CN103988587A

CN103988587A - 等离子体产生装置

Info

Publication number: CN103988587A
Application number: CN201280057892.8A
Authority: CN
Inventors: 山田幸香; 宫本诚; 竹之下一利; 寺尾芳孝; 平井伸岳
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-08-13
Also published as: EP2785151A4; KR20130135338A; US20140306597A1; GB201407307D0; EP2785151A1; JPWO2013077396A1; WO2013077396A1

Abstract

为了提供不但非常安全而且具有优良的杀菌性能和除臭性能的等离子产生装置，此等离子体产生装置设置有一对电极并且用来在电极之间施加预定的电压时释放等离子体，该对电极在其面对的表面中的至少一侧上形成有电介质膜，该等离子体产生装置被配置为使得电介质膜的介电常数为20至200。

Description

等离子体产生装置

技术领域

本发明涉及一种等离子体产生装置。

背景技术

近来，由于特应性症状、哮喘症状和过敏症状的携带者的增加以及增大的传染风险，诸如在新型流行性感冒的爆发性流行中所看到的那样，对生活环境中的空气质量控制诸如杀菌和除臭的需求越来越大。此外，随着生活标准提高，食物贮藏的数量和存储剩余食物的机会增加。因此，诸如冰箱的贮藏设备中的环境控制的重要性也在增长。

在试图控制生活环境的空气质量的现有技术中，通常使用以过滤器为代表的物理控制。按照物理控制，取决于过滤器孔的尺寸，可以俘获在空中漂浮的相对大的灰尘和碎屑，也可以俘获细菌、病毒等。此外，在有极大量的吸附位置的情形下，诸如在活性碳中那样，可以俘获导致臭味的分子。然而，存在的问题在于，待控制的空间中的空气要求均匀地经过过滤器以俘获这些物质，装置在尺寸上增大，而且诸如过滤器更换的维护成本也增加，同时对附着物没有效果。因此，作为使得能够进行附着物的杀菌和除臭的手段，可以被作为示例的是在待杀菌和除臭的空间中释放化学活性物种(activespecies)。在化学制剂的喷洒或者增香剂或除臭剂的释放过程中，需要预先制备活性物种，而且其定时的补充是必需的。另一方面，近年来，利用通过在周围环境中产生等离子体而制成的化学活性物种进行杀菌和除臭的装置增多。

通过由等离子体向周围环境中的释放产生的诸如离子或原子团的活性物种进行杀菌和除臭的技术可以分成以下两类：

(1)所谓的被动型等离子体产生装置，其中在周围环境中漂浮的细菌和病毒(以下称为“漂浮细菌”)或恶臭物质(以下称为“臭气”)在装置中的有限容积内与活性物种反应(例如，参见专利文献1)；以及

(2)所谓的主动型等离子体产生装置，其中由等离子体产生部分产生的活性物种被释放到具有比(1)更大的容积的封闭空间(例如起居室、卫生间、车辆内部等)内，并且该活性物种通过在周围环境中与漂浮细菌或臭气的碰撞而与漂浮细菌或臭气反应(例如，参见专利文献2)。

被动型等离子体产生装置(1)具有以下优点，因为在小容积内通过等离子体的产生而制成具有高浓度的活性物种，所以可以预期高的杀菌和除臭效果。另一方面，该装置具有以下缺点，其尺寸因为漂浮细菌或臭气必须被引入到该装置内而增大，可能存在作为等离子体产生的常见副产物的对人体有害的臭氧，并且用于吸附或分解的过滤器必须被单独地安装以防止臭氧从该装置中泄漏。

接下来，主动型等离子体产生装置(2)具有以下优点，该装置可以相对小，而且除空气中的漂浮细菌的杀菌或臭气的分解之外，还可以预期附着于衣物的表面的细菌(以下称为“附着细菌”)的杀菌或被吸附在该表面上的臭气的分解。另一方面，该装置具有以下缺点，因为活性物种在与该装置的容积相比很大的封闭空间内扩散，并且具有低浓度，所以不得不只有寿命长的活性物种预期具有杀菌和除臭效果。结果，在具有高臭气浓度(活性物种的浓度的10000倍的高浓度)的空间中，几乎不可能预期具有除臭效果。

由上可知，在被动型等离子体产生装置(1)中，作用仅限于流入该装置中的气流中包含的漂浮细菌或臭气。另一方面，在主动型等离子体产生装置(2)中，不得不仅相对于具有低浓度的漂浮细菌、附着细菌和臭气预期具有这样的效果。换句话说，利用现有技术仅可以实现“漂浮细菌的杀菌和除臭”或者“具有低浓度的漂浮细菌和附着细菌的杀菌和附着臭气的除臭”。

此外，在构成等离子体产生部分的电极中，存在许多情形，其中例如多孔电介质膜被用在电极的等离子体产生区域上。由于这个缘故，因高湿度条件下电介质膜自身的吸湿，电特性被改变，从而抑制等离子体的产生。具体地，在低温(诸如在冰箱中)和湿度极大地变化的环境下，电介质膜自身易于结露冷凝，并且等离子体的产生停止，从而降低杀菌和除臭性能。因此，在冰箱的内部持续处于高湿度状态时，难以维持杀菌性能。

引文列表

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开第2002-224211号

专利文献2：日本未审查专利申请公开第2003-79714号

发明内容

技术问题

因此，已经鉴于以上问题设计了本发明，并且本发明将提供一种等离子体产生装置，该等离子体产生装置具有优良的杀菌性能和除臭性能以及高安全性。

技术方案

通过反复的验证，本发明人已经发现，通过在特定范围内调整在电极上形成的电介质膜的相对介电常数，在臭氧的产生被抑制的同时，诸如离子或原子团的活性物种的产生数量增大。结果，本发明人已经在安全地提高等离子体产生装置的杀菌性能和除臭性能方面取得成功。本发明基于这样的发现而已经被完成。

根据本发明的一方面，提供一种等离子体产生装置，其包括一对电极并且用来在电极之间施加预定的电压以释放等离子体，该对电极在其面对的表面中的至少一侧上形成有电介质膜，其中该电介质膜具有20至200的相对介电常数。

例如，电介质膜可以由包含电介质材料和玻璃材料的混合物形成。

按照质量换算，玻璃材料在混合物中的含量可以是电介质材料在混合物中的含量的0.2至10倍。

电介质材料可以包括从Ba、Ti、Ca、Zr、Sr、Y、Mg和Si构成的组选出的至少一种元素作为其组成元素。

例如，电介质材料可以是从氧化物、碳化物、氮化物和硼化物构成的组选出的至少一种化合物。

另一方面，玻璃材料可以包括从Si、Bi、B、Zr、Na、K、Ca和Mg构成的组选出的至少一种元素作为其组成元素。

此外，为了在电极的面对的表面之间限定产生等离子体的间隙，电介质膜可以具有0.1至100μm的表面粗糙度。

有益效果

根据具有这种构造的本发明，通过增加诸如离子或原子团的活性物种的产生数量同时抑制臭氧产生，可以安全地提高等离子体产生装置的杀菌性能和除臭性能。此外，因为通过由电介质材料和玻璃材料的混合物形成电介质膜而提高了电介质膜的致密性，所以该电介质膜除了获得耐压性之外，还获得抗水性方面的改善。因此，高湿度条件下的杀菌性能和除臭性能的降低也得到抑制。因此，根据本发明的等离子体产生装置可以被用于冰箱或诸如洗衣机、洗碗机等的内部的高湿度环境。

附图说明

由以下结合附图的详细说明，本发明的以上和其它目的、特征和其它优点将被更清楚地理解，其中：

图1是示意性地示出根据本发明的一实施方式的等离子体产生装置的视图；

图2是示出该实施方式中的电极部分的俯视图；

图3是沿该实施方式中的电极部分的线A-A截取的横截面视图；

图4是示出该实施方式中的电极部分的主要部分的放大视图；

图5是坐标图，该坐标图示出使用作为示例制造的测试电极来检验除臭率的相对介电常数相关性的结果；

图6是坐标图，该坐标图示出作为示例制造的测试电极的耐湿性；以及

图7是坐标图，该坐标图示出作为示例制造的测试电极的耐压性。

附图标记列表

100：等离子体产生装置

21：一侧的电极

22：另一侧的电极

21b、22b：电介质膜

具体实施方式

以下，将描述本发明。

根据本发明的等离子体产生装置包括一对电极，并且用来在电极之间施加预定的电压以释放等离子体，所述一对电极在其面对的表面中的至少一侧上形成有电介质膜。例如，这样的等离子体产生装置可以以如图1所示的实施方式举例说明。

根据本实施方式的等离子体产生装置100可适用于家用电器，诸如冰箱、洗衣机、洗碗机、衣物干燥机、吸尘器、空调或空气净化器，并且用来对家用电器内部或外部的空气除臭和杀灭家用电器内部或外部的漂浮细菌或附着细菌。

具体地，如图1所示，等离子体产生装置100包括：等离子体电极部分2，用于利用微间隙等离子体产生活性物种，诸如离子或原子团；鼓风机构3，设置在等离子体电极部分2的外部，以向等离子体电极部分2强制吹风(气流)；以及电压施加单元4，其向等离子体电极部分2施加预定的电压以释放等离子体。

如图2至图4所示，等离子体电极部分2具有一对电极21和22，并且用来通过电压施加单元4在电极21和22之间施加预定的电压以释放等离子体，所述一对电极21和22在基板21a和22a的各面对的表面上设置有电介质膜21b和22b，同时在其各背对的表面上设置有绝缘体膜21c和22c。电极21和22的每个在平面视图中(当从电极21或22的面板方向观看时)具有基本上矩形的形状，电极部分2的电极21或22的边缘部分形成有施加端2T，电压被从电压施加单元4施加到施加端2T。

基板21a和22a的每个由例如诸如奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢或马氏体不锈钢的不锈钢或者诸如铁、铜或铝的导体制成。另一方面，绝缘体膜21c和22c的每个由例如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、玻璃或者诸如环氧树脂、聚酯树脂、PES(聚醚砜)树脂或氟化物树脂的树脂制成。

此外，电极21和22在各电极21和22的对应位置处分别设置有流体循环孔21d和22d，使得各电极21和22被配置为通过流体循环孔21d和22d的连通而作为一个整体是贯通的。

鼓风机构3设置为面向等离子体电极部分2的电极22并且具有吹风机,该吹风机强制地向等离子体电极部分2中形成的流体循环孔(完全开口部分)21d和22d送风。

电压施加单元4包括电源41和驱动电路部分42，驱动电路部分42将来自电源41的电压转换成脉冲电压并且将该脉冲电压施加到每个电极。

根据本实施方式的等离子体产生装置100通过在两个相对电极21和22之间的间隙内产生等离子体并且利用鼓风机构3送风至流体循环孔21b和22b而在电极21和22的附近进行除臭，并且通过释放等离子体中产生的活性物种至封闭空间来进行附着细菌的杀菌。

在根据本发明的等离子体产生装置中，电介质膜的相对介电常数是20至200。当电介质膜的相对介电常数在以上范围内时，在臭氧产生被抑制的同时，诸如离子或者原子团的活性物种的产生数量增加，从而提高除臭性能和杀菌性能。该相对介电常数优选是30至110，更优选是50至90。

具有这样的相对介电常数的电介质膜可以由例如包含电介质材料和玻璃材料的混合物形成。因为通过将电介质材料与玻璃材料混合可以在以上范围内调整相对介电常数，所以在臭氧产生被抑制的同时，可以增加诸如离子或者原子团的活性物种的产生数量。此外，因为通过将电介质材料与玻璃材料混合提高了电介质膜的致密性，所以除耐压性外，电介质膜还获得耐水性的提高。因此，电极对于湿度的适应力也提高，该等离子体产生装置可以被用于冰箱或诸如洗衣机、洗碗机等的内部的高湿度环境。此外，通过将具有高熔点和对基板的低接合性能的电介质材料与具有低熔点的玻璃材料混合，该玻璃材料用作接合剂，从而提高电介质膜对基板的接合性能。

例如，这样的电介质材料可以使用包含Ba、Ti、Ca、Zr、Sr、Y、Mg、Si或类似物作为其组成元素的材料。包括这样的元素的电介质材料可以是例如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等。特别地，该电介质材料可以是例如BaO、TiO₂、CaO、ZrO、Sr₂O₃、Y₂O₃、MgO、BaTiO₃、SrTiO₃、BCTZ(锆钛酸钡钙(BaO、TiO₂、CaO和ZrO的混合物))、BTZ(锆钛酸钡(BaO、TiO₂和ZrO的混合物))、Zr₃B₄、SrB₆、CaB₆、MgB₂、BN、TiN、ZrN、Ca₃N₂、Si₃N₄、SiC、TiC、CaC₂、ZrC或类似物。

另一方面，玻璃材料可以使用包含Si、Bi、B、Zr、Na、K、Ca、Mg或类似物作为其组成元素的材料。包括这样的元素的玻璃材料可以是例如由B₂O₃-ZnO-La₂O₃、P₂O₅-B₂O₃-R'₂O-R''O-TiO₂-Nb₂O₅-WO₃-Bi₂O₃(分子式中，R'指碱金属，R''指碱土金属。对以下也一样。)、TeO₂-ZnO、B₂O₃-Bi₂O₃、B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃、SiO₂-Bi₂O₃、SiO₂-ZnO、B₂O₃-ZnO、P₂O₅-ZnO、SiO₂、R'₂O-R''O-SiO₂、SiO₂-B₂O₃-R'₂O、SiO₂-Al₂O₃-R'₂O、ZrO₂-SiO₂或类似物制成的玻璃。

在形成电介质膜的混合物中，按质量换算，玻璃材料的含量优选是电介质材料的含量的0.2至10倍。当电介质材料与玻璃材料的含量比在以上范围内时，电介质膜的相对介电常数可以被设置为20至200。该含量比(玻璃材料/电介质材料)优选是0.5至3.0，更优选是0.8至2.0。

此外，电介质膜可以具有0.1至100μm的表面粗糙度(Ra指计算平均粗糙度)。当电介质膜的平面粗糙度在以上范围内时，仅通过重叠各电极而在面对的表面之间限定出间隙，使得等离子体可以在该间隙内产生。因而，不需要在各电极之间限定用于等离子体形成的间隙的间隔物。此外，例如，电介质膜的表面粗糙度可以通过印刷工艺控制。

为了制造本发明中的电极，例如，(1)首先通过压制或蚀刻基板在基板中形成开口部分。随后，(2)通过真空沉积、溅射、电场镀、印刷或类似方法在基板的背表面(背对的表面)上形成绝缘体膜。此外，当绝缘体膜由树脂制成时，此工艺最后进行。另外，(3)制备电介质材料与玻璃材料的混合物。在此情形下，电介质材料与玻璃材料以玻璃材料的质量是电介质材料的质量的0.2至10倍的比率混合，使得电介质膜的相对介电常数被设置为20至200。例如，当BaTiO₃和B2O₃-ZnO-Bi₂O₃玻璃被使用时，玻璃粉末的质量可以被调整以设置为BaTiO₃粉末的质量的0.5至3.0倍。此外，为了提高电介质材料与玻璃材料的混合物的涂覆性能，根据需要，该混合物也可以通过添加粘合剂至该混合物而具有浆形态。随后，(4)通过真空沉积、溅射、热喷涂、印刷或类似方法在基板的表面(面对的表面)上形成电介质膜。其后，(5)通过烧制获得电极。

与现有技术相比，根据具有这种构造的本发明，通过增大诸如离子或原子团的活性物种的产生数量同时抑制臭氧产生，可以在确保安全的同时改善杀菌和除臭。特别是，根据本发明，可以杀灭现有技术中不可能杀灭的表面附着细菌。因此，例如，可以提高冰箱中的内壁表面的清洁度。此外，现有技术的等离子体产生装置不能被用在高湿度或结露冷凝条件下。然而，根据本发明的等离子体产生装置可以被用于诸如洗衣机、洗碗机等中的潮湿环境内，也可以用于冰箱内。

示例

以下，将参考示例更详细地描述本发明，然而本发明不限于这样的示例。

测试电极的制造

为每个评估测试提供的电极被如下制造。

(1)绝缘体膜的形成

首先，通过压制SUS基板(其由SUS304制成并具有1.0mm的厚度)，在SUS基板中形成开口部分。随后，使用丝网印刷机(Newlong精密工业制造的LS-150)将具有SiO₂-ZnO-RO成分SiO₂-ZnO-RO(分子式中，R指碱土金属(Mg、Ca、Sr或Ba)。)的玻璃浆(Asahi Glass制造的AP5700C)印刷在形成有开口部分的基板的背表面上，基板的背表面被绝缘。其后，使用干燥机(ESPEC公司制造的PVC-212)在120℃将玻璃浆干燥20分钟，形成干燥后具有约30至40μm的膜厚度的绝缘体膜。

(2)电介质膜的形成

BaTiO₃粉末和B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃玻璃粉末以下面的表1中标明的比率(质量换算)混合，所获得的混合物与粘合剂(Nisshin Kasei制造的EC100-FTP)被进一步混合而使得混合物的质量被设置为粘合剂的质量的20质量％，然后使用搅拌器(Shin key制造的ARE-310)将其搅拌10分钟。

在使用三辊磨(Nagase丝网印刷研究所制造的EXAKT M-80S)搅拌包含粘合剂的所获得的混合物之后，通过用溶剂(Kanto Chemical制造的α-松油醇)稀释混合物至易于印刷的粘度来制备电介质浆。

使用丝网印刷机(Newlong精密工业制造的LS-150)将所获得的电介质浆印刷在SUS基板的表面上，然后使用干燥机(ESPEC公司制造的PVC-212)在120℃将其干燥20分钟。因此，形成干燥后具有约100至200μm的膜厚度的电介质膜。

[表1]

(3)电极的制造

电极以这样的方式制造，即，使用马弗炉(Den ken制造的S90)，通过以5℃/分钟升高或降低温度，在850℃将其表面上形成有电介质膜并且其背表面上形成有绝缘体膜的SUS基板烧制10分钟。

[测试1]除臭率的相对介电常数相关性的评估

使用所获得的电极组装如图1所示的等离子体产生装置，并且使用该等离子体产生装置按照以下过程进行测试。

(1)鼓风机构被调整，使得经过等离子体产生装置的电极的风的速度被设置为1至2m/s。

(2)施加的电压被调整，使得在离开电极10mm的距离处，臭氧浓度被设置为0.02ppm。

(3)等离子体产生装置被安装在由树脂制成的100L气密容器内。

(4)甲硫醇(MMP)气体(30ppm，130mL)被注入到该容器中。

(50)臭气浓度在检测管中被测量，并且测量值被设置为初始值。

(6)等离子体产生装置运转。

(7)在2小时后，容器中的臭气浓度被测量，并且通过与初始浓度的比较而获得除臭率。

(8)对于包括形成有具有不同的相对介电常数的电介质膜的电极的等离子体产生装置，重复过程(1)至(7)。

所获得的结果示于图5的坐标图中。

如图5的坐标图中所示，当相对介电常数在20至200的范围内时，显示出达到优良的除臭性能。

[测试2]电极的耐湿性的评估

按照以下过程进行测试。

(1)在测试1中使用的等离子体产生装置当中，其中电介质膜的相对介电常数为67的等离子体产生装置被用作本发明的产品，并且鼓风机构被调整，使得经过该等离子体产生装置的电极的风的速度被设置为1至2m/s。

(3)在离开电极100mm的距离处测量空气离子数量(负离子数量)，并且测量值被设置为初始值。

(4)等离子体产生装置在冰箱中在2至3℃的温度下和60至80％的湿度下运行15分钟(电极的冷却)。

(5)等离子体产生装置在运行状态下被从冰箱中抽出(结露冷凝的发生)，并且与过程(3)相似地开始空气离子数量的测量。

(6)离子数量恢复至初始值的90％的时间被测量。

(7)对于通过热喷涂形成有电介质膜的传统产品的等离子体产生装置重复过程(1)至(6)。

所获得的结果示于图6的坐标图中。

如图6的坐标图中所示，相比于传统产品，本发明的产品被显示出具有约5倍的提高的耐湿性(从结露冷凝的恢复性能)。此外，因为在测试1使用的等离子体产生装置中始终观察到同样的趋势，所以认为电介质膜由于膜内的玻璃而被致密地形成，从而提高耐湿性。

[测试3]电极的耐压性的评估

通过使用形成有电介质膜(其中BaTiO3与B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃玻璃的混合比(玻璃/BaTiO₃(质量换算))被改变)的各种电极，测量IS C2110-1所列的介电击穿的强度，并且施加工业用电频率交流电压。当1A或更大的电流瞬间流过时，产生介电击穿，此电压为击穿电压。所获得的结果示于图7的坐标图中。

如图7的坐标图中所示，显示出通过添加玻璃至BaTiO₃使得BaTiO₃与B₂O₃-ZnO-Bi₂O₃玻璃的混合比(玻璃/BaTiO₃(质量换算))被设置为0.2或更大，电介质膜的耐压性显著提高。

此外，本发明不限于以上实施方式，在不脱离本发明的范围与精神的情况下，可以有各种修改。

工业实用性

根据本发明，可以提供一种等离子体产生装置，其通过增加诸如离子或原子团的活性物种的产生数量同时抑制臭氧产生，安全地提高了杀菌性能和除臭性能。此外，因为通过由电介质材料和玻璃材料的混合物形成电介质膜而提高了电介质膜的致密性，所以该电介质膜除了获得耐压性之外，还获得抗水性方面的改善。因此，高湿度条件下的杀菌性能和除臭性能的降低也得到抑制。因此，根据本发明的等离子体产生装置可以被用于冰箱或诸如洗衣机、洗碗机等的内部的高湿度环境。

虽然为了说明的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员将理解，在没有脱离如所附权利要求公开的本发明的范围与精神的情况下，可以有各种修改、添加和替换。

Claims

1.一种等离子体产生装置，包括一对电极，并且用来在所述电极之间施加预定的电压以释放等离子体，所述一对电极在其面对的表面中的至少一侧上形成有电介质膜，

其中所述电介质膜具有20至200的相对介电常数。

2.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中所述电介质膜由包含电介质材料和玻璃材料的混合物形成。

3.如权利要求2所述的等离子体产生装置，其中按质量换算，所述玻璃材料在所述混合物中的含量是所述电介质材料在所述混合物中的含量的0.2至10倍。

4.如权利要求2所述的等离子体产生装置，其中所述电介质材料包括从Ba、Ti、Ca、Zr、Sr、Y、Mg和Si构成的组选出的至少一种元素作为其组成元素。

5.如权利要求2所述的等离子体产生装置，其中所述电介质材料是从氧化物、碳化物、氮化物和硼化物构成的组选出的至少一种化合物。

6.如权利要求2所述的等离子体产生装置，其中所述玻璃材料包括从Si、Bi、B、Zr、Na、K、Ca和Mg构成的组选出的至少一种元素作为其组成元素。

7.如权利要求1所述的等离子体产生装置，其中所述电介质膜具有0.1至100μm的表面粗糙度。