KR101748739B1 - Atmospheric pressure plasma device with surface dielectric barrier discharge with gas flow guide - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플라즈마 발생을 표면 방전을 이용하고 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관을 이용하여 플라즈마 발생 효율을 높이고, 다양한 구조에 적용할 수 있도록 한 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치에 관한 것으로, 제 1 방향으로 플라즈마 발생을 위한 가스의 진행 경로가 구성되는 방전 공간을 갖는 본체;상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 방전 공간을 가로질러 구성되어 방전이 일어나는 공간을 선택하고 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관;표면 방전 플라즈마 발생 장치;를 포함하는 것이다.The present invention relates to a plasma discharge generating method and a plasma discharge method using a surface discharge and a gas induction tube for discharging atmospheric plasma A plasma display apparatus comprising: a main body having a discharge space in which a path of a gas for generating a plasma is formed in a first direction, a space formed across a discharge space in a second direction perpendicular to the first direction, A gas induction tube for controlling the flow of radicals and excited species, and a surface discharge plasma generator.
Description
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 구체적으로 플라즈마 발생을 표면 방전을 이용하고 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관을 이용하여 플라즈마 발생 효율을 높이고, 다양한 구조에 적용할 수 있도록 한 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a plasma generating apparatus, and more particularly, to a plasma generating apparatus using a surface discharge and a gas induction tube for directing the flow of a peripheral gas to increase plasma generation efficiency, To an atmospheric pressure plasma apparatus for discharging a dielectric barrier wall using an induction tube.
대기압 플라즈마는 표면 처리나 의료, 환경처리 등 여러 산업에서 다양하게 쓰이고 있다. 대기압 플라즈마 기술은 플라즈마의 역사만큼 오랜 기간 동안 연구되어온 분야이다.Atmospheric plasma is widely used in various industries such as surface treatment, medical treatment and environmental treatment. Atmospheric plasma technology has been studied for as long as the history of plasma.
특히, 대기압 플라즈마 발생 기술 중 절연체 방전(DBD:Dielectric Barrier Discharge)은 오존(Ozone) 발생 장치로 개발되어 오래전부터 유럽에서는 상수처리 시설에 적용되어왔고 최근 세정 공정에서도 사용되고 있다.In particular, Dielectric Barrier Discharge (DBD) among atmospheric plasma generation technologies has been developed as an ozone generator and has been applied to water treatment plants in Europe for a long time and is also used in recent cleaning processes.
대기압 플라즈마는 발생 특성상 진공 플라즈마의 사용이 불가능한 분야 특히 환경 분야에서 많은 기술 수요가 존재한다.Atmospheric plasma has many technical needs in the field where the use of vacuum plasma is impossible due to the nature of generation, especially in the environmental field.
대기압 플라즈마는 유지 및 처리 비용이 기존의 기술에 비해 많이 소요되는 것은 사실이나 최근 구동 가스를 사용하지 않고 일반 공기 중에서 플라즈마 발생이 가능해지고 기존 기술이 발생시키는 환경오염 부산물 등을 만들지 않기 때문에 환경에 대한 우려에 비례하여 점차 수요가 늘어가고 있다.Atmospheric plasma is expensive to maintain and process compared to existing technologies. However, recently, it is possible to generate plasma in general air without using driving gas and since it does not make environmental pollution byproducts generated by existing technology, Demand is increasing in proportion to concerns.
최근 들어 대기압 플라즈마는 환경 분야뿐만 아니라 반도체 및 디스플레이 산업에서의 활용도가 급격히 진행되고 있다.Recently, atmospheric plasma has been utilized not only in the environmental field but also in the semiconductor and display industries.
플라즈마를 발생시키기 위해서는 입자가 전계에 의해서 어느 정도 가속되어서 에너지를 가져야 한다. 에너지를 가진 입자와 중성기체가 충돌하면서 중성기체에 전달되는 에너지에 의해서 중성기체가 여기되거나 이온화가 된다.In order to generate plasma, particles must be accelerated to some extent by the electric field and have energy. Neutral gas is excited or ionized by the energy transferred to the neutral gas by collision of the neutral gas with the energy - bearing particles.
따라서 초기에 입자의 가속이 잘되려면 자유행정거리가 상대적으로 긴 밀도가 낮은 공간에서 가속되어야 하고 대부분의 플라즈마는 진공상태에서 플라즈마가 발생된다.Therefore, in order to accelerate the initial acceleration of the particles, the free stroke distance must be accelerated in a relatively low density space, and most of the plasma is generated in a vacuum state.
일반적으로 진공챔버(chamber) 내에서 플라즈마를 유지하기 위해서는 교류 전원으로 주어야 한다. DC 펄스를 단극성(unipolar) 또는 양극성(bipolar)으로 주거나, 정현파(Sinusoidal) 전원을 준다.Generally, in order to keep the plasma in a vacuum chamber, an AC power source must be applied. DC pulses are unipolar or bipolar, or sinusoidal.
주파수는 60 Hz ~ 수십 MHz 혹은 GHz대역의 마이크로파(microwave)를 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 산업계에서는 식각(Etching)이나 증착(Deposition)과 같은 반도체공정에 활발히 적용되고 있다.The frequency is 60 Hz to tens MHz or a microwave in the GHz band to generate plasma. In the industry, it is actively applied to semiconductor processes such as etching and deposition.
대기압 하에서 플라즈마를 발생시키거나 또는 플라즈마를 발생시켜 활용하는 선행기술의 경우엔 일반적으로 코로나 방전법, 유전체 장벽 방전법, 대기압 글로우 방전법 등이 있다.Background Art [0002] Generally, corona discharge, dielectric barrier discharge, and atmospheric pressure glow discharge are commonly used in the prior art for generating plasma or generating plasma under atmospheric pressure.
코로나 방전은 두 개의 전극 중 적어도 하나를 침상, 와이어 혹은 핀 형태로 구성하여 전계의 집중 효과를 이용하고 내부저항이 큰 고전압 전원 또는 전극에 저항을 이용하여 아크를 억제하고 저전류의 플라즈마를 발생시켜 여러 산업 분야에 이용되고 있다.The corona discharge uses at least one of the two electrodes in the form of needle, wire, or pin to utilize the concentration effect of the electric field. The arc is suppressed by using a high voltage power source having a large internal resistance or a resistor and a low current plasma is generated It is used in various industrial fields.
하지만 코로나 방전의 경우, 아크를 억제하기 위해 사용되는 저항에서의 소비전력이 크기 때문에 비효율적이며, 스트리머 형태로 발생됨으로 인해 플라즈마가 균일하지 못하고 밀도가 크지 않다.However, in the case of the corona discharge, the power consumed by the resistors used to suppress the arc is inefficient because of the large power consumption, and the plasma is not uniform and the density is not high due to the generation in streamer form.
또한, 전극손상이 쉬우며 내부저항이 큰 고전압 전원을 사용으로 장치비가 고가이며 전원장치의 운전 및 관리에 어려움이 따른다.In addition, the use of a high voltage power source, which easily breaks the electrodes and has a large internal resistance, causes a high equipment cost and makes it difficult to operate and manage the power supply unit.
대기압 플라즈마 발생장치는 대부분이 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방식으로 유전체 장벽 방전법이라고도 한다.Most of the atmospheric plasma generators are also called dielectric barrier discharge (DBD).
수십 Hz의 저주파에서 수십 MHz의 AC전원을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. DBD 방식으로 플라즈마를 발생시킬 경우 유전체에 의하여 방전 전류가 제한되기 때문에 글로우 방전(glow discharge)이 유지되어 발생 된 플라즈마가 안정적이다.Plasma is generated using several tens of MHz of AC power at low frequency of several tens of Hz. When the plasma is generated by the DBD method, the discharge current is limited by the dielectric, so that the glow discharge is maintained and the generated plasma is stable.
또한, 네온 트랜스포머(Neon Transformer)나 CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) 구동회로 등 현재 산업계에서 광범위하게 적용되고 있는 전원장치를 사용할 수 있기 때문에 진입장벽이 낮다. 하지만 DBD 방식으로 플라즈마를 발생시킬 경우 그 구조적인 한계로, 플라즈마 방전에너지가 구조에 의해 결정된다.In addition, barriers to entry are low because it is possible to use power supplies that are widely used in industry today, such as neon transformers (Neon Transformers) or CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) driving circuits. However, when the plasma is generated by the DBD method, due to the structural limit, the plasma discharge energy is determined by the structure.
즉, 유전체 사이에서 방전이 일어나기 때문에 구조적으로 커패시터(Capacitor)라고 볼 수 있다. 따라서 방전 에너지는 전극간의 면적, 간격, 방전개시전압 혹은 유지전압에 의해 결정되고 플라즈마의 출력을 조절하기가 용이하지 않게 된다.In other words, since a discharge occurs between dielectrics, it can be regarded as a capacitor in terms of structure. Accordingly, the discharge energy is determined by the area, interval, discharge start voltage or sustain voltage between the electrodes, and the output of the plasma is not easily controlled.
종래 기술의 DBD(Dielectric Barrier Discharges) 대기압 플라즈마 장치는 도 1 및 도 2에서와 같다.The prior art DBD (Dielectric Barrier Discharges) atmospheric plasma apparatus is as shown in FIGS. 1 and 2. FIG.
도 1은 유전격벽방전 플라즈마 장치를 나타낸 것으로, 대향형 평판 DBD 사이에 플라즈마가 방출되도록 제작되어 개방된 대기에서 사용하거나 전극 사이의 공간에 가스를 주입하는 방식이다.FIG. 1 shows a discharge vessel discharge plasma apparatus in which plasma is generated between opposing flat plate DBDs and is used in an open atmosphere or in a space between electrodes.
그러나 이와 같은 구조는 전극 간격이 넓어질수록 플라즈마 양은 증가하지만 방전개시전압이 증가하는 문제가 있다.However, in such a structure, there is a problem that as the electrode interval is widened, the plasma amount increases but the discharge start voltage increases.
그리고 도 2는 일명 플라즈마 제트(plasma jet) 장치로서 방전이 일어나는 공간에 가스를 흘려주며 전극의 구조는 그 공간 사이에 전기장을 발생시키도록 설계(Atmospheric Pressure Plasma Jets)된 것이다.FIG. 2 is a plasma jet apparatus in which a gas is supplied to a space where a discharge occurs, and the structure of the electrode is designed to generate an electric field between the spaces (Atmospheric Pressure Plasma Jets).
이와 같은 실린더 모양의 플라즈마 제트 장치는 모두 축방향으로 제트(jet)가 방출되도록 제작되어 대면적 활용성 측면에서 불리하다.Such a cylindrical plasma jet apparatus is manufactured in such a manner that the jet is ejected in the axial direction, which is disadvantageous in view of the large area utilization.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 플라즈마 발생 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 플라즈마 발생을 표면 방전을 이용하고 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관을 이용하여 플라즈마 발생 효율을 높이고, 다양한 구조에 적용할 수 있도록 한 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problem of the plasma generating apparatus of the related art as described above, the plasma generating efficiency is increased by using a gas induction tube using surface discharge and leading to the flow of the peripheral gas, And to provide a dielectric barrier discharge plasma atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube.
본 발명은 대향형 방전을 이용하는 대기압 플라즈마 장치의 높은 방전전압과 스트리머 모드로 작동되는 단점을 극복하면서 넓은 영역에 안정적인 글로우 방전을 유지하면서도 제트(jet) 혹은 비제트 모양을 자유롭게 만들 수 있도록 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention overcomes the disadvantage of operating at a high discharge voltage and a streamer mode of an atmospheric pressure plasma apparatus using counter discharge and is capable of forming a jet or non-jet shape freely while maintaining a stable glow discharge in a wide area. Discharge plasma discharge apparatus using a gas discharge tube and a discharge gas discharge tube.
본 발명은 플라즈마 발생을 표면 방전을 이용하고 주변에 기체의 흐름을 이끄는 외형 장치의 구조를 통해 플라즈마가 방출되도록 하여 방전 개시전압 증가를 해결할 수 있도록 한 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a surface discharge method and a plasma discharge method for discharging a plasma through a structure of an external device using a surface discharge and leading a gas flow to the periphery, And a plasma apparatus.
본 발명은 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관의 표면 형태를 다르게 하는 것에 의해 용도에 맞도록 다양한 종류의 제트(jet) 장치를 개발할 수 있고, 균일하게 긴 선형 제트 장치의 개발이 가능하도록 한 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention can develop various kinds of jet apparatuses suitable for the purpose by changing the surface shape of the gas induction pipe leading to the flow of the peripheral gas, Discharge plasma discharge apparatus using a gas discharge tube and a discharge gas discharge tube.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 제 1 방향으로 플라즈마 발생을 위한 가스의 진행 경로가 구성되는 방전 공간을 갖는 본체;상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 방전 공간을 가로질러 구성되어 방전이 일어나는 공간을 선택하고 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a plasma discharge apparatus for a dielectric barrier discharge using a surface discharge and a gas induction tube, the plasma discharge apparatus including a main body having a discharge space in which a path of a gas for plasma generation is formed in a first direction, And a gas induction tube configured to cross a discharge space in a second direction perpendicular to the direction to select a discharge occurrence space and control the flow of radical and excitation species.
여기서, 상기 가스 유도관은, 제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체와, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층을 사이에 두고 형성되는 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the gas induction pipe may include a gas-guiding center structure as a first electrode and a gas-inducing surface structure as a second electrode formed with a dielectric layer surrounding the gas-guiding center structure interposed therebetween.
그리고 상기 제 1 방향이 실린더형 좌표계에서 r 방향이고, 제 2 방향이 실린더 좌표계에서 방위각 방향인 경우에, 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관이 동일한 형태로 반복되어 제 3 방향인 z 방향으로의 확장이 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the case where the first direction is the r direction in the cylindrical coordinate system and the second direction is the azimuth direction in the cylinder coordinate system, the gas induction pipe for controlling the flow of radicals and excited species is repeated in the same manner, Direction in the z-direction.
그리고 상기 가스 유도관은, 평판 형태 또는 실린더 형태 또는 곡면 형태인 것을 특징으로 한다.The gas induction pipe may be in the form of a flat plate, a cylinder, or a curved surface.
다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 일측에 가스 유입로가 형성되고 제 1 방향으로 플라즈마 발생을 위한 가스의 진행 경로가 구성되는 방전 공간을 갖는 본체;제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체와, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층을 사이에 두고 형성되는 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체를 포함하고, 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 방전 공간을 가로질러 구성되어 방전이 일어나는 공간을 선택하고 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관;상기 본체의 후면과 전면에 각각 결합되어 가스 유도관을 지지하고 방전 공간을 확보하는 후면 구조체 및 전면 구조체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above objects, there is provided a plasma discharge apparatus for a dielectric barrier discharge using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention. The plasma discharge apparatus includes a discharge space having a gas inflow path formed at one side thereof and a gas path for generating plasma in a first direction, And a gas-guiding surface structure that is a second electrode formed with a dielectric layer surrounding the gas-guiding central structure interposed therebetween, wherein the gas-guiding surface structure is a first electrode, A gas induction tube which is arranged across the discharge space in the direction of the discharge space to select a discharge occurrence space and controls the flow of radicals and excited species, And a back structure and a front structure.
여기서, 방전 공간의 하측에 구성되어 가스 유입로를 통하여 공급되는 가스를 균일하게 분배하는 가스 분배 구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Here, the gas distribution structure further includes a gas distribution structure disposed below the discharge space to uniformly distribute the gas supplied through the gas inlet path.
그리고 본체의 플라즈마 발생을 위한 방전 공간 일측에 형성되어, 가스의 진행 방향에 수직인 방향으로 발생되는 플라즈마를 방출하는 플라즈마 방출 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.And a plasma discharge guide formed at one side of the discharge space for plasma generation of the main body and emitting a plasma generated in a direction perpendicular to the traveling direction of the gas.
그리고 상기 플라즈마 방출 가이드는, 일정 면적을 갖는 라인 형태로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이는 단지 직선에만 국한되지 않고 원, 타원 또는 임의의 곡선 모양으로 확장될 수 있다.The plasma discharge guide may be formed in a line shape having a predetermined area. It is not limited to a straight line but can be expanded into a circle, an ellipse or an arbitrary curve shape.
그리고 가스 유입로는, 가스성분 조정 수단에 연결되어 플라즈마 발생을 위하여 공급되는 가스성분이 조정되어 가스가 유입되는 것을 특징으로 한다.The gas inlet line is connected to the gas component adjusting means, and the gas component supplied for plasma generation is adjusted to introduce the gas.
그리고 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체는, 일정 간격을 갖고 이격되는 돌기를 갖는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.And the gas-guiding surface structure to be the second electrode is formed in a structure having protrusions spaced apart at regular intervals.
그리고 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체는, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층에 일정 간격으로 트렌치가 형성되고, 트렌치가 형성되지 않은 유전체층의 표면에 형성되어 일정 간격을 갖고 이격되는 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다.And the gas guiding surface structure to be the second electrode are formed such that trenches are formed at regular intervals in the dielectric layer surrounding the gas guiding center structure and are formed on the surface of the dielectric layer on which the trenches are not formed and are spaced apart at regular intervals .
이와 같은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 다음과 같은 효과를 갖는다.The atmospheric pressure plasma apparatus for discharging the dielectric barrier rib using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention has the following effects.
첫째, 플라즈마 발생시에는 표면 방전을 이용하고 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관을 이용하여 플라즈마 이용 효율을 높일 수 있다.First, plasma generation efficiency can be improved by using surface discharge and using a gas induction tube to direct the flow of the surrounding gas.
둘째, 높은 방전전압과 스트리머 모드로 작동되는 단점을 극복하면서 넓은 영역에 안정적인 글로우 방전을 유지하면서도 제트(jet) 혹은 비제트 모양을 자유롭게 만들 수 있다.Second, jet or non-jet shapes can be freely created while maintaining a stable glow discharge over a wide area while overcoming the drawbacks of operating in high discharge voltage and streamer mode.
셋째, 표면 방전을 이용하고 주변에 기체의 흐름을 이끄는 외형 장치의 구조를 통해 플라즈마가 방출되도록 하여 방전 개시전압 증가를 해결할 수 있다.Third, plasma discharge can be achieved through the structure of the external device using the surface discharge and leading the gas flow to the periphery, thereby increasing the discharge start voltage.
넷째, 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관의 표면 형태를 다르게 하는 것에 의해 용도에 맞도록 다양한 종류의 제트(jet) 장치를 개발할 수 있고, 균일하게 긴 선형 또는 곡선 모양의 제트 장치의 개발이 가능하도록 한다.
Fourthly, it is possible to develop various kinds of jet devices to suit the application by changing the surface shape of the gas induction pipe leading to the flow of the surrounding gas, and to develop a uniform long linear or curved jet device .
도 1과 도 2는 종래 기술의 DBD 대기압 플라즈마 장치의 구성도
도 3은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 가스 흐름 제어를 나타낸 구성도
도 4는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 전체 구성도
도 5a내지 도 5d는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 상세 구성도
도 6a내지 도 6d는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 제작 및 동작 구현의 일 예를 나타낸 구성도
도 7a내지 도 7e는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 제작에 따른 일 예를 나타낸 구성도FIG. 1 and FIG. 2 show a configuration of a conventional DBD atmospheric pressure plasma apparatus
FIG. 3 is a schematic view showing gas flow control of a dielectric barrier discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention.
FIG. 4 is an overall configuration diagram of a dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention
FIGS. 5A to 5D are diagrams showing a detailed configuration of a dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention
6A to 6D are diagrams illustrating an example of the fabrication and operation of the dielectric barrier-type discharge atmospheric-pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention.
7A to 7E are diagrams showing an example of manufacturing of a dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention
이하, 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a preferred embodiment of a dielectric barrier-type discharge atmospheric-pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.The characteristics and advantages of the dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using surface discharge and gas induction tube according to the present invention will be apparent from the following detailed description of each embodiment.
도 3은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 가스 흐름 제어를 나타낸 구성도이다.3 is a configuration diagram illustrating gas flow control of a dielectric barrier discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention.
본 발명은 플라즈마 발생을 표면 방전을 이용하고 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관을 이용하여 플라즈마 발생 효율을 높이고, 다양한 구조에 적용할 수 있도록 한 것이다.The present invention can increase the efficiency of plasma generation by using a gas induction tube which generates plasma by using a surface discharge and drives a flow of a peripheral gas, and is applicable to various structures.
또한, 가스 유도관을 제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체와 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층을 사이에 두고 형성되는 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체의 구조로 형성하고, 가스유도 표면구조체의 표면 형태를 적용 대상에 따라 다르게 할 수 있도록 한 것이다.Further, the gas induction pipe may be formed by a structure of a gas guiding surface structure that becomes a second electrode formed by sandwiching a gas guiding center structure as a first electrode and a dielectric layer surrounding the gas guiding center structure, So that the shape can be changed according to the application.
따라서, 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 대향형 방전을 이용하는 대기압 플라즈마 장치의 높은 방전전압과 스트리머 모드로 작동되는 단점을 극복하면서 넓은 영역에 안정적인 글로우 방전을 유지하면서도 제트(jet) 혹은 비제트 모양을 자유롭게 만들 수 있도록 한 것이다.Therefore, the dielectric barrier type discharge atmospheric plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention overcomes the disadvantage of operating at high discharge voltage and streamer mode of the atmospheric pressure plasma apparatus using counter discharge, Jet or non-jet-like shape while maintaining the same shape.
이를 위한 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 도 3에서와 같이, 본체(31)의 플라즈마 발생을 위한 방전 공간에 가스의 진행 방향에 수직인 방향으로 가스 유도관(32)이 구성되어 표면 방전이 일어나면서 가스 유도관(32)을 중심으로 가스의 흐름이 제어되도록 한 것이다.3, a discharge space for plasma generation of the
이와 같은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 기본적으로 평판형 유전격벽 방전을 이용하나, 그 모양이 단순히 평판에 그치지 않고 실린더 및 곡면 형태 등의 기타 모양을 가질 수 있음은 당연하다.The dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction pipe according to the present invention basically uses the flat plate type dielectric barrier discharge but its shape is not limited to the flat plate but has other shapes such as a cylinder and a curved shape It is natural to be able to.
도 3에서와 같이 가스의 흐름을 인도해주는 외부 구조체 즉, 가스 유도관을 통해 방전이 일어나는 공간을 선택하고 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어할 수 있도록 한 것이다.As shown in FIG. 3, the outer structure for guiding the gas flow, that is, the space through which the discharge occurs through the gas induction tube, is selected so as to control the flow of radicals and excited species.
그리고 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 도 3에서와 같은 구조를 기본으로 z 방향으로 길이 조절이 가능하다.The dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention can adjust the length in the z direction based on the structure as shown in FIG.
z 방향으로의 길이 조절은 같은 모양을 반복해서 확장할 수 있고, 제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체와 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층을 사이에 두고 형성되는 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체의 구조로 형성되는 가스 유도관의 형상은 평판이나 실린더에 국한되지 않고 자유롭게 변형 가능함은 당연하다.The length adjustment in the z direction can be repeatedly extended to the same shape, and the length of the gas guide surface structure can be adjusted by changing the length of the gas guide surface structure It is natural that the shape of the gas induction pipe formed by the structure is not limited to the flat plate or the cylinder but is freely deformable.
이와 같은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 전체 구성은 다음과 같다.The overall configuration of the dielectric barrier-type discharge atmospheric-pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention is as follows.
도 4는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 전체 구성도이다.4 is an overall configuration diagram of a dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention.
그리고 도 5a내지 도 5d는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 상세 구성도이다.5A to 5D are detailed views of a dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using a surface discharge and a gas induction tube according to the present invention.
기본 구조는, 일측에 가스 유입로(54)가 형성되고 내부에 표면 방전을 위한 방전 공간을 갖는 본체(51)와, 본체(51)의 내부에 플라즈마 발생을 위한 방전 공간내에 가스의 진행 방향에 수직인 방향으로 구성되는 가스 유도관(52)과, 본체(51)의 후면과 전면에 각각 결합되어 가스 유도관(52)을 지지하고 방전 공간을 확보하는 후면 구조체(53a) 및 전면 구조체(53b)을 포함한다.The basic structure includes a
여기서, 가스 유입로(54)는 가스성분 조정 수단에 연결되어 플라즈마 발생을 위하여 공급되는 가스성분이 조정되어 가스가 유입된다.Here, the
구체적으로 도 5b에서와 같이, 일측에 가스 유입로(54)가 형성되고 내부에 표면 방전을 위한 방전 공간을 갖는 본체(51)와, 본체(51)의 내부에 플라즈마 발생을 위한 방전 공간내에 가스의 진행 방향에 수직인 방향으로 구성되는 가스 유도관(52)과, 본체(51)의 후면과 전면에 각각 결합되어 가스 유도관(52)을 지지하고 방전 공간을 확보하는 후면 구조체(53a) 및 전면 구조체(53b)와, 방전 공간의 하측에 구성되어 가스 유입로(54)를 통하여 공급되는 가스를 균일하게 분배하는 가스 분배 구조체(56)와, 본체(51)의 플라즈마 발생을 위한 방전 공간 상부에 가스의 진행 방향에 수직인 상부 방향으로 발생되는 플라즈마를 방출하는 플라즈마 방출 가이드(59)를 포함하고, 가스 유도관(52)은 제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체(57)와, 가스유도 중심구조체(57)를 감싸는 유전체층을 사이에 두고 형성되어 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체(58)의 구조로 형성된다.Specifically, as shown in FIG. 5B, the plasma processing apparatus includes a
여기서, 플라즈마 방출 가이드(59)는 상부 방향으로 일정 면적을 갖는 라인 형태로 구성되는 것을 일 예로 하였으나, 이로 한정되지 않고 원, 타원 또는 임의의 곡선 모양의 다른 형태로 구성할 수 있음은 당연하다.Here, the
그리고 도 5c에서와 같이, 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체(58)의 구조는 일정 간격을 갖고 이격되는 돌기를 갖는 구조로 형성될 수 있는데, 이 형태로 제한되지 않고 다른 형태가 될 수 있음은 당연하다.As shown in FIG. 5C, the structure of the gas-guiding
일례로, 가스유도 중심구조체(58)를 감싸는 유전체층에 일정 간격으로 트렌치가 형성되고, 트렌치가 형성되지 않은 유전체층의 표면에 형성되어 일정 간격을 갖고 이격되는 구조로 형성될 수 있다.For example, trenches may be formed at regular intervals in the dielectric layers surrounding the gas-guiding
이와 같은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 제작 및 동작 구현의 일 예는 다음과 같다.An example of the fabrication and operation of the dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention is as follows.
도 6a내지 도 6d는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 제작 및 동작 구현의 일 예를 나타낸 구성도이고, 도 7a내지 도 7e는 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 제작에 따른 일 예를 나타낸 구성도이다.FIGS. 6A to 6D are diagrams illustrating an example of the fabrication and operation of the dielectric barrier-wall discharge atmospheric-pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention. FIGS. 7A to 7E are cross- And an atmospheric-pressure plasma apparatus using a gas induction tube.
도 6a내지 도 6d는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치의 제작 및 동작 구현의 일 예를 나타낸 것으로, 상부 방향으로 일정 면적을 갖는 라인 형태로 구성되는 플라즈마 방출 가이드(59)를 통하여 플라즈마가 방출되는 것을 알 수 있다.6A to 6D illustrate an example of the fabrication and operation of the dielectric barrier type discharge atmospheric plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube. The
그리고 도 7a내지 도 7e는 가스 유도관의 방향을 축방향으로 설정한 경우에 제작되는 장치 구성을 나타낸 것이다.Figs. 7A to 7E show the construction of the apparatus when the gas induction pipe is set in the axial direction.
이상에서와 같은 본 발명에 따른 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치는 플라즈마 발생을 표면 방전을 이용하고 주변 기체의 흐름을 이끄는 가스 유도관을 이용하여 플라즈마 발생 효율을 높이고, 다양한 구조에 적용할 수 있도록 한 것이다.As described above, the dielectric barrier type discharge atmospheric pressure plasma apparatus using the surface discharge and the gas induction tube according to the present invention can improve the plasma generation efficiency by using the surface discharge and the gas induction pipe leading the flow of the peripheral gas, To be applied to the structure.
이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, it will be understood that the present invention is implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention.
그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.It is therefore to be understood that the specified embodiments are to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense and that the scope of the invention is indicated by the appended claims rather than by the foregoing description and that all such differences falling within the scope of equivalents thereof are intended to be embraced therein It should be interpreted.
51. 본체 52. 가스유도관
53a. 후면 구조체 53b. 전면 구조체
54. 가스 유입로 55. 방전 공간
56. 가스 분배 구조체 57. 가스유도 중심구조체
58. 가스유도 표면 구조체 59. 플라즈마 방출 가이드51.
53a. The
54.
56.
58. Gas-induced
Claims (11)
제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체와, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층 표면에 형성되는 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체를 포함하고, 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 방전 공간을 가로질러 구성되어 방전이 일어나는 공간에서의 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관;을 포함하고,
제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체는, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층에 일정 간격으로 트렌치가 형성되고, 트렌치가 형성되지 않은 유전체층의 표면에 형성되어 일정 간격을 갖고 이격되는 돌기를 갖는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치.A main body in which electrodes for generating a plasma are arranged in a first direction;
And a gas guiding surface structure to be a second electrode formed on a surface of a dielectric layer surrounding the gas guiding center structure, wherein the gas guiding surface structure is formed in a first direction, And a gas induction tube constituted by a plurality of jets to control the flow of radicals and excited species in a space where discharge occurs,
The gas-guiding surface structure to be the second electrode is formed into a structure in which trenches are formed at regular intervals in a dielectric layer surrounding the gas-guiding center structure, protrusions are formed on the surface of the dielectric layer on which trenches are not formed, Wherein the at least one of the surface discharge and the atmospheric pressure plasma is a plasma discharge.
래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관이 동일한 형태로 반복되어 제 3 방향인 z 방향으로의 확장이 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치.The method as claimed in claim 1, wherein when the first direction is the r direction in the cylindrical coordinate system and the second direction is the azimuth direction in the cylinder coordinate system,
And the gas induction tube for controlling the flow of the radical species and the excited species is repeated in the same shape to expand in the z direction, which is the third direction. The surface discharge and the dielectric barrier discharge using the gas induction tube .
제 1 전극이 되는 가스유도 중심구조체와, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층 표면에 형성되는 제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체를 포함하고, 상기 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 방전 공간을 가로질러 구성되어 방전이 일어나는 공간에서의 래디컬(Radical) 및 여기종의 흐름을 제어하는 가스 유도관;
상기 본체의 후면과 전면에 각각 결합되어 가스 유도관을 지지하고 방전 공간을 확보하는 후면 구조체 및 전면 구조체;를 포함하고,
제 2 전극이 되는 가스유도 표면구조체는, 가스유도 중심구조체를 감싸는 유전체층에 일정 간격으로 트렌치가 형성되고, 트렌치가 형성되지 않은 유전체층의 표면에 형성되어 일정 간격을 갖고 이격되는 돌기를 갖는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치.A main body in which a gas inflow path is formed on one side and electrodes for plasma generation are arranged in a first direction;
And a gas guiding surface structure to be a second electrode formed on a surface of a dielectric layer surrounding the gas guiding center structure, wherein the gas guiding surface structure is formed in a first direction, A gas induction tube constituted by a chiller to control the flow of radicals and excited species in a space where discharge occurs;
And a rear structure and a front structure coupled to a rear surface and a front surface of the main body to support the gas induction tube and secure a discharge space,
The gas-guiding surface structure to be the second electrode is formed into a structure in which trenches are formed at regular intervals in a dielectric layer surrounding the gas-guiding center structure, protrusions are formed on the surface of the dielectric layer on which trenches are not formed, Wherein the at least one of the surface discharge and the atmospheric pressure plasma is a plasma discharge.
일정 면적을 갖는 라인 형태 또는 원 형태 또는 타원 형태 또는 곡선 모양의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치.The plasma display apparatus of claim 7,
Wherein the at least one discharge electrode is formed in a line shape having a predetermined area or a circular shape, an elliptical shape, or a curved shape.
가스성분 조정 수단에 연결되어 플라즈마 발생을 위하여 공급되는 가스성분이 조정되어 가스가 유입되는 것을 특징으로 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치.6. The apparatus according to claim 5, wherein the gas-
And the gas component is connected to the gas component adjusting means to regulate a gas component supplied for generating the plasma, thereby introducing the gas. The atmospheric pressure plasma apparatus for discharging the dielectric barrier rib using the surface discharge and the gas induction tube.
일정 간격을 갖고 이격되는 돌기를 갖는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 표면방전과 가스 유도관을 이용한 유전격벽방전 대기압 플라즈마 장치.The gas-guiding surface structure according to claim 5, wherein the gas-
And a protrusion that is spaced apart at a predetermined interval from the surface of the dielectric barrier.
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