KR101645492B1

KR101645492B1 - 휴대용 이온 발생장치

Info

Publication number: KR101645492B1
Application number: KR1020100005479A
Authority: KR
Inventors: 성봉조; 박형호; 장재수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2016-08-05
Also published as: WO2011090295A2; EP2526596A4; CN102714400A; KR20110085607A; US8809802B2; WO2011090295A3; EP2526596B1; US20120305799A1; EP2526596A2

Abstract

본 발명은 이온 발생장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 휴대성 및 이온 발생 효율이 증가한 이온 발생장치에 관한 것이다.

Description

휴대용 이온 발생장치{PORTABLE ION GENERATER}

본 발명은 휴대성 및 이온 발생 효율이 증가한 휴대용 이온 발생장치에 관한 것이다.

본 발명은 휴대용 이온 발생장치에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 크기가 컴팩트하여 휴대가 간편하며, 방전전극의 수명이 향상되고, 주변에서 쉽게 구할 수 있는 전원을 사용할 수 있는 휴대용 이온발생장치에 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.

이온의 종류는 양이온과 음이온이 존재하며, 음이온은 공기중의 산소나 질소 등의 분자가 음의 전하를 갖고 있는 상태를 의미한다.

최근, 음이온은 먼지, 냄새 및 유해 화학물질의 제거에도 효과가 있음이 알려져, 인체에 유익한 것으로 평가받는다. 따라서, 최근 가정용 공기정화장치, 헤어드라이어, 정수기, 차량용 공기정화장치 및 실내의 냉방 또는 난방을 위한 공기조화장치 등과 같은 전자제품에 이온발생장치가 부착되는 경우가 늘고 있다.

또한, 음이온 발생만으로 공기중의 부유 세균을 효과적으로 제거할 수 없다는 점에 근거하여 음이온 이외에 양이온도 함께 발생시키도록 하여 공기를 정화하기 위한 음/양이온 발생기를 구비한 공기조절장치가 개시되어 있다. 특히, 양이온의 경우, 공기중에서의 OH 라디칼 형성을 위한 (+)Cluster 이온 형성에 사용된다.

이온발생장치의 이온 발생원리는 주로 코로나 방전 방식, 전자 방사 방식, 레나-드 효과를 이용한 방식, 그리고 α선 이용 방식이 소개되었다.

여기서, 레나-드 효과를 이용한 방식, 그리고 α선 이용 방식은 장비가 고가이며 그 용도가 주로 산업용으로 사용되므로 가전 제품등에는 적용되지 않는 편이다.

따라서, 양이온 또는 음이온을 선택적으로 발생시킬 수 있는 전자 방사식이 많이 사용될 수 있다. 전자 방사식 이온발생장치가 음이온을 발생시키는 방법은 방전전극에 펄스성의 고전압을 가하여 공기 중에 직접 전자를 방출하는 방식이다.

그리고, 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 사용된다.

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 방전팁으로 인위적으로 끝을 뾰족하게 한 침 형태의 침 방전전극 또는 와이어(wire) 형태의 와이어 방전전극을 이용하였다. 하지만 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.

이러한 침 방전전극 또는 와이어 방전전극은 너 높은 전압이 인가되도록 하기 위하여 그 반경을 최소화하므로, 면적당 발생되는 이온의 양이 작고, 그 방전면이 쉽게 산화되는 문제가 있다.

그리고, 종래의 이온 발생장치에서 방전전극에 펄스성 고전압을 인가하는 고전압 발생부(50)는 코일을 구비하는 트랜스 방식이 사용되었으나, 그 부피가 크다는 문제가 있었다.

또한, 종래 소개된 많은 이온 발생장치는 교류 전원을 사용하는 공기 청정기 또는 공기 정화장치 등에 이온 발생기능의 형태로 추가되는 경우가 많았다.

그러나, 사용자는 특정 공간에만 거주하는 것이 아니며, 사용자가 이동 또는 거주하는 공간에서 간편하게 이온을 발생시켜 쾌적함을 누리고 싶어한다.

이러한 사용자의 요구에 부응하기 위해서는 이온 발생장치의 이온 발생효율이 저하되지 않으면서도 휴대성을 증가시킬 필요가 있다.

본 발명은 휴대성 및 이온 발생 효율이 증가한 이온 발생장치를 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 압전소자를 포함하는 고전압 발생부, 상기 고전압 발생부와 연결되며, 활성 탄소 섬유 재질의 펠트로 구성되는 적어도 1개 이상의 방전전극, 외부의 직류전원 공급부가 착탈가능하게 연결되는 전원 공급단자, 상기 고전압 발생부 또는 상기 방전전극이 장착되는 적어도 1개 이상의 기판, 및, 상기 기판을 수용하는 하우징을 포함하는 휴대용 이온 발생장치를 제공한다.

여기서, 상기 방전전극은 양이온이 발생되는 양이온 방전전극 및 음이온이 발생되는 음이온 방전전극을 포함할 수 있다.

이 경우, 상기 고전압 발생부와 상기 방전전극은 서로 다른 기판에 장착될 수 있다.

또한, 상기 기판은 상부에 위치하는 상부기판과 하부에 위치하는 하부기판을 포함하며, 상기 방전전극은 상기 상부기판에 장착되며, 상기 고전압 발생부는 하부기판에 장착될 수 있다.

그리고, 상기 전원공급단자는 상기 하부기판에 구비될 수 있다.

또한, 상기 전원공급단자에 공급되는 외부의 직류전원은 3볼트 이상 6볼트 이하의 전압을 갖으며, 300mA 이상 1000mA 이하의 전류를 갖을 수 있다.

그리고, 상기 전원 공급단자는 핸드폰 충전 규격단자일 수 있다.

여기서, 상기 상부기판의 일면에 상기 방전전극이 장착되며, 상기 방전전극은 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 전도성 부재 상부에 장착될 수 있다.

이 경우, 상기 하우징은 상기 기판을 감싸는 제1하우징 및 제2하우징을 구비하고, 상기 제1하우징 및 제2하우징 중 어느 하나의 하우징에 상기 방전전극에서 토출되는 이온이 방출되는 이온 토출구가 적어도 1개 이상 구비되며, 다른 하나의 하우징에 상기 전원 공급단자가 노출되는 개방구가 형성될 수 있다.

또한, 상기 이온 토출구는 상기 방전전극에 대응되는 위치에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 방전전극에 인가되는 전압은 펄스 전압 형태이며, 펄스 전압의 온 타임과 오프 타임의 길이는 서로 다를 수 있다.

또한, 상기 방전전극에 인가되는 펄스 전압의 온 타임의 길이는 오프 타임의 길이보다 짧을 수 있다.

그리고, 상기 양이온 방전전극 및 상기 음이온 방전전극의 직경은 30mm 이하이며, 상기 양이온 방전전극 및 상기 음이온 방전전극의 중심부 사이의 거리는 대략 20mm 이상일 수 있다.

여기서, 상기 고전압 발생부에 인가되는 전압은 11 볼트 이상 13볼트 이하일 수 있다.

이 경우, 상기 외부의 직류전원 공급부에서 공급되는 직류전원이 상기 고전압 발생부에 공급되기 전에 승압시키는 보조 승압회로를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 이온 발생장치에 의하면, 방전전극을 팰트 형태로 구성하고, 고전압을 발생시키는 고전압 발생부를 코일 트랜스가 아닌 압전소자로 대체하여, 이온 발생장치의 휴대성을 증가시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이온 발생장치에 의하면, 방전전극을 팰트 형태로 구성하고, 고전압을 발생시키는 고전압 발생부를 코일 트랜스가 아닌 압전소자로 대체하여, 휴대성이 증가함에도 이온 발생 효율을 오히려 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이온 발생장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 하나의 실시예의 분해 사시도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 방전전극으로 사용된 탄소섬유의 미세구조를 보인 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 고전압 발생부(50)가 장착된 기판의 평면도를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 다른 실시예의 분해 사시도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 이온 발생장치의 이온발생 성능의 실험 데이터를 도시한다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 이온 발생장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 이온 발생장치는 압전소자를 포함하는 고전압 발생부(50), 상기 고전압 발생부(50)와 연결되며, 활성 탄소 섬유 재지의 펠트로 구성되는 적어도 1개 이상의 방전전극(20), 외부의 직류전원 공급부가 착탈가능하게 연결되는 전원 공급단자(60), 상기 고전압 발생부(50) 또는 상기 방전전극이 장착되는 적어도 1개 이상의 기판 및, 상기 기판을 수용하는 하우징을 포함한다.

본 발명에 따른 이온 발생장치는 휴대성을 높이기 위하여 교류 전원이 아닌 직류전원을 사용한다. 상기 직류전원 공급부의 예는 교류 전원을 직류전원으로 변환하는 직류변환 아답타 등일 수 있다. 상기 직류전원 공급부는 일반적으로 휴대 가능한 소형 전자제품에 전원을 공급하기 위하여 사용되는 경우가 많다.

특히, 범용 아답타 등은 주변에서 쉽게 구할 수 있다. 흔히 사용되는 핸드폰 충전기 등은 사용자의 활동공간에서 쉽게 구할 수 있고 공유되고 있으므로, 사용자가 이온 발생장치만 휴대하더라도 원하는 장소에서 쉽게 이온 발생장치를 작동시켜, 쾌적함을 누릴 수 있다.

따라서, 상기 전원 공급단자(60)는 직류전원 공급부의 종류에 따라 다양하게 변화될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이온 발생장치는 고전압 발생부(50)로서 일반적인 코일 방식의 트랜스가 아닌 압전소자를 사용한다.

압전소자 [壓電素子, piezoelectric element]란 수정, 전기석, 로셸염 등이 일찍부터 압전소자로서 이용되었으며, 근래에 개발된 타이타늄산바륨, 인산이수소암모늄, 타타르산에틸렌다이아민 등의 인공결정도 압전성이 뛰어나다. 압전기란 어떤 종류의 결정판(結晶板)에 일정한 방향에서 압력을 가하면 판의 양면에 외력에 비례하는 양·음의 전하가 나타나는 현상으로 압전소자를 사용한 승압회로가 소개되었다. 압전소자를 사용하여 직류전압을 승압하는 원리 등에 대한 설명은 생략한다.

이러한 압전소자는 그 부피가 코일 방식의 고전압 발생부(50)에 비해 소형화되었다는 특징이 있다.

상기 압전소자를 구비하는 고전압 발생부(50)에 인가되는 전압은 11 볼트 이상 13 볼트 이하일 수 있다. 일반적으로 공기조화장치 등의 전자제품 내부 전원이 11 볼트 이상 13 볼트를 갖을 수 있으므로, 공기조화장치 등에 직접 적용할 수 있도록 압전소자를 설계하는 것이 바람직하다. 즉, 휴대용 이온 발생장치를 위한 압전소자를 별도로 설계하는 것이 아니라, 휴대를 전제로 하지 않는 일반적인 전자제품의 전원규격에 맞도록 압전소자를 설계한 뒤, 휴대용 이온 발생장치에도 적용하는 방법이 가능하다.

만일, 범용 압전소자를 구비하는 고전압 발생부를 채용한 경우, 외부에서 공급되는 직류전원이 전압은 11 볼트 이상 13 볼트 범위에 도달하지 못하는 경우, 고전압 발생부(50)에 인가되는 입력전압을 보상하기 위하여 보조 승압회로(55)를 더 구비할 수 있다. 보조 승압회로는 코일 방식, 압전소자 방식 또는 충전가능한 베터리를 사용할 수 있다.

물론, 외부 직류전원의 전압에 대응되는 입력전압을 사용하는 압전소자를 포함하는 고전압 발생부를 사용하는 경우라면, 상기 보조 승압회로(55)는 생략이 가능하다.

그리고, 본 발명의 이온 발생장치는 적어도 1개 이상의 방전전극(20)을 구비한다.

본 발명에 따른 이온 발생장치는 각각 양이온을 발생시키기 위한 양이온 방전전극과 음이온 방전전극을 구비할 수 있다.

물론, 각각의 양이온 방전전극과 음이온 방전전극을 복수 개 구비할 수도 있다.

그리고, 본 발명에 따른 이온 발생장치는 적어도 1개 이상의 기판을 구비할 수 있다.

상기 고전압 발생부(50)가 장착되는 기판과 방전전극이 장착되는 기판은 서로 다를 수 있다. 즉, 상기 고전압 발생부(50)와 상기 방전전극(20)은 서로 다른 기판(30 또는 40)에 장착될 수 있다. 상기 기판은 상부에 위치하는 상부기판(30)과 하부에 위치하는 하부기판(40)을 포함하며, 상기 방전전극(20)은 상기 상부기판에 장착되며, 상기 고전압 발생부(50)는 하부기판(40)에 장착될 수 있다.

도 1에 도시된 구성도에서, 설명의 편의상 방전전극이 장착되는 기판을 상부기판(30)이라 칭하고, 고전압 발생부(50)가 장착되는 기판 및/또는 전원 공급단자(60)가 구비되는 기판을 하부기판(40)으로 칭한다.

각각의 부품들이 장착되는 기판을 상부기판(30)과 하부기판(40)으로 분리시키는 이유는 고전압 발생부(50) 및 방전전극(20) 사이에서 발생되는 상호작용 등에 의하여 스파크 등이 발생되어 부품 손상 등이 발생되는 것을 예방하기 위함이다.

상기 상부기판(30)과 하부기판(40)은 하우징 내부에 수용되는 구조를 갖는다. 이하 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 이온 발생장치의 구조를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 하나의 실시예의 분해 사시도를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(100)는 하우징(10, 70), 고전압 발생부(50), 방전전극(20), 배터리(40) 및 전원 공급단자(60)를 포함한다.

상기 하우징(10)은 기판을 감싸는 상부 하우징(10)과 하부 하우징(70)을 포함할 수 있으며, 상기 상부 하우징(10)과 하부 하우징(70)의 결합에 의하여 내부에 소정의 공간부(도면 부호 미도시)가 형성될 수 있으며, 상기 공간부에 고전압 발생부(50), 방전전극(20) 및 전원 공급단자(60)가 구비될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 이온 발생장치는 외부를 감싸는 하우징(10, 70) 내부에 상부기판(30)과 하부기판(40)이 적층되어 구비될 수 있다.

상기 상부 하우징(10)에 개방된 이온 토출구(13)가 적어도 1개 이상 구비될 수 있으며, 발생된 이온이 쉽게 토출될 수 있도록 상기 방전전극(20)은 상기 상부 하우징(10)에 근접한 상부기판(30)에 장착될 수 있다.

상기 방전전극(20)는 활성 탄소 섬유로 구성된 펠트, 즉 모직물 형태로 제공될 수 있다.

또한, 상기 방전전극(20)은 양이온을 발생시키는 양이온 방전전극(21) 및 음이온을 발생시키는 음이온 방전전극(23)을 구비할 수 있다.

상기 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)은 이격된 거리에 장착될 수 있다.

상기 상부기판(30)은 절연체로 구성될 수 있으며, 상기 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)이 장착되는 부분에만 제1 및 제2 전도성 부재(81, 83)가 구비되어, 후술하는 고전압 발생부(50)에서 승압된 전압이 각각의 상기 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)에 골고루 인가될 수 있게 한다.

구체적으로 상기 전도성 부재(81, 83)는 도전성 테이프일 수 있다. 이러한 도전성 테이프를 이용하여 상부기판(30)의 장착부위에 방전잔극(21, 23)을 1차 고정하고 탄소 섬유로 구성되는 방전잔극(21, 23)을 압착하여 최종 고정할 수 있다.

즉, 상기 상부기판(30)의 일면에 상기 방전전극(21,23)이 장착되며, 상기 방전전극은 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 전도성 부재(81, 83) 상부에 장착된다.

따라서, 상기 제1 및 제2 전도성 부재(81, 83)의 크기는 각각의 상기 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)의 크기에 대응될 수 있다.

상기 상부기판(30)은 그 하부기판(40)에 장착된 고전압 발생부(50)와 전기적으로 연결되기 위한 연결홀(35)이 구비될 수 있다. 상기 연결홀(35)을 통해 전선 등으로 상기 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)과 상기 고전압 발생부(50)는 각각 연결될 수 있다.

상기 하부기판(40)에는 전술한 고전압 발생부(50)가 장착될 수 있으며, 상기 하부기판(40)의 하면에 상기 전원 공급단자(60)에서 공급된 전원이 상기 고전압 발생부(50)로 공급되기 위한 입력단자부(미도시)가 구비되며, 상기 하부기판(40)의 상면에는 상기 고전압 발생부(50)에서 증폭된 승압된 전압의 제1 및 제2 출력단자부(41, 43)가 각각 구비된다. 상기 제1 및 제2 출력단자부(41, 43)가 2개 구비된 이유는 양극과 음극 단자가 구비되기 때문이다.

각각의 상기 제1 및 제2 출력단자부(41, 43)는 상기 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)과 각각 연결된다.

그리고, 상기 하부기판(40)에는 전원 공급단자(60)가 구비될 수 있다. 상기 전원 공급단자(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 기판에 직접 장착될 수도 있고, 하우징에 장착된 상태로 상기 하부기판(40) 또는 고전압 발생부(50)에 연결될 수도 있다.

상기 전원 공급단자(60)는 외부의 직류전원 공급부, 예를 들면 아답타 등에 착탈가능하게 장착되는 부분이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전원 공급단자(60)는 범용 원형 아답타 단자일 수 있다.

상기 하부 하우징(70)에 상기 전원 공급단자(60)의 위치에 대응되는 개방구(72)가 형성될 수 있다. 상기 개방구(72)로 상기 전원 공급단자(60)가 노출되도록 장착될 수 있다.

본 발명에 따른 이온 발생장치는 종래의 팁전극이 아닌 활성 탄소 섬유로 구성되는 펠트(felt) 형태의 방전전극(20)을 사용한다. 종래의 팁전극의 방전부위가 산화되는 문제를 제거할 수 있으며, 방전전극(20)을 통해 방전되는 이온의 양을 증가시킬 수 있다.

본 발명에 따른 이온 발생장치는 양이온을 발생시키는 양이온 방전전극(21)과 음이온을 발생시키는 음이온 방전전극(23)을 구비하며, 전술한 바와 같이 양이온 방전전극(21)과 음이온 방전전극(23)은 상기 상부기판(30)에 이격된 상태로 장착된다.

상기 방전전극(20)의 크기는 각각 그 직경이 30mm 이하일 수 있으며, 각각의 방전전극(20)의 중심부 사이의 거리는 대략 20mm 이격된 상태로 상기 상부기판(30)에 장착될 수 있다. 각각의 방전전극(20)의 크기 등을 고려하여 이격거리는 조절될 수 있다. 각각의 방전전극(20)에서 발생되는 이온 들이 토출되는 과정에서 간섭되지 않도록 하고, 방전과정에서의 상호작용을 최소화하기 위함이다. 이하, 도 3을 참조하여, 방전전극(20)을 구성하는 활성 탄소 섬유에 대하여 검토하기로 한다.

도 3은 본 발명의 방전전극으로 사용된 탄소섬유의 미세구조를 보인 사진이다.

도시된 바와 같이 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 섬유 펠트는 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 섬유 펠트를 음이온 방전전극으로 사용한다.

즉, 매우 미세하고 무수히 많은 탄소섬유 끝단을 모두 이온 발생팁으로 사용하도록 함으로써, 활성 탄소섬유 팰트 전면으로부터 다량의 이온을 안정적으로 발생시킬 수 있다.

이러한 활성 탄소섬유로 이루어진 활성 탄소섬유 팰트는 섬유 형태로 직조되기 때문에 그 크기 및 모양이 쉽게 정의될 수 있으며, 귀금속 입자들을 자유롭게 담지할 수 있는 특성도 가지고 있다. 본 발명은 활성 탄소 섬유 펠트에 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 입자에는 Ag, Pt, Au, Cu, Al, Cr, W, Mo 등이 있다.

구체적으로 상기 금속재질로 방전전극을 구성하는 탄소 섬유를 코팅할 수 있다. 구체적으로 은 나노(nano Ag) 코팅일 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.

도 3에 도시된 바와 같이, 직경이 수㎛인 탄소 섬유를 이용한 활성 탄소 섬유로 형성된 펠트는 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 펠트를 음이온 방전전극 또는 양이온 방전전극으로 사용할 수 있다. 즉, 매우 미세하고 무수히 많은 탄소섬유 끝단을 모두 음이온 방전전극 또는 양이온 방전전극으로 사용함으로써, 활성 탄소섬유 팰트 전면으로부터 다량의 음이온 또는 양이온을 안정적으로 발생시킬 수 있다.

이러한 활성 탄소섬유로 이루어진 활성 탄소섬유 팰트는 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 펠트에 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.

상기 팰트는 음이온 방전전극 또는 양이온 방전전극으로 사용될 수 있으며, 쾌적한 환경을 위하여 공기를 정화시키고자 하는 경우에는 음이온 방전전극으로만 사용되어 음이온만을 발생시킬 수 있으며, 공기 중의 세균이나 미생물을 살균시키고자 하는 경우에는 양이온 방전전극으로만 사용되어 양이온만을 발생시킬 수 있다.

또한, 필요에 따라 음이온과 양이온을 동시에 발생시킬 수 있도록, 어느 한 펠트는 음이온 방전전극으로 사용되고, 다른 펠트는 양이온 방전전극으로 사용될 수 있음은 물론이다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 이온 발생장치(100)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.

전술한 바와 같이, 인접하는 2개의 펠트(양이온 방전전극, 음이온 방전전극)는 전기적 안정성, 살균성과 항균성 및 이온발생량을 고려하여 소정의 간격으로 이격 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 인접하는 2개의 방전전극(20)가 소정의 간격 이하로 근접 배치되어 있으면 이온 발생시 스파크가 발생될 위험이 있다.

도 4는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 고전압 발생부(50)가 장착된 하부기판(40)의 평면도를 도시한다.

구체적으로, 도 4의 (a)는 본 발명의 하부기판(40)을 상부에서 바라보았을 때의 평면도이고, (b)는 본 발명의 하부기판(40)을 하부에서 바라보았을 때의 평면도이다.

상기 하부기판(40) 상에는 고전압 발생부(50)가 장착될 수 있다.

각각의 상기 방전전극(20)를 통하여 음이온 또는 양이온을 발생시키기 위해서는 각 방전전극(20)과 전기적으로 연결된 각 전도성 부재(80)에 음극 고전압 또는 양극 고전압이 인가되어야 하며, 상기 고전압 발생부(50)는 이러한 고전압을 출력시키는 기능을 수행한다.

전술한 바와 같이, 상기 전도성 부재(81,83)는 상기 하부기판(40)에 구비된 출력단자(91,93)와 전기적으로 연결된다. 상기 전도성 부재(81,83)와 상기 출력단자(91,93) 중 어느 하나와 연결될 수 있다.

상기 전도성 부재 중 제1전도성 부재(81)가 양이온이 발생되는 양이온 방전전극(21)이 장착되는 장소라면, 상기 출력단자(91,93) 중 제1 출력단자(91)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 전도성 부재 중 제2전도성 부재(83)가 음이온이 발생되는 제2방전전극(23)이 장착되는 장소라면, 상기 출력단자(91,93) 중 제2출력단자(93)과 연결될 수 있다.

상기 고전압 발생부(50)에서 증폭되어 제1출력단자(91) 및 제2출력단자(93)를 통해 상기 제1방전전극(21) 및 제2방전전극(23)에 인가된다.

상기 고전압 발생부(50)는 음이온 또는 양이온 발생에 필요한 전압인 수 kV 로 승압시키는 기능을 수행하고, 상기 고전압 발생부(50)로부터 출력된 전압은 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리되어 양이온 방전전극(21) 및 음이온 방전전극(23)으로 공급된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하부기판(40)에는 상기 고전압 발생부(50)로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 방전전극(20)으로 전달시키기 위한 복수의 다이오드(95, 97)가 마련될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 다른 실시예의 분해 사시도를 도시한다. 도 2 내지 도 4를 참조한 설명과 중복된 설명은 생략한다.

도 5에 도시된 실시예에서, 외부의 직류전원 공급부는 범용 휴대폰 아답터 등일 있으며, 직류전원 공급부가 착탈가능하게 연결되는 전원 공급단자(60)는 성가 직류전원 공급부의 단자에 대응되는 단자를 구비할 수 있다.

예를 들어, 국내에서는 직류전원 공급부의 단자가 TTA(한국정보통신기술협회(Telecommunication Technology Association) 규격을 만족하는 24핀 또는 20핀 단자인 경우, 전원 공급단자(60) 역시 TTA 규격의 24핀 또는 20핀을 수용하는 단자일 수 있다. 이는 국가 또는 휴대폰 제조사에 따라 다를 수 있다.

또한, 상기 직류전원 공급부에서 제공되는 외부의 직류전원은 대략 3볼트 이상 6볼트 이하의 전압을 갖으며, 300mA 이상 1000mA 이하의 전류를 갖을 수 있다.

물론, 휴대용 단말기 아답터는 직접 교류전원을 감압 및 직류 변환하는 방식일 수 있으나, 컴퓨터 등의 USB 단자로부터 직접 직류전원을 공급하는 케이블 형태일 수도 있다. USB 단자는 5볼트 이하, 500mA 이하의 전원을 제공하므로, 본 이온 발생장치의 전원으로 사용될 수 있다.

도 5에 도시된 실시예에서, 전원 공급단자(60')는 하부기판(40)의 길이방향 단부에 구비될 수 있다. 구체적으로 하부기판(40)의 하면의 길이방향 단부에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 하부 하우징(70)에는 상기 전원 공급단자(60)에 대응되는 개방구(72')가 구비될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 이온 발생장치의 이온발생 성능의 실험 데이터를 도시한다.

구체적으로 도 6(a)는 본 발명에 따른 이온 발생장치의 시간에 따른 이온 발생량을 도시하며, 도 6(b)는 고전압 발생부(50)가 압전소자가 아닌 종래의 코일 방식의 트랜스가 사용된 경우, 이온 발생장치의 시간에 따른 이온 발생량을 도시하며, 도 6(c)는 고전압 발생부(50)가 압전소자가 아닌 종래의 코일 방식의 트랜스가 사용됨과 더불어 방전전극 역시 종래의 팁전극으로 구성된 경우이온 발생장치의 시간에 따른 이온 발생량을 도시한다.

각각 방전전극(21,23)에 인가되는 승압된 전압은 펄스 방식일 수 있다. 상기 방전전극(21,23)에 인가되는 전압은 펄스 전압 형태로 인가되며, 펄스 전압의 온 타임과 오프 타임의 길이는 서로 다를 수 있으며, 상기 방전전극(21,23)에 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, 압전소자를 사용하는 도 6(a)의 경우는 압전소자를 구비하는 고전압 발생부(50)에 인가되는 입력전압이 12볼트(V)이다. 그리고, 도 6(b) 및 도 6(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(ion/cc)로 결정하였으며, 측정된 각각의 양이온 및 음이온의 전체 양이 많을수록 이온 발생 성능이 크다고 할 수 있다.

그리고, 실험에 사용된 방전전극의 크기는 그 직경이 13mm이며, 두께가 1mm인 방전전극이 사용되었다.

도 6(a)에 도시된 바와 같이, 이온 발생장치를 구성하는 고전압 발생부는 코일 트랜스가 아닌 압전소자를 사용하며, 방전전극은 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 확인 할 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 압전소자를 구비하고, 방전전극으로 종래의 팁전극이 아닌 팰트 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.

또한, 본 발명에 따른 이온 발생장치는 외부에서 공급되는 직류전원의 종류를 핸드폰 충전기 등과 같이 주변에서 쉽게 구할 수 있도록 하여, 휴대성과 더불어 이온 발생장치의 활용성을 한층 증가시킬 수 있다.

20 : 방전전극 30 : 상부기판
40 : 하부기판 50 : 고전압 발생부
60 : 전원 공급단자 100 : 휴대용 이온 발생장치

Claims

압전소자를 포함하는 하나의 고전압 발생부;
상기 고전압 발생부와 연결되며, 활성 탄소 섬유 재질의 펠트로 구성되는 적어도 1개 이상의 방전전극;
외부의 직류전원 공급부가 착탈가능하게 연결되는 전원 공급단자;
상기 고전압 발생부 또는 상기 방전전극이 장착되는 적어도 1개 이상의 기판; 및,
상기 기판을 수용하는 하우징;을 포함하고,
상기 기판은 상부에 위치하는 상부기판과 하부에 위치하는 하부기판을 포함하며, 상기 방전전극은 상기 상부기판에 장착되며, 상기 고전압 발생부는 하부기판에 장착되며,
상기 방전전극은 양이온이 발생되는 양이온 방전전극 및 음이온이 발생되는 음이온 방전전극을 포함하고,
상기 하부기판에는 상기 고전압 발생부로부터 출력된 고전압을 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리하여 방전전극으로 전달시키기 위한 복수의 다이오드가 구비되며,
상기 고전압 발생부로부터 출력된 전압은 양극 고전압과 음극 고전압으로 분리되어 양이온 방전전극 및 음이온 방전전극으로 공급되는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 고전압 발생부와 상기 방전전극은 서로 다른 기판에 장착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전원공급단자는 상기 하부기판에 구비되는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제5항에 있어서,
상기 전원공급단자에 공급되는 외부의 직류전원은 3볼트 이상 6볼트 이하의 전압을 갖으며, 300mA 이상 1000mA 이하의 전류를 갖는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제6항에 있어서,
상기 전원 공급단자는 핸드폰 충전 규격단자인 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 상부기판의 일면에 상기 방전전극이 장착되며, 상기 방전전극은 상기 고전압 발생부와 전기적으로 연결된 전도성 부재 상부에 장착되는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 상기 기판을 감싸는 제1하우징 및 제2하우징을 구비하고, 상기 제1하우징 및 제2하우징 중 어느 하나의 하우징에 상기 방전전극에서 토출되는 이온이 방출되는 이온 토출구가 적어도 1개 이상 구비되며, 다른 하나의 하우징에 상기 전원 공급단자가 노출되는 개방구가 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제9항에 있어서,
상기 이온 토출구는 상기 방전전극에 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 방전전극에 인가되는 전압은 펄스 전압 형태이며, 펄스 전압의 온 타임과 오프 타임의 길이는 서로 다른 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제11항에 있어서,
상기 방전전극에 인가되는 펄스 전압의 온 타임의 길이는 오프 타임의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 양이온 방전전극 및 상기 음이온 방전전극의 직경은 30mm 이하이며, 상기 양이온 방전전극 및 상기 음이온 방전전극의 중심부 사이의 거리는 20mm 이상인 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 고전압 발생부에 인가되는 전압은 11 볼트 이상 13볼트 이하인 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.
제14항에 있어서,
상기 외부의 직류전원 공급부에서 공급되는 직류전원이 상기 고전압 발생부에 공급되기 전에 승압시키는 보조 승압회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 이온 발생장치.