KR20200106298A - Electrostatic spray system combined with extraction plate for high flow electrostatic spraying and electrostatic spraying method through it - Google Patents

Electrostatic spray system combined with extraction plate for high flow electrostatic spraying and electrostatic spraying method through it Download PDF

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KR20200106298A
KR20200106298A KR1020190024619A KR20190024619A KR20200106298A KR 20200106298 A KR20200106298 A KR 20200106298A KR 1020190024619 A KR1020190024619 A KR 1020190024619A KR 20190024619 A KR20190024619 A KR 20190024619A KR 20200106298 A KR20200106298 A KR 20200106298A
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최형수
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Abstract

The present invention relates to an electrostatic spraying system comprising: a fluid supply unit for supplying working fluid; a droplet generation unit connected to the fluid supply unit to generate droplets; and a first power supply unit for applying high voltage, wherein the droplet generation unit comprises: micro nozzle arrays including a plurality of micro nozzles; and an extraction plate, and the extraction plate includes: a hole corresponding to the plurality of micro nozzles; and an electrode formed in each hole, and controls each of the plurality of micro nozzles. In addition, each nozzle of the micro nozzle arrays can be controlled by a voltage signal applied to the extraction plate, thereby improving electric field crosstalk, and then enabling stable electrostatic spray operation.

Description

고유량 정전분무를 위한 추출판이 결합된 정전분무 시스템 및 이를 통한 정전분무 방법 {Electrostatic spray system combined with extraction plate for high flow electrostatic spraying and electrostatic spraying method through it}{Electrostatic spray system combined with extraction plate for high flow electrostatic spraying and electrostatic spraying method through it}

고유량 정전분무를 위한 추출판이 결합된 정전분무 시스템 및 이를 통한 정전분무 방법에 관한 것이다.It relates to an electrostatic spraying system in which an extraction plate for high flow electrostatic spraying is combined, and an electrostatic spraying method through the same.

실내 공기 청정 및 가습 분야에서는 정전분무를 통해 생성되는 물 미세 액적을 분무 및 제어하는 기술을 다루고 있다. 기존에 널리 사용되고 있는 필터를 기반으로 한 미세먼지 집진 시스템에서 나아가 최근에는 하전된 물 액적 특성을 이용해 미세먼지 집진뿐만 아니라 공기 중 부유 세균을 살균할 수 있는 정전분무 공기청정 가습 시스템을 적용 대상으로 하고 있다. 정전분무 공기청정 가습 시스템은 필터를 사용하지 않기 때문에 주기적 교체, 소음, 에너지 손실, 2차 유해물질 발생과 같은 문제없이 효율적인 공기청정이 가능한 장점이 있지만, 물 정전분무의 어려움, 노즐 어레이의 안정적 정전분무 어려움, 물 액적 제어 어려움으로 인해 상용적인 공기청정 시스템으로 효과적으로 구현하기 어려운 문제점이 있다.The field of indoor air cleaning and humidification deals with the technology of spraying and controlling fine droplets of water generated through electrostatic spraying. Going from the filter-based fine dust collection system that is widely used in the past, the electrostatic spray air cleaning humidification system that can sterilize airborne bacteria as well as collecting fine dust using the characteristics of charged water droplets has been applied. have. Since the electrostatic spray air cleaning humidification system does not use a filter, it has the advantage of efficient air cleaning without problems such as periodic replacement, noise, energy loss, and generation of secondary harmful substances, but the difficulty of water electrostatic spraying and stable power outage of the nozzle array Difficulty in spraying and controlling water droplets has a problem that is difficult to effectively implement with a commercial air cleaning system.

정전분무에 사용되는 액체의 종류에 따라 정전분무 양상은 크게 달라지게 된다. 물(Deionized water 기준)의 경우 다른 액체에 비해 높은 전기전도도(120 μS/m)와 표면장력(0.072 N/m)을 갖고 있기 때문에 제한적인 조건에서만 안정적인 정전분무 현상을 얻을 수 있으며, 안정된 정전분무 현상이어도 방전을 수반한 불안정한 형태를 이룰 가능성이 크다. 게다가 정전분무가 안정적으로 이루어진다고 할지라도 단일 노즐에서 분무되는 액적의 양은 공기청정 분야에서 산업적으로 이용하기에 매우 부족하다.Depending on the type of liquid used for electrostatic spraying, the electrostatic spray pattern varies greatly. Since water (based on deionized water) has higher electrical conductivity (120 μS/m) and surface tension (0.072 N/m) than other liquids, stable electrostatic spraying can be obtained only under limited conditions, and stable electrostatic spraying Even if it is a phenomenon, it is highly likely to form an unstable form accompanied by a discharge. Moreover, even if electrostatic spraying is performed stably, the amount of droplets sprayed from a single nozzle is very insufficient for industrial use in the air cleaning field.

시간당 분무 할 수 있는 유량이 적다는 정전분무 기술의 고질적인 문제를 해결하기 위하여 복수의 미세 노즐을 연속적으로 배치한 후 정전분무 하고자 하는 접근들(어레이)을 여러 연구 사례를 통하여 확인할 수 있다. 이러한 어레이 형식에서 안정적으로 정전분무가 일어나게 하기 위해서는 각각의 노즐 끝단에서 균일한 전기장을 형성시키는 것이 매우 중요하나, 이를 위해서는 높은 정밀도로 제작된 초소형 노즐뿐만 아니라 대응 전극의 형상과 배치, 그리고 인가하는 전압 또한 신중히 고려해야 하므로 실질적으로 성공한 사례가 매우 드물다.In order to solve the chronic problem of electrostatic spraying technology that the flow rate that can be sprayed per hour is small, the approaches (arrays) to electrostatic spray after placing a plurality of fine nozzles in succession can be confirmed through several research cases. In order to stably generate electrostatic spray in such an array type, it is very important to form a uniform electric field at the ends of each nozzle, but for this purpose, the shape and arrangement of the corresponding electrode as well as the ultra-small nozzle manufactured with high precision, and the applied voltage It also requires careful consideration, so there are very few practically successful cases.

예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1822927호는 복수의 홀(hole)이 형성된 베이스 층, 베이스 층으로부터 복수의 홀 각각을 둘러싸는 기설정된 두께의 영역이 돌출되어 형성된 복수의 마이크로 노즐 및 상기 복수의 마이크로 노즐 사이에서, 상기 복수의 마이크로 노즐이 돌출된 방향과 동일한 방향으로 상기 베이스 층으로부터 돌출된 복수의 기둥을 포함하는 마이크로 노즐 어레이에 대하여 개시하고 있다. For example, Korean Patent Registration No. 10-1822927 discloses a base layer in which a plurality of holes is formed, a plurality of micro nozzles formed by protruding a region of a predetermined thickness surrounding each of the plurality of holes from the base layer, and the plurality of A micro nozzle array including a plurality of pillars protruding from the base layer in the same direction as the direction in which the plurality of micro nozzles protrude is disclosed.

또한, 대한민국 공개특허 제10-2012-0070344호는 작동유체를 공급하는 유체공급 장치와, 고전압을 인가하는 전압 인가부 및 상기 작동유체로부터 형성된 액적을 배출하는 노즐부가 포함되는 정전분무 장치에 있어서, 상기 노즐부에는, 작동유체의 유동경로를 제공하는 본체; 상기 본체에 형성되며, 작동유체가 유입되는 유입부; 상기 유입부로부터 상기 본체의 내부를 향하여 연장되는 내부유로; 상기 내부유로와 연통하며, 상기 본체의 외측에 형성되는 외부유로; 및 상기 본체의 일측 단부를 형성하며, 상기 고전압에 의하여 발생한 전기장이 작용하여 액적이 분무되는 말단부가 포함되는 정전분무 장치를 개시하고 있다. In addition, Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0070344 in the electrostatic spraying device including a fluid supply device for supplying a working fluid, a voltage applying unit for applying a high voltage, and a nozzle unit for discharging droplets formed from the working fluid, The nozzle unit includes a main body providing a flow path of the working fluid; An inlet portion formed in the body and into which the working fluid flows; An internal flow path extending from the inlet toward the inside of the main body; An external flow passage communicating with the inner flow passage and formed outside the main body; And an end portion to form one end of the body and to spray droplets due to an electric field generated by the high voltage.

다만, 안정적인 정전분무를 수행하기 위하여 균일한 전기장을 형성시킬 수 있는 연구가 필요한 실정이다.However, in order to perform stable electrostatic spraying, a study capable of forming a uniform electric field is required.

대한민국 등록특허 제10-1822927호Korean Patent Registration No. 10-1822927 대한민국 공개특허 제10-2012-0070344호Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0070344

본 발명의 일 측면에서의 목적은 안정적인 정전분무를 수행하기 위하여 균일한 전기장을 형성시킬 수 있도록 추출판을 포함하는 정전분무 시스템 및 이를 통한 정전분무 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide an electrostatic spraying system including an extraction plate and an electrostatic spraying method through the same so as to form a uniform electric field in order to perform stable electrostatic spraying.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention

작동유체를 공급하는 유체 공급부, 상기 유체 공급부와 연결되어 액적을 생성하는 액적 생성부 및 고전압을 인가하는 제1 전원 공급부가 포함되는 정전분무 시스템에 있어서,In the electrostatic spraying system comprising a fluid supply unit for supplying a working fluid, a droplet generation unit connected to the fluid supply unit to generate droplets, and a first power supply unit for applying a high voltage,

상기 액적 생성부는 복수의 마이크로 노즐을 포함하는 마이크로 노즐 어레이 및 추출판을 포함하며,The droplet generating unit includes a micro nozzle array including a plurality of micro nozzles and an extraction plate,

상기 추출판은 상기 복수의 마이크로 노즐에 대응되는 홀 및 각 홀에 형성된 전극을 포함하고, 상기 복수의 마이크로 노즐 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템이 제공된다.The extraction plate includes a hole corresponding to the plurality of micro nozzles and an electrode formed in each hole, and an electrostatic spray system is provided which controls each of the plurality of micro nozzles.

또한, 본 발명의 다른 측면에서In addition, in another aspect of the present invention

상기 정전분무 시스템을 이용한 정전분무 방법으로,In the electrostatic spraying method using the electrostatic spraying system,

상기 작동유체가 상기 마이크로 노즐 어레이로 공급되는 단계; 및Supplying the working fluid to the micro nozzle array; And

상기 추출판의 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되는 단계;Selectively applying a voltage to the electrode of the extraction plate to selectively perform electrostatic spraying in a micro nozzle;

를 포함하는 정전분무 방법이 제공된다.An electrostatic spraying method comprising a is provided.

나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention

상기 정전분무 시스템을 포함하는 공기청정 가습기가 제공된다.An air purifying humidifier including the electrostatic spray system is provided.

본 발명은 추출판에 인가되는 전압 신호로 인하여 마이크로 노즐 어레이의 각 노즐 각각을 제어할 수 있으며, 이를 통해 전기장 누화 현상을 개선하여 안정적인 정전분무 운영이 가능한 효과가 있다.The present invention can control each nozzle of the micro-nozzle array due to a voltage signal applied to the extraction plate, thereby improving the electric field crosstalk phenomenon, thereby enabling stable electrostatic spray operation.

도 1은 정전분무의 기본적인 원리를 보여주는 모식도이고,
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른 정전분무 시스템의 모식도이고,
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른 정전분무 시스템 중 액적 생성부의 모식도이고,
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른 정전분무 시스템의 액적 생성부 중 추출판의 모식도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출판의 전극 구조의 모식도이고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 추출판의 전극 구조를 각 모드별로 분리하여 보여주는 모식도이고,
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따라 노즐의 off 상태를 보여주는 모식도이고,
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따라 노즐의 on 상태를 보여주는 모식도이고,
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 분무 모드별로 추출판에 인가되는 펄스 전압 신호를 시간에 따라 나타낸 그래프이고,
도 10은 도 9의 전압 신호에 따른 정전분무 시스템의 작동 원리를 나타낸 모식도이고,
도 11은 본 발명의 실험예 2에 따른 노즐 주변의 전기장을 보여주는 이미지이고,
도 12는 본 발명의 실험예 1에 따른 노즐 주변의 전기장을 보여주는 이미지이다.1 is a schematic diagram showing the basic principle of electrostatic spraying,
2 is a schematic diagram of an electrostatic spray system according to an embodiment of the present invention,
3 is a schematic diagram of a droplet generating unit in an electrostatic spray system according to an embodiment of the present invention,
4 is a schematic diagram of an extraction plate among droplet generation units of an electrostatic spray system according to an embodiment of the present invention,
5 is a schematic diagram of an electrode structure of an extraction plate according to an embodiment of the present invention,
6 is a schematic diagram showing an electrode structure of an extraction plate according to an embodiment of the present invention, separated for each mode,
7 is a schematic diagram showing an off state of a nozzle according to an embodiment of the present invention,
8 is a schematic diagram showing an on state of a nozzle according to an embodiment of the present invention,
9 is a graph showing a pulse voltage signal applied to an extraction plate for each spray mode over time in an embodiment of the present invention,
10 is a schematic diagram showing the operating principle of the electrostatic spray system according to the voltage signal of FIG. 9,
11 is an image showing an electric field around a nozzle according to Experimental Example 2 of the present invention,
12 is an image showing an electric field around a nozzle according to Experimental Example 1 of the present invention.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by an expert skilled in the art to which the present invention belongs.

본 발명의 일 측면에서In one aspect of the present invention

작동유체를 공급하는 유체 공급부(100), 상기 유체 공급부와 연결되어 액적을 생성하는 액적 생성부(200) 및 고전압을 인가하는 제1 전원 공급부(300)가 포함되는 정전분무 시스템(1000)에 있어서,In the electrostatic spraying system 1000 including a fluid supply unit 100 for supplying a working fluid, a droplet generation unit 200 connected to the fluid supply unit to generate droplets, and a first power supply unit 300 for applying a high voltage, ,

상기 액적 생성부는 복수의 마이크로 노즐(271)을 포함하는 마이크로 노즐 어레이(270) 및 추출판(280)을 포함하며,The droplet generating unit includes a micro nozzle array 270 including a plurality of micro nozzles 271 and an extraction plate 280,

상기 추출판은 상기 복수의 마이크로 노즐에 대응되는 홀 및 각 홀에 형성된 전극을 포함하고, 상기 복수의 마이크로 노즐 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템이 제공된다.The extraction plate includes a hole corresponding to the plurality of micro nozzles and an electrode formed in each hole, and an electrostatic spray system is provided which controls each of the plurality of micro nozzles.

우선, 정전분무의 작동 원리를 도 1을 참조하여 설명한다. 정전분무는 미세 노즐로 공급되는 액체에 높은 전기장을 인가하여 액체의 표면변화 특성을 이용해 액체를 미립화(Atomization)시키는 기술이다. 정전분무는 인가되는 전압, 유량, 액체의 표면장력, 전기전도도, 공급 유량 등에 의해 다양한 분무 특성이 존재하는데, 그 중 안정적으로 미세 액적을 분무 할 수 있는 Cone jet 모드 정전분무가 가장 많이 활용된다. Cone jet 모드 정전분무는 액체의 표면장력과 외부 전기력의 상호작용을 통해 만들어진 Taylor cone 끝단 jet에 의한 1차 미립화, Rayleigh 분열 현상으로 인한 2차 미립화를 통해 분무 노즐 크기의 수십 내지 수백 배 작은 크기의 미세 액적을 생성할 수 있다. 노즐의 직경이 감소할수록 정전분무 개시전압이 낮아져 안정적인 정전분무가 가능하므로, 수십 마이크로의 직경을 가지는 마이크로 노즐이 정전분무에 널리 사용되고 있다.First, an operation principle of electrostatic spraying will be described with reference to FIG. 1. Electrostatic spraying is a technology that atomizes a liquid by applying a high electric field to a liquid supplied to a fine nozzle and using the surface change characteristics of the liquid. Electrostatic spray has various spraying characteristics depending on the applied voltage, flow rate, surface tension of liquid, electrical conductivity, and supply flow rate. Among them, the cone jet mode electrostatic spray that can stably spray fine droplets is most used. Cone jet mode electrostatic spraying is the first atomization by the Taylor cone end jet created through the interaction of the surface tension of the liquid and the external electric force, and through the secondary atomization due to Rayleigh splitting, the size of the spray nozzle is tens to hundreds of times smaller. It can produce fine droplets. As the diameter of the nozzle decreases, the electrostatic spray initiation voltage decreases, so that stable electrostatic spraying is possible. Thus, micronozzles having a diameter of several tens of microns are widely used for electrostatic spraying.

이하, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 정전분무 시스템에 대하여 도 2 내지 도 8을 참조하여 각 구성별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the electrostatic spray system provided in one aspect of the present invention will be described in detail for each configuration with reference to FIGS. 2 to 8.

먼저, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 정전분무 시스템(1000)은 작동유체를 공급하는 유체 공급부(100)를 포함한다.First, the electrostatic spray system 1000 provided in an aspect of the present invention includes a fluid supply unit 100 for supplying a working fluid.

상기 유체 공급부는 균일한 유량을 공급할 수 있는 시린지 펌프를 포함할 수 있다.The fluid supply unit may include a syringe pump capable of supplying a uniform flow rate.

상기 유체 공급부에서 공급하는 작동유체는 물일 수 있다. 물은 120 μS/m의 전기전도도를 가지며, 0.072 N/m의 표면장력을 가진다.The working fluid supplied from the fluid supply unit may be water. Water has an electrical conductivity of 120 μS/m and a surface tension of 0.072 N/m.

다음으로, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 정전분무 시스템(1000)은 상기 유체 공급부(100)와 연결되어 액적을 생성하는 액적 생성부(200)를 포함한다.Next, the electrostatic spray system 1000 provided in an aspect of the present invention includes a droplet generating unit 200 connected to the fluid supply unit 100 to generate droplets.

상기 액적 생성부는 상기 유체 공급부로부터 공급되는 유체를 저장하는 유체 저장 탱크(240) 및 이를 밀폐할 수 있는 여러 덮개(220, 260) 및 O-ring(230, 250)을 포함할 수 있다.The droplet generation unit may include a fluid storage tank 240 for storing fluid supplied from the fluid supply unit, and various covers 220 and 260 and O-rings 230 and 250 that may seal the same.

상기 액적 생성부는 복수의 마이크로 노즐(271)을 포함하는 마이크로 노즐 어레이(270)를 포함한다.The droplet generating unit includes a micro nozzle array 270 including a plurality of micro nozzles 271.

상기 마이크로 노즐은 추출판 쪽으로 돌출된 형태일 수 있다. 제한되지 않는 일 구체예로서, 원통 형태 또는 뿔대 형태로 추출판 쪽으로 돌출된 형태일 수 있다.The micro nozzle may protrude toward the extraction plate. As a non-limiting embodiment, it may be a cylindrical shape or a horn-shaped shape protruding toward the extraction plate.

상기 마이크로 노즐의 직경은 수십 마이크로 미터일 수 있다. 수십 마이크로 미터 직경의 노즐을 사용하게 되면 수백 나노미터 크기의 액적을 얻을 수 있다. 또한, 상기 마이크로 노즐은 추출판 쪽으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태일 수 있다. 예를 들어, 다각 뿔대 또는 원뿔대 등의 뿔대 형태일 수 있다. 정전분무 특성상 노즐의 직경이 감소할수록 Cone jet 모드 정전분무 개시전압이 감소하기 때문에 추출판 쪽으로 갈수록 두께가 얇아지는 형상의 마이크로 노즐 어레이를 사용할 경우 보다 더 안정적인 분무가 가능하다.The diameter of the micro nozzle may be several tens of micrometers. Using a nozzle with a diameter of several tens of micrometers, droplets of several hundred nanometers can be obtained. In addition, the micro-nozzle may have a shape that becomes thinner toward the extraction plate. For example, it may be in the form of a multi-cornered horn or a horned cone. Due to the electrostatic spray characteristics, the cone jet mode electrostatic spray starting voltage decreases as the nozzle diameter decreases. Therefore, more stable spraying is possible than when using a micro nozzle array having a thinner shape toward the extraction plate.

상기 마이크로 노즐 어레이는 마이크로 노즐이 정육각형 배열로 일정하게 배치된 것일 수 있다. 상기 마이크로 노즐 간의 간격은 1 mm 내지 3 mm일 수 있고, 1.5 mm 내지 2.5 mm일 수 있으며, 2 mm일 수 있다.The micro-nozzle array may be one in which micro-nozzles are regularly arranged in a regular hexagonal arrangement. The spacing between the micro-nozzles may be 1 mm to 3 mm, 1.5 mm to 2.5 mm, and 2 mm.

상기 액적 생성부는 추출판(280)을 포함한다.The droplet generating unit includes an extraction plate 280.

상기 추출판은 마이크로 노즐 어레이와 정밀하게 정렬되어 상기 마이크로 노즐 간의 전기장 누화(Cross talk) 문제와 대전된 액적들에 의한 공간 전하(Space charge) 형성을 완화시킬 수 있다.The extraction plate is precisely aligned with the micro-nozzle array to mitigate a problem of electric field cross talk between the micro-nozzles and the formation of space charges due to charged droplets.

상기 추출판은 유리(Glass), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 및 난연 유리 에폭시 라미네이트 시트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 절연 재질일 수 있다.The extraction plate may be one insulating material selected from the group consisting of glass, polycarbonate (PC), and flame-retardant glass epoxy laminate sheet.

상기 추출판은 상기 복수의 마이크로 노즐에 대응되는 홀 및 각 홀에 형성된 전극을 포함한다. 상기 전극에 전압 신호가 인가됨으로써 상기 복수의 마이크로 노즐 각각을 제어할 수 있다.The extraction plate includes holes corresponding to the plurality of micro nozzles and electrodes formed in each hole. Each of the plurality of micro nozzles may be controlled by applying a voltage signal to the electrode.

상기 추출판에 금속 증착과 레이저 가공 공정을 통해 전극을 형성할 수 있다.An electrode may be formed on the extraction plate through metal deposition and laser processing.

상기 전극은 일정하게 그룹화(grouping)하여 각 모드별로 인가되는 신호를 제어할 수 있다.The electrodes may be uniformly grouped to control a signal applied to each mode.

상기 전극은 추출판 상에 정육각형 배열로 일정하게 배치될 수 있다. 도 4 내지 도 6을 참조하여 이해할 수 있다. 일정한 정육각형 배열로 배치된 경우 릴레이를 통해 제어할 분무 모드 각각에 대하여 홀 사이의 간격을 균일하게 유지함과 동시에 다른 형상들과 비교하였을 때 상대적으로 멀리 배치할 수 있으므로 노즐끼리의 전기장 간섭에 의한 영향을 최소화 할 수 있다. 이는 노즐 별로 인가되는 신호의 교차 효율성이 향상될 수 있다는 것을 의미한다. 게다가 위와 같은 특성을 유지하면서 동일한 면적에 대하여 다른 형상보다 많은 홀을 구현 할 수 있고 이는 곧 대응 되는 노즐의 수 또한 많아진다는 사실의 의미하므로 고유량에서의 정전분무를 가능하게 한다.The electrodes may be regularly disposed on the extraction plate in a regular hexagonal arrangement. It can be understood with reference to FIGS. 4 to 6. When arranged in a regular hexagonal arrangement, the spacing between the holes can be maintained evenly for each spray mode to be controlled through the relay, and at the same time, it can be placed relatively farther compared to other shapes, so the effect of the electric field interference between the nozzles is reduced. Can be minimized. This means that the cross efficiency of signals applied for each nozzle can be improved. In addition, while maintaining the above characteristics, it is possible to implement more holes than other shapes for the same area, which means that the number of corresponding nozzles is also increased, thus enabling electrostatic spraying at a high flow rate.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 정전분무 시스템(1000)은 고전압을 인가하는 제1 전원 공급부(300)를 포함한다.In addition, the electrostatic spray system 1000 provided in an aspect of the present invention includes a first power supply unit 300 for applying a high voltage.

상기 제1 전원 공급부는 상기 추출판의 전극에 전압 신호를 선택적으로 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무 되도록 할 수 있다.The first power supply may selectively apply a voltage signal to the electrode of the extraction plate to selectively spray electrostatically in the micro nozzle.

상기 제1 전원 공급부는 상기 액적 생성부 내 유체에 전압을 인가하여 유체의 미립화를 유도할 수 있다. 이에 의한 전기력과 유체의 표면장력과의 상호작용을 통해 만들어진 Taylor cone 끝단 jet에 의한 미립화가 수행된다.The first power supply unit may induce atomization of the fluid by applying a voltage to the fluid in the droplet generating unit. Atomization is performed by the jet at the end of the Taylor cone made through the interaction between the electric force and the surface tension of the fluid.

상기 제1 전원 공급부는 상기 액적 생성부 내의 유체와 추출판의 전극에 동일한 극성 및 동일한 크기의 전압을 인가할 수 있다. 유체에 전압이 인가된 상태에서 추출판에 동일 극성과 동일 크기의 전압이 인가되면 전기력에 의한 영향을 거의 받지 않고 유량 공급부에 의해서만 액적이 토출된다.The first power supply unit may apply a voltage having the same polarity and the same magnitude to the fluid in the droplet generating unit and the electrode of the extraction plate. When a voltage of the same polarity and the same size is applied to the extraction plate while voltage is applied to the fluid, droplets are discharged only by the flow supply unit without being affected by the electric force.

상기 제1 전원 공급부는 5 kV 내지 10 kV 의 전압을 공급할 수 있다. 제1 전원 공급부가 5 kV 미만의 전압을 공급하는 경우 안정적인 Cone jet 모드를 구현하기 힘든 문제점이 있고, 10 kV 를 초과하는 전압을 공급하는 경우 마이크로 노즐 근처에서 국부적으로 방전이 발생하는 문제점이 있다.The first power supply may supply a voltage of 5 kV to 10 kV. When the first power supply unit supplies a voltage of less than 5 kV, it is difficult to implement a stable cone jet mode, and when a voltage exceeding 10 kV is supplied, there is a problem that local discharge occurs near the micro nozzle.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 정전분무 시스템(1000)은 상기 제1 전원 공급부(300)와 상기 추출판(280) 사이에 릴레이(relay)를 연결하여 추출판의 전극에 인가되는 전압을 제어할 수 있다.In addition, the electrostatic spraying system 1000 provided in an aspect of the present invention connects a relay between the first power supply unit 300 and the extraction plate 280 to control the voltage applied to the electrode of the extraction plate. Can be controlled.

상기 추출판의 전극 구성과 릴레이와의 조합을 통해 신호가 교차 변환될 수 있고, 이에 따라 다양한 분무 모드 수행이 가능하다.The signal may be cross-converted through the combination of the electrode configuration of the extraction plate and the relay, and accordingly, various spray modes may be performed.

상기 릴레이는 제1 전원 공급부에 연결되거나 접지됨으로써 추출판에 인가되는 신호를 조절할 수 있다.The relay is connected to the first power supply or grounded to control a signal applied to the extraction plate.

또한, 본 발명의 일 측면에서 제공되는 정전분무 시스템(1000)은 상기 추출판(280) 하부에 대항 전극(600)을 포함할 수 있고, 상기 대항 전극에 액적의 반대 극성의 전압을 공급하는 제2 전원 공급부(500)를 포함할 수 있다.In addition, the electrostatic spraying system 1000 provided in one aspect of the present invention may include a counter electrode 600 under the extraction plate 280, and supply a voltage of the opposite polarity of the droplet to the counter electrode. It may include a power supply unit (500).

상기 제1 공급부(300)가 상기 액적 생성부(200) 내의 유체에 전압을 인가함으로써 상기 마이크로 노즐 어레이(270) 및 추출판(280)을 통해 추출된 액적은 일정한 극성으로 하전되는데, 추출된 액적이 다시 추출판으로 회귀하는 현상을 방지하기 위해 추출판 하부에 액적의 반대 극성으로 하전된 대항 전극이 위치할 수 있으며, 인가되는 전압에 따라 액적의 확산 정도를 제어할 수 있다. 따라서 상기 제2 전원 공급부는 상기 대항 전극에 추출된 액적의 반대 극성의 전압을 인가할 수 있다.The first supply unit 300 applies a voltage to the fluid in the droplet generating unit 200, so that the droplets extracted through the micro nozzle array 270 and the extraction plate 280 are charged with a constant polarity. In order to prevent the enemy from returning to the extraction plate, a counter electrode charged with the opposite polarity of the droplet may be located under the extraction plate, and the degree of diffusion of the droplet can be controlled according to the applied voltage. Accordingly, the second power supply may apply a voltage having a polarity opposite to that of the extracted droplet to the counter electrode.

상기 제2 전원 공급부는 -5 kV 내지 0 kV (GND) 의 전압을 공급할 수 있다. 제2 전원 공급부가 -5 kV 미만의 전압을 공급하는 경우 분무가 지나치게 국부적인 영역에서만 일어나고, 노즐이 대항 전극에 인가한 전압에 영향을 받아 안정적인 Cone jet 모드를 구현하는 것을 방해하는 영향을 준다는 문제점이 있고, 0 kV 를 초과하는 전압을 공급하는 경우 본 시스템에서의 대항 전극의 역할, 즉 제1 전원 공급부와 반대되는 극성(예시. 제 1전원 공급부가 '+' 인 경우, 대항전극은 '-')을 대항 전극에 인가함으로써 정전 분무를 통해 발생되는 하전 입자들을 대항 전극 쪽으로 유도하고자 하는 역할을 수행할 수 없는 문제점이 있다.The second power supply may supply a voltage of -5 kV to 0 kV (GND). When the second power supply unit supplies a voltage of less than -5 kV, spraying occurs only in an excessively local area, and the nozzle is affected by the voltage applied to the counter electrode, which impedes the implementation of a stable cone jet mode. In the case of supplying a voltage exceeding 0 kV, the role of the counter electrode in the system, that is, the polarity opposite to that of the first power supply (e.g., when the first power supply is'+', the counter electrode is'-' ') is applied to the counter electrode so that the charged particles generated through electrostatic spray cannot be guided toward the counter electrode.

본 발명의 다른 측면에서, 상기 정전분무 시스템을 이용한 정전분무 방법으로,In another aspect of the present invention, in the electrostatic spraying method using the electrostatic spraying system,

상기 작동유체가 상기 마이크로 노즐 어레이로 공급되는 단계; 및Supplying the working fluid to the micro nozzle array; And

상기 추출판의 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되는 단계;Selectively applying a voltage to the electrode of the extraction plate to selectively perform electrostatic spraying in a micro nozzle;

를 포함하는 정전분무 방법이 제공된다.An electrostatic spraying method comprising a is provided.

이하, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 정전분무 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the electrostatic spraying method provided in another aspect of the present invention will be described in detail for each step.

먼저, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 정전분무 방법은 상기 작동유체가 상기 마이크로 노즐 어레이(270)로 공급되는 단계를 포함한다.First, the electrostatic spraying method provided in another aspect of the present invention includes the step of supplying the working fluid to the micro nozzle array 270.

상기 작동유체는 물일 수 있다. 물은 120 μS/m의 전기전도도를 가지며, 0.072 N/m의 표면장력을 가진다.The working fluid may be water. Water has an electrical conductivity of 120 μS/m and a surface tension of 0.072 N/m.

상기 작동유체가 물인 경우, 안정적인 Cone jet 모드 정전분무를 위해서는 일반적으로 한 개의 노즐 당 0.1 mL/h 내지 1.0 mL/h의 유량으로 공급되는 것이 바람직하다. 0.1 mL/h 미만의 유량으로 공급되는 경우 공급되는 유량이 극도로 적어서 정전 분무 자체가 원활하게 이루어지지 않는 문제점이 있고, 1.0 mL/h를 초과하는 유량으로 공급되는 경우 Cone jet 모드가 아니라 다른 모드의 정전분무가 구현 되므로 미세 액적을 균일하게 발생시키기는 다소 어려운 문제점이 있다.When the working fluid is water, it is preferable that it is generally supplied at a flow rate of 0.1 mL/h to 1.0 mL/h per nozzle for stable Cone jet mode electrostatic spraying. When supplied at a flow rate of less than 0.1 mL/h, there is a problem that the supplied flow rate is extremely small, so electrostatic spraying itself does not work smoothly, and when supplied at a flow rate exceeding 1.0 mL/h, it is not in the Cone jet mode but in other modes. Since electrostatic spraying is implemented, it is somewhat difficult to uniformly generate fine droplets.

다음으로, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 정전분무 방법은 상기 추출판의 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되는 단계를 포함한다.Next, the electrostatic spraying method provided in another aspect of the present invention includes the step of selectively performing electrostatic spraying in a micro nozzle by selectively applying a voltage to an electrode of the extraction plate.

도 7 및 도 8을 참조하여, 추출판의 전극에 선택적으로 제1 전원 공급부가 전압을 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되는 원리를 이해할 수 있다.With reference to FIGS. 7 and 8, it is possible to understand the principle that electrostatic spraying is selectively performed by the micro nozzle by selectively applying a voltage from the first power supply to the electrode of the extraction plate.

유체에 전압이 인가된 상태에서 추출판에 동일 극성과 크기의 전압 인가되면 전기력에 의한 영향을 거의 받지 않고 유체 공급부에 의해서만 액적이 토출된다. 이때 액적 하나가 토출되는데 걸리는 시간은 Tate’s law에 의해 수학식 1과 같이 계산할 수 있다.When voltage of the same polarity and size is applied to the extraction plate while voltage is applied to the fluid, droplets are discharged only by the fluid supply unit without being affected by the electric force. At this time, the time it takes for one droplet to be discharged can be calculated as in Equation 1 by Tate's law.

Figure pat00001
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여기서, tdrop은 한 개의 액적이 토출되는데 걸리는 시간, g는 중력가속도(9.81 m/s2), ρ는 물의 밀도, Q는 한 개의 노즐에 공급되는 유량을 나타낸다.Here, t drop is the time it takes for one droplet to be discharged, g is the gravitational acceleration (9.81 m/s 2 ), ρ is the density of water, and Q is the flow rate supplied to one nozzle.

예를 들어, 물의 안정적인 콘젯 정전분무를 위해서는 일반적으로 한 개의 노즐 당 0.1 mL/h 내지 1.0 mL/h의 유량이 필요하다. 0.5 mL/h의 유량으로 공급된다고 가정했을 때, 본 발명에서 고안된 노즐의 제원과 물의 물성을 대입하여 계산하면 하나의 물 액적을 토출하는데 걸리는 시간은 약 8.3 sec가 소요된다. 추출판이 접지되면 마이크로 노즐에 전기장이 집중되어 콘젯 정전분무가 가능하다. 120 μS/m 의 전기전도도를 가지는 물의 경우, 콘젯 정전분무가 안정화 되는데 약 20 msec 내지 30 msec가 소요되는 것으로 알려져 있다.For example, for stable conjet electrospray of water, a flow rate of 0.1 mL/h to 1.0 mL/h per nozzle is generally required. Assuming that it is supplied at a flow rate of 0.5 mL/h, when calculating by substituting the specifications of the nozzle designed in the present invention and the physical properties of water, it takes about 8.3 sec to discharge one water droplet. When the extraction plate is grounded, the electric field is concentrated in the micro nozzle, enabling conjet electrostatic spraying. In the case of water having an electrical conductivity of 120 μS/m, it is known that it takes about 20 msec to 30 msec for the conjet electrostatic spray to be stabilized.

상기 단계에서 상기 추출판(280)에 형성된 전극을 그룹화하여 모드를 설정할 수 있고, 각 모드별로 인가되는 신호를 제어함으로써 정전분무가 수행되는 각 마이크로 노즐(271)을 제어할 수 있다. 이는 상기 릴레이(400)를 통해 수행될 수 있다.In the above step, a mode may be set by grouping electrodes formed on the extraction plate 280, and each micronozzle 271 on which electrostatic spraying is performed may be controlled by controlling a signal applied to each mode. This may be done through the relay 400.

도 7과 같이 전압 신호가 인가된 전극에 대응하는 마이크로 노즐에서는 콘젯(Cone jet) 정전분무는 수행되지 않고 유체 공급부에 의해서만 액적이 토출되지만, 도 8과 같이 접지되어 전압 신호가 인가되지 않는 전극에 대응하는 마이크로 노즐에서는 전기장이 집중되어 콘젯 정전분무가 수행될 수 있다.In the micronozzle corresponding to the electrode to which the voltage signal is applied as shown in FIG. 7, the cone jet electrostatic spraying is not performed and droplets are discharged only by the fluid supply unit. However, as shown in FIG. 8, it is grounded to the electrode to which the voltage signal is not applied. In the corresponding micro-nozzle, the electric field is concentrated so that conjet electrostatic spraying can be performed.

상기 단계에서 전압이 인가되지 않는 추출판의 전극에 대응되는 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되며, 상기 전압이 인가되지 않는 전극은 일정한 교차 사이클을 가지며 선택되어 상기 사이클이 반복되며 수행될 수 있다.In the above step, electrostatic spraying is selectively performed in the micronozzle corresponding to the electrode of the extraction plate to which the voltage is not applied, and the electrode to which the voltage is not applied has a certain cross cycle and is selected so that the cycle can be repeated. .

이와 같이 전압이 교차로 인가되는 펄스 전압 신호를 추출판에 가함으로써 정전분무를 수행할 수 있다. 도 9 및 하기 실시예 1을 통하여 일정한 교차 사이클을 가지며 반복되는 펄스 전압 신호의 예를 이해할 수 있다.In this way, electrostatic spraying can be performed by applying a pulse voltage signal to which voltage is applied at an intersection to the extraction plate. An example of a pulse voltage signal that has a constant cross cycle and is repeated through FIG. 9 and Example 1 below can be understood.

이 때, 1 사이클 내에서 한 전극에 전압이 인가되지 않는 시간, 즉 펄스의 폭은 콘젯 정전분무 안정화 시간보다 커야 하며 1 사이클은 한 개의 액적이 토출되는데 걸리는 시간인 tdrop 보다 적은 시간이 소요됨이 바람직하다.At this time, the time during which the voltage is not applied to one electrode within one cycle, that is, the width of the pulse must be greater than the conduit electrostatic spray stabilization time, and one cycle takes less time than t drop , the time it takes for one droplet to be discharged. desirable.

도 9 및 도 10과 하기 실험예 1을 참고하여 설명한다. 도 9에서, Mode 1, Mode 2, Mode 3, Mode 4 각각의 Mode에 배치된 노즐을 각각 노즐 1, 노즐 2, 노즐 3, 노즐 4라고 명명한다면, 처음 t = [0 ~ t1] 인 경우 노즐 1에서는 정전분무가 일어나고 있고, 노즐 2, 노즐 3, 노즐 4의 끝단에는 물이 맺혀있을 것이다. t = 0초 전에도 계속 동일한 사이클이 반복되고 있었다고 가정한다. 이 때, 노즐 2는 추출판의 전극에 전압이 인가되어 있던 시간이 노즐 3과 노즐 4와 비교해서 길기 때문에 그 동안 유량은 계속해서 공급되고 있으므로 노즐 끝단에 상대적으로 많은 양의 물이 맺혀 있게 된다. 그 다음으로는 노즐 3, 노즐 4 순으로 물이 많이 맺혀 있게 된다.It will be described with reference to FIGS. 9 and 10 and Experimental Example 1 below. In FIG. 9, if the nozzles arranged in each of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 4 are named as Nozzle 1, Nozzle 2, Nozzle 3, and Nozzle 4, respectively, when t = [0 ~ t 1 ] The electrostatic spraying is taking place in Nozzle 1, and there will be water condensation at the ends of Nozzle 2, Nozzle 3 and Nozzle 4. It is assumed that the same cycle was repeated continuously even before t = 0 seconds. At this time, since the time when the voltage was applied to the electrode of the extraction plate for nozzle 2 is longer than that of nozzle 3 and nozzle 4, the flow rate is continuously supplied during that time, so a relatively large amount of water is condensed at the tip of the nozzle. . After that, a lot of water is condensed in the order of nozzle 3 and nozzle 4.

이러한 상황에서 t = [t1 ~ t2] 영역으로 넘어오게 되면 노즐 1의 경우 정전분무가 종료되고 물이 맺히기 시작하고 노즐 3, 노즐 4의 경우는 점차 노즐 끝 단에 맺힌 물의 양이 증가할 것이다. 노즐 2의 경우 기존에 노즐 끝 단에 물이 많이 맺혀 있던 상태(t1 바로 직전)에서 추출판에 0 kV (GND)가 인가 됨에 따라 노즐과 추출판 사이에 전기장이 형성되게 되고 기존에 노즐 끝단에 맺혀있던 큰 물 액적이 한꺼번에 정전분무가 되게 된다. 이러한 현상이 t = [t1 ~ t2] 영역에서 일어나게 된다.In this situation, when t = [t 1 ~ t 2 ] is reached, the electrostatic spraying ends in the case of Nozzle 1 and water starts to form. In the case of Nozzle 3 and Nozzle 4, the amount of water formed at the tip of the nozzle gradually increases. will be. In the case of Nozzle 2, an electric field is formed between the nozzle and the extraction plate as 0 kV (GND) is applied to the extraction plate in a state where there is a lot of water at the end of the nozzle (just before t 1 ). The large water droplets accumulated in the water become electrostatic spraying at once. This phenomenon occurs in the region t = [t 1 ~ t 2 ].

다음으로 t = [t2 ~ t3] 에서는 노즐 1, 4 에는 끝 단에 맺힌 물이 양이 증가하고, 노즐 2는 정전분무 종료 후 끝 단에 물이 맺히기 시작하며, 노즐 3의 노즐 끝단에 맺혀있던 큰 물 액적이 정전분무 하게 된다. 이와 같은 현상들이 계속해서 반복된다.Next, in t = [t 2 ~ t 3 ], the amount of water condensed at the ends increases in nozzles 1 and 4, and water starts to condense at the ends of nozzle 2 after electrostatic spraying is completed. Large water droplets that have formed are electrostatically sprayed. These phenomena are repeated over and over again.

즉, 본 발명의 방법을 이용하면 Mode 1 에서 정전분무 되고 있는 동안 다른 Mode들의 노즐에서도 물 액적이 점차 맺히고 있고 Mode가 변경되면서 그 동안 맺혔던 물 액적들이 정전분무 됨으로써 동일한 시간 동안 더 많은 정전분무, 즉 고유량 정전분무를 가능하게 한다. 도 10을 통해 더욱 상세히 이해할 수 있다. That is, when the method of the present invention is used, water droplets are gradually condensing in nozzles of other modes while electrostatic spraying is performed in Mode 1, and as the mode is changed, water droplets formed during the electrostatic spraying are electrostatically sprayed. That is, it enables high flow electrostatic spraying. It can be understood in more detail through FIG. 10.

따라서 위에서 설명한 과정을 생각해보면 1 사이클에 소요되는 시간, 즉 t = [0 ~ t4] 가 tdrop 보다 작아야 할 것이다.Therefore, considering the above-described process, the time required for one cycle, that is, t = [0 ~ t 4 ] should be less than t drop .

예를 들어, 상기 정전분무 방법에서의 유체가 물이며, 0.5 mL/h의 유량으로 공급된다고 가정하는 경우, 상기 수학식 1을 통해 계산되는 tdrop은 8.3 sec 이므로 1 사이클에 소요되는 시간은 8.3 sec 보다 적어야 한다.For example, assuming that the fluid in the electrostatic spraying method is water and is supplied at a flow rate of 0.5 mL/h, t drop calculated through Equation 1 is 8.3 sec, so the time required for one cycle is 8.3 Should be less than sec.

따라서, 상기 정전분무 방법에서의 유체가 물인 경우, 1 사이클은 0.02초 내지 50초의 시간이 소요되는 것이 바람직하다.Therefore, when the fluid in the electrostatic spraying method is water, it is preferable that one cycle takes 0.02 seconds to 50 seconds.

또한, 물의 콘젯 정전분무 안정화 시간은 20 msec 내지 30 msec 이므로, 1 사이클 내에서 한 전극에 전압이 인가되지 않는 시간, 즉 펄스의 폭은 20 msec 보다 커야 한다. 따라서, 상기 사이클 내에서 한 전극에 전압이 인가되지 않는 시간, 즉 펄스의 폭은 0.02초 내지 25초임이 바람직하다. 또한, 본 발명의 의의를 갖기 위해서는 최소 2개 이상의 분무 모드를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 이를 고려하여 펄스의 폭을 결정하여야 할 것이다.In addition, since the stabilization time for water conjet electrostatic spray is 20 msec to 30 msec, the time when no voltage is applied to one electrode within one cycle, that is, the width of the pulse should be greater than 20 msec. Therefore, it is preferable that the time in which the voltage is not applied to one electrode in the cycle, that is, the width of the pulse is 0.02 seconds to 25 seconds. In addition, it is preferable to have at least two spray modes in order to have the significance of the present invention. Therefore, the pulse width should be determined in consideration of this.

이 때, 상기 제1 전원 공급부에서 공급되는 전압은 5 kV 내지 10 kV 임이 바람직하다. 제1 전원 공급부가 5 kV 미만의 전압을 공급하는 경우 안정적인 Cone jet 모드를 구현하기 힘든 문제점이 있고, 10 kV 를 초과하는 전압을 공급하는 경우 마이크로 노즐 근처에서 국부적으로 방전이 발생하는 문제점이 있다.In this case, it is preferable that the voltage supplied from the first power supply is 5 kV to 10 kV. When the first power supply unit supplies a voltage of less than 5 kV, it is difficult to implement a stable cone jet mode, and when a voltage exceeding 10 kV is supplied, there is a problem that local discharge occurs near the micro nozzle.

또한, 본 발명의 다른 측면에서 제공되는 정전분무 방법은 상기 추출판의 하부에 위치하는 대항 전극에 제2 전원 공급부로 전압을 인가하여 정전분무 할 수 있다.In addition, in the electrostatic spraying method provided in another aspect of the present invention, electrostatic spraying may be performed by applying a voltage to a counter electrode located under the extraction plate through a second power supply unit.

상기 제1 공급부(300)가 상기 액적 생성부(200) 내의 유체에 전압을 인가함으로써 상기 마이크로 노즐 어레이(270) 및 추출판(280)을 통해 추출된 액적은 일정한 극성으로 하전되는데, 추출된 액적이 다시 추출판으로 회귀하는 현상을 방지하기 위해 추출판 하부에 액적의 반대 극성으로 하전된 대항 전극이 위치할 수 있으며, 인가되는 전압에 따라 액적의 확산 정도를 제어할 수 있다. 따라서 상기 제2 전원 공급부는 상기 대항 전극에 추출된 액적의 반대 극성의 전압을 인가할 수 있다.The first supply unit 300 applies a voltage to the fluid in the droplet generating unit 200, so that the droplets extracted through the micro nozzle array 270 and the extraction plate 280 are charged with a constant polarity. In order to prevent the enemy from returning to the extraction plate, a counter electrode charged with the opposite polarity of the droplet may be located under the extraction plate, and the degree of diffusion of the droplet can be controlled according to the applied voltage. Accordingly, the second power supply may apply a voltage having a polarity opposite to that of the extracted droplet to the counter electrode.

이 때 제2 전원 공급부에서 공급되는 전압은 -5 kV 내지 0 kV (GND) 임이 바람직하다. 제2 전원 공급부가 -5 kV 미만의 전압을 공급하는 경우 분무가 지나치게 국부적인 영역에서만 일어나고, 노즐이 대항 전극에 인가한 전압에 영향을 받아 안정적인 Cone jet 모드를 구현하는 것을 방해하는 영향을 준다는 문제점이 있고, 0 kV 를 초과하는 전압을 공급하는 경우 본 시스템에서의 대항 전극의 역할, 즉 제1 전원 공급부와 반대되는 극성(예시. 제 1전원 공급부가 '+' 인 경우, 대항전극은 '-')을 대항 전극에 인가함으로써 정전 분무를 통해 발생되는 하전 입자들을 대항 전극 쪽으로 유도하고자 하는 역할을 수행할 수 없는 문제점이 있다.In this case, the voltage supplied from the second power supply is preferably -5 kV to 0 kV (GND). When the second power supply unit supplies a voltage of less than -5 kV, spraying occurs only in an excessively local area, and the nozzle is affected by the voltage applied to the counter electrode, which impedes the implementation of a stable cone jet mode. In the case of supplying a voltage exceeding 0 kV, the role of the counter electrode in the system, that is, the polarity opposite to that of the first power supply (e.g., when the first power supply is'+', the counter electrode is'-' ') is applied to the counter electrode so that the charged particles generated through electrostatic spray cannot be guided toward the counter electrode.

본 발명의 또 다른 측면에서In another aspect of the present invention

상기 정전분무 시스템을 포함하는 공기청정 가습기가 제공된다.An air purifying humidifier including the electrostatic spray system is provided.

상기 정전분무 시스템은 복수의 마이크로 노즐에서 동시에 안정적인 고유량 정전분무가 가능하여 공기청정 가습기에 사용될 경우 우수한 성능을 가질 수 있다The electrostatic spraying system enables stable high flow electrostatic spraying at the same time in a plurality of micro nozzles, and thus can have excellent performance when used in an air purifying humidifier.

상기 공기청정 가습기는 기존에 널리 사용되고 있는 필터를 기반으로 한 미세먼지 집진 시스템과 달리 하전된 물 액적 특성을 이용해 미세먼지 집진뿐만 아니라 공기 중 부유 세균을 살균할 수 있다.The air purifying humidifier can not only collect fine dust but also sterilize airborne bacteria by using the characteristics of charged water droplets, unlike a fine dust collecting system based on a filter that is widely used in the past.

상기 공기청정 가습기는 주기적 교체, 소음, 에너지 손실, 2차 유해물질 발생 등의 문제가 없으며 또한 기존 정전분무의 어려움이었던 분무되는 유량이 적다는 점 및 안정적인 정전분무가 어렵다는 점을 해결함으로써 상용 가능한 공기청정 가습기로 사용될 수 있다.The air purifying humidifier does not have problems such as periodic replacement, noise, energy loss, and generation of secondary harmful substances, and it is difficult to achieve stable electrostatic spraying. It can be used as a clean humidifier.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples, Comparative Examples and Experimental Examples. The scope of the present invention is not limited to specific embodiments, and should be interpreted by the appended claims. In addition, those who have acquired ordinary knowledge in this technical field should understand that many modifications and variations can be made without departing from the scope of the present invention.

<실시예 1> 추출판이 결합된 정전분무 시스템<Example 1> Electrostatic spray system combined with extraction plate

도 2 및 도 3와 같이, 유체 공급부, 액적 생성부, 제1 전원 공급부, 릴레이, 제2 전원 공급부, 대항전극을 포함하고, 액적 생성부는 유체 저장 탱크, 상/하부 덮개 및 O-ring, 볼트, 복수의 마이크로 노즐을 포함하는 마이크로 노즐 어레이 및 추출판을 포함하는 정전분무 시스템을 제조하였다.2 and 3, a fluid supply unit, a droplet generation unit, a first power supply unit, a relay, a second power supply unit, and a counter electrode are included, and the droplet generation unit is a fluid storage tank, an upper/lower cover and an O-ring, and a bolt , An electrostatic spray system including a micro nozzle array including a plurality of micro nozzles and an extraction plate was manufactured.

또한, 총 61 개의 노즐을 정육각형 배열로 배치하였고, 각 노즐 간의 간격을 2 mm로 하였으며, 추출판은 이에 정밀하게 정렬되는 홀 및 전극을 가지도록 하였다. 도 4 내지 도 6을 통해 이해할 수 있다. 따라서 전극은 정육각형 배열로 일정하게 배치되었으며, 도 5 및 도 6에서와 같이 각 전극을 일정하게 그룹화하여 모드 1 내지 모드 4로 구분하였다. 각 모드에서 선택한 전극은 교차 효율성을 위해 이웃하는 전극과 같은 모드에 속하지 않도록 도 6과 같이 설정하였다.In addition, a total of 61 nozzles were arranged in a regular hexagonal arrangement, and the interval between each nozzle was 2 mm, and the extraction plate had holes and electrodes precisely aligned thereto. It can be understood through FIGS. 4 to 6. Accordingly, the electrodes were regularly arranged in a regular hexagonal arrangement, and as shown in FIGS. 5 and 6, each electrode was uniformly grouped and divided into modes 1 to 4. The electrodes selected in each mode were set as shown in FIG. 6 so that they do not belong to the same mode as the neighboring electrodes for cross efficiency.

작동유체로 물을 사용하였으며, 0.5 mL/h의 유량으로 공급하였다.Water was used as the working fluid, and was supplied at a flow rate of 0.5 mL/h.

<실험예 1> 교차 신호를 인가한 정전분무 시스템<Experimental Example 1> Electrostatic spray system applying a cross signal

상기 실시예 1의 정전분무 시스템에 대하여 도 9와 같은 전압 신호를 인가하였다. Mode 1(0 ∼ t1), Mode 2(t1 ∼ t2), Mode 3(t2 ∼ t3), Mode 4(t3 ∼ t4) 순서로 하나의 사이클로 신호가 운영되며 총 t4 의 시간이 걸린다.A voltage signal as shown in FIG. 9 was applied to the electrostatic spray system of Example 1. Mode 1 (0 ~ t 1) , Mode 2 (t 1 ~ t 2), Mode 3 (t 2 ~ t 3), Mode 4 (t 3 ~ t 4) in order that in one cycle the signal operation and in the total t 4 It takes time.

액적의 자연 토출되는 시간 tdrop 상기 수학식 1을 통해 계산하였으며, 이 때 tdrop은 8.3 sec로 계산되었다. 1 사이클 경과 시간인 t4 는 액적의 자연 토출되는 시간 tdrop(8.3 sec) 보다 작아야 하며 각 모드에 걸리는 펄스 폭은 물의 콘젯 정전분무 안정화 시간인 20 msec 보다 커야 한다.The time t drop at which the droplet is naturally discharged was calculated through Equation 1, and at this time, t drop was calculated as 8.3 sec. The elapsed time of one cycle, t 4 , should be less than the natural ejection time t drop (8.3 sec) of the droplet, and the pulse width for each mode should be greater than 20 msec, the conduit electrostatic spray stabilization time of water.

도 10은 도 9의 신호에 따른 콘젯 정전분무의 진행 과정 나타낸 것이다. 도 9에서, Mode 1, Mode 2, Mode 3, Mode 4 각각의 Mode에 배치된 노즐을 각각 노즐 1, 노즐2, 노즐3, 노즐4라고 명명한다면, 처음 t = [0 ~ t1] 인 경우 노즐 1에서는 정전분무가 일어나고 있고, 노즐 2, 노즐 3, 노즐 4의 끝단에는 물이 맺혀있을 것이다. t = 0초 전에도 계속 동일한 사이클이 반복되고 있었다고 가정한다. 이 때, 노즐 2는 추출판의 전극에 전압이 인가되어 있던 시간이 노즐 3과 노즐 4와 비교해서 길기 때문에 그 동안 유량은 계속해서 공급되고 있으므로 노즐 끝 단에 상대적으로 많은 양의 물이 맺혀 있게 된다. 그 다음으로는 노즐 3, 노즐 4 순으로 물이 많이 맺혀 있게 된다.10 is a diagram illustrating a process of conjet electrostatic spraying according to the signal of FIG. 9. In FIG. 9, if the nozzles arranged in each of Mode 1, Mode 2, Mode 3, and Mode 4 are named as Nozzle 1, Nozzle 2, Nozzle 3, and Nozzle 4, respectively, the first t = [0 ~ t 1 ] The electrostatic spraying is taking place in Nozzle 1, and there will be water condensation at the ends of Nozzle 2, Nozzle 3 and Nozzle 4. It is assumed that the same cycle was repeated continuously even before t = 0 seconds. At this time, since the time when the voltage was applied to the electrode of the extraction plate is longer than that of nozzles 3 and 4, the flow rate is continuously supplied in the nozzle 2 so that a relatively large amount of water is condensed at the tip of the nozzle. do. After that, a lot of water is condensed in the order of nozzle 3 and nozzle 4.

이러한 상황에서 t = [t1 ~ t2] 영역으로 넘어오게 되면 노즐 1의 경우 정전분무가 종료되고 물이 맺히기 시작하고 노즐 3, 노즐 4의 경우는 점차 노즐 끝 단에 맺힌 물의 양이 증가할 것이다. 노즐 2의 경우 기존에 노즐 끝 단에 물이 많이 맺혀 있던 상태(t1 바로 직전)에서 추출판에 0 kV (GND)가 인가 됨에 따라 노즐과 추출판 사이에 전기장이 형성되게 되고 기존에 노즐 끝단에 맺혀있던 큰 물 액적이 한꺼번에 정전분무가 되게 된다. 이러한 현상이 t = [t1 ~ t2] 영역에서 일어나게 된다.In this situation, when t = [t 1 ~ t 2 ] is reached, the electrostatic spraying ends in the case of Nozzle 1 and water starts to form. In the case of Nozzle 3 and Nozzle 4, the amount of water formed at the tip of the nozzle gradually increases. will be. In the case of Nozzle 2, an electric field is formed between the nozzle and the extraction plate as 0 kV (GND) is applied to the extraction plate in a state where there is a lot of water at the end of the nozzle (just before t 1 ). The large water droplets accumulated in the water become electrostatic spraying at once. This phenomenon occurs in the region t = [t 1 ~ t 2 ].

다음으로 t = [t2 ~ t3] 에서는 노즐 1,4 에는 끝 단에 맺힌 물이 양이 증가하고, 노즐 2는 정전분무 종료 후 끝 단에 물이 맺히기 시작하며, 노즐 3의 노즐 끝단에 맺혀있던 큰 물 액적이 정전분무하게 된다. 이와 같은 현상들이 계속해서 반복된다.Next, in t = [t 2 ~ t 3 ], the amount of water condensed at the ends increases in nozzles 1 and 4, and water starts to condense at the ends after electrostatic spraying is completed, and at the ends of nozzle 3 Large water droplets that have formed are electrostatically sprayed. These phenomena are repeated over and over again.

즉, 본 발명의 방법을 이용하면 Mode1 에서 정전분무 되고 있는동안 다른 Mode들의 노즐에서도 물 액적이 점차 맺히고 있고 Mode 가 변경되면서 그 동안 맺혔던 물 액적들이 정전분무 됨으로써 동일한 시간 동안 더 많은 정전분무, 즉 고유량 정전분무를 가능하게 한다. 도 10을 통해 더욱 상세히 이해할 수 있다. That is, when the method of the present invention is used, water droplets are gradually condensing in nozzles of other modes while electrostatic spraying in Mode1, and as the mode is changed, the water droplets formed during that time are electrostatically sprayed. High flow electrostatic spraying is possible. It can be understood in more detail through FIG. 10.

따라서 위에서 설명한 과정을 생각해보면 1 사이클에 소요되는 시간, 즉 t = [0 ~ t4] 가 tdrop 보다 작아야 할 것이다.Therefore, considering the above-described process, the time required for one cycle, that is, t = [0 ~ t 4 ] should be less than t drop .

이 때의 전기장을 분석하여 도 12에 나타내었다. 정전분무가 요구되는 마이크로 노즐에 해당하는 추출판 영역에 선택적으로 접지를 시키면 마이크로 노즐 주위에 전기장이 선택적으로 집중되어 전기장 누화 현상이 개선됨을 확인할 수 있다.The electric field at this time was analyzed and shown in FIG. 12. When selectively grounding the extraction plate region corresponding to the micronozzle requiring electrostatic spraying, the electric field is selectively concentrated around the micronozzle, thereby improving the electric field crosstalk phenomenon.

<실험예 2> 교차 신호를 인가하지 않은 정전분무 시스템<Experimental Example 2> Electrostatic spray system without applying a cross signal

상기 실시예 1의 정전분무 시스템에 대하여 모든 영역을 접지함으로써 모든 마이크로 노즐에서 정전분무가 수행되도록 하여 그에 따른 전기장을 분석해 도 11에 나타내었다.In the electrostatic spray system of Example 1, by grounding all areas, electrostatic spraying was performed in all micronozzles, and the electric field according to the electrostatic spraying was analyzed and shown in FIG.

이 경우 각 마이크로 노즐의 전위선(Equipotential line)들이 서로 간섭되어 노즐에 전기장이 분산됨을 확인할 수 있다.In this case, it can be seen that the electric field is dispersed in the nozzle due to the interference of the potential lines of each micro nozzle.

실험예 1과 실험예 2를 통해, 추출판 영역에 선택적으로 접지를 시켜 전압 신호를 선택적으로 인가하여 선택적으로 마이크로 노즐에서 정전분무를 수행하는 경우, 그렇지 않은 경우에 비하여 전기장이 집중되어 전기장 누화 현상이 개선됨을 확인할 수 있다.In Experimental Examples 1 and 2, when electrostatic spraying was performed by selectively applying a voltage signal by selectively applying a voltage signal by selectively applying a voltage signal to the extraction plate region, the electric field was concentrated compared to the other case, and the electric field crosstalk phenomenon You can see that this is improved.

즉, 이를 통하여 기존의 어레이 시스템에서 문제되었던 전기장 누화 현상을 해결하여 안정적인 고유량 정전분무가 가능하고, 인가 신호를 조절함으로써 분무되는 액적을 제어할 수 있을 것이다.That is, through this, stable high flow electrostatic spraying is possible by solving the electric field crosstalk phenomenon, which has been a problem in the existing array system, and sprayed droplets can be controlled by adjusting the applied signal.

100 유량 공급부
200 액적 생성부
210 볼트
220 상부 덮개
230 상부 O-ring
240 유체 저장 탱크
250 하부 O-ring
260 하부 덮개
270 마이크로 노즐 어레이
271 마이크로 노즐
280 추출판
300 제1 전원 공급부
400 릴레이
500 제2 전원 공급부
600 대항 전극
1000 정전분무 시스템100 flow supply
200 droplet generator
210 volts
220 top cover
230 upper O-ring
240 fluid storage tank
250 lower O-ring
260 bottom cover
270 micro nozzle array
271 micro nozzle
280 Extraction Plate
300 first power supply
400 relay
500 second power supply
600 counter electrode
1000 electrostatic spray system

Claims (15)

작동유체를 공급하는 유체 공급부, 상기 유체 공급부와 연결되어 액적을 생성하는 액적 생성부 및 고전압을 인가하는 제1 전원 공급부가 포함되는 정전분무 시스템에 있어서,
상기 액적 생성부는 복수의 마이크로 노즐을 포함하는 마이크로 노즐 어레이 및 추출판을 포함하며,
상기 추출판은 상기 복수의 마이크로 노즐에 대응되는 홀 및 각 홀에 형성된 전극을 포함하고, 상기 복수의 마이크로 노즐 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
In the electrostatic spraying system comprising a fluid supply unit for supplying a working fluid, a droplet generation unit connected to the fluid supply unit to generate droplets, and a first power supply unit for applying a high voltage,
The droplet generating unit includes a micro nozzle array including a plurality of micro nozzles and an extraction plate,
The extraction plate includes holes corresponding to the plurality of micro nozzles and electrodes formed in each of the holes, and controls each of the plurality of micro nozzles.
제1항에 있어서,
상기 정전분무 시스템은 상기 추출판의 전극에 상기 제1 전원 공급부로부터 전압 신호가 선택적으로 인가되어 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무 되는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
The electrostatic spray system is an electrostatic spray system, wherein a voltage signal is selectively applied to the electrode of the extraction plate from the first power supply to selectively spray electrostatically by a micro nozzle.
제1항에 있어서,
상기 추출판은 유리(Glass), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC) 및 난연 유리 에폭시 라미네이트 시트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 절연 재질인 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
The extraction plate is an electrostatic spray system, characterized in that one insulating material selected from the group consisting of glass, polycarbonate (PC), and flame-retardant glass epoxy laminate sheet.
제1항에 있어서,
상기 제1 전원 공급부는 상기 액적 생성부 내 유체 및 추출판의 전극에 동일한 극성 및 동일한 크기의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
The electrostatic spray system, wherein the first power supply unit applies a voltage having the same polarity and the same magnitude to the fluid in the droplet generating unit and the electrode of the extraction plate.
제1항에 있어서,
상기 제1 전원 공급부와 상기 추출판 사이에 릴레이를 연결하여 상기 추출판의 전극에 인가되는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
An electrostatic spray system, characterized in that a relay is connected between the first power supply and the extraction plate to control a voltage applied to the electrode of the extraction plate.
제1항에 있어서,
상기 정전분무 시스템은 상기 추출판 하부에 대항 전극을 포함하고, 상기 대항 전극에 액적의 반대 극성의 전압을 공급하는 제2 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
The electrostatic spraying system comprises a counter electrode under the extraction plate, and a second power supply for supplying a voltage having a polarity opposite to that of the droplet to the counter electrode.
제1항에 있어서,
상기 복수의 마이크로 노즐은 추출판 쪽으로 돌출된 형태인 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
The electrostatic spray system, characterized in that the plurality of micro nozzles protrude toward the extraction plate.
제1항에 있어서,
상기 작동유체는 물인 것을 특징으로 하는 정전분무 시스템.
The method of claim 1,
The electrostatic spraying system, characterized in that the working fluid is water.
제1항의 정전분무 시스템을 이용한 정전분무 방법으로,
상기 작동유체가 상기 마이크로 노즐 어레이로 공급되는 단계; 및
상기 추출판의 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되는 단계;
를 포함하는 정전분무 방법.
An electrostatic spraying method using the electrostatic spraying system of claim 1,
Supplying the working fluid to the micro nozzle array; And
Selectively applying a voltage to the electrode of the extraction plate to selectively perform electrostatic spraying in a micro nozzle;
Electrostatic spraying method comprising a.
제9항에 있어서,
상기 추출판의 전극에 선택적으로 전압을 인가하여 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되는 단계는 전압이 인가되지 않는 추출판의 전극에 대응되는 마이크로 노즐에서 선택적으로 정전분무가 수행되며,
상기 전압이 인가되지 않는 전극은 일정한 교차 사이클을 가지며 선택되어 상기 사이클이 반복되는 것을 특징으로 하는 정전분무 방법.
The method of claim 9,
In the step of selectively applying a voltage to the electrode of the extraction plate and selectively performing electrostatic spraying at the micronozzle, electrostatic spraying is selectively performed at the micronozzle corresponding to the electrode of the extraction plate to which no voltage is applied,
Electrostatic spraying method, characterized in that the electrode to which the voltage is not applied has a constant cross cycle and is selected so that the cycle is repeated.
제9항에 있어서,
상기 유체 저장 탱크에 저장된 유체가 상기 노즐 어레이로 공급되는 단계는 유체가 0.1 mL/h 내지 1.0 mL/h의 유량으로 공급되는 것을 특징으로 하는 정전분무 방법.
The method of claim 9,
In the step of supplying the fluid stored in the fluid storage tank to the nozzle array, the fluid is supplied at a flow rate of 0.1 mL/h to 1.0 mL/h.
제10항에 있어서,
상기 교차 사이클에서 1 사이클은 0.02초 내지 50초의 시간이 소요되는 것을 특징으로 하는 정전분무 방법.
The method of claim 10,
Electrostatic spraying method, characterized in that one cycle in the cross cycle takes 0.02 seconds to 50 seconds.
제10항에 있어서,
상기 교차 사이클 내에서 한 전극에 전압이 인가되지 않는 시간은 0.02초 내지 25초인 것을 특징으로 하는 정전분무 방법.
The method of claim 10,
Electrostatic spraying method, characterized in that the time during which the voltage is not applied to one electrode in the cross cycle is 0.02 seconds to 25 seconds.
제9항에 있어서,
상기 정전분무 방법은 상기 추출판의 하부에 위치하는 대항 전극에 제2 전원 공급부로 전압을 인가하여 정전분무 하는 것을 특징으로 하는 정전분무 방법.
The method of claim 9,
The electrostatic spraying method is characterized in that electrostatic spraying is performed by applying a voltage to a counter electrode located under the extraction plate through a second power supply.
제1항의 정전분무 시스템을 포함하는 공기청정 가습기.

An air purifying humidifier comprising the electrostatic spray system of claim 1.

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