KR101582315B1 - 오존 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오존 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내주 면에 고전압전극층이 부착되어 있는 유전체관 및 상기 유전체관의 외주 면과 이격되어 방전 공간을 형성하는 접지전극부를 포함하는 오존발생기에 있어서, 상기 유전체관은 외부공기가 통하도록 내부가 중공형태이고, 양 끝단부의 직경이 작아지는 형상이며, 상기 접지전극부는 일영역에 원료 가스 주입구 및 오존 배출구를 구비하고, 복수의 중앙이 비어 있는 판상의 접지전극 유닛에 중앙이 비어 있는 판상의 절연판 유닛이 각각 사이에 위치하는 오존 발생기에 관한 것이다.

Description

오존 발생기{Ozone Generator}

본 발명은 오존발생효율을 극대화할 수 있는 오존 발생기에 관한 것이다.

오존(O₃)은 산소 원자 3개가 결합한 분자로서, 상온 상압 하에서는 불안정하여 산소 분자(O₂)로 분해되려는 성질이 강하기 때문에 매우 산화력이 강한 물질이다. 이와 같은 오존의 강한 산화력을 이용하여, 공기나 물의 정화, 탈취, 표백 등의 분야에 오존 발생 장치가 널리 사용되고 있다.

오존 발생 장치는 공기나 산소에 강한 에너지를 가하여 오존을 생성시키는 장치로서, 에너지를 가하는 방법에 따라 크게 두 가지로 나뉜다. 하나는, 자외선(UV)을 이용하는 방법이고, 다른 하나는 고전계 방전인 코로나(corona)방전을 이용하는 방법이다. 자외선에 의한 여기방식에 있어서는 자외선을 발생시키는 자외선 램프의 소형화가 힘들고 쉽게 부서져서 내구성이 약하며 수명이 짧은 문제가 있다. 이에 반하여, 코로나 방전을 이용하는 방법은 에너지 효율 면에서 우수하고, 성능의 안정성과 조작 및 제어의 편리성을 얻을 수 있기 때문에 오늘날 대부분의 오존 발생 장치는 코로나 방전을 이용하고 있다. 일반적으로, 코로나 방전을 이용한 오존 발생장치는 방전에 필요한 고전압을 발생시키는 고전압 펄스파 발생회로와 공기가 유입되어 방전에 의해 오존이 발생되는 오존 발생기(방전실)로 크게 구분될 수 있다.

그러나, 대부분의 오존발생장치는 고전압을 이용하여 오존을 발생하도록 하고 있어 이렇게 발생된 열을 방열시키기 위해 전극 측에 별도의 냉각수단 등을 구비시켜 발생된 열을 방열함으로써 별도의 냉각수단을 위한 공간 및 설비가 필요하다는 문제점이 있다.

또한, 별도의 냉각수단은 전극 측에 밀착된 상태가 아닌 어느 정도 이격된 상태로 위치하기 때문에 전극을 효율적으로 냉각시키는데 어려움이 있었으며, 이와 같은 냉각 효율의 저하로 인해 이미 생성된 오존(O₃) 마저 열분해 됨에 따라 오존 발생 효율이 떨어지는 문제가 있었다.

또한, 기존 오존 발생기의 경우, 방전이 진행됨에 따라 유전체관의 양 끝단부 지점 또는 접지전극의 양 끝단부 지점에 전계가 집중되는 현상으로 인해 유전체관의 양 끝단부 지점 또는 접지전극의 양 끝단부 지점만 급격하게 가열되어 전체적으로 방전공간 온도의 불균형을 초래하게 되는 문제가 있었으며, 이는 곧 오존 발생 효율의 급격한 저하로 이어졌다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 오존 발생기의 방전 공간 전체에 걸쳐 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 오존 발생기의 냉각 효율을 향상시킬 수 있어 오존 발생 효율을 극대화할 수 있는 오존 발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 오존 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내주 면에 고전압전극층이 부착되어 있는 유전체관 및 상기 유전체관의 외주 면과 이격되어 방전 공간을 형성하는 접지전극부를 포함하는 오존발생기에 있어서, 상기 유전체관은 외부공기가 통하도록 내부가 중공형태이고, 양 끝단부의 직경이 작아지는 형상이며, 상기 접지전극부는 일영역에 원료 가스 주입구 및 오존 배출구를 구비하고, 복수의 중앙이 비어 있는 판상의 접지전극 유닛에 중앙이 비어 있는 판상의 절연판 유닛이 각각 사이에 위치하는 오존 발생기에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 접지전극 유닛의 외경은 절연판 유닛의 외경보다 큰 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 유전체관 및 접지전극부를 일정 간극을 유지하면서 고정시키는 마개를 포함하되, 상기 마개는 유전체관 고정홈 및 접지전극 고정홈을 구비한 것일 수 있다.

본 발명에서 상기 유전체관은 그 종류가 특별히 제한적인 것은 아니며, 예를 들면 유리관, 세라믹관, 석영관 등일 수 있다.

본 발명에 의하면 구조적으로 유전체관의 양 끝단부 지점의 방전 밀도를 떨어뜨려, 상기 양 끝단부의 열 과잉 현상을 억제할 수 있어 오존 발생기의 방전 공간 전체에 걸쳐 온도가 균일하게 유지될 수 있으며, 이에 더해 구조적으로 전계가 집중되는 접지전극의 양 끝단부가 접지전극 유닛 별로 반복되는 구조로 되어있어, 접지전극 전체에 걸쳐 온도 분포가 균일해 질 수 있으므로, 궁극적으로 오존발생효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 유전체관의 내부가 중공형태로 되어 있어 유전체관의 내부로 외부의 공기가 자유로이 유동할 수 있어 공기 냉각 효율을 높일 수 있으며, 접지전극부가 복수의 접지전극 유닛의 가장자리 부분이 외부로 돌출되는 구조를 가지고 있어, 상기 접지전극부가 접지전극인 동시에 냉각핀 역할을 할 수 있어 공기 냉각 효율을 극대화 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 오존 발생기는 방전공간의 온도분포를 균일하게 할 수 있고, 방전 공간에서 발생되는 고열을 빠르게 냉각시킬 수 있으므로, 오존 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생기의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에서 나타내는 오존 발생기의 측 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체관의 사시도를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명은 오존 발생기에 관한 것으로, 보다 구체적으로 내주 면에 고전압전극층이 부착되어 있는 유전체관 및 상기 유전체관의 외주 면과 이격되어 방전 공간을 형성하는 접지전극부를 포함하는 오존발생기에 있어서, 상기 유전체관은 외부공기가 통하도록 내부가 중공형태이고, 양 끝단부의 직경이 작아지는 형상이며, 상기 접지전극부는 일영역에 원료 가스 주입구 및 오존 배출구를 구비하고, 복수의 중앙이 비어 있는 판상의 접지전극 유닛에 중앙이 비어 있는 판상의 절연판 유닛이 각각 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 접지전극부와 고전압전극층 사이에 외부 전원으로부터 고전압을 인가하면서 방전공간에 산소(O₂)를 포함하는 원료가스를 주입하면 무성 방전에 의해 오존(O₃)이 발생하게 된다. 무성방전에 의해 오존(O₃)이 발생되는 원리를 반응식으로 나타내면 다음의 반응식 1 및 2와 같다.

반응식 1

O₂ + e- → 2O + e- (e-는 전자)

반응식 2

2O₂ + 2O → 2O₃

반응식 1에서는 원료가스 중 일부 산소가 가속화된 전자와 충돌하여 산소(O) 원자로 해리되고, 반응식 2에서는 상기 해리된 산소 원자(O)가 해리되지 않은 산소(O₂)와 결합하여 오존(O₃)을 생성하게 된다.

본 발명에서 상기 고전압전극층은 유전체관의 내주 면에 부착되어 있으며, 상기 고전압전극층을 통해 외부의 전원장치로부터 고전압이 인가된다. 상기 고전압전극층에 고전압이 인가되는 방식은 특별히 제한적인 것은 아니며, 외부 전원장치로부터 고전압을 안정적으로 인가할 수 방식이라면 어떠한 방식이라도 무방하다. 상기 고전압전극층의 소재로는 전도성 소재라면 특별히 제한적인 것은 아니며, 예를 들면 스테인레스 강, 구리 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서 상기 유전체관은 외부공기가 통하도록 내부가 중공형태로 되어 있다. 즉, 유전체관의 내부가 중공형태로 되어 있어 유전체관의 내부로 외부의 공기가 자유로이 유동하면서 방전에 의해 가열된 유전체관을 공냉 방식으로 냉각하는 효과가 있다.

또한, 상기 유전체관은 양 끝단부의 직경이 작아지는 형상으로 되어 있으며, 직경이 작아지는 형상이라면 어떠한 형태라도 무방하다. 예를 들면, 곡면 형태로 양 끝단부의 직경이 작아지는 형태일 수 있다. 일반적으로 방전간극(공간)이 균일한 구조의 오존 발생기의 경우, 방전이 진행됨에 따라 유전체관의 양 끝단에 전계가 집중되는 현상으로 인해 유전체관의 양 끝단부만 급격하게 가열되어 전체적으로 방전공간의 온도의 불균형을 초래하게 되는데, 본 발명의 경우는 유전체관의 양 끝단부가 직경이 작아지는 형상을 가지고 있어 유전체관 양 끝단부의 방전 공간이 상대적으로 확장되며, 이로써 유전체관 양 끝단부의 방전 밀도를 떨어뜨릴 수 있고, 상기 양 끝단부의 열 과잉 현상을 억제할 수 있어, 결과적으로 오존 발생기의 방전 공간 전체에 걸쳐 온도가 균일하게 유지될 수 있다.

본 발명에서 상기 유전체관은 그 종류가 특별히 제한적인 것은 아니며, 예를 들면 유리관, 세라믹관, 석영관 등일 수 있다.

본 발명에서 상기 접지전극부는 상기 유전체관의 외주 면과 이격되어 방전 공간을 형성하며, 상기 접지전극부는 일영역에 원료 가스 주입구 및 오존 배출구를 구비하고 있어, 상기 원료 가스 주입구를 통해 산소를 포함하는 원료 가스가 오존 발생기 내의 방전 공간으로 주입되며, 방전 공간에서 무성 방전에 의해 생성된 오존 가스는 상기 오존 배출구를 통해 오존 발생기로부터 배출된다.

또한, 본 발명에서 상기 접지전극부는 복수의 접지전극 유닛 및 복수의 절연판 유닛을 포함하며, 특히 복수의 중앙이 비어 있는 판상의 접지전극 유닛에 중앙이 비어 있는 판상의 절연판 유닛이 각각 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다. 기존의 오존 발생기의 경우, 통상적으로 단일 유닛의 접지전극을 사용하고 있어, 접지전극의 양 끝단부에 전계가 집중되어 전체적으로 방전의 불균형을 초래하였고, 이는 곧 방전 공간의 온도 불균일로 이어져, 결과적으로 오존발생효율이 저하되었었다. 이에 반해, 본 발명의 접지전극부는 복수의 소정의 두께를 가지는 판상의 접지전극 유닛들이 절연판 유닛을 사이에 두고 각각 이격되어 있어, 전계가 집중되는 접지전극의 양 끝단부가 접지전극 유닛 별로 반복되는 구조를 형성하게 되어, 접지전극 전체에 걸쳐 온도 분포가 균일해 질 수 있으며, 이에 따라 오존발생효율을 높일 수 있다.

상기 접지전극부의 접지방식은 절연판 유닛을 사이에 두고 이격되어 있는 복수의 접지전극 유닛을 접지시킬 수 있는 방식이라면 어떠한 방식이라도 가능하나, 적어도 1개의 전기 전도성 로드(rod)가 상기 접지전극 유닛 각각의 가장자리 일 지점을 관통하는 형태로 결합되고, 상기 로드의 적어도 일 측 끝단이 접지되는 방식인 것이 바람직하다. 이는 전도성 로드(rod)로 각각의 접지전극 유닛을 관통함으로써, 복수의 접지전극 유닛을 한번에 접지시킬 수 있으며, 동시에 각각의 접지전극 유닛의 이탈을 막을 수 있어 복수의 접지전극 유닛을 더욱 공고히 고정할 수 있기 때문이다.

본 발명에서 상기 접지전극 유닛 및 절연판 유닛은 각각 소정의 두께를 가지는 판상 구조이며, 접지전극 유닛은 소재로 스테인레스 강과 같은 전도성 소재를 사용할 수 있고, 절연판 유닛은 세라믹, 유리 등과 같은 전기 절연 특성을 가진 절연체를 소재로 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 접지전극 유닛의 외경은 절연판 유닛의 외경보다 큰 것이 바람직하다. 이는 접지전극 유닛의 외경이 절연판 유닛의 외경보다 큼으로써, 각각의 접지전극 유닛 사이에 절연판 유닛을 위치 시켰을 때, 접지전극 유닛의 가장자리 부분이 외부로 돌출된 형태로 되며, 전체적으로 복수의 접지전극 유닛의 가장자리 부분이 외부로 돌출되는 형태를 가지는 접지전극부를 형성하게되어, 접지전극인 동시에 냉각핀 역할을 할 수 있어 공기 냉각 효율을 극대화 할 수 있기 때문이다.

본 발명의 오존 발생기는 양 끝단에 마개를 각각 결합하여 방전공간이 외부에 노출되는 것을 방지할 수 있고, 특히 상기 마개는 유전체관 고정홈 및 접지전극 고정홈을 구비하고 있어, 본 발명의 유전체관 및 접지전극부를 서로 일정 간극을 유지하면서 고정할 수 있도록 한다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 대해 도면을 통해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않으며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생기의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1에서 나타내는 오존 발생기의 측 단면도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체관의 사시도를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생기(10)는 내부 중심에 고전압전극층(100)이 내주면에 형성되어 있는 유전체관(200)이 위치하고, 상기 유전체관(200)과 양 끝단부를 제외하고 간극(0.6mm)을 두고 이격되어 접지전극부(300)가 위치하고 있으며, 상기 유전체관(200) 및 접지전극부(300)는 양 끝단에 마개(400)가 결합되어 있다. 특히, 상기 마개(400)에는 유전체관 고정홈(410) 및 접지전극 고정홈(420)이 형성되어 있어, 유전체관(200)의 양 끝단부가 상기 마개(400)에 형성되어 있은 유전체관 고정홈(410)에 삽입되고, 접지전극부의 양 끝단에 위치하는 접지전극 유닛(330)의 일측 면에 돌출 형성되어 있는 접지전극 고정돌기(331)가 상기 마개(400)에 형성되어 있는 접지전극 고정홈(420)에 삽입됨으로써, 오존 발생기(10)의 방전공간이 외부로 노출되는 것을 막을 수 있고, 유전체관(200) 및 접지전극부(300)를 일정 간격을 유지하면서 고정할 수 있다.

도 2 및 도 3에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생기(10)의 유전체관(200)에 대해 설명하면, 유전체관(200)의 양 끝단부의 직경이 작아지는 형상으로 되어 있다. 이로써, 본 발명에 따른 오존 발생기(10)는 유전체관(200)의 양 끝단부 지점의 방전 공간이 상대적으로 확장되어 있는 구조를 가지게 된다. 또한, 상기 유전체관(200)의 내부는 중공형태로 되어 있어 외부 공기가 통과할 수 있는 구조로 되어 있다.

도 1 및 도 2에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생기(10)의 접지전극부(300)에 대해 설명하면, 본 발명의 접지전극부(300)는 복수개의 소정의 두께를 가진 원판 형태의 접지전극 유닛(330)과 상기 접지전극 유닛(330) 각각의 사이에 절연부재로서 소정의 두께를 가진 원판 형상의 절연판 유닛(340)들이 위치하여 전계가 집중되는 접지전극의 양 끝단부가 절연부재에 의해 인접 접지전극과 이격되는 형태로 반복되는 구조를 형성하고 있다. 상기 접지전극 유닛(330) 및 절연판 유닛(340)은 중앙부가 비어져 있으며, 접지전극 유닛(330)의 외경이 절연판 유닛의 외경 보다 커서 외부 공기에 방열 효율이 좋은 방열 핀 구조를 형성하고, 접지전극 유닛(330)의 중앙부의 비어있는 부분의 내경이 절연판 유닛(340)의 중앙부의 비어있는 부분의 내경보다 작아 방전 공간 쪽으로 마주하는 접지전극부(300)의 면이 요철이 형성되어 있는 구조를 가진다.

또한, 상기 접지전극부(300)의 양 끝단부의 일영역에는 산소를 포함하는 원료가스가 주입되는 원료가스 주입구(310) 및 생성된 오존이 배출되는 오존 배출구(320)가 형성되어 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술할 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 오존 발생기 100 : 고전압전극층
200 : 유전체관 300 : 접지전극부
310 : 원료가스 주입구 320 : 오존 배출구
330 : 접지전극 유닛 331 : 접지전극 고정돌기
340 : 절연판 유닛 400 : 마개
410 : 유전체관 고정홈 420 : 접지전극 고정홈

Claims (5)

1. 내주 면에 고전압전극층이 부착되어 있는 유전체관 및 상기 유전체관의 외주 면과 이격되어 방전 공간을 형성하는 접지전극부를 포함하는 오존발생기에 있어서,
   상기 유전체관은 외부공기가 통하도록 내부가 중공형태이고, 양 끝단부의 직경이 작아지는 형상으로 상기 양 끝단부의 방전 공간이 상대적으로 확장된 구조를 가지며,
   상기 접지전극부는 일영역에 원료 가스 주입구 및 오존 배출구를 구비하고, 복수의 중앙이 비어 있는 판상의 접지전극 유닛이 중앙이 비어 있는 판상의 절연판 유닛에 의해 이격되어 상기 접지전극 유닛 및 상기 절연판 유닛으로 구성되는 반복 구조를 갖는 오존 발생기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 접지전극 유닛의 외경은 절연판 유닛의 외경보다 큰 것을 특징으로 하는 오존 발생기.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 유전체관 및 접지전극부를 일정 간극을 유지하면서 고정시키는 마개를 포함하되,
   상기 마개는 유전체관 고정홈 및 접지전극 고정홈을 구비한 것을 특징으로 하는 오존 발생기.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 유전체관은 유리관, 세라믹관 및 석영관으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 오존 발생기.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 접지전극부는 적어도 1개의 전기 전도성 로드(rod)가 상기 접지전극 유닛 각각의 가장자리 일 지점을 관통하는 형태로 결합되고, 상기 로드의 적어도 일 측 끝단이 접지되는 것을 특징으로 하는 오존 발생기.

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