KR101433412B1 - 저유지관리형 ａｃ 기류 구동식 정적 중성화기 및 정적 중성화 방법 - Google Patents

저유지관리형 ａｃ 기류 구동식 정적 중성화기 및 정적 중성화 방법 Download PDF

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이온 시스템즈, 인크.
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Abstract

저유지관리형 AC 기류 구동식 정적 중성화기가 제공되며, 상기 정적 중성화기는 하나 이상의 이미터 및 하나 이상의 기준 전극과, 상기 이미터 및 기준 단자로 전기적으로 연결되는 출력을 갖는 전력 공급기(이때, 상기 기준 단자는 상기 기준 전극으로 전기적으로 연결되며, 상기 전력 공급기는 출력 파형과 전기장을 생성하고, 상기 출력 파형은 이미터에 인가될 때 코로나 방전에 의해 이온을 생성한다)와, 생성된 이온과 이미터를 포함하는 제 1 영역을 가로지르는 기류를 생성하는 기류 공급원(이때 상기 기류는 특정 유속을 포함한다)을 포함한다. 이때, 제 1 지속시간 동안 출력 파형은 전기장에 의해 생성된 전기력을 감소시키고, 상기 출력 파형에 의해, 기류가 이미터 둘레의 제 2 영역 내에 위치할 수 있는 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어 갈 수 있고, 오염물 입자가 상기 이미터 상에 축적될 가능성이 최소화될 수 있다. 상기 제 1 영역은 제 2 영역을 포함할 수 있다.

Description

저유지관리형 ＡＣ 기류 구동식 정적 중성화기 및 정적 중성화 방법{LOW MAINTENANCE AC GAS FLOW DRIVEN STATIC NEUTRALIZER AND METHOD}
본 발명은 2007년 3월 17일자 US 가특허 출원 제60/918,512호로부터 우선권을 주장한다.
본 발명은 넓게는 정전하 중성화기(static charge neutralizer)라고 일컬어지는 정적 중성화기(static neutralizer)에 관한 것이며, 더 구체적으로는, 이미터(emitter) 상의 축적을 제한, 방지, 또는 감소시킴으로 인한 저유지관리형 교류(AC) 기류(gas flow) 구동식 정적 중성화기에 관한 것이다.
평면 패널 디스플레이, 전기 회로 등의 정전기에 민감한 물건, 또는 정전하의 반전에 의해 손상을 입을 수 있는 그 밖의 다른 물건에, 또는 이러한 물건들 가까이에, 축적되는 정전하를 감소, 또는 제거시키기 위해, 정적 중성화기가 흔하게 사용된다. 이러한 정전하를 감소, 또는 제거시키기 위해, 정적 중성화기가 반대 극성의 이온을 생성하며, 이러한 반대 극성의 이온이 정전하를 갖는 영역으로 전달될 때, 상기 정전하가 중성화된다.
정적 중성화기는 큰 전압, 이른바 이온화 전압(ionizing voltage)을 하나 이상의 이온 이미터(ion emitter)(일반적으로 이미터, 또는 이온화 전극이라고 일컬 어짐)에 인가함으로써, 이러한 이온을 생성한다. 각각의 이미터는 하나 이상의 기준 전극(reference electrode)에 인접하여 위치하고, 상기 하나 이상의 기준 전극은 반대 극성의 전압을 수신하는 이미터, 또는 접지된 전극의 형태를 가질 수 있다. 어느 타입의 기준 전극이라도 이미터로부터의 전기장을 끝내는 기능을 수행한다. 이미터 및 이에 대응한 기준 전극 양단에 충분한 전압이 유지될 때, 각각의 이미터와 이에 대응하는 기준 전극이, 주변 공기나 기체 매질에 두 극성 모두의 이온을 발생시킨다. 이미터 및 이에 대응하는 기준 전극은 이온화 셀(ionizing cell)이라고 일컬어질 수 있다. 이러한 이온화 전압은, 각각의 사용되는 이미터 근방에 전기장을 생성할 고전압 경도(high voltage gradient)를 발생시키고, 이러한 전압이 상기 이온화 셀에 대한 코로나 문턱 전압을 초과할 때, 코로나 방전이 이온을 생성한다.
상기 코로나 문턱값은 종종 이미터에 대한 코로나 개시 전압(corona onset voltage)이라고 일컬어진다. 와이어-타입, 또는 필라멘트-타입 이미터에 대해, 코로나 문턱 전압은 양의 이온화 전압에 대해 (+)5 내지 6㎸이고, 음의 이온화 전압에 대해 (-)4.5 내지 5.5㎸인 것이 통상적이다. 포인트-타입 이미터에 대해, 코로나 개시 전압은 두 극성 모두에 대해 1 내지 1.5㎸만큼씩 더 낮은 것이 통상적이다. 그러나 일반적으로, 이들 코로나 개시 전압 값은 깨끗한 이미터에만 인가될 수 있다.
이미터가 입자와 주변 공기나 기체로부터 공중 분자 오염물을 축적한다는 것은 종래 기술에서 잘 알려져 있다. 각각의 이미터는 이온을 생성하는 것에 추가로, 전기 집전기(electrostatic precipitator)로서 기능하다. 코로나 방전의 결과로서 대기에서 이미터 상의 오염물을 끌어당기고 채집한다. 이미터 상에 오염물이 축적됨으로써, 이미터의 기하학적 형태가 변형되고, 코로나 개시 전압이 상승된다. 오염된 이미터는 상당히 더 낮은 효율을 나타내며, 생성된 양이온 및 음이온의 밸런스, 이른바 “이온 밸런스”가 엉망이 되고, 이로 인해서 AC 정적 중성화기의 성능이 감소된다.
덧붙이자면, 103 내지 105㎐의 주파수를 갖는 AC 고전압 파형을 이온화 셀에 인가하는 정적 중성화기는 높은 이온 재결합율, 또는 이온 손실율을 단점으로 가질 수 있다. 일반적으로 무선 주파수(RF)와 연계되는 주파수 범위 내의 이러한 주파수에서, 이온화 전극에 하나의 극성의 파형이 인가될 때, 코로나-생성된, 상기 극성의 이온의 대부분이 전극으로부터 밀려난다. 상기 이온들이 이온화 전극으로부터 멀리 이동할 충분한 시간을 가질지라도, 이들은 파형의 극성이 반전되기 전에, 저전압, 또는 기준 전극에 도달할 만큼 충분히 멀리는 이동하지 못한다. 극성이 반전될 때, 나머지 극성의 이온에 대해서도 동일한 이동이 발생한다. 따라서 주로, 이온화 전극(또는 이온 방출 전극)과 기준 전극 사이의 갭의 중앙 부분에 바이폴라 이온 구름(bipolar ion cloud)이 형성될 수 있다. US 특허 제7,057,130호에서 이미 기재된 바와 같이, 이러한 구름 형성은, 이온 이동도(ion mobility), 전압 진폭(voltage amplitude) 및 주파수 값(frequency value)의 적정한 세트에 대해 발생한다.
고전압 고주파수 AC 파형을 사용하는 이러한 타입의 정적 중성화기는 매우 효과적인 공기, 또는 기체 이온화를 제공하며, 높은 이온 농도를 갖는 바이폴라 이온 구름을 생성한다. 그러나 RF 범위에서 발진하는 전기장은 이온을 밀어내지 않고, 대전된 물체 쪽으로 이동시키지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 이들 정적 중성화기는 공기, 또는 기체 이동 수단, 예를 들어, 송풍기(blower), 또는 팬(fan), 또는 하나 이상의 노즐을 통해 분출되는 압축 기체를 사용하여, 이들 이온을 전하 중성화를 위해 선택된 물체 쪽으로 전달시킨다.
이러한 기류(gas flow) 해결책은, 이온화 셀 내 갭을 통과하는 기류가 증가하기 때문에, 원치 않는 오염물 입자가 이미터(예를 들어, 이미터의 바디, 또는 이미터의 포인트) 상에 축적되는 것이 증가된다는 단점을 갖는다. 이러한 축적은 이미터의 기하학적 형태에 영향을 미치고, 이미터의 코로나 개시 전압을 상승시키는데, 이는 정적 중성화기의 실시간 이온 생산량과 효율을 감소시킨다.
하나의 해결책으로는, 기류 구동식 정적 이온화기를 위한 깨끗한, 즉, 오염되지 않은 공기나 기체를 제공하는 것이 있다. 그러나 이러한 해결책은, 특히, 이온화 셀이 대기에 노출되는 경우, 이루기 어렵고, 비용이 많이 들 수 있다.
US 특허 제4,734,580호 및 제5,768,087호에서 나타난 또 하나의 해결책은 정적 중성화기의 이미터를 세척하기 위해 수동, 또는 자동 브러쉬를 사용하는 것을 포함한다. 이러한 기계적 세척의 방법은 효과적이지만, 추가적인 기계적 부품을 필요로 하고, 일부 경우에서, 수동, 또는 자동 세척 브러쉬가 세척 중인 이미터보다 더 깨끗하게 유지되지 않을 경우, 이미터의 오염 물질을 증가시킬 수 있다.
또 하나의 해결책으로는 특수한 세척 건조 공기(CDA: clean dry air), 또는 비활성 기류(예를 들어 질소)를 사용하여, 이미터의 침(tip)을 둘러싸는 보호 기체 막을 생성하는 것이 있으며, 이는 US 특허 제5,847,917호에서 기재되어 있으며, US 특허 출원 2006/0193100에서 공개되어 있다. 이 방법은 높은 비용이 들며, 포인트형 이미터를 갖는 노즐을 사용하는 정적 중성화기로 적용이 제한된다.
도 1은 US 특허 제5,055963호 및 제6,118,645호로 출원되고, US 특허 출원 2003/0218855호로 공개된, 바이폴라 이온 구름을 생성하는 종래의 DC 정적 중성화기(2)의 개략도를 도시한다. 이러한 타입의 시스템은, 둘 이상의 이미터(8a 및 8b)에게, 일정한 전압 크기(+U 및 -U)의 서로 다른 극성을 갖는 이온화 전압(6a 및 6b)을 개별적으로 제공하는 2개의 매우 안정적인 고전압 DC 전력 공급기(4a 및 4b)를 필요로 하며, 따라서 제조 및 유지관리에 비교적 비용이 많이 든다. 공중 입자가 이온화 셀(10)에 접근함에 따라 대전되고, 각각의 이온화 전압을 계속 수신함으로써 양 및 음의 이미터(8a 및 8b)에 계속 끌리기 때문에, 이러한 타입의 DC 정적 중성화기는 오염률이 비교적 높다는 것을 단점으로 갖는다.
도 2는 US 특허 제3,711,743호, 제4,901,194호 및 제4,951,172호에서 기재된 펄스형 DC 정적 중성화기(12)의 개략도를 도시한다. 펄스형 DC 중성화기(12)는, (이온화 전극이라고도 일컬어지는) 개별적인 이미터(18a 및 18b)에게 출력 파형(15a 및 15b)을 각각 제공하는 양의 전력 공급기(14a)와 음의 전력 공급기(14b)를 사용한다는 것을 제외하고는, DC 중성화기(2)와 유사하다. 출력 파형(15a 및 15b)은 도시되는 바와 같이, 각각 펄스형 이온화 전압(16a 및 16b)을 갖는 파형이 다. 이러한 타입의 DC 중성화기는 비교적 낮은 이온 재결합율을 갖지만, 비교적 높은 이미터 오염율과 시스템 복잡성을 단점으로 갖는다.
도 3은 일본 특허 JP2004039352와 US 특허 출원 2005/0116167에서 기재된 펄스형 DC 정적 중성화기(20)의 또 다른 예를 도시하며, 상기 펄스형 DC 정적 중성화기(20)는 마이크로프로세서(도면상 도시되지 않음)에 의해 주기적으로 스위칭되는 양 및 음의 고전압 전력 공급기(21a 및 21b)를 사용하며, 이들 각각의 2개의 전압이 합산 회로(summing circuit, 22)에서 조합된다. 이러한 저주파수 시스템은, 합산 회로의 출력(25)을, 이미터(26)를 포함하여 모든 이온 이미터에게 전송하기 위한 단 하나의 고전압 버스(24)를 사용한다. 이들 이미터 상으로의 오염물질의 축적율은 펄스형 DC 시스템, 가령 펄스형 DC 중성화기(12)에 대한 것과 거의 동일하다. 도 1 및 3에서 나타난 출력 파형은 5㎐ 이하의 DC, 또는 느리게 스위칭된 DC 펄스를 이용한다.
본 발명의 도 4에서 도시되어 있고, US 특허 제4,757,422호 및 특허 출원 제2005/0286201호에 기재된 바와 같이, 다수의 AC 정적 중성화기, 가령, 정적 중성화기(28)는 단순한 라인 주파수(50 내지 60㎐) 승압 변압기(30)를 자신의 고전압 전력 공급기로서 이용하고, 통상적으로 약 100㎐ 이하의 저주파수 이온화 출력 파형(32)을 이용한다. 이들 AC 정적 중성화기는 저렴하지만, 저주파수 이온화 전압 때문에, 승압 변압기의 부피는 꽤 크고, 이로 인해 정적 중성화기의 부피가 커진다. 덧붙이자면, 이러한 타입의 AC 정적 중성화기는 펄스형 DC 중성화기, 가령, 중성화기(12 및 20)를 초과하는 오염률을 갖는다.
도 5는 기류 구동식 AC 정적 중성화기(34)의 또 다른 예시를 도시하며, 이는 US 특허 제6,646,856호와 일본 특허 JP2004273357에서 더 기재되어 있다. 정적 중성화기(34)는 이온화 셀(36) 당 2개의 이미터(35a 및 35b)를 갖는 것으로 도시된다. 이미터(35a 및 35b)는, 코로나에 의한 양 및 음의 이온이 생성되기에 충분한 진폭을 갖는 고전압 전력 공급기(38)로부터 고주파수 연속 출력 파형(37)을 수신한다. 이 진폭은 고정값으로 유지되며, 시간에 따라 변하지 않는 최대 피크-투-피크(peak-to-peak) 크기를 갖는다. 또한 정적 중성화기(34)는 공기 송풍기(도면상 도시되지 않음)를 포함하며, 전력 공급기(37)는 저렴하게 비교적 작은 풋 프린트(foot print)로 제조될 수 있다. 그러나 정적 중성화기(34)는, 이미터가 약 50 내지 100 작동 시간마다 세척될 것을 필요로 하기 때문에, 비교적 높은 오염율을 단점으로 갖는다.
따라서 기중 오염 입자의 이미터 상으로의 축적을 제한, 또는 방지, 또는 감소시키는 낮은 유지관리 AC 기류 구동식 정적 중성화기가 요구된다.
저유지관리형 AC 기류 구동식 정적 중성화기가 제공되며, 상기 정적 중성화기는 하나 이상의 이미터 및 하나 이상의 기준 전극과, 상기 이미터 및 기준 단자로 전기적으로 연결되는 출력을 갖는 전력 공급기(이때, 상기 기준 단자는 상기 기준 전극으로 전기적으로 연결되며, 상기 전력 공급기는 출력 파형과 전기장을 생성하고, 상기 출력 파형은 이미터에 인가될 때 코로나 방전에 의해 이온을 생성한다)와, 생성된 이온과 이미터를 포함하는 제 1 영역을 가로지르는 기류를 생성하는 기류 공급원(이때 상기 기류는 특정 유속을 포함한다)을 포함한다. 이때, 제 1 지속시간 동안 출력 파형은 전기장에 의해 생성된 전기력을 감소시키고, 상기 출력 파형에 의해, 기류가 이미터 둘레의 제 2 영역 내에 위치할 수 있는 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어 갈 수 있고, 오염물 입자가 상기 이미터 상에 축적될 가능성이 최소화될 수 있다. 상기 제 1 영역은 제 2 영역을 포함할 수 있다.
도 1 내지 5는 다양한 종래 기술의 정적 중성화기와 그들의 이온화 셀 및 출력 전압 파형을 도시한다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 보강된 이미터 오염 제어를 갖는 AC 기류 구동식 정적 중성화기를 도시한다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 바이폴라 이온 구름의 생성을 가능하게 하고, 이미터 근방에 위치할 수 있는 오염물 입자의 축적을 최소화하는 출력 파형을 도시한다.
도 8은 포인트-타입 이미터와 와이어-타입 이미터를 이용하여 생성된 전기장을 대한 전기장 강도 분포 프로파일을 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르는, 측면에서 봤을 때 평평한 표면을 갖는 하나 이상의 기준 전극(104)을 포함하는 정적 중성화기(94)를 도시한다.
도 10은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따라, 정적 중성화기에서 사용될 수 있는 출력 파형의 대안적 예시를 도시한다.
도 11은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따라, 정적 중성화기에서 사용될 수 있는 출력 파형의 대안적 예시를 도시한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, 유속의 변화에 응답하여 시간 주기 동안 AC 기류 구동식 정적 중성화기에 의해 사용되는 전력 공급기에 의해 조정되는 예시적 출력 파형을 도시한다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따르는, AC 기류 구동식 정적 중성화기에서의 이미터 오염을 제한하는 방법을 도시한다.
본 발명은 주어진 유속(flow velocity)에서 기류(gas flow)를 확립하고, 하나 이상의 이미터(emitter)에 인가될 때 오염물 입자를 이미터로부터 몰아내고, 이러한 오염물 입자의 이미터 상의 축적율을 감소시키는 이온화 전압 파형(ionizing voltage waveform)을 사용한다. 기류가 코로나 방전 영역(corona discharge region)을 통과할 때, 상기 기류는, 상기 이온화 전압에 의해 제공된 고강도 전기장(high intensity electrical field)에 의해, 그리고 코로나 방전에 의해 생성된 이온에 의해 영향 받는 기중(gas borne) 오염물 입자를 함유할 수 있다. 그 후, 이들 이온은 이미터 근방의 영역으로부터 밀어내지고, 기류에 의해 정전하 중성화의 표적인 물체(이하, “표적 물체”) 쪽으로 운반된다. 그러나 이들 오염물 입자 중 일부는, 기류가 이들 오염물 입자를 이미터로부터 쓸어 가는 것을 방해하는, 전기 장에 의해 부여되는 전기력으로 인해 이미터 주변 영역 내에 유지될 수 있다. 본 발명은 이러한 전기력을 감소시킴으로써, 이러한 축적을 예방, 또는 축소시킨다. 본 발명은, 주변 공기에 비교적 낮은 공중 입자 농도를 갖는 환경, 가령, 반도체 및 평면 패널 제조 및 조립 산업 환경에서조차, 또는 기류 공급원(gas flow source)의 부분으로서 사용되는 기체에서 이미터 입자 오염을 감소시키는 이점을 제공할 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 이미터 오염 방지 AC 기류 구동식 정적 중성화기(40)가 도시된다. 정적 중성화기(40)는 하나 이상의 이미터(42) 및 하나 이상의 기준 전극(가령, 기준 전극(44a 및 44b))과, 이미터(42)로 전기적으로 연결되어 있는 전력 공급 출력(48) 및 기준 레일(가령, 접지(52))을 통해 기준 전극(44a 및 44b)으로 전기적으로 연결되어 있는 기준 단자(50)를 갖는 전력 공급기(46)를 포함한다. 또한 중성화기(40)는 이미터(42) 근방의 영역(58)을 가로지르는 유속(flow velocity)을 갖는 기류(56)를 생성하는 기류 공급원(gas flow source, 54)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 영역(58)은 이미터(42)와 기준 전극(44a 및 44b) 사이에 형성되는 갭(60a 및 60b)을 포함한다.
이미터(42) 및 기준 전극(44a 및 44b)은 이미터(42)와 기준 전극(44a 및 44b)에 대한 지지 구조(도면상 도시되지 않음)를 제공하는 이온화 셀(67)의 부분일 수 있다. 기류 공급원(54)은 저전압 전력 공급기(63)로부터 전력을 수신하는 팬(fan, 66)과 플레넘(plenum, 68)을 포함할 수 있다. 팬(66)은 영역(58)으로부터 상향(upstream), 또는 하향(downstream)에 위치할 수 있다. 기류 공급원으로서 팬 을 이용하는 것은 본 발명을 제한하는 것이 아니다. 과전하(surcharge, 65)를 갖는 표적 물체(64)로 이온이 전달되는 것을 기체가 보조할 수 있도록 상기 기체를 구동하는 기능을 제공할 수 있는 임의의 기류 공급원이 사용될 수 있다. 예를 들어, 노즐을 통해 존재하는 압력 받는 기체, 동심(concentrically)으로 전극을 덮는 노즐 외피, 출구(exit aperture)를 포함하는 플레넘, 기체-보조 이온화 바(bar), 또는 종래 기술에서 잘 알려진 또 다른 기류 공급원이 있다.
전력 공급기(46)는, “출력 파형”(62)이라고 명명된 시간에 따라 변하는 출력 신호를 생성하며, 상기 출력 신호는, 코로나 방전에 의해 양으로 대전된 이온과 음으로 대전된 이온의 세트(또한 본원에서 “바이폴라 이온 구름”이라고 일컬어짐)를 생성함으로써, 이온화 파형 전압(V)으로서 기능한다. 이들 바이폴라 이온 구름(도면상 도시되지 않음)은 각각 이미터(42)와 기준 전극(44a) 사이, 그리고 이미터(42)와 기준 전극(44b) 사이에서 교번한다. 이러한 바이폴라 이온 구름을 생성하기 위해, 출력 파형(62)은 약 10㎑ 내지 100㎑의 주파수(Fb)를 갖도록 구성될 수 있다. 이들 주파수에서, 바이폴라 이온 구름은 갭(60a 및 60b)의 중앙, 또는 중앙 근처에 위치할 것이며, 이는 갭(60a 및 60b)의 중앙, 또는 그 근처에서 비교적 높은 밀도의 이온을 도출한다. 교번하는 바이폴라 이온 구름의 생성은 잘 알려져 있고, US 특허 7,057,130에 추가로 게시되어 있다. 기류(56)가 통과하는 하나의 영역이나 공간에서, 또는 그 근처에서 이온의 밀도를 증가시킴으로써, 이온을 표적 물체(64)로 전달하는 기류(56)의 효율이 증가하고, 이온 재결합율이 감소된다.
대안적 실시예에서, 출력 파형(62)은 1㎑처럼 낮은 AC 주파수를 가질 수도 있으며, 따라서 10㎑의 하한으로 제한받는 것은 아니다. 10K 이하의 출력 파형 주파수를 이용하는 것은, 이온을 갭(60a 및 60b)의 중앙 가까이에 위치시키는 것에 덜 효과적이지만, 기류(56)가 주로 통과하는 이온들의 농도가 감소될 수 있고, 이온을 표적 물체(64)로 전달하는 기류(56)의 효능이 감소될 수 있다. 덧붙이자면, 영역(58)은 갭(60a 및 60b)의 중앙으로 국한되지 않으며, 기류(56)가 발생된 바이폴라 이온들을 표적 물체(64)로 전달할 수 있게 해주는 임의의 영역, 또는 공간일 수 있다.
기류(56)가 영역(58) 근처의 오염물 입자를 제거하고, 이미터(42) 상의 오염물 입자의 축적을 감소할 수 있게 허용하는 선택된 시간 주기에서, 출력 파형(62)이 이미터(42)에 인가될 때, 상기 출력 파형(62)은 강도를 갖는 전기장을 생성한다. 도면이 과하게 복잡해지는 것을 피하기 위해 이러한 이온 및 전기장은 도 6에서는 도시되지 않았다.
도 6 및 7을 참조하면, 출력 파형(62)이 DC 오프셋(Voff)(도면상 나타나지 않음)과, 하나 이상의 변조 부분(modulation portion, 72)(또한 펄스 트레인(pulse train)이라고도 일컬어짐)을 가질 수 있다. 상기 변조 부분(72)은 블로우-오프 부분(blow-off portion, 74)과 버스트 부분(burst portion, 76)을 포함한다. 이 예시의 버스트 부분(76)이 펄스 트레인의 형태를 갖기 때문에, 버스트 부분(76)은 버스트 인터벌(burst interval)이라고도 일컬어질 수 있다. 정적 중성화기(40)가 표적 물체(64)의 전하 중성화를 제공하도록, 그리고 이미터(42) 상의 입자 오염물의 축적이 감소되도록 이 파형 매개변수가 선택된다.
버스트 부분(76) 동안, 출력 파형(62)은 특정 이미터(가령, 도 6의 이미터(42))에 대한 양 및 음의 코로나 개시 문턱값(80a 및 80b)을 초과하는 진폭(V)(78)을 갖는다. 이들 문턱값은 본 발명을 제한하기 위함이 아니며, 이미터(42)의 기하학적 형태, 이온 이동도(ion mobility) 및 해당 업계 종사자라면 알고 있는 그 밖의 다른 인자에 따라 달라진다. 도시된 실시예에서, 코로나 개시 문턱값(80a 및 80b)이, +/- 4㎸ 내지 12㎸의 각각의 진폭을 가질 수 있다. 덧붙이자면, 출력 파형(62)은 버스트 부분(76) 동안 정현파 형태를 갖는 것으로 나타난다. 정현파형이, 진폭 변조를 사용함으로써, 도시된 형태가 발생되는 것을 가능하게 할지라도, 버스트 부분(76) 동안 정현파형의 시간에 따라 변하는 신호를 이용하는 것으로 제한되는 것이 아니며, 임의의 파형 형태가 사용될 수 있다. 예를 들어, 출력 파형(62)은 임의의 적합한 파형 형태를 가질 수 있으며, 예를 들어, 사다리꼴 파형, 톱니 형태 파형, 사각 파형, 삼각 파형, 또는 이들 파형의 임의의 조합을 가질 수 있다.
또한 버스트 부분(76) 동안, 출력 파형(62)은, 표적 물체(64)까지의 거리와 기류(56)의 유량을 정합하도록 설정될 수 있는 “출력 파형 주파수”또는 “기본 주파수”(Fb)라고 일컬어지는 주파수를 갖는다. 나타나는 실시예에서, 기본 주파수가 약 10 내지 80㎑의 범위로 제한되는 것으로 나타날지라도, 이 기본 주파수는 약 1㎑ 내지 100㎑의 범위를 가질 수 있다.
변조 부분(72)은 버스트 부분 주파수(Fm)로 발생하며, 이는 초 당 발생하는 변조 부분(72)의 사이클의 횟수를 반영한다. 버스트 부분(76)의 주기(Tb)와 변조 부분(72)의 주기(Tm)의 비는, 출력 파형(62)의 듀티 사이클(Dm)을 결정하고, 이는
Dm = Tb/Tm (0)
으로서 표현될 수 있다. 버스트 부분 주파수(Fm)는 이하에서 설명되는 바와 같이 선택되어질 수 있다.
그러나 출력 파형(62)을 이미터에 인가함으로써, 전기력을 발생하는 전기장이 생성되는데, 상기 전기력은 오염물을 동작 중인 이미터, 가령, 이미터(42) 쪽으로 끌어들이고, 이러한 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어 가는 기류의 효능을 감소시킨다. 이러한 전기력은 쿨롱력(Fc)과 이중전기영동력(dielectrophoretic force)(Fd)을 포함한다. 블로우-오프 부분(74)을 출력 파형(62)의 일부분으로서 제공함으로써, 이 전기장이 감소된다. 블로우-오프 부분(74) 동안, 출력 파형(62)은 코로나 개시 문턱값(80a 및 80b)을 초과하지 않는 “비-버스트 진폭(non-burst amplitude)”(82)이라고 일컬어지는 진폭(V)을 갖는다. 도시된 예시에서, 비-버스트 진폭(82)은 블로우-오프 부분(74) 동안 0의 전압 크기를 갖는다. 비-버스트 진폭(82)의 크기를 제한함으로써, 출력 파형(62)이 선택된 이미터, 가령, 이미터(42)에 도달할 때, 도출되는 전기장이 감소된다. 이러한 전기장을 감소시킴으로써, 쿨롱력과 이중전기영동력이 감소되고, 주어진 유속의 기류(56)는, 상기 기류(56)에 의해 제공되는 공기역학적 힘(aerodynamic force, Fa)을 통해 오염 입자를 반출하거나, 쓸어버릴 수 있다. 기류(56)가 통과하고, 출력 파형(64)에 의해 이온이 생성되는 공간, 또는 영역, 가령, 영역(58)에서 오염 입자에 미치는 최종 힘은,
F = Fa + Fc + Fd (1)
와 같이 표현될 수 있으며, 이때, F는 이미터 근처 영역, 가령 영역(58)에서의 오염 입자 상의 최종 힘이며, Fa는 기체-구동형 정적 중성화기에서의 기류에 의해 제공되는 공기역학적 힘이며, Fc 및 Fd는 각각, 출력 파형(62)에 의해 생성된 전기장에 의해 발생되는 쿨롱력 및 이중전기영동력이다.
기류 방향과 유속(또는 유량)에 따라, 공기역학적 힘(Fa)은 오염 입자를 이미터 표면 쪽으로, 또는 이미터 표면에서 멀어지는 쪽으로 이동시킬 것이다. 일반적으로, 난기류(레이놀즈수 Re>1000)에 대한 공기역학적 힘, 또는 항력(drag force)은,
Fa=Cd(πRp 2)(ρu2/2) (2)
로 주어지며, 이때, Cd는 항력 보정 계수(drag correction coefficient)이고, Rp는 입자의 직경이며, ρ는 공기, 또는 기체 밀도이고, u는 공기, 또는 기체 속도이다. 공기역학적 힘(Fa)은 이미터(42)와 이에 대응하는 이온화 셀(67)로부터 오염물 입자를 멀리 몰아내는 작용을 갖는다.
비교적 낮은 유속으로, 크게 대전된 오염물 입자가 쿨롱력(Fc)을 제공하며, 상기 쿨롱력(Fc)은 이온화 셀의 영역에서 공기역학적 힘을 압도할 것이다.
Fc = qE (3)
q가 입자 전하이며, E는 이미터(가령, 이미터(42))에 인가되는 고전압(가령, 출력 파형(62))에 의해 생성되는 전기장 강도이다.
이중전기영동력(Fd)은 대전된 오염물 입자와 중성 상태의(대전되지 않은) 오염물 입자 모두에 작용한다. 코로나 방전 AC 장에 위치하는 이상적인 구형의 중성 상태 입자에 대해, 이중전기영동력(Fd)은,
Figure 112009062520277-pct00001
(4)
쿨롱력(Fc)은 오염물 입자가 보유하고 있는 전하에 따라 달라지기 때문에, 이미터(42)에 가까운 공간, 가령, 영역(58) 내에 위치하는 오염물 입자에 관련하여, 쿨롱력(Fc)은 빠르게 0에 도달하는 크기를 갖는다. 그러나 바이폴라 이온에 의한 작동 동안, 이러한 오염물 입자는 중성화되며, 쿨롱력(Fc)의 크기는 비교적 사소해진다. 따라서 이미터 상으로의 축적 가능성, 또는 축적률을 감소시키기 위해, 주어진 오염물 입자 상에 부여된 공기역학적 힘과 이중전기영동력 간의 관계는,
Fa>>Fd (5)
Fd>>Fc (6)
와 같이 표현되며, 이때, Fa는 기체-구동형 정적 중성화기에서 기류에 의해 제공되는 공기역학적 힘이고, Fc와 Fd는 각각, 출력 파형(62)에 의해 생성되는 전기장에 의해 발생되는 쿨롱력과 이중전기영동력이다.
수식(1)은,
F=Fa+Fd (7)
와 같이 단순화될 수 있다.
버스트 부분(76)의 매 사이클 동안, 이미터(42)에서의 출력 파형(62)의 평균 전압을 0에 가까이 유지함으로써, 영역(58) 내에서 오염물 입자 상의 전하(q)가 효과적으로 중성화될 것이다. 이러한 전하(q)가 중성화되고, 0에 근접함에 따라, 쿨롱력(Fa)의 크기가 또한 0에 근접하게 되고, 이는 조건(5)을 만족시킨다.
본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 각각의 변조 부분(72) 동안, 블로우-오프 부분(74)이 발생하기 때문에, 주어진 시간 주기 동안 이중전기영동력을 발생하는 전기장(E)이 주기적으로 감소된다. 이러한 전기력의 감소에 의해, 기류(56)가 오염물 입자를 운반, 또는 반출할 수 있다. 그렇지 않다면, 상기 오염물 입자는 이미터 상에 축적됐고, 기류(56)에 의해 제공되는 공기역학적 힘에 저항했을 것이다. 덧붙이자면, 버스트 부분(76)을 제공함으로써, 오염물 입자 중성화뿐 아니라, 표적 물체 중성화를 위한 바이폴라 이온이 제공된다. 버스트 부분과 블로우-오프 부분을 갖는 출력 파형을 이용하여, 정적 중성화기가 제공되며, 상기 정적 중성화기는 기류 공급원에 의해 표적 물체 쪽으로 향해질 수 있는 이온을 발생시키고, 이미터 오염을 감소시켜서, 정적 중성화기의 동작 효율을 증가시키고, 이미터 세척 필요성을 최소화시킨다.
출력 파형, 가령, 도 6 및 7의 출력 파형(62)에 의해 생성된 전기장은, 불균일한 방사 강도 분포를 가지며, 이미터로부터 시작해서, 기준 전극에서 끝난다. 이러한 불균일한 방사 강도 분포는, 이미터의 팁(tip)에서 측정될 때 최대이고, 기준 전극의 가장 가까운 표면에 도달해서 끝날 때까지 감소하도록 일반화될 수 있다. 예를 들어, 도 8에서 도시된 바와 같이, 그리고 도 6 및 7을 참조하여, 0.1㎜의 곡률 반경을 갖는 뾰족한 끝의 단부를 갖는 이미터(42)를 구성함으로써, 정적 중성화 기(40)의 동작 동안 이미터 팁의 중심으로부터 약 0.5㎜의 거리(88)에서 측정될 때, 최대 강도가 100배 이상 감소된 전기장 강도 분포(86)를 갖는 전기장이 도출된다.
도 8은 또한, 동작 동안 전도성 필라멘트의 형태의 이미터를 이용하는 정적 중성화기에 의해 생성된 전기장의 전기장 강도 분포(90)를 도시한다. 전기장 강도는, 각각의 전극으로부터 주어진 거리에 대해 표적 전극에 대한 속도보다 더 낮은 속도로 감소된다. 와이어-타입, 또는 필라멘트 이미터에 대해 전기장 강도 분포의 동일한 100배 감소를 성취하기 위해, 이미터의 가장 가까운 노출 표면으로부터 거리(92)가 약 1㎜일 것이 요구된다. 특정 이미터 및 각각의 기준 전극에 대해, 최대 가능한 값에서부터 상기 최대값의 1%까지의 범위를 갖는 불균일한 전기장 강도 분포를 갖는 영역이 “하이 필드 영역(high field region)”이라고 일컬어진다. 예를 들어, 도 6 및 도 9에서, 정적 중성화기(40 및 94)는 각각 하이 필드 영역(96 및 98)을 갖는 것으로 나타난다.
도 7을 참조하여, 버스트 부분(76)은 바이폴라 이온의 생성과 오염물 입자의 중성화를 위한, 이른바 “입자 중성화 주기”(100)인 시간 주기를 포함하고, 바이폴라 이온의 지속적인 생성을 위한, 이른바 “이온화 주기”(102)인 시간 주기를 포함한다. 상기 이온화 주기(102)는 표적 물체 중성화를 위해 사용된다. 입자 중성화 주기(100)는 생성된 이온 전류(ion current)에 의해, 특징지워질 수 있는 프로세스인데, 왜냐하면 이온 전류는 이온 발생량에 비례하기 때문이다. 이온 발생률과 재결합률이 거의 동일할 때, 이미터와 기준 전극 사이의 갭에서 이온 농도가 빠르 게 최대치가 된다. 오염물 입자의 중성화는 오염물 입자의 반경, 전하량 및 농도에 따라 기하급수적인 프로세스이거나 더 느린 프로세시이다. 따라서 버스트 부분(76) 동안 수행되는 사이클의 횟수는, 충분한 오염물 입자 중성화를 제공할 수 있도록, 선택되어야 한다. 이들 오염물 입자를 중성화하는 것은, 앞서 언급된 수식(5)에 따라 요구되는 바와 같이, 쿨롱력(Fc)을 이중전기영동력(Fd)보다 더 작게 만든다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 버스트 부분 주파수(Fm)는 약 10 내지 100㎐이도록 선택될 수 있으며, 고정되거나, 실시간으로 조정될 수 있다. 도시된 실시예에서, 실시간 제어되는 경우, 약 10 내지 600㎐의 버스트 부분 주파수(Fm)가 사용될 수 있다.
생성된 전기장에 의해 발생되는 이중전기영동력의 영향으로 인해 오염물 입자의 농도가 가장 높은 경향이 있는 이미터(42) 근방의 영역(가령, 도 6, 또는 9의 하이 필드 영역(96, 또는 98))으로부터 오염물 입자의 제거가 극대화되도록, 블로우-오프 부분(74)의 지속 시간이 선택될 수 있다. 비-버스트 진폭(82)을 0으로 설정하는 것으로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 사용되는 기류 및 오염물 입자 상의 최종 공기역학적 힘(Fa)이 이들 오염물 입자를 이미터로부터 몰아내거나, 반출시키기에 충분하도록, 출력 파형(62)이 이미터에 인가될 때, 상기 출력 파형(62)에 의해 생성된 전기장(E)을 축소, 또는 제거할 임의의 진폭(V) 값이 사용될 수 있다.
정적 중성화기(40)는 7.6m/s의 유속(u)을 갖는 기류(56)를 제공하도록 구성될 수 있다. 유속(u)은 주로, 표적 물체(64)의 거리와 상기 표적 물체(64)로의 요망 바이폴라 이온 전달 속도를 기초로, 선택될 수 있다. 정적 중성화기(40)가 포인 트-타입 이미터, 예를 들어, 이미터(42)를 사용하기 때문에, 하이 필드 영역(96)은, 이미터(42)의 침에서부터 기준 전극(가령, 기준 전극(54a, 또는 54b))의 가장 가까운 표면까지 측정될 때 약 5㎜의 하이 필드 영역 반경(Rhf)을 갖는 구(sphere)에 근접할 수 있다. 결과적으로, 이 예시에서, 오염물 입자의 대부분은 “블로우-오프 시간”이라고 일컬어지는 시간 간격(t) 동안, 자신의 범위 밖으로 불어 날려질 것이다. 그렇지 않다면, 상기 오염물 입자는 이중전기영동력에 의해 제어됐을 것이다:
t = 2*Rhf/u = 0.01/7.6 = 1.32㎳ (8)
기류가 하이 필드 영역(96)의 전체 너비를 가로질러 이동하기 위한 블로우-오프 시간(t)을 결정함으로써, 기류(56)가 하이 필드 영역(96) 내에 존재하는 오염물 입자의 (전부는 아니더라도) 대부분을 반출시킬 수 있게 할 버스트 부분 주파수(80)가 선택될 수 있다. 따라서 15%의 듀티 사이클(Dm)에서 40㎑의 기본 주파수(Fb)를 갖는 출력 파형(62)을 생성하도록 전력 공급기(46)를 구성함으로써, 646㎐의 버스트 부분 주파수(Fm)가 도출되며, 이는,
Fm = (1-Dm)/t = 646㎐ (9)
와 같이 표현되고, 이때, Fm은 버스트 부분 주파수이며, Dm은 듀티 사이클이고, t는 주어진 유속으로 기류가 하이 필드 영역을 횡단하기 위해 요구되는 최소 블로우-오프 시간이다. 이 예시에서, 15% 듀티 사이클을 갖는 출력 파형의 646㎐의 버스트 부분 주파수(Fm)는 232㎲의 버스트 부분 지속시간을 도출한다. 40㎑의 기본 주파수(Fb)는 25㎲의 주파수 주기에 대응하기 때문에, 232㎲의 버스트 부분 지속시 간은, 버스트 부분(76) 동안 바이폴라 이온 발생을 위해 이용가능한 약 9.3 사이클의 기본 주파수(Fb)를 도출한다. 따라서 더 낮은 주파수는 표적 물체에 대한 충분한 이온 발생, 또는 오염물 입자의 충분한 중성화, 또는 둘 모두를 제공하지 않을 수 있기 때문에, 이 예시에서 더 낮은 기본 주파수(Fb)를 이용하는 것은 실행 불가능할 수 있다.
앞서 언급된 버스트 부분 주파수에서, 하이 필드 영역에 존재하는 것까지 포함하여 오염물 입자는 서로 덩어리지거나 이미터(42)에 부착될 수 있기 때문에, 기류는 상기 오염물 입자를 불러 날려버리거나, 반출시킬 것이다. 이러한 버스트 부분 주파수가 최적에 가까운 것으로 여겨질지라도, 본 발명이 이에 제한받는 것은 아니다. 더 높은 버스트 부분 주파수는 오염물 입자를 반출시키기에 충분한 시간을 제공하지 않을 것이지만, 더 낮은 버스트 부분 주파수는 충분한 이온 출력을 제공하지 않을 것이다.
대안적 실시예에서, 정적 중성화기(40)는 필라멘트, 또는 얇은 와이어의 형태의 이미터, 이른바 “와이어-타입 이미터”를 포함하도록 수정될 수 있다. 사용 중에, 와이어-타입 이미터는, 약 10㎜의 반경을 갖는 실린더 형태를 갖는 고강도 영역을 갖는다. 기류(56)에 대해 7.6m/s의 유속을 이용함으로써, 2.63㎳의 블로우-오프 시간(t)이 도출된다. 이러한 조건 하에서, 40㎑의 출력 파형 주파수와 15%의 듀티 사이클을 이용함으로써, 약 323㎐의 버스트-주기 주파수(Fm)가 도출된다. 또 다른 예시에서, 기류는 약 1.5m/s까지로 감소될 수 있고, 이는, 수식(8) 및 (9)를 이용하면, 약 58㎐의 더 낮은 버스트-주기 주파수(Fm)를 도출한다. 유속이 감소하 면, 블로우-시간(t)은 더 길어지는데, 왜냐하면 더 긴 유속은 오염물 입자의 하이 필드 영역을 정화(purge)하는데 더 오래 걸리게 하기 때문이다.
더 낮은 유속을 이용할 때, 더 낮은 유속은 이온이 표적 물체에 도달하기 위해 필요한 시간을 증가시키기 때문에, 이온 재결합으로 인한 이온 손실, 이른바 “이온 재결합 손실”이 증가된다. 더 낮은 유속으로 인한 이러한 이온 재결합 손실을 보상하는 옵션으로는, 듀티 사이클을 증가시키는 것, 또는 출력 파형 진폭(V)을 증가시키는 것, 또는 둘 모두를 증가시키는 것이 있다. 예를 들어, 도 6 및 7의 출력 파형(62)은 더 긴 지속 시간을 갖거나, 더 높은 진폭(78)을 갖거나, 둘 모두를 갖는 듀티 사이클을 가질 수 있다.
도 6에서 나타난 실시예에 대한 추가적인 개선으로서, 정적 중성화기는 저전압 전력 공급기(63)로 연결되는 제어기(200)와 팬 속력 조정기(fan speed regulator, 202)를 더 포함할 수 있다. 제어기(200)는 본원에서 공개된 이유들로, 기류 공급원(54)에 의해 발생되는 유속을 자동으로 조정하도록 구성될 수 있다. 나타난 예시에서, 제어기(200)는, 팬 속력 조정기가 출력 신호(상기 출력 신호에 의해 상기 제어기(200)가 기류(56)의 유속을 판단할 수 있다)를 포함하는 경우, 조정기 팬 속력 조정기(202)를 통해 간접적으로, 또는 흐름 센서(flow sensor)(도면상 도시되지 않음)를 통해 직접적으로 유속을 모니터링하고, 그 후, 팬(66)의 RPM을 증가, 또는 감소시키는 신호를 팬 속력 조정기로 전송함으로써 필요에 따라 실시간으로 유속을 조정한다.
도 6에서 나타난 실시예에 대한 또 하나의 추가적인 개선으로, 정적 중성화 기(40)는 이온 전류 센서(ion current sensor, 204), 또는 인디케이터(206), 또는 이온을 감지하기 위한 격자(grid), 이른바 “격자 전극(grid electrode)”(208), 또는 이들의 임의의 조합을 더 포함할 수 있다. 이온 전류 센서(204)는 기준 전극의 임의의 세트(가령, 기준 전극(44a 및 44b))와, 기준 레일(가령, 접지(52)) 사이로 연결될 수 있다. 이온 전류 센서(204)는 신호(210)를 제공하며, 상기 신호(210)는 제어기(200)에 의해 샘플링되어, 정적 중성화기(40)에 의해 발생된 이온 전류의 진폭이 결정될 수 있다. 이러한 이온 전류 진폭이 문턱값(미리 선택될 수 있음) 이하로 떨어지는 경우, 제어기(200)는 인디케이터(206)에게 신호를 전송할 수 있다. 인디케이터(206)를 통해, 이미터(42)가 오염되었고, 세척, 또는 유지관리가 필요하다고 나타내기 위해, 낮은 이온 전류가 사용될 수 있다. 종래의 방법, 가령, 고주파수 필터링, 또는 유도 기법(inductive technique)을 사용하는 방법을 이용하여 이온 전류 센서(204)가 구현될 수 있다.
용어 “이미터”와 “기준 전극”은 정적 중성화 분야에서 사용되는 일반적인 의미를 갖는다. 이미터(42)는 코로나 방전에 의해 이온을 발생하기에 적합한 형태를 가지며, 도 6에서 나타난 예시에서, 뾰족한 포인트의 형태를 갖는 하나의 단부를 갖는다. 이미터(42)를 구현하기 위해 뾰족한 포인트를 이용하는 것이 본 발명의 다양한 실시예의 범위를 제한하기 위한 의도를 갖는 것은 아니다. 해당업계 종사자라면, 필라멘트, 얇은 와이어 루프 등의 형태를 갖는 전도성 전극(conductive electrode)과 같은 그 밖의 다른 형태가 사용될 수 있음을 쉽게 인식할 것이다. 단면이 원형, 또는 반원형의 형태인 기준 전극(44a 및 44b)의 형태가 또한 본 발명을 제한하는 것이 아니다.
예를 들어, 도 9에서 도시되는 바와 같이, 정적 중성화기(94)가 측면에서 봤을 때 평면, 또는 평평한 표면을 갖고, 정면이나 후면에서 봤을 때 격자를 가질 수 있는 하나 이상의 기준 전극(104)을 이용할 수 있다. 정적 중성화기(94)는 기준 전극(104)으로부터 하향(downstream)에 배치되는 격자 전극(105)과 하나 이상의 이미터, 가령, 이미터(106a 및 106b)를 더 포함할 수 있다. 또한 정적 중성화기(94)가 선택된 유속의 기류(110)를 발생하는 기류 공급원(108)과, 출력 파형(114)을 생성하는 전력 공급기(112)를 포함한다. 전력 공급기(112)는 접지(116)와 같은 기준 레일로 연결되며, 출력(118)을 포함한다. 상기 출력(118)은 이미터(106a 및 106b)로 전기적으로 연결된다. 기류 공급원(108), 전력 공급기(112) 및 격자 전극(105)은 각각, 도 6의 기류 공급원(54), 전력 공급기(46) 및 격자 전극(208)과 실질적으로 동일한 기능 및 구조를 갖도록 구현될 수 있다. 전력 공급기(112)는 그 밖의 다른 출력 파형, 가령, 도 6의 출력 파형(62)의 매개변수와 유사할 수 있는 출력 파형(114)에 대한 출력 파형 매개변수를 확립한다. 이미터(106a 및 106b)에 인가될 때, 출력 파형(114)은 반경(Rhf)을 특징으로 할 수 있는 하이 필드 영역(98)을 생성한다.
본 발명의 한 부분으로서 기재된 출력 파형, 예를 들어, 출력 파형(62, 114, 160, 170 및 180)은, 이들 출력 파형을 발생시킬 수 있는 임의의 전력 공급기, 가령, 도 6의 전력 공급기(46)를 이용하여 발생될 수 있다. 도 6의 예시에서, 전력 공급기(46)는 오실레이터(120)와, 고전압 승압 변압기(122)와, DAC(124)와, 전압 증폭기(126)와, 합산 장치(summing device, 128)를 포함할 수 있다. 제어기(200)는 출력 파형(62)의 매개변수, 가령, DC 오프셋(Voff), 버스트 부분, 또는 이온화 부분의 지속시간, 블로우-오프 부분의 지속시간, 출력 파형 주파수(Fb), 출력 파형 진폭(V) 및 버스트 부분 주파수(Fm)를 확립한다.
이온 밸런스(ion balance), 또는 이온 전류 밸런스, 또는 둘 모두를 제어하기 위해, 출력 파형(62)의 DC 오프셋(Voff)이 조정될 필요가 있다. 이온 전류 밸런스를 제어하기 위해, 제어기(200)는 신호(210)를 샘플링하고, 이 신호를 사용하여, 이온 전류 밸런스가 유지될 때까지 DC 오프셋(Voff)을 조정, 또는 출력 파형 진폭(V)을 출력, 또는 둘 모두를 할 수 있다. 이온 밸런스를 제어하기 위해, 제어기(200)는 격자 전극(208)을 샘플링하고, 격자 전극(208)으로부터 획득된 신호를 이용하여, 이온 밸런스가 얻어질 때까지, DC 오프셋(Voff)을 조정, 또는 파형 진폭(V)을 조정, 또는 둘 모두를 할 수 있다. 이온 전류 밸런스 및 이온 밸런스를 조정하기 위한 제어기(200)의 기능은 정적 중성화기(40)의 성능과 상태에 종속된다. 예를 들어, 이미터(42)가 이미터(42)의 기하학적 형태를 변형시키기에 충분한 오염물 입자의 층을 갖는 경우, 제어기(200)가 이러한 기하학적 형태의 변형을 보상하기에 충분한 제어 범위를 갖지 않을 수 있다. 이러한 상황에서, 정적 중성화기가 인디케이터(206)를 갖도록 구성되는 경우, 제어기(200)는, 이미터가 세척이나 관리가 필요하다고 나타내는 인디케이터(206)에 의해 사용될 수 있는 신호를 검증(assert)할 수 있다.
제어기(200)는, 아날로그 신호를 발생시키는 디지털 신호를 DAC(124)로 전송 함으로써, 출력 파형의 DC 오프셋(Voff)을 조정할 수 있다. 상기 아날로그 신호는 전압 증폭기(126)에 의해 사용되어, DC 오프셋으로서 사용될 수 있는 신호(212)를 생성할 수 있다. 그 후, 합산 장치(128)에 의해 신호(212)가 고전압 승압 변압기(122)의 출력과 합산되어, 출력 파형을 생성할 수 있다.
제어기는 오실레이터(120)에게 필수 매개변수를 전송함으로써, 버스트 부분(또는 이온화 부분)의 지속시간, 또는 블로우-오프 부분의 지속시간, 또는 출력 파형 주파수(Fb), 또는 출력 파형 진폭(V), 또는 버스트 부분 주파수(Fm), 또는 이들의 임의의 조합을 조정할 수 있다. 특정 상태에 대해 제어기에 의해 이들 매개변수가 조정될 수 있으며, 이는 이하에서 더 설명된다. 본 발명은, 제어기에 의해 출력 파형의 매개변수가 변경될 수 있는 제어가능한 전력 공급기를 사용하는 것으로 국한되지 않는다. 이들 매개변수는 제조 시점에서 확립되거나, 사용자에 의해 선택가능한 설정, 또는 스위치를 통해 제공될 수 있다. 고전압 승압 변압기(122)가, 오실레이터(120)에 의해 제공된 오실레이팅 출력 신호(214)로 전압의 승압을 제공하여, 시간에 따라 변하는 고전압 신호(216)를 도출한다. 합산 장치(128)는 신호(216)와 신호(212)를 합산하여, 출력 파형을 생성할 수 있다.
도 10에서 도시되는 바와 같이, 도 6의 전력 공급기(46)는 버스트 부분(161)과, 이미터(42)에 대한 코로나 개시 문턱값(166a 및 166b)보다 더 작지만 0볼트 이상인 비-버스트 진폭(164)을 갖는 블로우-오프 부분(162)을 포함하는 또 다른 출력 파형(160)을 발생할 수 있다. 도 7의 진폭(78)처럼, 진폭(168)은 코로나 개시 문턱값, 가령 코로나 개시 문턱값(166a 및 166b)을 초과한다. 이 예시에서, 출력 파 형(160)은 비-버스트 진폭(164)과 진폭(168) 간의 크기 차이를 감소시킴으로써, 전력 공급기(46) 상의 과도 전류 부하를 감소시킨다. 덧붙이자면, 비-버스트 진폭(164)의 크기 감소가, 출력 파형(160)이 이미터(42)에 인가됨으로써 도출된 전기장에 의해 생성된 이중전기영동력(Fd)의 부적절하게 더 큰 감소를 초래한다. 본질적으로, 수식 (4)와 이하의 수식 (10)에서 표현되는 바와 같이, 이중전기영동력(Fd)은 전기장(E)을 생성하는 전압 진폭(V)의 거듭제곱 값에 반비례하며, 이 예시에서, 상기 전압 진폭이 비-버스트 진폭(164)이다.
Fd ∝ V2 (10)
이때, Fd는 전기장(E)에 의해 발생된 이중전기영동력이고, V는 출력 파형(160)의 진폭(V), 가령, 비-버스트 진폭(164)이다.
상기 출력 파형(160)이, 다른 경우라면 버스트 부분(161) 동안 생성됐을 이중전기영동력(Fd)보다 더 작은 이중전기영동력(Fd)을 발생하는 비-버스트 진폭(V)을 제공할 수 있을 때조차, 이미터와 기준 전극 간의 갭, 가령, 도 6의 갭(60a 및 60b)을 통과하는 유속이 오염물 입자를 반출시키기에 충분한 경우, 상기 출력 파형(160)이 유용할 수 있다.
덧붙이자면, 비-버스트 진폭(164)에 대해 비교적 높은 평균(RMS)을 선택함으로써, 비교적 짧은 듀티 사이클, 가령 15%를 갖고, 비교적 낮은 출력 파형 주파수(Fb)에서 조정기 버스트 부분 주파수(Fm), 가령, 646㎐를 이용하여 양이온과 음이온의 발생이 가능해진다. 이는 표적 물체를 위한 갭을 남기는 양극 이온 구름과 음극 이온 구름을 분리시킴으로써, 이온 재결합을 감소시킬 것이고, 기류가 오염물 입자를 불러 날려버리거나, 반출시키기에 적정한 시간을 제공함으로써, 오염물 입자 축적을 감소시킬 것이다. 또한, 짧은 듀티 사이클을 이용함으로써, 오존(ozone) 발생을 감소시키고, 전력 소모를 크게 감소시킨다.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따라, 도 11은 AC 기류 구동식 정적 중성화기(가령, 도 6의 정적 중성화기(40))가 사용하는 전력 공급기(가령, 도 6의 전력 공급기(46))에 의해 발생될 수 있는 출력 파형(170)을 도시한다. 표적 물체(64)가 정적 중성화기(40)와 비교적 가까이에 위치하고, 이온 이미터와 기준 전극 사이의 영역, 가령 영역(58)에서의 기류(56)의 유속이 비교적 느린 동작 조건에서, 출력 파형(170)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 표적 물체(64)는, 이미터와 기준 전극의 가장 가까운 전도성 표면 사이의 갭, 예를 들어, 갭(60, 또는 60b)의 약 1 내지 10배인 거리에 위치할 수 있다. 또 다른 예에서, 낮은 유속은 0.1 내지 1.0m/s의 속도를 갖는 유속으로서 정의될 수 있다.
출력 파형(170)이 이온화 부분(172)과, 블로우-오프 부분(174)과, 비-이온화 부분(76)을 포함한다. 이온화 부분(172) 동안, 출력 파형(170)은, 정적 중성화기(40)에 대한 코로나 개시 문턱값, 예를 들어, 코로나 개시 문턱값(178a 및 178b)을 초과하는 이온화 진폭(171)을 갖는다. 이온화 부분(172)은, 지속시간 동안, 특정 이미터에 대해 출력 파형이 코로나 개시 임계값을 초과하는 진폭(V)을 갖는다는 점에서, 버스트 부분(76 및 161)과 유사하다. 그러나 이온화 진폭(171)은 이온화 부분(172) 동안 변하지만, 코로나 개시 문턱값(178a 및 178b) 이하로 떨어지지는 않는다.
이온화 진폭(171)이 교번(alternate)하고, 각각의 코로나 문턱 전압을 초과함에 따라, 바이폴라 이온 구름이 생성되고, 출력 파형(170)에 의해 발생되는 이중전기영동력(Fd)이 이미터(42)를 둘러싸는 기체, 가령 공기 중에 부유하는 오염물 입자를 끌어당기고 채집하기 시작한다. 출력 파형(170)이 이온화 부분(172)을 빠져나가고, 출력 파형 진폭(V)이 감소할 때, 이중전기영동력(Fd)은 출력 파형 진폭(V)의 거듭제곱 값에 반비례하는 속도로 빠르게 감소되어, 출력 파형 진폭(V)이 0볼트에 근접할 때, 이중전기영동력(Fd)이 0에 가까워지게 된다. 수식(2)에서 표현된 바와 같이, 기류(56)에 의해 제공되는 공기역학적 힘(Fa)이 이중전기영동력(Fd)을 초과하면, 기류(56)가 이미터(42) 근방의 영역, 가령 영역(58)에 존재할 수 있는 오염물 입자를, 상기 영역(58)으로부터, 그리고 이미터(42)와 상기 이미터(42)에 대응하는 이온화 셀(67)로부터 휩쓸어 가기 시작한다.
이온화 부분(172)은 약 0.1 내지 100㎐의 변조 주파수(Fm)에서 발생하도록 선택될 수 있다. 이러한 주파수 범위 내의 변조 주파수에 의해, 이미터(42)에 인가되는 평균 진폭(V)이 비교적 느리게 변하여, 기류(56)가 영역(58)의 오염물 입자를 날려버리거나(blow-off), 휩쓸어 가기에 충분한 시간을 제공할 수 있다. 덧붙이자면, 표적 물체(64)에서 유도된 임의의 스윙 전압(swing voltage)이 비교적 작다. 덧붙이자면, 블로우-오프 부분(174)은 비-이온화 부분(176)보다 약간 더 짧은 지속시간을 가질 수 있다.
도 12는 AC 기류 구동식 정적 중성화기(가령, 도 6의 정적 중성화기(40))에 의해 사용되는 전력 공급기(가령, 도 6의 전력 공급기(46))에 의해 조정되는 출력 파형(180)을 도시한다. 출력 파형(180)의 매개변수는, 주어진 시간 주기에 걸쳐 기류 공급원(54)에 의해 발생되는 유속의 변화에 반응하여 변한다. 유속의 변화가 존재하는 동작 상태에서 출력 파형(180)이 사용될 수 있다. 제어기(200), 팬 속도 조정기(202) 및 저전압 전력 공급기(63)를 포함하는 정적 중성화기(40)의 실시예를 이용하여, 유속은 모니터링되고 조정될 수 있다.
예를 들어, 시간(T0)에서, 정적 중성화기(40)는 주어진 유속(220)으로, 그리고 주어진 듀티 사이클 지속시간(223) 동안 듀티 사이클(Dm) 등의 출력 파형 매개변수(222)의 주어진 세트를 갖는 주어진 출력 파형으로 동작한다. T1에서, 기류(56)의 유속(220)이 유속(224)까지 감소하고, 이로 인해, 출력 파형 주파수(Fb)를 감소, 또는 듀티 사이클(Dm)을 지속시간(227)까지로 증가, 또는 둘 모두를 수행함으로써, 제어기(200)가 출력 파형 매개변수(222)를 출력 파형 매개변수(226)로 변화시킬 수 있다. 시간(T2)에서, 유속(224)은 유속(228)까지로 증가되며, 이로 인해, 출력 파형 주파수(Fb)와 버스트 부분 주파수(Fm) 중 하나 이상을 증가시킴으로써, 제어기(200)는 출력 파형 매개변수(226)를 출력 파형 매개변수(230)로 변경한다.
일반적으로, 앞서 언급된 출력 파형(62, 114, 160, 170 및 180) 등의 출력 파형에 대해 비교적 높은 출력 파형 주파수(Fb)를 이용함으로써, 출력 파형의 버스트 부분에 대한 비교적 짧은 지속시간을 이용하기 위한 약간의 풍압(leeway)이 제공된다. 예를 들어, 동작 상태에 따라 10% 이하의 듀티 사이클이 사용될 수 있다. 나타난 실시예에서, 버스트 부분 주파수(Fm), 버스트 부분 지속시간 및 듀티 사이클(Dm)은 가변적이며, 기류 공급원(54)의 유속, 이온 발생 영역에서 표적 물체(64)까지의 거리, 중성화 효율을 위해 요구되는 이온 농도 중 하나 이상의 매개변수의 임의의 조합을 기초로, 또는 이에 의해 정의될 수 있다. 따라서 이미터 세척, 즉, “세척 사이클 주기”사이의 긴 주기를 갖는 것과, 이온 전류의 값 간에는 상충 관계가 존재한다. 이러한 세척 사이클 주기는 사용되는 기체의 청결, 또는 동작 환경의 청결, 또는 둘 모두에 따라 좌우되며, 이온 전류 값은, 무엇보다도, 표적 물체 특성, 예를 들어, 전하량, 이동 속도 및 정적 중성화기까지의 거리에 따라 좌우된다. 낮은 듀티 사이클을 선택함으로써, 코로나 방전에 의해 유발되는 오존 및 질소산화물이 감소된다.
도 13을 참조하면, AC 기류 구동식 정적 중성화기에서 이미터 오염물을 제한하는 방법이 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 도시된다.
AC 기류 구동식 정적 중성화기, 가령, 정적 중성화기(40, 또는 94)를 이용하여, 유속을 갖는 기류가 제공, 또는 생성된다(240).
출력 파형이 발생된다(242). 상기 출력 파형이 정적 중성화기의 이미터에 인가될 때, 상기 출력 파형은 코로나 방전과 전기장에 의해 바이폴라 이온을 생성한다. 이러한 출력 파형은, 출력 파형(62, 114, 160, 170 및 180)(이하 “언급된 파형”이라고 일컬음)에 대해 앞서 언급된 출력 파형 매개변수를 가질 수 있다. 이 전기장은, 이미터 주변의 영역 내에 존재할 수 있는 기중 오염물 입자를 끌어당기는 본원에서 이중전기영동력(Fd)이라고 일컬어지는 전기력을 도출한다. 출력 파형 은, 임의의 상기 언급된 파형의 출력 파형 진폭, 출력 파형 주파수, 버스트 부분 및 블로우-오프 부분과 실질적으로 유사할 수 있는 출력 파형 진폭, 출력 파형 주파수, 버스트 부분 및 블로우-오프 부분을 포함한다.
기류, 예를 들어, 도 6의 기류(56)가 활성화되어(244), 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어갈 수 있고, 블로우-오프 부분의 발생 동안 오염물 입자가 이미터 상에 축적되는 가능성을 최소화시킨다.
단계(244)에서 기류가 오염물 입자를 쓸어가도록 활성화시키는 것은, 블로우-오프 부분 동안 출력 파형 진폭을 감소시킴으로써 이중전기영동력(Fd)을 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 실시예에서, 이중전기영동력(Fd)이 감소하기 전에 유속이 선택되지만, 이러한 순서에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
블로우-오프 부분 동안 파형 진폭을 감소시키는 것을 대체하여, 또는 이에 추가하여, 단계(244)는 변조 부분의 듀티 사이클을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
블로우-오프 부분 동안 파형 진폭을 감소시키는 것을 대체하여, 또는 이에 추가하여, 단계(244)는, 유속, 요구되는 이온 농도, 이온 발생 영역(가령 도 6의 영역(58))과 표적 물체(가령, 도 6의 표적 물체(64)) 간의 거리를 포함하는 매개변수의 세트에 따라, 버스트 부분 주파수, 버스트 부분 지속시간, 듀티 사이클, 또는 임의의 조합을 조정하는 것을 포함할 수 있다.
덧붙이자면, 단계(244)의 추가적인 개선으로서, 도 6의 제어기(200), 팬 속도 조정기(202), 저전압 전력 공급기(63) 및 기류 공급원(54)과 관련하여 앞서 언 급된 바와 같이, 유속이 모니터링될 수 있다. 유속이 감소하는 경우, 듀티 사이클, 또는 출력 파형 주파수(Fb), 또는 둘 모두가 감소되어, 여전히 블로우-오프 주기 동안 기류가 오염물 입자를 쓸어갈 수 있다. 또는, 유속이 증가하는 경우, 더 높은 유속에 의해, 조건(5)이 충족될 수 있기 때문에, 출력 파형 주파수, 버스트 부분 주파수, 또는 둘 모두가 증가될 수 있다.
덧붙여, 단계(244)에서 기류가 오염물 입자를 쓸어가도록 활성화시키는 것은 이미터(42) 둘레의 영역(58) 내의 기류의 유속을 판단하는 단계와, 블로우-오프 주기 동안 주어진 이미터의 기하학적 상태와 출력 파형 진폭에 대한 측정된 기류의 유속을 기초로 출력 파형의 블로우-오프 주기의 지속시간을 변경하는 단계를 포함할 수 있다. 기류의 유속을 판단하는 단계는 기류를 직접 측정하는 단계, 또는 도 6과 관련하여 앞서 언급된 바와 같이, 예를 들어 제어기(200)와 팬 속도 조정기(202)를 이용하여 기류를 간접적으로 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

Claims (30)

  1. 저유지관리형(low maintenance) AC 기류 구동식 정적 중성화기(AC gas flow driven static neutralizer)에 있어서, 상기 정적 중성화기는
    이미터(emitter) 및 제 1 기준 전극과,
    상기 이미터와 기준 단자로 전기적으로 연결되는 출력을 갖는 전력 공급기로서, 이때 상기 기준 단자는 상기 제 1 기준 전극으로 전기적으로 연결되고, 상기 전력 공급기는 출력 파형(output waveform)을 발생하며, 상기 출력 파형이 상기 이미터에 인가될 때, 상기 출력 파형은 코로나 방전과 전기장에 의해 이온을 생성하는 상기 전력 공급기와,
    상기 이온과 상기 이미터를 포함하는 제 1 영역을 가로지르는, 특정 유속을 갖는 기류를 생성하기 위한 기류 공급원(gas flow source)
    을 포함하며, 이때, 제 1 지속시간 동안, 상기 출력 파형은 상기 전기장에 의해 생성된 전기력을 감소시키고, 이로 인해, 상기 기류는 상기 이미터 둘레의 제 2 영역 내에 위치하는 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어 가고, 상기 오염물 입자가 상기 이미터에 축적되는 가능성이 최소화되는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 영역은 상기 제 1 영역의 하위집합이고, 상기 출력 파형은 변조 부분 지속시간(modulation portion duration)을 갖는 변조 부분(modulation portion)을 포함하며,
    상기 제 1 지속시간은 상기 변조 부분 지속시간보다 짧은 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 영역은 하이 필드 영역(high field region)을 포함하고,
    상기 이미터의 표면에 가장 가까운 곳에서 상기 전기장은 최대값을 가지며,
    상기 하이 필드 영역은 상기 표면에서부터, 상기 최대값의 1%인 전기장 강도를 갖는 공간 내 지점까지 측정된 반경을 갖는 공간인 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 지속시간 동안 상기 기류가 상기 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸고 가도록 충분한 공기역학적 힘(aerodynamic force)을 부여하도록, 상기 유속을 조정하기 위한 제어기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 출력 파형에 의해,
    상기 이온이, 상기 이미터와 상기 제 1 기준 전극 사이에서 교번하는 바이폴 라 이온 구름으로 배열되고,
    상기 전기장은 시간과 강도에 따라 진폭이 변하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제 2 기준 전극
    을 더 포함하며, 이때, 상기 이미터와 상기 제 1 및 제 2 기준 전극은 이온화 셀의 부분인 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 지속시간은 주기적으로 존재하며,
    상기 출력 파형은 상기 오염물 입자에 영향을 미치는 이중전기영동력(dielectrophoretic force)을 생성하며, 상기 이미터에 인가될 때, 상기 코로나 방전을 야기하기에 충분한 진폭을 갖는 버스트 부분(burst portion)을 포함하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 출력 파형은 상기 제 1 지속시간과 동일한 블로우-오프 부분 지속시간(blow-off portion duration)을 갖는 블로우-오프 부분(blow-off portion)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 기류는 상기 오염물 입자에 공기역학적 힘(aerodynamic force)을 부여하며, 상기 정적 중성화기는
    상기 블로우-오프 부분 동안 상기 공기역학적 힘이 상기 이중전기영동력을 초과하도록, 상기 출력 파형의 진폭을 조정하기 위한 제어기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어기에 의한 상기 진폭의 조정은 상기 블로우-오프 부분 동안 출력 파형의 진폭을 감소시키는 것을 포함함을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 기류는 상기 오염물 입자 상에 공기역학적 힘을 부여하며, 상기 정적 중성화기는
    블로우-오프 부분 동안 상기 공기역학적 힘이 상기 이중전기영동력을 초과하도록, 상기 출력 파형의 진폭을 조정하기 위한 제어기
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 전기장은 이미터의 이미터 표면으로부터 시작되고, 상기 전기장은 상기 이미터 표면 가장 가까운 곳에서 최대 전기장 강도 값을 가지며,
    상기 하이 필드 영역은 상기 표면에서부터, 상기 최대값의 1%인 전기장 강도 를 갖는 공간 내 지점까지 측정된 반경을 갖는 공간인 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 기류는 특정 유속을 가지며, 상기 제 1 지속시간은
    t>=2Rhf/u
    이도록 선택되며, 이때, t는 시간 주기이고, Rhf는 상기 반경이고, u는 상기 기류의 유속인 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 출력 파형은 듀티 사이클과, 상기 버스트 주기 동안의 버스트 주파수(burst frequency)를 포함하며, 상기 버스트 주파수는
    Fm=(1-Dm)/t
    이도록 선택되며, 이때 Fm은 버스트 주파수이고, Dm은 상기 듀티 사이클이며, t는 시간 주기인 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    격자 전극(grid electrode)과,
    이온 전류 센서(ion current sensor)와,
    상기 제 1 지속시간 동안, 상기 기류가 상기 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어 가기에 충분한 힘을 부여하도록, 상기 유속을 조정하도록 배치되는 제어기
    를 더 포함하며, 이때, 상기 기류 공급원은 팬 속도 조정기(fan speed regulator)에 의해 제어되는 팬을 포함하고, 상기 팬 속도 조정기는 상기 기류의 유속을 평가하도록 사용되는 신호를 제공하는 출력을 포함하도록 배치되며,
    상기 제어기는 상기 격자 전극을 이용함으로써 이온 밸런스(ion balance)를 측정하고, 상기 이온 전류 센서를 이용함으로써, 상기 정적 중성화기의 동작 동안 생성된 이온 전류(ion current)를 판단하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 정적 중성화기는
    제어기
    를 더 포함하며, 상기 전력 공급기는
    합산 장치(summing device)로 연결되는 승압 변압기로 연결되는 출력을 갖는 오실레이터(oscillator)와,
    상기 합산 장치로 연결되는 출력을 포함하는 전압 증폭기로 연결되는 DAC
    를 더 포함하며, 이때,
    상기 제어기는 상기 DAC와 상기 오실레이터로 연결되고,
    상기 합산 장치는 상기 이미터로 연결되는 출력을 포함하며,
    상기 제 1 지속시간 동안 상기 기류가 상기 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸고 가기에 충분한 힘을 부여하도록, 상기 제어기가 상기 유속을 조정하는 것을 특징으로 하는 정적 중성화기.
  17. AC 기류 구동식 정적 중성화기(AC gas flow driven static neutralizer)에서 이미터(emitter)의 오염을 제한하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은
    특정 유속을 갖는 기류를 제공하는 단계와,
    출력 파형(output waveform)을 발생하는 단계로서, 상기 출력 파형은 정적 중성화기의 이미터에 인가될 때 코로나 방전과 전기장에 의해 바이폴라 이온(bipolar ion)을 생성하고, 상기 전기장은 상기 이미터 둘레의 영역 내에 존재하는 기중(gas borne) 오염물 입자를 끌어당기는 전기력을 도출하며, 상기 출력 파형은 출력 파형 진폭, 출력 파형 주파수, 버스트 부분(burst portion) 및 블로우-오프 부분(blow-off portion)을 포함하는 단계와,
    상기 기류가 상기 오염물 입자를 상기 이미터로부터 쓸어가게 하고, 상기 블로우-오프 부분 동안, 상기 오염물 입자가 상기 이미터 상에 축적되는 가능성을 최소화하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 최소화하는 단계는, 상기 블로우-오프 부분 동안 상기 출력 파형 진폭을 감소시킴으로써 상기 전기력을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기력을 감소시키는 단계 전에 상기 유속을 선택하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 버스트 부분은 버스트 부분 지속시간을 포함하고, 상기 블로우-오프 부분은 블로우-오프 부분 지속시간을 포함하며,
    상기 버스트 부분 지속시간을, 상기 버스트 부분 지속시간과 블로우-오프 부분 지속시간의 합으로 나눈 값은 상기 출력 파형에 대한 듀티 사이클과 동일한 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는, 상기 듀티 사이클을 감소시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는
    상기 영역 내의 상기 기류의 유속을 판단하는 단계와,
    상기 기류의 유속과 상기 출력 파형의 진폭을 기초로, 상기 블로우-오프 주기의 지속시간을 변경하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 출력 파형은 변조 부분을 더 포함하며, 상기 변조 부분은 상기 버스트 부분, 상기 블로우-오프 부분 및 버스트 부분 주파수를 포함하고,
    상기 최소화하는 단계는, 매개변수의 세트에 따라 상기 버스트 부분 주파수, 버스트 부분 지속시간 및 듀티 사이클 중 임의의 하나를 조정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 매개변수의 세트는 상기 유속을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 매개변수의 세트는 이온 발생 영역과 표적 물체 간의 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  26. 제 23 항에 있어서, 상기 매개변수의 세트는 필수 이온 농도를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  27. 제 23 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는, 상기 유속이 감소하는 경우 상기 듀티 사이클을 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  28. 제 23 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는, 상기 유속이 증가하는 경우 상 기 출력 파형 주파수를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  29. 제 17 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는, 상기 유속이 감소하는 경우, 상기 출력 파형 주파수를 감소시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
  30. 제 17 항에 있어서, 상기 최소화하는 단계는, 상기 유속이 증가하는 경우, 상기 버스트 부분 주파수를 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미터의 오염을 제한하기 위한 방법.
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