KR101200062B1 - 무빙 유닛을 구비한 스파크 방전 입자 발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스파크 방전 입자 발생기 관한 것으로, 스파크 방전이 발생되는 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 별도의 무빙 유닛을 통해 스파크 방전 과정 동안 자동으로 일정하게 유지시킴으로써, 입자 발생 과정에 대한 중단 및 이격 거리 재조정 없이 계속해서 입자 발생 기능을 연속적으로 수행할 수 있어 더욱 편리할 뿐만 아니라 입자 발생 조건을 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 균일한 특성의 입자를 연속적으로 발생시킬 수 있으며, 양극 전극 로드와 음극 전극 로드에 대한 방전 전압을 측정하고 측정된 방전 전압 변화량에 따라 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 이격 거리 유지 기능을 더욱 정확하게 수행할 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공한다.

Description

무빙 유닛을 구비한 스파크 방전 입자 발생기{Spark Discharge Aerosol Generator with Moving Unit}
본 발명은 스파크 방전 입자 발생기 관한 것이다. 보다 상세하게는 스파크 방전이 발생되는 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 별도의 무빙 유닛을 통해 스파크 방전 과정 동안 자동으로 일정하게 유지시킴으로써, 입자 발생 과정에 대한 중단 및 이격 거리 재조정 없이 계속해서 입자 발생 기능을 연속적으로 수행할 수 있어 더욱 편리할 뿐만 아니라 입자 발생 조건을 항상 일정하게 유지시킬 수 있어 균일한 특성의 입자를 연속적으로 발생시킬 수 있으며, 양극 전극 로드와 음극 전극 로드에 대한 방전 전압을 측정하고 측정된 방전 전압 변화량에 따라 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 이격 거리 유지 기능을 더욱 정확하게 수행할 수 있는 스파크 방전 입자 발생기에 관한 것이다.
일반적으로 미립자란 서브마이크론 대의 입경 범위를 지니는 미세입자를 의미하는데, 이러한 미립자는 전기소자, 항균, 촉매, 바이오 등의 특성을 나타내기 때문에, 최근에 반도체, 환경, 의료 분야 등 다양한 산업 분야에 널리 사용되고 있다.
이러한 미립자를 발생시키기 위한 입자 발생기는 주로 에어로졸 상태로 입자를 발생시키는데, Atomizing 방식, EHDS(Electro-Hydro-Dynamic Spray) 방식, 스파크 방전 방식 등이 있으며, Atomizing 방식, EHDS 방식의 경우 분무액과 같은 용매를 통해 입자가 분사되기 때문에 용매를 건조시켜야하는 후공정을 갖는 반면, 스파크 방전 방식은 이러한 용매 없이 입자가 발생될 뿐만 아니라 다양한 성분의 입자를 안정적으로 발생시킬 수 있으며, 발생 입자의 농도 및 크기 제어가 용이하고 장치의 소형화가 가능하다는 점에서 에어로졸 관련 실험에 더욱 많이 사용되고 있다.
이러한 스파크 방전 방식의 입자 발생기의 입자 발생 원리를 살펴보면, 먼저 양극과 음극 두개의 금속 전극 사이에 고전압 전원을 인가하여 스파크 방전을 발생시킨다. 이러한 스파크 방전에 의해 두개의 금속 전극에서는 열에 의해 금속 증기가 발생하게 되는데, 이때, 스파크 방전이 발생되는 두개의 전극 사이에 질소(N2) 또는 아르곤(Ar)과 같은 이송 기체를 공급하면, 금속 증기가 급속 냉각되며 응축, 응집 과정을 거쳐 입자로 성장하게 된다.
이와 같은 방식으로 입자를 발생시키는 스파크 방전 입자 발생기는 스파크 방전이 발생되는 과정에서 두개의 금속 전극 사이의 거리가 일정하게 유지되어야만 그 사이에서 일정한 방전 전압이 발생되고 이에 따라 동일한 특성의 입자가 발생되게 된다. 그러나, 두개의 금속 전극은 스파크 방전이 발생되는 동안 입자를 발생시키며 그 길이가 짧아지게 되고, 따라서 두개의 금속 전극 사이의 이격 거리는 최초 설정 상태보다 더 커지게 된다. 이와 같이 두개의 금속 전극 사이의 이격 거리가 최초 설정 상태보다 커지게 되면, 두개의 금속 전극 사이에서 발생하는 방전 전압이 변화하게 되어 발생되는 입자의 크기 및 특성이 달라지게 된다.
따라서, 실험실 등에서는 일정 시간 동안 두개의 금속 전극 사이에 스파크 방전을 발생시켜 입자를 생성시킨 후, 스파크 방전 과정을 중단하고 두개의 금속 전극 사이의 거리를 수작업으로 재조정한 후 다시 스파크 방전 과정을 재개하는 방식으로 입자를 발생시키고 있다. 이러한 이격 거리 재조정 과정은 입자를 발생시키는 동안 계속해서 반복적으로 이루어지기 때문에, 실험 과정의 연속성이 사라지게 되어 매우 불편할 뿐만 아니라 발생된 입자의 특성 또한 균일하지 못하여 사용자가 원하는 양질의 입자를 발생시키지 못한다는 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 스파크 방전이 발생되는 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 별도의 무빙 유닛을 통해 스파크 방전 과정 동안 자동으로 일정하게 유지시킴으로써, 입자 발생 과정에 대한 중단 및 이격 거리 재조정 없이 계속해서 입자 발생 기능을 수행할 수 있어 더욱 편리하고 연속적인 작업이 가능한 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 무빙 유닛을 통해 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 일정하게 유지시킴으로써, 입자 발생 조건을 항상 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 균일한 특성의 입자를 연속적으로 발생시킬 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양극 전극 로드와 음극 전극 로드에 대한 방전 전압을 측정하고 측정된 방전 전압 변화량에 따라 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 이격 거리 유지 기능을 더욱 정확하게 수행할 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리에 대한 중심 위치가 항상 일정하게 유지되도록 양 전극 로드 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 입자 발생 조건을 더욱 균일하게 유지시킬 수 있어 더욱 안정적으로 균일한 특성의 입자를 발생시킬 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 공간에 이송 기체를 공급 및 유입시키기 위한 기체 공급관 및 기체 유입관을 방전 케이스 내부로 연장하여 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 공간과 근접하게 배치시킴으로써, 이송 기체를 더욱 집중적으로 공급하고 원활하게 유입시킬 수 있으므로 입자 발생 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명은, 내부 공간이 밀폐되는 방전 케이스; 스파크 방전을 통해 입자를 발생시킬 수 있도록 상기 방전 케이스 내부 공간에 상호 이격되게 배치되는 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드; 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전이 발생하도록 전원을 공급하는 전원 공급 유닛; 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간으로 이송 기체를 공급할 수 있도록 상기 방전 케이스에 결합되는 기체 공급관; 스파크 방전을 통해 발생된 입자가 상기 이송 기체와 함께 유입될 수 있도록 상기 방전 케이스에 결합되는 기체 유입관; 및 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 이동시키는 무빙 유닛을 포함하고, 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드는 스파크 방전 과정 중에 상호 이격 거리가 일정하게 유지되도록 상기 무빙 유닛에 의해 자동으로 위치 조절되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기를 제공한다.
또한, 상기 스파크 방전 입자 발생기는 상기 양극 전극 로드와 상기 음극 전극 로드 사이에서 발생하는 방전 전압을 실시간으로 측정하는 전압 측정기; 및 상기 전압 측정기에 의해 측정된 방전 전압의 변화량에 따라 상기 무빙 유닛의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 무빙 유닛은 상기 양극 전극 로드와 고정 결합되며 상기 음극 전극 로드를 향하여 근접 또는 원격 방향으로 직선 이동하도록 상기 방전 케이스 내부에 장착되는 제 1 무빙 스테이지; 상기 음극 전극 로드와 고정 결합되며 상기 양극 전극 로드를 향하여 근접 또는 원격 방향으로 직선 이동하도록 상기 방전 케이스 내부에 장착되는 제 2 무빙 스테이지; 및 상기 제 1 및 제 2 무빙 스테이지를 각각 직선 이동하도록 구동하는 제 1 및 제 2 구동부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 무빙 유닛은 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 거리에 대한 중심 위치가 일정하게 유지되도록 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 이동시킬 수 있다.
이때, 상기 기체 공급관은 상기 이송 기체가 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간으로 집중 공급될 수 있도록 상기 방전 케이스 내부 공간으로 연장 형성되어 끝단이 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간에 근접하게 위치하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 기체 유입관은 스파크 방전을 통해 발생된 입자 및 상기 이송 기체가 원활하게 유입될 수 있도록 상기 방전 케이스 내부 공간으로 연장 형성되어 끝단이 상기 기체 공급관의 끝단과 마주보는 방향으로 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간에 근접하게 위치하며, 끝단으로 갈수록 내경이 확장되는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 스파크 방전이 발생되는 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 별도의 무빙 유닛을 통해 스파크 방전 과정 동안 자동으로 일정하게 유지시킴으로써, 입자 발생 과정에 대한 중단 및 이격 거리 재조정 없이 계속해서 입자 발생 기능을 수행할 수 있어 더욱 편리하고 연속적인 작업을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 무빙 유닛을 통해 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 일정하게 유지시킴으로써, 입자 발생 조건을 항상 일정하게 유지시킬 수 있고, 이에 따라 균일한 특성의 입자를 연속적으로 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 양극 전극 로드와 음극 전극 로드에 대한 방전 전압을 측정하고 측정된 방전 전압 변화량에 따라 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 이격 거리 유지 기능을 더욱 정확하게 수행할 수 있는 효과가 있다.
또한, 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 거리에 대한 중심 위치가 항상 일정하게 유지되도록 양 전극 로드 사이의 이격 거리를 조절함으로써, 입자 발생 조건을 더욱 균일하게 유지시킬 수 있어 더욱 안정적으로 균일한 특성의 입자를 발생시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 공간에 이송 기체를 공급 및 유입시키기 위한 기체 공급관 및 기체 유입관을 방전 케이스 내부로 연장하여 양극 전극 로드와 음극 전극 로드 사이의 이격 공간과 근접하게 배치시킴으로써, 이송 기체를 더욱 집중적으로 공급하고 원활하게 유입시킬 수 있으므로 입자 발생 효율을 더욱 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 동작 원리를 개념적으로 설명하기 위한 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 무빙 유닛에 대한 동작 상태를 개념적으로 나타내는 개념도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 기체 공급관 및 기체 유입관의 구성을 개념적으로 나타내는 개념도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 동작 원리를 개념적으로 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220)를 일정 간격 이격되게 위치시킨 후, 그 사이에 스파크 방전을 주기적으로 발생시킴으로써 입자를 발생시킨다. 전원 공급 유닛(300)(도 2 참조)은 두개의 전극 로드(210,220)에 스파크 방전이 발생하도록 전원을 공급하는데, 이러한 전원 공급 유닛(300)은 저항(Resistance)과 커패시턴스(Capacitance)를 포함하고, 커패시턴스가 저항을 통해 전기 에너지를 충전하도록 구성된다. 커패시턴스 내에 충전된 전기 에너지가 충전 한계를 넘어서게 되면, 커패시턴스에 축적된 에너지는 짧은 주기를 가지고 스파크의 형태로 두개의 전극 로드(210,220) 사이에서 방전되게 된다. 이러한 스파크 방전에 의해 두개의 전극 로드(210,220) 사이에서는 순간적인 플라즈마 상태가 발생하여 국부적으로 고온을 유발시킴으로써, 두개의 전극 로드(210,220)에서 전극 물질이 증발하게 된다. 이때, 두개의 전극 로드(210,220) 사이의 이격 공간으로 이송 기체를 공급하게 되면, 두개의 전극 로드(210,220)의 금속 증기(P1)는 이송 기체에 의해 급속 냉각된다. 냉각된 증기는 과포화 상태에 도달하게 되어 응축되며 단일 입자(P2)를 이루고, 단일 입자(P2)가 서로 응집되어 응집체(P3)를 이루며 결국 수십 나노 크기를 갖는 하나의 입자(P4)로 성장하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 이와 같은 일반적인 입자 발생 과정을 통해 입자를 발생시키도록 구성되는데, 이때, 본 발명은 스파크 방전 과정에서 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리가 일정하게 유지되도록 별도의 무빙 유닛(600)(도 2 참조)을 구비한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구조를 개념적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 방전 케이스(100)와, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)와, 전원 공급 유닛(300)과, 기체 공급관(400) 및 기체 유입관(500)과, 무빙 유닛(600)을 포함하여 구성된다.
방전 케이스(100)는 내부 공간이 밀폐되도록 형성되며, 이러한 방전 케이스(100)의 내부 공간에 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 장착된다. 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 전술한 입자 발생 원리에 따라 스파크 방전을 통해 입자를 발생시킬 수 있도록 상호 이격되게 배치된다. 전원 공급 유닛(300)은 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이에서 스파크 방전이 발생하도록 전원을 공급하는데, 전술한 바와 같이 저항과 커패시턴스를 포함하는 형태로 구성될 수 있다.
기체 공급관(400)은 이러한 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 이격 공간으로 이송 기체를 공급할 수 있도록 방전 케이스(100)에 결합되며, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에서 스파크 방전에 의해 발생된 금속 증기는 기체 공급관(400)에 의해 공급된 이송 기체에 의해 냉각되며 입자로 성장된다. 기체 유입관(500)은 이와 같이 스파크 방전을 통해 발생된 입자가 이송 기체와 함께 유입될 수 있도록 방전 케이스(100)에 결합된다. 즉, 기체 공급관(400)을 통해 방전 케이스(100) 내부로 이송 기체가 송풍되고, 이와 같이 송풍된 이송 기체는 스파크 방전에 의해 발생된 금속 증기를 입자화함과 동시에 입자화된 입자와 함께 기체 유입관(500)으로 유입된다. 기체 유입관(500)을 통과한 입자들은 기체 유입관(500)과 연결된 외부 장치를 통해 별도의 처리 과정을 거쳐 특정 상태로 성장하거나 저장되도록 구성된다. 따라서, 기체 공급관(400)과 기체 유입관(500)은 이송 기체의 흐름이 원활하게 진행되도록 그 끝단이 서로 마주보는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 스파크 방전 입자 발생기는 전술한 바와 같이 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220)가 스파크 방전을 통해 입자를 발생시키게 되므로, 그 입자 발생량에 해당하는 만큼 그 길이가 짧아지게 된다. 이와 같이 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220)의 길이가 짧아지게 되면, 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리가 증가하게 된다. 이러한 이격 거리 증가는 두 전극 사이에서 발생되는 스파크 방전의 특성, 예를 들면, 방전 전압, 열량 등의 변화를 유발하게 되며, 이에 따라 입자 발생기를 통해 발생되는 입자의 크기 및 특성이 변화하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 스파크 방전 과정에서 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리가 일정하게 유지되도록 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 이동시킬 수 있는 무빙 유닛(600)을 구비한다.
즉, 본 발명에 따른 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 스파크 방전 과정 중에 상호 이격 거리가 일정하게 유지되도록 무빙 유닛(600)에 의해 자동으로 위치 조절된다. 따라서, 종래 기술과 달리 입자 발생 과정 중 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리 재조정을 위해 입자 발생 과정을 중단할 필요없이 연속적으로 입자 발생기를 동작시킬 수 있으며, 이를 통해 더욱 정확하고 균일한 특성의 입자를 용이하게 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 도 2에 도시된 바와 같이 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이에서 발생하는 방전 전압을 실시간으로 측정할 수 있는 전압 측정기(700)와, 전압 측정기(700)에 의해 측정된 방전 전압의 변화량에 따라 무빙 유닛(600)의 동작을 제어하는 제어부(800)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 유닛(600)은 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이에서 발생하는 전압 변화에 따라 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 위치를 조절하도록 구성될 수 있다.
좀 더 자세히 살펴보면, 전술한 바와 같이 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이에서 스파크 방전이 발생하여 입자가 발생되면, 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220)의 길이가 감소하여 상호 이격 거리가 증가하게 되는데, 이와 같이 양 전극 사이의 거리가 증가하게 되면 파센(paschen)의 법칙에 따라 양 전극 사이에서 발생하는 방전 전압 또한 증가하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 발생기는 이러한 특성을 이용하여 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 위치를 조절하는 구조로서, 전압 측정기(700)를 통해 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이의 방전 전압을 계속해서 측정하고, 양극 전극 로드(210)와 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리 증가에 따라 전압 측정기(700)에 의해 측정된 전압이 최초 설정된 전압보다 더 커지면, 제어부(800)에 의해 무빙 유닛(600)이 동작하여 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 서로 근접하는 방향으로 이동시키도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 발생기는 입자 발생 과정에서 사용자가 스파크 방전 과정을 중단하고 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리를 재조정할 필요없이 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 방전 전압 변화량에 따라 자동 제어되는 무빙 유닛(600)에 의해 연속적으로 입자 발생 과정을 계속 진행할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 무빙 유닛에 대한 동작 상태를 개념적으로 나타내는 개념도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 방전 케이스(100)는 케이스 본체(110)와 케이스 덮개(120)로 분리 형성될 수 있으며, 케이스 본체(110)에 전극 로드(210,220), 기체 공급관(400), 기체 유입관(500) 및 무빙 유닛(600)이 모두 장착되도록 구성될 수 있다.
양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 각각 단일 금속 전극, 이종 금속 전극, 금속 산화물 전극, 탄소 전극 등 다양한 종류의 전극이 사용될 수 있는데, 도 3에 도시된 바와 같이 끝단이 서로 마주보는 방향으로 서로 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 기체 공급관(400) 및 기체 유입관(500)은 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 배치 방향과 직각 방향으로 배치되며, 그 끝단이 각각 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 사이 이격 공간을 향하도록 서로 마주보는 방향으로 배치된다.
무빙 유닛(600)은 양극 전극 로드(210)와 일체로 이동하도록 양극 전극 로드와 고정 결합하는 제 1 무빙 스테이지(610)와, 음극 전극 로드(220)와 일체로 이동하도록 음극 전극 로드와 고정 결합하는 제 2 무빙 스테이지(620)를 포함하여 구성된다. 즉, 제 1 무빙 스테이지(610)는 양극 전극 로드(210)를 이동시키기 위한 구성으로, 음극 전극 로드(220)를 향하여 근접 또는 원격 방향으로 직선 이동하도록 방전 케이스(100) 내부에 장착되고, 제 2 무빙 스테이지(620)는 음극 전극 로드(220)를 이동시키기 위한 구성으로, 양극 전극 로드(210)를 향하여 근접 또는 원격 방향으로 직선 이동하도록 방전 케이스(100) 내부에 장착된다. 이때, 방전 케이스(100)에는 별도의 베이스 플레이트(630)가 장착되고, 베이스 플레이트(630)의 상면에 가이드 홈(631)이 형성되며, 제 1 및 제 2 무빙 스테이지(610,620)는 이러한 가이드 홈(631)을 따라 직선 이동하도록 장착될 수 있다. 한편, 무빙 유닛(600)은 이러한 제 1 및 제 2 무빙 스테이지(610,620)를 각각 직선 이동하도록 구동하는 제 1 및 제 2 구동부(611,621)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 제 1 및 제 2 구동부(611,621)는 구동 모터(미도시)와 구동 모터에 의해 구동되는 스크류(미도시)를 통해 제 1 및 제 2 무빙 스테이지(610,620)를 구동하도록 구성될 수 있는 등 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
따라서, 제어부(800)는 제 1 및 제 2 구동부(611,621)를 동작 제어함으로써, 제 1 및 제 2 무빙 스테이지(610,620)의 직선 이동 거리를 정확하게 제어하며 이동시킬 수 있으므로 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리에 대한 일정 거리 유지 정도를 더욱 정밀하게 제어할 수 있을 것이다.
한편, 무빙 유닛(600)은 도 4에 도시된 바와 같이 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리에 대한 중심(c) 위치가 일정하게 유지되도록 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 이동시킬 수 있도록 구성된다.
즉, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 최초 스파크 방전 상태에서 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리가 d 인 상태에서, 스파크 방전 과정이 진행됨에 따라 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 각각 d1, d2 만큼 길이가 감소하게 되면, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리는 d+d1+d2 의 거리로 증가하게 된다. 이와 같이 이격 거리가 증가하게 되면, 무빙 유닛(600)의 제 1 무빙 스테이지(610)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 양극 전극 로드(210)를 음극 전극 로드(220)에 근접하는 방향으로 d1 만큼 이동시키고, 제 2 무빙 스테이지(620)는 음극 전극 로드(220)를 양극 전극 로드(210)에 근접하는 방향으로 d2 만큼 이동시키게 된다. 따라서, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 d 만큼의 거리를 그대로 유지하게 되고, 이때, 이격 거리에 대한 중심(c)의 위치는 무빙 유닛(600)의 작동 전후 모두 동일하게 유지된다.
이때, 양극 전극 로드(210)의 길이 감소량 d1과 음극 전극 로드(220)의 길이 감소량 d2는 서로 동일할 수도 있고 다를 수도 있는데, 항상 동일하게 감소되는 경우라면, 무빙 유닛(600)은 방전 전압 변화량에 따라 제 1 무빙 스테이지(610)와 제 2 무빙 스테이지(620)의 이동 거리가 항상 동일하게 형성되도록 작동함으로써 중심(c) 위치를 일정하게 유지시킬 수 있고, d1 및 d2 가 서로 다르게 감소되는 경우라면, 무빙 유닛(600)은 방전 전압 변화량과 함께 각각 d1 및 d2를 측정하여 각각 해당 거리만큼 제 1 및 제 2 무빙 스테이지(610,620)를 이동시키는 방식으로 중심(c) 위치를 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 유닛(600)은 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에 대한 길이를 측정할 수 있는 별도의 길이 측정 센서(미도시)를 더 구비할 수 있고, 길이 측정 센서에 의한 측정값에 따라 제어부(800)가 제 1 및 제 2 무빙 스테이지(610,620)의 이동량을 제어하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입자 발생기는 이러한 무빙 유닛(600)에 의해 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 거리가 일정하게 유지됨과 동시에 그 중심 위치 또한 항상 일정하게 유지되기 때문에, 기체 공급관(400) 및 기체 유입관(500)과의 상대 위치가 변경되지 않아 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 공간으로 공급되는 이송 기체의 공급 상태가 일정하게 유지되므로, 항상 동일한 입자 발생 조건이 유지되어 균일한 특성의 입자를 발생시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 기체 공급관 및 기체 유입관의 구성을 개념적으로 나타내는 개념도이다.
기체 공급관(400)은 도 5에 도시된 바와 같이 이송 기체가 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 이격 공간으로 집중 공급될 수 있도록 방전 케이스(100) 내부 공간으로 연장 형성되어 끝단이 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 이격 공간에 근접하게 위치하도록 형성될 수 있다. 또한, 기체 유입관(500)은 스파크 방전을 통해 발생된 입자 및 이송 기체가 원활하게 유입될 수 있도록 방전 케이스(100) 내부 공간으로 연장 형성되어 끝단이 기체 공급관(400)의 끝단과 마주보는 방향으로 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 이격 공간에 근접하게 위치하며, 끝단으로 갈수록 내경이 확장되는 형태로 형성될 수 있다.
즉, 기체 공급관(400)은 방전 케이스(100)의 외부에서 내부로 관통하도록 공급관 연장부(410)가 연장 형성되며, 기체 유입관(500) 또한 방전 케이스(100)의 외부에서 내부로 관통하도록 유입관 연장부(510)가 형성된다. 이때, 공급관 연장부(410) 및 유입관 연장부(510)의 끝단은 서로 마주보는 방향으로 배치되며 각각 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 공간에 근접하게 위치한다. 또한, 유입관 연장부(510)는 도 5에 도시된 바와 같이 끝단으로 갈수록 내경이 확장되는 형태로 형성되어 이송 기체 및 입자가 원활하게 유입될 수 있도록 구성될 수 있다.
이러한 구조에 따라 이송 기체가 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이의 이격 공간에 집중적으로 공급되어 입자 발생 조건을 더욱 양호하게 향상시킬 수 있으며, 또한 스파크 방전에 의해 발생된 입자는 더욱 집중적으로 기체 유입관(500)으로 유입될 수 있으므로 입자 발생 효율 또한 더욱 향상될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 케이스 210: 양극 전극 로드
220: 음극 전극 로드 300: 전원 공급 유닛
400: 기체 공급관 500: 기체 유입관
600: 무빙 유닛 610: 제 1 무빙 스테이지
620: 제 2 무빙 스테이지

Claims (6)

  1. 내부 공간이 밀폐되는 방전 케이스;
    스파크 방전을 통해 입자를 발생시킬 수 있도록 상기 방전 케이스 내부 공간에 상호 이격되게 배치되는 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드;
    상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전이 발생하도록 전원을 공급하는 전원 공급 유닛;
    상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간으로 이송 기체를 공급할 수 있도록 상기 방전 케이스에 결합되는 기체 공급관;
    상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전을 통해 발생된 입자가 상기 이송 기체와 함께 유입될 수 있도록 상기 방전 케이스에 결합되는 기체 유입관; 및
    상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 이동시키는 무빙 유닛
    을 포함하고, 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드는 스파크 방전 과정 중에 상호 이격 거리가 일정하게 유지되도록 상기 무빙 유닛에 의해 자동으로 위치 조절되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 전극 로드와 상기 음극 전극 로드 사이에서 발생하는 방전 전압을 실시간으로 측정하는 전압 측정기; 및
    상기 전압 측정기에 의해 측정된 방전 전압의 변화량에 따라 상기 무빙 유닛의 동작을 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 무빙 유닛은
    상기 양극 전극 로드와 고정 결합되며 상기 음극 전극 로드를 향하여 근접 또는 원격 방향으로 직선 이동하도록 상기 방전 케이스 내부에 장착되는 제 1 무빙 스테이지;
    상기 음극 전극 로드와 고정 결합되며 상기 양극 전극 로드를 향하여 근접 또는 원격 방향으로 직선 이동하도록 상기 방전 케이스 내부에 장착되는 제 2 무빙 스테이지; 및
    상기 제 1 및 제 2 무빙 스테이지를 각각 직선 이동하도록 구동하는 제 1 및 제 2 구동부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무빙 유닛은 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 거리에 대한 중심 위치가 일정하게 유지되도록 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 이동시키는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기체 공급관은 상기 이송 기체가 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간으로 집중 공급될 수 있도록 상기 방전 케이스 내부 공간으로 연장 형성되어 끝단이 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기체 유입관은 스파크 방전을 통해 발생된 입자 및 상기 이송 기체가 원활하게 유입될 수 있도록 상기 방전 케이스 내부 공간으로 연장 형성되어 끝단이 상기 기체 공급관의 끝단과 마주보는 방향으로 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간에 근접하게 위치하며, 끝단으로 갈수록 내경이 확장되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
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