KR20120135534A

KR20120135534A - 대기압 플라즈마 제트

Info

Publication number: KR20120135534A
Application number: KR1020127031317A
Authority: KR
Inventors: 로비 조제프 마틴 레고; 대니 하베르만; 잔 조제프 쿨스
Original assignee: 브람세 인스텔링 부르 테크놀로지스크 온데르죄크(비토) 엔브이
Priority date: 2005-02-04
Filing date: 2006-02-06
Publication date: 2012-12-14
Also published as: AU2006209814A1; WO2006081637A1; CN101129100A; CN101129100B; ATE515930T1; AU2006209814B2; EP1689216A1; EP1844635B1; NO338153B1; JP2008529243A; CA2596589A1; PL1844635T3; DK1844635T3; KR20070103750A; EP1844635A1; RU2007129398A; JP5122304B2; CA2596589C; ZA200706133B; US8552335B2

Abstract

본 발명은 제품에 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 제트 장치에 관한 것이고, - 연장된 중심 전극(2, 15)과, - 상기 중심 전극을 둘러싸고 중심 전극과 동축이거나 또는 두 개의 전극이 중심 전극에 사실상 평행한 연장된 원통형 외부 전극(1) 또는 두 개의 외부 전극(15, 16)과, - 상기 외부 전극(들)과 상기 중심 전극 사이에 배치된 절연체(3) 또는 절연체(18, 19), 선단부와 말단부를 갖는 방전 루멘이 상기 중심 전극과 상기 절연체(들) 사이에 형성되고, - 상기 방전 루멘으로 플라즈마 발생 가스를 공급하기 위해 상기 방전 루멘의 말단부에 배치된 공급 개구(6)와, - 상기 중심 전극과 상기 외부 전극 사이에 전압을 제공하기 위한 전원 공급원(9)을 포함하고, 상기 절연체는 상기 외부 전극(들)의 외부 표면 너머로 상기 선단부에서 반경 방향 또는 외향의 연장부(40, 20)를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

대기압 플라즈마 제트{ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA JET}

본 발명은 플라즈마 세척, 표면 개질 및 표면 코팅용으로 사용 가능한 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 보다 상세히는, 본 출원은 신규한 플라즈마 제트에 관한 것이다.

대기압 플라즈마 제트는 예를 들어 WO 98/35379호 또는 WO 99/20809호에 개시된 바와 같이 해당 기술 분야에 공지되었다. 이들 플라즈마 제트 장치는 중심에 위치된 전극의 외경과 외부 전극의 내경 사이에서 플라즈마 방전 공간을 형성하는 두 개의 동축으로 배치된 전극을 포함한다. 플라즈마 제트는 전극들 사이에 충분한 전압을 인가하면서 장치의 폐쇄 단부에서 가스 유동을 도입함으로써 장치의 개방 단부에서 발생될 수 있다. 이들 전극 사이에, 유전성 재료가 아크를 방지하기 위해 배치될 수 있다. 플라즈마의 제트는 표면의 에칭, 세척 또는 코팅에 이용될 수 있다. 종래 기술의 장치에서, 현재 공지된 장치의 몇 가지 제한 때문에, 충분히 효율적인 플라즈마 제트를 얻는 것은 어렵다. 예를 들어, 불충분한 에너지 출력 때문에 적절한 크기의 현대의 일반적인 플라즈마 제트로 고무를 활성화하는 것이 현재는 불가능하다. 따라서 대부분의 플라즈마 장치는 높은 플라즈마 밀도를 얻기 위해 플라즈마 제트를 수렴하도록 노즐을 이용한다. 그러나, 이는 처리 스폿이 작고 보다 많은 장비, 보다 많은 시간 또는 큰 장비가 특정 표면을 처리하는데 필요하다는 단점이 있다.

본 발명은 현재 기술에서 공지된 것보다 효율적인 플라즈마 제트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 원통형의 2개의 전극 장치 또는 평행한 3개의 전극 장치를 포함하는 대기압 플라즈마 제트에 관한 것이다. 2개의 전극 장치는 중심 원통형 금속 전극과 외부 원통형 금속 전을 포함하는 관형 장치일 것이고, 이러한 원통형 금속 전극은 동축이고 플라즈마 방전 루멘을 형성하고, 이러한 장치는 개방(선단) 단부와 폐쇄(말단) 장치를 갖고, 이러한 플라즈마 방전 루멘은 개방 단부에서 대기로 개방되고, 폐쇄 단부에서 가스 유동 공급 개구를 포함하고, 중심 원통형 금속 전극과 외부 원통형 금속 전극 사이에 유전성 재료가 개재되고, 이러한 유전성 배리어는 개방 단부에서 반경 방향으로 연장되는 것을 특징으로 한다.

평행 장치의 일 실시예는 중심의 편평 또는 특정 형상의 금속 전극과 2개의 외부 금속 전극을 포함하고, 전극들은 사실상 평행하게, 즉 일정한 거리(±1 mm)로 배치되고, 플라즈마 방전 루멘을 형성하고, 평행 장치는 개방(선단) 단부와 폐쇄(말단) 단부를 갖고, 플라즈마 방전 루멘은 개방 단부에서 대기로 개방되고, 폐쇄 단부에서 가스 유동 공급 개구를 포함하고, 중심 금속 전극과 외부 금속 전극 사이에 유전성 재료가 개재되고, 이러한 유전성 배리어는 개방 단부 외향으로 연장하는 것을 특징으로 한다. 특정 실시예에 따라, 외부 전극은 중심 전극에 동축인 하나의 전극을 형성하도록 측면에서 연결된다. 따라서 이러한 실시예와 관형 실시예는 하나의 내부 전극 및 하나의 외부 전극을 갖는 원통형 장치의 두 가지 변형이다.

따라서 본 발명은 제품의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 제트 장치에 관한 것이다. 원통형 2개의 전극 구성과 평행 3개의 전극 구성이 개시된다. 원통형 플라즈마 제트 장치는,

- 연장된 중심 전극과

- 상기 중심 전극을 둘러싸고 상기 중심 전극과 동축인 연장된 원통형 외부 전극과

- 상기 외부 전극과 상기 중심 전극 사이에 동축으로 배치되고, 중심 전극과의 사이에 말단부와 선단부를 갖는 방전 루멘이 형성되는 절연체와,

- 상기 방전 루멘을 형성하기 위해 플라즈마 발생 가스를 공급하기 위해 방전 루멘의 말단부에 배치된 공급 개구와,

- 상기 중심 전극과 상기 외부 전극 사이에 전압을 제공하기 위한 전원 공급원을 포함하고,

상기 절연체는 상기 외부 전극의 외부 표면 너머로 선단부에서 반경 방향으로 위치된 링으로 연장한다. 전극은 관형이고 원형 단면을 갖는 동축이거나, 또는 외부 전극이 중심 전극에 사실상 평행한 전방 및 후방측을 갖고 중심 전극은 편평하고 판형 전극일 수 있다. 편평 전극 대신에, 평행 장치는 외부 전극의 전방 및 후방면이 중심 전극에 평행하게 유지되면서 전극의 길이를 따라 - 선단부에서 - 원형 연장부를 갖는 원형 전극을 가질 수 있다.

바람직한 실시예에 따라, 선단부에서 플라즈마 여운 내로 즉시 반응성 화학 성분을 도입하기 위해 중심 전극을 통과하는 공급 도관이 제공된다.

본 발명에 따른 3개의 전극 평형 플라즈마 제트 장치는,

- 예를 들어, 편평하고 판형 전극인 중심 전극과,

- 상기 중심 전극의 양측에 있고 상기 중심 전극에 사실상 평행한 2개의 외부 전극과,

- 상기 외부 전극과 상기 중심 전극 사이에 사실상 평행하게 배치되고, 상기 중심 전극과의 사이에서 말단부와 선단부를 갖는 방전 루멘을 형성하는 2개의 절연체와,

- 상기 방전 루멘으로 플라즈마 발생 가스를 공급하기 위해 상기 방전 루멘의 말단부에 배치된 공급 개구와,

- 바람직하게는 상기 말단부에서 플라즈마 여운 내에 즉시 반응성 화합물을 도입하기 위해 중심 전극을 통과하는 공급 도관과,

- 상기 중심 전극과 외부 전극 사이에서 전압을 제공하기 위한 전원 공급원을 포함하고,

상기 절연체는 외부 전극의 외부 표면 너머로 말단부에서 외향으로 연장된다.

본 발명에 따른 플라즈마 제트 장치에서, 절연체는 바람직하게는 외부 전극의 외부 표면에서 말단부쪽으로 더 연장된다. 유리하게는, 중심 전극의 외부 표면과 절연체의 내부 표면 사이의 거리는 0.1 내지 10 mm 사이에 놓여있다. 전원 공급원은 바람직하게는 관형 구성용으로 1 내지 10 kV 사이이고, 평행 구성용으로 1 내지 100 kV의 AC 또는 펄스 DC 전압을 제공하도록 구성된다.

본 발명의 다른 태양은 플라즈마 유동을 생성하기 위한 방법에 관한 것이며,

- 본 발명에 따른 플라즈마 제트 장치를 제공하는 단계와,

- 공급 개구를 통해 플라즈마 가스 유동을 제공하는 단계와,

- 플라즈마의 개방 단부에서 플라즈마 방전에 반응성 화학 성분을 도입하기 위해 공급 개구 및/또는 중심 전극을 통해 반응성 화학 성분(예를 들어, 단량체) 유동을 제공하는 단계와,

- 중심 전극과 외부 전극 사이에 1 내지 100 kV의 전압을 제공하는 단계를 포함한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 현재 기술에서 공지된 것보다 효율적인 플라즈마 제트를 제공할 수 있다.

도 1은 종래 기술의 플라즈마 제트 설계를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 플라즈마 제트 장치의 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 평행 플라즈마 제트 장치의 개략도.
도 4는 평행 전극을 갖는 실시예의 특정 형상의 개략도.
도 5는 본 발명에 따른 평행 플라즈마 제트의 가능한 다수의 단면도.

도 1에 도시된 바와 같은 현 기술의 플라즈마 제트는 일반적으로 외부 전극(11)과 내부 전극(12) 및 그 사이에 개재된 유전성 재료(13)를 포함한다.

본 발명의 관형 실시예는 도 2에서 볼 수 있고, 2개의 동축의 원통형 전극(1, 2)과 유전성 재료 형태의 하나의 특별하게 형성된 절연체를 갖는 대기압 플라즈마 제트에 관한 것이다. 유전성 배리어는 플라즈마 제트의 선단부에서 연장되고, 바람직하게는 U자형 연장부(20)의 형상이다. 플라즈마 제트는 30 ℃ 내지 600 ℃에서 작동하고 플라즈마 세척, 표면 개질 및 표면 코팅용으로 이용될 수 있다. U자형 유전성 재료는 이들 모든 응용예에서 주요한 장점을 갖는다. 링, 즉 관형 구성의 반경 방향 연장부는 또한 ["U"자형의 복귀 레그(21)없이] 실시예용으로 바람직하다. 장치의 말단부에는 중심 전극과 유전성 재료(3) 사이에 형성된 루멘으로 플라즈마 가스를 공급하기 위해 공급 개구(6)가 있다. 바람직하게는, 중심 전극(2)은 접지(B)에 접속되고, 외부 전극은 전원 공급원(9)에 접속된다. 접지에 접속된 전극(1)과 전원 공급원에 접속된 전극(2)은 또한 실시예에서 가능하다. 두 전극이 전압 공급원에 접속된 실시예 또한 본 발명에 포함된다. 중심 전극(2)을 통과하는 공급 도관(7)이 개방 단부에서 플라즈마 여운 내로 즉시 반응성 화합물을 도입하기 위해 제공될 수 있다. 중심 전극의 외부 표면과 절연체의 내부 표면 사이의 거리(4)는 0.1 내지 10 mm 사이에 있다. 거리(5)는 균질 플라즈마 구역의 직경이다. 거리(50)는 외부 전극(1)의 높이에 대응하는 균일 플라즈마 구역의 높이이다.

중심 전극(2)과 외부 전극(1)은 원형 단면을 갖는 원통형, 즉 관형일 수 있다. 선택적으로, 외부 전극(1)이 하나의 원통형 외부 전극(1)을 형성하도록 측면(72)에서 접속되는 전방 및 후방측(70, 71)을 포함하면 중심 전극은 편평 전극(2)일 수 있다. 절연체(3)는 또한 중심 전극에 평행하고 원형 절연체(3)를 형성하도록 그 측면(75)에서 연결되는 전방 및 후방측(73, 74)을 포함한다.

도 3은 3개의 평행 전극을 구비한 본 발명에 따른 플라즈마 제트 장치를 도시한다. 본 장치는 중심 전극과 중심 전극의 양측의 두 개의 평행 전극(16, 17)을 포함한다. 도면은 장치의 절개도를 도시한다. 실제 장치는 물론 측면에서 폐쇄되어 있다. 가능한 단면이 도 5b 내지 도 5d에서 도시된다. 도 5b 내지 도 5d에 장치는 적절한 절연 재료(도시 안함)에 의해 측면에서 폐쇄되어 있다. 도 3의 평행 장치는 전극에 사실상 평행한 두 개의 유전성 부분(18, 19)을 갖는다. 장치의 말단부에서, 중심 전극과 절연체 사이에 형성된 방전 루멘으로 플라즈마 발생 가스를 공급하기 위한 공급 개구(6)가 제공된다. 개방 단부에서 플라즈마 여운 내에 즉시 반응성 화합물을 도입하기 위해 중심 전극(15)을 통한 공급 도관(7)이 제공될 수 있다. 중심 전극(15)은 접지(8)에 연결되고, 외부 전극(16, 17)은 전원 공급원(9)에 연결된다. 외부 전극(16, 17)이 접지에 연결되고 중심 전극(15)이 전원 공급원에 연결되는 실시예는 또한 본 발명에 포함된다. 또한, 중심 전극(15)과 외부 전극(16, 17)이 모두 전원 공급원에 연결되는 실시예도 본 발명에 포함된다. 본 장치의 선단부에서, 유전성 부분은 바람직하게는 U자형 복귀 레그(41)가 없이 U자형 또는 편평 외향 연장부인 외향 연장부(40)를 생성한다. 중심 전극의 외부 표면과 절연체의 내부 표면 사이의 거리(4)는 0.1 내지 10 mm이다. 거리(5)는 균질 플라즈마 구역의 폭이다. 거리(60)는 외부 전극의 높이에 대응하는 균질 플라즈마 구역의 높이이다. 거리(61)는 장치의 길이(깊이)에 대응하는 플라즈마 구역의 길이이다.

도 4는 본 발명에 따른 평행 플라즈마 제트 장치의 가능한 특정 구성을 도시한다. 이러한 구성에서, 플라즈마 제트의 개방 단부에서 중심 금속 전극(15)의 전체 길이를 따라 둥근 연장부(30)가 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 특정 형상의 유전성 금속(18, 19)과 외부 금속 전극(16, 17)은 모두 중심 전극의 외부 표면과 절연체의 내부 표면 사이에 일정한 거리(±1 mm)를 보장하도록 특정 형상을 갖는다. 도면부호 60은 플라즈마 제트의 높이를 나타내고, 5는 균질 유효 플라즈마 여운의 범위를 나타내고, 61은 평행 전극 사이의 플라즈마 구역의 길이를 나타낸다. 둥근 연장부(30) 때문에 여운의 농도와 여운 내의 플라즈마 밀도가 증가 된다.

일반적으로, 다음의 작동 특성은 본 발명에 따른 플라즈마 제트를 이용할 때 이용될 수 있다.

- (본원에서 지칭되는 관형 장치로부터) 10 cm의 전극 높이(50)를 갖는 관형 장치(본원에서 관형 장치로 지칭됨)용의 전력: 20 내지 750 와트

- (본원에서 지칭되는 평행 장치로부터) 10 cm의 전극 높이(50, 60)와 10 cm의 전극 높이(61)를 갖는 (하나의 외부 전극을 갖는 평행 장치를 포함하는) 평행 장치용의 전력: 5000 와트, 인가된 전력은 응용예에 따름.

- 전압(8): 1 내지 100 kV

- 플라즈마 가스 유동(6): 관형 장치용으로 1 내지 400 ℓ/분, 평행 장치용으로 10 내지 4000 ℓ/분

- 플라즈마 가스 예열 온도: 20 내지 400 ℃(이는 플라즈마 제트 내에 삽입되기 전에 플라즈마 가스가 400 ℃까지 예열될 수 있다는 것을 의미함)

- 플라즈마 가스: N2, 공기, He, Ar, CO2 + H2, O2, SF6, CF4, 포화 및 불포화 탄화수소 가스, 불화 탄화수소 가스와 이들 가스의 혼합물.

- 단량체 유동: 1 내지 2000 g/분(플라즈마 여운 내로 즉시 중심 전극의 도관(7)을 통해)

- 이송 가스 유동: 0.1 내지 30 ℓ/분(플라즈마 여운 내로 즉시 중심 전극의 도관(7)을 통해)

- 내부 갭 거리(4): 0.1 내지 10 mm(플라즈마 가스와 응용예에 따름)

- 균질 플라즈마 구역의 직경(관형 장치용) 또는 넓이(평행 장치용): 6 내지 80 mm

- 유효 플라즈마 여운의 길이: 5 내지 100 mm(응용예에 따름)

고전압 AC 또는 펄스 DC 전력이 전극 중 하나에 입력되면, 유전성 배리어 방전이 유전체(dielectricum)와 내부 전극 사이에서 발생한다. 플라즈마로부터 활성 종이 플라즈마 가스 유동에 의한 플라즈마 제트로부터 나온다. 이러한 여운은 샘플에 대해 지시되고, 이러한 방식으로 3D 대상물이 플라즈마 처리될 수 있다. 펄스 DC 전원이 이용되는 경우에, 주파수는 바람직하게는 1 내지 200 ㎑ 사이에 포함되고, 유리하게는 50 내지 100 ㎑이다.

본 발명에 따른 플라즈마 제트 장치로부터 반경 방향 또는 외향으로 연장하는 유전체의 장점은 다음의 3가지 개념으로 요약될 수 있고, 이는: 플라즈마까지의 거리, 활성 폭 및 플라즈마 가스의 소비이다.

플라즈마 공급원까지의 거리

플라즈마 방전 내의 라디칼, 특히 이온은 극히 짧은 수명을 갖고, 방전 영역 외측으로 거의 운반될 수 없다는 것을 알아야 한다. 한편, 플라즈마 영역 내측에서 생성된 준안정 원자종은 통상적으로 수백밀리초의 대기압에서의 긴 수명을 갖는다. 이러한 긴 수명은 이들이 플라즈마 가스 유동과 함께 플라즈마 체적을 수행할 수 있게 하였다. 명백하게, 대부분의 반응성 준안정 원자종은 먼저 손실될 것이다. 플라즈마 공급원에 근접하면 보다 많은 반응성 플라즈마 여운이 있다. 본 발명에 따른 신규한 플라즈마 제트 장치에서, 샘플은 실제 플라즈마 공급원으로부터 2 mm까지 근접할 수 있다. 소정의 중합체의 안정적인 활성화가 반경 방향 또는 외향으로 연장되는 유전체를 갖는 전술한 플라즈마 제트 구성을 이용할 때 구체화될 수 있는지에 대한 실험이 도시된다.

예

고무의 플라즈마 활성화

고무는 전통적인 개념으로 충분히 활성화하는 것이 불가능하고: 고무/플라즈마 공급원의 거리는 너무 멀다. 가장 반응성이 우수하고 본 경우에 플라즈마의 가장 필요한 종은 이들이 고무 샘플에 타격되기 전에 손실된다.

도 2에 도시된 바와 같은 U자형 유전체를 사용할 때, 보다 반응성이 우수한 플라즈마 여운이 얻어진다.

파라미터:

- 전력: 400 와트

- 주파수: 70 ㎑

- 플라즈마 가스: 65 ℓ 공기/분

- 전구체: 없음

- 플라즈마 여운의 온도: 65 ℃

- 고무/플라즈마 공급원 사이의 거리: 4 mm

- 플라즈마 활성화 전의 표면 에너지: ± 20 다인

- 플라즈마 활성화 후의 표면 에너지: > 75 다인

- 플라즈마 활성화 1주일 후의 표면 에너지: 62 다인

PVC 의 플라즈마 활성화

PVC는 열 감응성이다. 전통적인 개념으로 수행된 활성화는 이때 안정적이지 않다. 수 시간 후에, 활성화는 완전히 손실된다.

U자형 유전체를 사용할 때, 보다 반응성이 우수한 플라즈마 여운이 얻어진다.

- 전력: 300 와트

- 주파수: 32 ㎑

- 플라즈마 가스: 601 ℓ N₂/분

- 전구체: 없음

- 플라즈마 여운의 온도: 60 ℃

- 고무/플라즈마 공급원 사이의 거리: 5 내지 7 mm

- 플라즈마 활성화 전의 표면 에너지: 45 다인

*- 플라즈마 활성화 후의 표면 에너지: > 75 다인

- 플라즈마 활성화 1주일 후의 표면 에너지: 64 다인

- 플라즈마 활성화 1개월 후의 표면 에너지: 56 다인

- 플라즈마 활성화 4개월 후의 표면 에너지: 54 다인

활성화 폭

편평 샘플이 플라즈마 여운에 근접하면, 플라즈마 여운의 활성 종이 플라즈마 제트와 샘플 사이의 소정 영역 상으로 분산된다. 이는 활성화된 스폿이 플라즈마 제트의 직경보다 넓어질 수 있다는 것을 의미한다. 샘플이 실제 플라즈마 공급원에 근접하면, 활성화 스폿이 넓어질 것이다. (U자형 유전체를 갖는) 본 발명에 따른 플라즈마 제트에서, 동일한 플라즈마 상태용의 이러한 활성화된 스폿은 전통적인 개념보다 넓어질 수 있다는 것이 실험에서 확인되었다.

예

폴리에틸렌의 플라즈마 활성화

활성화된 스폿의 넓이의 증가는 (다중) 플라즈마 제트의 전체 작업 비용을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 플라즈마 제트를 이용할 때, 보다 반응성이 우수한 플라즈마 여운이 얻어지고, 활성화된 종은 넓은 영역에 걸쳐 분포된다.

- 전력: 200 와트

- 주파수: 50 ㎑

- 플라즈마 가스: 50 ℓ N₂/분

- 전구체: 없음

- 플라즈마 여운의 온도: 65 ℃

- 고무/플라즈마 공급원 사이의 거리: 15 mm

- 플라즈마 활성화 전의 표면 에너지: 32 다인

- 플라즈마 활성화 후의 표면 에너지: 62 다인

샘플/플라즈마 공급원 거리(mm)	균질 활성화 스폿의 넓이(mm)(62 다인)
2.5	45
4	41
6	25
8	22
10	22
12.5	22
15	22
20	18
30	7
35	3

전통적인 개념에서, 균질 활성화 스폿의 넓이는 샘플/플라즈마 제트의 거리가 1.5 mm에서 최대 32 mm이다.

폴리프로필렌의 플라즈마 활성화

활성화 스폿의 넓이의 증가는 (다중) 플라즈마 제트의 전체 작업 비용을 감소시킬 수 있다. 본 발명에 따른 플라즈마 제트를 이용할 때, 보다 반응성이 우수한 플라즈마 여운이 얻어지고, 활성화된 종은 넓은 영역에 걸쳐 분포된다.

- 전력: 200 와트

- 주파수: 50 ㎑

- 플라즈마 가스: 50 ℓ 공기/분

- 전구체: 없음

- 플라즈마 여운의 온도: 65 ℃

- 고무/플라즈마 공급원 사이의 거리: 15 mm

- 플라즈마 활성화 전의 표면 에너지: 36 다인

- 플라즈마 활성화 후의 표면 에너지: 70 다인

샘플/플라즈마 공급원 거리(mm)	균질 활성화 스폿의 넓이(mm)(70 다인)
2.5	48
4	45
6	26
8	22
10	22
12.5	22
15	22
20	20
30	12
35	4

전통적인 개념에서, 균질 활성화 스폿의 넓이는 샘플/플라즈마 제트의 거리가 1.5 mm에서 최대 33 mm이다.

플라즈마 가스/ 플라즈마 전력의 소비

샘플이 실제 플라즈마 구역에 근접할 수 있다는 것의 결과로써, 반응성 종이 여운에서 보다 적게 손실된다. 전통적인 플라즈마 제트와 비교하여, 가스 및/또는 전력의 소모를 적게 하면서 동일한 효과가 얻어질 수 있다. 이러한 장점은 전술한 두 가지 장점의 간접적인 결과로써 이해될 수 있다.

동일한 플라즈마 활성화 효과를 위한 가스 및/또는 전력을 적게 요구한다는 것이 실험적으로 밝혀졌다. 이러한 실험은 해당 기술 분야의 종사자들에 의해 수행될 수 있다.

1, 2: 전극
3: 절연체
6: 공급 개구
9: 전원 공급원
20: 링

Claims

제품의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 제트 장치로서,
제1 방향으로 확장되는 연장된 중심 전극(2);
상기 중심 전극을 둘러싸고 상기 중심 전극과 동축인 연장된 원통형 외부 전극(1);
상기 외부 전극과 상기 중심 전극 사이에 동축으로 배치되는 절연체(3)로서, 말단부와 선단부 사이에 상기 제1 방향으로 확장되는 방전 루멘은 상기 중심 전극과 상기 절연체 사이에 정의되며, 상기 방전 루멘은 상기 선단부에서 대기에 노출되는, 절연체(3);
상기 방전 루멘을 형성하기 위해 플라즈마 발생 가스를 상기 방전 루멘으로 공급하기 위해 상기 말단부에 배치되는 공급 개구(6); 및
상기 중심 전극과 상기 외부 전극 사이에 전압을 제공하기 위한 전원 공급원(9)을 포함하며,
상기 절연체(3)는 상기 외부 전극의 외부 표면 너머로 상기 선단부에서 반경 방향으로 위치된 링(20)으로 연장되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제트 장치.
제1항에 있어서,
상기 절연체(3)는
상기 절연체가 선단부에서 U 자형의 방사형의 단면을 가지도록, 상기 외부 전극의 외부 표면에서 말단부로 확장되는 복귀 레그를 더 포함하는, 플라즈마 제트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 중심 전극의 외부 표면과 상기 절연체(3)의 내부 표면 사이의 거리(4)는 0.1 내지 10 mm 사이에 있는 플라즈마 제트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전원 공급원(9)은 1 내지 10 kV의 AC 또는 DC 펄스 전압을 제공하도록 구성되는 플라즈마 제트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극(1, 2)은 관형인 플라즈마 제트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 전극(1)은 상기 중심 전극(2)에 사실상 평행한 전방 및 배면측(70, 71)을 갖는 플라즈마 제트 장치.
제6항에 있어서, 상기 중심 전극(2)은 상기 중심 전극의 전체 길이를 따라 상기 선단부에서 둥근 연장부(30)를 포함하는 플라즈마 제트 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 말단부에서 플라즈마 여운 내로 즉시 반응성 화학 성분을 도입하기 위해 중심 전극(2)을 통과하는 공급 도관(7)을 더 포함하는 플라즈마 제트 장치.
제품에 플라즈마 처리를 수행하기 위한 플라즈마 제트 장치로서,
중심 전극(15);
상기 중심 전극의 양측에 배치되고, 외부 전극들의 높이(60)에 대응하는 제1 방향에 따라, 그리고, 외부 전극들의 길이(61)에 대응하는 제2 방향에 따라 확장하는 2개의 외부 전극들(16, 17);
상기 외부 전극들 및 상기 중심 전극 사이에 평행하게 배치되는 2개의 절연체들(18, 19)로서, 말단부 및 선단부 사이의 제1 방향을 따라 확장되는 방전 루멘이 상기 중심 전극 및 상기 절연체 사이에 정의되며, 상기 방전 루멘은 상기 선단부에서 대기에 노출되는, 2개의 절연체들(18, 19);
상기 방전 루멘으로 플라즈마 발생 가스를 공급하기 위해 상기 말단부에 배치된 공급 개구(6);
상기 중심 전극 및 외부 전극들 사이에 전압을 제공하기 위한 전원 공급원(9);을 포함하며,
상기 절연체들(18, 19)은 외부 전극의 외부 표면 너머로 말단부에서 외향으로 확장되고, 상기 중심 전극은 중심 전극의 전체 길이를 따라 전개되는 말단부에서 둥근 연장부(30)를 포함하며, 상기 절연체들(18, 19) 및 상기 외부 전극들(16, 17)은 상기 중심 전극의 외부 표면과 상기 절연체들의 상기 내부 표면 사이의 일정한 거리를 제공하기 위하여 상기 둥근 연장부를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 제트 장치.
제9항에 있어서, 상기 절연체(18, 19)는 상기 외부 전극의 외부 표면에서 말단부쪽의 연장부(41)를 더 포함하는 플라즈마 제트 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 말단부에서 플라즈마 여운 내에 즉시 반응성 화합물을 도입하기 위한 중심 전극을 통과하는 공급 도관(7)을 더 포함하는 플라즈마 제트 장치.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 중심 전극(15)은 편평 전극인 플라즈마 제트 장치.
제품의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 방법으로서,
제1항 또는 제2항에 따른 플라즈마 제트 장치를 제공하는 단계와,
상기 공급 개구를 통해 플라즈마 가스 유동을 제공하는 단계와,
플라즈마의 개방 단부에서 플라즈마 방전에 반응성 화학 성분을 도입하기 위해 공급 개구(6) 및/또는 중심 전극을 통해 반응성 화학 성분 유동을 제공하는 단계와,
상기 중심 전극과 외부 전극 사이에 1 내지 100 kV의 전압을 제공하는 단계를 포함하는 방법.
제품의 플라즈마 처리를 수행하기 위한 방법으로서,
제9항 또는 제10항에 따른 플라즈마 제트 장치를 제공하는 단계와,
상기 공급 개구를 통해 플라즈마 가스 유동을 제공하는 단계와,
플라즈마의 개방 단부에서 플라즈마 방전에 반응성 화학 성분을 도입하기 위해 공급 개구(6) 및/또는 중심 전극을 통해 반응성 화학 성분 유동을 제공하는 단계와,
상기 중심 전극과 외부 전극 사이에 1 내지 100 kV의 전압을 제공하는 단계를 포함하는 방법.