KR940003207B1 - 개선된 오존관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

개선된 오존관

제1도는 본 발명에 의한 오존관의 실시예를 나타낸 종중앙 단면도.

제2도는 제1도에서 보여준 오존관의 저면도.

제3도는 본 발명에 의한 오존관의 또다른 실시예를 부분적으로 자른 투시도.

제4도는 오존관에 사용된 방전전극의 한 실시예의 단면도.

제5도는 오존관에 사용된 유전체와 대응전극의 한 실시예의 단면도.

제6도는 방전전극의 또다른 실시예의 투시도.

제7도는 방전전극을 지지하기 위하여 옮겨진 저면도.

제8도는 방전전극의 또다른 실시예의 측면도.

제9도는 방전전극의 또다른 실시예의 정면도.

본 발명은 개선된 오존관에 관한 것이며 특히 공동전극에 의하여 발생된 방전장과 접촉하여 공급된 기체의 오존화를 위하여 하나 이상의 방전전극과 대응전극을 가지는 접촉형 오존관의 개선에 관한 것이다.

상업용 오존관은 크게 두가지의 주된 형, 즉 비접촉형 오존관과 접촉형 오존관으로 분류된다. 비접촉형 오존관의 경우에 있어서 방전전극은 유전체와의 접촉이 외부에 있는 것이며 반면에 접촉형 오존관인 경우에 방전전극이 유전체와 접촉이 내부에 정돈되어 있다. 이 두가지형에 있어 전극을 조절하는 오존화 챔버로 들어온 재료 기체는 전극에 의하여 발생된 방전장에 접촉하여 이온화된다.

전형적인 종래 비-접촉형 오존관의 구조에 있어서 대응전극의 층은 화학적 증착에 의하여 형성되며 관모양인 유전체의 내부 표면위에 형성되고 이 관모양인 유전체는 연장된 원통형 오존화 챔버를 방지하는 사이에 관모양 방전전극에 의하여 둘러싸여 있다. 이 오존화 챔버는 재료 기체용 입구와 함께 하나의 세로 말단과 출구와 함께 또다른 세로 말단에 제공된다. 방전전극과 대응전극은 전기적으로 일반 고전압발생기에 연결되어 있다. 냉각 챔버는 관모양의 방전전극 주위에 배열되어 있고 냉각수와 같은 냉각용액을 위한 입구와 출구로 제공된다.

작동하는 동안 고전압 발생기는 오존관 챔버내에 방전장을 발생하기 위하여 전극에 고전압을 인가하고 공기 또는 산소와 같은 재료 기체가 입구를 통하여 오존화 챔버로 들어온다. 입구에서 출구까지 도는 동안 기체는 오존화 챔버안의 방전장과 접촉하여 이온화된다. 이온화된 기체는 출구를 통하여 오존화 챔버 밖으로 나오게 된다.

이런 비접촉형 오존관에서의 재료 기체의 약간의 오존화를 확신하기 위하여 방전전극과 대응전극 사이의 상대적 큰 거리가 10㎸보다 더 크도록 계산한 최대의 고압을 사용함이 필요하다. 따라서 큰 규모의 전압 발생기의 사용이 필요하다. 추가하여 상대적으로 방전전극의 큰 용량은 방전장에 의하여 발생된 열제거면에서 일어난 어려운 문제로 냉각장치의 작동을 감소시키는 경향이 있다. 이런 저냉각 효과는 자연적으로 저오존화 효과를 초래한다.

접촉형 오존관은 비접촉형 오존관의 고유의 결점을 제거하기 위한 시도를 제안했다.

종래의 접촉형 오존관의 전형적인 구조에 있어 대응전극은 얇은 판형이 유전체를 한면에 침전되거나 끼어 넣는다. 그리고 하나 이상의 방전전극 호일은 유전체의 또다른 면위에 정돈된다. 전극들은 일반적 고전압 발생기에 전기적으로 접촉되며 유니트는 비접촉형의 경우와 같이 재료 기체의 통로용인 오존화 챔버를 한정하기 위하여 하우징 안에 놓여진다. 작동은 원리적으로 비접촉형의 것과 동일하다.

이 접촉형에 전극들 사이의 감소된 거리는 방전장의 발생용 상대적 저전압 사용과 소규모 전압 발생기 사용을 허용하며 이러한 이점으로 인하여 접촉형은 중요하게 상업상으로 나가고 있다. 이런 장점임에도 불구하고 호일형 방전전극은 장기간 사용시 손상받기 쉽다. 더불어 상대적 저열전도성의 유전체와 함께 방전전극의 직접 접촉은 방전장에 있는 유전체에 의하여 발생된 열이 연속적으로 존재하게 되어 오존화 효과에 장애를 일으키는 경향이 있다.

전술한 것으로 부터 오존화 효과의 상승이 기체 오존화의 분야에서 가장 크게 요구되는 것으로 예측된다. 이런 요구를 충족시키기 위한 시도로 맥동 전압의 사용이 방전장의 발생에 제안되었다. 그러나 기체 오존화는 맥동 전압 적용의 기간이 매우 짧은 초기 동안에 발생함이 관찰되었고 전극의 연속사용은 바람직하지 못한 열발생만을 일으킨다. 더우기 공기나 산소가 재료 기체로 사용될 때 이런 열발생은 해로운 산화질소를 발생시키기가 쉽다. 더우기 오존화 챔버의 방전장에 남아있는 열이 즉시 발생된 오존을 분해시키는 경향으로 전체 오존화 효과를 저하시킨다.

맥동 전압 사용의 초기기간 동안 오존화가 수행된 사실을 고려할 때 역시 고진동수의 맥동 전압을 사용함이 제안되었다. 그러나 진동수의 상승은 오히려 오존화 효과를 더 낮게 함이 실험 테스트를 통하여 확인되었다. 이것은 전기 방전에서 열의 발생이 다른 위치로 전환하기 전에 빈번한 방전에 의하여 일어난다는 사실이 원인임을 알 수 있다. 결론적으로 열축척은 방전장을 발생하고 형성된 오존은 빈번한 방전에 의하여 파괴된다. 더우기 방전에서 맥동 전압의 사용이 전형적인 기계적 강도면에서 저하된 유도체의 파괴를 일으키는 시스템의 진동이 불가피하게 수행된다.

따라서 본 발명의 목적은 규모의 증가없이 오존관의 작동 효과성을 증가시키는 것이다.

본 발명의 기본 양상에 의하면 하우징은 재료 기체의 흐름통로용으로 채택된 오존화 챔버를 한정시키는데 제공되며, 판형 유전체는 오존화 챔버안에 정돈되고, 자기장 발생기는 유전체의 한면위에 배열되고 자기 물질로 이루어진 하나 이상의 방전전극이 온존화 챔버를 직면하는 사이의 자기장 발생기의 인력에 의하여 유전체의 또다른면에 실제적으로 똑바로 배열되어 있고, 판형 대응전극은 방전전극과 직접적인 접촉이 없이 유전체에 부착되어 있다. 그리고 수단은 발생기에 고전압의 사용이 제공된다.

본 발명에 의한 오존관의 한 실시예가 제1도에 나타나며 여기서 하우징 6은판형 유전체 1위에 있는 원통형 오존화 챔버를 한정한다. 판형 자기장 발생기 7은 유전체의 저면에 부착되어 있고 방전전극 4는 자기장 발생기 7의 인력에 의하여 유전체 1의 윗표면에 똑바로 정돈되어 있다.

적절하게 유전체 1은 2㎜ 이하의 두께 세라믹 또는 유리판을 사용한다. 이 실시예에서는 90% 이상의 알루미나를 함유한 세라믹판이 유전체로 사용되었다.

자기장 발생기 7은 대부분 일반적으로 영구자석 또는 전자석으로 이루어졌다. 발생기 7과 접촉한 유전체의 표면이 전압사용으로 열을 발생시키기 때문에 고냉각 효과를 위하여 집중적인 자기장의 발생 뿐만아니라 상대적으로 구조면에서도 얇은 영구자석을 사용하는 것이 바람직하다. 이 실시예 경우에 발생기 7은 1㎟ 당 1000가우스 이상의 네오디뮴 영구자석으로 이루어졌다. 전자석이 발생기 7로 사용될 때 집중적인 자기장을 얻기 위하여 코일의 감김이 증가되어야 하고 그러한 증가된 감김의 코일은 유전체 1과 좋지 못한 접촉으로 많은 열을 발생한다. 따라서 전자기의 사용은 코일과 유전체 1을 냉각하는 방법이 사용됨이 필요하다.

방전전극은 생성된 오존의 산화에 견디는 자기물질로 이루어졌다. 더 자세하게는 방전전극은 스텐레스스틸, 크롬과 니켈로 도금된 철로 이루어졌다. 이 실시예에서는 10 내지 300미크론의 두께를 가진 쇠줄자를 도금한 크롬이 폭 2 내지 10㎜로 사용된다.

예시된 실시예의 경우에 방전전극 4는 재료 기체용 나선모양의 유출통로로 정의하기 위한 소용돌이 구조를 가진다. 이러한 소용돌이 구조는 방전전극 4의 자체 지속을 용이하게 한다. 특히 소용돌이 홈 10은 더좋은 자체 지속을 목적으로 방전전극 4의 정상의 가장자리를 받기 위하여 오존화 챔버 3의 천정에 형성된다. 하우징 5는 입구 11과 함께 그것의 중앙 근처와 오존화 챔버 3을 통하여 통과할게될 재료가스를 위한 출구 12와 함께 그 주위 근처에 제공된다.

판형 대응전극 2는 유전체 1의 저면과 접촉하여 유전체 1과 자기장 발생기 7사이에 배열된다. 방전전극 4와 대응전극 2는 전기적으로 일반 고전압원 5에 연결되어 있다. 이 실시예에서는 전압워 5가 2 내지 10㎸와 그리고 3 내지 5㎑의 맥동전압을 공급한다. 제2도에서 예시된 구조의 경우에 리이드 21은 방전전극4와 리이드의 연결용으로 사용되고 보이지 않지만 구멍 22를 통하여 대응전극 2용으로 사용된다.

냉각기 유니트 8은 상기 설명된 설비 아래에 배열된다. 특히 냉각기 유니트 8은 자기장 발생기 7아래로 연장된 냉각장치의 날개 8a와 스크루 홀 23을 경유하여 유니트 8의 측면에 부착된 팬 9를 포함한다.

작동시 고전압, 바람직한 맥동은 전기장의 발생을 위한 전압원 5에 의하여 전극 2와 2에 적용된다. 그리고 재료 기체는 입구 11을 경유하여 오존화 챔버 3에 들어간다. 방전전극 4에 의하여 한정한 와선형 흐름통로 3a을 통하여 주행하는 동안 산소 재료 가스는 전기장에 의하여 오존화되고 오존화된 기체는 출력 12를 통하여 오존화 챔버밖으로 나오게 된다. 방전전극 4가 자기물질로 만들어졌을때 방전전극 4는 자기장 발생기 7의 인력으로 인하여 아래측 유전체 1과 단단하게 접촉되어 있다. 상대적으로 얇은 구조 때문에 똑바른 위치에 방전전극을 기계적으로 유지하는 것은 매우 어려우며 불충분한 기계적 유지력은 방전전극 4와 유전체 1사이의 국부적 갭을 일으키며 따라서 균일한 방전이 불가능하다. 더우기 방전전극 4의 진동은 유전체 1을 파괴할 수도 있다. 반대로 과도의 기계적 유지력은 국부적 집중 압력으로 유전체 1을 파괴할 것이다. 더우기 방전전극 4의 버킹(bucking)은 방전전극 4와 유전체 1사이의 국부적 갭의 성장을 일으킨다. 본 발명에서 사용된 자기력에 의한 유지는 균일한 유지력을 생산하며 결국 기계적 손상없이 방전전극 4와 유전체 1사이에 단단히 접촉됨을 알 수 있다.

방전전극 4는 대응전극 2의 근접의 유전체 위에 똑바로 유지된다. 똑바른 위치의 결과 방전전극 4의 상층부는 더 좋은 냉각 효과를 위하여 짧은 냉각장치 날개로 작용한다.

본 발명의 시스템에서 자기장의 사용으로 재료 기체에 있는 산소의 점유를 쉽게할 수 있다. 알려진 바와같이 산소는 집중적인 자기장에 의해 끌어당겨지는 경향을 가진다. 발생기 7에 의하여 발생된 자기흐름의 농도는 방전전극 4의 낮은 단근처에 집중한다. 결국 재료 기체에서의 산소는 이 영역에 받아지도록 기대된다. 다시 표현하면, 산소농도는 방전전극 4의 부근에서 최대가 된다. 따라서 공기가 재료 기체로 사용될때, 압축된 산소는 산화질소의 생성을 막는 동안에 이온화된다. 이온화가 될 때 산소는 자기성질을 잃고 방전전극 4주위에 자기장의 인력을 발생시킨다. 따라서 생성된 산소는 방전장의 유도에 의해 산소가 되돌아가는일 없이 그들 오존화를 한 후 즉시 자기장과 방전장 밖으로 나가게 된다. 이런 이론적 추론을 위하여 설립된 실험적 승인이 없다. 그러나 연속적인 실험데이타를 본 발명의 시스템에서 상기 설명된 증가한 산소점유 존재를 확인하기 위하여 발명가에 의하여 시도되었다. 실험에서 오존화를 일으키기 위한 가장 효과적이 되게 코로나 방전을 개시한 전기 압력치로 측정을 실시한다. 자기장 발생기 7이 본 발명에 의하여 사용될 때 합성 코로나 방전 개시 전압치가 자기장 발생기의 사용없을때 보다 20%가 더 낮다. 따라서 자기장은 전기방전을 촉진시키는 제동기의 한 종류로 작용한다. 이런 제동기 작동은 전기방전을 안정시키고 방전밀도를 증가시키고 방전장을 확대시킬 수 있다.

제3도에 보여준 실시예에서 대부분의 방전전극 4는 직선흐름 통로 3a로 지시한 서로에 평행하게 유전체 1위로 곧게 유지되어 있다. 이 경우에 재료 기체 입구 11이 흐름통로의 하나의 세로 단 근처에 위치한다. 그리고 오존화된 기체 출구 12는 흐름통로의 또다른 세로 단의 근처에 위치된다.

방전전극 4의 대부분의 대용으로 제4도에서 보여주는 것과 같이 방전전극 4가 역시 사용될 수 있다. 이 방전전극 4는 흐름통로 3a를 한정하기 위한 평행한 다리부분 4b와 다리부분 4b를 연결하기 위한 연결부 4a로 이루어졌다. 이 경우에 연결부 4a는 하우징 6의 대용으로 작동될 수 있다.

제3도와 제4도에서 보여준 실시예에서 방전전극 4 또는 방전전극 4의 다리부분 4b가 제5도에 보여준 것과같이 자체지속을 갖는 안정제용 주름이진 구조로 이루어질 수 있다. 또 다른 방안으로 제7도에서 보여주는 바와같이 하우징 6에 있는 주름진 홈 10이 곧은 방전전극 4와 결합될 수도 있다.

제8도에서 나타난 실시예에서는 원통형 유전체 1이 부채꼴 모양으로 교차한 부분인 종단면도의 흐름통로 3a를 규정하는 두 굽은 방전전극 4와 결합되어 사용된다. 제9도에서 나타난 구조인 경우에 팬 13 자체가 팬 9를 제외한 제1도에서 보여준 배열을 조절하기 위하여 오존화 챔버를 규정한다. 재료 기체는 팬 입구14를 통하여 시스템 내에 들어오면 팬 출구 15를 통하여 나온다.

오존관의 일반적 작동시 사용된 시스템내에 오존생성의 변환점이 있다. 즉 인용된 전압의 상승은 초기에 오존생성의 증가에 대응하여 수행된다. 그러나 어떤 전압에 도달되면 연속적인 오존생성이 감소한다. 이때의 전압치를 변환점이라 부른다. 특히 공기가 재료 기체로 사용될 때 이 변환점은 순수한 산소를 사용할때 보다 낮고 산화질소의 갑작스런 생성은 인가된 전압이 이 변환점을 초과할때 관찰된다. 본 발명에 의한 오존관인 경우 변환점은 종래의 오존관의것 보다 더 높다. 그리고 그결과 집중적인 자기장용 고전압의 사용은 산화질소의 생성면에서 바람직하지 못한 증가를 일으키지 않는다.

오존 생성의 고유한 이 메카니즘은 방전전극에 의한 열방사에 가까이 관계되어 오존생성의 받아들여지는 모드가 큰 규소의 냉각기를 사용할 때 종래 오존관 경우에도 관찰될 수 있기 때문이다. 본 발명의 경우에 유전체에 방전전극이 단단하게 접촉하고 똑바로 서있는 것은 좋은 열방사선을 조절할 수 있다.

본 발명에 의한 자기장 발생기의 사용에 의하여 제공된 상기 설명된 제동기 작동은 낮은 전기 전압의 사용에서도 좋은 전기 유도체를 허용한다. 산화질소의 실체 생성은 낮은 전기 전압의 사용에서는 관찰되지 않는다. 사실상 5㎸의 전기전압을 사용하여 생성된 산화질소의 농도는 본 발명의 경우 0.5ppm 또는 2 이하이다. 같은 전압 레벨에서 종래 오존관의 경우는 40ppm 이상이다. 결국 본 발명에 의한 오존관은 가정 살균소독과 방취용으로 적당하다.

Claims (16)

1. 재료 기체의 흐름통로로 채택된 오존화 챔버를 한정하는 하우징, 상기 오존화 챔버안에 정돈된 판형 유전체, 상기 유전체의 한면에 배열된 자기장 발생기, 상기 오존화 챔버에 직면하는 상기 자기장 발생기의 인력을 경유하여 상기 유전체의 또다른면 위에 곧게 배열되어 있는 자기물질로 이루어진 하나 이상의 방전전극, 상기 방전전극과 직접 접촉하지 않고 상기 유전체에 부착된 판형 대응전극, 그리고 상기 전극에 고전압을 인가하기 위한 수단으로 이루어진 개선된 오존관.
2. 청구범위 제1항에 있어서, 한 방전전극이 상기 오존화 챔버의 중심 주위에 그 중심을 가지는 회선상의 구조로 사용된 개선된 오존관.
3. 청구범위 제2항에 있어서, 재료기체 입구가 상기 회선상의 구조의 중심단 근처에 배열되고 오존화된 기체 출구가 상기 오존화 챔버안의 나선모양의 흐름통로를 한정하는 상기 회선상의 구조의 주변단 근처에 배열된 개선된 오존관.
4. 청구범위 제1항에 있어서, 대부분의 수직의 방전전극이 상기 재료 기체용 흐름통로로 규정하기 위하여 각각 평행하게 사용된 개선된 오존관.
5. 청구범위 제4항에 있어서, 재료 기체 입구가 상기 방전전극의 한단 근처에 배열되고 오존화된 기체 출구가 상기 방전전극의 또다른 단에 배열된 개선된 오존관.
6. 청구범위 제4항에 있어서, 상기 각각의 방전전극이 주름진 구조로 제공된 개선된 오존관.
7. 청구범위 제1항에 있어서, 한 수직의 방전전극이 상기 재료 기체용 흐름통로를 규정하는 평행한 다리부를 가지면서 사용된 개선된 오존관.
8. 청구범위 제7항에 있어서, 재료 기체 입구가 상기 다리부의 한 세로단 근처에 배열되고 오존화 출구가 상기 다리부의 또다른 단 근처에 배열된 개선된 오존관.
9. 청구범위 제7항에 있어서, 각 상기 다리부가 주름진 구조로 제공된 개선된 오존관.
10. 청구범위 제4항 또는 제7항에 있어서, 각 상기 방전전극이 구조면에서 수직이고 상단이 상기 하우징에 형성된 주름진 홈에 의해 유지된 개선된 오존관.
11. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 대응전극이 상기 유전체와 상기 자기장 발생기 사이에 위치한 개선된 오존관.
12. 청구범위 제1항에 있어서, 상기 대응전극이 상기 유전체에 대체로 끼워진 개선된 오존관.
13. 청구범위 제1항, 2항, 4항 및 7항에 있어서, 상기 방전전극이 오존화된 기체의 산에 견딜 수 있는 자기 물질로 이루어진 개선된 오존관.
14. 청구범위 제1항, 2항, 4항 및 7항에 있어서, 상기 방전전극의 두께가 20 내지 300미크론 범위에 있는 개선된 오존관.
15. 청구범위 제1항, 2항, 4항 및 7항에 있어서, 상기 자기장 발생기가 영구자석인 개선된 오존관.
16. 청구범위 제1항, 2항, 4항 및 제7항에 있어서, 상기 유전체의 두께가 2㎜ 이하인 개선된 오존관.

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