KR101959660B1 - Plasma and ion generating device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 대기압하에서 냄새제거 및 제균을 위한 플라즈마 및 음이온 발생장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이온 발생부 및 플라즈마 발생부를 포함하여 이온 및 대기압 플라즈마에 의한 반응 활성 물질을 발생시켜, 반려 동물들로부터 발생되는 각종 균들을 살균 또는 제균하고, 냄새같은 오염물질을 제거할 수 있는 플라즈마 및 음이온 발생장치에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for generating plasma and anion for deodorization and sterilization under atmospheric pressure. In particular, the present invention relates to a method and apparatus for generating a reactive active material by ion and atmospheric pressure plasma, including an ion generating unit and a plasma generating unit to sterilize or sterilize various fungi generated from companion animals, Plasma and anion generating apparatus.
더욱 구체적으로 본 발명은 가정에서 기르는 다양한 종류의 반려동물들을 양육할 때 발생하는 각종 냄새와 반려동물 털 및 이들이 사용하는 물품에 기생하는 각종 균들을 반려동물들이 거주하는 집 내부나 외부에 설치하여 제거 하는 플라즈마 및 음이온 발생장치에 관한 것이다.More specifically, the present invention relates to a method for removing various odors, companion animal fleas, and parasitic infections caused by raising various kinds of companion animals raised in the home, both inside and outside the house where the companion animals reside Plasma and anion generating apparatus.
소득 수준이 높아지고, 소단위 중심의 가족사회, 혼밥이 유행하는 현대사회에 들어와서 반려동물의 수는 급격히 증가하여, 반려동물과 관련된 시장이 급속히 증가하면서, 반려동물을 위한 수많은 제품들이 판매되고 있지만, 정작 반려동물이 생활하는 집에 대해서는 아직 많이 미흡한 실정이다.As the income level increases, the family society centering on the sub-division, and the modern society where the rice paddies become popular, the number of the companion animals sharply increases, and the market related to the companion animal increases rapidly, and numerous products for companion animals are sold, In fact, there are still a lot of houses in which companion animals live.
특히 반려동물들이 인간들과 더욱더 친숙한 활동을 위해 발생하는 다양한 냄새나 이들 털 속에 기생하는 각종 세균들을 어떻게 관리할 것인가에 대해서는 관심이 거의 없는 실정이다. In particular, there is little interest in how animals control the various odors that occur for their more familiar activities with humans and the various bacteria that are parasitic in these fur.
일 예로, 대한민국 특허 10-1628187은 반려동물의 집이나 이동용 캐리어와 연결하여 집이나 캐리어에 있는 반려동물의 털이나 이물질을 빨아들여 필터로 걸러주는 다기능 팬모듈을 개시하고 있다. 이 특허는 단순히 이물질이나 털들을 빨아들여 손쉽게 제거하는 기능만 제공하고 있다. For example, Korean Patent No. 10-1628187 discloses a multifunctional fan module that connects with a companion's house or a mobile carrier to suck the hair or foreign matter of a companion animal in a house or a carrier and filter the same. This patent simply provides the ability to easily remove foreign substances or fur from the skin.
또한, 대한민국 특허 10-1579159는 애완동물용 플라즈마 살균 브러시에 관한 것으로, 플라즈마 브러시에서 발생되는 플라즈마를 이용하여 애완동물의 털을 빗겨 주면 애완동물의 피부질환을 개선 방지한다고 기술되어 있다. 그러나, 상기 특허는 100Hz의 펄스전원을 이용하여 유전체 방전(DBD: Dielectric Barrier Discharge)을 이용하여 주위의 산소로부터 라디칼과 오존을 발생시켜, 살균하는 것을 특징으로 한다고 서술되어 있으나 구체적인 라디칼과 오존 발생량에 대한 데이터는 제시되어 있지 않으며, 아울러 수 kV의 고전압을 이용하는 대기압 아크 플라즈마는 적용이 어렵다고 역시 서술되어 있을 뿐 그 근거를 제시하지 못하고 있다. Korean Patent No. 10-1579159 discloses a plasma sterilizing brush for a pet. It is described that the plasma generated from a plasma brush is used to combat the hair of a pet to prevent the skin disease of a pet from being improved. However, the above-mentioned patent discloses that radicals and ozone are generated and sterilized from surrounding oxygen by using a dielectric discharge (DBD: Dielectric Barrier Discharge) using a pulse power source of 100 Hz. However, And the atmospheric pressure arc plasma using a high voltage of several kV is also difficult to apply.
상기 특허에서 발생되는 라디칼과 오존량은 매우 중요한 근거가 되어야 한다. 국제노동기구에 따르면, 인체에 허용된 오존농도 기준치는 0.05ppm/hr이다. The radicals and ozone generated in the patent must be very important. According to the International Labor Organization, the ozone concentration standard for human body is 0.05 ppm / hr.
이에 따라, 공기청정기가 매우 반응성이 좋은 산소 라디칼의 농도를 기준치 이하로 발생하게 조절되는 것이 매우 중요하다.Accordingly, it is very important that the air cleaner is controlled so that the concentration of highly reactive oxygen radicals occurs below the reference value.
대기압 플라즈마를 이용하는 경우, 통상 DBD(유전체 배리어 방전; dielectric barrier discharge) 기술이 가장 널리 이용된다. 상세하게는, 고주파 고전압 전극과 접지 전극 사이에 유전체 물질을 삽입하고, 고주파 고전압 전극에 교류 전압을 인가하면, 플라즈마 형성을 위해 공급되는 가스가 두 전극 사이의 전기장 영역에서 해리와 전리 과정을 거친다. 이를 통해, 공급 가스가 이온화되어 안정된 플라즈마를 발생시킨다. 이렇게 형성된 플라즈마는 이온, 전자뿐만 아니라 고밀도의 활성화 라디칼(반응 활성종) 등으로 이루어져 있으며, 이 반응 활성종은 반응성이 매우 높아 다른 분자와 쉽게 반응하므로 다양한 물질의 세정, 살균, 제균, 표면 개질 및 피부 치료 등의 공정에 유용하게 사용된다.In the case of using atmospheric plasma, a DBD (dielectric barrier discharge) technique is most widely used. Specifically, when a dielectric material is inserted between the high-frequency high-voltage electrode and the ground electrode, and an alternating voltage is applied to the high-frequency high-voltage electrode, the gas supplied for plasma formation is dissociated and electrolyzed in the electric field region between the two electrodes. Through this, the feed gas is ionized to generate a stable plasma. The plasma thus formed is composed of not only ions and electrons but also high-density activating radicals (reactive species). Since these reactive species are highly reactive, they easily react with other molecules, thus cleaning, sterilizing, It is useful for processes such as skin treatment.
유전체 배리어를 이용한다면, 직류 전력의 경우 유전체를 통한 전류의 흐름이 불가능하므로 고주파 교류 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 안정적인 플라즈마 발생을 보장하기 위하여 고주파 고전압 전극과 접지 전극 사이의 간격은 제한되며, 반응 가스는 상기 두 전극 사이로 흘러간다. 유전체 배리어 방전은 국부적으로 파동이나 잡음을 일으키는 불꽃이 존재하지 않으므로 조용한 방전(Silent Discharge)으로 부르기도 한다. 방전은 사인함수 혹은 펄스 형의 전원으로 개시된다.If a dielectric barrier is used, the flow of current through the dielectric is not possible in the case of DC power, so the plasma is generated using the high frequency AC power. To ensure stable plasma generation, the gap between the high frequency high voltage electrode and the ground electrode is limited and the reaction gas flows between the two electrodes. The dielectric barrier discharge is sometimes referred to as silent discharge because there is no localized wave or noise that causes noise. The discharge is initiated by a sine function or a pulsed power supply.
이러한 DBD 기술과 고주파 전원에 의해 생성되는 글로우 방전은 공기의 살균, 오염 물질의 제거 및 인체 질환의 치료 등에 널리 이용되고 있다. 특히, 공기 정화를 위하여 플라즈마를 이용하는 다양한 플라즈마 장치가 이미 공지되어 있으나, 일반적으로 오존에 의한 살균 효과를 이용하며, 이는 공기의 살균 효과를 크게 증가시키거나 오염 물질을 완전히 제거하는데 한계가 있다. 그 이유는 살균 효과를 증대시키려면, 오존 발생량이 증가하여야 하는데, 국제규정에서 인체에 허용하는 오존량은 단위 시간 당 0.03ppm이기 때문이다. 실제로 오존량이 0.03ppm 이상이면, 인체의 기관지 계통에 심각한 손상을 입힐 수 있다.The DBD technology and the glow discharge generated by the high frequency power source are widely used for sterilization of air, removal of pollutants and treatment of human diseases. In particular, various plasma devices using plasma for air purification are already known, but generally utilize the sterilization effect by ozone, which greatly increases the sterilizing effect of air or completely removes contaminants. The reason is that in order to increase the germicidal effect, the amount of ozone generation must increase, because the ozone amount allowed by the human body in the international regulation is 0.03 ppm per unit time. In fact, if the amount of ozone is 0.03 ppm or more, it can cause serious damage to the bronchial system of the human body.
한국 공개특허 2004-0035092호는, 도 1에 도시된 바와 같이, 방전극(300`) 및 집진전극(310`)을 포함하는 플라즈마 공기 청정기를 개시하고 있다. 플라즈마 공기 청정기는, 전방필터(200`)와 송풍기(500`)를 통해 방전극(300`) 및 집진전극(310`)으로 이루어진 저온 플라즈마 반응기에 수분 및 미세 분진을 포함하는 공기를 공급하고, 저온 플라즈마 반응기에서 발생되는 유전체 장벽 코로나 방전에 의하여 오존의 방출을 막고 미세 분진을 제거할 수 있다.Korean Unexamined Patent Publication No. 2004-0035092 discloses a plasma air cleaner including a discharge electrode 300 'and a dust collecting electrode 310' as shown in FIG. The plasma air purifier supplies air containing fine particles and dust to a low temperature plasma reactor composed of a discharge electrode 300 'and a dust collecting electrode 310' through a front filter 200 'and a blower 500' The discharge of ozone is prevented by the dielectric barrier corona discharge generated in the plasma reactor and the fine dust can be removed.
그러나, 상기 플라즈마 공기 청정기는 플라즈마를 이용하여 직접 살균하는 것이 아니라, 공기 내의 수분 및 미세 분진을 음으로 대전시켜 집진전극(310`)으로 포집하는 간접 정화 방식으로, 공기 청정 효과가 낮다. 또한, 상기 특허에서는 실제로 살균 또는 제균 기능을 갖는 오존의 방출을 막았다고 개시되어 있어, 살균 효과가 현격히 저하되는 단점이 있다.However, the plasma air purifier is indirectly cleaned by indirectly purifying the air in the air by negatively charging the air in the air and collecting it with the dust collecting electrode 310 ', and the air cleaning effect is low. Further, it is disclosed in the above patent that the release of ozone having a sterilization or sterilization function is actually prevented, and the sterilizing effect is remarkably lowered.
일본의 샤프사의 플라즈마 클러스터 이온 기술은 표면에 일정한 간격으로 배치시킨 고전압 전극 사이에서 표면 플라즈마가 발생되고, 전극에 인가된 고전압에 의해 공기에 포함된 물 분자가 하이드록실기(hydroxyl group)로 분해되며, 분해된 하이드록실기에 의해 공기 내의 균들이 살균되는 원리를 취하고 있다. The plasma cluster ion technology of Sharp Corporation in Japan generates surface plasma between high-voltage electrodes arranged at regular intervals on the surface, and the water molecules contained in the air are decomposed into hydroxyl groups by the high voltage applied to the electrodes , And the bacteria in the air are sterilized by the decomposed hydroxyl groups.
그러나, 하이드록실기는 불소(F), 염소(Cl), 오존(O3) 다음으로 매우 높은 산화력을 가진 살균제로서 시간 당 0.5ppm 이상 노출되지 않아야 하는 ILO(국제노동기구)의 규제가 문제될 수 있고, 유입된 공기의 10% 내지 15%만이 표면 전극의 플라즈마 클러스터와 반응하게 되므로 공기를 반복 순환시켜야 하는 단점이 있다.However, the regulation of the International Labor Organization (ILO), which should not be exposed to more than 0.5 ppm per hour as a fungicide with a very high oxidative power next to fluorine (F), chlorine (Cl) and ozone (O3) And only 10% to 15% of the introduced air reacts with the plasma clusters of the surface electrodes, so that the air must be circulated repeatedly.
미국의 'OzonyAir'라는 제품은, 오존 발생용 표면 전극에 고주파 고전압을 인가하여 발생된 오존이 표면 전극을 통과하는 유입 공기 내의 균들을 살균하는 방식을 취하고 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 오존은 시간 당 0.03ppm 이상 노출되지 않아야 하는 규제가 있으며, 이에 따라, 살균 효과를 증가시키는데 한계가 있다. The product 'OzonyAir' in the United States adopts a method of sterilizing the bacteria in the inflow air passing through the surface electrode by ozone generated by applying a high frequency high voltage to the ozone generating surface electrode. However, as described above, there is a restriction that ozone should not be exposed to 0.03 ppm or more per hour, and thus there is a limit to increase the sterilizing effect.
본 발명은 가정에서 기르는 다양한 종류의 반려동물들을 양육할 때, 발생하는 각종 냄새와 반려동물 털 속 및 이들이 사용하는 물품에 기생하는 각종 균들을 효과적으로 제거하는 대기압 플라즈마 발생부와 이들 반려동물로부터 발생되는 냄새들을 제거하는 음이온 발생부를 일체형으로 장착하여 균들이나 냄새들을 제거하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to an atmospheric-pressure plasma generating unit that effectively removes various kinds of smells generated in the home, various kinds of smells occurring in the home, various fungi in the companion animal fur, and parasitic organisms used in the products, and an odor generated from these companion animals And removing the bacteria and odors by integrally mounting the negative ion generating part for removing the negative ions.
본 발명은 대기압 벌크 플라즈마를 이용하여, 오존발생이 전혀 없어 인체에 무해하고, 공기 살균 또는 제균에 효과적이며, 오염 물질 제거에도 효과적인 플라즈마 장치와 역시 냄새제거에 효과적인 음이온 발생장치를 포함하는 플라즈마 및 음이온 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a plasma apparatus and an anion generator which are harmless to a human body and have no ozone generation at all using an atmospheric pressure bulk plasma and are effective for air sterilization or sterilization and effective for removing contaminants, And an object of the present invention is to provide a generator.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 플라즈마 발생부(10); 및 이온 발생부(20)를 포함하고, 플라즈마 발생부(10)는 플라즈마 전압 전극(12), 플라즈마 전압 전극에 대향하는 플라즈마 접지 전극(13)을 포함하고, 플라즈마 방출구에서의 플라즈마 전압 전극과 플라즈마 접지 전극 사이의 거리는 플라즈마 발생부의 플라즈마 전압 전극과 플라즈마 접지 전극 간의 최단 거리의 1.5 내지 3배이고, 이온 발생부는 상기 플라즈마 전압전극과 상기 플라즈마 접지전극사이의 최단거리의 1.2 내지 3.5배 범위로 이격된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention includes: a plasma generator; And an
이온 발생부는 직류 전원과 상기 직류 전원에 연결된 이온 발생 전극 유닛을 포함하고, 이온 발생 전극 유닛은 유전체, 상기 유전체의 일면에 배치되는 이온 발생 전압 전극, 상기 유전체의 타면에 배치되는 이온 발생 접지 전극을 포함한다.The ion generating electrode unit includes a dielectric, an ion generating voltage electrode disposed on one surface of the dielectric, and an ion generating ground electrode disposed on the other surface of the dielectric. .
유전체, 이온 발생 전압 전극 및 이온 발생 접지 전극은 U자형의 홈을 갖는다.The dielectric, the ion generating voltage electrode, and the ion generating ground electrode have a U-shaped groove.
유전체는 이온 발생 전압 전극 및 이온 발생 접지 전극보다 큰 면적을 갖는다.The dielectric has a larger area than the ion generating voltage electrode and the ion generating ground electrode.
플라즈마 전압 전극 및 플라즈마 접지 전극은 원호 형상의 곡률반경을 갖는다.The plasma voltage electrode and the plasma ground electrode have an arc-shaped radius of curvature.
플라즈마 전압 전극 및 플라즈마 접지 전극은 공기 유입구에서 플라즈마방출구 방향으로 위치에 따라 다른 곡률반경을 갖는다.The plasma voltage electrode and the plasma ground electrode have different radii of curvature depending on the position from the air inlet toward the plasma discharge port.
플라즈마 전압 전극 및 플라즈마 접지 전극은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구 방향으로 갈수록 작은 곡률 반경을 갖는다.The plasma voltage electrode and the plasma ground electrode have a smaller radius of curvature toward the plasma discharge port from the air inlet.
플라즈마 전압 전극과 플라즈마 접지 전극의 곡률 반경(r)은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구로 향하여 플라즈마 전압전극과 플라즈마 접지전극사이의 최단거리의 2배에서 0.3배로 점차 감소한다.The radius of curvature r of the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode gradually decreases from two to 0.3 times the shortest distance between the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode from the air inlet to the plasma discharge port.
플라즈마 전압 전극과 접지 전극사이의 최단 거리의 위치는 상기 플라즈마 전압 전극 또는 상기 플라즈마 접지 전극의 중앙보다 플라즈마 방출구에 가깝게 편재된다.The position of the shortest distance between the plasma voltage electrode and the ground electrode is localized closer to the plasma discharge port than the plasma voltage electrode or the center of the plasma ground electrode.
플라즈마 발생부는 이온 발생부와 동일한 공기 유로상에 위치한다.The plasma generating portion is located on the same air flow path as the ion generating portion.
플라즈마 발생부는 이온 발생부의 공기 유로와 평행한 공기 유로 상에 위치한다.The plasma generating portion is located on the air flow path parallel to the air flow path of the ion generating portion.
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플라즈마 전압 전극과 상기 플라즈마 접지 전극 사이의 최단 거리는 전압 전극 및 접지 전극 중 적어도 하나의 곡률 반경의 0.5 내지 3이다.The shortest distance between the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode is 0.5 to 3 of the radius of curvature of at least one of the voltage electrode and the ground electrode.
본 발명에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 플라즈마 발생부와 이온 발생부를 수용하고 공기 유로를 제공하는 하우징을 더 포함한다.The apparatus for generating plasma and anion according to the present invention further includes a housing for accommodating a plasma generating part and an ion generating part and providing an air flow path.
본 발명에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 공기 유입구에 인접하여 배치된 송풍팬, 공기 유입구 및 공기 방출구의 적어도 일단에 장착된 이물질 제거 필터, 교류 전원 및 직류 전원의 전원 공급을 제어하는 타이머 스위치를 더 포함한다.The apparatus for generating plasma and anion according to the present invention may further include a foreign matter removing filter mounted on at least one end of a blowing fan, an air inlet and an air outlet disposed adjacent to the air inlet, a timer switch for controlling power supply of the AC power source and DC power source .
본 발명에 의하면, 실내 공기의 냄새 및 화학 성분들을 제거함과 동시에 실내 공기 내에 잔류하는 각종 균들을 제거할 수 있다.According to the present invention, it is possible to remove odors and chemical components of indoor air and remove various microorganisms remaining in the indoor air.
또, 본 발명에 의하면 전극들 간에 발생하는 아크 방전을 넓은 대역폭을 갖는 글로우 방전으로 전이하여 발생되는 대기압 플라즈마로부터 생성되는 반응활성종들과, 사용수명이 매우 긴 형태와 구조를 갖는 음이온 전극으로부터 발생되는 음이온들에 의해 냄새, 화학 성분 및 실내에 잔류하는 각종 균들을 효율적으로 제거할 수 있다.According to the present invention, the arc discharge generated between the electrodes can be generated from the anion electrode having the shape and structure having a very long service life and the reaction active species generated from the atmospheric pressure plasma generated by the transition to the glow discharge having the wide bandwidth The odor, the chemical component, and various microorganisms remaining in the room can be efficiently removed by the negative ions.
도 1은 종래기술에 따른 플라즈마 공기 청정기를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부의 개략적인 구성도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부에서 발생된 대기압 벌크 플라즈마(P)를 측면 및 정면에서 촬영한 사진이다.
도 6a는 두 도선(w1, w2)에 고전압을 인가하였을 때, 두 도선(w1, w2) 간에 형성되는 전기력선을 나타낸 도면이다.
도 6b는 대향하는 두 전극의 형상에 따른 방전 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부 전극구조를 개략적
으로 나타낸 도면이다.
도 8는 방전 전압에 따른 전극 거리를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부의 유량에 따른 플라즈마 방전에 의해 발생되는 플라즈마를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생부의 유량에 따른 플라즈마 방전에 의해 발생되는 플라즈마를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 진공 직류 방전에서 글로우 방전과 아크 방전의 전류-전압 그래프이다.
도 12는 방전 전압 및 유량에 따른 방전 거리를 나타낸 그래프이다.
도 13은 방전 전압에 따른 최대 방전 거리에서의 유량을 나타낸 그래프이다.
도 14는 주파수에 따른 최대 방전 거리를 나타낸 그래프이다.
도 15는 방전 전압, 주파수 및 유량에 따른 방전 거리를 나타낸 그래프이다.
도 16은 일반적인 이온발생부의 전극구조를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온발생부를 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 전극 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 18의 A-A'선에 따른 이온 발생 전극 유닛의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온발생부의 음이온발생량과 오존발생량을 측정한 사진이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 이용하여 E. Coli 균을 갖는 페트리 디쉬를 본 발명에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치로 처리하지 않은 시편(a)과 3분 처리한 시편(b)을 24시간 동안 배양 증식한 결과를 보여주는 사진이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 작동시켰을 때, 동작 시간에 따른 포름 알데히드의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 작동시켰을 때, 동작 시간에 따른 암모니아의 농도를 나타내는 그래프이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 이용하여 담배연기와 냄새를 제거하는 실험을 수행한 결과를 사진기로 촬영한 사진이다.1 is an exploded perspective view showing a plasma air purifier according to the prior art.
2 is a schematic configuration diagram of a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic configuration diagram of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
4 and 5 are photographs of the atmospheric-pressure bulk plasma P generated in the plasma generating unit according to the embodiment of the present invention, taken on the side and front.
6A is a view showing electric lines of force formed between two conductors w1 and w2 when a high voltage is applied to two conductors w1 and w2.
6B is a view schematically showing a discharge pattern according to the shape of two opposing electrodes.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an electrode structure of a plasma generating portion according to an embodiment of the present invention.
Fig.
8 is a graph showing an electrode distance according to a discharge voltage.
9 is a view schematically illustrating a plasma generated by a plasma discharge according to a flow rate of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
10 is a schematic view illustrating a plasma generated by a plasma discharge according to a flow rate of a plasma generator according to another embodiment of the present invention.
11 is a current-voltage graph of glow discharge and arc discharge in vacuum direct current discharge.
12 is a graph showing a discharge distance according to a discharge voltage and a flow rate.
13 is a graph showing the flow rate at the maximum discharge distance according to the discharge voltage.
14 is a graph showing the maximum discharge distance according to the frequency.
15 is a graph showing discharge distances according to discharge voltage, frequency, and flow rate.
16 is a view showing an electrode structure of a general ion generating portion.
17 is a cross-sectional view illustrating an ion generating portion according to an embodiment of the present invention.
18 is a perspective view showing an ion generating electrode unit according to an embodiment of the present invention.
19 is a cross-sectional view of the ion generating electrode unit taken along the line A-A 'in Fig.
20 is a photograph showing an amount of generated negative ions and an amount of generated ozone in the ion generating part according to an embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a graph showing the results of a three-minute treatment of a Petri dish having E. coli bacteria with a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention, This is a photograph showing the result of culturing the specimen (b) for 24 hours.
22 is a graph showing the concentration of formaldehyde according to the operation time when the apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention is operated.
23 is a graph showing the concentration of ammonia according to the operation time when the apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention is operated.
FIG. 24 is a photograph of a result of an experiment for removing cigarette smoke and smell using a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention. FIG.
이하 본 발명의 일부 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that, in the drawings, like reference numerals are used to denote like elements in the drawings, even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present disclosure rather unclear.
본 발명에 나타난 동작방법은 아래에서 설명하는 바와 같은 다양한 실시 예들을 가지고 있으며 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 아래에 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아닌 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 발명의 상세한 설명이 아닌 특허청구 범위에 나타나며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.It will be understood that the method of operation shown in the present invention has various embodiments as described below and can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the description. The methods disclosed below are therefore to be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. It is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치의 개략적인 구성도이다.2 is a schematic configuration diagram of a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부의 개략적인 구성도이다.3 is a schematic configuration diagram of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 플라즈마 발생부(10), 플라즈마 발생부(10)과 이격되어 배치된 이온 발생부(20)를 포함한다. 플라즈마 발생부(10)는 이온 발생부(20)와 서로 평행한 중심축을 갖게 되고 서로 평행한 공기 유로를 갖는다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 이에 한정되지 않고, 플라즈마 발생부(10)는 이온 발생부(20)와 서로 동일선상에 중심축을 가지면서 서로 이격되고 동일한 공기 유로에 배치될 수 있다.2 and 3, the apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention includes a
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 교류 전원(11), 직류 전원(21), 교류 전원(11)에 연결된 플라즈마 전압 전극(12), 플라즈마 전압 전극(12)에 대향하는 플라즈마 접지 전극(13), 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)에서 이격되고 직류 전원(21)에 연결된 이온 발생 전극 유닛(22)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 플라즈마 발생부(10) 및 이온 발생부(20)를 수용하는 하우징(30)을 더 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 플라즈마 전압 전극(12), 플라즈마 접지 전극(13) 및 이온 발생 전극 유닛(22)을 수용하고 공기 유로(流路)를 제공하는 하우징(30)을 더 포함한다. 이때, 하우징(30)은 공기가 유입되는 유입구(31) 및 유입된 공기가 공기 유로를 통과하여 방출되는 방출구(32)를 갖는다.The plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention includes an
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치는 유입구(31)에 인접하여 배치된 송풍팬(40), 유입구(31) 및 방출구(32)의 적어도 일단에 장착된 이물질 제거 필터(50), 교류 전원(11) 및 직류 전원(21)의 전원 공급을 제어하는 타이머 스위치(60) 및 교류 전원과 직류 전원에 전력을 공급하는 전원공급부(70)를 더 포함할 수 있다.The apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention includes a blowing
대기압 상태에서, 교류 전원(11)을 통해 플라즈마 전압 전극(12)에 전력이 인가되면, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이에서 플라즈마 방전이 발생한다. 플라즈마 방전은 하우징(30)의 방출구(32), 즉 송풍팬(40)에 의하여 유입된 공기가 흐르는 방향으로 대기압 벌크 플라즈마(P)가 형성된다.A plasma discharge is generated between the
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)는, 일반적인 뽀족한 금속 대향 전극을 갖는 장치(예를 들어, 음이온 발생기)와 달리, 원호 내지 둥근 형태의 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)을 갖는다. 또한, DBD 기술을 이용하며 상대적으로 작은 전극 간격을 갖는 장치(예를 들어, 오존 발생기)가 표면에서만 플라즈마를 발생시키는 것과 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)는 상대적으로 부피가 큰 벌크 형태의 플라즈마를 발생시킨다.The
플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 전력은 고주파, 고전압의 교류 전력인 것이 바람직하다. 이를 위하여 교류 전원(11)은 인버터를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니다.It is preferable that the electric power applied to the
도 3에 도시된 바와 같이, 화살표 방향을 따라 공기 청정기(100)에 유입된 공기는, 송풍팬(40) 및 유입구(31)을 통해 플라즈마 발생부(10) 내부로 흘러 들어간다. 유입된 공기는 공기 유로를 통해 이동하며, 대기압 벌크 플라즈마(P)에 의해 살균 또는 제균될 수 있고, 또한 유입된 공기 내의 오염 물질 및 냄새를 제거할 수 있다.3, the air introduced into the
상세하게는, 공기 내에 존재하는 각종 균들이 순간적인 고온의 대기압 벌크 플라즈마(P)에 의하여 살균 또는 제균되고, 뿐만 아니라, 유입된 공기 중에 잔존하는 오염 물질, 냄새, 휘발성 화학 성분들 또한 대기압 벌크 플라즈마(P)에 의해 순간적으로 연소되거나 분해된다.In detail, the various microorganisms present in the air are sterilized or sterilized by the instantaneous high-temperature atmospheric-pressure bulk plasma (P), and the contaminants, odors and volatile chemical components remaining in the inflow air are also supplied to the atmospheric- (P). ≪ / RTI >
본 발명에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치 (100)의 플라즈마 발생부(10)는 인체, 즉 사용자에게 전기적 또는 열적인 자극이나 충격을 가하지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)은 대기압 벌크 플라즈마(P)의 발생 위치에서 이격되어 위치함으로써, 사용자와 직접 접촉하지 않으며, 이에 따라 사용자에게 전기적 또는 열적인 자극이나 충격을 가하지 않는다.It is preferable that the
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부는 30도 내지 38도의 평균온도로 플라즈마를 방출하며, 아르곤, 헬륨, 질소 등과 같은 반응 가스를 사용하는 코로나 방전이나 유전체 배리어 방전과 달리 공기만을 이용하여 생성되는 아크 전이 글로우 방전을 한다. The plasma generating unit according to an embodiment of the present invention generates plasma at an average temperature of 30 to 38 degrees and generates plasma by using only air, unlike a corona discharge or a dielectric barrier discharge using a reaction gas such as argon, helium, Arc transition Glow discharge.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부에서 발생된 대기압 벌크 플라즈마(P)를 측면 및 정면에서 촬영한 사진이다. 4 and 5 are photographs of the atmospheric-pressure bulk plasma P generated in the plasma generating unit according to the embodiment of the present invention, taken on the side and front.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 대기압 벌크 플라즈마(P)의 방출 길이는 약 45mm일 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 대기압 벌크 플라즈마(P)의 높이(H)는 약 7mm이고, 폭(W)은 약 37mm일 수 있다. For example, as shown in FIG. 4, the discharge length of the atmospheric-pressure bulk plasma P according to an embodiment of the present invention may be about 45 mm. Further, as shown in Fig. 5, the height H of the atmospheric-pressure bulk plasma P may be about 7 mm and the width W may be about 37 mm.
이하, 도 6a 및 도 6b를 참조하여, 대향하는 두 전극의 형상과 방전 관계에 대하여 설명한다.6A and 6B, the shape and discharge relationship of the opposing two electrodes will be described below.
도 6a는 두 도선(w1, w2)에 고전압을 인가하였을 때, 두 도선(w1, w2) 간에 형성되는 전기력선을 나타낸 것이며, 도 6b는 대향하는 두 전극의 형상에 따른 방전 형태를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 6A shows an electric line of force formed between two conductors w1 and w2 when a high voltage is applied to two conductors w1 and w2, and FIG. 6B is a view schematically showing a discharge pattern according to the shape of two opposing electrodes to be.
도 6a에 도시된 바와 같이, 곡률 반경(r1)이 큰 도선(w1)에서의 전기력선 밀도는 상대적으로 곡률 반경(r2)이 작은 도선(w2)에서의 전기력선 밀도보다 작다. 이는 전계 강도가 작음을 의미하며, 전계 강도가 작으면 방전의 발생 확률이 낮다. 다시 말하면, 상대적으로 작은 곡률 반경(r2)을 갖는 도선(w2)에서 상대적으로 큰 곡률 반경(r1)을 갖는 도선(w1)에서보다 방전이 발생할 확률이 높다.As shown in Fig. 6A, the density of the electric lines of force in the conductor w1 with a large radius of curvature r1 is smaller than the density of electric lines in the conductor w2 with a relatively small radius of curvature r2. This means that the electric field intensity is small, and the probability of occurrence of discharge is low if the electric field intensity is small. In other words, in the conductor w2 having a relatively small radius of curvature r2, the probability of discharge is higher than in the conductor w1 having a relatively large radius of curvature r1.
예를 들어, 두 도선(w1, w2)의 곡률 반경(r1, r2)이 매우 작은 핀형의 전극인 경우에는, 선단 부분에서의 전계 강도가 매우 커지므로, 방전이 쉽게 발생한다. 반면, 두 도선(w1, w2)의 곡률 반경(r1, r2)이 무한대인 평판의 전극인 경우에는, 전계 강도가 매우 작아져 방전이 쉽게 발생하지 않는다. For example, when the curvature radii r1 and r2 of the two conductors w1 and w2 are very small pin-shaped electrodes, the electric field intensity at the tip portion becomes very large, so that discharge easily occurs. On the other hand, in the case where the curvature radii r1 and r2 of the two wires w1 and w2 are planar electrodes having an infinite length, the electric field intensity becomes very small and discharge does not easily occur.
도 6b에 도시된 바와 같이, 대향하는 두 전극 간의 간격(G)이 동일한 경우, 방전 형태와 양상은 각 전극의 형상(곡률 반경)에 의존한다.As shown in Fig. 6B, when the gap G between the opposing electrodes is the same, the discharge mode and the mode depend on the shape (radius of curvature) of each electrode.
예를 들어, 대향하는 두 전극(Ea1, Eb1)이 각각 곡률 반경이 매우 작은 핀형의 전극이거나, 대향하는 두 전극(Ea2, Eb2) 중 어느 하나(Ea2)는 곡률 반경이 상대적으로 작은 원형의 전극이고 다른 하나(Eb2)는 곡률 반경이 무한대인 평판 전극인 경우, 곡률 반경이 작은 전극의 선단 부분에서 전계 강도가 커지므로, 방전이 쉽게 발생한다. 이때, 대향하는 두 전극(Ea1, Eb1)이 각각 핀형의 전극인 경우에, 대향하는 두 전극(Ea2, Eb2)이 각각 원형 및 평판 전극인 경우보다 쉽게 방전이 발생한다. 반면, 대향하는 두 전극(Ea3, Eb3)이 각각 곡률 반경이 무한대인 평판 전극인 경우, 전계 강도가 매우 작아져 방전이 쉽게 발생하지 않는다.For example, the opposite electrode Ea1 or Eb1 may be a pin-shaped electrode having a very small radius of curvature, or one of the two electrodes Ea2 and Eb2 facing each other may be a circular electrode having a relatively small radius of curvature And the other electrode Eb2 is a flat plate electrode having an infinite radius of curvature, the electric field intensity at the tip of the electrode with a small radius of curvature becomes large, so that discharge easily occurs. At this time, when the opposing two electrodes Ea1 and Eb1 are each a pin-shaped electrode, discharging occurs more easily than when the opposing two electrodes Ea2 and Eb2 are circular and flat electrode, respectively. On the other hand, when the opposing two electrodes Ea3 and Eb3 are flat electrodes each having a radius of curvature infinite, the electric field intensity becomes very small, and discharge does not easily occur.
일반적으로, 전극을 기계 가공하는 경우, 곡률 반경을 무한소 또는 무한대로 가공하는데 한계가 있다. 대향하는 두 전극이 소정의 곡률 반경을 갖도록 제작되는 경우, 곡률 반경과 전하량의 상관 관계를 통해서 전계 강도(단위 거리 당 전압) 값이 구해지며, 구해진 전계 강도 값이 매질의 유전 계수보다 크면 절연 파괴가 생겨 방전이 발생하고 유전 계수보다 작으면 방전이 발생하지 않는다.In general, when the electrode is machined, there is a limit in processing the radius of curvature to infinite or infinite. When the opposing two electrodes are fabricated to have a predetermined radius of curvature, the electric field intensity (voltage per unit distance) is obtained through the correlation between the radius of curvature and the electric charge amount. If the electric field strength value obtained is larger than the dielectric constant of the medium, Discharge occurs. When the dielectric constant is smaller than the dielectric coefficient, discharge does not occur.
즉, 전극에 인가된 고전압이 일정할 때, 곡률 반경이 상대적으로 큰 전극의 전계 강도는 매질의 유전 계수보다 작아 방전이 발생하지 않지만, 곡률 반경이 상대적으로 작은 전극의 전계 강도는 매질의 유전 계수보다 커져 방전이 쉽게 발생할 수 있다. 이러한 조건은 진공 상태에서는 성립하지 않고, 대기압 상태에서만 성립한다.That is, when the high voltage applied to the electrode is constant, the electric field strength of the electrode having a relatively large radius of curvature is smaller than the dielectric constant of the medium, so that the electric field strength of the electrode having a relatively small radius of curvature, The discharge can easily occur. This condition does not hold in the vacuum state but only in the atmospheric pressure state.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 각각 일정한 곡률 반경을 갖는다.Accordingly, the
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 일정한 곡률반경을 갖는 원호 형상일 수 있으나 이에 한정되지 않고 공기 유입구에서 큰 곡률반경을 갖고 플라즈마 방출구에서 작은 곡률 반경을 가질 수 있다. 이와 반대로, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 공기 유입구에서 작은 곡률반경을 갖고 플라즈마 방출구에서 큰 곡률 반경을 가질 수 있다.The
이때, 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)의 형상은 대기압 벌크 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 범위 내에서 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 간의 간격, 인가된 고전압의 크기, 주입된 공기의 유량 및 주파수 등을 고려하여 결정될 수 있다.At this time, the shape of the
이하, 도 7 내지 도 12, 및 표 1 내지 표 5를 참조하여, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 간의 간격, 인가된 고전압의 크기, 주입된 공기의 유량에 따른 방전 양상에 대하여 설명한다. 이때, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 고전압의 주파수는 상용 주파수(60Hz)이다.7 to 12 and Tables 1 to 5, the relationship between the distance between the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)의 플라즈마 방전을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8는 방전 전압에 따른 전극 거리를 나타낸 그래프이다. 이때, 공기의 흐름은 없는 것으로 가정한다.FIG. 7 is a schematic view illustrating a plasma discharge of the
도 7에 도시된 바와 같이, 하우징(30)의 공기 유로를 통한 공기의 흐름이 없을 때, 즉, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 사이에서 유량(단위 시간 당 단위 면을 흐르는 유체의 체적)이 0일 때, 플라즈마 전압 전극(12)에 소정의 방전 전압을 인가하면, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 최단 거리 대향점(Op1, Op2) 사이에서 아크 방전(p0)이 발생한다. 7, when there is no air flow through the air flow path of the
예를 들어 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이의 최단 거리를 전극 거리(d)라고 정의하는 경우, 전극 거리(d)는 소정의 곡률 반경을 갖는 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극 (13)의 가장 인접한 두 점(op1, op2) 사이의 거리이다.For example, in the case where the shortest distance between the
플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압에 따른 전극 거리(d)의 값은 표 1과 같다.The values of the electrode distance d according to the discharge voltage applied to the
표 1에서 HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, dm은 안정된 방전이 발생할 때의 전극 거리를, dmx는 방전이 유지되는 최대 전극 거리를 의미한다. In Table 1, HV denotes a discharge voltage applied to the
표 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하우징(30)에 공급되는 공기가 없을 때, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 증가할수록 전극 거리(dm) 및 최대 전극 거리(dmx)가 증가한다.As shown in Table 1 and FIG. 8, as the discharge voltage HV applied to the
상세하게는, 플라즈마 전압 전극(12)에 4.5kV의 방전 전압(HV)을 인가한 경우, 안정된 방전이 발생할 때의 전극 거리(d0)는 2.0mm이고, 전극 거리(d0)가 2.1mm를 초과하면 방전이 소멸한다. 또한, 플라즈마 전압 전극(12)에 8.0kV의 방전 전압(HV)을 인가한 경우, 안정된 방전이 발생할 때의 전극 거리(d1)는 3.67mm이고, 전극 거리(d1)가 3.8mm를 초과하면 방전이 소멸한다. 또한, 플라즈마 전압 전극(12)에 11.3kV의 방전 전압(HV)을 인가한 경우, 안정된 방전이 발생할 때의 전극 거리(d2)는 5.3mm이고, 전극 거리(d2)가 5.4mm를 초과하면 방전이 소멸한다.Specifically, when a discharge voltage (HV) of 4.5 kV is applied to the
다시 말하면, 방전 전압(HV)이 4.5kV인 경우 방전이 유지되는 최대 전극 거리(d0x)는 2.1mm이고, 방전 전압(HV)이 8.0kV인 경우 최대 전극 거리(d1x)는 3.8mm이며, 방전 전압(HV)이 11.3kV인 경우 최대 전극 거리(d2x)는 5.4mm이다.In other words, the maximum electrode distance d0x at which the discharge is maintained when the discharge voltage HV is 4.5 kV is 2.1 mm, the maximum electrode distance d1x when the discharge voltage HV is 8.0 kV is 3.8 mm, And the maximum electrode distance d2x when the voltage HV is 11.3 kV is 5.4 mm.
따라서, 공기의 흐름이 없는 경우, 초기 방전(p0)은 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 대향점(Op1, Op2) 사이에서 발생하며, 방전 전압(HV)이 높을수록 전극 거리(d)를 증가시킬 수 있으므로, 플라즈마 전압 전극(12), 플라즈마 접지 전극(13) 및 하우징(30)의 설계 자유도를 높일 수 있다.Therefore, in the absence of air flow, the initial discharge p0 occurs between the opposed points Op1 and Op2 between the
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)의 유량에 따른 방전에 의해 발생된 플라즈마를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)의 플라즈마 방전을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 11은 진공 직류 방전에서 글로우 방전과 아크 방전의 전류-전압 그래프이며, 도 12는 방전 전압 및 유량에 따른 방전 거리를 나타낸 그래프이고, 도 13은 방전 전압에 따른 최대 방전 거리에서의 유량을 나타낸 그래프이다. FIG. 9 is a schematic view illustrating a plasma generated by a discharge according to a flow rate of a
도 9에 도시된 바와 같이, 하우징(30)의 공기 유로를 통해 공기가 유입되는 경우, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이에서 발생하는 방전 프로파일은 직선형에서 정점을 갖는 V자형 또는 U자형으로 변화한다. 이때, 공기의 유량이 클수록, 즉, 유속이 증가할수록 그 정점은 공기의 흐름 방향으로 이동하는 양상을 보인다. 즉, 공기의 유량이 증가할수록 방전 거리가 증가한다.9, when air flows through the air flow path of the
상세하게는, 공기의 흐름이 없는 경우, 즉, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 사이에서 유량이 0일 때, 초기 방전 프로파일(p0)은 실질적으로 직선형이지만, 유량이 증가할수록 방전 프로파일(p1, p2)은 정점(F1, F2)을 갖는 V자형 또는 U자형으로 변화하며, 그 정점(F1, F2)은 공기의 흐름 방향으로 점차 이동한다.Specifically, when there is no air flow, that is, between the
예를 들어, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 간의 방전 프로파일(p0, p1, p2)의 전체 길이를 방전 거리(D)라고 정의하는 경우, 유량이 0일 때의 방전 거리(D)는 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 간의 전극 거리(d)와 실질적으로 동일하고, 하우징(30)의 공기 유로를 통해 공기가 유입되는 경우, 즉, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이에서 유량이 0이 아닐 때의 방전 거리(D)는 정점(F1, F2)을 기준으로 전개된 양변의 길이의 합과 같다. 이때, 상대적으로 유량이 큰 프로파일(p2)의 방전 거리(D)가 상대적으로 유량이 작은 프로파일(p1)의 방전 거리(D)보다 크다. 이는 유입된 공기의 유량이 증가함에 따라 필라멘트 형상의 방전대가 두 전극(12, 13) 사이의 최단 거리 접선을 기준으로 공기의 흐름 방향으로 이동하기 때문이다.For example, when the total length of the discharge profiles (p0, p1, p2) between the
따라서, 방전 전압(HV)을 일정하게 유지한 상태에서 송풍팬(40)을 통해 유입되는 공기의 유량을 증가시키면 방전 거리(D)를 증가시킬 수 있다. 그러나, 유량을 더욱 증가시키면 어느 시점부터는 방전이 소멸되는데, 이는 방전 거리(D)가 크게 증가하고 방전 프로파일의 정점이 급격히 이동함으로써 방전을 유지할 수 있는 전위차가 유지되지 않기 때문이다. Therefore, if the flow rate of the air flowing through the blowing
도 11에 도시된 바와 같이, 극미소의 전류에서도 전압이 문턱치(Vth)를 초과하면 방전이 개시된다. 이후 전압이 다소 감소하고 전류가 증가하여, 전압이 안정적으로 유지되는 구간에서는 안정된 글로우 방전(Gn)이 나타난다. 이후 전압이 급격히 증가하면 비정상 글로우 방전(Ga)이 발생하고, 여기서 전류가 계속 증가하면 전압이 급격히 감소하면서 아크 방전 구간(Ac)으로 전이된다.As shown in Fig. 11, when the voltage exceeds the threshold Vth even at the very small current, the discharge is started. After that, the voltage decreases somewhat and the current increases, and a stable glow discharge (Gn) appears in the section where the voltage is stably maintained. Then, when the voltage is rapidly increased, an abnormal glow discharge (Ga) is generated. When the current continuously increases, the voltage is rapidly reduced and transitioned to the arc discharge interval Ac.
예를 들어, 도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이에서 아크 방전이 일어나는 영역을 제1 영역(A1)이라고 정의하고, 대기압 벌크 플라즈마(P)가 분사되는 영역을 제2 영역(A2)이라고 정의할 때, 제1 영역(A1)에서는 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)사이의 전위차가 상대적으로 크고 전류가 불안정하게 흐르며, 이는 도 10의 아크 방전 구간(Ac)에 대응된다. 반면, 제2 영역(A2)에서는 제1 영역(A1)을 벗어나면서 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 전위차가 감소하고, 일정한 전압이 가해진 상태로 전류가 급격히 강하하며, 이는 도 10의 안정된 글로우 방전 구간(Gn)에 대응된다.9, a region where an arc discharge occurs between the
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)는 제1 영역(A1)에서 아크 방전이 발생하고, 제2 영역(A2)에서는 글로우 방전인 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생하며, 제2 영역(A2)을 벗어나면 전압의 영향을 받지 않으므로 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생하지 않는다. That is, in the
안정적인 대기압 벌크 플라즈마(P)를 발생시키기 위하여, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)은 각각 소정의 곡률 반경(r)을 가지며, 소정 거리만큼 이격되어 배치된다. 이때, 곡률 반경(r)은 단면 상에서 각 전극(12, 13)의 외면을 기준으로 한다.In order to generate a stable atmospheric-pressure bulk plasma P, the
구체적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극 (13) 사이의 최단 거리를 전극 거리임과 동시에 제1 거리(d)라고 정의하고, 플라즈마 방출구에서 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이의 거리를 제2 거리(d`)라고 정의할 때, 제2 거리(d`)는 제1 거리(d)의 1.5 내지 3배일 수 있다.Specifically, as shown in Fig. 9, the shortest distance between the
또한, 제1 거리(d)는 곡률 반경(r)의 0.5 내지 3배일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)의 곡률 반경(r)이 상대적으로 크게 형성됨으로써 제1 거리(d)가 곡률 반경(r)의 0.5배보다 작은 경우, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이의 전계 강도가 상대적으로 작아져 아크 방전이 쉽게 발생하지 않는다. 반면, 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)의 곡률 반경(r)이 상대적으로 작게 형성됨으로써 제1 거리(d)가 곡률 반경(r)의 3배보다 큰 경우, 아크 방전은 쉽게 발생할 수 있으나, 아크 방전이 글로우 방전으로 전이되는데 어려움이 있다. 즉, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 사이의 제1 거리(d)가 곡률 반경(r)의 0.5 내지 3배로 설정되어, 안정적인 대기압 벌크 플라즈마(P)를 발생시킬 수 있다.Also, the first distance d may be 0.5 to 3 times the radius of curvature r. For example, when the first distance d is less than 0.5 times the curvature radius r by forming the relatively large curvature radius r of the
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 거리(d)는 곡률 반경(r)의 2배일 수 있다. 다시 말하면, 플라즈마 전압 전극(12)의 곡률 반경(r)과 플라즈마 접지 전극(13)의 곡률 반경(r)의 합은 제1 거리(d)와 실질적으로 동일할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 동일한 곡률 반경(r)을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 각각 다른 곡률 반경을 가질 수 있으며, 또한, 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13) 중 어느 하나는 곡률 반경이 무한대인 평판의 전극일 수도 있다.In particular, the first distance d according to an embodiment of the present invention may be twice the radius of curvature r. In other words, the sum of the curvature radius r of the
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구 방향으로 위치에 따라 다른 곡률반경을 가질 수 있다.The
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구로 갈수록 작은 곡률 반경을 갖는다. 즉, 공기 유입구에서 플라즈마 방출구로 향하여 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 곡률 반경(r)은 플라즈마 전압전극(12)과 플라즈마 접지전극(13)사이의 최단거리인 제1 거리(d)의 2배에서 0.3배로 점차 감소한다. 이에 따라, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)사이의 최단 거리인 제 1 거리(d)의 위치는 플라즈마 전압 전극(12) 또는 플라즈마 접지 전극(13)의 중앙보다 플라즈마 방출구에 가깝게 편재된다.Referring to FIG. 10, the
도 10과 달리, 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 전압 전극(12) 및 플라즈마 접지 전극(13)은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구로 갈수록 큰 곡률 반경을 갖고 플라즈마 방출구에서 다시 작은 곡률반경을 가질 수 있다. 갖는다. 예를 들어, 공기 유입구에서 플라즈마 방출구를 향하여 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)의 곡률 반경(r)은 플라즈마 전압전극(12)과 플라즈마 접지전극(13)사이의 최단거리인 제1 거리(d)의 0.3배에서 10배로 증가하다가 플라즈마 방출구에서 다시 2배로 감소할 수 있다. 이에 따라, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)사이의 최단 거리인 제 1 거리(d)의 위치는 플라즈마 전압 전극(12) 또는 플라즈마 접지 전극(13)의 중앙보다 플라즈마 공기 유입구에 가깝게 편재될 수 있다.10, the
플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)사이에서 발생되는 아크 방전이 주파수와 인가전압에 따라 다양한 위치에서 발생되기 때문에, 플라즈마 발생부(10)은 아크 방전에서 글로우 방전으로 안정적으로 전이될 수 있게 한다.Since the arc discharge generated between the
제2 영역(A2)에서 아크 전이 글로우 방전인 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생하기 위해서는 제1 영역(A1)에서 방전이 안정적으로 발생되어야 한다. 이때, 방전이 소멸되기 직전의 방전 거리(D)가 현재 유입되는 공기 유량에서 방전을 유지할 수 있는 최대 거리이며, 이를 최대 방전 거리라고 정의한다.In order to generate the atmospheric pressure bulk plasma P which is the arc transfer glow discharge in the second region A2, the discharge must be stably generated in the first region A1. At this time, the discharge distance D immediately before the discharge is extinguished is a maximum distance at which the discharge can be maintained at the current flow rate of the air, and this is defined as the maximum discharge distance.
플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압 및 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량에 따른 최대 방전 거리의 값은 표 2와 같다.The discharge voltage applied to the
(M(m3/sec)=0)Dm (mm)
(M (m3 / sec) = 0)
(M(m3/sec)≠0)Dmx? (Mm) = Dm +? Dmx
(M (
(M = 8.0)D0x? = D0 +? D0x = 6.0
(M = 8.0)
(M = 14.9)D1x` = D1 + ΔD1x = 11.0
(M = 14.9)
(M = 21.4)D2x? = D2 +? D2x = 15.9
(M = 21.4)
표 2에서 HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, M은 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량을, Dm은 유량이 0일 때 안정된 초기 방전 거리를, ?Dm은 유량이 0이 아닐 때 방전 거리의 최대 변화량을, Dmx`는 유량이 0이 아닐 때 방전이 유지되는 최대 방전 거리를 의미한다. 이때, 유량이 0일 때의 초기 방전 거리(Dm)는 표 1의 전극 거리(dm)와 실질적으로 동일하다. 또한, 초기 방전 거리(Dm)는 도 9의 초기 방전 프로파일(P0)의 길이에 대응되고, 최대 방전 거리(Dmx`)는 최대 방전 프로파일의 길이에 대응된다.In Table 2, HV denotes a discharge voltage applied to the
표 2 및 도 12에 도시된 바와 같이, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 일정할 때, 하우징(30)의 공기 유로를 통해 공기가 유입되면, 즉, 유량(M)이 0이 아니면 방전 거리는 증가하고, 유량(M)이 계속 증가하여 특정 값을 초과하면 방전이 소멸된다. 상기한 바와 같이, 방전이 소멸되기 직전의 방전 거리가 최대 방전 거리(Dmx`)이다. 이때, 플라즈마 전압 전극(2a)에 인가되는 방전 전압(HV)이 증가할수록, 최대 방전 거리(Dmx`) 및 최대 방전 거리(Dmx`)일 때의 유량(M)이 증가한다.12, when the discharge voltage HV applied to the
상세하게는, 플라즈마 전압 전극(12)에 4.5kV의 방전 전압(HV)을 인가한 경우, 공기를 공급하지 않은 상태에서의 초기 방전 거리(D0)는 2.0mm이고, 공기의 유량(M)을 8.0m3/sec로 공급하는 경우의 최대 방전 거리(D0x` = D0 + ΔD0x)는 6.0 mm이다. 즉, 방전 전압(HV)이 4.5kV일 때, 공기의 유량(M)이 8.0m3/sec를 초과하면 방전이 소멸된다.Specifically, when a discharge voltage (HV) of 4.5 kV is applied to the
또한, 플라즈마 전압 전극(12)에 8.0kV의 방전 전압(HV)을 인가한 경우, 공기를 공급하지 않은 상태에서의 초기 방전 거리(D1)는 3.67mm이고, 공기의 유량(M)을 14.9m3/sec로 공급하는 경우의 최대 방전 거리(D1x` = D1 + ΔD1x)는 11.0mm이다. 즉, 방전 전압(HV)이 8.0kV일 때, 공기의 유량(M)이 14.9m3/sec를 초과하면 방전이 소멸된다.When the discharge voltage HV of 8.0 kV is applied to the
또한, 플라즈마 전압 전극(12)에 11.3kV의 방전 전압(HV)을 인가한 경우, 공기를 공급하지 않은 상태에서의 초기 방전 거리(D2)는 5.3mm이고, 공기의 유량(M)을 21.4m3/sec으로 공급하는 경우의 최대 방전 거리(D2x` = D2 + ΔD2x)는 15.9mm이다. 즉, 방전 전압(HV)이 11.3kV일 때, 공기의 유량(M)이 21.4m3/sec를 초과하면 방전이 소멸된다.When the discharge voltage (HV) of 11.3 kV was applied to the
따라서, 일정한 유량(M)에서 방전 전압(HV)이 클수록 방전을 유지하는데 유리하며, 유입팬(40)으로부터 유입되는 공기의 유량(M)에 맞추어 방전 전압(HV)을 조절하거나 방전 전압(HV)에 맞추어 공기의 유량(M)을 조절할 수 있다. 또한, 전극 거리(d), 방전 전압(HV) 및 유량(M)에 따라, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)가 적절한 범위 내에서 결정될 수 있다.Accordingly, it is advantageous to maintain discharge as the discharge voltage HV increases at a constant flow rate M, and the discharge voltage HV can be adjusted in accordance with the flow rate M of the air flowing in from the
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)의 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)은 약 1.2 내지 약 3.5일 수 있다. 여기서, 초기 방전 거리(Dm)은 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)사이의 최단 거리인 제 1 거리(d)와 실질적으로 동일하다.The ratio Dmx '/ Dm between the initial discharge distance Dm and the maximum discharge distance Dmx' of the
특히, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압의 주파수가 상용 주파수(60Hz)일 때, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)은 약 2.5 내지 약 3.5일 수 있다. 예를 들어, 표 2로부터, 방전 전압(HV)에 따라, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율은 각각 D0x`/D0 = 3.0, D1x`/D1 = 2.997, D2x`/D2 = 2.62임을 알 수 있다. 따라서, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압의 주파수가 상용 주파수(60Hz)일 때, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)이 약 2.5 내지 약 3.5의 범위이면 적절한 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생될 수 있다.Particularly, when the frequency of the discharge voltage applied to the
플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV) 및 전극 거리(d)가 일정할 때, 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량에 따른 방전 거리의 값은 표 3 및 표 4와 같다.The values of the discharge distances according to the flow rates of the air introduced through the air flow paths of the
표 3에서 HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, M은 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량을, Dmn`은 유량에 따른 방전 거리를 의미한다. 이때, D0는 초기 방전 거리이고, d0는 전극 거리이며, D0x`는 최대 방전 거리이다.In Table 3, HV denotes a discharge voltage applied to the
플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV) 및 전극 거리(d0)가 일정할 때, 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량(M)이 증가할수록 방전 거리(Dmn`)가 증가한다.When the discharge voltage HV and the electrode distance d0 applied to the
표 3과 같이, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 4.5kV로 일정하고 전극 거리(d0)가 2.0mm로 일정한 경우, 유량(M)이 0일 때의 초기 방전 거리(D0)는 2.0mm이고, 유량(M)이 2.0m3/sec일 때의 방전 거리(D01`)는 3.1mm이고, 유량(M)이 5.0m3/sec일 때의 방전 거리(D02`)는 4.5mm이고, 유량(M)이 8.0m3/sec일 때의 방전 거리(D0x`)는 방전이 소멸되기 직전의 최대 방전 거리로 6.0mm이다. 다시 말하면, 방전 전압(HV)이 4.5kV일 때, 공기의 유량(M)이 8.0m3/sec를 초과하면 방전이 소멸된다.When the discharge voltage HV applied to the
마찬가지로, 표 4에서 HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, M은 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량을, Dmn`은 유량에 따른 방전 거리를 의미한다. 이때, D1는 초기 방전 거리이고, d1는 전극 거리이며, D1x`는 최대 방전 거리이다.Similarly, in Table 4, HV denotes the discharge voltage applied to the
표 4와 같이, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 8.0kV로 일정하고 전극 거리(d1)가 3.67mm로 일정한 경우, 유량(M)이 0일 때의 초기 방전 거리(D1)는 3.67mm이고, 유량(M)이 7.5m3/sec일 때의 방전 거리(D11`)는 5.3mm이고, 유량(M)이 11.0m3/sec일 때의 방전 거리(D12`)는 7.7mm이고, 유량(M)이 14.9m3/sec일 때의 방전 거리(D1x`)는 방전이 소멸되기 직전의 최대 방전 거리로 11.0mm이다. 다시 말하면, 방전 전압(HV)이 8.0kV일 때, 공기의 유량(M)이 14.9m3/sec를 초과하면 방전이 소멸된다.When the discharge voltage HV applied to the
즉, 방전 전압(HV)과 전극 거리(d)가 일정할 때, 유량(M)을 증가시키면, 초기 방전 거리(Dm)보다 방전 거리(Dmn`)가 증가하고, 방전 거리(Dmn`)가 최대 방전 거리(Dmx`)를 초과하면 방전이 지속되지 않고 소멸된다. 다만, 이때 방전 전압(HV)을 증가시키면 다시 방전이 발생할 수 있다.That is, when the flow rate M is increased when the discharge voltage HV and the electrode distance d are constant, the discharge distance Dmn 'is larger than the initial discharge distance Dm and the discharge distance Dmn' If the maximum discharge distance (Dmx < 1 >) is exceeded, the discharge does not continue but disappears. However, if the discharge voltage (HV) is increased at this time, the discharge may occur again.
플라즈마 전압 전극(2a)에 인가되는 방전 전압(HV)에 따른 최대 방전 거리(Dmx`) 및 최대 방전 거리(Dmx`)일 때의 유량(M)은 표 5와 같다.The maximum discharge distance Dmx` according to the discharge voltage HV applied to the plasma voltage electrode 2a and the flow rate M at the maximum discharge distance Dmx` are shown in Table 5.
표 5 및 도 13에 도시된 바와 같이, 방전 전압(HV)이 8.0kV이고 유량(M)이 14.9m3/sec일 때의 최대 방전 거리(D1x`)는 11.0mm이고, 유량(M)이 14.9m3/sec보다 커지면 방전은 소멸된다. 이때, 방전 전압(HV)을 8.4kV로 증가시키면, 다시 방전이 발생하고, 유량(M)이 16.2m3/sec보다 커지면 방전이 다시 소멸된다. 마찬가지로, 방전이 소멸된 상태에서 방전 전압(HV)을 9.3kV로 증가시키면, 다시 방전이 발생하고, 유량(M)이 17m3/sec보다 커지면 방전이 다시 소멸된다.As shown in Table 5 and FIG. 13, when the discharge voltage HV is 8.0 kV and the flow rate M is 14.9
방전 전압(HV)이 8.4kV이고 유량(M)이 16.2m3/sec일 때의 최대 방전 거리(D3x`)는 12.2mm이고, 방전 전압(HV)이 9.3kV이고 유량(M)이 17.0m3/sec일 때의 최대 방전 거리는 13.6mm이다. 즉, 방전 전압(HV)이 클수록 최대 방전 거리(Dmx`) 및 최대 방전 거리(Dmx`)일 때의 유량(M)이 증가한다.The maximum discharge distance D3x` when the discharge voltage HV is 8.4 kV and the flow rate M is 16.2 m3 / sec is 12.2 mm, the discharge voltage HV is 9.3 kV, the flow rate M is 17.0 m3 / sec, the maximum discharge distance is 13.6 mm. That is, the larger the discharge voltage HV, the larger the flow rate M when the maximum discharge distance Dmx 'and the maximum discharge distance Dmx'.
이하, 도 14, 도 15, 표 6 및 표 7을 참조하여, 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 간의 간격, 인가된 고전압의 크기, 주입된 공기의 유량 및 주파수에 따른 방전 양상에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 14, 15, 6, and 7, it is assumed that the distance between the
도 14은 주파수에 따른 최대 방전 거리를 나타낸 그래프이고, 도 15는 방전 전압, 주파수 및 유량에 따른 방전 거리를 나타낸 그래프이며, 방전 전압 및 방전 전압의 주파수에 따른 최대 방전 거리의 값은 표 6과 같다.FIG. 14 is a graph showing the maximum discharge distance according to frequency, FIG. 15 is a graph showing the discharge distance according to the discharge voltage, frequency and flow rate, and the maximum discharge distance value according to the discharge voltage and the frequency of the discharge voltage, same.
표 6에서 HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, Dmx`는 최대 방전 거리를, f는 방전 전압의 주파수를 의미한다.In Table 6, HV denotes the discharge voltage applied to the
표 6 및 도 14에 도시된 바와 같이, 방전 전압(HV)의 크기가 일정할 때, 방전 전압의 주파수(f)가 작을수록 최대 방전 거리(Dmx`)는 증가한다.As shown in Table 6 and FIG. 14, when the magnitude of the discharge voltage HV is constant, the smaller the frequency f of the discharge voltage is, the larger the maximum discharge distance Dmx` increases.
상세하게는, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 4.5kV로 일정한 경우, 주파수(f)가 20kHz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 2.2mm이고, 주파수(f)가 10kHz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 3.2mm이며, 주파수(f)가 60Hz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 6.0mm이다.In detail, when the discharge voltage HV applied to the
또한, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 8.0kV로 일정한 경우, 주파수(f)가 20kHz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 3.5mm이고, 주파수(f)가 10kHz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 5.5mm이며, 주파수(f)가 60Hz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 11.0mm이다.When the discharge voltage HV applied to the
또한, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압(HV)이 11.3kV로 일정한 경우, 주파수(f)가 20kHz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 4.6mm이고, 주파수(f)가 10kHz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 7.8mm이며, 주파수(f)가 60Hz일 때의 최대 방전 거리(Dmx`)는 15.9mm이다.When the discharge voltage HV applied to the
이때, 도 14을 참조하면, 주파수(f)가 상대적으로 높을 때의 기울기보다 주파수(f)가 상대적으로 낮을 때의 기울기가 더 큰 것을 알 수 있다. 즉, 주파수(f)가 낮을 때, 방전 전압(HV)에 따른 최대 방전 거리(Dmx`)의 변화량이 크다.Referring to FIG. 14, it can be seen that the slope when the frequency f is relatively low is larger than the slope when the frequency f is relatively high. That is, when the frequency f is low, the amount of change of the maximum discharge distance Dmx` according to the discharge voltage HV is large.
플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압, 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량 및 교류 전원(11)의 주파수에 따른 최대 방전 거리의 값은 표 7과 같다.The discharge voltage applied to the
(M(m3/sec)=0)Dm (mm)
(M (m3 / sec) = 0)
(M≠0)Dmx` (mm)
(M ≠ 0)
(M=0)Dm (mm)
(M = O)
(M≠0)Dmx` (mm)
(M ≠ 0)
(M = 8)D0x` = 2.2
(M = 8)
(M = 8)D0x = 6.0
(M = 8)
(M = 14.9)D1x = 3.5
(M = 14.9)
(M = 14.9)D1x = 11.0
(M = 14.9)
(M = 21.4)
(M = 21.4)
(M = 21.4)D2x = 15.9
(M = 21.4)
표 7에서 HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, M은 하우징(30)의 공기 유로를 통해 유입된 공기의 유량을, Dm은 유량이 0일 때 안정된 초기 방전 거리를, Dmx`는 유량이 0이 아닐 때 방전이 유지되는 최대 방전 거리를, f는 방전 전압의 주파수를 의미한다.In Table 7, HV denotes a discharge voltage applied to the
표 7 및 도 15에 도시된 바와 같이, 각각의 방전 전압(HV)에 대하여, 상대적으로 주파수(f)가 낮은 60Hz의 전원에서의 방전 거리가 상대적으로 주파수(f)가 높은 20kHz의 전원에서의 방전 거리보다 공기의 유량(M)에 더 민감하게 영향을 받는다. As shown in Table 7 and FIG. 15, for each discharge voltage (HV), the discharge distance at a 60-Hz power supply with a relatively low frequency (f) Is more sensitive to the air flow rate (M) than the discharge distance.
다시 말하면, 주파수(f)가 20kHz인 경우 최대 방전 거리(Dmx`)와 초기 방전 거리(Dm)의 차가 방전 전압(HV)에 따라 각각 0.6mm, 0.7mm 및 0.9mm인 반면, 주파수(f)가 60Hz인 경우 최대 방전 거리(Dmx`)와 초기 방전 거리(Dm)의 차는 방전 전압(HV)에 따라 각각 4.0mm, 7.33mm 및 10.6mm이다.In other words, the difference between the maximum discharge distance Dmx 'and the initial discharge distance Dm when the frequency f is 20 kHz is 0.6 mm, 0.7 mm and 0.9 mm, respectively, according to the discharge voltage HV, The difference between the maximum discharge distance Dmx` and the initial discharge distance Dm when the voltage is 60 Hz is 4.0 mm, 7.33 mm and 10.6 mm, respectively, according to the discharge voltage HV.
따라서, 방전 전압(HV)의 주파수(f)가 증가하면, 공기 유로를 통해 유입되는 공기의 유량(M)과 최대 아크 방전 프로파일의 길이(Dmx`)의 비율(Dmx`/M)은 감소한다.Therefore, when the frequency f of the discharge voltage HV increases, the ratio Dmx '/ M of the flow rate M of the air flowing through the air flow path and the length Dmx' of the maximum arc discharge profile decreases .
표 7로부터, 주파수(f)가 20kHz인 경우, 방전 전압(HV)에 따라, 공기 유로를 통해 유입되는 공기의 유량(M)과 최대 방전 프로파일의 길이(Dmx`)의 비율(Dmx`/M)은 각각 D0x`/M = 0.275, D1x`/M = 0.235, D2x`/M = 0.215임을 알 수 있다. 반면, 주파수(f)가 60Hz인 경우, 방전 전압(HV)에 따라, 공기 유로를 통해 유입되는 공기의 유량(M)과 최대 방전 프로파일의 길이(Dmx`)의 비율(Dmx`/M)은 각각 D0x`/M = 0.750, D1x`/M = 0.738, D2x`/M = 0.743임을 알 수 있다.From Table 7, it can be seen from Table 7 that the ratio (Dmx` / M (Mm)) of the flow rate M of the air flowing through the air flow path to the maximum discharge profile length Dmx` according to the discharge voltage HV when the frequency f is 20 kHz ) Are D0x` / M = 0.275, D1x` / M = 0.235 and D2x` / M = 0.215, respectively. On the other hand, when the frequency f is 60 Hz, the ratio (Dmx '/ M) of the flow rate M of the air flowing through the air flow path to the length Dmx' of the maximum discharge profile depends on the discharge voltage HV D0x` / M = 0.750, D1x` / M = 0.738 and D2x` / M = 0.743, respectively.
이는 주파수(f)가 높은 고전압 전원에서는 방전이 소멸되기 전에 전극 사이에서 새로운 방전이 발생되기 때문이다. 따라서, 주파수(f)가 높은 고전압 전원은 주파수(f)가 작은 고전압 전원에 비하여 유량(M)에 의한 영향을 적게 받는다.This is because, in a high voltage power supply having a high frequency (f), a new discharge occurs between the electrodes before the discharge disappears. Therefore, a high-voltage power supply having a high frequency f is less influenced by the flow rate M than a high-voltage power supply having a small frequency f.
한편, 주파수(f)가 20kHz인 경우, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)은 약 1.2 내지 약 1.5일 수 있다. 예를 들어, 표 7로부터, 방전 전압(HV)에 따라, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)은 각각 D0x`/D0 = 1.375, D1x`/D1 = 1.25, D2x`/D2 = 1.24임을 알 수 있다. 따라서, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압의 주파수가 20kHz일 때, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율이 약 1.2 내지 약 1.5의 범위이면 적절한 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생될 수 있다. 반면, 상기한 바와 같이, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압의 주파수가 상용 주파수(60Hz)일 때, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)이 약 2.5 내지 약 3.5의 범위이면 적절한 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생될 수 있다.On the other hand, when the frequency f is 20 kHz, the ratio (Dmx '/ Dm) of the initial discharge distance Dm to the maximum discharge distance Dmx' may be about 1.2 to about 1.5. For example, from Table 7, the ratio (Dmx` / Dm) between the initial discharge distance Dm and the maximum discharge distance Dmx` is D0x` / D0 = 1.375 and D1x` / D1 = 1.25 and D2x` / D2 = 1.24. Therefore, when the frequency of the discharge voltage applied to the
즉, 플라즈마 전압 전극(12)에 인가되는 방전 전압의 주파수(f)가 증가할수록 상기 비율(Dmx`/Dm)이 감소하며, 주파수(f)가 높은 고전압 전원은 상대적으로 주파수가 낮은 상용 주파수의 고전압 전원에 비하여 유량(M)의 영향을 덜 받음을 다시 확인할 수 있다. 이는, 고주파수를 인가할수록 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)을, 상대적으로 평면에 가깝게, 즉 곡률 반경이 크도록 설계할 수 있음을 의미한다. 즉, 인가되는 주파수(f)와 전극의 곡률 반경은 반비례한다.That is, as the frequency f of the discharge voltage applied to the
이상의 실험 결과를 토대로 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)에 적용되는 실증적인(empirical) 원리를 설명하면 다음과 같다.The empirical principle applied to the
먼저, 상기 실험 결과와 같이, 방전 전압(HV)은 두 전극(12, 13) 간의 전극 거리(d)에 비례하고, 이는 아래의 비례식 1로 정의될 수 있다.First, as shown in the experimental results, the discharge voltage HV is proportional to the electrode distance d between the two
[비례식 1] [Proportional expression 1]
HV δ·dHV δ · d
비례식 1에서, HV는 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, δ는 두 전극(12, 13) 간의 유전 계수를, d는 두 전극(12, 13) 간의 전극 거리를 의미한다.In
송풍팬(40)으로부터 공기 공급이 없는 정상 상태(steady state)는 비례식 1로부터 아래의 비례식 2로 정의될 수 있다.The steady state in which there is no air supply from the blowing
[비례식 2][Proportional expression 2]
HV0 δ·D0HV0 隆 D0
비례식 2에서, HV0는 유량(M)이 0일 때 플라즈마 전압 전극(12)에 인가된 방전 전압을, D0는 유량(M)이 0일 때의 초기 방전 거리를 의미한다.In
또한, 송풍팬(40)으로부터 공기가 공급되는 경우에는 비례식 1로부터 아래의 비례식 3으로 정의될 수 있다.Further, when air is supplied from the blowing
[비례식 3][Proportional expression 3]
ΔHV δ·ΔD δ·V·t = δ·V·(1/f) = δ·(M/A)·(1/f)ΔHV δ · ΔD ? / V? t =? V / 1 / f =? M /
비례식 3에서, ?HV는 유량(M)이 0이 아닐 때 방전 전압의 변화량을, ΔD는 방전 거리의 변화량을, V는 공기의 유속을, t는 방전 전압의 펄스폭을, f는 방전 전압의 주파수를, M은 공기의 유량을, A는 공기의 통과 단면적을 의미한다.In the
일반적으로, 인가되는 고전압 전원의 주파수(f)가 크면 클수록 정현파의 펄스폭(t)은 감소한다. 즉, 주파수(f)와 펄스폭(t)은 반비례 관계이다. 또한, 일정한 단면적(A)을 가지는 통로를 통과하는 유속(V)은 유량(M)에 비례하고 단면적(A)에 반비례한다.Generally, the larger the frequency f of the applied high-voltage power supply, the smaller the pulse width t of the sine wave. That is, the frequency f and the pulse width t are in inverse proportion. Further, the flow velocity V passing through the passage having a constant cross-sectional area A is proportional to the flow rate M and inversely proportional to the cross-sectional area A. [
즉, 비례식 3을 참조하면, 방전 거리(D)는 유입되는 공기의 유속(V)과 인가되는 고전압 주파수(f)와 깊은 상관 관계가 있다.That is, referring to
이상을 일반식으로 만들기 위해서는 공기 유입이 없는 초기 정상 상태의 방전 조건과 공기 유입이 개시된 이후의 방전 조건을 함께 고려해야 한다. 따라서, 최적으로 작동하는 플라즈마 발생부(10)의 방전 전압(HV)은 아래의 비례식 4로 정의될 수 있다. In order to make the above equation, the initial steady-state discharge condition without air inflow and the discharge condition after air inflow start should be considered together. Therefore, the discharge voltage (HV) of the
[비례식 4][Proportional expression 4]
HV = HV0 + ΔHV δ·D0 + δ·ΔD δ·D0 + δ·V·t = δ·D0 + δ·V·(1/f) = δ·D0 + δ·(M/A)·(1/f)HV = HV0 + DELTA HV ? D0 +?? D (1 / f) = 隆 D0 + 隆 (M / A) 揃 (1 / f) 隆 · D0 + 隆 · V · t = 隆 · D0 +
즉, 공기 유입에 의해 변화된 방전 거리(D)는 초기 방전 거리와 방전 거리의 변화량의 합(D0 + ?D)이고, 이때 방전 거리의 변화량(?D)은 단면적(A)이 일정할 때 유입된 공기의 유량(M)에 비례하고, 방전 전압(HV)의 주파수(f)에 반비례한다.That is, the discharge distance D changed by the inflow of air is the sum (D0 +? D) of the initial discharge distance and the variation of the discharge distance (D0 +? D) Is proportional to the flow rate M of the air and is inversely proportional to the frequency f of the discharge voltage HV.
여기서, 양변에 주파수(f)를 곱하면 아래의 비례식 5로 정의될 수 있다.Here, if both sides are multiplied by the frequency (f), it can be defined as the
[비례식 5][Proportional expression 5]
f·HV f· δ·D0 + δ·(M/A)f · HV f?? D0 +? (M / A)
비례식 5를 참조하면, 일정한 주파수(f)와 방전 거리(D0)에서, 가스의 유량(M)이 증가하면, 방전을 유지하기 위해 더 큰 고전압이 요구되는 것을 알 수 있다. 즉, 방전 전압(HV)은 유량(M)에 비례한다.Referring to
또한, 두 전극(12, 13) 간에 인가되는 방전 전압(HV)의 주파수(f)가 증가할수록 글로우 방전이 유리한데, 비교적 작은 전압에서도 플라즈마가 발생하기 때문이다. 이는 마이크로웨이브를 이용하는 전자레인지와 같이 전자의 발진 효과가 고주파일수록 커지기 때문이다.Further, as the frequency f of the discharge voltage HV applied between the two
실제 상대적으로 낮은 상용 주파수의 고전압 전원을 인가하였을 때, 방전 거리(D0 + ΔD)가 유속(V)에 따라 크게 증가하나 방전이 손쉽게 소멸됨을 알 수 있었다. 반면, 상대적으로 높은 20kHz의 고주파수의 고전압 전원을 인가하였을 때, 방전 거리(D0 + ΔD)가 유속(V)에 따라 증가하는 양이 작으나 방전의 소멸이 쉽게 일어나지 않는다.When a high voltage power source with a relatively low commercial frequency is applied, the discharge distance D0 +? D increases greatly according to the flow velocity V, but the discharge easily disappears. On the other hand, when a relatively high voltage of 20 kHz is applied to a high-voltage power supply, the amount of increase of the discharge distance D0 +? D according to the flow velocity V is small, but the discharge does not easily disappear.
따라서, 안정된 방전을 유지하기 위해서는 고주파수의 고전압 전원을 이용하는 것이 유리하다.Therefore, it is advantageous to use a high-voltage power supply of high frequency in order to maintain a stable discharge.
도 16은 일반적인 이온발생부의 전극구조를 나타내는 도면이다.16 is a view showing an electrode structure of a general ion generating portion.
이온발생부(20)는 수마이크로 암페어의 전류를 갖는 직류 고전압(약 3kV)전원을 사용한다. The
이온발생부의 원리는 일반적으로 저전류의 직류고전압이 인가된 (-) 이온발생 전압 전극과 (+) 이온발생 접지 전극을 공기 중에 놓으면, 두 전극간의 직류 고전압에 의해 강한 전기장이 형성된다. 이에 따라, 공기 중에 산소가 강한 전기장에 의해 전리되어 (-) 이온발생 전압 전극 근처에서 음이온이 발생된다. 이때 발생된 음이온들이 (-) 이온발생 전압 전극으로부터 반발되어 (+) 이온발생 접지전극으로 쉽게 이동하여 음이온을 발생하는 것이다.Generally, when the (-) ion generating voltage electrode and the (+) ion generating ground electrode to which a DC high voltage of low current is applied are placed in the air, a strong electric field is formed by the DC high voltage between the two electrodes. Accordingly, oxygen is ionized in the air by a strong electric field, and negative ions are generated near the (-) ion generating voltage electrode. The anions generated at this time are repelled from the (-) ion generation voltage electrode and easily move to the (+) ion generation ground electrode to generate negative ions.
(-) 직류 전압이 첨단 형상의 (-) 이온 발생 전압 전극에 인가되면, 첨단 형상의 (-) 전압 전극과 원통형상의 (+) 이온발생 접지 전극사이에 강한 전기장이 발생된다. 이렇게 발생된 전기장 중에서 전기장이 가장 강하게 집속된 지점에서, 공기 중의 산소가 전리되어 음이온들이 발생된다. (-) direct current voltage is applied to the (-) ion generation voltage electrode of the apex shape, a strong electric field is generated between the (-) voltage electrode of the tip shape and the (+) ion generation ground electrode of the cylindrical shape. At the point where the electric field is most strongly focused in the generated electric field, oxygen in the air is ionized to generate anions.
이러한 첨단 형상의 이온발생 전압 전극의 가격은 매우 저렴하지만, 첨단 형상의 전극은 사용시간에 따라 발생되는 열과 전자방출 등의 원인으로 점차 마모된다. 그 결과, 사용시간에 따른 이온발생량이 심하게 변화되고, 유입되는 공기에 포함된 미세먼지의 정전기에 의하여 스파크가 빈번히 발생한다.The price of such a tip-shaped ion generating voltage electrode is very inexpensive, but the tip-shaped electrode gradually wears due to heat and electron emission caused by the use time. As a result, the amount of generated ions varies greatly with the use time, and sparks frequently occur due to the static electricity of fine dust contained in the inflow air.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 이온발생부를 나타내는 단면도이다. 도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 이온 발생 전극 유닛을 나타내는 사시도이다. 도 19는 도 18의 A-A'선에 따른 이온 발생 전극 유닛의 단면도이다.17 is a cross-sectional view illustrating an ion generating portion according to an embodiment of the present invention. 18 is a perspective view showing an ion generating electrode unit according to an embodiment of the present invention. 19 is a cross-sectional view of the ion generating electrode unit taken along the line A-A 'in Fig.
이온발생부(20)는 직류 전원(21)과 플라즈마 발생부(10)에서 이격되고 직류 전원(21)에 연결된 이온 발생 전극 유닛(22)을 포함한다.The
이온 발생 전극 유닛(22)은 유전체(23), 유전체(23)의 일면에 배치되는 이온 발생 전압 전극(24), 유전체(23)의 타면에 배치되는 이온 발생 접지 전극(25)을 포함한다. 또한, 이온 발생 전극 유닛(22)는 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)의 표면에 도포되는 레진층(26)을 더 포함할 수 있다.The ion generating
도 18과 도 19를 참조하면, 유전체(23)는 이온 발생 전압 전극(24) 및 이온 발생 접지 전극(25)에 비하여 큰 면적을 갖지만, 이온 발생 전압 전극(24) 및 이온 발생 접지 전극(25)과 동일한 형상을 갖는다.18 and 19, the dielectric 23 has a larger area than the ion generating
이온 발생 전극 유닛(22)는 U자형의 홈을 갖는다. 즉, 이온 발생 전압 전극(24)는 U자형의 유전체(23)의 일면에 배치되고 U자형의 홈을 갖는다. 또한, 이온 발생 접지 전극(25)는 U자형의 유전체(23)의 타면에 배치되고 U자형의 홈을 갖는다.The ion generating
이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)는 유전체(23)를 사이에 두고 서로 대향하고 있다. 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)는 홈을 형성하는 내측면에 일정한 곡률을 갖는다. The ion
이렇게 대향된 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)에 직류 고전압이 인가되면 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25) 사이에 두 전극사이에 강한 전기장이 형성되는데, 특히, 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)의 홈에서 가장 강한 전기장이 밀집된다. When a direct current high voltage is applied to the ion generating
이렇게 전기장이 밀집되는 홈은 종래의 이온 발생 전극의 첨단부처럼 전기장이 집속되는 것과 대응하는 것으로, 본 발명에 따른 이온 발생부의 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)은 전기장이 밀집되는 첨단부를 갖고 있지 않기 때문에 종래의 이온 발생 전극과 달리 마모 문제가 발생하지 않는다.The groove in which the electric field is concentrated corresponds to the convergence of the electric field like the tip of the conventional ion generating electrode. The electric field is generated between the ion generating
또한, 레진층(26), 예를 들어 에나멜이 이온 발생 전압 전극(24)과 이온 발생 접지 전극(25)의 표면에 도포되어 있기 때문에 스파크를 발생시키는 먼지가 전극들 표면에 부착되지 않는다.Further, since the
교류전원(11)이 플라즈마 발생부(10)에 교류전압을 인가하는 반면, 이온 발생 전극 유닛(22)에는 직류전원(21)으로 직류전압을 인가한다. 이에 따라, 교류전원(11)과 직류전원(21)사이에 전기적으로 상호 간섭(교류 고전압에 의한 노이즈 등)이 매우 심하기 때문에, 비교적 전압이 낮은 직류전원(21)을 사용하는 이온 발생부(20)가 빈번하게 오동작될 수 있다.The
이온 발생 전극 유닛(22)은 플라즈마 발생부(10)에서 적절한 거리로 이격되어 배치되지 않은 경우, 플라즈마에 의해 발생된 반응 활성종이 이온 발생부에서 발생된 음이온들에 의해 중성화될 확률이 매우 높아져 제균이나 살균효과를 현격히 감소시킴과 아울러 음이온들에 의한 냄새제거 효율 역시 현격히 감소시킨다.In the case where the ion generating
이에 따라, 이온 발생 전극 유닛(22)은 플라즈마 발생부(10)의 플라즈마 영향을 최소화하기 위하여 플라즈마가 발생하는 거리 이상으로 이격될 필요가 있다.Accordingly, it is necessary that the ion generating
상기 실험에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생부(10)의 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)은 약 1.2 내지 약 3.5이고, 초기 방전 거리(Dm)은 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13)사이의 최단 거리인 제 1 거리(d)와 실질적으로 동일하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 전극 유닛(22)은 플라즈마 발생부(10)로부터 플라즈마 전압전극과 플라즈마 접지전극의 최단거리의 1.2 내지 3.5배 범위로 이격되어 배치된다.The ratio Dmx '/ Dm between the initial discharge distance Dm and the maximum discharge distance Dmx' of the
예를 들어, 플라즈마 전압 전극(2a)에 인가되는 방전 전압의 주파수가 상용 주파수(60Hz)일 때, 초기 방전 거리(Dm)와 최대 방전 거리(Dmx`)의 비율(Dmx`/Dm)이 약 2.5 내지 약 3.5의 범위내에서 대기압 벌크 플라즈마(P)가 발생되므로, 이온 발생 전극 유닛(22)은 플라즈마 발생부(10)로부터 플라즈마 전압전극과 플라즈마 접지전극의 최단거리의 2.5 내지 3.5배 범위로 이격되어 배치될 수 있다.For example, when the frequency of the discharge voltage applied to the plasma voltage electrode 2a is the commercial frequency (60 Hz), the ratio (Dmx '/ Dm) of the initial discharge distance Dm to the maximum discharge distance Dmx' The atmospheric pressure bulk plasma P is generated within the range of 2.5 to about 3.5 so that the ion generating
플라즈마 발생부(10)의 최대 방전 거리는 플라즈마 전압 전극(12)과 플라즈마 접지 전극(13) 간의 간격, 인가된 고전압의 크기, 주입된 공기의 유량 및 주파수에 의하여 결정되므로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온 발생부(20)는 플라즈마 발생부(10)의 최대 방전거리에 따라 플라즈마 발생부(10)로부터 이온 발생 전극 유닛(22)을 이동시키는 이온 발생 전극 유닛 거리 조절부(미도시)을 더 포함할 수 있다.Since the maximum discharge distance of the
이온 발생 전극 유닛 거리 조절부는 이온 발생 전극 유닛(22)을 이동시키기 위하여 예를 들어 슬라이딩 기구, 기어 및 스텝모터 중 적어도 하나를 포함한다.The ion generating electrode unit distance adjusting section includes at least one of, for example, a sliding mechanism, a gear, and a step motor for moving the ion generating
이온 발생부(20)는 플라즈마 발생부(10)와 동일한 공기 유로 상에 위치하거나 플라즈마 발생부(10)의 공기 유로와 평행한 공기 유로 상에 위치할 수 있다. 이온 발생부(20)는 공기유로 상에 있는 플라즈마 방출구(32)의 연장선상에서 이격되어 위치하거나 플라즈마 방출구(32)의 연장선과 평행한 위치에 이격되어 위치할 수 있다.The
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 공기청정기의 동작을 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, an operation of the air purifier according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 2를 참조하면, 플라즈마 발생부(10)와 이온 발생부(20) 및 송풍팬(40)는 타이머 스위치(60)에 의하여 설정된 시간 동안에 전원공급부(70)에서 공급된 전력으로 교류 전원(11)과 직류 전원(21)에 의하여 동작된다. 2, the
송풍팬(40)에 의하여 유입된 공기 중에 포함된 반려동물의 털이나 먼지는 이물질 제거필터(50)에 의하여 제거되고, 플라즈마 발생부(10)는 유입된 공기를 이용하여 대기압 플라즈마(P)와 반응활성종들을 발생시킨다.The hair or dust of the companion animal contained in the air introduced by the
플라즈마 발생부(10)에 의하여 생성된 대기압 플라즈마(P)가 유입된 공기에 포함된 냄새입자 및 균들을 1차적으로 제거 및 살균, 제균하고 산소, 수분, 질소를 전리하여 다량의 다양한 반응 활성종(O*, H*, OH*, N*)을 생성시킨다. The atmospheric plasma P generated by the
또한, 이온 발생부(20)에 의해 약 200만개(측정데이터)의 다량의 음이온들이 역시 대기 중으로 확산 토출시켜 2차적으로 공기 중에 포함된 냄새를 제거한다.In addition, a large amount of anions of about 2,000,000 (measurement data) are also diffused and discharged into the atmosphere by the
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치의 성능을 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the performance of a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온발생부의 음이온발생량과 오존발생량을 측정한 사진이다. 본 발명에서 사용한 이온 카운터는 에어이온카운터(일본 에코후라본 주식회사 KEC-900)로 0 ~ 1,999,000개까지의 이온수를 카운트할 수 있는 장치이다. 오존측정기는 오존농도계(미국 ECO. Sensors, Inc. 모델: A-21ZX)로 최대 10ppm까지 측정할 수 있는 장치이다. 도 20의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이온발생부(20)는 100mm의 거리에서 최대 200만개 이상의 이온을 발생하는 것을 측정결과로부터 알 수 있다. 도 20의 (a)를 참조하면, 이온발생부(20)에 전원을 인가하지 않은 상태로 당연히 이온발생수는 0이다. 도 20의 (b)와 (c)를 참조하면, 직류 전원(21)을 인가한 상태에서 20초만에 거리 약 100mm까지는 전혀 감소가 없었다. 도 20의 (b)와 (c)에서 이온 카운터의 표시창의 값이 1인 이유는 본 발명에서 측정한 이온 카운터의 측정범위를 벗어났기 때문이다. 이와 같이 이온들이 거리에 따라 큰 변화를 가지지 않는 이유는 전기장에 의해 이온들이 가속되었기 때문으로 판단된다. 20 is a photograph showing an amount of generated negative ions and an amount of generated ozone in the ion generating part according to an embodiment of the present invention. The ion counter used in the present invention is an apparatus capable of counting 0 to 1,999,000 ionized water by an air ion counter (KEC-900, Japan Eco-Flavon Co., Ltd.). The ozone analyzer is a device capable of measuring up to 10 ppm with an ozone concentration meter (ECO. Sensors, Inc. Model: A-21ZX). 20 (a) to 20 (c), it can be seen from the measurement result that the
또한, 도 20의 (d) 내지 (f)는 본 발명의 일실시예에 따른 이온 발생부에서 발생한 오존 농도를 거리별로 측정한 결과를 나타낸다.20 (d) to 20 (f) show the result of measuring the concentration of ozone generated in the ion generating part according to an embodiment of the present invention by distance.
도 20의 (d) 내지 (f)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온발생부(20)가 얼마만큼의 오존을 발생시키는지 오존농도 측정기에 의하여 측정한 결과, 오존 농도는 이온발생부(20)의 출구 단에서 약 5분 후, 0.14ppm로 검출되었고, 출구 단에서 50mm 이격된 위치에서 약 0.01ppm, 100mm이상 이격된 위치에서 0.00ppm로 각각 검출되었다.20 (d) to 20 (f), how much ozone is generated by the
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온발생부(20)에 의해 발생되는 오존농도는 약 100mm이상 이격된 위치에서 0.00 ppm으로서, 이온 발생부(20)가 인체에 전혀 영향을 주지 않음을 알 수 있다.Accordingly, the ozone concentration generated by the
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 이용하여 E. Coli 균을 갖는 페트리 디쉬를 본 발명에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치로 처리하지 않은 시편(a)과 3분 처리한 시편(b)을 24시간 동안 배양 증식한 결과를 보여주는 사진이다.FIG. 21 is a graph showing the results of a three-minute treatment of a Petri dish having E. coli bacteria with a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention, This is a photograph showing the result of culturing the specimen (b) for 24 hours.
도 21를 참조하면, 처리된 부분은 균들이 거의 증식되지 않았는데 반해, 처리되지 않은 부분에서는 균들이 매우 많이 증식되었음을 알 수 있다. Referring to FIG. 21, it can be seen that the treated portion shows very little growth of the bacteria, while the untreated portion shows very large growth of the bacteria.
반려동물을 6마리 기르는 집에서 본 발명에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 설치하였을 때, 반려동물의 방안의 냄새와 반려동물의 배설물을 청소한 걸레로부터 발생한 냄새를 시간별로 측정한 결과는 표 8에 나타나 있다.When the plasma and anion generator according to the present invention was installed in a house where six companions were housed, the odor of the room of the companion animal and the odor generated from the mop that cleaned the companion animal's excrement were measured with time, Is shown.
작동Ion generator only
work
작동Atmospheric plasma only
work
제거8 minutes operation
remove
제거10 minutes operation
remove
완벽히 제거6 min operation
Perfect removal
완벽히 제거6 min operation
Perfect removal
표 8에서 알 수 있듯이, 이온발생부(20)를 8분간 동작하거나 플라즈마 발생부(10)를 별도로 10분 동작하였을 때, 방안의 반려동물 냄새는 제거되지만, 반려동물 배설물을 청소한 걸레의 냄새는 여전히 잔류함을 알 수 있다.As can be seen from Table 8, when the
그러나, 이온 발생부(20)와 플라즈마 발생부(10)를 동시에 동작시켰을 경우, 방안 냄새와 걸레의 냄새가 완전히 제거되었다.However, when the
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 작동시켰을 때, 동작 시간에 따른 포름 알데히드의 농도를 나타내는 그래프이다. 도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 작동시켰을 때, 동작 시간에 따른 암모니아의 농도를 나타내는 그래프이다.22 is a graph showing the concentration of formaldehyde according to the operation time when the apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention is operated. 23 is a graph showing the concentration of ammonia according to the operation time when the apparatus for generating plasma and anion according to an embodiment of the present invention is operated.
본 실험에서는 새집 증후군의 대표적인 냄새가스로 널리 알려져 있는 포름알데히드와 동물 배설물에서 냄새와 가장 비슷한 암모니아를 선택하여 실험하였다. 2가지 포름알데히드와 암모니아를 소정의 농도(밀도)로 주입한 후, (1) 2개 장치 모두 동작하지 않았을 때, (2) 플라즈마 발생부만 동작시켰을 때, (3)이온발생부만 동작시켰을 때, (4) 플라즈마 발생부와 이온발생부를 모두 작동시켰을 때, 포름 알데히드와 암모니아 농도를 측정하였다.In this experiment, ammonia most similar to smell was selected from formaldehyde and animal feces, which are widely known as representative smell gases of sick house syndrome. (2) when only the plasma generator was operated, (3) only the ion generator was operated, and (3) the plasma generator was operated only after the two types of formaldehyde and ammonia were injected at a predetermined concentration (density) (4) When both the plasma generating part and the ion generating part were operated, the formaldehyde and ammonia concentrations were measured.
도 22과 도 23을 참조하면, 플라즈마 발생부와 이온발생부를 동작시켰을 경우 약 30분까지는 90%정도 급격히 감소하다가 시간이 지남에 따라 서서히 감소되는 반면, 플라즈마 발생부와 이온발생부를 동작하지 않는 경우에는 초기 30분간은 약 16%정도 감소하다가 시간이 지남에 따라 일정함을 알 수 있다. 또한, 플라즈마 발생부와 이온 발생부를 개별적으로 동작시킨 경우보다 플라즈마 발생부와 이온 발생부를 동시에 동작시킨 경우에, 포름알데이드와 암모니아의 제거효율이 개선됨을 알 수 있다.Referring to FIGS. 22 and 23, when the plasma generating unit and the ion generating unit are operated, they are drastically reduced by about 90% until about 30 minutes, and then gradually decreased with time. On the other hand, when the plasma generating unit and the ion generating unit are not operated In the first 30 minutes is reduced by about 16%, and it is constant over time. In addition, it can be seen that the efficiency of removing formaldehyde and ammonia is improved when the plasma generating part and the ion generating part are operated simultaneously than when the plasma generating part and the ion generating part are separately operated.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 및 음이온 발생장치를 이용하여 담배연기와 냄새를 제거하는 실험을 수행한 결과를 사진기로 촬영한 사진이다.FIG. 24 is a photograph of a result of an experiment for removing cigarette smoke and smell using a plasma and anion generator according to an embodiment of the present invention. FIG.
도 24의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 한쪽 용기에 동작 중인 플라즈마 및 음이온 발생장치를 투입하고, 다른 용기에는 투입하지 않은 상태에서, 각 용기에 담배연기를 투입한 후, 용기내의 상태를 시간별로 시작, 1분 30초, 2분 30초, 3분 30초 경과 후 용기내 상태를 사진기로 촬영하였다.24 (a) to 24 (d), after the plasma and anion generator in operation is put into one vessel and the cigarette smoke is put into each vessel in a state without being put into another vessel, Was started by time, 1 minute, 30 seconds, 2 minutes and 30 seconds, and 3 minutes and 30 seconds later, the state of the container was photographed with a camera.
도 24의 (e), (f)는 실험 종료된 후 2분 경과 후, 각각의 용기 뚜껑을 연 상태를 사진기로 촬영한 사진이다.Figs. 24 (e) and 24 (f) are photographs of a state in which the lid of each container is opened after the lapse of 2 minutes from the end of the experiment, by a camera.
도 24의 (e)에 나타난 바와 같이, 플라즈마 및 음이온 발생장치를 투입한 용기의 뚜껑을 열었을 때, 잔류하는 담배연기가 유출되지 않았지만, 플라즈마 및 음이온 발생장치를 투입하지 않은 (f)에서는 용기의 뚜껑을 열었을 때, 잔류하는 담배연기가 뿌옇게 나오는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 이상의 실험 결과들로부터 본 발명에 의한 플라즈마 및 음이온 발생장치는 반려동물에서 발생한 냄새를 제거하고 유해균을 살균하는 데 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.24 (e), when the lid of the container into which the plasma and the anion generator was put was opened, the residual cigarette smoke did not flow out. In the case (f) in which the plasma and the anion generator were not supplied, When I opened the lid, I could see that the residual smoke was coming out. Therefore, from the above experimental results, it can be seen that the plasma and anion generator according to the present invention has an excellent effect for eliminating odors generated in companion animals and sterilizing harmful bacteria.
이상, 본 발명의 특정 실시예들을 첨부 도면을 참조로 설명하였으나, 이는 예시적인 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 제한하지 않으며, 본 발명에 대해서는 당업자 수준에서 다양한 변경이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and similarities.
본 발명의 각각의 구성 또는 부품의 형상, 크기, 위치, 개수 및 재질은 일례를 제시한 것이며 활용 분야에 맞추어 적절한 변경이 가능함을 유의해야 할 것이다.It is to be noted that the shape, size, position, number and material of each component or part of the present invention are merely examples, and appropriate modifications may be made in accordance with the application field.
본 발명의 권리범위가 이하 기술하는 청구범위와 동일 또는 유사한 영역에까지 미친다는 사실은 자명하다.It is obvious that the scope of the present invention extends to the same or similar areas as the following claims.
Claims (12)
이온 발생부를 포함하고, 상기 플라즈마 발생부는 플라즈마 전압 전극, 플라즈마 전압 전극에 대향하는 플라즈마 접지 전극을 포함하고, 플라즈마 방출구에서의 플라즈마 전압 전극과 플라즈마 접지 전극 사이의 거리는 플라즈마 발생부의 플라즈마 전압 전극과 플라즈마 접지 전극 간의 최단 거리의 1.5 내지 3배이고, 이온 발생부는 상기 플라즈마 전압전극과 상기 플라즈마 접지전극사이의 최단거리의 1.2 내지 3.5배 범위로 이격되는 플라즈마 및 음이온 발생장치.A plasma generator; And
Wherein the distance between the plasma voltage electrode at the plasma discharge port and the plasma ground electrode is larger than the distance between the plasma voltage electrode of the plasma generating portion and the plasma electrode of the plasma generating electrode, Wherein the ion generating portion is spaced from the shortest distance between the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode by a distance of 1.2 to 3.5 times the shortest distance between the ground electrode and the plasma generating electrode.
상기 이온 발생부는 직류 전원과 상기 직류 전원에 연결된 이온 발생 전극 유닛을 포함하고,
상기 이온 발생 전극 유닛은 유전체, 상기 유전체의 일면에 배치되는 이온 발생 전압 전극, 상기 유전체의 타면에 배치되는 이온 발생 접지 전극을 포함하는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the ion generating unit includes a direct current power source and an ion generating electrode unit connected to the direct current power source,
Wherein the ion generating electrode unit includes a dielectric, an ion generating voltage electrode disposed on one surface of the dielectric, and an ion generating ground electrode disposed on the other surface of the dielectric.
상기 유전체, 상기 이온 발생 전압 전극 및 상기 이온 발생 접지 전극은 U자형의 홈을 갖는 플라즈마 및 음이온 발생장치.3. The method of claim 2,
Wherein the dielectric, the ion generating voltage electrode, and the ion generating ground electrode have a U-shaped groove.
상기 플라즈마 발생부는 대기압 벌크 플라즈마를 방출하는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the plasma generating unit discharges the atmospheric-pressure bulk plasma.
상기 플라즈마 전압 전극 및 플라즈마 접지 전극은 원호 형상의 곡률반경을 갖는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode have an arc-shaped radius of curvature.
상기 플라즈마 전압 전극 및 플라즈마 접지 전극은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구 방향으로 위치에 따라 다른 곡률반경을 갖는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode have different radii of curvature according to positions from an air inlet to a plasma discharge port.
상기 플라즈마 전압 전극과 상기 플라즈마 접지 전극의 곡률 반경(r)은 공기 유입구에서 플라즈마 방출구를 향하여 상기 플라즈마 전압전극과 상기 플라즈마 접지전극사이의 최단거리의 2배에서 0.3배로 점차 감소하는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 6,
Wherein a radius of curvature r of the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode is in a range from 2 to 0.3 times the shortest distance between the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode toward the plasma discharge port at the air inlet, Device.
상기 플라즈마 발생부는 상기 이온 발생부와 동일한 공기 유로상에 위치하는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the plasma generating unit is located on the same air flow path as the ion generating unit.
상기 플라즈마 발생부는 상기 이온 발생부의 공기 유로와 평행한 공기 유로 상에 위치하는 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the plasma generating unit is located on an air flow path parallel to the air flow path of the ion generating unit.
상기 플라즈마 전압 전극과 상기 플라즈마 접지 전극 사이의 최단 거리는 상기 플라즈마 전압 전극 및 상기 플라즈마 접지 전극 중 적어도 하나의 곡률반경의 0.5 내지 3배인 플라즈마 및 음이온 발생장치.The method according to claim 1,
Wherein the shortest distance between the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode is 0.5 to 3 times the radius of curvature of at least one of the plasma voltage electrode and the plasma ground electrode.
플라즈마의 최대 방전거리에 따라 상기 플라즈마 발생부로부터 상기 이온 발생 전극 유닛을 이동시키는 이온 발생 전극 유닛 거리 조절부를 더 포함하는 플라즈마 및 음이온 발생장치.3. The method of claim 2,
And an ion generating electrode unit distance adjusting unit for moving the ion generating electrode unit from the plasma generating unit according to a maximum discharge distance of the plasma.
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