KR101357539B1 - 대용량 이오나이저 회로 - Google Patents

Abstract

본 발명에서 이온 재결합에 의한 이온화율 저하를 방지할 수 있는 대용량 이오나이저 회로를 개시한다.
본 발명에 따른 회로는, 설정된 전압 출력을 보장하기 위한 코일이 권취되고 듀얼 구조를 갖는 듀얼 고전압 트랜스; 상기 듀얼 고전압 트랜스의 출력단에 접속되어 음이온 및 양이온을 각각 방전하기 위해 방전핀으로 고전압을 공급하는 양극 출력회로; 상기 듀얼 고전압 트랜스의 각 입력단에 접속되어 상기 전압 출력을 유도하기 위한 상측 발진회로 및 하측 발진회로; 상기 각 발진회로로 바이어스 전압을 공급하는 전원부; 상기 각 발진회로를 스위칭 제어하기 위한 펄스 신호를 공급하는 펄스 제어부; 및 온도센서의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티와, 습도센서의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티를 기반으로, 현재 온도 및 습도에 대응하는 각 듀티의 평균치에 상응하는 듀티 신호를 상기 펄스 제어부로 공급하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은 버스 및 지하철과 같은 대중교통 수단에 적용할 수 있으며, 또한 이오나이저의 음이온과 양이온을 교번되게 토출하도록 회로를 제공함으로써, 이온 재결합에 의한 이온화율 저하를 방지하여 이오나이저의 효율을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

대용량 이오나이저 회로{AN INONIZER CIRCUIT FOR DISCHARGING LARGE CAPACITY}

본 발명은 음이온 발생을 위한 이오나이저(IONIZER)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 듀얼 구조의 고전압 트랜스를 구비하고, 각 트랜스로 공급되는 고주파 펄스를 공급 제어함으로써, 이온 재결합 발생현상을 억제하여 대용량의 음이온 및 양이온을 방출할 수 있는 대용량 이오나이저 회로에 관한 것이다.

일반적으로, 현대인들은 대부분 실내에서 생활하는 시간이 길어졌고, 그 만큼 실내공기를 청정하게 유지토록 하는 것이 관건이 되었으며, 실내공기를 건강에 좋은 호흡공기로 변환하도록 각 사무실, 거실, 안방 등, 실내 어느 장소에나 공기청정기를 구비하게 되었다. 건강에 좋은 호흡 공기는 유해가스성분 또는 여러 가지 악취물질이 없는 공기를 말하는 것으로 VOCs(휘발성 유기물질), 박테리아, 바이러스 및 신종 전자파 등을 가급적 적게 함유해야 것인데, 다시 말해서 공기 중에 유해물질이 많아지면 음이온이 줄어들고 양이온이 증가하는데, 양이온을 많이 함유하는 공기는 인간의 편안함, 컨디션유지 및 집중력을 현저히 저하시키고 각종 질병의 원인으로서 삶의 질을 떨어뜨린다는 것은 각종 연구 결과로 밝혀진 공지된 사실이다.

따라서 실내공기를 정화하기 위한 기술이 개발되어 알려지는데, 현재까지 알려진 공기정화기술은 실내의 먼지 및 분진, 악취를 제거하고, 실내의 공기를 깨끗하게 정화시키기 위하여 필터를 이용하거나 전기 집진기를 이용한 방식이 주류를 이루고 있다.

상기 필터만으로는 공기를 효과적으로 깨끗하게 유지시키지 못하는 단점이 있었고, 전기 집진식 음이온을 이용한 방식은 음이온이 기대치 이하로 발생이 되며 또한 우리 몸에 해로운 오존 산화물이 발생될 뿐만 아니라 일부 먼지 특히 0.5 마이크로 영역의 크기는 정화효율이 기대에 크게 미치지 못했다.

전술된 이오나이저는 첨부된 특허문헌에서 그 원리를 인지할 수 있는데, 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 종래의 음이온발생장치는 첨부된 도 1에 도시한 바와 같이 침전극(1)과 평판전극(2)을 이격시켜 구성하고, 침전극(1)에는 고압의 전류를 흘러 보내고 평판전극(2)은 접지시켜 음이온을 발생시키게 되는 것이다.

여기서, 절연물에 어느 이상의 전압이 가해지면 도체로서 작용하게 되는데, 이 현상을 전열파괴(electric breakdown)라 하며, 절연파괴에 수반하여 전류가 흐르는 것을 방전(electric discharge)한다. 침전극(1)과 평판전극(2)간에 직류전압을 가해 그 값이 점차 상승시키면 침전극의 첨단부분의 공기가 절연파괴를 일으키고 미약한 빛을 발산한다.

이때 전극간에는 micro A(10 -6 A)정도의 전류가 흐르는데 이 방전을 코로나 방전(corona discharge)이 발생하며, 이때 액체나 고체 중에서도 똑같은 국소적인 방전이 일어나는데, 이것을 총칭하여 부분방전(partial discharge)이 발생한다. 지속적으로 전압을 상승시키면 어느 값에서 전극간 전장에 걸쳐서 절연파괴가 일어나며 전극간의 도전성이 높은 방전로로 연결되어 전류가 급증한다. 이것을 전로파괴(complete breakdown) 또는 플래시오버(flash over)라 하며 전로파괴가 발생하는 전극간 전압을 절연파괴 전압(breakdown Voltage)라 한다.

기체 중에서 전로파괴가 일어나면 전극 간은 전류를 대단히 흘리기 쉬운 상태로 되고, 이것은 방전공간에 전하를 운반하는 전자나 이온이 다수 발생하는 것을 의미한다. 즉 이들 하전입자는 기체의 전리에 의해 만들어지는 것으로 전리(ionization)란 원자 또는 분자가 외부로부터 에너지를 넘겨받아 전자를 방출하고 양이온으로 되는 현상인데, 원자나 분자가 방출하는 전자는 에너지를 넘겨받기 전까지는 원자핵의 근방에 핵외 전자로 속박되어 있던 것이다.

전리는 기체분자와 고속전자의 충돌, 파장이 짧은 광으로 기체를 조사하든가 기체분자끼리 충돌 등에 의해 일어난다. 원자는 원자핵과 그 외측을 도는 핵외 전자로 구성되어 있고, 보통핵외 전자는 원자핵에 가까운 궤도상에 있으며 이 상태를 기저상태(ground state)라 한다. 기저상태에 있는 원자가 다른 입자와 충돌 또는 광조사에 의해 외부로부터 에너지를 받으면 핵외 전자는 기저 상태보다도 높은 에너지 준위(외측의 궤도)로 전이한다. 이 현상을 여기 또는 여발(excitation)이라 하고, 여기에 필요한 에너지를 여기 에너지라 한다. 원자가 더욱 큰 에너지를 외부로부터 받으면 핵외 전자는 원자핵의 속박으로부터 벗어나 자유전자가 되며 원자는 양이온이 된다.

이것이 앞서 말한 전리이고, 이때 필요한 최소에너지를 전리 에너지 또는 전리전압(ionization potential)이라 한다. 양과 음의 하전 입자가 결합해서 중성입자로 되돌아오는 현상을 재결합(recombination)이라 한다. 재결합은 전자와 양이온 간의 재결합과 음이온과 양이온 간의 재결합으로 나눠지지만 일반적으로 후자 쪽이 일어나기 쉽고, 그것은 음이온의 속도가 전자보다 극히 늦고 따라서 양이온의 근방에 머물러 상호 작용하는 기회가 크기 때문이다. 이러한 기체를 전기적 부성 기체(electro negative gas)라 한다.

전술한 바와 같이 종래 이오나이저는 음이온과 양이온이 발생한 후, 일정 시간에 경과되면 바로 중성입자로 되돌아오기 때문에, 음이온 효과가 실질적으로 줄어드는 문제가 있다. 이러한 이유로 인해, 버스, 지하철과 같은 대중교통 수단에서 현재의 이오나이저로 공기질을 정화시키기에는 그 효율이 낮아 성능향상의 필요성이 대두되고 있다.

1. 대한민국 등록실용신안 20-0308262, 등록일자 2003년 03월 10일, 고안의 명칭 '무 오존 클러스터 음이온 발생장치'

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 이오나이저의 음이온 방출량을 높이고 음이온의 토출 거리를 향상시킴으로써, 버스 및 지하철과 같은 대중교통 수단에 적용할 수 있는 대용량 이오나이저 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 이오나이저의 음이온과 양이온을 교번되게 토출하도록 회로를 제공함으로써, 이온 재결합에 의한 이온화율 저하를 방지하여 이오나이저의 효율을 극대화할 수 있는 대용량 이오나이저 회로를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 주변의 온도 및 습도 환경에 따라 이오나이저의 출력량을 자동 조절함으로써, 인체의 정전기에 의한 이오나이저 효율저하를 방지할 수 있는 대용량 이오나이저 회로를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 대용량 이오나이저 회로는, 버스 또는 지하철과 같은 대중교통에 적용되는 대용량 이오나이저 회로에 있어서, 설정된 전압 출력을 보장하기 위한 코일이 권취되고 듀얼 구조를 갖는 듀얼 고전압 트랜스; 상기 듀얼 고전압 트랜스의 출력단에 접속되어 음이온 및 양이온을 각각 방전하기 위해 방전핀으로 고전압을 공급하는 양극 출력회로; 상기 듀얼 고전압 트랜스의 각 입력단에 접속되어 상기 전압 출력을 유도하기 위한 상측 발진회로 및 하측 발진회로; 상기 각 발진회로로 바이어스 전압을 공급하는 전원부; 상기 각 발진회로를 스위칭 제어하기 위한 펄스 신호를 공급하는 펄스 제어부; 및 온도센서의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티와, 습도센서의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티를 기반으로, 현재 온도 및 습도에 대응하는 각 듀티의 평균치에 상응하는 듀티 신호를 상기 펄스 제어부로 공급하는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 방전핀은, 상기 듀얼 고전압 트랜스의 어스 단자와 접속되는 어스 방전핀; 상기 어스 방전핀으로부터 이격 설치되고 양이온을 방전하기 위한 (+)방전핀; 및 상기 어스 방전핀을 중심으로 상기 (+)방전핀과 대향하도록 설치되는 (-)방전핀으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에서의 상기 이오나이저의 출력 전압은 DC 7000V 내지 7500V이며, 펄스폭 변조(PWM) 신호에 기초하여 방전을 수행하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는 상기 온도센서 및 습도센서의 출력 값에 따라 고전압 발생을 위한 펄스폭 변조가 이루어지며, 주변의 온도가 15℃이하에서 구동 주파수 45Hz, 펄스폭 변조의 듀티를 50%로 하고, 습도가 30% 이하에서 펄스폭 변조의 듀티를 50%로 설정하며; 주변의 온도 및 습도에 따라 기 설정된 각각의 테이블 맵 정보로부터 펄스폭 변조의 듀티를 각각으로 추출한 후, 이에 대한 평균값을 토대로 상기 듀얼 고전압 트랜스의 구동 제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제시하는 대용량 이오나이저 회로는, 이오나이저의 음이온 방출량을 높이고 음이온의 토출 거리를 향상시킴으로써, 버스 및 지하철과 같은 대중교통 수단에 적용할 수 있으며, 또한 이오나이저의 음이온과 양이온을 교번되게 토출하도록 회로를 제공함으로써, 이온 재결합에 의한 이온화율 저하를 방지하여 이오나이저의 효율을 극대화할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래 음이온 발생장치의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 대용량 이오나이저를 설명하기 위한 회로도이다.
도 3은 주변의 온도 및 습도에 대응하는 이오나이저 제어 패턴을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온 전달거리 및 음이온 발생량을 측정한 실험 데이터이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명은 듀얼 타입의 고전압 트랜스를 적용함으로써, 음이온과 양이온을 배출할 수 있도록 구성되며, 음이온과 양이온의 발생량을 최대한 높일 수 있도록 고전압 트랜스로 인가되는 펄스의 주파수를 제어한다. 주파수 제어는 펄스폭 변조(PWM) 방식으로 이루어지며, 고전압 트랜스의 출력 전압은 7000V 내지 7500V이다. 이는 이온의 양을 높이기 위한 전압으로, 상기한 출력 전압 이하에서는 음이온 클러스터의 양이 줄어들게 되고, 상기 출력 전압 이상에서는 음이온의 클러스터 양이 증가하나 이온의 토출 거리가 늘어나지 않는 현상이 발생할 뿐만 아니라, 듀얼 고전압 트랜스의 제조단가를 상승시키는 문제가 있다.

본 발명에서 적용되는 이오나이저는 버스, 지하철 등과 같은 대중 교통수단에 적용되기 위한 것으로, 음이온 클러스터의 양이 충분히 발생되어야 할 뿐만 아니라, 음이온 클러스터의 토출 거리 또한 충분한 거리를 유지해야 한다. 따라서, 본 발명에서 적용되는 고전압 트랜스의 출력 전압은 상기한 전압 범위를 유지해야 한다.

한편, 본 발명에서는 온도 및 습도에 따라 이오나이저의 출력량을 자동 조절하도록 하는데, 온도와 습도가 낮아서 정전기가 발생할 우려가 많을 경우에는 클러스터의 양을 높이고, 정전기 발생 우려가 없는 상태 즉, 온도가 높거나, 습도가 높을 경우에는 이온 클러스터의 양을 정상상태로 유지하여 이오나아저의 효율적인 운용이 이루어진다.

그러면, 이와 같은 본 발명에 따른 이오나이저를 도 2에 기초하여 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에서 제시하는 이오나이저 회로를 나타낸 도면으로, 설정된 전압 출력을 보장하기 위한 코일이 권취되고 듀얼 구조를 갖는 듀얼 고전압 트랜스(211)와, 상기 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력단에 접속되어 음이온 및 양이온을 각각 방전하기 위해 방전핀(215)으로 고전압을 공급하는 양극 출력회로(213)와, 상기 듀얼 고전압 트랜스(211)의 각 입력단에 접속되어 상기 전압 출력을 유도하기 위한 상측 발진회로(207) 및 하측 발진회로(205)와, 상기 각 발진회로(207, 205)로 바이어스 전압을 공급하는 전원부(209)와, 상기 각 발진회로(207, 205)를 스위칭 제어하기 위한 펄스 신호를 공급하는 펄스 제어부(203)와, 온도센서(221)의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티와, 습도센서(223)의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티를 기반으로, 현재 온도 및 습도에 대응하는 각 듀티의 평균치에 상응하는 듀티 신호를 상기 펄스 제어부(203)로 공급하는 컨트롤러(201)로 구성된다.

여기서, 상기 방전핀(215)은 상기 듀얼 고전압 트랜스(211)의 어스 단자와 접속되는 어스 방전핀과, 상기 어스 방전핀으로부터 이격 설치되고 양이온을 방전하기 위한 +방전핀과, 상기 어스 방전핀을 중심으로 +방전핀과 대향하도록 설치되는 -방전핀으로 구성된다. 따라서, 상기 +방전핀과 어스 방전핀 사이에서 양이온 클러스터가 발생되고, -방전핀과 어스 방전핀 사이에서 음이온 클러스터가 발생된다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 이오나이저는 온도센서 및 습도센서의 출력 값에 따라 고전압 발생을 위한 펄스폭 변조가 이루어지는데, 온도가 15℃이하에서 구동 주파수 45Hz, 펄스폭 변조의 듀티를 50%로 하고, 습도가 30% 이하에서 펄스폭 변조의 듀티를 50%로 한다. 이는 주변의 온도가 15℃이하에서, 그리고 습도가 30% 이하에서 정전기가 발생확률이 매우 크기 때문에 이온 클러스터를 최대한 발생시켜 정전기를 제거함과 동시에 공기정화를 유도하기 위한 것이다.

즉, 정전기가 발생하는 상태에서 이온 클러스터 량을 적게 출력할 경우, 정전기 제거와 더불어 공기정화가 이루어지기 때문에 실질적으로 공기정화율이 저하되기 때문이다. 또한, 듀티가 높을 경우, 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력 전압을 매우 높이기 때문에, 이온 클러스터의 토출 거리를 향상시켜 정전기 발생시에도 공기정화의 효율을 높이게 된다.

반면, 온도 및 습도가 높은 상태에서 이온 클러스터를 대량으로 발생시킬 경우에는 공기정화의 효율은 높으나 '비린내' 느낌과 같은 후각 자극이 발생하여 불쾌감을 유도할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 대용량의 이온 클러스터 발생 시 온도 및 습도에 대응하여 사용자의 불쾌감을 격감시킬 수 있는 제어를 필요로 하는 것이다.

도 3은 온도 및 습도 변화에 대응하는 이온 클러스터 발생량을 제어하기 위한 그래프이다. 이는 실험적 근거에 의한 것으로, 일반적인 시내버스에서 실험을 하였다. 실험은 10일간 총 43회 실험이 이루어졌다. 또한 매회 실험이 종료되면 전체 환기를 수행하였으며, 실험을 위해 실험용 시내버스 내부에 정량의 암모니아, 포름 알데히드를 공급하였다.

실험은 도 3a와 같이 습도 70%에서 주변 온도변화에 따른 적절한 듀티를 도출하는 것과, 도 3b와 같이 온도 25℃에서 주변 습도변화에 따른 적절한 듀티를 도출하였다. 여기서, 적절한 듀티라 함은 상기한 암모니아 및 포름 알데이히드를 설정된 시간(실험 개시 후 4시간) 내에서 기준치 이하로 격감시킬 수 있는 듀티를 의미하는 것으로, 듀티는 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력 전압을 가변시켜 이온 클러스터의 발생량을 변화시킨다. 따라서, 듀티 변화는 이온 클러스터의 양을 가변하는 것으로 상정될 것이다.

또한, 도시된 바와 같이 온도가 15℃이하, 그리고 습도가 30% 이하에서는 실험 결과에 관계없이 듀티를 50%로 설정하여 정전기 제거 기능을 부여토록 하였다. 또한, 듀티의 가변 범위는 30% 내지 50%로 도시되고 있는데, 이는 듀티가 30% 이하에서는 이온 클러스터의 양이 적어 효율저하로 이어지기 때문에, 듀티의 최저치로서 30%로 설정한 것이다.

여기서, 듀티가 30%인 것은 본원 발명에 따른 이오나이저의 출력 이온발생량이 25000개/cc 이상으로, 버스 또는 지하철 내부 공간의 공기정화 능력에 대한 최소치 이온량을 발생시키기 때문이다. 따라서, 본 실험에서는 듀티가 30% 이하인 경우의 실험은 배제하였다.ㅣ

도 3a은 온도가 15℃이하에서 듀티를 50%로 설정하고 있으며, 공인성적서 기준 4시간 안에 암모니아 및 포름 알데이드의 제거율이 모두 50%에 도달하는 듀티를 검출한 것이다. 주변의 온도가 49℃일 경우 듀티가 30%, 주변의 온도가 40℃일 경우 듀티가 33%, 주변의 온도가 30℃일 경우 듀티가 37%, 주변의 온도가 20℃일 경우 듀티가 43%, 주변의 온도가 17℃일 경우 듀티가 47%로 검출되었다.

여기서, 듀티가 30%일 경우 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력 전압은 7000V이고, 듀티가 50%일 경우 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력 전압은 7500V이다. 따라서, 듀티의 변화는 출력 전압의 변화를 의미하며, 주변의 온도 변화에 따라 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력 전압이 가변되는 것이다.

한편, 도 3b에서는 주변 온도가 25℃일 경우에 습도 변화에 따른 듀티 변화를 나타낸 그래프이다. 본 실험에서 또한 습도가 30%이하에서 듀티를 50%로 설정하고 있으며, 공인성적서 기준 4시간 안에 암모니아 및 포름 알데이드의 제거율이 모두 50%에 도달하는 듀티를 검출한 것이다.

도시된 바와 같이 습도가 90%일 경우 듀티가 35%로 유지될 때, 암모니아 및 포름 알데이드의 제거율이 모두 50%에 도달하였다. 또한, 습도가 80%일 때는 듀티가 42%로 나타났고, 습도가 70%일 때는 대략 듀티가 45% 정도로 나타났으며, 습도가 60%에서 듀티는 대략 47%, 습도가 50%에서 듀티는 대략 48%, 습도가 40%에서 듀티는 대략 49% 정도로 검출되었다.

이와 같이 본 발명에서는 주변의 온도 및 습도에 따라 듀얼 고전압 트랜스(211)로 인가되는 펄스 신호의 듀티를 가변하는데, 각각의 온도와 습도에 대응하는 듀티는 서로 상이하기 때문에, 상기 컨트롤러(201)는 온도와 습도에 대응하는 각각의 듀티에 대한 평균값으로 듀얼 고전압 트랜스(211)의 구동 펄스로 사용한다.

예컨대, 도 3의 a에서 현재의 온도가 30℃(습도는 70% 기준)이고, 현재의 습도가 80%(온도는 25℃ 기준)일 경우, 설정되는 듀티는 각각 37%, 42%이며, 컨트롤러(201)는 듀티의 평균값인 40%(39.5%에 대한 반올림)로 설정하는 것이다.

따라서, 상기 컨트롤러(201)는 내부 메모리에 온도 및 습도에 대응하는 각각의 듀티 값을 테이블 맵 정보로 보유하고 있으며, 컨트롤러(201)에 접속되는 온도센서(221) 및 습도센서(223)로부터 검출 신호를 수신한다. 그리고, 현재 검출된 온도에 대응하는 PWM 듀티 값과, 현재 검출된 습도에 대응하는 PWM 듀티 값에 대한 평균값을 산출한다.

그리고, 상기 컨트롤러(201)는 기 설정된 주파수(50Hz)와, 산출된 듀티 값을 기반으로, 듀얼 고전압 트랜스(211)의 음이온 및 양이온 출력을 위한 제어신호를 생성한다. 상기 펄스 제어부(203)는 컨트롤러(201)의 제어신호에 응답하여, 설정 주파수 및 산출된 듀티 정보에 대응하는 펄스 신호를 상기 상측 발진회로(207) 및 하측 발진회로(205)로 공급한다. 여기서, 상기 설정된 주파수는 50Hz로 정의하고 있으나, 헤르쯔의 가변 범위를 감안하여 48Hz 내지 52Hz로 상정할 수 있음은 당연할 것이다. 이후, 상기 상측 발진회로(207) 및 하측 발진회로(205)는 듀티에 대응하는 스위칭 신호를 공급하기 위한 것으로, 상기 전원부(209)로부터 제공되는 전압을 상기 듀얼 고전압 트랜스(211)로 제공한다.

상기 전원부(209)는 스위칭을 위한 바이어스 전압으로 12V 또는 24V가 사용되며, 각 발진회로에 의해 48Hz 내지 52Hz로 스위칭된다. 스위칭 신호는 듀얼 고전압 트랜스(211)의 입력단으로 제공되며, 권취된 코일 수에 따라 고전압으로 출력된다. 상기 듀얼 고전압 트랜스(211)는 1차측 코일 대비 2차측 코일의 권취 수에 따라 고전압을 출력하는데, 본 발명에서 제시하는 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력 전압은 7000V 내지 7500V이다.

한편, 상기 듀얼 고전압 트랜스(211)의 출력단에는 양극 출력회로(213)가 접속되고, 상기 양극 출력회로(213)는 다이오드의 방향을 기반으로 전압의 극성을 선별토록 하며, 캐패시터에 의해 방전전압을 형성한다. 따라서, 양극 출력회로(213)를 통해 공급되는 고전압은 방전핀(215)으로 제공되며, 방전핀(215)은 (+) 방전핀과, (-)방전핀을 포함하며, 각 방전핀의 중앙 위치에 어스 방전핀으로 구성된다.

상기 방전핀(215)의 구조는 고전압을 안정적으로 방전시키기 위한 것으로, 본 발명에서 제시하는 (+)방전핀과 (-)방전핀의 종단부 직경은 8㎛ 내지 10㎛로 설정하며, 어스 방전핀의 종단부 직경은 180㎛ 내지 200㎛로 설정한다. 방전핀(215)의 구조는 이오나이저의 이온 방출 거리를 높이게 되는데, (+)방전핀과 (-)방전핀의 종단부 직경이 10㎛를 넘을 경우 이온 방출 거리가 줄어든다.

도 4는 본 발명에 따른 이온 전달거리 측정실험 결과와 음이온 발생량 실험 결과를 도시하고 있다. 이온 전달거리 측정실험은 (+)(-)방전핀 간의 간격을 2.5cm로 하고, 어스 방전핀의 종단부 직경을 190㎛으로 설정하였을 경우, 총 75회 실험에 따른 이온 전달거리를 측정한 결과이다. 본 실험에서는 (+)(-)방전핀의 종단부 직경 변화에 따른 이온의 전달거리를 측정한 것으로, (+)(-)방전핀의 종단부 직경이 6㎛일 경우 이온의 전달 거리가 4.7m로 측정되었다.

상기 (+)(-)방전핀의 종단부 직경이 8㎛일 경우 이온의 전달 거리가 4.6m로 측정되었고, 또한 (+)(-)방전핀의 종단부 직경이 10㎛일 경우 이온의 전달 거리가 4.5m로 측정되었다. 그러나, (+)(-)방전핀의 종단부 직경이 12㎛로 늘어날 경우 이온의 전달 거리가 4.5m로 측정되고, 14㎛로 늘어날 경우 이온의 전달 거리가 3.7m로 줄어드는 현상이 발생하였다. 계속해서, (+)(-)방전핀의 종단부 직경이 16㎛로 늘어날 경우 이온의 전달 거리가 3.1m로 줄어들고, 직경이 18㎛로 늘어날 경우 2.7m, 직경이 20㎛로 늘어날 경우 2.4m, 직경이 22㎛로 늘어날 경우 2.2m 감소하였다.

따라서, 본 실험에서는 (+)(-)방전핀의 종단부 직경이 8㎛ 내지 10㎛에서 이온의 전달거리가 높음을 인지하였다. 물론, 이는 어스 방전핀의 종단부 직경과, (+)(-)방전핀 간의 거리를 지정하였으나, 본 발명에 적용되는 버스, 지하철에서 이오나이저를 장착할 경우 (+)(-)방전핀 간의 거리를 충분히 가변할 수 없기 때문에, 실험적 제한이 발생함을 전제로 하였다.

한편, 전술된 실험 결과를 기반으로, (+)(-)방전핀의 종단부 직경을 8㎛로 제한한 후, 어스 방전핀의 종단부 직경에 대한 실험을 실시하였다. 실험 회 수는 총 40회 이루어졌으며, 도시된 바와 같이 어스 방전핀 종단부의 직경을 140㎛로 설정할 경우 음이온의 발생량이 23,700ea/cc이 검출되었다. 그리고, 어스 방전핀 종단부의 직경을 160㎛로 설정할 경우 음이온 발생량이 24,600ea/cc로 검출되었으며, 지속적으로 직경을 180㎛로 설정할 경우 음이온 발생량이 25,400ea/cc, 200㎛에서 음이온 발생량이 28,700ea/cc, 220㎛에서 음이온 발생량이 26,600ea/cc, 240㎛에서 음이온 발생량이 25,300ea/cc으로 줄어들고, 260㎛에서 음이온 발생량이 25,100ea/cc, 280㎛에서 음이온 발생량이 23,500ea/cc, 300㎛에서 음이온 발생량이 21,400ea/cc으로 감소하였다.

따라서, 어스 방전핀의 종단부 직경에 따라 음이온 발생량이 가변되었으며, 음이온 발생량이 최대치인 직경 180㎛ 내지 200㎛에서 음이온 발생량이 최대임을 확인하였다. 즉, 어스 방전핀의 종단부 직경이 작을 경우에는 방전 효율이 줄어들고, 어스 방전핀의 종단부 직경이 너무 클 경우에는 방전 위치가 가변되어 방전 효율이 줄어드는 것으로 판단되었다.

결국, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 (+)(-)방전핀의 종단부 직경과, 상호 방전핀의 간격을 포함하여, 어스 방전핀의 직경에 따라 방전효율이 높으며, 이로부터 음이온 발생량에 변화가 발생함을 인지하였다. 이에 본 발명에서는 (+)(-)방전핀의 종단부 직경을 8㎛ 내지 10㎛로 설정하고, 어스 방전핀의 직경을 180㎛ 내지 200㎛으로 설정하되, (+)(-)방전핀 간의 거리를 2.5cm 내지 3cm로 설정함이 적절할 것으로 판단되었다.

본 발명에서 적용되는 이오나이저는 바(bar) 형태의 구조로서 버스 또는 지하철과 같은 대중교통에 적용되며, 방전핀 간의 거리, 종단부 직경에 따른 제한적 수치는 본 발명의 효율을 높이게 되는 것이다.

201 : 컨트롤러 203 : 펄스 제어부
205 : 하측 발진부 207 : 상측 발진부
209 : 전원부 211 : 듀얼 고전압 트랜스
213 : 양극 출력회로 215 : 방전핀

Claims (5)

1. 버스 또는 지하철과 같은 대중교통에 적용되는 대용량 이오나이저 회로에 있어서,
   설정된 전압 출력을 보장하기 위한 코일이 권취되고 듀얼 구조를 갖는 듀얼 고전압 트랜스;
   상기 듀얼 고전압 트랜스의 출력단에 접속되어 음이온 및 양이온을 각각 방전하기 위해 방전핀으로 고전압을 공급하는 양극 출력회로;
   상기 듀얼 고전압 트랜스의 각 입력단에 접속되어 상기 전압 출력을 유도하기 위한 상측 발진회로 및 하측 발진회로;
   상기 각 발진회로로 바이어스 전압을 공급하는 전원부;
   상기 각 발진회로를 스위칭 제어하기 위한 펄스 신호를 공급하는 펄스 제어부;
   온도센서의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티와, 습도센서의 검출 결과에 따라 기 설정된 펄스폭 변조의 듀티를 기반으로, 현재 온도 및 습도에 대응하는 각 듀티의 평균치에 상응하는 듀티 신호를 상기 펄스 제어부로 공급하는 컨트롤러로 구성되며;
   상기 방전핀은, 상기 듀얼 고전압 트랜스의 어스 단자와 접속되는 어스 방전핀, 상기 어스 방전핀으로부터 이격 설치되고 양이온을 방전하기 위한 (+)방전핀, 상기 어스 방전핀을 중심으로 상기 (+)방전핀과 대향하도록 설치되는 (-)방전핀으로 이루어진 것을 특징으로 하는 대용량 이오나이저 회로.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 (+)(-)방전핀의 종단부 직경은 8㎛ 내지 10㎛이고;
   상기 어스 방전핀의 직경은 180㎛ 내지 200㎛이며, 상기 (+)(-)방전핀 간의 거리를 2.5cm 내지 3cm인 것을 특징으로 하는 대용량 이오나이저 회로.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 이오나이저의 출력 전압은 DC 7000V 내지 7500V이며, 펄스폭 변조(PWM) 신호에 기초하여 방전을 수행하는 것을 특징으로 하는 대용량 이오나이저 회로.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 온도센서 및 습도센서의 출력 값에 따라 고전압 발생을 위한 펄스폭 변조가 이루어지며, 주변의 온도가 15℃이하에서 구동 주파수 45Hz, 펄스폭 변조의 듀티를 50%로 하고, 습도가 30% 이하에서 펄스폭 변조의 듀티를 50%로 설정하며;
   주변의 온도 및 습도에 따라 기 설정된 각각의 테이블 맵 정보로부터 펄스폭 변조의 듀티를 각각으로 추출한 후, 이에 대한 평균값을 토대로 상기 듀얼 고전압 트랜스의 구동 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 대용량 이오나이저 회로.
   

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