KR20120032204A

KR20120032204A - 마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템

Info

Publication number: KR20120032204A
Application number: KR1020100093715A
Authority: KR
Inventors: 김성락; 지영연; 장홍기; 김익년
Original assignee: (주)트리플코어스코리아
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-05
Also published as: WO2012044060A2; WO2012044060A3; TW201230122A

Abstract

마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템을 공개한다. 마이크로웨이브 발생 장치는 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론, 및 상기 마그네트론을 구동하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압 생성하는 전원 공급 회로를 구비한다. 따라서 낮은 제조비용으로 안정적으로 고출력의 마그네트론을 구동할 수 있으며, 마그네트론의 수명을 연장할 수 있다.

Description

마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템{Microwave generator and driving method thereof, and system for eliminating waste gases}

본 발명은 마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템에 관한 것으로, 특히 저비용으로 안정적인 고출력의 마이크로웨이브를 발생할 수 있는 마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 이 장치를 구비하는 폐가스 제거 시스템에 관한 것이다.

마이크로웨이브 발생 장치는 고주파수(예를 들면, 2.45GHz)의 전자기파를 발생시킬 수 있는 장치이다. 마이크로웨이브 발생 장치는 전자레인지, 위성 통신, 레이더, 속도 측정기 등의 여러 분야에 다양하게 사용되고 있다.

특히 최근에는 마이크로웨이브 발생 장치가 플라즈마(plasma)를 발생하기 위하여 사용된다. 플라즈마는 플라즈마로 발생되는 높은 반응성의 화학종들을 이용하여 금속이나 고분자 등의 표면 처리, 실리콘 웨이퍼, 글래스 등 다양한 유전체 식각, 플라즈마 화학기상증착 기술에 적용하기 위해 사용된다. 산업용으로 주로 이용되는 플라즈마는 대기압 저온 플라즈마로서, 외부에서 전기장을 인가하여 가스방전을 유도함으로써 이온화하여 생성된다. 플라즈마 중에서 마이크로웨이브 플라즈마는 이러한 전기장을 인가하기 위해 마이크로웨이브의 주파수(예를 들면, 2.45GHz)를 사용한다. 마이크로웨이브 플라즈마는 손쉽게 활성입자(Free radicals)를 대량 발생시킬 수 있으므로, 매우 효율적인 화학반응을 유도할 수 있는 것으로 알려져 있다.

통상적으로 마이크로웨이브 발생 장치는 마그네트론(Magnetron)이라 불리는 일종의 진공관을 이용하여 마이크로웨이브를 발생한다. 마그네트론은 고전압에 의해 구동되므로, 마이크로웨이브 발생 장치는 고전압을 발생하기 위한 전원공급 장치를 구비한다. 마이크로웨이브 발생 장치에서 마그네트론을 구동하기 위한 전원공급 장치로는 SMPS(switching mode power supply), 반파 배압 정류 회로 및 전파 배압 정류 회로와 같은 펄스 파형의 전원을 공급하는 펄스 전원 장치가 사용되고 있다. 그러나 기존의 펄스 전원 장치는 스위칭용 파워 MOS트랜지스터 또는 절연 게이트 양극성 트랜지스터 (Insulated Gate Bi-Polar Transistor : IGBT)등을 포함하는 파워 칩(chip)을 구비하고, 이 파워 칩의 동작 제한으로 인하여 출력할 수 있는 최대 출력 전력에 한계가 있다. 일반적으로 보급되는 SMPS 및 각종 펄스 전원 장치는 8kW 이하의 출력을 가지며, 1.8kW 이상의 출력을 갖는 펄스 전원 장치는 특별하게 제작된 파워 칩이 필요하다. 이러한 파워 칩은 용도에 맞추어 별도로 제조되어야 하므로 제조비용이 매우 높다. 즉 전원 장치의 제조비용이 매우 높아지게 된다.

본 발명의 목적은 저비용으로 안정적인 고출력의 마이크로웨이브를 발생할 수 있는 마이크로웨이브 발생 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 마이크로웨이브 발생 장치의 구동 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 마이크로웨이브 발생 장치를 구비하는 폐가스 제거 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 마이크로웨이브 발생 장치는마이크로웨이브를 출력하는 마그네트론, 및 상기 마그네트론을 구동하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압 생성하는 전원 공급 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 전원 공급 회로는 각각 전원 전압을 인가받아 승압하여 상기 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압을 출력하는 복수개의 펄스 전원부, 및 상기 복수개의 펄스 전원부에 각각과 상기 마그네트론 사이에 연결되어, 대응하는 펄스 전원부에서 인가되는 상기 정류된 고전압을 마그네트론으로 인가하고, 상기 대응하는 펄스 전원부 이외의 펄스 전원부에서 인가되는 상기 정류된 고전압이 상기 대응하는 펄스 전원부로 인가되는 것을 차단하는 복수개의 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 전원 공급 회로는 상기 복수개의 펄스 전원부 각각이 상기 서로 다른 위상을 갖는 정류된 고전압을 생성하도록 복수개의 펄스 신호를 생성하여 출력하는 소신호 발생기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 복수개의 펄스 전원부 각각은 상기 복수개의 펄스 신호 중 대응하는 펄스 신호를 상기 전원 전압으로서 인가받는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 전원 공급 회로는 상기 마그네트론이 연결되는 공통 노드와 접지 전압 사이에 병렬로 연결되고, 각각 교류 전원 전압을 서로 반대 위상으로 인가받아 반파 배압 정류하여 교대로 상기 마그네트론을 구동하기 위한 고전압을 상기 공통 노드로 출력하는 제1 및 제2 반파 배압 정류기를 구비하는 전원 공급 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 제1 반파 배압 정류기는 상기 교류 전원 전압을 1차 코일로 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제1 전압을 출력하는 제1 고압 트랜스포머, 상기 제1 고압 트랜스포머의 상기 2차 코일의 일단과 제1 노드 사이에 연결되어 상기 제1 전압을 배압하여 상기 제1 노드로 인가하는 제1 커패시터, 상기 제1 노드와 상기 접지 전압사이에 연결되어, 상기 제1 노드에 인가된 상기 배압된 제1 전압을 정류하는 제1 다이오드, 및 상기 제1 노드와 상기 공통 노드 사이에 연결되어 상기 제2 반파 배압 정류기에서 출력되는 전압이 상기 제1 노드로 인가되는 것을 차단하는 제2 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 제2 반파 배압 정류기는 상기 제1 고압 트랜스포머와 반대 위상으로 상기 교류 전원 전압을 1차 코일로 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제2 전압을 출력하는 제2 고압 트랜스포머, 상기 제2 고압 트랜스포머의 상기 2차 코일의 일단과 제2 노드 사이에 연결되어 상기 제2 전압을 배압하여 상기 제2 노드로 인가하는 제2 커패시터, 상기 제2 노드와 상기 접지 전압사이에 연결되어, 상기 제2 노드에 인가된 상기 배압된 제2 전압을 정류하는 제3 다이오드, 및 상기 제2 노드와 상기 공통 노드 사이에 연결되어 상기 제1 반파 배압 정류기에서 출력되는 전압이 상기 제2 노드로 인가되는 것을 차단하는 제4 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 마이크로웨이브 발생 장치는 상기 제1 고압 트랜스포머 또는 상기 제2 고압 트랜스포머 중 하나의 1차 코일에 대응하여, 상기 마그네트론을 예열하기 위한 교류전압을 유도하는 필라멘트 코일을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 마이크로웨이브 발생 장치의 구동 방법은 마그네트론과 상기 마그네트론이 연결되는 공통 노드와 접지 전압 사이에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 반파 배압 정류기를 구비하는 전원 공급 회로를 구비하는 마이크로웨이브 발생 장치에 있어서, 상기 제1 반파 배압 정류기가 교류 전원 전압을 인가받아 반파 배압 정류하여 상기 마그네트론을 구동하는 제1 마그네트론 구동 단계, 및 상기 제2 반파 배압 정류기가 교류 전원 전압을 상기 제1 반파 배압 정류기와 반대 위상으로 인가받아 반파 배압 정류하여, 상기 제1 반파 배압 정류기가 상기 마그네트론을 구동하지 않는 동안, 상기 마그네트론을 구동하는 제2 마그네트론 구동 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 제1 반파 배압 정류기는 제1 고압 트랜스포머, 제1 커패시터 및 제1 및 제2 다이오드를 구비하고, 상기 제1 마그네트론 구동 단계는 상기 제1 고압 트랜스포머의 1차 코일로 상기 교류 전원 전압을 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제1 전압을 출력하는 단계, 상기 제1 고압 트랜스포머로부터 인가된 상기 제1 전압을 상기 제1 커패시터가 배압하여 상기 제1 노드로 배압된 제1 전압을 출력하는 단계, 상기 제1 다이오드를 이용하여 상기 배압된 제1 전압을 정류하여 상기 제1 노드에 배압 정류된 제1 전압을 발생하는 단계, 및 상기 배압 정류된 제1 전압을 상기 마그네트론으로 공급하고, 제2 다이오드를 이용하여 상기 제2 반파 배압 정류기에서 출력되는 전압이 상기 제1 노드로 인가되는 것을 차단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 제2 반파 배압 정류기는 제2 고압 트랜스포머, 제2 커패시터 및 제3 및 제4 다이오드를 구비하고, 상기 제2 마그네트론 구동 단계는 상기 제2 고압 트랜스포머의 1차 코일로 상기 제1 고압 트랜스포머와 반대 위상으로 상기 교류 전원 전압을 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제2 전압을 출력하는 단계, 상기 제2 고압 트랜스포머로부터 인가된 상기 제2 전압을 상기 제2 커패시터가 배압하여 상기 제2 노드로 배압된 제2 전압을 출력하는 단계, 상기 제3 다이오드를 이용하여 상기 배압된 제2 전압을 정류하여 상기 제2 노드에 배압 정류된 제2 전압을 발생하는 단계, 및 상기 배압 정류된 제2 전압을 상기 마그네트론으로 공급하고, 제4 다이오드를 이용하여 상기 제2 반파 배압 정류기에서 출력되는 상기 배압 정류된 제1 전압이 상기 제2 노드로 인가되는 것을 차단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 마이크로웨이브 발생 장치는 상기 제1 고압 트랜스포머 또는 상기 제2 고압 트랜스포머 중 하나의 1차 코일에 대응하는 필라멘트 코일을 더 구비하고, 상기 필라멘트 코일은 상기 마그네트론을 예열하기 위한 교류전압을 유도하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 폐가스 제거 시스템은 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론 및 상기 마그네트론을 구동하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압 생성하는 전원 공급부를 구비하는 마이크로웨이브 발생 장치, 상기 전자파 발진기에서 발진된 고주파를 전송하는 도파관, 상기 도파관을 통해 전송된 마이크로웨이브 및 외부로부터 주입된 와류가스가 유입되는 방전관, 상기 방전관이 설치되는 방전관 지지체, 및 상기 도파관을 통해 상기 방전관으로 전송된 마이크로웨이브에 의해 발생된 전자파 플라즈마에 추가가스를 공급하는 추가가스 공급부를 포함하는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템은 마이크로웨이브 발생 장치에 구비되는 전원 공급 회로가 출력이 낮은 복수개의 펄스 전원부를 구비하고, 복수개의 펄스 전원부가 서로 교대로 펄스 파형의 전원을 마그네트론으로 공급한다. 따라서 고비용의 고출력 전원 공급회로를 구비하지 않더라도 고출력의 마그네트론을 구동할 수 있다. 또한 제조비용이 낮으며, 마그네트론을 휴지기 없이 구동할 수 있으므로 효율을 높일 수 있다.

도1 은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 발생 장치의 일예를 나타내는 도면이다.
도2 는 도1 의 전원 공급 회로의 출력 파형을 나타내는 도면이다.
도3 은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 발생 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도4 는 본 발명에 따른 폐가스 처리 시스템의 일예를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템을 설명하면 다음과 같다.

도1 은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 발생 장치의 일예를 나타내는 도면으로, 도1 에서는 설명의 편의를 위하여 마그네트론(MGT)과 마그네트론(MGT)을 구동하기 위한 전원 공급 회로(10)만을 도시하였다.

마그네트론(MGT)은 전원 공급 회로(10)에서 공급되는 고전압에 의해 구동되어, 마이크로웨이브(Microwave)를 발생한다.

도1 의 전원 공급 회로(10)는 2개의 고압 트랜스포머(high voltage transformer)(HVT1, HVT2)와 2개의 커패시터(C1, C2) 및 4개의 다이오드(D1 ~ D4)를 구비한다.

2개의 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)는 각각 교류 전원 전압(AC1, AC2)을 1차 코일(L1, L3)로 인가받고, 1차 코일(L1, L3)과 2차 코일(L2, L4)의 권선비에 따라 마그네트론(MGT)을 구동할 수 있는 수준의 고전압을 유도한다. 여기서 교류 전원 전압(AC1, AC2)은 일예로 120V 또는 220V의 상용전압 및 50/60Hz의 상용주파수가 사용될 수 있다. 또한 2개의 교류 전원 전압(AC1, AC2)은 동일한 주파수와 동일한 위상을 갖는 전압이다. 교류 전원 전압(AC1, AC2)은 일반적으로 기준이 되는 전압이 출력되는 뉴트럴 라인(neutral line)(N)과 변화되는 전압이 출력되는 핫 라인(hot line)(H)이 있다. 제1 고압 트랜스포머(HVT1)와 제2 고압 트랜스포머(HVT2)는 도1 에 도시된 바와 같이 1차 코일(L1, L3)에 서로 반대되는 극성이 인가될 수 있도록 교류 전원 전압의 뉴트럴 라인 또는 핫 라인에 연결된다. 즉 제1 고압 트랜스포머(HVT1)와 제2 고압 트랜스포머(HVT2)는 각각 대응하는 교류 전원 전압(AC1, AC2)에 대해 서로 반대로 결선된다. 따라서 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 제1 코일(L1)에 인가되는 교류 전원 전압(AC1)과 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 제1 코일(L3)에 인가되는 교류 전원 전압(AC2)은 동일한 주파수에 서로 위상이 반대로 인가된다.

제1 커패시터(C1)는 제1 고압 트랜스포머(HVT1)와 제1 노드(Nd1) 사이에 연결되어 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 2차 코일(L2)에 유기되는 전압을 배압한다. 그리고 제2 커패시터(C2)는 제2 고압 트랜스포머(HVT2)와 제1 노드(Nd2) 사이에 연결되어 제2 고압 트랜스포머(HVT1)의 2차 코일(L4)에 유기되는 전압을 배압한다. 2개의 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)가 동일한 규격의 고압 트랜스포머이면, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)는 동일한 커패시턴스를 갖는 커패시터로 구성될 것이다. 그러나 만일 2개의 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)의 규격이 서로 다르면, 최대 전력을 마그네트론(MGT)로 전달할 수 있도록 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)는 서로 다른 커패시턴스를 가질 수 있다.

제1 노드(Nd1)와 접지 전압(GND) 사이에 제1 고압 트랜스포머(HVT1)와 병렬로 연결되는 제1 다이오드(D1)는 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 2차 코일(L2)에 유기된 고전압을 정류하기 위한 다이오드이고, 제2 노드(Nd2)와 접지 전압(GND) 사이에 제2 고압 트랜스포머(HVT2)와 병렬로 연결되는 제3 다이오드(D3)는 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 2차 코일(L4)에 유기된 고전압을 정류하기 위한 다이오드이다. 도1 에서는 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)의 애노드(anode)가 각각 제1 및 제2 노드(Nd1, Nd2) 연결되고, 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)의 캐소드(cathode)는 접지 전압(GND)에 연결된다. 따라서 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)는 각각 커패시터를 통해 제1 및 제2 노드(Nd1, Nd2)로 양의 전압이 인가되면 접지 전압(GND)으로 흘려보내는 반면, 제1 및 제2 노드(Nd1, Nd2)로 음의 전압이 인가되면, 접지 전압(GND)과 전기적으로 차단하여 정류 동작을 수행한다.

한편 제2 및 제4 다이오드(D2, D4)는 각각 인접한 커패시터(C1, C2)와 다이오드(D1, D3)를 통해 배압되고 정류 되어 인가되는 전압이 마그네트론(MGT)로만 인가되도록 차단하는 역할을 수행한다. 즉 제1 노드(Nd1)와 공통 노드(NdC) 사이에 연결되는 제2 다이오드(D2)는 제1 커패시터(C1)와 제1 다이오드(D1)를 통해 제1 노드(Nd1)로 인가되는 배압 정류된 전압이 제2 커패시터(C2) 및 제3 다이오드(D3)로 인가되는 것을 차단하고, 제2 노드(Nd2)와 공통 노드(NdC) 사이에 연결되는 제4 다이오드(D4)는 제2 커패시터(C2)와 제3 다이오드(D3)를 통해 제2 노드(Nd2)로 인가되는 배압 정류된 전압이 제1 커패시터(C1) 및 제1 다이오드(D1)로 인가되는 것을 차단하여 회로의 안정성을 높인다. 결과적으로 제2 및 제4 다이오드(D2, D4)는 각각 제1 및 제2 노드(Nd1, Nd2)로 인가되는 배압 정류된 전압이 마그네트론(MGT)로만 인가되도록 하는 역할을 수행한다.

그리고 필라멘트 코일(L5)은 히터 코일로도 일컬어지며, 2차 코일(L2)와 마찬가지로 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 1차 코일(L1)과의 권선비에 따라 소정 레벨(예를 들면, 3.3V)의 교류 전압을 유도하여 항시 마그네트론(MGT)을 예열한다. 도1 에서는 필라멘트 코일(L5)이 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 1차 코일(L1)에 대응하여 소정 레벨의 교류 전압을 유도하는 것으로 도시하였으나, 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 1차 코일(L3)에 대응하여 소정 레벨의 교류 전압을 유도할 수도 있다.

한편 도1 의 전원 공급 회로(10)는 제1 고전압 트랜스포머(HVT1), 제1 커패시터(C1) 및 제1 다이오드(D1)가 제1 반파 배압 정류기를 구성하고, 제2 고전압 트랜스포머(HVT2), 제2 커패시터(C2) 및 제3 다이오드(D3)가 제2 반파 배압 정류기를 구성하는 것으로 볼 수 있다. 즉 도1 의 전원 공급 회로(10)는 2개의 반파 배압 정류기를 구비한다. 그리고 제1 반파 정류기와 제2 반파 정류기에서 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)는 각각 교류 전원 전압과 서로 반대의 결선을 가진다. 그러므로 제1 반파 정류기와 제2 반파 정류기는 서로 180도 위상차를 갖는 반파 배압 정류 전압을 마그네트론(MGT)로 교대로 전달한다. 결과적으로 도1 에 도시된 전원 공급 회로(10)는 교대로 교차하여 마그네트론(MGT)로 구동 전압을 공급하는 2개의 반파 배압 정류회로의 구성을 가지므로, 교차 반파 배압 정류 회로로 표현할 수 있다.

도1 에서는 제1 고압 트랜스포머(HVT1)와 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 1차 코일(L1, L3)가 각각 서로 다른 교류 전원 전압(AC1, AC2)로부터 교류 전압을 인가받는 것으로 설명하였다. 그러나 상기한 바와 같이 교류 전원 전압(AC1, AC2)이 동일한 주파수와 동일한 위상을 갖는 전압이므로, 하나의 교류 전원 전압에서 2개의 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)가 모두 교류 전압을 인가받을 수도 있다. 2개의 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)가 하나의 교류 전원 전압에서 교류 전압을 인가받는 경우에도, 2개의 반파 정류 회로가 서로 교대로 교차하여 동작할 수 있도록 상기한 바와 같이 2개의 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)는 서로 반대 극성으로 결선되어야 한다.

도2 는 도1 의 전원 공급 회로의 출력 파형을 나타내는 도면이다. 도2 에서는 제1 및 제2 교류 전원 전압(AC1, AC2)이 동일한 전압 레벨을 갖고, 제1 및 제2 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)가 동일한 규격의 고압 트랜스포머인 것으로 가정하여 설명한다.

도2a 는 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 2차 코일(L2)에 유도되는 전압을 나타내며, 도2b 는 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 2차 코일(L4)에 유도되는 전압을 나타낸다. 도2a 및 도2b 에 도시된 바와 같이, 제1 고압 트랜스포머(HVT1)와 제2 고압 트랜스포머(HVT2)는 각각 대응하는 교류 전원 전압(AC1, AC2)에 대해 서로 반대로 결선되므로, 서로 반대의 위상을 갖는다. 그러나 제1 및 제2 교류 전원 전압(AC1, AC2)이 동일한 전압 레벨을 갖고, 제1 및 제2 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)가 동일한 규격의 고압 트랜스포머인 것으로 가정하였으므로, 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 2차 코일(L2)에 유도되는 전압과 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 2차 코일(L4)에 유도되는 전압은 동일한 전압 레벨(vV1 ~ -v1)을 갖는다.

도2c 는 제1 노드(Nd1)에 인가되는 전압을 나타내며, 도2d 는 제2 노드(Nd2)에 인가되는 전압을 나타낸다. 도2c 에 도시된, 제1 노드(Nd1)에 인가되는 전압은 제1 고압 트랜스포머(HVT1)의 2차 코일(L2)에 유도된 교류 전압을 제1 커패시터(C1)와 제1 다이오드(D1)가 반파 배압 정류하였으므로, 맥동형 반파 정류 파형으로 출력된다. 또한 음의 전압에 대해 배압하였으므로 도2a 의 전압 레벨(-v1)보다 도2c 의 전압 레벨(-v2)이 절대치에서 더 큰 값을 갖는다. 마찬가지로, 도2d 에 도시된, 제2 노드(Nd2)에 인가되는 전압은 제2 고압 트랜스포머(HVT2)의 2차 코일(L4)에 유도된 교류 전압을 제2 커패시터(C2)와 제3 다이오드(D3)가 반파 배압 정류하였으므로, 도2c 와 마찬가지로 맥동형 반파 정류 파형으로 출력되며, 도2b 의 전압 레벨(-v1)보다 절대치에서 더 큰 값(-v2)을 갖는다. 그러나 제2 노드(Nd2)에 인가되는 전압은 제1 노드(Nd1)에 인가되는 전압과 서로 반대의 위상을 가진다. 여기서 제1 및 제2 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)가 동일한 규격의 고압 트랜스포머인 것으로 가정하였으므로, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)도 서로 동일한 커패시턴스를 갖도록 구성된다. 제1 및 제2 고압 트랜스포머(HVT1, HVT2)의 특성과 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스 및 제1 및 제3 다이오드(D1, D3)의 특성에 의해 도2c 및 도2d 에 도시된 파형과 실제 파형은 일부 차이가 있을 수 있으나, 도2c 및 도2d 에서는 설명의 편의를 위하여 이상적인 반파 배압 정류 전압이 제1 및 제2 노드(Nd1, Nd2)에 인가된 것으로 도시하였다.

도2e 는 공통 노드(NdC)를 통해 마그네트론(MGT)로 인가되는 전압의 파형을 나타낸다. 공통 노드(NdC)에 인가되는 전압은 도2c 및 도2d 에 도시된 제1 및 제2 노드(Nd1, Nd2)의 반파 배압 정류 전압이 결합되는 형태로 나타난다. 특히 제1 반파 배압 정류 회로와 제2 반파 배압 정류 회로에 의해 서로 180도의 위상차를 갖고 반파 배압 정류된 전압이 결합되므로, 결과적으로 전파 정류 회로와 유사한 형태의 배압 정류 전압이 출력된다.

즉 도1 의 교차 반파 배압 정류 회로는 2개의 반파 배압 정류기를 구비하고, 2개의 반파 배압 정류기가 서로 교대로 반파 배압 정류 전압을 마그네트론(MGT)로 교대로 전달한다. 따라서 제1 반파 배압 정류기가 교류 전압을 출력하지 않는 기간 동안에 제2 반파 정류기가 반파 배압 정류 전압을 출력하고, 제2 반파 배압 정류기가 교류 전압을 출력하지 않는 기간 동안에 제1 반파 정류기가 반파 배압 정류 전압을 출력하여 전파 정류기와 유사한 맥동 전압을 마그네트론(MGT)으로 공급할 수 있다.

교차 반파 배압 정류 회로는 제조 비용이 낮고, 안정적인 전원 전압을 공급할 수 있는 반파 배압 정류 회로의 장점과 함께, 휴지기 없이 마그네트론을 공급할 수 있는 전파 정류 회로의 장점을 모두 가진다. 또한 하나의 반파 배압 정류 회로만을 구비하여 마그네트론을 구동하는 경우에 비하여, 고출력의 마그네트론을 구동할 수 있다. 또한 필라멘트 코일(L5)에 의해 마그네트론(MGT)으로 인가되는 교류 전원 전압을 최대한 활용하므로, 출력에 대비한 소비 전력을 줄여준다. 더불어 모딩 현상을 줄여서 마그네트론의 발진을 최대화하여 마이크로웨이브 발생 장치의 수명을 연장하며, 마그네트론을 구동 초기에 안정적으로 발진시킬 수 있다.

상기에서는 전원 공급 회로가 서로 교대로 전원 전압을 공급하는 2개의 반파 배압 정류를 구비하여 마그네트론을 구동하는 것으로 설명하였다. 그러나 본 발명은 전원 공급 회로가 반파 배압 정류기를 구비하는 것에 한정되지 않는다. 즉 펄스 파형의 전원 전압을 공급하는 다양한 전원 공급 장치를 이용할 수 있으며, 그 개수 또한 2개로 한정되지 않는다.

도3 은 본 발명에 따른 마이크로웨이브 발생 장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.

도3 의 마이크로웨이브 발생 장치 또한 도1 과 유사하게 설명의 편의를 위하여 마그네트론(MGT)과 마그네트론(MGT)을 구동하기 위한 전원 공급 회로(20)만을 도시하였다. 그러나 도3 의 마이크로웨이브 발생 장치(2)에서 전원 공급 회로(20)는 도1 의 마이크로웨이브 발생 장치와 달리 n개(n은 2이상의 자연수)의 펄스 전원부(41 ~ 4n)을 구비하고, 소신호 발생기(30)을 추가로 더 구비한다. 소신호 발생기(30)는 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 펄스 신호(S1 ~ Sn)를 생성하여 n개의 펄스 전원부(41 ~ 4n)으로 인가한다. 여기서 복수개의 펄스 신호(S1 ~ Sn)는 위상뿐만 아니라 서로 다른 주파수를 가질 수도 있다.

각각의 펄스 전원부(41 ~ 4n)는 소신호 발생기(30)과 마그네트론(MGT)사이에 병렬로 연결되어, 소신호 발생기(30)에서 생성되는 복수개의 펄스 신호 중 대응하는 하나의 펄스 신호(S1 ~ Sn)를 인가받고, 인가된 펄스 신호(S1 ~ Sn)의 위상 및 주파수에 대응하는 위상 및 주파수를 갖는 고전압(P1 ~ Pn)을 출력한다. 여기서 펄스 전원부(41 ~ 4n)는 각각 외부의 전원 전압을 인가받아 고전압(P1 ~ Pn)을 출력할 수 있다. 그리고 소신호 발생기(30)가 복수개의 펄스 전원부(41 ~ 4n)로 전원 전압을 공급할 수도 있다. 이 경우 펄스 신호(S1 ~ Sn)가 전원 전압이 될 수 있다. 즉 도1 에서 교류 전원 전압(AC1, AC2)이 소신호 발생기(30)의 기능을 수행하는 것으로 볼 수 있다. 복수개의 펄스 전원부(41 ~ 4n)는 각각 정류된 고전압(P1 ~ Pn)을 생성하며, 도1 과 같이 반파 정류회로를 이용하여 구현될 수도 있으며, SMPS 및 전파 배압 정류 회로를 이용하여 구현될 수도 있다.

그리고 n개의 펄스 전원부(41 ~ 4n)와 마그네트론(MGT) 사이에는 각각 다이오드(DD1 ~ DDn)가 배치된다. 도1 의 제2 및 제4 다이오드(D2, D4)와 유사하게, 각각의 다이오드(DD1 ~ DDn)는 대응하는 펄스 전원부(41 ~ 4n)에서 인가되는 고전압(P1 ~ Pn)을 정류하여 마그네트론(MGT)로 공급하고, 대응하는 펄스 전원부(41 ~ 4n)가 아닌 나머지 펄스 전원부(41 ~ 4n)에서 인가되는 고전압(P1 ~ Pn)이 대응하는 펄스 전원부(41 ~ 4n)으로 인가되는 것을 방지한다.

상기한 바와 같이 도3 의 마이크로웨이브 발생 장치는 복수개의 펄스 전원부(41 ~ 4n)를 구비하고, 각각의 펄스 전원부(41 ~ 4n)는 소신호 발생기(30)에서 인가되는 펄스 신호(S1 ~ Sn)의 위상 및 주기에 응답하여 동작하므로, 가격이 저렴한 펄스 전원 장치를 펄스 전원부(41 ~ 4n)로서 사용할 수 있으며, 마그네트론(MGT)이 안정적으로 고출력의 마이크로웨이브를 발생할 수 있다.

도4 는 본 발명에 따른 폐가스 처리 시스템의 일예를 나타내는 도면이다.

상기한 바와 같이, 마이크로웨이브 발생 장치는 플라즈마를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 그리고 플라즈마는 폐가스 제거 시스템에 적용될 수 있다. 플라즈마를 이용하는 폐가스 제거 시스템은 한국 공개 특허 2010-0027383호에 공개되어 있다.

도4 의 폐가스 제거 시스템은 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(300)를 구비하고 마이크로웨이브 플라즈마 반응기(300)는 전원 공급부(5), 마그네트론(15), 방전관(140), 도파관(125), 방전관 지지체(156), 와류가스 주입부(158), 추가가스 공급부(164) 및 연료공급 지지체(160)를 포함한다.

전원 공급부(5)는 마그네트론(15)에 전원을 공급한다. 마그네트론(15)은 도1 및 도3 에 도시된 바와 같이 마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론(MGT)으로 구성될 수 있다. 그리고 전원 공급부(5)는 도1 및 3 의 전원 공급 회로(10, 20)으로 구현될 수 있다. 즉 전원 공급부(5)는 펄스 파형을 갖는 복수개의 정류된 전원 전압을 인가받아 마그네트론(15)으로 공급한다.

상기 마그네트론(15)로부터 발진되는 마이크로웨이브(154)는 도파관(125)으로 유입된다.

상기 도파관(125)의 종단(152)으로부터 1/4g (g는 도파관 내의 파장) 떨어진 위치에 중심축을 갖는 방전관(140)은 상기 도파관(125)에 수직하게 설치되며 그 재질은 석영, 강화유리, 세라믹, 알루미나 등 마이크로웨이브가 투과할 수 있는 유전체로 구성될 수 있다.

상기 방전관(140)은 방전관 지지체(156)에 의해 지지되며 방전관(140)으로 와류가스를 주입할 수 있는 와류가스 주입구(158a,158b)가 설치된다. 상기 와류가스 주입구(158a,158b)는 등간격을 가지도록 다수개로 설치될 수 있음은 물론이다.

상기 와류가스 주입구(158a,158b)로부터 주입되는 와류가스는 상기 방전관 지지체(156)와 상기 방전관(140)의 내벽을 타고 와류를 형성하며 산소, 질소, 공기, 비활성 가스, 탄화수소 가스 및 그 혼합가스로 구성될 수 있으며 플라즈마 가스로서 역할을 하는 동시에 상기 방전관(140) 내에 발생되는 플라즈마를 안정화시켜주며 고온의 플라즈마 복사열로부터 방전관(140)의 손상을 방지해주는 역할을 한다.

상기 마이크로웨이브 플라즈마(110)에 지지체(160)에 설치되는 추가가스 공급부(164)로부터 추가가스를 공급하여 플라즈마 화학반응에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어, 추가가스로서 탄화수소 가스를 공급할 경우, 플라즈마와 연료화염으로 구성되는 고온 대용량의 플라즈마 화염(120)을 만들 수 있다.

물론, 수증기, 산소, 수소 가스를 추가가스로 주입할 수 있으며, 질소가스와 미반응 공정가스로 구성되는 유해가스는 유해가스 주입부(170)로부터 주입되는 플로린 화합물의 유해가스를 분해 할 경우, 수소(H)가 붙은 추가 가스는 유해가스를 플라즈마 화학반응을 통해 쉽게 처리될 수 있는 불산(HF)으로 변환한다.

또한 상기 지지체(160) 상단에는 일예로서 통상의 습식 스크러버과 연결이 용이하도록 연결블록(162)이 설치될 수 있다.

상기한 본 발명의 마이크로웨이브 발생 장치, 이 장치의 구동 방법 및 폐가스 제거 시스템은 마이크로웨이브 발생 장치에 구비되는 전원 공급 회로가 출력이 낮은 복수개의 펄스 전원부를 구비하고, 복수개의 펄스 전원부가 서로 교대로 펄스 파형의 전원을 마그네트론으로 공급한다. 따라서 고비용의 고출력 전원 공급회로를 구비하지 않더라도 고출력의 마그네트론을 구동할 수 있다. 또한 제조비용이 낮으며, 마그네트론을 휴지기 없이 구동할 수 있으므로 효율을 높일 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

MGT : 마그네트론 AC1, AC2 : 교류 전원 전압
HVT1, HVT2 : 고압 트랜스포머 L5 : 필라멘트 코일
C1, C2 : 커패시터 D1 ~ D4 : 다이오드

Claims

마이크로웨이브를 출력하는 마그네트론; 및
상기 마그네트론을 구동하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압 생성하는 전원 공급 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
제1 항에 있어서, 상기 전원 공급 회로는
각각 전원 전압을 인가받아 승압하여 상기 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압을 출력하는 복수개의 펄스 전원부; 및
상기 복수개의 펄스 전원부에 각각과 상기 마그네트론 사이에 연결되어, 대응하는 펄스 전원부에서 인가되는 상기 정류된 고전압을 마그네트론으로 인가하고, 상기 대응하는 펄스 전원부 이외의 펄스 전원부에서 인가되는 상기 정류된 고전압이 상기 대응하는 펄스 전원부로 인가되는 것을 차단하는 복수개의 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 마이크로웨이브 발생 장치.
제2 항에 있어서, 상기 전원 공급 회로는
상기 복수개의 펄스 전원부 각각이 상기 서로 다른 위상을 갖는 정류된 고전압을 생성하도록 복수개의 펄스 신호를 생성하여 출력하는 소신호 발생기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
제3 항에 있어서, 상기 복수개의 펄스 전원부 각각은
상기 복수개의 펄스 신호 중 대응하는 펄스 신호를 상기 전원 전압으로서 인가받는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
제1 항에 있어서, 상기 전원 공급 회로는
상기 마그네트론이 연결되는 공통 노드와 접지 전압 사이에 병렬로 연결되고, 각각 교류 전원 전압을 서로 반대 위상으로 인가받아 반파 배압 정류하여 교대로 상기 마그네트론을 구동하기 위한 고전압을 상기 공통 노드로 출력하는 제1 및 제2 반파 배압 정류기를 구비하는 전원 공급 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
제5 항에 있어서, 상기 제1 반파 배압 정류기는
상기 교류 전원 전압을 1차 코일로 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제1 전압을 출력하는 제1 고압 트랜스포머;
상기 제1 고압 트랜스포머의 상기 2차 코일의 일단과 제1 노드 사이에 연결되어 상기 제1 전압을 배압하여 상기 제1 노드로 인가하는 제1 커패시터;
상기 제1 노드와 상기 접지 전압사이에 연결되어, 상기 제1 노드에 인가된 상기 배압된 제1 전압을 정류하는 제1 다이오드; 및
상기 제1 노드와 상기 공통 노드 사이에 연결되어 상기 제2 반파 배압 정류기에서 출력되는 전압이 상기 제1 노드로 인가되는 것을 차단하는 제2 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
제6 항에 있어서, 상기 제2 반파 배압 정류기는
상기 제1 고압 트랜스포머와 반대 위상으로 상기 교류 전원 전압을 1차 코일로 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제2 전압을 출력하는 제2 고압 트랜스포머;
상기 제2 고압 트랜스포머의 상기 2차 코일의 일단과 제2 노드 사이에 연결되어 상기 제2 전압을 배압하여 상기 제2 노드로 인가하는 제2 커패시터;
상기 제2 노드와 상기 접지 전압사이에 연결되어, 상기 제2 노드에 인가된 상기 배압된 제2 전압을 정류하는 제3 다이오드; 및
상기 제2 노드와 상기 공통 노드 사이에 연결되어 상기 제1 반파 배압 정류기에서 출력되는 전압이 상기 제2 노드로 인가되는 것을 차단하는 제4 다이오드를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
제5 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 발생 장치는
상기 제1 고압 트랜스포머 또는 상기 제2 고압 트랜스포머 중 하나의 1차 코일에 대응하여, 상기 마그네트론을 예열하기 위한 교류전압을 유도하는 필라멘트 코일을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치.
마그네트론과 상기 마그네트론이 연결되는 공통 노드와 접지 전압 사이에 병렬로 연결되는 제1 및 제2 반파 배압 정류기를 구비하는 전원 공급 회로를 구비하는 마이크로웨이브 발생 장치에 있어서,
상기 제1 반파 배압 정류기가 교류 전원 전압을 인가받아 반파 배압 정류하여 상기 마그네트론을 구동하는 제1 마그네트론 구동 단계; 및
상기 제2 반파 배압 정류기가 교류 전원 전압을 상기 제1 반파 배압 정류기와 반대 위상으로 인가받아 반파 배압 정류하여, 상기 제1 반파 배압 정류기가 상기 마그네트론을 구동하지 않는 동안, 상기 마그네트론을 구동하는 제2 마그네트론 구동 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치의 구동 방법.
제9 항에 있어서, 상기 제1 반파 배압 정류기는 제1 고압 트랜스포머, 제1 커패시터 및 제1 및 제2 다이오드를 구비하고,
상기 제1 마그네트론 구동 단계는
상기 제1 고압 트랜스포머의 1차 코일로 상기 교류 전원 전압을 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제1 전압을 출력하는 단계;
상기 제1 고압 트랜스포머로부터 인가된 상기 제1 전압을 상기 제1 커패시터가 배압하여 상기 제1 노드로 배압된 제1 전압을 출력하는 단계;
상기 제1 다이오드를 이용하여 상기 배압된 제1 전압을 정류하여 상기 제1 노드에 배압 정류된 제1 전압을 발생하는 단계; 및
상기 배압 정류된 제1 전압을 상기 마그네트론으로 공급하고, 제2 다이오드를 이용하여 상기 제2 반파 배압 정류기에서 출력되는 전압이 상기 제1 노드로 인가되는 것을 차단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치의 구동 방법.
제10 항에 있어서, 상기 제2 반파 배압 정류기는 제2 고압 트랜스포머, 제2 커패시터 및 제3 및 제4 다이오드를 구비하고,
상기 제2 마그네트론 구동 단계는
상기 제2 고압 트랜스포머의 1차 코일로 상기 제1 고압 트랜스포머와 반대 위상으로 상기 교류 전원 전압을 인가받고, 상기 1차 코일과 2차 코일의 권선비에 따라 승압하여 상기 2차 코일로 제2 전압을 출력하는 단계;
상기 제2 고압 트랜스포머로부터 인가된 상기 제2 전압을 상기 제2 커패시터가 배압하여 상기 제2 노드로 배압된 제2 전압을 출력하는 단계;
상기 제3 다이오드를 이용하여 상기 배압된 제2 전압을 정류하여 상기 제2 노드에 배압 정류된 제2 전압을 발생하는 단계; 및
상기 배압 정류된 제2 전압을 상기 마그네트론으로 공급하고, 제4 다이오드를 이용하여 상기 제2 반파 배압 정류기에서 출력되는 상기 배압 정류된 제1 전압이 상기 제2 노드로 인가되는 것을 차단하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치의 구동 방법.
제9 항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 발생 장치는
상기 제1 고압 트랜스포머 또는 상기 제2 고압 트랜스포머 중 하나의 1차 코일에 대응하는 필라멘트 코일을 더 구비하고,
상기 필라멘트 코일은 상기 마그네트론을 예열하기 위한 교류전압을 유도하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로웨이브 발생 장치의 구동 방법.
마이크로웨이브를 발생하는 마그네트론 및 상기 마그네트론을 구동하기 위한 서로 다른 위상을 갖는 복수개의 정류된 고전압 생성하는 전원 공급부를 구비하는 마이크로웨이브 발생 장치;
상기 전자파 발진기에서 발진된 고주파를 전송하는 도파관;
상기 도파관을 통해 전송된 마이크로웨이브 및 외부로부터 주입된 와류가스가 유입되는 방전관;
상기 방전관이 설치되는 방전관 지지체; 및
상기 도파관을 통해 상기 방전관으로 전송된 마이크로웨이브에 의해 발생된 전자파 플라즈마에 추가가스를 공급하는 추가가스 공급부를 포함하는 마이크로웨이브 플라즈마 반응기를 구비하는 것을 특징으로 하는 폐가스 제거 시스템.