在电极上设有导电体突出部的介质阻挡放电式的等离子产生电极结构

摘要

本发明提供介质阻挡放电式等离子产生电极结构。本发明的电极结构包括：上部导电电极和下部导电电极；至少一个导电电极突出部，形成于所述上部导电电极和/或下部导电电极的至少一个表面上；电介质层，以大体上均匀的厚度形成于彼此相向设置的所述上部导电电极和下部导电电极至少一个内侧表面；特定的间隔(d)，当所述上部导电电极和下部导电电极彼此紧密接触时，借助于所述导电电极突出部的突起效果，该间隔(d)形成于所述上部和下部导电电极与介电层之间或形成于彼此相向设置的介电层之间；在所述上部导电电极和下部导电电极上施加脉冲或交流电源以产生等离子。

说明书

技术领域

本发明涉及应用于空气净化系统等以及类似系统的等离子电极结构，更详细地 涉及介质阻挡放电(DBD，Dielectric Barrier Discharge)型等离子产生电极结构，所 述电极结结在储如空气的气态流体中产生等离子，此时产生的电子、离子、紫外线 等与细菌及气味分子反应，实现分解有害气体分解及杀菌作用，从而净化存在于空 调、冰箱、洗衣机、车辆等的内部的空气。

背景技术

随着室内空气净化逐渐变得重要，多种同时去除存在于室内的粒子及气态物质 的方法得以开发。这些空气净化技术包括过滤式、静电除尘式、等离子方式、UV/ 光催化剂方式以及多个方法的混合(hybrid)方式等。

其中，众所周知，利用等离子的空气净化方式在去除污染物上具有很显著的效 果。通过等离子放电现象所产生的电子和自由基借由其较强的氧化力去除诸如挥发 性有机化合物(VOCs，Volatile Organic Compounds)、NOx、CFCs等的大部分有 害气体，且体现出卓越的杀菌效果，氧负离子与诱发过敏症状的花粉、细粉尘等相 结合，并使这些微粒凝聚在一起，从而得以容易地去除。

这类等离子放电方式可分为电晕放电、介质阻挡放电。

-电晕放电-

电晕放电电极包括呈尖细形态的阴极以及呈平坦形态的反电极。在阴极上施加 阴性高压时，由阴极所放出的电子与粒子发生碰撞从而产生阳离子，而且所产生的 阳离子由于电引力而朝向阴极加速，并且与阴极碰撞从而放出高能的二次电子。这 类高能电子与重粒子引起非弹性碰撞从而化学地产生活性粒子。图1示出了电晕放 电电极的典型结构，其中图1的(a)部分示出了单根针形电极样式，图1的(b) 部分则示出了多针形电极样式。

所述电晕放电电极，由于制作简单并且具有简单的结构，因而价格低廉，但是 在放电过程中会产生大量的臭氧，且其长时间存在对人体有害。并且所产生的阴离 子的存在时间非常短，且紫外线产生量也很少，从而杀菌效果较差。

并且，由于等离子体积非常小，因而等离子能够处理的区域只能限定在为小的 区域内。因此，为了扩大处理区域，可增加阴极的个数，但在此情况，在垂直于电 极间隙的方向上产生短时间电弧(流光)，这类流光通常集中于相同地方，从而使处 理效果局部化。

为了避免此类问题，便提出了介质阻挡放电(dielectric barrier discharge)。

-介质阻挡放电(DBD，Dielectric Barrier Discharge)-

介质阻挡在大气压下能产生大功率放电，并且不需要复杂的脉冲功率源，因而 广泛地应用在工业中，尤其广泛应用于产生臭氧、CO2激光、紫外源、污染物质处 理等方面。

图2示出了典型的介质阻挡等离子电极结构。如图2所示，介质阻挡放电(DBD) 装置包括由两个平行的金属电极。至少电极中的一个由电介质层所覆盖。若使用绝 缘体，在直流电的情况下，电流穿过电极是不可能的，因而使用交流电来产生等离 子。为了稳定产生等离子，将电极间的间隔限制为几毫米，且等离子体气体在其间 隔之间流动。

所述介质阻挡放电由于不存在局部地引起脉冲或杂音的放电，也可称作为无声 放电(Silence Discharge)。放电由正弦函数或脉冲式电源点火。根据工作气体的组 成、电压以及频率，放电为灯丝式或辉光式放电。灯丝式放电由在电介质层表面所 发生的微放电或流光(Streamer)实现。

此时，电介质层用以阻断反向电流，并能够避免转换为电弧，从而能够在连续 的脉冲模式下进行工作。而且，所述电介质表面上累积有电子，并在表面上随机地 分布有流光，从而引发均匀的放电。

所述介质阻挡放电(DBD，Dielectric Barrier Discharge)存在如下的多种变形。

表面放电(Surface Discharge)

如图3所示，在陶瓷板的表面上设置有诸如银制的金属电极，在陶瓷板的内侧 设置有板状的反电极。随后当在两个电极之间施加交流电时，围绕陶瓷板上的条状 的电极产生辉光放电(Glow Discharge)。由于在放电时会产生噪音，因而该放电区 别于后述的无声放电(Silence Discharge)。该方法对于臭氧的产生有效果，相关的 现有技术包括专利号为10-0747178的韩国专利。

无声放电(Silence Discharge，Volume Discharge)

所述无声放电是介质阻挡等离子电极的典型结构，其中，诸如玻璃的绝缘体被 放置于相互平行的两个电极的一个或两个电极上，在所述两个电极之间具有数毫米 (mm)的间隙，当施加交流电压时，会产生不计其数的小脉冲放电，而不会发生 辉光放电(glow discharge)。这就被称为无声放电，并且在诸如去除因活性离子的产 生而引起的有害气体等工业领域中广泛应用。

图4(a)示出了板状介质阻挡电极结构。根据这一结构，表面上所施加的电场 (electric field)是均匀的，因此，电荷(charge)以特定的统计学分布形态在电介质 中不均匀地层叠，并引发流光放电而不是辉光放电，从而减少所产生的紫外线的量。

图4(b)示出了网眼介质阻挡放电结构，其为板状介质阻挡放电的变化。根据 该结构，网眼电极用以取代典型的板状电极，从而由于反应器内的电场强化(electric  field enhancement)，也由于所述网眼式电极的几何结构，等离子中的电子浓度可以 均匀地分布，，且不同于典型的的流光放电，因而能够产生具有卓越的等离子均匀性 和有效性的多个辉光放电。其结果，与现存的电晕放电及典型的介质阻挡放电相比， 其有可能产生具有大量的紫外线以及大量的诸如OH自由基、原子氧(O，atomic  oxygen)等的活性种的等离子。但是,由于放电电压高，电极间的间隔窄，该结构 有产生噪音以及施以相对于流体流动的高反压的倾向。因此，如公开号为 2002-0046093的韩国专利所公开的，为了提高处理能力，而扩展具有平行的相同结 构的电极是必要的，但其结构变得复杂，由于电极本身的截面积，不能避免产生反 压。

作为用于解决这种有关于反压产生的问题的方法，公开号为10-2009-0097340 的韩国专利中揭示了形成贯通电极的通孔的方法。该通孔并非是仅在该此公开文献 中所使用的特有的结构，而是在多个文献中都得以公开，并且为了避免反压而广泛 使用的结构。并且，在此公开文本中使用的在两个电极之间的形成间隔的方法根据 机构的结构设计，采用毫米(mm)或以上的宏观单位，这与典型的方法相符合， 而不微间隙方法，而且，此方法具有诸如需要高电压作为施加电压等多个问题。

图4(c)示出了被称作微间隙放电(Micro Gap Discharge)的又一个电极结构， 其使用电极间的间隔在数十到数百微米之间的非常小的放电间隔而产生强劲的等离 子。此方式在放电时，产生大的噪音和大量的臭氧，因此必须要控制所施加电压， 从而避免产生流光。并且，在等离子区域内，空气和活性种之间的接触的概率要更 高于其他结构，因此，会产生大量的对空气净化及杀菌有效的种，从而，与网眼式 介质阻挡放电相比，提供了效果好的杀菌并且较少的噪音和臭氧。相关的现有技术 包括韩国专利公开号为2006-0017191的发明。

然而，根据此方式，在电极间形成微间隙是必要的，这使得其结构变复杂，且 其中还包括支撑具有来自于所述金属电极的外部的绝缘体的结构以实现所述间隙的 方法。

并且，在日本第2009-78266号专利中，为了促进流体流动，在电极中使用了通 孔，且为了在电极之间形成间隔，绝缘垫片(间隔装置)被插入到电极中作为绝缘 体的隔片(space，形成间隔的装置)的方法。然而，在上述方法中，为了在电极上 形成隔片(陶瓷绝缘体)，在电极上形成电介质层，在其上形成针对于绝缘垫片片的 图案，再于其上形成绝缘层是必需的，因此其存在工序复杂，在控制垫片的高度上 难度很大，制造成品显著增加的问题。

与此类似，在专利公开号为10-2012-006402和10-2012-0065224的韩国专利案 中，所述通孔的应用与上述相同，而在形成电极间的间隔的问题上，则是将在形成 电介质层的过程中所产生的自然的表面凹凸用作间隔，而不再使用垫片来形成间隔。 然而，在该表面凹凸的情况下，由于其形状是随机的，因此，对于每一个位置，电 极间的间隔都是不同的，从而无法统一地对电极特性进行控制，同时还会产生大量 的臭氧，这些都是很大的问题。

同时，一种电极结构也得以应用，其中，具有电介质性质的托板(pallet)或凸 缘被填充在管状反应器中，或者在所述填充体上被涂覆有催化剂。然而，根据这些 方法，由于填充在反应器中的电介质，其会发生压力的损失，而且当废气中存在粒 子物质时，反应器容易被堵塞。而且为了处理大量的废气，需要将多个管型反应器 捆成一捆或一堆，因此会使处理系统的尺寸极度扩大。相关的现有技术包括美国专 利第5,236,627号、第5,236,672号、4,954,320号、第5,843,288号和韩国专利公开 第10-2009-0086761号。

-水下等离子放电

水下放电可以通过在水中形成微细气泡，且将诸如羟基(OH)、活性氧(O-、 O2、O3)以及过氧化氢(H2O2)的具有强力杀菌能力的气体引入到水中，而被用 于去除含在水里的细菌及病毒，其应用包括诸如洗衣机、制冷制热器、空气净化器 及加湿器等的家用电器及需要进行杀菌/消毒处理的食品加工或餐饮业、畜牧业或医 院等。

这种通过水中放电而产生活性氧以及臭氧气泡的方法是基于泡沫机理理论的方 法，其中，等离子电极被设置于水中，放电现象发生在在由于放电热而导致的水分 蒸发而形成的或者从外部注入的微细气泡中，由此产生自由基，诸如羟基、活性氧 及过氧化氢等。这些自由基氧化含浸在水中的重金属，同时，对含浸在水中的细菌 及病毒进行杀菌。

介质阻挡电极也主要地被用作用于水中放电的等离子电极，类似于空气净化电 极，而该电极基本上不能超出上面所提及的等离子电极类型。与之相关的现有技术 包括韩国专利第10-0924649号和韩国专利公开第2009-009675号。

发明内容

技术问题

因此，本发明是为了解决上述与现有技术相关联的问题而提出的，本发明的目 的在于提供介质阻挡放电式等离子产生电极结构，其确保了等离子的稳定性，增加 了活性离子的产生量，具有极好的杀菌力，减少了臭氧的产生量和耗电量，同时也 具有经济性。

并且，本发明的另一个目的在于提供介质阻挡放电式等离子产生电极结构，其 使用微间隙放电方式，以便于形成间隔，且允许流体的顺畅流动。

解决问题的手段

为了达到上述目的，本发明提供一种电极结构体，包括：

上部导电电极和下部导电电极；

至少一个导电电极突出部，形成于彼此相向设置的所述上部导电电极和下部导 电电极的至少一个内侧表面上；

电介质层，形成于彼此相向设置的所述上部导电电极和下部导电电极的至少一 个内侧表面上并具有大体均匀的厚度；以及

预先确定的间隔(d)，当所述上部导电电极和下部导电电极彼此紧密接触时， 借助于所述导电电极突出部的突起效果，该间隔d形成于所述上部和下部导电电极 中的一个电极与电介质层之间或形成于彼此相向设置的电介质层之间；

其中，在所述上部导电电极和下部导电电极上施加脉冲或交流电源，以在它们 之间产生等离子。

并且本发明还提供一种电极结构体，包括：

上部导电电极、下部导电电极及内部导电电极；

至少一个上部导电电极突出部，形成于彼此相向设置的所述上部导电电极和内 部导电电极的至少一个内侧表面上；

至少一个下部导电电极突出部，形成于彼此相向设置的所述下部导电电极和内 部导电电极的至少一个内侧表面上；

上部电介质层，形成于彼此相向设置的所述上部导电电极和内部导电电极的至 少一个内侧表面上并具有大体均匀的厚度；

下部电介质层，形成于彼此相向设置的所述下部导电电极和内部导电电极的至 少一个内侧表面上并具有大体均匀的厚度；

预先确的间隔(d1)，当所述上部导电电极和内部导电电极彼此紧密接触时，借 助于所述上部导电电极突出部的突起效果，所述预先确定的间隔(d1)形成于所述 上部导电电极和内部导电电极之中的一个电极与所述上部电介质层之间或形成于所 述上部电介质层之间；以及

预先确定的间隔(d2)，当所述下部导电电极和内部导电电极彼此紧密接触时， 借助于所述下部导电电极突出部的突起效果，所述预先确定的间隔(d2)形成于所 述下部导电电极和内部导电电极之中的一个电极与所述下部电介质层之间或形成于 所述下部电介质层之间；

将所述上部导电电极和下部导电电极作为一个极，且将内部导电电极作为相对 应的电极，并在其上施加脉冲或交流电源，从而在所述预先确定的间隔(d1)和所 述预先确定间隔(d2)之间同时产生等离子。

此时，所述内部导电电极可分为两层，即内部导电电极(上部)和内部导电电 极(下部)，在新形成的内部导电电极的至少一个分离表面上形成有至少一个分离表 面导电电极突出部。并且，在至少一个所述分离表面上进一步地形成有电介质层， 从而借助于所述分离表面的导电电极突出部的效果，在分离表面之间形成预先确定 的间隔d3，从而，通过将所述上部导电电极和所述内部导电电极(下部)看作一个 电极，而将所述下部导电电极和所述内部导电电极(上部)看作另一个电极，并在 上述电极上施加脉冲或交流的方式，在所述分离的内部导电电极(上部)和内部导 电电极(下部)之间的所述预先确定的间隔d3中进一步地产生等离子。

进一步地，所述脉冲或交流电源脉冲宽度为100μs或以下，而电压为1000V或 以下。

所述电极结构在所述预先确定的间隔d中产生放电电流为20mA或以下的等离 子。

所述导电电极突出部的高度为1000μm或以下。

所述导电电极突出部具有至少一个选自于由圆形、四边形、多边形、椭圆形、 星形以及它们的组合所构成的集合的形状，所述导电电极突出部的形成方法则选自 于由冲压加工、蚀刻加工、焊接加工、金属材质的垫片连接、金属成型加工以及它 们的组合所构成的集合

在所述上部导电电极、下部导电电极以及内部导电电极中的至少一个具有栅格 形状。

所述电极结构具有形成在选自所述上部导电电极、下部导电电极、内部导电电 极、所述电介质层中的至少一个位置上的通孔，所述通孔的形状选自于由圆形、四 边形、椭圆形、多边形、星形、其他形状以及它们的组合所构成的集合。所述电介 质层通过至少一种方式形成，所述方式选自于由喷镀、等离子喷涂、涂覆、沉渍、 丝网印刷以及它们的组合所构成的集合。

所述电极结构包括一层或多层电介质，各个电介质层由相同或不同材质制成。

所述电极结构还包括有形成在选自于所述上部导电电极表面、下部导电电极表 面、内部导电电极表面及电介质层表面中的至少一个表面上的至少一种层结构，该 层结构选自于由保护涂覆层、其他电介质层及特殊功能层(除臭氧功能层、除味功 能层和绝缘层)所构成的集合。

在所述预先确定的间隔(d、d1、d2、d3)填充有至少一种绝缘层，所述绝缘层 由选自于由陶瓷、玻璃、聚合物以及它们的组合构成的集合中的材料制成。

两个或以上的所述电极结构以串联形态间隔排列，或者所述电极结构之间绝缘 且彼此相互接触，或者通过交替的电极性，而使两个或以上的电极结构得以堆栈， 或者以相互平行的形态布置。

发明的效果

具有如上所述结构的本发明的等离子电极结构产生的噪音少、具有卓越的等离 子效率、产生大量的活性种(reactive species)、寿命长，所造成的空气反压小，在 消耗电力方面表现卓越，且能够确保去除空调异味，也确保了空气的净化和杀菌。

另外，根据每个应用的要求的特性，其能够以各种不同的方式来配置所述离子 电极结构，从而克服了依赖于现存的等离子电极结构的电极设计上的限制，，因而本 发明所述的等离子电极结构非常有利于小型化。

因此，本发明所述的电极结构，易于应用在其他气态流体及水之类的液体上， 而不会仅局限于空气净化领域。在应用于水的情况下，水中的微细气泡借助等离子 来进行离子化，这使得根据与空气净化原理相同的原理，对水进行杀菌、净化成为 可能，本发明所述的电极结构能够容易地被应用于除空气净化之外的各种不同的应 用中。

附图说明

图1示出了电晕放电电极的典型结构示意图。

图2示出了介质阻挡等离子电极的典型结构示意图。

图3示出了表面放电电极的典型结构示意图。

图4示出了无声放电(Volume DBD)电极的典型结构的示意图，其中，(a)部 分示出了板状介质阻挡放电，(b)部分示出了网眼状介质阻挡放电，(c)部分则示 出了微间隔介质阻挡放电。

图5示出了容积式介质阻挡(Volume DBD)电极的典型结构中的等离子产生区 域的示意图。

图6示出了根据本发明一实施例所述的等离子介质阻挡电极结构以及等离子产 生区域的示意图。

图7示出了根据本发明再一实施例所述的等离子介质阻挡电极结构以及等离子 产生区域的示意图。

图8示出了根据本发明另一实施例所述的等离子介质阻挡电极结构以及等离子 产生区域的示意图。

图9示出了根据本发明又一实施例所述的等离子介质阻挡电极结构以及等离子 产生区域的示意图。。

图10示出了根据本发明一实施例所述的不同类型等离子电极的通孔图案。

图11示出了根据本发明其它实施例所述的等离子电极结构和等离子产生区域 的示意图。

图12示出了根据本发明一实施例所述的流体净化反应器的示意图。

图13示出了根据本发明一实施例所述的等离子介质阻挡放电(DBD)电极结 构示范性结构的示意图。

图14示出了根据本发明一实施例所述的等离子电极的性能曲线图。

具体实施方式

以下，本发明得以详细地说明。

到目前为此，存在有多种电极阻挡等离子电极，但是如图5(a)和(b)所示， 它们全部具有某此共同点，其中，电极和电介质层形成为板状并且以平行的方式布 置，从而等离子的产生区域为与电极排列平行，而流体的流动也平行于电极排列。 圆筒状板式结构呈现在某些电极上，但其结果与板式结构的相同。甚至在微间隔方 法的情况下，为了维持电极间的微间隔，会需要复杂的设计，由于流体通过间隔变 小，产生相对于流体流动的反压，且噪音变大，因此为了解决这些问题，偶尔也会 应用通孔。

由于这些结构上的限制，现有的电极结构在电极设计上具有基本的限制，其很 难满足每一项应用所需的特性。因此，为了克服这类限制，本发明建议采用了通过 使用具有卓越效率的微间隔方法而促进电极之间的间隔的形成和保持的电级结构， 其中，突出部(压纹或金属蚀刻等)作为导体直接地形成在板状金属电极，在其上 以均匀的厚度形成电介质层，随后一对电极得以彼此紧密接触，以保持电极间的间 隔，其为微间隔方法的核心，并且也便于经济地且简单地控制所述间隔的高度。

本结构看似是个简单的发明，但它是一项在以下方面需要特别考量的发明创造： 由于导体与电介质之间的直接接触，而出现的电泄露的问题，在具有突出部的金属 电极上形成具有均匀厚度的电介质的方法，由于所述导体的突出部而导致的绝缘击 穿的问题，以及由于所述电极之间的紧密接触而导致的突出部冲击断裂的问题。而 且，所述方法至今都没有被尝试过，而且也不需要为了形成间隔而额外增加任何工 序。

图6示出了本发明一实施例所述的等离子介质阻挡电极结构和等离子产生区域 的图。

如图6所示，本发明的介质阻挡等离子电极结构100，包括：上部导电电极110’ 和下部导电电极110；至少一个导电电极突出部115，其形成于彼此相向设置的所述 上部导电电极110’和下部导电电极110的至少一个内侧表面上；以及电介质层130， 其以均匀的厚度形成于彼此相向设置的所述上部导电电极110’和下部导电电极110 的至少一个内侧表面上。

并且，本发明的电极结构100包括预先确定的间隔d，当所述上部导电电极110’ 和下部导电电极110彼此紧密接触时，借助于所述导电电极突出部115的突起效果， 该间隔d形成在所述上部、下部导电电极110’、110中的一个导电电极与相对的电 介质层130之间或形成在电介质层130之间。而且，通过在所述上部导电电极110’ 和下部导电电极110上施加脉冲或交流电源，而在所所述预先设定的间隔d内发生 等离子放电170，并将借助等离子产生的流体活性种供给于流入的流体中，从而能 够净化流体。

在所述上部导电电极110’和下部导电电极110上施加的电源，其脉冲宽度可 以为100μs或以下、电压可以为1000V或以下，且上述等离子放电的电流可以为 20mA或以下。

在本发明中，所述电极突出部115在形成所述预先设定的间隔d上起着重要的 作用。具体地，当所述上部导电电极110’和下部导电电极110彼此紧密接触时， 借助于所述导电电极突出部115的突起效果，所述导电电极突出部115充当垫片， 从而在所述上部导电电极110’、下部导电电极110中的一个电极与相向的电介质层 130之间或在电介质层130之间形成的预先设定的间隔d。换句话说，借助于所述电 极突出部115的作用，所述预先设定的间隔d在上部导电电极110’和形成在所述 下部导电电极110上的电介质层130之间、在所述下部导电电极110和形成在所述 上部导电电极110’上的电介质层130之间、或在形成在所述上部导电电极110’上 的的电介质层130和形成在所述下部导电电极110上的电介质层130之间形成预先 设定定的间隔d，从而在其间隔d内能够有效地形成等离子170。

此时，所述导电电极突出部115的高度在1000μm或以下的区域内，其在微间 隙方法中得以使用，所述电极突出部115的个数可以在使得电极间的间隔得以保持 的范围内自由调节。

所述电极突出部115可形成在上部导电电极110’、或下部导电电极110上，或 者可同时形成在所述两个导电电极。而且，通过根据位置的不同改变所述导电电极 突出部115的高度，所述上部导电电极110’和下部导电电极110之间的间隔可能 会随着位置而改变。

在微间隙方法的电极结构上，为了维持电极间的间隔，会使用外部结构性支撑， 或者在所述电极之间插入陶瓷绝缘体。然而，微间隙方法的情况下，电极间间隔以 微米(μm)为单位，从而使用外部结构性支撑来维持所述微细间隙是极为困难的。 并且，为了使用陶瓷绝缘体来维持微细间隔，在电介质层上制作用于形成绝缘陶瓷 垫片的微细图案的原型(prototype)，而后根据该微细图案再次形成陶瓷绝缘垫片是 必需的，从而不仅使工序变复杂，也使得制造成本明显地证据，这是由于在精密控 制垫片的高度方面具有很大的困难。

导电电极突出部为导电体，当所述导电电极突出部和电介质层结构性地彼此相 互紧密接触时，聚集在电介质表面的电荷迅速地向导电电极迁移，从而发生导致电 量损失的电流漏泄的现象。并且，由于具有结构性的突出部，其存在多种多样的问 题，诸如裂缝以及绝缘击穿等，而且这一方法也因此尚未进行尝试。然而，在本发 明中，伴随所述导电体突出部的使用，通过使导体和电介质层之间的接触面积最小 化均匀地控制电介质层的厚度，以及控制电极在接触过程中的压力的方式来有效实 现等离子电极的功能是可能的。

并且，在本发明中，所述导电电极突出部115具有至少一种形状，其是从由圆 形、四边形、椭圆形、多边形、星形以及它们的组合中选取的。

进一步地，所述导电电极突出部115通过使用诸如冲压加工的方法而将导电电 极基板压制到预先确定的高度或通过在所述导电电极基板上附着其他金属的方式而 制成。具体地，所述导电电极突出部115能够通过选自于冲压加工、蚀刻加工、焊 接加工、金属材质的垫片连接、金属成型加工以及它们的组合中的至少一种方法来 形成。

同时，在本发明中，通常地，所述上部导电电极110’和下部导电电极110为 圆形、四边形、椭圆形或其他形状的平板，但根据所要求的特性，凹状或凸状也是 可能的。并且，所述上部导电电极110’和下部导电电极110中的至少一个具有栅 格形状或网眼形状，从而能够强化其功能。

进而，本发明的介质阻挡电极结构100还具有形成在选自于由上部导电电极 110’、下部导电电极110及电介质层130所构成的组中的至少一个位置上的通孔 150。即，在板状电极结构体上形成有一个或多个通孔，从而使得流体能够流过所述 通孔。通孔的应用为广泛地应用于减少相对于流体流动反压的技术。

此时，如图10所示，所述通孔150具有至少一种形状，所述形状选自于由圆形、 四边形、椭圆形、多边形、星形、其他形状以及它们的组合所构成的集合，且通过 结合通孔的大小和/或形状，所述通孔150的样式是可能改变的。

并且，所述电介质层130主要由同时具有电绝缘性及介电特性的陶瓷、石英或 玻璃制成，其厚度可以在数微米(μm)到数毫米(mm)的范围内，而其面积可根 据按处理能力而任意设定，例如在数平方毫米(mm²)至数百平方厘米(cm²)的范 围内。所述电介质层130可以通过选自于由喷镀(spraying)、等离子喷涂、涂覆、 沉渍、丝网印刷、接合(bonding)以及它们的组合所构成的集合中的方法形成。

进一步地，所述电介质层130可能由两种或两个以上的电介质组合物的混合物 制成，且可能形成一层或多层。当形成了一个或一个以上的电介质层时，各个电介 质层，可由相同或不相同的材料制成。

并且，通过改变所述电介质层130的层数、总厚度及材质，所产生的等离子的 特性也可能发生变化，而且对于各电介质层的每一层可使用不同的材料制成，从而 得以增强电极特性。

另外，本发明所述的电极结构可进一步进地包括至少一层，该层选自于由保护 涂覆层、另一电介质层、臭氧去除功能层、除味功能层以及绝缘层所构成的集合， 其形成在选自于由所述上部导电电极110’的表面、下部导电电极110的表面以及 电介质层130的表面所构成的集合中的至少一个表面上，从而能够强化其功能。通 过该方法应用，可在小型化的等离子电极中实现多种复合功能。

进一步地，在本发明中，所述预先确定的间隔d为流体(空气、水等)移动的 空间，但如果需要，在所述预先确定的间隔d也能够填充除流体以外的由陶瓷、玻 璃、聚合物制成的绝缘体。在所述预先确定的间隔d填充有这类的绝缘体，并且所 述导电电极具有通孔或者所述导电电极具有栅格形状的情况下，在通孔的侧面及栅 格侧向端面(side cross section)上分别产生等离子，这是非常有效的等离子产生方法。 图11示出了这种情况的一实施例。

图7示出了本发明的等离子介质阻挡电极结构和等离子产生区域的又一实施 例。

与图6所示的实施例的不同点是，在图7所示出的实施例中，在导电电极的突 出部上形成具有均匀厚度的电介质层，因此，上部电介质层230’和下部电介质层 230之间形成有预先确定的间隔d。进一步地，在图7所示出的三维电极结构中还设 置有通孔。

在此情况下，在导电电极和电介质层之间并不存在直接接触，对应于电极突出 部215的形成，也形成有电介质层突出部235，从而保持电介质层之间的间隔d。所 述电介质层突出部235的材质与上述电介质层230、230’的材质相同。

所述电介质层230’、230中的任意一个被省略也无妨，尤其是当所述电介质层 230被省略时，其结构会变得与图6相同。所述述电介质层230、230’应该具有足 够的厚度以承受所施加的电压，且其厚度可随材质而改变。

同时，图8示出了本发明所述的介质阻挡电极结构和等离子产生区域的另一实 施例。

如图8所示，本发明的电极结构体300包括上部导电电极310’、下部导电电极 310及内部导电电极340。

此外，本发明的所述电极结构体300包括：至少一个上部导电电极突出部315’， 其形成于彼此相向设置的所述上部导电电极310’和内部导电电极340的至少一个 表面上；以及至少一个下部导电电极突出部315，其形成于彼此相向设置的所述下 部导电电极310和内部导电电极340的至少一个表面上。

进一步地，本发明的电极结构体300、包括：上部电介质层330’，其形成于相 向设置的所述上部导电电极310’和内部导电电极340的至少一个内表面上，并且 具有大致均匀的厚度；以及下部电介质层330，其形成于相向设置的所述下部导电 电极310和内部导电电极340的至少一个内表面上、并且具有大致均匀的厚度。

另外，本发明的电极结构体300包括预先确定的间隔d1，当所述上部导电电极 310’和内部导电电极340彼此紧密接触时，借助于所述上部导电电极突出部315’ 的突起效果，所述间隔d1形成于所述上部、下部导电电极中的一个导电电极与所述 上部电介质层330’之间或形成于所述上部电介质层330’之间。换句话说，借助于 所述上部导电电极突出部315’的效果，所述预先确定的间隔d1可以形成在上部导 电电极310’和内部导电电极340上的上部电介质层330’之间、在所述内部导电电 极340和形成于所述上部导电电极310’上的上部电介质层(未示出)之间或者在 形成在所述上部导电电极310’上的电介质层(未示出)和形成在所述内部导电电 极340上的电介质层330’之间。

并且，本发明的电极结构体300包括预先确定的间隔d2，当所述下部导电电极 310和内部导电电极340彼此紧密接触时，借助所述下部导电电极突出部315的突 起效果，所述间隔d2形成于所述下部、内部导电电极中的一个导电电极与所述下部 电介质层330之间或形成于所述下部电介质层330之间。换句话说，借助所述下部 导电电极突出部315的效果，所述预先确定的间隔d2可以形成在下部导电电极310 和在内部导电电极340上所形成的下部电介质层330之间、在所述内部导电电极340 和在所述下部导电电极310上所形成的下部电介质层(未示出)之间或在形成在所 述下部导电电极310上的下部电介质层(未示出)和形成在所述内部导电电极340 上的下部电介质层330之间。

在此，将所述上部导电电极310’和下部导电电极310作为一个电极，而将所 述内部导电电极340作为相对应的电极，并在其上施加脉冲或交流电源，从而在所 述上部电极的预先确定的间隔d1和所述下部电极的预先确定的间隔d2之间形成等 离子放电370，并借助等离子所产生的流体活性种供给于流入的流体中，从而能够 净化流体。

此外，在本实施例中，如图8所示，所述上部导电电极310’及下部导电电极 310可以为栅格型导电电极，且所述内部导电电极可以具有通孔形状。这种情况下， 如图8所示，等离子产生在开放的空间内，因而流体的流动能够分散至所有方向， 而无需考虑所述栅格型电极的形状地，因而能够大幅度地改善对于流体流动的阻力。 并且，在该结构300的顶部和底部都产生等离子370，因而效率会倍增。

本实施例的电极结构300与参考图6及图7所描述的电极结构100、200有明显 的差异，其中，电极结构300包括设置于上部导电电极310’和下部导电电极310 之间的内部导电电极340。并且，所述上部导电电极310’、下部导电电极310和具 有电介质层330、330’的内部导电电极340，以预先确定的间隔d分隔，所述预先 确定的间隔d的产生借助于形成在所述导电电极310、310’的内表面上的电极突出 部315、315’的出现，具有能将导电电极突出部与电介质层直接接触的独特特性。

在本发明中，所述脉冲或交流电源可设为脉冲宽度为100μs或以下、电压为 1000V或以下，而且所述等离子放电的电流可为20mA或以下。

并且，在本发明中，所述导电电极突出部315、315’起到用于形成所述间隔d1 和间隔d2的垫片的作用，所述间隔d1和d2可具有相同或不同的尺寸。

此时，上述导电电极突出部315、315’的高度在1000μm或以下的区域内，其 在微间隙方法中得以使用，所述导电电极突出部315、315’的个数可以在使得电极 间的间隔得以保持的范围内自由调节。所述导电电极突出部315、315’可形成在所 述上部导电电极、下部导电电极以及内部导电电极中的至少一个表面上。而且，通 过根据位置而改变所述导电电极突出部的高度，所述上部导电电极和下部导电电极 之间的间隔可能会随着位置而改变。

并且，在本发明中，所述导电电极突出部315、315’可具有至少一种形状，该 形状是从由圆形、四边形、椭圆形、多边形、星形以及它们的组合所构成的集合中 选取的。

进一步地，所述导电电极突出部315、315’通过使用诸如冲压加工的方法，而 将导电电极基板压制到预先确定的高度，或者通过在所述导电电极基板上附着其他 金属的方式而制成。具体地，所述导电电极突出部315、315’能够通过选自于冲压 加工、蚀刻加工、焊接加工、金属材质的垫片(spacer)连接、金属成型加工以及 它们的组合中的至少一种方法来形成。

同时，在本发明中，通常地，所述上部导电电极310’、下部导电电极310以及 内部导电电极340为圆形、四边形、椭圆形或其他形状的平板，但按照所要求的特 性，凹状或凸状也是可能的。并且，所述上部导电电极310’、下部导电电极310以 及内部导电电极340中的至少一个具有栅格形状或网眼形状，因而能够强化其功能。

进而，本发明的介质阻挡电极结构300还具有形成在选自于由上部导电电极 310’、下部导电电极310、内部导电电极340以及所述电介质层330、330’所构成 的集合中的至少一个位置上的通孔350。即，在板状电极结构上形成一个或多个通 孔，从而使得流体能够流过所述通孔。通孔的应用为一项广泛地应用于减少相对于 流体流动的反压的技术。

此时，如图10所示，所述通孔350具有至少一种形状，所述形状选自于由圆形、 四边形、椭圆形、多边形、星形、其他形状以及它们的组合所构成的集合，且通过 结合通孔的大小和/或形状，所述通孔350的样式是可能改变的。

并且，所述电介质层330、330’主要由同时具有电绝缘性及介电特性的陶瓷、 石英或玻璃制成，其厚度可以在数微米(μm)到数毫米(mm)的范围内，而其面 积可根据按处理能力而任意设定，例如在数平方毫米(mm²)至数百平方厘米(cm²) 的范围内。所述电介质层330、330’可以通过选自于由喷镀(spraying)、等离子喷 涂、涂覆、沉渍、丝网印刷、接合(bonding)以及它们的组合所构成的集合中的方 法形成。

进一步地，所述电介质330、330’可能够由两种或两种以上的电介质组合物的 混合物制成，且能够形成一层或多层。在形成一个或一个以上的电介质层的情况下， 各个电介质层，可由相同或不相同的材料制成。

并且，通过改变所述电介质层的层数、总厚度及材质，所产生的等离子的特性 也可能发生变化，而且各电介质层的每一层可使用不同的材料制成，从而得以增强 电极特性。

另外，本发明所述的电极结构可进一步进地包括至少一层结构，该层选自于由 保护涂覆层、另一电介质层和特殊功能层(臭氧去除功能层、除味功能层以及绝缘 层)所构成的集合，其形成在选自于由所述上部导电电极的表面、下部导电电极的 表面、内部导电电极的表面以及电介质层的表面所构成的集合中的至少一个表面上， 从而能够强化其功能。通过该方法的应用，可在小型化的等离子电极中实现多种复 合功能。

并且，在本发明中，所述预先确定的间隔d1、d2为流体(空气、水等)移动的 空间，但如果需要，在所述预先确定的间隔d1、d2也能够填充除流体以外的由陶瓷、 玻璃、聚合物所制成的绝缘体。在所述预先确定的间隔d1、d2填充像这类的绝缘体， 并且所述导电电极具有通孔或者导电电极具有栅格形状的情况下，在各个通孔的侧 面及栅格侧端面上能够分别产生等离子这是非常有效的等离子产生方法。图11示出 了这种情况的一实施例。

另一方面，图9示出了基于图8的实施例的变形。在这种情况下，图9中的内 部导电电极340被分为内部导电电极(上部)和内部导电电极(下部)两个层，在 新形成的所述内部导电电极的分开的表面中的至少一个表面上形成至少一个分开表 面的导电电极突出部，并且，在所述分开表面的至少一个表面上形成电介质层。

此时，当分开的内部导电电极彼此紧密紧贴时，借助于所述内部导电电极的分 开的表面上的分开表面导电电极突出部的效果，在分开的表面上形成有预先确定的 间隔d3。因此，通过将所述上部导电电极和所述内部导电电极(下部)配置为一个 电极，而将所述下部导电电极和所述内部导电电极(上部)配置为另一个电极，从 而在所述内部导电电极分开的表面之间预先确定的间隔d3中额外地产生有等离子。 由此，如图9所示，等离子产生于电极上顶部、中间部以及底部三个地方，从而进 一步增加等离子的效率。

尽管在图9中并没有示出所述导电电极突出部，但其结构和形成方法与上文所 描述的相同。并且在图7、8和9中所描述的通孔的应用和说明、对于电介质层的形 成方法以及栅格状导电电极等都能以相同的方式应用在本实施例中。

图12示出了根据本发明的一实施例所述的流体净化反应器。

如图12所示，本发明所述的使用低温等离子的流体净化反应器包括本体，所述 本体至少大于等离子电极的面积。在其本体的前方安装有配置有流入口的流动分配 器，用于将流体引入到本体内。本体包括一个或多个等离子电极结构。并且，在电 极结构的后部还设置有排出口，流经所述电极的流体可经由该排出口排出。

如图12所示，完整的等离子电极结构，在反应器本体内垂直于流体的流动方向 配置，并将除电端子(electrical terminal)以外的接触区域绝缘。根据上文所配置的 反应器的反应过程，当通过启动电源而将电力施加在所述反应器上时，在所述上部 电极和下部电极之间的预先确定的间隔内发生放电，从而产生等离子。

借助于所述等离子所产生的紫外线、电子、离子以及诸如活性氧、臭氧、OH 等的自由基(radical)的作用，将穿过电极结构的通孔的流体内的有害气体变换为 无害的物质。这一反应以使用典型的低温等离子为原则。

即便是在将被用于蓄电池领域的堆栈结构被应用于本发明所述的电极结构中， 从而使得所述电极以交替的方式堆栈的情况下，也照旧能适用本发明的原理。

基于本发明的电极结构的特性，在电极结构体的前方和后方，易于串联地布置 各种各样的过滤器或筛网，因而使得加装额外的过滤器或筛网以辅助去除臭氧的功 能、增加紫外线的功能以及除味功能是可能的。如图13所示，其为在上述电极结构 的前方、后方能够布置在一起的粒子过滤器、紫外线强化过滤器和臭氧过滤器。

并且，本发明的两个或以上的所述电极结构以串联形态间隔排列，绝缘并且彼 此相互接触，或者通过交替的电极性而得以堆栈，并且可以平行布置以增大处理能 力。

在本发明中，所述流体可以为诸如空气的气体或诸如水的液体，当将所述的电 极结构设置于水中，能够容易且有效地在水中发生放电，因而该电极结构能够适用 于除了空气净化领域以外的不同种类的领域。

如上所述的本发明的电极结构虽然看似是简单的发明，但只有在对于等离子产 生原理和对于每一种应用所需的特性，进行相当大的考量后，才能得出本发明，它 具有如下优点：

第一，所述电极间的间隔的形成方法看似是一个简单的发明，然而，在这种情 况下，所述导电电极突出部与电介质层大体上彼此相互接触，从而引起漏电及电弧 (arc)，因此本方法至今为止未曾进行尝试。这就有必要基于对所述等离子电极结 构的技术理解而在所述结构性突出部与电介质之间设计有接触面积，从而在所述突 出部上均匀地形成电介质层，并且通过对用于所述电介质层的材料的电特性进行考 量而设计所述电介质层的厚度，，从而防止电弧的发生。

第二，当所述通孔的形状以及所述电极结构的栅格的形状发生改变时，会引发 电场的变化，从而有可能为等离子电极赋予多样的特性。也就是，当在通孔的横截 面上进成尖细的形状，电子会集中在该区域，其促进了等离子的产生，因而在低电 压下易于产生等离子。而在为圆形的情况下，电场得以均匀地分布，以缓解电压的 集中，从而能够避免流光放电，从而，产生均匀的辉光放电。因此，使得容易地设 计等离子放电成为可能。若将所述通孔的图案形状和大小混合，则有可能控制流光 放电和辉光放电的比率、所产生的活性离子的量、所产生的紫外线的量、放电开始 电压及电力消耗。

以下，通过实施例来详细说明本发明。

(实施例1)

为了评价等离子电极结构的性能，使用了由流体流入口、等离子电极、流体排 出口所组成的空气净化器模块。通电电极由不锈钢403制成，具有直径为50mm、 厚度为1mm的圆形板状形状，使用冲压方式，形成5个以一致的角度分布在板的 直径的外转廓上的，高底为50μm的电极突出部，并在半径的中央部位以相同的方 式再形成制作5个突出部。此外，在该板上还均匀分布有48个直径为3.6mm的圆 形通孔。其开口面积为全部面积的25％。之后，将颗粒尺寸为1-2um的氧化铝和钛 酸钡粉末作为电介质组分，将作为聚合物的聚偏氟乙烯(PVDF，Polyvinylidene  fluoride)作为粘结剂，通过典型的喷涂(spray)工艺，在金属圆板上形成厚度为70μm 的电介质层，并再准备另外一个具有相同结构的圆板。将这两个圆板相互紧密贴合 并固定，以使其与电介质层相向，从而完成电极结构。

之后，上述电极结构中，在电极施加电压为1000V、频率为700kHz的交流电， 并在空气的排出口，使用离子技术器以及臭氧分析器对所产生的阴离子数量以及所 产生的臭氧的浓度进行测量。此外，使用光学发射光谱(OES，Optical Emission  Spectroscopy)，测定所产生的紫外线的密度。而后，将涂抹有大肠杆菌的琼脂培养 基(agar medium)放置于距离空气排出口20cm的位置上，经过24小时后，通过观 察无菌光晕(sterile halo)来测定杀菌力。

作为结果，所产生的阴离子的量显示为145000个/cm³，臭氧的浓度显示为 0.030ppm或更低，而所产生的紫外线的量则约为2800，99.9％以上的细菌被灭菌。

(实施例2)

测定在电极上所施加的电能，即，测定随着脉冲宽度的增加而产生的阴离子数 量，并在图13中得以示出。如图13所示，可以知晓的是随着脉冲宽度的增加所产 生的阴离子数目以极快的速度增加，而当脉冲宽度接近于100μs时，每立方厘米中 阴离子的数目接近于100万个。

(比较例1)

同时，在用于与本发明比较的多针电极结构中，所产生的紫外线的量为300左 右，其大约本发明的10％，所产生的阴离子的量为1450/cm³，且灭菌效果在经历了 72小时后仍然微不足道。此外，为了产生等离子，则需要施加2kV或以上的电压， 因其对于应对和使用来说具有极大的危险。

本发明已经参照其优选的实施例可以详细地说明，然而本领域技术人员应该了 解的是在这些实施例中进行的不偏离本发明的原理和精神的改变是被允许的，其范 围已经在权利要求书以及它们的等同替换中得以限定。