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오존발생기
오존발생기(ozonizer, ozone generator)은 건조한 기체 상태의 산소를 전기 방전하여 오존을 발생시키는 장치를 말한다. 오조나이저(ozonizer)라고도 한다.
개요[편집]
오존발생기는 무성방전(無聲放電)·용액의 전기분해 등을 이용해서 인공적으로 오존을 발생시키는 장치를 말한다. 오조나이저라고도 한다. 내관의 내측과 외관의 외측에 주석박을 붙인 이중의 유리관으로 된 방전관내에 건조 공기 도는 산소를 주입하고 주파수 500~1000㎐, 방전 전압 수 ㎸~30㎸를 사용하며, 유리 간극에 방전을 일으켜 오존을 발생시킨다. 오존 1㎏을 발생시키는 데 필요한 전력은 20~22㎾이다. 오존 발생량은 산소 분압의 1/2승에 비례하므로 순산소를 이용하는 편 공기를 이용하는 것보다 약 2배가 된다.
무성방전에 의한 것은 1857년 독일 W.지멘스에 의해 고안되었다. 방전관(放電管)은 수 cm의 간격을 가진 2중 유리관으로 되어 있으며, 내관(內管)의 안쪽과 외관(外管)의 바깥쪽에 주석 박(箔)을 입히고, 감응(感應)코일에 의해서 5~25kV의 교류전압을 가하여 무성방전시킨다. 한쪽에서 건조한 산소 또는 공기를 보내면, 산소의 일부가 오존으로 변하여 함유량 10% 정도의 오존과 산소(공기)의 혼합물이 나온다. 이것을 지멘스 오존관이라고도 한다.
오존이 가지는 효용으로 인해 살균·탈취·공기정화 등에 사용된다. 이 밖에 전기분해에 의한 것은 황산용액에 백금 또는 과산화납의 전극(電極)을 사용해서 전기분해하여 20% 정도의 오존을 발생시킬 수 있다.[1][2]
구조 및 조작법[편집]
오존발생기는 무성방전, 용액의 전기분해 등을 이용해서 오존을 발생시키는 장치이다. 무성 방전에 의한 장치를 보통 오조나이저라고 한다. 1857년 독일의 W. Siemens에 의해 고안되었다.
그림 Ⅰ과 같은 이중의 유리관(간격 수cm)으로 이루어지며, 내관은 안쪽에, 외관은 바깥쪽에 주석박(箔)을 펴붙이고 감응 코일에 의해서 5~25kV의 교류 전압을 공급하여 무성 방전시키도록 되어 있다.
D에서 건조한 산소 또는 공기를 집어넣으면 C에서 함량 10% 정도의 오존-산소(공기) 혼합물을 얻을 수 있다. 이것을 Siemens 오존관이라고도 한다. 오존관에는 주석박 대신 그림 Ⅱ와 같이 물, 황산을 사용한 것 등 각종 형식이 있다. 온도는 낮을수록 수득량이 좋아, 액체 공기로 냉각한 오조나이저에서는 액체 오존을 제조할 수 있다. 또 교류 전압 및 주파수(50~500사이클)는 높을수록 수득량이 좋다. 다량의 오존을 발생시킬 때는 몇 개의 오존관을 연결해서 사용한다. 공업적으로 대규모로 제조하는 장치에는 관형(그림 Ⅲ)과 판형(그림 Ⅳ)이 있는데, 전자는 소형으로 비교적 낮은 전압에 의해 조작할 수 있다. 분해에 의한 오존 발생기는 황산(비중 1.1~1.4) 용액을 백금 또는 과산화납의 전극을 이용해, 전류 밀도 80A/cm2로 전해하는 것으로 20% 정도의 오존을 발생시킬 수 있다.[3]
오존[편집]
오존을 생각하면 대기중의 성층권 밖의 오존층에서 오존을 떠올리거나 대기중의 오존농도를 연상한다. 오존은 역사적으로 1785년에 Van Marum에 의해 발견되었고, 1840년 숀 베인이 그리스어인 Ozein (냄새나다)에서 유래되어 오존이라 명명했다. 맑은 날 바닷가에 가면 약간 비릿한 냄새나, 맑은 날 숲속에서 맡을 수 있는 상큼하면서도 약간 비린내 나는 듯한 공기가 바로 오존이고, 보통 우리들의 곁에 존 재하고 있다. 19세기 후반에는 곰팡이, 박테리아, 세균류에 대한 살균에 유효하다는 것이 확인되었다.
오존은 불소 다음으로 강력한 산화력을 가지며 살균, 탈취, 탈색, 유․무기물과의 반응성은 모두 강력한 산화력에 기인된 것이며 오존은 물 속에서 자기분해하며 OH 라디칼에서 나오며 오존처리 시 OH 라디칼을 보다 많이 생성시키기 위하여 pH조정, U.V조사 H2O2 첨가 등을 이용하는데 이것을 AOP (Advanced Oxdation Process)고급 산화법 이라고 부른다. 오존은 3개의 산소원자가 4가지 형상의 공명 구조로 결합된 형태로 존재하며, 오존의 물에 대한 용해도는 산소보다 수배 ~ 수십 배 크지만 온도와 압력에 큰 영향을 받는다. 산소원자 2개인 산소가 자외선이나 전자기파 등의 에너지에 의하여 산소원자 3개의 불안정한 상태의 분자가 오존이다.
자연적으로 여름날 바닷가나 숲에서 냄새가 나기도 하지만, 번개가 칠 때나 태양광선 중의 자외선에 의해 오존이 발생되어 성층권 밖에는 오존층을 이루고 있다. 바로 이 오존층이 있어야 햇볕중의 단파장 자외선을 차단할 수 있는데 냉매등 화학제품 때문에 오존이 자꾸만 파괴되어 오존층 자체가 엷어지거나 아예 없어져 버리기 때문에 지구의 환경생태계가 근본적으로 파괴될 위기에 있다. 오존이 주목을 받고 있는 점은 강력한 살균력과 산화력 때문이며 선진국에서는 상수도의 살균, 식품살균, 폐수의 고도처리에 매우 활발하게 쓰이고 있다.
오존발생원리
오존의 발생은 주로 산소에 물리, 화학적인 자극으로 에너지를 가해 오존으로 변화 시키는 것인데 무성 방전법, 전해법, 광화학법, 고주파 전계법, 방사선 조사법 등이 있으나 산업 쪽에서는 무성방전방식이 에너지 효율면, 성능의 안정성, 조작 및 제어의 편리성으로 가장 널리 이용되고 있다. 전극 사이에 유리나 세라믹 같은 유전체를 끼우고 공기나 산소를 불어넣고 전극에 고압(6kv～15kv)을 가하면 방전 공간에서 다음 반응에 의하여 오존이 발생된다. 무성 방전법의 경우 오존생성 효율은 오존 농도에 따라 틀려지지만 공기를 원료로 한 경우 10g～85g/m3, 산소를 원료로 할 경우에는 60g ～185g/m3의 오존 농도를 얻을 수 있고, 소비전력은 수냉식 냉각수 온도 15℃의 경우 산소가 원료일 때 7.5～15 kwh/kg-O3 이며, 공기가 원료일 때는 15～24 kwh/kg-O3이다.[4]
오존 발생기에 필요한 원료[편집]
공기사용
오존은 발생원리상 공기중의 79%의 질소,21%의 산소중에 산소만을 사용할 때 가장 효율적이며 오존 발생기에 무리를 최소화할 수 있다. 공기를 사용할때는 초기 투자 비용절감 및 오존발생기가 다량의 공기를 필요할 때 응용을 하게 되며 공기중의 습이 포함될 경우 오존 발생기 시스템 내 방전부에 성능이 저하되며 고장의 원인으로 작용함으로 잦은 관리가 필요시 되며 여름 철이나 습이 많은 지역은 특히 사용함에 있어서 여러가지 불편함을 수반하게 된다.
그래서 AIR-RYYER를 접목하여 공기중의 습을 제거하여 오존발생기에 공급을 하여 사용하지만 이는 작동원리상 주변환경 온도, 습도등에 따라 겔의 교체주기를 결정하여 교체해야 하지만 이는 관리가 매우 어렵다. 또한 21%의 산소만 필요로 하는 오존발생기는 불필요한 질소까지의 부하도 함께 해야함으로 오존발생기의 성능저하 및 방전부에 문제를 얘기할 소지가 된다.
산소발생기 사용
오존발생기의 중요한 부분으로는 전원공급장치(고압 TR, 주파수변환장치), 오존발생부(방전관), 원료공급장치(산소발생기-공기중 질소 산소 불리시 드라이 된 산소가 발생, AIR - AIR DRYER 사용)로 크게 이루지며 오존발생의 가장 기본은 오존발생의 원료가 되는 AIR가 가장 중요한 요소로 작용한다. 그러므로 오존의 원료인 산소를 만들어 오존발생기에 공급함은 오존을 발생시킴에 있어서 효율을 2-3배로 증대 시키며 오존발생기의 부하(공기중의 온도,습 기타)를 최소화함으로 오존발생기의 고장을 없애며 수명을 오래가게 한다. 산소발생기의 작동원리는 아래 자료를 참조 하시고, 장점은 오존발생기 전용 산소발생장치가 됨 으로 관리포인트가 공기를 공급하는 콤푸레샤와 질소, 산소 분리장치인 제올라이트로 크게 구성되며 콤푸레 미국 토마스 제품으로 검증된 제품이며 제올라이트는 그 교체주기를 15,000 시간으로 보며 교체방법을 흡착패드 내의 제올라이트만 교체함으로 정상 사용이 가능하다. 1회 교체 비용은 35만 원으로 3-5년(사용시간에 따라 결정됨)에 비용이 발생된다.
오존발생기의 원료인 공기를 어떻게 사용하느냐는 오존발생기의 성능을 극대화하며 고장을 소화하고 사용 연한을 늘리는 데에 중요한 요소임을 입증합니다. 공기 중의 습을 제거함에 IR-DRYER의 사용은 초기 투자비용 대비 필연적 사용 시스템이지만 산소 발생기의 성능 향상 및 가격 저하로 오존발생기에 접목이 쉽게되었으며 차후 문제 되는 A/S의 신속함과 비용이 적어 오존발생기에 필연적 접목 시스템으로 자리 잡고 있다.[5]
동영상[편집]
각주[편집]
- ↑ 〈오존 발생기〉, 《환경공학용어사전》
- ↑ 〈오존발생기〉, 《두산백과》
- ↑ 〈오존 발생기〉, 《화학대사전》
- ↑ 그린이엔지, 〈오존발생기의 종류 및 발생원리〉, 《네이버 블로그》, 2014-02-10
- ↑ 그린이엔지, 〈오존발생기의 원리 및 사용방법〉, 《네이버 블로그》, 2013-08-07
참고자료[편집]
- 〈오존발생기〉, 《네이버 국어사전》
- 〈오존 발생기〉, 《환경공학용어사전》
- 〈오존발생기〉, 《두산백과》
- 〈오존 발생기〉, 《화학대사전》
- 그린이엔지, 〈오존발생기의 종류 및 발생원리〉, 《네이버 블로그》, 2014-02-10
- 그린이엔지, 〈오존발생기의 원리 및 사용방법〉, 《네이버 블로그》, 2013-08-07
같이 보기[편집]
