WO2014010851A1 - 전극상에 도전체 돌출부를 갖는 유전체장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체 - Google Patents

전극상에 도전체 돌출부를 갖는 유전체장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체 Download PDF

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손희식
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    • H05H1/2437—Multilayer systems

Definitions

  • the present invention relates to a plasma electrode structure applied to an air cleaning system, and more particularly, by generating a plasma in a gaseous fluid such as air, electrons, ions and ultraviolet rays generated at this time reacts with bacteria and odor molecules and harmful gases
  • the present invention relates to a plasma generation electrode structure of a dielectric barrier discharge (DBD) method for purifying air present in an interior of an air conditioner, a refrigerator, a washing machine, a vehicle, and the like.
  • DBD dielectric barrier discharge
  • Such techniques include filter type, electrostatic precipitating type, plasma type, UV / photocatalyst type, and hybrid type of various types.
  • the air cleaning method using plasma is known to have a great effect in removing contaminants.
  • the electrons and radicals generated through the plasma discharge phenomenon remove most of harmful gases such as VOCs (Volatile Organic Compounds), NOx, CFCs with high oxidative power, and have an excellent effect on sterilization. It combines with fine dust and binds them together by electric force, converting them into a form that is easy to remove.
  • This plasma method can be divided into corona discharge and dielectric barrier discharge.
  • the corona consists of a pointed cathode and a flat counter electrode.
  • a negative high pressure is applied to the cathode, electrons emitted from the electrode collide with the particles to generate cations, which are accelerated to the cathode due to electrical attraction and collide with the cathode to release high energy secondary electrons. These high energy electrons and heavy particles cause inelastic collisions to produce chemically reactive species.
  • 1 is an electrode structure type of corona discharge, (a) is a single needle (b) is a multi-needle type.
  • the corona electrode has a simple structure and a simple structure, which is inexpensive. However, a large amount of ozone is generated during discharge and its life is long, which is harmful to the human body. The amount of production is small, so the sterilization effect is weak.
  • the treatment area since the plasma volume is very small, the treatment area must be limited to a small area, so there is a method in which the number of cathodes is increased to increase the treatment area, but in this case, the micro arc (streamer) in a direction perpendicular to the electrode gap is also used. And these streamers are usually concentrated in the same place, resulting in localized treatment effects.
  • Dielectric barriers are widely used in industry because they can generate high output discharges at atmospheric pressure and do not require complex pulsed power supplies.
  • dielectric barriers are widely used for ozone generation, CO2 lasers, ultraviolet light sources, pollutant treatment, and the like.
  • a dielectric barrier discharge (DBD) device is composed of two parallel metal electrodes. At least one of the electrodes is covered with a dielectric layer.
  • a current cannot flow through the electrode, thereby generating plasma using AC power.
  • the spacing between electrodes is limited to a few millimeters for stable plasma generation and plasma gas flows between these spacings.
  • Such dielectric barrier discharges are sometimes referred to as quiet discharges because there are no local wave or noise discharges.
  • the discharge is ignited by a sine function or pulsed power supply.
  • the discharge is in the form of a filament or glow.
  • the filamentary discharge is produced by a micro discharge or streamer that develops on the surface of the dielectric layer.
  • the role of the dielectric layer is to enable the operation in the continuous pulse mode by blocking the inversion current and avoiding the transition to the arc, and electrons are accumulated on the dielectric surface to randomly distribute the streamer on the surface to produce a uniform discharge. To induce.
  • the dielectric barrier discharge (DBD: Dielectic Barrier Discharge) has a number of variations as follows.
  • a typical dielectric barrier electrode structure in which an insulating material such as glass is sandwiched between one or both electrodes between parallel electrodes with a distance of several mm, and when an alternating voltage is applied, a small discharge in pulse phase is not generated without causing a glow discharge. It happens a lot. This is called a silent discharge, and is widely applied in industrial fields such as removing harmful gases due to generation of active ions.
  • Fig. 4A is a plate dielectric barrier electrode structure.
  • the electric field applied to the surface is uniform, so that the charges are statistically specified in a non-uniformly deposited dielectric with a specific distribution shape, which induces streamer discharges rather than glow discharges, thereby reducing the amount of ultraviolet rays generated. There is a tendency.
  • FIG. 4 (b) is a mesh DBD structure that is a variation of the plate DBD.
  • This method uses a mesh electrode rather than a normal plate electrode, as well as the electric field enhancement inside the reactor, as well as the streamer discharge through the geometry of the mesh electrode, the concentration of electrons in the plasma is inherent to the mesh. Due to its uniform distribution, it is a structure that can generate multi-glow discharge with excellent plasma uniformity and efficiency. As a result, compared with the conventional corona discharge and the general DBD discharge, the plasma generates an excellent amount of ultraviolet generation, active species such as OH radicals and O (atomic oxygen).
  • this publication proposes a method for forming a through-hole penetrating the electrode.
  • a through hole is not unique in this publication but is a method widely used to avoid back pressure by the method introduced in the literature.
  • the method of forming the gap between the two electrodes used in this publication is a macroscopic unit of mm or more due to the structural design of the mechanism, which belongs to the general method, not the microgap method, and this method requires a high voltage applied voltage.
  • micro gap discharge shows another modified electrode structure called micro gap discharge. It is a method of generating plasma strongly using a very small discharge gap of about tens to hundreds of micrometers between electrodes. This method generates a lot of noise and a large amount of ozone during the streamer discharge, so the applied voltage must be adjusted so that the streamer is not generated.
  • the probability of contact between air and active species in the plasma section is much higher than that of other structures, resulting in the generation of more effective species for air cleaning and sterilization, resulting in better sterilization effect, less noise, and less ozone generation than mesh DBD discharge. Less.
  • the invention disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0017191 may be mentioned.
  • this method has a complicated structure because it is necessary to form a fine gap between the electrodes, and until now to implement the gap, there is a method of supporting the structure with an insulator from the outside of the metal electrode.
  • a through hole is used in the electrode to smooth the fluid flow, and a method of inserting an insulator spacer between the electrodes to form a gap between the electrodes. I use it.
  • a spacer which is a ceramic insulator
  • a dielectric layer must be formed on the electrode, a pattern for the insulating spacer must be formed thereon, and the insulator layer must be formed again. Since there is a great difficulty in the height control, there is a problem of significantly increasing the manufacturing cost.
  • Underwater discharge forms micro bubbles in water and contains bacteria with high sterilizing power such as hydroxyl (OH), active oxygen (O-, O2, O3) and hydrogen peroxide (H2O2) in water by plasma action. And it can be used to remove the virus, the applications are food processing, food industry, animal husbandry or hospital, such as household appliances such as washing machines, air conditioners, air purifiers and humidifiers and sterilization sterilization water.
  • the method of generating bubbles of active oxygen and ozone through the underwater discharge is based on the bubble mechanism theory, and the plasma electrode is placed in the water and discharged to fine bubbles generated by vaporization of water by discharge heat or the like or injected from the outside. It causes phenomena to generate radicals, such as hydroxyl groups, active oxygen and hydrogen peroxide. These radicals oxidize heavy metals in the water and also kill bacteria and viruses in the water.
  • the plasma electrode used in the underwater discharge is mainly used as the dielectric barrier electrode, which is basically out of the above-mentioned plasma electrode type.
  • the invention disclosed in Korean Patent Registration No. 10-0924649 and Korean Patent Publication No. 2009-009675 may be mentioned.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and not only has stability of plasma but also has a large amount of active ions, excellent sterilizing power, low ozone generation, low power consumption, and economical dielectric barrier. It is an object of the present invention to provide a discharge type plasma generating electrode structure.
  • At least one conductor electrode protrusion formed on one surface of at least one of the upper and lower conductor electrodes inwardly facing the upper and lower conductor electrodes;
  • the present invention relates to an electrode structure for generating a plasma by applying a pulse or alternating current power to the upper conductor electrode and the lower conductor electrode.
  • At least one upper conductor electrode protrusion formed on at least one surface of the upper conductor electrode and the inner conductor electrode inwardly facing the upper conductor electrode and the inner conductor electrode;
  • At least one lower conductor electrode protrusion formed on at least one surface of the lower conductor electrode and the inner conductor electrode inwardly facing the lower conductor electrode and the inner conductor electrode;
  • An upper dielectric layer formed to have a substantially uniform thickness on at least one surface of at least one of the upper conductor electrode and the inner conductor electrode inwardly facing the upper conductor electrode and the inner conductor electrode;
  • a lower dielectric layer formed to have a substantially uniform thickness on at least one surface of the lower conductor electrode and the inner conductor electrode inwardly facing the lower conductor electrode and the inner conductor electrode;
  • one of the upper conductor electrode and the inner conductor electrode is formed between the upper dielectric layer or between the upper dielectric layers. Predetermined interval d1;
  • the lower conductor electrode When the lower conductor electrode is in close contact with the inner conductor electrode, due to the protruding effect of the lower conductor electrode protrusion, the lower conductor electrode is formed between one of the lower conductor electrode and the inner conductor electrode and the lower dielectric layer or between the lower dielectric layers.
  • Plasma is simultaneously generated between the predetermined interval d1 and the predetermined interval d2 by applying a pulse or alternating current power with the upper conductor electrode and the lower conductor electrode as one pole and the inner conductor electrode as the corresponding electrode. It relates to an electrode structure to be generated.
  • the inner conductor electrode is separated into two layers of an inner conductor electrode (upper part) and an inner conductor electrode (lower part), and at least one separation surface conductor electrode on at least one surface of both surfaces of the newly formed inner conductor electrode separation surface. Protrusions can be formed.
  • the predetermined gap is separated between the separation surfaces due to the effect of the separation conductor electrode protrusion on the separation surface of the inner conductor electrode.
  • the plasma may be additionally generated at the predetermined interval d3 between the separated inner conductor electrode (upper) and inner conductor electrode (lower).
  • the pulse or alternating current power source may be a pulse or alternating current power source having a pulse width of 100 mV or less and a voltage of 1000 V or less.
  • the discharge current is 20 mA at the predetermined interval d.
  • the following plasma can be generated.
  • the height of the conductive electrode protrusion may be formed to a height of less than 1000 ⁇ m.
  • the conductive electrode protrusion is characterized in that it has a shape of any one of a circle, a square, a polygon, an ellipse, a star and a combination thereof, the method of forming the press, etching, welding, metal spacer (spacer), It may be formed by one or more methods selected from metal forming.
  • At least one of the upper conductor electrode, the lower conductor electrode, and the inner conductor electrode may have a grid shape.
  • a through hole may be formed in at least one selected from the upper conductor electrode, the lower conductor electrode, the inner conductor electrode, and the dielectric layer, and the through hole may be circular, square, elliptical, polygonal, star, or other shape. And any combination thereof.
  • the dielectric layer may be formed by any one of a spray (spray), plasma spray, coating, deposition and screen printing process, and a combination thereof.
  • each of the dielectric layers may be at least one layer, and each of the dielectric layers may be made of the same material or different materials.
  • At least one selected from among the upper conductor electrode, the lower conductor electrode, the inner conductor electrode surface, and the dielectric layer may be selected from a protective coating layer, another dielectric layer, and a special functional layer (ozone removal function layer, odor removal function layer, and insulator layer). One or more may be further formed.
  • the insulator layer which is any one of ceramic, glass, polymer material, and a combination thereof, may be filled in the predetermined intervals d, d1, d2, and d3.
  • the electrode structures may be arranged in two or more spaced apart in series, insulated between the structures to be in close contact with each other, or may be made of two or more stacked in alternating electrical polarity, in parallel Can be enlarged array.
  • Plasma electrode structure according to the invention of the above-described structure is low noise, excellent in plasma efficiency, and many active species are generated not only is the structure life way low back pressure of the air excellent in power consumption if the structure, the purification of air, sterilization Of course, it is possible to fundamentally remove the smell of air conditioning.
  • the plasma electrode structure can be configured in various ways according to the characteristics of the required application, most of the limitations of the electrode design according to the existing plasma electrode structure can be solved, which is very advantageous for miniaturization.
  • the electrode structure of the present invention is not limited to the field of air cleaning, but can be easily applied to other gaseous fluids and liquid phases, such as water, and in the case of water, microbubbles in water are ionized by plasma, which is the same principle as air clean principle. By sterilizing and purifying water, it can be easily applied to various applications other than air.
  • FIG. 1 is a diagram showing the electrode structure type of a typical corona discharge.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a typical Volume DBD electrode structure, which shows (a) a plate-shaped DBD, (b) a mesh DBD, and (c) a micro-gap DBD.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a plasma generating region in a conventional volume DBD electrode structure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a plasma dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a plasma dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a plasma dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a plasma dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating various types of through-hole patterns of the plasma electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a plasma electrode structure and a plasma generating region according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view showing a fluid clean reactor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an exemplary diagram of a plasma DBD electrode configuration according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing the performance of the plasma electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5 (a) and 5 (b) There are various dielectric barrier plasma electrodes to date, but all of them have a common structure, as illustrated in FIGS. 5 (a) and 5 (b), in which the electrode and the dielectric layer are formed in parallel with each other in a plate shape. It is a structure that appears in parallel and flows parallel to the electrode arrangement. Some electrodes also have a plate-shaped cylinder, but the results are the same. In the case of the micro-gap method, a complicated design is required to maintain the micro-unit spacing between the electrodes, and the flow passage interval is small, so that the back pressure to the fluid flow is generated and the noise is large, and sometimes through holes are used to solve this problem. do.
  • the present invention adopts a highly efficient micro gap method, and is a plate-shaped metal electrode that is a conductor so that the height of the gap can be easily and economically simple for maintaining the gap between electrodes, which is the core of the micro gap method.
  • Protruding portions are formed directly on the dielectric layer, and a dielectric layer is formed thereon with a uniform thickness, and a pair of electrodes are closely attached to each other to provide an electrode structure that is easy to form and maintain gaps between the electrodes.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to an embodiment of the present invention.
  • the dielectric barrier plasma electrode structure 100 of the present invention includes an upper conductor electrode 110 ′ and a lower conductor electrode 110; At least one conductor electrode protrusion 115 formed on at least one surface of the upper conductor electrode and the lower conductor electrode inwardly facing the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110; And a dielectric layer 130 having a substantially uniform thickness on at least one surface of the upper conductor electrode and the lower conductor electrode inwardly facing the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110. do.
  • the electrode structure 100 of the present invention when the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110 are in close contact with each other, the upper and lower conductor electrodes 110 ′ and 110 due to the protruding effect of the conductor electrode protrusion 115.
  • a predetermined distance d formed between the dielectric layers 130 facing each other or between the dielectric layers 130.
  • a pulse or alternating current is applied to the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110 to form a plasma discharge 170 at the predetermined interval d, and the fluid activity generated by the plasma
  • the fluid can be purified by feeding the species to the incoming fluid.
  • the power applied to the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110 may have a pulse width of 100 mA or less, a voltage of 1000 V or less, and a current of the plasma discharge may be 20 mA or less. .
  • the electrode protrusion 115 plays an important role in forming the predetermined distance d. Specifically, when the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110 are in close contact with each other, the conductor Due to the protruding effect of the electrode protrusion 115, a spacer forming a predetermined gap d formed between the dielectric layers 130 facing one of the upper and lower conductive electrodes 110 ′ and 110 or between the dielectric layers 130. It acts as a (spacer). In other words, due to the effect of the electrode protrusion 115, between the upper conductor electrode 110 ′ and the dielectric layer 130 formed on the lower conductor electrode, the lower conductor electrode 110 and the upper conductor electrode 110 ′.
  • the plasma 170 may be effectively formed at the interval d by forming a.
  • the height of the conductive electrode protrusion 115 is an area of 1000 ⁇ m or less used in the micro-gap method, and the number of the electrode protrusions 115 may be freely adjusted within the range in which the distance between the electrodes is maintained.
  • the position of the electrode protrusion 115 may be formed on the upper conductor electrode 110 ′, the lower conductor electrode 110, or both conductor electrodes. In addition, by varying the height of the conductive electrode protrusion 115 according to the position, the distance between the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110 may vary depending on the position.
  • the conductor electrode protrusion is a conductor
  • the conductor electrode protrusion and the dielectric layer are structurally contacted, and thus, charges accumulated on the surface of the dielectric may rapidly move to the conductor electrode, thereby causing leakage of electric current.
  • the structural protrusions may cause cracks, dielectric breakdown, and the like, but the present invention has not been attempted.
  • the present invention utilizes conductor protrusions to minimize the contact area between the conductor and the dielectric layer, and at the same time reduce the thickness of the dielectric layer. The function of the plasma electrode could be effectively realized through uniform control and pressure adjustment during electrode contact.
  • the conductive electrode protrusion 115 may have a shape of any one of a circle, a rectangle, an ellipse, a polygon, a star, and a combination thereof.
  • the conductor electrode protrusion 115 may be formed by pressing a conductor electrode substrate at a predetermined height by a press method or by adding another metal.
  • the conductive electrode protrusion 115 may be formed by pressing, etching, welding, adding a metal spacer, metal forming, and a combination thereof.
  • the upper conductor electrode 110 'and the lower conductor electrode 110 may be concave or convex, depending on the characteristics required, but usually round, square, oval, other shape flat plate.
  • at least one of the upper conductor electrode 110 ′ and the lower conductor electrode 110 may have a lattice shape or a net shape to enhance its function.
  • the through hole 150 may be formed in at least one selected from the upper conductor electrode 110 ′, the lower conductor electrode 110, and the dielectric layer 130. have. That is, at least one through hole may be formed in the plate-shaped electrode structure to allow fluid to move through the through hole.
  • the application of through holes is a popular technique for reducing back pressure on fluid flow.
  • the shape of the through-hole 150 may form any one of a circle, a square, a star, other shapes and combinations thereof, as shown in Figure 10, the size of the hole, the type of shape, or You can change the pattern by combining different types together.
  • the dielectric layer 130 is based on a material such as ceramic, quartz, and glass having both electrical insulation and dielectric properties.
  • the thickness of the dielectric layer 130 is, for example, several micrometers to several mm, and an area thereof may be arbitrarily set according to the processing capacity. Bars can be, for example, several mm 2 to several hundred cm 2 .
  • the dielectric layer 130 may be formed by spraying, spraying, spraying, applying, depositing, screen printing, bonding, or a combination thereof.
  • the dielectric layer 130 may be formed of a mixture of two or more dielectric compositions, and may be formed of one or more layers.
  • the material when forming one or more dielectric layers, the material may be the same for each dielectric layer, it may be different.
  • the characteristics of the plasma formed by changing the number, total thickness and material of the dielectric layer 130 may be changed, and the electrode properties may be enhanced by changing the material of each dielectric layer for each layer.
  • One or more selected layers of the insulator layer may be further formed to enhance functionality. Application of this method enables the realization of several complex functions in miniaturized plasma electrodes.
  • the predetermined interval d is a space in which fluid (air, water, etc.) moves, or if necessary, an insulator of ceramic, glass, or polymer material other than the fluid may be filled in the predetermined interval d. have.
  • the insulator is filled and there is a through hole in the conductor electrode or a grid is applied to the conductor electrode, plasma is generated at the side surface of the through hole and the side surface of the lattice, respectively.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to another embodiment of the present invention.
  • the dielectric layer is formed to have a uniform thickness over the protrusion of the conductor electrode, resulting in a predetermined distance d between the upper dielectric layer 230 ′ and the lower dielectric layer 230. This is formed.
  • the electrode structure is shown in three dimensions with respect to the case where the penetration hole is introduced.
  • the dielectric layer protrusion 235 is formed corresponding to the formation of the electrode protrusion 315 to maintain the gap d between the dielectric layers.
  • the material of the dielectric layer protrusion 235 is the same as that of the dielectric layers 230 and 230 ′.
  • One side of the dielectric layers 230 ′ and 230 may be omitted, and in particular, when the dielectric layer 230 is omitted, the same as in FIG. 6.
  • the thickness of the dielectric layers 230 and 230 ' should be sufficient to withstand the applied voltage, and the thickness will vary depending on the material.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a dielectric barrier electrode structure and a plasma generating region according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode structure 300 of the present invention includes an upper conductor electrode 310 ′, a lower conductor electrode 310, and an inner conductor electrode 340.
  • the lower conductor electrode 310 and the inner conductor electrode 340 may include at least one lower conductor electrode protrusion 315 formed on at least one surface of the lower conductor electrode and the inner conductor electrode.
  • the electrode structure 300 of the present invention has a substantially uniform thickness on at least one surface of the upper conductor electrode and the inner conductor electrode inwardly facing the upper conductor electrode 310 ′ and the inner conductor electrode 340.
  • the upper dielectric layer 330 ′ formed on the inner side of the lower conductor electrode 310 and the inner conductor electrode 340 may be substantially uniform on at least one surface of the lower conductor electrode and the inner conductor electrode.
  • the upper conductor electrode 310 ′ and the inner conductor electrode 340 when the upper conductor electrode 310 ′ and the inner conductor electrode 340 are in close contact with each other, due to the protruding effect of the upper conductor electrode protrusion 315 ′, the upper conductor It has a predetermined distance d1 formed between one of an electrode and one of the inner conductor electrodes and the upper dielectric layer 330 'or between the upper dielectric layer 330'.
  • the inner conductor electrode 340 between the upper conductor electrode 310' and the upper dielectric layer 330 'formed on the inner conductor electrode 340.
  • a predetermined interval d1 may be formed between the and the 330 '.
  • one of the lower conductor electrode and the inner conductor electrode and the lower dielectric layer 330 may be caused by the protruding effect of the lower conductor electrode protrusion 315. And a predetermined distance d2 formed between the bottom dielectric layers 330 or between the lower dielectric layers 330. That is, due to the effect of the lower conductor electrode protrusion 315, between the lower conductor electrode 310 and the lower dielectric layer 330 formed on the inner conductor electrode 340, the inner conductor electrode 340 and the lower portion.
  • the predetermined interval d2 can be formed between the and.
  • a predetermined interval d1 is applied to the upper end of the electrode by applying a pulse or alternating current power by using the upper conductor electrode 310 'and the lower conductor electrode 310 as one pole and the inner conductor electrode 340 as the corresponding electrode.
  • a plasma discharge may be formed between the electrode lower end portion (d2) and the fluid active species generated by the plasma may be supplied to the inflowing fluid.
  • the upper and lower conductor electrodes 310 ′ and 310 may be lattice-shaped conductor electrodes, and the inner conductor electrodes may be through-hole shaped.
  • the plasma since the plasma is generated in the open space as shown in FIG. 8, the flow of the fluid can be arranged in all directions irrespective of the direction of the plate-shaped electrode, so that the resistance to fluid flow can be greatly improved.
  • the plasma 370 since the plasma 370 is generated at both upper and lower ends of the structure 300, the efficiency is doubled.
  • the upper and lower conductive electrodes 310 'and 310 and the inner conductor electrodes 340 having the dielectric layers 330 and 330' are spaced apart by a predetermined distance d. Due to the presence of the electrode protrusions 315 and 315 'formed on the inner surface of the 310 and 310', there is a unique feature that the conductor electrode protrusion is in direct contact with the dielectric.
  • the power of the pulse or alternating current can be a pulse width of 100 mA or less, a voltage of 1000 V or less, and the current of the plasma discharge is 20 mA It can be set as follows.
  • the conductive electrode protrusions 315 and 315 'serve as spacers forming the gap d1 and the gap d2, and the gaps d1 and d2 may have the same size or may be different. .
  • the height of the conductive electrode protrusions 315 and 315 ' is an area of 1000 ⁇ m or less used in the microgap method, and the number of the conductive electrode protrusions 315 and 315' can be freely adjusted within the range in which the distance between the electrodes is maintained. have. Positions of the conductive electrode protrusions 315 and 315 'may be formed on at least one surface of the upper conductor electrode, the lower conductor electrode, and the inner conductor electrode. In addition, the height of the conductor electrode derivation part may vary depending on the position so that the distance between the upper conductor electrode and the lower conductor electrode may vary depending on the position.
  • the conductive electrode protrusions 315 and 315 ' may have a shape of any one of a circle, a rectangle, an ellipse, a polygon, a star, and a combination thereof.
  • the conductive electrode protrusions 315 and 315 ' may be formed by pressing a conductor electrode substrate at a predetermined height by a press method or by adding another metal.
  • the conductive electrode protrusions 315 and 315 ' may be formed by pressing, etching, welding, adding a spacer of metal material, metal forming, and a combination thereof.
  • the upper conductor electrode 310 ', the lower conductor electrode 310, and the inner conductor electrode 340 are concave, round, square, elliptical, and other shapes of flat plates are generally required. It is also convex.
  • at least one of the upper conductor electrode 310 ′, the lower conductor electrode 310, and the inner conductor electrode 340 may have a lattice shape or a net shape to enhance its function.
  • the dielectric barrier electrode structure 300 of the present invention may be formed on at least one selected from among the upper conductor electrode 310 ', the lower conductor electrode 310, the inner conductor electrode 340, and the dielectric layers 330 and 330'.
  • the through hole 350 may be formed. That is, at least one through hole may be formed in the plate-shaped electrode structure to allow fluid to move through the through hole.
  • the application of through holes is a popular technique for reducing back pressure on fluid flow.
  • the shape of the through-hole 350 may form any one of a circle, a square, a star, other shapes and combinations thereof, as shown in Figure 10, the size of the hole, type of shape, or You can change the pattern by combining different types together.
  • the dielectric layers 330 and 330 ' are based on a material such as ceramic, quartz, and glass, which have both electrical insulation and dielectric properties.
  • the thickness of the dielectric layers 330 and 330' may be arbitrarily set according to the processing capacity. For example, several mm 2 to several hundred cm 2 .
  • the dielectric layers 330 and 330 ' may be formed by spraying, plasma spraying, coating, depositing, screen printing, bonding, or a combination thereof.
  • the dielectric layers 330 and 330 ' may be made of a mixture of two or more dielectric compositions, and may be formed of one or more layers.
  • the material when forming one or more dielectric layers, the material may be the same for each dielectric layer, it may be different.
  • the protective coating layer another dielectric layer, a special functional layer (ozone removal functional layer, odor removal functional layer, at least one surface selected from the upper conductor electrode surface, lower conductor electrode surface, inner conductor electrode surface, dielectric layer surface)
  • a special functional layer ozone removal functional layer, odor removal functional layer, at least one surface selected from the upper conductor electrode surface, lower conductor electrode surface, inner conductor electrode surface, dielectric layer surface
  • One or more layers selected from the insulator layer may be further formed to enhance functionality. Application of this method enables the realization of several complex functions in miniaturized plasma electrodes.
  • the predetermined intervals d1 and d2 are spaces in which fluids (air, water, etc.) move, and if necessary, ceramics, glass, and polymer materials other than fluids may be used in the predetermined intervals d1 and d2.
  • Insulators may be filled. When the insulator is filled and there is a through hole in the conductor electrode or a grid is applied to the conductor electrode, plasma is generated at the side surface of the through hole and the side surface of the lattice, respectively. An example of such a case is shown in FIG. 11.
  • Figure 9 shows a modified embodiment based on FIG.
  • the inner conductor electrode 340 of FIG. 9 is further divided into two layers of the inner conductor electrode (top) and the inner conductor electrode (bottom), and is formed on at least one side of both sides of the newly formed inner conductor electrode separation surface.
  • One or more separation planes A conductive electrode protrusion is formed and a dielectric layer is formed on at least one side of the separation surface.
  • a predetermined gap d3 is formed again between the separation surfaces due to the effect of the separation surface conductor electrode protrusion on the separation surface of the internal conductor electrode, so that the upper conductor electrode and the internal conductor electrode ( The lower side) to one same pole, and the lower conductor electrode and the inner conductor electrode (upper) to one same pole, thereby additionally maintaining plasma at an additional predetermined distance d3 between the separated surfaces of the inner conductor electrode.
  • the plasma is generated at three positions of the upper end, the middle, and the lower end of the electrode, as shown in FIG. 9, thereby further increasing plasma efficiency.
  • the conductor electrode protrusions are not represented on the drawing, but the structure and formation method thereof are as described above, and all the holes described in FIGS. 6, 7, and 8 for through-holes, dielectric layer forming methods, and lattice-shaped conductor electrodes are described. The application and description apply equally to this embodiment.
  • FIG. 12 is a view showing a fluid clean reactor according to an embodiment of the present invention.
  • a fluid clean reactor using cold plasma has a body that is at least larger than the plasma electrode area.
  • a flow distributor having an inlet for introducing fluid into the body.
  • the body includes one or more plasma electrode structures.
  • the completed plasma electrode structure is placed perpendicular to the flow of fluid in the reactor body, as shown in FIG. 12, and the contacts other than the conducting terminals are insulated. According to the reaction process of the reactor configured as described above, when electric power is first applied to the reactor, electric discharge occurs at a predetermined interval between the upper electrode and the lower electrode, thereby generating plasma.
  • the principles of the present invention are also applied to the electrode structure of the present invention to form a laminated structure by alternately changing the electrode by introducing a laminated structure that is applied in the battery field.
  • a particle filter, an ultraviolet light reinforcing filter, and an ozone filter may be arranged in front and rear of the electrode structure.
  • the electrode structure of the present invention may be formed by two or more are arranged at intervals in series, insulated between the structures and in close contact with each other, or stacked in two or more by alternating electrical polarities, Parallel arrays are also available to increase capacity.
  • the fluid may be a gas such as air or a liquid such as water, and the electrode structure may be easily and efficiently generated when the above-described electrode structure is placed in water. Become applicable.
  • the introduction of the conductor electrode protrusion as a method for forming the gap of the electrode appears to be a simple invention, but in this case, the method has not been attempted until now due to the structural contact between the conductor electrode protrusion and the dielectric layer and the possibility of electrical leakage and arc generation. to be. That is, the contact area between the structural protrusion and the dielectric should be designed based on the technical understanding of the plasma electrode structure, the dielectric should be uniformly formed over the protrusion, and the dielectric layer thickness may be determined by considering the electrical properties of the dielectric layer material. By design, the arc generation can be prevented.
  • the through-hole shape and the grating (mesh) shape of the electrode structure are changed, deformation of the electric field may be induced to impart various characteristics to the plasma electrode. That is, if a pointed shape is given to the cross-sectional area of the through hole, electrons are concentrated in this area, so discharge is easily generated, so that plasma can be easily generated at a low voltage. In the case of a circular shape, an electric field is uniformly distributed to reduce concentration of voltage. Streamer discharge can be avoided, and a uniform glow discharge is produced. Therefore, the discharge form of the plasma can be easily designed. By mixing the pattern shape and size, it is possible to control the ratio of streamer discharge and glow discharge, active ion generation amount and UV generation amount, discharge start voltage and power consumption.
  • an air cleaner module including a fluid inlet port, a plasma electrode, and a fluid outlet unit was used.
  • the conducting electrode is made of stainless steel 403 and has a disk shape of 50mm in diameter and 1mm in thickness, and then using this press, five electrode projections and five projections at the center of the radius at an angle equal to the outer diameter of the diameter.
  • 48 circular through-holes with a diameter of 3.6 mm were formed on the plate so as to distribute uniformly on the plate. This corresponds to an opening area of 25% of the total area.
  • a dielectric layer was formed to a thickness of 70 ⁇ m on a metal disc by a conventional spraying (spray) process using alumina and barium titanate powder having a particle size of 1-2 ⁇ m as a dielectric composition and a polymer PVDF (Polyvinylidene fluoride) as a binder.
  • alumina and barium titanate powder having a particle size of 1-2 ⁇ m as a dielectric composition
  • a polymer PVDF Polyvinylidene fluoride
  • an alternating current having a voltage of 1000 V and a frequency of 700 kHz was applied to the electrode structure, and the concentration of anion water and ozone generated through an ion counter and an ozone analyzer was measured at an air outlet.
  • the UV generation density generated by using OES was measured, and E. coli smeared on agar medium was placed at a distance of 20 cm from the derivation unit and sterilized halo after 24 hours. Observation was performed to determine the bactericidal power.
  • the amount of anion generation was 145,000 / cm3
  • the concentration of ozone was 0.030 ppm or less
  • the amount of ultraviolet rays was about 2800
  • the bacteria were sterilized more than 99.9%.
  • the electrical energy applied to the electrode that is, the number of negative ions generated as the pulse width is increased is shown in FIG. 13.
  • the number of negative ions generated as the pulse width increases rapidly, and as the pulse width approaches 100 ⁇ s, it can be seen that the number of negative ions approaches 1 million units per cubic centimeter.
  • the amount of ultraviolet rays generated was about 300, only about 10% compared to the present invention, and the amount of anions generated was 1450 / cm 3 , and the sterilization effect was after 72 hours. It was insignificant.
  • the voltage was applied more than 2kV to generate the plasma, the handling and the risk of use were very large.

Abstract

유전체 장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체가 제공된다. 본 발명의 전극 구조체는, 상부 도체전극과 하부 도체전극; 상기 상부 도체전극과 하부도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 도체전극 돌출부; 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 유전체 층; 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극을 밀착시킬 때, 상기 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여 상하부 도체전극과 유전체층 사이 또는 유전체층 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d);을 포함하고 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극에 펄스 또는 교류의 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.

Description

전극상에 도전체 돌출부를 갖는 유전체장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체
본 발명은 공기청정시스템 등에 응용되는 플라즈마 전극 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 공기 등의 가스상 유체에 플라즈마를 발생시켜 이때 생성되는 전자와 이온 및 자외선 등이 세균 및 냄새 분자와 반응하여 유해가스 분해 및 살균작용을 나타내게 하여 에어콘, 냉장고, 세탁기, 차량 등의 내부에 존재하는 공기를 정화시키는 유전체 장벽 방전(DBD : Dielectric Barrier Discharge) 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체에 관한 것이다.
실내에서의 공기청정이 점차 중요해짐에 따라 실내에 존재하는 입자 및 가스상 물질들을 동시에 제거하는 방식들이 다양하게 개발되어 왔다. 이러한 기술로는 필터식, 전기집진식, 플라즈마 방식, UV/광촉매 방식 및 여러 방식의 혼합(hybrid) 방식 등이 있다.
이 중 플라즈마를 이용한 공기청정 방식은 오염물을 제거하는데 큰 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 플라즈마 방전 현상을 통해 발생된 전자와 라디칼은 높은 산화력으로 VOCs(Volatile Organic Compounds), NOx, CFCs 등 대부분의 유해가스를 제거하고, 살균에 탁월한 효과를 보이며, 산소 음이온은 알레르기 증상을 유발하는 꽃가루, 미세먼지 등과 결합하고 전기적인 힘으로 이들을 서로 뭉치게 하여 제거하기 쉬운 형태로 전환시킨다.
이러한 플라즈마 방식은 코로나 방전, 유전체장벽 방전으로 나눌 수 있다.
-코로나 방전-
코로나는 뾰족한 형태의 음극과 평편한 형태의 대응 전극으로 구성된다. 음극선에 음의 고압이 인가되면 이 전극으로부터 방출된 전자들이 입자와 충돌하여 양이온들이 생성되고, 이 양이온은 전기적인 인력으로 인해 음극으로 가속되고 음극과 충돌하여 고에너지의 이차 전자들을 방출시킨다. 이러한 고 에너지 전자와 무거운 입자들은 비탄성 충돌을 일으켜 화학적으로 반응성이 있는 화학종을 생성한다. 도 1은 코로나 방전의 전극 구조 유형이며, (a)는 일침형 (b)는 다중 침 형을 나타낸다.
상기 코로나 방식의 전극은 제작이 간단하며, 구조 또한 간단하므로 가격이 저렴하지만 방전시 다량의 오존이 생성되고 그 수명이 길어 인체에 해를 끼치며, 아울러 발생 되는 음이온의 수명이 매우 짧은 편이고, 자외선의 생성량도 적어 살균 효과도 약하다.
또한 플라즈마 체적이 매우 작기 때문에, 처리 면적이 작은 영역으로 한정될 수 밖에 없으므로 처리 면적을 늘리기 위해 음극의 개수를 증가시킨 방식도 있지만, 이 경우 역시 전극 간격에 수직한 방향으로 마이크로 아크(스트리머)를 생성하고 이러한 스트리머는 통상 같은 곳에 집중되므로 처리효과가 국부적으로 나타나게 한다.
이러한 문제를 피하기 위하여 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge)이 제기되었다.
-유전체 장벽 방전(DBD : Dielectric Barrier Discharge)-
유전체 장벽은 대기압에서 고출력 방전을 발생시킬 수 있으며, 또한 복잡한 펄스 전력 공급기가 없어도 되기 때문에 산업체에서 널리 이용되고 있으며, 특히 오존 발생, CO2 레이저, 자외선 광원, 오염물질 처리 등에 널리 응용되고 있다.
도 2는 전형적인 유전체 장벽 플라즈마 전극 구조를 나타내는 그림이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 유전체 장벽 방전(DBD:dielectric barrier discharge) 장치는 두 개의 평행한 금속 전극으로 구성되어 있다. 최소한 전극 중 하나는 유전체층으로 덮여있다. 절연체를 사용하게 되면 직류 전력의 경우 전극을 통한 전류의 흐름이 불가능하므로 교류(AC) 전력을 이용하여 플라즈마를 발생시킨다. 안정적인 플라즈마 발생을 위하여 전극간 간격은 수 밀리미터로 제한되며 플라즈마 가스는 이 간격 사이로 흘러간다.
이러한 유전체 장벽 방전은 국부적으로 파동이나 잡음을 일으키는 방전이 존재하지 않기 때문에 조용한 방전(Silence Discharge)이라고 부르기도 한다. 방전은 사인함수 혹은 펄스 형의 전원으로 점화된다. 작동 가스의 조성, 전압 및 주파수에 따라 방전은 필라멘트 형태 혹은 글로우 형태가 된다. 필라멘트 형태의 방전은 유전체 층의 표면에서 발달하는 마이크로 방전 또는 스트리머(Streamer)에 의해 만들어진다.
이때 유전체 층의 역할은 반전 전류를 차단하고 아크로의 전이를 피할 수 있게 하여 연속되는 펄스 모드에서 작업을 가능하게 하고, 유전체 표면에 전자가 축적되어 표면에 무작위로 스트리머를 배분하여 균일한 방전을 유도하는 것이다.
상기 유전체 장벽 방전(DBD : Dielectic Barrier Discharge)은 아래와 같이 여러 가지 변형이 존재한다.
*연면방전(Surface Discharge)
도 3과 같이, 세라믹 판의 표면에 은 등의 금속전극을 설치하고, 세라믹 판 내부에 판상의 대응전극을 설치하여 두 전극 사이에 교류전압을 인가하면, 세라믹 판 위의 줄무늬 모양의 전극 주의에 불꽃 방전(Glow Discharge)이 발생 된다. 이 방전은 방전시 소음이 발생 되어 후술하는 무성방전(Silence Discharge)과 구별된다. 이 방식은 오존 발생에 효과적으로, 이에 관한 종래기술로써 대한민국 등록특허 10-0747178호에 개시된 발명을 들 수 있다.
*무성방전(Silence Discharge, Volume Discharge)
전형적인 유전체 장벽의 전극 구조로서 평행한 전극 사이에 한 쪽 또는 양쪽 전극에 유리 등의 절연물을 끼워 간격을 수 mm 로 하고, 교류전압을 인가하면 불꽃 방전(glow discharge)을 일으키지 않고 펄스상의 작은 방전이 무수히 발생한다. 이를 무성방전이라 하고 활성이온 발생으로 인한 유해가스 제거 등 산업분야에 많이 응용되고 있다.
도 4 (a)는 판상 유전체 장벽 전극 구조이다. 이 방식은 표면에 인가되는 전기장(electric field)이 균일하므로 전하(charge)들이 통계적으로 특정 분포 형태를 가지면서 유전체에 불균일하게 쌓이게 되어, 글로우 방전이 아닌 스트리머 방전을 유도하여 자외선 생성량을 감소시키는 경향이 있다.
도 4(b)는 플레이트 DBD의 변형인 메쉬 DBD 구조이다. 이 방식은 일반 플레이트 전극이 아닌 메쉬 전극을 사용하여 반응기 내부의 전기장 강화(electric field enhancement)는 물론, 메쉬 전극의 기하학적인 구조를 통해 일반적인 스트리머 방전과는 달리 플라즈마 내의 전자의 농도는 메쉬의 고유 특성으로 인해 균일하게 분포하게 되어 플라즈마의 균일성과 효율성이 뛰어난 멀티 글로우 방전을 생성할 수 있는 구조이다. 그 결과, 기존의 코로나 방전 및 일반 DBD 방전에 비해서 자외선 발생량 및 OH 래디컬, O(원자 산소, atomic oxygen) 등 활성종의 생성량이 뛰어난 플라즈마를 생성한다. 그러나 소음이 발생하는 경향이 있고 방전 전압이 높은데다 전극간의 간격이 좁으므로 유체이동에 대한 역압이 크게 걸리는 단점이 있다. 따라서 대한민국 공개특허 2002-0046093호와 같이, 처리용량을 늘리기 위해서는 같은 구조의 전극은 병렬로 확장 설치해야 하나, 구조가 복잡해지고, 전극의 자체의 단면적으로 인해 역압 발생을 피해갈 수 없다.
이러한 역압 발생에 대한 문제를 해결하기 위한 방법으로 대한민국 공개특허 10-2009-0097340호를 들 수 있는데, 본 공보에서는 전극을 관통하는 관통구를 형성시키는 방법을 제시하고 있다. 이러한 관통공은 이 공보에서만 사용된 특이한 사항은 아니고 여러 문헌에 걸쳐 소개된 방법으로 역압을 회피하기 위해 널리 사용되는 방법이다. 또한 이 공보에서 사용한 두 전극 사이의 간격의 형성방법은 기구의 구조적인 설계에 의한 mm 단위 이상의 거시적인 단위로서 마이크로 간극 방식이 아닌 일반적인 방식에 속하며 이 방법은 고전압의 인가전압을 필요로 하는 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.
그리고 도 4(c)는 마이크로 간극 방전(Micro Gap Discharge)이라는 또 다른 변형의 전극구조로서 전극간의 간격이 수십~수백 마이크로미터 정도의 매우 작은 방전 간극을 이용하여 플라즈마를 강하게 발생시키는 방식이다. 이 방식은 스트리머 방전시에는 큰 소음과 다량의 오존이 발생하므로 스트리머가 생성되지 않도록 인가 전압을 조절해주어야 한다. 또한 플라즈마 구간 내부에서 공기와 활성종들 간의 접촉확률이 여타 구조에 비해 크게 높아 공기청정 및 살균에 효과적인 종들이 다량 생성되므로 메쉬 DBD 방전에 비해 살균효과가 좋고, 소음이 적으며, 오존의 발생이 적은 편이다. 이에 대한 종래기술로써 대한민국 공개특허 2006-0017191호에 개시된 발명을 들 수 있다.
그러나 이 방식은 전극간에 미세 간극을 형성시켜야 하므로 구조가 복잡해지며, 현재까지 간격을 구현하는 방법으로 금속전극의 외부에서 절연체로 구조체를 지지하는 방법 등이 있다.
또한 일본특허 2009-78266호의 경우, 유체흐름을 원할하게 하기 위해 전극에 관통구를 활용하였으며, 전극간의 간격을 형성시키기 위해 절연체인 스페이서(space, 간격을 띄우는 장치)를 전극 사이에 삽입하는 방법을 사용하고 있다. 그러나 상기 방법의 경우, 세라믹 절연체인 스페이서를 전극에 형성하기 위해서는 전극상에 유전체층을 형성시키고, 그 위에 절연 스페이서를 위한 패턴을 형성한 후 절연체층을 다시 형성시켜야 하므로 공정이 복잡해질 뿐만 아니라 스페이서의 높이 제어에도 큰 어려움이 있으므로 제조비용을 현저하게 증가시키는 문제점이 있다.
이와 유사하게 대한민국 공개특허 10-2012-006402호와 10-2012- 0065224호의 경우, 관통구의 활용은 위와 동일하고, 전극간의 간격 형성의 경우, 스페이서 등을 활용하여 인위적으로 간격을 형성하지 않고 유전체층 형성과정에 나타나는 자연적인 표면요철을 간격으로 활용하고 있다. 그러나 이러한 표면요철의 경우, 그 형상이 무작위이므로 각 위치 별로 전극간의 거리가 달라 최종적인 전극 특성을 균일하게 제어할 수 없으며, 오존도 다량 발생하는 큰 문제점이 있다.
한편 튜브형(tube type) 몸체에 유전체 성질을 갖는 펠렛 또는 비드를 충진하거나, 그 충진체에 촉매를 코팅한 전극 구조 또한 사용되고 있다. 이 같은 방법들을 반응기에 충진된 유전체로 인해 압력손실이 발생하고, 배출가스에 입자상 물질이 존재할 경우 반응기가 쉽게 막힐 수 있으며, 대용량의 배출가스를 처리하기 위해서는 여러 개의 튜브형 반응기를 다발로 또는 집합적으로 묶어야하기 때문에 처리 시스템의 규모가 과대하게 커지는 등의 문제점이 있다. 이에 대한 종래기술로써 미국특허 제5,236,627호, 제5,236,672호, 4,954,320호, 제5,843,288호에 기재된 발명들과 대한민국 공개특허 2009-0086761호에 개시된 발명을 들 수 있다.
- 수중 플라즈마 방전
수중 방전은 수중에서 미세기포를 형성시키고 플라즈마 작용에 의하여 수산기(OH)와 활성산소(O-,O2,O3) 및 과산화수소(H2O2)와 같이 살균력이 강한 기체를 물속에 함유시켜 물속에 함유된 세균 및 바이러스를 제거하는데 이용될 수 있으며, 그 응용처로는 세탁기, 냉난방기, 공기 청정기 및 가습기와 같은 가전제품 및 살균 소독수가 필요한 식품 가공이나 음식업, 축산업 또는 병원 등이 있다.
이러한 수중 방전을 통한 활성 산소 및 오존의 기포를 발생시키는 방법은 버블 메카니즘 이론에 근거한 것으로서, 플라즈마 전극을 수중에 위치시키고, 방전열 등에 의해 물이 기화되어 생성되거나 혹은 외부로부터 주입된 미세 기포에 방전 현상을 일으켜 라디칼, 즉 수산기, 활성 산소 및 과산화수소 등을 발생하게 하는 것이다. 이 라디칼들은 물속에 함유되어 있는 중금속들을 산화시키고, 더불어 수중에 함유된 세균 및 바이러스를 살균한다.
이러한 수중방전에 사용되는 플라즈마 전극 역시 공기청정용과 마찬가지로 유전체 장벽 전극이 주로 사용되는데 이러한 전극은 기본적으로 위에서 언급된 플라즈마 전극 유형을 벗어나고 있지 못하고 있다. 이에 대한 종래기술로써 대한민국 등록특허 10-0924649호와 공개특허 2009-009675호에 개시된 발명을 들 수 있다.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 플라즈마의 안정성이 있을 뿐만 아니라 활성이온의 발생량도 크며, 살균력이 우수하고 오존의 발생량과 소모전력이 적은 동시에 경제성이 있는 유전체 장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.
또한 마이크로간극 방전방식을 이용하여 간격의 형성을 용이하게 하고, 유체의 흐름이 원활한 유전체 장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
상부 도체전극과 하부 도체전극;
상기 상부 도체전극과 하부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 도체전극 돌출부;
상기 상부 도체전극과 하부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 유전체 층;
상기 상부 도체전극과 하부 도체전극을 밀착시킬 때, 상기 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여 상하부 도체전극 중 하나와 유전체층간의 사이 또는 상호 마주보는 유전체층 간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d);을 포함하고
상기 상부 도체전극과 하부 도체전극에 펄스 또는 교류의 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 전극 구조체에 관한 것이다.
또한 본 발명은,
상부 도체전극, 하부 도체전극 및 내부 도체전극;
상기 상부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 상부 도체전극 돌출부;
상기 하부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 하부 도체전극 돌출부;
상기 상부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 상부 유전체 층;
상기 하부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 하부 유전체 층;
상기 상부 도체전극과 내부 도체전극을 밀착시킬 때, 상기 상부 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여, 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 하나와 상기 상부 유전체층과의 사이 또는 상기 상부 유전체층 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d1) ; 및
상기 하부 도체전극과 내부 도체전극을 밀착시킬 때, 상기 하부 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 하나와 상기 하부 유전체층과의 사이 또는 상기 하부 유전체층 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d2);를 포함하고,
상기 상부도체전극과 하부도체전극을 하나의 극으로 하고 내부 도체전극을 대응전극으로 하여 펄스 또는 교류의 전원을 인가하여 상기 소정의 간격(d1)와 상기 소정의 간격(d2) 사이에서 플라즈마를 동시에 발생시키는 전극 구조체에 관한 것이다.
이때, 상기 내부 도체전극을 다시 내부도체전극(상부)와 내부도체전극(하부) 2개 층으로 분리하고, 새롭게 형성된 상기 내부도체전극 분리 면의 양면 중 적어도 일표면 이상에 하나 이상의 분리면 도체전극 돌출부를 형성할 수 있다. 또한 상기 분리면의 적어도 일표면 이상에 추가적인 유전체 층을 형성하여, 분리된 내부 도체전극을 밀착시키면 내부 도체전극의 분리면에서의 분리면 도체전극 돌출부 효과로 인하여 분리 면 사이에 또 다시 소정의 간격(d3)가 형성되므로, 상기 상부 도체전극과 상기 내부 도체전극(하부)를 하나의 같은 극으로 하고, 상기 하부 도체전극과 상기 내부 도체전극(상부)를 하나의 같은 극으로 하여 펄스 또는 교류를 인가함으로써 상기 분리된 내부도체전극(상부)와 내부도체전극(하부) 사이의 상기 소정의 간격(d3)에서 추가적으로 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 펄스 또는 교류의 전원은 펄스폭 100㎲이하, 전압 1000 V 이하인 펄스 또는 교류 전원일 수가 있다.
또한, 상기 소정의 간격(d)에서 방전전류 20㎃ 이하의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 도체전극 돌출부의 높이는 1000㎛이하의 높이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 도체전극 돌출부는 원형, 사각형, 다각형, 타원형, 별형 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 갖는 것을 특징으로 하고 그 형성 방법은 프레스 가공, 에칭 가공, 용접가공, 금속 스페이서(spacer), 금속성형가공 중 선택된 1종 이상의 방법으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부도체전극, 하부도체전극 및 내부도체전극 중 적어도 하나는 격자(망) 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 상부도체전극, 하부도체전극, 내부도체전극 및 상기 유전체층 중 선택된 1종 이상의 적어도 1개소에 관통공을 형성할 수 있으며, 상기 관통공은 원형, 사각형, 타원형, 다각형, 별형, 기타 형상 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 이룰 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 분사(스프레이), 플라즈마 용사, 도포, 침적 및 스크린인쇄 공정 및 이들의 조합 중 어느 하나의 공정으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 유전체층은 각각 적어도 하나 이상의 층이고, 각 유전체 층은 같은 재질이거나, 다른 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상부 도체전극, 하부 도체전극, 내부도체전극 표면 및 유전체층 중 선택된 1종이상의 층 표면에 보호 코팅층, 다른 유전체층, 특수기능층(오존제거 기능층, 냄새제거 기능층, 절연체층) 중 선택된 하나 이상이 추가로 형성될 수 있다.
또한, 상기 소정의 간격(d,d1,d2,d3)에 세라믹, 유리, 고분자 재질 및 이들의 조합 중 어느 하나인 절연체 층이 채워질 수 있다.
또한, 상기 전극구조체는 2개 이상이 직렬 형태로 간격을 두고 배열되어 있거나, 그 구조체간에 절연되어 상호 밀착되어 있거나, 또는 전기 극성을 교차로 달리하여 2개 이상으로 적층되어 이루어 질 수 있으며, 병렬로 확대배열 될 수 있다.
상술한 구조의 본 발명의 플라즈마 전극 구조체는 소음이 적고, 플라즈마 효율이 뛰어나며, 생성되는 활성종이 많고 구조체의 수명이 길뿐만 아니라 공기의 역압이 적고 소모전력 면에서 뛰어난 구조이며, 공기의 정화, 살균은 물론 에어컨 냄새 등의 근본적인 제거가 가능하다.
또한 요구되는 응용처의 특성에 따라 다양하게 플라즈마 전극구조를 구성할 수 있어 기존 플라즈마 전극 구조에 따른 전극설계의 한계를 대부분 해결할 수 있어 소형화에 크게 유리하다.
따라서 본 발명의 전극 구조체는 공기청정 분야에만 국한되는 것이 아니라 여타의 가스상 유체 및 물과 같은 액상에 용이하게 적용할 수 있으며, 물의 경우 수중의 미세 기포가 플라즈마에 의해 이온화되어 공기 청정원리와 같은 원리에 의해 물을 살균, 정화할 수 있으므로 공기 이외의 다양한 응용처에 용이하게 적용될 수 있다.
도 1은 전형적인 코로나 방전의 전극 구조 유형을 나타내는 그림이다.
도 2는 전형적인 유전체 장벽 플라즈마 전극 구조를 나타내는 그림이다.
도 3은 전형적인 연면 방전 전극 구조를 나타내는 그림이다.
도 4는 전형적인 무성방전(Volume DBD) 전극 구조를 나타내는 그림으로써 (a) 판상 DBD, (b) 메쉬형 DBD, (c) 마이크로 간극 DBD를 나타낸다.
도 5는 통상의 체적 유전체 장벽(Volume DBD) 전극 구조에서 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 7은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 플라즈마 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 8은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 플라즈마 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 9은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 플라즈마 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 10는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 전극의 관통공 패턴의 여러 유형을 나타내는 그림이다.
도 11은 본 발명의 다른 일실시예에 따른 플라즈마 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 유체 청정 반응기를 나타내는 그림이다.
도 13는 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 DBD 전극 구성의 예시도이다.
도 14은 본 발명의 일실시예에 따른 플라즈마 전극의 성능을 나타내는 그림이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
현재까지 여러 가지 유전체 장벽 플라즈마 전극이 있으나, 모두의 공통점은 도 5(a),(b) 에 예시한 바와 같이, 전극과 유전체층이 판상으로 평행하게 이루어진 구조로써, 플라즈마의 발생영역은 전극 배열과 평행하게 나타나고 유체의 흐름도 전극배열과 평행하게 일어나는 구조이다. 일부 전극의 경우 판상을 원통형으로 만든 구조도 존재하지만 그 결과는 같다. 마이크로 간극 방식의 경우도 전극간에 마이크로 단위의 간격을 유지하기 위해 복잡한 설계가 요구되고 유체 통과 간격이 작아져 유체 흐름에 대한 역압이 발생되고 소음이 크게 되며, 이를 해소하기 위하여 때때로 관통구를 활용하기도 한다.
이러한 구조적인 한계로 인하여, 기존의 전극 구조체는 응용처의 요구 특성을 쉽게 충족시키지 못하게 되는 전극설계의 근본적인 한계를 지니게 되었다. 따라서 본 발명은 이러한 한계를 극복하기 위하여, 효율이 우수한 마이크로 간극 방식을 채택하고, 마이크로 간극 방식의 핵심인 전극간의 간격유지를 위해 경제적이고 단순한 동시에 간극의 높이 제어가 용이하도록 도전체인 판상의 금속전극에 직접 돌출부(엠보싱 또는 금속에칭 등) 형성시키고 그 위에 유전체 층을 균일한 두께로 형성한 후 한 쌍의 전극을 밀착시킴으로써 전극간의 간격형성 및 유지가 용이한 전극 구조체를 제시하게 되었다.
이는 간단한 발명으로 보이나 도체와 유전체의 직접적인 접촉으로 전기량이 누설되는 문제, 돌출부를 가진 금속전극상에 유전체를 균일한 두께로 형성시키는 방법, 도전체의 돌출부로 인한 절연파괴 문제 및 전극 상호밀착시 돌출부의 충격파괴 등에 대한 전문적인 고찰이 요구되는 발명으로서 현재까지 시도되지 못한 방법으로서 간격 형성을 위해 추가적인 어떠한 공정도 필요로 하지 않는다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 6에 나타난 바와 같이, 본 발명의 유전체 장벽 플라즈마 전극 구조체(100)는, 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110); 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 도체전극 돌출부(115); 그리고 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 유전체 층(130)을 포함한다.
또한 본 발명의 전극구조체(100)는 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)을 밀착시킬 때, 상기 도체전극 돌출부(115)의 돌출효과로 인하여 상하부 도체전극(110',110)중 하나와 마주보는 유전체층간(130)의 사이 또는 유전체층(130) 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d);을 포함한다. 그리고 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)에 펄스 또는 교류의 전원을 인가하여 상기 형성된 소정의 간격(d)에 플라즈마 방전(170)을 형성시키고, 플라즈마에 의해 발생되는 유체 활성종을 유입되는 유체에 공급함으로써 유체를 정화시킬 수 있다.
상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)에 인가되는 전원은 펄스폭 100㎲ 이하로, 전압은 1000 V 이하로 할 수 있으며, 상기 플라즈마 방전의 전류는 20㎃ 이하로 할 수 있다.
본 발명에서 상기 전극 돌출부(115)는 상기 소정의 간격(d)를 형성하는 중요한 역할을 한다, 구체적으로, 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)을 밀착시킬 때, 상기 도체전극 돌출부(115)의 돌출효과로 인하여 상하부 도체전극(110',110)중 하나와 마주보는 유전체층(130) 사이 또는 유전체층(130) 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d)를 형성시키는 스페이서(spacer) 역할을 한다. 다시 말하면, 상기 전극 돌출부(115)의 효과로 인하여, 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극상에 형성된 유전체층(130)과의 사이, 하부 도체전극(110)과 상기 상부 도체전극(110')에 형성된 유전체층(130)과의 사이, 또는 상기 상부 도체전극(110')에 형성된 유전체층(130)과 상기 하부 도체전극(110)상에 형성된 유전체층(130)과의 사이에 소정의 간격(d)를 형성함으로써 그 간격(d)에 플라즈마(170)가 효과적으로 형성될 수 있도록 한다.
이때, 상기 도체전극 돌출부(115)의 높이는 마이크로 간극 방식에서 사용되는 1000㎛ 이하의 영역이며, 상기 전극 돌출부(115)의 개수는 전극간의 간격이 유지되는 범위 내에서 그 개수를 자유로이 조절할 수 있다.
상기 전극 돌출부(115)의 위치는 상부 도체전극(110'), 하부 도체전극(110) 또는 양 도체전극 모두에 형성하여도 무방하다. 그리고 상기 도체전극 돌출부(115)의 높이를 위치에 따라 달리함으로써 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110) 사이의 간격이 위치에 따라 달라지게 할 수도 있다.
현재까지 마이크로 간극 방식의 전극구조에서 전극간의 간격 유지를 위해 구조적인 외부 지지대를 사용하거나, 세라믹 절연체를 삽입하는 방법을 사용하여 왔다. 그러나 마이크로 간극(갭) 방식의 경우 전극간의 간격이 마이크로미터(㎛) 단위이므로 구조적인 외부 지지대를 이용하여 미세 간격을 유지하는 것은 극히 어렵다. 또한 세라믹 절연체를 이용하여 미세간격을 유지하기 위해서는 유전체층 위에 절연 세라믹 스페이서 형성을 위한 미세 패턴의 원형을 만든 후, 이 미세패턴에 맞게 세라믹 절연 스페이서를 다시 형성시켜야 하므로 공정이 복잡해 질 뿐만 아니라 스페이서의 높이 정밀 제어에도 큰 어려움이 있어 제조비용을 현저하게 증가시키는 문제점이 있었다.
도체전극 돌출부는 도전체로서 도체전극 돌출부와 유전체층이 구조적으로 접촉되어 유전체 표면에 축적된 전하가 도체전극으로 급격히 이동되어 전기량이 소멸되는 전류의 누설 현상이 나타날 수 있다. 또한 구조적인 돌출부로 인하여 균열의 발생, 절연파괴 등이 일어날 소지가 있어 현재까지 시도되지 않은 방법이나, 본 발명에서는 도전체 돌출부를 활용하여 도체와 유전체층의 접촉면적을 최소화하는 동시에, 유전체층의 두께를 균일하게 제어하고, 전극 밀착시의 압력 조절 등을 통하여 효과적으로 플라즈마 전극의 기능을 실현시킬 수가 있었다.
또한 본 발명에서 상기 도체전극 돌출부(115)는 원형, 사각형, 타원형, 다각형, 별형 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.
또한 상기 도체전극 돌출부(115)는 도체전극 기판에 프레스 등의 방법으로 정해진 높이로 눌러 형성시키거나 여타 금속을 덧붙여서 만든다. 구체적으로, 상기 도체전극 돌출부(115)는 프레스 가공, 에칭가공, 용접가공, 금속재질의 스페이서(spacer) 덧붙임, 금속성형가공 및 이들이 조합으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)은 원형, 사각, 타원형, 기타 형상의 평판이 보통이나 요구되는 특성에 따라 오목형, 볼록형도 무방하다. 또한 상기 상부 도체전극(110')과 하부 도체전극(110)중 적어도 하나는 격자모양 또는 그물(망)모양의 형상으로 함으로써 그 기능을 강화시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 유전체 장벽 전극 구조체(100)는 상부 도체전극(110'), 하부 도체전극(110) 및 유전체층(130)중 선택된 1종 이상의 적어도 1개소에 관통공(150)을 형성할 수도 있다. 즉, 판상의 전극 구조체에 1개 이상의 관통공을 형성시켜, 이 관통공을 통해 유체가 이동하도록 할 수 있다. 관통공의 응용은 유체흐름에 대한 역압을 줄이는 데 많이 사용되는 기법이다.
이때 상기 관통공(150)의 형상은 도 10에 나타난 바와 같이, 원형, 사각형, 별형, 기타 형상 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 이룰 수 있으며, 구멍의 크기, 모양의 종류, 또는 크기와 종류를 함께 다양하게 조합하여 패턴에 변화를 줄 수 있다.
또한 상기 유전체 층(130)은 전기적 절연성 및 유전성을 동시에 갖는 세라믹, 석영, 유리 같은 재질을 기초로 하며, 그 두께는 예로서 수 ㎛ 내지 수 mm 이고 그 면적은 처리용량에 따라 임의로 설정될 수 있는바, 예컨대 수 mm2 내지 수백 cm2 로 될 수 있다. 상기 유전체 층(130)의 형성 방법으로는 분사(스프레이), 플라즈마 용사, 도포, 침적, 스크린 인쇄, 접합 및 이들의 조합 공정을 사용할 수 있다.
또한 상기 유전체층(130)은 2 종 이상의 유전체 조성물의 혼합으로 이루어질 수 있으며, 한 층 이상으로 형성할 수 있다. 또한 하나 이상의 유전체층을 형성할 경우, 각 유전체층 별로 그 재질을 같이 할 수도 있으며, 달리할 수도 있다.
아울러, 상기 유전체층(130)의 개수, 총 두께 및 재질의 변화를 통해 형성되는 플라즈마의 특성을 변화시킬 수 있으며, 각 유전체층을 그 층별로 그 재질을 달리함으로써 전극 특성을 강화할 수도 있다.
또한 본 발명에서는 상기 상부 도체전극(110') 표면, 하부 도체전극(110) 표면, 유전체층(130) 표면 중 선택된 하나 이상의 표면에 보호 코팅층, 다른 유전체 층, 오존제거 기능층, 냄새제거 기능층, 절연체 층 중 어느 선택된 하나 이상의 층을 추가로 형성하여 기능을 강화할 수 있다. 이러한 방법을 응용하면 소형화된 플라즈마 전극에서 여러 복합 기능을 실현할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서 소정의 간격(d)는 유체(공기, 물 등)가 이동하는 공간이나, 필요에 따라 상기 소정의 간격(d)에 유체 이외의 세라믹, 유리, 고분자재질의 절연체를 충진할 수도 있다. 이와 같은 절연체를 충진하고 도체전극에 관통공이 있거나 도체전극이 격자 모양이 적용될 경우, 각각 관통공 측면 및 격자 측단면에서 플라즈마가 발생하게 되므로 이 또한 경우에 따라서 아주 효과적인 플라즈마 발생 방법이 될 수 있다. 이와 같은 경우의 일실시예를 도 11에 나타내었다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 6에 기재된 실시예와의 차이점은 도 7의 경우 도체전극의 돌출부 위로 유전체층이 균일한 두께로 형성되어, 결과적으로 상부 유전체층(230')와 하부 유전체층(230) 사이에 소정의 간격(d)이 형성되어 있는 것이다. 또한 관통공이 도입되었을 경우에 대하여 전극 구조를 입체적으로 보여주고 있다.
이 경우 도체전극과 유전체층의 직접적인 접촉은 없고, 전극돌출부(315)의 형성에 대응하여 유전체층 돌출부(235)가 형성되어 유전체층 상호간에 간격(d)를 유지하고 있다. 상기 유전체층 돌출부(235)의 재질은 상기 유전체층(230, 230')과 동일하다.
상기 유전체 층(230', 230)의 어느 일측은 생략되어도 무방하며, 특히 유전체층(230)이 생략될 경우는 도 6과 같아지게 된다. 상기 유전체층(230, 230')의 두께는 인가되는 전압을 견딜 수 있을 정도로 두께가 충분하여야 하며, 그 두께는 재질에 따라 다르게 된다.
한편 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 장벽 전극 구조체와 플라즈마 발생 영역을 나타내는 그림이다.
도 8에 나타난 바와 같이, 본 발명의 전극 구조체(300)는 상부 도체전극(310'), 하부 도체전극(310) 및 내부 도체전극(340)을 포함한다.
또한 상기 상부 도체전극(310')과 내부 도체전극(340)이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 상부 도체전극 돌출부(315')를, 그리고 상기 하부 도체전극(310)과 내부 도체전극(340)이 마주보는 내측으로 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 하부 도체전극 돌출부(315)를 포함한다.
그리고 본 발명의 전극 구조체(300)는 상기 상부 도체전극(310')과 내부 도체전극(340)이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 상부 유전체 층(330')을, 그리고 상기 하부 도체전극(310)과 내부 도체전극(340)이 마주보는 내측으로 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 하부 유전체 층(330)을 포함한다.
또한 본 발명의 전극 구조체(300)에 있어서, 상기 상부 도체전극(310')과 내부 도체전극(340)을 밀착시킬 때, 상기 상부 도체전극 돌출부(315')의 돌출효과로 인하여, 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 하나와 상기 상부 유전체층(330')과의 사이 또는 상기 상부 유전체층(330') 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d1)을 가진다. 다시 말하면, 상기 상부 도체전극 돌출부(315')의 효과로 인하여, 상부 도체전극(310')과 내부 도체전극(340)상에 형성된 상부 유전체층(330')과의 사이, 상기 내부 도체전극(340)과 상기 상부 도체전극(310')에 형성된 상부 유전체층(미도시)과의 사이, 또는 상기 상부 도체전극(310')에 형성된 유전체층(미도시)과 상기 내부 도체전극(340)상에 형성된 유전체층(330')과의 사이에 소정의 간격(d1)를 형성할 수 있다.
그리고 상기 하부 도체전극(310)과 내부 도체전극(340)을 밀착시킬 때, 상기 하부 도체전극 돌출부(315)의 돌출효과로 인하여 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 하나와 상기 하부 유전체층(330)과의 사이 또는 상기 하부 유전체층(330) 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d2);를 포함한다. 즉, 상기 하부 도체전극 돌출부(315)의 효과로 인하여, 하부 도체전극(310)과 내부 도체전극(340)상에 형성된 하부 유전체층(330)과의 사이, 상기 내부 도체전극(340)과 상기 하부 도체전극(310)에 형성된 하부 유전체층(미도시))과의 사이, 또는 상기 하부 도체전극(310)에 형성된 하부 유전체층(미도시)과 상기 내부 도체전극(340)상에 형성된 하부 유전체층(330)과의 사이에 소정의 간격(d2)를 형성할 수 있다.
여기에 상기 상부도체전극(310'과 하부도체전극(310)을 하나의 극으로 하고 내부도체전극(340)을 대응전극으로 하여 펄스 또는 교류의 전원을 인가함으로써 상기 전극 상단부의 소정의 간격(d1)와 상기 전극 하단부의 소정의 간격(d2) 사이에서 플라즈마 방전을 형성시키고(370), 플라즈마에 의해 발생되는 유체 활성종을 유입되는 유체에 공급함으로써 유체를 정화시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서는 도8에 나타난 바와 같이, 상기 상부 및 하부도체전극(310',310)이 격자형 도체전극이고 내부도체전극은 관통공 형상일 수가 있다. 이 경우 도8과 같이 플라즈마가 열린 공간에서 발생하므로 유체의 흐름을 판상의 전극형상의 방향과 상관없이 모든 방향으로 배치할 수 있게 되므로 유체흐름에 대한 저항이 크게 개선될 수 있다. 또한 이러한 구조체(300)에서 상단부 및 하단부 양면 모두에서 플라즈마(370)가 발생하므로 효율이 배가 되게 된다.
본 실시예에서의 전극 구조체(300)는 상부 도체전극(310'과 하부 도체전극(310) 사이에 다시 내부 도체전극(340)을 가진다는 점에서 도 6 및 7에서 설명한 전극 구조체(100, 200)와 큰 차이가 있다. 그리고 상기 상하부 도체전극(310',310)과 유전체층(330,330')을 갖는 내부 도체전극(340))은 소정의 간격(d)로 이격되어 있는데, 이는 상기 도체전극(310,310')의 내측 표면에 형성된 전극 돌출부(315,315')의 존재에 따른 것으로 도체전극 돌출부를 유전체에 직접적으로 접촉하게 한 독특한 특징이 있다.
본 발명에서 상기 펄스 또는 교류의 전원은 펄스폭 100㎲ 이하로, 전압은 1000 V 이하로 할 수 있으며, 상기 플라즈마 방전의 전류는 20㎃ 이하로 할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 도체전극 돌출부(315,315')는 상기 간격(d1)과 간격(d2)를 형성하는 스페이서(spacer) 역할을 하게 되며, 상기 간격 d1과 d2는 동일할 크기를 가질 수도 다를 수도 있다.
이때 상기 도체전극 돌출부(315,315')의 높이는 마이크로 간극 방식에서 사용되는 1000㎛이하의 영역이며, 상기 도체전극 돌출부(315,315')의 개수는 전극간의 간격이 유지되는 범위 내에서 그 개수를 자유로이 조절할 수 있다. 상기 도체전극 돌출부(315,315')의 위치는 상부도체전극, 하부도체전극, 내부도체전극 중 어느 일면 이상에 형성될 수 있다. 그리고 상기 도체전극 도출부의 높이를 위치에 따라 달리하여 상부도체전극과 하부도체전극 사이의 간격이 위치에 따라 달라지게 할 수도 있다.
또한 본 발명에서 상기 도체전극 돌출부(315, 315')는 원형, 사각형, 타원형, 다각형, 별형 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 가질 수 있다.
또한 상기 도체전극 돌출부(315,315')는 도체전극 기판에 프레스 등의 방법으로 정해진 높이로 눌러 형성시키거나 여타 금속을 덧붙여서 만든다. 구체적으로, 상기 도체전극 돌출부(315,315')는 프레스 가공, 에칭가공, 용접가공, 금속재질의 스페이서(spacer) 덧붙임, 금속성형가공 및 이들이 조합으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 상부 도체전극(310'), 하부 도체전극(310), 내부 도체전극(340)은 원형, 사각, 타원형, 기타 형상의 평판이 보통이나 요구되는 특성에 따라 오목형, 볼록형도 무방하다. 또한 상기 상부 도체전극(310'), 하부 도체전극(310), 내부 도체전극(340) 중 적어도 하나는 격자모양 또는 그물(망)모양의 형상으로 함으로써 그 기능을 강화시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 유전체 장벽 전극 구조체(300)는 상부도체전극(310'), 하부도체전극(310), 내부도체전극(340) 및 상기 유전체층(330,330')중 선택된 1종 이상의 적어도 1개소에 관통공(350)을 형성할 수도 있다. 즉, 판상의 전극 구조체에 1개 이상의 관통공을 형성시켜, 이 관통공을 통해 유체가 이동하도록 할 수 있다. 관통공의 응용은 유체흐름에 대한 역압을 줄이는 데 많이 사용되는 기법이다.
이때 상기 관통공(350)의 형상은 도 10에 나타난 바와 같이, 원형, 사각형, 별형, 기타 형상 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 이룰 수 있으며, 구멍의 크기, 모양의 종류, 또는 크기와 종류를 함께 다양하게 조합하여 패턴에 변화를 줄 수 있다.
또한 상기 유전체 층(330,330')은 전기적 절연성 및 유전성을 동시에 갖는 세라믹, 석영, 유리 같은 재질을 기초로 하며, 그 두께는 예로서 수 ㎛ 내지 수 mm 이고 그 면적은 처리용량에 따라 임의로 설정될 수 있는바, 예컨대 수 mm2 내지 수백 cm2으로 될 수 있다. 상기 유전체 층(330,330')의 형성 방법으로는 분사(스프레이), 플라즈마 용사, 도포, 침적, 스크린 인쇄, 접합 및 이들의 조합 공정을 사용할 수 있다.
또한 상기 유전체층(330,330')은 2 종 이상의 유전체 조성물의 혼합으로 이루어질 수 있으며, 한 층 이상으로 형성할 수 있다. 또한 하나 이상의 유전체층을 형성할 경우, 각 유전체층 별로 그 재질을 같이 할 수도 있으며, 달리할 수도 있다.
아울러, 상기 유전체층의 개수, 총 두께 및 재질의 변화를 통해 형성되는 플라즈마의 특성을 변화시킬 수 있으며, 각 유전체층을 그 층별로 그 재질을 달리함으로써 전극 특성을 강화할 수도 있다.
또한 본 발명에서는 상기 상부 도체전극 표면, 하부 도체전극 표면, 내부 도체전극 표면, 유전체층 표면 중 선택된 1종 이상의 표면에 보호 코팅층, 다른 유전체 층, 특수기능층(오존제거 기능층, 냄새제거 기능층, 절연체 층) 중 선택된 하나 이상의 층을 추가로 형성하여 기능을 강화할 수 있다. 이러한 방법을 응용하면 소형화된 플라즈마 전극에서 여러 복합 기능을 실현할 수 있게 된다.
또한 본 발명에서 상기 소정의 간격(d1,d2)는 유체(공기, 물 등)가 이동하는 공간이나, 필요에 따라 상기 소정의 간격(d1,d2)에 유체 이외의 세라믹, 유리, 고분자 재질의 절연체를 충진할 수도 있다. 이와 같은 절연체를 충진하고 도체전극에 관통공이 있거나 도체전극이 격자 모양이 적용될 경우, 각각 관통공 측면 및 격자 측단면에서 플라즈마가 발생하게 되므로 이 또한 경우에 따라서 아주 효과적인 플라즈마 발생 방법이 될 수 있다. 이와 같은 경우의 일실시예를 도 11에 나타내었다.
한편, 도 9는 도 8를 기본으로 하는 변형 일실시예를 나타낸다. 이 경우는 도 9의 내부 도체전극(340)을 다시 내부 도체전극(상부)와 내부 도체전극(하부) 2개 층으로 분리하여 새롭게 형성된 상기 내부도체전극 분리 면의 양쪽 면 중 적어도 한쪽 면 이상에 하나 이상의 분리면 도체전극 돌출부를 형성하고, 또한 상기 분리 면의 적어도 한쪽 면 이상에 유전체 층을 형성한 것이다.
이때 분리된 내부 도체전극을 밀착시키면 내부 도체전극의 분리 면에서의 분리면 도체전극 돌출부 효과로 인하여 분리 면 사이에 다시 소정의 간격(d3)가 형성되므로, 상기 상부 도체전극과 상기 내부 도체전극(하부)를 하나의 같은 극으로 하고, 상기 하부 도체전극과 상기 내부 도체전극(상부)를 하나의 같은 극으로 함으로써 상기 내부 도체전극의 분리된 면 사이의 추가적인 소정의 간격(d3)에서 추가적으로 플라즈마를 발생시키게 된다. 이로 인해 플라즈마가 도 9에서 나타낸 바와 같이 전극 상단부, 중간부, 하단부 3 곳에서 발생하게 되어 플라즈마 효율을 더욱 증가시킬 수 있게 된다.
도 9에서는 도체전극 돌출부를 도상에 표현하지는 않았으나 그 구조와 형성방법은 앞서 기술한 바와 같으며, 또한 관통공, 유전체층 형성방법, 격자형상의 도체전극 등에 대해 도6, 7, 8에서 기술된 모든 응용과 설명은 이 실시예에서도 동일하게 적용된다.
도 12은 본 발명의 일실시예에 따른 유체 청정 반응기를 나타내는 그림이다.
도 12에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 유체 청정 반응기는 적어도 최소한 플라즈마 전극 면적보다는 큰 몸체를 구비한다. 그 몸체의 전방에는 유체를 몸체내로 유입시키기 위한 유입구를 구비한 유동분배기가 설치된다. 몸체에는 하나 이상의 플라즈마 전극 구조체를 포함한다. 그리고 전극 구조체 후단에는 전극을 통과한 유체가 배출될 수 있는 배출구가 존재한다.
완성된 플라즈마 전극 구조체는 도 12에 도시된 바와 같이, 반응기 몸체 내에 유체의 흐름과 수직하게 배치하고 통전 단자 이외의 접촉부위는 절연이 되게 한다. 이와 같이 구성된 반응기의 반응공정에 의하면, 먼저 반응기에 전원장치를 작동시켜 전력을 가하면 상부전극과 하부전극 사이의 소정의 간격에서 전기적 방전이 일어나게 되어 플라즈마가 발생된다.
상기 플라즈마에 의해서 발생된 자외선, 전자, 활성산소, 오존, OH 등의 이온 및 라디칼(radical)의 작용으로 전극 구조체의 관통공을 통과하는 유체내의 유해가스는 무해한 물질로 변화되고 살균된다. 이와 같은 반응은 일반적인 저온 플라즈마를 이용하는 원리이다.
본 발명의 전극구조체에 축전지 분야에서 응용되고 있는 적층 구조를 도입하여 교대로 전기극을 달리하여 적층 구조로 형성시킬 경우도 본 발명의 원리가 그대로 적용됨을 물론이다.
본 발명의 전극구조체의 특성상 전극 구조체의 전 후방에 직렬의 형태로 다양한 필터 또는 메쉬 스크린을 배열시키기가 용이하므로, 오존의 제거 기능, 자외선 증가 기능, 냄새 제거 기능을 보완하는 추가적인 필터 또는 스크린을 적용할 수 있다. 즉, 도 13와 같이, 상기 전극 구조체의 전방 후방에 입자필터, 자외선 강화필터와 오존필터를 복합 배열할 수 있다.
또한 본 발명의 상기 전극구조체는 2개 이상이 직렬 형태로 간격을 두고 배열되어 있거나, 그 구조체간에 절연되어 상호 밀착되어 있거나, 또는 전기 극성을 교차로 달리하여 2개 이상으로 적층되어 이루어질 수 있으며, 처리용량을 늘리기 위해 병렬형태의 배열도 가능하다.
본 발명에서 상기 유체는 공기 등의 기체이거나 물 등의 액체 일수가 있으며, 상술한 전극 구조체를 수중에 위치시키면 수중방전을 용이하고 효율적으로 발생시킬 수 있으므로 이러한 전극구조체는 공기청정 분야 외에 다양한 분야에 적용 가능하게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 전극 구조체는 일면 비교적 간단한 발명으로 보이지만, 플라즈마의 발생원리와 응용처의 요구조건에 대하여 상당한 고찰이 있을 때 비로소 나타날 수 있는 발명인 것으로 그 장점은 아래와 같다.
첫째, 전극의 간격형성 방법으로서 도체전극 돌출부의 도입은 간단한 발명으로 보이나, 이 경우 도체전극 돌출부와 유전체층이 구조적으로 접촉되어 전기적인 누설과 및 아크(arc) 발생의 우려로 현재까지 시도되지 못한 방법이다. 즉, 플라즈마 전극 구조에 대한 기술적인 이해를 바탕으로 구조적인 돌출부와 유전체의 접촉면적을 설계를 하여야 하고, 돌출부 위로 유전체를 균일하게 형성시켜야 하며, 유전체 층 재질의 전기적 특성을 고찰하여 유전체 층 두께를 설계함으로써 아크 발생의 방지가 가능하게 된다.
둘째, 전극 구조체의 관통공 형상 및 격자(망) 형상을 변화시킬 경우, 그에 따른 전기장의 변형이 유도되어 플라즈마 전극에 다양한 특성을 부여할 수 있다. 즉 관통공의 단면적상에 뾰족한 형상을 부여하면, 이 부위에 전자가 집중되어 쉽게 방전이 일어나므로 저전압에서 용이하게 플라즈마를 발생시킬 수 있고, 원형의 경우 전기장이 균일하게 분포되어 전압의 집중을 완화하여 스트리머 방전을 회피할 수 있어, 균일한 글로우 방전을 일으킨다. 따라서 플라즈마의 방전형태를 용이하게 설계할 수 있게 된다. 패턴모양과 크기를 혼합하면 스트리머 방전과 글로우 방전의 비율, 활성이온 발생량과 자외선 발생량 및 방전개시 전압 및 소모전력까지 제어할 수 있게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예 1)
플라즈마 전극 구조체의 성능을 평가하기 위하여, 유체 유입구, 플라즈마 전극, 유체 도출부로 이루어진 공기청정기 모듈을 이용하였다. 통전 전극은 스테인레스403를 재질로 하여 직경 50mm, 두께 1mm인 원판 형상을 제작한후, 이 판에 프레스를 이용하여 직경 외각부위에 균등한 각도로 5개의 전극 돌출부와 반지름의 중앙부위에 5개의 돌출부를 높이 50㎛로 제작하였다. 또한 이 판상에 직경 3.6mm의 원형 관통공을 판위에 균일하게 분포하도록 48개 형성시켰다. 이는 개구면적이 전체면적 대비 25%에 해당하는 것이다. 이후, 입도 1-2um의 알루미나와티탄산바륨 분말을 유전체 조성으로 하고 폴리머인 PVDF(Polyvinylidene fluoride)를 바인더로 하여 통상의 분사(스프레이) 공정으로 금속원판 상에 유전체 층을 두께 70㎛로 형성시켰고, 이와 똑같은 원판을 하나 더 제작하였다. 이 두 개의 원판을 유전체 층이 대면하도록 밀착 고정시켜 전극 구조체를 완성시켰다.
이후, 상기 전극 구조체에 전압 1000V, 주파수 700kHz의 교류를 전극에 인가하고 공기의 도출부에서 이온계수기와 오존분석기를 통해 생성된 음이온 수와 오존의 농도를 측정하였다. 또한 OES(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 발생되는 자외선 생성밀도를 측정하였으며, 도출부로부터 20cm 거리에 있는 위치에 한천(agar) 배지에 도말한 대장균을 위치시키고 24시간 경과 후 멸균 할로(halo)를 관찰하여 살균력을 측정하였다.
그 결과, 음이온발생량은 145,000개/cm3, 오존의 농도는 0.030ppm 이하의 수치를 나타내었고, 자외선 생성량은 약 2800정도였으며, 세균은 99.9% 이상이 멸균되었다.
(실시예 2)
전극의 인가되는 전기에너지, 즉, 펄스 폭의 증가에 따라 발생되는 음이온 수를 측정하여 도 13에 나타내었다. 도 13에 나타난 바와 같이, 펄스 폭의 증가에 따라 발생되는 음이온 수가 빠른 속도로 증가하였으며, 펄스폭이 100 μs에 근접함에 따라 음이온 수는 단위 세제곱 센티미터 당 100만개에 근접하고 있음을 알 수 있다.
(비교예 1)
한편, 본 발명과의 비교를 위한 다중 침 코로나 방식의 전극 구조체에서는 자외선 생성량은 300정도로서 본 발명에 비해 약 10%에 불과하였고, 음이온 발생량은 1450/cm3이였으며, 멸균효과는 72시간 경과 후에도 미미하였다. 또한 플라즈마를 발생시키기 위해 전압이 2kV 이상 인가되었으므로 사용상의 취급과 위험이 아주 크게 나타났다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (17)

  1. 상부 도체전극과 하부 도체전극;
    상기 상부 도체전극과 하부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 도체전극 돌출부;
    상기 상부 도체전극과 하부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 하부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 유전체 층;
    상기 상부 도체전극과 하부 도체전극을 밀착시킬 때, 상기 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여 상하부 도체전극과 유전체층 사이 또는 상호 마주보는 유전체층들 간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d);을 포함하고
    상기 상부 도체전극과 하부 도체전극에 펄스 또는 교류의 전원을 인가하여 플라즈마를 발생시키는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  2. 상부 도체전극, 하부 도체전극 및 내부 도체전극;
    상기 상부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 상부 도체전극 돌출부;
    상기 하부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 형성된 하나 이상의 하부 도체전극 돌출부;
    상기 상부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 상부 유전체 층;
    상기 하부 도체전극과 내부 도체전극이 마주보는 내측으로 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 적어도 하나의 일표면에 실질적으로 균일한 두께로 형성된 하부 유전체 층;
    상기 상부 도체전극과 내부 도체전극을 밀착시킬 때, 상기 상부 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여, 상기 상부 도체전극과 내부 도체전극 중 하나와 상기 상부 유전체층과의 사이 또는 상기 상부 유전체층 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d1) ; 및
    상기 하부도체전극과 내부도체전극을 밀착시킬 때, 상기 하부 도체전극 돌출부의 돌출효과로 인하여 상기 하부 도체전극과 내부 도체전극 중 하나와 상기 하부 유전체층과의 사이 또는 상기 하부 유전체층 상호간의 사이에 형성되는 소정의 간격(d2);를 포함하고,
    상기 상부도체전극과 하부도체전극을 하나의 극으로 하고 내부도체전극을 대응전극으로 하여 펄스 또는 교류의 전원을 인가하여 상기 소정의 간격(d1)와 상기 소정의 간격(d2) 사이에서 플라즈마를 동시에 발생시키는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 내부 도체전극을 다시 상부 내부도체전극과 하부 내부도체전극의 2개 층으로 분리한 후, 새롭게 형성된 상기 내부도체전극 분리 면의 양면 중 적어도 일면에 하나 이상의 분리면 도체전극 돌출부를 형성하고, 또한 상기 분리면 중 적어도 일면에 유전체 층을 형성함으로써, 상기 분리면 도체전극 돌출부 효과로 인하여 분리면 사이에 추가적인 소정의 간격(d3)을 형성하여 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 펄스 또는 교류의 전원이 펄스폭 100㎲이하, 전압 1000 V 이하인 펄스 또는 교류 전원인 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 간격(d,d1,d2,d3))에서 방전전류 20㎃ 이하의 플라즈마를 발생시키는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체전극 돌출부의 높이가 1000㎛이하의 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도체전극 돌출부는 원형, 사각형, 다각형, 타원형, 별형 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 갖는 것을 특징으로 하고, 그 형성 방법은 프레스 가공, 에칭가공, 용접가공, 금속 스페이서(spacer), 금속성형가공 및 이들의 조합 중 어느 하나의 방법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 상부 도체전극 또는 하부 도체전극은 격자(망) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  9. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 상부 도체전극, 하부 도체전극 및 내부 도체전극 중 적어도 하나는 격자(망) 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 상부 도체전극, 하부 도체전극, 상기 유전체층중 선택된 1종 이상의 적어도 1개소에 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공은 원형, 사각형, 타원형, 다각형, 별형, 기타 형상 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 이루는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  11. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 상부 도체전극, 하부 도체전극, 내부 도체전극, 상기 유전체층중 선택된 1종 이상의 적어도 1개소에 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공은 원형, 사각형, 타원형, 다각형, 별형, 기타 형상 및 이들의 조합 중 어느 하나의 모양을 이루는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  12. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체층은 분사(스프레이), 플라즈마 용사, 도포, 침적 및 스크린인쇄 공정 및 이들의 조합 중 어느 하나의 공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  13. 제 1항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유전체층은 각각 적어도 하나 이상의 층이고, 각 유전체 층은 같은 재질이거나, 다른 재질임을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 상부 도체전극 표면, 하부 도체전극 표면 및 유전체층 표면 중 선택된 1종 이상의 표면에 보호 코팅층, 다른 유전체층, 특수기능층(오존제거 기능층, 냄새제거 기능층, 절연체층) 중 선택된 1종 이상이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  15. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 상부 도체전극 표면, 하부 도체전극 표면, 내부 도체전극 표면 및 유전체층 표면 중 선택된 1종 이상의 표면에 보호 코팅층, 다른 유전체층, 특수기능층(오존제거 기능층, 냄새제거 기능층, 절연체층) 중 선택된 1종 이상이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  16. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소정의 간격(d,d1,d2,d3)에 세라믹, 유리, 고분자 재질 및 이들의 조합 중 1종 이상인 절연체 층이 채워진 것을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
  17. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극구조체는 2개 이상이 직렬 형태로 간격을 두고 배열되어 있거나, 그 구조체간에 절연되어 상호 밀착되어 있거나, 또는 전기 극성을 교차로 달리하여 2개 이상으로 적층되어 있거나, 병렬로 확장 배열되어 있음을 특징으로 하는 유전체장벽 방전 방식의 전극 구조체.
PCT/KR2013/005706 2012-07-13 2013-06-27 전극상에 도전체 돌출부를 갖는 유전체장벽 방전 방식의 플라즈마 발생 전극 구조체 WO2014010851A1 (ko)

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