유전체장벽방전형 오존발생기에서 내부전극 형태가 오존생성에 미치는 영향 :A study of influence of inner electrode shape in ozone generation by dielectric barrier discharge

권영학

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자료유형: 학위논문

저자정보: 권영학 (영남대학교, 嶺南大學校)

지도교수: 朴元柱

발행연도: 2016

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2016

동일한 전극 표면적에서 DBD방전형 내부전극 형상에 따른 오존생성특성 연구

권영학 , 박현미 , 송현직 외 1명 조명·전기설비학회논문지 2016.02 학술저널

유전체장벽방전형 오존발생기에서 내부전극 형태가 오존생성에 미치는 영향

권영학 스마트産業安全學科 2016.01 학위논문

2015

Hole 내부전극을 사용한 오존발생기 개발에 관한 기초연구

권영학 , 박현미 , 이광식 외 1명 한국조명·전기설비학회 학술대회논문집 2015.05 학술대회자료

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DBD오존발생기는 방전장치 내부의 높은 열에너지변환으로 인한 전력손실이 약 70%로써 오존생성효율이 좋지 못하다. 그렇지만 다른 오존발생방식에 비해 효율이 높고 제작과 유지보수가 편리하여 다방면에서 쓰이고 있으므로 효율개선을 위한 연구가 필요하다.
이에 본 논문에서는 오존생성효율을 개선하기 위해 방전공간의 내부전극을 스테인레스스틸 파이프(STS Pipe)를 이용하여 원형 (Hall)과 나선형 (Screw)의 내부전극과 기존 (Normal)의 내부전극을 설계?제작하여 내부전극의 종류, 전원장치의 출력전압, 원료가스의 유량에 따른 방전특성 및 냉각장치의 적용에 따른 오존생성특성을 비교·실험하였다.
그 결과, Normal형과 Hall형 오존발생기의 경우 기존의 유량과 오존농도의 특성과 동일하게 원료가스의 유량을 감소시킬수록 오존생성농도는 증가하였다. 이와는 반대로 Screw형 내부전극의 경우 원료가스의 유량을 증가시킬수록 오존생성농도가 상승하였다. 이것은 내부전극의 형태 변화로 인해 관로 내부에 유체의 흐름이 층류에서 난류로 변화에 의한 영향으로 방전공간의 냉각효과가 상승되어 오존분해반응을 억제한 결과이다. 본 논문에서 제안한 Screw형 내부전극은 방전공간내의 높은 유량에서 온도상승을 억제 할 수 있어 고농도 오존생성이 가능하여 오존생성수율이 기존의 일반적인 내부전극보다 약 7배 정도 높았다. 또한 공랭식에 비해 수랭식 냉각장치와 함께 적용할 경우 더 높은 오존발생효율을 얻을 수 있었다.
따라서 본 논문에서 제안한 Screw내부전극을 적용하여 경제적이고, 효율적인 오존발생기를 제작할 수 있게 되어, 농업용 저수지의 수질개선과 환경관리를 위해 수질오염원을 사전에 차단하는 수단으로 적용 가능할 것으로 판단된다.

The dielectric barrier discharge (DBD) has low efficiency due to about 70% input power is consumed as thermal energy in the discharge space. However, because of the usage of DBD ozone generator is easier than other methods. The DBD ozone generator has been widely applied for high concentration ozone generation in the industrial application. Therefore, the DBD ozone generator is necessary to improve ozone production efficiency and reduce the capacity.
In this paper, the stainless steel pipe inner electrode was designed with hall type and screw type to improve the ozone production yield. The manufactured two inner electrodes were experimented with normal type for comparison of the discharge characteristics and the ozone generating characteristics.
As the experiment results, the normal and hall types have shown the same characteristic that the ozone concentration increased via decreased the flow rate. But, the ozone concentration increased via increased the flow rate is shown in screw type ozone generator. Due to gas injected into the tube inside can cooling the electrode when the electrode’s temperature risen by the DBD and ozone generation. This is effect within the fluid flow inside the pipe caused by the change from laminar to turbulent. Therefore, the presented method can improved the ozone concentration due to ozone decomposition is decreased by the cooling effect. The presented screw type ozone concentration can obtain the higher ozone production yield than existing electrode type about 7 times by high flow rate in discharge space that can suppress the temperature increase. And, using water cooling system has a better effect than gas cooling system within same electrode.
The presented screw inner electrode is able to apply to develop economical and effective ozone generator for improving agricultural water quality and cutting off the source of water pollution in the environment control.

1. 서 론 1
1.1 연구개요 1
1.2 연구목적 및 내용 8
1.3 논문의 구성 10
2. 이론적 배경 11
2.1 유전체장벽방전(DBD)의 오존발생 메카니즘 11
2.2 오존생성특성에 영향을 주는 인자 23
2.3 오존발생기의 냉각시스템 28
2.4 관내에서의 유체 흐름 31
3. 실험장치 및 실험방법 35
3.1 실험장치 35
3.2 실험방법 44
4. 결과 및 고찰 46
4.1 유전체장벽방전형 오존발생기의 방전특성 46
4.2 유전체장벽방전형 오존발생기의 오존생성특성 54
4.3 공랭식 및 수랭식 냉각장치에 의한 오존생성특성 71
4.4 오존발생기의 냉각장치 적용에 따른 특성 향상 79
5. 결 론 85
참고문헌 89
Abstract 99

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