KR101606798B1

KR101606798B1 - 이온 발생장치

Info

Publication number: KR101606798B1
Application number: KR1020100005480A
Authority: KR
Inventors: 성봉조; 박형호; 장재수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2016-04-11
Also published as: KR20110085608A

Abstract

본 발명은 이온 발생장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 휴대 및 충전이 용이하여 장소에 구애받음 없이 사용자 주변의 국소 공간의 공기의 질을 지속적으로 개선 시킬 수 있는 이온 발생장치에 관한 것이다.

Description

이온 발생장치{Ion generator}

본 발명은 이온 발생장치에 관한 것이다.

본 발명은 휴대 및 충전이 용이하여 장소에 구애받음 없이 사용자 주변의 국소 공간의 공기의 질을 지속적으로 개선시킬 수 있는 이온 발생장치에 관한 것이다.

환경 오염이 심각해 짐에 따라 오염된 공기에 의해 각종 호흡기 질환이나 알레르기 반응을 나타내는 사람들이 증가하고 있고, 이에 따라 공기의 질을 높이기 위한 수단으로 음이온을 발생시켜 오염된 공기를 정화하고자 하는 시도가 다양하게 실시되고 있다.

음이온은 공기 중의 산소나 질소 등의 분자가 음의 전하를 갖고 있는 상태를 의미하며, 이러한 음이온은 인체에 매우 유익할뿐만 아니라 먼지 및 냄새 제거에도 효과가 있음이 보고되었다. 근래에는 공기청정기뿐만 아니라, 헤어드라이어, 정수기 등과 같은 대부분의 가전제품에 음이온 발생장치를 부착하고 있다.

현재까지 알려져 있는 이온 발생장치는 주로 코로나 방전 방식, 전자 방사 방식, 레나-드 효과를 이용한 방식, 그리고 α선 이용 방식을 이용하는데, 그 중에서 레나-드 효과를 이용한 방식, 그리고 α선 이용 방식은 장비가 고가이며 그 용도가 주로 산업용으로 사용되므로 가전 제품 등에는 적용되지 않는다. 그리고, 코로나 방사방식은 경제적이기는 하지만, 음이온과 동시에 양이온을 발생시키므로 인체에 유해할 수 있는 양이온 때문에 사용이 점차 줄어들고 있는 추세이다.

전자 방사식 이온 발생장치의 동작 원리를 살펴보면, 첨단 부분이 첨예한 팁(tip)에 펄스성의 고전압을 가하여 공기 중에 직접 전자를 방출하는 방식으로, 방출된 전자가 주위의 공기분자와 결합하여 음이온을 발생시킨다.

이러한 방식에서는 접지 전극을 팁에 대향시키는 코로나 방전방식에 비해 음이온 생성량이 아주 많은 것이 장점이며, 방전 면적을 작게 하는 것으로 오존의 발생량을 억제할 수 있기 때문에 최근 많이 사용되는 방식이다.

일반적으로, 공기 중에 고전압을 인가하기 위해서는 끝이 뾰족한 팁을 갖는 물질을 방전팁으로 이용하는데, 이는 같은 전압을 걸어주더라도 팁 끝의 반경이 작을수록 팁 끝에 더 높은 전압이 인가되기 때문이다. 이와 같은 원리는 전자 방사식에서도 마찬가지로 적용된다. 기존에는 이러한 팁으로 인위적으로 끝을 뾰족하게 한 물질을 이용하거나 와이어(wire)형태의 팁을 이용하였다.

그러나 물리적으로 가공하여 제조한 팁의 경우 팁 끝의 반경을 작게 하는데 한계가 있었다. 따라서, 팁의 물리적인 크기에 의해 면적당 발생시킬 수 있는 이온의 양이 작고, 부피가 커지며 소모되는 전력 역시 커지게 되는 한계를 가질 수 밖에 없다.

이와같이, 종래의 음이온 발생 공기청정기는, 무성방전에 의해 음이온을 발생시킴과 동시에 부산물인 오존을 필연적으로 발생시키는 문제점이 있었고, 특히, 상기와 같은 오존 발생을 줄이기 위해서는 낮은 전압을 사용하여야 하나, 이러한 경우 오히려 음이온이 적게 발생됨으로써, 원래 의도하는 공기정화의 효과를 충분히 발휘할 수 없는 문제점이 있었다.

한편, 일본특허공개공보 제2005-71715호에는 음이온 발생만으로 공기 중의 부유 세균을 효과적으로 제거할 수 없다는 점에 근거하여 음이온 이외에 양이온도 함께 발생시키도록 하여 공기를 정화하기 위한 음/양이온 발생기를 구비한 공기조절장치가 개시되어 있다.

또한, 소비자의 웰빙에 대한 인식이 높아짐에 따라 장소에 구애받지 않고, 휴대가 간편한 이온 발생장치가 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 휴대 및 충전이 용이하여 장소에 구애받음 없이 사용자 주변의 국소 공간의 공기의 질을 지속적으로 개선시킬 수 있는 이온 발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하나 이상의 개구부를 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 배치된 고전압 발생부; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 이온 발생부; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 배터리; 및 상기 하우징에 장착되며, 외부기기로부터 공급받은 전원을 상기 배터리로 전달시키기 위한 전원 공급 단자를 포함하는 이온 발생장치가 제공된다.

여기서, 상기 전원 공급 단자는 USB 포트일 수 있다.

또한, 상기 이온 발생부는, 상기 하우징 내에 장착되며, 하나 이상의 도전층이 형성된 제 1 절연 기판; 및 상기 도전층 상에 배치되며, 활성 탄소 섬유로 형성된 하나 이상의 펠트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 도전층은 상호 이격 형성된 제 1도전층 및 제 2도전층을 포함하고, 상기 펠트는 제 1도전층 및 제 2도전층 상에 각각 배치된 제 1펠트 및 제 2펠트를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1도전층에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 양극 고전압이 전달되고, 상기 제 2도전층에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 음극 고전압이 전달될 수 있다.

또한, 상기 고전압 발생부는, 상기 하우징 내에 장착되는 제 2 절연 기판; 상기 제 2 절연 기판에 장착되고, 상기 이온 발생부와 전기적으로 연결된 압전 트랜스포머; 및 상기 제 2 절연 기판에 실장되며, 배터리로부터 전달된 전압을 승압시킨 후 상기 압전 트랜스포머로 전달시키기 위한 승압 회로부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 2절연기판에는 상기 압전 트랜스포머로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 이온 발생부로 각각 전달시키기 위한 복수의 다이오드가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 이온 발생장치는 상기 USB 포트를 하우징의 내부 및 외부로 슬라이딩 이동 가능하게 장착시키기 위한 포트 장착부를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 이온의 토출을 위한 하나 이상의 개구부를 갖는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되며, 승압 회로부 및 상기 승압 회로부로부터 구동 전압을 인가받는 압전 트랜스포머를 포함하는 고전압 발생부; 상기 하우징 내에 배치되며, 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 이온 발생부; 및 상기 하우징에 장착되며, 외부기기로부터 공급받은 전원을 상기 승압 회로부 로 전달시키기 위한 USB 포트를 포함하는 이온 발생장치가 제공된다.

또한, 상기 고전압 발생부에는 상기 압전 트랜스포머로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 이온 발생부로 각각 전달시키기 위한 복수의 다이오드가 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 이온 발생장치는 상기 USB 포트를 하우징의 내부 및 외부로 슬라이딩 이동 가능하게 장착시키기 위한 포트 장착부를 추가로 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 발생장치는 휴대 및 충전이 용이하여 장소에 구애받음 없이 사용자 주변의 국소 공간의 공기의 질을 지속적으로 개선시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치의 분리 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치를 구성하는 고전압 발생부를 나타내는 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치를 구성하는 고전압 발생부를 나타내는 평면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치를 구성하는 UBS 포트를 나타내는 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치의 이온 발생 과정을 설명하기 위한 블록 구성도.
도 7은 본 발명에 따른 이온 발생장치의 이온발생 성능의 실험 데이터를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.

한편, 제 1 또는 제 2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되지 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별시키는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치의 분리 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)는 하우징(10), 고전압 발생부(30), 이온 발생부(20), 배터리(40) 및 USB 포트(50)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 상부 하우징(11)과 하부 하우징(12)을 포함할 수 있으며, 상기 상부 하우징(11)과 하부 하우징(12)의 결합에 의하여 내부에 소정의 공간부(미부호)가 형성될 수 있으며, 상기 공간부에 고전압 발생부(30), 이온 발생부(20), 배터리(40) 및 전원 공급 단자(50)가 각각 배치될 수 있다.

상기 하우징(10)에는 발생된 이온의 토출을 위한 하나 이상의 개구부(13)가 마련되며, 이온 발생장치(1)의 사용 상태에 따라 상기 USB 포트(50)가 상기 하우징(10)의 내부 또는 외부로 출입하기 위한 개구부(14)가 마련되다.

도 1에는 상부 하우징(11)에 이온의 토출을 위한 개구부(13)가 마련되고, 하부 하우징(12)에 USB 포트(50)의 출입을 위한 개구부(14)가 마련된 경우가 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고, 디자인적 요소를 고려하여 다양한 위치에 마련될 수 있다.

상기 이온 발생부(20)는 상기 하우징(10) 내에 장착되는 제 1절연기판(21)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1절연기판(21) 상에는 하나 이상의 도전층(22)이 형성될 수 있으며, 상기 각 도전층(22) 상에는 활성 탄소 섬유로 형성된 하나 이상의 펠트(23)가 배치될 수 있다.

상기 도전층(22)은 구리, 알루미늄, 금, 은 또는 기타 금속들로 형성될 수 있다. 상기 도전층(22)에는 상기 고전압 발생부(30)로부터 연장되는 전기적 연결 수단이 접촉된다.

또한, 상기 도전층(22)은 이방성 또는 등방성 도전성 필름 등으로 형성될 수 있다.

한편, 활성 탄소 섬유는 미세한 크기의 탄소 섬유가 복잡하게 얽혀져 있으며, 절단에 의해 소정의 면을 가지도록 제조되기 때문에 절단된 표면에는 무수히 많은 탄소 섬유사의 종단면이 위치하고 있다.

직경이 수㎛인 탄소 섬유를 이용한 활성 탄소 섬유로 형성된 펠트(23)는 1000㎡/g 이상의 비표면적을 가지고 있기 때문에 그 자체로서도 유해 물질의 흡착에 따른 공기 청정 기능을 가진다.

본 발명은 상기와 같이 수많은 탄소 섬유 종단부가 섬유사 표면에 위치하는 활성 탄소 섬유로 형성된 펠트(23)를 음이온 발생부 또는 양이온 발생부로 사용할 수 있다. 즉, 매우 미세하고 무수히 많은 탄소섬유 끝단을 모두 음이온 발생팁 또는 양이온 발생팁으로 사용함으로써, 활성 탄소섬유 펠트(23) 전면으로부터 다량의 음이온 또는 양이온을 안정적으로 발생시킬 수 있다.

이러한 활성 탄소섬유로 이루어진 활성 탄소섬유 펠트(23)는 섬유 형태로 직조되기 때문에 그 크기 및 모양이 쉽게 정의될 수 있으며, 귀금속 입자들을 자유롭게 담지할 수 있는 특성도 함께 가지고 있다.

활성 탄소 섬유 펠트(23)에 귀금속 나노 입자를 고르게 분포시켜 음이온 발생과 더불어 공기중의 세균 및 박테리아와 같은 미생물을 제거할 수 있는 기능을 더 부가할 수 있다. 적용될 수 있는 귀금속 입자는 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 및 몰리브덴(Mo)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 제 1절연기판(21)은 절연성 물질로 형성되는 것이 바람직하고, 예를 들어 PCB(인쇄회로기판)일 수 있으며, 하우징(10) 내에 장착될 수 있도록 별도의 체결 수단(도시되지 않음)으로 고정될 수도 있고, 기타 다양한 방법으로 하우징(10)내에 장착될 수 있다.

상기 펠트(23)는 음이온 발생부 또는 양이온 발생부로 사용될 수 있으며, 쾌적한 환경을 위하여 공기를 정화시키고자 하는 경우에는 음이온 발생부로만 사용되어 음이온만을 발생시킬 수 있으며, 공기 중의 세균이나 미생물을 살균시키고자 하는 경우에는 양이온 발생부로만 사용되어 양이온만을 발생시킬 수 있다.

또한, 필요에 따라 음이온과 양이온을 동시에 발생시킬 수 있도록, 어느 한 펠트(23)는 음이온 발생부로 사용되고, 다른 펠트(23)는 양이온 발생부로 사용될 수 있음은 물론이다.

상기 활성 탄소(Carbon)는 도전성 물질이기 때문에 전류가 통하며, 고전압을 인가하면 펠트를 구성하는 탄소 섬유의 주변에 높은 전기장이 형성되며 주변을 지나는 자유전자가 상기 전기장에 의하여 가속되어 공기 중 중성분자(산소/질소 등)와 충돌하여 분자를 이온화시키게 되고, 이온화된 분자는 응축핵으로 작용하여 공기중의 수분과 결합후 클러스터 이온을 형성하게 되며, 박테리아나 바이러스의 표면에서 충돌하여 OH 라디칼을 형성한다.

이때 형성된 OH 라디칼은 박테리아/바이러스 표면의 수소 이온과 결합하여 물분자를 형성하여 불활성화시키는 기능을 수행한다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)는 양이온 또는 음이온을 선택적으로 방출할 수 있으므로, 다향의 클러스터 이온을 발생시킬 수 있고, 오존과 질소산화물 등의 2차 오염물질의 발생을 방지할 수 있으며, 탈취, 살균 효과 이외에도 인체의 신진대사 활동에 유익한 공기를 지속적으로 제공할 수 있다.

또한, 인접하는 2개의 펠트(양이온 발생부, 음이온 발생부)는 전기적 안정성, 살균성과 항균성 및 이온발생량을 고려하여 소정의 간격으로 이격 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 인접하는 2개의 펠트(23)가 소정의 간격 이하로 근접 배치되어 있으면 이온 발생시 스파크가 발생될 위험이 있으며, 소정의 간격 이상으로 이격 배치되어 있으면 이온이 넓게 분산되어 살균성이 저하될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)를 구성하는 고전압 발생부(30)를 나타내는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)를 구성하는 고전압 발생부(30)를 나타내는 평면도이다.

구체적으로, 도 3의 (a)는 고전압 발생부(30)의 제 2절연기판(31)을 상부에서 바라보았을 때의 도면이고, (b)는 고전압 발생부(30)의 제 2절연기판(31)을 하부에서 바라보았을 때의 도면이다.

상기 고전압 발생부(30)는 제 2절연기판(31) 및 상기 제 2절연기판(31) 상에 장착된 압전 트랜스포머(32)를 포함할 수 있다.

상기 각 펠트(23)를 통하여 음이온 또는 양이온을 발생시키기 위해서는 각 펠트(23)와 전기적으로 연결된 각 도전층에 음극 고전압 또는 양극 고전압이 인가되어야 하며, 상기 압전 트랜스포머(23)는 이러한 고전압을 출력시키는 기능을 수행한다.

전술한 바와 같이, 상기 도전층(22)은 상호 이격 형성된 제 1도전층 및 제 2도전층을 포함할 수 있으며, 상기 펠트(23)는 제 1도전층 및 제 2도전층에 각각 배치된 제 1펠트 및 제 2펠트를 포함할 수 있다.

즉, 상기 제 1도전층에는 상기 고전압 발생부(30)로부터 출력된 양극 고전압이 전달되고, 제 2도전층에는 상기 고전압 발생부(30)로부터 출력된 음극 고전압이 전달될 수 있다.

상기 고전압 발생부(30)의 제 2절연기판(31)에는 제 1 및 제 2도전층과의 전기적 연결을 위한 양극부(33)과 음극부(34)가 마련될 수 있으며, 상기 양극부(33)와 제 1도전층이 전기적으로 연결되는 경우에는 제 1도전층 상에 전기적으로 접촉된 제 1펠트가 양이온 발생부로 사용될 수 있고, 상기 음극부(34)와 제 2도전층이 전기적으로 연결되는 경우에는 제 2도전층 상에 전기적으로 접촉된 제 2펠트가 음이온 발생부로 사용될 수 있다.

한편, 상기 제 2절연기판(31)은 절연성 물질로 형성되는 것이 바람직하고, 예를 들어 PCB(인쇄회로기판)일 수 있으며, 하우징(10) 내에 장착될 수 있도록 별도의 체결 수단(도시되지 않음)으로 고정될 수도 있고, 기타 다양한 방법으로 하우징(10)내에 장착될 수 있다.

고전압 발생부(30)의 양극부(33) 및 음극부(34)와 이에 대응되는 이온 발생부의 각 도전층이 전기적으로 상호 연결되고, 고전압 발생부는 하우징 내부에서 전기적으로 서로 절연되어 있는 것이 바람직하며, 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)에서는 제 1절연기판(21)과 제 2절연기판(31)이 소정의 간격으로 이격 배치될 수 있다.

도 1에는 제 1절연기판(21)이 상부 하우징(11)의 개구부(13)에 근접하도록 배치될 수 있고, 제 2절연기판(31)이 제 1절연기판(21)의 하부에 소정의 간격을 두고 이격된 상태로 하우징(10) 내부에 장착되는 경우가 도시되어 있으나, 본 발명을 이에 제한되지 않고, 하우징(10)의 외관 디자인을 고려하여, 제 1절연기판(21) 및 제 2절연기판(31)은 다양한 위치에 소정의 간격으로 이격된 상태로 장착될 수 있다.

또한, 상기 전원 공급 단자(50)는 외부기기로부터 이온 발생장치(1), 구체적으로 고전압 발생부(30)로 전원을 공급하는 기능을 수행하며, USB 포트(50)일 수 있다.

본 발명의 일 실시에에 따른 이온 발생장치(1)는 휴대 가능하며, 컴퓨터와 노트북 등의 외부기기로부터 USB 포트(50)를 통하여 외부 전원을 인가받아 작동되거나 USB 포트(50)를 통하여 인가된 외부 전원을 배터리(40)에 충전하여, 배터리(40)에 충전된 전원으로 작동된다.

도 2를 참조하면, 제 2절연기판(31)을 통하여 USB 포트(50)와 배터리(40)가 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 2절연기판(31)에는 이들의 전기적 연결을 위한 회로부(도시되지 않음)가 마련될 수 있고, 제 2절연기판(31)을 통하여 배터리(40)와 압전 트랜스포머(32)가 전기적으로 연결될 수 있으며, 제 2절연기판(31)에는 이들의 전기적 연결을 위한 승압 회로부(도시되지 않음)가 마련될 수 있다.

외부기기로부터 인가되는 전원은 수 V의 낮은 전압이므로, 외부기기로부터 직접 인가받은 전원을 상기 배터리(40)에 충전시키고, 배터리(40)에 충전된 약 5V의 전원은 상기 승압 회로부를 통하여 1차적으로 약 12V까지 승압된 후 압전 트랜스포터(32)로 전달된다.

상기 압전 트랜스포머(32)는 음이온 또는 양이온 발생에 필요한 전압인 수kV 로 승압시키는 기능을 수행하고, 상기 압전 트랜스포머(32)로부터 출력된 전압은 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리되어 제 2절연기판(31)에 마련된 양극부(33) 및 음극부(34)를 통하여 각 도전층(22)에 인가된다.

도 3을 참조하면, 제 2절연기판(31)에는 상기 압전 트랜스포머(32)로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 이온 발생부(20)로 전달시키기 위한 복수의 다이오드(35 및 36)가 마련될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)를 구성하는 UBS 포트(50)를 나타내는 개념도이다.

USB(범용 직렬 버스, Universal Serial Bus) 포트(50)는 컴퓨터 및 노트북 등 주변 기기를 연결하는 데 쓰이는 입출력 표준 가운데 하나이다. USB 포트(50)는 다양한 기존의 직렬, 병렬 방식의 연결을 대체하기 위하여 만들어졌다. USB 포트(50)는 컴퓨터를 위하여 개발되었지만 지금은 TV 등의 디스플레이 장치, 냉장고, 공기조화장치 등에도 채택되어 사용되고 있고, USB 포트(50)의 전원 공급 기능을 이용하여 충전 용도로도 많이 사용되고 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)는 상기 USB 포트(50)를 하우징(10)의 내부 및 외부로 슬라이딩 이동 가능하게 장착시키기 위한 포트 장착부(60)를 추가로 포함할 수 있다.

이온 발생장치(1)의 사용 상태에 따라, 외부기기와의 연결시에는 상기 USB 포트(50)가 포트 장착부(60) 외부로 돌출되어 하우징(10)의 외부로 노출될 수도 있고, 충전된 배터리(40)의 전원으로만 구동될 때에는 상기 USB 포트(50)가 포트 장착부 내부에 수용되어 하우징(10)의 외부로 노출되지 않을 수도 있다.

이러한 슬라이딩 이동을 위하여, 상기 포트 장착부(60)에는 내부에 상기 USB 포트(50)를 수용하기 위한 공간부(도시되지 않음)가 마련될 수 있고, 상기 USB 포트(50)의 슬라이딩 이동의 안내를 위한 레일부(도시되지 않음)가 마련될 수 있다.

또한, 상기 포트 장착부(60)는 내부로 USB 포트(50)가 슬라이딩 안내되도록 구성될 수도 있으나, 디자인적 요소를 고려하여 힌지축을 통하여 USB 포트(50)가 장착된 후 상기 힌지축의 안내를 받으며 하우징(10)의 내부 및 외부로 회전 이동될 수 있도록 구성될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)의 일 작동상태를 설명하기 위한 개념도이다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시에에 따른 이온 발생장치(1)는 컴퓨터와 노트북 등의 외부기기(100)로부터 USB 포트(50)를 통하여 외부 전원을 인가받아 작동되거나, USB 포트(50)를 통하여 인가된 외부 전원을 배터리(40)에 충전한 후 배터리(40)에 충전된 전원으로 작동된다.

또한, 상기 이온 발생장치(1)는 경량이고, 슬림이며, 컴팩트한 구조를 가지고 있으므로, 휴대가 간편하다.

따라서, 외부 전원을 인가할 수 있는 컴퓨터, 노트북, 디스플레이 장치 또는 공기조화장치 등의 외부 기기(100)가 설치된 환경에서는 이러한 외부 기기(100)와 이온 발생장치(1)를 USB 포트(50)를 통하여 연결시킨 후, 음이온 또는 양이온을 발생시켜 사용자 주변의 국소 공간의 공기를 쾌적하게 유지시킬 수 있다.

따라서, 사용자가 사무공간 또는 거주공간에서 생활하는 경우에 컴퓨터, 디스플레이 장치 또는 공기조화장치에 상기 이온 발생장치(1)를 연결시킨 후, 음이온 또는 양이온을 발생시켜 사용자 주변의 국소 공간의 공기를 쾌적하게 유지시킬 수 있다.

또한, 상기 외부 기기(100)를 통하여 배터리(40)를 충전시킨 후, 배터리(40)에 충전된 전원을 이용하여 외부 기기가 설치되지 않은 곳이나, 이동 중에도 음이온 또는 양이온을 발생시켜 사용자 주변의 국소 공간의 공기를 쾌적하게 유지시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(1)의 이온 발생 과정을 설명하기 위한 블록 구성도이다.

전술한 바와 같이, 이온 발생장치(1)는 외부기기(100)와 전기적으로 연결된 상태에서 사용될 수도 있고, 외부기기(100)로부터 인가받은 전원을 배터리(40)에 충전하여 사용될 수도 있다.

도 6을 참조하면, 컴퓨터 또는 노트북 등의 외부기기(100)와 이온 발생장치의 USB 포트(50)가 커넥터(C)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다.

이때, 외부기기(100)로부터 인가되는 전원은 수 V의 낮은 전압이므로, 외부기기로부터 직접 인가받은 전원을 상기 배터리(40)에 충전시키고, 배터리(40)에 충전된 약 5V의 전원은 상기 승압 회로부(37)를 통하여 1차적으로 약 12V까지 승압된 후 압전 트랜스포터(32)로 구동전압으로 인가된다.

상기 압전 트랜스포머(32)는 인가된 전원을 음이온 또는 양이온 발생에 필요한 전압인 수kV 로 승압시키는 기능을 수행하고, 상기 압전 트랜스포머(32)로부터 출력된 전압은 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리되어 제 2절연기판(31)에 마련된 양극부(33) 및 음극부(34)를 통하여 각 도전층(22)에 인가되며, 이에 따라 각 도전층 상에 전기적으로 접촉된 각 펠트(23)에 고전압이 인가되어 음이온 또는 양이온이 발생하게 된다.

사용자가 이온 발생장치(1)를 이용하여 사용자 주변의 국소 공간의 공기를 쾌적하게 정화시키고자 하는 경우에는, 고전압 발생부(30)로부터 음극 고전압을 발생시킬 수 있으며, 이러한 음극 고전압은 제 2절연기판의 음극부와 전기적으로 연결된 도전층(22)에 전달되며, 상기 도전층(22)에 전기적으로 접촉된 펠트(23)에 인가된다. 따라서, 상기 펠트(23)는 활성 탄소 섬유의 종단면으로 음이온이 방출시키며 이 음이온은 하우징(10)의 개구부(13)를 통하여 외부로 방출된다.

또한, 사용자가 이온 발생장치(1)를 이용하여 사용자 주변의 국소 공간의 공에 포함된 먼지, 세균 및/또는 미생물을 살균시키고자 하는 경우에는, 쾌적하게 정화시키고자 하는 경우에는, 고전압 발생부(30)로부터 양극 고전압을 발생시킬 수 있으며, 이러한 양극 고전압은 제 2절연기판에 마련된 양극부를 통하여 도전층(22)에 전달되고 상기 도전층에 전기적으로 접촉된 펠트(23)에 인가된다. 따라서, 상기 펠트(23)는 활성 탄소 섬유의 종단면으로 양이온이 방출시키며, 이 양이온은 하우징(10)의 개구부(13)를 통하여 외부로 방출된다.

또한, 양이온 및 음이온을 동시에 발생시키는 경우에는, 살균 기능과 공기 정화 기능을 동시에 수행할 수 있게 된다.

상기 이온 발생장치는 경량이고, 슬림이며, 컴팩트한 구조를 가지고 있으므로, 휴대가 간편하다.

도 7은 본 발명에 따른 이온 발생장치의 이온발생 성능의 실험 데이터를 도시한다.

구체적으로 도 7(a)는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 시간에 따른 이온 발생량을 도시하며, 도 7(b)는 고전압 발생부가 압전 트랜스포머가 아닌 종래의 코일 방식의 트랜스가 사용된 경우, 이온 발생장치의 시간에 따른 이온 발생량을 도시하며, 도 7(c)는 고전압 발생부가 압전 트랜스포머가 아닌 종래의 코일 방식의 트랜스가 사용됨과 더불어 펠트 역시 종래의 팁전극으로 구성된 경우 이온 발생장치의 시간에 따른 이온 발생량을 도시한다.

각각 펠트에 인가되는 승압된 전압은 펄스 방식일 수 있다. 상기 펠트에 인가되는 전압은 펄스 전압 형태로 인가되며, 펄스 전압의 온 타임과 오프 타임의 길이는 서로 다를 수 있으며, 상기 펠트에 인가되는 펄스 전압의 온 타임(on time)의 길이는 오프 타임(off time)의 길이보다 짧은 것이 바람직하다.

펄스방식으로 전압을 인가하는 경우, 인가되는 전압의 온 타임(on time)이 5 밀리 세컨드(5ms)이며, 오프 타임(off time)이 17 밀리 세컨드(17ms)이다.

또한, 압전 트랜스포머를 사용하는 도 7(a)의 경우는 압전 트랜스포머에 인가되는 입력전압이 12볼트(V)이다. 그리고, 도 7(b) 및 도 7(c)의 이온 발생장치에 공급되는 전원은 직류전원이 아닌 교류전원(110V 또는 220V)인 경우이다.

실험방법은 미리 결정된 일정한 풍량(예를 들면 300 이상 (리터/분))으로 송풍장치에서 이온을 발생중인 이온 발생장치 측으로 송풍하고, 이온 발생장치에서 미리 결정된 거리(대략 1미터)에 위치한 이온 측정기에서 이온을 측정하는 방법을 사용하였다.

또한, 3가지 실험 모두 양이온과 음이온을 동시에 발생시키는 이온 발생장치를 사용하였으며, 이온 측정기에서 측정되는 이온의 양은 일정부피의 공기에서 측정되는 이온의 수(개/cc)로 결정하였으며, 측정된 각각의 양이온 및 음이온의 전체 양이 많을수록 이온 발생 성능이 크다고 할 수 있다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 이온 발생장치를 구성하는 고전압 발생부는 코일 트랜스가 아닌 압전 트랜스포머를 사용하며, 방전 전극은 팁전극이 아닌 활성 탄소 섬유로 구성된 펠트로 구성된 전극을 사용하는 경우가, 각각 코일 방식의 트랜스와 펠트로 구성된 전극을 사용하는 경우 및 코일 방식의 트랜스와 팁전극을 사용하는 경우보다 평균적인 이온 발생량이 높다는 것을 확인할 수 있다.

입력전압이 펄스 형태로 제공되므로, 측정되는 이온의 양도 가파르게 증감을 반복하는 패턴으로 측정됨을 확인할 수 있다.

각각의 실험결과에서 A, B 및 C 영역은 각각의 이온 발생장치에서 이온발생이 정상적으로 이루어지는 영역이다. A, B 및 C 영역 중 B 및 C 영역보다 A 영역의 이온 발생량이 B 및 C 영역보다 높게 측정됨을 확인할 수 있다.

즉, 고전압 발생부를 코일 트랜스가 아닌 압전 트랜스포머로 구비하고, 방전전극으로 종래의 팁전극이 아닌 펠트 방식의 방전전극으로 구성하는 경우(A 영역), 이온 발생장치의 크기는 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있으며, 또한 이온 발생효율도 더욱 증가함이 확인되었다.

즉, 방전전극을 팰트 형태로 구성하고, 고전압을 발생시키는 고전압 발생부를 코일 트랜스가 아닌 압전소자로 대체하여, 이온 발생장치의 크기를 휴대가 용이하게 줄일 수 있고, 이온 발생량은 오히려 증가함을 확인할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 발생장치는 휴대 및 충전이 용이하여 장소에 구애받음 없이 사용자 주변의 국소 공간의 공기의 질을 지속적으로 개선 시킬 수 있다.

10: 하우징 20: 이온 발생부
21: 제 1절연기판 22: 도전층
23: 펠트 30: 초전압 발생부
31: 제 2절연기판 32: 압전 트랜스포머
40: 배터리 50: USB 포트

Claims

하나 이상의 개구부를 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 배치된 고전압 발생부;
상기 하우징 내에 배치되며, 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 이온 발생부;
상기 하우징 내에 배치되며, 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 배터리; 및
상기 하우징에 장착되며, 외부기기로부터 공급받은 전원을 상기 배터리로 전달시키기 위한 전원 공급 단자를 포함하고,
상기 이온 발생부는, 상기 하우징 내에 장착되며, 하나 이상의 도전층이 형성된 제 1 절연 기판; 및 상기 도전층 상에 배치되며, 활성 탄소 섬유로 형성된 하나 이상의 펠트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 1 항에 있어서,
상기 전원 공급 단자는 USB 포트인 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 도전층은 상호 이격 형성된 제 1도전층 및 제 2도전층을 포함하고,
상기 펠트는 제 1도전층 및 제 2도전층 상에 각각 배치된 제 1펠트 및 제 2펠트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 4 항에 있어서,
상기 제 1도전층에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 양극 고전압이 전달되고, 상기 제 2도전층에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 음극 고전압이 전달되는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 1 항에 있어서, 상기 고전압 발생부는,
상기 하우징 내에 장착되는 제 2 절연 기판;
상기 제 2 절연 기판에 장착되고, 상기 이온 발생부와 전기적으로 연결된 압전 트랜스포머; 및
상기 제 2 절연 기판에 실장되며, 배터리로부터 전달된 전압을 승압시킨 후 상기 압전 트랜스포머로 전달시키기 위한 승압 회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2절연기판에는 상기 압전 트랜스포머로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 이온 발생부로 각각 전달시키기 위한 복수의 다이오드가 마련된 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 2 항에 있어서,
상기 USB 포트를 하우징의 내부 및 외부로 슬라이딩 이동 가능하게 장착시키기 위한 포트 장착부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
이온의 토출을 위한 하나 이상의 개구부를 갖는 하우징;
상기 하우징 내에 배치되며, 승압 회로부 및 상기 승압 회로부로부터 구동 전압을 인가받는 압전 트랜스포머를 포함하는 고전압 발생부;
상기 하우징 내에 배치되며, 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 이온 발생부; 및
상기 하우징에 장착되며, 외부기기로부터 공급받은 전원을 상기 승압 회로부 로 전달시키기 위한 USB 포트를 포함하고,
상기 이온 발생부는, 상기 하우징 내에 장착되며, 하나 이상의 도전층이 형성된 제 1 절연 기판; 및 상기 도전층 상에 배치되며, 활성 탄소 섬유로 형성된 하나 이상의 펠트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 도전층은 상호 이격 형성된 제 1도전층 및 제 2도전층을 포함하고,
상기 펠트는 제 1도전층 및 제 2도전층 상에 각각 배치된 제 1펠트 및 제 2펠트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제 1도전층에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 양극 고전압이 전달되고, 상기 제 2도전층에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 음극 고전압이 전달되는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 9 항에 있어서,
상기 고전압 발생부에는 상기 압전 트랜스포머로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 이온 발생부로 각각 전달시키기 위한 복수의 다이오드가 마련된 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.
제 9 항에 있어서,
상기 USB 포트를 하우징의 내부 및 외부로 슬라이딩 이동 가능하게 장착시키기 위한 포트 장착부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 발생장치.