KR20110139196A - 고농도 ｎｏ₂ 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 ｎｏ₂를 생성하는 방법 - Google Patents

고농도 ｎｏ₂ 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 ｎｏ₂를 생성하는 방법 Download PDF

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Abstract

고농도 NO2 가스 생성 시스템은, 챔버, 플라즈마 발생기, 및 순환 수단을 연결함으로써 구성되는 순환 경로를 포함하며, 상기 순환 경로에 질소 및 산소를 포함하는 가스 혼합물을 순환시킴으로써 NO2가 생성된다. 고농도 NO2 가스 생성 시스템은 고농도 NO2 생성 시스템 및 이러한 시스템을 이용하는 고농도 NO2 생성 방법을 제공하며, 이에 의해 의료 기구의 멸균과 같은 높은 수준의 멸균 공정을 위해 요구되는 고농도(대략 500 ppm 이상)의 NO2가 간편하면서 선택적으로 획득될 수 있다. 또한, 실내 공기를 성분으로서 사용함에 의해 성분의 관리가 간편하면서도 안전하게 이루어질 수 있으며, 고농도의 NO2를 필요 시에 간편하면서 선택적으로 제조할 수 있다.

Description

고농도 ＮＯ₂ 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 ＮＯ₂를 생성하는 방법{HIGH CONCENTRATION NO₂ GENERATING SYSTEM AND METHOD FOR GENERATING HIGH CONCENTRATION NO₂ USING THE GENERATING SYSTEM}
본 발명은 고농도 NO2 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 NO2를 생성하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공기를 성분(ingredient)으로 이용함으로써 간편하고 선택적인 방식으로 고농도의 NO2를 획득하기 위한 고농도 NO2 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 NO2를 생성하는 방법에 관한 것이다.
종래에는, 의료 기구의 멸균 방법으로서, 고압 스팀 멸균(이후, 간략하여 "AC"로 지칭함) 및 에틸렌 산화물 가스 멸균(이후, 간략하여 "EOG 멸균"으로 지칭함)이 널리 이용되고 있다.
AC는 멸균될 물품을 대략 135℃의 고온에 노출시키는 멸균 방법이며, 금속으로 이루어진 의료 기구에 대해 널리 이용된다. 그러나, 고온 상태 하에서 멸균을 수행하기 때문에 멸균될 물품에 있어서의 한계가 있다는 단점을 갖는다. 예컨대, 플라스틱 등의 열에 의해 화학적 변화를 발생하는 재료는 AC에 의해 멸균될 수 없다는 문제점이 있다.
한편, EOG 멸균은 70℃ 이하의 낮은 온도에서 수행될 수 있기 때문에 플라스틱에 대해 이용될 수 있다. 그러나, 독성 및 폭발의 위험 때문에, EOG는 위생 및 안전에 관련된 문제점을 야기하지 않도록 안전하게 저장될 필요가 있고, 취급 시에 충분한 주의가 요구되는 단점이 있다. 또한, EOG가 탱크(실린더)로부터 파이프를 통해 멸균 장치에 공급될 때, 파이프 등으로부터의 예기치 않은 누출을 방지하기 위한 목적으로 실린더의 중량을 측정함으로써 중량 감소의 발생을 지속적으로 모니터할 필요가 있다.
이들 멸균 방법 외에, 과산화수소(H2O2)를 이용하는 멸균 방법이 이용되고 있다. EOG에 비하여, 과산화수소는 사용 및 관리가 간편하며, 안전상의 관점에서 유용하다. 그러나, 과산화수소는 수용액의 형태로 이용되기 때문에, 튜브의 내부와 같은 세부 부분에 대한 침투성이 AC 또는 EOG 멸균에 비하여 떨어진다.
일본 공개 특허 제240864/1988에 개시된 바와 같이 AC 또는 EOG 멸균의 다른 방법으로서, 고농도 오존(O3)을 이용하는 멸균 방법 또한 이용되고 있으며, 이 방법에서는 오존 탱크의 하류측 및 오존 발생기의 상류측의 위치에 순환 펌프를 제공하고 이를 통해 오존을 순환시킴으로써 고농도 오존을 생성하고 있다. 이 방법에서는 오존의 생성 및 사용 후의 오존의 분해가 간편하다는 장점이 있다. 그러나, 고농도 오존은 폭발성이 있으며, 플라스틱에 대해 상당한 손상을 준다는 단점이 있다.
전술한 여러 멸균 방법에 비해 폭발의 위험이 없는 멸균 방법으로서, 질소 산화물 가스(이후, 간략하여 "NOx"로도 지칭함)를 이용하는 멸균 방법이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 공개 특허 제162276/1983호에 기재된 방법에서는, 산소와 질소의 가스 혼합물에 플라즈마 처리를 행함으로써 얻어지는 가스 혼합물을 식품 표면과 같은 곳에 존재하는 대장균을 멸균시킬 목적으로 사용한다. 상기 방법에서, 산소 실린더와 질소 실린더로부터 도입된 가스 혼합물에 플라즈마 처리를 행함으로써 질소 산화물과 오존의 가스 혼합물이 제조된다. 제조된 가스 혼합물을 식품의 표면에 분무하여 그 표면에 존재하는 대장균을 멸균시킨다. 이 멸균 공정은 보통의 온도에서 실행될 수 있기 때문에, 상기 방법은 멸균할 다양한 물품에 대해 사용될 수 있고, 필요 시에만 질소 산화물이 생성되기 때문에 멸균용 가스를 저장할 필요가 없다는 이점이 있다.
그러나, 일본 공개 특허 제162276/1983호의 멸균 장치에서, 질소 산화물은 소위 "단일 패스(single pass)", 즉 산소와 질소의 가스 혼합물의 단일 플라즈마 처리에 의해 제조된다. 또한, 질소 산화물이 개방된 공간에서 식품의 표면에 분무되고, 처리 후의 질소 산화물이 대기로 직접 방출된다. 그 결과, 질소 산화물을 포함하는 멸균용 가스의 농도가 가장 높을 경우 수 ppm 수준이며, 대장균을 멸균시키는 정도까지 유용하다(또한 식품의 표면 상에만 존재하는 대장균에 대해 멸균이 실행된다). 따라서, 상기 방법은 신뢰성을 증가시켜야 하는 높은 수준의 멸균 용도(예를 들면, 세균이 부착된 의료 기구; 보다 구체적으로는, 가위 사이 및 튜브의 내부와 같은 미세공간의 멸균)로는 사용될 수 없다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 제공된다. 이산화질소(이하, 간략하여 "NO2"로도 지칭함)가 질소 산화물을 포함하는 다른 멸균용 가스 중에서 높은 멸균 효과를 나타낸다는 사실에 초점을 맞추어, 본 발명의 목적은, 의료 기구의 멸균과 같은 높은 수준의 멸균 공정을 위해 요구되는 고농도(대략 500 ppm 이상)의 NO2가 간편하면서 선택적으로 획득될 수 있는, 고농도 NO2 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 NO2를 생성하는 방법을 제공하는 것에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 실내 공기를 성분으로 사용함에 의해 성분의 관리가 불필요하게 되기 때문에 고농도의 NO2를 필요 시에 간편하면서 선택적으로 제조할 수 있는, 고농도 NO2 생성 시스템 및 이 시스템을 이용하여 고농도 NO2를 생성하는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따른 고농도 NO2 생성 시스템은 도 1에 도시되어 있다.
이 시스템은 챔버, NO2 센서, 흐름 저항기(flow resistor), 유량계(flow meter), 플라즈마 발생기, 압력계, 순환 펌프, 건조 공기 공급 장치, 및 배기 펌프를 포함한다.
바람직하게는, 순환 수단은 압력 장치이며, 순환 경로는 플라즈마 발생기를 순환 경로의 하류측에서 챔버에 연결하고, 압력 장치를 순환 경로의 하류측에서 플라즈마 발생기에 연결하고, 챔버를 순환 경로의 하류측에서 압력 장치에 연결함으로써 구성된다.
바람직하게는, 흐름 저항부는 챔버와 플라즈마 발생기 사이에 연결된다.
바람직하게는, 순환 경로는 NO2 농도 측정 수단을 추가로 포함한다.
바람직하게는, NO2 농도 측정 수단은 챔버 내에 또는 챔버와 흐름 저항부 사이에 위치된다.
바람직하게는, 순환 경로는 가스 혼합물을 도입하기 위한 유입부(inlet portion)를 추가로 포함하며, 이 유입부는 마개 수단 및 가스 건조 수단을 포함한다.
바람직하게는, 마개 수단은 가스 혼합물을 감소된 압력 하에서 순환 경로에 공급함으로써 증가하는 순환 경로의 내부 압력을 검출함으로써 폐쇄된다.
바람직하게는, 흐름 저항부는 오리피스(orifice)이다.
본 발명은, 고농도 NO2 가스 생성 시스템을 이용함으로써 NO2 농도가 500 ppm 내지 100,000 ppm에 도달할 때까지 NO2 가스 혼합물을 챔버, 플라즈마 발생기 및 순환 수단에 의해 형성된 순환 경로에 순환시키는 단계를 포함하는 고농도 NO2 생성 방법을 제공한다.
바람직하게는, 주변 공기가 가스 혼합물로 이용된다.
바람직하게는, 0 내지 -90℃의 이슬점을 갖는 건조 공기가 가스 혼합물로 이용된다.
바람직하게는, 플라즈마 발생기의 플라즈마 발생부의 내부 압력은 20 kPa 내지 90 kPa(절대 압력)이다.
안전성이 중요한 요소인 경우에는, 바람직하게는, 대기압과, 압력 장치에서부터 순환 경로의 하류측에서 압력 장치에 연결된 챔버를 거쳐 순환 경로의 하류측에서 챔버에 연결된 흐름 저항부까지의 구간의 내부 압력 간의 압력차는, 대략 -1 kPa 내지 -50 kPa(상대 압력)으로 설정된다.
시스템의 소형화가 중요한 요소인 경우에는, 압력 장치에서부터 순환 경로의 하류측에서 압력 장치에 연결된 챔버를 거쳐 순환 경로의 하류측에서 챔버에 연결된 흐름 저항부까지의 구간의 내부 압력은 대기압에 대하여 양의 압력이 되도록 유지된다.
바람직하게는, 순환 경로에서 순환하는 NO2 가스 혼합물의 유량은 5 LPM 이상이다.
도 1은 본 발명의 구현예에 따른 고농도 NO2 생성 시스템을 예시하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 고농도 NO2 생성 시스템의 플라즈마 발생부를 예시하는 설명도이다.
도 3은 본 발명의 구현예에 따른 고농도 NO2 생성 시스템의 플라즈마 발생기를 예시하는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 구현예(실시예 1 내지 실시예 3과, 비교예 4)에 사용되는 순환 경로를 예시하는 설명도이다.
도 5는 실시예 1 내지 3의 결과를 예시하는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 구현예(실시예 4 내지 6)에 사용되는 순환 경로를 예시하는 설명도이다.
도 7은 실시예 4 내지 6의 결과를 예시하는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 구현예(비교예 1 및 2)에 사용되는 순환 경로를 예시하는 설명도이다.
도 9는 비교예 1 및 2의 결과를 예시하는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 구현예(실시예 7 내지 13 및 비교예 3)에 사용되는 순환 경로를 예시하는 설명도이다.
도 11은 본 발명의 구현예(비교예 5 내지 7)에 사용되는 순환 경로를 예시하는 설명도이다.
도 12는 실시예 8 내지 13의 결과를 예시하는 그래프이다.
도 13은 실시예 14의 결과를 예시하는 그래프이다.
본 발명의 구현예에 따른 고농도 NO2 가스 생성 시스템은, 챔버(1), 플라즈마 발생기(2) 및 순환 장치(3)가 도 1에 도시된 바와 같이 연결되는 순환 경로(4)를 포함한다. 보다 구체적으로, 순환 경로(4)는 챔버(1), 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 챔버(1)에 연결되는 흐름 저항부(5), 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 흐름 저항부(5)에 연결되는 플라즈마 발생기(2), 및 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 플라즈마 발생기(2)에 연결되는 순환 장치(3)를 포함한다. 순환 장치(3)는 챔버(1), 흐름 저항부(5), 플라즈마 발생기(2) 및 순환 장치(3)에 의해 고리 모양의 순환 경로(4)가 형성되도록 파이프를 통해 순환 경로의 하류측에서 챔버(1)에 추가로 연결된다. 순환 장치(3)의 작동에 의해, 질소 및 산소를 포함하는 가스 혼합물이 순환 경로(4)를 순환하여 NO2를 생성한다.
챔버(1)는 생성될 고농도 NO2 가스를 담아두기 위한 기밀 격실(airtight compartment)이다. 챔버(1)는 본 구현예에서는 직사각 상자 형상을 갖지만, 구형 형상 또는 원통형 형상을 가져도 된다. 본 구현예의 챔버(1)가 순환 경로(4)를 형성하기 때문에, 흐름 방출구, 흐름 유입구, 및 고농도 NO2 가스를 꺼내기 위한 개방 및 폐쇄 가능한 가스 공급 개구부가 형성된다.
본 구현예의 챔버(1)는 가스 혼합물을 그 안에 도입하기 위한 유입부(1a) 및 챔버(1) 내의 가스를 방출하기 위한 가스 공급부(1b)를 포함한다. 유입부(1a)는 챔버(1)의 유입 개구부에 연결된 유입 파이프(1c), 유입 파이프(1c)를 통한 공기 흐름을 개방/폐쇄하기 위한 마개 수단(1d), 및 가스 혼합물을 건조시키기 위한 가스 건조 수단(1e)을 포함한다. 도면부호 "f"는 필터이다. 가스 건조 수단(1e)은 챔버(1)에 도입되는 가스 혼합물을 건조시켜, 불순물이 플라즈마 발생기(2) 등에 부착되는 것을 방지하고, 또한 NOx의 질소화합(nitrification)을 차단함으로써 전극 및 패킹 등의 부품의 부식을 방지한다. 본 구현예에서, 가스 건조 수단(1e)으로서 공기 건조기가 채용된다.
본 구현예에서, 마개 수단(1d)으로서 공기 구동 밸브가 이용된다. 압력 검출 수단(8)(압력 센서)을 이용하여, 공기 구동 밸브는 가스 혼합물을 감소된 압력 하에서 제어되는 순환 경로(4)에 공급함으로써 증가하는 순환 경로(4)의 압력을 검출한다. 공기 구동 밸브는 주변 공기에 대한 차이 압력이 대략 -1 kPa 내지 -50 kPa(상대 압력)일 때에 폐쇄하도록 전기적으로 구동되도록 제어된다. 이에 추가하여, 공기 구동 밸브 또는 소정의 내부 압력에서 자동으로 폐쇄하는 전자기 밸브가 마개 수단(1d)으로서 채용될 수도 있다. 더욱이, 마개 수단(1d)은 셧다운 동작과 동시에 공기 흐름을 차단하기 위한 밸브를 포함하는 가스 건조 수단(1e)에 의해 구성될 수도 있다.
가스 혼합물을 도입하기 위한 유입부(1a)는 챔버(1) 옆의 순환 경로에 제공될 수도 있으며, 예컨대 플라즈마 발생기(2)의 상류측에서 파이프에 연결될 수도 있다.
가스 혼합물은 고농도 NO2 가스를 생성하기 위한 성분인 질소 및 산소를 포함하는 가스이며, 본 구현예에서는 가스 혼합물로서 공기가 채용된다. 본 구현예에서, 유입 파이프(1c)의 선단(tip)이 그에 따라 공기 유입 개구부로서 작용하도록 개방되며, 공기 필터를 포함한다. 공기에 추가하여, 질소와 산소가 95:5와 5:95 사이의 비율로 구성되고 실린더에 채워지는 가스가 가스 혼합물로서 채용될 수 있다. 이러한 경우에, 유입 파이프의 선단은 실린더에 연결된다.
가스 공급부(1b)는 배기 파이프(1f), 마개 수단(1g) 및 배기 펌프(1h)를 포함한다. 마개 수단(1g)을 개방/폐쇄하고 배기 펌프(1h)를 구동함으로써, 순환 경로(4)를 포함한 챔버(1)에 유지된 고농도 NO2 가스뿐만 아니라 불순물 및 증기 등의 가스가 추후에 설명되는 배기 단계에서 배기될 수 있다. 고농도 NO2 가스의 경우, 가스 공급부(1b)를 의료 기구와 같은 높은 수준의 멸균을 수행하기 위한 멸균 챔버에 연결하여 가스를 방출함으로써, 필요 시에 고농도 NO2 가스를 이용하는 멸균 장치가 형성될 수 있다.
본 설명에서, 외부로부터 고농도 NO2 생성 시스템에 성분으로서 공급되는 질소 및 산소를 포함하는 가스는 가스 혼합물로 지칭되며, 플라즈마 발생기(2)를 적어도 한 번 순환함으로써 생성되는 NOx를 포함하는 가스는 NOx 가스 혼합물로 지칭되며, 전술한 순환을 반복함으로써 요구된 수준의 NO2 농도에 도달하는 가스는 고농도 NO2 가스로서 지칭된다.
챔버(1)의 체적은 대략 1 내지 300 L인 것이 바람직하며, 대략 20 내지 150 L인 것이 더욱 바람직하며, 필요 시에 NO2의 농도를 평가하기 위해 요구되는 시간이 너무 길지 않도록 대략 30 내지 70 L인 것이 가장 바람직하다. 본 구현예의 챔버(1)는 40 L의 체적을 갖는다.
챔버(1)는 스테인레스, 니켈-크롬 합금, 또는 NO2 또는 질산에 의해 부식되기가 쉽지 않은 불포화 폴리에스테르 수지(FRP)에 의해 형성되며, 챔버는 베이스(도시하지 않음) 상에 고정됨으로써 안정하게 지지된다.
본 구현예에서, 흐름 저항부(5)는 오리피스(5a)에 의해 형성된다. 오리피스(5a)는 챔버(1)의 하류측에서 파이프에 제공되며, 오리피스 유량계(orifice flow meter)를 구성한다. 그에 따라, 본 구현예에서, 챔버(1)의 밖으로 순환하는 가스의 유량이 측정될 수 있는 이점이 있다. 오리피스(5a)에 추가하여, 흐름 저항부(5)는 챔버(1) 하류측에 있는 파이프의 일부분이 그 부분의 흐름 저항률을 증가시키기 위해 좁은 파이프에 의해 구성되는 방식으로 구성될 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 플라즈마 발생기(2)는 마이크로파를 이용함으로써 정상 온도 및 정상 압력 하에서 플라스마를 생성할 수 있는 유닛이며, 일반적으로 소정의 파장을 갖는 마이크로파를 생성하기 위한 마이크로파 발생 장치(2a), 마이크로파를 전송하기 위해 마이크로파 발성 장치(2a)에 접속되는 도파관(2b), 및 도파관(2b)과 일체로 제공되는 플라즈마 발생부(2c)를 포함하도록 구성된다.
마이크로파 발생 장치(2a)는 예컨대 2.45 ㎓의 마이크로파를 발생하며, 이 마이크로파를 도파관(2b)에 전송한다. 따라서, 마이크로파 발생 장치(2a)는 마이크로파를 발생하기 위한 마그네트론 등의 마이크로파 발생 소스, 마이크로파 발생 소스에서 발생된 마이크로파의 파워를 소정의 파워 세기로 조정하기 위한 증폭기, 및 마이크로파를 도파관(2b) 내로 방출하기 위한 마이크로파 전송 아테나를 포함한다. 플라즈마 발생기(2)에 사용되는 마이크로파 발생 장치(2a)로서, 예컨대 1 W와 3 kW 사이의 마이크로파 에너지를 출력할 수 있는 연속적인 가변 타입의 장치가 적합하다.
도파관(2b)은 예컨대 비자성 재료(알루미늄 등)로 구성되며, 직사각의 횡단면을 갖는 튜브 형상을 갖고, 마이크로파 발생 장치(2a)에 의해 발생된 마이크로파를 플라즈마 발생부(2c)를 향해 전송한다. 본 구현예의 도파관(2b)은 상단 플레이트, 하단 플레이트, 및 금속성의 평평한 플레이트로 구성된 2개의 측면 플레이트를 이용하는 정사각의 튜브형 어셈블리에 의해 구성된다. 이러한 플레이트 어셈블리에 추가하여, 도파관은 플레이트 부재의 압출(extrusion) 또는 만곡 공정에 의해 형성될 수도 있다. 더욱이, 직사각 횡단면을 갖는 도파관(2b)에 추가하여 타원형 횡단면을 갖는 도파관(2b)이 이용될 수도 있다. 또한, 비자성 재료뿐만 아니라, 도파관은 도파 특성을 갖는 다양한 부재에 의해 구성될 수도 있다. 도파관(2b)은 본 구현예에서는 그라운드된다.
플라즈마 발생부(2c)는 도파관(2b)과 일체로 구성되며, 도파관(2b)을 통해 삽입된 막대 형상 도전 샤프트(2d) 및 관형의 도전 튜브(2e)를 포함한다. 도전 샤프트(2d)는, 마이크로파를 수신하기 위해 도파관(2b) 내로 삽입되는 안테나부(2f)와, 본 구현예에서는 전기 절연체를 통해 도파관(2b)을 통해 삽입되는, 도파관(2b)으로부터 외부로 돌출하는 중앙 전극(2g)에 의해 구성된다. 본 구현예의 도전 샤프트(2d)는 원형의 횡단면을 갖지만, 타원형, 광타원형(oval) 또는 장타원형 횡단면을 갖는 도전 샤프트를 채용할 수도 있다. 본 구현예의 도전 샤프트(2d)는 티타늄을 이용하여 형성되지만, 티타늄 합금, 구리, 플래티늄, 금 및 은 등의 마이크로파를 전도할 수 있는 재료가 이용될 수도 있다. 세라믹으로 구성된 차폐막(2h)이 도전 샤프트(2d)의 선단(중앙 전극(2g))에 형성되어 아크 방전을 방지하고 전극을 보호한다.
본 구현예에서, 도전 튜브(2e)는 전반적으로 원통형 형상을 가지며, 그 내경은 도전 샤프트(2d)의 외경보다 더 크게 형성된다. 도전 튜브는 중앙 전극(2g)을 중앙에 유지하면서 도파관(2b)으로부터 외측으로 돌출하는 중앙 전극(2g)을 덮도록 제공되며, 링 형상 공간(2i)이 중앙 전극(2g)과 도전 튜브(2e) 사이에 형성된다. 도전 튜브(2e)의 베이스 단부는 전기적으로 도전성이며, 도파관(2b)에 대해 고정되며, 그러므로 도전 튜브(2e)는 도파관(2b)을 통해 그라운드된다. 도전 튜브(2e)는 원형 횡단면 외에 직사각 횡단면 또는 장타원형 횡단면을 가질 수도 있다. 그러나, 그 선단은 중앙 전극(2g)의 선단과 실질적으로 동일한 위치로 종료하는 길이를 갖도록 형성된다. 본 구현예의 도전 튜브(2e)는 스테인레스 스틸을 이용하여 구성되지만 알루미늄 등으로 구성되어도 된다.
본 구현예의 도전 튜브(2e)에서, 그 베이스 단부 쪽의 위치에 통기 개구부가 제공된다. 흐름 저항부(5)로부터 연장하는 파이프(2j)를 통기 개구부에 연결함으로써, 흐름 저항부(5)로부터 플라즈마 발생기(2)까지 연결하는 순환 경로(4)가 구성된다. 순환 경로(4)에 흐르는 가스 혼합물은 링 형상 공간(2i) 내측을 통하여 중앙 전극(2g)의 단부를 향하여 이동한다. 더욱이, 도전 튜브(2e)의 외측 에지까지, 세라믹 차폐 튜브(2k)가 삽입되어 중앙 전극(2g)에 대한 아크 방전을 방지한다. 차폐 튜브(2k)의 외측 에지는 순환 경로의 하류측으로 향하고 있는 파이프(2j)에 연결되어 순환 경로(4)를 형성한다.
이와 같이 구성된 플라즈마 발생부(2c)에서, 마이크로파 발생 장치(2a)(마그네트론)로부터 발생된 2.45 ㎓의 마이크로파(파워가 조정 가능함)가 도파관(2b)의 일단부에 제공된 마이크로파 발생 장치(2a)의 마이크로파 전송 안테나로부터 플라즈마 발생부(2c)에 방출된다. 방출된 마이크로파는 도파관(2b)을 투과하고, 플라즈마 발생부(2c)의 도전 샤프트(2d)의 안테나부(2f)에 의해 수신된다. 안테나부(2f)에 의해 이와 같이 수신된 마이크로파는 도전 샤프트(2d)의 표면을 투과하고, 중앙 전극(2g)의 선단에 도달한다. 중앙 전극(2g)의 선단은 도파관(2b)에 전기적으로 접속되며, 접지 전위의 도전 튜브(2e)의 선단 가까이에 위치된다. 중앙 전극(2g)의 선단에 도달한 마이크로파에 의해, 도전 튜브(2e)의 선단과 중앙 전극(2g)의 선단 사이, 특히 중앙 전극(2g)의 선단에 근접하여 강한 전계가 형성된다. 중앙 전극(2g)의 선단부에 강한 전계가 충분하게 형성되도록, 도전 튜브(2e)는 2.45 ㎓ 밴드의 공진점(resonance point)을 갖도록 형성된다는 것에 유의하기 바란다.
이와 같이 형성된 강한 전계에 의해, 순환 경로(4)를 통해 공급된 가스 혼합물에 포함된 질소와 산소에서 부분적인 이온화가 발생된다. 그 결과, 수만 섭씨 온도의 전자, 실질적으로 정상 온도의 이온, 실질적으로 정상 온도의 중성 원자, 실질적으로 정상 온도의 중성 분자의 집합체가 구성된다. 포괄적으로 말하면, 이 상태는 전기적으로 중성, 즉 플라즈마 상태이며, 보다 구체적으로는 저온 플라즈마(비평형(non-equilibrium) 플라즈마) 상태가 형성된다.
즉, 중앙 전극(2g)의 단부 부근에서의 가스 혼합물의 질소와 산소는 마이크로파에 의해 형성된 강력한 전계를 통해 여기됨으로써 절연 파괴(dielectric breakdown)를 일으키고, 분자 상태로부터 저온 플라즈마(비평형 플라즈마) 상태로 변환된다. 저온 플라즈마 상태 하의 가스는 저온 플라즈마 상태 또는 분자 상태 하에서 다른 가스에 대해 높은 반응성을 가진다. 따라서, 주로 질소와 산소를 포함하는 가스 혼합물이 플라즈마 발생부(2c)에 유입되면, 그중 일부는 일산화질소 및 이산화질소와 같은 질소 산화물 또는 오존으로 변환된다.
1. N2 + O2 → 2NO
2. N2 + 2O2 → 2NO2
3. 3O2 → 2O3
상기 변환 비율은 식 1의 경우에 가장 큰 것을 알 수 있다. 식 1에 따라 발생된 NO(일산화질소)의 일부는 플라즈마 발생부(2c) 내의 저온 플라즈마 상태 하에서 산소와 결합하여 NO2로 변환된다.
4. 2NO + O2 → 2NO2
이와 같이 발생된 NO2를 포함하는 NOx 가스 혼합물은 순환 경로(4)를 통해 순환하거나 또는 챔버(1) 내에 유지된다. 이 시간 동안, 식 1에 따라 발생된 NO는 NOx 가스 혼합물 중의 산소 또는 식 3에 따라 발생된 오존과 단계적으로 반응하고, 식 5 및 6에 나타낸 바와 같이 추가로 NO2로 변환된다. 그 결과, NO2 농도가 증가한다.
5. 2NO + O2 → 2NO2
6. NO + O3 → NO2 + O2
식 3에 따라 생성된 오존은 NOx 가스 혼합물 중의 질소와 반응하여 NO를 생성한다.
7. N2 + 2O3 → 2NO + 2O2
이 NO 또한 식 5 및 6에 따른 반응에 의해 NO2로 변환된다.
이러한 방식으로, NOx 가스 혼합물이 순환 경로 내에서 순환을 반복할 때, NO2의 농도가 점차적으로 증가하고, 요구된 수준의 NO2 농도를 갖는 고농도 NO2 가스가 획득된다. 그러나, 생성된 일산화질소 또는 이산화질소가 재차 플라즈마 발생기(2)를 통과할 때, 그 일부분이 해리 반응에 의해 저온 플라즈마 상태로 되고, 그에 따라 질소 또는 산소로 되돌아가는 현상이 발생한다. 그에 따라, NO2 가스 혼합물의 농도가 순환을 반복함으로써 특정 수준의 고농도 NO2 가스에 도달할 때, 질소 산화물의 생성과 질소 산화물의 해리는 평형 상태로 되어, 특정 농도에서 더 이상의 향상이 추가로 진행되지 않는다.
본 구현예의 고농도 NO2 가스 생성 시스템에서, 단일 플라즈마 발생기(2)를 포함하는 순환 경로(4)가 도 1에 예시되어 있다. 그러나, 2개 또는 3개 이상의 플라즈마 발생기(2)가 순환 경로(4)를 형성하기 위해 병렬로 연결될 수도 있다. 이것은 고농도 NO2 가스가 이 경우에는 단시간에 생성될 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 순환 경로(4)는 플라즈마 발생기(2)에서 분기되어 각각의 분할된 경로에 대해 플라즈마 발생부(2c)를 제공할 수도 있다.
순환 장치(3)는 본 구현예에서는 압력 장치(6)를 이용함으로써 구성된다. 순환 장치(3)로서 팬이 이용될 수도 있다. 압력 장치(6)로서는, 공기 펌프를 채용하는 것이 바람직하며, 에어 블로워(air blower) 또는 에어 컴프레셔가 이용될 수도 있다. 공기 펌프로서는, 대략 20 내지 100 와트 파워를 갖고 불소 고무(fluorine rubber)로 이루어진 다이아프램 펌프(diaphram pump), 세라믹으로 구성된 플런저 펌프(plunger pump), 또는 벨로즈 펌프(bellows pump)를 채용할 수도 있다. 압력 장치(6)는 플라즈마 발생기(2)와 챔버(1)를 연결하는 파이프에 제공되며, 순환 경로의 하류측에서 챔버(1)측에 압력을 가하도록 연결된다.
전술한 바와 같이, 본 구현예의 고농도 NO2 가스 생성 시스템은 챔버(1), 흐름 저항부(5), 플라즈마 발생기(2) 및 압력 장치(6)를 파이프를 통해 원으로 연결함으로써 고리 모양의 순환 경로(4)를 구성한다. 압력 장치(6)의 작동에 의해, 유입부(1a)를 통해 도입된 공기(가스 혼합물)가 순환 경로(4)를 흐르게 되고, 플라즈마 발생기(2)를 통과할 때 저온 플라즈마(비평형 플라즈마) 상태로 변환된 질소와 산소의 반응에 의해 생성된 NO 및 NO2를 포함하는 NOx 가스 혼합물이 발생된다. NO는 NOx 가스 혼합물 중의 산소 및 오존과 반응함으로써 점차적으로 NO2로 변환된다. 그러므로, NO2 농도의 점차적인 증가에 의해 고농도 NO2 가스가 생성될 수 있다.
본 구현예의 고농도 NO2 가스 생성 시스템에서, NOx 가스 혼합물(가스 혼합물을 포함하는)이 압력 장치(6)의 작동에 의해 순환 경로(4)를 순환할 때, 압력 장치(6)에 의해 가스 압력이 증가한다. NOx 가스 혼합물의 가스 압력은 흐름 저항부(5)의 저항 및 파이프들 내에 저항을 포함하는 각각의 경로의 저항에 의해 순환 경로(4)를 통한 가스 혼합물의 이동의 과정에서 점차적으로 감소하며, 가스 혼합물은 압력 장치(6)로 복귀한다. 그 결과, 가스 압력은 각각의 지역에서 상이하게 되어 압력 구배를 생성한다. 구체적으로, 고농도 NO2 가스 생성 시스템에서, 플라즈마 발생기(2)는 경로의 하류측에서 흐름 저항부(5)에 연결되며, 챔버측에서의 압력을 증가시키기 위한 압력 장치(6)가 그 하류측에 추가로 연결된다. 본 시스템은, 흐름 저항부(5)에서 압력이 감소하고, 순환 경로의 하류측에서 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력이 순환 경로(4)에서 최저로 되도록, 구성된다. 그러므로, 플라즈마 발생부(2c)의 중앙 전극(2g) 부근에서 이동하는 NOx 가스 혼합물의 가스 압력이 저압으로 유지된다. 따라서, NOx 가스 혼합물 중의 질소와 산소가 가스 순환을 지속시킴으로써 감소되면, 플라즈마의 생성이 안정하게 유지된다.
본 구현예에 따라, 순환 경로에 NO2 농도 측정 수단(7)이 추가로 제공된다. NO2 농도 측정 수단(7)은, 챔버(1)에 제공되고 이들 간의 연통에 의해 NOx 가스 혼합물로 채워지는 투명한 도광 튜브(transparent light guiding tube) 상에 청색광을 투사하여, 도광 튜브에 담겨진 NOx 가스 혼합물의 농도에 따라 감쇄되는 투과 광의 세기를 광수신부를 통해 측정함으로써 농도를 측정하는 센서를 채용한다. 이에 추가하여, NO2 농도 측정 수단(7)으로서, 단일 파장 레이저 유도 형광발광(fluorescence)을 이용하거나 또는 결합 반응을 이용하는 검출 요소를 컬러링하여 검출 요소의 컬러 세기를 측정함으로써 NO2를 검출하는 센서 등이 이용될 수도 있다.
본 구현예에 따라, NO2 농도 측정 수단(7)은 챔버(1)에 유지된 NOx의 NO2 농도를 측정하기 위해 챔버(1)에 연결된다. 전술한 바와 같이, 순환 경로(4)를 흐르는 NOx 가스 혼합물의 압력은 각각의 영역에서 차이를 발생한다. 또한, 플라즈마 발생부(2c) 내의 NOx 가스 혼합물의 온도가 증가하기 때문에, 순환 경로(4)에 걸쳐 온도 구배가 존재한다. 이에 따라, NO2 농도가 측정될 때, 상이한 측정 위치에서의 압력과 온도 차이로 인해 농도의 보정이 수행될 필요가 있다. 그러나, 본 구현예에 따라 생성된 고농도 NO2 가스를 담고 있는 챔버(1)에 유지된 NOx 가스 혼합물의 NO2 농도를 측정하는 경우, 이러한 압력과 온도에 관련하여 농도의 보정을 행할 필요 없이 정확한 측정이 수행될 수 있는 것이 이로울 것이다. 챔버(1)에 제공하는 것에 추가하여, NO2 농도 측정 수단(7)은 동일한 이유로 챔버(1)와 챔버로부터의 경로의 하류측에 위치된 흐름 저항부(5) 사이에 제공되는 것이 바람직하다는 것에 유의하여야 한다.
이하에서는, 고농도 NO2 가스를 생성하는 방법의 구현예를 설명한다. 본 구현예에 따라 고농도 NO2 가스를 생성하는 방법은 전술한 고농도 NO2 가스 생성 시스템을 이용함으로써 수행되며, NO2 농도가 500∼100,000 ppm에 도달할 때까지 챔버(1), 흐름 저항부(5), 플라즈마 발생기(2) 및 압력 장치(6)에 의해 형성된 순환 경로(4)를 NOx 가스 혼합물이 순환하는 것을 특징으로 한다. 보다 구체적으로, 상기 방법은 이하의 단계를 포함한다:
(1) 챔버를 포함하는 순환 경로(4)에서 공기를 배기(진공화)하는 단계(배기 단계),
(2) 챔버를 포함한 순환 경로(4)에 건조 가스 혼합물(건조 공기)을 채우는 단계(공기 충전 단계),
(3) 건조 공기 중의 질소 및 산소로부터 저온 플라즈마(비평형 플라즈마) 상태로 변환되는 NO2를 포함하는 NOx 가스 혼합물을 생성하기 위해 플라즈마 발생기(2)를 시동하는 단계(시동 단계),
(4) NO2 농도가 500∼100,000 ppm에 도달할 때까지 NOx 가스 혼합물을 순환시킴으로써 고농도 NO2 가스를 생성하는 단계(순환 단계); 및
(5) 챔버(1) 외측으로 고농도 NO2 가스를 공급하는 단계(공급 단계).
배기 단계에서, 챔버(1)를 포함하는 순환 경로(4) 내에 남아 있는 가스는 순환 경로(4) 내를 실질적으로 진공 상태로 하기 위해 배기 펌프(1b)를 이용함으로써 외부로 배출된다. 이 단계에 의해, 순환 경로(4)에 잔류하는 불순물, 습기 등이 방출된다.
후속하여, 공기 충전 단계에서, 유입 파이프(1c)의 마개 수단(1d)은 외부의 신선한 공기(가스 혼합물)를 챔버(1) 내로 도입하기 위해 개방된다. 본 구현예에서, 고농도 NO2 가스 생성 시스템의 설치 공간 내의 주변 공기가 가스 혼합물로서 이용된다. 가스 혼합물로 채워진 가스 실린더의 제어 및 작동이 불필요하므로, 작업성 및 비용의 면에서 우수하게 되며, 필요 시에 고농도 NO2 가스를 생성하는데 바람직하다.
이때, 플라즈마 발생기(2) 등에 대한 불순물의 부착을 방지하고 NOx 가스 혼합물의 질소화합을 차단하기 위한 목적으로, 가스 혼합물의 이슬점은 예컨대 0 내지 -90℃, 바람직하게는 -30 내지 -60℃, 및 공기 유입 파이프(1c)에 제공된 가스 건조 수단을 이용함으로써 본 구현예에서는 -60℃로 되도록 건조된다. 이슬점이 0℃보다 높을 경우, 플라즈마 발생기(2) 등에 대한 불순물의 부착은 가스 혼합물 내의 습기로 인해 과도하게 되며, NOx 가스 혼합물의 질소화합이 진행함에 따라 NO2가 감소한다. 한편, 이슬점이 -90℃보다 낮은 경우, 가스 건조 수단(1e)을 이용함으로써 가스 혼합물을 건조하기 위한 시간 및 비용이 증가한다. 여기서, 이슬점과 절대 습도 간의 관계를 설명한다. H2O의 하나의 분자가 NO2와 반응하여 HNO3를 생성하므로, 2.556 mg의 NO2가 1 mg의 H2O의 존재에 의해 질산으로 변환된다. 이슬점이 0℃인 경우, 절대 습도는 4.46 mg(mg/L)이므로, 11.39 (mg/L)의 NO2가 질산으로 변환된다. 한편, 이슬점이 -30℃인 경우, 절대 습도는 0.28 mg(mg/L)이므로, 0.71 (mg/L)의 NO2가 질산으로 변환되어, 습기의 영향이 1% 이하로 될 수 있다. 동일한 방식으로, 이슬점이 -40℃인 경우, 0.24 (mg/L)의 NO2가 질산으로 변환되고, 이슬점이 -90℃인 경우, 0.00018 (mg/L)의 NO2가 질산으로 변환된다. 즉, 이슬점이 낮을수록, 변환되는 질산의 양이 낮아지게 되어, 생성된 고농도 NO2 가스의 효과적인 사용이 가능하게 된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 가스 건조 수단(1e)을 이용함으로써 건조하기 위한 시간 및 비용이 증가한다는 점에서, 이슬점은 -30 내지 -60℃ 사이인 것이 바람직하다.
공기 충전 단계에서, 공기를 실질적으로 진공 상태에서 순환 경로(4)에 도입함으로써, 챔버(1)의 내부를 포함하는 순환 경로(4) 내의 압력은 증가한다. 증가하는 내부 압력과 외부 압력 간의 압력차가 -1과 -50 kPa(상대 압력) 사이일 때에, 마개 수단(1d)으로서 제공된 공기 구동 밸브는 공기 공급을 중지하도록 폐쇄된다. 이 방식으로, 순환 경로(4)의 내부 압력이 외부 압력보다 낮은 "시동 전의 부압력(negative pressure) 상태"가 생성된다.
후속하여, 순환 단계에서, 플라즈마 발생기(2)의 마이크로파 발생 장치(2a) 및 압력 장치(6)가 시동된다. 이를 통해, 가스 혼합물이 순환 경로(4)를 순환하며, 일산화질소 및 이산화질소와 같은 질소 산화물과 오존이 발생되어, 가스 혼합물 중의 질소와 산소가 플라즈마 발생기(2)의 플라즈마 발생부(2c)에서 저온 플라즈마 상태로 변환되는 것에 의해 NOx 가스 혼합물이 생성된다. NOx 가스 혼합물을 추가로 순환시킴으로써, NO2 농도는 전술한 방식으로 점차적으로 증가된다. NOx 가스 혼합물의 순환은 NO2의 농도가 예컨대 대략 500 내지 100,000 ppm, 바람직하게는 20,000 내지 60,000 ppm, 및 본 구현예에서는 40,000 ppm에 도달하여 고농도 NO2 가스를 발생할 때까지 지속된다. 고농도 NO2 가스의 NO2 농도가 500 ppm 미만인 경우에는, 튜브의 안쪽과 같은 멸균될 물품의 미세 공간에 대해서는 멸균 효과가 충분하지 않을 수도 있다. 한편, 농도가 100,000 ppm보다 높은 경우에는, 멸균 효과가 추가로 증가되지 않으며, 고농도 NO2 가스의 배기 공정이 곤란하게 되며, 고농도 NO2 가스를 발생하기 위한 시간 및 비용이 크게 증가된다.
압력 장치(6)가 작동되고, 가스 혼합물 또는 NOx 가스 혼합물이 순환 경로(4)를 순환할 때, 순환 경로의 내부 압력은, 압력 장치(6)로부터 순환 경로의 하류측에서 압력이 가장 높고, 흐름 저항부(5)에서의 저항, 플라즈마 발생부(2c)에서의 저항, 파이프에서의 저항 등으로 인해 순환 경로의 하류측 쪽으로 갈수록 점차적으로 감소하는 압력 구배를 생성한다. 순환이 전술한 시동 전의 부압력 상태로부터 개시되므로, 시동 전의 부압력을 평균값으로서 설정함으로써 온도 구배가 생성된다. 또한, 본 구현예에서, 시동 전의 부압력은 가장 높은 내부 압력을 갖는 압력 장치(6)의 하류측에서의 압력이 대기압보다 낮도록 마개 수단(1d)을 작동하기 위한 타이밍을 조정함으로써 설정된다. 보다 구체적으로, 대기압과, 압력 장치(6)에서부터 그 하류측에서 압력 장치(6)에 연결된 챔버(1)를 거쳐 그 하류측에서 챔버(1)에 연결된 흐름 저항부(5)까지의 구간에 존재하는 가스 혼합물 또는 NOx 가스 혼합물 간의 압력차가, 예컨대 대략 -1 내지 -50 kPa(상대 압력), 바람직하게는 -5 내지 -40 kPa(상대 압력), 및 본 구현예에서는 -5 kPa(상대 압력)으로 설정된다. 차이 압력이 -1 kPa(상대 압력) 미만인 경우, 이것은 순환 경로의 연결 부분, 가스 혼합물을 도입하기 위한 유입부(1a), 또는 고농도 NO2를 빼내기 위한 가스 공급 개구부를 통한 NOx 가스의 누출을 야기할 수 있다. 한편, 차이 압력이 -50 kPa(상대 압력)보다 높을 경우, 가스 누출을 방지하기 위한 용도로는 과도하며, 고농도 NO2 가스에서의 NO2의 양이 감소하기가 쉽다. 이하에서는, 챔버(1)의 내부 압력 및 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용되는 체적을 설명한다. 챔버(1)의 체적이 40 L이고, 대기압이 101.3 kPa(절대 압력)인 경우, 챔버의 내부 압력이 0 kPa(절대 압력)일 때에는, 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용되는 체적은 40 L이다. 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용되는 체적은 내부 압력이 양일 때보다 더 크다. 그러나, 챔버에 저장된 고농도 NO2 가스가 전술한 바와 같이 누출될 수도 있기 때문에 이것은 바람직하지 않다. 한편, 챔버의 내부 압력이 -10 kPa(상대 압력)일 때에는, 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용된 체적은 36.1 L이다. 챔버의 내부 압력이 -30 kPa(상대 압력)일 때에는, 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용된 체적은 28.2 L이고, 압력이 -50 kPa(상대 압력)일 때에는 20.3 L이다. 즉, 챔버(1) 내의 내부 압력이 낮을수록, 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용되는 체적은 더 작아진다. 따라서, 챔버(1)의 내부 압력이 음인 것이 바람직하며, -1 내지 -50 kPa의 압력(상대 압력)이 더욱 바람직하다. 고농도 NO2 가스를 저장하기 위해 허용되는 체적이 감소한다는 점에서 하한치는 -50 kPa(상대 압력)이지만, 압력이 그 값보다 낮은 때에도 안정 상의 면에서는 문제가 없다. 순환 경로(4)의 내부 압력에 대해, 가스의 누출이 적합한 누출 방지 수단에 의해 방지된다면, 압력 장치(6)에서부터 챔버(1)를 거쳐 흐름 저항부(5)까지의 구간의 내부 압력은 마개 수단(1d)을 작동시키기 위한 타이밍을 지연시킴으로써 대기압에 비하여 양의 압력이 되도록 설정될 수 있다. 높은 압력 하에서, 고농도 NO2 가스 내의 NO2의 양은 동일한 수준의 농도로 증가한다. 이것은 소형의 챔버(1)를 이용하는 경우에도 많은 양의 NO2를 발생할 수 있다는 점에서 바람직하다.
마개 수단(1d)을 작동시키는 타이밍을 조정하거나 또는 흐름 저항부(5)의 저항의 값을 조정함으로써, 플라즈마 발생기(2)의 플라즈마 발생부(2c) 내부의 압력은 대략 20 내지 90 kPa(절대 압력), 보다 바람직하게는 40 내지 80 kPa(절대 압력), 및 본 구현예에서는 70 kPa(절대 압력)으로 설정되는 것이 바람직하다. 플라즈마를 발생하기 위한 마이크로파로 인한 절연 파괴는 더 낮은 가스 압력 시에 강화된다. 90 kPa(절대 압력)보다 높은 작은 부압력 하에서, 절연 파괴로 인한 플라즈마를 발생하기 위한 안정성은 감소된다. 구체적으로, NOx 가스 혼합물의 순환이 진행되고, 질소 및 산소 함유량이 감소될 때의 단계에서, 플라즈마의 발생이 중지될 수 있다. 한편, 20 kPa(절대 압력) 미만의 낮은 압력의 경우, 절연 파괴가 가속된다. 그러나, NOx 가스 혼합물 중의 산소 및 질소의 양이 감소되기가 쉽다.
순환 경로(4)를 순환하는 NOx 가스 혼합물의 유량은 5 LPM 이상인 것이 바람직하다. 5 LPM 미만의 작은 유량으로는, 플라즈마 발생기(2)의 중앙 전극(2g)과 도전 튜브(2e) 사이의 링 형상의 공간(2i)에 흐르는 가스 유속(flow rate)이 감소한다. 이것은 따뜻해진 중앙 전극(2g)에 대한 냉각 효과가 충분하지 않기 때문에 단기간 내에 중앙 전극(2g)에 손상을 줄 수도 있다. 한편, 증가된 유량과 관련된 커다란 문제점은 없다. 그러나, 이것은 압력 장치(6)에 대한 불필요한 부하를 발생시키고, 작동 비용을 증가시킨다. 이 점에서, 상한치는 대략 200 LPM으로 설정되는 것이 바람직하다.
순환 단계에서, NO2의 농도가 증가할 때와, NO2 농도 측정 수단(7)에 의해 취해진 측정의 결과 고농도 NO2 가스(본 구현예에서는 40,000 rpm의 NO2 농도)가 도달된 시점에서, 플라즈마 발생기(2) 및 압력 장치(6)의 작동은 중지된다. 후속하는 공급 단계에서는, 챔버(1)에 채워진 고농도 NO2 가스가 가스 공급 개구부로부터 본 구현예에서의 멸균을 위한 의료 기구 등을 포함하고 있는 멸균 챔버(1)로 공급된다. 본 구현예에서는 진공 멸균 챔버(1)의 흡인(suction)을 통해 가스가 공급되지만, 펌프를 이용하여 가스가 공급될 수도 있다는 것에 유의하여야 한다.
실시예
이하, 본 발명의 고농도 NO2 생성 시스템을 실시예에 의해 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예로 제한되지 않는다.
(전극(도전 샤프트 2d)의 개수를 변환하는 경우에 있어서의 NO2의 생성 속도)
실시예 1
도 4에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 이 공기는 압력 장치(61)와 압력 장치(62)에 의해 순환되며, 유량계(F1, F2)가 16 LPM을 나타내도록 흐름 저항부(51, 52)를 조정하였다. 이 시점에서의 순환 경로 내의 압력은 압력계(PG1, PG2)로 60 내지 70 kPa(절대 압력)가 되도록 모니터된다. 플라즈마 발생기(21, 22)를 이용하며, 2개의 전극을 도파관(2b)에 삽입하여 160 W의 전기 전력을 플라즈마 발생기(21, 22)에 인가하였다. NO2 농도 측정 수단(7)에 의해 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 측정하여, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도면 부호 E1은 실시예 1에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실시예 2
플라즈마 발생기(21)에 2개의 전극을 삽입하여 160 W의 전기 전력을 인가하였다. 다른 플라즈마 발생기(22)에는 전기 전력을 인가하지 않았다. 다른 구성은 실시예 1과 동일하며, 고농도 NO2 가스의 농도를 시간 경과에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도면부호 E2는 실시예 2에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실시예 3
플라즈마 발생기(21)에 1개의 전극을 삽입하여 80 W의 전기 전력을 인가하였다. 다른 플라즈마 발생기(22)에는 전기 전력을 인가하지 않았다. 다른 구성은 실시예 1과 동일하며, 고농도 NO2 가스의 농도를 시간 경과에 따라 측정하여 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도면부호 E3는 실시예 3에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실시예 1 내지 3으로부터, 전극(도전 샤프트 2d)의 개수를 증가시키면, 고농도 NO2의 농도의 증가가 더 빨리 이루어지는 것으로 판명되었다. 실시예 1에서는 농도가 70 mg/L에 도달하는데 대략 60분이 소요되었고, 실시예 2에서는 농도가 70 mg/L에 도달하는데 대략 120분이 소요되었으며, 실시예 3에서는 농도가 70 mg/L에 도달하는데 대략 240분이 소요되었다. 따라서, 전극(도전 샤프트 2d)의 개수는 고농도 NO2 가스의 발생 속도에 비례하는 것으로 판명되었다.
여기서, 실시예 1 내지 실시예 3에서 발생된 NO2 가스의 농도는 대략 70 mg/L이며, 단위를 ppm으로 환산하면 36,500 ppm이었다. 또한, 평형 상태 하에서는 고농도 NO2 가스 내에 NO2 및 N2O4가 존재하므로, 실제적으로 이론상 63,600 ppm의 NO2가 존재하게 된다.
(순환 경로를 순환하는 NOx 가스의 유량을 변경하는 경우에 있어서의 NO2의 발생 속도)
실시예 4
도 6에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 이 공기는 압력 장치(61, 62)에 의해 순환되며, 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력이 60 내지 70 kPa(절대 압력)이 되고, 가스의 유량이 8 LPM ± 1 LPM이 되도록, 흐름 저항부(51, 52, 53)를 조정하였다. 2개의 전극을 각각 플라즈마 발생기(21, 22)에 삽입하여, 플라즈마 발생기(21, 22)에 각각 160 W의 전기 전력을 인가하였다. NO2 농도 측정 수단(7)에 의해 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 측정하여, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도면 부호 E4는 실시예 4에 따라 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실시예 5
가스의 유량이 5 LPM ± 1 LPM이 되도록 흐름 저항부(51, 52, 53)를 조정한 것을 제외하고는, 그 구성은 실시예 4와 동일하다. 고농도 NO2 가스의 농도를 시간 경과에 따라 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도면부호 E5는 실시예 5에 따라 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실시예 6
가스의 유량이 12 LPM ± 1 LPM이 되도록 흐름 저항부(51, 52, 53)를 조정하고, 압력 장치(63, 64)를 함께 사용한 것을 제외하고는, 그 구성은 실시예 4와 동일하다. 고농도 NO2 가스의 농도를 시간 경과에 따라 측정하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도면부호 E6는 실시예 6에 따라 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
실시예 4 내지 6으로부터, 가스의 유량이 8 LPM 이상인 경우에는 고농도 NO2 가스의 생성 속도가 동일한 레벨이며, 유량이 5 LPM인 때에도 그 차이는 거의 없다는 것이 판명되었다.
(NOx 가스 혼합물이 순환 경로를 순환하지 않은 경우에서의 고농도 NO2 가스의 농도)
비교예 1
도 8에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 압력 장치(61, 62)를 작동시키고, 흐름 저항부(53)를 해제시킨다. 플라즈마 발생기(21, 22)의 내부 압력이 60 내지 70 kPa(절대 압력)이 되고, 유량이 16 LPM ± 1 LPM(전극당 8 LPM)이 되고, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)가 되도록, 흐름 저항부(51, 52, 54) 및 유량계(F1)를 조정하였다. 압력 장치(61, 62)를 중지시키고, 흐름 저항부(53)를 폐쇄하여, 중앙 챔버(MC)가 진공 상태(-95 kPa(상대 압력))로 되도록 하였다. 압력 장치(61, 62)를 조정함으로써 플라즈마 발생기(2) 내의 유량을 5 LPM이 되도록 조정한 후에, 플라즈마를 점화하였다. NO2 농도 측정 수단(71, 72)에 의해 고농도 NO2 가스의 농도를 측정하였다. 전극의 개수는 4개이며, 160 W의 전기 전력을 인가하였으며, 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도면 부호 CE1a는 비교예 1에 따라 플라즈마 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면 부호 CE1b는 비교예 1에 따라 중앙 챔버(MC) 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면 부호 T는 건조 공기 저장 탱크이며, 도면 부호 F3는 자동 유량 조정 기구이다.
비교예 2
중앙 챔버(MC)를 진공으로 한 후에, 압력 장치(61, 62)를 작동함으로써 플라즈마 발생기(2) 내의 유량이 8 LPM이 되도록 조정한 것 이외에는, 다른 구성은 비교예 1과 동일하다. 고농도 NO2 가스의 농도를 측정하여 그 결과를 도 9에 나타내었다. 도면 부호 CE2a는 비교예 2에 따라 플라즈마 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면 부호 CE2b는 비교예 2에 따라 중앙 챔버(MC) 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9로부터, NO2의 농도가 증가하지 않고, 많아야 7 mg/L(ppm 단위로 환산하면 36,500 ppm)인 것으로 밝혀졌으며, 순환에 의해 NO2 가스가 증가될 수 있는 것으로 판명되었다.
(플라즈마 발생부의 내부 압력에 의한 플라즈마의 라이트닝 안정성(lightning stability))
실시예 7
도 10에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 압력 장치(6)를 작동시킴으로써 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력을 -20 kPa(상대 압력)이 되도록 하고, 흐름 저항부(51, 53) 및 유량계(F1)를 조정하여 플라즈마 발생기(2)의 유량이 16 LPM ± 1 LPM(전극당 8 LPM)이 되도록 하였다. 전극의 개수는 2개이고, 120 W의 전기 전력을 인가하였다. 플라즈마 라이트닝 타임은 1 시간이었다. 3회에 걸쳐 검사를 행하였으며, 그 평균을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 3
도 11에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 압력 장치(6)를 작동시킴으로써 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력을 0 kPa(상대 압력)이 되도록 하고, 흐름 저항부(51, 52) 및 유량계(F1)를 조정하여 플라즈마 발생기(2)의 유량이 16 LPM ± 1 LPM(전극당 8 LPM)이 되도록 하였다. 전극의 개수는 4개이고, 160 W의 전기 전력을 인가하였다. 플라즈마 라이트닝 타임은 1 시간이었다. 3회에 걸쳐 시험을 행하였으며, 그 평균을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
비교예 4
도 11에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 압력 장치(6)를 작동시킴으로써 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력을 -20 kPa(상대 압력)이 되도록 하고, 흐름 저항부(51, 52) 및 유량계(F1)를 조정하여 플라즈마 발생기(2)의 유량이 16 LPM ± 1 LPM(전극당 8 LPM)이 되도록 하였다. 전극의 개수는 4개이고, 160 W의 전기 전력을 인가하였다. 플라즈마 라이트닝 타임은 1 시간이었다. 3회에 걸쳐 시험을 행하였으며, 그 평균을 계산하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.
(표 1)
Figure pct00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 고농도 NO2 가스의 농도는 70 mg/L로 증가하였으며, 플라즈마는 실시예 7에서는 턴오프하지 않았다. 한편, 비교예 3 및 4에서의 플라즈마 라이트닝 타임(1 시간) 동안에는 플라즈마를 턴오프하였으며, 고농도 NO2 가스의 농도는 표 1에 나타낸 바와 같은 값까지만 증가되었다. 이에 따라, 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력이 음인 경우에는 플라즈마의 라이트닝이 유지되지만, 플라즈마 발생기(2)의 내부 압력이 0 또는 양인 경우에는 플라즈마가 턴오프하는 것이 알맞은 것으로 판명되었다.
(가스의 유량을 변화시키는 경우에서의 전극에 대한 손상)
비교예 5
도 4에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 공기(이슬점 -60℃)를 채운다. 압력 장치(61, 62)를 작동시키고, 유량계(F1, F2)가 고농도 NO2 가스를 생성하기 위한 1 LPM을 나타내도록 가스의 유량을 제어하기 위해 흐름 저항부(51, 52)를 조정하였다. 압력계(PG1, PG2)의 값이 60 내지 70 kPa(절대 압력)을 나타내도록 압력을 조정하였다. 전극의 개수는 4개이고, 160 W의 전기 전력을 인가하였다. 플라즈마 라이트닝 타임은 1 시간이었다. 그 결과, 4개의 전극 중의 2개의 전극이 손상을 입었다.
비교예 6
가스의 유량이 2 LPM이 되도록 유량계(F1, F2) 및 흐름 저항부(51, 52)를 조정하는 것을 제외하고는, 비교예 5에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였다. 그 결과, 4개의 전극 중 1개의 전극이 손상을 입었다.
비교예 5 및 6의 결과로부터, 가스 유량이 5 LPM 미만인 경우에는 전극 몸체가 가스 흐름에 의해 충분히 냉각되지 않고, 그 결과 티타늄으로 이루어진 전극의 표면 상에 제공된 알루미늄 코팅이 손상되는 것으로 판명되었다.
(성분 가스(ingredient gas) 내의 산소의 비율을 변화시키는 경우에서의 고농도 NO2 가스의 농도)
실시예 8
도 10에 도시된 순환 경로에서, 챔버(1)의 내부 압력이 진공 상태(-101 kPa(상대 압력))일 때에, 챔버(1)의 내부 압력이 -5 kPa(상대 압력)이 되도록 성분 가스(10% 산소, 90% 질소)를 채운다. 고농도 NO2 가스를 발생하기 위해 순환 압력 장치(6)를 작동시킴으로써 가스의 유량이 16 LPM이 되도록 조정하였다. 그 농도를 NO2 농도 측정 수단(7)에 의해 측정하였다. 압력계(PG1)의 값이 60 내지 70 kPa(절대 압력)를 나타내도록 압력을 조정하였다. 전극의 개수는 2개이며, 120 W의 전기 전력을 인가하여, 그 결과를 도 12에 나타내었다. 도면 부호 E8은 실시예 8에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다.
실시예 9
성분 가스의 비율(20% 산소, 80% 질소)을 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 8에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 도면 부호 E9는 실시예 9에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다.
실시예 10
성분 가스의 비율(40% 산소, 60% 질소)을 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 8에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 도면 부호 E10는 실시예 10에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다.
실시예 11
성분 가스의 비율(50% 산소, 50% 질소)을 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 8에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 도면 부호 E11은 실시예 11에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다.
실시예 12
성분 가스의 비율(60% 산소, 40% 질소)을 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 8에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 도면 부호 E12는 실시예 12에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다.
실시예 13
성분 가스의(80% 산소, 20% 질소)를 변화시킨 것을 제외하고는, 실시예 8에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였다. 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 도면 부호 E13은 실시예 13에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 실시예 8의 성분 가스(산소 10%, 질소 90%)를 이용하는 경우에는 고농도 NO2 가스의 농도가 대략 35(mg/L)로 증가하고, 실시예 9의 성분 가스(산소 20%, 질소 80%)를 이용하는 경우에는 고농도 NO2 가스의 농도가 대략 62(mg/L)로 증가하고, 실시예 13의 성분 가스(산소 80%, 질소 20%)를 이용하는 경우에는 고농도 NO2 가스의 농도가 대략 80(mg/L)의 최대치로 증가한다. 실시예 10의 성분 가스(산소 40%, 질소 60%), 실시예 11의 성분 가스(산소 50%, 질소 50%), 및 실시예 12의 성분 가스(산소 60%, 질소 40%)를 이용하는 경우에는 고농도 NO2 가스의 농도가 대략 86(mg/L)의 최대치로 증가한다. 추가로, 증가 속도 또한 빠른 것으로 판명되었다.
실시예 12에서 발생된 고농도 NO2 가스의 농도는 대략 86 mg/L이며, 단위를 ppm으로 환산하면 44,900 ppm이다. 또한, 평형 상태 하에서는 고농도 NO2 가스 내에 NO2 및 N2O4가 존재하므로, 실제적으로 이론상 85,800 ppm의 NO2가 존재하게 된다. NO2의 농도를 추가로 증가시키는 것은, 플라즈마 발생기(2)의 전기 전력을 증가시킴으로써 달성된다. 본 발명에 따라, NO2의 농도는 그에 따라 대략 100,000 ppm으로 증가될 수 있다.
실시예 14
플라즈마 발생기에 160 W의 전기 전력을 인가하고, 플라즈마 라이트닝 타임을 연장시킨 것을 제외하고는, 실시예 11에서와 동일한 방식으로 고농도 NO2 가스를 발생하였으며, 그 결과를 도 13에 나타내었다. 도면 부호 E14는 실시예 14에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도를 나타내는 그래프이다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 평형 상태 하에서 존재하는 NO2 및 N2O4의 전체 양은 대략 100,000 ppm이었다.
산업상 이용 가능성
본 발명의 고농도 NO2 생성 시스템 및 이러한 시스템을 이용하여 고농도 NO2를 생성하는 방법에 의하면, NO2의 농도를 간략하면서 선택적으로 높일 수 있다(대략 500 ppm 또는 그 이상). 또한, 질소 및 산소를 포함하는 가스 혼합물이 성분으로서 사용되므로, 성분의 관리가 간편하면서 안정성이 높아지게 되며, 고농도의 NO2가 필요에 따라 간편하면서 선택적으로 제조될 수 있다.
1 : 챔버
1a : 유입부
1b : 배기 펌프
1c : 유입 파이프
1d, 1g, V1 : 마개 수단
1e : 가스 건조 수단
1f : 배기 파이프
1h : 배기 펌프
2 : 플라즈마 발생기
2a : 마이크로파 발생 장치
2b : 도파관
2c : 플라즈마 발생부
2d : 도전 샤프트
2e : 도전 튜브
2f : 안테나부
2g : 중앙 전극
2h : 차폐막
2i : 링 형상 공간
2j : 파이프
2k : 차폐 튜브
3 : 순환 장치
4 : 순환 경로
5 : 흐름 저항부
5a : 오리피스
6 : 압력 장치
7 : NO2 농도 측정 센서
8 : 압력 검출 수단
CE1a : 비교예 1에 따라 플라즈마 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
CE1b : 비교예 1에 따라 중앙 챔버 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
CE2a : 비교예 2에 따라 플라즈마 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
CE2b : 비교예 2에 따라 중앙 챔버 직후의 시간 경과에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
E1 : 실시예 1에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E2 : 실시예 2에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E3 : 실시예 3에 따라 시간 경과에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E4 : 실시예 4에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
E5 : 실시예 5에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
E6 : 실시예 6에 따른 전극 당의 고농도 NO2 가스의 농도
E8 : 실시예 8에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E9 : 실시예 9에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E10 : 실시예 10에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E11 : 실시예 11에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E12 : 실시예 12에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
E13 : 실시예 13에 따른 고농도 NO2 가스의 농도
F1, F2 : 유량계
F3 : 유량 조정 기구
f : 필터
T : 건조 공기 저장 탱크
MC : 중앙 챔버
PG1, PG2 : 압력계

Claims (15)

  1. 고농도 NO2 가스 생성 시스템에 있어서,
    챔버, 플라즈마 발생기, 및 순환 수단을 연결함으로써 구성되는 순환 경로를 포함하며,
    상기 순환 경로에 질소 및 산소를 포함하는 가스 혼합물을 순환시킴으로써 NO2가 생성되는 것을 특징으로 하는 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순환 수단은 압력 장치이며, 상기 순환 경로는, 상기 플라즈마 발생기를 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 챔버에 연결하고, 상기 압력 장치를 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 플라즈마 발생기에 연결하고, 상기 챔버를 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 압력 장치에 연결함으로써 구성되는, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 챔버와 상기 플라즈마 발생기 사이에 흐름 저항부가 연결되는, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순환 경로는 NO2 농도 측정 수단을 더 포함하는, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 NO2 농도 측정 수단은 상기 챔버 내에 배치되거나, 또는 상기 챔버와 상기 흐름 저항부 사이에 배치되는, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 순환 경로는 상기 가스 혼합물을 도입하기 위한 유입부(inlet portion)를 더 포함하며, 상기 유입부는 마개 수단(closure means) 및 가스 건조 수단을 포함하는, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마개 수단은 감소된 압력 하에서 상기 순환 경로에 상기 가스 혼합물을 공급함으로써 증가하는 상기 순환 경로의 내부 압력을 검출함으로써 폐쇄되는, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 흐름 저항부는 오리피스(orifice)인, 고농도 NO2 가스 생성 시스템.
  9. 고농도 NO2 가스를 생성하는 방법에 있어서,
    청구항 1 내지 청구항 8에 따른 고농도 NO2 가스 생성 시스템을 이용함으로써 NO2 농도가 500 ppm 내지 100,000 ppm에 도달할 때까지, 챔버, 플라즈마 발생기, 및 순환 수단에 의해 형성된 순환 경로에 NOx 가스 혼합물을 순환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고농도 NO2 가스 생성 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    주변 공기가 가스 혼합물로 이용되는, 고농도 NO2 가스 생성 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    0 내지 -90℃의 이슬점(dew point)을 갖는 건조 공기가 가스 혼합물로 이용되는, 고농도 NO2 가스 생성 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기의 플라즈마 발생부의 내부 압력이 20 내지 90 kPa(절대 압력)인, 고농도 NO2 가스 생성 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    대기압과, 압력 장치에서부터 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 압력 장치에 연결된 상기 챔버를 거쳐 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 챔버에 연결된 흐름 저항부까지의 구간의 내부 압력 간의 압력차가, 대략 -1 kPa와 -50 kPa(상대 압력) 사이로 설정되는, 고농도 NO2 가스 생성 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    압력 장치에서부터 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 압력 장치에 연결된 상기 챔버를 거쳐 상기 순환 경로의 하류측에서 상기 챔버에 연결된 흐름 저항부까지의 구간의 내부 압력은, 대기압에 대하여 양의 압력이 되도록 유지되는, 고농도 NO2 가스 생성 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 순환 경로를 순환하는 NOx 가스 혼합물의 유량이 5 LPM 또는 그 이상인, 고농도 NO2 가스 생성 방법.
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