KR101634667B1 - 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치는 오존수 생성 장치를 구성하는 배관 및 용기 외주에 코일을 감아 코일에 전류를 흘려줌으로써, 전자기장을 형성하여 오존수의 오존 용해도를 높이도록 한 고농도 오존수 생성 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 코일이 감겨있는 배관 및 용기의 직경이 다르기 때문에 인가하는 전류의 주파수를 저주파에서 고주파로 스윕하여 인가해줌으로써, 각 배관 및 용기에 맞는 공진주파수를 찾았을 때 에너지가 최대가 되어 오존수의 오존 용해도를 높이도록 한 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치에 관한 것이다.

Description

전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치{Apparatus for generating high density ozone gas dissolved water using electromagnetic field}

본 발명은 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오존수가 통과하는 통로에 코일을 감아 전류를 인가해줌으로써 형성되는 전자기장을 이용해 오존수의 용존 오존 농도를 높이도록 하는 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치에 관한 것이다.

종래의 공업적으로 생산되는 부품의 세정이나 의약, 식품 분야에 있어서의 세정 또는 소독 처리에는 환경 부하가 큰 화학 약품이나 가스가 대량으로 이용되고 있다.

예를 들면, 반도체나 액정 디스플레이 등의 정밀 부품 제조 시에 이용되는 회로 패턴 형성용 포토레지스트를 포함하는 유기물을 제거하는 세정 공정에 있어서, 종래에는 황산과 과산화수소의 혼합물, 알카리성 수용액 또는 각종 유기 용액이 세정제로써 사용되어 왔다. 세정 공정은 제품의 품질과 수율을 결정하는 매우 중요한 공정으로, 실리콘, LED, 태양 전지 등의 반도체 분야에서 광범위하게 사용되고 있는 실정이다.

하지만 반도체 분야의 발전으로 대량 생산이 이루어짐에 따라 세정제로 사용된 화학 폐액의 배출이 급격히 증가하여 환경오염을 초래하는 문제가 있다. 따라서 새로운 친환경적인 세정 또는 소독 기술이 요구되고 있으며, 이에 가장 적합한 기술로 고농도의 오존수를 활용하는 방법이 있다.

오존은 반응 후 특별한 유해화합물을 형성하지 않고, 반응시간이 짧으며, 분해 능력이 우수해 물에 잔류하지 않는 특징을 가지기 때문에 친환경적일 뿐만 아니라, 기존의 세정 또는 소독 방법에 비해 처리효율증가, 처리시간감소, 비용절감 등을 기대할 수도 있다.

또한, 고농도의 오존수를 생성하는 기술이 실용화되면 반도체 분야뿐만 아니라 의료용 세정장치, 수처리, 가습기 등 다양한 분야에 응용이 가능하므로, 이러한 오존수를 생성하는 장치나 방법에 대한 개발이 활발히 진행되고 있으며, 인젝터 또는 스태틱 믹서를 혼합한 장치가 많이 사용되고 있다. 이는 고압으로 오존 기포를 주입하는 방식으로 용해도가 높은 오존수를 얻을 수 있지만, 아직까지 원하는 수준으로 농도가 높은 오존수를 생성하기에는 한계가 있다.

고농도 오존수를 생성하기 위한 장치 및 방법으로 한국특허공개 제 10-2007-0107705호("오존수 생성 장치, 오존수 생성 장치에 이용하는 기액 혼합구조, 오존수 생성 방법 및 오존수", 2007.11.07)에는 기액 혼합 구조, 벤츄리 인젝터 등의 내부 또는 유입측이나 유출측에 자석을 구비함으로써 오존수의 클러스터 세분화를 촉진하여 고농도, 고용해도의 오존수를 얻을 수 있도록 하는 구성이 기재되어 있다.(도 1참고) 하지만 상기 선행문헌에 따른 장치는 자력의 작용이 자석이 구비된 영역에 국한된다는 문제점이 있다.

한국특허공개 제 10-2007-0107705호("오존수 생성 장치, 오존수 생성 장치에 이용하는 기액 혼합구조, 오존수 생성 방법 및 오존수", 2007.11.07)

본 발명의 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치는 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오존수 생성 장치를 구성하는 배관 및 용기 외주에 코일을 감아 상기 코일에 전류를 흘려줌으로써, 전자기장을 형성하여 오존수의 오존 용해도를 높이도록 한 고농도 오존수 생성 장치를 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 상기 코일이 감겨있는 배관 및 용기의 직경이 다르기 때문에 인가하는 전류의 주파수를 저주파에서 고주파로 스윕하여 인가해줌으로써, 각 배관 및 용기에 맞는 공진주파수를 찾았을 때 에너지가 최대가 되어 오존수의 오존 용해도를 높이도록 한 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 전자기장을 이용한 고농도 오존수 생성 장치는 원수가 저장된 저장조; 오존을 공급해주는 오존 공급부; 상기 저장조로부터 유입되는 원수 및 상기 오존 공급부로부터 공급되는 오존을 혼합하여 오존수를 생성하는 기액 혼합부; 상기 원수 또는 오존수가 유통되는 배관; 상기 배관을 포함하여 상기 원수 또는 오존수가 유통되는 통로의 외주에 감겨있는 코일; 및 상기 코일에 전류를 인가하는 전류 공급부;를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 전류 공급부는 주파수 성분을 가지는 교류 전류를 상기 코일에 인가하도록 할 수 있으며, 상기 교류 전류는 주파수가 스윕되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 오존수 생성 장치는 기액 혼합부로부터 공급되는 오존수의 오존 용해도를 높이도록 압을 걸어주며, 오존수와 배오존이 분리되어 배출되도록 하는 반응조;를 더 포함할 수 있으며, 상기 반응조에서 탈기한 배오존을 상기 기액 혼합부로 재공급해줄 수도 있다.

또한, 상기 기액 혼합부는 혼합 펌프, 압축 펌프, 벤츄리 인젝터, 이젝터 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

또, 본 발명에 있어서 상기 기액 혼합부로부터 공급되는 오존수의 오존 용해를 촉진시키는 혼합 촉진부;가 더 구비될 수 있으며, 상기 혼합 촉진부는 스태틱 믹서 또는 와류 펌프 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

종래와 같이 자석을 구비한 오존수 생성 장치는 자석이 위치한 부분에 국한되어 자력이 작용하는데 반해 본 발명은 원수 또는 오존수가 유통되는 통로 전체에 걸쳐 코일을 감아 장치를 구성하기 때문에 자기장의 작용 범위가 넓어 오존수의 용존 오존 농도를 획기적으로 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 코일이 감겨있는 배관 및 용기의 직경이 다른데 인가하는 전류의 주파수를 저주파에서 고주파로 스윕하여 인가해준다면 공진이 일어날 수 있다. 따라서 공진이 일어날 때 오존수에 작용하는 힘이 최대가 되므로 오존 용해 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

또, 오존수에 완전히 용해되지 못한 배오존 가스를 재공급함에 따라 배오존 가스의 처리 비용을 절감할 수 있으며, 오존 용해도를 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 따른 오존수 생성 장치를 구성하는 벤츄리 인젝터
도 2는 본 발명에 따른 오존수 생성 장치의 첫 번째 실시예를 나타낸 개략도
도 3은 본 발명에 따른 오존수 생성 장치의 두 번째 실시예를 나타낸 개략도
도 4는 본 발명에 따른 오존수 생성 장치에 있어서 코일에 인가해주는 전류의 여러 주파수 형태

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 오존수 생성 장치는 저장조(10), 오존 공급부(20), 기액 혼합부(30), 배관(60), 코일(70), 전류 공급부(80)를 포함하여 이루어진다.

상기 저장조(10)는 원수(原水)가 저장되는 용기로 수도꼭지와 같은 원수 공급장치에 연결될 수 있으며, 오존 공급부(20)는 오존을 공급해주는 것으로 별도의 오존 발생 장치를 구비할 수 있는 등 오존을 공급해주는 역할을 하는 것이면 특별한 제한없이 사용 가능하다.

또한, 상기 기액 혼합부(30)는 저장조(10)로부터 유입되는 원수 및 오존 공급부(20)로부터 공급되는 오존을 혼합하여 오존수를 생성하는 것으로, 혼합 펌프, 압축 펌프, 벤츄리 인젝터, 이젝터 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 배관(60)은 원수 또는 오존수가 유통되도록 하는 것으로 저장조(10)와 기액 혼합부(30)를 연결하여 저장조(10)로부터 기액 혼합부(30)로 원수를 통과시키고 기액 혼합부(30)에 의해 생성된 오존수가 배출되도록 하는 통로로 사용된다.

본 발명에 있어서, 가장 중요한 특징은 배관(60)을 포함하여 원수 또는 오존수가 유통되는 통로(원수 및 오존수의 흐름에 따른 통로를 의미하는 것으로 기액 혼합부(30)도 포함됨)의 외주에 감겨있는 코일(70)과 코일(70)에 전류를 인가하는 전류 공급부(80)이다. 이렇게 코일(70)에 전류를 흘리면 내부에 자기장이 형성되고, 원수 또는 오존수의 흐름 방향과 동일한 방향으로 자기력이 작용하여 물의 이온화를 촉진시키고 오존 기포를 세분화시키게 되어 용존 효율을 높일 수 있다. 이러한 자기장 세기는 코일에 흐르는 전류의 세기가 클수록 코일을 감은 횟수가 많을수록 커진다. 따라서, 전류 공급부(80)는 전류 증폭기를 더 구비하여 코일에 인가하는 전류의 크기를 크게 할 수 있으며, 코일의 감은 횟수 또한 늘리도록 할 수도 있을 것이다.

종래와 같이 자석을 구비한 오존수 생성 장치는 자석이 위치한 부분에 국한되어 자력이 작용하는데 반해 본 발명과 같이 원수 또는 오존수가 유통되는 통로 전체에 걸쳐 코일(70)을 감아 장치를 구성한다면 자기장의 작용 범위가 넓어 오존수의 용존 오존 농도를 획기적으로 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서 코일(70)에 인가되는 전류는 주파수 성분을 가지는 교류 전류인 것이 바람직하다. 교류 전류를 인가한다는 것은 시간에 따라 인가되는 전류의 세기가 변한다는 것으로 코일 내부에 형성되는 자기장 또한 전류에 비례하여 변화하게 된다. 이러한 자기장의 변화는 전기장을 유발하므로, 전기장과 자기장, 즉 전자기장이 형성되고, 이 전자기장에 의해 오존 용해도를 더욱 높일 수 있다.

이 때, 본 발명에서 주파수 성분을 가지는 교류 전류는 주파수가 스윕되도록 하는 것이 가장 바람직하다. 코일(70)이 감겨있는 배관(60)을 포함한 통로의 직경이 다르기 때문에 인가되는 교류 전류의 주파수를 저주파에서 고주파로 스윕하여 인가해준다면 맞는 공진주파수를 찾았을 때 오존수에 작용하는 자기력이 최대가 되어 오존 용해 효율을 극대화할 수 있기 때문이다. 코일에 인가되는 전류의 주파수 형태의 예시를 도 4에 나타내었다.

도 2는 본 발명에 따른 오존수 생성 장치의 첫 번째 실시예를 나타낸 개략도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 저장조(10), 오존 공급부(20), 기액 혼합부(30), 배관(60), 코일(70), 전류 공급부(80)로 이루어지는 오존수 생성 장치에, 기액 혼합부(30)로부터 공급되는 오존수의 오존 용해를 촉진시키는 혼합 촉진부(40) 및 기액 혼합부(30)로부터 공급되는 오존수의 오존 용해도를 높이도록 압을 걸어주며 오존수와 배오존이 분리되어 배출되도록 하는 반응조(50)를 더 포함할 수도 있다.

본 발명의 첫 번째 실시예를 나타낸 도 2에는 기액 혼합부(30)로써 혼합 펌프(31)를 사용하였는데, 혼합 펌프(31)의 일측으로 원수가 유입되며, 상측은 오존 공급부(20)와 연결되어 오존을 공급받아 원수에 혼합하여 생성된 오존수를 배관(60)을 통해 혼합 촉진부(40)로 압송한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 혼합 촉진부(40)는 오존수 생성 장치에 일반적으로 많이 사용되는 스태틱 믹서(41)를 사용하였지만, 와류 펌프 등 오존수의 혼합, 용해 및 반응을 촉진시켜 오존 가스의 용존율을 증가시키기 위한 것이면 어느 것이든 사용이 가능하다.

상기 반응조(50)는 혼합 촉진부(40)를 통과하여 유입되는 오존수가 저장되며, 오존수가 배출되는 측의 배관(60)에 구비된 배압 밸브(51)에 의해 반응조(50) 내부가 일정 압이 유지되도록 한 상태에서 오존의 용해 반응이 일어날 수 있도록 시간을 주어 고농도의 오존수를 만든다. 또한, 오존수에 용해되지 않은 잔류 오존 가스를 분리시키기 위해 반응조(50) 상부에 기액 분리기(52)가 더 설치될 수 있으며, 기액 분리기(52)에 의해 발생된 배오존 가스는 별도의 장치를 이용하여 무해화한 후 배출되도록 처리될 수 있다.

즉, 본 발명의 첫 번째 실시예는 도 2에 도시된 것처럼 저장조(10), 오존 공급부(20), 기액 혼합부(30), 혼합 촉진부(40), 반응조(50) 및 배관(60)으로 구성된 오존수 생성 장치에 코일(70) 및 전류 공급부(80)가 더 포함된 것이다. 코일(70)은 저장조(10), 기액 혼합부(30) 및 배관(60) 뿐만 아니라 혼합 촉진부(40) 및 반응조(50)와 같이 오존수가 통과하는 통로의 외주 전체에 걸쳐 감겨있는 것이 바람직하며, 전술한 바와 같이 코일(70)에 인가하는 전류의 주파수를 스윕할 때, 공진을 이용하여 가장 효과적으로 오존의 용해도를 높일 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 오존수 생성 장치의 두 번째 실시예를 나타낸 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 오존수 생성 장치에 있어서, 반응조(50)의 기액 분리기(52)에 의해 분리되어 배출되는 배오존 가스를 상기 첫 번째 실시예와 다르게 기액 혼합부(30)(도 3에서는 혼합 펌프(31)로 공급됨)로 재공급하도록 한다. 이렇게 완전히 용해되지 못한 배오존 가스를 기액 혼합부(30)로 재공급함에 따라 배오존 가스의 처리 비용을 절감할 수 있으며, 오존 용해도를 더욱 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 반응조(50)에서 탈기한 배오존 가스가 배출되는 압력을 조절하도록 하는 배압 밸브(53) 및 반응조(50) 내부의 압력을 확인할 수 있도록 압력계(54)가 추가적으로 더 구비될 수도 있다.

한편, 도 3에 도시된 두 번째 실시예에 따르면 기액 혼합부(30)가 혼합 펌프(31) 및 벤츄리 인젝터(32)로 이루어진다. 이 때, 벤츄리 인젝터(32)는 유입측과 배출측의 관경은 같고 중간이 좁은 벤츄리 관으로 이루어지며, 유입측은 상기 혼합 펌프(31)를 통과한 오존수가 유입되는 배관(60)과 연결되며 배출측은 스태틱 믹서(41)와 연결되는 배관(60)과 연결되고 중간 상측은 오존 공급부(20)와 연결된다. 벤츄리 인젝터(32)의 유입측으로 오존수가 유입되어 관경이 좁은 중간 부분에 이르면 유속이 빨라지고 압력이 증가하며, 중간 부분을 통과하면 관경이 넓어져 순간적으로 압력이 감소하게 된다. 이 때, 이러한 압력차에 의해 오존 공급부(20)에서 공급되는 오존 가스가 벤츄리 인젝터(32)로 유입된 오존수 내로 함입되게 된다. 또한, 관경이 좁은 중간 부분을 통과한 후 압력이 급격히 감소함에 따라 오존수의 난류가 발생하고 교반 작용이 일어나 오존 기포가 미세화되어 용해된다.

이렇게 벤츄리 관의 관경이 좁은 중간부를 통과하기 전후의 압력 변화에 의해 오존 가스가 함입되는 부분의 벤츄리 인젝터(32) 외부에 감겨있는 코일(70)에 인가된 전류에 의해 형성되는 전자기력의 작용이 더해진다면 보다 높은 용존 오존 효율을 얻을 수 있을 것이다.

한편, 오존 공급부(20)와 벤츄리 인젝터(32) 사이에는 오존수의 역류 방지를 위한 체크 밸브(22) 및 오존 공급량을 조절하는 유량 밸브(21)가 더 구비될 수 있으며, 저장조(10)와 혼합 펌프(31)를 연결하는 배관(60)에도 원수의 공급량을 조절하는 유량 밸브(11)가 더 구비될 수 있는 등 당업자에 따라 임의로 설계 변경이 가능하다.

본 발명에 따른 두 번째 실시예에 따른 오존수 생성 장치의 작용을 도 3을 참고하여 순서대로 설명한다.

저장조(10)에 저장된 원수는 배관(60)을 통해 혼합 펌프(31)로 유입되며, 상기 혼합 펌프(31)로 유입된 원수와 오존 가스를 혼합하여 생성된 오존수는 배관(60)을 통해 벤츄리 인젝터(32)로 압송된다. 상기 벤츄리 인젝터(32)로 유입된 오존수에는 오존 공급부(20)에서 공급되는 오존 가스가 상기 벤츄리 인젝터(32) 내부 구조에 의한 압력차에 의해 오존수 내로 함입되어, 오존수는 배관(60)을 통해 스태틱 믹서(41)로 공급된다. 상기 스태틱 믹서(41)에 의해 오존 용해가 촉진된 오존수는 반응조(50)로 유입되어 저장된다. 상기 반응조(50)는 오존수가 배출되는 배관(60)에 구비된 배압 밸브(51)에 의해 압이 걸린 상태에서 오존수의 용해 반응을 더욱 촉진시켜 고농도의 용존 오존을 갖는 오존수를 생성한다. 이 때, 오존수에 완전히 용해되지 못한 잔류 오존 가스는 상기 반응조(50)의 상부에 구비된 기액 분리기(52)에 의해 분리되어 상기 혼합 펌프(31)로 재공급된다.

상기와 같이 오존수가 생성되는데 있어서, 상기 배관(60)을 포함하여 원수 또는 오존수가 유통되는 통로의 외주에 감겨있는 코일(70)에 전류를 인가해주면 원수 또는 오존수의 흐름 방향에 따라 자기력이 작용하여 이온화를 촉진하고 오존 기포를 미세화할 수 있으므로 오존의 용해도를 높이는데 매우 효과적이다. 또한, 주파수를 스윕하여 교류 전류를 코일(70)에 인가한다면 공진주파수가 일치하여 공진이 일어날 때 원수 또는 오존수에 작용하는 전자기력이 최대가 되어 오존의 용해율을 극대화할 수 있다.

본 발명에 있어서 최종적으로 생성된 오존수의 용해도를 더욱 높이기 위해 다시 저장조(10)로 재공급하여 순환하도록 할 수도 있으며, 상기 기액 혼합부(30), 혼합 촉진부(40), 반응조(50) 등이 복수개 구비될 수도 있는 등 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

10 : 저장조 11 : 유량 밸브
20 : 오존 공급부 21 : 유량 밸브
22 : 체크 밸브 30 : 기액 혼합부
31 : 혼합 펌프 32 : 벤츄리 인젝터
40 : 혼합 촉진부 41：스태틱 믹서
50 : 반응조 51 : 배압 밸브
52 : 기액 분리기 53 : 배압 밸브
54 : 압력계 60 : 배관
70 : 코일 80 : 전류 공급부

Claims (8)

1. 원수가 저장된 저장조(10);
   오존을 공급해주는 오존 공급부(20);
   상기 저장조(10)로부터 유입되는 원수 및 상기 오존 공급부(20)로부터 공급되는 오존을 혼합하여 오존수를 생성하는 기액 혼합부(30);
   상기 기액 혼합부(30)로부터 공급되는 오존수의 오존 용해도를 높이도록 압을 걸어주며, 오존수와 배오존이 분리되어 배출되도록 하는 반응조(50);
   상기 원수 또는 오존수가 유통되도록 상기 저장조(10)와 상기 기액 혼합부(30), 상기 기액 혼합부(30)와 상기 반응조(50)를 연결하는 배관(60);
   상기 기액 혼합부(30), 상기 반응조(50) 및 상기 배관(60)의 외주에 감겨있는 코일(70); 및
   상기 코일(70)에 전류를 인가하는 전류 공급부(80);
   를 포함하여 이루어지며,
   상기 기액 혼합부(30), 상기 반응조(50) 및 상기 배관(60)의 직경이 서로 상이하며,
   상기 전류 공급부(80)는,
   상기 기액 혼합부(30), 상기 반응조(50), 상기 배관(60)에 감긴 상기 코일(70)에서 각각 공진이 발생될 수 있도록 상기 기액 혼합부(30), 상기 반응조(50), 상기 배관(60)의 직경에 맞는 공진주파수가 포함되어 주파수가 스윕되는 교류 전류를 인가하는 것을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 오존수 생성 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 오존수 생성 장치는,
   상기 반응조(50)에서 탈기한 배오존을 상기 기액 혼합부(30)로 재공급해주는 것을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 오존수 생성 장치.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 기액 혼합부(30)는,
   혼합 펌프, 압축 펌프, 벤츄리 인젝터, 이젝터 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 오존수 생성 장치.
   
7. 제 1항에 있어서, 상기 오존수 생성 장치는,
   상기 기액 혼합부(30)로부터 공급되는 오존수의 오존 용해를 촉진시키는 혼합 촉진부(40);
   가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 오존수 생성 장치.
   
8. 제 7항에 있어서, 상기 혼합 촉진부(40)는,
   스태틱 믹서 또는 와류 펌프 중 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자기장을 이용한 오존수 생성 장치.

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