KR102040177B1 - 스파크 방전 입자 발생기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스파크 방전 입자 발생기에 관한 것으로, 카트리지에 다수개의 전극 로드를 결합하고 카트리지의 이동을 통해 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 전극 로드를 시간 경과에 따라 다른 전극 로드로 교체할 수 있도록 함으로써, 스파크 방전 과정 중단없이 단순히 카트리지의 이동만으로 스파크 방전이 일어나는 전극 로드를 새로운 전극 로드로 교체 적용할 수 있고, 대기 상태의 전극 로드에 대해 별도의 세척 수단을 통해 표면 이물질을 제거함으로써, 전극 로드를 항상 깨끗하게 유지한 상태에서 스파크 방전을 일어나게 할 수 있고, 스파크 방전 과정에서 전극 표면의 이물질 부착에 따른 스파크 방전 효율 감소를 방지함과 동시에 입자 발생량의 감소를 방지하고 항상 일정한 입자 발생량을 유지할 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공한다.
Description
본 발명은 스파크 방전 입자 발생기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 카트리지에 다수개의 전극 로드를 결합하고 카트리지의 이동을 통해 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 전극 로드를 시간 경과에 따라 다른 전극 로드로 교체할 수 있도록 함으로써, 스파크 방전 과정 중단없이 단순히 카트리지의 이동만으로 스파크 방전이 일어나는 전극 로드를 새로운 전극 로드로 교체 적용할 수 있고, 대기 상태의 전극 로드에 대해 별도의 세척 수단을 통해 표면 이물질을 제거함으로써, 전극 로드를 항상 깨끗하게 유지한 상태에서 스파크 방전을 일어나게 할 수 있고, 스파크 방전 과정에서 전극 표면의 이물질 부착에 따른 스파크 방전 효율 감소를 방지함과 동시에 입자 발생량의 감소를 방지하고 항상 일정한 입자 발생량을 유지할 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.
이러한 스파크 방전 입자 발생기는 두개의 금속 전극 사이에서 장시간 스파크 방전이 발생하게 되면, 두개의 금속 전극의 서로 대향하는 부분에 검댕과 같은 이물질이 부착되어 스파크 방전 효율을 저하시키고, 이에 따라 금속 증기의 발생량 및 입자 발생량이 감소된다.
즉, 두개의 금속 전극 사이에서 스파크 방전이 발생하면, 금속 전극에서는 열에 의해 금속 증기가 발생하여 냉각 응축 과정을 통해 입자로 성장하게 되는데, 이러한 입자들은 스파크 방전에 의해 하전된 상태로 성장하게 되고, 하전된 입자들은 전자기력에 의해 두개의 금속 전극의 표면에 부착되며, 이와 같이 금속 전극의 표면에 부착된 하전 입자들이 검댕과 같은 이물질로 작용하게 된다.
이와 같이 금속 전극의 표면에 부착되는 이물질은 스파크 방전 시간이 길어질수록 점점 증가하게 되고, 이에 따라 금속 전극의 표면은 이물질에 의해 덮이는 면적이 증가하게 되므로, 스파크 방전을 위한 금속 전극의 유효 표면적이 감소하게 된다. 따라서, 스파크 방전 과정을 장시간 진행하면, 두개의 금속 전극의 대향면 부위에 이물질이 부착되어 스파크 방전 효율이 감소하고, 이에 따라 금속 증기 및 입자 발생량이 감소하게 된다.
따라서, 스파크 방전 입자 발생기를 사용하는 경우, 일정 시간 간격마다 스파크 방전 과정을 중단하고 두개의 금속 전극의 표면 세척 작업을 수행한 후, 다시 스파크 방전 과정을 진행해야 한다. 이러한 스파크 방전 중단 및 세척 과정은 입자를 발생시키는 동안 계속해서 반복적으로 이루어지기 때문에, 그 작업이 매우 불편할 뿐만 아니라 입자를 연속적으로 발생시키지 못하는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 카트리지에 다수개의 전극 로드를 결합하고 카트리지의 이동을 통해 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 전극 로드를 시간 경과에 따라 다른 전극 로드로 교체할 수 있도록 함으로써, 스파크 방전 과정 중단없이 단순히 카트리지의 이동만으로 스파크 방전이 일어나는 전극 로드를 새로운 전극 로드로 교체 적용할 수 있어 스파크 방전 과정에서 전극 표면의 이물질 부착에 따른 스파크 방전 효율 감소를 방지할 수 있고, 이에 따라 입자 발생량의 감소를 방지하고 항상 일정한 입자 발생량을 유지할 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 카트리지에 장착된 다수개의 전극 로드 중 스파크 방전이 일어나지 않는 대기 상태의 전극 로드에 대해 별도의 세척 수단을 통해 표면 이물질을 제거함으로써, 전극 로드를 항상 깨끗하게 유지한 상태에서 스파크 방전을 일어나게 할 수 있고, 이에 따라 항상 일정한 스파크 방전 효율을 유지함과 동시에 입자 발생량 또한 일정하게 유지시킬 수 있는 스파크 방전 입자 발생기를 제공하는 것이다.
본 발명은, 내부 공간이 밀폐되는 방전 케이스; 상기 방전 케이스 내부에 배치되며 스파크 방전을 통해 입자를 발생시킬 수 있도록 서로 대응되는 다수개의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 서로 대향되게 각각 장착되는 양극 카트리지 및 음극 카트리지; 다수개의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 중 서로 대응되는 어느 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 기준 위치에서 서로 대향되게 이격 배치되도록 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지를 각각 이동시키는 카트리지 이송부; 및 별도의 전원 공급 유닛으로부터 공급되는 전원이 상기 카트리지 이송부에 의해 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드에 선택적으로 공급되도록 하는 스위치 수단을 포함하고, 상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전을 통해 입자가 발생되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기를 제공한다.
이때, 상기 스파크 방전 입자 발생기는, 상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 시간 경과에 따라 교체되도록 상기 카트리지 이송부를 동작 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 스파크 방전 입자 발생기는, 상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간으로 이송 기체를 공급할 수 있도록 상기 방전 케이스에 결합되는 기체 공급관; 및 상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전을 통해 발생된 입자가 상기 이송 기체와 함께 유입되어 배출되도록 상기 방전 케이스에 결합되는 입자 배출관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 입자 배출관에는 배출되는 입자량을 측정할 수 있는 입자 측정 센서가 구비되고, 상기 제어부는 상기 입자 측정 센서의 측정값을 인가받고, 인가받은 측정값에 따라 상기 카트리지 이송부를 동작 제어할 수 있다.
또한, 상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 제외한 나머지 중 적어도 일부의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 세척할 수 있도록 형성되는 세척 수단이 상기 방전 케이스 내부 공간에 장착될 수 있다.
또한, 상기 카트리지 이송부는 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지에 장착된 다수개의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 상기 세척 수단에 의해 세척된 이후 상기 기준 위치에 대향 배치되도록 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지를 이송시킬 수 있다.
또한, 상기 세척 수단은, 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 상기 기준 위치로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 과정에서 내부 공간으로 인입되도록 형성되는 세척 챔버; 및 상기 세척 챔버 내부에 장착되어 상기 세척 챔버 내부 공간으로 인입된 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 상호 대향되는 표면의 이물질을 제거하는 이물질 제거기를 포함할 수 있다.
또한, 다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드는 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지에 각각 원주 방향을 따라 이격되게 배치되고, 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지는 다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 원주 방향을 따라 공전 회전할 수 있도록 상기 방전 케이스 내부의 양측에 각각 회전 가능하게 장착될 수 있다.
또한, 다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드는 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지에 각각 상호 이격되게 일렬 배치되고, 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지는 다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 일렬 배치 방향을 따라 직선 이동할 수 있도록 상기 방전 케이스 내부의 양측에 각각 직선 이동 가능하게 장착될 수 있다.
본 발명에 의하면, 카트리지에 다수개의 전극 로드를 결합하고 카트리지의 이동을 통해 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 전극 로드를 시간 경과에 따라 다른 전극 로드로 교체할 수 있도록 함으로써, 스파크 방전 과정 중단없이 단순히 카트리지의 이동만으로 스파크 방전이 일어나는 전극 로드를 새로운 전극 로드로 교체 적용할 수 있어 스파크 방전 과정에서 전극 표면의 이물질 부착에 따른 스파크 방전 효율 감소를 방지할 수 있고, 이에 따라 입자 발생량의 감소를 방지하고 항상 일정한 입자 발생량을 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 카트리지에 장착된 다수개의 전극 로드 중 스파크 방전이 일어나지 않는 대기 상태의 전극 로드에 대해 별도의 세척 수단을 통해 표면 이물질을 제거함으로써, 전극 로드를 항상 깨끗하게 유지한 상태에서 스파크 방전을 일어나게 할 수 있고, 이에 따라 항상 일정한 스파크 방전 효율을 유지함과 동시에 입자 발생량 또한 일정하게 유지시킬 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 도 2에 도시된 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
도 5는 도 4에 도시된 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 스파크 방전 입자 발생기에 세척 수단이 구비된 형태 및 세척 수단의 작동 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
도 8 및 도 9는 도 4에 도시된 스파크 방전 입자 발생기에 세척 수단이 구비된 형태 및 세척 수단의 작동 상태를 개념적으로 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
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도 5는 도 4에 도시된 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 스파크 방전 입자 발생기에 세척 수단이 구비된 형태 및 세척 수단의 작동 구조를 개념적으로 도시한 개념도,
도 8 및 도 9는 도 4에 도시된 스파크 방전 입자 발생기에 세척 수단이 구비된 형태 및 세척 수단의 작동 상태를 개념적으로 도시한 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(410)(도 2 참조)은 두개의 전극 로드(210,220)에 스파크 방전이 발생하도록 전원을 공급하는데, 이러한 전원 공급 유닛(410)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 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 각각 장착되도록 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)가 방전 케이스(100) 내부에 장착되며, 카트리지를 이동시키는 방식으로 스파크 방전이 일어나는 서로 대향되는 두개의 전극 로드(210,220)를 시간 경과에 따라 다른 전극 로드로 교체할 수 있도록 함으로써, 스파크 방전 과정에서 전극 표면의 이물질 부착에 의한 입자 발생량 감소를 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구조를 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 3은 도 2에 도시된 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 방전 케이스(100), 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 각각 장착되는 양극 및 음극 카트리지(201,202), 양극 및 음극 카트리지(201,202)를 각각 이송시키는 카트리지 이송부(310,320) 및 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에 선택적으로 전원을 공급하는 스위치 수단(400)을 포함하여 구성된다.
방전 케이스(100)는 내부 공간이 밀폐되도록 형성되며, 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이러한 방전 케이스(100)는 내부에 수용 공간이 형성되도록 케이스 본체(110)와 케이스 덮개(120)로 분리 형성될 수 있으며, 내부 공간에 이송 기체를 공급할 수 있도록 케이스 본체(110)에 기체 공급관(610)이 결합될 수 있고, 내부 공간에서 스파크 방전을 통해 생성된 입자가 이송 기체와 함께 유입되어 배출되도록 케이스 본체(110)에 입자 배출관(620)이 결합될 수 있다.
양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)는 방전 케이스(100) 내부 공간에 배치되며, 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)에는 서로 대응되는 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 서로 대향되게 각각 장착된다. 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)에 장착된 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 서로 대응되는 형태로 쌍을 이루도록 배치되며, 서로 대향 배치되는 어느 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이에서 스파크 방전을 통해 입자를 발생시키도록 구성된다.
즉, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 전술한 입자 발생 원리에 따라 스파크 방전을 통해 입자를 발생시킬 수 있도록 상호 이격되게 배치되는데, 이때, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 본 발명의 일 실시예에 따라 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)에 각각 다수개씩 장착된다. 이와 같이 각 카트리지에 장착되는 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 스파크 방전을 통해 입자를 발생할 수 있도록 서로 대응되며 쌍을 이루도록 배치된다.
이때, 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, 끝단이 서로 마주보는 방향으로 서로 평행하게 배치되도록 각 카트리지(201,202)에 장착된다.
양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 형성될 수 있으며, 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 원통 형상의 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)에 각각 원주 방향을 따라 이격되게 배치될 수 있다. 이때, 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)는 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 원주 방향을 따라 공전 회전할 수 있도록 방전 케이스(100) 내부의 양측에 각각 회전 가능하게 결합될 수 있다.
카트리지 이송부(310,320)는 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 각각 이동시키도록 구성되는데, 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 중 서로 대응되는 어느 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 기준 위치(S)에서 서로 대향되게 이격 배치되도록 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 각각 이동시킨다. 여기에서, 기준 위치(S)는 어느 특정의 위치를 의미하는 것으로, 사용자에 필요에 따라 다양한 위치로 설정될 수 있다. 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 원주 방향을 따라 배치된 경우, 최상단 위치를 기준 위치(S)로 설정할 수 있다. 이 경우, 카트리지 이송부(310,320)가 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 회전 이동시킴에 따라 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 원주 방향을 따라 공전 회전하게 되며, 이러한 회전 이동에 따라 기준 위치(S)에 배치되는 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)는 인접한 다른 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)로 교체되게 된다. 한편, 카트리지 이송부(310,320)는 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 동시에 이동시키도록 일체형으로 형성될 수도 있고, 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 각각 독립적으로 이동시키도록 분리형으로 형성될 수도 있다.
스위치 수단(400)은 별도의 전원 공급 유닛(410)으로부터 공급된 전원이 카트리지 이송부(310,320)에 의해 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에 선택적으로 공급되도록 하는 기능을 수행한다.
스위치 수단(400)은 다이얼 방식의 스위치 형태로 형성되어 다수개의 전극 로드 중 기준 위치(S)에 대향 배치된 전극 로드에만 선택적으로 전원이 공급되도록 구성될 수 있는데, 전원 선택 기능이 있는 다양한 방식으로 변경 가능하며, 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 스위치 수단(400)은 사용자에 의해 수동 조작되는 방식이 아니라 별도의 제어부(500)에 의해 자동으로 스위칭 작동하는 방식으로 구성될 수 있다.
스위치 수단(400)을 통해 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에 전원 공급 유닛(410)을 통해 전원이 공급되면, 해당 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에서 스파크 방전이 발생하며 입자가 발생된다.
한편, 기체 공급관(610) 및 입자 배출관(620)은 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 배치 방향과 직각 방향으로 배치되며, 그 끝단이 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 사이 이격 공간을 향하도록 서로 마주보는 방향으로 배치된다. 또한, 입자 배출관(620)은 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 사이에서 발생한 입자들이 원활하게 유입될 수 있도록 끝단이 확관되는 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 카트리지 이송부(310,320)를 통해 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 회전 이동시켜 어느 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 기준 위치(S)에 배치시키고, 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)에만 스위치 수단(400)을 통해 전원을 공급함으로써, 해당 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220) 사이에서 스파크 방전이 일어나고 이에 따라 입자가 발생하게 된다. 이러한 스파크 방전 과정이 계속해서 진행하게 되면, 배경 기술에서 설명한 바와 같이 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 표면에 이물질이 부착되어 스파크 방전 효율이 저하되어 입자 발생량이 감소하게 되는데, 본 발명의 일 실시예에서는 스파크 방전 과정에서 일정 시간이 경과하면, 카트리지 이송부(310,320)를 통해 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 회전 이동시킴으로써, 또 다른 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 기준 위치(S)에 위치시킬 수 있다. 이러한 방식으로 기준 위치(S)에 대향 배치되는 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 일정 시간마다 교체함으로써, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 표면에 대한 이물질 부착 정도를 조절하여 입자 발생량 변화가 일정한 범위에서 유지되도록 할 수 있다.
즉, 어느 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 통해 발생되는 입자 발생량은 이물질 부착에 의해 시간에 따라 점점 감소하게 되는데, 본 발명에서는 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 일정 시간마다 계속 교체함으로써, 이물질 부착에 의한 입자 발생량 감소 변화를 감쇄할 수 있고 입자 발생량을 상대적으로 일정하게 유지시킬 수 있다. 특히, 배경 기술에서 설명한 바와 같이 스파크 방전 과정을 중단하고 세척 작업을 하는 등의 과정이 필요없이 카트리지에 장착된 다수개의 전극 로드를 통해 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 전극 로드를 계속해서 교체 적용함으로써, 연속적으로 입자를 생성시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 시간 경과에 따라 교체되도록 카트리지 이송부(310,320)를 동작 제어하는 제어부(500)를 더 포함할 수 있다. 즉, 카트리지 이송부(310,320)는 제어부(500)의 동작 제어에 의해 일정 시간 간격마다 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 회전 이동시킬 수 있고, 이에 따라 기준 위치(S)에 대향 배치되는 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 교체 적용되도록 구성될 수 있다.
이때, 입자 배출관(620)에는 배출되는 입자량을 측정할 수 있는 입자 측정 센서(700)가 구비되고, 제어부(500)는 입자 측정 센서(700)의 측정값을 인가받고, 인가받은 측정값에 따라 카트리지 이송부(310,320)를 동작 제어할 수 있다.
즉, 입자 측정 센서(700)의 측정값이 기준치 이하로 낮아지면, 입자 발생량이 기준 발생량 이하로 감소한 것이므로, 이때, 카트리지 이송부(310,320)를 동작 제어하여 또 다른 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 기준 위치(S)에 배치시킬 수 있다. 이와 같이 입자 측정 센서(700) 및 제어부(500)를 이용하여 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 자동으로 회전 이동시킴으로써, 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 자동으로 교체할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기의 구조를 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 5는 도 4에 도시된 스파크 방전 입자 발생기의 구성을 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3에는 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)가 원통 형태로 형성되어 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 원주 방향을 따라 배치되는 형태가 도시되었으나, 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)는 이외에도 다양한 형태로 형성될 수 있다.
예를 들면, 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 일방향으로 길게 형성된 블록 형태로 서로 대향되게 배치될 수 있고, 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)에 각각 상호 이격되게 일렬 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
이때, 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)는 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 일렬 배치 방향을 따라 직선 이동할 수 있도록 방전 케이스(100) 내부의 양측에 각각 직선 이동 가능하게 장착될 수 있다.
이러한 구조에 따라 카트리지 이송부(310,320)는 기준 위치(S)에 대향 배치되는 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 다른 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)로 교체되도록 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 직선 이동시킬 수 있다.
이러한 구성 이외에는 전술한 바와 마찬가지로 동작하므로, 여기에서 상세한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7은 도 2에 도시된 스파크 방전 입자 발생기에 세척 수단이 구비된 형태 및 세척 수단의 작동 구조를 개념적으로 도시한 개념도이고, 도 8 및 도 9는 도 4에 도시된 스파크 방전 입자 발생기에 세척 수단이 구비된 형태 및 세척 수단의 작동 상태를 개념적으로 도시한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 전술한 바와 같이 카트리지를 이동시켜 스파크 방전이 일어나는 한 쌍의 전극 로드를 교체 적용함으로써, 전극 로드의 표면 이물질 부착에 의한 입자 발생량 감소를 방지할 수 있는데, 이때, 다수개의 전극 로드가 모두 한번씩 스파크 방전 과정을 거친 이후에는 이미 한번 스파크 방전 과정을 거친 한 쌍의 전극 로드를 이용하여 다시 스파크 방전 과정을 진행해야 하므로, 이 경우 전극 로드의 표면에 이물질 부착 정도가 증가하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에서는 기준 위치(S)에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 제외한 나머지 중 적어도 일부의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)를 세척할 수 있는 세척 수단(800)이 방전 케이스(100) 내부 공간에 장착된다.
카트리지 이송부(310,320)는 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)에 장착된 다수개의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 세척 수단(800)에 의해 세척된 이후 기준 위치(S)에 대향 배치되도록 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)를 이송시킨다. 즉, 세척 수단(800)은 카트리지 이송부(310,320)에 의해 이동하는 양극 카트리지(201) 및 음극 카트리지(202)의 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 세척 수단(800)에 의해 세척된 이후 기준 위치(S)로 이동하도록 배치된다.
이러한 세척 수단(800)은, 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)가 기준 위치(S)로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 과정에서 내부 공간으로 인입되도록 형성되는 세척 챔버(810)와, 세척 챔버(810) 내부에 장착되어 세척 챔버(810) 내부 공간으로 인입된 양극 전극 로드(210) 및 음극 전극 로드(220)의 상호 대향되는 표면의 이물질을 제거하는 이물질 제거기(820)를 포함하여 구성될 수 있다. 이물질 제거기(820)는 회전 원판에 사포 또는 브러쉬 등이 부착된 형태로 구성될 수 있으며, 별도의 구동부(미도시)에 의해 회전하며 전극 로드의 표면을 닦아내는 형태로 구성될 수 있다.
따라서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 원통형 카트리지의 경우, 기준 위치(S)에 위치한 전극 로드(210,220)가 카트리지(201,202)의 회전에 의해 원주 방향을 따라 하향 이동하게 되는데, 이 과정에서 세척 챔버(810)의 관통홀(811)을 통해 세척 챔버(810) 내부 공간으로 인입되고, 인입된 상태에서 이물질 제거기(820)와의 마찰에 의해 표면의 이물질이 제거된다. 이와 같이 전극 로드(210,220)는 표면 이물질이 제거된 상태에서 계속해서 원주 방향을 따라 회전하며 세척 챔버(810)로부터 외부로 이동하여 기준 위치(S)로 다시 이동하게 되므로, 기준 위치(S)에는 항상 표면 이물질이 제거된 깨끗한 상태의 전극 로드(210,220)가 대향 배치되게 되고, 이에 따라 스파크 방전시 이물질에 의한 방전 효율 저하 및 입자 발생량 저하를 방지할 수 있다.
마찬가지로, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 카트리지(201,202)가 왕복 직선 이동하는 형태로 구성된 경우에도, 방전 케이스(100)의 양측에 세척 챔버(810)가 구비됨으로써, 카트리지(201,202)에 장착된 전극 로드(210,220)가 기준 위치(S)로부터 세척 챔버(810) 내부 공간으로 인입되고, 인입된 상태에서 이물질 제거기(820)를 통해 표면 이물질이 제거되고, 이물질 제거된 상태에서 다시 세척 챔버(810)로부터 외부로 이동하여 기준 위치(S)로 이동하게 된다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 스파크 방전 입자 발생기는 카트리지에 다수개의 전극 로드를 장착하고, 카트리지를 이동시켜 스파크 방전이 일어나는 전극 로드를 일정 주기마다 교체 적용할 수 있고, 이때, 스파크 방전이 일어나지 않는 대기 상태의 전극 로드는 별도의 세척 수단을 통해 표면 이물질을 제거함으로써, 항상 깨끗한 상태의 전극 로드를 이용하여 스파크 방전 과정을 수행할 수 있어 입자 발생량을 일정하게 유지시킬 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: 방전 케이스
201: 양극 카트리지 202: 음극 카트리지
210: 양극 전극 로드 220: 음극 전극 로드
310, 320: 카트리지 이송부
400: 스위치 수단 410: 전원 공급 유닛
500: 제어부
610: 기체 공급관 620: 입자 배출관
700: 입자 측정 센서
800: 세척 수단
810: 세척 챔버 820: 이물질 제거기
201: 양극 카트리지 202: 음극 카트리지
210: 양극 전극 로드 220: 음극 전극 로드
310, 320: 카트리지 이송부
400: 스위치 수단 410: 전원 공급 유닛
500: 제어부
610: 기체 공급관 620: 입자 배출관
700: 입자 측정 센서
800: 세척 수단
810: 세척 챔버 820: 이물질 제거기
Claims (9)
- 내부 공간이 밀폐되는 방전 케이스;
상기 방전 케이스 내부에 배치되며 스파크 방전을 통해 입자를 발생시킬 수 있도록 서로 대응되는 다수개의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 서로 대향되게 각각 장착되는 양극 카트리지 및 음극 카트리지;
다수개의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 중 서로 대응되는 어느 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 기준 위치에서 서로 대향되게 이격 배치되도록 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지를 각각 이동시키는 카트리지 이송부;
별도의 전원 공급 유닛으로부터 공급되는 전원이 상기 카트리지 이송부에 의해 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드에 선택적으로 공급되도록 하는 스위치 수단; 및
상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 제외한 나머지 중 적어도 일부의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드를 세척할 수 있도록 형성되어 상기 방전 케이스 내부 공간에 장착되는 세척 수단
을 포함하고, 상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전을 통해 입자가 발생되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 시간 경과에 따라 교체되도록 상기 카트리지 이송부를 동작 제어하는 제어부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 제 2 항에 있어서,
상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 이격 공간으로 이송 기체를 공급할 수 있도록 상기 방전 케이스에 결합되는 기체 공급관; 및
상기 기준 위치에 대향 배치된 한 쌍의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드 사이에서 스파크 방전을 통해 발생된 입자가 상기 이송 기체와 함께 유입되어 배출되도록 상기 방전 케이스에 결합되는 입자 배출관
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 제 3 항에 있어서,
상기 입자 배출관에는 배출되는 입자량을 측정할 수 있는 입자 측정 센서가 구비되고, 상기 제어부는 상기 입자 측정 센서의 측정값을 인가받고, 인가받은 측정값에 따라 상기 카트리지 이송부를 동작 제어하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 카트리지 이송부는 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지에 장착된 다수개의 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 상기 세척 수단에 의해 세척된 이후 상기 기준 위치에 대향 배치되도록 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지를 이송시키는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 제 1 항에 있어서,
상기 세척 수단은
상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 상기 기준 위치로부터 멀어지는 방향으로 이동하는 과정에서 내부 공간으로 인입되도록 형성되는 세척 챔버; 및
상기 세척 챔버 내부에 장착되어 상기 세척 챔버 내부 공간으로 인입된 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드의 상호 대향되는 표면의 이물질을 제거하는 이물질 제거기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 제 6 항에 있어서,
다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드는 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지에 각각 원주 방향을 따라 이격되게 배치되고, 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지는 다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 원주 방향을 따라 공전 회전할 수 있도록 상기 방전 케이스 내부의 양측에 각각 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
- 제 6 항에 있어서,
다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드는 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지에 각각 상호 이격되게 일렬 배치되고, 상기 양극 카트리지 및 음극 카트리지는 다수개의 상기 양극 전극 로드 및 음극 전극 로드가 일렬 배치 방향을 따라 직선 이동할 수 있도록 상기 방전 케이스 내부의 양측에 각각 직선 이동 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 스파크 방전 입자 발생기.
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| KR1020180012982A KR102040177B1 (ko) | 2018-02-01 | 2018-02-01 | 스파크 방전 입자 발생기 |
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Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| KR102299873B1 (ko) * | 2020-01-31 | 2021-09-07 | 계명대학교 산학협력단 | 고전압 방전 실험을 위한 챔버 유닛 |
Family Cites Families (2)
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|---|---|---|---|---|
| KR101160306B1 (ko) * | 2010-07-15 | 2012-06-28 | 황정호 | 카트리지 방식의 스파크 방전 입자 발생기 |
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-
2018
- 2018-02-01 KR KR1020180012982A patent/KR102040177B1/ko active IP Right Grant
Also Published As
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