오존 발생기는 오존 가스(O3)를 생성하는 데 사용되는 장치입니다. 오존은 분해되기 쉬워 저장이 어렵고, 현장에서 생성하여 즉시 사용해야 합니다(특수한 상황에서는 짧은 기간 동안 저장할 수 있음). 따라서 오존이 필요한 모든 장소에서는 오존 발생기를 사용해야 합니다. 오존 발생기는 음용수 처리, 하수 처리, 산업적 산화, 식품 가공 및 저장, 의약품 합성, 우주 소독 등의 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 오존 발생기가 생성한 오존 가스는 직접 이용되거나 혼합 장치를 통해 액체와 혼합되어 반응에 참여할 수 있습니다.
오존 발생기의 작동 원리
전원을 공급하면 고전압 전기장 또는 자외선을 조사하고, 양극과 음극을 이용하여 산소를 생성하고 이 산소를 중합시켜 오존 분자를 만듭니다.
반응의 화학 반응식은 다음과 같습니다: 3O2 ═ 2O3
오존 발생 방식에 따라 오존 발생기는 주로 고압 방전식, 자외선 조사식, 전해식의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다.
고압 방전식 발생기
이 유형의 오존 발생기는 일정 주파수의 고압 전류를 이용하여 고압 코로나 전기장을 형성하고, 전기장 내부 또는 주변의 산소 분자로 하여금 전기화학 반응을 일으켜 오존을 생성합니다.
이 유형의 오존 발생기는 기술이 성숙하고, 운전이 안정적이며, 수명이 길고, 오존 생성량이 많다는 특징이 있습니다(단일 장비당 최대 1Kg/h까지 생산 가능). 이는 국내외 관련 산업에서 가장 널리 사용되는 오존 발생기입니다.
고압 방전식 오존 발생기에는 다음과 같은 종류가 있습니다:
1. 발생기의 고압 주파수에 따라 전원 주파수형(50-60Hz), 중간 주파수형(400-1000Hz), 고주파형(>1000Hz)의 세 가지 유형이 있습니다.
중주파 및 고주파 발생기는 소형, 저전력 소모, 대규모 오존 출력 등의 장점을 가지고 있으며, 가장 일반적으로 사용되는 제품입니다.
2. 사용되는 기체 원료에 따라 산소형과 공기형의 두 가지 유형이 있습니다. 산소형은 일반적으로 산소통이나 산소 발생기를 통해 산소를 공급받고, 공기형은 보통 깨끗하고 건조한 압축 공기를 원료로 사용합니다.
오존은 산소를 통해 생성되는데 공기 중 산소 함량이 21%에 불과하기 때문에 공기형 발생기에서 생성되는 오존 농도는 상대적으로 낮습니다. 그러나 병속 또는 산소 발생기 내 산소 순도는 90% 이상이기 때문에 산소형 발생기에서 생성되는 오존 농도는 더 높습니다.
3. 냉각 방식에 따라 수냉식과 공냉식이 있습니다. 오존 발생기가 작동할 때는 많은 열이 발생하므로 냉각이 필요합니다. 그렇지 않으면 고온으로 인해 생성되는 오존이 분해될 수 있습니다. 수냉식 발생기는 냉각 효과가 우수하고 운전이 안정적이며 오존 농도 저하가 없어 장시간 연속 운전이 가능합니다. 다만 구조가 복잡하고 비용이 다소 높습니다. 공냉식의 경우 냉각 효과가 그리 좋지 않으며 오존 농도 저하가 뚜렷합니다. 전반적인 성능이 안정된 고성능 오존 발생기는 일반적으로 수냉식입니다. 공냉식은 보통 출력이 상대적으로 작은 중저가형 오존 발생기에 사용됩니다.
발생기를 선택할 때는 수냉식을 최대한 선택하는 것이 좋습니다.
4. 유전체 소재에 따라 일반적인 유형에는 쿼츠 튜브(유리의 일종), 세라믹 판, 세라믹 튜브, 유리 튜브 및 에나멜 튜브 등이 있습니다. 다양한 유전체 소재로 제작된 오존 발생기는 시장에서 모두 구할 수 있으며, 그 성능은 다양합니다. 유리 유전체는 인공 오존 생성에 초기에 사용된 소재 중 하나로, 가격이 저렴하고 성능이 안정적이나 기계적 강도가 낮습니다. 세라믹은 유리와 유사하지만 가공이 어렵기 때문에 특히 대형 오존 발생기에 사용할 경우 적용 범위가 제한됩니다.
5. 오존 발생기의 구조에 따라 유전체 장벽 방전식(DBD)과 개방형으로 구분할 수 있습니다.
6. 오존 발생기의 방전실 구조에 따라 튜브형과 판형의 두 가지 유형으로 나뉩니다.
세라믹 판형 오존 발생기의 장점:
1. 높은 내구성 - 세라믹 부품은 부식과 열화에 강해 혹독한 환경에서도 긴 수명을 보장합니다.
2. 안정적인 오존 출력 - 세라믹 전극은 성능 변동 없이 일관된 오존 생성을 제공합니다.
3. 에너지 효율 - 세라믹 소재의 우수한 유전 특성으로 인해 전력 소모가 적습니다.
4. 콤팩트한 설계 - 세라믹의 높은 구조적 강도로 인해 소형 경량의 오존 모듈을 구현할 수 있습니다.
5. 유지보수 최소화 - 산화 및 화학 마모에 강해 다운타임과 교체 비용을 줄일 수 있습니다.
6. 친환경성 - 유해 부산물이 없으며, 세라믹은 무독성의 불활성 물질입니다.
쿼츠 튜브 오존 발생기의 장점:
1. 높은 오존 순도 - 쿼츠 유리(융합 실리카)는 화학적으로 불활성이라 오염을 방지하고 고농도의 오존을 생성합니다.
2. 우수한 유전 특성 - 뛰어난 절연성으로 안정적인 코로나 방전을 가능하게 하여 에너지 효율을 향상시킵니다.
3. UV 투명성 - UV 기반 오존 생성(특정 설계에 해당) 또는 하이브리드 UV/코로나 시스템 구현이 가능함.
4. 열 충격 저항성 - 급격한 온도 변화에도 균열이 발생하지 않아 고출력 응용 분야에 적합함.
5. 긴 수명 - 산화 및 부식에 강해 전극의 열화를 줄임.
6. 낮은 유지보수 - 매끄러운 석영 표면이 오염을 최소화하고 청소를 용이하게 함.
세라믹 플레이트 오존 발생기의 제조 과정:
1. 고급 세라믹 전극 - 고순도 알루미나를 사용하여 코로나 방전을 통한 고효율 오존 생성 가능.
2. 정밀 공학 기술 - 레이저 절단 또는 성형된 세라믹 플레이트로 균일한 방전 갭을 구현하여 최적의 오존 생성량 확보.
3. 열 안정성 - 세라믹 소재가 고온을 견뎌내어 변형을 방지하고 효율성을 유지함.
4. 모듈식 적층 설계 - 의료, 산업, 수처리 응용 분야 등에서 조절 가능한 오존 출력을 위해 확장 가능한 구성 가능.
5. 통합 냉각 기술 - 일부 설계에는 세라믹 열 분산 기술을 적용하여 내구성과 성능을 향상시킵니다.
쿼츠 튜브 오존 발생기의 작동 과정:
1. 정밀 튜부 설계 - 균일한 벽 두께로 전기장 분포를 일관되게 유지하여 효율적인 오존 합성을 실현합니다.
2. 고주파 코로나 방전 - 콰츠의 유전 강도와 결합하여 와트당 최대 오존 생성량을 달성합니다.
3. 이중층 구조 - 일부 설계에는 내부/외부 튜브를 적용하여 냉각 성능을 향상시킨 공냉식 또는 수냉식 모델이 있습니다.
4. 완벽한 통합 설계 - 스테인리스강 또는 티타늄 전극과 호환되어 하이브리드 내구성을 구현합니다.
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