KR20150101738A - 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템 - Google Patents

선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기는 중공의 바 형상으로 접지로 연결되고, 가스 주입구를 통해 가스를 공급받아 플라즈마를 발생하는 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체의 하나 이상의 면에 구비되며 상기 반응기 몸체에서 발생한 플라즈마를 상기 반응기 몸체의 길이방향을 따라 선형으로 분사하기 위한 선형 플라즈마분사구; 상기 반응기 몸체에서 상기 선형 플라즈마분사구가 구비된 상기 반응기 몸체의 내측면과 마주하도록 구비되는 전원전극부; 상기 반응기 몸체와 상기 전원전극부 사이에 구비되는 유전체부; 및 상기 전원전극부로 전력을 공급하기 위한 전원공급원을 포함하여 대기압에서 플라즈마를 발생한다. 본 발명의 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템은 선형으로 플라즈마를 분사함으로써 넓은 범위에서 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리할 수 있다. 또한 많은 양의 탄소섬유에 플라즈마를 분사하여 처리할 수 있어 한 번에 많은 양의 탄소섬유를 처리할 수 있다.

Description

선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템{LINEAR DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE PLASMA GENERATOR AND PLASMA PROCESSING SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유전체 장벽 방전을 이용하여 대기압에서 넓은 면적의 플라즈마를 발생하여 피처리물을 처리할 수 있는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 이용한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다.
산업적으로 사용되는 플라즈마는 저온 플라즈마와 열 플라즈마로 나눌 수 있는데 저온 플라즈마의 경우 반도체 제조 공정에서 가장 널리 사용되고 있으며, 열 플라즈마는 금속의 절단 등에 응용하고 있다.
열 플라즈마(Thermal plasma)는 주로 아크 방전에 의해 발생시킨 전자, 이온, 중성입자로 구성된 기체로 구성입자가 1,000~20,000℃와 100~2,000m/s를 갖는 고속의 제트 불꽃 형태를 이루고 있다. 이렇게 고온, 고열용량, 고속, 다량의 활성입자를 갖는 열 플라즈마의 특성을 이용하여, 재래식 기술에서는 만들 수 없는 다양하고 효율적인 고온 열원이나 물리 화학 반응기로 사용되어, 여러 산업분야에서 이용 되고 있다. 열 플라즈마의 대표적인 발생법 으로서는 직류 또는 교류 Arc 방전을 발생하는 플라즈마 장치와 고주파(Radio Frequency)자장에 의한 고주파 플라즈마가 주로 이용되고 있다.
저온 플라즈마는 반도체 제조, 금속 및 세라믹 박막제조, 물질합성 등 다양한 활용성을 가지고 있는데, 대부분 저압에서 생성된다. 대기압 플라즈마는 대기압에서 저온의 플라즈마를 얻음으로써 진공유지, 처리물 장입과 관련된 장비 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 배연가스 처리 및 공기청정과 같이 분야도 더 넓다. 대기압 플라즈마는 펄스 코로나방전과 유전체 장벽방전으로 주로 발생된다.
대기압 플라즈마는 기체의 압력을 100Torr부터 대기압(760 Torr)이상 가지 유지하면서 저온 플라즈마를 발생하는 기술을 의미한다. 대기압 플라즈마 시스템은 고가의 진공 장비를 필요로 하지 않기 때문에 경제적이며 펌핑(pumping)없고, 인라인 형태로 공정이 가능하므로 생산성을 극대화할 수 있는 플라즈마 시스템을 개발 할 수 있다. 대기압 플라즈마 시스템을 사용하는 응용분야로는 초고속 에칭&코팅기술, 반도체 패키징, 디스플레이, 물질의 표면 개질 및 코팅 그리고 나노분말 생성, 유해가스 제거 및 산화성 기체의 생성 등 여러 응용분야가 있다.
이 중 유전체 장벽 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge)은 기존의 진공플라즈마에 비해 100~1000배 이상 높은 반응 활성종(radical)의 농도를 구현할 수 있으면서도 온도가 상온~150℃로 낮아서 폴리머, 유리 및 저융점 금속의 표면처리에 적합니다. 유전체 장벽 방전의 특성은 유전체 층을 두 전극 중의 하나, 또는 모두에 설치하는 것이다. 유전체는 방전의 적당한 기능을 부여하는데 중요하다. 방전 전극간의 한 위치에서 이온화가 일어나면 운반된 전하들이 유전체에 축적된다. 이러한 전하에 기인한 전장들은 전극간의 전장을 감소시키고, 수 나노초가 지난 다음 전류의 흐름을 차단한다. 전류의 펄스 지속시간은 압력, 가스의 이온화 특성 및 유전체의 특성에 의존한다. 유전체는 두 가지 기능을 가진다. 유전체는 한 마이크로방전에 의해 전해진 전하량을 제한하고 마이크로 방전이 전극 전체로 퍼지도록 하는 것이다. 이 방식의 가장 큰 특징은 방전공간 상에 국부적으로 전류밀도가 높은 스트리머(streamer)에 의한 마이크로 방전이 존재한다는 것이다.
유전체 장벽 방전은 대기압에서 아주 큰 비-평형 조건에서 동작하고, 고 출력 방전을 할 수 있으며 복잡한 펄스 전력 공급기가 없어도 되기 때문에 산업체에서 널리 이용되고 있는데, 특히 오존 발생, 이산화탄소 레이저, 자외선 광원, 오염물질 처리 분야 등에서 널리 응용되고 있다. 특히, 유전체 장벽 방전은 물질 표면을 처리하는데 널리 이용되고 있으며 이러한 표면 처리를 통해서 인쇄나 접착 특성이 더 좋은 표면을 만들 수 있다. 유전체 장벽 방전은 대기압과 상온에서 방전 가능하기 때문에 물질 표면 처리의 경우 거의 모든 처리가 유전체 장벽 방전을 통해 이루어지고 있다. 특히 먼지가 많은 환경에서 작동될 때 대기압 근처 또는 그 이상에서 동작하는 것은 진공 장비를 유지하기에 어렵고 예산이 드는 것을 요구하지 않는 장점을 제공한다.
그러나 일반적인 대기압 플라즈마 발생기를 이용하여 탄소섬유를 처리하는 경우, 일반적으로 복수 개의 플라즈마 발생기를 배치한 후 탄소섬유를 이동시키면서 처리하는데, 많은 양의 탄소섬유를 한 번에 처리하는데는 어려움이 있었다.
본 발명의 목적은 선형으로 플라즈마를 발생시킴으로써 넓은 범위에서 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리할 수 있는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템을 제공하는데 있다.
또한 본 발명의 또 다른 목적은 선형으로 플라즈마를 발생시킴으로써 많은 양의 탄소섬유를 한 번에 처리할 수 있는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템을 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기는 중공의 바 형상으로 접지로 연결되고, 가스 주입구를 통해 가스를 공급받아 플라즈마를 발생하는 반응기 몸체; 상기 반응기 몸체의 하나 이상의 면에 구비되며 상기 반응기 몸체에서 발생한 플라즈마를 상기 반응기 몸체의 길이방향을 따라 선형으로 분사하기 위한 선형 플라즈마분사구; 상기 반응기 몸체에서 상기 선형 플라즈마분사구가 구비된 상기 반응기 몸체의 내측면과 마주하도록 구비되는 전원전극부; 상기 반응기 몸체와 상기 전원전극부 사이에 구비되는 유전체부; 및 상기 전원전극부로 전력을 공급하기 위한 전원공급원을 포함하여 대기압에서 플라즈마를 발생한다.
또한 상기 반응기 몸체는 하나 이상의 면에 길이방향을 따라 외측방향으로 돌출되면서 폭이 점점 좁아지도록 형성된 플라즈마 방전영역을 갖고, 상기 선형 플라즈마 분사구는 상기 플라즈마 방전영역에 형성된다.
그리고 상기 전원전극부 및 상기 유전체부는 상기 플라즈마 방전영역을 갖는 상기 반응기 몸체와 동일한 형상이다.
또한 상기 전원전극부는 상기 전원전극부가 둘 이상인 경우 동일한 전원공급원 또는 서로 다른 전원공급원으로부터 전력을 공급받는다.
그리고 상기 동일한 전원공급원은 전류균형회로를 통해 상기 전원전극부로 전력을 균일하게 공급한다.
또한 상기 플라즈마 발생기는 플라즈마 발생시 발생되는 온도를 낮추기 위한 냉각채널을 포함한다.
그리고 상기 냉각채널은 상기 반응기 몸체, 상기 전원전극부, 상기 유전체부 중 어느 하나에 구비된다.
본 발명의 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템은 하나 이상의 선형 플라즈마발생기를 갖는 선형 플라즈마발생기 모듈; 및 상기 선형 플라즈마발생기 모듈이 내부에 구비되고, 피처리물의 유입 및 배출을 위한 입, 출구를 갖는 처리실을 포함한다.
또한 상기 선형 플라즈마발생기 모듈은 상기 피처리물을 중심으로 일측에 구비되는 제1 선형 플라즈마발생기 모듈; 및 상기 제1 선형플라즈마 발생기 모듈과 마주하도록 상기 피처리물을 중심으로 타측에 구비되는 제2 선형 플라즈마발생기 모듈을 포함한다.
그리고 상기 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈은 상기 피처리물을 향해 서로 마주하게 플라즈마를 분사하거나 교대적으로 플라즈마를 분사한다.
또한 상기 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈은 동일한 전원공급원으로부터 전력을 공급받거나 서로 다른 전원 공급원으로부터 전력을 공급받는다.
그리고 상기 전원공급원은 전류균형회로를 통해 상기 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈로 균일하게 전력을 공급한다.
또한 상기 선형 플라즈마발생기 모듈은 상기 피처리물과 상기 선형 플라즈마발생기 모듈 사이의 거리를 조절하기 위한 이동모듈을 포함한다.
본 발명의 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템은 선형으로 플라즈마를 분사함으로써 넓은 범위에서 플라즈마를 이용하여 피처리물을 처리할 수 있다. 또한 많은 양의 탄소섬유에 플라즈마를 분사하여 처리할 수 있어 한 번에 많은 양의 탄소섬유를 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마발생기를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 선형 플라즈마 발생기의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 박스 형상의 유전체부를 갖는 선형 플라즈마발생기를 도시한 단면도이다.
도 4는 선형 플라즈마발생기에 구비되는 냉각채널의 다양한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마발생기 모듈을 갖는 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 플라즈마 처리 시스템의 단면을 도시한 도면이다.
도 7은 도 5의 처리실 내부에 설치된 선형 플라즈마발생기 모듈을 도시한 도면이다.
도 8은 이동모듈에 의해 선형 플라즈마발생기 모듈이 이동되는 것을 도시한 도면이다.
도 9는 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈에서 플라즈마가 분사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 하나의 선형 플라즈마발생기 모듈에서 전류균형회로를 통해 전력을 공급받는 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈에서 전류균형회로를 통해 전력을 공급받는 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 두 개의 전원전극부를 갖는 선형 플라즈마발생기를 도시한 단면도이다.
도 13 및 도 14는 도 12에 도시된 선형플라즈마 발생기에 전력을 공급하는 실시예를 도시한 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마발생기를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 선형 플라즈마 발생기의 단면을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선형 플라즈마발생기(100)는 반응기 몸체(110), 전원전극부(120), 유전체부(130) 및 전원공급원(140)으로 구성된다. 반응기 몸체(110)는 중공의 바 형상으로 접지(111)로 연결된다. 반응기 몸체(110)의 일면에는 가스 공급원(113)으로부터 반응기 몸체(110) 내부로 가스를 공급받기 위한 가스 주입구(112)가 구비된다. 반응기 몸체(110)는 가스 공급원(113)으로부터 가스를 공급받아 내부에서 플라즈마를 발생한다. 반응기 몸체(110)는 내부에서 발생된 플라즈마를 외부로 배출하기 위한 선형 플라즈마분사구(114)가 구비된다. 선형 플라즈마분사구(114)는 반응기 몸체(110)의 길이방향을 따라 일면에 구비되어 피처리물(10)을 향해 선형으로 플라즈마를 분사한다. 선형 플라즈마분사구(114)는 하나의 분사구로 형성될 수도 있고, 복수 개의 분사구로 형성될 수도 있다. 또한 선형 플라즈마분사구(114)는 슬릿형태, 원형 등 다양한 형상으로의 변형이 가능하다. 선형 플라즈마분사구(114)는 반응기 몸체(110)의 방전영역(116)에 형성된다.
방전영역(116)은 플라즈마 방전이 발생하는 영역으로 반응기 몸체(110)의 하부에 구비되고, 길이방향을 따라 외측방향으로 돌출되면서 폭이 점점 좁아지도록 형성된다. 예를 들어, 반응기 몸체(110)의 바닥면이 방전영역(116)인 경우 반응기 몸체(110)의 양 측면이 외측방향으로 돌출되면서 테이퍼면을 형성한다. 테이퍼로 형성된 양 측면 사이에 바닥면이 형성된다. 선형 플라즈마분사구(114)는 방전영역(116)의 바닥면에 형성된다. 여기서, 반응기 몸체(110)의 하나 이상의 면에 방전영역(116)을 형성함으로써 플라즈마 분사가 다방향에서 이루어지도록 할 수 있다.
전원전극부(120)는 면 전극 형태로 반응기 몸체(110)의 내측면과 이격되면서 마주하도록 반응기 몸체(110) 내에 구비된다. 특히 전원전극부(120)는 선형 플라즈마분사구(114)가 형성된 방전영역(116)의 반응기 몸체(110) 내측면과 마주하도록 구비된다. 이때, 전원전극부(120)와 반응기 몸체(110)의 내측면 사이의 간격은 일정하게 형성됨으로써 방전의 균일성을 유지한다. 또한 전원전극부(120)는 방전영역(116)와 동일하게 테이퍼면을 갖는 형상으로 형성될 수 있다. 전원전극부(120)가 방전영역(116)과 동일한 형상으로 형성되고, 반응기 몸체(110)와 전원전극부(120) 사이의 간격이 균일하게 유지되기 때문에 전원전극부(120) 전반에 걸쳐 균일한 방전이 일어나는 효과를 갖는다. 전원전극부(120)는 간격이 점점 좁아지도록 형성된 제1, 2 전극부측과 제1, 2 전극부측면 사이의 전극부바닥면으로 이루어진다. 전원전극부(120)는 전원공급원(140)으로부터 전력을 공급받는다. 전원전극부(120)는 스테인리스, 알루미늄, 구리 등의 도체 금속을 사용하여 제작할 수 있다.
유전체부(130)는 전원전극부(120)와 반응기 몸체(110)의 내측면 사이에 위치하도록 전원전극부(120)에 구비된다. 유전체부(130)는 유리, 알루미늄, 질화붕소, 탄화규소, 질화규소, 석영, 산화마그네슘 등과 같은 유전체 재료로 제작할 수 있다. 유전체부(130)는 사각의 판 형상으로 형성되고, 전원전극부(120)와 동일한 형상으로 형상된다. 유전체부(130)와 반응기 몸체(110) 내측면 사이의 공간은 일정한 거리가 이격되도록 한다. 가스 공급원(113)으로부터 반응기 몸체(110) 내로 공정가스를 공급하고, 전원공급원(140)으로부터 전원전극부(120)에 전력을 공급받으면, 유전체부(130)의 내부 분극현상에 의해 전원전극부(120)와 접지로 연결된 반응기 몸체(110) 사이에서 플라즈마 전개가 이루어진다. 유전체부(130)는 전원전극부(120)와 동일한 형상으로 형성된다.
전원공급원(140)은 전원전극부(120)에 연결되어 전원전극부(120)로 전력을 공급한다. 전원공급원(140)은 임피던스 정합기(142)를 통해 전원전극부(120)에 연결된다.
선형 플라즈마발생기(100)를 이용한 플라즈마 발생 과정을 간단하게 설명하면, 먼저 반응기 몸체(110)는 가스 공급원(113)으로부터 공정가스를 공급받는다. 전원전극부(120)가 전원공급원(140)으로부터 전력을 공급받으면 접지(111)로 연결된 반응기 몸체(110)와 전원전극부(120) 사이에서 방전이 일어난다. 여기서, 유전체로 형성된 유전체부(130)의 내부 분극현상으로 전원전극부(120)와 반응기 몸체(110) 사이에서 균일하게 플라즈마 전개가 이루어진다. 이러한 플라즈마 방전 방식은 유전체 장벽 방전의 일반적인 과정이다. 반응기 몸체(110) 내에서 생성된 플라즈마는 선형 플라즈마분사구(114)를 통해 반응기 몸체(110)의 외부로 배출된다. 피처리물(10), 특히 탄소섬유는 선형 플라즈마분사구(114)에 인접하며 이동하면서 선형플라즈마 발생기(100)의 선형 플라즈마분사구(114)에서 분사되는 플라즈마에 의해 처리된다. 선형 플라즈마분사구(114)는 바 형상의 반응기 몸체(110)에 구비되므로 넓은 범위에서 플라즈마를 분사하여 피처리물(10)을 처리할 수 있다. 이때, 선형플라즈마 발생기(100)의 길이방향을 따라 복수 개의 탄소섬유를 이동시키면서 플라즈마를 처리할 수 있어 한 번에 많은 양의 탄소섬유를 플라즈마 처리할 수 있다.
도 3은 박스 형상의 유전체부를 갖는 선형 플라즈마발생기를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 선형 플라즈마발생기(100a)는 박스 형상의 유전체부(130a) 내에 전원전극부(120)가 매설되어 형성될 수 있다. 유전체부(130a)는 박스 형상으로 형성되고, 내부에 전원전극부(120)가 매설되어 전원전극부(120)와 반응기 몸체(110) 간의 방전 시 분극현상이 발생한다.
도 4는 선형 플라즈마발생기에 구비되는 냉각채널의 다양한 실시예를 도시한 단면도이다.
도 4(a)의 선형 플라즈마 발생기(100b)는 반응기 몸체(110b)에 냉각채널(160)이 구비된다. 냉각채널(160)은 반응기 몸체(110b)에 전체적으로 형성될 수도 있고, 특히 플라즈마 방전에 의해 열이 많이 발생하는 전원전극부(120) 근처의 반응기 몸체(110b)에 집중되어 형성될 수도 있다. 냉각채널(160)은 냉각수 공급원(162)으로부터 냉각수를 공급받아 플라즈마 방전시 발생되는 열에 의해 선형 플라즈마 발생기(100b)가 과열되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 4(b)의 선형 플라즈마발생기(100c)는 전원전극부(120c) 내에 냉각채널(160)이 구비된다. 냉각채널(160)은 냉각수 공급원(162)으로부터 냉각수를 공급받아 플라즈마 방전시 발생되는 열에 의해 전원전극부(120c)가 과열되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 4(c)의 선형 플라즈마발생기(100d)는 박스 형상의 유전체부(130b)에 냉각채널(160)이 구비된다. 냉각채널(160)은 유전체부(130b) 전체적으로 형성될 수도 있고, 특히 플라즈마 방전에 의해 열이 많이 발생하는 전원전극부(120) 근처의 유전체부(130b)에 집중되어 형성될 수도 있다. 냉각채널(160)은 냉각수 공급원(162)으로부터 냉각수를 공급받아 플라즈마 방전시 발생되는 열에 의해 전원전극부(120)가 과열되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
도 4(d)의 선형 플라즈마발생기(100e)는 박스 형상의 유전체부(130c)의 내부에 전원전극부(120)가 매설되고, 유전체부(130c) 내로 냉각수 공급원(162)으로부터 냉각수(164)가 공급된다. 전원전극부(120)는 플라즈마 방전시 발생되는 열에 의해 과열되는 경우 냉각수(164)에 의해 냉각되기 때문에 과열로 인한 전원전극부(120)의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선형 플라즈마발생기 모듈을 갖는 플라즈마 처리 시스템을 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 플라즈마 처리 시스템의 단면을 도시한 도면이고, 도 7은 도 5의 처리실 내부에 설치된 선형 플라즈마발생기 모듈을 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 플라즈마 처리 시스템(200)은 선형 플라즈마발생기 모듈(300)과 선형 플라즈마발생기모듈(300)이 설치되는 처리실(210)로 구성된다. 처리실(210)은 챔버 구조로써 스테이지(220) 상부에 위치하고, 일측에 피처리물(10)을 처리실(210) 내부로 유입하기 위한 입구(212)와 타측에 처리실(210) 내에서 플라즈마 처리된 피처리물(10)을 처리실(210) 외부로 배출하기 위한 출구(214)를 포함한다. 처리실(210)로 유입된 피처리물(10), 즉 탄소섬유는 가이드 롤(230)에 의해 지지되며 이동되어 처리된 후 배출된다. 처리실(210)은 내부에 구비된 선형 플라즈마발생기 모듈(300)을 이용하여 처리실(210) 내부를 경유하는 피처리물(10), 특히 탄소섬유를 플라즈마 처리한다. 처리실(210) 천정에는 처리실(210) 내부에서 형성된 불필요한 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 배기구(216)가 형성된다.
선형 플라즈마발생기 모듈(300)은 복수 개의 선형 플라즈마발생기(100)로 구성되며 처리실(210) 내부의 측벽에 설치된다. 본 발명에서의 선형 플라즈마발생기 모듈(300)은 복수 개의 선형 플라즈마발생기(100)를 연속적으로 설치한 것으로, 복수 개의 선형 플라즈마발생기(100)를 일정한 간격으로 이격하여 설치할 수도 있다. 선형 플라즈마발생기(100)는 상기에서 설명한 다양한 형상으로의 변형이 가능하다.
선형 플라즈마발생기 모듈(300)은 피처리물(10)의 일측에 위치하여 피처리물(10) 방향으로 플라즈마를 분사함으로써 피처리물(10)을 처리할 수도 있고, 피처리물(10)의 양측(피처리물의 상하방향)에 위치하여 피처리물(10) 방향으로 플라즈마를 분사함으로써 피처리물(10)을 처리할 수도 있다. 다시 말해, 피처리물(10)을 중심으로 일측에 제1 선형 플라즈마발생기 모듈(310)을 설치하고, 피처리물(10)을 중심으로 타측에 제2 선형 플라즈마발생기 모듈(320)을 설치할 수 있다. 이때, 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)의 선형 플라즈마분사구(114)는 피처리물(10)을 향한다. 선형 플라즈마발생기 모듈(300)에는 선형 플라즈마 분사구(114)와 피처리물(10) 사이의 상대적 거리를 가변할 수 있는 이동모듈(350)이 설치된다. 여기서, 이동모듈(350)은 선형 플라즈마발생기 모듈(300)에 설치될 수도 있고, 각각의 선형 플라즈마발생기(100)에 설치될 수도 있다.
도 8은 이동모듈에 의해 선형 플라즈마발생기 모듈이 이동되는 것을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)은 이동모듈(350)에 의해 처리실(210)의 내측벽에 설치된다. 이동모듈(350)은 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)을 상, 하로 이동시키면서 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)과 피처리물(10) 사이의 간격을 조절한다. 이동모듈(350)을 이용하여 제1, 2 선형 플라즈마 발생기 모듈(310, 320)과 피처리물(10) 사이의 간격을 조절함으로써, 피처리물(10)에 분사되는 플라즈마의 정도를 조절할 수 있다.
본 발명에서는 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)의 양측에 이동모듈(350)이 구비된 상태를 도시하였으나, 이동모듈(350)는 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)의 일측에만 구비될 수도 있다.
이동모듈(350)은 처리실 측벽(210)에 설치되는 베이스(351)와 베이스(351)와 수직을 이루도록 설치된 두 개의 브라켓(352, 353)과 브라켓(352, 353) 사이에 설치되는 하나 이상의 가이드 봉(356)과 가이드 봉(356)에 끼움 결합되어 가이드 봉(356)을 따라 이동하는 이동 부재(355) 및 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)이 이 각각 장착되는 장착판(359)으로 구성된다. 또한 두 개의 브라켓(352, 353) 중 어느 하나에는 수동으로 회전하여 이동부재(355) 및 이동부재에 장착된 장착판(359)을 이동시키기 위한 조절핸들(357)이 구비된다. 본 발명에서는 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)의 양측으로 이동모듈(350)이 동일하게 설치되고, 양측 이동모듈(350)에서 조절핸들(357)과 브라켓(353)이 연결된 부분에는 밸트(358)가 연결됨으로써 일측 이동모듈(350)의 조절핸들(357) 조작에 의해 밸트(358)가 구동되며 타측 이동모듈(350)의 조절핸들(357)이 조작되어 구동된다.
이동모듈(350)의 조절핸들(357)을 회전시키면 이동부재(355)가 가이드 봉(356)을 따라 상하로 이동한다. 그러므로 이동부재(355)에 연결된 선형 플라즈마발생기 모듈(300) 또한 가이드 봉(356)을 따라 상하로 승,하강한다. 이동모듈(350)에 의해 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)이 상하로 이동되면 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)의 선형 플라즈마분사구(114)와 피처리물(10)인 탄소섬유 사이의 거리를 가변적으로 조절할 수 있다. 피처리물(10)인 탄소섬유와 선형 플라즈마분사구(114) 사이의 거리가 가까울수록 탄소섬유에 분사되는 플라즈마의 영향을 많이 받게 된다. 결과적으로, 이동모듈(350)을 이용하여 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)을 상하로 승, 하강하며 탄소섬유와의 사이 간격을 조절함으로써 플라즈마 처리 효율을 조절할 수 있게 된다.
본 발명에서는 수동으로 조절핸들(357)을 동작하여 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)을 승, 하강 시키는 구조를 도시하였으나, 이는 하나의 실시예로써 자동으로 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)을 승, 하강 시키는 구조를 사용 할 수도 있다.
도 9는 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈에서 플라즈마가 분사되는 상태를 도시한 도면이다.
도 9a)를 참조하면, 제1 선형 플라즈마발생기 모듈(310)에 구비된 선형 플라즈마분사구(114)와 제2 선형 플라즈마발생기 모듈(320)에 구비된 선형 플라즈마분사구(114)는 교대적으로 배치되어 피처리물(10)로 플라즈마를 분사할 수 있다. 또한 도 9(b)를 참조하면, 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)에 구비된 플라즈마 분사구(114)가 서로 마주하도록 배치되어 피처리물(10)로 플라즈마를 분사할 수도 있다. 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310, 320)에서 피처리물(10)로 플라즈마를 분사하기 때문에 피처리물(10)의 플라즈마 처리 효율이 향상된다.
도 10은 하나의 선형 플라즈마발생기 모듈에서 전류균형회로를 통해 전력을 공급받는 실시예를 도시한 도면이고, 도 11은 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈에서 전류균형회로를 통해 전력을 공급받는 실시예를 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 제1 선형 플라즈마발생기 모듈(310)을 구성하는 복수 개의 선형 플라즈마발생기(100)는 전류균형회로(360)를 통해 균일하게 전류를 공급받을 수 있다. 전류균형회로(360)는 전원공급원(340)으로부터 공급되는 전력을 균일하게 분배하기 위한 구성으로, 여러 전원전극부로 전력을 나눠 공급할 때 전류균형회로(360)를 통해 다수의 전원전극부간에 전력이 균일하게 공급됨으로써 균일한 방전을 유도할 수 있다. 다시 말해, 임피던스 정합기(342)를 통해 전원공급원(340)으로부터 공급되는 전력은 전류균형회로(360)를 통해 균일하게 분배되어 제1 선형 플라즈마발생기 모듈(310)을 구성하는 각 선형 플라즈마발생기(100)의 전원전극부(120)로 공급된다. 그러므로 각각의 선형 플라즈마 발생기(100)에서 균일하게 플라즈마가 발생하도록 한다. 제2 선형 플라즈마발생기 모듈(320)도 제1 선형 플라즈마발생기 모듈(310)과 동일한 방식으로 전력을 공급받을 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈(310)은 전류균형회로(360)를 통해 균일하게 분배된 전력을 공급받을 수 있다. 즉, 전류균형회로(360)를 통해 분배된 전력은 제1 선형 플라즈마발생기 모듈(310)과 제2 선형 플라즈마발생기 모듈(320)로 각각 공급된다. 여기서, 제1, 2 선형플라즈마발생기 모듈(310, 320)로 공급된 전력은 다시 전류균형회로(350)를 통해 균일하게 분배되어 각각의 선형 플라즈마발생기(100)로 공급될 수도 있다.
도 12는 두 개의 전원전극부를 갖는 선형 플라즈마발생기를 도시한 단면도이다.
도 12를 참조하면, 선형 플라즈마발생기(400)는 제1, 2 플라즈마분사구(414a, 414b)가 반응기 몸체(410)의 양면에 구비되어 양측으로 플라즈마를 분사한다. 반응기 몸체(410)는 도 2의 선형 플라즈마발생기(100)와 동일한 형태로 형성되는 바, 제1, 2 플라즈마분사구(414a, 414b)가 형성되는 방전영역(416)이 반응기 몸체(410)의 양면에 형성된다. 반응기 몸체(410)에는 가스 주입구(412)가 구비되어 가스 공급원(413)으로부터 가스를 공급받는다.
반응기 몸체(410) 내에는 제1, 2 플라즈마분사구(414a, 414b)와 마주하도록 제1, 2 전원전극부(420a, 420b)가 구비된다. 제1, 2 전원전극부(420a, 420b)에는 각각 제1, 2 유전체부(430a, 430b)가 구비된다. 제1, 2 전원전극부(420a, 420b)는 동일한 전원공급원(440)으로부터 임피던스 정합기(442)를 통해 전력을 공급받는다. 선형 플라즈마발생기(400)는 양측으로 플라즈마를 분사하기 때문에 많은 양의 피처리물(10)을 처리할 수 있다. 또한 피처리물을 선형 플라즈마발생기(400)의 제1, 2 플라즈마분사구(414a, 414b)를 지나도록 함으로써 플라즈마 처리 효율을 높일 수도 있다.
도 12에 도시된 선형 플라즈마발생기(400)는 상기에 설명한 선형 플라즈마발생기와 동일한 구성을 갖고, 동일한 방식으로 플라즈마를 발생하여 분사한다. 또한 선형 플라즈마발생기(400)는 선형 플라즈마발생기 모듈로 구성되어 상기에 설명한 플라즈마처리 시스템에 적용될 수 있다. 또한 상기에 설명한 다양한 실시예에 따른 선형 플라즈마발생기와 동일하게 변형이 가능하다.
도 13 및 도 14는 도 12에 도시된 선형플라즈마 발생기에 전력을 공급하는 실시예를 도시한 도면이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 선형 플라즈마발생기(400a)의 제1, 2 전원전극부(420a, 420b)는 하나의 전원 공급원(440)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이때, 전원공급원(440)은 임피던스 정합기(442)를 통해 전력을 공급하는데, 전류균형회로(450)를 통해 제1, 2 전원전극부(420a, 420b)에 균일하게 전력을 분배하여 공급할 수 있다.
또한 선형 플라즈마발생기(400b)의 제1, 2 전원전극부(420a, 420b)은 서로 다른 전원공급원(440a, 440b)을 통해 전력을 공급받을 수 있다. 여기서, 서로 다른 전원공급원(440a, 440b)은 각각 임피던스 정합기(442a, 442b)를 통해 전력을 공급할 수도 있고, 하나의 임피던스 정합기를 통해 전력을 공급할 수도 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기 및 이를 포함한 플라즈마 처리 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 피처리물
100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 400, 400a, 400b: 선형 플라즈마발생기
110, 110b, 410 : 반응기 몸체 111: 접지
112, 412: 가스 주입구 113, 413: 가스 공급원
114: 선형 플라즈마분사구 116, 416: 방전영역
120, 120c: 전원전극부 130, 130a, 130b, 130c: 유전체부
140, 340, 440, 440a, 440b: 전원공급원
142, 342, 442, 442a, 442b: 임피던스 정합기
160: 냉각채널 162: 냉각수 공급원
164: 냉각수
200: 플라즈마 처리 시스템 210: 처리실
212: 입구 214: 출구
216: 배기구 230: 가이드 롤
300: 선형 플라즈마발생기 모듈 310: 제1 선형 플라즈마발생기 모듈
320: 제2 선형 플라즈마 발생기 모듈
350: 이동모듈 351: 베이스
352, 353: 브라켓 355: 이동부재
356: 가이드봉 357: 조절핸들
358: 밸트 359: 장착판
360, 450: 전류균형회로
414a, 414b: 제1, 2 플라즈마 분사구 420a, 420b: 제1, 2 전원전극부
430a, 430b: 제1, 2 유전체부

Claims (13)

  1. 중공의 바 형상으로 접지로 연결되고, 가스 주입구를 통해 가스를 공급받아 플라즈마를 발생하는 반응기 몸체;
    상기 반응기 몸체의 하나 이상의 면에 구비되며 상기 반응기 몸체에서 발생한 플라즈마를 상기 반응기 몸체의 길이방향을 따라 선형으로 분사하기 위한 선형 플라즈마분사구;
    상기 반응기 몸체에서 상기 선형 플라즈마분사구가 구비된 상기 반응기 몸체의 내측면과 마주하도록 구비되는 전원전극부;
    상기 반응기 몸체와 상기 전원전극부 사이에 구비되는 유전체부; 및
    상기 전원전극부로 전력을 공급하기 위한 전원공급원을 포함하여 대기압에서 플라즈마를 발생하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응기 몸체는 하나 이상의 면에 길이방향을 따라 외측방향으로 돌출되면서 폭이 점점 좁아지도록 형성된 플라즈마 방전영역을 갖고, 상기 선형 플라즈마 분사구는 상기 플라즈마 방전영역에 형성된 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원전극부 및 상기 유전체부는 상기 플라즈마 방전영역을 갖는 상기 반응기 몸체와 동일한 형상인 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원전극부는 상기 전원전극부가 둘 이상인 경우 동일한 전원공급원 또는 서로 다른 전원공급원으로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 동일한 전원공급원은 전류균형회로를 통해 상기 전원전극부로 전력을 균일하게 공급하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생기는 플라즈마 발생시 발생되는 온도를 낮추기 위한 냉각채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각채널은 상기 반응기 몸체, 상기 전원전극부, 상기 유전체부 중 어느 하나에 구비되는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따라 형성된 하나 이상의 선형 플라즈마발생기를 갖는 선형 플라즈마발생기 모듈; 및
    상기 선형 플라즈마발생기 모듈이 내부에 구비되고, 피처리물의 유입 및 배출을 위한 입, 출구를 갖는 처리실을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 선형 플라즈마발생기 모듈은
    상기 피처리물을 중심으로 일측에 구비되는 제1 선형 플라즈마발생기 모듈; 및
    상기 제1 선형플라즈마 발생기 모듈과 마주하도록 상기 피처리물을 중심으로 타측에 구비되는 제2 선형 플라즈마발생기 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈은 상기 피처리물을 향해 서로 마주하게 플라즈마를 분사하거나 교대적으로 플라즈마를 분사하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈은 동일한 전원공급원으로부터 전력을 공급받거나 서로 다른 전원 공급원으로부터 전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전원공급원은 전류균형회로를 통해 상기 제1, 2 선형 플라즈마발생기 모듈로 균일하게 전력을 공급하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 선형 플라즈마발생기 모듈은 상기 피처리물과 상기 선형 플라즈마발생기 모듈 사이의 거리를 조절하기 위한 이동모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생기를 포함한 플라즈마 처리 시스템.
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