[논문]펄스고전압의 시비율과 주파수에 따른 비열플라즈마 발생특성

박승록; 김진규

doi:10.5207/jieie.2004.18.5.146

펄스고전압의 시비율과 주파수에 따른 비열플라즈마 발생특성
Characteristics of Non-thermal Plasma Generation by Duty Ratio and Frequency of Pulse Voltage 원문보기

照明·電氣設備學會論文誌 = Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers, v.18 no.5, 2004년, pp.146 - 150

박승록 (국립금오공과대학교 전자공학부 BK21) , 김진규 (상주대학교 전자전기공학부)

초록
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고주파 고전압 펄스전원을 제작하고 발생되는 펄스고전압의 시비율과 주파수가 비열플라즈마 발생에 미치는 영향을 실험적으로 조사하였다. 실험에 사용된 비열플라즈마 발생장치는 그물형의 방전전극을 사용한 새로운 형태로써 연면방전과 유전체 장벽방전을 동시에 이용할 수 있는 구조로 제작하였다. 비열플라즈마의 발생에 영향을 주는 주요인자는 방전에 의해 발생된 전자로써 이들의 움직임을 효과적으로 제어하기 위한 주요변수로써 시비율과 주파수를 선택하였으며 이 두 가지 변수는 전원의 효율에 관계된 전력소비량과도 직접적인 연관이 있다. 비열플라즈마 발생특성은 전류-전압특성과 방전에 의해 발생된 오존발생량을 측정함으로써 간접적으로 조사되었다. 실험결과 제작된 고주파 고전압 펄스발생장치에 의해 가장 효과적인 비열플라즈마를 발생시키는 시비율과 주파수조건을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The effects on non-thermal plasma generation by duty Ratio and frequency of pulse voltage were investigated experimentally. For these, a new type of non-thermal plasma generator with mesh electrode was manufactured and it was possible to generate the surface and silent discharge simultaneously by new type of non-thermal plasma generator. Duty ratio and frequency were selected as main parameters to control the movement of electron which is mainly related to the non-thermal plasma generation. The characteristics of non-thermal plasma generation were investigated indirectly by measuring the I-V curve and quantity of ozone generation. The most effective condition of duty ratio and frequency to generate the non-thermal plasma was identified by experiments with manufactured non-thermal plasma generator.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 비열플라즈마 발생 장치의 한 종류인 그물형 방전전극을 가지는 오존발생장치를 제안하고, 펄스 고전압의 시비율과 주파수가 비열플라즈마 발생에 미치는 영향을 실험적으로 연구 검토한 결과로서 전류-전압 특성과 방전 시 발생하는 오존 발생량을 측정함으로써 효과적인 비열플라즈마 발생에 필요한 시비율과 주파수 조건을 간접적으로 조사하고자 하였다.
본 논문은 비열플라즈마 발생 장치의 한 종류인 그물형 방전전극을 가지는 오존발생장치를 제안하고, 펄스 고전압의 시비율과 주파수가 비열플라즈마 발생에 미치는 영향을 실험적으로 연구 검토한 결과이다. 전류-전압 특성과 방전 시 발생하는 오존 발생량을 측정함으로써 효과적인 비열플라즈마 발생에 필요한 시비율과 주파수 조건을 간접적으로 조사하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

제안 방법

접지전극으로 사용된 알루미늄판을 음각(5[min] depth, 30[mm] width)하여 냉각수를 흘릴 수 있도록 함으로써 방전공간에서 방전 시에 발생된 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하였다 유전체장벽으로 사용된 세라믹 판과 유도전극사이의 긴밀한 접착과 효과적인 열전달을 위해 대출력 반도체소자의 방열재료로 사용되는 실리콘 화합물 (Silicone Conpound, FORMSEAL NOVAGARD)을 사용하였다. 고전압 전원 장치는 주파수와 시비율(duty ratio)이 각각 조절되는 저전압 구형파 출력전압(Square wave, Vp=300[V], Ip=10[A])을 고주파 고전압 변압기 (ferrite core, PC₂₂ UU120시60x20)를 사용하여 승압함으로써 출력 최대' 전압은 6[kV], 최대 전류는 500[mA], 가변주파수 1 —10[kpps], 가변시비율(duty ratio) 0.05~0.50의 구형파 고주파 고전압 펄스 전원을 실험실에서 제작하여 사용하였다. 펄스전압은 고주파 고전압 프로브(Tektmn区 P6015A)와 축적형 디지털 오실로스코프(Tektronix, TDS360A)로 측정하였으며, 입력전력은 전력계(Y아cogawa, WT110) 로 방전전류는 전류 프로브(TekEnix, AM 503B)를사용하여 측정하였다.
spacw)로 구성되어있다. 이때 방전 전극으로 사용된 그물(mesh) 전극은 실험에 의해 그물눈금 (Vacancy of mesh electrode, VM) 은 0.8 [rnn] 과 방전공간(Gap Spacing, S)은 0.65[mm], 전극폭(Wdtki of mesh electrode, WM)은 0.3[mm]로 결정하였다. 접지전극으로 사용된 알루미늄판을 음각(5[min] depth, 30[mm] width)하여 냉각수를 흘릴 수 있도록 함으로써 방전공간에서 방전 시에 발생된 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하였다 유전체장벽으로 사용된 세라믹 판과 유도전극사이의 긴밀한 접착과 효과적인 열전달을 위해 대출력 반도체소자의 방열재료로 사용되는 실리콘 화합물 (Silicone Conpound, FORMSEAL NOVAGARD)을 사용하였다.
전류-전압 특성과 방전 시 발생하는 오존 발생량을 측정함으로써 효과적인 비열플라즈마 발생에 필요한 시비율과 주파수 조건을 간접적으로 조사하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
50의 구형파 고주파 고전압 펄스 전원을 실험실에서 제작하여 사용하였다. 펄스전압은 고주파 고전압 프로브(Tektmn区 P6015A)와 축적형 디지털 오실로스코프(Tektronix, TDS360A)로 측정하였으며, 입력전력은 전력계(Y아cogawa, WT110) 로 방전전류는 전류 프로브(TekEnix, AM 503B)를사용하여 측정하였다.

대상 데이터

그림 1은 본 연구에서 제안한 비열플라즈마 발생장치의 개략도를 나타낸 것으로 유도 전극으로 사용된 알루미늄 냉각 판(Al plate, lOtmint], 180x250 [顽]), 방전전극으로 사용된 그물형 전극(mesh dectrode), 유전체장벽으로 사용된 세라믹판(dielectric barrier) 그리고 세라믹 판과 그물방전극간의 방전공간을 형성하면서 그물 방전 전극을 고정 지지하는 절연체 (gap spacw)로 구성되어있다. 이때 방전 전극으로 사용된 그물(mesh) 전극은 실험에 의해 그물눈금 (Vacancy of mesh electrode, VM) 은 0.
모든 실험은 20[°C]의 실내에서 실시되었고, 제안된 비열플라즈마 발생 장치에서 발생된 오존은 오존모니터 (Dasibi, Model DY-1500) 를 사용하여 측정하였다. 비열플라즈마 발생 장치의 인입기체로는 공업용 산소©, purity 95[%1)를 사용하였으며, 인입산소의 유량은 2ILFM1 으로 고정하였다.
3[mm]로 결정하였다. 접지전극으로 사용된 알루미늄판을 음각(5[min] depth, 30[mm] width)하여 냉각수를 흘릴 수 있도록 함으로써 방전공간에서 방전 시에 발생된 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 하였다 유전체장벽으로 사용된 세라믹 판과 유도전극사이의 긴밀한 접착과 효과적인 열전달을 위해 대출력 반도체소자의 방열재료로 사용되는 실리콘 화합물 (Silicone Conpound, FORMSEAL NOVAGARD)을 사용하였다. 고전압 전원 장치는 주파수와 시비율(duty ratio)이 각각 조절되는 저전압 구형파 출력전압(Square wave, Vp=300[V], Ip=10[A])을 고주파 고전압 변압기 (ferrite core, PC₂₂ UU120시60x20)를 사용하여 승압함으로써 출력 최대' 전압은 6[kV], 최대 전류는 500[mA], 가변주파수 1 —10[kpps], 가변시비율(duty ratio) 0.

성능/효과

1) 펄스 고전압의 시비율이 일정한 경우 펄스 고전압 전원의 주파수에 따른 특성에서 4.5W, 5.0 [kHz] 및 5.5瞄]의 주파수를 갖는 경우 오존 발생 및 방전개시전압은 약 1.0[kV]로 3.5[kHz] 및 4.0 [也]의 주파수를 갖는 경우의 1.5DW]보다 약 0.5[kV]정도 낮아 진 것을 볼 수 있다. 하지만 최 대 오존발생 량은 전원주파수 4.
2) 전원의 주파수 변화에 따른 인가전압과 입력전력특성으로부터 효과적인 비열플라즈마의 발생을 위해서는 적정한 주파수를 유지하는 것이필요함을 알 수 있었다.
3) 펄스 고전압의 주파수가 일정할 때 입력전력을 최소화하고 효과적인 비열플라즈마 발생을 위해 적정한 시비율이 존재함을 알 수 있었다. 이상의 결과로부터 임의의 비열플라즈마 발생 장치에서 효과적인 비열플라즈마 발생을 위해 적정주파수와 시비율 조건이 존재함을 알 수 있고 실험에 의해 확인이 가능하였다.
이것은 입력펄스전압의 동작시간(ON time)이 커지기 때문에 이에 비례해서 입력전력이 커지는 것으로 사료된다. 따라서 고전압 펄스전원의 시비율을 적절히 선택함으로써 작은 전력으로 효과적인 비열플라즈마를 발생시킬 수 있음을알 수 있다.
6[kV]에서 29672[ppmV]로 다른 시비율의 경우에 비해 1000[ppmV]정도 더 많음을 알 수 있다. 이것은 펄스고전압의 주파수가 일정할 때 효과적인 비열플라즈마 발생을 위한 적정한 시비율이 존재함을보여주는 것으로 적정 시비율 이상의 전압이 인가될때 오히려 효과적인 비열플라즈마 발생에는 나쁜 영향을 미칠 수 있음을 보여주는 결과이다.
있었다. 이상의 결과로부터 임의의 비열플라즈마 발생 장치에서 효과적인 비열플라즈마 발생을 위해 적정주파수와 시비율 조건이 존재함을 알 수 있고 실험에 의해 확인이 가능하였다.

참고문헌 (7)

B.Eliasson, U.Kogeischatz and Mhirth, ' Ozone synthesis from oxygen in dielectric barrier discharges', J. Appl. Phys. 20, pp. 1421-1437, 1987
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A. Chakrabarti, A. Mizuno, K. Shimizu, T. Maksuok, and S. Furuta, 'Gas Cleaning with Semi-Wet type Plasma. Reactor', IEEE Trans on IA, Vol. 31, No.3, pp. 500-506, 1995
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상세보기
S. Masuda, K. Akutsu, M. Kuroda, Y. Awatsu and Y. Shibuya, 'A Ceramic-based Ozonizer Using High-Frequency Discharge' , IEEE IA, Vol. 24, pp. 223, 1988
Kayoko Omiya and Yoshinori Kataoka, 'Effect of Gas Addition on Ozone Ashing'. J. Electochem Soc., vol. 145, no.12 December. 1998
J. Marcos Alonso, Jesus Cardesin, Emilio Lopez Corominas, Manuel Rico-Secades, Jorge Garcia, , IEEE IA, Vol. 40, no2. pp. 414-421, March/April 2004

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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