KR100485108B1 - Ozone generator - Google Patents
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Abstract
오존 발생장치는, 일단에는 입구를 통한 원료 가스를 수용하기 위한 원료 가스 챔버를 갖추고 타단에는 오존화 가스를 수용하기 위해 출구와 연통하는 오존화 가스 챔버를 갖춘 용기와, 원료 가스 챔버와 오존화 가스 챔버를 연통시키기 위해 내주연면 상에 유전체를 갖고 있는 원통관 접지 전극과, 유전체에 대하여 소정 방전갭을 갖고 원통관 접지 전극에 동심적으로 배치된 중공 원통형 고전압 전극과, 접지 전극과 고전압 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 고주파 전원을 포함한다. 냉각수는 접지 전극을 둘러싸고 용기 내에 형성된 물 재킷에 공급되어 중공 원통형 고전압 전극에 공급되어서 양 전극들을 냉각시키게 된다. 원통관 접지 전극 및 중공 원통형 고전압 전극은 오존 발생관을 형성하며, 오존 발생장치는 복수개의 오존 발생관을 갖추고 있다.The ozone generator includes a container having a source gas chamber for accommodating a source gas through an inlet at one end and an ozonizing gas chamber in communication with an outlet at the other end for accommodating the ozone gas, and a source gas chamber and an ozonized gas A cylindrical tube ground electrode having a dielectric on an inner circumferential surface for communicating the chamber, a hollow cylindrical high voltage electrode concentrically arranged at the cylindrical tube ground electrode with a predetermined discharge gap with respect to the dielectric, and between the ground electrode and the high voltage electrode It includes a high frequency power supply for applying a voltage to. Cooling water is supplied to a water jacket formed in the container surrounding the ground electrode and supplied to the hollow cylindrical high voltage electrode to cool both electrodes. The cylindrical tube ground electrode and the hollow cylindrical high voltage electrode form an ozone generating tube, and the ozone generating apparatus is equipped with a plurality of ozone generating tubes.
Description
본 발명은 상하수 처리 및 펄프의 표백 등의 대량의 오존이 요구되는 산업분야에 사용하기 위한 오존 발생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
상기에 설명한 산업적 규모의 오존 발생장치로서는 일본 특허출원 공개(평)2-184506호(미국 특허 제5,034,198호)에 공지되어 있는 무성 방전을 사용함으로써 산소 함유 원료 가스를 오존화시키기 위한 오존 발생장치가 있으며, 상기 특허출원은 본 명세서에서 참조하게 된다.As an industrial-scale ozone generator described above, an ozone generator for ozonizing an oxygen-containing raw material gas by using an silent discharge known from Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-184506 (US Pat. No. 5,034,198) is provided. The patent application is referred to herein.
상기에 설명한 종래 기술의 오존 발생장치의 구조가 도25 내지 도27에 도시되어 있다. 도25A 및 도25B에서, 오존 발생장치의 용기는 오존에 대하여 강한 내식성을 갖는 스텐레스강 등의 원통형 본체(1)와, 본체(1)의 양단 개구를 폐쇄하기 위한 단부판(2, 3) 및 나중에 설명하는 것처럼 본체의 중심에 위치하여 있는 접지 전극을 둘러싸는 물 재킷(4)을 형성하도록 공간을 갖고 배치된 한쌍의 원형 격벽(5, 6)을 기본적으로 포함한다. 본체(1)의 주연에는, 원료 가스 입구(7)가 단부판(2)과 격벽(5) 사이에 마련되고, 오존 가스 출구(8)가 다른 단부판(3)과 격벽(6) 사이에 마련되고, 외부로부터 격벽(5, 6)들 사이에 형성된 물 재킷(4)을 통해서 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 입구(9) 및 냉각수 출구(10)도 마련되어 있다.25 to 27 show the structure of the ozone generator of the prior art described above. 25A and 25B, the container of the ozone generator includes a
또한, 본체(1)의 내측에는 오존에 대한 저항성이 강한 스텐레스강으로 된 관형 원통형 접지 전극(11)과 이 접지 전극과의 사이에 방전 갭을 형성하도록 접지 전극(11)에 대하여 동심적으로 배치된 고전압 전극(13)으로 각각 구성되는 복수 쌍의 오존 발생관이 마련되어 있으며, 이 오존 발생관은 격벽에 관통하여 수평하게 배치된 격벽(5, 6)들 사이에 걸쳐 연장된다. 고전압 전극(13)은 본체(1)에 마련된 부싱(15)을 통해서 본체(1) 내측에 배열된 버스 바아(14)에 의해 고주파 전원(16)의 고전압 단자에 연결되어 있다. 또한, 고주파 전원(16)의 접지측은 본체(1)와 함께 접지되어 있다.Further, the inner side of the
또한, 본체(1)와 격벽(5, 6) 사이와, 격벽(5, 6)과 이 격벽들에 관통하는 접지 전극(11) 사이의 연결부는 일체식 구조를 형성하도록 액체 기밀 시임 용접된다. 단부판(2,3)은 평판형 가스켓 또는 O링 등의 공기 기밀 밀봉 부재(17)를 통해서 나사 등으로 본체(1)의 대향 단부들 상에 보유된다.Further, the connection portion between the
다음에, 종래의 오존 발생관의 상세한 구조에 대해서는 도26A 및 도26B에 도시되어 있다. 특히, 원통관 접지 전극(11)에 동심적으로 배치된 고전압 전극(13)은 일단부가 폐쇄된 둥근 단면의 유리관(13a)과 이 유리관(13a)의 내주연면 상에 스퍼터링에 의해 형성된 금속막(13b)을 포함하며, 이로써 전극의 전체 길이에 걸쳐 비교적 균일한 방전 갭(12)을 형성하게 된다. 또한, 챔버에 이어지는 버스 바아(14)와 금속막(13b)은 도전성 수축부(13c)를 통해서 연결된다. 물 재킷(4) 안으로 유동하는 냉각수는 보통 물을 사용하고 외부 재순환 펌프(도시 생략) 및 냉각 열교환기(도시생략)를 거쳐 재순환된다.Next, the detailed structure of the conventional ozone generating tube is shown in Figs. 26A and 26B. In particular, the high-
상기에 설명한 배열을 취함으로써, 가스 입구(7)로부터 원료 가스 챔버에 공급된 산소 함유 원료 가스(미리 습윤되어 가스 챔버 안에 도입된 산소 또는 공기)는 본체에 합체된 오존 발생관을 따라 방전 갭(12) 내에서 유동한다. 이 상태에서, 고주파 전원(16)으로부터의 AC 전압이 접지 전극(11)과 고전압 전극(13) 사이에 인가되면, 원료 가스 내의 산소가 방전 갭 내에 생성된 무성 방전에 의해 오존화되고, 이 오존화 가스가 본체 내의 오존화 가스 챔버에 유출되어 가스 출구를 통해서 오존 사용자에게 공급된다. 오존 생성과 관련한 방출된 열(오존 발생 반응이 발열 반응임)은 물 재킷(4) 내부를 유동하는 냉각수에 전달되어 시스템으로부터 외부로 제거된다. 가스 출구(8)는 가스 압력 조정을 위해 배출 밸브(도시 생략)를 갖추고 있으며, 이로써 가스 챔버의 내압을 대기압에 대하여 정압으로 조정할 수 있다. 실제 제품에서, 하나의 오존 발생장치 유닛은 수십 내지 수백 개의 평행하게 배치된 오존 발생관을 사용한다.By taking the arrangement described above, the oxygen-containing raw material gas (oxygen or air that has been wetted in advance and introduced into the gas chamber) supplied from the
도27은 종래 기술의 오존 발생장치의 주 유닛, 전원 및 냉각수 시스템 보조장치의 배치 관계를 도시한 개략도로서, 여기서 오존 발생장치의 주 유닛(용기, 18)은 냉각수 공급 수단으로서의 외부 냉각수 배관(19)에 연결되어 있으며, 냉각수는 재순환 펌프(20)와 냉각 열교환기(21)를 거쳐 재순환된다. 또한, 고주파 전원(16)은 상용 전력을 고주파 전력으로 변환시키는 인버터(16a)와 스텝-업 변환기(16b)와의 조합체를 포함하며, 전력을 공급하도록 고전압 케이블(22)을 통해서 주 유닛(18)에 연결되어 있다.Fig. 27 is a schematic diagram showing the arrangement relationship of the main unit, power source and cooling water system auxiliary device of the ozone generator of the prior art, wherein the main unit (container) 18 of the ozone generator is an external
그러나, 상기 종래 기술의 오존 발생장치는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.However, the ozone generator of the prior art has the following problems.
1) 생성된 오존의 농도를 증가시키기 위해 방전 전극에 공급된 전력 밀도(단위 방전 면적당 방전 전력)를 증가시키면, 플라즈마 내의 대전된 입자가 전극을 가열시키도록 전극들과 충돌하여 생성된 오존을 분해하게 된다 (오존의 분해 반응이 발열 반응이며, 따라서 온도 상승에 의해 분해가 가속됨). 따라서, 전극부를 더욱 효과적으로 냉각시켜야 한다. 그러나, 종래 기술의 전극 냉각 구조에서는 접지 전극만이 물 재킷 내부를 유동하는 물에 의해 외주연면 측으로부터 냉각되고 방전 갭에 걸쳐 대향한 고전압 전극은 직접 수냉각되지 않는다.1) Increasing the power density (discharge power per unit discharge area) supplied to the discharge electrode to increase the concentration of generated ozone, the charged particles in the plasma collide with the electrodes to heat the electrode to decompose the generated ozone (The decomposition reaction of ozone is an exothermic reaction, and therefore the decomposition is accelerated by the temperature rise). Therefore, the electrode portion must be cooled more effectively. However, in the electrode cooling structure of the prior art, only the ground electrode is cooled from the outer peripheral surface side by the water flowing inside the water jacket, and the high voltage electrode facing across the discharge gap is not directly water cooled.
한편, 전극들 사이의 방전 갭에서의 열 방출을 고려하면, 무성 방전과 관련하여 유전체(유리관)의 표면상에 크리핑 스트리머(creeping streamer)가 형성되기 때문에 방전 갭에서의 열 방출 외에도 유전체의 표면상에서도 실질적인 양의 열 방출이 일어난다.On the other hand, considering the heat dissipation in the discharge gap between the electrodes, the surface of the dielectric in addition to the heat dissipation in the discharge gap is formed because a creeping streamer is formed on the surface of the dielectric (glass tube) in connection with the silent discharge. Substantial amounts of heat dissipation also occur in the phases.
따라서, 종래 기술의 전극 냉각 구조에서는 방전 갭이 열 절연층의 일종으로서 작용하며, 고전압 전극측에 방출된 열을 효과적으로 제거할 수 없고, 이로써 감소된 오존 발생 효율 및 생성된 오존의 농도를 감소시키게 된다.Therefore, in the electrode cooling structure of the prior art, the discharge gap acts as a kind of thermal insulation layer, and it is not possible to effectively remove the heat released on the high voltage electrode side, thereby reducing the reduced ozone generating efficiency and the concentration of generated ozone. do.
2) 오존 발생 효율을 개선하기 위해서는, 접지 전극과 고전압 전극 사이에 안정된 무성 방전을 유지하는 데 최적인 상태로 방전 갭을 균일하게 형성하는 것이 중요하다. 그러나, 종래 기술의 구조에서는 유전체로서의 유리관이 접지 전극의 관 안에 직접 삽입되어 있기 때문에, 방전 갭의 종방향을 따른 균일성이 유리관의 치수 정밀도에 의해 제한되며, 이는 실제 제품에서 방전 갭을 2 mm 이하로 설정하기 어렵게 한다.2) In order to improve the ozone generation efficiency, it is important to form a discharge gap uniformly in an optimal state for maintaining a stable silent discharge between the ground electrode and the high voltage electrode. However, in the structure of the prior art, since the glass tube as the dielectric is directly inserted into the tube of the ground electrode, uniformity along the longitudinal direction of the discharge gap is limited by the dimensional accuracy of the glass tube, which is 2 mm in the actual product. It is difficult to set the following.
3) 종래 기술의 구조에서는 접지 전극이 가스 챔버의 격벽에 일체로 용접되어 있기 때문에 접지 전극을 검사하거나 교체하기가 어렵다.3) In the structure of the prior art, since the ground electrode is integrally welded to the partition wall of the gas chamber, it is difficult to inspect or replace the ground electrode.
4) 또한, 유전체로서의 유리관이 고전압 전극 외측에 배치되어 있기 때문에 보수 또는 검사를 위하여 고전압 전극을 제거할 때 다른 구조물에 대하여 두드림으로써 유리관을 손상시킬 위험이 있다. 또한, 유리관의 내측면 상에 스퍼터링된 금속막(전극부)이 유리관과 금속막 사이의 열팽창계수의 차에 기인하여 작동의 가열 사이클과 오존 발생장치의 정지를 반복하는 동안에 박리되는 경향이 있다.4) Also, since the glass tube as a dielectric is disposed outside the high voltage electrode, there is a risk of damaging the glass tube by tapping against another structure when removing the high voltage electrode for repair or inspection. In addition, the metal film (electrode portion) sputtered on the inner side of the glass tube tends to be peeled off during the repeated heating cycle of operation and stopping of the ozone generator due to the difference in thermal expansion coefficient between the glass tube and the metal film.
본 발명의 주목적은 전극 냉각 효율이 높고 구조가 간단하고 고농도의 오존을 효과적으로 생성할 수 있는 오존 발생장치를 마련하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 오존 발생관이 간단하게 제거되도록 구성되고 우수한 성능과 신뢰성 및 보수성을 갖도록 된 오존 발생장치를 마련하는 것이다.It is a main object of the present invention to provide an ozone generating apparatus which is capable of generating a high concentration of ozone effectively and having a high electrode cooling efficiency and a simple structure. Still another object of the present invention is to provide an ozone generating apparatus which is configured to simply remove the ozone generating tube and has excellent performance, reliability and water retention.
본 발명의 오존 발생장치는,The ozone generator of the present invention,
일단에는 입구를 통해서 원료 가스를 수용하기 위한 원료 가스 챔버를 갖추고 타단에는 오존화 가스를 수용하기 위하여 출구에 연통하는 오존화 가스 챔버를 갖추고 있는 용기와,A container having a source gas chamber for accommodating the source gas through the inlet at one end and an ozone gas chamber communicating with the outlet at the other end for accommodating the ozonated gas;
원료 가스 챔버를 오존화 가스 챔버에 연통시키기 위해 자체의 내주연면 상에 유전체를 갖는 원통관 접지 전극과,A cylindrical tube ground electrode having a dielectric on its inner peripheral surface for communicating the source gas chamber with the ozonation gas chamber;
유전체에 대하여 소정의 방전 갭을 갖고 원통관 접지 전극에 동심적으로 배치된 중공 원통형 고전압 전극과,A hollow cylindrical high voltage electrode having a predetermined discharge gap with respect to the dielectric and disposed concentrically with the cylindrical tube ground electrode,
접지 전극과 고전압 전극 사이에 전압을 인가하기 위한 고주파 전원과,A high frequency power supply for applying a voltage between the ground electrode and the high voltage electrode;
접지 전극을 둘러싸고 용기 내에 형성된 물 재킷 및 중공 원통형 고전압 전극에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급 수단을 포함하며,Cooling water supply means surrounding the ground electrode and supplying cooling water to the hollow cylindrical high voltage electrode formed in the container,
상기 원통관 접지 전극과 중공 원통형 고전압 전극이 오존 발생관을 형성하고, 상기 오존 발생장치가 복수개의 오존 발생관을 포함한다.The cylindrical tube ground electrode and the hollow cylindrical high voltage electrode form an ozone generating tube, and the ozone generating apparatus includes a plurality of ozone generating tubes.
여기서, 냉각수는 200 ㏀cm 이상의 비저항값을 갖는 순수로 될 수 있다.Here, the cooling water may be pure water having a specific resistance value of 200 µcm or more.
중공 원통형 고전압 전극 내부를 유동하는 순수의 유속은 20 cm/sec 이상으로 설정될 수 있다.The flow rate of pure water flowing inside the hollow cylindrical high voltage electrode may be set to 20 cm / sec or more.
중공 원통형 고전압 전극은 전극 길이 1 m당 0.2 mm 이하로 설정된 절곡 정밀도와 ±0.1 mm 이하로 설정된 진원도를 가지며, 원통관 접지 전극은 전극 길이 1 m당 0.3 mm 이하로 설정된 절곡 정밀도와 ±0.3 mm 이하로 설정된 진원도를 가지며, 접지 전극의 내주연면 상의 유전체와 고전압 전극 사이의 방전 갭은 전극의 전체 길이에 걸쳐 1 mm 미만으로 설정될 수 있다.The hollow cylindrical high voltage electrode has a bending precision set to 0.2 mm or less per electrode length and a roundness set to ± 0.1 mm or less, and the cylindrical ground electrode has a bending precision set to 0.3 mm or less per electrode length and ± 0.3 mm or less With a roundness set to, the discharge gap between the dielectric on the inner peripheral surface of the ground electrode and the high voltage electrode may be set to less than 1 mm over the entire length of the electrode.
또한, 오존 발생장치는 접지 전극 내측의 소정 위치에서 고전압 전극을 고정하기 위한 전극 고정 수단도 포함한다.The ozone generator also includes electrode fixing means for fixing the high voltage electrode at a predetermined position inside the ground electrode.
전극 고정 수단은 고전압 전극의 외주연면 상에 분산되어 형성된 돌기들을 가질 수도 있다.The electrode fixing means may have protrusions formed on the outer circumferential surface of the high voltage electrode.
전극 고정 수단은 고전압 전극의 가스 출구측에 배치되고 고전압 전극을 축방향으로 위치결정하기 위해 접지 전극측에 고정된 절연 재료로 된 스토퍼 피스(stopper piece)도 포함한다.The electrode holding means also includes a stopper piece of insulating material disposed at the gas outlet side of the high voltage electrode and fixed to the ground electrode side for axially positioning the high voltage electrode.
전극 고정 수단은 고전압 전극의 외주연면 상에 주연방향으로 분산 배치된 스프링 본체들을 포함하기도 한다.The electrode fixing means may include spring bodies distributed in a circumferential direction on the outer circumferential surface of the high voltage electrode.
고전압 전극은 오존 저항성 금속 재료로 될 수 있으며, 2 mm 이하의 두께를 가질 수 있다.The high voltage electrode may be made of an ozone resistant metal material and may have a thickness of 2 mm or less.
고전압 전극의 표면은 산화크롬으로 코팅될 수도 있다.The surface of the high voltage electrode may be coated with chromium oxide.
접지 전극은 오존 저항성 금속 재료로 될 수 있으며, 이의 전체 내주연 면은 유전체로서 유리로 라이닝될 수 있다.The ground electrode may be of an ozone resistant metal material, and its entire inner peripheral surface may be lined with glass as a dielectric.
용기는 장방형 단면의 본체와, 공기 기밀 부재를 통해서 이의 전방단 및 후방단을 폐쇄하기 위한 단부판 및 원료 가스 챔버, 오존화 가스 챔버 및 본체 내의 물 재킷을 형성하는 한쌍의 격벽을 포함하는 수평형 용기로 될 수 있으며, 상기 접지 전극은 격벽들을 액체 기밀식으로 관통하도록 격벽 쌍들 사이에 착탈식으로 배치되고, 입구와 출구 및 물 재킷용 냉각수 입구 및 출구는 본체의 주연면 상에 마련될 수도 있다.The vessel is a horizontal type comprising a body having a rectangular cross section and an end plate for closing its front and rear ends through an airtight member and a pair of partition walls forming a source gas chamber, an ozonizing gas chamber and a water jacket in the body. It may be a container, wherein the ground electrode is detachably disposed between the pair of partition walls to penetrate the partition walls in a liquid tight manner, and the inlet and outlet and the coolant inlet and outlet for the water jacket may be provided on the peripheral surface of the body.
오존화 가스 챔버는 30 cm 이하의 깊이를 가질 수도 있다.The ozonation gas chamber may have a depth of 30 cm or less.
원료 가스 입구는 본체의 상부측에 마련될 수 있으며, 오존화 가스 출구는 본체의 하부측 상에 마련될 수 있다.The source gas inlet may be provided on the upper side of the main body, and the ozonation gas outlet may be provided on the lower side of the main body.
접지 전극이 격벽을 관통하는 부분은 밀봉 부재와, 이 밀봉 부재와 접지 전극을 고정하기 위한 고정 부재를 갖출 수도 있다.The portion where the ground electrode penetrates the partition wall may include a sealing member and a fixing member for fixing the sealing member and the ground electrode.
오존 발생장치는 접지 전극의 주연면 주위에 권선된 도전성 코일 스프링도 포함하며, 이 코일 스프링은 전극 고정 부재와 함께 볼트에 의해 격벽 상에 보유된다.The ozone generator also includes a conductive coil spring wound around the peripheral surface of the ground electrode, which coil spring is held on the partition wall by the bolt together with the electrode fixing member.
오존 발생장치는 U형 냉각수 통로를 형성하도록 물 재킷의 거의 중심에 위치한 격판도 포함하며, 여기서 냉각수 입구 및 출구는 냉각수 통로에 연통하는 본체의 하부면 상에 마련될 수 있다.The ozone generator also includes a diaphragm located substantially at the center of the water jacket to form a U-shaped coolant passage, wherein the coolant inlet and outlet may be provided on the bottom surface of the body in communication with the coolant passage.
물 재킷의 상부 부분은 대기에 대하여 개방될 수 있으며, 냉각수 공급관 및 유출 출구관은 물 재킷의 상부 부분에 마련될 수 있다.The upper part of the water jacket can be open to the atmosphere, and the cooling water supply pipe and the outlet outlet pipe can be provided in the upper part of the water jacket.
오존 발생장치는 물 재킷 내의 냉각수에 외부로부터 질소 가스를 기포식으로 도입하기 위해 마련된 질소 가스 기포관도 포함한다.The ozone generator also includes a nitrogen gas bubble tube provided to bubble nitrogen gas from the outside into the cooling water in the water jacket.
오존 발생장치는 냉각수가 대기에 직접 접촉하는 것을 방지하기 위해서 물 재킷 내에 들어 있는 냉각수의 표면 상에 마련된 막 시일도 포함한다.The ozone generator also includes a membrane seal provided on the surface of the coolant contained in the water jacket to prevent the coolant from directly contacting the atmosphere.
오존 발생장치는 가스 챔버의 바닥부에 배치된 누수 센서도 포함한다.The ozone generator also includes a leak sensor disposed at the bottom of the gas chamber.
오존 발생장치는 원료 가스 챔버 또는 오존화 가스 챔버 내에 배치된 냉각수 분배기와, 이 분배기와 고전압 전극 사이에 마련된 오존 저항성 절연관도 포함한다.The ozone generator includes a cooling water distributor disposed in a source gas chamber or an ozonation gas chamber, and an ozone resistant insulated tube provided between the distributor and the high voltage electrode.
본체 내부를 관찰하기 위해 적어도 하나의 단부판에는 감시창이 마련될 수도 있다.At least one end plate may be provided with a monitoring window to observe the inside of the main body.
단부판중 적어도 하나는 도어로서 본체의 일단에 힌지식으로 될 수도 있다.At least one of the end plates may be hinged to one end of the body as a door.
각각의 고전압 전극은 용기에 이어지는 고주파 전원의 버스 바아에 과전류 보호 퓨즈를 통해서 연결될 수도 있다.Each high voltage electrode may be connected via an overcurrent protection fuse to a bus bar of a high frequency power supply leading to the vessel.
용기 및 이의 주변장치는 단일 유닛으로서 공통 받침대 상에 배치될 수 있다.The vessel and its peripherals can be arranged on a common pedestal as a single unit.
상기에 설명한 본 발명의 목적, 다른 목적, 효과, 특징 및 장점 등에 대해서는 첨부도면을 참조한 양호한 실시예에 대한 설명으로부터 명확하게 이해할 수 있다.The objects, other objects, effects, features and advantages of the present invention described above can be clearly understood from the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 일 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도면에 도시된 모든 실시예에 대한 설명에서, 도25에서와 동일한 부호는 동일한 부분을 나타내며 그에 대한 설명은 생략한다.An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of all the embodiments shown in the drawings, the same reference numerals as in FIG. 25 denote the same parts and the description thereof will be omitted.
도1A는 본 발명의 일 실시예의 전체 구조를 도시하며, 각 부분의 상세한 구조는 도2 이후에 도시되어 있다. 먼저, 도25에 도시된 종래 기술에서와는 다른 본 발명의 주요 특징은 다음과 같다.FIG. 1A shows the overall structure of one embodiment of the present invention, the detailed structure of each of which is shown after FIG. First, the main features of the present invention different from the prior art shown in Fig. 25 are as follows.
a) 용기의 본체(1)가 도2에 도시된 것과 같은 장방형 단면으로 되어 있다.a) The
b) 본체(1)에 합체된 오존 발생관에서, 종래 기술의 구조와는 달리 원통관 접지 전극(11)이 금속관(스텐레스강관, 11a)과, 이 금속관의 내측면 상에 라이닝된 유리 유전체(11b)를 포함하며, 상기 유리 유전체가 물 재킷(4)에 공급된 냉각수에 의해 금속관(11a)을 통해서 냉각된다. 또한, 접지 전극(11) 내측에서 방전 갭(12)에 걸쳐 동심적으로 배치된 고전압 전극(13)이 스텐레스강으로 된 중공 원통형 구조를 취하며, 고전압 전극(13) 내에서의 냉각수 유동에 의해 직접 냉각된다.b) In the ozone generating tube incorporated in the
c) 물 재킷(4) 및 고전압 전극(13)에 공급되는 냉각수로서 높은 전기 절연 저항을 갖는 순수를 사용하므로, 냉각수를 통한 접지측으로의 고전압 전극(13)의 단락 회로가 방지되고, 냉각수로의 누설 전류 및 냉각수 온도의 증가에 기인한 전력 손실이 방지된다.c) Since pure water having a high electrical insulation resistance is used as the cooling water supplied to the
d) 접지 전극(11)과 오존 발생관의 고전압 전극(13) 사이의 방전 갭(12)이 전극의 전체 길이에 걸쳐 1 mm 미만으로 설정되어 있다.d) The
또한, 이 실시예에서는 외부로부터 고전압 전극에 물을 공급하기 위하여 냉각수의 도입 및 배출을 위해 2개의 냉각수 분배기(23)가 오존 출구측 상의 단부판(3)과 물 재킷(4)을 형성하는 격벽(6) 사이의 오존화 가스 챔버(200)에 마련되어 있으며, 이들 각각의 냉각수 분배기는 절연관(24)에 의해 고전압 전극(13)에 연결되어 있다. 또한, 오존에 대한 내식성의 관점에서 절연관은 폴리테트라플로로에틸렌 수지(PTFE), 테트라플로로에틸렌-헥사플로로프로필렌 공중합체 수지(FEP) 또는 페르플로로알콕시 중합체(PFA) 등의 오존 저항성을 갖는 합성 수지 재료로 제조할 수 있다.Further, in this embodiment, the partition wall in which two
또한, 오존화 가스 챔버(200)의 깊이는 30 cm 미만으로 설정할 수 있다. 즉, 오존화 가스 챔버의 체적이 너무 크면 오존 농도가 평형에 도달할 때까지의 시간이 길어진다. 오존화 가스 챔버(200)의 체적이 V1이고 챔버를 통해서 유동하는 오존화 가스의 유속이 V2/min이면, 실험 결과로부터 챔버(200)의 교체율은 V1/V2의 수배가 된다. 이러한 관점에서, 오존화 가스 챔버(200)의 체적은 작을수록 바람직하다. 그러면, 소정 수의 오존 발생관을 배치할 수 있는 단면적을 갖는 상태에서 오존화 가스 챔버의 깊이가 상기에 설명한 것처럼 약 30 cm로 설정되면, 챔버의 체적을 낮은 값으로 억제하면서 냉각수 분배기(23)와 챔버(200) 내에 배치된 절연관의 설치 공간을 보장할 수 있다.In addition, the depth of the
또한, 외부 냉각수 배관(19)은 냉각수 입구측 및 출구측 분배기(23)들 사이와, 본체(1)에 형성된 물 재킷(4)의 입구(9)와 출구(10) 사이에 연결되어 있다. 재순환 펌프(20), 열교환기(21) 및 물의 정제를 위한 이온 교환기(25)가 배관 통로에 마련되며, 순수는 개개의 전극들을 냉각시키도록 접지 전극(11)을 둘러싸는 물 재킷(4) 및 고전압 전극(13)으로 재순환된다.In addition, the
다음에는, 도1에 도시된 각 부분들의 상세 구조에 대하여 도2 이하를 참조하여 설명한다. 먼저, 도2A 및 도2B에 도시된 것처럼 장방형 단면을 취하는 단부판(2)은 본체(1)의 일단에 보유되고, 단부판(3)은 밀봉 부재(17)를 통해서 본체의 타단에 볼트들에 의해 보유되어 있다. 이 실시예에서, 밀봉 부재(17)를 플로로 고무, 클로로설포네이트 폴리에틸렌 고무, 에틸렌-프로필렌 고무, 폴리테트라플로로에틸렌수지(PTFE), 테트라플로로에틸렌-헥사플로로프로필렌 공중합체 수지(FEP) 또는 페르플로로알콕시 중합체(PFA) 등의 오존에 대한 저항성을 갖는 재료로 제조된 프레임형 평판 가스켓으로서, 예를 들어 접착제를 사용하여 본체(1)의 단부면 또는 단부판(2, 3)의 주연에 부착되어 있다. 밀봉 부재(17)로서는 상기 가스켓 외에 O링도 사용할 수 있다.Next, the detailed structure of each part shown in FIG. 1 is demonstrated with reference to FIG. First, an
또한, 도시된 것과 같은 장방형 단면을 취하고 수평으로 배열된 용기를 가짐으로써, 둥근 단면을 갖는 종래 기술에 비해 다음과 같은 장점을 얻을 수 있다. 구체적으로, 전극 축에 직각인 평면에서 물 챔버(4) 내에서의 냉각수의 유동시에 수행한 시뮬레이션에 따르면, 용기 벽의 인접부에서의 냉각수의 유동이 본체(1)의 둥근 단면에 비해 장방형 단면에서 더욱 균일한 것으로 나타났다. 또한, 직경이 1 m인 둥근 단면의 용기와 한변이 1 m인 장방형 단면의 용기를 비교하면, 본체(16)에 합체될 수 있는 오존 발생관의 수는 둥근 단면의 용기에서는 61개이고 장방형 단면의 용기에서는 85개이다. 따라서, 장방형 단면의 용기가 높은 공간 효율을 갖는다.Further, by taking the rectangular cross section as shown and having the containers arranged horizontally, the following advantages can be obtained as compared to the prior art having a round cross section. Specifically, according to a simulation performed at the time of the flow of the coolant in the
다음에는, 오존 발생관의 상세 구조가 도3A 및 도3B에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 접지 전극(11)은 원통형 금속관(11a)의 내부면을 유리(11b)로 용접 등에 의해 라이닝함으로써 형성된다. 유리 유전체는 종래 기술에서처럼 접지 전극(11)과 고전압 전극(13) 사이에 개재되어 있으나, 유리(11b)가 접지 전극의 금속관(11a)의 내부면 상에 라이닝되어 있기 때문에 유리(11b)는 열 전도성이 양호한 금속관(11a)을 통해서 물 재킷(4) 내부를 유동하는 냉각수로 효과적으로 냉각될 수 있다. 또한, 약하고 쉽게 파손되는 유리(11b)가 금속관(11a)으로 둘러싸여 그 외부가 보호되기 때문에 보수 또는 재조립중에 손상될 가능성이 없다. 또한, 유리 유전체층(11b)이 금속관(11a)과는 상이한 열팽창계수에 기인하여 작동 온도 범위에서 항상 압축 응력을 받기 때문에 유리 유전체층(11b)의 기계적 강도가 증가되어 잘 손상되지 않는다.Next, the detailed structure of the ozone generating tube is shown in Figs. 3A and 3B. In these figures, the
오존 발생관에 인가된 전력(W)은 다음 식으로 표시된다.The power W applied to the ozone generator is expressed by the following equation.
W = f*Cg*S{(Vs + Ve)2Ep - (1 + Ca/Cg)(Vs + Ve)}W = f * Cg * S {(Vs + Ve) 2Ep-(1 + Ca / Cg) (Vs + Ve)}
여기서, f: 주파수, Ca 및 Cg: 갭 및 유전체의 커패시턴스, S: 방전 면역, Ep: 피크 전압, VS 및 Ve: 방전 개시 전압 및 소멸 전압이다.Where f: frequency, Ca and Cg: capacitance of gap and dielectric, S: discharge immunity, Ep: peak voltage, VS and Ve: discharge start voltage and disappearance voltage.
따라서, 유리(11b)는 금속관(11a)으로 용접되어 있기 때문에 투과율이 높고 유전 손실이 작고 내전압이 높고 연화 온도가 낮은 것이 바람직하며, 이러한 관점에서 소다 유리, 납 유리 및 붕소규산 유리중 한가지가 사용된다. 한편, 오존 저항의 관점에서 금속관(11a)의 재료로는 SUS304, SUS316, SUS304L 및 SUS316L로부터 선택된 스텐레스강을 사용하는 것이 바람직하다. 접지 전극의 제조시에 방전 갭을 1 mm미만으로 균일하게 유지하기 위해서는 전극 길이 1 m당 0.3 mm 이하의 전극 절곡 정밀도 및 ±0.3 mm 이하의 진원도로 가공해야 한다.Therefore, since the
한편, 전극 내에서 유동하는 순수로 직접 냉각되기 위하여 접지 전극(11) 내에 동심적으로 배치된 중공 원통형 고전압 전극(13)은 전극의 일단에서 입구 및 출구 파이프(13a, 13b)에 용접되어 있다. 고전압 전극(13) 내에서의 냉각수의 유동을 매끄럽게 하기 위하여 입구 파이프(13a)는 전극(13)의 타단의 인접부로 연장되어 있다. 고전압 전극(13)의 표면이 오존에 대하여 노출되기 때문에 이의 재료로는 오존 저항의 관점에서 접지 전극에서와 마찬가지로 SUS304, SUS316, SUS304L 및 SUS316L로부터 선택된 스텐레스강을 사용하며, 그 두께는 냉각수에의 열전달을 고려하여 2 mm이하로 설정되어 있다. 전극들 사이의 무성 방전은 작은 스트리머들을 모으며, 고전압 전극의 표면은 각 스트리머에 의해 국부적으로 가열되어 스퍼터링되며, 스퍼터링된 입자들은 표면 상에 침전되거나 오존화 가스를 따라 하류측으로 유출되는 경향을 가지며, 이로써 전극의 약화를 초래한다. 따라서, 이 실시예에서는 전극의 약화를 방지하기 위해 고전압 전극(13)의 표면을 산화 크롬(13c)으로 코팅했다.On the other hand, a hollow cylindrical
또한, 실제 제품에서 고전압 전극은 직경이 약 7 cm이고 길이가 약 1 m이며, 전극과 접지 전극(11) 사이의 방전 갭은 전극의 절곡 정확도에 의해 결정된다. 따라서, 전극의 전체 길이에 걸쳐 1 mm 미만의 균일한 방전 갭을 설정하기 위해서는 전극 길이 1 m당 0.2 mm 미만의 절곡 정확도와 ±0.1 mm 내의 진원도를 갖는 고전압 전극을 만드는 것이 바람직하다.In addition, in a practical product, the high voltage electrode is about 7 cm in diameter and about 1 m in length, and the discharge gap between the electrode and the
또한, 고전압 전극(13)이 접지 전극(11) 안에 삽입된 조립 상태에서 오존 발생관의 접지 전극(11)과 고전압 전극(13) 사이에 소정의 방전 갭(12)을 유지하기 위해서, 도3A 및 도3B에 도시된 배열에서는 스페이서로 기능하는 돌기(26)가 고전압 전극(13)의 표면 상에서 복수개의 위치에 분산 형성되어 있다. 돌기(26)는 고전압 전극(13)의 대향단들 상에서 주연방향으로 이격된 2개의 위치에 용접 비이드를 용접하고 소정의 방전 갭에 따라 용접 비이드의 선단부를 접지함으로써 형성된다. 돌기(26)가 하방을 면하여 접지 전극(11) 안에 삽입되면, 고전압 전극(13)은 전방단 및 후방단에 형성된 4개의 돌기(26) 전체를 통해서 접지 전극측 상의 유리(11b)의 내주연 면에 대하여 접촉하게 되며, 이로써 접지 전극 사이에 균일한 방전 갭을 형성하여 유지할 수 있게 된다.Further, in order to maintain a
또한, 원료 가스가 방전 갭(12) 내에서 유동하면 고전압 전극(13)의 가스 입구측과 출구측 사이에 압력차가 생성된다. 이 경우에, 압력차에 기인하여 고전압 전극 상에 작용하는 축방향 압력이 질량(X)의 정마찰계수(유리/스텐레스강 사이의 마찰계수는 약 0.7임)보다 크면, 고전압 전극(13)이 작동중에 소정 위치로부터 축방향으로 이동하게 된다. 그러면, 도3에 도시된 배열에서는 절연체로 된 스토퍼 피스(27)가 고전압 전극(13)을 위치결정하여 고정하기 위한 전극 고정 수단으로서 고전압 전극(13)의 가스 출구측 상에 마련되는데, 상기 스토퍼 피스(27)는 브래킷(28)을 통해서 호스 밴드(29)와 함께 접지 전극(11)의 내주연 상에 보유된다. 이러한 배열을 취함으로써, 축방향 압력이 가스 압력차에 기인하여 고전압 전극(13)에 인가되었을 때에도 전극(13)이 스토퍼 피스(27)에 대하여 접촉하여 소정 위치로부터 이동하지 않게 된다.In addition, when the source gas flows in the
또 다른 전극 고정 수단으로서는 만곡된 판 스프링(30)이 고전압 전극(13)의 표면 상에 형성된 돌기(26)에 반경 방향으로 대향하는 표면 상에 마련될 수도 있으며, 고전압 전극(13)이 접지 전극(11) 내에 삽입된 상태에서 상기 판 스프링(30)은 유리 표면에 대하여 가압된다. 이러한 구조에서는 고전압 전극(13)이 판 스프링(30)의 힘에 의해 가압되기 때문에 상기에 설명한 것처럼 가스 압력차가 고전압 전극(13)의 양단부에 걸쳐 인가되었을 때에도 전극 자체는 이동되지 않게 된다.As another electrode fixing means, a
다음에는 도4 및 도5를 참조하여 용기에 합체된 접지 전극(11)의 지지 구조에 대하여 설명한다. 격벽중 하나를 도시하는 도4A에서, 접지 전극(11)은 상기에 설명한 것처럼 물 재킷(4, 도1)을 형성하는 한쌍의 우측 및 좌측 격벽(5, 6)에 걸쳐 배치되어 있으며, 격벽들 내에 마련된 관통 구멍(5a, 6a)에 착탈식으로 배치되어 있다. 격벽을 관통하는 접지 전극(11)의 주연은 밀봉 부재로서의 O링 및 이 O링을 고정하기 위한 경사면(31s)을 갖는 전극 고정 부재(32)에 결합되며, 상기 전극 고정 부재(32)는 접지 전극(11)을 격벽(5, 6)에 보유하도록 볼트(33)로 보유되어 있다. 이러한 구조를 취함으로써, 물 재킷과 가스 챔버 사이에서의 물 및 가스의 누설이 방지된다. 주기적인 검사 등의 보수시에는 전극 고정 부재(32)를 제거하여 접지 전극(11)을 격벽으로부터 쉽게 당겨낼 수 있다.Next, the supporting structure of the
또한, 접지 전극(11)이 도4B에 도시된 것처럼 완전한 접지를 이루도록 격벽(5, 6)과의 접촉에 의해 접지되기 때문에, 스프링(34)을 통해서 격벽(5, 6)에의 도전성을 이루도록 접지 전극(11)을 도전성 코일 스프링(34)과 함께 원형으로 권선하고 그 선단부를 상기에 설명한 전극 고정 부재(32)의 보유 볼트(33)에 부착하는 것이 바람직하다. 이러한 배열을 취함으로써, 접지 전극(11) 내의 방전 전류는 스프링(34)과 볼트(33) 및 격벽(5, 6)을 통해서 접지되도록 양호하게 흐른다. 접지 전극(11)이 격벽(5, 6)에만 접촉하면, 접지 전극(11)의 전위가 불량한 접촉에 기인하여 증가되는 경향을 나타내며, 최악의 경우에는 고전압 전극 사이에 방전이 일어나지 않게 된다. 상기 배열은 이러한 오작동을 방지한다.In addition, since the
도5A 내지 도5F는 상기에 설명한 전극 고정 부재(32)의 실제 예를 도시한다. 전극 고정 부재(32)는 도5A 및 도5B에 도시된 것처럼 경사면(32s)을 형성하고 있는 고정 가이드(32a)와, 도5C 및 도5D에 도시된 것처럼 링형 고정판(32b) 등 2개의 부분을 포함한다. 접지 전극(11)을 장착할 때에는 먼저 O링을 접지 전극911)에 부착하여 O링을 고정 가이드(32a)로 덮고, 고정판(32b)을 고정 가이드(32a) 상에 위치시킨 다음에 볼트(33)를 사용하여 격벽(5, 6)에 함께 체결한다. 한편, 도5E 및 도5F에 도시된 것처럼 가이드(32a) 및 고정판(32b)은 일체식으로 구성되어 있다.5A to 5F show practical examples of the
다음에는 도6 및 도7을 참조하여 고전압 전극(13)에의 전원 구조에 대하여 설명한다. 먼저, 도6A 및 도6B에서, 용기 내에 조립된 고전압 전극(13)은 과전류 보호를 위한 퓨즈를 거쳐서 부싱(15)을 통해서 본체(1)에 이어지는 버스 바아(14)에 연결되어 있다.Next, a power supply structure to the
상기에 설명한 것처럼 매 고전압 전극(13) 마다 퓨즈를 마련함으로써 전극내에서 전류를 증가시키는 작동중에 비정상적인 방전이 일어나면 비정상 작동이 일어나는 전극에 연결된 퓨즈(35) 만이 해당 전극으로의 전력 공급을 정지시키도록 작동하며 나머지 정상 작동 전극들은 전력을 공급받게 된다. 따라서, 비정상 작동이 복수개의 전극(13)중 수개에서 일어나더라도 오존 발생기는 완전히 정지하기 않고 전상 전극으로의 전원이 정지될 때까지 오존 발생기의 작동이 계속된다.As described above, if an abnormal discharge occurs during the operation of increasing the current in the electrode by providing a fuse for each
또한, 이 실시예에서, 수직선 상에 배열된 퓨즈(35)들은 도6B에 도시된 것처럼 그룹으로서 조합되어 있으며, 각 그룹의 퓨즈(35)는 수직 방향으로 배열된 복수개의 버스 바아(14a) 각각에 연결되고 개개의 버스 바아(14a)는 상이한 리드 와이어(14b)로 연결되어 있다.Further, in this embodiment, the
또한, 도7A 및 도7B는 퓨즈(35)를 연결하기 위하여 클립을 사용하는 구조 예를 도시한다. 이 경우에, 퓨즈(35)는 약 2 cm인 직경과 약 15 cm인 길이를 갖는 구 유닛과 대향단들에 있는 단자(35a, 35b)들을 갖고 원통형으로 형성되어 있다. 주 유닛의 외부 케이싱은 세라믹으로 제조되어 있고 단자(35a, 35b)들은 퓨즈(35)가 오존화 가스의 분위기에 노출되었을 때에도 약화되지 않도록 스텐레스강으로 제조되어 있다. 하나의 단자(35a)는 고전압 전극(13)의 단부면에 고정되고 다른 하나의 단자(35b)는 버스 바아(14)에 고정된 클립(36)에 결합되어 있다. 이러한 구조는 퓨즈를 나사고정 방법에 비해서 간단하게 고정할 수 있게 해주고, 퓨즈 및 고전압 전극이 나사고정시의 토크에 의해 손상되지 않게 해주는 장점을 갖는다.7A and 7B show an example of the structure using a clip to connect the
다음에는 상기 구조를 취하는 오존 발생장치의 작동 특성에 대하여 설명한다. 먼저, 도19A 및 도19B는 본 발명에 따른 전극 냉각 효과를 설명하기 위하여 입력 전력과 오존 농도 사이의 관계와, 입력 전력과 전력 소모 사이의 관계를 도시하는 그래프이다. 도25에 도시된 종래 기술의 전극 냉각 시스템은 외부 냉각으로서 정의되어 있고, 본 발명에 따른 접지 전극과 고전압 전극 사이의 전극 냉각 시스템은 2중 냉각으로서 정의되어 있다. 접지 전극과 고전압 전극 사이의 방전 갭은 1 mm이고, 원료 가스는 10 l/min의 유속을 갖는 산소이다. 여기서, 상대 오존 농도는 최대 오존 농도가 10 ℃에서 냉각수로 2중 냉각에 의해 냉각된 표준을 1.0으로 하였을 때 최대 오존 농도에 대한 상대값이고, 상대 소모는 최대 오존 농도를 얻기 위한 전력 소모를 1.0으로 가정하였을 때 이 전력 소모에 대한 상대값이고, 상대 전력은 상기 표준 전력에 대한 상대값이다. 도19A에 도시된 것처럼 외부 냉각(냉각수 온도 30 ℃)에서, 오존 농도는 최대값에 도달하도록 증가되고 그 후에 오존 발생관에 인가된 상대 전력이 증가함으로써 감소된다. 그 이유는 방전 갭 온도가 증가하고 방전 갭을 통과하는 동안에 오존이 열분해되기 때문이다. 한편, 냉각수 온도 30 ℃에서의 2중 냉각시에 오존 포화 농도는 20 % 증가했고, 냉각수 온도 10 ℃에서의 2중 냉각시에 포화 농도는 40 % 증가했다. 그 이유는 생성된 오존의 열분해를 억제하고 고농도의 오존을 얻도록 방전 갭 온도가 2중 냉각에 의해 감소되기 때문이다. 한편, 도19B로부터 알 수 있는 것처럼 전력 소모(단위 량의 오존을 발생시키는 데 필요한 전력)는 외부 냉각(냉각수 온도 30 ℃)의 경우에서 상대 전력을 증가시키면서 신속하게 증가한다. 이와 달리, 2중 냉각(냉각수 온도 30 ℃) 및 2중 냉각(냉각수 온도 10 ℃)에서 개개의 특성 곡선은 비교적 큰 전력으로 이동되어 있다. 이들은 동일 전력에서 비교할 때 오존 발생량(=오존 농도 × 가스 유속)이 외주 냉각에 비해 2중 냉각에서 증가하며, 전력 소모는 반대로 감소한다. 이러한 사실들로부터, 2중 냉각 시스템을 사용함으로써 오존 발생 효율을 개선할 수 있는 것을 알 수 있다.Next, the operating characteristics of the ozone generator having the above structure will be described. First, FIGS. 19A and 19B are graphs showing the relationship between input power and ozone concentration and the relationship between input power and power consumption in order to explain the electrode cooling effect according to the present invention. The prior art electrode cooling system shown in FIG. 25 is defined as external cooling, and the electrode cooling system between the ground electrode and the high voltage electrode according to the present invention is defined as double cooling. The discharge gap between the ground electrode and the high voltage electrode is 1 mm, and the source gas is oxygen having a flow rate of 10 l / min. Here, the relative ozone concentration is a relative value of the maximum ozone concentration when the maximum ozone concentration is 1.0, the standard cooled by double cooling with cooling water at 10 ℃, the relative consumption is 1.0 to the power consumption to obtain the maximum ozone concentration If it is assumed to be a relative value for this power consumption, the relative power is a relative value to the standard power. In external cooling (cooling
도20A 및 도20B는 상기에 설명한 2중 냉각 시스템에서의 파라미터로서 방전 갭 거리를 사용하여 전력과 오존 농도 사이의 관계 및 전력과 전력 소모 사이의 관계를 각각 도시한 특성도이다. 작동 상태는 다음과 같다: 냉각수 온도는 10 ℃이고 원료 가스로서는 10 l/min의 유속을 갖는 산소를 사용했다. 도20A에 도시된 것처럼 방전 갭이 1 mm인 경우에 오존 발생관에 인가된 상대 전력으로서 오존 농도는 최대값에 도달한 다음에 감소한다. 그 이유는 방전 갭 온도가 증가하고 오존의 열분해가 일어나기 때문이다. 이와 달리, 방전 갭이 0.5 mm로 좁으면 오존 농도가 약 8 % 증가하고, 방전 갭이 0.3 mm로 더 감소되면 포화 농도가 20 % 증가한다. 이는 방전 갭을 좁게 함으로써 방전시의 평균 전자 에너지가 증가하고 산소 분자의 분해 효율이 개선되는 효과를 나타낸다. 또한, 방전 갭이 좁아지면, 원료 가스의 유속도 증가하여 갭 내에서의 체류 시간이 감소되고 오존의 열분해가 크게 억제된다. 이러한 사실들로부터, 방전 갭을 1 mm 미만으로 설정함으로써 생성된 오존의 농도를 증가시킬 수 있고 오존 발생 효율을 개선시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.20A and 20B are characteristic diagrams showing the relationship between power and ozone concentration and the relationship between power and power consumption, respectively, using discharge gap distances as parameters in the dual cooling system described above. The operating conditions are as follows: Oxygen with a cooling water temperature of 10 ° C. and a flow rate of 10 l / min was used as the source gas. As shown in Fig. 20A, when the discharge gap is 1 mm, the ozone concentration as the relative power applied to the ozone generating tube decreases after reaching the maximum value. This is because the discharge gap temperature increases and ozone pyrolysis occurs. In contrast, when the discharge gap is narrow to 0.5 mm, the ozone concentration increases by about 8%, and when the discharge gap is further reduced to 0.3 mm, the saturation concentration increases by 20%. This has the effect of narrowing the discharge gap, thereby increasing the average electron energy during discharge and improving the decomposition efficiency of oxygen molecules. In addition, when the discharge gap is narrowed, the flow velocity of the source gas increases, the residence time in the gap is reduced, and the thermal decomposition of ozone is greatly suppressed. From these facts, it can be seen that by setting the discharge gap to less than 1 mm, the concentration of generated ozone can be increased and the ozone generation efficiency can be improved.
도21은 본 발명에서 냉각제로서 사용된 순수의 저항과 순수를 통해서 일어나는 누설 전류 사이의 관계를 도시한 특성도이다. 먼저, 순수(R)의 저항과 냉각수 배관 내의 순수를 통해서 고전압 전극으로부터 접지측으로 누설되는 전력 손실(P)은 다음 식으로 표현된다.Fig. 21 is a characteristic diagram showing the relationship between the resistance of pure water used as the coolant in the present invention and the leakage current occurring through the pure water. First, the power loss P leaking from the high voltage electrode to the ground side through the resistance of pure water R and the pure water in the cooling water pipe is expressed by the following equation.
R = V2/(ρL/S)R = V 2 / (ρL / S)
P = v2/RP = v 2 / R
여기서, V: 인가된 전압, R: 누수 저항, ρ: 순수의 비저항, L: 절연관의 배관길이, S: 절연관의 단면적이다.Where V: applied voltage, R: leakage resistance, ρ: specific resistance of pure water, L: pipe length of the insulated tube, and S: cross-sectional area of the insulated tube.
여기서, 고주파 전원으로부터 고전압 전극에 인가된 전압(V)이 8000 V의 삼각파이면, ρ = 200 ㏀cm, L = 30 cm, S = 0.5 cm2 (튜브 내경 8 mm), 전력 손실이 적어도 P = 2.5 W이고 이는 오존 발생관에 인가된 전력(예를 들어 3000 W)에 비하면 무시해도 되는 정도이다. 한편, 순수의 비저항이 200 ㏀cm보다 작으면 누설 전력 손실을 신속하게 증가된다. 이러한 사실로부터, 2중 냉각 시스템용 냉각수로서는 200 ㏀cm 이상의 비저항을 갖는 순수를 사용하는 것이 바람직하다. 순수의 비저항은 냉각수 배관으로부터 도1에 도시된 이온 교환기(25)로 우회시켜 이온 교환된 순수의 유속을 제어함으로써 조정할 수 있다.Here, if the voltage (V) applied from the high frequency power source to the high voltage electrode is a triangle pie with 8000 V, ρ = 200 μm cm, L = 30 cm, S = 0.5 cm 2 (tube
도22는 도1에 도시된 실시예의 고전압 전극(13)에의 냉각수의 유속과 대류열 저항 사이의 관계를 도시한 특성도이다. 특히, 도1에 도시된 2중 냉각 시스템의 구조에서 열 네트워크 방법을 사용하는 계산에 따르면 전극에 인가된 전력에 의해 방출된 열의 약 60 %가 고전압 전극의 냉각수에 전달되고 나머지 40 %는 접지 전극의 냉각수에 전달된다. 이 60 %의 열을 효과적으로 제거하기 위해서는 고전압 전극(13)의 냉각 효율을 증진시킬 필요가 있으나, 냉각수가 중공 원통형 고전압 전극(13) 내부를 유동하는 상태에서는 냉각수와 고전압 전극(13)의 내측 벽면 사이의 경계부에서의 다음과 같은 등식에 의해 나타내어지는 대류열 저항(R1)이 존재한다.22 is a characteristic diagram showing the relationship between the flow rate of cooling water and the convective heat resistance to the
R1 = 1/(αA) = 1/(Nλ/d)R1 = 1 / (αA) = 1 / (Nλ / d)
여기서, α: 대류열 전달률, A: 고전압 전극의 열전달 면적, N: 너셀 넘버(Nusselt number), λ: 냉각수의 열전도율, d: 냉각수 통로의 상당 직경이다.Where α is the convective heat transfer rate, A is the heat transfer area of the high voltage electrode, N is the Nusselt number,? Is the thermal conductivity of the cooling water, and d is the equivalent diameter of the cooling water passage.
이 경우에, 도22의 특성도에 도시된 것처럼 대류열 저항(R1)은 냉각수의 유속(v)이 증가함으로써 신속하게 감소되고, 20 cm/sec를 넘는 범위에서 일정값으로 포화된다. 계산에 따르면, 이 포화값은 0.025 K/watt이다. 따라서, 본 발명에서는 대류열 저항이 최소 포화값 근처가 되게 하여 대류열 저항의 효과를 억제함으로써 고전압 전극의 냉각 효율을 증진시키도록 냉각수 유속을 20 cm/sec보다 크게 설정했다.In this case, as shown in the characteristic diagram of Fig. 22, the convective heat resistance R1 is rapidly decreased by increasing the flow rate v of the cooling water, and is saturated to a constant value in the range over 20 cm / sec. According to the calculation, this saturation value is 0.025 K / watt. Therefore, in the present invention, the cooling water flow rate is set to be greater than 20 cm / sec so that the convective heat resistance is near the minimum saturation value, thereby suppressing the effect of the convective heat resistance to enhance the cooling efficiency of the high voltage electrode.
도23은 도1에 도시된 실시예의 중공 원통형 고전압 전극(13)의 판 두께와 대류열 저항 사이의 관계를 도시한 특성도이다. 즉, 고전압 전극의 냉각수와 방전 갭 사이에는 다음 식으로 표현되는 대류열 저항(R2)이 존재한다.FIG. 23 is a characteristic diagram showing the relationship between the plate thickness and the convective heat resistance of the hollow cylindrical
R2 = t(λA)R2 = t (λA)
여기서, t: 고전압 전극의 두께, λ: 고전압 전극의 열전도계수, A: 고전압 전극의 열전달 면적이다.Where t is the thickness of the high voltage electrode, λ is the thermal conductivity coefficient of the high voltage electrode, and A is the heat transfer area of the high voltage electrode.
상기 식에 따르면, 전도열 저항(R2)은 스텐레스강으로 된 고전압 전극에 대하여 계산된 것으로, 예를 들어 고전압 전극(13)이 2 mm일 때 전도열 저항은 0.0045 K/watt이다. 한편, 고전압 전극의 두께가 극도로 감소되면, 전극 길이 1 m당 0.2 mm 이하의 정곡 정확도 및 ±0.1 mm이하의 진원도를 갖는 고전압 전극을 제조하는 것이 기술적으로 어려우며, 전극 자체의 압축 저항이 감소되어 냉각수가 전극 내부를 유동할 때 전극이 수압에 의해 변형된다. 따라서, 본 발명에서는 상기에 설명한 제조 정확도 및 압축 저항을 고려하여 중공 원통형 고전압 전극의 두께를 2 mm이하 1 mm 이상으로 하였다. 이는 고전압 전극의 냉각 효율을 높게 얻을 수 있게 해주고 생성된 오존의 농도를 증가시켜 준다.According to the above formula, the conductive heat resistance R2 is calculated for the high voltage electrode made of stainless steel, for example, when the
본 발명의 또 다른 실시예가 도8A 및 도8B에 도시되어 있다. 이 실시예는 도1에 도시된 실시예와 기본적으로는 동일하지만 원료 가스 입구 및 오존화 가스 출구의 배치 및 물 재킷의 구조가 다르다.Another embodiment of the present invention is shown in Figures 8A and 8B. This embodiment is basically the same as the embodiment shown in Fig. 1, but the arrangement of the source gas inlet and the ozonized gas outlet and the structure of the water jacket are different.
즉, 도8의 구조에서는 원료 가스 입구(7)가 용기의 본체(1) 상부면 상에 마련되고, 오존화 가스 출구(8)가 본체(1)의 하부면 상에 거꾸로 마련되어 있다. 이러한 구조를 취함으로써 가스 유동로는 원료 가스가 원료 가스 챔버(100)의 상부측으로부터 도입되고 오존화 가스가 오존화 가스 챔버(200)의 하부측으로부터 배출되도록 형성되어 있어서 유동 효율을 얻을 수 있다.That is, in the structure of FIG. 8, the
특히, 원료 가스가 예를 들어 산소이면 오존은 산소보다 큰 비중을 갖는다. 따라서, 도1 또는 도25에 도시된 것처럼 원료 가스 입구가 챔버의 하부측 상에 마련되고 오존 가스 출구가 상부측에 마련된 구조에서는 오존이 바닥측 상에 머무는 경향을 나타낸다. 많은 수의 오존 발생관을 본체에 합체시키면 가스 유동의 표류가 일어나고, 가스 유속과 개개의 오존 발생관 내의 오존 농도가 달라지게 되는 경향을 갖게 된다. 그러나, 상기에 설명한 것처럼 가스 출구(8)가 하부측 상에 있도록 가스 유동을 용기 내에서 비스듬하게 형성함으로써 가스 유동의 표류를 방지할 수 있고 원료 가스를 개개의 오존 발생관에 균일하게 공급할 수 있다.In particular, if the source gas is oxygen, for example, ozone has a specific gravity greater than oxygen. Therefore, in the structure in which the source gas inlet is provided on the lower side of the chamber and the ozone gas outlet is provided on the upper side as shown in Fig. 1 or 25, ozone tends to stay on the bottom side. Incorporating a large number of ozone generating tubes into the body causes drift of the gas flow, and tends to change the gas flow rate and the ozone concentration in the individual ozone generating tubes. However, as described above, the gas flow is formed obliquely in the container so that the
또한, 도8A 및 도8B에 도시된 실시예에서, 본체(1)의 쌍을 이룬 우측 및 좌측 격벽(5, 6)들 사이에 형성된 물 재킷(4)에는 중간 격벽(37)이 벽(5, 6)들의 중간에 마련되고, 냉각수 입구(9) 및 출구(10)는 본체(1)의 하부면측 상에서 본체측들에 분배되어 있다. 이는 냉각수 입구(9)와 출구(10) 사이의 중간 격벽(37)의 양측면 상의 물 재킷(4)에 반전된 U형 냉각수 통로를 형성한다. 중간 격벽(37)의 하단은 본체(1)의 바닥부에 용접되고 양측단들은 본체(1)의 측벽들에 용접되어 있다. 또한, 평 패킹(38)이 중간 격벽(37)의 냉각수 입구측에 대면하는 벽면 상에 마련되어 있다. 평 패킹(37)에 의해서, 접지 전극(11)이 관통하게 되는 중간 격벽(37)의 구멍은 액체 기밀식으로 밀봉된다. 평 패킹(38)은 전극의 외경보다 약간 작은 직경을 갖는 구멍을 접지 전극(11)의 관통부에 갖추고 있으며 볼트(도시 생략)에 의해 중간 격벽(37)에 고정되어 있다.In addition, in the embodiment shown in Figs. 8A and 8B, the
냉각수가 냉각수 입구(9)로부터 물 재킷(4) 쪽으로 공급될 때 냉각수는 격벽(5)과 중간 격벽(37) 사이의 물 통로에서 상방으로 유동하고, 그 후에 중간 격벽(37)의 상단에서 U턴하여 중간 격벽(37)과 격벽(6) 사이의 물 통로에서 하방 유동하고 냉각수 출구(10)로부터 유출된다. 이러한 구조로부터 알 수 있는 것처럼 물 재킷(4) 내부를 유동하는 냉각수의 이동 거리는 도1 및 도25의 구조에 비해 약 2배 정도로 된다. 냉각수의 용량이 동일하더라도 유속이 2배로 증가하여 접지 전극(11)에 대한 냉각 효율을 개선시키게 된다.When the coolant is supplied from the
또한, 도8의 구조에서는 물 재킷(4)의 상부면이 대기측에 대하여 개방되어 있다. 이는 용기의 본체(1)에 수압이 인가되는 것을 억제하여 본체(1)에 필요한 구조에서의 압력 저항을 이 범위까지로 할 수 있게 해준다.8, the upper surface of the
도9A 및 도9B는 상기 대기 개방형 물 재킷(4)의 개선된 실시예를 도시하며, 여기서는 물 재킷(4)의 개방면을 덮도록 액체면 상에 막 시일(39)이 마련되어 있다. 이 막 시일(39)은 대기로부터의 산소가 냉각수 내에 용해되는 것을 방지하도록 냉각수가 대기에 직접 접촉하지 않게 한다. 즉, 냉각수에 용존 산소 농도가 증가되면 금속 접지 전극(11)이 산화 부식되어 이의 수명을 단축시키게 된다. 그러나, 물 재킷(4)의 개방면을 막 시일(39)로 덮음으로써 냉각수의 온도 증가에 기인한 냉각수의 팽창 부분이 수압의 증가를 일으키지 않으면서 대기로부터 냉각수 안으로 방출되어 산소의 용해를 효과적으로 억제하게 된다.9A and 9B show an improved embodiment of the air
또한, 도10A 및 도10B는 도9의 구조에 더하여 접지 전극(11)의 부식을 방지하기 위해 냉각수 내에 용존 산소의 농도를 감소시키도록 질소 가스를 외부로부터 물 재킷(4)의 냉각수 안에 기포식으로 도입하는 개선된 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 가스 도관(40)은 물 재킷(4) 내측에 개방식으로 마련되어 질소 가스원에 연결되며, 질소 가스는 물 재킷을 충전시키는 냉각수 내에 가스 도관(40)을 통해서 기포식으로 도입된다.10A and 10B, in addition to the structure of FIG. 9, nitrogen gas is bubbled from the outside into the cooling water of the
도24는 물 재킷(4) 내에 질소 가스를 기포식으로 도입한 결과에 따른 냉각수 내의 용존 산소 농도의 변화를 시간 경과에 따라 도시한 다이아그램이다. 201의 냉각수량 및 1 l/min인 질소 가스 유속을 사용한 실험으로부터 알 수 있는 것처럼, 실험 초기에 5 mg/l이던 냉각수 내의 용존 산소 농도의 초기값이 질소 가스의 기포식 도입이 개시된 후에 시간이 경과함에 따라 100분 후에는 거의 0 mg/l에 도달한다.FIG. 24 is a diagram showing the change of the dissolved oxygen concentration in the cooling water over time as a result of the introduction of nitrogen gas into the
다음에, 도11A 및 도11B에는 용기의 본체(1)에 합체된 복수개의 고전압 전극(13)에 냉각수를 공급하기 위한 배관 시스템에 응용한 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 복수개의 전극들을 포함하는 각 그룹중 하나의 그룹 내에서 고전압 전극(13)들 사이에 직렬로 연결된 절연관(24)은 오존화 가스 챔버(200) 내에 배치된 입구 및 출구측 냉각수 분배기(23)들 사이에 마련되어 있다. 즉, 실제 제품에서는 수십 내지 수백 개의 고전압 전극들이 용기에 합체되어 있으며, 절연관(240이 분배기들 사이의 각 전극에 개별적으로 연결되어 있는 경우에는 많은 수의 절연관이 필요해서 배관 구조가 복잡해진다. 한편, 상기에 설명한 것처럼 각 그룹 내의 복수개의 고전압 전극(13)이 이들을 직렬로 연결하는 절연관(24)을 갖추고 있으면 배관 구조 및 배관 작업이 현저하게 간단해진다.11A and 11B show an embodiment applied to a piping system for supplying cooling water to a plurality of
도12는 또 다른 응용 예를 도시하는데, 여기서는 고전압 전극들에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 분배기(23) 및 절연관(24)이 도11에 도시된 실시예에서와는 반전된 상태로 원료 가스 챔버(100) 내에 배치되어 있다. 원료 가스 입구측으로부터 고전압 전극으로 냉각수를 공급함으로써 절연관은 오존화 가스에 노출되지 않으므로 오존 저항을 고려할 필요가 없고, 따라서 나일론 등의 통상적으로 입수할 수 있는 재료로 제조할 수 있다. 이 실시예에서는 상기에 설명한 구조와 관련하여 고전압 전력 공급 회로의 부싱(15) 및 버스 바아(14)가 오존화 가스 챔버(200) 측으로 이동된다.FIG. 12 shows another application example, where the
용기의 구조와 관련한 본 발명에 따른 또 다른 실시예가 도13 및 도14에 도시되어 있다. 먼저, 도13A 및 도13B에 도시된 실시예는 본체(1)의 전방단 및 후방단 상에 배치된 단부판(2, 3) 내부를 관찰하기 위한 감시창(41)이 마련되어 있다. 이들 감시창(41)을 마련함으로써 본체에 합체된 오존 발생관들의 방출 상태 작동 등을 외부에서 시각적으로 관찰할 수 있으며, 오존 발생관이 손상되었을 경우에 손상된 위치를 외부에서 확인할 수 있다. 감시창(41)의 위치 및 크기는 본체에 합체된 전체 오존 발생관을 관찰할 수 있도록 결정된다.Another embodiment according to the invention with regard to the structure of the container is shown in FIGS. 13 and 14. First, the embodiment shown in Figs. 13A and 13B is provided with a
또한, 이 실시예에서는 단부판(2, 3)이 힌지편(42)을 통해서 본체(1)에 장착된 도어 구조로 형성되어 있다. 부호 43은 도어판의 보강 리브이고, 44는 하부측으로부터 폐쇄된 위치에서 단부판(2, 3)을 지지하는 지지 가이드이다. 이러한 구조를 취함으로써 검사 등의 보수시에 무거운 단부판(2, 3)을 크레인 등을 사용하지 않고도 간편하게 개폐할 수 있다. 또한, 지지 가이드(44)를 갖추고 있음으로써 도어가 폐쇄되었을 때 단부판(2, 3) 및 본체(1)에 마련된 볼트 구멍의 정렬 상태가 유지된다.In this embodiment, the
도14A 및 도14B는 오존 발생장치의 전체 구조를 도시하며, 여기서 도13에 도시된 것처럼 도어 구조의 단부판(2, 3)은 본체(1)의 양단 상에 배치되고, 본체(1)의 상하부면들은 원료 가스 입구(7), 오존 가스 출구(8), 냉각수 입구(9) 및 출구(19), 부싱(15) 등을 갖추고 있다. 또한, 본체(1)의 외주연면 상에는 도13에 도시된 것과 동일한 보강 리브(43)가 적절한 위치에 마련되어 있다. 즉, 용기 내에 도입된 가스 압력은 예를 들어 절대 압력이 1.6 atm이고, 용기는 내압을 견디기 위한 두께를 가질 필요가 있으나, 상기에 도시된 것처럼 보강 리브(43)를 마련함으로써 용기의 강판 두께를 감소시킬 수 있으며, 이로써 경량 및 저비용의 오존 발생장치를 얻을 수 있다. 또한, 냉각수가 작동중에 본체(1) 내에서 재순환되기 때문에 냉각수 온도가 낮으면 측벽에 결로가 발생하여 응축된 물이 플로어 상에 떨어져서 플로어 표면을 적시게 된다. 따라서, 이 실시예에서는 용기의 외부면으로부터 떨어진 응축수를 수용하여 배수관(도시 생략)을 통해서 시스템 외부로 배출하도록 용기 아래에 배수팬(45)을 배치하고 있다. 또한, 배수팬(45)은 도시된 것처럼 2개의 단부 부분과 하나의 중심 부분 등 3개의 부분들로 분할되거나 일체 구조를 취할 수도 있다.14A and 14B show the overall structure of the ozone generator, wherein the
도15는 오존 발생장치에 마련된 가스 및 냉각수 배관 시스템을 도시하는 개략적인 유동 회로도로서, 여기서는 가스 및 냉각수 배관 시스템에 더하여 유동 요소가 마련되어 있다. 즉, 대기에 개방되는 상부면을 갖춘 물 재킷(4)에는 보수 후에 냉각수를 공급하기 위해 물 재킷(4)의 상부에서 개방되는 급수관(46)과 냉각수를 공급할 때 물 재킷(4)으로부터 과량의 물을 배출하기 위한 유출관(47)이 마련되어 있다. 또한, 누수 센서(1[8)가 원료 가스 챔버(100) 및 오존화 가스 챔버(200)의 바닥에 배치되어 있다. 냉각수가 고전압 전극 또는 접지 전극으로부터 챔버로 누수되면, 누수 센서(48)가 누수를 감지하여 경보를 울리고 작동을 멈추게 한다. 이는 고전압 전기의 누설 등의 2차 사고를 방지할 수 있게 해준다. 또한, 냉각수를 보수중에 완전히 제거할 수 있도록 냉각수 공급관 및 배출관이 배수부(49)를 개별적으로 갖추고 있다.Fig. 15 is a schematic flow circuit diagram showing a gas and cooling water piping system provided in the ozone generator, in which a flow element is provided in addition to the gas and cooling water piping system. That is, the
도16, 도17 및 도18에는 오존 발생장치의 주 유닛이 설치 공간을 줄이기 위해 공통 받침대 상에 마련된 전원부 및 다른 주변 장치와 함께 배치되어 있는 몇몇 실시예가 도시되어 있다. 개개의 실시예에 대하여 도27에 도시된 종래 기술의 개별배치 시스템과 비교하여 설명한다. 먼저, 도16에 도시된 실시예에서, 용기 주 유닛(18) 및 전원부(16)의 스텝-업 변환기(16b)는 공통 받침대(50) 상에 배치되고, 인버터(16a)는 받침대(50) 외측에 배치되어 케이블을 갖춘 스텝-업 변환기(16b)에 연결되어 있다. 또한, 재순환 펌프(20) 및 열교환기(21) 등의 냉각수 시스템 주변 장치는 받침대(50) 외부에 배치되어 냉각수 배관(19)에 의해 주 유닛(18)에 연결되어 있다. 도27에 도시된 종래 기술의 배치에서, 고전압 케이블(22)은 주 유닛(18)과 이 주 유닛으로부터 이격된 위치에 별도로 배치된 스텝-업 변환기(16b) 사이에 마련되어 있으나, 도16에 도시된 배치에서는 스텝-업 변환기(16b)와 주 유닛(18)을 받침대(50) 상에 직접 연결할 수 있어서 소음 및 전기 충격 등의 위험을 없앨 수 있다.Figures 16, 17 and 18 show some embodiments in which the main unit of the ozone generator is arranged with a power supply and other peripheral devices provided on a common pedestal to reduce the installation space. Individual embodiments will be described in comparison with the prior art individual arrangement system shown in FIG. First, in the embodiment shown in Fig. 16, the step-up
또한, 도17에 도시된 실시예에서 오존 발생장치의 용기 주 유닛(18)과 스텝-업 변환기(16b)와 냉각수 재순환 펌프(20) 및 열교환기(21)가 공통 받침대(50) 상에 배치되어 있고, 주 유닛(18)과 재순환 펌프(20) 및 열교환기(21)가 공통 받침대 상의 냉각수 배관(19)에 의해 서로 연결되어 있다. 이는 냉각수 배관의 배관 길이를 감소시켜 열손실을 감소시켜 준다.Further, in the embodiment shown in Fig. 17, the vessel
또한, 도18에 도시된 실시예에서 급냉기(수냉각용 냉동기, 51)가 도16 및 도17의 재순환 펌프(20) 및 열교환기(21)에 사용되어 공통 받침대(50) 상에 배치되어 있다.In addition, in the embodiment shown in Fig. 18, a quench cooler (water cooling freezer 51) is used in the
상기에 설명한 것처럼 오존 발생장치를 공통 받침대(50)를 사용하는 유닛에 일체로 구성함으로써 우 장치를 별도로 배치한 종래 기술의 구성에 비해 우수한 상기의 여러 효과에 더하여 장치의 소형화 및 현저한 정도의 공간 절약을 얻을 수 있다.As described above, the ozone generator is integrally formed in a unit using the
본 발명을 양호한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이 기술분야에 숙련된 자는 넓은 관점에서 본 발명의 범위 내에서 상기 실시예들을 여러 형태로 변경 및 수정할 수 있으며, 따라서 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명은 그 기술사상 내에서의 모든 변경 및 수정도 보호하려는 것이다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, those skilled in the art may, in broad terms, modify and modify the embodiments in various forms within the scope of the invention, and therefore, as set forth in the appended claims. The present invention is intended to protect all changes and modifications within the spirit.
도1A는 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생장치의 전체 구조를 도시한 개략 단면도.1A is a schematic cross-sectional view showing the entire structure of an ozone generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
도1B는 오존 발생장치의 일부를 확대 도시한 개략 단면도.1B is an enlarged schematic cross-sectional view of a portion of an ozone generator.
도2A는 도1A의 본체의 일단을 도시한 개략도.Fig. 2A is a schematic diagram showing one end of the main body of Fig. 1A.
도2B는 본체의 단부를 도시한 종단면도.Fig. 2B is a longitudinal sectional view showing the end of the main body.
도3A는 오존 발생관을 도시한 종단면도.Fig. 3A is a longitudinal sectional view showing an ozone generating tube.
도3B는 도3A의 횡단면도.3B is a cross-sectional view of FIG. 3A.
도4A는 도1A의 접지 전극 장착부를 도시한 단면도.Fig. 4A is a sectional view of the ground electrode mounting portion of Fig. 1A.
도4B는 도4A의 정면도.4B is a front view of FIG. 4A.
도5A 및 도5B는 O링 고정 가이드의 정면도 및 측면도, 도5C 및 도5D는 고정판의 정면도 및 측면도, 도5E 및 도5F는 O링 고정 가이드와 고정판을 일체로 결합하는 전극 고정 부재의 정면도 및 측면도.5A and 5B are front and side views of the O-ring fixing guide, FIGS. 5C and 5D are front and side views of the fixing plate, and FIGS. 5E and 5F are views of the electrode fixing member integrally coupling the O-ring fixing guide and the fixing plate. Front view and side view.
도6A 및 도6B는 도1A의 고전압 전극의 전원 구조를 도시한 측면도 및 정면도.6A and 6B are side and front views showing the power supply structure of the high voltage electrode of Fig. 1A;
도7A 및 도7B는 도6A 및 도6B에 각각 도시된 퓨즈 장착 구조를 도시한 측면도 및 정면도.7A and 7B are side and front views showing the fuse mounting structure shown in Figs. 6A and 6B, respectively.
도8A는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 전체 오존 발생장치를 도시한 종단면도, 도8B는 본체를 도시한 횡단면도.Fig. 8A is a longitudinal sectional view showing the whole ozone generating device of another embodiment according to the present invention, and Fig. 8B is a cross sectional view showing the main body.
도9A 및 도9B는 도8A에 도시된 물 재킷의 또 다른 실시예를 도시한 평면도 및 단면도.9A and 9B are plan and cross-sectional views showing yet another embodiment of the water jacket shown in Fig. 8A.
도10A 및 도10B는 물 재킷의 또 다른 실시예를 도시한 평면도 및 측면도.10A and 10B are plan and side views showing yet another embodiment of a water jacket.
도11A 및 도11B는 고전압 전극으로의 냉각수 공급 시스템을 도시한 단면도 및 정면도.11A and 11B are sectional and front views showing a cooling water supply system to a high voltage electrode.
도12는 본 발명에 따른 오존 발생장치의 또 다른 실시예를 도시한 종단면도.Figure 12 is a longitudinal sectional view showing yet another embodiment of the ozone generating device according to the present invention.
도13A 및 도13B는 단부판이 도어 구조로서 형성되어 있는 본 발명에 따른 일 실시예를 도시한 정면도 및 측면도.13A and 13B are front and side views showing one embodiment according to the present invention in which the end plate is formed as a door structure;
도14A 및 도14B는 본 발명에 따른 오존 발생장치의 외관을 도시한 평면도 및 측면도.14A and 14B are a plan view and a side view showing an appearance of an ozone generating apparatus according to the present invention.
도15는 본 발명에 따른 오존 발생장치 내의 가스 및 냉각수 배관 시스템을 개략적으로 도시한 유동회로 다이아그램.Fig. 15 is a flow circuit diagram schematically showing a gas and cooling water piping system in the ozone generating device according to the present invention.
도16은 본 발명에 따른 오존 발생장치의 배치 예를 도시한 배치 다이아그램.Fig. 16 is a layout diagram showing an arrangement example of the ozone generating device according to the present invention.
도17은 본 발명에 따른 오존 발생장치의 또 다른 실시예를 도시한 배치 다이아그램.Figure 17 is a layout diagram showing yet another embodiment of the ozone generating apparatus according to the present invention.
도18은 본 발명에 따른 오존 발생장치의 또 다른 실시예를 도시한 배치 다이아그램.18 is a layout diagram showing yet another embodiment of the ozone generating device according to the present invention;
도19A 및 도19B는 본 발명의 전극 냉각 시스템을 종래 기술에서의 것과 비교하기 위해 입력 전력과 오존 농도, 입력 전력과 전력 소모 사이의 관계를 도시한 특성도로서, 도19A는 상대 전력과 상대 오존 농도 사이의 관계를 도시한 특성도, 도 19B는 상대 전력 및 상대 전력 소모 사이의 관계를 도시한 특성도.19A and 19B are characteristic diagrams showing the relationship between input power and ozone concentration, input power and power consumption in order to compare the electrode cooling system of the present invention with those in the prior art, and FIG. 19A is a relative power and relative ozone. Fig. 19B is a characteristic diagram showing the relationship between the concentration and the relationship between the relative power and the relative power consumption.
도20A 및 도20B는 접지 전극과 고전압 전극 사이의 방전 갭을 사용하여 입력 전력과 오존 농도, 입력 전력과 전력 소모 사이의 관계를 도시한 특성도로서, 도 20A는 상대 전력과 상대 오존 농도 사이의 관계를 도시한 특성도, 도20B는 상대 전력과 상대 전력 소모 사이의 관계를 도시한 특성도.20A and 20B are characteristic diagrams showing the relationship between input power and ozone concentration, input power and power consumption using the discharge gap between the ground electrode and the high voltage electrode, and FIG. Fig. 20B is a characteristic diagram showing a relationship between relative power and relative power consumption.
도21은 본 발명에 따른 고전압 전극의 냉각수로서 사용된 순수(pure water)의 비저항과 누설 전력 사이의 관계를 도시한 특성도.Fig. 21 is a characteristic diagram showing the relationship between the specific resistance and leakage power of pure water used as cooling water of the high voltage electrode according to the present invention.
도22는 본 발명에 따른 고전압 전극에 공급된 순수의 유속과 대류열 저항 사이의 관계를 도시한 특성도.Fig. 22 is a characteristic diagram showing the relationship between the flow rate of pure water and convective heat resistance supplied to the high voltage electrode according to the present invention.
도23은 본 발명에 따른 고전압 전극의 두께와 대류열 저항 사이의 관계를 도시한 특성도.Fig. 23 is a characteristic diagram showing the relationship between the thickness of the high voltage electrode and the convective heat resistance according to the present invention.
도24는 질소 가스가 본 발명에 따른 물 재킷 내의 냉각수에 기포로 도입될 때 시간 경과에 따른 용존 산소 농도의 변화를 도시한 특성도.Fig. 24 is a characteristic diagram showing the change of dissolved oxygen concentration over time when nitrogen gas is introduced into the cooling water in the cooling water in the water jacket according to the present invention.
도25A 및 도25B는 종래 기술의 오존 발생장치의 종단면도 및 본체의 횡단면도.25A and 25B are longitudinal cross-sectional views of the ozone generator of the prior art, and cross-sectional views of the main body;
도26A 및 도26B는 종래 기술의 오존 발생관의 종단면도 및 횡단면도.26A and 26B are longitudinal cross sectional and cross sectional views of the ozone generating tube of the prior art;
도27은 종래 기술의 오존 발생장치의 배치를 도시한 개략도.Fig. 27 is a schematic diagram showing the arrangement of the ozone generator of the prior art.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
1: 본체1: main body
4: 물 재킷4: water jacket
6: 격벽6: bulkhead
8: 오존화 가스 출구8: ozonation gas outlet
11: 접지 전극11: grounding electrode
11a: 금속관11a: metal tube
12: 방전 갭12: discharge gap
13: 고전압 전극13: high voltage electrode
17: 밀봉 부재17: sealing member
21: 열교환기21: heat exchanger
24: 절연관24: insulated tube
25: 이온 교환기25: ion exchanger
27: 스토퍼 피스27: stopper piece
32: 전극 고정 부재32: electrode fixing member
32a: 가이드32a: guide
32b: 고정판32b: fixed plate
34: 코일 스프링34: coil spring
45: 배수팬45: drain pan
100: 원료 가스 챔버100: raw material gas chamber
200: 오존화 가스 챔버200: ozonation gas chamber
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