KR20060131814A - 수처리에 사용되는 자외선램프를 위한 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자외선 방사에 의해 물을 살균하기 위한 장치에 관한 것이며, 램프의 예열 및 점화를 위한 수단과 통상적인 작동을 확보하기 위한 수단을 포함하는 공급 수단과 전선(electric wires, 5a, 5b)으로 연결되는 적어도 2개의 방전 램프(discharge lamps, 2, 3)를 포함한다. 본 발명은 예열 수단의 적어도 한 개의 전기성분(4a, 4b)이 상기 램프와 아주 근접하게 제공되고, 공급 수단의 다른 성분들은 그것으로부터 떨어진 거리에 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

수처리에 사용되는 자외선램프를 위한 공급장치{SUPPLY DEVICE FOR ULTRAVIOLET LAMPS USED IN THE TREATMENT OF WATER}

본 발명은 정화과정 및 식수생성과정에 관한 수처리 분야에 관한 것이다.

더 구체적으로는 자외선램프(UV lamp)를 사용한 자외선 방사를 통한 수처리에 관한 것이다.

자외선램프는 음용에 적합한 물을 만들기 위한 설비 또는 정수에 통상적으로 사용된다.

따라서 그러한 램프는 식수생산설비의 물 살균장치(water disinfection units)에 빈번하게 사용된다. 바이러스와 박테리아 같은 미생물들은 특정 파장의 자외선 방사에 의해 야기되는 광화학작용(photochemical effect)에 의하여 무력화되거나 파괴된다.

이러한 자외선램프는 또한 염소제거장치 또는 탈염장치(dechlorination units)에도 사용된다. 이는 자외선램프가 뿜어내는 에너지가 물속에 존재하는 염소처리된 종을 변환할 수 있는 화학종(chemical species)의 출현을 촉진하기 때문이다.

그러한 자외선램프는 옥외수로(open channels) 또는 폐쇄된 반응용기(closed reaction vessels)에서도 사용될 수 있다. 폐쇄된 반응용기는 통상적으로 스테인레스강으로 만들어져 있으며, 물이 내부에서 순환하도록 되어있고 자외선램프가 완전히 잠긴 채로 있게 된다.

한 개 또는 수개의 램프열은 200nm에서 300nm 사이의, 통상적으로 254nm의 파장을 갖는 자외선을 방사하며 보통 수로에 장치된다. 이러한 램프열은 종종 각각 병렬로 배치되어 모듈을 이루도록 조직화될 수 있다. 각각의 모듈은 석영덮개(quartz jackets)로 보호되는 한 개 또는 수개의 자외선램프로 구성된다.

수처리에 사용되는 자외선램프는 전기케이블(electrical cables)을 통해서 전원 공급 수단으로 연결되며, 이는 램프 예열 및 점화 수단과 램프의 정상적인 자외선 발광(UV irradiation)을 확인하는 수단을 포함하게 된다.

해당 분야에 종사하는 전문가들 또는 당업자는 이러한 전원 공급 수단을 밸러스트(ballast)라고 부른다. 밸러스트는 원래는 전적으로 수동적이었으나 현재는 전원공급의 전압에 있어서 낮은 주파수를 20kHz에서 80kHz까지 높여주는 전자적 변환장치(electronic converter)로 이루어져 있다. 전자적 밸러스트는 램프에 전원을 공급하는 목적을 포함하는 다른 목적으로 사용될 수 있다.

이러한 밸러스트는 램프 그 자체와는 떨어진 채로 설치되며, 전기케이블을 통해 연결된다.

그와 같은 수처리용 장치를 사용하는 경우 램프의 밸러스트는 물 바깥에 설치되어야 하며, 누설방지된(leak tight) 또는 예컨대 합성수지를 이용하여 누설방지처리가 되어있는 전기 캐비넷(electrical cabinet) 안에 설치되어야 한다.

램프를 밸러스트와 연결하는 각각의 케이블은 그래서 길다.

각각의 자외선램프는 밸러스트와 4개의 전선(electrical wires)으로 연결되어 있으며, 다음과 같은 작용을 독립적으로 수행할 수 있다.

- 램프의 예열 단계(phase)

- 정상적인 발광모드(irradiation mode) 중의 작동 단계

예열 단계에서 전극(electrodes)을 통과하는 전류의 양은 그 안의 플라즈마의 이온화를 야기하지 않는다. 이 예열 단계에 이어서 램프의 점화가 뒤따르게 되며, 그 과정에서 공진 최고점(resonance peak)을 통과하는 밸러스트의 주파수의 변화로 인한 최초의 이온화를 달성하기 위해서 전압 최고점(voltage peak)이 램프로 보내진다. 램프는 그 후 정상적인 자외선 발광모드로 작동하게 되며, 그 과정에서 4개의 연결부분이 발전기 주파수의 함수으로서 플라즈마 내부에서 하나의 전극에서 다른 전극으로 이동하는 전류량을 조절하게 되고, 이에 따라 램프는 자외선 광자(UV Photons)를 방출한다.

어떤 제조자는 하나의 밸러스트에서 두 개의 자외선램프로의 전원공급을 고려하였고, 그 결과로 생산물의 경쟁력을 향상시켰다. 이러한 응용이 경제적 측면에서 매력적으로 되려면, 램프들이 직렬로(in series) 또는 부분적으로 직렬로 설치되어야 한다. 두 개의 램프를 병렬시켜(in parallel) 설치하는 것은 전기성분의 수를 증가시키게 되고, 일렉트로닉 카드(electronic card)에 두 개의 밸러스트를 만드는 것은 실질적으로 하나의 밸러스트와 동등하게 된다. 두 개의 램프를 직렬로 설치하는 경우 단자에 인가되는 전압을 2배 증가시키는 것만으로도 하나의 자외선램프의 전원공급에 사용되는 밸러스트를 구성하는 전기성분을 크게 변경하지 않고도 직렬로 배치된 2개의 램프에 전원공급이 가능하게 된다. 이러한 간이화는 그에 해당하는 비용을 절감시킨다.

그러나, 직렬로 연결된 수개의 램프를 위한 현존하는 전원공급시스템은 아직도 램프마다 4개의 도선을 사용하고 있다. 램프가 직렬로 연결될 때조차도, 예열전류 및 아크전류를 제어하여 다른 사이클에서 적절한 제어관리가 가능하게 하기 위해서는 밸러스트 및 직렬로 연결된 2개의 램프 사이에 6개 내지 8개의 선을 연결해야 한다. 전자기 차폐수단은 이러한 도선들과 관련이 있다.

종래 기술에 따른 기술적인 단점 중 하나는 밸러스트마다 6개 내지 8개의 도선을 사용함으로 해서 그리고 관련된 차폐체에 있어서 상대적으로 높은 비용이 든다는 것이다.

종래 기술에 따른 다른 기술적인 단점은 밸러스트와 램프 간의 연결거리가 최대 15m라는 한계가 있다는 것이다. 밸러스트와 램프 간의 연결거리가 증가하면 케이블의 임피던스가 공진 밸러스트 전원공급회로의 임피던스에 비해서 더 이상 무시할 수 없게 되며 이는 램프가 정상적으로 작동하는 것을 방해하게 된다. 더구나 도선의 길이에 비례하는 도선 사이의 기생정전용량은 밸러스트의 올바른 작동에 영향을 미치며, 램프의 전원공급에 있어서 불균형을 야기한다.

수처리를 위해 자외선램프를 사용하는 장치에 관한 이러한 기술의 다른 단점은 밸러스트가 물에 가까이 있는 경우 물로부터 밸러스트를 보호할 필요가 있다는 점에 기인한다. 램프의 배선의 길이를 감소시키기 위하여는 밸러스트를 램프 가까이 가져와야 하며, 이는 물에 가까워지는 것이며 나아가 밸러스트 또는 전기적 캐비넷 또는 밸러스트를 담고 있는 박스를 누설방지시켜야 한다. 또한 사용상의 어려움과 비용의 증가도 발생한다.

종래 기술에 따른 다른 기술적인 단점은 긴 도선의 사용과 관련된 에너지 손실이며, 이는 본질적으로 무시할 수 없는 임피던스와 관련된다.

도 1은 본 발명에 관한 장치의 블록도를 도시한다.

도 2는 도 1에 따른 직렬 램프 어셈블리에서의 전류 제어형 예열을 수행하는 작동모드를 도시한다.

도 3은 램프가 병렬 램프 어셈블리에서의 전류 제어형 예열을 수행하는 작동모드를 도시한다.

본 발명의 목적은 특히 종래 기술에 따른 단점을 극복하기 위한 장치를 제안하고자 하는 것이다.

본 발명의 목적 중 하나는 저렴한 비용으로 구현되는 단일한 장치를 제안하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 램프가 균형있게 작동할 수 있도록, 특히 예열과정에서 "균형있게"(symmetrically) 작동하는 것이 용이하게 하는 장치를 제안하고자 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 작동의 변경 없이 밸러스트와 자외선램프 사이의 연결케이블(connection cables)의 길이를 증가시키는 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 나은 광범위한 전기효율을 가진 1개의 밸러스트와 적어도 2개의 자외선램프에 전원을 공급하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치를 제공하는 것에 있다.

후술하는 여러 가지 장점들은 아래와 같은 장치를 포함하는 전원 공급 수단(power supply means)에 전선(electrical wire)으로 연결되는 적어도 2개의 방전 램프(discharge lamp)를 포함하는 자외선 방사에 의한 물 소독장치를 사용함으로써 달성된다. 이 물 소독장치는 램프 예열(warming up) 및 점화(ignition) 수단과 램프의 통상적인 작동을 위한 수단을 포함하며, 상기의 예열 수단의 전기성분들 중의 적어도 하나는 상기의 램프에 아주 근접하게 제공되며, 상기의 전원 공급 수단의 다른 성분들은 그것들과 떨어진 거리에 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따를 때 상기의 램프 예열에 관여하는 전기성분들의 적어도 하나는 램프에 근접하게 위치한다.

그래서 본 발명은 예열에 관여하는 전원 공급 수단의 성분의 일부분을 램프의 근접거리에 배치하는 것 및 전원 공급 수단의 나머지 성분은 이러한 램프와 거리를 두고 배치하는 것으로 구성되는 새롭고 독창적인 수단에 근거한다.

선행기술에 있어서 이러한 성분들은 램프와 떨어져서 완전히 밸러스트에 통합되어있다.

그러한 구성은 밸러스트와 램프 사이의 도선(conductor)의 수를 2개로까지 감소시킬 수 있으며, 그로 인하여 밸러스트 또는 밸러스트를 담고 있는 전기적 캐비넷(electrical cabinet)의 누설방지처리(leak tight)를 할 필요가 없이 동등한 길이에 걸쳐 배선의 임피던스(impedence)를 감소시킬 수 있다. 그것은 또한 기생정전용량으로 인하여 발생하는 램프 전원공급의 불균형을 감소시킨다. 결과적으로 과거에 가능했던 것보다 두드러지게 긴 케이블의 길이(30m까지)가 가능하게 되었다. 이러한 배치는 장치를 적은 비용으로 운용할 수 있도록 하며 더 좋은 전기효율을 얻을 수 있도록 해준다.

본 발명의 범위 안에서 "아주 근접하게"(in the immediate vicinity)라는 표현은 0.5m 이내의 거리를 나타내는 것이고, "떨어진 거리에서" 또는 "거리를 두고"(at a distance)라는 표현은 2m 이상의 거리를 나타낸다.

본 발명의 첫 번째 변형례에 따르면 상기 램프의 예열 및 점화 수단은 전류 제어형 램프의 예열을 위한 전기성분을 포함하고 있다.

본 발명의 두 번째 변형례에 따르면 상기 램프의 예열 및 점화 수단은 전압 제어형 램프의 예열을 위한 전기성분을 포함하고 있다.

램프는 첫 번째와 두 번째의 변형례에 있어서 2가지의 서로 다른 모드로 결합 될 수 있다. 이들 모드는 장치의 적어도 2개의 상기 램프가 직렬로 설치되는 모드와 장치의 적어도 2개의 상기 램프가 병렬로 설치되는 모드이다.

2개의 램프를 포함하는 장치에 있어서 그러한 구성은 2개의 도선(직렬 설치)으로 또는 3개의 도선(병렬 설치)으로 된 배선을 사용하는 것을 가능하게 한다.

병렬로 배치된 n개의 램프를 포함하는 장치의 경우 배선은 n+1개의 도선으로 구성된다.

그에 반하여 직렬로 배치된 램프의 설비를 포함하는 장치의 경우 램프의 수에 관계없이 오직 2개의 도선을 사용하는 배선이 가능하다. 그러므로 상기의 구성은 단일한 밸러스트에 의해 전원이 공급되는 많은 수의 램프가 있다면 유리하게 사용될 수 있다.

상기 다른 변형례에 따르면 램프에 아주 근접한 성분의 하나는 캐패시터 또는 변압기를 포함하고 있다.

램프에 아주 근접하여 제공된 성분은 누설방지 박스 안에 배치되면 유리하다. 이러한 매우 소형의 박스는 램프 소켓의 안에 또는 직후방에 배치하는 것도 가능하다.

이와 같은 서로 다른 변형례에 따르면 램프는 자외선램프일 수 있으며, 바람직하게는 수은기체 램프(mercury vapour lamps)이다. 당연히, 다른 타입의 자외선램프도 사용할 수 있다. 그러나 본 발명은 예열을 필요로 하는 어떤 타입의 방전 램프에도 적용될 수 있다.

본 발명은 역시 상기한 바와 같이 적어도 하나의 장치를 포함하는 자외선 방사에 의한 어떠한 물 살균설비에도 적용될 수 있다.

본 발명의 다른 특징과 장점은 단순하고 비한정적인 예로써 주어진 바람직한 실시예에 대한 이하의 기재 및 첨부된 도면을 읽은 후라면 더욱 분명해질 것이다.

도 1에 대하여, 장치는 밸러스트(1), 직렬로 배치된 2개의 자외선램프(2, 3) 그리고 케이블(5)을 포함하고 있으며, 밸러스트(1)와 상기의 자외선램프를 연결하는 케이블(5)은 30m의 길이까지 가능하다. 상기의 램프(2, 3)는 각각 4개의 커넥터를 갖는다.

본 발명에 관하여 램프(2, 3)의 예열 수단(4)은 램프의 아주 인접한 거리에 제공된다. 그래서 케이블(5)은 오직 2개의 도선(5a, 5b)으로 구성되며, 파선으로 표시된 차폐체 또는 실드 역시 가능하다.

도 2는 램프와 아주 근접한 거리에 제공된 전원공급 장치의 성분이 전류제어형 원격모드로 램프를 예열하는 것에 관한 도 1에 도시된 장치에 관한 전기 다이어그램을 보여준다.

상기 도면에 있어서, 밸러스트(1)는 가변 주파수 제어에 따라 2개의 스위치(1b, 1c)에 의해 정현 신호를 출력하는 전자 전환기(1a)와, 전류를 조절하기 위한 코일(또한 인덕턴스라고도 불린다) 및 2개의 캐패시터(1f, 1g)를 포함한다.

램프와 아주 근접하게 제공되는 전기적 전원공급 성분은 모듈(6)을 형성하고 있으며, 적어도 1개의 캐패시터(4a)와 1개의 변압기(4d)를 포함한다.

모듈(6)은 2개의 도선(5a, 5b)으로 밸러스트(1)와 연결된다. 그래서 종래 기술과 비교할 때 밸러스트와 직렬로 연결된 램프 사이의 도선의 수는 3배 또는 4배 만큼 감소되며, 배선의 기생정전용량과 인덕턴스, 밸러스트 및 램프의 올바른 작동에 대한 상대적인 영향을 제한한다. 그 결과로 상기 구성은 에너지 비용과 장치의 사용비용을 감소시킬 수 있고, 보다 더 긴 케이블을 사용할 수 있게 해준다.

도 3은 램프(2, 3)가 병렬로 설치되고 전과 마찬가지의 전류 제어형 예열을 사용하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 다이어그램을 보여준다.

상기 실시예에서 밸러스트(1)는 발전기(1a), 2개의 스위치(1b, 1c), 2개의 코일(1d, 1e) 그리고 2개의 캐패시터(4c, 4d)를 포함한다.

램프에서 아주 근접하게 제공된 예열에 관계된 성분들은 모두 모듈(6)에 포함되며, 2개의 캐패시터(4c, 4d)를 포함한다.

상기 실시예에 있어서 램프와 밸러스트(1)를 연결하는 도선(5a, 5b, 5c)의 개수는 3개로 감소한다.

상기 2개의 실시예에서 모듈(6)은 매우 소형이고, 램프 소켓 내부에 또는 직후방에 설치할 수도 있다.

본 발명에 있어서 다른 실시예도 예견될 수 있을 것이다.

특히 램프는 전압 제어형 예열이 가능한 전기성분에 의해 예열 될 수도 있다.

당연히, 장치는 2개 이상의 방전 램프를 포함할 수 있다.

상기 방전 램프는 직렬로 또는 병렬로 또는 직렬과 병렬을 조합하여 설치될 수 있다.

Claims (11)

1. 전선(5a, 5b)에 의해 전원 공급 수단에 연결된 2 이상의 방전 램프(2, 3), 램프 예열 및 점화 수단, 그리고 램프의 정상 동작을 달성하기 위한 수단을 포함하고,

   상기 예열 수단의 전기성분(4a, 4b) 중의 적어도 한 개는 상기 램프와 아주 근접하게 제공되며, 상기 전원 공급 수단의 다른 성분은 상기 램프로부터 떨어진 거리에 제공되는 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 램프 예열 및 점화 수단은, 램프의 전류 제어형 예열을 위한 전기성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
3. 제 1항에 있어서

   상기 램프 예열 및 점화 수단은, 램프의 전압 제어형 예열을 위한 전기성분을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 램프(2, 3)가 직렬로 설치된 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 최소 2개의 램프(2, 3)는 병렬로 설치된 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 램프에 아주 근접한 상기 전기성분은, 캐패시터(4a) 또는 변압기를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 램프에 아주 근접하게 제공된 상기 전기성분은, 개별 모듈(6)에 포함되는 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 모듈(6)이 램프 소켓 내부에 또는 직후방에 설치된 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 방전 램프(2, 3)가 자외선램프인 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 자외선램프가 수은기체 램프인 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균장치.
11. 제 9항 또는 제 10항에 기재한 적어도 한 개의 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 방사에 의한 물 살균 설비.