KR20220113468A - 활성 가스 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는, 활성 가스의 생성량을 저하시키지 않고, 급전 공간에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모한 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 그리고, 본 개시의 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서의 하우징(7)은 중앙 저면 영역(78)의 외주를 따라서 마련되고, 형성 높이가 중앙 저면 영역(78)보다 높은 주변 단차 영역(79)을 갖고 있다. 주변 단차 영역(79) 상에 마련되는 고압 전극용 유전체 막(1)에 의해, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)을 포함하는 활성 가스 생성 공간 사이의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련된다. 하우징(7)의 외부에 마련되는 진공 펌프(15)는, 급전 공간(8)을 진공 상태로 설정하고 있다.

Description

활성 가스 생성 장치

본 개시는, 평행 평판 방식의 유전체 배리어 방전으로 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치에 관한 것이다.

방전 공간을 포함하는 활성 가스 생성 공간과 급전 공간(교류 전압 인가 공간)의 가스의 흐름을 분리한 활성 가스 생성 장치로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 활성 가스 생성 장치가 있다.

이 활성 가스 생성 장치에서는, 제1 및 제2 보조 부재에 의해, 활성 가스 생성 공간과 급전 공간의 가스의 흐름을 분리하고 있다.

국제 공개 제2019/138456호

종래의 활성 가스 생성 장치는, 활성 가스 생성 공간과 급전 공간 사이에서 가스의 흐름을 분리함으로써, 급전 공간에서 발생한 절연 파괴에 의한 오염을 활성 가스 생성 공간으로 가져오지 않는다고 하는 이점이 얻어진다. 또한, 절연 파괴에 의한 오염이란, 예를 들어 급전 공간을 형성하는 금속 하우징 등의 금속 표면에서 절연 파괴가 일어나면, 금속의 증발·이온화를 초래하는 결과, 반도체의 오염 원인이 되는 것을 의미하고 있다. 이하, 방전 공간을 포함하는 활성 가스 생성 공간과 급전 공간 사이에서 가스의 흐름을 분리한 구조를 단순히 「가스 분리 구조」라고 칭하는 경우가 있다.

이와 같이, 종래의 활성 가스 생성 장치는, 가스 분리 구조를 가짐으로써, 급전 공간 내의 절연 파괴에 의한 오염의 영향을 활성 가스 생성 공간이 받지 않도록, 방지할 수 있다. 그러나, 급전 공간 내에 절연 파괴가 발생하는 것은, 활성 가스를 생성하기 위하여 투입된 방전용 인가 전압(방전용 에너지)의 일부가 급전 공간 내의 절연 파괴에 의해 사용되어 버리게 된다.

즉, 급전 공간 내의 절연 파괴의 발생에 의해, 방전용 인가 전압(전력)이 여분으로 소비되는 만큼, 방전 공간에 인가되는 방전 전압(전력)이 저하되기 때문에, 활성 가스 생성용의 에너지 효율이 나빠진다.

예를 들어, 100W의 방전용 인가 전력이 활성 가스 생성 장치에 투입되었다고 해도, 급전 공간 내에 있어서의 절연 파괴의 발생에 의해 20W의 전력이 여분으로 소비된 경우, 활성 가스를 생성하기 때문에, 방전 공간에서 사용되는 방전 전력은 80W로 저하되어 버린다.

이와 같이, 종래의 활성 가스 생성 장치는, 급전 공간에 있어서의 절연 파괴에 수반하여, 활성 가스 발생용의 에너지 효율이 나빠지기 때문에, 활성 가스의 생성량이 저하된다는 문제점이 있었다.

상기 문제점을 해소하기 위해, 급전 공간에 있어서의 절연 파괴를 방지하기 위한 방법으로서, 급전 공간의 압력을 높게 하는, 예를 들어 급전 공간의 압력을 대기압의 10배로 하는 제1 대응책이 생각된다. 그러나, 제1 대응책을 채용한 경우, 급전 공간과 활성 가스 생성 공간의 차압(압력차)이 증가하기 때문에, 차압을 받는 부재(예를 들어, 고압측의 전극용 유전체 막)에 가해지는 힘이 강해져, 차압을 받는 부재가 파손될 우려가 있다.

이하, 본 명세서에 있어서, 차압을 받는 부재를 단순히 「차압 수용 부재」라고 칭하고, 차압에 의해 차압 수용 부재에 가해지는 힘을 단순히 「차압 인가력」이라고 칭하는 경우가 있다.

차압 수용 부재인 고압측의 전극용 유전체 막의 파손을 방지하기 위해서, 고압측의 전극용 유전체 막의 막 두께를 두껍게 한다고 하는 제2 대응책이 생각된다.

이와 같이, 급전 공간의 절연 내성을 향상시키고, 또한, 활성 가스의 생성량을 증가시키기 위해서는, 상술한 제1 및 제2 대응책을 모두 채용할 필요가 있다.

한편, 고압 급전체(4)도 차압 수용 부재이지만, 고압 급전체(4)는 고압 전극용 유전체 막(1)과 비교하여 견고한 금속제이다. 또한, 금속제인 고압 급전체(4)는 사이즈가 자유롭게 변경 가능하다. 이 때문에, 고압 급전체(4)는 차압 인가력에 의해 파손되는 일은 없다.

그러나, 제1 및 제2 대응책을 모두 채용하는 것은 바람직한 것은 아니다. 그 이유를 이하에서 설명한다.

차압 수용 부재의 하나인 고압측의 전극용 유전체 막은, 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 공간에 전계를 통과시키는 부재이기도 하기 때문에, 전극용 유전체 막의 막 두께 증가에 수반하여, 전극용 유전체 막의 상면, 하면 간의 전압인 차압 수용 전압이 증가한다. 즉, 전극용 유전체 막의 막 두께를 증가시키면, 방전용 인가 전압에 있어서의 차압 수용 전압의 비율을 증가시키게 된다.

이와 같이, 종래의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 차압 수용 부재가 되는 전극용 유전체 막의 막 두께를 두껍게 하면, 차압 수용 전압이 증가하는 만큼, 방전 공간에 걸리는 방전 전압이 저하되어 버리게 된다. 방전 전압의 저하에 수반하여 방전 전력도 저하된다.

그 결과, 종래의 활성 가스 생성 장치는, 제1 및 제2 대응책을 병용하면, 방전용 인가 전압이 일정한 경우, 전극용 유전체 막의 막 두께를 증가시키는 만큼, 방전 전력이 감소하기 때문에, 활성 가스의 생성량이 감소한다는 문제점이 있었다.

한편, 활성 가스의 생성량을 증가시키기 위해서, 방전용 인가 전압을 증가시키면, 그것에 수반하여, 급전 공간의 압력을 보다 높게 하여 급전 공간에 있어서의 절연 내성을 향상시킬 필요가 있다. 그러나, 급전 공간의 압력을 보다 높게 하면, 전극용 유전체 막에 걸리는 차압 인가력이 더 커지기 때문에, 그만큼, 전극용 유전체 막의 막 두께를 증가시킬 필요가 발생해 버린다.

전술한 바와 같이, 전극용 유전체 막의 막 두께를 증가시키는 것은, 활성 가스의 생성량의 감소를 초래하게 된다. 이와 같이, 종래의 활성 가스 생성 장치에 있어서, 방전용 인가 전압을 증가시키는 것과, 전극용 유전체 막의 막 두께를 두껍게 하는 것은, 활성 가스의 생성량(방전 전력)에 관하여, 상반되는 효과를 발휘하고 있다.

즉, 「전극용 유전체 막의 막 두께를 두껍게 한다」라고 하는 상기 제2 대응책은, 활성 가스의 생성량의 저하를 초래한다는 마이너스 요인이 있기 때문에, 상기 제1 및 제2 대응책의 조합에 의해, 활성 가스의 생성량의 저하를 억제하는 것은 매우 곤란해진다.

이와 같이, 종래의 활성 가스 생성 장치는, 활성 가스의 생성량을 저하시키지 않고, 급전 공간에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모할 수 없다고 하는 문제점이 있었다.

본 개시에서는, 상기와 같은 문제점을 해결하고, 활성 가스의 생성량을 저하 시키지 않고, 급전 공간에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모한 활성 가스 생성 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 방전 공간에 원료 가스를 공급함으로써, 상기 원료 가스를 활성화하여 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치이며, 제1 전극용 유전체 막과, 상기 제1 전극용 유전체 막의 하방에 마련되는 제2 전극용 유전체 막과, 상기 제1 전극용 유전체 막의 상면 상에 형성되고, 도전성을 갖는 제1 급전체와, 상기 제2 전극용 유전체 막의 하면 상에 형성되는 제2 급전체를 구비하고, 상기 제1 급전체에 교류 전압이 인가 되고, 상기 제2 급전체가 접지 전위로 설정되며, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체 막이 대향하는 유전체 공간 내에 상기 방전 공간이 포함되고, 상기 제2 전극용 유전체 막은, 상기 활성 가스를 하방에 분출하기 위한 가스 분출 구멍을 갖고, 상기 활성 가스 생성 장치는 도전성을 갖고, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체 막 그리고 상기 제1 및 제2 급전체를 수용하는 하우징을 더 구비하고, 상기 하우징의 내부에 있어서 상기 제1 급전체의 상방에 급전 공간이 마련되고, 상기 하우징은, 외부로부터 상기 원료 가스를 받는 원료 가스 도입구와, 상기 원료 가스를 상기 방전 공간에 공급하기 위한 가스 중계 영역과, 상기 가스 분출 구멍으로부터 분출되는 상기 활성 가스를 하방에 분출하기 위한 하우징용 가스 분출 구멍을 갖고, 상기 원료 가스 도입구로부터 상기 가스 중계 영역 및 상기 방전 공간을 거쳐서 상기 하우징용 가스 분출 구멍에 이르는 공간이 활성 가스 생성 공간으로서 규정되고, 상기 하우징과 상기 제1 전극용 유전체 막에 의해, 상기 활성 가스 생성 공간과 상기 급전 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련되고, 상기 활성 가스 생성 장치는, 상기 하우징의 외부에 마련되고, 상기 급전 공간을 진공 상태로 설정하는 진공 펌프를 더 구비한다.

본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 활성 가스 생성 공간과 급전 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조를 갖고 있다.

본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 진공 펌프에 의해 급전 공간을 진공 상태로 설정함으로써, 급전 공간에 비교적 강한 절연 내성을 갖게 할 수 있다.

이때, 급전 공간과 방전 공간의 차압은 방전 공간과 동일 정도가 된다. 따라서, 방전 공간의 압력을 낮게 함으로써, 제1 전극용 유전체 막이 받는 차압 인가력을 낮게 억제할 수 있기 때문에, 제1 전극용 유전체 막의 막 두께를 필요 이상으로 두껍게 할 필요성은 없다.

그 결과, 본 개시의 활성 가스 생성 장치는, 활성 가스의 생성량을 저하시키지 않고, 급전 공간에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모할 수 있는 효과를 발휘한다.

본 개시의 목적, 특징, 국면 및 이점은, 이하의 상세한 설명과 첨부 도면에 의해, 보다 명백해진다.

도 1은, 실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.
도 2는, 도 1에서 도시한 고전압 인가 전극부, 고압 급전체, 접지 전극용 유전체 막 및 접지 급전체 각각의 전체 구조를 도시하는 사시도이다.
도 3은, 도 1에서 도시한 하우징의 평면 구조를 도시하는 평면도이다.
도 4는, 실시 형태 2인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다.
도 5는, 도 4에서 도시한 고전압 인가 전극부, 고압 급전체, 접지 전극용 유전체 막, 접지 급전체, 냉각 배관 각각의 전체 구조를 도시하는 사시도이다.
도 6은, 도 4에서 도시한 고압 급전체에 포함되는 냉매 경로 구조체의 구성을 도시하는 설명도(그의 1)이다.
도 7은, 고압 급전체에 포함되는 냉매 경로 구조체의 구성을 도시하는 설명도(그의 2)이다.

<본 개시의 원리>

급전 공간과 활성 가스 생성 공간이 분리된 가스 분리 구조를 갖는 활성 가스 생성 장치에 있어서, 급전 공간을 진공 상태로 설정함으로써, 급전 공간에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모하고, 급전 공간에 있어서의 절연 파괴를 방지하는 것을 본 개시의 기본 원리로 하고 있다.

급전 공간을 진공 상태로 했을 경우, 급전 공간의 압력을 대기압 근방 압력 분위기화로 한 경우에 비하여, 절연 내성(절연 내력)은 우수하다. 또한, 「급전 공간에 있어서의 절연 내력」이란, 「급전 공간이 절연 파괴를 일으키는 일 없이, 급전 공간에 인가할 수 있는 전계의 한계치」를 의미한다.

한편, 급전 공간을 비진공 상태로 하여, 진공 시의 절연 내력 상당의 절연 내력을 얻으려고 하는 경우, 급전 공간에 있어서의 분위기 압력을 높게 할 필요가 있다. 예를 들어, 급전 공간의 압력을 대기압의 10배 정도로 설정할 필요가 있다.

급전 공간의 압력을 대기압의 10배 정도로 설정했을 경우, 급전 공간과 방전 공간 사이에 발생하는 차압(압력차)이 커진다. 그 결과, 차압 수용 부재인 고압측의 전극용 유전체 막에 비교적 큰 차압 인가력이 작용한다.

한편, 급전 공간을 진공 상태로 설정한 경우에는, 전극용 유전체 막에 작용하는 차압 인가력은, 방전 공간의 압력 상당이 된다.

또한, 본 명세서에 있어서, 「활성 가스 생성 공간」은, 원료 가스가 방전 공간에 이르기까지의 공간, 방전 공간 및 활성 가스가 방전 공간으로부터 최종적으로 외부에 분출될 때까지의 내부 공간을 포함하고 있다.

따라서, 급전 공간을 진공 상태로 설정하면, 방전 공간을 포함하는 활성 가스 생성 공간의 압력을 대기압 근방이나 대기압보다 낮게 한 방전 압력 조건 하에서는, 전극용 유전체 막이 받는 차압 인가력을 비교적 작은 힘으로 억제할 수 있다.

활성 가스 생성 장치에 있어서, 전극용 유전체 막의 두께를 얇게 하는 것이 가능해지면, 방전용 인가 전압 중 방전 전압이 차지하는 비율을 높게 유지할 수 있기 때문에, 활성 가스의 생성량이 저하되는 일은 거의 없다.

또한, 고압 급전체에 냉각 기능을 마련함으로써, 고압측의 전극용 유전체 막의 냉각이 가능하게 되고, 방전 시에 발생하는 열을 전극용 유전체 막으로부터 제거할 수 있기 때문에, 전극용 유전체 막에 있어서 열팽창에 의한 파손을 방지할 수 있다.

상술한 본 개시의 원리에 기초하여 얻어진 활성 가스 생성 장치가, 이하의 실시 형태 1 및 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치이다.

<실시 형태 1>

(전체 구성)

도 1은 본 개시의 실시 형태 1인 활성 가스 생성 장치(100)의 전체 구성을 도시하는 설명도이다. 도 1에 XYZ 직교 좌표계를 기재하고 있다. 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 방전 공간(3)에 원료 가스(60)를 공급함으로써, 원료 가스(60)를 활성화하여 활성 가스(61)를 생성하고 있다. 원료 가스(60)로서는, 예를 들어 질소 가스가 생각되고, 활성 가스(61)로서는, 예를 들어 질소 라디칼이 생각된다.

실시 형태(1)의 활성 가스 생성 장치(100)는, 고압 전극용 유전체 막(1), 접지 전극용 유전체 막(2), 고압 급전체(4), 접지 급전체(5), 고전압 교류 전원(6), 하우징(7), 진공 펌프(15) 및 전류 도입 단자(16)를 주요 구성 요소로서 포함하고 있다.

제1 전극용 유전체 막인 고압 전극용 유전체 막(1)과 제1 급전체인 고압 급전체(4)에 의해 고전압 전극 구성부가 구성된다. 제2 전극용 유전체 막인 접지 전극용 유전체 막(2)과 제2 급전체인 접지 급전체(5)에 의해 접지 전위 전극부가 구성된다. 고압 전극용 유전체 막(1)의 하방에 접지 전극용 유전체 막(2)이 마련된다.

하우징(7)은 도전성을 갖는 금속제이고, 내부에 고압 전극용 유전체 막(1), 접지 전극용 유전체 막(2), 고압 급전체(4) 및 접지 급전체(5)를 수용하고 있다. 하우징(7)의 내부에 있어서 고압 급전체(4)의 상방에 급전 공간(8)을 갖고 있다.

하우징(7)은 중앙 저면 영역(78)과, 중앙 저면 영역(78)의 외주를 따라서 마련된 주변 단차 영역(79)을 갖고 있다. 주변 단차 영역(79)의 상면은, 중앙 저면 영역(78)의 상면보다, 높이 방향(+Z 방향)에 있어서 높아지도록 설정되어 있다.

하우징(7)의 중앙 저면 영역(78) 상에 도전성을 갖는 접지 급전체(5)가 배치된다. 접지 급전체(5) 상에 접지 전극용 유전체 막(2)이 마련된다. 즉, 접지 급전체(5)는 접지 전극용 유전체 막(2)의 하면 상에 마련된다. 이와 같이, 중앙 저면 영역(78)에 접지 급전체(5)가 접촉하는 양태로 접지 전위 전극부가 중앙 저면 영역(78) 상에 적재된다.

따라서, 접지 전극용 유전체 막(2)의 상면의 형성 높이는, 중앙 저면 영역(78)의 형성 높이와, 접지 전위 전극부의 막 두께(접지 급전체(5)의 막 두께+접지 전극용 유전체 막(2)의 막 두께)에 의해 결정된다.

그리고, 하우징(7)은 접지 전위로 설정된다. 따라서, 접지 급전체(5)는 하우징(7)의 중앙 저면 영역(78)을 통해 접지 전위로 설정된다.

주변 단차 영역(79) 상에 고압 전극용 유전체 막(1)이 마련된다. 구체적으로는, 고압 전극용 유전체 막(1)의 단부 영역이 주변 단차 영역(79) 상에 배치된다. 따라서, 고압 전극용 유전체 막(1)에 있어서 단부 영역을 제외한 유전체 중앙 영역의 하방은 공간 영역이 된다.

고압 전극용 유전체 막(1)의 상면 상에 고압 급전체(4)가 형성된다. 구체적으로는, 고압 급전체(4)의 하방 돌출 영역(R4)이 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면에 접촉하는 양태로 마련된다. 하방 돌출 영역(R4)은 고압 급전체(4)의 외주 영역을 따라서 XY 평면에서 평면으로 보아 원 환상으로 형성된다. 또한, 고압 급전체(4)에 있어서, 하방 돌출 영역(R4)을 제외한 급전체 중앙 영역의 하방은 하방 공간(49)이 형성되어 있고, 상기 급전체 중앙 영역은 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면과 접촉하고 있지 않다.

따라서, 고압 전극용 유전체 막(1)의 하면의 형성 높이는, 주변 단차 영역(79)의 형성 높이에 의해 결정된다.

그리고, 고압 급전체(4)와 접지 급전체(5) 사이에 고전압 교류 전원(6)으로부터 교류 전압이 인가된다. 구체적으로는, 고압 급전체(4)에는 고전압 교류 전원(6)으로부터 교류 전압이 인가되고, 접지 급전체(5)는 하우징(7)을 통해 접지 전위로 설정된다.

하우징(7)의 상면의 개구부(7a) 및 그 주변에 전류 도입 단자(16)가 마련된다. 전류 도입 단자(16)는 단자대(16a), 절연 통(16b) 및 전극(16c)을 주요 구성 요소로서 포함하고 있다. 단자대(16a)는 하우징(7) 상에 개구부(7a)를 걸치도록 마련된다. 절연 통(16b)은 단자대(16a)에 설치되고, 상방이 하우징(7)의 외부에 하방이 하우징(7) 내의 급전 공간(8)에 달하도록 마련된다. 전극(16c)은 절연 통(16b)의 공동부를 관통하여, 하우징(7)의 외부에서 급전 공간(8)의 내부에 걸쳐서 마련된다. 상기 구성의 전류 도입 단자(16)에 의해, 하우징(7)의 개구부(7a)는 외부로부터 완전히 차단되어 있다.

전극(16c)의 상단은 하우징(7)의 외부에 노출되어 있고, 전극(16c)의 하단은 급전 공간(8) 내에서 노출되어 있다. 고전압 교류 전원(6)은 전선(18)을 통해 전류 도입 단자(16)의 전극(16c)의 상단에 전기적으로 접속되고, 전극(16c)의 하단이 전선(18)을 통해 고압 급전체(4)에 전기적으로 접속된다.

따라서, 고압 급전체(4)에 고전압 교류 전원(6)으로부터 전류 도입 단자(16)의 전극(16c)을 통해 교류 전압이 인가된다. 이 교류 전압이 방전용 인가 전압이 된다. 또한, 방전용 인가 전압은, 구체적으로는 고압 급전체(4)와 접지 급전체(5)의 전위차가 된다.

실시 형태 1에 있어서, 「급전 공간(8)에 있어서의 절연 내력」이란, 「급전 공간(8)이 절연 파괴를 일으키지 않는 전계의 한계치」가 되고, 「전계」는 전류 도입 단자(16)의 전극(16c)과 하우징(7) 사이에 있어서의 전계가 된다.

고압 급전체(4)의 상방에 있어서, 하우징(7) 내의 전극(16c) 및 전선(18)을 포함하는 공간이 급전 공간(8)이 된다. 급전 공간(8)은, 고전압 교류 전원(6)으로부터 전류 도입 단자(16)를 통해 고압 급전체(4)에 방전용 인가 전압을 공급하기 위한 하우징(7) 내의 내부 공간이다.

활성 가스 생성 장치(100)는 또한 외부에 진공 펌프(15)를 갖고 있다. 진공 펌프(15)는 에어 배관(19)을 통해 급전 공간(8)에 접속되고, 급전 공간(8) 내의 기체를 밖으로 배출하여, 급전 공간(8)의 압력을 0.01Pa 미만으로 하여 진공 상태로 설정하고 있다. 또한, 진공 펌프(15)로서, 예를 들어 터보 분자 펌프가 생각된다.

고압 전극용 유전체 막(1)과 접지 전극용 유전체 막(2)이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 고압 급전체(4)의 하방 돌출 영역(R4)과 접지 급전체(5)가 평면으로 보아 중복하는 영역을 포함하여 방전 공간(3)이 마련된다. 이 방전 공간(3)은 XY 평면에서 평면으로 보아 원 환상으로 형성된다.

또한, 고압 전극용 유전체 막(1)과 접지 전극용 유전체 막(2) 사이의 유전체 공간에 있어서, 방전 공간(3)보다 외측의 외주 영역이 외주 유전체 공간(13)이 되고, 방전 공간(3)보다 내측의 공간 중앙 영역이 중앙 유전체 공간(14)이 된다.

접지 전극용 유전체 막(2)은, 활성 가스(61)를 처리 공간(30)에 분출하기 위한 가스 분출 구멍(23)을 갖고 있다.

접지 급전체(5)는, 접지 전극용 유전체 막(2)의 가스 분출 구멍(23)에 대응하는 영역에, XY 평면에서 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)(급전체용 가스 분출 구멍)을 포함하고, 가스 분출 구멍(23)보다 넓은 형상의 가스 분출 구멍(53)을 갖고 있다.

하우징(7)의 중앙 저면 영역(78)의 중앙 부분에 있어서, 접지 급전체(5)의 가스 분출 구멍(53) 및 접지 전극용 유전체 막(2)의 가스 분출 구멍(23)에 대응하는 영역에 가스 분출 구멍(73)(하우징용 가스 분출 구멍)이 마련된다. 가스 분출 구멍(73)은, XY 평면에서 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)을 포함하고, 가스 분출 구멍(23)보다 넓은 형상을 하고 있다.

따라서, 활성 가스 생성 장치(100)는, 방전 공간(3)에서 얻어진 활성 가스(61)를, 접지 전극용 유전체 막(2)의 가스 분출 구멍(23)으로부터, 접지 급전체(5)의 가스 분출 구멍(53) 및 하우징(7)의 가스 분출 구멍(73)을 통해 하방(후단)의 처리 공간(30)에 분출할 수 있다.

이와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)에서는, 고전압 인가 전극부(고압 전극용 유전체 막(1)+고압 급전체(4))는, 접지 전위 전극부(접지 전극용 유전체 막(2)+접지 급전체(5)) 상에 스페이서를 통해 적재되어 있지 않고, 하우징(7)의 주변 단차 영역(79) 상에 적재되어 있다.

즉, 실시 형태(1)의 활성 가스 생성 장치(100)는, 고전압 인가 전극부와 접지 전위 전극부가 서로 독립하여 마련되는 설치 특징을 갖고 있다.

하우징(7)은, 주변 단차 영역(79)보다 하방의 일방측면에 원료 가스 도입구(70)를 갖고 있다. 외부로부터 공급되는 원료 가스(60)는 원료 가스 도입구(70)로부터, 하우징(7) 내의 가스 중계 영역(R7)을 흐른다.

따라서, 가스 중계 영역(R7)을 흐르는 원료 가스(60)는, 고압 전극용 유전체 막(1)과 접지 전극용 유전체 막(2) 사이의 외주 근방의 외주 유전체 공간(13)을 통해 방전 공간(3)에 공급된다.

한편, 고전압 교류 전원(6)으로부터, 고압 급전체(4)와 접지 급전체(5) 사이에 방전용 인가 전압을 인가함으로써, 방전 공간(3)에서 유전체 배리어 방전을 발생시키고 있다. 따라서, 원료 가스(60)가 방전 공간을 통과함으로써 활성 가스(61)가 생성된다.

방전 공간(3)에서 생성된 활성 가스(61)는, 중앙 유전체 공간(14), 가스 분출 구멍(23), 가스 분출 구멍(53) 및 가스 분출 구멍(73)을 통해 외부의 처리 공간(30)에 공급된다.

이와 같이, 하우징(7)은, 외부로부터 원료 가스(60)를 받는 원료 가스 도입구(70)와, 원료 가스(60)를 방전 공간(3)에 중계하기 위한 가스 중계 영역(R7)을 갖고 있다.

여기서, 원료 가스 도입구(70)로부터, 하우징(7)의 가스 분출 구멍(73)에 이르는 공간을 「활성 가스 생성 공간」이라고 정의한다. 즉, 「활성 가스 생성 공간」은, 원료 가스 도입구(70)로부터 가스 중계 영역(R7), 외주 유전체 공간(13), 방전 공간(3), 중앙 유전체 공간(14), 가스 분출 구멍(23 및 53)을 거쳐서 하우징용 가스 분출 구멍인 가스 분출 구멍(73)에 이르는 공간이 된다.

상술한 활성 가스 생성 공간은, 주변 단차 영역(79) 상에 배치된 고압 전극용 유전체 막(1)에 의해, 급전 공간(8)과 완전 분리되어 있다.

이와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 하우징(7)의 주변 단차 영역(79)과 고압 전극용 유전체 막(1)의 조합 구조에 의해, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)을 포함하는 활성 가스 생성 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하고 있다. 이 조합 구조가 가스 분리 구조로 된다.

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는 가스 분리 구조를 갖기 때문에, 가스 중계 영역(R7)을 흐르는 원료 가스(60)가 급전 공간(8)에 혼입되지 않고, 반대로, 급전 공간(8)에서 발생한 절연 파괴에 의한 오염(물)이 가스 중계 영역(R7)을 통해 방전 공간(3)에 혼입되는 일은 없다.

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 하우징(7)의 주변 단차 영역(79)과 고압 전극용 유전체 막(1)에 의해, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)을 포함하는 활성 가스 생성 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련된다.

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 방전 공간(3)을 포함하는 활성 가스 생성 공간과 급전 공간(8) 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조를 갖고 있다.

게다가, 활성 가스 생성 장치(100)는, 진공 펌프(15)에 의해 급전 공간(8)을 진공 상태로 설정함으로써, 급전 공간(8)에 비교적 강한 절연 내성을 갖게 할 수 있다.

이때, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)의 차압은 방전 공간(3)과 동일 정도가 된다. 따라서, 방전 공간(3)의 압력을 낮게 함으로써, 제1 전극용 유전체 막인 고압 전극용 유전체 막(1)이 받는 차압 인가력을 낮게 억제할 수 있기 때문에, 고압 전극용 유전체 막(1)의 막 두께를 필요 이상으로 두껍게 할 필요성은 없다.

이와 같이, 활성 가스 생성 장치(100)는, 고압 전극용 유전체 막(1)의 막 두께 증가에 수반하는 방전 전압의 저하 현상을 확실하게 회피할 수 있기 때문에, 활성 가스(61)의 생성량이 저하되는 일은 없다. 이하, 이 점을 상세하게 설명한다.

실시 형태 1에서는, 급전 공간(8)의 압력을 0.01Pa 미만으로 설정하여, 급전 공간(8)을 진공 상태로 하고 있다. 진공 상태의 급전 공간(8)은, 급전 공간(8) 내가 대기압으로 되어 있는 경우보다도, 높은 절연 내성을 갖고 있다. 구체적으로는, 진공 시의 급전 공간(8)에 있어서의 절연 내력을 30kv/mm 이상으로 할 수 있다.

또한, 활성 가스 생성 장치(100)는, 가스 분리 구조를 갖고 있기 때문에, 급전 공간(8)이 진공 상태일 때, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)의 차압은, 방전 공간(3)의 압력과 동등한 압력이 된다.

비진공 상태의 급전 공간(8)에 있어서, 급전 공간(8)이 진공 상태인 경우의 절연 내성과 동등한 절연 내성을 갖게 하기 위해서는, 가스종에 따라서 다르기도 하지만, 대기압보다도 높은 압력으로 급전 공간(8)을 유지할 필요가 있다. 예를 들어, 대기압의 10배 정도로 급전 공간(8)의 압력을 설정할 필요가 있다. 이 경우, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)의 압력차는 비교적 커진다.

예를 들어, 방전 공간(3)의 압력이 30kPa일 때, 100kPa 정도의 대기압에 가까운 압력으로 급전 공간(8)이 설정되어 있는 경우, 70kPa 정도의 차압 인가력이 고압 전극용 유전체 막(1)에 걸리게 된다. 따라서, 급전 공간(8)의 압력을 대기압 이상으로 설정하면, 70kPa 이상의 차압 인가력이 고압 전극용 유전체 막(1)에 걸리게 된다.

한편, 방전 공간(3)의 압력을 30kPa로 낮게 설정함으로써, 급전 공간(8)이 진공 상태라면, 고압 전극용 유전체 막(1)이 받는 차압 인가력을 30kPa 정도로 억제할 수 있다.

이와 같이, 방전 공간(3)의 압력을? 대기압 근방이나 대기압보다도 낮은 압력으로 설정하는 경우, 고압 전극용 유전체 막(1)이 받는 차압 인가력은, 급전 공간(8)이 진공인 경우쪽이, 급전 공간(8)을 고압으로 설정하는 경우보다도 작아진다.

차압 인가력에 의한 고압 전극용 유전체 막(1)의 파손을 방지하기 위해서는, 고압 전극용 유전체 막(1)의 막 두께를 두껍게 할 필요가 있다. 그러나, 방전용 인가 전압이 동일할 때, 고압 전극용 유전체 막(1)의 막 두께가 증가함에 수반하여, 소비되는 방전 전력, 즉 활성 가스를 생성하는 에너지가 감소하기 때문에, 활성 가스(61)의 생성량이 감소해 버리는 마이너스 요인이 있다.

한편, 방전용 인가 전압을 증가시키면, 그만큼, 방전 전력을 높여서 활성 가스 생성량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 급전 공간(8)을 비진공 상태(대기압 이상으로 가압하고 있는 상태)로 설정하고 있는 경우, 방전용 인가 전압의 증대에 따라서 급전 공간(8)의 절연 내성을 더욱 증대시킬 필요가 있다.

그를 위해서는, 급전 공간(8)의 압력을 더욱 높게 할 필요가 있고, 이 압력 증가에 따라서 고압 전극용 유전체 막(1)의 막 두께를 증가시킬 필요가 발생해 버려, 결과적으로 활성 가스(61)의 생성량을 감소시켜 버리는 마이너스 효과를 초래하게 된다.

이와 같이, 급전 공간(8)의 압력을 높이는 방법에서는, 활성 가스(61)의 생성량을 저하시키지 않고, 급전 공간(8)에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모하는 것은 매우 곤란해진다.

한편, 실시 형태(1)의 활성 가스 생성 장치(100)와 같이, 급전 공간(8)을 진공 상태로 설정하는 경우, 급전 공간(8)에 있어서 높은 절연 내성을 얻을 수 있기 때문에, 활성 가스(61)의 생성량을 증가시키기 위해 비교적 높은 방전용 인가 전압을 인가할 수 있다.

이때, 고압 전극용 유전체 막(1)에 걸리는 차압 인가력은 증대할 일은 없기 때문에, 고압 전극용 유전체 막(1)의 막 두께를 두껍게 하여 활성 가스(61)의 생성량을 감소시켜 버리는 마이너스 효과를 초래하는 일은 없다.

그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)는, 활성 가스(61)의 생성량을 저하시키지 않고, 급전 공간(8)에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모할 수 있는 효과를 발휘한다.

도 2는 도 1에서 도시한 고전압 인가 전극부(1), 고압 급전체(4), 접지 전극용 유전체 막(2) 및 접지 급전체(5) 각각의 전체 구조를 도시하는 사시도이다. 도 2에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.

(고전압 인가 전극부)

도 2에 도시하는 바와 같이, 고전압 인가 전극부를 구성하는 고압 급전체(4) 및 고압 전극용 유전체 막(1)은 각각 XY 평면에서 평면으로 보아 원 형상을 하고 있다. 고압 전극용 유전체 막(1)은 평면으로 보아 고압 급전체(4)를 포함하고, 고압 급전체(4)보다 넓은 형상을 하고 있다.

그리고, 도면에 도시하는 바와 같이, 평면으로 보아 원 환상의 하방 돌출 영역(R4)만이 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면에 접하는 양태로, 고압 급전체(4)는 고압 전극용 유전체 막(1) 상에 마련된다.

(접지 전위 전극부)

도 2에 도시하는 바와 같이, 접지 전위 전극부를 구성하는 접지 전극용 유전체 막(2) 및 접지 급전체(5)는 각각 평면으로 보아 원 형상을 하고 있다. 접지 전극용 유전체 막(2)은 평면으로 보아 접지 급전체(5)와 거의 동일한 크기를 하고 있다.

접지 전극용 유전체 막(2)은, 방전 공간(3)에서 생성된 활성 가스(61)를 하방에 분출하기 위한 가스 분출 구멍(23)을 중심 위치에 갖고 있다. 가스 분출 구멍(23)은 접지 전극용 유전체 막(2)을 관통하여 형성된다.

접지 급전체(5)는, 가스 분출 구멍(23)으로부터 분출되는 활성 가스(61)를 하방에 분출하기 위한 가스 분출 구멍(53)(급전체용 가스 분출 구멍)을 중심 위치에 갖고 있다. 가스 분출 구멍(53)은 접지 급전체(5)를 관통하여 형성된다.

그리고, 도 1에 도시하는 바와 같이, 가스 분출 구멍(23)의 중심과 가스 분출 구멍(53)의 중심이 합치하는 양태로, 접지 전극용 유전체 막(2)은 접지 급전체(5) 상에 마련된다. 접지 급전체(5)의 가스 분출 구멍(53)은, 접지 전극용 유전체 막(2)의 가스 분출 구멍(23)과 동일 정도 또는 가스 분출 구멍(23)보다 조금 좁은 형상으로 형성되어 있다.

고압 급전체(4)는, 하방 돌출 영역(R4)만이 고압 전극용 유전체 막(1)에 접촉하고 있고, 접지 급전체(5)는 평면으로 보아 하방 돌출 영역(R4)의 모두를 포함하도록 형성되어 있기 때문에, 방전 공간(3)은, 실질적으로 고압 급전체(4)의 하방 돌출 영역(R4)의 형성 영역에 의해 규정된다. 따라서, 방전 공간(3)은 XY 평면에서 평면으로 보아, 가스 분출 구멍(23)을 중심으로 하여 원 환상으로 형성된다.

(하우징(7))

도 3은 도 1에서 도시한 하우징(7)의 평면 구조를 도시하는 평면도이다. 도 3에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.

금속제이고 도전성을 갖는 하우징(7)에 접지 전위가 부여된다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 하우징(7)은 평면으로 보아 원 형상을 갖고, 중앙 저면 영역(78) 및 주변 단차 영역(79)을 갖고 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 중앙 저면 영역(78)은, 평면으로 보아 원 형상으로 형성된다. 주변 단차 영역(79)은 중앙 저면 영역(78)의 외주를 따른 내주(C79)를 갖고, 평면으로 보아 원 환상으로 형성된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 하우징(7)은 단면으로 보아 오목형 구조를 하고 있고, 하우징(7)의 중심 위치로부터 주변에 걸쳐서, 중앙 저면 영역(78) 및 주변 단차 영역(79)이 순으로 마련된다. 그리고, 주변 단차 영역(79)의 상면의 형성 높이가 중앙 저면 영역(78)의 상면의 형성 높이보다 높아지도록 설정되어 있다.

하우징(7)은 중앙 저면 영역(78)의 중심 위치에 가스 분출 구멍(73)(하우징용 가스 분출 구멍)을 갖고 있다. 가스 분출 구멍(73)은 하우징(7)의 중앙 저면 영역(78)을 관통하고 있다.

하우징(7)의 가스 분출 구멍(73)은 가스 분출 구멍(23) 및 가스 분출 구멍(53)에 대응하고, 평면으로 보아 가스 분출 구멍(23)에 합치하는 위치에 형성된다. 즉, 가스 분출 구멍(23)의 바로 아래에 가스 분출 구멍(73)이 마련된다.

도 1 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 주변 단차 영역(79) 상에 고압 전극용 유전체 막(1)이 배치되어 있다. 고압 전극용 유전체 막(1)의 직경(지름)은, 주변 단차 영역(79)의 내주(C79)의 직경보다 충분히 길게 설정되어 있다. 또한, 고압 전극용 유전체 막(1)은 주변 단차 영역(79) 상에 있어서 O링 등을 통해 배치됨으로써, 고압 전극용 유전체 막(1)의 하면과 주변 단차 영역(79)의 상면 사이를 시일하고 있다.

따라서, 주변 단차 영역(79) 상에 마련되는 고압 전극용 유전체 막(1)에 의해, 고압 전극용 유전체 막(1)의 하방에 존재하는 활성 가스 생성 공간과, 고압 전극용 유전체 막(1)의 상방에 존재하는 급전 공간(8)을 완전히 분리할 수 있다.

이와 같이, 실시 형태(1)의 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 주변 단차 영역(79) 및 고압 전극용 유전체 막(1)에 의해, 급전 공간(8)과 활성 가스 생성 공간 사이의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련된다.

이와 같은 구성의 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 원료 가스 도입구(70)로부터 하우징(7) 내에 공급된 원료 가스(60)는, 가스 중계 영역(R7) 및 외주 유전체 공간(13)을 통해, 평면으로 보아 환상의 방전 공간(3)을 향하여 외주 360° 전체로부터 주입된다.

그리고, 방전 공간(3)에 방전 전력이 인가됨으로써, 방전 공간(3) 내에서 유전체 배리어 방전이 발생한다. 이 방전 공간(3)에 원료 가스(60)가 통과함으로써, 활성 가스(61)가 얻어진다.

활성 가스(61)는 중앙 유전체 공간(14), 가스 분출 구멍(23), 가스 분출 구멍(53) 및 가스 분출 구멍(73)을 경유하여, 외부의 처리 공간(30)에 분출된다.

상술한 바와 같이, 고압 전극용 유전체 막(1)은 주변 단차 영역(79) 상에 배치되고, 접지 전극용 유전체 막(2)은 중앙 저면 영역(78) 상에 배치되어 있다.

이와 같이, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 제2 급전체인 접지 급전체(5)는 중앙 저면 영역(78) 상에 배치되어 있기 때문에, 중앙 저면 영역(78)의 형성 높이에 의해, 접지 급전체(5)의 하면 형성 높이를 결정하는 제1 위치 결정을 행할 수 있다.

한편, 제1 전극용 유전체 막인 고압 전극용 유전체 막(1)은 주변 단차 영역(79) 상에 배치되어 있기 때문에, 주변 단차 영역(79)의 형성 높이에 의해, 고압 전극용 유전체 막(1)의 하면의 형성 높이를 결정하는 제2 위치 결정을 행할 수 있다.

제1 및 제2 위치 결정은 서로 독립하여 행할 수 있다. 따라서, 접지 급전체(5)의 막 두께 및 접지 전극용 유전체 막(2)의 막 두께 중, 적어도 한쪽의 막 두께를 조정함으로써, 고압 전극용 유전체 막(1)의 하면과 접지 전극용 유전체 막(2)의 상면의 고저차, 즉, 방전 공간(3)의 갭 길이를 고정밀도로 설정할 수 있다.

또한, 하우징(7)의 주변 단차 영역(79)과 고압 전극용 유전체 막(1)의 조합에 의해, 급전 공간(8)과 활성 가스 생성 공간 사이의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련된다. 따라서, 급전 공간(8)과 활성 가스 생성 공간의 분리용의 전용 부재를 사용하지 않고, 비교적 간단한 구성으로 가스 분리 구조를 갖는 활성 가스 생성 장치(100)를 얻을 수 있다.

<실시 형태 2>

(원리)

실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100)에 있어서, 접지 전극용 유전체 막(2)의 대부분이 접지 급전체(5)를 통해 하우징(7)과 열적으로 접촉하고 있는 것에 비해, 고압 전극용 유전체 막(1)은, 하우징(7)과 접촉하고 있는 영역이 주변 단차 영역(79)의 일부로 한정되어 있다.

또한, 급전 공간(8)은 진공 펌프(15)에 의해 진공 상태로 설정되어 있기 때문에, 급전 공간(8)과 고압 전극용 유전체 막(1) 사이는 단열되어 있는 점에서, 고압 전극용 유전체 막(1)에 관하여, 방전 공간(3)에 있어서의 유전체 배리어 방전에 의해 발생한 열의 제거량이 적다. 이 때문에, 고압 전극용 유전체 막(1)은 가열에 의한 열팽창에 의해 파손될 가능성이 있다.

그래서, 실시 형태 2에서는, 가열에 의한 열팽창으로부터, 고압 전극용 유전체 막(1)을 보호하기 위해, 고압 급전체(4B)에 냉각 기능을 갖게 하고 있다.

(전체 구성)

도 4는 본 개시의 실시 형태 2인 활성 가스 생성 장치의 전체 구성을 도시하는 설명도이다. 도 4에 XYZ 직교 좌표계를 기재하고 있다.

실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 고압 전극용 유전체 막(1), 접지 전극용 유전체 막(2), 고압 급전체(4B), 접지 급전체(5), 고전압 교류 전원(6), 하우징(7B), 냉각 배관(9A 및 9B), 진공 펌프(15) 그리고 전류 도입 단자(16)를 주요 구성 요소로서 포함하고 있다.

실시 형태(2)의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 활성 가스 생성 장치(100)와 비교하여, 고압 급전체(4)가 고압 급전체(4B)로 치환되고, 하우징(7)이 하우징(7B)으로 치환되고, 새롭게 냉각 배관(9A 및 9B)이 추가되는 것을 특징으로 하고 있다. 활성 가스 생성 장치(100B)의 다른 구성 요소는, 활성 가스 생성 장치(100)와 마찬가지이기 때문에, 동일 부호를 붙여서 설명을 적절히 생략한다.

제1 전극용 유전체 막인 고압 전극용 유전체 막(1)과 제1 급전체인 고압 급전체(4B)에 의해 고전압 전극 구성부가 구성된다. 제2 전극용 유전체 막인 접지 전극용 유전체 막(2)과 제2 급전체인 접지 급전체(5)에 의해 접지 전위 전극부가 구성된다. 고압 전극용 유전체 막(1)의 하방에 접지 전극용 유전체 막(2)이 마련된다.

하우징(7B)은 도전성을 갖는 금속제이고, 내부에 고압 전극용 유전체 막(1), 접지 전극용 유전체 막(2), 고압 급전체(4B) 및 접지 급전체(5)를 수용하고 있다. 하우징(7B)의 내부에 있어서 고압 급전체(4B)의 상방에 급전 공간(8)을 갖고 있다.

그리고, 고압 급전체(4B)와 접지 급전체(5) 사이에 고전압 교류 전원(6)으로부터 교류 전압이 인가된다. 구체적으로는, 고압 급전체(4B)에는 고전압 교류 전원(6)으로부터 교류 전압이 인가되고, 접지 급전체(5)는 하우징(7B)을 통해 접지 전위로 설정된다.

실시 형태 1과 마찬가지의 구성 전류 도입 단자(16)에 대하여, 고전압 교류 전원(6)은 전선(18)을 통해 전류 도입 단자(16)의 전극(16c)의 상단에 전기적으로 접속되고, 전극(16c)의 하단이 전선(18)을 통해 고압 급전체(4B)에 전기적으로 접속된다.

따라서, 고압 급전체(4B)에 고전압 교류 전원(6)으로부터 전류 도입 단자(16)의 전극(16c)을 통해 교류 전압이 인가된다. 이 교류 전압이 방전용 인가 전압이 된다. 또한, 방전용 인가 전압은, 구체적으로는 고압 급전체(4B)와 접지 급전체(5)의 전위차이다.

고압 급전체(4B)의 상방에 있어서, 하우징(7B) 내의 전극(16c) 및 전선(18)을 포함하는 공간이 급전 공간(8)이 된다. 급전 공간(8)은, 고압 급전체(4B)에 방전용 인가 전압을 공급하기 위한 하우징(7B) 내의 내부 공간이다.

하우징(7B)은 상면에 외부로부터 냉각 매체를 받는 냉각 매체 도입구(71)와, 외부에 냉각 매체를 배출하는 냉각 매체 배출구(72)를 갖고 있다. 냉각 매체 도입구(71) 및 냉각 매체 배출구(72)는 각각 하우징(7B)의 상면을 관통하여 마련된다. 또한, 도 4에서는, 냉각 매체 도입구(71) 및 냉각 매체 배출구(72)를 모식적으로 일점 쇄선으로 나타내고 있다. 또한, 냉각 매체로서는 예를 들어, 냉각 가스 등의 기체나, 기름 등의 액체가 생각된다.

하우징(7B)은, 냉각 매체 도입구(71) 및 냉각 매체 배출구(72)를 갖는 점을 제외하고, 실시 형태(1)의 하우징(7)과 마찬가지의 특징을 갖기 때문에, 하우징(7B)에 관하여, 하우징(7)과 마찬가지인 특징의 설명을 적절히 생략한다.

제1 급전체인 고압 급전체(4B)는 냉매 경로 구조체(40)를 갖는 점에 있어서, 실시 형태 1의 고압 급전체(4)와 다르다.

냉매 경로 구조체(40)는 상면에 냉각 매체 입력구(41) 및 냉각 매체 출력구(42)를 갖고, 내부에 냉각 매체 경로(45)를 갖고 있다. 냉각 매체 경로(45)는, 냉각 매체 입력구(41)를 통해 공급되는 냉각 매체를 내부에 유통시켜, 냉각 매체 출력구(42)로부터 냉각 매체를 출력하는 경로이다.

하우징(7B)의 냉각 매체 도입구(71)와 고압 급전체(4B)의 냉각 매체 입력구(41)는 XY 평면에서 평면으로 보아 서로 중복하는 위치에 마련된다. 마찬가지로, 하우징(7B)의 냉각 매체 배출구(72)와 고압 급전체(4B)의 냉각 매체 출력구(42)는 평면으로 보아 서로 중복하는 위치에 마련된다.

냉각 매체 도입구(71), 냉각 매체 입력구(41) 사이에 냉각 배관(9A)이 마련된다. 냉각 배관(9A)은 부분 냉각 배관(91 및 92)과 절연 조인트(10A)를 포함하고 있다. 부분 냉각 배관(91)의 일단이 냉각 매체 도입구(71)에 연결되고, 타단이 절연 조인트(10A)의 일단에 연결된다. 절연 조인트(10A)의 타단이 부분 냉각 배관(92)의 일단에 연결되고, 부분 냉각 배관(92)의 타단이 냉각 매체 입력구(41)에 연결된다.

따라서, 냉각 매체 도입구(71)로부터, 부분 냉각 배관(91), 절연 조인트(10A) 및 부분 냉각 배관(92)을 경유하여, 냉각 매체를 냉각 매체 입력구(41)에 공급할 수 있다.

냉각 매체 배출구(72), 냉각 매체 출력구(42) 사이에 냉각 배관(9B)이 마련된다. 냉각 배관(9B)은 부분 냉각 배관(93 및 94)과 절연 조인트(10B)를 포함하고 있다. 부분 냉각 배관(93)의 일단이 냉각 매체 배출구(72)에 연결되고, 타단이 절연 조인트(10B)의 일단에 연결된다. 절연 조인트(10B)의 타단이 부분 냉각 배관(94)의 일단에 연결되고, 부분 냉각 배관(94)의 타단이 냉각 매체 출력구(42)에 연결된다.

따라서, 냉각 매체 출력구(42)로부터, 부분 냉각 배관(94), 절연 조인트(10B) 및 부분 냉각 배관(93)을 경유하여, 냉각 매체를 냉각 매체 배출구(72)에 배출할 수 있다.

또한, 부분 냉각 배관(91 내지 94)은 각각 도전성을 갖고 있다. 냉각 배관(9A 및 9B)이 제1 및 제2 냉각 배관이 되고, 부분 냉각 배관(91 및 92)이 한 쌍의 제1 부분 냉각 배관이 되고, 부분 냉각 배관(93 및 94)이 한 쌍의 제2 부분 냉각 배관이 된다. 그리고, 절연 조인트(10A 및 10B)가 제1 및 제2 절연 조인트가 된다.

고압 전극용 유전체 막(1)과 접지 전극용 유전체 막(2)이 대향하는 유전체 공간 내에 있어서, 고압 급전체(4B)의 하방 돌출 영역(R4)과 접지 급전체(5)가 평면으로 보아 중복하는 영역을 포함하여 방전 공간(3)이 마련된다.

실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)에서는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 고전압 인가 전극부(고압 전극용 유전체 막(1)+고압 급전체(4B))와 접지 전위 전극부(접지 전극용 유전체 막(2)+접지 급전체(5))가 서로 독립하여 마련되는 설치 특징을 갖고 있다.

실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 하우징(7B)의 주변 단차 영역(79)과 고압 전극용 유전체 막(1)의 조합에 의해, 급전 공간(8)과 방전 공간(3)을 포함하는 활성 가스 생성 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

따라서, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 활성 가스(61)의 생성량을 저하시키지 않고, 급전 공간(8)에 있어서의 절연 내성의 향상을 도모할 수 있는 효과를 발휘한다.

도 5는 도 4에서 도시한 고전압 인가 전극부(1), 고압 급전체(4B), 접지 전극용 유전체 막(2), 접지 급전체(5), 냉각 배관(9B 및 9B) 각각의 전체 구조를 도시하는 사시도이다. 도 5에 XYZ 직교 좌표계를 기재한다.

(고전압 인가 전극부)

도 5에 도시하는 바와 같이, 고전압 인가 전극부를 구성하는 고압 급전체(4B) 및 고압 전극용 유전체 막(1)은 각각 XY 평면에서 평면으로 보아 원 형상을 하고 있다. 고압 전극용 유전체 막(1)은 평면으로 보아 고압 급전체(4B)를 포함하고, 고압 급전체(4B)보다 넓은 형상을 하고 있다.

그리고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하방 돌출 영역(R4)만이 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면에 접하는 양태로, 고압 급전체(4B)는 고압 전극용 유전체 막(1) 상에 마련된다.

(접지 전위 전극부)

도 5에 도시하는 바와 같이, 접지 전위 전극부를 구성하는 접지 전극용 유전체 막(2) 및 접지 급전체(5)는, 실시 형태 1과 마찬가지의 형상 및 배치로 마련된다.

고압 급전체(4B)는, 하방 돌출 영역(R4)만이 고압 전극용 유전체 막(1)에 접촉하고 있고, 접지 급전체(5)는 평면으로 보아 하방 돌출 영역(R4)을 포함하도록 형성되어 있기 때문에, 방전 공간(3)은, 실질적으로 고압 급전체(4B)의 하방 돌출 영역(R4)의 형성 영역에 의해 규정된다. 따라서, 방전 공간(3)은 평면으로 보아, 가스 분출 구멍(23)을 중심으로 하여 원 환상으로 형성된다.

(냉각 배관(9A 및 9B))

도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 고압 급전체(4B)의 냉각 매체 입력 구(41) 상에 냉각 배관(9A)이 마련되고, 냉각 매체 출력구(42) 상에 냉각 배관(9B)이 마련된다.

(냉매 경로 구조체(40))

도 6 및 도 7은 각각 고압 급전체(4B)에 포함되는 냉매 경로 구조체(40)의 구성을 도시하는 설명도이다. 도 6은 냉매 경로 구조체(40)의 상면 구성을 도시하고 있고, 도 7은 냉매 경로 구조체(40)의 내부 구성을 도시하고 있다.

이들 도면에 도시하는 바와 같이, 냉매 경로 구조체(40)는 고압 급전체(4B)의 중앙 영역을 제외한 하방 돌출 영역(R4)에 마련된다. 또한, 고압 급전체(4B)의 중앙 영역은 하방이 하방 공간(49)이 되는 영역을 의미한다.

냉매 경로 구조체(40)는 냉각 매체 입력구(41), 냉각 매체 출력구(42), 복수의 측벽(44) 및 냉각 매체 경로(45)를 주요 구성 요소로서 포함하고 있다.

냉각 매체 입력구(41) 및 냉각 매체 출력구(42)는, 고압 급전체(4B)를 관통하지 않고, 냉매 경로 구조체(40)의 상면에 마련되어 있다. 냉각 매체 입력구(41) 및 냉각 매체 출력구(42)는 각각 냉각 매체 경로(45)에 연결되어 있다.

냉각 매체 경로(45)는 복수의 측벽(44)에 의해 원주 방향으로 냉각 매체의 흐름(47)이 형성되도록 마련된다. 또한, 냉각 매체 경로(45)는, 내주로부터 외주에 걸쳐서 마련되는 복수의 측벽(44)에 의해, 냉각 매체의 흐름(47)이 2개로 나뉜다. 따라서, 냉각 매체 입력구(41)로부터 입력되는 냉각 매체는 냉각 매체의 흐름(47)을 따라 외주로부터 내주를 향하는 제1 흐름과, 내주로부터 외주를 향하는 제2 흐름으로 나뉘고, 이들 제1 및 제2 흐름은, 최종적으로 냉각 매체 출력구(42)에서 합류한다.

이와 같이, 고압 급전체(4B)는, 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 경로(45)를 갖는 냉매 경로 구조체(40)를 구비하고 있다.

도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 고압 급전체(4B)는 내부에 냉각 매체 경로(45)를 갖는 냉매 경로 구조체(40)를 구비하고 있다. 냉각 매체 경로(45)는 냉각 매체 입력구(41)로부터 유입되는 냉각 매체가 통과하는 영역이고, 냉각 매체 경로(45)를 흐르는 영약 매체는 냉각 매체 출력구(42)로부터 냉매 경로 구조체(40)의 외부에 배출된다.

냉각 매체 입력구(41)는, 하우징(7B)의 냉각 매체 도입구(71)로부터 냉각 배관(9A)을 통해 공급되는 냉각 매체를 유입 가능한 위치에 마련된다. 또한, 냉각 매체 출력구(42)는 냉각 매체 경로(45)로부터 배출되는 냉각 매체를, 냉각 배관(9B)을 통해 하우징(7B)의 냉각 매체 배출구(72)에 배출 가능한 위치에 마련된다.

도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 냉매 경로 구조체(40)는 평면으로 보아 하방 돌출 영역(R4)에 합치한 영역에 형성되어 있다. 그리고, 냉매 경로 구조체(40)의 거의 전체에 냉각 매체 경로(45)가 마련된다.

따라서, 고압 급전체(4B)는, 하방 돌출 영역(R4)에서 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면에 접촉함으로써, 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 경로(45)에 의해, 고압 전극용 유전체 막(1)을 냉각하는 냉각 기능을 갖고 있다.

이와 같은 구성의 활성 가스 생성 장치(100B)에 있어서, 원료 가스 도입구(70)로부터 하우징(7B) 내에 공급된 원료 가스(60)는, 가스 중계 영역(R7) 및 외주 유전체 공간(13)을 통해, 평면으로 보아 환상의 방전 공간(3)을 향하여 외주 360° 전체로부터 주입된다.

그리고, 방전 공간(3)에 방전 전력이 인가됨으로써, 방전 공간(3) 내에서 유전체 배리어 방전이 발생한다. 이 방전 공간(3)에 원료 가스(60)가 통과함으로써, 활성 가스(61)가 얻어진다.

활성 가스(61)는 중앙 유전체 공간(14), 가스 분출 구멍(23), 가스 분출 구멍(53) 및 가스 분출 구멍(73)을 경유하여, 외부의 처리 공간(30)에 분출된다.

상술한 바와 같이, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)의 제1 급전체인 고압 급전체(4B)는, 냉각 매체가 흐르는 냉각 매체 경로(45)에 의한 냉각 기능을 갖고 있다. 이 때문에, 방전 공간(3)을 형성하는 하면을 갖는 제1 전극용 유전체 막인 고압 전극용 유전체 막(1)을 고압 급전체(4B)에 의해 냉각할 수 있다.

그 결과, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 고압 전극용 유전체 막(1)에 발생하는 가열 현상을 억제할 수 있기 때문에, 가열에 의한 열팽창으로부터, 고압 전극용 유전체 막(1)을 보호할 수 있다. 이하, 이 점을 상세하게 설명한다.

유전체 배리어 방전에 있어서의 유전체의 가열은, 주로 방전으로 발생한 고에너지의 이온·전자가, 고압 전극용 유전체 막(1)의 표면에 충돌함으로써 발생하는 발열이다.

즉, 활성 가스 생성 장치(100B)에 있어서는, 고압 전극용 유전체 막(1)의 방전 공간(3)에 면하고 있는 표면이 발열원이 된다. 실시 형태 2에서는, 고압 급전체(4B)가 냉각 기능을 가짐으로써, 고압 급전체(4B)와 접하고 있는 고압 전극용 유전체 막(1)을 냉각할 수 있다.

그 결과, 실시 형태 1의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 방전 공간(3)에 있어서의 유전체 배리어 방전에 의한 고압 전극용 유전체 막(1)의 과도한 가열을 효과적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, 고압 전극용 유전체 막(1)에 열팽창이 발생하는 일은 없다.

또한, 고압 급전체(4B)의 하방 돌출 영역(R4)의 하면이나 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면은 완전한 평면이 아닌, 다소의 요철이 있고, 열적인 저항이 높을 가능성이 있다. 그러한 경우에는, 하방 돌출 영역(R4)의 하면과 고압 전극용 유전체 막(1)의 상면 사이에, 증기압이 낮은 액체, 예를 들어 불소계의 기름 등을 칠하여, 열전도성을 높이도록 해도 된다.

냉각하기 위한 가스 등의 냉각 매체를 흘리는 냉각 매체 경로(45)의 일부는 고전압이 인가되어 있는 부분이기 때문에, 도전성을 갖는 냉각 매체를 냉각 매체 경로(45)에 흘릴 수는 없다. 그 때문에, 실시 형태 2에서 냉각 매체(매질)는, 공기나 질소 등의 가스나, 절연성이 높은 유류가 바람직하다.

고압 급전체(4B)에는 고전압이 인가되기 때문에, 냉각 매체를 흘리는 냉각 배관(9A 및 9B)이 모두 금속 등의 도전성을 갖는 경우, 하우징(7B)과 고압 급전체(4B)가 전기적으로 접속되기 때문에, 단락하게 된다.

그래서, 냉각 배관(9A 및 9B)의 중간 영역에 세라믹 등의 절연체로 구성되는 절연 조인트(10A 및 10B)를 삽입함으로써, 고압 급전체(4B)와 하우징(7B) 사이의 절연 파괴를 방지한다.

이와 같이, 제1 냉각 배관인 냉각 배관(9A)은, 한 쌍의 제1 부분 냉각 배관인 부분 냉각 배관(91 및 92) 사이에 제1 절연 조인트인 절연 조인트(10A)를 갖고 있다. 또한, 제2 냉각 배관인 냉각 배관(9B)은, 한 쌍의 제2 부분 냉각 배관인 부분 냉각 배관(93 및 94) 사이에 제2 절연 조인트인 절연 조인트(10B)를 갖고 있다.

이 때문에, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 냉각 배관(9A) 혹은 냉각 배관(9B)을 통해, 하우징(7B)과 고압 급전체(4B)가 전기적으로 접속하는 단락 현상을 확실하게 회피할 수 있다.

게다가, 부분 냉각 배관(91 내지 94)을 금속제로 함으로써, 부분 냉각 배관(91 내지 94)을 원하는 형상으로 비교적 견고하게 형성할 수 있다.

또한, 활성 가스 생성 장치(100B)에 있어서, 실시 형태 1과 마찬가지로, 고압 전극용 유전체 막(1)은 주변 단차 영역(79) 상에 배치되고, 접지 전극용 유전체 막(2)은 중앙 저면 영역(78) 상에 배치되어 있다.

따라서, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 방전 공간(3)의 갭 길이를 고정밀도로 설정할 수 있다.

또한, 실시 형태 2의 활성 가스 생성 장치(100B)는, 실시 형태 1과 마찬가지로, 주변 단차 영역(79) 및 고압 전극용 유전체 막(1)을 포함하는 비교적 간단한 구성의 가스 분리 구조를 갖는 활성 가스 생성 장치(100B)를 얻을 수 있다.

본 개시는 상세하게 설명되었지만, 상기한 설명은, 모든 국면에 있어서, 예시이며, 본 개시가 그것에 한정되는 것은 아니다. 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가, 본 개시의 범위로부터 벗어나는 일 없이 상정될 수 있는 것으로 이해해야 한다.

1: 고압 전극용 유전체 막
2: 접지 전극용 유전체 막
3: 방전 공간
4, 4B: 고압 급전체
5: 접지 급전체
6: 고전압 교류 전원
7, 7B: 하우징
8: 급전 공간
9A, 9B: 냉각 배관
10A, 10B: 절연 조인트
15: 진공 펌프
16: 전류 도입 단자
23, 53, 73: 가스 분출 구멍
40: 냉매 경로 구조
41: 냉각 매체 입력구
42: 냉각 매체 출력구
45: 냉각 매체 경로
71: 냉각 매체 도입구
72: 냉각 매체 배출구
78: 중앙 저면 영역
79: 주변 단차 영역
91 내지 94: 부분 냉각 배관

Claims (4)

1. 유전체 배리어 방전이 발생하고 있는 방전 공간에 원료 가스를 공급함으로써, 상기 원료 가스를 활성화하여 활성 가스를 생성하는 활성 가스 생성 장치이며,
   제1 전극용 유전체 막과,
   상기 제1 전극용 유전체 막의 하방에 마련되는 제2 전극용 유전체 막과,
   상기 제1 전극용 유전체 막의 상면 상에 형성되고, 도전성을 갖는 제1 급전체와,
   상기 제2 전극용 유전체 막의 하면 상에 형성되는 제2 급전체를 구비하고, 상기 제1 급전체에 교류 전압이 인가되고, 상기 제2 급전체가 접지 전위로 설정되며, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체 막이 대향하는 유전체 공간 내에 상기 방전 공간이 포함되고,
   상기 제2 전극용 유전체 막은, 상기 활성 가스를 하방에 분출하기 위한 가스 분출 구멍을 갖고,
   상기 활성 가스 생성 장치는,
   도전성을 갖고, 상기 제1 및 제2 전극용 유전체 막 그리고 상기 제1 및 제2 급전체를 수용하는 하우징을 더 구비하고, 상기 하우징의 내부에 있어서 상기 제1 급전체의 상방에 급전 공간이 마련되고,
   상기 하우징은,
   외부로부터 상기 원료 가스를 받는 원료 가스 도입구와,
   상기 원료 가스를 상기 방전 공간에 공급하기 위한 가스 중계 영역과,
   상기 가스 분출 구멍으로부터 분출되는 상기 활성 가스를 하방에 분출하기 위한 하우징용 가스 분출 구멍을 갖고,
   상기 원료 가스 도입구로부터 상기 가스 중계 영역 및 상기 방전 공간을 거쳐서 상기 하우징용 가스 분출 구멍에 이르는 공간이 활성 가스 생성 공간으로서 규정되고,
   상기 하우징과 상기 제1 전극용 유전체 막에 의해, 상기 활성 가스 생성 공간과 상기 급전 공간 사이에 있어서의 가스의 흐름을 분리하는 가스 분리 구조가 마련되고,
   상기 활성 가스 생성 장치는,
   상기 하우징의 외부에 마련되고, 상기 급전 공간을 진공 상태로 설정하는 진공 펌프를 더 구비하는, 활성 가스 생성 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은, 외부로부터 냉각 매체를 받는 냉각 매체 도입구와, 외부에 상기 냉각 매체를 배출하는 냉각 매체 배출구를 갖고,
   상기 제1 급전체는,
   냉각 매체 입력구와,
   냉각 매체 출력구와,
   상기 냉각 매체 입력구를 통해 공급되는 상기 냉각 매체를 내부에 유통시켜, 상기 냉각 매체 출력구로부터 상기 냉각 매체를 출력하는 냉각 매체 경로를 갖고,
   상기 활성 가스 생성 장치는,
   상기 냉각 매체 도입구와 상기 냉각 매체 입력구 사이에 마련된 제1 냉각 배관과,
   상기 냉각 매체 배출구와 상기 냉각 매체 출력구 사이에 마련된 제2 냉각 배관을 더 구비하는, 활성 가스 생성 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 냉각 배관은,
   각각이 도전성을 갖는 한 쌍의 제1 부분 냉각 배관과,
   상기 한 쌍의 제1 부분 냉각 배관 사이에 마련된, 절연성을 갖는 제1 절연 조인트를 포함하고,
   상기 제2 냉각 배관은,
   각각이 도전성을 갖는 한 쌍의 제2 부분 냉각 배관과,
   상기 한 쌍의 제2 부분 냉각 배관 사이에 마련된, 절연성을 갖는 제2 절연 조인트를 포함하는, 활성 가스 생성 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   중앙 저면 영역과,
   상기 중앙 저면 영역의 외주를 따라서 마련되고, 형성 높이가 상기 중앙 저면 영역보다 높은 주변 단차 영역을 갖고,
   상기 제2 급전체는 상기 중앙 저면 영역 상에 배치되고, 상기 하우징에 접지 전위가 부여됨으로써, 상기 중앙 저면 영역을 통해 상기 제2 급전체는 접지 전위로 설정되고,
   상기 제1 전극용 유전체 막은 상기 주변 단차 영역 상에 배치되고,
   상기 주변 단차 영역 및 상기 제1 전극용 유전체 막에 의해, 상기 급전 공간과 상기 활성 가스 생성 공간 사이의 가스의 흐름을 분리하는 상기 가스 분리 구조가 마련되는, 활성 가스 생성 장치.

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