KR102086335B1 - 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치 - Google Patents

주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치 에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 오존 발생장치의 주파수를 가변하여 정전용량을 제어함으로서, 오존 발생장치의 오존발생량을 여러 단계로 제어 가능하고, 주파수에 따라 소모되는 무효전력을 감소시킬 수 있으며, 소용량 오존발생기와 산소발생기 하나 씩을 하나의 모듈로 하여 다수의 모듈로 구성하고, 각 모듈을 서로 병렬적으로 연결한 후 모듈을 형성하는 오존발생기와 산소발생기를 선택적, 단계적, 순환적으로 온오프(on/off) 제어하여 다양한 방식으로 오존 발생량을 조절할 수 있는 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 직류 전원을 공급하는 전원부; 직류를 교류로 변환하는 인버터; 인버터의 출력부에 병렬로 연결되는 다수의 공진용컨덴서; 공진용컨덴서와 상호인덕턴스 방식으로 연결되는 코일; 및 오존 발생기에 구비되며, 코일과 연결되어 주파수와 전압이 인가되는 방전관을 포함하는 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치를 제공한다.

Description

주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치 {An ozone generator capable of controlling the amount of ozone generated by frequency variation}
본 발명은 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치 에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 오존 발생장치의 주파수를 가변하여 정전용량을 제어함으로서, 오존 발생장치의 오존발생량을 여러 단계로 제어 가능하고, 주파수에 따라 소모되는 무효전력을 감소시킬 수 있으며, 소용량 오존발생기와 산소발생기 하나 씩을 하나의 모듈로 하여 다수의 모듈로 구성하고, 각 모듈을 서로 병렬적으로 연결한 후 모듈을 형성하는 오존발생기와 산소발생기를 선택적, 단계적, 순환적으로 온오프(on/off) 제어하여 다양한 방식으로 오존 발생량을 조절할 수 있는 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 오존 발생장치에 있어 오존의 발생은 주로 산소에 물리, 화학적인 자극으로 에너지를 가해 오존으로 변화 시키는 것인데, 무성방전법, 전해법, 광화학법, 고주파 전계법, 방사선 조사법 등이 있으나 산업 쪽에서는 무성방전방식이 에너지 효율면, 성능의 안정성, 조작 및 제어의 편리성으로 가장 널리 이용되고 있다.
무성방전방식의 오존 발생장치는 원통형의 방전관에 유전체를 넣고 유전체의 내부에 전극을 삽입하여 장착하거나 또는 전극에 유전체를 코팅하여 사용한다.
그러면, 방전용 고압트랜스에서 고전압의 전기가 전극에 인가되며 전극과 방전관 사이에서 유전체에 의해서 일정하게 방전이 일어나고, 이때 산소를 포함하는 공기가 방전이 일어나는 두 전극사이에서 오존으로 변환된다.
오존 발생기의 주된 전기적 요소는 주파수와 전압인데 주파수 50 - 60Hz 범위에서 전압 8 - 15Kv 범위가 사용되는 저주파수 방식은 방전공간의 민감성이 적으나 오존 농도(1.3% 이하)가 낮으며, 소비 전력이 높고 대용량으로 제작이 어렵다는 문제점이 있다.
주파수 600 - 1500Hz 범위에서 전압 2 - 6Kv 범위가 사용는 중주파수 방식은 생산되는 오존 농도가 높으며 (2- 3% by air ) 저주파수 방식에 비해 장치 설치면적이 작으며 대용량의 장치 구성에 용이하다.
고주파수 방식은 주파수 1500Hz 이상으로 소요전압이 2 - 3Kv으로 낮고, 공기중량 대비 6- 12%의 고농도 오존생산에 적합하며, 주로 소용량 표백용, 수질 및 공기의 살균용으로 사용되고 있으나 소비전력이 다소 높은 문제점이 있다.
또한, 종래의 오존 발생장치는 도 1에 도시한 회로와 같이 주파수가 가변되지 않는 형태로 사용되어 오존 발생장치에서 생성되는 오존 발생량과 무효전력을 제어할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 주파수를 가변시켜 다양한 규모의 오존 발생장치에 호환적으로 사용될 수 있고, 주파수에 따라 소모되는 무효전력 감소 및 오존 발생량을 제어할 수 있으며, 방전관에서 방전시 발생하는 열을 효율적으로 관리할 수 있는 새로운 수단이 필요하다.
선행기술문헌 : KR등록특허공보 제10-0315741호(2001.12.22. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 오존 발생장치의 주파수를 가변하여 정전용량을 제어함으로서, 오존 발생장치의 오존발생량을 여러 단계로 제어 가능하고, 주파수에 따라 소모되는 무효전력을 감소시킬 수 있으며, 소용량 오존발생기와 산소발생기 하나 씩을 하나의 모듈로 하여 다수의 모듈로 구성하고, 각 모듈을 서로 병렬적으로 연결한 후 모듈을 형성하는 오존발생기와 산소발생기를 선택적, 단계적, 순환적으로 온오프(on/off) 제어하여 다양한 방식으로 오존 발생량을 조절할 수 있는 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치는 직류 전원을 공급하는 전원부; 직류를 교류로 변환하는 인버터; 인버터의 출력부에 병렬로 연결되는 다수의 공진용컨덴서; 공진용컨덴서와 상호인덕턴스 방식으로 연결되는 코일; 및 오존 발생기에 구비되며, 코일과 연결되어 주파수와 전압이 인가되는 방전관을 포함한다.
또한, 병렬로 연결된 다수의 공진용컨덴서 사이에는 스위칭소자가 각각 구비되고, 각 스위칭소자가 온(on) 또는 오프(off) 되며, 공진용컨덴서의 연결상태를 제어하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 다수의 스위칭소자 중 하나 이상의 스위칭소자가 온 상태가 되고, 온 상태가 된 스위칭소자의 후순위에 위치한 후순위소자도 온 상태가 되는 경우, 온 상태가 된 스위칭소자들과 연결된 공진용컨덴서들이 상호 병렬 상태로 연결되어 합성 정전용량을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 오존 발생 장치의 오존 발생량을 여러 단계로 제어 가능하고, 주파수에 따라 소모되는 무효전력을 감소 시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 방전관에서 발생하는 발생열을 효과적으로 관리할 수 있다.
또한, 오존발생기와 산소발생기를 선택적, 단계적, 순환적으로 온오프(on/off) 제어하여 다양한 방식으로 오존 발생량을 조절할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 공진주파수 회로를 도시한 도면 ,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치에서 공진주파수 가변 회로를 도시한 도면,
도 3은 주파수 가변에 따른 오존 발생량과 무효전력을 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치의 구성을 도시한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 종래의 공진주파수 회로를 도시한 도면 , 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치에서 공진주파수 가변 회로를 도시한 도면, 도 3은 주파수 가변에 따른 오존 발생량과 무효전력을 도시한 그래프, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치는, 도 2 및 도 4를 참조하면, 전원부(10), 인버터(20), 공진용컨덴서(30), 코일(40), 방전관(50), 스위칭소자(60), 컨트롤러(100), 오존발생기(110), 산소발생기(120), 및 혼합관(130)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 본 발명에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존발생장치는 오존발생장치의 주파수를 가변하여 정전용량을 제어함으로서, 오존발생장치의 오존발생량을 여러 단계로 제어 가능하고, 주파수에 따라 소모되는 무효전력을 감소시킬 수 있는데 그 특징이 있다.
또한, 소용량 오존발생기(110)와 산소발생기(120) 하나 씩을 하나의 모듈로 하여 다수의 모듈로 구성하고, 오존발생기(110)와 산소발생기(120)를 포함한 각 모듈을 서로 병렬적으로 연결하고, 각 모듈을 형성하는 오존발생기(110)와 산소발생기(120)를 선택적, 단계적, 순환적으로 온오프(on/off) 제어하여 다양한 방식으로 오존 발생량을 조절할 수 있는데 그 특징이 있다.
또한, 오존발생기(110)의 구동을 중지시키고 산소발생기(120)만 동작하도록 하여 오존이 없은 고농도 산소수를 생성할 수 있고, 이때 산소수의 산소농도도 다양한 방식으로 조절할 수 있는데 그 특징이 있다.
또한, 오존 발생장치의 용량을 최대로 사용하지 않을 경우 오존 발생장치를 순차적으로 순환하면서 구동함으로써 오존 발생장치의 발열로 인한 오존 발생 효율을 감소시킬 수 있는데 그 특징이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존발생장치를 구성하는 구성 요소에 대해 상세하게 설명한다.
전원부(10)는 도 2를 참조하면, 직류 전원을 인버터에 공급하고, 인버터(20)는 전원부(10)에서 공급되는 직류를 전원을 교류로 변환한다.
공진용컨덴서(30)는 도 2에 도시한 바와 같이 다수 개가 인버터(20)의 출력부에 병렬로 연결되며, 코일(40)은 상호인덕턴스 방식으로 공진용컨덴서와 연결되고, 코일(40)은 오존발생기(110)에 포함된 방전관(50)과 연결된다.
여기서, 인버터(20), 공진용컨덴서(30), 코일(40)을 포함한 회로는 아래에 서술된 컨트롤러(100)에 포함되어 구성될 수 있고, 별도의 전원제어부에 포함되어 구성될 수 있다.
한편, 오존발생기(110) 운전조건의 기준이 되는 것은 오존발생기에 포함된 방전관(50)이다.
따라서, 도 2에 도시한 바와 같이 본원발명에서는 주파수의 변화에 따라 방전관(50)의 가동조건을 변화시켜 오존발생기(110)의 오존 발생량을 제어하기 위해 병렬로 연결된 다수의 공진용컨덴서(30) 사이에는 스위칭소자가 각각 구비되고, 각 스위칭소자가 온(on) 또는 오프(off) 되며 공진용컨덴서(30)의 연결상태를 제어하게 된다.
여기서, 병렬로 연결된 다수의 공진용컨덴서(30) 사이에 연결되는 다수의 스위칭소자 중 하나 이상의 스위칭소자가 온(on) 상태가 되어 온 상태가 된 스위칭소자의 후순위에 위치한 후순위소자들도 온 상태가 되는 경우, 온 상태가 된 스위칭소자들과 연결된 공진용컨덴서(30)들이 상호 병렬 상태로 연결되어 합성 정전용량을 제어하게 된다.
즉, 온 상태가 된 스위칭소자와 온 상태가 된 스위칭소자의 후순위에 위치한 스위칭소자들과 연결된 공진용컨덴서(30)들이 상호 연결되어 합성 정전용량을 증가시키게 된다.
만약, 온 상태가 된 스위칭소자들의 수가 늘어나게 되면 병렬상태로 연결되는 공진용컨덴서의 수가 늘어나게 되고, 이에 따라 정전용량이 증가하게 된다. 이때 아래의 수식에 의해 도 3에 도시한 바와 같이 주파수가 감소하여 무효전력을 감소시킬 수 있게 된다.
Figure 112019052374678-pat00001
일 실시 예로 도 2를 참조하면, S1 스위치를 ON 시키면 C0와 C1이 병렬 연결되어 합성 정전용량이 증가하게 되고, S1이 ON 상태에서 S2 스위치를 ON 시키면 C0, C1, C2가 병렬 연결되어 합성 정전용량이 더욱 증가하게 된다.
또한, S1, S2, Sn-1 가 ON 상태에서 Sn 스위치를 ON 시키면 C0, C1, C2 , Cn-1, Cn 이 병렬 연결되어 합성 정전용량이 증가하게 된다.
만약, 합성 정전용량을 감소시킬 경우에는 상술한 방식과 상반되는 방식으로 다수의 공진용컨덴서(30)와 연결된 다수의 스위칭소자 중 일부를 오프시켜 병렬 연결된 공진용컨덴서(30)의 수를 감소시킴으로서 합성 정전용량을 감소시킬 수 있다.
또한, 방전관(50)에서 방전시 열이 발생하는데 서로 연결되는 공진용컨덴서(30)의 수를 조절하여 합성 정전용량을 제어하여 방전관(50)의 방전에 따른 발생열을 줄일 수 있게 된다.
한편, 본원발명에서 오존 발생장치는 도 4에 도시한 바와 같이 다수의 산소발생기(120), 다수의 오존발생기(110), 혼합관(130) 및 컨트롤러(100)를 포함하여 구성된다.
도 4를 참조하면, 산소발생기(120)는 공기를 유입하여 산소를 생성하고, 생성된 산소를 오존발생기(110)로 공급하며, 오존발생기(110)는 산소발생기(120)에서 공급된 산소를 이용하여 오존을 생성하고, 혼합관(130)은 각 오존발생기(110)와 연결되어 각 오존발생기(110)에서 생성된 오존을 공급받아 물과 혼합하여 오존수를 생성하여 외부로 공급한다.
여기서, 산소발생기(120)와 오존발생기(110)는 각각 하나 씩이 하나의 모듈을 형성하고, 다수의 모듈로 구성된다. 이때 오존발생기(110)와 산소발생기(120)를 포함한 각 모듈들은 서로 병렬적으로 연결되어 구비된다.
본 발명의 일 실시 예로 도 4를 참조하면, 오존발생기(110)와 산소발생기(120)를 포함한 각 모듈들은 A모듈, B모듈, C모듈로 구성될 수 있으며, 각 모듈은 오존발생기(110)와 산소발생기(120) 하나씩으로 구성된다.
컨트롤러(100)는 각각의 오존발생기(110) 및 산소발생기(120)와 연결되어 오존발생기(110)와 산소발생기(120)를 온오프(on/off) 제어하여 선택적 또는 단계적 또는 순환적으로 오존 발생량을 조절할 수 있다.
또한, 컨트롤러(100)는 오존발생기(110)의 작동을 중지시키고, 산소발생기(120)만을 구동시켜 산소농도의 조절이 가능한 산소수를 생성할 수 있게 한다.
구체적으로, 오존발생용량을 최대로 사용하지 않을 경우에는 오존발생기(110)와 산소발생기(120) 포함한 다수의 모듈 중 어느 한 모듈만을 선택 구동시켜 오존을 발생시키거나 하나 이상의 모듈을 선택하고 이를 동시에 구동시켜 오존발생량을 조절할 수 있다.
또한, 각 모듈들을 단계적으로 구동시켜 점차적으로 오존발생량을 증가시킬 수도 있다.
단계적 구동의 일 실시 예로 도 4를 참조하면, A모듈을 구동하여 오존을 생성하던 중에 소정 시간 경과 후 B모듈을 구동하고 다시 A모듈과 B모듈 구동 중에 소정시간 경과후 C모듈을 구동하여 오존발생량을 점진적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 오존발생기(110)와 산소발생기(120)를 포함한 각 모듈을 순차적으로 순환시키며 구동할 수 있다.
순차적 구동의 일 실시 예로 도 4를 참조하면, A모듈을 먼저 구동한 후, B모듈이 구동하고, 이후 C모듈이 구동할 수 있으며, 여기서, 어느 하나의 모듈이 작동 중일 경우 나머지모듈은 작동 중지 상태에 있게 된다. 즉, A모듈이 구동될 때는 나머지 B모듈과 C모듈은 작동 중지 상태에 있게 된다.
이때, 일부 오존발생기(110)의 가동을 잠시 멈출 수 있어 오존발생기(110)에 포함된 방전관(50)이 과열되지 않도록 제어할 수 있게 된다.
한편, 컨트롤러(100)는 오존발생기(110)의 구동을 중지시키고, 산소발생기(120)만을 구동하여 오존이 없는 고농도 산소수를 생성할 수 있다.
이때 상술한 오존발생기(110)와 마찬가지로 다수의 산소발생기(120) 중 일부 산소발생기(120)만을 선택적으로 구동시키거나 다수의 산소발생기(120)를 단계적 또는 순환적으로 구동하여 산소농도를 선택적 또는 단계적으로 조절할 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 - 전원부 20 - 인버터
30 - 공진용컨덴서 40 - 코일
50 - 방전관 60 - 스위칭소자
100 - 컨트롤러 110 - 오존발생기
120 - 산소발생기 130 - 혼합관

Claims (3)

  1. 직류 전원을 공급하는 전원부;
    직류를 교류로 변환하는 인버터;
    인버터의 출력부에 병렬로 연결되는 다수의 공진용컨덴서;
    공진용컨덴서와 상호인덕턴스 방식으로 연결되는 코일; 및
    오존 발생기에 구비되며, 코일과 연결되어 주파수와 전압이 인가되는 방전관
    을 포함하고,
    병렬로 연결된 다수의 공진용컨덴서 사이에는 스위칭소자가 각각 구비되고, 각 스위칭소자가 온(on) 또는 오프(off) 되며, 공진용컨덴서의 연결상태를 제어하는 것
    을 포함하며,
    다수의 스위칭소자 중 하나 이상의 스위칭소자가 온 상태가 되고, 온 상태가 된 스위칭소자의 후순위에 위치한 후순위소자도 온 상태가 되는 경우,
    온 상태가 된 스위칭소자들과 연결된 공진용컨덴서들이 상호 병렬 상태로 연결되어 합성 정전용량을 제어하는 것
    을 포함하고,
    공기를 유입하여 산소를 생성하는 산소발생기, 산소발생기에서 공급된 산소를 이용하여 오존을 생성하는 오존발생기, 및 각 오존발생기와 연결되어 각 오존발생기에서 생성된 오존을 공급받아 물과 혼합하여 오존수를 생성하여 외부로 공급 혼합관
    을 포함하며,
    산소발생기와 오존발생기는 각각 하나 씩이 하나의 모듈을 형성하고, 다수의 모듈로 구성되며, 오존발생기와 산소발생기를 포함한 각 모듈들은 서로 병렬적으로 연결되어 구비되는 것
    을 포함하고,
    각각의 오존발생기 및 산소발생기와 연결되어 오존발생기와 산소발생기를 온오프(on/off) 제어하여 선택적 또는 단계적 또는 순환적으로 오존 발생량을 조절하는 컨트롤러
    를 포함하는, 주파수 가변에 의해 오존 발생량을 제어할 수 있는 오존 발생장치.
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