유전체 장벽방전 플라즈마 방전시간에 따른 오존 발생 농도변화의 값을 통한 실내 공간 내 부유세균 살균성능에 대한 실험

이수연,김창수,김규리,임종언 한국재난정보학회 2023 한국재난정보학회 논문집 Vol.19 No.2

연구목적: 본 연구는 미생물의 비열 멸균 기술로서 실내 공간 내 유전체 장벽 방전 플라즈마 모듈의 방 전시간에 따른 오존 발생 농도변화의 값을 통한 실내 공간 내 부유세균 살균 성능을 분석하였다. 연구방 법: 76m³체적 공간의 공조장치의 공기배출 부분에 DBD 플라즈마 모듈을 설치하고 2m 떨어진 거리에 서 DBD 플라즈마 처리 시간에 따라 공기 시료를 포집하여 미처리 대조군과 비교하여 부유세균 저감 효 과를 분석하였다. 또한 DBD 플라즈마 방전에 따른 오존발생농도를 확인하였다. 연구결과: 대조군의 총 세균수는 1.83~2.00 logCFU/m³의 결과가 나왔으며, 시험군이 대조군에 비해 실내공기 중 부유세균 의 최소 92.057%에서 최대 99.999%의 저감 효과를 보였다. 또한 평균 오존발생농도 0.04ppm으로 오존 발생농도 기준인 0.05ppm보다 낮은 결과를 확인하였다. 결론: 인체에 무해한 오존량과 DBD방전 플라 즈마량을 조절함으로써 공기 중 부유세균, 바이러스등의 감염병 전파 방지의 수단으로 플라즈마 방전 을 사용함에 기준이 될 것으로 사료된다. Purpose: This study aimed to evaluate the effectiveness of a dielectric barrier discharge (DBD) plasma module for sterilizing airborne bacteria in indoor spaces and measure the concentration of ozone generated during plasma discharge. Method: The DBD plasma module was installed in a 76m³ space, and air samples were collected under various discharge times to compare the reduction of airborne bacteria. Result: The results showed a significant decrease in airborne bacteria, ranging from 92.057% to 99.999%, with an average ozone concentration of 0.04 ppm, below the reference value. Conclusion: The study suggests that plasma discharge can be used as a means of preventing the spread of airborne bacteria and viruses, while ensuring safety for human exposure.

DBD 플라즈마 액츄에이터 3차원 유동 해석 프로그램 개발

채정헌,안상준,김규홍 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

대기압 조건에서 DBD플라즈마 액츄에이터에 의해 생성된 플라즈마 유동을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 비평형 방전에 의해 플라즈마가 생성될 때 주요한 역할을 하는 e, N, N₂, N₂<SUP>+</SUP>, O₂, O, O<SUP>+</SUP>, O₂<SUP>+</SUP>등의 8개의 화학종들을 고려한 모델을 선정하여 플라즈마 유동 해석 결과의 정확성을 높였다. 지배 방정식은 화학종들의 질량 및 운동량 보존 방정식 형태로 이루어져 있으며, 이를 Poisson 방정식과 연립하여 전산 해석을 수행하였다. 계산된 결과는 Navier-Stokes 방정식의 운동량과 에너지 생성항이 된다. 개발된 프로그램에 나노초 단위의 펄스로 전압을 걸어서 시뮬레이션을 수행해 본 결과, 유동에서 몇 마이크로초 이내에 상당한 압력변화가 발생하는 것을 볼 수 있었다. 이러한 결과는 실험을 통해 최근 보고된 슐리렌 결과와 일치한다. A program was developed to simulate the plasma flow generated by dielectric barrier discharge (DBD) actuator in the atmosphere. A model considering eight chemical species which play a major role to generate the plasma was applied to enhance the accuracy of the plasma simulation. Governing equations are continuity and momentum equations consisted of the electric potential and gradient of species number density. The equations are coupled with Poisson equation to perform the computational analysis. The results of the simultaneous equation are applied to Navier-Stokes equations as a source term. A nanosecond pulsed voltage was applied to input of the plasma flow. As a result, there was a significant pressure variations within few microseconds. These results are in reasonable agreement with experimental shadow images recently reported.

저압에서의 헬륨 및 아르곤을 이용한 동일 평면 구조 유전체 장벽 방전 특성에 관한 연구

최민수,이장재,김시준,이영석,조철희,성인호,이상호,유신재 한국진공학회 2021 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2021 No.2

플라즈마 기반 스텔스 기술에 적용을 위한 동일 평면 구조의 유전체 장벽 방전 플라즈마원을 이용하여 아르곤 및 헬륨 가스 방전 특성에 대해 실험적으로 조사하였다. 스텔스 기술의 지표인 레이더 단면적 감소 효과가 적용될 수 있는 수 Torr의 압력에서 고정된 전압을 인가하여 압력, 구동 주파수, 및 가스 비율에 따라 방전 경향을 확인하였고, 방전 전압 및 전류와 같은 전기적 특성을 실험적으로 측정하였다. 또한 한 주기당 플라즈마원에서 소비하는 전력을 계산하였다. 구동 주파수는 5-6kHz 일 때, 압력은 낮을수록, 헬륨 및 아르곤의 비율이 대략 8:2일 때 가장 밝고 균일한 글로우 방전이 발생하는 것을 확인했다.

준 1차원 상사 모델을 이용한 나노세컨드 펄스 DBD 플라즈마 발생기 수치해석

안상준,채정헌,김형진,정석영,김규홍 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 연구는 높은 신뢰성을 가지면서도 낮은 계산비용으로 나노세컨드 DBD 플라즈마 발생기 유동을 해석할 수 있는 플라즈마 모델을 선정, 개발하는 것을 목적으로 한다. DBD 플라즈마 유동 해석에서 Gauss 법칙과 drift-diffusion 방정식은 전기장과 각 화학종의 연속방정식 및 운동량방정식을 모두 계산하기 때문에 막대한 계산비용이 발생한다. 준 1 차원 상사 플라즈마 모델은 상사 변수를 도입해서 Gauss 법칙과 driftdiffusion 방정식을 비선형 상미분 방정식의 형태로 바꾸어 빠른 시간 내에 계산이 가능하도록 한다. 모델을 통해 줄가열항을 압축성 Navier-Stokes 방정식의 에너지 생성항으로 해석한 결과, 플라즈마에 의한 유동 압력파의 전파 속도를 측정할 수 있었다. 모델링 해석 결과와 수치해석과의 비교 연구를 통해 제시된 모델에 맞는 줄가열 효율을 구하고 모델 정확성 개선 작업을 통하여 플라즈마 모델의 신뢰성을 향상하였다. In this study, it is an object to select plasma model capable of analyzing the flow of nanosecond DBD plasma actuator at a low computational cost with high reliability. Gauss law and drift-diffusion equations mainly used in DBD plasma flow analysis are the enormous computational cost arises because it calculate both the electric field and each species’ density. A quasi-one-dimensional, self-similar model, local ionization kinetic model is to be calculated quickly changing Gauss law and drift-diffusion equations to the form of non-linear ordinary differential equations by introducing a self-similar parameter. As a result of the plasma model being coupled with the compressible Navier-Stokes equations, it is possible to measure the propagation velocity of the wave by the plasma. The results had an error, compared with the experimental values. It is planned to improve the accuracy of model and obtain the joule heating efficiency suitable for the proposed model through cooperation research with numerical analysis and experiments.

DBD (Dielectric Barrier Discharge)를 이용한 유량 센서 개발에 관한 연구

김태훈(Tae Hoon Kim),김성진(Sung Jin Kim) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

??In this study, a new concept of a flow sensor is developed using dielectric barrier discharge (DBD). Current of DBD generated between two electrodes is changed with varying flow rates. Therefore, it is possible to measure the flow rate by correlating generated DBD current with flow rates. The effects of flow rate, frequency, channel height, diameter of electrodes and distance between electrodes on the performance of the flow sensor using DBD are experimentally investigated.

대기압 플라즈마와 응용

엄환섭,Uhm Han-Sup 한국진공학회 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.2

지표면에서 플라즈마는 전기방전에 의하여 만들어낸다. 그래서 대부분의 플라즈마 발생은 1백만분의 1기압보다 더 낮은 기압에서 발생하고 있었다. 그러나 많은 플라즈마 응용은 고기압에서 발생한 플라즈마를 요구하고 있다. 진공펌프와 같은 고가의 장비를 피하기 위하여 과학자들은 1기압이나 그이상의 압력에서 플라즈마를 발생하는 연구를 하기 시작했다. 많은 량의 제료 공정, 환경보호와 개선, 그리고 고효율 에너지 창출과 이용 등의 분야에 플라즈마를 사용할 때에는 오직 더 많은 량의 플라즈마를 더욱 값싸게 만들 때에만 가능한 것이다. 우리는 따라서 고기압에서 플라즈마를 만들어내는 새로운 방법을 개발하고 이러한 플라즈마가 21세기 산업에 적용될 수 있는 새로운 기반을 구축하는 연구를 수행하고 있다. 이러한 기술은 미래의 재료 공정이나, 환경 그리고 에너지 분야에 지대한 영향을 미칠 것으로 생각한다. Plasmas can be made by electrical discharge on earth. Most of the plasmas on earth have been generated in low pressure environments where the pressure is less than one millionth of the atmospheric pressure. However, there are many plasma applications which require high pressure plasmas. Therefore, scientists start research on plasma generation at high pressure to avoid use of expensive vacuum equipments. Large-volume inexpensive plasmas are needed in the areas of material processing, environmental protection and improvement, efficient energy source and applications, etc. We therefore developed new methods of plasma generations at high pressure and carried out research of applying these plasmas to high tech industries representing 21 century. These research fields will play pivotal roles in material, environmental and energy science and technology in future.

DBD Plasma Actuator에 의한 Closed- loop Circular Pipe 내에서의 속도 및 오존 농도 변화

장인영(INYOUNG JANG),신유환(YOUHWAN SHIN) 대한기계학회 2013 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2013 No.12

This study presents a study on the flow behaviors in a circular pipe with a single or multiple DBD plasma actuators. We compare the flow velocities in the closed loop tunnel with in the open loop tunnel at the various voltages and frequencies applied to the actuator. This study also shows the effects by the electrode materials using the aluminum and the copper, the number of the plasma actuators and the ambient air condition. It is concluded that the actuator with the copper electrode generates higher velocity than that induced by the aluminum electrode. Moreover, the velocity with two actuators is higher than one actuator. Oxygen component in the pipe changes to ozone due to high supply voltage applied to actuator. The concentration of the ozone in the closed loop tunnel becomes higher and the velocity gradually deceases over time. As a result, the flow velocity in the closed loop tunnel does not increase effectively in comparison with that of the open loop tunnel.

PIV를 이용한 DBD 플라즈마 유도 유동장 운동량의 예측

손준하(Jun Ha Sohn),김남훈(Namhoon Kim),김경연(Kyungyeon Kim),Michiko Ahn Furudate 한국가시화정보학회 2019 한국가시화정보학회지 Vol.17 No.1

Particle image velocimetry is performed in order to analyze flowfield induced by a dielectric barrier discharge plasma actuator. The velocity vector fields are obtained for the two different input voltage conditions; the voltage 3 and 5 kV at the frequency 10 kHz. The obtained flowfields show that the air is accelerated and its speed increase almost linearly over the covered electrode. The amount of momentum induced by the DBD plasma actuator is estimated from the obtained velocity fields, and the estimated values reasonably agree with the previous experiment.

나노세컨드 펄스 DBD 플라즈마 액츄에이터 멀티스케일 모델링을 위한 수치해석 및 플라즈마 특성 분석 연구

안상준(Sangjun Ahn),채정헌(Jeongheon Chae),김형진(Hyung-Jin Kim),신진영(Jin-Young Shin),김규홍(Kyu Hong Kim) 한국항공우주학회 2018 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.4

Optimum parameters of pressurized DBD for high concentration ozone production

석동찬,노태협,정용호,유승열 한국진공학회 2019 한국진공학회 학술발표회초록집 Vol.2019 No.2