KR100278150B1

KR100278150B1 - 다중 방전형 고효율 오존발생장치

Info

Publication number: KR100278150B1
Application number: KR1019980034182A
Authority: KR
Inventors: 이광식; 송현직
Original assignee: 이광식
Priority date: 1998-08-17
Filing date: 1998-08-17
Publication date: 2001-02-01
Also published as: KR19980082091A

Abstract

본 발명은 음용수나 가습수 및 공기 중에 생존하는 각종 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 이끼 등을 살균하고 냄새를 탈취하며, 부유 먼지까지 제거할 수 있을 뿐만 아니라 공장 폐수의 처리, 상수도의 고도 정수처리 그리고 차량 배기 중의 NOx, SOx의 처리 특성을 지닌 오존을 생성시키는 다중 방전형 고효율 오존발생장치에 관한 것으로, 상세하게는 중심전극·내부전극·외부전극으로 구성된 3개의 전극사이에 2개의 방전공간(discharge gap)을 형성한 다음 180°의 위상차를 갖는 2가지의 교류 고전압을 중심전극·내부전극·외부전극 중 2개의 전극에 각각 인가하고, 나머지 1개의 전극은 접지시켜 1개의 오존발생장치로 방전특성과 오존생성특성이 각각 다른 3가지 형식의 오존발생장치를 구성하여 저전력으로 고농도, 고효율의 오존을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

먼저, 중심전극(6)을 공통접지하고, 내부전극(14) 및 외부전극(32)에 각각 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하여 다중 방전형 오존발생장치(1)를 구성할 수 있으며, 또한 내부전극(14)을 공통접지하고, 중심전극(6)및 외부전극(32)에 각각 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하여 다중 방전형 오존발생장치(1)를 구성할 수 있으며, 또한 외부전극(32)을 공통 접지하고 중심전극(6) 및 내부전극(14)에 각각 180°의 위상차를 갖는 역극성의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하여 다중 방전형 오존발생장치(1)를 구성할 수 있도록 하여 저전력으로 고농도·고효율의 오존을 발생시킬 수 있게 한 것이다. 특히, 중심전극 주위는 진공으로 구성시켜 방전이 원활이 일어나도록 하여 전리기체가 충만된 진공관 내부의 전체 공간이 전극의 기능을 하게되고, 이 전극이 방전을 활성화시키는데 큰 기여를 하도록 한 것이다.

Description

다중 방전형 고효율 오존발생장치

본 발명은 음용수나 가습수 및 공기 중에 생존하는 각종 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 이끼 등을 살균하고 냄새를 탈취하며, 부유 먼지까지 제거할 수 있을 뿐만 아니라 공장 폐수의 처리, 상수도의 고도 정수처리 그리고 차량 배기가스 중의 NO_X, SO_X의 처리까지 가능한 다중 방전형 고효율 오존발생장치에 관한 것으로, 상세하게는 중심전극·내부전극·외부전극으로 구성된 3개의 방전전극 사이에 2개의 방전공간(dischargo gap)을 각각 형성하여 발열의 저감 및 방열효과를 상승시키고, 180°의 위상차를 가진 2가지의 교류 고전압을 중심전극·내부전극·외부전극 중 2개의 전극(discharge electrode)에 각각 인가하고, 나머지 1개의 전극은 접지시켜 오존이 발생되게 하고, 상기 3개의 전극으로 인가하는 전위와 위상을 선택적으로 공급할 수 있도록 함으로써 1개의 오존발생장치로 방전특성과 오존생성 특성이 각기 다른 3가지 형식의 오존발생장치를 구성할 수 있어서 다 기능의 오존발생 장치로 사용 가능하며,저전력으로도 고농도의 오존이 효율적으로 발생되게 한 것이다.

일반적으로 오존(O₃)은 불안정한 산소(O) 동소체(同素體)로서, 강력한 살균·소독·표백·탈취작용 및 유해물질 분해작용이 있고, 온도가 낮을수록 그 발생량이 많아지고 수명도 길어지는 편이다.

또한 오존을 수중에 용존시킬 경우 상기한 작용들에 의해서 수중에 용해된 각종 유기물과 중금속들을 산화 및 중화시키게 되고, 각종 세균을 살균하고, 물의 부패와 악취를 제거하며, 또한 용존산소를 증가시켜 물을 정화하므로 상·하수처리 시설이나 오·폐수처리 시설에 오존발생장치를 부가 설치하여 음용수나 오·폐수를 정수(정화)하고 있다.

일반적인 오존발생장치는 처리수중에 대향전극을 설치하여 처리수를 전기분해하므로서 생성된 오존이 수중으로 바로 용존되게 한 액중 오존발생장치와, 공기 혹은 산소 중에 대향전극을 설치하여 무성방전으로 오존을 발생시킨 다음 발생된 오존을 처리수중으로 주입하여 용존되게 한 공기 혹은 산소를 원료로 한 오존발생장치로 대별할 수 있으며, 오존발생효율이 높고 사용과 설치가 편리하며 공기 혹은 산소로 절연되는 공기 혹은 산소를 원료로 한 오존발생장치를 많이 사용하고 있는 실정이다.

종래에도 각종 정수장치에 공기중 오존발생장치를 부가 설치하여 물을 처리(정수 또는 정화)하도록 하고 있으나, 오존발생용 원료공기를 정화하지 않고 또 냉각시키지 아니한 채로 오존을 발생시키므로 오존 발생량이 적고 전력소모량이 많아 수율이 낮은 편이며, 또한 발열량이 많은 오존발생장치 부분을 물로 강제 냉각시키므로서 오존발생장치의 내·외부간 온도 편차에 따른 결로현상이 심하고, 결로현상에 의한 수분증가로 오존발생량 저하와 유전체 파괴 및 전기절연파괴 등의 요인이 있어서 오존발생 장치의 수명이 비교적 짧은 등의 문제점이 있었다.

종래 상용화되고 있는 교류방전을 이용한 오존발생장치는 2개의 대향전극 사이에 유리나 세라믹과 같은 유전체를 삽입하여 방전공간을 형성한 다음 산소 또는 공기와 같은 원료가스를 상기 방전공간으로 공급하면서 대향전극으로 교류 고전압을 인가시켜 방전되게 함으로써 오존을 발생시키는 구조이다.

상기한 종래 오존발생장치는 2개의 전극 사이에 1개의 방전공간(discharge gap)이 형성되므로 방전공간을 통한 열 손실이 많을 뿐 아니라 방전에 필요한 전기 에너지 중에서 오존생성에 소요되는 전기에너지는 최대 20% 전도로 그 효율이 낮은 편이다.

또한 오존은 농도와 발생량 및 수율이 중요하며, 오존의 수율은 1kWH의 전기 에너지로 발생되는 오존의 양으로 중요한 요소 중의 하나이다.

즉, 열화학 반응식을 근거로 한 이론적인 오존생성 수율이 1,200[g/kwh]인데 비하여 실제로 산소원료 가스를 공급하는 경우 250[g/kwh], 공기원료 가스를 공급하는 경우90[g/kwh] 정도로 오존 생성수율이 크게 떨어지며, 따라서 고농도, 고효율의 오존발생장치가 절실히 요구된다.

한편 교류방전을 이용한 종래 오존발생장치는 다음과 같은 주요 반응식에 의하여 오존이 생성된다.

결국, 오존은 교류방전에 의하여 생성된 활성산소 원자와 산소분자가 반응하여 생성된다, 그렇지만, 고농도 오존영역에서는 상기 식(3)(4)와 같은 오존분해 반응이 많아져서 고농도·고효율의 오존생성이 어려워지는 문제점이 있다.

한편, 본 발명에 의한 다중 방전형 고효율 오존발생장치는 중심전극·내부전극·외부전극으로 구성된 3개의 전극 중 2개의 전극에 180°의 위상차를 갖는 교류 고전압을 각각 인가하고, 나머지 1개의 전극은 접지하는 결선방식에 따라 1개의 오존발생장치로 방전특성과 오존생성 특성이 각기 다른 3가지 형식의 오존발생장치를 구성할 수 있으며 저전력으로 고농도, 고효율의 오존을 발생시킬 수 있도록 한 것이다.

먼저, 중심전극을 공통접지하고 내부전극 및 외부전극에 각각 180°의 위상차를 가진 역극성의 교류 고전압을 인가하여 저전력으로 고농도·고효율의 오존이 발생되는 다중 방전형 고효율 오존발생장치를 구성한다.

또한, 내부전극을 공통접지하고, 중심전극 및 외부전극에 각각 180°의 위상차를 가진 역극성의 교류 고전압을 인가하여 저전력으로 고농도·고효율의 오존이 발생되는 다중 방전형 고효율 오존발생장치를 구성한다.

또한, 외부전극을 공통 접지하고, 중심전극 및 내부전극에 각각 180°의 위상차를 가진 역극성의 교류 고전압을 인가하여 저전력으로 고농도·고효율의 오존이 발생되는 다중 방전형 고효율 오존발생장치를 구성한다.

따라서, 본 발명은 중심전극·내부전극·외부전극으로 구성된 3개의 전극 사이에 2개의 방전공간을 형성한 다음 180°의 위상차를 갖는 2개의 교류 고전압을 2쌍의 방전전극에 각각 인가하고, 나머지 1개의 전극을 접지시키므로서 1개의 오존 발생장치로 방전특성과 오존생성특성이 각각 다른 3가지 형식의 오존발생장치를 구성할 수 있다.

본 발명에 의한 다중 방전형 고효율 오존발생장치는 방전시 열이 적게 발생하고, 발생된 열이 쉽게 냉각되며, 또한 180°의 위상차를 갖는 역 극성 전원을 이용하므로 방전 휴지시간이 짧으며, 중심전극은 전리가스 입자로 충만되어 있기 때문에 방전이 활성화된다.

또한, 2개로 구성된 방전공간의 상호작용에 의한 활성화가 잘 이루어져 저전력으로 고농도, 고수율의 오존을 발생시킬 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 진공튜브의 내부에 원추형의 중심전극을 설치하고, 진공튜브의 외면에 그물망 형상의 내부전극을 빙둘러 설치하되 진공튜브와 내부전극 사이에 약 0.4㎜ 전후의 간극을 갖는 방전공간(discharge gap)을 형성하고, 내부전극의 바깥 부분에 급기구와 배기구를 갖는 외부튜브를 설치하여 진공튜브와 외부튜브 사이에 또 다른 방전공간(discharge gap)을 형성함으로써 중심전극과 외부전극 사이에 2개의 방전공간을 형성하고, 외부튜브의 외면에 메쉬(mesh)형이나 튜브(tube)형 또는 코일형의 외부전극을 설치하여 다중 방전형의 고효율 오존발생장치를 구성하도록 한다.

또한, 다중 방전형 고효율 오존발생장치를 중심전극·내부전극·외부전극으로 구성된 3개의 전극 중 2개의 전극에 180°의 위상차를 가지는 교류 고전압을 각각 인가하고, 나머지 한 개 전극은 접지하는 전압인가 방식에 따라 여러가지 형태의 다중 방전형 오존발생장치를 구성할 수 있도록 한다.

즉, 중심전극을 공통접지하고 내부전극 및 외부전극에 각각 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압을 인가하여 다중 방전형의 고효율 오존발생장치를 구성할 수 있으며, 또한 내부전극을 공통접지하고 중심전극 및 외부전극에 각각 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압을 인가하여 다중 방전형의 고효율 오존발생장치를 구성할 수 있으며, 또한 외부전극을 공통 접지하고 중심전극 및 내부전극에 각각 180°의 위상차를 가지는 역 극성의 교류 고전압을 인가하여 다중 방전형의 고효율 오존발생장치를 구성할 수도 있다.

본 발명은 방전공간을 이중구조로 하여 발열량을 줄이고 방열효율을 향상시키므로써 오존생성효율과 생성된 오존의 수명을 연장시키도록 하고, 또한 진공튜브에 형성되는 진공실에 방전촉진용 가스를 충입시켜 낮은 전압에서도 전리입자를 최대로 하여 방전의 활성화를 도모하도록 하고, 또한 2개의 방전공간의 방전 상호작용에 의하여 방전이 활성화 되도록 하며, 위상이 180°인 역극성의 원리를 이용하므로 방전 휴지기간이 극히 짧아지게 되므로 전체 소비전력을 크게 줄이고 오존 발생량은 증가시켜 저소비전력이면서 고농도·고수율의 오존을 발생시키도록 한다.

또한, 진공튜브의 내부에서 방전이 이루어지도록 함으로써 방전공간이 유사도체로 도체화 되게 함으로써 방전에 의해 진공튜브 내부를 도체로 구성한 효과가 나타나도록 한다. 이렇게 되면 진공 튜브 내부는 전극 작용을 할뿐 만 아니라 충만된 전리가스는 방전을 활성화시키는데 기여하게 된다.

본 발명에서 진공튜브와, 중심전극과, 내부전극과, 외부튜브와, 외부전극의 단면형상은 원형, 타원형 및 사각형, 마름모형, 오각형, 육각형, 팔각형 등과 같은 다각형으로 다양하게 형성할 수 있으며, 전극의 크기와 간격, 굵기, 재료 및 메쉬를 조정하거나, 또는 전극의 이격거리, 또는 진공실과 방전공간의 크기나 용량 및 전극(6)(14)(32)중 2개의 전극에 각각 인가하는 교류 고전압(E1)(E2)의 위상차를 조정하거나 원료가스의 유로를 다양한 형태로 조정하여 오존의 발생량이나 생성농도 및 생성수율을 조정할 수 있다.

또한 한 가지의 전원을 사용하는 종래 오존발생장치의 경우 방전전류가 흐를 때 휴지구간에 의한 손실이 있었으나 본 발명은 180°의 위상차를 갖는 2가지의 전원을 공급하여 전류의 휴지구간을 절반으로 줄여 듀티비를 상승시키므로써 오존발생 수율을 증가시키도록 한다. 이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 단면 구성도.

제2도는 본 발명 제1도의 A-A′단면도.

제3도는 본 발명 제1도의 B-B′ 단면도.

제4도는 본 발명의 중심전극 부분 단면도.

제5도는 본 발명 급기구 부분 단면도.

제6도는 본 발명 제5도의 C-C′ 부분 단면도.

제7도는 본 발명 오존발생장치로 공급하는 교류 고전압의 파형도.

제8도는 본 발명에서 오존을 반응시키기 전의 대장균(EC)을 개수(2.75×10⁵[cells/㎖])한 도면대용 사진.

제9도는 본 발명에서 오존을 5초간 반응시킨 후의 대장균(EC)을 개수(2.70×10³[cells/㎖])한 도면대용 사진.

제10도는 본 발명에서 오존 반응시간에 따른 염색폐수의 탈색 특성 그래프도.

제11도는 본 발명에서 염색폐수에 오존을 반응시키기 전 도면대용 사진.

제12도는 본 발명에서 염색폐수에 오존을 1분간 반응시킨 도면대용 사진.

제13도는 본 발명에서 염색폐수에 오존을 10분간 반응시킨 도면대용 사진.

제14도는 본 발명에서 염색폐수에 오존을 30분간 반응시킨 도면대용 사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 ： 다중 방전형 오존발생장치 2 ： 진공실

4 ： 진공튜브 6 ： 중심전극

8 ： 리딩선 10 ： 듀밋선

12 ： 단자 14 ： 내부전극

15 ： 스페이스 16 ： 외부튜브

17, 18 ： 방전공간 20, 22, 36 ： 마구리판

24, 26 ： 확관부 28, 34 ： 급기구

30 ： 배기구 32 ： 외부전극

38 ： 유도관 d1 ： 진공튜브의 외경

d2 ： 외부튜브의 내경 E1, E2 ： 교류 고전압

G ： 접지부

제1도는 본 발명 다중 방전형 고효율 오존발생장치(1)의 단면 구성도로, 대체로 원통형인 유리관의 길이를 길게 연장시켜 내부에 진공실(2)을 갖는 진공튜브(4)를 구성하고, 진공실(2)의 일측에 산화철(Fe₂O₃)로 형셩된 원추형의 중심전극(6)을 위치시켜 리딩선(8)과 듀밋선(10)으로 용접한 다음 리딩선(8)과 단자(12)를 진공튜브(4)의 바깥으로 돌출시킨 다음 가열 및 압착으로 밀봉시켜 진공튜브(4) 내부 전체가 도체화면서 중심전극이 되도록 한다. 상기 유리관의 재질은 납유리, 파이랙스 및 석영유리 등으로 제작할 수 있다.

상기에서 중심전극(6)과 내부전극(14)사이에 무성방전이 발생될 수 있도록 중심전극(6)이 장착된 부분의 유리관과 동일한 재질의 직관형 유리관을 가열하여 접합한 다음 유리관 말단에 배기관을 통하여 불순물을 세척 및 건조시켜 진공실(2)이 약 10^-1[torr]의 진공도가 유지되도록 배기관을 봉합. 절단한다.

진공실(2)의 내부는 상기와 같이 진공으로 유지하거나 또는 방전촉진 가스를 매입시켜 방전을 활성시키고 소비전력을 줄일 수 있도록 한다.

진공튜브(4)의 바깥 표면에는 100 내지 350 정도의 메쉬(mesh)를 갖는 그물형 내부전극(14)을 빙둘러 감아 설치하고, 상기 내부전극(14)은 스텐레스 재질로된 원통형의 메쉬형으로 형성함이 바람직하며, 내부전극(14)의 두께는 0.035mm(350mesh), 0.040mm(250 mesh), 0.100mm(100 mesh)의 3종류를 기본으로 사용할 수 있으나 물론 오존발생량이나 주변 여건에 따라 상기 내부전극(14)의 두께나 메쉬의 규격을 가변할 수 있을 것이다.

또한, 진공튜브(4)의 외면에는 적당한 간격으로 고내압 절연체로 된 스테이스(15)를 끼우고, 그 외면에 내부전극(14)을 빙둘러 설치하여 진공튜브(4)와 내부전극(14) 사이에 약 0.4mm 전후의 간격을 갖는 방전공간(17)을 형성하도록 한다.

상기에서 내부전극(14)은 제4도와 같이 내부 속이 빈 구조로 형성하여 발열을 줄이고 방열효율을 높이고 재료낭비를 줄이도록 하며, 끝 부분은 첨예하게 가공시켜 방전전하가 집중 분포되게 함으로써 진공실(2)의 방전효율을 향상시키도록 한다.

진공튜브(4)의 외부에는 진공튜브(4)의 외경(d1)보다 큰 내경(d2)의 외부튜브(16)를 끼워 진공튜브(4)와 외부튜브(16) 사이에 또 다른 방전공간(18)을 형성하고, 진공튜브(4)와 외부튜브(16)의 양측 끝 단부에는 고내압 절연재로 된 마구리판(20)(22)을 끼워 방전공간(17)(18)의 간격과 기밀을 유지하고, 외부튜브(16)의 양측 단부에는 원료가스가 유입되거나 또는 오존화 된 가스가 유출될 때 원료가스 또는 오존화 가스가 다소간 정체되는 확관부2426를 각각 형성하여 정체에 의한 생성오존의 분해를 최소화 하도록 하고, 확관부(24)(26)의 일측에는 방전용 원료가스가 유입되는 급기구(28)와, 무성방전에 의해 오존화 된 가스가 유출되는 배기구(30)를 각각 형성하도록 한다.

외부튜브(16)의 외면에는 구리선에 규석 등을 도금한 세선(細線) 또는 스텐레스 금속선을 약 5mm 전후의 간격을 두고 나선형으로 감아 코일 형상의 외부전극(32)을 구성한다.

제5도, 제6도는 본 발명의 다른 실시 예를 나타낸 도면으로서, 외부튜브(16)의 양측 단부에 형성하는 확관부(24)(26)를 삭제하고, 확관부(24)(26)에 형성하였던 급기구(34)와 배기구는 양측 마구리판(36)에 복수 개로 각각 형성하여 방전공간(18)과 급기구(34)와 배기구가 동일선상에 위치하도록 함으로써 원료가스의 유입과 오존화된 가스의 유출에 따른 유체 흐름이 순조롭게 이루어지도록 한 것으로, 확관부(24)(26)가 삭제되므로 본 발명 다중 방전형 오존발생장치(1)의 부피를 줄일 수 있으며, 외부튜브(16)의 양측 단부 외면에 유도관(38)을 끼워 원료가스의 공급과 오존화 된 가스의 배출을 유도할 수 있도록 한다.

이와 같이 구성하여서 된 본 발명의 다중 방전형 고효율 오존발생장치(1)는 중심전극·내부전극·외부전극 중 2개의 전극에 제7도와 같이 180°의 위상차를 갖는 교류 고전압(E1)(E2)을 각각 인가하고, 나머지 한 개 전극은 접지(G)하는 전압인가 방식에 따라 여러가지 형태의 다중 방전형 오존발생장치를 구성할 수 있다.

즉, 앞서 기술한 바와 같이 중심전극(6), 내부전극(14), 외부전극(32) 중 제1도와 같이 내부전극(14)과 외부전극(32)에 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 각각 인가하고, 중심전극(6)을 공통 접지(G)시켜 고효율의 오존을 발생시킬 수 있다.

또한, 내부전극(14)을 공통접지하고, 중심전극(6) 및 외부전극(32)에 각각 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하여 고효율의 오존을 발생시킬 수 있다.

또한, 외부전극(32)을 공통접지하고, 중심전극(6) 및 내부전극(14)에 각각 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하여 고효율의 오존을 발생시킬 수 있다.

상기 3가지 형식의 다중 방전형 오존발생장치(1)는 진공튜브(4)와 내부전극(14) 및 내부전극(14)과 외부튜브(16) 사이에 각각 형성된 2개의 방전공간(17)(18)에 의해 2중 방전이 발생되므로 오존발생시 방전에 의한 발열이 줄어들고 부가적으로 발생되는 열이 잘 확산되어 오존생성이 증대되고, 생성된 오존 농도의 집중화가 억제되어 생성된 오존의 분해가 줄어들게 된다.

또한, 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 중 2개의 전극에 180°의 위상차를 가지는 2가지의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하고, 나머지 1개 전극을 접지(G)하는 전압인가 방식에 의하여 교류 1주기 내에서 방전구간이 종래 무성방전형 오존발생장치의 경우 2회 방전되나 본 발명의 경우 2배 증가된 4회의 방전이 발생되므로 방전휴지 구간이 절반으로 감소된다.

또한, 1개의 오존발생장치에 180°의 위상차를 가진 2개의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가할 수 있는 구조이므로 교류 고전압(E1)(E2)이 인가된 2개의 전극과 접지전극 사이에 방전이 이루어질 뿐 아니라, 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 상호간에도 방전이 이루어지므로 본 발명의 다중방전형 오존발생장치(1)는 이러한 장점으로 인하여 저전력, 고농도, 고효율의 오존발생이 가능한 것이다.

또한, 각 전극(6)(14)(32)으로 방전전원을 공급하는 전원장치는 180°의 위상차를 가지는 교류 고전압(E1)(E2)이 동시 출력되는 네온 트랜스(Neon Transformer)(입력전압·전류：220V·0.68A, 출력전압·전류：15KV·20mA)를 사용하면 매우 바람직하고 편리하며, 급기구(28)로 공급하는 원료가스는 99.99%의 순도를 갖는 상업용 산소 및 대기공기를 사용할 수 있다.

본 발명 다중 방전형 고효율 오존발생장치(1)는 제1도와 같이 1개의 셀로 구성할 수도 있으나 오존 발생량을 증가시키고자 하는 경우 제1도에 의한 오존발생장치(1)의 용량을 크게 구성할 수 있으며, 또한 도면으로 도시하지는 않았으나 제1도와 같은 단위 셀의 오존발생장치(1)를 직렬 또는 병렬로 복수 개 연결하여 오존발생량을 증가시킬 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에 의한 다중 방전형 고효율 오존발생장치(1)를 제1도와 같이 1개 사용한 경우 오존발생량과 수율 및 농도는 다음과 같다.

(가) 제1도와 같이 중심전극(6)을 공통 접지(G)하고 내부전극(14) 및 외부전극(32)에 제7도와 같이 180°의 위상차를 가지는 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 각각 인가하고, 급기구(28)로 공급하는 원료가스를 산소로 사용하는 경우 최대 오존생성농도는 약 17720[ppm], 최대 오존 발생량은 4.2[g/h], 최대 오존생성 수율은 345.5[g/kwh]을 획득할 수 있었다.

(나) 또한, 내부전극(14)을 공통 접지(G)하고 중심전극(6) 및 외부전극(32)에 제7도와 같이 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 인가하고, 급기구(28)로 산소원료 가스를 공급하는 경우, 최대 오존생성농도는 11405[ppm], 최대 오존 발생량은 2.7[g/h], 최대 오존생성 수율은 175[g/kwh]을 얻을 수 있었다.

(다) 또한, 외부전극(32)을 공통 접지(G)하고 중심전극(6) 및 내부전극(14)에 제7도와 같이 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 각각 인가하면서 산소원료 가스를 공급하는 경우 최대 오존생성농도는 2346[ppm], 최대 오존 발생량은 0.6[g/h], 최대 오존생성 수율은 73[g/kwh]을 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명에 의한 다중 방전형 고효율 오존발생장치(1)를 3개 사용한 경우 오존 발생량과 수율 및 농도는 다음과 같았다.

(가) 중심전극(6)을 공통접지(G)하고 내부전극(14) 및 외부전극(32)에 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 인가하고 산소원료 가스를 공급하는 경우 최대 오존생성농도는 26680[ppm], 최대 오존 발생량은 18.0[g/h], 최대 오존생성 수율은 447.8[g/kwh]을 얻을 수 있었다.

(나) 또한, 내부전극(14)을 공통 접지(G)하고 중심전극(6) 및 외부전극(32)에 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 각각 인가하면서 산소원료 가스를 공급하는 경우 최대 오존생성농도는 22456[ppm], 최대 오존 발생량은 18.0[g/h], 최대 오존생성 수율은 447.8[g/kwh]을 얻을 수 있었다.

(다) 또한, 외부전극(32)을 공통 접지(G)하고 중심전극(6) 및 내부전극(14)에 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1)(E2)을 각각 인가하면서 산화원료 가스를 공급하는 경우 최대 오존생성농도는 10208[ppm], 최대 오존 발생량은 6.4[g/h], 최대 오존생성 수율은 280[g/kwh]을 얻을 수 있었다.

또한, 본 발명 다중방전형 고효율 오존발생장치(1)를 이용하여 대장균(EC:Escherichia coli)을 살균 처리한 결과 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

다중방전형 고효율 오존발생장치(1)의 오존농도는 470, 660 및 1100[ppm]으로 하여 대장균(EC)을 살균처리한 후 다음 식 1과 같은 방법으로 살균율(EC_rr)을 측정하였다.

상기 식 1에서 5초 반응 후의 개수는 470, 660 및 1100[ppm]의 오존화 가스를 증류수 수용액(pH：7.0, 水溫：32∼35℃) 1ℓ에 5분 동안 용해시켜 만든 오존수에 대장균을 5초 동안 반응시켰을 때의 개수를 측정한 것으로, 오존생성농도(O_3con)가 470, 660 및 1100[ppm]일 때, 각각 98.4, 98.5 및 99.9[%]의 살균율(EC_rr)을 얻을 수 있었다. 즉, 오존생성농도(O_3con)가 증가할수록 대장균은 불활성화 되면서 세포막이 파괴 또는 분해되어 살균율이 상승되었다.

제8도 및 제9도는 아래 표 1에서 오존생성농도(O_3con)가 1100[ppm]일 때, 대장균 살균 특성을 촬영한 것으로 도면대용 사진과 같이 대장균(EC)은 오존수(O₃水)에 5초만 반응하여도 99.9[%] 살균되는 것을 확인할 수 있었다.

[표 1]

또한, 본 발명 다중 방전형 고효율 오존발생장치(1)를 이용하여 제11도와 같이 오염된 염색폐수의 색도를 제거하는 실험을 하여 본 바 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

오존생성농도는 26.680[ppm]으로 하고, 대상폐수는 염색폐수{오염성분은 E.G(ehyleneglycol), Na-TPA(sodium terepthalate), PVA(poly-vinyl alcohol), NaOH, 계면활성제, 미염착 염료 및 기타 보조약품 }로 하였으며, 측정장치 및 방법은 UV-Vis. 분광 광독계를 이용하여 26,680[ppm]의 오존화 가스를 염색폐수에 반응시켰을 때, 반응시간(τ) 변화에 따른 잔류 유기물의 흡광도를 측정하였다.

제10도는 반응시간의 변화에 따른 염색폐수의 파장에 따른 흡광도(ABS) 특성 그래프이며, 제12도 내지 제14도는 오존(O₃) 반응시간(τ) 변화에 따른 염색폐수의 탈색정도를 표현한 사진이다.

제12도 내지 제13도와 같이 염색폐수와 오존의 반응시간이 길어지면 길어질수록 색도는 점차적으로 저하되는 결과를 얻었으며, 제12도와 같이 오존을 반응하여 1분이 경과할 때까지 황갈색이던 염색폐수가 제13도와 같이 10분을 경과하면서 연한 갈색으로 탈색되었으며, 염색폐수와 오존의 반응시간이 30분을 경과한 경우 제14도와 같이 거의 백색으로 나타났다.

결국, 반응시간이 길어질수록 수용성염료의 불포화 결합에 대한 산화반응이 촉진되어 색도가 저하되면서 염색폐수는 백색에 가까운 탈색특성을 얻을 수 있었다.

한편, 아래 표 2는 본 발명 다중방전형 고효율 오존발생장치와 종래 무성방전형 오존발생장치(1)로 오존을 발생시킬 때 열 발생에 따른 온도변화 추이를 측정한 도표로 인가전압은 6.8[kV]이고, 온도측정 조건은 전압 인가시간에 따른 원료가스의 최초 온도(방전전압 인가직전의 원료가스 온도를 26℃로 기준한 경우)에 대한 상승온도를 측정한 것이다.

[표 2]

상기 표 2와 같이 종래 무성방전형 오존발생장치에 비하여 2중 방전구조로 된 본 발명 다중 방전형 오존발생장치(1)의 온도 상승이 훨씬 낮음을 알 수 있다. 오존 발생시 발생되는 열에 대하여 다중 방전형 오존발생장치(1)는 3개의 전극에 의해 2개의 방전공간(17)(18)으로 열분산(열발산)이 향상되어 오존생성특성(오존의 수율과 수명) 향상을 가져올 수 있었다.

본 발명에서 진공튜브(4)와 중심전극(6)과 내부전극(14)과 외부튜브(16)와 외부전극(32)의 단면형상을 원형으로 도시하였으나 물론 타원형, 사각형, 마름모형, 오각형, 육각형, 팔각형 등 다각형으로 형성할 수 있으며, 전극(6)(14)(32)의 크기와 간격, 굵기, 재료 및 메쉬를 조정하거나, 또는 전극(6)(14)(32)의 이격거리, 또는 진공실(2)과 방전공간(18)의 크기, 재료, 용량 및 전극(6)(14)(32)중 2개의 전극에 각각 인가하는 교류 고전압(E1)(E2)의 위상차를 조정하거나 산소 및 공기의 유로를 다양한 형태로 조정함으로써 오존의 발생량이나 생성농도 및 생성 수율을 조정할 수 있다. 아울러 튜브((4)(16)의 재질은 납유리, 파이랙스 유리, 석영 유리 등으로 구성할 수 있으며, 외부전극(32)의 모양 및 재료도 다양하게 제작할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32)과 유전체인 진공튜브(4)와 외부튜브(16)에 의해 2중 방전공간(17(18)이 형성되므로 표 2에 기재한 바와 같이 열의 발생이 적으며 방열효율과 오존생성효율이 향상되고 생성된 오존의 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 중 2개의 전극에 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류 고전압(E1)(E2)을 인가하고, 나머지 1개의 전극은 접지(G)시켜 오존이 발생되게 함으로써 1개의 오존발생장치로 2개의 무성방전을 동시에 중첩 발생시켜 고효율의 오존이 발생된다.

또한, 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 중 2개의 전극으로 교류 고전압을 인가하고, 1개의 전극은 공통접지(G)하는 전압인가 방식에 의해 1개의 오존발생장치로 오존생성 특성이 다른 3가지 형식의 오존발생장치를 구성할 수 있으며, 종래의 무성방전형 오존발생장치의 단점인 방전영역의 열 손실 및 고농도화에 의해 생성된 오존의 분해작용을 억제시켜 생성된 오존의 농도가 높아지고 고효율화가 가능하다.

또한, 다중방전형 고효율 오존발생장치를 복수 개 사용할 때 원료가스의 유로(流路)를 직렬 또는 병렬로 연결하거나 또는 직·병렬 혼합형으로 구성함으로써 오존생성효율을 더욱 상승시킬 수 있다.

또한, 진공튜브(4)에 형성되는 진공실(2)에 방전촉진가스를 충입시켜 사용함으로써 소비전력을 크게 줄일 수 있으며, 고효율로 생성된 오존을 폐수에 적용시킨 경우 탁도가 크게 빠르게 개선되며, 박테리아는 수초(약 1∼5초)내에 99% 사멸된다.

또한, 진공튜브(4)의 내부에서 방전이 이루어지도록 함으로써 방전공간이 유사도체로 도체화 된다. 즉, 방전에 의해 진공튜브(4)를 도체로 빙두른 효과가 나타나고, 튜브 내부에 발생한 전리입자는 방전을 촉진시키는 효과를 가져온다.

또한, 한 가지의 전원을 사용하는 종래 오존발생장치의 경우 방전전류가 흐를 때 휴지구간에 의한 손실이 있었으나 본 발명은 180°의 위상을 갖는 2가지의 전원을 공급하므로 전류의 휴지구간이 절반으로 줄어들어 듀티비가 상승되므로 오존발생효율이 향상된다.

또한, 다중 방전형 고효율 오존발생장치를 1개 사용할 때 중심전극(6)을 공통 접지하고, 내부 전극(14) 및 외부전극(32)에 180°의 위상차를 가진 역 극성의 교류고전압(E1(E2)을 인가한 경우와 다중 방전형 고효율 오존발생장치를 3개 사용한 경우 등 3가지 형식 모두 원료가스가 산소인 경우 종래의 무성방전형 고효율 오존발생장치의 수율 250[g/kwh] 보다 향상되는 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.

Claims

오존발생장치에 있어서, 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 사이에 1개의 진공실(2)과 방전공간(18)을 형성한 다음 180°의 위상차를 갖는 2가지의 교류 고전압(E1)(E2)을 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 중 2개의 전극에 각각 인가하고, 나머지 1개의 전극은 접지(G)시켜 1개의 오존발생장치로 방전특성과 오존생성특성이 각각 다른 3가지 형식의 오존발생장치를 선택적으로 구성하여 저전력으로도 고농도, 고효율의 오존을 발생시킬 수 있도록 한 다중 방전형 고효율 오존발생장치.
제1항에 있어서, 진공실(2)을 갖는 진공튜브(4)의 내부 일측에 원추형의 중심전극(6)을 설치하고, 진공튜브(4)의 외면에 그물망 형상의 내부전극(14)을 빙둘러 설치하고, 확관부(28)(30)에 급기구(28)와 배기구(30)가 각각 형성된 외부튜브(16)를 진공튜브(4)의 바깥 부분에 설치하여 진공튜브(4)와 외부튜브(16) 사이에 방전공간(discharge gap)(18)을 형성하고, 외부튜브(16)의 외면에 코일형상의 외부전극(32)을 설치하여서 된 다중 방전형 고효율 오존발생장치.
제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 중심전극(6)·내부전극(14)·외부전극(32) 및 튜브(4)(16)의 크기나 굵기, 재료 및 형상을 조정, 전극(6)(14)(32)의 이격거리 또는 진공실(2)과 방전공간(17)(18)의 크기나 용량 및 재료를 조정, 전극(6)(14)(32)중 2개의 전극에 각각 인가하는 교류 고전압(E1)(E2)의 위상차를 조정하거나 다중방전형 고효율 오존발생장치로 공급하는 산소 및 공기의 유로를 다양한 형태로 조정함으로써 오존의 발생량이나 생성농도 및 생성수율을 조정할 수 있도록 함을 특징으로 하는 다중 방전형의 고효율 오존발생장치.