KR20000002707A

KR20000002707A - 코로나 방전처리 장치

Info

Publication number: KR20000002707A
Application number: KR1019980023591A
Authority: KR
Inventors: 성시풍
Original assignee: 구자홍; 엘지전자 주식회사
Priority date: 1998-06-23
Filing date: 1998-06-23
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR100474775B1

Abstract

개시된 내용은 양의 코로나와 음의 코로나를 방전전극에 교대로 반복 인가하여 방전전극과 접지전극 사이의 부유물과 이 부유물에 부착되어 있는 양이온을 중성으로 만들어 부유물이 접지전극에 달라붙는 현상을 방지하도록 하는 코로나 방전처리 장치에 관한 것이다.

개시된 코로나 방전처리 장치는, 입력 교류전압을 양의 전압과 음의 전압으로 승압시켜 출력하는 고전압 발생수단; 양의 고전압을 가지고 양의 코로나 개시전압을 추출하는 제1 개시전압 검출수단; 음의 고전압으로부터 음이온을 발생시킬 수 있는 음의 코로나 개시전압을 추출하는 제2 개시전압 검출수단; 및 검출된 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 적산하여 방전전극에 교번적으로 반복 인가하는 적산수단을 포함하며: 이에 따라 양의 코로나와 음의 코로나의 극성을 바꿀 때마다 접지전극으로 향하는 부유물의 이동이 멈추고 아울러 접지전극에 부유물이 달라붙는 현상이 배제되어 결국, 접지전극의 오염에 의한 방전효과 저하 및 안전사고 등이 방지되는 이점이 있다.

Description

코로나 방전처리 장치

본 발명은 코로나 방전(Corona Discharge) 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 침(Pin) 방전 또는 와이어(Wire) 방전 때의 주변 먼지 입자들의 하전에 따른 방전전극의 방전성능 저하, 세척필요 및 축적된 먼지에 고전압이 인가되어 생기는 안전사고 등을 방지하기 위해 교류전압을 인가하여 먼지의 하전을 방지하도록 하는 코로나 방전처리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 전기방전(Electrical Discharge)이란 정상적으로는 전기가 흐르지 않는 물체에 강한 전기장을 가하여 전기가 통하도록 하는 것으로서, 가해지는 전압과 전류의 특성에 따라 코로나 방전, 글루 방전(Glow Discharge), 아크 방전(Arc Discharge) 등이 있다.

방전은 보통 매우 비균질한 전압이 가해질 때 발생하는데, 이를 위해 한쪽의 전극으로 날카로운 침 또는 와이어를 사용한다.

여기서, 코로나 방전이란 매우 높은 전압과 매우 낮은 전류를 특징으로 하는 방전방식이다.

상기 코로나 방전에 있어서, 방전을 일으키려면 접지전극과 침 혹은 와이어 형성의 방전전극을 구성하여 높은 전압을 인가한다.

낮은 전압에서는 공기에 의해 절연되어 있던 양 전극 사이가 전압을 증가시킴에 따라 전류가 흐르기 시작하는데, 이 전압을 코로나 개시 전압이라 한다.

이와 같은 코로나 개시전압은, 전압, 선간 거리, 선의 굵기와 표면상태, 주위의 기상조건에 따라 다르게 된다.

그리고, 개시 전압 이후에는 기체내의 전자들이 강력한 전기장에 의해 운동 에너지를 받아 중성기체 분자들과 충돌하여 에너지를 전달하는데, 이때 중성분자는 자신의 전자 하나를 잃고 양이온으로 된다.

한편, 가속된 전자는 다시 다른 양이온과 충돌하여 또 다른 전자를 발생시키며, 이와 같이 기하급수적으로 늘어난 전자들이 계속 충돌에 의한 전자를 발생시켜 전자사태(Electron Avalanche)를 일으키고 방전전극 주변에는 얇은 발광영역이 나타난다.

상기 코로나 방전은 방전전극의 극성에 따라 양의 코로나(Positive Corona)와 음의 코로나(Negative Corona)로 분류된다.

코로나 방전영역 근처에 있던 전자가 양극인 방전전극을 향하여 끌려가는 도중에 중성기체, 예컨대 질소, 산소 등과 충돌하게 되는데, 이 과정에서 중성기체는 전자를 잃고 양이온이 되어 접지전극으로 이동하고, 새로 발생한 전자는 전술한 바와 같이 계속 방전전극 쪽으로 이동하며 새로운 충돌을 일으켜 전자사태를 가져온다.

도 1은 종래 기술에 따른 코로나 방전방식에 의한 방전현상을 보인 개략도로서, 도 1a는 양의 코로나 방전현상을 보인 도이고, 도 1b는 음의 코로나 방전현상을 보인 도이다.

상기 도 1a의 양의 코로나 방전에 있어서는, 코로나 방전영역(103) 근처에 있던 전자(e)가 양극인 와이어와 같은 방전전극(100)을 향하여 끌려가는 도중에 중성기체와 같은 질소(N), 산소 등과 충돌하게 되는데, 이 과정에서 중성기체(N)는 전자를 잃고 양이온(N⁺)이 되어 접지전극(104)으로 이동하고, 새로 발생한 전자(e)는 전술한 바와 같이 계속 방전전극(100) 쪽으로 이동하며 새로운 충돌을 일으켜 전자사태를 가져온다.

한편, 접지전극(104)으로 가던 양이온(N⁺)은 먼지와 같은 부유물(101),(102)을 하전시켜 부유물(101),(102)과 함께 접지전극(104)에 달라붙게 된다.

그리고, 도 1b에 도시된 음의 코로나의 경우에 있어서는 와이어와 같은 방전전극(200)에 있던 전자(e)들이 접지전극(204)을 향하여 끌려가게 되는데 코로나 방전영역(203) 내에서 중성기체(N)와 충돌하는 경우는 전술한 양의 코로나 방전과 같은 현상이 일어나게 된다.

그러나, 이때 전자(e)는 계속 접지전극(204)을 향하여 끌려가고 양이온(N⁺)은 방전전극(200)을 향하게 되며 코로나 방전영역(203)을 벗어난 전자(e)가 중성기체(N)에 달라붙어 음이온(N^_)을 발생시킨다.

이와 같은 음이온(N^_)이 다시 부유물(201),(202)을 하전시켜 접지전극(204)에 달라붙게 된다.

이와 같이, 양의 코로나 방전에서는 양이온이 발생하고, 음의 코로나 방전에서는 음이온이 발생하게 되지만 어느 경우이든 먼지와 같이 부유물을 하전시켜 접지전극에 달라붙게 만드는 작용은 동일하다.

그러나, 전술한 종래 기술에 따른 코로나 방전방법은, 보통 방전전극에 직류전압을 인가하게 된다.

이때 방전전극과 접지전극 사이에는 일 방향의 전기장이 형성되어 코로나 방전에 의해 생긴 이온들이 이동하게 되는데, 접지전극으로 이동하던 양이온 또는 음이온들은 도중에 먼지 입자와 같은 부유물을 만나면 여기에 부착되어 이들을 양(음)으로 하전시키게 되며, 이렇게 하전된 먼지 입자가 접지전극에 달라붙어 결과적으로 방전효과를 저해시킬 뿐 아니라 접지전극에 달라붙은 먼지를 없애기 위해서는 정기적으로 세척을 해야만 하는 불편함이 있다.

또한, 접지전극에 많은 양의 먼지 입자들이 쌓일 경우에 정전기에 의한 안전사고 및 화재 위험도를 유발시키게 되는 문제점을 내재하고 있다.

따라서, 본 발명은 전술한 종래 기술의 코로나 방전방법에 의하여 발생된 이온에 의하여 하전된 먼지 입자가 접지전극에 달라붙음에 따른 방전효과의 저하, 접지전극의 정기적인 세척 또는 정전기로 인한 화재발생을 배제한 것으로, 본 발명의 한 견지로서, 양의 코로나와 음의 코로나를 교대로 반복시켜 먼지와 같은 부유물이 접지전극에 달라붙지 못하도록 하는 코로나 방전처리 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 견지로서, 코로나 방전 시에 교류전압을 인가하여 주변의 먼지 입자와 같은 부유물을 중성으로 만들어 부유물의 하전으로 인한 안전사고를 미연에 방지하도록 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 코로나 방전방식에 의한 방전현상을 보인 개략도로서,

도 1a는 양의 코로나 방전현상을 보인 도이고,

도 1b는 음의 코로나 방전현상을 보인 도이고,

도 2는 본 발명에 따른 코로나 방전처리를 위한 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 블록도 이고,

도 3은 도 2의 각부에서 출력되는 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 나타내는 파형도 이고,

도 4는 도 2에 따른 코로나 방전을 위해 방전전극에 교류전압을 가할 때의 하전특성을 보인 도로서,

도 4a는 양의 코로나 방전시의 하전 특성도 이고,

도 4b는 음의 코로나 방전시의 하전 특성도 이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100, 200 : 방전전극 101, 201 : 부유물

103, 203 : 코로나 방전영역 104, 204 : 접지전극

300 : 고전압 발생부 301 : 제1 개시전압 검출부

302 : 제2 개시전압 검출부 303 : 적산부

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 측면에 따른 코로나 방전처리 장치는, 입력 교류전압을 코로나 방전이 충분히 가능한 전압으로 승압시켜 출력하는 고전압 발생수단; 상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압으로부터 양이온 또는 음이온 중에서 어느 하나의 이온을 발생시킬 수 있는 코로나 개시전압을 추출하는 제1 개시전압 검출수단; 상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압으로부터 상기 선택되지 않은 다른 하나의 이온을 발생시킬 수 있는 코로나 개시전압을 추출하는 제2 개시전압 검출수단; 및 상기 제1, 제2 개시전압 검출수단에서 추출된 각각의 코로나 개시전압을 적산하여 양이온과 음이온을 교번적으로 발생하도록 방전전극에 인가하는 적산수단을 포함한다.

바람직하기로, 상기 제1 개시전압 검출수단은 상기 고전압 발생수단으로부터 양의 고전압을 추출하여 양의 코로나 개시전압을 출력하고 제2 개시전압 검출수단은 상기 고전압 발생수단으로부터 음의 고전압을 추출하여 음의 코로나 개시전압을 출력하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 제1 개시전압 검출수단을 차동증폭기와 같은 비교기로 구성하여 상기 고전압 발생수단으로부터 얻어진 양의 고전압이 설정 이득값 이상일 경우에 양의 코로나 개시전압으로 출력하는 것을 특징으로 한다.

선택적으로, 상기 제2 개시전압 검출수단이 음의 코로나 개시전압을 추출할 경우, 상기 고전압 발생수단에서 얻어진 음의 고전압을 양의 고전압으로 반전시키는 제1 반전소자; 상기 반전된 양의 고전압이 설정된 이득값 이상일 경우에 코로나 개시전압으로 출력하는 비교기; 및 상기 양의 코로나 개시전압을 음의 코로나 개시전압으로 반전시켜 출력하는 제2 반전소자를 포함하는 것이 바람직하다.

이와 같이하면, 양의 코로나 개시전압에 의해 발생된 양이온이 부유물에 부착되어 접지전극에 부착되기 전에 음의 코로나 개시전압에 의해 발생된 음이온들이 상기 양이온이나 +로 하전되어 있던 부유물을 중성으로 만들거나 부유물에 부착되어 있던 양이온들을 중성으로 만들어 중성기체로 떨어져 나가도록 함을 알 수가 있다.

그 결과, 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압의 극성을 바꿀 때마다 부유물의 이동이 멈추고 접지전극에 부유물이 달라붙는 현상이 배제됨으로서, 결국 전극의 오염에 의한 방전효과 저하 및 안전사고 등이 미연에 방지되는 이점이 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 코로나 방전처리 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

또한, 본 발명의 기술은 신호강도의 커다란 감쇠없이 코로나 방전에 의해 생긴 압력파를 전달할 수 있는 음향감응기 또는 이형품의 방전처리를 효율적으로 하기 위한 여러 가지의 코로나 방전처리 장치에 적용할 수 있다.

그래서 설명에 사용되는 도 2는 특정한 코로나 방전처리 장치가 아니고 코로나 방전을 이용한 여러 가지의 제품에 착안한 도면이다.

또한, 설명에 사용되는 각 도면에 있어서, 같은 구성성분에 관해서는 동일한 번호를 부여하여 표시하고 그 중복되는 설명을 생략하는 것도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 코로나 방전처리를 위한 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 블록도 이다.

본 실시 예에 따르면, 입력되는 상용 교류전원(AC)을 코로나 방전을 위한 충분한 크기로 승압시켜 출력하는 고전압 발생부(300)와, 상기 발생된 고전압중에서 양의 전압을 입력받아 양의 코로나 개시전압을 검출하여 출력하는 제1 개시전압 검출부(301)와, 고전압 발생부(300)로부터 발생된 고전압중에서 음의 전압을 입력받아 양의 전압으로 반전시키고 그 반전된 양의 전압을 설정 이득값과 비교하여 이를 음의 코로나 개시전압으로 반전·출력하는 제2 개시전압 검출부(302)와, 제1, 제2 개시전압 검출부(301),(302)에서 입력되는 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 적산하여 출력하는 적산부(303)와, 상기 적산된 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 입력받아 양이온 및 음이온을 교대로 반복하여 발생하는 방전전극(100),(200)으로 구성된다.

그리고, 도 4a 및 도 4b는 도 2에 따른 코로나 방전을 위해 방전전극(100),(200)에 교류전압을 가할 때의 하전특성을 보인 도로서, 이는 도 1a, 도 1b와 동일 구성으로 이루어져 도 2의 적산부(303)에서 양의 코로나와 음의 코로나 개시전압이 교대로 반복 출력됨으로써, 먼지와 같은 부유물(101)(102),(201)(202)이 중성으로 되어 접지전극(104),(204)에 달라붙지 않는 것을 설명하기 위한 예시도 이다.

이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 코로나 방전처리 장치는, 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 방전전극에 교대로 반복 인가하여 부유물 및 이 부유물에 부착된 양이온들을 중성으로 만드는 과정에 대하여 다음과 같은 동작을 한다.

이하에, 도 2 내지 도 4를 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.

먼저, 도 2에서 상용 교류전원(AC)이 입력되면 트랜스 포머(Transformer)와 같은 고전압 발생부(300)는 입력된 상기 상용 교류전원을 코로나 방전을 위한 충분한 크기로 승압시켜 도 3의 a와 같은 양의 고전압과 도 3의 b와 같은 음의 고전압을 발생시킨다.

상기 양의 고전압은 제1 개시전압 검출부(301)에 공급되고, 음의 고전압은 제2 개시전압 검출부(302)에 공급된다.

이와 같이 양의 고전압과 음의 고전압이 발생되면 차동증폭기와 같은 비교기로 이루어진 제1 개시전압 검출부(301)는 고전압 발생부(300)에서 입력되는 도 3의 a와 같은 양의 고전압이 설정된 베이스값, 즉 다시 말해 설정된 이득값 이상일 경우에 도 3의 c와 같은 양의 코로나 개시전압으로 출력하게 된다.

제1 개시전압 검출부(301)에서 추출된 양의 코로나 개시전압은 이후에 설명될 적산부(303)에 공급된다.

그리고, 제2 개시전압 검출부(302)는 제1 반전소자와 차동증폭기와 같은 비교기 및 제2 반전소자를 포함한다.

상기 제1 반전소자는 고전압 발생부(300)에서 발생된 도 3의 b와 같은 음의 고전압을 자체에 구성된 제1 반전소자를 통해 양의 고전압으로 반전시켜 비교기에 제공하게 된다.

상기 비교기는 상기 반전되어 입력되는 양의 고전압을 전술한 바와 같은 방법으로 자체에 설정된 이득값과 비교하여 이득값 이상일 경우에 양의 코로나 개시전압을 출력하게 된다.

상기 비교기에서 출력되는 양의 코로나 개시전압은 다시 상기 제2 반전소자를 통해 도 3의 d와 같이 음의 코로나 개시전압으로 반전되어 적산부(303)에 공급된다.

그리고 적산부(303)는 제1 개시전압 검출부(301)에서 추출되어 입력되는 도 3의 c와 같은 양의 코로나 개시전압과 제2 개시전압 검출부(302)에서 입력되는 도 3의 d와 같은 음의 코로나 개시전압을 적산하여 도 3의 e와 같은 극성이 서로 다른 코로나 개시전압을 교대로 출력하게 된다.

상기 극성이 서로 다른 코로나 개시전압은 도 4의 방전전극(100),(200)에 인가된다.

이와 같이 적산부(303)에서 출력되는 교류전압원인 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 교대로 반복시켜 방전전극(100),(200)에 인가함으로써 일어나는 하전특성을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4a와 같이 와이어와 같은 양의 방전전극(100)에 도 2의 적산부(303)에서 출력되는 도 3의 e와 같은 양의 코로나 개시전압을 인가하면 도 1a에서 설명한 바와 같이 양이온(N⁺)이 발생하게 된다.

상기 양이온은 방전전극(100)과 접지전극(104) 사이에 존재하는 부유물(101),(102)에 부착된 후 접지전극(104)을 향해 이동하게 된다.

이때, 부유물(101),(102)이 접지전극(104)에 부착되기 전에 음의 코로나 개시전압으로 바꾸어주면 도 4b에서와 같이 접지전극(204)을 향해 이동하던 하전된 부유물(201),(202)이 방향을 바꾸어 방전전극(200)을 향해 이동하게 된다.

그러나, 이때 접지전극(204)을 향하던 전자(e)들이 양이온(N⁺)이나 부유물(201),(202)에 직접 부착되어 +로 하전되어 있던 부유물(201),(202)을 중성으로 만들거나 부유물(201),(202)에 부착되어 있던 양이온(N⁺)들을 중성으로 만들어 중성기체로 떨어져 나가도록 한다.

이와 같은 방법으로 계속 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 바꿀 때마다, 즉 다시 말해 극성을 바꾸어 방전전극(100) 또는 (200)에 인가할 때마다 상기와 같은 동작이 반복되어 그 결과, 부유물(101)(102),(201)(202)이 이동을 멈춤으로서 접지전극(104) 또는 (204)에 부유물이 달라붙는 현상이 방지되는 것이다.

한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 방전전극에 직류전압을 인가하여 개별적으로 양의 코로나 방전과 음의 코로나 방전을 수행함으로 인해서 접지전극에 부유물이 달라붙는 것과는 달리 본 발명은 양의 코로나 개시전압과 음의 코로나 개시전압을 방전전극에 교대로 반복 인가하여 먼지와 같은 부유물을 중성으로 만들게 됨을 알 수가 있다.

이 결과에서, 본 발명에 의하면 코로나 방전의 효율성을 높이면서도 종래의 것과 동등 이상의 편리성을 가져올 뿐 아니라 축적된 먼지 입자들에 의한 안전사고를 최소화시킬 수 있음을 알 수 있다.

이상에서와 같이, 본 실시 예에서는 교류전압인 양의 코로나와 음의 코로나를 교대로 반복시켜 방전전극에 자동으로 공급하여 줌으로서 종래의 직류전압(DC) 공급에 따른 접지전극의 방전성능 저하와 정기적인 세척이 줄어들고 안전사고가 발생되지 않는 것이다.

이 적용례에 의하면, 코로나 방전 시에 작업공수가 증가되는 것이 없고, 또한 접지전극에 먼지 입자와 같은 부유물이 축적되지 않아 결국, 제품의 품질 안정화를 실현할 수가 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.

이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.

상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명의 코로나 방전처리 장치에 의하면, 양의 코로나에 의해 발생된 양이온이 부유물에 부착되어 접지전극에 달라붙기 전에 음의 코로나에 의해 발생된 음이온들이 양이온이나 하전되어 있는 부유물을 중성으로 만들어 중성기체로 떨어져 나가도록 함으로서, 접지전극의 오염에 의한 방전효과 저하와 주기적 세척 및 안전사고 등이 미연에 방지되는 효과가 있다는 것이다.

Claims

입력 교류전압을 코로나 방전을 위한 충분한 크기로 승압시켜 출력하는 고전압 발생수단;

상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압으로부터 양이온 또는 음이온 중에서 어느 하나의 이온을 발생시킬 수 있는 코로나 개시전압을 추출하는 제1 개시전압 검출수단;

상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압으로부터 상기 선택되지 않은 다른 하나의 이온을 발생시킬 수 있는 코로나 개시전압을 추출하는 제2 개시전압 검출수단; 및

상기 제1, 제2 개시전압 검출수단에서 추출된 각각의 코로나 개시전압을 적산하여 방전전극에 교번적으로 반복 인가하는 적산수단을 포함한 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1 개시전압 검출수단은 상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압중 양의 고전압을 추출하고, 제2 개시전압 검출수단은 상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압중 음의 고전압을 추출하는 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 제1, 제2 개시전압 검출수단중 어느 하나의 개시전압 검출수단을 비교기로 구성하여 상기 고전압 발생수단으로부터 얻어진 고전압이 설정 이득값 이상일 경우에 코로나 개시전압으로 출력하는 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제1, 제2 개시전압 검출수단 중에서 어느 하나의 개시전압 검출수단은,

(1) 상기 고전압 발생수단에서 얻어진 고전압을 반전시키는 제1 반전소자;

(2) 상기 반전된 고전압이 설정된 이득값 이상일 경우에 코로나 개시전압으로 출력하는 비교기; 및

(3) 상기 비교기에서 출력된 코로나 개시전압을 반전시켜 출력하는 제2 반전소자를 포함하는 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

(1) 상기 고전압 발생수단에서 발생된 고전압중 양의 전압은 상기 비교기로 처리하여 양의 코로나 개시전압을 출력하며,

(2) 상기 고전압 발생수단에서 발생된 고전압중 음의 전압은 상기 제1 반전소자, 비교기 및 제2 반전소자를 통해 처리하는 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.