KR100290521B1

KR100290521B1 - 오존발생장치

Info

Publication number: KR100290521B1
Application number: KR1019990001179A
Authority: KR
Inventors: 이재신; 올레그 하사노프; 알렉산더 루카닌
Original assignee: 이재신; 올레그 하사노프
Priority date: 1999-01-16
Filing date: 1999-01-16
Publication date: 2001-05-15
Also published as: KR20000050970A

Abstract

본 발명은 크기가 소형으로 되고, 오존 발생 효율이 향상되는 오존발생장치에 관한 것으로서, 전원을 입력하여 펄스를 발생하는 펄스발생부; 상기 펄스발생부에서 발생되는 상기 펄스의 전압을 축전하는 축전부; 상기 축전부의 출력을 입력으로 하여 전력을 응축하는 전력응축부; 상기 전력응축부의 출력을 입력하여 유기시키는 변압부; 및 상기 변압부의 출력을 입력으로 하여 오존을 발생하는 방전실부를 포함하며, 이에 따라서 오존 발생 효율이 높으며, 오존 발생시 방전실 전반적으로 순간적인 과전압을 생성시킴으로써 방전시간을 단축시키고, 한 쌍의 고전압 전극과 접지전극 사이에서 양극성 모드로 방전이 발생하기 때문에 전기 방전의 안정성과 균일도가 향상되는 장점이 있다.

Description

오존발생장치{Ozone generator}

본 발명은 오존발생장치에 관한 것으로서, 특히 전기방전을 이용하여 오존을 발생하는 오존발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 오존(ozone)은 공기중의 진균, 비루스 및 박테리아를 단시간에 소멸시키기 때문에 실내, 화장실 및 차량내부의 공기를 청결하게 하고, 실내공간 이나 차량내부의 먼지를 제거할 뿐 아니라 삼림욕의 효과를 나타내는 것으로 알려져있다.

종래 기술에서 상기 오존을 발생하는 오존발생장치는 외부 공기가 주입되어 고전압 펄스파 발생회로와 상기 발생회로에 의한 방전에 의하여 오존을 발생시키는 방전실(chamber)을 포함한다

또한, 상기 고전압 펄스파 발생회로는 일반적으로 고전압 교류전원, 전류제한 소자가 구비되는 정류회로, 고전압 축전을 위한 축전기, 정합된 주파수 제어회로 등을 포함하여 구성된다.

그러나, 상기의 종래 기술에 따른 오존발생장치는 고전압회로가 수백Hz 정도의 비교적 낮은 주파수에서 동작하도록 구성되기 때문에, 상기 낮은 주파수에 의하여 오존 발생의 효율이 낮고, 변압기의 자심을 자화시켜야 하기 때문에 회로가 복잡하게 되어 오존발생장치의 전체적인 크기가 증가되며, 방전실에서 전극간격과 공기압의 조건에 따라서 방전이 발생되기 때문에 방전되는 전극간의 거리를 정밀하게 제어하지 않으면 방전이 국부적으로 불안정하게 되는 문제점이 있었다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 크기가 소형으로 되고, 오존 발생 효율이 향상되는 오존발생장치를 제공하고자 하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오존발생장치의 회로도이다.

도 2는 도 1의 방전실부의 일부를 절개하여 보여주는 단면도이다.

도 3은 도 1의 각부 파형도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1.. 공기유입구3.. 공기토출구

10.. 펄스발생부20.. 축전부

30.. 전력응축부40.. 정합부

50.. 방전실부51.. 지지부재

53a, 53b.. 절연부재55a, 55b.. 전극부재

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 오존발생장치는, 전원을 입력하여 펄스를 발생하는 펄스발생부; 상기 펄스발생부에서 발생되는 상기 펄스의 전압을 축전하는 축전부; 상기 축전부의 출력을 입력으로 하여 전력을 응축하는 전력응축부; 상기 전력응축부의 출력을 입력하여 유기시키는 변압부; 및 상기 변압부의 출력을 입력으로 하여 오존을 발생하는 방전실부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전실부는, 일방향으로 연장되며, 전기가 도통되는 전극부재; 상기 전극부재의 외주면에 구비되는 절연부재; 및 상기 절연부재가 구비된 상기 전극부재가 관통되고, 상기 절연부재와의 사이에 공간이 형성되는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구성 및 동작을 첨부 도면에 의거 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 오존발생장치의 회로도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 오존발생장치의 회로는, 펄스발생부(10), 축전부(20), 전력응축부(30), 정합부(40), 변압부(T) 및 방전실부(50)를 포함한다.

상기 펄스발생부(10)는 전원을 입력하여 펄스를 발생한다.

상기 축전부(20)는 펄스발생부(10)에서 발생되는 펄스를 입력하여 펄스의 전압을 축전하는데, 바람직하게는 입력과 출력 사이에서 콘덴서(C3)와 코일(L4)이 직렬로 연결되어 구성된다.

상기 전력응축부(30)는 축전부(20)의 출력을 입력으로 하여 전력을 응축하는데, 바람직하게는 축전부(20)의 출력에 직렬로 연결되는 두 개의 코일(L7)(L9), 코일(L7)(L9) 중에서 첫 번째 코일(L7)의 입력단과 출력단에서 각각 병렬로 연결되는 콘덴서(C6)(C8)를 포함하여 구성된다.

상기 정합부(40)는 전력응축부(30)의 출력을 입력으로 하여 전력응축부(30)에서 출력되는 신호의 변화시간이 제어되는데, 바람직하게는 입력에 병렬로 연결되는 콘덴서(C10)와 콘덴서(C10)에 병렬로 연결되는 코일(L11)을 포함한다.

상기 변압부(T)는 전력응축부(30)의 출력을 입력하여 1차권선(n1)으로 입력되는 전압을 2차권선(n2)으로 유기시킨다.

상기 방전실부(50)는 변압부(T)의 출력을 입력으로 하여 오존을 발생한다.

도시된 바와 같이, 상기 방전실부(50)는, 동일한 방향으로 배열되는 한 쌍의 전극부재(55a)(55b), 각 전극부재(55a)(55b)의 외주면에 구비되는 절연부재(53a)(53b), 절연부재(53a)(53b)가 외주면에 구비되는 한 쌍의 전극부재(55a)(55b)가 서로 소정의 간격을 유지하면서 관통되고, 각 전극부재(55a)(55b)와의 사이에 챔버(chamber)인 공간(59)이 형성되는 지지부재(51)를 포함한다.

상기 지지부재(51)는 접지되는 도체이며, 공기가 유입되는 공기유입구(1)와 유입된 공기가 배출되는 공기토출구(3)를 포함하여, 공기유입구(1)를 통하여 유입된 공기가 공간(59)을 통하여 상기 공기토출구(3)로 배출된다.

또한, 상기 지지부재(51)는 공기유입구(1) 부분에서의 공간(59) 크기가 상기 공기토출구(3) 부분에서의 공간 크기보다 작게 되는데, 바람직하게는 상기 공간의 형상이 계단형으로 형성되어, 공기유입구(1) 부분으로부터 상기 공기토출구(3) 부분의 방향으로 전극부재(55a)(55b)와의 간격이 넓어지도록 형성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 오존발생장치의 작동을 도 3의 각부 파형도를 참조하면서 설명한다.

전원(Vin)이 펄스발생부(10)로 입력되면, 펄스발생부(10)는 도 3의 가) 파형과 같은 구형파를 발생시킨다. 그러면, 다음단 축전부(20)의 콘덴서(C3)에 상기 구형파에 의한 전원이 축전되고, 축전된 전원은 다시 전류제한용 코일(4)을 통하여 전력응축부(30)의 콘덴서(C6)에 축전되며, 이에 따라서 콘덴서(C6)의 축전용량이 최대가 될 때, 전력응축부(30)의 코일(L7)의 자심부는 포화상태에 이른다. 이때, 코일(L7)의 임피던스 불연속은 10 내지 100배에 달하게 되고, 다음단의 콘덴서(C8)의 정전용량이 최대전압에 (10 내지 1000)^1/2배만큼 더 빨리 도달하게 된다.

상기와 같이 정전용량이 최대전압에 도달되면, 그 순간에 다음단의 코일(L9)은 포화에 이르게 되고, 결과적으로 전력응축부(30)에서는 전력의 응축이 발생된다. 이때, 축전용 콘덴서(C3)는 전체 에너지가 축적되는 시간을 콘덴서(C6)의 방전시간보다 작게 되도록 설정함으로써 출력되는 펄스의 주기를 짧게 할 수 있다.

이와 같이 콘덴서를 설정함에 따라서 고전압 펄스 변압기인 변압부(T)의 권선수를 줄일 수 있기 때문에 오존발생장치의 소형화가 가능하게될 뿐만 아니라, 변압부(T)의 출력을 입력으로 하여 오존을 발생하는 방전실부(50)에서 인체에 해로운 질소 산화물의 발생을 억제할 수 있고, 오존 발생 효율을 높일 수 있다.

또한, 정합부(40)는 변압부(T)와 방전실부(50)의 임피던스 정합을 위하여 사용되는 회로로서, 임피던스 정합을 위한 보정용 콘덴서(C10)가 사용되는데, 그 정전용량 값은 승압속도를 최대화할 수 있도록 설정되며, 정류용 코일(L11)의 인덕턴스 값은 제3도의 나)에서 도시된 전압과 같이, 변압부(T)의 1차권선(n1)으로 입력되는 펄스의 후반부가 급경사를 갖도록 그리고 변압부(T)의 코아보다 일찍 포화되도록 설정된다.

그리고, 큰 펄스전압 후에는 짧은 시간의 과전류가 수반되어서, 비대칭적 부하상태가 되면, 큰 펄스 간섭이 발생되어 충격파 발생회로인 펄스발생부(10)의 정상동작을 방해하여 오존발생장치에 해로운 영향을 가져올 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 접지용의 보조전극인 지지부재(51)를 사용함으로써 전자파의 간섭을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 접지용의 보조전극인 지지부재(51)는 동작기체의 열발산을 위한 표면적을 크게 하는데, 일실시예로서 육면체로 형성된다.

지지부재(51)는 균형된 부하를 위하여 접지용 보조전극으로 사용되는 것으로서, 전자파 간섭을 최소화할 수 있는데, 변압부(T)의 출력이 각각 연결되는 도체인 한 쌍의 전극부재(55a)(55b)가 동일한 방향으로 내삽되고, 이에 따라서 한 개의 전극이 구비되는 것에 비하여 보조전극인 지지부재(51)와 한 쌍의 전극부재(55a)(55b)의 간극이 절반으로 되며, 동일한 형상의 두 개의 전극으로 대체되기 때문에 절연파괴전압이 증가된다.

즉, 절연부재(53a)(53b)에 의하여 보조전극인 지지부재(51)와 서로 절연되는 한 쌍의 전극부재(55a)(55b)는 지지부재(51)에 내삽되면서 각각 동일한 구조의 챔버인 공간(59)을 갖는다. 이때 지지부재(51)는 외부의 공기가 공간(59)으로 유입되는 공기유입구(1)와 공간(59)으로부터 유입된 공기가 공기토출구(3)로 배출된다.

이때, 지지부재(51)내에 형성되는 공간(59)은 공기유입구(1) 부분으로부터 공기토출구(3) 부분의 방향으로 전극부재(55a)(55b)와의 간격이 넓어지도록 그 형상이 계단형으로 형성되고, 상기 간격은 전극의 간극이 되는데, 공간(59)은 공기유입구(1)로부터 공간(59)으로 들어온 공기인 기체의 이동방향으로 1.5 내지 2 배까지 되도록 증가되는 계단형으로 형성된다.

도 3의 다)에서 도시된 바와 같이, 공기유입구(1) 부분에서 유전체인 절연부재(53a)(53b)를 사이에 두고, 전극부재(55a)(55b)와 지지부재(51) 사이의 거리가 가장 가까운 부위(57)에서 자외선 방전이 발생되기 때문에 펄스 발생초기에는 기체중의 자유전자 수가 향상되고, 이에 따라서 유입되는 공기의 속도에 의하여 방전실의 압력이 변화되더라도 오존 발생의 안정성을 향상시킬 수 있으며, 또한 전극부재(55a)(55b)의 주위에 공간(59)을 구비함으로써 오존발생장치의 구조를 단순화할 수 있다.

또한, 방전실부(50) 공간에서 방전이 시작되면, 변압부(T)의 누설 인덕턴스와 전극간의 정전용량이 형성되기 때문에 발진주기가 20×10^-9내지 50×10^-9초인 발진이 발생되고, 작동기체의 분해와 이온화에 의하여 전류밀도가 5[A/㎠] 내지 20[A/㎠] 정도의 부가적인 에너지가 공급되며, 출력 펄스의 주기를 발진주기와 같게 할 수 있다.

한편, 본 발명의 오존발생장치는 실시예로서, 오존발생량이 시간당 최대 1.2[ｇ]로 되고, 전원(Vin)은 리플제거용 필터를 가진 두 개의 반주기 회로를 포함할 수 있다.

또한, 충격파 발생회로인 펄스발생부(10)는 실시예로서 전압 진폭과 최대 전류가 각각 1000[V]와 10[A]이고, 주기가 5×10^-6[sec]이며, 발생되는 펄스의 반복율은 2.5[KHz]이하로 된다. 그 소모전력은 15[W] 정도로 되고, 출력되는 펄스의 지속시간은 200 내지 250[㎱]이며, 펄스당 전력은 최대 25[KW]에 이른다.

축전부(20)의 콘덴서(C3)는 용량이 0.047[㎌]이고, 축전 코일(L4)의 인덕턱스는 0.5×10^-3[H]이며, 용량이 0.027[㎌]인 콘덴서(C6)에 대한 부하전압은 대략 660[V]가 되어 축적되는 에너지는 대략 5×10^-3[J]이 된다.

전력응축부(30)는 콘덴서(C6)와 코일(L7) 그리고 콘덴서(C8)와 코일(L9)로 되어 2단으로 구성되는데, 바람직하게는 코일(L7)(L9)은 응축계수가 20 내지 22가 되도록 2000[HM]형 페라이트(ferrite) 코어를 이용한 권선형이며, 콘덴서(C6)(C8)는 각각 0.027[㎌], 0.018[㎌]이다.

출력용 고전압 펄스 변압기인 변압부(T)는 바람직하게는 페라이트 자심에서 변압비가 1:20이 되도록 권선수를 조절하며, 방전실부(50)의 각 전극부재(55a)(55b)와 보조전극부재인 지지부재(51)의 사이 즉, 전극간 커패시턴스는 약 34[㎊]로 된다.

방전실부(50)는 실시예로서 그 형상이 육면체로서 약 155×100×45㎜의 크기로 되고, 그 내부에서 절연부재(53a)(53b)가 외주면에 구비된 각 전극부재(55a)(55b)의 주위에 공간(59)이 형성되는데, 바람직하게는 공간(59)의 길이가 90㎜이고, 직경이 8㎜로 되는 원통형으로 형성된다.

또한, 바람직하게는 각 전극부재(55a)(55b)는 직경이 6㎜이고, 절연부재(53a)(53b)의 두께는 1㎜로 되며, 절연부재(53a)(53b)는 유전체로서 유전율이 8인 세라믹 소재로 형성된다.

본 발명에서는 순간적인 과전압을 발생시키고, 방전시간을 단축시킴으로써 방전의 안정성과 균일도를 향상시켰다. 이렇게 함으로써 방전시 자유전자가 공기중의 산소분자를 분해하는데 필요한 해리 에너지인 5.1[eV] 이상의 충분한 에너지를 갖도록 하였다.

또한, 본 발명에서는 방전실의 전극간격이 1[㎜]일 때, 과전압 인자와 지연시간이 각각 1.4×10^-7내지 2.2×10^-7[sec] 정도로 되기 때문에 동일한 전력을 소모할 경우, 전자의 절연파괴에 필요한 방전거리는 1.5 내지 2배 증가된다. 또한, 상기 오존발생장치에서 충격파 발생기인 펄스발생부는 축전소자와 변압기의 일차 코일인 일차권선과 직렬로 연결되며, 보정용 커패시터와 코일은 펄스변압기의 1차권선에 병렬로 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명의 오존발생장치는 온도가 22도이고, 습도가 78%인 공기를 주입하면서 발생되는 기체를 요오드화 칼륨 수용액을 통과시키면서 흡착량을 측정하였으며, 분석결과 인체에 유해한 산화질소는 검출되지 않았다.

도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따르면, 오존 발생 효율이 높으며, 오존 발생시 방전실 전반적으로 순간적인 과전압을 생성시킴으로써 방전시간을 단축시키고, 한 쌍의 고전압 전극과 접지전극 사이에서 양극성 모드로 방전이 발생하기 때문에 전기 방전의 안정성과 균일도가 향상되는 장점이 있다.

Claims

전원을 입력하여 펄스를 발생하는 펄스발생부;

상기 펄스발생부에서 발생되는 상기 펄스의 전압을 축전하는 축전부;

상기 축전부의 출력을 입력으로 하여 전력을 응축하는 전력응축부;

상기 전력응축부의 출력을 입력하여 유기시키는 변압부; 및

상기 변압부의 출력을 입력으로 하여 오존을 발생하는 방전실부를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제1항에 있어서, 상기 축전부는,

입력과 출력 사이에서 콘덴서와 코일이 직렬로 연결되어 구성되며,

상기 전력응축부는,

상기 축전부의 출력에 직렬로 연결되는 두 개의 코일; 및

상기 코일 중에서 첫 번째 코일의 입력단과 출력단에서 각각 병렬로 연결되는 콘덴서를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제1항에 있어서, 상기 방전실부는,

일방향으로 연장되며, 전기가 도통되는 전극부재;

상기 전극부재의 외주면에 구비되는 절연부재; 및

상기 절연부재가 구비된 상기 전극부재가 관통되고, 상기 절연부재와의 사이에 공간이 형성되는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제3항에 있어서, 상기 전극부재는,

적어도 두 개 이상으로 구비되며, 서로 소정의 간격을 유지하면서 동일한 방향으로 배열되어 상기 지지부재에 내삽되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제3항에 있어서, 상기 지지부재는,

접지되는 도체이며, 공기가 유입되는 공기유입구와 유입된 공기가 배출되는 공기토출구를 포함하며,

상기 공기유입구를 통하여 유입된 공기가 상기 공간을 통하여 상기 공기토출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제3항에 있어서, 상기 지지부재는,

상기 공기유입구 부분에서의 상기 공간 크기가 상기 공기토출구 부분에서의 공간 크기보다 작게 되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제6항에 있어서, 상기 지지부재는,

상기 공간을 형성하는 일측의 형상이 계단형으로 형성되어,

상기 공기유입구 부분으로부터 상기 공기토출구 부분의 방향으로 상기 전극부재와의 간격이 넓어지는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.
제1항에 있어서,

상기 전력응축부와 상기 변압부 사이에 정합부를 더 포함하며, 이에 따라서 상기 전력응축부에서 출력되는 신호의 변화시간이 제어되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치.