WO2023182824A1 - 유전분체의 선별장치 - Google Patents

유전분체의 선별장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2023182824A1
WO2023182824A1 PCT/KR2023/003850 KR2023003850W WO2023182824A1 WO 2023182824 A1 WO2023182824 A1 WO 2023182824A1 KR 2023003850 W KR2023003850 W KR 2023003850W WO 2023182824 A1 WO2023182824 A1 WO 2023182824A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
dielectric powder
dielectric
powder
chamber
electrode
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/003850
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
석동찬
장수욱
최용섭
노태협
정용호
유승열
Original Assignee
한국핵융합에너지연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국핵융합에너지연구원 filed Critical 한국핵융합에너지연구원
Priority to CN202380028004.8A priority Critical patent/CN119072357A/zh
Priority to EP23775320.7A priority patent/EP4497507A1/en
Publication of WO2023182824A1 publication Critical patent/WO2023182824A1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/38—Particle charging or ionising stations, e.g. using electric discharge, radioactive radiation or flames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/38—Particle charging or ionising stations, e.g. using electric discharge, radioactive radiation or flames
    • B03C3/383—Particle charging or ionising stations, e.g. using electric discharge, radioactive radiation or flames using radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/40—Electrode constructions
    • B03C3/45—Collecting-electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C3/00—Separating dispersed particles from gases or vapour, e.g. air, by electrostatic effect
    • B03C3/34—Constructional details or accessories or operation thereof
    • B03C3/66—Applications of electricity supply techniques
    • B03C3/68—Control systems therefor

Definitions

  • the present invention relates to a screening device for dielectric powder that can be easily sorted by particle size, weight, density, dielectric constant, or surface area.
  • Sorting of powders is widely used in industries such as paints, pigments, inks, and polishing.
  • powder sorting can be done by using differences in the size of gravity, centrifugal force, or inertial force that act depending on the size and mass of the powder.
  • powders can be classified according to the direction of action and flow direction of an externally applied force. For example, when a downward flow of powder is induced in a chamber from top to bottom, if an air flow is applied in the middle in a direction perpendicular to this, heavy powder subjected to a large gravitational force will sink, and the heavy powder subjected to a small gravitational force will sink. Light powders that receive force can be moved to another space and classified according to the air flow.
  • the present invention provides a device that can easily sort powder in a short time using an alternating current electric field.
  • the purpose of the present invention is to provide a dielectric powder sorting device that can easily sort mixed dielectric powder by particle size, type, and shape by using charged dielectric powder to flow with the force of q ⁇ E in an alternating current electric field. It is provided.
  • 1 is a diagram showing the structure of the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • the dielectric powder sorting device (A) for the purpose of the present invention includes a chamber, a lower electrode within the chamber, an upper electrode disposed at the upper end and spaced apart from the lower electrode within the chamber, and the upper electrode within the chamber.
  • An alternating current power source is applied to the first separation layer, which is located between the electrode and the bottom electrode and does not completely cover the top electrode and the bottom electrode, and the bottom electrode and the top electrode, so that alternating current is generated between the bottom electrode and the top electrode. It includes power application means for applying an electric field, and positions dielectric powder between the lower electrode and the first separation layer.
  • the present invention when an alternating current electric field is applied, a higher electric field is applied to the inside of the dielectric powder layer than to the outside, and gas discharge can occur more easily to charge the dielectric powder particles.
  • Charged dielectric particles may have the force to flow upward in an electric field within the chamber and can easily rise within the chamber. At this time, the upward flow force may be applied differently depending on the size, density, shape, etc. of the dielectric powder. Therefore, the composition of the dielectric powder accumulated on the first separation layer and the bottom electrode after applying an alternating current electric field may be different.
  • the present invention is characterized by selecting dielectric particles using these differences.
  • the present invention can easily select dielectric powders by particle size, weight, density, dielectric constant, or surface area through a sorting device.
  • a detailed description will be made with reference to Figures 2 to 15 and examples below.
  • the characteristics of plasma generation inside the fluid powder layer and outside the fluid powder layer can be controlled under given voltage conditions depending on the gas supplied or supplied into the chamber when an alternating electric field is applied.
  • the gas supplied or provided into the chamber may be air.
  • gas that does not contain oxygen can be used.
  • the type of gas supplied or supplied into the chamber when an alternating electric field is applied is not particularly limited.
  • dielectric powder refers to an insulating powder that can be polarized positively on one side and negatively on the other side depending on the direction of the electric field in an electric field, and in the charging step described below (e.g., plasma through application of an electric field) It may be a material that exhibits a net charge by storing excess charge in the form of electrons (-) or holes (+) on the surface due to the application of , photoelectric effect due to ultraviolet irradiation, etc.). In one embodiment, the dielectric powder may be a charged dielectric powder.
  • charged dielectric material can have a net charge on the surface (excess charge stored in the material in addition to the offset amount of positive-negative polarization charge), so it has the power to escape from the powder layer more easily and flow upward.
  • the dielectric powder may have a size ranging from several nanometers to several thousand micrometers.
  • a charging step of additionally charging the dielectric powder may be performed within the chamber.
  • the charging step can be performed by applying an electric field for dielectrophoresis to the dielectric powder, irradiating UV light, or generating plasma.
  • the charging step includes filling the chamber with a first gas, applying a voltage to generate plasma in the dielectric powder, and then filling the chamber with a second gas, and filling the chamber with a second gas.
  • the charging step can be performed by filling the chamber with helium, applying a voltage to generate plasma within the dielectric material, and then filling it with air or SF6, which has a higher discharge start voltage than helium. there is.
  • the upper and lower electrodes may operate alternately as a power electrode and a ground electrode.
  • the top electrode when the bottom electrode is a power electrode, the top electrode can be a ground electrode, and when the bottom electrode is a ground electrode, the top electrode can be a power electrode.
  • the dielectric powder sorting device (B) for the purpose of the present invention is located between the upper electrode and the lower electrode in the chamber, has a height different from the first separation layer, and does not completely cover the upper electrode and the lower electrode. It is characterized in that it additionally includes a second separation layer.
  • the dielectric powder sorting device (B) When an alternating current electric field is applied to the dielectric powder sorting device (B), the dielectric powder has different upward flow forces depending on each size, density, surface area, etc. and is separated on the first separation layer and the second separation layer according to the selection criteria. Each can be stacked.
  • the first separation layer and the second separation layer may be a dielectric.
  • the distance between the first separation layer and the second separation layer, and the distance between the second separation layer and the top electrode can be easily adjusted by the user. If the distance between the bottom electrode and the first and second separation layers is too long, there is a problem of having to apply a higher voltage than necessary.
  • the distance between the first and second separation layers from the bottom electrode may be less than about 40 mm. .
  • the dielectric powder sorting device (A, B) of the present invention may further include a dielectric substrate laminated on the lower electrode.
  • a dielectric substrate laminated on the lower electrode When high voltage is applied between the top and bottom electrodes without a dielectric substrate, arc and spark discharges occur, making it difficult to apply the desired high electric field. Also, charged particles flow only through arc and spark discharges, giving a net charge to the powder particles. Since there is a problem that this cannot be done, preferably, the dielectric powder sorting device of the present invention may be additionally provided with a dielectric substrate stacked on the lower electrode.
  • the dielectric powder sorting device (C) for the purpose of the present invention includes a chamber, a lower electrode within the chamber, and a chamber disposed between the upper and lower electrodes of the main body of the chamber so that the chamber can be divided into an upper space and a lower space.
  • an upper electrode it includes an upper electrode that does not completely cover the lower electrode, and power application means for applying alternating current power to the lower electrode and the upper electrode so that an alternating electric field is applied between the lower electrode and the upper electrode; , the dielectric powder is located between the lower electrode and the upper electrode.
  • the configuration of the dielectric powder sorting device (C) is substantially the same as the configuration of the dielectric powder sorting devices (A and B) described above with reference to FIG. 1, redundant detailed descriptions thereof will be omitted, and the following The explanation focuses on the differences.
  • the dielectric powder accumulated on the top electrode is no longer exposed to the electric field and does not flow, so it can be sorted according to the standard, and is placed on the lower side of the top electrode. In the case of struck powder, it spreads and evenly distributes while repeating rise and fall due to the alternating current electric field and eventually accumulates on the upper electrode, making sorting possible.
  • the frequency of the applied voltage is about a few hundred Hz, so the powder repeats the rise and fall hundreds of times per second, and the dielectric powder according to the selection criteria is piled on the upper electrode within a few seconds, making it easy to collect the dielectric powder in a short time. You can select.
  • the upper space formed in the chamber by the upper electrode can be any space that has a distance that allows powder to flow.
  • the dielectric powder sorting device (C) includes a first dielectric substrate arranged to be spaced upwardly from the upper electrode to form a space through which the powder can flow, and a first dielectric substrate stacked on the lower electrode. 2 A dielectric substrate may be additionally provided. The first dielectric substrate prevents rising powder from passing the upper electrode and completely leaving the sorting device, and has the effect of isolating any gas in the sorting device from external air.
  • a dielectric substrate disposed on the upper part of the chamber and the lower electrode, such as the sorting devices (A and B), may be additionally provided.
  • the dielectric powder flows upward and hits the top of the chamber and falls, it does not matter much in the present invention as long as it falls and falls on the first separation layer, the second separation layer and the top electrode provided as a means of fertilization.
  • the supply, selection, and recovery of the dielectric powder can be performed using means such as gas flow, mechanical vibration, and paddle.
  • the present invention by controlling the voltage and frequency in consideration of the characteristics of each dielectric powder particle, it is possible to select mixed dielectric powder by particle size, weight, density, dielectric constant, or surface area within seconds to minutes. there is.
  • 1 is a diagram showing the structure of the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing the principle of flow of dielectric powder through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 3 is a diagram for explaining the alternating current electric field applied through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 4 is a diagram for explaining the behavior of dielectric powder starting to flow in the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 5 is a diagram for explaining the behavior of dielectric powder particles in an alternating current electric field in the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 6 is a diagram for explaining the flow modes FF, TM, and LF of the dielectric powder in the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 7 is an image showing the flow modes FF, TM, and LF of powder at high alternating voltage through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • Figure 8 is a diagram showing the dielectric powder sorting device used in Examples 1 to 3 of the present invention.
  • Figure 9 shows an image of the dielectric powder used in Example 1 of the present invention.
  • Figure 10 shows an image of the dielectric powder selected through Example 1 of the present invention.
  • Figure 11 shows an image of the dielectric powder used in Example 2 of the present invention.
  • Figures 12 and 13 show images of dielectric powder selected through Example 2 of the present invention.
  • Figures 14 and 15 show images of the dielectric powder selected through Example 3 of the present invention.
  • Figure 2 is a diagram showing the principle of flow of dielectric powder through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • the attraction between particles (F d ) is proportional to the electric field (E p ) applied within the dielectric powder layer and the dielectric constant ( ⁇ ) of the dielectric powder (F d ⁇ Ep, ⁇ ).
  • the electric field (E g ) in the gas space above the dielectric powder layer and the electric field (E p ) applied within the dielectric powder layer can be determined by the size of the voltage applied from the outside and the shape of the formed electrode,
  • the present invention can easily select dielectric powder by controlling the force applied to the dielectric powder by adjusting the magnitude of the voltage using a dielectric material sorting device.
  • factors that determine the flow of dielectric powder include frequency and the amount of charge (q) accumulated on the surface of the dielectric powder.
  • the amount of charge (q) accumulated on the surface of the dielectric powder is the biggest factor that determines the flow characteristics of the dielectric powder.
  • the amount of charge (q) is most significantly affected by the surface area of the dielectric powder (particle size and shape of the powder) and density/dielectric constant (type of powder), and can also be affected by the type of surrounding gas. If dielectric powder is light in weight and has a large surface area, it can flow very quickly in response to an external electric field. If it is heavy in weight and has a small surface area, it can flow slowly in response to an external electric field.
  • the difference in charge of the dielectric powder can be used to select by particle size, shape, density, and dielectric constant.
  • Figure 3 is a diagram for explaining the voltage applied through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • the voltage applied to the dielectric material sorting device of the present invention may be an alternating high voltage selected from a sine wave, a square wave, a pulse wave, a triangle wave, and a sawtooth wave.
  • the voltage may be a square wave (right angle wave).
  • Square wave voltage has a right-angled waveform, and the state in which the waveform changes once and returns to its initial state can be defined as one cycle.
  • the time required to complete one cycle can be defined as the period (T), and the number of cycles included in one second can be defined as the frequency (f).
  • the applied voltage (V m ) is the sum of the voltage drop in the gas space (V g ), the voltage drop in the dielectric powder layer (V p ), and the voltage drop in the dielectric substrate (V d ).
  • V m V g + V p + 2V d ).
  • the voltage drop in the gas space (V g ) and the voltage drop in the dielectric powder layer (V p ) affect the electric field in the gas space (E g ) and the electric field applied within the dielectric powder layer (E p ), respectively. Since each electric field affects the upward flow of the dielectric material, when a high voltage is applied, the upward flow distance of the dielectric material may increase.
  • Figure 4 is a diagram for explaining the behavior of dielectric powder that has started flowing in the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • the electric field inside the dielectric powder layer is higher than the outside of the dielectric powder layer (i.e., meaning a gas space in which the dielectric powder can flow upward). This can be approved.
  • the dielectric powder particles are provided with an amount of charge (q) on the surface, and the electrostatic force (F c ) that enables upward flow increases.
  • Dielectric powder particles separated from the dielectric powder layer by high electrostatic force (F c ) are affected only by electrostatic force (F c ) and gravity (F g ) excluding the attraction between dielectric particles (F d ), and the dielectric powder particles are affected only by electrostatic force (F c ) and gravity (F g ).
  • the force (F net ) that causes the dielectric powder separated from the layer to flow upward can be expressed as Equation 1 below.
  • the acceleration (a) when the dielectric powder particles rise in an electric field can be derived through the force (F net ) that causes the dielectric powder separated from the dielectric powder layer to flow upward.
  • d g is defined as the distance between the top of the dielectric layer and the bottom of the dielectric substrate, that is, the maximum distance that the dielectric powder can move within the chamber, through acceleration (a) and spatial distance (d g ),
  • T g The time for which the dielectric powder moves the spatial distance (d g ) can be derived through Equation 2 of .
  • the dielectric material when the time (T g ) for the dielectric material to move the spatial distance (d g ) is less than T/2, which is the half cycle of the voltage, the dielectric material hits the bottom of the dielectric substrate during the half cycle T/2 and returns to the dielectric material layer. falls in the direction
  • T/2 which is the half cycle of the voltage
  • Figure 5 is a diagram for explaining the behavior of dielectric powder particles in an alternating current electric field in the dielectric powder sorting device of the present invention. (T/2 ⁇ t g )
  • T g the time for the dielectric material to move the spatial distance (d g )
  • T/2 the half cycle of the voltage
  • the dielectric material that has started to flow accelerates up to a distance of d during the half cycle of the voltage (0 ⁇ T/2), and then when the polarity is reversed, it accelerates for another half cycle of the voltage (T/2 ⁇ ).
  • T it decelerates and increases by the distance d'.
  • Figure 6 is a diagram for explaining the flow modes FF, TM, and LF of the dielectric powder in the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • the present invention can have three flow modes of FF, TM, and LF using a dielectric powder sorting device.
  • d + d' may increase as the externally applied voltage and the surface area of the dielectric powder particles increase, and d + d' may decrease as the frequency of the externally applied voltage, the density of the powder particles, and the increase in dielectric constant. Therefore, in the dielectric powder sorting device of the present invention, filtering means such as appropriate first and second separators are provided at positions corresponding to d g and the size of d + d' is adjusted by controlling the size and frequency of the external applied voltage. , you can easily select dielectric powder.
  • Figure 7 is an image showing the flow modes FF, TM, and LF of powder at high alternating voltage through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • FIG. 7 it shows images of FF, TM and LF modes performed through the dielectric powder sorting device of the present invention.
  • FF mode most of the dielectric material flows upward from the lower electrode to the upper electrode
  • TM mode it flows upward from the lower electrode to a slightly lower distance than the upper electrode compared to the FF mode.
  • LF mode the upward flow distance of the dielectric powder is very low.
  • the dielectric powder sorting device of the present invention will be described in more detail through specific examples and comparative examples.
  • the embodiments of the present invention are only some embodiments of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
  • Figure 8 is a diagram showing the dielectric powder sorting device used in Examples 1 to 3 of the present invention.
  • the dielectric powder sorting device includes a bottom electrode, an alumina substrate having a thickness of about 1 mm on the bottom electrode, and a top electrode (GND) disposed between the top of the main body of the chamber and the alumina substrate. It has a structure. The experiment was performed by placing the dielectric powder on an alumina substrate and the top electrode.
  • Example Voltage (kVpp) frequency (Hz) Example 1 (A100+A10 mixed powder) 20 200, 300
  • Example 2 (A100+AB100 mixed powder) 20 100 ⁇ 500
  • Example 3 (A100-AB100 mixed powder) 14 ⁇ 24 200 * Voltage application means: high voltage amplifier and function voltage generator * Voltage: square wave alternating current (right angle wave) * Voltage range: 14 ⁇ 24 kVpp (Peak th Peak voltage) * Voltage frequency range: 100 ⁇ 500 Hz * Discharge gas: air
  • Example 1 of the present invention used alumina ceramic powder for abrasives with different particle sizes. Specifically, a mixed powder of alumina ceramic (A100) with a size of 100 ⁇ m and alumina ceramic (A10) with a size of 10 ⁇ m was mixed. Using this method, the frequency was changed to 200 and 300 Hz at a voltage of 20 kVpp to select the dielectric powder by particle size.
  • A100 alumina ceramic
  • A10 alumina ceramic
  • Figure 9 shows an image of the dielectric powder used in Example 1 of the present invention.
  • Example 1 of the present invention contains A100 and A10 evenly mixed.
  • Figure 10 shows an image of the dielectric powder selected through Example 1 of the present invention.
  • the time for powder particles to flow upward or downward is shorter as the frequency increases.
  • a voltage of the same magnitude was applied, even relatively immobile particles (small, heavy, A100) could reach the separation layer when a low frequency (200 Hz) was applied, but at a high frequency (300 Hz). ) was applied, only relatively mobile particles (high surface area to weight, light, A10) could reach the separation layer and be separated.
  • Example 2 Dielectric powder separation according to frequency size
  • Example 2 of the present invention uses a mixed powder of alumina ceramic (A100) with a size of 100 ⁇ m and alumina balls (AB100) with a size of 100 ⁇ m, and the frequency is changed from 100 to 500 Hz at a voltage of 20 kVpp. Then, selection of the genetic material was performed.
  • A100 alumina ceramic
  • AB100 alumina balls
  • Figure 11 shows an image of the dielectric powder used in Example 2 of the present invention.
  • the mixed powder used in Example 2 of the present invention is an even mixture of A100 and AB100, and that AB100 is a generally spherical powder, but has a large variation in particle size.
  • Figures 12 and 13 show images of dielectric powder selected through Example 2 of the present invention.
  • Example 3 of the present invention used the same mixed powder as that used in Example 2, and selected dielectric powder by changing the voltage in the range of 14 to 24 kVpp in 2 kVpp increments at a frequency of 200 Hz.
  • Figures 14 and 15 show images of the dielectric powder selected through Example 3 of the present invention.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Electrostatic Separation (AREA)

Abstract

본 발명은 유전분체의 선별장치를 개시한다. 유전분체의 선별장치는 챔버, 상기 챔버 내의 하단 전극 및 상기 챔버 내의 상기 하단 전극과 이격되어 상단에 배치되는 상단 전극을 포함하고, 상기 하단 전극 상에 유전분체를 위치시켜, 교류의 전기장 인가시 유전분체를 하전시켜 상승유동을 유도함으로써 유전분체를 선별하는 것으로, 전압과 주파수를 제어하여 입경별, 무게별, 밀도별, 유전율별 또는 표면적별로 유전분체를 제어함을 특징으로 한다.

Description

유전분체의 선별장치
본 발명은 입경별, 무게별, 밀도별, 유전율별 또는 표면적별로 용이하게 선별할 수 있는 유전분체의 선별장치에 관한 것이다.
분체의 선별은 도료, 안료, 잉크, 연마 등의 산업에서 광범위하게 사용되고 있다. 일반적으로 분체 선별은 분체의 크기 및 질량에 따라 작용하는 중력과 원심력 또는 관성력의 크기 차이를 이용하여 분체를 분류할 수 있다. 또한, 외부에서 인가하는 힘의 작용 방향과 유동 방향에 따라 분체를 분류할 수 있다. 예를 들면, 챔버 내에서 분체를 위에서 아래의 방향으로 하강 유동을 유도할 때, 이와 수직되는 방향으로 중간에 공기 흐름을 인가하게 되면, 큰 중력의 힘을 받는 무거운 분체는 가라앉고, 적은 중력의 힘을 받는 가벼운 분체는 공기의 흐름을 따라 다른 공간으로 이동되어 분류할 수 있다.
그러나 이러한 방법들은 분체의 분류시 시간이 오래걸리는 단점이 있으며, 아주 작은 미세 입자의 경우 분류하기 힘든 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 교류의 전기장을 이용하여 빠른 시간 내에 분체를 용이하게 선별할 수 있는 장치를 제공한다.
본 발명의 목적은 하전된 유전분체를 교류의 전기장 내에서 q·E의 힘으로 유동시키는 것을 이용하여, 혼합된 유전분체를 입경, 종류, 형상별로 용이하게 선별할 수 있는 유전분체의 선별장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 유전분체의 선별장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 목적을 위한 유전분체의 선별장치(A)는 챔버, 상기 챔버 내의 하단 전극, 상기 챔버 내의 상기 하단 전극과 이격되어 상단에 배치되는 상단 전극, 상기 챔버 내의 상기 상단 전극과 상기 하단 전극 사이에 위치하고, 상기 상단 전극과 상기 하단 전극을 전부 덮지 않는 제1 분리층 및 상기 하단 전극과 상기 상단 전극에 교류 전원을 인가하여, 상기 하단 전극과 상기 상단 전극 사이에 교류의 전기장이 인가되도록 하는 전원인가수단을 포함하고, 상기 하단 전극과 상기 제1 분리층 사이에 유전분체를 위치시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 교류의 전기장을 인가하는 경우, 유전분체층의 외부보다 내부에서 더 높은 전기장이 인가되며 기체 방전이 보다 쉽게 발생하여 유전분체입자들을 하전시킬 수 있다. 하전된 유전분체입자는 챔버 내의 전기장에서 상승 유동할 수 있는 힘을 가질 수 있고 챔버 내에서 용이하게 상승할 수 있다. 이 때, 유전분체는 크기, 밀도, 형상별 등에 의해 상승 유동하는 힘이 상이하게 인가될 수 있다. 그러므로, 교류의 전기장 인가 후 제1 분리층과 하단 전극에 각각 쌓이는 유전분체의 구성은 상이할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 차이를 이용하여 유전분체를 선별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유전분체의 선별장치에 인가되는 전압의 크기와 교류 주파수를 제어하여, 유전분체의 상승 유동을 제어할 수 있다. 따라서 본 발명은 선별장치를 통해 유전분체를 입경별, 무게별, 밀도별, 유전율별 또는 표면적별 등으로 용이하게 선별할 수 있다. 이와 관련하여 구체적인 설명은 하기의 도면 2 내지 15 및 실시예들을 참조하여 서술하기로 한다.
본 발명에서, 교류의 전기장 인가 시 챔버 내에 공급된 또는 공급되는 기체에 따라 주어진 전압 조건에서 유체분체층 내부와 유체분체층 외부의 플라즈마 발생의 특성을 제어할 수 있다. 교류의 전기장 인가 시 챔버 내에 공급되는 또는 공급된 기체는 공기일 수 있다. 가연성 유전분체의 경우에는 산소가 포함되지 않은 기체를 사용할 수 있다. 본 발명에서 교류의 전기장 인가 시 챔버 내 공급된 또는 공급되는 기체는 특별하게 그 물질의 종류를 제한하지는 않는다.
본 발명에서, 유전분체란 전기장 안에서 전기장의 방향에 따라 한쪽은 양으로 다른 한쪽은 음으로 분극할 수 있는 절연분체를 의미하며, 아래에서 기술한 하전 단계(예를 들어, 전기장의 인가를 통한 플라즈마의 인가, 자외선 조사에 의한 광전효과 등)에 의하여 표면에 전자 (-) 또는 정공 (+) 형태의 과잉전하를 저장하여 순전하를 띄는 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 유전분체는 하전된 유전분체를 사용할 수 있다. 하전된 유전분체는 하전되지 않은 유전분체와 비교하여 표면에 순전하를 (양-음으로 분극전하의 상쇄된 양 외에 과잉으로 분체에 저장된 전하) 가질 수 있으므로 더 쉽게 분체층으로부터 벗어나 상승 유동하는 힘을 가질 수 있다. 바람직하게, 유전분체는 수 나노미터 내지 수천 마이크로미터의 크기를 갖는 유전분체 일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 교류의 전기장 발생 전에, 상기 챔버 내에서 추가적으로 상기 유전분체를 하전시키는 하전 단계를 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 하전 단계는 상기 유전분체에 유전영동을 위한 전기장의 인가, UV의 조사 또는 플라즈마의 발생을 통해 수행할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하전 단계는, 상기 챔버를 제1 기체로 채운 후 전압을 인가하여, 유전분체 내에 플라즈마가 발생되도록 하고, 이후 상기 챔버를 제2 기체로 채우는 것을 포함하며, 상기 제1 기체는 상기 제2 기체보다 방전개시전압이 낮은 기체일 수 있다. 예를 들면, 상기 하전 단계는 상기 챔버 내에 헬륨으로 채운 후 전압을 인가하여, 유전분체 내에 플라즈마가 발생되도록 하여 유전분체를 하전시키고, 이후 헬륨보다 방전개시전압이 높은 공기 또는 SF6로 채워 수행할 수 있다.
본 발명에서, 상기 상단 및 하단 전극은 전원전극 접지전극이 교대로 작동할 수 있다. 예를 들면, 하단 전극이 전원전극일 때 상단 전극은 접지전극일 수 있고, 하단 전극이 접지전극일 때 상단 전극은 전원전극일 수 있다.
본 발명의 목적을 위한 유전분체의 선별장치(B)는 상기 챔버 내의 상기 상단 전극과 상기 하단 전극 사이에 위치하고, 상기 제1 분리층과 다른 높이의, 상기 상단 전극과 상기 하단 전극을 전부 덮지 않는 제2 분리층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 유전분체의 선별장치(B)에 교류의 전기장이 인가되는 경우 유전분체는 각각의 크기, 밀도, 표면적 등에 따라 상이한 상승유동 힘을 갖고 제1 분리층과 제2 분리층 상에 선별 기준에 따라 각각 쌓일 수 있다.
본 발명에서, 상기 제1 분리층 및 제2 분리층은 유전체일 수 있다. 상기 제1 분리층 및 제2 분리층의 거리, 제2 분리층과 상단 전극의 거리는 사용자가 용이하게 조절할 수 있다. 하단 전극과 제1 및 제2 분리층과의 너무 거리가 긴 경우에는 필요 이상의 고전압을 인가해야하는 문제점이 있으므로, 바람직하게는, 하단 전극으로부터 제1 및 제2 분리층의 거리는 약 40 mm 미만일 수 있다.
본 발명의 유전분체의 선별장치(A,B)는 상기 하단 전극 상에 적층되는 유전체 기판을 추가로 구비할 수 있다. 상단 및 하단 전극 사이에 유전체 기판 없이 고전압이 인가되는 경우에는 아크, 스파크 방전이 발생하여 목적하는 높은 전기장을 인가하기 어렵고, 하전 입자들도 아크, 스파크 방전을 통해서만 흐르기 때문에 분체입자에 순전하를 부여할 수도 없는 문제점이 있으므로, 바람직하게는, 본 발명의 유전분체의 선별장치는 상기 하단 전극 상에 적층되는 유전체 기판을 추가로 구비할 수 있다.
본 발명의 목적을 위한 유전분체의 선별장치(C)는 챔버, 상기 챔버 내의 하단 전극, 상기 챔버가 상부 공간과 하부 공간으로 구분될 수 있도록 상기 챔버의 본체의 상단과 상기 하단 전극 사이에 배치되는 상단 전극으로서, 상기 하단 전극을 전부 덮지 않는 상단 전극 및 상기 하단 전극과 상기 상단 전극에 교류 전원을 인가하여, 상기 하단 전극과 상기 상단 전극 사이에 교류의 전기장이 인가되도록 하는 전원인가수단을 포함하고, 유전분체는 상기 하단 전극과 상기 상단 전극 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 유전분체의 선별장치(C)의 구성은 도 1을 참조하여 상기에서 설명한 유전분체의 선별장치(A,B)의 구성과 실질적으로 동일하므로, 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략하고, 이하에서는 차이점을 중심으로 설명한다.
상기 유전분체의 선별장치(C)에 교류의 전기장이 인가되는 경우, 상기 상단 전극에 쌓인 유전분체는 더 이상 전기장에 노출되지 않아 유동을 하지 않으므로 기준에 따라 선별할 수 있고, 상단 전극의 아랫면에 부딪힌 분체의 경우 교류의 전기장에 의해 상승과 하강을 반복하는 와중에 확산되어 고르게 분포하게 되면서 결국에는 상단 전극에 쌓이므로 선별을 가능하게 할 수 있다. 일반적으로 인가하는 전압의 주파수는 약 ~수백 Hz이므로, 초당 수백 번 분체가 상승과 하강을 반복하므로, 수초 내에 선별 기준에 따른 유전분체가 상단 전극 상에 쌓이므로, 빠른 시간 내에 용이하게 유전분체를 선별할 수 있다.
상기 상단 전극에 의해 챔버 내에 형성된 상부 공간은 분체가 유동할 수 있는 거리를 갖는 공간이면 모두 가능하다.
본 발명에서, 상기 유전분체의 선별장치(C)는 상기 상단 전극과 상부 방향으로 이격되어 분체가 유동할 수 있는 공간이 형성될 수 있도록 배치된 제1 유전체 기판 및 상기 하단 전극 상에 적층되는 제2 유전체 기판을 추가로 구비할 수 있다. 상기 제1 유전체 기판은, 상승하는 분체가 상단 전극을 지나쳐서 선별장치를 아예 이탈해버리는 것을 막아주고, 선별장치 내의 임의의 기체와 외부 공기와 격리시킬 수 있는 효과가 있다.
상기 챔버의 상단부와 선별장치(A,B)와 같이 하단전극의 위에 배치되는 유전체 기판을 추가로 구비할 수 있다.
본 발명에서, 유전분체가 상승 유동하여 챔버 내의 상단에 부딪쳐 떨어지게 되더라도 거름의 수단으로 마련된 제1 분리층, 제2 분리층 및 상단 전극 상에 떨어져 분류되기만 하면 본 발명에서는 크게 상관이 없다.
본 발명에서, 상기 유전분체의 공급과 선별 후 회수는 가스 유동, 기계 진동 및 패들(paddle) 등의 수단을 사용하여 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 각각의 유전분체 입자의 특성을 고려하여 전압과 주파수를 제어함으로써, 혼합 유전분체를 입경별, 무게별, 밀도별, 유전율별 또는 표면적별로 수초~수분 내에 선별할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 유전분체의 선별장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 유전분체의 선별장치를 통해 유전분체가 유동하는 원리를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 유전분체 선별장치를 통해 인가되는 교류 전기장에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 유전분체 선별장치에서 유동을 시작하는 유전분체의 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 유전분체 선별장치에서 교류 전기장 내에서 유전분체입자의 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 유전분체의 선별장치에서 유전분체의 유동모드 FF, TM 및 LF를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 유전분체 선별장치를 통해 교류 고전압에서의 분체의 유동모드 FF, TM 및 LF를 나타난 이미지이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 이용한 유전분체 선별장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 사용한 유전분체 이미지를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 실시예 1을 통해 선별된 유전분체의 이미지를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예 2에서 사용한 유전분체 이미지를 나타낸다.
도 12 및 13은 본 발명의 실시예 2를 통해 선별된 유전분체의 이미지를 나타낸다.
도 14 및 15는 본 발명의 실시예 3을 통해 선별된 유전분체의 이미지를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 유전분체의 선별장치를 통해 유전분체가 유동하는 원리를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 챔버 내 전기장을 인가하기 전 유전분체에는 유전분체에 작용하는 중력(Fg)과 유전분체간의 인력(Fd)이 존재하는데, 여기에 전기장을 인가는 경우 상기 유전분체는 중력(Fg)과 인력(Fd) 외에 정전력(Fc)이 가해지게 된다. 이 때, 유전분체에 가해지는 정전력(Fc)이 중력(Fg)과 인력(Fd)의 합보다 큰 경우(Fc > Fg + Fd), 유전분체는 정전력(Fc)에 의해 상승유동을 할 수 있게 된다.
상기 정전력(Fc)은 유전분체 표면에 축적되는 전하량(q)과 유전분체 층 위의 기체공간에서의 전기장(Eg)에 의해 결정될 수 있고(Fc=q·Eg), 상기 분체입자간의 인력(Fd)은 유전분체층 내에서 인가되는 전기장(Ep)과 유전분체의 유전율(ε)에 비례한다(Fd ∝ Ep, ε). 이 때, 유전분체층 위의 기체공간에서의 전기장(Eg)과 유전분체층 내에서 인가되는 전기장(Ep)은 외부에서 인가해주는 전압의 크기와 조성된 전극의 형상에 의해 결정될 수 있으므로, 본 발명은 유전분체의 선별장치를 이용하여 전압의 크기를 조절함으로써 유전분체에 가해지는 힘을 제어하여 유전분체를 용이하게 선별할 수 있다. 본 발명에서는 전압 외에도 유전분체의 유동을 좌우하는 요소로는 주파수, 유전분체 표면에 축적되는 전하량(q) 등이 있다.
본 발명에서 유전분체 표면에 축적되는 전하량(q)은 유전분체의 유동 특성을 좌우하는 가장 큰 요소이다. 전하량(q)은 유전분체의 표면적(분체의 입경 및 형상), 밀도/유전율 (분체의 종류)에 가장 크게 영향을 받으며, 주변 기체의 종류에도 영향을 받을 수 있다. 유전분체가 중량이 가벼우면서 표면적이 넓으면 외부 전기장에 대해 매우 빠르게 유동할 수 있고, 중량이 무거우면서 표면적이 작으면 외부 전기장에 대해 천천히 유동할 수 있다. 또한, 동일한 무게의 유전분체일 때에는 구형에 가까울수록(표면적이 작을수록) 천천히 유동할 수 있고, 형상이 구형에서 멀어질수록(표면적이 클수록, 예를 들면, 판상형, 막대형, 원통형 등의 형상) 빠르게 유동할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 유전분체의 전하량 차이를 이용하여 입경별, 형상별, 밀도별 및 유전율별로 선별할 수 있다.
도 3은 본 발명의 유전분체 선별장치를 통해 인가되는 전압에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 유전분체 선별장치에 인가되는 전압은 정현파(sine파), 구형파(직각파), 펄스파, 삼각파, 톱니파 등에서 선택되는 하나의 교류 고전압일 수 있다. 바람직하게는, 상기 전압은 구형파(직각파)일 수 있다. 구형파 전압은 직각 모양의 파형을 갖는데, 파형이 한번 변화하여 처음 상태로 되돌아 간 상태를 1 사이클로 정의할 수 있다. 1 사이클이 되기까지 필요한 시간을 주기(T), 1초 동안에 포함되는 사이클의 수를 주파수(f)로 정의할 수 있다.
본 발명의 유전분체 선별장치에서 인가전압(Vm)은 기체공간에서의 전압강하(Vg), 유전분체층에서의 전압강하(Vp), 유전체기판의 전압강하(Vd)의 총합으로 결정될 수 있다(Vm = Vg + Vp + 2Vd). 여기서, 기체공간에서의 전압강하(Vg)와 유전분체층에서의 전압강하(Vp)는 각각 기체공간에서의 전기장(Eg)과 유전분체층 내에서 인가되는 전기장(Ep)에 영향을 줄 수 있고, 각각의 전기장은 유전분체의 상승 유동에 영향을 주기 때문에, 높은 전압을 인가하는 경우 유전분체의 상승 유동 거리가 증가할 수 있다.
도 4는 본 발명의 유전분체 선별장치에서 유동을 시작한 유전분체의 거동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 선별장치 챔버 내 교류의 전기장이 인가되는 경우에 유전분체층 내부에는 유전분체층 외부(즉, 유전분체가 상승 유동할 수 있는 기체공간을 의미함)보다 높은 전기장이 인가될 수 있다. 이에 의해 유전분체 입자는 표면에 전하량(q)을 제공받게 되고 상승유동을 가능하게 하는 정전력(Fc)이 증가하게 된다. 높은 정전력(Fc)에 의해 유전분체층에서 떨어져 나온 유전분체 입자는 유전분체간의 인력(Fd)을 제외한 정전력(Fc)과 중력(Fg)에 대해서만 영향을 받게 되고, 유전분체층에서 떨어져 나온 유전분체를 상승유동하게 하는 힘(Fnet)은 아래의 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2023003850-appb-img-000001
수학식 1을 참조하면, 유전분체층에서 떨어져 나온 유전분체를 상승유동하게 하는 힘(Fnet)을 통해 전기장 내에서 유전분체 입자가 상승할 때의 가속도(a)를 도출할 수 있다.
이 때, 유전분체층의 상부와 유전체 기판의 하단의 거리 즉, 유전분체가 챔버내에서 이동할 수 있는 최대 거리를 dg로 정의하면, 가속도(a)와 공간 거리(dg)를 통해, 하기의 수학식 2를 통해 유전분체가 공간 거리(dg)를 이동할 때의 시간(Tg)를 도출할 수 있다.
Figure PCTKR2023003850-appb-img-000002
본 발명에서는 유전분체가 공간 거리(dg)를 이동할 때의 시간(Tg)이 전압의 반주기인 T/2 보다 작을 때, 유전분체는 반주기 T/2 동안 유전체 기판 하부에 부딪쳐 다시 유전분체층 방향으로 떨어지게 된다. 본 발명에서는 이러한 기술적 원리를 이용하여, 챔버 내에서 상단 전극과 하단 전극 사이에 제1 및 제2 분리층을 적절한 위치에 구비하여 유전분체를 선별하는 것을 특징으로 한다.
도 5는 본 발명의 유전분체 선별장치에서 교류 전기장 내에서 유전분체입자의 거동을 설명하기 위한 도면이다. (T/2 < tg)
도 5를 참조하면, 유전분체가 공간 거리(dg)를 이동할 때의 시간(Tg)이 전압의 반주기인 T/2 보다 클 때, 다시 말해 유전분체 유동할 수 있는 공간 거리(dg)가 충분히 길고, 전압의 주파수가 빠른 경우, 유동을 시작한 유전분체는 전압의 반주기(0~T/2) 동안은 d 거리만큼 가속 상승을 하다가, 극성이 반대로 바뀌면 전압의 다른 반주기(T/2~T)동안 d‘ 거리 만큼 감속 상승을 하게 된다. 이 때, 전압의 주파수 조건이 dg < d + d’이면 유전분체들은 상부 유전체 기판까지 모두 도달하는 FF(Fully Fluidized) 유동을 하게 되고, dg = d + d’이면 상부 유전체 기판에 거의 닿는 TM(Trap Mode) 유동을 하게 되고, dg > d + d’이면 LF(Low Fluidized) 유동을 하게 된다. 이러한 유동 모드는 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 유전분체의 선별장치에서 유전분체의 유동모드 FF, TM 및 LF를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명은 유전분체 선별장치를 이용하여, FF, TM 및 LF의 3가지 유동 모드를 가질 수 있다. d + d’는 외부인가 전압, 유전분체입자의 표면적 증가에 따라 증가할 수 있고, d + d’는 외부인가 전압의 주파수, 분체입자의 밀도, 유전율의 증가에 따라 감소할 수 있다. 따라서, 본 발명의 유전분체 선별장치에서 dg에 해당하는 위치에 적절한 제1 및 제2 분리막과 같은 거름 수단을 구비하고 외부인가전압의 크기와 주파수를 제어하여 d + d’의 크기를 조절함으로써, 용이하게 유전분체를 선별할 수 있다.
도 7은 본 발명의 유전분체 선별장치를 통해 교류 고전압에서의 분체의 유동모드 FF, TM 및 LF를 나타난 이미지이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 유전분체 선별장치를 통해 FF, TM 및 LF 모드를 수행한 이미지를 나타낸다. FF 모드의 경우 대부분의 유전분체가 하부 전극에서 상부 전극까지 상승 유동하는 것을 나타내고, TM 모드의 경우에는 FF 모드와 비교하여 하부 전극에서 상부 전극보다 좀 더 낮은 거리까지 상승 유동하는 것을 나타낸다. 한편, LF 모드의 경우에는 유전분체의 상승 유동거리가 매우 낮은 것을 나타낸다.
이하에서, 구체적인 실시예들 및 비교예를 통해서 본 발명의 유전분체의 선별장치에 대해서 보다 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
[실험 장치]
도 8은 본 발명의 실시예 1 내지 3에서 이용한 유전분체 선별장치를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 유전분체 선별장치는 하단 전극, 상기 하단 전극 상에 약 1mm의 두께를 갖는 알루미나 기판 및 상기 챔버의 본체의 상단과 상기 알루미나 기판 사이에 배치된 상단 전극(GND)을 포함하는 구조를 갖는다. 유전분체는 알루미나 기판과 상기 상단 전극에 위치시켜 실험을 수행하였다.
[실험 조건]
유전분체 선별장치를 이용한 실험 조건을 하기의 표 1에 나타냈다.
실시예 전압
(kVpp) 		주파수
(Hz)
실시예1
(A100+A10 혼합분체) 		20 200, 300
실시예2
(A100+AB100 혼합분체) 		20 100 ~ 500
실시예 3
(A100-AB100 혼합분체) 		14~24 200
* 전압인가수단: 고전압증폭기 및 함수 전압 발생기
* 전압: 구형파 교류(직각파)
* 전압 범위: 14 ~ 24 kVpp (Peak th Peak 전압)
* 전압주파수 범위: 100~500 Hz
* 방전기체: 공기
실시예 1
본 발명의 실시예 1은 입경이 다른 연마제용 알루미나 세라믹 분체를 이용하였으며, 구체적으로 100㎛의 크기를 갖는 알루미나 세라믹(A100)과 10㎛의 크기를 갖는 알루미나 세라믹(A10)이 혼합된 혼합분체를 이용하여, 20kVpp의 전압에서 주파수를 200 및 300 Hz로 변경하여 유전분체의 입경별 선별을 수행하였다.
도 9는 본 발명의 실시예 1에서 사용한 유전분체 이미지를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에서 사용한 혼합분체는 A100과 A10이 골고루 혼합되어 있는 것을 확인할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예 1을 통해 선별된 유전분체의 이미지를 나타낸다.
도 10을 참조하면, 20 kVpp 및 주파수 200Hz의 조건으로 선별을 수행한 유전분체를 살펴보면, 상단 전극에는 A10의 비중이 많은 혼합분체가 쌓인 것을 확인할 수 있는 반면, 알루미나 기판에는 A100의 비중이 많은 혼합분체가 쌓인 것을 확인할 수 있다. 20 kVpp 및 주파수 200Hz의 조건에서는 A100과 A10의 입자가 완벽하게 선별되지 않은 것을 확인할 수 있다. 전압의 크기를 고정하고, 주파수를 300Hz로 변경하여 선별한 수행한 유전분체를 살펴보면, 상단 전극에는 A10의 분체만 쌓인 것을 확인할 수 있다.
분체입자가 상승 또는 하강 유동을 하는 시간은 주파수가 높을수록 짧다. 동일한 크기의 전압이 인가되었을 때라면, 낮은 주파수(200 Hz)가 인가되었을 때에는 비교적 움직이기 힘든 입자(무게대비 표면적이 작고, 무거운, A100)들도 분리층에 도달할 수 있었으나 높은 주파수(300 Hz)가 인가되었을 때에는 비교적 움직이기 쉬운 입자(무게대비 표면적이 높고, 가벼운, A10) 들만 분리층으로 도달되어 분리될 수 있었다. 이를 통해 본 발명의 유전분체 선별장치를 이용하여 동종의 분체를 용이하게 선별할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 2_주파수 크기에 따른 유전분체 분리
본 발명의 실시예 2는 100㎛의 크기를 갖는 알루미나 세라믹(A100)과 100㎛의 크기를 갖는 알루미나 볼(AB100)이 혼합된 혼합분체를 이용하여, 20kVpp의 전압에서 주파수를 100 내지 500Hz로 변경하여 유전분체의 선별을 수행하였다.
도 11은 본 발명의 실시예 2에서 사용한 유전분체 이미지를 나타낸다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에서 사용한 혼합분체는 A100과 AB100이 골고루 혼합되어 있는 것을 확인할 수 있고, AB100의 경우 대체로 구형의 분체이지만 입경의 편차가 큰 편인 것을 확인할 수 있다.
도 12 및 13은 본 발명의 실시예 2를 통해 선별된 유전분체의 이미지를 나타낸다.
도 12 및 13을 참조하면, 20 kVpp 및 주파수 100~500Hz의 조건으로 선별을 수행하여 상단 전극에 쌓인 유전분체(P1)를 살펴보면, AB100의 경우 500Hz에서 100Hz로 주파수가 작아질수록 입경이 큰 입자가 쌓이는 것을 알 수 있고, A100의 경우 500Hz에서 100Hz로 주파수가 작아질수록 구형도가 큰 입자가 쌓이는 것을 확인할 수 있고, 주파수의 크기에 따른 분리 실험을 종료한 후에 알루미나 기판에 쌓인 분체(P2)를 살펴보면 입경이 큰 AB100 분체가 쌓인 것을 확인할 수 있다.
이를 통해서, 본 발명의 유전분체 선별장치를 이용하여, 표면적이 상이한 혼합분체를 주파수를 제어하여 용이하게 선별할 수 있음을 알 수 있다.
실시예 3_전압 크기에 따른 유전분체 분리
본 발명의 실시예 3은 실시예 2에서 사용한 혼합분체와 동일한 혼합분체를 이용하여, 200Hz의 주파수에서 전압을 14~24kVpp 범위에서 2kVpp 단위로 변경하여 유전분체의 선별을 수행하였다.
도 14 및 15는 본 발명의 실시예 3을 통해 선별된 유전분체의 이미지를 나타낸다.
도 14 및 15를 참조하면, 상단 전극에 쌓인 유전분체(P1)를 살펴보면, 인가된 전압의 크기가 증가할수록 모양이 비교적 균일한 A100 입자와 입경이 큰 AB100 입자가 쌓인 것을 확인할 수 있고, 전압의 크기에 따른 분리 실험을 종료한 후에 알루미나 기판에 쌓인 분체(P2)를 살펴보면 입경이 큰 AB100 분체가 쌓인 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 유전분체 선별장치를 이용하여, 표면적이 상이한 혼합분체를 전압를 제어하여 용이하게 선별할 수 있음을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 500명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내의 하단 전극;
    상기 챔버 내의 상기 하단 전극과 이격되어 상단에 배치되는 상단 전극;
    상기 챔버 내의 상기 상단 전극과 상기 하단 전극 사이에 위치하고, 상기 상단 전극과 상기 하단 전극을 전부 덮지 않는 제1 분리층; 및
    상기 하단 전극과 상기 상단 전극에 교류 전원을 인가하여, 상기 하단 전극과 상기 상단 전극 사이에 교류의 전기장이 인가되도록 하는 전원인가수단;을 포함하고,
    유전분체는 상기 하단 전극과 상기 제1 분리층 사이에 위치하는,
    유전분체의 선별장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전분체는 하전된 유전분체임을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 교류의 전기장 발생 전에, 추가적으로 상기 유전분체를 하전시키는 하전 단계를 수행하는 것을 포함하는,
    유전분체의 선별장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하전 단계는, 상기 유전분체에 유전영동을 위한 전기장의 인가, UV의 조사 또는 플라즈마의 발생을 포함하는,
    유전분체의 선별장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 하전 단계는,
    상기 챔버를 제1 기체로 채운 후 전압을 인가하여, 유전분체 내에 플라즈마가 발생되도록 하고, 이후 상기 챔버를 제2 기체로 채우는 것을 포함하며,
    상기 제1 기체는 상기 제2 기체보다 방전개시전압이 낮은 기체인,
    유전분체의 선별장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유전분체는, 입경별, 무게별, 밀도별, 유전율별 또는 표면적별로 선별함을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 선별 기준에 따라, 상기 전압의 크기와 상기 교류 주파수를 제어함을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내의 상기 상단 전극과 상기 하단 전극 사이에 위치하고, 상기 제1 분리층과 다른 높이의, 상기 상단 전극과 상기 하단 전극을 전부 덮지 않는 제2 분리층을 추가로 포함하는,
    유전분체의 선별장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유전분체의 선별장치는,
    상기 하단 전극 상에 적층되는 유전체 기판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  10. 챔버;
    상기 챔버 내의 하단 전극;
    상기 챔버가 상부 공간과 하부 공간으로 구분될 수 있도록 상기 챔버의 본체의 상단과 상기 하단 전극 사이에 배치되는 상단 전극으로서, 상기 하단 전극을 전부 덮지 않는 상단 전극; 및
    상기 하단 전극과 상기 상단 전극에 교류 전원을 인가하여, 상기 하단 전극과 상기 상단 전극 사이에 교류의 전기장이 인가되도록 하는 전원인가수단;을 포함하고,
    유전분체는 상기 하단 전극과 상기 상단 전극 사이에 위치하는,
    유전분체의 선별장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 유전분체는 하전된 유전분체임을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 교류의 전기장 발생 전에, 추가적으로 상기 유전분체를 하전시키는 하전 단계를 수행하는 것을 포함하는,
    유전분체의 선별장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하전 단계는, 상기 유전분체에 유전영동을 위한 전기장의 인가, UV의 조사 또는 플라즈마의 발생을 포함하는,
    유전분체의 선별장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 하전 단계는,
    상기 챔버를 제1 기체로 채운 후 전압을 인가하여, 유전분체 내에 플라즈마가 발생되도록 하고, 이후 상기 챔버를 제2 기체로 채우는 것을 포함하며,
    상기 제1 기체는 상기 제2 기체보다 방전개시전압이 낮은 기체인,
    유전분체의 선별장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 유전분체는, 입경별, 무게별, 밀도별, 유전율별 또는 표면적별로 선별함을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 선별 기준에 따라, 상기 전압의 크기와 상기 교류 주파수를 제어함을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 유전분체의 선별장치는,
    상기 상단 전극과 상부 방향으로 이격되어 상기 챔버의 상단부에 배치되는 유전체 기판을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는,
    유전분체의 선별장치.
PCT/KR2023/003850 2022-03-23 2023-03-23 유전분체의 선별장치 WO2023182824A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202380028004.8A CN119072357A (zh) 2022-03-23 2023-03-23 电介质粉体筛选装置
EP23775320.7A EP4497507A1 (en) 2022-03-23 2023-03-23 Dielectric particle sorting apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220036099A KR102725876B1 (ko) 2022-03-23 2022-03-23 유전분체의 선별장치
KR10-2022-0036099 2022-03-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023182824A1 true WO2023182824A1 (ko) 2023-09-28

Family

ID=88101854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/003850 WO2023182824A1 (ko) 2022-03-23 2023-03-23 유전분체의 선별장치

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4497507A1 (ko)
KR (1) KR102725876B1 (ko)
CN (1) CN119072357A (ko)
WO (1) WO2023182824A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4874507A (en) * 1986-06-06 1989-10-17 Whitlock David R Separating constituents of a mixture of particles
JPH0724361A (ja) * 1993-07-15 1995-01-27 Seiji Baba 粉体の静電分離分級装置
US5454472A (en) * 1991-08-19 1995-10-03 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method of continuously separating mixtures of microscopic dielectric particles and apparatus for carrying through this method
KR100247532B1 (ko) * 1993-02-16 2000-05-01 히가시 데쓰로 플라즈마 처리장치
JP2007117873A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Nippon Steel Corp 静電分離方法および静電分離装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4874507A (en) * 1986-06-06 1989-10-17 Whitlock David R Separating constituents of a mixture of particles
US5454472A (en) * 1991-08-19 1995-10-03 Fraunhofer Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. Method of continuously separating mixtures of microscopic dielectric particles and apparatus for carrying through this method
KR100247532B1 (ko) * 1993-02-16 2000-05-01 히가시 데쓰로 플라즈마 처리장치
JPH0724361A (ja) * 1993-07-15 1995-01-27 Seiji Baba 粉体の静電分離分級装置
JP2007117873A (ja) * 2005-10-27 2007-05-17 Nippon Steel Corp 静電分離方法および静電分離装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR102725876B1 (ko) 2024-11-04
CN119072357A (zh) 2024-12-03
EP4497507A1 (en) 2025-01-29
KR20230138265A (ko) 2023-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8071904B2 (en) Electrostatic separation method and electrostatic separation device
US6789679B2 (en) Method and apparatus for separating particles
WO2023182824A1 (ko) 유전분체의 선별장치
GB2016305A (en) Electrostatically removing particulate material from gas
JP2017124343A (ja) フライアッシュの製造方法
Lundgaard et al. Streamer/leaders from a metallic particle between parallel plane electrodes in transformer oil
Achouri et al. Tribo-electrostatic separation of two or more plastics contained in granular mixtures originating from WEEE
JP2003509995A (ja) ビーズ又は粒子操作チャック
SE530917C2 (sv) Förfarande och anordning för att skilja olika grundämnen och/eller deras föreningar från varandra
JPH10235228A (ja) 静電選別装置
WO2016068507A1 (ko) 입자빔 질량분석기 및 이를 이용한 입자 측정 방법
KR0138933B1 (ko) 정전기를 이용한 미분체 분리 방법 및 그 장치
JPH0722719B2 (ja) 粒子分級方法及び装置
Sugimoto et al. Corona and spark discharges occurring between a grounded sphere and an array of charged multiple electrodes
Greene Cloud stratification measurement of an electric particulate suspension for studies in gravity and microgravity
AU2005266117B2 (en) Device for and method of separating particles
Tsai et al. Comparison of electrostatic charging at different locations in the melt blowing process
Separator Experimental Study of an Inclined-Plane
JP2001284771A (ja) 回路パターン形成方法及びそれによって形成された配線基板
JP2504091B2 (ja) 静電気分級装置
Chirifu et al. Study of Aerosol Deposition on Wafer Surface: Experimental Analysis
JPS6397224A (ja) 固体粒子の分散装置
JPS60157428A (ja) 粉体の分散供給装置
JP2002253990A (ja) 静電選別装置
Yamashita et al. Behavior of water droplets and their charged distribution on polymer surface

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23775320

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2024555274

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202380028004.8

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023775320

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2023775320

Country of ref document: EP

Effective date: 20241023