KR20210155623A - 플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각수를 순환시켜서 반응 본체와 마그네틱 코어를 냉각시킬 수 있는 플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법에 관한 것으로서, 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체; 상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어; 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록; 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및 상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;을 포함할 수 있다.

Description

플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법{Plasma reaction apparatus and its cooling method}
본 발명은 플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각수를 순환시켜서 반응 본체와 마그네틱 코어를 냉각시킬 수 있는 플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법에 관한 것이다.
플라즈마 방전은 이온, 자유 래디컬, 원자, 분자를 포함하는 활성 가스를 발생하기 위한 가스 여기에 사용되고 있다. 활성 가스는 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며 대표적으로 반도체 제조 공정 예들 들어, 식각, 증착, 세정, 에싱 등 다양하게 사용되고 있다.
최근, 반도체 장치의 제조를 위한 웨이퍼나 LCD 글라스 기판은 더욱 대형화 되어 가고 있다. 그러므로 플라즈마 이온 에너지에 대한 제어 능력이 높고, 대면적의 처리 능력을 갖는 확장성이 용이한 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
이러한, 플라즈마를 이용한 반도체 제조 공정에서 원격 플라즈마의 사용은 매우 유용한 것으로 알려져 있다.
예를 들어, 공정 챔버의 세정이나 포토레지스트 스트립을 위한 에싱 공정에서 유용하게 사용되고 있다. 그런데 피처리 기판의 대형화에 따라 공정 챔버의 볼륨도 증가되고 있어서 고밀도의 활성 가스를 충분히 원격으로 공급할 수 있는 플라즈마 소스가 요구되고 있다.
한편, 원격 플라즈마 반응기(또는 원격 플라즈마 발생기라 칭함)는 변압기 결합 플라즈마 소스(transformer coupled plasma source)를 사용한 것과 유도 결합 플라즈마 소스(inductively coupled plasma source)를 사용한 것이 있다. 변압기 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 토로이달 구조의 반응기 몸체에 일차 권선 코일을 갖는 마그네틱 코어가 장착된 구조를 갖는다. 유도 결합 플라즈마 소스를 사용한 원격 플라즈마 반응기는 중공형 튜브 구조의 반응기 몸체에 유도 결합 안테나가 장착된 구조를 갖는다.
예컨대, 플라즈마 반응기로 주입된 가스가 전기적인 힘에 의하여 가스 형태의 물질을 이온, 자유 라디칼, 원자, 분자를 포함하는 플라즈마 형태로 만들고 이러한 플라즈마는 일정 거리만큼 떨어진 곳에서 식각, 증착, 세정등 다양한 목적으로 사용되고 있다.
대한민국 특허공개 제10-2016-0129304호에 기재된 바와 같이, 종래의 플라즈마 반응기는, 유도기전력이 발생되는 마그네틱 코어에 냉각키트를 구비하여 마그네틱 코어의 과열을 방지하고 전력 손실을 줄일 수 있는 기술이 개발된 바 있다.
그러나, 이러한 종래의 플라즈마 반응기는, 냉각수의 냉각 라인이 반응 본체 및 마그네틱 코어의 내부 및 외부에 골고루 형성되지 못하고, 가열된 냉각수가 팽창하여 밀도의 차이에 의해 자연 대류되는 현상을 이용하지 못하여 냉각 효율이 크게 떨어지며, 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력을 정확하게 제어할 수 없어서 플라즈마 발생 효율 역시 떨어뜨리는 등 많은 문제점들이 있었다.
또한, 종래의 플라즈마 반응기는, 플라즈마 미발생시 즉, 대기 모드시에도 냉각수를 플라즈마 모드시와 동일하게 흐르게 하여 플라즈마 가열원이 사라진 상태에서 급격하게 반응기가 과냉각되고, 이로 인하여 내부에서 파티클이 발생되거나 플라즈마 점화시 반응 본체의 온도 저하에 따른 점화 실패 현상이 발생되거나 플라즈마 유지 실패 현상이 발생되는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 상대적으로 저온인 쿨링 블록에서는 열대류 현상에 역행하도록 냉각수의 흐름을 하방으로 유도하고, 상대적으로 고온인 반응 본체에서는 열대류 현상에 순응하도록 냉각수의 흐름을 상방으로 유도하여 냉각 효율을 최적화할 수 있고, 대기 모드에서는 냉각수의 유량을 줄이거나, 냉각수의 온도를 올리거나, 압력을 줄이는 등 반응 본체 또는 마그네틱 코어의 과냉각을 방지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 플라즈마 점화율 및 유지율을 높일 수 있게 하는 플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 플라즈마 반응 장치는, 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체; 상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어; 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록; 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및 상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 쿨링 블록은, 상기 반응 본체의 전방 또는 상기 마그네틱 코어의 전방에 설치되는 전방 블록; 및 상기 반응 본체의 후방 또는 상기 마그네틱 코어의 후방에 설치되는 후방 블록;을 포함하고, 상기 냉각수 순환 라인은, 일단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 상방 유입구와 연결되는 제 1 냉각 라인; 일단부가 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 상방 유입구와 연결되는 제 2 냉각 라인; 일단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 1 본체 하방 유입구와 연결되는 제 3 냉각 라인; 일단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 2 본체 하방 유입구와 연결되는 제 4 냉각 라인; 일단부가 상기 반응 본체의 제 3 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 5 냉각 라인; 및 일단부가 상기 반응 본체의 제 4 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 6 냉각 라인;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 반응 장치는, 상기 커넥팅 블록에 설치되고, 적어도 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 측정하는 측정 센서; 및 상기 측정 센서로부터 측정 신호를 인가받아서 적어도 상기 냉각수의 유량 제어 신호, 온도 제어 신호, 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하는 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 플라즈마 발생시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어를 플라즈마 모드 온도로 제어할 수 있는 플라즈마 모드 온도 제어부; 및 대기시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어를 대기 모드 온도로 제어할 수 있는 대기 모드 온도 제어부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 플라즈마 모드 온도 제어부는, 플라즈마 발생시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 과열을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 제 1 유량으로 제어하는 제 1 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 제 1 온도로 제어할 수 있는 제 1 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 제 1 압력으로 제어할 수 있는 제 1 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하고, 상기 대기 모드 온도 제어부는, 대기시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 과냉각을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 상기 제 1 유량 보다 적은 제 2 유량으로 제어하는 제 2 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 제어할 수 있는 제 2 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력으로 제어할 수 있는 제 2 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 제 2 유량 제어 신호는 유량 제어 밸브에 인가되고, 상기 제 2 온도 제어 신호는 상기 냉각수를 냉각시키는 칠러 또는 냉각 장치에 인가되며, 상기 제 2 압력 제어 신호는 유압 펌프에 인가될 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 플라즈마 반응 장치의 냉각 방법은, 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체; 상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어; 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록; 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및 상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;을 포함하는, 플라즈마 반응 장치의 냉각 방법에 있어서, 상기 냉각수를 먼저 상기 쿨링 블록의 상방에서 하방으로 흐르게 하여 1차로 열교환이 이루어지게 하고, 이어서 상기 반응 본체의 하방에서 상방으로 흐르게 하여 2차로 열교환이 이루어지게 하며, 상기 커넥팅 블록을 이용하여 수거된 상기 냉각수를 순환시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 반응 장치 및 이의 냉각 방법에 따르면, 상대적으로 저온인 쿨링 블록에서는 열대류 현상에 역행하도록 냉각수의 흐름을 하방으로 1차로 유도하고, 상대적으로 고온인 반응 본체에서는 열대류 현상에 순응하도록 냉각수의 흐름을 상방으로 2차로 유도하여 냉각 효율을 최적화할 수 있고, 대기 모드에서는 냉각수의 유량을 줄이거나, 냉각수의 온도를 올리거나, 압력을 줄이는 등 반응 본체 또는 마그네틱 코어의 과냉각을 방지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 플라즈마 점화율 및 유지율을 높일 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 반응 장치의 냉각수 순환 상태를 나타내는 유체 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)를 나타내는 외관 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 플라즈마 반응 장치의 냉각수 순환 상태를 나타내는 유체 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)는, 크게 반응 본체(10)와, 마그네틱 코어(20)와, 쿨링 블록(30)과, 커넥팅 블록(40) 및 냉각수 순환 라인(L)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 반응 본체(10)는, 토로이달 형태, 즉 변압기 결합 형태의 리모트 플라즈마 발생 장치(RPG, remote plasma generator)를 이용할 수 있는 것으로서, 일측에 가스 유입부(10a)가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부(10b)가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 냉각수(PCW: Process Cooling Water)가 흐를 수 있도록 본체 냉각 유로(C1)가 형성될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 반응 본체(10)는, 상기 반응 본체(10)의 일부분에 형성되는 제 1 부분(상부) 및 상기 반응 본체(10)의 타부분에 형성되고, 점화 기전력이 형성되도록 상기 제 1 부분과 대응되게 형성되는 제 2 부분(하부)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 반응 본체(10)를 상술된 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분, 즉 2 피스로 형성하는 이유는, 상기 반응 본체(10)의 상기 제 1 부분과 상기 제 2 부분 사이에 플라즈마 방전을 점화시키고, 이를 유지시키기 위한 점화 기전력 또는 유지 기전력을 형성하기 위해서 일 수 있다.
즉, 상기 제 1 부분은 상기 반응 본체(10)의 상부에 형성된 상부 분지관이고, 상기 제 2 부분은 상기 반응 본체(10)의 하부에 형성되는 하부 합지관일 수 있다. 이러한 상기 상부 분지관과 상기 하부 합지관 사이에는, 도시하지 않았지만, 별도의 절연 부재 또는 실링 부재가 설치될 수 있다.
따라서, 세정 가스 또는 정화전 배기 가스는 상기 제 1 부분의 입구를 통해 상기 반응 본체(10)로 유입되고, 상기 반응 본체(10)의 내부에서 플라즈마 이온화되거나 또는 배기 가스가 정화되어 상기 제 2 부분의 출구를 통해 세정 가스 또는 정화된 배기 가스가 배출될 수 있다.
즉, 본 발명의 플라즈마 반응 장치(100)는 공정 챔버의 세정용도로 사용되거나, 또는 배기 가스의 정화용도로도 사용될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 마그네틱 코어(20)는, 상기 반응 본체(10)의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선(미도시)을 갖는 구조체일 수 있다.
따라서, 이러한 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 상기 일차 권선에 의해 상기 마그네틱 코어(20)에 유도기전력이 형성되면, 상기 반응 본체(10)에 환형의 플라즈마 방전 루프가 발생될 수 있다. 여기서, 상기 반응 본체(10)의 내부로 별도의 반응 가스가 공급될 수 있다.
이 때, 각종 챔버(미도시)의 반응 가스 또는 배기 가스가 상기 반응 본체(10)로 유입되면, 플라즈마 에너지를 인가받아 플라즈마 상태로 여기되거나 또는 유해한 성분들이 산화 등의 반응으로 인해 연소되거나 정화될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 챔버는 예를 들어, 포토레지스트를 제거하는 애싱(ashing) 챔버일 수 있고, 절연막을 증착시키도록 구성된 CVD(Chemical Vapor Deposition) 챔버일 수 있고, 인터커넥트 구조들을 형성하기 위해 절연막에 애퍼쳐(aperture)들이나 개구들을 에칭하도록 구성된 에칭 챔버일 수 있다. 또는 장벽(barrier) 막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있으며, 금속막을 증착시키도록 구성된 PVD 챔버일 수 있다.
한편, 예컨대, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 쿨링 블록(30)은, 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로(C2)가 형성되는 구조체일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 쿨링 블록(30)은, 상기 반응 본체(10)의 전방 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 전방에 설치되는 전방 블록(31) 및 상기 반응 본체(10)의 후방 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 후방에 설치되는 후방 블록(32)을 포함할 수 있다.
따라서, 상기 쿨링 블록(20)은 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 외면과 열적으로 접촉되어 열교환이 이루어지게 할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 커넥팅 블록(40)은, 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관(P11)과 제 1 출수관(P12)이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관(P21)과 제 2 출수관(P22)이 형성되는 구조체일 수 있다.
따라서, 상기 커넥팅 블록(40)은, 상기 냉각수가 유체인 점을 고려하고, 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력을 동시에 한 곳에서 측정할 수 있도록 하나의 블록 몸체에 상술된 상기 제 1 입수관(P11)과 상기 제 1 출수관(P12)과, 상기 제 2 입수관(P21) 및 상기 제 2 출수관(P22)이 형성될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 순환 라인(L)은, 상기 커넥팅 블록(40)을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록(30)의 상기 블록 냉각 유로(C2)를 거친 다음, 상기 반응 본체(10)의 상기 본체 냉각 유로(C1)를 통과하여 상기 커넥팅 블록(40)으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록(40)과, 상기 쿨링 블록(30) 및 상기 반응 본체(10) 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환관 또는 냉각수 순환 호스나 튜브일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉각수 순환 라인(L)은, 일단부가 상기 커넥팅 블록(40)의 상기 제 1 출수관(P12)에 연결되고, 타단부가 상기 전방 블록(31)의 제 1 블록 상방 유입구(B1)와 연결되는 제 1 냉각 라인(L1)과, 일단부가 상기 제 1 출수관(P12)에 연결되고, 타단부가 상기 후방 블록(32)의 제 2 블록 상방 유입구(B2)와 연결되는 제 2 냉각 라인(L2)과, 일단부가 상기 전방 블록(31)의 제 1 블록 하방 배출구(B3)에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체(10)의 제 1 본체 하방 유입구(B4)와 연결되는 제 3 냉각 라인(L3)과, 일단부가 상기 후방 블록(32)의 제 2 블록 하방 배출구(B5)에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체(10)의 제 2 본체 하방 유입구(B6)와 연결되는 제 4 냉각 라인(L4)과, 일단부가 상기 반응 본체(10)의 제 3 본체 상방 배출구(B7)에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록(40)의 상기 제 2 입수관(P21)에 연결되는 제 5 냉각 라인(L5) 및 일단부가 상기 반응 본체(10)의 제 4 본체 상방 배출구(B8)에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록(40)의 상기 제 2 입수관(P21)에 연결되는 제 6 냉각 라인(L6)을 포함할 수 있다.
따라서, 상술된 상기 냉각수 순환 라인(L)을 이용해서 상기 냉각수를 먼저 상기 쿨링 블록(30)의 상방에서 하방으로 흐르게 함으로써 1차로 열교환이 이루어지게 하고, 이어서 상기 반응 본체(10)의 하방에서 상방으로 흐르게 하여 2차로 열교환이 이루어지게 하며, 상기 커넥팅 블록(40)을 이용하여 수거된 상기 냉각수를 순환시킬 수 있다.
그러므로, 상대적으로 저온인 상기 쿨링 블록(30)에서는 열대류 현상에 역행하도록 냉각수의 흐름을 하방으로 1차로 유도하고, 상대적으로 고온인 상기 반응 본체(10)에서는 열대류 현상에 순응하도록 냉각수의 흐름을 상방으로 2차로 유도하여 냉각 효율을 최적화할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치(100)는, 상기 커넥팅 블록(40)에 설치되고, 적어도 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 측정하는 측정 센서(S) 및 상기 측정 센서(S)로부터 측정 신호를 인가받아서 적어도 상기 냉각수의 유량 제어 신호, 온도 제어 신호, 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하는 제어부(50)를 더 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 측정 센서(S)는 상기 커넥팅 블록(40)에 설치되는 적어도 상기 냉각수의 유량을 측정할 수 있는 유량 센서(S1), 상기 냉각수의 온도를 측정할 수 있는 온도 센서(S2), 상기 냉각수의 압력을 측정할 수 있는 압력 센서(S3) 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 이루어질 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(50)는, 플라즈마 발생시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)를 플라즈마 모드 온도로 제어할 수 있는 플라즈마 모드 온도 제어부(51) 및 대기시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)를 대기 모드 온도로 제어할 수 있는 대기 모드 온도 제어부(52)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 플라즈마 모드 온도 제어부(51)는, 플라즈마 발생시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 과열을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 제 1 유량으로 제어하는 제 1 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 제 1 온도로 제어할 수 있는 제 1 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 제 1 압력으로 제어할 수 있는 제 1 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력할 수 있다.
또한, 상기 대기 모드 온도 제어부(52)는, 대기시 상기 반응 본체(10) 또는 상기 마그네틱 코어(20)의 과냉각을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 상기 제 1 유량 보다 적은 제 2 유량으로 제어하는 제 2 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 제어할 수 있는 제 2 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력으로 제어할 수 있는 제 2 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력할 수 있다.
여기서, 이러한 상기 제어부들은 마이크로 프로세서나, 중앙 처리 장치나, CPU, 기판 등 각종 전자 부품 형태나, 각종 회로 형태나 각종 프로그램 형태나, 전기적인 신호의 형태로 이루어질 수 있는 것으로서, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 제 2 유량 제어 신호는 유량 제어 밸브(V)에 인가되고, 상기 제 2 온도 제어 신호는 상기 냉각수를 냉각시키는 칠러 또는 냉각 장치(C)에 인가되며, 상기 제 2 압력 제어 신호는 유압 펌프(P)에 인가될 수 있다.
따라서, 플라즈마가 발생되지 않는 대기 모드에서는 플라즈마 가열원이 없는 만큼 냉각수의 유량을 줄이거나, 냉각수의 온도를 올리거나, 압력을 줄이는 등 반응 본체 또는 마그네틱 코어의 과냉각을 방지하여 파티클의 발생을 방지할 수 있고, 플라즈마 점화율 및 유지율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 플라즈마 반응 장치의 냉각 방법은, 상술된 플라즈마 반응 장치(100)를 이용하는 것으로서, 상기 냉각수를 먼저 상기 쿨링 블록(30)의 상방에서 하방으로 흐르게 하여 1차로 열교환이 이루어지게 하고, 이어서 상기 반응 본체(10)의 하방에서 상방으로 흐르게 하여 2차로 열교환이 이루어지게 하며, 상기 커넥팅 블록(40)을 이용하여 수거된 상기 냉각수를 순환시키는 방법일 수 있다.
그러므로, 모든 냉각수의 흐름을 상방으로만 흘릴 수 없기 때문에 상대적으로 낮은 온도에서는 냉각수를 하방으로 흐르게 하고, 상대적으로 높은 온도에서는 냉각수를 상방으로 흐르게 하여 열대류를 최대한 활용함으로써 냉각 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 반응 본체
10a: 가스 유입부
10b: 플라즈마 배출부
C1: 본체 냉각 유로
20: 마그네틱 코어
30: 쿨링 블록
C2: 블록 냉각 유로
40: 커넥팅 블록
P11: 제 1 입수관
P12: 제 1 출수관
P21: 제 2 입수관
P22: 제 2 출수관
L: 냉각수 순환 라인
31: 전방 블록
32: 후방 블록
L1: 제 1 냉각 라인
L2: 제 2 냉각 라인
L3: 제 3 냉각 라인
L4: 제 4 냉각 라인
L5: 제 5 냉각 라인
L6: 제 6 냉각 라인
B1: 제 1 블록 상방 유입구
B2: 제 2 블록 상방 유입구
B3: 제 1 블록 하방 배출구
B4: 제 1 본체 하방 유입구
B5: 제 2 블록 하방 배출구
B6: 제 2 본체 하방 유입구
B7: 제 3 본체 상방 배출구
B8: 제 4 본체 상방 배출구
S: 측정 센서
50: 제어부
51: 플라즈마 모드 온도 제어부
52: 대기 모드 온도 제어부
V: 유량 제어 밸브
C: 냉각 장치
P: 유압 펌프
100: 플라즈마 반응 장치

Claims (7)

  1. 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체;
    상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어;
    상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록;
    제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및
    상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;
    을 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쿨링 블록은,
    상기 반응 본체의 전방 또는 상기 마그네틱 코어의 전방에 설치되는 전방 블록; 및
    상기 반응 본체의 후방 또는 상기 마그네틱 코어의 후방에 설치되는 후방 블록;을 포함하고,
    상기 냉각수 순환 라인은,
    일단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 상방 유입구와 연결되는 제 1 냉각 라인;
    일단부가 상기 제 1 출수관에 연결되고, 타단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 상방 유입구와 연결되는 제 2 냉각 라인;
    일단부가 상기 전방 블록의 제 1 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 1 본체 하방 유입구와 연결되는 제 3 냉각 라인;
    일단부가 상기 후방 블록의 제 2 블록 하방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 반응 본체의 제 2 본체 하방 유입구와 연결되는 제 4 냉각 라인;
    일단부가 상기 반응 본체의 제 3 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 5 냉각 라인; 및
    일단부가 상기 반응 본체의 제 4 본체 상방 배출구에 연결되고, 타단부가 상기 커넥팅 블록의 상기 제 2 입수관에 연결되는 제 6 냉각 라인;
    을 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 커넥팅 블록에 설치되고, 적어도 상기 냉각수의 유량, 온도, 압력 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 측정하는 측정 센서; 및
    상기 측정 센서로부터 측정 신호를 인가받아서 적어도 상기 냉각수의 유량 제어 신호, 온도 제어 신호, 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하는 제어부;
    를 더 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    플라즈마 발생시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어를 플라즈마 모드 온도로 제어할 수 있는 플라즈마 모드 온도 제어부; 및
    대기시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어를 대기 모드 온도로 제어할 수 있는 대기 모드 온도 제어부;
    를 포함하는, 플라즈마 반응 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라즈마 모드 온도 제어부는,
    플라즈마 발생시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 과열을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 제 1 유량으로 제어하는 제 1 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 제 1 온도로 제어할 수 있는 제 1 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 제 1 압력으로 제어할 수 있는 제 1 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하고,
    상기 대기 모드 온도 제어부는,
    대기시 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 과냉각을 방지할 수 있도록 적어도 상기 냉각수의 유량을 상기 제 1 유량 보다 적은 제 2 유량으로 제어하는 제 2 유량 제어 신호, 상기 냉각수의 온도를 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도로 제어할 수 있는 제 2 온도 제어 신호, 상기 냉각수의 압력을 상기 제 1 압력 보다 낮은 제 2 압력으로 제어할 수 있는 제 2 압력 제어 신호 및 이들의 조합들 중 어느 하나 이상을 선택하여 출력하는, 플라즈마 반응 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 유량 제어 신호는 유량 제어 밸브에 인가되고, 상기 제 2 온도 제어 신호는 상기 냉각수를 냉각시키는 칠러 또는 냉각 장치에 인가되며, 상기 제 2 압력 제어 신호는 유압 펌프에 인가되는, 플라즈마 반응 장치.
  7. 일측에 가스 유입부가 형성되고, 타측에 플라즈마 배출부가 형성되며, 내부에 환형 루프 공간이 형성되며, 내부에 본체 냉각 유로가 형성되는 반응 본체; 상기 반응 본체의 적어도 일부분을 둘러싸는 형상으로 형성되고, 상기 환형 루프 공간 내의 상기 가스를 여기시켜서 플라즈마를 발생시킬 수 있도록 일차 권선을 갖는 마그네틱 코어; 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어의 외부에 설치되고, 상기 반응 본체 또는 상기 마그네틱 코어와 열적으로 접촉되며, 내부에 블록 냉각 유로가 형성되는 쿨링 블록; 제 1 온도의 냉각수가 공급될 수 있도록 일측에 제 1 입수관과 제 1 출수관이 형성되고, 상기 제 1 온도 보다 높은 제 2 온도의 냉각수가 수거될 수 있도록 타측에 제 2 입수관과 제 2 출수관이 형성되는 커넥팅 블록; 및 상기 커넥팅 블록을 통해 유입된 상기 냉각수가 먼저 상기 쿨링 블록의 상기 블록 냉각 유로를 거친 다음, 상기 반응 본체의 상기 본체 냉각 유로를 통과하여 상기 커넥팅 블록으로 다시 회수될 수 있도록 상기 커넥팅 블록과, 상기 쿨링 블록 및 상기 반응 본체 사이에 각각 설치되는 냉각수 순환 라인;을 포함하는, 플라즈마 반응 장치의 냉각 방법에 있어서,
    상기 냉각수를 먼저 상기 쿨링 블록의 상방에서 하방으로 흐르게 하여 1차로 열교환이 이루어지게 하고, 이어서 상기 반응 본체의 하방에서 상방으로 흐르게 하여 2차로 열교환이 이루어지게 하며, 상기 커넥팅 블록을 이용하여 수거된 상기 냉각수를 순환시키는, 플라즈마 반응 장치의 냉각 방법.
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