KR20020036178A

KR20020036178A - 전계분포의 변화를 이용한 아연분말 유동장치 및 그제어방법

Info

Publication number: KR20020036178A
Application number: KR1020000066221A
Authority: KR
Inventors: 정원철; 김황식
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-16

Abstract

본 발명은 아연분말에 불평등 전계을 인가할 수 있는 다수의 고전압 전극셀을 통한 정전기력을 이용하여 아연분말의 유동량을 연속적으로 일정하게 유지하는 아연분말 유동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 아연분말 분사시스템의 챔버에 저장된 아연분말을 유동시켜 고전압전극에 의해 발생된 정전기력으로 강판에 부착하여 아연도금강판을 제작하도록 아연분말을 공급하는 장치에 있어서, 챔버(21)의 상부에 위치하며 독립된 다수의 전원에 의해 전압의 기울기를 생성하는 다수의 고전압 전극셀(23)과, 고전압 전극셀(23)과 대향하여 일정거리 떨어진 곳에 위치하여 아연분말을 하전시키는 접지전극판(25)과, 챔버(21)의 출구측에 위치하여 아연분말전극을 안내하는 다수의 안내전극셀(26)과, 출구측 하부에 위치하여 아연분말이 흘러내리도록 기울기를 갖는 진동판(27) 및, 진동판(27)에 진동을 가하는 초음파진동장치(28)를 포함한다.

Description

전계분포의 변화를 이용한 아연분말 유동장치 및 그 제어방법{Zinc powder fluidizing apparatus and its control method with electric field variation}

본 발명은 아연분말을 고전압 전극과 강판사이에 자중에 의한 낙하속도로 투입하고 이를 고전압전극에 의해 발생된 정전기력으로 강판에 부착하여 아연도금강판을 제작하도록 아연분말을 공급하는 장치에 관한 것이며, 특히, 전계분포의 변화를 이용한 정전 하전량을 이용하여 아연분말을 유동시키는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 아연분말을 유동시키는 정전 하전량을 제어하는 방법에 관한 것이기도 하다.

기존의 아연분말 공급방식에는 크게 수송기체를 이용한 유동식과, 스크류를 이용한 기계식이 있다. 도 1에 보이듯이, 유동식 아연분말 분사시스템은 아연분말 분사시에 필요한 가스를 저장하는 가스탱크(11)와, 운송기체(carrier air)의 유량을 조절하는 제1 플로우미터(12)와, 유동가스의 유량을 조절하는 제2 플로우미터(13)와, 아연분말(18)을 저장하기 위한 분말탱크(19)와, 운송기체 흡입구(14)와 분말흡입관(17) 및 기체혼합분말 토출구를 구비한 분사벤츄리(15) 및, 유동가스의 부분유동을 위한 유동기체주입관(16)으로 구성되어 있다.

분사벤츄리(15)를 이용한 분사시스템은 베르누이의 원리를 이용한 것으로서, 고압의 기체가 흡입구에서 토출구로 통과하면 벤츄리내의 압력이 떨어져서 분말흡입관(17)으로부터 기체유입이 발생되고, 이 때 아연분말도 함께 유입되는 원리이다. 그러나, 아연분말(18)은 밀도가 높기 때문에 흡입관(17)이 분말에 닿아 있지않으면 분말의 흡입은 거의 일어나지 않고 기체만 흡입되는 현상이 발생되고, 반대로, 흡입관(17)이 분말내에 박혀 있으면 아연분말(18)의 밀도가 높기 때문에 기체의 흡입이 방해되어 흡입관(17)이 막히는 현상이 발생한다.

이런 부분유동방식의 문제점은 아연분말(18)을 노즐로 분사하기 위하여 수송기체를 사용하여야 하는 점이다. 이렇게 수송기체를 사용하게 되면 분말의 초기 속도가 강하여 중력방향으로 빠르게 진행하기 때문에, 정전기력이 힘을 가할 수 있는 시간이 짧아져서 강판쪽으로 이동하는 분말의 양이 적어지는 문제가 발생한다.

한편, 스크류를 이용하는 기계식 공급방법은 홈이 파여진 긴 스크류를 아연분말사이에 넣고 회전시킴으로써, 홈 사이에 낀 아연분말이 이동하여 공급되는 방식이다. 이런 스크류를 이용하는 방법은 수송기체를 사용하지 않아 자유낙하시킬 수 있는 장점이 있으나, 아연분말이 홈 사이에서 압력을 받아 응축됨으로써 아연분말 자체의 금속적 성질 및 물리적 형태가 변하는 등 유지보수의 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 아연분말에 불평등 전계을 인가할 수 있는 다수의 고전압 전극셀을 통한 정전기력을 이용하여 아연분말의 유동량을 연속적으로 일정하게 유지하는 아연분말 유동장치를 제공하는 데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 다수의 고전압 전극셀의 전압 기울기를 제어하여 아연분말의 거동을 제어하는 제어방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

도 1은 종래기술에 따른 아연분말 분사시스템의 구성요소들을 도시한 개략도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계분포의 변화를 이용한 아연분말 유동장치의 구성요소들을 도시한 개략도이고,

도 3은 도 2에 도시된 유동장치의 제어로직을 나타낸 순서도이고,

도 4는 본 발명에 따른 불평행 전극의 구조도이고,

도 5는 본 발명에 따른 불평행 전극에서 입자의 거동에 따른 영역을 나타낸 도면이며,

도 6은 본 발명에 따른 독립적인 전극셀을 이용한 불평행 전계를 도시한 도면이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

21 : 챔버 22 : 아연분말

23 : 전극셀 24 : 전원장치

25 : 분말전극판 26 : 안내전극셀

27 : 진동판 28 : 초음파진동장치

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 아연분말 분사시스템의 챔버에 저장된 아연분말을 유동시켜 고전압전극에 의해 발생된 정전기력으로 강판에 부착하여 아연도금강판을 제작하도록 아연분말을 공급하는 장치에 있어서,

상기 챔버의 상부에 위치하며 독립된 다수의 전원에 의해 전압의 기울기를 생성하는 다수의 고전압 전극셀과, 상기 고전압 전극셀과 대향하여 일정거리 떨어진 곳에 위치하여 아연분말을 하전시키는 접지전극판 및, 상기 챔버의 출구측에 위치하여 아연분말전극을 안내하는 다수의 안내전극셀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따르면, 아연분말 분사시스템의 챔버의 상부에 위치하며 독립된 다수의 전원에 의해 전압의 기울기를 생성하는 다수의 고전압 전극셀과, 상기 고전압 전극셀과 대향하여 일정거리 떨어진 곳에 위치하여 아연분말을 하전시키는 접지전극판의 사이에 형성되는 정전 하전량을 제어함으로써 아연분말의 유동량을 제어하는 방법에 있어서,

상기 고전압 전극셀과 분말전극판 사이의 극간거리와 분사하고자 하는 아연분말의 크기를 설정하고, 하버링 개시전압과 리프팅 전압을 설정하며, 분사량 및 인가할 허용전류치를 설정하는 초기설정단계와; 인가전압과 극간거리 및 아연분말의 크기로부터 하전량을 계산하고, 계산된 하전량과 설정된 인가전류량 및 분사량으로부터 출력할 전류량을 계산하는 단계 및; 전류센서에서 측정된 분사량에 따른 실제전류치가 허용전류치 이내이면 다시 초기화 상태로 전이하고, 범위를 초과하면 전압강하치를 계산하고 전압계산치를 출력한 후 초기화단계로 복귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아래에서, 본 발명에 따른 전계분포의 변화를 이용한 아연분말 유동장치 및 그 제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도 4에 도시된 바와 같이, 하전된 입자가 기울기를 가진 전극들의 사이에 위치할 경우에 있어, 입자의 움직임은 쿨롱힘 F_q, 전기적 기울기힘 F_grad, 마찰력 F_v, 중력 F_g의 지배를 받는다.

금속입자의 하전량 q는 수학식 1과 같고, 각각의 힘의 종류별 크기 및 방향은 표 1과 같다.

상기 수학식 1 및 표 1에서 q : 하전량, E : 전계의 세기(E_rθ= rθ축상에서의 전계성분), a : 입자의 직경, ε₀: 진공의 유전률, ε_s: 공기의 유전률, g :중력 가속도, ρ_p: 입자의 밀도, ρ_s: 공기의 밀도, η: 공기의 마찰계수, v : 입자의 충돌속도를 나타낸다.

도 5는 평행하지 않은 두 전극 사이에 놓인 금속입자에서 나타나는 현상을 나타낸 것으로서, 전계의 세기에 따라 4개의 영역에서 다르게 나타난다. 첫째, 전극간의 거리가 멀어 전계의 힘이 약하여 입자의 움직임이 없는(no-moving)영역, 둘째, 입자에 작용하는 쿨롱힘의 수평성분과 전기적 기울기힘이 마찰력을 이기고 수평으로 이동하는 하버링(hovering)영역, 셋째, 쿨롱힘의 수직성분이 중력을 이기고 떠오르는 리프팅(lifting)영역, 그리고 고전계(high electric field)에 의해 공기의 절연이 파괴되는 절연파괴(Break down)영역으로 구분된다.

본 발명에서는 하버링영역과 리프팅영역을 이용하여 아연분말의 이동에 사용하려는 것이다. 즉, 서로 다른 전압을 인가할 수 있도록 고전압 전극을 여러 개의 셀로 나누고, 각각의 셀에 독립적이며 공간적으로 순차적인 전압을 인가하면, 수평으로 놓인 전극간의 배치에서도 마치 기울기를 가진 형태의 전압분포를 형성시킬 수 있게 된다. 예를 들어, 10v, 5v, 그리고 1v의 전압을 가지는 전극셀을 접지전극 위쪽에 배치하면 도 6과 같은 등전압 분포를 가지게 된다.

상기와 같이 독립적인 전극셀에 공간상으로 순차적인 전압을 인가함으로써 마치 기울기를 가진 전극과 같은 효과를 나타낼 수 있다. 따라서, 아연분말 입자의 움직임을 물리적인 전극의 기울기가 아닌 전기적인 전압의 기울기로서 제어할 수 있다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전계분포의 변화를 이용한 아연분말 유동장치의 구성요소들을 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 유동장치의 제어로직을 나타낸 순서도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 정전기력을 이용한 아연분말 유동장치는 아연분말(22)의 저장 및 유동을 위한 챔버(21)와, 이런 챔버(21)의 상부에 위치하는 다수의 고전압 전극셀(23)과, 이런 고전압 전극셀(23)에 전원을 각각 공급하는 전원장치(24)와, 고전압 전극셀(23)과 대향하여 일정거리 떨어진 곳에 위치하여 아연분말(22)을 하전시키는 접지전극판(25)과, 아연분말(22)의 출구측에 위치하여 분말전극을 안내하는 안내전극셀(26)과, 아연분말(22)이 흘러내리도록 기울기를 갖는 진동판(27) 및, 이런 진동판(27)에 진동을 가하는 초음파진동장치(28)로 구성되어 있다. 한편, 고전압의 발생 및 제어를 위해 전원장치(24)에는 제어장치가 연결되어 있다.

본 발명에서는 고전압 전극셀(23)과 분말전극판(25) 사이의 전압 및 전류를 제어하는데, 챔버(21)의 출구쪽으로 이동할 수 있도록 고전압 및 고전류를 공급하여 아연분말의 하버링과 리프팅이 순차적으로 발생하도록 제어하는 것이다. 또한, 안내전극셀(26)에 의해 아연분말의 리프팅 현상이 발생하여 출구쪽으로 안연분말이 배출되도록 제어하는 것이다.

아연분말은 분말전극의 극성과 같은 극성으로 하전되며, 전기적 기울기를 가진 고전압 전극셀(23)과 접지전극판(25)과의 불평등 전계분포에 의해 분말전극이 출구측으로 이동되고, 이동된 아연분말은 자중에 의해 깔대기 모양의 노즐로 분사된다. 이렇게 하전된 아연분말(22)이 고전압 전극셀(23)과 접지전극판(25) 사이에 형성된 전계를 따라 마찰력을 이기고 고전압전극쪽으로 이동하는데, 이를 하버링(Hovering)이라 하며, 아연분말(22)에 작용하는 쿨롱력과 전기적 기울기력 및 마찰력과의 관계는 수학식 2와 같이 주어진다.

수학식 2에서 F_qx는 아연분말에 작용하는 쿨롱힘의 수평축 방향 힘이고, F_grad는 고전압 전극셀의 전압 기울기에 의한 수평이동력이다. 이 때, F_qx는 하전된 아연분말에 작용하는 전계의 세기 E_rq와 하전량 q의 곱에 의한 힘이며, 접지 강판의 이미지 힘에 의하여 0.832의 계수가 붙게 되고, 수평성분이므로 sinθ가 곱해진다. 표 1을 참고하여 나머지 성분을 대입하면 하버링 개시 전압은 수학식 3과 같이 주어진다.

한편, 아연분말이 중력을 이기고 부상하는 리프팅의 경우는 F_qz> F_g인 경우로 수학식 4와 같이 주어진다.

표 1과 수학식 4로부터 아연분말 부상의 임계전압을 수학식 5와 같이 구할 수 있다.

한편, 고전압 전극에서 분말전극으로 흐르는 전류는 수학식 6과 같이 주어진다.

I = N* q/t

수학식 6에서, I는 전류, N은 아연분말의 갯수, t는 시간을 나타낸다.

상기의 수학식들을 바탕으로 아연분말을 유동시키는 정전 하전량을 제어하는 방법에 대해서는 도 3에 도시된 각 단계별로 상세히 설명하겠다.

도 3에 도시된 단계 1(S1)에서는 고전압 전극셀(23)과 접지전극판(25) 사이의 극간거리를 설정하고, 단계 2(S2)에서는 분사하고자 하는 아연분말의 크기를 설정한다. 단계 3(S3)에서는 수학식 3과 같이 하버링(hovering) 개시전압치 및 수학식 5와 같이 리프팅(lifting)전압을 설정하고, 단계 4(S4)에서는 분사량을 설정하며, 단계 5(S5)에서는 수학식 6에 따라 인가할 허용전류치를 설정한다.

그리고, 단계 6(S6)에서는 인가전압과 극간거리 및 아연분말의 크기로부터 하전량을 계산하고, 단계 7(S7)에서는 계산된 하전량과 설정된 인가전류량 및 분사량으로부터 출력할 전류량을 계산한다. 그런 다음, 전류센서에서 측정된 분사량에 따른 실제전류치가 허용전류치 이내이면(아니오) 단계 11(S11)로 복귀하여 다시 초기화 상태로 전이하고, 범위를 초과하면(예) 단계 9(S9)에서 전압강하치를 계산하고 단계 10(S10)에서 전압계산치를 출력한 후, 단계 11(S11)로 진행하여 초기화단계로 복귀한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 아연분말 유동장치는 아연분말에 불평등 전계을 인가할 수 있는 다수의 고전압 전극셀을 통한 정전기력을 이용하여 아연분말의 유동량을 연속적으로 일정하게 유지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 정전 하전량 제어방법은 고전압 전극셀의 전압 기울기를 제어하여 아연분말의 유동량을 연속적으로 일정하게 유지하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 전계분포의 변화를 이용한 아연분말 유동장치 및 그 제어방법에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

아연분말 분사시스템의 챔버에 저장된 아연분말을 유동시켜 고전압전극에 의해 발생된 정전기력으로 강판에 부착하여 아연도금강판을 제작하도록 아연분말을 공급하는 장치에 있어서,

상기 챔버의 상부에 위치하며 독립된 다수의 전원에 의해 전압의 기울기를 생성하는 다수의 고전압 전극셀과, 상기 고전압 전극셀과 대향하여 일정거리 떨어진 곳에 위치하여 아연분말을 하전시키는 접지전극판 및, 상기 챔버의 출구측에 위치하여 아연분말전극을 안내하는 다수의 안내전극셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 상기 챔버의 출구측 하부에는 아연분말이 흘러내리도록 기울기를 갖는 진동판과 상기 진동판에 진동을 가하는 초음파진동장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
아연분말 분사시스템의 챔버의 상부에 위치하며 독립된 다수의 전원에 의해 전압의 기울기를 생성하는 다수의 고전압 전극셀과, 상기 고전압 전극셀과 대향하여 일정거리 떨어진 곳에 위치하여 아연분말을 하전시키는 접지전극판의 사이에 형성되는 정전 하전량을 제어함으로써 아연분말의 유동량을 제어하는 방법에 있어서,

상기 고전압 전극셀과 분말전극판 사이의 극간거리와 분사하고자 하는 아연분말의 크기를 설정하고, 하버링 개시전압과 리프팅 전압을 설정하며, 분사량 및 인가할 허용전류치를 설정하는 초기설정단계와,

인가전압과 극간거리 및 아연분말의 크기로부터 하전량을 계산하고, 계산된 하전량과 설정된 인가전류량 및 분사량으로부터 출력할 전류량을 계산하는 단계 및,

전류센서에서 측정된 분사량에 따른 실제전류치가 허용전류치 이내이면 다시 초기화 상태로 전이하고, 범위를 초과하면 전압강하치를 계산하고 전압계산치를 출력한 후 초기화단계로 복귀하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.