KR100315196B1

KR100315196B1 - 스파이럴 고농도 오존발생장치

Info

Publication number: KR100315196B1
Application number: KR1019990024764A
Authority: KR
Inventors: 이주봉
Original assignee: 조병옥; 주식회사 남경어드밴스; 이주봉
Priority date: 1999-06-28
Filing date: 1999-06-28
Publication date: 2001-11-26
Also published as: KR19990068838A

Abstract

본 발명은 고전압방전에 의해 고농도의 오존을 생성시킬 수 있도록 한 스파이럴 고농도 오존발생장치에 관한 것으로서, 종래의 방전간극 사이에 방전하는 동안 그 형태가 변형되지 아니하는 유전체(108)를 삽입하여 방전간극을 외부방전간극(106)과 내부방전간극(107)으로 나뉘게 했으며, 또한 외부방전간극(106)에는 스테인레스로 된 외부스파이럴코일(110)을 삽입하고, 내부방전간극(107)에도 내부와형코일(111)을 삽입하여 유입원료인 산소기체간의 접촉이 활발히 이루어지도록 하므로써 오존발생반응의 정반응을 활성화하고 이에 소비되는 전력도 절감할 수 있는 유용한 효과를 갖도록 한 것이다. 이는 특히 종래 약 10kV×1kHz 인것을 약 6kV×(1.5∼3 kHz)까지 할 수 있어 오존방전관의 수명에 크게 영향을 미치는 전압을 크게 떨어뜨릴 수 있다는 효과도 갖는다.

Description

스파이럴 고농도 오존발생장치 {Spiral high density ozonizer}

본 발명은 고전압방전에 의해 산소를 오존으로 변환시키는 오존발생장치에서 유입원료인 산소간의 접촉을 크게 해 줌으로써 고농도의 오존을 생성시킬 수 있도록 한 스파이럴 고농도 오존발생장치에 관한 것이다.

오존발생장치는 통상 고전압 방전에 의해 산소(O₂)를 오존(O₃)으로 변환시키는 장치로, 이는 도 3에 도시한 바와 같이, 스테인레스 스틸재로 된 오존발생장치 몸체(1)내부에 중공형태의 접지전극파이프(2)가 구비되어 있고, 이 접지전극파이프(2)내부에 오존방전관(3)이 삽입되어 있는 구조로 되어 있으며, 접지전극파이프(2)의 외측에는 방전시 발생하는 열을 흡수하기 위하여 냉각수가 순환되는 냉각실(4)이 구비되어 있다.

상기한 종래의 오존발생장치는 외부의 전압공급부(5)에서 오존방전관(3)에 소정전압(약 10kV×1kHz)의 단상전기를 공급하면서 몸체(1)일측으로부터 원료산소(O₂)를 공급하면 접지전극파이프(2)와 오존방전관(3)의 사이(G)에서 방전이 일어나게 되어 이를 통과하는 원료산소(O₂)가 오존(O₃)으로 (3O₂+ 전기에너지2O₃+ 열에너지)의 가역발열반응에 의해 변환된다.

그러나 이러한 종래의 오존발생장치는 접지전극파이프(2)를 통하여 원활하게 열교환이 이루어지지 않아 냉각수온도를 낮춘 정도에 비해 생성오존농도가 그다지 크지 않게 된다. 결국 냉각수온도의 현실적 한계때문에 오존의 생성농도가 낮아지게 된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하고자 본인의 1997년 특허출원 제 97-32359호(고농도 오존발생장치)는 도 4에 도시된 바와 같이 접지전극파이프(11)의 외측에 암모니아 또는 프레온 가스를 충진시킨 자켓(12)을 설치하고, 이 자켓(12)의 외측면에 냉각실(13) 내부로 돌출된 방열핀(14)을 부착함으로서 방전시 발생하는 열을 신속히 흡수할 수 있도록 하였다.

그러나 생성되는 오존의 농도는 상기한 방전시 발생하는 열의 신속한 흡수외에도 여러가지 인자에 의해 좌우되는 데, 상기한 97-32359호에선 방전 시간, 방전 간극, 방전관의 두께 등이 종래의 것과 완전히 동일하는 등 상기한 열의 신속한 흡수외에는 오존발생율의 증가를 위해서 고려되지 않은 문제점이 있었다.

예를 들어, 상기한 종래의 장치하에선 인가주파수가 최대 1000Hz를 넘기 어렵고 대신 본 발명의 장치에 비해 고전압을 사용할 수 밖에 없었다. 이에 따라 방전관의 수명에 나쁜 영향을 미치는 고전압을 사용할 수 밖에 없게 되는 문제점이 있었다. 또한, 전압이 높을수록 열발생이 많기 때문에 주파수를 높이고 상대적인 전압을 낮추는 것이 효율적이며 주파수 인버터(inverter)는 상용 주파수(60Hz)에서 중주파수(400~1000Hz) 및 고주파수(1000~5000Hz)로 발전단계에 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기한 방전시 발생하는 열을 신속하게 흡수함과 동시에 단위시간당 생성할 수 있는 오존양을 낮추지 않고도 고농도의 오존을 생성할 수 있는 장치를 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 종래의 방전 간극 사이에 유전체 원통을 삽입하여 각각의 방전 간극의 두께가 거의 반으로 떨어진 방전 간극을 2개 만들고 또한 간극마다 유입원료인 산소간의 접촉 및 방전이 원활하도록 스파이럴(spiral)로 된 코일(coil)을 삽입한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스파이럴 고농도 오존발생장치의 구조를 도시한 종단면도,

도 2는 도 1의 A-A선 단면도,

도 3, 도 4는 종래의 오존발생장치의 구조를 도시한 종단면도.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

101 : 오존발생장치 몸체 102 : 접지전극파이프

105 : 냉각실 106 : 외부방전간극

107 : 내부방전간극 108 : 유전체

109 : 오존방전관 110 : 외부스파이럴코일

111 : 내부스파이럴코일 112 : 냉각수

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 스파이럴 고농도 오존발생장치의 구조를 도시한 종단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도로서, 도시된 바와 같이 오존발생장치 몸체(101) 내부에 중공형태의 접지전극파이프(102)가 구비되고, 이 접지전극파이프(102) 외측에는 방전열을 흡수하는 냉각실(105)이 구비되고, 접지전극파이프(102) 내측에는 내측으로 갈수록 외부방전간극(106), 유전체(108), 내부방전간극(107), 오존방전관(109)의 순으로 구비되어 있다.

즉, 종래의 방전간극 사이에 유전체(108)가 삽입되었고 방전하는 동안 유전체의 형태는 변형되지 아니하므로 방전간극은 외부방전간극(106)과 내부방전간극(107)으로 나뉘게 된다. 또한 외부방전간극(106)에는 스테인레스로 된 외부스파이럴코일(110)이 삽입되어 있고, 내부방전간극(107)에도 직경이 외부와형코일(110)보다 작은 스테인레스로 된 내부스파이럴코일(111)이 삽입되어 있다.

일반적으로 고농도의 오존을 생성하기 위해선 오존 생성의 효율이 높아야 하는데, 이 효율은 냉각수(112) 온도가 낮을수록, 발열반응이므로 방전시 발생하는 열이 상기 가역반응의 정반응이 증가하도록 상기 냉각수(112)에 신속히 흡수될수록 비례하여 높아지는 것외에도 방전간극 사이에 존재하는 유전체(108)의 유전율(종래에는 산소기체의 유전율만이 됨), 인가되는 전압의 제곱, 인가되는 전압의 주파수에 비례하여 증가한다. 이는 유전율과 이에 따른 분극 및 인가전압이 클수록 산소기체의 전하를 유도할 수 있는 정도가 크므로 결과적으로 산소기체의 운동을 촉진하게 되고, 주파수가 클수록 운동하는 산소기체의 운동방향을 자주 변하게 하여 전체적으로 산소기체간의 접촉을 촉진하기 때문이다.

또한 오존생성효율은 오존방전관(109)의 두께와 방전간극의 두께에 반비례하는 데, 이는 오존방전관(109)의 두께가 크면 인가전압이 효과적으로 산소기체의 전하를 유도하는 데 방전되어 쓰이기 어려우며, 방전간극이 두꺼우면 운동하는 산소기체간의 거리에 여유가 있어 그 혼합이 어려워지기 때문이다.

따라서 도 1과 도 2에 도시된 본 발명의 방전간극 사이에 삽입된 유전체는 단위시간당 유입원료인 산소의 가공량을 줄임이 없이 상기한 유전율을 증가시키고 동시에 산소가 유입되는 방전간극을 외부방전간극(106)과 내부방전간극(107)의 둘로 나눔으로써 방전간극의 두께를 거의 반으로 줄여 오존생성의 효율을 증가시키는 작용을 한다.

또한 외부방전간극(106)과 내부방전간극(107)에 삽입된 외부스파이럴 코일(110)과 내부스파이럴코일(111)은 산소기체의 흐름에 와류를 일으킴으로써 산소기체간의 접촉을 대폭 증가시키고 흐름의 경로를 증가시켜 방전시간을 증가시킴으로써 오존생성의 효율을 증가시키는 작용을 한다. 나아가 철심으로 이루어졌으므로 인가전압이 효과적으로 산소기체의 운동을 유도하는 데 쓰이도록 보완하는 보조전극으로서의 작용도 하며, 반응열을 빠르게 냉각수에 열전달하는 일종의 방열재로서의 작용도 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 스파이럴오존발생장치와 종래의 오존발생장치와의 오존발생농도와를 비교하기 위하여 각각 공급산소량 20㎥/hr, 냉각수 온도 23.8℃, 압력 0.8 kg_f/㎠ 하에서 전압, 전류 값을 변화시키면서 측정한 실험결과는 다음과 같다.

종래 오존발생장치의 실험결과표(방전관 규격 지름1.8㎜×길이1200㎜)

전압(V)	전류(A)	오존농도(g/N㎥)	오존량(g/hr)	단위소비동력(kw/kg-O₃)
230	5	9.3	186	6.18
240	10	17.4	384	6.25
260	13	23.1	462	7.31
280	15	28.0	560	7.50
300	20	36.0	720	8.30
320	26	44.2	884	9.40
340	35	52.8	1056	11.26

본 발명에 따른 스파이럴 오존발생장치의 실험결과표(방전관 규격 지름 1.0mm×길이 1200mm)

전압(V)	전류(A)	오존농도(g/N㎥)	오존량(g/hr)	단위소비동력(kw/kg-O₃)
230	5	13.4	268	4.30
240	10	25.2	504	4.76
260	13	32.8	656	5.15
280	15	39.4	788	5.32
300	20	58.0	1020	5.88
320	26	61.5	1230	6.76
340	35	72.4	1448	8.21

상기 실험결과표에서 알 수 있는 바와 같이, 종래 오존발생장치와 공급산소량, 냉각수 온도, 압력, 전압, 전류를 동일하게 하였음에도 생성되는 오존의 농도는 크게 증가하고 소비되는 전력값이 크게 감소한 것을 보아 상기한 와선의 삽입 및 방전관 규격의 감소는 유입원료인 산소기체간의 접촉을 활발하게 하여 생성되는 오존의 농도가 커짐을 알 수 있다.

상기한 삽입된 스파이럴 및 유전체의 형태는 하나의 예시로 볼 수 있으며 산소기체간의 혼합을 촉진할 수 있는 다른 형태가 쓰일 수도 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 산소기체(O₂)를 고압방전에 의해 오존(O₃)으로 생성시키는 장치에서 방전간극 사이에 유전체를 삽입하여 방전간극을 외부방전간극과 내부방전간극으로 나누고, 외부방전간극에는 스테인레스로 된 외부스파이럴코일을 삽입하고, 내부방전간극에는 내부스파이럴코일을 삽입함으로써, 유입원료인 산소기체간의 접촉이 활발히 이루어지도록 하므로써 오존발생반응의 정반응을 활성화하고 이에 소비되는 전력도 절감할 수 있는 유용한 효과를 갖는다. 이는 특히 본 발명의 장치에 따르면 종래의 10kV×1kHz 인것을 (4-9)kV×(1.5∼3 kHz)까지 할 수 있어 방전관의 수명에 크게 영향을 미치는 전압을 크게 떨어뜨릴 수 있다는 효과도 갖는다.

Claims

오존발생장치 몸체내부에 중공형태의 접지전극파이프가 구비되고, 이 접지전극파이프내부에 오존방전관이 삽입되며, 상기 접지전극파이프의 외측에는 냉각수가 순환되는 냉각실이 구비된 오존발생장치에 있어서,

상기 냉각실(105)과 상기 오존방전관(109) 사이에는 세라믹 또는 석영유리재질의 유전체(108)가 삽입되고, 상기 산소간의 접촉을 원활히 하고 일종의 보조전극 및 방열재의 역할을 하도록 상기 유전체(108)와 상기 접지전극파이프(102)사이에는 외부와형코일(110)을 삽입하고, 상기 유전체(108)와 상기 오존방전관(109)사이에는 내부와형코일(111)을 삽입하여 2중으로 방전되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 스파이럴 고농도 오존발생장치.
제 1항에 있어서, 상기 오존방전관(109)에 인가되는 전압은 4-9kV이며, 인가되는 주파수는 1500-3000Hz로 할 수 있는 것을 특징으로 하는 스파이럴 고농도 오존발생장치.