KR0159488B1 - 오존발생장치 - Google Patents

Abstract

오존발생장치를 이용하여 오존의 발생은 오존을 발생시키는 코로나방전이 일어나는 영역이 표면에만 국한되므로 표면의 극소부분에 존재하는 산소분자만 전리되어 오존화할 수 밖에 없어서 구조상 불리하며, 또 고전압이 필요하고 구조상으로 다량의 오존을 발생시키기 어렵다는 문제점이 있어, 내부면에 기능성 세라믹분말(10)을 도포하고 내부를 진공하여 만든 후에 아르곤가스를 충진시킨 유리관(11)과, 상기 유리관(11)의 양단에 도선(12)을 연결한 진공접지관(1)과; 유전체(30)와, 외부에 냉각수(33)가 흐르는 서스(sus)접지전극(32)와, 상기 유전체(30)와 서스(sus)접지전극(32)에 밀착접촉시킨 알루미늄(aluminum)박판(31)을 구비한 외부접지전극(3)과; 상기 외부접지전극(3)과 진공접지관(1) 사이에는 일정한 간극(G)을 유지하면서 진공접지관(1)의 주위를 둘러싸는 고압전극(2)으로 구성되는 오존발생장치에 관한 것이다.

Description

오존발생장치

제1도는 종래의 오존발생기의 전기회로를 나타내는 개략도.

제2도는 본 발명의 이중방전구조의 단면도.

제3도는 제2도중 A-A'의 단면도.

제4도는 본 발명의 다른 실시예를 보인 삼중방전구조의 단면도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예를 보인 단일방전구조의 단면도.

제6도는 본 발명의 다른 실시예인 알루미늄박판을 설치하지 않은 삼중방전구조의 단면도.

제7도는 진공접지전극의 도선의 설치를 보인 것으로,

a)도는 도선을 코일의 형상으로 선회한 단면도.

b)도는 도선을 양극에 설치한 단면도.

c)도는 도선을 양극에 설치하여 한극을 봉한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 진공접지관 10 : 기능성 세라믹분말

11 : 유리관 12 : 도선

2 : 고전압전극 20 : 구멍

3 : 외부접지전극 30 : 유전체

31 : 알루미늄(aluminum)박판 32 : 서스(sus)접지전극

33 : 냉각수

본 발명은 오존발생장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 두 개의 전극사이에 유전체를 끼워 고전압을 인가하면, 전극과 유전체의 사이에 절연파괴 현상이 무전방전이 일어나 절연파괴의 현상이 일어나는 무전방전의 공간에 공기나 산소를 통과시켜 오존이 발생하는 원리를 이용하여 오존을 발생하는 장치에 관한 것이다.

오존(O₃)은 산소(O₂)의 동위체로써 산소(O)원자가 3개 결합된 분자로써 숲속이나 해안의 공기중에 미량함유되어 있으며 고도가 높을수록 그 오존의 농도응 증가되며 오존의 물리적 성질은 기체의 상태에서는 엷은 청색을 띠며 액체로 존재할 시에는 어두운 청색을 나타내며 고체일 경우에는 암자색을 나타내며 공기중에 오존의 농도가 0.02-0.1ppm을 함유되어 있으면 오존특유의 냄새를 내기 때문에 오존의 존재여부를 후각을 통하여 감지할 수 있으며, 화학적으로는 산소원자가 3개가 결합되어 원자간의 결합력이 대단히 취약하여 불안정하게 존재하므로 오존을 구성하는 산소원자 하나가 쉽게 분리되어 발생시켜 그 발생기 산소원자는 산화력이 대단히 강하여 염소의 친화력보다 5-6배 정도의 강력한 산화력 및 살균력을 가지고 있어, 박테리아(bacteria)등의 세균을 멸균시키고 곰팡이등의 균류가 번식되는 것을 방지하는 효과가 있으며, 또 냄새를 내는 물질과 화학적으로 결합하여 냄새를 내는 물질을 제거시키며, 또한 기타의 물질을 산화시키는 화학적성질을 갖는다.

상기와 같은 오존을 발생시키는 장치는 많이 알려져 있으며 전해화학법, 광화학법, 고주파전개법, 방사선조사법, 무성방전법등이 있으나, 현재 가장 많이 알려져 있고 많이 사용하는 오존의 발생방법은 무성방전법이다.

상기 무성방전법은 제1도에 나타낸 바와 같이 방전관의 양전극간에 유리 또는 세라믹스형태의 유전체를 설치하고 그 유전체와 전극간에 고압의 전류를 인가하여 상기 유전체와 전극간에 형성된 방전간극에 사이에 산소를 함유한 기체를 흘려보내면서 6-18만볼트의 고전압을 송전하여 전극에서 발생되는 전자는 산소분자와 충돌하여 산소를 원자상태로 해리시키고, 그 발생한 산소원자에 의하여 여기(勵起)된 산소분자와 산소원자를 반응시켜서 산소를 오존으로 변화시켜서 오존을 발생시키는 방법이다.

그러나 종래의 오존발생장치는 오존발생장치의 표면의 연면적에 방전을 사용하므로 오존을 발생시키는 플라스마 영역이 오존발생장치의 표면에만 국한되어 표면의 극소부분에 존재하는 산소분자만 전리되어 오존화할 수 밖에 없어서 구조상 불리하며, 또 극간 간극을 크게 할 수 없어서(절연재료가 삽입되어 있어서 좁은 공간임에도 불구하고 플라스마 상태로 만들기 위하여 고전압이 필요하고 또 고주파전압의 전원은 고가이다.오존발생장치의 구조상 용량성 부하가 되므로 자연이 인가전압의 대부분 발열에 소모되므로 발생된 오존의 보존을 위하여 반듯이 냉각기능을 필요로하기 때문에 그 구조상으로 다량의 오존을 발생시키기 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 창출한 것으로 낮은 전압을 사용하여 에너지소비는 적으면서도 오존의 발생량을 증대시키는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적은 내부면에 기능성 세라믹분말을 도포하고 내부를 진공하여 만든 후에 불활성가스와 수은(Hg)가스를 충진시킨 유리관과, 상기 유리관의 양단에 도선을 연결한 진공접지간과; 고전압전극과, 고전압전극의 유전체와, 외부에 냉각수와 접촉되는 서스(sus)접지전극과, 상기 유전체와 서스(sus)접지전극에 밀착접촉시킨 알루미늄(aluminum)박판을 구비한 외부접지전극과; 상기 외부접지전극과 진공접지관사이에는 일정한 간극을 유지하면서 진공접지관의 주위를 둘러싸는 고압전극으로 구성되어 달성된다.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명의 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

공기를 공급하여 산소를 해리시켜 오존을 발생하는 장치에 있어서 유리관(11)에는 그리드의 역할을 하는 도선(12)을 설치하고 그 유리관(11)의 양쪽을 밀봉시켜 내부를 진공으로한 진공접지관(1)과, 고압을 인가할 수 있는 고전압전극(2)과, 알루미늄박판(31)을 부착시킨 유전체(30)와, 상기 유전체(30)의 외부면에 냉각수(33)가 흐르는 접지전극으로 된 서스(sus)접지전극(32)의 외부접지전극(3)로 구성되는 오존발생장치이다.

진공접지관(1)은 기능성 세라믹분말(10)을 내부면에 도포한 유리관(11)과, 상기 유리관(11)의 양단에 도선(12)을 조립설치한 후에 유리관(11)의 양쪽을 밀봉하여 공간부(13)를 형성하고, 상기 공간부(13)에 공기를 진공으로 하여 불활성기체(예를 들면 아르곤가스)와 수은(Hg)가스를 충진시킨다.

상기 유리관(11)은 유리관(11)의 원통형의 형상으로 되어 있으며 내부면에 기능성 세라믹분말(10)을 도포하고, 그의 양단에는 도선(12)이 존재하도록 유리관(11)의 양단에 설치하며, 그의 내부의 공간부(13)에는 진공으로 만든 후에 불활성가스와 수은(Hg)가스를 충진한다.

상기 기능성 세라믹분말(10)은 분말을 만들어서 유리관(11)의 내부면에 엷은 막이 형성되도록 도포하여, 내부에 도포되어 있는 기능성 세라믹분말(10)은 에칭효과를 증대하여 자외선의 파장을 증대시켜 전기의 에너지를 증대하여 자외선의 발생효율을 증대시킨다.

상기 도선(12)은 도면 제7도의 b)도에 나타낸 바와 같이 유리관(11)의 양단에 직선상의 모양으로 형성한다.

유리관(11)의 내부에 설치하는 상기 도선(12)의 다른 모양은 도면 제7도의 a)도에 나타낸 바와 같이 스프링의 형식으로 선회하여 형성한 도선(12)을 사용한다.

스프링의 형식으로 유리관(11)의 내부에 위치한 도선(12)은 유리관(11)과의 도선(12)의 간극을 줄일 수 있어 전력소비량을 줄일 수 있다.

도선(12)을 유리관내에 설치하는 다른 실시예는 제7도의 c)도에 나타낸 바와 같이 유리관(11)의 양단에 양극을 제작하여 한쪽을 도체(120)로 봉하여 유리관(11)의 내부를 진공하여 사용한다.

외부접지전극(3)은 원통형의 형상으로 되고 내부에 진공접지관(1)과, 고압전(2)을 안치하며, 외부에 냉각수(33)를 흘러보내어 냉각시키는 서스(sus)접지전극(32)과, 유전체(30)와, 상기 유전체(30)의 둘레를 감사는 알루미늄(aluminum)박판(31)를 구비하고 있다.

상기 서스(sus) 접지전극(32)은 상기 내부에 진공접지관(1)을 위치하고 고압의 전류를 인가하면 많은 열이 발생하기 때문에 그 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 냉각수(33)가 흐르도록 한다.

상기 유전체(30)는 외부의 면에 알루미늄(aluminum)박판(31)을 접촉시켜 밀착시킨다.

상기 알루미늄의 박판(31)은 유전체(30)와 서스(sus)접지전극(32)과 간극없이 밀착시키기 위하여 알루미늄(aluminum)박판(31)을 유전체(30)의 외면에 위치한 후에 문지르면 유전체(30)와 알루미늄(aluminum)박판(31)을 밀착접착되어 유전체(30)와 알루미늄(aluminum)박판(31)는 간극없이 밀착을 유지하게 된다.

상기 알루미늄(aluminum)박판(31)을 이용하여 서스(sus)접지전극(32)과 유전체(30)을 밀착되게 접촉시킴으로서 서스(sus)접지전극(32)과 유전체(30)는 간극없이 밀착접촉됨으로서 전기를 일정하게 흐르게 한다.

고전압전극(2)은 상기 진공접지전극(1)의 외부에 일정한 간극을 유지하여 설치하며 원통형의 파이프를 이용하여 한쪽에는 다수개의 구멍(20)을 형성한 튜우형으로 형성한다.

상기 다공의 구멍(20)을 형성한 부위에는 고압의 전류를 송전할 수 있도록 전류와 연결되어 있다.

상기의 구멍(20)은 다수개를 형성하여 공기를 충분히 통과할 수 있게 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예는 제6도에 나타낸 바와 같이 중앙에는 내부를 진공상태로 진공접지관(1)을 설치하고 상기 진공접지관(1)의 외부에 일정한 간극을 유지하게 설치된 외부접지관(3)으로 한 단일의 방전구조로 구성하고 진공진공관(1)의 일단에 고압전류를 송전한다.

또 다른 실시예는 제4도에 나타낸 바와 같이 진공접지전극(1)과 외부접지전극(3) 사이에 두개의 유전체(30)을 진공접지전극(1)과 유전체(30)의 사이에 알루미늄박판(31)없이 일정한 간극(G)을 유지되도록 설치하여 유전체(30)와 외부접지전극(3)과 고압전극(2)의 사이에는 일정한 간극(G)을 유지하는 삼중방전구조로 구성되어 고압전극(2)에 고압의 전류를 인가하여 진공접지관(1)과 고압전극(2)과 서스접지전극(32)의 사이의 공간(G)에서 오존을 발생시키는 구조로 되어 있다.

또 다른 실시예는 제4도에 나타낸 바와 같이 진공접지전극(1)과 유전체(30)와 외부접지전극(3) 사이에 두개의 유전체(30,30')을 진공접지전극(1)과 유전체(30)사이에 일정한 간극을 유지되도록 하여 설치하고 또한 유전체(30)와 전극과 일정한 간극을 유지하는 삼중방전구조로 구성되어 고전압전극(2)에 고압의 전류를 인가하여 진공접지관(1)과 고압전극(2)과 서스접지전극(32)의 사이의 공간(G)에서 오존을 발생시키는 구조로 되어 있다.

다음은 실시예를 시험을 토하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

단일방전구조와 이중방전구조를 이용한 오존의 발생장치에 있어서 진공접지간내에 설치한 도선을 변화에 따른 시험결과는 다음과 같다.

[실시예 1]

단일무성방전구조에서 진공방전전극을 32φ×680크기로 제조하여 인가전압에 따른 오존농도를 측정하였다.

[실시예 2]

이중방전구조에 있어서 서스고전압전극의 크기를 25.3φ×1000크기와 진공방전전극 18.0φ×1000 크기로 제조하여 공기공급량이 300L/Hr를 공급하면서 도선을 코일형상으로 선회한 오존발생장치와 도선을 양극에 설치하고 한극을 봉한 오존발생장치에서 오존의 발생농도와 소비전력을 비교하였다.

[실시예 3]

공기공급량을 1시간당 180L/Hr를 공급하면서 본 발명에 의하여 도선을 코일형상으로 선회한 오존발생장치와 도선을 양극에 설치하고 한극을 봉한 오존발생장치에서 방전관의 크기와 오존발생농도에 따른 소비전력을 비교하였다.

결과

진공방전전극을 접지전극으로 사용하므로 낮은 인가전압에서 고농도의 오존이 발생하여 오존의 발생량이 많았으며 전력의 소비도 낮은 결과를 가져왔다.

이하 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

고압전극(2)을 통하여 고압의 전기를 인가하면서 고압전극(2)의 일단에 형성한 구멍(20)을 통하여 공기를 불어 넣으면 진공접지전극(1)의 유리관(11)의 내부면에 도포한 기능성 세라믹분말(10)에 의하여 자외선이 발생하고 고압전극(2)과 유전체(30)의 간극(G)에서 코로나방전이 일어나서 공기중의 산소가 여기되어 발생기산소를 발생시키고 그 발생기 산소는 여기된 산소와 결합하여 오존을 발생한다.

유리관(11)의 내부에 도포되어 있는 세라믹스(10) 분말은 에칭효과를 증대하여 자외선의 파장을 증대하여 전파의 에너지를 증대하여 자외선의 효율을 증대한 효과가 있다.

오존의 발생의 효율을 증대하기 위하여 전압은 고주파고전압(1KV-10KV)의 전압을 사용하여야 하고 정전용량은 C=εs/d(C는 정전용량이고, ε는 유전율이며, s는 전극면적, d는 전극간극)로 나타낼 수 있다.

공기층의 방전을 그대로 이용하므로 ε=1이며, d의 크기를 적당히 조절할 수 있으므로 정전용량이 크게 작아지게 할 수 있으므로 오존의 발생기를 대형화할 수 있다.

오존이 발생하는 오존량은 코로나방전이 일어나는 면적과 비례하므로 본 발명에 전극의 구성은 구조상 여러개의 방전간극이 일정한 간극으로 다수개가 설치되므로 코로나방전이 일어나는 면적을 넓게 하여 동일한 크기의 오존발생기에서 오존의 총발생량을 2배-여러배로 증가시킬 수 있다.

이상과 같은 효과는 다음과 같다.

알루미늄(aluminum)박판을 사용하여 서스(SUS)접지전극과 유전체를 밀착시켜 서스(SUS)접지전극과 유전체의 간극이 없으므로 전기의 통전을 일정하게 할 수 있으므로 전기의 효율을 증대할 수 있게 한다.

다른 효과는 알루미늄박판을 유전체에 접촉시키기 위하여서는 알루미늄분말을 녹여서 유전체와 서스접지전극을 접촉사용하였으나 알루미늄분말을 녹이지 않고 알루미늄(aluminum)박판을 이용하여 유전체와 서스접지전극을 밀착접촉시킴으로 유전체에 알루미늄(aluminum)박판을 용이하게 접촉시킬 수 있으며, 알루미늄을 녹이지 않고 접촉시킴으로서 유전체에 알루미늄을 부착시키는 공정이 간단하여 외부접지전극을 제조하는 비용이 현저하게 저렴해지는 효과가 있다.

또 다른 효과는 같은 크기의 외부접지전극에 유전체를 이중, 삼중으로 설치하여 코로나방전이 일어나는 면적을 크게하여 사용할 수 있으므로 오존의 발생량을 증대할 수 있는 효과가 있다.

또 다른 효과는 진공으로 형성한 유리관을 전극을 접지전극으로 사용하므로 낮은 인가전압에서 고농도의 오존이 발생하여 오존의 발생량이 많으며 전력의 소비도 낮으며 내구성이 양호하게 되는 효과가 있다.

또 다른 효과는 오존을 발생시키는 기기의 크기를 대형부터 소형까지 다양하게 제조할 수 있는 효과가 있다.

전술한 명세서에서 사용한 용어와 표현은 제한적으로서가 아니고 설명하기 위한 용어로서 사용한 것이고, 그러한 용어와 표현을 사용하는데 있어서 나타내고 기술된 특징의 등가물 또는 그의 부분을 제외시키려는 의도는 없음이다.

Claims (7)

1. 내부면에 기능성 세라믹분말(10)을 도포하고 내부를 진공하여 만든 후에 불활성가스(아르곤 또는 네온)와 수은(Hg)가스를 충진시킨 유리관(11)과, 유리관(11)의 양단에 도선(12)을 연결한 진공접지관(1)과; 유전체(30)와, 외부에 냉각수(33)와 접촉되는 서스(sus)접지전극(32)과, 유전체(30)와 서스(sus)접지전극(32)에 밀착접촉시킨 알루미늄(aluminum)박판(31)을 구비한 외부접지전극(3)과; 상기 외부접지전극(3)과 진공접지관(1) 사이에는 일정한 간극(G)을 유지하면서 진공접지관(1)의 주위를 둘러싸는 고압전극(2)으로 구성되는 오존발생장치.
2. 제1항에 있어서, 진공접지전극(1)과 서스(sus)접지전극(32)에 두개의 유전체(30,30')을 진공접지전극(1)가 서스(sus)접지전극(32)의 사이에 일정한 간극(G)을 유지되도록 하여 설치하고 진공접지전극(1)과 유전체(30,30')와 서스(sus)접지전극(32)이 일정한 간극을 유지하는 삼중방전구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
3. 제1항에 있어서, 유전체(30)와 서스(sus)접지전극(32)의 사이에 알루미늄박판을 제거하여 유전체(30)와 서스(sus)접지전극(32)이 일정한 간극(G)을 유지케하는 심중의 방전구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
4. 제1항에 있어서 진공접지관(1)을 고압의 전류를 인가하는 접지전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
5. 제1항에 있어서 알루미늄 박판(31)을 사용하여 유전체(30)와 서스(sus)접지전극(32)을 밀착접착시키는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
6. 제1항에 있어서 도선(12)은 진공관 내부에 설치하고 코일의 형식으로 선회시키는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
7. 제1항에 있어서 도선(12)은 진공관 내부에 설치하고 유리관(11)의 양단에 양극을 제작하여 한쪽을 봉하는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.