KR100650438B1 - 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기에 관한 것으로, 전원장치와, 이 전원장치로부터의 전압을 케이블을 매개로 인가받아 이온을 발생시키는 제전전극을 포함하는 제전기에 있어서, 대기압보다 약간 높은 공기압을 제공하기 위한 공압공급부를 더 포함하여 구성되고; 상기 제전전극은, 상기 공압공급부로부터 대기압보다 약간 높은 압력의 공기를 입력받는 입력부와, 상기 입력부에서 인가되는 공기압을 대기압에 대응하는 공기 압력을 낮춰주는 공기압 조정부와, 상기 공기압 조정부에서 인가되는 공기를 대전물체 쪽으로 유도하는 출력부를 포함하는 적어도 하나의 벤츄리관과; 그 한쪽 끝이 뾰족하게 돌출되고 적어도 그 돌출된 돌출부가 상기 벤츄리관 각각의 공기압 조정부 내에서 위치하며 상기 케이블로부터 교류전원을 공급받는 양극부와; 그 내부에 작은 관통 홀이 형성되어 있고 한쪽 끝이 상기 벤츄리관 각각의 공기압 조정부 내에서 상기 양극부의 돌출부에 대향하여 위치하는 음극부를 포함하여 구성된다.

제전, 방폭, 글로우 방전, 벤츄리 관

Description

글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기 {Explosion-protection type ionizer of using glow discharge}

도 1은 일반적인 방폭형 제전기의 개략적인 구성도,

도 2는 종래 글로우 방전용 제전전극의 개략 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기의 개략적인 블록구성도,

도 4는 본 발명에 따른 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기에서의 제전전극에 대한 일 실시예를 도시한 도면,

도 5는 도 4에 도시한 제전전극의 요부 단면을 도시한 도면,

도 6은 제전전극으로서 적용 가능한 양극의 구성 예를 도시한 도면.

도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기에서 각각 60Hz 및 1kHz의 교류전원에서 글로우 방전의 전압, 전류 파형도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 전원선 12,14 : 커넥터

100 : 전원장치 120 : 교류전원입력부

140 : 전압/주파수 증폭부 200 : 케이블

200A : 양극전원선 200B : 음극전원선

300 : 제전전극 400 : 제전전극

410 : 기지부재 420 : 벤츄리관

430 : 양극 440 : 음극

500 : 공압공급부 550 : 공압공급관

본 발명은 제전기에 관한 것으로, 안정적인 글로우 방전에 의하여 이온을 대전물체에 공급할 수 있도록 된 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기에 관한 것이다.

현재, 정전기가 발생되는 장소나 시설물 등에서는 제전(除電)을 위하여 제전기를 사용한 제전대책이 널리 이용되고 있다. 여기서, 제전이라 함은 물체에 대전된 정전기를 이온(ion)을 이용하여 중화(中和)시키는 것이며, 제전기라 함은 대전물체 가까이 설치되어 이온을 발생시키고 그 발생되는 이온 중에서 대전물체의 전하와 반대극성의 이온이 대전물체로 이동하여 대전전하와 결합하여 중화시키도록 구성된 장치를 말한다.

이러한 제전기로서는 고압을 이용한 코로나 방전 제전기를 주로 사용하고 있으나, 이는 감전 위험성이 클 뿐만 아니라 반도체 산업 등에서는 이러한 고압방전 에 의해 제품의 불량이 발생하여 사용을 기피하고 있다. 이러한 단점을 없애기 위해서는 저압 자속 방전인 글로우(Glow) 방전을 이용하는 것이 좋다.

도 1은 일반적인 방폭형 제전기의 개략적인 구성도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 방폭형 제전기는, 비 방폭지역에 설치되며 전원선(10)을 통해 전원을 공급받아 고전압을 발생시킴과 동시에 제전기의 전체적인 제어를 담당하는 전원장치(100)와, 방폭지역에 설치되며 상기 전원장치(100)로부터의 고전압을 커넥터(12)와 고압케이블(200) 및 커넥터(14)를 통해서 인가받아 방전에 의하여 이온을 발생시키는 제전전극(300)을 포함한다.

그리고, 도 2는 종래 글로우 방전을 이용한 제전기에서의 개략적인 제전전극 구조를 예를 설명하기 위한 도면이다. 이러한 제전전극 구조를 가진 글로우 방전 발생기 및 제전기는 일본 특허 공개공보 제2003-197395호에 개시되어 있다. 동 도면에 도시한 바와 같이, 종래의 글로우 방전을 위한 제전전극은 끝이 뾰족한 돌기부를 가진 양극부(300A)와, 상기 돌기부에 대응하여 구멍이 뚫려진 음극부(300B)를 포함하여 구성된다.

이러한 종래의 글로우 방전을 이용한 제전기에서는 대기압에서 1kHz 주파수 이상의 전원을 이용하여야 하며, 헬륨 희석 가스를 사용하여야 하므로, 제전기의 구조가 복잡하다는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 상대적으로 간단한 구성을 가지면서 60Hz의 상용 교류 전원 주파수 이상의 교류전원을 사용하여도 대기압에서 안정적인 글로우 방전에 의하여 대전물체에서의 제전을 안정적이면서 효율적으로 달성할 수 있는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기는, 전원장치와, 이 전원장치로부터의 전압을 케이블을 매개로 인가받아 이온을 발생시키는 제전전극을 포함하는 제전기에 있어서, 대기압보다 약간 높은 공기압을 제공하기 위한 공압공급부를 더 포함하여 구성되고; 상기 제전전극은, 상기 공압공급부로부터 대기압보다 약간 높은 압력의 공기를 입력받는 입력부와, 상기 입력부에서 인가되는 공기압을 대기압에 대응하는 공기 압력을 낮춰주는 공기압 조정부와, 상기 공기압 조정부에서 인가되는 공기를 대전물체 쪽으로 유도하는 출력부를 포함하는 적어도 하나의 벤츄리관과; 그 한쪽 끝이 뾰족하게 돌출되고 적어도 그 돌출된 돌출부가 상기 벤츄리관 각각의 공기압 조정부 내에서 위치하며 상기 케이블로부터 교류전원을 공급받는 양극부와; 그 내부에 작은 관통 홀이 형성되어 있고 한쪽 끝이 상기 벤츄리관 각각의 공기압 조정부 내에서 상기 양극부의 돌출부에 대향하여 위치하는 음극부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 방폭형 제전기에 대하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기의 개략적인 블록 구성을 도시한 도면이다.

동 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제전기는, 교류전원입력부(120)와 전압/주파수 증폭부(140)를 포함하는 전원장치(100)와, 대기압보다 높은 공기를 공급하기 위한 공압공급부(500)와, 상기 전원장치(100)로부터 고압케이블(200)을 통해 고전압을 입력받고 상기 공압공급부(500)로부터 공압공급관(550)을 통해서 공기를 공급받아 안정적인 글로우 방전에 의하여 다량의 이온을 대전물체 측으로 전달하기 위한 제전전극(400)을 포함하여 구성된다. 여기서, 전압/주파수 증폭부(140)는 사용자의 선택에 따라 상기 제전전극(400)에 인가되는 전원의 주파수를 가변시킬 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기에서의 제전전극에 대한 일 실시예를 도시한 도면이고, 도 5는 도 4에 도시한 제전전극의 요부 단면을 도시한 도면이다.

동 도면들에 도시한 바와 같이, 제전전극(400)은, 벤츄리관(420)과 양극(430), 음극(440)이 1조가 되어 1개 또는 그 이상이 절연재의 지지부재에 의하여 지지되어 있는 구성이다. 상기 벤츄리관(420)에는 공압공급관(550)을 통해서 공압공급부(500)로부터 대기압보다 높은 공기가 공급되고, 상기 양극(430)에는 양극전원선(200A)을 통해서 케이블(200)에서 교류전압이 인가되며, 상기 음극(440)은 음극전원선(200B)을 통해서 예를 들면 접지되어 있다.

상기 벤츄리관(420)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 공압공급부(500)로부터 대기압보다 높은 공기를 입력받는 예를 들면 역삼각 통 형상의 제1부분(420A)과, 상기 제1부분의 아래쪽에 관통형성되어 상기 제1부분(420A)의 출구부분보다 빠른 유속을 제공함에 따라 상기 제1부분에서 인가되는 공기압을 대기압에 대응하는 공기 압력으로 낮춰주는 제2부분(420B)과, 상기 제2부분(420B)을 통과한 공기를 대전물체 측으로 넓게 제공하기 위한 것으로 삼각 통 형상의 제3부분(420C)으로 구성되어 있다. 여기서, 상기 벤츄리관의 제1부분(420A)에 인가되는 공기압은 1기압 보다 크고 3기압 이하인 것이 바람직하다.

상기 양극(430)은 그 한쪽 끝이 뾰족하게 돌출되고 적어도 그 돌출된 돌출부가 상기 벤츄리관의 제2부분(420B) 내에서 위치하며 상기 케이블(200)로부터 교류전원을 공급받는다. 여기서, 양극(430)의 구성으로서는 도6의 (a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이 그 끝이 뾰족한 여러 가지의 형상이 가능하다. 여기서, 상기 양극(430)에 인가되는 교류전원은 60Hz 이상인 것이 바람직하다.

상기 음극(440)은 그 내부에 작은 관통 홀이 형성되어 있고 한쪽 끝이 상기 벤츄리관의 제2부분(420B)내에서 상기 양극(430)의 돌출부에 대향하여 위치한다.

본 발명의 제전기에서 양극(430)에 60Hz 600V(피크치)의 교류전압을 인가한 경우에 글로우 방전이 확인되었으며, 그때의 입력전압과 방전전압 및 방전전류를 오실로스코프로 측정하였고, 그 파형은 도7a에 도시하였다. 또한, 양극(430)에 1kHz 600V(피크치)의 교류전압을 인가한 경우에 글로우 방전이 확인되었으며, 그때의 입력전압과 방전전압 및 방전전류를 오실로스코프로 측정하였고, 그 파형은 도 7b에 도시하였다.

상기 양극(430)과 음극(440)은 각각 그 재질로서 Mo, Cu, Fe, St, Ni 등의 도전성 금속을 사용할 수 있다. 그리고, 상기 음극(440)의 상기 양극(430)과 대향하는 부분의 구경은 1mm 이내인 것이 바람직하다. 또, 양극(430)과 음극(440) 사이의 간격은 0.1mm 이하인 것이 바람직하며, 그 이상이 되어도 되는데 이 경우에는 양극(430)에 인가되는 전압과 주파수를 증가시켜야 하고 이러한 전압과 주파수 증가는 역대전 전하의 상승을 초래할 우려와 함께 감전 위험성, 경제적이지 못한 단점이 있다.

상기한 벤츄리관(420)은 공압공급관(550)과의 연통부분과 제3부분(420C)의 트인 부분을 제외하고는 완벽하게 밀폐되어 있는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 방폭형 제전기의 동작에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 제전전극(400)이 특정 전하로 대전되어 있는 대전물체에 대한 제전을 위하여, 도 5에서 벤츄리관(420)의 제3부분(420C)이 상기 대전물체 쪽으로 향하도록 설치되어 있는 상태에서, 사용자의 조작에 의하여 화재, 폭발의 방지 등을 위하여, 공압공급부(500)로부터 대기압보다 높은 공기압이 공압공급관(550)을 통해서 상기 제전전극(400)의 벤츄리관(420)에 공급된 후에 일정시간(대략 5초 이상)이 경과하고 나서 전원장치(100)로부터 교류 전압이 케이블(200)을 통해서 제전전극(400)의 양극(430)에 공급된다.

그러면 벤츄리관(420)의 제1부분(420A)에 인가된 대기압보다 높은 공기압이 제2부분(420B)을 지나게 되어 공기의 유속이 증가됨에 따라, 유체의 속도가 빠른 곳에서 압력이 낮아진다는 베르누이의 정리에 의하여 제 2부분(420B)에서 공기압이 대기압 상태로 떨어진다. 그후, 제2부분(420B)에서의 공기의 빠른 유속에 의하여, 삼각 통 형상으로 확장되는 유로를 가진 제3부분(420C)을 통해서 공기는 퍼져서 대전물체 측으로 전달되게 된다.

이와 동시에, 상기 벤츄리관(420)의 제2부분(420B)내에 위치한 양극(430)과 음극(440) 사이에서 글로우 방전이 일어나 이온이 생성되어 상기 빠른 공기 흐름에 의하여 대전물체 측으로 빠르고 넓게 퍼져 나가게 된다. 이에 따라 대전물체의 제전이 가능하게 된다.

한편, 본 발명은 상기한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 여러가지로 변형 및 수정하여 실시할 수 있는 것이다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 60Hz의 상용 교류전원 주파수에서도 대기압에서 안정적인 글로우 방전에 의하여 대전물체에서의 제전을 안정적이면서 효율적으로 달성할 수 있다.

본 발명의 제전기를 사용하여 대전물체의 제전을 실시할 경우에는 대전물체 의 대전 잔류전압을 수 V까지 저감시킬 수 있게 된다.

본 발명의 제전기는 벤츄리관 내부에서 글로우 방전이 발생하도록 하고 공압에 의하여 이온을 대전물체 측으로 용이하게 전달되도록 함으로써 효율적인 제전을 가능하게 한다.

Claims (6)

1. 전원장치와, 이 전원장치로부터의 전압을 케이블을 매개로 인가받아 이온을 발생시키는 제전전극을 포함하는 제전기에 있어서,

   대기압보다 약간 높은 공기압을 제공하기 위한 공압공급부를 더 포함하여 구성되고;

   상기 제전전극은,

   상기 공압공급부로부터 대기압보다 높은 압력의 공기를 입력받는 입력부와, 상기 입력부에서 인가되는 공기압을 대기압에 대응하는 공기 압력을 낮춰주는 공기압 조정부와, 상기 공기압 조정부에서 인가되는 공기를 대전물체 쪽으로 유도하는 출력부를 포함하는 적어도 하나의 벤츄리관과;

   그 한쪽 끝이 뾰족하게 돌출되고 적어도 그 돌출된 돌출부가 상기 벤츄리관 각각의 공기압 조정부 내에서 위치하며 상기 케이블로부터 교류전원을 공급받는 양극부와;

   그 내부에 작은 관통 홀이 형성되어 있고 한쪽 끝이 상기 벤츄리관 각각의 공기압 조정부 내에서 상기 양극부의 돌출부에 대향하여 위치하는 음극부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 음극부에 인가되는 교류전원은 60Hz 이상인 것을 특징으로 하는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 벤츄리관의 입력부에 인가되는 공기압은 1기압 보다 크고 3기압 이하인 것을 특징으로 하는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 양극부과 음극부는 각각 Mo, Cu, Fe, St, Ni 중에서 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 음극부의 상기 양극부와 대향하는 부분의 구경은 1mm 이내인 것을 특징으로 하는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 양극부와 음극 사이의 간격은 0.1mm 이하인 것을 특징으로 하는 글로우 방전을 이용한 방폭형 제전기.

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