KR20140034065A

KR20140034065A - 이오나이저

Info

Publication number: KR20140034065A
Application number: KR1020130105845A
Authority: KR
Inventors: 토모카즈 하리야; 사토시 기타노; 나오토 사사다
Original assignee: 에스엠씨 가부시키 가이샤
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2014-03-19
Also published as: DE102013109797A1; US9025302B2; JP2014053220A; CN103682990B; KR101937755B1; US20140071579A1; JP5504541B2; TW201429318A; CN103682990A; TWI601450B

Abstract

이오나이저(10)에 있어서, 두 개의 출력 저항기(22a, 22b)는, 스위치부(24)를 통하여 침 전극(14)과 접속된다. 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는 각각, 이오나이저(10)의 동작 중, 직류 고전압을 연속적으로 발생한다. 스위치부(24)를 구성하는 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)는, 서로 다른 시간대에 온(ON)된다.

Description

이오나이저{IONIZER}

본 발명은, 전극에 전압을 인가함으로서, 해당 전극의 부근에 이온을 발생시키는 이오나이저에 관한 것이다.

일본공개특허 특개평10-064691호 공보, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보 및 일본공개특허 특개2007-066770호 공보에는, 전극에 고전압을 인가하여 해당 전극의 부근에서 이온을 발생시켜, 발생된 이온을 제전(除電) 대상물(object to be neutralized)을 향하여 방출함으로써, 해당 제전 대상물에 대전된 전하를 중화하여 제전하는 기술이 개시되어 있다.

즉, 일본공개특허 특개평10-064691호 공보에는, 고주파 발진회로로 발생된 고주파의 고전압을 2개의 배전압 정류회로로 공급하고, 일측의 배전압 정류회로에서 정류된 플러스 극성의 직류 고전압을 일측의 저항기를 통해 일측의 전극에 인가하고, 타측의 배전압 정류회로에서 정류된 마이너스 극성의 직류 고전압을 타측의 저항기를 통해 타측의 전극에 인가하는 기술이 개시되어 있다.

또한, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보에는, 1 개의 전극에 대하여, 플러스 극성의 고전압 발생회로 및 저항기의 직렬회로와, 마이너스 극성의 고전압 발생회로 및 저항기의 직렬회로를 병렬로 접속하는 기술이 개시되어 있다. 이 경우, 플러스 극성의 고전압 발생회로와 마이너스 극성의 고전압 발생회로를 번갈아 동작시킴으로써 , 플러스 극성의 직류전압과 마이너스 극성의 직류전압이 번갈아 생성되어, 전극에 인가된다.

그리고, 일본공개특허 특개2007-066770호 공보에는, 1 개의 전극에 대하여, 플러스 극성의 고전압 발생회로 및 반도체 스위치의 직렬회로와, 마이너스 극성의 고전압 발생회로 및 반도체 스위치의 직렬회로를 병렬로 접속하는 기술이 개시되어 있다. 이 경우, 플러스 극성의 고전압 발생회로 및 반도체 스위치와, 마이너스 극성의 고전압 발생회로 및 반도체 스위치를 번갈아 동작시킴으로써, 플러스 극성의 직류전압과 마이너스 극성의 직류전압이 번갈아 생성되어, 전극에 인가된다.

한편, 일본공개특허 특개평10-108480호 공보에는, 이오나이저에 적용 가능한 고전압 스위칭 회로가 개시되어 있다. 이러한 고전압 스위칭 회로는, 플러스 극성의 직류전압 및 마이너스 극성의 직류전원과, 4 개의 반도체 스위칭 소자를 포함하여 구성되어 있다. 이 경우, 각 반도체 스위칭 소자의 온 오프를 제어함으로써, 플러스 극성의 직류전압과 마이너스 극성의 직류전압을 번갈아 부하로 인가한다.

일본공개특허 특개평10-064691호 공보 일본공개특허 특개2000-058290호 공보 일본공개특허 특개2007-066770호 공보 일본공개특허 특개평10-108480호 공보

그런데, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보의 이오나이저에서는, 전극에 대하여 2 개의 저항기가 병렬로 접속되어 있다. 이 때문에, 일측의 직류 고전압 발생회로 및 저항기를 통하여 전극에 직류전압을 인가한 경우, 일측의 저항기를 흐르는 전류 중 일부가 타측의 저항기를 통하여 타측의 직류 고전압 발생회로로 흘러들어갈 가능성이 있다. 따라서, 전극에 실제로 인가되는 전압의 값은, 일측의 직류 고전압 발생회로에서 생성된 직류전압의 값보다 저하된다. 예를 들면, 2 개의 저항기가 같은 저항값이라면, 전극에 인가되는 전압의 값은, 직류전압의 값에 대하여 1/2이 된다. 이 결과, 전극 부근에서 이온의 발생효율이 대폭으로 저하되고, 제전 대상물에 대전된 전하에 대한 이오나이저의 제전 성능이 현저히 저하된다.

이와 같은 문제에 대하여, 일측의 직류 고전압 발생회로에 발생된 직류전압을 승압시킴으로써, 전극에 인가되는 전압의 값 저하를 보상하여, 제전 성능을 확보하는 것이 고려되고 있다. 그러나, 직류전압을 승압시키면, 2 개의 저항기를 흐르는 각 전류에 인가한 발열량(주울 열)이 커지게 되고, 직류 고전압 발생회로 등을 수용하는 이오나이저의 케이싱 온도가 상승하고 만다.

그리고, 타측의 직류 고전압 발생회로 및 저항기를 통하여 전극에 직류전압을 인가한 경우에도 같은 형태의 문제가 야기된다.

여기서, 일본공개특허 특개2007-066770호 공보의 이오나이저와 같이 저항기를 사용하지 않는 구성으로 하면, 상기 문제는 해소될 수 있다고 고려된다.

그러나, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보의 저항기는, 직류 고전압 발생회로를 보호하기 위하여 설치된 전류 제한용의 보호 저항기이다. 따라서, 이러한 보호 저항기가 없다면, 직류 고전압 발생회로를 적절히 보호할 수 없게 된다.

또한, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보 및 일본공개특허 특개2007-066770호 공보의 기술에서는, 일측의 직류 고전압 발생회로(및 반도체 스위칭 소자)와, 타측의 직류 고전압 발생회로(및 반도체 스위칭 소자)를 번갈아 동작시킴으로써, 1 개의 전극에 대하여 플러스 극성의 직류전압과 마이너스 극성의 직류전압을 번갈아 인가한다. 따라서, 전극에 직류전압을 공급하는 직류 고전압 발생회로를 절환하였을 때, 즉, 일측의 직류 고전압 발생회로의 동작(및 반도체 스위칭 소자의 온(ON))을 개시하도록 함과 동시에, 타측의 직류 고전압 발생회로의 동작(및 반도체 스위칭 소자의 온(ON)을 정지시켰을 때, 저항기 및 부유(浮遊) 용량이나, 직류 고전압 발생회로를 구성하는 콘덴서 및 선로 저항에 기인하여, 동작을 개시하는 일측의 직류 고전압 발생회로가 가동을 시작하는 시간과, 동작을 정지하는 타측의 직류 고전압 발생회로의 방전 시간이 각각 지연된다. 이 결과, 전극에 인가되는 전압이 이온의 발생에 필요한 전압의 값에 도달하기까지 요구되는 시간이 늦어져, 제전 성능이 매우 저하되고 마는 것이다.

그리고, 일측의 직류 고전압 발생회로의 동작을 정지시킴과 동시에, 타측의 직류 고전압 발생회로의 동작을 개시시키는 경우에도 같은 형태의 문제가 야기된다.

본 발명은, 상기의 문제를 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 직류 고전압 발생회로의 출력측에 접속된 저항기의 발열을 억제함과 동시에, 2 개의 직류전압 발생회로의 절환 시간을 단축하여 응답성을 개선함으로써, 제전 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 이오나이저를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이오나이저는, 플러스 극성의 직류 전압을 발생하는 제1 직류 전압 발생회로와, 마이너스 극성의 직류 전압을 발생하는 제2 직류 전압 발생회로와, 상기 제1 직류 전압 발생회로의 출력측에 접속되는 제1 저항기와, 상기 제2 직류 전압 발생회로의 출력측에 접속되는 제2 저항기와, 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기와 상기 전극을 접속하는 스위치부를 가진다.

이 경우, 상기 제1 직류 전압 발생회로는, 상기 플러스 극성의 직류 전압을 연속적으로 발생하고, 상기 제2 직류 전압 발생회로는, 상기 마이너스 극성의 직류 전압을 연속적으로 발생한다. 또한, 상기 스위치부는, 상기 제1 저항기와 상기 전극 사이를 접속 가능한 제1 스위치와, 상기 제2 저항기와 상기 전극 사이를 접속 가능한 제2 스위치를 구비하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 상호 다른 시간대에 온(ON)된다.

여기서, '플러스 극성의 직류전압을 연속적으로 발생' 및 '마이너스 극성의 직류전압을 연속적으로 발생'이라 함은, 상기 이오나이저의 동작 중, 더욱 상세하게는, 해당 이오나이저를 이용하여 제전 대상물에 대한 제전을 행하는 시간대에 있어서는, 상기 제1 직류전압 발생회로가 상기 플러스 극성의 직류전압을 계속 출력하고, 상기 제2 직류전압 발생회로가 상기 마이너스 극성의 직류전압을 계속 출력하는 것을 말한다.

따라서, 본 발명에서는, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로가, 항상, 동작 상태(통전 상태)로 되어 있다. 따라서, 상기 제1 스위치 또는 상기 제2 스위치가 온이 되면, 상기 제1 직류전압 발생회로에서 발생된 플러스 극성의 직류전압 또는 상기 제2 직류전압 발생회로에서 발생한 마이너스 극성의 직류전압을 그대로 상기 전극에 인가할 수 있다.

게다가, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 상호 다른 시간대에 온(ON)되므로, 상기 제1 저항기를 흐르는 전류가 상기 제2 저항기를 통하여 상기 제3 직류전압 발생회로에 흘러들어가거나, 상기 제2 저항기를 흐르는 전류가 상기 제1 저항기를 통하여 상기 제1 직류전압 발생회로로 흘러들어가는 것을 저지할 수 있다.

이와 같이, 상기 전극에 인가되는 전압의 값은, 상기 플러스 극성의 직류전압의 값 또는, 상기 마이너스 극성의 직류전압의 값이 된다. 따라서, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보와 같이, 전압 저하를 보상하기 위하여 직류전압을 승압시킬 필요가 없게 된다. 따라서, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로는, 상기 전극 부근에서 이온을 발생시키기 위하여 필요한 전압의 값까지 직류전압을 낮추는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 발명에서는, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보와 비교하여, 상기 이오나이저의 제전 성능을 확보하면서, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로에서 발생하는 직류전압의 값을 저하시키는 것이 가능하게 된다.

이 결과, 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기를 흐르는 각 전류의 값이 저하하여 소비전력이 저감되고, 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기에서의 발열량을 억제할 수 있다. 따라서, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로 등을 수용하는 상기 이오나이저 케이싱의 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 상기 스위치부를 구성하는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프에 의하여, 상기 전극에 공급되는 전압이 상기 플러스 극성의 직류전압 및 상기 마이너스 극성의 직류전압으로 절환된다. 따라서, 상기 전극에 대한 상기 제1 직류전압 발생회로와 상기 제2 직류전압 발생회로의 절환 시간(상기 전극에 대한 상기 플러스 극성의 직류전압과 상기 마이너스 극성의 직류전압의 절환 시간)은, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치에서의 스위칭 시간에 의존하게 되는 것이다. 따라서, 상기 플러스 극성의 직류전압 및 상기 마이너스 극성의 직류전압보다도 내전압(耐電壓)이 높고, 고속응답인 스위칭 소자를 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치로서 채용하면, 상기 절환시간을 용이하게 단축화시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에서는, 전술한 바와 같이, 상기 제1 직류전압 발생회로는, 상기 플러스 극성의 직류전압을 연속적으로 발생함과 동시에, 상기 제2 직류전압 발생회로는, 상기 마이너스 극성의 직류전압을 연속적으로 발생한다. 따라서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치가 온 오프하면, 상기 플러스 극성의 직류전압 또는 상기 마이너스 극성의 직류전압이 상기 전극에 직접 공급된다. 즉, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프에 의한 절환에 따라서, 상기 전극에 인가되는 전압의 값은, 상기 플러스 극성의 직류전압 또는 상기 마이너스 극성의 직류전압의 값으로 빠르게 변화한다. 이와 같이, 상기 절환시간이 단축화되고, 상기 플러스 극성의 직류전압 또는 상기 마이너스 극성의 직류전압의 값으로 빠르게 변화하기 때문에 상기 이오나이저의 제전 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 플러스 극성의 직류전압 및 상기 마이너스 극성의 직류전압의 연속적인 발생과, 상기 절환시간의 단축에 의하여, 상기 제1 직류전압 발생회로 또는 상기 제2 직류전압 발생회로의 방전 시간과, 상기 제1 직류전압 발생회로 또는 상기 제2 직류전압 발생회로가 가동하기 시작하는 시간이, 상기 제1 저항기, 상기 제2 저항기 및 부유 용량이나, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로를 구성하는 콘덴서 및 선로 저항의 영향을 받는 것을 저지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는, 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기와 상기 전극과의 사이에 상기 스위치부를 통해 삽입시킴으로써, 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기의 발열이 억제됨과 동시에, 상기 절환시간이 단축화되어 응답성이 개선된다. 이 결과, 상기 이오나이저의 제전 성능을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 이오나이저는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 온오프를 제어하는 스위치 제어회로를 더 가져도 좋다. 이 경우, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는, 상기 스위치 제어회로로부터 공급되는 제어신호에 의하여 온 또는 오프가 되는 반도체 스위칭 소자인 것이 바람직하다. 전력용의 트랜지스터, FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET) 등의 반도체 스위칭 소자(예를 들면, Si로 이루어진 내압(耐壓) 4,000V 정도의 트랜지스터)는, 고속응답이 가능하므로, 위에서 설명한 절환시간의 단축화에 따른 효과를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로는, 예를 들면, 콘덴서 및 다이오드로 구성되고, 해당 콘덴서를 직렬로 쌓아 올린 다단 정류회로인 콕크로프트-월튼 회로(Cockcroft-Walton circuits)인 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 전극의 부근에서 이온을 발생시키기 위하여 필요한 전압의 값까지 직류전압을 낮추기 위해서는, 단순히, 상기 콕크로프트-월튼 회로를 구성하는 콘덴서의 단 수를 줄이면 좋다. 따라서, 상기 콕크로프트-월튼 회로를 사용한 경우, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로에서 발생하는 직류전압의 값을 용이하게 낮출 수 있다.

그리고, 상기 제1 직류전압 발생회로 및 상기 제2 직류전압 발생회로에서는, 상기 콕크로프트-월튼 회로 대신에, 배전압 정류회로 등 다른 직류 고전압 발생회로를 채용하는 것도 가능하다.

또한, 위에서 설명한 이오나이저는, 교류전압을 발생하는 교류전압 발생회로와, 상기 교류 전압 발생회로가 1차 권선으로 접속된 변압기를 더 가져도 좋다. 이 경우, (1) 상기 교류 전압 발생회로 및 상기 변압기를 1 조로 하고, 일측 조의 변압기의 2차 권선에 상기 제1 직류 전압 발생회로를 접속함과 동시에, 타측 조의 변압기의 2차 권선에 상기 제2 교류 전압 발생회로를 접속한다. 또는, (2) 상기 1 조의 변압기의 2차 권선에 상기 제1 직류 전압 발생회로 및 상기 제2 직류 전압 발생회로를 접속한다.

(1) 또는 (2) 중 어느 경우라도, 상기 교류 전압 발생회로는, 상기 교류 전압을 연속적으로 발생하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 상기 교류전압을 이용하여 상기 플러스 극성의 직류전압 및 상기 마이너스 극성의 직류전압을 연속적으로 발생시킬 수 있다.

또한, (2)의 회로구성은, (1)의 회로구성과 비교하여, 상기 교류전압 발생회로 및 상기 변압기가 1조 줄어들기 때문에, 회로 구성이 간단화되고, 상기 이오나이저를 저렴한 가격으로 제조하는 것이 가능하게 된다. 또는, (1)의 회로구성의 이오나이저라도, 일측 조의 교류전압 발생회로 및 변압기가 고장난 경우에는, 타측 조의 교류전압 발생회로 및 변압기를 이용하여 (2)의 회로구성으로 변경함으로써, 연속하여 이오나이저로서 사용하는 것이 가능하다.

그리고, 상기의 교류전압 발생회로는, 직류의 입력 전압을 상기 교류전압으로 변화하여 상기 변압기의 1차 권선으로 출력하는 인버터 회로인 것이 바람직하다.

첨부한 도면과 함께 다음의 바람직한 실시 형태 예의 설명으로부터 상기 목적 및 다른 목적, 특징 및 이점이 더욱 명확하게 될 것이다.

본 발명에 의하면, 제1 저항기 및 제2 저항기와 전극 사이에 스위치부를 통하여 삽입시킴으로써, 상기 제1 저항기 및 상기 제2 저항기의 발열이 억제됨과 동시에, 상기 전극에 인가되는 플러스 극성의 직류전압 및 마이너스 극성의 직류전압의 절환시간이 단축화되어 응답성이 개선되므로, 이오나이저의 제전 성능을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 따른 이오나이저의 회로도이다.
도 2는 도 1의 이오나이저의 변형예를 나타낸 회로도이다.
도 3은 비교예에 따른 이오나이저의 회로도이다.
도 4는 본 실시 형태 및 비교예에 관하여, 침(needle) 전극에 인가되는 출력전압의 시간변화를 도시한 타임 차트이다.

본 발명에 따른 이오나이저의 적절한 실시 형태에 관하여, 도면을 참조하면서 이하에 상세히 설명한다.

[본 실시 형태의 구성]

본 실시 형태에 따른 이오나이저(1)는, 도 1과 같이 직류 고전압을 생성하는 직류 고전압 발생부(12)와, 생성한 직류 고전압(Vout, 출력 전압)이 인가되는 침(needle) 전극(14)으로 구성된다. 침 전극(14)에 출력 전압(Vout)을 인가하면, 침 전극(14)의 부근에 이온이 발생하고, 발생한 이온을 제전(除電) 대상물(object to be neutralized)에 방출하면, 해당 제전 대상물에 축적된 전하를 중화하여, 제전할 수 있다.

직류 고전압 발생부(12)는, 플러스 극성의 출력 전압인 +Vout(플러스 극성의 직류 고전압이며, 이하, 플러스 극성 전압(+Vout)이라 한다.)을 생성하는 플러스 극성 전압 발생부(12a)와, 마이너스 극성의 출력 전압인 -Vout(마이너스 극성의 직류 고전압이며, 이하, 마이너스 극성 전압(-Vou)이라 한다.)을 생성하는 마이너스 극성 전압 발생부(12b)를 가진다.

플러스 극성 전압 발생부(12a)는, 직류 전압(Vin, 직류의 입력 전압)을 교류 전압으로 변환하는 인버터 회로로서의 전압 구동회로(16a, 교류전압 발생회로)와, 전압 구동회로(16a)에서 발생한 교류 전압을 높이는 변압기(18a)와, 승압된 교류 전압을 정류하여 플러스 극성 전압(+Vou)을 생성하는 직류 고전압 발생회로(20a, 제1 직류전압 발생회로)를 포함하여 구성된다.

마이너스 극성 전압 발생부(12b)는, 플러스 극성 전압 발생부(12a)와 대략 같은 회로 구성이며, 직류 전압(Vin)을 교류 전압으로 변환하는 인버터 회로로서의 전압 구동 회로(16b, 교류전압 발생회로)와, 전압 구동회로(16b)에서 발생한 교류 전압을 높이는 변압기(18b)와, 승압된 교류 전압을 정류하여 마이너스 극성 전압(-Vout)을 생성하는 직류 고전압 발생회로(20b, 제2 직류전압 발생회로)를 포함하여 구성된다.

직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는, 예를 들면, 콘덴서 및 다이오드로 구성되고, 해당 콘덴서를 직렬로 쌓아 올린 다단 정류회로인 콕크로프트-월튼 회로(Cockcroft-Walton circuits)인 것이 바람직하다. 또는, 배전압 정류회로여도 좋다. 어느 것으로 하더라도, 교류 전압을 직류 고전압으로 변환하는 것이 가능한 직류 고전압 발생회로이면 좋다.

직류 고전압 발생회로(20a)의 출력측에는, 플러스 극성 전압 발생부(12a)의 회로 보호를 목적으로 한 전류 제한 저항기로서의 출력 저항기(22a, 제1 저항기)가 접속되어 있다. 한편, 직류 고전압 발생회로(20b)의 출력측에는, 마이너스 극성 전압 발생부(12b)의 회로 보호를 목적으로 하여, 출력 저항기(22a)와 같은 형태의 출력 저항기(22b, 제2 저항기)가 접속되어 있다.

출력 저항기(22a, 22b)와 침 전극(14) 사이에는, 스위치부(24)가 설치되고, 해당 스위치부(24)는, 스위치 제어회로(26)에 의하여 제어된다. 스위치부(24)는, 출력 저항기(22a)와 침 전극(14) 사이를 전기적으로 접속 가능한 제2 스위치부(28b)를 포함하여 구성된다. 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)는 스위치 제어회로(26)로부터 공급되는 제어신호에 의하여 온 또는 오프되는 트랜지스터, FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET) 등의 반도체 스위칭 소자(예를 들면, Si로 이루어진 내압(耐壓) 4,000V 정도의 트랜지스터)인 것이 바람직하다. 그리고, 참조숫자 30은, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)와 침 전극(14)의 접속점을 나타낸다.

따라서, 스위치 제어회로(26)가 제1 스위치(28a)에 제어 신호를 공급한 경우, 제1 스위치(28a)가 온이 되고, 직류 고전압 발생회로(20a) 및 출력 저항기(22a)와 침 전극(14)이 전기적으로 통하게 된다. 한편, 스위치 제어회로(26)가 제2 스위치(28b)에 제어 신호를 공급한 경우, 제2 스위치(28b)가 온이 되고, 직류 고전압 발생회로(20b) 및 출력 저항기(22b)와 침 전극(14)이 전기적으로 통하게 된다.

전술한 바와 같이, 플러스 극성 전압 발생부(12a)에 있어서 전압 구동회로(16a)로부터 변압기(18a)까지의 구성과, 플러스 극성 전압 발생부(12b)에 있어서 전압 구동회로(16b)로부터 변압기(18b)까지의 구성은, 대략 동일하다. 여기서, 본 실시 형태에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 플러스 극성 전압 발생부(12a) 및 마이너스 극성 전압 발생부(12b)에 있어서, 전압 구동회로(16) 및 변압기(18)를 공용화하고, 변압기(18)의 2차 권선에 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)를 병렬로 접속하여도 좋다.

[본 실시 형태의 동작]

본 실시 형태에 따른 이오나이저(10)는, 이상과 같이 구성된 것이며, 다음에 그 동작에 관하여 설명한다.

도 3은, 비교예에 따른 이오나이저(40)의 회로도이며, 출력 저항기(22a, 22b)와 침 전극(14) 사이에 스위치부(24) 및 스위치 제어회로(26)가 설치되어 있지 않은 점에서, 본 실시 형태에 따른 이오나이저(10, 도 1 및 도 2 참조)와는 다르다.

도 4는 본 실시 형태에 따른 이오나이저(10)의 동작 및 비교예에 따른 이오나이저(40)의 동작, 특히 출력 전압(Vout, Vout')의 출력 동작을 설명하기 위한 타임 차트이다.

본 실시 형태에 따른 이오나이저(10)에서는, 도시하지 않은 제전 대상물에 대한 제전을 행하는 경우, 전압 구동회로(16, 16a, 16b)에 직류 전압(Vin)을 연속하여 공급한다. 이렇게 하여, 인버터인 전압 구동회로(16, 16a, 16b)는, 직류 전압 (Vin)을 교류 전압으로 변환하고, 변압기(18, 18a, 18b)의 1차 권선으로 출력한다. 변압기(18, 18a, 18b)는, 1차 권선에 공급된 교류 전압을 승압하고, 승압 후의 교류 전압을 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)로 공급한다.

직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는, 이오나이저(10)의 동작 중, 구체적으로는, 제전 대상물에 대한 제전을 행하기 위하여, 전압 구동회로(16, 16a, 16b)에 직류 전압(Vin)이 연속하여 공급되고 있는 사이, 변압기(18, 18a, 18b)의 2차 권선측에서 승압된 교류 전압을 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)으로 변환하고, 출력 저항기(22a, 22b)로 출력하는 동작을 계속하여 행한다.

도 4에는, 일례로서, 0의 시점으로부터 8t의 시점까지, 직류 고전압 발생회로(20a)가 전압값(+Va)의 플러스 극성 전압(+Vout)을 연속적으로 출력함과 동시에, 직류 고전압 발생회로(20b)가 전압값(-Va)의 마이너스 극성 전압(-Vout)을 연속적으로 출력하는 경우를 도시하고 있다.

스위치 제어회로(26)는, 소정의 시간 간격(도 4에서는, T/2)에서, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)에 대하여, 트랜지스터, FET 또는 MOSFET를 온(ON) 시키기 위한 제어 신호를 번갈아 출력한다. 이렇게 함으로써, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)는, 시간(T)의 주기 내에서, T/2의 시간마다 번갈아 온(ON)된다. 즉, 주기 T 중, 전반의 T/2의 시간대에서는, 제1 스위치(28a)가 온이 됨과 동시에, 제2 스위치(28b)가 오프되고, 후반의 T/2의 시간대에서는, 제1 스위치(28a)가 오프됨과 동시에, 제2 스위치(28b)가 온이 된다.

이 결과, 제1 스위치(28a)가 온이 되는 시간대에 있어서, 직류 고전압 발생회로(20a)는, 출력 저항기(22a), 제1 스위치(28a) 및 접속점(30)을 통하여 침 전극(14)에 전압값(+Va)의 플러스 극성 전압(+Vout)을 인가할 수 있다. 한편, 제2 스위치(28b)가 온이 되는 시간대에 있어서, 직류 고전압 발생회로(20b)는, 출력 저항기(22b), 제2 스위치(28b) 및 접속점(30)을 통하여 침 전극(14)에 전압값(-Va)의 마이너스 극성 전압(-Vout)을 인가할 수 있다.

따라서, 침 전극(14)에 인가되는 출력 전압(Vout)은, 도 4와 같이, T/2의 시간마다 전압값이 +Va에서 -Va로 절환하는 직사각 형상의 교류 전압이 된다. 전술한 바와 같이, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는, 이오나이저(10)의 동작 중, 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)을 계속 출력하고 있다. 따라서, 출력 전압(Vout)의 전압 극성을 절환하기 위하여 필요한 시간(절환 시간)은, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)의 스위칭 시간에 의존한다.

제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)는, 트랜지스터, FET 또는 MOSFET 등의 반도체 스위칭 소자이다. 따라서, 스위칭 시간을 비교적 짧게, 절환 시간을 단축화하는 것이 용이하다. 따라서, 출력 전압(Vout)의 전압 극성을 급격하게 절환하는 것이 가능하다.

그리고, 플러스 극성 전압(+Vout)이 침 전극(14)에 인가되는 시간대에는, 침 전극(14)의 부근에 양 이온이 발생하는 한편으로, 마이너스 극성 전압(-Vout)이 침 전극(14)에 인가되는 시간대에는, 침 전극(14)의 부근에 음 이온이 발생한다. 따라서, 이오나이저(10)에서는, 발생한 양 이온 또는 음 이온을 제전 대상물을 향하여 방출함으로써, 해당 제전 대상물에 대전된 전하를 중화하고, 해당 전하를 제전할 수 있다.

한편, 비교예에 따른 이오나이저(40)에서는, 본 실시 형태에 따른 이오나이저(10)와 같이 스위치부(24) 및 스위치 제어회로(26)가 구비되어 있지 않다. 따라서, 예를 들면 시간 T/2마다, 전압 구동회로(16a, 16b)에 대한 직류 전압(Vin)의 공급 또는 정지를 반복하여 행함으로써, 침 전극(14)에 인가되는 플러스 극성 전압(+Vout') 및 마이너스 극성 전압(-Vout')의 극성을 절환하는 것이 고려된다.

그러나, 이와 같은 절환 방법에서는, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)를 구성하는 콘덴서와 선로 저항에 기인한 시간 지연이나, 출력 저항기(22a, 22b)와 부유 용량에 기인한 시간 지연에 의하여, 침 전극(14)에 인가되는 출력 전압(Vout')이 무뎌진다. 이 결과, 침 전극(14)의 부근에서 양 이온 또는 음 이온의 발생에 필요한 전압에 도달하는 시간이 길어지며, 양 이온 또는 음 이온의 발생 효율이 저하되고, 이오나이저(40)의 제전 성능이 저하되고 만다.

이것에 대하여, 본 실시 형태에 따른 이오나이저(10)에서는, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)로부터 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)을 계속 출력하고, 스위치부(24) 및 스위치 제어회로(26)를 이용하여, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)와 침 전극(14)이 전기적으로 통하는 것을 절환한다. 따라서, 시간 T/2마다, 침 전극(14)에 인가되는 출력 전압(Vout)의 극성을 급격하게 절환할 수 있다. 따라서, 전압값(+Va, -Va)이 침 전극(14) 부근의 양 이온 또는 음 이온의 발생에 필요한 전압의 값보다도 높다면, 대략 T/2 시간 내에서는 양 이온 또는 음 이온을 확실하게 발생시킬 수 있다. 이 결과, 양 이온 또는 음 이온의 발생 효율이 향상되고, 이오나이저(10)의 제전 성능을 높일 수 있다.

[본 실시 형태의 효과]

이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 이오나이저(10)에 있어서, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는, 해당 이오나이저(10)의 동작 중(제전 대상물에 대한 제전을 행하는 때), 항상, 동작 상태(통전 상태)에 있다. 이에 의하여, 제1 스위치(28a) 또는 제2 스위치(28b)가 온이 되면, 직류 고전압 발생회로(20a)에서 발생한 플러스 극성 전압(+Vout) 또는, 직류 고전압 발생회로(20b)에서 발생한 마이너스 극성 전압(-Vout)을 그대로 침 전극(14)에 인가할 수 있다.

게다가, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)는 상호 다른 시간대에 온(ON)이 된다. 따라서, 출력 저항기(22a)를 흐르는 전류가 출력 저항기(22b)를 통하여 직류 고전압 발생회로(20b)로 흘러들어가거나, 또는 출력 저항기(22b)를 흐르는 전류가 출력 저항기(22a)를 통하여 직류 고전압 발생회로(20a)로 흘러들어가는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 침 전극(14)에 인가되는 출력 전압(Vout)의 값은, 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)의 값(+Va, -Va)이 된다. 따라서, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보와 같이, 전압 저하를 보상하기 위하여 직류 전압을 올릴 필요가 없게 된다. 따라서, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는, 침 전극(14)의 부근에서 양 이온 또는 음 이온을 발생시키기 위하여 필요한 전압의 값까지 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)을 강하하는 것이 가능하게 된다. 즉, 본 실시 형태에서는, 일본공개특허 특개2000-058290호 공보와 비교하여, 이오나이저(10)의 제전 성능을 확보하면서, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)에서 발생하는 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)의 값을 저하시키는 것이 가능하게 된다.

이 결과, 출력 저항기(22a, 22b)를 흐르는 각 전류의 값이 저하하여 이오나이저(10)의 소비 전력이 저감되고, 출력 저항기(22a, 22b)에서의 발열량을 억제할 수 있다. 이렇게 함으로써, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b) 등을 수용하는 이오나이저(10)의 케이싱 온도 상승을 억제할 수 있다.

또한, 스위치부(24)를 구성하는 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)의 온오프에 의하여, 침 전극(14)에 공급되는 출력 전압(Vout)이 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)으로 절환된다. 따라서, 침 전극(14)에 대한 직류 고전압 발생회로(20a)와 직류 고전압 발생회로(20b)의 절환 시간(침 전극(14)에 대한 플러스 극성 전압(+Vout)과 마이너스 극성 전압(-Vout)의 절환 시간)은, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)에서의 스위칭 시간에 의존하게 된다. 따라서, 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)보다도 내전압이 높고, 고속으로 응답하는 트랜지스터, FET 또는 MOSFET 등의 반도체 스위칭 소자를 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)로서 채용하면, 절환 시간을 용이하게 단축화할 수 있다.

그리고, 본 실시 형태에서는, 전술한 바와 같이 이오나이저(10)의 동작 중, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)는 각각, 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)을 연속적으로 발생한다. 따라서, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)가 온 오프하면, 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)이 침 전극(14)에 직접 공급된다. 즉, 제1 스위치(28a) 및 제2 스위치(28b)의 온오프에 따른 절환에 의하여, 침 전극(14)에 인가되는 출력 전압(Vout)의 값은, 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)의 값으로 빠르게 변화한다. 이와 같이, 절환 시간이 단축화되고, 플러스 극성 전압(+Vout) 또는 마이너스 극성 전압(-Vout)의 값으로 빠르게 변화하기 때문에, 이오나이저(10)의 제전 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)의 연속적인 발생과, 절환 시간의 단축화에 의하여, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)의 방전 시간 및 가동을 시작하는 시간이, 출력 저항기(22a, 22b) 및 부유 용량이나, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)를 구성하는 콘덴서 또는 선로 저항의 영향을 받는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에서는, 출력 저항기(22a, 22b)와 침 전극(14) 사이에 스위치부(24) 및 스위치 제어회로(26)를 통하여 삽입시킴으로써, 출력 저항기(22a, 22b)의 발열이 억제됨과 동시에, 절환 시간이 단축화하여 응답성이 개선된다. 이 결과, 이오나이저(10)의 제전 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)가 콕크로프트-월튼 회로(Cockcroft-Walton circuits)인 경우, 침 전극(14) 부근에서 양 이온 또는 음 이온을 발생시키기 위하여 필요한 전압의 값까지 출력 전압(Vout)을 내리기 위해서는, 단순히 콕크로프트-월튼 회로를 구성하는 콘덴서의 단 수를 줄이면 좋다(예를 들면, 7 단 구성으로부터 4 단 구성으로 변경한다.). 이와 같이, 콕크로프트-월튼 회로를 이용한 경우에는, 직류 고전압 발생회로(20a, 20b)에서 발생하는 플러스 극성 전압(+Vout) 및 마이너스 극성 전압(-Vout)의 값을 용이하게 내릴 수 있다.

또한, 도 2와 같은 변형예는, 도 1의 구성과 비교하여, 전압 구동회로 및 변압기의 조합이 1조만큼 줄어들기 때문에, 회로 구성이 간단화되고, 이오나이저(10)를 저렴한 가격으로 제조할 수 있게 된다. 한편, 도 1의 구성에서는, 일측 조의 전압 구동회로 및 변압기가 고장난 경우, 타측 조의 전압 구동회로 및 변압기를 이용하여 도 2의 구성으로 변경함으로써, 계속 이오나이저(10)로서 사용할 수 있다.

그리고, 본 발명은 위에서 설명한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하는 일이 없이 다양한 구성을 채택하여 얻을 수 있음은 물론이다.

10...이오나이저
12...직류 고전압 발생부
12a...플러스 극성 전압 발생부
12b...마이너스 극성 전압 발생부
14...침 전극
16, 16a, 16b...전압 구동회로
18, 18a, 18b...변압기
20a, 20b...직류 고전압 발생회로
22a, 22b...출력 저항기
24...스위치부
26...스위치 제어회로
28a...제1 스위치
28b...제2 스위치
30...접속점

Claims

전극(14)에 전압을 인가함으로써, 해당 전극(14)의 부근에 이온을 발생시키는 이오나이저(10)에 있어서,
플러스 극성의 직류 전압을 발생하는 제1 직류 전압 발생회로(20a)와,
마이너스 극성의 직류 전압을 발생하는 제2 직류 전압 발생회로(20b)와,
상기 제1 직류 전압 발생회로(20a)의 출력측에 접속되는 제1 저항기(22a)와,
상기 제2 직류 전압 발생회로(20b)의 출력측에 접속되는 제2 저항기(22b)와,
상기 제1 저항기(22a) 및 상기 제2 저항기(22b)와 상기 전극(14)을 접속하는 스위치부(24)를 가지며,
상기 제1 직류 전압 발생회로(20a)는, 상기 플러스 극성의 직류 전압을 연속적으로 발생하고,
상기 제2 직류 전압 발생회로(20b)는, 상기 마이너스 극성의 직류 전압을 연속적으로 발생하며,
상기 스위치부(24)는, 상기 제1 저항기(22a)와 상기 전극(14) 사이를 접속 가능한 제1 스위치(28a)와, 상기 제2 저항기(22b)와 상기 전극(14) 사이를 접속 가능한 제2 스위치(28b)를 구비하고,
상기 제1 스위치(28a) 및 상기 제2 스위치(28b)는, 상호 다른 시간대에 온(ON)되는 이오나이저(10).
청구항 1에 있어서,
상기 제1 스위치(28a) 및 상기 제2 스위치(28b)의 온오프를 제어하는 스위치 제어회로(26)를 더 가지며,
상기 제1 스위치(28a) 및 상기 제2 스위치(28b)는, 상기 스위치 제어회로(26)로부터 공급되는 제어신호에 의하여 온 또는 오프되는 반도체 스위칭 소자인 이오나이저(10).
청구항 1에 있어서,
상기 제1 직류 전압 발생회로(20a) 및 상기 제2 직류 전압 발생회로(20b)는, 콕크로프트-월튼 회로(Cockcroft-Walton circuits)인 이오나이저(10).
청구항 1에 있어서,
교류 전압을 발생하는 교류 전압 발생회로(16, 16a, 16b)와, 상기 교류 전압 발생회로(16, 16a, 16b)에 1차 권선으로 접속된 변압기(18, 18a, 18b)을 더 가지며,
상기 교류 전압 발생회로(16, 16a, 16b) 및 상기 변압기(18, 18a, 18b)를 1 조로 하고, 일측 조의 변압기(18a)의 2차 권선에 상기 제1 직류 전압 발생회로(20a)가 접속됨과 동시에, 타측 조의 변압기(18b)의 2차 권선에 상기 제2 교류 전압 발생회로(20b)가 접속되거나, 혹은 상기 1 조의 변압기(18)의 2차 권선에 상기 제1 직류 전압 발생회로(20a) 및 상기 제2 직류 전압 발생회로(20b)가 접속되고,
상기 교류 전압 발생회로(16, 16a, 16b)는, 상기 교류 전압을 연속적으로 발생하는 이오나이저(10).
청구항 4에 있어서,
상기 교류 전압 발생회로(16, 16a, 16b)는, 직류의 입력 전압을 상기 교류 전압으로 변환하여 상기 변압기(18, 18a, 18b)의 1차 권선으로 상기 교류 전압을 출력하는 인버터 회로를 포함하는 이오나이저(10).