KR100991151B1 - 이온 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온 발생 장치에 관한 것으로, 주변 대기에 따라 가변되는 센서 신호 입력부의 센싱 제어 신호에 따라 구형파 제어부를 제어하고, 구형파 제어부의 제어를 통해 입력 직류 전원의 주파수가 가변 즉, 펄스폭(즉, 펄스 주기)을 가변시켜 고전압 발생부의 1차측 전원으로 제공하여 고전압 발생부의 2차측으로 출력되는 고전압의 전압 레벨을 가변시켜 이온 발생부의 동작을 제어하고, 이로인해 생성되는 이온 량을 제어할 수 있는 이온 발생 장치를 제공한다. 이를 통해 주변 환경의 오염도에 따라 고전압 발생부의 1차측으로 제공되는 전압의 펄스폭을 제어하여 고전압 발생부의 2차측으로 출력되는 고전압의 세기를 변화시켜 이온 발생량을 제어할 수 있다. 또한, 전원의 펄스폭 변조를 통해 오존을 환경 기준치 이하로 발생시켜 살균 및 유해 가스 제거 효과를 구현할 수 있다.

음이온, 양이온, 센서, 구형파, PWM, 전원

Description

이온 발생 장치{Ion generating apparatus}

본 발명은 이온 발생 장치에 관한 것으로, 공기 정화 장치등에 사용되는 이온 발생 장치의 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이온발생장치는 양전극부와 음전극부에 수kv 내지 수천kv의 고전압을 인가하여 부분적인 방전이 일어나게 하는 장치이다. 여기서, 이온발생장치는 일반적으로 공기청정기 또는 에어컨과 같은 전자기기에 장착되어 사용된다. 예를 들어, 공기청정기는 내부에 설치된 이온발생장치로부터 발생된 양(+)이온 및 음(+)이온을 공기과 함께 송풍하여 실내 공간을 청정하고, 이온발생장치가 설치된 에어컨은 실내 공간에 냉기를 송풍할 때 양이온 및 음이온을 함께 송풍하여 냉각과 동시에 실내 공간을 청정한다.

통상의 이온 발생 장치는 일정 주기의 정현파 또는 구형파를 발생시켜 고전압 직류 출력 전압을 생성하고, 이를 통해 이온을 발생시킨다. 하지만, 이러한 종래의 방법의 경우, 음이온과 함께 필요 이상의 오존을 발생시키는 단점이 있다. 즉, 종래의 이온 발생 장치는 공기 정화 및 살균 작용을 위해 고전압(6kV 이상)을 이용하여 음이온을 발생시키기 때문에 오존도 함께 발생된다. 따라서, 이를 제어하기 위해서는 입력 전원의 전압을 조정하는 방법이 있으나 이는 입력 직류 전원의 전압를 가변(5Volt,7Volt,9Volt,12Volt 등)하여야 하는 번거로움 및 구현의 어려움이 있다.

하지만, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 주변 환경의 오염도에 따라 이온 발생량을 제어할 수 있고, 전원의 펄스폭 변조를 통해 오존을 환경 기준치 이하로 발생시켜 살균 및 유해 가스 제거 효과를 구현할 수 있는 오존 발생 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 직류 전원을 제공하는 입력 직류 전원와, 주변 대기 상태를 감지하여 센싱 제어 신호를 출력하는 센서 신호 입력부와, 상기 센싱 제어 신호에 따라 입력된 직류 전원을 주기적으로 스위칭하기 위한 구형파 제어부와, 상기 구형파 제어부에 의해 주기적으로 스위칭된 직류 전원을 고전압의 직류 출력 전압으로 변환시키는 고전압 발생부 및 상기 고전압 발생부의 고전압의 직류 출력 전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치를 제공한다.

상기 구형파 제어부는 상기 센싱 제어 신호에 따라 그 출력 주파수가 가변되는 발진 회로를 구비하거나, 상기 센싱 제어 신호에 따라 상기 입력 직류 전원의 펄스폭을 변조시키는 PWM 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 고전압 발생부의 1차측은 상기 구형파 제어부에 의해 스위칭된 직류 전원을 제공받고 2차측은 이온 발생부에 접속되고, 상기 구형파 제어부에 의해 상기 1차측으로 제공되는 직류 전원의 펄스 주기가 짧을수록 상기 2차측으로 출력되는 고전압의 출력 전압이 증가하는 것을 특징으로 한다.

상기 센서 신호 입력부는 대기중의 먼지량을 파악할 수 있는 먼지센서와, 가스 센서 그리고, 수동 전환 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가스 센서는 유해가스를 파악할 수 있는 VOC 가스센서, CO 가스센서, NOx 가스 센서, 오존 가스 센서, 알코올(Alcohol) 가스 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가스 센서는 주변 가스 량에 따라 그 저항 값이 가변되고, 상기 가스 센서가 상기 구형파 제어부 내의 발진 회로의 가변저항으로 사용되는 것을 특징으로 한다.

상기 고전압 발생부의 2차측 출력 전압이 7kV이하인 것을 특징으로 한다.

상기 기재와 같은 본 발명은 주변 환경의 오염도에 따라 고전압 발생부의 1차측으로 제공되는 전압의 펄스폭(즉, 펄스 주기)을 제어하여 고전압 발생부의 2차측으로 출력되는 고전압의 세기를 변화시켜 이온 발생량을 제어할 수 있다.

또한, 전원의 펄스폭 변조(즉, 펄스 주기 변조)를 통해 오존을 환경 기준치 이하로 발생시켜 살균 및 유해 가스 제거 효과를 구현할 수 있다.

본 발명은 하기에서 서술된 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 즉, 하기에서 설명될 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제 공되는 것이며, 본 발명의 범위는 본원의 특허 청구 범위에 의해서 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치의 블록도이다. 도 2는 일 실시예에 센서 신호 입력부 중 오염도에 따른 가스 센서의 저항 변화를 나타낸 그래프이다. 도 3은 일 실시예에 센서 신호 입력부 중 가스 센서 출력 회로도이다. 도 4는 일 실시예의 가스 센서가 구비된 RC발진 회로의 회로도이다. 도 5는 일 실시예의 수동 전환 스위치가 구비된 RC 발진 회로의 회로도이다. 도 6은 일 실시예에 따른 이온 발생 장치의 동작을 설명하기 위해 실험한 파형도이다. 도 7은 일 실시예에 따른 고전압 발생부의 출력 전압에 따른 이온량과 오존량을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 이온 발생 장치는 직류 전원을 제공하는 입력 직류 전원(100)과, 주변 대기 상태를 감지하여 센싱 제어 신호를 출력하는 센서 신호 입력부(200)와, 상기 센싱 제어 신호(즉, 센서 입력)에 따라 입력된 직류 전원을 주기적으로 스위칭하기 위한 구형파 제어부(300)와, 구형파 제어부(300)에 의해 주기적으로 스위칭된 직류 전원을 고전압의 직류 출력 전압으로 변환시키는 고전압 발생부(400)와, 상기 고전압 발생부(400)의 고전압의 직류 출력 전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생부(500)를 포함한다.

입력 직류 전원(100)은 직류 전원을 제공한다. 이를 위해 외부로부터 인가 받은 교류 전원(예를들어, 가정용 220V)을 정류하여 직류 전원을 제공할 수도 있고, 별도의 직류 전원 공급부(예를 들어, 밧데리)로부터 직류 전원을 제공받을 수 도 있다. 이때, 입력 직류 전원(100)의 인가 전압은 한정되지 않고, 수V에서 수백V까지 가능하다. 물론 이보다 큰 전압 범위도 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이 입력 직류 전원(100)은 2개의 출력 단자를 구비하고, 이중일 출력 단자는 고전압 발생부(400)의 제 1 입력단에 접속되고, 다른 일 출력 단자는 구형파 제어부(300)에 접속된다. 즉, 입력 직류 전원(100)의 다른 일 출력 단자는 구형파 제어부(300)를 통해 고전압 발생부(400)의 제 2 입력단에 접속된다.

앞서 언급한 바와 같이 본 실시예에서는 주변 대기 상태를 감지하여 이온 발생부에서 발생되는 이온량을 제어하게 된다. 이를 위해 상기 입력 직류 전원(100)에서 고전압 발생부(400)로 제공되는 라인(다른 일 출력단자와 제 2 입력단 사이) 중에 입력 직류 전원의 펄스폭(즉, 펄스 주기)을 가변시켜 제공한다. 이때, 펄스 주기에서는 그 진폭이 동일한 것이 바람직하다. 물론 필요에 따라 진폭을 커지거나 작아질 수 있다. 이를 통해 고전압 발생부(400)의 출력을 제어하여 이온 발생부(500)의 이온량을 제어한다.

이를 위해 주변 대기의 오염도에 따라 그 출력값(즉, 센싱 제어 신호의 레벨)이 가변되는 센서 신호 입력부(200)를 구비한다.

상기 센서 신호 입력부(200)는 대기중의 먼지량을 파악할 수 있는 먼지센서, 유해가스를 파악할 수 있는 VOC 가스센서, CO 가스센서, NOx 가스 센서, 오존 가스 센서, 알코올(Alcohol) 가스 센서를 포함한다. 그리고, 상기 센싱 제어 신호의 레벨을 사용자가 임의로 조작할 수 있는 수동 전환 스위치부를 더 포함할 수 있다. 물론 이에 한정되지 않고, 대기의 오염도를 측정할 수 있는 다양한 형태의 센서가 구비될 수 있다.

이때, 센서 신호 입력부(200)는 각 센서에 대한 출력을 센싱 제어 신호로 출력할 수 있고, 각 센서의 출력을 하나의 정보로 합산하여 그 결과를 하나의 센싱 제어 신호로 출력할 수도 있다.

각각의 센서가 제어 신호를 출력하는 경우를 고려하면 다음과 같다.

상기의 먼지센서는 오염도에 따라 센서 출력 전압 값(즉, 먼지 센싱 제어 신호)를 구형파 제어부(300)에 공급한다. 먼지 센서는 주변 오염도에 비례하여 그 전압 레벨이 증가하는 먼지 센싱 제어 신호를 생성한다. 물론 이에 한정되지 않고, 주변 오염도와 반비례하여 전압 레벨이 감소하는 먼지 센싱 제어 신호를 생성할 수 있다.

상기 먼지 센서 이외의 다양한 가스 센서는 도 2에 도시된 바와 같이 오염도에 따라 그 저항 값이 증가 또는 감소한다. 즉, 주변 오염에 비례하여 주변 오염이 높을수록 그 저항 값이 커질 수 있고(도 2의 Rs증가 센서류), 주변 오염에 반비례하여 주변 오염이 높을 수록 그 저항 값이 작아 질 수 있다(도 2의 Rs감소 센서류). 이와 같은 저항 값의 변화를 가스 센싱 제어 신호로 하여 구형파 제어부(300)의 동작을 제어할 수 있다.

이는 도 3에 도시된 바와 같이 가스 센서의 저항 변화에 따라 그 출력 값인 센서 출력 전압값(즉, 가스 센싱 제어 신호)가 가변되도록 할 수 있다. 이는 전원 전압(VCC)과 센서 출력단 사이에 가스 센서(즉, Rs)를 배치하고, 센서 출력단과 접 지 전원 사이에 제 1 고정 저항(R1)을 배치한다. 여기서, 가스 센서가 가변저항으로 작용하기 때문에 가스 센서의 저항 값의 변화에 따라 제 1 고정 저항(R1) 양단의 전압 값이 변화하게 된다. 즉, 센서 출력 전압값이 가변된다. 이러한 센서 출력 전압값을 가스 센싱 제어 신호로 구형파 제어부(300)에 제공하여 입력된 직류 전원의 펄스 폭을 제어한다.

또한, 이에 한정되지 않고, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 가스 센서를 RC 발진 회로의 가변 저항으로 사용하여 발진 회로의 출력을 제어할 수도 있다. 즉, 가스 센서가 RC 발진회로의 R로써 동작한다.

여기서, 발진회로는 인버터를 이용하여 구성하고, 발진 주파수의 가변은 가변 저항에 의해 변화된다. 도 4에 도시된 바와 같이 발진 회로는 직렬 접속된 두개의 인버터와, 두 인버터에 병렬 접속된 커패시터와, 두 인버터의 사이 노드와 커패시터의 일 단자에 접속된 저항을 구비한다. 이때, 상기 저항은 센서 일 수 있고, 센서의 출력에 따라 변화된 저항 일 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 상술한 센서 신호 입력부(200) 내의 수동 전환 스위치를 RC 발진 회로에 배치시켜 RC 발진 회로의 저항값을 변화시켜 발진 회로의 출력을 제어할 수도 있다. 즉, 수동 전환 스위치가 턴온되지 않을 경우에는 RC 발진 회로의 저항 R은 도 5에서와 같이 제 1 저항(즉, R1)이 된다. 하지만, 상기 수동 전환 스위치를 턴온 시킬 경우 RC 발진회로의 저항 R은 도 5에서와 같이 상기 제 1 저항과 다른 제 2 저항(즉, (R1*R2)/(R1+R2))이 된다.

이때, 도 5의 발진 회로에서는 도 4의 발진회로와 비교하여 저항에 직렬 접 속된 제 2 저항 및 수동 전환 스위치를 구비한다.

상기 구형파 제어부(300)는 센서 신호 입력부(200)의 출력인 센싱 제어 신호에 따라 입력 직류 전원(100)의 스위칭 주기가 제어되어 고전압 발생부(400)의 1차측 입력 전원의 펄스폭이 변조된다. 이는 발진회로의 출력 주파수의 변화에 의해 발생된다.

이를 위해 구형파 제어부(300)는 마이컴의 PWM 또는 발진회로를 구비한다. 즉, 센서 신호 입력부(200)의 센싱 제어 신호에 따라, PWM 회로 또는 발진 회로의 출력이 변화된다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 센서 신호 입력부(200)의 센서(즉, 가스 센서)가 구형파 제어부(300)의 발진회로 내에서 발진회로의 저항값을 변화시킬 수 있다. 여기서, PWM 회로는 칩 형태로 제작되고, 센싱 제어 신호에 의해 그 출력이 가변된다.

이와 같이 센서 신호 입력부(200)에 센싱 제어 신호에 의해 구형파 제어부(300)의 동작이 제어되고, 구형파 제어부(300)의 동작 제어로 인해 고전압 발생부(400)의 1차측 입력 전원으로 제공되는 입력 직류 전원(100)의 펄스폭이 변조된다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 센서 신호 입력부(200)의 수동 전환 스위치의 온오프에 따라 구형파 제어부(300)에 의해 고전압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 1차측 입력 전원의 펄스폭(즉, 펄스 주기)이 변조됨을 알 수 있다. 수동 전환 스위치에 의해 그 출력이 하이(H)일 경우의 펄스폭이 작고 복수번 반복되고(즉, 펄스 주기가 작아짐), 수동 전환 스위치의 출력이 로우(L)일 경우 펄스폭이 넓음(즉, 펄스 주기가 커짐)을 알 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 센서 신호 입력부(200)의 먼지 센서의 출력이 오염도가 증가할수록 증가하는 경우, 오염도가 낮아 먼지 센서의 출력값이 작을 수록 구형파 제어부(300)에 의해 입력 직류 전원(100)이 고전압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 1차측 입력 전원의 펄스폭이 넓어진다(즉, 펄스 주기가 커짐). 하지만, 오염도가 높아 먼지 센서의 출력값이 클수록 구형파 제어부(300)에 의해 입력 직류 전원(100)이 고정압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 1차측 입력 전원의 펄스폭이 좁아진다(즉, 펄스 주기가 작아짐). 즉, 먼지 센서의 출력 값이 증가할수록 구형파 제어부(300)에 의해 고전압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 1차측 입력 전원의 펄스폭이 좁아진다.

고전압 발생부(400)는 구형파 제어부(300)를 통해 1차측 입력 전원으로 제공되는 전원을 고전압으로 변환시켜 2차측 출력 전원으로 출력한다. 이때, 고전압 발생부(400)로 트랜스퍼를 사용한다. 즉, 1차측과 2차측에 감긴 코일의 횟수를 가변시켜 1차측으로 인가된 입력 전원을 고전압으로 변화시켜 2차측에서 출력될 수 있다. 이때, 구형파 제어부(300)에 의해 고전압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 입력 전원의 경우 그 펄스 폭이 변조되어 제공된다. 이에 따라, 2차측에서 출력되는 출력 전원의 전압이 펄스폭 변조에 따라 그 전압이 변화된다.

즉, 도 6에 도시된 바와 같이 고전압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 1차측 입력 전원의 펄스폭이 줄어들수록(즉, 펄스 주기가 작아질수록) 고전압 발생부(400)의 2차측에서 출력되는 2차측 출력 전압이 증가함을 알 수 있다. 물론 1차 측 입력 전원의 펄스폭이 클수록(즉, 펄스 주기가 커질수록) 고전압 발생부(400)의 2차측 출력 전원이 증가함을 알 수 있다.

따라서, 센서 신호 입력부(200)에서 주변의 오염도를 측정하여 이에 따라 구형파 제어부(300)의 동작을 제어하여 고전압 발생부(400)의 1차측으로 제공되는 입력 직류 전원(100)의 펄스폭을 제어함으로써, 이온 발생부(500)로 부터 생성되는 이온량을 제어할 수 있다.

그리고, 이온 발생부(500)는 고전압 발생부(400)의 2차측 출력 전원에 의해 이온을 발생시킨다. 이온 발생부(500)는 음 이온 발생부(510)와, 양 이온 발생부(520)를 구비한다. 이는 이온 발생부(500)는 고전압 발생부(400)의 출력 전원에 따라 양이온과 음이온을 발생시킬 수 있다.

이때, 본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이 고전압 발생부(400)의 1차측으로 인가되는 1차측 입력 전원에 따라 2차측으로 출력되는 2차측 출력 전원의 전압을 6kV이하로 유지할 수 있게 된다. 이때, 도 7에서와 같이 고전압 출력 전압이 7kV이상이 되면 이온 발생부(500)를 통해 발생되는 오존량이 증가함을 알 수 있다. 하지만, 본 실시예에서는 1차측으로 인가되는 펄스폭을 조절함으로 인해 2차측으로 출력되는 전압을 6kV이하로 유지할 수 있다. 물론 필요에 따라 7kV 내지 8kV이하로 유지할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생 장치의 블록도.

도 2는 일 실시예에 센서 신호 입력부 중 오염도에 따른 가스 센서의 저항 변화를 나타낸 그래프.

도 3은 일 실시예에 센서 신호 입력부 중 가스 센서 출력 회로도.

도 4는 일 실시예의 가스 센서가 구비된 RC발진 회로의 회로도.

도 5는 일 실시예의 수동 전환 스위치가 구비된 RC 발진 회로의 회로도.

도 6은 일 실시예에 따른 이온 발생 장치의 동작을 설명하기 위해 실험한 파형도.

도 7은 일 실시예에 따른 고전압 발생부의 출력 전압에 따른 이온량과 오존량을 나타낸 도면.

Claims (7)

1. 직류 전원을 제공하는 입력 직류 전원;

   대기중의 먼지량을 파악할 수 있는 먼지센서와, 가스 센서 그리고, 수동 전환 스위치를 포함하여 주변 대기 상태를 감지하고 센싱 제어 신호를 출력하는 센서 신호 입력부;

   상기 센싱 제어 신호에 따라 입력된 직류 전원을 주기적으로 스위칭하기 위해 상기 센싱 제어 신호에 따라 그 출력 주파수가 가변되는 발진 회로를 구비하거나, 상기 센싱 제어 신호에 따라 상기 입력 직류 전원의 펄스폭을 변조시키는 PWM 회로를 구비하는 구형파 제어부;

   상기 구형파 제어부에 의해 주기적으로 스위칭된 직류 전원을 고전압의 직류 출력 전압으로 변환시키는 고전압 발생부;

   상기 고전압 발생부의 고전압의 직류 출력 전압을 인가받아 이온을 발생시키는 이온 발생부를 포함하며,

   상기 고전압 발생부의 1차측의 제 1 입력단은 상기 입력 직류 전원에 접속되고, 1차측의 제 2 입력단은 구형파 제어부에 접속되어 상기 구형파 제어부에 의해 스위칭된 직류 전원을 제공받고,

   상기 고전압 발생부의 2차측은 이온 발생부에 접속되며,

   상기 구형파 제어부에 의해 상기 고전압 발생부의 1차측으로 제공되는 직류 전원의 펄스 주기가 짧을수록 상기 2차측으로 출력되는 고전압의 출력 전압이 증가하는 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 센서는 유해가스를 파악할 수 있는 VOC 가스센서, CO 가스센서, NOx 가스 센서, 오존 가스 센서, 알코올(Alcohol) 가스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 가스 센서는 주변 가스 량에 따라 그 저항 값이 가변되고, 상기 가스 센서가 상기 구형파 제어부 내의 발진 회로의 가변저항으로 사용되는 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 고전압 발생부의 2차측 출력 전압이 7kV이하인 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.

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