KR100227128B1 - 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치 - Google Patents

스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마 전리기체 발생장치에 관한 것으로서, 특히 스파크 갭 스위치 사이에서 발생되는 고속의 불꽃방전을 임의적으로 단속되게 하는 방전단속수단을 통하여 펄스폭이 좁고, 펄스상승시간이 극히 짧은 고전압펄스가 플라즈마반응기에 출력되어 강력한 스트리머 코로나 방전을 통한 상온상압의 비평형 저온 플라즈마에 의한 화학적 활성종인 플라즈마 전리기체 발생장치에 관한 것이다.
본 발명은 전압을 제어하기 위한 전압제어장치(11)와, 교류전압을 승압하는 고전압 변압기(12)와, 승압된 교류고전압을 직류고전압으로 변환하는 고전압 정류기(13)와, 펄스방전을 위한 충전용 콘덴서(C2)와, 불꽃방전을 발생하는 스파크갭스위치(15)와, 플라즈마를 발생하는 플라즈마반응기(16)를 구비한 플라즈마 전리기체 발생장치에있어서, 상기 스파크갭스위치(15) 사이에서 발생되는 불꽃방전을 임의적으로 단속되게하는 방전단속수단과, 상기 수단에 의해 출력되는 고전압을 전달받고, 플라즈마반응기(16)의 부하임피턴스 및 정전용량에 따른 LC공진에 의해서 첨예한 고전압펄스 코로나 방전이 되게하는 고주파리액터(L2)를 포함하는 것을 특징으로하여 고주파리액터를 통하여 플라즈마반응기로 출력되는 고전압의 펄스상승시간 및 펄스폭을 대폭 줄일 수 있어 강력한 스트리머 코로나 방전에 의한 환경 및 여타산업상에 유용한 화학적 산화성과 환원성이 강한 활성종인 플라즈마 전리기체의 효율적인 생성에 관한 기술이다.

Description

스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치
본 발명은 플라즈마 전리기체 발생장치에 관한 것으로서, 특히 스파크 갭 스위치에서 발생되는 고속의 불꽃방전을 임의적으로 단속되게 하는 방전단속수단을 통하여 펄스폭이 좁고, 펄스상승시간이 극히 짧은 고전압펄스가 플라즈마반응기에 출력되어 강력한 스트리머 코로나 방전(STREAMER CORONA DISCHARGE)에 의한 상온상압의 물리적으로 중성인 비평형 저온 플라즈마를 발생시켜 화학적 활성종인 플라즈마 전리기체 발생장치에 관한 것이다.
최근 플라즈마(PLASMA)를 이용한 산업상의 응용분야가 증가하고 있으나, 실제 유용한 상온상압의 저온 플라즈마를 발생시키는 기술이 미흡하여 실용상 많은 문제점이 있으므로 보다 강력한 스트리머 코로나 방전을 통한 플라즈마 발생기술에 대한 활발한 연구가 수행되고 있는 실정이다.
도1 및 도2는 종래의 플라즈마 발생장치를 설명하기위한 설명도로서, 도1에 의한 플라즈마 발생장치는 상용교류전원(10)을 전압제어장치에 의해 제어하고, 그 제어된 교류전압은 고전압변압기(12)에 의해 소정의 교류전압으로 승압되며 승압된 교류 고전압은 고전압정류기(13)에 의해 전파정류되고 고전압콘덴서(C2)에 의해 평활화 된후, 상기 고전압콘덴서(C2)에 충전된 고전압이 스파크갭스위치(15)에 인가된다. 고전압콘덴서(C2)에 충전된 고전압이 방전하면 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a, 15b) 사이에서 고전압에 따른 불꽃방전이 발생한다. 상기 콘덴서(C2)에서 충전된 고전압이 모두 방전하고 충전하는 동안에는 상기 스파크갭스위치(15)에서 불꽃방전이 발생하지 않고, 다시 상기 콘덴서(C2)에 충전된 고전압이 방전하면서 스파크갭스위치(15)에서 불꽃방전이 발생한다. 이와같은 과정이 스파크갭스위치(15)에서 반복적으로 이루어지면, 상기 스파크갭스위치(15)에서 고속의 불꽃방전이 일어나 고전압펄스가 발생하고 이 고전압펄스는 플라즈마반응기(16)의 방전전극(17)에 전달되어 플라즈마가 발생된다.
또는, 더욱 왕성한 플라즈마를 얻기 위하여 도2와 같이 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a, 15b) 사이에 회전방전단자(14a, 14b)를 설치하여 회전방전단자(14a, 14b)를 도시된 화살표 방향으로 회전하여 상기 회전방전단자(14a, 14b)가 방전단자(15a,15b)에 가까운 거리로 올 때 마다 불꽃방전이 발생되도록하여 플라즈마반응기(16)에서 150KV 내지 250KV의 고전압 불꽃 방전이 발생하도록 하였다.
그러나, 상기 도1에 따른 종래의 기술은 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a, 15b)가 일정거리 이격되어 고정되어 있는데 상기 방전단자(15a, 15b) 사이의 거리가 통상 10 mm 정도 떨어져 있기 때문에 방전단자(15a, 15b) 사이에서 발생하는 불꽃방전의 끊김이 나빠 고전압펄스가 급속히 저하되며, 반대로 상기 방전단자(15a, 15b) 사이의 거리를 너무 넓게하면 불꽃방전이 발생하지 않게되어 플라즈마를 얻을 수 없는 문제점이 있다.
상기 도2에 따른 종래의 기술은 스트리머 코로나가 방전전극(17)으로부터 원통형의 대향전극(18)으로 향해 발생되며, 스트리머 부분은 정과 부의 이온이 혼재하는 플라즈마 영역으로 되어 있고, 이 플라즈마 영역을 기체분자가 통과할 때 화학반응이 용이한 플라즈마 전리기체에 의한 활성종(RADICAL)을 생성한다. 따라서, 산업상의 적용을 목적으로 한 다량의 활성종을 생성시키기 위해서는 보다 강력한 스트리머에 의한 광범위한 플라즈마영역 및 플라즈마 전리기체의 농도를 높여야 하기 때문에 고전압 펄스의 파고치 및 발생빈도를 높일 필요가 있다. 이를 위해서는 스파크갭스위치(15)의 회전방전단자(14a, 14b)의 회전수를 실용상 최소 1500rpm 이상으로 하지 않으면 안되는 문제점이 있다. 또한, 고전압 펄스의 발생빈도를 높이는데 회전방전단자(14a, 14b)의 극수를 증가시키면 좋으나, 각 불꽃 방전에 의해 갭간에 발생한 이온이 어느 레벨까지 결국 갭 사이의 전기절연이 회복할 때 까지의 회복시간 보다도 짧은 시간 간격으로 불꽃 방전을 발생시킬 수 없는 문제점이 있으며, 회전방전단자(14a, 14b)의 회전에 의해 생기는 바람으로 갭간의 이온의 일부분이 날려지므로 실용상 고전압 펄스의 발생빈도는 최대 약 300회/초 밖에 않되는 문제점이 있다.
또한, 회전방전단자(14a, 14b)의 고속회전시 기체의 전기절연회복이 충분히되 지 않은 상태에서 재차 불꽃방전이 발생하지 않도록 하기 위하여 회전방전단자(14a, 14b)가 대형화되어야 하고, 전기절연이 확보되지않은 상태에서 재차방전을 일으킬 경우에는 균일한 펄스전압을 얻을 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 스파크갭스위치의 방전단자 사이에 방전단속수단을 설치하고, 스파크갭스위치와 플라즈마반응기(16) 사이에 고주파리액터(L2)를 접속하여 스파크갭스위치에서 발생되는 불꽃방전을 임의적으로 단속되게하여 펄스폭이 극히 좁고, 펄스상승시간이 극히 짧은 펄스 고전압이 방전전극(17)에 전달되도록하여 강한 스트리머 코로나 방전에 의한 화학적활성이 강한 플라즈마가 발생되도록 한 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전압을 제어하기 위한 전압제어장치(11)와, 교류전압을 승압하는 고전압 변압기(12)와, 승압된 교류고전압을 직류고전압으로 변환하는 고전압 정류기(13)와, 펄스방전을 위한 충전용 콘덴서(C2)와, 불꽃방전을 발생하는 스파크갭스위치와, 플라즈마를 발생하는 플라즈마반응기(16)를 구비한 플라즈마 발생장치에 있어서, 상기 스파크갭스위치에서 발생되는 불꽃방전을 임의적으로 단속되게하는 방전단속수단과, 상기 수단에 의해 출력되는 고전압을 전달받고, 플라즈마반응기(16)의 부하임피턴스 및 정전용량에 따른 LC공진에 의해서 첨예한 고전압펄스 코로나 방전이 되게하는 고주파리액터(L2)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도1및 도2는 종래의 플라즈마 발생장치를 설명하기위한 설명도.
도3은 본 발명에 따른 플라즈마 전리기체 발생장치의 일실시예를 설명하기 위한 설명도.
도4는 상기 도3의 방전단속수단을 확대하여 설명하기위한 사시도.
도5는 본 발명에 따른 플라즈마 전리기체 발생장치의 다른 실시예를 설명하기위한 설명도.
도6은 상기 도5의 방전단속수단을 확대하여 설명하기위한 사시도.
도7은 본 발명에 따른 플라즈마 전리기체 발생장치의 또다른 실시예를 설명하기위한 사시도.
도8a는 종래의 플라즈마 발생장치의 양전극간의 전압파형을 도시한 도면.
도8b는 도8a의 전압파형을 1개 파형만 확대 도시한 도면.
도9a는 본 발명에 따른 플라즈마 전리기체 발생장치의 양전극간의 전압파형을 도시한 도면.
도9b는 도9a의 전압파형을 1개 파형만 확대 도시한 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 상용교류전원 11 : 전압제어장치
12 : 고전압 변압기 13 : 고전압 정류기
14a, 14b : 회전방전단자 15 : 스파크갭스위치
15a, 15b : 방전단자 16 : 플라즈마 반응기
17 : 방전전극 18 : 대향전극
20, 40, 50 : 방전단속수단 21 : 모터
24 : 콘트롤러 25 : 회전원판
26 : 샤프트 27 : 회전축
35 : 콤프레셔 42 : 분사노즐
43 : 기체관 C1, C2 : 고전압 콘덴서
L1, L2 : 리액터
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
일반적으로 플라즈마반응기(16)에서 발생되는 활성종의 플라즈마 전리기체를얻기위해서는 스파크갭스위치에서 발생되는 불꽃방전에 의해서 방전전극으로 출력되는 고전압의 펄스폭이 좁아야되며, 펄스상승시간이 짧아야 더욱 더 좋은 활성종의 플라즈마 전리기체를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은 스파크갭스위치에서 발생하는 불꽃방전이 방전단속수단에 의해 임의적으로 단속되어 펄스폭이 좁고, 펄스상승시간이 극히 짧은 펄스 고전압이 방전전극으로 출력되도록 한 것으로 도3은 본 발명에 따른 방전단속수단의 일실시예를 이용한 플라즈마 전리기체 발생장치를 설명하기 위한 설명도이다.
교류 또는 직류입력 전압을 공급받아 전압제어장치(11)에서 상기 교류 또는 직류전압을 필요한 전압으로 제어하되, 입력되는 직류전압은 인버터(도시안됨)를 통하여 교류전압으로 변환하여 제어한다. 상기 전압제어장치(11)로 부터 출력되는 교류전압은 고전압 변압기(12)에서 승압되어 고전압 졍류기(13)에서 승압된 교류고전압은 직류고전압으로 변환되며, 상기 정류기(13)에서 출력되는 전압은 고전압콘덴서(C1) 및 리액터(L1)를 통하여 안정된 DC 전압으로 공급되고, 다시 펄스방전을 위해 충전용콘덴서(C2)에 고전압이 충전된다.
상기 충전용콘덴서(C2)의 양(+)의 단자에 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a')에 접속하여 충전용콘덴서(C2)에 일정 전압 이상의 직류고전압이 충전되면 이 충전된 직류고전압이 스파크갭스위치(15')의 출력측 방전단자(15a')와 방전단자(15b') 사이의 불꽃 방전에 의하여 플라즈마반응기(16)에 펄스고전압이 출력된다. 이러한 일련의 펄스고전압을 방생시키는 방법에 있어서 보다 첨예하고 안정적인 펄스를 발생시키기 위해서 보다 구체적인 펄스고전압 발생은 다음의 동작으로 설명된다.
상기 방전단속수단(20)은 소요의 구멍(28)(도4 참조)이 형성된 회전원판(25)이 모터(21)에 의해 동작되고, 상기 회전원판(25)의 구멍(28)이 상기 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b') 사이에 놓이도록 설치되어 스파크갭스위치(15')에서 발생되는 불꽃방전을 단속한다.
상기 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15b')에 고주파리액터(L2)가 직렬로 접속되고 다시 플라즈마반응기(16)가 연결되어 있다. 콘트롤러(24)는 상기 플라즈마반응기(16)에 입력되는 고전압과 DC단(P점)에 걸리는 고전압과, 방전단속수단(20)의 회전원판(25)의 동작신호를 전달받아 설정된 프로그램에 의해 상기 전압제어장치(11)와 방전단속수단(20)의 모터(21)를 제어한다.
상기의 구성에 따른 동작과정을 좀더 자세히 설명하면,
상기의 스파크갭스위치(15')에서 불꽃방전을 발생되게하는 전기적과정은 앞에서 설명하였기에 생략하기로 한다.
상기 충전용콘덴서(C2)에 충전된 고전압이 방전하여 방전단속수단(20)이 설치된 스파크갭스위치(15')에 인가되면 상기 방전단속수단(20)의 회전원판(25)에 형성된 구멍(28)이 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b')와 일치될때 불꽃방전이 발생하고, 상기 회전원판(25)이 콘트롤러(24)의 동작에 따라 회전하여 상기 구멍(28)과 방전단자(15a', 15b')가 일치하지 않을때는 불꽃방전이 차단되게된다. 상기 방전단자(15a', 15b')와 구멍(28)이 일치될때의 불꽃방전에 의한 펄스 고전압이 고주파리액터(L2)를 통하여 펄스상승시간이 극히 짧고, 펄스폭이 극히 좁은 나노세컨드펄스(NANO SECOND PULSE) 고전압이 플라즈마반응기(16)에 전달된다.
상기 플라즈마반응기(16) 내부에는 스트리머 코로나 방전에 의한 화학적 활성이 강한 플라즈마상의 전리기체를 형성하기 위해 두전극이 설치되되, 전극간에 방전전극(17)을 양극(+; 정극), 대향전극(18)을 음극(-; 부극)으로 하는 두전극이 설치된다. 방전단속수단(20)이 설치된 상기 스파크갭스위치(15')에서 발생되는 불꽃방전이 상기 회전원판(25)의 구멍(28)에 의해 단속되고, 단속된 고전압은 고주파리액터(L2)를 통하여 펄스상승시간이 매우 빠르고(100ns 이하), 펄스폭이 좁은(200ns 이하)펄스 고전압이 방전전극(17)에 인가되어 두 전극사이에 형성된 전기역학적 현상과 같이 방전전계를 발생시키고, 방전전계내에서 방전전극(17)으로부터 방출된 다량의 전자를 기체분자와 충돌시켜 기체분자를 여기, 해리, 이온화 등의 화학적으로 강한 활성을 가지는 플라즈마상의 전리기체가 생성된다. 따라서, 고전압의 펄스 상승시간이 극히 짧고, 폭이 극히 좁은 나노세컨드펄스(NANO SECOND PULSE) 고전압이 플라즈마반응기(16)에 인가될 경우 강력한 스트리머 방전(STREAMER DISCHARGE)이 발생된다. 상기 플라즈마반응기(16)의 방전전극(17)에 인가되는 고전압은 펄스폭이 극히 짧기 때문에 질량이 가벼운 전자만 가속되고, 질량이 큰 이온 분자는 가속되지 않는 상온상압의 저온의 물리적으로 중성인 비평형 플라즈마(NON-THERMAL PLASMA)가 형성된다. 결국 기체의 온도는 상온인 상태에서 플라즈마 화학반응의 주역이 되는 전자의 온도를 극히 높게하는 것이 가능하며, 활성도가 높은 활성종(RADICAL)의 플라즈마 전리기체를 발생되게 한다.
상기의 원리에 있어서, 고전압의 상승시간 및 폭이 극히 빠른 펄스를 플라즈마반응기(16)로 인가되면, 펄스휴지기간에는 냉각되고, 다음의 고전압펄스 인가시 재차 처음의 상태로 복귀하여 기체온도상승을 억제하는 것이 용이하여 펄스인가 시간중 이온분자의 온도상승이 억제되기 때문에 펄스전압의 파고치, 즉 펄스 고전압을 극히 높게 할수 있어 전자를 더욱 현저히 가속시킬 수 있기 때문에 분자와의 충돌에 의한 광전리 현상으로 진전되어 보다 강력한 스트리머에 의한 화학적으로 강한 활성을 갖는 활성종(RADICAL)을 풍부하게 만들 수 있는 플라즈마상의 전리기체를 생성할 수 있다.
또한, 방전단속수단(20)이 설치된 스파크갭스위치(15')를 직렬 또는 병렬로 여러개 설치하여 순차적인 단속에 의하여 펄스 고전압을 상기 고주파리액터(L2)를 통하여 플라즈마반응기(16)로 출력하여 고전압 펄스 발생 횟수를 수천회로 높이는 것이 가능하다.
도4는 본 발명에 따른 방전단속수단(20)을 설명하기 위한 사시도로서, 회전원판(25), 모터(21), 샤프트(26), 회전축(27), 지지대(32)로 구성되며, 상기 콘트롤러(24)의 제어신호에 의해 동작되고, 상기 회전원판(25)은 절연이 된 원판 소정부위에 일정갯수의 구멍(28)이 형성되어 있으며, 상기 회전축(27)에 연결된 샤프트(26)에 고정되되, 상기 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b') 사이에 설치되어 상기 방전단자(15a', 15b')와 상기 회전원판(25)의 구멍(28)이 일치되도록 설치되어 있다. 또한, 상기 구멍(28)에는 도전체를 삽입하여 사용할 수도 있다. 상기 회전축(27)의 양끝단은 지지대(32)에 상부에 설치된 고정부(31)에 의해 고정되고, 회전축(27)의 한쪽 끝단이 모터(21)와 밸트(29)에 의해 연결되어 모터(21)의 동작에 따라 상기 회전축(27)이 회전하고 따라서 회전원판(25)이 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b')사이에서 회전한다.
상기 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b') 사이에 설치된 회전원판(25)의 구멍(28)이 상기 방전단자(15a', 15b')와 일치할때 불꽃방전이 발생되고, 상기 회전원판(25)이 회전하여 구멍(28)이 없는 절연면이 방전단자(15a', 15b') 사이에 놓이면 불꽃방전이 단속되어 펄스의 폭이 짧은 고전압이 고주파리액터(L2)로 출력된다.
또한, 플라즈마 반응기(16)의 형태 및 특성에 따라 방전단자(15a', 15b')의 갭간격(6mm 내지 35mm)을 조정하여 플라즈마 반응기(16)에 출력되는 고전압펄스의 파고치를 조절함으로서 부하특성에 대응한 일정한 플라즈마를 유지할 수 있다. 갭간격을 멀리하면 상대적으로 펄스고전압의 피크치를 높일 수 있어 갭간격이 35mm 이내일때 플라즈마 반응기가 수용할 수 있는 최상의 펄스고전압을 공급할 수 있다.
도5는 본 발명에 따른 방전단속수단(40)을 이용한 플라즈마 발생장치의 일실시예를 설명하기 위한 설명도로서, 교류 및 직류입력 전압을 공급받아 불꽃방전을 발생하기위한 전압을 제어하는 과정은 도3의 설명과 동일하므로 생략하기로 한다.
상기 충전용콘덴서(C2)에 방전단속수단(40)이 결합된 스파크갭스위치(15)가병렬로 설치되어 있다.
상기 방전단속수단(40)은 일정량의 기체를 분사하는 분사노즐(42)이 콤퓨레셔(35)에 의해 동작되고, 상기 분사노즐(42)이 상기 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a'', 15b'') 사이의 중앙 하단에 설치되되, 분사노즐(42)의 분사기체에 의해 스파크갭스위치(15'')에서 발생되는 불꽃방전이 단속되는 위치에 설치되어 스파크갭스위치(15'')에서 발생되는 불꽃방전을 단속되게한다.
상기 스파크갭스위치(15'')의 방전단자(15b'')에 고주파리액터(L2)가 직렬로 접속되며, 다시 플라즈마반응기(16)가 연결되어 있다. 콘트롤러(24)는 상기 플라즈마반응기(16)에 입력되는 고전압과 DC단(P점)에 걸리는 고전압과, 방전단속수단(40)의 분사노즐(42)의 동작신호를 전달받아 설정된 프로그램에 의해 상기 전압제어장치(11)와 방전단속수단(40)의 콤퓨레셔(35)를 제어한다.
상기 충전용콘덴서(C2)에 충전된 고전압이 방전되어 스파크갭스위치(15'')에 인가되어 불꽃방전이 발생되면, 상기 방전단속수단(40)의 분사노즐(42)에 의해 분사되는 기체에 의하여 불꽃방전의 일부가 차단되어 고주파리액터(L2)에 전달된다. 이때, 상기 스파크갭스위치(15'')에서 분사노즐(42)에 의해 분사되는 기체에 의하여 단속된 고전압은 고주파리액터(L2)를 통하여 펄스상승시간이 극히 짧고, 펄스폭이 극히 좁은 나노세컨드펄스(NANO SECOND PULSE) 고전압이 플라즈마반응기(16)에 인가된다.
상기 플라즈마반응기(16)의 방전전극(17)에 출력된 고전압은 도 3에서 설명한것과 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 방전단자(15a'', 15b'') 사이에 방전단속수단(40)이 설치된 스파크갭스위치(15'')를 직렬로 여러개 연속 설치하여 펄스 고전압을 상기 고주파리액터(L2)를 통하여 플라즈마반응기(16)로 출력되게할 수 있다.
도6은 상기 도5의 방전단속수단(40)을 확대하여 설명한 사시도로서, 기본고정판(41)의 상부에 설치된 애자(33) 상단에 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a, 15b)가 설치되고, 그 방전단자(15a, 15b) 사이의 중앙하단에 기체관(43)에 연결된 분사노즐(42)이 구비되고, 상기 기체관(43)은 콤퓨레셔(35)에 연결되어 상기 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a, 15b) 사이에 발생하는 불꽃방전을 단속한다.
도 7은 본 발명에 따른 방전단속수단(50)의 다른 실시예를 도시한 사시도로서, 상기 회전원판(25)으로 구성된 방전단속수단(20)에 기체분사를 위한 분사노즐(42)로구성된 방전단속수단(40)이 결합된 것으로 즉, 상기 회전원판(25)으로 설치된 방전단속수단(20)의 기본고정판(34) 상단에 콤퓨레셔(35)에 연결된 기체관(43)을 설치하고, 그 상부에 분사노즐(42)이 설치되되, 상기 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b''') 사이에 설치된 회전원판(25) 하부에 설치되어 상기 회전원판(25)이 불꽃방전을 단속할 때 동시에 상기 분사노즐(42)을 통하여 분사되는 기체에 의해서도 단속되도록 설치되어 있다.
또한, 방전단자(15a''', 15b''') 사이에 상기 회전원판(25)으로 구성된 방전단속수단(20)과 분사노즐(42)로 구성된 방전단속수단(40)이 동시에 설치된 스파크갭스위치(15''')를 직렬로 연속하여 1개이상 설치하여 펄스 고전압을 상기 고주파리액터(L2)를 통하여 플라즈마반응기(16)로 출력되게할 수 있다.
도8a는 종래의 플라즈마 발생장치의 양전극간의 전압파형을 도시한 도면이고, 도8b는 도8a의 전압파형을 1개파형만 확대 도시한 도면으로서, 스파크갭스위치(15) 사이에 출력되는 고전압의 펄스상승시간(Tr)은 7㎲ 이고, 파미장(Th)은 10.5㎲이며, 펄스폭(TD)은 14㎲이고 주파수(f)는 71KHz임을 알 수 있다.
도9a는 본 발명의 플라즈마발생장치의 양전극간의 전압파형을 도시한 도면이고, 도9b는 도9a의 전압파형을 1개파형만 확대 도시한 도면으로서, 방전단속수단이 설치된 스파크갭스위치에서 발생되는 불꽃방전을 상기 방전단속수단에 의해 임의로 단속되어 고주파리액터(L2)를 통하여 플라즈마반응기(16)로 출력되는 고전압파형은 고전압의 펄스상승시간(Tr)은 30ns 이고, 파미장(Th)은 42ns이며, 펄스폭(TD)은 60ns이고 주파수(f)는 16MHz임을 알 수 있다.
본 발명의 플라즈마 전리기체 발생장치는 본 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 취지 및 범위내에서 여러가지 수정, 변경, 삭제 및 응용을 할 수 있음은 명백하다.
예를들어, 본 발명은 고전압정류기(13)의 극성을 양(+)극성으로하여 설명하였으나, 상기 고전압정류기(13)의 극성을 부(-)극성으로 바꿔 사용할 수 있다. 즉, 고전압정류기(13)의 극성을 부(-)극성으로하면 플라즈마반응기(16)내의 방전전극(17)과 대향전극(18)의 극성이 서로 바뀌어 동작되는데 이때, 고전압정류기(13)가 양(+)극성일때와 동일한 작동원리에 의해서 활성종의 플라즈마 전리기체가 발생된다. 양극성에 비해 음극성의 경우는 전자가 다량 방출되어 분진입자에 대전(하전)이 잘 되게 할 수 있는 점이 있으나, 하여튼 필요에 따라 양(+)극 및 부(-)극 어느것을 사용해도 된다.
또한, 본 발명에 따른 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치를 이용하여 산업상의 오존발생장치, 금속표면처리장치, 금속가공장치, 고효율집진장치, 폐수 및 폐가스처리장치, 탈취에 의한 악취제거장치 및 자동차배기가스 처리장치등에 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와같이 본 발명은 스파크갭스위치 사이에서 발생되는 불꽃방전을 방전단속수단에 의해 순간적으로 단속하여 고주파리액터를 통하여 출력되는 고전압의 펄스상승시간 및 펄스폭을 상당히 줄일 수 있기 때문에 플라즈마반응기에서 강한 스트리머 코로나 방전을 발생시켜 상온상압의 물리적으로 중성인 비평형 저온의 활성종 플라즈마 전리기체를 다량 발생시킬 수 있으며, 또한 고전압 펄스 횟수를 높일 수 있고, 스파크갭스위치 사이에서 불꽃방전을 단속하기 때문에 불꽃방전에 불필요한 소비전력을 대폭 줄일 수 있는 탁월한 효과가 있다.

Claims (11)

  1. 직류 또는 교류전압을 제어하기 위한 전압제어장치(11)와, 교류전압을 승압하는 고전압 변압기(12)와, 승압된 교류고전압을 직류고전압으로 변환하는 고전압 정류기(13)와, 펄스방전을 위한 충전용 콘덴서(C2)와, 불꽃방전을 발생하는 스파크갭스위치와, 플라즈마를 발생하는 플라즈마반응기(16)를 구비한 플라즈마 발생장치에 있어서,
    상기 스파크갭스위치에서 발생되는 불꽃방전을 임의적으로 단속되게하는 방전단속수단과,
    상기 수단에 의해 출력되는 고전압을 전달받고, 플라즈마반응기(16)의 부하임피턴스 및 정전용량에 따른 LC공진에 의해서 첨예한 고전압펄스 코로나 방전이 되게하는 고주파리액터(L2)를 포함하는 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전단속수단(20)은 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b') 사이에서 소요의 구멍(28)이 형성된 회전원판(25)에 의해서 불꽃방전이 단속되게 한 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 회전원판(25)은 절연으로된 원판에 일정갯수의 구멍(28)이 형성되고, 상기 스파크갭스위치(15')의 방전단자(15a', 15b') 사이에 설치되되, 회전원판(25)의 구멍(28)과 방전단자(15a', 15b')가 일치되게 한 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  4. 제2항 또는 3항에 있어서,
    상기 구멍(28) 속에 삽입된 도전체를 포함하는 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 방전단속수단(40)은 스파크갭스위치(15'')의 방전단자(15a'', 15b'') 사이에서 기체관(43)에 연결된 분사노즐(42)을 통하여 출력되는 기체에 의해서 불꽃방전이 단속되게 한 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사노즐(42)은 콤퓨레셔(35)를 통하여 공급되는 기체가 기체관(43)을 통하여 전달되게 상기 스파크갭스위치(15)의 방전단자(15a, 15b) 사이의 중앙 하단에 설치되되, 방전단자(15a'', 15b'') 사이에 발생되는 불꽃방전이 분사기체에 의해 단속되게 설치한 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 방전단속수단(50)은 스파크갭스위치(15''')의 방전단자(15a''', 15b''') 사이에서 회전원판(25)에 형성된 구멍(28)과 분사노즐(42)에 의한 분사기체에 의해서 불꽃방전이 단속되게 한 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마전리기체 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 정류기(13)에서 출력되는 고전압을 안정된 DC 전압으로 공급하기 위해 직렬 연결한 고전압콘덴서(C1)에서 출력되는 고전압을 제어하기위해 직렬 연결된 리액터(L1)를 포함하는 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    스파크갭스위치에 상기 방전단속수단이 1개이상 직렬연결되게 한 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  10. 제1항에 있어서,
    방전전극(17)과 대향전극(18)의 극성을 바꾸기 위해 상기 고전압정류기(13)의 극성이 양(+)극성 또는 음(-)극성으로 구성된 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전압제어장치(11)에 직류전압이 공급될시 인버터를 이용하여 교류전압으로 변환되게하는 것을 특징으로하는 스트리머 코로나 방전에 의한 플라즈마 전리기체 발생장치.
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