KR20200097988A - Low temperature plasma device - Google Patents

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김덕재
심연근
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Abstract

A low-temperature plasma device according to the disclosed invention includes: a grounded body; a plasma discharge member supplying power to a discharge electrode installed in a main body to generate plasma while a discharge gas is supplied into the main body; and a cooling member which is connected to the end of the main body to cool the compressed discharge gas supplied to the main body through a process of separating high-temperature airflow and low-temperature airflow, and then supplies the compressed discharge gas to a discharge zone. According to the present invention, by passing the discharge gas introduced from the outside through the discharge gas cooling member of a vortex tube structure to be converted into the low-temperature discharge gas and supplying the low-temperature discharge gas inside a plasma jet, a temperature of an electrode increases due to current resistance in the discharge electrode and a gas temperature increases. Thus, it is possible to prevent damage to an object to be processed due to heat during a process.

Description

저온 플라즈마 장치 {Low temperature plasma device}Low temperature plasma device

본 발명은 저온 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온도를 낮춘 저온의 방전 기체를 플라즈마 제트로 공급하는 저온 플라즈마 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a low-temperature plasma device, and more particularly, to a low-temperature plasma device for supplying a low-temperature discharge gas with a lowered temperature to a plasma jet.

일반적으로 플라즈마(plasma)는 물리학이나 화학 분야에서 디바이 차폐(Debye sheath)를 만족하는 이온화된 기체로 제4의 물질 상태로 부르며, 자유 전하로 인해 높은 전기 전도성을 가지면서 전자기장에 대한 매우 큰 반응성을 갖으므로 코팅 또는 살균, 소독, 공기 정화 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있다.In general, plasma is an ionized gas that satisfies the Debye sheath in the field of physics or chemistry, and is called the fourth state of matter. It has high electrical conductivity due to free charge and very high reactivity to electromagnetic fields. As it has, it is widely used in various fields such as coating or sterilization, disinfection, and air purification.

이러한, 플라즈마를 이용하는 장치로, 전극에 고주파 또는 고전압을 공급하면 불활성 기체나 다양한 종류의 기체 및 일반 공기 등과 같은 기체를 이온화하여 플라즈마를 발생토록 하는 대기압 플라즈마 제트 장치가 사용되고 있다.As such an apparatus using plasma, an atmospheric pressure plasma jet apparatus has been used to generate plasma by ionizing gases such as inert gas, various types of gases, and general air when a high frequency or high voltage is supplied to the electrode.

이러한, 플라즈마 제트 장치와 관련된 기술이 한국공개특허 제2018-0075726호 및 한국등록특허 제0687085호에 제안된 바 있다.Technologies related to such a plasma jet apparatus have been proposed in Korean Patent Publication No. 2018-0075726 and Korean Patent No. 0687085.

그러나 특허문헌 1, 2는 플라즈마 발생을 위해 반응 기체를 공급하는 과정에서 전극에서의 전류 저항 때문에 전극 자체가 온도가 올라가면서 반응 기체의 온도도 역시 상승하게 되므로 고온의 반응 기체가 피처리물에 악영향을 미치는 문제점이 있었다.However, Patent Documents 1 and 2 show that the temperature of the reaction gas also rises as the temperature of the electrode itself increases due to the current resistance at the electrode in the process of supplying the reaction gas for plasma generation, so the high temperature reaction gas adversely affects the object to be treated. There was a problem affecting.

한국공개특허 제2018-0075726호(2018.07.05)Korean Patent Publication No. 2018-0075726 (2018.07.05) 한국등록특허 제0687085호(2007.02.20)Korean Patent Registration No. 0687085 (2007.02.20)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결과제는, 외부에서 유입되는 고온의 방전 기체를 보텍스 튜브(Vortex Tube) 구조를 통해 저온의 방전 기체로 변환시켜 플라즈마 제트 내부에 공급하도록 한 저온 플라즈마 장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention was conceived in consideration of the above points, and the problem of the present invention is to convert a high-temperature discharge gas flowing from the outside into a low-temperature discharge gas through a Vortex Tube structure to be placed inside the plasma jet. An object of the present invention is to provide a low-temperature plasma device to be supplied.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 저온 플라즈마 장치는, 접지되는 본체; 상기 본체 내부로 방전 기체가 공급된 상태에서 상기 본체 내부에 설치된 방전 전극에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 방전부재; 및 상기 본체의 단부에 연결되어 상기 본체로 공급된 압축 방전 기체를 고온 기류와 저온 기류를 분리하는 과정을 통해 냉각시킨 후 방전 존(zone)으로 공급하는 방전 기체 냉각부재;를 포함할 수 있다.A low-temperature plasma device according to the present invention for achieving the above object comprises: a main body to be grounded; A plasma discharge member for generating plasma by supplying power to a discharge electrode installed in the main body while the discharge gas is supplied into the main body; And a discharge gas cooling member connected to an end of the main body to cool the compressed discharge gas supplied to the main body through a process of separating a high-temperature airflow and a low-temperature airflow, and then supplying the compressed discharge gas to a discharge zone.

상기 방전 기체 냉각부재는, 몸체 일측에 압축 방전 기체가 유입되도록 형성된 유입구; 상기 유입구와 인접한 상기 몸체의 내부에 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 압축 방전 기체에 와류를 형성시켜 주변에서 열 이동이 일어나게 하는 와류 형성부; 상기 몸체의 내부 일단에 형성되어 상기 압축 방전 기체의 일부가 배출되면서 배출량을 조절하도록 조절밸브가 설치된 고온 방전 기체 배출구; 및 상기 몸체의 내부 타단에 형성되어 상기 고온 방전 기체 배출구로 배출되지 않은 일부 압축 방전 기체가 회송되면서 2차 와류를 형성하여 운동량 손실에 따라 온도가 저하된 압축 방전 기체가 배출되는 저온 방전 기체 배출구를 포함할 수 있다.The discharge gas cooling member may include an inlet formed to allow compressed discharge gas to flow into one side of the body; A vortex forming part formed inside the body adjacent to the inlet to form a vortex in the compressed discharge gas introduced through the inlet to cause heat transfer around the inlet; A high-temperature discharge gas outlet formed at one end of the body and provided with a control valve to control discharge while part of the compressed discharge gas is discharged; And a low-temperature discharge gas outlet through which the compressed discharge gas, which is formed at the other end of the body and is not discharged to the high-temperature discharge gas outlet, is returned to form a secondary vortex to discharge the compressed discharge gas whose temperature is lowered according to the loss of momentum. Can include.

상기 본체의 단부와 상기 방전 기체 냉각부재의 저온 방전 기체 배출구의 사이에 연결되는 접속부재가 더 구비되며, 상기 접속부재는 상기 방전 전극이 관통되면서 상기 본체의 단부가 연결되도록 일단에 형성된 제1 접속홀과, 상기 방전 기체 냉각부재의 저온 방전 기체 배출구가 연결되도록 타단에 형성된 제2 접속홀과, 상기 제1 접속홀과 상기 제2 접속홀이 연통되도록 형성된 공급관로, 및 상기 공급관로의 개폐량을 조절하는 개폐량 조절부를 포함할 수 있다.A connection member connected between the end of the body and the low-temperature discharge gas outlet of the discharge gas cooling member is further provided, and the connection member is a first connection formed at one end so that the end of the body is connected while the discharge electrode passes through. A second connection hole formed at the other end to connect the hole and the low-temperature discharge gas discharge port of the discharge gas cooling member, a supply pipe formed to communicate the first connection hole and the second connection hole, and an opening/closing amount of the supply pipe It may include an opening/closing amount control unit to adjust the.

상기 본체는 단부에 토출구의 직경이 다른 노즐이 교체 가능하도록 탈부착될 수 있다.The main body may be detachable so that nozzles having different diameters of the discharge ports can be replaced at the ends.

상기 본체의 단부 및 상기 방전 기체 냉각부재는 커버에 의해 마감될 수 있다.The end of the body and the discharge gas cooling member may be closed by a cover.

본 발명에 의하면, 외부에서 유입되는 방전 기체를 보텍스 튜브 구조의 방전 기체 냉각부재를 통과시켜 저온의 방전 기체로 변환시킨 후 플라즈마 제트 내부에 공급함으로써 방전 전극에서의 전류 저항으로 인한 전극의 온도가 상승하면서 가스 온도도 상승함에 따라 공정 수행시 열에 의한 피처리물 등의 손상을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, the discharge gas introduced from the outside is converted into a low-temperature discharge gas by passing through a discharge gas cooling member having a vortex tube structure, and then supplied to the inside of the plasma jet, thereby increasing the electrode temperature due to the current resistance in the discharge electrode In addition, as the gas temperature increases, there is an effect of preventing damage to the object to be processed due to heat during the process.

도 1은 본 발명의 저온 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 저온 플라즈마 장치를 도시한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 저온 플라즈마 장치를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 저온 플라즈마 장치의 방전 기체 냉각부재를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 방전 기체 냉각부재에서 몸체 길이 조절이 가능한 구조를 도시한 개략도이다.1 is a diagram schematically showing a low-temperature plasma apparatus of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a low-temperature plasma device of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a low-temperature plasma device of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a discharge gas cooling member of the low-temperature plasma device of the present invention.
5 is a schematic view showing a structure in which the length of the body can be adjusted in the discharge gas cooling member of FIG. 4.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.The above objects, features and other advantages of the present invention will become more apparent by describing in detail a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a low-temperature plasma device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 저온 플라즈마 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 저온 플라즈마 장치를 도시한 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 저온 플라즈마 장치를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 저온 플라즈마 장치의 방전 기체 냉각부재를 도시한 단면도이며, 도 5는 도 4의 방전 기체 냉각부재에서 몸체 길이 조절이 가능한 구조를 도시한 개략도이다.1 is a schematic view showing a low-temperature plasma device of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view showing a low-temperature plasma device of the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing a low-temperature plasma device of the present invention, Figure 4 A cross-sectional view showing a discharge gas cooling member of the low-temperature plasma device of the present invention, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a structure capable of adjusting the body length in the discharge gas cooling member of FIG. 4.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 저온 플라즈마 장치(100)는 본체(110), 유전체(120), 플라즈마 방전부재(130), 접속부재(140), 니플(150), 방전 기체 냉각부재(160) 및 커버(170a, 170b)를 포함한다.1 to 4, the low-temperature plasma apparatus 100 of the present invention includes a main body 110, a dielectric 120, a plasma discharge member 130, a connection member 140, a nipple 150, and discharge gas cooling. It includes a member 160 and covers 170a and 170b.

본체(110)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 내부가 중공 형성된 원통 형상으로 형성되며, 외주면에 삽입된 환형의 그라운드 링(122)을 통해 접지된다.The main body 110 is formed in a cylindrical shape with a hollow inside as shown in FIGS. 2 and 3 and is grounded through an annular ground ring 122 inserted into the outer circumferential surface.

한편, 본체(110) 중 피처리물(A)과 인접한 단부에 플라즈마(P)가 방사되는 노즐(138)이 구비된다. 이때, 노즐(138)은 압축 방전 기체의 토출 온도를 저하시키기 위해 방전 존(zone)인 토출구의 직경이 다른 노즐이 교체 가능하도록 나선 체결 방식에 의해 탈부착된다. 더욱이, 노즐(138)의 토출구 직경 즉, 방전 존의 사이즈(예컨대 5mm 이하)를 줄이게 되면 토출구 주위에서 방전율이 상승되면서 주변의 온도가 상승되는 현상을 방지할 수 있다.Meanwhile, a nozzle 138 through which plasma P is radiated is provided at an end of the main body 110 adjacent to the object A. At this time, the nozzle 138 is attached and detached by a helical fastening method so that nozzles having different diameters of discharge ports, which are discharge zones, can be replaced in order to lower the discharge temperature of the compressed discharge gas. Furthermore, when the diameter of the discharge port of the nozzle 138, that is, the size of the discharge zone (eg, 5 mm or less) is reduced, the discharge rate increases around the discharge port, thereby preventing the surrounding temperature from rising.

유전체(120)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본체(110)의 내부에 삽입되며, 플라즈마 방전부재(130)가 관통할 수 있도록 내부가 중공 형성된다.The dielectric 120 is inserted into the main body 110 as shown in FIGS. 2 and 3, and has a hollow interior so that the plasma discharge member 130 can pass therethrough.

이때, 유전체(120)는 세라믹 등의 재질로 형성되어 방전 불꽃이 플라즈마 방전부재(130) 외부를 향해 길게 형성되게 한다.At this time, the dielectric 120 is formed of a material such as ceramic so that the discharge spark is formed long toward the outside of the plasma discharge member 130.

플라즈마 방전부재(130)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본체(110) 내부로 방전 기체가 공급된 상태에서 본체(110) 내부에 설치된 방전 전극(132)에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키며, 방전 전극(132), 팁(134) 및 스크류(screw: 136)를 포함한다.The plasma discharge member 130 generates plasma by supplying power to the discharge electrode 132 installed inside the main body 110 while the discharge gas is supplied into the main body 110 as shown in FIGS. 2 and 3. And a discharge electrode 132, a tip 134, and a screw 136.

방전 전극(132)은 고전압(±)으로 인가시키도록 구비되며, 일단부가 본체(110) 및 유전체(120)를 거쳐 접속부재(140)의 제1 결속홀(142)을 관통하도록 하고, 타단부가 유전체(120)의 내부에 위치되도록 한다.The discharge electrode 132 is provided to apply a high voltage (±), and one end passes through the first binding hole 142 of the connection member 140 through the main body 110 and the dielectric 120, and the other end Is positioned inside the dielectric 120.

팁(134)은 원활한 초기 방전이 이루어질 수 있도록 방전 전극(132)의 단부에 결합되며, 다른 단부는 라운딩 형성된다.The tip 134 is coupled to an end of the discharge electrode 132 so as to facilitate initial discharge, and the other end is rounded.

그리고 팁(134)은 고온의 열 플라즈마 영역과 접하고 있기 때문에 녹는점이 높은 텅스텐 등의 재료로 제작되는 것이 바람직하다.In addition, since the tip 134 is in contact with a high-temperature thermal plasma region, it is preferable to be made of a material such as tungsten having a high melting point.

더욱이, 스크류(136)는 방전 전극(132)과 연결된 팁(134)의 단부에 삽입되어 외주면이 유전체(120)의 내주면에 밀착되도록 구비된다.Moreover, the screw 136 is inserted into the end of the tip 134 connected to the discharge electrode 132 so that the outer circumferential surface is in close contact with the inner circumferential surface of the dielectric 120.

접속부재(140)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본체(110)의 단부와 방전 기체 냉각부재(160)의 저온 방전 기체 배출구(166)의 사이에 연결되어 본체(110) 및 유전체(120)를 방전 기체 냉각부재(160)와 연결 및 고정시키는 홀더 기능을 한다.The connection member 140 is connected between the end of the main body 110 and the low-temperature discharge gas outlet 166 of the discharge gas cooling member 160 as shown in FIGS. 2 and 3 to provide the main body 110 and the dielectric ( It functions as a holder for connecting and fixing 120) with the discharge gas cooling member 160.

이때, 접속부재(140)는 방전 전극(132)의 단부가 관통되면서 본체(110)의 단부가 연결되도록 일단(도 3 기준 우측면)에 형성된 제1 접속홀(142)과, 방전 기체 냉각부재(160)의 저온 방전 기체 배출구(166)가 연결되도록 타단(도 3 기준 좌측면)에 형성된 제2 접속홀(144)과, 제1 접속홀(142)과 제2 접속홀(144)이 연통되도록 형성된 공급관로(146), 및 공급관로(146)의 개폐량을 조절하는 개폐량 조절부(148)를 포함한다.At this time, the connection member 140 has a first connection hole 142 formed at one end (right side as shown in FIG. 3) so that the end of the body 110 is connected while the end of the discharge electrode 132 passes through, and a discharge gas cooling member ( The second connection hole 144 formed at the other end (left side as shown in FIG. 3) so that the low-temperature discharge gas outlet 166 of 160 is connected, and the first connection hole 142 and the second connection hole 144 communicate with each other. It includes the formed supply pipe 146, and an opening and closing amount control unit 148 for adjusting the opening and closing amount of the supply pipe 146.

더욱이, 방전 전극(132)의 단부가 관통된 접속부재(140)의 제1 접속홀(142) 대향면에 방전 기체 냉각부재(160)와의 격벽을 형성하기 위한 절연체(149)가 구비되어 금속재인 방전 기체 냉각부재(160)로부터 방전 전극(132)에 전원을 인가하는 인가선의 합선을 방지하게 된다.Moreover, an insulator 149 for forming a partition wall with the discharge gas cooling member 160 is provided on a surface opposite to the first connection hole 142 of the connection member 140 through which the end of the discharge electrode 132 passes. A short circuit of an applied line applying power to the discharge electrode 132 from the discharge gas cooling member 160 is prevented.

개폐량 조절부(148)는 외주면에 나선이 형성되어 굴절 형성된 공급관로(146) 중 제2 접속홀(144)에서 직선 방향으로 형성된 관로의 개폐량을 조절하도록 관로의 내주면에 형성된 나선에 나선 체결된다.The opening/closing amount adjusting part 148 is a spirally formed on the outer circumferential surface of the supply pipe 146, which is bent, and is spirally fastened to the spiral formed on the inner circumferential surface of the pipe so as to control the opening and closing amount of the pipe formed in a linear direction in the second connection hole 144 do.

니플(nipple: 150)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 접속부재(140)의 저온 방전 기체 배출구(166)와 제2 접속홀(144)에 각각 나선 체결될 수 있도록 외주면 양단에 나선이 형성되고, 내부에 홀이 관통 형성된다.As shown in FIGS. 2 and 3, the nipple 150 has a spiral at both ends of the outer circumferential surface so that it can be spirally fastened to the low temperature discharge gas outlet 166 and the second connection hole 144 of the connection member 140, respectively. Is formed, and a hole is formed through it.

방전 기체 냉각부재(160)는 도 4에 도시된 바와 같이 접속부재(140)의 저온 방전 기체 배출구(166)에 체결된 니플(150)의 단부에 연결되어 본체(110)로 공급된 압축 방전 기체를 고온 기류와 저온 기류를 분리하는 과정을 통해 냉각시킨 후 본체(110)의 방전 존(zone)으로 공급하는 기능을 한다.The discharge gas cooling member 160 is connected to the end of the nipple 150 fastened to the low temperature discharge gas outlet 166 of the connection member 140 as shown in FIG. 4 and supplied to the main body 110. After cooling through the process of separating the high-temperature airflow and the low-temperature airflow, it functions to supply the main body 110 to a discharge zone.

이때, 방전 기체 냉각부재(160)는 몸체(161), 유입구(162), 와류 형성부(163), 고온 방전 기체 배출구(164), 조절밸브(165) 및 저온 방전 기체 배출구(166)가 세부적으로 포함된다.At this time, the discharge gas cooling member 160 includes a body 161, an inlet 162, a vortex forming part 163, a high-temperature discharge gas outlet 164, a control valve 165, and a low-temperature discharge gas outlet 166. Included as.

몸체(161)는 길이 방향으로 연장된 파이프 형상으로 내부에 홀이 관통 형성된다.The body 161 has a pipe shape extending in the longitudinal direction and a hole is formed therein.

이때, 몸체(161)는 도 5를 참조하면 양측으로 분할된 제1, 2 몸체(161a, 161b)로 구성되면서 제1, 2 몸체(161a, 161b)의 대향된 외주면에 나선 방향이 다른 나선돌기가 각각 형성된다. 그리고 제1, 2 몸체(161a, 161b)의 대향된에 형성된 나선돌기에 나선결합될 수 있도록 원통 형상의 회전부재(167)의 내주면 양쪽에 중심을 기점으로 나선 방향이 반대인 나선홈이 각각 형성되어 회전부재(167)를 어느 한 방향으로 회전시키면 제1, 2 몸체(161a, 161b)의 간격 조절이 가능하게 된다. 이때, 제1 몸체(161a)의 내주면에서 환형으로 돌출되는 돌기(B)가 형성되고 제2 몸체(161b)의 내주면에 돌기(B)가 위치될 수 있도록 홈(G)이 형성되어 제1, 2 몸체(161a, 161b)의 간격이 변경되어도 돌기(B)에 의해 제1, 2 몸체(161a, 161b)의 사이에 형성된 틈을 막을 수 있다.At this time, the body 161 is composed of first and second bodies 161a and 161b divided into both sides, referring to FIG. 5, and a helical protrusion having a different helical direction on the opposite outer circumferential surfaces of the first and second bodies 161a and 161b. Are formed respectively. In addition, spiral grooves in which the spiral direction is opposite from the center as the starting point are formed on both inner circumferential surfaces of the cylindrical rotating member 167 to be helically coupled to the spiral protrusions formed on opposite sides of the first and second bodies (161a, 161b). Thus, when the rotating member 167 is rotated in any one direction, the distance between the first and second bodies 161a and 161b can be adjusted. At this time, a protrusion (B) protruding in an annular shape from the inner circumferential surface of the first body (161a) is formed, and a groove (G) is formed so that the protrusion (B) can be located on the inner circumferential surface of the second body (161b). 2 Even if the spacing of the bodies 161a and 161b is changed, the gap formed between the first and second bodies 161a and 161b can be blocked by the protrusion B.

유입구(162)는 몸체(161)의 일측에 직교 방향으로 연결되어 압축기(도면에 미도시)에서 발생된 압축 방전 기체가 공급관(162a)을 통해 유입되도록 형성된다.The inlet 162 is connected to one side of the body 161 in an orthogonal direction and is formed so that the compressed discharge gas generated from the compressor (not shown in the drawing) is introduced through the supply pipe 162a.

와류 형성부(163)는 유입구(162)와 인접한 몸체(161)의 내주면에 단차지게 함몰 형태로 형성되어 유입구(161)를 통해 유입된 압축 방전 기체에 와류를 형성시켜 주변에서 열 이동이 일어나게 한다.The vortex forming part 163 is formed in a stepwise depression in the inner circumferential surface of the body 161 adjacent to the inlet 162 to form a vortex in the compressed discharge gas introduced through the inlet 161 so that heat transfer occurs in the surroundings. .

고온 방전 기체 배출구(164)는 몸체(161)의 내부 일단에 형성되어 고온의 방전 기체가 배출된다.The high-temperature discharge gas outlet 164 is formed at one end of the body 161 to discharge the high-temperature discharge gas.

조절밸브(165)는 고온 방전 기체 배출구(164)의 단부에 구비되어 압축 방전 기체의 일부가 배출되도록 배출량을 조절한다.The control valve 165 is provided at the end of the high-temperature discharge gas discharge port 164 to control the discharge amount so that a part of the compressed discharge gas is discharged.

즉, 조절밸브(165)는 저온 방전 기체 배출구(166)로 배출되는 냉기의 온도 및 풍량을 원하는 정도로 조정한다. 조절밸브(165)를 많이 열수록 열기의 배출이 늘어나고 냉기의 배출량이 감소한다(낮은 냉비 운전). 그리고 조절밸브(165)를 적게 열면 열기의 배출량은 감소하고 냉기의 토출량은 많아진다(높은 냉비 운전).That is, the control valve 165 adjusts the temperature and air volume of the cold air discharged to the low-temperature discharge gas outlet 166 to a desired degree. The more the control valve 165 is opened, the more heat is discharged and the cooler is discharged (low cooling operation). And when the control valve 165 is opened less, the discharge amount of heat decreases and the discharge amount of cold air increases (high cooling operation).

저온 방전 기체 배출구(166)는 몸체(161)의 내부 타단에 형성되어 고온 방전 기체 배출구(164)로 배출되지 않은 일부 압축 방전 기체가 회송되면서 2차 와류를 형성하여 운동량 손실에 따라 온도가 저하된 압축 방전 기체가 배출되게 한다.The low-temperature discharge gas outlet 166 is formed at the other end of the body 161 to form a secondary vortex while some compressed discharge gas not discharged to the high-temperature discharge gas outlet 164 is returned, thereby reducing the temperature according to the loss of momentum. Let the compressed discharge gas be discharged.

한편, 방전 기체 냉각부재(160)를 통해 압축공기를 구동 에너지원으로 사용하며 기계적 구동부 없이 냉풍과 온풍을 동시에 만들어 내는 과정을 설명하면 다음과 같다.On the other hand, the process of using compressed air as a driving energy source through the discharge gas cooling member 160 and generating cold and hot air at the same time without a mechanical driving unit will be described as follows.

즉, 압축 방전 기체가 공급관(162a) 및 유입구(162)를 통해 몸체(161) 내부로 유입되면 와류 형성부(163)의 안쪽측면에 접선방향으로 분사된다.That is, when the compressed discharge gas flows into the body 161 through the supply pipe 162a and the inlet 162, it is injected in a tangential direction to the inner side of the vortex forming part 163.

이렇게 분사된 압축 방전 기체는 회오리바람과 같은 1차 와류(vortex)를 형성하며 몸체(161)의 내주면을 타고 돌면서 고온 방전 기체 배출구(164) 쪽으로 이동한다.The compressed discharge gas injected in this way forms a primary vortex such as a whirlwind and moves toward the high-temperature discharge gas outlet 164 while rotating around the inner circumferential surface of the body 161.

그리고 고온 방전 기체 배출구(164)에 설치된 조절밸브(165)를 소량 개방하면 뜨거워진 공기가 일부 외부로 배출되고 배출되지 않은 나머지 공기는 다시 방향을 바꾸어 몸체(161)의 중심부를 따라 작은 2차 와류를 형성한 채 저온 방전 기체 배출구(166) 방향으로 역류한다. 역학의 법칙 중 각운동량 보존의 법칙에 의하면 회전반경이 큰 외곽을 회전하던 기체가 회전반경이 좁은 내부로 유입되어 순환하게 되면 회전 속도가 빨라져야 한다. And when a small amount of the control valve 165 installed in the high-temperature discharge gas outlet 164 is opened, some of the heated air is discharged to the outside, and the remaining air that has not been discharged changes direction again and a small secondary vortex flow along the center of the body 161 It flows back in the direction of the low-temperature discharge gas outlet 166 while forming. According to the law of conservation of angular momentum among the laws of mechanics, if the gas that was rotating around the outer side with a large radius of rotation flows into the inner side with a narrow radius of rotation and circulates, the rotation speed should be increased.

그러나 방전 기체 냉각부재(160)에서는 내부를 순환하는 공기의 회전각속도가 빨라지지 않고 외곽을 돌 때와 동일한데 이것은 내부의 2차 와류와 외곽의 1차 와류가 서로 마찰에 의하여 운동량을 주고받으며 동일한 각속도로 회전하려 하는 성질 때문이다. 그 결과 2차 와류는 운동량을 잃어버려(에너지를 잃어버림) 온도가 떨어진다. 반대로 2차 와류로부터 운동량을 얻은 외곽의 1차 와류는 뜨거워진다.However, in the discharge gas cooling member 160, the rotational angular speed of the air circulating inside is not accelerated and is the same as when it goes around the outside. This is the same as the internal secondary vortex and the outer primary vortex exchange momentum by friction with each other. This is because of the nature of trying to rotate at an angular speed. As a result, the secondary vortex loses its momentum (loss of energy) and the temperature drops. On the contrary, the outer first vortex that has obtained momentum from the second vortex becomes hot.

커버(170a, 170b)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본체(110)의 단부 및 방전 기체 냉각부재(160)의 양쪽에서 체결되어 본체(110)의 단부 및 방전 기체 냉각부재(160)를 마감한다. 이때, 커버(170a, 170b) 중 일측 커버(170a)에는 장치에 고정될 수 있도록 브래킷(172)이 설치될 수 있다.The covers 170a and 170b are fastened at both ends of the main body 110 and the discharge gas cooling member 160 as shown in FIGS. 2 and 3 so that the ends of the main body 110 and the discharge gas cooling member 160 Close. In this case, a bracket 172 may be installed on one of the covers 170a and 170b so as to be fixed to the device.

이와 같이 본 발명에 의한 저온 플라즈마 장치(100)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.As described above, the operation process of the low-temperature plasma apparatus 100 according to the present invention will be described as follows.

먼저, 피처리물(A) 표면에 플라즈마(P)를 조사하기 위해 플라즈마 방전부재(130)의 방전 전극(132)에 고전압(±)을 인가시키면 유전체(120) 장벽 방전에 의해, 유전체(120) 내에서 반응 기체가 안정적으로 플라즈마 점화되고, 발생된 플라즈마는 노즐(138)의 토출구를 통하여 외부로 분사된다. First, when a high voltage (±) is applied to the discharge electrode 132 of the plasma discharge member 130 in order to irradiate the plasma (P) on the surface of the object A, the dielectric 120 is caused by barrier discharge. ), the reaction gas is stably ignited by plasma, and the generated plasma is injected to the outside through the discharge port of the nozzle 138.

즉, 플라즈마(P) 조사를 위해 압축기에서 생성된 압축 방전 기체를 공급관(162a)을 통해 방전 기체 냉각부재(160)의 유입구(162)로 유입시키면 와류 형성부(163)의 안쪽측면에 접선방향으로 분사되면서 회오리바람과 같은 1차 와류를 형성하며, 몸체(161)의 내주면을 타고 돌면서 고온 방전 기체 배출구(164) 쪽으로 이동한다. 그리고 고온 방전 기체 배출구(164)에 설치된 조절밸브(165)를 통해 뜨거워진 공기가 일부 외부로 배출되고 배출되지 않은 나머지 공기는 다시 방향을 바꾸어 몸체(161)의 중심부를 따라 작은 2차 와류를 형성한 채 저온 방전 기체 배출구(166) 방향으로 역류한다. 다음으로, 2차 와류는 운동량을 잃어버려 온도가 저하되면서 저온의 방전 기체가 저온 방전 기체 배출구(166)로 배출되고, 반대로 2차 와류로부터 운동량을 얻은 외곽의 1차 와류는 온도가 상승되면서 고온의 방전 기체가 고온 방전 기체 배출구(164)로 배출된다.That is, when the compressed discharge gas generated by the compressor for plasma (P) irradiation is introduced into the inlet 162 of the discharge gas cooling member 160 through the supply pipe 162a, it is tangential to the inner side of the vortex forming part 163. It is sprayed to form a primary vortex such as a tornado, and moves toward the high-temperature discharge gas outlet 164 while rotating around the inner peripheral surface of the body 161. In addition, the heated air is partially discharged to the outside through the control valve 165 installed in the high-temperature discharge gas discharge port 164, and the remaining air that has not been discharged changes direction again to form a small secondary vortex along the center of the body 161. It flows backward in the direction of the low-temperature discharge gas discharge port 166. Next, the secondary vortex loses its momentum and the temperature decreases, and the low-temperature discharge gas is discharged to the low-temperature discharge gas outlet 166. Conversely, the outer primary vortex, which has obtained momentum from the secondary vortex, increases the temperature. The discharge gas of is discharged through the high-temperature discharge gas outlet 164.

다음으로, 저온 방전 기체 배출구(166)를 통해 배출된 저온의 방전 기체는 니플(150)을 통해 접속부재(140)의 제2 접속홀(144) 내부를 거쳐 유전체(120) 내부로 유동되면서 유전체(120) 내에서 반응 기체가 안정적으로 플라즈마 점화되고, 발생된 플라즈마는 노즐(138)의 토출구를 통하여 외부로 분사된다. Next, the low-temperature discharge gas discharged through the low-temperature discharge gas outlet 166 flows through the nipple 150 through the inside of the second connection hole 144 of the connection member 140 and into the dielectric 120 The reaction gas is stably plasma-ignited in 120, and the generated plasma is injected to the outside through the discharge port of the nozzle 138.

따라서, 본원발명의 저온 플라즈마 장치(100)에 방전 기체 냉각부재(160)를 설치하게 되면 압축기에서 제공되는 압축공기의 압력이 4bar인 것으로 가정하였을 때 반응 기체의 온도가 40~70℃ 수준을 유지하지만, 방전 기체 냉각부재(160)를 사용하지 않는 경우 반응 기체의 온도가 150~200℃ 수준을 유지하게 된다.Therefore, when the discharge gas cooling member 160 is installed in the low-temperature plasma apparatus 100 of the present invention, the temperature of the reaction gas is maintained at a level of 40 to 70°C assuming that the pressure of the compressed air provided from the compressor is 4 bar. However, when the discharge gas cooling member 160 is not used, the temperature of the reaction gas is maintained at a level of 150 to 200°C.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You can understand. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting.

100: 저온 플라즈마 장치 110: 본체
112: 그라운드 링 120: 유전체
130: 플라즈마 방전부재 132: 방전 전극
134: 팁 136: 스크류
140: 접속부재 150: 니플
160: 방전 기체 냉각부재 161: 몸체
162: 유입구 163: 와류 형성부
164: 고온 방전 기체 배출구 165: 조절밸브
166: 저온 방전 기체 배출구 170a, 170b: 커버
A: 피처리물 P: 플라즈마100: low temperature plasma device 110: main body
112: ground ring 120: dielectric
130: plasma discharge member 132: discharge electrode
134: tip 136: screw
140: connection member 150: nipple
160: discharge gas cooling member 161: body
162: inlet 163: vortex formation portion
164: high temperature discharge gas outlet 165: control valve
166: low-temperature discharge gas outlet 170a, 170b: cover
A: target object P: plasma

Claims (5)

접지되는 본체;
상기 본체 내부로 방전 기체가 공급된 상태에서 상기 본체 내부에 설치된 방전 전극에 전원을 공급하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 방전부재; 및
상기 본체의 단부에 연결되어 상기 본체로 공급된 압축 방전 기체를 고온 기류와 저온 기류를 분리하는 과정을 통해 냉각시킨 후 방전 존(zone)으로 공급하는 방전 기체 냉각부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 장치.
A grounded body;
A plasma discharge member for generating plasma by supplying power to a discharge electrode installed in the main body while the discharge gas is supplied into the main body; And
And a discharge gas cooling member connected to an end of the main body to cool the compressed discharge gas supplied to the main body through a process of separating a high-temperature airflow and a low-temperature airflow, and then supplying the compressed discharge gas to a discharge zone. Low temperature plasma device.
제1항에 있어서, 상기 방전 기체 냉각부재는,
몸체 일측에 압축 방전 기체가 유입되도록 형성된 유입구;
상기 유입구와 인접한 상기 몸체의 내부에 형성되어 상기 유입구를 통해 유입된 압축 방전 기체에 와류를 형성시켜 주변에서 열 이동이 일어나게 하는 와류 형성부;
상기 몸체의 내부 일단에 형성되어 상기 압축 방전 기체의 일부가 배출되면서 배출량을 조절하도록 조절밸브가 설치된 고온 방전 기체 배출구; 및
상기 몸체의 내부 타단에 형성되어 상기 고온 방전 기체 배출구로 배출되지 않은 일부 압축 방전 기체가 회송되면서 2차 와류를 형성하여 운동량 손실에 따라 온도가 저하된 압축 방전 기체가 배출되는 저온 방전 기체 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 장치.
The method of claim 1, wherein the discharge gas cooling member,
An inlet formed to introduce compressed discharge gas into one side of the body;
A vortex forming unit formed inside the body adjacent to the inlet to form a vortex in the compressed discharge gas introduced through the inlet to cause heat transfer around the inlet;
A high-temperature discharge gas outlet formed at one end of the body and provided with a control valve to control discharge while part of the compressed discharge gas is discharged; And
Includes a low-temperature discharge gas outlet through which the compressed discharge gas, which is formed at the other end of the body and is not discharged to the high-temperature discharge gas outlet, is returned to form a secondary vortex to discharge the compressed discharge gas whose temperature is lowered according to the loss of momentum. Low temperature plasma device, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 본체의 단부와 상기 방전 기체 냉각부재의 저온 방전 기체 배출구의 사이에 연결되는 접속부재가 더 구비되며,
상기 접속부재는 상기 방전 전극이 관통되면서 상기 본체의 단부가 연결되도록 일단에 형성된 제1 접속홀과, 상기 방전 기체 냉각부재의 저온 방전 기체 배출구가 연결되도록 타단에 형성된 제2 접속홀과, 상기 제1 접속홀과 상기 제2 접속홀이 연통되도록 형성된 공급관로, 및 상기 공급관로의 개폐량을 조절하는 개폐량 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 장치.
The method of claim 1,
A connection member connected between the end of the body and the low-temperature discharge gas outlet of the discharge gas cooling member is further provided,
The connection member includes a first connection hole formed at one end to connect the end of the main body while the discharge electrode passes through, a second connection hole formed at the other end to connect the low temperature discharge gas discharge port of the discharge gas cooling member, and the second connection hole. A low-temperature plasma apparatus comprising: a supply pipe formed so that the first connection hole and the second connection hole communicate with each other, and an opening/closing amount adjusting part for adjusting an opening/closing amount of the supply pipe.
제1항에 있어서,
상기 본체는 단부에 토출구의 직경이 다른 노즐이 교체 가능하도록 탈부착되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 장치.
The method of claim 1,
The main body is a low-temperature plasma apparatus, characterized in that the detachable so that nozzles having different diameters of the discharge ports can be replaced at the ends.
제1항에 있어서,
상기 본체의 단부 및 상기 방전 기체 냉각부재는 커버에 의해 마감되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 장치.
The method of claim 1,
The end portion of the main body and the discharge gas cooling member are closed by a cover.
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