KR101533060B1 - 이온 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

방전전극판의 표면의 일부가 노출되도록 형성된 코팅층을 포함하는 이온 발생 장치를 개시한다. 이온 발생량을 극대화하면서 방전전극판의 산화 또는 마모를 방지하기 위하여 코팅층은 방전전극판의 일부 특히, 방전전극의 패턴라인의 전부 또는 일부가 노출되도록 코팅되어 형성된다. 또한, 제조가 쉽고 충격에 강한 엔지니어링 플라스틱 소재로 제작된 유도전극 및 방전전극을 포함하는 이온 발생 장치를 개시한다.

Description

이온 발생 장치{Ion Generating Device}
방전전극판의 표면의 일부가 노출되도록 형성된 코팅층을 포함하는 이온 발생 장치 및 엔지니어링 플라스틱 소재로 제작된 유도전극 및 방전전극을 포함하는 이온 발생 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이온 발생 장치는 고전압의 인가에 의해 양/음이온 또는 음이온과 오존을 발생시킴으로써 각종 공기정화장치에 사용되고 있다. 이온 발생 장치는 양이온을 발생시키는 양이온 발생부와, 음이온을 발생시키는 음이온 발생부를 포함하고 있다. 양이온 발생부는 유도전극 및 방전전극을 포함하는 연면전극으로 이루어지며 음이온 발생부는 침상전극으로 이루어진다.
이온 발생 장치의 연면전극은 다음과 같이 구성된다. 즉, 절연을 위한 판상의 유전체층이 존재하고 그 위에 금속재질로 인쇄된 유도전극이 존재한다. 유도전극 위에는 절연을 위한 유전체층이 존재하며 그 위에 금속재질의 플라즈마 방전을 위한 방전전극이 존재한다. 방전전극 위에는 산화, 마모를 방지하기 위한 유전체로 형성되는 코팅층이 존재한다.
코팅층은 연면전극의 방전전극판의 패턴라인을 포함한 상부 표면 전체에 코 팅되어 플라스마 방전에 의한 방전전극판의 손상은 감소시킬 수 있었으나 이온 발생량이 급격하게 줄어드는 현상이 발생하였다.
또한, 이온 발생용 연면전극의 유도전극 및 방전전극은 플라즈마 방전을 일으키는 소자로서 내구성이 강하며 유전율이 높은 세라믹 소재로 제작되어 왔으나, 세라믹 소재는 제작이 어려우며 유통, 제조 시 파손의 위험이 높아 제품의 단가가 높은 특징이 있었다.
방전전극판의 표면의 일부가 노출되도록 형성된 코팅층을 포함하는 이온 발생장치를 개시한다. 또한, 엔지니어링 플라스틱 소재로 제작된 유도전극 및 방전전극을 포함하는 이온 발생 장치를 개시한다.
이를 위해 본 발명의 일측면에 의한 이온 발생 장치는 제1유전체와 제1유전체에 배치되는 유도전극으로 이루어진 유도전극판과, 제2유전체와 제2유전체에 배치되는 방전전극으로 이루어진 방전전극판과, 방전전극판의 일부가 노출되도록 방전전극판에 결합되는 코팅층을 포함하며, 코팅층은 PSR 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
특히, 코팅층은 방전전극의 패턴라인의 첨예부의 일부가 노출되도록 코팅되어 형성되거나, 방전전극의 패턴라인의 첨예부의 전체가 노출되도록 형성되거나, 방전전극의 첨예부를 포함한 패턴라인 전체가 노출되도록 코팅되어 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일측면에 의한 이온 발생 장치는 유도전극과 방전전극에 각각 연결되는 전원 인가용 홀을 더 포함할 수 있다.
제1유전체와 제2유전체는 폴리이미드 또는 FR-4 등을 포함하는 엔지니어링 플라스틱 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일측면에 의한 이온 발생 장치는 엔지니어링 플라스틱 소재로 제작된 제1유전체와 제1유전체에 배치되는 유도전극으로 이루어진 유도전극과, 엔지니어링 플라스틱 소재로 제작된 제2유전체와 제2유전체에 배치되는 방전전극으로 이루어진 방전전극판을 포함한다.
이 때, 유도전극과 방전전극에 각각 연결되는 전원 인가용 홀을 더 포함할 수 있으며, 방전전극판에 결합되는 PSR 코팅층을 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 1 및 도 2에서, 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치는 절연을 위한 판상의 제1유전체(2)와 제1유전체(2)에 인쇄된 금속재질의 유도전극(4)으로 이루어진 유도전극판과, 절연을 위한 판상의 제2유전체(6)와 제2유전체(6)에 인쇄된 금속재질의 방전전극(8)으로 이루어진 방전전극판과, 방전전극판의 산화 또는 마모를 방지하기 위하여 방전전극판의 표면에 코팅된 유전체 재질의 코팅층(10)을 포함한다.
도 2는 이온 발생용 연면전극의 적층 구조를 측면에서 바라보았을 때의 도면을 나타낸다. 도 1에서 설명한 바와 같이 제1유전체(2), 유도전극(4), 제2유전체(6), 방전전극(8), 코팅층(10)이 순서대로 적층되어 있으며, 맨 하부에는 유도전극(4)과 방전전극(8)으로부터 연결되어 제1유전체(2)와 제2유전체(6)를 각각 관통하여 연결된 전원 인가용 홀(12a, 12b)이 추가적으로 도시되어 있다. 이하, 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생용 연면전극의 작동 원리에 대하여 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 전원 인가용 홀(12a, 12b)에 리드선(미도시)을 통하여 수 kV에서 수천 kV의 출력을 갖는 전원공급장치(미도시)에 연결하면 유도전극(4)과 방전전극(8)에 전원이 인가된다. 유도전극(4)과 방전전극(8)에 전원이 인가되면 플라즈마 방전이 발생하여 이온이 발생하게 된다. 특히, 방전전극(8)에서 가장 취약한 부분인 패턴라인의 첨예부(14, 16, 18, 20)에서 고전압에 의한 절연 파괴가 일어나 플라즈마 방전이 가장 많이 발생하게 된다. 즉, 방전전극(8) 주위의 공기 중의 수분이 플라즈마 방전 현상으로 분해되어 이에 의해 수소 양이온이 생성된다.(
Figure 112009063101914-pat00001
) 이렇게 발생된 수소 양이온은 금속 침상형 전극(미도시)에서 발생한 전자와 결합하여 활성수소를 생성하게 된다.(
Figure 112009063101914-pat00002
) 활성수소는 침상형 전극에서 무성방전으로 발생된 산소이온과 결합하여 하이드로페록시 래디컬(HOO-)을 형성하며, 하이드로페록시 래디컬(HOO-)은 공기 중에 부유하는 세균이나 바이러스 표면의 단백질 성분으로부터 3개의 수소 원자와 반응해 물로 변하게 되며 수소원자를 빼앗긴 바이러스나 세균은 제거된다.
이 때, 이온 발생 장치의 유도전극(4) 및 방전전극(8)은 플라즈마 방전을 일으키는 소자로서 내구성이 강하여 유전율이 높은 세라믹 소재로 제작되어 왔으나, 세라믹 소재는 제작이 어렵고 유통, 제조 시 파손의 위험이 이온 발생 장치의 단가 를 높이는 특징이 있었다.
더욱 상세하게는 세라믹 소재는 고가이며 크린룸에서 다층의 쉬트(Sheet)를 적층하고, 금속 전극부를 인쇄하는 등의 정밀한 작업을 통하여 1600도 정도에서 제조된다. 또한 제조 과정 중 불량이 생길 가능성이 높으며, 충격에 의한 균열, 깨짐 등이 생기기 쉬워 운반, 관리 등이 까다롭다. 그러나, 엔지니어링 플라스틱으로 대체하여 연면전극을 제조하면 연성 동박 적층 필름(Flexible Copper Clad Laminate : FCCL)으로 에칭 및 적층을 통하여 전극을 제조할 수 있으며, 충격에 강하며 관리가 용이해 세라믹 소재로 제조하는 것과 비교하여 약 3분의 1의 원가 절감의 효과가 있다.
이에 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치는 절연체로 사용되는 세라믹을 엔지니어링 플라스틱 소재로 대체함을 특징으로 한다. 즉, 도 2에서 유도전극(4)과 방전전극(8)을 절연시키는 제1유전체(2)와 제2유전체(6)를 엔지니어링 플라스틱으로 구성하는 것이다. 엔지니어링 플라스틱은 여러 종류가 있지만 폴리이미드 또는 FR-4(Flame Retardant Composition 4)로 선택하는 것이 바람직하다. 이때, FR-4(Flame Retardant Composition 4)는 에폭시 레진이 함침된 유리 섬유가 복수의 층으로 적층된 재질을 의미하는 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 폴리이미드 또는 FR-4 소재로 이루어진 이온 발생 장치의 적층 구성도이다.
맨 하부에는 폴리이미드 또는 FR-4 소재로 이루어진 제1유전체(2)가 존재하며, 그 위에 금속재질의 유도전극(4)이 인쇄되어 있다. 유도전극(4) 위에는 폴리이미드 또는 FR-4 소재로 이루어진 제2유전체(6)가 적층되며, 그 위에 금속재질의 방전전극(8)이 인쇄되어 있다. 방전전극(8) 위에는 방전전극(8)의 산화 또는 마모를 방지하기 위하여 방전전극(8)이 인쇄된 제2유전체(6) 표면에 유전체로 코팅된 코팅층(10)이 더 포함될 수 있다.
이 때, 유도전극(4)과 방전전극(8)은 구리판을 포함하는 연성 동박 적층 필름(Flexible Copper Clad Laminate : FCCL)으로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 도 3에는 도시되지 않았지만 제1유전체(2) 하부에 유도전극(4)과 방전전극(8)에 전원을 공급하도록 설치된 전원 인가용 홀(12a, 12b)이 더 구성될 수 있으며, 전원 인가용 홀(12a, 12b)의 하부에는 절연을 위한 코팅층이 더 구성될 수 있다. 후술하겠지만 맨 상부의 코팅층(10)은 포토솔더레지스트(Photo Solder Resist : PSR) 코팅층인 것이 바람직하다.
전원 인가용 홀(12a, 12b)은 각 층의 홀을 정확한 위치에서 뚫은 후 각 층마다 홀 내부를 도금한 후 적층하는 방법 또는 전체 전극을 관통하는 방법으로 뚫은 후 도금하는 방법으로 제조될 수 있다. 또한, 세라믹보다 작은 유전율을 가지는 엔지니어링 플라스틱의 특성을 보완하여 세라믹 전극과 동등 또는 동등 이상의 성능을 내기 위하여 유도전극(4)과 방전전극(8) 사이의 절연체인 제2유전체(6)의 두께를 감소시키거나, 방전전극(8)의 패턴라인의 두께를 증가시켜 적층하는 것이 바람직하다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생용 연면 전극의 표면 코팅 방법을 나타내는 도면이다.
연면방전은 고전압을 사용하기 때문에 엔지니어링 플라스틱(폴리이미드 또는 FR-4) 소재를 사용할 경우 전극의 표면이 손상될 수도 있어, 포토솔더레지스 트(Photo Solder Resist : PSR) 코팅을 하여 표면 손상을 방지한다. 그러나, PSR 코팅을 전극 표면 전체에 할 경우, 원래의 목적인 이온 발생이 급격하게 저하된다. 따라서, PSR 코팅을 하여 전극의 표면 손상을 방지하면서도, 이온 발생 성능을 유지할 수 있는 연면 전극의 표면 코팅 방법이 요구된다.
세라믹 연면전극의 경우에는 방전전극 및 유도전극은 텅스텐 재질로 제작된다. 그러나 엔지니어링 플라스틱 소재로 방전전극 및 유도전극을 제조하는 경우에는 제작 공정이 쉽고 내구성이 강한 동박으로 제작이 가능하다. 동박으로 제작하는 경우에는 동박의 내구성이 좋기 때문에 최상층 코팅층은 전극의 사용 환경에 따라 설치될 수도 있고 설치되지 않을 수도 있다. 그러나, 고전압을 사용할 경우에는 유전체로 사용되는 엔지니어링 플라스틱이 고전압으로 발생하는 플라즈마 방전으로 인하여 손상이 될 수 있다. 특히, 고전압으로 인하여 에너지가 집중되는 첨예부 주변의 경우 손상의 정도가 더 심해진다.
앞에서 설명한 바와 같이 이러한 손상을 방지하기 위하여 PSR 코팅을 할 수가 있는데, 이 경우 이온 및 오존을 발생시키는 전극의 성능이 급격하게 저하된다. 이에 엔지니어링 플라스틱 재질로 제작된 연면 전극의 표면 손상을 최소화하면서도, 이온 및 오존을 발생시키는 전극의 성능을 극대화 시킬 수 있는 전극의 표면 코팅 방법을 제시한다.
즉, 엔지니어링 플라스틱 재질로 제작된 연면전극의 표면 손상을 최소화하면서도, 이온 및 오존을 발생시키는 전극의 성능을 극대화 시킬 수 있도록 방전전극(8)의 패턴라인의 일부는 코팅을 제외시키는 것을 특징으로 한다. 특히, 이온 발 생의 주요부인 패턴라인의 첨예부(14, 16, 18, 20)를 코팅에서 제외시키는 것이 바람직하다. 이하 도 4 내지 도 7에, 본 발명의 일실시예에 의한 연면 전극 표면의 코팅 방법이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극 표면의 코팅 방법으로 특히, 방전전극의 패턴라인의 첨예부의 일부가 노출되도록 코팅하는 방법을 개시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극 표면의 코팅 방법으로 특히, 방전전극의 패턴라인의 첨예부의 전체가 노출되도록 코팅하는 방법을 개시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극 표면의 코팅 방법으로 특히, 방전전극의 첨예부를 포함한 패턴라인 전체가 노출되도록 코팅하는 방법을 개시한 도면이다.
도 4 내지 도 7의 방법으로 코팅층을 형성하는 이유는 다음과 같다. 즉, 폴리이미드나 FR-4 소재로 제작된 전극을 기존의 세라믹 전극과 동일하게 유도전극(4)과 방전전극(8)과 도통되어 있는 양단의 전원 인가용 홀(12a, 12b)에 리드선을 연결하여 고전압을 인가하면 방전전극에서 발생하는 플라즈마 방전에 의하여 공기 중의 수분을 분해시켜 이온 및 오존을 발생시키게 된다. 그러나, 방전전극의 일부만을 PSR 코팅을 제외하였기 때문에 방전전극판의 표면 손상은 방지함과 동시에 이온 발생량을 극대화 시킬 수 있게 되는 것이다.
즉, 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 전체적인 동작은 다음과 같다. 유도전극(4) 및 방전전극(8)에 전원이 인가되면 연면전극 주위의 공기 중의 수분이 PSR 코팅이 제외된 연면전극에서 발생하는 플라즈마 방전현상으로 분해되어 수소 양이온이 생성된다.(
Figure 112009063101914-pat00003
) 수소 양이온은 금속 침상형 전극(미도시)에서 발생한 전자와 결합하여 활성수소를 생성하게 된다. (
Figure 112009063101914-pat00004
) 활성수소는 침상형 전극에서 무성방전으로 발생된 산소이온과 결합하여 하이드로페록시 래디컬(HOO-)을 형성하며, 하이드로페록시 래디컬(HOO-)은 공기 중에 부유하는 세균이나 바이러스 표면의 단백질 성분으로부터 3개의 수소 원자와 반응해 물로 변하게 되며 수소원자를 빼앗긴 바이러스나 세균은 제거된다.
이러한 방법으로 이온 발생 장치의 방전전극의 표면의 일부를 노출시키도록 코팅층을 형성함으로써 방전전극판의 표면 손상을 방지함과 동시에 이온 발생량을 극대화시킬 수 있는 효과가 발생한다. 또한, 이온 발생 장치의 절연체로 사용되던 세라믹을 충격에 강하여 제조가 용이한 엔지니어링 플라스틱으로 대체함으로써 이온 발생 장치의 생산 효율을 높일 수 있는 효과가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극의 구성을 나타내는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 폴리이미드 또는 FR-4 소재로 이루어진 연면전극의 적층 구성도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 이온 발생 장치의 연면전극의 표면 코팅 방법을 나타내는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2 : 제1유전체 4 : 유도전극
6 : 제2유전체 8 : 방전전극
10 : 코팅층 12a, 12b : 전원 인가용 홀
14, 16, 18, 20 : PSR 코팅 제외부

Claims (12)

  1. 제1유전체와 상기 제1유전체에 인쇄되고 유도전극으로 이루어진 유도전극판과,
    제2유전체와 상기 제2유전체에 인쇄되고 방전전극으로 이루어진 방전전극판과,
    상기 방전전극판의 일부가 노출되도록 상기 방전전극판에 결합되는 코팅층을 포함하며,
    상기 제1유전체, 상기 유도전극, 상기 제2유전체, 상기 방전전극 및 상기 코팅층이 순서대로 적층된 이온 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 방전전극의 패턴라인의 첨예부의 일부가 노출되도록 코팅된 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 방전전극의 패턴라인의 첨예부의 전체가 노출되도록 코팅된 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 상기 방전전극의 첨예부를 포함한 패턴라인 전체가 노출되도록 코팅된 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유도전극과 상기 방전전극에 각각 연결되는 전원 인가용 홀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 포토솔더레지스트(Photo Solder Resist : PSR)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1유전체와 상기 제2유전체는 엔지니어링 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 엔지니어링 플라스틱은 폴리이미드 또는 FR-4(Flame Retardant Composition 4)인 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
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