KR102502073B1 - Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device - Google Patents
Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device Download PDFInfo
- Publication number
- KR102502073B1 KR102502073B1 KR1020200110239A KR20200110239A KR102502073B1 KR 102502073 B1 KR102502073 B1 KR 102502073B1 KR 1020200110239 A KR1020200110239 A KR 1020200110239A KR 20200110239 A KR20200110239 A KR 20200110239A KR 102502073 B1 KR102502073 B1 KR 102502073B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- plasma
- dbds
- stack
- stack volume
- unit
- Prior art date
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- -1 electrodes Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 11
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 210000003491 skin Anatomy 0.000 description 6
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 5
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000029663 wound healing Effects 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 3
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 3
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 3
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 2
- 206010011409 Cross infection Diseases 0.000 description 2
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 210000002950 fibroblast Anatomy 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229940058401 polytetrafluoroethylene Drugs 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 2
- 230000002087 whitening effect Effects 0.000 description 2
- 208000003322 Coinfection Diseases 0.000 description 1
- 102000008186 Collagen Human genes 0.000 description 1
- 108010035532 Collagen Proteins 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 102000004127 Cytokines Human genes 0.000 description 1
- 108090000695 Cytokines Proteins 0.000 description 1
- 108090000204 Dipeptidase 1 Proteins 0.000 description 1
- 206010053172 Fatal outcomes Diseases 0.000 description 1
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 1
- 206010061218 Inflammation Diseases 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 206010067268 Post procedural infection Diseases 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010066901 Treatment failure Diseases 0.000 description 1
- 206010048038 Wound infection Diseases 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 102000006635 beta-lactamase Human genes 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004071 biological effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000004611 cancer cell death Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229920001436 collagen Polymers 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000023597 hemostasis Effects 0.000 description 1
- 230000036737 immune function Effects 0.000 description 1
- 230000000415 inactivating effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000004054 inflammatory process Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 210000002510 keratinocyte Anatomy 0.000 description 1
- 231100000518 lethal Toxicity 0.000 description 1
- 230000001665 lethal effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 210000002540 macrophage Anatomy 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 230000004089 microcirculation Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000000440 neutrophil Anatomy 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 244000052769 pathogen Species 0.000 description 1
- CMFNMSMUKZHDEY-UHFFFAOYSA-N peroxynitrous acid Chemical compound OON=O CMFNMSMUKZHDEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 230000028327 secretion Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 208000017520 skin disease Diseases 0.000 description 1
- 230000036560 skin regeneration Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000013076 target substance Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/156—Arrangements in which a continuous pulse train is transformed into a train having a desired pattern
- H03K5/1565—Arrangements in which a continuous pulse train is transformed into a train having a desired pattern the output pulses having a constant duty cycle
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K7/00—Modulating pulses with a continuously-variable modulating signal
- H03K7/08—Duration or width modulation ; Duty cycle modulation
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/36—Circuit arrangements
Abstract
본 발명은 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조의 플라즈마스택볼륨DBDs부를 제공함으로써, 교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있으며, 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력 범위를 조절 가능하게 되어 플라즈마 출력 최적화를 제공할 수 있는 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치에 관한 것이다.
본 발명을 통해 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조의 플라즈마스택볼륨DBDs부를 제공함으로써, 교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있는 효과를 제공하게 된다.The present invention relates to a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device, and more particularly, by providing a plasma stack volume DBDs portion having a radial structure using a combination of a plasma surface discharge method and a plasma jet method, thereby stacking a dielectric plate and an electrode in an alternating current. A plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device capable of maximizing the amount of plasma generation through a structure and providing optimization of plasma output by adjusting the distance between dielectrics to adjust the output range.
Through the present invention, by providing a plasma stack volume DBDs portion having a radial structure in which the plasma surface discharge method and the plasma jet method are mixed, an effect of maximizing the amount of plasma generation is provided through the stack structure of the dielectric plate and the electrode in AC.
Description
본 발명은 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조의 플라즈마스택볼륨DBDs부를 제공함으로써, 교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있으며, 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력 범위를 조절 가능하게 되어 플라즈마 출력 최적화를 제공할 수 있는 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device, and more particularly, by providing a plasma stack volume DBDs portion having a radial structure using a combination of a plasma surface discharge method and a plasma jet method, thereby stacking a dielectric plate and an electrode in an alternating current. A plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device capable of maximizing the amount of plasma generation through a structure and providing optimization of plasma output by adjusting the distance between dielectrics to adjust the output range.
현재, 실생활 특히 피부, 의료 산업분야에 적용되는 저온 대기압 플라즈마 기술개발에 있어 대표적인 전극형태가 면방전과 플라즈마 제트인데, 면방전에 비해 플라즈마 제트는 방전이 더 활발히 일어나고 처리해야 할 물체 또는 물질에 플라즈마 자체가 충분히 도달할 수 있으며 특정 가스 및 혼합가스를 사용하여 목적에 맞는 적절한 조성의 가스 활성종(reactive species)을 제어하여 만들 수 있어 그 활용도가 높은 플라즈마 소스이다.Currently, in the development of low-temperature atmospheric pressure plasma technology applied to real life, especially in the skin and medical industries, the representative electrode types are surface discharge and plasma jet. Compared to surface discharge, plasma jet discharges more actively, and plasma itself It is a plasma source with high utilization because it can reach sufficiently and can be made by controlling the reactive species of a gas with a composition suitable for the purpose using a specific gas or mixed gas.
플라즈마 제트의 전극형태는 외부전극이 씌워진 유전체관 내부에 관 또는 봉 형태의 내부전극이 설치되고 유전체관 또는 관 형태의 내부전극의 끝단이나 측면에서 가스가 공급되는 구조가 일반적이다.The electrode type of the plasma jet is generally structured in which a tube or rod-shaped internal electrode is installed inside a dielectric tube covered with an external electrode, and gas is supplied from the end or side of the dielectric tube or tube-shaped internal electrode.
특허문헌1의 경우, 방전불꽃을 제어하는 단일 플라즈마 제트의 전극 노즐구조에 대해 밝히고 있다.In the case of Patent Document 1, the electrode nozzle structure of a single plasma jet for controlling discharge sparks is disclosed.
이처럼, 단일 플라즈마 제트의 전극 노즐구조는 물체의 넓은 면적에 플라즈마 제트를 적용하기 불편하고, 단위시간당 처리 면적에 한계가 있다.As such, the electrode nozzle structure of a single plasma jet is inconvenient to apply the plasma jet to a large area of an object, and there is a limit to the treatment area per unit time.
또한, 해당 물체의 넓은 면적 중 복수의 개소에 동시에 플라즈마 제트를 적용하기 위해서는 상기한 바와 같은 단일 플라즈마 제트의 전극 노즐구조를 복수로 사용해야 하는 불편함이 있기 때문에 작업성이 떨어진다.In addition, in order to simultaneously apply the plasma jet to a plurality of locations among a large area of the object, workability is poor because a plurality of electrode nozzle structures of the single plasma jet must be used.
따라서, 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있으며, 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력 범위를 조절 가능하게 하여 플라즈마 출력 최적화를 제공할 수 있는 기술이 필요하게 되었다.Therefore, there is a need for a technology capable of maximizing the amount of plasma generation and providing optimization of the plasma output by adjusting the distance between the dielectrics to adjust the output range.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조의 플라즈마스택볼륨DBDs부를 제공함으로써, 교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있도록 하는데 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma stack volume DBDs part of a radial structure in which a plasma surface discharge method and a plasma jet method are mixed, thereby stacking dielectric plates and electrodes in an alternating current. It is to maximize the amount of plasma generation through the structure.
본 발명의 다른 목적은 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력 범위를 조절 가능하게 되어 플라즈마 출력 최적화를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide plasma output optimization by enabling an output range to be adjusted by adjusting a gap between dielectrics.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여,In order to achieve the problem to be solved by the present invention,
본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치는,A plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention,
원통형이고, 내부 공간이 형성되어 있으며, 내부에 플라즈마스택볼륨DBDs부를 포함하고 있는 플라즈마건몸체(100);와A
상기 플라즈마건몸체 내부에, 일렉트로드와 유전체를 1조로 하여 다수 적층되어 전원 인가시, 유전체 장벽 방전(DBD; Dielectic Barrier Discharge) 출력 전력이 각각의 일렉트로드와 유전체 사이에 각각 유도되는 플라즈마스택볼륨DBDs부(200);와Inside the plasma gun body, a plurality of electrodes and dielectrics are stacked as a set, and when power is applied, a dielectric barrier discharge (DBD) output power is induced between each electrode and the dielectric. Plasma stack volumes DBDs
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 가스를 공급하기 위한 가스공급부(300);와A
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 전원을 공급하기 위한 전원공급부(400);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.The object of the present invention is solved by including; a
본 발명에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치는, The plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to the present invention,
플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조의 플라즈마스택볼륨DBDs부를 제공함으로써, 교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있는 효과를 제공하게 된다.By providing a plasma stack volume DBDs part of a radial structure in which the plasma surface discharge method and the plasma jet method are mixed, an effect of maximizing the amount of plasma generation is provided through the stack structure of the dielectric plate and the electrode in AC.
또한, 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력 범위를 조절 가능하게 되어 플라즈마 출력 최적화를 제공할 수 있게 된다. In addition, it is possible to adjust the output range by adjusting the gap between the dielectrics, thereby providing optimization of the plasma output.
또한, 원통형 토치(Torch) 구조로 사용상 안정도를 높이게 된다.In addition, the cylindrical torch structure increases stability in use.
도 1은 종래의 플라즈마 DBDs의 면방전 형태를 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래의 플라즈마 DBDs의 jet 발생 형태를 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 볼륨 DBDs 제트 플라즈마 반응기를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 토치 형태는 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치를 개략적으로 나타낸 계략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 고전압 발생 하프브리지 공진형 토폴로지 예시도이다.1 is an exemplary view showing a surface discharge form of conventional plasma DBDs.
2 is an exemplary view showing the jet generation form of conventional plasma DBDs.
3 is an exemplary view showing a volume DBDs jet plasma reactor of a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view showing a torch shape of a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
6 is a configuration diagram schematically showing the internal configuration of a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary topology diagram of a high voltage generating half-bridge resonance type plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 구성을 실시 예에 따라 자세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device of the present invention will be described in detail according to embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 설명에 앞서 플라즈마에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.Prior to the description of the present invention, plasma will be described in detail.
플라즈마(Plasma)는 고체, 액체, 기체상태 다음의 제 4의 물질상태라고 불리는 전기를 띤 기체들의 집단을 의미하며, 플라즈마의 생성은 하전 입자를 전장(electric-field)에 의해 가속시켜 하전 입자에 에너지를 전달시킨 후 중성기체원자 또는 분자와의 충돌(비탄성충돌)에 의해 이온화시키는 과정을 통하여 이루어진다. Plasma refers to a group of electrically charged gases, which is called the fourth state of matter after solid, liquid, and gaseous states. It is achieved through the process of ionization by collision (inelastic collision) with neutral gas atoms or molecules after energy is transferred.
여기서 q는 전자, 이온, 중성원자, 광자 어느 것도 될 수 있으나 주로 전자가 이용되며 전체적으로는 전기적인 중성이지만 부분적으로는 이온화된 요소로 이루어진 상태를 의미한다.Here, q can be any electron, ion, neutral atom, or photon, but electrons are mainly used, and it means a state composed of electrically neutral elements as a whole but partially ionized.
플라즈마는 음의 전하를 갖는 전자, 양의 전하를 갖는 이온 및 다른 물질과 특히 산화반응을 잘하는 반응성 활성중성기체, 그리고 보통상태의 중성기체들로 구성된 물질이다.Plasma is a substance composed of negatively charged electrons, positively charged ions, reactive active neutral gas that reacts particularly well with other substances, and neutral gas in a normal state.
열적 플라즈마 방전은 가스를 열을 이용하여 이온화를 하는 방법이고, 비열적 플라즈마 방법은 가스의 가열은 최소화하고 주로 전자를 가열하여 이온화 시키는 방법이다.The thermal plasma discharge is a method of ionizing a gas using heat, and the non-thermal plasma discharge is a method of ionizing a gas mainly by heating electrons while minimizing heating of the gas.
이때, 비열적 플라즈마 방법은 전자만 높은 온도를 지니고 있고 나머지 이온과 중성입자는 낮은 온도를 유지하여 열적 비평형이기 때문에 비평형 플라즈마(non-equilibrium plasma)라고 한다.At this time, the non-thermal plasma method is called a non-equilibrium plasma because only the electrons have a high temperature and the rest of the ions and neutral particles maintain a low temperature and are in thermal non-equilibrium.
비열적 플라즈마의 생성은 평면으로 된 두 개의 도체를 일정거리 d 만큼 떨어트려 놓은 뒤 도체에 전압 V를 가해주면 전기장 E는 E=V/d인 조건으로 생성되며, 이때, 전압의 세기가 어느 정도 이상이 되면 하전입자(전자)는 전기장 E에 의해 가속되어 하전입자(전자)가 에너지를 전달받은 후 중성 기체원자 또는 분자와 충돌하며 원자 및 분자들은 이온화되며 전자와 이온 그리고 중성입자(분자와 원자)들이 혼합된 플라즈마 상태가 된다.In order to generate nonthermal plasma, when two flat conductors are separated by a certain distance d and a voltage V is applied to the conductors, an electric field E is created under the condition of E=V/d. In this case, charged particles (electrons) are accelerated by the electric field E, and after receiving energy, the charged particles (electrons) collide with neutral gas atoms or molecules, and atoms and molecules are ionized, and electrons, ions, and neutral particles (molecules and atoms) ) becomes a mixed plasma state.
한편, 본 발명과 관련성이 있는 유전체 장벽방전(DBD)은 2개의 평행한 도체 전극 사이에 유전체를 구비하고, 도체 전극에 교류(AC)형 고전압을 인가하고 전극에 전압이 인가되면 전극 주변의 유전체로 전하 축적(build-up)현상이 생기고, 유전체에 쌓여 있던 전자가 방출되면서 전극들 사이에 많은 수의 마이크로 방전이 형성되고 마이크로 방전에 의해 형성되는 고농도 전자들에 의해, 전극사이에 라디칼(Radical) 및 이온들을 발생시키게 된다.On the other hand, dielectric barrier discharge (DBD), which is related to the present invention, has a dielectric between two parallel conductor electrodes, applies an alternating current (AC) type high voltage to the conductor electrode, and when the voltage is applied to the electrode, the dielectric around the electrode A build-up phenomenon occurs, and as electrons accumulated in the dielectric are released, a large number of micro-discharges are formed between the electrodes, and by the high-concentration electrons formed by the micro-discharge, radicals ) and ions are generated.
이와 같은 유전체 장벽 방전(DBD)에 사용되는 유전체는 절연성을 가지고 있으므로 전류를 제한하고 아크 형성을 방지하며, 유전성을 가지고 있으므로 전하축적을 가능하게 한다.The dielectric used in such dielectric barrier discharge (DBD) has insulating properties to limit current and prevent arc formation, and has dielectric properties to enable charge accumulation.
이때, 의료기에 적용되는 유전체 장벽방전(DBD) 플라즈마의 경우, 두 개의 전극과 유전체로 구성된 단순한 구조인 것을 특징으로 한다.At this time, in the case of dielectric barrier discharge (DBD) plasma applied to medical equipment, it is characterized by a simple structure composed of two electrodes and a dielectric.
예를 들어, DBD의 한 쪽 전극에 교류(alternating current, AC) 또는 펄스(pulse) 형태의 전력을 인가하면 전극을 감싸고 있는 유전체에 전하(charge)가 축적되고 이후 전극의 극성이 바뀌면 유전체에 축적되었던 전하가 방출되면서 전극 사이에 플라즈마가 형성하게 된다.For example, when alternating current (AC) or pulsed power is applied to one electrode of the DBD, charge is accumulated in the dielectric surrounding the electrode, and then when the polarity of the electrode is changed, the charge is accumulated in the dielectric. As the charged charge is released, plasma is formed between the electrodes.
DBD는 전력을 인가하지 않은 접지전극을 인체 피부로 대체하여도 플라즈마가 발생하며 이를 부유전극 DBD(floating electrode-DBD, FE-DBD)이라 한다.DBD generates plasma even when a ground electrode to which power is not applied is replaced with human skin, and this is called a floating electrode-DBD (DBD, FE-DBD).
상기 FE-DBD는 대기 중의 공기로도 방전이 가능하여 외부가스 주입 없이 피부 표면에서 플라즈마가 발생하고 플라즈마 발생 면적도 플라즈마 제트에 비해서 월등히 넓은 형태이고, 인체 피부의 멸균과 상처 치료에 플라즈마 기술을 적용하기 위해서는 수 mm 정도의 국소 면적이 아닌 비교적 넓은 면적에서 플라즈마를 발생시켜야 하기 때문에 DBD 플라즈마가 효과적일 수 있다.The FE-DBD can be discharged even in air in the atmosphere, so plasma is generated on the skin surface without external gas injection, and the plasma generation area is much wider than that of the plasma jet. Plasma technology is applied to sterilization of human skin and wound treatment. DBD plasma can be effective because plasma must be generated in a relatively large area rather than a local area of several mm.
한편, DBD 플라즈마 발생을 위한 유전체의 종류는 하기와 같다.Meanwhile, the type of dielectric for DBD plasma generation is as follows.
유전체부는 석영, 사파이어, 유리, 세라믹, 고분자필름, 폴리에터이미드(PEI) 등이 있으며, 신체 접촉을 강화하기 위해 poly-die-methyl-siloxane(PDMS), poly-tetra-fluoro ethylene(PTFE), poly-ethylene-terephthalate(PET) 등의 유연 유전체(flexible electrode)를 활용하게 된다.The dielectric part includes quartz, sapphire, glass, ceramic, polymer film, and polyetherimide (PEI), and poly-die-methyl-siloxane (PDMS) and poly-tetra-fluoro ethylene (PTFE) are used to enhance body contact. , flexible electrodes such as poly-ethylene-terephthalate (PET) will be used.
이때, 유전체의 축전용량은 하기의 수학식 (1)과 같다.At this time, the capacitance of the dielectric is as shown in Equation (1) below.
여기서, 
또한, 플라즈마에 사용되는 가스는 Ar, O2, CF4, H2N2 등이 있다.In addition, gases used in plasma include Ar, O 2 , CF 4 , H 2 N 2 and the like.
공정가스는 활성 또는 불활성 성질에 따라 플라즈마의 특성이 변화하므로 원하는 화학적 반응을 선택할 수 있다. Since the characteristics of the plasma change depending on the active or inactive nature of the process gas, a desired chemical reaction can be selected.
대부분의 불활성 가스들은 플라즈마 밀도를 높이거나, 반응 에너지를 전달하는 목적으로 사용되며, 특히 질소가스는 상처치유를 촉진하고 살균작용과 염증작용을 조절효과가 입증되어 실제 임상환자에 적용되고 있다.Most inert gases are used for the purpose of increasing plasma density or transferring reaction energy. In particular, nitrogen gas promotes wound healing and has been proven to control sterilization and inflammation and is being applied to actual clinical patients.
질소가스에서 NO는 O2-와 결합하여 peroxynitrite를 형성하고 향균작용과 대식세포(macrophage, neutrophil)의 기능강화, 병원균에 치명적인 산소유리기(free oxygen radicals)가 유도되는 것으로 보고되어 중요한 인자로 보고되고 있다.NO in nitrogen gas combines with O2- to form peroxynitrite, and it is reported to be an important factor as it is reported to have antibacterial action, enhance the function of macrophages (neutrophil), and induce free oxygen radicals that are lethal to pathogens. .
상처 치유 측면에서도 질소가스에서 형성되는 플라즈마가 상처부위의 미세혈액순환(microcirculation)을 촉진하고, 상처부위의 면역기능을 강화하고, 상처치유에 도움이 되는 각종 cytokine의 분비를 유도하고, 섬유아세포(fibroblast)와 각질세포(keratinocyte)의 증식과 콜라겐의 생성을 촉진하여 상처치유에 도움을 주게 된다.In terms of wound healing, plasma formed from nitrogen gas promotes microcirculation of the wound, strengthens the immune function of the wound, induces the secretion of various cytokines that help in wound healing, and induces fibroblasts ( It helps in wound healing by promoting the proliferation of fibroblast and keratinocyte and the production of collagen.
한편, 종래에는 진공 chamber 내에서 플라즈마를 발생시켰으나 전기 전자 기술의 발달로 고압 고주파 회로의 구현이 가능해짐에 따라 대기압하에서도 플라즈마의 발생이 가능해짐으로써 진공유지를 위한 장비 비용을 줄일 수 있게 된다.On the other hand, conventionally, plasma was generated in a vacuum chamber, but with the development of electrical and electronic technology, it is possible to implement a high-voltage and high-frequency circuit, so that plasma can be generated even under atmospheric pressure, thereby reducing equipment costs for maintaining a vacuum.
저온 대기압 방전 플라즈마의 특성은 전자온도가 0.7~1.8[eV]의 값을 가지며, 플라즈마 이온밀도는 
저온 대기압 비평형 플라즈마는 대기압에서 펄스 코로나방전과 유전체 장벽방전으로 주로 발생하며 전자 에너지의 세기가 이온 및 중성입자 등의 에너지 보다 높게 유지되도록 즉 플라즈마가 비평형 상태를 유지하게 된다.Low-temperature atmospheric pressure non-equilibrium plasma is mainly generated by pulsed corona discharge and dielectric barrier discharge at atmospheric pressure, and the intensity of electron energy is maintained higher than that of ions and neutral particles, that is, the plasma is maintained in a non-equilibrium state.
그리고, 대기압 플라즈마를 구현하는 방법으로는 유전체 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge, DBD), 코로나 방전(corona discharge), 마이크로웨이브 방전(microwave discharge), 아크방전(Arc discharge) 등의 기술이 있으며, 기존의 진공 플라즈마에 비해 100~1000배 이상 높은 반응 활성종(Radical)의 농도를 구현할 수 있고 온도가 상온 -150℃로 낮아 다양한 산업에 활용이 가능해 진다.In addition, as a method of implementing atmospheric pressure plasma, there are technologies such as dielectric barrier discharge (DBD), corona discharge, microwave discharge, and arc discharge. Compared to vacuum plasma, the concentration of reactive active species (radical) can be realized 100 to 1000 times higher, and the temperature is as low as -150℃ at room temperature, so it can be used in various industries.
따라서, 전자온도 및 높은 이온밀도의 플라즈마에 의해서 발생되는 활성종들은 생물시료에 적용되어 생물학적인 효과를 기대할 수 있으며, 플라즈마가 박테리아 내 베타-락타마아제의 활동을 현저히 감소시킴으로써 박테리아를 비활성화시키는 것으로 실험결과 확인할 수 있다.Therefore, active species generated by electron temperature and high ion density plasma can be applied to biological samples and have biological effects, and plasma significantly reduces the activity of beta-lactamase in bacteria, thereby inactivating bacteria. You can check the test results.
이러한 플라즈마의 특성과 생성방법의 발전에 의해 플라즈마는 산업의 여러 분야에서 이용되고 있으며, 이 기술을 이용한 미생물의 살균, 상처의 지혈, 치아 미백, 암세포 사멸유도 등 의학 분야에 실용적 시도가 크게 늘어나고 있으며, 특히 피부 치료에 플라즈마를 이용하는 기술은 다른 분야에 비해 일찍 그 가능성이 입증되었고, 심도 있는 연구가 진행되고 있다.Due to the development of these plasma characteristics and production methods, plasma is used in various fields of industry, and practical attempts in the medical field such as sterilization of microorganisms, hemostasis of wounds, tooth whitening, and induction of cancer cell death using this technology are greatly increasing. , In particular, the technology using plasma for skin treatment has proven its potential earlier than other fields, and in-depth research is being conducted.
새로운 개념의 차세대 건강증진 및 질병치유의 목표를 가지고 플라즈마 바이오과학 및 의학이 새로이 전개되고 있으며 발전 중에 있으며 수술용 외상 치료 및 화상치료, 그리고 피부질환 제어 및 치료에 관한 플라즈마 의료기기 장비 제작도 매우 중요한 사업분야로 인식되고 있으며 암 세포 처리, 치아 미백, 상처 치유, 피부 재생, 세포 자극, 대상 물질의 분해 등으로 응용 범위가 확대되고 있다.With the goal of next-generation health promotion and disease healing with a new concept, plasma bioscience and medicine are newly developed and are under development. Manufacturing of plasma medical devices for surgical trauma treatment, burn treatment, and skin disease control and treatment is also very important. It is recognized as a business field, and its application range is expanding to include cancer cell treatment, tooth whitening, wound healing, skin regeneration, cell stimulation, and decomposition of target substances.
실제 의료현장에 투입하여 전기안전성 및 생물의학적 안전성을 확보하여 환자에게 적용 가능한 편리한 플라즈마 장치가 개발되어야 하며, 대기압 상태에서 작동하여야 하며, 생체조직에 열을 발생시키지 말아야 하며, 사용하기 간편한 플라즈마 소스 및 장치를 개발할 필요가 있다.It is necessary to develop a convenient plasma device that can be applied to patients by securing electrical safety and biomedical safety by putting it into the actual medical field, and it must operate at atmospheric pressure, must not generate heat in living tissue, device needs to be developed.
특히, 창상감염은 전체 의료관련 감염 중 약 15%를 차지하여 의료관련감염 중 3위를 차지할 정도로 중요하며, 미국에서는 수술을 시행한 환자의 약 2~5%에서 발생하고 15만 건의 수술이 매년 시행되어 그 중 30~50만 건의 수술 후 감염이 발생한다고 보고되고 있으며, 항생제가 임상의학에 도입된 지 불과 60여 년 만에 항생제 내성의 광범위한 출현은 각종 감염질환의 치료 실패와 치명적인 결과를 일으킨다.In particular, wound infections account for about 15% of all healthcare-associated infections and are so important that they rank third among healthcare-associated infections. It is reported that 300,000 to 500,000 postoperative infections occur among them, and the widespread emergence of antibiotic resistance in just 60 years since antibiotics were introduced into clinical medicine causes treatment failure and fatal outcomes for various infectious diseases. .
창상피복제는 바이오 소재를 이용하여 손상된 피부 조직을 재생하도록 유도하는 치료법으로 알레르기반응 및 지속적인 드레싱으로 이차적인 감염이 발생할 수 있으므로 이를 극복하기 위해 병소 부위에 직접적으로 작용하여 감염에 대한 치료효과를 극대화할 수 있는 플라즈마 치료의 병행이 절실하게 필요하다.Wound dressing is a treatment that induces the regeneration of damaged skin tissue using biomaterials. Since allergic reactions and secondary infection can occur due to continuous dressing, it directly acts on the affected area to maximize the treatment effect against infection. There is an urgent need for a combination of possible plasma treatments.
즉, 밀도제어형 플라즈마 치료기를 통해 기존 제품의 성능을 확보하면서 정밀제어가 플라즈마 발생량이나 조사면적의 제어를 통해 이비인후과용 고성능 플라즈마 치료기가 필요하게 되었으며, 플라즈마 고밀도 제어를 위한 면방전과 플라즈마 제트의 결합형태로 플라즈마 토치설계가 필요하게 되었으며, 고전압 토폴로지의 스트링별 개별제어를 통한 플라즈마 밀도제어형 토폴로지 제어가 가능한 제어회로가 필요하게 되었으며, 향후 로봇치료기로 진화하기 위한 정밀위치선택이 가능한 Arm을 포함한 치료기를 통해 의료행위의 안정성 확보 및 치료효과 극대화를 위한 장치가 필요하게 되었으며, 모니터링 피드백과 상태감시 기술을 활용하여 플라즈마 출력 정확성 확보함으로서 오퍼레이터와의 교류가 필요하게 되었다.In other words, while securing the performance of the existing product through the density-controlled plasma treatment device, precise control was required through the control of the amount of plasma generated or the irradiation area, and a high-performance plasma treatment device for ENT was required. As a result, a plasma torch design was required, and a control circuit capable of controlling the plasma density control type topology through individual control of each string of the high voltage topology was required. A device for securing the stability of medical practice and maximizing the treatment effect was needed, and communication with the operator was needed by securing the accuracy of plasma output using monitoring feedback and condition monitoring technology.
도 1은 종래의 플라즈마 DBDs의 면방전 형태를 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary view showing a surface discharge form of conventional plasma DBDs.
도 1에 도시한 바와 같이, 플라즈마 DBDs의 면방전형태는 다양한 형태를 가지게 된다.As shown in FIG. 1, the surface discharge form of plasma DBDs has various forms.
예를 들어, 도 1의 도면 (a)의 볼륨 DBDs는 하나 또는 두 개의 전극으로 구성되고 유전체 층은 가스갭을 분리하는 역할을 함께 수행하게 되는데, 노출된 전극은 침식이나 부식이 발생할 우려가 있다.For example, the volume DBDs in (a) of FIG. 1 are composed of one or two electrodes, and the dielectric layer serves to separate the gas gap, but the exposed electrode may be eroded or corroded. .
또한, 도 1의 도면 (b)와 (c)는 유전체의 표면에 발생하는 플라즈마의 면방전형태를 나타낸 것이고, 도면 (d)는 유전체 표면상의 가스방전이 메쉬로 된 전극상에 발생하는 마이크로방전 형태를 나타낸 것이다.In addition, drawings (b) and (c) of FIG. 1 show the surface discharge form of plasma generated on the surface of a dielectric, and drawing (d) shows a microdischarge in which gas discharge on the dielectric surface occurs on a mesh electrode. that shows the form.
도 2는 종래의 플라즈마 DBDs의 jet 발생 형태를 나타낸 예시도이다.2 is an exemplary view showing the jet generation form of conventional plasma DBDs.
도 2에 도시한 바와 같이, 플라즈마 DBDs의 제트발생 형태는 다양한 형태를 가지게 된다.As shown in FIG. 2, the jet generation form of plasma DBDs has various forms.
예를 들어, 도 2의 도면 (a)나 (b)와 같은 가스처리를 위한 반응기의 형태는 동축 전극배열로 구성된 원통형 구조가 일반적으로 적용되고 있으며 절연체의 튜브는 전극을 덮는 역할을 하고 있으며, 도면 (c)는 더블 슬릿 리니어 DBD 베이스의 플라즈마 제트 형태를 나타낸다.For example, in the form of a reactor for gas treatment as shown in (a) or (b) of FIG. 2, a cylindrical structure composed of a coaxial electrode array is generally applied, and an insulator tube serves to cover the electrode, Figure (c) shows the plasma jet shape of the double slit linear DBD base.
이때, 전극은 금속전극으로 내부와 외부의 유전체 벽에 전극을 참전시키거나 붙여진 금속막의 형태의로 사용되기도 하며 메쉬형태로 이용되기도 한다.At this time, the electrode is a metal electrode, and may be used in the form of a metal film attached or applied to the inner and outer dielectric walls, or may be used in the form of a mesh.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 볼륨 DBDs 제트 플라즈마 반응기를 나타낸 예시도이다.3 is an exemplary view showing a volume DBDs jet plasma reactor of a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)는 기존의 플라즈마 면발생 모듈구조와 플라즈마 제트 구조를 기능적으로 조합하여 최적 설계를 통해 의료기기에 최적화된 스택 볼륨 DBDs구조를 완성하게 되었다.As shown in FIG. 3, the plasma stack
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 토치 형태는 나타낸 예시도이다.4 is an exemplary view showing a torch shape of a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)는 플라즈마건몸체 내부에, 일렉트로드와 유전체를 1조로 하여 다수 적층되어 전원 인가시, 유전체 장벽 방전(DBD; Dielectic Barrier Discharge) 출력 전력이 각각의 일렉트로드와 유전체 사이에 각각 유도되는 기능을 수행하게 된다.As shown in FIG. 4, the plasma stack
상기와 같이 구성하게 되면, 플라즈마가 발생할 경우에 발생된 플라즈마 영역의 하전 입자들로부터 절연체 음극위에 전하가 축적되기 시작하여 플라즈마 영역에 걸리는 전압은 감소하고 절연체 음극에 걸리는 전압은 증가하기 시작하게 된다.In the configuration as described above, when plasma is generated, charges start to accumulate on the insulator cathode from the charged particles in the plasma region, so that the voltage across the plasma region decreases and the voltage across the insulator cathode starts to increase.
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)는,The plasma stack
도 4에 도시한 바와 같이, 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조로 제조됨으로써, 개별 제어가 가능한 스택 구조를 제공하게 되어 볼륨의 확장이 용이한 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 4, it is characterized in that the expansion of the volume is easy by providing a stack structure capable of individual control by being manufactured in a radial structure in which the plasma surface discharge method and the plasma jet method are mixed.
예를 들어, 중앙부위에 하측부터 일렉트로드, 유전체, 일렉트로드, 유전체, 일렉트로드를 형성하고, 중앙부위의 좌측 및 우측에는 최하측 유전체에서 일정 이격되 거리에 일렉트로드를 구성하고, 상측으로 일정 간격 유전체, 일렉트로드를 구성함으로써, 전체 형상이 방사형 구조를 이루도록 하는 것이다.For example, an electrode, a dielectric, an electrode, a dielectric, and an electrode are formed from the lower part in the central part, and the electrode is formed at a certain distance from the lowermost dielectric on the left and right sides of the central part, and the electrode is formed at a certain distance upward. By configuring the gap dielectric and the electrode, the overall shape is made to form a radial structure.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치를 개략적으로 나타낸 계략 구성도이다.5 is a schematic configuration diagram schematically illustrating a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이다.6 is a configuration diagram schematically showing the internal configuration of a plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치는,As shown in FIG. 5, the plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device,
내부 공간이 형성되어 있으며, 내부에 플라즈마스택볼륨DBDs부를 포함하고 있는 플라즈마건몸체(100);와A
상기 플라즈마건몸체 내부에, 일렉트로드와 유전체를 1조로 하여 다수 적층되어 전원 인가시, 유전체 장벽 방전(DBD; Dielectic Barrier Discharge) 출력 전력이 각각의 일렉트로드와 유전체 사이에 각각 유도되는 플라즈마스택볼륨DBDs부(200);와Inside the plasma gun body, a plurality of electrodes and dielectrics are stacked as a set, and when power is applied, a dielectric barrier discharge (DBD) output power is induced between each electrode and the dielectric. Plasma stack volumes
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 가스를 공급하기 위한 가스공급부(300);와A
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 전원을 공급하기 위한 전원공급부(400);와A
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 부착되어 플라즈마 밀도를 감지하여 제어부로 제공하기 위한 플라즈마밀도감지센서부(500);와A plasma density
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 공급되는 전원, 가스를 제어하며, 감지된 플라즈마 밀도에 따라 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어부(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.and a
구체적으로 설명하자면, 플라즈마건몸체(100)를 구성하게 되는데, 여기에는 내부 공간이 형성되어 있으며, 내부에 플라즈마스택볼륨DBDs부를 포함하고 있게 된다.Specifically, the
또한, 트리거 신호를 제공하기 위한 온오프버튼을 하측에 형성하여 온오프버튼을 누름으로써, 트리거 신호를 제공하여 동작하도록 하게 된다.In addition, by forming an on-off button for providing a trigger signal on the lower side and pressing the on-off button, a trigger signal is provided to operate.
그리고, 상기 플라즈마건몸체 내부에는 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)를 형성하게 된다.And, a plasma stack
이때, 상기 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)는 일렉트로드와 유전체를 1조로 하여 다수 적층되어 전원 인가시, 유전체 장벽 방전(DBD; Dielectic Barrier Discharge) 출력 전력이 각각의 일렉트로드와 유전체 사이에 각각 유도하는 기능을 수행하게 된다.At this time, the plasma stack
또한, 도 6에 도시한 바와 같이, 가스공급부(300)를 상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결하고, 동작될 경우에 가스를 공급하게 되는 것이다.In addition, as shown in FIG. 6, the
또한, 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 전원을 공급하기 위한 전원공급부(400)를 일측에 형성하게 된다.In addition, a
이때, 플라즈마밀도감지센서부(500)를 플라즈마스택볼륨DBDs부에 부착하여 플라즈마 밀도를 감지하여 제어부로 제공하게 되는 것이다.At this time, the plasma density
이때, 제어부(600)는 상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 공급되는 전원, 가스를 제어하며, 감지된 플라즈마 밀도에 따라 인가되는 전원을 제어하기 위한 기능을 수행하게 된다.At this time, the
한편, 상기 제어부(600)는,On the other hand, the
PWM신호를 발생시키며, 밀도를 가변하기 위해 Duty cycle을 변화시켜 플라즈마 제트에 공급되는 고전압을 가변하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by generating a PWM signal and varying the high voltage supplied to the plasma jet by changing the duty cycle to vary the density.
상기와 같은 기능을 수행하기 위하여 제어부(600)는 PWM신호를 발생시키며, 밀도를 가변하기 위해 Duty cycle을 변화시켜 플라즈마스택볼륨DBDs부에 공급되는 고전압을 가변하는 기능을 수행하게 된다.In order to perform the above function, the
상기와 같은 기능을 수행하기 위하여, 바람직하게는 도 7에 도시한 바와 같이, 고전압 발생 하프브리지 공진형 토폴로지를 적용하게 된다.In order to perform the above function, preferably, as shown in FIG. 7, a high voltage generating half-bridge resonant topology is applied.
예를 들어, 플라즈마 브러시 전극 단계는 Ceq와 Req가 직렬로 되어 있고 전극 사이의 간격에 존재하는 용량성 부하로 간주되는 플라즈마 발생 플레이트의 등가 회로를 나타낸 것이다.For example, the plasma brush electrode step represents an equivalent circuit of a plasma generating plate in which Ceq and Req are in series and considered as a capacitive load existing in the gap between the electrodes.
이때, 제어부에는 고전압 발생 하프브리지 공진형 토폴로지를 적용되기 때문에 SW3의 PWM신호를 발생시키며 밀도를 가변하기 의해 Duty cycle을 변화시켜 플라즈마스택볼륨DBDs부에 공급되는 고전압을 가변하게 되는 것이다.At this time, since the high voltage generation half-bridge resonant topology is applied to the control unit, the PWM signal of SW3 is generated and the duty cycle is changed by varying the density to change the high voltage supplied to the plasma stack volume DBDs unit.
상기와 같이, 구성하게 되면, 플라즈마스택볼륨DBDs부는 교류에서 유전체 판과 전극의 스택구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있으며, 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력범위를 조절 가능한 구조로서, 플라즈마 출력을 최적화할 수 있게 된다.When configured as described above, the plasma stack volume DBDs unit can maximize the amount of plasma generation through the stack structure of the dielectric plate and the electrode in AC, and is a structure in which the output range can be adjusted by adjusting the distance between the dielectrics, and the plasma output can be optimized.
또한, 방사형구조의 플라즈마 발생 반응기를 배열하여 개별적으로 제어되는 스택구조를 제공하기 때문에 향후 볼륨의 확장성을 제공할 수 있게 된다.In addition, since a stack structure that is individually controlled by arranging plasma generation reactors having a radial structure is provided, scalability of the volume can be provided in the future.
또한, 원통형 토치(Torch)구조로서, 사용상 안정도를 높일 수 있게 된다.In addition, as a cylindrical torch structure, it is possible to increase stability in use.
또한, 플라즈마 발생장치의 밀도를 제어할 수 있게 되는데, 예를 들어, 반응기 내측에 플라즈마밀도감지센서부를 구성하여 플라즈마 밀도를 측정 및 검출하여 피드백 제어하게 된다.In addition, it is possible to control the density of the plasma generating device. For example, a plasma density detection sensor unit is configured inside the reactor to measure and detect the plasma density for feedback control.
즉, PWM제어 피드백 제어를 통한 인가 전력을 제어함으로서 전력밀도 제어함과 동시에 센서와 전기적인 파라미터 검출을 함께 고려한 복합 센서를 활용한 장치를 제공할 수 있게 된다.That is, it is possible to provide a device using a complex sensor in which power density is controlled by controlling applied power through PWM control and feedback control and at the same time, sensors and electrical parameter detection are considered together.
본 발명을 통해, 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조의 플라즈마스택볼륨DBDs부를 제공함으로써, 교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있는 효과를 제공하게 된다.Through the present invention, by providing a plasma stack volume DBDs part of a radial structure in which the plasma surface discharge method and the plasma jet method are mixed, the effect of maximizing the amount of plasma generated through the stack structure of the dielectric plate and the electrode in AC is provided. .
이상에서와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. Those skilled in the art to which the present invention pertains as described above will understand that it can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects and should be understood as not being limiting.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구 범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description above, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
100 : 플라즈마건몸체
200 : 플라즈마스택볼륨DBDs부
300 : 가스공급부
400 : 전원공급부
500 : 플라즈마밀도감지센서부
600 : 제어부100: Plasma gun body
200: Plasma stack volume DBDs unit
300: gas supply unit
400: power supply
500: plasma density detection sensor unit
600: control unit
Claims (4)
내부 공간이 형성되어 있으며, 내부에 플라즈마스택볼륨DBDs부를 포함하고 있는 플라즈마건몸체(100);와
상기 플라즈마건몸체 내부에, 일렉트로드와 유전체를 1조로 하여 다수 적층되어 전원 인가시, 유전체 장벽 방전(DBD; Dielectic Barrier Discharge) 출력 전력이 각각의 일렉트로드와 유전체 사이에 각각 유도되는 플라즈마스택볼륨DBDs부(200);와
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 가스를 공급하기 위한 가스공급부(300);와
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 연결되어 전원을 공급하기 위한 전원공급부(400);와
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 부착되어 플라즈마 밀도를 감지하여 제어부로 제공하기 위한 플라즈마밀도감지센서부(500);와
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부에 공급되는 전원, 가스를 제어하며, 감지된 플라즈마 밀도에 따라 인가되는 전원을 제어하기 위한 제어부(600);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며,
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)는,
플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조로 제조됨으로써, 개별 제어가 가능한 스택 구조를 제공하게 되어 볼륨의 확장이 용이한 것을 특징으로 하며,
상기 플라즈마 면 방전 방식과 플라즈마 제트 방식을 혼용한 방사형 구조는,
중앙부위에 하측부터 일렉트로드, 유전체, 일렉트로드, 유전체, 일렉트로드를 형성하고, 중앙부위의 좌측 및 우측에는 최하측 유전체에서 일정 이격되 거리에 일렉트로드를 구성하고, 상측으로 일정 간격 유전체, 일렉트로드를 구성함으로써, 전체 형상이 방사형 구조를 이루도록 하는 것을 특징으로 하며,
상기 유전체 사이의 간격을 조정하여 출력 범위를 조절 가능하게 되어 플라즈마 출력 최적화를 제공하는 것을 특징으로 하며,
상기 플라즈마스택볼륨DBDs부(200)는,
교류에서 유전체 판과 전극의 스택 구조를 통해 플라즈마 발생량을 극대화할 수 있는 것을 특징으로 하며,
상기 제어부(600)는,
PWM신호를 발생시키며, 밀도를 가변하기 위해 Duty cycle을 변화시켜 플라즈마스택볼륨DBDs부에 공급되는 고전압을 가변하는 것을 특징으로 하되, 고전압 가변을 위하여 고전압 발생 하프브리지 공진형 토폴로지를 적용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스택 볼륨 유전체 장벽 방전형 플라즈마 토치 장치.
In the plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device,
A plasma gun body 100 having an inner space formed therein and including a plasma stack volume DBDs part; and
Inside the plasma gun body, a plurality of electrodes and dielectrics are stacked as a set, and when power is applied, a dielectric barrier discharge (DBD) output power is induced between each electrode and the dielectric. Plasma stack volumes DBDs part 200; and
A gas supply unit 300 connected to the plasma stack volume DBDs unit to supply gas; and
A power supply unit 400 connected to the plasma stack volume DBDs unit to supply power; and
A plasma density detection sensor unit 500 attached to the plasma stack volume DBDs unit to detect plasma density and provide the detected plasma density to a control unit; and
It is characterized in that it is configured to include a; control unit 600 for controlling power and gas supplied to the plasma stack volume DBDs unit and controlling power applied according to the detected plasma density,
The plasma stack volume DBDs unit 200,
It is characterized in that it is easy to expand the volume by providing a stack structure that can be individually controlled by being manufactured in a radial structure in which the plasma surface discharge method and the plasma jet method are mixed.
The radial structure in which the plasma surface discharge method and the plasma jet method are mixed is
Electrodes, dielectrics, electrodes, dielectrics, and electrodes are formed from the lower part in the center, and electrodes are formed at a certain distance from the lowermost dielectric on the left and right sides of the central part, and dielectrics, electro By constituting the de, it is characterized in that the entire shape forms a radial structure,
It is characterized in that the output range can be adjusted by adjusting the gap between the dielectrics to provide plasma output optimization,
The plasma stack volume DBDs unit 200,
It is characterized by maximizing the amount of plasma generation through a stack structure of dielectric plates and electrodes in AC,
The controller 600,
It is characterized by generating a PWM signal and varying the high voltage supplied to the plasma stack volume DBDs by changing the duty cycle to vary the density, but applying a high voltage generating half-bridge resonant topology for varying the high voltage. A plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200110239A KR102502073B1 (en) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200110239A KR102502073B1 (en) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20220028773A KR20220028773A (en) | 2022-03-08 |
| KR102502073B1 true KR102502073B1 (en) | 2023-02-21 |
Family
ID=80813113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200110239A KR102502073B1 (en) | 2020-08-31 | 2020-08-31 | Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102502073B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2978236B2 (en) | 1990-11-26 | 1999-11-15 | 株式会社リコー | Transfer corona discharge control device |
| JP2014060032A (en) * | 2012-09-18 | 2014-04-03 | Ricoh Co Ltd | Dielectric barrier discharge generator and sheet material modification device, image forming apparatus, and production method of printed matter |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101200801B1 (en) * | 2011-02-25 | 2012-11-13 | (주) 엠에이케이 | Atmospheric pressure plasma generation device |
| KR101620009B1 (en) * | 2014-07-11 | 2016-05-12 | 한국기계연구원 | Plasma reactor having multiple attribute |
| KR20180075726A (en) | 2016-12-26 | 2018-07-05 | 광운대학교 산학협력단 | Plume controllable surface-discharged low temperature atmospheric pressure plasma jet |
-
2020
- 2020-08-31 KR KR1020200110239A patent/KR102502073B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2978236B2 (en) | 1990-11-26 | 1999-11-15 | 株式会社リコー | Transfer corona discharge control device |
| JP2014060032A (en) * | 2012-09-18 | 2014-04-03 | Ricoh Co Ltd | Dielectric barrier discharge generator and sheet material modification device, image forming apparatus, and production method of printed matter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20220028773A (en) | 2022-03-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101568380B1 (en) | Skin treatment apparatus using plasma | |
| KR101573231B1 (en) | Plasma generation electrode module, plasma generation electrode assembly and apparatus for generating plasma using the same | |
| US7683342B2 (en) | Plasma source | |
| US20120156091A1 (en) | Methods and devices for treating surfaces with surface plasma` | |
| US20160193373A1 (en) | Tubular Floating Electrode Dielectric Barrier Discharge For Applications In Sterilization and Tissue Bonding | |
| WO2013032182A2 (en) | Parallel-driven microplasma apparatus for treating cuts | |
| CN107427693B (en) | Utilize the skin treatment device of plasma | |
| US20110022043A1 (en) | Device for the treatment of surfaces with a plasma generated by an electrode over a solid dielectric via a dielectrically impeded gas discharge | |
| KR101056097B1 (en) | Atmospheric Pressure Plasma Generator | |
| CN110574140B (en) | Atmospheric pressure plasma device | |
| JP4751906B2 (en) | Sterilizer | |
| JP2016500317A (en) | Apparatus and method for treating biological tissue using low pressure plasma | |
| KR20150120938A (en) | Device and method for treating biological tissue with a low-pressure plasma | |
| JP2015533529A (en) | Apparatus and method for treating biological tissue using low pressure plasma | |
| KR102502074B1 (en) | Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma generation system | |
| US11457522B2 (en) | Skin treatment apparatus using fractional plasma | |
| KR101813558B1 (en) | Skin treatment apparatus using fractional plasma | |
| KR101662156B1 (en) | Skin treatment apparatus using ball type plasma generator | |
| WO2005070017A2 (en) | Capillary-in-ring electrode gas discharge generator for producing a weakly ionized gas and method for using the same | |
| RU2705791C1 (en) | Source of nonequilibrium argon plasma based on volumetric glow discharge of atmospheric pressure | |
| RU2638569C1 (en) | Method for sterilisation using gas-discharge plasma of atmospheric pressure and device for its implementation | |
| KR101662160B1 (en) | Skin treatment apparatus using plasma | |
| KR102502073B1 (en) | Plasma stack volume dielectric barrier discharge type plasma torch device | |
| WO2020224567A1 (en) | Plasma surface sanitizer and associated method | |
| US10245333B2 (en) | Plasma generating apparatus and treatment method using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |