KR20110079123A - Electrode of an apparatus for producing negative ion - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An anion generating electrode of anion generator is provided to show superior anion producing ability even utilizing polarity crystal tourmaline, and to produce anion in the water almost same as in the air. CONSTITUTION: The surface layer including minute tourmaline is formed in the surface of conductor. The surface layer including the minute tourmaline comprises the titanium of 9:1~6:4 weight ratio on tourmaline. The conductor is metal or carbon fiber. The surface layer is formed with the deposition method, the plating method, and the printing method or coating method. The minute diamond layer includes additionally both electrodes which are formed in the non-conductor or semiconductor.

Description

음이온 발생장치의 음이온 발생전극{Electrode of an apparatus for producing negative ion}Anion generating electrode of an anion generator {Electrode of an apparatus for producing negative ion}

본 발명은 음이온 발생장치의 음이온 발생전극에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 인체에 유해한 오존이 발생되지 않으면서 고농도의 음이온을 발생시킬 수 있는 음이온 발생장치의 음이온 발생전극에 관한 것이다.The present invention relates to an anion generating electrode of an anion generating device, and more particularly, to an anion generating electrode of an anion generating device capable of generating a high concentration of anions without generating ozone harmful to a human body.

음이온은 오염된 실내공기를 맑고 신선하며 상쾌하게 하며, 공기 중에 포함된 각종 세균을 살균시켜 쾌적하고 신선한 실내환경을 유지시킬 수 있음은 물론 실내 공기의 청정도를 대폭 증진시킬 수 있음이 알려져 있다. 또한 음이온이 풍부한 공기를 마시면 신체기능이 활성화되면서 심리적으로 긴장이 완화되는 효과가 있음이 밝혀졌다.Negative ions are known to be clean, fresh and refreshing contaminated indoor air, sterilize various bacteria contained in the air to maintain a pleasant and fresh indoor environment, as well as greatly improve the cleanliness of indoor air. It has also been found that drinking negative ion-rich air has the effect of relieving psychological tension as the body functions.

음이온이 인체에 미치는 여러 가지 유익한 효능들이 알려지기 시작하면서 전기방전에 의한 음이온 발생효과를 이용한 다양한 종류의 음이온 발생장치들이 속속 개발되고 있다. 종래 대부분의 음이온 발생기는 음이온 발생전극(침상 또는 판상) 에 고압의 전기를 가하여 코로나 방전 또는 플라즈마 방전에 의해 단순히 음이온을 국부적으로 발생시켜 주는 구성으로 되어 있어, 사용되는 에너지에 비해 음이온 발생량(농도)가 낮을 뿐만 아니라 장기간 사용시 국부적으로 음이온이 발생되면서 오존과 질소산화물 등과 같은 유해물질이 함께 발생된다는 문제점이 있다. 또한 종래 음이온 발생기는 공기를 매체로 하는 것으로써 동일한 개념의 장치로는 수(水) 중에서 음이온의 방출이 불가능하다는 단점이 있다.As the beneficial effects of negative ions on the human body begin to be known, various types of negative ion generators using the negative ion generating effect by electric discharge are being developed one after another. Most of the negative ion generators in the related art are configured to simply generate negative ions locally by corona discharge or plasma discharge by applying high voltage electricity to the negative electrode (needle or plate), and thus generate anion amount (concentration) compared to the energy used. As well as low, there is a problem in that harmful anions such as ozone and nitrogen oxides are generated together with local anions generated for long-term use. In addition, the conventional negative ion generator has a disadvantage that it is impossible to release the negative ions in the water (water) by using the device of the same concept as air as a medium.

한편, 전술한 바와 같은 강제적 음이온 발생장치에 대한 대안으로 토르말린을 이용한 음이온 발생장치도 알려져 있다. 토르말린은 극성 결정체로서, 외부로부터 전기장이 가해지지 않더라도 전기분극을 유지하여 항상 미약전류를 발생시키는 특성을 가진 광물로 알려져 있다. 토르말린의 마이너스 전극에서 방출되는 전자는 공기중 수용체(receptor)로 흡수되어 수용체 분자를 음이온화함으로써 대기 중에 음이온을 발생시키게 된다. 토르말린을 적용하는 경우 음이온 발생에 별도의 에너지가 필요하지 않고, 토르말린의 다른 유익한 효능들을 부수적으로 활용할 수 있는 장점이 있으나, 자연적인 미약전류에 의해 음이온이 발생되므로 음이온 발생농도가 매우 낮다. 따라서 이를 실용화시키기 위해서는 음이온을 농축시키거나 다른 방법에 의해 생성된 음이온을 첨가해야 하는 단점이 있다. On the other hand, as an alternative to the forcible negative ion generating device described above, anion generating device using tourmaline is also known. Tourmaline is a polar crystal and is known as a mineral having a characteristic of always maintaining a weak current by maintaining electric polarization even when an electric field is not applied from the outside. Electrons emitted from the negative electrode of tourmaline are absorbed into a receptor in the air to generate anions in the atmosphere by anionizing the receptor molecules. The application of tourmaline does not require additional energy to generate negative ions, and has the advantage of additionally utilizing other beneficial effects of tourmaline, but the negative ion concentration is very low because anions are generated by natural weak currents. Therefore, in order to put this into practical use, there is a disadvantage in that the anion must be concentrated or an anion generated by another method must be added.

본 발명은 극성 결정체인 토르말린을 활용하면서도 종래에 비해 월등히 우수 한 음이온 생성능력을 나타내며, 수중에서도 공기중에서와 거의 동일하게 음이온을 생성시킬 수 있는 새로운 음이온 발생장치용 음이온 발생전극을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides anion generating electrode for a new anion generating device, which utilizes polar crystal tourmaline and exhibits excellent anion generating ability compared with the conventional one, and can generate anions almost identical to water in air. do.

전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 미세 토르말린을 포함하는 표면층이 도전체의 표면에 형성되어 있는 음이온 발생전극에 관한 것이다. 본 발명에 의한 음이온 발생전극을 활용하는 경우, 원래 자연적인 미약전류에 의해 음이온을 발생시키는 토르말린에 추가적으로 전기를 공급함으로써 고농도의 음이온을 발생시킬 수 있게 된다.The present invention for solving the above problems relates to an anion generating electrode in which a surface layer containing fine tourmaline is formed on the surface of a conductor. In the case of utilizing the anion generating electrode according to the present invention, it is possible to generate a high concentration of negative ions by additionally supplying electricity to tourmaline that generates anions by natural weak current.

이때 상기 도전체로는 금속 또는 카본섬유를 사용할 수 있다.In this case, the conductor may be a metal or carbon fiber.

도전체의 표면에 형성된 미세 토르말린의 입자경은 15~25㎚인 것이 좋다. 한편, 토르말린 자체는 전도성이 미약하므로 음전극 표면의 전도성을 증대시키기 위해 상기 미세 토르말린을 포함하는 표면층에 토르말린 외에 미세 티타늄이 혼합되도록 하는 것이 좋다. 이때 토르말린과 티타늄은 중량비로 9:1~6:4인 것이 바람직하다. The particle size of the fine tourmaline formed on the surface of the conductor is preferably 15 to 25 nm. On the other hand, tourmaline itself is poor in conductivity, so in order to increase the conductivity of the surface of the negative electrode, it is preferable to mix fine titanium in addition to tourmaline on the surface layer containing the fine tourmaline. In this case, tourmaline and titanium are preferably in a weight ratio of 9: 1 to 6: 4.

본 발명에 의한 음이온 발생전극에서 상기 표면층의 두께는 큰 제한이 없으나 대략 1~2㎛인 것이 좋다.In the anion generating electrode according to the present invention, the thickness of the surface layer is not particularly limited, but is preferably about 1 to 2 μm.

상기 표면층은 증착법, 도금법, 인쇄법 또는 도포법 등 현재 알려져 있거나 추후 기술발전에 의해 개발될 어떠한 방법에 의해서도 성형될 수 있을 것이다. 경우에 따라서는 표면층과 도전체의 결합력을 증대시키기 위해 고열(150~300℃)에서 후처리(2~30분)할 수도 있다. 예컨대, 전자잉크를 이용한 인쇄법을 적용할 경우, 인쇄(프린트) 후 200℃에서 10~15분 후처리하면 더욱 우수한 표면층을 얻을 수 있다.The surface layer may be formed by any method currently known or developed by further technological development, such as a deposition method, a plating method, a printing method, or a coating method. In some cases, in order to increase the bonding force between the surface layer and the conductor, it may be post-treated (2-30 minutes) at high heat (150-300 ° C). For example, when the printing method using the electronic ink is applied, a superior surface layer can be obtained by post-treatment at 200 ° C. for 10 to 15 minutes after printing (printing).

또한 본 발명은 전술한 음이온 발생전극을 포함하는 음이온 발생장치에 관한 것이다. 이때 양전극으로는 도관 등과 같은 접지전극을 양전극으로 활용(주로 공기를 매질로 하는 경우)할 수도 있고, 별도의 양전극을 둘 수도 있다(공기, 물을 매질로 하는 경우). 별도의 양전극을 둘 경우, 부도체 또는 반도체의 표면에 미세 다이아몬드층이 형성된 것을 양전극으로 할 수 있다.The present invention also relates to an anion generating device including the above-described anion generating electrode. In this case, a ground electrode such as a conduit or the like may be used as the positive electrode (mostly in the case of air as a medium) or a separate positive electrode may be provided (in the case of air or water as a medium). When a separate positive electrode is provided, a positive diamond layer may be formed on the surface of the insulator or semiconductor.

이때 다이아몬드층의 미세 다이아몬드의 평균입자경은 토르말린과 동일한 수준으로 할 수 있으며, 다이아몬드층의 두께는 0.5~1㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.At this time, the average particle diameter of the fine diamond of the diamond layer can be the same level as tourmaline, the thickness of the diamond layer is preferably about 0.5 ~ 1㎛.

본 발명에서 상기 음이온 발생전극의 형태는 판상 또는 침상 등 구체적인 사용목적에 따라 다양하게 결정할 수 있음은 당연할 것이다.In the present invention, it will be apparent that the shape of the anion generating electrode can be variously determined according to a specific purpose of use such as plate or bed.

본 발명에서 티타늄 및 다이아몬드의 평균 입자경은 토르말린의 평균 입자경과 같게 하는 것이 편리하다.In the present invention, it is convenient to make the average particle diameter of titanium and diamond equal to the average particle diameter of tourmaline.

본 발명에 의한 음이온 발생전극을 활용하는 경우, 천연적으로 미세분극되어 있어 음이온 발생능이 있는 토르말린 미세입자를 도전체의 표면에 얇게 형성시킴으로써 매체의 종류에 관계없이 오존의 발생없이 고농도(200만개 이상-음이온/㎤-공기)의 음이온을 생성할 수 있게 된다.In the case of utilizing the anion generating electrode according to the present invention, it is naturally finely polarized to form a thin tourmaline fine particles having anion generating ability on the surface of the conductor, high concentration (more than 2 million pieces) without generating ozone regardless of the type of medium Negative ions / cm 3 -air).

따라서 본 발명에 의한 음이온 발생전극을 활용하는 경우, 동일한 농도의 음이온을 발생시키기 위해 종래 장치에 비해 월등히 작고 에너지 소비가 낮은 음이온 발생장치를 제작할 수 있게 된다.Therefore, when using the anion generating electrode according to the present invention, it is possible to manufacture an ion generating device that is much smaller than the conventional device and low energy consumption in order to generate the same concentration of negative ions.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 도면 및 그에 대한 설명은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, these drawings and descriptions thereof are only examples for easily explaining the contents and scope of the technical idea of the present invention, and thus the technical scope of the present invention is not limited or changed. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention based on these examples.

KrF 엑시머 레이저 광(λ=248nm)을 사용한 펄스 레이저 증착 방법으로 카본섬유 다발(섬유촉, 카본섬유 판도 가능) 위에 토르말린과 티타늄을 교대로 증착시 켜 음이온 발생전극을 제조하였다. 도 1은 증착에 사용된 펄스 레이저 증착(pulsed laser deposition) 장치의 개략도이다. 산소압 분위기의 진공조(11)에 카본섬유 다발(12) 및 타겟 1로 토르말린(13)과 타겟 2로 티타늄(14)을 장착하였다. 레이저를 2개의 타겟에 7:3의 시간비가 되도록 반복적으로 조사하여 표면층(증착층)의 두께가 약 1.5㎛가 되도록 증착을 계속하여 본 발명에 의한 음이온 발생전극을 제조하였다. 이렇게 제조된 본 발명에 의한 음이온 발생전극의 적용예 및 개념도를 도 2에 예시적으로 도시하였다. An anion generating electrode was prepared by alternately depositing tourmaline and titanium on a carbon fiber bundle (fiber nibs, carbon fiber plates) by a pulse laser deposition method using KrF excimer laser light (λ = 248 nm). 1 is a schematic diagram of a pulsed laser deposition apparatus used for deposition. The carbon fiber bundle 12 and the tourmaline 13 as the target 1 and the titanium 14 as the target 2 were attached to the vacuum chamber 11 in the oxygen pressure atmosphere. The lasers were repeatedly irradiated to the two targets at a time ratio of 7: 3 to continue deposition so that the thickness of the surface layer (deposition layer) was about 1.5 μm, thereby producing an anion generating electrode according to the present invention. Application examples and conceptual diagrams of the anion generating electrode according to the present invention manufactured as described above are exemplarily illustrated in FIG. 2.

전술한 바와 같이, 증착 방법으로 본 발명에 의한 음이온 발생전극을 제조할 수 있으나, 이외에도 증착법, 도금법, 인쇄법 또는 도포법 등 다양한 방법을 적용하여 전극을 제조하는 것이 가능하다. 예컨데, 높은 이온에너지와 이온화율을 갖는 저전압ㆍ고전류의 아크 방전을 이용해 제품 표면에 박막을 증착시키는 `아크 이온 플레이팅법'을 활용할 수도 있을 것이다.As described above, the anion generating electrode according to the present invention may be manufactured by the deposition method, but in addition, it is possible to manufacture the electrode by applying various methods such as a deposition method, a plating method, a printing method or a coating method. For example, the arc ion plating method may be used to deposit a thin film on the surface of a product by using a low voltage and high current arc discharge having high ion energy and ionization rate.

이렇게 제조된 음이온 발생전극을 장착한 음이온 발생장치의 개념적 구성도를 도 3에 도시하였다.3 is a conceptual diagram of the anion generator equipped with the anion generator manufactured as described above.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 음이온 발생장치는, (A) 기기의 작동에 필요한 전압을 공급시켜 주는 전원공급부, (B) 상기 전원공급부로부터 공급된 전원에 따라 일정 주파수의 출력펄스를 발생시키는 발진부, (C) 상기 일정 주파수의 직류전압을 승압시키는 승압부, (D)상기 승압부의 출력을 음전압으로 변환시켜 주는 음전압변환부, (E) 상기 음전압변환부로부터의 음전압을 음이온 발생전극으로 출력하는 출력부 및 (F) 상기 출력부로부터 음전압을 전달받아 음이온을 발생시키는 음이온 발생전극을 포함하여 구성된다.As shown, the negative ion generating device according to the present invention, (A) a power supply for supplying a voltage required for the operation of the device, (B) generates an output pulse of a predetermined frequency in accordance with the power supplied from the power supply An oscillator, (C) a booster for boosting the DC voltage of the predetermined frequency, (D) a negative voltage converter for converting the output of the booster to a negative voltage, (E) a negative voltage from the negative voltage converter And an output part for outputting to the generating electrode and an anion generating electrode for generating negative ions by receiving a negative voltage from the output part.

음이온 발생전극은 5㎜ 정도 노출되도록 하였다. 또한 물을 매질로 하도록 부도체 또는 반도체의 표면에 미세 다이아몬드층이 형성된 양전극을 장착하였다. 이렇게 하여 외형 규격이 27(W)*15(D)*18(H)인 물에서 작동가능한 음이온 발생장치를 제작하였다. The negative ion generating electrode was exposed to about 5 mm. Also, a positive electrode having a fine diamond layer formed on the surface of the insulator or the semiconductor was mounted to use water as a medium. Thus, an anion generator capable of operating in water having an external specification of 27 (W) * 15 (D) * 18 (H) was manufactured.

입출력 전력은 교류(AC)나 직류(DC) 모두 가능하지만, 오존생성률이 낮은 직류를 채택하였는데, 사용된 전류특성은 다음 표 1과 같다. Input / output power can be either AC or DC, but DC with low ozone generation rate is adopted. Current characteristics used are shown in Table 1 below.

Figure 112009082197774-PAT00001
Figure 112009082197774-PAT00001

이렇게 제작된 음이온 발생장치를 수중에서는 센서보호창의 표면세척이 주목적이므로 근거리에서 측정하였다. 음이온 발생장치를 20분 이상 작동시킨 후 이온측정기(Ionometer IM 5005. Hohlbach Co. Ltd., Germany)로 음이온 발생량을 측정하였다. The negative ion generator thus manufactured was measured at a short distance because the surface cleaning of the sensor protection window was mainly performed in water. After the anion generator was operated for 20 minutes or more, the amount of negative ions was measured using an ionometer (Ionometer IM 5005. Hohlbach Co. Ltd., Germany).

분석 결과, 20만개-음이온/㎤(수(水)중)의 음이온이 발생된 반면, 오존 발생량은 0.001ppm 이하로 거의 발생되지 않음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that anion of 200,000-anions / cm 3 (in water) was generated, while the amount of ozone generation was hardly generated at less than 0.001 ppm.

도 1은 본 발명에 의한 음이온 발생전극의 제작에 사용된 펄스 레이저 증착장치의 개략도.1 is a schematic diagram of a pulsed laser deposition apparatus used in the manufacture of the anion generating electrode according to the present invention.

도 2는 본 발명에 의한 음이온 발생전극의 적용예 및 개념도. Figure 2 is an application example and conceptual diagram of the anion generating electrode according to the present invention.

도 3은 본 발명에 의한 음이온 발생전극을 장착한 음이온 발생장치의 개념적 구성도.Figure 3 is a conceptual diagram of a negative ion generating device equipped with anion generating electrode according to the present invention.

Claims (6)

음이온 발생장치의 음이온 발생전극에 있어서,In the negative ion generating electrode of the negative ion generator, 미세 토르말린을 포함하는 표면층이 도전체의 표면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 음이온 발생전극.An anion generating electrode, wherein a surface layer containing fine tourmaline is formed on the surface of a conductor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 도전체는 금속 또는 카본섬유인 것을 특징으로 하는 음이온 발생전극.The conductor is anion generating electrode, characterized in that the metal or carbon fiber. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 미세 토르말린을 포함하는 표면층은 토르말린에 대해 9:1~6:4 중량비의 티타늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생전극.The surface layer containing the fine tourmaline is an anion generating electrode, characterized in that containing titanium in a 9: 1 to 6: 4 weight ratio relative to the tourmaline. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 표면층은 증착법, 도금법, 인쇄법 또는 도포법에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 음이온 발생전극.The surface layer is an anion generating electrode, characterized in that formed by the deposition method, plating method, printing method or coating method. 제1항 또는 제2항에 의한 음이온 발생전극을 포함하는 음이온 발생장치.Anion generating device comprising an anion generating electrode according to claim 1. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 미세 다이아몬드층이 부도체 또는 반도체의 표면에 형성된 양전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 음이온 발생장치.Anion generator, characterized in that the fine diamond layer further comprises a positive electrode formed on the surface of the insulator or semiconductor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102600975A (en) * 2012-02-08 2012-07-25 绍兴文理学院 Device for purifying PM2.5 particles in flue gas from thermal power plant with tourmaline negative oxygen ions
KR101876916B1 (en) * 2017-02-16 2018-07-10 이영주 Carbon fiber manufacturing methode and carbon fiber
KR20210112768A (en) * 2020-03-06 2021-09-15 박종원 Apparatus for generating a negative ion using ceramic chip

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