KR101001858B1 - 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치에 관한 것으로서 유전체로 이루어지는 유전체관과, 유전체관 내부 벽면에 설치되어지는 전극부와, 상기 유전체관의 외측면을 감싸며 결합되는 케이스부와, 상기 케이스부 내부에 유동되어 전극역활을 하는 수전극과, 상기 전극부와 연결되어 전원을 인가하는 전원인가장치로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치에 관한 것이다.

Description

수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치{Ozone create equipment to continuity discharge a way of coaxial shape useing for water electrode}

본 발명은 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치에 관한 것으로서 유전체로 이루어지는 유전체관과, 유전체관 내부 벽면에 설치되어지는 전극부와, 상기 유전체관의 외측면을 감싸며 결합되는 케이스부와, 상기 케이스부 내부에 유동되어 전극역활을 하는 수전극과, 상기 전극부와 연결되어 전원을 인가하는 전원인가장치로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치에 관한 것이다.

일반적으로 오존은 1957년 독일 베르너 본 지넨스(Werner Von Sienens)에 의해 고안된 무성 방전형 오존 발생기를 만든 이래 다양한 방법으로 이용되고 있다. 오존은 다른 산화제와 달리 잔류성이 없고 유기물 분해에 관여하여 무해한 작용도 안정되어 있어 환경을 중시하는 세계적인 추세에 따라 오존의 활용 범위가 확대되고 있다.

오존의 발생은 산소(O2)에 물리화학적인 에너지를 가하면 불안정한 동소체로서 생성된다. 예를 들어 불소와 물의 반응, 유산을 발생시키는 방법은 전기적 에너지를 이용하는 무성 방전법, 방사선 조사법, 광화학 반응법, 전해법 등이 있으나 에너지 효율 및 안정성을 고려한 산업용으로는 무성방전이 일반적으로 사용되고 있다.

오존의 성상은 푸른색의 가스로 존재하고, 액체에 용해되었을 경우 흑청색, 고체상태에서는 검청색이다. 오존은 분자량 48, 끓는점 -111.9℃ 융점 -192.5℃, 비중은 6%(Wt)일 때 공기의 1.16%, 용해도는 수은 10℃, 오존농도 6%(Wt)일 때 40.2mg/L, 임계온도 -12.1℃, 임계압력 5.57MPa, 임계밀도 540kg/㎥와 같은 특성을 가진다.

전기적 에너지를 이용한 오존 발생방법은 무성 방전법과 연면 방전법이 실용화되고 있다. 무성방전은 두개의 전극 사이에 파이렉스 유리나 세라믹 등의 유전물질을 두고 원료가스를 흘리면서 2∼15Kv의 고전압을 가하여 방전을 유도한다.

연면 방전법은 방전공간에 산소를 투입하면 오존이 발생하게 되는데 이때 반응관계는 다음과 같다. (M:반응에 관여하는 제3물질)

O2 + e- → O + O + e-

O + O2 + M → O3 + M

O2 + O2 → O3 + O

위와 같은 반응의 결과물로서, 오존이 발생되기 위하여 원료가스 공급 기술, 방전관 설계기술, 전원 공급장치기술, 냉각기술과 같은 요소기술이 최적화되어야 한다.

오존발생에 관하여는 영향요소 중에서 오존방전 구조와 냉각장치는 서로 밀접한 상관관계를 지니고 있다. 적절한 방전공간을 형성하는 오존방전관내에서 방전시 발생되는 열에너지는 적절한 방법으로 제거되어야 한다. 방전관의 열은 원료가스의 오존화 반응을 저해하는 가장 큰 요소로 알려져 있으며, 따라서 적절한 설계와 이에 따른 냉각방식이 고려되어야 한다.

지금까지의 방전관 구조는 방전 효율을 향상시키기 위하여 유전체와 전극의 밀착력을 향상시키기 위하여 금속 전극에 유전체 코팅을 하거나 유전체에 금속막 코팅을 하여 전극과 유전체의 밀착력을 제고시켜 열발생 억제와 방전효율을 도모하고, 전극 외부와 유전체 외부에 밀착된 방열핀에 의한 공냉식이나 수냉식 냉각장치를 설치하는 구조가 주를 이루고 있다.

일예로 내, 외부 금속전극사이에 삽입된 유전체 사이로 원료를 흘려 보내면서 두 전극에 고전압을 가하면 유전체 내부에서 코로나 현상에 의한 대전이 발생되고, 이로 인해 산소가 오존으로 바뀌게 된다.

이때 유전체 및 금속전극을 냉각시키기 위해 유전체 둘레에 냉각용 외부 워터자켓을 부착한 구조를 띠고 있다. 이러한 구조를 갖는 오존생성장치는 냉각방식이 양면으로 이루어져 흔히 양면냉각구조라고 불리기도 한다.

그러나 기존의 양면냉각구조는 냉각수가 금속 워터자켓속에 담겨져 있어 워터자켓이 유전체와 접촉하고 전극으로 작용하므로 전극의 냉각성이 저하되고, 전극의 접촉성이 저하되는 문제가 발생한다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 유전체관의 내부에 전극부를 설치하고, 유전체관의 외부에 케이스부를 결합하여 케이스부와 유전체관 간에 냉각수를 주입하여 수전극으로 사용하도록 하는 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은 유전체로 이루어지는 유전체관과, 유전체관 내부 벽면에 설치되어지는 전극부와, 상기 유전체관의 외측면을 감싸며 결합되는 케이스부와, 상기 케이스부 내부에 유동되어 전극역활을 하는 수전극과, 상기 전극부와 연결되어 전원을 인가하는 전원인가장치로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치에 관한 것이다.

본 발명은 접지전극을 냉각수 전극으로 하고 고전압 전극인 나선형의 금속와이어를 높은 경도를 갖는 텅스텐을 사용함으로써 오존생성을 위한 방전장치내부에 텅스텐 와이어 전극과 전자의 충돌로 인한 금속 불순물 생성을 최대한 억제하고와 접지전극이 바로 냉각수로 작용하여 방전으로 인한 열적 작용으로 인한 유전체 관 내부 방전공간의 온도상승에 의한 오존분해작용 감소를 통하여 고순도 및 고농도 방전 구조를 갖는 오존생성장치에 관한 것으로서 국내 오존이용 산업분야의 적용범위를 기존의 환경오염물 제거산업, 식음료 산업 등 저농도 오존이용기술 분야에서 반도체 산업의 세정공정분야나 난분해성 폐기물처리분야 등 10%이상의 고농도 오존을 필요로 하는 산업으로 오존이용기술의 적용범위를 확대하는 효과가 있으며, 최근 반도체 분야 및 LED, 태양전지 웨이퍼 제조산업 등에 오존을 이용하는 공정기술 개발이 활발해지면서 세정과 관련한 외국의 오존공정설비가 국내 반도체 라인을 대체하고 있는 시점인 바, 본 오존생성장치개발로 고농도 오존생성기술을 확보함으로써, 반도체분야의 오존공정설비 국산화 개발과 함께 수입대체를 기대할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치의 전체 구성을 나타낸 측 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치의 유전체부가 다수로 구성되어지는 것을 나타낸 측 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치의 전극부가 나선형으로 형성된 것을 나타낸 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치의 전극부가 지그재그 형상으로 형성되어진 것을 나타낸 측 단면도.

도 1내지 도 4에 도시된 바와같이 본 발명은 오존 생성 장치에 있어서, 유전체로 이루어져 내부를 산소가 통과하며, 연면방전 방식으로 오존을 생성할 수 있도록 원통형으로 이루어진 유전체관(10)과; 상기 유전체관(10) 내측면의 길이방향을 따라 설치되어지며, 전압을 유전체관(10) 내부로 인가하는 전극부(20)와; 상기 유전체관(10)의 외측면 전체를 감싸며, 내부측에 물이 주입되어 유동되는 유동부가 형성되며 접지와 연결되어지는 케이스부(30)와; 상기 유전체관(10)의 유동부에 주입되어 유전체관(10)을 냉각시키도록 유동되고, 전극부(20)에서 방전되는 전원을 접지시켜 케이스부(30)로 인가하는 수전극(40)과; 상기 전극부(20)와 케이스부(30)에 연결되어 전극부(20)에 전압을 인가하는 전압인가장치(50);를 포함하여 구성되어진다.

도 2에 도시된 바와같이 상기 유전체관(10)은 다수로 이루어져 케이스부(30) 내측에 이격되어 설치되어지고, 케이스부(30)의 유동부에는 냉각수가 흘러 수전극(40)을 형성하게 된다.

도 3에 도시된 바와같이 상기 전극부(20)는 유전체관(10)의 내측면 길이방향을 따라 나선형으로 형성성되어진다.

도 4에 도시된 바와같이 상기 전극부(20)는 유전체관(10)의 내측면 길이방향을 따라 지그재그형태로 이루어진다.

상기 전극부(20)는 텅스텐 재질로 이루어진다.

본 발명을 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1내지 도 4에 도시된 바와같이 유전체로 이루어지는 유전체관(10)과, 유전체관(10) 내부 벽면에 설치되어지는 전극부(20)와, 상기 유전체관(10)의 외측면을 감싸며 결합되는 케이스부(30)와, 상기 케이스부(30) 내부에 유동되어 전극역활을 하는 수전극(40)과, 상기 전극부(20)와 연결되어 전원을 인가하는 전원인가장치(50)로 구성되어진다.

도 1내지 도 4에 도시된 바와같이 상기 유전체관(10)은 유전체 재질로 이루어져 원통형으로 형성되며, 길이방향으로 산소가 유동되어지며, 내측면에 길이방향으로 전극부(20)가 결합되어진다.

도 3에 도시된 바와같이 상기 전극부(20)는 경도가 높은 텅스텐 재질로 이루어지며, 유전체관(10)의 내부에 나선형으로 길이방향을 따라 형성되고, 상기 전원인가장치(50)를 통해 전원을 인가받아 유전체관(10) 내부에 유동되어지는 산소를 반응시켜 오존으로 변환하도록 한다.

이때 상기 전극부(20)는 도 4에 도시된 바와같이 유전체관(10)의 내측면을 따라 길이방향으로 지그재그 형태로 이루어질 수도 있다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와같이 상기 케이스부(30)는 유전체관(10)의 외주연을 감싸도록 형성되어지고, 유전체관(10)의 외주연과 케이스부(30) 내측면 간에 물이 유입되어 채워져 유동되도록 유동부가 형성되어진다.

상기 케이스부(30)의 유동부에는 냉각수로 채워지며, 상기 냉각수는 케이스부(30)의 유동부와 연결되어지는 접지전극으로 유전체를 접지시키는 수전극(40)으로서 사용되어진다.

상기 유전체관(10)과 전극부(20)는 다수로 이루어져 상기 케이스부(30)에 간격이 이격되어 결합되어지며, 케이스부(30)의 유동부에 유입되어지는 냉각수를 통해 유전체관(10)이 냉각되어짐과 동시에 냉각수가 수전극(40)으로서 작동되어 유전체관(10)이 접지되도록 한다.

10 : 유전체관 20 : 전극부
30 : 케이스부 40 : 수전극
50 : 전압인가장치

Claims (5)

1. 오존 생성 장치에 있어서,
   유전체로 이루어져 내부를 산소가 통과하며, 연면방전 방식으로 오존을 생성할 수 있도록 원통형으로 이루어진 유전체관(10)과;
   상기 유전체관(10) 내측면의 길이방향을 따라 설치되어지며, 전압을 유전체관(10) 내부로 인가하는 전극부(20)와;
   상기 유전체관(10)의 외측면 전체를 감싸며, 내부측에 물이 주입되어 유동되는 유동부가 형성되며 접지와 연결되어지는 케이스부(30)와;
   상기 유전체관(10)의 유동부에 주입되어 유전체관(10)을 냉각시키도록 유동되고, 전극부(20)에서 방전되는 전원을 접지시켜 케이스부(30)로 인가하는 수전극(40)과;
   상기 전극부(20)와 케이스부(30)에 연결되어 전극부(20)에 전압을 인가하는 전압인가장치(50);를 포함하며,
   상기 유전체관(10)은 다수로 이루어져 케이스부(30) 내측에 이격되어 설치되어지고, 케이스부(30)의 유동부에는 냉각수가 흘러 수전극(40)을 형성하게 되며,
   상기 전극부(20)는 유전체관(10)의 내측면 길이방향을 따라 나선형으로 형성되어지건, 유전체관(10)의 내측면 길이방향을 따라 지그재그형태로 이루어지고, 텅스텐 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수전극을 이용한 동축형 연면방전식 오존생성장치.
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