KR102578916B1 - Power system for water treatment capacitve desalination ionization module - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 수처리 CDI 모듈 파워시스템은, 전기 이중층 원리를 이용하여 원수 내의 이온성 물질을 제거하는 CDI 모듈; 정수 및 재생모드 시 상기 CDI 모듈에 공급되는 전력을 제공하는 전원공급부;및 상기 CDI 모듈 및 전원공급부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 전원공급부는, 상용전원을 공급하는 상용전원; 상기 상용전원을 정류하는 3상 정류기; 상기 3상 정류기에서 정류된 직류 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터;및 상기 DC/DC 컨버터 출력단에 연결되어 상기 CDI 모듈의 공급전력을 제어하는 양방향 양극성 컨버터;를 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터는 절연형으로 구성되며, 출력단에 출력 커패시터를 포함하고, 상기 CDI 모듈은 정수모드와 재생모드를 번갈아가며 반복적으로 구동되고, 상기 정수모드와 재생모드 사이에 CDI 모듈에 공급되는 전력이 쇼트(short)되는 쇼트구간을 가지고, 상기 CDI 모듈은 구동시 초기구동을 제외하고 전력회수구간을 가지고, 상기 전력회수구간에서 상기 CDI 모듈에 저장된 전력은 상기 출력 커패시터로 회수되고, 상기 출력 커패시터는 초기구동을 제외한 상기 CDI 모듈 정수모드 및 재생모드시 상기 CDI 모듈 구동에 필요한 일부 전력을 제공하는 점에 그 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 정수모드 및 재생모드 후단에 전력회수구간을 구비하여 CDI 모듈의 전력을 출력 커패시터로 회수하고, 회수된 전력을 초기구동을 제외한 정수모드 및 재생모드 구동에 일부 전력으로 공급할 수 있다.The water treatment CDI module power system according to the present invention includes a CDI module that removes ionic substances in raw water using the electric double layer principle; It includes a power supply unit that provides power supplied to the CDI module in water purification and regeneration modes; and a control unit that controls the CDI module and the power supply unit, wherein the power supply unit includes a commercial power supply that supplies commercial power; a three-phase rectifier that rectifies the commercial power; A DC/DC converter for converting the DC voltage rectified in the three-phase rectifier; and a bipolar converter connected to the output terminal of the DC/DC converter to control the power supplied to the CDI module, wherein the DC/DC converter includes It is composed of an insulated type and includes an output capacitor at the output terminal. The CDI module is repeatedly driven in alternating purification mode and regeneration mode, and the power supplied to the CDI module between the purification mode and regeneration mode is short. Having a short section, the CDI module has a power recovery section except for the initial drive when driven, and the power stored in the CDI module in the power recovery section is recovered to the output capacitor, and the output capacitor has a power recovery section except for the initial drive. Its characteristic feature is that it provides some of the power required to drive the CDI module when the CDI module is in water purification mode and regeneration mode.
According to the present invention, a power recovery section is provided after the purification mode and regeneration mode to recover the power of the CDI module to the output capacitor, and the recovered power can be supplied as part of the power to the purification mode and regeneration mode operation excluding the initial drive. .
Description
본 발명은 수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템에 관한 것으로, 특히 정수모드 및 재생모드 후단에 전력회수구간을 구비하여 CDI 모듈의 전력을 출력 커패시터로 회수하고, 회수된 전력을 초기구동을 제외한 정수모드 및 재생모드 구동에 일부 전력으로 공급하는 수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a power system for a water treatment CDI module. In particular, a power recovery section is provided after the water purification mode and regeneration mode to recover the power of the CDI module to the output capacitor, and the recovered power is used in the water purification mode and regeneration mode excluding the initial drive. It relates to a power system for a water treatment CDI module that supplies some of the power to drive in regenerative mode.
담수화란 해수, 기수 등 염수 중에 용해되어 있는 염분을 제거하여 음료수나 기타 용도로 사용할 수 있는 담수를 얻는 일련의 공정으로 정의된다. 처음에는 장기간 항해하는 선박이나, 용수가 부족한 도서벽지 지역에서 용수를 확보하기 위한 방안으로 사용되었다. Desalination is defined as a series of processes to obtain fresh water that can be used for drinking or other purposes by removing salts dissolved in salt water such as seawater or brackish water. At first, it was used as a way to secure water for ships sailing for long periods of time or in remote island areas where water is scarce.
세계적으로 해수담수화는 1960년대부터 인구의 증가, 생활수준의 향상, 기상이변 등으로 인하여 물 부족 지역이 확대됨으로서 해수 담수화에 대한 수요가 증대되어 설치의 예도 급증하고 있다.Globally, the demand for seawater desalination has increased since the 1960s as areas with water shortages have expanded due to population growth, improvement in living standards, and extreme weather events, and the number of installation examples has been rapidly increasing.
물의 탈염을 위한 기술에는 여러가지가 있다. 예로, 증발식 담수화, 냉동법에 의한 담수화, 역삼투막법에 의한 담수화, 전기투석식 해수담수화, 전기흡착식 해수담수화 등이 있다. 이 중, 전기흡착식은 저에너지소비, 환경친화성, 반영구성, 편리한 운전, 높은 이온제거율 등의 장점을 가지고 있으며, 특히 증발식 및 역삼투막법에 비하여 전력소비량이 낮은 장점이 있다.There are several technologies for desalinating water. Examples include evaporative desalination, refrigeration-based desalination, reverse osmosis membrane-based desalination, electrodialysis-type seawater desalination, and electro-adsorption-type seawater desalination. Among these, the electroadsorption method has advantages such as low energy consumption, environmental friendliness, semi-resolution, convenient operation, and high ion removal rate. In particular, it has the advantage of lower power consumption compared to the evaporation method and reverse osmosis membrane method.
전기흡착식 방식 중, 축전식 탈 이온법(Capacitve Desalination Ionization법: CDI법)은 전기 흡착 방식 중에서도 연속공정이 가능하면서도 에너지 소모가 적은 방식으로 최근 그 연구 및 기술개발이 활발하게 일어나고 있는 방식이다. Among the electro-adsorption methods, the Capacitive Desalination Ionization (CDI) method is a method that enables continuous processing and consumes less energy among the electro-adsorption methods, and is a method in which research and technology development are actively taking place in recent years.
CDI 방식의 경우 모듈 전극의 형상, 흡착 모듈의 구성방식 뿐 아니라, 모듈 전극에 인가하는 전압의 형태 및 전류, 인가시간 등에 따라 정수 성능이 매우 차이가 나게 되어 정수 효율을 높이기 위한 다양한 방식들이 제안되고 있다.In the case of the CDI method, water purification performance varies greatly depending on the shape of the module electrode, the configuration of the adsorption module, as well as the type and current of the voltage applied to the module electrode, application time, etc., so various methods have been proposed to increase water purification efficiency. there is.
하지만, 종래의 시스템은 CDI 모듈의 효율적인 구동과 투입수의 상태에 연동한 모듈제어 등이 불가능하여 상대적으로 낮은 정수효율을 보이고 있으며, 기존의 방식이 인가전압 및 전류제어 성능이 떨어짐에 따라 이러한 다양한 방식의 시스템 구동이 어려운 실정이다.However, the conventional system shows relatively low water purification efficiency due to the inability to efficiently drive the CDI module and control the module linked to the state of the input water. As the existing method has poor applied voltage and current control performance, these various It is difficult to operate the system in this way.
본 발명은 정수모드 및 재생모드 후단에 전력회수구간을 구비하여 CDI 모듈의 전력을 출력 커패시터로 회수하고, 회수된 전력을 초기구동을 제외한 정수모드 및 재생모드 구동에 일부 전력으로 공급하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide a power recovery section after the purification mode and regeneration mode to recover the power of the CDI module to the output capacitor, and to supply some of the recovered power to the purification mode and regeneration mode operation excluding the initial drive. do.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 수처리 CDI 모듈 파워시스템은, 전기 이중층 원리를 이용하여 원수 내의 이온성 물질을 제거하는 CDI 모듈; 정수 및 재생모드 시 상기 CDI 모듈에 공급되는 전력을 제공하는 전원공급부;및 상기 CDI 모듈 및 전원공급부를 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 전원공급부는, 상용전원을 공급하는 상용전원; 상기 상용전원을 정류하는 3상 정류기; 상기 3상 정류기에서 정류된 직류 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터;및 상기 DC/DC 컨버터 출력단에 연결되어 상기 CDI 모듈의 공급전력을 제어하는 양방향 양극성 컨버터;를 포함하고, 상기 DC/DC 컨버터는 절연형으로 구성되며, 출력단에 출력 커패시터를 포함하고, 상기 CDI 모듈은 정수모드와 재생모드를 번갈아가며 반복적으로 구동되고, 상기 정수모드와 재생모드 사이에 CDI 모듈에 공급되는 전력이 쇼트(short)되는 쇼트구간을 가지고, 상기 CDI 모듈은 구동시 초기구동을 제외하고 전력회수구간을 가지고, 상기 전력회수구간에서 상기 CDI 모듈에 저장된 전력은 상기 출력 커패시터로 회수되고, 상기 출력 커패시터는 초기구동을 제외한 상기 CDI 모듈 정수모드 및 재생모드시 상기 CDI 모듈 구동에 필요한 일부 전력을 제공하는 점에 그 특징이 있다.The water treatment CDI module power system according to the present invention for achieving the above task includes a CDI module that removes ionic substances in raw water using the electric double layer principle; It includes a power supply unit that provides power supplied to the CDI module in water purification and regeneration modes; and a control unit that controls the CDI module and the power supply unit, wherein the power supply unit includes a commercial power supply that supplies commercial power; a three-phase rectifier that rectifies the commercial power; A DC/DC converter for converting the DC voltage rectified in the three-phase rectifier; and a bipolar converter connected to the output terminal of the DC/DC converter to control the power supplied to the CDI module, wherein the DC/DC converter includes It is composed of an insulated type and includes an output capacitor at the output terminal. The CDI module is repeatedly driven in alternating purification mode and regeneration mode, and the power supplied to the CDI module between the purification mode and regeneration mode is short. Having a short section, the CDI module has a power recovery section except for the initial drive when driven, and the power stored in the CDI module in the power recovery section is recovered to the output capacitor, and the output capacitor has a power recovery section except for the initial drive. Its characteristic feature is that it provides some of the power required to drive the CDI module when the CDI module is in water purification mode and regeneration mode.
여기서, 특히 상기 전원공급부는 상기 DC/DC 컨버터와 상기 양방양 양극성 컨버터 사이에 DB저항부를 더 포함하고, 상기 DB저항부는 상기 출력 커패시터의 파손을 방지하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the power supply unit further includes a DB resistor unit between the DC/DC converter and the bipolar converter, and the DB resistor unit is characterized in that it prevents damage to the output capacitor.
여기서, 특히 상기 DB저항부는, 저항 및 저항스위치로 구성되고, 상기 제어부는 상기 출력 커패시터의 전압을 모니터링하고, 상기 출력 커패시터의 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 저항스위치를 on하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the DB resistance unit is composed of a resistor and a resistance switch, and the control unit monitors the voltage of the output capacitor and turns on the resistance switch when the voltage of the output capacitor is higher than the set voltage. there is.
여기서, 특히 상기 양방향 양극성 컨버터는, 제1스위치, 제2스위치, 제3스위치 및 제4스위치로 구성되고, 상기 제어부는, 상기 CDI 모듈의 정수모드 구동시, 상기 제1스위치 및 제4스위치를 on하여 상기 CDI 모듈에 양전위를 인가하고, 상기 CDI 모듈의 재생모드 구동시, 상기 제2스위치 및 제3스위치를 on하여 상기 CDI 모듈에 음전위를 인가하는 점에 그 특징이 있다.Here, in particular, the bipolar converter is composed of a first switch, a second switch, a third switch, and a fourth switch, and the control unit controls the first switch and the fourth switch when driving the CDI module in integer mode. It is characterized in that a positive potential is applied to the CDI module by turning on, and a negative potential is applied to the CDI module by turning on the second and third switches when the CDI module is driven in a playback mode.
본 발명에 따르면, 정수모드 및 재생모드 후단에 전력회수구간을 구비하여 CDI 모듈의 전력을 출력 커패시터로 회수하고, 회수된 전력을 초기구동을 제외한 정수모드 및 재생모드 구동에 일부 전력으로 공급할 수 있다.According to the present invention, a power recovery section is provided after the purification mode and regeneration mode to recover the power of the CDI module to the output capacitor, and the recovered power can be supplied as part of the power to the purification mode and regeneration mode operation excluding the initial drive. .
도 1은 본 발명의 일 일시예에 따른 수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 전원공급부의 구성을 도시한 회로도이다.
도 3 본 발명의 일 실시 예에 따른 CDI 모듈 구동시 전압을 시간의 흐름에 따라 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 흐름을 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a power system for a water treatment CDI module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the power supply unit of FIG. 1.
Figure 3 is a diagram showing voltage over time when driving a CDI module according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are diagrams showing power flow according to an embodiment of the present invention.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.It should be noted that the same components among the drawings are indicated with the same reference numbers and symbols as much as possible, even if they are shown in different drawings. In describing the present invention below, if a detailed description of a related known function or configuration is judged to unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Additionally, when a part "includes" a certain component, this means that it may further include other components, rather than excluding other components, unless specifically stated to the contrary.
또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자들은 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.In addition, terms and words used in the specification and claims should not be interpreted in their usual, dictionary meaning, and the inventors may appropriately define the concept of terms to explain their inventions in the best way. It must be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on principles. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent the entire technical idea of the present invention, and therefore, various equivalents can be substituted for them at the time of filing the present application. There may be variations and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below.
도 1은 본 발명의 일 일시예에 따른 수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템의 구성을 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing the configuration of a power system for a water treatment CDI module according to an embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 전원공급부의 구성을 도시한 회로도이다.FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the power supply unit of FIG. 1.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템은 전원공급부(100), CDI 모듈(200) 및 제어부(300)를 포함하여 구성된다.Referring to Figures 1 and 2, the power system for the water treatment CDI module according to the present invention includes a
상기 CDI 모듈(200)은 전기 이중층 원리를 이용하여 원수 내의 이온성 물질을 제거한다.The
CDI 모듈(축전식 탈염 모듈(Capacitive DeIonization, CDI))은 전극에 전위를 인가하였을 때 전극 표면에 형성되는 전기 이중층에서의 흡착 반응에 의해 이온성 물질들이 전극 표면으로 이동하며 흡착되며, 전극의 흡착 용량이 한계에 다다르면 하전된 전극을 방전시켜 이온성 물질들을 탈착시킴으로써 전극을 재생시키게 된다. 즉, CDI 모듈은 정수모드와 재생모드를 반복하여 원수 내의 이온성 물질을 제거할 수 있다.In the CDI module (Capacitive DeIonization, CDI), ionic substances move to the electrode surface and are adsorbed by an adsorption reaction in the electric double layer formed on the electrode surface when a potential is applied to the electrode. When the capacity reaches its limit, the charged electrode is discharged to desorb ionic substances, thereby regenerating the electrode. In other words, the CDI module can remove ionic substances in raw water by repeating the purification mode and regeneration mode.
보다 구체적으로, CDI 모듈은 양전극과 음전극을 포함하고 정수모드에서 양전극에 양전위를 음전극에 음전위를 인가하면 원수 내의 음이온들은 양전극에, 양이온들은 음전극에 흡착하게 된다.More specifically, the CDI module includes a positive electrode and a negative electrode, and in water purification mode, when a positive potential is applied to the positive electrode and a negative potential is applied to the negative electrode, negative ions in the raw water are adsorbed to the positive electrode and positive ions are adsorbed to the negative electrode.
이후, 재생모드에서는 양전극에 음전위를 음전극에 양전위를 인가하거나 전극(양전극, 음전극)을 단락시키게되며, 이 때, 양전극 및 음전극에 흡착된 이온들은 전극으로부터 탈착하게 된다.Afterwards, in the regeneration mode, a negative potential is applied to the positive electrode and a positive potential is applied to the negative electrode, or the electrodes (positive and negative electrodes) are short-circuited. At this time, the ions adsorbed on the positive and negative electrodes are desorbed from the electrodes.
상기 전원공급부(100)는 정수 및 재생모드 시 상기 CDI 모듈(200)에 공급되는 전력을 제공한다.The
상기 제어부(300)는 상기 CDI 모듈(200) 및 전원공급부(100)를 제어한다.The
상기 전원공급부(100)는 상용전원(10), 3상 정류기(110), DC/DC 컨버터(130), DB저항부(150) 및 양방향 양극성 컨버터(170)를 포함하여 구성될 수 있다.The
상기 상용전원(10)은 CDI 모듈(200) 구동을 위한 상용전원을 공급한다.The
상기 3상 정류기(110)는 상기 상용전원(10)에 연결되고, 상기 상용전원(10)에서 공급된 교류전원을 정류할 수 있다.The three-
상기 DC/DC 컨버터(130)는 상기 3상 정류기(110)에서 정류된 직류 전압을 변환한다. 상기 DC/DC 컨버터(130)는 절연형으로 구성되고 출력단에 출력 커패시터를 포함할 수 있다.The DC/
보다 구체적으로, 상기 DC/DC 컨버터(130)는 제1모듈(131), 절연용 변압기(132), 제2모듈(133) 및 출력 커패시터(135)를 포함하여 구성된다.More specifically, the DC/
상기 제1모듈(131)은 상기 3상 정류기(110)에서 정류된 직류 전압을 입력받아 절연용 변압기(132) 1차측 전압을 형성한다. 상기 제1모듈(131)은 도 2와 같이 스위치 2개 및 커패시터 2개로 구성될 수 있다. 그러나 도 2에 도시된 구성에 한정되지 않는다.The
상기 제2모듈(133)은 상기 절연용 변압기(132)의 2차측 전압을 형성한다. 상기 제2모듈(133)은 도 2와 같이 다이오드 4개로 구성될 수 있다. 그러나 도 2에 도시된 구성에 한정되지 않는다.The
상기 출력 커패시터(135)는 상기 상기 DC/DC 컨버터(130)의 출력단에 구비되고, 상기 CDI 모듈(200)에서 회수되는 전력을 저장할 수 있다.The
상기 CDI 모듈(200)은 정수모드와 재생모드를 번갈아가며 반복적으로 구동되고, 정수모드와 재생모드를 반복하면서 이온의 흡착 및 탈착을 반복적으로 진행하게 된다. The
상기 CDI 모듈(200)은 구동시 상기 정수모두와 재생모드 사이에 CDI 모듈에 공급되는 전력이 쇼트(short)되는 쇼트구간을 가진다. When the
상기 정수모드와 재생모드 구동 후 일정 시간이 지난 시점부터 쇼트구간 직전까지 전력회수 구간을 가질 수 있다.There may be a power recovery section from a certain period of time after driving the water purification mode and the regeneration mode until just before the short section.
상기 전력회수 구간에서 상기 CDI 모듈(200)은 CDI 모듈(200)에 저장된 전력을 상기 출력 커패시터(135)에 저장하고, 초기구동을 제외한 정수모드 및 재생모드에서 상기 출력 커패시터(135)에 저장된 전력으로 상기 CDI 모듈로 구동에 필요한 구동전력의 일부 전력을 제공할 수 있다.In the power recovery section, the
즉, 초기 구동을 제외하고 CDI 모듈(200)의 전력 공급은 상용전원(10) 및 출력 커패시터(135)에서 공급하게 된다.That is, except for the initial operation, power to the
상기 DB저항부(150)는 상기 DC/DC 컨버터(130)와 상기 양방향 양극성 컨버터(170) 사이에 배치되어 상기 출력 커패시터(135)의 파손을 방지할 수 있다. 상기 CDI 모듈(200)의 전력회수 시 회수된 전력은 출력 커패시터(135)에 저장되고, 상기 출력 커패시터(135)의 전압은 상승한다. 상기 출력 커패시터(135)의 전압이 일정 전압 이상으로 상승시, 상기 출력 커패시터(135)의 파손 위험이 생길수 있다. The
상기 DB저항부(150)는 저항(151) 및 저항스위치(153)로 구성될 수 있다. The
상기 제어부(300)는 상기 출력 커패시터(135)의 전압을 모니터링할 수 있다. The
상기 제어부(300)는 상기 출력 커패시터(135)의 최대 전압을 설정할 수 있다. 상기 최대 전압은 출력 커패시터의 용량에 따라 달라질 수 있다.The
상기 제어부(300)는 상기 출력 커패시터(135)의 모니터링 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 저항스위치(153)를 on하여 CDI 모듈(200)에서 회수되는 전력을 상기 저항(151)으로 흐르게 하여 상기 출력 커패시터(135)에 전압을 일정 전압 이상으로 되지 않도록 제어할 수 있다. When the monitoring voltage of the
상기 제어부(300)는 상기 출력 커패시터(135) 모니터링에 필요한 모니터링부(미도시) 및 최대전압 설정에 필요한 전압설정부(미도시)를 별도로 구비할 수도 있다.The
상기 양방향 양극성 컨버터(170)는 상기 DC/DC 컨버터(130) 출력단에 연결되어 상기 CDI 모듈(200)의 공급전력을 제어할 수 있다.The bidirectional
보다 구체적으로, 상기 양방향 양극성 컨버터(170)는 4개의 스위치, 제1스위치(171), 제2스위치(172), 제3스위치(173) 및 제4스위치(174)로 구성되어 상기 CDI 모듈(200)에 걸리는 전압을 제어한다.More specifically, the
상기 4개의 스위치(171-174) 제어는 상기 제어부(300)에서 할 수 있다.The four switches 171-174 can be controlled by the
일 실시 예로, 상기 제어부(300)는 상기 제1스위치(171) 및 제4스위치(174)를 on 하여 상기 CDI 모듈(200)에 양전위를 인가하여 구동하고, 상기 CDI 모듈(200)은 정수모드로 동작한다. In one embodiment, the
또한, 상기 제어부(300)는 상기 제2스위치(172) 및 제3스위치(173)를 on 하여 상기 CDI 모듈(200)에 음전위를 인가하여 구동하고, 상기 CDI 모듈(200)은 재생모드로 동작한다.In addition, the
도 3 본 발명의 일 실시 예에 따른 CDI 모듈 구동시 전압을 시간의 흐름에 따라 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing voltage over time when driving a CDI module according to an embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 흐름을 도시한 도면이다.4 to 7 are diagrams showing power flow according to an embodiment of the present invention.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템은 정수모드 구동을 위해 CDI 모듈(200) 초기 구동을 시작한다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 초기 구동시에는 상용전원(10)에서 공급된 전력만으로 CDI 모듈(200)에 전력을 공급한다. 초기 구동시에는 정수모드 구동을 위해 제1스위치(171) 및 제4스위치(174)가 on 되어 CDI 모듈(200)에 양전위가 인가되어 일정 시간동안 정수모드가 구동된다. 정수모드 시작 후 시간 t1 이후에 CDI 모듈(200)에 걸리는 전압이 감소하면서 전력회수구간(R1)에 진입한다. Referring to FIGS. 3 to 7, the power system for the water treatment CDI module according to the present invention starts the initial operation of the
도 5를 참조하면, 전력회수구간(R1)에는 CDI 모듈(200)에 저장된 전력이 출력 커패시터(135)로 회수되어 저장된다. 전력회수구간(R)은 쇼트구간(S1)이 시작되기 전까지 계속된다. 도 3에는 쇼트구간(S)과 전력회수구간(R)이 구분되어 있으나, 회수되는 전력에 따라 쇼트구간(S)과 전력회수구간(R)이 겹칠 수도 있다. Referring to FIG. 5, in the power recovery section (R1), the power stored in the
상기 쇼트구간(S)에서는 상기 출력 커패시터(135)에 걸리는 전압을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로 도 6을 참조하면, 상기 제어부(300)는 상기 출력 커패시터(135)에 걸리는 전압, 즉, 노드1(N1)의 전압을 모니터링 할 수 있고, 상기 노드1(N1)의 전압이 설정된 전압 이상인 경우 상기 출력 커패시터(135)에 걸리는 전압을 제어한다. 전압 제어는 상기 출력 커패시터(135) 후단에 배치된 DB저항부(150)를 통해 할 수 있다. 상기 제어부(300)는 상기 노드1(N1)의 전압이 설정된 전압 이상인 경우, 상기 저항스위치(153)를 on 하여 상기 저항(151)으로 회수되는 전력을 흐르게 하여 상기 노드1(N1)에 걸리는 전압을 제어할 수 있다.In the short section (S), the voltage applied to the
도 7을 참조하면, 쇼트구간(S1)이 끝나면, 상기 제어부(300)는 제2스위치(172) 및 제3스위치(173)를 on되게 제어하고, 상기 제2스위치(172) 및 제3스위치(173)가 on 됨에따라, CDI 모듈(200)에 음전위가 인가되어 상기 CDI 모듈(200)은 재생모드로 구동하게 된다. 재생모드 구동 시, 초기 구동과는 다르게 상용전원(10)으로부터 공급되는 전력(도 7의 ①) 및 출력 커패시터(135)로부터 공급되는 전력(도 7의 ②)이 함께 CDI 모듈(200)로 공급(도 7의 ③)된다. Referring to FIG. 7, when the short section (S1) ends, the
도 3과 같이 초기 구동을 제외하고 회수된 전력과 상용전원에서 공급되는 전력으로 CDI 모듈(200)을 구동함으로써 효율적으로 에너지를 이용할 수 있게 된다. As shown in FIG. 3, except for the initial drive, the
상기 제어부(300)는 전력회수구간을 설정할 수 있다. 일 실시 예로, 상기 전력회수구간 설정은 CDI 모듈(200) 전압 모니터링을 통해 할 수 있다. 예를 들어, CDI 모듈(200)의 전압이 일정 전압 이하로 떨어지면 전력회수구간으로 인식하여 CDI 모듈(200)에 저장된 전력이 출력 커패시터(135)로 회수되도록 구동할 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(300)는 CDI 모듈(200)의 전압을 모니터링하는 모니터링부(미도시)를 별도로 구비할 수도 있다. 즉, CDI 모듈의 전압이 정수모드에서는 300V 이하로 떨어지는 시점, 재생모드에서는 -300V 이하로 떨어지는 시점을 전력회수구간 시작 시점으로 할 수 있다. 다른 실시 예로, 전력회수구간의 시작 시점은 시간으로 할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 정수 및 재생모드 시작 후, 일정 시점인 t1 및 t2 후를 전력회수구간 시점으로 할 수 있다. 또한, 상기에 설명한 전압 모니터링과 시간을 병행하여 설정하는 것 또한 가능할 수 있다.The
전력회수구간의 종료시점은 정수모드 및 재생모드가 시작되는 시점으로 할 수 있다. The end point of the power recovery section can be the time when the water purification mode and regeneration mode start.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the attached patent claims. It is deemed to be within the scope of the claims of the present invention to the extent that anyone skilled in the art can make modifications without departing from the gist of the invention as claimed in the claims.
10 상용전원 100 전원공급부
110 3상 정류기 130 DC/DC 컨버터
131 제1모듈 132 절연형 변압기
133 제2모듈 135 출력 커패시터
150 DB저항부 151 저항
153 저항스위치 170 양방향 양극성 컨버터
171 제1스위치 172 제2스위치
173 제3스위치 174 제4스위치
200 CDI 모듈 300 제어부10
110 3-
131
133
150
153
171
173
200
Claims (4)
정수 및 재생모드 시 상기 CDI 모듈에 공급되는 전력을 제공하는 전원공급부;및
상기 CDI 모듈 및 전원공급부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 전원공급부는,
상용전원을 공급하는 상용전원;
상기 상용전원을 정류하는 3상 정류기;
상기 3상 정류기에서 정류된 직류 전압을 변환하는 DC/DC 컨버터;및
상기 DC/DC 컨버터 출력단에 연결되어 상기 CDI 모듈의 공급전력을 제어하는 양방향 양극성 컨버터;를 포함하고,
상기 DC/DC 컨버터는,
상기 3상 정류기에서 정류된 직류 전압을 입력받아 절연용 변압기 1차측 전압을 형성하는 제1모듈;
상기 절연용 변압기 2차측 전압을 형성하는 제2모듈;및
상기 DC/DC 컨버터 출력단에 구비되고 상기 CDI 모듈에서 회수되는 전력을 저장하는 출력 커패시터;를 포함하고,
상기 전원공급부는 상기 DC/DC 컨버터와 상기 양방향 양극성 컨버터 사이에 DB저항부를 더 포함하고,
상기 DB저항부는,
저항 및 저항스위치로 구성되고,
상기 제어부는 상기 출력 커패시터의 전압을 모니터링하고,
상기 출력 커패시터의 전압이 설정 전압 이상인 경우, 상기 저항스위치를 on하고,
상기 출력 커패시터는 초기구동을 제외한 상기 CDI 모듈 정수모드 및 재생모드시 상기 CDI 모듈 구동에 필요한 일부 전력을 제공하는,
수처리 CDI 모듈을 위한 파워시스템.CDI module that removes ionic substances in raw water using the electric double layer principle;
A power supply unit that provides power supplied to the CDI module during water purification and regeneration modes; and
It includes a control unit that controls the CDI module and the power supply unit,
The power supply unit,
Commercial power supply that supplies commercial power;
a three-phase rectifier that rectifies the commercial power;
A DC/DC converter that converts the direct current voltage rectified in the three-phase rectifier; And
It includes a bipolar converter connected to the output terminal of the DC/DC converter to control the power supplied to the CDI module,
The DC/DC converter is,
A first module that receives the rectified direct current voltage from the three-phase rectifier and forms a primary side voltage of the insulation transformer;
A second module forming the secondary voltage of the insulation transformer; And
An output capacitor provided at the output terminal of the DC/DC converter and storing power recovered from the CDI module,
The power supply unit further includes a DB resistance unit between the DC/DC converter and the bi-polar converter,
The DB resistance unit,
It consists of a resistor and a resistance switch,
The control unit monitors the voltage of the output capacitor,
When the voltage of the output capacitor is higher than the set voltage, turn on the resistance switch,
The output capacitor provides some power required to drive the CDI module in the CDI module constant mode and regeneration mode, excluding initial operation.
Power system for water treatment CDI module.
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KR102164392B1 (en) | 2019-05-07 | 2020-10-13 | 재단법인 포항산업과학연구원 | Apparatus and method of regenerating energy using capacitive deionization module |
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