KR200213552Y1 - 수중 오존발생기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 오존 발생장치에 대한 것으로서, 금속전극을 직렬로 설치하고 상기 금속전극으로 인가되는 전류를 정전류 전원장치로 제어하며, 물의 유입구 근처에 임펠러를 설치하여서 형성된 오존 발생조를 다수개 병렬로 배치함으로써, 구조가 단순하고, 오존이 효과적으로 생성되며, 용존 오존량이 일정하게 얻어지고, 에너지 효율이 향상된 수중 오존발생기를 제공하기 위한 것이다.

본 고안은 이를 위하여, 물의 종류에 따라 전압을 제어하는 정전류 전원장치(2)와, 물이 유입되는 유입구 근처에 설치되는 임펠러(55)와 직렬로 서로 일정간격으로 이격되게 설치된 금속전극으로 구성되어 오존을 발생시키는 하나 또는 그 이상의 오존 발생조(5)가 병렬로 설치된 수중 오존발생기(1)가 제공된다.

Description

수중 오존발생기{ OZONE generator in the underwater}

본 고안은 오존 발생장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 요구되는 용존 오존량을 일정하게 얻을 수 있고, 오존 발생량을 증가시킬 수 있는 구조를 가진 수중 오존 발생장치에 대한 것이다.

일반적으로 오존 발생장치는 강한 산화력으로 살균, 소독, 탈색 및 탈취의 성질을 가진 오존을 인위적으로 발생시켜 인체에 유해한 농약류나 중금속을 산화 또는 중화시키고, 폐수 및 정수 처리 , 살균 세척 등에 이용되는 장치이다.

이를 위하여 오존 발생기는 주로 공기나 산소에 물리적 화학적 자극으로 에너지를 가하는 무성방전법, 자외선을 조사하는 광화학 반응법, 방사선 조사법 등으로 오존을 발생시킨다.

상기 무성방전법을 이용하는 오존 발생장치는 일반적으로 대향된 금속전극의 사이에 유리 또는 세라믹과 같은 절연체를 끼워 놓고, 이를 공기 중에 노출시킨체, 상기 금속전극에 고압을 인가하여, 오존 발생장치를 통과하는 공기에서 오존을 발생시키는 장치이다.

그러나, 무성방전법은 질소가 다량 함유되어 있는 공기 중에서 순수한 산소만을 분리하기 때문에 얻어지는 오존량이 적으며, 형성된 오존을 물에 용해하는 작업이 용이하지 않고, 구조가 복잡하며, 제작비가 많이 든다.

그리고, 수중에서 오존을 발생시키는 오존 발생장치는 원형관과 원형봉으로 이루어진 금속전극을 소정 간격 이격시켜 상기 금속전극에 단순 교류전원을 인가하여, 상기 금속전극사이를 통과하는 물을 전기 분해함으로써 오존을 형성하는 장치이다.

이와 다른 또 하나의 수중 오존 발생장치는 평판형 금속전극을 서로 대향되게 서로 이격시켜 수조 내에 설치하고, 각각의 금속전극에 단순 직류전원을 인가함으로써, 상기 금속전극사이를 통과하는 물을 전기 분해하여 오존을 발생시키는 장치이다.

그러나, 상기와 같은 수중 오존 발생장치들에서는 상기 금속전극에 전류가 인가되면 이온화된 물이 상기 금속전극 근처에서 전기 이중층을 형성하기 때문에 상기 전기 이중층으로 인하여 저항이 증가되므로 전류의 세기에 비례하는 오존의 발생량이 감소하게 된다.

또, 상기 금속전극의 표면에는 이온화된 물 외에도 철등의 많은 불순물이 상기 금속전극의 표면에 달라붙기 때문에 상기 전극이 비대해지고, 불순물에 의하여 저항이 증가되므로 오존 발생량이 감소된다.

그리고, 상기 금속전극이 이온화되어 물에 용해되므로 금속의 표면이 닳아서, 전극이 얇아지기 때문에 각 금속전극 사이의 간격이 넓어져 전극사이의 거리에 비례하는 물인 저항체의 저항이 증가하여 오존 발생량이 감소된다.

또한, 상기 오존 발생조에 투입되는 물의 종류에 따라 저항으로 형성되는 미네랄, 철등의 함유율이 다르기 때문에 저항이 일정하지 않으므로 일정한 양으로 오존을 발생시키기 어렵다.

그리고, 금속전극이 병렬로 연결되어 있고, 각 전극에 전류가 전달되도록 전선이 연결되어 있기 때문에 그 구성이 복잡하고, 상용전압을 강압시키기 위한 강압트랜스가 필요하므로 오존 발생장치가 대형화, 중량화된다.

이에 본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 금속전극을 직렬로 설치하고 상기 금속전극으로 인가되는 전류를 정전류 전원장치로 제어하며, 물의 유입구 근처에 임펠러를 설치하여서 형성된 오존 발생조를 다수개 병렬로 배치함으로써, 구조가 단순하고, 오존이 효과적으로 생성되며, 용존 오존량이 일정하게 얻어지고, 에너지 효율이 향상된 수중 오존발생기를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안에 따른 수중 오존발생기의 개략적인 구성 단면도

도 2는 도 1에 도시된 오존 발생조를 나타내는 분해 사시도

도 3은 본 고안에 따라 오존 발생조내에 설치되는 금속전극 어셈블리를 도시하는 횡단면도와 요부 확대도

도 4는 본 고안에 따른 오존 발생조의 종단면도

＜도면 주요 부분에 대한 부호 설명＞

1 : 수중 오존발생기 2 : 정전류 전원장치

3 : 콘트롤러 4 : 필터

5 : 오존 발생조 51 : 분지 유입관

52 : 분지 유출관 53 : 금속전극

54 : 하우징 55 : 임펠러(impeller)

56,57 : 상/하부 발생조 60 : 판스프링

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안은, 물의 종류에 따라 전압을 제어하는 정전류 전원장치와, 물의 유입구 근처에 설치되는 임펠러와 각각 일정 간격으로 이격되어 직렬로 설치된 금속전극으로 구성되어 오존을 발생시키는 하나 또는 그 이상의 오존 발생조가 설치된 수중 오존발생기를 제공한다.

오존은 염소의 7배나 강한 산화력을 가진 물질로써, 빠르고 강한 살균 소독력을 가지며, 페놀, 시안 등과 같은 유독성 물질을 분해할 수 있고, 철, 망간 이온을 산화할 수 있으며, 탈색, 탈취등 염소 처리시에 얻어지지 않는 정화 능력을 가지면서도 최종적으로 산소로 환원되므로 2차 공해를 일으키지 않기 때문에 환경 공해 처리수단으로 많이 이용된다.

이러한 오존을 발생하기 위한 본 고안에 따른 수중 오존발생기를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 하기와 같다.

도 1은 본 고안에 따른 수중 오존발생기의 개략적인 구성 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 오존 발생조를 나타내는 분해 사시도이며, 도 3은 본 고안에 따라 오존 발생조 내에 설치되는 금속전극 어셈블리를 도시하는 횡단면도와 그 요부확대도이고, 도 4는 본 고안에 따른 오존 발생조의 종단면도이다.

본 고안에 따른 수중 오존발생기(1)는 도 1에서 도시되는 것과 같이, 물의 종류 등에 따라 다르게 형성되는 저항에 관계없이 오존 발생량이 일정하게 유지될 수 있도록 전압을 조절하는 정전류 전원장치(2)와, 상기 정전류 전원장치등을 제어하기 위한 콘트롤러(3)와, 수도와 이어진 유입관과 연결된 필터(4)를 포함한다.

또한, 상기 필터(4)에서 걸러진 물이 다수 열의 병렬로 배열된 오존 발생장치로 이송될 수 있도록 유로를 형성하는 분지 유입관(51)과, 오존을 발생시키는 다수개의 오존 발생조(5)와, 각 오존 발생조(5)에서 유출되는 오존과 물 등이 외부로 배출될 수 있도록 상기 오존 발생조와 연결된 분지 유출관(52)도 포함한다.

이 때, 상기 정전류 전원장치(2)는 직렬로 설치된 각 전극사이에서 흐르는 물의 저항에 따라 물의 저항이 높으면 전압을 크게 흘려주고, 물의 저항이 낮으면 전압을 낮게 흘려주는 전압 조절장치이고, 상기 필터(4)는 수도를 통하여 유입되는 물에서 입자가 큰 불순물 등을 걸러내고, 일반적으로 중공사막 필터가 사용된다.

한편, 물의 전기 분해가 실질적으로 발생하는 오존 발생조(5)의 구성을 살펴보면 도 2와 같다.

본 고안에 따른 오존 발생조(5)는 요구되는 용존 오존량에 따라 오존이 형성될 수 있도록 물의 용량을 가변하기 위하여 다수개의 장치를 병렬로 설치한다.

상기 오존 발생조(5)는 크게 외관을 형성하는 하부 발생조(57)와 상부 발생조(56) 및 상기 발생조의 내부에 설치되는 금속전극 어셈블리로 대별된다.

특히, 상기 하부 발생조(57)는 일 측면에 물이 유입될 수 있도록 분지 유입관(51)이 연결되고, 상기 분지 유입관(51)과 연통된 발생조 내측면에 임펠러(55)가 설치되어 발생조로 유입되는 물의 수압에 의하여 상기 임펠러가 회전된다.

그리고, 상기 하부 발생조(57)의 상면 원주방향에는 상부 발생조(56)가 형합될 수 있도록 홈이 형성되며, 그 내측면에는 볼트 안착부가 네 모퉁이에 돌출 되게 구비된다.

한편, 금속전극 어셈블리는 판스프링(60)을 사이에 두고 얇은 두개의 금속편이 붙여져서 형성된 각각의 금속전극을, 사각통으로 형성되어 내측면에 일정 간격으로 슬릿이 형성되고 네 모서리에 볼트 삽입공을 구비하는 하우징의 슬릿에 삽입 고정하여 형성된다.

그리고, 상기 금속전극 어셈블리는 하우징(54)의 네 귀퉁이와 하부 발생조(57)의 볼트 안착부 상을 관통하도록 볼트를 삽입하여 하부 발생조(57)에 체결 고정된다.

상기 상부 발생조(56)는 상기 하부 발생조(57)의 상면 홈에 안착될 수 있는 두께와 외경으로 형성되며, 상부면에 물이 배출되는 분지 유출관(52)이 연결된다.

이 때, 상기 상부 발생조(56)를 상기 하부 발생조(57)의 상면에 안착시킨 후 하부 발생조의 홈에 얇은 고무를 삽입하여 발생조의 틈을 밀봉하여 물이 새지 않도록 한다.

상기 금속전극 어셈블리를 도 3에서 좀 더 살펴보면, 상기 금속전극은 두개의 얇은 금속편 사이에 판스프링(60)을 삽입하여, 양 금속편이 판스프링의 반력에 의하여 상기 하우징(54)의 슬롯내에 고정되도록 한 것으로, 이에 따라 각 금속전극사이의 간격(l)이 일정하게 유지된다.

이러한 구성을 가진 금속전극 어셈블리의 양단 최외각에 위치한 금속전극(53)에만 전류가 인가될 수 있도록 전선(58)을 각각 연결한다.

한편, 상기 금속전극(53)은 일 측의 금속편에는 돌출부를 형성하고, 타측의 금속편에는 요홈을 형성하여 상기 돌출부에 스프링을 삽입하여 두 금속편이 형합되도록 하는 구성으로 그 형상을 다양하게 형성할 수 있으며 이는 당업자라면 이해 가능하다.

이 때, 상기 금속전극에 삽입되는 판스프링(60)은 일정 탄성력을 가지기 때문에 상기 금속전극은 일정 강도와 통전성, 전기적 안정성 및 내부식성을 가져야 하며, 인체에 무해해야 하여야 하므로 티타늄 또는 백금 합금 등이 적합하다.

상기와 같은 구성을 가진 본 고안에 따른 수중 오존발생기의 작동과정은 도4와 같다.

필터(4)를 통하여 입자가 큰 불순물이 제거된 물은 요구되는 용존 오존량에 따라 하나 또는 그 이상의 오존 발생조(5)로 유입되고, 각 오존 발생조로 유입되는 물의 수압에 의하여 분지 유입관(51)근처에 설치된 임펠러(55)가 회전된다.

상기 임펠러(55)의 회전에 의하여 교반되는 물은 위로 차오르면서 상기 임펠러(55)의 상부에 고정된 금속전극 어셈블리를 지나게 된다.

한편, 발생조로 유입되는 물의 저항정도에 따라 정전류 전원장치에서 조절된 전압의 전류가 최외각 금속전극에 인가되고, 상기 금속전극의 숫자에 따라 유입되는 전압이 분압되어 각 금속전극에 인가된다.

즉, 220V의 전압이 양단의 금속전극에 인가되면, 11개의 금속전극이 설치된 금속전극 어셈블리에서는 각 금속전극마다 20V의 전압이 인가되고, 각 금속전극의 양 금속편은 서로 대응되는 전극을 띄게 된다.

이와 같은, 금속전극의 주변에서 물은 (화학식 1)과 같이 전기 분해되어 오존과 수소 등을 발생시키게 된다.

(화학식 1)

3 H₂O ----------＞ O₃+ 6H⁺+ 6e^-

2 H₂O ----------＞ O₂+ 4H⁺+ 4e^-

2H⁺+ 2e^-----------＞ H₂

3 H₂O ----------＞ 3H₂+ O₂+ O

O₂+ O + M( 매개변수) ----------＞ O₃

3 H₂O ----------＞ 3H₂+ O₃이다.

단, H는 수소, O는 산소, H₂O 는 물, O₃는 오존(OZONE)을 일컫는다.

이 때, 금속전극의 양표면에 형성된 전하와 대응하는 반대부호를 가진 전기분해된 물과 오존 및 이온화된 물질들이 금속전극의 표면 근처에 층을 이루어 전기 이중층이 형성된다.

그러나, 물의 수압에 의하여 임펠러(55)가 회전되기 때문에 전기 분해되어 오존 등이 생성된 물은 상기 회전력에 의하여 상부로 이동되므로 상기 전기 이중층이 형성되지 못하고, 이와 함께 공기보다 가벼운 수소도 분지 유출관(52)을 통하여 배출된다.

그리고, 상기 임펠라의 회전에 의한 물의 유동으로 인하여 상기 금속전극의 표면에 수중의 불순물의 부착이 용이하지 않으므로 상기 금속전극의 두께가 두꺼워지는 비대 현상이 방지된다.

그러나, 불순물이 부착되는 경우에는 정전류 전원장치에서 상기 금속전극에 교류 전원을 인가하거나, 직류전류를 인가하여 극성이 교번반전되도록 함으로써, 금속표면에서 불순물을 제거한다.

그리고, 상기 금속전극은 두개의 얇은 금속편 사이에 판스프링(60)이 삽입되어 있으므로 금속전극의 이온화로 인하여 전극표면이 닳아 그 두께가 얇아지면, 금속전극의 강도가 감소되기 때문에 양 금속판이 판스프링에 의하여 양쪽으로 밀려나게된다.

이와 같이, 판스프링 반력에 의하여 양 금속편의 사이가 벌어지면서, 금속전극이 삽입된 슬롯의 하우징 턱에 의하여 고정되므로 각 금속전극사이의 간격(l)은 일정하게 유지된다.

이에 따라, 전극의 면적에 반비례하고, 전극 사이의 간격에 비례하는 물에 의한 저항이 일정하게 유지되므로 오존의 발생량도 또한 일정하게 유지된다.

그리고, 전류가 인가된 상기 금속전극에서 발생되는 열은 임펠러의 회전에 의한 물의 대류 때문에 별도의 과열 방지를 위한 냉각 장치가 불필요하게된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 전류가 인가되는 금속전극을 직렬로 수중에 설치하고, 물의 유입구 부근에 임펠러를 설치하여, 유동이 활발한 물이 상기 금속전극을 지나면서 전기 분해되도록 하기 때문에 저항의 증가 없이 오존의 발생량이 향상된다.

그리고, 금속전극에서 발생되는 열은 별도의 냉각장치 없이 물이 냉각수로 사용되므로 금속전극이 과열에 의한 고장을 일으키지 않는다.

또, 상기 정전류 전압장치에서 직류 또는 교류를 선택적으로 상기 금속전극의 최외각에 인가하기 때문에 회로의 구성이 단순하며, 제작공수가 절감되고, 소형화 및 경량화 되고, 에너지 소비가 절감된다.

또한, 일정 간격으로 서로 이격되어 설치되는 금속전극은 얇은 금속편의 사이에 판스프링을 삽입하여 형성하기 때문에 금속전극의 이온화에 따른 금속표면이 닳게 되어도 판스프링반력에 의하여 금속편의 사이가 벌어져 각 금속전극끼리의 간격이 일정하게 유지되므로 오존 발생량이 일정하게 유지할 수 있다.

그리고, 상기 수중 오존발생장치에 정전류 전압장치를 사용하여 저항의 크기에 따라 금속전류에 인가되는 전압을 조절하기 때문에 전류가 일정하게 형성되므로 오존 발생량이 일정하게 유지된다.

또, 임펠러에 의하여 와류가 형성되기 때문에 상기 금속전극주위에 전기 이중층이 형성되지 않으므로 저항이 감소되고, 불순물이 금속전극의 표면에 부착되는 것이 용이하지 않기 때문에 비대현상이 방지되어 오존 발생량이 향상된다.

Claims (7)

1. 물의 종류에 따라 전압을 제어하는 정전류 전원장치와,

   물이 유입구 근처에 설치되는 임펠러와 각각 일정 간격으로 이격되어 직렬로 설치된 금속전극으로 구성되어 오존을 발생시키는 하나 또는 그 이상의 오존 발생조가 설치된 수중 오존발생기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 오존 발생조는 일 측이 물이 유입될 수 있도록 분지 유입관과 연결되고, 상기 분지 유입관과 연통된 저면상에 임펠러가 설치되며, 내측면에 볼트 안착부가 형성되는 하부 발생조와;

   각각의 금속전극이 하우징의 내측에 일정간격으로 형성된 슬롯에 삽입되어 양단이 고정되고, 상기 하부 발생조의 볼트 안착부 상에 볼트로 고정되는 금속전극어셈블리와;

   상기 하부 발생조의 상면 홈에 안착되고, 상부면에 물이 배출될 수 있도록 분지 유출관과 연결되는 상부 발생조로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 오존발생기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 정전류 전원장치에서 형성된 전기는 금속전극 어셈블리의 양단 최외각에 위치한 금속전극에만 인가되는 것을 특징으로 하는 수중 오존발생기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속전극은 요구되는 오존 발생량에 따라 내측에 넓이가 조정되는 것을 특징으로 하는 수중 오존발생기.
5. 상기 금속전극은 그 내부에 일정 탄성을 가지는 판스프링이 삽입된 얇은 금속편이 서로 덧붙여져서 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 오존발생기.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속전극은 티타늄 또는 백금 합금인 것을 특징으로 하는 수중 오존발생기.
7. 제 1 항에 있어서,

   다수개의 상기 오존 발생기는 병렬로 설치되는 것을 특징으로 하는 수중 오존발생기.