KR20100116173A

KR20100116173A - Auxiliary electrodes for enhanced electrostatic discharge

Info

Publication number: KR20100116173A
Application number: KR1020107015908A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 존 슐리츠
Original assignee: 벤티바, 인코포레이티드
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-10-29
Also published as: TW200938727A; US20090155090A1; JP2011511997A; EP2229686A1; CN101896990A; WO2009079538A1

Abstract

일반적으로, 본 발명은 정전기 펌프의 사용을 통해 높은 가스 유속을 달성하는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 몇몇 실시형태들에 따르면, 본 발명은 더 낮은 전압에서 증가된 이온 전류를 발생시키는 추가적인 보조 전극들 - 이는 코로나 윈드 방전보다 더 큰 펌핑력을 유도함 - 에 관한 것이다. 또 다른 실시형태들에 따르면, 본 발명은 이온들의 방향성 방출을 제공한다. 이는 이온들의 역류를 제거하고, 전기유체 전력 전환 효율성 및 펌핑 성능을 개선시킨다. 또 다른 실시형태들에 따르면, 본 발명은 상기 시스템이 기계적으로 주름지게 하고 쉽게 제작되게 하여, 전극들이 유전 기판 상에 바로 제작될 수 있게 한다.In general, the present invention relates to methods and apparatuses for achieving high gas flow rates through the use of an electrostatic pump. According to some embodiments, the present invention relates to additional auxiliary electrodes that generate increased ion current at lower voltages, which induce greater pumping force than corona wind discharges. According to still other embodiments, the present invention provides for directional release of ions. This eliminates backflow of ions and improves electrofluidic power conversion efficiency and pumping performance. According to still other embodiments, the present invention allows the system to be mechanically corrugated and easily fabricated, allowing the electrodes to be fabricated directly on the dielectric substrate.

Description

향상된 정전기 방전을 위한 보조 전극{AUXILIARY ELECTRODES FOR ENHANCED ELECTROSTATIC DISCHARGE}Auxiliary electrode for improved electrostatic discharge {AUXILIARY ELECTRODES FOR ENHANCED ELECTROSTATIC DISCHARGE}

본 발명은 2007년 12월 18일에 출원된 미국 가출원 번호 61/014,694호에 대한 우선권을 주장하며, 본 명세서에서 전문이 인용 참조된다.The present invention claims priority to US Provisional Application No. 61 / 014,694, filed December 18, 2007, which is incorporated herein by reference in its entirety.

본 발명은 이온 발생을 이용하는 정전기 펌핑 장치들 및 방법들에 관한 것으로, 더 상세하게는 전기장을 집중시키기 위해 코로나 전극(corona electrode)의 작은 피처(feature)들에 의존하지 않고 이온 발생 구역을 조성하는 새로운 전극 구성을 이용한 향상된 코로나 방전에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to electrostatic pumping devices and methods that use ion generation, and more particularly to forming an ion generating zone without relying on small features of the corona electrode to concentrate the electric field. It relates to an improved corona discharge using a new electrode configuration.

코로나 방전 가스 펌프[즉, 코로나 윈드(corona wind)]와 같은 정전기 유체역학(electrostatic hydrodynamic: EHD) 가스 펌프는 통상적으로 1 이상의 첨형(sharp)(예를 들어, 코로나) 및 둔형(blunt)(예를 들어, 수집 또는 중성화) 전극들로 구성된다. 첨형 전극 부근에서, 코로나 방전이라고 칭해지는 가스의 부분 분해(partial breakdown)를 유도하는 전기장이 2 개의 전극들 사이에 인가된다. 이러한 방전은 중성화 또는 수집 전극 쪽으로 달라붙는 이온들을 생성한다. 그러는 와중에, 이온들은 기계적인 팬들에 의해 생성된 것과 유사한 압력 헤드 및 유동을 생성하는 중성 가스 분자들과 충돌한다. 본 발명의 양수인에 의해 공동 소유되고, 본 명세서에서 전문이 인용 참조되는 동시-계류중인 출원 11/338,617호, 12/017,986호 및 12/011,219호는, 코로나 윈드 기술들을 이용하는 것들을 포함하여, 이를 통합시킨 첨단 기술의 EHD 펌프들 및 냉각 장치들을 비약적으로 진보시켰다.Electrostatic hydrodynamic (EHD) gas pumps, such as corona discharge gas pumps (ie, corona wind), typically have one or more sharp (eg, corona) and blunt (eg, For example, collecting or neutralizing electrodes. In the vicinity of the sharp electrode, an electric field is applied between the two electrodes that induces a partial breakdown of a gas called corona discharge. This discharge produces ions that stick toward the neutralization or collection electrode. In the meantime, the ions collide with neutral gas molecules that produce a pressure head and flow similar to that produced by mechanical fans. Co-pending applications 11 / 338,617, 12 / 017,986 and 12 / 011,219, co-owned by the assignee of the present invention and incorporated herein by reference in their entirety, include those using corona wind technologies, including Advanced EHD pumps and cooling devices have been made remarkably.

다양한 전극 구성들을 통해 코로나 방전을 향상시키기 위해 몇몇 시도들이 행해졌다. 일 예시는 "Electrode arrangement for cheating [sic] corona"이라는 제목의 미국 특허 5,019,709호이다. 이 특허는 영역에 걸쳐 코로나를 생성하는 전극 구성을 개시한다. 이 구성은 코로나 구동부, 및 상기 코로나 구동 부분과 전기 접촉하는 코로나 방전부를 포함한다. 전극 구성으로부터 발생한 코로나가 코로나 방전부로부터 코로나 구동부로부터 멀어지는 방향으로 방출되도록, 코로나 구동부는 코로나 방전부보다 크기가 훨씬 더 크다. 코로나 방출부는 중심 방출 요소에 대해 단차형이고(stepped), 대체로 동심이며(concentric), 이격된 일련의 코로나 방출 링(ring)들로 구성된다. 상기 링들 및 방출 요소의 위치들은, 환형의 링보다는 원형의 영역에 걸쳐 코로나가 생성되도록 되어 있다. 이 발명은 다수의 이온화 영역들로 구성된 복잡한 코로나 전극이다.Several attempts have been made to improve corona discharge through various electrode configurations. One example is US Pat. No. 5,019,709 entitled "Electrode arrangement for cheating [sic] corona". This patent discloses an electrode configuration that produces a corona over an area. This configuration includes a corona driver and a corona discharge in electrical contact with the corona drive. The corona drive is much larger than the corona discharge so that the corona generated from the electrode configuration is released away from the corona drive from the corona discharge. The corona discharge consists of a series of corona discharge rings that are stepped, generally concentric, and spaced with respect to the central emission element. The positions of the rings and the emissive element are such that the corona is produced over a circular region rather than an annular ring. This invention is a complex corona electrode composed of multiple ionization regions.

또 다른 시도는 "Electrostatic fluid accelerator for and a method of controlling fluid flow"이라는 제목의 미국 특허 7,053,565호이다. 이 특허는 멀티-스테이지 정전기 펌프들에 대한 "역류(back flow)"의 설명을 개시한다. 이 해결책은 코로나 전극들 상의 파형들을 동기화하는 것이다.Another attempt is US Pat. No. 7,053,565 entitled "Electrostatic fluid accelerator for and a method of controlling fluid flow." This patent discloses a description of "back flow" for multi-stage electrostatic pumps. This solution is to synchronize the waveforms on the corona electrodes.

또한, 다양한 2-전극 지오메트리들 및 적용들에 관한 다수의 코로나 전극 방전 공보들과 특허들이 존재한다. 또한, DBD(Dielectric Barrier Discharge)에 관한 많은 문헌이 존재한다. 하지만, 이러한 문헌 중 어느 것도 코로나 방전 전류를 향상시키기 위해 DBD를 이용하는 것에 대해서는 있지 않다.In addition, there are a number of corona electrode discharge publications and patents relating to various two-electrode geometries and applications. In addition, there are many literatures on Dielectric Barrier Discharge (DBD). However, none of these documents relate to using DBD to improve corona discharge current.

이에 따라, 해당 기술 분야에서는, 특히, 복잡한 전극 지오메트리 또는 파형 방식에 의존하지 않는 방법들 및 장치들을 포함하여, 개선된 정전기 방전 전류에 대한 요구가 존재한다.Accordingly, there is a need in the art for improved electrostatic discharge currents, particularly methods and apparatus that do not depend on complex electrode geometry or waveform schemes.

일반적으로, 본 발명은 정전기 펌프의 사용을 통해 높은 가스 유속을 달성하는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 몇몇 실시형태들에 따르면, 본 발명은 코로나 윈드 방전보다 더 큰 펌핑력(pumping power)을 유도하는, 더 낮은 전압에서 증가된 이온 전류를 발생시키는 추가적인 보조 전극들에 관한 것이다. 또 다른 실시형태들에 따르면, 본 발명은 이온들의 방향성 방출을 제공한다. 이는 이온들의 역류를 제거하고, 전기-유체(electro-fluid) 전력 전환 효율성 및 펌핑 성능을 개선한다. 또 다른 실시형태들에 따르면, 본 발명은 상기 시스템을 기계적으로 주름지게(rugged) 하고 쉽게 제작되게 함으로써, 전극들이 유전 기판 상에 바로 제작될 수 있다.In general, the present invention relates to methods and apparatuses for achieving high gas flow rates through the use of an electrostatic pump. According to some embodiments, the present invention is directed to additional auxiliary electrodes that generate increased ion current at lower voltages, inducing greater pumping power than corona wind discharges. According to still other embodiments, the present invention provides for directional release of ions. This eliminates backflow of ions and improves electro-fluid power conversion efficiency and pumping performance. According to still other embodiments, the present invention allows the electrodes to be fabricated directly on the dielectric substrate by mechanically rugged and easily fabricated the system.

이들 및 다른 실시형태의 개선예에서, 본 발명의 실시예들에 따른 정전기 유체역학 장치는 첨형/둔형 전극 쌍으로 주요(primary) 첨형 전극 부근에 배치된 1 이상의 보조 전극들을 포함하고, 상기 전극 쌍은, 상기 전극들 사이에 전기장이 인가될 때에, 상기 전극들 사이에 가스의 부분 분해가 상기 주요 첨형 전극 부근에서 발생하도록 구성되며 - 이는 둔형 전극에 달라붙는 이온들을 생성함 - , 상기 1 이상의 보조 전극들에 인가된 전력은 상기 전극 쌍에 인가된 전기장과 독립적으로 인가된다.In these and other embodiments refinements, the electrostatic hydrodynamic device according to embodiments of the present invention includes one or more auxiliary electrodes disposed in the vicinity of the primary electrode with the electrode / butt electrode pair, the electrode pair Is configured such that when an electric field is applied between the electrodes, partial decomposition of the gas between the electrodes occurs near the main sharp electrode, which produces ions that cling to the blunt electrode; The power applied to the electrodes is applied independently of the electric field applied to the pair of electrodes.

이들 및 다른 실시형태들의 추가 개선예에서, 본 발명의 실시예들에 따른 정전기 유체역학 장치는 주요 첨형 전극, 히트 싱크(heat sink)의 핀(fin) 내에 일체로 형성된 둔형 전극, 상기 주요 첨형 전극 부근에 배치된 1 이상의 보조 전극들을 포함하고, 상기 주요 첨형 및 둔형 전극들은 상기 전극들 사이에 전기장이 인가될 때 이들 사이에 가스의 부분 분해가 상기 주요 첨형 전극 부근에서 발생하도록 구성되며 - 이는 상기 둔형 전극에 달라붙는 이온들을 생성함 - , 상기 1 이상의 보조 전극들은 이온 생성을 향상시키도록 구성된다.In a further refinement of these and other embodiments, the electrostatic hydrodynamic device according to embodiments of the present invention comprises a main sharp electrode, a blunt electrode integrally formed in a fin of a heat sink, the main sharp electrode And one or more auxiliary electrodes disposed in the vicinity, wherein the main sharp and blunt electrodes are configured such that partial decomposition of gas occurs between the main sharp electrode between them when an electric field is applied between the electrodes—this Generate ions that stick to the blunt electrode—the one or more auxiliary electrodes are configured to enhance ion generation.

이들 및 다른 실시형태들의 추가 개선예에서, 본 발명에 따른 히트 싱크는 이격된 복수의 핀들 및 정전기 유체역학(EHD) 장치를 포함하며, 상기 장치는: 주요 첨형 전극, 핀들 각각에 일체로 형성된 복수의 둔형 전극들, 상기 주요 첨형 전극 부근에 배치된 1 이상의 보조 전극들, 상기 전극들 사이에 전기장을 조성하기 위해 상기 주요 첨형 및 둔형 전극들에 커플링(couple)된 전압원, 및 상기 1 이상의 보조 전극들에 커플링된 보조 전압원을 포함하고, 상기 보조 전압원은 상기 주요 및 둔형 전극들 사이에서 생성되는 이온들을 향상시키도록 상기 전압원과 독립적으로 제어된다.In a further refinement of these and other embodiments, the heat sink according to the invention comprises a plurality of spaced apart fins and an electrostatic hydrodynamic (EHD) device, the apparatus comprising: a primary sharp electrode, a plurality formed integrally with each of the fins Obtuse electrodes of at least one auxiliary electrode disposed near the primary sharp electrode, a voltage source coupled to the primary sharp and blunt electrodes to create an electric field between the electrodes, and the at least one auxiliary electrode An auxiliary voltage source coupled to the electrodes, the auxiliary voltage source being controlled independently of the voltage source to enhance ions generated between the primary and blunt electrodes.

이하, 본 발명의 이들 및 다른 실시형태들 및 특징들은 첨부한 도면들과 연계된 본 발명의 특정 실시예들의 설명을 참조함으로써 이해될 것이다:
도 1a 및 도 1b는 각각 본 발명의 예시적인 실시예들의 주요/보조 전극 시스템 및 콜렉터 전극들의 사시도 및 종단도;
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 셀프 시딩 메커니즘(self seeding mechanism)을 도시한 도면;
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 플라즈마 메커니즘을 도시하는 도면;
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 주요/보조 전극들이 어떻게 이온들을 원하는 방향으로 발생시켜, 더 양호한 펌핑 효율을 유도할 수 있는지를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 이온 전류의 방향을 한정하는데 사용되는 후퇴된 기판(recessed substrate)을 도시하는 도면;
도 6은 보조 전극과 컬렉터 전극 사이에 주요 전극이 바로 배치되는 대안적인 실시예를 도시하는 도면; 및
도 7은 와이어-형 주요 및 보조 전극들을 나타내는 대안적인 실시예를 도시하는 도면이다.Hereinafter, these and other embodiments and features of the present invention will be understood by reference to the description of specific embodiments of the present invention in conjunction with the accompanying drawings:
1A and 1B are perspective and longitudinal views, respectively, of the main / auxiliary electrode system and collector electrodes of exemplary embodiments of the present invention;
2 illustrates an exemplary self seeding mechanism in accordance with embodiments of the present invention;
3 illustrates an exemplary plasma mechanism in accordance with embodiments of the present invention;
4a and 4b show how primary / secondary electrodes according to the invention can generate ions in the desired direction, leading to better pumping efficiency;
5 shows a recessed substrate used to define the direction of the ion current in accordance with embodiments of the present invention;
FIG. 6 shows an alternative embodiment in which the main electrode is disposed directly between the auxiliary electrode and the collector electrode; And
FIG. 7 illustrates an alternative embodiment showing wire-shaped primary and auxiliary electrodes. FIG.

이제, 본 발명은 당업자가 본 발명을 수행할 수 있도록 본 발명의 여러 예시들로서 제공되는 도면들을 참조하여 자세히 설명될 것이다. 다음의 도면들 및 예시들은 본 발명의 범위를 하나의 실시예로 한정하는 것을 의미하지 않으며, 설명되거나 도시된 요소들 중 일부 또는 전부를 상호교환하는 방식으로 다른 실시예들이 가능함을 유의한다. 더욱이, 본 발명의 몇몇 요소들이 알려진 구성요소들을 이용하여 부분적으로 또는 전체적으로 구현될 수 있다면, 본 발명의 이해에 필요한 이러한 알려진 구성요소들 중 몇몇 부분들만이 설명될 것이며, 본 발명을 명확하게 하기 위하여 이러한 알려진 구성요소들 중 다른 부분들의 상세한 설명이 생략될 것이다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 소프트웨어로 구성되는 것으로 설명된 실시예들은 이로 제한되지 않아야 하며, 본 명세서에서 다르게 언급되어 있지 않다면, 하드웨어, 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합으로, 또한 이와 반대로 구현되는 실시예들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서, 단일 구성요소를 나타내는 실시예는 제한하는 것으로 여겨서는 안 되며; 그보다는, 본 발명은 본 명세서에서 다르게 언급되어 있지 않다면, 복수의 동일한 구성요소를 포함하는 다른 실시예들을 포괄하는 것으로 의도된다 - 이와 반대로도 가능함 - . 더욱이, 출원인들은 본 명세서 또는 청구항들의 어떤 용어가 명시적으로 설명되어 있지 않다면 특정하거나 특별한 의미가 있는 것으로 의도하지 않는다. 또한, 본 발명은 예시의 방식으로 본 명세서에 언급된 알려진 구성요소들에 대하여 현재에 그리고 향후에 알려질 등가물들을 포괄한다. The invention will now be described in detail with reference to the drawings provided as several examples of the invention so that those skilled in the art can practice the invention. It is noted that the following figures and examples are not meant to limit the scope of the invention to one embodiment, but other embodiments are possible in a manner that interchanges some or all of the described or illustrated elements. Moreover, if some elements of the invention can be implemented in part or in whole using known components, only some of these known components necessary for an understanding of the invention will be described, in order to clarify the invention. Detailed descriptions of other parts of these known components will be omitted. As will be appreciated by those skilled in the art, embodiments described as being composed of software should not be limited thereto, and unless otherwise stated herein, embodiments which are implemented in hardware or a combination of software and hardware and vice versa. It may include. In this specification, embodiments representing a single component should not be considered limiting; Rather, the invention is intended to cover other embodiments that include a plurality of identical components, and vice versa, unless stated otherwise herein. Moreover, applicants do not intend to have a specific or special meaning unless any term in this specification or claims is explicitly stated. In addition, the present invention encompasses equivalents now and in the future known to the known components mentioned herein by way of example.

일 실시형태에 따르면, 본 발명은 특유한 이온 발생 메커니즘을 제공한다. 이 방법 및 장치는 전기장을 집중시키기 위해 코로나 전극의 작은 피처들에 의존하지 않고 이온 발생 구역을 조성한다. 또한, 발생된 이온 양이 향상된다.According to one embodiment, the present invention provides a unique ion generation mechanism. This method and apparatus creates an ion generating zone without relying on small features of the corona electrode to concentrate the electric field. In addition, the amount of generated ions is improved.

일반적으로, 본 발명의 실시예들은 도 1a 및 도 1b에 나타낸 바와 같이 주요 전극에 근접한 한 세트의 보조 전극들을 포함한다. 더 구체적으로, 도 1a는 주요/보조 전극 시스템 및 컬렉터 전극들(106)의 사시도이고, 도 1b는 상기 시스템을 단부에서 봤을 때 공통 기판(108) 상에 제공된 주요 전극(102) 및 보조 전극(104)의 상세도이다.In general, embodiments of the present invention include a set of auxiliary electrodes proximate the main electrode as shown in FIGS. 1A and 1B. More specifically, FIG. 1A is a perspective view of the main / secondary electrode system and collector electrodes 106, and FIG. 1B shows the main electrode 102 and the auxiliary electrode provided on the common substrate 108 when the system is viewed from the end. 104 is a detailed view.

도 1b에 도시된 바와 같이, 작동 시, 보조 전극들(104)은 주요 전극(102)을 둘러싼 이온화 영역을 자극한다. 이하에 더 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 전극들(104)은 이온을 발생시키는 전자 사태(electron avalanche)를 위한 시드 전자(seed electron)들의 생성을 증가시키거나, 약한 플라즈마를 발생시키는데 사용되도록 구성될 수 있다. 후자의 경우, 주요/보조 전극들과 큰 접지 전극(106) 사이의 갭 내의 전기장 강도가 플라즈마를 지탱하기에는 너무 약하기 때문에, 플라즈마는 주요 전극(102)을 둘러싼 작은 영역으로 한정된다.As shown in FIG. 1B, in operation, the auxiliary electrodes 104 stimulate the ionization region surrounding the main electrode 102. As described in more detail below, the electrodes 104 may be configured to be used to increase the generation of seed electrons for an electron avalanche that generates ions or to generate a weak plasma. Can be. In the latter case, the plasma is limited to a small area surrounding the main electrode 102 because the electric field strength in the gap between the main / secondary electrodes and the large ground electrode 106 is too weak to support the plasma.

몇몇 실시예들에서, 주요 전극(102) 및 보조 전극들(104)의 크기는 너비가 약 5 내지 250 ㎛이고, 보조 전극들(104)은 주요 전극(102)으로부터 약 5 내지 250 ㎛ 이격된다. 이러한 구성들에서, 주요/보조 전극 시스템으로부터 큰 컬렉터 전극들(106)로의 갭은 약 0.25 내지 5 mm 사이의 범위이고, 주요 전극(102)과 컬렉터 전극(106) 사이에 인가된 전압은 약 0 내지 5000 V 사이의 범위이다. 당업자라면 이해하는 바와 같이, 이러한 예시들을 바탕으로 다양한 변형들이 가능하다. 기판(108)은 통상적으로 석영, 유리, 금속산화물, 중합체 등과 같은 유전 물질을 이용하여 구현된다.In some embodiments, the size of the main electrode 102 and the auxiliary electrodes 104 is about 5 to 250 μm in width, and the auxiliary electrodes 104 are about 5 to 250 μm away from the main electrode 102. . In such configurations, the gap from the main / secondary electrode system to the large collector electrodes 106 ranges from about 0.25 to 5 mm and the voltage applied between the main electrode 102 and the collector electrode 106 is about zero. To 5000 V. As will be appreciated by those skilled in the art, various modifications are possible based on these examples. Substrate 108 is typically implemented using dielectric materials such as quartz, glass, metal oxides, polymers, and the like.

또한, 도 1a에 도시된 바와 같이, 컬렉터 전극들(106)은 동시-계류중인(co-pending) 출원 12/017,986호에 더 상세히 개시된 바와 같은 히트 싱크의 핀들로서 구성되고 윤곽화된다(contoured). 하지만, 이는 필수적인 것은 아니며, 다수의 다른 구성들과 전극 지오메트리가 가능하다.In addition, as shown in FIG. 1A, the collector electrodes 106 are configured and contoured as fins of a heat sink as disclosed in more detail in co-pending application 12 / 017,986. . However, this is not essential and many other configurations and electrode geometries are possible.

일반적으로, 보조 전극들은 주요 및 접지 전극들과 독립적으로 0 내지 5000 V 사이에서 유지될 수 있다. 예를 들어, 보조 전극들에 인가된 전압을 접지 전위로 낮추거나, 상기 전압을 주요 전극 전압 이상으로 상승시키거나, 또는 보조 전극 전압을 진동시키면, 매우 많은 수의 자유 전자들과 이온들을 갖는 상태인 분해 지점에 이온화 영역을 압박한다. 전류 제한 저항기의 사용을 통해, 또는 상기 저항기를 캐패시터로 교체하거나, 보조 전극들을 유전체로 코팅함으로써, 플라즈마 아크(plasma arc)가 회피될 수 있다. 이 공정은 코로나 방전보다 더 많은 이온들을 발생시키며, 이는 시드 전극 생성 공정에 의해 제한된다.In general, the auxiliary electrodes can be maintained between 0 and 5000 V independently of the main and ground electrodes. For example, when the voltage applied to the auxiliary electrodes is lowered to the ground potential, the voltage is raised above the main electrode voltage, or the auxiliary electrode voltage is vibrated, a state having a very large number of free electrons and ions The ionization zone is pressed at the point of phosphorus decomposition. Plasma arcs can be avoided through the use of a current limiting resistor, or by replacing the resistor with a capacitor, or coating auxiliary electrodes with a dielectric. This process generates more ions than corona discharge, which is limited by the seed electrode generation process.

본 발명의 보조 전극들을 구성하는 한 가지 장점은 코로나 방전보다 더 낮은 전압에서 더 많은 이온들을 생성한다는 것에 있다. 이는 더 많은 펌핑력과 더 큰 압력 헤드를 유도한다. 이는, 도 2 및 도 3과 연계하여 더 자세히 나타낸 바와 같이 몇 가지 상이한 방식들로 달성될 수 있다. 일반적으로, 도 2는 대량의 시드 전자들이 보조 전극들에 의해 제공되고, 주요 전극 부근의 높은 전기장 영역에서 추가적인 사태(avalanche)를 착수(initiate)하는 셀프 시딩 메커니즘을 채택한 예시적인 실시예를 나타낸다. 도 3은 보조 전극들이 주요 전극을 둘러싼 영역 내에 플라즈마를 발생시키는 예시적인 플라즈마 메커니즘을 나타낸다. 플라즈마는 향상된 코로나 방전을 위한 이온 소스이다.One advantage of constructing the auxiliary electrodes of the present invention is that it generates more ions at lower voltage than corona discharge. This leads to more pumping force and a larger pressure head. This may be accomplished in several different ways, as shown in more detail in conjunction with FIGS. 2 and 3. In general, FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which a large amount of seed electrons is provided by auxiliary electrodes and employs a self seeding mechanism that initiates an additional avalanche in the high electric field region near the main electrode. 3 shows an exemplary plasma mechanism in which auxiliary electrodes generate plasma in the region surrounding the main electrode. Plasma is an ion source for improved corona discharge.

더 구체적으로는, 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서, 보조 전극들(104)은 시스템에 시드 전자들을 제공한다. 셀프-시딩 메커니즘은 코로나 방전과 대조적이며, 여기서 시드 전극들이 접지 전극으로부터 발생하거나 가스 분자들의 광-이온화를 통해서 발생한다. 시드 전극 생성은 코로나 방전에서 제한 인자이다. 본 발명의 실시예는 시스템의 다른 기체 전자 특성들로부터 시드 전자 전류를 디커플링하므로, 독립적으로 제어되고 향상될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 시드 전자 전류는 보조 전극들(104) 상에서의 전압 파형(V_aux)에 의해 그리고 기하학적인 설계 고려사항들에 의해 주로 제어된다. 이 시드 전자 전류는 이온 전류를 결정한다. 더 큰 시드 전자 전류는 더 큰 이온 전류를 생성하며, 이는 더 효율적인 펌프(더 높은 펌핑 작용 및 더 큰 압력 헤드)를 유도한다.More specifically, in the exemplary embodiment shown in FIG. 2, auxiliary electrodes 104 provide seed electrons to the system. Self-seeding mechanisms are in contrast to corona discharges, where seed electrodes arise from the ground electrode or through photo-ionization of gas molecules. Seed electrode generation is a limiting factor in corona discharge. Embodiments of the present invention decouple the seed electron current from other gaseous electronic properties of the system, so that they can be independently controlled and improved. In an embodiment of the invention, the seed electron current is controlled primarily by the voltage waveform V _aux on the auxiliary electrodes 104 and by geometric design considerations. This seed electron current determines the ion current. Larger seed electron currents produce larger ion currents, which leads to more efficient pumps (higher pumping action and larger pressure heads).

앞서 설명된 바와 같이, 이 구성에서는 전류를 제한하고, 이에 따라 플라즈마 형성을 방지하기 위해 R_aux가 제공된다. 일 예시적인 구성에서, 보조 전극들(104)이 25 mm 가로질러 있고 25 mm만큼 이격되는 경우, V_aux는 500 V이고, R_aux는 10 ㏁이다.As explained above, in this configuration R _aux is provided to limit the current and thus prevent plasma formation. In one exemplary configuration, when the auxiliary electrodes 104 are 25 mm across and 25 mm apart, V _aux is 500 V and R _aux is 10 kV.

대안적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 보조 전극들(104)은 주요 전극(102) 부근의 영역에 약한 플라즈마를 조성하는데 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 플라즈마는 향상된 이온 전류의 소스이다. 그 후, 셀프-시딩 전극 공정과 유사하게, 여하한의 코로나 공정을 초과하는 큰 이온 전류가 이러한 전극들로부터 발생한다. 일 예시적인 구성에서, 보조 전극들(104)은 V_aux이 500 V이다.Alternatively, as shown in FIG. 3, the auxiliary electrodes 104 can be used to create a weak plasma in the region near the main electrode 102. In this embodiment, the plasma is a source of enhanced ion current. Then, similar to the self-seeding electrode process, large ion currents exceeding any corona process arise from these electrodes. In one exemplary configuration, the auxiliary electrodes 104 have a V _aux of 500 V.

본 발명의 또 다른 장점은 이온 생성이 주요/보조 전극들과 컬렉터 전극 사이에 놓인 영역으로 한정될 수 있다는 점이다. 이는 도 4a 및 도 4b와 연계하여 더 자세히 예시된다. 예를 들어, 도 4a는 모든 방향들로 이온들을 발생시키는 코로나 방전 펌프(410)의 예시적인 구성을 나타내며, 이 중 일부는 원하는 전체 펌핑 작용 및/또는 공기 유동 방향을 상쇄시킨다.Another advantage of the present invention is that ion generation can be limited to the region lying between the main / secondary electrodes and the collector electrode. This is illustrated in more detail in connection with FIGS. 4A and 4B. For example, FIG. 4A shows an exemplary configuration of a corona discharge pump 410 that generates ions in all directions, some of which counteract the desired overall pumping action and / or air flow direction.

도 4b는 본 발명에 의해 가능하게 구현될 수 있는 구성을 나타내며, 이 구성에서는 원하는 방향으로만 이온들을 발생시키는 주요/보조 전극들(102/104) 상에 기판(402)이 장착되어, 더 양호한 펌핑 효율을 유도한다. 이 구성에서, 이온들은 직접적인 경로로 접지 전극(106)을 향해서만 이동할 수 있다. 도 4a의 구성에서와 같은 상쇄-전류가 존재하지 않으며, 또한 상쇄-작용 펌핑력도 존재하지 않는다. 그 결과로, 주요/보조 전극들의 전기-유체 전력 전환 효율성이 더 높아진다.4B illustrates a configuration that may be implemented by the present invention, in which a substrate 402 is mounted on the primary / secondary electrodes 102/104 that generate ions only in the desired direction, thereby providing a better configuration. Induces pumping efficiency. In this configuration, ions can only move toward ground electrode 106 in a direct path. There is no offset-current as in the configuration of FIG. 4A, and also no offset-action pumping force. As a result, the electro-fluid power conversion efficiency of the primary / secondary electrodes is higher.

도 5는 이온 전류의 방향을 한정하기 위해 후퇴된 기판(508)이 사용되는 또 다른 가능한 구성을 나타낸다. 더 구체적으로, 이온 전류의 방향 한정은 180□로 제한되지 않는다. 이는 도 5에 도시된 바와 같이 장막형 기판(shrouded substrate: 508) 내에 주요/보조 전극들(102 및 104)을 후퇴시킴으로써 임의로 좁은 빔으로 지향될 수 있다. 또한, 이는 180□ 초과하여 개방될 수도 있으며, 기판(508)의 지오메트리를 변동시킴으로써 다수의 다른 변형들이 가능하다. 5 shows another possible configuration in which the retracted substrate 508 is used to define the direction of the ion current. More specifically, the direction limitation of the ion current is not limited to 180 □. This may be directed to an arbitrary narrow beam by retracting the primary / secondary electrodes 102 and 104 in a shrouded substrate 508 as shown in FIG. 5. It may also be open beyond 180 ° and many other variations are possible by varying the geometry of the substrate 508.

본 발명의 여러 원리에 따른 주요 및 보조 전극들의 다양한 구성들은 앞서 설명된 것들 이외의 구성들도 가능하다. 본 발명의 가능한 추가적인 실시예들 중 두 개가 도 6 및 도 7에 도시된다. 상기 도면들은 본 명세서에 언급된 바와 같은 주요-보조 이온 발생기의 동일한 기본 개념의 또 다른 구현들을 나타낸다.Various configurations of the main and auxiliary electrodes in accordance with various principles of the present invention are possible in addition to those described above. Two of the possible additional embodiments of the present invention are shown in FIGS. 6 and 7. The figures show further implementations of the same basic concept of main-auxiliary ion generator as mentioned herein.

도 6은 주요 전극이 보조 전극과 컬렉터 전극 사이에 바로 배치된 대안적인 실시예를 나타낸다. 더 구체적으로, 도 6은 주요 전극(102)이 기판(608) 내에 형성된 큰 단일 보조 전극(604)과 컬렉터 전극(도시되지 않음) 사이에 위치된 디바이스를 도시한다.6 shows an alternative embodiment in which the main electrode is disposed directly between the auxiliary electrode and the collector electrode. More specifically, FIG. 6 shows a device in which a primary electrode 102 is located between a large single auxiliary electrode 604 formed in a substrate 608 and a collector electrode (not shown).

도 7은 와이어-형 전극들을 도시한 대안적인 실시예를 나타낸다. 더 구체적으로, 이 도면은 주요 전극과 유전 전극 간에 갭이 존재하는 실시예를 도시한다. 도 7의 예시에서, 주요 전극(702)과 보조 전극(704) 둘 모두가 와이어-형 전극들로서 구현된다. 또한, 이 도면은 보조 전극(704)이 제공된 기판(708)으로부터 주요 전극(702)이 벗어나 있고 상기 전극들 사이에 에어 갭이 존재하는 상태를 도시한다.7 shows an alternative embodiment showing wire-shaped electrodes. More specifically, this figure shows an embodiment where a gap exists between the main electrode and the dielectric electrode. In the example of FIG. 7, both main electrode 702 and auxiliary electrode 704 are implemented as wire-shaped electrodes. This figure also shows a state in which the main electrode 702 deviates from the substrate 708 provided with the auxiliary electrode 704 and there is an air gap between the electrodes.

일 예시적인 구현에서, 본 명세서에서 설명된 코로나 방전 구성들 및 방법들은 정전기 공기 펌프로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 주요/보조 전극들은 완전한 냉각 시스템을 생성하기 위해 히트 싱크 내에 통합될 수 있거나, 독립형 송풍기(stand-alone air blower)로서 사용될 수 있다.In one exemplary implementation, the corona discharge configurations and methods described herein can be used as an electrostatic air pump. For example, the primary / auxiliary electrodes can be integrated into the heat sink to create a complete cooling system or can be used as a stand-alone air blower.

더욱이, 본 발명에서는, 종래의 다수의 접근법들에서와 같이 높은 전기장 이온화 영역을 생성하기 위해 더 이상 작은 직경의 코로나 전극을 갖지 않아도 된다는 것을 이해하여야 한다. 본 발명의 보조 전극들을 이용하면, 주요 및 보조 전극들에 의해 높은 전기장 영역이 생성된다. 코로나 방전 와이어로 가능한 것보다 갭이 더 클 수 있기 때문에, 코로나 전극은 먼지 축적(dust build-up)에 덜 민감할 수 있다. 코로나 전극 상에 쌓인 먼지는 코로나 전극의 유효 크기의 증가로 인해 펌핑 성능을 바로 감소시킨다. 셀프 시딩 전극들 상에 쌍인 먼지는, 이온 발생 영역이 더 이상 주요 전극의 크기에 의해 한정되지 않기 때문에 동일한 효과를 갖지 않을 것이다.Moreover, it should be understood that in the present invention, as in many conventional approaches, it is no longer necessary to have small diameter corona electrodes to create high field ionization regions. With the auxiliary electrodes of the present invention, a high electric field region is created by the main and auxiliary electrodes. Corona electrodes can be less sensitive to dust build-up because the gap can be larger than that possible with corona discharge wires. Dirt accumulated on the corona electrodes directly reduces the pumping performance due to the increase in the effective size of the corona electrodes. The paired dust on the self seeding electrodes will not have the same effect because the ion generating region is no longer limited by the size of the main electrode.

본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태와 세부사항들의 변형 및 수정이 행해질 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 다음의 청구항들은 이러한 변형 및 수정을 포괄하는 것으로 의도된다.Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art should understand that changes and modifications in form and details may be made without departing from the spirit and scope of the invention. The following claims are intended to cover such modifications and variations.

Claims

정전기 유체역학(electrostatic hydrodynamic: EHD) 장치에 있어서,
첨형(sharp)/둔형(blunt) 전극 쌍으로 주요 첨형 전극 부근에 배치된 1 이상의 보조 전극들을 포함하고,
상기 전극 쌍은, 상기 전극들 사이에 전기장이 인가될 때에, 상기 전극들 사이에 가스의 부분 분해(partial breakdown)가 상기 주요 첨형 전극 부근에서 발생하도록 구성되며 - 이는 상기 둔형 전극에 달라붙는 이온들을 생성함 - ,
상기 1 이상의 보조 전극들에 인가된 전력은 상기 전극 쌍에 인가된 전기장과 독립적으로 인가되는 EHD 장치.In electrostatic hydrodynamic (EHD) devices,
One or more auxiliary electrodes disposed near the primary sharp electrode in a sharp / blunt electrode pair,
The electrode pair is configured such that when an electric field is applied between the electrodes, a partial breakdown of gas occurs between the electrodes near the main sharp electrode-which causes ions to stick to the blunt electrode. Created-,
Power applied to the at least one auxiliary electrode is independently applied to an electric field applied to the pair of electrodes.

제 1 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극 부근에 전자 사태(electron avalanche)를 위한 시드 전자(seed electron)들을 제공하도록 구성되는 EHD 장치.The method of claim 1,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to provide seed electrons for an electron avalanche near the primary sharp electrode.

제 1 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극 부근에 약한 코로나를 조성하도록 구성되는 EHD 장치.The method of claim 1,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to create a weak corona near the primary sharp electrode.

제 1 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 생성된 이온들을 원하는 방향으로 지향시키도록 구성되는 EHD 장치.The method of claim 1,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to direct the generated ions in a desired direction.

제 4 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 원하는 방향에 대해 상기 주요 첨형 전극으로부터 상류 방향으로 배치되는 EHD 장치.The method of claim 4, wherein
And the one or more auxiliary electrodes are disposed in an upstream direction from the primary sharp electrode with respect to the desired direction.

제 1 항에 있어서,
상기 둔형 전극은 히트 싱크(heat sink)의 핀(fin) 내에 일체로 형성되는 EHD 장치.The method of claim 1,
The blunt electrode is integrally formed in a fin of a heat sink.

제 1 항에 있어서,
상기 둔형 전극은 상기 주요 첨형 전극과 마주하는(facing) 윤곽화된 에지(contoured edge)를 갖는 EHD 장치.The method of claim 1,
The blunt electrode has a contoured edge facing the main sharp electrode.

전기 유체역학(EHD) 장치에 있어서,
주요 첨형 전극;
히트 싱크의 핀 내에 일체로 형성된 둔형 전극; 및
상기 주요 첨형 전극 부근에 배치된 1 이상의 보조 전극들을 포함하고,
상기 주요 첨형 및 둔형 전극들은, 상기 전극들 사이에 전기장이 인가될 때 상기 전극들 사이에 가스의 부분 분해가 상기 주요 첨형 전극 부근에서 발생하도록 구성되며 - 이는 상기 둔형 전극에 달라붙는 이온들을 생성함 - ,
상기 1 이상의 보조 전극들은 이온 생성을 향상시키도록 구성되는 EHD 장치.In an electrohydrodynamic (EHD) device,
Main sharp electrode;
An obtuse electrode integrally formed in the fin of the heat sink; And
One or more auxiliary electrodes disposed near the primary sharp electrode,
The primary sharp and blunt electrodes are configured such that partial decomposition of gas between the electrodes occurs near the primary sharp electrode when an electric field is applied between the electrodes-which produces ions that cling to the blunt electrode -,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to enhance ion generation.

제 8 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극 부근에 전자 사태를 위한 시드 전자들을 제공하도록 구성되는 EHD 장치.The method of claim 8,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to provide seed electrons for an avalanche near the primary sharp electrode.

제 8 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극 부근에 약한 코로나를 조성하도록 구성되는 EHD 장치.The method of claim 8,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to create a weak corona near the primary sharp electrode.

제 8 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 생성된 이온들을 원하는 방향으로 지향시키도록 구성되는 EHD 장치.The method of claim 8,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to direct the generated ions in a desired direction.

제 8 항에 있어서,
상기 둔형 전극은 상기 주요 첨형 전극과 마주하는 윤곽화된 에지를 갖는 EHD 장치.The method of claim 8,
The blunt electrode has an outlined edge facing the main sharp electrode.

제 8 항에 있어서,
상기 주요 첨형 전극 및 1 이상의 보조 전극들은 공통 기판 상에 배치되는 EHD 장치.The method of claim 8,
And the primary sharp electrode and one or more auxiliary electrodes are disposed on a common substrate.

제 13 항에 있어서,
상기 기판은 상기 주요 첨형 전극 및 1 이상의 보조 전극들을 부분적으로 가리도록(shroud) 윤곽화되어, 이온 전류가 원하는 방향으로 강제(constrain)되게 하는 EHD 장치.The method of claim 13,
The substrate is contoured to partially shade the primary sharp electrode and one or more auxiliary electrodes, such that an ion current is forced in the desired direction.

제 13 항에 있어서,
상기 기판은 대향하는 표면과 실질적으로 평탄하며, 상기 주요 첨형 전극은 상기 1 이상의 보조 전극들로부터 대향하는 표면 상에 배치되는 EHD 장치.The method of claim 13,
The substrate is substantially flat with an opposing surface, and wherein the primary sharp electrode is disposed on an opposing surface from the one or more auxiliary electrodes.

제 8 항에 있어서,
상기 주요 첨형 전극은 와이어로 구성되고, 상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극에 대해 실질적으로 평행하게 배치된 유전체에 의해 둘러싸인 전도체를 포함하는 EHD 장치.The method of claim 8,
Wherein said primary sharp electrode is comprised of a wire and said one or more auxiliary electrodes comprise a conductor surrounded by a dielectric disposed substantially parallel to said primary sharp electrode.

히트 싱크에 있어서,
복수의 이격된 핀들; 및
정전기 유체역학(EHD) 장치를 포함하고, 상기 장치는:
주요 첨형 전극;
상기 핀들 각각에 일체로 형성된 복수의 둔형 전극들;
상기 주요 첨형 전극 부근에 배치된 1 이상의 보조 전극들;
상기 전극들 사이에 전기장을 조성하기 위해 상기 주요 첨형 및 둔형 전극들에 커플링된 전압원; 및
상기 1 이상의 보조 전극들에 커플링된 보조 전압원을 포함하고,
상기 보조 전압원은 상기 주요 및 둔형 전극들 사이에서 생성되는 이온들을 향상시키도록 상기 전압원과 독립적으로 제어되는 히트 싱크.In the heat sink,
A plurality of spaced pins; And
An electrostatic hydrodynamic (EHD) device, the device comprising:
Main sharp electrode;
A plurality of blunt electrodes formed integrally with each of the pins;
One or more auxiliary electrodes disposed near the primary sharp electrode;
A voltage source coupled to the main sharp and blunt electrodes to create an electric field between the electrodes; And
An auxiliary voltage source coupled to the at least one auxiliary electrode,
The auxiliary voltage source is controlled independently of the voltage source to enhance ions generated between the primary and blunt electrodes.

제 17 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극 부근에 전자 사태를 위한 시드 전자들을 제공하도록 구성되는 히트 싱크.The method of claim 17,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to provide seed electrons for an avalanche near the primary sharp electrode.

제 17 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 상기 주요 첨형 전극 부근에 약한 코로나를 조성하도록 구성되는 히트 싱크.The method of claim 17,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to form a weak corona near the primary sharp electrode.

제 17 항에 있어서,
상기 1 이상의 보조 전극들은 생성된 이온들을 원하는 방향으로 지향시키도록 구성되는 히트 싱크.The method of claim 17,
And the one or more auxiliary electrodes are configured to direct the generated ions in a desired direction.