KR20030025584A

KR20030025584A - 오존 발생 장치의 방전전극용 조성물

Info

Publication number: KR20030025584A
Application number: KR1020010058710A
Authority: KR
Inventors: 김경진; 서동수
Original assignee: 주식회사 에이더불유티
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-03-29

Abstract

산소 또는 공기로부터 방전에 의해 오존을 발생시키는 오존 발생 장치에 사용되는 방전전극을 제조하기 위한 조성물에 관한 것으로서, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가한 것을 특징으로 하는 오존 발생 장치의 방전전극용 조성물을 제공한다. 이와 같은 조성물로 제조되는 방전전극을 이용한 오존 발생 장치는 종래의 오존 발생 장치와 비교할 때 초기 오존 발생 효율이 높고 장시간 사용 후에도 오존 발생 효율의 저하가 낮으면서도 전략소비량이 적은 장점을 가지고 있다.

Description

오존 발생 장치의 방전전극용 조성물{Composition for Discharge electrode of ozonizer}

본 발명은 산소 또는 공기로부터 방전에 의해 오존을 발생시키는 오존 발생 장치에 사용되는 방전전극을 제조하기 위한 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초기 오존 발생 효율이 높고, 장시간 사용 후에도 오존 발생 효율의 저하가 낮으면서도 전략소비량이 적은 오존 발생 장치의 방전전극을 제조하기 위한 조성물에 관한 것이다.

오존 발생 장치에 이용되는 오존 생산방법에는 화학법, 자외선법, 방사선 조사법, 플라즈마 방사섭, 무성 방전법 등이 있다.

이 중에서도 무성 방전법이 가장 효율이 높은 것으로 알려져 있으며, 무성 방전법은 절연체 기판 양면에 방전전극과 유도전극을 형성시킨 후 방전전극에 고전압, 고주파수를 걸어 고순도의 오존을 발생시키는 방법이다.

그러나, 이러한 무성 방전법을 이용한 오존 발생 장치는 방전 중에 방전전극이 소모되기 쉽고, 사용시간이 길어짐에 따라 오존 발생 효율이 저하하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 방전전극 재료로 산화티탄, 산화아연, 질화티탄 등의 세라믹 재료를 사용하는 것이 제안되었으나, 이러한 세라믹 전극재료는 방전에 필요한 전자를 충분하게 방출하지 못하여 균일한 방전을 일으키기 위해서는 높은 방전전압 및 방전전류가 요구되어 전력소비량이 증가되는 문제점이 있으며, 또한, 사용시간이 길어짐에 따라 오존의 발생 효율이 저하되는 단점을 여전히 가지고 있다.

또한, 전극재료의 산화를 방지하기 위하여, 무연, 무알카리 글래스를 코팅하여 전극재료를 보호하는 방법도 제안되었으나, 이의 경우에는 오존 발생량이 수십㎎/시간 정도의 방전 기판에 적용되며, 대용량의 오존 발생 장치에는 적용할 수 없는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방전전극의 부식이 적어 고순도의 오존을 발생시키고, 보다 긴 시간동안 사용하여도 오존 발생 효율이 저하되지 않으면서 대용량의 오존 발생 장치에 사용할 수 있는 방전 기판을 제조하기 위한 조성물을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명을 설명하기 위한 오존 발생 장치의 수평면에 있어서 단면도이다.

도 2는 도 1의 오존 발생 장치의 종단면도이다.

도 3은 실시예 및 비교예에서 제조한 방전 기판을 이용하여 오존 발생농도를 측정한 그래프이다.

도 4는 실시예 및 비교예에서 제조한 방전 기판을 이용하여 방전전류를 측정한 그래프이다.

<주요 도면 부호에 대한 설명>

2: 방전 기판2a: 방전 기판의 제1 표면

2b: 방전 기판의 제2 표면 3: 방전전극

4: 유도전극5: 상부 판체

6: 하부 판체7: 접속 단자

8: 교류고압전원9: 방전실

10: 스페이서11: 공급구

12: 배출구

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,

본 발명은 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가한 것을 특징으로 하는 오존 발생 장치의 방전전극용 조성물을 제공한다.

본 발명에서와 같이 방전전극을 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가한 조성물로 형성하면, 방전전극의 전기전도성과 전자방출이 증대되어 안정된 방전을 일으키게 되고, 따라서 오전발생 효율은 높아지면서 전략소비량은 감소되는 장점을 가지게 된다.

또한, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가하였기 때문에 방전전극의 표면에 노출되는 금속성분이 적어져 방전에 의하여 전극재료의 소모되는 것과 오존에 의한 산화에 의하여 방전전극이 열화되는 것이 방지될 수 있다.

상술한 바와 같은 장점을 가진 오존 발생 장치의 방전전극용 조성물은 평판형 방전 기판, 튜브형 방전 기판 등 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 모든 방전 기판에 적용가능하나, 평판형 방전 기판을 중심으로 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.

우선, 본 발명에 오존 발생 장치의 기본적 구조를 설명하기로 한다.

오존 발생 장치의 수평면에 있어서의 단면도인 도 1과 상기 도 1의 오존 발생 장치의 종단면도인 도2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 방전 기판을 구비하는 오존 발생 장치는 제1 표면(2a)에 선상의 방전전극(3)과 제2 표면(2b)에 유도전극(4)을 각각 구비하는 판상의 방전 기판(2), 이 방전 기판(2)이 접착제에 의해서 고착되어 있는 금속제 상부 판체(5)와 금속제 하부 판체(6), 이 상부 판체(5)와 하부 판체(6)의 사이에 개재되는 스페이서(10), 산소 또는 공기 공급구(11), 및 오존 배출구(12)로 구성되어 있다.

또한, 금속제 상부 판체(5)와 금속제 하부 판체(6)는 방열작용을 하여 방전실 온도 상승을 방지하는 것으로 필요에 따라서는 냉매를 통과시키거나 또는 방열용 핀을 설치하는 등의 방열수단을 포함할 수 있다.

방전전극(3)와 유도전극(4)는 접속단자(7)에 이해서 교류고압전원(8)에 접속되어 있으며, 방전실은 상부 판체(5), 하부 판체(6) 및 상부 판체(5)와 하부 판체(6)의 사이에 게재되는 스페이서(10)에 의해 형성되어 있다.

또한 상부 판체(5)에는 방전 기판(2)이 고착되어 있는데, 상부 판체(5)에 고착되는 부분의 방전 기판(2)의 제2 표면(2b)이며, 이와 동일하게 하부 판체(6)에도 방전 기판(2)이 고착되어 있다.

상술한 바와 같은 오존 발생 장치에 있어서, 본 발명에 따른 방전 기판(2)은 방전전극(3)이 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가한 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에서와 같이 방전 기판(2)의 제1 표면(2a)에 형성되는 방전전극(3)을 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가한 혼합물로 형성하므로 방전전극의 전기전도성과 전자방출이 증대되어 안정된 방전을 일으키게 되고, 따라서 오전발생 효율은 높아지면서 전략소비량은 감소되는 장점을 가지게 된다.

그러나, 이산화티탄에 부가되는 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속의 함량이 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부를 초과하게 되면, 방전전극(3)의 표면에 노출되는 금속성분(즉, 알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속)의 분율이 높아짐으로써 방전에 의한 전극재료의 소모와 오존에 의한 산화에 의하여 방전전극이 열화되어 오존 발생 효율이 방전시간이 길어짐에 따라 감소되며 전극수명이 짧아지는 문제점이 있으며, 또한 금속성분이 산화됨에 따라 방전전극의 전기전도도가 낮아지고 전자방출이 감소되어 오존 발생 효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 방전 기판에 있어서, 유도전극(4) 및 판상의 방전 기판(2)은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 종래부터 사용되는 재료라면 아무런 제한없이 사용가능하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기의 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

방전 기판 제조

<실시예 1>

가로 100mm, 세로 100mm, 두께 1.0mm인 알루미나로 이루어진 판상 기판의 일면에 유도전극을 형성하였다. 이 유도전극은 순도가 약 95% 이상의 순수한 동을 전극 재료로 하여 실크 스크린 프린팅법에 의해서 형성시켰으며, 그 두께는 약 20㎛가 되도록 하였다.

이어서, 상기 판상 기판의 다른 일면, 즉 유도전극이 형성되지 않은 면에 방전전극을 형성하기 위하여, 방전전극을 형성하기 위한 혼합물을 준비하였다.

이 혼합물은 순도가 95% 이상인 이산화티탄 100중량부에 대하여 알루미늄 30중량부를 롤 밀에서 기계적 방법으로 혼합하여 제조하였다.

이어서, 플라즈마 방사법을 이용하여 이 혼합물로 방전전극을 형성시켰으며, 이 방전전극은 그 폭은 1.0mm이고, 두께는 100㎛였으며, 방전전극의 형성 간격이 10mm이 되도록 등밀도로 판상 기판에 형성되도록 하여 본 발명에 따른 오존발생용 방전 기판의 제조를 완료하였다.

<실시예 2>

방전전극을 형성하기 위한 혼합물로 순도가 95% 이상인 이산화티탄 100중량부에 대하여 텅스텐 30중량부로 이루진 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 오존발생용 방전 기판을 제조하였다.

<실시예 3>

방전전극을 형성하기 위한 혼합물로 순도가 95% 이상인 이산화티탄 100중량부에 대하여 니켈 30중량부로 이루진 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 오존발생용 방전 기판을 제조하였다.

<실시예 4>

방전전극을 형성하기 위한 혼합물로 순도가 95% 이상인 이산화티탄 100중량부에 대하여 스테인레스 스틸 30중량부로 이루진 것을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 오존발생용 방전 기판을 제조하였다.

<비교예 1>

방전전극을 형성하기 위한 재료로 순도가 95% 이상인 이산화티탄 단일물질을사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 오존발생용 방전 기판을 제조하였다.

오존발생농도 및 방전전류 측정 시험

상술한 실시예와 비교예에서 제조한 방전 기판을 이용하여 오존발생농도 및 방전전류량의 변화를 측정하여 도 3 및 도 4에 나타냈으며, 방전 실험 조건은 다음과 같았으며, 방전 기판의 내구성을 평가하기 위해서 순도 99.5%, 소결밀도 98%의 알루미나 기판의 전압파괴가 일어나는 20㎸의 75%에 해당되는 높은 방전전압에서 240시간 동안 가혹하게 시험하였다.

<방전 시의 전기 조건>

방전전압: 15㎸

주파수: 5㎑

<산소 및 분위기 조건>

산소유량: 0.2ℓ/분

산소 순도: 99.5%

작동 온도: 25℃

오존발생농도의 측정결과를 나타낸 도 3을 참조하면, 부가된 금속의 종류에 따라 발생되는 오존 농도가 상이하게 나타났으며, 이는 15㎸의 방전전압에서 방출되는 전자의 농도가 금속의 종류에 따라 달라지기 때문이며, 알루미늄(실시예 1), 텅스텐(실시예 2), 니켈(실시예 3) 및 스테인레스 스틸(실시예 4)를 부가한 경우에는 순수한 이산화티탄(비교예 1)의 경우보다 높은 오존농도을 얻을 수 있었으며 시간에 따른 오존발생농도의 감소도 적었다. 특히, 240시간 동안 방전 후의 오존발생농도를 보면, 순수한 이산화티탄(비교예 1)의 경우에는 약 55g/m³인 반면에, 알루미늄(실시예 1)의 경우에는 약 57g/m³, 텅스텐(실시예 2)의 경우에는 약 59g/m³, 니켈(실시예 3)의 경우에는 약 62g/m³, 스테인레스 스틸(실시예 4)의 경우에는 약 56g/m³로 매우 높은 오존농도를 나타내었다.

또한, 방전전류량을 측정한 결과를 나타낸 도 4를 보면, 알루미늄(실시예 1)의 경우에는 약 490㎃, 텅스텐(실시예 2)의 경우에는 460㎃, 니켈(실시예 3)의 경우에는 약 430㎃, 스테인레스 스틸(실시예 4)의 경우에는 약 450㎃로 약 510㎃를 보인 순수한 이산화티탄(비교예 1)에 비하여 매우 적은 것으로 나타났다. 이는 본 발명에 따른 조성물로 방전전극을 제조하는 경우에 전략소비량이 적은, 즉 에너지 효율이 높은 오존 발생 장치를 제조할 수 있음을 의미한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 방전 기판을 이용한 오존 발생 장치는 종래의 오존 발생 장치에 비교할 때 초기 오존 발생 효율이 높고 장시간 사용 후에도 오존 발생 효율의 저하가 낮으면서도 전략소비량이 적은 장점을 가지고 있다.

Claims

알루미늄, 니켈, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 스틸 및 몰리브덴으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 금속을 이산화티탄 100중량부에 대하여 60중량부 이하로 부가한 것을 특징으로 하는 오존 발생 장치의 방전전극용 조성물.