KR20060036525A

KR20060036525A - 정전분무 세정장치

Info

Publication number: KR20060036525A
Application number: KR1020040085402A
Authority: KR
Inventors: 김용진; 한방우; 황순철; 김용빈; 문용승; 허경재
Original assignee: 한국기계연구원; 한국캠브리지필터 주식회사
Priority date: 2004-10-25
Filing date: 2004-10-25
Publication date: 2006-05-02
Also published as: KR100699415B1

Abstract

본 발명은 정전분무 세정장치에 관한 것으로서, 별도의 세정액 공급기로부터 세정액을 공급받아, 상기 세정액을 분사 및 분무시키는 노즐; 상기 노즐의 세정액 분사구 선단 앞에 위치하여, 상기 노즐을 통해 분사되는 세정액의 액적을 하전시키고, 다량의 음이온 및 오존을 방출시키는 코로나 전극; 및 상기 코로나 전극에 전압을 공급하여 전기장이 야기되도록 하는 전원공급기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 코로나 전극은, 음극 코로나 방전을 하도록 설정된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 코로나 전극은, 링(Ring) 형상인 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 전원공급기는, 2kV 내지 5kV 의 전압으로 2mA 내지 5mA 의 전류를 상기 코로나 전극으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 세정장치의 노즐을 통해 분사되는 액적의 운동에너지 손실 및 액적의 비산되는 양을 줄이면서도 세정 대상물체 표면의 각종 오염물질을 원활히 제거할 수 있는 효과가 있다.

정전분무, 세정, 분무세정, 코로나, 전극

Description

정전분무 세정장치{ELECTROSTATIC SPRAY CLEANING APPARATUS}

도 1 은 종래 세정장치의 개략도.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 정전분무 세정장치의 개략도.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 정전분무 세정장치의 세정 과정을 나타낸 예시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 노즐

20 : 코로나 전극

30 : 전원공급기

본 발명은 정전분무 세정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 세정장치의 전극이 구비된 노즐을 통해 분사되는 액적을 하전시키고, 세정대상 물체를 접지 시켜 하전된 액적과 접지된 세정 대상 물체를 전기적으로 결합시킴으로써, 세정하고자 하는 대상물체 표면의 오염물질을 원활히 제거할 수 있는 정전분무 세정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액체의 미립화 및 분무는, 분무도장, 인쇄, 코팅, 초미립자 제조, 우주공간에서의 물체추진 및 세정장치와 같이 다양한 분야에서 응용되고 있다.

상기 액체의 미립화 및 분무를 이용한 종래의 세정장치에 관해 도 1 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 종래에 응용되고 있는 액체의 미립화 및 분무를 이용한 세정장치는 액체를 소정의 고압으로 노즐을 통해 세정하고자 하는 대상물체로 분사시킨다.

상기 노즐을 통해 분사된 액체는 작은 크기로 미립화되게 되며, 상기 미립화된 액체(이하, "액적"이라 한다)는 대상물체 표면의 먼지와 분진과 같은 오염물질들과 충돌하여 오염물질을 흡착함으로써, 상기 오염물질을 제거한다.

그러나 상기 도 1 에 도시된 종래의 세정장치를 통해 분사된 액적은, 상기 대상물체에 도달하기 전에 다른 액적들과 재결합되어 그 크기가 증가됨으로써, 분사된 액적의 운동에너지가 감소하고, 따라서 비산되는 액적의 양이 많아짐으로 인해 상기 세정 대상물체를 벗어나게 되는 바, 대상물체 표면의 오염물질을 원활히 제거하지 못하는 문제점이 있었다.

또한, 상술한 바와 같이 비산되는 액적의 양이 많아짐에 따라 세정장치에 공급되는 세정을 위한 액체(이하, "세정액"이라 한다)의 낭비가 커지는 문제점도 있 었다.

그리고, 상기 대상물체 표면의 제거되지 않은 오염물질들 간에 응집 및 고착현상으로 인하여 각종 세균과 같은 이차적인 오염물질이 야기되는 문제점도 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 세정장치의 노즐을통해 분사되는 액적의 운동에너지 손실 및 액적의 비산되는 양을 줄이면서도 세정 대상물체 표면의 각종 오염물질을 원활히 제거할 수 있는 정전분무 세정장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 비산되는 액적의 양을 줄임으로써, 세정액의 낭비를 줄일 수 있는 정전분무 세정장치를 제공함에도 있다.

그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 상술한 바와 같이 세정 대상물체 표면의 제거되지 않는 오염물질의 양을 줄이면서, 음이온 및 오존의 살균력에 의한 각종 세균과 미생물을 살균하고 제거함으로써, 오염물질들 간의 응집, 세균번식 및 고착화로 야기되는 이차적인 오염물질의 발생 가능성을 줄일 수 있는 정전분무 세정장치를 제공함에도 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 정전분무 세정장치에 관한 것으로서, 별도의 세정액 공급기로부터 세정액을 공급받아, 상기 세정액을 분사 및 분무시키는 노즐(10); 상기 노즐(10)의 세정액 분사구 선단 앞에 위치하여, 상기 노즐(10)을 통해 분사되는 세정액의 액적을 하전시키고, 다량의 음이온 및 오존을 방출시키는 코로나 전극(20); 및 상기 코로나 전극(20)에 전압을 공급하여 전기장이 야기되도록 하는 전원공급기(30); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 코로나 전극(20)은, 음극 코로나 방전을 하도록 설정된 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게 상기 코로나 전극(20)은, 링(Ring) 형상인 것을 특징으로 한다.

그리고 바람직하게 상기 전원공급기(30)는, 2kV 내지 5kV 의 전압으로 2mA 내지 5mA 의 전류를 상기 코로나 전극(20)으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 일실시예에 따른 정전분무 세정장치에 관하여 도 2 를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 정전분무 세정장치의 개략도이다.

도 2 에 도시된 바와 같이 정전분무 세정장치는 노즐(10), 코로나 전극(20) 및 전원공급기(30)를 포함한다.

상기 노즐(10)은 미도시된 세정액 공급기로부터 세정액을 공급받아 분사 또는 분무시키는 기능을 수행한다.

또한, 상기 코로나 전극(20)은 상기 노즐(10)의 분사구 선단 앞에 위치하여, 상기 노즐(10)을 통해 분사되는 세정액의 액적을 하전시키는 기능을 수행한다.

본 실시예에서 상기 코로나 전극(20)은 링(Ring) 형상을 하는 것으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

그리고, 상기 전원공급기(30)는 상기 코로나 전극(20)에 전압을 공급하여, 상기 코로나 전극에서 전기장이 야기되도록 하는 기능을 수행한다.

본 실시예에서 상기 전원공급기(30)는 상기 코로나 전극(20)에 2kV 내지 5kV의 전원을 공급하는 것으로 설정하겠으나, 상기 노즐(10)로 공급되는 세정액에 발화점이 높은 물질(이하, "발화성 물질"이라 한다)이 유입될 경우, 상기 발화성 물질이 착화되어 순간적으로 폭발할 수 있는 위험이 있으므로, 이러한 위험을 방지하기 위해 상기 코로나 전극(20)에 공급되는 전압의 전류를 통상 2mA 내지 최대 5mA로 제한하는 것이 바람직하다.

이하, 상술한 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 정전분무 세정장치의 동작에 관해 도 3 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 정전분무 세정장치의 세정 과정을 나타낸 예시도이다.

도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(10)을 통해 분사되는 세정액의 액적이 상기 노즐의 분사구 선단 앞에 위치한 코로나 전극(20)을 통과한다.

상기 코로나 전극(20)은 전원공급기(30)로부터 전원을 공급받아 강한 전기력을 발생시키는데, 상기 노즐(10)을 통해 분사되는 액적이 코로나 전극(20)을 통과하는 동안 상기 강한 전기력에 의해 하전된다.

이때 상기 강한 전기력이 작용하는 코로나 전극(20) 주변에서, 기체 분자의 전기적인 파괴에 의한 코로나 방전이 발생하며, 이러한 코로나 방전은 코로나 전극(20) 주변 기체 분자의 전기적인 파괴로 배출되는 자유전자에 의해 코로나 전극(20) 주위로 점, 리본 및 쏘시지 형상의 형광을 형성하게 된다.

참고적으로 상기 코로나 전극(20) 주위에 형성되는 형광의 형상은, 코로나 전극(20)의 극성에 따라 달라지며, 그 극성에 따라 양극 코로나 방전과 음극 코로나 방전으로 구분된다.

상기 양극 코로나 방전은 코로나 전극(20)의 표면에 균일한 형태로 나타나며, 음극 코로나 방전은 상기 코로나 전극(20) 주위에서 점 또는 리본 형태로 부분적으로 나타난다.

상기 코로나 방전에 대해 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 코로나 전극(20)은 강한 전기력으로 인해, 코로나 전극(20) 주변의 기체 내에 포함되어 있는 자유전자를 가속시키게 된다.

상기 가속된 자유전자는 빠른 속도로 이동하면서 기체 내의 다른 분자들과 충돌하게 되며, 상기 충돌된 분자는 양이온으로 하전되면서 자유전자를 하나 더 배출하게 된다.

상기 배출된 자유전자는 연쇄적으로 기체 내의 다른 분자들과 충돌하여 많은 양의 양이온과 자유전자(음이온) 및 오존을 생성시키는데, 이와 같은 이온 증가 과정을 아발란체(Avalanche) 증배라고 한다.

상기 아발란체 증배 현상은 가속된 자유전자가 기체 분자와 충돌하여 이온을 생성시킬 수 있는 속도를 가지는 한 계속 유지되며, 이러한 아발란체 증배 현상은 전기력의 세기(강도)에 의해 영향을 받는다.

여기서 상기 음이온 및 오존은 상기 액적과 함께 세정 대상물체 표면으로 이동하게 되며, 상기 음이온 및 오존은 주지된 바와 같이 양극으로 하전되어 있는 먼지, 담배연기, 꽃가루 및 세균을 포함하는 각종 미세한 오염물질과 전기적으로 결합하여 중성화 또는 분해시키는 기능을 수행한다.

본 실시예에서 상기 코로나 전극(20)에 의한 코로나 방전은 음극 코로나 방전이 되도록 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아닌 바, 양극 코로나 방전이 되도록 설정할 수도 있다.

한편, 상기 액적은 그 특성상 소정의 표면장력을 가지고 있으며, 상기 액적에 상기 표면장력 이상의 전기력을 가하게 되면, 상술한 바와 같이 코로나 전극(20)을 통해 액적이 하전됨과 동시에 더욱 작은 액적으로 분열된다.

이러한 액적의 표면장력과 액적의 크기에 관해 수학식 1 을 참조하여 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 q 는 액적의 한계 비하전량이며, ε 은 액적 주변 기체의 유전율이고, r 은 액적의 표면장력이며, d 는 액적의 지름(크기)이다.

상기 수학식 1 로부터 알 수 있듯이, 액적은 하전량 한계 값(Rayleigh's Limit)을 가지며, 한계 하전량은 액적의 지름, 즉 그 크기가 작을 수록 증가하기 때문에 하전에 의해 불안정하게 된 액적은 더 작은 액적으로 분열됨으로써 안정한 상태가 된다.

또한, 상술한 바와 같이 하전된 액적들은, 액적들 상호간에 쿨롱의 척력(Coulombic repulsion)이 작용하는 바, 상기 액적들이 노즐(10)을 통해 분사되어 세정 대상물체의 표면에 도달하기 전에, 액적들 상호 간의 재결합으로 인해 발생하는 운동량(운동에너지) 감소가 없게 되므로, 상기 액적들이 세정 대상물체의 표면에 도달하는 순간 운동량 손실 없이 오염물질과 부딪히게 되며, 결과적으로 세정 대상물체 표면의 오염물질을 효율적으로 세정할 수 있게 된다.

그리고, 상기 세정 대상물체는, 상기 도 3 에 도시된 바와 같이, 접지되어 상기 액적과 반대의 극성을 띠게 되므로, 액적과 세정 대상물체 사이에 형성된 전기장에 의해 상기 액적은 세정 대상물체를 향하여 이동하게 되며, 액적의 크기가 작을 수록 상기 전기장에 더욱 영향을 받게 되는 바, 액적이 세정 대상물체를 벗어나게 되는 비산에 의한 액적의 손실이 줄어들게 된다.

본 실시예에서, 상기 세정 대상물체는 전원공급기(30)에 접지되는 것으로 설정하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 본 실시예에서, 코로나 전극(20)의 형상, 상기 코로나 전극(20)에 공급되는 전압 및 노즐(10)로 공급되는 세정액의 압력에 따라 세정 유효거리가 형성되는 바, 본 발명이 적용되는 시스템의 구성 요소와의 관계를 고려하여 설정해야 함이 바람직할 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

또한 본 발명에 따르면, 상기 비산되는 액적의 양을 줄임으로써, 세정액의 낭비를 줄일 수 있는 효과도 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 세정 대상물체 표면의 제거되지 않는 오염물질의 양을 줄이면서, 음이온 및 오존의 살균력을 이용하여 각종 세균 및 미생물을 살균하고 제거함으로써, 오염물질들 간의 응집 및 고착화와, 각종 세균 및 미생물의 번식에 의해 야기되는 이차적인 오염물질의 발생 가능성을 줄일 수 있는 효과도 있다.

Claims

정전분무 세정장치에 있어서,

별도의 세정액 공급기로부터 세정액을 공급받아, 상기 세정액을 분사 및 분무시키는 노즐(10);

상기 노즐(10)의 세정액 분사구 선단 앞에 위치하여, 상기 노즐(10)을 통해 분사되는 세정액의 액적을 하전시키고, 다량의 음이온 및 오존을 방출시키는 코로나 전극(20); 및

상기 코로나 전극(20)에 전압을 공급하여 전기장이 야기되도록 하는 전원공급기(30); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분무 세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 코로나 전극(20)은,

음극 코로나 방전을 하도록 설정된 것을 특징으로 하는 정전분무 세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 코로나 전극(20)은,

링(Ring) 형상인 것을 특징으로 하는 정전분무 세정장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전원공급기(30)는,

2kV 내지 5kV 의 전압으로 2mA 내지 5mA 의 전류를 상기 코로나 전극(20)으로 공급하는 것을 특징으로 하는 정전분무 세정장치.