KR20010057671A - 오존수 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 오존 용해 탱크에서의 압력과 온도를 조절하고, 물과 오존 가스와의 접촉 시간 및 접속 면적을 증대시킴으로써, 고농도의 오존수를 생성할 수 있도록 한 오존수 제조 장치에 관한 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 펌프를 이용하여 생성된 오존 가스를 오존 용해 탱크로 유입시키고, 오존 용해 탱크의 배기구 크기를 적절하게 조절하여 오존 용해 탱크의 콘테이너에 적정 레벨의 압력을 발생시키며, 콘테이너에 충진된 물을 오존 가스중으로 분사시켜 물과 오존 가스간의 접촉 시간 및 접촉 면적을 늘려 주며, 또한 냉각 장치를 부착하여 콘테이너의 내측 공간의 온도를 소정 레벨로 낮추어 주므로써, 생성되는 오존수의 고농도화를 실현할 수 있는 것이다.

Description

오존수 제조 장치{OZONATED WATER GENERATION APPARATUS}
본 발명은 오존수(ozonated water)를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산업 분야에서 세척제, 살균 처리제 등으로 사용되는 고농도의 오존수를 제조하는 데 적합한 오존수 제조 장치에 관한 것이다.
잘 알려진 바와같이, 오존(O3)은 강한 산화제로써 작용하기 때문에 반도체 뿐만 아니라 다른 산업 분야에서 세척제나 살균 처리제로 널리 사용되고 있는 데, 이러한 오준수의 사용은 환경이나 인체에 유해한 다른 화학 약품의 사용을 없애거나 사용량을 줄일 수 있게 해 준다. 즉, 세척제 또는 살균 처리제로써 오존수를 사용함으로써, 유해한 화학 약품의 소모량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 화학 약품의 사용에 따른 폐수 처리 비용을 절감할 수 있으며, 또한 환경 오염 등의 문제를 줄일 수 있다.
한편, 웨이퍼상에 수많은 미세 패턴을 반복적으로 형성하는 과정을 통해 제조되는 반도체의 경우 패터닝을 위해 필요로하는 포토리쏘그라피 공정에서 사용되는 포토레지스트를 제거하는 데 오존수를 사용할 수 있으며, 기타 다른 공정으로의 적용 또한 고려해 볼 수 있다.
다른한편, 오존(O3)을 제조하는 일반적인 방법으로는 산소(O2)에 RF를 가하여 오존을 형성하는 방법과 물을 분해하여 오존을 만드는 방법이 있으나, 실제 응용에서는 상기한 두가지 방법에 의해 만들어진 오존을 물에 용해시키고, 오존이 용해된 물을 오존수로써 사용하고 있다.
도 3은 종래 방법에 따라 오존수를 제조하는 장치를 개략적으로 도시한 블록구성도로써, 종래의 오존수 제조 장치는 펌프(302), 오존나이저(304) 및 오존 용해 탱크(306)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 펌프(302)는 외부로부터 제공되는 물(순수 물 또는 초순수 물)을 펌핑하여 오존 용해 탱크(306)로 공급하고, 오존나이저(또는 오존 발생 장치)(304)는 오존을 생성, 즉 외부로부터 공급되는 산소(O2)에 플라즈마를 가하거나 물을 전기 분해하여 오존(O3) 가스를 생성하는 것으로, 여기에서 생성된 오존 가스는 도시 생략된 흡기 덕트 및 흡기관을 통해 오존 용해 탱크(306)로 공급된다.
다음에, 오존 용해 탱크(306)는 펌프(302)를 통해 공급되는 물과 오존나이저(304)로부터 공급되는 오존 가스를 이용하여 목표로하는 오존수를 생성한다. 즉, 도 3에서의 상세한 도시는 생략되었으나 오존 용해 탱크(306)내에는 물이 유입되는 멤브레인이 구비되어 있는 데, 펌프(302)를 통해 공급되는 물은 멤브레인으로 유입되고, 오존나이저(304)로부터 공급되는 오존 가스는 오존 용해 탱크(306)의 내부 공간(즉, 멤브레인을 둘러싸는 공간)으로 유입된다.
따라서, 오존 용해 탱크(306)의 내부 공간에 유입된 오존 가스중의 오존 농도와 멤브레인으로 유입된 물의 오존 농도의 차이에 의해 오존 가스중의 오존이 물속으로 확산되어 감으로써 오존수가 형성된다. 이때, 형성되는 오존수중의 오존 농도는 기본적으로 오존 가스중의 오존 농도에 의해 결정된다.
한편, 오존수중의 오존 농도를 높이면 오존수중의 오존 활성이 더욱 증가하여 세척 공정, 살균 처리 공정 등의 처리 시간을 단축할 수 있다. 즉, 오존수를 고농도로 한다는 것은 세척력, 살균 처리 능력 등을 더욱 배가시킨다는 것을 의미하며, 이것은 곧 세척, 살균 처리 공정 등의 처리 시간 단축으로 이어지게 된다.
따라서, 순수 물과 오존 가스를 이용하여 오존수를 생성할 때 오존 농도를고농도로하여 오존수를 생성하는 것이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 점에 착안하여 안출한 것으로, 오존 용해 탱크에서의 압력과 온도를 조절하고, 물과 오존 가스와의 접촉 시간 및 접속 면적을 증대시킴으로써, 고농도의 오존수를 생성할 수 있는 오존수 제조 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 물과 오존을 포함하는 오존 가스를 오존 용해 탱크로 유입시켜 오존수를 제조하는 장치에 있어서, 상기 물을 펌핑하여 상기 오존 용해 탱크로 유입시키는 제 1 펌프; 외부로부터 제공되는 산소를 이용해 오존 가스를 생성하는 오존나이저; 상기 오존나이저에서 생성된 오존 가스를 펌핑하여 상기 오존 용해 탱크로 유입시키는 제 2 펌프; 및 흡기구를 통해 각각 유입되는 상기 물과 오존 가스를 충진하는 콘테이너, 상기 콘테이너에 물을 분사시키는 분사 수단, 상기 콘테이너의 일측에 장착된 배기구, 상기 배기구의 개폐를 제어하는 개폐 밸브로 구성된 상기 오존 용해 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존수 제조 장치의 블록구성도,
도 2는 도 1에 도시된 오존 용해 탱크의 단면도,
도 3은 종래 방법에 따라 오존수를 제조하는 장치를 개략적으로 도시한 블록구성도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
102, 106 : 펌프 104 : 오존나이저
108 : 오존 용해 탱크 1081 : 콘테이너
1081a : 물 분사구 1081b : 가스 흡기구
1081c : 가스 배기구 1082 : 모터
1083 : 분사 노즐 1084 : 배기구
1085 : 개폐 밸브 1086 : 냉각 장치
1087 : 내측 공간 1088 : 물
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
잘 알려진 바와같이, 오존수를 생성하기 위해 오존 가스중의 오존을 물에 녹이는 메카니즘은 확산에 의해 제어된다. 따라서, 고농도의 오존수를 얻기 위해서는오존 가스와 물 사이에 확산이 잘 일어날 수 있도록 해 주어야한다.
한편, 오존 가스와 물 사이에 확산이 잘 일어나도록 하는 방법으로는, 첫째 물의 오존에 대한 용해도를 큰 조건으로 해 주거나, 둘째 오존 가스중의 오존 농도를 높게 해 주거나, 셋째 오존 가스와 물의 접촉 시간을 길게 해 주거나, 넷째 오존과 물의 접촉 면적을 크게하여 확산이 일어날 수 있는 면적을 넓게 해 주거나, 다섯째 오존 가스중의 오존이 물 속으로 빨리 확산될 수 있도록 확산 계수를 큰 조건으로 만들어 주는 방법을 고려해 볼 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 여러 가지 방법중 첫째, 셋째 및 넷째 방법을 이용해 오존 가스와 물 사이의 오존 확산을 증진시킴으로써, 고농도의 오존수를 생성한다는 것이 그 주된 기술적 요지이다.
즉, Sievert's Law에 따르면, 액체의 기체에 대한 용해도는 용해되는 기체가 분자 형태로 액체에 용해될 때 용해되는 기체의 부분 압력에 비례한다. 따라서, 오존의 부분 압력을 높여 주면 물에 녹을 수 있는 오존의 양이 증가하게 되므로, 오존수중의 오존 농도를 높일 수 있다.
또한, 일반적인 경우 온도가 올라가면 용해도가 증가하는 것으로 알려져 있으나 오존의 경우에는 온도가 낮을수록 용해되는 오존의 농도가 높아지는 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명은 상기한 세가지 관점(압력, 접촉 시간 및 접촉 면적, 온도)에 착안한 것으로, 오존의 부분 압력을 일정 레벨로 증가시켜 주고, 물과 오존 가스간의 접촉 시간 및 접촉 면적을 늘려 주며, 또한 오존 용해 탱크의 온도를 낮게 조절해 주므로써 고농도의 오존수를 생성한다는 것이 그 핵심 기술요지이며, 이러한 기술적 요지를 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존수 제조 장치의 블록구성도로써, 본 발명의 오존 수 제조 장치는 제 1 펌프(102), 오존나이저(104), 제 2 펌프(106) 및 오존 용해 탱크(108)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 제 1 펌프(102)는 외부로부터 제공되는 물(순수 물 또는 초순수 물)을 펌핑하여 분사 노즐을 통해 오존 용해 탱크(108)로 공급하고, 오존나이저(또는 오존 발생 장치)(104)는 오존을 생성, 즉 외부로부터 공급되는 산소(O2)에 플라즈마를 가하거나 물을 전기 분해하여 오존(O3) 가스를 생성한다.
또한, 제 2 펌프(106)는 생성된 오존의 부분 압력을 높여주기 위한 것으로, 오존나이저(104)에서 생성된 오존 가스를 펌핑하여 도시 생략된 흡기 덕트 및 흡기관을 통해 오존 용해 탱크(108)로 공급된다.
다음에, 오존 용해 탱크(108)는, 제 1 펌프(102)를 통해 공급되는 물과 제 2 펌프(106)를 통해 공급되는 오존 가스를 이용하여 목표로하는 오존수를 생성하는 것으로, 도 2에 도시된 바와같이, 콘테이너(1081), 분사 노즐(1083)로 된 물 분사 수단, 배기구(1084), 개폐 밸브(1085) 및 냉각 장치(1086)를 포함한다. 여기에서, 냉각 장치(1084)는, 예를들면 냉매를 이용하는 냉각 장치 또는 반도체형의 냉각 장치를 이용할 수 있다.
또한, 콘테이너(1081)의 소정 부분에는 오존 가스가 유입되는 가스 흡기구(1081b)가 설치된다.
다음에, 상술한 바와같은 구조를 갖는 본 발명의 오존수 제조 장치에서 고농도의 오존수를 생성하는 과정에 대하여 설명한다.
도 1의 제 1 펌프(102)를 통해 펌핑되는 물은 오존 용해 탱크(108)에 노즐을 통해서 분사 유입되며 이와같이 유입된 물(1088)은 콘테이너(1081)의 내측 공간(1086)의 하부에 충진된다. 또한, 도 1의 오존나이저(104)에서 생성된 오존 가스는 제 2 펌프(106)를 통해 펌핑되어 오존 용해 탱크(108)의 가스 흡기구(1081b)를 통해 콘테이너(1081)의 내측 공간(1086)으로 유입된다.
이때, 내측 공간(1086)으로 유입되는 오존 가스는 제 2 펌프(106)의 펌핑력과 가스 배기구(1081c)의 크기에 따라 콘테이너(1081) 내부에서 적정 레벨의 압력을 받게 된다.
따라서, 상술한 바와같이 내측 공간(1086)에 유입된 오존 가스에 적정 레벨의 압력을 가하여 오존 가스중의 오존이 물(1088)로 녹아들어갈 수 있는 오종량을 배가시켜 주므로써 오존수중의 오존 농도를 증가시킨다. 예를들어, 2기압 조건의 오존 용해 탱크에서 물에 용해될 수 있는 오존 농도는 상압 조건의 오존 용해 탱크에서 물에 용해될 수 있는 오존 농도의 대략 두배가 된다.
한편, 물과 오존 가스간의 접촉 시간을 늘려주거나 접촉 면적을 늘려주면 물에 용해되는 오존 농도를 배가시킬 수 있는 데, 본 발명에서는 이를 위하여 물을 분사시키는 방법을 이용한다.
즉, 콘테이너(1081)에 물(1088)과 소정의 압력을 받는 오존 가스를 유입시킨 상태에서 분사 노즐(1083)을 통해 콘테이터(1081)의 내측 공간에 충진된 물을 아래에서 위 방향으로 분사시킨다. 따라서, 이러한 물의 분사를 통해 물과 오존 가스간의 접촉 시간 증가 및 접촉 면적의 증가를 실현하며, 이를 통해 생성되는 오존수의 고농도화를 실현할 수 있다. 또한, 필요하다면 분사 과정을 반복할 수도 있다.
또한, 오존의 경우 온도가 낮을수록 용해되는 오존의 농도가 높아지는 특성을 갖는 데, 이러한 점을 이용하여 생성되는 오존수의 고농도화를 실현할 수 있도록 본 발명의 오존수 제조 장치에서는 콘테이너(1082)의 외측에 냉각 장치(1084)를 설치하며, 이러한 냉각 장치(1084)를 이용해 콘테이너(1082) 내부의 온도를 기설정된 레벨로 낮게 유지시켜 주므로써, 생성되는 오존수의 고농도화를 더욱 실현할 수 있다. 이때, 냉각 온도는 물이 얼지 않을 정도의 온도 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
그런다음, 목표로하는 오존수의 제조가 완료되면, 도시 생략된 제어 수단으로부터 제공되는 개폐신호에 의거하여 개폐 밸브(1085)를 개방시킴으로써, 배기구(1084)를 통해 생성된 고농도의 오존수를 배출시킨다.
이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 펌프를 이용하여 생성된 오존 가스를 오존 용해 탱크로 유입시키고, 오존 용해 탱크의 배기구 크기를 적절하게 조절하여 오존 용해 탱크의 콘테이너에 적정 레벨의 압력을 발생시키며, 콘테이너에서 물을 오존 가스중으로 분사시켜 물과 오존 가스간의 접촉 시간 및 접촉 면적을 늘려 주며, 또한 냉각 장치를 부착하여 콘테이너의 내측 공간의 온도를 소정 레벨로 낮추어 주므로써, 생성되는 오존수의 고농도화를 실현할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조된 고농도의 오존수를 이용하여 세척 공정, 살균 처리 공정 등을 수행함으로써, 해당 공정에서의 처리 시간을 대폭 단축할 수 있기 때문에 특정 제품의 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 오존수 제조 장치에 채용되는 오존 용해 탱크는, 내측 공간에 멤브레인 구조가 형성되는 전술한 종래 장치와는 달리, 멤브레인 구조를 채용하지 않기 때문에 오존 용해 탱크의 구조 간소화 및 저가격화를 실현할 수 있는 부수적인 효과를 갖는다.

Claims (8)

  1. 물과 오존을 포함하는 오존 가스를 오존 용해 탱크로 유입시켜 오존수를 제조하는 장치에 있어서,
    상기 물을 펌핑하여 상기 오존 용해 탱크로 유입시키는 제 1 펌프;
    외부로부터 제공되는 산소를 이용해 오존 가스를 생성하는 오존나이저;
    상기 오존나이저에서 생성된 오존 가스를 펌핑하여 상기 오존 용해 탱크로 유입시키는 제 2 펌프; 및
    흡기구를 통해 각각 유입되는 상기 물과 오존 가스를 충진하는 콘테이너, 상기 콘테이너에 물을 분사시키는 분사 수단, 상기 콘테이너의 일측에 장착된 배기구, 상기 배기구의 개폐를 제어하는 개폐 밸브로 구성된 상기 오존 용해 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오존 용해 장치는, 상기 콘테이너의 외측에 장착되어 상기 콘테이너 내부의 온도를 기설정된 소정 레벨로 조절하는 냉각 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 장치는, 냉매를 이용하는 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 냉각 장치는, 반도체형의 냉각 장치인 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 오존 용해 탱크내의 압력을 크게하여 상기 오존수를 생성하는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 장치는, 상기 물과 오존 가스가 유입된 상기 오존 용해 탱크에 기설정된 소정 레벨의 압력을 발생시키고, 상기 오존 용해 장치의 내부 온도를 기설정된 소정 레벨로 냉각시켜 상기 오존수를 생성하는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 장치는, 상기 오존 용해 장치로 상기 오존 가스를 유입시키는 펌핑력에 의해 상기 압력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 장치는, 냉매 또는 반도체형 냉각 장치를 이용하여 상기 오존 용해 탱크의 내부 온도를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 오존수 제조 장치.
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