KR102497223B1

KR102497223B1 - 음이온 발생기

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Publication number: KR102497223B1
Application number: KR1020200137794A
Authority: KR
Inventors: 이청호
Original assignee: 주식회사 푸름에어
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2040-10-22
Also published as: KR20220053379A

Abstract

본 발명은 음이온 발생기에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 미세먼지의 흡착 제거를 위해 마이너스의 고전압을 공기중으로 방전시켜 음이온을 발생시키는 것으로서, 네온램프를 포함하는 음전압 안정부를 통해 음이온 발생을 증폭시키며 음이온 발생기 회로의 접지 측에 대한 역전압을 차단하여 회로 요소의 파손을 방지하도록 구성된 음이온 발생기가 개시된다.

Description

음이온 발생기{ANION GENERATOR}

본 발명은 음이온 발생기에 관한 것으로서, 미세먼지의 흡착 제거를 위해 마이너스의 고전압을 공기중으로 방전시켜 음이온을 발생시키는 것으로서, 네온램프를 포함하는 음전압 안정부를 통해 음이온 발생을 증폭시키며 음이온 발생기 회로의 접지 측에 대한 역전압을 차단하여 회로 요소의 파손을 방지하도록 구성된 음이온 발생기에 관한 것이다.

실내 공기 중에 존재하는 유해한 각종 세균과 먼지, 미세먼지 등을 제거하기 위한 장치로서 음이온 발생기가 사용된다.

음이온 발생기는 공기 중에 노출된 고압 방전 전극(예, 탄소섬유, 메탈섬유)을 통해 음이온을 방출시키고, 공기 중의 먼지 또는 미세먼지와 같은 양이온 입자들이 음이온을 통해 서로 흡착 경화 및 침전되도록 하여 공기 중에서 제거한다.

종래기술의 일예로, 대한민국 등록특허 10-1000977 (2010년12월07일 등록)는 음이온 발생장치와 이를 위한 고전압 발생모듈에 관한 것으로서, 고조파 성분을 갖는 고전압이 전원 입력단으로 역류하는 현상을 방지하여 고압방전을 안정적으로 수행하는 구성을 제안하였다.

또다른 종래기술의 일예로, 대한민국 공개특허 10-2005-0013665 (2005년02월04일 공개)는 음이온 발생기에 관한 것으로서, 음이온의 발생과 함께 팬을 구동시켜 음이온이 브라운 운동과 팬의 송풍기능을 통해 실내에 널리 퍼질 수 있도록 함과 동시에 음극만을 사용한 음이온을 발생시켜 무오존(O3)과 무녹스(NOx)의 순수 음이온이 발생되도록 하는하는 구성을 제안하였다.

그런데 상기와 같은 종래기술들은 승압부(또는 배전압부)에서 마이너스의 고전압을 발생시켜 방전 전극 측으로 제공하는 과정에서, 회로의 접지(GND) 측으로 4~12㎸ 정도의 고압을 갖는 역전압이 전달되어 접지(GND) 측에 연결된 회로 요소들에 영향을 미칠 수 있었다. 음이온 발생기에 포함된 회로 요소들 중 상당수는 예를 들어 12V 정도의 저전압 조건에 맞추어 설치된 것들이므로 4~12㎸ 정도의 고압을 갖는 역전압이 전달되면 파손 발생의 우려가 있었다.

또한, 승압부(또는 배전압부)에서 회로의 접지(GND) 측으로 고압의 역전압을 전달하는 상태가 발생되면, 승압부(또는 배전압부)의 고압이 안정적으로 유지되지 않게 되어 음이온의 발생 효율을 저하시킬 수 있다는 문제점도 있었다.

대한민국 등록특허 10-1000977 (2010년12월07일 등록) 대한민국 공개특허 10-2005-0013665 (2005년02월04일 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 미세먼지의 흡착 제거를 위해 마이너스의 고전압을 공기중으로 방전시켜 음이온을 발생시키는 것으로서, 네온램프를 포함하는 음전압 안정부를 통해 음이온 발생을 증폭시키며 음이온 발생기 회로의 접지 측에 대한 역전압을 차단하여 회로 요소의 파손을 방지하고 음이온 출력을 더욱 안정되게 출력하도록 구성된 음이온 발생기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 외부 전원과 연결되며 직류전원을 공급하는 전원 공급부; 저항, 콘덴서 및 스위칭 트랜지스터를 포함하며 전원 공급부의 직류전원이 공급되면 승압부의 트랜스와 연동하여 발진 동작하여 교류전원으로 변환시키는 발진부; 상기 발진부에 1차 측이 연결된 트랜스를 포함하며 상기 발진부로부터 입력되는 교류전원의 전압을 더욱 고전압으로 승압시키는 승압부; 상기 트랜스의 2차 측의 제1 출력단과 제2 출력단에 각각 역방향으로 연결되어 출력 측이 병렬로 연결된 2개의 정류용 다이오드를 포함하며 상기 승압부에서 승압된 교류전압을 정류하여 음전압을 출력하는 음전원 발생부; 상기 정류용 다이오드의 출력 측에 연결된 평활용 콘덴서를 포함하며 음전원 발생부에서 출력하는 음전압을 평활시키는 평활부; 상기 평활용 콘덴서와 접지 측의 중간에 설치되며 입력 측이 상기 승압용 트랜스의 2차 측의 제2 출력단에 연결된 네온램프를 포함하며 평활용 콘덴서가 출력하는 음전압을 안정화시키는 음전압 안정부; 및 고압 와이어로 구성되며 음전압 안정부에서 제공되는 음전압을 공기 중에 방전시켜 음전위를 생성시키는 방전부;를 포함하여 구성된 음이온 발생기가 개시된다.

바람직하게, 상기 네온램프는 에폭시 코팅을 하여 외부 발광을 차단시킨 것이다.

바람직하게 본 발명은, 입력 측이 상기 전원 공급부에 순방향으로 직렬 연결된 역전압 방지용 다이오드를 포함하며 상기 전원 공급부로부터 역방향 전압이 인가된 경우 출력 측에 역방향 전압이 인가되지 않도록 하는 역전압 방지부; 상기 역전압 방지부에 입력 측이 직렬로 연결되며 상기 전원 공급부에서 출력하는 직류전원을 출력 측에 공급 또는 차단 제어 가능한 스위치부; 및 상기 스위치부의 출력 측에 병렬로 연결된 하나 이상의 콘덴서를 포함하며 스위치부로부터 인가된 전원에 포함된 노이즈를 제거하는 EMI 제거부;를 더욱 포함하며, 상기 발진부는 상기 EMI 제거부를 통해 전원 공급부의 직류전원이 공급되면 발진 동작하여 교류전원으로 변환시킨다.

바람직하게, 전류 제한용 저항을 포함하며 상기 평활부에서 출력된 음전압의 감전충격을 저감하는 감전충격 저감부;를 더욱 포함하며, 상기 방전부는 상기 감전충격 저감부를 통해 공급되는 음전압을 공기 중에 방전시켜 음전위를 생성시킨다.

이와 같은 본 발명의 음이온 발생기는 네온램프를 포함하는 음전압 안정부를 통해 음이온 발생을 증폭시키며 음이온 발생기 회로의 접지 측에 대한 역전압을 차단하여 회로 요소의 파손을 방지하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 음이온 발생기의 블록 구성도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 음이온 발생기의 상세 회로도이다.

본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다.

본 출원에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다", "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 구성요소 또는 이들의 조합이 존재하는 것을 표현하려는 것이지, 다른 구성요소 또는 특징이 존재 또는 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 실시예의 음이온 발생기는 미세먼지의 흡착 제거를 위해 마이너스의 고전압을 공기중으로 방전시켜 음이온을 발생시킨다.

특히 본 실시예의 음이온 발생기는 네온램프(LP1)를 포함하는 음전압 안정부(M8)를 통해 음이온 발생을 증폭시키며 음이온 발생기 회로의 접지(GND) 측에 대한 역전압을 차단하여 회로 요소의 파손을 방지한다.

전원 공급부(M1)는 외부 전원과 연결되며 직류전원을 공급한다.

일예로, 전원 공급부(M1)에는 전원 연결용 잭(J1)이 구비되어 상용 교류전압을 직류전압으로 정류하는 외부의 정류기(미도시)가 연결된 상태에서 본 실시예의 음이온 발생기의 회로요소에 전원 전압을 공급한다.

역전압 방지부(M2)는 입력 측이 상기 전원 공급부(M1)에 순방향으로 직렬 연결된 역전압 방지용 다이오드(D1)를 포함하며 상기 전원 공급부(M1)로부터 역방향 전압이 인가된 경우 출력 측에 역방향 전압이 인가되지 않도록 한다.

사용자의 부주의로 인해 전원 공급부(M1)에는 외부 전원의 극성(+,-)을 설계 규격과 반대로 연결시킬 수 있다. 이 경우 음이온 발생기의 회로요소에 역전압이 공급되어 회로요소가 소손되거나 심할 경우 화재로 이어질 우려가 있다.

이를 감안하여, 상기 전원 공급부(M1)와 스위치부(M3) 사이에 역전압 방지용 다이오드(D1)를 포함하는 역전압 방지부(M2)를 설치하여 사용자의 부주의에 의한 역전압 공급을 방지한다.

스위치부(M3)는 상기 역전압 방지부(M2)에 입력 측이 직렬로 연결되며 상기 전원 공급부(M1)에서 출력하는 직류전원을 출력 측에 공급 또는 차단 제어 가능하다.

EMI(Electro Magnetic Interference) 제거부(M4)는 상기 스위치부(M3)의 출력 측에 병렬로 연결된 하나 이상의 콘덴서(C1,C2)를 포함하며 스위치부(M3)로부터 인가된 전원에 포함된 노이즈를 제거한다.

콘덴서(C1,C2)는 스위치부(M3)의 조작시 발생되는 노이즈를 필터링하여 회로요소가 노이즈에 의해 오작동되거나 소손되는 것을 방지한다.

발진부(M5)는 저항(R1-R3), 콘덴서(C3) 및 스위칭 트랜지스터(Q1)를 포함하며 전원 공급부(M1)의 직류전원이 스위치부(M3)를 거쳐 공급되면 승압부(M6)의 트랜스(T1)와 연동하여 발진 동작하여 승압에 필요한 일정 주파수(예, 25KHz)의 교류전원으로 변환시킨다.

발진부(M5)는 스위칭 트랜지스터(Q1)와, 스위칭 트랜지스터(Q1)의 컬렉터 단자에 병렬 연결된 인덕턴스 성분(T1의 1차측)과 콘덴서(C3)를 포함하는 발진회로에 의해 구성된다. 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스 단자에 연결된 저항(R1,R2)은 스위칭 트랜지스터(Q1)의 베이스 바이어스 전압을 조정하는 역할을 한다. 저항(R1,R2)과 콘덴서(C3)는 발진 주파수의 시정수를 결정한다. 스위칭 트랜지스터(Q1)는 시정수에 기초하여 스위칭 작동되어 승압부(M6)에 일정 주파수의 교류전원이 공급되도록 한다.

승압부(M6)는 상기 발진부(M5)에 1차 측이 연결된 트랜스(T1)를 포함하며 상기 발진부(M5)로부터 입력되는 교류전원의 전압을 더욱 고전압으로 승압시킨다. 일예로, 승압부(M6)는 입력전압 12V의 교류전원이 1차 측에 입력되어 2차 측에 4.2kV의 출력전압이 유기되도록 권선비가 정해질 수 있다. 권선비 또는 이에 따른 전압비는 설계 요구에 따라 변경 가능하다.

음전원 발생부(M7)는 상기 트랜스(T1)의 2차 측의 제1 출력단(2)과 제2 출력단(4)에 각각 역방향으로 연결되어 출력 측이 병렬로 연결된 2개의 정류용 다이오드(D2,D3)를 포함하며 상기 승압부(M6)에서 승압된 교류전압을 정류하여 음전압을 출력한다.

평활부(M9)는 상기 정류용 다이오드(D2,D3)의 출력 측에 연결된 평활용 콘덴서(C4)를 포함하며 음전원 발생부(M7)에서 출력하는 음전압을 평활시킨다.

일예로, 승압부(M6)의 트랜스(T1)의 2차 측의 제1 출력단(2)이 (+)일 때는 제2 출력단(4)이 (-)가 되므로 정류용 다이오드 D3를 통해 음전원이 평활용 콘덴서(C4)를 충전하고, 승압부(M6)의 트랜스(T1)의 2차 측의 제1 출력단(2)이 (-)일 때는 제2 출력단(4)이 (+)가 되므로 정류용 다이오드 D2를 통해 음전원이 평활용 콘덴서(C4)를 충전한다.

이렇게 평활용 콘덴서(C4)는 트랜스(T1)의 2차 측의 제1 출력단(2)과 제2 출력단(4)에 의해 교번적으로 일정하게 충전되고, 평활용 콘덴서(C4)에 충전된 음전하는 방전부(M11)를 일정하게 방전된다.

음전압 안정부(M8)는 상기 평활용 콘덴서(C4)와 접지(GND) 측의 중간에 설치되며, 입력 측이 상기 승압용 트랜스(T1)의 2차 측의 제2 출력단(4)에 연결된 네온램프(LP1)를 포함하며, 평활용 콘덴서(C4)가 출력하는 음전압을 안정화시킨다.

네온램프(LP1)는 유리 관구 내에 나선 전극 또는 반원형의 한 쌍의 전극을 접근하여 두고, 저압으로 네온을 미량의 아르곤과 함께 봉해 넣은 방전관이다.

네온램프(LP1)는 고압 조건에서 사용하는 램프이며 전력을 소모하는 회로요소이므로, 평활용 콘덴서(C4)와 접지(GND) 측 간에 생성되는 고압의 전위차(예, 4.2kV)에 견디면서 접지(GND) 측에 전달되는 역전압을 발광 전력으로 사용하여 소멸시키면서 전압 안정화를 위한 전력 소모 요소의 기능을 제공할 수 있다.

예를 들어, LED와 같은 발광 소자는 고전압 환경에서 반복 사용 시에 파괴될 수 있지만, 네온램프는 고압에서도 필라멘트의 파괴가 발생되지 않으므로 본 실시예와 같은 고전압 환경에서의 역전압 전력을 소모시키기 위한 요소로 사용하기에 적합하다.

바람직하게, 본 실시예의 네온램프(LP1)는 에폭시 코팅을 하여 외부 발광을 차단시킨다. 즉, 본 실시예의 네온램프(LP1)는 전력 소모 요소로서 사용되며 조명수단으로서의 기능이 필요하지 않은 점을 감안하여, 에폭시 코팅으로 외부 발광을 차단한다. 에폭시 코팅은 내열성이 좋다는 점에서 네온램프(LP1) 코팅용으로 적합하다.

네온램프(LP1)의 접지측 전위는 0(zero)이므로, 승압부(M6)의 제2 출력단(4)이 (+)일 때는 0(zero)에서 (+)사이의 전위차로 네온램프(LP1)가 온(on) 되고, 반대로 승압부(M6)의 제2 출력단(4)이 (-)일 때는 0(zero)에서 (-)사이의 전위차로 네온램프(LP1)가 온(on) 된다. 이렇게 일정하게 네온램프(LP1)가 전위차를 유지시키므로 평활용 콘덴서(C4)에서 방전부(M11)로 출력하는 음전위(예, -4.2kV)를 일정하게 유지시키고 음전압을 안정화시킬 수 있다.

평활용 콘덴서(C4)에서 방전부(M11)로 출력하는 음전압을 안정화시키게 되면, 방전부(M11)의 고압 와이어(HVO)의 음전위가 안정적으로 생성되므로 불안정한 음전위 상태에 비해 음이온 발생 효율을 높여 음이온을 증폭시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 음이온 발생기 회로에 있어서 다양한 회로요소들의 접지 측(GND)은 기기 제작 구조 상 하나의 접지 요소(예, 도체부재)로 서로 연결될 수 있는데, 승압부(M6)에서 4~12㎸ 정도의 고전압을 발생시켜 방전부(M11)로 제공하는 과정에서 회로의 접지(GND) 측으로 고압의 역전압이 전달되는 것을 음전압 안정부(M8)가 차단하므로, 접지(GND) 측에 연결된 회로 요소들에 대한 역전압의 영향을 차단할 수 있으며 이에 따른 파손을 방지할 수 있다.

감전충격 저감부(M10)는 전류 제한용 저항(R4)을 포함하며 상기 평활부(M9)에서 출력된 음전압의 감전충격을 저감한다.

전류 제한용 저항(R4)은 고전압 출력시 전류를 제한하여 감전 또는 누전 등의 절연 파괴가 발생될 때 인체에 해를 끼치지 않도록 함과 동시에 화재 등이 발생되지 않도록 한다.

방전부(M11)는 고압 와이어(HVO)로 구성되며 음전압 안정부(M8)에서 제공되는 음전압을 공기 중에 방전시켜 음전위를 생성시킨다. 고압 와이어(HVO)는 일예로 탄소섬유 또는 메탈 섬유로 제작될 수 있다.

방전부(M11)의 고압 와이어(HVO)를 통해 대기 중으로 방전되는 고압의 음전압은 공기의 절연 파괴를 통해 다량의 음이온을 발생시키게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석돼야 한다.

M1: 전원 공급부
M2: 역전압 방지부
M3: 스위치부
M4: EMI 제거부
M5: 발진부
M6: 승압부
M7: 음전원 발생부
M8: 음전압 안정부
M9: 평활부
M10: 감전충격 저감부
M11: 방전부
C4: 평활용 콘덴서
GND: 접지
T1: 승압용 트랜스
LP1: 네온램프
HVO: 고압 와이어

Claims

외부 전원과 연결되며 직류전원을 공급하는 전원 공급부(M1);
저항(R1-R3), 콘덴서(C3) 및 스위칭 트랜지스터(Q1)를 포함하며 전원 공급부(M1)의 직류전원이 공급되면 승압부(M6)의 트랜스(T1)와 연동하여 발진 동작하여 교류전원으로 변환시키는 발진부(M5);
상기 발진부(M5)에 1차 측이 연결된 트랜스(T1)를 포함하며 상기 발진부(M5)로부터 입력되는 교류전원의 전압을 더욱 고전압으로 승압시키는 승압부(M6);
상기 트랜스(T1)의 2차 측의 제1 출력단(2)과 제2 출력단(4)에 각각 역방향으로 연결되어 출력 측이 병렬로 연결된 2개의 정류용 다이오드(D2,D3)를 포함하며 상기 승압부(M6)에서 승압된 교류전압을 정류하여 음전압을 출력하는 음전원 발생부(M7);
상기 정류용 다이오드(D2,D3)의 출력 측에 연결된 평활용 콘덴서(C4)를 포함하며 음전원 발생부(M7)에서 출력하는 음전압을 평활시키는 평활부(M9);
상기 평활용 콘덴서(C4)와 접지(GND) 측의 중간에 설치되며 입력 측이 상기 승압용 트랜스(T1)의 2차 측의 제2 출력단(4)에 연결된 네온램프(LP1)를 포함하며 평활용 콘덴서(C4)가 출력하는 음전압을 안정화시키는 음전압 안정부(M8); 및
고압 와이어(HVO)로 구성되며 음전압 안정부(M8)에서 제공되는 음전압을 공기 중에 방전시켜 음전위를 생성시키는 방전부(M11);를 포함하며,
상기 네온램프(LP1)는, 상기 평활용 콘덴서(C4)와 접지(GND) 측 간에 생성되는 전위차에 견디면서 접지(GND) 측에 전달되는 역전압을 발광 전력으로 사용하여 소멸시키며, 상기 평활용 콘덴서(C4)에서 상기 방전부(M11)로 출력하는 음전위를 일정하게 유지시키고 음전압을 안정화하고, 하나의 접지 요소를 통해 접지(GND) 측에 서로 연결된 회로 요소들에 대한 역전압의 영향을 차단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 음이온 발생기.
제1항에 있어서,
상기 네온램프(LP1)는 에폭시 코팅을 하여 외부 발광을 차단시킨 것을 특징으로 하는 음이온 발생기.
제1항에 있어서,
입력 측이 상기 전원 공급부(M1)에 순방향으로 직렬 연결된 역전압 방지용 다이오드(D1)를 포함하며 상기 전원 공급부(M1)로부터 역방향 전압이 인가된 경우 출력 측에 역방향 전압이 인가되지 않도록 하는 역전압 방지부(M2);
상기 역전압 방지부(M2)에 입력 측이 직렬로 연결되며 상기 전원 공급부(M1)에서 출력하는 직류전원을 출력 측에 공급 또는 차단 제어 가능한 스위치부(M3); 및
상기 스위치부(M3)의 출력 측에 병렬로 연결된 하나 이상의 콘덴서(C1,C2)를 포함하며 스위치부(M3)로부터 인가된 전원에 포함된 노이즈를 제거하는 EMI 제거부(M4);를 더욱 포함하며,
상기 발진부(M5)는 상기 EMI 제거부(M4)를 통해 전원 공급부(M1)의 직류전원이 공급되면 발진 동작하여 교류전원으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 음이온 발생기.
제1항에 있어서,
전류 제한용 저항(R4)을 포함하며 상기 평활부(M9)에서 출력된 음전압의 감전충격을 저감하는 감전충격 저감부(M10);를 더욱 포함하며,
상기 방전부(M11)는 상기 감전충격 저감부(M10)를 통해 공급되는 음전압을 공기 중에 방전시켜 음전위를 생성시키는 것을 특징으로 하는 음이온 발생기.