KR20230009699A - 수동형 고조파 제거 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 수동형 고조파 제거 장치에 따르면, 전기적 절연 상태에서 전기선로에 연결되어 상기 전기선로의 열에너지를 전도받아 제거하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 통해 상기 전기선로에 존재하는 제2차 내지 제50차의 모든 고조파(Harmonics)의 세기를 동시에 저감시킨다.

Description

수동형 고조파 제거 장치 및 그 제조 방법{A Passive Type harmonics removal device, and their manufacturing method}
본 발명은 전기선로 내부에 상존하고 있는 열에너지를 제거하여 고조파(Harmonics)의 운동에너지를 낮추는 방법으로 전기선로 내 고조파를 제거하거나 세기를 감소시킬 수 있는 수동형(Passive Type) 고조파 제거장치를 제공하는 것이다.
에디슨이 전구를 개발하고 테슬라가 AC(Alternating Current)모터를 개발한 이후 아직까지 해결하지 못한 난제 중 하나가 고조파(Harmonic) 제거 문제이다.
고조파는 교류 전기에서 기본 주파수(50Hz or 60Hz)외의 정수배에 해당하는 주파수의 사인파로서, 마치 여러개의 파도가 비슷한 방향으로 향하면 더 커지고, 서로 충돌하면 작아지거나 사라지듯이 고조파도 만나면서 커지거나 작아진다. 즉, 선로내에서 유동체처럼 돌아 다니면서 중첩과 반사과정을 거치면서 크기가 커지는 특징을 가지고 있다.
고조파는 주로 반도체 전력변환 설비와 변압기 및 회전기의 비선형 특성에서 운전시 주로 발생한다. 주요 발생원으로는 SCR 교류위상 제어장치(Heater), UPS (Uninterruptible Power Systems), 조명설비(DIMMER), 인버터(V.V.V.F), DC 파워 시스템/ 충전기, AC / DC 인버터, 주파수 변환기, 아크로, 유도로, 용접기계, 사무용기기, 가전기기 등에서 주로 발생한다.
고조파는 전압상승, 역률저하, 공진발생, 계기의 철심자기포화 발생, 계기의 오차발생, 전력설비 과열, 변압기 온도상승, 진동/소음 발생, 변압기 및 케이블 용량 감소, 콘덴서/리액터 소손, 변압기 과열, 병렬공진 계통 계전기 오동작, Power Fuse 용단, 콘덴서 소손(단자전압 상승), 기기 효율 저하 등의 피해를 발생시킨다. 통상적으로 고조파는 2차(예컨대, 교류 전기의 기본 주파수가 60Hz인 경우 120Hz)에서 50차(교류 전기의 기본 주파수가 60Hz인 경우 3Khz)까지 발생한다. 국제전기기술위원회(International Electrotechnical Commission, IEC)에는 2차 고조파부터 37차 고조파(예컨대, 교류 전기의 기본 주파수가 60Hz인 경우 2.22Khz)까지 5% 미만으로 관리하도록 권고하고 있다. 그러나, 고조파율이 3% 정도로 낮아도 오동작 사태가 발생하는 것으로 보고되고 있다. 대개 고조파는 특성상 짝수차보다 홀수차의 진폭이 크기 때문에 종전의 고조파 필터 장치는 홀수차만 제거하는 기능을 가지고 있다.
종래의 고조파 제거 기술은 공진원리를 사용하는 수동형 고조파 제거 장치와 역고조파를 투입하여 고조파 전체를 상쇄시키는 능동형 고조파 제거 장치가 있다. 종래의 대표적인 수동형 고조파 제거장치는 리액터(Reactor)가 있으며, 그 외에 K-Factor변압기, 전자식 무효전력 보상장치, 중성선 영상고조파 저감장치 등이 있다. 한편 종래의 수동형 고조파 제거장치는 2차부터 50차까지의 고조파를 한꺼번에 제거할 수 없는 문제점을 지니고 있다. 이에 종래 수동형 고조파 제거장치는 고조파별로 리액터를 개별적으로 설치하여야 하는 문제가 있어, 현실적으로 널리 사용하기 난해한 문제점을 지니고 있다. 특히, 고전류 사용설비나 고압 설비에는 전선굵기가 커지고, 제품의 크기가 커져 적용이 어려운 문제도 있다. 또한, 종래의 고조파 제거 기술은 수명이 3년~5년으로 짧고, 소음 및 진동이 발생하며, 많은 설치비용과 면적이 별도로 필요하고, 제거율도 20%~30% 수준으로 매우 낮아 기술적인 한계를 가지고 있었다.
한편 종래의 능동형 고조파필터 장치는 2차부터 50차까지 고조파의 90% 수준까지 제거하는 기능을 보유하고 있다. 최근 사용율이 증가하는 추세이나 가격이 매우 비싸고 설치 위치가 선로가 분기되는 곳마다 소요되는 문제로 보급율이 1%도 되지 않는다. 특히, 기계 가동 형태가 일정하지 않은 산업체 공장에서는 비싼 가격과 혹시 발생할 수 있는 이상발진 염려로 설치를 꺼리며, 실제 현장에서의 고조파 제거율이 40% 수준으로 낮아 많이 선호하지 않는 실정이다.
이에 종래의 수동형/능동형 고조파 제거장치는 주로 소전력을 사용하는 기계장치에만 한정하여 사용하며, 고압을 사용하는 기계장치를 구비한 산업체 공장의 경우는 현재 설치할 수 있는 고조파 제거장치가 아예 없는 실정이다.
한편 종래의 고조파 필터는 모두 전자부품로 구성되어 있어 주파수와 임피던스에 영향을 많이 받기 때문에 제거율도 20%~30%이하로 낮고 안정적이지 못한 문제점을 가지고 있다. 또한 종래의 고조파 필터는 모든 차수의 고조파를 제거할 수 없는 문제점을 지니고 있다. 한편 IEC에서는 2차 고조파부터 37차 고조파까지 전력품질에 영향을 미치므로 이를 관리하도록 권고하고 있지만, 종래의 고조파 필터로는 물리적, 가격측면에서 37차까지 관리하기 난해한 문제점을 지니고 있다. 이에 상기의 문제를 모두 해결하여 임피던스에 영향을 받지 않고 모든 차수의 고조파를 한꺼번에 안정적으로 제거할 수 있고 고압에서도 사용할 수 있는 새로운 기술원리의 고조파 제거기술 및 제거 장치의 연구가 필요하다.
본 발명의 목적은, 전기적 절연 상태에서 전기선로에 연결되어 상기 전기선로의 열에너지를 전도받아 제거하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 통해 상기 전기선로에 존재하는 제2차 내지 제50차의 모든 고조파(Harmonics)의 세기를 동시에 저감시키는 수동형 고조파 제거 장치를 제공함에 있다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치는, 전기적 절연 상태에서 전기선로에 연결되어 상기 전기선로의 열에너지를 전도받아 제거하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 통해 상기 전기선로에 존재하는 제2차 내지 제50차의 모든 고조파(Harmonics)의 세기를 동시에 저감시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부와 밀착된 상태에서 상기 전극부와 전기적 연결된 전기선로의 열에너지를 전도받아 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 상기 전기선로에서 발생하여 상기 전극부로 1차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 상기 전기선로와 전기적 연결된 지정된 소스에서 발생하여 상기 전기선로로 1차 전도된 후 상기 전극부로 2차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 상기 전기선로의 온도와 기 설정된 허용 온도 범위 이내의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 대기 온도 이하의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 18℃ 내지 35℃ 범위 중 지정된 온도 범위의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 열평형 상태를 벗어난 경우, 복수의 물질부를 전기선로에 지정된 전기적 연결 방식으로 다중 연결하여 상기 물질부의 부피나 표면적을 증가시켜 상기 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 단자간 합선(Short Circuit)을 방지하기 위하여 전류는 흐르지 않으면서 자성(Magnetism) 특성을 지닌 n(1≤n≤N)개의 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 상기 물질부 내에 균질하게 분포된 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질과 지정된 바인더(Binder)를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합한 후 건조하여 경화한 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 바인더는, 상기 N개의 물질과 대기의 산소와의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 적어도 85kgf/c㎡ 이상의 압축강도 범위로 경화된 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부는, 저압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 1,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성, 또는 고압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 12,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 전기적 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 지닌 산화물(oxides)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 산화물은, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 지정된 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 바인더를 통해 대기의 산소와의 접촉이 차단되어 추가 산화 반응이 차단되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 산화물은, 산화알루미늄(Al2O3)를 포함하며, 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나의 산화(Oxidation) 금속을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 N개의 물질은, 적어도 30 중량%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치에 있어서, 상기 물질부를 수용하며 상기 물질부의 표면 영역 중 적어도 일 측과 접촉한 상태를 유지하는 열 전도성 재질의 케이스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법은, 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 준비하는 제1 단계와 상기 준비된 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하는 제2 단계와 상기 분쇄된 N개의 물질과 바인더를 혼합하여 액상화한 액상 혼합물을 생성하는 제3 단계와 전기선로에 전기적 연결되어 열에너지를 전도 가능한 M(M≥1)개의 전극부를 구비한 케이스에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부와 액상 혼합물을 밀착시키는 제4 단계 및상기 전극부와 액상 혼합물의 밀착 상태를 유지하면서 건조시키는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법에 있어서, 상기 제1 단계는, 지정된 중량% 비율 범위에 매칭된 N개의 물질을 포함하는 i(i≥1)개의 원료 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법.
본 발명에 따른 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법에 있어서,상기 제1 단계는, 상기 N개의 물질 중 s(1≤s≤N)개의 물질을 포함하는 j(j≥1)개의 원료 물질을 준비하고, 상기 s개의 물질 별 중량%를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시키기 위한 t(1≤t≤N)개의 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전기선로에 본 발명에 의한 수동형 고조파 제거 장치를 연결하여 상기 전기선로 내의 열에너지를 제거함으로써 전기선로 내의 모든 고조파를 세기를 65% 이상 감소시킬 수 있다. 이 제거율은 산업체 공장에서 능동형 고조파필터보다 높은 수준의 저감율이다. 이로서, 중성선 과다전류 공급에 따른 화재나 소손을 방지하고, 전자부품의 열화현상을 억제하고 고장율을 낮출 뿐만 아니라, 전력손실도 줄여주는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 각종 전기장치나 제어반 또는 공장 전체 등에 본 발명에 의한 고조파 제거 장치를 설치할 경우 고장 발생율을 90% 이상 낮출 수 있는 이점을 지니고 있다. 예를들어, 출원자의 실험에 의하면 자동차 부품 생산공장에 본 발명에 의한 고조파 제거 장치를 설치한 결과 생산라인이 월 3~4회 정도 이유없이 멈추던 사태를 6개월에 1번 이내로 감소시킬 수 있다. 한편, 종래 전기회로 방식의 수동형 고조파 필터의 경우 임피던스에 영향을 받을 뿐만 아니라, 고조파 차수별로 회로를 구성해야 하는 반면, 본 발명에 의한 고조파 제거 장치는 단순히 선로내 열에너지를 제거하는 방식이기 때문에 임피던스에 영향을 받지 않아 모든 주파수 대역(Hz~Ghz)에서 사용이 가능하고, 고주파 노이즈(High Frequency Noise)도 함께 제거할 수 있는 부가적인 이점을 가지고 있다.
본 발명에 따르면, 콘센트장치에 본 발명에 의한 고조파 제거 장치를 내장할 경우, 상기 콘센트 및 멀티탭 장치를 통해 전원을 공급받는 각각의 전기장치(예컨대, PC, 에어컨, 냉장고 등)에서 발생하는 고조파를 제거하는 이점은 물론, 상기 전기장치를 연결한 구역 내의 지정된 소스(예컨대, 다른 전기장치)에서 발생되어 전기선로를 따라 상기 전기장치 측으로 유입되는 고조파도 제거할 수 있는 이점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 고조파 제거 기술은 제4차 산업혁명시대의 자율주행차와 전기차, 스마트시티, 스마트공장에 사용되는 각종 센서의 안정적 동작을 위하여 반드시 필요한 기술이다. 센서는 신호왜곡과 잡음(Distortion & Noise)에 취약하며, 고조파는 이러한 신호왜곡과 잡음을 생성하는 대표적인 원인이다. 전기선로에서 발생하는 잡음의 95% 이상은 고조파에 의해 발생한다. 따라서 본 발명의 수동형 고조파 제거 장치는 안정적인 센서 운용과 잡음으로부터 신호의 안정적 보호를 가능하게 하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 수동형 고조파 제거 장치는 전기선로에 연결되는 전극부와 금속산화물을 포함하는 물질부로 구성되어 있어 충격 및 진동에 매우 강하고 열화현상이 발생하지 않아 30년이상 지나도 안정적인 성능을 유지하는 이점을 지니고 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 수동형 고조파 제거 장치는 전기사용 용량이나 용처에 맞게 다양한 모양과 크기(예컨대, 부피 또는 표면적)로 제작할 수 있어 설비의 구조나 회로 변경없이 장착이 가능한 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 수동형 고조파 제거 장치는 통신선로 내 열에너지를 제거하여 통신선로 내에 본원적으로 존재하는 열잡음(Thermal Noise)이나 산탄잡음(Shot Noise)도 감소시키는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 방법에 따른 수동형 고조파 제거 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 방법에 따른 고조파 제거 장치(100)의 제조 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 방법에 따라 열에너지를 제거하는 고조파 제거 장치(100)의 표면 온도를 예시한 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시 방법에 따라 전기선로(130)의 열에너지 제거를 통한 고조파 감소를 예시한 그림이다.
이하 첨부된 도면과 설명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세히 설명한다. 다만, 하기에 도시되는 도면과 후술되는 설명은 본 발명의 특징을 효과적으로 설명하기 위한 여러 가지 방법 중에서 바람직한 실시 방법에 대한 것이며, 본 발명이 하기의 도면과 설명만으로 한정되는 것은 아니다.
즉, 하기의 실시예는 본 발명의 수 많은 실시예 중에 바람직한 합집합 형태의 실시예에 해당하며, 하기의 실시예에서 특정 구성을 생략하는 실시예, 또는 특정 구성에 구현된 기능을 특정 구성으로 분할하는 실시예, 또는 둘 이상의 구성에 구현된 기능을 어느 하나의 구성에 통합하는 실시예, 특정 구성의 동작 순서를 교체하는 실시예 등은, 하기의 실시예에서 별도로 언급하지 않더라도 모두 본 발명의 권리범위에 속함을 명백하게 밝혀두는 바이다. 따라서 하기의 실시예를 기준으로 부분집합 또는 여집합에 해당하는 다양한 실시예들이 본 발명의 출원일을 소급받아 분할될 수 있음을 분명하게 명기하는 바이다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 발명에서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
결과적으로, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도면1은 본 발명의 실시 방법에 따른 수동형 고조파 제거 장치(100)의 구성을 도시한 도면이다.
보다 상세하게 본 도면1은 전기선로(130)에 연결되어 절연 상태에서 상기 전기선로(130)의 열에너지를 전도받아 제거하여 상기 전기선로에 존재하는 제2차 내지 제50차의 모든 고조파(Harmonics)의 세기를 동시에 저감시키는 고조파 제거 장치(100)의 일 실시예를 도시한 것으로서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 도면1을 참조 및/또는 변형하여 고조파 제거 장치(100)의 구성에 대한 다양한 실시 방법(예컨대, 일부 구성부가 생략되거나, 또는 세분화되거나, 또는 합쳐진 실시 방법)을 유추할 수 있을 것이나, 본 발명은 상기 유추되는 모든 실시 방법을 포함하여 이루어지며, 본 도면1에 도시된 실시 방법만으로 그 기술적 특징이 한정되지 아니한다.
도면1의 (a)는 전기선로(130)에 직렬식으로 연결되는 직렬식 고조파 제거 장치(100)의 구성을 도시한 것이고, 도면1의 (b)는 전기선로(130)에 병렬식으로 연결되는 병렬식 고조파 제거 장치(100)의 구성을 도시한 것이다. 예를 들어, 직렬식 고조파 제거 장치(100)는 전기를 사용하는 각종 전기장치의 전원공급장치에 탑재되어 상기 전기장치를 통해 발생되는 고조파나 전기선로(130)를 따라 상기 전기장치로 유입되는 모든 고조파의 세기를 감소시킬 수 있다. 또는 상기 직렬식 고조파 제거 장치(100)는 콘센트장치에 탑재되어 상기 콘센트장치를 통해 공급되는 전력을 사용하는 장치를 통해 발생되는 고조파나 전기선로(130)를 따라 상기 전기장치로 유입되는 모든 고조파의 세기를 감소시킬 수 있다. 한편 병렬식 고조파 제거 장치(100)는 배전반이나 분전반의 2차 측에 설치하여 상기 배전반이나 분전반을 통해 옥내에서 발생되는 고조파나 전기선로(130)를 따라 상기 전기장치로 유입되는 고조파를 세기를 감소시킬 수 있다.
본 발명의 고조파 제거 장치(100)는, 전기적 절연 상태에서 전기선로(130)에 연결되어 상기 전기선로(130)의 열에너지를 전도받아 제거하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부(110)를 포함하며, 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)의 열에너지를 전도받아 제거하여 상기 전기선로(130)에 존재하는 고조파를 적어도 일부 제거하거나 세기를 감소시킨다. 한편 상기 고조파 제거 장치(100)는, 전기선로(130)에 전기적으로 연결되며 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부(105)를 더 포함하며, 상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)와 밀착되어 상기 전기선로(130)와 전기적 절연된 상태에서 상기 전기선로(130)의 열에너지를 제거할 수 있다. 한편 상기 고조파 제거 장치(100)는, 상기 물질부(110)를 수용하며 상기 물질부(110)의 표면 영역 중 적어도 일 측 영역과 접촉한 상태를 유지하는 케이스(125)를 더 포함할 수 있다.
상기 전기선로(130)는 지정된 전원을 인가받아 공급하는 선로의 총칭으로서, 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질을 포함한다. 본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전기선로(130)는 배전반이나 분전반으로부터 교류 전원을 인가받아 공급할 수 있다. 한편 상기 교류 전원은 국가 별 및/또는 용도 별(예컨대, 가정용, 산업용 등)로 지정된 전압, 전류, 주파수를 포함할 수 있다.
상기 전극부(105)는 상기 전기선로(130)에 전기적 연결되며, 상기 전기선로(130)에 인가된 전기를 전도하는 전기 전도성의 특성과, 상기 전기선로(130)에서 발생하거나 상기 전기선로(130)에 연결된 지정된 소스(예컨대, 전기를 사용하는 각종 전기장치)에서 발생한 열에너지를 전도하는 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 구성부의 총칭이다. 상기 전극부(105)는 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 구비되며, 상기 물질부(110)와 밀착된 상태를 유지한다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)는 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 금속 재질 중 적어도 하나의 재질을 포함하여 이루어진다. 바람직하게, 상기 전극부(105)의 재질은 상기 전기선로(130)의 재질과 동일한 재질을 포함하거나, 또는 상기 전기선로(130)의 전기 전도성 및 열 전도성과 일정 범위 내에 동등한(또는 그 이상) 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)는 상기 전기선로(130)의 단위 길이 당 표면적보다 크거나 같은 단위 길이 당 표면적을 포함하는 것이 바람직하다. 이로써 상기 전극부(105)는 상기 전기선로(130)로부터 전달된 열에너지를 전극부(105)에 밀착된 물질부(110)로 보다 효율적으로 전도하여 제거시킬 수 있다.
상기 물질부(110)는 표면 영역으로부터 지정된 간격 이상 이격된 내부의 지정된 위치에 전극부(105)를 구비하며, 상기 전극부(105)의 표면 영역에 밀착한 상태를 유지한다. 상기 물질부(110)는 전기적 절연 특성과 상기 전극부(105)로 전도된 전기선로(130) 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N개의 물질을 포함하여 이루어진다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)에서 발생하여 상기 전극부(105)로 1차 전도된 열에너지를 제거할 수 있다. 또는 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)에 연결된 지정된 소스(예컨대, 전기를 사용하는 각종 전기장치)에서 발생하여 상기 전기선로(130)로 1차 전도된 후 상기 전극부(105)로 2차 전도된 열에너지를 제거할 수 있다. 한편 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지는 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지를 포함하며, 전기선로(130)의 저항에 의해 발생하는 열에너지, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에너지 중 적어도 하나의 열에너지를 더 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)로 전도되는 열에너지 중 고조파에 의해 발생한 열에너지와 전류가 흐를 때 발생하는 열에너지를 제외한 나머지 열에너지(예컨대, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에너지 등)의 경우, 해당 열에너지를 발생시키는 소스에서 상기 발생된 열에너지를 제거하려는 구성부(예컨대, 냉각핀, 냉각팬, 냉각장치 등)를 구비하고 있어, 특수한 환경(예컨대, 전기로를 사용하는 환경 등)을 제외하고 상기 나머지 열에너지가 상기 전극부(105)로 전도되는 비율은 지정된 비율 미만일 수 있다. 한편 전기선로(130)의 저항에 의해 발생하는 열에너지의 경우 일시적으로 과도한 전력을 사용하거나 일시적으로 전기선로(130)의 저항이 증가하지 않는 한, 상기 전기선로(130)의 저항에 의해 발생하는 열에너지의 비율은 지정된 비율 미만을 유지할 수 있다. 다만 본 발명의 고조파 제거 장치(100)를 구비한 구역 내에 고조파를 발생시키는 고조파 소스(예컨대, 인버터를 내장한 모터 또는 무정전 전원공급기 등)가 존재하는 경우 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지는 상기 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지를 포함하게 된다.
한편 출원인의 연구에 의하면, 상기 고조파와 열에너지 사이에는 다음과 같은 상관 관계를 지닌 것으로 연구된다. 출원인의 연구에 의하면, 전기선로(130) 내 열을 제거하지 않으면 전기선로(130) 내에서 고조파의 다수 결합과 열의 재결합으로 인하여 고조파 잡음 레벨이 증가하여 운동에너지인 열에너지를 활성화(또는 증가)하는 것으로 확인되었다. 즉, 전기선로(130) 내에 열원에 의한 열에너지(예컨대, 고조파 잡음에 의해 발생한 열에너지, 전기선로(130)의 저항에 의해 발생하는 열에너지, 기동전류에 의해 발생하는 열에너지, 3상불평형에 의해 발생하는 열에너지, 전기를 사용하는 각종 전기장치에서 발생한 열에너지, 유도성부하의 위상차에 의해 발생한 열에너지 중 하나 이상의 열에너지)가 존재하는 상태에서 상기 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거하지 않고 고조파를 유지(또는 유입)될 경우 전기선로(130) 내에서 고조파의 다수 결합과 열의 재결합으로 인하여 전기선로(130) 내의 열에너지가 활성화(또는 증가)하게 된다. 반면 상기 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거하거나 열평형 상태를 유지할 경우 상기 전기선로(130) 내의 모든 고조파(예컨대, 제2차 내지 제50차 고조파)의 세기를 65% 이상 감소시킴을 확인하였다. 한편 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거할 경우 전기선로(130) 상의 저항성분도 감소하게 되어, 6%~20% 수준의 부가적인 전기절전도 가능해 진다. 상기 물질부(110)의 열에너지 제거 특성은 전기선로의 고조파를 제거함과 동시에, 전기선로(130) 상의 저항성분을 감소시켜 절전 기능을 제공한다. 특히 상기 물질부(110)의 열에너지 제거 특성은 전기선로(130)에 존재하는 제2차 내지 제50차 고조파의 세기를 일정 비율 이상 동시에 저감시키는 특성을 제공한다.
상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 전도 방식으로 흡수하여 제거하거나, 및/또는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 전도 방식으로 흡수한 후 방출하여 제거하며, 이로써 상기 전극부(105)와 연결된 전기선로(130)의 열에너지를 제거할 수 있다. 한편 상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 제거하면서 지정된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 수 있다.
전기장치가 동작하고 있는 경우 전기선로(130) 내부 온도는 상기 물질부(110)의 내부 온도보다 높으며, 상기 물질부(110)는 상기 전기선로(130)를 통해 전극부(105)로 전도된 열에너지를 흡수하여 제거할 수 있다. 상기 물질부(110)를 통해 흡수된 열에너지는 상기 물질부(110)의 열 전도성에 의해 상기 물질부(110) 내부의 각 영역으로 균질하게 전도되고, 상기 물질부(110)의 각 부위 별 표면 온도를 허용 오차 범위 내의 동등한 온도 범위로 유지하는 열평형 상태를 유지하는데 사용된다. 이러한 과정은 전기선로(130)의 내부 온도가 약 18℃~35℃의 온도 범위인 경우에 이루어질 수 있다. 한편 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도가 상기 물질부(110)의 표면 온도보다 낮은 경우, 상기 물질부(110)로 흡수된 열에너지의 적어도 일부는 상기 물질부(110)의 노출된 각 표면 영역이나 상기 물질부(110)의 표면과 접촉한 케이스(125)의 열 전도성 재질을 통해 대기로 방출되어 제거될 수 있으며, 이 경우에도 상기 물질부(110)의 각 부위 별 표면 온도는 열평형 상태를 유지할 수 있다.
한편 상기 물질부(110)의 표면 온도와 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지의 온도는 기 설정된 허용 온도 범위 내에서 매칭된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 수 있다. 예를들어, 상기 전극부(105)의 온도가 23℃라면, 상기 물질부(110)의 표면 온도는 상기 23℃의 온도를 기준으로 기 설정된 온도 범위의 열평형 상태를 유지할 수 있다. 이 경우 상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)로 전도된 열에너지를 전도 방식으로 흡수하고, 내부의 각 영역으로 균질하게 전도함으로써, 상기 물질부(110)의 열평형 상태를 유지하는데 사용되거나 상기 물질부(110)의 노출된 각 표면 영역이나 케이스(125)의 열 전도성 재질을 통해 대기로 방출하여 제거할 수 있다.
전기선로(130)의 전원을 전극부(105)에 인가한 상태에서 상기 전극부(105)의 열에너지를 제거하는 물질부(110)의 표면 온도에 대한 제1 실시예에 따르면, 상기 물질부(110)는 전기선로(130)의 전원을 전극부(105)에 인가한 상태에서 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도 이하의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지할 수 있다. 예를들어, 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도가 23℃라면 상기 물질부(110)의 표면 온도는 23℃ 이하의 온도를 유지할 수 있다.
상기 물질부(110)의 표면 온도에 대한 제2 실시예에 따르면, 상기 물질부(110)는 전기선로(130)의 전원을 전극부(105)에 인가한 상태에서 18℃ 내지 35℃ 범위 중 지정된 온도 범위의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지할 수 있다.
만약 상기 물질부(110)의 표면 온도가 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위를 벗어나는 경우, 본 발명은 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도를 18℃ 내지 35℃의 온도 범위를 유지하도록 관리함으로써, 상기 물질부(110)의 표면 온도를 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 매칭시킬 수 있다.
한편 상기 물질부(110) 주변의 대기 온도를 18℃ 내지 35℃의 온도 범위로 유지하였음에도 상기 물질부(110)의 표면 온도가 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 대응하는 열평형 상태를 벗어나는 경우, 본 발명은 복수의 물질부(110)와 밀착된 복수의 전극부(105)를 전기선로(130)에 지정된 전기적 연결 방식(예컨대, 직렬식 연결 방식, 또는 병렬식 연결 방식, 또는 직렬 연결과 병렬 연결의 혼합식 연결 방식 등)으로 다중 연결하여 상기 물질부(110)의 부피나 표면적을 증가시킴으로써, 상기 물질부(110)의 표면 온도를 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 대응하는 열평형 상태로 유지시킬 수 있다. 한편 본 발명은 상기 물질부(110)의 표면 온도가 상기 18℃ 내지 35℃의 온도 범위에 대응하는 열평형 상태를 유지하더라도 상기 물질부(110)의 열에너지 제거 특성을 안정적으로 유지하기 위해 복수의 물질부(110)와 밀착된 복수의 전극부(105)를 전기선로(130)에 지정된 전기적 연결 방식으로 다중 연결하여 상기 물질부(110)의 부피나 표면적을 증가시킬 수 있다.
한편 상기 물질부(110)에 포함된 N개의 물질은 지정된 입자 크기 범위(예컨대, 100메시 이상의 입자크기)로 분쇄되어 상기 물질부(110) 내에 균질하게 분포된 상태를 유지한다.
본 발명은 상기 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하여 분말 혼합물을 생성하고, 지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질과 지정된 바인더(Binder)를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합하고 교반하여 액상화된 액상 혼합물을 생성한 후, 내부 공간의 지정된 위치에 M(M≥1)개의 전극부(105)를 배치 고정한 케이스(125)에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부(105)와 액상 혼합물을 밀착시킨 상태에서 상기 액상 혼합물을 건조 내지 경화시켜 상기 물질부(110)를 생성한다. 상기 바인더는 지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질을 접합하거나 경화된 상태를 유지함과 동시에, 상기 N개의 물질과 대기의 산소와의 접촉을 차단하는 피막을 생성하여 상기 N개의 물질이 더 이상 산화되지 않도록 차단할 수 있다. 예를들어, 상기 바인더는 에폭시 계열의 바인더를 포함할 수 있다. 만약 친환경 규제를 적용하는 경우, 상기 에폭시 대신에 친환경 소재의 바인더(예컨대, 2-히드로시에틸메타크릴산(2-Hydroxyethyl methacrylate)와 톨루엔디이소시아네이트(Toluene d-iso cyanate)를 포함하는 바인더, 피마자오일(Caster Oil)과 톨루엔디이소시아네이트를 포함하는 바인더, 비닐아세테이트(Vinyl Acetate)를 포함하는 바인더 등)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 적어도 85kgf/c㎡ 이상의 압축강도 범위로 경화된 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 만약 상기 바인더를 통한 접합 내지 경화를 통해 상기 물질부(110)의 압축강도가 기 설정된 압축강도 범위에 도달하지 못할 가능성이 있거나 또는 항상 기 설정된 압축강도 범위로 경화하려는 경우, 상기 N개의 물질과 바인더를 혼합하는 과정에서 상기 물질부(110)의 압축강도를 기 설정된 압축강도 범위로 경화시키기 위한 경화제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합한 후 건조하여 경화할 수 있다. 예를들어, 상기 경화제는 아스코르빈산(Ascorbic Acid)이나 FRP(Fiber Reinforced Plastics) 경화제를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 전극부(105)의 지정된 표면 영역에 밀착한 상태를 유지해야 하며, 케이스(125)에 수용된 상태에서 상기 전극부(105)가 전기선로(130)에 전기적 연결되어 열에너지를 제거하는 경우 상기 물질부(110)의 표면 영역 중 상기 케이스(125)의 열 전도성 재질과 접촉하는 영역은 상기 열 전도성 재질과 접촉한 상태를 유지해야 한다.
한편 상기 바인더를 통해 상기 분쇄된 N개의 물질을 액상화한 후 건조하는 과정에서 기 설정된 비율 이상의 발생할 수 있다. 이 경우 상기 전극부(105)의 지정된 표면 영역과 물질부(110) 간 밀착 상태와 상기 물질부(110)의 표면 영역과 케이스(125)의 열 전도성 재질 간 접촉 상태 중 적어도 일부는 훼손될 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 분쇄된 N개의 물질에 상기 바인더를 혼합하여 액상화된 액상 혼합물에 수축을 방지하기 위한 수축 방지제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합한 후 건조될 수 있다. 예를들어, 상기 수축 방지제는 지정된 입자크기로 분쇄된 산화마그네슘이나 탄산칼슘을 포함할 수 있다.
상기 물질부(110)는 상기 전극부(105)에 지정된 전원인 인가된 상태에서 전기적으로 절연되는 절연저항을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 물질부(110)는 지정된 압축강도 범위로 경화된 상태에서 100MΩ 이상의 절연저항을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 물질부(110)는 전극부(105)와 지정된 표면 간 절연저항이 100MΩ 이상의 절연저항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 지정된 압축강도 범위로 경화된 상태에서 저압(예컨대, 1,000V 미만의 전압)의 경우 상기 전극부(105)에 1분 이상 1,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성, 또는 고압(예컨대, 1,000V 이상의 전압)의 경우 상기 전극부(105)에 1분 이상 12,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성을 포함하는 것이 바람직하다.
한편 상기 물질부(110)에 포함된 N개의 물질은 단자간 합선(Short Circuit)을 방지하기 위하여 전류는 흐르지 않으면서 자성(Magnetism) 특성을 지닌 n(1≤n≤N)개의 물질을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 자성 특성을 지닌 n개의 물질은 산화금속류의 물질을 포함할 수 있다.
한편 상기 물질부(110)에 포함된 N개의 물질은 전기적 절연 특성과 열에너지 제거 특성 중 적어도 하나의 특성을 지닌 산화물(oxides)을 포함한다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질에 포함된 산화물은 지정된 전기적 절연 특성을 지닌 조건에서 산화된 물질과 동종의 비산화 물질이 지정된 중량% 비율 범위로 혼합된 혼합물 상태를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명은 N개의 물질을 준비하는 과정 내지 분쇄하는 전 또는 후에 상기 N개의 물질을 별도로 소성하거나 산화시키는 공정을 수행하지 않으며, 이에 상기 산화물은 상기 N개의 물질에 대응하는 원료 물질에 포함된 산화된 물질과 동종의 비산화 물질의 혼합물 상태를 그대로 포함할 수 있다. 다만 상기 원료 물질에 포함된 산화된 물질과 동종의 비산화 물질의 중량% 비율이 지정된 범위를 벗어난 경우(예컨대, 상기 N개의 물질을 분쇄하여 대기에 노출된 상태에서 비산화 물질의 산화반응이 감지되거나 및/또는 상기 물질부(110)의 절연저항이 100MΩ 미만인 경우), 상기 N개의 물질을 소성하거나 산화시키는 공정을 추가하거나 또는 산화된 물질과 동종의 비산화 물질의 중량% 비율이 지정된 범위에 대응하는 다른 원료 물질로 교체할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 지정된 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 바인더를 통해 생성된 피막에 의해 대기의 산소와의 접촉이 차단되어 상기 산화물에 포함되어 있던 물질의 추가 산화 반응이 차단되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질에 포함된 산화물은 산화알루미늄(Al2O3)를 포함하며, 산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나의 산화(Oxidation) 금속을 포함한다. 한편 상기 N개의 물질은 상기 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하는 산화금속 외에 원료 물질에 포함되어 있던 지정된 중량% 이하의 불순물을 더 포함할 수 있다. 다만 본 발명은 편의상 상기 불순물에 대한 상세한 설명을 생략하기로 한다.
상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 열에너지를 제거하기 위한 기 설정된 범위의 열전도율 특성을 포함할 수 있다. 또한 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 전기적 절연을 위한 기 설정된 범위의 절연저항 특성을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 산화물은 지정된 고조파 소스(예컨대, AC/DC 변환기 또는 전자파나 주파수 신호를 발생하는 장치 등)를 통해 생성되어 전기선로(130)를 경유하여 상기 전극부(105)로 유입된 고조파 잡음의 적어도 일부를 흡수하여 제거할 수 있다. 또는 상기 산화금속을 포함하는 산화물은 상기 전기선로(130) 내의 열에너지를 제거함으로써 상기 전기선로(130) 내의 고조파 잡음을 65% 이상 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 온도 변화에 대한 물질부(110)의 열팽창 또는 열수축을 최소화하는 열역학적 안정성을 유지할 수 있다.
한편 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 외부의 화학 자극에 대한 물질부(110)의 화학적 안정성을 유지할 수 있다.
한편 상기 산화물은 지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 전극부(105)와 상기 물질부(110) 사이의 유전 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 적어도 30 중량% 이상의 산화알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 산화물의 조성에 대한 제1 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 30~40 중량%, 산화철 10~15 중량%, 이산화규소 20~25 중량%, 및 산화마그네슘 5~10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 산화물의 조성에 대한 제2 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 40~50 중량%, 이산화규소 20~30 중량%, 산화철 5~10 중량%, 및 산화마그네슘 5~10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 산화물의 조성에 대한 제3 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 50~60 중량%, 이산화규소 20~30 중량%, 및 산화철 5~10 중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
상기 산화물의 조성에 대한 제4 실시예에 따르면, 상기 N개의 물질은 상기 열에너지 제거 특성과 전기적 절연 특성을 구현하기 위해 산화알루미늄 95~96중량%, 불순물(P2O5, SO3, K2O) 4~5중량%를 포함하여 제조될 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 N개의 물질은 특수 목적이나 용도를 위해 상기 N개의 물질 외에, 보크사이트(Bauxite) 기반 물질과 토르말린(Tourmaline) 기반 물질 중 적어도 하나의 광물질을 통해 구현될 수 있다.
도면1을 참조하면, 상기 고조파 제거 장치(100)는, 상기 전극부(105)와 전기선로(130)를 전기적 연결하는 연결부(115)를 더 포함하거나, 및/또는 상기 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 상기 전극부(105)를 배치 고정하는 고정부(120)를 더 포함한다.
상기 물질부(110)는 상기 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하여 생성된 분말 혼합물과 바인더를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합하고 교반하여 액상화된 액상 혼합물을 케이스(125)에 부어 건조 내지 경화시켜 제조되며, 상기 전극부(105)는 상기 물질부(110)의 표면 영역으로부터 지정된 간격 이상 이격된 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 배치 고정된다. 예를들어, 상기 물질부(110)가 직육면체 구조라면 상기 전극부(105)는 상기 직육면체의 상면, 하면, 좌면, 우면 등으로부터 지정된 간격 이상 이격된 물질부(110) 내부의 중심 부분에 배치 고정될 수 있다. 상기 고정부(120)는 본 도면1과 같이 상기 케이스(125) 내에 구비되어 상기 전극부(105)를 상기 케이스(125)의 각 면으로부터 지정된 간격 이상 이격된 지정된 위치에 배치 고정시키며, 이에 의해 상기 전극부(105)는 상기 물질부(110)의 표면 영역으로부터 지정된 간격 이상 이격된 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 배치 고정될 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 고정부(120)는 전기적 절연 특성을 지니는 것이 바람직하다. 만약 상기 물질부(110) 내부에 복수의 전극부(105)가 배치 고정되는 경우, 상기 복수의 전극부(105)는 상기 고정부(120)의 전기적 절연 특성과 상기 물질부(110)의 전기적 절연 특성에 의해 상호 절연된 상태를 유지할 수 있다. 한편 상기 고정부(120)는 별도의 절연 재질을 이용하여 제조된 후 상기 전극부(105)를 배치 고정하는데 이용되거나, 또는 상기 물질부(110)를 구성하는 물질돠 동일(또는 동등)한 물질을 포함하여 제조된 후 상기 전극부(105)를 배치 고정하는데 이용될 수 있다. 만약 상기 고정부(120)와 물질부(110)가 동일(또는 동등)한 물질을 포함하여 제조되는 경우, 상기 물질부(110)의 열에너지 제거 성능이 별도의 절연 재질을 사용하는 경우보다 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)는 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질의 전기선로(130)와 일체형으로 구현될 수 있다. 또는 상기 전극부(105)는 본 도면1과 같이 전기선로(130)와 탈착 가능한 연결부(115)를 통해 상기 전기선로(130)와 전기적 연결될 수 있다.
상기 연결부(115)는 상기 전극부(105)와 전기선로(130)를 연결하기 위해 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 재질을 포함하는 접촉 단자, 상기 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 재질을 포함하는 조임 볼트, 상기 전기 전도성과 열 전도성의 특성을 동시에 지닌 재질을 포함하며 절연 피복으로 보호되는 도선 중 적어도 하나 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예를들어, 상기 연결부(115)는 상기 접촉 단자와 조임 볼트 및 도선을 이용하여 상기 고정부(120)를 통해 물질부(110) 내부의 지정된 위치에 배치 고정된 전극부(105)와 전기선로(130)를 전기적 연결할 수 있다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)를 포함하는 물질부(110)는 케이스(125)에 수용된 상태로 상기 전극부(105)를 전기선로(130)에 연결하여 사용될 수 있다. 이 경우 상기 케이스(125)는 상기 물질부(110)를 수용한 상태에서 상기 물질부(110)의 표면 영역 중 적어도 일 측과 접촉한 상태를 유지한다. 한편 상기 케이스(125)는 상기 접촉한 물질부(110)의 표면 용역으로부터 열에너지를 전도받을 수 있는 열 전도성 재질을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 열 전도성 재질로 전도된 열에너지는 대기로 방출될 수 있다. 다만 상기 케이스(125)의 열 전도성 재질은 안전을 위해 상기 전기선로(130)와 전기적 절연 상태를 유지하는 것이 바람직하다. 한편 상기 케이스(125)의 외형은 상기 물질부(110)에 포함된 전극부(105)와 전기선로(130)를 전기적 연결할 공간의 기하학 구조와 매칭되는 기하학 구조를 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시 방법에 따르면, 상기 물질부(110)는 전기적으로 절연되는 절연 특성을 지니고 있으므로, 상기 케이스(125)를 생략하고 상기 물질부(110)의 표면 영역을 직접 노출할 수 있으며, 이에 의해 본 발명이 한정되지 아니한다.
도면2는 본 발명의 실시 방법에 따른 고조파 제거 장치(100)의 제조 과정을 도시한 도면이다.
보다 상세하게 본 도면2는 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질의 전극부(105)로 전도된 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성과 상기 전극부(105)와 전기적 절연 특성을 지닌 물질부(110)를 구비한 고조파 제거 장치(100)를 제조하는 과정을 도시한 것으로서, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 도면2를 참조 및/또는 변형하여 상기 제조 과정에 대한 다양한 실시 방법(예컨대, 일부 단계가 생략되거나, 또는 순서가 변경된 실시 방법)을 유추할 수 있을 것이나, 본 발명은 상기 유추되는 모든 실시 방법을 포함하여 이루어지며, 본 도면2에 도시된 실시 방법만으로 그 기술적 특징이 한정되지 아니한다. 편의상 본 도면2는 직렬식 고조파 제거 장치(100)를 제조하는 과정을 도시하기로 한다.
도면2를 참조하면, 본 발명은 고조파 제거 장치(100)를 제조하기 위해 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N개의 물질을 준비한다(200).
상기 N개의 물질을 준비하는 제1 실시예에 따르면, 본 발명은 각 물질 별로 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시켜 N개의 물질을 준비할 수 있다.
한편 상기 N개의 물질을 준비하는 제2 실시예에 따르면, 본 발명은 지정된 중량% 비율 범위에 매칭된 N개의 물질을 포함하는 i(i≥1)개의 원료 물질을 준비할 수 있다. 예를들어, 상기 i개의 원료 물질은 보크사이트 기반 물질과 토르말린 기반 물질 중 적어도 하나의 광물질을 포함할 수 있다.
한편 상기 N개의 물질을 준비하는 제3 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 N개의 물질 중 s(1≤s≤N)개의 물질을 포함하는 j(j≥1)개의 원료 물질을 준비하고, 상기 s개의 물질 별 중량%를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시키기 위한 t(1≤t≤N)개의 물질을 준비할 수 있다. 상기 j개의 원료 물질은 보크사이트 기반 물질과 토르말린 기반 물질 중 적어도 하나의 광물질을 포함할 수 있다.
본 발명은 분쇄기를 통해 상기 준비된 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하여 분말 혼합물을 생성한다(205). 바람직하게, 본 발명은 상기 N개의 물질을 100메쉬 이상의 입자 크기로 분쇄하여 분말 혼합물을 생성할 수 있다.
본 발명은 상기 분쇄된 N개의 물질과 바인더를 지정된 중량% 비율에 매칭되게 혼합한 후 교반기를 통해 교반하여 액상화된 액상 혼합물을 생성한다(210). 한편 상기 액상 혼합물을 건조하여 경화된 물질부(110)의 압축강도가 기 설정된 압축강도 범위(예컨대, 85kgf/c㎡ 이상)에 도달하지 못할 가능성이 있거나 또는 항상 기 설정된 압축강도 범위로 경화하려는 경우, 본 발명은 상기 액상 혼합물에 상기 물질부(110)의 압축강도를 기 설정된 압축강도 범위로 경화시키기 위한 경화제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합할 수 있다. 한편 상기 액상 혼합물을 건조하는 과정에서 기 설정된 비율 이상의 수축이 발생할 가능성이 존재하는 경우, 본 발명은 상기 액상 혼합물에 상기 수축을 방지하기 위한 수축 방지제를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 추가 혼합할 수 있다.
한편 본 발명은 상기 액상 혼합물을 생성하기 전 또는 중에, 케이스(125) 내부의 지정된 위치에 전기선로(130)에 전기적 연결되어 열에너지를 전도 가능한 전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질을 포함하는 M(M≥1)개의 전극부(105)를 배치 고정한 케이스(125)를 준비한다(215). 한편 상기 케이스(125)는 본 도면2의 예시와 같이 고정부(120)를 통해 케이 내부의 지정된 위치에 배치 고정될 수 있으며, 전기선로(130)와 연결하기 위한 연결부(115)를 구비할 수 있다. 한편 본 도면2의 예시와 같이 상기 케이스(125) 내부에 복수의 전극부(105)가 배치 고정되는 경우, 상기 복수의 전극부(105)는 전기적으로 상호 절연된 상태로 배치 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 방법에 따르면, 상기 전극부(105)의 개수(M)는 전기선로(130)의 개수만큼 존재하는 것이 바람직하며, 경우에 따라 접지선에 대응하는 전극부(105)는 생략되더라도 무방하다.
본 발명은 상기 M개의 전극부(105)를 지정된 위치에 배치 고정한 케이스(125)의 내부 공간에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부(105)와 액상 혼합물을 밀착시킨다(220). 본 발명의 실시 방법에 따르면, 진동기(도시생략)를 통해 상기 케이스(125)에 부어진 액상 혼합물을 진동시켜 상기 전극부(105)와 액상 혼합물 간 밀착율을 향상시킬 수 있다.
한편 상기 케이스(125)에서 상기 물질부(110)를 추출한 후 상기 전극부(105)를 전기선로(130)에 전기적 연결하여 고조파 제거 장치(100)로 이용하는 경우, 상기 케이스(125)의 내부 표면 영역에 상기 물질부(110)를 이탈시키기 위한 이탈제(도시생략)를 도포한 후 상기 케이스(125)에 상기 액상 혼합물을 부을 수 있다.
본 발명은 상기 전극부(105)와 액상 혼합물의 밀착 상태를 유지하면서 건조 내지 경화시켜 전기적 절연 특성과 상기 전극부(105)로 전도된 전기선로(130) 내부의 열에너지를 제거하는 열에너지 제거 특성을 지닌 물질부(110)를 포함하는 고조파 제거 장치(100)를 제조한다(225). 한편 상기 케이스(125)에서 상기 물질부(110)를 추출한 후 상기 전극부(105)를 전기선로(130)에 전기적 연결하여 고조파 제거 장치(100)로 이용하는 경우, 상기 케이스(125)에서 상기 물질부(110)를 추출하여 상기 물질부(110)를 포함하는 고조파 제거 장치(100)를 제조할 수 있다.
도면3은 본 발명의 실시 방법에 따라 열에너지를 제거하는 고조파 제거 장치(100)의 표면 온도를 예시한 그림이다.
보다 상세하게 본 도면3은 열화상 카메라를 통해 고조파 제거 장치(100)의 표면 온도를 촬영한 그림으로써, 도면3의 (a)는 전기선로(130)에 고조파 제거 장치(100)를 연결하기 전 또는 고조파 제거 장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가하기 전에 열화상 카메라를 통해 상기 고조파 제거 장치(100)를 촬영한 것이고, 도면3의 (b)는 전기선로(130)에 고조파 제거 장치(100)를 연결한 후 또는 고조파 제거 장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가한 후에 열화상 카메라를 통해 상기 고조파 제거 장치(100)를 촬영한 것이다.
도면3의 (a)를 참조하면, 전기선로(130)에 고조파 제거 장치(100)를 연결하기 전 또는 고조파 제거 장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가하기 전에 상기 고조파 제거 장치(100)의 표면 온도는 12.2℃와 11.2℃이다. 한편 도면3의 (b)를 참조하면, 상기 전기선로(130)에 고조파 제거 장치(100)를 연결하거나 또는 고조파 제거 장치(100)에 연결된 전기선로(130)에 전원을 인가하고 10분 이상 경과한 후에 상기 고조파 제거 장치(100)의 표면 온도는 24.9℃와 26.9℃로서, 각각 12.7℃와 15.7℃만큼 상승했다. 이는 전기선로(130) 내부이 열에너지가 고조파 제거 장치(100)로 전도되었다는 것을 의미한다. 이 때 상기 전기선로(130)의 표면 온도는 소수점 첫자리의 오차 범위 내에서 상기 고조파 제거 장치(100)의 표면 온도와 매칭된 온도를 포함한다.
도면4는 본 발명의 실시 방법에 따라 전기선로(130)의 열에너지 제거를 통한 고조파 감소를 예시한 그림이다.
보다 상세하게 본 도면4는 반도체 공장에서 6,600V 전원을 사용하는 고압 컴프레서(Compressor)에 본 발명에 의한 고조파 제거 장치(100)를 연결하기 전과 연결한 후의 고조파 발생율을 측정한 그림이다. 도면4를 참조하면, 본 발명에 의한 고조파 제거 장치(100)를 연결하기 전과 연결한 후에 동일한 조건에서 제2차 고조파부터 제20차 고조파까지 측정하였으며, 상기 고조파 제거 장치(100)를 연결하기 전에 비해 평균적으로 69.58%의 고조파를 제거하였다.
한편 종래의 고조파 제거 기술과 본 발명에 따른 고조파 제거 장치(100)의 기술을 비교해보면, 종래 고조파 제거 기술은 공진원리를 이용하는 반면, 본 발명은 열에너지 제거 방식을 이용하는 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술의 내부 구성은 L, C 회로를 이용하는 반면, 본 발명은 금속산화물을 이용하는 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술의 고조파 제거율은 20%~30%정도인 반면, 본 발명은 65% 정도인 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 주파수나 임피던스에 영향을 받는 반면, 본 발명은 주파수나 임피던스에 영향받지 않는 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술에 고조파 차수 별로 각각 설치해야 하는 반면, 본 발명은 차수에 상관없이 1개의 고조파 제거 장치(100)를 설치하여 모든 차수의 고조파를 제거 또는 감소시킬 수 있는 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 저압 상태의 고조파만 제거 가능한 반면, 본 발명은 저압과 고압의 고조파를 모두 제거 가능한 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 사용 중에 소음이나 진동이 발생하는 반면, 본 발명은 소음이나 진동이 전혀 발생하지 않는 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 고장이나 부품의 열화현상이 발생하여 수명이 3~10년 정도인 반면, 본 발명은 고장이나 열화현상이 없으므로 최소 30년 이상 사용 가능한 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 사용기간 동안 유지보수 비용이 지속적으로 발생하는 반면, 본 발명은 설치 후 유지보수 비용이 일체 발생하지 않은 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 사용 기간 동안 폭발이나 화재의 위험이 존재하는 반면, 본 발명은 폭발이나 화재의 위험이 전혀 존재하지 않는 특징을 지니고 있다. 종래 고조파 제거 기술은 기존 설비의 동작이나 성능에 전기적 영향을 미치는 반면, 본 발명은 기존 설비에 어떠한 영향도 미치지 않고 전기선로(130)의 고조파를 제거하는 특징을 지니고 있다.
100 : 고조파 제거 장치(100) 105 : 전극부(105)
110 : 물질부(110) 115 : 연결부(115)
120 : 고정부(120) 125 : 케이스(125)
130 : 전기선로(130) 200 : N개의 물질 준비
205 : N개의 물질 분쇄 210 : 액상 혼합물 생성
215 : M(M≥1)개의 전극부(105)를 구비한 케이스(125) 준비
220 : 케이스(125)에 액상 혼합물을 부어 전극부(105)에 밀착
225 : 액상 혼합물 건조

Claims (22)

  1. 전기적 절연 상태에서 전기선로에 연결되어 상기 전기선로의 열에너지를 전도받아 제거하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 포함하는 물질부를 통해 상기 전기선로에 존재하는 제2차 내지 제50차의 모든 고조파(Harmonics)의 세기를 동시에 저감시키는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기 전도성과 열 전도성을 지닌 재질로 이루어진 전극부와 밀착된 상태에서 상기 전극부와 전기적 연결된 전기선로의 열에너지를 전도받아 제거하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 물질부는,
    상기 전기선로에서 발생하여 상기 전극부로 1차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 물질부는,
    상기 전기선로와 전기적 연결된 지정된 소스에서 발생하여 상기 전기선로로 1차 전도된 후 상기 전극부로 2차 전도된 열에너지를 제거하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 상기 전기선로의 온도와 기 설정된 허용 온도 범위 이내의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 대기 온도 이하의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 물질부는,
    전기선로의 전원을 전극부에 인가한 상태에서 18℃ 내지 35℃ 범위 중 지정된 온도 범위의 표면 온도에 대응하는 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열평형 상태를 벗어난 경우,
    복수의 물질부를 전기선로에 지정된 전기적 연결 방식으로 다중 연결하여 상기 물질부의 부피나 표면적을 증가시켜 상기 열평형 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    단자간 합선(Short Circuit)을 방지하기 위하여 전류는 흐르지 않으면서 자성(Magnetism) 특성을 지닌 n(1≤n≤N)개의 물질을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 상기 물질부 내에 균질하게 분포된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    지정된 입자 크기 범위로 분쇄된 N개의 물질과 지정된 바인더(Binder)를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭되게 혼합한 후 건조하여 경화한 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 바인더는,
    상기 N개의 물질과 대기의 산소와의 접촉을 차단하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  13. 제 1항 또는 제 11항에 있어서, 상기 물질부는,
    적어도 85kgf/c㎡ 이상의 압축강도 범위로 경화된 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 물질부는,
    저압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 1,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성, 또는
    고압의 경우 상기 전극부에 1분 이상 12,000V 이상의 전원을 인가한 상태에서 균열이 발생하지 않는 특성을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    전기적 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 지닌 산화물(oxides)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 산화물은,
    지정된 입자 크기 범위로 분쇄되어 지정된 바인더를 통해 접합 내지 경화된 상태에서 상기 바인더를 통해 대기의 산소와의 접촉이 차단되어 추가 산화 반응이 차단되는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 산화물은,
    산화알루미늄(Al2O3)를 포함하며,
    산화철(Fe2O3), 산화마그네슘(MgO), 이산화규소(SiO2) 중 적어도 하나의 산화(Oxidation) 금속을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  18. 제 1항 또는 제 17항에 있어서, 상기 N개의 물질은,
    적어도 30 중량%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 물질부를 수용하며 상기 물질부의 표면 영역 중 적어도 일 측과 접촉한 상태를 유지하는 열 전도성 재질의 케이스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치.
  20. 절연 특성과 열에너지 제거 특성을 구현하기 위한 N(N≥2)개의 물질을 준비하는 제1 단계;
    상기 준비된 N개의 물질을 지정된 입자 크기 범위로 분쇄하는 제2 단계;
    상기 분쇄된 N개의 물질과 바인더를 혼합하여 액상화한 액상 혼합물을 생성하는 제3 단계;
    전기선로에 전기적 연결되어 열에너지를 전도 가능한 M(M≥1)개의 전극부를 구비한 케이스에 상기 액상 혼합물을 부어 상기 전극부와 액상 혼합물을 밀착시키는 제4 단계; 및
    상기 전극부와 액상 혼합물의 밀착 상태를 유지하면서 건조시키는 제5 단계;를 포함하는 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법.
  21. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    지정된 중량% 비율 범위에 매칭된 N개의 물질을 포함하는 i(i≥1)개의 원료 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법.
  22. 제 1항에 있어서, 상기 제1 단계는,
    상기 N개의 물질 중 s(1≤s≤N)개의 물질을 포함하는 j(j≥1)개의 원료 물질을 준비하고, 상기 s개의 물질 별 중량%를 지정된 중량% 비율 범위에 매칭시키기 위한 t(1≤t≤N)개의 물질을 준비하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수동형 고조파 제거 장치 제조 방법.
KR1020210090419A 2021-07-09 2021-07-09 수동형 고조파 제거 장치 및 그 제조 방법 KR20230009699A (ko)

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