KR101973819B1 - 기상 매체의 처리를 위한 장치 및 방법과, 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리를 위한 장치의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 기상 매체의 처리 장치는 기상 매체의 유동 방향으로 기상 매체에서 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치를 포함한다. 플라즈마는 특히 여기 분자, 라디칼, 이온, 자유 전자, 광자 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 더욱이, 본 발명에 따른 장치는 적어도 하나의 유전체 구조물, 특히 적어도 하나의 용융 실리카 튜브를 포함한다. 플라즈마는 특히 플라즈마 발생 장치에서 플라즈마의 발생 후에 적어도 하나의 유전체 구조물 내로 이송될 수 있다.
Description
본 발명은 플라즈마에 의한 기상 매체의 처리를 위한 장치, 플라즈마에 의한 상기 기상 매체의 처리 방법, 및 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리를 위한 장치와 방법 양자의 용도에 관한 것이다.
다양한 플라즈마 발생 방법 및 그러한 플라즈마의 광범위한 용례가 당업계에 공지되어 있고, 예컨대 Bogaerts 등[Spectrochimica Acta Part B 57 (2002) 609-658]에 의해 검토되었다.
당업계에서 상기 기상 매체의 플라즈마 처리에 의해 기상 매체를 살균하는 것이 공지되어 있고, 예컨대 WO 2005/079123 A2호에 의해 제안된 바와 같이 상기 플라즈마에 의해 공기 중의 미생물과 화학적 독소가 파괴된다. 이들 방법을 이용하여, 예컨대 특정한 휘발성 유기 화합물(VOC; volatile organic compounds), 특히 장쇄(long-chained) VOC를 파괴하는 것이 가능하다.
당업계에서는 또한 US 5,814,135호에 의해 제안된 바와 같이 기상 매체를 살균하기 위해 코로나 방전 플라즈마를 사용하는 것이 공지되어 있다.
이들 공지된 장치는, 특히 전술한 장치들에 의해 보통은 파괴될 수 없는 특정한 미생물 및 예컨대 단쇄(short-chained) VOC와 같은 독소의 경우에 달성된 살균 효과가 충분하지 않다는 단점을 갖는다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복하기 위한 것으로서, 에너지 효율적이고, 즉 적은 에너지를 소모하면서 개선된, 즉 향상된 처리 효과가 가능한, 기상 매체의 처리 장치 및 방법을 제공하는 것이다. 구체적으로, 이 목적은 분자들의 합성 및 분해와, 단백질, 화분(pollen), 포자(spore), 박테리아 또는 바이러스와 같은 생물학적 구조물의 비활성화 또는 분열을 포함한다.
이들 목적은 독립 청구항에 따른, 플라즈마에 의한 기상 매체의 처리 장치, 플라즈마에 의한 기상 매체의 처리 방법, 및 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리 장치와 방법 양자의 용도에 의해 충족된다.
본 발명을 제한하지 않지만, 플라즈마에 의한 기상 매체, 액체, 고체 또는 그 표면의 처리는 현재로서는 광분해, 즉 광분해 반응으로서 이해된다. 플라즈마에 의한 처리는 특히 플라즈마에 포함되는 광자 및/또는 전기력에 의해 광분해를 유도 또는 지원하는 수단이다. 더욱이, 분자들의 분해 및/또는 합성을 위한 플라즈마 내의 분자 상호 작용 또는 플라즈마에 의한 분자 상호 작용의 효율은 하나 또는 다수의 광자에 의한 분자들 및 그 상호 작용의 초기 불안정화에 의해 강화된다고 이해된다.
광분해는 특히 분자, 특히 생체 분자의 분해 및/또는 합성, 및/또는 마이크로 유기체와 같은 바이오매스의 분열에 의한 비활성화(inactivation)를 포함한다. 여기서 그리고 차후에 이해되는 바와 같이, 생체 분자는 살아있는 유기체에 의해 생성되는 임의의 유기 분자이다.
광분해는 광자, 즉 전자기파에 의한 분자 결합의 분쇄를 의미한다. 광분해의 상업적 용례는, 예컨대 폴리머의 경화, 광자에 의한 액체 또는 기체 혹은 고체 표면에서의 병원균 또는 기상 오염물의 파괴이다.
본 발명의 맥락에서, 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리는 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 합성 및/또는 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 정화를 포함한다. 정화는, 예컨대 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합에서 분자량 및/또는 마이크로 유기체와 같은 바이오매스의 감소를 포함한다. 구체적으로, 처리는 생물학적 구조물의 분열을 포함한다.
합성 및/또는 정화라는 용어는 본 발명의 맥락에서 합성; 정화; 합성과 정화의 의미 중 임의의 의미를 갖는다. 합성은 특히 에탄올 및/또는 메탄올의 개질에 의한 수소(H2)의 합성을 포함한다.
본 발명에 따른 기상 매체의 처리 장치는 기상 매체의 유동 방향으로, 기상 매체에 플라즈마를 발생하기 위한 플라즈마 발생 장치를 포함한다. 플라즈마는 특히 여기 분자(excited molcule), 라디칼, 이온, 자유 전자, 광자 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 더욱이, 본 발명에 따른 처리 장치는 적어도 하나의 유전체 구조물, 특히 적어도 하나의 용융 실리카 튜브를 포함한다. 플라즈마는 특히 플라즈마 발생 장치에서 발생 후에 적어도 하나의 유전체 구조물 내로 이송될 수 있다.
구체적으로, 플라즈마 발생 장치는 기상 매체의 유동이 본 발명에 따른 장치에 진입하는 플라즈마 챔버일 수 있다. 기상 매체는 처리될 기상 매체이거나 추가 기상 매체, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합을 처리하기 위해 사용될 기상 매체일 수 있다.
더욱이, 플라즈마 발생 장치는 특히 무선 주파수 범위에서 마이크로파 범위까지의 주파수를 갖는 전자기 복사선의 발생을 위한 발생장치를 포함한다.
본 발명에 따른 유전체 구조물은, 상기 유전체 구조물 내측에서 그리고 유전체 구조물을 따라 플라즈마를 이송시킬 수 있도록 형성된다. 구체적으로, 그러한 유전체 구조물은 원형, 직사각형 또는 타원형 단면으로서 형성될 수 있다. 구체적으로, 그러한 유전체 구조물은 임의의 단면을 갖도록 형성될 수 있다.
본 출원의 맥락에서, 플라즈마는 전기장의 영향 하에 그 성분들로 분리되는 가스 및/또는 증기라는 점이 이해될 것이다. 따라서, 플라즈마는, 광자, 자유 전자, 이온, 자유 라디칼 및 중성 입자, 특히 여기된 중성 입자뿐만 아니라 기타 성분들을 포함한다. 그러한 플라즈마는 바람직하게는 비열 플라즈마이다. 구체적으로, 그러한 플라즈마는 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 보다 바람직하게는 3% 미만 그리고 가장 바람직하게는 1.5% 미만의 전리도를 갖는다.
그러한 플라즈마는 WO 2005/079123 A2호에 설명된 바와 같은 장치뿐만 아니라 Bogaerts 등의 Spectrochimica Acta Part B 57(2002) 609-658에 설명된 바와 같은 코로나 방전, 마그네트론 방전 또는 글로우 방전(glow discharge)에 의해 발생될 수 있다.
일반적인 용어에서, 여기서 그리고 차후에 이해되는 바와 같이, 특히 처리 효과에 관하여 고려될 필요가 있는 다음의 3가지 반응종이 플라즈마에 공존한다.
a) 이온, 전자 및/또는 여기 분자로부터 유래되는 전기력.
b) 광자, 특히 UV 광자 또는 UV 복사선.
c) 화합물, 특히 반응 화학종, 특히 라디칼, 공기 중의 미생물과 포괄적인 화학적 독소, 특히 VOC, 화분, 박테리아, 포자 또는 바이러스와 같은 오염물.
플라즈마 발생 장치와 유전체 구조물의 조합이 시너지 효과를 제공한다는 것을 이제 확인하였다. 본 발명에 따른 플라즈마의 발생을 위한 플라즈마 발생 장치는, 이 발생된 플라즈마가 대부분의 화합물을 처리하는 데에 더 양호하게 적합하게 되는 이점을 갖는다. 본 발명을 제한하지 않지만, 유전체 구조물 내로 플라즈마를 이송하는 것은 플라즈마를 더 긴 길이에 걸쳐 유지하고 플라즈마를 변경시킴으로써 플라즈마가 화합물과 반응할 수 있는 시간을 연장시키며 및/또는 처리를 향상시킨다는 것이 이해된다.
본 발명을 제한하지 않지만, 상기 시너지 효과는 이하와 같이 설명될 수 있다. 플라즈마와 유전체 구조물 사이에서 표면파의 발생은 플라즈마를 변경시켜, 플라즈마의 전자의 적어도 일부가 표면파에 의해 보다 높은 속도로 가속되어 처리 효과를 개선시킨다.
플라즈마 발생 장치 및 유전체 구조물의 이러한 구성은, 달성된 기상 매체의 처리가 에너지 효율적이라는 추가 이점을 갖는데, 그 이유는 플라즈마 발생을 위해 플라즈마 발생 장치 내로 공급되는 에너지가 상당한 폐열을 발생시키는 일 없이 이온, 전자 및/또는 여기 분자로부터 유래하는 전기력 및 광자로 효율적으로 변환되기 때문이다.
그러한 장치는, 예컨대 환기 시스템 및/또는 공조 시스템에 통합될 수 있거나, 공기의 처리를 위한 독립형 장치로서, 특히 반응 용기로서 사용될 수 있다.
바람직하게는, 상기 장치는 적어도 하나의 유전체 구조물의 하류의 유동 방향으로, 적어도 하나의 벽이 있는 내부 공간을 갖는 상호 작용 챔버를 포함한다.
이 상호 작용 챔버는 플라즈마의 반응종들 사이의 상호 작용 기간이 증가된다는 이점, 즉 반응 시간이 연장된다는 이점을 갖고, 이에 따라 처리 효과가 향상된다.
이 상호 작용 챔버의 추가 이점은 플라즈마의 광자들, 즉 광자종들의 개수의 확장(amplification)이다. 본 발명을 이에 따라 한정하는 것은 아니지만, 이러한 효과는 현재로서 다음과 같이 이해된다. 광자는 특히 높은 속도의 전자와 상호 작용 챔버 내의 전기장 간의 상호 작용으로 인해 유전체 구조물로부터 상호 작용 챔버 내로 이송되는 높은 속도의 전자, 소위 브렘스슈트랄룽(Bremsstrahlung)을 느리게 함으로써 발생된다.
보다 바람직하게는, 상호 작용 챔버의 적어도 하나의 벽은 적어도 부분적인 다이아몬드 코팅을 갖는다. 바람직하게는, 적어도 하나의 벽은 내부 공간쪽에 완전한 다이아몬드 코팅을 갖는다.
이는 광자, 즉 전자기 복사선이 플라즈마에서 보다 효율적으로 분산되어 상기 광자에 의해 유발되는 처리 효과를 증대시킨다는 유리한 효과를 갖는다. 구체적으로, 적어도 부분적인 다이아몬드 코팅은 광자 개수의 확장을 지원한다. 더욱이, 다이아몬드 코팅에서 광자의 라만(Raman), 즉 비탄성 산란은 특히 산란된 광자의 적어도 일부의 에너지, 즉 주파수를 증가시킬 수 있다.
예컨대 Gaudin 등[photoconductivity and photoemission of diamond under femtosecond VUV radiation (2005), Scientific Commons, http://en.scientificcommons.org/27223646]에 의해 설명된 바와 같이 광자를 갖는 다이아몬드에서 일차 전자홀 쌍 및 이차 전자홀 쌍을 여기시키는 것이 가능하다는 점이 당업계에 공지되어 있다. 본 발명을 이에 따라 한정하는 것은 아니지만, 일차 전자홀 쌍 및 이차 전자홀 쌍이 다이아몬드 코팅에서 여기되고, 이어서 2개의 광자를 방출함으로써 재결합되어 상호 작용 챔버 내에 광자의 개수를 더 확장시킨다는 것이 현재로서 이해된다.
특히 중성 다이아몬드 코팅의 대안으로서, 지르코늄 산화물 및/또는 다른 합성 다이아몬드 코팅이 사용될 수 있다. 구체적으로, 질소 도판트를 갖는 다이아몬드 코팅이 사용될 수 있다.
질소를 갖는 도핑 다이아몬드는 가시 광선에 의해 여기될 수 있는 소위 대전된 질소 공동 칼라 중심(charged nitrogen-vacancy colour centres)을 생성할 수 있고, 이어서 가시 광선은 Han 등(Three-Dimensional Stimulated Emission Depletion Microscopy of Nitrogen-Vacancy Centres in Diamond Using Continuous-Wave Light, Nano Letters, 2009, Vol. 9, No. 9, 3323-3329)에 의해 설명된 바와 같이 발광(luminescence)을 발생시킨다. 본 발명을 이에 따라 한정하는 것은 아니지만, 이로 인해 플라즈마에서 보다 효율적인 광자의 분산이 초래된다는 것이 현재로서 이해된다.
바람직하게는, 상호 작용 챔버는 특히 천공된 확장 구조물을 포함한다. 구체적으로, 확장 구조물은 기상 매체의 평균 유동 방향으로 원추형으로 형성된다. 바람직하게는, 확장 구조물은 에피사이클로이드(epicycloid)로서 형성된다. 확장 구조물은 적어도 부분적인, 바람직하게는 완전한 다이아몬드 코팅을 포함한다.
"천공된"이라는 용어는, 본 발명의 맥락에서 공기 및/또는 플라즈마가 통과할 수 있는 개구를 구조물이 구비한다는 의미를 갖는다. 본 발명의 문맥에서, "평균 유동 방향"이라는 용어는 상호 작용 챔버 입구로부터 상호 작용 챔버 출구로의 평균 방향, 즉 상호 작용 챔버의 종축에 대해 실질적으로 평행한 평균 방향의 의미를 갖는다.
"에피사이클로이드"라는 용어는 본 발명의 맥락에서 평균 유동 방향으로의 돌출부를 따라 확장 구조물이 에피사이클로이드로서 형성되는 외부 형상을 갖는다는 의미를 갖는다. 상호 작용 챔버 내에서 확장 구조물의 배치는, 전술한 바와 같이 유리한 효과를 갖도록 다이아몬드 코팅을 갖는 표면이 증가된다는 이점을 갖는다. 더욱이, 확장 구조물의 원추형 형상은, 기상 매체의 유동이 상호 작용 챔버 출구로 지향되고, 이에 따라 추가 사용을 위해 상호 작용 챔버의 하류에서 플라즈마 밀도, 즉 플라즈마의 대전 입자의 개수가 증가된다는 이점을 갖는다.
보다 바람직하게는, 원추형으로 형성된 확장 구조물에 의해 둘러싸인 용적에 실질적으로 원통형인 구조물이 배치되고, 이 원통형 구조물은 적어도 부분적인, 바람직하게는 완전한 다이아몬드 코팅을 포함한다. 원통형 구조물은 특히 천공된다. 구체적으로, 원통형 구조물의 종축은 평균 유동 방향에 대해 실질적으로 평행하고, 바람직하게는 상호 작용 챔버의 종축을 따라 연장된다.
이는, 전술한 바와 같은 이점을 갖는 다이아몬드 코팅을 갖춘 표면을 더 증가시키고 상호 작용 챔버 출구를 향해 기상 매체를 보다 효율적으로 지향시키는 이점을 갖는다.
바람직하게는, 적어도 하나의 유전체 구조물에 마이크로파 복사선이 공급되지 않는다.
보다 바람직하게는, 상호 작용 챔버는 적어도 하나의 전극을 포함한다. 구체적으로, 적어도 하나의 전극에 전압이 인가된다.
적어도 하나의 전극이 존재하는 것의 이점은, 플라즈마의 전리도를 증가시켜 처리 효과를 증대시키는 것이다.
구체적으로, 5 kV 내지 12 kV 범위의 전압이 적어도 하나의 전극에 인가된다. 이는, 플라즈마 발생을 지원하고 및/또는 상호 작용 챔버에 존재하는 플라즈마를 유지한다는 추가 이점을 갖는다.
바람직하게는, 확장 구조물이 상호 작용 챔버에 포함되는 전극에 대한 카운터 전극으로서 기능하도록, 특히 전극이 캐소드로서 기능하고 확장 구조물이 애노드로서 기능하도록 하는 방식으로 확장 구조물에 전압이 인가될 수 있다.
본 발명을 이에 따라 한정하는 것은 아니지만, 이는, 현재로서는 상호 작용 챔버 내에서 확장 구조물의 형태 및 전자기력으로 인해, 추가 난류의 발생 및 이에 따라 개선된 처리 효율을 위한 플라즈마의 개선된 균질성이 달성될 수 있는 전자기 유체 역학의 이론에 따라 유리한 효과를 갖는 것으로 이해된다. 이는 또한 플라즈마를 상호 작용 챔버의 하류의 추가 유전체 구조물 내로 보다 효율적으로 이송하도록 상호 작용 챔버 내에 전자기력을 발생시키는 것으로 이해된다. 이는 또한 개선된 처리 효율을 위해 플라즈마의 개선된 균질성을 발생시키도록 그리고 또한 플라즈마 발생 장치의 하류의 유전체 구조물 내로 플라즈마를 더욱 효율적으로 이송하기 위해 플라즈마 발생 장치에서 전자기력을 발생시키도록 유사한 효과가 플라즈마 발생 장치에서 발생되는 것으로 이해된다. 그 결과, 본 발명에 따른 장치를 통해 공기 및/또는 플라즈마의 효율적인 이송이 초래된다.
가장 바람직하게는, 적어도 하나의 전극은 부분적인 다이아몬드 코팅, 바람직하게는 완전한 다이아몬드 코팅을 갖는다.
이러한 다이아몬드 코팅은 전술한 것과 동일한 유리한 효과를 갖는다.
특히 중성 다이아몬드 코팅의 대안으로서, 지르코늄 산화물 및/또는 다른 합성 다이아몬드 코팅이 사용될 수 있다. 구체적으로, 질소 도판트를 갖는 다이아몬드 코팅이 사용될 수 있다.
상기 장치는 상호 작용 챔버의 하류의 기상 매체의 유동 방향으로, 적어도 하나의 추가 유전체 구조물을 포함하는 것이 특히 바람직하다. 구체적으로, 상기 장치는 적어도 하나의 추가 용융 실리카 튜브를 포함한다. 플라즈마는 상호 작용 챔버로부터 적어도 하나의 추가 유전체 구조물 내로 이송될 수 있다.
적어도 하나의 이러한 유전체 구조물은 전술한 것과 유사한 유리한 효과를 갖는다.
바람직하게는, 상기 장치는 적어도 하나의 추가 유전체 구조물의 하류의 기상 매체의 유동 방향으로, 플라즈마의 여기를 위한 추가 챔버를 포함한다.
이 추가 챔버, 즉 경감 챔버(relaxation chamber)는 플라즈마의 반응종이 이 챔버 내에서 재결합할 수 있어서 플라즈마를 소멸시킬 수 있는 유리한 효과를 갖는다. 그러므로, 실질적으로 중성의 기상 매체가 실질적으로 라디칼 없이 추가 챔버에서 배출되어 환경에 대한 위험을 내포하지 않는다.
가장 바람직하게는, 추가 챔버는 유동 방향에서 챔버 내측에 테이퍼진 섹션을 갖는다.
이는, 플라즈마 종들 간에 상호 작용의 가능성이 증가되고, 이에 따라 실질적으로 중성의 기상 매체를 달성하는 재결합 가능성을 증가시킨다는 유리한 이점을 갖는다.
유전체 구조물들 중 적어도 하나는 전자기 복사선의 파장을 더 긴 파장으로 변환하기 위해 안료에 의해 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전하게 내측이 코팅되는 것이 특히 바람직하다.
이는, 살균될 기상 매체의 오염물, 특히 공기 중의 미생물 또는 화학적 독소에 관하여 플라즈마에서 광자의 파장을 조절할 수 있다는 이점을 갖는다. 예를 들어, 이는 예컨대 공조 장비를 갖춘 빌딩과 같이 공지된 오염물이 있는 환경에서 유리하다. 따라서, 예컨대 공조 시스템에서 본 발명에 따른 장치를 실시하고 이 장치를 예상되는 오염물에 적합하게 하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 상기 장치는 반응 가스를 장치 내로 이송하기 위한 수단을 포함한다.
이는, 플라즈마의 전리도를 증가시키거나 전리도를 실질적으로 일정하게 유지할 때에 필요한 에너지의 양을 감소시킴으로써 플라즈마 발생이 개선될 수 있다는 이점을 갖는다. 예컨대, 반응 가스로서 헬륨이 사용될 수 있다. 구체적으로, 이는 VOC의 환원에 의해 H2와 같은 새로운 생성물의 합성을 허용한다.
보다 바람직하게는, 상호 작용 챔버는 광자의 확장을 위한 수단을 포함한다. 구체적으로, 선택된 파장의 광자는 확장된다.
이는, 광자의 양, 즉 플라즈마의 반응종들 중 하나의 양이 플라즈마에서 증가된다는, 즉 광자가 증가된다는 유리한 이점을 갖는다. 이러한 증가는 처리 효과를 개선시킨다. 특정한 공지된 오염물의 처리에 특히 적합한 선택된 파장 또는 파장 범위의 광자의 개수를 증가시켜, 예컨대 플라즈마에 포함되는 것으로 공지된 특정한 오염물을 분해 또는 파괴하는 데에 필요한 에너지에 의해 확장될 광자의 파장, 즉 에너지에 매칭(matching)시키는 것이 특히 유리하다.
구체적으로, 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생 장치에서 광자의 개수의 증가를 위한 결정을 포함한다. 그러한 결정의 예는, 예컨대 루비 레이저에 의해 특히 광학적으로 펌핑되는 용융 실리카 결정이다.
바람직하게는, 상기 장치는 광자, 특히 UV 광자를 분리시키는 수단을 포함한다.
광자를 분리시키는 수단은 윈도우(window), 특히 UV 투과성 윈도우를 포함한다. 예컨대, 적어도 하나의 유전체 구조물, 특히 적어도 하나의 추가 유전체 구조물이 광자를 분리시키는 윈도우로서 형성될 수 있다.
이는, 광자가 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리를 위한 장치로부터 분리(decoupling)될 수 있다는 유리한 효과를 갖는다. 구체적으로, 물이 처리될 수 있다. 바꿔 말하면, 상기 장치는 광자 공급원으로서 사용될 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 장치는 기상 매체를 플라즈마 발생 장치 내로 이송하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 장치 입구를 포함하고, 플라즈마 장치 입구는 유동 방향으로 테이퍼진 입구 섹션을 갖는다
이는, 플라즈마 장치 입구 내로 이송되는 기상 매체의 속도가 증가되어 플라즈마 발생 장치에서 난류를 증가시킨다는 이점을 갖는다. 더욱이, 이는 기상 매체를 더 낮은 속도로 플라즈마 발생 장치 내로 이송하면서도, 기상 매체의 속도를 증가시킴으로써 플라즈마 발생 장치 내에 실질적으로 균등한 플라즈마 밀도를 발생시키기 위해 요구되는 난류를 여전히 달성할 수 있게 한다. 난류는 플라즈마 발생 장치 내에서 플라즈마의 분배를 개선시켜 실질적으로 균등한 플라즈마 밀도를 달성한다.
가장 바람직하게는, 상기 장치는 기상 매체를 플라즈마 발생 장치 내로 이송하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 장치 입구를 포함하고, 기상 매체의 유동에 난류를 발생하기 위한 기상 매체용 디플렉터(deflector)가 플라즈마 장치 입구의 하류에 배치된다.
따라서, 플라즈마 장치 입구에 테이퍼진 입구 섹션이 있고 디플렉터가 없는 것인 장치, 플라즈마 장치 입구에 테이퍼진 입구 섹션이 있고 디플렉터가 있는 것인 장치, 그리고 플라즈마 장치 입구에 테이퍼진 입구 섹션이 없고 디플렉터가 있는 장치를 구비하는 것이 가능하다.
기상 매체용 디플렉터의 용도는 플라즈마 발생 장치에 실질적으로 균등한 플라즈마 밀도, 즉 보다 균질한 플라즈마의 발생을 개선시키는 난류 증가를 기상 매체의 유동에서 발생시킨다는 이점을 갖는다.
디플렉터는 기상 매체의 유동을 편향 및/또는 채널링(channelling)시키기 위해 임의의 기하학적 특징부, 즉 만곡된 벽 세그먼트로서 플라즈마 발생 장치에 형성될 수 있다.
바람직하게는, 플라즈마 장치 입구 및/또는 디플렉터는 기상 매체를 위한 적어도 하나의 안내 채널, 특히 나선형으로 형성된 안내 채널을 포함한다.
이는, 기상 매체가 안내 채널에 의해 적어도 부분적으로 안내되어 보다 균질한 플라즈마를 위해 플라즈마 발생 장치에서 난류를 증가시키는 와동을 유동에 발생시킨다는 이점을 갖는다. 추가 이점은 기상 매체의 안내 채널에서 보다 긴 유동 경로로 인해 플라즈마 발생 장치에서 기상 매체의 적어도 일부의 잔류 시간이 증가된다는 것이다. 이로 인해, 플라즈마 발생 장치에서 보다 효율적인 플라즈마 발생 및 개선된 처리 효율이 유도된다.
안내 채널은 특히 디플렉터 및/또는 플라즈마 장치 입구의 벽에 있는 홈으로서 형성된다.
바람직하게는, 상기 장치는 적어도 하나의 카운터 전극과 적어도 제1 마그네트론 전극을 갖는 마그네트론을 포함하고, 플라즈마 장치 입구를 통한 기상 매체의 평균 유동을 따라 플라즈마 장치 입구의 돌출부에 의해 형성된 구역에서 플라즈마 발생 장치에는 적어도 하나의 추가 전극이 배치되며, 특히 난류가 디플렉터에 의해 상기 구역에서 발생될 수 있다.
바꿔 말하면, 플라즈마 발생 장치 내로 바로 이송된 기상 매체에서 플라즈마를 발생시키기 위해 기상 매체가 플라즈마 발생 장치에 진입하는 곳에 추가 전극이 배치된다.
보다 바람직하게는, 디플렉터는, 특히 카운터 전극과 추가 전극을 연결하는 가장 짧은 직선을 따라, 카운터 전극과 추가 전극 사이의 시선(line of sight)을 방해하지 않도록 배치된다.
이는, 디플렉터가 플라즈마 발생을 방해하지 않는다는 이점을 갖는다.
카운터 전극과 추가 전극을 연결하는 "가장 짧은 직선"이라는 문구는 카운터 전극과 추가 전극 사이에 그려진 가상선을 의미한다.
가장 바람직하게는, 플라즈마 발생 장치는 플라즈마 발생 장치 내측에 용융 실리카 표면을 갖는 적어도 하나의 벽, 특히 플라즈마 장치 입구 반대쪽의 벽을 포함한다.
플라즈마 발생 장치 내측에 용융 실리카 표면을 배치하는 것은 표면파에 의해 보다 높은 속도로 전자의 일부를 가속할 수 있는 것과 관련하여 플라즈마 발생 장치의 하류의 유전체 구조물에 대해 설명된 것과 동일한 이점을 갖지만, 본 발명은 이에 의해 제한되지 않는다.
플라즈마 발생 장치의 내부 공간은 유동 방향으로 실질적으로 수렴하는 적어도 하나의 섹션에 있고, 상호 작용 챔버의 내부 공간은 장치 내의 난류 및 특히 플라즈마의 균질성을 증가시키도록 유동 방향으로 실질적으로 발산하는 적어도 하나의 섹션에 있는 것이 선호된다.
바꿔 말하면, 평균 유동에 대해 실질적으로 수직인 치수는 플라즈마 발생 장치의 적어도 한 섹션에서 감소하고, 상호 작용 챔버의 적어도 한 섹션에서 증가한다.
이는 장치에서 기상 매체의 처리 효율을 추가로 증가시키는 이점을 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 기상 매체, 특히 공기를 처리하는 방법이다. 이 방법은 특히 전술한 장치에 의해 수행된다. 이 방법은 플라즈마 발생 장치에서 기상 매체에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 이 플라즈마를 적어도 하나의 유전체 구조물 내로 이송시키는 단계를 포함한다.
이 방법은 바람직하게는 본 발명에 따른 장치에 의해 실시된다. 그러므로, 본 발명에 따른 기상 매체의 처리 방법은 전술한 것과 동일한 이점을 갖는다.
바람직하게는, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 유전체 구조물의 하류의 상호 작용 챔버 내로 플라즈마를 이송하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 플라즈마는 상호 작용 챔버의 하류의 적어도 하나의 추가 유전체 구조물 내로 이송된다. 바람직하게는, 플라즈마는 적어도 하나의 추가 유전체 구조물의 하류의 추가 챔버 내로 이송된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 장치는 기상 매체, 특히 공기 및/또는 메탄의 처리를 위한 본 발명에 따른 상기 방법에 의해 작동된다. 구체적으로, 특히 증기 및/또는 다른 가스, 바람직하게는 연소 가스와 혼합된 CO2가 개질될 수 있다.
Morvova 등[Journal of thermal analysis and caloemintry, volume 61 (2000) 273-287]에 의해 그리고 Morvova 등(Utilisation of CO2, fixation of nitrogen and exhaust gas cleaning in electric discharge with electrode catalysers)에 의해 설명된 바와 같이 CO2 방출물을 감소하기 위한 플라즈마 기술을 사용하는 것이 당업계에 공지되어 있다. 더욱이, 진공 자외선(Takahachi 등, Journal of applied physics, July 2005, volume 98, issue 2)에 의해서 뿐만 아니라 Civies 등[Chemical Physics Letters 389 (2004) 169-173]에 의해 시뮬레이션된 행성 대기로부터 아미노산 전구체를 합성하는 것이 당업계에 공지되어 있다.
본 발명의 다른 양태는 특히 상기 장치로부터 분리된 UV 광자에 의한 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리를 위해 상기 방법으로 전술한 장치를 작동시키는 것이다. 대안으로, 액체, 고체, 표면 또는 이들의 임의의 조합의 처리는 본 발명에 따른 장치에서 처리되어 상기 장치에서 배출되는 기상 매체에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 특히 수소를 생성하기 위해 메탄올을 개질하는 상기 방법에 의한 전술한 장치의 작동이다.
상기 장치의 사용은 장치 및 방법에 대해 전술한 바와 같이 유리한 특징을 갖는다.
Yanguas-Gil 등(applied Physics Letters, volume 85, no. 18, 1. November 2004)에 의해 그리고 Jasinski 등[Chiem. Listi 102, S. 1332 - S. 1337(2008); Ⅱ Central European Symposium on Plasma Chemistry 2008]에 의해 설명된 바와 같이 마이크로파 표면파 플라즈마 방전에서 에탄올과 메탄올을 개질하는 것이 당업계에 공지되어 있다.
본 발명의 다른 양태는 제1 마그네트론 전극, 카운터 전극 및 소정 영역을 둘러싸는 폐루프 형태, 특히 링형의 루프형 전극을 포함하고, 제1 마그네트론 전극은 상기 영역에, 특히 실질적으로 중앙에 배치되며, 상기 영역 외측에 추가 전극이 배치되는 것인 전술한 바와 같은 장치에 사용하기 위한 마그네트론에 관한 것이다. 루프형 전극은 상기 영역에 배치되는 적어도 하나의 내향 부재를 포함하고, 상기 내향 부재는 루프형 전극과 제1 마그네트론 전극 사이에서 루프형 전극에 수직인 축선에 대해 실질적으로 평행하게 배치되며, 적어도 하나의 외향 부재는 루프형 전극과 추가 전극 사이에서 루프형 전극에 수직인 축선에 대해 실질적으로 평행하게 영역 밖에 배치된다.
이는, 특히 전술한 장치에 사용될 때에, 플라즈마 발생이 개선된다는 이점을 갖는다.
바꿔 말하면, 링형 전극의 경우에, 링형 전극에 수직인 축선이 반경이다. 링형 전극과 추가 전극 사이의 축선은, 외향 부재가 링형 전극 상에 배치되거나 형성되는 곳에서 시작하는 축선인 것으로 의도된다. 구체적으로 링형 전극의 경우, 외향 부재와 내향 부재는 링형 전극의 반경에 대해 실질적으로 평행하게 배치된다.
루프형 전극 상에서의 적어도 하나의 내향 부재와 적어도 외향 부재의 이러한 배치는 플라즈마 발생 효율을 추가로 증가시키는 이점을 갖는다.
가장 바람직하게는, 루프형 전극은 적어도 2개의 내향 부재를 포함하고, 내향 부재 중 하나는 제1 길이를 가지며 내향 부재 중 다른 하나는 상이한 제2 길이를 갖는다. 구체적으로, 상이한 길이의 내향 부재들의 비율은 1.5:1 및 바람직하게는 2:1이다.
이는 플라즈마 발생을 추가 지원하는 이점을 갖는다.
바람직하게는, 적어도 하나의 내향 부재와 적어도 하나의 외향 부재는 루프를 따라 상이한 위치에서 루프형 전극 상에 배치된다. 구체적으로, 마그네트론은 적어도 2개의 외향 부재와 적어도 2개의 내향 부재를 포함하고, 내향 부재와 외향 부재 사이의 루프를 따르는 거리는 루프의 둘레의 실질적으로 1/4이다. 보다 바람직하게는, 마그네트론은 적어도 n개의 외향 부재와 적어도 n개의 내향 부재를 포함하고, 내향 부재와, 인접한 외향 부재 사이의 루프를 따르는 거리는 루프의 둘레의 실질적으로 1/(2*n)이다. 예컨대, 마그네트론이 8개(n=8)의 내향 부재 및 외향 부재를 포함한다면, 루프를 따르는 거리는 1/16이다.
이는, 플라즈마 발생 장치에서 추가 개선된 플라즈마 발생 및 훨씬 더 실질적으로 균등한 플라즈마 밀도의 형성이라는 이점을 갖는다.
구체적으로, 물, 바람직하게는 음료수가 상기 장치에 의해 처리될 수 있다.
상기 장치의 이들 사용은, 장치 및 방법에 대해 전술한 것과 동일한 유리한 특징을 갖는다.
본 발명의 또 다른 양태는 기상 매체용 입구와 출구를 포함하는, 특히 전술한 장치에 의한 기상 매체의 처리 장치이다. 더욱이, 상기 장치는 광자의 확장을 위한 수단을 포함한다. 구체적으로, 선택된 파장 또는 파장 범위의 광자가 확장된다. 또한, 상기 장치는 플라즈마의 발생 수단을 포함한다.
이 장치는 전술한 바와 같이 유리한 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 추가 목적, 이점 및 신규한 특징은 아래의 개략도를 수반한 이하의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명에 따르면, 에너지 효율적이고, 즉 적은 에너지를 소모하면서 개선된, 즉 향상된 처리 효과가 가능한, 기상 매체의 처리 장치 및 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 플라즈마 발생 장치와 유전체 튜브를 포함하는 본 발명에 따른 공기 처리 장치의 개략도이고,
도 2는 추가 상호 작용 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 공기 처리 장치의 변형례의 개략도이며,
도 3은 추가 유전체 튜브를 포함하는 본 발명에 따른 추가의 대안적인 공기 처리 장치의 개략도이고,
도 4는 추가 챔버, 즉 경감 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 다른 대안적인 공기 처리 장치의 개략도이며,
도 5는 플라즈마 발생 장치의 변형례의 대안적인 실시예의 개략적인 사시도이고,
도 6은 플라즈마 발생 장치, 유전체 튜브 및 추가 상호 작용 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 공기 처리 장치의 평면도이며,
도 7은 상호 작용 챔버에 사용하기 위한 확장 구조물의 사시도이고,
도 8은 봉입된 장치의 사시도이며,
도 9는 도 8에 따른 봉입된 장치의 평면도이다.
도 2는 추가 상호 작용 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 공기 처리 장치의 변형례의 개략도이며,
도 3은 추가 유전체 튜브를 포함하는 본 발명에 따른 추가의 대안적인 공기 처리 장치의 개략도이고,
도 4는 추가 챔버, 즉 경감 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 다른 대안적인 공기 처리 장치의 개략도이며,
도 5는 플라즈마 발생 장치의 변형례의 대안적인 실시예의 개략적인 사시도이고,
도 6은 플라즈마 발생 장치, 유전체 튜브 및 추가 상호 작용 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 공기 처리 장치의 평면도이며,
도 7은 상호 작용 챔버에 사용하기 위한 확장 구조물의 사시도이고,
도 8은 봉입된 장치의 사시도이며,
도 9는 도 8에 따른 봉입된 장치의 평면도이다.
도 1은 플라즈마(21)의 발생을 위한 플라즈마 발생 장치(2)를 포함하는 공기 처리 장치(1)를 도시하고 있다. 플라즈마 발생 장치(2)는 WO 2005/079123 A2호에서 제안된 바와 같은 장치이다.
개략도에 도시되지 않은 외부 수단에 의해 공기(20)가 플라즈마 발생 장치(2) 내로 이송된다. 그러나, 이송 수단은 특히 외부 환기 수단을 포함할 수 있다.
공기(20)는 플라즈마 장치 입구(5)를 통해 플라즈마 발생 장치(2) 내로 이송된다. 플라즈마 발생 장치(2) 내에서, 플라즈마(21)가 공기(20)에서 발생되고, 즉 공기(20)가 플라즈마(21)로 변환된다. 플라즈마(21)는 대기압, 즉 0.8 바아 내지 1.2 바아 범위의 압력과, 15℃ 내지 45℃ 범위의 온도를 나타낸다.
플라즈마(21)는 플라즈마 장치 출구(6)를 통해 3개의 용융 실리카 튜브 내로 이송되고, 이어서 용융 실리카 튜브를 따라 상호 작용 챔버 입구(7)로 이송된다. 이는 플라즈마(21)에서 전자의 적어도 일부를 가속시키는 효과를 갖는다. 용융 실리카 튜브(3) 내에서 변경된 이 플라즈마(21)는 공기 중의 미생물 또는 화학적 독소와 같은 오염물과 상호 작용하여 플라즈마(21) 내에서 그러한 오염물의 양을 감소시킨다. 그러므로, 상호 작용 챔버 입구(7)에서 배출되는 플라즈마(21)는 오염물을 보다 적게 함유한다.
도 2는 추가의 상호 작용 챔버(10)를 갖는 공기 처리 장치(1)의 대안적인 개략도를 도시하고 있다. 도 2에 따른 본 발명의 변형례는, 도 1에서 이미 설명되었고 여기서는 더 설명되지 않는 요소들을 포함한다. 지금부터 동일한 참조 부호를 갖는 부품은 도면에서 동일한 부품을 가리킨다.
플라즈마(21)는 상호 작용 챔버 입구(7)를 통해 2개의 용융 실리카 튜브(3)에서 배출되어 내부 공간(11)이 있는 상호 작용 챔버(10) 내로 이송된다. 상호 작용 챔버(10) 내에서 내부 공간(11)에는 2개의 전극(15)이 배치된다. 전극(15)은 완전한 다이아몬드 코팅에 의해 코팅된다. 10 kV의 전압이 전력 공급원(도시 생략)에 의해 전극(15)에 인가된다. 이는, 플라즈마 발생을 지원하고 상호 작용 챔버 내에 존재하는 플라즈마를 유지하는 효과를 갖는다.
상호 작용 챔버(10)의 내부 공간(11)에서, 플라즈마(21)는 플라즈마(21)에 포함된 오염물과 더 상호 작용하여, 플라즈마(21) 내의 오염물의 양을 더욱 더 감소시킨다.
이어서, 플라즈마(21)는 2개의 상호 작용 챔버 출구(8)를 통해 이송된다.
도 3은 다른 공기 처리 장치(1)의 개략도를 도시하고 있다. 도 3은, 상호 작용 챔버(10)의 하류측에 추가의 용융 실리카 튜브(3')를 갖는, 도 1 및 도 2에 도시된 것과 유사한 장치(1)를 도시하고 있다. 동일한 참조 부호는 도 1 및 도 2에서와 동일한 부품을 가리킨다.
플라즈마(21)는 상호 작용 챔버 출구(8)를 통해 상호 작용 챔버(10)에서 배출되고 추가의 용융 실리카 튜브(3') 내로 이송된다. 이들 용융 실리카 튜브(3')는 상호 작용 챔버(10)의 상류측의 용융 실리카 튜브(3)와 동일한 기능을 갖는다. 이어서, 플라즈마(21)는 추가의 챔버 입구(9)를 통해 추가의 용융 실리카 튜브(3')에서 배출된다.
상호 작용 챔버(10)는 다이아몬드 코팅(13)이 있는 벽(12)을 갖는다. 전극(15)은 완전한 다이아몬드 코팅(13)에 의해 코팅된다.
도 4는 플라즈마(21)의 소멸을 위한 추가 챔버(16), 즉 경감 챔버를 포함하는 본 발명에 따른 공기 처리 장치(1)의 다른 개략도를 도시하고 있다.
공기 처리 장치(1)는 플라즈마 발생 장치를 포함한다. 이 플라즈마 발생 장치(2)는 마그네트론(30)이다. 공기(20)는 외부 환기 장치(도시 생략)에 의해 플라즈마 장치 입구(5)를 통해 플라즈마 발생 장치(2) 내로 이송된다. 플라즈마 발생 장치(2)에서, 플라즈마(21)는 마그네트론에 의해 발생된다. 이 플라즈마(21)는 0.7 내지 1.3 바아 범위의 압력과 20℃ 내지 40℃ 범위의 온도를 나타낸다. 플라즈마(21)는 플라즈마 장치 출구(6)를 통해 용융 실리카 튜브(3) 내로 이송되는데, 용융 실리카 튜브는 전자기 복사선의 파장을 더 긴 파장으로 변환하기 위해 안료(4)를 갖춘 코팅을 나타낸다.
이어서, 플라즈마(21)는 상호 작용 챔버 입구(7)를 통해 상호 작용 챔버(10) 내로 이송된다. 상호 작용 챔버(10)는 내부 공간(11)과, 완전한 다이아몬드 코팅(13)에 의해 코팅된 벽(12)을 갖는다. 전체 내부 공간(11)이 코팅된다. 플라즈마(21)는 유동 내에 포함된 오염물과 상호 작용하고, 이어서 플라즈마(21)는 용융 실리카 튜브(3') 내로 이송된다.
다음에, 플라즈마(21)는 추가 챔버 입구(9)를 통해 플라즈마(21)의 소멸을 위한 추가 챔버(16) 내로 이송된다.
추가 챔버(16)는 유동 방향으로 테이퍼진 단면(17)을 나타낸다. 추가 챔버 출구(18) 근처에서 더 이상 실질적으로 플라즈마(21)가 아닌 공기(20)의 유동이 상기 추가 챔버 출구(18)를 통해 장치(1)에서 배출된다.
도 5는 플라즈마 발생 장치(2) 내로 이송되는 공기의 유동에 난류를 발생시키는 여러 개의 디플렉터(19)가 있는 벽(12)을 갖는 플라즈마 발생 장치를 도시하고 있다. 플라즈마 발생 장치(2)는 플라즈마 장치 입구(도시 생략)의 반대쪽에 배치되는 용융 실리카 표면(22)을 더 포함한다. 추가 전극(33)은 기상 매체의 평균 유동 방향을 따라 플라즈마 장치 입구를 통해 플라즈마 입구(도시 생략)의 돌출에 의해 형성된 구역에서 플라즈마 발생 장치에 배치된다.
용융 실리카 표면을 나타내는 벽에서, 플라즈마 장치 출구(6)와 유전체 구조물(3)은 플라즈마 발생 장치 밖으로 플라즈마를 이송하도록 배치된다.
더욱이, 플라즈마 발생 장치(2)는 외향 부재(35)와 내향 부재(34)를 갖는 루프형 전극(32)과 마그네트론 전극(31)을 포함한다. 루프형 전극(32)은 링형이다. 외향 부재(35)는, 이 외향 부재들이 마그네트론 전극(31)과 추가 전극(33)을 연결하는 직선에 평행하게 각각 배치되도록 구성된다.
내향 부재(34)들은 마그네트론 전극(31)과 루프형 전극(32)을 연결하는 직선에 평행하게 각각 배치된다. 내향 부재(34)들은 상이한 길이를 나타내는데, 한 가지 타입의 내향 부재는 보다 짧은 타입의 내향 부재의 길이의 2배이고, 즉 비율이 2:1이다.
도 6은 플라즈마 발생 장치(2)와 추가 챔버(10)를 갖는, 본 발명에 따른 기상 매체 처리 장치(1)의 변형예를 도시하고 있다.
도 6에 도시된 평면도는 도 5에 도시된 바와 같은 플라즈마 발생 장치를 포함한다. 플라즈마 발생 장치의 하류측에서, 용융 실리카 튜브(3)는 전자기 복사선의 파장을 보다 긴 파장으로 변환하기 위해 안료(4)에 의한 코팅을 나타낸다.
플라즈마 장치 입구(5)는 유동 방향으로 테이퍼진 입구 섹션(14)을 보인다.
천공된 벽을 갖는 링의 반경에 대해 실질적으로 평행하게 배치되는 벽 섹션을 갖는 링 형태의 카운터 전극(36)이 또한 도시되어 있다.
플라즈마는 상호 작용 챔버 입구(7)를 통해 상호 작용 챔버(10) 내로 이송될 수 있고, 상호 작용 챔버에는 상호 작용 챔버(10) 내에서 플라즈마를 유지하도록 전극(15)이 배치된다.
더욱이, 상호 작용 챔버(10)는 에피사이클로이드(epicycloid) 형태의 확장 구조물(23)과 이 확장 구조물(23)에 의해 둘러싸인 용적 내에 배치되는 원통형 구조물(24)을 포함하고, 확장 구조물, 원통형 구조물과 벽(12)은 각각 다이아몬드 코팅(13)을 갖는다.
플라즈마는 상호 작용 챔버 출구(8)를 통해 용융 실리카 튜브(3') 내로 이송된다.
내부 공간(26)은 실질적으로 기상 매체의 평균 유동 방향으로 수렴하고, 상호 작용 챔버(10)의 내부 공간(11)은 실질적으로 기상 매체의 평균 유동 방향으로 발산한다.
도 7은 확장 구조물(23), 원통형 구조물(24) 및 벽(12)의 사시도를 도시하고 있고, 확장 구조물(23), 원통형 구조물(24) 및 벽(12)은 각각 다이아몬드 코팅을 갖는다.
도 8은 봉입된 상태의 장치(1)를 도시하고 있다. 도 8에서는, 플라즈마 장치 입구(5)만을 볼 수 있다. 외측 반경에 인접하게 배치된 플라즈마 장치 입구(5)는 벽에 나선형으로 형성된 안내 채널(25)을 갖는다.
도 9는 도 8에 따른 장치(1)의 평면도를 도시하고 있다. 도 9에 따른 장치(1)는 공기(20)를 장치(1) 내로 이송하기 위한 플라즈마 장치 입구(5)와 상호 작용 챔버 출구(8) 사이에서 도 6에 도시된 장치와 유사한 구성을 갖는다.
도 9에 따른 장치(1)는, 도 6에 도시된 장치 외에, 플라즈마 장치 입구(5) 내의 안내 채널(25) 그리고 유동에 난류를 증가시키기 위한 디플렉터(19)를 갖는다.
상호 작용 챔버 출구(8)의 하류에는 추가 챔버 입구(9)와 유동 연통하는 유전체 튜브 형태의 추가 유전체 구조물(3')이 배치된다.
플라즈마는 추가 챔버 입구(9)를 통해 추가 챔버(16) 내로 이송될 수 있다. 추가 챔버(16)는, 실질적으로 더 이상 플라즈마가 아닌, 처리된 기상 매체를 추가 챔버 출구(18)를 통해 장치(1) 밖으로 이송하기 위한 테이퍼진 섹션(17)을 갖는다.
1: 처리 장치 2: 플라즈마 발생 장치
3: 유전체 구조물 10: 상호 작용 챔버
11: 내부 공간 12: 벽
13: 다이아몬드 코팅 15: 전극
16: 챔버 17: 테이퍼진 섹션
21: 플라즈마
3: 유전체 구조물 10: 상호 작용 챔버
11: 내부 공간 12: 벽
13: 다이아몬드 코팅 15: 전극
16: 챔버 17: 테이퍼진 섹션
21: 플라즈마
Claims (30)
- 기상 매체의 처리 장치(1)에 있어서, 상기 처리 장치(1)는 기상 매체의 유동 방향으로,
- 상기 기상 매체에서 플라즈마(21)를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 장치(2)와,
- 적어도 하나의 용융 실리카 튜브로서 형성된 적어도 하나의 유전체 구조물(3)
을 포함하며,
상기 플라즈마는 플라즈마 발생 장치(2)에서의 플라즈마(21) 발생 이후에 적어도 하나의 유전체 구조물(3) 내로 이송되고,
상기 처리 장치(1)는 기상 매체의 유동 방향으로 적어도 하나의 유전체 구조물(3)의 하류에, 적어도 하나의 벽(12)이 있는 내부 공간(11)을 갖고 상기 플라즈마의 반응종들 사이의 상호 작용 기간을 증가시키기 위한 상호 작용 챔버(10)를 포함하며,
상기 적어도 하나의 벽(12)은 내부 공간쪽에 광자의 확장(amplification)을 위한 적어도 부분적인 다이아몬드 코팅(13)을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유전체 구조물(3)에 마이크로파 복사선이 인가되지 않는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 상호 작용 챔버(10)는 적어도 하나의 전극(15)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 전극(15)에 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전극(15)은 부분적인 다이아몬드 코팅(13)을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 상호 작용 챔버(10)는 기상 매체의 평균 유동 방향으로 원추형으로 형성된 천공된 확장 구조물(23)을 포함하고, 이 확장 구조물(23)은 적어도 부분적인 다이아몬드 코팅(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제7항에 있어서, 원추형으로 형성된 상기 확장 구조물(23)에 의해 둘러싸인 용적에 천공된 원통형 구조물(24)이 배치되고, 상기 원통형 구조물(24)은 적어도 부분적인 다이아몬드 코팅(13)을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 처리 장치(1)는 기상 매체의 유동 방향으로 상호 작용 챔버(10)의 하류에 적어도 하나의 추가 유전체 구조물(3')을 포함하고, 상기 플라즈마(21)는 상호 작용 챔버(10)로부터 적어도 하나의 추가 유전체 구조물(3') 내로 이송될 수 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제9항에 있어서, 처리 장치(1)는 기상 매체의 유동 방향으로 적어도 하나의 추가 유전체 구조물(3')의 하류에 플라즈마(21)의 소멸을 위한 추가 챔버(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제10항에 있어서, 상기 추가 챔버(16)는 유동 방향으로 추가 챔버(16) 내측에 테이퍼진 섹션(17)을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유전체 구조물(3)은 전자기 복사선의 파장을 더 긴 파장으로 변환하기 위한 안료(4)에 의해 적어도 부분적으로 내측이 코팅되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 처리 장치(1)는 반응 가스를 처리 장치(1) 내로 이송하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 상호 작용 챔버(10)는 광자의 확장을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 처리 장치(1)는 광자를 분리(decoupling)시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 처리 장치(1)는 기상 매체를 플라즈마 발생 장치(2) 내로 이송하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 장치 입구(5)를 포함하고, 플라즈마 장치 입구(5)는 유동 방향으로 테이퍼진 입구 섹션(14)을 갖는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 처리 장치(1)는 기상 매체를 플라즈마 발생 장치(2) 내로 이송하기 위한 적어도 하나의 플라즈마 장치 입구(5)를 포함하고, 기상 매체의 유동에서 난류를 발생시키기 위한 기상 매체용 디플렉터(19)가 플라즈마 장치 입구(5)의 하류에 배치되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제17항에 있어서, 처리 장치(1)는 적어도 하나의 카운터 전극(32)과 적어도 제1 마그네트론 전극(31)을 갖는 마그네트론(30)을 포함하고, 플라즈마 장치 입구(5)를 통한 기상 매체의 평균 유동을 따라 플라즈마 장치 입구(5)의 돌출부에 의해 형성된 구역에서 플라즈마 발생 장치(2) 내에 적어도 하나의 추가 전극(33)이 배치되며, 난류가 상기 기상 매체용 디플렉터(19)에 의해 상기 구역에서 발생될 수 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제17항 또는 제18항에 있어서, 상기 기상 매체용 디플렉터(19)는 카운터 전극(32)과 추가 전극(33) 사이의 시선(line of sight)을 방해하지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치(2)의 내부 공간(26)은 기상 매체의 평균 유동 방향으로 수렴하는 적어도 하나의 섹션에 있고, 상호 작용 챔버(10)의 내부 공간(11)은 처리 장치(1) 내의 난류를 증가시키도록 기상 매체의 평균 유동 방향으로 발산하는 적어도 하나의 섹션에 있는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 장치(2)는 플라즈마 발생 장치(2) 내측에 용융 실리카 표면(22)을 갖는 적어도 하나의 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 처리 장치.
- 제1항에 따른 처리 장치(1)에 의해 기상 매체를 처리하는 처리 방법으로서,
- 플라즈마 발생 장치(2)에서 기상 매체에 플라즈마(21)를 발생시키는 단계와,
- 플라즈마(21)를 적어도 하나의 유전체 구조물(3) 내로 이송시키는 단계
를 포함하고,
상기 플라즈마(21)는 상기 플라즈마의 반응종들 사이의 상호 작용 기간을 증가시키기 위해 적어도 하나의 유전체 구조물(3)의 하류의 상호 작용 챔버(10) 내로 이송되는 것인 처리 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 따른 처리 장치(1)에 사용하기 위한 마그네트론(30)으로서, 제1 마그네트론 전극(31), 카운터 전극(36) 및 일 영역을 둘러싸는 폐루프 형태의 루프형 전극(32)을 포함하고, 제1 마그네트론 전극(31)은 상기 영역에 배치되며, 상기 영역 외측에 추가 전극(33)이 배치되는 것인 마그네트론에 있어서,
상기 루프형 전극(32)은 상기 영역에 배치되는 적어도 하나의 내향 부재(34)를 포함하고, 상기 내향 부재(34)는 루프형 전극(32)과 제1 마그네트론 전극(31) 사이에서 루프형 전극(32)에 수직인 축선에 대해 평행하게 배치되며, 적어도 하나의 외향 부재(35)가 루프형 전극(32)과 추가 전극(33) 사이에서 루프형 전극(32)에 수직인 축선에 대해 평행하게 상기 영역 밖에 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네트론. - 제27항에 있어서, 상기 루프형 전극(32)은 적어도 2개의 내향 부재(34)를 포함하고, 내향 부재(34)들 중 하나는 제1 길이를 가지며, 내향 부재(34)들 중 다른 하나는, 1.5:1의 비율을 갖도록, 상이한 제2 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
- 제27항에 있어서, 적어도 하나의 내향 부재(34)와 적어도 하나의 외향 부재(35)는 루프를 따라 상이한 위치에서 루프형 전극(32) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 마그네트론.
- 제1항에 따른 기상 매체의 처리 장치로서,
- 기상 매체용 입구,
- 기상 매체용 출구,
- 광자의 확장을 위한 수단, 및
- 플라즈마의 발생 수단
을 포함하는 처리 장치.
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