(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部導体電極と下部導体電極と、
前記上部導体電極と下部導体電極が対向する内側で前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の導体電極突出部と、
前記上部導体電極と下部導体電極が対向する内側で前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された誘電体層と、
前記上部導体電極と下部導体電極を密着させる時、前記導体電極突出部の突出効果により上下部導体電極の中で一つと誘電体層の間または相互対向する誘電体層の間に形成される所定の間隔(ｄ)と、
前記導体電極突出部の上部に均一な厚さに誘電体が形成された誘電体層突出部と、を含み、
前記上部導体電極、前記下部導体電極及び前記誘電体層には、前記上部導体電極から前記下部導体電極を貫通する貫通孔が少なくとも一つ形成されており、
前記上部導体電極と下部導体電極にパルスまたは交流の電源を印加してプラズマを発生させることを特徴とする誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項２】
前記パルスまたは交流の電源は、パルス幅１００μｓ以下、電圧１０００Ｖ以下のパルスまたは交流電源であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項３】
前記所定の間隔(ｄ、ｄ１、ｄ２、ｄ３)で放電電流２０ｍＡ以下のプラズマを発生させることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項４】
前記導体電極突出部の高さは、１０００μｍ以下の高さに形成されたことを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項５】
前記導体電極突出部は、円形、四角形、多角形、楕円形、星形及びこれらの組合せの中でいずれかの一つの模様を有することを特徴とし、その形成方法は、プレス加工、エッチング加工、溶接加工、金属スペーサ(ｓｐａｃｅｒ)、金属成形加工及びこれらの組合せの中でいずれかの一つの方法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項６】
前記上部導体電極または下部導体電極は、格子(網)形状を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項７】
前記貫通孔は、円形、四角形、楕円形、多角形、星形、その他形状及びこれらの組合せの中でいずれの一つの模様を成すことを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項８】
前記誘電体層は、噴射(スプレー)、プラズマ溶射、塗布、沈積及びスクリーン印刷工程及びこれらの組合せの中でいずれかの一つの工程で形成されることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項９】
前記誘電体層は、各々少なくとも一つ以上の層であり、各誘電体層は、同一な材質であるか、他の材質であることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項１０】
前記上部導体電極の表面、下部導体電極の表面及び誘電体層の表面の中で選択された１種以上の表面に、保護コーティング層、他の誘電体層、特殊技能層(オゾン除去機能層、臭い除去機能層、絶縁体層)の中で選択された１種以上が追加に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【請求項１１】
前記電極構造体は、２個以上が直列形態で間隔を置いて配列されているか、その構造体間に絶縁されて相互密着されているか、または電気極性を交代に異にして２個以上に積層されているか、並列で拡張配列されていることを特徴とする請求項１に記載の誘電体障壁放電方式の電極構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気清浄システムなどに応用されるプラズマ電極構造体に関し、より詳しくは、空気などのガス状流体にプラズマを発生させて、この時に生成される電子とイオン及び紫外線などが細菌及びにおい分子と反応して有害ガス分解及び殺菌作用を示すようにすることで、エアコン、冷蔵庫、洗濯機、車両などの内部に存在する空気を浄化させる誘電体障壁放電(ＤＢＤ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)方式のプラズマ発生電極構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
室内での空気清浄が徐々に重要になることに従って室内に存在する粒子及びガス状物質を同時に除去する方式が多様に開発されて来た。このような技術では、フィルタ式、電気集塵式、プラズマ方式、ＵＶ/光触媒方式及び多くの方式の混合(ｈｙｂｒｉｄ)方式などがある。
【０００３】
このうちプラズマを利用した空気清浄方式は、汚染物の除去において大きい効果があると知られている。プラズマ放電現象を通じて発生された電子とラジカルは、高い酸化力でＶＯＣｓ(Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ)、ＮＯｘ、ＣＦＣｓなど大部分の有害ガスを除去し、殺菌に卓越した効果を示し、酸素陰イオンは、アレルギー症状を誘発する花粉、微細ほこりなどと結合して電気的な力でこれらを互いに凝集させて除去しやすい形態で転換させる。
【０００４】
このようなプラズマ方式は、コロナ放電と誘電体障壁放電に分けることができる。
【０００５】
＜コロナ放電＞
コロナは、尖った形態の陰極と平板形態の対応電極で構成される。陰極線に陰の高圧が印加されると、この電極から放出された電子が粒子と衝突して陽イオンが生成され、この陽イオンは、電気的な引力により陰極に加速され、陰極と衝突して高エネルギーの二次電子を放出させる。このような高エネルギー電子と重い粒子は非弾性衝突を起こして化学的に反応性のある化学種を生成する。図１は、コロナ放電の電極構造類型であり、(ａ)は、一針型 (ｂ)は、多重針型を示す。
【０００６】
前記コロナ方式の電極は、製作が簡単であり、構造も簡単であるので、価格が安価であるが、放電時に多量のオゾンが生成され、その寿命が長くて人体に害を及ぼして、同時に発生する陰イオンの寿命が非常に短い方であり、紫外線の生成量も少なくて殺菌効果も弱い。
【０００７】
また、プラズマ体積が非常に小さいから、処理面積が小さい領域に限定されるしかないので、処理面積を増やすために陰極の個数を増加させた方式もあるが、この場合も電極間隔に垂直した方向にマイクロアーク(ストリーマ)を生成し、このようなストリーマは、通常同一な所に集中されるので、処理効果が局所的に現われる。
【０００８】
このような問題を避けるために誘電体障壁放電(ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)が提起された。
【０００９】
＜誘電体障壁放電(ＤＢＤ：Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)＞
誘電体障壁は、大気圧で高出力放電を発生させることができ、また複雑なパルス電力供給機がなくても良いので、産業体で広く利用されている。特に、オゾン発生、ＣＯ２レーザー、紫外線光源、汚染物質処理などに広く応用されている。
【００１０】
図２は、典型的な誘電体障壁プラズマ電極構造を示した図である。図２に示したように、誘電体障壁放電(ＤＢＤ：ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂａｒｒｉｅｒ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)装置は、二つの平行な金属電極で構成されており、最小限電極のうち一つは、誘電体層で覆われている。絶縁体を使用すると、直流電力の場合、電極を通じた電流のフローが不可能であるので、交流(ＡＣ)電力を利用してプラズマを発生させる。安定的なプラズマ発生のために電極間の間隔は数ミリメートルに制限され、プラズマガスはこの間隔の間に流れる。
【００１１】
このような誘電体障壁放電は、局所的には波動や雑音を起こす放電が存在しないので、静かな放電(Ｓｉｌｅｎｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)とも呼ばれる。放電は、サイン関数あるいはパルス型の電源で点化される。作動ガスの組成、電圧及び周波数によって放電はフィラメント形態あるいはグロー形態になる。フィラメント形態の放電は、誘電体層の表面で発達するマイクロ放電またはストリーマ(Ｓｔｒｅａｍｅｒ)により作られる。
【００１２】
この時、誘電体層は、反転電流を遮断してアークへの転移を回避させて連続されるパルスモードで作業ができるようにし、誘電体表面に電子が蓄積されて表面に無作為にストリーマを配分して均一な放電を誘導する役目をする。
【００１３】
前記誘電体障壁放電(ＤＢＤ：Ｄｉｅｌｅｃｔｉｃ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)は、下記のように多様な変形が存在する。
【００１４】
*沿面放電(Ｓｕｒｆａｃｅ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)
図３のように、セラミック板の表面に銀などの金属電極を設置し、セラミック板内部に板状の対応電極を設置して二つの電極の間に交流電圧を印加すると、セラミックス板上の縞模様の電極の周囲に火花放電(Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)が発生する。この放電は、放電時に騷音が発生して後述する無声放電(Ｓｉｌｅｎｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)と区別される。この方式は、オゾン発生に効果的で、これに関する従来技術として大韓民国登録特許１０−０７４７１７８号公報に開示された発明を挙げることができる。
【００１５】
*無声放電(Ｓｉｌｅｎｔ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ、Ｖｏｌｕｍｅ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)
典型的な誘電体障壁の電極構造として、平行な電極の間に一側または両側電極にガラスなどの絶縁物を挟んで間隔を数mmにし、交流電圧を印加すると、火花放電(Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)を起こさないでパルス状の小さい放電が無数に発生する。これを無声放電と言う。無声放電は、活性イオン発生による有害ガス除去などの産業分野にたくさん応用されている。
【００１６】
図４の(ａ)は、板状の誘電体障壁電極構造である。この方式は、表面に印加される電場(ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ)が均一なので、電荷(ｃｈａｒｇｅ)が統計的に特定分布形態を有しながら誘電体に不均一に積もるようになり、グロー放電ではないストリーマ放電を誘導して紫外線生成量を減少させる傾向がある。
【００１７】
図４の(ｂ)は、プレートＤＢＤの変形であるメッシュＤＢＤ構造である。この方式は、一般プレート電極ではないメッシュ電極を使用して反応機内部の電場強化(ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ)は勿論、メッシュ電極の幾何学的な構造を通じて一般的なストリーマ放電とは異なり、プラズマ内の電子の濃度は、メッシュの固有特性により均一に分布されて、プラズマの均一性と効率性がすぐれたマルチグロー放電を生成することができる構造である。その結果、既存のコロナ放電及び一般ＤＢＤ放電に比べて紫外線発生量及びＯＨラジカル、Ｏ(原子酸素、ａｔｏｍｉｃ ｏｘｙｇｅｎ)など活性種の生成量がすぐれたプラズマを生成する。しかし、騷音が発生する傾向があり、放電電圧が高いだけではなく電極間の間隔が狭いので、流体移動に対する逆圧が大きく発生する短所がある。したがって、大韓民国公開特許２００２−００４６０９３号公報のように、処理容量をふやすためには、同じ構造の電極は並列に拡張設置する必要があるが、構造が複雑になり、電極自体の断面積により逆圧が発生する問題がある。
【００１８】
このような逆圧発生に対する問題を解決するための方法で、大韓民国公開特許１０−２００９−００９７３４０号公報を挙げることができる。この公報では、電極を貫通する貫通口を形成させる方法を提示している。このような貫通孔は、この公報でのみ使用された特異事項ではなくて多くの文献に紹介された方法で、逆圧を回避するために広く使われる方法である。また、この公報で使用した二つの電極間の間隔の形成方法は、器具の構造的な設計によるmm単位以上の巨視的な単位としてマイクロ間隙方式ではない一般的な方式に属し、この方法は、高電圧の印加電圧を必要とするなどさまざまな問題点を有している。
【００１９】
また、図４の(ｃ)は、マイクロ間隙放電(Ｍｉｃｒｏ Ｇａｐ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ)というまた他の変形の電極構造として、電極間の間隔が数十〜数百ミクロメータ程度の非常に小さな放電間隙を利用してプラズマを強く発生させる方式である。この方式は、ストリーマ放電時には大きい騷音と多量のオゾンが発生するので、ストリーマが生成されないように印加電圧を調節しなければならない。また、プラズマ区間内部で空気と活性種の間の接触確率がそのほか構造に比べて非常に高くて空気清浄及び殺菌に効果的な種が多量生成されるので、メッシュＤＢＤ放電に比べて殺菌効果がよくて、騷音が少なくて且つオゾンの発生が少ない方である。これに対する従来技術として、大韓民国公開特許２００６−００１７１９１号に公報に開示された発明を挙げることができる。
【００２０】
しかし、この方式は、電極間に微細間隙を形成させなければならないので、構造が複雑になり、現在までは間隔を具現する方法で金属電極の外部で絶縁体で構造体を支持する方法などがある。
【００２１】
また、日本特許２００９−７８２６６号の場合、流体フローを円滑にするために電極に貫通口を活用し、電極間の間隔を形成させるために絶縁体であるスペーサ(ｓｐａｃｅｒ、間隔を形成する装置)を電極の間に挿入する方法を使用している。しかし、前記方法の場合、セラミック絶縁体であるスペーサを電極に形成するためには、電極上に誘電体層を形成させて、その上に絶縁スペーサのためのパターンを形成した後、絶縁体層をさらに形成しなければならないので、工程が複雑になるだけでなく、スペーサの高さ制御も困難であるので、製造費用を著しく増加させる問題点がある。
【００２２】
これと類似に大韓民国公開特許１０−２０１２−００６４０２号と１０−２０１２−００６５２２４号の場合、貫通口の活用は上と同一であるが、電極間の間隔形成の場合、スペーサなどを活用して人為的に間隔を形成しないで誘電体層の形成過程で現われる自然的な表面凹凸を間隔で活用している。しかし、このような表面凹凸の場合、その形状が無作為なので各位置別に電極間の距離が異なって最終的な電極特性を均一に制御することができなくて、オゾンも多量発生する大きい問題点がある。
【００２３】
一方、チューブ型(ｔｕｂｅ ｔｙｐｅ)基体に誘電体性質を有するペレットまたはビードを充填するか、その充填体に触媒をコーティングした電極構造も使われている。このような方法は、反応機に充填された誘電体により圧力損失が発生し、排出ガスに粒子状物質が存在する場合、反応機が容易に詰まんで、大容量の排出ガスを処理するためには、多数個のチューブ型反応機を束でまたは集合的に縛らなければならないので、処理システムの規模が過大になるなどの問題点がある。これに対する従来技術として、アメリカ特許第５,２３６,６２７号、第５,２３６,６７２号、第４,９５４,３２０号、第５,８４３,２８８号に記載された発明と大韓民国公開特許２００９−００８６７６１号に開示された発明を挙げることができる。
【００２４】
＜水中プラズマ放電＞
水中放電は、水中で微細気泡を形成させてプラズマ作用により水酸基(ＯＨ)と活性酸素(Ｏ−、Ｏ２、Ｏ３)及び過酸化水素(Ｈ２Ｏ２)のように殺菌力が強い気体を水中に含有させて、水中に含有された細菌及びウイルスを除去するすることに利用することができ、その応用先では、洗濯機、冷暖房機、空気清浄器及び加湿器のような家電製品及び殺菌消毒水が必要な食品加工や飲食業、畜産業または病院などがある。
【００２５】
このような水中放電を通じた活性酸素及びオゾンの気泡を発生させる方法は、バブルメカニズム理論に根拠したことで、プラズマ電極を水中に位置させて、放電熱などにより水が気化されて生成されるか、あるいは外部から注入された微細気泡に放電現象を起こしてラジカル、すなわち、水酸基, 活性酸素及び過酸化水素などを発生させる。このラジカルは、水中に含有されている重金属を酸化させて、さらに水中に含有された細菌及びウイルスを殺菌する。
【００２６】
このような水中放電に使用されるプラズマ電極も空気清浄用と同様に誘電体障壁電極が主に使われるが、このような電極は、基本的に上述したプラズマ電極類型を脱していない。これに対する従来技術として、大韓民国登録特許１０−０９２４６４９号と大韓民国公開特許２００９−００９６７５号に開示された発明を挙げることができる。
【発明の開示】
【００２７】
技術的解決課題
したがって、本発明は前述のような問題点を解決すべくなされたものであって、その目的は、プラズマの安全性があるだけではなく活性イオンの発生量も大きくて、殺菌力が優秀でオゾンの発生量と消耗電力が少ないと共に経済性がある誘電体障壁放電方式のプラズマ発生電極構造体を提供することにある。
【００２８】
本発明の他の目的は、マイクロ間隙放電方式を利用して間隔を容易に形成することができ、流体フローが円滑な誘電体障壁放電方式のプラズマ発生電極構造体を提供することにある。
【００２９】
技術的解決方法
上述の目的を達成するための本発明は、上部導体電極と下部導体電極；前記上部導体電極と下部導体電極が対向する内側で、前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の導体電極突出部；前記上部導体電極と下部導体電極が対向する内側で、前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された誘電体層；前記上部導体電極と下部導体電極を密着させる時、前記導体電極突出部の突出効果により上下部導体電極の中で一つと誘電体層間の間または相互対向する誘電体層間の間に形成される所定の間隔(ｄ)；を含み、前記上部導体電極と下部導体電極にパルスまたは交流の電源を印加してプラズマを発生させる電極構造体に関する。
【００３０】
また、本発明は、上部導体電極、下部導体電極及び内部導体電極；前記上部導体電極と内部導体電極が対向する内側で、前記上部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の上部導体電極突出部；前記下部導体電極と内部導体電極が対向する内側で、前記下部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の下部導体電極突出部；前記上部導体電極と内部導体電極が対向する内側で、前記上部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された上部誘電体層；前記下部導体電極と内部導体電極が対向する内側で、前記下部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された下部誘電体層；前記上部導体電極と内部導体電極を密着させる時、前記上部導体電極突出部の突出効果により前記上部導体電極と内部導体電極の中で一つと前記上部誘電体層との間または前記上部誘電体層相互間の間に形成される所定の間隔(ｄ１)；及び前記下部導体電極と内部導体電極を密着させる時、前記下部導体電極突出部の突出効果により前記下部導体電極と内部導体電極の中で一つと前記下部誘電体層との間または前記下部誘電体層相互間の間に形成される所定の間隔(ｄ２)；を含み、前記上部導体電極と下部導体電極を一つの極とし、内部導体電極を対応電極として、パルスまたは交流の電源を印加して前記所定の間隔(ｄ１)と前記所定の間隔(ｄ２)の間でプラズマを同時に発生させる電極構造体に関する。
【００３１】
この時、前記内部導体電極を更に内部導体電極(上部)と内部導体電極(下部)の２個層に分離し、新たに形成された前記内部導体電極分離面の両面の中で少なくとも一表面以上に一つ以上の分離面導体電極突出部を形成することができる。また、前記分離面の少なくとも一表面以上に追加的な誘電体層を形成して分離された内部導体電極を密着させると、内部導体電極の分離面での分離面導体電極突出部効果により分離面の間で再び所定の間隔(ｄ３)が形成されるので、前記上部導体電極と前記内部導体電極(下部)を一つの同一な極とし、前記下部導体電極と前記内部導体電極(上部)を一つの同一な極として、パルスまたは交流を印加することで、前記分離された内部導体電極(上部)と内部導体電極(下部)の間の前記所定の間隔(ｄ３)から追加的にプラズマを発生させることができる。
【００３２】
また、前記パルスまたは交流の電源は、パルス幅１００μｓ以下、電圧１０００Ｖ以下のパルスまたは交流電源であることができる。
【００３３】
また、前記所定の間隔(ｄ)で放電電流２０ｍＡ以下のプラズマを発生させることができる。
【００３４】
また、前記導体電極突出部の高さは、１０００μｍ以下の高さに形成されることができる。
【００３５】
また、前記導体電極突出部は、円形、四角形、多角形、楕円形、星形及びこれらの組合せの中でいずれの一つの模様を有することを特徴とし、その形成方法は、プレス加工、エッチング加工、溶接加工、金属スペーサ(ｓｐａｃｅｒ)、金属成形加工の中で選択された１種以上の方法に形成されることができる。
【００３６】
また、前記上部導体電極、下部導体電極及び内部導体電極の中で少なくとも一つは、格子(網)形状を有することができる。
【００３７】
また、前記上部導体電極、下部導体電極、内部導体電極及び前記誘電体層の中で選択された１種以上の少なくとも１ヶ所に貫通孔を形成することができ、前記貫通孔は、円形、四角形、楕円形、多角形、星形、その他形状及びこれらの組合せの中でいずれの一つの模様を形成することができる。
【００３８】
また、前記誘電体層は、噴射(スプレー)、プラズマ溶射、塗布、沈積及びスクリーン印刷工程及びこれらの組合せの中でいずれの一つの工程に形成されることができる。
【００３９】
また、前記誘電体層は、各々少なくとも一つ以上の層であり、各誘電体層は、同じ材質であるか、あるいは異なる材質からなることができる。
【００４０】
また、前記上部導体電極、下部導体電極、内部導体電極表面及び誘電体層の中で選択された１種以上の層の表面に保護コーティング層、他の誘電体層、特殊技能層(オゾン除去機能層、におい除去機能層、絶縁体層)の中で選択された一つ以上が追加に形成されることができる。
【００４１】
また、前記所定の間隔(ｄ、ｄ１、ｄ２、ｄ３)に、セラミック、ガラス、高分子材質及びこれらの組合せの中でいずれの一つである絶縁体層が満たされることができる。
【００４２】
また、前記電極構造体は、２個以上が直列形態で間隔を置いて配列されているか、その構造体間が絶縁されて相互密着されているか、または電気極性を交差に異にして２個以上に積層されて形成されることができ、並列で拡大配列されることができる。
【００４３】
有利な効果
上述の構造による本発明のプラズマ電極構造体は、騷音が少なくて、プラズマ効率がすぐれて、生成される活性種が多くて構造体の寿命が長いだけではなく、空気の逆圧が少なくて消耗電力面ですぐれた構造であり、空気の浄化、殺菌はもちろんエアコンのにおいなどの根本的な除去が可能である。
【００４４】
また、要求される応用先の特性によって多様にプラズマ電極構造を構成することができるので、既存プラズマ電極構造による電極設計の限界を大部分解決することができるので、小型化に大きく有利である。
【００４５】
したがって、本発明の電極構造体は、空気清浄分野にのみ限るものではなく、その他のガス状流体及び水のような液状に容易に適用することができ、水の場合、水中の微細気泡がプラズマによりイオン化されて空気清浄原理のような原理により水を殺菌、浄化することができるので、空気以外の多様な応用先に容易に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、典型的なコロナ放電の電極構造類型を示した図である。
【図２】図２は、典型的な誘電体障壁プラズマ電極構造を示した図である。
【図３】図３は、典型的な沿面放電の電極構造を示した図である。
【図４】図４は、典型的な無声放電(Ｖｏｌｕｍｅ ＤＢＤ)の電極構造を示した図として、(ａ)は、板状ＤＢＤ、(ｂ)は、メッシュ型ＤＢＤ、(ｃ)は、マイクロ間隙ＤＢＤを示す。
【図５】図５は、通常の体積誘電体障壁(Ｖｏｌｕｍｅ ＤＢＤ)の電極構造でプラズマ発生領域を示した図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例によるプラズマ誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【図７】図７は、本発明の他の一実施例によるプラズマ誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【図８】図８は、本発明の他の一実施例によるプラズマ誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【図９】図９は、本発明の他の一実施例によるプラズマ誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例によるプラズマ電極の貫通孔パターンの多様な類型を示した図である。
【図１１】図１１は、本発明の他の一実施例によるプラズマ電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例による流体清浄反応機を示した図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例によるプラズマＤＢＤ電極構成を示した図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施例によるプラズマ電極の性能を示した図である。
【００４７】
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明について詳しく説明する。
【００４８】
現在までさまざまな誘電体障壁プラズマ電極があったが、それらの共通点は、図５の(ａ)及び(ｂ)に示したように、電極と誘電体層が板状で平行に形成された構造として、プラズマの発生領域は、電極配列と平行に現われて流体フローも電極配列と平行に行われる構造である。一部電極の場合、板状を円筒状で作った構造も存在するが、その結果は同じである。マイクロ間隙方式の場合も電極間にマイクロ単位の間隔を維持するために複雑な設計が要求され、流体通過間隔が小さくなって流体フローに対する逆圧が発生して騷音が大きくなり、これを解消するために時々貫通口を活用することもある。
【００４９】
このような構造的な限界により、既存の電極構造体は、応用先の要求特性を容易に満たすことができなくなる電極設計の根本的な限界を有するようになった。したがって、本発明は、このような限界を克服するために、効率が優秀なマイクロ間隙方式を採択し、マイクロ間隙方式の核心である電極間の間隔維持のために、経済的で単純であると同時に間隙の高さ制御が容易に導電体である板状の金属電極に直接突出部(エムボシングまたは金属エッチングなど)を形成させて、その上に誘電体層を均一な厚さで形成した後、一対の電極を密着させることにより、電極間の間隔形成及び維持が容易である電極構造体を提示した。
【００５０】
これは簡単な発明と見られるが、導体と誘電体の直接的な接触により電気量が漏洩される問題、突出部を有した金属電極上に誘電体を均一な厚さで形成させる方法、導電体の突出部による絶縁破壊問題及び電極の相互密着時の突出部の衝撃破壊などに対する専門的な考察が要求される発明として、現在まで試みされなかった方法であり、間隔形成のために追加的な何の工程も必要としない。
【００５１】
図６は、本発明の一実施例による誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【００５２】
図６に示したように、本発明の誘電体障壁プラズマ電極構造体１００は、上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０；前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０が対向する内側で、前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の導体電極突出部１１５；前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０が対向する内側で、前記上部導体電極と下部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された誘電体層１３０を含む。
【００５３】
また、本発明の電極構造体１００は、前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０を密着させる時、前記導体電極突出部１１５の突出効果により上下部導体電極１１０'、１１０の中で一つと対向する誘電体層１３０間または誘電体層１３０相互間の間に形成される所定の間隔(ｄ)；を含む。また、前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０にパルスまたは交流の電源を印加して前記形成された所定の間隔(ｄ)にプラズマ放電１７０を形成させて、プラズマにより発生される流体活性種を流入される流体に供給することにより流体を浄化させることができる。
【００５４】
前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０に印加される電源は、パルス幅は１００μｓ以下、電圧は、１０００Ｖ以下にすることができ、前記プラズマ放電の電流は、２０ｍＡ以下にすることができる。
【００５５】
本発明で前記導体電極突出部１１５は、前記所定の間隔(ｄ)を形成する重要な役目をする。具体的には、前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０を密着させる時、前記導体電極突出部１１５の突出効果により上下部導体電極１１０'、１１０の中で一つと対向する誘電体層１３０の間または誘電体層１３０相互間の間に形成される所定の間隔(ｄ)を形成させるスペーサ(ｓｐａｃｅｒ)の役目をする。言い換えれば、前記電極突出部１１５の効果により、上部導体電極１１０'と下部導体電極上に形成された誘電体層１３０との間、下部導体電極１１０と前記上部導体電極１１０'に形成された誘電体層１３０との間、または前記上部導体電極１１０'に形成された誘電体層１３０と前記下部導体電極１１０上に形成された誘電体層１３０との間に所定の間隔(ｄ)を形成することにより、その間隔(ｄ)にプラズマ１７０が効果的に形成されることができる。
【００５６】
この時、前記導体電極突出部１１５の高さは、マイクロ間隙方式で使用される１０００μｍ以下の領域であり、前記電極突出部１１５の個数は、電極間の間隔が維持される範囲内でその個数を自由に調節することができる。
【００５７】
前記導体電極突出部１１５の位置は、上部導体電極１１０'、下部導体電極１１０または両導体電極に全て形成しても関係ない。そして、前記導体電極突出部１１５の高さを位置によって異にすることにより、上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０との間の間隔を位置によって変化させてもよい。
【００５８】
現在までマイクロ間隙方式の電極構造で電極間の間隔維持のために構造的な外部支持台を使用するか、セラミック絶縁体を挿入する方法を使用した。しかし、マイクロ間隙(ギャップ)方式の場合、電極間の間隔がμｍ単位であるので、構造的な外部支持台を利用して微細間隔を維持することは極めて難しい。また、セラミック絶縁体を利用して微細間隔を維持するためには、誘電体層上に絶縁セラミックスペーサの形成のための微細パターンの円形を作った後、この微細パターンにあわせてセラミック絶縁スペイソルを再形成させなければならないので、工程が複雑になるだけではなくスペーサの高さ精密制御にも大きい困難があって、製造費用を著しく増加させる問題点があった。
【００５９】
導体電極突出部は導電体として、導体電極突出部と誘電体層が構造的に接触されて誘電体表面に蓄積された電荷が導体電極に急激に移動されて電気量が消滅する電流の漏洩現象が発生できる。また、構造的な突出部によりクラックの発生、絶縁破壊などが発生する可能性があって、現在まで試みされなかった方法であるが、本発明では、導電体突出部を活用して導体と誘電体層の接触面積を最小化すると同時に誘電体層の厚さを均一に制御し、電極密着時の圧力調節などを通じて効果的にプラズマ電極の機能を実現させることができた。
【００６０】
また、本発明で前記導体電極突出部１１５は、円形、四角形、楕円形、多角形、星形及びこれらの組合せの中でいずれかの一つの模様を有することができる。
【００６１】
また、前記導体電極突出部１１５は、導体電極基板にプレスなどの方法で決まった高さで押して形成するか、そのほか金属を付け加えて作る。具体的には、前記導体電極突出部１１５は、プレス加工、エッチング加工、溶接加工、金属材質のスペーサ(ｓｐａｃｅｒ)付け、金属成形加工及びこれらが組合せに形成されることができる。
【００６２】
一方、本発明で前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０は、円形、四角、楕円形、その他の形状の平板が一般的であるが、要求される特性によって、凹型、凸型に形成しても関係ない。また、前記上部導体電極１１０'と下部導体電極１１０の中で少なくとも一つは、格子状または網状にすることにより、その機能を強化させることができる。
【００６３】
さらに、本発明の誘電体障壁電極構造体１００は、上部導体電極１１０'、下部導体電極１１０及び誘電体層１３０の中で選択された１種以上の少なくとも１ヶ所に貫通孔１５０を形成してもよい。すなわち、板状の電極構造体に１個以上の貫通孔を形成させて、この貫通孔を通じて流体が移動するようにすることができる。貫通孔の応用は、流体フローに対する逆圧を減らすたのにたくさん使用される技法である。
【００６４】
この時、前記貫通孔１５０の形状は、図１０に示したように、円形、四角形、星形、その他形状びこれらの組合せの中でいずれの一つの形状に形成することができ、穴のサイズ、模様の種類または大きさと種類を共に多様に組み合わせてパターンを変化させることができる。
【００６５】
また、前記誘電体層１３０は、電気的絶縁性及び遺伝性を同時に有するセラミック、石英、ガラスのような材質を基礎とし、その厚さは、例えば、数μｍ〜数ｍｍであり、その面積は、処理容量によって任意に設定することができる。例えば、数ｍｍ２〜数百ｃｍ２に設定することができる。前記誘電体層１３０の形成方法では、噴射(スプレー)、プラズマ溶射、塗布、沈積、スクリーン印刷、接合及びこれらの組合せ工程を使用することができる。
【００６６】
また、前記誘電体層１３０は、２種以上の誘電体組成物の混合からなることができ、一層以上に形成することができる。また、一つ以上の誘電体層を形成する場合、各誘電体層別にその材質を同一にするか、異にしてもよい。
【００６７】
さらに、前記誘電体層１３０の個数、層の厚さ及び材質の変化を通じて形成されるプラズマの特性を変化させることができ、各誘電体層をその層別にその材質を異にすることにより電極特性を強化してもよい。
【００６８】
また、本発明では前記上部導体電極１１０'の表面、下部導体電極１１０の表面、誘電体層１３０の表面の中で選択された一つ以上の表面に保護コーティング層、他の誘電体層、オゾン除去機能層、臭い除去機能層、絶縁体層の中で選択された一つ以上の層を追加に形成して機能を強化することができる。このような方法を応用すれば、小型化されたプラズマ電極で多くの複合機能を実現することができる。
【００６９】
また、本発明で所定の間隔(ｄ)は、流体(空気、水など)が移動する空間であるが、必要によって前記所定の間隔(ｄ)に流体以外のセラミック、ガラス、高分子材質の絶縁体を充填してもよい。このような絶縁体を充填して導体電極に貫通孔があるか導体電極に格子状が適用される場合、各々貫通孔の側面及び格子の側断面でプラズマが発生するようになるので、これも場合によって、非常に効果的なプラズマ発生方法になることができる。このような場合の一実施例を図１１に示した。
【００７０】
図７は、本発明のまた他の実施例による誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【００７１】
図６に示した実施例との差異は、図７の場合、導体電極の突出部上に誘電体層が均一な厚さに形成され、結果的に上部誘電体層２３０'と下部誘電体層２３０の間に所定の間隔(ｄ)が形成されている。また、貫通孔が導入した場合に対して電極構造を立体的に示している。
【００７２】
この場合、導体電極と誘電体層の直接的な接触はなくて、電極突出部２１５の形成に対応して誘電体層突出部２３５が形成されて誘電体層相互間の間隔(ｄ)を維持している。前記誘電体層突出部２３５の材質は、前記誘電体層２３０、２３０'と同一である。
【００７３】
前記誘電体層２３０'、２３０のいずれか一側は、省略して関係なくて、特に誘電体層２３０が省略される場合は、図６のようになる。前記誘電体層２３０、２３０'の厚さは、印加される電圧を耐えられる程度に厚さが十分である必要があり、その厚さは、材質によって変わるようになる。
【００７４】
一方、図８は、本発明の他の実施例による誘電体障壁電極構造体とプラズマ発生領域を示した図である。
【００７５】
図８に示したように、本発明の電極構造体３００は、上部導体電極３１０'、下部導体電極３１０及び内部導体電極３４０を含む。
【００７６】
また、前記上部導体電極３１０'と内部導体電極３４０が対向する内側で前記上部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の上部導体電極突出部３１５'と、前記下部導体電極３１０と内部導体電極３４０が対向する内側で前記下部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に形成された一つ以上の下部導体電極突出部３１５と、を含む。
【００７７】
また、本発明の電極構造体３００は、前記上部導体電極３１０'と内部導体電極３４０が対向する内側で前記上部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された上部誘電体層３３０'と、前記下部導体電極３１０と内部導体電極３４０が対向する内側で前記下部導体電極と内部導体電極の中で少なくとも一つの一表面に実質的に均一な厚さに形成された下部誘電体層３３０と、を含む。
【００７８】
また、本発明の電極構造体３００において、前記上部導体電極３１０'と内部導体電極３４０を密着させる時、前記上部導体電極突出部３１５'の突出効果により、前記上部導体電極と内部導体電極の中で一つと前記上部誘電体層３３０'との間または前記上部誘電体層３３０'相互間の間に形成される所定の間隔(ｄ１)を有する。言い換えれば、前記上部導体電極突出部３１５'の効果によって、上部導体電極３１０'と内部導体電極３４０上に形成された上部誘電体層３３０'との間、前記内部導体電極３４０と前記上部導体電極３１０'に形成された上部誘電体層(図示せず)との間、または前記上部導体電極３１０'に形成された誘電体層(図示せず)と前記内部導体電極３４０上に形成された誘電体層３３０'との間に所定の間隔(ｄ１)を形成することができる。
【００７９】
また、前記下部導体電極３１０と内部導体電極３４０を密着させる時、前記下部導体電極突出部３１５の突出効果により、前記下部導体電極と内部導体電極の中で一つと前記下部誘電体層３３０との間、または前記下部誘電体層３３０相互間の間に形成される所定の間隔(ｄ２)を含む。すなわち、前記下部導体電極突出部３１５の効果により、下部導体電極３１０と内部導体電極３４０上に形成された下部誘電体層３３０との間、前記内部導体電極３４０と前記下部導体電極３１０に形成された下部誘電体層(図示せず)との間、または前記下部導体電極３１０に形成された下部誘電体層(図示せず)と前記内部導体電極３４０上に形成された下部誘電体層３３０との間に所定の間隔(ｄ２)を形成することができる。
【００８０】
ここで、前記上部導体電極３１０'と下部導体電極３１０を一つの極とし、内部導体電極３４０を対応電極として、パルスまたは交流の電源を印加することにより前記電極上端部の所定の間隔(ｄ１)と前記電極下端部の所定の間隔(ｄ２)との間でプラズマ３７０放電を形成させて、プラズマにより発生される流体活性種を流入される流体に供給することにより流体を浄化させることができる。
【００８１】
また、本発明の実施例では、図８に示したように、前記上部及び下部導体電極３１０'、３１０が格子型導体電極であり、内部導体電極は貫通孔状であることができる。この場合、図８のように、プラズマが開かれた空間で発生するので、流体フローを板状の電極形状の方向と関係なく全ての方向に配置できるようになるので、流体フローに対する抵抗が大きく改善される。また、このような構造体３００で上端部及び下端部の両面から全てプラズマ３７０が発生するので、効率が倍になる。
【００８２】
本発明の実施例での電極構造体３００は、上部導体電極３１０'と下部導体電極３１０の間に更に内部導体電極３４０を有する点で、図６及び図７で説明した電極構造体１００、２００と大きい差がある。そして、前記上下部導体電極３１０'、３１０と誘電体層３３０、３３０'を有する内部導体電極３４０は、所定の間隔(ｄ)で離隔されているが、これは前記導体電極３１０、３１０'の内側表面に形成された電極突出部３１５、３１５'の存在によることで導体電極突出部を誘電体に直接的に接触させた独特の特徴がある。
【００８３】
本発明で前記パルスまたは交流の電源は、パルス幅は１００μｓ以下とし、電圧は１０００Ｖとすることができ、前記プラズマ放電の電流は、２０ｍＡ以下とすることができる。
【００８４】
また、本発明で前記導体電極突出部３１５、３１５'は、前記間隔(ｄ１)と間隔(ｄ２)を形成するスペーサ(ｓｐａｃｅｒ)の役目をするようになり、前記間隔ｄ１とｄ２は、同一なサイズを有するか、相違であるサイズを有してもよい。
【００８５】
この時、前記導体電極突出部３１５、３１５'の高さは、マイクロ間隙方式で使用される１０００μｍ以下の領域であり、前記導体電極突出部３１５、３１５'の個数は、電極間の間隔が維持される範囲内でその個数を自由に調節することができる。前記導体電極突出部３１５、３１５'の位置は、上部導体電極、下部導体電極、内部導体電極の中でいずれも一面以上に形成されることができる。そして、前記導体電極突出部の高さを位置によって異にして上部導体電極と下部導体電極の間の間隔を位置によって変化させしてもよい。
【００８６】
また、本発明で前記導体電極突出部３１５、３１５'は、円形、四角形、楕円形、多角形、星形及びこれらの組合せの中でいずれかの一つの模様を有することができる。
【００８７】
また、前記導体電極突出部３１５、３１５'は、導体電極基板にプレスなどの方法で決まった高さで押して形成させるか、そのほか金属を付け加えて作る。具体的には、前記導体電極突出部３１５、３１５'は、プレス加工、エッチング加工、溶接加工、金属材質のスペーサ(ｓｐａｃｅｒ)付け、金属成形加工及びこれらが組合せで形成されることができる。
【００８８】
一方、本発明で、前記上部導体電極３１０'、下部導体電極３１０、内部導体電極３４０は、円形、四角、楕円形、その他形状の平板が一般的であるが、要求される特性によって、凹型、凸型に形成しても関係ない。また、前記上部導体電極３１０'、下部導体電極３１０、内部導体電極３４０の中で少なくとも一つは、格子模様または網模様の形状に形成することで、その機能を強化させることができる。
【００８９】
さらに、本発明の誘電体障壁電極構造体３００は、上部導体電極３１０'、下部導体電極３１０、内部導体電極３４０及び前記誘電体層３３０、３３０'の中で選択された１種以上の少なくとも１ヶ所に貫通孔３５０を形成してもよい。すなわち、板状の電極構造体に１個以上の貫通孔を形成させて、この貫通孔を通じて流体が移動するようにすることができる。貫通孔の応用は、流体フローに対する逆圧を減らすためにたくさん使われる技法である。
【００９０】
この時、前記貫通孔３５０の形状は、図１０に示したように、円形、四角形、星形、その他形状及びこれらの組合せの中でいずれかの一つの模様を成すことができ、穴のサイズ、模様の種類または大きさと種類を共に多様に組み合わせてパターンに変化を与えることができる。
【００９１】
また、前記誘電体層３３０、３３０'は、電気的絶縁性及び遺伝性を同時に有するセラミック、石英、ガラスのような材質を基礎とし、その厚さは、例えば、数μｍ〜ｍｍであり、その面積は、処理容量によって任意に設定されることができる。例えば、数ｍｍ２〜数百ｃｍ２になることができる。前記誘電体層３３０、３３０'の形成方法では、噴射(スプレー)、プラズマ溶射、塗布、沈積、スクリーン印刷、接合及びこれらの組合せ工程を使用することができる。
【００９２】
また、前記誘電体層３３０、３３０'は、２種以上の誘電体組成物の混合からなることができ、一層以上に形成することができる。また、一つ以上の誘電体層を形成する場合、各誘電体層別にその材質を同一にするか、異にしてもよい。
【００９３】
また、前記誘電体層の個数、総厚さ及び材質の変化を通じて形成されるプラズマの特性を変化させることができ、各誘電体層をその層別にその材質を異にすることにより電極特性を強化してもよい。
【００９４】
また、本発明では、前記上部導体電極の表面、下部導体電極の表面、内部導体電極の表面、誘電体層の表面の中で選択された１種以上の表面に保護コーティング層、他の誘電体層、特殊技能層(オゾン除去機能層、臭い除去機能層、絶縁体層)の中で選択された一つ以上の層を追加で形成して機能を強化することができる。このような方法を応用すれば、小型化されたプラズマ電極で多くの複合機能を実現することができる。
【００９５】
また、本発明で前記所定の間隔(ｄ１、ｄ２)は、流体(空気、水など)が移動する空間であるが、必要によって前記所定の間隔(ｄ１、ｄ２)に流体以外にセラミック、ガラス、高分子材質の絶縁体を充填することもできる。このような絶縁体を充填して導体電極に貫通孔があるか導体電極に格子模様が適用される場合、各々貫通孔の側面及び格子の側断面でプラズマが発生するようになるので、これも場合によってとても効果的なプラズマ発生方法になることができる。このような場合の一実施例を図１１に示した。
【００９６】
一方、図９は、図８を基本とする変形の一実施例を示した図である。この場合は、図９の内部導体電極３４０をさらに内部導体電極(上部)と内部導体電極(下部)の２個層で分離して新たに形成された前記内部導体電極分離面の両側面の中で少なくとも一側面以上に一つ以上の分離面導体電極突出部を形成し、また前記分離面の少なくとも一側面以上に誘電体層を形成したことである。
【００９７】
この時、分離された内部導体電極を密着させると、内部導体電極の分離面での分離面導体電極突出部効果によって分離面の間に再び所定の間隔(ｄ３)が形成されるので、前記上部導体電極と前記内部導体電極(下部)を一つの同一な極とし、前記下部導体電極と前記内部導体電極(上部)を一つの同一な極とすることにより、前記内部導体電極の分離された面の間の追加的な所定の間隔(ｄ３)で追加的にプラズマを発生させるようになる。これによって、プラズマが、図９に示したように、電極の上端部、中間部、下端部の３ヶ所で発生するようになり、プラズマ効率を一層増加させることができる。
【００９８】
図９では、導体電極突出部を図面上に表現しなかったが、その構造と形成方法は、上述したようであり、また、貫通孔、誘電体層の形成方法、格子形状の導体電極などに対して、図６、図７、図８で説明した全ての応用と説明は、この実施例でも同一に適用される。
【００９９】
図１２は、本発明の一実施例による流体清浄反応機を示した図である。
【０１００】
図１２に示したように、本発明による低温プラズマを利用した流体清浄反応機は、少なくともプラズマ電極の面積よりは大きい基体を具備する。その基体の前方には、流体を基体内に流入させるための流入口を具備した流動分配機が設置される。基体には、一つ以上のプラズマ電極構造体を含む。そして、電極構造体後端には、電極を通過した流体が排出されることができる排出口が存在する。
【０１０１】
完成されたプラズマ電極構造体は、図１２に示したように、反応機基体内に流体フローと垂直に配置し、通電端子以外の接触部位は、絶縁されるようにする。このように構成された反応機の反応工程によれば、まず、反応機に電源装置を作動させて電力を加えれば、上部電極と下部電極との間の所定の間隔で電気的放電が起きるようになってプラズマが発生する。
【０１０２】
前記プラズマにより発生された紫外線、電子、活性酸素、オゾン、ＯＨなどのイオン及びラジカル(ｒａｄｉｃａｌ)の作用により電極構造体の貫通孔を通過する流体内の有害ガスは無害な物質に変化されて殺菌される。このような反応は、一般的な低温プラズマを利用する原理である。
【０１０３】
本発明の電極構造体に蓄電池分野で応用されている積層構造を導入して交代に電機極を異にして積層構造で形成させる場合にも本発明の原理がそのまま適用されることを勿論である。
【０１０４】
本発明の電極構造体の特性上、電極構造体の前・後方に直列の形態で多様なフィルタまたはメッシュスクリーンを配列することが容易であるので、オゾンの除去機能、紫外線増加機能、臭い除去機能を補う追加的なフィルタまたはスクリーンを適用することができる。すなわち、図１３のように、前記電極構造体の前方後方に粒子フィルタ、紫外線強化フィルタとオゾンフィルタを複合配することができる。
【０１０５】
また、本発明の前記電極構造体は、２個以上が直列形態で間隔を置いて配列されているか、その構造体間に絶縁されて相互密着されているか、または電気処理容量を交差に異にして２個以上を積層されて形成することができ、処理容量をふやすために並列形態で配列することも可能である。
【０１０６】
本発明で前記流体は、空気などの気体であるか水などの液体であることができ、上述した電極構造体を水中に位置させると、水中放電を容易で且つ効率的に発生させることができるので、このような電極構造体は空気清浄分野外に多様な分野に適用することが可能である。
【０１０７】
上述したような本発明の電極構造体は、比較的簡単な発明と見えるが、プラズマの発生原理と応用先の要求条件に対した相当な考察を通じて可能な発明として、その長所は下記のようである。
【０１０８】
１．電極の間隔形成方法として導体電極突出部の導入は簡単な発明と見えるが、この場合、導体電極突出部と誘電体層が構造的に接触されて電気的な漏洩と及びアーク(ａｒｃ)発生の恐れがあるので、現在まで試みされることができなかった方法である。すなわち、プラズマ電極構造に対する技術的な理解を土台で構造的な突出部と誘電体の接触面積を設計し、突出部上に誘電体を均一に形成させて、誘電体層材質の電気的特性を考察して誘電体層の厚さを設計することにより、アーク発生を防止することが可能になる。
【０１０９】
２．電極構造体の貫通孔形状及び格子(網)形状を変化させる場合、それによる電場の変形が誘導されてプラズマ電極に多様な特性を付与することができる。すなわち、貫通孔の断面積上に尖った形状を付与すれば、この部位に電子が集中されて放電が容易に起きるので、低電圧で容易にプラズマを発生させることができ、円形の場合、電場が均一に分布されて電圧の集中を緩和してストリーマ放電を回避することができ、均一なグロー放電を起こす。したがって、プラズマの放電形態を容易に設計できるようになる。パターン模様と大きさを混合すれば、ストリーマ放電とグロー放電の割合、活性イオン発生量と紫外線発生量及び放電開始電圧及び消耗電力まで制御することができる。
【０１１０】
発明の実施のための形態
以下、実施例を通じて本発明を詳しく説明する。
【実施例１】
【０１１１】
プラズマ電極構造体の性能を評価するために、流体流入口、プラズマ電極、 流体排出口からなるエアクリーナーモジュールを利用した。通電電極は、ステンレス４０３を材質として、直径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍである円板形状を製作した後、この板にプレスを利用して直径外角部位に均等な角度で５個の電極突出部と、半径の中央部位に５個の突出部を、高さ５０μｍで製作した。また、この板上に、直径３.６ｍｍの円形貫通孔を均一に分布させて４８個形成した。これは開口面積が全体面積対比２５％に該当することである。以後、粒度１〜２μｍのアルミナとチタン酸バリウム粉末で誘電体を組成し、ポリマーであるＰＶＤＦ(Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ)をバインダとして、通常の噴射(スプレー)工程で金属円板上に誘電体層を、厚さ７０μｍで形成した。また、これと同一な円板をもう一つ製作した。この二つの円板を誘電体層が対面するように密着固定させて電極構造体を完成した。
【０１１２】
以後、前記電極構造体に電圧１０００Ｖ、周波数７００ｋＨｚの交流を電極に印加して空気の排出口でイオン計数器とオゾン分析機を通じて生成された陰イオンの数とオゾンの濃度を測定した。また、ＯＥＳ(Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)を利用して発生される紫外線生成密度を測定し、排出口から２０ｃｍ距離にある位置に寒天(ａｇａｒ)培地に塗抹した大膓菌を位置させて、２４時間経過後に滅菌ハロー(ｈａｌｏ)を観察して、殺菌力を測定した。
【０１１３】
その結果、陰イオン発生量は、１４５,０００個/ｃｍ３、オゾンの濃度は、０.０３０ｐｐｍ以下の数値を示した。紫外線生成量は、約２８００程度であり、細菌は、９９.９％以上が滅菌された。
【実施例２】
【０１１４】
電極の印加される電気エネルギー、すなわち、パルス幅の増加によって発生する陰イオンの数を測定して図１４に示した。図１４に示したように、パルス幅の増加によって発生する陰イオンの数が速い速度で増加した。パルス幅が１００μｓに近接することによって陰イオンの数は、単位ｃｍ３当たり１００万個に近接していることが分かる。
【０１１５】
比較例１
一方、本発明との比較のための多重針コロナ方式の電極構造体では、紫外線生成量は、３００程度として、本発明に比べて約１０％に過ぎなかった。陰イオン発生量は、１４５０/ｃｍ３であり、滅菌効果は、７２時間経過後にも些細であった。また、プラズマを発生させるために電圧が２ｋＶ以上印加されたので、使用上の取り扱いにおいて危険性がとても高く現われた。
【０１１６】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎず、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記請求範囲により解釈され、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれることで解釈される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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