KR101687679B1 - 한 쌍의 캡을 포함하는 오존 발생 장치용 방전관 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 돌출부를 갖는 캡을 사용하여, 돌출부가 방전 공간의 간격보다 두꺼운 두께를 가져 스페이서 역할을 함으로써 더욱 안정적인 방전 공간 형성 및 조립이 용이한 오존 발생 장치용 방전관을 제공하고, 또한 복수의 쌍을 이루는 홈부를 갖는 캡과 홈부 및 전극관 사이에 삽입되는 굴곡부를 갖는 스페이서를 사용하여, 비교적 정확한 방전 공간 간격 형성과 조립이 용이한 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.

Description

한 쌍의 캡을 포함하는 오존 발생 장치용 방전관{A discharge tube for the ozone generator comprised of a pair of cap}
본 발명은 오존 발생 장치용 방전관에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 고전압 전극인 내측 전극관 및 접지 전극인 외측 전극관 사이의 방전 공간의 간격을 일정하게 형성하고, 용이하게 조립할 수 있는 오존 발생 장치용 방전관에 관한 것이다.
오존(ozone)은 산소원자 3개가 결합한 분자로 상온 상압에서 불안정한 기체로서, 일정 시간이 지난 후에는 하나의 산소원자와 산소분자로 해리되어 안정한 상태로 되고자 하는 성질이 있으며, 이때, 활성산소원자를 방출하므로 강한 산화력을 발휘한다.
오존은 산화 후에 화학적인 성질을 남기지 않기 때문에 2차 오염을 유발하지 않아 상수도, 오수, 폐수, 분뇨의 처리뿐만 아니라 펄프·제지의 표백, 의약품 제조, 화학공업 등의 산업에 이용되며, 공기정화기, 에어컨 등의 흡입 공기 살균 용도 등 다양하게 이용될 수 있다.
이와 같이 오존의 이용 분야가 증대함에 따라 오존 생성에 관한 다양한 연구 개발이 이루어지고 있으며, 이러한 오존을 생성하는 방법으로 세라믹방전법, 무성방전법, 전해법, 광화학반응법, 방사선조사법, 고주파전계법 등이 있다. 이 중에서 무성방전법은 에너지 효율면, 성능의 안전성, 조작 및 제어의 간편성 등에서 가장 우수하기 때문에 상용화된 오존 발생 장치에서 많이 활용되고 있다.
무성방전법은 2개의 전극 사이에 세라믹이나 유리와 같은 유전체(Dielectric)를 삽입한 후 교류 전압을 인가하면 전극과 유전체 간극 사이에 방전이 일어나며 이 간극 사이에 산소를 공급하면 산소분자가 해리되고, 해리된 산소원자가 다른 산소분자와 결합하여 오존이 생성된다.
종래의 오존 발생 장치용 방전관은 금속 전극 간에 유리 등의 유전체를 끼우고, 고압 교류를 인가하여 금속 전극 사이의 방전 공간으로 유입된 원료 가스(산소 가스)에 무성 방전을 일으켜 오존 가스를 생성하는 구조로서 금속 전극 사이의 방전 공간을 유지하기 위한 별도의 스페이서를 포함한다.
종래의 오존 발생 장치용 방전관에 사용되는 스페이서는 전극의 양 끝단부에 방전관 축을 중심으로 90° 내지 120°간격으로 용접 고정되어 미소 면적으로 금속 전극 사이를 지지하는 방법으로 사용되어 왔다.(일본 공개특허공보 2006-76837호)
그러나 상기와 같은 경우 별도의 스페이서 용접 가공이 필요하며, 스페이서를 포함한 형태로 삽입되어야 하므로 방전관의 조립이 용이하지 않고, 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.
또한 방전 공간의 간격이 작을수록 오존 생성 효율이 높아지는데, 상기 스페이서를 낮게 제작하는 데에는 한계가 있는바, 방전 공간의 간격을 줄이는 데에도 한계가 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 한 쌍의 캡을 포함하는 오존 발생 장치용 방전관으로서 방전 공간을 안정적이고 일정하게 형성되고, 조립이 용이한 오존 발생 장치용 방전관을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예로 외주면에 유전체층이 코팅되고, 양 끝단의 일정 지점에서부터 직경이 감소하는 경사부를 포함하는 내측 전극관; 상기 내측 전극관의 외주에 이격되게 삽입되는 외측 전극관; 및 여러 단을 갖는 내부 수용공간의 일단으로부터 연장되어 형성된 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 내측 전극관 및 상기 외측 전극관의 양 끝단에 삽입되는 한 쌍의 캡;을 포함하는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 돌출부는 상기 외측 전극관의 내주면과 접촉하는 제1 면 및 상기 내측 전극관의 외주면과 접촉하고 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하며, 상기 내측 전극관의 외주면과 상기 외측 전극관의 내주면 사이에 삽입되어 방전 공간을 형성하는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 돌출부는 상기 제2 면의 일정 지점에서부터 두께가 감소하여 일정 각도의 경사를 가지며, 상기 돌출부 두께의 최소값(tmin)은 상기 방전 공간의 간격(s)보다 큰 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 캡은 외측 전극관 지지홈 및 내측 전극관 관통홈을 더 포함하며, 상기 외측 전극관 지지홈은 상기 돌출부의 제1 면을 포함하여 형성되어 상기 외측 전극관의 양 끝단을 지지하고, 상기 내측 전극관 관통홈은 상기 캡의 중심축에 형성되어 상기 내측 전극관의 경사부에서 연장된 일정한 직경의 체결부가 관통하는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 오존 발생 장치용 방전관은 나사부 및 캡 지지부를 포함하고, 상기 캡 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재를 더 포함하고, 상기 나사부는 상기 캡의 관통홈을 통해 내측면 또는 외측면에 스크류가 형성된 상기 체결부와 나사 결합되고, 상기 캡 지지부는 상기 관통홈의 직경보다 크게 형성되어 나사 결합 시 캡에 누름 압력을 가하는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 한 쌍의 캡은 원료가스 유입통로를 포함하는 상부 캡과 생성가스 유출통로를 포함하는 하부 캡으로 구성되며, 상기 원료가스 유입통로와 상기 생성가스 유출통로가 양 끝단에서 170°내지 190°틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한 상기 돌출부는 3 내지 5개가 일정 간격을 두고 형성되며, 상기 캡의 소재는 Pyridinium p-toluenesulfonate(PPTS), 또는 Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon)인 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
본 발명의 또 다른 일실시예로 외주면에 유전체층이 코팅되고, 양 끝단의 일정 지점에서부터 직경이 감소하여 일정 각도의 경사부를 가지는 내측 전극관; 상기 내측 전극관의 외주에 이격되게 삽입되는 외측 전극관; 및 여러 단을 갖는 내부 수용공간에 형성된 복수개의 쌍을 이루는 홈부를 포함하고, 상기 내측 전극관 및 상기 외측 전극관의 양 끝단에 삽입되는 한 쌍의 캡; 및 굴곡부 및 연결부를 포함하고, 상기 전극관 양 끝단 사이 및 상기 홈부에 삽입되어 방전 공간을 형성하는 스페이서;를 포함하고,
상기 굴곡부는 상기 쌍을 이루는 홈부에 삽입되는 한 쌍의 제1 굴곡부 및 상기 전극관 양 끝단 사이에 삽입되는 제2 굴곡부를 포함하며, 상기 연결부는 상기 제2 굴곡부의 양 쪽 단부가 상기 제1 굴곡부의 한 쪽 단부와 연결되는 경사 부분인 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 스페이서는 제1 굴곡부-연결부-제2 굴곡부-연결부-제1 굴곡부가 연속적으로 형성된 직경(d)을 갖는 선 형태이며, 상기 직경(d)은 방전 공간의 간격(s)과 동일하고, 상기 스페이서의 연결부 경사와 상기 내측 전극관의 경사부 경사가 동일하여, 상기 연결부가 상기 경사부에 밀착되어 삽입된 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 캡은 외측 전극관 지지홈 및 내측 전극관 관통홈을 더 포함하며, 상기 외측 전극관 지지홈은 상기 캡의 내부 수용공간에 형성되어 상기 외측 전극관의 양 끝단을 지지하고, 상기 내측 전극관 관통공은 상기 캡의 중심축에 형성되어 상기 내측 전극관의 경사부에서 연장된 일정한 직경의 체결부가 관통하는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 오존 발생 장치용 방전관은 나사부 및 캡 지지부를 포함하고, 상기 캡 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재를 더 포함하고, 상기 나사부는 상기 캡의 관통홈을 통해 내측면 또는 외측면에 스크류가 형성된 상기 체결부와 나사 결합되고, 상기 캡 지지부는 상기 관통공의 직경보다 크게 형성되어 나사 결합 시 캡에 누름 압력을 가하는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 한 쌍의 캡은 원료가스 유입통로를 포함하는 상부 캡과 오존가스 유출통로를 포함하는 하부 캡으로 구성되며, 상기 원료가스 유입통로와 상기 오존가스 유출통로가 양 끝단에서 170°내지 190° 틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되는 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
또한, 상기 쌍을 이루는 홈은 3 내지 5 쌍이 일정한 간격을 두고 형성되며, 상기 캡의 소재는 Pyridinium p-toluenesulfonate(PPTS), 또는 Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon)이고, 상기 스페이서는 탄성을 갖는 금속 스프링이며, 표면 전체에 1,1-Nylon 코팅된 오존 발생 장치용 방전관을 제공한다.
본 발명은 여러 단을 갖는 내부 수용공간의 일단으로부터 연장되어 형성된 복수의 돌출부를 포함하는 캡을 전극관의 양 끝에 삽입함으로써, 방전 공간의 간격을 일정하게 유지할 수 있으며 별도의 스페이서를 용접할 필요가 없어 0.3mm 내지 0.5mm의 미세한 방전 공간을 형성하면서도 조립이 용이한 오존 발생 장치용 방전관을 제공할 수 있다.
또한 돌출부 단부의 일면이 일정 각도의 경사를 가짐으로 인하여 양 끝이 경사진 내측 전극관의 경사와 접촉면을 형성하며 삽입되어 안정하고 균일하게 방전 공간을 형성할 수 있으며, 방전 공간의 간격보다 두꺼운 두께를 갖는 돌출부가 스페이서 역할을 함으로써 더욱 안정적인 방전관 조립 및 방전 공간 형성이 가능하다.
또한 캡은 내부 수용공간을 갖고 적당한 개수의 돌출부를 가져 원료가스의 유입 및 생성가스의 유출을 방해하지 않으며, 내부 수용 공간에는 외측 전극관 지지홈 및 내측 전극관 관통홈을 가져 가스의 유입 유출에도 내측 전극관이 편심될 위험을 감소시킬 수 있다.
또한 전극관 양 끝단에 쌍을 이루는 캡은 원료가스 유입통로와 생성가스 유출통로가 170°내지 190° 틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되어 원료가스가 방전 공간을 충분히 경유하여 통과하게 되므로 오존 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 캡 제작 시 돌출부가 일체로 제작되어 별도의 스페이서 제조 공정이 필요하지 않아, 제조가 편리하며 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명은 캡 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재를 더 포함하여 캡에 누름 압력을 제공함으로써 캡이 전극관 양 끝단부에 더욱 견고하게 삽입될 수 있으며, 나사 결합 방식으로 방전관 조립을 용이하게 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 오존 발생 장치용 방전관은 내부 수용공간의 일단에 형성된 홈부를 포함하는 캡과 전극관 사이 및 홈부에 삽입되는 굴곡부를 갖는 스페이서를 사용함으로써, 원하는 방전 공간의 간격을 정확히 형성할 수 있고, 방전 공간의 간격 조절이 용이하다. 또한 전극관 사이에 스페이서를 용접할 필요가 없어 미세한 방전 공간을 형성하더라도 조립이 용이하다.
도 1은 본 발명의 일실시예인 내측 전극관(10)의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 외측 전극관(20)의 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예인 캡(30)의 평면도 및 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예인 캡(30)의 종단면도 및 돌출부(301)의 투영 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예인 캡(30)의 종단면 사시도 및 종단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예인 체결 부재(60)의 종단면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예인 방전관의 일 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예인 방전관의 또 다른 일 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예인 캡(40)의 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예인 캡(40)의 또 다른 종단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예인 스페이서(50)의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예인 스페이서(50)를 포함한 결합 상태 방전관의 일 단면도이다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생 장치용 방전관은 한 쌍의 전극관(10, 20); 및 상기 전극관 양 끝단에 삽입되는 한 쌍의 캡(30);을 포함한다.
한 쌍의 전극관(10, 20)은 고압 전극인 내측 전극관(10)과 접지 전극인 외측 전극관(20)으로 구성되며, 전기가 통하는 도전성 재질, 예를 들면, 금, 은, 동, 알루미늄, 주석, 아연, 구리, 스테인레스 등으로 제작되며, 전극관의 길이방향 양 단부가 개방된 중공관(中空管) 형태를 갖는다.
한 쌍의 전극관(10, 20)은 외부의 전원 장치와 연결되어 고압의 교류 전압이 인가되면 한 쌍의 전극관 사이 공간, 즉 내측 전극관(10)의 외주면과 외측 전극관(20)의 내주면 사이의 공간(이하, '방전 공간'이라 한다.)에서 방전이 일어난다. 방전 공간에 산소를 포함한 원료 가스를 공급하면, 아래의 반응 메커니즘과 같이 산소가 해리되고, 해리된 산소원자가 다른 산소 분자와 결합하여 오존이 생성된다.
[반응 메커니즘]
O2 + e- → O + O + e-
O2 + e- → O2* + e-
O + O2 + M → O3 + M
O2* + O2 → O3 + O
(M: 제3 물질(O, O2), e- : 전자)
도 1에 도시된 것과 같이 내측 전극관(10)은 중공형이며, 외주면에 유전체층이 균일하게 코팅되어 있고, 양 끝단의 일정 지점에서부터 직경이 감소하는 경사부(101)를 포함한다. 예를 들면, 직경의 감소 비율이 점차 증가하거나 감소하여 곡선단면을 갖는 경사부(101)이거나, 직경의 감소 비율이 일정하여 직선단면을 갖는 경사부(101)일 수 있다.
내측 전극관(10) 양 끝단에 경사부(101)를 포함함으로 인해 전극관 양 끝단부의 방전 공간이 증가하며, 이로 인해 전극관 양 끝단부의 방전 밀도를 떨어트려 생성된 오존의 재분해를 방지할 수 있고, 열 과잉 현상을 억제할 수 있어 방전관 전체에 걸쳐 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다.
또한 내측 전극관(10)은 경사부(101)의 직경이 최소인 단부에서 연장되어 일정한 직경을 갖는 체결부(102)를 더 포함한다. 체결부(102)는 내측면 또는 외측면에 스크류가 형성되어 후술할 체결 부재(60)와 나사 결합이 가능하다.
내측 전극관(10)은 외주면에 유전체층 코팅을 포함하여 고압의 교류 전압 인가 시 무성 방전이 일어나도록 한다. 유전체층 코팅은, 예를 들면, 유리, 세라믹 또는 석영 등의 절연성 재질로 코팅될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이 외측 전극관(20)은 직경이 일정한 형태의 중공관 형태로, 내측 전극관(10)의 외주에 이격되게 삽입되어 방전 공간을 형성한다.
외측 전극관(20)은 외주면에 냉각수 유로(202)를 형성하는 이중 외주면(201)을 더 포함하며, 상기 이중 외주면(201)은 냉각수 유입부(2011) 및 냉각수 유출부(2012)를 제외하고 밀폐된 형상을 갖는다.
냉각수 유입부(2011) 및 냉각수 유출부(2012)는 외측 전극관(20)의 이중 외주면(201) 양 끝단에 각각 형성될 수 있으며, 양 끝단에서 170° 내지 190° 틀어진 방향으로 위치하도록 형성되어 냉각효율을 향상시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 180° 틀어진 방향으로 위치하도록 형성하는 것이 좋다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캡(30)은 내부 수용공간을 가지고, 내부 수용공간의 일단으로부터 연장되어 형성된 복수의 돌출부(301)를 포함하며, 한 쌍의 전극관(10, 20)의 일 끝단에 삽입된다. 도 3에 본 발명의 일실시예인 캡(30)의 평면도 및 사시도를 도시하였다.
도 4에 도시된 것과 같이 돌출부(301)는 제1 면(3011) 및 제1 면(3011)에 대향하는 제2 면(3012)을 포함하며, 제1 면(3011)은 외측 전극관(20)의 내주면과 접촉되고, 제2 면(3012)은 내측 전극관(10)의 외주면과 접촉되어 방전 공간을 형성한다.
돌출부(301)는 제1 면(3011)과 제2 면(3012) 사이의 거리에 해당하는 두께(t)를 가지며, 제2 면(3012)의 일정 지점에서부터 두께(t)가 감소하여 돌출부(301) 단부의 일면에 일정 각도의 경사를 갖고, 돌출부(301) 단부로 갈수록 두께가 감소하여 최소값(tmin)을 갖는다. 돌출부(301) 단부의 일면에 일정 각도의 경사를 가짐으로써 돌출부(301)가 내측 전극관(10)의 경사부(101)와 접촉면을 형성하며 삽입된다.
본 발명에 의해 형성되는 방전 공간의 간격(s)은 0.3mm 내지 0.5mm이며, 돌출부(301)가 갖는 두께의 최소값(tmin)은 방전 공간의 간격(s)보다 크다. 따라서 돌출부(301)의 두께에 의해 방전 공간의 간격이 결정되지 않으며, 방전 공간의 간격보다 두꺼운 두께의 돌출부(301)를 통해 방전 공간을 형성함으로써 방전 공간의 간격(s)을 안정적이고 일정하게 유지할 수 있다.
돌출부(301)는 3 내지 5개가 일정한 간격을 두고 형성되는 것이 바람직하다. 3개 미만인 경우 외부 충격 및 방전 공간 내의 가스 흐름에 의해 내측 전극관(10)이 외측 전극관(20) 내에서 편심될 위험이 큰 문제점이 있고, 5개를 초과하는 경우 원료 가스의 유입에 방해가 되는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 4개의 돌출부(301)가 90°의 간격을 두고 형성되는 것이 좋다.
캡(30) 성형 시 돌출부(301)가 함께 일체로 형성되어 산소를 포함하는 원료가스의 유입에도 위치가 이탈될 염려가 없어 외측 전극관(20) 내에서 내측 전극관(10)이 편심(eccentricity)될 위험이 극히 적으므로 방전 공간을 더욱 안정적이고 일정하게 유지할 수 있다.
또한 캡(30)은 외측 전극관 지지홈(302) 및 내측 전극관 관통홈(303)을 더 포함한다. 외측 전극관 지지홈(302)은 돌출부(301)의 제1 면(3011)을 포함하여 형성되어 외측 전극관(20)의 양 끝단을 지지하고, 내측 전극관 관통홈(303)은 캡(30)의 중심축에 형성되어 내측 전극관(10)의 체결부(102)가 관통한다.
캡(30)은 (슈퍼) 엔지니어링 플라스틱 등의 고강도, 내화학(오존)성, 절연성을 갖는 소재로 성형되며, 예를 들면, Pyridinium p-toluenesulfonate(PPTS), 또는 Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon) 등을 사용할 수 있다.
캡(30)은 한 쌍의 전극관(10, 20) 양 끝단부에 쌍을 이루어 삽입되며, 한 쌍의 캡(30)은 산소를 포함하는 원료가스 유입통로(311)를 포함하는 상부 캡(31)과 오존 가스를 포함하는 생성가스 유출통로(321)를 포함하는 하부 캡(32)으로 구성된다. 도 5에 본 발명의 일실시예인 캡(30)의 단면 사시도 및 단면도를 도시하였다.
또한 한 쌍의 캡(30)은 원료가스 유입통로(311)와 생성가스 유출통로(321)가 한 쌍의 전극관 양 끝단에서 170°내지 190°틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되는 것이 좋다. 이 경우, 산소를 포함하는 원료가스가 방전 공간을 충분히 경유하여 통과하게 되어 오존 발생 효율을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 오존 발생 장치용 방전관은 캡(30) 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재(60)를 더 포함한다. 도 6에 본 발명의 일실시예인 체결부재(60)의 단면도를 도시하였다. 체결 부재(60)는 나사부(601) 및 캡 지지부(602)를 포함한다. 나사부(601)는 캡(30)의 관통홈(303)을 통해 내측 전극관(10)의 체결부(102)와 나사 결합되고, 캡 지지부(602)는 캡(30)의 관통홈(303)의 직경보다 크게 형성되어 나사 결합 시 캡(30)에 누름 압력을 제공함으로써 캡이 전극관 양 끝단부에 더욱 견고하게 삽입될 수 있으며, 나사 결합 방식으로 방전관 조립을 용이하게 할 수 있다.
도 7 및 도 8에 본 발명의 일 실시예인 결합 상태 방전관의 단면도를 도시하였다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 오존 발생 장치용 방전관은 한 쌍의 전극관(10, 20); 상기 전극관 양 끝단에 삽입되는 한 쌍의 캡(40); 및 스페이서(50);를 포함하고, 또한 체결 부재(60);를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 전극관(10, 20) 및 체결 부재(60)는 전술한 일 실시예에 따른 전극관(10, 20) 및 체결 부재(60)와 동일한 구성, 효과를 가지므로 이하에는 본 실시예에 따른 캡(40) 및 스페이서(50)에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 캡(40)은 내부 수용공간을 가지고, 내부 수용공간의 일단에 형성된 복수개의 쌍을 이루는 홈부(401)를 포함하며, 한 쌍의 전극관(10, 20)의 일 끝단에 삽입된다. 쌍을 이루는 홈부(401)에는 후술할 스페이서(50)의 제1 굴곡부(501)가 삽입된다. 도 9에 본 발명의 일실시예인 캡(40)의 일 단면도를 도시하였다.
또한 캡(40)은 외측 전극관 지지홈(402) 및 내측 전극관 관통홈(403)을 더 포함한다. 외측 전극관 지지홈(402)은 캡(40)의 내부 수용공간에 형성되어 외측 전극관(20)의 양 끝단을 지지하고, 내측 전극관 관통홈(403)은 캡(40)의 중심축에 형성되어 내측 전극관(10)의 체결부(102)가 관통한다.
캡(40)은 (슈퍼) 엔지니어링 플라스틱 등의 고강도, 내화학(오존)성, 절연성을 갖는 소재로 성형되며, 예를 들면, Pyridinium p-toluenesulfonate(PPTS), 또는 Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon) 등을 사용할 수 있다.
캡(40)은 한 쌍의 전극관(10, 20) 양 끝단부에 쌍을 이루어 삽입되며, 한 쌍의 캡(40)은 산소를 포함하는 원료가스 유입통로(411)를 포함하는 상부 캡(41)과 오존 가스를 포함하는 생성가스 유출통로(421)를 포함하는 하부 캡(42)으로 구성된다. 도 10에 본 발명의 일실시예인 캡(40)의 또 다른 일 단면도를 도시하였다.
또한 한 쌍의 캡(40)은 원료가스 유입통로(411)와 생성가스 유출통로(421)가 한 쌍의 전극관 양 끝단에서 170°내지 190°틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되는 것이 좋다. 이 경우, 산소를 포함하는 원료가스가 방전 공간을 충분히 경유하여 통과하게 되어 오존 발생 효율을 향상 시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스페이서(50)는 굴곡부 및 연결부를 포함하고, 내측 전극관(10)의 외주면과 외측 전극관(20)의 내주면 사이에 방전 공간을 형성한다. 도 11에 본 발명의 일실시예인 스페이서(50)의 사시도를 도시하였다.
굴곡부는 캡(40)의 쌍을 이루는 홈부(401)에 삽입되는 한 쌍의 제1 굴곡부(501) 및 한 쌍의 전극관의 일 끝단 사이에 삽입되는 제2 굴곡부(502)를 포함하며, 연결부(503)는 제2 굴곡부(502)의 양쪽 단부가 제1 굴곡부(501)의 한쪽 단부와 연결되는 경사진 부분으로 쌍을 이룬다.
스페이서(50)는 제1 굴곡부(501)-연결부(503)-제2 굴곡부(502)-연결부(503)-제1 굴곡부(501)가 연속적으로 형성된 직경(d)을 갖는 선 형태이다. 스페이서(50)의 직경(d)은 방전 공간의 간격(s)과 동일하다. 본 발명에 의해 달성하고자 하는 방전 공간의 간격(s)은 0.3mm 내지 0.5mm이므로 스페이서(50)의 직경(d)도 0.3mm 내지 0.5mm이다.
스페이서(50)의 연결부(503)의 경사 각도와 내측 전극관(10) 끝단의 경사부(101) 각도는 일치하여 스페이서(50) 삽입 시 연결부(503)는 내측 전극관(10)의 경사부(101) 외주면에 밀착된 채로 삽입되어 방전 공간을 형성한다. 도 12에 본 발명의 일실시예인 스페이서(50)를 포함한 결합 상태 방전관의 일 단면을 도시하였다.
스페이서(50)는 탄성을 갖는 금속 스프링, 예를 들면, 스프링강 재질을 사용하며, 스페이서(50) 표면에는 1,1-Nylon 또는 불소 코팅된 것을 사용한다.
본 실시예에 의하면 스페이서(50)의 직경(d)에 의해 방전 공간의 간격(s)이 결정되므로 방전 공간의 간격 조절이 용이하다.
캡(40)의 쌍을 이루는 홈부(401) 및 이에 삽입되는 스페이서(50)는 3 내지 5개가 일정 간격을 두고 형성되는 것이 바람직하다. 3개 미만인 경우 외부 충격 및 방전 공간 내의 가스 흐름에 의해 내측 전극관(10)이 편심될 위험이 큰 문제점이 있고, 5개를 초과하는 경우 원료 가스의 유입에 방해가 되는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 4개의 돌출부(301)가 90°의 간격을 두고 형성되는 것이 좋다.
본 발명에 의한 구성을 갖는 오존 발생 장치용 방전관의 특징을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 양 끝단의 일정 지점에서부터 직경이 감소하는 경사부를 갖는 내측 전극관(고전압 전극)을 사용함으로써, 방전관 양 끝단의 방전 공간이 증가하여 방전 밀도를 떨어트려 생성된 오존의 재분해를 방지할 수 있고, 열 과잉 현상을 억제할 수 있어 방전관 전체에 걸쳐 온도를 균일하게 유지시킬 수 있는 오존 발생 장치용 방전관을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 외주면에 냉각수 유로를 형성할 수 있는 이중 외주면을 갖는 외측 전극관을 사용하고, 이중 외주면의 냉각수 유입부 및 냉각수 유출부가 양 끝단에서 170°내지 190°틀어진 방향으로 위치하도록 형성되어 냉각효율이 향상된 오존 발생 장치용 수냉식 방전관을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 여러 단을 갖는 내부 수용공간의 일단으로부터 연장되어 형성된 복수의 돌출부를 포함하는 캡을 전극관의 양 끝에 삽입함으로써, 방전 공간의 간격을 일정하게 유지할 수 있으며 별도의 스페이서를 용접할 필요가 없어 0.3mm 내지 0.5mm의 미세한 방전 공간을 형성하면서도 조립이 용이한 오존 발생 장치용 방전관을 제공할 수 있다.
또한 돌출부 단부의 일면이 일정 각도의 경사를 가짐으로 인하여 양 끝이 경사진 내측 전극관의 경사와 접촉면을 형성하며 삽입되어 안정하고 균일하게 방전 공간을 형성할 수 있으며, 방전 공간의 간격보다 두꺼운 두께를 갖는 돌출부가 스페이서 역할을 함으로써 더욱 안정적인 방전관 조립 및 방전 공간 형성이 가능하다.
또한 캡은 내부 수용공간을 갖고 적당한 개수의 돌출부를 가져 원료가스의 유입 및 생성가스의 유출을 방해하지 않으며, 내부 수용 공간에는 외측 전극관 지지홈 및 내측 전극관 관통홈을 가져 가스의 유입 유출에도 내측 전극관이 편심될 위험을 감소시킬 수 있다.
또한 전극관 양 끝단에 쌍을 이루는 캡은 원료가스 유입통로와 생성가스 유출통로가 170°내지 190°틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되어 원료가스가 방전 공간을 충분히 경유하여 통과하게 되므로 오존 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 캡 성형 시 돌출부가 함께 일체로 형성되어 별도의 스페이서 제조 공정이 필요하지 않아, 제조가 편리하며 비용을 절감할 수 있다.
또한 본 발명은 캡 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재를 더 포함하여 캡에 누름 압력을 제공함으로써 캡이 전극관 양 끝단부에 더욱 견고하게 삽입될 수 있으며, 나사 결합 방식으로 방전관 조립을 용이하다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 의한 오존 발생 장치용 방전관은 내부 수용공간의 일단에 형성된 홈부를 포함하는 캡과 전극관 사이 및 홈부에 삽입되는 굴곡부를 갖는 스페이서를 사용함으로써, 원하는 방전 공간의 간격을 정확히 형성할 수 있고, 방전 공간의 간격 조절이 용이하다. 또한 전극관 사이에 스페이서를 용접할 필요가 없어 미세한 방전 공간을 형성하더라도 조립이 용이하다.
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 외주면에 유전체층이 코팅되고, 양 끝단의 일정 지점에서부터 직경이 감소하는 경사부를 포함하는 내측 전극관;
    상기 내측 전극관의 외주에 이격되게 삽입되는 외측 전극관; 및
    여러 단을 갖는 내부 수용공간의 일단으로부터 연장되어 형성된 복수의 돌출부를 포함하고, 상기 내측 전극관 및 상기 외측 전극관의 양 끝단에 삽입되는 한 쌍의 캡;을 포함하고,
    상기 돌출부는 상기 외측 전극관의 내주면과 접촉하는 제1 면 및 상기 내측 전극관의 외주면과 접촉하고 제1 면에 대향하는 제2 면을 포함하며, 상기 내측 전극관의 외주면과 상기 외측 전극관의 내주면 사이에 삽입되어 방전 공간을 형성하는 오존 발생 장치용 방전관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 제2 면의 일정 지점에서부터 두께가 감소하여 일정 각도의 경사를 가지며, 상기 돌출부 두께의 최소값(tmin)은 상기 방전 공간의 간격(s)보다 큰 오존 발생 장치용 방전관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캡은 외측 전극관 지지홈 및 내측 전극관 관통홈을 더 포함하며,
    상기 외측 전극관 지지홈은 상기 돌출부의 제1 면을 포함하여 형성되어 상기 외측 전극관의 양 끝단을 지지하고,
    상기 내측 전극관 관통홈은 상기 캡의 중심축에 형성되어 상기 내측 전극관의 경사부에서 연장된 일정한 직경의 체결부가 관통하는 오존 발생 장치용 방전관.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오존 발생 장치용 방전관은 나사부 및 캡 지지부를 포함하고, 상기 캡 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재를 더 포함하고,
    상기 나사부는 상기 캡의 관통홈을 통해 내측면 또는 외측면에 스크류가 형성된 상기 체결부와 나사 결합되고,
    상기 캡 지지부는 상기 관통홈의 직경보다 크게 형성되어 나사 결합 시 캡에 누름 압력을 가하는 오존 발생 장치용 방전관.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 캡은 원료가스 유입통로를 포함하는 상부 캡과 생성가스 유출통로를 포함하는 하부 캡으로 구성되며,
    상기 원료가스 유입통로와 상기 생성가스 유출통로가 양 끝단에서 170° 내지 190° 틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되는 오존 발생 장치용 방전관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 돌출부는 3 내지 5개가 일정 간격을 두고 형성되는 오존 발생 장치용 방전관.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡의 소재는 Pyridinium p-toluenesulfonate(PPTS), 또는 Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon)인 오존 발생 장치용 방전관.
  8. 외주면에 유전체층이 코팅되고, 양 끝단의 일정 지점에서부터 직경이 감소하여 일정 각도의 경사부를 가지는 내측 전극관;
    상기 내측 전극관의 외주에 이격되게 삽입되는 외측 전극관; 및
    여러 단을 갖는 내부 수용공간에 형성된 복수개의 쌍을 이루는 홈부를 포함하고, 상기 내측 전극관 및 상기 외측 전극관의 양 끝단에 삽입되는 한 쌍의 캡; 및
    굴곡부 및 연결부를 포함하고, 상기 전극관 양 끝단 사이 및 상기 홈부에 삽입되어 방전 공간을 형성하는 스페이서;를 포함하고,
    상기 굴곡부는 상기 쌍을 이루는 홈부에 삽입되는 한 쌍의 제1 굴곡부 및 상기 전극관 양 끝단 사이에 삽입되는 제2 굴곡부를 포함하며,
    상기 연결부는 상기 제2 굴곡부의 양 쪽 단부 각각이 상기 제1 굴곡부의 한 쪽 단부와 연결되는 경사 부분인 오존 발생 장치용 방전관.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서는 제1 굴곡부-연결부-제2 굴곡부-연결부-제1 굴곡부가 연속적으로 형성된 직경(d)을 갖는 선 형태이며, 상기 직경(d)은 방전 공간의 간격(s)과 동일한 오존 발생 장치용 방전관.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서의 연결부 경사와 상기 내측 전극관의 경사부 경사가 동일하여, 상기 연결부가 상기 경사부에 밀착되어 삽입된 오존 발생 장치용 방전관.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 캡은 외측 전극관 지지홈 및 내측 전극관 관통홈을 더 포함하며,
    상기 외측 전극관 지지홈은 상기 캡의 내부 수용공간에 형성되어 상기 외측 전극관의 양 끝단을 지지하고,
    상기 내측 전극관 관통공은 상기 캡의 중심축에 형성되어 상기 내측 전극관의 경사부에서 연장된 일정한 직경의 체결부가 관통하는 오존 발생 장치용 방전관.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오존 발생 장치용 방전관은 나사부 및 캡 지지부를 포함하고, 상기 캡 이외에 추가적으로 체결되는 체결 부재를 더 포함하고,
    상기 나사부는 상기 캡의 관통홈을 통해 내측면 또는 외측면에 스크류가 형성된 상기 체결부와 나사 결합되고,
    상기 캡 지지부는 상기 관통공의 직경보다 크게 형성되어 나사 결합 시 캡에 누름 압력을 가하는 오존 발생 장치용 방전관.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 한 쌍의 캡은 원료가스 유입통로를 포함하는 상부 캡과 오존가스 유출통로를 포함하는 하부 캡으로 구성되며,
    상기 원료가스 유입통로와 상기 오존가스 유출통로가 양 끝단에서 170° 내지 190° 틀어진 방향으로 위치하도록 삽입되는 오존 발생 장치용 방전관.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쌍을 이루는 홈은 3 내지 5 쌍이 일정한 간격을 두고 형성되는 오존 발생 장치용 방전관.
  15. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캡의 소재는 Pyridinium p-toluenesulfonate(PPTS), 또는 Polytetrafluoroethylene(PTFE, Teflon)인 오존 발생 장치용 방전관.
  16. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스페이서는 탄성을 갖는 금속 스프링이며, 표면 전체에 1,1-Nylon 코팅된 오존 발생 장치용 방전관.
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