KR20120135189A - 이온 제거용 장치, 양방향 성 전압 변환부 및 이온 제거용 구동 장치의 방법 - Google Patents
이온 제거용 장치, 양방향 성 전압 변환부 및 이온 제거용 구동 장치의 방법Info
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Abstract
본 발명은 이온 제거용 장치에 관한 것이다.
상기 장치는 물을 송출하기 위한 물 주입구(7); 상기 장치 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구(9); 커패시터, 및 상기 커패시터로부터 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)을 분리하고 상기 전극들 사이 내에 흐르기 위한 물을 허용하기 위한 공간부재(11)를 포함한다.
상기 장치는 상기 커패시터를 충전하기 위하도록 전압원(PS)의 공급 전압을 충전전압으로 전환시키기 위한 전압 변환부(PC)를 갖는다.
상기 전압 젼환부는 상기 커패시터 전압이 상기 전압원(PS)의 공급 전압으로 변환되는 과정에 따라 상기 커패시터로부터 에너지 회수되도록 구조 및 배열되어진다.
상기 장치는 물을 송출하기 위한 물 주입구(7); 상기 장치 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구(9); 커패시터, 및 상기 커패시터로부터 제1 전극(13) 및 제2 전극(15)을 분리하고 상기 전극들 사이 내에 흐르기 위한 물을 허용하기 위한 공간부재(11)를 포함한다.
상기 장치는 상기 커패시터를 충전하기 위하도록 전압원(PS)의 공급 전압을 충전전압으로 전환시키기 위한 전압 변환부(PC)를 갖는다.
상기 전압 젼환부는 상기 커패시터 전압이 상기 전압원(PS)의 공급 전압으로 변환되는 과정에 따라 상기 커패시터로부터 에너지 회수되도록 구조 및 배열되어진다.
Description
본 발명은 물을 송출하기 위한 물 주입구; 상기 장치 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구; 커패시터, 및 상기 커패시터로부터 제1 전극 및 제2 전극을 분리하고 상기 전극들 사이 내에 흐르기 위한 물을 허용하기 위한 공간부재 및 이온 제거 모드 동안 전압원의 공급 전압을 상기 커패시터를 충전하기 위한 충전 전압으로 변환시키는 전압 변환부를 포함하는 이온 제거용 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 환경에서 인간 활동의 영향이 점차 인식되어가고 있으며, 이러한 영향은 부정적인 결과를 갖는다.
감소, 재사용 및 재순환 자원들에 방법들은 더욱이 중요하게 되어진다. 특히, 깨끗한 물은 희소 상품으로 변화되고 있는 중이다.
그런까닭으로, 물을 정화시키기 위한 다양한 방법들 및 장치들은 공개되어왔다.
물 이온 제거용 방법은 용량적 비 이온화에 의해 수행되며, 이러한 비 이온화는 물 내에 이온 제거용 유동 커패시터를 갖는 장치를 통해 사용함으로써 가능하다.
용량적 비 이온화용 재생용 전기적 재생가능 셀로서 상기 FTC 함수들.
전극을 충전함에 따라, 이온들은 전해물로부터 제거되어지고 상기 전극들에서 전기적 이중층 내에 가둬진다.
상기 전극들은 추가 화학요소 없이 이전에 제거된 이온들을 흡수하기 위해 (부분적) 전기적으로 재생성되어질 수 있다.
이온 제거용 장치는 하나 또는 그 이상의 부분 전극들(캐소드 및 애노드) 및 상기 전극들 사이에 흐르도록 물을 허용 및 전극을 분리하기 위한 공간으로 구성된다.
상기 전극들은 활성 카본, 탄소블랙, 탄소 에어로겔, 탄소 나노 섬유, 탄소 나노 튜브, 그래핀 또는 이들의 혼합된 물질인 고 표면적 전기적 유도 물질로 구성될 수 있다.
상기 전극들은 전류 수집기의 상부 상에 분리 층에 위치되어지거나 또는 전류 수집기 상에 직접적으로 코팅되어질 수 있다.
전류 수집기들은 전기적 유도 물질로 구성되며, 전극의 내 및 밖으로 전하를 전송하도록 허용한다.
장치는 하우징 내의 물을 송출하기 위한 물 주입구 및 하우징 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구를 갖는 하우징을 제공한다.
이온 제거용 장치의 하우징 내에서, 전류 수집기의 층 및 공간들은 "샌드위치" 모양 또는 압축력에 의해 나사산형으로 적층되어진다.
전하 장벽은 상기 전극 및 상기 공간 사이에 위치되어질 수 있으며, 물질의 층에 관련된 조건 전하 장벽은 투과성 또는 반 투과성 이온용 전위를 가둬둘 수 있다.
상기 전하 장벽 내에 상기 동일한 전하를 갖는 이온들은 상기 전하 장벽을 통과하지 못할 수 있다.
그런까닭으로, 전하 장벽 내의 전하와 같은 동일한 전하 신호를 갖는 전하 장벽에 인접한 전극 부분에 존재하는 이온들은 전극 부분 내에 보유되어지거나 또는 트랩(trap)되어진다.
전하 장벽는 이온 제거 효율성 증가 뿐만 아니라 이온 제거용 전체 에너지 소비를 감소에 기여한다.
US 2008/0105551 A1은 초 커패시터 담수화 셀로부터 에너지를 회복하기 위한 에너지 회복 변환부를 개시한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 개선된 전압 변환부를 갖는 이온 제거용 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 이온용 제거 장치를 상기 장치 내에 물을 송출하기 위한 물 주입구; 상기 장치 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구; 커패시터; 상기 전극들 사이 내에 흐르도록 물을 허용하는 동안, 상기 커패시커로부터 제1 및 제2 전극을 분리하기 위한 공간부재; 및 이온 제거 모드동안 상기 커패시터를 충전하기 위해 소스 전압의 공급 전압을 충전 전압으로 변환시키기 위한 전압 변환부를 포함하며, 상기 전압 변환부는, 제1 전극 재생 모드 내에 상기 커패시터의 전압을 전압원의 공급 전압으로 변환하는 단계를 통해 상기 커패시터로부터 에너지 회수을 위하도록 배열 및 구조화되며, 상기 전압 변환부는 제2 전극 재생 모드 내에 이온 제거 모드에 관하여 상기 복수 개의 전극들을 교체하기 위하여 상기 제어부의 제어하에 상기 제1 및 제2 전극 사이의 공급 전압을 스위치하기 위해 배열 및 구조화되어지며, 상기 전극들 상에 잔존하는 이온들이 상기 이온 제거 모드에 상대적인 반대 극성의 전위를 갖는 상기 전극들을 충전하는 과정에 의해 상기 전극들 사이 내에 물에서 방출되어지는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전극 재생 모드는 제1 전극 재생 모드 또는 제1 전극 재생 모드를 갖는 다수의 정화 사이클 후에 직접적으로 관여될 수 있다.
상기 전압 변환부는 상기 커패시터에 일렬로 연결된 제1 인덕터 전압원의 제1 스위치, 상기 인덕터 및 상기 커패시터를 짧게 인쇄하도록 배열 및 구조화된 제2 스위치를 포함하며, 상기 충전 전압에서 공급 전압의 변환 및 상기 공급전압에서 상기 커패시터 전압의 변환은 상기 제1 및 제2 스위치들을 스위칭함에 따라 제어될 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 상기 전극들 내에 흐르는 물 내에 이온들이 상기 전극들에 부착되어지는 이온 제거 모드 동안 상기 커패시터를 충전하기 위하여 상기 제어부에 의해 제어되어지는 제1 및 제2 스위치를 포함하하는 것을 특징으로 한다.
제1 및 제2 스위치는 이온 제거 모드동안 상기 전극들에 미리 부착된 이온들이 제1 전극 재생 모드 동안 상기 전극들 사이의 물로부터 방출되어지는 제1 에너지 회수 모드동안 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하기 위하여 상기 제어부에 의해 제어되어질 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 장치는 깨끗한 물에서 이온 제거 모드가 수행되는 동안 및 폐수 배출구에 전극 재생이 수행되는 동안, 상기 물의 상태변화를 감독하기 위한 제어부에 의해 제어되어지거나 출 배출구에 연결되는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 변환부는 상기 전압원에 제3 스위치, 제2 인덕터를 짧게 인쇄하기 위하도록 배열 및 구조화된 제4 스위치, 상기 제3 및 제4 스위치들을 스위칭하는 과정을 통해 상기 제어부에 의해 제어되어지는 커패시터에 일렬로 연결된 제2 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 변환부는 제2 에너지 회수 모드동안 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하도록 구조화 및 배열되어지며, 상기 이온 제거 모드 내에 반대 극성의 전위는 방출되어지며, 상기 커패시터 전압은 상기 전압 변환부에 의해 공급 전압으로 전환되어지는 것을 특징으로 한다.
상기 전압 변환부는 이온 제거모드, 제1 전극 재생 및 제1 에너지 회수 모드 둥안 사용되어질 때, 제2 인덕터를 우회하기 위한 제5 스위치를 제공한다.
상기 전압 변환부는 상기 전기적 회로의 전기적 전류 경로로부터 제2 인덕터를 효율적으로 제거함에 따라 전기적 회로의 에너지 효율성을 개선한다.
상기 전압 변환부는 제2 인덕터가 제2 전극 재생 및 제2 에너지 회수 모드동안 사용되어질 때, 제6 스위치를 제공한다.
상기 전압 변환부는 상기 전기적 회로의 전기적 전류 경로로부터 제1 인덕터를 효율적으로 제거함에 따라 전기적 회로의 에너지 효율성을 개선한다.
상기 밸브는 제1 에너지 회수, 재생 및 제2 재생 모드동안 감독하기 위하여 상기 제어부에 의해 제어되어질 수 있는 물 밸출구에 연결된다.
상기 전압 변환부는, 12 볼트보다 적은 충전 전압을 제공하며, 바람직하게 상기 충전 전압은 6볼트보다 적으며, 보다 바람직하게는 2 볼트 또는 상기 전극들 사이에서 1.5볼트 보다 적은 전압을 제공한다.
전압 변환부는 이온 제거용 장치 내에 전압원의 공급 전압을 커패시터를 충전하기 위한 충전 전압으로 변환하며, 상기 커패시터 전압에서 상기 전압원의 공급 전압으로 변환하는 과정에 의해 상기 커패시터로부터 에너지 회수을 위해 구조화 및 배열되어진다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 커패시터 및 하우징이 구비된 이온 제거용 장치의 구동 방법은 물 주입구를 통해 상기 하우징 내부에 물을 허용하는 단계; 상기 하우징 내에 제공된 물 배출구를 통해 상기 커패시터의 제1 및 제2 커패시터 전극 사이 내에 물이 흐르도록 허용하는 단계; 및 이온 제거 모드 동안; 충전 전압에 전압원의 공급 전압을 변환하기 위하여 전압 변환부를 통해 전압원에 커패시터를 연결함에 따라 상기 커패시터를 충전하는 단계; 제1 전극 재발생 모드동안, 상기 제1 및 제2 전극에 상기 이온들을 끌어당기는 단계에 의해 상기 물로부터 이온들을 제거하는 단계; 상기 전극들 사이 내에 물 내에 상기 전극들로부터 이온들을 하는 단계동안, 전압원의 공급 전압에 상기 커패시터 상의 전압을 변환시키는 단계를 통해 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하는 단계; 제2 전극 재생 모드 동안; 상기 이온 제거 모드에 관하여 상기 복수 개의 전극들을 교체하는 단계; 상기 전극들 사이 내에 물 내에서 상기 전극들 상에 잔여 이온들을 방출하는 교체된 복수개의 전극들을 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방법은 이온 제거 모드에 관해 상기 전극들의 극성을 변화시키는 단계 및 제2 전극 재생 모드를 포함하며, 상기 제2 전극 재생 모드는 상기 전극들 사이에 물로부터 상기 전극들 상에 잔여 이온들을 방출하기 위한 교체된 극성을 갖는 전극들을 충전하는 단계를 포함한다.
상기 방법은 제2 에너지 회수 모드를 포함하며, 상기 이온 제거 모드 내의 반대 극성인 전하는 방출되어지고 상기 커패시터 상의 전압은 상기 전압 변환부에 따른 상기 공급 전압을 증가시킨다.
상기 방법은 상기 이온 제거 모드부터 제1 에너지 회수모드 까지 충전시에, 청정수부터 폐수까지 상기 물 배출구와 연결된 밸브를 스위칭하는 단계;를 포함하며, 이온들이 상기 전극들로부터 제거되어진 후, 상기 전극들 사이에 물은 배출될것이며, 상기 밸브는 물 배출구에서 청수 배출구로 연결되도록 스위치되어질 것이며, 이온 제거모드는 상기 전극을 충전할 때까지 다시 시작되어지는 것을 특징으로 한다.
이러한 것들 및 다른 예들에서, 아래에 기재된 상세한 설명 및 첨부된 청구항들을 읽음으로써 종래발명 내에 일반적인 기술들에 나타나질 것이다.
의구심으로 회피하기 위하여, 본 발명의 일 양상의 모든 특징은 본 발명의 다른 양상 내에서 사용되어질 수 있다.
아래의 도면 내에 주어진 예들은 본 발명을 분류하기 위한 의도의며, 이러한 예들을 통해 본 발명을 제한하기 위한 의도는 아니라는 점이 분명하다.
유사하게, 만약, 다른 직접적인 표현이 없다면, 모든 퍼센트는 무게/무게 퍼샌트이다.
형식 "x부터 y까지"로 표현된 수치적 범위는 x 및 y를 포함하에 이해한다. 구체적 특징 다수 선호 범위들이 형식 "x부터 y까지"로 설명될 때, 다른 종료점들을 결합하는 모든 범위들이 심사숙고되어지도록 이해해야 한다.
본 발명에 따른 이온용 제거 장치는 물을 송출하기 위한 물 주입구; 상기 장치 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구; 커패시터, 및 상기 커패시터로부터 제1 전극 및 제2 전극을 분리하고 상기 전극들 사이 내에 흐르기 위한 물을 허용하기 위한 공간부재 및 이온 제거 모드 동안 전압원의 공급 전압을 상기 커패시터를 충전하기 위한 충전 전압으로 변환시키는 전압 변환부를 제공하며, 상기 전압 변환부는 상기 전기적 회로의 전기적 전류 경로로부터 제2 인덕터를 효율적으로 제거함에 따라 전기적 회로의 에너지 효율성을 개선한다.
또한, 상기 전기적 회로의 전기적 전류 경로로부터 제1 인덕터를 효율적으로 제거함에 따라 전기적 회로의 에너지 효율성을 개선한다.
도 1은 이온 제거용 장치의 가로 절단면을 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치가 어떻게 제어되는지를 도시적으로 나타낸 도면이다.
도 3a-3d는 도 1의 장치를 제어하기 위한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
도 4a-4c는 도 3의 전압 변환부 용 H-브리지를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 도 4의 H-브리지가 제공된 도 3의 전압 변환부를 나타낸다.
도 6a-6f는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
도 7a-7f는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치가 어떻게 제어되는지를 도시적으로 나타낸 도면이다.
도 3a-3d는 도 1의 장치를 제어하기 위한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
도 4a-4c는 도 3의 전압 변환부 용 H-브리지를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 도 4의 H-브리지가 제공된 도 3의 전압 변환부를 나타낸다.
도 6a-6f는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
도 7a-7f는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
이하에서는 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 이온 제거용 장치의 절단면을 나타낸 개요도이다.
상기 장치는 단단한 물질 예를 들면 단단한 플라스틱으로 구성된 제1 하우징부 1 및 제2 하우징 부 3을 포함하는 하우징을 갖는다.
상기 제1 및 제2 하우징 서로 압박함에 따라 상기 하우징은 볼트 및 너트를 통해 수압을 견딘다.
상기 하우징은 물 주입구 7 및 물 배출구 9를 제공한다.
상기 물의 이온을 제거하는 동안, 상기 물은 커패시터를 통한 흐름의 제1 전극 13 및 제2 전극 15을 분리하는 공간 11을 통해 상기 주입구 7에서 상기 배출구 9까지 흐를 것이다.
상기 전류 수집부들 14a 및 14b는 상기 전력 변환부 PC에 연결되고, 상기 하우징 내에 고정되어진다.
전력 변압부 PC에 의한 제1 및 제2 전극의 전위차를 생성함에 따라, 예를 들면, 제2 전극(캐소드) 15에 음전압 및 제1 전극(애노드) 13에 양전압을 수용함에 따라, 상기 공간 11을 통해 흐르는 물의 음이온들은 상기 제1 전극에 끌어오게 되며, 상기 양이온들은 상기 제2 전극에 끌려오게 된다.
이러한 방법으로, 상기 음이온들(음이온 및 양이온)은 상기 공간 11을 통해 흐르는 물로부터 제거되어질 것이다.
상기 정화된 물은 상기 밸브 12에 의해 상기 정화된 물 배출구 10에 이탈되어질 수 있다.
즉 상기 전극들은 이온들로 포화되어지며, 상기 전극들은 제생성되어질 거이며, 상기 이온들은 상기 전극들 사이 내에 상기 공간 11 내의 물에서 방출되어질 것이다.
상기 증가된 이온 내용물을 갖는 상기 공간 구획 내의 물은 상기 컨트롤러 CN의 제어하에 밸브 12로 상기 정화된 물 배출구 10을 닫는 단계 및 폐수 배출구 16을 개구하는 동작을 통해 쏟아질 것이다.
대부분의 이온들은 상기 전극들로부터 방출되어지며, 상기 증가된 이온 내용물을 갖는 상기 물은 상기 폐수 배출구 16을 통해 쏟아질 것이다.
상기 제어부 CN의 제어를 통한 전력 변환기 PC는 상기 전원 PS에서 상기 전기적 포텐셜까지 상기 전원을 변환하는데 사용되어진다.
상기 애노드 및 상기 캐소드의 사이의 전위차는 다소 낮으며, 예를 들면, 12 볼트 보다 낮으며, 아마도 6 볼트 보다 낮으며, 심지어 2 볼트보다 낮고, 1. 5 볼트보다 적을 것이다.
전기 회로의 전기적 저항이 낮다는 것이 중요하다.
이러한 목적으로, 전류 수집부 14a는 상기 제1 연결부 17과 서로서로 연결되어진 상기 제1 전극과 직접적으로 연결되어지고, 상기 전류 수집부 14b는 제2 연결부 19와 서로 연결되어진 상기 제2 전극과 직접적으로 연결되어진다.
상기 전류 수집부들 14a 및 14b는 상기 하우징의 습한 내부 인테리어 내에 부식을 방지하도록 그리고 대량 생산하기 충분하고 값산 금속으로 만들어질 수 있다.
상기 전극들 13, 15는 금속 자유 전기적으로 유도적인 고 표면적 물질로부터 생산될 수 있으며, 이러한 물질은 활성 카본, 탄소블랙, 탄소 에어로겔, 탄소나노 섬유, 탄소나노 튜브, 그래핀(graphene) 또는 이것들이 혼합된 물질들은 전류 수집부의 양측면에 놓여지게 된다.
고 표면적 층은 물질의 무개당 평방 미터 예를 들면, 물질의 1그램당 500 스퀘어(square) 미터 보다 큰, 내의 고 표면적를 갖는 층이다.
이러한 셋-업(set-up)은 상기 커패시터가 효율적인 이온 저장 용량을 갖는 전기적 이중 레이어 커패시터와 같은 일처리를 확신한다.
상기 물질의 얇은 층의 전체적인 표면은 전형적인 물질 예컨대, 전극 물질 내에 저장되어질 수 있는 이온들 같은 많은 전하 종을 허용하는 알루니늄 또는 스테인레스와 같은 물질보다 몇배 크다.
이온 제거용 장치의 이온 제거 용량은 증가된다.
도 2는 이온 제거용 장치가 어떻게 작동되어질 수 있는지를 나타낸 개요도이다.
이온 제거 모드 Q1동안, 상기 전기적 이중 레이어 커패시터는 양의 전류 I를 통해 양의 전압 V로 충전된다.
이온들은 물로부터 추출되어지며, 커패시터의 전극들은 이온들로 포화되어지며, 상기 커패시터는 음의 전류를 갖는 음 전압을 수용함에 따른 복수개의 전극들의 역과정에 의해 상기 재생 모드 Q3에 한단계로 진행하도록 재생성되어질 수 있다.
상기 이온들이 상기 전극으로부터 방출된 후, 상기 커패시터는 다시 Q1 모드 내에 이온 제거를 위해 준비된다.
상기 FTC 동작 과정은 화살표 A1에 의해 묘사되어지며, 에너지 회수는 없다.
대안적으로, 상기 커패시터는 상기 전기적 회로룰 션팅(shunting)함에 따라 재생성되어질 수 있으며, 상기 전기적 회로는 제1 전극 재생 모드 Q2 내에 음의 전류이 결과이다.
상기 에너지는 제1 전극 재생이 회수되어지거나 제1 에너지 회수 모드 내에 상기 전압원으로 되돌아 가는 동안, 방출되어진다.
이것은 이온 제거용 장치의 전체적인 에너지 소비를 줄이는데 도움이 된다.
제1 전극 재생 모드 Q2 후에, 상기 커패시터는 상기 이온 제거 모드 Q1에 사용되어질 수 있다.
이러한 방식 내의 FTC 동작과정은 화살표 A2에 의해 도시된다.
제1 전극 재생 모드 Q2 후에, 상기 전극들은 이온들이 추가 방출되고 음 전류의 결과인 음전압을 수용함에 따른 제2 전극 재생 모드 Q3 내에 추가로 재생성되어진다.
이온들이 상기 전극들로부터 방출된 후, 상기 커패시터는 모드 Q1 내의 이온 제거를 위해 준비된다.
FTC 동작은 화살표 A3에 의해 표시된다.
상기 제2 재생 모드 Q3는 제2 에너지 회수 모드 Q4 내의 전압원으로 회수되어지는 동안, 상기 에너지는 커패시터에 저장된다.
이러한 풀 싸이클은 이온 제거 모드를 포함하며, 제1 전극 재생 모드/ 제1 에너지 회수 모드, 제2 전극 재생 모드 및 제2 에너지 회수 모드는 상기 화살표 A4에 의해 도시된다.
이것은 추가로, 이온 제거용 장치의 전체적인 에너지 소비를 줄이는데 도움을 준다.
상기 유동 커패시터는 폐수 배출구 16 내에 제1 전극 재생 모드 Q2 및 제2 전극 재생 모드 Q3 동안에 폐수 방전용 물 밸브 12(도 1 참조)에 제공할 수 있다.
이온 제거 Q1 동안, 물 밸브 12는 물이 정화수 배출구 10에 지나갈 때, 스위치되어질 것이다.
도 3a 내지 3b는 이온 제거 모드 Q1 내에서 FTC를 구동하는 과정인 본 발명에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
상기 전원 소스 PS는 예를 들면 전원 변환부 PC에 12 볼트인 DC 공급 전압을 제공받는다.
상기 전원 변환부 PC는 제1 및 제2 스위치들 S1, S2 예를들면, 트랜지스터들 및 제1 인덕터 11에 영향을 주는 상기 제1 및 제2 스위치를 포함한다.
상기 제1 인덕터 11은 상기 유동 커패시터 FTC 및 전원 소스 PS에 제1 스위치를 통해 일련으로 연결되어진다.
상기 제2 스위치는 인덕터 및 커패시터를 갖는 숏 서킷에 구성 및 배열되어진다.
상기 충전 전압 및 역 전압에 상기 공급 전압의 변환은 상기 제1 및 제2 스위치들을 스위칭함에 따라 제어되어질 수 있다.
도 3a에서, 상기 제1 스위치 S1은 닫혀지고, 상기 제2 스위치 S2는 오픈되며, 상기 공급 전압은 제1 인덕터 11 및 유동 커패시터 FTC로 분리되어진다.
상기 유동 커패시터 FTC 및 상기 인덕터 11는 에너지를 저장하고 상기 제1 스위치 S1이 개구될 때, 상기 제2 스위치 S2는 닫혀지며(도 3b를 참조), 인덕터 내의 저장된 에너지는 상기 유동 커패시터 FTC에 추가 충전하는데 사용된다.
스무딩 커패시터 SC는 상기 전압 내에 모든 고 주파 구성요소를 스무딩하도록 유동 커패시터 FTC에 평행하게 사용되어질 것이다.
상기 스무딩 커패시터 SC는 본 발명의 모든 실시 예에 제공되어질 것이며, 상기 스무딩 커패시터 SC의 동작은 모든 실시 예에서 설명되어지지 않을 지라며, 커패시터 FTC를 통한 상기 흐름에 평행하게 위치하는 본 발명의 모든 실시 예에 제공되어질 것이다.
제어부 CN은 상기 이온 제거 모드에서 커패시터를 통해 흐름 FTC을 위하도록 상기 공급 전압이 충전 전압으로 변환하기 위한 상기 스위치들 S1, S2의 스위칭동작을 제어하기 위해 사용되어질 수 있다.
상기 충전 전압은 교정 전압일 수 있으며, 예를 들면, 1.4 볼트 또는 1 볼트 및 1.5볼트 사이의 어떠한 범위 내의 다양한 전압값일 수 있다.
상기 충전 전압은 프리-셋 수학 함수에 따라 다양해질 수 있으며, 예를 들면, 상기 전압의 점진적 증가 단계 또는 전압 증가를 인지하는 단계 또는 상위 교정 전압에 펄스 전압을 받는 단계에 의한 수학 함수에 따라 다양해 질 수 있다.
도 3c-3d는 제1 에너지 회수 모드 Q2 내에 유동 커패시터 FTC로부터 에너지를 회수하는 과정인 본 발명의 제1 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
도 3c에서, 상기 유동 커패시터 FTC는 제1 인덕터 11 및 제2 스위치 S2를 통해 방전된다.
상기 유동 커패시터 FTC의 에너지는 제1 인덕터 11에 저장된다. 결과적으로, (도 3d를 참조하면) 상기 제2 스위치 S2는 개구되어지고 제1 스위치는 닫혀진다.
제1 인덕터 11 내에 저장된 에너지 및 상기 유동 커패시터 FTC로부터 에너지는 상기 전압원 PS에 발견되어진다.
제어부 CN은 상지 전압원 PS의 공급 전압으로 상기 커패시터에 저장된 전하인 상기 전압을 변환하도록 상기 스위치들 S1, S2의 스위칭을 제어하는데 사용되어질 수 있다.
도면 내의 화살표는 상기 전압 변환부 내의 전기적 전류의 방향을 나타낸다.
제2 전극 재생 모드 Q3 및 제2 에너지 회수 모드 Q4 동안 허용하기 위해, 상기 전압 변환부 PC는 제2 에너지 회수 동안 상기 유동 커패시터 FTC로부터 에너지를 추출하고 제2 전극 재생 동안 반대 전극에 전압을 수용하는 H-브리지를 제공한다.
도 4a-4c는 상기 전압 변화부 PC용 H-브리지를 나타낸다. 도 4a는 상기 스위치들 S3 및 S4가 상기 유동 커패시터 FTC를 교환하기 위하여 닫혀질 때, 이온 제거 모드 내의 H-브리지를 나타낸다.
도 4b는 상기 스위치들 S3 및 S6이 상기 유동 커패시터 FTC로부터 에너지를 회수하기 위하여 닫혀질 때, 에너지 회수 모드 Q2 내의 상기 H-브리지를 보여준다.
도 4c는 스위치들 S5 및 S6이 상기 커패시터의 복수개의 전극들을 교체하기 위하여 닫혀질 때, 상기 전극 재생 및 에너지 회수 모드 Q3, Q4 용 H-브리지를 나타낸다.
상기 H-브리지의 상기 스위치들 S3, S4, S5, S6은 상기 제어부 CN에 의해 제어되어질 수 있고 스위치 속도를 낮추게 할 수 있으며 이유는 상기 전압 변환부 PC의 스위치들 S1, S2 만큼 빠르게 스위치될 필요가 없기 때문이다.
상기 전압 공급 PS는 회족된 에너지를 수용가능할 수 없으며, 그땐, 도 4e에 보여진 바와 같이, 상기 스위치들 S3 및 S5 또는 S3 및 S6은 Q2동안 상기 FTC를 션트(shunt)하는데 사용되어 질 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 도 4의 H-브리지를 제공하는 전압 변환부를 나타낸다.
도면 내에 화살표는 전기적 전류의 방향을 묘사한다.
상기 커패시터 FTC를 갖는 일렬 내에 3개의 스위치들은 상기 H 브리지를 구성하도록 상기 전압 변환부에서 사용된다.
상기 전압 변호나부의 효율성은 상기 스위치들의 저항에 의해 강하게 영향받는다.
도 6s-6b는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전압 변환부를 나타낸다.
상기 화살표는 상기 전압 변환부 내에 전기적 전류의 방향을 나타낸다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 전압원 PS에 적어도 제1 스위치 S7를 통해 상기 유동 커패시터 FTC에 일렬로 연결된 제1 인덕터 13을 포함한다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 커패시터 FTC 및 제1 인덕터 I3를 짧게 인쇄하기 위하도록 구조 및 배열된 제2 스위치 S8을 갖도록 제공되어지며, 재생 전압에서 상기 공급 전압의 전환은 전극 재생 모드 Q1 동안 도 6a에 설명된 상황부터 도 6b에 설명된 상황까지 고속으로 제1 스위치 및 제2 스위치들 S7, S8을 스위칭함에 따라 제어되어질 수 있다.
도 6a에서, 상기 유동 커패시터 FTC 및 제1 인덕터 I3 둘다는 에너지를 저장하고 제1 스위치 S7이 개구되고 제2 스위치 S8이 닫혀질 때, 상기 제1 인덕터 I3 내에 저장된 에너지는 상기 유동 커패시터 FTC를 추가 충전하는데 사용되어질 것이다.
제어부 CN은 상기 이온 제거 모드에서 상기 유동 커패시터 FTC용 보정 충전 전압에 상기 공급 전압을 변환하도록 하는 상기 스위치들 S7, S8의 스위칭을 조절하는데 사용되어질 수 있다.
상기 제어부는 임의의 범위 예를 들면, 프리-셋 수학 함수에 따른 충전 전압을 다양화함에 따라, 예를 들면, 증가하는 전압 단계에 의하거나 또는 상기 전압을 점차적으로 증가에 따라, 또는 교정 전압의 상부 펄스 전압을 수용함에 따른 범위 내에 다양해질수 있는 전압을 제공하거나 또는 상기 유동 커패시터 FTC에 보정 전압을 제공하기 위하여 상기 스위칭동작을 교환할 수 있다.
제1 에너지 회수 Q2동안, 상기 전압원 PS의 상기 공급 전압에 상기 FTC의 커패시터 전압 변환은 도 6c에 의해 설명된 상황부터 도 6d에 의해 설명된 상황까지 고속으로 제1 및 제2 스위치들 S7, S8를 스위치함에 따라 제어되어질 수 있다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 전압원 PS에 제3 스위치 S9를 통해 상기 유동 커패시터 FTC에 일렬로 연결된 제2 인덕터 I4를 더 포함한다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 커패시터 FTC 및 제2 인덕터 I4를 짧게 인쇄하기 위하도록 구조 및 배열된 제4 스위치 S10을 갖도록 제공되어지며, 재생 전압에서 상기 공급 전압의 전환은 전극 재생 모드 Q3 동안 도 6e에 설명된 상황부터 도 6f에 설명된 상황까지 고속으로 제3 스위치 및 제4 스위치들 S9, S10을 스위칭함에 따라 제어되어질 수 있다.
제2 에너지 회수 모드 Q4에서, 상기 전압 변환부 PC는 전압 공급 PS에서 제2 전극 재생 모드 Q3동안 상기 전극들 상에 저장된 에너지를 회수하기 위해 도 6f 및 도 6e 사이에서 고속으로 스위치되어질 수 있다.
제2 전극 재생 모드 Q3 및 제2 에너지 회수 모드 Q4동안, 상기 전압 변환부 PC는 이온 제거 모드 Q1 또는 제1 에너지 회수 모드 Q2보다 다른 극성으로 상기 FTC로부터 전자를 회수하거나 전달한다.
도 5의 본 발명의 제1 실시 예에 따른 H-브리지 구성을 포함하는 상기 전압 변환부에 상응하는 도 6a-6f 내에 설명된 본 발명의 제2 실시 예의 이점은 상기 전압 변환부 PC의 전체 저항을 순차적으로 줄이도록 일 시점에 일렬로 오직 두개의 스위치들을 연결하는 것이다.
반면에, 상기 제2 인턱터 14는 상기 전압 변환부 PC의 극복 저항의 소폭 증가를 가져온 제1 인덕터 13에 일렬로 연결되어진다.
도 7a-7f는 도 6a-6f의 본 발명의 제2 실시 예에 따른 전압 변환부에 대응되는 잔여 제5 및 제6 스위치 S11, S12를 갖는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 전압 변환부 PC를 나타낸다.
상기 화살표는 상기 전압 변환부 내에 전기적 전류의 방향을 지시한다.
제5 스위치 S11은 제2 전극 재생 모드 Q3 및 제2 에너지 회수 모드 Q4 내에 제1 인덕터 I3을 우회하는데 사용되어진다.
제6 스위치 S12의 함수는 이온 제거 모드 Q1 및 제1 에너지 회수 모드 Q2 내에서 제2 인덕터 I4를 우회하는데 사용되어진다.
이러한 방식으로 Q3 및 Q4 내에 제1 인덕터 I3 및 Q1 및 Q2 내에 제2 인덕터에 기인한 에너지 효율 손실은 제거되어질 수 있다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 커패시터 FTC 및 제2 인덕터 I3를 짧게 인쇄하기 위하도록 구조 및 배열된 제2 스위치 S8을 갖도록 제공되어지며, 재생 전압에서 상기 공급 전압의 전환은 이온 제거 모드 Q1 동안 도 7a에 설명된 상황부터 도 7b에 설명된 상황까지 고속으로 제1 스위치 및 제2 스위치들 S7, S8을 스위칭함에 따라 제어되어질 수 있다.
상기 제 6 스위치 S12는 이온 제거 동안 상기 제2 인덕터를 우회하기 위하여 닫혀질 것이다.
제1 에너지 회수 모드 Q2동안, 상기 전압원 PS의 공급 전압에서 상기 FTC 전압 변환은 도 7c에 도시된 상황부터 도 7d에 도시된 상황까지 고속으로 제1 및 제2 스위치들 S7, S8을 스위칭함에 따라 제어되어질 수 있다.
제 6 스위치 S12는 제1 에너지 회수 모드 Q2동안 제2 인덕터 I4을 우회하기 위해 닫혀질 것이다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 전압원 PS에서 적어도 제3 스위치를 통해 상기 유동 커패시터 FTC와 일렬로 연결된 제2 인덕터 I4(도 7e 참조)을 포함한다.
상기 전압 변환부 PC는 상기 커패시터 FTC 및 제2 인덕터 I4를 짧게 인쇄하기 위하도록 구조 및 배열된 제4 스위치 S10을 갖도록 제공되어지며, 재생 전압에서 상기 공급 전압의 전환은 재생 모드 Q3동안 도 7edp 설명된 상황 부터 도 7f에 설명된 상황까지 고속으로 제3 스위치 및 제5 스위치들 S9, S10을 스위칭함에 따라 제어되어질 수 있다.
상기 제5 스위치 S1은 전극 재생 모드 Q3동안, 제1 인덕터를 우회하기 위하여 닫혀질 것이다.
제2 에너지 회수 모드 Q4에서, 상기 전압 변환부 PC는 상기 제5 스위치 S1이 닫혀지도록 유지하는 동안 상기 재생 모드 Q3부터 상기 전압 공급 PS까지 에너지를 회수하기 위해 도 7f 및 도 7e내에 서술된 것과 같은 상황 사이에서 고속으로 스위치되어질 수 있다.
본 발명의 보다 구체적인 실시 예는 위에서 언급된 바와 같이, 본 발명은 서술된 것보다 다르게 실시되어질 수 있을 것이다.
예를 들면 상기 장치는 상기 장치 내에 물을 주입하기 위한 물 주입구; 상기 장치 내에 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구; 커패시터; 사기 전극들 사이 내에 흐르도록 물을 허용하는 단계 및 상기 커패시터의 제1 및 제2 전극을 분리하기 위한 공간; 이온 제거 모드 동안 상기 커패시터를 충전하기 위한 충전 전압으로 전압원의 공급전압을 전환하기 위한 전압 변환부는 제1 전극 재생 모드 내에 커패시터를 방전하기 위해 구조화 및 배열되어지며, 상기 전압 변환부는 제2 전극 재생 모드 내에 이온 제거 모드에 관하여 상기 전극들의 극성을 변화하기 위하여 제어부의 제어하에 제1 및 제2 전극 사이의 공급 전압을 스위칭 하도록 구조화 및 배열되어지며, 상기 전극들 상에 잔여된 이온들이 상기 이온 제거 모드에 상대적인 반대 극성 전위를 갖는 상기 전극을을 충전함에 따라 상기 전극들 사이 내에 물로부터 방출되어진다.
상기 이온 제거 모드 동안 제1 및 제2 전극에 부착되어지는 이온들은 제1 및 제2 전극 재생 모드 동안 상기 전극들 사이 내의 물로부터 방출되어진다.
상기 장치는 물 배출구에 열결되어진 밸브를 포함하며, 상기 밸브는 깨끗한 물이 배출되도록 이온 제거 모드 동안 및 폐수가 배출되는 동안 제1 및 제2 전극 재생 동안 물을 감독하기 위해 제어부에 의해 제어되어진다.
상기 전압 변환부는 상기 전압원에 제3 스위치, 상기 커패시터 및 상기 제2 인덕터를 짧게 인쇄하기 위해 배열 및 구조화된 제4 스위치, 상기 제2 전극 재생 모드내에서, 상기 이온 제거 모드 내에 보다 다른 극성에서 충전 전압으로 상기 공급 전압의 전환은 상기 제3 및 제4 스위치들을 스위칭 함에 따라 상기 제어부에 의해 제어되어진다.
상기 전압 변환부는 제2 에너지 회수 모드 동안 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하기 위하여 배열 및 구조화되어질 수 있으며, 상기 이온 제거 모드 내에 반대 극성 전위는 방출되어지고 상기 커패시터 전압은 상기 전압 변환부에 의해 상기 공급 전압으로 변환되어진다.
상기 본 발명의 내용은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
Claims (15)
- 이온 제거용 장치에 있어서,
상기 장치 내에 물을 송출하기 위한 물 주입구;
상기 장치 밖으로 물을 송출하기 위한 물 배출구;
커패시터;
상기 전극들 사이 내에 흐르도록 물을 허용하는 동안, 상기 커패시커로부터 제1 및 제2 전극을 분리하기 위한 공간부재; 및
이온 제거 모드동안 상기 커패시터를 충전하기 위해 소스 전압의 공급 전압을 충전 전압으로 변환시키기 위한 전압 변환부를 포함하며,
상기 전압 변환부는,
제1 전극 재생 모드 내에 상기 커패시터의 전압을 전압원의 공급 전압으로 변환하는 단계를 통해 상기 커패시터로부터 에너지 회수을 위하도록 배열 및 구조화되며, 상기 전압 변환부는 제2 전극 재생 모드 내에 이온 제거 모드에 관하여 상기 복수 개의 전극들을 교체하기 위하여 상기 제어부의 제어하에 상기 제1 및 제2 전극 사이의 공급 전압을 스위치하기 위해 배열 및 구조화되어지며, 상기 전극들 상에 잔존하는 이온들이 상기 이온 제거 모드에 상대적인 반대 극성의 전위를 갖는 상기 전극들을 충전하는 과정에 의해 상기 전극들 사이 내에 물에서 방출되어지는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 변환부는
상기 커패시터에 일렬로 연결된 제1 인덕터
전압원의 제1 스위치,
상기 인덕터 및 상기 커패시터를 짧게 인쇄하도록 배열 및 구조화된 제2 스위치를 포함하며,
상기 충전 전압에서 공급 전압의 변환 및 상기 공급전압에서 상기 커패시터 전압의 변환은 상기 제1 및 제2 스위치들을 스위칭함에 따라 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제1항 내지 제2항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 장치는,
제어부 및 제1 및 제2 스위치를 포함하며,
상기 제1 및 제2 스위치는 이온 제거 모드 동안 상기 커패시터를 충전하도록 상기 제어부에 의해 제어되며,
상기 이온 제거 모드는 상기 커패시터의 제1 및 제2 전극들 사이에 흐르는 물 내의 이온들이 제1 및 제2 전극에 부탁되어지기 위한 모드인 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제3항에 있어서,
상기 제1 및 제2 스위치는,
상기 이온 제거 모드 동안 상기 제1 및 제2 전극들로부터 미리 부착되어진 이온들이 상기 전극들 사이의 물에서 방출되는 제1 에너지 회수 모드 동안 상기 공급 전압에서 상기 커패시터 전압으로 변환하도록 하는 상기 제어부에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 장치는,
깨끗한 물에서 이온 제거 모드가 수행되는 동안 및 폐수 배출구에 전극 재생이 수행되는 동안, 상기 물의 상태변화를 감독하기 우한 제어부에 의해 제어되어지거나 출 배출구에 연결되는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 전압 변환부는 상기 전압원에 제3 스위치, 제2 인덕터를 짧게 인쇄하기 위하도록 배열 및 구조화된 제4 스위치, 상기 제3 및 제4 스위치들을 스위칭하는 과정을 통해 상기 제어부에 의해 제어되어지는 커패시터에 일렬로 연결된 제2 인덕터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 전압 변환부는,
제2 에너지 회수 모드동안 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하도록 구조화 및 배열되어지며, 상기 이온 제거 모드 내에 반대 극성의 전위는 방출되어지며, 상기 커패시터 전압은 상기 전압 변환부에 의해 공급 전압으로 전환되어지는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 전압 변환부는,
상기 제1 인덕터가 상기 이온 제거 모드 및 제2 에너지 회수 모드 동안 사용되어질 때, 상기 제2 인덕터를 우회하기 위하여 제5 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 전압 변환부는,
상기 제2 인덕터가 상기 제2 전극 재생 및 제2 에너지 회수 모드 동안 사용될 때, 상기 제1 인덕터를 우회하기 위한 6개의 스위치를 제공하는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 물 배출구에 연결된 밸브는,
폐수 출력에서 상기 제1 및 제2 전극 재생모드 동안, 물을 감지하기 위한 상기 제어부에 의해 제어되어지는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 제1 항 내지 제10 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 전압 변환부는,
12 볼트보다 적은 충전 전압을 제공하며, 바람직하게 상기 충전 전압은 6볼트 보다 적으며, 보다 바람직하게는 2 볼트 또는 상기 전극들 사이에서 1.5볼트 보다 적은 전압을 제공하는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 장치.
- 이온 제거용 장치 내에 전압원의 공급 전압을 커패시터를 충전하기 위한 충전 전압으로 변환하며, 상기 커패시터 전압에서 상기 전압원의 공급 전압으로 변환하는 과정에 의해 상기 커패시터로부터 에너지 회수을 위해 구조화 및 배열되어지는 전압 변환부.
- 물 주입구를 통해 상기 하우징 내부에 물을 허용하는 단계;
상기 하우징 내에 제공된 물 배출구를 통해 상기 커패시터의 제1 및 제2 커패시터 전극 사이 내에 물이 흐르도록 허용하는 단계;
이온 제거 모드 동안; 충전 전압에 전압원의 공급 전압을 변환하기 위하여 전압 변환부를 통해 전압원에 커패시터를 연결함에 따라 상기 커패시터를 충전하는 단계;
제1 전극 재발생 모드동안, 상기 제1 및 제2 전극에 상기 이온들을 끌어당기는 단계에 의해 상기 물로부터 이온들을 제거하는 단계;
상기 전극들 사이 내에 물 내에 상기 전극들로부터 이온들을 하는 단계동안, 전압원의 공급 전압에 상기 커패시터 상의 전압을 변환시키는 단계를 통해 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하는 단계;
제2 전극 재생 모드 동안, 상기 이온 제거 모드에 관하여 상기 복수 개의 전극들을 교체하는 단계; 및
상기 전극들 사이 내에 물 내에서 상기 전극들 상에 잔여 이온들을 방출하는 교체된 복수개의 전극들을 충전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 커패시터 및 하우징이 구비된 이온 제거용 구동장치의 방법.
- 제13항에 있어서,
상기 제2 전극 재생 모드 후에 상기 커패시터의 충전 단계동안 상기 전압원의 공급 전압에 상기 커패시터의 전압을 변환시키는 단계를 통해 상기 커패시터로부터 에너지를 회수하는 단계를 포함하는 이온 제거용 구동장치의 방법.
- 제14항에 있어서,
상기 방법은,
상기 이온 제거 모드부터 제1 에너지 회수모드 까지 충전시에, 청정수부터 폐수까지 상기 물 배출구와 연결된 밸브를 스위칭하는 단계;를 포함하며, 이온들이 상기 전극들로부터 제거되어진 후, 상기 전극들 사이에 물은 배출될것이며, 상기 밸브는 물 배출구에서 청수 배출구로 연결되도록 스위치되어질 것이며, 이온 제거모드는 상기 전극을 충전할 때까지 다시 시작되어지는 것을 특징으로 하는 이온 제거용 구동장치의 방법.
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