KR100302357B1 - 오존발생용 코로나방전구조체 및 그에 의한 오존발생방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 오존발생용 코로나방전구조체는 유전체상에 배치고정되는 고압전극을 망사형으로 설치고정하므로서 고압전극의 제조 및 설치가 용이해짐은 물론 고압전극의 인쇄,소결,도금등의 복잡한 제조공정이 생략되므로서 고압전극의 불량율이 현저히 절감되며, 방열판을 이용하여 방전에 의해 발생되는 방사열을 용이하게 냉각시킬 수 있는 구조를 가지며, 고압전극의 단면이 원통형상을 가지므로 방전면적이 넓어지게 되어 방전효율이 향상되며 종래의 사용전압보다 월등히 낮은 5.5KV 이하의 방전전압과 10∼45KHz의 고주파를 사용하므로 에너지의 소비가 절감되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 오존등의 산화성기체를 발생시키는 코로나방전구조체에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 설명하면 유전체상에 내산화성 원통형 전극을 설치하여 전극의 제조, 설치 및 전극의 교체가 용이하여 경제적이며 낮은 전압에 의한 방전이 가능하게 되어 에너지소비를 절감시킬 수 있는 코로나방전구조체에 관한 것이다.
종래의 코로나방전관은, 도 10에 도시된 바와같이, 유전체(1)를 사이에 두고 평탄한 두개의 전극(2),(3)을 상기 유전체(1)의 상하에 배치하고 상기 전극에 교류의 고전압을 인가하여 코로나방전이 일어나게하여 그 방전에 의해 오존이 발생되는 원리를 이용한 것으로, 상기의 코로나방전관에서는 전극(2)의 가장자리(2a)에서만 집중적으로 산화성기체(오존가스)가 발생되는 원리를 이용하므로 방전이 가장자리 부위에만 국부적으로 발생되므로 방전면적(D)이 협소하게 되어 오존등의 산화성기체의 발생이 소량이며 유전체(1)상에 배치되는 전극의 제조에는 세라믹기판상에 전극을 인쇄하고 가공하거나, 프린터기판상에 인쇄하고 소결, 도금등의 복잡한 가공을 하여야 하므로 불량율이 증대되고 특별한 기술과 특별한 장비가 요구되므로 방전관의 제조가 난해하고 방전관의 비용이 고가로되어 용이하게 구입사용할 수 없으며, 사용시 전극위에 오염물질이 쉽게 쌓이므로 주기적으로 교체 또는 청소를 수행하고 전극이 불량하게 되면 방전관 전체를 폐기해야만 하는 문제점이 있었다.
또한, 코로나 방전을 위한 방전관에서의 전력(Ptotal) 소비는 유전체손실(주로 일손실, Pd)과 코로나방전(Pm)으로 구분 할 수 있다.
Pt : 전체 전력
Pd : 유전체손실 전력
Pm : 코로나방전 전력
f : 주파수
Vd : 유전체의 인가전압
td : 유전체의 두께
Um : 인가전압
Ca : 공기중의 커패시턴스
Cv : 유전체의 커패시턴스
코로나방전이 일어나기전 까지는 유전체손실(Pd)이 대부분이고 방전이 정상적으로 일어나면 Pd가 약 20%, Pm이 약 80%를 차지한다.
전압을 일정하게 유지한 상태에서 주파수를 높이면 전력소비(Pt)가 증가하고 또한 코로나방전도 많아져서 오존 발생량은 많아진다.
그러나 주파수가 높아지면 유전체손실이 더욱 증가하여 절연이 파괴되어 방전관이 손상을 입게되므로 주파수를 무한정 높일 수는 없다.
종래의 코로나방전관에 사용되는 주파수는 저주파일경우에는 50∼60Hz에 19∼27KVa 전압이 사용되거나, 60∼100Hz의 주파수에 12∼19KVA전압이 사용되거나, 고주파일경우에는 1000Hz 이상의 주파수에 12KVA 이하의 전압이 사용되고 있으나, 종래의 코로나 방전관은 주파수와 전압이 높아 많은 전류가 흐르게되어 열쇼크에 의한 유전체의 절연이 파괴될 우려가 있었다.
본 발명의 목적은, 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 코로나방전관의 두개의 전극중 코로나방전이 발생되는 전극을 용이하게 제조 및 고정시키는 것이 가능하게되어 코로나방전관구조체의 제조가 용이하고 불량전극의 교체가 용이하며, 종래보다 낮은 전압으로 방전이 이루어지게 되어 에너지가 절감되고 보다 넓은 면적에 걸쳐서 방전면적이 넓게 형성되므로서 다량의 오존발생이 가능하게 되어 오존 생성효율이 향상되는 코로나방전관구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 코로나방전관의 방전시 발생되는 열을 용이하게 냉각시키는 것이 가능한 코로나방전관구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 오존발생시 유전체상에 배치된 망사형 고압전극에 3.5∼5.5KVa의 저전압과 10∼45KHz의 주파수로 인가시켜 코로나 방전을 발생시키는 단계, 방전시 산소를 방전공간내로 송풍시켜 오존을 발생시키는 단계, 상기 방전공간내에서 생성된 오존을 배출시키는 단계를 포함하는 오존발생방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이러한 목적들은 코로나방전관구조체의 코로나방전 발생전극을 스테인레스세선이나 세라믹코팅도선등의 내산화성의 원통으로 이루어진 망사형전극으로 형성하고 유전체위에 망사형전극을 배치시키고 상기 망사형전극상에 케이스 또는 다른 유전체로 상기 망사형 전극을 고정시키는 본 발명에 따른 코로나방전관구조체에 의하여 달성된다.
본 발명에 따른 코로나방전관구조체를 첨부된 도면을 참고로하여 이하에 상세히 기술되는 실시예들에 의하여 그 특징 및 장점들을 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 코로나방전구조체의 개략적인 종단면도
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 코로나방전구조체의 개략적인 종단면 도
도 3은 본 발명에 따른 코로나방전구조체에 사용되는 격자구조전극의 평면도
도 4는 도 3의 I-I'선을 따라 취한 전극의 종단면도
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 따른 콘로나방전구조체의 개략적인 종단면도
도 6은 본 발명의 제 4실시예에 따른 콘로나방전구조체의 개략적인 종단면도
도 7은 본 발명의 제 5실시예에 따른 콘로나방전구조체의 개략적인 종단면도
도 8은 본 발명의 제 6실시예에 따른 콘로나방전구조체의 개략적인 종단면도
도 9는 본 발명에 따른 코로나방전구조체의 코로나방전원리를 설명하는 개념도
도 10은 종래의 코로나방전구조체의 방전원리를 설명하는 개념도
본 발명에 따른 코로나방전관구조체는, 도 9에 도시된 바와같이, 유전체 (10)상에 배치되는 코로나방전이 발생되는 고압전극(30)을 원통형으로 형성하므로서 방전면적(D')이 평판형 전극보다 넓어지게 되어 방전효율이 향상되는 원리를 이용한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 오존발생용 코로나방전관구조체(A)의 개략적인 종단면도로서, 평판상의 유전체(10)의 전면에 접지전극(20)을 형성하고 유전체(10)의 상부에 코로나방전이 발생되는 망사형의 고압전극(30)을 배치하고, 고압전극(30)상에 케이스(40)를 배치시킨 구조이다.
본실시예에서 상기의 망사형의 고압전극(30)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와같이 0.3mm의 원통형 세선(31)이 격자형으로 직조된 것이 사용되었으나,0.1mm∼1.0mm의 직경을 갖는 것이 사용되며, 필요에 따라서는 그 보다 더 굵거나 얇은 것이 사용될 수 있다. 상기 망사형 고압전극은 스테인레스나 오존에 강한 세라믹으로 코팅한 도선이 사용되어, 표면이 오존과 반응하는 것을 막아 수명을 연장시킬 수 가 있다.
상기 망사형의 고압전극(30)은 상기 유전체(10)상에 배치하고 상기 케이스(40)로 압착시켜 고정하거나, 망사형의 고압전극(30)의 일부를 접착제로 고정시킬 수 있으므로 유전체(10)상에 고압전극(30)의 설치가 대단히 용이하게 된다.
이와같이 구성된 본 발명에 따른 오존발생용 코로나방전관 구조체(A)는 양전극(20)(30)에 5.5KV 이하의 교류의 고전압과 10∼45KHz의 고주파를 인가하면 두 전극사이에서 , 더욱 구체적으로 설명하면 유전체(10)와 망사형 고압전극(30)사이에서 코로나방전이 발생되고 이 방전발생시에 입구(50)쪽으로 산소가 들어오면 방전부위에서 산소(O₂)가 오존(O₃)으로 변환되면서 오존이 출구(60)쪽으로 배출되는 것이다.
도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 오존발생용 코로나방전관구조체(A)의 개략단면도로서, 유전체(10)상에 배치된 망사형 고압전극(30) 상부에 케이스(40)대신에 상부에 접지전극(21)이 형성된 상부 유전체(11)가 배치된, 구조로서 상기 고압전극(30)과 상기 접지전극(20,21) 사이에 5.5KV이하의 고전압과 10∼45KHz의 고주파가 인가되면 유전체(10)(11)와 망사형 고압전극(30) 사이에 코로나방전이 발생되며, 이때 코로나방전량은 제 1실시예보다 2배로 증가되어 발생되며, 방전시 입구(50)쪽으로 산소가 들어오면 방전부위에서 산소(O₂)가 오존(O₃)으로 변환되면서 생성된 오존이 출구(60)쪽으로 배출되므로 제1실시예에서보다 보다 많은 양의 오존이 발생되게 되는 것이다.
일반적인 코로나방전관에서는 코로나방전시, 전압을 일정하게 유지한 상태에서 주파수를 높이면 전력소비가 증가하고 또한 코로나방전도 많아져서 오존 발생량은 많아진다.
그러나 주파수가 높아지면 유전체손실이 더욱 증가하여 절연이 파괴되어 방전관이 손상을 입게되므로 주파수를 무한정 높일수는 없다.
다른한편 주파수의 하한치는 코로나방전에 의한 오존발생량의 효율을 보장하기위하여 제한해야할 필요성이 있다.
인가전압(Um)의 하한치는 이 이하로 낮아지면 코로나방전이 일어나지 않게되고, 인가전압을 증가시키면 유전체간의 전압(Vd)과 전력소비(Pt)도 증가하여 오존발생도 증가하지만 어느 전압치이상 높아지면 코로나방전을 지나 백열방전으로 변하여 이온화된 잉여전자가 오존 분자를 분해하기 시작하므로 전압 상한치가 존재하게되며, 이와같은 이유로 인해 본 발명에서는 위험요소(방전관 파괴)를 제거하기 위하여 전압을 3.5∼5.5KVA로 제한하고 방전 면적에 따라 주파수범위를 10∼45KHz로 제한하여 사용하게 되었다.
도 5는 본 발명 제3실시예에 따른 오존 발생용 코로나방전관구조체(A)의 개략단면도로서 유전체(10)의 하부에 설치되는 접지전극이 하부에 방열핀(70a)이 형성된 방열판(70)과 일체로 형성되고, 유전체(10)의 상부에 망사형 고압전극(30)이 배치되고 상기 고압전극(30)위에는 케이스(40)가 배치되며 상기 유전체(10)의 주위는 고무(80)로 외부와 밀폐시키며, 상기 망사형 고압전극(30)과 케이스(40) 사이에는 공기가 유동하는 유동간극(81)이 형성된 구조이다. 상기 유동간극(81)은 본 실시예에서는 0.3mm로 형성되었으나, 공기유동량이 많을 경우에는 더욱 넓게형성되고, 공기유동량이 적을 경우에는 더 좁게 형성될 수도 있다.
이와같이 본 고안의 제3실시예에 따른 오존발생용 코로나방전관구조체는 유전체(10)의 하부에 방열판(70)이 형성되므로서 방전시 발생되는 열의 방출이 한결 용이하게 되어 뛰어난 냉각효과를 얻을 수 있고 방열판을 현저히 크게하면 방전시 발생되는 열을 냉각시키기위한 부대설비가 필요없게 된다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 오존발생용 코로나방전관구조체(A)의 개략단면도로서, 상기 제3실시예의 케이스(40)대신에 유전체(11)와 상부에 방열핀(71a)이 형성된 방열판(71)이 망사형 고압전극(30)상에 배치되어 코로나방전량 및 오존발생량을 제3실시예에서보다 더 다량이 발생되면서도 뛰어난 냉각효과를 갖게한 것이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 오존발생용 코로나방전관구조체(A)의 개략단면도로서, 유전체(10)하부에 형성된 방열판(72)내에 냉각수가 흐르는 냉각관로(73)가 형성된 구조로서, 방열판(72)의 냉각효율이 대단히 향상되는 구조이다.
도 8은 본 발명의 제 6실시예에 따른 오존발생용 코로나방전관구조체(A)의 개략단면도로서, 망사형 고압전극(30)상에도 유전체(11)와 냉각관로(75)가 형성된 방열판(74)이 배치된 구조로서, 제 5실시예보다 2배의 방전량이 발생되며 방열능력도 배가된 구조이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 오존발생용 코로나방전구조체는 유전체상에 배치고정되는 고압전극을 망사형으로 설치고정하므로서 고압전극의 제조 및 설치가 용이해짐은 물론 고압전극의 인쇄,소결,도금등의 복잡한 제조공정이 생략되므로서 고압전극의 불량율이 현저히 절감되며, 방열판을 이용하여 방전에 의해 발생되는 방사열을 용이하게 냉각시킬 수 있는 구조를 가지며, 고압전극의 단면이 원통형상을 가지므로 방전면적이 넓어지게되어 방전효율이 향상되며 종래의 사용전압보다 월등히 낮은 5.5KV 이하의 방전전압과 10∼45KHz의 고주파를 사용하므로 에너지의 소비가 절감되는 효과가 있다.
Claims (6)
- 평판상의 유전체,상기 유전체의 저면에 부착된 접지전극,상기 유전체상에 배치된 원형단면을 갖는 세선으로 형성된 망사형의 고압전극,및 상기 망사형고압전극상에 배치되는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 고압전극의 조립분해가 가능한 오존발생용 코로나방전관구조체
- 제 1항에 있어서, 상기 접지전극은 방열판과 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 오존발생용 코로나방전관구조체
- 제 2항에 있어서, 상기 방열판내에는 냉각수가 흐르는 냉각관로가 형성된 것을 특징으로 하는 오존발생용 코로나방전관구조체
- 제 1항에 있어서, 상기 망사형 고압전극과 케이스사이에는 유동간극이 형성된 것을 특징으로 하는 오존발생용 코로나방전관구조체
- 평판상의 하부 유전체,상기 하부 유전체의 저면에 부착된 접지전극,상기 하부 유전체상에 배치된 망사형의 고압전극,상기 망사형고압전극 위에 배치되는 상부유전체 및,상기 상부 유전체상에 부착된 접지전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존발생용 코로나방전관구조체
- 저면에 접지전극이 형성된 유전체상에 망사형 고압전극이 배치된 오존발생용 코로나방전관구조체의 양 전극에 5.5KVA이하의 교류전압과 10∼45KHz의 고주파를 인가시켜 방전을 발생시키는 단계,상기 방전시 산소를 방전공간내로 송풍시켜 오존을 발생시키는 단계,상기 방전공간내에서 생성된 오존을 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존발생방법.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20080617 Year of fee payment: 8 |
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