KR100305603B1 - 오존발생용중주파인버터장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오존발생기의 오존발생 셀에 인가되는 전압의 주파수를 변경해서 오존의 발생수율을 향상시킬 수 있는 오존발생용 중주파 인버터회로에 관한 것이다.
본 발명의 오존발생용 중주파 인버터회로는 평활회로의 출력단에 접속되어 있는 공심리액터와, 상기 공심리액터를 통해 받은 직류전류를 선택적으로 흐르게하는 사이리스터와, 상기 사이리스터에 병렬로 접속되어서 상기 사이리스터를 보호하도록 역전류흐름을 방지하는 다이오드와, 상기 사이리스터의 온/오프에 의해 변환된 교류전압을 승압하는 트랜스포머와, 상기 사이리스터의 온/오프 타임을 제어해서 상기 트랜스포머의 1차코일에 인가시킬 교류전압의 주파수를 변환하는 인버터 콘트롤러로 구성되는데, 상기 공심리액터는 오존발생 셀의 캐패시터 성분과 함께 상기 오존발생 셀의 방전시간을 설정하는 시정수회로를 구성하고, 이 공심리액터의 설정값과 상기 트랜스포머의 리액턴스값과 캐패시턴스값은 상기 오존발생 셀의 배치수량에 따라 증감되는 것을 특징으로 한다.

Description

오존발생용 중주파 인버터회로
본 발명은 오존발생기의 오존발생 셀에 인가되는 전압의 주파수를 변경해서오존의 발생수율을 향상시킬 수 있는 오존발생용 중주파 인버터회로에 관한 것이다.
종래로부터 오존을 발생시키기 위해서는 오존발생용 +전극과 -전극사이에 고전압을 인가하여 이들 +전극과 -전극사이에서 발생되는 방전(또는 스파크)에 의해오존을 발생하고 있었다.
그런데, 이와 같이 구성된 종래의 오존발생장치에 있어서는 고전압의 증가가일정 전압을 초과하면, 전극 주위 및 고전압 인가회로에 고전압에 따른 회로에 절연파괴가 발생하여 오존발생장치를 사용할 수 없다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 사용전압의 증가에 따라 전기사용량이 증가되어 바람직하지 못하다는 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 LC공진회로를 채용한 인버터회로를 사용하여 고농도의 오존을 발생시킬려고 시도하였으나, 통상의 오존발생기에는 공심리액터가 다수단으로 구성되어 있고, 공심리액터의 수가 많아짐에 따라 상기 인버터회로가 유도성 부하로 구성되어 있어 사이리스터(SCR)의 동작타이밍을 정확하게 제어할 수 없으므로, 오존발생기의 오존발생 셀에서 방전되지 않아 오존을 발생시킬 수 없다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안해서 이루어진 것으로써, 본 발명의 목적은 오존발생기에서 오존의 발생량을 증가시킬 수 있는 오존발생용 중주파 인버터회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 오존발생기의 오존발생 수율을 향상시킬 수 있는 오존발생용 중주파 인버터 회로를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콤팩트한 오존발생용 중주파 인버터장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 평활회로의 출력단에 접속되어 있는 공심리액터와, 상기 공심리액터를 통해 받은 직류전류를 선택적으로 흐르게 하는 사이리스터와, 상기 사이리스터에 병렬로 접속되어서 상기 사이리스터를 보호하도록 역전류흐름을 방지하는 다이오드와, 상기 사이리스터의 온/오프에 의해 변환된 교류전압을 승압하는 트랜스포머와, 상기 사이리스터의 온/오프 타임을 제어해서 상기 트랜스포머의 1차코일에 인가시킬 교류전압의 주파수를 변환하는 인버터 콘트롤러로 구성되는데, 상기 공심리액터는 오존발생 셀의 캐패시터 성분과 함께 상기 오존발생 셀의 방전시간을 설정하는 시정수회로를 구성하고, 이 공심리액터의 설정값과 상기 트랜스포머의 리액턴스값과 캐퍼시턴스값은 상기 오존발생 셀의 배치수량에 따라 증감되는 것을 특징으로 한다.
제1도는 본 발명의 일실시예가 적용되는 오존발생기의 오존발생 셀을 개략적으로 도시한 단면도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 오존발생용 중주파 인버터장치의 블록도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 오존 방전관 3 : 고압용 양극
5 : 순환냉각수 7 : 접지전극
9 : 고압퓨즈 11 : 콘넥터
13 : 산소도입구 15 : 오존배출구
100 : 오존발생기 101 : 리액터
102 : 오존발생 셀 103 : 컨버터모듈
105 : 스위칭 타임 제어수단 107 : 평활회로
109 : 인버터회로 113 : 인버터 콘트롤러
200 : 오존발생용 중주파 인버터장치
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 오존발생용 중주파 인버터회로에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예가 적용되는 오존발생기의 오존발생 셀을 개략적으로 도시한 단면도이고, 제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 오존발생용 중주파 인버터회로를 포함하는 인버터장치의 블록도이다.
제1도에 도시한 바와 같이 본 발명의 일실시예가 적용되는 오존발생기(100)의 오존발생 셀(102)은 유전체(주로 석영 또는 유리로 제조됨)에 의해 바닥이 있는 원통체로 이루어진 오존방전관(1)이 중앙에 설치되어 있고, 상기 오존방전관(1)의 내주면에는 전기를 도통하는 도전체로 코팅된 고압용 양극(3)이 내설되어 있다.
상기 오존방전관(1)으로부터 일정거리 떨어져서 상기 오존방전관(1)을 둘러싸며 그 내부에 순환냉각수(5)가 흐르는 접지전극(7)이 설치되어 있고, 상기 냉각수탱크내에는 상기 고압용 양극(3)과 저압용 접지전극(7)사이에 고압이 인가되어 방전이 일어났을 경우에 발생되는 열을 흡수하도록 순환냉각수(5)가 흐르고 있다.
상기 오존방전관(1)의 내주면에 코팅되어 있는 고압용 양극(3)에는 본 발명의 오존발생용 중주파 인버터장치를 구성하는 트랜스포머(T1)의 2차측 코일에 유기되는 고압을 인가하도록 고압퓨즈(9)가 콘넥터(11)를 개재해서 접속되어 있다.
제1도에서 미설명 부호 13은 상기 오존방전관(1)과 접지전극(7)에 의해 형성되는 공간, 즉 오존발생공간(17)내로 산소(02)를 공급하는 산소도입구이고, 15는 상기 양극(3)과 접지전극(7)에 인가되는 고전압에 의해 방전되어 고압오존발생공간 (17)에서 발생된 오존을 배출하는 오존배출구이다.
싱기 설명에 있어서, 오존발생 셀(102)은 고압용 양극(3)과 접지전극(7)사이에 유전체, 예를 들면 석영 또는 유리 및 공기층이 있어 고압용 캐패시터로 작용하는 것이므로, 제2도에서는 캐패시터로 간략하게 표시하고 있다.
다음에, 본 발명의 일실시예에 의한 오존발생용 중주파 인버터회로(109)를 설명한다.
제2도는 본 발명의 일실시예에 의한 오존발생용 중주파 인버터회로(109)를 포함하는 인버터장치(200)의 블록도이다. 상기 오존발생용 중주파 인버터장치(200)는 고조파를 제거하도록 고조파가 포함된 삼상교류전압과 전류의 위상을 동상으로 조정하는 리액터(101)와, 상기 리액터(101)에 의해 고조파성분이 제거된 교류를 직류로 변환하는 컨버터모듈(103)과, 상기 컨버터모듈(103)에서 출력되는 직류전압을 제어하도록 상기 컨버터모듈(103)의 턴온 시간을 제어하는 스위칭 타임 제어수단 (105)과, 상기 컨버터 모듈(103)에서 출력되는 직류전압의 맥류성분을 평활화하는 평활회로(107)와, 상기 평활회로(107)에서 평활화된 직류전압을 받아 주파수변환해서 교류로 변환하는 인버터회로(109)와, 상기 리액터(101)와 상기 컨버터모듈(103) 사이에 접속되어 낙뢰에 의해 전원라인의 쇼트(단락)발생시에 출력단을 차단하는 과전류보호수단(111)로 구성되어 있다.
상기 평활회로(107)는 상기 컨버터모듈(103)의 출력단에 접속되는 쵸크코일 (L1)과, 상기 쵸크코일(Ll)에 접속되는 캐패시터(C1)로 구성되어 있다.
상기 인버터회로(109)는 상기 평활회로(107)의 출력단에 접속되어 있는 공심리액터(L2)와, 상기 공심리액터(L2)를 통해 받은 직류전류를 선택적으로 흐르게 하는 사이리스터(SCR1-SCR4)와, 상기 사이리스터(SCR1-SCR4)에 병렬로 접속되어서 상기 사이리스터(SCR1-SCR4)를 보호하도록 역전류흐름을 방지하는 다이오드(D1-D4)와, 상기 사이리스터(SCR1-SCR4)의 스위칭 온/오프에 의해 변환된 중주파 교류전압을 승압하는 트랜스포머(T)와, 상기 사이리스터(SCR1-SCR4)의 온/오프의 타임을 제어해서 상기 트랜스포머(T)의 1차코일(T1)에 인가시킬 교류전압의 주파수를 변환하는 인버터 콘트롤러(113)로 구성되어 있다.
상기 설명에 있어서, 오존발생기(100)를 구성하는 오존발생 셀(102)에는 상기 트랜스포머(T)의 2차코일(T2)의 출력단자에 고압퓨즈(9)를 통해서 접속되어 있고, 상기 오존발생기(100)를 구성하는 오존발생 셀(102)은 상기 공심리액터(L2)와함께 오존발생 셀(102)에서 반복적으로 방전되는 시간을 설정하는 시정수회로를 구성하며, 상기 공심리액터(L2)의 설정값은 상기 오존발생 셀(102)이 많이 배치되어 있으면 그 등가용량의 증가에 따라 적은 값으로 설정하는 것이 바람직하고, 반대로 상기 오존발생 셀(102)이 적게 배치되어 있으면 그 등가용량의 감소에 따라 큰 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
즉, 공심리액터(L2)는 전류제한을 목적으로 하고 있으며, 사이리스터(SCR1-SCR4)에 오프 전류를 인가하여 스위칭 온/오프 타임을 결정하도록 하는 기능을 하는데, 이 공심리액터(L2) 리액턴스 값(L)은 오존발생 셀(102)의 수량에 따라 결정하여야 하며, 방전관(1) 부하 자체가 용량성 부하의 특성이 있으므로 일반 인버터 회로의 적용은 어렵다.
상기 공심리액터(L2)의 리액턴스 값(L)의 결정 인자는 방전관(1) 수량, 전류 용량, 인가 전압, 오전발생 공간(17)의 간격(gap size), 이 간격 내 온도 및 압력이다.
또한, 상기 인버터회로(19)의 트랜스포머(T)는 중주파(600~1000Hz) 승압 트랜스포머로써, 오존발생 셀(102)의 수량에 따라 그 리액턴스값(L)은 1, 2차코일(T1, T2)의 턴(turn)수 비를 대략 1:25가 되도록 조절하고, 캐퍼시턴스값(C)은 코어와 코어 사이의 간격을 조절하여 결정한다. 이러한 리액턴스값과 캐퍼시턴스 값을 결정하는 인자는 오존발생셀(102)의 수량, 전류 용량, 인가 전압, 코일의 턴수 비, 코어와 코어 사이의 간격 등이다.
다음에, 이와 같이 구성된 본 발명의 오존발생용 중주파 인버터장치의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
먼저, 본 발명의 오존발생용 중주파 인버터장치(200)에 있어서, 리액터 (101)의 입력단에 고조파가 포함된 삼상교류가 인가되면, 상기 리액터(101)에서 고조파 성분을 제거하기 위해 삼상교류전압과 전류의 위상을 조정하여 상기 컨버터모듈(103)에 출력한다.
상기 컨버터모듈(103)에서는 상기 리액터(101)에서 고조파성분이 제거된 교류를 받아 스위칭 타임 제어수단(105)에서 출력되는 턴온제어신호에 따라 직류로 변환하여 평활회로(107)에 출력하며, 상기 평활회로(107)에서는 직류에 포함되어 있는 맥류성분을 평활화시킨다.
상기 평활회로(107)에서 평활화된 평활회로(107)의 캐패시터(Cl)가 충전되고있을 경우에는 순방향의 전류(제2도에서 화살표 방향의 전류)가 흐르고, 상기 캐패시터(Cl)가 방전되고 있을 경우에는 역방향의 전류(제2도에서 화살표 반대방향의 전류)가 흐른다.
따라서, 순방향의 전류가 흐를 경우에는 인버터 콘트롤러(113)에서 사이리스터(SCR3,SCR2)의 게이트에 주파수(600Hz 내지 1000Hz)를 변환하는 트리거신호를 출력하여 상기 사이리스터(SCR3,SCR2)를 스위칭 온한다. 이에 따라 순방향 전류가 공심리액터(L2), 사이리스터(SCR3), 트랜스포머(T)의 1차측코일(T1), 사이리스터 (SCR2) 및 평활회로(107)의 캐패시터(C1)를 통해서 전류가 흐르므로, 상기 트랜스포머(T)의 2차측코일(T2)에는 주파수가 600Hz 내지 1000Hz인 교류전압(약 10,OOOV)이 유도되어 오존발생기(100)의 오존발생 셀(102)의 상기 고압용 양극(3)과 저압용접지전극(7)사이에 고압이 인가되어 방전이 일어남으로써, 산소도입구(13)를 통해서 오존발생공간(17)내에 도입된 산소(02)가 활성화 산소(0)가 되어 다른 산소(02)와 결합해서 오존(03)을 발생해서 오존배출구(15)를 통해서 배출된다.
이때, 상기 사이리스터(SCR3,SCR2)에 병렬로 접속되어 있는 다이오드(D3,D2)는 전류의 흐름방향에 대해 역방향으로 접속되어 있으므로, 전류가 흐르지 않는다.
한편, 상기 캐패시터(Cl)의 방전에 따라 역방향의 전류가 흐를 경우에는 인버터 콘트롤러(113)에서 사이리스터(SCR4,SCRI)의 게이트에 주파수(600Hz 내지 1000Hz)를 변환하는 트리거신호를 출력하여 상기 사이리스터(SCR4,SCRI)를 스위칭온한다. 이에 따라 역방향 전류가 사이리스터(SCR4), 트랜스포머(T)의 1차측코일 (T1), 사이리스터(SCR1), 공심리액터(L1) 및 평활회로(107)의 캐패시터(C1)를 통해서 역방향의 전류가 흐르므로, 상기 트랜스포머(T)의 2차측코일(T2)에는 주파수가 600Hz 내지 1000Hz인 교류전압(약 10,OOOV)이 유도되어 오존발생기(100)의 오존발생 셀(102)의 상기 고압용 양극(3)과 저압용 접지전극(7)사이에 고압이 인가되어 방전이 일어남으로써, 산소도입구(13)를 통해서 오존발생공간(17)내에 도입된 산소(02)를 활성화 산소(0)로 발생하여 다른 산소(02)와 결합시켜서 오존(03)을 발생한다.
이때, 상기 사이리스터(SCR4,SCR1)에 병렬로 접속되어 있는 다이오드(D4,D1)는 역방향전류의 흐름에 대해 순방향으로 접속되어 있으므로, 전류가 흐르지 않는다.
앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 오존발생용 중주파 인버터회로에 의하면, 직류를 주파수변환해서 교류로 바꾸어서 고전압을 오존발생기의 오존발생 셀을 구성하는 고압용 양극과 접지전극사이에 인가하여 방전시킴으로서, 고압용 양극과 접지전극사이에 형성되는 오존발생공간내의 산소(02)를 활성화산소로 변화시킨 다음, 다른 산소(02)와 결합시켜서 오존(03)를 발생하므로, 장치가 콤팩트하고, 또 오존발생기에서 오존의 발생량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 오존발생기의 오존발생 수율을 향상시킬 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 평활회로의 출력단에 접속되어 있는 공심리액터와, 상기 공심리액터를 통해 받은 직류전류를 선택적으로 흐르게 하는 사이리스터와, 상기 사이리스터에 병렬로 접속되어서 상기 사이리스터를 보호하도록 역전류흐름을 방지하는 다이오드와, 상기 사이리스터의 온/오프에 의해 변환된 교류전압을 승압하는 트랜스포머와, 상기 사이리스터의 온/오프 타임을 제어해서 상기 트랜스포머의 1차코일에 인가시킬 교류전압의 주파수를 변환하는 인버터 콘트롤러로 구성된 인버터 회로에 있어서, 상기 공심리액터(L2)는 오존발생 셀(102)의 캐퍼시터 성분과 함께 상기 오존발생 셀(102)의 방전시간을 설정하는 시정수회로를 구성하고, 이 공심리액터(L2)의 리액턴스값(L)은 오존발생 셀(102)의 배치수량에 따라 증감되고, 상기 트랜스포머(T)는 중주파용 승압 트랜스포머이고, 그 리액턴스값(L)과 캐퍼시턴스값(C)은 상기 오존발생 셀(102)의 배치수량에 따라 증감되는 것을 특징으로 하는 오존 발생용 중주파 인버터 회로.
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