KR20150006604A - 액체 플라즈마 토치 발생장치 - Google Patents

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Abstract

액체 플라즈마 토치 발생장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치는 제1전극; 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 제1유전체; 및 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제1유전체를 관통하는 유로를 포함하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극에 전압이 인가되는 경우 상기 유로를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킨다.

Description

액체 플라즈마 토치 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING LIQUID PLASMA TORCH}
본 발명은 플라즈마 토치 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액체를 기초로하여 플라즈마 토치를 발생시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)란 이온화된 가스를 의미하고, 원자 또는 분자로 이루어진 가스에 에너지를 이용하여 여기시키면, 전자, 이온, 분해된 가스, 및 광자(photon) 등으로 이루어진 플라즈마가 형성된다. 이러한 플라즈마는 핵융합 발전, 반도체 분야에서의 기판의 표면 처리, 또는 분말의 표면 처리 등 다양하게 이용되고 있다.
플라즈마가 발생되는 단계는 다음과 같다. 고체에 에너지를 가하면 액체가 되고, 액체에 에너지를 가하면 기체가 되며, 기체에 높은 에너지를 가하면 기체가 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리됨으로써 플라즈마가 발생된다.
고체나 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키기 위해서는 기체에 열에너지를 가하여 플라즈마를 발생시키는 경우보다 많은 양의 열에너지 공급이 필요하다.
그러므로, 기체에 열에너지를 가하는 것이 열에너지를 많이 공급하지 않아도 되기 때문에 가장 효율적이고, 용이하게 플라즈마를 발생시킬 수 있는 방법이다.
그러나, 기체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는 경우에 발생되는 이온 또는 라티칼의 양은 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는 경우에 발생되는 이온 또는 라디칼의 양에 비해 매우 적다는 문제점이 있다. 이는, 기체가 액체에 비하여 부피는 크지만 밀도가 작기 때문이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 액체에 에너지를 가하여 플라즈마를 발생시키는 장치들이 개발되고 있으며, 특허출원번호 제2009-0045210호는 "고밀도 수중 플라즈마 토치의 발생장치 및 방법"을 개시하고 있다. 그러나, 고밀도 수중 플라즈마 토치의 발생장치 및 방법은 수중 플라즈마 반응기의 투명 석영관과 도전성 방전극 사이의 공간으로 가스 또는 공기를 조절하여 주입시키는 레귤레이터가 필요하므로, 순수한 액체만을 이용하여 플라즈마를 발생시키지 못하는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 종래 기술들의 문제점을 인식하고, 연구 끝에, 아래와 같은 구성을 도입함으로써, 적절한 양의 에너지를 공급하면서도 순수한 액체만을 기초로하여 플라즈마를 발생시킬 수 있는 장치를 개발하기에 이르렀다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 별도의 기체 공급원이 없이 순수한 액체만을 기초로하여 플라즈마 토치를 발생시킬 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 일 측면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치는 제1전극; 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 제1유전체; 및 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제1유전체를 관통하는 유로를 포함하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극에 전압이 인가되는 경우 상기 유로를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킨다.
다른 일 측면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치는 상기 유로로 전도성 액체를 공급하는 액체 공급부; 및 상기 제1전극과 상기 제2전극에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함한다.
상세하게는, 상기 전원부는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있고, 상기 전압의 크기는 300V 이상일 수 있다.
상세하게는, 상기 전도성 액체는 상기 유로의 일 측으로 공급되고, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에서, 상기 전도성 액체가 기화되어 플라즈마가 발생되고, 발생된 플라즈마는 상기 유로의 타측으로 배출된다.
유로는 양 단이 개방되어 있고, 유로의 일 측은 개방되어 있는 양 단 중 어느 한쪽을 의미하고, 유로의 타 측은 나머지 다른 한쪽을 의미한다.
상세하게는, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록, 상기 전도성 액체의 전도도, 상기 유로의 단면적, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리 및 상기 전압의 크기가 각각 결정되어 있다.
상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위해서는, 하기 수학식 1을 이용하여, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역의 저항(R1)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성될 수 있고, 수학식 1은 R1=(1/S)×(L1/A1)이고, 상기 수학식 1에서, S는 상기 전도성 액체의 전도도이고, A1은 상기 유로의 단면적이며, L1은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리이다.
상세하게는, 상기 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝이다.
하나의 실시예로, 상기 유로는 모세관(capillaty tube)이고, 모세관현상에 의하여 상기 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치가 없어도 상기 유로에 상기 전도성 액체가 공급되도록 구성될 수 있다.
일 측면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치는 제1전극; 제2전극; 제3전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 제1유전체; 상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에 위치하는 제2유전체; 및 상기 제1전극, 상기 제2전극, 상기 제3전극, 상기 제1유전체 및 상기 제2유전체를 관통하는 유로를 포함하고, 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제3전극에 전압이 인가되는 경우, 상기 유로를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킨다.
예를 들면, 제1전극(210), 제2전극(220) 및 제3전극(230)의 배치 상태는 고전압이 걸리는 하나의 전극을 사이에 두고, 두 개의 접지전극이 서로 일정거리 이격되어 배치된 상태일 수 있다. 또한, 하나의 접지전극을 사이에 두고, 고전압이 걸리는 두 개의 전극이 서로 일정거리 이격되어 배치된 상태일 수 있다.
상세하게는, 상기 전도성 액체는 상기 유로의 일 측으로 공급되고, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에서 상기 유로를 통과하는 전도성 액체 기화시키고, 상기 제2유전체를 관통하는 영역에서 상기 기화된 액체를 기초로 플라즈마를 발생시켜 발생된 플라즈마는 상기 유로의 타측으로 배출된다.
유로는 양 단이 개방되어 있고, 유로의 일 측은 개방되어 있는 양 단 중 어느 한쪽을 의미하고, 유로의 타 측은 나머지 다른 한쪽을 의미한다.
다른 일 측면으로서, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치는 상기 유로로 전도성 액체를 공급하는 액체 공급부; 및 상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제3전극에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함한다.
상세하게는, 상기 전원부는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있고, 상기 전압의 크기는 300V 이상일 수 있다.
상세하게는, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록, 상기 전도성 액체의 전도도, 상기 유로의 단면적, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리 및 상기 전압의 크기가 각각 결정되어 있다.
상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 경우, 제1유전체를 관통하는 유로의 영역을 통과하는 전도성 액체의 전부가 기화될 수 있고, 기화된 액체 중 일부를 기초로하여 플라즈마가 발생될 수 있다. 즉, 액체 전부가 기화되거나, 액체의 일부는 기화되고 나머지 기화된 액체는 플라즈마화 될 수 있다.
상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위해서는, 하기 수학식 2를 이용하여, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역의 저항(R2)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성될 수 있고, 수학식 2는 R2=(1/S)×(L2/A2)이고, 상기 수학식 2에서, S는 상기 전도성 액체의 전도도이고, A2는 상기 유로의 단면적이며, L2은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리이다.
상세하게는, 상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록, 상기 전도성 액체의 전도도, 상기 유로의 단면적, 상기 제2전극과 상기 제3전극 사이의 거리 및 상기 전압의 크기가 각각 결정되어 있다.
제1유전체를 관통하는 유로의 영역을 통과하여 기화된 액체가 상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역을 통과하는 경우에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 경우, 기화된 액체를 기초로 플라즈마가 발생될 수 있다. 또한, 제1유전체를 관통하는 유로의 영역을 통과하여 발생된 플라즈마가 상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역을 통과하는 경우에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 경우에는, 발생된 플라즈마를 다시 한번 더 방전시킬 수 있기 때문에 더욱 많은 양의 이온 또는 라디칼들을 생성할 수 있다.
상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위해서는, 하기 수학식 3을 이용하여, 상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역의 저항(R3)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성될 수 있고, 수학식 3은 R3=(1/S)×(L3/A2)이고, 상기 수학식 2에서, S는 상기 전도성 액체의 전도도이고, A2는 상기 유로의 단면적이며, L3은 상기 제2전극과 상기 제3전극 사이의 거리이다.
상세하게는, 상기 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝일 수 있다.
상세하게는, 상기 유로는 모세관(capillaty tube)이고, 모세관현상에 의하여 상기 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치가 없어도 상기 유로에 상기 전도성 액체가 공급되도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 별도의 기체 공급장치가 없이도 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킬 수 있으므로, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 물을 이용하여 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 순수한 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킬 수 있어, 기체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는 경우보다 더욱 많은 양의 이온 또는 라디칼이 생성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제1실시예도이다.
도 2a는 도 1의 액체 플라즈마 토치 발생장치에서 유로의 영역 중 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 도 1의 액체 플라즈마 토치 발생장치에서 유로의 영역 중 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어날 수 있는 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제2실시예도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제3실시예도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제4실시예도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제1실시예도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(100)는 제1전극(110), 제2전극(120), 제1유전체(130), 유로(140) 및 전원부(150)를 포함할 수 있다.
제1전극(110)과 제2전극(120)은 서로 일정거리 이격되어 위치하고, 제1유전체(130)는 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 위치한다.
유로(140)는 유로(140)의 축 방향을 따라 중공이 형성되어 있고, 제1전극(110), 제2전극(120) 및 제1유전체(130)를 각각 관통한다. 또한, 유로(140)의 일 측은 액체 공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
하나의 실시예로, 유로(140)가 폭이 좁고 긴 모세관(capillaty tube)인 경우, 지면과 수직한 방향으로 유로(140)의 일 측이 액체에 잠기게 되면, 액체의 응집력과 유로(140)와 액체 사이의 부착력에 의한 모세관현상에 의하여 유로(140)로 전도성 액체가 공급될 수 있다. 즉, 유로(140)가 모세관인 경우에는 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치인 액체 공급부가 없는 경우에도 유로(140)에 전도성 액체가 공급될 수 있다.
액체 공급부는 유로(140)로 전도성 액체를 공급할 수 있다. 전도성 액체는 액체 공급부와 연결된 유로(140)의 일 측으로 공급되고, 액체 공급부에 의하여 공급된 액체는 유로(140)를 통과한다.
전원부(150)는 제1전극(110)과 제2전극(120)에 각각 연결되고, 제1전극(110)과 제2전극(120)에 전압을 인가한다. 전원부(150)는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있다. 또한, 전원부(150)가 인가하는 전압의 크기는 300V 이상인 것이 바람직하며, 이는 액체를 기초로 플라즈마를 발생시키기 위해서 고전압이 필요하기 때문이다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(100)는 제1전극(110)과 제2전극(120)에 전압이 인가되는 경우 유로(140)를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마는 유로(140)의 타 측으로 배출된다.
도 2a는 도 1의 액체 플라즈마 토치 발생장치에서 유로의 영역 중 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 원리를 설명하기 위한 도면이다고, 도 2b는 도 1의 액체 플라즈마 토치 발생장치에서 유로의 영역 중 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어날 수 있는 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 전도성 액체가 유로(140)를 통과하는 경우에 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 전압이 인가되면, 액체가 전기 분해되거나 액체가 열에너지를 공급받아 기화될 수 있고, 전극주변에는 기포가 생성되게 된다. 일 예로, 제2전극(120) 주변에 기포가 생성될 수 있다.
제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에는 고전압이 인가되기 때문에 생성된 기포 내에서 글로우 방전 또는 아크 방전이 개시될 수 있다. 글로우 방전 또는 아크 방전이 개시되면, 전극주변에 생성된 기포는 계속해서 성장하게 되고, 기포의 성장에 따라 글로우 방전 또는 아크 방전이 일어나는 영역도 확대된다.
글로우 방전 또는 아크 방전이 일어나는 영역이 확대된 후에는, 유로(140)의 영역 중 제1유전체(130)를 관통하는 영역에서 글로우 방전 또는 아크 방전이 일어나는 상태가 계속 유지된다. 따라서, 전도성 액체가 바로 유로(140)로 공급되어도 유로(140)를 통과하는 액체의 저항이 파괴되어 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킬 수 있게된다.
유로(140)의 영역 중 제1유전체(130)를 관통하는 영역에 글로우 방전 또는 아크 방전이 일어나도록 하기 위해서는 아래에서 설명하는 조건을 만족하여야 한다. 이에 대하여는 도3을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 유로(140)의 영역 중 제1유전체(130)를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위해서는, 전도성 액체의 전도도, 유로(40)의 단면적, 제1전극(10)과 제2전극(20) 사이의 거리 및 전압의 크기가 각각 미리 결정되어야 하고, 아래의 수학식 1을 만족하여야 한다.
수학식 1 R1=(1/S)×(L1/A1)
상기 수학식 1에서, S는 상기 전도성 액체의 전도도이고, A1는 상기 유로의 단면적이며, L1은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리이다.
즉, 수학식 1을 이용하여, 유로(140)의 영역 중 제1유전체(130)를 관통하는 영역의 저항(R1)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성되어야 한다. 또한, 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝인 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제2실시예도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(100)는 제1전극(110), 제2전극(120), 제1유전체(130), 유로(140) 및 전원부(150)를 포함할 수 있다.
제1전극(110)과 제2전극(120)은 서로 일정거리 이격되어 위치하고, 제1유전체(130)는 제1전극(110)과 제2전극(120) 사이에 위치한다. 제1유전체(130) 내부에는 글로우 방전 또는 아크 방전이 일어날 수 있는 영역이 형성되어 있고, 상기 영역은 제1전극(110)과 서로 소통될 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 제1전극(110)에는 중공이 형성되어 있고, 제1유전체(130) 내부에 형성된 영역과 서로 연결되어 있다.
유로(140)는 유로(140)의 축 방향을 따라 중공이 형성되어 있고, 제1유전체(130)를 관통한다. 또한, 유로(140)의 일 측은 액체 공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
하나의 실시예로, 유로(140)가 폭이 좁고 긴 모세관(capillaty tube)인 경우, 지면과 수직한 방향으로 유로(140)의 일 측이 액체에 잠기게 되면, 액체의 응집력과 유로(140)와 액체 사이의 부착력에 의한 모세관현상에 의하여 유로(140)로 전도성 액체가 공급될 수 있다. 즉, 유로(140)가 모세관인 경우에는 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치인 액체 공급부가 없는 경우에도 유로(140)에 전도성 액체가 공급될 수 있다.
액체 공급부는 유로(140)로 전도성 액체를 공급할 수 있다. 전도성 액체는 액체 공급부와 연결된 유로(140)의 일 측으로 공급되고, 액체 공급부에 의하여 공급된 액체는 유로(140)를 통과한다.
전원부(150)는 제1전극(110)과 제2전극(120)에 각각 연결되고, 제1전극(110)과 제2전극(120)에 전압을 인가한다. 전원부(150)는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있다. 또한, 전원부(150)가 인가하는 전압의 크기는 300V 이상인 것이 바람직하며, 이는 액체를 기초로 플라즈마를 발생시키기 위해서는 고전압이 필요하기 때문이다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(100)는 제1전극(110)과 제2전극(120)에 전압이 인가되는 경우 유로(140)를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키고, 발생된 플라즈마는 제1전극(110)에 형성된 개구를 통하여 배출배출된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제3실시예도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치의 제4실시예도이다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(200) 제1전극(210), 제2전극(220), 제3전극(230), 제1유전체(240), 제2유전체(250), 유로(260) 및 전원부(270)을 포함할 수 있다.
제1전극(210), 제2전극(220) 및 제3전극(230) 서로 일정거리 이격되어 위치하고, 제1유전체(240)은 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에 위치하며, 제2유전체(250)은 제2전극(220)과 제3전극(230) 사이에 위치한다.
또한, 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(200)를 구성하는 제1유전체(240)는 제2유전체(250)와 서로 연결되어 하나의 유전체를 구성할 수도 있다.
유로(260)는 유로(260)의 축 방향을 따라 중공이 형성되어 있고, 제1전극(210), 제2전극(220), 제3전극(230), 제1유전체(240) 및 제2유전체(250)을 각각 관통한다. 또한, 유로(260)의 일 측은 액체 공급부(미도시)와 연결될 수 있다.
하나의 실시예로, 유로(260)가 폭이 좁고 긴 모세관(capillaty tube)인 경우, 지면과 수직한 방향으로 유로(260)의 일 측이 액체에 잠기게 되면, 액체의 응집력과 유로(260)와 액체 사이의 부착력에 의한 모세관현상에 의하여 유로(260)로 전도성 액체가 공급될 수 있다. 즉, 유로(260)가 모세관인 경우에는 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치인 액체 공급부가 없는 경우에도 유로(260)에 전도성 액체가 공급될 수 있다.
액체 공급부는 유로(260)로 전도성 액체를 공급할 수 있다. 전도성 액체는 액체 공급부와 연결된 유로(260)의 일 측으로 공급되고, 액체 공급부에 의하여 공급된 액체는 유로(260)를 통과한다.
전원부(270)는 제1전극(210), 제2전극(220) 및 제3전극(230)에 각각 연결되고, 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이 및 제2전극(220)과 제3전극(230)에 전압을 인가한다. 전원부(270)는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있다. 또한, 전원부(270)가 인가하는 전압의 크기는 300V 이상인 것이 바람직하며, 액체를 기초로 플라즈마를 발생시키기 위해서는 고전압이 필요하기 때문이다.
본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(200)는 제1전극(210), 제2전극(220) 및 제3전극(230)에 전압이 인가되는 경우 유로(260)를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시킨다.
플라즈마가 발생되는 영역은 유로(260)의 영역 중 제1유전체(240)를 관통하는 영역 및 제2유전체(250)를 관통하는 영역이고, 유로(260)에 공급된 전도성 액체는 제1유전체(240) 및 제2유전체(250)을 차례로 관통한다.
제1유전체(240)를 관통하는 영역에서는 글로우 방전 또는 아크 방전에 의해서 유로(260)을 통과하는 전도성 액체가 전부 기화되거나, 액체의 일부는 기화되고 나머지는 플라즈마가 될 수 있다.
제2유전체(250)를 관통하는 영역에서는 글로우 방전 또는 아크 방전에 의해서 기화된 액체를 기초로 플라즈마가 발생되거나, 제1유전체(240)를 관통하는 영역에서 발생된 플라즈마가 다시 한번 더 방전될 수 있다.
유로(260)의 영역 중 제1유전체(240)를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위해서는, 전도성 액체의 전도도, 유로(260)의 단면적, 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이의 거리 및 전압의 크기가 각각 미리 결정되어야 히며, 아래의 수학식 2를 만족하여야 한다.
수학식 2 R2=(1/S)×(L2/A2)
상기 수학식 2에서, S는 상기 전도성 액체의 전도도이고, A2는 상기 유로(260)의 단면적이며, L2은 상기 제1전극(210)과 상기 제2전극(220) 사이의 거리이다.
즉, 수학식 2를 이용하여, 유로(260)의 영역 중 제1유전체(240)를 관통하는 영역의 저항(R1)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성되어야 하고, 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝인 것이 바람직하다.
또한, 유로(260)의 영역 중 제2유전체(250)를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위해서는, 전도성 액체의 전도도, 유로(260)의 단면적(A2), 제2전극(220)과 제3전극(230) 사이의 거리(L3) 및 전압의 크기가 각각 미리 결정되어야 하며, 아래의 수학식 2를 만족하여야 한다.
수학식 3 R3=(1/S)×(L3/A2)
상기 수학식 3에서, S는 상기 전도성 액체의 전도도이고, A2는 상기 유로(260)의 단면적이며, L3은 상기 제2전극(220)과 상기 제3전극(230) 사이의 거리이다.
즉, 수학식 3을 이용하여, 유로(260)의 영역 중 제2유전체(250)를 관통하는 영역의 저항(R3)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성되어야 하고, 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝인 것이 바람직하다.
유로(260)의 영역 중 제1유전체(240)를 관통하는 영역과 제2유전체(250)를 관통하는 영역에서 각각 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록하기 위한 윈리 및 조건은 도 3을 참조하여 설명한 방식과 동일하다.
이와 같은 방식을 통하여, 본 발명의 실시예에 따른 액체 플라즈마 토치 발생장치(200)는 글로우 방전 또는 아크 방전을 연속하여 두번 일으킬 수 있다. 따라서, 글로우 방전 또는 아크 방전을 한 번만 일으키는 경우보다 발생되는 플라즈마의 이온 또는 라디칼의 양이 더욱 많아질 수 있고, 플라즈마 불꽃 길이도 더욱 증가할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100, 200: 액체 플라즈마 토치 발생장치 110, 210: 제1전극
120, 220: 제2전극 130, 240: 제1유전체
230: 제3전극 140, 260: 유로
250: 제2유전체 150, 270: 전원부

Claims (18)

  1. 제1전극;
    제2전극;
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 제1유전체; 및
    상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제1유전체를 관통하는 유로를 포함하고,
    상기 제1전극과 상기 제2전극에 전압이 인가되는 경우 상기 유로를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유로로 전도성 액체를 공급하는 액체 공급부; 및
    상기 제1전극과 상기 제2전극에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함하는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원부는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있고, 상기 전압의 크기는 300V 이상인, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 액체는 상기 유로의 일 측으로 공급되고,
    상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에서, 상기 전도성 액체가 기화되어 플라즈마가 발생되고, 발생된 플라즈마는 상기 유로의 타측으로 배출되는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록, 상기 전도성 액체의 전도도, 상기 유로의 단면적, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리 및 상기 전압의 크기를 구성하는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    하기 수학식 1을 이용하여, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역의 저항(R1)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성된, 액체 플라즈마 토치 발생장치:
    수학식 1
    R1=(1/S)×(L1/A1)
    상기 수학식 1에서,
    S는 상기 전도성 액체의 전도도이고,
    A1은 상기 유로의 단면적이며,
    L1은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리이다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝인, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유로는 모세관(capillaty tube)이고, 모세관현상에 의하여 상기 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치가 없어도 상기 유로에 상기 전도성 액체가 공급되도록 구성된, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  9. 제1전극;
    제2전극;
    제3전극;
    상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 위치하는 제1유전체;
    상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에 위치하는 제2유전체; 및
    상기 제1전극, 상기 제2전극, 상기 제3전극, 상기 제1유전체 및 상기 제2유전체를 관통하는 유로를 포함하고,
    상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제3전극에 전압이 인가되는 경우, 상기 유로를 통과하는 전도성 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 액체는 상기 유로의 일 측으로 공급되고,
    상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에서 상기 유로를 통과하는 전도성 액체 기화시키고,
    상기 제2유전체를 관통하는 영역에서 상기 기화된 액체를 기초로 플라즈마를 발생시켜 발생된 플라즈마는 상기 유로의 타측으로 배출되는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 유로로 전도성 액체를 공급하는 액체 공급부; 및
    상기 제1전극, 상기 제2전극 및 상기 제3전극에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함하는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 전원부는 직류, 교류, 양방향 또는 단방향 펄스 전압을 인가할 수 있고, 상기 전압의 크기는 300V 이상인, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록, 상기 전도성 액체의 전도도, 상기 유로의 단면적, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리 및 상기 전압의 크기를 구성하는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역에 글로우(glow) 방전 또는 아크(arc) 방전이 일어나도록, 상기 전도성 액체의 전도도(S), 상기 유로의 단면적(A), 상기 제2전극과 상기 제3전극 사이의 거리(L2) 및 상기 전압의 크기를 구성하는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  15. 제13항에 있어서,
    하기 수학식 1을 이용하여, 상기 유로의 영역 중 상기 제1유전체를 관통하는 영역의 저항(R2)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성된, 액체 플라즈마 토치 발생장치:
    수학식 1
    R2=(1/S)×(L2/A2)
    상기 수학식 1에서,
    S는 상기 전도성 액체의 전도도이고,
    A2는 상기 유로의 단면적이며,
    L2은 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 거리이다.
  16. 제14항에 있어서,
    하기 수학식 2를 이용하여, 상기 유로의 영역 중 상기 제2유전체를 관통하는 영역의 저항(R3)이 40옴(Ω) 이상이 되도록 구성된, 액체 플라즈마 토치 발생장치:
    수학식 2
    R3=(1/S)×(L3/A2)
    상기 수학식 2에서,
    S는 상기 전도성 액체의 전도도이고,
    A2는 상기 유로의 단면적이며,
    L3은 상기 제2전극과 상기 제3전극 사이의 거리이다.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 전도성 액체의 전도도(conductivity)는 10μS/㎝ 내지 1S/㎝인, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
  18. 제9항에 있어서,
    상기 유로는 모세관(capillaty tube)이고, 모세관현상에 의하여 상기 전도성 액체를 공급하는 별도의 액체 공급장치가 없어도 상기 유로에 상기 전도성 액체가 공급되는, 액체 플라즈마 토치 발생장치.
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