KR100359201B1

KR100359201B1 - 오존발생장치용 방전전극

Info

Publication number: KR100359201B1
Application number: KR1019990015452A
Authority: KR
Inventors: 이형호; 조국희; 김영배; 서길수; 이승배; 김인수
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 1999-04-29
Filing date: 1999-04-29
Publication date: 2002-11-01
Also published as: KR20000067547A

Abstract

본 발명은 오존발생장치용 방전전극에 관한 것으로서, 외부 전극으로 사용되는 스테인레스 파이프(stainless pipe)(11); 상기 스테인레스 파이프(11)의 내부에 구비된 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13); 상기 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13)의 내측에, 상호 동일축을 갖도록 위치하는 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15); 상기 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15)의 내측에 구비되어 중심 전극으로 사용되는 스테인레스 파이프(17); 및 상기 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13)의 내주에 권취되어 중간전극으로 사용되는 나선형 전선(spiral stainless wire)(19)을 포함하여 구성되어, 동일한 에너지를 사용하면서도 보다 고농도/고수율의 오존을 발생시킬 수 있어서 전력소비를 줄일 수 있게 되는 유용한 발명이다.

Description

오존발생장치용 방전전극{ A discharge-electrode of an ozonizer system }

본 발명은 오존발생장치용 방전전극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 방전전극의 구조로서 3전극-3갭 방식을 채택함으로써 보다 고농도 고수율의 오존을 발생시킬 수 있도록 한 오존발생장치용 방전전극에 관한 것이다.

산업사회의 발달로 인한 오염물질의 증가로 인하여 수질오염이 심각한 환경문제로 부각됨에 따라, 국제적으로는 리우 환경회의에서 환경파괴 문제의 하나로서 논의되고 있으며, 국내에서도 산업 폐수, 쓰레기장 및 골프장 유출수 등에 의해 오염물질이 다양화되면서 역시 큰 문제로 대두되고 있다.

종래에는, 이와 같은 수질오염을 방지하기 위하여 오폐수에 염소를 투입하는 방식의 정수처리 방법이 고안사용되었는바, 하천의 수질오염이 더욱 심화됨에 따라 투입되는 염소의 양도 함께 증가시켰었다.

그러나, 투입된 염소로 인해 발암성 물질로 알려진 트리할로메탄 등과 같은 물질이 생성되고 이로인해 2차적인 오염이 유발된다고 보고되면서 정수처리방식의 변경 필요성이 대두되었다.

이에 따라, 최근 들어서는 오존발생장치를 이용한 방법이 수질개선을 위한 최적의 기술로서 선진국을 중심으로 크게 각광받고 있는바, 오존발생장치는 크게 자외선식, 전해식 및 무성방전식으로 대별되며, 이중 무성방전식이 정수처리장, 하수 및 산업폐수처리장, 식품공장 및 제약공장, 수영장 및 민생용 고도 수처리 등에 걸쳐 가장 널리 이용되고 있다.

무성방전식 오존 발생기란, 고전압 전극과 접지(ground) 전극 사이에 유리나 세라믹 재질의 절연체 즉 유전체(誘電體)를 끼워 넣은 후, 상기 전극에 고전압의 교류를 인가하면서 상기 유전체와 상기 각 전극에 의해 형성되는 간극(gap) 사이에 산소를 함유한 기체를 통과시킴으로써 오존(O₃)을 발생시키는 장치로서, 다른 방식의 오존 발생기에 비해 에너지 소비가 가장 적고 대용량으로 사용할 수 있다는 장점이 있으며, 이때 상기 인가되는 교류 전원의 주파수로는 상용주파수, 중주파 및 고주파가 이용되고 있다.

현재 사용되는 무성방전식 오존 발생기의 전극 구조는, 사용된 전극의 수 및 전극과 유전체간의 간격의 수에 따라, 2전극(Electrode) - 1갭(Gap) 구조, 2전극 - 2갭 구조 및 3전극 -2 갭 구조 등이 있으며, 이중 3전극- 2갭 구조는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 크기의 직경을 갖는 원통 형상의 외부 파이렉스(Pyrex) 유리관(1); 상기 외부 파이렉스 유리관(1)의 내부에 상호 동일한 축을 갖도록 위치하되, 그 내측에 20% NaCl 용액이 장입된 내부 파이렉스 유리관(3); 상기 외부 파이렉스 유리관(1)의 외주면에 취부된 알루미늄 박막(5); 상기 내부 파이렉스 유리관(3)의 외주면에 나선(spiral) 형태로 권취되는 제 1 Ni전선(7); 및 상기 NaCl 용액 내에 일끝단이 연결된 제 2 Ni전선(9)을 포함하여 구성되어 있으며, 상기 외부 파이렉스 유리관(1)의 양단에는 산소 주입구(10)과 오존 배출구(10a)가 각각 형성되어 있다.

상기 오전 발생기에서 중심 전극은 상기 20% NaCl 용액이고, 중간 전극은 상기 나선형 제 1 Ni전선(7)이며, 외부 전극은 상기 알루미늄 박막(5)으로서, 전원은 중심 전극과 외부 전극에 인가되며, 중간 전극은 접지(ground)한다.

상기와 같이 구성된 종래의 무성방전식 오존 발생장치의 상기 알루미늄 박막(5)과 상기 제 1 Ni전선(7) 및 상기 제 2 Ni전선(9)에 각각 고압의 전원을 인가한 상태에서 상기 산소 주입구(10)에 산소를 주입하면, 상기 알루미늄 박막(5)과 상기 제 1 Ni전선(7) 사이의 갭에서는 무성방전(Silent Discharge)이 일어나면서 주입된 산소로부터 오존이 발생되고, 스프링 형상인 상기 제 1 Ni전선(7)의 각 피치 사이에서는 연면방전(Surface Discharge)이 일어나면서 오존이 발생되는 것이다.

상기와 같이 구성된 종래의 오존 발생장치를 사용하여 발생된 오존의 농도 및 수율은 아래의 표 1과 같다.

구 분	외국의 경우	국내의 경우
오존 수율	50 ∼ 90 g/kwh	18 g/k w h
오존 농도	30 g/m³정도	10 g/m³정도

상기 실험결과에서 알 수 있는 바와 같이, 상기와 같이 구성되어 작용하는 기존의 오존발생장치는 생성된 오존의 농도 및 수율을 동시에 만족시킬 수 없어서, 생성된 오존이 고농도일 경우에는 그 수율이 낮고, 반대로 생성된 오존의 수율이 높을 경우에는 그 농도가 낮다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로서, 제작이 간편하면서도 동일한 에너지를 사용하여 보다 고농도·고수율의 오존을 발생시킬 수 있는 오존발생장치용 방전전극을 제공하는 데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 종래의 3전극-2갭 방식의 방전전극의 구성을 개략적으로 도시한 것이고,

도 2는 본 발명에 따른 3전극-3갭 방식의 방전전극의 측면도를 도시한 것이고,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도를 도시한 것이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,3,13,15 : 파이렉스(Pyrex) 유리관 5,11 : 외부 전극

7,19 : 중간 전극 9, 17 : 중심 전극

10 : 산소 주입구 10a : 오존 배출구

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극은, 전기방전에 의한 오존발생장치에 있어서, 중공형 외부 유전체(誘電體); 상기 외부 유전체의 내측으로 소정 거리 이격되어 위치하는 내부 유전체; 상기 외부 유전체의 외측으로 소정 거리 이격구비된 외부 전극; 상기 내부 유전체의 내측으로 소정 거리 이격구비된 중심전극; 및 상기 내부 유전체의 외측에 나선형으로 권취된 중간전극을 포함하여 구성되어,상기 외부전극과 상기 외부유전체 사이에 제 1방전 갭이 형성되고, 상기 중간전극과 상기 내부 유전체 사이에 제 2방전 갭이 형성되며, 상기 중간전극과 상기 외부 유전체 사이에 제 3방전 갭이 형성되어 있는 것에 그 특징이 있는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극은, 종래의 3전극 2갭 대신 3전극 3갭을 사용함으로써, 동일 에너지를 이용하여 보다 고농도·고효율의 오존을 발생시킬 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극의 일 실시예의 구성 및 동작에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극을 도시한 측면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도로서, 외부 전극으로 사용되는 스테인레스 파이프(stainless pipe)(11); 상기 스테인레스 파이프(11)의 내부에 구비된 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13); 상기 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13)의 내측에, 상호 동일축을 갖도록 위치하는 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15); 상기 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15)의 내측에 구비되어 중심 전극으로 사용되는 스테인레스 파이프(17); 및 상기 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13)의 내측에 권취되어 중간전극으로 사용되는 나선형 전선(spiral stainless wire)(19)을 포함하여 구성되어 있다.

즉, 전극은 모두 3개- 외부 전극(11), 중심 전극(17) 및 중간 전극(19) -가 구비되며, 유전체는 각 전극과 전극의 사이에 모두 2개- 외부 유전체(13) 및 내부 유전체(15) -를 구비하되 그 재질은 파이렉스 유리를 사용한다. 전극의 재질로 스테인레스를 사용한 것은 오존에 대하여 내구성이 강하기 때문이다.

상기 스테인레스 파이프(17)는 175×1300×0.1(단위 ㎜)의 판을 파이프 모양으로 감아 제작사용하고, 상기 나선형 전선(19)은 직경 1.0㎜의 스테인레스 전선을 피치 5㎜의 간격으로 나선형으로 권취하여 제작하며, 상기 스테인레스 파이프(11)는 72.3×1300×2.5(단위 ㎜)의 것을 각각 사용한다.

한편, 전극의 접지는 그 형태에 따라 외부 전극인 상기 스테인레스 파이프(11)만을 접지하고 중심 전극인 상기 스테인레스 봉(17)과 중간 전극인 상기 나선형 전선(19)에 전압을 인가하던가, 외부 전극인 상기 스테인레스 파이프(11)와 중심 전극인 상기 스테인레스 봉(17)을 모두 접지하고 중간 전극인 상기 나선형 전선(19)에 만 전압을 인가하는 것이 선택가능한 구조이다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극의 제작시, 일단 내부 유전체 즉 상기 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15)에 중심 전극인 상기 스테인레스 파이프(17)를 삽입한 후 접지선을 사전에 인출한다. 이때, 상기 스테인레스 파이프(17)는 상기 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15)에 최대로 밀착되도록 삽입한다.

이어서, 외부 유전체 즉 상기 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13)의 내측에 상기 나선형 전선(19)을 설치한 다음, 상기 스테인레스 파이프(17)가 삽입된 상기 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15)을 내측으로 밀어 넣으며, 이때 상기 스테인레스 파이프(stainless pipe)(11)와 상기 나선형 전선(19)의 이격 거리, 즉 외부 유전체와 중간 전극간의 갭은 약 0.4㎜ 정로로 유지한다.

마지막으로, 상기 중간 조립체를 외부 전극인 상기 스테인레스 파이프(11) 내측으로 삽입하여 조립을 완료하며, 외부 유전체와 내부 유전체 사이의 갭, 즉 제 1 파이렉스(Pyrex) 유리관(13)과 상기 제 2 파이렉스(Pyrex) 유리관(15)간의 거리는 테프론을 이용하여 고정적으로 유지한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극을 이용하여 오존을 발생시키는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.

외부 전극인 상기 스테인레스 파이프(11)를 접지시킨 상태에서, 상기 중심전극인 상기 스테인레스 파이프(17)와 중간 전극인 상기 나선형 전선(19)에 60Hz의 상용주파 전원을 인가하면서 산소를 유입하면, 외부 전극인 상기 스테인레스 파이프(11)와 유전체인 상기 파이렉스 유리관(13)에 의해 형성되는 1번 갭과, 상기 파이렉스 유리관(13)과 중간 전극인 상기 나선형 전선(19)에 의해 형성되는 3번 갭에서는 무성방전이 일어나면서 유입되는 산소로부터 오존이 발생되며, 스프링 형상의 중간 전극인 상기 나선형 전선(19)의 각 피치 사이에서는 연면방전이 일어나면서 오존이 발생한다.

한편, 중간 전극인 상기 나선형 전선(19)과 중심 전극인 상기 스테인레스 파이프(17)에 의해 형성되는 2번 갭에서는, 스프링의 각 피치들 사이에서 발생하는 연면방전과, 중심 전극과의 공간부에서 발생하는 무성 방전이 중첩되어 일어나면서 오존이 발생한다.

상기와 같이 구성되어 동작하는 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극을 사용하여 발생된 오존의 농도 및 수율을 측정해 본 결과, 아래의 표 2와 같은 결과를 얻었다.

구 분	결 과 값
오존수율	150 g/kwh 이상
오존농도	80 g/m³이상

상기 결과 데이터에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 경우에는 고농도의오존이 발생되는 것은 물론, 동일한 에너지를 사용하면서도 그 수율을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 오존발생장치용 방전전극은, 동일한 에너지를 사용하면서도 보다 고농도/고수율의 오존을 발생시킬 수 있어서 전력소비를 줄일 수 있게 되므로, 축산폐수처리업체, 산업 및 생활폐수처리업체, 고도정수처리 설비업체, 양어용 수처리업체, 국내외 합성세제 제조업체, 난치성 의료분야, 대기오염방지 설비업체 등에 널리 사용되어 에너지를 절약할 수 있는 것은 물론, 기존의 외국산 설비를 대체하여 수입대체 및 무역수지 개선의 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

또한, 산업 폐수 및 염색 폐수의 처리시, 탈황·탈색 및 탈취 효과가 있는 것은 물론, 수중 유기물의 산화 및 소독도 더욱 효과적으로 할 수 있으며, 입자 활성탄과 조합사용이 가능하여 고가인 활성탄의 여과지속 시간을 연장시킬 수 있는 효과도 있다.

아울러, 중심전극으로 종래의 NaCl 용액 대신 스테인레스 파이프를 사용함으로써, 제작이 용이하고 유지보수가 간편하여 제품의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과도 있다.

Claims

전기방전에 의한 오존발생장치에 있어서,

중공형 외부 유전체(誘電體);

상기 외부 유전체의 내측으로 소정 거리 이격되어 위치하는 내부 유전체;

상기 외부 유전체의 외측으로 소정 거리 이격구비된 외부 전극;

상기 내부 유전체의 내측으로 소정 거리 이격구비된 중심전극; 및

상기 내부 유전체의 외측에 나선형으로 권취된 중간전극을 포함하여 구성되어,

상기 외부전극과 상기 외부유전체 사이에 제 1방전 갭이 형성되고, 상기 중간전극과 상기 내부 유전체 사이에 제 2방전 갭이 형성되며, 상기 중간전극과 상기 외부 유전체 사이에 제 3방전 갭이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오존발생장치용 방전전극.
제 1항에 있어서,

상기 외부 전극 및 중심 전극은 스테인레스 파이프이고,

상기 중간 전극은 스테인레스 전선인 것을 특징으로 하는 오존발생장치용 방전전극.
제 1항에 있어서,

상기 외부 유전체 및 내부 유전체는 파이렉스(Pyrex) 유리관인 것을 특징으로 하는 오존발생장치용 방전전극.
제 1항에 있어서,

상기 중간전극 및 중심전극에 전압이 인가되고, 상기 외부전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치용 방전전극.
제 1항에 있어서,

상기 중간전극에만 전압이 인가되고, 상기 외부전극 및 상기 중심전극은 접지되는 것을 특징으로 하는 오존발생장치용 방전전극.