KR100558390B1 - 음이온 변환기 및 그를 이용한 음이온 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음이온 변환기 및 그를 이용한 음이온 발생기에 관한 것으로서, 케이스와; 상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과; 상기 케이스 내부에 채워지는 다공질 입자로 구성되며, 상기 전극판 중 일측에는 고전압이 인가되고, 타측에는 전극침이 연결되는 음이온 변환기를 제공한다.

본 발명에 의하면, 오존을 발생시키지 않고 자연상태의 음이온과 동일한 클러스터 음이온을 발생시킴으로서 인체에 미치는 악영향은 최소화하면서도 보다 많은 음이온이 인체에 도달하도록 할 수 있다. 즉, 종래의 음이온 발생기에 의해 생성된 음이온이 생성 직후 대부분이 소멸되거나 양이온과 재결합되어 실제로 인체에 도달하는 음이온의 개수가 극히 적은 반면에, 본 발명에 의해 생성된 클러스터 음이온은 대부분이 소멸되거나 재결합되지 않고 오랫동안 공기 중에 머물러 있으므로 음이온이 주는 유익한 효과를 극대화할 수 있게 되는 것이다.

음이온, 클러스터, 다공질, 변환기.

Description

음이온 변환기 및 그를 이용한 음이온 발생기{Anion convertor and the anion generator using the same}

도 1은 본 발명에 따른 음이온 변환기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 실시예가 적용된 음이온 발생기를 도시한 계통도이다.

도 3은 본 발명에 따른 음이온 발생기의 일 실시예를 도시한 단면도이다.

본 발명은 음이온 변환기 및 그를 이용한 음이온 발생기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 오존을 발생시키지 않으면서 자연 상태와 동일한 클러스터 이온을 발생시키는 음이온 변환기 및 그를 이용한 음이온 발생기에 관한 것이다.

음이온이란 전기를 띤 눈에 보이지 않는 미립자 중 마이너스 전기를 띤 것을 의미하는데, 최근에 음이온이 갖는 여러가지 유용한 효과로 인해 이를 응용한 다양한 제품들이 소개되고 있다. 대표적으로는, 음이온 공기 청정기 등을 들 수 있는 데 이는 실내 공기 중의 각종 오염물질을 제거하는 한편, 음이온을 발생시켜 정화된 공기와 함께 배출함으로써 실내를 보다 쾌적한 환경이 유지되도록 한다. 이외에 도 각종 살균장치 등에 활용되고 있다.

종래에는 음이온을 발생시키기 위한 메커니즘으로서, 코로나 방전, 전자 방사식 음전극침에 의한 방전 혹은 플라즈마 방전 원리를 응용하고 있다. 구체적으로는 코로나 방전방식의 경우 이격되어 있는 두 개의 전극판 사이에 고전압을 통전시키면 절연 파괴에 의해 급격한 전류의 흐름이 발생하며 이 과정에서 음이온이 생성되게 된다. 또한, 플라즈마 방전의 경우 높은 에너지를 갖는 전리성 방사선이나 진공 자외선 등의 마이크로파 및 고주파를 이용하여 할로겐족 기체가 전자를 잃도록 하여 음이온을 생성시키는 방식이며, 전자 방사식 음이온 생성은 양전극을 설치하지 않고 침상의 날카로운 도체를 음전극으로 하여 이 음전극에 펄스성의 고전압을 가하여 공기 중에 직접 전자를 방출하는 방식이다.

이때, 음이온은 일반적으로 전자보다 운동 속도가 매우 낮기 때문에, 발생된 음이온과 전자 중 음이온이 양이온과 결합하여 재결합되고, 이 과정에서 남게 되는 전자는 대기 중의 산소와 결합하여 오존을 생성하게 된다. 결국, 생성된 음이온의 대부분이 대기 중의 양이온과 결합하여 소멸되므로 실질적으로 인체로 전달될 수 있는 음이온의 수가 적을 뿐만 아니라 그 부산물로서 발생된 오존으로 인해 오히려 인체에 부정적인 영향을 미치게 된다.

이러한 문제점에 대한 대안으로서, 대한민국 실용신안등록출원 제 20-2002-0037697호에서는 음이온 발생부를 백금, 스테인리스, 구리, 은, 아연, 니켈, 망간 및 텅스텐의 8가지 금속성분을 가공한 합금, 자유전자를 가지고 있는 도전포, 도전성 고무질 및 반도전성 고무질로 구성하되, 밧줄처럼 꼬인 섬유 형태로 형성하여 음이온 발생기의 본체에 감겨지는 형태로 구성한 음이온 발생장치를 제안하고 있다.

상기에서는 전기 에너지를 열에너지로 바꾸어 일정한 저항을 통해 공기 중으로 코로나 방전을 하도록 하여 불꽃 방전이 이루어지지 않으며, 이 과정에서 대기 중의 수분이 수소와 수산기로 분해되도록 하여 결과적으로 자연 상태의 음이온과 동일한 클러스터 이온을 생성하도록 하고 있다. 이를 통해서 오존이 발생되지 않을 뿐만 아니라 대기 중에서 보다 오랫동안 존재할 수 있는 클러스터 이온을 발생하도록 하여 인체로 전달되는 효율을 증가시킬 수 있도록 한 것이다.

그러나, 상기 실용신안에 도시된 바와 같이 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 과정에서 에너지의 손실이 있을 뿐만 아니라 음이온 발생부의 구조가 종래의 기기와는 전혀 다르므로 제작이 어렵고 비용소모 또한 크게 된다. 아울러, 장기간 사용하게 되면 음이온 발생부의 표면이 오염되는데, 오염된 부분은 대기와 접촉하지 못하므로 그 생성효율이 현저하게 떨어지는 단점이 있는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 오존을 발생시키지 않으면서도 자연 상태와 유사한 클러스터 이온을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 음이온 발생기에 간단하게 장착하여 사용할 수 있는 음이온 변환기를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 본 발명은 오존을 발생시키지 않으면서도 자연 상태와 유사한 클러스터 이온을 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구조가 간단하여 저렴하게 생산할 수 있 고 장기간 사용하여도 생성 효율이 저하되지 않는 음이온 발생기를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 케이스와; 상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과; 상기 케이스 내부에 채워지는 다공질 입자로 구성되며, 상기 전극판 중 일측에는 고전압이 인가되고, 타측에는 전극침이 연결되는 음이온 변환기를 제공한다.

본 발명에서는 기존의 실용신안등록출원 제20-2002-0037697호에서 언급한 바와 동일한 클러스터 이온을 제공하되, 이와는 전혀 다른 새로운 방식으로, 즉 종래의 음이온 발생기에 간단하게 장착하여 오존 발생을 억제하고 클러스터 이온을 제공할 수 있는 음이온 변환기를 제공하는 것이다.

구체적으로는, 고전압 발생기에서 생성된 고전압, 예를 들어 DC -3000V의 고전압을 상기 케이스 내부에 장착된 전극판에 인가하면, 케이스 내부의 전극판을 통해 코로나 방전이 일어나면서 다수의 전자가 케이스 내부로 방출된다. 이는 종래의 음이온 발생기의 원리와 동일한 방식이다. 다만, 본 발명에서는 케이스 내부에 다공질의 입자를 충전시킨 점에서 차이가 있는 데, 발생된 전자는 상기 케이스 내부의 다공질 입자의 공극을 통과하면서 브라운 운동을 하여 반응성이 향상되어 핵이온이 형성되기 쉬운 상태가 된다. 이 후, 반대측에 위치하는 전극판 및 전극침을 통과하여 핵이온이 생성되고, 여기에 산분자 및 물분자가 결합하여 클러스터 이온을 형성하게 되는 것이다.

일단 클러스터 이온이 형성되면, 즉각적인 이온의 소멸화 과정 혹은 양이온과의 재결합과정을 거지치 않고, 전기적 음성 상태를 유지하면서 오랫동안 또한 멀리 움직일 수 있다. 이로 인해 보다 많은 수의 음이온을 실내 공간에 제공할 수 있게 된다. 즉, 종래에는 다수의 음이온이 생성된다 하여도 즉시 소멸되거나 재결합되기 때문에 음이온 발생장치에서 어느 정도 떨어져 있게 되는 인체로 실제 전달되는 음이온의 갯수는 매우 적지만, 본 발명에 의하면 대부분의 음이온들이 전달될 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명은 종래의 음이온 생성방식을 그대로 활용하므로, 종래 음이온 발생장치 중 고전압 발생부에 상기 음이온 변환기를 연결하는 것만으로 클러스터 이온 발생기로 변환할 수 있기 때문에 활용범위가 매우 넓어지게 된다.

한편, 상기 다공질의 입자는 천연 경석(輕石)과 같은 다공질 기재일 수 있다. 바람직하게는, 상기 다공질 입자로서 천연 황토를 물로 반죽한 후 900 ~ 1000℃의 고열로 처리한 것을 사용하는 것이 좋다. 즉, 천연 황토를 물로 반죽한 후 상기 온도 조건에서 처리하면 천연 황토 내부에 포함되었던 수분이 증발하면서 내부에 다수의 공극을 형성하게 되므로 브라운 운동을 보다 촉진시키게 된다. 이 때, 온도가 900℃ 미만인 경우 충분한 강도를 얻기 힘들며, 1000℃를 초과하는 경우 천연 황토가 고열로 인해 소실되거나 내부 구조가 변경되게 된다.

아울러, 상기 황토입자의 입경은 0.2 ~ 1.0 ㎝ 인 것이 좋다. 상기 황토입자의 입경이 지나치게 작은 경우에는 입자들 간의 공간이 작아서 충분한 브라운 운동을 유도하기 어려우며, 지나치게 큰 경우에는 입자들 간의 공간이 지나치게 커지므 로 역시 효율적인 브라운 운동을 유도하기 어렵다. 즉, 공간이 지나치게 크면 입자를 전혀 채우지 않은 상태와 거의 유사하게 될 뿐만 아니라, 동일한 공간 내에 채울 수 있는 입자의 수가 적어지므로 전체 공극의 갯수가 오히려 저하되게 되는 것이다.

본 발명은 또한, 케이스와; 상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과; 상기 케이스 내부에 채워지는 다공질 입자와; 상기 케이스 내부에 장착되며, 상기 전극판 중 어느 일측에 고전압을 인가하는 고전압 발생부와; 상기 케이스 외측에 설치되며, 상기 전극판 중 고전압이 인가되지 않는 전극판과 연결되는 전극침을 포함하는 음이온 발생기를 제공한다.

즉, 케이스 내부에 고전압 발생부를 내장하고, 외부에 전극침을 장착하여 자체적으로 음이온 발생기의 역할을 하도록 한 것이다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 음이온 변환기 및 음이온 발생기의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 음이온 변환기의 일 실시예가 도시되어 있다. 상기 실시예 중 케이스(100)는 기본적으로 직육면체 형태의 플라스틱 수지재로 구성되며 그 내부에는 한 쌍의 전극판(110, 112)이 서로 마주보도록 케이스(100)의 내벽에 부착되어 있다. 상기 한 쌍의 전극판 중 왼쪽에 위치하는 전극판(110)은 후술할 고전압 발생부와 연결되어 고전압이 통전되어 전자가 방출되는 부분이며, 오른쪽에 위치하는 전극판(112)은 상기 전극판(110)에서 방출된 전자가 흡수되는 부 분이다.

상기 전극판(112)에는 도선을 통해 전극침(120)이 연결된다. 따라서, 상기 전극판(112)을 통해 흡수된 전자는 상기 전극침(120)을 통해 방출되도록 구성된다.

한편, 상기 한 쌍의 전극판(110, 112)의 사이에는 다수의 다공질 입자(130)가 채워져 있다. 상기 다공질 입자(130)로는 천연경석 등과 같이 내부에 다수의 공극이 형성된 입자를 사용할 수 있는 데, 최적의 효과를 얻기 위해서는 천연 황토를 사용한 입자를 사용하는 것이 좋다.

즉, 천연 황토를 물과 함께 반죽한 후 0.2 ~ 1.0㎝의 입경을 갖는 알갱이 형태로 성형한 후, 이를 900 ~ 1000℃의 온도에서 열처리한 것을 사용하는 것이 좋다. 이렇게 제작된 입자는 천연 황토 내에 포함된 수분이 증발하면서 내부에 다수의 공극이 형성되며 중량이 가벼운 장점이 있다. 아울러, 황토에서는 원적외선이 방사되므로 음이온과 함께 상승작용을 일으키게 된다.

도 2를 참조하면, 상기 실시예가 적용된 음이온 발생기가 도시되어 있다.

우선, 통상적으로 얻을 수 있는 교류 전압을 직류 12V로 변환하는 직류 전압 발생부(202)와, 상기 직류 전압 발생부(202)로부터 얻어지는 직류전압을 3000V 정도의 고전압으로 승압하는 고전압 발생부(204)가 포함되며, 상기 고전압 발생부(204)는 상기 실시예의 전극판(110)과 연결되어 상기 음이온 변환기의 내부로 전자를 공급하게 된다.

이렇게 공급된 전자는 상기 다공질 입자간 또는 다공질 입자 내부의 공극을 통과하면서 브라운 운동을 하게 되고 운동성이 향상되어 핵이온을 형성하기 쉬운 상태로 변환되어 상기 전극판(112)을 통해 흡수된 후 전극침(120)을 통해 전극침 주위에서 핵이온을 형성하며, 형성된 핵이온은 주위의 산분자 및 수분자를 흡착하여 클러스터 이온을 형성하게 된다. 따라서, 종래의 음이온 발생기에서 생성된 음이온과는 달리 소멸되거나 주위의 양이온과 재결합하지 않고 상당기간 동안 대기 내에 존재하므로 인체로 보다 많은 양이 전달될 수 있는 것이다.

표 1 및 표 2는 각각 상기 실시예 중 케이스 내부에 충전되는 다공질 입자로서 천연 경석 및 황토 입자를 사용하여 발생되는 음이온의 개수를 측정한 결과이다. 상기 측정은 한국 건자재 시험연구원의 원적외선 응용 평가센터에서 이루어진 것이다.

시 료	음이온(ION/cc)
천연 경석	710920

1)시험방법 : KICM-FIR-1042

2)측정시간 : 음이온 발생기 전원을 켠 후, 20분 동안 측정한 결과임.

3)측정조건 : 전하입자 측정 장치와 방출구간 거리 - 300㎜, 풍속 - 강풍

4)전하입자 측정 장치를 이용하여, 온도 24℃, 습도 32%, 대기중 음이온 수 38/cc 조건에서 시험하였으며, 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위 체적당 ION수로 표시한 결과임.

시 료	음이온(ION/cc)
황토 입자	981420

1)시험방법 : KICM-FIR-1042

2)측정시간 : 음이온 발생기 전원을 켠 후, 20분 동안 측정한 결과임.

3)측정조건 : 전하입자 측정 장치와 방출구간 거리 - 400㎜, 풍속 - 강풍

4)전하입자 측정 장치를 이용하여, 온도 21℃, 습도 45%, 대기중 음이온 수 73/cc 조건에서 시험하였으며, 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위 체적당 ION수로 표시한 결과임.

5)전하입자 측정 장치와 음이온 발생구간 거리가 350mm 이내에서는 1,000,000 ION/cc를 초과함.

상기 결과를 살펴보기에 앞서서, 상기 테스트에 사용된 기기가 측정할 수 있는 최대 입자의 개수는 1,000,000 ION/cc이다. 또한, 본 발명 이전에 시중에 출시된 대부분의 음이온 발생기의 경우 전하입자 측정 장치와 제품을 접촉시킨 상태에서 2만개 내지 70만개의 음이온이 생성되나, 100mm 이상의 거리에서는 대부분의 음이온이 소멸 또는 재결합하기 때문에 음이온이 검출되지 않는 다는 점을 상기할 필요가 있다.

상기 실시예 중 천연 경석을 사용한 경우 측정기기에서 무려 300mm 떨어져 있는 거리에서도 종래 제품 중 최대의 값 보다 높은 개수의 음이온이 측정되었음을 알 수 있다. 이는 상기 실시예에서 발생된 음이온이 종래의 음이온에 비해서 보다 오랫동안 존재하는 클러스터 음이온임을 증명하는 것이다. 따라서, 발생된 대부분의 음이온이 인체로 도달될 수 있으므로, 음이온이 주는 유익한 효과를 최대한 누릴 수 있는 것이다.

한편, 천연 황토입자를 사용한 경우 천연 경석 보다 더 먼 거리인 400mm의 거리에서 98만여개의 음이온이 검출되었음을 알 수 있다. 측정 장비의 한계로 인해서 천연 경석과 동일한 거리인 300mm에서의 측정량을 정확히 알 수는 없으나 적어도 백만개 이상의 음이온이 검출될 것이라는 점은 쉽게 추측할 수 있다. 즉, 천연 경석에 비해 50% 이상 많은 음이온이 검출되는 것이다.

시 료	음이온(ION/cc)
황토 입자	21510

1)시험방법 : KICM-FIR-1042

2)측정시간 : 음이온 발생기 전원을 켠 후, 20분 동안 측정한 결과임.

3)측정조건 : 전하입자 측정 장치와 방출구간 거리 - 200㎝, 풍속 - 강풍

4)전하입자 측정 장치를 이용하여, 온도 21℃, 습도 45%, 대기중 음이온 수 73/cc 조건에서 시험하였으며, 측정대상물에서 방출되는 음이온을 측정하여 단위 체적당 ION수로 표시한 결과임.

5)전하입자 측정 장치와 음이온 발생구간 거리가 350mm 이내에서는 1,000,000 ION/cc를 초과함.

상기 표 3은 천연 황토입자를 사용한 실시예에 대해서 표 2와 동일한 조건 하에서 거리를 2m로 하여 측정한 결과이다. 표 3의 테스트 결과 2m의 거리에서도 2만개 이상의 음이온이 검출되는 것을 확인하였다. 이는 발생된 음이온이 소멸되었다기 보다는 2m의 거리를 이동하는 동안 음이온의 확산으로 인해 측정기로 들어오는 음이온의 수가 적기 때문으로 추측된다. 따라서, 천연 황토입자를 사용한 실시예에 의하면 반경 2m의 공간에 충분한 양의 음이온을 공급할 수 있는 것이다.

또한, 상기 시험과정 중에 있어서 오존에 의한 특유의 냄새는 나지 않았다. 따라서, 오존이 발생되지 않음을 확인할 수 있다.

한편, 상기 실시예에서는 직류 전압 발생부 및 고전압 발생부를 음이온 변환기의 외부에 설치하였으나, 도 3에 도시된 바와 같이 고전압 발생부(304)를 음이온 변환기 케이스(300) 내부에 설치하고, 상기 고전압 발생부(304)의 단부에 전자가 방출되는 전극판(306)을 배치하는 실시예도 고려해 볼 수 있다. 도 4에 도시된 실시예에서 전극판(112), 전극침(120) 및 다공질 입자 등은 상기 도 3에 도시된 실시예와 동일하다.

이 경우, 전체 컴포넌트의 수가 절감되므로 취급 및 관리가 보다 용이할 뿐만 아니라, 부피를 보다 작게할 수 있다. 더욱이, 상기 직류 전압 발생부(302)까지 케이스(300)의 내부에 설치할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 오존을 발생시키지 않고 자연상태의 음이온과 동일한 클러스터 음이온을 발생시킴으로서 인체에 미치는 악영향은 최소화하면서도 보다 많은 음이온이 인체에 도달하도록 할 수 있다. 즉, 종래의 음이온 발생기에 의해 생성된 음이온이 생성 직후 대부분이 소멸되거나 양이온과 재결합되어 실제로 인체에 도달하는 음이온의 개수가 극히 적은 반면에, 본 발명에 의해 생성된 클러스터 음이온은 대부분이 소멸되거나 재결합되지 않고 오랫동안 공기 중에 머물러 있으므로 음이온이 주는 유익한 효과를 극대화할 수 있게 되는 것이다.

특히, 종래의 음이온 발생장치에 간단히 장착하여 사용할 수 있으므로 적용하기가 쉬울 뿐만 아니라, 구조가 간단하여 제작비가 저렴한 장점이 있다. 아울러, 일체형으로 구성하여 소형화할 수 있으므로 취급 및 관리가 용이하다.

Claims (8)

1. 케이스와;

   상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과;

   상기 케이스 내부에 채워지는 천연 경석으로 구성되며,

   상기 전극판 중 일측에는 고전압이 인가되고, 타측에는 전극침이 연결되는 것을 특징으로 하는 음이온 변환기.
2. 삭제
3. 케이스와;

   상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과;

   상기 케이스 내부에 채워지는 다공질 입자로 구성되며,

   상기 전극판 중 일측에는 고전압이 인가되고, 타측에는 전극침이 연결되며, 상기 다공질의 입자는 천연 황토를 물로 반죽한 후 900 ~ 1000℃의 고열로 처리한 것임을 특징으로 하는 음이온 변환기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 황토입자의 입경은 0.2 ~ 1.0 ㎝ 인 것을 특징으로 하는 음이온 변환기.
5. 케이스와;

   상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과;

   상기 케이스 내부에 채워지는 천연 경석과;

   상기 케이스 내부에 장착되며, 상기 전극판 중 어느 일측에 고전압을 인가하는 고전압 발생부와;

   상기 케이스 외측에 설치되며, 상기 전극판 중 고전압이 인가되지 않는 전극판과 연결되는 전극침을 포함하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생기.
6. 삭제
7. 케이스와;

   상기 케이스의 내벽에 이격되어 배치되는 한 쌍의 전극판과;

   상기 케이스 내부에 채워지는 다공질 입자와;

   상기 케이스 내부에 장착되며, 상기 전극판 중 어느 일측에 고전압을 인가하는 고전압 발생부와;

   상기 케이스 외측에 설치되며, 상기 전극판 중 고전압이 인가되지 않는 전극판과 연결되는 전극침을 포함하며,

   상기 다공질의 입자는 천연 황토를 물로 반죽한 후 900 ~ 1000℃의 고열로 처리한 것임을 특징으로 하는 음이온 변환기.
8. 제7항에 있어서,

   상기 황토입자의 입경은 0.2 ~ 1.0 ㎝ 인 것을 특징으로 하는 음이온 변환기.

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