오존 발생기 - DBD (유전체 장벽 방전) , SDBD

전자는 원자핵에서 벗어나지 못하고, 원자핵의 영향권  안에 있지만, 특정한 방향성을 가지지 않습니다.
전자 구름 속 확률적으로 존재하고 있습니다. 

 

유전체(dielectric)의 분극(polarization) 현상에 의해 전자는 +극으로 이동합니다.

 

세라믹과 같은 유전체에서 분극이 되더라도 전자는 원자핵의 영향권을 벗어나 자유전자가 되지는 않습니다.
그러므로 위의 빨간 영역의 안 쪽은 분극은 되었지만 전체적으로는 중성이 됩니다.

 

세라믹 표면에서 가장 가까운 보라색 영역은 표면 전기장의 극성을 결정합니다.

 

전극에 인가된 고전압과, 분극에 의해 전극과 반대 극성을 띄는 세라믹 표면 사이에 강한 전기장이 형성됩니다.

음고전압이 인가된 금속에서 전자들이 양전하를 띄고있는 세라믹 표면을 향해 방출되고 빠른 속도로 이동하며 공간의 기체와 충돌합니다.

 

기체 분자에 있던 전자는 충돌에 의해 튕겨져 나가 자유전자가 되고, 기체 분자는 전자를 잃고 양이온이 됩니다.

 

자유 전자는 불안정하여 다른 기체 분자 주변을 지날 때 흡수되고,

전자를 흡수한 기체 분자는 전자를 얻고 음이온이 됩니다. 

 

보라색 부분은, 전체적으로는 중성이지만 음이온, 자유전자, 양이온이 각각 따로 존재하는 플라즈마 상태가 됩니다.
금속과 세라믹은 짧은 거리에서 강한 전기장이 형성되었기 때문에 전자는 매우 높은 에너지로 기체와 충돌하고,

 

이 에너지는 산소 분자(O2) 의 결합을 끊고 산소 원자(O)로 분해될 만큼 강력합니다. 

또한 상대적으로 적은 에너지가 필요한 오존(O3) 생성도 진행됩니다.

 

생성된 음이온과 아직 기체와 반응하기 전의 자유전자들은 양전하를 띄고 있는 세라믹으로 향하지만, 

세라믹은 전기가 통하지 않는 유전체로써, 음이온과 전자들은 세라믹과 반응하지 않고 표면에 머물게 됩니다.

 

이 상태가 지속되면 짧은 거리에서 형성되었던 강한 전기장이 약해지게 됩니다. 

결국 오존이 생성될 만큼 강한 플라즈마 상태가 지속되지 않게 됩니다. 

 

오존 발생기에서는 출력으로 AC 전압을  사용하여, 전류의 방향이 주기적으로 바뀝니다.

 

금속 전극이 +고전압 상태가 되면 세라믹 표면은 분극의 방향이 바뀌어 -를 띄게 됩니다. 세라믹 표면에 있던 자유전와

음이온들은 바뀐 전기장의 영향으로 전극 쪽으로 가속하며 기체와 충돌합니다.

이 과정의 반복으로 세라믹 표면은 플라즈마 상태가 유지됩니다.

 

오존은 강력한 산화제로 전극이 오존에 노출되면 빠르게 부식되기 시작합니다. 

이를 해결하기 위해, 오존 발생면의 전극은 얇은 부식방지 코팅이 되어 있습니다. 

반면 오존 미발생면은의 전극은 절연처리 되어있습니다. 

오존 발생면은 방전이 일어나야 해서 절연 처리를 하지 않았습니다.

 

‘1~3’은 DBD(Dielectric Barrier Discharge 유전체 장벽 방전)의 형태고,

‘4~6’은 SDBD(Surface Dielectric Barrier Discharge 표면 유전체 장벽 방전)의 형태입니다.

유전체와 전극 사이가 떨어져 있어 그 사이에서 방전이 일어나면 DBD 이고,

전극이 방전면에 부착되어 있어 표면에서 방전이 일어나면 SDBD로 분류됩니다.  

 

DBD에 사용할 유전체 선택

*물질 고유의 유전율이 높다 -> 분극이 잘 일어난다.

*유전 손실이 적다 -> 에너지가 열로 전환되는 비율이 적다

*유전 강도가 높다 -> 더 높은 전압에서도 변형이 없다   -> 고전압에서 수명이 길다

*화학적 열적 안정성이 높다 -> 방전시 스트레스에서 잘 견딘다   -> 수명이 길다.

 

 

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