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KR101968795B1 - Multi pulse linear ionizer - Google Patents

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Publication number
KR101968795B1
KR101968795B1 KR1020147024139A KR20147024139A KR101968795B1 KR 101968795 B1 KR101968795 B1 KR 101968795B1 KR 1020147024139 A KR1020147024139 A KR 1020147024139A KR 20147024139 A KR20147024139 A KR 20147024139A KR 101968795 B1 KR101968795 B1 KR 101968795B1
Authority
KR
South Korea
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pulses
pulse
positive
negative
voltage
Prior art date
Application number
KR1020147024139A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140123084A (en
Inventor
레슬리 파트리지
피터 게프터
에드워드 올딘스키
Original Assignee
일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/367,369 external-priority patent/US8773837B2/en
Application filed by 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드 filed Critical 일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
Publication of KR20140123084A publication Critical patent/KR20140123084A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101968795B1 publication Critical patent/KR101968795B1/en

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01TSPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere

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  • Elimination Of Static Electricity (AREA)

Abstract

발명의 실시형태는 방사체에 적어도 하나의 펄스 열을 제공하는 단계를 포함한, 방사체와 기준 전극을 분리하는 공간 내에서 이온을 발생하는 장치 및 방법을 제공하고, 여기에서 상기 펄스 열 쌍은 순서에 따라 교대로 되는 양의 펄스 열과 음의 펄스 열을 포함하며, 상기 양의 펄스 열은 양의 위상 중의 제1의 복수의 이온화 양전압 펄스 및 상기 양의 위상 후에 발생하는 이온화 주파수 위상 중의 제2의 복수의 이온화 양전압 펄스를 포함하고, 상기 음의 펄스 열은 이온화 주파수 위상 중의 제1의 복수의 이온화 음전압 펄스 및 상기 이온화 주파수 위상 후에 발생하는 음의 위상 중의 제2의 복수의 이온화 음전압 펄스를 포함하며; 상기 제1의 복수의 이온화 양전압 펄스의 각 펄스는 상기 제2의 복수의 이온화 양전압 펄스의 각 펄스의 크기보다 더 큰 크기를 갖고; 상기 제1의 복수의 이온화 음전압 파형은 각각 상기 제2의 복수의 이온화 음전압 펄스의 각 펄스의 크기보다 더 큰 크기를 갖는다.Embodiments of the invention provide an apparatus and method for generating ions in a space separating a radiator and a reference electrode, comprising providing at least one pulse train to the radiator, wherein the pulse train pairs are arranged in order Wherein the positive pulse train comprises a first plurality of ionized positive voltage pulses in a positive phase and a second plurality of ionized frequency phases occurring after the positive phase in a positive phase, Wherein the negative pulse train comprises a first plurality of ionized negative voltage pulses in an ionization frequency phase and a second plurality of ionization negative voltage pulses during a negative phase occurring after the ionization frequency phase, ; Each pulse of said first plurality of ionized positive voltage pulses having a magnitude greater than the magnitude of each pulse of said second plurality of ionized positive voltage pulses; The first plurality of ionization negative voltage waveforms each have a magnitude greater than the magnitude of each pulse of the second plurality of ionization negative voltage pulses.

Description

다중 펄스 선형 이오나이저{MULTI PULSE LINEAR IONIZER}[0001] MULTI PULSE LINEAR IONIZER [0002]

관련 출원에 대한 교차 참조Cross-reference to related application

이 출원은 2007년 3월 17일자 출원한 미국 가특허 출원 제60/918,512호를 우선권 주장하여 2008년 3월 16일자 출원한 미국 특허 출원 제12/049,350호(미국 특허 제8,009,405호로 허여됨)의 계속출원으로서 2011년 8월 15일자 출원한 미국 특허 출원 제13/210,267호의 일부 계속 출원이다.This application is related to U.S. Patent Application No. 60 / 918,512, filed March 17, 2007, which claims priority to U.S. Patent Application No. 12 / 049,350, filed March 16, 2008 (U.S. Patent No. 8,009,405) This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 210,267, filed on August 15, 2011.

이 출원은 또한 2012년 1월 6일자 출원한 미국 가특허 출원 제61/584,173호를 우선권 주장한다.This application also claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 584,173, filed January 6,

이 출원은 또한 2011년 2월 8일자 출원한 미국 특허 출원 제13/023,397호의 일부 계속 출원이다.This application is also a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 023,397, filed February 8,

상기 출원 제13/023,397호, 12/049,350호, 60/918,512호, 61/584,173호 및 13/023,397호는 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합된다.Applications 13 / 023,397, 12 / 049,350, 60 / 918,512, 61 / 584,173 and 13 / 023,397 are incorporated herein by reference.

발명의 분야Field of invention

본 발명은 양 및 음의 정전하 중화를 위한 AC 코로나 이오나이저에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오존, 질소 산화물 등과 같은 부산물 방출이 비교적 낮고 낮은 이온 방사체(emitter) 오염률을 달성하는 AC 코로나 이오나이저에 관한 것이다.The present invention relates to AC corona ionizers for positive and negative electrostatic charging. In particular, the present invention relates to an AC corona ionizer in which by-product discharge such as ozone, nitrogen oxides and the like is relatively low and achieves a low ion emitter contamination rate.

AC 코로나 이오나이저(ionizer)는 일반적으로 대전된 물체의 정전하 중화를 위해 사용된다. AC 코로나 이오나이저가 예를 들면 비교적 단순한 설계, 높은 신뢰도 및 낮은 가격의 특징을 갖는 것이 업계에 공지되어 있다. 이러한 특징은 선형 박막 와이어(thin wire) 또는 포인트 전극의 선으로서 구성된 단일 이온 방사체를 이용하는 AC 이오나이저의 경우에 특히 그렇다. 그러나, 이러한 이오나이저는 주변 공기로부터 부스러기들을 수집함으로써 오존 방출이 비교적 높고 전극 오염률이 더 높아지는 경향이 있다. 전극 오염은 이온화 효율을 감소시키고 이온 균형에 영향을 줄 수 있다.AC corona ionizers are commonly used for static charging of charged objects. It is well known in the art that AC corona ionizers have, for example, relatively simple design, high reliability and low cost features. This feature is especially true for AC ionizers that use a single ion emitter configured as a line of thin wire or point electrode. However, such ionizers tend to have a relatively high ozone release and a higher rate of contamination of the electrodes by collecting debris from the ambient air. Electrode contamination can reduce ionization efficiency and affect ion balance.

따라서, 방사체 오염률이 비교적 낮고, 오존 방출이 비교적 낮으며, 및/또는 전술한 것의 조합을 가진 정전하 중화를 위한 해법이 필요하다.Therefore, there is a need for a solution for static charge charging with a relatively low radiator contamination rate, relatively low ozone release, and / or a combination of the foregoing.

본 발명의 실시형태는 각종 물체에서 정전하를 줄이기 위해 양이온 및 음이온을 생성하는 공기/가스 이온화 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명의 실시형태는 하기의 가능한 장점들 중 하나 이상을 달성할 수 있다:Embodiments of the present invention provide an air / gas ionizer and method for generating positive and negative ions to reduce static charge in various objects. Embodiments of the present invention can achieve one or more of the following possible advantages:

(1) 오존 및 기타 코로나 부산물 방출을 제한하면서 충분한 레벨의 플러스 및 마이너스 이온 전류를 제공한다;(1) provide sufficient levels of positive and negative ion currents while limiting ozone and other corona by-product emissions;

(2) 방사체 포인트 또는 와이어 전극에서의 입자 구축을 감소시키고 이온화 막대로부터의 코로나 방전 입자 방출과 관련된 오염을 최소화한다;(2) reduce particle build-up at emitter points or wire electrodes and minimize contamination associated with corona discharge particle emissions from the ionization bar;

(3) 제로에 적절히 가까운 이온류 균형을 자동으로 유지한다; 및/또는(3) automatically maintain a balanced ion balance close to zero; And / or

(4) 저가 전원 장치 및 유지비가 낮은 이온 발생 시스템의 설계를 제공한다.(4) Provides a low-cost power supply and low-maintenance ion generation system design.

본 발명의 하나의 특수한 실시형태에 있어서, 포인트 또는 와이어 전극에 인가되는 고전압은 매우 낮은 전력 및 높은 이온화 효율을 갖도록 설계된다. 이것은 매우 강한 마이크로초 넓이의 펄스를 매우 낮은 비율로 사용함으로써 달성된다. 플라이백(flyback) 유형의 발생기는 그러한 파를 공진 회로에서 자연스럽게 생성한다. 각각의 파는 적어도 3개의 전압 피크, 즉 초기의 저진폭 피크, 반대 극성을 가진 제2의 고진폭 피크, 및 최종의 저진폭 피크(파)를 포함한다. 전형적으로, 고레벨의 파만이 이온화에 사용된다. 제1 파 및 제3 파는 뒤에서 설명하는 것처럼 적당한 감쇠(damping)에 의해 진폭이 크게 감소될 수 있다. 그러한 저전력의 사용은 오존 발생, 코로나 부산물 생성, 입자의 수집 및 발산(shedding), 및 방사체의 마모를 감소시킨다.In one particular embodiment of the invention, the high voltage applied to the point or wire electrode is designed to have very low power and high ionization efficiency. This is achieved by using very strong microsecond-wide pulses at very low rates. Flyback type generators naturally generate such waves in the resonant circuit. Each wave includes at least three voltage peaks, an initial low amplitude peak, a second high amplitude peak with opposite polarity, and a final low amplitude peak (wave). Typically, a high level of power is used for ionization. The amplitude of the first and third waves can be greatly reduced by appropriate damping, as will be described later. The use of such low power reduces ozone generation, corona by-product production, particle collection and shedding, and wear of the emitter.

본 발명의 다른 특수한 실시형태에 있어서, 이온화 방법은 인가 전력이 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 발생하기에는 충분하지만 오존 및 질소 산화물을 발생하고, 방사체를 부식시키며, 및/또는 주변 공기로부터 입자들을 끌어당기기에는 충분하지 않은 비교적 짧은 펄스 지속기간을 제공하는 단계를 포함한다.In another specific embodiment of the present invention, the ionization method is such that the applied power is sufficient to generate positive and negative ions by corona discharge, but generates ozone and nitrogen oxides, corrodes the emitter, and / And providing a relatively short pulse duration that is not sufficient for pulling.

본 발명의 다른 특수한 실시형태에 있어서, 이온화 방법은, 선택사양으로, 포인트들 간의 통상의 이온 밀도 변동 효과를 감소시키고 이온 방사체 구조의 길이를 따르는 고른 이온 균형 분포를 가능하게 하기 위해 선형 와이어 또는 선형 방사체 그룹에 대한 동시 전압 인가를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 이 선택사양의 방법은 생략될 수 있다.In another specific embodiment of the present invention, the ionization method optionally includes, in order to reduce the effects of normal ion density fluctuations between points and to enable a uniform ion balance distribution along the length of the ion radiator structure, Providing a simultaneous voltage application to the radiator group. In another embodiment of the present invention, this optional method may be omitted.

다른 실시형태에 있어서, 방사체와 기준 전극을 분리하는 공간 내에서 이온을 발생하는 방법은 방사체로부터 타겟까지의 거리에 의존하여 가변수의 작은 예리한 펄스(sharp pulse) 및 펄스의 비율을 발생하는 단계를 포함한다.In another embodiment, a method of generating ions in a space separating a radiator and a reference electrode includes generating a variable number of small sharp pulses and a ratio of pulses, depending on the distance from the emitter to the target .

본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서, 방사체와 기준 전극을 분리하는 공간 내에서 이온을 발생하는 장치 및 방법은 방사체에 적어도 하나의 펄스 열을 제공하는 단계를 포함하고, 여기에서 상기 펄스 열 쌍은 순서에 따라 교대로 되는 양의 펄스 열과 음의 펄스 열을 포함하며, 상기 양의 펄스 열은 양의 위상 중의 제1의 복수의 이온화 양전압 펄스 및 양의 위상 후에 발생하는 이온화 주파수 위상 중의 제2의 복수의 이온화 양전압 펄스를 포함하고, 상기 음의 펄스 열은 이온화 주파수 위상 중의 제1의 복수의 이온화 음전압 펄스 및 상기 이온화 주파수 위상 후에 발생하는 음의 위상 중의 제2의 복수의 이온화 음전압 펄스를 포함하며; 상기 제1의 복수의 이온화 양전압 펄스의 각 펄스는 상기 제2의 복수의 이온화 양전압 펄스의 각 펄스의 크기보다 더 큰 크기를 갖고; 상기 제1의 복수의 이온화 음전압 파형은 각각 상기 제2의 복수의 이온화 음전압 펄스의 각 펄스의 크기보다 더 큰 크기를 갖는다.In another embodiment of the present invention, an apparatus and method for generating ions in a space separating a radiator and a reference electrode includes providing at least one pulse train to the radiator, Wherein said positive pulse train comprises a first plurality of ionized positive voltage pulses in a positive phase and a second plurality of ionized positive voltage pulses occurring after a positive phase in a positive phase, Wherein the negative pulse train comprises a first plurality of ionization negative voltage pulses during an ionization frequency phase and a second plurality of ionization negative voltages during a negative phase occurring after the ionization frequency phase, A pulse; Each pulse of said first plurality of ionized positive voltage pulses having a magnitude greater than the magnitude of each pulse of said second plurality of ionized positive voltage pulses; The first plurality of ionization negative voltage waveforms each have a magnitude greater than the magnitude of each pulse of the second plurality of ionization negative voltage pulses.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 양 및 음의 이온화 펄스 및 펄스 열의 전압 파형을 보인 도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른, 실시간 도메인에서 예시적인 양 및 음의 이온화 펄스 열의 전압 파형에 대한 스코프 스크린 샷을 보인 도이다.
도 3a는 1 와이어 유형 방사체 전극을 가진 이온화 막대에 대한 본 발명의 아날로그/논리 베이스의 일 실시형태의 개략도이다.
도 3b는 도 3a의 각종 컴포넌트의 각종 입력에 대한 파형도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 마이크로프로세서 기반 실시형태의 블록도이다.
도 5a, 5b 및 5c는 본 발명의 실시형태에 따른, 상이한 전하 중화 조건에 대하여 고전압 파형(펄스 열)을 최적화하기 위한 3개의 상이한 모드의 다중 펄스를 보인 도이다.
도 5d는 본 발명의 실시형태에 따른, 도 4a 및 도 4b의 컨트롤러에 의해 실행되는 소프트웨어에 의해 수행되는 방법의 흐름도이다.
도 5e는 본 발명의 실시형태에 따른, 다중 펄스 설정가능 파라미터 및 대응하는 정의 및 예시적인 파라미터 범위 값을 나타낸 표이다.
도 5f, 5g 및 5h는 본 발명의 실시형태에 따른, 도 5a, 5b 및 5c와는 다른 설정에 기초한 3개의 상이한 모드의 다중 펄스를 보인 도이다.
도 6a 및 도 6b는 2개의 (와이어 또는 포인트 유형) 방사체 전극을 구비한 2상 이온화 막대로서 본 발명의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른, 선형 막대의 자기 균형 이온화 구조의 각종 변형 예를 보인 도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태에 따른, 와이어 방사체 및 공기 조력 이온 전달 시스템을 구비한 선형 막대의 개략도이다.
1 is a diagram showing voltage waveforms of positive and negative ionization pulses and pulse trains according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a scope screen shot for voltage waveforms of exemplary positive and negative ionization pulse trains in real time domain, in accordance with an embodiment of the present invention.
3A is a schematic diagram of one embodiment of an analog / logic base of the present invention for an ionization rod having a one-wire type radiator electrode.
Figure 3b is a waveform diagram for various inputs of the various components of Figure 3a.
4A and 4B are block diagrams of a microprocessor-based embodiment of the present invention.
Figures 5A, 5B and 5C show multiple pulses of three different modes for optimizing high voltage waveforms (pulse trains) for different charge neutralization conditions, in accordance with an embodiment of the present invention.
5D is a flow diagram of a method performed by software executed by the controllers of FIGS. 4A and 4B, in accordance with an embodiment of the present invention.
5E is a table showing multi-pulse settable parameters and corresponding definitions and exemplary parameter range values, in accordance with an embodiment of the present invention.
Figures 5f, 5g and 5h show multiple pulses of three different modes based on different settings than Figures 5a, 5b and 5c, in accordance with an embodiment of the present invention.
6A and 6B are schematic diagrams of another embodiment of the present invention as a two-phase ionization bar with two (wire or point type) radiator electrodes.
Fig. 7 is a diagram showing various modifications of a magnetostatic ionization structure of a linear rod according to an embodiment of the present invention. Fig.
8 is a schematic diagram of a linear rod with a wire radiator and an aerated ion transport system, in accordance with an embodiment of the present invention.

이하의 상세한 설명에서는, 설명의 목적으로, 다수의 구체적인 상세가 본 발명의 각종 실시형태의 완전한 이해를 돕기 위해 제공된다. 이 기술에 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 이러한 각종 실시형태가 단지 설명을 위한 것이고 어떻게든 제한하는 의도가 없다는 것을 인식할 것이다. 본 발명의 다른 실시형태들도 본 명세서의 설명으로부터 이익을 취하는 그러한 숙련된 사람에게는 쉽게 생각될 것이다.In the following detailed description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of various embodiments of the present invention. Those skilled in the art will recognize that these various embodiments of the invention are merely illustrative and are not intended to be limiting in any way. Other embodiments of the invention will be readily apparent to those skilled in the art from the teachings herein.

본 발명의 실시형태는 이온화 막대(ionizing bar), 송풍기(blower), 또는 인라인 이온화 장치로서 구성된 많은 유형의 공기-가스 이오나이저에 적용할 수 있다.Embodiments of the present invention are applicable to many types of air-gas ionizers configured as an ionizing bar, blower, or in-line ionizer.

펄스 모드 이오나이저가 업계에 공지되어 있다. 예를 들면, 특허 출원 공개 JP2008124035, US20060151465, 및 US20090116828호는 AC 이온화 막대를 설명하고 있다. 미국 특허 제8,009,405호는 양 및 음 펄스의 버스트(burst)를 주기적으로 발생하는 고전압 전원 장치를 구비한 이온화 송풍기의 설계에 대하여 개시하고 있다.Pulse mode ionizers are known in the art. For example, patent applications JP2008124035, US20060151465, and US20090116828 describe AC ionization bars. U.S. Patent No. 8,009,405 discloses a design of an ionizing blower with a high voltage power supply that periodically generates bursts of positive and negative pulses.

이러한 전원 장치는 플러스 및 마이너스 DC 고전압원, 및 이온 방사 구조에 접속된 합산 블록을 포함한다. 저주파수 펄스(약 0.1~100 Hz 범위)는 각각의 고전압원을 독립적으로 스위치 온 및 오프함으로써 발생된다. 그러나, 이러한 AC 펄스 이온화 시스템은 복잡하고, 효율이 낮으며, 이온 방사 구조에 입자들이 누적되기 쉽다.These power supplies include a positive and a negative DC high voltage source, and a summing block connected to the ion spinning structure. A low frequency pulse (in the range of about 0.1 to 100 Hz) is generated by independently switching on and off each high voltage source. However, such an AC pulse ionization system is complex, has low efficiency, and particles are liable to accumulate in the ion spinning structure.

본 발명의 실시형태의 한가지 주요 특징은 주로 비대칭(양전압 또는 음전압의 크기에서)인 짧은 지속기간의 쌍극 이온화 펄스의 그룹을 이용하는 것이다. 양 및 음의 펄스의 열(즉, 펄스 그룹)이 선형 방사체 또는 방사체의 그룹에 인가된다.One key feature of embodiments of the present invention is the use of a group of bipolar ionization pulses of short duration, which are primarily asymmetric (in the magnitude of positive or negative voltage). Columns of positive and negative pulses (i.e., pulse groups) are applied to the group of linear emitters or emitters.

(비대칭 파형의) 짧은 지속기간 펄스는 고전압 경도(gradient)를 생성하고, 이것에 의해 방사체에서의 이온 재결합이 감소하여 방사체 이온화 효율을 증가시키며, 그에 따라서 비교적 낮은 또는 극히 낮은 전력 소비 방법으로 고농도 플러스 및 마이너스 이온을 발생하게 한다.A short duration pulse (of an asymmetric waveform) produces a high voltage gradient, thereby reducing ion recombination in the emitter and thus increasing the radiator ionization efficiency, and thus a high concentration plus And negative ions.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 각각의 펄스 지속기간, 펄스 열의 펄스 지속기간 및 전압 진폭에 대하여 가변적인 펄스 수를 가진 펄스 열에 의해 양이온 및 음이온 클라우드(cloud)가 주기적으로 발생된다. 전압 파형의 수는 1차 권선이 저전압 펄스 발생기에 의해 제어되고 2차 권선이 막대의 기준 전극 및 이온 방사체를 포함한 공진 회로를 형성하는 소형 고전압 변압기에 의해 발생될 수 있다.In one embodiment of the present invention, positive and negative anions are periodically generated by a pulse train having a pulse number variable for each pulse duration, the pulse duration of the pulse train and the voltage amplitude. The number of voltage waveforms can be generated by a small high voltage transformer in which the primary winding is controlled by a low voltage pulse generator and the secondary winding forms a resonant circuit including a reference electrode of the rod and an ion radiator.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 양 및 음의 이온화 펄스 및 펄스 열의 전압 파형도이다. 저전압 펄스(105a, 105b)(고전압 변압기의 입력을 제어하기 위한 것)는 도 1의 상부에 도시되어 있다. 각각의 이온화 펄스, 예를 들면, 양의 펄스는 3개의 상이한 전압 파 성분의 시퀀스를 포함할 수 있다. 출력 펄스는 코로나 방전 역치보다 낮은 진폭을 가진 음전압 파로 시작한다(도 1의 하부의 파형(110) 참조). 이 주기의 지속기간은 수 마이크로초 또는 나노초의 범위에 있다.1 is a voltage waveform diagram of positive and negative ionization pulses and pulse trains according to an embodiment of the present invention. The low voltage pulses 105a and 105b (for controlling the input of the high voltage transformer) are shown at the top of FIG. Each ionizing pulse, for example a positive pulse, may comprise a sequence of three different voltage wave components. The output pulse begins with a negative voltage wave having an amplitude lower than the corona discharge threshold (see bottom waveform 110 in FIG. 1). The duration of this cycle is in the range of a few microseconds or nanoseconds.

도 1에 도시된 것처럼, 펄스 열(105)은 양의 펄스 열(105a)과 음의 펄스 열(105b)을 포함하고 펄스 열(105a 105b)은 순서에 따라 교호하도록 배치된다. 펄스 열(105)은 방사체에 제공된다. 도 1은 펄스 열(105)에 의해 야기되는 유효 방사체 신호(110)을 또한 보여주고 있다.As shown in Fig. 1, the pulse train 105 includes a positive pulse train 105a and a negative pulse train 105b, and the pulse train 105a 105b is arranged so as to alternate in order. The pulse train 105 is provided to the radiator. Figure 1 also shows the effective emitter signal 110 caused by the pulse train 105.

양의 펄스 열(105a)은 시구간 115(양의 위상(115)) 동안에 Tupulse_rep의 주기 및 Tp의 펄스 폭을 가진 복수의 이온화 양전압 펄스(106), 양의 위상(115) 후에 발생하는 시구간 120(이온화 주파수 위상(120)) 동안에 Tupulse_rep의 주기 및 To(여기에서 To < Tp)의 펄스 폭을 가진 복수의 이온화 양전압 펄스(107), 및 이온화 주파수 위상(120) 후에 발생하는 시구간 125(음의 위상(125)) 동안의 제로 값을 포함한다.Positive pulse train 105a includes a plurality of ionized positive voltage pulses 106 having a period of Tupulse_rep and a pulse width of Tp during time interval 115 (positive phase 115), a period of time occurring after positive phase 115 A plurality of ionized positive voltage pulses 107 having a period of Tupulse_rep and a pulse width of To (here, To < Tp) during time interval 120 (ionization frequency phase 120) 125 &lt; / RTI &gt; (negative phase 125).

음의 펄스 열(105b)은 시구간 115(양의 위상(115)) 동안의 제로 값, 이온화 주파수 위상(120) 동안에 Tupulse_rep의 주기 및 To(여기에서 To < Tp)의 펄스 폭을 가지며 펄스(107, 108)가 서로로부터 치우쳐서(offset) 동시에 발생되지 않는 복수의 이온화 음전압 펄스(108), 및 시구간 125(음의 위상(125)) 동안에 Tupulse_rep의 주기 및 Tn의 펄스 폭을 가진 복수의 이온화 음전압 펄스(109)를 포함하고, 여기에서 상기 Tp와 Tn은 시간 크기로 동일할 수도 있고 동일하지 않을 수도 있다.Negative pulse train 105b has a zero value during time interval 115 (positive phase 115), a period of Tupulse_rep during the ionization frequency phase 120, and a pulse width of To (here < Tp) A plurality of ionized negative voltage pulses 108, 107 and 108 are offset from one another and are not simultaneously generated, and a plurality of pulses having a period of Tupulse_rep and a pulse width of Tn during time interval 125 (negative phase 125) Ionized negative voltage pulse 109, wherein Tp and Tn may or may not be the same in time magnitude.

이러한 이온화 양전압 및 음전압 펄스는 이오나이저의 기준 전극 및 방사체 양단에 전압 경도를 교대로 생성하고, 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 포함한 이온 클라우드를 발생한다. 뒤에서 자세히 설명하는 것처럼, 이온화 주파수 위상(120) 동안의 양 및 음의 이온화 전압 펄스(107, 108)는 작은 크기의 교호 펄스(130)를 가진 유효 방사체 신호(110)를 발생한다.These ionized positive and negative voltage pulses alternately generate voltage hardness across the reference electrode and emitter of the ionizer and generate ion clouds containing positive and negative ions by corona discharge. The positive and negative ionization voltage pulses 107 and 108 during the ionization frequency phase 120 generate an effective emitter signal 110 with alternating alternating pulses 130 of small magnitude, as described in detail below.

시구간 115 동안에 도시된 것처럼, 파형(110)은 주어진 이온 방사 구조에 대한 양의 코로나 역치보다 더 높은 진폭을 가진 높은 양전압 파를 포함한다. 그 시구간에서, 이온 방사체는 이온 방사체와 비이온화(또는 기준) 전극 간의 갭에서 양이온을 발생한다. 이러한 이온 방사체와 비이온화 전극 간의 갭은 예를 들면 전술한 원출원인 미국 출원번호 제13/210,267호의 도 6에 도시되어 있다. 양이온 클라우드는 이온 방사체로부터 정전기적으로 반발하여 기준 전극으로 이동한다(또는 아마도 바람에 날려간다).As shown during time period 115, waveform 110 includes a high positive voltage wave with a higher amplitude than the positive corona threshold for a given ion spinning structure. In that time period, the ion radiator generates positive ions in the gap between the ion radiator and the non-ionized (or reference) electrode. The gap between such an ion radiator and a non-ionized electrode is shown, for example, in FIG. 6 of the above-cited U.S. Application Serial No. 13 / 210,267. The cation cloud electrostatically repulses from the ion emitter and travels to the reference electrode (or perhaps blows away).

시구간 125 동안에는 코로나 방전을 위해 필요한 것보다 크게 더 낮은 진폭을 가진 음전압이 존재한다. 이 전압은 양이온의 하향 이동을 늦추고 기준 전극에 대한 이온 손실을 감소시키는 정전기장을 생성한다. 음전압의 진폭은 HVPS(High Voltage Power Supply, 고전압 전원장치) 회로의 감쇠 특징에 의해 조정될 수 있다.During time period 125, there is a negative voltage with a much lower amplitude than is necessary for corona discharge. This voltage creates a static field that slows the downward movement of the cations and reduces the ion loss to the reference electrode. The amplitude of the negative voltage can be adjusted by the damping characteristic of the HVPS (High Voltage Power Supply) circuit.

양의 이온화 펄스 뒤에는 전술한 것과 동일한 방식으로 짧은 시구간 동안에 음이온 클라우드를 생성하는 고진폭 음의 펄스(역시 도 1에 도시되어 있음)가 따른다. 이온화 펄스의 반복률은 초당 1 내지 수천 펄스의 범위 내에 있을 수 있다.A positive ionization pulse follows a high amplitude negative pulse (also shown in FIG. 1) that produces an anion cloud during a short period of time in the same manner as described above. The repetition rate of the ionizing pulse may be in the range of 1 to several thousand pulses per second.

유효 방사체 신호(110)는 이온화 펄스(142, 144)를 포함하고, 펄스(142, 144) 뒤에는 더 작은 음 및 양의 진동(146)이 따를 수 있다. 음 및 양의 진동(146)은 신호(110)를 발생하기 위해 사용된 전원 장치의 회로 공진에 기인하고 어떻게든 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 진동(146)은 예를 들면 미국 출원 제13/023,387호에 개시된 것처럼 감쇠 회로를 사용함으로써 실질적으로 감소되거나 완전하게 제거될 수 있다.The effective radiator signal 110 includes ionization pulses 142 and 144 and pulses 142 and 144 may follow a smaller negative and positive oscillation 146. [ The negative and positive oscillations 146 are due to the circuit resonance of the power supply used to generate the signal 110 and are not intended to limit the invention in any way. The vibration 146 can be substantially reduced or completely eliminated, for example, by using a damping circuit as disclosed in U. S. Application No. 13 / 023,387.

비이온화 펄스(148, 150)는 이온화 펄스(142, 144)의 극성(양극)에 반대인 극성(음극)을 갖는다.The deionization pulses 148 and 150 have a polarity (cathode) opposite to the polarity (anode) of the ionization pulses 142 and 144.

도 1은 또한 양 및 음의 이온화 펄스(130)의 그룹을 (시구간 115와 125 사이의 중간 시구간(120)에) 동시에 나타내고 있다. 상부의 점선(135)은 예를 들면 일반적으로 약 4.0 kV 내지 5.0 kV 범위 내에 있는 양의 코로나 역치 전압을 나타내고, 하부의 점선(140)은 예를 들면 약 3.75 kV 내지 4.50 kV 범위 내에 있는 음의 코로나 역치 전압을 나타낸다. 음의 코로나 역치 전압을 초과하는 펄스는 음이온을 발생하고 양의 코로나 역치 전압을 초과하는 펄스는 양이온을 발생한다.Figure 1 also shows a group of positive and negative ionization pulses 130 (at intermediate time points 120 between time points 115 and 125) at the same time. The upper dotted line 135 represents, for example, a positive corona threshold voltage, which is typically within the range of about 4.0 kV to 5.0 kV, and the lower dotted line 140 represents a negative corona threshold voltage, for example, within the range of about 3.75 kV to 4.50 kV. Corona threshold voltage. Pulses exceeding the negative corona threshold voltage produce negative ions and pulses that exceed the positive corona threshold voltage produce positive ions.

마이크로초 범위에서 소수의 짧은 고전압 펄스(151, 152, 153, 154, 155)를 이용하는 정전하 중화를 위한 해법은 오존을 덜 발생하고 방사체 표면에서의 오염물질 수집을 감소시키는 충분한 이온화를 제공하는 것으로 밝혀졌다.A solution for static charge neutralization using a small number of short high voltage pulses 151, 152, 153, 154, 155 in the microsecond range is to provide sufficient ionization to generate less ozone and reduce contaminant collection at the emitter surface It turned out.

각각의 펄스가 제1의 비이온화 전압 레벨, 제2의 이온화 전압 레벨, 제3의 비이온화 전압 레벨, 및 회로 공진에 기인하는 무의미한 추가의 진동을 포함하는 교호하는 양전압 및 음전압 파형을 제공하도록 펄스 열이 배치된다. 아날로그 또는 논리형 스위칭 회로(도 3 참조)는 일련의 교호하는 양 및 음의 이온화 펄스를 제공한다.Each of the pulses providing alternating positive and negative voltage waveforms comprising a first non-ionizing voltage level, a second ionizing voltage level, a third non-ionizing voltage level, and nonsensical additional vibrations due to circuit resonance A pulse train is arranged. An analog or logic type switching circuit (see FIG. 3) provides a series of alternating positive and negative ionization pulses.

페라이트 코어 변압기에서 고전압의 플라이백 발생(플라이백 유형 발전기에 의해 발생됨)의 사용은 적당한 권수비를 갖고 양 및 음의 이온화 펄스에 대한 전압 증배기 회로를 필요로 하지 않는 매우 작은 변압기(예를 들면, 약 1"×1"×1")를 사용할 수 있는 단순하고 효율적이며 비싸지 않은 이오나이저 고전압 전원장치를 제공한다. 코어 절반과 적절한 전압 진동 감쇠부 사이에 작은 갭을 가진 페라이트 코어를 사용함으로써 코어 자기 기억 효과를 감소시키고, 하나의 극성 펄스 또는 다른 극성 펄스의 복수 계열(series)의 이온화 펄스를 사용할 수 있다.The use of a high voltage flyback (generated by a flyback type generator) in a ferrite core transformer is achieved by using a very small transformer that does not require a voltage multiplier circuit for both positive and negative ionization pulses (e.g., (1 " x 1 " x 1 "). By using a ferrite core with a small gap between the core half and the appropriate voltage vibration damping element, The memory effect can be reduced and ionization pulses of a plurality of series of one polarity pulse or other polarity pulse can be used.

그 결과, 이온화 양 및 음의 펄스의 열(계열 또는 그룹)은 약 100mm~2000mm의 범위 또는 그 이상의 길이를 가진 적어도 하나의 방사체 전극에 대한 효율적인 쌍극 이온화를 제공한다.As a result, the rows of ionization amounts and negative pulses (series or groups) provide efficient bipolar ionization for at least one radiator electrode having a length in the range of about 100 mm to 2000 mm or more.

1개 극성의 펄스들의 수는 공기 흐름 및 대전된 타겟까지의 거리에 의존하여 최상의 물체 중화 방전 시간에 대하여 조정될 수 있다. 교호 극성 이온의 농도는 약 1000 mm 이상의 거리에서 움직이는 타겟을 중화하는 이온화 막대에 대하여 충분하다.The number of pulses of one polarity can be adjusted for the best object neutralization discharge time depending on the air flow and the distance to the charged target. The concentration of alternating polar ions is sufficient for an ionization rod to neutralize a moving target at a distance greater than about 1000 mm.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른, 실시간 도메인에서 예시적인 양 및 음의 이온화 펄스 열의 전압 파형에 대한 스코프 스크린 샷을 보인 도이다. 도 2에 도시된 것처럼, 펄스 열 쌍(18)은 직렬 순서에 따라 교호하는 양 및 음의 펄스 열(30, 32)을 포함한다. 상부 점선(44)은 양의 코로나 역치 전압(예를 들면, 4.5 kV)을 나타내고, 하부 점선(46)은 음의 코로나 역치 전압(예를 들면, -4.25 kV)을 나타낸다. 양의 코로나 역치 전압 레벨(44) 및 음의 코로나 역치 전압 레벨(46)은 실시간 도메인에 도시되어 있다. 각각의 양의 펄스 열(30)은 코로나 방전에 의한 양이온 생성을 위한 전압 역치를 초과하는 최대 양전압 진폭을 가진 이온화 양전압 파형을 포함하도록 배치된다. 유사하게, 음의 펄스 열(32)은 코로나 방전에 의한 음이온 생성을 위한 전압 역치를 초과하는 최대 음전압 진폭을 가진 이온화 음전압 파형을 포함하도록 배치된다. 따라서, 이러한 각각의 양전압 및 이온화 음전압 파형은 방사체와 기준 전극 사이의 공간에 걸쳐서 전압 경도를 교대로 생성하고, 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 포함하는 이온 클라우드를 발생한다.Figure 2 shows a scope screen shot for voltage waveforms of exemplary positive and negative ionization pulse trains in real time domain, in accordance with an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the pulse train pair 18 includes alternating positive and negative pulse trains 30, 32 in serial order. Upper dotted line 44 represents a positive corona threshold voltage (e.g., 4.5 kV), and lower dotted line 46 represents a negative corona threshold voltage (e.g., -4.25 kV). The positive corona threshold voltage level 44 and the negative corona threshold voltage level 46 are shown in the real-time domain. Each positive pulse train 30 is arranged to include an ionized positive voltage waveform with a maximum positive voltage amplitude exceeding a voltage threshold for positive ion generation by corona discharge. Similarly, the negative pulse train 32 is arranged to include an ionized negative voltage waveform having a maximum negative voltage amplitude that exceeds a voltage threshold for negative ion generation by corona discharge. Thus, each of these positive voltage and negative ion negative voltage waveform alternately generates voltage hardness over the space between the radiator and the reference electrode, and generates an ion cloud containing positive and negative ions by corona discharge.

펄스 반복률은 필요한 이온화 전력 레벨 및 이동하는 타겟의 속도에 따라 조정될 수 있다. 이 스크린 샷은 전력 "오프" 대 고전압 전력 "온"의 유효 비율이 약 0.0015 이하일 수 있다는 것을 보여준다. 이것은 본 발명의 실시형태로 개시된 이온화 방법에 따라서 코로나 방전이 전형적으로 이온 발생에 필요하지만 입자 방출 및 이온 방사체로의 입자 끌어당김을 위해 필요한 것보다는 미만인 작은 시간 부분(약 0.1% 미만) 동안에만 존재하기 때문이다.The pulse repetition rate can be adjusted according to the required ionization power level and the speed of the moving target. This screenshot shows that the effective ratio of power "off" to high voltage power "on" can be less than about 0.0015. This is because, according to the ionization method disclosed in the embodiments of the present invention, corona discharge is typically present only for a small portion of time (less than about 0.1%) that is necessary for ion generation but less than that required for particle emission and particle attraction to the ion radiator. .

1개 와이어 유형의 이온화 시스템(또는 이온화 셀)에 의한 경험에 의하면, 마이크로 이온화 펄스를 가진 전압 파형은 대략 동일한 전하 중화 효율에서 오존 방출의 약 3~5배 감소를 제공하는 것으로 나타났다. 예를 들면, AC의 고주파수 전원장치에 의해 전원이 공급되는, 미국 출원 공개 제2008/0232021호에 개시된 것과 유사한 이오나이저는 본 발명의 실시형태에 따른 동일한 이오나이저에 대한 약 10 십억분율(parts-per-billion, ppb) 내지 15 ppb에 비하여 약 50 ppb 이상의 오존 농도를 발생한다.Experience with one wire type ionization systems (or ionization cells) has shown that voltage waveforms with micronization pulses provide about a 3- to 5-fold reduction in ozone release at approximately the same charge neutralization efficiency. For example, an ionizer similar to that disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2008/0232021, powered by a high frequency power supply of AC, may be used to generate approximately 10 billion parts- per-billion, ppb) to about 15 ppb.

도 3a는 1개 와이어 유형 방사체 전극(305)을 가진 이온화 막대에 대한 본 발명의 아날로그/논리 베이스(300)의 일 실시형태의 개략도이다. 추가로, 도 3b는 도 3a의 각종 컴포넌트의 각종 입력에 대한 파형도이다. 가스 공급원(310)은 가스의 흐름을 제공하도록 배치되고 전압원(V+)에 전기적으로 결합된다. 펄스 열(105)(도 1에 도시된 것처럼 양의 펄스 열(105a) 및 음의 펄스 열(105b)에 의해 형성된 것)은 방사체(305)에서 수신된다.3A is a schematic diagram of one embodiment of an analog / logic base 300 of the present invention for an ionization bar having one wire type radiator electrode 305. The ion / 3B is a waveform diagram for various inputs of the various components of FIG. 3A. The gas source 310 is arranged to provide a flow of gas and is electrically coupled to the voltage source V +. The pulse train 105 (formed by the positive pulse train 105a and the negative pulse train 105b as shown in Figure 1) is received at the radiator 305. [

전원(306)은 아날로그/논리 베이스(300)의 일부일 수 있고 또는 베이스(300)의 각종 컴포넌트에 전력을 제공하는 별도의 컴포넌트일 수 있다. 도면을 명확히 하기 위해, 기준 노드(예를 들면, 접지)는 도 3a에서 생략되었다. 도 3a에 도시된 각종 컴포넌트(예를 들면, 저항기, 인덕터 및 커패시터 등의 수동 소자)들의 값은 어떻게든 본 발명의 실시형태를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.The power supply 306 may be part of the analog / logic base 300 or may be a separate component that provides power to the various components of the base 300. In order to clarify the drawing, a reference node (e.g., ground) is omitted in FIG. 3A. The values of the various components shown in Fig. 3A (e.g. passive elements such as resistors, inductors and capacitors) are not intended to limit the embodiments of the invention in any way.

아날로그/논리 베이스(300)의 회로 동작에 있어서, 타이머 칩(U3)(315)은 이중 지연 논리 칩(U1)(320), 가산기 논리 칩(U2(325), 트랜지스터 Q1(330) 및 Q2(335), 및 스위칭 회로(340)에 의해 형성된 펄스 구동 회로(317)(또는 전원장치(317))에 짧은 펄스를 제공한다. 트랜지스터(330, 335)는 예를 들면 MOSFET일 수 있다. 그러나, MOSFET(예를 들면, n-채널 MOSFET 또는 다른 MOSFET형 트랜지스터)의 사용은 어떻게든 본 발명의 실시형태를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.In the circuit operation of the analog / logic base 300, the timer chip U3 315 is connected to the double delay logic chip U1 320, the adder logic chip U2 325, the transistors Q1 330 and Q2 335 and the pulse drive circuit 317 (or the power supply 317) formed by the switching circuit 340. The transistors 330 and 335 may be, for example, MOSFETs. However, The use of MOSFETs (e. G., N-channel MOSFETs or other MOSFET type transistors) is not intended to limit the embodiments of the present invention in any way.

고전압 출력 변압기(345)로부터의 고전압 펄스의 타이밍은 먼저 사다리꼴 발진기(U1)(320)에서 발생된 클럭 신호에 의존한다. 그 진동 주파수는 양의 펄스 발생으로부터 음의 펄스 발생으로의 교호 스위치를 결정하고, 동작 주파수라고 부른다. 상기 주파수는 고정 커패시터(C1)(346) 및 조정가능한 저항기(R1)(347)에 의해 결정된다. 일반적으로 약 0.2~60 Hz의 주파수 범위가 사용되고, 소정 거리에 있는 타겟에 대해서는 저주파수가 사용되고 근접 거리에 있는 타겟에 대해서는 고주파수가 사용된다.The timing of the high voltage pulse from the high voltage output transformer 345 first depends on the clock signal generated in the trapezoidal oscillator U1 320. [ The oscillation frequency determines the alternate switch from positive pulse generation to negative pulse generation and is called the operating frequency. The frequency is determined by the fixed capacitor (C1) 346 and the adjustable resistor (R1) 347. Generally, a frequency range of about 0.2 to 60 Hz is used, a low frequency is used for a target at a certain distance, and a high frequency is used for a target at a close distance.

발진기(U1)(320)로부터의 출력 신호는 지연 소자(U2)(325)에 공급되고, 지연 소자(U2)(325)는 그 주파수의 절반으로 반대 위상 신호를 발생한다. 지연 소자(U2)(325)로부터의 출력은 그 다음에 AND 게이트(U4)(340)에 공급되고, AND 게이트(U4)(340)는 트랜지스터(330, 335)(예를 들면, MOSFET 구동 트랜지스터 Q1(330) 및 Q2(335))의 가능한 활성화를 플립(flip)하기 위해 사용된다.The output signal from the oscillator U1 320 is supplied to the delay element U2 325 and the delay element U2 325 generates the opposite phase signal at half the frequency. The output from delay element U2 325 is then supplied to AND gate U4 340 and the AND gate U4 340 is coupled to transistors 330 and 335 (E.g., Q1 330 and Q2 335).

주요 활성화 펄스는 타이머 소자(U3)(315)에 의해 발생된다. (타이머 소자(315)의) 출력 핀(3)으로부터의 피드백(신호(351))은 그 트리거 핀(2) 및 역치 핀(6)으로 역으로 공급된다. 이것에 의해 매우 짧은 양의 펄스가 출력 핀(3)에서 발생될 수 있다. 펄스 폭은 고정 커패시터(C2)(350) 및 조정가능한 저항기(R3)(352)에 의해 제어된다. 펄스 폭은 일반적으로 플라이백 출력 구동기(317)의 설계에 따라 약 2~24 마이크로초로 조정된다. 펄스의 반복률은 고정 커패시터(C2)(350) 및 가변 저항기(R4)(354)에 의해 결정된다. 상기 반복률은 펄스 주기의 역과 같다. 이 펄스 반복률은 약 20~1000 Hz의 범위일 수 있고, 따라서 고전압 발전기의 전력 출력을 결정하고 전형적으로 약 250 Hz이다.The main activation pulse is generated by the timer element (U3) 315. (Signal 351) from the output pin 3 (of the timer element 315) is supplied back to its trigger pin 2 and the threshold pin 6. Thus, a very short amount of pulses can be generated in the output pin 3. The pulse width is controlled by the fixed capacitor (C2) 350 and the adjustable resistor (R3) 352. The pulse width is typically adjusted to about 2 to 24 microseconds, depending on the flyback output driver 317 design. The repetition rate of the pulse is determined by the fixed capacitor (C2) 350 and the variable resistor (R4) 354. The repetition rate is equal to the inverse of the pulse period. This pulse repetition rate can range from about 20 to 1000 Hz, thus determining the power output of the high voltage generator and typically about 250 Hz.

AND 게이트(U4)(340)는 칩(U3)(315)으로부터의 마이크로초 폭 펄스와 플립플롭 신호를 혼합하고, 이것에 의해 활성화 펄스를 구동기 트랜지스터 Q1(330) 및 Q2(335)의 게이트에 각각 인가한다.The AND gate U4 340 mixes the micro-chopper pulse from the chip U3 315 with the flip-flop signal, thereby causing an activation pulse to be applied to the gates of the driver transistors Q1 330 and Q2 335 Respectively.

(칩(U1)(320)의 비교기(356)의) 핀(7)으로부터의 하나의 출력 위상은 칩(U3)(315)의 진동을 정지시키기 위해 사용되고, 따라서 칩(U3)(315)의 핀(3)으로부터의 출력 펄스를 중단(interrupt)시킨다. 이러한 중단은 양의 이온화와 음의 이온화 사이에 오프 시간(Off-time)을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 중단은 가끔 큰 타겟 거리에서 이온 클라우드 재결합을 감소시키기 위해 또는 단순히 전력 출력을 줄이기 위해 사용된다. 오프 시간 또는 소멸 시간(Dead-time)은 (칩(U1)(320)의 비교기(358, 359)의) 핀(10, 13)에 각각 인가되는 바이어스에 의해 조정된다.One output phase from pin 7 (of comparator 356 of chip U1 320) is used to stop the oscillation of chip U3 315 and therefore the output of chip U3 315 And interrupt the output pulse from the pin 3. This interruption can be used to provide off-time between positive ionization and negative ionization. This interruption is sometimes used to reduce ion-cloud recombination at large target distances or simply to reduce power output. The off-time or dead-time is adjusted by the bias applied to pins 10 and 13 (of comparators 358 and 359 of chip U1 320), respectively.

마이크로 펄스의 형성은 하기의 동작에 의해 달성된다. 일 예로서, MOSFET(Q2)(335)의 게이트에 인가되는 짧은(마이크로초 범위) 양의 펄스는 고전압 변압기(345)의 일차 권선 코일(2, 3)(360)에서 전류가 흐르게 하여 일차 권선 코일(360) 양단에 제1의 작은 음전압 펄스를 생성한다. 음전압 펄스의 끝에서, 회로 공진에 기인하는 작은 음 및 양의 진동과 함께 큰 양의 플라이백 전압 펄스가 생성된다.The formation of the micro-pulse is achieved by the following operation. As an example, a short (microsecond range) positive pulse applied to the gate of MOSFET Q2 335 causes current to flow in the primary winding coils 2, 3, 360 of the high voltage transformer 345, And generates a first small negative voltage pulse across the coil 360. At the end of the negative voltage pulse, a large amount of flyback voltage pulse is generated with small negative and positive oscillations due to circuit resonance.

대안적으로, MOSFET(Q1)(330)의 게이트에 인가되는 짧은 펄스는 큰 음의 펄스를 생성한다. 이 펄스 전압들은 약 50~500 대 1 정도일 수 있는 큰 권수비를 사용함으로써 변압기(345)의 이차 권선(362)에 의해 증대되고 위상 반전된다. 따라서 MOSFET(Q2)(335)는 음의 고전압 펄스를 개시시키고 MOSFET(Q1)(330)는 양의 고전압 펄스를 개시시킨다. 이러한 펄스는 동일한 와이어 또는 포인트 방사체에 의해 양이온 및 음이온을 발생시킨다.Alternatively, a short pulse applied to the gate of MOSFET (Ql) 330 produces a large negative pulse. These pulse voltages are amplified and phase-inverted by the secondary winding 362 of the transformer 345 by using a large turns ratio that can be on the order of 50 to 500: 1. Thus, MOSFET (Q2) 335 initiates a negative high voltage pulse and MOSFET (Q1) 330 initiates a positive high voltage pulse. These pulses generate positive and negative ions by the same wire or point emitter.

양극성 및 음극성의 펄스 전압 진폭은 하기의 파라미터에 의해 결정된다.The positive and negative pulse voltage amplitudes are determined by the following parameters.

1. 변압기(T1)(345)의 권수비;1. Turn ratio of transformer (T1) 345;

2. 변압기 1차 코일(360)의 인덕턴스;2. inductance of the transformer primary coil 360;

3. 트랜지스터(330, 335)의 게이트에서 구동되는 MOSFET 게이트 펄스의 지속기간;3. the duration of the MOSFET gate pulse driven at the gate of transistors 330 and 335;

4. 전해 필터인 커패시터(364)에서 나타나는 입력 DC 전압;4. The input DC voltage appearing at capacitor 364, which is an electrolytic filter;

5. 감쇠 회로 저항기(365)(예를 들면, 2 오옴의 저항을 갖는 것), 인덕터(367)(예를 들면, 22 μH의 인덕턴스를 갖는 것), 및 1차 코일(360) 양단의 분로 저항기(Rp)(368)에 의해 형성된 1차 감쇠 회로(363);5. A damping circuit comprising a damping circuit resistor 365 (e.g. having a resistance of 2 ohms), an inductor 367 (having an inductance of 22 mu H), and a shunt across the primary coil 360 A primary attenuation circuit 363 formed by a resistor Rp 368;

6. 직렬 접속된 트랜지스터(330, 335)(예를 들면, MOSFET Q1(330) 및 Q2(335))의 저항; 및 6. Resistance of serially connected transistors 330 and 335 (e.g., MOSFETs Q1 330 and Q2 335); And

7. 이온화 어셈블리의 용량성 부하(변압기 2차 권선(362)의 출력에서 측정된 것).7. Capacitive load of the ionization assembly (measured at the output of the transformer secondary winding 362).

변압기(T1)(345)로부터의 고전압 출력 펄스는 1차 권선(360)의 인덕턴스에 의해 설정된 파 형상과, 감쇠 회로(363)의 2차 및 1차 감쇠 컴포넌트에서의 용량성 부하를 갖는다. 변압기 중심 탭(2)과 전력 입력부(Vin) 사이에 배치된 분로 저항기(Rs)(365) 및 인덕터(Ls)(367)는 변압기(345)에서 전류의 급속한 상승 시간을 방지하고, 따라서 파형(110)(도 1)의 제1 부분(도 1의 115로 표시된 부분)의 피크 값을 감소시킨다. 파형(110)의 제3 부분(125)(도 1)은 분로 저항기(Rs)(365)에 의해 줄어든다. 이러한 컴포넌트의 선택된 또는 조심스러운 조정은 파형(110)의 제2 부분(120)(도 1)의 높은 피크 레벨 필요조건을 초과하는 최대 이온화 효율을 야기할 것이다.The high voltage output pulses from the transformer (T1) 345 have a wave form set by the inductance of the primary winding 360 and a capacitive load at the secondary and primary attenuation components of the attenuation circuit 363. The shunt resistor Rs 365 and the inductor Ls 367 disposed between the transformer center tap 2 and the power input Vin prevent a rapid rise time of the current in the transformer 345 and thus prevent the waveform 110) (FIG. 1) (the portion indicated by 115 in FIG. 1). The third portion 125 (FIG. 1) of the waveform 110 is reduced by the shunt resistor Rs 365. Selected or careful adjustment of such components will cause a maximum ionization efficiency exceeding the high peak level requirement of the second portion 120 (Figure 1) of the waveform 110.

다시, 도 2를 참조하면, 발생된 펄스의 높은 슬루율(slew rate)이 도시되어 있다. 1차 코일(360)의 경우에, 전압의 상승률은 약 270 V/㎲이고 하강률은 약 1800 V/㎲이다. 2차 코일(362)의 경우에, 슬루율은 최대 약 35 (+/- 8) kV/㎲까지 갈 수 있다. 비대칭인 양 및 음의 펄스는 임의의 증배기, 정류기 및 합산 블록 없이 단지 하나의 작은 전력의 고전압 변압기(345)의 사용으로 구동 회로(317)에 의해 연속적으로 생성될 수 있다.Again, referring to FIG. 2, the high slew rate of the generated pulses is shown. In the case of the primary coil 360, the rising rate of the voltage is about 270 V / 占 퐏 and the falling rate is about 1800 V / 占 퐏. In the case of the secondary coil 362, the slew rate may go up to about 35 (+/- 8) kV / s. Asymmetric positive and negative pulses can be continuously generated by the drive circuit 317 with the use of only one small power high voltage transformer 345 without any boosters, rectifiers and summing blocks.

펄스 반복률은 전하 밀도 및 중화 타겟의 속도에 따라 조정될 수 있다는 점에 또한 주목한다. 관련 기술 분야에서 공지된 신호 송신과 관련한 다른 세부(예를 들면, 전류 신호 또는 전압 신호)에 대해서는 본 발명의 실시형태에 초점을 맞출 목적으로 더 이상 설명하지 않는다. AC 코로나 이오나이저를 발생하는 각종의 표준 신호 송신은 전술한 참조 문헌에서 추가의 세부로 설명되어 있다. 파 형상은 모든 컴포넌트의 저항, 커패시턴스 인덕턴스 (각각 R, C, L) 값에 의해 고정된다. 펄스 높이는 소자( U3 )(315)와 연합된 저항기( R3 )(352) 및 커패시터( C2 )(350)에 의해 도 3에서 설정된 펄스 지속기간을 변경함으로써 조정될 수 있다. It is also noted that the pulse repetition rate can be adjusted according to the charge density and the speed of the neutralization target. Other details (e.g., current or voltage signals) associated with signal transmission known in the relevant art are not further described for purposes of focusing on embodiments of the present invention. The various standard signal transmissions that generate AC corona ionizers are described in further detail in the aforementioned references. Waveforms are fixed by the values of resistance, capacitance and inductance (R, C, L, respectively) of all components . The pulse height can be adjusted by changing the pulse duration set in Fig. 3 by resistor ( R3 ) 352 and capacitor ( C2 ) 350 associated with device ( U3 )

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 마이크로프로세서 기반 실시형태의 블록도이다. 도 4a에 도시된 것처럼, 펄스 구동 회로는 트랜지스터(330)의 스위칭을 제어하기 위한 마이크로컨트롤러(400)(또는 다른 프로세서 또는 컨트롤러(400))를 포함한다. 마이크로컨트롤러(400)는, 소프트웨어의 제어하에, 전형적으로 약 19 마이크로초의 폭을 가진 좁은 소프트웨어 조정형 펄스를 발생하고, 그 중 하나의 펄스 열(402a)은 양의 이온화 펄스에 대한 것이고 하나의 펄스 열(402b)은 음의 이온화 펄스에 대한 것이다. 마이크로컨트롤러(400)로부터, 펄스들이 펄스 구동기(405)(도 4b)의 집합에 인가되고, 펄스 구동기 집합은 예를 들면 고전력 MOSFET일 수 있는 스위칭 트랜지스터(330, 335)(도 3a)를 구동하기 위한 적당한 크기로 펄스들을 증폭한다. 전술한 바와 같이, 이러한 MOSFET는 그 다음에 고전압 펄스 변압기(345)를 구동한다.4A and 4B are block diagrams of a microprocessor-based embodiment of the present invention. 4A, the pulse drive circuit includes a microcontroller 400 (or other processor or controller 400) for controlling the switching of the transistor 330. [ The microcontroller 400 generates a narrow software-regulated pulse with a width of typically about 19 microseconds under the control of the software, one of which is for a positive ionization pulse, (402b) is for a negative ionization pulse. From the microcontroller 400, pulses are applied to the set of pulse drivers 405 (FIG. 4B), and the set of pulse drivers drives the switching transistors 330 and 335 (FIG. 3A), which may be, for example, To amplify the pulses at an appropriate size. This MOSFET then drives the high voltage pulse transformer 345, as described above.

본 발명의 다른 실시형태에서는 생략할 수 있는 선택사양으로서, 마이크로컨트롤러(400)는 또한 스파크 검출기(420) 및 단절(broken) 와이어 검출기(425)로부터 각각 신호(410, 415)를 수신할 수 있다. 도 3a 및 4a 및/또는 본원의 다른 도면에 도시된 실시형태에 있어서, 펄스 지속기간은 인가된 전력이 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 발생하기에는 충분하지만 오존 및 질소 산화물을 발생하는 것, 방사체를 부식시키는 것 및 주변 공기로부터 입자들을 끌어당기기에는 충분하지 않도록 짧을 수 있다. 도 3a 및 4a 및/또는 본원의 다른 도면에 도시된 실시형태에 있어서, 이오나이저는 보통의 약 50,000 내지 70,000 Hz 대신에 예를 들면 약 250 Hz(또는 그 미만)와 같은 매우 느린 속도로 이온화 역치보다 적어도 약 1000 V 높은 강한(또는 비교적 강한) 이온화 펄스를 제공하고, 그에 따라서 낮은 오존의 이온들을 생성한다.As an option that may be omitted in other embodiments of the present invention, the microcontroller 400 may also receive the signals 410 and 415, respectively, from the spark detector 420 and the broken wire detector 425 . In the embodiment shown in Figures 3a and 4a and / or other figures herein, the pulse duration is such that the applied power is sufficient to generate positive and negative ions by corona discharge, but generates ozone and nitrogen oxides, It may be short enough not to corrode and to attract particles from the ambient air. In the embodiment shown in Figures 3a and 4a and / or in the other figures herein, the ionizer has an ionization threshold at a very slow rate, such as, for example, about 250 Hz (or less) instead of the usual about 50,000 to 70,000 Hz (Or relatively strong) ionization pulses that are at least about 1000 V higher, thereby producing ions of lower ozone.

도 5a, 5b 및 5c는 본 발명의 실시형태에 따른, 상이한 전하 중화 조건에 대하여 고전압 파형(펄스 열)을 최적화하기 위한 3개의 상이한 모드의 다중 펄스를 보인 도이고, 도 5d는 마이크로컨트롤러(400)에 의해 실행되는 소프트웨어에 의해 수행되는 방법을 보인 도이다. 모드 A, B 및 A+B는 예를 들면 양전하 및 음전하의 방전 시간, 허용가능한 전압 스윙(전계 효과), 및 타겟까지의 거리와 같은 전하 중화 필요조건에 의존한다. 마이크로컨트롤러(400)는 본 발명의 실시형태를 구현하는 응용에 의해 소용되는 모드 A, 모드 B 및 모드 A+B와 같은 3개의 이온화 펄스 모드를 제공할 수 있는 소프트웨어를 실행한다.Figures 5A, 5B, and 5C show multiple pulses of three different modes for optimizing high voltage waveforms (pulse trains) for different charge neutralization conditions, according to an embodiment of the present invention, Which is performed by software executed by a computer. Modes A, B, and A + B depend on charge neutralization requirements, such as, for example, the discharge time of positive and negative charges, the allowable voltage swing (field effect), and the distance to the target. The microcontroller 400 implements software capable of providing three ionization pulse modes, such as mode A, mode B, and mode A + B, which are used by applications implementing embodiments of the present invention.

모드 A: 도 5a에 도시된 것처럼, 모드 A는 엇갈리는(interlacing) 양 및 음 펄스의 반복 계열에 의해 규정된다. 각각의 양 펄스(505)(양의 코로나 역치(506a)를 초과하는 것) 뒤에는 음 펄스(510)(음의 코로나 역치(506b)를 초과하는 것)가 따르고, 각각의 음 펄스(510) 뒤에는 다시 양 펄스(505)가 따른다. 양 펄스 열(515a) 및 음 펄스 열(515b)는 교호하는 양전압 펄스 및 음전압 펄스와 함께 도시되어 있다. 이 모드는 전형적으로 이온화 장(field) 전압이 작아야 하는 매우 가까운 타겟 거리(예를 들면, 약 200 mm 이하)에서 사용된다. Mode A : As shown in Figure 5A, Mode A is defined by a repeating sequence of positive and negative pulses interlacing. After each positive pulse 505 (which exceeds the positive corona threshold 506a), a negative pulse 510 (which exceeds the negative corona threshold 506b) follows, and after each negative pulse 510 Followed by a positive pulse 505 again. Both pulse train 515a and negative pulse train 515b are shown with alternating positive and negative voltage pulses. This mode is typically used at very close target distances (e.g., about 200 mm or less) where the ionization field voltage should be small.

모드 A에서, 펄스 진폭(529), 마이크로펄스 주기(525), 및 양의 마이크로펄스(505)와 음의 마이크로펄스(510)의 펄스 폭(530, 535)은 각각 마이크로컨트롤러(400)에 의해 실행되는 소프트웨어에 의해 조정할 수 있다. 양의 마이크로펄스 진폭과 양의 마이크로펄스 지속기간은 블록 563(도 5d)에서 부하 펄스 MP _P 값을 가진 타이머/카운터에 의해 조정된다. 음의 마이크로펄스 진폭과 음의 마이크로펄스 지속기간은 블록 566(도 5d)에서 부하 펄스 MP _N에 의해 조정된다. 양의 마이크로펄스 및 음의 마이크로펄스의 주기는 블록 551(도 5d)에서 리프레이트 ( reprate ) 값을 가진 부하 리프레이트 타이머/카운터에 의해 조정된다. In mode A, the pulse widths 530 and 535 of the pulse amplitude 529, the micro pulse period 525, and the positive micro pulse 505 and the negative micro pulse 510 are respectively controlled by the microcontroller 400 It can be adjusted by the software being executed. Positive micro-amplitude pulse and the positive pulse duration of the micro is controlled by a timer / counter having a load pulse MP _P value at block 563 (FIG. 5d). Micro pulse duration of the negative pulse amplitude and the sound of the micro is adjusted by the load pulse MP _N at block 566 (FIG. 5d). Amount of micro-cycle pulse and the negative pulse of the micro is adjusted by the leaf load rate timer / counter with a leaf rate (reprate) value at block 551 (FIG. 5d).

모드 B: 도 5b에 도시된 것처럼, 모드 B는 양 펄스(541)의 반복 계열(540), 이에 뒤따르는 음 펄스(543)의 반복 계열(542) 및 이에 뒤따르는 양 펄스(541)의 반복 계열(540) 등에 의해 규정된다. 펄스의 양의 계열(540)과 음의 계열(542) 사이에서, 이온 재결합합을 줄이기 위해 오프 시간이라고 하는 작은 지연(544)이 추가될 수 있다. 오프 시간은 이온화 펄스가 생성되지 않는 시간이다. 이 모드는 전형적으로 매우 멀리 있는(500 mm 이상) 타겟 거리에서 사용된다. 블록 554(도 5d)에 로드되는 블록 568(도 5d)에서의 MP _N 값의 수는 펄스가 발생되지 않는 오프 시간 지연 값(544)(도 5b)을 설정하기 위해 사용된다. 양의 이온화 펄스 폭은 블록 556(도 5d)에서 Tpmax 값을 가진 부하 펄스 타이머/카운터에 의해 조정된다. 양의 이온화 펄스 주기는 블록 551(도 5d)에서 리프레이트 값을 가진 부하 리프레이트 타이머/카운터에 의해 조정된다. 음의 이온화 펄스 폭은 블록 560(도 5d)에서 Tnmax 값을 가진 부하 펄스 타이머/카운터에 의해 조정된다. 음의 이온화 펄스 주기는 블록 551(도 5d)에서 리프레이트 값을 가진 부하 리프레이트 타이머/카운터에 의해 조정된다. Mode B : As shown in FIG. 5B, Mode B includes a repetition sequence 540 of both pulses 541 followed by a repeating sequence 542 of the subsequent negative pulses 543, followed by a repetition of both pulses 541 Sequence 540, and so on. Between the positive sequence 540 and the negative sequence 542 of pulses, a small delay 544, called off-time, may be added to reduce the ion recombination sum. The off-time is the time when the ionizing pulse is not generated. This mode is typically used at very distant target distances (greater than 500 mm). Block 554. The number of MP _N value at block 568 (Fig. 5d) to be loaded (Fig. 5d) is used to set (Figure 5b) off-time delay (544) that pulses are not generated. The positive ionization pulse width is adjusted by a load pulse timer / counter having a Tpmax value at block 556 (Fig. 5d) . The positive ionization pulse period is adjusted by a load fall rate timer / counter with a refresh rate value in block 551 (Figure 5d) . The negative ionization pulse width is adjusted by a load pulse timer / counter having a Tnmax value in block 560 (Figure 5d). The negative ionization pulse period is adjusted by a load fall rate timer / counter having a refresh rate value in block 551 (Fig. 5D) .

모드 A+B: 도 5c에 도시된 것처럼, 모드 A+B는 모드 A와 모드 B의 결합형이고, 여기에서 모드 A는 오프시간 영역(시간)(550)에서 발생하고 모드 B는 온시간 영역(시간)(551, 552)에서 발생한다. 이 모드는 전형적으로 이온화 장 전압이 낮게 유지될 필요가 있지만 타겟 거리가 처리에 따라 변경되는 중간 거리(200~500 mm) 타겟에서 사용된다. 온시간 영역(551, 552)은 블록 554에서 조정된다. 오프시간 영역(550)은 이 영역의 폭을 결정하는(즉, 블록 554에서 설정됨) 펄스 MP _P 및 MP _N의 수에 의해 조정된다. 양의 마이크로펄스 폭은 블록 563에 의해 조정된다. 음의 마이크로펄스 폭은 블록 566에 의해 조정된다. 음의 이온화 펄스 폭은 블록 560에 의해 결정된다. 음 펄스 반복률은 블록 551에 의해 결정된다. 도 5d는 마이크로컨트롤러( 400)에 의해 실행되는 소프트웨어에 의해 수행되는 방법(574)의 다른 기능들을 묘사하는 각종 블록(550-573)을 나타내고 있다. 도 5e는 본 발명의 실시형태에 따른, 다중 펄스 설정가능 파라미터 및 대응하는 정의 및 예시적인 파라미터 범위 값을 나타낸 표(575)이다. 도 5f, 5g 및 5h는 또한 본 발명의 실시형태에 따른, 도 5a, 5b 및 5c와는 상이한 설정에 기초한 3개의 상이한 모드의 다중 펄스를 나타낸 것이다. Mode A + B : As shown in FIG. 5C, mode A + B is a combination of mode A and mode B, where mode A occurs in off time zone (time) 550 and mode B occurs in on time zone (Time) 551 and 552, respectively. This mode is typically used for medium-range (200 to 500 mm) targets where the ionization field voltage needs to be kept low but the target distance is changed with the process. The on time areas 551, 552 are adjusted in block 554. Off-time domain (550) is adjusted by the number of the regions (that is, is set at block 554) _P pulse MP and MP _N for determining the width of the. The positive micro pulse width is adjusted by block 563. The negative micro pulse width is adjusted by block 566. [ The negative ionization pulse width is determined by block 560. The negative pulse repetition rate is determined by block 551. 5D shows various blocks 550-573 that depict other functions of the method 574 performed by the software executed by the microcontroller 400. In FIG. FIG. 5E is a table 575 showing multi-pulse settable parameters and corresponding definitions and exemplary parameter range values, in accordance with an embodiment of the present invention. Figures 5f, 5g and 5h also show multiple pulses of three different modes , based on different settings than Figures 5a, 5b and 5c, in accordance with an embodiment of the present invention .

모두 3개의 모드에서, 사용자는 (1) 양 또는 음 또는 둘 다의 펄스 폭을 변경하고 온시간 영역(Tpmax, Tnmax)에서의 이온화 양을 오프시간 영역(MP_P, MP_N)과는 독립적으로 제어함으로써; 및 (2) 음의 온시간 영역 대 양의 온시간 영역 간의 시간 비율을 변경함으로써 이온 균형을 변경할 수 있다. 펄스(Treprate)들 간의 시간은 모든 영역에서 동일하고 이온화 전력의 크기를 제어하도록 조정할 수 있다. 고전력은 Treprate가 작은 경우이고, 더 자주 이온화 펄스를 생성하여 더 많은 이온화를 야기한다. 반면에, 더 큰 Treprate는 덜 자주 이온화 펄스를 생성하여 더 적은 이온화를 야기한다.In all three modes, the user can (1) change the pulse width of positive or negative or both and control the amount of ionization in the on-time regions Tpmax and Tnmax independently of the off-time regions MP_P and MP_N ; And (2) changing the ratio of time between the negative on time zone to the positive on time zone. The time between pulses is the same in all regions and can be adjusted to control the magnitude of the ionization power. High power is the case where the treprate is small and generates more ionization pulses more often, resulting in more ionization. On the other hand, larger Treprates produce less frequent ionization pulses, resulting in less ionization.

그러므로, 본 발명의 실시형태는 이온화 방법 및 관련 배선약도(장치)를 제공한다. 이 실시형태는 매우 짧은 쌍극 마이크로 펄스를 발생하고 정상적인 대기압에서 보통의 방사체에 의해 효율적인 쌍극 공기(또는 다른 가스) 이온화를 생성한다.Therefore, embodiments of the present invention provide an ionization method and associated wiring scheme (apparatus). This embodiment generates very short bipolar micro-pulses and produces efficient bipolar air (or other gas) ionization by normal emitters at normal atmospheric pressure.

도 8에 도시된 실시형태에 있어서, 고전압 펄스 발생기는 다양한 이온 방사체, 즉 단일 와이어 또는 와이어의 그룹, 톱날형 방사체, 및 포인트 전극을 가진 상이한 이온화 셀(구조)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 이온화 막대는 이온 방사체에 근접하게 배치된 노즐, 소직경의 구멍 또는 슬롯에 접속된 공기 흐름(공기 채널)의 내부 소스를 구비할 수 있다. 그러므로, 도 8은 본 발명의 실시형태에 따른, 와이어 방사체 및 공기 조력 이온 전달 시스템을 구비한 선형 막대의 개략도이다.In the embodiment shown in FIG. 8, the high voltage pulse generator can power different ionization cells (structures) with various ion radiators, i. E., A single wire or group of wires, a sawtooth emitter, and a point electrode. The ionization bar may also have an internal source of air flow (air channel) connected to a nozzle, a small diameter aperture or slot disposed proximate the ion radiator. Therefore, Figure 8 is a schematic diagram of a linear rod with a wire radiator and an aerated ion transport system, in accordance with an embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시형태는 이온화 막대 설계에 주로 관련된다. 도 6a 및 도 6b는 2개의 (와이어 또는 포인트 유형) 방사체 전극(E1, E2)을 구비한 2상 이온화 막대로서 본 발명의 다른 실시형태의 개략도이다. 2개의 방사체를 구비한 이러한 2상 이오나이저에 있어서, 양측 방사체는 예리한 포인트 전극의 행, 와이어 또는 블레이드, 또는 포인트 방사체를 구비한 노즐의 행으로서 구성될 수 있다. 선형 막대의 각 요소들의 추가적인 세부는 전술한 미국 가특허 출원 제61/584,173호에 개시되어 있다.Another embodiment of the present invention is primarily concerned with ionization rod design. 6A and 6B are schematic diagrams of another embodiment of the present invention as a two-phase ionization rod with two (wire or point type) radiator electrodes E1, E2. In this two-phase ionizer with two emitters, the two emitters can be configured as rows of sharp point electrodes, wires or blades, or rows of nozzles with point emitters. Additional details of each element of the linear bar are disclosed in the above-mentioned U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 584,173.

고전압 선택의 설계는 MOSFET에 대하여 동일한 구동기 회로를 사용하지만(위에서 설명한 바와 같이), MOSFET 트랜지스터 드레인(M1, M2)은 1차 권선에 대하여 반대 접속을 가진 고전압 변압기(T1, T2)의 쌍에 접속된다.The design of the high voltage selection uses the same driver circuit for the MOSFET (as described above), but the MOSFET transistor drains M1 and M2 are connected to a pair of high voltage transformers T1 and T2 having opposite connections to the primary winding do.

제어 저항기(R1) 및 감쇠 커패시터(C2)(도 6에서)는 도 3에 도시된 회로 설계에서와 동일한 교호 극성 펄스를 생성하도록 선정된다. 그러므로, 각 펄스는 우세적으로 양 또는 음의 피크 진폭을 가지며 극성이 교대로 될 것이다.The control resistor R1 and damping capacitor C2 (in Fig. 6) are selected to produce the same alternating polarity pulse as in the circuit design shown in Fig. Therefore, each pulse will have a predominantly positive or negative peak amplitude and alternate polarity.

도 7에서, 변압기(T1, T2) 하부 다리와 직렬 결합된 커패시터(C2)는 이온화 시스템이 자기 균형 모드로 동작하게 한다. 양측의 이온 방사체는 접지에 대하여 비교적 플로팅(floating)이고, 전하 보존의 법칙에 따라서 출력 이온 클라우드는 공평하게 균형이 잘 잡혀야 한다. 그렇지 않으면, 임의의 정상적인 불균형은 커패시터(C2)의 양단에 반대의 DC 전압을 생성한다. 전술한 균형을 얻기 위한 방법의 추가적인 세부는 공동으로 소유하고 공동으로 양도된 미국 특허 제5,055,963호에서 개시되어 있다. 미국 특허 제5,055,963호는 여기에서의 인용에 의해 본원에 통합된다. In Fig. 7, a capacitor C2 connected in series with the lower leg of the transformers T1, T2 causes the ionization system to operate in a self-balancing mode. The ion emitters on both sides are relatively floating relative to ground, and the output ion cloud must be balanced equally in accordance with the laws of conservation of charge. Otherwise, any normal imbalance will produce an opposite DC voltage across capacitor C2. Additional details of the method for obtaining the balance described above are disclosed in commonly owned U.S. Patent No. 5,055,963. U. S. Patent No. 5,055, 963 is incorporated herein by reference.

변압기(T1, T2)에 접속된 이온 방사체는 정확히 반대 극성 전압의 이온화 펄스를 갖는다. 이 2상 이온화 시스템의 전압 파형(602)은 도 6의 A)에 도시되어 있고, 방사체 1(E1) 및 방사체 2(E2)를 구비한 단순화한 막대 단면(605)은 도 6의 B)에 도시되어 있다.The ion radiator connected to the transformers T1 and T2 has an ionization pulse of exactly the opposite polarity voltage. The voltage waveform 602 of this two-phase ionization system is shown in Fig. 6A, and the simplified bar section 605 with emitter 1 (E1) and emitter 2 (E2) Respectively.

도 6의 이 실시형태는 단상 이온화 시스템에 비하여 적어도 몇 가지 장점을 갖는다. 가끔 전하 중화의 대상은 전기장에 민감하고 전기장 소거 효과가 있는 이오나이저를 가질 필요가 있다. 2상 이온화 시스템은 반대 극성의 전압을 동시에 발생하고, 이것에 의해 방사형 전기장을 상당히 감소시킨다.This embodiment of Figure 6 has at least some advantages over single-phase ionization systems. Sometimes the object of charge neutralization needs to have an ionizer sensitive to the electric field and having an electric field cancellation effect. The two-phase ionization system simultaneously generates a voltage of opposite polarity, thereby significantly reducing the radial electric field.

이 특징은 이온화 막대가 대전 물체에 근접하게 배치되어야 하는 경우에 또한 중요하다. 예를 들면 양의 펄스 열의 대상 지속기간(펄스 지속기간, 진폭 또는 펄스 주파수 등)과 이온화 막대 간의 거리에 대하여, 이 거리는 하나의 방사체에 대한 1 사이클의 음의 펄스 열에 대한 것보다 더 길 수 있고, 다음의 1 사이클에서 반대 극성의 상황으로 될 수 있다. 이것은 이온 클라우드 "푸싱" 효과를 생성하고 타겟에 대한 이온 클라우드의 이동을 가속화할 것이다.This feature is also important when the ionization rod is to be placed close to the charged body. For example, for a distance between the ionization bar and the target duration (pulse duration, amplitude or pulse frequency, etc.) of a positive pulse train, this distance may be longer than for a negative pulse train of one cycle for one radiator , And the state of the opposite polarity in the next one cycle. This will create an ion cloud "pushing" effect and accelerate the movement of the ion cloud to the target.

2상 이온화 시스템은 부피가 큰 기준 전극을 전혀 갖지 않고 이러한 전극에서의 이온 손실을 회피한다는 다른 장점을 갖는다.The two-phase ionization system has no other bulky reference electrode and has the other advantage of avoiding ion losses at such electrodes.

더욱이, 반대 위상의 전압원은 코로나 방전을 생성하기 위해 각 방사체에서의 필요 전압 진폭을 크게(거의 2배) 감소시킬 수 있다. 그러므로, 이러한 변압기는 설계에 있어서 동일하고, 또는 더 낮은 2차 권수에 대한 1차 권수비를 가질 수 있다. 더 낮은 권수비는 서로 근접한 방사체들이 방사체 쌍 간의 전기장을 증가시키는 경향이 있기 때문에 사용될 수 있다.Moreover, the opposite-phase voltage source can reduce the required voltage amplitude in each radiator to a large (nearly two-fold) reduction in order to produce a corona discharge. Therefore, such a transformer may be the same in design, or may have a primary turn ratio for a lower secondary winding number. Lower turns ratio can be used because adjacent emitters tend to increase the electric field between emitter pairs.

도 6은 또한 각 방사체가 변압기(T1, T2)의 출력에 용량 결합(C3, C4)된 2상 선형 이오나이저의 실시형태를 보인 것이다. 양측 변압기(T1, T2)의 2차 코일은 접지된다. 이것은 용량 결합된 자기 균형 이온화 시스템의 다른 변형 예이다.Figure 6 also shows an embodiment of a two-phase linear ionizer in which each radiator is capacitively coupled (C3, C4) to the output of the transformers T1, T2. The secondary coils of the transformers T1 and T2 are grounded. This is another variation of a capacitively coupled self-balancing ionization system.

도 3에 도시된 실시형태와 도 6에 도시된 실시형태 간의 차이는 주로 이온 균형 오프셋에 반응하는 시간에 있다. 커패시터(C3, C4)는 균형화를 위한 더 짧은 천이 시간을 제공할 수 있다. 또한 각 방사체와 직렬 결합된 작은 커패시터는 그들 간의 위상 편이를 미세 동조시키는데 도움을 줄 수 있고, 방사체 터치의 경우에 전류를 제한할 수 있다.The difference between the embodiment shown in Fig. 3 and the embodiment shown in Fig. 6 is mainly at a time in response to the ion balance offset. Capacitors C3 and C4 can provide a shorter transition time for balancing. Small capacitors in series with each radiator can also help to fine tune the phase shift between them and limit the current in the case of emitter touch.

이온 균형 제어:Ion balance control:

일 실시형태에 있어서, 이오나이저는 몇 가지 다른 변형 예(도 7에 도시됨)에서 자기 균형 시스템을 구비할 수 있다. 즉 와이어 방사체(점선 705로 표시됨)는 HVPS 출력에 용량적으로 결합되고 기준 전극에 접지될 수 있으며, 플로팅 변압기의 2차 권선, 양측 방사체 및 기준 전극은 HVPS에 용량적으로 결합될 수 있다.In one embodiment, the ionizer may comprise a magnetic balance system in several other variations (shown in FIG. 7). The wire radiator (denoted by dotted line 705) may be capacitively coupled to the HVPS output and grounded to the reference electrode, and the secondary winding of the floating transformer, the bilateral radiator, and the reference electrode may be capacitively coupled to the HVPS.

선형 이오나이저도 또한 대전된 타겟에 근접하게 배치된 외부 이온 균형 센서를 이용하는 활성 이온 균형 시스템을 구비할 수 있다. 이 경우에, 마이크로프로세서 기반 제어 시스템 및 막대의 HVPS는 주로 이온화 마이크로 펄스, 및 타겟의 전하에 반대인 1 극성의 이온들을 발생할 수 있다.The linear ionizer may also have an active ion balance system that utilizes an external ion balance sensor disposed proximate to the charged target. In this case, the HVPS of the microprocessor based control system and the rod can generate mainly ionized micro-pulses, and ions of one polarity opposite to the charge of the target.

와이어 유형 방사체를 구비한 선형 이온화 막대의 개략도는 도 8에 도시되어 있다. 와이어 전극(801)은 스프링(802)에 의해 막대의 샤시(또는 카트리지)에 부착된다. 스프링(802)은 와이어 인장력을 제공하고 전술한 하나의 고전압 전원장치(도 8에는 도시 생략됨)의 출력에 접속된다. 기준 전극(803)은 샤시의 양측에 장착된 2개의 스테인리스 강 스트립으로서 구성된다. 고강도의 전기장은 와이어 방사체를 감싸는 이온 플라즈마 외장의 형태로 코로나 방전을 생성한다.A schematic diagram of a linear ionization bar with a wire type radiator is shown in Fig. The wire electrode 801 is attached to the chassis (or cartridge) of the rod by the spring 802. Spring 802 provides wire tension and is connected to the output of one of the high voltage power supplies described above (not shown in FIG. 8). The reference electrode 803 is configured as two stainless steel strips mounted on both sides of the chassis. The high-strength electric field creates a corona discharge in the form of an ion plasma enclosure that surrounds the wire radiator.

공기 구멍(804)은 방사체에 의해 발생된 이온들이 타겟으로 이동하는 것을 돕도록 공기 흐름을 제공한다. 그러므로, 이온들은 전기장과 공기역학적 힘의 조합에 의해 대전된 타겟으로 이동한다. 그 결과, 물체의 전하를 중화시키는 방전 시간을 단축시킨다(수 초의 범위에서).The air holes 804 provide air flow to help the ions generated by the emitter move to the target. Therefore, the ions move to the charged target by the combination of the electric field and the aerodynamic force. As a result, the discharging time for neutralizing the charge of the object is shortened (in the range of several seconds).

지금까지 본 발명을 특수한 실시형태로서 설명하였지만, 본 발명은 그러한 실시형태에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는다는 것을 이해하여야 한다. 그보다, 본 발명은 뒤에 첨부된 특허 청구범위에 따라 해석되어야 한다.Although the present invention has been described in terms of a specific embodiment, it should be understood that the present invention is not construed as being limited by those embodiments. Rather, the invention is to be construed in accordance with the following claims.

Claims (22)

방사체와 기준 전극 간의 코로나 방전에서 바이폴라 이온들(bipolar ions)을 발생시켜 전하를 중화하는 방법에 있어서,
지속시간이 짧고 예리한 마이크로 펄스(short duration and sharp micro pulses)들을 발생시키는 단계를 포함하고,
상기 마이크로 펄스들 각각은 양전압 부분과 음전압 부분을 포함하고,
상기 마이크로 펄스들은 양과 음 전압들의 크기 및 진폭에서 비대칭이며,
적어도 하나의 극성 전압의 크기는 코로나 역치를 초과하는 것인, 전하 중화 방법.
A method for neutralizing charges by generating bipolar ions in a corona discharge between a radiator and a reference electrode,
Generating short duration and sharp micro pulses with a short duration,
Each of the micro-pulses including a positive voltage portion and a negative voltage portion,
The micro-pulses are asymmetric in amplitude and magnitude of positive and negative voltages,
Wherein the magnitude of at least one polarity voltage exceeds a corona threshold.
제1항에 있어서, 상기 마이크로 펄스들의 펄스 지속기간은, 인가된 전력이 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 발생시키기에 충분하도록 나노초(nanosecond)의 범위에 있는 것인, 전하 중화 방법.2. The method of claim 1, wherein the pulse duration of the micro-pulses is in the nanosecond range such that the applied power is sufficient to generate positive and negative ions by corona discharge. 제2항에 있어서, 상기 마이크로 펄스들은, 상기 방사체에 인가된 전력이 방사체 포인트 또는 와이어 전극 상에서의 입자들의 구축을 감소시키고 이오나이저로부터의 코로나 방전 입자 방출과 관련된 오염을 최소화하면서, 그리고 오존과 질소 산화물의 발생을 최소화하면서, 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 발생시키기에 충분하도록 0.1% 만큼 낮은 듀티팩터(duty factor)를 갖는 펄스 열(pulse train)로 배열되는 것인, 전하 중화 방법.3. The method of claim 2, wherein the micro-pulses are applied to the emitter, wherein power applied to the emitter reduces the build up of particles on the emitter point or wire electrode and minimizes contamination associated with corona discharge particle emis- sion from the ionizer, Is arranged in a pulse train having a duty factor as low as 0.1%, sufficient to generate positive and negative ions by corona discharge while minimizing the generation of oxides. 제1항에 있어서, 상기 펄스들은 강한 이온화 파(ionizing wave) 또는 강한 이온화 영역을 포함하고, 상기 파 또는 영역은 상기 방사체에 대한 양 극성이 코로나 역치 전압보다 높은 진폭을 가지며, 비-이온화 파(non ionizing wave)는 상기 이온화 파에 대해 반대 극성 전압을 갖는 것인, 전하 중화 방법.The method of claim 1, wherein the pulses comprise a strong ionizing or strong ionizing region, the wave or region having an amplitude greater than the corona threshold voltage for the emitter and a non-ionizing wave wherein the non-ionizing wave has an opposite polarity voltage to the ionizing wave. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 극성 펄스 열(polarity pulse train) 내의 펄스들의 개수를 변경시킴으로써, 제로(zero)에 상당히 가까운 이온류 균형(ions stream balance)을 유지하는 단계를 더 포함한 것인, 전하 중화 방법.2. The method of claim 1, further comprising: maintaining a ions stream balance fairly close to zero by changing the number of pulses in at least one polarity pulse train. Charge neutralization method. 제1항에 있어서, 상기 펄스들은 저전력 공급장치의 사용에 의해 방사체 그룹에 인가되는 고전압을 제공하도록 낮은 레이트의 강한 마이크로 펄스들을 포함한 것인, 전하 중화 방법.2. The method of claim 1, wherein the pulses comprise low rates of strong micro-pulses to provide a high voltage applied to the group of radiators by use of a low power supply. 제1항에 있어서, 펄스 열은 복수의 파(wave)들을 포함하고, 각각의 파는 초기의 저진폭 피크, 반대 극성의 제2의 고진폭 피크, 및 최종의 저진폭 피크를 포함하고,
상기 펄스들은 전하 중화 타겟에 의해 규정되는 바이폴라 펄스 열 내에 배열되는 것인, 전하 중화 방법.
The method of claim 1, wherein the pulse train comprises a plurality of waves, each wave comprising an initial low amplitude peak, a second high amplitude peak of opposite polarity, and a final low amplitude peak,
Wherein the pulses are arranged in a bipolar pulse train defined by a charge neutralization target.
제1항에 있어서, 포인트들 간의 이온 밀도 변동 효과를 감소시키고 상기 방사체의 길이를 따라 고른 이온 균형 분포(even ion balance distribution)가 가능하도록, 선형 와이어 또는 선형 방사체들의 그룹에 전압의 동시적인 인가를 제공하는 단계를 더 포함한 것인, 전하 중화 방법.The method of claim 1, wherein simultaneous application of voltage to a group of linear wires or linear emitters is performed to reduce the effect of ion density fluctuations between points and to enable an even ion balance distribution along the length of the emitter. Wherein the charge neutralization method further comprises the step of providing a charge. 제1항에 있어서, 펄스들의 파라미터 또는 펄스 열의 파라미터를 제어하고 조정하기 위해, 그리고 타겟으로의 공기 흐름을 제어하고 조정하기 위해, 마이크로컨트롤러를 이용하는 단계를 더 포함한 것인, 전하 중화 방법.2. The method of claim 1, further comprising using a microcontroller to control and adjust the parameters of the pulses or the parameters of the pulse train and to control and adjust airflow to the target. 제1항에 있어서, 반대 극성의 전압들을 발생시켜서 방사형 전기장을 감소시키는 이중 이온 방사체들을 이용하는 단계를 더 포함한 것인, 전하 중화 방법.The method of claim 1, further comprising using dual ion emitters to generate voltages of opposite polarity to reduce the radial electric field. 제1항에 있어서, 바이폴라 이온들을 발생시키기 위해 AC 펄스 고전압원을 이용하는 단계를 더 포함하는 것인, 전하 중화 방법.2. The method of claim 1, further comprising using an AC pulse high voltage source to generate bipolar ions. 방사체와 기준 전극 간의 코로나 방전에서 바이폴라 이온들(bipolar ions)을 발생시키는 장치에 있어서,
지속시간이 짧고 예리한 마이크로 펄스(short duration and sharp micro pulses)들을 발생시키도록 구성된 펄스 구동회로를 포함하고,
상기 마이크로 펄스들 각각은 양전압 부분과 음전압 부분을 포함하고,
상기 마이크로 펄스들은 양과 음 전압들의 크기 및 진폭에서 비대칭이며,
적어도 하나의 극성 전압의 크기는 코로나 역치를 초과하는 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.
An apparatus for generating bipolar ions in a corona discharge between a radiator and a reference electrode,
And a pulse drive circuit configured to generate short duration and sharp micro pulses having a short duration,
Each of the micro-pulses including a positive voltage portion and a negative voltage portion,
The micro-pulses are asymmetric in amplitude and magnitude of positive and negative voltages,
Wherein the magnitude of at least one polarity voltage exceeds a corona threshold.
제12항에 있어서, 상기 마이크로 펄스들의 펄스 지속기간은, 인가된 전력이 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 발생시키기에 충분하도록 나노초(nanosecond)의 범위에 있는 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The bipolar ion generator of claim 12, wherein the pulse duration of the micro-pulses is in the nanosecond range such that the applied power is sufficient to generate positive and negative ions by corona discharge. 제13항에 있어서, 상기 마이크로 펄스들은, 상기 방사체에 인가된 전력이 방사체 포인트 또는 와이어 전극 상에서의 입자들의 구축을 감소시키고 이오나이저로부터의 코로나 방전 입자 방출과 관련된 오염을 최소화하면서, 그리고 오존과 질소 산화물의 발생을 최소화하면서, 코로나 방전에 의해 양이온 및 음이온을 발생시키기에 충분하도록 0.1% 만큼 낮은 듀티팩터(duty factor)를 갖는 펄스 열(pulse train)로 배열되는 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.14. The method of claim 13, wherein the micro-pulses are applied to the emitter, wherein power applied to the emitter reduces the build up of particles on the emitter point or wire electrode and minimizes contamination associated with corona discharge particle emissions from the ionizer, And arranged in a pulse train having a duty factor as low as 0.1% sufficient to generate positive and negative ions by corona discharge while minimizing the generation of oxides. 제12항에 있어서, 상기 펄스들은 통상의 50,000 내지 70,000 Hz 대신에 250 Hz이하의 느린 레이트의, 이온화 역치보다 적어도 1000 볼트 높은 강한 이온화 펄스들을 포함하고, 그에 따라서 낮은 오존을 갖는 이온을 생성하는 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The method of claim 12, wherein the pulses include strong ionization pulses at least 1000 volts higher than the ionization threshold at a slow rate of less than 250 Hz instead of the usual 50,000 to 70,000 Hz, thereby producing ions with low ozone Wherein the bipolar ion generator is a bipolar ion generator. 제12항에 있어서, 상기 구동회로는 적어도 하나의 극성 펄스 열(polarity pulse train) 내의 펄스들의 개수를 변경시킴으로써, 제로에 상당히 가까운 이온류 균형을 유지하도록 구성된 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The bipolar ion generator of claim 12, wherein the drive circuit is configured to maintain a balance of ion currents fairly close to zero by changing the number of pulses in at least one polarity pulse train. 제12항에 있어서, 상기 펄스들은 저전력 공급장치의 사용에 의해 방사체 그룹에 인가되는 고전압을 제공하도록 낮은 레이트의 강한 마이크로 펄스들을 포함한 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The bipolar ion generator of claim 12, wherein the pulses include low rates of strong micro pulses to provide a high voltage applied to the radiator group by use of a low power supply. 제12항에 있어서, 펄스 열은 복수의 파들을 포함하고, 각각의 파는 초기의 저진폭 피크, 반대 극성의 제2의 고진폭 피크, 및 최종의 저진폭 피크를 포함하며,
상기 펄스 구동회로는 전하 중화 타겟에 의해 규정되는, 가변적인 개수, 지속기간, 레이트(rate) 및 진폭의 예리한 바이폴라 펄스들을 발생시키도록 구성된 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.
13. The method of claim 12, wherein the pulse train comprises a plurality of waves, each wave comprising an initial low amplitude peak, a second high amplitude peak of opposite polarity, and a final low amplitude peak,
Wherein the pulse drive circuit is configured to generate sharp bipolar pulses of varying number, duration, rate and amplitude, as defined by the charge neutralization target.
제12항에 있어서, 상기 구동회로는, 포인트들 간의 이온 밀도 변동 효과를 감소시키고 상기 방사체의 길이를 따라 고른 이온 균형 분포가 가능하도록, 선형 와이어 또는 선형 방사체들의 그룹에 전압의 동시적인 인가를 제공하도록 구성된 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The method of claim 12 wherein the drive circuit provides simultaneous application of voltage to a group of linear wires or linear emitters so as to reduce the effect of ion density variations between points and to allow for an even ion balance distribution along the length of the emitters. Wherein the bipolar ion generator is configured to generate the bipolar ion. 제12항에 있어서, 펄스들의 파라미터 또는 펄스 열의 파라미터를 제어하고 조정하도록 구성되고, 타겟으로의 공기 흐름을 제어하고 조정하도록 구성된 마이크로컨트롤러를 더 포함하는 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The bipolar ion generator of claim 12, further comprising a microcontroller configured to control and adjust the parameters of the pulses or the parameters of the pulse train, the microcontroller configured to control and regulate airflow to the target. 제12항에 있어서, 상기 방사체는 반대 극성의 전압들을 발생시켜서 방사형 전기장을 감소시키도록 구성된 이중 이온 방사체들을 더 포함한 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The bipolar ion generator of claim 12, wherein the radiator further comprises dual ion emitters configured to generate voltages of opposite polarity to reduce the radial electric field. 제12항에 있어서, 상기 펄스 구동회로는 바이폴라 이온들을 발생시키는데 이용되는 AC 펄스 고전압원을 포함하는 것인, 바이폴라 이온 발생 장치.13. The bipolar ion generator of claim 12, wherein the pulse drive circuit comprises an AC pulse high voltage source used to generate bipolar ions.
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