KR20040022237A - 이온 발생 소자와, 이를 이용한 이온 발생 장치, 공기조절 장치, 청소기, 및 냉장고 - Google Patents

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야마모또마사히또
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Abstract

본 발명은 유전체(4)의 내부에 형성된 내부 전극(6)과, 유전체(4)의 표면에 형성된 표면 전극(5)을 구비하고, 상기 표면 전극(5)은 격자형으로 형성되며 격자 내부에 첨단부(5a)를 설치한 것을 특징으로 한다. 보다 상세하게는, 상기 각각의 첨단부(5a)는 격자 변 상의 임의의 2점과 격자 내부의 임의의 한 점을 꼭지점으로 하는 삼각형이나, 격자 라인의 교점과 대각 위치에 있는 격자 라인의 교점을 연결하는 직선 부근의 임의의 점과, 격자 변 상의 임의의 두 점을 꼭지점으로 하는 사각형으로 구성된다. 본 발명은 폭 넓은 전압 인가 범위에서도 안정적으로 양이온 및 음이온을 발생시킬 수 있는 한편, 소음 증가를 억제하고 오존 발생을 저감할 수 있는 이온 발생 소자를 제공하고, 상기 이온 발생 소자를 이용한 이온 발생 장치와, 공기 조절 장치와, 청소기와, 냉장고를 제공한다.

Description

이온 발생 소자와, 이를 이용한 이온 발생 장치, 공기 조절 장치, 청소기, 및 냉장고 {ION GENERATING ELEMENT AND ION GENERATOR, AIR CONDITIONING APPARATUS, CLEANER AND REFRIGERATOR CONTAINING THE SAME}
일반적으로 사무소 또는 회의실 등의 빈번하게 환기가 되지 않는 밀폐된 방에서는, 방에 사람 수가 많은 경우, 호흡에 의해 배출되는 이산화탄소, 담배의 연기, 먼지 등의 공기 오염 물질이 증가하고, 결과적으로 인간을 이완시키는 효능을 갖는 음이온이 공기 중에서 감소된다. 특히 담배 연기에 의해 음이온이 다량으로 손실되고, 통상의 1/2 내지 1/5 정도까지 감소한다.
따라서, 공기 중으로 음이온을 보급하기 위한 수많은 이온 발생 장치가 지금까지 시판되어 왔지만, 그 모든 이온 발생 장치는 직류 고전압 방식으로 음이온만을 발생시킨다. 이러한 음이온을 발생시키는 종래의 이온 발생장치는 공기 중에 음이온을 공급할 수는 있지만, 공기 중의 부유 세균을 적극적으로 제거할 수는 없다.
본 출원의 발명자들은 열정적으로 연구한 결과, 양이온으로서 H+(H2O)n(n은 자연수) 및 O2 -(H2O)m(m은 자연수)을 송출하는 구성에 의해, 상기한 이온으로 공기 중의 부유 세균을 감싸 화학 반응시켜, 그 화학 반응으로 발생하는 활성종인 과산화수소(H2O2) 및/또는 수산화 래디컬(-OH)의 분해 작용에 의해 공기 중의 부유 세균을 살균하는 발명을 하였다.
본 출원인은 일본 특허 출원 제2001-166118호에서 유전체의 표면에 표면 전극을 형성하고, 유전체의 내부에 상기 표면 전극에 평행한 내부 전극을 설치한 이온 발생 소자를 제안하였다. 도10은 상기 이온 발생 소자를 도시하는 사시도이며, 도11은 상기 이온 발생 소자의 단면도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 세라믹 등으로 이루어진 유전체(104)는 상부 유전체(102) 및 하부 유전체(103)에 의해 구성되고, 상부 유전체(102)와 하부 유전체(103) 사이에는 띠상의 내부 전극(106)이 형성되어 있다.
한편, 상부 유전체(102)의 표면에는, 내부 전극(106)과 평행하게 표면 전극(105)이 형성되어 있다. 표면 전극(105)은 텅스텐 등에 의해 상부 유전체(102) 상에 스크린 인쇄되어 있고, 또한 양이온 및 음이온을 다량으로 공기중에 방출하기 위해서 도10에 도시한 바와 같이 격자형으로 형성되어 있다. 즉, 양이온 및 음이온을 효율적으로 발생시키도록 스크린 인쇄에 의해 유전체(102)의 표면에 격자형의 표면 전극(105)을 형성하는 것이다.
또한, 유전체(102)의 표면 및 표면 전극(105)을 피복하는 알루미늄으로 제조된 코팅층(109)과, 일 단부가 표면 전극(105)에 접속되어 있고 타 단부가 하부 유전체(103)의 하면에 제공된 표면 전극 접점(108)에 접속되어 있는 표면 전극용 접속부(111)와, 일 단부가 내부 전극(106)에 접속되어 있고 타 단부가 하부 유전체(103)의 하면에 제공된 내부 전극 접점(107)에 접속되어 있는 내부 전극용 전도부(112)로부터 이온 발생 소자(101)가 구성된다. 그리고, 도시하지 않는 전압 인가 회로에 내부 전극 접점(107) 및 표면 전극 접점(108)을 접속하여, 내부 전극(106) 및 상부 유전체(102)의 표면에 격자형으로 형성된 표면 전극(105)에 교류 전압을 인가함으로써, 다량의 양이온 및 음이온을 발생시킨다.
그러나, 일본 특허 출원 제2001-166118호에서 제안된 이온 발생 소자는, 실제 사용 중에 전압 변동을 고려하고, 충분한 이온 발생을 위한 전압을 인가할 필요가 있다. 즉, 전압과 이온 발생 사이의 관계는 전압을 특정 값 이상으로 인가하면 이온이 발생하고 전압 상승과 함께 이온량이 증가하지만 이온 증가율은 고전압이 인가될 때 감소되는 특성을 갖는다. 안정 영역에서는, 전극 표면에서의 방전음이 크다는 문제가 있고, 실 사용에 있어서는 가능한 한 소음을 작게 할 필요가 있다.
또한, 이온 발생에 수반하여 인체에 유해한 오존이 발생하기 때문에, 이온 방출을 유지하면서 오존의 발생을 가능한 한 저하시킬 필요도 있다.
본 출원의 발명자들은 유전체 표면에 형성되는 표면 전극의 조건을 변경하여 실험을 반복 수행하였고, 격자형 표면 전극을 더욱 연장하여 첨단형 표면 전극을 격자 내부에 형성함으로써, 낮은 전압 영역으로부터 이온 발생이 가능하게 되고 폭넓은 인가 전압 영역에서 안정된 방법으로 이온을 발생시키는 것이 가능하다는 것을 발견하였다. 따라서, 저전압에서도 안정된 이온 발생이 수행되기 때문에, 본원 발명자들은 표면 전극의 형상 및 크기를 최적화함으로써 소음 및 오존의 발생을 저감시키는 것이 가능한 것도 발견하였다.
본 발명은 이러한 발견을 기초로 하고 상기 문제점 해결에 초점을 가지고 이루어진 것으로서, 그 목적은 표면 전극을 특수한 형상으로 형성함으로써, 소음을 저감하면서 폭넓은 인가 전압 영역에서도 안정된 방법으로 양이온 및 음이온을 발생시키는 것이 가능하고, 또한 오존의 발생을 저감시키는 것이 가능한 이온 발생 소자 및 상기 이온 발생 소자를 이용한 이온 발생 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 본 발명의 이온 발생 장치와 상기 이온 발생 장치로부터 발생한 이온을 외부로 송출하는 송풍기를 이용함으로써, 공기 조화기, 전자 레인지, 세탁 건조기와 같은 다양한 기기에 탑재하는 것이 가능한 공기 조절 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 본 발명의 이온 발생 장치와 발생된 이온을 청소기 밖으로 또는 냉장고 안으로 송출하는 송풍기를 설치함으로써, 청소시에 발생한 먼지, 냉장고 내의 고약한 냄새와 같은 공기 오물을 효과적으로 저감시킬 수 있는 청소기 및 냉장고를 제공하는 것이다.
본 발명은 양이온 및 음이온 모두를 공간으로 방출하고 공기 중에 부유하는 세균을 살균하는 것이 가능한 이온 발생 소자, 상기 이온 발생 소자를 이용한 이온 발생 장치, 상기 이온 발생 장치를 이용한 공기 조절 장치, 청소기, 및 냉장고에 관한 것이다. 본 발명은 특히 유전체 표면에 형성되는 표면 전극을 특수한 형상으로 설계함으로써 안정된 양이온 및 음이온의 방출과, 상기 이온 방출에 의해 유발된 소음의 저하, 및 오존 방출을 감소시킬 수 있는 이온 발생 소자에 관한 것이다.
도1은 본 발명에 따른 이온 발생 소자의 구성 및 표면 전극의 형상을 확대하여 도시하는 개략적 사시도이다.
도2는 이온 발생 소자의 평면도이다.
도3은 도1의 선Ⅲ-Ⅲ에 의한 단면도이다.
도4는 도1의 선Ⅳ-Ⅳ에 의한 단면도이다.
도5는 표면 전극의 세부 사항을 도시하는 확대도이다.
도6은 표면 전극의 다른 실시예를 도시하는 설명도이다.
도7은 표면 전극의 또 다른 실시예를 도시하는 설명도이다.
도8은 공기 조절 장치의 사용하는 세척기의 주요부를 도시하는 개략도이다.
도9는 공기 조절 장치의 사용하는 냉장고의 주요부를 도시하는 개략도이다.
도10은 종래의 이온 발생 소자를 도시하는 사시도이다.
도11은 종래의 이온 발생 소자의 단면도이다.
본 발명에 따른 이온 발생 소자는 유전체와, 유전체의 내부에 형성된 내부 전극과, 유전체의 표면에 형성된 표면 전극을 구비하고, 상기 표면 전극은 격자형으로 형성되며 격자 내부에 첨단부를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 발생 소자는 상기 첨단부가 격자 변 상의 임의의 두 점 및 격자 내부의 임의의 한 점을 꼭지점으로 하는 삼각형에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 발생 소자는 복수개의 삼각형이 격자마다 형성되어 있고, 격자 내부에 놓일 수 있는 삼각형의 꼭지점 사이의 거리는 0.25 mm 이상, 0.5 mm 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 발생 소자는 상기 첨단부가 격자 라인의 교점과, 대각 위치에 있는 격자 라인의 교점을 연결하는 직선 부근의 임의의 점과, 격자 변 상의 임의의 두 점을 꼭지점으로 하는 사각형에 의해 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 발생 소자는 격자의 피치가 1.0 ㎜ 이상, 1.5 ㎜ 이하인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 발생 소자는 판형 유전체와, 유전체의 내부에 형성된 내부 전극과, 유전체의 표면에 형성된 표면 전극을 구비하고, 내부 전극은 표면 전극 범위 안에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이온 발생 장치는 본 발명의 이온 발생 소자와, 상기 이온발생 소자의 표면 전극 및 내부 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하고, 상기 전압 인가 회로에 의해 전압을 인가하여 공기 중에 H+(H2O)n(n은 자연수) 및 O2 -(H2O)m(m은 자연수)을 발생시키도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공기 조절 장치는 본 발명의 이온 발생 장치와, 상기 이온 발생 장치에 의해 발생된 이온을 외부로 송출하는 송풍기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 청소기는 본 발명의 이온 발생 장치와, 상기 이온 발생 장치에 의해 발생한 이온을 청소기 밖으로 송출하는 송풍기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 냉장고는 본 발명의 이온 발생 장치와, 상기 이온 발생 장치에 의해 발생한 이온을 냉장고 내로 송출하는 송풍기를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 첨단형 표면 전극이 격자형의 표면 전극에 부가하여 유전체의 표면에 형성된다. 보다 구체적으로는, 격자 변 상의 임의의 2점 및 격자 내부의 임의의 점을 꼭지점으로 하는 삼각형, 또는 격자 라인의 교점과, 대각 위치에 있는 격자 라인의 교점을 연결하는 직선 부근의 임의의 점과, 격자 변 상의 임의의 두 점을 꼭지점으로 하는 사각형이 연장부로서 형성된다. 이와 같이, 표면 전극에 첨단부를 더 제공함으로써, 폭 넓은 전압 인가 대역에서 안정된 양이온 및 음이온을 발생시키는 것이 가능하게 된다. 이에 따라, 저전압에서의 이온 발생이 가능하게 되고, 전압을 내리는 것으로써 소음 및 오존의 발생이 효과적으로 저감될 수 있다. 본 발명은 특히 인가 전압의 강도에 의존하지 않고 안정적으로 이온을 발생시킬 수 있으므로, 본 발명의 이온 발생 소자는 기기의 종류 및 가정용 또는 업무용의 조건을 막론하고 수많은 기기에 탑재될 수 있다.
후속하는 설명은 몇몇 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히설명할 것이다.
도1은 본 발명에 따른 이온 발생 소자의 구성 및 표면 전극의 형상을 확대하여 도시하는 개략적 사시도이다. 도2는 이온 발생 소자의 평면도이다. 도3은 도1의 선Ⅲ-Ⅲ에 의한 단면도이다. 도4는 도1의 선Ⅳ-Ⅳ에 의한 단면도이다. 도5는 표면 전극의 세부 사항을 도시하는 확대도이다.
본 발명의 이온 발생 소자(1)는 판형 유전체(4)의 표면에 첨단부(5a)가 격자 내에 형성되어 격자형으로 형성된 표면 전극(5)(격자부와 첨단부(5a)를 포함하는 구조를 표면 전극(5)이라 한다)과, 표면 전극(5)에 전력을 공급하기 위해 유전체(4)의 하면에 제공된 표면 전극 접점(8)과, 표면 전극(5)과 대략 평행하도록 유전체(4) 내부에 매설되는 띠상의 내부 전극(6)과, 내부 전극(6)에 전력을 공급하기 위해 유전체(4)의 하면에 제공된 내부 전극 접점(7)을 포함한다. 유전체(4)는 상부 유전체(2) 및 하부 유전체(3)에 의해 구성되어 있음을 주지하라.
후속하는 설명은 각각의 구조를 상세히 설명할 것이다. 내 산화성에 뛰어난 유기물은 유전체(4)의 재료로 적합하고, 예컨대, 폴리이미드 또는 유리 에폭시 등의 수지를 사용하는 것이 가능하다. 무기물이 사용되어야 할 경우에는, 순도가 높은 알루미늄, 결정질 유리, 포르스테라이트(forsterite) 및 스테타이트(steatite) 등의 세라믹을 사용하는 것이 가능하다. 내식성이 고려된다면, 무기물이 양호하다. 성형성 및 후술하는 전극의 구성의 용이성이 고려된다면, 성형용 세라믹을 이용하는 것이 적합하다. 표면 전극(5)과 내부 전극(6) 사이에서 절연 저항은 균일한 것이 바람직하기 때문에, 낮은 내부 밀도를 갖는 재료와 절연율이 균일한 유전체(4)가 양호하다.
유전체(4)는 원형, 타원형, 또는 다각형을 포함하는 다른 형상, 또는 원주형일 수 있다. 그러나, 생산성을 고려하면, 유전체(4)는 도면에 도시된 바와 같이 판형인 것이 바람직하다. 표면 전극(5)의 재료는 도전성을 갖는 한 특별히 제한되지는 않지만, 방전에 의한 용융 등의 변형을 일으키지 않는 조건을 만족할 필요가 있다. 본 실시예에 있어서, 표면 전극(5)은 텅스텐을 유전체(4) 표면에서 스크린 인쇄하여 형성된다. 표면 전극(5)이 유전체(4)의 표면으로부터 돌출하도록 형성되는 경우에, 그 돌출 부분은 균일한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 다른 한편, 표면 전극(5)을 유전체(4)의 표면보다 내부 전극(6) 측에 형성하는 경우에, 그 깊이는 균일한 것이 바람직하다.
도1에 도시된 바와 같이, 표면 전극(5)은 격자형으로 형성되고, 또한 격자의 내부 방향으로 연장된 첨단부를 갖는다. 도(5)는 표면 전극(5)의 상세부를 도시하는 확대도이다. 도5에 도시된 바와 같이, 표면 전극(5) 격자의 피치(w)는 1.0 ㎜ 이상, 1.5 ㎜ 이하이고, 바람직하게는 1.2 ㎜ 이다. 연장된 첨단부는 격자 변 상의 임의의 두 점(점 A 및 점 B)과 격자 내부의 임의의 점 C를 연결하여 그려진 삼각형이다. 점 A 및 점 B 사이의 거리(g)는 약 0.25 ㎜ 내지 0.45 ㎜ 이고, 삼각형의 높이(h)(점 C에서 점 A 및 점 B를 연결하는 직선까지의 수직선 길이)는 0.25 ㎜ 내지 0.35 ㎜인 것이 바람직하다. 유사하게, 격자 내부의 삼각형의 꼭지점 사이(점 C 와 C 사이)의 거리(f)는 0.25 ㎜ 이상, 0.5 ㎜ 이하이고, 특히 0.35 ㎜인 것이 적합하다. 상술한 수치의 타당성은 후술하는 실험에 의해 검토됨을 주지하라.
또한, 본 실시예는 삼각형의 점 A 및 점 B가 격자 변의 대략 중앙부에 위치하고 점 C를 꼭지점으로 하는 정삼각형 또는 이등변 삼각형이라는 가정 하에 설명되었지만, 상기 삼각형은 반드시 이러한 형상으로 제한되지 않고, 연장부가 첨단형인 것이면 점 A 및 점 B의 위치는 격자 변의 임의의 위치에 있을 수 있고, 삼각형은 부등변 삼각형일 수 있다.
도6은 표면 전극(5)의 또 다른 실시예를 도시하는 설명도이다. 또 다른 첨단형으로서, 격자의 교점 D와, 대각 위치에 있는 격자의 교점 D, D를 연결하는 직선 부근의 임의의 점 C와, 격자 변 상의 임의의 두 점(점 A 및 점 B)을 꼭지점으로 하는 사각형을 사용하는 것이 가능하다. 전술한 삼각형과 유사하게, 격자 내부의 꼭지점 사이(점 C 및 점 C 사이)의 거리(f)는 0.25 ㎜ 이상, 0.5 ㎜ 이하이며, 특히 0.35 ㎜인 것이 양호하다. 점 A와 점 D 사이의 거리(j) 및 점 B와 점 D 사이의 거리(j)는 모두 약 0.15 ㎜ 정도가 바람직하며, 점 C에서 격자 변으로의 수직선이 격자 변과 교차하는 점 E와 점D 사이의 거리(k)는 약 0.3 ㎜ 정도가 양호하다.
도7은 표면 전극(5)의 또 다른 실시예를 도시하는 설명도이다. 도7에 도시된 바와 같이, 첨단형 삼각형을 모든 격자 변에 제공할 필요는 없고, 도7의 (a)에 도시된 바와 같이 한 변에만 제공될 수도 있고, 도7의 (b)에 도시된 바와 같이, 두 변에 상호 대향시켜 제공될 수도 있고, 도7의 (c)에 도시된 바와 같이 각각의 격자의 두 개의 인접하는 변에 제공될 수도 있다. 도시되지는 않았지만, 한 변을 제외하는 각각의 격자의 세 변에 연장된 삼각형이 제공될 수도 있음은 물론이다. 유사하게, 사각형의 개수도 마찬가지로 1, 2, 3 또는 4일 수 있고, 도7의 (d)에 도시된바와 같이, 두 개의 대각 위치에 첨단형 사각형이 형성될 수도 있다.
다음으로, 제1 내지 도4를 참조하면, 후속하는 기술은 내부 전극(6)을 상세히 설명할 것이다. 내부 전극(6)에 있어서, 예를 들면 텅스텐과 같은 도전성을 갖는 재료를 사용하고, 상부 유전체(2) 또는 하부 유전체(3)의 표면에 띠 형상으로 형성된다. 도3에 도시된 바와 같이, 내부 전극(6)은 상부 유전체(2)와 하부 유전체(3) 사이에 형성된다. 특히, 표면 전극(5)과 내부 전극(6) 사이의 절연 저항이 균일한 경우, 방전 상태가 안정되고 양이온 및 음이온을 안정적으로 발생될 수 있기 때문에, 표면 전극(5)과 내부 전극(6)은 평행한 것이 바람직하다. 즉, 내부 전극(6)은 표면 전극(5)과 대향하고 평행하며, 표면 전극(5)과 내부 전극(6) 사이의 거리(전극 사이의 거리)는 일정하도록, 내부 전극(6)은 유전체(4)의 내부에 배치된다.
도3에 도시된 표면 전극 접촉점(8)은 표면 전극(5)에 접속된 접점이고, 표면 전극(5) 및 다른 구조는 구리, 알루미늄 등으로 이루어진 리드선의 일 단부를 상기 접점에 접속하고, 타 단부를 다른 구조의 접점에 접속하여 연결된다. 표면 전극 접점(8)과 리드선은 용이하게 접속되므로, 표면 전극 접점(8)은 유전체(4) 표면이라면 임의의 위치에 제공될 수 있다. 그러나, 표면 전극 접점(8)은 표면 전극(5)과 동일한 전위를 가지므로, 내부 전극(6)과 표면 전극 접점(8) 사이의 거리는 내부 전극 거리보다 긴 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 관계를 만족시킴으로써, 안정된 방전 상태를 얻을 수 있다.
내부 전극 접점(7)은 내부 전극(6)에 접속된 접점이고, 표면 전극(6) 및 다른 구조는 구리, 알루미늄 등으로 이루어진 리드선의 일 단부를 이 접점에 접속하고, 타 단부를 다른 구조의 접점에 접속하여 연결된다. 표면 전극 접점(7)과 리드선은 용이하게 접속되므로, 표면 전극 접점(7)은 유전체(4) 표면이라면 임의의 위치에 제공될 수 있다. 그러나, 표면 전극 접점(7)은 내부 전극(6)과 동일한 전위를 가지므로, 표면 전극(5)과 내부 전극 접점(7) 사이의 거리는 내부 전극 거리보다 긴 것이 바람직하다. 이러한 바람직한 관계를 만족시킴으로써, 안정된 방전 상태를 얻을 수 있다.
또한, 표면 전극 접점(8)과 내부 전극 접점(7) 사이의 거리는 내부 전극 거리보다 길게 제조된다. 또한, 표면 전극 접점(8) 및 내부 전극 접점(7) 모두가 표면 전극(5)이 형성된 면(상면)에 대향하는 면(하면)에 제공되는 경우, 리드선과 같은 와이어는 양이온 및 음이온이 발생하는 상면에 놓이지 않는다. 따라서, 표면 전극(5)이 형성된 표면으로 공기를 송풍하기 위해 별도로 송풍기를 설치하면, 공기 유동은 리드선에 의해 방해되지 않고, 따라서 이러한 배열은 양호하다. 유사하게, 이러한 효과는 표면 전극 접점(8) 및 내부 전극 접점(7)을 상면 이외의 위치에 제공하여 얻어질 수 있다.
전술한 "다른 구조"는 전압 인가 수단 또는 접지를 의미하고, 표면 전극(5)과 내부 전극(6)을 전압 인가 회로(V)에 접속하여 전압을 인가하는 경우(도3 참조)가 있다는 것을 주지하라.
이러한 경우에 있어서, 표면 전극(5)이 접지 전위를 갖도록 접지에 접속시키고 내부 전극(6)을 전압 인가 회로(V)에 접속하면, 노출된 표면 전극(5)에 고전압이 인가되지 않고, 그럼으로써 감전 사고 등을 방지할 수 있다. 도3은 이온 발생 장치(20)가 이온 발생 소자(1) 및 전압 인가 회로(V)에 의해 구성된 이러한 구조의 예를 도시한다.
단일 이온 발생 소자(1)로 양이온 및 음이온 모두를 발생시키기 위해, 전압 인가 회로(V)에 의해 표면 전극(5)과 내부 전극(6) 사이에 인가된 전압은 교번 전압일 필요가 있다. 상기 교번 전압은 일반적으로 상업적 전원에 이용되는 정현파형의 교번 전압(sinusoidal alternating voltage)(이하, 정현파형의 교번 전압을 "교류 전압(AC voltage)"이라 한다)에 한정되지 않고, 구형파형 교번 전압(rectangular alternating voltage)이 인가될 수도 있고, 다른 파형을 이용하여 교번 전압이 인가될 수도 있다.
본 발명에 따른 이온 발생 장치(20)는 송풍기를 탑재하여 공기 조절 장치(30)로서 기능한다. 이러한 공기 조절 장치(30)는 예를 들면, 가정, 병원의 병실 또는 수술실, 차량, 비행기, 창고, 냉장고, 기기 등의 공간에 이용되고, 예를 들면 공기조화기, 제습기, 가습기, 공기 청정기, 냉장고, 팬히터, 전자 레인지, 세탁/건조기, 청소기, 살균 장치 등에 적용된다.
도8은 공기 조절 장치(30)를 이용한 청소기(40)의 주요부를 도시하는 개략도이다. 도면에 도시한 바와 같이, 청소기(40)의 공기 흡인에 의해서 발생된 배출 공기는 모터 구동 회로(34)에 접속되는 모터(33) 및 모터(33)의 회전축으로 연결되는 팬(32)에 의해 구성된 송풍기(35)에 의해 미립자를 제거하는 필터(31)를 통해 청소기(40)의 외부 배출 개구(41)로부터 배출된다.
본 발명에 따른 공기 조절 장치(30)는 상호 근접 배치된 송풍기(35)와 이온 발생 장치(20)를 포함한다. 모터 구동 회로(34) 및 전압 인가 회로(V)는 도시되지 않는 제어부에 의해 동기식으로 전압이 공급되고, 이온 발생 장치(20)는 다량의 H+(H2O)n및 O2 -(H2O)m을 발생시킨다. 한편, 송풍기(35)는 청소기(40) 내부에 발생한 양이온 및 음이온을, 팬(32)의 송풍에 의해 외부 배출 개구(41)를 통하여, 청소되고 있는 방 공간으로 확산시킨다. 이러한 구조에 의해, 청소기(40)에 의해 발생하는 공기의 오물과, 청소 작업에 수반하는 공기의 오물을 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.
도9는 공기 조절 장치(30)를 이용한 냉장고(50) 내의 주요부를 도시하는 개략도이다. 도8에 도시된 청소기(40)와 유사하게, 잔류된 오염 공기는 모터 구동 회로(34)에 접속된 모터(33) 및 모터(33)의 회전축으로 연결된 팬(32)에 의해 구성되는 송풍기(35)에 의해 냉장고(50)의 내부 개구(51)로부터 배출된다.
모터 구동 회로(34) 및 전압 인가 회로(V)는 도시되지 않는 제어부에 의해 제어부 내에 도시되지 않는 ROM에 미리 프로그래밍된 시기에 전압이 인가된다. 다음으로, 이온 발생 장치(20)는 다량의 H+(H2O)n및 O2 -(H2O)m을 발생시킨다. 한편, 송풍기(35)는 발생된 양이온 및 음이온을 팬(32)의 송풍에 의해 내부 개구(51)를 통해 냉장고(50) 내부 공간으로 확산시킨다. 이러한 구조에 의해, 냉장고 내의 피냉각물로부터 발생된 불쾌한 냄새를 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.
이제부터, 도1 내지 도4를 참조하여 보다 구체적인 실시예를 설명한다. 본 실시예에 따른 이온 발생 소자(1)의 유전체(4)는 폭 15 ㎜ × 길이 37 ㎜ × 두께 0.9 ㎜의 직방체형이고, 유전체(4)의 상면과 평행하게 형성되고 약 6 ㎜ × 24 ㎜ 크기를 갖는 띠상의 내부 전극(6)과, 폭 10.8 ㎜ × 길이 27.6 ㎜를 가지고 유전체(4)의 상면의 양 단부 라인(약 15 ㎜ 폭의 변)의 중심을 연결하는 중앙선(도1의 선Ⅲ-Ⅲ)이 대칭선이 되도록 배열된 표면 전극(5)이 제공된다. 표면 전극(5)을 내부 전극(6)에 투영한 경우에 표면 전극(5)의 투영도가 내부 전극(6)보다도 외측이 되도록 하고, 표면 전극(5)을 (평면도에서) 내부 전극(6)이 형성된 면 위에 가상적으로 존재한다고 했을 때 표면 전극(5)의 주연부에 해당하는 부분이 내부 전극(6)의 주연부에 해당하는 부분의 외부에 있도록 표면 전극(5)을 형성한다. 표면 전극(5)을 이러한 방식으로 형성함으로써, 내부 전극(6)으로부터 표면 전극(5)으로 방전이 행해지는 경우에, 방전은 표면 전극(5) 내부에서 수행되고, 그럼으로써 공기 중의 방전 상태는 안정하고 이온은 매우 균형 있게 발생될 수 있다. 표면 전극(5)의 격자, 첨단의 삼각형, 및 사각형 등의 형상 및 크기에 대해서는 전술한 바와 동일함을 주지하라.
또한, 표면 전극 접점(8)은 유전체(4)의 하면에 제공된다. 그리고, 표면 전극 접점(8)은 상면 접속부(10)와 표면 전극 접속부(11)에 의해 표면 전극(5)에 접속되는데, 상기 상면 접속부(10)는 표면 전극(5)에 접속된 일 단부와 표면 전극 접점(8)과 대향하는 유전체(4)의 상면에 위치하는 타 단부를 가져서 전극 사이의 거리보다 길게 형성되고, 표면 전극 접속부(11)는 상면 접속부(10)의 타 단부를 표면전극 접점(8)에 접속시킨다.
또한, 내부 전극 접점(7)은 유전체(4)의 하면 상에 내부 전극(6)과 대향하는 임의의 개소에 제공된다. 내부 전극 접점(7)은 내부 전극 접속부(12)에 의해 내부 전극(6)에 접속된다. 표면 전극 접점(8)과 내부 전극 접점(7) 사이의 거리는 내부 전극 거리보다 길게 형성됨을 주지하다.
다음으로, 이온 발생 소자(1)의 제조 방법이 설명된다. 우선, 0.45 ㎚ 두께의 고순도 알루미늄 시트를 소정의 크기(폭 l5 ㎜ × 길이37 ㎜)로 절단하여, 두 개의 대략 동일한 크기를 갖는 알루미늄 기재를 형성한다. 순도 90% 이상의 알루미늄이 사용될 수 있지만, 여기서는 순도 92%의 알루미늄이 사용한다.
표면 전극(5)과 상면 접속부(10)는 두 개의 알루미늄 기재 중 하나의 상면에 격자형으로 텅스텐을 스크린 인쇄하여 일체로 형성되어 상부 유전체(2)를 제작한다. 다음으로, 텅스텐은 다른 알루미늄 기재의 상면에 띠상으로 스크린 인쇄되어 알루미늄 기재의 표면에 일체로 내부 전극(6)을 형성하고, 표면 전극 접점(8) 및 내부 전극 접점(7)은 스크린 인쇄에 의해 알루미늄 기재의 하면에 형성됨으로써, 하부 유전체(3)를 제작한다.
또한, 알루미늄 코팅층(9)(도3에만 도시됨)은 상부 유전체(2)의 표면에 형성되어 표면 전극(5)을 절연 코팅한다. 상부 유전체(2)의 하면과 하부 유전체(3)의 상면을 중첩한 후), 압착(pressure bonding) 및 탈기(vacuum suction)가 수행된 다음, 이들을 로에 넣어 1400 ℃ 내지 1600 ℃로 비 산화성 분위기 하에서 소성한다. 이와 같은 제조 공정에 따라, 본 발명에 도시된 바와 같은 이온 발생 소자(1)를 용이하게 제조하는 것이 가능하게 된다.
다음으로, 후속하는 기술은 전술한 방법에 의해 형성된 이온 발생 소자(1)에 전압을 인가하는 예를 설명할 것이다. 이온 발생 소자(1)의 표면 전극(5)과 내부 전극(6) 사이에 전압을 인가하기 위해, 전압 인가 회로(V)와 표면 전극(5)을 리드선으로 접속하고, 내부 전극 접점(7)과 전압 인가 회로(V)를 리드선으로 접속하여 이온 발생 장치(20)가 구성된다. 다음으로, 표면 전극(5)과 내부 전극(6) 사이에 교류 고전압을 인가하기 위해 전압 인가 회로(V)를 동작시켜서, 양이온 및 음이온이 발생된다.
후속하는 기술은 표면 전극(5)의 형상을 변화시켜서 형상의 변화가 이온 발생량, 소음, 및 오존량에 어떠한 영향을 주는지를 시험하도록 수행된 실험을 설명할 것이다. 원형(2, 3)은 삼각형이 되도록 표면 전극(5)을 연장하여 형성된다 (도 5 참조). 원형(2)은 폭(g)이 0.45 ㎜ 이고 높이(h)가 0.45 ㎜인 반면, 원형(3)은 폭(g)이 0.35 ㎜ 이고 높이(h)가 0.3 ㎜ 이다. 원형(7)은 종래의 단순한 격자 형상을 가지고, 격자 피치는 0.8 ㎜ 이다. 전압 인가 회로(V)로의 인가 전압은 70 내지 90 V이고, 교류 전압의 피크 사이의 전위차는 약 5.0 내지 6.3 ㎸이고, 주파수는 약 40 ㎑ 이다. 이상의 조건 하에서 양이온의 발생량, 음이온의 발생량, 오존량, 및 소음치를 측정했다. 결과는 표1a 및 표1b에 나타나 있다.
이온 발생량의 측정은 이온 발생 소자(1)로부터 약 25 ㎝ 떨어진 측정점에서 수행되고, 소음치의 측정은 무소음실에서 이온 발생 소자(1)로부터 약 11.5 ㎝ 떨어진 측정점에서 수행됨을 주지하라. 또한, 내부 전극(6)은 약 6 ㎜ × 24 ㎜ 크기의 균일한 띠상으로 되고, 표면 전극(5)의 격자를 형성하는 선의 폭은 본 실험에서 0.25 ㎜로 된다. "피치"는 격자의 일 변의 중심선과 격자 다른 변의 중심선 사이의 거리를 의미한다는 것을 주지하라.
표1b로부터 분명한 바와 같이, 원형(2, 3)은 원형(7)에 비해 입력 전압이 높은 경우 뿐만 아니라 낮은 경우에도 안정적으로 이온을 발생시키는 것이 확인되었다. 이와 같이, 격자형 표면 전극(5)이 확장된 첨단부를 갖도록 형성함으로써, 폭넓은 전압 범위에서 안정적으로 이온을 발생시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 이온 발생량의 증가에 수반하여 소음도 증가하지만, 표1b로부터 분명한 바와 같이 원형(2, 3)은 낮은 전압에서 사용될 수 있어서 소음을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 인체에 유해인 오존 발생량을 대폭 저감하는 것이 가능하다.
다음으로, 격자 피치, 폭(g), 높이(h), 및 삼각형 꼭지점 사이의 거리(f)를 변경하여 원형(1, 4, 5)이 제작(도5 참조)되었고, 유사한 실험(교류 전압의 피크 사이의 전위차는 약 4.8 내지 6.3 ㎸)이 수행되었다. 결과는 표2a 및 표2b에 나타나 있다.
표2a 및 표2b로부터 분명한 바와 같이, 표면 전극(5)의 격자 패턴의 인쇄가 피치를 1.0 ㎜에서 1.5 ㎜로 변경하고, 첨단형의 삼각형의 크기를 변경하여 수행된 경우에, 피치가 작고 꼭지점 사이의 거리(f)가 작으면, 양이온 및 음이온의 양이 감소된다. 한편 소음치는 저하된다. 이것은 격자의 일 변이 짧고, 전기장 강도 면이 작고, 크리핑(creeping) 방전이 상호 간섭하는 것으로부터, 안정된 양이온 및 음이온 발생할 수 없다는 사실에 기인한다.
반면에, 피치가 크고, 꼭지점 사이의 거리(f)가 큰 경우, 많은 양이온 및 음이온이 발생됨에 따라, 소음치는 증가한다. 따라서, 피치의 길이와 꼭지점 사이 거리(f)는 양이온 및 음이온의 발생량과 소음치와 비례하는 관계가 있다. 본 출원의 발명자는 안정된 이온 발생 및 소음치 저감을 고려한다면, 꼭지점 사이의 거리(f)는 0.25 ㎜ 이상, 0.5 ㎜ 이하이며, 바람직하게는 원형(3)에서와 같이 0.35 ㎜인 한편, 피치는 1.0 ㎜ 이상, 1.5 ㎜ 이하이며, 바람직하게는 원형(3)에서와 같이 1.2 ㎜ 인 것을 이러한 실험 및 실험 데이터로부터 발견하였다.
마지막으로, 전술한 실험과 동일 조건 하에서, 사각형의 형상(도6 참조)을 갖는 표면 전극(5)을 포함하는 이온 발생 소자(1)에 대해 실험이 수행되었다. 원형(8)은 피치가 1.2 ㎜, 꼭지점 사이의 거리(f)가 0.5 ㎜, 도6에 도시된 점(A) 및 점(D) 사이의 길이(j)가 0.15 ㎜, 점(E) 및 점(D)의 길이(k)가 0.3 ㎜ 이다. 결과는 표3a 및 표3b에 나타나 있다.
표3b로부터 분명한 바와 같이, 원형(2, 3)과 비교해도 손색없는 결과가 나왔고, 폭 넓은 전압 범위에서 안정된 이온 발생을 인정 받는다. 소음치는 약간 높았고, 이것은 격자 내의 꼭지점 사이의 거리(f)가 커지고 전기장 강도가 커지는 것에 기인한다. 소음 문제는 꼭지점 사이의 거리(f)를 감소시킴으로써 해결될 수 있는 것으로 추측된다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 격자형의 표면 전극에 부가하여, 유전체 표면에, 첨단형 표면 전극이 격자 내부에 더 형성된다. 보다 구체적으로는, 격자의 변 상에 임의의 두 점과 격자 내부의 임의의 한 점을 꼭지점으로 하는 삼각형과, 격자 라인의 교점과 대각 위치에 있는 격자 라인의 교점을 연결하는 직선 부근의 임의의 점과 격자 변 상의 임의의 두 점을 정점으로 하는 사각형을 연장부로서 형성한다. 이와 같이, 표면 전극에 첨단부를 더 제공하는 것에 의해, 폭 넓은 전압 인가 범위에서 안정적으로 양이온 및 음이온을 발생시키는 것이 가능하게 된다. 결과적으로, 저전압에서의 이온 발생이 가능해지고, 소음 및 오존 발생량이 전압을 감소시키는 것에 의해 효과적으로 저감될 수 있다. 본 발명은 인가 전압의 강도에 특히 의존하지 않고 안정적으로 이온을 발생시킬 수 있으므로, 본 발명은 본 발명의 이온 발생 소자가 기기의 종류 및 가정용과 업무용 등과 같은 조건을 막론하고 수많은 기기에 탑재될 수 있는 유리한 효과를 갖는다.

Claims (11)

  1. 유전체와, 상기 유전체의 내부에 형성된 내부 전극과, 상기 유전체의 표면에 형성된 표면 전극을 포함하고,
    상기 표면 전극은 격자형으로 형성되고 각각의 격자 내에 첨단부를 갖는 이온 발생 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 첨단부는 격자 변 상의 임의의 두 점과 격자 내부의 임의의 한 점을 꼭지점으로 하는 삼각형에 의해 구성되는 이온 발생 소자.
  3. 제2항에 있어서, 복수개의 삼각형은 각각의 격자에 대해 형성되어 있고, 격자 내부의 삼각형의 꼭지점 사이의 거리는 0.25 ㎜ 이상, 0.5 ㎜ 이하인 이온 발생 소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 첨단부는 격자 라인의 교점과, 대각 위치에 있는 격자 라인의 교점을 연결하는 직선 부근의 임의의 점과, 격자 변 상의 임의의 두 점을 꼭지점으로 하는 사각형에 의해 구성되는 이온 발생 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 격자의 피치는 1.0 ㎜ 이상, 1.5 ㎜ 이하인 이온 발생 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 유전체는 판형이고, 내부 전극은 표면 전극 범위 내부에 있는 이온 발생 소자.
  7. 판형 유전체와, 상기 유전체의 내부에 형성된 내부 전극과, 상기 유전체의 표면에 형성된 표면 전극을 포함하고,
    내부 전극은 표면 전극 범위 내부에 있는 이온 발생 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이온 발생 소자와, 상기 이온 발생 소자의 표면 전극 및 내부 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하고, 공기 중에 H+(H2O)n(n은 자연수) 및 O2 -(H2O)m(m은 자연수)을 발생시키도록 상기 전압 인가 회로에 의해 전압을 인가하도록 구성된 이온 발생 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이온 발생 소자와, 상기 이온 발생 소자의 표면 전극 및 내부 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하고, 공기 중에 H+(H2O)n및 O2 -(H2O)m을 발생시키도록 상기 전압 인가 회로에 의해 전압을 인가하도록 구성된 이온 발생 장치와,
    상기 이온 발생 장치에 의해 발생된 이온을 외부로 송출하는 송풍기를 구비한 공기 조절 장치.
  10. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이온 발생 소자와, 상기 이온 발생 소자의 표면 전극 및 내부 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하고, 공기 중에 H+(H2O)n및 O2 -(H2O)m을 발생시키도록 상기 전압 인가 회로에 의해 전압을 인가하도록 구성된 이온 발생 장치와,
    상기 이온 발생 장치에 의해 발생된 이온을 상기 청소기 외부로 송출하는 송풍기를 구비한 청소기.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이온 발생 소자와, 상기 이온 발생 소자의 표면 전극 및 내부 전극에 전압을 인가하는 전압 인가 회로를 구비하고, 공기 중에 H+(H2O)n및 O2 -(H2O)m을 발생시키도록 상기 전압 인가 회로에 의해 전압을 인가하도록 구성된 이온 발생 장치와,
    상기 이온 발생 장치에 의해 발생된 이온을 냉장고 안쪽으로 송출하는 송풍기를 구비한 냉장고.
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