KR100327598B1 - 소형 고효율 오존발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 판형상의 줄홈형 방전실을 설치하여 소형으로 고효율을 달성할 수 있게 하는 소형 고효율 오존발생장치에 관한 것으로서, 본 발명의 소형 고효율 오존발생장치는, 공기중의 산소가 산화되어 오존이 발생되도록 방전이 일어나는 방전실 및 상기 방전실에 고전압펄스를 인가하는 펄스발생기를 구비하여 이루어지는 오존발생장치를 구성함에 있어, 상기 방전실은, 수평으로 눕혀지고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 얇은 판상의 고전압전극과, 상판과 하판으로 이루어지고, 상기 고전압전극의 상면과 하면에 각각 위치하여 상기 고전압전극과 밀착되는 얇은 판상의 세라믹절연판 및 상기 방전실의 외관을 이루도록 상판과 하판으로 이루어지고, 상기 세라믹절연판을 둘러싸는 형상으로 밀봉 조립되며, 일측에 공기인입구와 타측에 공기배출구가 형성되고, 상기 공기인입구를 통과한 공기가 상기 공기배출구로 배출되도록 내면에 상기 세라믹절연판과 접촉하는 공기통로가 형성되며, 외부의 전선에 접지되는 판형상의 외장보조접지전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 제품의 부피를 줄여 소형화할 수 있고, 설치 및 사용을 용이하게 하며, 제품의 제작비용을 절감할 수 있게 하고, 방전이 쉽게 일어나서, 자연공냉식으로도 충분히 냉각할 수 있고, 에너지 효율을 높게 하며, 작동이 매우 안정되고, 제품의 내구성을 향상시키게 하는 효과를 갖는다.

Description

소형 고효율 오존발생장치{A small-sized efficient ozone generator}

본 발명은 소형 고효율 오존발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 판형상의 줄홈형 방전실을 설치하여 소형으로 고효율을 달성할 수 있게 하는 소형 고효율 오존발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 오염된 공기나 물을 정화하거나 살균하기 위하여 살균력이 강한 가스상태의 오존이 널리 사용된다.

이러한 오존을 인위적으로 발생시키기 위한 오존발생장치는 공기중에 코로나 방전을 발생시킬 때, 오존이 발생되는 것을 이용한 것으로서, 공기중의 산소가 산화되어 오존이 발생하도록 방전이 일어나는 방전실 및 상기 방전실에 고전압펄스를 인가하는 펄스발생기를 구비하여 이루어지는 구성이다.

여기서, 상기 방전실을 이루는 종래의 방전실 구조를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 오존발생장치는 고전압전극(2)과, 절연체(3) 및 접지전극(4)으로 이루어지는 방전실(1)을 구비하고, 상기 방전실(1)에 고전압펄스를 인가하는 펄스발생기(5)를 구비하여 이루어진다.

이러한 종래의 방전실 구조에 따르면, 공기는 서로 이격된 상기 절연체(3)와 접지전극(4) 사이를 통과하고, 이때 상기 고전압전극(2)에 고전압펄스가 인가되면 접지된 접지전극(4)과 절연체(3) 사이에서 방전이 발생하는 것으로서, 통상적으로 상기 절연체(3)와 접지전극(4)은 관형상으로 제작되거나 덕트형상으로 제작된다.

그러나, 이러한 관형상이나 덕트형상의 종래 방전실은 매끈한 내부 표면의 구조상 상기 절연체와 접지전극의 표면적을 더 이상 증대시킬 수 없었기 때문에 대용량의 오존을 발생시키기 위해서는 다수개의 관이나 넓은 덕트를 설치하여야 하므로 제품의 제작비가 비싸지고, 특히 유리나 석영 등의 절연재료로 방전관을 제작하는 경우, 제작상의 한계 때문에 방전실의 부피 및 무게가 증가하여 오존발생장치의 설치 및 사용이 매우 번거로우며, 제품의 소형화가 어려웠었던 문제점이 있었다.

또한, 종래의 오존발생장치는, 상기 절연체와 접지전극 사이가 소정의 간격으로 서로 이격되어 있기 때문에 상기 방전실을 통과하는 공기가 스스로 매개체가 되어 고전압 방전이 이루어지는 것으로서, 이는 공기중 방전을 발생시키기 위해 많은 에너지를 필요로 하고, 대부분의 입력전력은 열로 소모되어 발열량이 커진다.

따라서, 단위 에너지 당 발생하는 오존량이 적기 때문에 저효율로 인한 에너지낭비가 심하고, 발생하는 열량을 외부로 강제 배출시키거나 별도의 냉각장치를 설치하여야 했었던 문제점이 있었다.

또한, 종래의 오존발생장치는 절연체와 전극간의 거리가 정밀하게 유지되지 않으면 방전이 국부적으로 발생하여 작동이 매우 불안전해지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 요철형 판상 접지전극을 이용하여 제품의 부피를 줄여 소형화할 수 있고, 설치 및 사용을 용이하게 하며, 제품의 제작비용을 절감할 수 있게 하는 소형 고효율 오존발생장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 절연체와 접지전극이 선접촉하는 접촉식이기 때문에 방전이 쉽게 일어나서, 발열량이 적고, 단위 에너지 당 발생하는 오존량이 많아서 고효율의 오존발생장치를 가능하게 하며, 열발산면적이 넓기 때문에 자연공냉식으로도 충분히 냉각할 수 있게 하는 소형 고효율 오존발생장치를 제공함에 있다.

또한, 절연체와 접지전극 사이에서 균일한 방전이 가능하여 작동이 매우 안정되고, 제품의 내구성을 향상시키게 하는 소형 고효율 오존발생장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 오존발생장치를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소형 고효율 오존발생장치를 나타내는 분해사시도이다.

도 3은 도 2의 조립된 상태를 나타내는 조립사시도이다.

도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.

도 5는 도 3의 개략적인 회로도이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 소형 고효율 오존발생장치는, 공기중의 산소가 산화되어 오존이 발생되도록 방전이 일어나는 방전실 및 상기 방전실에 고전압펄스를 인가하는 펄스발생기를 구비하여 이루어지는 오존발생장치를 구성함에 있어, 상기 방전실은, 수평 배치되고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 얇은 판상의 고전압전극과, 상판과 하판으로 이루어지고, 상기 고전압전극의 상면과 하면에 각각 위치하여 상기 고전압전극과 밀착되는 ??은 판상의 세라믹절연판 및 상기 방전실의 외관을 이루도록 상판과 하판으로 이루어지고, 상기 세라믹절연판을 둘러싸는 형상으로 밀봉 조립되며, 일측에 공기인입구와 타측에 공기배출구가 형성되고, 상기 공기인입구를 통과한 공기가 상기 공기배출구로 배출되도록 내면에 상기 세라믹절연판과 접촉하는 공기통로가 형성되며, 외부의 전선에 접지되는 판형상의 외장보조접지전극을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전실로 인입되는 공기가 여러 갈래로 나뉘어졌다가, 다시 모일 수 있도록 상기 외장보조접지전극의 상판에는 공기인입구 및 공기배출구가 형성되고, 상기 외장보조접지전극의 하판에는 상기 공기인입구와 대응하는 면에 공기배분실이 형성되도록 장방형의 공기배분홈이 형성되며, 상기 공기배출구와 대응하는 면에 공기수거실이 형성되도록 장방형의 공기수거홈이 형성되고, 상기 외장보조접지전극의 상판 및 하판에는 상기 세라믹절연판과 접촉하는 내면에 공기통로가 형성되도록 상기 공기배분홈 및 상기 공기수거홈을 연결하는 다수개의 서로 평행한 줄홈이 형성될 수 있다.

또한, 공기의 흐름이 용이하고, 방전의 전파가 용이하도록 상기 줄홈은, 공기가 통과하는 단면의 형상이 반원형을 이루고, 상기 외장보조접지전극이 상기 세라믹절연판이 접촉되는 접촉부의 형상이 뾰죽한 칼날형상이 되도록 반원통형 줄홈인 것이 바람직하다.

또한, 상기 줄홈은, 제작이 용이하도록 공기가 통과하는 단면의 형상이 삼각형 또는 사각형을 이루고, 상기 외장보조접지전극이 상기 세라믹절연판이 접촉되는 접촉부의 형상이 뾰죽한 칼날형상이 되도록 삼각기둥형 또는 사각기둥형 줄홈인 것이 가능하다.

한편, 상기 고전압전극은, 좌우로 소정간격으로 이격되도록 나란히 수평 배치되고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 2개의 얇은 판상의 쌍극성 고전압전극쌍인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소형 고효율 오존발생장치를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 소형 고효율 오존발생장치는, 공기중의 산소가 산화되어 오존이 발생되도록 방전이 일어나는 방전실(10) 및 상기 방전실(10)에 고전압펄스를 인가하는 펄스발생기(20)를 구비하여 이루어지는 구성으로서, 상기 방전실(10)은, 고전압전극(12)과 세라믹절연판(14) 및 외장보조접지전극(16)이 판상으로 서로 밀착되어 적층된 구조이다.

즉, 상기 고전압전극(12)은, 수평으로 눕혀지고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 얇은 판상의 구조이다.

또한, 상기 세라믹절연판(14)은, 상판(141)과 하판(142)으로 이루어지고, 상기 고전압전극(12)의 상면과 하면에 각각 위치하여 상기 고전압전극(12)과 밀착되는 얇은 판상의 구조이다. 즉, 상기 고전압전극(12)은, 상기 2개의 세라믹절연판(14) 사이에 위치하여 상기 세라믹절연판(14)에 의해 밀착되는 것이다.

또한, 상기 외장보조접지전극(16)은, 외부의 전선에 접지되는 것으로서, 상기 방전실(10)의 외관을 이루도록 상판(161)과 하판(162)으로 이루어지고, 상기 세라믹절연판(14)을 둘러싸는 형상으로 밀봉 조립되며, 일측에 공기인입구(161a)와 타측에 공기배출구(161b)가 형성되고, 상기 공기인입구(161a)를 통과한 공기가 상기 공기배출구(161b)로 배출되도록 내면에 상기 세라믹절연판(14)을 따라 공기통로가 형성되는 판형상의 구조이다.

즉, 이러한 상기 외장보조접지전극(16)은 상기 상판(161)과 하판(162)이 나사조립되어 상기 고전압전극(12)과 함께 적층된 구조의 세라믹절연판(14)을 둘러싸는 밀폐시키는 구조로서, 상기 상판(161)의 하면과, 상기 하판(162)의 상면에는 상기 세라믹절연판(14)이 삽입되는 소정 깊이의 삽입홈(161c)(162c)이 형성된다.

여기서, 상기 외장보조접지전극(16)의 상판(161)에는 일측단부에 공기인입구(161a)가 형성되고, 타측단부에 공기배출구(161b)가 형성된다.

또한, 상기 외장보조접지전극(16)의 하판(162) 삽입홈(162c) 일측에는 상기 공기인입구(161a)와 대응하는 상면에 공기배분실이 형성되도록 장방형의 공기배분홈(162d)이 형성되며, 상기 외장보조접지전극(16)의 하판(162) 삽입홈(162c) 타측에는, 상기 공기배출구(161b)와 대응하는 상면에 공기수거실이 형성되도록 장방형의 공기수거홈(162e)이 형성된다.

또한, 상기 공기배분홈(162d) 및 상기 공기수거홈(162e)을 연결하는 다수개의 서로 평행한 줄홈(163)이 형성되어 공기통로의 역할을 하게 된다.

이러한 줄홈(163)은 상기 외장보조접지전극(16)의 상판(161) 하면과 상기 외장보조접지전극(16)의 하판(162) 상면에 서로 대칭을 이루어 각각 형성되는 것이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 이러한 상기 줄홈(163)은, 공기가 통과하는 단면의 형상이 반원형을 이루고, 상기 외장보조접지전극(16)이 상기 세라믹절연판과 접촉되는 접촉부의 형상이 뾰죽한 칼날형상이 되도록 반원통형의 장방형 줄홈(163)이다.

이외에도 상기 줄홈(163)은, 공기가 통과하는 단면의 형상이 삼각형이거나 사각형(사다리꼴형)을 이루는 등 다양한 형태로 제작될 수 있다.

또한, 상기 고전압전극(12)은, 1개의 고전압전극이 설치되는 것도 가능하나 좌우로 소정간격으로 이격되도록 나란히 수평 배치되고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 2개의 얇은 판상의 쌍극성 고전압전극쌍인 것이 바람직하다.

따라서, 이러한 구성의 본 발명의 소형 고효율 오존발생장치의 동작관계를 살펴보면, 도 5에 도시된 바와 같이, 펄스발생기(20)에서 발생한 펄스가 펄스 변압기(30)를 통과하면서 전압이 조정되어 상기 고전압전극(12)에 인가되면, 좌우 양쪽에 나란히 배치된 고전압전극(12)에 의해 상기 세라믹절연판(14)이 유전작용을 일으키고, 이러한 유전작용이 발생하면, 상기 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 공기가 상기 공기인입구(161a)를 통해 상기 방전실(10)로 유입되어 상기 공기배분실에서 다수개로 배분되고, 상기 외장보조접지전극(16)과 상기 세라믹절연판(14)이 접촉하는 칼날형상의 접선부에서부터 방전이 일찍 시작되고, 점점 다른 부분으로 확산되어 상기 줄홈(163)으로 형성된 공기통로 전부에 자외선 방전이 지속된다.

이러한 자외선 방전으로 공기중의 산소가 산화하면서 오존이 발생하게 되고, 이러한 자외선 방전은 펄스 방전 초기에 기체 중 자유전자들의 수가 향상되기 때문에 넓은 압력범위에서 오존발생의 안전성이 높아지는 이점이 있는 것이다.

따라서, 이러한 구조로 인해 오존발생장치의 설계가 단순해지고, 용량에 따라 여러 개의 방전실(10)을 병렬로 서로 연결할 수 있으며, 방전실(10) 가공정밀도의 허용도를 증대시킬 수 있는 것이다.

또한, 방전실(10)의 형태가 평판형으로 구성되기 때문에 관형상의 종래 방전실에 비하여 소형화가 용이하고, 공냉에 의한 열발산면적이 증대되어 별도의 냉각장치가 불필요한 것이다.

또한, 상기 절연체와 접지전극 사이에 공기가 접촉하는 내부의 표면적을 증대시켜서 적은 에너지로도 대용량의 오존을 발생시킬 수 있는 고효율 오존발생장치를 달성할 수 있는 것이다.

이러한 본 발명의 소형 고효율 오존발생장치의 구체적인 일 실시예로서, 상기 고전압전극은, 면적이 40 ×40 mm²이고, 두께가 0.1 내지 0.5 mm인 구리 또는 내열성 금속인 것 2개, 상기 세라믹절연판은, 두께가 1 mm 이고, 유전율이 8인 세라믹 알루미나 재질이며, 상기 고전압전극과 에폭시수지로 봉합된 것 2개, 상기 외장보조접지전극의 조립시 크기는 123 ×80 ×10 mm³인 것, 상기 줄홈의 직경은 4 mm 인 반원통형 줄홈인 것, 방전실의 길이는 80 mm(160 mm 까지 가능함) 이고, 폭은 60 mm(120 mm 까지 가능함)인 것을 사용하고, 상기 펄스발생기는 리플제거용 필터를 가진 두 개의 반주기 회로로 구성하며, 상기 펄스 변압기의 변압비는 1 대 20 으로 구성하고, 펄스반복률은 0 내지 2.5 kHz 이고, 소모전력은 15 내지 20 W 이며, 출력 펄스의 지속시간은 200 내지 250 nsec 이고, 펄스당 생성 전력은 최대 25 kW 에 이를 때, 온도가 섭씨 22도이고, 습도가 78 퍼센트인 공기를 주입하면서 발생하는 기체를 요오드화칼륨 수용액에 통과시키면서 흡착량을 측정하였다.

요오드화칼륨 수용액을 분석한 결과, 본 고안의 시제품으로 시간당 최대 2g 의 오존이 발생되었고, 동일한 공기량으로 실험한 종래의 관형상의 방전실을 갖는 오존발생장치에 비해 약 2배에 해당되는 오존을 얻을 수 있었다.

또한, 종래의 관형상의 방전실을 갖는 오존발생장치에 비해 약 1/3에 해당하는 부피로도 충분히 동일한 량의 오존을 생산할 수 있음을 확인하였다.

또한, 인체에 유해한 산화질소는 검출되지 않았다.

이상에서와 같이 본 발명의 소형 고효율 오존발생장치에 의하면, 제품의 부피를 줄여 소형화할 수 있고, 설치 및 사용을 용이하게 하며, 제품의 제작비용을 절감할 수 있게 하고, 방전이 쉽게 일어나서, 자연공냉식으로도 충분히 냉각할 수 있고, 에너지 효율을 높게 하며, 작동이 매우 안정되고, 제품의 내구성을 향상시키게 하는 효과를 갖는 것이다.

Claims (7)

1. 공기중의 산소가 산화되어 오존이 발생되도록 방전이 일어나는 방전실(10) 및 상기 방전실(10)에 고전압펄스를 인가하는 펄스발생기(20)를 구비하여 이루어지는 오존발생장치를 구성함에 있어,

   상기 방전실(10)은, 수평으로 눕혀지고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 얇은 판상의 고전압전극(12);

   상판(141)과 하판(142)으로 이루어지고, 상기 고전압전극(12)의 상면과 하면에 각각 위치하여 상기 고전압전극(12)과 밀착되는 ??은 판상의 세라믹절연판(14); 및

   상기 방전실(10)의 외관을 이루도록 상판(161)과 하판(162)으로 이루어지고, 상기 세라믹절연판(14)을 둘러싸는 형상으로 밀봉 조립되며, 일측에 공기인입구(161a)와 타측에 공기배출구(161b)가 형성되고, 상기 공기인입구(161a)를 통과한 공기가 상기 공기배출구(161b)로 배출되도록 내면에 상기 세라믹절연판(14)을 따라 공기통로(164)가 형성되며, 외부의 전선에 접지되는 판형상의 외장보조접지전극(16);

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 외장보조접지전극(16)의 상판(161)에는 공기인입구(161a) 및 공기배출구(161b)가 형성되고, 상기 외장보조접지전극(16)의하판(162)에는 상기 공기인입구(161a)와 대응하는 면에 공기배분실이 형성되도록 장방형의 공기배분홈(162d)이 형성되며, 상기 공기배출구(161b)와 대응하는 면에 공기수거실이 형성되도록 장방형의 공기수거홈(162e)이 형성되고, 상기 외장보조접지전극(16)의 상판(161) 및 하판(162)에는 상기 세라믹절연판(14)과 접촉하는 내면에 공기통로(164)가 형성되도록 상기 공기배분홈(162d) 및 상기 공기수거홈(162e)을 연결하는 다수개의 서로 평행한 줄홈(163)이 형성되는 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 줄홈(163)은, 공기가 통과하는 단면의 형상이 반원형을 이루고, 상기 외장보조접지전극(16)이 상기 세라믹절연판(14)과 접촉되는 접촉부의 형상이 뾰죽한 칼날형상이 되도록 반원통형 줄홈(163)인 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 줄홈은, 공기가 통과하는 단면의 형상이 삼각형을 이루고, 상기 외장보조접지전극(16)이 상기 세라믹절연판(14)과 접촉되는 접촉부의 형상이 뾰죽한 칼날형상이 되도록 삼각기둥형 줄홈인 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 줄홈은, 공기가 통과하는 단면의 형상이 사각형(사다리꼴)을 이루도록 사각기둥형 줄홈인 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 고전압전극(12)은, 좌우로 소정간격으로 이격되도록 나란히 수평 배치되고, 외부의 전선을 따라 고전압펄스가 인가되는 2개 이상의 얇은 판상의 쌍극성 고전압전극쌍인 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 방전실(10)은 용량에 따라 다수개가 서로 병렬로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 소형 고효율 오존발생장치.