KR102206352B1

KR102206352B1 - Apparatus for generating ozone

Info

Publication number: KR102206352B1
Application number: KR1020190036427A
Authority: KR
Inventors: 이승철; 이동규; 이동미; 이소영
Original assignee: 이승철; 이동규; 이동미; 이소영
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2021-01-22
Also published as: KR20200114512A

Abstract

본 발명의 오존 발생 장치는, 전원 공급수단과, 상기 전원 공급수단으로부터 전달되는 전압을 이용하여 오존을 발생시키는 오존 발생수단으로 구성된 오존 발생 장치로서, 상기 전원 공급수단은, 상기 오존 발생수단으로 고압 전압을 전달하기 위한 고압 변압기와, 상기 고압 변압기의 1차측 전압을 조절하기 위한 인버터 브릿지 IGBT와, AC 전원입력단과 상기 인버터 브릿지 IGBT 사이에 구성되어 상기 인버터 브릿지 IGBT로 공급되는 전류를 제어하는 쵸퍼 IGBT를 포함하고, 상기 고압 변압기의 2차측을 통하여 전달되는 전압을 이용하여 공기 또는 산소를 방전시켜 오존을 생성하는 장치로서, 상기 오존 발생수단은, 공기 또는 산소가 통과할 수 있는 관 형상으로 이루어지고 외형을 형성하는 보호 커버와, 상기 보호 커버 내측에 배치되는 철망과, 상기 철망 내측에 배치되는 절연지와, 상기 절연지 내측에 배치되는 철파이프로 구성되는 것을 특징으로 한다. The ozone generating device of the present invention is an ozone generating device comprising a power supply unit and an ozone generating unit generating ozone by using a voltage transmitted from the power supply unit, wherein the power supply unit comprises a high voltage by the ozone generating unit. A high-voltage transformer for transmitting voltage, an inverter bridge IGBT for regulating the primary side voltage of the high-voltage transformer, and a chopper IGBT configured between an AC power input terminal and the inverter bridge IGBT to control the current supplied to the inverter bridge IGBT. Including, as a device for generating ozone by discharging air or oxygen using a voltage transmitted through the secondary side of the high-voltage transformer, the ozone generating means is made in a tubular shape through which air or oxygen can pass, It is characterized in that it is composed of a protective cover forming an outer shape, a wire mesh disposed inside the protective cover, an insulating paper disposed inside the wire mesh, and a iron pipe disposed inside the insulating paper.

Description

Ozone generating device {Apparatus for generating ozone}

본 발명은 오존 발생 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ozone generating device.

오존은 높은 수준의 산화를 필요로 하는 다수의 응용예로 유용하다. 예를 들면, 오존은 음료수의 소독에 도움이 되고, 1900년대 이래 계속하여 수처리에 사용되고 있다. 보다 최근에는 오존은 반도체 소자의 처리에 사용되고 있다. Ozone is useful in many applications requiring high levels of oxidation. For example, ozone helps disinfect beverages and has been used in water treatment since the 1900s. More recently, ozone has been used to process semiconductor devices.

오존은 이른바 무음 방전 원리에 따라 산소에서 발생되는데, 예를 들면, 오존은 방전 또는 플럭스에 고순도 산소를 노출시킴으로써 발생될 수 있다. 방전 또는 플럭스는 산소 분자를 여기시키고, 이들을 원자 상태로 분해한다. 그리고, 이들 원자는 오존(O₃)과 산소(O₂)와의 혼합물로서 재결합한다. Ozone is generated from oxygen according to the so-called silent discharge principle, for example, ozone can be generated by discharging or exposing high purity oxygen to a flux. The discharge or flux excites oxygen molecules and breaks them down into atomic states. And, these atoms recombine as a mixture of ozone (O ₃ ) and oxygen (O ₂ ).

오존은 산소를 오존 셀을 통과시킴으로써 일으키는 것이 보통이다. 오존 셀에서 산소는 전기 방전의 작용을 받아 산소 분자의 분해 및 재결합에 의해 오존 분자가 발생한다. 오존 발생에 필요한 전기 방전 및 플럭스는 오존 셀의 대향하는 플레이트의 양단에 고전압 교류 전력을 부여함으로써 발생한다. 고전압 교류 전력은 변압기 기반의 전력 발전기에서 발생한다. Ozone is usually produced by passing oxygen through an ozone cell. In the ozone cell, oxygen is generated by the decomposition and recombination of oxygen molecules under the action of electric discharge. Electric discharge and flux required for ozone generation are generated by applying high voltage AC power to both ends of opposing plates of the ozone cell. High voltage alternating current power is generated from a transformer-based power generator.

변압기 기반의 전원(발진기)의 단점은 전형적으로 고비용, 제한된 신뢰성, 오동작의 높은 발생가능성이다. 예를 들면, 고비용은 전형적으로 냉각과 절연을 위하여 복수의 권선 및 특별한 포팅 요건을 갖는 고압 변압기가 사용되어야 한다는 점이다. 제한된 신뢰성은 전형적으로 자기 발진기의 기하학적 배치(토폴로지)와 포팅 품질의 의존성과 단일 소스가 독특한 부분의 사용에 의해 발생하는 고전압 코로나에 의한다.The disadvantages of transformer-based power supplies (oscillators) are typically high cost, limited reliability, and high probability of malfunction. For example, the high cost is that medium voltage transformers with multiple windings and special potting requirements typically have to be used for cooling and insulation. Limited reliability is typically due to the dependence of the geometry (topology) and potting quality of the magnetic oscillator and the high voltage corona caused by the use of unique parts of a single source.

본 발명은 안전한 전원 공급이 가능한 전원 장치를 포함하는 오존 발생 장치에 대한 것으로서, 오존 발생수단으로 안정적인 전원을 공급할 수 있는 전원 장치를 제안하고자 한다. The present invention relates to an ozone generating device including a power device capable of safe power supply, and an object of the present invention is to propose a power device capable of supplying stable power to an ozone generating means.

특히, 변압기의 2차측 출력을 통하여 오존 발생수단으로 높은 피크치의 전압이 전달되지 않도록 하는 안전성이 높은 전원 장치와, 해당 전원 장치를 이용하여 효율적으로 오존을 발생시킬 수 있는 장치를 제안하고자 한다. In particular, a high-safety power supply device that prevents a high peak voltage from being transmitted to the ozone generating means through the secondary output of the transformer, and a device capable of efficiently generating ozone using the power supply device.

제안되는 바와 같은 본 발명의 오존 발생 장치에 의해서, 그 구성이 간단하여 다양한 분야에 사용될 수 있고, 전압의 조절시에 순간적으로 발생하는 피크 전압으로부터 안전하기 때문에 보다 안정적으로 오존 발생을 유지할 수 있는 장점이 있다. Advantages of maintaining ozone generation more stably because the proposed ozone generator of the present invention has a simple configuration and can be used in various fields, and is safe from peak voltages that occur instantaneously during voltage adjustment. There is this.

도 1은 본 발명의 오존 발생 장치에 있어서의 전원 수단을 보여주는 도면이다.
도 2과 도 3은 본 발명의 전원 수단에 의해서 출력되는 전압 레벨을 테스트한 사진이다.
도 4와 도 5는 본 실시예에 따라 전원 공급수단에 의해 입력되는 고전압을 이용하여 오존을 발생시키는 오존 발생수단을 도시한 도면이다. 1 is a view showing a power supply means in an ozone generating device of the present invention.
2 and 3 are photographs of testing the voltage level output by the power supply means of the present invention.
4 and 5 are views showing ozone generating means for generating ozone using a high voltage input by a power supply means according to the present embodiment.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings with respect to the present embodiment will be described in detail. However, the scope of the spirit of the invention of this embodiment may be determined from the matters disclosed by this embodiment, and the idea of the invention of this embodiment is implementation of the addition, deletion, change, etc. of components with respect to the proposed embodiment. It will be said to include transformation.

본 발명과 관련되는 설명에 사용되는 접미어 "부", "수단"은 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffixes "unit" and "means" used in the description related to the present invention are given or used interchangeably in consideration of only the ease of preparation of the specification, and do not themselves have a distinct meaning or role.

도 1은 본 발명의 오존 발생 장치에 있어서의 전원 수단을 보여주는 도면이고, 도 2과 도 3은 본 발명의 전원 수단에 의해서 출력되는 전압 레벨을 테스트한 사진이다.1 is a diagram showing a power supply means in an ozone generating apparatus of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are photographs of testing the voltage level output by the power supply means of the present invention.

도 2는 오존 발생수단으로 전원을 공급하는 고압 변압기(13)의 1차측 전압을 낮추는 경우를 순서대로 나타낸 것이며, 최상측의 사진에서 최하측의 사진으로 갈수록 점차 1차측 전압을 낮추는 경우이고, 도 3은 고압 변압기(13)의 1차측 전압을 점차 높이는 경우를 순서대로 나타낸 것이다. 2 shows a case in which the primary side voltage of the high-voltage transformer 13 that supplies power to the ozone generating means is lowered in order, and the primary side voltage is gradually lowered from the uppermost picture to the lowermost picture. 3 shows a case in which the primary-side voltage of the high-voltage transformer 13 is gradually increased.

먼저, 도 1을 참조하면, 본 실시예의 오존 발생수단으로 전달되는 AC 전원을 공급하기 위한 전원 공급수단(1)에 대해서 상세히 설명하여 본다. First, referring to FIG. 1, the power supply means 1 for supplying AC power delivered to the ozone generating means of the present embodiment will be described in detail.

알려진 바와 같이, IGBT(wjfdus 게이트 바이폴라 트랜지스터, Insulated Gate Bipolar Transistor)는 BJT 트랜지스터에 MOS FET 기술을 사용하여 베이스 단자를 MOS 절연시킨 것으로, 대용량의 전류를 흘리기에 적합하다. 다만, 이러한 대용량의 전류를 흘리는데 있어 고압 변압기(13)의 1차측으로 높은 피크 전압이 전달된다면, 2차측으로 더욱 큰 전압이 전달되기 때문에 이러한 피크 전압의 제어는 반드시 필요하다. As is known, the IGBT (wjfdus gate bipolar transistor, Insulated Gate Bipolar Transistor) is a BJT transistor in which the base terminal is MOS insulated using MOS FET technology, and is suitable for flowing a large amount of current. However, when a high peak voltage is transmitted to the primary side of the high-voltage transformer 13 to flow such a large current, since a larger voltage is transmitted to the secondary side, it is necessary to control the peak voltage.

사진에서 고압 변압기(13)의 1차측 전압을 좁게한다는 것은 전압을 내린다는 것을 나타낸다. 특히, 본 실시예에서는 불규칙적으로 발생할 수 있는 피크 전압을 억제하기 위하여, 전압의 크기를 조절함에 따라 전압 펄스의 폭 뿐만 아니라 펄스 높이도 함께 조절된다. In the photo, narrowing the primary-side voltage of the high-voltage transformer 13 indicates that the voltage is lowered. In particular, in the present embodiment, in order to suppress a peak voltage that may occur irregularly, not only the width of the voltage pulse but also the pulse height are adjusted as the voltage level is adjusted.

인버터 브릿지 IGBT(12)를 구성하는 트랜지스터의 특성상, 1차측에서 전원을 낮추더라도 피크 전압이 발생할 수 있으며, 이 경우, 2차측으로 매우 높은 고전압의 피크 전압이 발생하게 되고, 이러한 경우에 오존 발생수단의 오작동 뿐만 아니라 고장을 유발하는 등의 위험이 있다. Due to the characteristics of the transistors constituting the inverter bridge IGBT 12, a peak voltage may be generated even when the power is lowered on the primary side. In this case, a very high peak voltage is generated to the secondary side, and in this case, the ozone generating means There is a risk of malfunction as well as causing a malfunction.

본 실시예에 따를 경우에는, 쵸퍼 IGBT(11)를 AC 전원 입력단(10)과 인버터 브릿지 IGBT(12) 사이에 구성시켜, 고압 변압기(13)의 1차측으로 전달되는 전압의 가변범위가 인버터 브릿지 IGBT(12) 가용범위 전부를 사용할 수 있게 된다. In the case of this embodiment, the chopper IGBT 11 is configured between the AC power input terminal 10 and the inverter bridge IGBT 12, so that the variable range of the voltage transmitted to the primary side of the high voltage transformer 13 is the inverter bridge. The entire available range of the IGBT 12 can be used.

상기 인버터 브릿지 IGBT(12)는 풀 브릿지로 배열된 4개의 트랜지스터로 구성되고, 4개의 트랜지스터는 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터(IGBT)로 구성된다. The inverter bridge IGBT 12 is composed of four transistors arranged in a full bridge, and the four transistors are composed of an insulated gate bipolar transistor (IGBT).

상기 인버터 브릿지 IGBT(12)로 공급되는 전류를 제어하기 위하여 온/오프 상태로 되는 양극성 트랜지스터인 쵸퍼 IGBT(11)가 AD 전원 입력단과 인버터 브릿지 IGBT(12) 사이에 구성되며, 상기 쵸퍼 IGBT(11)는 턴온 특성과 도통 특성이 우수하므로 상기 인버터 브릿지 IGBT(12)와 병렬로 구성되어 있다. A chopper IGBT 11, which is a bipolar transistor turned on/off to control the current supplied to the inverter bridge IGBT 12, is configured between the AD power input terminal and the inverter bridge IGBT 12, and the chopper IGBT 11 ) Is configured in parallel with the inverter bridge IGBT 12 because it has excellent turn-on characteristics and conduction characteristics.

쵸퍼 IGBT(11)가 만약 구성되지 않는다면, 고압 변압기(13)의 1차측 전압 크기를 낮추거나 높이는 경우에는 펄스의 높이는 고정되면서 펄스폭만이 좁아지거나 넓어지게 된다. If the chopper IGBT 11 is not configured, when the primary voltage level of the high voltage transformer 13 is lowered or increased, the height of the pulse is fixed while only the pulse width is narrowed or widened.

그러나, 본 실시예의 경우처럼, 상기 쵸퍼 IGBT(11)가 구성되면, 고압 변압기(13)의 1차측 전압 크기를 변경시키는 경우에, 펄스폭이 좁아지거나 넓어지는 것과 함께, 펄스의 높이 역시 점차 낮아지거나 높아지게 되는 특성을 나타낸다. 즉, 펄스폭 변조와 함께 펄스 높이변조가 함께 이루어지는 특징을 갖는다. However, as in the case of the present embodiment, when the chopper IGBT 11 is configured, when the magnitude of the primary voltage of the high-voltage transformer 13 is changed, the pulse width becomes narrower or wider, and the pulse height is also gradually lowered. Represents a characteristic that is gained or increased. That is, it has a characteristic that pulse height modulation is performed together with pulse width modulation.

이로 인해, 고압 변압기(13)의 1차측 전압을 크게 높이는 경우에도, 펄스 높이만이 상승하는 것이 아니라 펄스폭 역시 함께 넓어지기 때문에, 펄스 높이가 과도하게 높아져서 피크 전압 발생시 매우 높은 전압이 고압 변압기로 전달되어 버리는 경우를 방지할 수 있다. 변압기 특성상 2차측 전압 파형 역시 동일하게 나타나게 된다. For this reason, even when the primary voltage of the high-voltage transformer 13 is greatly increased, not only the pulse height increases, but also the pulse width increases, so that the pulse height becomes excessively high, so that a very high voltage is transferred to the high voltage transformer when the peak voltage occurs. It can be prevented from being transmitted. Due to the characteristics of the transformer, the voltage waveform on the secondary side appears the same.

도 3에는 본 실시예에 따라 전원 수단에서 고압 변압기의 전압을 높이는 경우의 오실로스코프 전압 측정 사진이다. 도 3의 윗사진에 나타난 전압에서 더욱 크게 전압을 높이면, 펄스 높이도 일부 높아지기는 하지만 펄스 폭 역시 넓어져서 피크 전압에 대응하기 유리한 특성을 갖는다. 3 is a photograph of measuring the oscilloscope voltage when the voltage of the high-voltage transformer is increased by the power source according to the present embodiment. If the voltage is increased from the voltage shown in the upper photo of FIG. 3 to a higher voltage, the pulse height is partially increased, but the pulse width is also widened, thereby having advantageous characteristics to cope with the peak voltage.

상기 인버터 브릿지 IGBT(12)의 양단 전압은 쵸퍼 IGBT(11)에 의해 결정되고, 고압 변압기(13)의 양단 전압을 낮추는 경우에 쵸퍼 IGBT(11) 양단 전압과 인버터 브릿지 IGBT(12) 양단 전압이 같이 내려가게 된다. The voltage at both ends of the inverter bridge IGBT 12 is determined by the chopper IGBT 11, and when the voltage at both ends of the high voltage transformer 13 is lowered, the voltage across the chopper IGBT 11 and the voltage across the inverter bridge IGBT 12 are It goes down together.

도 4와 도 5는 본 실시예에 따라 전원 공급수단에 의해 입력되는 고전압을 이용하여 오존을 발생시키는 오존 발생수단을 도시한 도면이다. 4 and 5 are views showing ozone generating means for generating ozone using a high voltage input by a power supply means according to the present embodiment.

본 실시예의 오존 발생수단은 고압 변압기의 2차측과 연결되며, 원통형/관(pipe) 형상으로 이루어지면서 내측은 통공되어 있는 원통형으로 이루어진다. The ozone generating means of this embodiment is connected to the secondary side of the high-voltage transformer, has a cylindrical/pipe shape, and has a cylindrical shape with a hole inside.

오존 발생수단(2)은 외부를 형성하면서 내측의 구성을 보호하기 위한 보호 커버(24)와, 상기 보호 커버(24) 내측에 배치된 철망(23)과, 상기 철망(23) 내측에 배치된 절연지(22)와, 상기 절연지(22) 내측에 배치되는 철파이프(21)를 포함한다. The ozone generating means (2) comprises a protective cover (24) for protecting the inner structure while forming the outside, a wire mesh (23) disposed inside the protective cover (24), and a wire mesh (23) disposed inside the wire mesh (23). It includes an insulating paper 22 and an iron pipe 21 disposed inside the insulating paper 22.

상기 절연지(22)는 상기 철파이프(21)과 철망(23) 사이에 개재되어 상기 철파이프(21)와 철망(23)이 전기적으로 쇼트되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 상기 보호 커버(24) 역시 전기가 도통하지 않는 절연 물질로 이루어진다. The insulating paper 22 is interposed between the iron pipe 21 and the wire mesh 23 to prevent the iron pipe 21 and the wire mesh 23 from being electrically shorted. The protective cover 24 is also made of an insulating material that does not conduct electricity.

그리고, 상기 철파이프(21)와 철망(23) 각각은 고압 변압기(13)의 2차측에 연결되어 고압의 전압이 인가된다. In addition, each of the iron pipes 21 and the wire mesh 23 is connected to the secondary side of the high-voltage transformer 13 to apply a high-voltage voltage.

이러한 구성으로 이루어진 오존 발생수단(2)은 전극에 해당하는 철파이프(21)와 철망(23)에 고전압(예를 들면, 3kV 정도)을 가하게 되면, 방전 공간에 해당하는 철파이프(21) 내측의 공간에서 다음과 같은 반응에 의하여 오존이 발생한다. When a high voltage (for example, about 3 kV) is applied to the iron pipe 21 and the wire mesh 23 corresponding to the electrode, the ozone generating means 2 constituted in this manner is the inner side of the iron pipe 21 corresponding to the discharge space. Ozone is generated by the following reaction in the space of

도시된 바와 같은 형상의 오존 발생수단은 그 구성이 간단하여 다양한 분야에 사용될 수 있고, 전압의 조절시에 순간적으로 발생하는 피크 전압으로부터 안전하기 때문에 보다 안정적으로 오존 발생을 유지할 수 있는 장점이 있다. The ozone generating means having the shape as shown can be used in various fields due to its simple configuration, and has the advantage of being able to stably maintain ozone generation because it is safe from a peak voltage that occurs momentarily when the voltage is adjusted.

예를 들면, 식물을 키우는 작업실이나 농장에서도 식물 발육을 위해 오존을 발생시킬 수 있으며, 오존 발생 장치의 설치에 필요한 비용 역시 크게 저렴해지는 장점이 있다. For example, it is possible to generate ozone for plant development in a workshop or a farm where plants are grown, and the cost required for installing an ozone generating device is also greatly reduced.

Claims

An ozone generating device comprising a power supply means and an ozone generating means for generating ozone using a voltage transmitted from the power supply means,
The power supply means is configured between a high-voltage transformer for transmitting a high-voltage voltage to the ozone generating means, an inverter bridge IGBT for adjusting a primary voltage of the high-voltage transformer, and an AC power input terminal and the inverter bridge IGBT. Including a chopper IGBT that controls the current supplied to the inverter bridge IGBT,
A device for generating ozone by discharging air or oxygen using a voltage transmitted through the secondary side of the high-voltage transformer, wherein the ozone generating means has a tubular shape through which air or oxygen can pass and forms an outer shape. It is composed of a protective cover, a wire mesh disposed inside the protective cover, an insulating paper disposed inside the wire mesh, and a iron pipe disposed inside the insulating paper,
The secondary side of the high-voltage transformer is electrically connected to the wire mesh and the iron pipe of the ozone generating means, respectively,
The iron pipe, insulating paper, wire mesh, and protective cover constituting the ozone generating means are formed in a cylindrical shape with an empty inside,
The insulating paper is disposed between the iron pipe and the wire mesh, and the ozone generating device, characterized in that the electrical insulation of the iron pipe and the wire mesh.

The method of claim 1,
The inverter bridge IGBT is an ozone generator, characterized in that consisting of four transistors arranged in a full bridge.

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