KR101748449B1

KR101748449B1 - 제전기

Info

Publication number: KR101748449B1
Application number: KR1020120006172A
Authority: KR
Inventors: 츠카사 후지타
Original assignee: 가부시키가이샤 키엔스
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2012-01-19
Publication date: 2017-06-16
Also published as: CN102612246B; KR20120085204A; CN102612246A; TWI519208B; JP5508302B2; TW201247032A; JP2012155857A

Abstract

전형적으로는 트랜스포머로 구성되는 일차 승압 회로에 관해 고도의 절연성이 요구되는 일이 없는 펄스 AC 방식의 제전기를 제공한다.
제전기(300)는 양극성의 고전압 발생 회로(306)의 출력선(326)이 음극성의 고전압 발생 회로(308)의 접지측에 접속되고, 공통의 방전 전극(304)에 양극성과 음극성의 고전압이 교대로 인가된다. 음극성의 트랜스포머(312)의 이차 권선(321a)의 접지측 단자(312b)는 접지되어 있고, 이 접지측 단자(312b)는 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)로부터 단절되어 있다.

Description

제전기{IONIZER}

본 발명은 공통의 방전 전극으로부터 양, 음의 극성의 이온을 교대로 방출시켜 대전체(워크)의 제전을 행하는 제전기에 관한 것이다.

제전기는 대전된 워크를 제전하기 위해 워크의 주위를 이온 분위기로 채우는 데 사용되고 있다. 제전기는 공통의 방전 전극에 양극성과 음극성의 고전압을 교대로 인가하는 AC식과, 2개의 방전 전극의 한쪽에 양극성의 고전압을 인가하고, 다른 쪽의 방전 전극에 음극성의 고전압을 인가하는 DC식으로 분류할 수 있다.

일반적으로, 방전 전극과 대전체 사이의 이간 거리가 비교적 클 때에는 방전 전극에서 발생한 이온이 대전체에 도달할 때까지 시간이 소요되기 때문에 각 방전 전극에서 동일 극성의 이온을 생성시키는 DC식의 제전기가 적합하다고 일컬어지고 있다. 다른 한편, 방전 전극과 대전체 사이의 이간 거리가 비교적 작을 때에는 동일한 방전 전극에 의해 양극성과 음극성의 이온을 교대로 생성하는 AC식의 제전기가 적합하다고 일컬어지고 있다.

AC식의 제전기의 진화의 역사를 설명하면, 먼저, 특허 문헌 1에 개시한 바와 같이, 상용 교류 전원을 변압기로 승압시키고, 이 승압된 교류 고전압을 공통의 방전 전극에 공급하는 방식이 개발되었다. 이 방식에 따르면, 방전 전극에 양음의 고전압을 인가하는 주파수가 상용 교류 전원의 주파수에 의해 규정되기 때문에, 방전 전극에 인가하는 양음의 고전압의 주파수 및 듀티비를 변경하기가 어렵다는 문제가 있다.

이미 알려진 바와 같이, 방전 전극에 인가하는 양음의 고전압의 주파수나 듀티비는 방전 전극과 대전체(워크)의 이간 거리 및 워크측의 요청에 따라 선정하는 것이 바람직하다. 특히, 주행하고 있는 필름이나 시트 등의 길이가 긴 형태의 대전체를 균일하게 제전하는 경우나 하전에 민감한 대전체를 제전하는 경우에는, 비교적 높은 주파수로 양음의 이온을 발생시키는 것이 바람직하다. 이에 대응하기 위해 특허 문헌 2의 제전기가 개발되었다.

특허 문헌 2에 개시된 제전기의 대표적인 고전압 전원 회로를 본원 명세서에 첨부된 도 1에 도시했다. 도 1을 참조하면, 도시한 제전기(100)는, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)와 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)를 구비하며, 이들 제1 및 제2 고전압 발생 회로(102, 104)는 각각 임피던스로서 작용하는 제1 및 제2 저항(106, 108)을 통해 방전 전극(110)에 접속되어 있다.

이 도 1의 제전기(100)에 있어서는, 제1 메인 스위치 소자(112)를 통해 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 전원이 공급되고, 제2 메인 스위치 소자(114)를 통해 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)에 전원이 공급된다. 따라서, 이 제전기(100)에 따르면, 한쪽의 메인 스위치 소자(112(114))를 ON, 다른 쪽의 메인 스위치 소자(114(112))를 OFF하는 바와 같이, 제1 및 제2 메인 스위치 소자(112, 114)의 ON/OFF 동작을 교대로 행함으로써 동일한 방전 전극(110)에 대해 양극성과 음극성의 펄스형의 고전압을 교대로 인가할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 메인 스위치 소자(112, 114)의 ON, OFF의 주기를 변경함으로써 주파수를 자유로이 변경할 수 있고, 또한, 제1 및 제2 메인 스위치 소자(112, 114)의 ON, OFF의 기간을 변경함으로써 양/음극성의 고전압의 듀티비를 변경할 수 있다.

특허 문헌 3에 개시된 제전기도 상기 도 1의 제전기(100)와 동일한 목적으로 개발되었다. 이 특허 문헌 3에 개시된 대표적인 고전압 전원 회로를 본원 명세서에 첨부된 도 2에 도시했다. 도 2에 있어서, 전술한 도 1의 제전기(100)와 동일한 요소에는 동일한 참조 부호를 붙임으로써 그 설명을 생략하고, 이 도 2에 도시한 제전기(120)의 특징 부분을 중심으로 설명한다.

도 2를 참조하면, 도시한 제전기(120)는, 전술한 도 1의 제전기(100)와 동일하게 제1 및 제2의 2개의 고전압 발생 회로(102, 104)를 구비하며, 그리고 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에는 메인 스위치 소자(122)를 통해 교류 전원이 공급된다. 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)는 그 출력선(128)이 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 접지측에 접속되어 있고, 이 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)가 생성한 고전압은 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)를 통해 공통의 방전 전극(110)에 출력된다.

이 도 2의 제전기(120)에 따르면, 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)에는 항상 전원이 공급되고 있으므로 제2 고전압 발생 회로(104)는 음극성의 고전압을 항상 생성하고 있다. 그리고, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)와 관련된 메인 스위치 소자(122)를 ON했을 때에는, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에서 양극성의 고전압이 생성된다. 따라서, 단일의 메인 스위치 소자(122)를 ON했을 때에는, 방전 전극(110)에 대해 제1 고전압 발생 회로(102)의 발생 전압과 제2 고전압 발생 회로(104)의 발생 전압을 합성한 고전압이 방전 전극(110)에 인가된다. 또한, 메인 스위치 소자(122)를 OFF했을 때에는 제2 고전압 발생 회로(104)가 생성한 음극성의 고전압이 방전 전극(110)에 인가된다.

구체적으로 설명하면, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 발생 전압을 "Vp", 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)의 발생 전압을 "Vn", 방전 전극(110)에 인가되는 전압(출력 전압)을 "Vo"라고 나타내어 설명하면, 단일의 메인 스위치 소자(122)가 OFF일 때에는, 방전 전극(110)에 대해 실질적으로 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)의 출력 전압(Vn)이 인가된다(Vo=Vn). 다른 한편, 메인 스위치 소자(122)가 ON일 때에는, 제1 및 제2 고전압 발생 회로(102, 104)의 발생 전압을 합성한 출력 전압(Vp+Vn)이 방전 전극(110)에 실질적으로 인가된다(Vo=Vp+Vn).

따라서, 공통의 방전 전극(110)에 대해, +5,000V의 고전압과 -5,000V의 고전압을 교대로 인가할 때에, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 발생 전압(Vp)은 출력 전압(Vo)의 2배의 전압이 필요해진다.

또한, 이 도 2의 제전기(120)에 있어서도, 전술한 도 1의 제전기(100)와 동일하게, 단일의 메인 스위치 소자(122)의 ON, OFF의 주기를 변경함으로써 주파수를 자유로이 변경할 수 있고, 또한 메인 스위치 소자(122)의 ON, OFF 기간을 변경함으로써 양/음극성의 고전압의 듀티비를 변경할 수 있다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 2005-183350호 공보 특허 문헌 2: 일본 특허 공개 2000-58290호 공보 특허 문헌 3: 일본 특허 공개 2004-55442호 공보

도 1의 제전기(100)의 고전압 전원 회로에 있어서는, 제1 메인 스위치 소자(112)를 ON, 제2 메인 스위치 소자(114)를 OFF했을 때 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)가 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)를 사이에 두고 접지되기 때문에, 이 양극성의 고전압 발생 회로(102)의 발생 전압(Vp)이 제1 및 제2 저항(106, 108)에서 분압되어 방전 전극(110)에 인가되게 된다. 마찬가지로, 제1 메인 스위치 소자(112)를 OFF, 제2 메인 스위치 소자(114)를 ON했을 때에, 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)가 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)를 사이에 두고 접지되기 때문에, 이 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)의 발생 전압(Vn)이 제1 및 제2 저항(106, 108)에서 분압되어 방전 전극(110)에 인가되게 된다. 따라서, 양극성 및 음극성의 고전압 발생 회로(104, 106)의 양쪽 모두 그 능력의 일부가 사실상 무효화된다.

이에 반해, 도 2의 제전기(120)의 고전압 전원 회로에 있어서는, 전술한 바와 같이 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)만 그 능력의 일부가 사실상 무효화된다. 이 점에서, 도 1의 제전기(100)에 비해 도 2의 제전기(120)는 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)의 부담을 저감시킬 수 있으므로, 후술하는 바와 같이 고전압 전원 회로에 코크로프트 월턴(Cockcroft Walton) 회로(배전압 정류 회로)를 포함하는 경우에는, 그 단(段) 수를 적게 할 수 있어 부품 수를 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.

그러나, 도 2의 제전기(120)는 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 트랜스포머(124)에 고도의 절연성이 요구되며, 이 결과 트랜스포머(124)를 대형화해야 한다는 문제가 있다. 이 문제점을 상세하게 설명하면, 도 2의 제전기(120)에 있어서는, 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)의 출력선(128)이 양극성측의 트랜스포머(124)의 이차 권선(126)의 접지측 단자에 접속되어 있으므로, 메인 스위치 소자(122)가 OFF일 때 양극성의 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 트랜스포머(124)의 이차 권선(126)의 접지측 단자에는, 음극성의 고전압 발생 회로(104)가 생성한 고전압(Vn)이 인가된 상태가 된다.

이 고전압(Vn)은 코로나 방전시킬 수 있는 전압이므로, 메인 스위치 소자(122)가 OFF일 때 트랜스포머(124)의 내부 즉 일차 권선(132)과 이차 권선(126) 사이에서 코로나 방전이 발생하지 않도록 해야 한다. 바꾸어 말하면, 메인 스위치 소자(122)가 OFF일 때, 음극성의 고전압(Vn)에 의해 트랜스포머(124)의 내부에서 코로나 방전이 발생하지 않도록, 이 트랜스포머(124)는 일차 권선(132)과 이차 권선(126) 사이에서 고도의 절연성을 구비하고 있을 필요가 있다.

일반론으로서, 트랜스포머 내부의 절연은 일차 권선과 이차 권선의 거리를 크게 함으로써 실현되며, 또한, 이차 권선과 코어 사이의 거리를 크게함으로써 실현된다. 따라서, 도 2의 제전기(120)에 있어서는, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 채용하는 트랜스포머(124)로서, 일차 권선(132)과 이차 권선(126)의 이간 거리가 크고 이차 권선(126)과 코어의 이간 거리가 큰 트랜스포머를 채용할 필요가 있다. 이 도 2의 제전기(120)의 제1 고전압 발생 회로(102)에 채용 가능한 트랜스포머로서, 예컨대 일본 특허 공개 2006-173356호 공보에 개시된 트랜스포머, 구체적으로는, 일차 권선과 이차 권선을 개개로 독립된 보빈에 권회한 트랜스포머를 들 수 있다.

그러나, 일차 권선(132)과 이차 권선(126)의 이간 거리가 큰 트랜스포머는 전력 전달 효율이 상대적으로 낮고, 또한 이차 권선(126)과 코어의 이간 거리가 큰 트랜스포머는 전력 전달 효율이 더 저하된다. 어쨌든, 도 2의 제전기(120)의 문제점을 해소하려면, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 조립해 넣는 트랜스포머(124)로서 부득이하게 매우 대형의 트랜스포머를 채용할 수밖에 없다. 이는 제전기(120)의 대형화를 초래함은 물론이다. 특히, 복수 개의 방전 전극을 포함하는 제전기에서는, 이러한 대형의 트랜스포머를 조립해 넣는 것은 제전기의 소형화에 있어 큰 장애가 된다.

본 발명의 목적은, 펄스 AC 방식의 제전기를 전제로 하여, 전형적으로는 트랜스포머로 구성되는 일차 승압 회로에 관해 고도의 절연성이 요구되는 일이 없는 제전기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 펄스 AC 방식의 제전기를 전제로 하여, 고전압 전원 회로의 부품 수를 삭감할 수 있는 제전기를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 기본적인 개념 구성을 설명하기 전에, 먼저 본 발명의 전형적인 구체예의 기본 구성을 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 도 3에는 전술한 도 1, 도 2와 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 사용되고 있다. 전술한 도 2의 종래의 제전기(120)와 대비하면 바로 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 구체예의 제전기(200)에 있어서, 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)는 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 접지측에 접속되어 있다. 따라서, 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)가 생성한 고전압(Vn)은, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 출력선(202)을 통해 방전 전극(110)에 인가된다. 또한, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 트랜스포머(124)의 이차 권선(126)의 접지측 단자는 접지되고, 이 접지측 단자는 제2 고전압 발생 회로(104)의 출력선(204)으로부터 단절되어 있다.

본 발명에 따른 도 3의 고전압 전원 회로는, 전원(206)과 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102) 및 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)가 각각 제1 및 제2 메인 스위치 소자(112, 114)를 개재하여 접속되어 있다. 따라서, 이 제1 및 제2 메인 스위치 소자(112, 114)를 교대로 ON/OFF 제어함으로써 공통의 방전 전극(110)에 교대로 양극성과 음극성의 고전압을 인가할 수 있다.

또한, 도시한 예의 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)와 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)를 반대의 관계로 할 수도 있다. 즉, 제1 고전압 발생 회로(102)에서 음극성의 고전압을 생성하고, 제2 고전압 발생 회로(104)에서 양극성의 고전압을 생성하도록 할 수도 있다.

본 발명이 전형적인 구체예의 기본 구성의 고전압 전원 회로(도 3)는, 전술한 바와 같이, 제1 메인 스위치 소자(112)를 OFF, 제2 메인 스위치 소자(114)를 ON하면, 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)에서 고전압이 생성되고, 그 발생 전압(Vn)이 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 출력선(202)을 통해 공통의 방전 전극(110)에 인가된다. 그리고, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 트랜스포머(124)는, 도 2의 종래의 제전기(120)와 달리, 그 이차 권선(126)이 접지되고 이 이차 권선(126)의 접지측 단자와 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)가 단절되어 있기 때문에, 이 이차 권선(126)에 제2 고전압 발생 회로(104)가 생성한 음극성의 고전압(Vn)이 인가되는 일은 없다.

따라서, 본 발명에 따른 제전기(200)에 있어서는, 도 2의 종래의 제전기(120)와 같이, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 트랜스포머(124)가 고도의 절연성을 구비하고 있을 필요는 없으며, 예컨대 일본 특허 공개 2007-250841호 공보에 개시된 일반적인 인버터 트랜스포머를 사용할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 메인 스위치 소자(112, 114)를 교대로 ON/OFF 전환함으로써, 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)의 발생 전압(Vp)과 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)의 발생 전압(Vn)을 공통의 방전 전극(110)에 교대로 인가할 수 있다. 또한, 도시한 예에서는 제2 고전압 발생 회로(104)의 발생 전압(Vn)이 제1 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 콘덴서(C1)에 인가되게 되는데, 소형이라도 높은 내전압의 콘덴서를 입수하는 것은 비교적 용이하다. 따라서, 이러한 사실에 기인하여 도 3의 제전기(200)가 대형화되어 버리는 것을 회피하기는 용이하다.

따라서, 개념적으로는, 본 발명에 따른 제전기(250)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 공통의 방전 전극(110)에 교대로 양극성의 고전압과 음극성의 고전압을 인가하는 고전압 전원 회로(252)를 가지며; 상기 고전압 전원 회로(252)는, 양극성 또는 음극성의 고전압을 생성하는 제1 고전압 발생 회로(254)와, 상기 제1 고전압 발생 회로(254)와 반대 극성의 고전압을 생성하는 제2 고전압 발생 회로(256)와, 상기 제1 고전압 발생 회로(254)에 대한 전원 공급을 ON/OFF하는 제1 스위칭 회로(258)와, 상기 제2 고전압 발생 회로(256)에 대한 전원 공급을 ON/OFF하는 제2 스위칭 회로(260)와, 상기 제1 및 제2 스위칭 회로(258, 260)의 ON/OFF를 제어하는 컨트롤러(262)를 가지며; 상기 제1 고전압 발생 회로(254)는, 상기 제1 스위칭 회로(258)를 경유하여 공급된 전원의 전압을 승압시키는 제1 일차 승압 회로(264)와, 상기 제1 일차 승압 회로(264)로부터 출력되는 승압된 전압을 더 승압시켜 고전압으로 하고 정류하는 제1 이차 승압 정류 회로(266)를 가지며; 상기 제2 고전압 발생 회로(256)는, 상기 제2 스위칭 회로(260)를 경유하여 공급된 전원의 전압을 승압시키는 제2 일차 승압 회로(268)와, 상기 제2 일차 승압 회로(268)로부터 출력되는 승압된 전압을 더 승압시켜 고전압으로 하고 정류하는 제2 이차 승압 정류 회로(270)를 가지며; 상기 제1 및 제2 일차 승압 회로(264, 268)가 출력측에서 접지되고; 상기 제1 이차 승압 정류 회로(266)는 상기 방전 전극(110)에 접속되고; 상기 제2 이차 승압 정류 회로(270)는 접지되고, 상기 제2 이차 승압 정류 회로(270)는 상기 제1 이차 승압 정류 회로(266)를 사이에 두고 상기 방전 전극(110)에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 도 4에 도시한 각 구성 요소를 전술한 도 3의 구체예에서 설명하면, 다음과 같다.

(1) 도 3에 도시한 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)가 도 4에 도시한 제1 고전압 발생 회로(254)에 해당한다.

(2) 도 3에 도시한 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)가 도 4에 도시한 제2 고전압 발생 회로(256)에 해당한다.

(3) 도 3에 도시한 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 트랜스포머(124)가 도 4에 도시한 제1 일차 승압 회로(264)에 해당한다.

(4) 도 3에 도시한 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)에 포함되는 트랜스포머(208)가 도 4에 도시한 제2 일차 승압 회로(268)에 해당한다.

(5) 도 3에 도시한 양극성의 제1 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 코크로프트 월턴 회로(210)가 도 4에 도시한 제1 이차 승압 정류 회로(266)에 해당한다. 또한, 코크로프트 월턴 회로(210)는 종래로부터 널리 알려져 있으며, 콘덴서(C1, C2)와 다이오드(D1, D2)와의 조합 단위로 구성된다. 이 콘덴서(C1, C2)와 다이오드(D1, D2)와의 조합 수 즉, 단 수를 늘림으로써 전압을 배증시킬 수 있으므로, 이 코크로프트 월턴 회로(210)는 배전압 정류 회로로 지칭된다.

(6) 도 3에 도시한 음극성의 제2 고전압 발생 회로(104)에 포함되는 코크로프트 월턴 회로(212)가 도 4에 도시한 제2 이차 승압 정류 회로(270)에 해당한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 제1 및 제2 일차 승압 회로(264, 268)를 구성하는 전형적으로는 트랜스포머와 같은 승압 부품에 관해 고도의 절연성이 요구되지 않는다. 또한, 종래의 제전기(100(도 1), 120(도 2))에서 문제가 된 고전압 생성 회로(102 및/또는 104)가 생성한 고전압의 일부가 무효화되지 않고, 제1 및 제2 이차 승압 정류 회로(266, 270)의 출력 전압을 실질적으로 독립적으로 공통의 방전 전극(110)에 인가할 수 있다. 따라서, 이 제1 및 제2 이차 승압 정류 회로(266, 270)는 공통의 방전 전극(110)에 인가하는 양극성, 음극성의 고전압을 생성할 수 있는 능력을 실질적으로 구비하고 있으면 된다. 이로부터, 이들 제1 및 제2 이차 승압 정류 회로(266, 270)를 예컨대 코크로프트 월턴 회로(210, 212)로 구성할 때에는 그 단 수를 적게 할 수 있다.

또한, "제1 및 제2 일차 승압 회로(264, 268)가 접지되어" 등에 포함되는 용어 "접지"에 관해, 이 용어 "접지"는, 예컨대, 도 3에 도시한 양극성의 고전압 발생 회로(102)에 포함되는 트랜스포머(124)의 이차 권선(126)의 접지측 단자를 직접 접지시키는 것에 한정되지 않으며, 이차 권선(126)의 접지측 단자를 저항이나 콘덴서 등을 개재하여 접지시키는 것을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 제1 및 제2 일차 승압 회로(264, 268) 및 제 1 및 제2 이차 승압 정류 회로(266, 270)가 각각 콘덴서를 포함하는 배압 정류 회로로 구성되고, 상기 배압 정류 회로 중 적어도 한쪽의 배압 정류 회로의 콘덴서와 병렬로 접속된 임피던스 소자 또는 스위치 소자를 더 가지며, 이에 따라 제전기의 출력 파형을 직사각형의 펄스형 파형에 근접시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 제1 이차 승압 정류 회로(316)의 입력 부분에 콘덴서(C1)와 제너 다이오드(452)를 가지며, 이에 따라 과도한 전압을 제1 일차 승압 회로(264)의 접지측 단자로부터 대지로 방출할 수 있다.

도 1은 종래의 제전기에 포함되는 고전압 전원 회로의 회로도이다.
도 2는 종래의 다른 제전기에 포함되는 고전압 전원 회로의 회로도이다.
도 3은 본 발명에 포함되는 제전기의 고전압 전원 회로의 구체적인 기본 구성도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 기본적인 개념 구성도이다.
도 5는 제1 실시예의 제전기의 구성도이다.
도 6은 도 5에 도시한 제전기의 변형예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 제전기의 일차 승압 회로로서 압전 소자(압전 트랜스포머)가 채용 가능한 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 5의 제전기의 변형예로서 일차 승압 회로로서 압전 트랜스포머를 조립해 넣은 제전기의 구성도이다.
도 9는 실시예의 제전기에 트랜스포머의 인덕턴스와 콘덴서로 공진시키는 스위칭 회로를 조립해 넣은 예를 도시한 도면이다.
도 10은 변형예의 스위칭 회로를 도시한 도면이다.
도 11은 다른 변형예의 스위칭 회로를 도시한 도면이다.
도 12는 다른 변형예의 스위칭 회로를 도시한 도면이다.
도 13은 또 다른 변형예의 스위칭 회로를 도시한 도면이다.
도 14는 실시예의 AC 펄스식 제전기의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 실시예의 AC 펄스식 제전기의 출력 파형을 직사각형의 펄스 파형에 근접시키는 개선책을 실시한 제전기를 도시한 도면이다.
도 16은 도 15에 도시한 제전기의 출력 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 도 15의 제전기의 변형예를 도시한 도면이다.
도 18은 도 15, 도 17의 제전기와 동일하게 출력 파형을 직사각형의 펄스 파형에 근접시키는 다른 개선책을 실시한 실시예의 제전기를 도시한 도면이다.
도 19는 일반적으로 제전기의 하나의 문제점인 부유 용량에 의한 출력 파형에의 영향을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 부유 용량에 대한 개선책을 실시한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 21은 부유 용량에 대한 다른 개선책을 실시한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 22는 부유 용량에 축적된 전하를 대지에 방출하기 위한 스위치 소자(SWs)의 ON 타이밍을 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 이차 승압 정류 회로에 포함되는 콘덴서의 보호 대책을 실시한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 24는 감전 방지 대책을 실시한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 25는 감전 방지 대책을 실시한 다른 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 26은 고정 비율로 이온 밸런스를 확보하기에 적합한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 27은 고정 비율로 이온 밸런스를 확보하기에 적합한 다른 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 28은 간편하게 이온 밸런스의 조정이 가능한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 29는 이온 밸런스 제어 등에 필요한 방전 강도를 검출하는 수단을 구비한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 30은 이온 밸런스 제어를 위해 방전 강도를 검지하는 반파 정류 회로를 도시한 도면이다.
도 31은 이온 밸런스 제어를 위해 방전 강도를 검지하는 전파 정류 회로를 도시한 도면이다.
도 32는 압전 트랜스포머, 감전 방지용 저항, 전류 검지용 저항, 출력 파형의 응답성 개선 및 전위 안정을 위한 저항(Rn, Rp)을 조립해 넣은 실시예의 제전기의 전체 구성도이다.
도 33은 도 29의 제전기의 변형예를 도시한 도면이다.
도 34는 방전 강도를 검출하는 다른 수단을 구비한 실시예의 AC 펄스식 제전기를 도시한 도면이다.
도 35는 도 34의 제전기에 조립해 넣어 방전 강도를 검출할 수 있는 고전압 케이블을 설명하기 위한 도면이다.
도 36은 복수 개의 방전 전극을 구비한 제전기에 조립해 넣어 방전 강도를 검출할 수 있는 고전압 분배판 또는 분배선과 관련하여 방전 강도를 검출하는 기구를 설명하기 위한 도면이다.
도 37은 도 36에 도시한 기구의 변형예를 도시한 도면이다.
도 38은 도 34의 AC 펄스식 제전기의 변형예를 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면에 기초하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

실시예 (도 5, 도 6):

도 5는 본 발명의 제1 실시예의 펄스 AC식 제전기를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 제전기(300)는 고전압 전원 회로(302)를 가지며, 이 고전압 전원 회로(302)에서 생성한 양극성과 음극성의 고전압을 공통의 방전 전극(304)에 교대로 인가함으로써, 이 공통의 방전 전극(304)을 사용하여 플러스 이온과 마이너스 이온이 교대로 생성된다.

고전압 전원 회로(302)는 양극성의 고전압 발생 회로(306)와 음극성의 고전압 발생 회로(308)를 가지며, 이 2개의 고전압 발생 회로(306, 308)는 각각 권선 트랜스포머로 구성되는 일차 승압 회로(310, 312)와, 코크로프트 월턴 회로(배전압 정류 회로)로 구성되는 이차 승압 정류 회로(314, 316)를 포함한다.

양극성의 일차 승압 회로(310)를 구성하는 권선 트랜스포머에는, 제1 메인 스위치 소자(318)를 개재하여 전원(320)이 공급된다. 다른 한편, 음극성의 일차 승압 회로(312)를 구성하는 권선 트랜스포머에는, 제2 메인 스위치 소자(322)를 개재하여 전원(324)이 공급된다.

도 5의 아래쪽에 그려져 있는 양극성의 일차 승압 회로(310)를 구성하는 트랜스포머의 이차 권선(310a)의 접지측 단자(310b)는 접지되어 있고, 양극측의 이차 승압 정류 회로(314)를 구성하는 코크로프트 월턴 회로의 접지측에 접속되어 있다. 이 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력선(326)은 도 5의 위쪽에 그려져 있는 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 접지측에 결선되어 있다.

음극성의 이차 승압 정류 회로(316)는 코크로프트 월턴 회로를 포함하는 배압 정류 회로로 구성되며, 이 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 출력은 직접적으로 고전압 발생 회로(308)의 출력 경로(328)를 통해 방전 전극(304)에 인가된다. 물론, 방전 전극(304)은 단수일 수도 있고 복수 개일 수도 있다.

음극성의 일차 승압 회로(312)를 구성하는 트랜스포머의 이차 권선(312a)의 접지측 단자(312b)는 접지되어 있고, 이 접지측 단자(312b)는 전술한 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)로부터 단절되어 있다. 바꾸어 말하면, 음극측의 일차 승압 회로(312)를 구성하는 트랜스포머의 이차 권선(312a)의 접지측 단자(312b)는 이 일차 승압 회로(312)에 계속되는 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)에는 접속되어 있지 않다.

또한, 제1 실시예의 제전기(300)는 도시하지 않은 컨트롤러를 가지며, 이 컨트롤러로부터 출력되는 ON/OFF 신호에 의해 전술한 양극측 및 음극측의 메인 스위치 소자(318, 322)가 구동된다.

음극측 메인 스위치 소자(322)가 ON되고, 다른 한편, 양극측 메인 스위치 소자(318)가 OFF되면, 음극성의 고전압 발생 회로(308)에서 생성된 음극성의 고전압이 출력 경로(328)를 통해 방전 전극(304)에 인가되고, 방전 전극(304)에서 음극성의 이온이 생성된다.

반대로, 양극측 메인 스위치 소자(318)가 ON되고, 다른 한편, 음극측 메인 스위치 소자(322)가 OFF되면, 양극성의 고압 전원 회로(306)에서 생성된 양극성의 고전압이, 그 출력선(326) 및 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)를 개재하여 이 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 출력 경로이기도 한 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)를 통해 공통 방전 전극(304)에 인가된다. 이에 따라, 방전 전극(304)에서 양극성의 이온이 생성된다.

또한, 제1 실시예의 펄스 AC식 제전기(300)에 있어서도, 도 3의 제전기(200)에서 전술한 바와 같이, 양극성의 고전압 발생 회로(306)와 음극성의 고전압 발생 회로(308)를 반대의 관계로 할 수도 있다. 즉, 도 5의 제전기(300)에서는, 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 출력 경로(328)를 방전 전극(304)에 접속하고, 다른 한편, 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력선(326)을 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 접지측에 접속하여, 이 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 출력 경로이기도 한 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)를 통해 방전 전극(304)에 양극성의 고전압을 인가하도록 했으나, 그 변형예로서, 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력선(326)을 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로로 하고, 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 출력선(328)을 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 접지측에 접속하여, 이 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)에서 생성한 음극성의 고전압을, 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력 경로를 통해 방전 전극(304)에 출력하도록 할 수도 있다.

도시한 제1 실시예의 제전기(300)에서는, 양극성 및 음극성의 이차 승압 정류 회로(314, 316)를 구성하는 배압 정류 회로가 3단의 코크로프트 월턴 회로로 구성되어 있으나, 그 단 수는 단수일 수도 있고, 3단 이외의 다른 복수 단일 수도 있다. 또한, 양극성 및 음극성의 이차 승압 정류 회로(314, 316)의 배압 정류 회로의 단 수가 서로 다를 수도 있다.

또한, 도 5에 도시한 제1 실시예의 제전기(300)에서는 전원(320, 324)으로서 교류 전원(정현파)이 도시되어 있으나, 이 대신 펄스파의 전원을 채용할 수도 있다. 또한, 도 5에서는, 각각 별도의 교류 전원으로서 도시되어 있으나, 이것을 하나의 교류 전원으로 구성할 수도 있고, 도 9에 도시한 바와 같이 직류 전원과 공진 회로와의 조합으로 이루어지는 교류 전원일 수도 있다.

나아가, 도 5에 도시한 전원(320, 324)을 직류 전원으로 구성하고, 메인 스위치 소자(318, 322)를 제어함으로써 일차 승압 회로(310, 312)에 펄스형의 교류 전원을 공급하도록 할 수도 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 예컨대 양극측의 메인 스위치 소자(318)가 ON되어야 할 기간에 ON/OFF를 반복하여 일차 승압 회로(310)에 펄스형의 전압이 인가되도록 하고, 양극측의 메인 스위치(318)가 OFF되어야 할 기간에는, 이 양극측의 메인 스위치(318)가 OFF 상태로 유지된다. 음극측의 메인 스위치 소자(322)도 마찬가지로 ON되어야 할 기간에 ON/OFF를 반복하고, 이 음극측의 메인 스위치(322)가 OFF되어야 할 기간에는, 이 음극측의 메인 스위치(322)가 OFF 상태로 유지된다.

도 6은 변형예의 펄스 AC식 제전기(330)를 나타낸다. 도시한 변형예(330)는, 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)는 1단의 코크로프트 월턴 회로로 구성되고, 다른 한편, 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)는 2단의 코크로프트 월턴 회로로 구성되어 있다. 일반적으로, 음극성보다 양극성이 방전 전극(304)의 방전 개시 전압이 높은 것이 알려져 있다. 따라서, 변형예의 제전기(330)와 같이 음극성보다 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 발생 전압을 높인 구성을 채용함으로써, 방전 전극(304)이 생성하는 플러스 이온과 마이너스 이온 사이의 이온 밸런스의 제어가 용이해진다.

일차 승압 회로(312, 314)는, 도 5 등에 도시한 권선 트랜스포머 이외에, 도 7에 도시한 압전 소자(압전 트랜스포머)(352)로 구성할 수도 있다. 도 7의 우측에 압전 트랜스포머(352)의 등가 회로를 도시했다. 일차 승압 회로(312, 314)로서 압전 트랜스포머(352)를 채용한 펄스 AC식 제전기(350)를 도 8에 도시했다. 도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 음극성의 일차 승압 회로(312)를 구성하는 압전 트랜스포머(352)의 접지측 단자(352b)는 접지되어 있고, 이 접지측 단자(352b)는 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)로부터 단절되어 있다. 바꾸어 말하면, 음극측의 일차 승압 회로(312)를 구성하는 압전 트랜스포머(352)의 접지측 단자(352b)는 이 일차 승압 회로(312)에 계속되는 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)에는 접속되어 있지 않다.

스위칭 회로(도 9 내지 도 13):

일차 승압 회로(310(312))부터 이차 승압 정류 회로(314(316))로 펄스형의 전압을 출력하는 방식으로서, 양극성 및 음극성의 일차 승압 회로(310, 312)를 구성하는 권선 트랜스포머의 인덕턴스와 콘덴서로 공진시키는 제1 방식과, 교류 또는 펄스형의 전압을 일차 승압 회로(310, 312)에 입력하는 제2 방식을 생각할 수 있다.

도 9는 상기 제1 방식 즉, 양극성 및 음극성의 일차 승압 회로(310, 312)를 구성하는 권선 트랜스포머의 인덕턴스와 콘덴서를 공진시키는 방식의 구체적인 예를 예시하는 것이다. 도 9에 도시한 제전기(340)는, 양극성의 고전압 발생 회로(306)에 포함되는 제1 스위칭 회로(360) 및 음극성의 고전압 발생 회로(308)에 포함되는 제2 스위칭 회로(362)로서 일본 특허 공개 2002-216994호 공보에 개시된 구성이 채용되어 있다.

이 점에 대해 구체적으로 설명하면, 도 9의 제전기(340)는 그 일차 승압 회로(310, 312)의 트랜스포머가 삼차 권선(310c, 312c)을 구비하고 있다. 그리고, 제1 및 제2 스위칭 회로(360, 362)는 바이폴라 트랜지스터(Tr)와 공진용 콘덴서(C)를 포함하며, 각 제1 및 제2 스위칭 회로(360, 362)에 대응하는 일차 승압 회로(310, 312)의 트랜스포머는 푸시풀 방식으로 구동된다. 또한, 제1 및 제2 스위칭 회로(360, 362)에 포함되는 바이폴라 트랜지스터(Tr) 대신에 전계 효과 트랜지스터(FET)를 채용할 수도 있다.

상기 트랜지스터(Tr)에는 트랜스포머의 삼차 권선(310c, 312c)의 인덕턴스가 피드백되고, 이에 따라 권선 트랜스포머(310, 312)의 인덕턴스와 콘덴서(C)로 규정되는 공진 주파수로 발진을 행할 수 있다.

또한, 일반적으로 권선 트랜스포머의 인덕턴스라는 용어는 트랜스포머의 일차측의 인덕턴스와, 이차측의 인덕턴스와, 누설 인덕턴스를 포함한다. 따라서, 그 어느 것을 이용하여 발진시킬 것인가는, 채용하는 권선 트랜스포머의 구조에 의해 결정하면 된다.

또한, 변형예로서, 제1 및 제2 스위칭 회로(360, 362)에 포함되는 공진용 콘덴서(C)를 생략하고, 이차 승압 정류 회로(314, 316)의 콘덴서와 트랜스포머(310, 312)를 공진시켜 발진을 행하게 할 수도 있다.

스위칭 회로(360(362))는 상기 구성으로 한정되지 않는다. 도 10 내지 도 15는 다양한 스위칭 회로의 구체적인 구성을 예시하는 것이다. 도 10에 도시한 스위칭 회로(364)는, 전술한 도 9에서 개시한 스위칭 회로(360(362))의 변형예로서, 이 도 9의 스위칭 회로(360(362))에 포함되는 트랜지스터(Tr) 대신에 전압 비교기(작동 출력)(366)가 조립되어 들어가 있다. 또한, 도 10의 스위칭 회로(364)는 제1 및 제2 스위치 소자(368, 370)를 가지며, 이들 제1 및 제2 스위치 소자(368, 370)는 전압 비교기(366)에 의해 구동되고, 이에 따라 일차 승압 회로(310(312))의 이차 권선(310a(312a))으로부터 펄스형의 전압을 출력시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 스위치 소자(368, 370)는 트랜지스터나 FET로 구성할 수 있다. 이 도 10의 스위칭 회로(364)에 의하면, 일차 승압 회로(310, 312)의 트랜스포머로서 삼차 권선이 없는 트랜스포머를 채용할 수 있다.

도 11에 도시한 스위칭 회로(374)는, 도 9, 도 10과 동일하게, 일차 승압 회로(310, 312)의 트랜스포머는 푸시풀 방식으로 구동된다. 그리고, 도 11의 스위칭 회로(374)는 발진기(376)와 이 발진기(376)에 의해 구동되는 제1 및 제2 스위치 소자(378, 380)를 가지며, 이들 제1 및 제2 스위치 소자(378, 380)는 일차 승압 회로(310(312))의 트랜스포머의 일차 권선(310d)의 일단과 타단에 접속되어 있다. 제1 및 제2 스위치 소자(378, 380)는 발진기(376)에 의해 교대로 ON/OFF되며, 제1 및 제2 스위치 소자(378, 380)가 ON됨으로써 일차 권선(310d)의 일단 또는 타단이 접지된다.

도 12에 도시된 스위칭 회로(384)는 공진용 콘덴서(C)와 스위치 소자(386)로 구성되어 있다. 일차 승압 회로(310(312))의 트랜스포머의 이차 권선(310a(312a))의 접지측 단자(310b(312b))에는 전류 검출 수단(388)이 접속되고, 이 전류 검출 수단(388)이 검출한 전류에 의해 상기 스위치 소자(386)의 ON/OFF가 피드백 제어된다.

도 13에 도시한 스위칭 회로(390)는 제1 열의 직렬로 접속된 제1 및 제2 스위치 소자(SW1, SW2)와, 제2 열의 직렬로 접속된 제3 및 제4 스위치 소자(SW3, SW4)가 서로 병렬로 접속된 풀 브릿지의 회로로 구성되며, 이들 제1 내지 제4 스위치 소자(SW1 내지 SW4)는 컨트롤러(392)에 의해 ON/OFF 제어된다. 예컨대 제1 스위치 소자(SW1)를 ON, 제2 및 제3 스위치 소자(SW2, SW3)를 OFF로 한 상태로 제4 스위치 소자(SW4)를 ON/OFF의 전환을 반복함으로써 일차 승압 회로(310(312))로부터 펄스형의 전압을 출력시킬 수 있다.

이차 승압 정류 회로(도 15 내지 도 18):

전술한 도 5를 다시 참조하면, 양극성 및 음극성의 이차 승압 정류 회로(314, 316)에 포함되는 콘덴서에 의해, 음극측 메인 스위치 소자(322)를 OFF한 직후의 시간(Tn)(도 14)에 있어서, 이 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)에 포함되는 콘덴서의 전하가 서서히 유실되는 영향을 받아 음극성의 출력 전압(Vn)은 서서히 제로에 접근한다. 또한, 음극측 메인 스위치 소자(322)의 OFF 다음에 양극측 메인 스위치 소자(318)를 ON한 직후의 시간(Tp)(도 14)에 있어서 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)에 포함되는 콘덴서의 전하가 서서히 유실되는 영향을 받아 양극성의 출력 전압(Vp)은 서서히 제로에 접근한다. 이로부터, 고전압 전원 회로(302)의 출력 전압(Vo)의 파형은, 도 14에 도시한 바와 같이, 직사각형의 펄스 파형으로 되지 않고 삼각파와 같은 파형이 된다.

도 15에 도시한 제전기(400)는, 도 5를 참조하여 전술한 제전기(300)와 기본 구조는 공통되어 있다. 물론, 도 6 이후의 다양한 제안은 모두 이 도 15에 도시한 제전기(400)에 적용 가능하다. 도 15를 참조하면, 양극측 및 음극측의 이차 승압 정류 회로(314, 316)는 그 출력측과 접지측에 접속되어 콘덴서와 병렬인 임피던스 소자로서의 저항(Rp, Rn)을 가지고 있다. 이 저항(Rp, Rn)은 적어도 한쪽, 바람직하게는 공통 방전 전극(304)에 대한 출력측의 이차 승압 정류 회로(316)에만 설치할 수도 있다.

이와 같이, 이차 승압 정류 회로(314, 316)에 저항(Rp, Rn)을 설치함으로써 상기 시간(Tn, Tp)에서의 전술한 문제점을 개선할 수 있다. 즉, 저항(Rp, Rn)에서 콘덴서의 전하를 소비함으로써 상기 시간(Tn, Tp)을 단축시킬 수 있다(도 16).

상기 저항(Rp, Rn)의 변형예로서, 도 17에 도시한 제전기(410)와 같이, 양극측 및 음극측의 이차 승압 정류 회로(314, 316)의 각 단의 콘덴서(C1n 내지 C3n, C1p 내지 C3p)마다 병렬로 저항(Rp1 내지 Rp3, Rn1 내지 Rn3)을 접속하고, 저항(Rp1 내지 Rp3) 및 저항(Rn1 내지 Rn3)을 서로 직렬로 접속하는 구성을 채용할 수도 있다. 물론, 양극측, 음극측의 이차 승압 정류 회로(314, 316) 중 어느 한쪽을 도 15에 도시한 저항(Rp 또는 Rn)으로 구성하고, 다른 쪽을 도 17에 도시한 저항(Rn1 내지 Rn3 또는 Rp1 내지 Rp3)으로 구성할 수도 있다.

이차 승압 정류 회로(314, 316)가 복수 단의 배전압 정류 회로로 구성되어 있는 경우, 배전압 정류 회로의 특성으로서, 제1 단의 콘덴서(Cp1, Cn1), 제2 단의 콘덴서(Cp1, Cn2), 제3 단의 콘덴서(Cp3, Cn3)에 가해지는 전압(Vc1, Vc2, Vc3)은 Vc1＞Vc2＞Vc3의 관계에 있으므로, 이를 평준화하도록 제1 단, 제2 단, 제3 단에 조립해 넣는 저항(Rp1 내지 Rp3, Rn1 내지 Rn3)의 저항치를 선정하는 것이 바람직하다. 전압(Vc1, Vc2, Vc3)을 평준화함으로써, 복수 단의 배전압 정류 회로에 조립해 넣는 다이오드 및 콘덴서로서 동일한 내전압 사양의 부품을 채용할 수 있고, 이에 따라 부품의 품종 수를 저감시킬 수 있다.

다른 변형예로서, 도 18에 도시한 제전기(420)와 같이, 상기 저항(Rp, Rn) 대신에 스위치 소자(SWp, SWn)를 채용할 수도 있다. 물론, 양극성, 음극성의 이차 승압 정류 회로(314, 316) 중 어느 한쪽을 스위치 소자(SWp 또는 SWn)로 구성하고, 다른 쪽을 도 15에 도시한 저항(Rn 또는 Rp)이나 도 17에 도시한 저항(Rn1 내지 Rn3 또는 Rp1 내지 Rp3)으로 구성할 수도 있다.

도 18의 제전기(420)와 같이 스위치 소자(SWp, SWn)를 조립해 넣었을 때에는, 예컨대 음극측 메인 스위치 소자(322)가 ON되어 있을 때에는 양극측 및 음극측의 SWp, SWn은 OFF 상태로 유지된다.

음극측 메인 스위치 소자(322)를 OFF시킨 직후나 음극측 메인 스위치 소자(322)의 OFF 다음에 양극측 메인 스위치 소자(318)를 ON시킨 직후에 스위치 소자(SWp, SWn)를 ON시킴으로써, 양극성 및 음극성의 이차 승압 정류 회로(314, 316)에 포함되는 콘덴서의 전하를 곧바로 접지할 수 있기 때문에, 고전압 전원 회로(302)의 출력 전압(Vo)의 파형을 직사각형의 펄스 파형에 근접시킬 수 있다.

부유 용량(도 19 내지 도 21):

일반적으로 제전기에는 부유 용량의 문제가 있다. 특히, 일본 특허 공개 2005-203292호 공보에 개시된 형식의 제전기, 구체적으로는 고압 전원부와 이온 발생부가 이격된 제전기에서는 고압 전원부와 이온 발생부가 실드 케이블에 의해 연결되기 때문에, 이 실드 케이블과 대지 사이에 부유 용량이 발생한다. 다른 전형적인 예로서 일본 특허 공개 2008-159389호 공보에 개시된 길이가 긴 제전기, 구체적으로는 복수 개의 방전 전극을 구비하며, 이 복수 개의 방전 전극에 대해 고전압 배선으로 고전압을 분배하는 형식의 제전기의 경우, 고전압 배선과 접지 전극 사이에 부유 용량이 발생한다.

이 부유 용량을 도 15에 참조 부호 Cc로 도시했다. 이 부유 용량(Cc)에 축적된 전하는 저항(Rn, Rp)을 통해 접지되기 때문에, 고전압 전원 회로(302)의 출력 전압(Vo)의 파형에 응답 지연이 발생한다. 도 19는 부유 용량(Cc)이 상대적으로 큰 경우의 출력 전압(Vo)의 파형을 나타내고, 또한, 부유 용량(Cc)이 상대적으로 작은 경우의 출력 전압(Vo)의 파형을 나타낸다. 이 출력 파형의 응답 지연은 저항(Rn, Rp) 및 부유 용량(Cc)의 값에 의해 결정된다.

제전기의 부유 용량(Cc)에 기인하는 응답 지연에 대한 대책예를 도 20을 참조하여 설명한다. 도 20에 도시한 펄스 AC식 제전기(430)는 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)에 일단이 접속되고 타단이 접지된 저항(Rs)을 갖는다. 이 저항(Rs)을 구비한 제전기(430)에 의하면, 부유 용량(Cc)에 축적된 전하는 저항(Rs)에 의해 소비할 수 있다. 물론, 이 저항(Rs)은 도 17에 도시한 제전기(410)에도 적용 가능하다.

도 21에 도시한 펄스 AC식 제전기(440)는, 전술한 저항(Rs)을 스위치 소자(SWs)로 치환한 예를 나타낸다. 이 스위치 소자(SWs)를, 예컨대 도 22에 도시한 바와 같이, 양극성, 음극성의 메인 스위치 소자(318, 322)의 ON/OFF를 전환하는 타이밍에 정합시켜, 그 ON과 OFF의 전환 도중에 스위치 소자(SWs)를 ON시킴으로써 부유 용량(Cc)에 축적된 전하를 대지에 방출시키면 된다.

이차 승압 정류 회로의 콘덴서 보호(도 23):

공통의 방전 전극을 구비한 펄스식 제전기에 있어서, 도 3을 참조하여 설명한 제1 고전압 발생 회로(102)의 트랜스포머(124)에 접속된 콘덴서(C1)의 문제점, 즉 트랜스포머(124)의 접지측 단자를 접지시키고, 이 접지측 단자를 제2 고전압 발생 회로(104)의 출력선으로부터 단절시키는 구성을 채용했을 때, 제2 고전압 발생 회로(104)가 생성한 고전압이 제1 고전압 발생 회로(102)의 트랜스포머(124)에 접속된 콘덴서(C1)에 인가되기 때문에, 이 콘덴서(C1)에는 높은 내전압이 요구된다.

도 23에 도시한 AC 펄스식 제전기(450)에는, 전술한 콘덴서(C1)에 대한 요구 내전압을 경감시키는 대책이 실시되어 있다. 구체적으로는, 도 23을 참조하면, 제전기(450)는 콘덴서(C1)와 트랜스포머(312) 사이에 개재된 제너 다이오드(452)를 갖는다. 바꾸어 말하면, 제전기(450)는 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)의 입력부분에 콘덴서(C1)와 제너 다이오드(452)를 갖는다. 이에 따라, 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)에 정해진 전압 이상의 전압이 가해졌을 때에, 이 과전압은 음극성의 일차 승압 회로(312)를 구성하는 트랜스포머의 이차 권선(312a)의 접지측 단자(312b)를 통해 대지에 방출된다. 따라서, 콘덴서(C1)로서 비교적 내전압이 낮은 콘덴서를 채용할 수 있다. 또한, 제너 다이오드(452)와 마찬가지로 전압 제한 기능을 구비한 부품이라면, 제너 다이오드(452)의 치환 부품으로서 채용할 수도 있다. 이러한 부품의 일례로서, 클램프 다이오드의 일종인 트랜실(등록 상표)을 들 수 있다.

감전 방지 대책(도 24, 도 25):

일반론으로서, 제전기는 방전 전극에 작업자가 손을 대지 않도록 대책이 실시되어 있는데, 만일의 감전 사고를 방지하기 위한 대책이 요구된다. 예시로서 도 24에 도시한 AC 펄스식 제전기(460)에는 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)에 전류 제한용 저항(462)이 개재되어 있다. 또한, 이 전류 제한용 저항(462)을 콘덴서로 치환할 수도 있다.

다른 예로서 도 25에 도시한 AC 펄스식 제전기(470)와 같이 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력선(326) 즉 2개의 고전압 발생 회로(314와 316)를 접속하는 연결선에 전류 제한용 저항(464)을 개재하도록 할 수도 있다. 또한, 이 전류 제한용 저항(462)도 콘덴서로 치환할 수 있다.

이온 밸런스(도 26 내지 도 28):

도 26, 도 27에 도시한 AC 펄스식 제전기(480, 490)는 생성하는 양극성의 이온과 음극성의 이온을 고정 비율로 이온 밸런싱시키기에 적합하다.

도 26에 도시한 제전기(480)는 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)에 콘덴서(482)를 가지며, 이 콘덴서(482)에 의해 방전 전극(304)에 공급하는 양극성의 고전압과 음극성의 고전압을 평준화하는 구성이 채용되어 있다.

도 27에 도시한 제전기(490)는 복수 개의 방전 전극(304)을 구비하며, 그 각각의 방전 전극(304)과 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)와의 사이에 콘덴서(492)를 가지며, 각 방전 전극(304)마다 양극성의 고전압과 음극성의 고전압을 평준화하는 구성이 채용되어 있다.

도 26의 콘덴서(482) 및 도 27의 콘덴서(492)는 콘덴서 소자로 구성할 수도 있으나, 도 27에 참조 부호 494로 나타낸 고전압 분배 부재와 각 방전 전극(304)을 정전 용량과 등가의 절연 재료를 개재하여 용량적으로 접속시킬 수도 있다. 마찬가지로, 도 26의 제전기(480)가 도시한 바와 같이 복수 개의 방전 전극(304)을 구비하고 있는 경우에는, 고전압 분배 부재(494)와 고전압 전원 회로(302)의 출력선(328)을 정전 용량과 등가의 절연 재료를 개재하여 용량적으로 접속시킬 수도 있다.

도 28에 도시한 AC 펄스식 제전기(500)는 간편한 이온 밸런싱 기능을 구비하고 있다. 이 제전기(500)는 접지측의 이차 승압 정류 회로 즉, 본 실시예에서는 양극성의 고전압 발생 회로(306)에 이온 밸런스 조정 회로(502)를 갖는다. 이 이온 밸런스 조정 회로(502)는 접지측의 이차 승압 정류 회로와 접지와의 사이의 전류를 감시함으로써 이온 밸런스를 산정하고, 그리고 이 산정 결과에 기초하여 이온 밸런스를 조정하여 정해진 이온 밸런스가 되도록 메인 스위치 소자(318, 322)의 ON/OFF의 시간 간격의 비율을 변경하는 제어 및/또는 전원(320, 324)의 전압을 변경하는 제어를 실행한다. 이 이온 밸런스 조정 회로(502)는 가변 저항기를 구비하며, 이 가변 저항기의 저항치를 조정함으로써 이온 밸런스의 목표치를 변경할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 가변 저항기를 구비한 이온 밸런스 조정 회로(502)는 일본 특허 공개 평성07-249497호 공보에 상세하게 기재되어 있으므로, 이 일본 특허 공개 평성07-249497호 공보의 기재를 여기에 원용한다. 이온 밸런스 조정 회로(502) 대신에, 이후에 설명하는 저항(516)을 설치하고, 이 저항(516)에 흐르는 전류를 컨트롤러 등으로 감시하여, 이 감시 전류에 따른 이온 밸런스를 제어하도록 할 수도 있다. 바람직하게는, 이차 승압 정류 회로(314, 316)는 각 이차 승압 정류 회로(314, 316)와 병렬로 임피던스 소자로서의 저항(Rp, Rn)을 구비하고 있는 것이 좋다.

방전 검출 등(도 29 내지 도 38):

제전기가 생성한 플러스 이온의 양, 마이너스 이온의 양을 간접적인 방법을 이용하여 검출하는 것은, 이를 이온 밸런스의 제어나 방전 전극의 열화 정도의 표시 등에 유용하게 이용하게 할 수 있다. 예컨대 도 29에 도시한 AC 펄스식 제전기(510)에 있어서, 양극성, 음극성의 일차 승압 회로(310, 312)를 구성하는 트랜스포머의 각각의 접지측 단자(310b, 312b)를 저항(512, 514)을 통해 접지시킴으로써 각 트랜스포머의 이차 권선(310a, 312a)에 흐르는 전류를 검출할 수 있다. 이 검출한 전류치는, 예컨대 일본 특허 공개 평성10-289796호 공보에 개시된 바와 같이 이온 밸런스의 제어, 구체적으로는 출력 전압의 펄스폭의 제어나 방전 전극(304)의 마모 등을 작업자에게 알리기 위한 경보를 발생하는 등에 이용할 수 있다. 검출 전류치의 사용 방법에 관해 상기 일본 특허 공개 평성10-289796호 공보에 상세한 설명이 있으므로, 이 일본 특허 공개 평성10-289796호 공보의 기재를 여기에 원용한다.

또한, 저항(512, 514)에 흐르는 전류는, 이온 밸런스 조정 회로(502)에 의해 검출되는 정류된 전류와 달리, 일차 승압 회로에 대응한 이차 승압 정류 회로에 의해 정류되기 전의 전류이므로, 저항(512, 514)뿐만 아니라 반파 정류 회로(582)(도 30)나 전파 정류 회로(584)(도 31) 등의 피크 홀드 회로에 의해 전류의 파고치를 검출하도록 할 수도 있다.

또한, 이 제전기(510)에서는 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력을 음극성의 이차 승압 정류 회로(316)를 사이에 두고 방전 전극(304)에 인가하는 구성이 채용되어 있으므로, 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 접지측에 저항(516)을 개재시킴으로써, 방전 전극(304)이 단락되는 등의 과대한 전류가 저항(516)에 흘렀을 때에는 제전기(510)의 동작을 강제로 정지시키는 등의 안전 대책을 강구할 수 있다.

도 32에 도시한 제전기(518)에는 일차 승압 회로가 압전 트랜스포머(352)로 구성된 도 8의 제전기(350)에 감전 방지용 저항(462)과, 전류 검지용 저항(516)과, 출력 파형의 응답성 개선 및 전위 안정을 위한 저항(Rn, Rp)이 설치되어 있다. 이들 저항(462, 516, Rn, Rp)을 설치할 지 여부는 임의적인데, 도 32의 제전기(518)는 실용상, 본 발명이 바람직한 실시형태라고 할 수 있다.

도 33에 도시한 AC 펄스식 제전기(520)는 상기 도 29 및 도 30의 제전기(510, 518)의 변형예로서, 전술한 저항(512, 514, 516) 대신에 연산 증폭기와 저항으로 구성되는 I/V 변환기(522, 524, 526)를 채용할 수도 있다.

일반적으로 제전기의 방전 강도를 검출함으로써, 일본 특허 공개 2004-362951호 공보에 상세한 설명이 있는 바와 같이, 방전 전극에 인가하는 출력 전압의 제어나 단락 등의 이상 시에 방전 전극에 대한 고전압의 인가를 정지시킬 수 있다.

도 34에 도시한 AC 펄스식 제전기(530)는, 고전압 전원 회로(302)의 출력 경로(328)에 고전압 케이블 또는 복수 개의 방전 전극(304)에 고전압을 분배하는 고전압 분배판 또는 고전압 분배선(494)(도 26, 도 27)과의 사이에서 용량 결합된 검출 전극(532)을 가지며, 또한 이 검출 전극(532)의 접지선에 접속된 저항(R)을 갖는다. 나아가, 제전기(530)는 저항(R)에 흐르는 전류를 취입하여, 기준치와 대비(對比)하여 제어 신호를 출력하는 컨트롤러(534)를 갖는다.

상기 용량 결합의 예를 도 35 내지 도 37을 참조하여 설명한다. 도 35는 고전압 전원 회로(302)와 방전 전극(304)을 접속하는 고전압 케이블(540)을 도시한다. 이 고전압 케이블(540)은 고전압 배선(542)이 염화 비닐이나 실리콘 고무와 같은 가요성 절연체(544)에 의해 피복되고, 이 절연체(544)의 주위에 링형의 검출 전극(532)이 배치되어, 이 검출 전극(532)과 고전압 배선(542)이 용량 결합되어, 이에 따라 절연체(544)로 하여금 콘덴서로서 기능하게 할 수 있다. 물론, 저항(R)의 변형예로서 고전압 배선(542)을, 콘덴서 소자를 개재하여 접지시키도록 할 수도 있다. 또한, 고전압 전원 회로(302)와 방전 전극(304)과의 사이의 경로에 ABS, PC, PS와 같은 수지 또는 세라믹스를 개재시킴으로써, 상기 절연체(544)를 대신할 수 있다.

도 36은 복수 개의 방전 전극(304)에 고전압을 분배하는 고전압 분배판 또는 분배선(494)(도 26, 도 27)에 관해, 바 형상의 제전기에 내장되는 인쇄 기판 또는 절연판(550)은 그 한쪽 면에 고전압 분배판 또는 분배선(494)과 그 옆에 이간되어 배치된 띠 형상의 검출 전극(532)을 가지며, 이에 따라 인쇄 기판 또는 절연판(550)은 부유 용량을 구비할 수 있다. 변형예로서, 도 37에 도시한 인쇄 기판 또는 절연판(560)과 같이, 한쪽 면에 고전압 분배판 또는 분배선(494)을 배치하고, 다른 쪽 면에 띠 형상의 검출 전극(532)을 배치할 수도 있다.

도 38은 전술한 도 34의 AC 펄스식 제전기(530)의 변형예의 제전기(570)를 도시한다. 도 38을 참조하면, 본 변형예의 제전기(570)에서는, 양극성의 이차 승압 정류 회로(314)의 출력선(326), 즉 2개의 이차 승압 정류 회로(314, 316)를 접속하는 출력선(326)에 검출 전극(532)이 설치되고, 이 검출 전극(532)에서 검출한 전류는 컨트롤러(534)에 입력된다.

도 34, 도 38에 도시한 컨트롤러(534)에 의한 구체적인 제어에 관해서는 전술한 일본 특허 공개 2004-362951호 공보를 원용함으로써, 그 상세한 설명을 생략한다.

302 : 고전압 전원 회로 304 : 공통의 방전 전극,
306 : 양극성의 고전압 발생 회로 308 : 음극성의 고전압 발생 회로,
310 : 양극측의 일차 승압 회로(트랜스포머)
310a : 양극측 트랜스포머의 이차 권선
310b : 양극측 트랜스포머의 접지측 단자
310c : 양극측 트랜스포머의 삼차 권선
310d : 양극측 트랜스포머의 일차 권선
312 : 음극측의 일차 승압 회로(트랜스포머)
312a : 음극측 트랜스포머의 이차 권선
312b : 음극측 트랜스포머의 접지측 단자
312c : 음극측 트랜스포머의 삼차 권선
314 : 양극성의 이차 승압 정류 회로 316 : 음극성의 이차 승압 정류 회로
318 : 양극측의 메인 스위치 소자 322 : 음극측의 메인 스위치 소자
326 : 양극성의 이차 승압 정류 회로의 출력선
328 : 고전압 전원 회로의 출력 경로(방전 전극에 연결)

Claims

공통의 방전 전극에 교대로 양극성의 고전압과 음극성의 고전압을 인가하는 고전압 전원 회로를 가지며,
상기 고전압 전원 회로는,
양극성 또는 음극성의 고전압을 생성하는 제1 고전압 발생 회로와,
상기 제1 고전압 발생 회로와 반대 극성의 고전압을 생성하는 제2 고전압 발생 회로와,
상기 제1 고전압 발생 회로에 대한 전원 공급을 ON/OFF하는 제1 스위칭 회로와,
상기 제2 고전압 발생 회로에 대한 전원 공급을 ON/OFF하는 제2 스위칭 회로와,
상기 제1 및 제2 스위칭 회로의 ON/OFF를 제어하는 컨트롤러를 가지며,
상기 제1 고전압 발생 회로는,
상기 제1 스위칭 회로를 경유하여 공급된 전원의 전압을 승압시키는 제1 일차 승압 회로와, 상기 제1 일차 승압 회로로부터 출력되는 승압된 전압을 더 승압시켜 고전압으로 하고 정류하는 제1 이차 승압 정류 회로를 가지며,
상기 제2 고전압 발생 회로는,
상기 제2 스위칭 회로를 경유하여 공급된 전원의 전압을 승압시키는 제2 일차 승압 회로와, 상기 제2 일차 승압 회로로부터 출력되는 승압된 전압을 더 승압시켜 고전압으로 하고 정류하는 제2 이차 승압 정류 회로를 가지며,
상기 제1 및 제2 일차 승압 회로는 출력측에서 접지되고,
상기 제1 이차 승압 정류 회로는 상기 방전 전극에 접속되고,
상기 제2 이차 승압 정류 회로는 접지되고, 상기 제2 이차 승압 정류 회로는 상기 제1 이차 승압 정류 회로를 사이에 두고 상기 방전 전극에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 제전기.
제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 이차 승압 정류 회로는 각각 콘덴서를 포함하는 배압 정류 회로로 구성되고, 상기 배압 정류 회로 중 적어도 한쪽의 배압 정류 회로의 상기 콘덴서와 병렬로 접속된 임피던스 소자를 더 포함하는 제전기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 이차 승압 정류 회로는 전류 검지 회로를 통해 접지되고, 상기 컨트롤러는 상기 전류 검지 회로에서 검지된 전류에 기초하여 상기 방전 전극으로부터 생성되는 양음의 이온의 이온 밸런스를 조정하기 위해 적어도 상기 제1 및 제2 스위칭 회로의 ON/OFF 및 상기 공급된 전원의 전압 중 한쪽을 제어하는 것인 제전기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 일차 승압 회로는 각각 전류 검지 회로를 사이에 두고 출력측에서 접지되고, 상기 전류 검지 회로에서 검지된 전류에 기초하여 상기 방전 전극의 방전 상태를 검출하는 방전 검출 수단을 더 포함하는 제전기.
제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 일차 승압 회로에 접속되는 전류 검지 회로는 검지한 전류를 정류하는 것인 제전기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 이차 승압 정류 회로는 복수 개의 콘덴서를 가지며, 상기 제1 일차 승압 회로에 접속되는 콘덴서는 상기 복수 개의 콘덴서 중 다른 콘덴서보다 내전압 성능이 높은 것인 제전기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 이차 승압 정류 회로는 콘덴서와 제너 다이오드를 가지며, 상기 콘덴서와 제너 다이오드를 사이에 두고 상기 제1 일차 승압 회로에 접속되는 것인 제전기.