KR20140012166A - 오존 발생기 - Google Patents
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Abstract
오존 발생기 셀은 상기 셀의 다양한 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하는 두 개의 열 전도성 플레이트를 포함한다. 상기 셀은 상기 셀의 방전 영역 내에서 알루미늄-함유 물질이 부족하다.
Description
본 발명은 오존 발생기 및 오존을 생성하는 방법에 관한 것이다.
종래 기술의 오존 발생기는 장기간 동안 불순물(dopant, 예를 들면, 질소) 없이 유용한 양의 오존을 생산할 수 없다. 또한, 오존 발생기는 고농도의 오존을 생산하는데 필요한, 매우 낮은 온도에서 작동할 수 없다.
그에 따라, 향상된 오존 발생기 및 오존을 생성하는 방법이 필요하게 된다.
본 발명의 실시예들은 오존 발생기, 및 오존 발생기 셀의 구성 요소들 사이의 전단 응력을 감소시킨 시스템으로 고농도의 고순도 오존을 생산하는 방법을 포함한다. 이러한 시스템은 매우 낮은 온도에서 작동 가능하며 통상의 시스템에 대한 향상된 서비스 가용성(serviceability)을 갖는다.
본 발명은, 일 양태에 있어서, 고전압 전극층 및 두 개의 절연층을 포함하는 오존 발생기 셀을 특징으로 한다. 상기 제 1 절연층은 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되고 상기 제 2 절연층은 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대 측에 배치된다. 상기 오존 발생기 셀은 또한 두 개의 저전압 전극층을 포함한다. 하나의 저전압 전극층은 상기 두 개의 절연층 각각의 위에 걸쳐 배치된다. 상기 오존 발생기 셀은 또한 두 개의 방전 영역, 즉, 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 절연층 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 1 방전 영역, 및 상기 고전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 2 방전 영역을 포함하며, 상기 절연층은 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되며, 상기 저전압 전극층은 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치된다. 상기 오존 발생기 셀은 또한 두 개의 열 전도성 플레이트, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 상의 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측 상의 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 2 열 전도성 플레이트를 포함하되, 상기 두 개의 열 전도성 플레이트는 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지한다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지함으로써 상기 절연층들 및 상기 고전압 전극층의 조합의 두께가 감소한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 두께가 감소함에 따라 상기 저전압 전극층 및 상기 고전압 전극층 사이의 커패시턴스가 증가한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 절연층들, 상기 저전압 전극층들, 및 상기 고전압 전극층은 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 제조된다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 오존 발생기 셀은 각각의 저전압 전극층의 표면으로부터 절연층의 표면을 향해 돌출하는 스페이서 쐐기(spacer shims)들을 포함한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지며, 상기 제 2 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 나머지 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워진다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 스페이서 쐐기들은 상기 저전압 전극층들의 일체 부분이거나 상기 절연층들 및 상기 저전압 전극층들 사이에 끼워지는 별개의 구성요소이다.
본 발명은, 다른 양태에 있어서, 오존 발생기 셀을 제조하는 방법을 특징으로 한다. 상기 방법은 제 1 절연층을 고전압 전극층의 제 1 측 위에 위치시키는 단계 및 제 2 절연층을 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대 측 위에 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제 1 절연층 위에 제 1 저전압 전극층을 위치시켜 상기 고전압 전극층, 상기 제 1 절연층 및 상기 제 1 저전압 전극층의 조합에 의해 제 1 방전 영역을 규정하도록 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 제 2 저전압 전극층을 상기 제 2 절연층 위에 위치시켜 상기 고전압 전극층, 상기 제 2 절연층 및 상기 제 2 저전압 전극층의 조합에 의해 제 2 방전 영역을 규정하도록 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 제 1 열 전도성 플레이트를 상기 제 1 저전압 전극층 위에 위치시키는 단계 및 제 2 열 전도성 플레이트를 상기 제 2 저전압 전극층 위에 위치시키는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 모든 층들에 압력을 가하여 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시킴으로써 상기 저전압 전극층 및 상기 고전압 전극층 사이의 전기적 커패시턴스를 증가시킨다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시킴으로써 상기 오존 발생기 셀 내의 열 변화 효과를 감소시킨다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 오존 발생기 셀은 접착제가 없기 때문에 더 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동될 수 있다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시킴으로써 상기 절연층들 및 상기 고전압 전극층의 조합의 두께를 감소시킨다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 방법은 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 상기 절연층, 상기 저전압 전극층 및 상기 고전압 전극층을 제조하는 단계를 포함한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 방법은 상기 제 1 절연층, 상기 고전압 전극층, 상기 제 2 절연층, 상기 제 1 저전압 전극층, 상기 제 2 저전압 전극층, 상기 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 제 2 열 전도성 플레이트를 서로에 대해 위치시키도록 조립 지그를 사용하는 단계를 포함한다.
몇몇 실시예에 있어서, 스페이서 쐐기들은 각각의 저전압 전극층의 표면으로부터 절연층의 표면을 향해 돌출한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지며, 상기 제 2 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 나머지 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워진다.
본 발명은, 다른 양태에 있어서, 고전압 전극층 및 두 개의 절연층을 포함하는 오존 발생기 셀을 특징으로 한다. 상기 제 1 절연층은 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되고 상기 제 2 절연층은 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대측에 배치된다. 상기 오존 발생기 셀은 또한 텅스텐을 포함하는 두 개의 저전압 전극층을 포함하되, 하나의 저전압 전극층은 상기 두 개의 절연층 각각의 위에 배치된다. 상기 오존 발생기 셀은 또한 두 개의 방전 영역을 포함한다. 상기 제 1 방전 영역은 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정된다. 상기 제 2 방전 영역은 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정된다. 상기 오존 발생기 셀은 두 개의 열 전도성 플레이트, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측 위에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 2 열 전도성 플레이트를 포함하되, 상기 두 개의 열 전도성 플레이트는 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지한다.
몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지함으로써 상기 절연층들 및 상기 고전압 전극층의 조합의 두께를 감소시킨다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 오존 발생기 셀은 각각의 저전압 전극층의 표면으로부터 절연층의 표면을 향해 돌출하는 스페이서 쐐기들을 포함한다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 제 1 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지며, 상기 제 2 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 나머지 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워진다. 몇몇 실시예에 있어서, 상기 스페이서 쐐기들은 상기 저전압 전극층들의 일체 부분이거나 상기 절연층들 및 상기 저전압 전극층들 사이에 끼워지는 별개의 구성요소이다.
본 발명은, 다른 양태에 있어서, 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 제조되는 고전압 전극층을 포함하는 고농도 오존 발생기 셀을 특징으로 한다. 상기 셀은 또한 두 개의 절연층, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 제 1 절연층 및 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대 측에 배치되는 제 2 절연층을 포함한다. 상기 셀은 또한 두 개의 저전압 전극층을 포함하되, 하나의 저전압 전극층은 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 제조되는 상기 절연층들 각각의 위에 배치된다. 상기 셀은 또한 알루미늄 함유 물질이 결핍인 두 개의 방전 영역, 즉, 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 1 방전 영역 및 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 2 방전 영역을 포함한다. 상기 셀은 또한 두 개의 열 전도성 플레이트, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측 상에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 2 열 전도성 플레이트를 포함하되, 상기 두 개의 열 전도성 플레이트는 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하여 상기 오존 발생기 셀의 전단 응력을 감소시킨다.
본 발명의 기타 양태 및 장점들은 본 발명의 원리를 단지 예시적으로 도시하는 첨부 도면을 참조하는 이하의 상세한 설명으로부터 명료하게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 전술한 특징들은 첨부 도면의 이하의 상세한 설명을 참조하여 더욱 용이하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존 발생기의 개략도이다.
도 2A는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존 발생기 셀의 개략적인 분해도이다.
도 2B는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2A의 오존 발생기 셀의 일부의 상세도이다.
도 2C는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2A의 저전압 전극층의 표면의 개략도이다.
도 2D는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2A의 오존 발생기 셀의 개략적인 조립도이다.
도 2E는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2D의 오존 발생기 셀의 일부의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 오존 발생기의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존 발생기의 개략도이다.
도 2A는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 오존 발생기 셀의 개략적인 분해도이다.
도 2B는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2A의 오존 발생기 셀의 일부의 상세도이다.
도 2C는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2A의 저전압 전극층의 표면의 개략도이다.
도 2D는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2A의 오존 발생기 셀의 개략적인 조립도이다.
도 2E는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 도 2D의 오존 발생기 셀의 일부의 상세도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 오존 발생기의 개략도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 오존 발생기(100)의 개략도이다. 오존 발생기(100)는 통상 절연 배리어 방전(DBD)으로 불리는 전기적 방전 구조 형태로 작동되도록 구성된다. 상기 구조는 통상적으로 적어도 하나의 절연재에 의해 분리되는 두 개의 전류 운반 평판형 또는 원통형 금속 전극을 포함하는 것으로서 설명된다. 금속 전극 사이의 고 진폭 AC 전압의 인가는 상기 전극들 사이의 영역 내에 일련의 단수명 방전(short-lived discharge)(마이크로 방전)을 초래한다. 산소 또는 산소 및 불순물(예를 들면, 질소)의 혼합물이 방전 영역을 통해 상기 간극 안으로 공급되면, 오존이 생성된다.
상기 오존 발생기(100)는 다섯 개의 오존 발생기 셀(104a, 104b, 104c, 104d, 104e)(통칭하여 104)을 포함한다. 각각의 오존 발생기 셀(104)은 고전압 전극층(108)(예를 들면, 금속 전극(예를 들면, 텅스텐 전극))을 포함한다. 각각의 셀(104)은 또한 두 개의 절연층(112a 및 112b, 통칭하여 112)을 포함한다. 제 1 절연층(112a)은 고전압 전극층(108)의 제 1 측에 배치되고 제 2 절연층(112b)은 고전압 전극층(108)의 제 2, 반대 측에 배치된다.
셀(104)은 또한 두 개의 저전압 전극층(제 1 저전압 전극층(116a) 및 제 2 저전압 전극층(116b), 통칭해서 116)을 포함한다. 하나의 저전압 전극층(116)은 상기 두 개의 절연층(112) 각각의 위에/각각에 인접하여 배치된다(예를 들면, 저전압 전극층(116a)은 절연층(112a) 위에 배치된다). 몇몇 실시예에 있어서, 저전압 전극층(116)은 전기적으로 접지된 텅스텐 전극이다. 방전 영역 내의 알루미늄의 존재(예를 들면, 전극층이 알루미늄을 사용하여 제조되면)는 오존 발생의 효율을 감소시키고 오존 발생기 셀의 수명을 단축할 것이다. 방전 영역 내의 구성요소(예를 들면, 절연층, 저전압 전극층 및 고전압 전극층)가 알루미늄 비함유 물질로 제조되기 때문에, 고농도의 오존을 생산하고 상기 시스템의 장기간 열화를 방지하는 오존 발생기를 만들어 낼 수 있다. 방전 영역 내에 알루미늄이 없는 경우, 오존 발생기 내에 공급되는 산소 내에 불순물(예를 들면, 질소)을 더 이상 포함할 필요가 없다.
오존 발생기 셀(104)은 또한 두 개의 열 전도성 플레이트(120a 및 120b, 통칭하여 120)를 포함한다. 제 1 열 전도성 플레이트(120a)는 고전압 전극층(108)의 제 1 측 위에서 제 1 저전압 전극층(116a)과 접촉하며, 제 2 열 전도성 플레이트(120b)는 고전압 전극층(108)의 제 2 측 위에서 제 2 저전압 전극층(116b)과 접촉한다. 두 개의 열 전도성 플레이트(120a 및 120b)는 그 사이에 위치되는 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하도록 상기 플레이트들 사이에 위치되는 구성요소들(예를 들면, 고전압 전극층, 절연층, 저전압 전극층)에 힘을 가하도록 구성된다. 구성 요소들 사이에 접착제가 사용되지 않기 때문에, 구성 요소 사이의 전단 응력이 감소하고, 그에 따라, 오존 생성에 적합한 매우 낮은 온도에 대한 상기 시스템의 민감성 및 취성을 감소시킨다. 또한, 전단 응력이 낮아짐에 따라 오존 발생기는 넓은 온도 범위에서 작동되게 된다.
본 실시예에 있어서, 열 전도성 플레이트(120)는 유체 입력부(136a) 및 유체 출력부(136b)를 갖는다. 유체 입력부(136a)는 냉매 유체 공급원(도시하지 않음)으로부터 상기 플레이트(120) 내에 위치되는 공동(cavity) 내로 유체를 수용하도록 구성된다. 유체 출력부(136b)는 공동으로부터 유체를 출력하도록 구성된다. 방전 프로세스에 의해 생성되는 열 전도성 플레이트(120)에 가해지는 열은 공동 내에서 유체로 전달되며, 그 후 상기 유체가 유체 출력부(136b)로부터 출력됨에 따라 열은 없어진다.
각각의 오존 발생기 셀(104)은 두 개의 열 전도성 플레이트(120)에 의해 경계를 짓는다. 다른 오존 발생기(104)에 인접하여 위치되는 오존 발생기 셀(104)은 공통 열 전도성 플레이트를 공유한다. 예를 들면, 열 전도성 플레이트(120b)는 오존 발생기(104a) 및 오존 발생기(104b)에 의해 공유/사용되어 각각의 오존 발생기 셀의 구성요소에 힘을 가하고 상기 오존 발생기 셀을 냉각한다.
오존 발생기(100)는 또한 고정 베이스(124) 및 스프링 부하식 클램프 플레이트(128)를 포함한다. 스프링 부하식 클램프 플레이트(128)는 복수의 스크루에 의해 베이스 플레이트(124)에 부착되어 스프링 부하식 클램프 플레이트(128)가 그 사이에 위치되는 오존 발생기 셀(104a, 104b, 104c, 104d, 104e)의 적층체에 힘을 가하도록 한다. 오존 발생기(100)는 또한 베이스 플레이트(124)의 홈이 파진 표면(140)에서 베이스 플레이트(124)와 정합하는 커버(간명하게 도시하기 위해 생략됨)를 포함한다. 커버는 상기 커버가 베이스 플레이트(124)에 정합되는 경우 오존 발생기 셀 및 플레이트(128)에 위치되는 밀봉식 챔버를 생성한다.
도 2A는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 오존 발생기 셀(204, 예를 들면, 도 1의 셀(104))의 개략적인 분해도이다. 오존 발생기 셀(204)은 고전압 전극층(208)을 포함한다. 셀(204)은 두 개의 절연층(212a 및 212b)을 포함한다. 제 1 절연층(212a)은 고전압 전극층(208)의 제 1 측(210a)에 배치되며 제 2 절연층(212b)은 고전압 전극층(208)의 제 2, 반대 측(210b)에 배치된다.
셀(204)은 또한 제 1 저전압 전극층(216a) 및 제 2 저전압 전극층(216b)을 포함한다. 저전압 전극층(216a)은 제 1 절연층(212a) 위에 배치된다. 저전압 전극층(216b)은 제 2 절연층(212b) 위에 배치된다. 도 2B는 도 2A의 오존 발생기 셀(204)의 일부의 상세도이다. 제 2 저전압 전극층(216b)은 제 2 절연층(212b) 및 고전압 전극층(208)(도 2A 참조)을 향해 돌출하는 제 2 저전압 전극층(216b)의 표면(250b) 위에 위치되는 복수의 스페이서 쐐기(240)를 포함한다. 도 2C는 도 2A 및 도 2B의 저전압 전극층(216b)의 표면(250b)의 개략도이다. 스페이서 쐐기(240)는 저전압 전극층(216b)의 표면(250b)에 걸쳐 분포된다.
저전압 전극층(216), 고전압 전극층(208) 절연층(212) 및 열 전도성 플레이트(220)는 동축 정렬 개구(280)를 갖는다. 오존 발생기 셀로 공급되는 가스는 오존 발생기 셀의 중앙을 향해 오존 발생기 셀의 외측 에지 내로 흘러들어간다. 가스가 오존 발생기 셀의 중앙으로 흐름에 따라, 전기적 방전이 오존 발생기 셀 내에서 생성된다(예를 들면, 도 2E에 대하여 설명된 바와 같이). 전기적 방전은 중앙 개구(280)를 통해 오존 발생기의 가스 출구까지 흐르는 오존을 생성한다.
스페이서 쐐기(240)는 다양한 방법을 사용하여 생산될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 스페이서 쐐기(240)는 상기 스페이서 쐐기의 원하는 위치 둘레의 제 2 저전압 전극의 표면(250b)을 에칭함으로써 생성되어 상기 스페이서 쐐기가 표면(250b)으로부터 돌출하도록 한다. 몇몇 실시예에 있어서, 스페이서 쐐기(240)용 재료는 표면(250b) 상에 스크린된 후 연소되어 스페이서 쐐기(240)를 생성한다. 몇몇 실시예에 있어서, 스페이서 쐐기(240)는 제 2 저전압 전극(216b)의 표면(250b)에 오목부를 생성함으로써(예를 들면, 제 2 저전극 전극층의 재료가 오목해지도록 펀치 또는 기타 기계적 방법을 사용하여) 형성된다. 기타 방법이 선택적 실시예(예를 들면, 플레이팅, 진공 증발, 스퍼터링) 내에서 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 스페이서 쐐기(240)는 마찰에 의해 제자리에 유지되는 별개의 재료(또는 재료들)의 조각으로서, 저전압 전극층(216b)의 표면(250b) 및 제 2 절연층(212b) 사이에 위치된다.
도시되지는 않았지만, 제 1 저전압 전극층(216a)은 제 1 절연층(212a) 및 고전압 전극층(208)(도 2A 참조)을 향해 돌출하는 제 1 저전압 전극층(216a)의 표면 상에 위치되는 복수의 스페이서 쐐기를 포함한다.
오존 발생기 셀(204)은 또한 두 개의 열 전도성 플레이트(220a 및 220b, 도 2A 참조)를 포함한다. 제 1 열 전도성 플레이트(220a)는 고전압 전극층(208)의 제 1 측(210a) 상의 제 1 저전압 전극층(216a) 위에 위치되며, 제 2 열 전도성 플레이트(220b)는 고전압 전극층(208)의 제 2 측(210b) 상의 제 2 저전압 전극층(216b) 위에 위치된다. 상기 두 개의 열 전도성 플레이트(220a 및 220b)는 상기 플레이트 사이에 위치되는 구성요소에 힘을 가하여 그 사이에 위치되는 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하도록 구성된다.
도 2D는 오존 발생기의 구성요소가 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트(220a 및 220b) 사이에 함께 끼워진 후 도 2A의 오존 발생기 셀(204)의 개략적인 확대도이다. 도 2E는 도 2D의 오존 발생기 셀(204)의 일부의 상세도이다. 간극(260)은 제 2 절연층(212b), 저전압 전극층(216b) 및 스페이서 쐐기(240)의 조합에 의해 규정된다. 고전압 리드 와이어(도시하지 않음)는 간극(260)의 영역 내에서 전기적 방전을 유발하기에 충분한 전압 레벨에서 저전압 전극층(216b)에 대해 고전압 전극층(208)에 전력을 공급한다. 전기적 방전은 산소가 오존 발생기 셀(204)의 간극(260) 내로 도입되면 오존을 생산한다.
본 발명자에 의해 수행된 실험은 적절한 금속 전극을 구비하는 무-불순물 오존 발생기 내의 오존의 일차 공급원이 광촉매 공급원임을 입증한다. 몇몇 실시예에 있어서, 산화 텅스텐은 물질의 광촉매 특성 때문에 사용된다. 산화 텅스텐은 사용중에 약간의 산소 결핍이 되며 최종 산화물은 n-타입 반도체이다. 분자 산소는 음전기이며, 전자를 끌어당기는 경우, O2를 형성한다. 이는 n-타입 산화 텅스텐의 표면 위에 O2의 층을 생성한다. 전자-홀 쌍은 산화 텅스텐이 광자(γ)를 흡수할 때 형성된다. O+인 홀은 표면으로 이동하여 O2 -와 결합하여 오존을 형성한다. 이러한 반응에서 소모된 산화 텅스텐으로부터의 격자 산소는 산소의 방전과의 접촉 및 산화 텅스텐을 통한 산소의 확산에 의해 보충된다. 방전에 있어서의 전자는 방전에 있어서의 산소와의 자유-자유 및 자유-속박 충돌에 의해 광자를 생성한다. 전자는 또한 오존을 파괴하고, 분자 산소를 여기 및 하방 천이시킨다. 광자는 광촉매 표면(예를 들면, 저전압 전극층(216b)의 산화 텅스텐 표면) 상에 오존을 생성하고 기상(gas phase) 상태의 오존을 파괴한다. 기상 반응은 기체 내에 존재하는 산소 종들을 결합하고 오존 및 분자 산소를 생산한다.
얻어진 통찰 중 하나는 기상 반응이 광촉매 상에서 생성되는 오존 공급원의 파괴로부터 초래되는 원자 산소로부터 오존을 생성한다는 것의 실현이다. 기상 반응은 가스 온도가 상승함에 따라 감소하는 반응률에 대해 온도 종속적이다. 이러한 타입의 통상적인 발생기에서 관찰되는 가스 온도를 상승시키는 한편 오존 생성에 있어서의 감소는 감소한 기상 반응으로 인한 것이지, 오존의 열 파괴로 인한 것이 아니다. 방전에 의해 방출되는 광자는 간극(260) 내의 방전 공간 내의 오존에 의해 흡수된다. 상기 흡수는 두 가지 효과, 즉, 오존을 파괴하고 광촉매 표면에 대한 오존-생성 광자의 플럭스를 감소시키는 효과를 갖는다. 이들 효과는 간극(270)(제 2 저전압 전극층(216b) 및 제 2 절연층(212b) 사이의 거리)를 작게 함으로써 오존 함유 가스를 통과하는 광자의 경로 길이를 가능한 한 짧게 하여 최소화될 수 있다. 간극(270)을 더 작게 하는 것으로 추가된 장점은 고전압 전극층(208) 및 절연층(212)의 조합의 커패시턴스가 증가한다는 것이다. 이러한 증가된 커패시턴스는 오존을 생산하도록 고전압 전극층에 공급될 전압의 크기를 감소시킨다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 오존 발생기(300)의 개략도이다. 오존 발생기(300)는 복수의 적층된 오존 발생기 셀(304, 예를 들면, 도 1의 셀(104))을 포함한다. 오존 발생기 셀(304)은 베이스 플레이트(320, 도 1의 베이스 플레이트(124)에 부착되는(예를 들면, 용접되는) 커버(316)에 의해 규정되는 밀봉 챔버(318) 내에 위치된다. 오존 발생기(300)는 오존 발생기 셀(304)의 고전압 전극층(312, 예를 들면, 도 1의 오존 발생기 셀(104)의 고전압 층(108))에 고전압 신호를 제공하는 고전압 전원(308)을 포함한다.
오존 발생기(300)는 또한 냉매 유체 공급원(324) 및 냉매 배기부(328)를 포함한다. 냉매 공급원(324)은 냉매를 오존 발생기 셀(304)의 열 전도성 플레이트(334)의 유체 입력부(332)로 공급한다. 냉매는 전도성 플레이트(334) 내의 공동을 통해 흐르고 냉매를 오존 발생기 셀(304)의 유체 출력부(336)를 통해 냉매 배기부(328)로 출력한다.
오존 발생기 셀(300)은 가스의 흐름을 밀봉 챔버(318)로 공급하는 가스 공급원(340, 예를 들면, 산소 공급원)을 포함한다. 가스는 오존 발생기 셀의 중심(354)을 향해 오존 발생기 셀(304)의 에지(350) 내로 흘러들어간다. 가스가 오존 발생기 셀(304)의 중심(354)을 향해 흐름에 따라, 전기적 방전이 오존 발생기 셀(304) 내에서 생성된다(예를 들면, 도 2E에 대해 설명된 바와 같이). 전기적 방전은 오존을 생성하고, 오존은 오존 발생기(304) 내의 개구(예를 들면, 도 2C의 중앙 개구(280))를 통해 가스 출력부(344)로 흐른다.
포함한다, 구비한다 및/또는 각각의 복수 형태는 개방형 표현으로서, 언급된 구성요소를 포함하며, 언급되지 않은 추가의 구성요소를 포함할 수 있다. 및/또는은 개방형 표현으로서 하나 또는 그 이상의 언급된 구성요소 및 언급된 구성요소의 조합을 포함한다.
본 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 주요 특성을 이탈하지 않고도 본 발명이 기타의 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 실시예들은 이하에 설명되는 본 발명의 제한이 아닌 모든 예시적 관점에서 고려된다. 본 발명의 범주는 전술한 설명에 의해서가 아니라 첨부된 청구범위에 의해 지시되며, 청구범위의 의미 및 균등 범위 내에 들어오는 모든 변화는 본 발명의 범주에 포함될 것이다.
100: 오존 발생기
104, 104a, 104b, 104c, 104d, 104e: 오존 발생기 셀
108: 고전압 전극층
112, 112a, 112b: 절연층
116a: 제 1 저전압 전극층
116b: 제 2 저전압 전극층
120, 120a, 120b: 열 전도성 플레이트
136a: 유체 입력부
136b: 유체 출력부
104, 104a, 104b, 104c, 104d, 104e: 오존 발생기 셀
108: 고전압 전극층
112, 112a, 112b: 절연층
116a: 제 1 저전압 전극층
116b: 제 2 저전압 전극층
120, 120a, 120b: 열 전도성 플레이트
136a: 유체 입력부
136b: 유체 출력부
Claims (22)
- 오존 발생기 셀에 있어서,
고전압 전극층;
두 개의 절연층, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 제 1 절연층 및 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대 측에 배치되는 제 2 절연층;
두 개의 저전압 전극층, 상기 두 개의 절연층 각각의 위에 걸쳐 배치되는 하나의 저전압 전극층;
두 개의 방전 영역, 즉, 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 절연층 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 1 방전 영역, 및 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 2 방전 영역; 및
두 개의 열 전도성 플레이트, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 상의 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측 상의 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 2 열 전도성 플레이트를 포함하되, 상기 두 개의 열 전도성 플레이트는 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하는 오존 발생기 셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지함으로써 상기 절연층들 및 상기 고전압 전극층의 조합의 두께가 감소하는 오존 발생기 셀.
- 제 2 항에 있어서, 상기 두께가 감소함에 따라 상기 저전압 전극층 및 상기 고전압 전극층 사이의 커패시턴스가 증가하는 오존 발생기 셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연층들, 상기 저전압 전극층들, 및 상기 고전압 전극층은 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 제조되는 오존 발생기 셀.
- 제 1 항에 있어서, 각각의 저전압 전극층의 표면으로부터 절연층의 표면을 향해 돌출하는 스페이서 쐐기들을 더 포함하는 오존 발생기 셀.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지며, 상기 제 2 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 나머지 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지는 오존 발생기 셀.
- 제 5 항에 있어서, 상기 스페이서 쐐기들은 상기 저전압 전극층들의 일체 부분이거나 상기 절연층들 및 상기 저전압 전극층들 사이에 끼워지는 별개의 구성요소인 오존 발생기 셀.
- 오존 발생기 셀을 제조하는 방법에 있어서,
제 1 절연층을 고전압 전극층의 제 1 측 위에 위치시키는 단계;
제 2 절연층을 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대 측 위에 위치시키는 단계;
상기 제 1 절연층 위에 제 1 저전압 전극층을 위치시켜 상기 고전압 전극층, 상기 제 1절연층 및 상기 제 1 저전압 전극층의 조합에 의해 제 1 방전 영역을 규정하도록 하는 단계;
제 2 저전압 전극층을 상기 제 2 절연층 위에 위치시켜 상기 고전압 전극층, 상기 제 2 절연층, 및 상기 제 2 저전압 전극층의 조합에 의해 제 2 방전 영역을 규정하도록 하는 단계;
제 1 열 전도성 플레이트를 상기 제 1 저전압 전극층 위에 위치시키는 단계;
제 2 열 전도성 플레이트를 상기 제 2 저전압 전극층 위에 위치시키는 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 모든 층들에 압력을 가하여 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시키는 단계를 포함하는 방법. - 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시킴으로써 상기 저전압 전극층 및 상기 고전압 전극층 사이의 전기적 커패시턴스를 증가시키는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시킴으로써 상기 오존 발생기 셀 내의 열 변화 효과를 감소시키는 방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 오존 발생기 셀은 접착제가 없기 때문에 더 넓은 온도 범위에 걸쳐 작동될 수 있는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지시킴으로써 상기 절연층들 및 상기 고전압 전극층의 조합의 두께를 감소시키는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 상기 절연층, 상기 저전압 전극층 및 상기 고전압 전극층을 제조하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 절연층, 상기 고전압 전극층, 상기 제 2 절연층, 상기 제 1 저전압 전극층, 상기 제 2 저전압 전극층, 상기 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 제 2 열 전도성 플레이트를 서로에 대해 위치시키도록 조립 지그를 사용하는 단계를 포함하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 스페이서 쐐기들은 각각의 저전압 전극층의 표면으로부터 절연층의 표면을 향해 돌출하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지며, 상기 제 2 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 나머지 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지는 방법.
- 오존 발생기 셀에 있어서,
고전압 전극층;
두 개의 절연층, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 제 1 절연층 및 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대측에 배치되는 제 2 절연층;
텅스텐을 포함하는 두 개의 저전압 전극층, 상기 두 개의 절연층 각각의 위에 배치되는 하나의 저전압 전극층;
두 개의 방전 영역, 즉, 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 1 방전 영역, 및 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 2 방전 영역; 및
두 개의 열 전도성 플레이트, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 1 열 전도성 플레이트, 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측 위에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 2 열 전도성 플레이트를 포함하되, 상기 두 개의 열 전도성 플레이트는 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하는 오존 발생기 셀. - 제 17 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 열 전도성 플레이트 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지함으로써 상기 절연층들 및 상기 고전압 전극층의 조합의 두께를 감소시키는 오존 발생기 셀.
- 제 17 항에 있어서, 각각의 저전압 전극층의 표면으로부터 절연층의 표면을 향해 돌출하는 스페이서 쐐기들을 포함하는 오존 발생기 셀.
- 제 19 항에 있어서, 상기 제 1 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지며, 상기 제 2 절연층은 상기 저전압 전극층들 중 나머지 하나의 표면 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측으로부터 돌출하는 상기 스페이서 쐐기들 사이에 끼워지는 오존 발생기 셀.
- 제 19 항에 있어서, 상기 스페이서 쐐기들은 상기 저전압 전극층들의 일체 부분이거나 상기 절연층들 및 상기 저전압 전극층들 사이에 끼워지는 별개의 구성요소인 오존 발생기 셀.
- 고농도 오존 발생기 셀에 있어서,
알루미늄 비함유 물질을 사용하여 제조되는 고전압 전극층;
두 개의 절연층, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측에 배치되는 제 1 절연층 및 상기 고전압 전극층의 제 2, 반대 측에 배치되는 제 2 절연층;
두 개의 저전압 전극층, 알루미늄 비함유 물질을 사용하여 제조되는 상기 두 개의 절연층들 각각의 위에 배치되는 하나의 저전압 전극층;
알루미늄 함유 물질이 결핍인 두 개의 방전 영역, 즉, 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 1 방전 영역 및 상기 고전압 전극층, 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 절연층, 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측에 배치되는 상기 저전압 전극층에 의해 부분적으로 규정되는 제 2 방전 영역; 및
두 개의 열 전도성 플레이트, 즉, 상기 고전압 전극층의 제 1 측 위에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 1 열 전도성 플레이트 및 상기 고전압 전극층의 제 2 측 상에서 상기 저전압 전극층과 접촉하는 제 2 열 전도성 플레이트를 포함하되, 상기 두 개의 열 전도성 플레이트는 그 사이에 위치되는 상기 층들 사이의 접촉을 접착제 없이 유지하여 상기 오존 발생기 셀의 전단 응력을 감소시키는 고농도 오존 발생기 셀.
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