KR20020048381A - 오존 발생 장치용 방전 셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오존 발생 장치에 사용되는 방전 셀이다. 평판형의 강성체에 의해 구성된 상하 한 쌍의 제 1 전극(10, 10)을 양측 한 쌍의 강성체 스페이서(20, 20)를 끼워 겹침으로써, 제 1 전극(10, 10)간에, 갭 양이 확정된 공간을 형성한다. 이 공간 내에, 2장의 유리판(31, 31)의 사이에 제 2 전극(32)을 끼운 샌드위치 구조의 강성체로 이루어지는 유전체 유닛(30)을 배치한다. 유전체 유닛(30)은 상하의 제 1 전극(10)과의 사이에 삽입된 복수의 방전 틈 형성용 스페이서(40, 40··)에 의해, 공간 내의 중립 위치에 유지되고, 양면측에 방전 틈(50, 50)을 형성한다. 0.4㎜ 이하의 극소의 방전 갭 양(G)이 안정적으로 확보된다. 셀 구성 부재의 파손 및 체결 기구의 파손이 방지된다.

Description

오존 발생 장치용 방전 셀{DISCHARGE CELL FOR OZONIZER}

플레이트형 오존 발생 장치에 사용되는 방전 셀의 하나로서 도 16에 도시하는 것이 알려져 있다.

도 16에 도시된 방전 셀은 히트 싱크를 겸하는 한 쌍의 저압 전극(1, 1)과, 한 쌍의 저압 전극(1, 1) 사이에 배치되는 유전체 유닛(2)과, 유전체 유닛(2)의 양면측에 방전 틈(3)을 형성하기 위한 스페이서(4, 4··)를 구비하고 있다. 유전체 유닛(2)은 유전체로서의 2장의 유리판(2a, 2a) 사이에 고압 전극(2b)을 개재시킨 다층 구조이다. 상기 스페이서(4, 4··)는 금속, 세라믹, 유리 또는 수지 등으로 이루어지고, 방전 틈(3)에서의 가스 유통 방향에 직각인 방향으로 소정의 간격으로 배열되어 있다.

통상의 플레이트형 오존 발생 장치에서는 저압 전극(1, 1) 및 유전체 유닛(2)을 하나의 모듈로 하고, 인접하는 모듈사이에서 저압 전극(1, 1)을 공용하는 형태로, 그 모듈이 두께 방향으로 적층됨으로써 방전 셀이 형성된다.

오존을 발생시킬 때는 유전체 유닛(2)의 양면측에 형성된 방전 틈(3, 3)에산소 가스 또는 산소 가스를 포함하는 혼합 가스로 이루어지는 원료 가스를 유통시키면서 유전체 유닛(2) 내의 고압 전극(2b)에 소정의 고전압을 인가한다. 고전압의 인가에 의해 방전 틈(3, 3)에서는 무성 방전(silent discharge)이 발생하고, 원료 가스 중의 산소 가스가 오존화된다.

이러한 플레이트형 오존 발생 장치용 방전 셀에서는 방전 틈(3, 3)의 각 갭 양(G)을 작게 하는 것이 최근의 경향이 되고 있다. 이것은 방전 틈(3, 3)의 각 갭 양(G)을 작게 함으로써 방전 틈(3, 3) 내의 냉각 효율이 높이고, 이것에 의해 오존 가스의 고농도화가 가능해지는 것, 오존 발생에 적합한 방전 효과를 얻을 수 있는 것, 및 방전 틈(3, 3) 내의 냉각 효율을 올릴 수 있는 것에 의해, 고압 전극(2a)의 냉각 구조의 생략이 가능해지고, 고압 전극(2a)의 두께 나아가서는 방전 셀의 두께가 저감되는 것 등이 이유가 되고 있다.

그리고, 이 방전 갭 양(G)의 축소에 대해서는 0.005인치 이하(0.13㎜ 이하)로 하는 것의 유효성이 PCT/US/10764의 공개 명세서에 기재되어 있다. 실제로, 본 발명자 등에 의한 시험·해석에서도, 0.4㎜ 이하, 특히 0.2㎜ 이하의 갭 양(G)은 고농도 오존의 발생에 분명히 유효하다.

그러나 0.2㎜ 이하와 같은 극소의 방전 갭 양(G)을 양산 레벨로 안정적으로 실현하는 것은 용이하지 않다.

즉, 극소의 방전 갭 양(G)을 실현하기 위해서는 그 갭 양(G)과 같은 두께의 스페이서(4, 4··)가 필요하게 된다. 스페이서(4, 4··) 재질로서는 상술한 대로 금속, 세라믹, 유리 또는 수지 등이 사용된다.

도 16에 도시된 방전 셀에서는 셀의 조립 압력(F)이 스페이서(4, 4··)에 직접 부가되기 때문에, 스페이서(4, 4··)의 재질이 수지 등의 탄성체인 경우는 조립 압력(F)의 크기에 의해서 방전 갭 양(G)의 크기가 변하기 때문에, 방전 갭 양(G)을 일정치로 안정적으로 관리하는 것이 곤란하다.

스페이서(4, 4··)의 재질이 금속, 세라믹, 유리 등의 강성체인 경우는 두께 방향의 압축이 생기지 않기 때문에, 소정의 갭 양(G)이 확보되지만, 셀의 조립 압력(F)이 스페이서(4, 4··) 및 유전체 유닛(2)에 직접 부가되기 때문에, 조립 압력(F)의 크기에 따라서는 미소한 스페이서(4, 4··)가 파손되거나 유전체 유닛(2) 내의 유리판(2a, 2a)이 파손될 두려워가 있다.

또한, 어느쪽의 경우나 방전 셀 전체를 균등하게 가압할 필요가 있기 때문에, 가압 기구(체결 기구)의 대형화를 피할 수 없다.

상기 방전 셀에서는 또한, 방전 틈(3, 3)의 전방에서 후방으로 병행류적이며 또한 일방 통행적으로 가스 유통이 행하여지기 때문에, 오존 가스의 추출은 방전 셀의 후면에 설치된 비교적 큰 헤더를 통해서 행할 필요가 있다. 이 때문에, 오존 발생 장치가 더욱 대형화하고, 제작 비용도 증대한다.

이것에 더하여, 통상의 방전 셀에서는 상술한 바와 같이, 모듈이 두께 방향으로 다수 적층된 적층 구조가 채용되기 때문에, 헤더가 설치되는 후면은 적층면이 그대로 나타나고 평탄하지 않다. 이 때문에 방전 셀과 헤더 사이의 밀봉이 어렵고, 이 밀봉에도 비용이 크다.

오존 발생 장치용의 방전 셀에서는 동일 성능대로 방전 셀을 소형화하거나방전 셀을 대형화하지 않고 성능 향상을 도모하는 것이 중요하다. 이러한 성능 향상 방법은 몇가지인가 있고, 그 하나는 방전 틈(3, 3)에서의 온도 상승을 억제하고, 오존 발생 효율을 높이는 것이다. 이를 위해서, 전극, 적어도 저압 전극(1, 1)은 재킷(jacket) 구조의 냉각기가 되어, 방전 틈(3, 3)을 양면측에서 전면적으로 냉각한다. 다른 방법으로서는 셀 모듈의 박형화가 있다. 가령 각 모듈의 두께가 1/2로 저감되면, 동일 스페이스에 2배의 수의 셀 모듈이 배치되고, 성능은 2배로 향상된다.

그러나 종래의 방전 셀에서는 셀 모듈의 박형화가 곤란하다. 그 큰 이유로서, 셀 모듈 중에 차지하는 냉각기의 두께가 큰 경우가 있다. 재킷 구조의 냉각기는 박판으로 이루어지는 유전체 등의 다른 구성 부재와 비교하여 본질적으로 두께가 크고, 셀 모듈의 박형화를 저해하는 큰 원인이 되고 있다. 더욱이, 냉각수의 도입·배출을 위해서 측면에 설치되는 커넥터의 상호 간섭 등 때문에, 커넥터(connector)의 굵기 이상으로 냉각기의 두께를 얇게 하는 것은 곤란한 상황이다.

이 때문에, 셀 모듈 중에 차지하는 냉각기의 두께는 크고, 셀 모듈의 현상이상의 박형화는 곤란하다.

또한, 모듈의 적층 수는 예를 들면 30으로 많다. 이 때문에, 각 모듈의 제작 비용을 저감하는 것이 오존 발생 장치용 방전 셀의 가격 저감에 크게 영향을 준다. 유전체 유닛(2)에 있어서 2장의 유리판(2a, 2a) 사이에 개재하는 고압 전극(2b)에 대해서는 박형화에 더욱 냉각이 불필요해지는 것이 알려져 있고, 이 관점에서, 유리판(2a, 2a)의 양쪽의 표면에 도전성 재료를 메탈라이즈(metallize)나 도금, 용사(spraying) 등으로 일체적으로 피복함으로써 형성되어 있었다.

이것에 의해, 유리판(2a)과 고압 전극(2b) 사이로부터 틈이 배제되고, 방전 틈(3)에서는 오존의 발생에 필요한 방전이 안정되게 생긴다. 그러나 그 한쪽에서는 전극 형성을 위한 피복 비용이 커져 각 모듈의 제작 비용을 높이는 큰 요인이 되고 있었다. 또한, 피복의 과정에서 유리판(2a)이 가열됨으로써 기계적, 물성적인 2차 폐해나 단자부의 추출이 곤란해지는 것도 문제였다.

또한, 이 고압 전극(2b)은 종래는 유리판(2a, 2a)의 실질 전체면에 피복 형성되어 있고, 그 전후 방향의 안쪽 깊이는 유리판(2a, 2a)의 안쪽 깊이와 함께, 저압 전극(1, 1)의 안쪽 깊이와 실질적으로 동일하였다. 그러나 최근의 경향으로 방전 셀의 소형화 등을 위해서, 유리판(2a)의 두께가 얇아지거나 방전 셀의 구성 부재간의 거리가 짧아지고, 고압 전극(2b)과 저압 전극(1, 1) 사이에 충분한 절연 거리를 확보할 수 없게 되었다. 이 때문에, 고압 전극(2b)과 저압 전극(1, 1) 사이에서 이상 방전이 다발하여, 방전 셀의 신뢰성의 저하가 문제로 되어 왔다.

본 발명의 목적은 0.2㎜ 이하와 같은 극소의 방전 갭 양(5G)도 양산 레벨로 안정적으로 확보할 수 있고, 더욱이, 셀 구성 부재의 파손 및 가압기구(체결 기구)의 대형화를 회피할 수 있는 오존 발생 장치용 방전 셀을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 병행류적인 가스 유통(gas circulation in a parallel flow)을 행함에도 불구하고, 오존 가스의 추출이 간단한 소형이며 경제적인 오존 발생 장치용 방전 셀(10)을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또한 다른 목적은 냉각 능력을 저하시키지 않고 냉각기의 두께를 대폭으로 얇게 하고, 또한 대폭적인 성능 향상을 가능하게 하는 오존 발생 장치용 방전 셀을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또한 다른 목적은 모듈의 제작 비용, 특히 전극 형성 코스트를 저감할 수 있는 경제적인 오존 발생 장치용 방전 셀을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 또한 다른 목적은 이상 방전을 일으키지 않는 신뢰성이 높은 오존 발생 장치용 방전 셀을 제공하는 것에 있다.

본 발명은 플레이트형 오존 발생 장치(a plate type ozonizer)에 사용되는 방전 셀에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 플레이트형 오존 발생 장치용 방전 셀의 정면도.

도 2는 상기 방전 셀의 셀 모듈의 구조를 분해하여 도시하는 사시도.

도 3은 상기 셀 모듈에 사용되고 있는 제 1 전극의 구조를 분해하여 도시하는 사시도.

도 4는 상기 셀 모듈에 사용되고 있는 유전체 유닛의 사시도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플레이트형 오존 발생 장치용 방전 셀의 일부 확대 정면도.

도 6a 내지 도 6c는 상기 방전 셀의 셀 모듈에 사용되고 있는 유전체 유닛의 종단 정면도.

도 7은 도전성 스페이서의 전유 면적과 오존 발생량의 관계를 도시하는 그래프.

도 8은 본 발명의 또한 다른 실시예에 따른 플레이트형 오존 발생 장치용 방전 셀의 셀 모듈의 분해 사시도.

도 9는 상기 셀 모듈에 사용된 제 1 전극의 분해 사시도.

도 10은 본 발명의 또한 다른 실시예에 따른 플레이트형 오존 발생 장치용 방전 셀의 셀 모듈의 평면도.

도 11은 본 발명의 방전 셀을 사용한 오존 발생 장치의 일례에 대해서 그 구성을 도시하는 정면도.

도 12는 상기 오존 발생 장치의 평면도.

도 13은 상기 오존 발생 장치의 측면도.

도 14a는 도 12의 A-A선에서 본 상측의 단판(端板) 부분을 도시하고, 도 14b는 도 12의 B-B선에서 본 상측의 단판 부분을 도시하는 도면.

도 15는 도 12의 A-A선에서 본 하측의 단판 부분을 도시하는 도면.

도 16은 종래의 플레이트형 오존 발생 장치용 방전 셀의 모식 구성도.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀은 평판형의 강성체에 의해 구성된 한 쌍의 제 1 전극과, 한 쌍의 제 1 전극 사이에 배치되어 이 사이에 갭 양이 확정된 공간을 형성하는 공간 형성용의 강성체 스페이서와, 한 쌍의 유전체의 사이에 제 2 전극을 끼워 구성된 평판형의 강성체로 이루어지고, 그 양면측에 배치된 방전 틈 형성용 스페이서에 의해 상기 공간 내의 중립 위치에 유지되고, 한 쌍의 제 1 전극과의 사이에 한 쌍의 방전 틈을 형성하는 유전체 유닛을 구비하고 있다.

본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀에서는 셀 조립을 위한 체결 압력은 강성체 스페이서에만 부가되고, 강성체 스페이서에 의해서 형성되는 공간 내의 유전체 유닛에는 그 체결 압력은 직접 부가되지 않는다. 유전체 유닛은 그 공간 내에, 강성체 스페이스와는 다른 방전 틈 형성용 스페이서에 의해 유지되고, 그 양면측에 방전 틈을 형성한다. 방전 틈의 갭 양(G)은 강성체로 이루어지는 강성체 스페이서및 유전체 유닛의 각 두께에 의해 일의적으로 결정된다.

이와 같이, 본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀에서는 유전체 유닛이 수용되는 공간을 강성체 스페이서에 의해 별도 형성함으로써, 0.2㎜ 이하와 같은 극소의 방전 갭 양(G)도 양산 레벨로 안정적으로 확보된다. 더욱이, 셀 구성 부재의 파손 및 가압기구(체결 기구)의 대형화가 효과적으로 회피된다.

각 방전 틈에 배치되어 유전체 유닛을 공간 내의 중립 위치에 유지하는 방전 틈 형성용 스페이서로서는 예를 들면 다음 2개가 바람직하다.

① 각 방전 틈의 적어도 하나의 위치에 압축 상태로 삽입되고, 그 압축에 의해 유전체 유닛을 양면측에서 탄성적으로 가압하여 상기 공간 내의 중립 위치에 유지하는 탄성체 스페이서.

② 각 방전 틈의 적어도 1위치에 배치되고, 두께가 상기 공간의 갭 양을 G '로 하고, 유전체 유닛의 두께를 T로 하여, (G '-T)/2보다 작은 강성체 스페이서.

방전 틈 형성용 스페이서가 탄성체 스페이서인 경우, 강성체 스페이서에 의해서 형성되는 공간 내의 유전체 유닛에는 양면측의 방전 틈에 배치된 탄성체 스페이서의 압축에 따른 양면측으로부터의 탄성 압력만이 부가되고, 이 양면측으로부터의 탄성 압력에 의해, 유전체 유닛은 상기 공간 내의 중립 위치에 유지된다. 이것에 의해, 방전 틈의 갭 양(G)은 강성체로 이루어지는 강성체 스페이서 및 유전체 유닛의 각 두께에 의해, 탄성체 스페이서에 의존하지 않고 일의적으로 결정된다. 이러한 강성체 스페이서와 탄성체 스페이서의 편성에 의한 체결 압력과 유지 압력의 분리에 의해, 0.2㎜ 이하와 같은 극소의 방전 갭 양(G)도 양산 레벨로 안정적으로 확보되고, 더욱이, 셀 구성 부재의 파손 및 가압기구(체결 기구)의 대형화가 효과적으로 회피된다.

탄성체 스페이서의 재질로서는 내오존성이 특히 뛰어나며 또한 적합한 탄력성을 갖는 PFA, PTFE 등이 바람직하다. 또, 본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀에서는 방전 틈에 배치되는 탄성체 스페이서는 오존뿐만 아니라 방전에도 노출된다. 방전의 영향에 의한 탄성체 스페이서의 열화가 우려되는 경우는 예를 들면 유전체 유닛 내의 제 2 전극을 탄성체 스페이서에 대응하는 부분에서 길이 구멍 형상 등으로 부분적으로 제거하면 좋다. 이와 같이 하면 탄성체 스페이서에서 방전이 정지 내지는 감소하고, 방전에 의한 스페이서 열화가 확실히 방지된다.

방전 틈 형성용 스페이서가 강성체 스페이서인 경우는 그 두께가 공간의 갭 양을 G '로 하고, 유전체 유닛의 두께를 T로 하여, (G '-T)/2보다 작아져 있기 때문에, 유전체 유닛에는 셀 조립을 위한 체결 압력이 부가되지 않는다. 공간 내에 배치된 유전체 유닛은 설계상은 두께 방향으로 약간 흔들림이 있고, 이 흔들림은 양면측의 방전 틈의 갭 양(G, G)을 불안정하게 하지만, 각 갭 양(G)은 강성체 스페이서의 두께보다 작아지지 않는다. 본 발명자 등에 의한 실험에 의하면, 강성체 스페이서의 두께와 (G '-T)/2의 차가 과대가 아니면, 그 갭 양(G, G)의 불안정은 오존의 발생에 악영향을 주지 않은 것이 확인되었다.

오히려, 방전 틈 형성용 스페이서를 강성체 스페이서함으로써 방전 틈에서의 전유 면적이 감소하고, 오존 발생 효율이 높아진다. 또한, 그 재질로서 금속의 사용이 가능해지고, 이것에 의해 상당히 높은 내오존성 및 내방전성이 확보된다. 또한, 유전체 또는 제 1 전극에 대한 일체화가 가능해지고, 방전 셀의 조립성이 향상된다.

제 1 전극 또는 유전체에 대한 강성체 스페이서의 일체화 방법으로서는 강성체 스페이서가 금속인 경우는 제 1 전극에 대한 용접이 있다. 용접 방법으로서는 저항 용접이 바람직하다. 저항 용접에서는 그 용접부에서 강성체 스페이서(금속 스페이서)가 눌리기 때문에, 용접부가 유전체 측으로 돌출하지 않고, 방전 셀의 조립시에 유전체가 파괴하는 사태가 회피된다.

용접 이외의 일체화 방법으로서는 유전체 또는 제 1 전극과 같은 재료 또는 다른 재료의 용사, 도금, 코팅, 땜납 등이 있고, 또는 에칭, 연삭, 프레스 가공 등으로 스페이서 이외의 부분을 오목하게 들어가게 하게 하는 경우가 있다.

방전 틈 형성용의 강성체 스페이서의 두께는 구체적으로는 상기 (G '-T)/2의 80% 이상이 바람직하다. 이것이 80% 미만이면 유전체 유닛의 양측에 형성되는 방전 틈 길이의 차가 50%를 넘기 때문에, 오존 발생에 악영향이 있을 우려가 있다. 그 두께의 상한에 대해서는 유전체가 스페이서에서 파괴되는 사태를 회피하기 위해서, 상기 (G '-T)/2 미만으로 한다.

방전 틈 형성용의 강성체 스페이서, 특히 도전성 스페이서를 사용하였을 때 우려되는 문제는 스페이서 주변에서 일어나는 방전에 의한 오존 발생에 대한 악영향이지만, 본 발명자 등의 조사에서는 도전성 스페이서의 방전 틈에서의 전유 면적이 방전 면적의 0.5% 이하이면 도전성 스페이서를 사용하였을 때에 일어나는 급격한 오존 발생 성능의 저하가 저지되는 것이 판명되었다(도 7 참조). 또한, 이 전유 면적의 저감은 강성체 스페이서의 재질에 관계 없고, 오존의 발생에 유효한 방전 면적을 크게 하는 것보다도 유효하다. 이러한 약간의 전유 면적에서도 강성체 스페이서는 유전체 유닛을 공간 내에 정밀도 좋게 유지하고, 치수 정밀도가 높은 방전 틈을 형성한다.

이 강성체 스페이서의 재질로서는 예를 들면 스테인리스강(鋼), 니켈, 텅스텐, 티타늄 등의 내식성 금속 외에 유리, 알루미나 등의 세라믹의 사용이 가능하다.

본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀에서의 방전 갭 양(G)은 오존 가스의 고농도화를 위해서 0.4㎜ 이하가 바람직하고, 0.2㎜ 이하가 특히 바람직하다.

스페이서의 형상에 대해서는 원반형, 띠형, 선형 등의 임의의 형상이 가능하지만, 방전 틈 형성용이 강성체 스페이서의 경우나 탄성체 스페이서의 경우나 바람직한 것은 방전 틈에서의 원료 가스 유통 방향에 따라 배치된 선재이다. 탄성체 스페이서가 선재이면(면재가 아니기 때문에), 방전 틈에서의 방전 면적에 대한 스페이서가 차지하는 면적의 비율이 작아지고, 오존 발생에 유효한 방전 면적이 증대한다. 또한, 그 선재가 가스 흐름 방향에 배치되는 것으로 가스 흐름이 정류되고, 이 결과, 방전부에 균일하게 가스가 흐른다.

또한, 그 선재로서는 단면이 원형인 것이 바람직하다. 선재의 단면이 원형이면, 형상 변형 개시시의 반발력이 약하고, 형상 변형이 진행됨에 따라서 반발력이 커진다. 즉, 목표로 하는 방전 갭 양(G)에 가까워짐에 따라서 반발력이 커진다. 이 때문에, 유전체 유닛을 중립 위치에 탄성 유지하기 쉬워진다.

유전체 유닛에 있어서 한 쌍의 유전체에 끼워진 제 2 전극은 절연이 용이하기 때문에 고압 전극인 것이 바람직하다. 이에 관련하여, 제 1 전극은 저압 전극인 것이 바람직하고, 그 저압 전극은 냉각기를 겸하는 것이 바람직하다. 냉각기를 겸하는 전극은 후술하는 바와 같이, 적어도 2장의 도전성 박판(薄板)을 겹치고, 그 박판간에 냉매 유통로를 형성한 박판 타입이, 셀 박형화의 점에서 바람직하다.

가스 흐름에 대해서는 한 쌍의 방전 틈에 서로 대향하는 2방향으로부터 유전체의 양면을 따라 공급되는 원료 가스에 대하여, 오존 가스를 상기 방전 틈 내의 가스 유통 방향 중간부로부터 그 가스 유통 방향에 직각인 방향으로 배출하는 가스 배출 계통을 구성하는 것이 바람직하다.

이 구성에 의하면 방전 틈 내에 원료 가스가 서로 대향하는 2방향으로부터 공급되어 오존화한다. 오존 가스는 방전 틈 내의 가스 유통 방향 중간부에 있어서 측쪽 및/또는 방전 틈의 두께 방향으로 방향을 바꾸고, 방전 틈의 측쪽 및/또는 상하의 적어도 한쪽으로 배출된다. 이 때문에, 오존 가스를 방전 셀의 전후면으로부터 추출할 필요가 없어진다.

오존 가스의 배출을 스무스하게 행하기 위해서는 오존 가스를 방전 틈의 양측으로 배출하는 것이 바람직하다. 또한, 방전 틈 내의 가스 유통 방향 중간부에 있어서, 오존 가스를 방전 틈의 측쪽으로 배출하도록, 원료 가스 유통 방향과 거의 직각인 방향으로 오존 가스를 유도하는 가스 유통로를 제 1 전극 및/또는 유전체 유닛에 설치하는 것이 바람직하다.

여기에 있어서의 가스 유통로는 방전 틈의 측쪽으로 배출한 오존 가스를 측단부로부터 방전 틈의 두께 방향으로 배출하는 구성이 바람직하다. 이것에 의해, 적층 방향 단면으로부터 특히 간단하게 오존 가스를 추출할 수 있다.

강성체 스페이서는 통상, 방전 셀의 양측 부분에 배치된다. 방전 셀의 양측 부분에서는 제 1 전극과 강성체 스페이서가 교대로 적층되어 전체 유닛이 배제된다. 제 1 전극 및 강성체 스페이서는 유전체와 달리 금속으로 형성되기 때문에, 그 양측 부분은 금속의 적층 구조로 할 수 있다. 따라서, 그 양측의 금속의 적층 부분을 이용함으로써 오존 가스의 배출 경로 및 냉매의 공급·배출 경로가 특히 간단하게 형성된다.

가스 유통로 및 냉매 유통로는 전극 및 유전체의 어디에나 설치할 수 있지만, 기계 가공, 화학적인 가공이 용이한 전극쪽이 바람직하다.

방전 틈의 냉각에 대해서는 제 1 전극이 냉각기를 겸하는 구성이 방전 셀의 소형화의 점에서 바람직하다.

냉각기는 평탄한 금속판을 판 두께 방향으로 적층하여 그 금속판간에 냉매 유로를 형성한 박판 타입이 바람직하다. 이 구성에 의하면, 냉각기가 대폭 박형화되어, 2㎜ 이하의 두께도 가능해진다. 그 결과, 방전 셀이 현저하게 박형화된다.

박판 타입의 냉각기는 박형화의 점에서는 얇을 수록 좋고, 그 두께는 5㎜ 이하가 바람직하며, 2㎜ 이하가 특히 바람직하다. 두께의 하한에 대해서는 극단적인 두께 경감은 조립시의 강성 저하를 초래하여 조립성을 저하시키기 때문에 0.5㎜ 이상이 바람직하다. 냉각기 내에 형성되는 냉매 유로의 깊이는 냉각기의 두께를 T로 하여 (0.2 내지 0.8)×T가 바람직하다. 냉매 유로가 깊으면 가공 비용이 커지고,지나치게 얕은 경우는 유로 압력손실이 문제가 된다.

냉각기를 구성하는 금속판의 재질로서는 내부식성이 뛰어난 스테인리스강, 알루미늄 합금, 티타늄 합금 등이 바람직하다.

적층된 금속판간에 냉매 유로를 형성하는 방법으로서는 2장의 금속판을 적층하는 경우에 대향면의 적어도 한쪽에 홈부를 형성하는 방법이나 3장의 금속판을 적층하는 경우에 중간의 금속판을 개스킷형의 스페이서로서 양단의 금속판간에 냉매 유로를 형성하는 방법 등이 있다. 대향면에 홈부를 형성하는 방법으로서는 에칭 처리로 대표되는 화학적 방법과 연삭이나 단조(鍛造)로 대표되는 기계적 방법이 있다. 특히 바람직한 것은 얕고 넓은 홈부를 고정밀도이며 또한 간단하게 형성할 수 있는 에칭 처리이다. 개스킷형의 스페이서는 예를 들면 천공 등으로 제작할 수 있다.

냉각기 내의 냉매 유통로는 냉매를 전극 표면에 따라 원료 가스 유통 방향과 거의 직각의 방향으로 유통시키고, 단부(端部)에서 냉매를 방전 틈의 두께 방향으로 유통시키는 구성이 바람직하다. 더욱 구체적으로는 단부에서 강성체 스페이서에 형성된 두께 방향의 냉매 공급 구멍 및 냉매 배출 구멍에 접속되는 구성이 바람직하다. 이것에 의해, 적층 방향 단면(端面)으로부터 특히 간단하게 냉매의 공급 및 배출을 행할 수 있다. 또한, 냉각기의 측면으로부터 커넥터가 배제되고, 인접하는 냉각기 사이에서의 커넥터의 상호 간섭이 회피됨으로써 박형화가 한층 더 용이해진다.

유전체에 대해서는 한 쌍의 유전체 사이에 배치된 제 2 전극을 도전성의 박판에 의해 형성하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 유전체 유닛의 제작 비용이 대단히 저가가 된다. 또한, 그 박판은 강성이 높은 한 쌍의 유전체의 사이에 유지되기 때문에, 높은 평면도를 갖고, 재질에 따라서는(예를 들면 스테인리스강 등에서는) 스스로도 높은 평면도를 보유하고, 방전 틈에서의 안정인 방전을 가능하게 한다. 또한, 그 가장자리부의 일부분을 한 쌍의 유전체 사이로부터 그 외부로 띠 형상으로 인출함으로써 가요성의 취급이 용이한 단자부가 간단하게 형성된다.

박판의 두께는 200㎛ 이하가 바람직하다. 200㎛를 넘으면, 박판의 강성이 높아지고, 조립 작업 등에서 유전체에 파손 등의 기계적인 손상을 발생시키는 경우가 있다. 그 하한에 대해서는 조립시의 작업성의 저하 등의 점에서 10㎛ 이상이 바람직하다. 박판의 재질로서는 스테인리스강, 니켈 합금, 알루미늄 합금, 강철 합금 등의 금속이 적당하고, 그 중에서도 스테인리스강이 내식성이나 재료의 입수성의 점에서 바람직하다. 금속 박판은 통상, 압연(壓延)에 의해 제조되고, 그 압연재가 평탄도나 가공 경화에 의한 강성을 기대할 수 있는 점에서 바람직하고, 그 중에서도 압연 후의 어닐링(annealing) 처리를 생략된 압연인채로의 재료가 가공 경화에 의한 강성, 및 이것에 의한 평탄도의 유지를 그대로 활용할 수 있는 점에서 바람직하다. 특히 바람직한 것은 압연인채로의 스테인리스강 박판이다.

유전체로서는 저비용, 내전압 특성, 치수 정밀도, 표면이 연마 공정없이 경사면이 되는 것 등으로부터 유리판, 특히 하기의 성분 구성의 유리판이 바람직하지만, 알루미나 등의 세라믹판, 사파이어 등의 결정판, 알루미나 등의 용사에 의한세라믹 코트판, 땜납판 등의 사용도 가능하다.

유리판의 바람직한 성분 구성은 SiO: 40 내지 70%, Al₂O₃: 5 내지 30%, B₂O₃: 0 내지 20%, MgO: 0 내지 5%, CaO: 0 내지 10%, SrO: 0 내지 8%, BaO: 0 내지 20%, ZnO: 0 내지 1%부터 실질적이게 된다. 이 성분 구성의 유리판은 액정용 유리기판에 주로 사용되고 있고, 평탄도가 높고, 기포 등의 내부 결함이 적은 오존 발생 장치용 유전체로서 뛰어난 이점이 있고, 입수도 용이하다. 이 성분 구성의 유리판은 방전 셀의 구조에 관계없이 유효하다.

유리판의 두께는 0.3 내지 1.5㎜가 바람직하다. 유리판이 두꺼우면 유리판에서의 전압 강하가 커지고, 방전 셀에 대한 공급 전압이 높아진다. 얇은 경우는 조립시의 작업성이 저하하거나 기계 강도 부족에 의한 파손 등이 일어난다.

박판의 가장자리부의 일부를 한 쌍의 유전체의 사이로부터 그 외부로 띠 형상으로 인출하여 형성한 단자부는 형성이 용이할 뿐만 아니라, 판 두께 방향에서의 유연성이 풍부하고, 판 압력 방향으로 모듈을 적층하는 경우에, 각 모듈간에서 단자부를 간단하게 겹칠 수 있다. 또한, 단자부의 길이 방향의 일부에서 그 폭을 작게 함으로써 간단하게 퓨즈(fuse)부를 일체로 형성할 수 있다.

단자부의 가로 폭은 박판의 가로 폭의 범위 내에서 적시 선택하면 좋다.

또, 이 단자부는 박판이고, 열 확산이 작기 때문에, 만일, 단자부에 이상 방전이 발생한 경우에는 그 열로 용단(溶斷)이 발생할 우려가 있다. 이 때문에, 단자부에는 방열 촉진 부재를 설치하는 것이 좋다.

또한, 유전체 유닛에 있어서의 한 쌍의 유전체와 제 2 전극의 관계에 대해서는 한 쌍의 유전체를 제 2 전극보다 넓히고, 한 쌍의 유전체의 대략 주위 전체에 그 가장자리부를 제 2 전극의 가장자리부보다 외측으로 돌출시키는 것이 바람직하다.

이 돌출에 의해, 제 2 전극의 가장자리부를 기점으로 하는 이상 방전이 효과적으로 억제된다.

유전체의 가장자리부의 돌출량은 2 내지 70㎜가 바람직하다. 이 돌출량이 2mm 미만에서는 이상 방전을 억제하는 효과가 작다. 70㎜를 넘으면 유전체가 커지고, 방전 셀의 사이즈 상승과 비용 상승이 발생한다. 특히 바람직한 돌출량은 5 내지 50㎜이다.

한 쌍의 유전체는 제 2 전극을 끼워 접합할 수 있다. 이 접합에 의해, 유전체와 전극을 완전하게 밀착할 수 있고, 유전체와 전극 사이의 틈에서 발생하는 불필요한 방전을 방지할 수 있다.

그 접합 방법으로서는 예를 들면 폴리이미드, PFA, FEP에 의한 열 용착이나 실리콘 수지, 에폭시 수지에 의한 접착을 사용할 수 있고, 오존 농도가 높은 경우는 폴리이미드, PFA, FEP에 의한 열 용착이 바람직하지만, 유전체의 스트레스 경감을 위해서, 제 2 전극의 가장자리부보다 외측의 적어도 일부분에서 한 쌍의 유전체를 접합하는 것이 바람직하다. 이 경우는 유전체와 팽창 계수가 가까운 유리 밀봉재 등의 무기계 접합재의 사용이 가능해진다.

전극의 가장자리부보다 외측에서 한 쌍의 유전체를 접합하는 경우, 그 접합부를 내측의 제 2 전극으로부터 떨어뜨리는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 제 2전극의 주위에 있어서의 절연성이 향상되고, 이상 방전이 억제된다. 여기에 있어서의 이간 거리는 1 내지 10㎜가 바람직하다. 1㎜ 미만인 경우는 절연성의 향상 효과가 작고, 또한, 전극과 접합부의 간섭의 문제가 발생한다. 10㎜를 넘으면 유전체에 파손이 발생하는 경우가 있다.

본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀에서는 제 1 전극, 강성체 스페이서 및 유전체 유닛을 하나의 모듈로 하고, 그 복수 모듈을 판 두께 방향으로 적층함으로써 모듈 적층체가 구성된다.

그 경우, 제 1 전극을 냉매 유통형의 냉각기로 하고, 각 냉각기 사이에서 공용되는 냉매 공급용의 집합 관로 및 냉매 배출용의 집합 관로를 상기 모듈 적층체 내에 형성하는 것이 바람직하다.

이것에 의해, 개개의 냉각기로부터 배관 조인트(joint) 부재가 배제된다. 또한, 다수개의 지관을 조합한 복잡한 외부 배관 계통이 장치 내로부터 배제된다. 이들에 의해, 장치 사이즈가 모듈 적층 방향 및 이것에 직각인 방향에서 대폭 축소된다.

각 모듈의 방전 틈에서 발생하는 오존 가스를 장치 외부로 추출하기 위해서, 각 모듈간에서 공용되는 오존 가스용의 집합 관로(manifold way)를 상기 모듈 적층체 내에 형성함으로써 장치의 소형화가 더욱 가능해진다.

집합 관로는 모듈 적층 방향으로 형성하는 것이 장치 소형화의 점에서 바람직하다.

이 경우, 복수의 집합 관로는 모듈 적층 방향의 동일한 단면측에 개구시키는것이 장치 소형화의 점에서 바람직하다.

또한, 냉매 공급용의 집합 관로 및 냉매 배출용의 집합 관로에서는 관로 구성용의 적층 부재간을 밀봉하고, 오존 가스용의 집합 관로에서는 관로 구성용의 적층 부재간을 밀봉하지 않는 것이 부품 점수 저감의 점에서 바람직하다.

오존 가스용의 집합 유로에서는 관로 내외의 압력차가 약간이기 때문에, 관로 구성용의 적층 부재간을 밀봉하지 않아도 오존 가스의 누설은 실질적으로 없고, 그 밀봉하지 않음으로써 부품 점수가 저감된다.

조인트 부재에 대해서는 모듈 적층체를 적층 방향의 양단측에 배치된 단판으로 고정하고, 모듈 적층체의 적층 방향에 형성된 냉매 공급용의 집합 관로 및 냉매 배출용의 집합 관로를 외부 배관과 접속하기 위한 각 배관 조인트 부재를 상기 단판의 판 두께 방향으로 관통시켜 각 집합 관로에 직결시키는 것이 바람직하다. 이것에 의하면, 냉매가 단판에 접촉하는 사태가 회피되고, 단판에 있어서 냉매에 의한 부식을 고려할 필요가 없어지기 때문에, 그 재질의 선택 범위가 넓어지고, 경량화 등이 가능해진다.

모듈 적층체의 양측 부분에서는 제 1 전극과 강성체 스페이서가 교대로 적층되고, 유전체 유닛이 배제된다. 제 1 전극 및 강성체 스페이서는 유전체와 달리 금속으로 형성할 수 있기 때문에, 모듈의 양측 부분은 금속의 적층 구조로 할 수 있다. 따라서, 그 양측의 금속의 적층 부분을 이용함으로써 집합 관로가 특히 간단하게 형성된다.

본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀을 사용하는 오존 발생 장치로서는 복수의 방전 셀을 동일 탱크 내에 수용하고, 각 방전 셀이 모듈 적층체에 형성된 동종의 집합 유로끼리를 상기 탱크 내에서 집합 배관에 의해 상호 접속하고, 그 접속 배관의 일부를 탱크 외부로 인출하는 구성이 바람직하다.

이 구성에 의하면, 동일 탱크 내에 복수의 방전 셀이 수용됨에도 불구하고, 탱크 내의 배관 계통이 간소화된다.

이하에 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일실시예를 도시한다.

본 실시예에 따른 방전 셀은 도 1에 도시하는 바와 같이, 평판형의 강성체로 이루어지는 복수의 제 1 전극(10, 10··)을 양측 한 쌍의 강성체 스페이서(20, 20)를 끼워 판 두께 방향으로 겹침으로써 셀 모듈의 적층체를 구성하고 있다. 셀 모듈의 적층체는 도시되지 않은 상하 한 쌍의 엔드(end) 플레이트간에, 양측부를 적층 방향으로 관통하는 복수개의 볼트로 고정되어 있다. 이 적층체에서는 상하의 셀 모듈은 제 1 전극(10)을 공용한다.

각 셀 모듈은 도 2에 도시하는 바와 같이, 상하 한 쌍의 제 1 전극(10, 10)과, 제 1 전극(10, 10)간에 끼워진 양측 한 쌍의 강성체 스페이서(20, 20)와, 강성체 스페이서(20, 20)의 내측에 위치하여 제 1 전극(10, 10)간에 배치된 유전체 유닛(30)과, 유전체 유닛(30)의 양단에 방전 틈(50, 50)을 형성하기 위해서 제 1 전극(10, 10)과의 사이에 설치된 복수의 방전 틈 형성용의 탄성체 스페이서(40, 40··)를 구비하고 있다.

또, 도면은 어느 것이나 상하 방향의 치수를 과장한 것으로 되어 있고, 실제의 두께는 예를 들면 제 1 전극(10)에서 3㎜ 이하, 강성체 스페이서(20)에서 3㎜ 이하와 같이 대단히 얇게 설계되어 있다.

상하 한 쌍의 제 1 전극(10, 10)은 히트 싱크를 겸하는 저압 전극이다. 각 제 1 전극(10)은 스테인리스강판 등으로 이루어지는 2장의 도전판(15, 15)을 접합하여 판간에 냉매 유통로를 형성한 박판형의 도전성강체이다.

제 1 전극(10)의 한쪽의 측부에는 냉매로서의 냉각수를 냉매 유통로에 도입하기 위한 냉매 도입 구멍(11)과, 그 냉각수를 상기 유통로로부터 추출하기 위한 냉매 도출 구멍(12)이 2장의 도전판(15, 15)을 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다. 또한, 해당 셀 모듈에서 발생한 오존 가스를 추출하기 위해서, 제 1 전극(10)에는 양측 한 쌍의 가스 도출 구멍(13, 13)과, 가스 도출 구멍(13, 13)을 잇는 슬릿형의 가스 도출로(14)가 2장의 도전판(15, 15)을 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다. 제 1 전극(10)의 양측부에 설치되어 있는 복수의 작은 둥근 구멍은 볼트의 통과 구멍이다.

제 1 전극(10)을 구성하는 2장의 도전판(15, 15)의 양쪽의 대향면에는 도 3에 도시하는 바와 같이, 가스 도출 구멍(13, 13) 및 가스 도출로(14)를 포위하도록 U자형의 얕고 넓은 홈이 형성되어 있다. 양쪽의 대향면에 형성된 이 홈은 합체하여, 도전판(15, 15)간에 냉매 유통로(16)를 형성한다. 얕고 넓은 이 홈은 예를 들면 에칭 등에 의해 간단하게 형성된다.

냉매 유통로(16)의 한 단부는 냉매 도입 구멍(11)에 접속되고, 다른 단부는 냉매 도출 구멍(12)에 접속되어 있다. 냉매 유통로(16)에는 유통 방향으로 연장되는 복수의 리브(rib; 17, 17··)가 유통 방향에 직각인 방향으로 소정의 간격으로 설치되어 있다. 리브(17, 17··)는 냉각수의 균일한 흐름과 제 1 전극(10)의 강성 확보에 기여한다.

양측 한 쌍의 강성체 스페이서(20, 20)는 스테인리스강판 등의 도전성 판재로 이루어지는 박판형의 도전성강체이며, 제 1 전극(10, 10)간의 양측부에 개재함으로써 이 사이에, 스페이서 두께와 같은 갭 양(G ')의 공간을 형성한다. 또한, 제 1 전극(10, 10)의 전기적인 접속 부재로서 기능한다.

한쪽의 강성체 스페이서(20)에는 제 1 전극(10)의 냉매 도입 구멍(11) 및 냉매 도출 구멍(12)에 각각 연통하는 냉매 도입 구멍(21) 및 냉매 도출 구멍(22)이 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다. 양쪽의 강성체 스페이서(20, 20)의 각 내측 가장자리부에는 제 1 전극(10)의 가스 도출 구멍(13)에 연통하는 깊이 잘려 들어간 형상의 가스 도출 구멍(23)이 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다. 또한 볼트의 관통 구멍도 제 1 전극(10)과 마찬가지로 설치되어 있다.

상하 한 쌍의 제 1 전극(10, 10)과 양측 한 쌍의 강성체 스페이서(20, 20)로 둘러싸인 공간에 배치되는 유전체 유닛(30)은 도 4에 도시하는 바와 같이, 유전체로서의 상하 한 쌍의 유리판(31, 31) 사이에 제 2 전극(32) 및 양측의 절연성 스페이서(33, 33)를 끼운 샌드위치 구조의 박판형 강성체이다. 유전체 유닛(30)의 두께(T)는 상기 공간의 갭 양(G ')보다 약간 작고, 보다 구체적으로는 방전 틈(50, 50)의 각 갭 양을 G로 하여, G '- 2G가 된다.

제 2 전극(32)은 고압 전극으로, 스테인리스강판 등의 도전성 박판으로 이루어지고, 그 두께는 200㎛ 이하가 적당하다. 제 2 전극(32)의 가로 폭(W2)은 유리판(31, 31)의 가로 폭(W1)보다 좁게 설정되어 있고, 이것에 의해, 제 2 전극(32)의 양측의 가장자리부는 유리판(31, 31)의 양측의 가장자리부로부터 내측으로 △W, △W씩 들어가게 된다. △W는 2 내지 70㎜가 적당하다. 제 2 전극(32)의 안쪽 깊이(L2)는 유리판(31, 31)의 안쪽 깊이(L1)보다 짧게 설정되어 있고, 이것에 의해, 제 2 전극(32)의 전후의 가장자리부는 유리판(31, 31)의 전후의 가장자리부로부터 내측으로 △L, △L씩 들어가게 된다. △L도 2 내지 70㎜가 적당하다.

제 2 전극(32)의 안쪽 깊이(L2)는 또한, 상하 한 쌍의 제 1 전극(10, 10)의 안쪽 깊이보다 크게 설정되어 있고, 이것에 의해, 제 2 전극(32)의 전후의 가장자리부는 유리판(31, 31)의 전후의 가장자리부로부터 전후로 돌출하게 된다. 이 돌출량은 2 내지 20㎜가 적당하다.

즉, 셀 모듈에 있어서의 각 부재의 안쪽 깊이는 제 1 전극(10, 10), 제 2 전극(32), 유리판(31, 31)의 순서로 커지고 있고, 강성체 스페이서(20, 20)의 깊이는제 1 전극(10, 10)의 깊이와 같다.

제 2 전극(32)의 앞가장자리부의 일부분은 단자부(32 ')로서 유리판(31, 31)의 사이로부터 그 전방으로 띠형상으로 돌출하고 있다. 단자부(32 ')에는 알루미늄 호일을 감아 형성한 방열 촉진부(34)가 설치되는 동시에, 방열 촉진부(34)의 전방에 위치하여 퓨즈부(32")가 일체적으로 형성되어 있다. 퓨즈부(32")는 단자부(32 ')의 길이 방향의 일부분으로 그 폭을 작게 함으로써 형성되어 있다.

유전체 유닛(30)의 양면측에 방전 틈(50, 50)을 형성하기 위해서 제 1 전극(10, 10)과의 사이에 설치되는 방전 틈 형성용의 탄성체 스페이서(40, 40··)는 내오존성 및 탄력성을 갖는 단면이 원형의 가는 수지선재이며, 방전 틈(50)의 폭 방향(가스 유통 방향에 직각인 방향)에 소정의 간격으로 배치되어 있다. 각 탄성체 스페이서(40)의 두께(선재의 외경(D))는 압축이 없는 상태로 방전 틈(50, 50)의 각 갭 양(G)보다 5 내지 50% 정도 크게 설정되어 있다.

이 설정에 의해, 탄성체 스페이서(40, 40··)는 제 1 전극(10)과 유전체 유닛(30)에 의해 상하로부터 압축되고, 이 압축에 의해, 유전체 유닛(30)은 상하로부터 균등한 압력으로 탄성적으로 가압되고, 상기 공간 내의 상하 방향 중앙부에 유지된다. 그 결과, 유전체 유닛(30)의 양면측에는 균등한 갭 양(G)의 방전 틈(50, 50)이 형성된다.

또, 각 방전 틈(50)의 양측부에는 탄성체 스페이서 및 밀봉 부재를 겸하여 탄성체로 이루어지는 테이프형의 절연 부재(41, 41)가 설치되어 있다.

다음으로, 본 실시예에 따른 방전 셀의 조립 방법, 사용 방법 및 기능에 대해서 설명한다.

방전 셀의 조립에서는 도시되지 않은 상하의 엔드 플레이트간에 복수장의 제 1 전극(10, 10··)이, 각 사이에 강성체 스페이서(20, 20), 유전체 유닛(30) 및 탄성체 스페이서(40, 40··)를 끼워 겹쳐지고, 양측부가 도시되지 않은 복수개의 볼트에 의해 중합 방향으로 체결된다.

이것에 의해, 각 셀 모듈에서는 유전체 유닛(30)의 양면측에 방전 틈(50, 50)이 형성된다. 여기서, 상하의 제 1 전극(10, 10), 양측의 강성체 스페이서(20, 20) 및 유전체 유닛(30)은 압축이 생기지 않는 강성체이고, 한편, 탄성체 스페이서(40, 40··)는 압축이 생기기 때문에, 각 방전 틈(50)의 갭 양(G)은 (G '-T)/2의 일정치가 된다. 따라서, 0.2㎜ 이하와 같은 미소의 갭 양(G)도 안정적으로 실현된다.

또한, 체결은 강성체 스페이서(20, 20)가 배치되어 있는 양측부에서 행하여지고, 방전 셀 전체를 균등하게 가압할 필요가 없기 때문에, 체결 기구가 간략화된다. 더욱이, 체결에 의한 탄성체 스페이서(40, 40··)의 파손도 유전체 유닛(30) 내의 유리판(31, 31)의 파손도 생기지 않는다.

조립을 끝낸 방전 셀은 각 셀 모듈의 방전 틈(50, 50) 내에 전후로부터 원료 가스를 도입하기 위해서 도시되지 않은 탱크 내에 수용된다.

그 방전 셀에서는 제 1 전극(10)의 냉매 도입 구멍(11)과 강성체 스페이서(20)의 냉매 도입 구멍(21)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 냉매 공급용 집합 관로가 형성되어 있다. 또한, 제 1 전극(10)의 냉매 도출 구멍(12)과강성체 스페이서(20)의 냉매 도출 구멍(22)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 냉매 배출용 집합 관로가 형성되어 있다. 또한, 제 1 전극(10)의 가스 도출 구멍(13, 13)과 강성체(20, 20)의 가스 도출 구멍(23, 23)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 양측 한 쌍의 오존 가스 배출용 집합 관로가 형성되어 있다.

이 관로는 상단의 엔드 플레이트에 설치된 개구부 및 각 개구부에 접속된 관에 의해 탱크 외부로 연통해 있다. 한편, 하단의 엔드 플레이트는 이 길을 폐쇄하는 덮개판으로서 기능한다.

오존을 발생시킬 때는 방전 셀을 수용하는 탱크 내에 원료 가스를 공급한다. 또한, 냉매 도입로에 냉각수를 공급한다. 이 상태에서, 각 셀 모듈의 유전체 유닛(30)에 설치된 제 2 전극(32)에 고전압을 인가하고, 방전 틈(50, 50)에서 무성 방전을 발생시킨다.

탱크 내에 공급된 원료 가스는 각 셀 모듈 내의 상하의 방전 틈(50, 50)에 전후로부터 유입하고, 전후 방향의 중앙부를 향해서 흐르는 과정에서 방전에 노출되어 오존 가스가 된다. 방전 틈(50, 50)에서 발생한 오존 가스는 상하의 제 1 전극(10, 10)에 설치된 가스 도출로(14, 14)를 통해서 양측의 가스 도출 구멍(13, 13)에 도달하고, 방전 셀의 양측부에 형성된 양측 한 쌍의 오존 가스 배출용 관로를 통해서 방전 셀의 위쪽에 추출되고, 또한 탱크 외부로 추출된다.

오존 가스 배출용 집합 관로에서는 이것을 구성하는 제 1 전극(10)과 강성체 스페이서(20) 사이가 밀봉되어 있지 않다. 그러나 탱크 내부와 방전 틈(50, 50) 내부의 압력 차는 방전 틈(50, 50) 내에서의 압력 손실에 상당하는 분밖에 발생하지 않아 상당히 조금이다. 이 때문에, 밀봉하지 않아도, 문제가 되는 가스 누설은 발생하지 않고, 그 밀봉하지 않은 구조에 의해 부품 점수가 저감한다.

세로 방향의 냉매 공급용 집합 관로에 공급된 냉각수는 각 셀 모듈의 상하의 제 1 전극(10, 10)에 설치된 냉매 공급 구멍(11, 11)으로부터 냉매 유통로(16)로 들어가고, 방전 틈(50, 50)을 저압 전극측으로부터 수냉한다. 제 1 전극(10, 10)의 냉매 배출 구멍(12, 12)으로부터 나간 냉각수는 방전 셀의 한쪽의 측부에 형성된 세로 방향의 냉매 배출용 집합 관로를 통하여 방전 셀의 위쪽으로 추출되고, 또한 탱크 외부로 추출된다.

냉매 공급용 집합 관로 및 냉매 배출용 집합 관로에서는 그 구성 부재간이 밀봉 부재(70)에 의해 밀봉되어 있기 때문에, 누수의 위험은 없다. 또한, 그 밀봉 부재(70)가 백업 부재(80)에 의해 내측으로부터 지지되어 있기 때문에, 탱크 내에 수압보다 높은 고압의 원료 가스를 공급하는 경우에도, 냉매 공급용 집합 관로의 밀봉성이 확보된다.

히트 싱크, 즉 냉각기를 겸하는 제 1 전극(10, 10)은 평탄한 박판으로 이루어지는 2장의 도전판(15, 15)을 접합한 박판 타입이다. 제 1 전극(10, 10)과 함께 방전 틈(50, 50)을 형성하는 유전체 유닛(30)도 평판형이다. 각 제 1 전극(10)의 측면으로부터 냉각수의 공급·배출을 행하지 않고, 측부에 설치된 냉매 도입 구멍(11) 및 냉매 도출 구멍(12)을 통해서, 도전판(15, 15)간의 냉매 유통로(16)에 직각인 방향에서 이 공급·배출을 행하기 때문에, 인접하는 제 1 전극(10, 10)간에서의 커넥터의 상호 간섭이 없다. 이 때문에, 셀 모듈이 박형화되고, 동일 성능인경우는 방전 셀이 소형화되고, 동일 규모인 경우는 방전 셀의 성능이 향상된다.

각 제 1 전극(10)은 방전 틈(50)을 저압 전극측으로부터 전면적으로 냉각하기 때문에, 그 냉각 성능이 뛰어나다.

유전체 유닛(30)에 있어서의 제 2 전극(32)(고압 전극)을 비냉각으로 하였기 때문에, 그 두께가 한층 더 얇고, 이것도 셀 모듈의 박형화에 기여한다. 제 2 전극(32)을 비냉각으로 하여도, 방전 틈(50)의 갭 양을 0.5㎜ 이하, 바람직하게는 0.2㎜ 이하에 제한하면, 접지 전극측만으로부터의 냉각이라도 방전 틈(50)이 효율적으로 냉각되고, 오존 발생 효율의 저하가 억제된다.

저압 전극측의 유전체를 생략하였기 때문에, 셀 모듈의 박형화가 더욱 추진된다.

각 셀 모듈 내의 유전체 유닛(30)은 그 제작에서 제 2 전극(32)의 형성에 용사나 도금을 필요로 하지 않고, 유리판(31, 31)의 접합도 열 용착에 의해 간단하게 행하여 얻기 때문에, 제작이 간단하고, 방전 셀의 비용 저감에 기여한다.

각 유전체 유닛(30)에서는 제 2 전극(32)의 전후의 가장자리부가 상하의 제 1 전극(10, 10)의 전후의 가장자리부보다 전후로 돌출하고 있다.

이 때문에, 각각의 가장자리부간에 있어서의 전계 집중이 완화되고, 유전체의 절연 파괴를 방지할 수 있다. 또한, 상하의 유리판(31, 31)의 전후의 가장자리부는 제 2 전극(32)의 전후의 가장자리부보다도 더욱 전후로 돌출하고 있다. 이 때문에, 제 1 전극(10, 10)과 제 2 전극(32) 사이에서 절연 파괴가 생기지 않는 거리를 확보할 수 있다.

유전체 유닛(30)의 가로 폭 방향에서는 제 2 전극(32)과 양측의 강성체 스페이서(20, 20) 사이에 틈이 확보되고, 각 틈에 절연성 스페이서(33, 33)가 배치되어 있다. 이 때문에, 제 2 전극(32)과 제 1 전극(10, 10) 또는 강성체 스페이서(20, 20) 사이에서 전기 절연성을 얻을 수 있다.

제 2 전극(32)의 단자부(32')는 그 판 두께 방향, 즉 모듈의 적층 방향에서 자유롭게 굴곡한다. 이 때문에, 적층된 복수의 모듈간에서 각 단자부(32 ')를 간단하게 겹쳐 결합할 수 있다.

각 단자부(32')에서는 방열 촉진부(radiation-promoting part)(34)가 설치되어 있기 때문에, 열 확산성이 좋아지고, 단자부(32')로부터의 이상 방전에 의해 발생하는 열에서의 용단을 방지할 수 있다. 또한, 퓨즈부(32")가 일체적으로 형성되어 있기 때문에, 퓨즈관이 불필요하게 된다.

다음에, 방전 틈(50)에서의 가스 흐름에 대해서 설명한다. 종래, 방전 틈(50)에서의 가스 흐름은 방전 틈(50)의 한 단으로부터 다른 단을 향해서 일방 통행이었다. 이 경우, 오존 가스를 추출하기 위해서는 방전 셀의 적층 방향에 직각인 단면에 헤더를 설치할 필요가 있다. 그러나 방전 셀의 적층 방향에 직각인 단면은 적층된 각 부재의 단면이 나타나기 때문에 평탄하지 않다. 이 때문에, 헤더와 단면간의 밀봉이 어렵게 된다.

이것에 대하여, 본 실시예에 따른 방전 셀에서는 제 1 전극(10)의 방전 틈(50)에 접하는 부분에, 방전 틈(50)에서의 가스 유통 방향 중앙부에 위치하여 가스 도출로(14)가 설치되고, 제 1 전극(10)의 강성체 스페이서(20, 20)에 접하는 부분에, 가스 도출로(14)에 연결되는 가스 도출 구멍(13, 13)이 설치되어 있다. 또한, 강성체 스페이서(20, 20)에는 가스 도출 구멍(13, 13)에 대응하여 가스 도출 구멍(23, 23)이 설치되어 있다.

그 결과, 원료 가스는 방전 틈(50)의 한 단과 다른 단의 양쪽으로부터 유입된다. 양쪽의 유입 가스는 방전 틈(50)에서 오존화되고, 방전 틈(50)의 중앙부에서 제 1 전극(10)의 가스 도출로(14)로 들어가고, 양측의 가스 도출 구멍(13, 13)으로부터 적층 방향으로 흘러 방전 셀의 외부로 추출된다. 이 때문에, 오존 가스의 추출은 제 1 전극(10)의 표면, 또는 엔드 플레이트의 표면으로부터 2개의 관에 의해 행하여진다. 이 표면은 상기 단면과 달리 평탄하고, 밀봉이 용이하며, 헤더도 불필요하게 된다. 또한, 냉각수의 유통 방향과 오존 가스의 추출 방향이 같아지기 때문에, 배관 구조가 간단해지고, 장치의 소형화가 도모된다.

이 가스 추출 구조는 한 쌍의 제 1 전극간에 스페이서로 공간을 형성하고, 이 공간에 유전체 유닛을 배치하여 그 양면측에 방전 틈을 형성하는 구조이면, 본 발명의 방전 셀 이외의 방전 셀에도 적용 가능하다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 별도의 실시예를 도시한다.

본 실시예에 따른 오존 발생 장치용 방전 셀은 상술한 오존 발생 장치용 방전 셀과 비교하여 다음 점이 다르다.

즉, 방전 틈 형성용 스페이서로서, 탄성체 스페이서(40, 40··) 대신에 강성체 스페이서(60, 60··)를 사용한 점, 및 유전체 유닛(30)을 일체화하도록 유리판(31, 31)을 접합한 점이 다르다. 다른 구성은 상술한 오존 발생 장치용 방전 셀과 같기 때문에 자세한 설명을 생략한다.

방전 틈 형성용의 강성체 스페이서(60, 60··)는 유전체 유닛(30)의 양면측에 방전 틈(50, 50)을 형성하기 위해서 제 1 전극(10, 10)과의 사이에 설치된다. 강성체 스페이서(60, 60··)는 스테인리스강 등으로 이루어지는 단면이 원형이 가는 금속선재이고, 방전 틈(50)의 폭 방향(가스 유통 방향에 직각인 방향)에 소정의 간격으로 배치되어 있다. 각 강성체 스페이서(60)는 길이 방향의 복수 개소에서 저항용접에 의해 제 1 전극(10)의 표면에 고정되어 있다. 각 강성체 스페이서(60)의 두께(선재의 외경(D))는 강성체 스페이서(20, 20)에 의해 확정되는 공간의 갭 양(G')과, 유전체 유닛(30)의 두께(T)로부터 (G'-T)/2에 의해 산출되는 방전 틈(50, 50)의 정규의 각 갭 양(G)보다 약간 작게 설정되어 있다.

이 설정에 의해, 유전체 유닛(30)은 설계상은 강성체 스페이서(20, 20)에 의해 제 1 전극(10, 10)간에 형성되는 공간 내에, 두께 방향에서 약간의 흔들림을 갖고 수용된다. 이 흔들림에 의한 유전체 유닛(30)의 분해 회피나 유닛 내의 유전체-전극간의 틈에서 발생하는 불필요한 방전의 방지 등을 위해서, 유전체 유닛(30)은 도 6a 내지 도 6c에 도시하는 바와 같이, 유리판(31, 31)을 접합하는 것으로 일체화되어 있다.

즉, 도 6a에서는 유리판(31, 31)은 제 2 전극(32) 및 그 양측에 배치된 절연성 스페이서(33, 33)를 끼우고, 상하의 접착층(35, 35)에 의해 접합 일체화되어 있다. 절연성 스페이서(33, 33)는 제 2 전극(32)과 같은 두께이다. 접착층(35, 35)은 내오존성을 갖는 예를 들면 폴리이미드, PFA, FEP 등의 열 용착층이다. 즉, 유리판(31, 31)은 폴리이미드, PFA, FEP 등의 내오존 수지를 사용한 열 용착에 의해, 내측의 제 2 전극(32) 및 절연성 스페이서(33, 33)와 함께 일체화되어 있다.

또한, 도 6b 및 도 6c에서는 유리판(31, 31)은 제 2 전극(32)의 양측에서만 열 용착에 의해 부분적으로 접합되어 있다. 이 경우는 접합부인 접착층(35, 35)이 제 2 전극(32)의 측쪽으로 배제되기 때문에, 유전체 유닛(30)의 두께가 저감되는 동시에, 양측의 절연성 스페이서로서 기능한다. 양측의 접착층(35, 35)에 대해서는 도 6c에 도시하는 바와 같이, 제 2 전극(32)과 양측의 접착층(35, 35) 사이에 틈(36, 36)을 설치할 수 있다. 이것에 의해, 절연된 공간이 접착층(35, 35)과의 사이로 할 수 있기 때문에, 접착층(35, 35) 내에 발생하는 트리 방전에 의한 절연 파괴의 방지가 가능해진다.

본 실시예에 따른 오존 발생 장치용 방전 셀에서도, 상술한 오존 발생 장치용 방전 셀과 실질적으로 마찬가지로, 강성체 스페이서(20, 20)가 배치되어 있는 양측부에 체결이 행하여져, 방전 셀 전체를 균등하게 가압할 필요가 없기 때문에, 체결 기구가 간략화되는 동시에, 체결 장치 설치에 의한 유전체 유닛(30) 내의 유리판(31, 31)의 파손이 방지되고, 게다가 0.2㎜ 이하와 같은 미소의 갭 양(G)이 안정적으로 실현된다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 또한 다른 실시예를 도시한다.

본 실시예에 따른 오존 발생 장치용 방전 셀은 상술한 오존 발생 장치용 방전 셀과 비교하여, 각 모듈에 있어서의 제 1 전극(10, 10)의 구조 및 강성체 스페이서(20, 20)의 구조가 다르다. 이하, 이 구조를 설명하지만, 다른 구조는 실질적으로 동일하기 때문에, 동일 부분에 대해서는 동일 번호를 붙이고 설명을 생략한다. 각 제 1 전극(10)의 한쪽의 측부에는 냉매로서의 냉각수를 냉매 유통로에 공급하기 위한 냉매 공급 구멍(11)과 냉각수의 일부를 일시적으로 대비하기 위한 냉매 저류 구멍(18)이 2장의 도전판(15, 15)을 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있고, 다른쪽의 측부에는 냉각수의 일부를 일시적으로 대비하기 위한 냉매 저류 구멍(18)과, 냉각수를 상기 유통로로부터 추출하기 위한 냉매 배수 구멍(12)이 2장의 도전판(15, 15)을 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다.

또한, 해당 셀 모듈에서 발생한 오존 가스를 추출하기 위해서, 제 1 전극(10)에는 가스 유통로(14)로부터 독립한 양측의 한 쌍의 가스 배출 구멍(13, 13)과 슬릿형의 가스 유통로(14)가 2장의 도전판(15, 15)을 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다. 가스 배출 구멍(13, 13)은 여기서는 가스 유통로(14)로부터 독립하고, 후술하는 좁혀진 부분만을 통해서 가스 유통로(14)와 연결되고 있다.

제 1 전극(10)을 구성하는 2장의 도전판(15, 15)의 양쪽의 대향면에는 냉매 공급 구멍(11), 냉매 저류 구멍(18), 냉매 배수 구멍(12) 및 냉매 저류 구멍(18)을 순서에 접속하도록 얕고 넓은 홈이 형성되는 동시에, 가스 유통로(14)와 양측의 가스 배출 구멍(13, 13)을 접속하도록 얕고 좁은 홈이 형성되어 있다. 양쪽의 대향면에 형성된 전자의 홈은 합체하고, 도전판(15, 15)간에 환형의 냉매 유통로(16)를 형성하고, 후자의 홈은 가스 유통로(14)와 양측의 가스 배출 구멍(13, 13) 사이에 좁혀진 부분(19, 19)을 형성한다.

한쪽의 강성체 스페이서(20)에는 제 1 전극(10)의 냉매 공급 구멍(11) 및 냉매 저류 구멍(18)에 각각 연통하는 냉매 공급 구멍(21) 및 냉매 배출 구멍(28)이, 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있고, 다른쪽의 강성체 스페이서(20)에는 제 1 전극(10)의 냉매 저류 구멍(18) 및 냉매 배출 구멍(12)에 각각 연통하는 냉매 저류 구멍(28) 및 냉매 배출 구멍(22)이 판 두께 방향으로 관통하여 설치되어 있다.

본 실시예에 따른 방전 셀에서는 제 1 전극(10)의 냉매 공급 구멍(11)과 강성체 스페이서(20)의 냉매 공급 구멍(21)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 세로 방향의 냉매 공급로가 형성되고, 제 1 전극(10)의 냉매 배출 구멍(12)과 강성체 스페이서(20)의 냉매 배출 구멍(22)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 세로 방향의 냉매 배출로가 형성된다. 또한, 제 1 전극(10)의 냉매 저류 구멍(18, 18)과 강성체(20, 20)의 냉매 저류 구멍(28, 28)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 양측 한 쌍의 세로 방향의 냉매 저류로가 형성된다. 또한, 제 1 전극(10)의 가스 배출 구멍(13, 13)과 강성체(20, 20)의 가스 배출 구멍(23, 23)이 합체함으로써 적층 방향으로 연속하는 양측 한 쌍의 세로 방향 가스 배출로가 형성된다.

세로 방향의 냉매 공급로, 냉매 배출로 및 가스 유통로는 상단의 엔드 플레이트에 설치된 개구부 및 각 개구부에 접속된 관에 의해 탱크 외부로 연통해 있다. 한편, 하단의 엔드 플레이트는 이 길을 닫는 덮개판으로서 기능한다. 양측 한 쌍의 세로 방향의 냉매 저류로는 상하의 엔드 플레이트에 의해 양단이 폐색된다.

오존을 발생시킬 때는 방전 셀을 수용하는 탱크 내에 원료 가스를 공급한다. 또한, 냉매 도입로에 냉각수를 공급한다. 이 상태에서, 각 셀 모듈의 유전체 유닛(30)에 설치된 제 2 전극(32)에 고전압을 인가하고, 방전 틈(50, 50)으로 무성방전을 발생시킨다.

탱크 내에 공급된 원료 가스는 각 셀 모듈 내의 각 방전 틈(50)에 전후로부터 유입되고, 전후 방향의 중앙부를 향해서 흐르는 과정에서 방전에 노출되어 오존 가스가 된다. 각 방전 틈(50)에서 발생한 오존 가스는 각 제 1 전극(10)에 설치된 가스 유통로(14)로부터, 양측의 좁혀진 부분(19, 19)을 거쳐서 가스 배출 구멍(13, 13)에 도달하고, 방전 셀의 양측부에 형성된 양측 한 쌍의 세로 방향의 가스 배출로를 통해서 방전 셀의 상측으로 추출되고, 또한 탱크 외부로 추출된다.

여기서, 좁혀진 부분(19, 19)은 가스 유통로(14)로부터 유입하는 오존 가스의 유속을 올리고, 적당한 유통 압력손실을 갖고 가스 배출로로 유출시킴으로써, 각 모듈에 흐르는 가스 유량을 균일화시키는 효과가 있다.

세로 방향의 냉매 공급로에 공급된 냉각수는 각 셀 모듈의 각 제 1 전극(10)에 설치된 냉매 공급 구멍(11)으로부터 일부가 냉매 유통로(16)로 직접 들어가고, 냉매 저류 구멍(18)을 경유하여 냉매 배출 구멍(12)에 도달하고, 나머지가 냉매 저류 구멍(18)을 거쳐서 냉매 유통로(16)에 들어가 냉매 배출 구멍(12)에 도달한다. 이것에 의해, 각 방전 틈(50)이 저압 전극측에서 수냉된다. 각 제 1 전극(10)의 냉매 배출 구멍(12)으로부터 나간 냉각수는 방전 셀의 다른쪽의 측부에 형성된 세로 방향의 냉매 배출로를 통과하여 방전 셀의 상측으로 추출되고, 또한 탱크 외부로 추출된다.

상술한 실시예에서는 가스 유통로를 상하의 제 1 전극(10, 10)에 설치하였지만, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제 1 전극(10, 10)간에 방전 틈을 개재하여 배치되는 유전체 유닛(30)에 설치할 수도 있다. 도 10에서는 유전체 유닛(30)을 전후로 나누고, 그 앞부분(30')과 뒷부분(30") 사이에 틈을 둠으로써 가스 유통로(34)를 형성한다. 각 방전 틈(50)에서 발생한 오존 가스는 가스 유통로(34)로부터 양측의 강성체 스페이서(20, 20)에 설치된 가스 배출 구멍(24, 24)에 도달한다.

도 11 내지 도 15는 본 발명의 방전 셀을 사용한 오존 발생 장치의 일례를 도시한다.

오존 발생 장치는 도 11 내지 도 13에 도시하는 바와 같이, 원통형의 횡형 탱크(100)와 탱크(100) 내의 축 방향에 가로로 나열하여 수용된 2개의 방전 셀(200, 200)을 구비하고 있다. 2개의 방전 셀(200, 200)은 탱크(100) 내의 가대(110)(frame)상에 전후를 반대로 향하여 고정되어 있다. 탱크(100)의 양측의 개구부는 도시되지 않은 덮개로 기밀하게 막혀 있다.

각 방전 셀(200)은 도 1 내지 도 4에 도시한 방전 셀이며, 상술한 바와 같이, 모듈 적층체(210)를 상하의 단판(220, 230)간에 복수개의 볼트로 고정한 구조로 되어 있다. 단판(220, 230)은 알루미늄 합금으로 이루어진다.

상측의 단판(220)은 도 14에 도시하는 바와 같이, 최상단의 제 1 전극(10)의 위에 스테인리스강판 등으로 이루어지는 밀봉판(240)을 통해서 겹쳐져 있다. 밀봉판(240)은 제 1 전극(10)의 가스 유통로(14)를 위쪽에서 막기 위한 것이며, 가스 유통로(14) 이외의 개구부, 즉 냉매 공급 구멍(11), 냉매 배출 구멍(12) 및 가스 배출 구멍(13, 13)에 대해서는 이들에 대응하는 개구부(241, 242)가 설치되어 있다.

단판(220)의 한쪽의 측부에는 판 두께 방향으로 관통하는 2개의 원형의 관통 구멍(221, 221)이 제 1 전극(10)의 냉매 공급 구멍(11) 및 냉매 배출 구멍(12)에 각 대응하여 설치되어 있다. 관통 구멍(221, 221)에는 L형의 배관 조인트 부재(250, 250)의 수직 설치부가 관통하고 있다. 각 배관 조인트 부재(250)는 설치부의 하단부에 플랜지(flange)부(251)를 갖고 있다. 플랜지부(251)는 관통 구멍(221)의 주위에서 단판(220)의 밑면을 잘라서 형성된 환형의 오목부(222)에 끼우고 있고, 이 플랜지부(251)와 마찬가지로 오목부(222)에 끼우는 환형의 밀봉 부재(260)에 의해, 밀봉판(240)과의 사이가 관통 구멍(221)의 주위에서 밀봉되어 있다.

이것에 의해, 배관 조인트 부재(250, 250)는 모듈 적층체(210)의 한측부에 세로 방향으로 형성된 냉매 공급용 집합 관로 및 냉매 배출용 집합 관로에 각각 직결되게 된다. 또한, 각 배관 조인트 부재(250)는 설치부의 축 주위에 회전 자유롭게 되고, 수평의 입구부의 방향을 자유롭게 바꾸는 것이 가능해진다.

단판(220)의 밑면에는 가스 집합용의 비교적 큰 홈(223)이 제 1 전극(10)의 양측의 가스 배출 구멍(13, 13)으로부터 중앙부에 걸쳐서 설치되어 있다. 단판(220)의 중앙부에는 판 두께 방향으로 관통하는 원형의 관통 구멍이 홈(223)과 연통하도록 설치되어 있고, 이 관통 구멍에는 배관 조인트 부재(270)의 설치부가 나사 결합에 의해 기밀하게 설치되어 있다.

하측의 단판(230)은 도 15에 도시하는 바와 같이, 최하단의 제 1 전극(10)의 아래 직접 겹쳐져 있다. 단판(230)의 한쪽의 측부에는 2개의 원형의 오목부(231,231)가 제 1 전극(10)의 냉매 공급 구멍(11) 및 냉매 배출 구멍(12)에 각 대응하여 설치되어 있다. 각 오목부(231)에는 스테인리스강판 등으로 이루어지는 덮개판(270)과 환형의 밀봉 부재(260)가 수용되어 있고, 이들에 의해, 모듈 적층체(210)의 한측부에 세로 방향에 형성된 냉매 공급용 집합 관로 및 냉매 배출용 집합 관로가 아래쪽의 단판(230)과 간섭하지 않고 하단에서 폐색되어 있다.

배관 조인트 부재(250, 250)의 각 입구부는 집합 배관(300, 300)에 의해, 해당 방전 셀(200)의 측쪽에 배치된 별도의 방전 셀(200)이 대응하는 배관 조인트 부재(250, 250)에 접속되어 있다. 각 집합 배관(300)은 방전 셀(200)의 외측의 측면에 따라 설치된 세로 배관(310)과, 가대(110)의 아래쪽에 수평으로 설치된 가로 배관(320)을 갖고 있고, 가로 배관(320)의 길이 방향 일부에서는 한쪽의 집합 배관(300)에 대해서는 냉매 공급관(330)이, 또한 다른쪽의 집합 배관(300)에 대해서는 냉매 배출관(340)이 각각 아래 쪽으로 분기하여 탱크(100) 외부로 돌출하고 있다.

마찬가지로, 배관 조인트 부재(270)는 집합 배관(manifold)(400)에 의해, 해당 방전 셀(200)의 측쪽에 배치된 다른 방전 셀(200)이 대응하는 배관 조인트 부재(270)에 접속되어 있다. 각 집합 배관(400)은 방전 셀(200)의 외측의 측면에 따라 설치된 세로 관부와, 가대(110)의 아래쪽으로 수평으로 설치된 가로 관부를 갖고 있고, 세로 관부의 길이 방향 일부로부터는 가스 배출관(410)이 아래 쪽으로 분기하여 탱크(100)의 외부로 돌출하고 있다.

다음으로, 방전 셀(200, 200)의 급전 계통에 대해서 설명한다.

이 급전 계통은 탱크(100)의 중앙부에 설치된 외부 단자부(500)와, 탱크(100)의 중앙부에서 내면에 따라 배치된 원호형의 제 1 리드부(510)와, 제 1 리드부(510)의 종단으로부터 한쪽의 방전 셀(200)의 측을 향하여 배치된 가로 방향의 제 2 리드부(520)와, 제 2 리드부(520)로부터 한쪽의 방전 셀(200)의 전면측을 아래쪽을 향하여 배치된 세로 방향의 제 3 리드부(530)와, 외부 단자부(500)와 제 1 리드부(510)의 접속점에서 다른쪽의 방전 셀(200)의 측을 향하여 배치된 가로 방향의 제 4 리드부(540)와, 제 4 리드부(540)로부터 다른쪽의 방전 셀(200)의 전면측을 아래 쪽을 향하여 배치된 제 3 리드부(530)에 상당하는 세로 방향 리드부를 구비하고 있다.

제 1 리드부(510), 제 2 리드부(520) 및 제 4 리드부(540)는 절연체(560)를 통해서 탱크(100)의 내면에 고정되어 있다. 제 3 리드(530)는 대응하는 방전 셀(200)의 전면 중앙부에 상하 한 쌍의 절연체(570, 570)에 의해 설치되어 있다.

그리고, 각 방전 셀(200)에서는 적층 방향으로 연속하는 소정수의 모듈 단위마다 좌우 교대의 위치에서, 유전체 유닛(30) 내의 제 2 전극(32)에 설치된 단자부(32 ')가 중합되어 있고, 각 중합부가 방전 셀(200)의 전면측에 설치된 세로 방향의 제 3 리드부(530)에 좌우로부터 교대로 관 퓨즈(580)를 통해서 접속되어 있다.

상기 오존 발생 장치에서는 외부 단자(500)에 소정의 고전압을 인가한다. 또한, 한쪽의 집합 배관(300) 내에 냉매 공급관(330)으로부터 냉각수를 공급한다. 이 상태에서, 탱크(100)에 설치된 가스 공급관(120)으로부터 탱크 내에 원료 가스를 공급한다.

외부 단자(500)에 소정의 고전압을 인가함으로써 각 방전 셀(200)에서는 각 모듈 내의 제 2 전극(32)에 소정의 고전압이 인가되고, 방전 틈(50, 50)에서 방전이 발생한다. 이 상태에서, 탱크(100) 내에 원료 가스가 공급됨으로써 각 모듈 내의 방전 틈(50, 50)에서 원료 가스가 오존화된다. 그 오존 가스는 각 방전 셀(200)의 양측부에 세로 방향에 형성된 오존 가스 배출용의 집합 관로를 통해서 상승하고, 상측의 단판(220)의 홈(223), 조인트 부재(270) 및 집합 배관(400)을 통해서 가스 배출관(410)으로부터 탱크(100)의 외부로 배출된다.

냉매 공급관(330)으로부터 한쪽의 집합 배관(300) 내에 공급된 냉각수는 한쪽의 배관 조인트 부재(250)로부터, 각 방전 셀(200)의 한측부에 세로 방향에 형성된 냉매 공급용의 집합 관로에 위쪽으로부터 유입되고, 각 모듈 내의 제 1 전극(10, 10)에 공급된다. 각 모듈 내의 제 1 전극(10, 10)으로부터 배출된 냉각수는 각 방전 셀(200)의 한측부에 세로 방향에 형성된 냉매 배출용의 집합 관로에 유입되고, 다른쪽의 배관 조인트 부재(250)로부터 다른쪽의 집합 배관(300)을 지나서 냉매 배출관(340)으로부터 탱크(100) 외부로 배출된다.

오존 가스는 알루미늄 합금에 대해서는 산화막을 형성하기 때문에, 알루미늄 합금으로 이루어지는 단판(220)을 부식하지 않는다. 이것에 대하여, 냉각수는 알루미늄 합금을 급속하게 부식시킨다. 그러나 각 방전 셀(200)의 한측부에 세로 방향으로 형성된 냉매 공급용 집합 관로 및 냉매 배출용 집합 관로는 알루미늄 합금으로 이루어지는 단판(220, 230)을 개재하지 않고 배관 조인트 부재(250, 250)에직결되어 있다. 이 때문에, 단판(220, 230)이 경량의 알루미늄 합금으로 이루어짐에도 불구하고, 그 냉각수에 의한 부식이 방지된다.

냉각수의 공급·배출 계통에 대해서는 냉매 공급용 집합 관로 및 냉매 배출용 집합 관로가 각 방전 셀(200)의 모듈 적층체(210) 내에 형성되어 있기 때문에, 각 모듈로부터 배관 조인트 부재가 배제되고, 냉각기인 제 1 전극(10, 10)의 두께가 저감된다. 그 결과, 방전 셀(200)의 전체 높이, 나아가서는 탱크(100)의 높이가 성능 저하를 수반하지 않고 저감된다.

또한, 탱크(100) 내로부터 다수개의 지관을 조합한 복잡한 외부 배관 계통이 배제되고, 각 방전 셀(200)의 모듈 적층체(210)에 형성된 동종의 집합 관로끼리가 탱크(100) 내에서 집합 배관(300)에 의해 상호 접속되어 있기 때문에, 2개의 방전 셀(200, 200)이 조합되어 있음에도 불구하고, 탱크(100) 내의 냉매용 외부 배관으로서는 2개의 집합 배관(300, 300)뿐이며, 오존 가스 배출용의 집합 배관(400)과 합쳐도 3개이다.

이것에 의해서도, 탱크(100)가 소형화된다.

이상에 설명한 대로, 본 발명의 오존 발생 장치용 방전 셀은 유전체 유닛을 수용하는 공간을 강성체 스페이서에 의해 형성하고, 그 공간 내에 유전체 유닛을 독립하여 수용하고, 양면측의 방전 틈 형성용 스페이서에 의해 공간 내의 중립 위치에 유지함으로써 0.2㎜ 이하와 같은 극소의 방전 갭 양(G)도 양산 레벨로 안정적으로 확보할 수 있고, 더욱이, 셀 구성 부재의 파손 및 가압기구(체결 기구)의 대형화를 효과적으로 회피할 수 있다.

또한, 서로 대향하는 2방향으로부터 방전 틈 내에 공급된 원료 가스를 오존화하고, 그 가스류에 대하여 직각 방향으로 배출함으로써 병행류적인 가스 유통을 행함에도 불구하고, 오존 가스를 방전 셀의 전후면으로부터 추출할 필요가 없어지기 때문에, 그 추출 기구를 간략화할 수 있고, 장치의 소형화 및 그 제작 비용의 저감을 도모할 수 있다.

또한, 방전 틈을 냉각하기 위해서 방전 틈에 따라 설치되는 냉각기를 평면형의 박판 타입으로 함으로써 냉각기의 대폭적인 박형화가 가능해지고, 이것에 의한 셀 모듈의 박형화로부터, 소형이며 고성능인 오존 발생 장치의 구축을 가능하게 한다.

또한, 제 2 전극을 도전성의 박판으로 형성하여 한 쌍의 유전체의 사이에 유지함으로써 전극 형성 비용을 현저하게 저감할 수 있기 때문에, 그 제작 비용을 저가로 억제할 수 있다.

또한, 한 쌍의 유전체를 제 2 전극보다 넓게 하고, 한 쌍의 유전체의 대략 주위 전체로 그 가장자리부를 제 2 전극의 가장자리부보다 외측으로 돌출시킴으로써, 제 1 전극 또는 제 1 전극과 동 전위의 부재에 대한 전기 절연 거리를 충분히 확보할 수 있기 때문에, 이상 방전 등이 발생하지 않는 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 냉각기 사이에서 공용되는 냉매 공급용의 집합 관로 및 냉매 배출용의 집합 관로를 모듈 적층체 내에 형성함으로써 개개의 냉각기로부터 배관 조인트 부재를 배제할 수 있고, 또한, 다수개의 지관을 조합한 복잡한 외부 배관 계통을 장치 내에서 배제할 수 있기 때문에, 장치 사이즈를 모듈 적층 방향 및 이것에 직각인 방향으로 대폭으로 축소할 수 있다.

Claims (28)

1. 평판형의 강성체에 의해 구성된 한 쌍의 제 1 전극과,

   한 쌍의 제 1 전극의 사이에 배치되고, 이 사이에 갭 양이 확정된 공간을 형성하는 공간 형성용의 강성체 스페이서 및,

   한 쌍의 유전체의 사이에 제 2 전극을 끼워 구성된 평판형의 강성체로 이루어지고, 그 양면측에 배치된 방전 틈 형성용 스페이서에 의해 상기 공간 내의 중립 위치에 유지되고, 한 쌍의 제 1 전극과의 사이에 한 쌍의 방전 틈을 형성하는 유전체 유닛을 구비하는 오존 발생용 방전 셀.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 방전 틈 형성용 스페이서는 각 방전 틈의 적어도 1위치에 압축 상태로 삽입되고, 그 압축에 의해 유전체 유닛을 양면측으로부터 탄성적으로 가압하여 상기 공간 내의 중립 위치에 유지하는 탄성체 스페이서인 오존 발생 장치용 방전 셀.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 방전 틈 형성용 스페이서는 각 방전 틈의 적어도 하나의 위치에 배치되고, 두께가 상기 공간의 갭 양을 G '로 하고, 유전체 유닛의 두께를 T로 하여, (G '-T)/2보다 작은 강성체 스페이서인 오존 발생 장치용 방전 셀.
4. 제 3 항에 있어서, 방전 틈 형성용의 강성체 스페이서의 두께는 상기 (G '-T)/2의 80% 이상인 오존 발생 장치 방전 셀
5. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 방전 틈에 서로 대향하는 2방향으로부터 유전체 유닛의 양면에 따라 공급되는 원료 가스에 대하여, 오존 가스를 상기 방전 틈 내의 가스 유통 방향 중간부로부터 그 가스 유통 방향에 직각인 방향으로 배출하는 가스 배출 계통을 구비하는 오존 발생 장치용 방전 셀.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 가스 배출 계통은 오존 가스를 방전 틈 내의 가스 유통 방향 중간부로부터 방전 틈의 측쪽으로 배출하는 것을 특징으로 하는 오존 발생 장치용 방전 셀.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 방전 틈 내의 가스 유통 방향 중간부에서, 오존 가스를 방전 틈의 측쪽으로 배출하기 위해서, 원료 가스 유통 방향과 거의 직각인 방향으로 오존 가스를 유도하는 가스 유통로를 제 1 전극 및/또는 유전체 유닛에 설치한 오존 발생 장치용 방전 셀.
8. 제 6 항에 있어서, 방전 틈의 측쪽으로 배출한 오존 가스를 방전 틈의 두께 방향으로 배출하도록 구성한 오존 발생 장치용 방전 셀.
9. 제 6 항에 있어서, 가스 유통로는 단부에서, 상기 강성체 스페이서에 형성된두께 방향의 가스 배출 구멍과 접속되는 오존 발생 장치용 방전 셀.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 냉각기를 겸하는 오존 발생 장치용 방전 셀.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각기는 평탄한 금속판을 판 두께 방향으로 적층하여 그 금속판간에 냉매 유로를 형성한 박판 타입 냉각기인 오존 발생 장치용 방전 셀.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 박판 타입의 냉각기의 두께가 5㎜ 이하인 오존 발생 장치용 방전 셀.
13. 제 11 항에 있어서, 냉매 유통로는 냉매를 전극 표면에 따라 원료 가스 유통 방향과 거의 직각의 방향으로 유통시키고, 단부에서, 상기 강성체 스페이서에 형성된 두께 방향의 냉매 공급 구멍 및 냉매 배출 구멍에 접속되는 오존 발생 장치용 방전 셀.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극은 도전성의 박판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오존 발생 장치용 방전 셀.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 박판의 두께를 200㎛ 이하로 한 오존 발생용 장치 방전 셀.
16. 제 14 항에 있어서, 한 쌍의 유전체를 상기 박판보다 넓게 하고, 한 쌍의 유전체의 대략 주위 전체에서 그 가장자리부를 박판의 가장자리부보다 외측으로 돌출시킨 오존 발생용 장치 방전 셀.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 박판의 가장자리부보다 외측의 적어도 일부분에서, 한 쌍의 유전체를 접합한 오존 발생용 장치 방전 셀.
18. 제 17 항에 있어서, 접합부를 내측의 박판으로부터 떨어뜨린 오존 발생 장치용 방전 셀.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 박판의 가장자리부의 일부를 한 쌍의 유전체의 사이로부터 그 외부로 띠 형상으로 인출하여 단자부를 형성한 오존 발생 장치용 방전 셀.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 단자부에 방열 촉진 부재(radiation-promoting member)를 설치한 오존 발생 장치용 방전 셀.
21. 제 14 항에 있어서, 상기 박판의 앞가장자리부 및 뒤가장자리부를 한 쌍의 제 1 전극의 앞가장자리부 및 뒤가장자리부보다 2 내지 20㎜ 전방 및 후방으로 돌출시킨 오존 발생 장치용 방전 셀.
22. 제 14 항에 있어서, 상기 박판의 양쪽의 측쪽 부분에서 한 쌍의 유전체를 접합한 오존 발생용 장치 방전 셀.
23. 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 제 1 전극, 강성체 스페이서 및 유전체 유닛을 하나의 모듈로 하고, 그 복수 모듈을 판 두께 방향으로 적층함으로써 구성된 모듈 적층체를 구비하고 있고, 한 쌍의 제 1 전극을 냉매 유통형의 냉각기로 하고,

    각 냉각기 사이에서 공용되는 냉매 공급용의 집합 관로(manifold way) 및 냉매 배출용의 집합 관로를 상기 모듈 적층체 내에 형성하는 동시에, 각 모듈의 방전 틈에서 발생하는 오존 가스를 장치 외부로 추출하기 위해서, 각 모듈간에서 공용되는 오존 가스용의 집합 관로를 상기 모듈 적층체 내에 형성한 오존 발생 장치용 방전 셀.
24. 제 23 항에 있어서, 상기 집합 관로는 모듈 적층 방향에 형성되어 있는 오존 발생 장치용 방전 셀.
25. 제 24 항에 있어서, 복수의 집합 관로는 모듈 적층 방향의 같은 단면측에 개구하는 오존 발생 장치용 방전 셀.
26. 제 24 항에 있어서, 냉매 공급용의 집합 관로 및 냉매 배출용의 집합 관로에서는 적층 부재간을 밀봉하고, 오존 가스용의 집합 관로에서는 적층 부재간을 밀봉하지 않은 오존 발생 장치용 방전 셀.
27. 제 24 항에 있어서, 모듈 적층체를 적층 방향의 양단측에 배치된 단판으로 고정하고, 모듈 적층체의 적층 방향에 형성된 냉매 공급용의 집합 관로 및 냉매 배출용의 집합 관로를 외부 배관과 접속하기 위한 각 조인트 부재를 상기 단판의 판 두께 방향으로 관통시켜 각 집합 관로에 직결시킨 오존 발생 장치용 방전 셀.
28. 제 24 항에 있어서, 집합 관로는 모듈 적층체의 양측 부분에 형성된 제 1 전극과 강성체 스페이서의 교대 적층부에서, 적층 방향에 형성되어 있는 오존 발생 장치용 방전 셀.