KR20090094474A - 세라믹스를 이용한 노즐형 이오나이저 - Google Patents

Abstract

이 발명은 코로나 방전에 의하여 이온화된 공기를 공기분사구를 통해 분사시켜서 대전물체의 정전기를 제거하는 노즐형 이오나이저에 관한 것으로서, 코로나 방전이 일어나는 방전침(22)과 근접한 거리의 부속들을 세라믹스와 같은 오존에 강한 소재를 사용하여 코로나 방전시 방전침(22)에서 발생되는 오존(O₃)으로 인한 이오나이저 내부의 부식을 방지하고 내부의 부식으로 인해 발생할 수 있는 파티클을 최소화 하여 이오나이저 자체에 의한 대전물체의 오염을 방지하고, 이오나이저의 수명을 연장하는 것을 내용으로 한다.

노즐형 이오나이저, 고주파 코로나 방전, 정전기, 방전침, 세라믹스, 오존.

Description

세라믹스를 이용한 노즐형 이오나이저{A nozzle type ionizer using ceramics}

이 발명은 세라믹스를 이용한 노즐형 이오나이저에 관한 것으로서, 특히 이오나이저의 내부 구성 물질의 내부식성(耐腐蝕性)이 뛰어나고, 열과 오존(O₃)에 대해 내구성이 강함과 동시에 정전기 제거 성능을 장기간 유지시킬 수 있도록 하기 위한 기술에 대한 것이다.

이 분야의 배경기술로는 이 발명의 출원인에 의해 출원된 한국특허 출원번호 제10-2006-0082614호 “노즐형 제전장치”와 제10-2006-0101602호 “피에조 및 노즐을 이용한 막대형 이오나이저”가 있다.

그리고 정전기는 일반적으로 서로 다른 물질이 상호 운동을 할 때에 그 접촉면에서 발생하며, 이 정전기는 고체 상호간 뿐만 아니라 고체와 액체간, 액체 상호간, 액체와 기체 사이에서도 발생한다. 이러한 정전기가 물체상에 축적되는 것을 정전기 대전이라고 하는데 이렇게 대전한 전하량이 정전기에 의한 트러블을 좌우한다. 정전기는 전기적 작용인 쿨롱(Coulomb)력에 의한 역학현상과 정전 유도 현상, 방전 현상 등에 의해 화재, 폭발, 분진의 막힘, 실의 엉킴, 인쇄의 얼룩, 제품의 오염, 반도체 소자 등의 전자부품의 파괴, LCD PDP 등 디스플레이의 불량, 전자기기 장치의 오동작, 잡음 발생 등 각종 장애 및 재해의 원인이 되기도 한다. 이 외에도 정전기에 의한 장애는 전 산업 분야에 걸쳐 문제가 되고 있다.

이러한 정전기 장애를 해결하는 방법 중 이오나이저에 의한 대전방지가 가장 적극적이고 효과적인 방법이라 할 수 있는데 제전은 물체에 대전된 정전기를 이온을 이용하여 중화시키는 것으로서, 대전물체와 가까이 설치된 이오나이저에서 발생되는 이온 중에서 대전물체의 전하와 반대극성의 이온이 대전물체로 이동하여 대전전하와 결합하여 중화시키는 것이다. 이온을 생성하는 방법으로는 전압인가식과 자기방전식, 방사선식이 많이 사용되며 그 중 전압인가식은 고전압의 전기에너지를 인가하여 코로나방전을 통해 제전에 필요한 이온을 발생시키는 방식이다.

한편 AC 또는 DC의 고전압이 방전침에 인가되면 방전침의 선단에서 고전계가 형성되어 주위의 공기를 이온화 하며 이때 생성된 양이온 또는 음이온이 전계에 의해 끌어 당겨져서 고속으로 이동하고, 도중에 다시 기체분자 또는 원자와 충돌하여 그 분자 또는 원자를 전리시켜서 이온이 기하급수적으로 늘어나는 코로나방전이 일어난다. 이때 방전침의 선단부(先端部)의 전압이 양극일 경우, 양이온이 발생되고, 음극일 경우 음이온이 발생되며, 대량의 양이온과 음이온을 방출함으로써 대전체 표면에 분포되어 있는 불균형한 이온들을 중화시킨다. 이러한 코로나방전은 정전기를 제거할 수 있는 이온을 발생시킴과 동시에 빛과 열 그리고 오존(O₃)을 생성시키 며, 열은 방전침 주위의 물질을 녹일 수 있고, 오존(O₃)은 강력한 산화제로서 다른 물질과 쉽게 산화 반응하는 성질을 가지고 있으므로 이오나이저의 내부 구성 물질을 산화하여 부식시키는 피해를 입힐 수 있다. 더욱이 열과 오존(O₃) 산화물에 의한 파티클이 이오나이저에 주입되는 에어에 의해 대전물체로 이동하게 되면 2차적인 피해가 발생하게 된다. 기존에는 이오나이저 내부중 방전침 근방의 소재로 알루미늄 6공계열 및 7공계열 또는 폴리아세탈(Poly Acetal, Poly Oxy Methylene, 아세틸수지 등으로 다양하게 표시됨) 등을 사용했으나 이들 소재는 오존(O₃)에 약하다는 것이 문제점이었다. 가장 대표적인 소재인 POM(Poly Oxy Methylene)의 화학식은 아래와 같다.

(-O-CH₂-)n

n: 자연수

화학식 1로 표시되는 POM은 내피로성, 강인성 및 내마모성의 특성을 갖는 엔지니어링 플라스틱이다. 이처럼 POM은 기계적인 성질이 좋기 때문에 각종 플라스틱 기어/베어링류, 화스너류, 전자제품의 구동부품, 가방의 버클 등에 많이 사용되고 있다.

이 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 문제점들을 해결하기 위해 열과 오존(O₃)에 대해 내구성이 강하면서도 정전기 제거 성능을 장기간 유지시킬 수 있는, 세라믹스를 이용한 노즐형 이오나이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 발명의 다른 목적과 장점은 하기된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 보다 명백해질 것이다.

이 발명에 따른 노즐형 이오나이저의 바람직한 일 실시예는,

코로나 방전에 의하여 정전기를 제거하는 노즐형 이오나이저의 본체;

위 본체와 착탈 가능하게 결합하는 세라믹스로 형성된 노즐바디;

외부공기를 위 본체 내부의 에어바디를 통해 노즐바디 내부로 보내는 공기공급부;

전원부로부터 전압을 공급 받아 고전압을 발생시키는 고전압발생부;

위 노즐바디 내에 존재하고,위 고전압발생부로부터 고전압을 인가 받아 코로나방전에 의하여 위 노즐바디 내부의 공기를 이온화하는 방전침;

위 노즐바디의 관통공의 내주면에 접하여 삽입되어 있는 원통형상의 부싱;

위 노즐바디의 내주면과 위 부싱의 외주면 사이에 위치하며 노즐바디의 내주면에 형성된 암나사부에 착탈할 수 있는 수나사부를 구비한 니플;

대전물체의 유무를 감지하기 위한 센서; 및

위 센서가 감지한 결과에 따라 전원부의 동작을 제어하는 전원컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 실시예에 있어서, 위 부싱의 재질로서 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 노즐을 1개 이상 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 이오나이저는 막대형 이오나이저도 포함하는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 니플 또는 위 니플에 연결되는 노즐피팅의 재질이 세라믹스, 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 테프론(Teflon), ABS수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 및 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 경알루미늄(Hard aluminium) 가운데 하나인 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 고전압발생부는 전극의 외부에 직류 또는 교류의 고전압을 인가하되 위 교류전압은 0.1Hz ~ 80KHz까지 그 사용목적에 따라 다양한 주파수대의 전압인 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 세라믹스는 92%의 Al₂O₃와 7%의 SiO₂ 분말을 1,700℃의 온도에서 성형하여 얻어지는 파인세라믹스(fine ceramics)인 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 방전침은 위 공기공급부에 의해 유입되는 공기하고만 접촉하고 그 이외의 다른 외부 공기하고 접촉하는 것은 위 부싱과 위 니플에 의 해 차단되는 것이 바람직하다.

이 실시예에 있어서, 위 노즐바디와 부싱의 재질을 세라믹스 대신 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 테프론(Teflon), ABS수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 경알루미늄(Hard aluminium) 가운데 하나로 대체할 수 있는 것이 바람직하다.

이 발명에 따른 노즐형 이오나이저는 열과 오존(O₃)에 대해 내구성이 강하면서도 제전성능을 장기간 유지시킬 수 있는 세라믹스(Ceramics)를 코로나방전이 일어나는 방전침 주위에 사용함으로써 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다. 이 발명의 장점은 다음과 같다:

첫째, 코로나방전에 의해 발생한 오존에 의해 이오나이저 내부 구성물질이 부식되지 않는다.

둘째, 코로나방전에 의해 발생한 열에 의해 이오나이저 내부 구성물질이 녹지 않는다.

셋째, 이오나이저 자체에서 부식이나 녹는 것이 없으므로 그로 인해 발생할 수 있었던 파티클이 최소화 되어 대전물체에 악영향을 주지 않는다.

넷째, 파티클의 발생을 최소화 함으로써 방전침에 파티클 부착을 방지할 수 있으므로 장기간 방전침을 청소하지 않아도 우수한 이온밸런스 및 제전성능을 유지한다.

이 발명에서 사용되는 세라믹스는 92%의 Al₂O₃와 7%의 SiO₂ 분말을 1,700℃의 온도에서 성형하여 얻어지는 파인세라믹스(fine ceramics)이다.

이 발명은 코로나 방전에 의하여 정전기를 제거하는 장치로서 그 구성은 도 1에 도시되어 있다. 이 발명에서는, 세라믹스로 형성된 노즐바디(23)와 본체(10)가 착탈 가능하게 결합되어 있다. 또한 이 발명은, 외부공기를 본체(10) 내부의 에어바디(21)를 통해 노즐바디(23) 내부로 보내는 공기공급부(11), 전원부(12)로부터 전압을 공급받아 고압트랜스 또는 압전소자방식 변압기를 이용하여 고전압을 발생시켜 전극의 외부에 직류파 또는 0.1Hz ~ 80KHz까지 다양한 주파수의 고전압을 인가할 수 있는 고전압 발생부(13), 고전압발생부(13)로부터 고전압을 인가 받아 코로나방전에 의하여 노즐바디(23) 내부의 공기를 이온화하는 방전침(22), 노즐바디(23) 관통공의 내주면에 접하여 삽입되어 있는 원통형상의 세라믹스 부싱(24)(Bushing), 노즐바디(23)의 내주면과 부싱(24)의 외주면 사이에 위치하며 노즐바디(23)의 내주면에 형성된 암나사부에 착탈할 수 있는 수나사부를 구비한 니플(25)(Nipple)을 포함하여 구성된다.

이 발명의 노즐형 이오나이저에서는 방전침(22)이 노즐바디(23) 내에 존재하고, 이 방전침(22)은, 공기공급부(11)에 의해 유입되는 공기하고만 접촉하고 그 이외의 다른 외부 공기하고 접촉하는 것은 부싱(24)과 니플(25)에 의해 차단된다.

이 발명의 이오나이저가 작동하는 동안에는 공기공급부(11)를 통해 지속적으 로 공기가 유입되어 코로나방전에 의해 발생되는 이온화된 공기와 공기 유입과 동시에 생성된 오존(O₃)을 본체(10) 외부로 배출시킨다. 하지만 실제로는 코로나방전은 지속적으로 방출되고 있기 때문에 아무리 고압의 공기를 주입하더라도 발생된 오존(O₃)은 노즐바디(23) 내부에 정체되어 있는 것과 같은 현상이 나타난다. 이것으로 인해 정체된 오존(O₃)의 강력한 산화력에 의해 이오나이저 내부는 점차 부식되며 이러한 현상은 특히 부싱(24) 부분보다는 상대적으로 노즐바디(23) 내주면에 미치는 영향이 크다. 이러한 현상을 방지하기 위해 이 발명에서는 내오존성, 내식성, 내마모성, 내열성이 강한 세라믹스를 방전침(22)과 근접한 거리의 부속인 노즐바디(23)와 부싱(24)에 사용함으로써 탁월한 효과를 볼 수 있다.

세라믹스 이외에도 불소수지인 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 테프론(Teflon), ABS수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 경알루미늄(Hard aluminium) 등 내산성, 내마모성, 내열성 등이 높다는 소재들을 비교실험을 해 보았으나 세라믹스(Ceramics)가 가장 우수한 성능을 보이면서 제전성능에도 영향을 주지 않았다. 이 발명의 사상에 비추어 세라믹스가 가장 바람직하나 세라믹스 이외에 위 폴리에테르에테르케톤, 테프론, ABS수지, 폴리카보네이트 및 경알루미늄을 사용하여도 종래의 문제점들을 해결할 수 있다.

이 발명에서는 방전침 부근에 위치하는 부품의 재질로서 내산성, 내마모성, 내열성이 우수한 세라믹스를 사용함으로써 이오나이저가 파손되지 않으므로 파티클 이 발생하지 않아서 대전물체의 오염을 방지할 수 있다.

그리고 도 1에서 보면 전원부(12)에는 전원컨트롤러(14)가 연결되어 있고, 전원컨트롤러(14)에 의해 전원부(12)가 제어되고 이 제어를 위해 센서(15)가 사용된다. 즉 전원컨트롤러(14)는 센서(15)의 감지결과에 따라 전원부(12)를 제어한다. 이때 센서(15)는 대전물체가 이오나이저의 전방에 있는지 여부를 감지하는 역할을 한다. 그래서 대전물체가 이오나이저의 전방에 있으면 센서(15)는 이 사실을 전원컨트롤러(14)에게 알려 전원부(12)가 동작을 하지 않도록 하고, 반대로 전방에 대전물체가 있으면 센서(15)는 컨트롤러(14)에게 신호를 보내 전원부(12)를 동작시키도록 한다.

한편 오존(O₃)이 정체할 수 있는 곳은 노즐바디(23) 및 부싱(24)의 내주면이므로 부도체인 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 여러 형태로 만들어지는 니플(25)과 니플에 연결되는 노즐피팅(Nozzle Fitting)도 지속적으로 오존(O₃)의 영향을 받으므로 내오존성이 강한 세라믹스를 사용하는 것이 바람직하다.

이처럼 세라믹스를 이용한 노즐형 이오나이저는 1개의 개별노즐을 가지는 이오나이저는 물론 2개 이상 수개 또는 수십개의 노즐을 가지는 막대형 이오나이저에 적용할 경우에도 위에 기술한 바와 같은 효과를 기대할 수 있다. 이는 하나의 이온 노즐이 정전기를 제거할 수 있는 영역이 한정되어 있으므로 넓은 면적의 물체표면에 대전된 정전기를 제거하기 위해서는 개개의 이온 노즐을 2개 이상 병렬로 연결하여 동시에 작동시키는 것이 바람직하다.

한편 도 2는 방전침 근방에서 생성되는 오존이 이오나이저 내부에서 영향을 미치는 범위를 도시하고 있고, 도 3은 노즐부에 노즐 피팅(26)이 연결된 상태를 나타내며, 특히 노즐 피팅(26)은 니플(25)을 통해 노즐바디(23)에 고정됨을 보여준다. 도 4는 이 발명에 따른 노즐형 이오나이저를 이용한 막대형 이오나이저의 구성을 예시하고 있다. 에어바디(21)에 다수개의 노즐이 병렬로 연결된 모습을 보여준다. 에어바디(21) 내부에는 공기공급부(11)가 포함되어 있다.

이처럼 이 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 이 발명은 상기 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 이 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이 발명에 따른 이오나이저는 좁은 제전면적을 갖는 대전물체뿐만 아니라 넓고 긴 제전면적을 갖는 대전물체에 효율적으로 적용가능하므로 산업상 이용 가치가 충분하다.

도 1은이 발명에 따른 세라믹스를 이용한 노즐형 이오나이저 본체의 개략적인 구성도와 노즐부의 단면도

도 2는 방전침 근방에서 생성되는 오존이 이오나이저 내부에서 영향을 미치는 범위를 도시한 단면도

도 3은 노즐부에 노즐 피팅이 연결된 사시도

도 4는 이 발명에 따른 노즐형 이오나이저를 이용한 막대형 이오나이저의 구성 예시도.

< 도면의 주요 구성부분에 대한 도면부호의 설명>

10 : 본체 11 : 공기공급부

12 : 전원부 13 : 고전압발생부

14 : 전원컨트롤러 15 : 센서

21 : 에어바디 22 : 방전침

23 : 노즐바디 24 : 부싱

25 : 니플 26 : 노즐피팅

Claims (9)

1. 코로나 방전에 의하여 정전기를 제거하는 노즐형 이오나이저의 본체;

   위 본체와 착탈 가능하게 결합하는 세라믹스로 형성된 노즐바디;

   외부공기를 위 본체 내부의 에어바디를 통해 노즐바디 내부로 보내는 공기공급부;

   전원부로부터 전압을 공급 받아 고전압을 발생시키는 고전압발생부;

   위 노즐바디 내에 존재하고,위 고전압발생부로부터 고전압을 인가 받아 코로나방전에 의하여 위 노즐바디 내부의 공기를 이온화하는 방전침;

   위 노즐바디의 관통공의 내주면에 접하여 삽입되어 있는 원통형상의 부싱;

   위 노즐바디의 내주면과 위 부싱의 외주면 사이에 위치하며 노즐바디의 내주면에 형성된 암나사부에 착탈할 수 있는 수나사부를 구비한 니플;

   대전물체의 유무를 감지하기 위한 센서; 및

   위 센서가 감지한 결과에 따라 전원부의 동작을 제어하는 전원컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 노즐형 이오나이저.
2. 제 1항에 있어서, 위 부싱의 재질로서 세라믹스를 사용하는 것을 특징으로 하는, 노즐형 이오나이저.
3. 제 1항에 있어서, 위 노즐을 1개 이상 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 노즐형 이오나이저.
4. 제 3항에 있어서 위 이오나이저는 막대형 이오나이저도 포함하는 것을 특징으로 하는, 노즐형 이오나이저.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 위 니플 또는 위 니플에 연결되는 노즐피팅의 재질이 세라믹스, 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 테프론(Teflon), ABS수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 경알루미늄(Hard aluminium) 가운데 하나인 것을 특징으로 하는, 노즐형 이오나이저.
6. 제 1항에 있어서, 위 고전압발생부는 전극의 외부에 직류 또는 교류의 고전압을 인가하되 위 교류전압은 0.1Hz ~ 80KHz까지 그 사용목적에 따라 다양한 주파수대의 전압인 것을 특징으로 하는, 노즐형 이오나이저.
7. 제 1항에 있어서, 위 세라믹스는 92%의 Al₂O₃와 7%의 SiO₂ 분말을 1,700℃의 온도에서 성형하여 얻어지는 파인 세라믹스(fine ceramics)인 것이 특징인, 노즐형 이오나이저.
8. 제 1항에 있어서, 위 방전침은 위 공기공급부에 의해 유입되는 공기하고만 접촉하고 그 이외의 다른 외부 공기하고 접촉하는 것은 위 부싱과 위 니플에 의해 차단되는 것이 특징인, 노즐형 이오나이저.
9. 제 1 항에 있어서, 위 노즐바디와 부싱의 재질을 세라믹스 대신 폴리에테르에테르케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 테프론(Teflon), ABS수지(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 경알루미늄(Hard aluminium) 가운데 하나로 대체할 수 있는 것이 특징인, 노즐형 이오나이저.

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