KR100479522B1 - 오존 발생용 세라믹 방전관 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관은, 두 전극 갭 사이에 공기를 유입하고, 두 전극간에 전압을 인가하여 전극 간에서 발생되는 무성방전에 의해 오존을 발생시키는 오존 발생장치의 내부 전극으로 사용되는 방전관으로서, 소정 직경과 길이를 갖는 내부 전극으로서의 금속관; 금속관의 양단에 결합되며, 그 중심부에는 용접 작업시 공기의 팽창으로 인한 용접 기포의 발생을 억제하기 위한 공기유통홀이 각각 형성되어 있는 좌,우 커버부재; 금속관에 좌,우 커버부재가 결합된 폐쇄형 원통 구조체의 상기 공기유통홀을 제외한 외주면 전체에 걸쳐 세라믹 재질로 소정 두께로 코팅된 제1 코팅층; 제1 코팅층 위에 산화금속 재질로 소정 두께로 코팅된 제2 코팅층; 및 제2 코팅층 위에 세라믹 재질로 소정 두께로 코팅된 제3 코팅층을 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 높은 유전율을 보유하고 있어, 전극간에 중주파수 전원을 인가하여 세라믹 표면에 강력한 무성방전을 발생시킬 수 있고, 목적에 따라 평판 또는 원통형 등 자유롭게 성형할 수 있으며, 세라믹 자체가 보유한 기계적, 열적, 화학적 안정성 및 우수한 절연 성능을 이용하기 때문에 중주파수 이상의 방전에도 충분한 수명을 유지할 수 있는 장점이 있다.

Description

오존 발생용 세라믹 방전관{Ceramic discharge tube for generating ozone}

본 발명은 오존 발생용 세라믹 방전관에 관한 것으로서, 특히 방전관을 접착 세라믹을 이용해 3중으로 코팅함으로써 금속과 세라믹의 접착을 강화하고, 기공을 최대한 줄이면서 밀착시켜 절연파괴 현상을 방지하는 한편 내구성을 향상시킬 수 있는 오존 발생용 세라믹 방전관에 관한 것이다.

종래 오존 발생용 세라믹 방전관은 2중으로 코팅되어 있다. 즉, 접착 세라믹은 사용되지 않고, 세라믹 순도가 낮은 것으로 1차 코팅 후, 표면의 조도를 위해 소결하는 방식을 취했다. 이와 같은 종래 세라믹 방전관은 2중 코팅으로 금속과 세라믹의 접착 부분이 취약하여 내구성 및 신뢰도에 문제가 있다. 또한, 세라믹 코팅시 세라믹 자체의 기공에 의해 절연파괴 현상이 발생된다.

본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 방전관을 접착 세라믹을 이용해 3중 코팅함으로써 금속과 세라믹의 접착을 강화하고, 기공을 최대한 줄이면서 밀착시켜 절연파괴 현상을 방지하는 한편 내구성을 향상시킬 수 있는 오존 발생용 세라믹 방전관을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관은, 두 전극 갭 사이에 공기를 유입하고, 두 전극간에 전압을 인가하여 전극 간에서 발생되는 무성방전에 의해 오존을 발생시키는 오존 발생장치의 내부 전극으로 사용되는 방전관으로서,

내부 전극으로서의 금속관;

상기 금속관의 양단에 결합되며, 그 중심부에는 용접 작업시 공기의 팽창으로 인한 용접 기포의 발생을 억제하기 위한 공기유통홀이 각각 형성되어 있는 좌,우 커버부재;

상기 금속관에 좌,우 커버부재가 결합된 폐쇄형 원통 구조체의 상기 공기유통홀을 제외한 외주면 전체에 걸쳐 코팅된 세라믹 재질의 제1 코팅층;

상기 제1 코팅층 위에 코팅된 산화금속 재질의 제2 코팅층; 및

상기 제2 코팅층 위에 코팅된 세라믹 재질의 제3 코팅층을 포함하여 구성된 점에 그 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관의 구조를 보여주는 것으로서, 도 1은 종단면도이고, 도 2는 횡단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관(100)은 금속관(101), 좌,우 커버부재(102)(103), 제1 코팅층(104), 제2 코팅층(105), 제3 코팅층(106)으로 구성된다.

금속관(101)은 소정 직경(예컨대, 내경:45mm, 외경:53mm)과 길이(예컨대, 300mm∼500mm)를 갖는 하나의 관으로서 방전 전극으로서의 내부 전극 역할을 한다. 여기서, 금속관으로는 스테인레스 스틸관(SUS 304 pipe)이 사용될 수 있다.

좌,우 커버부재(102)(103)는 상기 금속관(101)의 양단에 결합되며, 그 중심부에는 용접 작업시 공기의 팽창으로 인한 용접 기포의 발생을 억제하기 위한 공기유통홀(102h)(103h)이 각각 형성된다.

제1 코팅층(104)은 상기 금속관(101)에 좌,우 커버부재(102)(103)가 결합된 폐쇄형 원통 구조체의 상기 공기유통홀(102h)(103h)을 제외한 외주면 전체에 걸쳐 세라믹 재질로 소정 두께(예컨대, 1mm)로 코팅된다. 이 제1 코팅층(104)의 형성을 위한 세라믹 재질로는 니켈(Ni) 95 중량%, 알루미늄(Al) 5 중량%의 분말이 혼입된 접착 세라믹이 사용된다.

제2 코팅층(105)은 상기 제1 코팅층(104) 위에 산화금속 재질로 소정 두께(예를 들면, 2mm)로 코팅된다. 이 제2 코팅층(105)의 형성을 위한 산화금속 재질로는 바람직하게는 순도 99.5% 이상의 고순도 산화알루미늄(Al₂O₃)이 사용된다.

제3 코팅층(106)은 상기 제2 코팅층(105) 위에 세라믹 재질로 소정 두께(예를 들면, 1mm)로 코팅된다. 이 제3 코팅층(106)의 형성을 위한 세라믹 재질로는 유기질의 세라믹이 사용되며, 전기로에서 850℃로 가열하여 소성시킨다. 도 1에서 참조 번호 110은 외부 전극, 120은 전원을 각각 나타낸다.

그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 오존 발생용 세라믹 방전관의 제작 과정에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 금속 가공작업을 위해 금속관(SUS 304 pipe) (101)을 방전관 제작에 필요한 크기만큼 절삭기로 절단한다. 이때, 직경 50mm로 제작할 경우 내경 45mm와 외경 55mm인 파이프를 준비한다. 또한, 좌,우커버부재 (102)(103)의 제작을 위한 금속체(301)를 준비한다.

이렇게 하여 금속관(101)과 커버 제작용 금속체(301)가 마련되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 선반 작업에 의해 금속관(101)을 가공하여 전체 길이를 설계치에 맞추고, 외경 55mm를 연삭하여 외경 53mm로 가공한 후 끝단부는 2.5C로 면취한다. 또한, 끝단부 6mm는 1차 원통연삭 작업으로 직경 47mm(공차:+0.01,-0)로 제작한다.

커버부재(102)(103)는 도 5에 도시된 바와 같이, 직경 47mm(공차:+0.01,-0.03)으로 원통 연삭한다.

이상에 의해 내부 전극으로서의 금속관(101)과 좌,우커버부재(102)(103)의 제작이 완료되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속관(101)의 양단에 좌,우커버부재 (102)(103)를 압입하여 끼운다. 그런 후, 금속관(101)과 좌,우커버부재(102)(103)간의 접촉부위에 대한 용접 작업 시 공기의 팽창으로 인한 용접 기포가 발생되므로, 이를 방지하기 위하여 좌,우커버부재(102)(103)에 공기유통홀(102h)(103h)(예컨대, 직경 3mm의 홀)을 형성한다. 그리고, 전원(120)(도 1 참조)의 일측 단자의 삽입을 위해, 공기유통홀(102h)(103h) 중의 어느 일측 공기유통홀(102h)(편의상 이것으로 선정함)에 탭(예를 들면, M6 탭)을 형성한다.

공기유통홀(102h)(103h)의 형성 및 탭 작업이 완료되면, 아르곤 자동 용접기로 금속관(101)과 좌,우커버부재(102)(103)간의 접촉부위를 용접한다.

이렇게 하여 용접 작업이 완료되면, 응력제거(열처리)를 하여, 도 7에 도시된 바와 같이, 선반 작업에서 원통 연삭한다.

이상에 의해 내부 금속관(101) 및 커버부재(102)103)의 가공 및 조립과 관련된 모든 금속가공 작업이 완료되면, 세라믹 코팅 작업 단계로 넘어간다.

즉, 먼저 금속 모래 클리닝 작업(grit blasting)을 수행한다. 그런 후, 1차 접착 세라믹 코팅을 수행하고, 뒤이어 2차 고순도 알루미나 코팅을 수행한 후 표면조도 5∼6 정도로 연마 작업한다. 그런 다음, 3차 유기질 세라믹 코팅을 수행하고, 표면 조도를 높이기 위하여 전기로에서 850℃로 가열하여 소성시킨다. 이렇게 하여 본 발명의 오존 발생용 세라믹 방전관의 제작 과정이 완료된다.

이상과 같이 제작된 세라믹 방전관은 3중으로 코팅되어 있어 금속과 세라믹의 접착성이 좋고 높은 유전율을 가지게 되며, 전기로에서 고온으로 가열, 소성시켜 내구성 또한 우수하며, 조도는 1∼2이다.

한편, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명의 오존 발생용 세라믹 방전관이 채용된 오존 발생 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방전관(100) 외부에 외부 전극(110)이 위치하고, 전원(120)의 일측 단자는 방전관(100)의 금속관(101)에 접속되고, 전원(120)의 타측 단자는 외부 전극(110)에 접속된다. 따라서, 내부 전극으로서의 금속관(101)이 있는 방전관(100)과 외부전극(110) 사이의 틈새(방전갭)에 원료 가스인 공기를 유입하고 전원(120)을 인가하면, 무성방전이 일어나 전자(electron)에 의해 산소분자(O₂)가 산소 원자(O+O)로 분해되고, 그 분해된 산소 원자(O)와 산소분자(O₂)가 결합하여 오존(O₃)이 생성된다. 이와 같이 생성된 오존은 고농도로서 산업시설의 오폐수 및 축산폐수의 처리는 물론 의료분야 중 인체 피부 환부의 살균 및 치과 질환의 치료 등에 광범위하게 이용될 수 있다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관은 높은 유전율을 보유하고 있어, 전극간에 중주파수 전원을 인가하여 세라믹 표면에 강력한 무성방전을 발생시켜 표면상의 원료가스인 공기 및 산소로 오존을 발생시킬 수 있다. 또한, 목적에 따라 평판 또는 원통형 등 자유롭게 성형할 수 있으며, 세라믹 자체가 보유한 기계적, 열적, 화학적 안정성 및 우수한 절연 성능을 이용하기 때문에 중주파수 이상의 방전에도 충분한 수명을 유지하며, 소형화도 가능하여 신뢰성 및 에너지 절약의 효율성을 극대화 할 수 있다. 또한, 세라믹 방전관은 유전율이 높고, 오존 발생을 위한 절연내력이 크며, 유전정접을 작게 함으로써 온도상승이 저감되고, 내부분방전성이 양호하며, 열적 강도가 큰 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관의 구조를 보여주는 종단면도.

도 2는 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관의 구조를 보여주는 횡단면도.

도 3은 본 발명에 따른 오존 발생용 세라믹 방전관의 제작 과정에 있어서, 금속관 및 커버부재의 제작을 위해 마련한 파이프와 금속체를 보여주는 도면.

도 4는 도 3의 파이프를 가공하여 설계치의 금속관을 제작한 상태를 보여주는 도면.

도 5는 도 3의 금속체를 가공하여 커버부재를 제작한 상태를 보여주는 도면.

도 6은 도 4의 금속관의 양단에 도 5의 커버부재를 조립한 상태를 보여주는 도면.

도 7은 도 6의 조립체의 금속관과 커버부재의 접속부위에의 용접 후, 선반에 의한 원통 연삭작업을 수행하는 것을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100...(본발명)오존 발생용 세라믹 방전관 101...금속관

102,103...좌,우커버부재 104...제1 코팅층

105...제2 코팅층 106...제3 코팅층

110...외부전극 120...전원

Claims (4)

1. 두 전극 갭 사이에 공기를 유입하고, 두 전극간에 전압을 인가하여 전극 간에서 발생되는 무성방전에 의해 오존을 발생시키는 오존 발생장치의 내부 전극으로 사용되는 방전관으로서,

   내부 전극으로서의 금속관;

   상기 금속관의 양단에 결합되며, 그 중심부에는 용접 작업시 공기의 팽창으로 인한 용접 기포의 발생을 억제하기 위한 공기유통홀이 각각 형성되어 있는 좌,우 커버부재;

   상기 금속관에 좌,우 커버부재가 결합된 폐쇄형 원통 구조체의 상기 공기유통홀을 제외한 외주면 전체에 걸쳐 코팅된 세라믹 재질의 제1 코팅층;

   상기 제1 코팅층 위에 코팅된 산화금속 재질의 제2 코팅층; 및

   상기 제2 코팅층 위에 코팅된 세라믹 재질의 제3 코팅층을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 오존 발생용 세라믹 방전관.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 코팅층은 니켈(Ni) 95 중량%, 알루미늄(Al) 5 중량%의 분말이 혼입된 접착 세라믹 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 오존 발생용 세라믹 방전관.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제2 코팅층은 순도 99.5% 이상의 고순도 산화알루미늄(Al₂O₃) 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 오존 발생용 세라믹 방전관.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제3 코팅층은 유기질의 세라믹 재질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 오존 발생용 세라믹 방전관.