KR890003654B1 - 오존 발생장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

오존 발생장치

제1도는 본 발명의 오존 발생장치의 한 실시예를 도시하는 이부 종단측면도.

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ 선에 따른 단면도.

제3도는 제1도의 A부 확대단면도.

제4도는 제3도의 Ⅳ-Ⅳ 선에 따른 단면도.

제5도는 종래의 오존 발생장치를 표시한 단면도.

제6도는 제5도의 Ⅵ-Ⅵ 선에 따라서 절단한 화살표시 방향으로 본 단면도.

제7도는 종래의 오존 발생장치에 있어서 스페이서를 표시하는 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3 : 공극 5,21 : 관체

10,27 : 도전성피막 14 : 전원장치

15a,16a,21a,25a : 공급구 15b,17b,21b,25c : 배출구

24 : 오존발생장치 25 : 외통

26 : 내통

본 발명은 오존 발생장치의 개량에 관한 것이다.

주지하는 바와같이 오존은 강력한 산화력을 가지고 있으므로 옛부터 산화제로서 화학공업에 쓰이고 있는 외에 각종물의 살균, 탈취, 탈색등에서 널리이용되며 또 근년에는 정밀화학용으로서의 용도에도 널리 쓰이고 있다.

그런데 오존발생방법으로서는 자외선에너지를 산소에 조사하는 방법, 물을 전기 분해하는 방법등도 있으나 공업용으로서 다량의 오존을 연속적으로 발생하는데는 통상무성 방전에 의한 방법이 많이 채용되고 있다. 이 방법은 서로 대향하여 설치된 한쌍의 전극사이에 공극을 형성하는 동시에 이들 전극의 한편 또는 쌍방의 전극면에 유전체 (誘電體)를 부착한 위에 상기 양전극의 사이에 교류전압을 가한다. 이와같이하면 유전체를 통하여 양전극간에 무성방전이 지속하여 발생하므로 이 공극에 건조된 공기 또는 산소가스를 유통시켜서 오존을 발생시키는 방법이다.

그러나 이 방법에 있어서는 방전에 의해 다량의 열이 발생하여 이열에 의해 공극을 유통하는 공기 또는 산소가스의 온도가 상승하고 또 그열에 의해서 전극이나 유전체의 온도를 상승시킨다. 그런데 오존은 온도가 높게되면 즉석에서 분해하여 산소로 되어 버리므로, 효율적으로 오존을 발생하기 위해서는 냉각하는것이 필요하게 된다.

따라서 실용적으로는 제5도 및 제6도에 표시한 바와같은 구조의 오존 발생장치가 일반적으로 쓰이고 있다. 이하 이 종래형에 대하여 설명하면 다음과 같다. 즉 일방의 전극으로서는 부호 6으로 표시한 스테인레스 원통을 사용하는 동시에, 유전체로서는 상기 스테인레스원통과 동심적으로 배치한 유리원통(8)을 사용하여 이 유리원통의 내면에 금속을 진공증착하는 등의 수단에 의하여 도전성피막(10)을 형성시켜서 이것을 타방의 전극으로 한것이 많이 쓰이고 있다.

또한 제5도에 있어서 부호 5로 표시하는 부재는 금속재로부터 형성된 관체로서 이것의 내부에 상기의 스테인레스제 원통(6)이 간막이판(7a) 및 7b를 통하여 용접에 의해서 수밀(水密)이 유지되도록 부착되어 있다.

또 이 스테인레스 원통(6)의 내측에는 스페이스(9)를 통하여 일단을 봉한 유리원통(8)이 이 원통에 대하여 대략 동심상으로 부착되어 이 유리 원통(8)과 스테인레스 원통(6)과의 사이에는 공극(3)이 형성되도록 구성 되었다. 또한 공극(3)은 통상 1 내지 3mm의 간격으로 유지되고 있다.

또한 유리원통(8)의 내면에는 도전성피막(10)이 도포 또는 증착에 의해 마련되어 이 도전성피막(10)에 브러시상의 접촉자가 접촉하고 있다. 이 접촉자(11)에는 도선(12)이 접속되어, 이 도선은 절연관(13)을 통하여 관체(5)의 단판(端板)(5a)을 관통하여 외부로 연결된 위에 전원장치(14)에 접속된다.

한편 관체(5)의 내측에 있어서 외주부에는 간막이판(7a) 및 7b에 의하여 간막이된 냉각수실(15)이 형성되고, 한편 관체의 상부에는 공기 또는 산소가스(이하 원료가스라함) 실(16)이 또 그의 하부에는 생성된 오존과 원료가스가 혼합한 혼합가스실(17)이 형성되어 있다. 그러나 냉각수실(15)에는 공급구(15a)와 배출구(15b)가 각각 설치되어, 원료가스실(16)에는 공급구(16a), 혼합가스실(17)에는 배출구(17a)가 각각 설치되어있다

또한 스페이서(9)는 제7도에 표시한 바와같이 스테인레스선을 권회한 코일스프링을 윤상(輪狀)으로 한것으로, 공극(3)을 원료가스나 오존과 원료가스의 혼합가스가 유통하는데 지장을 주지 않도록 구성되어 있다. 또 관체(5)는 접지되어 있다.

이상과 같이 구성된 관체(5)와 도전성피막(10)의 사이에 전원장치(14)를 통하여 고압교류를 가하며 유전체로 되는 유리 원통(8)에 전하가 축적되어있고, 이것이 공극(3)의 절연이 파괴되는 수준에 달하면 가는 방전주가 지속적으로 발생하게 된다. 이 방전주는 인가전압과 주파수에 의하여 수가 증감한다. 방전되어 있는 공극(3)에 원료가스를 공급구(16a)로부터 원료가스실(16)을 통하여 공급하면 원료가스중의 산소원자의 일부는 전자와 충돌하여 활성화 산소가 생성하여, 이어서 오존이 생성한다.

그런데 일반적으로 방전의 에너지중 오존생성에 기여하는 부분은 불과 10%정도로서 나머지 90%정도의 에너지는 열로됨으로서 방전에 의해 다량의 열이 발생하여 이것이 공극(3)의 온도를 상승시킨다. 이부분의 온도가 상승하면 오존이 신속히 분해하여 원래의 산소로 복귀하므로 이열에너지를 제거하기 위해 냉각수실(15)에 냉각수를 공급하여 냉각하도록 하고 있다.

이상의 설명은 1조의 오존 발생장치에 대하여 말한것이나 다수조의 장치를 병렬로하여 대용량의 오존발생 장치로서 사용하는것도 종래부터 행하여 지고있다.

상기한 바와같은 구성을 가진 오존장치는 종래의 용도에 있어서는 유효한 장치였었으나, 근년에 정밀화학용으로서 고순도의 오존이 요구되면 그 용도에는 다음에 말하는 바와같이 만족한것은 아닌 실정이다. 즉 상기 종래형은 다음과 같은 이유에서 고순도의 오존을 제조할수 없으므로 정밀화학용으로서의 용도에는 부적합하며 개선이 요망되엇다. 이하 그 실정을 약술하면, 집적회로 제조공장에 있어서 오존을 산화제로서 사용하는 경우에 이 오존화 산소중에 극히 미량으로도 불순물이 함유되어 있으며, 집적회로에 불순물의 미립자가 부착하여 그 초미세한 회로구성에 결함이 생긴다. 이 때문에 집적회로공장에서는 그리인 룸을 설치하여 이와같은 결함이 생기지 않도록 노력하고 있으나, 상기한 종래의 오존 발생장치에서는 방전에 의해 스테인레스 원통(6) 및 스테이서(9)의 표면에 전자가 충돌할 때에 스테인레스 금속의 미립자가 상기 표면에서 방출되어 오존화 산소에 흡입하여 집적회로에 부착하는 결점이 있었다.

그래서 상기한 스테인레스원통을 대신하여 금속원통의 안측에 초자나 세라믹스등의 유전체를 라이닝함으로서 직접, 전자가 충돌하지 않도록한 제안도 있으나 금속과 유전체의 열팽창계수가 상위하기 때문에 유전체에 균열이나 화팽(火膨 blister)등이 발생하여 이 발생한 부분으로부터 단락이 생겨 대전류가 흘러서 그 때문에 유전체나 금속전극의 파괴를 초래하는 원인으로 되어 있었다. 또 상기와 같은 구조에 있어서는 라이닝된 유전체가 금속에 밀착하지 않고 극간이 형성되어 그의 극간에서 방전이 발생하여 오존의 생성에 하등 기여하지 않는 전력이 소비되어 버린다는 결점도 있어서, 상업적으로 이용하는데는 만족한것은 아니다.

또한 상기의 스테인레스 원통에 대신하여 유리원통을 사용하고, 또한 냉각수실내의 냉각수가 전기 전도성을 가지는 것을 이용하여 냉각수와 유리원통의 내주면에 설치한 도전성피막 사이에 고압교류를 인가하도록한 방법도 시도되었으나 근년 집적회로 제조공장에서는 일반적으로 냉각수도 고순도의 물을 사용하므로 물의 전기전도성이 극히 낮기 때문에 오존 발생에 필요한 방전이 발생하지 않는 결점이 있어서 이 방법도 실용성이 결여되어 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 수단을 제공할수 있도록 한것이다. 즉 본 발명의 주된 목적은 제조되는 오존화 가스중에 이물이 혼입되지 않은 순도높은 오존을 얻도록한점이며, 제2의 목적은 냉각수로서 통상의 물은 물론이거니와 고순도의 물도 사용할수 있도록 한점에 있다. 또 다시 장치전체를 소형화 할수있도록 구성하고 그위에 장시간 사용하여도 전극이나 유전체에 균열이나 화팽이 생기지 않도록 도모한것이다.

본 발명은 상기한 각 목적을 달성하기 위해 냉각수의 순환을 가능하게한 관체의 내부에 다음과같은 구성으로 된 오존 발생부를 설치한 것이다.

즉 한끝부분을 봉하고 다른끝부분을 개구시킨 외통과 내통과를 석영재 또는 초자재로 형성시키는 동시에 이들 내외양통을 거의 동심상으로 배치시켜서, 그 사이에 공극을 형성시킨다. 한편 상기 외통의 외주면과 상기 내통의 내주면에 각각 도전성의 피막을 설치, 이들 피막을 서로 대향하는 방전전극으로하며, 또한 외통측의 전극을 접지한 위에 내통측의 전극에 전원장치의 고압측을 접속한다.

그리고 상기 외통과 내통과의 사이에 형성된 공극에 원료가스를 공급하는 동시에 상기 외통과 관체와의 사이에는 냉각수를 순환시킴으로써 상기 공극부의 상방에 설치된 배출구로부터 연속적으로 오존화가스를 배출 시키도록한것이다. 즉 본발명에 있어서는 상기의 내통측 전극에 전원장치를 통하여 교류의 고전압을 가하면 상기한 공극내에 무성방전이 발생한다.

그래서 공급구를 통하여 이 공극내에 예를들면 순산소와 같은 원료가스를 공급하면 공극내에서 오존이 생성하고 배출구로부터 오존과 산소의 혼합가스가 취출된다. 한편 무성방전발생시의 열은 순도가 높은 냉각수로 냉각하여도 외통측의 전극인 도전성 피막은 직접 접지되므로 효율이 좋은 방전을 발생시킬수가 있다.

이하 본 발명의 1실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 또한 종래형을 표시하는 제5도 내지 제7도와 동일 부분에는 동일부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하였다.

제1도 및 제2도에 있어서 원통상의 관체(21)는 금속재로 구성되어, 수밀을 유지하도록 제조되어 있다. 상기 관체(21)의 하부 외주에는 냉각수의 공급구(21a)가 부착되는 동시에 상부 외주에는 배출구(21b)가 설치되는 것으로 냉각수로서는 고순도의 물이 사용된다. 또 상기 원통상관체(21)의 상하 양끝부분에 각각 단판(21c)과 21d가 부착되고 또한 이들 단판의 중앙부에는 개구부(22) 및 23이 각각 설치되어 있다. 오존 발생부(24)는 상기 관체의 중심부에 있어서 그 축선에 따라서 설치되는 것으로 일예로서 투명석영 유리를 소재로 사용하며 이 소재에 의해서 도시한 바와같이 서로 관지름이 다른 원통상의 외통(25)과 내통(26)을 만들며 이들을 대략 동심상으로 배치하여 양자간에 공극(3)을 형성시키도록 한다.

또한 상기한 관직경을 임의로 정할수가 있으나 예를들면 다음과 같은 치수로 한다. 즉 외통(25)의 외경을 22.5mmψ, 내통(26)의 외경을 17.5mmψ로 하며, 그들의 두께는 어느것이나 1.4 또는 1.5mm로 한다. 이경우에는 내외양통의 사이에 1.0 내지 1.2mm의 공극(3)이 형성된다. 또한 상기 치수로 한 경우의 외통(25)의 높이(h)는 100mm로 하고 또한 이외통(25)의 하단 경부(25a)의 높이(h')는 30mm로 한다. 한편 상기 관체의 치수는 그 높이(H)는 924mm, 그의외경은 60.5mmψ이다.

또한 본 발명에 있어서 상기한 석영재란 투명석영유리와 불투명석영유리의 양쪽을 포함하며, 그 이외는 규산소다 유리로 대표되는 일반의 초자재를 사용할수도 있다. 그러나 바람직한 실시예로서는 내열성의 점에서 상기한 투명석영유리를 사용하는 것은 좋다.

그런데 상기 외통(25)과 내통(26)의 정부 단면은 상기 내외 양통과 동일한 재료로된 링상의 봉지(封止)부재 (25b)를 사용하여 도시한 바와같이 용착하여 밀봉하고, 한편 상기 외통(25)의 하단 경부(25a)는 개구상태로 유지, 후기한 바와같이 이 부분으로부터 원료가스를 공급하도록 한다.

그러나 외통(25)과 내통(26)과의 동심 원상으로 조합할 경우, 제3 또는 4도의 확대도에 표시한 바와같이 미리외통(25)의 하부 내측에 부호(29)로 표시되는 스페이서를 형성시켜두고, 이 스페이서를 통하여 상기한 공극을 유지시키도록한다. 또 외통(25)의 외주면과 내통(26)의 내주면에는 각각 예컨데 알루미늄등에 의한 금속증착막을 피착시켜서 내수성을 가지는 도전성피막(27) 및 28을 형성시켜 이것을 방전전극으로 한다. 이와 같은 방전전극은, 예를들면 상기한 금속증착방법 ; 물을 분산상으로 함유하는 콜로이드상 흑연농축물을 도포하는 방법 ; 금속분무법 ; 및 은, 닉켈등의 분말을 충전제로서 사용하고 에폭시수지나 아크릴산수지를 결합제로서 사용함으로서 이와같은 충전제와 결합제를 내통의 예정된 부분에 가하여 전도성피막을 형성케 하는등, 이와같이 형성된 전도성필름이 우수한 내수성을 갖는한 어떠한 적의 방법으로도 제조할 수 있다.

그런데 상기한 바와같이 외통(25)의 하단경부(25a)는 이것을 공극(3)에 연통하는 원료가스의 공급구가 되며 한편 외통(25)과 내통(26)으로 형성되는 공극(3)의 상부 개구단은 이것을 투명석영재로 만든 링상부재(25b)에서 봉지하는 동시에 외통(25)의 상부에 오존화가스를 배출하는 배출구(25c)를 부착한다. 상술한 바와같이 외통(25)과 내통(26)은 이것을 대략동심상으로 배치하는 것이다. 도면에서 상방은 상기와같이 봉지부재(25b)에서 봉지됨으로 이 부재에 의해 결정되며 한편 하부에 있어서는 제3 또는 제4도에 표시한 바와같이 외통(25)의 내주면으로부터 돌출시킨 지지용 스페이서(29)에 의하여 위치결정이 행하여진다. 즉 상기 스페이서(29)가 내통(26)의 외주면에 당접토록하여 상기 한 공극(3)이 일정하게 유지되도록 한다.

또한 이 지지스페이서(29)는 외통(25)과 내통(26)의 양쪽에 일체가 되도록 설치하여도 좋고, 또 미리 투명석영재로 별체로 제작한것을 양자에 접착시키도록 하여도 좋다.

상기한 바와같이 구성된 오존발생부(24)는 이것을 관체(21)의 내측에 있어서 대략동심상으로 착한다. 즉 오존발생부(24)의 상부를 관체(21)의 단판(21c)에 설치한 개구부(22)로부터 돌출시키는 동시에 이 발생부(24)의 하단에 설치한 원료가스의 공급구(25a)를 관체(21)의 하부 단판(21d)의 개구부(23)로부터 외측에 돌출시킨다. 또한 하부단판(21d)은 관체 (21)에 대하여 미리 수밀을 유지하도록 조부(組付)되어 있으나 이 관체에 대하여 상기한 바와같이 상방으로부터 상기의 오존발생부(24)를 조입한후, 상부 단판(21c)에 맞대어 이것을 관체에 대하여 상기 단판을 패킹(31)을 통하여 볼트너트(21e)로 죄어 붙인다.

또 상부 단판(21c)의 개구부(22)와 하부단판(21d)의 개구부(23)에도 각각 압압판(30)을 맞대는 동시에 이것을 패킹(32) 및 33을 통하여 죄어붙임으로서 관체(21)의 내부가 수밀하게 유지되도록 한다.

또한 오존 발생부(24)에 있어서는 내통(26)의 내주면에 설치한 도전성 피막(28)에 접촉하는 접촉자(11)를 부착, 이 접촉자를 도체(12)를 통하여 전원장치(14)의 고압측(비접지측)에 접촉하는 동시에 한쪽의 전극인 외통(25)의 외주면에 설치한 도전성 피막(27)은 이것을 도시한 바와같이 도체(34)를 통하여 접지한다.

이상의 실시예에서는 외통(25) 및 내통(26)을 투명 석영재의 원통으로 형성하였으나, 초자재로 형성하여도 좋고 또 그 형상을 각통 또는 타원형으로 하여도좋고, 더우기 스페이서(29)도 투명석영재의 대신에 초재재로 형성하여도 좋다.

본 발명은 이상과 같은 구성으로 되어 있으므로 오존 생성부로된 방전부분에 금속부재나 유기물이 전혀 존재하지 않고 따라서 금속이나 그밖의 미립자가 전자에 의하여 방출되지 않으며 따라서 오존화가스를 사용하여 제조하는 제품에 결함이 생기는 일이없다.

또 다시 냉각수로서는 통상의 수도수 또는 우물물등 통상의 물을 사용할 수 있을 뿐만아니라 순도 높은 물을 사용하여도 효율좋은 오존화가스를 생성시킬수가 있는 효과를 발휘한다.

Claims (4)

1. 냉각수의 순환을 가능케한 관체와 ; 이 관체의 내부에 있어서 공극을 가지도록 대략 동심상으로 배치한 석영재와 초자재로 형성한 외통 및 내통과 ; 이 내통의 내주면에 설치되고 또한 전워장치의 고압측에 접속되는 도전성 피막으로부터 이루어진 일방의 전극과 ; 상기 외통의 외주면에 설치되고, 또한 접지된 내수성의 도전성 피막으로 이루어진 타방의 전극과 ; 또한 동심상에 배치한 외통 및 내통의 사이에 형성된 공극을 원료가스의 유통경로로하고 이경로의 일단에 원료가스의 공급구를, 타단에 오존화가수의 배출구를 설치한것을 특징으로 하는 오존 발생장치.
2. 제1항에 있어서 상기 외통과 내통을 투명 석영유리로 형성시키는 동시에, 외통의 외주면 및 내통의 내주면에 알루미늄의 금속증착을 시행하여 이루어진 전극을 형성시킨것을 특징으로 하는 오존 발생장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 내통의 내주면과 상기 외통의 외주면에 형성된 상기 도전성 피막이, 물을 분산상으로서 함유하는 콜로이드상 흑연 농축물을 도포함으로써 형성된 것을 특징으로 하는 오존 발생장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 내통의 내주면과 상기 외통의 외주면에 형성된 상기 도전성필름이, 금속분말을 충전제로서 사용한 도전성 수지로 형성된것을 특징으로 하는 오존 발생장치.

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