KR100828492B1 - 방전전극소켓 - Google Patents

Abstract

이 발명에 의한 코로나 방전식 정전기 제거장치의 방전전극소켓은 노즐을 통과하여 분사되는 CDA(clean dried air)를 이온화하고 발생된 이온을 효과적으로 전달하여 피대전체가 보유한 정전기를 효과적으로 제거하는 장치이다.

이 발명의 목적은 상기와 같이 정전기 제거장치의 핵심부품 중 하나인 방전전극소켓에 포함된 분사노즐의 단면적, 모양 및 위치를 개선하여 분사되는 CDA의 량을 최소화 시켜 공기통에서의 압력감소를 줄이고 분사압력을 증가시켜 분사거리와 분사속도를 증가시킴으로써 제전효율과 방전전극의 오염방지 효율을 개선하는 것이다.

이 발명에서는 종래의 방전전극소켓에 비해 분사노즐의 단면적이 매우 작고 노즐의 위치가 방전전극과 완전히 분리되어있거나 원형의 방전전극 전체를 감싸지 않으면서 2개 이상의 노즐이 방전전극에 접한 축방향으로 배열된 구조의 방전전극소켓을 제공한다.

이 발명에 의한 방전전극소켓은 분사노즐의 단면적이 종래의 노즐과 비교하여 매우 작은 크기까지 임의로 조절할 수 있어 제전거리와 이온전달을 위한 CDA 사용량을 효과적으로 변경할 수 있으며, 분사노즐이 방전전극에 접한 축방향으로의 평행 분사각을 가지므로 장시간 사용에도 방전전극이 오염되지 않는 효과가 있다.

정전기, 제전, 방전전극소켓, 분사노즐, CDA(clean dried air).

Description

방전전극소켓{A socket for a discharging electrode}

도 1은 종래 방전전극소켓과 이 발명에 의한 방전전극소켓의 비교도.

도 2는 방전전극소켓의 종류에 따른 CDA 입력압력에 대한 공기통 내부압력의 변화도.

도 3은 방전전극소켓의 종류에 따른 공기통 내부압력에 대한 CDA 분사유량의 변화도.

도 4는 노즐 단면적 차이에 의한 제전성능 변화실험의 개요도.

도 5는 360시간 연속 가동된 방전전극의 오염판정 사진.

이 발명은 코로나 방전식 정전기 제거장치의 방전전극소켓에 관한 것이다. 특히 이 발명은 노즐을 통과하여 분사되는 CDA(clean dried air)를 이온화하고 발생된 이온을 효과적으로 전달하여 피대전체가 보유한 정전기를 효과적으로 제거하는 장치에 대한 것으로서 방전전극, 접지전극, 고전압 발생부 및 제어기를 구비하 여 이루어지고, 코로나 방전식으로 이온을 발생시키는 기술을 이용하는 막대형 이오나이저에 부착된 방전전극소켓의 구조를 개선하여 이온화 된 최적량의 CDA(clean dried air)를 고압으로 분사하여 비접촉식 제전(除電)효율을 증가시키는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 정전기 제거장치에서 제전효율을 증가시키기 위해서는 최적화된 에어 량으로 방전전극에서 발생된 이온을 원하는 제전거리까지 충분히 전달할 수 있어야 하며 이를 위해서는 분사되는 에어의 양과 압력을 임의로 조절할 수 있어야 한다.

하지만 그동안 이미 여러 분야에서 정전기 제어를 위한 목적으로 코로나 방전식의 이온화 장치가 상용화됨에 따라 방전 전극봉을 이용하는 공기의 이온화에 대한 많은 기술적 발전이 이루어졌음에도 불구하고 이온화된 공기를 효율적으로 사용하기 위한 CDA 분사노즐의 구조에 관해서는 아직도 개선되어야 할 문제점이 많이 있다.

종래의 이온화장치에서 이온화된 CDA를 분사하는 동안 발생되는 문제점으로는 CDA의 과다한 사용, 낮은 분사압력으로 인한 제전거리 감소, 그리고 장시간 사용 시 방전전극의 팁에 누적되는 이물질에 의한 이온발생 성능저하 등을 들 수 있다. 특히 방전전극 표면에 생성되는 이물질을 제거하기 위해 방전전극소켓에 CDA 분사노즐과 별도로 방전전극 둘레에 먼지를 제거해 주기 위한 노즐을 별도로 설치하는 등 여러 가지 개선된 장치들이 개발되고 있으나 먼지 및 미립자 등에 의한 오 염을 방지할 수 있는 근본적인 방안은 아직까지 제시되지 못하고 있는 실정이다.

따라서 이 발명의 목적은 정전기 제거장치의 핵심부품 중 하나인 방전전극소켓에 포함된 분사노즐의 단면적, 모양 및 위치를 개선하여 분사되는 CDA의 량을 최소화 시켜 공기통에서의 압력감소를 줄이고 분사압력을 증가시켜 분사거리와 분사속도를 증가시킴으로써 제전효율과 방전전극의 오염방지 효율을 개선하는 것이다.

이 발명의 다른 목적은 CDA 분사노즐의 크기를 현재 상용화된 장치에 비해 현저하게 작은 크기로 가공하여 분사되는 CDA의 유량을 감소시킴에 따라 공기통의 압력이 증가되고 공기통 압력을 증가시킴으로써 분사속도가 증가하여 기존 제품에 비해 유효 제전거리를 증가시키고 고압의 CDA를 고속 난류 형태로 분사하여 방전전극의 오염을 방지하는 효과를 이루는 것이다.

이 발명의 또 다른 목적은 분사노즐의 단면적과 단면적의 모양이 다르게 제작된 방전전극소켓을 쉽게 탈부착 시킴으로써 비접촉식으로 제전거리와 분사 CDA의 속도를 자유롭게 선택 사용이 가능하여 효율성과 적응성이 개선되고 유지보수가 편리한 이온화장치를 제공하는 것이다.

이 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

1. 바람직한 일 실시예

이 발명에 따른 방전전극소켓의 바람직한 일 실시예는, 방전전극, 접지전극, 고전압 발생부 및 제어기를 구비하여 이루어지고, 노즐을 통과하여 분사되는 CDA(clean dried air)를 이온화하고, 발생된 이온을 전달하여 피대전체가 보유한 정전기를 제거하는 코로나 방전식 정전기 제거장치에 부착된 방전전극소켓으로서, 상기 CDA 분사노즐은 방전전극 전체를 둘러싸지 않고 동일한 단면적을 갖는 2개 이상의 노즐이 방전전극에 축방향으로 균등하게 접촉되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 요구되는 제전거리와 CDA의 사용량에 따라 분사되는 이온화된 CDA의 량을 최적화시키기 위해 상기 방전전극소켓에 포함된 분사노즐의 단면적, 모양 및 위치의 하나 이상을 조절하여 이를 통해 얻어지는 CDA를 고압으로 대전물체에 분사하고, 이때 분사노즐은 CDA의 사용량을 줄이기 위해 CDA를 방전전극과 접촉하는 양쪽 축방향으로 고속으로 분사하여 고속의 평행 분사각을 확보하고 이를 통해 방전적극의 오염을 방지하는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 상기 분사되는 CDA의 입력압력은 0.05~1.5 MPa, 공기통의 내부 압력은 0.05~1.5 MPa, 분사되는 CDA의 량은 0.5~100LPM의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 상기 분사노즐 단면은 삼각형, 사각형, 반원형 및 유로를 형성할 수 있는 다각형의 구조 가운데 하나를 갖는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 상기 분사노즐의 CDA 분사속도의 범위는 60 내지 1500 m/sec인 것이 바람직하다.

2. 발명의 구성 및 동작원리

이 발명에서는 분사노즐의 단면적이 최소화되어, 분사되는 에어 량이 작고 압력이 높게 유지될 때 제전거리가 증가하고 에어 사용량에 대비한 제전효과가 개선될 수 있다는 점에 착안하여 개발이 이루어졌다.

이 발명에 사용된 정전기 제거장치는 코로나 방식에 의한 이온발생 장치로서, 코로나 방전을 발생시키기 위해 설치된 방전전극, 전압이 인가된 상기 방전전극으로부터 이온발생을 유도하는 접지전극, 방전전극으로부터 발생된 이온을 대전물체에 전달하기 위해 일정한 압력의 CDA를 분사하는 에어노즐이 포함된 방전전극소켓, 교류펄스 고전압을 발생하여 상기 방전전극에 인가하는 고전압발생부를 구비하여 이루어져 있다.

그리고 이 정전기 제거장치는 특징적으로 교류펄스 고전압의 주파수 및 듀티비를 제어하여 방전전극으로부터 발생되는 양이온 및 음이온의 발생량을 임의로 조절하기 위한 제어기, 방전전극소켓과 직접 결합하고 공기주입부를 통해 주입된 공기를 방전전극소켓으로 공급하는 공기통을 구비하고 있고, 방전전극에 연결되어 방전전극에 흐르는 전류를 감소시킬 수 있는 기능을 가지고 있다.

이 정전기 제거장치의 사용환경의 바람직한 일 실시예는, 인가전원이 교류 110~240볼트, 주파수는 50~60헤르쯔, 듀티비는 30~70%, 잔류전압은 ±50볼트 이내, 오존생성율은 0.004±0.005ppm 인 것이다. 상기 정전기 제거장치의 본체 재질은 non-flammable ABS이고, 커버재질은 스테인레스, 전극의 재질은 99.99%의 텅스텐으로 이루어지는 것이 바람직하고, 운전온도는 0~50℃, 습도 35~85% RH 범위에서 정상적으로 작동 가능하다.

현재 상용화되어 사용 중인 상기 장치조건 또는 이와 유사한 성능의 제품과 비교하여, 이 발명에서 제안하는 특징적인 사항은 방전전극소켓에 부착된 분사노즐의 단면적을 최소화함으로써 여러 개의 방전전극소켓을 공기통의 횡방향으로 등분 부착하여도 공기통 내부압력의 변화가 적으므로 방전전극소켓으로 분사되는 CDA의 속도를 빠르게 유지시킬 수 있어서 제전효과를 개선하고, 방전전극소켓을 동일한 단면적으로 여러 가지 모양으로 가공하여 상기 정전기 제거장치 운전 조건에서 정전기 제거장치를 포함하는 막대형 이오나이저에 10~40개의 방전전극소켓을 부착하여 이 발명의 제전성능을 시험하였다.

2-1. 노즐 단면적 차이에 의한 공기통 내부압력변화와 CDA 분사량 변화

임의로 압력조절이 가능한 CDA 공급원으로부터 내경 6mm의 폴리우레탄 호스를 막대형 이오나이저의 공기통에 연결하여 17개 각각의 방전전극소켓에 직경 0.55mm의 노즐이 2개씩 가공되어 있는 종래의 장치에 대해 입력압력에 대한 공기통 내부의 압력변화를 측정하였고 이 발명에서 제시하고자 하는 노즐 단면적의 크기를 상기의 경우에 비해 여러 가지로 축소하여 CDA 사용량 감소효과 및 분사압력 증가에 의한 방전전극의 오염방지 효과를 확인하였다.

< 비교예 1 >

이 발명의 성능을 확인하기 위해 상기 17개 각각의 방전전극소켓에는 방전전극과 축방향으로 일정한 간격을 유지하고 있는 평균직경 0.51mm의 원형 분사노즐이 2개씩 가공되어 있어 한 유로당 0.204㎟의 평균단면적을 통하여 CDA가 분사되도록 하였다. 17개의 CDA 분사노즐이 정상적으로 작동되는 상태에서 공기통 내부로 유입되는 CDA의 압력조건을 0.05~0.5 MPa 범위에서 10가지 경우로 변화시키며 각 조건에 대한 공기통의 내부압력과 CDA 사용량을 측정하였다. 이 때 측정된 결과를 표 1에 나타내었다.

이 경우 모든 조건에서 정상운전 시 입력압력과 공기통 내부압력 사이의 압력차가 크다는 것을 알 수 있으며 많은 량의 CDA가 노즐을 통해 분사되고 있음에도 불구하고 공기통 내부압력이 낮아 분사속도는 저하됨을 알 수 있다.

< 실시예 1 >

비교예 1의 측정결과로부터 막대형 이오나이저의 경우 이온화된 CDA가 분사되는 노즐의 크기를 줄여야만 효과적인 운전이 가능함에도 불구하고 종래의 에어분사소켓에 설치된 노즐은 방전전극과 노즐의 설치위치가 완전히 분리되어 있거나 방전전극에 접촉되어 있더라도 육각 또는 원형의 구조로 방전전극 전체를 감싸는 형태를 갖고 있었다. CDA 사용량을 감소시키고 분사속도를 증가시켜 먼지 등의 미립자들이 방전전극에 부착되는 것을 방지하기 위해서는 노즐의 단면적이 최소화되어야 함에도 불구하고 종래의 노즐형태로는 단면적 축소에 한계가 있었고 특히 방전전극을 둘러싸는 경우에 대해서는 단면적을 축소시키면 CDA가 통과하는 단면적에 비해 CDA와 접촉하는 축방향의 접촉 면적이 확대되므로 마찰손실에 의해 유량은 적게 분사되나 속도는 증가시킬 수 없었다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 이 발명에서는 도 1과 같이 분사노즐이 방전전극 양쪽 축 방향에 접촉되어 있으며 한 변의 길이가 평균 0.16mm인 정사각형으로 이루어진 노즐을 갖는 방전전극소켓을 사용하였다. 한 유로당 평균 단면적은 0.025㎟이며 기타의 조건은 비교예 1과 동일하도록 실험한 후 각 경우에 대한 측정결과를 표 2에 나타내었다.

실험결과 내부압력은 입력압력과 차이가 없으며 CDA의 사용량도 비교예 1에 비하여 매우 작아짐을 알 수 있다.

< 실시예 2 >

실시예 1과 동일한 조건으로 한 변의 길이가 0.21mm인 정사각형으로 이루어진 노즐을 갖는 에어분사소켓을 사용하였다.

< 실시예 3 >

실시예 1과 동일한 조건으로 한 변의 길이가 0.26mm인 정사각형으로 이루어진 노즐을 갖는 에어분사소켓을 사용하였다. 상기 실시예에 대한 측정결과를 표 3, 표 4 그리고 도 2, 도 3에 모두 나타내었다. 표 3은 입력압력에 대한 각 경우의 공기통 내부압력을 나타내고, 표 4는 공기통 내부압력에 대한 CDA 분사 유량을 나타낸다.

각 경우에 대한 측정결과로부터 노즐의 단면적이 증가 할수록 CDA의 사용량도 증가되며 입력압력에 비해 바 내부압력도 작아짐을 알 수 있다.

2-2. 노즐 모양 차이에 의한 내부압력변화와 유량변화

< 실시예 4 >

이 발명에서 노즐의 기하학적 구조에 따른 이온에어 분사효과를 확인하기 위하여 동일한 단면적을 갖지만 모양이 다르도록 노즐을 가공하여 성능을 비교하였다. 모양은 삼각형, 사각형 및 반원형으로 가공하였으며 각각의 경우 유로당 평균단면적이 0.044㎟가 유지되도록 가공하여 실험하였다. 그 결과 분사노즐의 모양에 관계없이 동일한 단면적을 가질 경우 유사한 성능을 나타내었다.

2-3. 노즐 단면적 차이에 의한 제전성능 변화

방전전극소켓과 피제전체가 일정한 제전거리 즉, 600mm와 1000mm를 유지하고 있을 때 방전전극소켓이 30개씩 부착된 막대형 이오나이저를 사용하여 방전전극소켓의 분사노즐 단면적 차이에 의한 제전성능을 비교하였다. 제전성능은 피제전체가 일정한 정전기를 보유한 상태에서 동일한 시간 동안 방전전극소켓을 통해 분사되는 이온화된 CDA에 의해 제거된 후 잔류하는 전압을 비교하여 나타내었다.

공기통으로 공급하는 CDA 입력 압력은 0.3 MPa로 고정하여 실험하였으며 비교예 1과 실시예 1, 2, 3에 사용된 것과 동일한 방전전극소켓을 사용하였다. 측정되는 잔류 전압의 신뢰성을 높이기 위해 최초 공기통으로 CDA를 공급한 시점으로부터 연속적으로 막대형 이오나이저를 가동하였으며 72시간과 360시간이 되는 시점에서 방전전극소켓의 종류를 변화시킨 각 실험에서의 피제전체의 잔류전압을 측정하여 기록하였다.

표 5는 72시간(3일) 가동 후의 제전성능 검사 결과이며 표 6은 360시간(15일) 가동 후의 성능검사 결과이다. 표 5는 잔류 정전기 전압 비교에 의한 방전전극소켓의 제전효율 (72시간 가동기준)을 나타낸다. 그리고 표 6은 잔류 정전기 전압 비교에 의한 방전전극소켓의 제전효율 (360시간 가동기준)을 나타낸다.

표 5의 결과를 살펴보면 이 발명에서 고안하여 한 변의 길이가 0.16mm인 사각형의 분사노즐을 갖는 방전전극소켓을 사용하였을 경우는 직경 0.55mm의 원형 분사노즐이 설치된 종래의 방전전극소켓을 사용한 경우에 비하여 제전거리 600mm에서는 잔류하는 정전기 전압이 유사하지만 1000mm에서는 오히려 제전성능이 부족함을 알 수 있다. 그러나 한 변의 길이가 0.21mm, 0.26mm의 경우를 종래의 방전전극소켓과 비교할 때 노즐을 통해 분사되는 이온화된 CDA량이 작음에도 불구하고 제전거리 600mm 및 1000mm의 두 가지 경우 모두에서 잔류 정전기 전압이 낮아 제전성능이 크게 개선되었음을 알 수 있었다. 그러나 한 변의 길이가 0.16mm의 사각형 분사노즐을 사용한 실험으로부터 반드시 CDA의 사용량이 최소화되어야만 정전기 제거장치의 효율이 높은 것으로 판단할 수 없으며 이는 CDA의 사용량, 분사노즐과 피제전체 사이의 제전거리 및 피제전체의 잔류 정전기 전압을 동시에 고려하는 최적화된 조건의 분사노즐 선택이 중요하다는 것을 의미한다.

표 6의 경우는 가동 15일 후의 결과로서 종래의 방전전극소켓을 사용하는 경우 피제전체 내에 대전된 정전기의 양이 3일 가동 후에 비하여 급격히 증가됨을 알 수 있다. 이는 종래의 방전전극소켓이 많은 량의 CDA를 저압으로 분사함에 따라 사용시간이 증가될 수록 의해 방전전극 팁이 미립자 등으로 오염되어 이온의 발생량이 점점 작아지는 문제점을 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 이에 비하여 이 발명에 의해 고안된 방전전극소켓을 사용하는 경우는 15일 경과 후에도 3일 가동 시점에서의 잔류 정전기 압력과 큰 변화가 없다는 것을 알 수 있으며 이는 분사노즐의 단면적이 축소되어 CDA가 분사되더라도 공기통 내 압력의 입력 압력이 저하되지 않으므로 고속의 CDA 분사가 가능하고 분사노즐의 위치가 분사노즐이 방전전극에 접한 축방향으로의 평행 분사각을 가지므로 장시간 사용에도 방전전극이 오염되지 않는 효과가 있음을 알 수 있다. 이 발명에 의한 방전전극의 오염방지 개선효과는 도 5에 나타낸 360시간 가동 후의 종래 방전전극과 이 발명에 의해 고안된 각각의 방전전극의 사진을 비교함으로써 확인할 수 있다.

이처럼 이 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 이 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 이 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이 발명에 의한 방전전극소켓은 분사노즐의 단면적이 종래의 노즐과 비교하여 매우 작은 크기까지 임의로 조절할 수 있어 요구되는 제전거리와 이온전달을 위한 CDA 사용량을 효과적으로 변경할 수 있으며, 분사노즐이 방전전극에 접한 축방향으로의 고속의 속도로 분사되며 CDA의 사용량을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 고속 평행 분사각을 가지므로 장시간 사용에도 방전전극이 오염되지 않는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 방전전극, 접지전극, 고전압 발생부 및 제어기를 구비하여 이루어지고, 노즐을 통과하여 분사되는 CDA(clean dried air)를 이온화하고, 발생된 이온을 전달하여 피대전체가 보유한 정전기를 제거하는 코로나 방전식 정전기 제거장치에 부착된 방전전극소켓에 있어서,

   상기 CDA 분사노즐은 방전전극 전체를 둘러싸지 않고 동일한 단면적을 갖는 2개 이상의 노즐이 방전전극에 축방향으로 균등하게 접촉되도록 이루어져 있는 것을 특징으로 하는, 방전전극소켓.
2. 제 1 항에 있어서, 요구되는 제전거리와 CDA의 사용량에 따라 분사되는 이온화된 CDA의 량을 최적화시키기 위해 상기 방전전극소켓에 포함된 분사노즐의 단면적, 모양 및 위치의 하나 이상을 조절하여 이를 통해 얻어지는 CDA를 고압으로 대전물체에 분사하고, 이때 분사노즐은 CDA의 사용량을 줄이기 위해 CDA를 방전전극과 접촉하는 양쪽 축방향으로 고속으로 분사하여 고속의 평행 분사각을 확보하고 이를 통해 방전적극의 오염을 방지하는 것이 특징인, 방전전극소켓.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사되는 CDA의 입력압력은 0.05~1.5 MPa, 공기통의 내부 압력은 0.05~1.5 MPa, 분사되는 CDA의 량은 노즐당 0.5~100LPM의 범위내에 있는 것이 특징인, 방전전극소켓.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사노즐의 단면은 삼각형, 사각형, 반원형 및 유로를 형성할 수 있는 다각형의 구조 가운데 하나를 갖는 것을 것이 특징인, 방전적극소켓.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분사노즐의 CDA 분사속도의 범위는 60 내지 1500 m/sec인 것을 특징으로 하는, 방전전극소켓.

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