KR101100916B1 - 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생 방법 - Google Patents

Abstract

상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생 방법이 제공된다.

본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 장치는 마이크로 웨이브가 인가되는 도파관 및 상기 도파관을 관통하며 토치 가스가 유입되어 플라즈마가 발생하는 유전관을 포함하는 상압 플라즈마 발생 장치에 있어서, 도파관의 직경은 동일하고, 상기 도파관의 단부는 곡면을 이루는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 도파관은 평행한 형태를 이루므로, 도파관 제조 공정이 간단하고, 도파관 간의 접합 수를 줄임으로써 마이크로 웨이브의 방출 및 접합 공정 중에 유입된 이물질에 의한 문제를 해결할 수 있다. 더 나아가 본 발명은 도파관 단부의 형태를 곡면으로 형성함으로써, 곡면에서 반사되는 마이크로 웨이브의 강화 효과를 향상시켰으며, 상기 곡면을 이동시킴으로써 최대 전장이 발생하는 지점을 사용자가 용이하게 파악할 수 있다는 효과를 갖는다.

Description

상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생 방법{Apparatus for producing atmospheric plasma, and method for producing atmospheric plasma using the same}

본 발명은 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도파관 제조 공정이 간단하고, 도파관 간의 접합 수를 줄임으로써 마이크로 웨이브의 방출 및 접합 공정 중에 유입된 이물질에 의한 문제를 일거에 해결하였고, 도파관 단부의 형태를 곡면으로 형성함으로써, 곡면에서 반사되는 마이크로 웨이브의 강화 효과를 향상시켰으며, 더 나아가 상기 곡면을 이동시킴으로써 최대 전장이 발생하는 지점을 사용자가 용이하게 파악할 수 있는 상압 플라즈마 발생 장치 및 이를 이용한 상압 플라즈마 발생 방법에 관한 것이다.

기체 상태의 물질에 계속 열을 가하여 온도를 올려주면, 이온핵과 자유전자로 이루어진 입자들의 집합체가 만들어진다. 이를 물질의 세 가지 형태인 고체, 액체, 기체와 더불어 '제4의 물질상태'로 불리며, 이러한 상태의 물질을 플라즈마(plasma) 라고 한다. 즉, 기체에 고에너지를 가하게 되면, 상태전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어 지게 되며, 이때 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아지게 되는 상태에 이르게 되는데, 이러한 상태가 전기적으로 중성을 띄는 플라즈마 상태라 할 수 있다.

현대 산업에서 플라즈마는 고기능, 고강도, 고가공성을 요구하는 물질에서부터, 각종 소재의 표면처리, 이온주입, 유기-무기막 증착 및 제거, 세정작업, 독성물질의 제거, 살균 등 첨단재료나, 전자, 환경산업에 이르기까지 다양한 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.

이러한 플라즈마는 압력 조건에 따라 진공 플라즈마와 상압 플라즈마로 구분될 수 있는데, 진공상태에서 플라즈마를 생성하는 방법은 실제로 응용하는데 많은 어려움이 있다. 진공상태에서 플라즈마를 생성하는 방법은 플라즈마가 닫쳐진 공간에서 발생하므로, 순간적으로 처리해야 하는 물질에서는 처리조건을 제어하기가 어렵고, 폐쇄된 시스템으로는 물품이 이동하면서 수행되어야 하는 연속공정에서 처리를 하기가 어렵다는 단점이 있다.

따라서 최근 상압 상태에서 플라즈마를 생성, 응용하는 기술이 연구되고 있는데, 대기압 조건에서는 인가되는 에너지, 예를 들면 마이크로 웨이브 플라즈마의 경우 마이크로 웨이브의 전장을 플라즈마 발생 영역(유전관)에서 최대로 유지하여야 한다.

플라즈마 발생을 최대화하기 위하여, 대한민국 특허 제10-0394994(이하 인용기술 1)호, 대한민국 특허 제10-0638109(이하 인용기술 2)호 등은 점차 직경이 가늘어지는 형태의 도파관 구조를 개시하고 있다.

도 1은 인용기술 1에 따른 상압 플라즈마 장치의 모식도이다.

도 1을 참조하면, 유전관(12)과 3-스터브정합시스템(20)을 도파관(18)에 관내파장의 1/4 간격을 이루도록 배열 설치하되, 파워공급시스템(24)을 구비한 마그네트론(22)에서 전자파를 도파관(18)내로 발진하면 3-스터브정합시스템(20)에서 정합하면서 유전관(12)내에 최대 전기장을 공급하여 대기압하에서 플라즈마를 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 장치를 개시한다.

특히 종래 기술의 상압 플라즈마 발생 장치의 도파관은 고밀도의 전장을 도파관 내, 특히 유전관이 구비되는 지점에 형성하기 위하여 마이크로 웨이브 이동 경로에 따라 직경이 좁아지는 구조를 갖는다.

도 2는 인용기술 2에 따른 상압 플라즈마 발생 장치의 모식도이다.

도 2를 참조하면, 인용기술 2 또한 마이크로 웨이브 이동 경로를 따라 직경이 좁아지는 도파관을 개시하고 있다. 이와 같이 종래의 상압 플라즈마 장치는 모두 직경이 유전관 쪽으로 갈수록 좁아지는 구조를 나타낸다.

하지만, 이 경우 점진적으로 좁아지는 직경의 도파관(인용기술 2)을 제조하는 것은 기술적으로 상당히 어려우므로, 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 이를 개선하기 위하여 직경이 좁아지는 리듀서(인용기술 1)를 사용하는 경우 도파관은 세가지 요소 도파관(큰 직경 도파관, 리듀서, 좁은 직경 도파관)을 필요로 하며, 각 요소 도파관은 내부의 마이크로 웨이브가 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 인접하는 도파관과의 엄격한 접합이 다수 요구된다. 하지만, 용접 등과 같은 방식으로 요소 도파관을 접합하는 경우, 도파관 내부에 접합 이물질 등이 들어갈 확률 이 상당히 높으며, 이는 마이크로 웨이브 인가 시 다양한 문제를 야기시킨다.

더 나아가, 종래의 상압 플라즈마 장치는 모두 상압 상태에서 전장을 극대화할 수 있는 지점을 수치적 해석에 의하여 도출하고 있으나, 이는 내부가 가늘어지는 도파관의 복잡한 구조적 형상때문에 실제 최대 플라즈마가 발생하는 최적의 지점을 정확하게 예측하기는 매우 어려운 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 보다 낮은 제조비용, 용이한 제조성, 높은 안정성 및 작업 용이성, 공정 조건 변화에 따른 높은 응용성 등을 갖는 상압 플라즈마 발생 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기 플라즈마 발생 장치를 이용한 효과적인 상압 플라즈마 발생 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 해결하기 위하여, 마이크로 웨이브가 인가되는 도파관 및 상기 도파관을 관통하며 토치 가스가 유입되어 플라즈마가 발생하는 유전관을 포함하는 상압 플라즈마 발생 장치에 있어서, 도파관의 직경은 동일하고, 상기 도파관의 단부는 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치를 제공한다. 상기 도파관의 단부는 이동 가능하며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 도파관의 단부는 내벽 및 외벽의 이중벽 구조이고, 상기 내벽을 이동시킬 수 있는 수단이 상기 외벽에 구비될 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에서 상기 도파관의 내측면 상에 복수의 오목부를 포함하는 요철면이 구비되며, 상기 도파관의 단부는 상기 요철면의 오목부상에서 이동가능할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생량을 측정하 는 측정 수단을 더 포함할 수 있는데, 상기 측정 수단은 상기 플라즈마의 빛 세기를 측정할 수 있다.

상기 두 번째 과제를 해결하기 위하여 마이크로 웨이브를, 동일한 직경을 갖지며, 단부가 곡면을 이루는 도파관에 인가하는 단계; 상기 도파관을 관통하며, 토치 가스가 유입되는 유전관 내에서 플라즈마를 발생시키는 단계; 상기 도파관의 길이를 변화시킴에 따라 발생하는 플라즈마 발생량을 측정하는 단계; 및 상기 플라즈마 강도가 최대가 되는 지점에서 상기 도파관 길이를 고정하는 단계를 포함하는 상압 플라즈마 발생 방법이 제공된다. 상기 플라즈마 강도 측정은 상기 플라즈마의 빛 세기를 측정함으로써 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 상압 플라즈마 장치 및 방법은 평행한 형태를 이루므로, 도파관 제조 공정이 간단하고, 도파관 간의 접합 수를 줄임으로써 마이크로 웨이브의 방출 및 접합 공정 중에 유입된 이물질에 의한 문제를 일거에 해결하였다. 더 나아가 본 발명은 도파관 단부의 형태를 곡면으로 형성함으로써, 곡면에서 반사되는 마이크로 웨이브의 강화 효과를 향상시켰으며, 더 나아가 상기 곡면을 이동시킴으로써 최대 전장이 발생하는 지점을 사용자가 용이하게 파악할 수 있는 효과를 갖는다.

종래 상압 플라즈마 발생 장치의 도파관이 갖는 가늘어지는 구조는 상당한 기술적, 경제적 문제(제조의 어려움, 플랜지 접합의 경우 마이크로 웨이브 방출 방 지를 위한 용접 접합에서의 이물질 유입 등)를 발생시키는 점에 착안하여 본 발명자는 이를 일거에 해결할 수 있는 새로운 형태의 상압 플라즈마 장치를 제공한다.

이하, 도면을 이용하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 장치를 나타내는 모식도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 상압 플라즈마 장치는 마그네트론(미도시) 및, 상기 마그네트론으로부터 마이크로 웨이브가 인가되는 도파관(300)을 구비한다.본 발명에 따른 도파관은 종래 기술과 달리 평행한 구조(즉, 동일한 직경을 갖는) 구조이다. 상기 평행한 구조가 갖는 장점은, 첫째, 도파관의 전체 제조비용을 절감할 수 있고, 둘째, 도파관 간의 접합 수의 감소에 따른 안정성 증가인데, 특히, 마이크로 웨이브 방출을 막기 위하여 도파관의 플랜지를 용접 접합하는 종래 기술을 고려하여 볼 때, 평행 도파관 사용에 따른 요소 도파관 수의 감소는 요소 도파관 접합에 따른 여러가지 문제(긴 제조시간 및 높은 제조비용, 용접 공정 중 발생하는 물질에 의한 불안정성)를 상당 수준 감소시킬 수 있다.

하지만, 본 발명의 일정한 직경의 도파관은 결국 전장의 고밀도화를 도파관내에서 달성할 수 없다는 것을 의미하므로, 최근의 상압 플라즈마 발생 장치는 동일 직경을 갖는 도파관을 채용하지 않고, 대신 가늘어지는 형태의 도파관을 사용하고 있었다.

하지만, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위하여, 상기 도파관의 단부를 곡면으로 구성하였는데, 상기 곡면 형태를 갖는 단부에서 반사되는 마이크로 웨이브는 동일 지점으로 수렴되므로, 도파관 내의 적절한 지점에서는 상압 플라즈마 형 성에 필요한 충분한 수준의 마이크로 웨이브가 인가될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 도파관의 곡면 형태를 이루는 단부에 의한 마이크로 웨이브 반사를 설명하기 위한 모식도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 도파관이 갖는 곡면 형태의 단부는 동심원(concentric)이므로 반사되는 마이크로 웨이브의 상당수는 도파관 내의 동일 지점으로 반사될 수 있다.

이 경우 유전관의 위치가 적절한 경우라면, 곡면에서 마이크로 웨이브에 의한 최대 전장이 유도될 수 있다.

하지만, 최대 전장을 유도하기 위한 유전관의 위치는 종래의 고정된 방식인 상압 플라즈마 발생 장치의 도파관으로서는 변화시킬 수 없으므로, 언제나 이론적 방식에만 의존하여야 하고, 본 발명에는 적용하기 어렵다.

따라서, 본 발명자는 이러한 문제를 해결하기 위하여 곡면 형태를 포함하는 단부의 위치를 가변적으로 이동시키는 형식의 도파관을 제공한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관을 나타내는 모식도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 도파관 길이는 일정 간격(Δd) 내에서 조절가능하는데, 상기 길이 조절은 본 발명은 도파관의 곡면 단부를 유전관 기준으로 연장 또는 단축시킬 수 있는 구성을 통하여 달성할 수 있다. 즉, 본 발명의 상기 일 실시예는 곡면형태의 도파관 단부에서 반사되어 도파관 내의 특정 지점으로 수렴되는 마이크로 웨이브가 유전관이 구비된 도파관 지점에서 최대 전장이 되도록 상기 곡면 형태의 도파관 단부와 유전관 사이의 거리를 조절하는 형식의 도파관을 보여준 다.

특히 이 경우 종래의 3-스터브 정합 시스템을 사용하지 않고서도 유입되는 도파관 내 마이크로 웨이브 파장과 도파관 곡면 단부로부터 반사되는 마이크로 웨이브 파장 최대치를 유전관이 위치하는 지점으로 유도할 수 있다. 또한, 만약 3-스터브 정합 시스템을 사용하는 경우라고 하여도, 공정 변화가 발생하는 경우 본 발명은 신속히 최대 전장을 유전관 내로 유도할 수 있다.

관련하여, 종래 기술에 따른 3-스터브 정합 시스템은 구성 전 계산된 수치에 기초하여 유전관의 위치가 1/4λ인 지점이 되도록 하는 구성을 가지고 있으나,이는 언제나 이론적인 수치일 뿐 실제 최대 전장이 발생하는 지점은 이와 다를 수 있다. 이러한 이론적 지점과 실제 지점의 차이는 다양한 변수(도파관 구조, 내부 매질, 토치 가스 종류)에 의하여 일어날 수 있는데, 종래 기술은 공정 조건 등에 변화가 발생하는 경우 3-스터브의 위치 등을 변화시키거나, 별도의 도파관을 제조하여야 한다는 문제가 있었다. 더 나아가, 본 발명의 도파관은 곡면 구조를 단부에만 형성시켜 플라즈마 공정의 안정성을 향상시켰으나(즉, 특정 각도로 가늘어진 후 다시 평행한 구조가 되는 종래의 도파관에 비하여 보다 단순한 형태임), 곡면에 따른 예측성의 감소를 이러한 실험적 방식으로 보완하여 오히려 예측성을 향상시켰다.

즉, 이를 달리 설명하며, 본 발명은 곡면 형태를 포함하는 도파관의 단부를 이동시켜, 도파관 길이(유전관과의 길이)를 조절하며, 그 결과 실제 최대 전장이 유도되는 도파관 내 지점을 유전관 내로 유도할 수 있으며, 공정 변수의 변화가 발생하는 경우에도 도파관의 길이를 간단히 늘리거나, 줄임으로써 유전관 내에서의 마이크로 웨이브 파장 유형을 변화시킬 수 있다.

상기 도파관의 길이를 조절하는 수단은 다양한 형태가 가능한데, 이하 도파관 길이를 조절하는 수단을 보다 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 길이 조절 수단을 나타내는 모식도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서는 도파관의 단부를 이중벽으로 구성한다. 이중 내부 벽(600b)은 마이크로 웨이브가 인가되는 벽면을 형성하므로 사실상 도파관의 길이는 내부 벽(600b)을 기준하게 되며, 상기 내부 벽(600b)은 곡면을 포함한다. 또한 상기 곡면 형태를 포함하는 내부 벽(600b)의 바깥에 구비되는 외부 벽(600a)은 혹시 발생할 수 있는 마이크로 웨이브의 외부 인가를 방지하는 방지벽을 구성함과 동시에, 상기 내부 벽(600b)의 위치를 사용자가 조절할 수 있는 수단, 예를 들면 스크류(610)가 지지될 수 있는 지지체를 형성한다. 즉, 사용자가 상기 스크류를 일 방향으로 회전시키는 경우, 나사 형태의 내부 벽 지지 부재(620)는 도파관 내측으로 이동하게 되어 상기 내부 벽(600b)을 도파관 내로 이동시켜 전체 도파관 길이는 짧아지게 된다. 또한 사용자가 상기 스크류를 반대 방향으로 회전시키는 경우, 상기 내부 벽 지지 부재(620)는 도파관의 바깥쪽(즉, 마이크로 웨이브가 이동하는 방향)으로 이동하며, 상기 지지 부재(320)와 결합한 내부 벽 또한 바깥쪽으로 이동하여, 도파관 길이가 길어지게 된다. 상기 도파관 길이의 사용자 조절 수단은 스크류 외에 다양한 방식이 가능하며, 외부에 구비되어 사용자가 내부 벽을 이동시킬 수 있는 어떠한 수단도 모두 본 발명의 범위에 속한다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 도파관 길이 조절 수단을 나타내는 모식도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 상기 실시예의 도파관의 측면은 요철면으로 구성된다. 즉, 사용자가 상기 도파관의 단부(720)를 이동시키는 경우 상기 도파관은 상기 요철면의 오목부에 안정되게 안착될 수 있으며, 지속적으로 힘을 가하는 경우 차례로 인접한 오목부상에 안착되어 전체 도파관(700) 길이가 조절될 수 있다. 상기 구성의 가장 큰 장점은 특히 마이크로 웨이브가 단부(720) 외부로 방출되는 것을 매우 효과적으로 방지할 수 있는 점이다.

또한 본 발명자는 가변적인 도파관 길이에 따른 플라즈마 강도 변화가 발생하는 점과 플라즈마의 강도 측정이 실시간으로 이루어질 수 있다는 점에 착안하여, 효과적인 최대 플라즈마 발생 지점을 유도할 수 있는 구성을 제공하는데, 이하 이를 보다 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 마이크로 웨이브 상압 플라즈마 장치는 최대 전장을 유전관 지점에서 유도하는 것이 매우 중요하며, 만약 최대 전장이 유도되지 않는 경우 플라즈마 강도(이는 해리된 가스의 양으로도 해석될 수 있음)가 약해진다. 따라서, 도파관 길이를 공정 중 변화시키면서 플라즈마 강도 변화를 측정하는 경우, 사용자는 매우 용이하게 플라즈마 발생이 최대로 일어나는 도파관 길이를 실험적으로 알 수 있으며, 이 때의 도파관 길이가 최적 도파관 길이가 된다.

상기 마이크로 웨이브 플라즈마의 강도 측정 장치는 당업계에서 널리 사용되는 어떠한 장치도 사용가능하며, 본 발명은 이에 제한되지 않으나, 특히 UV나 빛의 반사도 등을 측정하는 장치가 효과적으로 사용될 수 있다.

본 발명은 상술한 장치를 이용한 효과적인 상압 플라즈마 발생 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 상압 플라즈마 발생 방법은 먼저, 동일 직경 및 곡면 형태의 단부를 포함하는 도파관에 마이크로 웨이브를 인가하는 단계로 개시된다. 상기 마이크로 웨이브 인가 방법은 당업계에서 널리 사용되는 어떠한 방법에 의하여도 수행될 수 있다.

이후, 상기 도파관을 관통하며, 토치 가스가 유입되는 유전관 내에서 토치 가스를 흘리고 점화시킴으로써 플라즈마를 발생시키게 된다. 플라즈마 발생이 형성된 경우, 종래 기술은 상기 도파관 조건에 의하여 최대 플라즈마가 형성되는 지를 실제로 알 수 없고, 더 나아가 이를 개선시킬 수 있는 수단 또한 없었다. 하지만, 본 발명은 도파관 길이 조건을 변화시킬 수 있는 수단을 상술한 바와 같이 구비하므로, 이후 상기 도파관의 길이를 변화시키고, 이때 발생하는 플라즈마 발생량, 즉 변화를 측정하게 된다.

이러한 과정에서 플라즈마 강도가 최대가 되는 지점이 당연히 도출될 것이고, 이때의 도파관 길이가 최적의 길이 조건이 된다.

마이크로웨이브가 인가되는 도파관의 단부 형태를 곡면으로 하는 경우, 안정된 플라즈마 발생이 가능하고, 전기장의 세기를 높일 수 있다는 효과를 본 발명자는 아래 실험예(실험예 1)를 통하여 증명하였다. 또한, 원형으로 된 본 발명의 반응기의 경우 유전관의 크기 및 도파관의 크기 변화에도 불구하고 최대 전기장 발생 위치가 각진 단부를 갖는 종래기술의 도파관에 비하여 일정하다는 사실도 아래의 또 다른 실험예(실험예 2)를 통하여 증명하였다 .

실험예 1

본 발명에 따른 둥근 단부의 도파관과 각진(즉, 사각 형태의) 단부의 도파관에 대하여 각각 1.0, 1.5, 2.0, 3.0 kW로 전기장을 인가한 후, 도파관 내에서의 전기장 세기를 측정하였다. 본 실험예에서 사용된 둥근 도파관은 일면에서 둥근 형태를 갖는 것으로, 본 발명에 따른 도파관의 사시도는 도 8에 도시된다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관은 전기장이 인가되는 직선부(810)와 상기 직선부에 연결되는 둥근 단부(820)로 이루어지는데, 상기 둥근 단부(820)는 부채형태로서, 위에서 보았을 때 둥근 형태를 이룬다.

특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 이러한 형태(즉, 부채 형태)는 전기장의 밀도를 한 곳으로 효과적으로 집중시킨다.

도 9 내지 12를 참조하면, 본 발명에 따른 둥근 형태의 단부를 갖는 도파관은 전체적으로 균일한 전기장 세기를 갖는 것을 알 수 있다. 반면, 각진 사각 형태의 단부를 갖는 도파관(비교예)는 최장 파장대에서 급격한 전기장 세기의 감소 형상이 발생하는 것을 알 수 있다. 이는 각진 형태의 단부로부터 반사된 전기장의 상호 간섭 현상에 의하여 이와 같은 전기장 세기의 감소를 유도하는 것으로 판단된다. 따라서, 본 발명에 따른 도파관을 사용하는 반응기로 사용하는 경우, 반응기 내에서 전기장의 불안정함을 해소하고, 또한 전기장의 세기를 높일 수 있다.

실험예 2

본 실험예에서는 유전관의 크기(내경, 외경)와 도파관(G.W.)의 길이를 다양하게 변화시키면서 전기정의 세기를 측정하였다.

도 13은 비교예의 도파관(직각 단부)에서 측정한 전기장 세기를 나타내며, 도 14는 본 발명에 따른 둥근 형태의 단부를 갖는 도파관에서 측정한 전기장 세기를 나타낸다.

도 13을 참조하면, 비교예의 경우, 끝에서의 전기장 세기가 급격히 감소하며, 이러한 감소 크기와 그 정도가 유전관의 크기, 도파관 길이 등에 크게 좌우됨을 알 수 있다.

반면, 도 14를 참조하면, 유전관의 크기의 변화에도 불구하고, 도파관 내에서의 전기장 세기는 전체적으로 일정하며, 또한, 전기장의 프로파일 역시 일정하다는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 둥근 단부의 도파관은 공정 조건의 변화에 따라 반응기의 크기 등이 변화되어도, 상대적으로 일정한 전기장 세기를 도파관 내에서 발생시킬 수 있으며, 이는 도 13에서 확인한 바와 같다. 따라서, 본 발명에 따른 플라즈마 반응기는 유전관(쿼츠)의 크기, 도파관의 크기의 변화에도 불구하고, 최대 전기장의 위치를 균일하게 가져올 수 있는 장점이 있다.

도 1은 인용기술 1에 따른 상압 플라즈마 장치의 모식도이다.

도 2는 인용기술 2에 따른 상압 플라즈마 발생 장치의 모식도이다.

도 3은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 장치를 나타내는 모식도이다.

도 4는 본 발명에 따른 도파관의 곡면 형태를 이루는 단부에 의한 마이크로 웨이브 반사를 설명하기 위한 모식도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관을 나타내는 모식도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 길이 조절 수단을 나타내는 모식도이다.

도 7은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 도파관 길이 조절 수단을 나타내는 모식도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에서 사용된 둥근 도파관의 사시도이다.

도 9 내지 12은 본 발명에 따른 도파관(본 발명)과 각진 형태의 도파관(비교예)에서의 전기장 세기에 관한 그래프이다.

도 13은 비교예의 도파관(직각 단부)에서 측정한 전기장 세기를 나타내는 그래프이다.

도 14는 본 발명에 따른 둥근 형태의 단부를 갖는 도파관에서 측정한 전기장 세기를 나타내는 그래프이다.

Claims (8)

1. 마이크로 웨이브가 인가되는 도파관 및 상기 도파관을 관통하며 토치 가스가 유입되어 플라즈마가 발생하는 유전관을 포함하는 상압 플라즈마 발생 장치에 있어서, 도파관의 직경은 동일하고, 상기 도파관의 단부는 곡면을 이루는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도파관의 단부는 이동 가능한 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 도파관의 단부는 내벽 및 외벽의 이중벽 구조이고, 상기 내벽을 이동시킬 수 있는 수단이 상기 외벽에 구비되는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 도파관의 내측면 상에 복수의 오목부를 포함하는 요철면이 구비되며, 상기 도파관의 단부는 상기 요철면의 오목부상에서 이동가능한 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 상압 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생량을 측정하는 측정 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 측정 수단은 상기 플라즈마의 빛 세기를 측정하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 장치.
7. 마이크로 웨이브를 동일한 직경을 갖지며, 단부가 곡면을 이루는 도파관에 인가하는 단계;

   상기 도파관을 관통하며, 토치 가스가 유입되는 유전관 내에서 플라즈마를 발생시키는 단계;

   상기 도파관의 길이를 변화시킴에 따라 발생하는 플라즈마 발생량을 측정하는 단계; 및

   상기 플라즈마 강도가 최대가 되는 지점에서 상기 도파관 길이를 고정하는 단계를 포함하는 상압 플라즈마 발생 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 플라즈마 강도 측정은 상기 플라즈마의 빛 세기를 측정함으로써 이루어 지는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마 발생 방법.

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