DBD방전기의 전기적진단 논문 - Manley 논문 Abstract

1943년 10월 14일에 발표된 이 논문은 유전 장벽 방전 플라즈마(DBD)의 전기적인 특성을 QV 리사주 곡선을 이용해 계산한 최초의 논문이다. DBD 방전을 전기회로적인 관점에서 바라보는데에는 전부 이 논문이 래퍼런스로 달려있어서 찾아보게 되었다.

논문에선 OZNOATOR라고 되어있는데 유리를 유전체로 이용해 플라즈마 방전을 하는 방식이므로 지금 관점에서 말하면 유전장벽방전(DBD)형태라고 말할 수 있다. (아래 그림은 논문에서 따온 것으로 오존이 발생하는 곤간은 유리로 둘러 쌓여있고 유리 외부에는 전극이 위치하고 있다) DBD 방전은 유전체의 축전특성을 사용하기 위해 교류전압을 사용한다. 한주기의 교류전압이 인가될 때, 플라즈마 발생의 측면에서 방전이 일어나지 않고 유전체에 전하만 축적되는 암주기가 있고, 인가되는 고전압과 축전된 전하로 인해 전극 사이 기체가 이온화되어 플라즈마가 발생하는 방전주기가 있다.(펄스 전원도 급격한 전위의 변화가 있다는 점에서 일종의 교류로 생각될 수 있다)이 논문에서는 DBD 방전기의 전류와 전압을 측정해서 리사주 그래프를 그리고 에너지를 계산한다.리사주 그래프를 보면 기울기가 변화하는 구간이 주기적으로 관측된다.  QV곡선에서 기울기는 커패시턴스를 의미하므로 저자는 공기의 커패시턴스의 유무로 이를 설명한다.실험적으로 암주기 동안에는 플라즈마 방전이 일어나지 않으므로 이때는 유리와 공기의 커패시턴스가 존재하며 회로적으로 직렬로 연결되어있는 상태로 생각된다.하지만 플라즈마 방전이 발생하면 공기는 이온화되므로 회로적으로는 유리만 존재하게 되어 기울기가 증가하는 것을 (기울기는 커패시턴스를 의미하므로 커패시턴스가 증가한다) 관측하게 되는 것이라 설명한다.이러한 가정으로 커패시턴스와 방전전압 그리고 주파수를 이용해 에너지를 계산하며방전전압과 공기밀도 그리고 전극거리를 변화시키며 "방전전압 / 전극거리 * 공기밀도" 가 일정하다는 것을 실험적으로 밝힌다.아래는 논문의 Abstract을 번역한 내용입니다.

 

이 논문에서 

 

THE ELECTRIC CHARACTERISTICS OF THE OZONATOR DISCHARGE

오존발생기에서 플라즈마 방전의 전기적 특성

Abstract

Oscillographic studies of the ozonator discharge, together with power measurements, have shown that: 

 

전기적 신호를 진단하는 장비인 오실로스코프를 이용해 오존발생기의 방전을 연구했다. 전력측정법을 이용해서 밝혀낸 것들은 다음과 같다.

 

(1) The ozonator discharge is intermittent; during each cycle of the alternating voltage there are two discharge periods alternating with two dark periods.

 

(1) 오존 발생기의 방전과정은 연속적이지 않고 띠엄띠엄 발생한다 예를 들면, 한주기의 교류 전압이 플러스 마이너스를 반복함에 따라 두번의 암주기를 포함하는 방전주기가 생겨나게 됩니다. 

 

(2) During the discharge periods, the potential drop across the air space has constant value of +e0 or -e0 depending on the direction of the current. The quenching of the discharge coincides with the maximum of the voltage wave. 

 

(2) 방전주기 동안에는 전극 사이 공기갭에 일정한 크기의 전압 강하가 발생한다. +e0 또는 -e0로 전류의 방향에 따라서 바뀐다. 방전이 끝나는 시점은 교류 전압파형이 최대치인 시점과 일치한다.

 

(3) During the succeeding dark period there appears to be no transport of charges across the air spaces, so that the charges accumulated on the inner surfaces of the dielectrics during one discharge period remain to influence the starting of the next discharge period.

 

(3) 방전주기가 끝난뒤에 따라오는 암주기 동안에는 전극 사이 공기갭에서 전하가 전달되지 않는다. 그렇기때문에 암주기 동안에 전하들은 전극을 싸고 있는 유전체 안쪽에 축적된다. 암주기동안 축전된 전하들은 다음 방전주기 시작에 영향을 준다.

 

(4) An equation has been found which gives the power consumption of an ozonator in terms of the peak voltage, the capacity of the dielectrics, the frequency and the discharge potential, e0.

 

(4) 최대인가전압, 유전용량, 주파수 그리고 방전전압 e0의 측면에서 오존발생기의 전력소모량을 계산하는 방정식을 발견했습니다.

 

(5) Methods have been found for measuring e0, which proves to be proportional to the spacing, d, and the air density: e0/d = 28.6 kv/cm, at 0’C, 760 mm. This is considerably lower than the potential for spark breakdown at comparable spacing.

 

(5) 전력소모량을 계산하는 방법은 방전전압 e0를 측정하기 위해서 사용되었습니다. 방전전압이 전극사이거리와 공기의 밀도에 비례한다는 것을 알아냈습니다. 실험적으로 섭씨 0도에서 전극사이거리 760mm 에서 e0/d = 28.6 kV/cm의 비율을 가지는 것을 알아내었습니다.

이 결과는 비슷한 거리조건의 스파크 방전 개시 전압에 비해 상대적으로 낮은 결과임을 확인하였습니다.

(3번 결과에 따라 축전된 전하가 방전 개시 전압을 감소 시켰을 것이라 생각할 수 있다. 옮긴이)