KR102173948B1 - 오존 가스 발생 장치 및 오존 가스 발생 장치의 제조 방법 - Google Patents

오존 가스 발생 장치 및 오존 가스 발생 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

오존 가스 발생 장치는 제1 전극(111)을 포함하는 제1 전극부(11)와, 제1 전극부와 대향함과 함께, 제1 전극부와의 사이에서 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치되고, 제2 전극(121)을 포함하는 제2 전극부(12)를 구비하며, 제1 전극부 및 제2 전극부는 적어도 한쪽이 서로 대향하는 측의 제1 전극 또는 제2 전극의 면에 마련된 유전체(112(122))를 포함함과 함께, 적어도 한쪽이 서로 대향하는 측의 제1 전극, 제2 전극 또는 유전체 면의 적어도 일부에 마련되고, 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층들(112, 123)을 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부는 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다.

Description

오존 가스 발생 장치 및 오존 가스 발생 장치의 제조 방법
본 발명은 오존 가스 발생 장치 및 오존 가스 발생 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
종래에 오존 가스 발생 장치가 알려져 있다. 이와 같은 오존 가스 발생 장치는, 예를 들면, 일본 공개특허공보 제2012-126614호에 개시되어 있다.
상기 일본 공개특허공보 제2012-126614호에는 방전 갭을 사이에 두고 배치된 접지 전극관 및 고전압 전극관을 구비하는 오존 발생 장치(오존 가스 발생 장치)가 개시되어 있다. 이러한 오존 발생 장치는 오존 가스를 안정적으로 발생시키기 위하여, 방전 갭이 균일하게 되도록 접지 전극관 및 고전압 전극관이 조립되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 제2012-126614호
그러나, 상기 일본 공개특허공보 제2012-126614호의 오존 발생 장치에서는, 오존 가스를 안정적으로 발생시키기 위하여 방전 갭이 높은 정밀도로 균일하게 되도록 접지 전극관 및 고전압 전극관이 조립되어 있다. 이로 인해, 접지 전극관 및 고전압 전극관을 양호한 정밀도로 조립할 필요가 있으므로, 오존 발생 장치를 제조하는 것이 곤란하다는 문제점이 있다. 특히, 방전 갭이 작은 경우, 허용하는 오차의 절댓값이 매우 작아지므로, 방전 갭을 양호한 정밀도로 균일하게 하는 것은 더 곤란해진다. 이로 인해, 방전 갭이 작은 경우에는 오존 발생 장치를 제조하는 것이 더 곤란하다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 본 발명의 일 목적은 오존 가스를 안정적으로 발생시키는 것이 가능하며, 용이하게 제조하는 것이 가능한 오존 가스 발생 장치 및 이와 같은 오존 가스 발생 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자가 예의 검토한 결과, 제1 전극을 포함하는 제1 전극부와 제1 전극부와 대향하여 배치되고 제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 구비하는 오존 가스 발생 장치에 있어서, 서로 대향하는 측의 제1 전극부 또는 제2 전극부 면의 적어도 일부가 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층으로 구성되고, 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 간격(이하, 방전 갭이라고도 함)의 정밀도를 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성함으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시키는 것이 가능한 점을 발견하였다. 즉, 본 발명자는 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하는 경우, 종래에 높은 정밀도가 요구된다고 생각되던 방전 갭의 정밀도가 ±50% 이하이면 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있는 점을 발견하였다. 또한, 금속 화합물은 금속 원소를 포함하는 화합물이다. 예를 들면, 금속 산화물, 금속 질화물 등이다.
본 발명의 제1 측면에 따른 오존 가스 발생 장치는, 제1 전극을 포함하는 제1 전극부와, 제1 전극부와 대향함과 함께 제1 전극부와의 사이에서 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치되고, 제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 구비하며, 제1 전극부 및 제2 전극부는 적어도 한쪽이 서로 대향하는 측의 제1 전극 또는 제2 전극의 면에 마련된 유전체를 포함함과 함께, 적어도 한쪽이 서로 대향하는 측의 제1 전극, 제2 전극 또는 유전체 면의 적어도 일부에 마련되고, 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층을 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부는 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다.
본 발명의 제1 측면에 따른 오존 가스 발생 장치에서는, 상술한 바와 같이, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하고, 방전 갭의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성함으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있음과 함께 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 방전 갭의 정밀도(오차)를 ±10% 이상으로 함(±10%보다 완화시킴)으로써, 제1 전극부 및 제2 전극부를 조립하는 정밀도를 까다롭게 추구하지 않아도 되므로, 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하여 방전 갭의 정밀도(오차)를 ±50% 이하로 함(±50%보다 까다롭게 함)으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다. 이는 오존 가스의 발생 효율에 대해서는 방전 갭의 정밀도를 완화시키는 것에 의한 영향보다, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층에 의한 오존 가스 발생 효율의 향상의 영향 쪽이 크기 때문이라고 생각할 수 있다. 즉, 금속 또는 금속 화합물은 오존 가스를 보다 양호한 효율로 발생시킬 수 있는 재료인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같은 효과는 방전 갭이 작은 경우에 특히 유효하다. 즉, 방전 갭이 작은 경우에 그 정밀도를 까다롭게 추구하면 허용하는 오차의 절댓값이 매우 작아지므로, 오존 가스 발생 장치를 제조하는 것이 매우 곤란해진다. 한편, 본 발명에서는 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로, 방전 갭이 작은 오존 가스 발생 장치에서도 용이하게 제조할 수 있다.
상술한 제1 측면에 따른 오존 가스 발생 장치에 있어서, 바람직하게는 제1 전극부 및 제2 전극부는 방전되는 유효 면적의 30% 이상의 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 여기서, 본 발명의 오존 가스 발생 장치는 제1 전극부와 제2 전극부의 사이의 간극에 원료 가스를 공급하고, 이러한 간극에 방전을 발생시킴으로써 오존 가스를 발생시키는 것이다. 방전되는 유효 면적이란 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 면적 중에서 제1 전극 및 제2 전극의 서로 대향하는 표면의 면적이다. 이와 같이, 제1 전극부 및 제2 전극부의 방전되는 유효 면적의 30% 이상의 서로 대향하는 간격의 정밀도를 관리함으로써, 오존 가스의 발생 효율의 저하를 억제하는 것이 가능하다. 또한, 제1 전극부 및 제2 전극부의 방전되는 유효 면적의 30% 미만의 서로 대향하는 간격의 정밀도를 관리한 경우에는, 오존 가스의 발생 효율의 저하를 충분히 억제할 수 없는 경우가 있다. 또한, 제1 전극부 및 제2 전극부의 방전되는 유효 면적의 100% 미만의 서로 대향하는 간격의 정밀도를 관리하는 경우, 유효 면적의 100%(모든 유효 면적)의 서로 대향하는 간격의 정밀도를 관리하는 경우와 비교하여 오존 가스 발생 장치를 제조할 때의 작업의 번잡화 및 조립 작업 시간의 장시간화를 억제할 수 있다.
상술한 제1 측면에 의한 오존 가스 발생 장치에 있어서, 바람직하게는 제1 전극부 및 제2 전극부에 의하여 구성되는 방전 셀은 복수로 마련되어 있고, 복수의 방전 셀의 제1 전극부 및 제2 전극부는 각각 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 여기서, 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구하면 1개의 방전 셀을 제조하는 것 자체가 곤란하다. 복수의 방전 셀을 마련한 오존 가스 발생 장치, 특히 복수의 방전 셀을 소정의 체적 내에 일체화하여 마련하는 오존 가스 발생 장치에서는 제조하는 것 자체가 곤란한 방전 셀을 복수 제조한 다음, 추가로 일체화하여 조립할 필요가 있으므로 오존 가스 발생 장치를 제조하는 것이 매우 곤란해진다. 이는 방전 갭이 작은 오존 가스 발생 장치에 있어서 특히 현저하다. 한편, 본 발명에서는, 복수의 방전 셀의 각각의 방전 갭의 정밀도를 ±10% 이상 ±50% 이하로 관리함으로써, 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없다. 이에 따라, 복수의 방전 셀을 구비하는 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
이 경우에 바람직하게는, 복수의 방전 셀의 제1 전극부 및 제2 전극부는 소정의 기준 간격에 대하여 각각 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 복수의 방전 셀의 방전 갭을 각각 공통의 기준 간격에 대하여 ±10% 이상 ±50% 이하로 관리할 수 있으므로, 복수의 방전 셀 간의 방전 갭의 편차를 억제할 수 있다. 이에 따라, 복수의 방전 셀 간에서 발생하는 오존 가스의 발생 효율에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 복수의 방전 셀을 구비하는 오존 가스 발생 장치 전체로서 안정적으로 오존 가스를 발생시킬 수 있다.
상술한 제1 측면에 의한 오존 가스 발생 장치에 있어서, 바람직하게는, 제1 전극부 및 제2 전극부는 방전되는 유효 면적의 서로 대향하는 표면 간격의 평균에 대한 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 방전 갭의 평균으로부터의 편차를 억제할 수 있으므로 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다.
상술한 제1 측면에 의한 오존 가스 발생 장치에 있어서, 바람직하게는, 제1 전극부 및 제2 전극부는 300㎛ 이하의 소정의 기준 간격에 대하여 서로 대향하는 표면 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 여기서, 기준 간격이 300㎛ 이하인 방전 갭이 작은 오존 가스 발생 장치를 양호한 정밀도로 제조하는 것은 매우 곤란하다. 한편, 본 발명에서는, 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로 기준 간격이 300㎛ 이하인 방전 갭이 작은 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
상술한 제1 측면에 의한 오존 가스 발생 장치에 있어서, 바람직하게는, 제1 전극부 및 제2 전극부는 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±30% 이하로 구성되어 있다. 이와 같이 방전 갭의 정밀도를 ±30% 이하로 함으로써, 오존 가스를 보다 안정적으로 발생시킬 수 있다.
상술한 제1 측면에 의한 오존 가스 발생 장치에 있어서, 바람직하게는, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층은 금속 화합물을 포함하는 층이며, 금속 화합물은 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중 적어도 하나의 금속을 포함한다. 여기서, 원료 가스로서 고순도 산소 가스에 미량의 질소 가스 등을 첨가함으로써, 고농도인 오존 가스를 안정적으로 생성하는 것이 가능하다는 것이 알려져 있다. 그러나, 원료 가스에 질소 가스가 포함되어 있는 경우, 질소 산화물이 부생성물로서 생성되므로 반도체 분야 등에 이용되는 오존 가스 발생 장치에는 적합하지 않았다. 한편, 질소 리스의(질소를 첨가하지 않음) 고순도 산소 가스를 원료 가스로서 이용한 경우에, 서로 대향하는 측의 제1 전극, 제2 전극 또는 유전체 면의 적어도 일부에 금속 화합물을 포함하는 층을 마련함으로써, 고농도인 오존 가스를 안정적으로 생성할 수 있다. 특히, 금속 화합물이 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중에서 적어도 하나의 원소를 포함함으로써, 고농도인 오존 가스를 보다 안정적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 의한 오존 가스 발생 장치의 제조 방법은, 제1 전극을 포함하는 제1 전극부를 형성하는 공정과, 제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 형성하는 공정과, 제1 전극부 및 제2 전극부를 서로 대향시켜 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치하는 공정을 구비하며, 제1 전극부 및 제2 전극부 중에서 적어도 한쪽을 형성하는 공정은 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 측의 제1 전극 또는 제2 전극의 면에 유전체를 마련하는 공정을 포함하고, 제1 전극부 및 제2 전극부 중에서 적어도 한쪽을 형성하는 공정은 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 측의 제1 전극, 제2 전극 또는 유전체 면의 적어도 일부에 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하는 공정을 포함하며, 제1 전극부 및 제2 전극부를 서로 대향시켜 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치하는 공정은 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하가 되도록 소정의 간격을 사이에 두고 배치하는 공정을 포함한다.
본 발명의 제2 측면에 의한 오존 가스 발생 장치의 제조 방법에서는, 상술한 바와 같이 구성함으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있는 것과 함께, 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 방전 갭의 정밀도(오차)를 ±10% 이상으로 함(±10%보다 완화시킴)으로써, 제1 전극부 및 제2 전극부를 조립하는 정밀도를 까다롭게 추구하지 않아도 되므로, 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다. 또, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하여, 방전 갭의 정밀도(오차)를 ±50% 이하로 함(±50%보다 까다롭게 함)으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시키는 것이 가능한 오존 가스 발생 장치를 제조할 수 있다. 이는 오존 가스의 발생 효율에 대해서는 방전 갭의 정밀도를 완화시키는 것에 의한 영향보다, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층에 의한 오존 가스 발생 효율의 향상의 영향 쪽이 크기 때문이라고 생각할 수 있다. 즉, 금속 또는 금속 화합물은 오존 가스를 보다 양호한 효율로 발생시킬 수 있는 재료인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같은 효과는 방전 갭이 작은 경우에 특히 유효하다. 즉, 방전 갭이 작은 경우에, 그 정밀도를 까다롭게 추구하면 허용하는 오차의 절댓값이 매우 작아지므로 오존 가스 발생 장치를 제조하는 것이 매우 곤란해진다. 한편, 본 발명에서는, 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로, 방전 갭이 작은 오존 가스 발생 장치에서도 용이하게 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상술한 바와 같이, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있음과 함께, 오존 가스 발생 장치를 용이하게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오존 가스 발생 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오존 가스 발생 장치의 오존 가스 생성부를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오존 가스 발생 장치의 방전 셀을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오존 가스 발생 장치의 방전 셀의 제1 전극부 및 제2 전극부의 간격을 설명하기 위한 도이다.
도 5는 실시예 1에 의한 갭 정밀도 및 오존 농도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 2에 의한 방전 셀 수 및 오존 농도의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.
오존 가스 발생 장치의 구성
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 의한 오존 가스 발생 장치(100)의 구성에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 실시 형태에 의한 오존 가스 발생 장치(100)는 산소 가스(O2)를 원료로서 오존 가스를 생성하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 오존 가스 발생 장치(100)는 고순도 산소 가스(예를 들면, 산소 농도 99.99% 이상)를 사용하고, 생성되는 오존 가스 중의 불순물(오존 및 산소 이외의 물질)의 농도가 억제되도록 구성되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 오존 가스 발생 장치(100)는 오존 가스 생성부(1), 전원(2) 및 제어부(3)을 구비하고 있다.
오존 가스 생성부(1)는, 예를 들면 원료로서 고순도 산소 가스(O2)가 공급되고, 고농도의 오존 가스를 생성하도록 구성되어 있다. 이 경우, 원료의 고순도 산소 가스에는 질소 등의 다른 가스는 첨가되어 있지 않다. 즉, 오존 가스 발생 장치(100)는 질소 첨가 리스의 고순도 산소 가스를 원료로 고농도의 오존 가스를 생성하는 것이 가능하다. 또한, 오존 가스 발생 장치(100)는 원료로서 공기를 공급해도 되고, 산소에 질소 등 다른 가스를 첨가한 기체를 공급해도 된다.
오존 가스 생성부(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 복수의 방전 셀(10)을 포함하고 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 방전 셀(10)은 제1 전극부(11)와 제2 전극부(12)를 포함하고 있다. 제1 전극부(11)는 제1 전극(111), 유전체(112) 및 기능막(113)을 가지고 있다. 제2 전극부(12)는 제2 전극(121), 유전체(122) 및 기능막(123)을 가지고 있다. 복수의 방전 셀(10)은 동일한 구성을 가지고 있다. 방전 셀(10)은 전원(2)에 의한 인가에 의하여 무성 방전을 수행하도록 구성되어 있다. 복수의 방전 셀(10)의 각각의 사이에는 방전 셀(10)을 냉각하는 냉각수를 통과시키는 유로(14)가 마련되어 있다. 또한, 유로(14)는 냉각 가스를 통과시켜 방전 셀(10)을 냉각해도 된다. 또, 기능막들(113, 123)은 다음 특허청구범위의 "금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층"의 일예이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 서로 대향하여 배치되어 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치되어 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)의 서로 대향하는 면은 대략적으로 평탄한 형상으로 형성되어 있다.
제1 전극(111) 및 제2 전극(121)은 한 쌍의 유전체들(112, 122)의 외측에 각각 배치되고, 한 쌍의 유전체들(112, 122) 간에 유전체 배리어 방전(무성 방전)을 발생시키도록 구성되어 있다. 즉, 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)에는 전원(2)이 접속되어 있다. 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)에는 전원(2)으로부터 고주파 고전압의 교류 전력이 공급된다. 또한, 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)은 각각 막 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)은 서로 대향하여 배치되어 있다.
한 쌍의 유전체들(112, 122)은 서로 대향하도록 소정의 간격을 사이에 두고 배치되어 있다. 또한, 한 쌍의 유전체들(112, 122)은 각각 알루미나(세라믹)에 의하여 형성되어 있다. 또한, 한 쌍의 유전체들(112, 122)은 각각 판 형상으로 형성되어 있다. 또한, 한 쌍의 유전체들(112, 122)은 각각 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)보다 큰 면적을 가지며, 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)의 내측의 면(대향하는 측의 면)을 각각 덮도록 배치되어 있다. 유전체들(112, 122)은, 예를 들면 약 0.05㎜ 이상 약 1㎜ 이하의 판 두께를 가진다. 안정된 성능을 얻기 위하여, 바람직하게는, 유전체들(112, 122)은 약 0.1㎜ 이상 약 0.3㎜ 이하의 판 두께를 가진다.
한 쌍의 기능막들(113, 123)은 한 쌍의 유전체들(112, 122)의 서로 대향하는 면에 각각 마련되어 있다. 즉, 기능막들(113, 123)은 한 쌍의 유전체들(112, 122)의 사이의 간극(방전되는 공간)에 접하도록 배치되어 있다. 또한, 기능막들(113, 123)은 각각 유전체들(112, 122)의 면의 적어도 일부에 마련되어 있다. 한 쌍의 기능막들(113, 123)의 사이의 간극에 원료의 산소 가스가 공급되도록 구성되어 있다. 또한, 기능막들(113, 123)은 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하고 있다. 예를 들면, 기능막들(113, 123)은 금속 산화물이나 금속 질화물을 포함하고 있다. 바람직하게는, 기능막들(113, 123)은 금속 화합물을 포함하며, 상기 금속 화합물은, 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중에서 적어도 하나의 원소를 포함한다. 보다 바람직하게는, 기능막들(113, 123)은 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중에서 적어도 하나의 금속 산화물을 포함한다.
또한, 기능막들(113, 123)은, 예를 들면 나이오븀, 탄탈럼, 몰리브데넘 및 크로뮴으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속의 제1 금속 산화물과, 타이타늄, 텅스텐, 아연 및 철로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속의 제2 금속 산화물을 포함하고 있어도 된다.
또한, 기능막들(113, 123)은, 예를 들면 페로브스카이트 구조의 A 위치에 원자가 존재하지 않는 결정 구조를 갖는 전이 금속 산화물의 A 위치에 알칼리 금속, 알칼리토류 금속 또는 희토류 원소가 들어간 전이 금속 브론즈를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 예를 들면 전이 금속 산화물은 V2O5, Sb2O3, WO3, Mn3O4, Fe2O3, NiO 또는 Co3O4를 들 수 있다.
또한, 기능막들(113, 123)은, 예를 들면 오존 농도의 저하를 저지하기 위한 기능 물질을 포함하고 있어도 된다. 예를 들면, 기능 물질은, Ti, W, Sb, Mn, Fe, Co, Ni, V 또는 Zn, 혹은 이들 금속의 산화물(MxOy)을 들 수 있다.
또한, 기능막들(113, 123)은, 예를 들면 분체 형상의 금속 또는 그 산화물과 무기계 고정재로 이루어지는 저저항의 코팅층을 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 예를 들면 분체 형상의 금속 또는 그 산화물은, Ti, W, Sb, Mn, Fe, Co, Ni, V 및 Zn과 이들 원소의 산화물로부터 선택되는 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 이용해도 된다.
또한, 기능막들(113, 123)은, 예를 들면 고체 산촉매를 포함하고 있어도 된다. 이 경우, 예를 들면 고체 산촉매는 나이오븀, 탄탈럼, 몰리브데넘으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 금속의 금속 산화물을 들 수 있다.
또한, 기능막들(113, 123)은, 예를 들면 산화 크로뮴을 포함하고 있어도 된다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)의 사이에는 리브(13)가 마련되어 있다. 이에 따라, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)의 서로 대향하는 표면의 간격(방전 갭)(D1)이 유지된다. 리브(13)는 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)의 양쪽에 마련되어 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)의 양쪽에 마련된 리브(13)는 접착층(13a)에 의하여 접착(접합)되어 있다. 접착층(13a)은, 예를 들면 유리를 포함한다.
전원(2)은 오존 가스 생성부(1)의 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)에 교류 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 전원(2)은 LC 회로 등에 의하여 공진시킨 고주파의 전력을 공급하도록 구성되어 있다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전원(2)에는 복수의 방전 셀(10)이 병렬로 접속되어 있다. 즉, 복수의 방전 셀(10)은 공통의 전원(2)으로부터 전력이 공급되도록 구성되어 있다.
제어부(3)는 오존 가스 발생 장치(100)의 각부를 제어하도록 구성되어 있다. 예를 들면, 제어부(3)는 전원(2)을 제어하며, 오존 가스 생성부(1)에 공급되는 전력을 제어한다.
여기서, 본 발명의 실시 형태에서, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 즉, 제1 전극부(11)의 기능막(113)의 표면과 제2 전극부(12)의 기능막(123)의 표면의 간격(방전 갭(D1))의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성되어 있다. 또한, 방전 갭(D1)은 기준 간격을 Da로 하고, 정밀도가 ±x%인 경우, (1-x/100)×Da≤D1≤(1+x/100)×Da가 되는 범위의 크기를 가진다. 예를 들면, 정밀도가 ±3%인 경우, 방전 갭(D1)은 (1-0.03)×Da≤D1≤(1+0.03)×Da가 되는 범위의 크기를 가진다. 또한, 정밀도가 ±50%인 경우, 방전 갭(D1)은 (1-0.5)×Da≤D1≤(1+0.5)×Da가 되는 범위의 크기를 가진다.
바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 보다 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±20% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다.
또한, 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±40% 이하로 구성되어 있다. 보다 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±30% 이하로 구성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±10% 이상 ±30% 이하로 구성되어 있다. 한층 더 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±20% 이상 ±30% 이하로 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전되는 유효 면적의 30% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전되는 유효 면적의 50% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 보다 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전되는 유효 면적의 70% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전되는 유효 면적의 90% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 또한, 방전되는 유효 면적의 100%의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있어도 되는 것은 말할 것도 없다.
또한, 본 발명의 실시형태에서, 복수의 방전 셀(10)의 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 각각 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 즉, 복수의 방전 셀(10) 중에서 각각의 방전 셀(10)의 방전 갭(D1)의 방전 셀(10) 내의 편차의 정밀도는 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성되어 있다. 또한, 복수의 방전 셀(10)의 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 소정의 기준 간격 Da에 대하여 각각 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다. 즉, 방전 갭(D1)의 복수의 방전 셀(10) 간의 편차의 정밀도는 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성되어 있다.
또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전되는 유효 면적의 방전 갭(D1)의 평균에 대한 간격의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성되어 있다.
또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 고농도 오존 가스를 발생시키기 위하여, 방전 갭(D1)의 기준 간격 Da가 300㎛ 이하로 구성되어 있다. 바람직하게는, 보다 고농도 오존 가스를 발생시키기 위하여 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 기준 간격 Da가 200㎛ 이하로 구성되어 있다. 더욱 바람직하게는, 보다 고농도 오존 가스를 발생시키기 위하여 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)는 방전 갭(D1)의 기준 간격 Da가 100㎛ 이하로 구성되어 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 방전 갭(D1)은 리브(13)의 높이(D2), 기능막ㄷ드들(113, 123)의 막 두께(D3)에 영향을 받는다. 또한, 접착층(13a)의 두께는 무시할 수 있을 만큼 작다. 구체적으로는, D1≒D2×2-D3×2가 된다. 다만, 리브(13)의 높이(D2)의 방전 셀(10) 내의 편차분(균일하지 않은 분), 방전 셀(10) 내에 있어서 D1은 변동한다. 또한, 막 두께(D3)의 방전 셀(10) 내의 편차분(균일하지 않은 분), 방전 셀(10) 내에 있어서 D1은 변동한다.
오존 가스 발생 장치의 제조 방법
이하, 오존 가스 발생 장치(100)(오존 가스 생성부(1))의 제조 방법에 대하여 설명한다.
기재로서의 유전체(112(122))에 리브(13)가 형성된다. 구체적으로는, 리브(13)의 재료가 유전체(112(122))의 표면에 도포 또는 인쇄된다. 그 후, 소결된다. 그리고, 리브(13)의 높이를 균일화하기 위하여, 리브(13)의 표면이 랩 연마에 의하여 닦인다. 이에 따라, 유전체(112(122)) 상에 리브(13)가 형성된다.
그리고, 리브(13)이 형성된 측의 유전체(112(122))의 면에 기능막(113(123))이 형성된다. 구체적으로는, 유전체(112(122))의 표면으로서 리브(13)가 형성되어 있지 않은 개소에 기능막(113(123))의 재료가 스크린 인쇄에 의하여 인쇄된다. 그 후, 소결되어 유전체(112(122))의 표면에 기능막(113(123))이 형성된다.
또한, 리브(13)을 형성할 때, 높이 게이지나 마이크로 게이지 등의 길이를 측정하는 기기에 의하여 기능막(113(123))의 표면으로부터의 리브(13)의 높이가 계측된다. 또한, 레이저 변위계 등의 레이저를 이용하는 기기로 기능막(113(123))의 표면으로부터의 리브(13)의 높이를 계측해도 된다. 기능막(113(123))의 표면으로부터의 리브(13)의 높이(D2-D3)이 기준 간격 Da의 대략 1/2이 되도록 리브(13)가 연마된다. 여기서, 방전 갭(D1)은 D2 및 D3에 영향을 받으므로 기능막(113(123))의 막두께(D3) 및 리브(13)의 높이(D2)의 정밀도를 관리함으로써, 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3%~±50%로 관리된다.
그리고, 유전체(112(122))의 기능막(113(123))과는 반대측 면에 제1 전극(111)(제2 전극(121))이 형성된다. 구체적으로는, 은이나 구리 등의 금속이 전극으로서 유전체(112(122))면에 형성된다. 또한, 제1 전극(111)(제2 전극(121))을 형성하는 공정은, 기능막(113(123))을 형성하는 공정보다 먼저 행해도 된다.
다음으로, 기능막(113) 및 리브(13)가 형성된 제1 전극부(11)와 기능막(123) 및 리브(13)이 형성된 제2 전극부(12)가 기능막들(113, 123)을 대향시킨 상태로 접착(접합)된다. 이때, 상술한 바와 같이, 기능막(113(123))의 막 두께(D3) 및 리브(13)의 높이(D2)의 정밀도를 관리하고 있으므로, 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 된다. 또한, 서로 인접하는 방전 셀(10)을 구성하는 인접한 유전체들(112, 122)의 제1 전극(111) 및 제2 전극(121)의 면끼리가 절연체(도시하지 않음)를 통하여 접착층에 의하여 접착(접합)된다. 이에 따라, 복수의 방전 셀(10)이 조립된다. 또, 복수의 방전 셀(10)의 각각의 사이에 냉각수를 통과시키는 유로(14)(도 2 참조)가 마련되어 오존 가스 생성부(1)가 조립된다.
실시 형태의 효과
본 발명의 실시 형태에서는 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 서로 대향하는 측의 제1 전극부(11)의 유전체(112) 및 제2 전극부(12)의 유전체(122)의 각각의 적어도 일부에 기능막들(113, 123)을 마련하고, 방전 갭(D1)의 정밀도를 ±3% 이상 ±50% 이하로 구성함으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있음과 함께, 오존 가스 발생 장치(100)을 용이하게 제조할 수 있다. 즉, 방전 갭(D1)의 정밀도(오차)를 ±3% 이상으로 함(±3%보다 완화시킴)으로써, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 조립하는 정밀도를 까다롭게 추구하지 않아도 되므로, 오존 가스 발생 장치(100)을 용이하게 제조할 수 있다. 또, 서로 대향하는 측의 제1 전극부(11)의 유전체(112) 및 제2 전극부(12)의 유전체(122)의 각각의 적어도 일부에 기능막들(113, 123)을 마련하고, 방전 갭(D1)의 정밀도를 ±50% 이하로 함(±50%보다 엄격하게 함)으로써, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다. 상술한 바와 같은 효과는, 방전 갭(D1)이 작은 경우에 특히 유효하다. 즉, 방전 갭(D1)이 작은 경우에 그 정밀도를 까다롭게 추구하면, 허용하는 오차의 절댓값이 매우 작아지므로, 오존 가스 발생 장치를 제조하는 것이 매우 곤란해진다. 한편, 본 발명의 실시형태에서는 방전 갭(D1)의 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로, 방전 갭(D1)이 작은 오존 가스 발생 장치(100)에 있어서도 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전되는 유효 면적의 30% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성하고 있으므로, 오존 가스의 발생 효율의 저하를 억제할 수 있다. 이로 인해, 유효 면적의 100%(모든 유효 면적)의 방전 갭(D1)의 정밀도를 관리하는 경우와 비교하여 오존 가스 발생 장치를 제조할 때의 작업의 번잡화 및 조립 작업 시간의 장시간화를 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전되는 유효 면적의 50% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성한 경우, 오존 가스 발생 장치를 제조할 때의 작업의 번잡화 및 조립 작업 시간의 장시간화를 억제하면서, 오존 가스의 발생 효율의 저하를 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전되는 유효 면적의 70% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성한 경우, 오존 가스 발생 장치를 제조할 때의 작업의 번잡화 및 조립 작업 시간의 장시간화를 억제하면서, 오존 가스의 발생 효율의 저하를 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를, 방전되는 유효 면적의 90% 이상의 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성한 경우, 오존 가스 발생 장치를 제조할 때의 작업의 번잡화 및 조립 작업 시간의 장시간화를 억제하면서, 오존 가스의 발생 효율의 저하를 더 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 복수의 방전 셀(10)의 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 각각 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성한다. 여기서, 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구하면 1개의 방전 셀(10)을 제조하는 것 자체가 곤란하다. 복수의 방전 셀(10)을 마련한 오존 가스 발생 장치(100), 특히 복수의 방전 셀(10)을 소정의 체적 내에 일체화하여 마련하는 오존 가스 발생 장치(100)에서는 제조하는 것 자체가 곤란한 방전 셀(10)을 복수 제조한 다음에 추가로 일체화하여 조립할 필요가 있으므로, 오존 가스 발생 장치(100)를 제조하는 것이 매우 곤란해진다. 이는 방전 갭이 작은 오존 가스 발생 장치(100)에 있어서 특히 현저하다. 한편, 본 발명의 실시형태에서는, 복수의 방전 셀(10)의 각각의 방전 갭(D1)의 정밀도를 ±3% 이상 ±50% 이하로 관리함으로써, 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없다. 이에 따라, 복수의 방전 셀(10)을 구비하는 오존 가스 발생 장치(100)를 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 복수의 방전 셀(10)의 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 소정의 기준 간격 Da에 대하여 각각 방전 갭(D1)의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성한다. 이에 따라, 복수의 방전 셀(10)의 방전 갭(D1)을 각각 공통의 기준 간격 Da에 대하여 ±3% 이상 ±50% 이하로 관리할 수 있으므로, 복수의 방전 셀(10) 간의 방전 갭(D1)의 편차를 억제할 수 있다. 이로 인해, 복수의 방전 셀(10) 간에 발생하는 오존 가스의 발생 효율에 편차가 발생하는 것을 억제할 수 있으므로, 복수의 방전 셀(10)을 구비하는 오존 가스 발생 장치(100)에서도 장치 전체에 있어서 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전되는 유효 면적의 방전 갭(D1)의 평균에 대한 간격의 정밀도가 ±3% 이상 ±50% 이하가 되도록 구성한다. 이에 따라, 방전 갭(D1)의 평균으로부터의 편차를 억제할 수 있으므로, 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에서는, 상술한 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 정밀도(오차)가 ±10% 이상이 되도록 구성한 경우, 방전 갭의 정밀도를 보다 완화시킬 수 있으므로, 오존 가스 발생 장치(100)를 보다 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 정밀도(오차)가 ±20% 이상이 되도록 구성한 경우, 방전 갭의 정밀도를 더 완화시킬 수 있으므로, 오존 가스 발생 장치(100)를 더욱 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 정밀도(오차)가 ±40% 이하가 되도록 구성한 경우, 방전 갭의 편차를 보다 억제할 수 있으므로, 오존 가스를 보다 안정적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 정밀도(오차)가 ±30% 이하가 되도록 구성할 경우, 방전 갭의 편차를 더 억제할 수 있으므로, 오존 가스를 더 안정적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 기준 간격 Da를 300㎛ 이하로 구성한 경우, 본 발명의 실시형태에서는 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로, 기준 간격 Da가 300㎛ 이하인 방전 갭(D1)이 작은 오존 가스 발생 장치(100)를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이와 같은 오존 가스 발생 장치(100)는 기준 간격 Da가 300㎛m 이하로 작으므로, 고농도 오존 가스를 발생시킬 수 있다. 또한, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 기준 간격 Da가 20㎛ 이하로 구성한 경우, 본 발명의 실시형태에서는, 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로, 기준 간격 Da가 200㎛ 이하인 방전 갭(D1)이 보다 작은 오존 가스 발생 장치(100)이어도 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이와 같은 오존 가스 발생 장치(100)는 기준 간격 Da가 200㎛ 이하로 보다 작으므로, 보다 고농도의 오존 가스를 발생시킬 수 있다. 또, 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)를 방전 갭(D1)의 기준 간격 Da가 100㎛ 이하로 구성한 경우, 본 발명의 실시 형태에서는 방전 갭의 정밀도를 까다롭게 추구할 필요가 없으므로, 기준 간격 Da가 100㎛ 이하인 방전 갭(D1)이 더 작은 오존 가스 발생 장치(100)이어도 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이와 같은 오존 가스 발생 장치(100)는 기준 간격 Da가 100㎛ 이하로 더 작으므로, 더 고농도의 오존 가스를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 기능막들(113, 123)에 포함되는 금속 화합물은, 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중에서 적어도 하나의 원소를 포함한다. 이로써, 질소 리스의 고순도 산소 가스를 원료 가스로서 이용한 경우에도, 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중에서 적어도 하나의 금속을 포함하는 재료의 촉매 효과에 의하여 오존 가스를 안정적으로 생성할 수 있다.
실시예의 설명
이하, 도 5 및 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른
오존 가스 발생 장치(100)의 평가를 수행한 실험 결과에 대하여 설명한다.
먼저, 도 5를 참조하여 갭 정밀도 및 오존 농도의 관계에 대하여 설명한다. 도 5에 나타내는 실시예 1에서는, 오존 가스 발생 장치(100)의 제1 전극부(11) 및 제2 전극부(12)의 서로 대향하는 표면의 간격(방전 갭)(D1)의 정밀도를 변화시켜 실험을 수행하였다. 또한, 각각의 정밀도에 대해 복수나 동일한 수의 방전 셀(10)을 이용하여 실험을 수행하였다. 또한, 각각의 정밀도에 대해 동일한 유량의 산소 가스(원료 가스)를 공급하여 실험을 수행하였다. 또한, 각각의 정밀도에 대해 동일한 전력의 교류 전력을 공급하여 실험을 수행하였다. 즉, 갭 정밀도 이외의 조건은 모두 통일하였다. 갭 정밀도가 ±약 3%, ±약 15%, ±약 20%인 경우, 방전 갭의 기준 간격 Da를 70㎛로 하였다. 또한, 갭 정밀도가 ±약 30%인 경우, 방전 갭의 기준 간격 Da를 50㎛로 하였다. 또한, 갭 정밀도가 ±약 40%, ±약 50%의 오존 농도는 ±약 3%, ±약 15%, ±약 20%, ±약 30%의 결과에 근거하여 예측한 값이다.
방전 갭의 갭 정밀도가 ±약 3%, ±약 15%, ±약 20%, ±약 30%인 경우, 오존 농도는 표준 상태에서 약 300g/m3가 되었다. 측정 오차 등을 고려하면, 갭 정밀도가 ±약 3%, ±약 15%, ±약 20%, ±약 30%에서는, 오존 농도는 대략 변함없다고 할 수 있다. 또한, 방전 갭의 갭 정밀도가 ±약 40%인 경우, 오존 농도가 약간 저하된다고 생각할 수 있다. 또한, 방전 갭의 갭 정밀도가 ±약 50%인 경우, 오존 농도가 더 저하되지만 오존 가스를 안정적으로 발생시킬 수 있는 범위 내라고 생각할 수 있다. 이러한 결과로부터 방전 갭의 갭 정밀도가 ±약 50% 이하이면, 오존 가스를 안정적으로 발생시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하여 방전 셀 수 및 오존 농도의 관계에 대하여 설명한다. 도 6에 나타내는 실시예 2에서는 방전 셀(10)의 수를 변화시켜 실험을 수행하였다. 또한, 1개의 방전 셀(10)에 공급하는 산소 가스(원료 가스)의 유량을 동일한 유량으로 하여 실험을 수행하였다. 즉, 방전 셀 수가 N인 경우, 방전 셀 수가 1인 경우의 N배의 산소 가스를 공급하여 실험을 수행하였다. 또한, 1개의 방전 셀(10)에 공급하는 교류 전력의 전력을 동일하게 하여 실험을 수행하였다. 즉, 방전 셀 수가 N인 경우, 방전 셀 수가 1인 경우의 N배의 전력을 공급하여 실험을 수행하였다. 또한, 방전 갭(D1)의 정밀도를 ±약 30%로서 실험을 수행하였다. 즉, 방전 셀(10)의 수 이외의 조건을 통일했다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 방전 셀(10)의 수가 1, 3, 5, 7 및 10인 경우, 오존 농도는 표준 상태에서 모두 약 300g/m3가 되었다. 측정 오차 등을 고려하면, 방전 셀(10)의 수가 1, 3, 5, 7 및 10인 경우에는 오존 농도는 대략 변하지 않는다고 할 수 있다. 즉, 방전 셀(10) 간의 방전 갭에 ±약 30%의 편차가 있었던 경우에서도 오존 가스를 안정적으로 발생시키는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.
변형예
또한, 여기에 개시되는 실시 형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아닌 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 실시 형태 및 실시예의 설명이 아닌 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)이 포함된다.
예를 들면, 상술한 실시 형태에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 양쪽에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층으로서의 기능막을 마련하는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제1 전극부 및 제2 전극부 중 적어도 한쪽 측에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하면 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 양쪽에 유전체를 마련하는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제1 전극부 및 제2 전극부 중에서 적어도 한쪽 측에 유전체를 마련하면 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 유전체의 표면에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층으로서의 기능막을 마련하는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제1 전극 또는 제2 전극의 표면에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련해도 된다. 예를 들면, 제1 전극의 표면에 유전체가 마련되고, 제2 전극의 표면에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층이 마련되어 있어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 대향하는 면의 대략 모든 면에 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층으로서의 기능막을 마련하는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제1 전극부 및 제2 전극부 중에서 적어도 한쪽이 적어도 일부에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련해도 된다. 또한, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 면 형상으로 마련하는 것 이외에, 선 형상으로 마련해도 되고, 점 형상으로 마련해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층으로서의 기능막의 재료를 유전체에 스크린 인쇄에 의하여 도포하여 기능막을 형성하는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 유전체에 스퍼터링에 의하여 형성해도 된다. 또한, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층의 재료를 스크린 인쇄 이외 방법으로 유전체에 도포하여 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 형성해도 된다. 또한, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 판 형상의 부재에 의하여 형성해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 유전체는 알루미나에 의하여 형성되어 있는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 유전체는 알루미나 이외의 세라믹에 의하여 형성되어 있어도 되고, 세라믹 이외의 재료에 의하여 형성되어 있어도 된다. 예를 들면, 유전체는 유리에 의하여 형성되어 있어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 리브의 재료를 유전체에 도포 또는 인쇄하여 리브를 형성하는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 리브의 재료를 3D 프린터 등에 의하여 유전체에 적층하여 리브를 형성해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 판형 오존 가스 발생 장치에 본 발명을 적용하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 튜브형 오존 가스 발생 장치에 본 발명을 적용해도 된다. 이 경우, 튜브형 오존 가스 발생 장치는 튜브형 방전 셀이 복수 마련되어 있어도 된다. 또한, 복수의 튜브형 방전 셀은 일체화되어 있어도 된다. 예를 들면, 복수의 튜브형 방전 셀이 원통 형상의 케이스 내에 케이스의 길이 방향을 따라 평행하게 뻗도록 배열됨으로써 일체화되어 있어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 원료 가스에 질소를 첨가하지 않는 이른바 질소 리스 방식의 오존 가스 발생 장치에 본 발명을 적용하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 원료 가스에 고농도의 질소가 포함되는 방식의 오존 가스 발생 장치에 본 발명을 적용해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 간격의 기준 간격이 300㎛ 이하인 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 간격의 기준 간격을 300㎛ 이상으로 해도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면이 평탄 형상으로 형성되어 있는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 제1 전극부 및 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 적어도 한쪽에 요철 형상이 형성되어 있어도 된다.
또한, 상술한 실시 형태에서는 오존 가스 발생 장치에 복수의 방전 셀이 마련되어 있는 구성의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 오존 가스 발생 장치에 1개의 방전 셀이 마련되어 있는 구성이어도 된다.
또한, 본 발명의 오존 가스 발생 장치를, 예를 들면 오존수 제조 장치 등의 장치에 도입하여 사용해도 된다.
10: 방전 셀
11: 제1 전극부
12: 제2 전극부
100: 오존 가스 발생 장치
111: 제1 전극
112: 유전체
113: 기능막(금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층)
121: 제2 전극
122: 유전체
123: 기능막(금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층)

Claims (9)

  1. 제1 전극을 포함하는 제1 전극부와,
    상기 제1 전극부와 대향함과 함께, 상기 제1 전극부와의 사이에서 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치되고, 제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 구비하며,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 적어도 한쪽이 서로 대향하는 측의 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 면에 마련된 유전체를 포함함과 함께, 적어도 한쪽이 서로 대향하는 측의 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 또는 상기 유전체의 면의 적어도 일부에 마련되고, 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 포함하며,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되고,
    상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이에는 질소가 첨가되어 있지 않으며, 농도가 99.99% 이상인 산소가 원료 가스로 공급되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 방전되는 유효 면적의 30% 이상의 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부에 의하여 구성되는 방전 셀은 복수로 마련되어 있고,
    복수의 상기 방전 셀의 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 각각 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    복수의 상기 방전 셀의 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 소정의 기준 간격에 대하여, 각각 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 방전되는 유효 면적의 서로 대향하는 표면의 간격의 평균에 대한 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 300㎛ 이하의 소정의 기준 간격에 대하여, 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부는 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±30% 이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 또는 금속 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 층은 금속 화합물을 포함하는 층이고,
    상기 금속 화합물은, 타이타늄, 나이오븀 및 텅스텐 중에서 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치.
  9. 질소가 첨가되어 있지 않고 농도가 99.99% 이상인 산소를 원료 가스로 공급하여 오존 가스를 발생시키는 오존 가스 발생 장치의 제조 방법으로서,
    제1 전극을 포함하는 제1 전극부를 형성하는 공정과,
    제2 전극을 포함하는 제2 전극부를 형성하는 공정과,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 서로 대향시켜 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치하는 공정을 구비하고,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중에서 적어도 한쪽을 형성하는 공정은 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부의 서로 대향하는 측의 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극의 면에 유전체를 마련하는 공정을 포함하며,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 중에서 적어도 한쪽을 형성하는 공정은 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부의 서로 대향하는 측의 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 또는 상기 유전체의 면의 적어도 일부에 금속 또는 금속 화합물 중에서 적어도 하나를 포함하는 층을 마련하는 공정을 포함하고,
    상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 서로 대향시켜 방전 가능한 소정의 간격을 사이에 두고 배치하는 공정은 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부의 서로 대향하는 표면의 간격의 정밀도가 ±10% 이상 ±50% 이하가 되도록 소정의 간격을 사이에 두고 배치하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 오존 가스 발생 장치의 제조 방법.
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