KR20120005831U - 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로 - Google Patents

이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로 Download PDF

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Abstract

본 고안에 따른 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로는, 단순하게 제전할 대상물체에 이온발생의 음이온과 양이온이 불균형하게 운전되더라도 양이온과 음이온이 항상 같은 양이 발생하도록 방전전극에 인가되는 고전압(Vout)도, 커플링 캐패시터에 충전되는 충전전압(Vc)이 회로 동작 시 방전전류에 의해 연속해서 변화되므로, 그 충전전압 Vc는 +,-방전전류가 같아질 때까지 방전전극에 인가되는 고전압(Vout)에 Vc/2만큼 더해져 자동조절되므로 양이온과 음이온의 불균형을 커플링 캐패시터의 충전전압Vc이 자동조절되어 +,-이온발생의 불균형을 제거함으로써, 제전기의 운용 효율을 높여 운용비를 절감시킨다.

Description

이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로{ A high voltage generating circuit }
본 고안은 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면, 제전기에서 캐패시터에 의한 방전전극에 인가되는 방전전압(Vout)을 자동으로 조절하는 고전압발생회로로써, 특히 배압회로와 접지(GND) 사이에 커플링 캐패시터가 위치함으로써, 커플링 캐패시터와, 그 커플링 캐패시터에 의해 방전전극에 인가되는 전압을 자동조절함으로써, 제전기가 설치된 장소에서 +-이온발생이 안정된 상태로 방전되게 하여 운용비를 절감하는 것이 가능한 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로에 관한 것이다.
종래 제전기의 고전압발생회로(A')는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1단 이상의 다이오드 배압회로(2,2'), 상기 배압회로(2,2')에 연결되며 저항 또는 다이오드 또는 다이오드와 저항이 혼합된 고전압부가회로(1)로 구성된다. 이때, 배압회로(1)와 고전압부가회로(1)가 공통으로 접지(GND)되어 있으므로 +-고전압이 접지 기준으로 일정하게 유지된다.
이러한 고전압발생회로(A')는 방전환경의 변화, 예를 들면, 온도의 변화, 습도의 변화, 방전전극을 스치고 지나가는 풍속의 변화 또는 방전전극 첨단부의 이물질의 부착 등과 같은, 방전환경의 변화로 인하여 방전량의 변화가 필요하나, 이온발생량이 변화하여 +-방전량의 변화에 따라 방전전압을 조절하여야 함에도 불구하고, 접지와 항상 일정전압이 발생하므로 결국에는 이온발생에 불균형이 발생하여 제전기의 운전 효율을 떨어뜨려, 이온발생이 불균형으로 제전되어야 할 대상물체가 제전기로 인해 역대전되는 현상을 가져오게 되는 문제점이 있었다.
또, 일본에서 그런 문제점을 해결하고자 +-이온바란스를 잡기위해, [문헌1] 의 장치가 수년 전에 제안된 바가 있다(문헌1: 일본국 특허출원번호 2001-6725(P2001-6725), 공개특허번호 2002-216995(P2002-216995A)).
그러나, 상기 문헌1의 이온바란스 장치는 이온 감지 센서로 작동하는 것으로서 센서의 작동 회로가 추가되어 아주 복잡하며 기술적 난이도가 높아져 설치가 대단히 곤란하며 또한 이와 같은 구성의 복잡성으로 인하여 가격도 고가여서 국내 설치한 적이 없으며, 설령 설치되었다고 하더라도 구조의 복잡성과 이온검출 센서의 민감성으로 인하여 제전기 운용함에 어려움으로 고가의 유지보수비용이 필요로 되는 문제점이 예상되고 있었다.
본 고안의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 고전압발생회로의 구성을 간단하게 배압회로와 접지 사이에 커플링 캐패시터가 위치함으로써, 커플링 캐패시터와, 그 커플링 캐패시터에 의해 방전전극에 인가되는 전압을 자동조절함으로써, 제전기가 설치된 장소에서 이온바란스가 안정된 상태로 방전되게 하여 운용비를 절감하는 것이 가능한 이온바란스의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로를 제공하는 것이다.
본 고안의 이러한 목적은, 다수의 방전전극이 구비된 고전압부가회로와, 상기 고전압부가회로의 양단에 설치되어 승압된 전압을 공급하는 복수의 배압회로와, 상기 각 배압회로에 교류전원을 공급하는 전원부을 포함하는 고전압발생회로에 있어서, 상기 배압회로와 접지사이에 커플링 캐패시터가 연결되어, 상기 커플링 캐패시터에 충전된 Vc에 의해 Vout이 가감되어 방전함으로써 음이온과 양이온의 바란스가 자동조절되는 본 고안에 따른 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로에 의하여 달성된다.
본 고안에 따른 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로는, 단순하게 제전할 대상물체에 이온발생의 음이온과 양이온이 불균형하게 운전되더라도 양이온과 음이온이 항상 같은 양이 발생하도록 방전전극에 인가되는 고전압(Vout)도, 커플링 캐패시터에 충전되는 충전전압(Vc)이 회로 동작 시 방전전류에 의해 연속해서 변화되므로, 그 충전전압 Vc는 +,-방전전류가 같아질 때까지 방전전극에 인가되는 고전압(Vout)에 Vc/2만큼 더해져 자동조절되므로 양이온과 음이온의 불균형을 커플링 캐패시터의 충전전압Vc이 자동조절되어 +,-이온발생의 불균형을 제거함으로써, 제전기의 운용 효율을 높여 운용비를 절감시키는 우수한 효과가 있다.
도1는, 기존회로도
도2A는, 고안회로로써, 제1실시예의 +-배압회로와 고전압 방전부 회로도
도2B는, 고안회로로써, 제2실시도
도2C는, 고안회로로써, 제3실시도
도3은, 방전 개시 전 +고전압 동작 해석도
도4는, 방전 개시 후 +고전압 동작 해석도
도5는, 고안회로의 다이어그램
도6은, +- 방전 타임 차트
도7은, 제2실시예를 적용한 Vc0 검출제어부와 알람패널부가 있는 제4실시도
본 고안의 제1실시예에 따른 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로(A)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 다수의 방전전극(101)이 구비된 고전압부가회로(100)와, 상기 고전압부가회로(100)의 양단에 설치되어 승압된 전압을 공급하는 복수의 배압회로(200,200')와, 각 배압회로(200,200')에 교류전원을 공급하는 전원부(300,300')을 포함한다.
상기 배압회로(200,200')와 접지(GND)사이에는 커플링 캐패시터(400)가 연결되어, 상기 커플링 캐패시터(400)에 충전된 충전전압(Vc)에 의해 방전전압(Vout)이 가감되게 방전되는 구성을 갖는다.
또 제2실시예에 따른 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압 발생회로(B)는, 도 2b에 도시된 바와 같이, 직류식 또는 펄스 직류식 제전기에서 +-고전압 배압회로에 각각의 교류전원부Vac와 방전부에 +- 각각 하나 이상의 방전전극을 구비한 고전압 발생장치의 적용예로써, 동작설명은 제1실시예와 동일하다.
또 제3실시예에 따른 이온바란스의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로(C)는, 도 2c에 도시된 바와 같이, 직류식 제전기에서 +-고전압 배압회로에 하나의 교류전원부(Vac)와 +- 각각 하나 이상의 방전전극을 구비한 고전압 발생장치의 적용예로써, 동작설명은 제1실시예와 동일하다.
제4실시예에 있어서, 커플링 캐패시터의 충전전압, Vc0를 검지하는 검지회로(710)와 알람표시패널(720)을 제어할 제어부(700)가 구비되어, 방전전극의 이물 부착상태와 퍼지볼(Fuzzy Ball) 생성에 의한 방전전극 청소 시점 알람, 이온바란스 불균형 알람, 이상 방전 알람, 고전압 발생장치의 이상 알람을 감시패널에 알람 상태에 특정하여 고전압 발생장치의 동작을 제어하고, 제어 결과에 의해 알람표시패널(720)을 포함한 장치로, 알람과 동작제어를 구현할 수 있다.
본 고안의 제1실시예에 따른 이온발생에서 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로(A)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, +배압회로(200)에서 방전전극(101)에서 발생하는 이온전류와 반대 극성의 전하가 커플링 캐패시터(400), C0에 충전되어, 그 충전된 충전전압Vc를 변화시킨다. 이 변화된 충전전압Vc는 방전전류량에 비례하며, -배압회로(200')가 동작할 때 동작 시점의 전압, Vc/2가 Vp에 더해져 Vout이 되어 방전전극에 인가된다.
도 3의 회로 동작에서
Va=Vc0+Vp+Vp*sin(wt)
Vb=Vc0+2Vp -----> Vb-Vc=2Vp로 일정
Vout=(Vc0+2Vp)/2 -----> Vout-Vc/2=Vp로 일정.
Vp*sin(wt) - 배압회로에 인가되는 교류전압으로 w=2*pai*f
Vb - 배압되어 나온 고전압
Vout - 방전전극에 인가되는 전압
제전기가 도6에서, T3까지 +이온과 -이온 발생량이 균형을 이루며 동작하고 있다.
T3~T4구간에서 어떠한 이유로 -이온이 감소했다고 가정하면 -이온전류의 감소는 T3~T4구간에서 C0에 충전되는 +전하도 감소시키게 된다. C0에 충전되는 +전하의 감소는 T4에서 동작하는 +Vout을 낮추게 되므로 T4~T5구간에서 +이온 발생량을 감소시키게 된다.
T4~T5구간에서 발생되는 +이온의 감소는 이 구간의 C0에 충전되는 -전하도 감소시키지만 T4에서의 Vc/2가 T2에서의 Vc/2보다 낮은 상태이기 때문에 T5에서 Vc/2는 T3에서의 Vc/2보다 낮아지게 된다.
이로 인해 낮아진 Vc/2가 T5에서 동작하는 -Vout을 -쪽으로 높게 만들기 때문에 -이온발생량이 늘어나게 된다. 이러한 동작이 반복되어 Vc/2가 +이온과 -이온이 균형을 이루는 전압으로 조정되고 제전기는 이온바란스가 +-이온이 균등히 동작한다.
즉, +배압회로 동작 시 양이온 발생량이 증가하면 커플링 캐패시터 C0에 충전되는 -전하의 양도 증가하여 C0에 충전되는 전압Vc는 -전위 방향으로 높아지며 이 높아진 -전압Vc는 -배압회로 동작 시에 2Vp에 Vc만큼 더해져 Vout이 높아지므로, 높아진 -출력전압이 음이온 발생량도 증가시키게 된다.
이런 동작은 양이온과 음이온의 발생량이 같아질 때까지 지속된다.
이러한 동작은 방전환경(온도, 습도, 방전전극을 스치고 지나가는 풍속, 방전전극 첨단부의 이물 부착 등) 변화로 인한 이온 발생 불균형으로부터 커플링 캐패시터에 의해 스스로 이온발생량의 균형이 맞도록 조절되는 자동조절(auto ionbalance)기능을 하게 된다.
고안회로의 C0가 추가된 회로부만을 설명한다. 또, -고전압부 해석은 +고전압부 해석과 동일하므로 +고전압 동작만을 해석한다.
방전 개시 전 +고전압 동작해석, 도3
회로 동작 전 커플링 캐패시터 C0는 초기전압 Vc0를 가진다고 가정하고 C0가 C1보다 충분히 크면 회로 동작 후
Va=Vc0+Vp+Vp*sin(wt) , w=2*pai*f 임
Vb=Vc0+2Vp
Vout=(Vc0+2Vp)/2 이다.
여기서 D2를 통하여 흐르는 DC 전류 I1은 D1을 통하여 C1에 충전된 전하에 의한 전류이므로 I1=I2임이 명백하다.
방전 개시 후 +고전압 동작해석, 도4
방전개시 후 방전전극으로부터 접지와의 방전전류에 대응하는 방전저항 RL을 가정할 수 있다. 이 때 I1=I3, I2=I1-IL 따라서 I3-I2=IL이다.
즉, 방전전류 IL과 같은 양의 전류가 C0를 통하여 공급되며 이 전류는 방전이 지속되는 동안 C0를 충전시킨다. 방전 시간을 t라 하면 Vc=Vc0-(IL*t/C0)가 된다. (-고전압 동작 시에도 같은 방법으로 Vc=Vc0+(IL*t/C0)가 된다.)
+/- 고전압 연속 동작 시 회로 동작
회로 동작 전 Vc=Vc0라 하자. T=T0에서 회로동작 시작하고 초기에 +회로가 동작한다면 +Vout=(Vc0+2Vp)/2가 방전전극에 인가되고 이로인해 방전전류 +IL이 흐르게 된다.
이때 +회로동작이 끝나는 시점인 t=t1=T/2(T는 +-동작주기)에서 Vc1=Vc0-(IL*T)/(2C0)가 된다.
T=T/2에서 -회로동작이 개시되고 이때 Vout=(Vc1-2Vp)/2이 방전전극에 인가되고 이로인해 방전전류 -IL이 흐르게 된다.
이때 -회로동작이 끝나는 시점인 t=t2=T에서 Vc2=Vc1+(-IL*T)/(2C0)가 된다. 이 Vc2는 다시 +회로동작의 기준 전압이 된다.
이러한 동작의 반복으로 Vc는 +-방전전류에 의해 연속해서 변하게 되며, Vc의 평균은 +-방전전류가 같아질 때 일정하게 유지하게 된다.
100. 고전압부가회로 101. 방전전극 200,200'. 배압회로
300,300'.전원부 400. 커플링 캐패시터
700. 제어부 710. 검지회로 720. 알람표시패널

Claims (4)

  1. 하나 또는 다수의 방전전극(101)이 구비된 고전압부가회로(100)와, 상기 고전압부가회로(100)의 양단에 설치되어 승압된 전압을 공급하는 배압회로(200,200')와, 각 배압회로(200,200')에 교류전원을 공급하는 전원부(300,300')을 포함하는 고전압발생회로에 있어서,
    배압회로(200,200')와 접지(GND)사이에 커플링 캐패시터(400)가 연결된 것을 특징으로 하는 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로.
  2. 제1항에 있어서,
    직류식 또는 펄스 직류식 제전기에서 +-고전압 배압회로에 각각의 교류전원부 Vac와 방전부에 + - 각각 하나 이상의 방전전극을 구비한 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    직류식 제전기에서 + -고전압 배압회로에 하나의 교류전원부 Vac와 + - 각각 하나 이상의 방전전극을 구비한 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로.
  4. 제2항에 있어서,
    커플링 캐패시터의 충전전압, Vc0를 검지하는 검지회로(710)와 알람표시패널(720)을 제어할 제어부(700)가 구비되어, 방전전극의 이물 부착상태와 퍼지볼(Fuzzy Ball) 생성에 의한 방전전극 청소 시점 알람, 이온발생의 불균형 알람, 이상 방전 알람, 고전압 발생장치의 이상 알람을 감시패널에 알람 상태에 특정하여 고전압 발생장치의 동작을 제어하고, 제어 결과에 의해 알람표시패널(720)을 포함한 이온발생의 균형을 자동으로 조절하는 고전압발생회로.
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