KR101860237B1 - 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치 - Google Patents

Abstract

다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치가 개시된다. 상기 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치는 절연층, 상기 절연층의 일면에 놓이는 판형의 제1 전극, 상기 절연층의 타면에 놓이고 막대 형상으로 구비되는 하나 이상의 제2 전극을 포함하는 판형 면방전 소스; 상기 유전체층 및 제2 전극 간의 방전을 위해 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압을 인가하는 전원공급장치; 및 상기 제2 전극에 열이 발생되도록 상기 제2 전극을 가열하기 위한 전극가열수단을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압이 인가되면 상기 제2 전극 주변에 플라즈마 발생 영역이 형성되고, 상기 전극가열수단은 상기 플라즈마 발생 영역의 형성 전에 상기 제2 전극을 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치{PLASMA APPARATUS USED HIGH HUMIDITY ENVIRONMENT}

본 발명은 플라즈마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치에 관한 것이다.

일반적으로 농산물이나 식품의 신선도를 장기간 유지하면서 보관 유통하기 위하여 저장공간에 냉동사이클 기능을 수행하는 공기조화설비를 설치하여 저장공간의 내부온도를 저온으로 설정할 수 있도록 한 저온저장고가 사용되고 있다.

이러한 저온 저장고는 보관된 식품 및 농산물의 특성에 따라 -5℃ ∼ 5℃ 온도인 저온상태를 유지되게 함으로써, 다량의 수분을 함유한 비가공 농산물이나 식품과 같이 냉동저장이 요구되는 식품을 장기간동안 신선하게 저장하였다가 출하하게 됨에 따라, 소비자에게는 신선한 상태의 식품을 제공하는 한편 공급자로서는 출하시기의 조절에 따른 경제적인 이점을 얻을 수 있도록 한다.

저온 저장고 내에서 농산물이나 식품을 살균 처리하기 위해 자외선 램프 또는 플라즈마 장치가 사용된다. 플라즈마 장치의 경우 대기압 분위기에서 플라즈마 생성이 가능한 대기압 플라즈마 장치가 사용된다.

대기압 플라즈마 장치의 기술로는 펄스 코로나 방전(pulsed corona discharge)과 유전막 방전이 알려져 있다.

펄스 코로나 방전은 고전압의 펄스 전원을 이용하여 플라즈마를 생성하는 기술이며, 유전막 방전은 두개의 전극 중 적어도 하나에 유전체를 형성하고 두 전극에 수십 Hz 내지 수 MHz의 주파수를 가진 전원을 인가하여 플라즈마를 생성하는 기술이다.

플라즈마를 생성시키는 기술의 일 예로, 유전막 방전 기술이 있다. 유전막 방전 기술로는 대표적으로 DBD(Dielectric Barrier Discharge) 방전기술이 이용되고 있다.

이러한 대기압 플라즈마 장치를 저온 저장고 내에 설치하여 사용하는 경우 방전을 통해 플라즈마를 생성하는 전극의 표면에 습기가 쌓여서 전극이 물에 젖은 상태가 유지된다. 따라서, 저온 저장고 내의 다습한 환경에 의해 전극의 부식이 발생할 수 있고, 특히 전극이 물에 젖은 상태에서 방전을 일으키면 아크 발생 등의 불량방전요소가 작용하게 되어 다습 환경에서의 방전이 어려워지고, 이에 따라 저온 저장고 내에서의 플라즈마 생성이 어려워지는 문제가 발생되었다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 방전 시작 전에 플라즈마 생성 영역을 형성하는 전극에 열이 발생되도록 하여 전극을 제습하고, 전극이 제습되므로 방전시 아크 발생 등의 불량방전요소를 제거하여 다습 환경에서도 안정적인 방전이 가능하도록 하여 다습 환경에서의 효과적인 플라즈마 생성이 가능하도록 한 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치는 절연층, 상기 절연층의 일면에 놓이는 판형의 제1 전극, 상기 절연층의 타면에 놓이고 막대 형상으로 구비되는 하나 이상의 제2 전극을 포함하는 판형 면방전 소스; 상기 유전체층 및 제2 전극 간의 방전을 위해 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압을 인가하는 전원공급장치; 및 상기 제2 전극에 열이 발생되도록 상기 제2 전극을 가열하기 위한 전극가열수단을 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압이 인가되면 상기 제2 전극 주변에 플라즈마 발생 영역이 형성되고, 상기 전극가열수단은 상기 플라즈마 발생 영역의 형성 전에 상기 제2 전극을 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예로, 상기 막대 형상의 제2 전극이 둘 이상의 복수인 경우 상기 제2 전극은 상기 유전체층 상에 일정 간격으로 병렬 배열되고, 병렬 배열된 각각의 제2 전극은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

일 실시예로, 상기 전극가열수단은 상기 제2 전극에 연결되거나 제2 전극에 근접하게 배치되어 상기 제2 전극을 가열하는 열원 또는 상기 제2 전극에 열이 발생될 수 있는 전압을 인가하는 전극 가열용 전원공급장치일 수 있다.

일 실시예로, 상기 제2 전극이 둘 이상의 복수인 경우 복수의 제2 전극 및 전극 가열용 전원공급장치는 폐회로 형태로 연결되어 구성될 수 있다.

일 실시예로, 상기 전극가열수단은, 상기 전원공급장치와 전기적으로 연결되고, 상기 전원공급장치로부터 출력되는 전압 크기를 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압을 인가하는 플라즈마발생전압범위 및 상기 제2 전극이 가열될 수 있는 전압을 인가하는 전극가열전압범위로 가변하는 전압가변수단; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결되어 온(ON)/오프(OFF)되고, 온 상태인 경우 상기 제1 전극 및 제2 전극이 서로 도전되도록 하고, 오프 상태인 경우 상기 제1 전극 및 제2 전극 간의 도전 가능한 연결 상태를 해제시키는 스위치부를 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극에 고전압이 인가되는 경우 상기 스위치부는 오프되고, 상기 제2 전극을 가열시키고자 하는 경우 상기 스위치부는 온될 수 있다.

일 실시예로, 상기 제2 전극에 열이 발생될 수 있는 전압은 10V 이상 상기 제2 전극에 플라즈마가 발생될 수 있는 전압 이하의 범위의 전압일 수 있다.

본 발명에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치에 의하면, 방전 시작 전에 플라즈마 생성 영역을 형성하는 전극에 열이 발생되도록 하여 전극을 제습하고, 전극이 제습되므로 방전시 아크 발생 등의 불량방전요소를 제거하여 다습 환경에서도 안정적인 방전이 가능하도록 하여 다습 환경에서의 효과적인 플라즈마 생성이 가능해지는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 판형 면방전 소스의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전극가열수단을 예시하는 도면들이다.
도 4는 도 1에 도시된 전극가열수단의 다른 예를 도시하는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 판형 면방전 소스의 외관을 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치는 판형 면방전 소스(110), 전원공급장치(120), 전극가열수단(130)을 포함한다.

판형 면방전 소스(110)는 절연층(111), 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)을 포함한다.

절연층(111)은 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)이 서로 절연되도록 한다. 절연층(111)은 유전체 재료일 수 있다. 절연층(111)은 사각의 플레이트 형상일 수 있다.

제1 전극(112)은 절연층(111)의 일면에 놓일 수 있다. 제1 전극(112)은 절연층(111)과 동일한 크기 또는 작은 크기의 사각의 플레이트 형상일 수 있다.

제2 전극(113)은 절연층(111)의 타면에 놓일 수 있다. 제2 전극(113)은 막대 형상으로구비되어 절연층(111)의 타면에 하나 이상 배치될 수 있다. 제2 전극(113)이 복수인 경우 제2 전극(113)은 서로 일정 간격으로 병렬 배열될 수 있다. 도시하지는 않았지만 제2 전극(113)이 복수인 경우 각각의 제2 전극(113)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

전원공급장치(120)는 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)에 전기적으로 연결되어 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 사이에 고전압을 인가한다. 일 예로, 제1 전극(112)에 그라운드(ground) 전압을 인가하고, 제2 전극(113)에 고전압을 인가할 수 있다. 전원공급장치(120)가 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 사이에 고전압을 인가하면 제2 전극(113) 주변에는 플라즈마 발생 영역이 형성된다. 전원공급장치(120)는 교류 전압을 인가할 수 있다.

전극가열수단(130)은 제2 전극(113)에 열이 발생되도록 제2 전극(113)을 가열한다. 전극가열수단(130)은 제2 전극(113)에 연결되거나 제2 전극(113)에 근잡하게 배치되어 제2 전극(113)을 가열하는 열원, 또는 제2 전극(113)에 열이 발생될 수 있는 전압을 인가하는 전극 가열용 전원공급장치일 수 있다.

도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전극가열수단을 예시하는 도면들이다.

도 3a를 참조하면, 열원은 제2 전극(113)과 근접하게 설치되는 전기히터(131)일 수 있다. 제2 전극(113)과 근접한 전기히터(131)는 열을 제2 전극(113)을 향해 발산하여 제2 전극(113)을 가열시킬 수 있다.

도 3b를 참조하면, 전극 가열용 전원공급장치(132)는 제2 전극(113)의 배열 중 처음 및 마지막에 위치하는 제2 전극(113)에 전기적으로 연결될 수 있고, 이러한 경우 제2 전극(113)은 서로 전기적으로 연결되어 있으므로 제2 전극(113)들 및 전극 가열 전원공급장치(120)는 폐회로 형태로 연결될 수 있다. 따라서 전극 가열용 전원공급장치(132)로부터 전압이 인가되면 제2 전극(113)들은 가열될 수 있다. 여기서, 제2 전극(113)이 가열될 수 있는 전압의 크기는, 예를 들면, 10V 이상 상기 제2 전극에 플라즈마가 발생될 수 있는 전압 이하의 범위의 전압일 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 전극가열수단의 다른 예를 도시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 전극가열수단(130)은 전압가변수단(134) 및 스위치부(135)를 포함할 수 있다.

전압가변수단(134)은 전원공급장치(120)와 전기적으로 연결된다. 전압가변수단(134)은 전원공급장치(120)로부터 출력되는 전압을 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 사이에 고전압을 인가하는 플라즈마발생전압범위 및 제2 전극이 가열될 수 있는 전압을 인가하는 전극가열전압범위로 가변할 수 있다. 전압가변수단(134)은 변압기일 수 있다.

스위치부(135)는 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)에 전기적으로 연결된다. 제2 전극(113)이 복수인 경우 제1 전극(112) 및 어느 하나의 제2 전극(113)에 전기적으로 연결된다. 스위치부(135)는 온(ON)/오프(OFF)된다. 스위치부(135)가 온 상태인 경우 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)이 서로 도전되도록 하고, 오프 상태인 경우 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 간의 도전 가능한 연결을 차단한다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치는 다습 환경, 예를 들면, 저온의 작물 저장고 등의 내부에 설치되어 사용될 수 있다. 이러한 경우 판형 면방전 소스(110)의 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)은 습기가 쌓이는 상태가 되며, 플라즈마 발생 영역을 형성하는 제2 전극(113)은 다습 환경으로 인해 플라즈마 발생을 위한 방전시 아크 발생 등의 방전불량요소로 인해 안정적인 방전이 어려워지는 문제에 따라, 본 발명의 플라즈마 장치는 먼저 제2 전극(113)을 제습한 후 고전압 인가에 따른 방전이 이루어지도록 구동된다. 또는 제2 전극(113)의 제습만이 이루어지도록 구동될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치의 플라즈마 생성을 위한 구동 과정에 대해 설명한다.

먼저, 제2 전극(113)을 제습하기 위해 전극가열수단(130)을 작동시킨다. 도 2a에 도시된 전기히터를 이용하는 경우 전기히터를 작동시켜서 전기히터의 열이 제2 전극(113)에 전달되도록 하여 제2 전극(113)을 가열할 수 있다. 도 2b에 도시된 전극 가열용 전원공급장치(132)를 이용하는 경우 전극 가열용 전원공급장치(132)를 통해 제2 전극(113)에 전압을 인가하면 제2 전극(113)의 온도가 상승하여 제2 전극(113)은 가열될 수 있다. 이에 따라, 다습 환경으로 인한 방전불량요소는 제거될 수 있다.

제2 전극(113)이 제습된 후 전원공급장치(120)를 작동시켜서 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 사이에 고전압을 인가한다. 고전압이 인가되면 제2 전극(113) 및 절연층(111) 사이에서 방전이 일어남에 따라 제2 전극(113)의 주변에는 플라즈마 발생 영역이 형성된다. 이때, 제2 전극(113)은 제습되어 다습 환경에서의 방전불량요소가 제거된 상태이므로 안정적인 방전이 이루어져서 플라즈마를 생성할 수 있다.

한편, 전극가열수단(130)으로 도 3에 도시된 전압가변수단(134) 및 스위치부(135)가 이용되는 경우, 제2 전극(113)의 제습을 위해 전압가변수단(134)은 전원공급장치(120)로부터 출력되는 전압 크기를 전극가열전압범위로 설정하여 전원공급장치(120)가 전극가열전압범위의 전압을 출력하도록 하고, 이때 스위치부(135)는 온 상태가 되도록하여 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)이 서로 도전 상태가 되도록 한다. 이에 따라, 전원공급장치(120)로부터 출력되는 전극가열전압범위의 전압은 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)에 인가되어 제2 전극(113)은 제습된다.

제2 전극(113)이 제습된 후 전압가변수단(134)은 전원공급장치(120)로부터 출력되는 전압 크기를 플라즈마발생전압범위로 가변 설정하여 전원공급장치(120)가 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 사이에 고전압을 인가하도록 한다. 이때, 스위치부(135)는 오프 상태가 되도록하여 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 간의 도전 가능한 연결 상태가 해제되도록 한다.

스위치부(135)가 오프되고 제2 전극(113)에 고전압이 인가되면 제2 전극(113) 및 절연층(111) 사이에서 방전이 일어남에 따라 제2 전극(113)의 주변에는 플라즈마 발생 영역이 형성된다. 이때, 제2 전극(113)은 제습되어 다습 환경에서의 방전불량요소가 제거된 상태이므로 안정적인 방전이 이루어져서 플라즈마를 생성할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치를 이용하면, 방전 시작 전에 플라즈마 생성 영역을 형성하는 전극에 열이 발생되도록 하여 전극을 제습하고, 전극이 제습되므로 방전시 아크 발생 등의 불량방전요소를 제거하여 다습 환경에서도 안정적인 방전이 가능하도록 하여 다습 환경에서의 효과적인 플라즈마 생성이 가능해지는 이점이 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 절연층, 상기 절연층의 일면에 놓이는 판형의 제1 전극, 상기 절연층의 타면에 놓이고 막대 형상으로 구비되는 하나 이상의 제2 전극을 포함하는 판형 면방전 소스;
   상기 절연층 및 제2 전극 간의 방전을 위해 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압을 인가하는 전원공급장치;
   상기 전원공급장치와 전기적으로 연결되고, 상기 전원공급장치로부터 출력되는 전압 크기를 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압을 인가하는 플라즈마발생전압범위 및 상기 제2 전극이 가열될 수 있는 전압을 인가하는 전극가열전압범위로 가변하는 전압가변수단; 및
   상기 제1 전극 및 제2 전극에 전기적으로 연결되어 온(ON)/오프(OFF)되고, 온 상태인 경우 상기 제1 전극 및 제2 전극이 서로 도전되도록 하고, 오프 상태인 경우 상기 제1 전극 및 제2 전극 간의 도전 가능한 연결 상태를 해제시키는 스위치부를 포함하고,
   상기 전압가변수단이 상기 전극가열전압범위로 상기 전원공급장치로부터 출력되는 전압 크기를 가변하면 상기 스위치는 온되어 상기 제2 전극이 가열되고, 상기 전압가변수단이 상기 플라즈마발생전압범위로 상기 전원공급장치로부터 출력되는 전압 크기를 가변하면 상기 스위치부는 오프되어 상기 제2 전극 주변에 플라즈마 발생 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는,
   다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 막대 형상의 제2 전극이 둘 이상의 복수인 경우 상기 제2 전극은 상기 절연층 상에 일정 간격으로 병렬 배열되고,
   병렬 배열된 각각의 제2 전극은 서로 전기적으로 연결되고,
   상기 스위치부는 상기 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극 중 어느 하나에 연결되는 것을 특징으로 하는,
   다습 환경에서 이용되는 플라즈마 장치.
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