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KR102216410B1 - 이온 발생 장치 - Google Patents

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KR102216410B1
KR102216410B1 KR1020190051296A KR20190051296A KR102216410B1 KR 102216410 B1 KR102216410 B1 KR 102216410B1 KR 1020190051296 A KR1020190051296 A KR 1020190051296A KR 20190051296 A KR20190051296 A KR 20190051296A KR 102216410 B1 KR102216410 B1 KR 102216410B1
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high voltage
ground electrode
electrode
voltage electrode
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장재수
손일나
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시키는 침 형상의 고전압 전극과, 상기 고전압 전극과 이격되게 배치되는 접지 전극과, 상기 고전압 전극 및 접지 전극이 설치되는 지지기판과, 상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체를 포함하여 이온 방출 효율을 향상시킨 이온 발생 장치에 관한 것이다.

Description

이온 발생 장치 {Ion generator}
본 발명은 이온 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고전압 인가에 의한 플라즈마 방전을 이용하여 이온을 발생시키는 이온 발생 장치에 관한 것이다.
이온 발생 장치는 공기조화기, 공기청정기 및 제균기 등에 적용되고, 이온을 발생하여 공기 중의 세균 또는 냄새를 유발하는 분자를 제거하는 장치이다.
공개특허공보 10-2011-0050473호(이하, '선행문헌1' 이라고도 함.)는, 바늘 형상의 선단부를 가지는 방전 전극과, 방전 전극이 관통하는 원형의 관통 구멍이 형성된 유도 전극을 구비한 이온 발생 장치를 개시하고 있다. 선행문헌1은 이온의 방출 효율을 향상시키기 위하여, 방전 전극의 선단부를 유도 전극의 상면보다 상측으로 돌출되게 배치하고 있다.
방전 전극과 유도 전극의 배치관계뿐만 아니라, 이온 방출 효율에 영향을 미치는 다른 요인이 존재한다. 예를 들어 방전 전극의 선단부의 직경, 공기의 상태 등이 이온 방출 효율에 영향을 미칠 수 있다.
선행문헌1은 이러한 배치를 통하여, 방전 전극의 선단부가 유도 전극의 하측에 배치되는 경우보다 이온 방출 효율을 향상시킬 수 있으나, 공기의 상태에 따라 이온 방출 효율이 감소할 수 있는 문제점이 있다.
공개특허공보 10-20070045328호(이하, '선행문헌2' 라고도 함.)는 이온 발생 장치와, 공기의 오염, 온도 및 습도를 검출하는 센서와, 공기를 가습하는 가습부와, 바이러스가 번신하기 쉬운 상태에서 수분이 많이 공급되도록 상기 가습부를 제어하는 제어부를 개시하고 있다. 또한, 선행문헌2는 수분이 많은 경우에 이온이 잔존하는 기간이 길어짐을 개시하고 있다.
그러나, 선행문헌2는 가습부를 포함하여 차지하는 부피가 크고, 공기의 상태를 파악하기 위한 센서를 더 필요로 하며, 가습부를 별도로 제어해야 하고, 사용자가 가습부에 물을 보충해야 하는 불편을 감수해야 하는 문제점이 있다.
공개특허공보 10-2011-0050473호 공개특허공보 10-2007-0045328호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이온 방출 효율을 향상시킨 이온 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 실내 공간의 공기의 상대습도와 관계없이 향상된 이온 방출 효율을 유지할 수 있는 이온 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 이온 방출 효율을 향상시키면서도 차지하는 부피가 작은 이온 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 이온 방출 효율을 향상시키기 위하여 별도의 제어나 사용자의 물 보충이 필요하지 않은 이온 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이온 발생 장치는, 첨단부를 구비하는 침 형상의 고전압 전극과, 상기 고전압 전극과 이격되게 배치되는 접지 전극과, 습도를 조절하는 조습체를 포함한다. 상기 고전압 전극은 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시킨다.
상기 조습체는 상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 습도를 조절한다. 상기 조습체는 상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절한다. 상기 조습체의 미리 조성된 습도 값은 35퍼센트 이상 55퍼센트 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 이온 발생 장치는 상기 고전압 전극 및 접지 전극이 설치되는 지지기판을 포함한다.
상기 접지 전극은, 상기 지지기판으로부터 이격되게 배치되는 접지 전극부 및 상기 접지 전극부와 연결되고 상기 지지기판에 설치되는 전극 지지부를 포함할 수 있다.
상기 고전압 전극과 상기 접지 전극부 사이에 플라즈마 방전 영역이 형성될 수 있다.
상기 조습체는 상기 플라즈마 방전 영역의 외측에 배치될 수 있다.
상기 접지 전극부는 원형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 상기 고전압 전극은 상기 접지 전극부의 중심상에 위치할 수 있다.
상기 조습체는, 상기 접지 전극부를 연장한 가상의 원기둥 상에 배치될 수 있다. 또는 상기 조습체는 상기 가상의 원기둥의 외측에 배치될 수 있다.
상기 조습체는 상기 접지 전극부와 지지기판 사이에 배치될 수 있다.
상기 조습체는 상기 접지 전극부의 상측면에 접하게 배치될 수 있다.
상기 조습체는 상기 접지 전극부의 상측면으로부터 상측으로 갈수록 확대되는 원뿔대 형상으로 형성될 수 있다.
상기 이온 발생 장치는 상기 이온 발생 장치의 외관을 형성하는 케이스를 포함할 수 있다. 상기 케이스는 상기 플라즈마 방전에 의해 발생된 이온이 방출되는 이온 방출구가 형성된 상면을 포함할 수 있다.
상기 이온 방출구는 상기 고전압 전극의 연장선 상에 중심을 갖을 수 있다.
상기 조습체는 상기 접지 전극부와 상기 이온 방출구를 연통시키는 관상으로 형성될 수 있다.
상기 조습체는 상기 케이스의 상면의 상측에 상기 이온 방출구와 인접하게 배치될 수 있다.
상기 조습체는 상측으로 갈수록 상기 이온 방출구로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다.
상기 고전압 전극의 첨단부의 직경은 7μm 이상 13μm 이하의 범위 내일 수 있다.
상기 고전압 전극은, 양의 전압이 인가되는 제1 고전압 전극과, 음의 전압이 인가되는 제2 고전압 전극을 포함할 수 있다.
상기 접지 전극은, 상기 제1 고전압 전극과의 사이에 플라즈마 방전이 발생하는 제1 접지 전극과, 상기 제2 고전압 전극과의 사이에 플라즈마 방전이 발생하는 제2 접지 전극을 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이온 발생 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 습도를 조절하여 이온 방출 효율이 향상되는 장점이 있다.
둘째,　실내 공간의 상대습도와 관계없이 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 설정된 습도 값으로 조절하여 향상된 이온 방출 효율을 유지할 수 있는 장점도 있다.
셋째,　조습체로 습도를 조절하여 이온 방출 효율을 향상시키면서도 차지하는 부피가 작은 장점도 있다.
넷째, 미리 조성된 습도 값으로 주변 영역의 습도를 조절하는 조습체를 포함하여 이온 방출 효율을 향상시키기 위하여 별도의 제어나 사용자의 물 보충이 필요하지 않은 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치의 블록도이다.
도 3은 이온 발생 장치에 의해 방출된 이온이 주위의 물 분자들과 결합하여 클러스터 이온을 형성하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4(a)는 상대습도가 이온 발생 장치에 의해 방출된 이온의 농도에 미치는 영향을 실험하기 위한 장치의 개략도이고, 도 4(b)는 도 4(a)의 실험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 고전압 전극과 접지 전극의 상대적 위치에 따른 이온 방출 농도를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 고전압 전극의 첨단부 직경에 따른 이온 방출 농도를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 5에 도시된 제1, 2 고전압 전극의 배치위치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 이온 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치가 적용되는 공기청정기를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 이온 발생 장치(20)를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 따른 이온 발생 장치(20)는 고전압이 인가되는 고전압 전극(30)과, 상기 고전압 전극(30)과 이격되게 배치되는 접지 전극(40)과, 습도를 조절하는 조습체(50)를 포함한다. 이온 발생 장치(20)는 고전압 전극(30) 및 접지 전극(40)이 설치되는 지지기판(60)과, 상기 이온 발생 장치(20)의 외관을 형성하는 케이스(21)를 포함할 수 있다.
고전압 전극(30)은 양(+) 또는 음(-)의 고전압이 인가되고, 접지 전극(40)에는 접지가 제공된다. 고전압 전극(30)에 고전압이 인가되면, 고전압 전극(30)으로부터 접지 전극(40)을 향하여 플라즈마 방전(또는, '코로나 방전'이라고도 함.)이 발생된다.
도 2를 참조하면, 이온 발생 장치(20)는, 외부로부터 전력을 공급받는 전원입력 커넥터(70)와, 상기 공급받은 전력의 전압을 고전압으로 변경시키는 고전압 트랜스 포머(80)와, 상기 고전압의 전력을 상기 고전압 전극(30)에 인가하는 고전압 회로(90)를 포함할 수 있다.
전원입력 커넥터(70)는 케이스(21, 또는 지지기판(60))의 외부로 노출되어 외부 전원과 연결될 수 있다. 전원입력 커넥터(70)는 고압 트랜스 포머(80)의 1차측에 전기적으로 접속될 수 있다.
고압 트랜스 포머(80)는 1차측에 입력된 접압을 승압해서 2차측에 출력할 수 있다. 고압 트랜스 포머(80)의 2차측의 일단은 접지 전극(40)에 전기적으로 접속될 수 있고, 타단은 고전압 회로(90)를 통해 고전압 전극(30)에 접속될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 고전압 전극(30)은 제1 고전압 전극(31)과 제2 고전압 전극(32)을 포함할 수 있고, 접지 전극(40)은 각각 제1, 2 고전압 전극(31, 32)과 대향하는 제1 접지 전극(41)과, 제2 접지 전극(42)을 포함할 수 있다. 접지 전극(40)은 제1, 2 접지 전극을 연결하는 전극 연결부(43)를 포함하여 제1, 2 접지 전극(41, 42)은 동 전위일 수 있다.
고전압 트랜스 포머(80)의 2차측의 타단은 제1 고전압 회로(91, 양(+)의 고전압 회로)를 통해 제1 고전압 전극(31)에 전기적으로 접속될 수 있다. 이와 동시에 고전압 트랜스 포머(80)의 2차측의 타단은 제2 고전압 회로(92, 음(-)의 고전압 회로)를 통해 제2 고전압 전극(32)에 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서, 이온 발생 장치(20)는 양과 음의 2극성의 이온을 발생시킬 수 있다.
고전압 전극(30)과 접지 전극(40) 사이에 플라즈마 방전이 발생되면, 공기 중의 분자가 이온화된다. 상기 이온화된 분자가 공기 중에 함유된 먼지를 하전시켜 집진 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 이온화된 분자가 공기 중에 함유된 미생물을 제균시킬 수도 있다. 또한, 상기 이온화된 분자가 냄새를 유발하는 분자와 결합하여 탈취효과를 얻을 수도 있다.
제1 고전압 전극(31)에 양의 고전압이 인가되어 제1 고전압 전극(31)의 첨단부(35)에서 양의 플라즈마 방전이 발생되고, 양이온이 발생될 수 있다. 제2 고전압 전극(32)에 음의 고전압이 인가되어 제2 고전압 전극(32)의 첨단부(35)에서 음의 플라즈마 방전이 발생되고, 음이온이 발생될 수 있다.
도 3을 참조하면, 이온 발생 장치(20)에서 발생된 이온은 복수의 물 분자와 결합한 클러스터 이온을 형성할 수 있다. 고전압 전극(30)에 양의 고전압을 인가하면 수소 양이온(H+)이 발생될 수 있고, 수소 양이온은 주변의 물 분자와 결합하여 양이온 클러스터를 형성할 수 있다. 고전압 전극(30)에 음의 고전압을 인가하면 산소 음이온(O2 -)이 발생될 수 있고, 산소 음이온은 주변의 물 분자와 결합하여 음이온 클러스터를 형성할 수 있다.
도 3(a)는 양이온 클러스터의 질량수를 나타낸 그래프이고, 도 3(b)는 음이온 클러스터의 질량수를 나타낸 그래프이다. 도 3(a) 및 도 3(b)를 참조하면, 이온 클러스터의 질량수를 측정하면, 물 분자의 질량수인 18의 배수로 피크 값이 측정된다. 이는, 도 3(c)와 같이 양이온(H+)이 복수의 물 분자와 결합하여 양이온 클러스터(H+(H2O)m, m은 자연수)를 형성하고, 음이온(O2 -)이 복수의 물 분자와 결합하여 음이온 클러스터(O2 -(H2O)n, n은 자연수)를 형성하기 때문인 것으로 알려져 있다.
양이온과 음이온은 반응성이 매우 큰 불안정한 상태로, 멀리까지 확산되지 못하고 중화된다. 이온이 이온 클러스터를 형성할 경우 상대적으로 안정화되어 보다 멀리까지 확산될 수 있고, 보다 많은 먼지, 세균 및/또는 냄새를 유발하는 분자와 결합할 수 있다. 따라서, 상대 습도가 이온 발생 장치(20)에서 발생되는 이온의 농도에 영향을 미칠 수 있다.
도 4를 참조하면, 상대 습도가 이온 발생 장치(20)에서 발생된 이온(발생 후 중화되지 않고 이온 상태를 유지하는 이온)의 농도에 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
본 발명의 발명자는 도 4(a)와 같이 상대 습도의 변화에 따른 이온 농도를 측정하기 위하여 송풍팬(11)에 의해 1m/s로 유동하는 공기의 유로에 이온 발생 장치(20)를 설치하고, 이온 발생 장치(20)로부터 1.4m 이격된 위치에 이온 측정기를 설치하였다. 상대 습도를 20% 내지 70% 범위 내에서 변화시켜 이온의 농도를 측정하였다. 이에 대한 결과는 도 4(b)와 같다.
상대 습도 20%에서 이온의 농도는 약 7만2천개/cc로 측정되었고, 상대 습도를 높일수록 측정된 이온의 농도는 증가하였다. 상대습도 30%에서 이온의 농도는 약 7만8천개/cc, 상대습도 35%에서 이온의 농도는 약 8만개/cc로 측정되었다. 상대 습도 40%에서 이온의 농도는 8만5천개/cc로 측정되었다. 이후, 상대 습도를 높일수록 이온의 농도는 감소하였다. 상대 습도 50%에서 이온의 농도는 약 8만2천개/cc, 상대 습도 55%에서 이온의 농도는 약 8만개/cc, 상대습도 60%에서 이온의 농도는 약 7만5천개/cc, 상대습도 70%에서 이온의 농도는 약 6만8천개/cc로 측정되었다.
따라서, 플라즈마 방전이 발생하는 영역의 상대 습도를 35% 내지 55% 범위 내로 조절하여, 이온 발생 장치(20)의 이온 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)는 이온 발생 효율을 향상시키기 위하여 습도를 조절하는 조습체(50)를 포함한다. 이온 발생 장치(20)는 고전압이 인가되는 고전압 전극(30)과, 상기 고전압 전극(30)과 이격되게 배치되는 접지 전극(40)을 포함한다. 또한, 고전압 전극(30)과 접지 전극이 설치되는 지지기판(60)과 이온 발생 장치(20)의 외관을 형성하는 케이스(21)를 포함할 수 있다.
고전압 전극(30)은 침 형상으로 형성되어 첨단부(35)를 구비한다. 고전압 전극(30)의 일단에 첨단부(35)가 형성되고, 타단은 지지기판(60)에 결합된다. 고전압 전극(30)은 지지기판(60)과 수직한 방향으로 설치될 수 있다.
접지 전극(40)은 고전압 전극(30)과 이격되게 배치되고, 플라즈마 방전을 유도하는 접지 전극부(45)와 접지 전극부(45)를 지지하는 전극 지지부(47)를 포함한다. 접지 전극부(45)는 지지기판으로부터 이격되게 배치되고, 전극 지지부(47)는 접지 전극부(45)로부터 절곡되어 지지기판(60)에 결합될 수 있다. 접지 전극부(45)는 지지기판(60)과 평행하게 배치될 수 있고, 전극 지지부(47)는 지지기판(60)에 수직한 방향으로 설치될 수 있다.
접지 전극부(45)는 원형의 링 형상으로 형성될 수 있다. 접지 전극부(45)의 중심상에 고전압 전극(30)이 배치될 수 있다. 고전압 전극(30)의 첨단부(35)와 접지 전극부(45) 사이의 영역(이하, '플라즈마 방전 영역'이라고도 함.)에서 플라즈마 방전이 발생하고, 고전압 전극(30)이 링 형상의 접지 전극부(45)의 중심상에 배치되어 치우짐이 없이 플라즈마 방전이 발생할 수 있다.
케이스(21)는 이온 발생 장치(20)의 외관을 형성할 수 있다. 케이스(21)는 이온 발생 장치의 상면 및 측면 외관을 형성할 수 있다. 케이스(21)는 이온 발생 장치(20)의 저면을 이루고 케이스(21) 본체와 결합하는 하측 케이스(미도시)를 더 포함하거나, 지지기판(60)이 이온 발생 장치(20)의 저면 외관을 형성할 수도 있다.
이온 발생 장치(20)는 케이스(21)로 둘러싸여 모듈 형태로 공기조화기, 공기청정기(10) 또는 제균기 등(이하, '공기청정기' 이라고도 함.)에 설치될 수 있다. 공기청정기(10)의 내부에 공기 유로측으로 케이스의 상면(22)이 배치될 수 있고, 상기 상면(22)에는 이온 방출구(23)가 형성될 수 있다. 공기청정기(10) 내부 공간은 이온 방출구(23)를 통하여 케이스(21)의 내부 공간과 연통된다. 따라서, 고전압 전극(30)과 접지 전극(40) 사이의 플라즈마 방전에 의해 발생된 이온은 이온 방출구(23)를 통하여 공기청정기 내부 유로로 확산될 수 있다.
상기 이온 방출구(23)는 상측에서 볼 때, 상기 접지 전극부(45)와 중심을 공유하는 동심원으로 형성될 수 있다. 따라서, 이온 방출구(23)는 고전압 전극의 연장선 상에 중심을 가질 수 있다. 이러한 구조로, 고전압 전극(30)과 접지 전극(40) 사이의 플라즈마 방전에 의하여 발생한 이온이 공기청정기(10)의 내부 유로로 확산되기 용이하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)의 조습체(50)는, 고전압 전극(30)과 접지 전극 사이의 플라즈마 방전 영역의 습도를 조절한다. 조습체(50)는, 고전압 전극(30)과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를, 조습체(50)의 제조시 미리 조성된 습도 값으로 조절한다.
조습체는 조습체(50) 형상의 구조물에 조습물질을 코팅하거나 조습물질을 원료로 사출 성형하여 형성될 수 있다. 조습체(50)는 다공질의 물질을 포함할 수 있다.
상기 조습물질은 우레탄과 폴리프로필렌을 중합한 발포성 수지와 황산마그네슘(MgSO4)을 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 황산마그네슘 입자의 평균 직경은 30μm 이내일 수 있다. 상기 발포성 수지 중량대비 황산마그네슘의 중량은 0.05 내지 300의 중량비로 제조할 수 있고, 중량비 조절에 따라 미리 조성된 습도 값이 조절될 수 있다.
또는, 조습물질은 실리카(SiO2)와 리튬클로라이드(LiCl)를 중합하여 제조할 수 있다. 실리카와 리튬클로라이드의 중량비를 조절하여 미리 조성된 습도 값을 조절할 수 있다.
조습체(50)의 제조시 미리 조성된 습도 값(이하, '설정 습도'라고도 함.)은 상대습도에 대한 값일 수 있다. 조습체(50)는 설치 공간의 상대 습도가 설정 습도보다 낮을 경우 수분을 방출하여 상대 습도를 높이고, 설정 습도보다 높을 경우 수분을 흡수하여 상대 습도를 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)는 조습체(50)를 포함함으로써, 수분을 방출하는 가습부와 가습부를 제어하는 장치 없이도 플라즈마 방전 영역의 상대습도를 설정습도로 조절할 수 있다.
조습체(50)는 미리 조성된 습도 값이 상대습도 35퍼센트 이상 55퍼센트 이하의 범위 내일 수 있다. 전술한 바와 같이 조습체(50)를 조성하는 물질의 중량비를 조절하여 미리 조성된 습도 값을 조절할 수 있다. 예를들어 조습체(50)가 미리 조성된 습도 값이 40%로 제조된 경우, 상대습도가 40% 미만이면 조습체는 수분을 방출하고, 40% 초과이면 수분을 흡수하여 플라즈마 발생 영역의 상대습도를 40%로 조절할 수 있다. 이로써, 별도의 제어나 사용자의 수분보충의 필요 없이 이온 방출 효율을 향상시킬 수 있다.
조습체(50)는 전도성이 낮은 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 플라즈마 방전이 발생하는 영역인 고전압 전극(30)의 첨단부(35)와 접지 전극(40)의 접지 전극부(45)의 사이에 배치될 경우 전계에 영향을 미쳐 이온 발생 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 조습체(50)는 고전압 전극(30)의 첨단부(35)와 접지 전극부(45) 사이의 플라즈마 방전 영역의 외측에 배치될 수 있다.
도 5(a)를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)의 조습체(50)는 접지 전극부(45)를 연장한 가상의 원기둥 상에 배치되거나, 상기 가상의 원기둥의 외측에 배치될 수 있다. 조습체(50)는 접지 전극부(45)와 접하게 배치될 수 있다.
조습체(50)는 접지 전극부(45)와 지지기판(60) 사이에 배치될 수 있다. 조습체(50)는 접지 전극(40)의 전극 지지부(47)와 나란하게 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 지지부(47)와 나란한 복수개로 구비되어 접지 전극부(45)를 지지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 접지 전극(40)과 고전압 전극(30)의 상대적인 배치위치는 이온 발생 장치(20)로부터 발생되는 이온의 농도에 영향을 미친다. 보다 구체적으로는 접지 전극부(45)의 상단으로부터 고전압 전극(30)의 첨단부(35) 사이의 거리(h)에 따라 발생되는 이온의 농도가 변화한다. 접지 전극부(45)의 상단을 기준으로 첨단부(35)가 상측에 위치하는 경우를 +, 하측에 위치하는 경우를 -로 하여, 첨단부(35)와 접지 전극부(45)의 위치에 따른 이온의 농도 변화는 도 6(b)와 같다.
첨단부(35)가 접지 전극부(45)의 상단부보다 1mm 높게 위치한 경우 이온 농도는 11만개/cc, 0.5mm 높게 위치한 경우 10만개/cc, 동일한 높이인 경우 9만개/cc로 측정되었다. 또한, 첨단부(35)가 접지 전극부(45)의 상단부보다 0.5mm 낮게 위치한 경우 이온 농도는 11만개/cc, 1mm 높게 위치한 경우 9.5만개/cc로 측정되었다. 그 이외의 범위에서 이온의 농도는 급격하게 감소하였다.
고전압 전극(30)의 첨단부(35)는 접지 전극부(45)의 상단과 하단 사이에 위치할 수 있다. 이온 방출 효율을 향상시키기 위하여, 첨단부(35)는 접지 전극부(45)의 상단부로부터 하측으로 0.5mm 이격된 위치에 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 고전압 전극(30)의 첨단부(35)의 직경(D)은 이온 발생 장치로부터 발생된 이온의 농도에 영향을 미칠 수 있다. 첨단부(35)의 직경(D)은 고전압 전극의 첨단부(35)측 끝단으로부터 5μm 이격된 위치에서 고전압 전극(30)의 직경을 의미한다(도 7(a)참조).
첨단부(35)의 직경이 10μm보다 작은 경우에는 10μm인 경우에 비하여 큰 차이를 보이지 않았으나, 이보다 커지는 경우 발생된 이온의 농도는 급격하게 감소한다.
첨단부(35)의 직경이 작을수록 플라즈마 방전 강도가 증가하여 발생되는 이온의 양이 많으나, 제조비용의 상승을 야기한다. 따라서, 첨단부(35)의 직경은 7μm 이상 13μm이하의 범위 내일 수 있다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 고전압 전극(30)은 양의 전압이 인가되는 제1 고전압 전극(31)과 음의 전압이 인가되는 제2 고전압 전극(32)을 포함할 수 있다. 제1 고전압 전극(31)에는 양의 고전압이 인가되어 양의 플라즈마 방전이 발생되고 양이온이 발생될 수 있다. 또한, 제2 고전압 전극(32)에는 음의 고전압이 인가되어 음의 플라즈마 방전이 발생되고 음이온이 발생될 수 있다.
두 극성의 이온이 발생되어 이온 발생 효율을 증가시킬 수 있으나, 제1, 2 고전압 전극(31, 32) 간의 이격거리(L)가 지나치게 가까우면, 양이온과 음이온이 서로 결합하여 중화될 수 있다. 이격거리(L)가 멀수록 중화되는 이온은 감소하나, 차지하는 부피가 커지고, 이온 발생 효율을 감소시킬 수 있다.
따라서, 제1, 2 고전압 전극(31, 32)의 이격거리(L)가 40mm 내지 45mm 범위 내일 수 있고, 이 범위 내에서 발생된 이온의 농도가 최대치로 측정되었다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)는 이온 발생 효율을 향상시키기 위하여 습도를 조절하는 조습체(50)를 포함한다. 이온 발생 장치(20)는 고전압이 인가되는 고전압 전극(30)과, 상기 고전압 전극(30)과 이격되게 배치되는 접지 전극(40)과, 상기 플라즈마 발생 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체(50)를 포함한다. 또한, 고전압 전극(30)과 접지 전극이 설치되는 지지기판(60)과 이온 발생 장치(20)의 외관을 형성하는 케이스(21)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)의 조습체(50)는, 접지 전극부(45)의 상측면에 접하게 배치된다. 조습체(50)는 접지 전극부(45)의 상측면으로부터 상측으로 갈수록 확대되는 원뿔대 형상으로 형성된다. 조습체(50)는 관(tube)상으로 형성되어 접지 전극부(45)와 케이스(21)의 이온 방출구(23)를 연통시킬 수 있다.
제2 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)와 제1 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)의 차이점은, 조습체(50)의 형상 및 배치위치가 다른 점에 있다. 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제1 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)는 이온 발생 효율을 향상시키기 위하여 습도를 조절하는 조습체(50)를 포함한다. 이온 발생 장치(20)는 고전압이 인가되는 고전압 전극(30)과, 상기 고전압 전극(30)과 이격되게 배치되는 접지 전극(40)과, 상기 플라즈마 발생 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체(50)를 포함한다. 또한, 고전압 전극(30)과 접지 전극이 설치되는 지지기판(60)과 이온 발생 장치(20)의 외관을 형성하는 케이스(21)를 포함할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)의 조습체(50)는, 케이스(21)의 상면(22)에 배치된다. 조습체(50)는 케이스(21)의 상면(22)에 형성된 이온 방출구(23)와 인접한 위치에 배치될 수 있다.
이온 발생 장치(20)는 케이스의 상면(22)이 공기청정기(10) 내부 유로를 향하도록 설치될 수 있고, 공기청정기(10) 내부를 유동하는 공기가 케이스의 상면(22)에 배치된 조습체(50)와 충돌하여 수분이 퍼지는데 유리하고, 이온 발생 장치(20)로부터 발생된 이온이 이온 클러스터를 형성하기 용이하다.
조습체(50)는 케이스의 상면(22)에 눕혀진 삼각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 조습체(50)는 케이스의 상면(22)에 접하는 하측부가 이온 방출구와 인접하게 배치되고, 상측으로 갈수록 이온 방출구로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 배치될 수 있다. 이러한 구조로 플라즈마 방전에 의해 발생된 이온이 이온 방출구를 통하여 케이스(21)의 외측으로 원활하게 방출될 수 있다.
도 10(a)에 도시된 바와 같이, 조습체(50)는 유로 방향과 나란하게 배치되어, 공기청정기(10) 내부를 유동하는 공기가 조습체(50)에 충돌하면서 유로저항을 과도하게 증가시키지 않을 수 있다. 또는 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 조습체(50)는 유로 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 경사가 형성된 면이 유로의 상류방향을 향하도록 배치되어 유로저항을 과도하게 증가시키지 않을 수 있다.
제3 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)와 제1 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)의 차이점은, 조습체(50)의 형상 및 배치위치가 다른 점에 있다. 이외의 기타 구성 및 작용은 본 발명의 제1 실시예와 동일하거나 유사하므로 동일 부호를 사용하고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치(20)는 공기조화기, 공기청정기(10), 또는 제균기에 적용될 수 있다.
공기청정기(10)는 송풍팬(11)을 포함하고, 송풍팬(11)이 작동하면 흡입구(12)를 통하여 유입된 공기가 공기청정기(10) 내부에서 상기 공기 중에 함유된 이물질이 걸러진 후 토출구(13)를 통하여 송출될 수 있다.
공기청정기(10)는 공기 중에 함유된 이물질을 포집하는 집진부(14)와, 상기 이물질을 대전시키는 이온 발생 장치(20)를 포함한다. 공기청정기(10)는 내부에 흡입구(12)로부터 토출구(13)를 향하는 방향으로 이온 발생 장치(20), 집진부(14) 및 송풍팬(11)이 순차적으로 설치될 수 있다. 이온 발생 장치(20)는 먼지를 대전시켜 집진 효율을 향상시키고, 세균 및 냄새를 유발하는 분자를 제거할 수 있다.
한편, 이와 같은 공기청정기(10)에 열교환기(15)를 설치하여 냉난방이 가능한 공기조화기를 구성할 수 있다. 이러한 공기조화기는 흡입구(12)로부터 토출구(13)를 향한는 방향으로 이온 발생 장치(20), 집진부(14), 열교환기(15) 및 송풍팬(11)이 순차적으로 설치될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
20: 이온 발생 장치 21: 케이스
23: 이온 방출구 30: 고전압 전극
31: 첨단부 40: 접지 전극
45: 접지 전극부 47: 전극 지지부
50: 조습체 60: 지지기판
70: 전원입력 커넥터 80: 고전압 트랜스 포머
90: 고전압 회로

Claims (16)

  1. 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시키고, 첨단부를 구비하는 침 형상의 고전압 전극;
    상기 고전압 전극과 이격되게 배치되는 접지 전극;
    상기 고전압 전극 및 접지 전극이 설치되는 지지기판; 및
    상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체를 포함하고,
    상기 접지 전극은,
    상기 지지기판으로부터 이격되게 배치되는 접지 전극부; 및
    상기 접지 전극부와 연결되고, 상기 지지기판에 설치되는 전극 지지부를 포함하고,
    상기 접지 전극부는 원형의 링 형상으로 형성되고, 상기 고전압 전극은 상기 접지 전극부의 중심상에 위치하고,
    상기 조습체는, 상기 접지 전극부를 연장한 가상의 원기둥 상에 배치되거나, 상기 가상의 원기둥의 외측에 배치되고, 상기 접지 전극부의 하부면과 지지기판의 상부면에 접하게 배치되는 이온 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고전압 전극과 상기 접지 전극부 사이에 플라즈마 방전 영역이 형성되고,
    상기 조습체는 상기 플라즈마 방전 영역의 외측에 배치되는 이온 발생 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시키고, 첨단부를 구비하는 침 형상의 고전압 전극;
    상기 고전압 전극과 이격되게 배치되는 접지 전극;
    상기 고전압 전극 및 접지 전극이 설치되는 지지기판; 및
    상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체를 포함하고,
    상기 접지 전극은,
    상기 지지기판으로부터 이격되게 배치되는 접지 전극부; 및
    상기 접지 전극부와 연결되고, 상기 지지기판에 설치되는 전극 지지부를 포함하고,
    상기 접지 전극부는 원형의 링 형상으로 형성되고, 상기 고전압 전극은 상기 접지 전극부의 중심상에 위치하고,
    상기 조습체는 상기 접지 전극부의 상측면에 접하게 배치되고,
    상기 접지 전극부의 상측면으로부터 상측으로 갈수록 확대되는 원뿔대 형상으로 형성되는 이온 발생 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시키고, 첨단부를 구비하는 침 형상의 고전압 전극;
    상기 고전압 전극과 이격되게 배치되는 접지 전극;
    상기 고전압 전극 및 접지 전극이 설치되는 지지기판; 및
    상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체를 포함하고,
    상기 접지 전극은,
    상기 지지기판으로부터 이격되게 배치되는 접지 전극부; 및
    상기 접지 전극부와 연결되고, 상기 지지기판에 설치되는 전극 지지부를 포함하고,
    상기 접지 전극부는 원형의 링 형상으로 형성되고, 상기 고전압 전극은 상기 접지 전극부의 중심상에 위치하고,
    이온 발생 장치의 외관을 형성하는 케이스를 포함하고,
    상기 케이스는 상기 플라즈마 방전에 의해 발생된 이온이 방출되는 이온 방출구가 형성된 상면을 포함하고,
    상기 이온 방출구는 상기 고전압 전극의 연장선 상에 중심을 갖고,
    상기 조습체는 상기 접지 전극부와 상기 이온 방출구를 연통시키는 관상으로 형성된 이온 발생 장치.
  12. 삭제
  13. 고전압이 인가되어 플라즈마 방전을 발생시키고, 첨단부를 구비하는 침 형상의 고전압 전극;
    상기 고전압 전극과 이격되게 배치되는 접지 전극;
    상기 고전압 전극 및 접지 전극이 설치되는 지지기판; 및
    상기 고전압 전극과 접지 전극 사이 영역의 상대습도를 미리 조성된 습도 값으로 조절하는 조습체를 포함하고,
    상기 접지 전극은,
    상기 지지기판으로부터 이격되게 배치되는 접지 전극부; 및
    상기 접지 전극부와 연결되고, 상기 지지기판에 설치되는 전극 지지부를 포함하고,
    상기 접지 전극부는 원형의 링 형상으로 형성되고, 상기 고전압 전극은 상기 접지 전극부의 중심상에 위치하고,
    이온 발생 장치의 외관을 형성하는 케이스를 포함하고,
    상기 케이스는 상기 플라즈마 방전에 의해 발생된 이온이 방출되는 이온 방출구가 형성된 상면을 포함하고,
    상기 조습체는 상기 케이스의 상면의 상측에 상기 이온 방출구와 인접하게 배치되고, 상측으로 갈수록 상기 이온 방출구로부터 멀어지는 방향으로 경사지게 배치되는 이온 발생 장치.
  14. 제 1, 8, 11 및 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조습체의 미리 조성된 습도 값은, 35퍼센트 이상 55퍼센트 이하의 범위 내인 이온 발생 장치.
  15. 제 1, 8, 11 및 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고전압 전극의 첨단부의 직경은 7μm 이상 13μm 이하의 범위 내인 이온 발생 장치.
  16. 제 1, 8, 11 및 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고전압 전극은, 양의 전압이 인가되는 제1 고전압 전극과, 음의 전압이 인가되는 제2 고전압 전극을 포함하고,
    상기 접지 전극은, 상기 제1 고전압 전극과의 사이에 플라즈마 방전이 발생하는 제1 접지 전극과, 상기 제2 고전압 전극과의 사이에 플라즈마 방전이 발생하는 제2 접지 전극을 포함하는 이온 발생 장치.
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