KR0134923B1 - 이온발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온발생장치에 관한 것이다.

종래의 이온발생장치는 공기의 흐름방향과 방정방향이 직각을 이루므로 이온화 된 공기가 흐름에 방해(저항)를 받으므로 방전효율이 낮아서 이온 및 오존발생효율이 낮고 또한 방전과 부하 및 과열요인이 되어 장치의 수명이 짧은 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 고내압 절연재로 된 관체(12) 내에 통공(26)(32)과 침상부(30)(34)를 갖는 음전극(14)과 양전극(16)을 설치하되 원료공기가 흐르는 방향으로 방전이 이루어지게 설치하여 이온화 된 공기의 흐름 방해요인을 제거하므로서 공기의 흐름이 가속화되게 하고, 관체의 출구측(20)에는 가속전극(44)(48)을 설치하여 공기가 더욱 가속화되면서 배출되게 하고, 전극(14)(16) 사이에 관체(12) 부분에는 공기접촉공(36)을 형성하여 많은량의 외부공기가 방전공간에 접할수 있게 하므로서 방열효율을 증대하고 방전공간을 확장하여 방전효율이 대폭 향상되게 한 것으로서 이온 및 오존발생량이 크게 상승되고 사용수명이 연장되며, 소비전력이 감소되는 효과가 있다.

Description

이온발생장치

제1도는 종래 이온발생장치의 구성도로서,

제1a도는 일면방전인 경우의 단면도.

b도는 양면방전인 경우의 단면도.

제2도는 본 발명에 전극을 공기흐름방향으로 단순설치할 수 있음을 보여주는 상태의 단면도.

제3도는 본 발명 이온발생장치의 구성도로서,

제3a도는 단면도.

b도는 일부파절한 상태의 사시도.

제4도는 본 발명에서 전극침상부의 경사각도를 도시한 상태의 정면도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예로서,

제5a도는 횡단면도.

b도는 종단면도.

제6도는 본 발명 제5도의 다른 실시예의 정면도.

제7도는 본 발명 또다른 실시예의 단면도.

제8도는 본 발명 또다른 실시예의 단면도.

제9도는 가속전극을 부가한 본발명의 또다른 실시예로서,

제9a도는 단면도.

b도는 다른 예의 가속전극 사시도.

c도는 또다른 예의 가속전극 사시도.

제10도는 본 발명에서 입자의 가속운동을 보여주는 상태도.

제11도는 본 발명 전극단자설치의 다른 실시예로서,

제11a도는 횡단면도.

b도는 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A, A1, A2, A3, A4 : 이온발생장치

12 : 관체 14 : 음전극

16 : 양전극 18 : 입구측

20, 20a : 출구측 20, 24 : 단자

26 : 음전극 28, 38 : 연결부

30, 34 : 침상부 32, 40, 46 : 통공

36 : 공기접촉공 42 : 그물망

44, 48 : 가속전극 d : 전극간의 거리

50 : 단자선 52 : 요입부

본 발명은 고전압방전에 의해 이온과 오존이 발생하는 이온발생장치의 개량에 관한 것으로, 원료공기의 흐름방향과 코로나방전방향이 일치되게 전극을 설치하고, 절연관체의 측면에 외부공기접촉공을 형성하여 이온 및 오존발생량이 대폭 증가되게 한 것이다.

종래의 이온발생장치는 제1도와 같은 음전극(2)과 양전극(4)을 공기흐름방향(X)과는 다른 방향인 직각방향으로 설치하였기 때문에 전극(2)(4)의 설치는 쉬우나 고전압방전에 의해 이온화된 공기의 일부가 공기의 흐름방향과는 교직된 위치의 전극으로 이동되므로 공기흐름에 영향을 주게 되어 방전과 부하상승요인이 되고, 입력전원의 대부분이 발열로 소모되므로 방전효율이 낮고, 이온 및 오존발생량이 매우 낮으며, 장치의 수명도 짧아지는 등의 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해소한 것으로 외부전극을 강제 냉각시켜 이온이나 오존의 수명증대 및 방전효율의 향상을 꾀하도록 한 이온발생장치가 있으나 공기의 흐름방향과 방전방향이 불일치하는 상태에서는 전기한 문제점을 근원적으로 해소하지 못하는 실정이며, 설비비가 많이 소요되고 부피가 커지는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위하여 이온발생장치의 전극을 공기가 흐르는 방향과 같은 방향으로 방전이 이루어지도록 설치하여 방전효율이 대폭 향상되게 함을 목적으로 한다.

또한 전극 사이에 공기접촉공을 형성하여 방전공간과 방열효율을 증대시키고 공기접촉량을 많게 하여 이온 및 오존발생량이 대폭 증가되게 함을 목적으로 한다.

본 발명을 실시함에 있어서 제2도와 같은 절연체(6)의 일측면에 공기흐름방향 (Y)으로 음전극(8)과 양전극(10)을 대향설치하여 방전방향과 공기흐름방향을 일치시킬 수도 있으나, 이러한 경우에는 절연체(6)의 연면에서만 국부방전이 이루어져 그 효율이 매우 낮으므로 본 발명에서는 전극이 설치되는 절연체(6)를 둥그런 관체로 형성하되 전극은 관체의 내주면을 빙둘러 설치하여 원료공기가 전극의 중앙에 형성된 통공을 통하여 이동되게 하므로서 방전효율이 대폭 향상되게 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여 절연체로 된 둥근 관체 내에 뾰족한 침상부를 갖는 음전극과 양전극을 설치하여 두전극의 침상부가 같은 방향으로 향하도록 하고, 전극의 중앙부에 통공을 형성하여 공기가 흐를수 있도록 한다.

또한 두 전극 사이의 관체에 공기접촉공과 연결부를 형성하여 발열량이 많은 방전공간으로 외부공기가 직접 접하면서 유입되게 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 이온발생장치의 기본적인 구성의 단면도로서, 고내압의 절연재로 된 관체(12) 내의 대략 중앙부에 음전극(14)과 양전극(16)을 적정간격이 유지되게 매입 설치하되 음전극(14)은 원료공기가 유입되는 관체(12)의 입구측(18)에 설치하고, 양전극(16)은 이온화 및 오존화 된 원료공기가 배출되는 출구측(20)에 설치하고, 두 전극(14)(16)의 단자(22)(24)는 관체(12)의 외부로 돌출되게 한다.

음전극(14)의 중앙에는 관체(12)의 내경보가 다소 작은 크기의 통공(26)을 형성하여 원료공기가 흐를수있게 하고, 통공(26)에는 통공(26)을 가로지는 좁은 폭의 연결부(28)를 일체로 형성하고, 연결부(28)의 중앙에는 끝이 뾰족한 침상부(30)를 형성하되 침상부(30)의 형성방향은 출구측(20)으로 향하게 하여 원료공기가 흐르는 방향과 평행되게 한다.

양전극(16)의 중앙에도 관체(12)의 내경보다 작은 크기의 통공(32)을 형성하여 원료공기가 흐를수 있게 하고, 통공(32)이 형성된 양전극(16)의 내주면에는 끝이 뾰족한 침상부(34)를 적정간격으로 다수 형성하되, 침상부(34)의 형성방향은 음전극의 침상부(30)처럼 원료공기가 흐르는 방향으로 향하면서 평행화되게 하고, 두 전극(14)(16)의 표면에는 전기저항과 열저항이 낮고 산화가 잘 되지 않는 주석이나 백금과 같은 금속을 도금 또는 중착과 같은 방법으로 상화방지막이 형성되게 도포하여 이온발생장치(A)를 구성한다.

상기에서 단일의 침상부(30)를 갖는 음전극(14)은 연결부(28)없이 다수의 침상부(34)를 갖는 양전극(16)으로 대체 설치할 수도 있다.

반대로 연결부(28)없이 다수의 침상부(30)를 갖는 양전극(126) 대신에 침상부(30)를 갖는 음전극(14)을 설치할 수도 있으며, 경우에 따라서는 음전극의 침상부(30)를 양전극의 침상부(34) 갯수보다 적은 범위 내에서 다수개로 형성할 수도 있다.

전극침상부(30)(34)의 경사각(θ)은 제4도와 같이 30도 내지 45도 각도의 뾰족한 형상을 지니도록 하며, 음전극의 침상부(30)는 단일 또는 소수개로 형성하여 음전하가 침상부(30)로 집중된 다음 방출되게 한 것이고, 양전극의 침상부(34)는 다수개로 하여 두 전극(14)(16) 사이의 전기장에 따른 이온진동에 의한 이온확산방해를 최소화하기 위한 것이다.

상기에서 음전극의 침상부(30)를 단일 또는 소수개로 하고, 양전극의 침상부(34)는 다수개로 한 경우 음전극가 단일 또는 소수의 침상부(30)로 집중된 다음 다수개로 되어 표면적이 넓어진 양전극의 침상부(34)로 방전이동되므로 전자의 흐름과 이온의 흐름이 가속되고, 이온화 및 오존화 영역이 확장되어 이들의 발생효율이 크게 증대된다.

제5도는 본 발명 다른 실시예의 단면도로서, 방전공간이 위치하여 다량의 열이 발생되는 음전극(14)과 양전극(16) 사이의 관체 측벽에 공기접촉공(36)과 연결부(38)를 교호로 형성하여 다량의 외부공기가 방전공간에 접할수 있게 이온발생장치(A1)를 구성한 것이다.

상기의 경우 방전시에 발생되는 열이 다량의 외부공기를 통하여 효과적으로 발산되며 또한 방전공간이 확장되어 이온 및 오존의 발생효율이 향상된다.

제6도는 본 발명 제5도의 다른 실시예의 이온발생장치(A2)로서, 공기접촉공(36)과 연결부(38) 대신에 작은 통공(40)을 다수 갖는 그물망(42) 형태로 형성할 수 있음을 도시하고 있으며 그 작용효과는 제3도의 이온발생장치(A)와 동일시되면 방전공간으로 부피가 큰 이물의 유입을 방지할 수 있다.

또한 제5도 및 제6도의 이온발생장치(A1)(A2) 경우 입구측(18)을 폐쇄하여 공기접촉공(36)이나 그물망(42)의 통공(40)을 통하여 원료공기의 흡입을 달성할 수도 있으며, 이러한 경우 이온발생장치(A1)(A2)의 설치상 제한에 의한 입구측(18)으로의 공기유입을 유도하지 못하는 경우에 적용할 수 있으며, 연결부(38)와 그물망(42)은 양분된 관체(12)를 견고히 연결하여 지지할 수 있게 한다.

제7도는 본 발명의 또다른 실시예로서, 이온발생장치를 직렬로 다수 설치할 수 있음을 도시하고 있다.

이 경우 관체(12)를 길게 형성한 다음 음전극(14)과 양전극(16)을 교호로 설치할 수 있으며 그만큼의 이온과 오존발생량이 증가된다.

제7도 도면에서는 이온발생장치(A) 2개를 연접설치하였으나 물론 그 이상으로 설치하면서 관체(12) 및 전극(14)(16)의 크기를 더욱 크게 형성하여 대형화할 수 있다.

제8도는 본 발명의 또다른 실시예로서, 이온발생장치(A3)의 일측 공기 접촉공(36)에 또다른 이온발생장치(A4)의 출구측(20a)을 연결하여 설치할 수 있음을 도시하고 있다.

상기의 경우 또 다른 이온발생장치(A4)에 의해 이온화 된 원료공기가 일측 공기접촉공(36)을 통해 이온발생장치(A3)의 방전공간으로 유입되므로 이온 및 오존의 발생효율증가를 꾀할 수 있게 된다.

상기에서 이온발생장치(A3)에 형성된 공기접촉공 중 또 다른 이온발생장치(A4)의 출구측(20a)과 직접 연결되는 공기접촉공(36)을 제외한 다른 공기접촉공은 폐쇄하여 사용할 수도 있으며 이 경우 방열효과가 다소 감소된다.

또한 상기에서 이온발생장치(A3)의 음전극(14)과 양전극(16)간의 거리(B)보다 또다른 이온발생장치(A4)의 양전극(14)과 공기접촉공(36)간의 거리(C)가 더욱 이격되게 설치하여, 이온발생장치(A3)의 음전극전하가 또다른 이온발생장치(A4)의 양전극(16)전극(16)으로 이상방전하는 것을 방지토록 한다.

제9a도는 본 발명의 또다른 실시예로서, 관체(12)의 출구측(20)에 가속전극(44)을 설치하여 이온 및 오존의 배출속도를 가속할 수 있게 한 것이다.

상기의 가속전극(44)은 침상부(34)가 다수 형성된 전기의 양전극(16)을 설치할 수 있으며, 또는 제9b도와 같이 다수의 침상부(34)가 없는 상태인 링 형상의 전극을 설치할 수 있으며, 경우에 따라서는 제9c도에서와 같이 조밀한 통공(46)을 다수 갖는 도전성 그물망형태의 가속전극(48)을 설치할 수도 있으며, 가속전극(44)(48)의 표면에는 전기의 두 전극(14)(16)처럼 전기저항과 열저항이 낮고 산화가 잘 되지 않는 금속을 도포하여 산화방지막을 형성토록 한다.

상기에서 가속전극(44)(48)으로 인가하는 전위는 음전극(14)과 양전극(16)으로 인가하는 전위의 중간 전위를 갖도록 하여 이온 및 오존화된 원료공기가 가속 배출되게 한다.

상기의 경우 제10도에서와 같이 질량 M이고 반지름 a인 입자가 전하 q를 가지면 전기장 E_S내에서의 대전입자운동 방정식은

로 된다.(r은 위치벡터, n은 점성계수, F₁은 정전기력, F₂는 중력 d는 대전체인 전극간의 거리)

한편 직류평등 전기장 중에서 대전입자의 운동은

로 되며, 쿨롱력 이외의 정전기력(F₁)과 중력(F₂)의 힘을 무시하면 t=0에서 대전된 작은 전하의 속도로 풀면

가 된다.

상기 식에서 t(시간)와 ν(속도)가 무한대(∞)이면

로 되며 μ는 대전된 전하의 이동도이다.

따라서로 되어 전하(q)가 크면 전자의 이동속도가 커지게 된다.

따라서 코로나방전에 의해 이온화되어 높은 전하를 띄는 원료공기들이 가속전극(44)(48)에 이끌려 가속화되면서 배출된다.

한편 공기중 코로나방전에 의해 발생 및 생성되는 산소계활성종은 원자산소(O), 산소(O₂), 산소이온(O²⁺, O^2-) 및 오존(O₃) 등이며 이들이 원료공기 중의 악취나 담배연기, 분진, 유해가스 등을 화학적으로 산화 및 분해하여 제거하게 된다.

특히 미량발생되는 오존(O₃)은 강력한 산화력(酸化力) 및 살균력을 가지고 있어서, 원료공기 중에 부유하는 박테리아나 곰팡이 등을 멸균하고 번식을 방지하는 효과가 특출하며, 또한 강력한 탈취작용이 있어서 원료공기가 깨끗이 정화된다.

한편 상기에서와 같은 특출한 작용과 효과를 갖는 오존(O₃)은 강력한 산화력을 지니므로 주변환경으로 과다방출되는 경우 인체에 위해 요인이 되므로 본 발명에서는 대전체인 음전극(14)과 양전극(16)간의 거리(d) 및 두 전극(14)(16)에 인가하는 전위차를 적절히 조정하여 오존의 공기중 환경기준치인 0.1ppmV이하로 오존이 발생되게 한다.

먼저 대전체(14)(16)에 인가하는 전위의 크기에 따른 관계를 살펴보면 영상전하(대전입자를 끌어 당기는 전하)의 유도에 의한 전기장(E₁)에 의해서도 이온의 확산에 방해를 받으며, 이때 전기장(E₁)에 따른 전류(JE)는

로 되고

(N은 이온갯수) 이온(N)이 볼트만 분포법칙에 따라 분포하는 경우에는 아인슈타인의 eD=μKT식이 성립된다.

따라서으로 되고 이온의 확산(이동)에 따른 전위차를 Vs라 하면

로 되므로 전자의 일함수 01-02는 전위차 Vs가 클수록 오존발생량은 커지게 된다.

오존의 발생량은 상기에서와 같이 전위차가 클수록 많아지고 또한 전극간의 간격이 적을수록 많아지므로 전극(14)(16)의 전위차와 간격을 적절히 조정하여 이온발생량은 많게 하고, 오존의 발생량은 0.01ppmV∼0.05ppmV정도로 발생되게 하여 공기중 환경기준치를 상회하지 않도록 한다.

또한 본 발명을 실시함에 있어서, 방전방향과 공기흐름방향이 일치하고 또한 가속전극(44)(48)에 의해 이온화 된 공기가 가속되므로 공기의 흐름이 자연발생되나 이온발생장치(A)의 입구측(18) 또는 출구측(20)에 팬과 전동기로 구성된 송풍기(도시않됨)를 설치하여 원료공기의 흐름을 유도함이 바람직하며, 고전압을 인가하는 전극의 단차(22)(24)는 제3도의 경우와 같이 관체(12)의 측벽으로 돌출되게 함이 바람직하나, 경우에 따라서는 제11도와 같이 관체(12) 내부를 통하여 관체(12)의 입구측(18)이나 출구측(20)으로 돌출시킬 수도 있으며, 이 경우 대향전극의 단자선(50)이 근접되는 전극부분은 요입부(52)을 형성하여 부분방전이나 절연파괴를 방지토록 한다.

미설명 부호

(54)는 고정편

(56)은 고전압발생기

(58)(60)은 고전압출력선

(62)는 중간전위공급선

(64)는 동작전원

(66)은 가속전극의 단자이다.

이와 같이 구성하여서 된 본 발명은 고정편(54)을 이용하여 이온 또는 오존을 발생코져 하는 기기 또는 장소의 적절한 위치에 설치하여 고정한 다음 전극의 돌출단자(22)(24)로 고전압발생기(56)의 고전압출력선(58)(60)을 각각 접속하여 음·양의 고전압이 전극(14)(16)으로 인가되게 하고 관체(12)의 입구측(18)이나 출구측(20)에 송풍기(도시않됨)를 설치하여 원료공기가 관체(12) 내를 흐를수 있게 하여 사용한다.

전극(14)(16)으로 고전압이 인가되면 음전극(14)으로 인가된 음전하는 끝이 뾰족한 상태여서 곡률반경이 매우 적은 침상부(30)로 집중된 다음 양전극(16)전극의 침상부(34)로 이동되고 이 과정에서 입구측(18)으로 흡입되는 원료공기의 부분절연파괴가 일어나 강력한 코로나방전이 발생되므로 원료공기가 이온화되고 또는 오존이 발생되면서 공기중의 악취나 담배연기, 분진, 유해가스 등이 화학적으로 산화 및 제거되고 탈취되며, 부유세균이나 박테리아 등이 살균되어 깨끗이 정화된 다음 출구측(20)으로 배출된다.

상기에서 코로나방전에 의해 발생되는 인체에 유익한 산소계활성종은 O, O₂, O²⁺, O^2-, O₃등으로서 이중 산화력이 강한 오존(O₃)은 소량발생되나 공기중 환경기준치(0.1ppmV)를 상회하지 않는 양(0.01∼0.05ppmV)이므로 인체에 유해하지 않게 된다.

한편 본 발명의 전극(14)(16)은 공기가 흐르는 방향으로 설치되어 있어서, 코로나방전 또는 공기가 흐르는 방향으로 진행되므로 종래와 같은 이온화 공기의 흐름을 방해하는 요인이 해소된다.

따라서 코로나방전에 의해 이온화된 공기가 양전극(16)으로 이끌리면서 흐름이 가속되어 배출되므로 이온 및 오존발생량이 증가되고, 방전부하가 감소되어 소비전력 및 발열량이 감소된다.

본 발명에서 양전극의 침상부(34)는 음전극(14)의 침상부처럼 전하의 이동이 쉽도록 뾰족하게 형성되어 있어서 코로나방전효율이 향상되고 또한 다수개로 되어 넓게 분포하므로 코로나방전공간이 확장되어 이온발생량 및 공기정화능력이 향상된다.

또한 공기가 전극(14)(16)의 통공(26)(32)을 통하여 흐르므로 연면방전 또는 국부장전이 아닌 전체적인 방전이 이루어져 방전효율이 대폭향상되고 관체(12)의 측벽에 공기접촉공(36)을 형성한 제5도의 경우 외부공기가 방전공간에 접촉되므로 방전시에 발생되는 열의 발산과 방열dl 효과적으로 이루어지고, 방전공간이 관체 외부까지 확장되며, 또한 공기흡입량이 많아지므로 방전효율이 향상되고 이온 및 오존발생량이 대폭 증가된다.

또한 관체의 출구측(20)에 제9도와 같이 가속전극(44)(48)을 설치한 다음 음전극(14)과 양전극(16)에 인가하는 전압의 중간전위를 가지는 전압을 단자(66)로 인가하면, 가속되면서 양전극을 통과하는 이온화 공기가 가속전극(44)(48)에 이끌려 더욱 가속되고 이온발생장치의 효율 또한 더욱 향상되므로 이온 및 오존 발생량이 증대되고, 그물망형태의 가속전극(48)은 전위차가 더욱 커지므로 이온 및 오존발생량의 증가폭이 더 커진다.

본 발명에서 각 전극(14)(16)(44)(48)의 표면에는 산화방지막이 도포되어 있고, 공기접촉공(36)과 외부공기에 의해 방열이 이루어지므로 고온에서 잘 발생되는 유해가스(NO₂)의 발생이 억제되고, 전극의 용출현상과 마ah현상 및 열화현상 등이 방지되어 전극의 수명이 증대되고 또한 방전효율이 대폭 향상되므로 방전부하 및 소비전력을 줄일수 있게 된다.

본 발명에서 관체(12)의 단면형상을 원통형tkd이 아닌 사각형상이나 타원형상으로도 할 수 있으며 이러한 경우 각 전극과 각 전극에 형성되는 통공을 사각형상이나 타원형상으로 하면 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 공기의 흐름방향과 방전방향이 일치하여 이온화 된 원료공기가 가속되고 가속전극에 의해 더욱 가속되면서 배출되고, 공기접촉공에 의해 방전공간이 확장되면서 방열이 효과적으로 이루어지므로 방전효율이 대폭 향상되어 이온 및 오존의 발생량이 크게 상승되고 사용수명이 길어지며 소비전력이 감소되는 등의 효과가 있다.

Claims (4)

1. 고내압 절연재로 된 관체(12) 내에 공기흐름방향으로 방전이 이루어지게 음전극(14)과 양전극(16)을 설치하여서 된 이온발생장치.
2. 제1항에 있어서, 음전극(14)과 양전극(16) 사이의 관체(12) 부분에 공기접촉공(36)과 연결부(38)를 형성함을 특징으로 하는 이온발생장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전극 (14)(16)은 공기흐름방향으로 침상부(30)(34)를 형성하고, 중앙에 통공(26)(32)을 형성하고 표면에 산화방지막을 형성하여서 됨을 특징으로 하는 이온발생장치.
4. 제1항 도는 제2항에 있어서, 관체(12)의 출구측(20)에 가속전극(44)(48)을 설치함을 특징으로 하는 이온발생장치.