KR20060010232A - 이온발생용 세라믹 전극 구조물 및 그를 이용한이온발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방전전극과 유도전극을 포함하되, 방전전극의 면적보다 유도전극의 면적이 커지도록 세라믹 전극 구조물을 개선하고, 개선된 세라믹 전극 구조물에 구형 펄스 전압을 인가하여 이온의 발생량은 증대하고 오존의 발생을 억제한다.

Description

이온발생용 세라믹 전극 구조물 및 그를 이용한 이온발생장치{ceramic electrode structure for generating ion and ion generation apparatus}

도 1은 본 발명에 따른 이온발생용 세라믹 전극 구조물의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 전극 구조물의 주요부를 보인 평면도이다.

도 3a 내지 도 3e는 실험에 사용된 방전 전극의 모델(D1~D5)을 보인 도면이다.

도 4는 도 3a 내지 도 3e에서의 사용된 세라믹 전극 구조물의 제원과 실험 결과를 보인 도표이다.

도 5 및 도 6은 도 4의 실험 결과를 그래프로 보인 도면이다.

도 7은 본 발명에 따라 유도전극의 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.

도 8은 본 발명에 따른 이온발생장치를 보인 도면이다.

도 9는 본 발명에 따라 세균을 살균하는 동작을 보인 도면이다.

*도면의 주요 기능에 대한 부호의 설명*

1 :세라믹 전극 구조물

4 :방전 전극

6 :유도전극

본 발명은 이온발생용 전극 구조 및 그를 이용한 이온발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극 구조를 개선하여 이온발생장치의 성능을 향상하는 이온발생용 전극 구조 및 그를 이용한 이온발생장치에 관한 것이다.

이온발생장치는 공기청정기, 에어컨, 가습기 등에 적용되고 있다.

일반적으로 이온발생장치는 교류전압이 인가되면 양이온과 음이온을 발생하여 수산기(OH) 또는 과산화수소(H₂O₂)를 생성하고 이 생성 물질들이 세균에 부착되어 산화반응을 일으킴으로써 세균이 제거되거나 오존에 의해 살균되도록 한다.

기존의 이온발생장치에 적용된 세라믹 전극 구조에 대해서는 일본국 특개 2003-36954호에 개시되어 있다. 이 장치는 건강에 좋다고 하는 마이너스 이온만을 효율적으로 발생하기 위해 전극 구조를 개선한 것이나, 이 장치의 방전 전극과 유전 전극에 고주파 교류 전압을 인가하는 관계로 여전히 오존이 많이 발생된다.

또한 이온발생장치에서 발생하는 이온을 이용하여 살균기능을 더욱 강화하기 위해서는 이온의 발생 성능을 더욱 크게 높일 필요가 있다.

본 발명의 목적은 이온의 발생 성능을 더욱 높일 수 있도록 세라믹 전극 구조물을 개선하고 이 세라믹 전극 구조물에 구형 펄스 전압을 적용함으로써 오존의 발생을 억제할 수 있도록 한 이온발생용 전극 구조 및 그를 이용한 이온발생장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 방전전극과 유도전극 및 그 사이에 세라믹 절연층을 포함하는 이온발생용 세라믹 전극구조에 있어서, 상기 방전전극의 면적과 상기 유도전극의 면적의 비가 2~3.5배 인 것을 특징으로 한다.

상기 유도전극의 면적은 상기 방전전극의 면적보다 2~3.5배 이다.

상기 유도전극을 고정 설치하기 위한 세라믹 플레이트를 더 포함하고, 상기 방전전극의 면적은 상기 세라믹 플레이트의 면적의 10~20% 이다.

상기 방전전극은 전극라인을 형성하는 패턴프레임과 전압을 인가하기 위한 전극부 및 적어도 하나의 방전침을 포함한다.

상기 방전침의 길이는 상기 패턴 프레임의 두께의 1~2배 이고, 상기 방전침의 첨두부 각도는 40~60° 이다.

상기 패턴프레임의 두께는 0.5~1.0㎜ 이다.

상기 방전침의 끝단부와 상기 유도전극의 끝단부 사이의 수평 거리는 1.1~2.5㎜ 이다.

상기 패턴프레임은 다각형이 이웃하는 기하학모양으로 형성한다.

상기 전극들의 캐패시턴스가 20~40pF 이다.

상기 전극들에 초기 인가하는 개시전압 보다 상기 전극에 안정상태에 인가하는 다량 전압이 크다.

상기 다량 전압은 상기 개시 전압보다 1.2~1.5배 이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 플라즈마 방전에 의해 이온을 발생하기 위한 복수 전극을 구비하는 전극 구조물, 및 상기 복수 전극에 구형 펄스의 고전압을 인가하는 구형펄스 발생부를 포함하여 이루어지는 이온발생장치에 있어서, 상기 복수 전극은 방전전극과 유도전극으로 이루어지고, 상기 유도전극의 면적은 상기 방전 전극의 면적보다 2~3.5배 인 것을 특징으로 한다.

상기 구형 펄스의 전압은 초기 인가하는 전압보다 안정 상태에서 인가하는 전압이 크다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1의 도시와 같이, 본 발명에 따른 이온발생용 전극 구조물(1)은 세라믹 코팅(2), 방전전극(4), 세라믹 절연층(3), 유도전극(6), 및 세라믹 플레이트(5)를 적층하여 구성한다. 세라믹 코팅층(2)은 방전전극(4)의 표면을 덮어 보호하며, 세라믹 절연층(3)은 방전전극(4)과 유도전극(6) 중간에 배치되어 절연한다.

도 2는 본 발명에 따른 세라믹 전극 구조물의 주요부를 보인 평면도이다.

유도전극(6)은 세라믹 플레이트(5)에 고정 설치되고 그 유도 전극(6)의 상부에 방전전극(4)이 대응 설치된다. 방전전극(4)과 유도전극(6)은 도전체인 텅스텐이 프린팅 되어 있어 전극의 양단에 걸리는 고전압에 의해 코로나 방전을 일으켜 이온을 발생시킨다. 방전전극(4)은 기하학모양의 전극 라인을 형성하는 패턴프레임(4c)과 그 패턴프레임(4c)의 일측에 형성된 전극부(4a) 및 복수의 방전침(4b)으로 이루 어진다.

이온 발생량을 결정하는 방전전극(4)에 관련된 여러 요소들을 다음과 같이 정한다. 먼저, 방전전극(4)의 면적은 세라믹 플레이트(5)의 면적(5aΧ5b)의 10~20%, 패턴프레임(4c)의 두께는 0.5~1.0㎜, 방전침(4b)의 길이는 패턴 프레임의 두께의 1~2배로 하고, 방전침(4b)의 첨두부 각도는 40~60°로 한다. 그리고 방전침(4b)의 끝단부와 유도전극(6)의 끝단부 사이의 수평거리(4e)는 1.1~2.5㎜ 로 한다. 또한 패턴프레임(4c)의 형상은 다각형이 이웃하여 배열되며, 그 패턴프레임에 복수 방전침(4b)이 형성되어 있다.

한편 도 3a의 제1모델(D1), 도 3b의 제2모델(D2), 도 3c의 제3모델(D3), 도 3d의 제4모델(D4), 도 3e의 제5모델(D5)를 대상으로 하여, 방전전극과 유도전극의 면적비와 이온발생량의 관계, 세라믹 플레이트 전체 면적과 방전전극의 면적비와 이온발생량의 관계, 방전전극(4)의 면적과 유도전극(6)의 면적비와 이온 발생량의 관계, 전극들에 초기 인가하는 개시전압, 안정 상태에서 인가하는 다량 전압과 이온 발생량의 관계 등을 실험하여 도 4 내지 도 6과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

위 실험 결과에 따르면, 제4모델(D4)과 제5모델(D5)에서 이온 발생량이 월등하게 증가된다. 제4모델(D4) 및 제5모델(D5)에 공통 적용되는 조건은 방전전극의 면적은 40~80㎟, 방전전극의 면적에 대한 유도전극의 면적의 비가 2~3.5, 전극들에 인가하는 초기 개시전압은 2.6kV 이상, 다량 전압은 3.3 kV 이상으로 정한다. 개시전압은 작을 수록 좋고 다량 전압은 개시전압의 1.2~1.5배로 한다.

도 7과 같이, 평판형 유도전극(6)의 몸체(6a)에 홈(6b)을 형성하여도 위의 조건을 만족할 수 있으면 양호한 세라믹 전극 구조물로서 적용할 수 있다.

위와 같은 세라믹 전극 구조물(1)은, 도 8의 도시와 같이, 이온발생장치에 적용할 수 있다.

이 장치는 받침대(11)의 일측과 타측에 세라믹 전극 구조물(1)과 침상전극(12)을 마련하고, 그 세라믹 전극 구조물(1)의 방전전극(4)과 유도전극(6)에 연결된 전기 리드선에 구형펄스 발생부(14)를 연결하고, 침상전극(12)과 접지전극에 연결된 전기 리드선에 직류전원 발생부(13)를 연결한다.

직류전원 발생부(13)는 소정 직류 전원(직류 12V)을 구형펄스 발생부(14)에 제공한다. 이때 구형펄스 발생부(14)는 직류 전원을 구형 펄스로 변환하고 구형 펄스를 승압하여 승압한 구형 펄스의 고전압을 전기 리드선을 통하여 방전전극(4)과 유도전극(5) 사이에 인가한다. 세라믹 전극 구조물(1)에 구형 펄스의 고전압을 인가하는 경우 오존의 발생이 크게 억제된다. 또 직류전원 발생부(13는 직류 전원을 반대 극성으로 승압하고 승압된 마이너스 성분의 직류 고전압을 침상전극(12)에 인가한다.

세라믹 전극 구조물(1)에 구형 펄스 고전압을 인가하고 침상전극(12)에 직류전원을 인가하는 경우, 도 9에 도시한 바와 같이, 세라믹 전극 구조물(1)에서는 수소이온(H⁺)이 발생되고 침상전극(12)에서는 전자와 슈퍼옥사이드 아니온(O₂ ^-)이 발생된다. 세라믹 전극 구조물에서 발생된 수소이온은 침상전극에서 방출된 전자와 반응하여 수소원자가 된다.

수소원자와 슈퍼옥사이드 아니온이 생성되면서 하이드로페록시 라디칼(O-O-H)을 형성하고, 슈퍼옥사이드 아니온의 전자는 세균의 정전기와 상쇄된다. 또한 하이드로페록시 라디칼은 세균의 세포막 구성 성분인 단백질에서 수소원자를 빼앗아 물을 만든다. 수소원자를 빼앗긴 세포막의 단백질 분자는 파괴되어 세균의 세포막도 파괴되어 살균이 이루어진다.

이상과 같이 본 발명에 따르면 세라믹 전극 구조물의 형상을 개선함으로써 수소 이온의 발생량을 증대하여 이온 발생의 성능을 크게 향상할 뿐 아니라 세라믹 전극 구조에 구형 펄스의 고전압을 인가하여 오존의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.

Claims (12)

1. 방전전극과 유도전극 및 그 사이에 세라믹 절연층을 포함하는 이온발생용 세라믹 전극구조에 있어서,

   상기 방전전극의 면적과 상기 유도전극의 면적의 비가 2~3.5배 인 것을 특징으로 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
2. 제1항에 있어서, 상기 유도전극을 고정 설치하기 위한 세라믹 플레이트를 더 포함하고, 상기 방전전극의 면적은 상기 세라믹 플레이트의 면적의 10~20%인 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
3. 제1항에 있어서, 상기 방전전극은 전극라인을 형성하는 패턴프레임과 전압을 인가하기 위한 전극부 및 적어도 하나의 방전침을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
4. 제3항에 있어서, 상기 방전침의 길이는 상기 패턴 프레임의 두께의 1~2배 이고, 상기 방전침의 첨두부 각도는 40~60°인 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
5. 제4항에 있어서, 상기 패턴프레임의 두께는 0.5~1.0㎜인 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
6. 제3항에 있어서, 상기 방전침의 끝단부와 상기 유도전극의 끝단부 사이의 수평 거리는 1.1~2.5㎜인 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
7. 제3항에 있어서, 상기 패턴프레임은 다각형이 이웃하는 기하학모양으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
8. 제1항에 있어서, 상기 전극들의 캐패시턴스가 20~40pF 인 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
9. 제1항에 있어서, 상기 전극들에 초기 인가하는 개시전압 보다 상기 전극에 안정상태에 인가하는 다량 전압이 큰 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
10. 제9항에 있어서, 상기 다량 전압은 상기 개시 전압보다 1.2~1.5배 인 것을 특징으로 하는 이온발생용 세라믹 전극 구조물.
11. 플라즈마 방전에 의해 이온을 발생하기 위한 복수 전극을 구비하는 전극 구조물, 및 상기 복수 전극에 구형 펄스의 고전압을 인가하는 구형펄스 발생부를 포 함하여 이루어지는 이온발생장치에 있어서,

    상기 복수 전극은 방전전극과 유도전극으로 이루어지고, 상기 유도전극의 면적은 상기 방전 전극의 면적보다 2~3.5배 인 것을 특징으로 하는 이온발생장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 구형 펄스의 전압은 초기 인가하는 전압보다 안정 상태에서 인가하는 전압이 큰 것을 특징으로 하는 이온발생장치.

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