KR100381271B1 - 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치에 관한 것으로서, 접지가 잡혀서 외부적으로 안전한 유도전극과, 상기 유도전극의 대략 중앙부에 설치되는 유전체 및 상기 유전체의 상면에 설치되며 스트라이프 형상을 갖는 방전전극으로 구성된 반응기와, 상기 반응기를 내부에 설치하여 오존발생공간을 형성하는 본체 및 상기 본체의 대략 중앙부에 설치되어 반응기 간의 거리를 유지시켜주는 서포터와, 유도전극과 방전전극 간의 높이를 일정하게 유지시켜 주는 스페이서와, 전극의 전·후·좌·우 움직임을 막아주는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치는 전극판의 형상을 스트라이프 형상으로 구현함에 따라 그물전극을 적용하였던 종래의 장치에 비하여 방전면적이 중복되는 것을 피하여 주어진 면적을 효율적으로 사용할 수 있고, 오히려 오존의 해리(파괴)에 기여한다고 생각되어지는 불필요한 방전면적을 줄여서 결과적으로 오존발생량은 증가하게 된다.

Description

스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치{Ozone Generator with Stripe Type Electrode}

본 발명은 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치에 관한 것으로서, 특히 전극의 형태를 개선하여 제한된 공간 내에서 최적의 방전면적을 구현하여 전력소모를 줄임과 동시에 오존이 해리되는 것을 감소시킨 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 오존은 O + O₂→ O₃①로 발생된다.

또한, O₃+ O → 2O₂②로 해리되므로 오존의 발생량은 ①과 ②의 반응을 합친 오존발생량 Y(O₃) = K₁* ① - K₂* ② (K : 반응계수)가 되고 K₁과 K₂의 반응계수를 잘 조절하면 오존발생량 Y(O₃)가 최대가 된다. 그러므로, K₁을 최대로 하고 K₂를 최소화할 필요가 있는데, K₂를 최소화하려면 발생된 오존이 열에 의하여 해리되거나 방전전류에 의한 해리를 줄여야 하는데, 최적의 방전전류값을 얻는다면 비열플라즈마에 의한 발열과 방전전류에 의한 해리를 동시에 줄일 수 있게 된다. 따라서, 불필요한 방전면적을 최소한으로 줄여야 한다.

오존은 화학적으로 원자간의 결합력이 대단히 취약하여 불안정하게 존재하는 것으로서, 염소의 7배정도 강한 산화력과 살균력을 가지며, 박테리아 등과 같은 세균을 멸균시키고 곰팡이 등 균류가 번식하는 것을 방지하는 효과를 갖는다.

또한, 탈취 기능도 있어서 유취물을 분해시켜 냄새를 제거하는 성질을 갖는다.

상술한 오존은 다양한 분야에 오폐수 처리, 살균, 탈취 용도로 많이 이용되고 있다.

특히, 반도체 소자의 고집적화 및 초미세 패턴화가 진행됨에 따라 공정기술이 복잡해지면서 공정수가 증가하고, 절연막의 두께가 얇아지며, 고품질의 제품이 요구되면서 데미지(damage)에 대한 문제가 크게 대두되고 있으며, 공정 중 사용되는 화학적 환경 오염을 제거하는 반도체 제조공정에 적용되어진다.

상술한 바와 같은 성향을 갖는 오존은 전해화학법, 광화학법, 고주파 전개법, 방사선조사법, 유전체장벽방전 등의 방법으로 생성될 수 있으며, 특히 유전체 장벽방전법의 경우는 일반유리관에 두 전극을 설치하여 고전압을 인가하고 내부에 산소를 포함하는 기체를 흘려서 오존을 생성하는 방법으로서, 그 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 두 개의 금속전극 (1,2) 사이에 유전체(3)를 게재하고 거기에 교류전압을 인가하면 방전이 일어난다. 이것을 유전체 장벽방전이라고 한다.

그 방전공간에 산소 또는 공기를 흘려주면 미소방전에 의하여 생겨난 산소원자가 산소분자와 결합하여 오존이 발생한다.

도 2는 종래의 전극판의 구조를 도시한 것으로서, 그 전극판의 형태가 행·렬로 교차하도록 형성된 메쉬형태를 이루고 있는데, D의 존재로 인하여 방전면적이 교차되어, 주어진 면적을 효율적으로 이용하지 못하고 있는 것이 되고 오히려 D의 면적에 준하는 방전전류가 추가되어 전력소모가 커지게 되는 것이다.

또한, 전극면적이 커짐에 따라 방전공간을 뒤덮는 면적이 커져서 방전공간에서 발생된 오존이 방전공간 밖으로 빠져 나오기 전에 방전전류에 의한 해리가 많아지는 문제점이 있다.

도 3은 도 2에 나타낸 A-A'의 단면도로서 방전공간 상에는 방전공간의 높이(S), 전극간의 길이(d), 전극 폭(de)에 최적치가 존재하는 것을 나타내고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극판의 구조를 스트라이프 형상으로 개선하여 주어진 공간 내에서 효율적인 방전면적을 구현하도록 하여 열과 방전전류에 의한 해리를 줄여서 전력소모를 줄이는 오존발생 환경을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 접지가 잡혀서 외부적으로 안전한 유도전극과, 상기 유도전극의 대략 중앙부에 설치되는 유전체 및, 상기 유전체의 상면에 설치되며 스트라이프 형상을 갖는 방전전극으로 구성된 반응기와, 상기 반응기를 내부에 설치하여 오존발생공간을 형성하는 본체와, 상기 본체의 대략 중앙부에 설치되어 반응기 간의 거리를 유지시켜주는 서포터와, 유도전극과 방전전극 간의 높이를 일정하게 유지시켜 주는 스페이서 및 전극의 전·후·좌·우 움직임을 막아주는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 일반적인 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 구성을 개략적으로 도시한 구성도,

도 2는 종래의 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치용 전극판의 구조를 도시한 평면도,

도 3은 도 2의 A-A'를 따라 도시한 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 구성을 도시한 분리 사시도,

도 5는 본 발명에 의한 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 구성을 도시한 측단면도,

도 6은 본 발명에 의한 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 전극판의 구조를 일부 확대해서 도시한 평면도,

도 7은 본 발명에 의한 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 전극폭에 따른 오존발생 특성도,

도 8은 본 발명에 의한 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 전극간격에 따른 오존발생 특성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 본체 20 : 서포터

30 : 반응기 31 : 유도전극

32 : 유전체 33 : 스페이서

34 : 가이드 35 : 방전전극

35a : 사각틀 35b : 전극날개

d′: 전극폭 de′: 전극간격

이하, 첨부도면 도 4 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 대한 구성 및 작용에 대해서 설명한다.

상기 도면에 도시한 바와 같이 내부에 모든 구성 요소를 포함하는 사각틀 형태를 갖는 본체(10)가 있고, 상기 본체(10)의 대략 중앙 부분에는 서포터(20)가 설치되며, 상기 서포터(20)를 중심으로 반응기(30)가 쌍을 이루도록 서로 대칭형태로 설치된다.

상기 본체(10)의 양측부에는 오존발생에 필요한 산소 또는 공기를 공급하는 공기 유입구(11)가 형성되며, 그 타측면에는 상기 본체(10)의 내부를 통과하며 발생된 오존을 토출시키는 토출구(12)가 형성된다.

상기 반응기(30)는 접지가 잡혀서 외부적으로 안전한 유도전극(31)과, 상기 유도전극(31)의 대략 중앙부에 설치되는 유전체(32)와, 상기 유전체(32)의 상면에일정높이를 유지시켜 주는 스페이서(spacer)(33)와 전극의 움직임을 막아주는 가이드(guide)(34)를 매개로 설치되는 스트라이프 형상을 갖는 방전전극(35)으로 구성된다.

상기 서포터(20)는 그 중앙이 관통되게 형성된 사각틀을 이루도록 복수개의 틀부재(21)가 서로 대칭되게 설치되며, 상기 틀부재(21)는 기체가 흐르는 입·출구(21a·21b)를 형성하도록 설치된다.

상기 스페이서(33) 및 가이드(34)는 사각틀 형상을 가지며, 상기 스페이서(33)의 중앙부는 상기 방전전극(35)을 받쳐주도록 가로방향으로 길게 지지대(33a)가 형성된다.

상기 방전전극(35)은 사각틀(35a)을 형성하며, 그 사각틀(35a)의 내부에는 소정의 전극폭(de′)을 갖는 전극날개(35b)가 소정의 전극간격(d′)을 두고 형성된다.

상기 전극폭(de′)은 상기 전극간격(d′)보다 작게 형성시킴이 바람직하며, 상기 전극폭(de′)이 0.5mm, 전극간격(d′)을 0.8mm 정도하여 de′/d′ = 1.6정도로 함이 더욱 바람직하다.

상기 유도전극(31)과 방전전극(35)은 산화가 잘 되지 않고 전도성이 우수한 금속으로 이루어지며, 유전체(32)는 열적으로는 전도체이면서도, 전기적으로는 부도체인 예컨데, 세라믹으로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치는 먼저, 유도전극(31) 및 방전전극(35)에 교번하는 전압을 인가시키면 방전이 일어난다.

그 방전공간에 본체(10)의 유입구(11)를 통하여 산소 또는 공기를 흘려주면 미소방전에 의하여 생겨난 산소원자가 산소분자와 결합하여 오존이 발생하며, 그 발생된 오존은 토출구(12)를 통하여 토출된다.

상술한 바와 같이 방전이 될 때, 상기 유도전극(35)은 그 전극날개(35b)가 소정의 간격을 두고 스트라이프 형상으로 형성됨에 따라 전계가 중복되어질 수 있는 부분이 종래에 비하여 (a ＋ b ＋ c ＋ e) 만큼 줄어들게 되며, 또한 전극의 면적이 종래에 비하여 B(점선표시면적) 만큼 줄어들게 된다.

따라서, 방전영역의 중복을 피하여 주어진 면적 내에서 최적의 방전면적을 얻고, 또한 전극부의 면적을 줄여서 오존의 발생과 해리에 대한 방전전류값의 최적치를 얻음으로써 결과적으로 소비전력을 감소시키게 되는 것이다.

도 7 내지 도 8 은 본 발명 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치의 전극형상의 최적화를 위한 실험결과의 일부이다. 방전전극과 유전체를 일정거리로 유지하고 전극폭(de′)을 0.15∼1.0mm로, 전극간격(d′)을 0.3∼1.5mm로 각각 변화시키면서 실험하였을 때 전극폭(de′)이 0.5mm, 전극간격(d′)이 0.8mm 정도일 때, 즉 de′/d′ = 1.6 정도일 때 가장 큰 오존발생량(O₃)을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명은 전극판의 형상을 스트라이프 형상으로 구현함에따라 그물형상을 적용시켰던 종래에 비하여 방전영역의 중복을 피하여 주어진 면적 내에서 최적의 방전면적을 얻고, 또한 전극부의 면적을 줄여서 오존의 발생과 해리에 대한 방전전류값의 최적치를 얻음으로써 결과적으로 고효율의 오존발생을 구현할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 접지가 잡혀서 외부적으로 안전한 유도전극과, 상기 유도전극의 대략 중앙부에 설치되는 유전체 및, 상기 유전체의 상면에 설치되며 스트라이프 형상을 갖는 방전전극으로 구성된 반응기;

   상기 반응기를 내부에 설치하여 오존발생공간을 형성하는 본체;

   상기 본체의 대략 중앙부에 설치되어 반응기 간의 거리를 유지시켜주는 서포터;

   유도전극과 방전전극 간의 높이를 일정하게 유지시켜 주는 스페이서 및;

   전극의 전·후·좌·우 움직임을 막아주는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 방전전극은 사각틀을 형성하며, 그 사각틀의 내부에는 소정의 전극폭을 갖는 전극날개가 소정의 전극간격을 이루며 다수개 형성된 것을 특징으로 하는 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 전극폭은 상기 전극간격보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치.
4. 제 3항에 있어서,

   전극폭(d′)은 0.5mm, 전극간격(de′)은 0.8mm 정도로서 de′/d′ = 1.6으로 형성된 것을 특징으로 하는 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 방전전극은 그 전후좌우 움직임을 방지하도록 가이드에 의해 고정되고, 그 상면이 서포터에 의하여 눌려지며, 그 하면이 스페이서에 의하여 받혀지도록 가이드의 두께와 같게 형성된 것을 특징으로 하는 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 반응기는 상기 서포터 상·하측에 서로 대칭되게 1쌍을 이루도록 설치되는 것을 특징으로 하는 스트라이프 형상의 전극을 장착한 오존발생장치.