KR20200091787A - 정전기 방전 디바이스 - Google Patents

Abstract

정전기 방전 디바이스는 적어도 2개의 전도성 재료 및 적어도 하나의 정전기 제거 회로를 포함한다. 전도성 재료들은 절연성 중공 튜브의 외벽에 부착된다. 전도성 재료들은 서로 분리되고, 절연성 중공 튜브의 반경 방향으로 중첩된다. 절연성 중공 튜브 상에 정전기가 축적되어 전도성 재료들 양단에 정전기 전압을 형성한다. 정전기 제거 회로는 전도성 재료들에 전기적으로 연결되고, 접지 단자로부터 분리된다. 정전기 제거 회로는 전도성 재료들을 통해 정전기를 수신 및 제거하여 정전기 전압을 감소시킨다.

Description

정전기 방전 디바이스{ELECTROSTATIC DISCHARGE DEVICE}

본 발명은 방전 디바이스, 특히 정전기 방전 디바이스에 관한 것이다.

정전기는 사실상 자연 현상이다. 2개의 전기 중성 물체는 마찰 후에 전자를 전달하여 정전기의 생성을 유발할 것이다. 플라스틱 또는 고무와 같은 유전성 재료로 형성된 튜브에서는 운반 액체와 튜브 벽 사이의 마찰로 인해 정전기가 쉽게 발생하여 위험을 유발한다. 예를 들어, 운반 액체가 가연성일 때, 정전기는 스파크를 유발하여 가연성 액체의 점화 또는 심지어 폭발을 유발할 수 있다. 또는, 정전기는 튜브에 연결된 배기 펌프 또는 전달 펌프에 대한 손상을 직접 유발할 수 있다. 반도체 제조 프로세스에서, 튜브 내의 용매가 정전기를 발생시키는 경우, 정전기는 웨이퍼에 대한 손상을 유발할 수 있다.

튜브 내의 정전기의 양을 줄이기 위한 몇 가지 방법이 있다.

1. 튜브 내의 마찰 감소: 튜브 내의 정전기는 주로 마찰에 의해 생성된다. 튜브 내벽의 거칠기는 정전기의 양에 영향을 준다. 튜브 내에 필터가 있는 경우, 필터는 마찰을 증가시켜 더 많은 정전하를 생성할 것이다.

2. 유속 감소: 튜브 내의 액체 유동으로 인해 발생하는 전하 밀도 및 유동 전류의 포화 값은 액체 유속의 제곱과 양의 상관관계에 있다. 따라서, 유속을 줄이는 것도 정전기의 양을 빠르게 줄이기 위한 방법이다.

3. 튜브 재료 선택: 정전하의 제거 정도는 튜브의 전도율 및 저항률에 의존한다. 저항률이 높은 액체의 경우, 전하가 제거되지 않고 축적된다. 게다가, 고무 또는 플라스틱으로 형성된 절연성 튜브는 금속으로 형성된 전도성 튜브보다 더 많은 정전하를 유발한다. 절연성 튜브는 정전하를 축적하는 능력을 특징으로 하며, 10kV 이상의 정전기 전압을 유발한다. 금속으로 형성된 전도성 튜브는 정전하를 줄이기 위해 접지될 수 있지만, 금속 튜브는 많은 경우에 적합하지 않다. 예를 들어, 고무 또는 플라스틱으로 형성된 튜브는 가볍고, 저렴하고, 절연성을 갖고, 간단하게 가공되는 특성의 장점을 갖는다. 비용을 고려하여 고무 또는 플라스틱으로 형성된 튜브를 사용하도록 선택할 수 있다. 반도체 프로세스용 튜브에서는 강산 또는 강염기를 갖는 용매가 종종 발견된다. 강산 또는 강염기는 금속 튜브를 통해 흐를 때 금속 튜브의 벽을 부식시켜 잔류 금속을 생성하여 반도체 프로세스의 장애를 유발할 수 있다. 그러한 경우, 고저항률을 갖는 테플론 튜브 또는 탄소 나노튜브가 필요하다.

고저항률 재료로 형성된 튜브에서는 고저항률 유체와 튜브 사이의 마찰로 인해 고전압의 정전기가 발생한다. 튜브 벽은 높은 저항률 또는 절연 특성을 가지므로, 튜브 벽의 접지는 정전하를 방전할 수 없다. 종래 기술에서, 절연성 튜브의 외벽에는 전도성 링 또는 전도성 밴드가 제공된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전도성 링(10)은 정전하를 제거하기 위해 접지된다. 절연성 튜브(12)를 통과하는 절연성 액체는 10kV 이상의 많은 양의 정전기를 갖는다. 그러나, 전도성 링(10)은 절연성 튜브(12)를 통해 절연성 액체와 접촉하는 제한된 영역을 갖는다. 따라서, 전도성 링(10) 의 접지는 정전하를 효과적으로 제거할 수 없다. 대신, 일부 잡음이 접지 단자로부터 전도성 링(10)으로 유입될 수 있다.

정전하 제거 효율을 증가시키기 위해, 전도성 링(10)의 면적이 증가되거나 많은 전도성 링(10)이 사용된다. 접지 단자로부터 전도성 링(10)으로 유입되는 잡음 문제를 극복하기 위해, 다이오드(14)가 전도성 링(10)과 접지 단자 사이에 연결된다. 다이오드(14)의 방향은 양으로 대전되거나 음으로 대전된 절연성 튜브(12)와 관련된다. 절연성 튜브(12)가 양으로 대전되는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 다이오드(14)의 애노드 및 캐소드는 전도성 링(10) 및 접지 단자에 각각 연결된다. 그러나, 이러한 두 가지 해결책은 정전기 전압이 10kV를 초과할 때 잡음 수신 없이 고전압 정전하를 빠르게 제거할 수 없다.

전술한 문제를 극복하기 위해, 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 정전기 방전 디바이스를 제공한다.

본 발명의 주 목적은 서로 분리된 적어도 2개의 전도성 재료를 사용하여 절연성 중공 튜브의 초고 정전기 전압을 효과적으로 제거하고 접지 단자로부터의 잡음의 교란을 방지하는 정전기 방전 디바이스를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 절연성 중공 튜브의 외벽에 부착되고 서로 분리되며 절연성 중공 튜브의 반경 방향으로 중첩되는 적어도 2개의 전도성 재료 - 정전하가 절연성 중공 튜브 상에 축적되어 적어도 2개의 전도성 재료 양단에 정전기 전압을 형성함 -; 및 적어도 2개의 전도성 재료에 전기적으로 연결되고 접지 단자로부터 분리되며 적어도 2개의 전도성 재료를 통해 정전하를 수신 및 제거하여 정전기 전압을 줄이는 적어도 하나의 정전기 제거 회로를 포함하는 정전기 방전 디바이스를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 정전기 제거 회로는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 적어도 하나의 금속 산화물 배리스터(metal oxide varistor: MOV) - 제1 단부 및 제2 단부는 적어도 2개의 전도성 재료에 각각 전기적으로 연결됨 -; 제3 단부 및 제4 단부를 갖는 서미스터 - 제3 단부는 제1 단부에 전기적으로 연결됨 -; 및 제4 단부 및 제2 단부에 각각 전기적으로 연결되는 2개의 단부를 갖는 적어도 하나의 가스 방전 튜브를 더 포함하고, MOV, 서미스터 및 적어도 하나의 가스 방전 튜브는 정전기 전압이 MOV 및 적어도 하나의 가스 방전 튜브의 정격 전압들보다 클 때 정전기 전압을 줄이기 위해 정전하를 수신하여 제거한다.

본 발명의 일 실시예에서, 서미스터는 양성 온도 계수(positive temperature coefficient: PTC) 서미스터 또는 폴리머 양성 온도 계수(PPTC) 서미스터이다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 가스 방전 튜브는 적어도 2개의 가스 방전 튜브를 더 포함하고, 2개의 가스 방전 튜브의 정격 전압들은 상이하며, 적어도 하나의 정전기 제거 회로는 적어도 2개의 가스 방전 튜브에 병렬로 전기적으로 연결되는 전하 수집 커패시터를 더 포함하고, 적어도 2개의 전도성 재료 및 절연성 중공 튜브는 등가 커패시터를 형성하고, 전하 수집 커패시터의 용량 값은 등가 커패시터의 용량 값의 10배보다 크고, 정전하는 정전기 전압이 MOV 및 적어도 2개의 가스 방전 튜브의 정격 전압들보다 작을 때 절연성 중공 튜브로부터 서미스터를 통해 전하 수집 커패시터로 전달되고, MOV, 서미스터 및 적어도 2개의 가스 방전 튜브는 정전기 전압이 MOV 및 적어도 2개의 가스 방전 튜브의 정격 전압들보다 클 때 정전기 전압을 줄이기 위해 정전하를 수신하여 제거한다.

본 발명의 일 실시예에서, 정전기 방전 디바이스는 적어도 2개의 전도성 재료를 통해 절연성 중공 튜브를 각각 클램핑하는 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트; 및 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트에 고정된 하부(bottom)를 갖는 적어도 하나의 인쇄 회로 보드를 더 포함하고, 적어도 하나의 인쇄 회로 보드의 상부에는 적어도 하나의 정전기 제거 회로가 제공되고, 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트는 적어도 하나의 인쇄 회로 보드를 통해 적어도 하나의 정전기 제거 회로에 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 전도성 재료는 아크 금속 플레이트들, 전도성 테이프들, 전도성 접착제들, 전도성 페인트 또는 압전 세라믹 플레이트들이다.

본 발명의 일 실시예에서, 정전기 방전 디바이스는 감쇠 회로를 더 포함하고, 적어도 2개의 전도성 재료는 압전 세라믹 플레이트들이고, 압전 세라믹 플레이트들 각각은 제1 전도성 표면 및 제2 전도성 표면을 갖고, 제1 전도성 표면은 절연성 중공 튜브의 외벽에 부착되고, 적어도 하나의 정전기 제거 회로에 전기적으로 연결되며, 압전 세라믹 플레이트들 각각의 제2 전도성 표면 및 접지 단자는 감쇠 회로에 전기적으로 연결되고, 절연성 중공 튜브가 진동 스트레인(vibration strain)을 생성할 때, 압전 세라믹 플레이트들은 진동 스트레인을 진동 전압으로 변환하고, 감쇠 회로는 진동 전압을 수신하고 반전시켜 진동 스트레인을 감소시킨다.

본 발명의 일 실시예에서, 압전 세라믹 플레이트들 및 접지 단자는 제1 연결 단부 및 제2 연결 단부를 갖는 압전 커패시터를 형성하고, 제1 연결 단부는 압전 세라믹 플레이트들 각각의 제2 전도성 표면에 전기적으로 연결되고, 제2 연결 단부는 접지 단자에 전기적으로 연결되고, 진동 전압은 제1 연결 단부 및 제2 연결 단부 양단에 인가되고, 감쇠 회로는 제1 연결 단부에 전기적으로 연결되고 진동 전압을 수신하는 피크 감지 회로 - 피크 감지 회로는 진동 전압이 최대 값에 도달할 때 펄스 신호를 생성함 -; 피크 감지 회로 및 제1 연결 단부에 전기적으로 연결되고 턴오프되는 전기 스위치 - 전기 스위치가 펄스 신호를 수신할 때 전기 스위치는 턴온됨 -; 및 직렬로 연결되고 전기 스위치와 접지 단자 사이에 전기적으로 연결된 인덕터 및 저항기를 더 포함하고, 인덕터는 저항기와 전기 스위치 사이에 전기적으로 연결되고, 인덕터는 전기 스위치가 턴온될 때 압전 커패시터와 공진하여 진동 전압을 반전시킨다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 전도성 재료의 수는 짝수이고 2보다 크다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 전도성 재료는 절연성 중공 튜브의 원주 방향으로 균일하게 부착되고, 적어도 2개의 전도성 재료는 절연성 중공 튜브를 축으로 하여 서로 대칭이고, 적어도 2개의 전도성 재료 중 이웃하는 2개의 전도성 재료는 적어도 하나의 정전기 제거 회로의 2개의 단부에 각각 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 전도성 재료는 절연성 중공 튜브의 튜브 축을 따라 균일하게 부착되고, 적어도 2개의 전도성 재료는 절연성 중공 튜브를 축으로 하여 서로 대칭이다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 하나의 정전기 제거 회로의 수는 1보다 크고, 정전기 제거 회로들 각각은 전도성 재료들 중 2개의 전도성 재료에 전기적으로 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 전도성 재료의 수는 4이고, 전도성 재료들 중 2개의 전도성 재료에 대응하는 반경 방향은 전도성 재료들 중 나머지 전도성 재료들에 대응하는 반경 방향에 수직이다.

본 발명의 일 실시예에서, 적어도 2개의 전도성 재료 각각은 나선 형상을 가지며, 적어도 2개의 전도성 재료는 절연성 중공 튜브의 튜브 축을 따라 균일하게 부착된다.

이하, 본 발명의 기술적 내용, 특성 및 성취가 쉽게 이해되도록 하기 위해 실시예들이 도면들과 관련하여 상세히 설명된다.

도 1은 종래 기술에서의 절연성 튜브 및 전도성 링을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에서의 절연성 튜브, 전도성 링 및 다이오드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전기 방전 디바이스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 제거 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 제거 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 정전기 방전 디바이스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 정전기 방전 디바이스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 정전기 방전 디바이스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 정전기 방전 디바이스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 전도성 플레이트들, 인쇄 회로 보드 및 정전기 제거 회로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 정전기 방전 디바이스를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 감쇠 회로 및 압전 커패시터를 개략적으로 도시한 도면이다.

이제, 첨부 도면들에 도시된 실시예들이 상세히 참조될 것이다. 가능한 한, 도면들 및 설명에서 동일한 참조 번호들이 동일하거나 유사한 부분들을 지칭하기 위해 사용된다. 도면들에서, 형상 및 두께는 명확성 및 편의를 위해 과장될 수 있다. 본 설명은 특히 본 개시에 따른 방법들 및 장치들의 일부를 형성하거나 그것들과 더 직접적으로 협력하는 요소들에 관한 것이다. 구체적으로 도시되거나 설명되지 않은 요소들은 이 분야의 기술자들에게 잘 알려진 다양한 형태를 취할 수 있음을 이해해야 한다. 본 개시에 의해 일단 알려지면, 많은 대안 및 변경이 이 분야의 기술자들에게 명백할 것이다.

도 3을 참조한다. 정전기 방전 디바이스의 제1 실시예는 다음과 같이 소개된다. 정전기 방전 디바이스는 적어도 2개의 전도성 재료(16) 및 적어도 하나의 정전기 제거 회로(18)를 포함한다. 전도성 재료들(16)은 아크 금속 플레이트들, 전도성 테이프들, 전도성 접착제들, 전도성 페인트 또는 압전 세라믹 플레이트들일 수 있지만, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 제1 실시예에서, 전도성 재료들(16)의 수는 2이고, 정전기 제거 회로(18)의 수는 1이다. 서로 분리된 전도성 재료들(16)은 절연성 중공 튜브(20)의 외벽에 부착된다. 즉, 전도성 재료들(16)은 서로 연결되지 않는다. 전도성 재료들(16)은 절연성 중공 튜브(20)의 반경 방향으로 중첩되어 용량 효과를 발생시킨다. 정전기 제거 회로(18)는 모든 전도성 재료들(16)에 전기적으로 연결되고 접지 단자로부터 분리된다. 저항률이 높은 액체가 절연성 중공 튜브(20)를 통해 유동하여 정전하를 운반할 때, 정전하는 절연성 중공 튜브(20) 상에 축적되어 전도성 재료들(16) 양단에 정전기 전압을 생성한다. 전도성 재료들(16)에 의해 생성된 용량 효과로 인해, 정전하는 정전기 제거 회로(18)로 방전되며, 따라서 정전기 제거 회로(18)는 정전기 전압을 감소시키기 위해 전도성 재료들(16)을 통해 정전하를 수신하여 제거한다. 정전기 전압이 매우 높으면, 정전기 전압이 효과적으로 제거된다. 일반적으로, 전도성 재료들(16)의 등가 용량이 높을수록 정전하를 제거하는 효과는 더 양호하다. 전도성 재료들(16)의 등가 용량이 더 높을 때, 전도성 재료들(16)이 절연성 중공 튜브(20)의 반경 방향으로 중첩되는 면적이 더 크거나, 절연성 중공 튜브(20)의 단면 직경이 더 짧다. 또한, 본 발명은 전도성 링을 접지하는 방식과 다르다. 정전기 제거 회로(18)는 유동적이고 접지 단자로부터 분리된다. 따라서, 접지 단자로부터 정전기 제거 회로(18) 및 전도성 재료들(16)로 잡음이 흐를 수 없다.

도 4를 참조한다. 정전기 제거 회로(18)의 일 실시예에서, 정전기 제거 회로(18)는 적어도 하나의 금속 산화물 배리스터(MOV)(22), 서미스터(24) 및 적어도 하나의 가스 방전 튜브(26)를 더 포함한다. 서미스터(24)는 양성 온도 계수(PTC) 서미스터 또는 폴리머 양성 온도 계수(PPTC) 서미스터일 수 있다. M0V(22)의 수는 1이며, 가스 방전 튜브(26)의 수는 1이다. M0V(22)는 제1 단부 및 제2 단부를 갖는다. 제1 단부 및 제2 단부는 2개의 전도성 재료(16)에 각각 전기적으로 연결된다. 서미스터(24)는 제3 단부 및 제4 단부를 가지며, 제3 단부는 M0V(22)의 제1 단부에 전기적으로 연결된다. 가스 방전 튜브(26)의 2개의 단부는 서미스터(24)의 제4 단부 및 M0V(22)의 제2 단부에 각각 전기적으로 연결된다. M0V(22), 서미스터(24) 및 가스 방전 튜브(26)는 정전기 전압이 M0V(22) 및 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압들보다 클 때 정전하를 수신 및 제거하여 정전기 전압을 감소시킨다. 가스 방전 튜브(26)는 정전하를 광 에너지로 변환하여 정전기 전압을 감소시키며, 따라서 정전기 전압은 M0V(22) 또는 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압과 동일해진다. 절연성 중공 튜브(20)는 수리하기 어려우므로, 정전기 제거 회로(18)는 가스 방전 튜브의 신뢰성을 보장하도록 설계된다. 정전기 전압이 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압보다 높을 때, 가스 방전 튜브(26)의 전압은 0으로 강하되며, 따라서 서미스터(24)를 통해 높은 전류가 흐른다. 이어서, 높은 전류의 값이 서미스터(24)의 트립 전류 값(trip current value)보다 높을 때, 서미스터(24)의 임피던스는 낮음에서 높음으로 변하여 높은 전류의 흐름을 차단하며, 따라서 가스 방전 튜브(26)를 보호한다.

제1 실시예의 동작은 다음과 같이 소개된다. 도 3 및 도 4를 참조한다. 저항률이 높은 액체가 절연성 중공 튜브(20)를 통해 유동하여 정전하를 운반할 때, 정전하는 절연성 중공 튜브(20) 상에 축적되어 전도성 재료들(16) 양단에 정전기 전압을 생성한다. M0V(22), 서미스터(24) 및 가스 방전 튜브(26)는 정전기 전압이 M0V(22) 및 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압들보다 클 때 정전기 전압을 감소시키기 위해 정전하를 수신하고 제거한다. 가스 방전 튜브(26)는 정전하를 광 에너지로 변환하여 정전기 전압을 감소시킨다.

도 4 및 도 5를 참조한다. 도 4의 정전기 제거 회로(18)는 도 5의 정전기 제거 회로(18)가 전하 수집 커패시터(28)를 더 포함한다는 점에서 도 5의 정전기 제거 회로(18)와 다르다. 게다가, 복수의 가스 방전 튜브(26)가 존재한다. 본 실시예에서, 가스 방전 튜브(26)의 수는 2이다. 정전기 제거 회로(18)는 초고 정전기 전압에 적용된다. 정전기 제거 회로(18)는 정전하를 제거하는 더 양호한 능력을 갖는다. 모든 가스 방전 튜브들(26)은 상이한 정격 전압들을 갖는다. 전하 수집 커패시터(28)는 복수의 가스 방전 튜브(26)에 병렬로 전기적으로 연결된다. 2개의 전도성 재료(16) 및 절연성 중공 튜브(20)는 등가 커패시터를 형성한다. 전하 수집 커패시터(28)의 용량 값은 등가 커패시터의 용량 값의 10배보다 크다. 정전기 전압이 M0V(22) 및 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압들보다 낮을 때, 정전하는 절연성 중공 튜브(20)로부터 서미스터(24)를 통해 전하 수집 커패시터(28)로 전달된다. M0V(22), 서미스터(24), 가스 방전 튜브(26)는 정전기 전압이 M0V(22) 및 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압들보다 클 때 정전기 전압을 감소시키기 위해 정전하를 수신하고 제거한다. 가스 방전 튜브(26)는 정전하를 광 에너지로 변환하여 정전기 전압을 감소시키며, 따라서 정전기 전압은 M0V(22) 또는 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압과 같아진다. 모든 가스 방전 튜브들(26) 및 전하 수집 커패시터(28)의 신뢰성을 보장하기 위해, 정전기 전압이 가스 방전 튜브(26)의 정격 전압보다 높을 때 가스 방전 튜브(26)의 전압은 0으로 떨어지며, 이에 의해 높은 전류가 서미스터(24)를 통해 흐른다. 높은 전류의 값이 서미스터(24)의 트립 전류 값보다 높을 때, 서미스터(24)의 임피던스는 낮음에서 높음으로 변하여 높은 전류의 흐름을 차단하며, 따라서 모든 가스 방전 튜브들(26)을 보호한다. 정전하를 제거하는 능력을 향상시키기 위해, 복수의 M0V(22)가 2개의 전도성 재료(16) 사이에 전기적으로 연결된다.

일반적으로, 정전하를 제거하는 효과는 전도성 재료(16)의 면적이 더 클 때 더 양호하다. 제1 실시예에서, 용량 효과 및 전도성 재료들(16)에 의해 완전히 덮이지 않은 절연성 중공 튜브(20)의 정전하를 제거하기 위한 효과는 더 약하다. 문제를 극복하기 위해, 본 발명의 제2 실시예가 개시된다. 도 6을 참조한다. 제2 실시예는 제2 실시예의 전도성 재료들(16)의 수가 짝수이고 2보다 크다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 전도성 재료들(16)은 절연성 중공 튜브(20)의 원주 방향으로 균일하게 부착된다. 제2 실시예에서, 2개의 전도성 재료(16)는 절연성 중공 튜브(20)를 축으로 하여 서로 대칭이다. 모든 전도성 재료들(16)은 정전기 제거 회로(18)에 교대로 연결되어 정전하를 제거하는 능력을 향상시킨다. 구체적으로, 전도성 재료들(16) 중 이웃하는 2개의 전도성 재료가 정전기 제거 회로(18)의 2개의 단부에 각각 전기적으로 연결된다. 교대 연결 방식에서, 용량 효과는 절연성 중공 튜브(20) 상에 더 균일하게 분포되며, 따라서 정전하는 절연성 중공 튜브(20)로부터 더 균일하게 방전되어 특정 영역 내에 정전하가 축적된다. 제2 실시예는 더 큰 단면 직경을 갖는 절연성 중공 튜브(20)에 적합하다.

용량 효과 및 전도성 재료들(16)로 덮이지 않은 절연성 중공 튜브(20)의 정전하를 제거하는 효과를 개선하기 위해, 본 발명의 제3 실시예가 개시된다. 도 7을 참조한다. 제3 실시예는 제3 실시예의 전도성 재료들(16)의 수가 짝수이고 2보다 크다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 제3 실시예에서, 모든 전도성 재료들(16)은 절연성 중공 튜브(20)의 튜브 축을 따라 균일하게 부착되며, 2개의 전도성 재료(16)는 절연성 중공 튜브(20)를 축으로 하여 서로 대칭이다. 예를 들어, 전도성 재료들(16)의 수는 4이다. 전도성 재료들(16) 중 2개의 전도성 재료에 대응하는 반경 방향은 전도성 재료들(16) 중 나머지 전도성 재료들에 대응하는 반경 방향에 수직이다. 모든 전도성 재료들(16)은 동일한 정전기 제거 회로(18)에 전기적으로 연결된다. 모든 전도성 재료들(16) 및 절연성 중공 재료(20)에 의해 형성된 등가 커패시터의 용량 값은 전도성 재료들(16)의 수와 양의 상관관계를 가져야 한다. 등가 커패시터의 용량 값이 전도성 재료들(16)의 수와 음의 상관관계를 갖는 경우, 모든 전도성 재료들(16) 및 절연성 중공 튜브(20)에 의해 형성된 등가 커패시터들의 용량 값들은 상쇄된다.

절연성 중공 튜브(20) 상에 다수의 정전하가 축적되어 초고 정전기 전압을 발생시키는 경우, 본 발명은 정전하를 제거하기 위한 제4 실시예를 제공한다. 도 8을 참조한다. 제4 실시예는 제4 실시예의 정전기 제거 회로(18)의 수가 1보다 크고 정전기 제거 회로들(18) 각각이 전도성 재료들(16) 중 2개의 전도성 재료에 전기적으로 연결된다는 점에서 제3 실시예와 다르다. 제4 실시예는 정전하를 제거하는 더 양호한 능력을 획득할 수 있다.

전도성 재료들(16)에 의해 생성되는 용량 효과가 더 크고, 더 균일하게 분포될 때, 정전하를 제거하는 능력은 더 양호하다. 본 발명의 제5 실시예는 조건을 만족시키기 위해 제공된다. 도 9를 참조한다. 제5 실시예는 제5 실시예의 전도성 재료들(16) 각각이 나선 형상을 가지며 2개의 전도성 재료(16)가 절연성 중공 튜브(20)의 튜브 축을 따라 균일하게 부착된다는 점에서 제1 실시예와 다르다. 제5 실시예에서, 전도성 재료들(16)은 절연성 중공 튜브(20)의 벽을 따라 나선형으로 배치되며, 따라서 전도성 재료들(16) 및 절연성 중공 튜브(20)는 균일한 등가 커패시터를 형성하여, 정전하를 효과적으로 제거한다.

전술한 실시예들에서, 정전기 제거 회로(18)는 와이어들을 통해 전도성 재료들(16)에 전기적으로 연결된다. 대안적으로, 정전기 제거 회로(18)는 다른 방식들로 전도성 재료들(16)에 전기적으로 연결된다. 도 3, 도 6, 도 7, 도 8, 도 9 및 도 10을 참조한다. 정전기 방전 디바이스는 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트(30) 및 적어도 하나의 인쇄 회로 보드(32)를 더 포함한다. 각각의 정전기 제거 회로(18)는 2개의 아크 전도성 플레이트(30) 및 하나의 인쇄 회로 보드(32) 상에 대응하여 설치된다. 아크 전도성 플레이트(30)의 형상은 절연성 중공 튜브(20)의 단면 직경에 따라 설계된다. 2개의 아크 전도성 플레이트(30)는 2개의 전도성 재료(16)를 통해 절연성 중공 튜브(20)를 각각 클램핑하고, 2개의 전도성 재료(16)를 각각 전기적으로 연결한다. 인쇄 회로 보드(32)의 하부는 2개의 아크 전도성 플레이트(30)에 고정된다. 인쇄 회로 보드(32)의 상부에는 정전기 제거 회로(18)가 제공된다. 2개의 아크 전도성 플레이트(30)는 인쇄 회로 보드(32)를 통해 정전기 제거 회로(18)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 인쇄 회로 보드(32)의 하부는 나사들(34)에 의해 2개의 아크 전도성 플레이트(30)에 나사 결합된다. 아크 전도성 플레이트들(30)은 정전기 방전 디바이스를 고정하기 위해 절연성 중공 튜브(20)를 클램핑한다.

본 발명의 제6 실시예는 다음과 같이 소개된다. 도 11 및 도 12를 참조한다. 제6 실시예는 제6 실시예의 전도성 재료들(16)이 직류(DC) 정전기 전압을 차단하는 데 사용되는 압전 세라믹 플레이트들이라는 점에서 제1 실시예와 다르다. 게다가, 제6 실시예는 감쇠 회로(38)를 더 포함한다. 압전 세라믹 플레이트들 각각은 제1 전도성 표면 및 제2 전도성 표면을 가지며, 각각의 압전 세라믹 플레이트의 제1 전도성 표면은 절연성 중공 튜브(20)의 외벽에 부착되고, 정전기 제거 회로(18)에 전기적으로 연결된다. 압전 세라믹 플레이트들 각각의 제2 전도성 표면 및 접지 단자는 감쇠 회로(38)에 전기적으로 연결된다. 유체가 절연성 중공 튜브(20)를 통해 유동할 때, 절연성 중공 튜브(20)는 진동한다. 절연성 중공 튜브(20)가 진동 스트레인을 생성할 때, 압전 세라믹 플레이트들은 진동 스트레인을 진동 전압(Vp)으로 변환하고, 감쇠 회로(38)는 진동 전압(Vp)을 수신하고 반전시켜 절연성 중공 튜브(20)의 감쇠를 증가시키고 진동 스트레인을 감소시켜 진동을 억제한다. 진동 스트레인이 감소될 때, 액체와 절연성 중공 튜브(20)의 내벽 사이의 마찰 또는 난류를 발생시킬 확률이 감소되어 정전하 수가 감소된다.

제6 실시예에서, 압전 세라믹 플레이트들 및 접지 단자는 제1 연결 단부 및 제2 연결 단부를 갖는 압전 커패시터(40)를 형성한다. 압전 커패시터(40)의 제1 연결 단부는 압전 세라믹 플레이트들 각각의 2개의 제2 전도성 표면에 전기적으로 연결되고, 압전 커패시터(40)의 제2 연결 단부는 접지 단자에 전기적으로 연결된다. 진동 전압(Vp)은 압전 커패시터(40)의 제1 연결 단부 및 제2 연결 단부 양단에 인가된다. 감쇠 회로(38)는 피크 감지 회로(42), 전기 스위치(44), 인덕터(46) 및 저항기(48)를 더 포함한다. 압전 커패시터(40)의 제1 연결 단부에 전기적으로 연결된 피크 감지 회로(42)는 진동 전압(Vp)을 수신한다. 피크 감지 회로(42)는 진동 전압(Vp)이 최대 값에 도달할 때 펄스 신호(P)를 생성한다. 전기 스위치(44)는 피크 감지 회로(42) 및 압전 커패시터(40)의 제1 연결 단부에 전기적으로 연결되고, 턴오프된다. 전기 스위치(44)가 펄스 신호(P)를 수신할 때 전기 스위치가 턴온된다. 인덕터(46) 및 저항기(48)는 직렬로 연결되고, 전기 스위치(44)와 접지 단자 사이에 전기적으로 연결된다. 인덕터(46)는 저항기(48)와 전기 스위치(44) 사이에 전기적으로 연결된다. 인덕터(46)는 전기 스위치(44)가 턴온될 때 진동 전압(Vp)을 반전시키고 감쇠를 증가시키기 위해 압전 커패시터(40)와 공진한다.

전기 스위치(44), 인덕터(46) 및 압전 커패시터(40)는 수학식 1을 만족시켜야 하며, 여기서 t는 전기 스위치(44)가 턴온되는 시간이고, L은 인덕터(46)의 인덕턴스 값이고, C는 압전 커패시터(40)의 용량 값이다.

압전 재료는 수학식 2로 표현되는 구조에서의 지배 방정식을 갖는다.

M, D, K, θ, x 및 V는 각각 질량, 감쇠 계수, 탄성 계수, 전자 기계 결합 계수, 구조적 변위 및 압전 전압을 나타낸다. 위첨자 "·"는 시간의 미분을 나타낸다. 일반적으로, 압전 재료가 개방 상태에 있을 때, 검출된 압전 전압은 구조적 변위와 위상이 동일하다. 그러나, 감쇠 회로(38)가 압전 재료에 적용될 때, 구조적 변위 및 압전 전압은 90도의 위상 차이를 갖는다. 즉, 압전 재료의 진동 속도(

)는 수학식 3에 도시된 바와 같이 압전 전압과 위상이 동일하다.

여기서, α는 압전 전압 대 진동 속도의 등가 비율이다. 수학식 3을 수학식 2에 대입하면 수학식 4가 된다.

수학식 4 및 2로부터, 압전 재료의 감쇠 계수는 90도의 위상 차이로 인해 D로부터 (D+θα)로 증가하는 것으로 알려진다. 압전 재료에 의해 생성되는 추가적인 감쇠 효과는 절연성 중공 튜브(20)에 적용되어 절연성 중공 튜브(20)의 진동을 감소시키며, 따라서 유체와 절연성 중공 튜브(20)의 벽 사이의 마찰 및 정전하 수를 감소시킨다. 감쇠 회로(38)는 반능동적이거나 완전히 수동적이라는 점에 유의한다. 즉, 감쇠 회로(38)는 전력을 필요로 하지 않을 수 있다. 피크 감지 회로(42)는 압전 재료로부터 수확된 전기 에너지를 직접 사용하여 전기 스위치(44)를 시동한다. 감쇠 회로(38)는 유지 보수의 문제를 갖지 않는다.

결론적으로, 본 발명은 서로 분리된 적어도 2개의 전도성 재료를 사용하여, 절연성 중공 튜브의 초고 정전기 전압을 효과적으로 제거하고, 접지 단자로부터의 잡음의 교란을 방지한다.

전술한 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에 의해 개시된 형상들, 구조들, 특징들 또는 사상에 따른 임의의 등가적인 변경 또는 변형도 본 발명의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (14)

1. 정전기 방전 디바이스로서,
   절연성 중공 튜브의 외벽에 부착되고 서로 분리되며 상기 절연성 중공 튜브의 반경 방향으로 중첩되는 적어도 2개의 전도성 재료 - 정전하가 상기 절연성 중공 튜브 상에 축적되어 상기 적어도 2개의 전도성 재료 양단에 정전기 전압을 생성함 -; 및
   상기 적어도 2개의 전도성 재료에 전기적으로 연결되고 접지 단자로부터 분리되며 상기 적어도 2개의 전도성 재료를 통해 상기 정전하를 수신 및 제거하여 상기 정전기 전압을 줄이는 적어도 하나의 정전기 제거 회로
   를 포함하는 정전기 방전 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로는:
   제1 단부 및 제2 단부를 갖는 적어도 하나의 금속 산화물 배리스터(metal oxide varistor: MOV) - 상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 상기 적어도 2개의 전도성 재료에 각각 전기적으로 연결됨 -;
   제3 단부 및 제4 단부를 갖는 서미스터 - 상기 제3 단부는 상기 제1 단부에 전기적으로 연결됨 -; 및
   상기 제4 단부 및 상기 제2 단부에 각각 전기적으로 연결되는 2개의 단부를 갖는 적어도 하나의 가스 방전 튜브
   를 더 포함하고, 상기 MOV, 상기 서미스터 및 상기 적어도 하나의 가스 방전 튜브는 상기 정전기 전압이 상기 MOV 및 상기 적어도 하나의 가스 방전 튜브의 정격 전압들보다 클 때 상기 정전기 전압을 줄이기 위해 상기 정전하를 수신하여 제거하는, 정전기 방전 디바이스.
3. 제2항에 있어서,
   상기 서미스터는 양성 온도 계수(positive temperature coefficient: PTC) 서미스터 또는 폴리머 양성 온도 계수(PPTC) 서미스터인, 정전기 방전 디바이스.
4. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 가스 방전 튜브는 적어도 2개의 가스 방전 튜브를 더 포함하고, 상기 2개의 가스 방전 튜브의 상기 정격 전압들은 상이하며, 상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로는 상기 적어도 2개의 가스 방전 튜브에 병렬로 전기적으로 연결되는 전하 수집 커패시터를 더 포함하고, 상기 적어도 2개의 전도성 재료 및 상기 절연성 중공 튜브는 등가 커패시터를 형성하고, 상기 전하 수집 커패시터의 용량 값은 상기 등가 커패시터의 용량 값의 10배보다 크고, 상기 정전하는 상기 정전기 전압이 상기 MOV 및 상기 적어도 2개의 가스 방전 튜브의 상기 정격 전압들보다 작을 때 상기 절연성 중공 튜브로부터 상기 서미스터를 통해 상기 전하 수집 커패시터로 전달되고, 상기 MOV, 상기 서미스터 및 상기 적어도 2개의 가스 방전 튜브는 상기 정전기 전압이 상기 MOV 및 상기 적어도 2개의 가스 방전 튜브의 상기 정격 전압들보다 클 때 상기 정전기 전압을 줄이기 위해 상기 정전하를 수신하여 제거하는, 정전기 방전 디바이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 전도성 재료를 통해 상기 절연성 중공 튜브를 각각 클램핑하는 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트; 및
   상기 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트에 고정된 하부(bottom)를 갖는 적어도 하나의 인쇄 회로 보드
   를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 인쇄 회로 보드의 상부(top)에는 상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로가 제공되고, 상기 적어도 2개의 아크 전도성 플레이트는 상기 적어도 하나의 인쇄 회로 보드를 통해 상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로에 전기적으로 연결되는, 정전기 방전 디바이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 전도성 재료는 아크 금속 플레이트들, 전도성 테이프들, 전도성 접착제들, 전도성 페인트 또는 압전 세라믹 플레이트들인, 정전기 방전 디바이스.
7. 제1항에 있어서,
   감쇠 회로를 더 포함하고, 상기 적어도 2개의 전도성 재료는 압전 세라믹 플레이트들이고, 상기 압전 세라믹 플레이트들 각각은 제1 전도성 표면 및 제2 전도성 표면을 갖고, 상기 제1 전도성 표면은 상기 절연성 중공 튜브의 상기 외벽에 부착되고, 상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로에 전기적으로 연결되며, 상기 압전 세라믹 플레이트들 각각의 상기 제2 전도성 표면 및 상기 접지 단자는 상기 감쇠 회로에 전기적으로 연결되고, 상기 절연성 중공 튜브가 진동 스트레인(vibration strain)을 생성할 때, 상기 압전 세라믹 플레이트들은 상기 진동 스트레인을 진동 전압으로 변환하고, 상기 감쇠 회로는 상기 진동 전압을 수신하고 반전시켜 상기 진동 스트레인을 감소시키는, 정전기 방전 디바이스.
8. 제7항에 있어서,
   상기 압전 세라믹 플레이트들 및 상기 접지 단자는 제1 연결 단부 및 제2 연결 단부를 갖는 압전 커패시터를 형성하고, 상기 제1 연결 단부는 상기 압전 세라믹 플레이트들 각각의 상기 제2 전도성 표면에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 연결 단부는 상기 접지 단자에 전기적으로 연결되고, 상기 진동 전압은 상기 제1 연결 단부 및 상기 제2 연결 단부 양단에 인가되고, 상기 감쇠 회로는:
   상기 제1 연결 단부에 전기적으로 연결되고 상기 진동 전압을 수신하는 피크 감지 회로 - 상기 피크 감지 회로는 상기 진동 전압이 최대 값에 도달할 때 펄스 신호를 생성함 -;
   상기 피크 감지 회로 및 상기 제1 연결 단부에 전기적으로 연결되고 턴오프되는 전기 스위치 - 상기 전기 스위치가 상기 펄스 신호를 수신할 때 상기 전기 스위치는 턴온됨 -; 및
   직렬로 연결되고 상기 전기 스위치와 상기 접지 단자 사이에 전기적으로 연결된 인덕터 및 저항기
   를 더 포함하고, 상기 인덕터는 상기 저항기와 상기 전기 스위치 사이에 전기적으로 연결되고, 상기 인덕터는 상기 전기 스위치가 턴온될 때 상기 압전 커패시터와 공진하여 상기 진동 전압을 반전시키는, 정전기 방전 디바이스.
9. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 2개의 전도성 재료의 수는 짝수이고 2보다 큰, 정전기 방전 디바이스.
10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전도성 재료는 상기 절연성 중공 튜브의 원주 방향으로 균일하게 부착되고, 상기 적어도 2개의 전도성 재료는 상기 절연성 중공 튜브를 축으로 하여 서로 대칭이고, 상기 적어도 2개의 전도성 재료 중 이웃하는 2개의 전도성 재료는 상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로의 2개의 단부에 각각 전기적으로 연결되는, 정전기 방전 디바이스.
11. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전도성 재료는 상기 절연성 중공 튜브의 튜브 축을 따라 균일하게 부착되고, 상기 적어도 2개의 전도성 재료는 상기 절연성 중공 튜브를 축으로 하여 서로 대칭인, 정전기 방전 디바이스.
12. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 정전기 제거 회로의 수는 1보다 크고, 상기 정전기 제거 회로들 각각은 상기 전도성 재료들 중 2개의 전도성 재료에 전기적으로 연결되는, 정전기 방전 디바이스.
13. 제11항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전도성 재료의 수는 4이고, 상기 전도성 재료들 중 2개의 전도성 재료에 대응하는 반경 방향은 상기 전도성 재료들 중 나머지 전도성 재료들에 대응하는 반경 방향에 수직인, 정전기 방전 디바이스.
14. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전도성 재료 각각은 나선 형상을 가지며, 상기 적어도 2개의 전도성 재료는 상기 절연성 중공 튜브의 튜브 축을 따라 균일하게 부착되는, 정전기 방전 디바이스.
    

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