KR20200091167A - APPARATUS FOR GENERATING ATMOSPHERIC PRESSURE Dielectric barrier discharge PLASMA - Google Patents
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- H05H2245/00—Applications of plasma devices
- H05H2245/10—Treatment of gases
Abstract
Description
본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대기압에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키고 플라즈마 가스 공급에 의해 플라즈마가 발생되도록 하는 플라즈마 발생장치를 제공하는 대기압 플라즈마 발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generator, and more particularly, to an atmospheric pressure plasma generator that provides a plasma generator that stably generates plasma at atmospheric pressure and generates plasma by supplying plasma gas.
플라즈마 상태의 높은 반응성을 이용하여 금속이나 고분자 등을 표면 처리하는 기술은 잘 알려져 있다. 플라즈마는 진공 또는 대기압에서 발생될 수 있으며, 그 온도에 따라 평균온도가 수만 도에 달하고 이온화 정도가 높은 고온 플라즈마와 평균온도가 상온보다 약간 높고 이온화 정도가 미약한 저온 플라즈마로 구분된다.Techniques for surface treatment of metals, polymers, etc. by using high reactivity in a plasma state are well known. Plasma may be generated in vacuum or atmospheric pressure, and is classified into a high temperature plasma having an average temperature of tens of thousands of degrees and a high ionization degree, and a low temperature plasma having an average temperature slightly higher than room temperature and a weak ionization degree.
저온 플라즈마는 다양한 가스 상태의 오염물질들을 비활성 또는 처리하기 쉬운 화학종들로 변환하는 성공적인 방법으로 인정되고 있다. 저온 플라즈마에서의 화학 반응들은 주로 방전에 의해 생성되는 전자와 라디칼들과의 분자들의 상호작용에 의해 시작된다. 에너지 효율과 저온 플라즈마 응용의 선택성을 향상시키기 위해 저온 플라즈마와 촉매의 조합 사용이 증가하고 있다. 유전체, 자성체, 금속 산화물들이 촉매로서 사용되고 있고 이들은 화학적으로 반응성이 높은 라디칼들의 형성을 향상시킨다.Low-temperature plasma is recognized as a successful method of converting various gaseous pollutants into inert or easy-to-treat chemical species. Chemical reactions in low-temperature plasma are mainly initiated by the interaction of molecules with electrons and radicals produced by discharge. The use of combinations of low temperature plasmas and catalysts is increasing to improve energy efficiency and selectivity of low temperature plasma applications. Dielectric, magnetic, and metal oxides are used as catalysts, and they enhance the formation of chemically reactive radicals.
플라즈마 반응기에서 촉매의 존재는 방전 모드와 전기적 특성에도 영향을 미치고 있다. 예를 들어, 높은 투자율(Permittivity)을 가지는 PbTiO2 또는 BaTiO3 펠렛들이 전극 사이에 채워지고 고전압에 인가되면 펠렛의 접촉점에서 전기장이 가장 세지고 방전이 시작된다. 방전은 대부분 접촉점에서 발생되고 상당히 많은 필라멘트, 마이크로방전으로 구성된다. 나노세컨드의 펄스폭을 가지는 필라멘트 마이크로방전들은 시공간적으로 불규칙하게 분포하며 인가전압이 증가할수록 그 수는 증가하고 인가전압의 주파수가 60Hz일지라도 발생되는 필라멘트 마이크로 방전의 주파수는 수 kHz에서 수백 kHz에 이른다.The presence of the catalyst in the plasma reactor also affects the discharge mode and electrical properties. For example, when PbTiO2 or BaTiO3 pellets having high permeability are filled between electrodes and applied to a high voltage, the electric field is strongest at the contact point of the pellets and discharge starts. The discharge is mostly generated at the contact point and consists of quite a lot of filaments and microdischarges. Filament microdischarges having a nanosecond pulse width are irregularly distributed in space and time, and as the applied voltage increases, the number increases, and even though the frequency of the applied voltage is 60 Hz, the frequency of generated filament micro discharges ranges from several kHz to several hundred kHz.
일반적으로 유전체장벽방전(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 장치는 첨부된 도 1에서 도시된 바와 같이, 상(上전극(2) 표면에 유전체(6)를 부착시키고 하(下)전극(4)에 유전체(8)를 부착시켜 상기 유전체(6, 8)사이에 제공되는 공간으로 방전가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다.In general, the dielectric barrier discharge (Dielectric Barrier Discharge) plasma device is attached to the dielectric (6) on the upper (2) surface and the lower (4) dielectric ( 8) is attached to inject discharge gas into the space provided between the
또한, 유전체장벽방전(Dielectric Barrier Discharge) 플라즈마 장치의 다른 구성은 상기 구성중 두 전극(2, 4)에 부착된 유전체(6,8) 중에 하나가 생략된 형태도 가능하며 전극의 모양은 상기 도 1에서와 같이 판 전극이 사용될 수 있으며 동축 형태의 유전체장벽방전 플라즈마 장치도 사용된다.In addition, the other configuration of the dielectric barrier discharge (Dielectric Barrier Discharge) plasma device is one of the dielectric (6,8) attached to the two electrodes (2, 4) of the above configuration is also possible to omit the shape of the electrode is shown in the figure A plate electrode can be used as in 1, and a coaxial dielectric barrier discharge plasma device is also used.
상기 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 사용되는 유전체로는 석영, 강화유리, 알루미나, 마이카 등의 다양한 유전체가 사용된다.As the dielectric used in the dielectric barrier discharge plasma device, various dielectrics such as quartz, tempered glass, alumina, and mica are used.
상기 설명한 전극 구조의 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 물질의 표면처리는 그 처리 대상의 모양에 많은 제약을 받는다. 이런 피 처리물의 모양에 제약을 받지 않고 표면처리 할 수 있는 장치는 제트 형태로 전극 밖으로 플라즈마를 분출시키는 것이다. 또한 안정된 플라즈마를 얻을 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다. In the dielectric barrier discharge plasma device of the electrode structure described above, the surface treatment of the material is greatly limited by the shape of the object to be treated. A device capable of surface treatment without being restricted by the shape of the object to be treated is jetting plasma out of the electrode in the form of a jet. In addition, a stable plasma can be obtained, and many studies have been conducted.
본 발명에서는 다공성 유전체를 두 전극 사이에 삽입하여 대기압에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키며 상기 고전압 전극으로 가스가 공급되도록 구성되어 상기 고전압 및 접지전극 사이, 더욱 바람직하게는 상기 고전압 및 접지 전극이 설치되는 다공성 유전체의 표면과 다공성 유전체의 내부 기공에서 플라즈마가 발생되는 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용하여 공기 오염물질들이 플라즈마 방전이 발생되는 기공을 지나가도록 하여 높은 처리 효율을 달성하는 방법을 제공하고자 한다.In the present invention, a porous dielectric is inserted between two electrodes to stably generate plasma at atmospheric pressure and is configured to supply gas to the high-voltage electrode, so that the high-voltage and ground electrodes are more preferably installed. It is an object of the present invention to provide an atmospheric pressure plasma generating device in which plasma is generated in a surface of a dielectric and an internal pore of a porous dielectric, and a method of achieving high processing efficiency by allowing air pollutants to pass through a hole in which plasma discharge is generated.
일반적으로 플라즈마의 발생원리는 전자가 원자 및 분자와 충돌하여 이온화시키는데 있고, 이를 유지할 수 있도록 하 기 위해서는 전기장으로부터 충분한 에너지를 공급받아야 한다. 이를 위해 많은 산업용 플라즈마는 진공에 가까운 저 압을 유지하여 전자가 원자나 분자의 이온화를 시켜 안정한 플라즈마를 유지할 수 있도록 평균자유행로를 늘려준다. 이때 평균자유행로는 압력에 반비례하게 된다. 그러나 대기압 하에서의 플라즈마 발생의 어려움은 압력이 진공에 비 해 수백 배에서 수십만 배가 크다는데 있다. 일반적으로 진공 하에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전압은 수백 볼트의 전압을 걸어주지만 진공에서와 같은 형식으로 대기압 플라즈마를 발생시키려면 엄청난 전압을 필요로 하게 되는 비 현실적인 문제를 야기하게 된다. 설령, 고전압 하에서의 대기압 방전을 발생시켰다 하더라도 대부분이 아크 플라즈마 이므로 진공에서의 로우(glow) 플라즈마와 같은 효과를 낼 수 없다. 이러한 이유로 최근에까지도 대기압 하에서 플 라즈마를 발생시키는 기술은 국내·외적으로 전진속도가 매우 느린 기술이었다.In general, the generating principle of plasma is to ionize electrons by colliding with atoms and molecules, and in order to maintain them, sufficient energy must be supplied from an electric field. To this end, many industrial plasmas maintain a low pressure close to vacuum, increasing the average free passage so that electrons can ionize atoms or molecules to maintain a stable plasma. At this time, the average free passage is inversely proportional to the pressure. However, the difficulty of generating plasma under atmospheric pressure is that the pressure is hundreds to hundreds of thousands of times greater than that of vacuum. In general, the voltage for generating a plasma under vacuum applies a voltage of several hundred volts, but it creates an unrealistic problem that requires a huge voltage to generate atmospheric plasma in the same way as in vacuum. Even if atmospheric pressure discharge under high voltage occurs, most of them are arc plasmas, and thus cannot have the same effect as a low plasma in vacuum. For this reason, until recently, the technology that generates plasma under atmospheric pressure has been very slow in both domestic and overseas.
현재 국제적으로 13.56MHz의 전원으로 평판 전극을 사용하여 대기압 저온 플라즈마를 발생시키는 기술은 크게 헬륨 (He) 및 아르곤(Ar) 플라즈마로 나눌 수 있다. 대부분의 플라즈마는 헬륨을 사용하고 있다. 아르곤에 비하여 값이 비 싼 헬륨을 사용하는 이유는 헬륨 플라즈마를 발생시키기가 훨씬 쉽기 때문이다. 아르곤가스 존재 하에서의 플라즈마 의 발생은 헬륨가스보다 두배 이상의 방전전압을 필요로 하며, 설사 아르곤 하에서 플라즈마를 발생시키더라도 아크 및 강한 스트리머 (streamer)의 발생이 없는 로우 플라즈마를 발생시키는 기술은 특별한 조건을 필요로 한다. 그러 나, 실제 산업적 응용을 위한 플라즈마는 값이 싼 가스와 다량의 활성라디칼을 필요로 하기 때문에 헬륨보다는 아르 곤에서 미량의 산소를 주입한 아르곤/산소 플라즈마가 필연적으로 도입되어야 한다.Currently, technologies for generating atmospheric pressure low-temperature plasma using a flat electrode with a power of 13.56 MHz can be broadly divided into helium (He) and argon (Ar) plasma. Most plasmas use helium. The reason helium is cheaper than argon is that it is much easier to generate helium plasma. The generation of plasma in the presence of argon gas requires more than twice the discharge voltage of helium gas, and even if the plasma is generated under argon, the technology of generating low plasma without the occurrence of arc and strong streamer creates special conditions. in need. However, since plasma for practical industrial applications requires low-cost gas and a large amount of active radicals, argon/oxygen plasma in which a small amount of oxygen is injected from argon rather than helium is inevitably introduced.
따라서, 본 발명의 목적은 기존의 헬륨/산소가스 대신 아르곤/산소가스를 반응가스로 사용하면서도 대기압 하에서 낮 은 온도를 안정적으로 유지할 수 있고, 장시간 방전이 안정적으로 이루어지며, 특별한 이그니션 조건없이 RF전원만으 로도 로우 플라즈마를 발생시킬 수 있는 대기압 저온 평판 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.Therefore, the object of the present invention is to use argon/oxygen gas as a reaction gas instead of the existing helium/oxygen gas, while maintaining a stable low temperature under atmospheric pressure, and long-term discharge is stable, and RF power without special ignition conditions. It is an object of the present invention to provide an atmospheric pressure low temperature flat plate plasma generator capable of generating low plasma.
본 발명은 간편한 시스템으로 이루어져 있고 저렴한 가격으로 제작 및 사용이 가능하면서 대기압 하에서 반도체 를 비롯한 각종 재료 및 물질의 표면처리효율이 높은 유효한 로우 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 반도체 박막이나 L CD위의 유기물 세정이나 유해가스의 제거 등을 위한 각종 유기물제거에 유효한 대기압 저온 평판 플라즈마 발생장치 를 제공하는데 있다.The present invention consists of a simple system and can be manufactured and used at an inexpensive price, and can generate an effective low plasma with high surface treatment efficiency of various materials and materials including semiconductors under atmospheric pressure, and wash organic materials on semiconductor thin films or L CDs. Or to provide an atmospheric pressure low temperature flat plate plasma generator effective for removing various organic substances for the removal of harmful gases.
본 발명은 방전간극으로 공급되는 반응가스의 주입을 접지극의 내부를 통하여 주입함으로써 플라즈마 발생시스템의 크기를 축소할 수 있고, 전극의 길이 즉, 처리되는 소재나 물질의 폭에 제한 받지 않고 전극의 길이를 늘리더라도 방전간극의 전 범위에 걸쳐 반응가스의 공급을 균일하게 해줄 수 있으므로 실제 각종 분야에서 사용되는 피처리물의 처리에 효율성을 높일 수 있으며, 가열수단에 의해 방전간극으로 공급되는 방응가스의 온도를 높여주므로써 초기방전전압 및 유지전압을 낮출 수 있고, 이와 동시에 플라즈마의 파워밀도를 높일 수 있다.The present invention can reduce the size of the plasma generation system by injecting the reaction gas supplied to the discharge gap through the inside of the ground electrode, and the electrode length is not limited by the length of the electrode, that is, the width of the material or material being processed. Even if is increased, it is possible to uniformly supply the reaction gas over the entire range of the discharge gap, so it is possible to increase the efficiency in processing the object to be used in various fields, and the temperature of the reaction gas supplied to the discharge gap by the heating means. By increasing, the initial discharge voltage and the sustain voltage can be lowered, and at the same time, the power density of the plasma can be increased.
본 발명의 대기압 프라즈마 발생장치를 사용하여 피처리물 위의 유기물제거는 유기물의 산화를 통해서 이루어지는데, 이때 유기물의 산환느 온도가 높을수록 빨리 이루어지게 된다. 이를 다시 설명하면, 이상기체의 상태방정식(PV=nRT)에서 부피는 온도에 비례하므로 대기압(1기압)을 유지하고 있을때, 가열수단에 의해 반응가스의 온도를 높이면 부피가 늘어나게 되며, 이를 가스입자간의 거리가 증가하는 것을 의미하는바, 전자가 전기장으로 가속받아서 진행할 수 있는 평균자유행로가 늘어나게 되어 방전전압이 낮아지는 효과를 가져오게 되고, 이와 병행하여 파워 밀도도 높일 수 있는데 필수적인 것이다. 이는 파워를 높일수록 RF전압이 상승하여 아르곤 같은 가스의 방전을 불안정하게 만드는 요인이 되며, 활성라디칼을 얻기 위해 산소를 첨가할 경우 플라즈마는 소멸되어 버리기 때문이다. Removal of the organic material on the object to be treated using the atmospheric pressure plasma generator of the present invention is performed through the oxidation of the organic material, at this time, the higher the temperature of the acid ring of the organic material, the faster it is made. In other words, in the state equation (PV=nRT) of the ideal gas, when the atmospheric pressure (1 atm) is maintained because the volume is proportional to the temperature, when the temperature of the reaction gas is increased by the heating means, the volume increases. As the distance between them increases, the average free path through which electrons can accelerate by the electric field increases, resulting in a decrease in discharge voltage, and in parallel, it is essential to increase power density. This is because the higher the power, the higher the RF voltage becomes, which causes the discharge of gases such as argon to become unstable. When oxygen is added to obtain an active radical, plasma is extinguished.
또 본 발명의 플라즈마 발생장치에서 유기물의 처리효율을 높일 수 있도록 바람직하게는 반응가스로서 아르곤가스와 함께 미량의 산소가스를 공급함으로써 활성라디칼을 다량으로 생산시킬 수 있다. In addition, in order to increase the processing efficiency of the organic matter in the plasma generator of the present invention, it is possible to produce a large amount of active radicals by supplying a trace amount of oxygen gas together with argon gas as a reaction gas.
본 발명의 다공성 유전체 대기압 플라즈마 발생장치는 반응가스를 접지극의 내부에 형성된 가스유 입경로를 통하여 주입하여 가스유입경로 하부에서 폭방향으로 일정간격으로 형성된 오리피스를 통해 방전간극으로 공급하면서 이와 동시에 접지극측에 설치된 가열수단에 의해 반응가스의 온도를 예열시켜 공급함으로써 전체 시스템 의 크기를 줄일 수 있고, 낮은 방전전압 하에서 초기방전이 가능하게 되며, 반응가스로는 기존 고가의 헬륨/산소가스 대신 값싼 아르곤/산소가스를 사용하여 대기압 하에서 방전이 가능하며, 이렇게 발생시킨 대기압 저온 평판 플라즈마 는 실제 온라인 공정하에서 효과적으로 사용이 가능하고, 그 산업적 응용의 가능성들은 예를 들면, 금속 및 비금속물 질의 표면개질, 플라스틱과 같은 물질에 세라믹 및 기능성 고분자와 같은 유기물의 증착, 전자부품과 반도체 웨이퍼 및 PCB기판의 오염물질의 세정, 섬유의 표면개질 및 고무의 표면개질을 통한 염색성 강화 및 접착력의 향상, 화학 및 생물학적으로 유해가스처리 및 살균처리, 각종 재료에 산화막 증착, 극자외선 소스 등 재료, 환경, 전기·전자의 다양 한 분야에 응용할 수 있다.The porous dielectric atmospheric pressure plasma generator of the present invention injects a reaction gas through a gas flow path formed inside the ground electrode and supplies it to the discharge gap through an orifice formed at regular intervals in the width direction from the bottom of the gas flow path while simultaneously providing the discharge electrode. By preheating and supplying the temperature of the reaction gas by the heating means installed in it, the size of the entire system can be reduced, and initial discharge is possible under a low discharge voltage. As a reaction gas, cheap argon/oxygen instead of the existing expensive helium/oxygen gas The gas can be discharged under atmospheric pressure, and the generated atmospheric low-temperature flat-plate plasma can be effectively used under actual online processes, and the possibilities of its industrial application are, for example, surface modification of metals and non-metallic materials, plastics, etc. Deposition of organic substances such as ceramics and functional polymers on materials, cleaning of contaminants on electronic components and semiconductor wafers and PCB substrates, enhanced dyeability and improved adhesion through surface modification of fibers and surface modification of rubber, chemical and biologically harmful gases It can be applied to various fields of materials, environment, electric/electronics, such as treatment and sterilization, oxide film deposition on various materials, and extreme ultraviolet sources.
도 1은 일반적인 유전체장벽방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 기본적인 전극구조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예로서, 도 2의 다른 전극 배열을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 플라즈마 발생장치의 전압 전류 파형을 보여주는 도면.1 is a view showing the configuration of a general dielectric barrier discharge (Dielectric barrier discharge) plasma device.
Figure 2 is a cross-sectional view showing the basic electrode structure of the atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing another electrode arrangement of FIG. 2 as another embodiment of the present invention.
4 is a view showing a voltage and current waveform of the plasma generator of the present invention.
도 1은 일반적인 유전체장벽방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a general dielectric barrier discharge (Dielectric barrier discharge) plasma device.
도 1을 참조하면, 일반적인 유전체장벽방전 플라즈마 장치는 상(上)전극(2) 표면에 유전체(6)를 부착시키고 하(下)전극(8)에 유전체(4)를 부착시켜 상기 유전체(6,8) 사이에 제공되는 공간으로 방전가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다.Referring to FIG. 1, a general dielectric barrier discharge plasma device attaches a dielectric 6 to the
또 다른 장치의 구성은 두 전극(2,4)에 부착된 유전체(6,8) 중에 하나가 생략된 형태의 유전체장벽방전 플라즈마 장치도 가능하며 전극의 모양은 상기 도 1에서와 같이 판 전극이 사용될 수 있으며 동축 형태의 유전체장벽 방전 플라즈마 장치도 사용된다. 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 사용되는 유전체로는 석영, 알루미나, 강화유리, 고무, 실리콘, 폴리머, 마이카 등의 다양한 유전체가 사용된다.In another configuration, a dielectric barrier discharge plasma device in which one of the
상기 설명한 전극 구조의 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 물질의 표면처리는 그 처리 대상의 모양에 많은 제약을 받는다. 이런 피 처리물의 모양에 제약을 받지 않고 표면처리 할 수 있는 장치는 젯 형태로 전극 밖으로 플라즈마를 분출시키는 것이다. 또한 안정된 플라즈마를 얻을 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다.In the dielectric barrier discharge plasma device of the electrode structure described above, the surface treatment of the material is greatly limited by the shape of the object to be treated. A device capable of surface treatment without being restricted by the shape of the object to be treated is to eject plasma out of the electrode in the form of a jet. In addition, a stable plasma can be obtained, and many studies have been conducted.
도 2는 본 발명에 대기압 플라즈마 발생장치의 기본이 되는 전극구조 배열을 도시한 도면으로서, 그 세부 구성을 살펴보면,Figure 2 is a view showing the electrode structure arrangement that is the basis of the atmospheric pressure plasma generating apparatus in the present invention, look at the detailed configuration,
본 발명의 다공성 유전체(10)를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치의 전극배열 방법은 다양하게 할 수 있다. 도 2에서 상기 다공성 유전체(10)는 두 전극(12,14) 사이에 설치될 수 있으며 단위 면적(cm2) 당 수십 개에서 수천 개의 기공을 가지며 개개의 기공 사이즈는 수십 나노미터(nm)에서 수백 마이크로미터(μm)가 되는 것이 바람직하다.The electrode arrangement method of the atmospheric pressure plasma generating apparatus using the porous dielectric 10 of the present invention can be varied. In FIG. 2, the porous dielectric 10 may be installed between the two
이때, 상기 두 전극(12, 14)은 그물 모양으로 형성되어 수십 내지 수천 개의 기공을 가지는 상기 다공성 유전체(10)의 일 면에 밀착되는 고전압 전극(12)과 상기 다공성 유전체(10)의 타 면에 밀착되어 설치되는 그물 모양의 접지 전극(14)으로 구분된다.At this time, the two
상기 다공성 유전체(10)를 구성하는 재질은 알루미나, 산화규소, 근청석(Cordierite), 물라이트(Mullite), 지르코니아, 티타니아, 산화마그네슘, 산화아연(Zinc oxide) 등의 산화화합물과 탄화규소 또는 산화화합물의 구성물질과 탄화규소의 2가지 이상의 물질을 혼합하여 구성될 수 있다. 상기 전극(12,14)은 텅스텐, 몰리브덴, 스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄, 탄소 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 외의 금속 재질로 구성될 수 있음은 물론이다.The material constituting the
더욱 바람직하게는 상기 전극(12,14)은 상기 금속 재질의 그물(Mesh)로 구성된다. 그러므로, 상기 전극(12,14)은 가스 공급부 및 배출부로서 작용된다.More preferably, the
즉, 상기 그물 모양의 고전압 전극(12)이 그물 사이로 공기오염물질(16)을 공급하는 가스 공급부와, 상기 가스 공급부를 통해 공급된 공기오염물질(16)이 상기 다공성 유전체(10)의 기공을 통해 상기 접지 전극(14)의 그물 사이로 처리된 공기오염물질이 배출되는 가스 배출구로서 작용하게 된다.That is, the gas-shaped
한편, 상기 공기오염물질(16)은 공기 중에 희석된 휘발성 유기화합물, 황하수소, 암모니아, 머캡탄류, 포름알데하이드 및 그 혼합물로 구성된 것을 본 발명의 플라즈마 발생장치를 통해 가스 배출구로 배출되도록 구성된다.On the other hand, the
또한, 도면에 설명되어 있는 것과 같이 가스가 배출되는 상기 전극(14)은 접지되어 진다.In addition, as described in the drawings, the
상기 전극(12,14)은 고전압 전원공급장치(20)에 연결되며 상기 전원공급장치(20)는 50Hz에서 20kHz의 주파수를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 플라즈마 반응기에서 방전가스는 미세한 기공을 통해 흐르며 각각의 기공에서 미세한 방전(Microdischarge) 채널이 형성된다.The
이러한 다공성의 유전체가 구비된 플라즈마 반응기를 이용하여 공기오염물질(16)을 처리할 경우, 플라즈마와 유해가스와의 반응시간이 증가하고 상기 공기오염물질(16)이 미세방전에 직접 접촉하기 때문에 높은 분해효율을 달성할 수 있어 깨끗한 공기 또는 처리하기 쉬운 가스(18)로 배출된다.When the
도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 대기압 플라즈마 발생장치의 다른 전극 배열을 도시한 도면으로서, 그 세부구성을 살펴보면, 도 2의 고전압 전극(12)은 바늘 모양의 전극(22)으로 대체될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 바늘 전극(22)은 다수개의 전극으로 구성되며 개개의 바늘 전극은 상기 다공성 유전체(10)와 동일한 거리를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 바늘 전극(22)은 금속성의 지지체(24)에 지지된다.3 is an embodiment according to the present invention, a diagram showing another electrode arrangement of the atmospheric pressure plasma generating device. Looking at the detailed configuration, the
이때, 바늘 형태의 전극(22)이 고전압 전극(12)으로 사용될 때, 상기 다공성 유전체(10)의 표면과 상기 바늘 전극(22)의 단부와의 거리가 형성되어 방전 공간이 구비되도록 구성된다.At this time, when the needle-shaped
상기 접지 전극(14)과 지지체(24)에 지지된 바늘전극(22)은 고전압 전원공급장치(20)에 연결되며 상기 접지 전극(14)은 접지되어 진다. 상기 전원공급장치(20)는 50Hz에서 20kHz의 주파수를 가지는 것이 바람직하다.The
이와 같은 전극 배열에서 상기 공기오염물질(16)은 상기 지지체(24)에 구비된 가스 채널(26)을 통해 흐르게 된다. 상기 가스채널(26)은 상기 지지체(24)에 구비된 상기 공기오염물질(16) 가스가 지나갈 수 있는 통로이다.In the electrode arrangement, the
또한, 바늘 전극(22)은 속이 빈 캐필러리 전극으로 대체되도록 구성될 수 있다. 상기 바늘 전극(22)이 속이 빈 캐필러리 전극으로 대체될 경우, 상기 공기오염물질(16) 가스가 상기 가스채널(26)을 통해 지나가지 않고 직접적으로 속이 빈 캐필러리로 통과하게 된다.Further, the
<실시예 1><Example 1>
도 4는 본 발명의 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 형성시 전압 및 전류 파형을 보여주는 도면이다.4 is a view showing voltage and current waveforms during plasma formation in the plasma generator of the present invention.
도 4를 참조하면, 도 4(a)는 방전 전의 전형적인 60Hz 정현파 소스 파형을 보여주고 있다. 도 4(b)는 공기 플라즈마가 다공성 유전체에 형성될 때 측정한 파형을 보여주고 있다. 이 때 사용한 다공성 유전체의 기공 사이즈는 250㎛, 기공율은 50vol% 였다. 도 4(b)에 삽입된 확대 이미지에서 톱니파 모양의 전압 펄스가 생성되고 거의 제로로 전압이 떨어질 때, 전류 펄스가 발생된다. 이는 다공성 유전체에서 발생하는 미세방전에 기인하며 반주기에서의 전압 펄스의 주파수는 수 백 kHz에 도달한다. 그러므로, 이는 60Hz 만큼 낮은 주파수 전원으로부터 수백 kHz 전원을 사용하는 것과 같은 의미를 갖는다. 순간적인 전류 펄스 값이 1 내지 2 암페어(A)까지 도달하지만 그 평균값은 수십 미리암페어(mA)이다. 그러므로, 실제적으로 플라즈마에 소비되는 전력은 수십 와트(W) 미만이다.Referring to FIG. 4, FIG. 4(a) shows a typical 60 Hz sine wave source waveform before discharge. Figure 4 (b) shows the waveform measured when the air plasma is formed on the porous dielectric. The porous dielectric used at this time had a pore size of 250 µm and a porosity of 50 vol%. In the enlarged image inserted in Fig. 4(b), when a sawtooth-shaped voltage pulse is generated and the voltage drops to almost zero, a current pulse is generated. This is due to the microdischarge occurring in the porous dielectric and the frequency of the voltage pulse in a half cycle reaches several hundred kHz. Therefore, this has the same meaning as using a power source of several hundred kHz from a frequency power source as low as 60 Hz. The instantaneous current pulse value reaches 1 to 2 amperes (A), but the average value is tens of milliamps (mA). Therefore, the power actually consumed in the plasma is less than tens of watts (W).
10 : 다공성 유전체 12 : 고전압 전극
14 : 접지 전극 16 : 반응가스
20 : 전원공급장치 22 : 바늘 전극
24 : 지지체 26 : 가스채널10: porous dielectric 12: high voltage electrode
14: ground electrode 16: reaction gas
20: power supply 22: needle electrode
24: support 26: gas channel
Claims (5)
상기 다공성 유전체는 알루미나, 석영, 지르코니아, 티타니아, 강화유리, 근청석, 물라이트, 산화마그네슘 또는 산화아연으로 구성된 산화화합물의 일구성 이상과 탄화규소을 혼합하여 이루어지거나, 산화화합물 및 탄화규소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치.A net-shaped high voltage electrode 12; A porous dielectric 10 having tens to thousands of pores and installed in close contact with the high voltage electrode 12; A net-shaped ground electrode 14 installed in close contact with the other surface of the porous dielectric 10; A gas supply unit for supplying the reaction gas 16 between the net-shaped high voltage electrodes 12; A gas outlet through which the reaction gas supplied through the gas supply unit is discharged through the pores of the porous dielectric body 10 through the net of the ground electrode 14; And a power supply device for applying DC or AC power between the high voltage electrode (12) and the ground electrode (14).
The porous dielectric is made of a mixture of silicon carbide and one or more components of an oxidizing compound composed of alumina, quartz, zirconia, titania, tempered glass, cordierite, mullite, magnesium oxide or zinc oxide, or consisting of oxidizing compound and silicon carbide A dielectric barrier atmospheric pressure plasma generator.
상기 전원극(12)와 접지극(14)의 폭은 50mm~1500mm인 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치.The method according to claim 1,
Dielectric barrier atmospheric pressure plasma generator, characterized in that the width of the power supply electrode 12 and the ground electrode 14 is 50mm ~ 1500mm.
상기 MF전원(P)은 50Hz~20KHz대역의 교류전원임을 특징으로 하는 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치.The method according to claim 1,
The MF power supply (P) is a dielectric barrier atmospheric pressure plasma generator, characterized in that the AC power of the 50Hz ~ 20KHz band.
상기 다공성 유전체의 기공도(Porosity)가 1 ~ 99vol%인 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치.According to claim 1,
A dielectric barrier atmospheric pressure plasma generator, characterized in that the porosity of the porous dielectric is 1 to 99 vol%.
상기 고전압 전극이 바늘 형태의 전극인 것을 특징으로 하는 유전체 장벽 대기압 플라즈마 발생장치.According to claim 1,
A dielectric barrier atmospheric pressure plasma generator, characterized in that the high voltage electrode is a needle-shaped electrode.
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| CN115644243A (en) * | 2022-12-14 | 2023-01-31 | 浙江工业大学台州研究院 | Powdery food sterilization device and method based on low-temperature plasma technology |
| CN116367401A (en) * | 2023-03-30 | 2023-06-30 | 四川大学 | Method for inducing micro-channel discharge in porous material by plasma jet |
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