KR20180105279A - 실린더형 대기압 표면방전 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 공기정화 등의 용도로 배관 내에 설치할 수 있는 파이프형 대기압 플라즈마 소스를 제공하되, 플라즈마 방전 불꽃이 일어나는 부위를 좀 더 다양화시키고 오존과 같은 활성종의 발생량을 필요에 따라 제어하기 위해 전극 구조를 다양하게 변화시킨 형태로 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 반경이 큰 외부 유전체 관과 반경이 작은 내부 유전체 관 사이에 관형 내부 전극을 배치하되, 관형 내부 전극 주변에 유격이 없도록 반경과 두께를 조절하고, 상기 외부 유전체 관 외주면에 스트라이프 패턴의 외부전극을 감아 플라즈마 방전이 풍부하게 일어나도록 하였다.

Description

실린더형 대기압 표면방전 발생장치{CYLINDER TYPE ATMOSPHERIC PRESSURE SURFACE DISCHARGE GENERATOR}

본 발명은 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 대기압 플라즈마를 실린더형의 발생장치에서 표면 방전되게 하는 기술에 관한 것이다.

플라즈마는 반도체, 디스플레이 소자, 각종 부품의 표면처리 등에 널리 사용되어 왔으며, 더욱 그 응용성을 넓혀 생명공학 연구, 의료용, 공기 청정, 소각로 등에도 사용되는 융합적인 기술분야로 자리매김하고 있다. 특히, 치아미백, 암세포 사멸, 혈액 응고속도촉진 등의 의료용으로 종래 주로 사용되던 레이저의 경우, 스팟(spot) 형태로 작용하기 때문에 치료부위의 면적이 넓을 경우, 처리 효율이 낮은 데 비해, 플라즈마의 경우 좁은 면적에 대한 처리뿐만 아니라 대면적 처리 또한 가능하여 처리 효율을 높일 수 있는 장점이 있다. 유전체 장벽 방전인 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마의 경우, 면 방전 구조의 플라즈마 소스를 구성하여 피부치료 목적 등의 의료용으로 시험 되고 있다. 지금까지 사용되고 있는 DBD 플라즈마 소스의 경우, 유리와 같은 유전체 위 또는 아래의 같은 면에 일정한 간격을 유지하여 X 전극 및 Y 전극을 설치하는 구조로 구성하며, 방전 가스를 공급하기도 하지만 공기를 방전 가스로 사용하는 경우가 많다. 이러한 플라즈마 소스는 방전으로 인한 각종 활성종과 오존을 생성하며, 이들을 이용하여 살균, 소독, 수처리, 미용, 치료 등 각종 처치를 실시한다.

상기와 같은 바이오 플라즈마 처리에 있어서, 플라즈마 방전이 활발히 일어나고 처리하고자 하는 물체 또는 물질에 플라즈마 자체가 충분히 도달할 수 있는 플라즈마 소스로서 유전방벽 방전 플라즈마 소스를 들 수 있다. 이에 대한 다수의 특허문헌이 개시되어 있으며, 등록특허 10-1023091호의 경우, 대기압 플라즈마 발생장치를 원통형으로 구성하고 있다. 그러나 상기 공보의 플라즈마 소스의 경우 내부 전극 쪽에서만 방전이 일어나게 되고, 대기압 플라즈마에서 문제가 될 수 있는 오존양에 대한 언급이 없다.

따라서 플라즈마 소스의 전반적인 구조와 전극 구조를 적절히 설계하여 방전 불꽃을 적절히 활용하기에 편리하고 활용 목적 달성에 필요충분한 플라즈마 및 활성종들을 제공 및 제어 할 수 있어야 한다.

상기 필요에 따라 본 발명의 목적은 공기정화 등의 용도로 배관 내에 설치할 수 있는 파이프형 대기압 플라즈마 소스를 제공하되, 플라즈마 방전 불꽃이 일어나는 부위를 좀 더 다양화시키고 오존과 같은 활성종의 발생량을 필요에 따라 제어하기 위해 전극 구조를 다양하게 변화시킨 형태로 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적에 따라 본 발명은 반경이 큰 외부 유전체 관과 반경이 작은 내부 유전체 관 사이에 관형 내부 전극을 배치하되, 관형 내부 전극 주변에 유격이 없도록 반경과 두께를 조절하고, 상기 외부 유전체 관 외주면에 스트라이프 패턴의 외부전극을 감아 플라즈마 방전이 풍부하게 일어나도록 하였다.

외부 전극을 보호하기 위해 외부 전극을 감싸는 보호용 유전체 관을 더 배치할 수 있으며, 상기 내외부 유전체관의 양단부를 캡으로 막아 내부 유전체관 속의 내부 압력을 높게 유지시켜 방전 전압을 낮추고 그에 따라 오존 및 기타 활성종들의 발생량을 감소시키며, 외부 전극에서만 플라즈마가 발생 되게 할 수 있다. 캡을 사용하지 않으면 내부전극과 외부전극 쪽에서 모두 플라즈마가 방전되고 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 증가한다.

또한, 상기에서 내부 전극을 다수로 구성하기 위해, 금속 봉을 내부전극으로 하고 이를 내부 유전체 관 속에 넣은 다음, 외부 유전체 관 속에 상기 내부 유전체관들을 넣고, 상기 외부 유전체 관 외주면을 스트라이프 패턴의 외부 전극으로 감아 플라즈마 방전을 더욱 풍부화시켰다.

또한, 반경이 큰 외부 유전체 관 안쪽에 접하여 외부 전극을 형성하고, 반경이 작은 내부 유전체 관 안쪽에 접하여 내부 전극을 형성하여, 두 개의 유전체 관 사이에 가스를 주입하고 여기서 플라즈마가 방전되게 구성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상술한 바와 같은 파이프형 플라즈마 발생장치를 공기가 유통되는 배관 안에 설치하여 공기 정화를 하거나, 악취 제거, 공기 살균, 미세먼지 제거와 같은 작용을 할 수 있다.

캡의 적용/부적용에 따라 플라즈마 방전 위치를 달리하고, 방전 전압의 인하/상승으로 방전에 따르는 활성종의 종류와 양의 제어가 가능하여 필요 또는 목적에 맞게 플라즈마 소스를 구성할 수 있다.

본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치는 공기청정기에 적용될 수 있으며, 병원과 같이 공기를 살균 처리하여 공급하는 곳의 배관 내에 설치되어 멸균 공기를 공급하는 데 적용될 수도 있으며, 세탁소와 같이 유해물질이 발생 되는 건물의 배관 내에 설치되어 유해가스를 분해 처리할 수도 있다. 공기청정의 목적으로 사용될 시에는 오존의 발생량이 감소되도록 조절하여 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치의 구성들을 보여주는 정면도 및 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치의 또 다른 구성들을 보여주는 정면도 및 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치의 또 다른 구성들을 보여주는 정면도 및 단면 구성도이다.
도 4는 도 1과 도 2에 의한 파이프형 플라즈마 발생장치로 플라즈마 방전 실험을 한 결과를 나타내는 사진들이다.
도 5 내지 도 7는 각각 저전압, 중전압, 고전압에서 플라즈마를 방전할 때 발생되는 오존량을 측정한 것을 보여주는 측정 사진과 그래프이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1을 보면, 파이프형 플라즈마 발생장치의 구성이 나와 있다.

반경이 큰 외부 유전체 관(110)과 반경이 작은 내부 유전체 관(210)을 준비하고 이들 사이에 관형 내부 전극(200)을 배치하되, 관형 내부 전극(200) 주변에 유격이 없도록 반경과 두께를 조절하여 세 개의 관이 꼭 맞도록 구성하고, 상기 외부 유전체 관(110) 외주면에 스트라이프 패턴의 외부전극(100)을 감아 플라즈마 발생장치를 구성한다. 또한, 외부 전극(100)을 보호하기 위해 외부 전극(100)을 감싸는 보호용 유전체 관(400)을 더 배치하였다. 보호용 유전체 관(400)은 선택사항이며, 배관에 배치될 경우, 배관이 그 역할을 대신할 수 있을 것이다.

이와 같은 형태의 플라즈마 발생장치는 관형 내부 전극(200)에 대해 그 외부에서 권선형태로 감긴 외부 전극(100) 구조로 인해 플라즈마 방전이 풍부하게 일어난다. 주로 권선을 따라 플라즈마 방전이 외부 유전체 관(110) 표면에서 풍부하게 일어나며, 내부 전극(200)과 내부 유전체 관(210) 안쪽에서도 플라즈마 방전이 일어난다. 따라서 이러한 파이프형 플라즈마 발생장치를 배관 안에 배치하여 공기를 유통시킬 경우, 플라즈마와 오존을 포함한 활성종들로 인해 살균, 유해물질 분해 등의 작용으로 오염 공기의 정화, 악취 제거, 멸균 공기 공급 등이 가능하다. 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치는 특별히 배관 안에 설치되기 편리하도록 구성되었다.

상기에서, 내외부 유전체관(210,110)의 양단부를 캡(300)으로 막아 내부 유전체관(210) 속의 내부 압력을 높게 유지시키면 방전 전압을 낮출 수 있다. 그에 따라 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 감소되며, 상대적으로 압력이 낮은 외부 전극(100) 쪽에서만 플라즈마가 발생 된다. 오존량을 낮추어야 유리한 공기청정기와 같은 용도에 적합하다. 내부 전극으로는 금속 물질로 메시 소재 역시 적용 가능하다.

캡(300)을 사용하지 않으면 내부전극(200)과 외부전극(100) 쪽에서 모두 플라즈마가 방전되고 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 증가한다. 따라서 멸균 공기 공급용이라든가 유해물질 제거용으로 유리하다.

상기와 같은 본 발명의 파이프형 플라즈마 발생장치는 기존의 것이 내부 전극 안쪽에서 플라즈마를 방전시킨데 비해, 외부 유전체 관 표면에서 플라즈마가 방전될 수 있게 하거나 내부와 외부 표면 모두에서 방전이 일어나게 하였다는 점에서 차별화된다. 그리고 발생되는 활성종의 양을 조절할 수 있다는 것 역시 차별화되는 특징 중 하나이다. 배관 내에 설치될 경우, 배관을 통과하는 공기가 특정영역에 들어오지 않는한 플라즈마 처리가 미흡해질 수 있는 종래 기술에 비해, 충분한 플라즈마 처리가 이루어질 수 있게 한 것이다.

도 2는 파이프형 플라즈마 발생장치의 변형 실시예를 보여준다.

여기서는 내부전극(250)을 관형이 아닌 금속 봉으로 구성하였다. 금속 봉을 내부 유전체 관(210)에 넣고 이들을 다시 외부 유전체 관(110)에 넣는다. 금속 봉으로 된 내부전극(250)과 내부 유전체 관(210)은 다수 만들어져 외부 유전체 관(110) 안에 다수가 배치될 수 있다. 다음, 상기 외부 유전체 관(110) 외주면을 스트라이프 패턴의 외부 전극(100)으로 감아 플라즈마를 방전시키면, 외부 전극(100)을 따라 외부 유전체 관(110) 표면에서 풍부한 플라즈마가 방전되며, 내부 전극(250) 근처에서도 플라즈마가 방전되어 풍부한 플라즈마 및 오존을 포함한 활성종들을 얻을 수 있다. 이 경우에도 외부 전극(100)을 감싸는 보호용 유전체 관(400)을 더 배치할 수 있으며, 캡(300)으로 외부 유전체 관(110)을 막으면, 내부 압력을 높게 유지시켜 방전 전압을 낮출 수 있다. 그에 따라 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 감소되며, 외부 전극(100) 쪽에서만 플라즈마가 발생 된다. 오존량을 낮추어야 유리한 공기청정기와 같은 용도에 적합하다.

캡(300)을 사용하지 않으면 내부전극(250)과 외부전극(100) 쪽에서 모두 플라즈마가 방전되고 오존 및 기타 활성종들의 발생량이 증가한다. 따라서 멸균 공기 공급용이라든가 유해물질 제거용으로 유리하다.

도 3은 파이프형 플라즈마 발생장치의 또 다른 변형 실시예를 보여준다.

반경이 큰 외부 유전체 관(110) 안쪽에 접하여 외부 전극(150)을 형성하고, 반경이 작은 내부 유전체 관(210) 안쪽에 접하여 내부 전극(200)을 형성하여, 두 개의 유전체 관 사이에 가스를 주입하고 여기서 플라즈마가 방전되게 구성된다.

캡(300)으로 내부 유전체 관(210)을 막으면, 내부 압력을 높게 유지시키고, 가스는 내주 유전체관(210)과 외부 전극(150) 사이에서 흘러 압력이 낮아진다. 그에 따라 방전 전압은 더욱 낮아지고 두 유전체 관 사이에서 플라즈마가 방전되며, 낮은 방전 전압으로 인해 오존 발생량이 감소되며, 외부 전극(150) 쪽에서만 플라즈마가 발생 된다. 오존량을 낮추어야 유리한 공기청정기와 같은 용도에 적합하다.

상술한 파이프형 플라즈마 발생장치는 필요에 따라 전극의 형태를 선택하고 캡의 적용 여부를 선택한 다음, 인가전압을 조절함으로써 활성종의 종류와 발생량을 조절할 수 있다.

상기에서 유전체 관의 소재로는 유리, 석영, 세라믹, 금속에 유전체를 코팅한 것 등이 선택될 수 있다.

도 4는 도 1과 도 2에 의한 파이프형 플라즈마 발생장치로 플라즈마 방전 실험을 한 결과를 나타내는 사진들이다.

도 5 내지 도 7는 각각 저전압, 중전압, 고전압에서 플라즈마를 방전할 때 발생되는 오존량을 측정한 것을 보여주는 측정 사진과 그래프이다. 인가전압이 높아질수록 오존 농도가 높아진 것을 확인할 수 있다.

한편, 상기 실시 예와 실험 예들에서 제시한 구체적인 수치들은 예시적인 것으로 필요에 따라 변형 가능함은 물론이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100, 150: 외부전극
200, 250 : 내부전극
300: 캡

Claims (6)

1. 내부 유전체 관;
   상기 내부 유전체 관 외측에 인접 배치되는 관형 또는 메시 형태의 내부전극;
   상기 관형 내부 전극 외측에 인접 배치되는 외부 유전체 관; 및
   상기 외부 유전체 관 외주면에 감기는 스트라이프 패턴의 외부전극;을 포함하고, 상기 내부전극과 외부전극에 전원을 인가하여 내부 유전체 관 안쪽과 외부전극 주변에서 표면 플라즈마 방전이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.
2. 금속 봉으로 된 내부 전극;
   상기 내부 전극이 삽입되는 내부 유전체 관;
   상기 내부 전극이 삽입된 내부 유전체 관 다수가 배치되는 외부 유전체 관; 및
   상기 외부 유전체 관 외주면에 감기는 스트라이프 패턴의 외부전극;을 포함하고, 상기 내부전극과 외부전극에 전원을 인가하여 외부전극 또는 내부전극 주변에서 표면 플라즈마 방전이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.
3. 외부 유전체 관;
   상기 외부 유전체 관 내측에 인접 배치되는 관형 외부 전극;
   상기 관형 외부 전극 내측에 관형 외부전극과 간격을 두고 배치되는 내부 유전체 관; 및
   상기 내부 유전체 관 내측에 인접 배치되는 내부전극;을 포함하고, 상기 내부전극과 외부전극에 전원을 인가하여 외부 전극과 내부 유전체 관 사이의 공간에서 플라즈마 방전이 일어나게 하는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 유전체 관의 양단부를 막는 캡;을 더 포함하여, 플라즈마 방전을 외부 전극 쪽에서만 발생 되게 하고, 캡으로 밀폐된 공간 내의 기압을 높여 방전 전압을 낮추어, 또는 입력 전압을 조절하여 오존을 포함한 활성종들의 발생량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외부 전극을 감싸 보호하는 보호용 유전체 관을 상기 외부 전극 외측에 더 구비하는 것을 특징으로 하는 파이프형 플라즈마 발생장치.
6. 제4항의 파이프형 플라즈마 발생장치를 공기가 유통되는 배관 내부에 설치하는 것을 특징으로 하는 공기정화장치.
   

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