KR20220036829A - 플라즈마 토치 및 플라즈마 토치의 구동 방법 - Google Patents

플라즈마 토치 및 플라즈마 토치의 구동 방법 Download PDF

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KR20220036829A
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Abstract

본 발명은 아크를 안정적으로 회전시킬 수 있는 플라즈마 토치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 토치는 반사판을 갖는 구동 전극, 방전 공간을 형성하는 접지된 접지 전극, 및 상기 접지 전극에서 상기 내측으로 돌출된 단차부를 포함하고, 상기 접지 전극에는 처리가스를 분사하는 처리가스 분사홀을 갖는 처리가스 공급부가 형성되고, 상기 처리가스 분사홀은 상기 구동 전극과 상기 단차부 사이에 위치할 수 있다.

Description

플라즈마 토치 및 플라즈마 토치의 구동 방법{PLASMA TORCH, AND S PLASMA TORCH OPERATING METHOD}
본 발명은 반도체 제조 공정 등에서 발생되는 다량의 파우더와 함께 배출되는 과불화화합물(PFCs)이나 휘발성 유기화합물(VOC)을 제거하기 위한 플라즈마 토치, 및 플라즈마 토치의 구동 방법에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 플라즈마로 고온의 반응을 유도하거나 고온의 환경을 만들어 주기 위해, 아크 플라즈마(Arc Plasma), 마이크로웨이브 플라즈마(Microwave Plasma), 용량결합 플라즈마(Capacitively Coupled Plasma) 및 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 등의 기술이 사용된다. 이 기술들은 각 기술에 따른 장점과 단점 및 플라즈마 발생을 위한 반응기에서 구조적인 차이점을 가진다.
플라즈마 토치는 막대형 전극을 갖는 구조와 관형상의 할로우 전극을 갖는 구조가 알려져 있다. 막대형 전극 또는 할로우 전극을 갖는 플라즈마 토치의 경우, 아크가 집중되면 전극이 과도하게 식각되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 목적은 아크를 안정적으로 회전시킬 수 있는 플라즈마 토치를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 아크의 집중을 방지하고 전극의 식각을 최소화할 수 있는 플라즈마 토치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 토치는 방전 공간을 형성하며 접지된 접지 전극, 상기 접지 전극의 길이방향 일측 단부에 결합되며 방전 전압으로 대전된 구동 전극, 처리가스를 분사하는 처리가스 분사홀을 갖는 처리가스 공급부를 포함하고, 상기 구동 전극은 상기 처리가스를 반사시키는 반사판을 갖는 반사판을 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 토치는 상기 접지 전극에서 상기 내측으로 돌출된 단차부를 더 포함하고, 상기 처리가스 분사홀은 상기 구동 전극과 상기 단차부 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 구동 전극과 상기 접지 전극 사이에는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 반사판은 외측의 처리가스를 내측으로 이동시키는 오목부를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 반사판은 내측으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 깔때기부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 반사판은 상기 깔때기부의 내측에 형성된 평판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 처리가스 공급부는 처리가스가 유입되는 처리가스 유입부, 상기 처리가스 유입부와 연결되어 상기 구동 전극의 둘레방향으로 이어진 처리가스 통로를 더 포함하고, 상기 처리가스 분사홀은 소용돌이(와류, 볼텍스)를 형성하도록 상기 구동 전극의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 처리가스 분사홀은 상기 단차부와 인접하게 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 접지 전극은 상기 단차부의 상류측에 위치하는 제1 튜브와 상기 단차부의 하류측에 위치하는 제2 튜브를 포함하고, 상기 제2 튜브의 최대 내경은 상기 제1 튜브의 최소 내경보다 더 작게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제1 튜브의 외측에는 상기 구동 전극과 상기 접지 전극 사이로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 깔때기부의 내측에는 원뿔대 형상으로 돌출된 가이드 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 깔때기부의 내측에는 액체 또는 기체의 공급을 위한 공급 홀이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 토치의 구동 방법은 구동 전극에 전압을 인가하여 아크를 생성하는 아크 형성 단계, 반응가스를 상기 구동 전극과 접진 전극 사이로 주입하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 단계, 및 처리 가스를 회전시키면서 주입하여 처리가스를 상기 구동 전극에 형성된 반사판으로 반사시키는 처리가스 반사 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 처리가스 반사 단계는, 내측으로 돌출된 단차부와 인접하게 처리 가스를 주입하여 상기 구동 전극을 향하여 처리가스를 회전시키면서 이동시키는 역방향 볼텍스 형성 단계와 상기 구동 전극으로 처리가스를 반사시켜서 상기 제2 접지 전극을 향하여 이동시키는 정방향 볼텍스 형성 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 정방향 볼텍스 형성 단계는 상기 정방향 볼텍스를 상기 역방향 볼텍스의 내부로 이동시킬 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 토치는 단차부가 형성되어 처리가스를 역방향으로 이동시켜 역방향 볼텍스를 형성할 수 있으며, 구동 전극이 반사판을 포함하므로 처리가스를 반사시켜서 정방향 볼텍스를 형성할 수 있다. 또한, 처리가스가 회전함에 따라 아크가 안정적으로 회전될 수 있다. 또한, 역방향 볼텍스와 정방향 볼텍스에 의하여 처리가스가 플라즈마 발생 영역 내에 체류하는 시간이 증가하므로 처리가스 처리 효율이 형상될 수 있다. 또한, 역방향 볼텍스는 반응기 외벽을 감싸기 때문에 플라즈마로 인해 발생하는 열이 벽면을 통해 외부로 빠져나가는 것을 방지하여 반응기의 열 효율을 증대시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 전극을 도시한 절개 사시도이다.
도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 4는 도 1에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치의 내부 유동을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 구동 전극을 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제1 접지 전극의 일부를 도시한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 구동 전극을 도시한 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 전극을 도시한 절개 사시도이며, 도 3은 도 1에서 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 잘라 본 단면도이고, 도 4는 도 1에서 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 잘라 본 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치(101)는 아크(AC)와 반응가스에 의하여 형성되는 고온의 플라즈마를 이용하여 처리가스를 분해한다. 플라즈마 토치(101)는 방전 전압으로 대전된 구동 전극(110), 접지된 접지 전극(120)과 접지 전극(120)에서 내측으로 돌출된 단차부(125)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 구동 전극(110)과 접지 전극(120)은 관 형상으로 이루어지며, 이에 따라 플라즈마 토치(101)는 공동형(hollow type) 플라즈마 토치로 이루어진다.
접지 전극(120)은 내부에 방전 공간(DS)을 형성하는 관 형상으로 이루어진다. 접지 전극(120)은 전기적으로 접지되며, 절연부재(119)를 매개로 구동 전극과 절연된다. 접지 전극(120)은 구동 전극(110)에 형성된 홈과 공간적으로 연결된다
접지 전극(120)은 제1 튜브(121)와 제2 튜브(122)를 포함할 수 있다. 제1 튜브(121)와 제2 튜브(122)는 단차부(125)에 의하여 구분될 수 있다. 단차부(125)는 반응가스의 배출 방향을 기준으로 하류측이 상류측보다 더 돌출되도록 형성된다.
이에 따라, 제1 튜브(121)는 단차부(125)의 상류측에 위치하고, 제2 튜브(122)는 단차부의 하류측에 위치할 수 있다. 또한, 제2 튜브(122)의 내경은 제1 튜브(121)의 내경보다 더 작게 형성될 수 있는데, 보다 자세하게는 제2 튜브(122)의 최대 내경은 제1 튜브(121)의 최소 내경보다 더 작게 형성될 수 있다.
제1 튜브(121)의 외측에는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부(150)와 제1 튜브(121)를 냉각하는 제1 냉각부(171)와 처리가스를 공급하는 처리가스 공급부(160)가 형성된다.
반응가스 공급부(150)는 구동 전극(110)과 접지 전극(120) 사이로 방전 개시 유동을 형성하는 반응가스를 공급한다. 여기서 반응가스는 질소, 이산화탄소 등으로 이루어질 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 처리가스의 일부가 처리가스 유입부(162)에서 분기되어 반응가스 공급부(152)로 주입될 수 있으며, 이 경우에 처리가스가 반응가스로서 역할을 한다.
반응가스 공급부(150)는 접지 전극(120)의 둘레 방향으로 이어진 반응가스 통로(151)와 반응가스 통로(151)에 반응가스를 공급하는 반응가스 공급관(152)과 반응가스 통로(151)와 연결되어 반응가스를 분사하는 반응가스 분사홀(153)을 포함할 수 있다. 반응가스 분사홀(153)은 접지 전극(120)의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어져 회전 유동을 형성한다. 이에 따라 반응가스 분사홀(153)은 접지 전극(120)의 반경방향에 대하여 경사지게 이어진다.
제1 냉각부(171)는 냉각수가 이동하는 제1 냉각수 통로(171a)와 제1 냉각수 통로(171a)에 냉각수를 공급하는 제1 냉각수 공급관(171b)과 제1 냉각수 통로(171a)에서 냉각수를 배출시키는 제1 냉각수 배출관(171c)을 포함할 수 있다.
처리가스 공급부(160)는 처리가스를 제1 튜브(121)의 내부로 분사하되 볼텍스를 형성하도록 처리가스를 공급한다. 여기서 처리가스는 과불화화합물을 포함하는 분해대상 가스를 의미한다.
처리가스 공급부(160)는 처리가스가 유입되는 관으로 이루어진 처리가스 유입부(162), 처리가스 유입부(162)와 연결되며 처리가스를 분배하는 처리가스 통로(161), 처리가스 통로(161)와 연결되어 방전 공간(DS)으로 처리가스를 분사하는 처리가스 분사홀(163)을 포함할 수 있다.
처리가스 유입부(162)는 관 형상으로 이루어지며, 처리가스 통로(161)에 처리가스를 공급한다. 처리가스 유입부(162)는 처리가스 통로(161)와 연결되는 챔버(165)를 포함할 수 있다.
처리가스 통로(161)는 접지 전극(120)의 둘레 방향으로 이어져 형성되며, 처리가스 분사홀(163)은 처리가스 통로(161)와 제1 튜브(121)의 내부 공간을 연결한다. 복수의 처리가스 분사홀(163)은 접지 전극(120)의 둘레 방향으로 이격 배치되며, 처리가스 분사홀(163)은 회전 유동을 유도할 수 있도록 접지 전극(120)의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어질 수 있다.
이에 따라 처리가스 분사홀(163)은 반경방향에 대하여 경사지게 이어진다. 처리가스 분사홀(163)은 단차부(125)와 인접하게 배치되며, 처리가스 분사홀(163)에서 분사된 처리가스는 역방향 볼텍스(RV)를 형성하면서 구동 전극(110)으로 이동한다. 처리가스 분사홀(163)은 단차부(125)와 구동 전극(110) 사이에 위치하며, 처리가스 분사홀(163)은 단차부(125) 보다 구동 전극(110)에 더 가깝게 위치한다.
제2 튜브(122)는 내부에 방전 공간(DS)을 형성하는 관 형상으로 이루어지며, 제2 튜브(122)의 길이방향 단부에는 플라즈마 배출되는 토출구(123)가 형성된다. 단차부(125)는 제2 튜브(122)의 선단에 형성되고, 이를 위해서 제2 튜브(122)의 최대 내경은 제1 튜브(121)의 최소 내경 보다 더 작게 형성된다.
단차부(125)는 제2 튜브(121)의 선단에서 내측으로 돌출된 턱으로 이루어지며, 제1 튜브(121)의 둘레방향으로 이어져 형성된다. 단차부(126)는 처리가스 분사홀(163)보다 더 하류측에 위치한다. 여기서 하류라 함은 플라즈마가 분사되는 방향을 기준으로 하류측에 위치함을 의미한다. 즉, 구동 전극(110)과 인접한 부분을 상류라 하고, 제2 튜브(122)와 인접한 부분을 하류라 할 수 있다.
제2 튜브(122)에는 제2 튜브(122)의 냉각을 위한 제2 냉각부(172)와 제3 냉각부(173)가 형성된다. 제2 냉각부(172)는 단차부(125)의 내부에 형성되어 단차부(125)를 냉각한다. 제2 냉각부(172)는 냉각수가 이동하는 공간을 갖는 제2 냉각수 통로(172a)와 제2 냉각수 통로(172a)에 냉각수를 공급하는 제2 냉각수 공급관(172b)과 제2 냉각수 통로(172a)에서 냉각수를 배출시키는 제2 냉각수 배출관(172c)을 포함할 수 있다. 제2 냉각수 통로는 접지 전극(120)의 둘레 방향으로 이어져 형성될 수 있다.
제3 냉각부(173)는 제2 튜브(122)의 길이방향으로 이어지되, 제2 튜브(122)를 감싸도록 형성된 제3 냉각수 통로(173a)와 제3 냉각수 통로(173a)에 냉각수를 공급하는 제3 냉각수 공급관(173b)과 제3 냉각수 통로(173a)에서 냉각수를 배출시키는 제3 냉각수 배출관(173c)을 포함할 수 있다.
구동 전극(110)은 접지 전극(120)의 길이방향 일측 단부에 절연부재(119)를 매개로 결합되며 기 설정된 방전 전압으로 대전된다. 구동 전극(110)은 처리가스를 반사시키는 반사판(112)과 반사판(112)과 결합되어 내부에 냉각 공간(115)을 형성하는 덮개판(113)을 포함한다. 또한 구동 전극(110)에는 냉각수 유입 포트(115a)와 냉각수 배출 포트(115b)가 연결될 수 있다. 냉각수 유입 포트(115a)와 냉각수 배출 포트(115b)는 절연부재를 관통하여 냉각 공간(115)에 연결된다. 절연부재(119)는 구동 전극을 감싸도록 형성되며, 세라믹으로 이루어질 수 있다.
반사판(112)에는 처리가스를 내측으로 이동시키는 오목부(114)가 형성된다. 반사판(112)은 내측으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 깔때기부(116)와 깔때기부(116)의 내측에 형성되며 평판(117)을 포함할 수 있다. 깔때기부(116)는 원뿔대 형상의 홈으로 이루어지며, 평판(117)은 원판으로 이루어질 수 있다. 이에 따라 반사판(112)은 외측에서 구동 전극으로 이동하는 역방향 볼텍스(RV)를 내측으로 유도하고, 반사시켜서 정방향 볼텍스(FV)를 형성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 처리가스 공급부(160)에서 분사된 처리가스는 단차부(125)에 의하여 제2 튜브(122)로 이동하지 못하고, 구동 전극(110)으로 이동하는 역방향 볼텍스(RV)를 형성한다. 역방향 볼텍스(RV)가 구동 전극(110)과 만나면 반사판(112)에 의하여 내측으로 유도되고 반사되어 회전 반경이 작은 정방향 볼텍스(FV)를 형성한다. 정방향 볼텍스(FV)는 회전하면서 역방향 볼텍스(RV)의 내부로 이동하고, 제2 튜브(122)를 통과한 후에 배출된다.
이와 같이 처리가스가 역방향 볼텍스(RV)를 형성한 후에 반사되어 정방향 볼텍스(FV)를 형성하면, 아크를 더욱 안정적으로 회전시킬 수 있을 뿐만 아니라 처리가스가 고온의 영역에서 체류하는 시간이 증가하여 처리가스가 보다 확실하게 열분해될 수 있다. 또한, 전극 내벽을 상대적으로 온도가 낮은 역방향 볼텍스(RV)가 감싸고 있기 때문에 전극 구조물을 통한 외부로의 열손실을 최소화할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 전압이 인가되면 초기에 고전압으로 대전된 구동 전극(110)과 접지된 제1 튜브(121) 사이에 작은 길이를 갖는 아크(AC)가 형성되며, 아크(AC)는 역방향 볼텍스(RV) 및 반응가스에 의하여 회전할 수 있다. 또한 아크(AC)는 정방향 볼텍스(FV)에 의하여 회전하면서 길이가 연장되는데, 아크(AC)의 길이방향 일측 단부인 제1 아크점(AP1)은 구동 전극(110)에 형성되고, 아크(AC)의 길이방향 타측 단부인 제2 아크점(AP2)은 제2 튜브(122)의 하단에 형성될 수 있다. 제1 아크점(AP1)은 평판(117)에 위치할 수 있으며, 특히 깔때기부(116)와 평판(117)이 연결된 부분에 위치할 수 있다. 아크(AC)의 회전에 따라 제1 아크점(AP1)은 평판(117)의 둘레 방향으로 이동하고, 제2 아크점(AP2)은 제2 튜브(122)의 둘레 방향으로 이동할 수 있다. 이에 따라 구동 전극(110) 및 제2 튜브(122)가 과도하게 식각되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치의 구동 방법에 대해서 설명한다. 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 및 도 6을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 플라즈마 토치 구동 방법은 아크 형성 단계(S101), 플라즈마 생성 단계(S102), 처리가스 반사 단계(S103)를 포함할 수 있다.
아크 형성 단계(S101)는 구동 전극(110)에 전압을 인가하여 구동 전극(110)과 접지 전극(120)을 연결하는 아크(AC)를 형성한다. 전압은 교류(AC) 또는 직류(DC) 형태로 인가될 수 있다. 플라즈마 생성 단계(S102)는 반응가스를 구동 전극(110)과 접지 전극(120) 사이로 주입하여 플라즈마를 생성한다. 여기서 반응가스는 질소, 이산화탄소 및 불활성 가스로 이루어질 수 있으며, 플라즈마 생성 단계(S102)에서 반응가스는 회전 유동을 유발할 수 있도록 접지 전극(120)의 중심에 대하여 편심된 방향으로 분사된다.
처리가스 반사 단계(S103)는 처리 가스를 회전시키면서 주입하여 처리가스를 구동 전극(110)에 형성된 반사판(112)으로 반사시킨다. 처리가스 반사 단계(S103)는 제1 튜브(121)와 제2 튜브(122) 사이에 형성된 단차부(125)와 인접하게 처리 가스를 주입하여 구동 전극(110)을 향하여 처리가스를 회전시키면서 이동시키는 역방향 볼텍스 형성 단계와 구동 전극(110)으로 처리가스를 반사시켜서 제2 튜브(122)를 향하여 이동시키되 역방향 볼텍스(RV)의 내부로 이동하는 정방향 볼텍스(FV)를 형성하는 정방향 볼텍스 형성 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치에 대해서 설명한다. 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치를 도시한 단면도이다.
도 7을 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 플라즈마 토치(102)는 자석부재(180)를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다. 제2 접지 전극(120)의 외주면에는 자석부재(180)가 설치되며 자석부재(180)는 관 형상으로 이루어질 수 있다. 자석부재(180)는 영구자석으로 이루어지거나 전자석으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 자석부재(180)가 설치되면 아크(AC)에 로렌츠의 힘이 작용하여 아크(AC)가 보다 용이하게 회전할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마 토치에 대해서 설명한다. 도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 구동 전극을 도시한 단면도이다.
도 8을 참조하여 설명하면, 본 제3 실시예에 따른 플라즈마 토치는 구동 전극을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
구동 전극(110)은 반사판(112)과 반사판(112)과 결합되어 내부에 냉각 공간(115)을 형성하는 덮개판(113)을 포함한다. 반사판(112)에는 처리가스를 내측으로 이동시키는 오목부(114)가 형성된다. 반사판(112)은 내측으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 깔때기부(116)와 깔때기부(116)의 내측에 형성된 가이드 돌기(118)를 포함할 수 있다. 가이드 돌기(118)는 접지 전극(120)을 향하여 돌출되며, 원뿔대 형상으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 구동 전극(110)에 원뿔대 형상의 가이드 돌기(118)가 형성되면 처리가스가 깔때기부(116)에 의하여 유도되어 내측으로 이동하고, 다시 가이드 돌기(118)에 의하여 유도되어 회전하면서 반사될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마 토치에 대해서 설명한다. 도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 제1 접지 전극의 일부를 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하여 설명하면, 본 제4 실시예에 따른 플라즈마 토치는 단차부를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
단차부(126)는 접지 전극(120)의 내면에서 내측으로 돌출되며, 처리가스 분사홀(163)보다 더 하류측에 위치한다. 여기서 하류라 함은 플라즈마가 분사되는 방향을 기준으로 하류측에 위치함을 의미한다. 즉, 구동 전극(110)과 인접한 부분을 상류라 하고, 제2 튜브(122)과 인접한 부분을 하류라 할 수 있다.
단차부(126)는 내측으로 갈수록 구동 전극(110)을 향하여 돌출되게 형성될 수 있다. 이에 따라 단차부(126)에는 구동 전극(110)을 향하여 돌출된 경사면(127)이 형성될 수 있다. 이와 같이 단차부(126)가 구동 전극(110)을 향하여 돌출되게 형성되면, 단차부(126)가 처리가스를 밀어서 구동 전극으로 이동시킬 수 있을 뿐만 아니라 처리가스가 구동 전극(110)으로 이동하지 못하고 단차부(126)의 내측에서 하류측으로 누설되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마 토치에 대해서 설명한다. 도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 구동 전극을 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하여 설명하면, 본 제5 실시예에 따른 플라즈마 토치는 구동 전극을 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 플라즈마 토치와 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구성에 대한 중복 설명은 생략한다.
구동 전극(110)은 반사판(112)과 반사판(112)과 결합되어 내부에 냉각 공간(115)을 형성하는 덮개판(113)을 포함한다. 반사판(112)에는 처리가스를 내측으로 이동시키는 오목부(114)가 형성된다. 반사판(112)은 내측으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 깔때기부(116)와 깔때기부(116)의 내측에 형성된 공급 홀(119)을 포함할 수 있다. 공급 홀(119)은 반사판(112) 및 덮개판(113)을 관통하도록 형성될 수 있다. 공급 홀(119)을 통해서 액체 또는 기체가 공급될 수 있는데, 공급 홀(119)을 통해서 반응가스 또는 처리가스가 분사될 수 있다. 또한, 공급 홀(119)을 통해서 물이 분사될 수도 있다.
이와 같이 공급 홀(119)이 형성되면 역방향 볼텍스가 더욱 용이하게 형성될 뿐만 아니라 처리가스 처리 효율이 향상될 수 있다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
101: 플라즈마 토치 110: 구동 전극
112: 반사판 113: 덮개판
114: 오목부 115: 냉각 공간
116: 깔때기부 117: 평판
118: 가이드 돌기 119: 절연부재
120: 접지 전극 121: 제1 튜브
122: 제2 튜브 125, 126: 단차부
150: 반응가스 공급부 151: 반응가스 통로
152: 반응가스 공급관 153: 반응가스 분사홀
160: 처리가스 공급부 161: 처리가스 통로
162: 처리가스 유입부 163: 처리가스 분사홀
171: 제1 냉각부 172: 제2 냉각부
173: 제3 냉각부 180: 자석부재

Claims (15)

  1. 방전 공간을 형성하며 접지된 접지 전극;
    상기 접지 전극의 길이방향 일측 단부에 결합되며 방전 전압으로 대전된 구동 전극; 및
    처리가스를 분사하는 처리가스 분사홀을 갖는 처리가스 공급부;
    를 포함하고,
    상기 구동 전극은 상기 처리가스를 반사시키는 반사판을 갖는 플라즈마 토치.
  2. 제 1항에 있어
    상기 접지 전극에서 상기 내측으로 돌출된 단차부를 더 포함하고,
    상기 처리가스 분사홀은 상기 구동 전극과 상기 단차부 사이에 위치하는 플라즈마 토치.
  3. 제 2항에 있어
    상기 구동 전극과 상기 접지 전극 사이에는 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 반사판은 외측의 처리가스를 내측으로 이동시키는 오목부를 갖는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 반사판은 내측으로 갈수록 내경이 점진적으로 감소하는 깔때기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 반사판은 상기 깔때기부의 내측에 형성된 평판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 처리가스 공급부는 처리가스가 유입되는 처리가스 유입부, 상기 처리가스 유입부와 연결되어 상기 구동 전극의 둘레방향으로 이어진 처리가스 통로를 더 포함하고, 상기 처리가스 분사홀은 소용돌이를 형성하도록 상기 구동 전극의 중심에 대하여 편심된 방향으로 이어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 처리가스 분사홀은 상기 단차부와 인접하게 배치된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  9. 제5 항에 있어서,
    상기 접지 전극은 상기 단차부의 상류측에 위치하는 제1 튜브와 상기 단차부의 하류측에 위치하는 제2 튜브를 포함하고, 상기 제2 튜브의 내경은 상기 제1 튜브의 내경보다 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 튜브의 외측에는 상기 구동 전극과 상기 접지 전극 사이로 반응가스를 공급하는 반응가스 공급부가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 깔때기부의 내측에는 원뿔대 형상으로 돌출된 가이드 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  12. 제5 항에 있어서,
    상기 깔때기부의 내측에는 액체 또는 기체의 공급을 위한 공급 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  13. 구동 전극에 전압을 인가하여 아크를 생성하는 아크 형성 단계;
    반응가스를 상기 구동 전극과 접지 전극 사이로 주입하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 생성 단계; 및
    처리 가스를 회전시키면서 주입하여 처리가스를 상기 구동 전극에 형성된 반사판으로 반사시키는 처리가스 반사 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치의 구동 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 처리가스 반사 단계는, 내측으로 돌출된 단차부와 인접하게 처리 가스를 주입하여 상기 구동 전극을 향하여 처리가스를 회전시키면서 이동시키는 역방향 볼텍스 형성 단계와
    상기 구동 전극으로 처리가스를 반사시켜서 상기 제2 접지 전극을 향하여 이동시키는 정방향 볼텍스 형성 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치의 구동 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 정방향 볼텍스 형성 단계는 상기 정방향 볼텍스를 상기 역방향 볼텍스의 내부로 이동시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치의 구동 방법.
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