KR200178592Y1

KR200178592Y1 - 오존발생기의 플라즈마 전극

Info

Publication number: KR200178592Y1
Application number: KR2019990025218U
Authority: KR
Inventors: 강국창
Original assignee: 동국전자주식회사
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2000-04-15

Abstract

목적: 본 고안은 플라즈마에 의한 오존 발생의 효율을 극대화할 수 있는 오존발생기의 플라즈마 전극을 제공하고자 한다.

구성: 고주파 파워가 인가되는 방전전극과 유도전극이 유전체 기판을 개재한 상태로 서로 대면하는 구조로 된 오존발생기의 플라즈마 전극에 있어서, 상기 방전전극이 상기 고주파의 파장 길이에 매칭되는 적어도 두 개의 선형 패턴으로 분지 형성된 것이 특징이다.

효과: 플라즈마 전극의 방전전극을 고주파 방사에 적합한 선형을 유지하면서도 다수개의 패턴으로 형성함으로써 종래에 비해 더욱 넓은 영역의 플라즈마를 형성할 수 있어 오존가스 발생량을 극대화할 수 있고 고순도의 오존가스를 제공할 수 있다.

Description

오존발생기의 플라즈마 전극{Electrode for plasma in an ozone apparatus}

본 고안은 세탁기 등의 가전제품에 사용되는 오존발생기의 플라즈마 전극에 관한 것으로, 특히 플라즈마에 의한 오존 발생의 효율을 극대화할 수 있도록 된 오존발생기의 플라즈마 전극에 관한 것이다.

최근 들어 일반 가전제품에 오존(O₃)의 기능성을 활용하는 사례가 많아지고 있으며, 일예로 세탁기에서는 세탁효과의 향상을 도모하고 수질오염을 방지함과 아울러 의복의 살균효과를 높이기 위한 수단으로 오존을 사용하고 있다.

이는 세탁수 내에 오존을 강제로 용존시킴으로써 수질의 오염도를 줄이고 세제의 분해도를 높여 세탁효과를 향상시키는 동시에 의류 등에 번식하는 세균을 살균하도록 하는 것이다.

이를 위해 오존을 발생하는 오존 발생장치를 세탁기에 부설하여 물의 와류 및 공기방울에 의해 세제의 분해도를 높이기 위해 세탁조로 공급하던 공기 대신에 오존을 공급할 수 있도록 하고 있다.

종래에 오존 발생기를 세탁기에 적용한 기술로서 대한민국 특허공개 제 95-29414호, 실용신안 공개 제 93-8852호, 실용신안 공개 제 95-18835호가 개시되어 있다.

오존 발생기는 공기 중의 산소를 이온화시켜 산소분자(O₂) 한 개를 두 개의 산소원자(O)로 분리시키고 여기서 발생한 두 개의 산소원자를 각각 다른 산소분자와 결합되게 하여 오존(O₃)를 생성시킨다.

공기는 주로 펌프에 의해 외부공기를 흡입 사용하고 펌핑된 공기는 배관을 통해 오존 생성부로 공급된다.

오존의 생성방법은 대개 플라즈마 반응을 이용하는데, 지금까지 알려진 플라즈마의 형성방법은 열원을 이용하는 열적 방법과 고전계를 이용하는 전기적 방법이 있다.

열원을 이용하는 방법은 수 만도의 온도가 필요하므로 전기력을 사용하는 가전제품 등에 있어서는 전기적 방법이 적당하다.

전기적 방법에 의해 플라즈마를 형성하여 공급되는 공기로부터 오존을 발생시키려면 플라즈마 전극이 필요하다.

도 1 은 종래의 플라즈마 전극의 구조를 보인 전단면도로서, 플라즈마 전극(10)은 공기가 통과하는 수많은 기공(12a)이 형성된 세라믹제 유전체 기판(12)을 개재한 상태로 고주파 파워소스(RF)와 연결된 방전전극(14)과 유도전극(16)이 서로 대면하는 구조로 이루어져, 상기 방전전극(14)과 유도전극(16) 간에 수 KV 이상의 고주파 파워가 인가되면 유전체 기판(12)의 기공(12a)들에 존재하는 공기로부터 산소 플라즈마를 형성하게 된다.

이렇게 발생된 산소 플라즈마에 의해 부산물인 산소 래디클, 즉 이온화된 산소원자(O)가 산소분자(O₂)와 결합하여 오존(O₃)을 발생시키는 것이다.

도 2a는 종래의 플라즈마 전극의 상부면을 도시한 평면도로서, 선형 패턴으로 형성된 방전전극(14)을 보여주고 있다.

도 2b는 종래의 플라즈마 전극의 하부면을 도시한 평면도로서, 장방형의 패턴으로 형성된 유도전극(16)을 보여주고 있다.

플라즈마 이론에 따르면, 상기 두 전극(14,16) 사이에 생성된 플라즈마가 유지되기 위해서는 전극(14,16)과 생성된 플라즈마 사이에 쉬스(sheath)라고 하는 포텐셜 장벽이 필요하다.

그런데, 종래의 플라즈마 전극(10)은 방전전극(14)이 선형 패턴으로 이루어짐으로 인해 플라즈마와 방전전극(14) 사이에 형성되는 포텐셜 장벽의 면적이 좁게 되어 플라즈마가 넓은 영역으로 형성되지 못하게 된다. 만약, 상기 방전전극(14)을 유도전극(16)의 형태와 같이 넓은 면으로 형성하면, 고주파의 파장 길이에 기인하여 고주파 파워를 최대효율의 출력으로 방사할 수 없어 오존 발생에 유효한 플라즈마를 형성하는데 지장을 초래하게 된다. 따라서, 방전전극(14)은 인가되는 고주파 파워를 방사하는데 적합한 선형 패턴으로 형성되어야 한다.

이와 같이 종래의 플라즈마 전극(10)은 전극(14,16)의 구조로 인해 생성되는 플라즈마 영역이 협소하여 고순도의 오존을 생성하기 어렵고 다량의 오존을 생성할 수 없는 문제점이 있었다.

본 고안은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 방전전극이 고주파 파워를 방사하는데 적합한 선형의 형태를 유지하면서도 넓은 영역의 플라즈마를 형성할 수 있는 구조로 개선함으로써 고순도의 오존가스를 다량 공급할 수 있는 오존 발생기의 플라즈마 전극을 제공하려는데 그 목적을 두고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 고안은 고주파 파워가 인가되는 방전전극과 유도전극이 유전체 기판을 개재한 상태로 서로 대면하는 구조로 된 오존발생기의 플라즈마 전극에 있어서, 상기 방전전극은 상기 고주파의 파장 길이에 매칭되는 적어도 두 개의 선형 패턴으로 분지 형성된다.

도 1 은 종래의 플라즈마 전극의 구조를 보인 전단면도

도 2a 및 도 2b는 각각 종래의 플라즈마 전극의 상부면과 하부면을 도시한 평면도

도 3 은 본 고안의 플라즈마 전극의 구조를 보인 전단면도

도 4a 및 도 4b는 각각 본 고안의 실시예에 따른 플라즈마 전극의 상부면과 하부면을 보인 평면도

도 5a 및 도 5b 는 각각 본 고안의 플라즈마 전극과, 종래의 플라즈마 전극을 사용할 경우에 플라즈마 형성 영역을 모식적으로 표현한 측단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100 - 플라즈마 전극 120 - 유전체 기판

140 - 방전전극 140a,140b - 선형 패턴

142,162 - 전극단자부 160 - 유도전극

182,184 - 글라스 보호막

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3 은 본 고안의 플라즈마 전극의 구조를 보인 전단면도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 본 고안의 실시예에 따른 플라즈마 전극의 상부면과 하부면을 보인 평면도이다. 이들 도면을 참조하면, 본 고안의 실시예에 따른 플라즈마 전극(100)은 유전체 기판(120)을 개재한 상태로 방전전극(140)과 유도전극(160)이 대면하는 구조이다.

도면상 유전체 기판(120)의 상부에 패터닝된 방전전극(140)은 솔더링되는 전극단자부(142)에서는 하나의 패턴으로 이어지다가 상기 유도전극(160)과 대면하는 위치로부터 분지되어 두 개의 선형 패턴(140a,140b)을 이룬다. 그러나, 상기 유도전극(160)은 종래와 동일하게 장방형의 패턴으로 형성된다. 여기에서 상기 방전전극(140)의 분지된 선형 패턴(140a,140b)은 실용신안등록청구범위의 기재와 같이 상술한 두 개로만 한정하지 않으며 세 개 혹은 네 개, 그 이상의 개수로 형성될 수 있음은 물론이다.

이들 선형 패턴(140a,140b)의 선폭과 패턴 간격은 고주파의 파워가 커질수록 선형 패턴(140a,140b) 각각의 방사출력 간에 미소한 간섭의 영향, 예를 들어 반사파 등이 발생할 수 있으므로 고주파의 방사출력에 대해 선폭과 패턴 간격을 상호 고려하여 설계하면 더욱 바람직하다.

또한, 고주파의 주파수가 높을수록 선형 패턴(140a,140b)들 각각의 길이 또한 방사하는 고주파의 파장 길이를 고려하여 설계함이 바람직하다. 즉, 선형 패턴(140a,140b)의 길이를 L, 고주파의 파장길이를 λ라 할때, 반파장 안테나 길이의 계산식 L = λ/2를 만족하게 한다. 예를 들어, 고주파의 주파수가 27 KHz 일 경우, 위의 안테나 길이의 계산식에 따르면 선형 패턴의 길이는 18.5㎜ 가 되나, 이러한 계산상의 길이는 고주파의 파동 임피던스나 플라즈마 전극 자체의 프로파일 및 주변의 변수적 요인에 의해 그 적용이 달라지는 것이므로 설계상의 길이에 다소간의 여유를 둘수 있다.

그러나, 대부분의 플라즈마 전극은 고전압의 고주파 파워를 방사하도록 된 것이므로 선형 패턴(140a,140b)의 길이에 관계없이 방전전극(140)을 형성하여도 된다.

따라서, 고전압의 고주파 파워를 사용하는 본 고안의 플라즈마 전극(100)은 방전전극(140)을 이루는 선형 패턴(140a,140b)의 길이를 설계함에 있어서 유도전극(160)과의 대면 면적이 크게 구현되도록 하여야 한다.

한편, 상기 유전체 기판(120)은 공기를 내포하기 위한 다수의 기공(120a)을 갖도록 하며, 상기 방전전극(140)과 유도전극(160)은 고유전율의 결정화 글라스 보호막(182,184)으로 외부로부터 절연되게 한다.

상기 유전체 기판(120)은 세라믹 등의 재료를 사용하여 0.382±10% ㎜ 정도의 두께로 형성되고, 상기 글라스 보호막(182,184)은 10 ∼ 15㎛ 정도의 두께로 형성됨이 적당하다.

상기 유전체 기판(120)의 두께는 상기 두 전극(140,160) 간의 전위차와 함께 플라즈마 영역을 정의할 수 있는 하나의 팩터이기 때문에 적정한 포텐셜 장벽의 다아크 스페이스 쉬스(Dark Space Steath)를 유도할 수 있으므로 인가하는 유전체 기판(120)의 두께가 규격값을 벗어나지 않도록 한다.

또한, 상기 글라스 보호막(182,184)을 형성함에 있어서, 상기 방전전극(140)과 유도전극(160)을 도시안된 리드선과 솔더링하기 위한 전극단자부(142,162)는 노출되게 한다.

한편, 상술한 구조의 플라즈마 전극은 다음과 같은 방법으로 제조될 수 있다.

유전체 기판(120)의 양면에 각각 상기 두 전극(140,160)을 형성하기 위한 금속막을 형성한다. 이 금속막은 Ag, 텅스텐, 크롬, 알루미나 등의 전도성이 우수하고 열적으로 안정한 단일 금속, 혹은 합금을 사용한다. 금속막은 일반적인 코팅의 방법으로 형성하면 되나, 금속막의 두께를 박형화함과 아울러 균일한 두께로 도포되게 하려면, CVD, 스퍼터링, 스핀코팅 등의 방법을 사용할 수 있다.

이어, 사진식각의 방법에 의해 소망의 패턴으로 방전전극(140)과 유도전극(160)을 형성한다. 식각은 습식식각(wet etching)의 방법을 사용하면 적당하며, 건식식각도 가능하다.

이어서, 상기 두 전극(140,160)의 상부 전면에 열적으로 안정하고 온도구배가 양호한 재료로 박막을 형성하여 글라스 보호막(182,184)을 형성하고, 상기 두 전극(140,160)을 리드선에 솔더링하기 위한 전극단자부(142,162)를 형성하여 플라즈마 전극(100)의 제조를 완료한다.

도 5a 및 도 5b 는 각각 본 고안의 플라즈마 전극(100)과, 종래의 플라즈마 전극(10)을 사용할 경우에 플라즈마 형성 영역(A)을 모식적으로 표현한 측단면도로서, 도 5a에 도시된 본 고안의 플라즈마 전극(100)은 도 5b에 도시된 종래의 플라즈마 전극(10)에 비해 플라즈마 영역(A)이 확대된다.

즉, 본 고안은 종래에는 한 개의 선형 패턴으로 형성되던 방전전극을 두 개 이상으로 분지된 선형 패턴(140a,140b)으로 형성함으로써 도 4a를 통해 예시된 바와 같이 종래에 비해 확장된 플라즈마 형성 영역(A)을 제공하는 것이므로 넓은 영역에 걸쳐 안정한 플라즈마 반응이 나타나 산소의 이온화 반응을 활성화시켜 고순도의 오존을 다량으로 발생할 수 있도록 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안의 플라즈마 전극은 방전전극을 고주파 방사에 적합한 선형을 유지하면서도 다수개의 패턴으로 형성함으로써 종래에 비해 더욱 넓은 영역의 플라즈마를 형성할 수 있어 오존가스 발생량을 극대화할 수 있고 고순도의 오존가스를 제공할 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 국한하지 않고 청구범위에 기재된 기술적 권리 내에서는 당업계의 통상적인 지식에 의하여 다양한 응용이 가능함은 물론이다.

즉, 본 고안은 세탁기용 오존발생기의 플라즈마 전극 뿐 아니라, 플라즈마를 형성하여 오존을 발생시키기 위한 모든 플라즈마 전극에 적용할 수 있다.

Claims

고주파 파워가 인가되는 방전전극(140)과 유도전극(160)이 유전체 기판(120)을 개재한 상태로 서로 대면하는 구조로 된 오존발생기의 플라즈마 전극에 있어서, 상기 방전전극(140)은 상기 고주파의 파장 길이에 매칭되는 적어도 두 개의 선형 패턴(140a,140b)으로 분지 형성된 것을 특징으로 하는 오존 발생기의 플라즈마 전극.