KR20090031249A - 정전무화장치 및 이를 구비한 가열송풍장치 - Google Patents

Abstract

방전전극에 대한 전압인가에 응답하여 형성되는 전기장에 의해 야기된 방전에 의하여, 방전전극에 공급된 액체를 정전기적으로 무화하는 정전무화장치가 제공된다. 정전무화장치는 방전전극에 공급되는 펄스전압을 발생하는 고전압발생회로를 구비하며, 고전압발생회로는 입력ＡＣ신호(input AC signal)를 펄스신호로 변환하는 고전압제어회로(high-voltage control circuit), 및 고전압제어회로에 의해 얻어진 펄스신호를 방전전극에 공급되는 펄스전압의 전압값까지 높이는 이그니터(igniter)를 포함한다.

Description

정전무화장치 및 이를 구비한 가열송풍장치 {ELECTROSTATIC ATOMIZER AND HOT AIR BLOWER HAVING THE SAME}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2007.09.21자에 출원된 일본특허출원 특원 2007-245170에 기초하여 우선권을 주장하며, 이 일본특허출원의 전체 내용은 참조에 의해 본 출원에 편입된다.

발명 분야

본 발명은 대전액체입자(charged liquid particle)를 생성하는 정전무화장치(electrostatic atomizer), 및 상기 정전무화장치와 가열된 공기를 전달하는 송풍유닛(air blowing unit)을 구비한 가열송풍장치(hor air blower)에 관한 것이다.

이 종류의 종래 장치로서, 일본특허공개 11-300975에 개시된 장치가 알려져 있다. 그 특허출원에 개시된 액체무화장치에서 채택한 기술에 따르면, 이 액체무화장치(liquid atomizer)는 액체 속에 잠기는 토출전극(emitting electrode)과 이 토출전극에 대향하여 액체 바깥에 배치되는 대향전극(counter electrode)을 구비하 며, 펄스 폭이 제어된 펄스전압을 토출전극에 공급한 후 액체무화장치를 활성화함으로써, 입자크기가 다른 각(各) 미립자(fine particle)의 발생이 각각의 입자마다 제어될 수 있고, 그 결과 크기 면에서 편차가 적은 미립자들이 낮은 전압에서 매우 높은 밀도로 발생할 수 있다.

이러한 종래의 액체무화장치에서, 펄스 폭 제어와 펄스전압 조절만으로는 높은 전기장에서의 정전무화 효율을 향상시키기에 충분하지 않으므로, 정전무화 효율을 더 향상시키기 위해 각 입자에 대한 정전하의 증가 및 입자크기의 축소가 요구되었다.

또한, 이러한 종래의 무화장치에서는, 토출전극에 공급되는 펄스전압을 발생하기 위해서 펄스공급유닛으로부터 공급된 펄스가 전극활성화제어기(electrode activation controller)에 사용된다. 그 결과, 펄스공급유닛이 반드시 제공되어야 하는데, 이것은 부품 수의 증가와 복잡한 회로구조를 쉽게 야기한다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 대전액체입자의 입자크기를 더 축소함으로써 효율을 향상할 수 있고, 또한 그 구조가 소형화되고 간단해지는 정전무화장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 가열된 공기를 전달할 수 있고 미세한 대전액체입자를 토출할 수 있는 가열송풍장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 방전전극에 대한 전압인가에 응답하여 형성되는 전기장에 의해 야기된 방전에 의해서, 방전전극에 공급되는 액체를 정전기적으로 무화하는 정전무화장치를 제공한다. 정전무화장치는 방전전극에 공급되는 펄스전압을 발생하는 전압발생유닛(voltage generation unit)을 포함하며, 전압발생유닛은 입력ＡＣ신호를 펄스신호로 변환하는 변환유닛(conversion unit) 및 변환유닛에 의해 얻어진 펄스신호를 방전전극에 공급되는 펄스전압의 전압값까지 높이는 이그니터(igniter)를 포함한다.

본 발명에 따르면, 구조가 소형화되고 간단해진 정전무화장치 및 미세한 대전액체입자를 토출할 수 있는 가열송풍장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태가 도면을 참조하여 아래에 설명된다.

본 발명의 예들이 주어진 첨부도면과 관련하여, 아래의 설명과 첨부된 청구범위로부터 더 명백해질 것이다. 이들 도면은 단지 예를 나타낸 것이므로, 이들 도면이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 여겨져서는 안 된다. 본 발명의 예들은 아래의 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

[제 1 실시형태]

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 정전무화장치의 구성을 나타낸다.

도 1에서 참조되듯이, 정전무화장치는 정류회로(1), 고전압발생회로(2), 방전유닛(3), 물공급유닛(4), 캐패시터(5(5a, 5b)), 및 저항(6(6a, 6b))을 구비한다.

정류회로(rectifier circuit)(1)는 상용 ＡＣ전력공급장치(AC power supply) (7)로부터 공급되는 교류를 전파 정류(full-wave rectification) 또는 반파 정류(half-wave rectification)에 의해서 정류하며, 전파 정류의 경우에, 이 정류회로(1)는 도 2의 전압파형차트(voltage waveform chart)에 Ｖ1로 도시된 것과 같은 정류신호(rectified signal)를 고전압발생회로(2)에 공급한다.

상기 고전압발생회로(high-voltage generation circuit)(2)는 고전압제어회로(high-voltage control circuit)(21), 점증변압기(step-up transformer)로서 작동가능한 이그니터(22), 평활/정류회로(smoothing/rectifying circuit)(23)를 포함하며, 고전압 펄스신호를 발생하기 위해 정류회로(1)로부터 공급되는 정류전압(Ｖ1)을 높인다.

정류회로(1)로부터 정류신호를 받는 대로, 고전압제어회로(21)는 정류신호에 기초하여, 상용 ＡＣ전압의 주파수보다 더 높은 주파수를 가지면서 이그니터(22)에 입력하기에 적당한, 즉 이그니터(22)의 점증작동(step-up operation)에 적합한 펄스형 신호를 발생한다. 이 펄스형 신호는, 예를 들면, 도 2의 전압파형차트에 Ｖ2로 도시되는 펄스신호이다. 발생한 펄스신호는 이그니터(22)에 공급된다.

이그니터(22)는 고전압제어회로(21)에 연결되는 1차 코일과 상기 평활/정류회로(23)에 연결되는 2차 코일을 구비하며, 고전압제어회로(21)로부터 공급되는 펄스전압을 높임으로써 2차 코일에 미리 설정되는, 양의 고펄스전압 또는 약 -3㎸ 내지 -4㎸의 음(negative)의 고펄스전압을 발생한다. 발생한 펄스전압은 평활/정류회로(23)에 공급된다.

상기 ＡＣ전력공급장치(7)의 주파수보다 더 높은 주파수를 갖는 점증된 펄스전압(stepped-up pulse voltage)을 받는 대로, 이그니터(22)의 2차 코일에 연결된 평활/정류회로(23)가 펄스전압을 평활하게 정류함으로써 그 주파수가 ＡＣ전력공급장치(7)의 주파수에 가깝게 감소되어 있는 펄스신호, 예를 들면, 도 2의 전압파형차트에 Ｖ3으로 표시된 것과 같은 음전압 펄스신호를 발생한다. 발생한 펄스신호는 방전유닛(3)에 공급된다.

방전유닛(3)은 방전전극(31), 및 방전전극(31)과의 사이에 높은 전기장을 형성하는 대향수집전극(counter collecting electrode), 예를 들면, 접지전극(ground electrode)(32)을 구비한다. 높은 전기장에서의 방전은 대전된(예를 들면, 음으로 대전된) 미립자 형태의 물(이온화된 미스트, 이하 간단히 이온 미스트(ion mist)라 함)과 대전된(예를 들면, 음으로 대전된) 이온을 발생하며, 그 결과로서 정전무 화(electrostatic atomization)가 달성된다.

제 1 실시형태 및 후술하는 다른 실시형태에서, 무화되는 액체로서 물이 다루어지지만, 상기 액체가 물에 한정되지는 않고, 예를 들면, 물에 다른 물질을 첨가하여 서로 혼합함으로써 준비시킨 액체일 수 있다.

상기 방전전극(31)은 평활/정류회로(23)의 고전압 출력 측에 제공되는 단자(terminal)에 연결되어, 평활/정류회로(23)에 의해 얻어진 고펄스전압이 이 방전전극(31)에 제공된다. 접지전극(32)은 방전전극(31)으로부터 설정간격만큼 떨어져 배치되며, 접지전극에 접지전위(grounding potential)가 주어진다. 접지전극(32)과 방전전극(31)은 방전을 수행하기 위해 그들 사이에 높은 전기장을 형성한다.

물공급유닛(4)은 방전유닛(3)에 의해 수행되는 정전무화에서 사용되는 물을 공급한다. 물공급유닛(4)은, 예를 들면, 물을 저장하기 위한 탱크를 구비하여, 탱크에 저장되는 물을 방전전극(31)에 공급한다. 다른 방식으로서, 물공급유닛(4)은, 예를 들면, 방전전극(31)의 응결수(condensed water)를 얻기 위해 방전전극(31)을 이슬점(dew point) 아래로 냉각하는 냉각유닛으로서, 펠티에 모듈(Peltier module)을 구비한다.

상술한 바와 같이, 물 이외의 액체가 정전무화에 사용되면, 물을 저장하는 대신, 미리 준비시킨 액체가 탱크에 저장될 수 있다.

캐패시터(5)는 ＡＣ전력공급장치(7)와 평활/정류회로(23)의 저전압 출력 측에 제공되는 단자 사이에 직렬로 연결되는 2개의 캐패시터(5a, 5b)로 구성된다. 캐패시터(5)는 ＡＣ전력공급장치(7)와 평활/정류회로(23)의 저전압 출력 측에 단자를 연결하기 위한 고주파수 저임피던스요소(high-frequency low-impedance element)의 역할을 한다.

저항(resistor)(6)은 ＡＣ전력공급장치(7)와 평활/정류회로(23)의 저전압 출력 측에 제공되는 단자(terminal) 사이에 직렬로 연결되는 2개의 저항(6a, 6b)으로 구성된다. 저항(6)은 회로의 안정된 작동을 확실히 하면서, ＡＣ전력공급장치(7)와 평활/정류회로(23)의 저전압 출력 측에 단자를 연결하는 요소의 역할을 한다.

도 1에 도시된 평활/정류회로(23)와 고전압제어회로(21)는, 예를 들면, 도 3에 도시된 것처럼 구성된다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 상기 고전압제어회로(21)는 저항(211), 설정참조전압(preset reference voltage)에 도달했을 때 스위칭하는 SIDAC와 같은 스위칭장치(switching device)(212) 및 캐패시터(213)를 구비한다. 평활/정류회로(23)는 다이오드(231)와 캐패시터(232)를 구비한다. 고전압제어회로(21)가 정류회로(1)로부터 정류신호의 입력을 받으면, 캐패시터(213)가 저항(211)을 통해 충전되며, 충전전압(charge voltage)이 참조전압에 도달했을 때, 스위칭장치(212)가 OFF로부터 ON으로 스위칭되고, 따라서 전압이 가해진다. 캐패시터(213)에 충전되는 충전전압은 스위칭장치(212)를 통해 이그니터(22)에 공급되며, 그 후, 캐패시터(213)의 전압이 참조전압 아래로 떨어져, 그 결과 스위칭장치(212)가 OFF로 스위칭된다. 이러한 작동이 반복됨으로써 상술한 도 2의 Ｖ2로 도시된 펄스신호를 발생한다.

이러한 구성으로 인해, 고전압발생회로(2)에 의해 발생한 펄스신호의 전압이 고전압(이온 미스트 토출전압(ion mist emission voltage))이 된다. 그 결과 이 전 압이 방전전극(31)에 공급되면 이온 미스트가 방전유닛(3)의 방전에 의해 발생하면서도 누출은 발생하지 않는다. 또한, 전압인가시간에 따라 다르기는 하지만, 예를 들면, 이 전압은 약 -3.3㎸이다.

이 고전압이 방전전극(31)에 공급되면, 높은 전기장이 방전전극(31)과 접지전극(32) 사이에 형성된다. 방전전극(31) 쪽으로, 물공급유닛(4)으로부터 물이 공급된다. 이 상태에서, 펄스신호가 방전전극(31)에 공급되는 동안, 상술한 바와 같이 방전전극(31)과 접지전극(32) 사이에 형성되는 높은 전기장 때문에, 방전전극(31)에 공급되는 물이 정전기적으로 무화되고, 그 결과로서 이온 미스트가 발생한다. 발생한 이온 미스트는 정전하(electrostatic charge)를 함유하고 있고, 방전전극과 접지전극 사이에 높은 전기장이 있기 때문에 방전전극(31)으로부터 접지전극(32) 쪽으로 이온 미스트가 이동한다. 이 이동하는 이온 미스트는 팬과 같은 송풍유닛(air blowing unit)으로부터의 공기 흐름에 의해 효과적으로 외부로 토출된다. 발생한 이온 미스트는 송풍유닛이 없어도 토출될 수 있지만, 송풍유닛을 사용함으로써 토출 효율이 더 증가할 수 있다.

이상과 같이, 제 1 실시형태에 따르면, 펄스신호를 방전전극(31)에 공급함으로써, 방전운전(electric discharge operation) 중에 누설전류(leakage current)를 야기함이 없이 방전전극(31)과 접지전극(32) 사이에 높은 전기장이 형성될 수 있다. 높은 전기장의 형성은 토출되는 입자 하나당의 방전 에너지를 증가시키며, 또한 높은 전기장 조건에서의 정전무화는 이온 미스트에 대한 정전하(electrostatic charge)를 증가시킨다. 또한, 방전운전 동안의 전기장 세기 및 일정한 미세 크기까 지 축소되어 있는 입자 수 사이의 관계는 도 4에 도시된 바와 같은 특성을 나타내는데, 이것은 더 높은 전기장이 예를 들면 약 5nm 크기까지 축소되어 있는 이온 미스트 입자 수의 증가를 야기한다는 것을 의미한다.

종래 방법과 비교하여 전기장의 세기를 더 증가시키기 위해 실행가능한 방법은 방전전극에 공급되는 전압을 높이는 것이지만, 공급전압이 높아지면, 누설전류가 발생할 수 있다. 이 문제를 극복하기 위해, 제 1 실시형태에서 설명한 바와 같이, 공급전압이 연속 정전압신호(continuously constant voltage signal)로부터 간헐 펄스신호(intermittent pulse signal)로 변환되고, 그 결과 누설전류를 야기함이 없이 공급전압이 높아질 수 있다.

한편, 제 1 실시형태에서 펄스신호를 입력하기 위해 사용되는 이그니터 대신에, 고주파수의 사인파를 입력하는 통상의 점증변압기가 펄스신호를 발생하기 위해 사용되면, 고전압제어회로(21)로부터 점증변압기 쪽으로, 점증변압기에 입력하기에 적합한 고주파수의 간헐 신호를 공급할 필요가 있다. 그 결과, 이러한 신호를 발생하는 회로구조(circuit structure)가 요구되는데, 이것은 부품 수와 회로 크기를 증가시킬 수 있고, 또한 회로구조를 더 복잡하게 만든다.

제 1 실시형태에서, 통상의 점증변압기 대신에, 펄스형 신호를 입력하여 공급전압을 점증하기 위해 이그니터가 사용되는데, 통상의 점증변압기가 사용되는 경우와 비교하여, 이것은 크기가 작고 간결한 구조를 실현한다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 이그니터가 사용되면, 통상의 점증변압기가 사용되는 경우와 비교하여(고전압 변압기 방식), 누설전류를 야기함이 없이 방전전극에 적용가능한 최대 전압의 출력시간(인가시간)이 단축될 수 있고, 그 결과 공급전압이 큰 값으로 설정될 수 있으므로 높은 전기장을 형성한다.

정전압(contant voltage)이 방전전극에 연속으로 공급되면, 상술한 바와 같이 누설전류를 방지하기 위해, 펄스신호가 공급되는 경우와 비교하여 이 공급전압이 낮아진다. 그 결과, 이온 미스트를 발생하여 이온 미스트의 효과를 얻기 위해서, 이온 미스트를 발생하기 위한 방전전류 값이 요구된다. 헤어에 대한 효과를 얻기 위해 이온 미스트가 헤어에 공급된다고 가정하면, 이 방전전류 값은 도 6에 도시되어 있는, 헤어에 효과가 나타나는 변압기-사용 출력 특성(정전압인가시의 전압-전류 특성)에 한 점으로 지시된 값이다. 이 방전전류 값은 도 6에 또한 도시되어 있는, 헤어에 효과가 나타나는 이그니터-사용 출력 특성(펄스전압인가시의 전압-전류 특성)에 한 점으로 지시된 방전전류 값보다 크므로, 전류소모량의 증가를 야기한다.

제 1 실시형태에서는, 고전압이 용이하게 얻어질 수 있으며, 이것이 이온 미스트를 발생하기 위해 요구되는 방전전류를 낮출 수 있게 한다. 그 결과, 전류소모량이 감소된다.

[제 2 실시형태]

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 정전무화장치의 구성을 나타낸다.

도 7에서 참조되는 바와 같이, 제 2 실시형태는 고전압발생회로(2)로부터 얻어져서 전류제한회로(8)를 통해 방전전극(31)에 공급되는 고전압 펄스신호의 전류 를 제한하기 위해 고전압발생회로(2)의 평활/정류회로(23)와 방전유닛(3)의 방전전극(31) 사이에 전류제한회로(current limiting circuit)(8), 예를 들면, 저항이 설치된 것을 특징으로 한다.

전류제한회로를 통해 방전전극(31)에 공급되는 펄스신호의 전류를 제한하기 위해 이 전류제한회로(8)를 사용함으로써, 제 1 실시형태에서 달성되는 장점 외에도, 이온 미스트의 안정된 발생이 확실해진다.

[제 3 실시형태]

도 8은 헤어 드라이기의 구성을 나타낸 모형도로서, 도 1 또는 도 7에 도시된 정전무화장치를 가지고 있는 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 가열송풍장치(hot air blower)의 일 예이다.

도 8에서 참조되는 바와 같이, 헤어 드라이기는 메인유닛(main unit)을 형성하는 하우징(81)과, 하우징(81)에 통합되어 아래를 향해 튀어나오도록 하우징(81)의 하부 벽에 제공되는 핸들(82)을 구비하고 있다. 상기 하우징(81)에는 공기흡입구(air intake port)(87)로부터 공기를 흡입하기 위한 팬(84)과, 팬(84)을 회전시키기 위한 모터(83)가 제공되어 있다. 모터(83)의 하류측에는, 팬(84)에 의해 전달되는 공기를 선별적으로 가열하도록 히터(86)가 배치되어 있는 가열유닛(85)이 설치되어 있어 이 히터(86)가 선별적으로 충전되면 따뜻한 공기를 발생한다. 발생한 따뜻한 공기는 송풍구(blow-out port)(88)를 통해 바깥으로 배출된다.

핸들(82)에는 모터(83), 히터(86), 및 정전무화장치를 온/오프 스위칭하고, 또한 헤어 드라이기의 그 외 기능을 스위칭하는 스위치(89)가 제공되어 있다.

하우징(81)의 상부 벽 앞 부분에는, 정류회로(1)(도시하지 않음)와 더불어 도 1이나 도 7에 도시된 정전무화장치를 구성하는, 고전압발생회로(2), 방전유닛(3), 및 물공급유닛(4)이 배치되어 있다. 방전유닛(3)에 의해 발생한 이온 미스트는 팬(84)에 의해 발생된 후 도입경로(introduction path)(90) 안으로 도입되는 공기 흐름(air flow)에 의하여, 송풍구(88)로부터 불려나가는 공기의 방향과 같은 방향으로 토출된다.

공기흡입구(87)와 팬(84) 사이의 하우징(81) 내측의 상부 벽에는, 캐패시터(5)가 배치되어 전선(wire)(도시하지 않음)을 통해 고전압발생회로(2)에 연결되어 있다.

상술한 바와 같이, 도 1에 도시된 제 1 실시형태에 따른 정전무화장치 또는 도 7에 도시된 제 2 실시형태에 따른 정전무화장치를 가열송풍장치로서 헤어 드라이기에 설치함으로써, 드라이기로부터 토출되는 이온 미스트 입자를 미립자 크기로 축소하는 것이 가능해지고, 이온 미스트에 대해 정전하를 증가시키는 것이 가능해지며, 미립자 크기를 가진 이온 미스트의 체적을 증가시키는 것이 또한 가능해진다. 이것이 헤어 안으로의 이온 미스트의 침투성(permeability)을 높이고, 헤어에 대한 보습효과(moisturizng effect)를 개선한다.

또한, 방전전극(31)에 공급되는 펄스신호의 전압 크기(voltage amplitude)를 대전이온 토출전압(charged-ion emission voltage)과 이온 미스트 토출전압 사이로 설정함으로써, 유효인자(effective factor)를 공급하는 것이 가능하다. 즉, 건조효 과(blow-dry effect)를 제공하는 이온과 보습효과를 제공하는 이온 미스트 중의 하나 또는 둘 다는 정전무화장치가 작동 중인 동안에는 항상 토출될 수 있다.

본 발명자에 의해 제작된 본 발명이 그 실시형태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 명세서 부분을 구성하는 설명과 도면이 본 발명을 제한하는 것으로 여겨져서는 안 된다. 즉, 상기 실시형태에 기초하여 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 창작한 다양한 다른 실시형태, 예, 작동기술 또한 본 발명의 범주 내에 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 정전무화장치의 구성을 나타낸다.

도 2는 상기 정전무화장치의 전압파형차트이다.

도 3은 고전압제어회로 및 평활/정류회로의 회로구조를 나타낸다.

도 4는 정전무화에서 관찰되는 미세액체입자와 전기장 사이의 관계를 나타낸다.

도 5는 방전전극에 공급되는 전압의 전압파형차트이다.

도 6은 방전시에 방전전류(discharge current)와 방전전극에 공급되는 전압 사이의 관계를 나타낸다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 정전무화장치의 구성을 나타낸다.

도 8은 상기 정전무화장치를 구비한 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 가열송풍장치의 구조를 나타낸다.

Claims (3)

1. 방전전극(discharge electrode)에 공급되는 펄스전압을 발생하는 전압발생유닛(voltage generation unit)을 포함하고,

   상기 전압발생유닛은

   입력ＡＣ신호를 펄스신호로 변환하는 변환유닛; 및

   상기 변환유닛에 의하여 얻어진 펄스신호를 상기 방전전극에 공급되는 펄스전압의 전압값까지 높이는 이그니터; 를 포함하며,

   상기 방전전극에 대한 전압인가에 응답하여 형성된 전기장에 의해 야기된 방전에 의해, 상기 방전전극에 공급된 액체를 정전기적으로 무화하는 정전무화장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   방전전극에 공급되는 펄스전압의 전류값을 제한하는 전류제한유닛(current limiting unit)을 더 포함하는 정전무화장치.
3. 제 1 항에 기재된 정전무화장치; 및

   따뜻한 공기를 전달하는 가열송풍유닛(hot air blowing unit);

   을 포함하는 가열송풍장치.

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