KR20190123070A - Plasma Generator - Google Patents

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KR20190123070A
KR20190123070A KR1020180046776A KR20180046776A KR20190123070A KR 20190123070 A KR20190123070 A KR 20190123070A KR 1020180046776 A KR1020180046776 A KR 1020180046776A KR 20180046776 A KR20180046776 A KR 20180046776A KR 20190123070 A KR20190123070 A KR 20190123070A
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KR
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dielectric tube
plasma
source gas
heater
flow path
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KR1020180046776A
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Inventor
김상유
정규선
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

A plasma generator is disclosed. The plasma generator includes a dielectric tube having an inner flow path; a source gas supply part for supplying a source gas to the flow path; a pair of electrodes provided in the dielectric tube, respectively; and a heater for heating the dielectric tube. It is possible to increase the ejection length and density of plasma.

Description

플라스마 발생 장치{Plasma Generator}Plasma Generator

본 발명은 플라스마 발생 장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 유전체 튜브를 가열하여 플라스마의 밀도 및 플라스마 스트리머 길이를 향상시킬 수 있는 의료용 플라스마 발생 장치에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a medical plasma generating apparatus capable of heating a dielectric tube to improve plasma density and plasma streamer length.

기체 상태의 물질에 계속 에너지를 가하여 온도를 올려주면, 물질은 이온화 되어 이온핵과 자유전자로 분리된다. 이러한 상태의 물질은 통상 플라스마(plasma)로 칭하며 고체, 액체, 기체 외에 제4의 상태로 여겨진다. When energy is continuously applied to a gaseous substance to raise its temperature, the substance is ionized and separated into ion nuclei and free electrons. The substance in this state is commonly referred to as plasma and is considered a fourth state besides solid, liquid and gas.

최근에는 의료장비, 미용기구 등에 적용하는 사례들이 늘어나고 있으며 특히 레이저의 자리를 플라스마로 대체하는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이는 플라스마는 열 데미지가 없고, 국부적인 부분에 에너지가 집중되었던 레이저와는 다르게 플라스마는 발생장치에 따라 넓은 면적의 처리 부위를 균일하고 효율적으로 처리가 가능하다는 장점이 있기 때문이다.Recently, the number of applications to medical equipment, beauty equipment, etc. is increasing, and researches to replace the place of laser with plasma are being actively conducted. This is because plasma has no thermal damage, and unlike lasers in which energy is concentrated in localized areas, plasma has the advantage of uniformly and efficiently treating a large area of treatment area depending on the generator.

플라스마에서 발생하는 반응성 산소종(Reactive oxygen species), 반응성 질소종(Reactive nitrogen species) 및 전류는 암세포 괴사, 살균, 혈액순환 증가, 세포 면역 증가 등의 효과가 있으며 피부 주름 개선 및 콜라겐 생성을 촉진하는 것으로 보고되고 있다. 이러한 플라스마를 의학적으로 이용하는 장치 중 전극 사이로 공급가스를 불어넣고 고주파 또는 고전압을 공급하여 공급가스의 기체를 이온화하는 플라스마 제트 방식이 상기 목적으로 가장 널리 쓰이고 있다. Reactive oxygen species, reactive nitrogen species, and currents that occur in plasma have effects such as cancer cell necrosis, sterilization, increased blood circulation, and increased cellular immunity. It is reported. Among plasma apparatuses, the plasma jet method of blowing the supply gas between the electrodes and supplying high frequency or high voltage to ionize the gas of the supply gas is most widely used for this purpose.

그러나 이 방식에 있어서 플라스마 내부의 저에너지 전자들이 유전체 표면에 부착되는 경우 전기장이 감소되어 플라스마 스트리머의 길이가 감소하는 문제점이 있다. However, in this method, when the low-energy electrons inside the plasma are attached to the dielectric surface, the electric field is reduced to reduce the length of the plasma streamer.

따라서 본 발명의 목적은 전기에너지로 유전체를 가열하여 적은 가스 유량에서도 플라스마의 분출 길이와 밀도를 증가시키는 플라스마 발생 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a plasma generating apparatus which increases the ejection length and density of plasma even at low gas flow rate by heating the dielectric with electric energy.

본 발명에 따른 플라스마 발생 장치는 내측에 유로가 형성된 유전체 튜브;Plasma generating device according to the present invention comprises a dielectric tube formed with a flow path therein;

상기 유로에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부; 상기 유전체 튜브에 각각 제공되는 한 쌍의 전극들; 및 상기 유전체 튜브를 가열하는 히터를 포함할 수 있다. A source gas supply unit supplying a source gas to the flow path; A pair of electrodes each provided in said dielectric tube; And a heater for heating the dielectric tube.

또한, 상기 유전체 튜브에는 전원을 공급하는 전원부 및 상기 전극들을 접지하는 접지부를 가질 수 있다. In addition, the dielectric tube may have a power supply for supplying power and a ground for grounding the electrodes.

또한 상기 유전체 튜브의 내부에는 전원 및 한 쌍의 전극들이 위치할 수 있다.In addition, a power source and a pair of electrodes may be positioned inside the dielectric tube.

또한, 상기 유전체 튜브의 전단에는 토출구가 형성되며, 상기 히터는 상기 토출구와 상기 한 쌍의 전극들 사이 구간에 위치할 수 있다. In addition, a discharge port is formed at the front end of the dielectric tube, the heater may be located in the section between the discharge port and the pair of electrodes.

또한, 상기 히터는 상기 유로를 에워싸는 상기 유전체의 내측면을 가열할 수 있다. In addition, the heater may heat the inner surface of the dielectric surrounding the flow path.

또한, 상기 히터는 상기 유전체 튜브의 외측에서 상기 유전체 튜브를 에워싸는 링 형상을 가질 수 있다. In addition, the heater may have a ring shape surrounding the dielectric tube on the outside of the dielectric tube.

또한, 상기 히터는 상기 유전체 튜브의 온도를 25도 이상 50도 이하로 조절할 수 있다. The heater may adjust the temperature of the dielectric tube to 25 degrees or more and 50 degrees or less.

또한, 상기 저 에너지 전자의 탈착에 의해 상기 유전체 튜브 내부에서 생성되는 플라스마의 밀도 및 플라스마 스트리머의 길이를 조절할 수 있다.In addition, by the desorption of the low energy electrons it is possible to control the density of the plasma generated in the dielectric tube and the length of the plasma streamer.

또한, 상기 플라스마를 발생시키기 위한 전원으로써 교류 전류를 사용할 수 있다. In addition, an alternating current can be used as a power source for generating the plasma.

본 발명에 의하면, 유전체 튜브를 가열하여 저 에너지 전자들이 유전체 튜브에 부착되는 것을 최소화 할 수 있으며, 이를 통하여 유전체 튜브 내부에서 생성되는 플라스마의 밀도 및 플라스마 스트리머의 길이를 증가시킬 수 있다. According to the present invention, the dielectric tube can be heated to minimize the attachment of low-energy electrons to the dielectric tube, thereby increasing the density of the plasma generated within the dielectric tube and the length of the plasma streamer.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플라스마 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라스마 발생 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 히터가 유전체 튜브의 표면에 부착된 저 에너지 전자를 탈착하는 과정을 설명하는 도면이다.
도 4은 본 발명의 제2실시 예에 따른 플라스마 발생 장치를 나타내는 도면이다. 1 is a view for explaining a plasma generating apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a view for explaining the operation of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process in which a heater detaches low energy electrons attached to a surface of a dielectric tube.
4 is a view showing a plasma generating apparatus according to a second embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the technical idea of the present invention is not limited to the exemplary embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided to ensure that the disclosed contents are thorough and complete, and that the spirit of the present invention can be sufficiently delivered to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.In the present specification, when a component is mentioned to be on another component, it means that it may be formed directly on the other component or a third component may be interposed therebetween. In addition, in the drawings, the thicknesses of films and regions are exaggerated for effective explanation of technical contents.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.In addition, in various embodiments of the present specification, terms such as first, second, and third are used to describe various components, but these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another. Thus, what is referred to as a first component in one embodiment may be referred to as a second component in another embodiment. Each embodiment described and illustrated herein also includes its complementary embodiment. In addition, the term 'and / or' is used herein to include at least one of the components listed before and after.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.In addition, in the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 플라스마 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a plasma generating apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 플라스마 발생 장치는 유전체 튜브(100), 소스 가스 공급부(200), 전원부(300), 히터(400)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the plasma generating apparatus includes a dielectric tube 100, a source gas supply unit 200, a power supply unit 300, and a heater 400.

유전체 튜브(100)는 소정 길이를 갖는 튜브이다. 유전체 튜브(100)의 내부에는 유로(110)가 형성되며, 전단에는 토출구(120)가 형성된다. 유전체 튜브(100)는 유전체 재질로 제공된다. 실시 예에 의하면, 유전체 튜브(310)는 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리카보네이트(polycarbonate) 등의 재질로 제공될 수 있다.Dielectric tube 100 is a tube having a predetermined length. A flow path 110 is formed in the dielectric tube 100, and a discharge hole 120 is formed in the front end thereof. The dielectric tube 100 is provided of a dielectric material. According to an embodiment, the dielectric tube 310 may be made of a material such as polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethersulfone, polycarbonate, or the like.

소스 가스 공급부(200)는 유전체 튜브(100) 내부의 유로(110)에 소스 가스를 공급한다. 소스 가스 공급부(200)는 소스 가스 저장부(210), 소스 가스 공급 라인(220) 및 소스 가스 공급 밸브(230)를 포함한다. The source gas supply unit 200 supplies the source gas to the flow path 110 inside the dielectric tube 100. The source gas supply unit 200 includes a source gas storage unit 210, a source gas supply line 220, and a source gas supply valve 230.

소스 가스 저장부는(210) 소스 가스를 저장한다. 소스 가스는 공기, 헬륨 가스, 아르곤 가스, 질소 가스 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. The source gas storage unit 210 stores the source gas. The source gas may include at least one of air, helium gas, argon gas, and nitrogen gas.

소스 가스 공급 라인(220)은 유전체 튜브(100)와 소스 가스 저장부(210)를 연결하며, 소스 가스가 공급되는 유로를 제공한다. The source gas supply line 220 connects the dielectric tube 100 and the source gas storage unit 210 and provides a flow path through which the source gas is supplied.

소스 가스 공급 밸브(230)는 소스 가스 공급 라인(220)에 설치되며, 소스 가스 공급 라인을 통해 공급되는 소스 가스의 유량을 조절한다. The source gas supply valve 230 is installed in the source gas supply line 220 and adjusts the flow rate of the source gas supplied through the source gas supply line.

전원부(300)는 유전체 튜브(100) 내부에 전력을 인가하여 전계를 형성한다. 전원부(300)는 제1전극(310), 제2전극(320), 전원(330)을 포함한다.The power supply unit 300 applies electric power to the dielectric tube 100 to form an electric field. The power supply unit 300 includes a first electrode 310, a second electrode 320, and a power supply 330.

제1전극(310)은 유전체 튜브(100)의 내부에 수용된다. 제1전극(310)은 유전체 튜브(100)의 유로(110)를 에워싸는 링 형상을 가질 수 있다.The first electrode 310 is accommodated in the dielectric tube 100. The first electrode 310 may have a ring shape surrounding the flow path 110 of the dielectric tube 100.

제2전극(320)은 유전체 튜브(100)의 내측면에 제공된다. 제2전극은 유전체 튜브(100)의 외측면을 따라 링 형상을 가질 수 있다. The second electrode 320 is provided on the inner side of the dielectric tube 100. The second electrode may have a ring shape along the outer surface of the dielectric tube 100.

전원(330)은 제1전극(310)과 연결되며, 교류 전력을 인가한다.The power source 330 is connected to the first electrode 310 and applies AC power.

교류 전력의 인가로 유전체 튜브(100) 내부의 유로(110)에는 전계가 형성되며, 상기 전계는 유로(110)를 따라 흐르는 소스가스를 플라스마 상태로 여기한다. An electric field is formed in the flow path 110 inside the dielectric tube 100 by the application of AC power, and the electric field excites the source gas flowing along the flow path 110 in a plasma state.

히터(400)는 유전체 튜브(100)의 내부에 수용되며 구체적으로는 유전체 튜브(100)의 토출구(120)와 전극들(310, 320) 사이 구간에 위치한다. 실시 예에 의하면 히터(400)는 유전체 튜브(100) 내부의 유로(110)를 에워싸는 형태로 유전체 튜브(100)의 내측면을 가열할 수 있다. 또한 상기 히터(400)는 유전체 튜브(100)의 온도를 25℃ 이상 50℃ 이하로 조절할 수 있다. The heater 400 is accommodated in the dielectric tube 100 and is specifically positioned in a section between the discharge port 120 and the electrodes 310 and 320 of the dielectric tube 100. According to an embodiment, the heater 400 may heat the inner surface of the dielectric tube 100 in a form surrounding the flow path 110 inside the dielectric tube 100. In addition, the heater 400 may adjust the temperature of the dielectric tube 100 to 25 ° C or more and 50 ° C or less.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 플라스마 발생 장치의 동작 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 플라스마 발생 장치(A)와 비교 예에 따른 플라스마 발생 장치(B)에서 발생되는 플라스마 스트리머를 비교한 도면이다.2 is a view for explaining the operation of the plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention. 3 is a view comparing the plasma streamer generated in the plasma generating device (A) according to the embodiment of the present invention and the plasma generating device (B) according to the comparative example.

먼저, 도 2를 참고하면, 소스 가스 저장부(210)에 저장되어 있던 소스 가스(520)가 소스 가스 공급 라인(220)을 통해 유전체 튜브(100) 내부의 유로(110)에 주입된다. 유로(110)에 소스 가스가 주입되면 전원(330)이 제1전극(310)에 전력을 인가한다. 전력이 인가된 제1전극(320)은 유전체 튜브(110) 내에 강한 전기장을 형성한다. 강한 전기장은 유전체 튜브(110)내부의 소스 가스(520)를 플라스마(510) 상태로 여기시킨다.First, referring to FIG. 2, the source gas 520 stored in the source gas storage 210 is injected into the flow path 110 inside the dielectric tube 100 through the source gas supply line 220. When the source gas is injected into the flow path 110, the power source 330 applies power to the first electrode 310. The first electrode 320 to which power is applied forms a strong electric field in the dielectric tube 110. The strong electric field excites the source gas 520 inside the dielectric tube 110 into the plasma 510 state.

이때, 플라스마(510)에 포함된 일부 저 에너지 전자(500)가 유전체 튜브(100)표면에 부착되는 현상이 발생한다. 이러한 현상은 플라스마(510) 내부의 전자 손실의 원인이 되며, 플라스마(510)의 전하 밀도를 감소시킨다. 이에 의해, 도 3의 (B)와 같이 유전체 튜브에서 토출되는 플라스마 스트리머(511b)의 길이(lb)가 감소한다.At this time, some low energy electrons 500 included in the plasma 510 are attached to the surface of the dielectric tube 100. This phenomenon causes electron loss in the plasma 510 and reduces the charge density of the plasma 510. As a result, the length l b of the plasma streamer 511b discharged from the dielectric tube is reduced as shown in FIG. 3B .

히터(400)에서 발생된 열은 유전체 튜브(100)의 내측면을 가열한다. 유전체 튜브(100)의 내측면의 온도 증가는 유전체 튜브(100)의 표면에 흡착되었던 저 에너지 전자(500)들의 탈착을 유도한다. 유전체 튜브(100)의 표면으로부터 저에너지 전자(500)들의 탈착은 유로 내에서의 플라스마(510)의 전하 밀도를 유지시킨다. 이에 의해 도 3의 (A)와 같이 유전체 튜브에서 토출되는 플라스마 스트리머(511a)의 길이(la) 가 길어진다.The heat generated by the heater 400 heats the inner side of the dielectric tube 100. Increasing the temperature of the inner side of the dielectric tube 100 leads to the desorption of low energy electrons 500 that were adsorbed on the surface of the dielectric tube 100. Desorption of low energy electrons 500 from the surface of dielectric tube 100 maintains the charge density of plasma 510 in the flow path. As a result, the length l a of the plasma streamer 511 a discharged from the dielectric tube becomes longer as shown in FIG.

도 4는 본 발명의 제2실시 예에 따른 플라스마 발생 장치를 나타내는 도면이다. 4 is a view showing a plasma generating apparatus according to a second embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 1의 실시 예와 달리, 히터(400)는 유전체 튜브(100)의 외측에 배치될 수 있다. 실시 예에 의하면 히터(400)는 유전체 튜브(100)의 외측에서 유전체 튜브(100)를 에워싸는 링 형상을 가질 수 있다. Referring to FIG. 4, unlike the embodiment of FIG. 1, the heater 400 may be disposed outside the dielectric tube 100. According to an embodiment, the heater 400 may have a ring shape surrounding the dielectric tube 100 on the outside of the dielectric tube 100.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using the preferable embodiment, the scope of the present invention is not limited to a specific embodiment, Comprising: It should be interpreted by the attached Claim. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

100: 유전체 튜브
110: 유전체 튜브의 유로
120: 유전체 튜브의 토출구
200: 소스 가스 공급부
210: 소스 가스 저장부
220: 소스 가스 공급 라인
230: 소스 가스 공급 밸브
300: 전원부
310: 제1전극
320: 제2전극
330: 전원
400: 히터
500: 저에너지 전자
510: 플라스마
520: 소스 가스100: dielectric tube
110: flow path of the dielectric tube
120: discharge port of the dielectric tube
200: source gas supply
210: source gas storage
220: source gas supply line
230: source gas supply valve
300: power supply
310: first electrode
320: second electrode
330: power
400: heater
500: low energy electron
510: plasma
520: source gas

Claims (6)

내측에 유로가 형성된 유전체 튜브;
상기 유로에 소스 가스를 공급하는 소스 가스 공급부;
상기 유전체 튜브에 각각 제공되는 한 쌍의 전극들; 및
상기 유전체 튜브를 가열하는 히터를 포함하는 플라스마 발생 장치.
A dielectric tube having a flow path formed therein;
A source gas supply unit supplying a source gas to the flow path;
A pair of electrodes each provided in said dielectric tube; And
And a heater for heating the dielectric tube.
제 1 항에 있어서,
상기 히터는 상기 유로를 에워싸는 상기 유전체의 내측면을 가열하는 플라스마 발생 장치.
The method of claim 1,
And the heater heats the inner side surface of the dielectric that surrounds the flow path.
제 2 항에 있어서,
상기 유전체 튜브의 전단에는 토출구가 형성되며,
상기 히터는 상기 토출구와 상기 한 쌍의 전극들 사이 구간에 위치하는 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.
The method of claim 2,
Discharge openings are formed at the front end of the dielectric tube,
The heater is a plasma generator, characterized in that located in the section between the discharge port and the pair of electrodes.
제 3 항에 있어서,
상기 히터는 상기 유전체 튜브의 내부에 수용되어 상기 유전체 튜브의 유로를 에워싸는 링 형상인 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.
The method of claim 3, wherein
The heater is plasma generator characterized in that the ring shape is accommodated in the dielectric tube surrounds the flow path of the dielectric tube.
제 3 항에 있어서,
상기 히터는 상기 유전체 튜브의 외측에서 상기 유전체 튜브를 에워싸는 링 형상인 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.
The method of claim 3, wherein
And the heater has a ring shape surrounding the dielectric tube outside the dielectric tube.
제 1 항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 히터는 상기 유전체 튜브의 온도를 25도 이상 50도 이하로 조절하는 것을 것을 특징으로 하는 플라스마 발생 장치.


The method according to any one of claims 1 to 5,
The heater is a plasma generator, characterized in that for controlling the temperature of the dielectric tube to 25 degrees or more and 50 degrees or less.


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