KR100395676B1

KR100395676B1 - 정전필터 제조장치

Info

Publication number: KR100395676B1
Application number: KR10-2001-0031703A
Authority: KR
Inventors: 이상기; 정해동; 채승수; 정상현; 김용진
Original assignee: 한국산업안전공단; 한국기계연구원
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2003-08-27
Also published as: KR20020093243A

Abstract

본 발명은 정전필터 제조장치에 관해 제시한다. 본 발명은 방전부가, 원호형의 몸체에 양극 또는 음극이 인가되는 다수의 전극침들이 균등한 간격과 분포로 배열 설치된 침상전극과, 이 침상전극의 내주와 일정한 간격을 유지하도록 침상전극과 동심으로 배치되어 침상전극과 반대극성이 인가되며 필터 원단에 면접촉되어 이를 침상전극과의 사이로 이송시키는 로울러전극으로 구성된다. 로울러전극의 외주에는 유전체 필름 또는 막이 씌워진다. 바람직하기로는 상호 간격을 두고 동심으로 배치되는 원호전극과 로울러전극으로 이루어지고, 방전부에 후속하도록 배치되어 하전처리된 정전필터의 전기쌍극자 정배열을 촉진시키는 보조 전기장부를 더 구비한다. 본 발명은 필터의 정전처리시에 코로나 방전상태가 매우 안정화되어 동일한 전력소비에 대해 종래보다 다량의 전하들을 쉽게 발생시키면서도 스파크 발생은 약화되어 필터의 물리적인 손상 없이 고품질의 정전필터를 연속적으로 제조할 수 있음은 물론, 방전부내의 전기장 강도의 분포가 매우 균일하여 필터 전체에 대해 균일한 하전상태를 유지할 수 있어 정전필터의 포집성능을 극대화 시킬 수 있게 된다.

Description

정전필터 제조장치{An apparatus for manufacturing electret filter}

본 발명은 방진마스크, 산업용 필터, 클린룸(clean room) 등의 정밀산업, 반도체 제조공정 등의 초미립자 제거용 여과시스템 등에 적용되는 정전필터(electret filter)의 제조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융방사(melting blowing)된 부직포, 니들펀치(needle punch)로 제조된 부직포, PP, PE, PET 등의 재질로 된 부직포 또는 직포 등의 각종 산업용 필터에 자체적인 정전기를 포함하게 하여 필터의 포집성능을 극대화시킨 고품질의 정전필터를 제조하는 장치에 관한 것이다.

정전필터(F)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 전기쌍극자 모멘트가 영구히 분극되어 음전하와 양전하가 표면에 분리 정렬되어 있는 상태의 섬유여과재를 지칭한다. 즉, 다시 말하면 섬유원단이 정(+)극성의 전하와 부(-)극성의 전하를 동시에 보유하여 전기적인 극성을 가지고 있는 여과재이다.

이와 같이 여과재가 전기적인 극성을 가지게 되면, 도 2에 나타낸 바와 같이 분진의 포집시에 (+)극성의 분진(A)은 여과재(F)의 (-)극성으로, (-)극성의 분진(B)은 여과재(F)의 (+)극성으로, 또한 중성(전기적으로 +,- 극성을 모두 가지고 있는)의 분진(C)은 여과재(F) 표면과의 유도기전력에 의하여 포집되는 원리를 가져 분진의 전기적인 극성에 의존하지 않고 모두 전기적인 힘으로 여과재(F) 표면에 부착시켜 극대화된 포집성능을 가지게 된다.

일반적으로 정전필터를 제조하기 위한 방법으로는 필터 원단에 열을 가하여 하전처리 하는 방법, 마찰대전에 의한 방법, 광에너지에 의하여 하전처리 하는 방법, 필름에 하전처리를 실시한 후 필름을 매우 가늘고 작은 크기로 분쇄하여 필터 형상으로 재성형함으로써 제조하는 방법 및 코로나 방전을 이용한 방법 등이 있는데, 이들중 짧은 시간안에 연속적으로 제조할 수 있는 코로나 방전법이 주로 이용되고 있다.

코로나 방전을 이용한 정전필터의 제조방법으로는, 필터 원단을 와이어상 또는 판상의 전극을 이용하여 하전처리를 실시함으로써 제조하는 방법과, 혹은 용융방사섬유의 제조시에 연신되는 섬유에 직접 코로나 방전으로 하전처리 하는 방법과, 필터 원단의 적어도 한면을 유전성 필름으로 씌워 코로나 방전하는 방법 및 필터 원단과 접지전극 사이에 절연필름을 배치해 코로나 방전하는 방법 등이 알려져 있다.

한편, 코로나 방전을 이용한 정전필터의 제조방법에 있어, 고품질의 정전필터를 제조하기 위해서는 코로나 방전부의 안정적인 방전과 다량의 전하생성 및 인가전압의 크기와 종류 등의 운전인자, 그리고 방전부의 형상이 대단히 중요하다.

그런데, 종래 코로나 방전에 의한 정전필터 제조방법에서는 방전부의 형상이 면과 와이어, 와이어와 와이어, 그리고 비균일의 침상을 이용한 방전부를 이용하고 있었다. 이 경우 와이어 방전부에는 코로나 방전을 위한 인가전압의 상승과 방전전류의 상승으로 생기는 전압전류 특성의 밴드 폭이 매우 작아 운전범위가 상당히 좁고, 쉽게 전기적인 스파크가 발생되어 필터의 정전처리시에 하전효율이 낮을 뿐만 아니라 스파크로 인한 필터의 물리적인 손상의 원인이 되었다. 또한, 하전된 정전필터는 쉽게 전하가 소실되어 충분한 정전필터의 성능을 얻을 수 없고, 필터 원단의 두께가 두꺼워지면 필터의 표면에서는 하전이 일어나지만 내면에서는 하전되기 어려워 정전필터로서의 고품질화에 장애사항이 되었다.

따라서, 본 발명은 상술한 종래의 제반문제점을 감안하여 창출된 것으로서, 정전필터의 제조 시 낮은 방전전압으로도 코로나 방전 역역을 크게 활성화시켜 다량의 전하들을 쉽게 발생시킬 수 있으면서 제조과정에서 필터에 물리적인 손상을 야기시키지 않는 정전필터 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 방전부내의 전기장 강도의 분포가 매우 균일하여 필터 전체에 대하여 균일한 하전상태를 유지할 수 있으며, 포집성능을 극대화 시킬 수 있는 정전필터 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 방전부내에 강력한 전기장을 형성시켜 필터로 하전된 전하의 소실을 최소화시킬 수 있으며, 두꺼운 필터 원단에 대해서도 깊숙히 하전시켜 고품질의 정전필터를 구현할 수 있는 정전필터 제조장치를 제공하는 것이다.

도 1은 정전필터의 개념을 나타낸 개략도,

도 2는 정전필터에 분진이 포집되는 원리를 나타낸 개략도,

도 3은 본 발명에 의한 정전필터 제조장치를 개략적으로 나타낸 사시도,

도 4은 도 3의 정면도,

도 5a 및 도 5b는 본 발명 제조장치에 의해 정전필터를 제조하는 상태를 개략적으로 나타낸 정면도들,

도 6a 및 도 6b는 본 발명 제조장치의 다른 실시예들을 개략적으로 나타낸 정면도들,

도 7a 및 도 7b는 본 발명 제조장치들의 또 다른 실시예들을 개략적으로 나타낸 정면도들,

도 8은 본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 정면도,

도 9는 본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타낸 정면도,

도 10a 및 도 10b는 본 발명에 의해 제조된 정전필터의 여과재 겹 수에 대한 포집효율과 압력손실의 성능실험 결과를 나타낸 그래프들,

도 11a 및 도 11b는 본 발명에 의해 제조된 정전필터의 여과재 중량에 대한 포집효율과 압력손실의 성능실험 결과를 나타낸 그래프들이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10: 방전부

11: 침상전극 12: (침상전극의) 원호형 몸체

13: 전극침 15: (방전부의) 로울러전극

17: 유전체 필름

20: 보조 전기장부

21: 원호전극 22: 로울러전극

30: 방전부

31: 침상전극 33: (침상전극의) 전극침

34: 평판전극 35: 유전체 벨트

40: 방전부

41: 제1방전부 42: (제1방전부의) 제1침상전극

45: 제2방전부 46, 46′: (제2방전부의) 로울러전극

48, 48′: (제2방전부의) 제2침상전극

F: 정전필터 F′: 필터 원단

이와 같은 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 한 형태는, 방전부가, 원호형의 몸체에 양극 또는 음극이 인가되는 다수의 전극침들이 균등한 간격과 분포로 배열 설치된 침상전극; 이 침상전극의 내주와 일정한 간격을 유지하도록 침상전극과 동심으로 배치되어 침상전극과 반대극성이 인가되고 외주에 유전체 필름 또는 막이 씌워지며, 필터 원단에 면접촉되어 이를 침상전극과의 사이로 이송시키는 로울러전극;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 상호 간격을 두고 동심으로배치되는 원호전극과 로울러전극으로 이루어지고, 방전부에 후속하도록 배치되어 하전처리된 정전필터의 전기쌍극자 정배열을 촉진시키는 보조 전기장부를 더 구비한다.

또한, 본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 다른 형태는, 방전부가, 평판상의 몸체에 양극 또는 음극이 인가되는 다수의 전극침들이 균등한 간격과 분포로 배열 설치된 침상전극; 이 침상전극의 하부에 그와 간격을 두고 나란하게 배치되어 침상전극과 반대극성이 인가되는 평판전극; 간격을 두고 배치된 두 로울러에 의해 평판전극의 상면에 면접촉하도록 순환되며, 필터 원단에 면접촉되어 이를 침상전극과 평판전극 사이로 이송시키는 유전체 벨트;로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 또 다른 형태는, 방전부가, 다수의 전극침들이 적어도 일렬로 배열되며 음극 또는 양극의 AC 고전압이 인가되는 판상의 제1침상전극과, 제1침상전극의 하부에 간격을 두고 나란하게 배치되어 그와 반대극성이 인가되는 판상전극으로 이루어진 제1방전부; 외주에 유전체 필름층을 가지고 나란하게 배치되어 필터원단의 상하면에 접촉되며 서로 반대극성의 DC 고전압이 인가되는 한 쌍의 로울러전극과, 각 로울러전극들과 간격을 두고 동심으로 배치되어 대응하는 로울러전극과 반대극성의 고전압이 인가되며 내주에 다수의 전극침들을 갖는 원호형의 제2침상전극쌍으로 이루어지고, 제1방전부의 후방에 배치되는 제2방전부;로 구성된다.

이에 따라 본 발명은, 필터의 정전처리시에 코로나 방전상태가 매우 안정화되어 동일한 전력소비에 대해 종래보다 다량의 전하들을 쉽게 발생시키면서도 스파크 발생은 약화되어 필터의 물리적인 손상 없이 고품질의 정전필터를 연속적으로 제조할 수 있음은 물론, 방전부내의 전기장 강도의 분포가 매우 균일하여 필터 전체에 대해 균일한 하전상태를 유지할 수 있어 정전필터의 포집성능을 극대화 시킬 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예의 설명으로 더욱 명확해질 것이다.

도 3 및 도 4에서, 본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 방전부(10)는 상호 동심으로 배치되는 원호형의 침상전극(11)과 로울러전극(15)으로 구성되며, 침상전극(11)의 내주와 로울러전극(15)의 외주 사이에는 필터 원단(F′)이 통과할 수 있도록 일정한 간격이 형성된다. 이러한 침상전극(11)과 로울러전극(15)은 양자간의 간격이 전부분에서 균일하도록 동일한 곡률을 갖는다. 침상전극(11)은 원호형 몸체(12)의 내주에 다수의 전극침(13)들을 균등한 간격과 분포로 배열 설치하여 구성된다. 그리고, 침상전극(11)과 로울러전극(15)은 외부의 전원(도시하지 않음)으로부터 코로나 방전을 위한 고전압의 양극 또는 음극을 각각 인가받기 위한 탭(14)(16)을 갖는다.

이에 따라, 침상전극(11)의 전극침(13)들에 양극(또는 음극)의 고전압을 인가함과 동시에 로울러전극(15)에 음극(또는 양극)을 인가하면, 양 전극(11)(15)에서 코로나 방전이 발생하여 두 전극(11)(15) 사이에는 코로나 방전에 의해 생성된 전하(양전하 및 음전하)들이 충만하게 되고, 이 전하들은 서로 반대극성의 전극(11 또는 15)으로 이동하게 된다. 또한, 이 때 침상전극(11)과 로울러전극(15) 사이에는 서로 반대극성의 인가전압에 의하여 강력한 강도의 전기장도 형성된다.

도 5에는 위와 같은 본 발명의 방전부(10)를 사용하여 필터 원단(F′)을 정전처리하는 방법을 개략적으로 나타내고 있다. 침상전극(11)과 로울러전극(15)에 양극과 음극(또는 음극과 양극)의 고전압을 각각 인가한 후, 두 전극(11)(15)들 사이의 공간에 필터 원단(F)을 통과시키면 서로 반대극성으로 이동하는 방전 전하들이 필터 원단(F′)에 부착되고, 이와 동시에 필터 원단(F′)에 부착된 전하들은 두 전극(11)(15) 사이에 형성된 강한 전기장에 의해 음전하와 양전하가 서로 근접하여 전기쌍극자를 형성한다. 이와 같이 형성된 전기쌍극자는 도 1에서와 같이 강한 전기장에 의해 각각의 전극 극성에 대하여 정배열되고, 이에 따라 안정적인 상태의 정전필터(F)가 제조된다.

이 때, 필터 원단(F′)의 이송은 필터 원단(F′)을 로울러전극(15)의 표면에 밀착시켜 로울러전극(15)의 회전에 따른 로울러전극(15)과 필터 원단(F′)간의 마찰력에 의해 이루어지고, 따라서 정전필터(F)의 생산능율은 로울러전극(15)의 회전수에 의해 결정된다.

한편, 코로나 방전에 의해 생성되는 전하의 양은 방전부(10)의 방전조건, 예컨대 인가전압과 인가시간 및 전극(11)(15)간의 간격 등에 의해 조절될 수 있는데, 전하들의 생성이 급격하게 증가하면 방전부(10)에 급격한 대전류가 흘러 스파크가 발생하는 원인이 되기도 한다. 이와 같은 방전부(10)에서의 전기적인 스파크는 필터 원단(F′)에 물리적인 손상을 가하게 되는 바, 정전필터(F)의 제조시에는 방전부(10)에서 전기적인 스파크가 일어나지 않아야 한다. 이를 위해 전극과 전극 사이에 유전체필름이나 유전체막을 개재시켜 무성방전(silence discharge)을 유도하는 것이 일반적이다.

본 발명에서도 로울러전극(15)의 표면에 PP 등의 유전체필름(또는 유전체막:17)을 면접촉시키고, 이 유전체필름(17)상에 필터 원단(F′)을 면접촉시켜 방전부(10)로 유입시킨다. 따라서, 유전체필름(17)에 의해 방전시 대전류의 흐름이 억제됨과 함께, 스파크 발생이 방지되어 매우 안정된 상태로 정전필터(F)를 제조할 수 있게 된다. 이러한 유전체필름(17)은 도 5a에 도시한 바와 같이 로울러전극(15)에 벨트상으로 감아서 회전시켜도 좋으나, 도 5b에 도시한 바와 같이 로울러전극(15)의 외주에 씌워져 부착되거나 또는 코팅처리되어 로울러전극(15)에 일체적으로 구비되는 것이 바람직하다.

여기서, 정전필터(F)를 제조하기 위한 방전부(10)의 운전은 다음과 같은 여러 가지 방법으로 진행될 수 있다.

첫째, 침상전극(11)에는 정(+)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고, 로울러전극(15)은 접지시킨다.

둘째, 침상전극(11)에는 정(+)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고, 로울러전극(15)은 부(-)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가시킨다.

셋째, 침상전극(11)에는 부(-)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고, 로울러전극(15)은 접지 시킨다.

넷째, 침상전극(11)에는 부(-)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고, 로울러전극(15)은 정(+)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가시킨다.

다섯째, 침상전극(11)에는 교류(AC) 고전압을 인가하고, 로울러전극(15)은 접지 시킨다.

한편, 도 6에는 본 발명에 의한 방전부(10)를 이용하여 정전필터(F)를 제조하기 위한 정전필터 제조장치의 구성을 개략적으로 나타내었다.

먼저, 도 6a에 도시된 구성은 예를 들어 두 개의 방전부(10)(10′)가 동일 평면상에 병렬로 나란하게 배치된 구성이다. 필터 원단(F′)의 진입쪽에 위치한 첫번째 방전부(10)에서는 침상전극(11)에 부(-)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압이 인가되고 로울러전극(15)은 접지되며, 필터 원단(F′)의 진출쪽에 위치한 두번째 방전부(10′)에서는 침상전극(11′)에 정(+)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압이 인가되고 로울러전극(15′)은 접지된다. 따라서, 공급롤(도시하지 않음)로부터 공급된 필터 원단(F′)은 다수의 가이드롤러(18)에 의해 구성된 이송경로를 따라 이송되면서 첫번째 방전부(10)를 통과할 때는 부(-)극성의 전하에 의하여 하전되고, 두번째 방전부(10′)를 통과할 때는 정(+)극성의 전하에 의하여 하전되어 정(+)극성과 부(-)극성을 동시에 가지는 정전필터(F)로 제조된다.

여기서, 첫번째 방전부(10)의 침상전극(11)에 정(+)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고 로울러전극(15)은 접지 시키고, 두번째 방전부(10′)의 침상전극(11′)에는 부(-)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고 로울러전극(15′)은 접지 시켜도 동일한 효과를 가진다.

또한, 첫번째 방전부(10)에서 침상전극(11)에 부(-)극성(또는 정(+)극성)을 로울러전극(15)에는 정(+)극성(또는 부(-)극성)을 인가하고, 두번째 방전부(10′)에서는 침상전극(11′)에 정(+)극성(또는 부(-)극성)을 로울러전극(15′)에는 부(-)극성(또는 정(+)극성)을 인가하여도 동일한 효과를 가지며, 그 역의 방법으로 고전압을 인가하여도 동일한 효과를 가지게 됨은 물론이고, 또한 첫 번째 방전부(10) 및 두 번째 방전부(10′)의 침상전극(11)(11′)에는 AC 고전압을 인가시키고 각각의 로울러전극(15)(15′)은 접지 시켜도 역시 동일한 효과를 가지게 된다.

그리고, 도 6b에 도시된 구성은 두 개의 방전부(10)(10′)가 대략 서로 마주보도록 상하에 엇갈려서 배치된 구성이다. 상측에 위치한 첫번째 방전부(10)에서는 침상전극(11)에 정(+)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압이 인가되고 로울러전극(15)은 접지되며, 하측의 두번째 방전부(10′)에서는 침상전극(11′)에 부(-)극성의 DC 또는 DC펄스 고전압이 인가되고 로울러전극(15′)은 접지된다. 따라서, 필터 원단(F′)은 가이드롤러(18)들에 의해 구성된 이송경로를 따라 이송되면서 상측의 방전부(10)를 통과할 때는 정(+)극성의 전하에 의해 하전되고, 하측의 방전부(10′)를 통과할 때는 부(-)극성의 전하에 의해 하전되어 정(+)극성과 부(-)극성을 동시에 갖는 정전필터(F)로 제조된다. 이 때에도, 상측 방전부(10)의 침상전극(11)에 부(-)극성을 하측 방전부(10′)의 침상전극(11′)에 정(+)극성을 인가하여도 동일한 효과를 가지며, 또한 상측과 하측의 방전부(10)(10′) 모두에 침상전극(11)(11′)에는 정(+)극성(또는 부(-)극성)을 로울로전극(15)(15′)에는 부(-)극성(또는 정(+)극성)을 인가하여도 동일한 효과를 가진다.

또한, 상측과 하측의 방전부(10)(10′) 모두에 침상전극(11)(11′)에는 AC 고전압을 인가하고, 로울러전극(15)(15′)은 접지 시켜도 동일한 효과를 가진다.

도 7에는 도 6에 나타낸 정전필터 제조장치의 변형예를 도시하였는데, 이것은 방전부(10)(10′)들에 의해 하전처리된 정전필터(F)의 전기쌍극자의 안정된 정배열화를 촉진시키기 위해 강도 높은 전기장 영역을 형성하는 보조 전기장부(20)가 더 구비된 구성이다. 도 7a는 도 6a의 구성에서 진출쪽 방전부(10′)에 연속하도록 보조 전기장부(20)가 나란하게 배치된 구성이고, 도 7b는 도 6b의 구성에서 진출쪽 방전부(10′)와 엇갈려서 마주보도록 진입쪽 방전부(10)와 나란하게 병렬로 배치된 구성이다. 이러한 보조 전기장부(20)는 방전을 위한 전극침을 구비하지 않는 판상의 원호전극(21)과, 이 원호전극(21)의 내주와 간격을 두고 동심으로 배치되는 로울러전극(22)으로 이루어진다. 이에 따라 방전부(10)(10′)들을 통과하여 하전처리된 정전필터(F)가 보조 전기장부(20)의 두 전극(21)(22)간에 형성된 고강도 전기장 영역을 연속적으로 통과하게 됨으로써, 방전부(10)(10′)들에 의해서 정전필터(F)에 정배열된 전기쌍극자들의 정배열화가 재차 수행되어 매우 안정된 상태의 정전필터(F)로 제조되게 된다. 이는 결국 방전부(10)(10′)에서 하전처리된 정전필터(F)의 전하보존 수명을 증가시키게 되어 신뢰성 높은 고품질 정전필터를 구현할 수 있게 한다.

한편, 도 8에는 본 발명에 의한 정전필터 제조장치의 다른 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 이것은 코로나 방전을 일으키는 방전부(30)가 평판상의 몸체(32)에 양극 또는 음극이 인가되는 다수의 전극침(31)들이 균등한 간격과 분포로 배열 설치된 평판형 침상전극(31)과, 이 침상전극(31)의 하부에 침상전극(31)과 간격을 두고 나란하게 배치되어 침상전극(31)과 반대극성이 인가되는 평판전극(34)및 이 평판전극(34)을 사이에 두고 배치된 두 로울러(36)의 외주에 감겨져서 로울러(36)에 의해 평판전극(34)의 상면에 면접촉된 상태로 순환되며, 필터 원단(F′)에 면접촉되어 이를 침상전극(31)과 평판전극(34) 사이로 이송시키는 유전체 벨트(35)로 구성된다.

이에 따라, 예컨대 침상전극(31)에 정(+)극성(또는 부(-)극성)의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가하고 평판전극(34)에 부(-)극성(또는 정(+)극성)의 DC 또는 DC펄스 고전압을 인가한 후, 두 전극(31)(34) 사이로 필터 원단(F′)을 통과시킨다. 필터 원단(F′)은 소정의 이송경로를 형성하는 다수의 가이드롤러(37)에 안내되어 두 로울러(36)에 의해 순환되는 유전체 벨트(35)상에 밀착됨으로써 양자간의 마찰력에 의해 이송된다. 이 때, 침상전극(31)과 평판전극(34) 사이에서는 코로나 방전이 일어나고, 이에 따라 생성된 다량의 전하들은 서로 반대극성의 전극(31 또는 34)으로 이동하여 방전부(30)를 통과하는 필터 원단(F′)에 침착된다. 이와 같이 필터 원단(F′)에 침착된 전하들은 침상전극(31)과 평판전극(34)간에 형성되는 강한 전기장에 의해 전기쌍극자가 형성됨과 동시에 전하들의 정배열화가 이루어지게 됨으로써 필터 원단(F′)을 정전처리하게 된다.

이러한 구성의 실시예에 있어서도, 별도로 도시하지는 않았으나 전술한 실시예와 마찬가지로 방전부를 연속으로 배치하거나 보조 전기장부를 함께 구비하여 필터 원단을 보다 안정되게 정전처리할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내었다. 이것은 방전부(40)가 AC 고전압이 인가되는 제1방전부(41)와, DC 고전압이 인가되는 제2방전부(45)가 연속 배치된 구성이다. 제1방전부(41)는 한 줄의 전극침(43)들로 이루어지고 양극 또는 음극의 AC 고전압이 인가되는 제1침상전극(42)과, 제1침상전극(42)에 대향하도록 간격을 두고 배치되어 제1침상전극(42)과 반대극성이 인가되는 판상전극(44)으로 이루어진다. 제2방전부(45)는 외주에 유전체 필름(47)(47′)층을 가지고 나란히 배치되는 한 쌍의 로울러전극(46)(46′)과, 각 로울러전극(46)(46′)들과 적절히 이격되며 다수의 전극침(49)(49′)을 갖는 원호형의 두 제2침상전극(48)(48′)으로 이루어진다. 상부 로울러전극(46)에는 음극(또는 양극)의 DC 고전압을 인가하고 하부 로울러전극(46′)에는 양극(또는 음극)의 전압을 인가하여 두 로울러전극(46)(46′) 사이에 전기장을 형성한다. 그리고, 상부 및 하부 제2침상전극(48)(48′)들에는 대응하는 로울러전극(46)(46′)들과 반대극성의 고전압을 인가한다.

이러한 구성의 실시예는 제1방전부(41)에서 AC방전에 의해 생성된 전하들이 그 전극(42)(44) 사이를 통과하는 필터원단(F′)에 1차로 침착되고, 전하가 1차 침착된 필터원단(F′)이 제2방전부(45)를 지날 때 제2방전부(45)에서 DC방전에 의해 생성된 전하들이 필터원단(F′)에 2차로 침착됨과 동시에 각 로울러전극(46)(46′)들간에 형성된 전기장에 의해 침착된 전하들이 정배열된다. 즉, 제2방전부(45)의 각 로울러전극(46)(46′)과 제2침상전극(48)(48′)들 간에는 코로나 방전에 의한 전하들이 발생하며, 발생된 전하들은 로울러전극(46)(46′)들 표면의 유전체 필름(47)(47′)들에 부착되어 로울러전극(46)(46′)의 회전과 동시에 그들 사이를 지나가는 전하가 1차 침착된 필터원단(F′)에 2차로 침착되는 것이며, 이 때 두 로울러전극(46)(46′)간에 형성된 전기장이 필터원단(F′)에 부착된 1, 2차 전하들을 정배열시키게 되는 것이다. 이에 따라 최종적으로 제2방전부(45)를 통과한 필터원단(F′)은 전기쌍극자(electric dipole)가 형성되어 안정적인 정전필터(F)가 제조되게 된다.

이 같은 실시예의 경우, AC방전과 DC방전에 의하여 생성된 전하들을 필터원단(F′)의 표면에 동시에 침착시키는 효과는 물론이고, 전하를 보유하고 있는 필터원단(F′)이 전기장을 형성시키고 있는 로울러전극(46)(46′)를 통과하면서 음전하와 양전하들을 정배열시키는 복합적인 효과를 가지게 된다.

(실시예)

본 발명자들은, 본 발명의 정전필터 제조장치를 사용하여 제조한 정전필터의 분진 포집성능을 알아보기 위하여 성능실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 9 및 도 10에 나타내었다. 성능실험은 평균직경 0.3㎛의 NaCl 입자를 사용하였으며, 성능실험 장비는 필터성능 시험장치(TSI Model 8130, Automated Filter Tester)를 사용하여 계측하였고, 포집효율은 다음 식으로 구하였다.

여기서,포집효율, Ci는 입구 입자수 농도, 그리고 Co는 출구 입자수 농도를 나타낸다.

도 10a는 중량 20g/㎡의 용융방사 방법으로 제조된 PP 재질의 필터원단을 사용하여 본 발명에서의 제조방법으로 제조한 정전필터를 각각의 겹 수에 대한 포집효율의 변화를 나타낸다. 이에 나타난 바와 같이, 필터의 겹 수에 무관하게 PP 필터를 정전처리한 경우가 정전처리를 하지 않은 경우에 비하여 포집효율은 약 50% 이상 크게 상승함을 알 수 있다.

그리고 도 10b는 도 9a의 실험에서 필터에 작용하는 압력손실(흡기저항)의 실험 결과이다. 도시된 바와 같이, 전체적으로 정전처리를 하지 않은 경우와 정전처리를 한 경우의 압력손실은 크게 차이가 나지 않음을 알 수 있는데, 이는 다음과 같은 매우 중요한 의미를 가진다.

즉, 필터 포집효율의 증가는 압력손실의 증가를 필연적으로 수반하는 경우가 일반적이나, 도 10b에 나타낸 바와 같이 정전필터인 경우에는 정전처리를 하지 않은 경우에 비하여 포집효율의 급격한 상승을 보이는 반면 압력손실은 거의 증가하지 않고 정전처리 하지 않은 경우와 비슷한 결과를 보이고 있다. 따라서, 본 발명의 정전필터 제조장치에 의하여 정전처리된 필터가 매우 높은 포집효율과 낮은 압력손실을 가지게 되어 필터로서의 성능이 극대화 된 매우 우수한 고성능의 필터임을 나타내게 된다.

한편, 도 11a는 용융방사 방법에 의해 제조된 각각의 중량의 PP 필터를 본 발명의 제조장치에 의하여 제조한 정전필터인 경우와 정전처리 하지 않은 필터원단인 경우에 대한 포집성능을 비교한 결과를 나타낸다. 이로부터 알 수 있듯이 필터의 각각의 중량에 대하여 정전필터인 경우의 포집효율이 정전처리 하지 않은 경우에 비해 크게 상승함을 알 수 있다.

그리고, 도 11b에는 도 11a의 실험에 대한 압력손실의 증가를 각각의 필터중량에 대하여 나타내었다. 이 때에도, 필터의 압력손실은 정전처리한 경우나 정전처리 하지 않은 경우 모두 큰 차이를 보이지 않고 있다. 따라서, 본 발명의 정전필터 제조장치에 의해 높은 포집효율과 낮은 압력손실을 가지는 고효율, 고성능의 정전필터를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 방전부가 동심으로 배치되는 원호형의 침상전극과 로울러전극(또는 나란하게 배치되는 두 평판전극)으로 이루어져 양자간에 전체적으로 균일한 간격을 가질 뿐 아니라 침상전극의 전극침들이 균등한 간격과 분포로 배열되는 바, 방전의 특성상 다음과 같은 여러 가지 장점들을 가진다.

첫째, 정전처리시 코로나 방전상태가 매우 안정화되어 낮은 방전전압으로도 코로나 영역이 매우 활성화됨으로써 다량의 전하들이 쉽게 발생된다.

둘째, 방전부내의 전기장 강도의 분포가 매우 균일하며, 이에 따라 넓은 면적의 필터에 대하여도 매우 균일한 정전처리가 가능하다.

셋째, 침상전극의 다수의 전극침들은 로울러전극(또는 평판전극)의 표면에 대하여 매우 균일하게 그리고 등 간격으로 분포되어 있어 로울러전극의 회전에 의한 전기장의 변형이 없고, 이에 따라 로울러전극의 회전속도 증가에 따른 정전처리 효과의 감소를 방지한다. 이는 결국, 정전필터의 생산속도가 증가하여도 그 품질에는 변화가 없음을 의미한다.

넷째, 두꺼운 필터 원단에 대하여도 깊숙히 하전시킬 수 있음은 물론 하전된전하의 소실이 최소화된다.

그러므로 본 발명은, 필터의 물리적인 손상 없이 고품질의 정전필터를 연속적으로 제조할 수 있음은 물론 필터 전체에 대해 균일한 하전상태를 유지할 수 있어 정전필터의 포집성능을 극대화 시킬 수 있게 된다.

Claims

필터 원단을 코로나 방전에 의해 하전처리 하여 음전하와 양전하를 동시에 보유하는 정전필터로 제조하기 위한 장치로서,

방전부가,

원호형의 몸체에 양극 또는 음극이 인가되는 다수의 전극침들이 균등한 간격과 분포로 배열 설치된 침상전극;

상기 침상전극의 내주와 일정한 간격을 유지하도록 침상전극과 동심으로 배치되어 침상전극과 반대극성이 인가되고 외주에 유전체 필름 또는 막이 씌워지며, 상기 필터 원단에 면접촉되어 이를 침상전극과의 사이로 이송시키는 로울러전극;으로 구성된 것을 특징으로 하는 정전필터 제조장치.
제 1 항에 있어서, 상기 방전부가 연속으로 배치되어 첫번째 방전부에서는 상기 침상전극에 소정 극성의 DC 또는 DC펄스 고전압이 인가되고 로울러전극은 접지되며, 후속하는 방전부에서는 침상전극에 첫번째 방전부의 침상전극과 반대극성의 DC 또는 DC펄스가 인가되고 로울러전극은 접지되거나 또는 첫 번째 방전부 및 두 번째 방전부 모두에 침상전극에는 AC 고전압이 인가되고 로울러전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 정전필터 제조장치.
제 2 항에 있어서, 상호 간격을 두고 동심으로 배치되는 원호전극과 로울러전극으로 이루어지고, 상기 후미 방전부에 후속하도록 배치되어 하전처리된 정전필터의 전기쌍극자 정배열을 촉진시키는 보조 전기장부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 정전필터 제조장치.
필터 원단을 코로나 방전에 의해 하전처리 하여 음전하와 양전하를 동시에 보유하는 정전필터로 제조하기 위한 장치로서,

방전부가,

평판상의 몸체에 양극 또는 음극이 인가되는 다수의 전극침들이 균등한 간격과 분포로 배열 설치된 침상전극;

상기 침상전극의 하부에 그와 간격을 두고 나란하게 배치되어 침상전극과 반대극성이 인가되는 평판전극;

간격을 두고 배치된 두 로울러에 의해 상기 평판전극의 상면에 면접촉하도록 순환되며, 상기 필터 원단에 면접촉되어 이를 침상전극과 평판전극 사이로 이송시키는 유전체 벨트;로 구성된 것을 특징으로 하는 정전필터 제조장치.
필터 원단을 코로나 방전에 의해 하전 처리하여 음전하와 양전하를 동시에 보유하는 정전필터로 제조하기 위한 장치로서,

방전부가,

다수의 전극침들이 적어도 일렬로 배열되며 음극 또는 양극의 AC 고전압이 인가되는 판상의 제1침상전극과, 제1침상전극의 하부에 간격을 두고 나란하게 배치되어 그와 반대극성이 인가되는 판상전극으로 이루어진 제1방전부;

외주에 유전체 필름층을 가지고 나란하게 배치되어 상기 필터원단의 상하면에 접촉되며 서로 반대극성의 DC 고전압이 인가되는 한 쌍의 로울러전극과, 각 로울러전극들과 간격을 두고 동심으로 배치되어 대응하는 로울러전극과 반대극성의 고전압이 인가되며 내주에 다수의 전극침들을 갖는 원호형의 제2침상전극쌍으로 이루어지고, 상기 제1방전부의 후방에 배치되는 제2방전부;로 구성된 것을 특징으로 하는 정전필터 제조장치.