, 점화수단에 의해 혼합기에 대하여 점화시키고, 다음에, 마이크로파 방사수단에 의해 연소·반응실 내에 마이크로파를 방사시켜 연소·반응실에서의 혼합기의 연소·반응을 촉진시킨다고 하는 사이클을 반복하여 실행한다.
즉, 이 점화장치에서는 마이크로파 발생 타이밍 및 마이크로파의 출력(투입 에너지)을 컨트롤함으로써, 혼합기의 승온 및 라디칼 생성, 점화, 화염 전파 촉진이라는 연소·반응 사이클을 실현한다. 이 때, 연소·반응 전의 혼합기에 대해서는 상술한 제1실시형태와 같이, 물 및/또는 배기가스를 도입하는 것으로 하여도 좋다.
또한, 이 점화장치에서는 예를 들면, 4단계의 멀티 점화를 행할 수 있다. 제1단계에서는 점화 전의 혼합기에 마이크로파를 방사함으로써, 혼합기에 있어서의 물의 온도를 상승시킨다. 제2단계에서는 점화 전의 혼합기에 마이크로파를 방사함으로써, 연소·반응영역에서 플라즈마 방전을 일으켜, 라디칼 농도를 상승시킨다. 이들 제1단계 및 제2단계에 의해, 혼합기의 점화 특성을 향상시켜, 점화가 용이한 상태로 한다. 제3단계에서는 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 방전시켜, 점화를 한다. 이 때, 기존의 스파크 플러그를 사용한 점화가어도 좋다. 제4단계에서는 점화 후의 혼합기에 마이크로파를 방사함으로써, 연소·반응영역에서 플라즈마 방전을 일으켜, 라디칼 농도를 상승시키거나, 또는 마이크로파를 방사함으로써, 마이크로파로부터 정재파(定在波)를 발생시킴으로써, 화염 전파를 촉진시킨다.
또, 4단계의 멀티 점화에 있어서의 마이크로파의 펄스폭 및 마이크로파의 출 력(투입 에너지)은 도 4에 도시하는 바와 같이, 각 단계의 마이크로파의 출력 및 펄스폭을 각각의 열기관 또는 플라즈마장치에서 최적화시킴으로써, 최대의 출력을 얻을 수 있도록 할 수 있다. 또한, 마이크로파의 출력과 단속파의 진폭 및 주기와의 제어에 의해, 이 마이크로파의 방사에 의해서, 혼합기의 승온, OH 라디칼 등의 라디칼의 생성, 점화 및 화염 전파 촉진 모두를 행할 수 있다.
이 점화장치에서는 이렇게 하여 연소·반응이 촉진됨으로써, 종래의 점화장치를 사용한 경우에는 연소·반응시킬 수 없었던 연료의 희박한 혼합기도 효율 좋게 연소·반응시킬 수 있고, 출력을 유지한 채로, 연소·반응 소비율의 개선, 연소·반응실의 소형화, 출력의 향상, 배기가스의 청정화를 도모할 수 있다. 또한, 이 점화장치에서는 비완전 연소·반응이 방지되어, 완전 연소·반응이 실현되기 때문에, 대기오염물이 발생을 억제할 수 있어, 환경보호에도 공헌할 수 있다.
〔점화 플러그의 실시형태〕
본 발명에 관계되는 점화 플러그는 도 5a에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 방사수단이 되는 마이크로파 방사 안테나(1)와 점화수단이 되는 점화·방전부(2)를 구비하고 있고, 이들 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부가, 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있는 것이다. 이 점화 플러그는 종래의 가솔린엔진이나 디젤엔진에 있어서 일반적으로 사용되고 있는 스파크 플러그나 글로우 플러그와 호환적으로 사용함으로써, 상술한 본 발명에 관계되는 점화장치를 구성할 수 있는 것이다.
이 점화 플러그에 있어서, 마이크로파 방사 안테나(1)에는 동축 케이블(3)을 통해서, 도시하지 않은 마그네트론으로부터 마이크로파가 전송된다. 그리고, 이 점화 플러그는 마이크로파 방사 안테나(1)를 둘러싸도록 하여, 원통형의 그라운드단자부(4)를 갖고 있다. 점화·방전부(2)는 도시하지 않은 전원으로부터 전압을 인가하는 양극단자(5)의 선단부와 원통형의 그라운드단자부(4)의 선단부의 사이에 형성되어 있다.
또한, 이 점화 플러그는 도 5b에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 방사 안테나(1)를 원통형으로 형성하고, 이 마이크로파 방사 안테나(1) 내에 양극단자(5)를 배치하여 구성하여도 좋다. 이 경우에는 그라운드단자부(4)는 막대형으로 형성하고, 마이크로파 방사 안테나(1)의 외측에 배치한다. 이 경우에도, 양극단자(5)의 선단부와 그라운드단자부(4)의 선단부의 사이에는 점화·방전부(2)가 형성된다.
이 점화 플러그에서는 이들 마이크로파 방사 안테나(1)와 점화·방전부(2)는 도 6에 도시하는 바와 같이, 종래의 일반적인 스파크 플러그와 호환적인 형상으로서 일체적으로 구성된다. 그리고, 이 점화 플러그에서는 점화수단으로서의 스파크(방전)와 마이크로파 방사수단으로서의 마이크로파의 방사가 가능하고, 상술한 점화장치를 구성하는 것이 용이해진다.
또, 도 5 및 도 6에 도시한 각 점화 플러그에서는 상술한 점화장치의 제2실시형태인 4단계 멀티 점화를 할 수 있는 구조이다.
〔내연기관의 제1실시형태〕
본 발명에 관계되는 내연기관은 도 7에 도시하는 바와 같이, 실린더(6) 및 피스톤(7)으로 구성되어 연료와 공기의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응 이 행하여지는 연소·반응실(8)을 갖고, 또한, 점화장치로서, 상술한 실시형태에 있어서의 마이크로파 방사 안테나(1)를 구비하고 있다. 그리고, 이 내연기관은 피스톤(7)의 실린더(6) 내벽에 슬라이딩하는 외주면에, 마이크로파의 누설을 방지하기 위한 오목부(9)가 형성되어 있는 것이다.
이 오목부(9)는 원주형의 피스톤(7)의 외주면에, 이 외주면을 둘러싸는 원환상의 홈이 단속한 형상으로 형성되어 있다. 이 오목부(9)의 폭(L; 홈 폭)은 실린더(6)의 내벽과 피스톤의 빈틈을 D로 하고, 마이크로파의 파장을 λ로 하였을 때, 8D 이상, λ/8 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 이 오목부(9)의 깊이(홈 깊이)는 λ/4로 한다.
또한, 이 오목부(9)는 도 7a에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 파장에 산란이 없는 경우에는 피스톤(7)의 외주면의 전체 둘레(360도)에 대한 약 80%의 범위로 형성함으로써, 이 마이크로파가 실린더(6)로부터 누설되지 않도록 할 수 있다. 그리고, 이 오목부(9)는 도 7b에 도시하는 바와 같이, 마이크로파의 파장에 산란이 있는 경우에는 통과시키기 때문에, 선택적으로 특정한 주파수의 마이크로파를 트랩하여, 챔버 내를 안정시킬 수 있다.
〔내연기관의 제2실시형태〕
본 발명에 관계되는 이 내연기관은 도 8에 도시하는 바와 같이, 실린더 및 피스톤으로 구성되어 연료와 공기의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응실(8)과 이 연소·반응실(8)에 형성된 흡기구(10) 및 배기구(11)를 개폐하는 밸브(12)를 갖고, 또한, 점화장치로서, 상술한 실시형태에 있어 서의 마이크로파 방사수단을 구비하고 있다. 이 마이크로파 방사수단은 앞서 설명한 바와 같이, 연소·반응실(8) 내에 마이크로파를 방사하여, 적어도 연소·반응실(8) 내의 혼합기의 온도 상승을 한다.
그리고, 이 내연기관에서는 각 밸브(12)의 연소·반응실(8) 내에 닿는 면에는 마이크로파에 공진하여, 마이크로파를 1 또는 2 이상의 밸브 저면, 즉, 엔진 연소실측에 집중시키는 주기 구조(13; 예를 들면, 림본, 밴스트랩, 콜게이트)가 형성되어 있다. 이 주기 구조(13)는 질화물 등에 의해서, 마그네트론에 있어서의 공진기와 같은 형상의 돌출 라인으로서 형성되어 있는 것이다. 또, 이 주기 구조(13)를 이루는 돌출 라인간의 오목부가 되는 부분은 세라믹 등의 절연재료에 의해서 매립되어 있고, 각 밸브(12)의 연소·반응실(8) 내에 닿는 면은 평탄한 형상으로 이루어져 있다.
이 내연기관에서는 마그네트론으로부터의 마이크로파는 각 밸브(12)의 샤프트부(14)를 통해서, 각 밸브(12)의 연소·반응실(8) 내에 닿는 면에 전송된다. 그리고, 이 마이크로파는 각 밸브(12)의 주기 구조(13)에 있어서 공진하여, 전류로 변환된다. 따라서, 각 밸브(12)의 주기 구조(13)에 마이크로파가 전송되면, 이 주기 구조(13)에 있어서 스파크가 생긴다. 즉, 이 내연기관에서는 스파크 플러그를 사용하지 않아도, 스파크에 의한 혼합기에 대한 점화를 할 수 있다. 또, 각 밸브(12)의 샤프트부(14)는 마이크로파의 누설을 방지하기 위해서, 직경을 8mm 이하로 하는 것이 바람직하다.
이 내연기관에서는 종래와 같은 스파크 플러그를 형성할 필요가 없고, 공간 적인 여유가 생기기 때문에, 흡기구(10) 및 배기구(11)를 대형화하여 연소·반응 효율의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 내연기관에서는 각 밸브(12)의 연소·반응실(8) 내에 닿는 면의 대략 전체면에 있어서 다점 점화를 행할 수 있어, 안정된 연소·반응을 실현할 수 있다.
또, 이 내연기관에서도, 마이크로파의 모든 에너지가 스파크에 소비되는 것은 아니고, 마이크로파의 출력이나 펄스폭 등을 적절하게 최적화함으로써, 마이크로파 중의 스파크로서 소비되는 에너지와 연소·반응실(8) 내에 마이크로파로서 방사되는 에너지의 비율을 조정할 수 있어, 상술한 바와 같은 점화장치를 구성하는 것이 가능하다.
또한, 이 내연기관에서는 도 9에 도시하는 바와 같이, 마이크로파가 전송되는 밸브(12)의 샤프트부(14)의 주위에 자석(15)을 형성하여, 자계 및 전계를 발생시킴으로써, 플라즈마 생성 및 화염 전파 촉진에 의한 연소·반응의 촉진을 도모할 수 있다.
또, 이 내연기관에서는 도 10에 도시하는 바와 같이, 연소·반응실(8)의 내벽부에, 마이크로파에 공진하는 주기 구조(13; 질화물 등에 의해서 마그네트론에 있어서의 공진기와 동형상의 돌출 라인으로서 형성한 것)를 형성하고, 이 주기 구조(13)에 전류를 공급함으로써, 이 주기 구조(13)에 있어서 마이크로파가 발생되도록 하여도 좋다.
〔플라즈마장치의 제1실시형태〕
본 발명에 관계되는 플라즈마장치는 도 11에 도시하는 바와 같이, 마이크로 파 발진장치(17)와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동(18; 캐비티)과 캐비티 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(19; 마이크로파 방사 안테나)과 캐비티 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단(20)을 구비하고, 마이크로파 방사 안테나(19)는 플라즈마 점화수단(20)에 의한 플라즈마 생성영역(21)에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 것이다.
유해 배출물, 화학 물질, 부유 입자형 물질, 매연 등을 플라즈마에 의한 생성물(OH 라디칼, 오존(O3))을 이용하여 화학적으로 산화, 반응시켜, 무해화하기 위해서, 마이크로파 공진 공동(캐비티) 내 유체(22)에, 고압장(대기압, 또는 0.2MPa 이상)의 비평형 플라즈마를 발생시킨다. 대기압·비평형 플라즈마의 최대의 메리트는 열·화학 평형의 제약을 회피하여, 온도·압력과 거의 독립적으로 반응 속도나 원료 전환율을 제어할 수 있는 점이다. 생성한 플라즈마와 반응시키는 반응기(reactor)의 설계 자유도가 높고, 경량·콤팩트, 또한 응답성이 좋은 리액터를 구축할 수도 있다. 대기압·비평형 플라즈마는 예를 들면, 메탄으로부터 메탄올의 직접 합성, 천연가스의 수증기 개질, 아세틸렌 합성, 천연가스의 액화 등에 대한 이용도 생각되고 있다.
이 때, 발생하는 플라즈마의 압력은 무해화하는 유해 배출물, 화학 물질, 부유 입자형 물질, 매연 등의 처리 유체의 라인 압력으로 설정된다. 또한, 처리량은 라인을 흐르는 유량으로 결정된다.
그런데, 고압장의 플라즈마를 생성시키기 위해서, 발명자는 여러가지의 기초 연구를 하였다. 그 연구성과로부터 플라즈마의 종류를 어떠한 방법으로 점화시키고, 이것에 에너지를 주는 것으로 안정된 플라즈마의 지속이 가능한 것이 판명되었다. 이 때문에, 플라즈마 점화수단(4)에 관해서는 전극간에 유전체 등의 절연물을 삽입하는 배리어 방전, 불평등 전계를 형성하는 코로나 방전, 1㎲ 미만의 단 펄스 전압을 인가하는 펄스 방전 중 어느 것을 사용하여 비평형 플라즈마를 점화한다. 예를 들면, 가솔린자동차용 점화 플러그나 글로우 플러그의 방전을 사용하여, 국소적인 플라즈마를 점화시킨다. 이 생성한 플라즈마를 성장시키기 위해서, 마이크로파 발신장치(1)로부터 발신하는 마이크로파(마이크로파)를 사용하여, 점화 플러그나 글로우 플러그의 방전 개소 근방의 플라즈마 생성영역(21)에 강 전계장을 형성한다. 이것에 의해, 마이크로파의 에너지가 비평형 플라즈마에 흡수되어, 플라즈마는 성장(부피 점화)한다. 이 과정에서, 활성 화학반응이 생기는 OH 라디칼이나 강한 산화력을 갖는 O3이 수 백배의 오더로 다량으로 증가한다. 이 반응을 조장시키기 위해서는 OH 라디칼, O3의 기초가 되는 수분을 첨가하면 좋다. 또한, 이 반응을 촉진시키기 위해서는 물분자가 공진하는 1GHz 이상의 마이크로파를 인가시키는 것이 효과적이다. 마이크로파를 발생시키는 마그네트론으로서는 이미 전세계에서 다량으로 생산되고 있는 가전제품용(예를 들면, 전자레인지용 발진주파수 2.45GHz의 것)을 사용하는 것이, 장치의 제조의 용이화, 제조비용의 저렴화의 관점에서 바람직하다.
또한, 유해 물질 등의 처리 대상물에 따라서, 마이크로파 방사수단은 발진주파수 2.45GHz의 마그네트론에 한정되지 않고, 연료 중의 탄화수소분자, 탄소분자, 또는 수소분자 등에 공진하는 주파수에 있어서 발진하는 마그네트론을 사용하여도 좋다. 이 경우에는 연소영역 내에 물을 도입할 필요는 없다.
〔플라즈마장치의 제2실시형태〕
본 발명에 관계되는 플라즈마장치는 도 12에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 발진장치(17)와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동(18; 캐비티)과 상기 캐비티 내 플라즈마 생성영역(21)에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(19; 마이크로파 방사 안테나)과 상기 캐비티 내의 기체(22)에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단(20)과 플라즈마 발생에 의해서 생성하는 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정하는 측정부(23)와 마이크로파 방사수단 및 플라즈마 점화수단의 투입 에너지·패턴 제어하는 제어수단(24)을 구비하는 것이다. 도면 중에 도시하는 화살표시는 플라즈마에 의해서 처리 또는 연소시키는 유체(25)의 흐름 방향을 도시한다.
제1실시형태에서 설명한 바와 같이, 플라즈마 발생에 의해서 무해화, 또는 산화, OH 라디칼에 의한 화학반응을 한 유체의 성분은 하류측에 형성한 측정부(23)에 있어서, OH 센서, O3 센서에 의해서, 실시간으로 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정한다. 이 측정 결과를 연산하여, 어떤 제어 범위하에, 마이크로파 방사수단(19) 및 플라즈마 점화수단(20)을 임의의 값으로 제어하는 것으로, 플 라즈마장치를 관류하는 유해 물질 등의 처리량을 제어한다.
〔플라즈마장치의 제3실시형태〕
본 발명에 관계되는 플라즈마장치는 도 13에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1 또는 제2실시형태에 있어서 마이크로파 방사수단(19)을 소형, 콤팩트, 저렴하게 하기 위해서 행하는 것이다. 종래부터 사용되고 있는 점화 플러그나 글로우 플러그에 안테나(19)를 넣는 것으로 가능해진다. 이 경우, 안테나(19)의 선단을 분기하여 점화·방전부를 둘러싸도록 하여 강 전계장으로 한다.
〔플라즈마장치의 제4실시형태〕
본 발명에 관계되는 플라즈마장치는 도 14에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제3실시형태에 있어서, 마이크로파를 전송하는 동축 케이블(26)과 마이크로파를 분기, 격리, 결합하는 방향성 결합기(27)와 전송계 전체의 임피던스를 조정하는 조정기(28; stub)를 구비하는 것이다. 예를 들면, 본 발명을 자동차용 엔진에 적용하는 경우는 진동이 많은 엔진부에 마이크로파 발신장치(17)를 설치하는 것이 아니라, 진동이나 온도가 변동하지 않는 개소에 설치하는 것으로, 마이크로파 발신장치(17)의 내구성, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 방향성 결합기를 형성하는 것으로, 마이크로파 발신장치로부터의 에너지를 연소실이나 온라인에서의 반응로(플라즈마에 의한 유해 물질 등이 무해화를 하는 개소)에서 다점으로 분기하여 처리 격차가 없는 장치를 실현할 수 있다.
〔플라즈마장치의 제4실시형태〕
본 발명에 관계되는 플라즈마장치는 도 13에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 제1 내지 제3실시형태에 있어서, 마이크로파를 전송하는 동축 케이블(26)과 마이크로파를 분기, 격리, 결합하는 방향성 결합기(27)와 전송계 전체의 임피던스를 조정하는 조정기(28; stub)를 구비하는 것이다. 예를 들면, 본 발명을 자동차용 엔진에 적용하는 경우는 진동이 많은 엔진부에 마이크로파 발신장치(17)를 설치하는 것이 아니라, 진동이나 온도가 변동하지 않는 개소에 설치하는 것으로, 마이크로파 발신장치(17)의 내구성, 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 방향성 결합기를 형성하는 것으로, 마이크로파 발신장치로부터의 에너지를 연소실이나 온라인에서의 반응로(플라즈마에 의한 유해 물질 등이 무해화를 하는 개소)에서 다점으로 분기하여 처리 격차가 없는 장치를 실현할 수 있다.
〔배기가스 분해장치의 제1실시형태〕
본 발명에 관계되는 배기가스 분해장치는 도 12 또는 도 14와 기본적 구성은 같다. 도 12 또는 도 14에 도시하는 바와 같이, 마이크로파 발진장치(17)와 소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동(18; 캐비티)과 상기 캐비티 내 플라즈마 생성영역에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단(19; 마이크로파 방사 안테나)과 상기 캐비티 내의 기체(22)에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단(20)과 플라즈마 발생에 의해서 생성하는 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정하는 측정부(23)와 마이크로파 방사수단 및 플라즈마 점화수단의 투입 에너지·패턴 제어하는 제어수단(24)을 구비하는 것이다. 도면 중에 도시하는 화살표시는 플라즈마에 의해서 처리 또는 연소시키는 배 기가스 유체(25)의 흐름 방향을 도시한다.
제1실시형태에서 설명한 바와 같이, 연소·반응실에서의 미연소 가스나 매연, NOx 등의 배기가스는 플라즈마 발생에 따른 오존, OH 라디칼의 강산화력에 의해서 탄소-탄소 결합, 탄소-수소 결합을 절단하여, 산화, OH 라디칼에 의한 화학반응에 의해 NO2, CO2 등의 안정된 무해한 산화물이나 탄소로 배기가스성분을 무해화한다. 하류측에 형성한 측정부(6)에 있어서, OH 센서, O3 센서에 의해서, 실시간으로 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정한다. 이 측정 결과를 연산하여, 어떤 제어범위를 기초로, 마이크로파 방사수단(19) 및 플라즈마 점화수단(20)을 임의의 값에 제어하는 것으로, 플라즈마장치를 관류하는 유해 물질 등의 처리량을 제어할 수 있다.
〔오존 발생·멸균·소독장치, 소취장치의 사용예〕
예를 들면, 본 발명을 항공기용 제트엔진에 적용하는 경우는 본 장치를 제트엔진 배기콘 근방에 설치하는 것으로, 수분을 포함한 고압증기를 본 장치에서 발생하는 비평형 플라즈마에 의해 다량의 OH 라디칼, O3으로 변환할 수 있다. 이것에 의해 종래, 비행 중의 배기가스에 의해 대기를 오염시켰지만, 배기가스를 다량의 OH 라디칼, O3의 강력한 산화력을 갖고 무해한 가스로 분해하는 동시에, 프레온 등으로 파괴된 성층권의 오존층 수복을 위해 다량의 O3을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 장치를 제트엔진 고압 컴프레서 후단에 위치하는 연소실 내에 설치 하는 것으로, 압축된 혼합연료를 강력한 라디칼 반응으로 연소 촉진하는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 대기오염 배출가스가 아니라 깨끗한 배기가스를 방출하는 것으로 환경보호에 공헌할 수 있다. 하류측에 형성한 측정부(6)에 있어서, OH 센서, O3 센서에 의해서, 실시간으로 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정한다. 이 측정 결과를 연산하여, 어떤 제어범위를 기초로, 마이크로파 방사수단 및 플라즈마 점화수단을 임의의 값에 제어하는 것으로, 연소실 내의 연소 제어에 의해 유해 물질 등의 생성량을 제어할 수 있다.
〔본 발명에 관계되는 내연기관, 플라즈마장치의 사용예〕
본 발명에 관계되는 내연기관, 플라즈마장치의 연료에 바이오가스, 초희박 메탄가스, 초저칼로리가스 등을 사용하여도, 플라즈마 생성에 의해서 발생한 OH 라디칼, O3의 강산화력을 이용하여 화학적 반응을 촉진시킬 수 있어, 통상 가스엔진에서는 추가가스와 합쳐서밖에 연소할 수 없었던 부분을 연소 가능하게 할뿐만 아니라, 출력 향상, 발전 효율 향상 등도 기대할 수 있다.
〔본 발명에 관계되는 플라즈마장치의 사용예〕
본 발명의 플라즈마장치를 대기압·공기 중에서 사용함으로써, 공기 중에 포함되는 N2로부터 다량의 스펙트럼광을 발생시킬 수 있다. 이 스펙트럼을 집광하여, 섬유 등으로 도출하는 것으로, 종래 사용되었던 고가의 레이저광원의 대신에 저가로 조밀한 N2 스펙트럼광원, 펄스광원을 제공할 수 있다.
〔본 발명에 관계되는 오존 발생·멸균·소독장치, 소취장치의 사용예〕
본 발명의 장치를 건축현장에서의 건축물 내의 일각에 설치하여, 건축물을 밀폐로 한 상태로 동작함으로써 시크하우스 물질의 제거나, 도장, 접착풀, 방부제 등의 여러가지의 이취의 탈취, 배균, 세균, 알레르기 물질의 제균, 소독을 행할 수 있다. 이 경우, 건축현장 등에서의 간이 배기장치의 후단에 본 발명의 장치를 설치하는 것으로 후처리한 무해한 공기를 배출할 수 있다. 또는 일반가정 전화(電火)제품인 청소기에 본 장치를 내장하는 것으로, 청소하면서, 청소 표면의 유해 물질을 본 장치로 발생하는 OH 라디칼, O3으로 분해하는 것도 가능하다. 여기에서는 대상물을 건축물(공공시설, 빌딩, 체육관, 강당, 쇼핑몰 등)로서 설명하였지만, 같은 효과는 예를 들면 자동차, 전차, 화물, 비행기, 배, 잠수함, 전차 등 임의의 밀폐공간을 갖는 대상물에 대한 멸균, 탈취, 소독에 적용하는 것으로 이 효과를 최대한 활용할 수 있다. 또 플라즈마 발생시에 H2O(수분)을 첨가하는 것으로 한층 더 많은 OH 라디칼 등을 발생시켜, 효과를 증가시킬 수 있다.
또, 공공시설, 빌딩, 체육관, 강당, 쇼핑몰이나, 터널 등의 시설에서의 화재시의 일산화탄소에 의한 중독 방지나, 공기청정화에도 적용할 수 있고, 일산화탄소로부터 이산화탄소로의 변환에 의한 무해화, 소연(消煙) 효과 등 인명 구조에 공헌할 수 있다.
본 발명은 예를 들면, 왕복동엔진, 로터리엔진, 제트엔진이나 가스터빈 등의 열기관 또는 플라즈마장치에 있어서 사용되는 점화장치로서 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 점화장치를 적용하는 것에 적합한 내연기관에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 점화장치에 적용하는 것에 적합한 점화 플러그에 이용할 수 있다.
또, 본 발명은 예를 들면, 유해 배출물(CO2, NOx, 미연탄화수소), 휘발성 유기화학 물질(V0C), 부유 입자형 물질(PM), 매연 등의 삭감, 저감이나 타르, 진흙, 배수의 처리·재이용 등의 환경(공장내, 오염방지) 대책분야, 및 멸균, 살균, 세정기술 등 의료·위성분야에서 사용되는 플라즈마장치에 이용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 플라즈마장치를 적용하는 것에 적합한 배기가스 분해장치에 이용할 수 있다.
또, 본 발명은 상기 본 발명에 관계되는 플라즈마장치를 적용하는 것에 적합한 오존 발생·멸균·소독장치, 소취장치에 이용할 수 있다.

Claims (34)

  1. 열기관 또는 플라즈마장치에서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응영역에 대하여, 물 및/또는 상기 연소·반응영역에서 생성된 배기가스를 도입하고, 상기 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 유전율을 제어하는 유전율 제어수단과,
    상기 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여, 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시키는 동시에, 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상 및 화염 전파 속도의 촉진을 도모하는 마이크로파 방사수단과,
    상기 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 방전시켜, 점화하는 점화수단과,
    기 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 방전시켜, 연소·반응, 또는 플라즈마가스 중의 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상과 화염 전파 속도를 촉진하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 유전율 제어수단은 상기 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 연소·반응이 행하여지기 전에, 이 혼합기의 유전율을 제어함으로써, 상기 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 공진주파수를 상기 마이크로파 방사수단에 의해서 방사되는 마이크로파의 주파수와 공진시키는 것을 특징으로 하는 점화장치.
  2. 열기관 또는 플라즈마장치에서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응영역에 대하여, 물 및/또는 상기 연소·반응영역에서 생성된 배기가스를 도입하고, 상기 연소·반응영역 내에서의 혼합기의 유전율을 제어하는 유전율 제어수단과,
    상기 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여, 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시키는 동시에, 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상 및 화염 전파 속도의 촉진을 도모하는 마이크로파 방사수단과,
    상기 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 방전시켜, 점화하는 점화수단과,
    기 연소·반응영역에서의 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상과 화염 전파 속도의 촉진을 도모하는 마이크로파 방사수단과,
    상기 마이크로파 방사수단 및 상기 점화수단을 제어하는 제어수단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단 및 상기 점화수단은 상기 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 상기 마이크로파 방사수단이 상기 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 온도를 상승시키는 동시에 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상과 화염 전파 속도를 촉진시킨 후, 상기 점화수단이 상기 혼합기에 대하여 방전, 점화하고, 다음에 상기 마이크로파 방사수단이 상기 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상과 화염 전파 속도의 촉진 및 기 연소·반응영역에서의 혼합기의 연소·반응을 촉진시킨다고 하는 사이클을 반복하는 것을 특징으로 하는 점화장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 마이크로파 방사수단이 되는 마이크로파 방사 안테나와 상기 점화수단이 되는 점화·방전부를 구비하고,
    상기 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 점화장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로파 방사수단이 방사하는 마이크로파는 1 또는 2 이상의 제어된 단속파인 것을 특징으로 하는 점화장치.
  5. 실린더 및 피스톤으로 구성되어, 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과,
    상기 연소·반응실 내에 마이크로파를 방사하여, 상기 연소·반응실 내의 혼합기의 온도 상승을 행하는 동시에, 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상과 화염 전파 속도의 촉진을 도모하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 피스톤의 상기 실린더 내벽에 슬라이딩하는 외주면에는 상기 마이크로파의 누설을 방지하기 위한 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  6. 실린더 및 피스톤으로 구성되어, 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과,
    상기 연소·반응실에 형성된 흡기구 및 배기구를 개폐하는 밸브와,
    상기 연소·반응실 내에 마이크로파를 방사하여, 상기 연소·반응실 내의 혼합기의 온도 상승을 행하는 동시에, 상기 연소·반응영역에서 플라즈마 방전시켜 라디칼 농도를 상승시켜 화염 점화 특성의 향상과 화염 전파 속도의 촉진을 도모하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 밸브의 상기 연소·반응실 내에 닿는 면에는 상기 마이크로파를 1 또는 2 이상의 밸브 저면에 집중시키는 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  7. 실린더 및 피스톤으로 구성되어, 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과,
    상기 연소·반응실에서의 혼합기에 대하여 방전시켜 점화하는 점화수단과,
    상기 점화수단의 주위 또는 상기 실린더의 주위에 설치된 자석을 구비하고,
    상기 자석이 발생하는 자계에 의해, 상기 연소·반응실 내에서 발생하는 이온, 또는 플라즈마의 전계를 상기 피스톤방향으로 하고, 화염·반응대 내, 또는 화염·반응대의 후방의 기 연소·기 반응 가스 중의 이온, 또는 플라즈마를 상기 실린더의 외주측을 향하여 가속시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  8. 실린더 및 피스톤으로 구성되어, 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과.
    상기 연소·반응실에서의 혼합기에 대하여 방전시켜 점화하는 점화수단과,
    상기 점화수단에 공급하는 전압을 조정하는 전압 조정수단을 구비하고,
    상기 전압 조정수단은 상기 점화수단에 공급하는 전압을 조정함으로써, 상기 연소·반응실 내에서의 미연소·미반응의 혼합기에 대하여 점화 에너지 이하에서의 방전을 함으로써 플라즈마화시키고, 및/또는 기 연소·기 반응의 혼합기에 대하여 방전을 함으로써 플라즈마화시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  9. 실린더 및 피스톤으로 구성되어, 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 공급되어 이 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응실과,
    반응성가스와 산화가스의 혼합기를 고압으로 분사하는 것으로 반응성가스와 산화가스의 혼합기를 압축하여 온도를 상승시켜, 자동점화시키는 수단과,
    상기 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단과,
    상기 자동점화시키는 수단 및 상기 마이크로파 방사수단을 제어하는 제어수 단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단 및 상기 점화수단은 상기 제어수단에 의해서 제어됨으로써, 상기 마이크로파 방사수단이 상기 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하여 상기 연소·반응영역에서의 혼합기 중의 수분으로부터 다량의 하이드록실(OH) 라디칼, 오존(O3)을 발생시킨 후에, 화학적으로 산화, 반응시켜, 상기 자동점화시키는 수단이 상기 혼합기에 대하여 점화하여, 다량의 OH 라디칼, O3에 의해서 상기 연소·반응영역에서의 혼합기의 연소를 촉진시킨다고 하는 사이클을 반복하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  10. 제 5 항 또는 제 9 항에 있어서, 반응성가스와 산화가스의 혼합기의 연소·반응, 또는 플라즈마 반응이 행하여지는 연소·반응영역에 대하여, 상기 연소·반응영역으로부터 배기된 가스 중의 O2, NOx, CO, 매연의 농도를 계측하는 계측 센서군을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 내연기관.
  11. 열기관 또는 플라즈마장치에서 반응성가스와 산화가스의 혼합기가 존재하여 이 혼합기의 연소·반응이 행하여지는 연소·반응영역 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사 안테나와,
    상기 연소·반응영역에서의 혼합기에 대하여 점화하는 점화·방전부를 구비하고,
    상기 마이크로파 방사 안테나 및 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 점화 플러그.
  12. 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와,
    소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동과,
    상기 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단은 상기 마이크로파에 의해서 형성되는 플라즈마의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 마이크로파 공진 공동 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 마이크로파 방사수단 및 상기 플라즈마 점화수단을 제어하는 제어수단과,
    플라즈마 발생에 의해서 생성하는 OH 라디칼, O3의 발생량, 또는 발광 강도를 측정하는 측정부를 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단 및/또는 상기 플라즈마 점화수단은 상기 측정부의 결과를 실시간으로 처리하고, 그 제어수단에 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 마이크로파 방사수단은 상기 마이크로파 방사수단과 상기 플라즈마 점화수단이 되는 점화·방전부를 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단 및 상기 점화·방전부는 일체적으로 구성된 애자부 내에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로파 발진장치로서, 발진주파수가 2.45GHz의 발진 가전용 마그네트론을 사용한 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  17. 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라즈마 점화수단은 전극간에 유전체 등의 절연물을 삽입하는 배리어 방전, 불평등 전계를 형성하는 코로나 방전, 1㎲ 미만의 단(短) 펄스 전압을 인가하는 펄스 방전 타입을 사용한 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항 또는 제 15 항 또는 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로파 전송수단을 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 마이크로파 전송수단은 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 마이크로파 전송수단은 도파관인 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  21. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로파를 전송하는 동축 케이블과,
    마이크로파를 분기, 격리, 결합하는 방향성 결합기와 전송계 전체의 임피던스를 조정하는 조정기를 구비한 것을 특징으로 하는 플라즈마장치.
  22. 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와,
    소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동과,
    상기 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단은 배기가스가 흐르는 유로 외주에 주방향에 배치하여 상기 마이크로파에 의해서 형성되는 플라즈마의 생성영역이 유로 단면 똑같이 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 배기가스 분해장치.
  23. 제 22 항에 있어서, 배기가스가 흐르는 유로 중심축방향에 상기 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하기 위한 중공, 또는 중실의 금속제의 막대 또는 판을 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 분해장치.
  24. 제 22 항 또는 제 23 항에 있어서, 상기 마이크로파 공진 공동 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 분해장치.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 플라즈마 점화수단은 배기가스가 흐르는 유로 외주방향에서 축방향에 대향하여 배치한 전극간의 아크방전에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 배기가스 분해장치.
  26. 제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 마이크로파 전송수단을 구비한 것을 특징으로 하는 배기가스 분해장치.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 마이크로파 전송수단은 동축 케이블인 것을 특징으로 하는 배기가스 분해장치.
  28. 제 26 항에 있어서, 상기 마이크로파 전송수단은 도파관인 것을 특징으로 하 는 배기가스 분해장치.
  29. 오존의 생성영역에 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와,
    소정의 마이크로파 대역을 공진하는 상기 오존 생성영역에 형성한 마이크로파 공진 공동과,
    상기 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단은 상기 마이크로파에 의해서 형성되는 오존의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 오존 발생·멸균·소독장치.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 마이크로파 공진 공동 내의 기체에 대하여 부분 방전하여 기체를 플라즈마화하는 플라즈마 점화수단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단은 상기 플라즈마 점화수단에 의해서 형성되는 오존의 생성영역에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 여러가지 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 오존 발생·멸균·소독장치.
  31. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서, 상기 마이크로파 공진 공동 내의 기체가 대기압 이상의 공기인 것을 특징으로 하는 오존 발생·멸균·소독장치.
  32. 제 29 항 또는 제 30 항에 있어서, 상기 마이크로파 공진 공동 내의 기체가 대기압 이상의 수증기인 것을 특징으로 하는 오존 발생·멸균·소독장치.
  33. 소정의 마이크로파 대역을 발생시키는 마이크로파 발진장치와
    소정의 마이크로파 대역을 공진하는 마이크로파 공진 공동과
    상기 마이크로파 공진 공동 내에 마이크로파를 방사하는 마이크로파 방사수단을 구비하고,
    상기 마이크로파 방사수단은 상기 마이크로파에 의해서 형성되는 마이크로파 공진 공동 내 소취 공간에 마이크로파에 의한 강 전계장을 형성하는 형상, 치수를 갖는 마이크로파 방사 안테나인 것을 특징으로 하는 소취장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 마이크로파 공진 공동 내에 소취하는 기체, 액체를 순환하기 위한 순환장치 및 순환계를 구비한 것을 특징으로 하는 소취장치.
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