KR100278867B1 - 코로나 방전처리 장치 및 이를 이용한 유해물질 제거 방법 - Google Patents

코로나 방전처리 장치 및 이를 이용한 유해물질 제거 방법 Download PDF

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Abstract

개시된 내용은 코로나 방전을 이용하여 오존 생성 시, 부가적으로 발생되는 질소산화물을 적정한 시간을 주기로 방전/방전차단 하여 억제시키고 오존을 최대 값으로 유지시키도록 하는 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법에 관한 것이다.
개시된 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법은, 질소산화물이 발생하는 시점에 도달 때까지 방전전극에 방전전압을 가하여 오존 농도를 점진적으로 증가시키는 단계; 질소산화물 발생 시점에 도달하면 방전전극에 가해지는 방전전압을 차단하여 오존 농도를 점진적으로 감소시키는 단계; 질소산화물이 발생하는 시점부터 소정의 산소농도값 까지 도달하는데 걸리는 시간을 산출하는 단계; 산출된 시간을 주기로 방전전극에 방전전압을 반복적으로 공급 및 차단하는 단계를 포함하며: 이에 따라 별도의 산소공급 장치 없이도 질소산화물 발생을 억제하면서 오존의 농도를 최대로 생성·유지시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

코로나 방전처리 장치 및 이를 이용한 유해물질 제거 방법
본 발명은 코로나 방전(Corona Discharge) 처리장치의 유해물질 제거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 코로나 방전을 통해 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 유해물질인 질소산화물(NOX)의 발생을, 오존발생이 가능한 최저 산소농도점까지 걸리는 시간을 주기로 산소를 공급하여 억제시키면서 오존의 농도를 최대로 유지시켜 주도록 하는 코로나 방전처리 장치 및 이를 이용한 유해물질 제거 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기방전(Electrical Discharge)이란 정상적으로는 전기가 흐르지 않는 물체에 강한 전기장을 가하여 전기가 통하도록 하는 것으로서, 가해지는 전압과 전류의 특성에 따라 코로나 방전과 글루 방전(Glow Discharge) 및 아크 방전(Arc Discharge) 등이 있다.
방전은 보통 매우 비균질한 전압이 가해질 때 발생하는데, 이를 위해 한쪽의 전극으로 날카로운 침 또는 와이어(Wire)를 사용한다.
여기서, 코로나 방전이란 매우 높은 전압과 매우 낮은 전류를 특징으로 하는 방전방식이다.
상기 코로나 방전에 있어서, 방전을 일으키려면 접지전극과 침 혹은 와이어 형상의 방전전극을 구성하여 높은 전압을 인가한다.
낮은 전압에서는 공기에 의해 절연되어 있던 양 전극 사이가 전압을 증가시킴에 따라 전류가 흐르기 시작하는데, 이 전압을 코로나 개시 전압이라 한다.
이와 같은 코로나 개시전압은, 전압, 선간 거리, 선의 굵기와 표면상태, 주위의 기상조건에 따라 다르게 된다.
그리고, 상기 개시 전압 이후에는 기체내의 전자들이 강력한 전기장에 의해 운동 에너지를 받아 중성기체 분자들과 충돌하여 에너지를 전달하는데, 이때 중성분자는 자신의 전자 하나를 잃고 양이온으로 된다.
한편, 가속된 전자는 다시 다른 양이온과 충돌하여 또 다른 전자를 발생시키며, 이와 같이 기하급수적으로 늘어난 전자들이 계속 충돌에 의한 전자를 발생시켜 전자사태(Electron Avalanche)를 일으키고 방전전극 주변에는 얇은 발광영역이 나타난다.
상기 코로나 방전은 방전전극의 극성에 따라 양의 코로나(Positive Corona)와 음의 코로나(Negative Corona)로 분류된다.
상기 양의 코로나의 경우는 코로나 방전영역 근처에 있던 전자가 양극인 방전전극을 향하여 끌려가는 도중에 중성기체, 예컨대 질소, 산소 등과 충돌하게 되는데, 이 과정에서 중성기체는 전자를 잃고 양이온이 되어 접지전극으로 이동하고, 새로 발생한 전자는 전술한 바와 같이 계속 방전전극 쪽으로 이동하며 새로운 충돌을 일으켜 전자사태를 가져온다.
그리고 음의 코로나의 경우는 방전전극에 있던 전자들이 접지전극을 향하여 끌려가게 되는데, 코로나 방전영역에서 중성기체와 충돌하는 경우는 양의 코로나와 같은 현상이 일어나게 된다.
이와 같은 양의 코로나와 음의 코로나 방전현상을 도 1을 통해 구체화하기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 코로나 방전방식에 의한 방전현상을 보인 개략도로서, 도 1a는 양의 코로나 방전현상을 보인 도이고, 도 1b는 음의 코로나 방전현상을 보인 도이다.
상기 도 1a의 양의 코로나 방전에 있어서는, 코로나 방전영역(103) 근처에 있던 전자(e)가 양극인 와이어와 같은 방전전극(100)을 향하여 끌려가는 도중에 중성기체(N)와 같은 질소, 산소 등과 충돌하게 되는데, 이 과정에서 중성기체(N)는 전자를 잃고 양이온(N+)이 되어 접지전극(104)으로 이동하고, 새로 발생한 전자(e)는 전술한 바와 같이 계속 방전전극(100) 쪽으로 이동하며 새로운 충돌을 일으켜 전자사태를 가져온다.
한편, 접지전극(104)으로 가던 양이온(N+)은 먼지와 같은 부유물(101),(102)을 하전시켜 부유물(101),(102)과 함께 접지전극(104)에 달라붙게 된다.
그리고, 도 1b에 도시된 음의 코로나의 경우에 있어서는 와이어와 같은 방전전극(200)에 있던 전자(e)들이 접지전극(204)을 향하여 끌려가게 되는데 코로나 방전영역(203) 내에서 중성기체(N)와 충돌하는 경우는 전술한 양의 코로나 방전과 같은 현상이 일어나게 된다.
그러나, 이때 전자(e)는 계속 접지전극(204)을 향하여 끌려가고 양이온(N+)은 방전전극(200)을 향하게 되며 코로나 방전영역(203)을 벗어난 전자(e)가 중성기체(N)에 달라붙어 음이온(N_)을 발생시킨다.
이와 같은 음이온(N_)이 다시 부유물(201),(202)을 하전시켜 접지전극(204)에 달라붙게 된다.
이와 같이, 양의 코로나 방전에서는 양이온을 발생하고, 음의 코로나 방전에서는 음이온을 발생하게 되지만 어느 경우이든 먼지와 같은 부유물을 하전시켜 접지전극에 달라붙게 만드는 작용은 동일하다.
한편, 양의 코로나 방전과 음의 코로나 방전에서 코로나 방전영역(103),(203)을 벗어난 전자(e)가 중성기체(N)에 달라 붙어 이온을 발생시킬 때에 공기중의 산소(O2)분자가 에너지를 얻어 가속된 전자(e)와 충돌하여 이온화되면서 다시 여분의 산소분자와 화합하여 오존(O3)이 발생하는데, 이에 대한 오존 생성은 다음과 같다.
1. 공기중의 산소분자(O2)는 높은 에너지를 갖는 전장에 의해 가속된 전자와 충돌하여 산소원자로 해리 된다.
즉, 02+ e-→ O + 0 + e-로 해리 된다.
2. 산소분자(O2)가 고속의 전자(e)와 충돌하여 활성화 된다.
즉, O2+ e-→ O2 ＊+ e-로 활성화 된다.
3. 상기 해리된 산소원자와 산소분자와의 결합 또는 활성화된 산소분자와 산소분자와의 결합에 의해 다음과 같은 오존이 생성된다.
즉, O + O2→ O3(해리된 산소원자와 산소분자의 결합)
O2 ＊+ O2→ O + O3(활성화된 산소분자와 산소분자의 결합)에 의해 오존이 생성된다.
한편, 공기중의 질소 또한 전자와의 충돌로 활성화되어 다음과 같은 질소산화물(NOX)을 생성하는데, 이에 대한 생성과정은 다음과 같다.
4. N2+ e-→ N2 ＊+ e-
5. N2 ＊+ O2→ N2+ O + O
6. N2 ＊→ N + N
7. N + O2→ NO + O
8. NO + O3→ NO2+ O2
9. NO2+ O3→ NO3+ O2
10. NO2+ NO3→ N2O5
상기에서 질소산화물(NOX)은 인체에 유해하며 악취를 발생할 뿐 아니라 코로나 방전을 통해 일단 질소산화물(NOX)이 발생하기 시작하면 상기 8, 9과정과 같은 반응에 의해 오존(O3)을 분해하여 오존의 생성 율이 급격히 줄어든다.
이를 방지하기 위해 종래의 오존 발생장치에서는 질소산화물(NOX)을 제거하는 필터를 사용하거나 오존발생을 위한 시료공기를 일반 대기가 아닌 순수 산소를 공급하여 질소산화물을 제거하였다.
그러나, 전술한 종래 기술에 따른 코로나 방전처리 장치에 있어서, 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 질소산화물을 필터를 통해 걸러 주거나 또는 순수산소를 공급하여 제거하게 되어 있다.
따라서, 질소산화물을 제거하기 위해 코로나 방전처리 장치에 필터 또는 순수산소를 공급하기 위한 별도의 대형 산소공급 장치를 설치해야 하므로 방전처리 장치가 대형화되고 가격이 상승되는 문제점을 내재하고 있다.
또한, 대형의 복잡한 필터 및 산소공급 장치의 설치작업에 대한 작업자 및 수작업공수가 증가되어 결과적으로 생산성이 저하되는 문제점을 내재하고 있다.
또한, 소형의 방전처리 장치에는 상기와 같은 대형의 복잡한 산소공급 장치 및 필터 채용의 불가능으로 인해 부득이 질소산화물을 제거하지 못하고 오존을 생성해야 하는 또다른 문제점을 내재하고 있다.
또한, 상기 코로나 방전처리 장치를 통해 오존 생성 시에 부가적인 질소산화물 발생의 현상을 회피하는 하나의 방법으로서, 질소산화물이 발생할 때마다 코로나 방전처리 장치를 오프시켜 억제시키는 것도 생각되지만 그것에는 별도의 감지센서와 방전 온/오프를 제어하기 위한 부가적인 제어장치를 구비하여 질소산화물을 제거해야 하는 제작상의 어려움과 오존의 생성 율이 급격히 저하되는 또다른 문제점을 필요로 하게 된다.
따라서, 상기 대형의 복잡한 산소공급 장치 및 필터의 채용에 따른 제작상의 어려움과 설치 작업공수의 증가 및 가격 상승을 방지하고 코로나 방전처리 장치를 통해 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 질소산화물과 오존 생성율 저하를 없애면서도 종래의 것과 동등 이상의 효과를 얻을 수 있는 코로나 방전처리 장치가 바람직하다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 기술에서, 대형의 복잡한 산소공급 장치 또는 필터의 채용에 의한 제작 설치의 난이성과 작업공수의 증가 및 오존 생성율 저하에 따른 품질 저하를 배제한 것으로, 본 발명의 한 견지로서, 오존 생성 시 발생되는 유해물질을, 오존발생이 가능한 최저 산소농도점까지 걸리는 시간을 가지고 산소를 지속적으로 공급하여 억제시키도록 하는 코로나 방전처리 장치 및 이를 이용한 유해물질 제거 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 견지로서, 오존 생성 시에 오존의 농도를 최대로 유지시키면서도 유해물질 발생을 억제하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또다른 견지로서, 대형의 복잡한 별도의 부가장치 없이 유해물질 발생을 억제하여 주어 제품의 저가격화와 장치의 소형화를 양립하도록 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 코로나 방전방식에 의한 방전현상을 보인 개략도로서,
도 1a는 양의 코로나 방전현상을 보인 도이고,
도 1b는 음의 코로나 방전현상을 보인 도이고,
도 2는 본 발명에 따른 코로나 방전처리를 위한 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 블록도 이고,
도 3은 도 2의 펄스발생부에서 각각 출력되는 파형도 이고,
도 4는 도 2에 따른 유해물질 제거 방법의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 신호 흐름도 이고,
도 5는 본 발명의 제1 실시 예를 설명하기 위한 질소산화물 발생과 산소농도 및 오존과의 관계를 보인 그래프도 이고,
도 6은 본 발명의 제2 실시 예를 설명하기 위한 질소산화물 발생과 산소농도 및 오존과의 관계를 보인 그래프도 이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100, 200 : 방전전극 101, 201 : 부유물
103, 203 : 코로나 방전영역 104, 204 : 접지전극
300 : 마이크로 프로세서 301 : 조작패널
302, 303 : 제1, 제2 펄스발생부 304 : 방전전압 단속부
305 : 방전루프 단속부 306 : 고전압 발생부
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 코로나 방전처리 장치는, 입력전압을 방전전압으로 승압하며 그 승압된 방전전압을 방전전극에 가하여 공기중의 산소분자와 가속된 전자와의 충돌에 의한 이온화로 오존을 생성하는 장치에 있어서:
(1) 오존발생이 가능한 최저 산소농도값에서부터 최대 오존농도값 까지 도달하는데 걸리는 시간을 실험에 의해 산출하여 그 시간을 주기로 상호 반전된 제1, 제2 펄스를 발생하는 마이크로 프로세서;
(2) 상기 마이크로 프로세서에서 얻어진 제1 펄스에 따라 코로나 방전에 필요한 전압의 공급여부를 결정하는 방전전압 단속수단;
(3) 상기 방전전압 단속수단에서 얻어진 전압을 방전전압으로 승압하며 상기 승압된 방전전압을 상기 산출된 시간을 주기로 상기 방전전극에 공급 또는 차단하여 오존발생 및 상기 오존을 산소로 환원하도록 하는 고전압 발생수단; 및
(4) 상기 마이크로 프로세서에 얻어진 상기 제2 펄스에 따라 상기 고전압 발생수단의 방전루프를 결정하는 방전루프 단속수단을 포함한다.
바람직하기로는, 상기 마이크로 프로세서는 초기방전 시에 상기 최대 오존농도값에 도달할 때까지 상기 제1 펄스의 주기를 길게 하여 방전하며 상기 오존농도가 최대점에 도달하면 방전을 중지하고 이후부터 상기 산출된 시간 주기로 제1, 제2 펄스를 발생하여 방전개시와 방전차단을 반복하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거방법은, 높은 방전전압을 방전전극에 가하여 공기중의 산소분자와 가속된 전자와의 충돌에 의한 이온화로 오존을 생성하는 방법에 있어서:
(1) 설정된 초기방전 시간동안 오존 농도가 제1 소정 값에 도달 때까지 상기 방전전극에 상기 방전전압을 가하여 오존 농도를 점진적으로 증가시키는 단계;
(2) 상기 오존 농도가 제1 소정 값에 도달하면 상기 방전전극에 가해지는 상기 방전전압을 차단하여 오존 농도를 점진적으로 감소시키는 단계;
(3) 상기 오존농도가 제2 소정 값까지 감소하는데 걸리는 시간을 산출하는 단계;
(4) 상기 산출된 시간을 주기로 상기 방전전극에 상기 방전전압을 반복적으로 공급 및 차단하여 질소산화물 발생 없이 오존을 생성하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 제1 소정 값을 최대 값으로 하며 상기 제1 소정 값의 1/2되는 값을 제2 소정 값으로 하는 것을 특징으로 한다.
바람직하기로는, 상기 오존 농도의 최대 값에서 오존발생이 가능한 최저 산소농도 값까지 걸리는 시간을 산출하여 그 시간을 주기로 방전전압을 공급 및 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 또다른 측면에 따른 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법은,
(1) 질소산화물이 발생하는 시점에 도달 때까지 상기 방전전극에 상기 방전전압을 가하여 오존 농도를 점진적으로 증가시키는 단계;
(2) 상기 질소산화물 발생 시점에 도달하면 상기 방전전극에 가해지는 상기 방전전압을 차단하여 오존 농도를 점진적으로 감소시키는 단계;
(3) 상기 질소산화물이 발생하는 시점부터 소정의 산소농도값 까지 도달하는데 걸리는 시간을 산출하는 단계;
(4) 상기 산출된 시간을 주기로 상기 방전전극에 상기 방전전압을 반복적으로 공급 및 차단하여 질소산화물 발생 없이 오존의 농도를 최대로 생성·유지시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 상기 소정의 산소농도값은 상기 오존발생이 가능한 최저 산소농도값인 것을 특징으로 한다.
이와 같이하면, 오존농도의 최대 값에서부터 오존발생이 가능한 최저 산소농도값 까지 걸리는 시간을 주기로 방전개시와 방전차단을 반복함으로써, 오존 농도가 최대로 유지되고 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 유해물질인 질소산화물이 발생되지 않음을 알 수 있다.
그 결과, 대형의 복잡한 별도의 부가장치 없이도 질소산화물 발생을 억제하여 줌으로서, 생산성 향상과 설치 작업공수가 줄어들고 아울러 제품의 저가격화 및 소형화를 실현할 수 있는 이점이 있다.
그리고, 본 발명의 실시 예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
이 바람직한 실시 예를 통해 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 코로나 방전처리 장치의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 코로나 방전처리를 위한 장치의 설명에 제공되는 실시 예를 나타내는 블록도 이다.
본 실시 예에 따르면, 시스템의 각종 기능 데이터를 발생시킬 수 있는 다수의 키이를 가지는 조작패널(OPE : Operating Panel)(301)과, 최대 오존농도 시점서부터 최대 오존농도의 1/2 지점까지 도달하는데 걸리는 시간(T) 또는 오존발생이 가능한 최저 산소농도값에서부터 최대 오존농도값 까지 도달하는데 걸리는 시간(T')을 실험에 의해 각각 산출하여 저장하고 있으며, 조작패널(301)에서 발생되는 기능 키이데이터에 따라 상기 산출된 어느 하나의 시간을 주기로 하여 제1, 제2 제어신호를 발생하는 마이크로 프로세서(300)와, 마이크로 프로세서(300)에서 발생된 제1, 제2 제어신호에 따라 코로나 방전을 위한 제1 펄스와 이 펄스에 반전된 제2 펄스를 각각 발생하는 제1, 제2 펄스발생부(302),(303)와, 제1 펄스발생부(302)에서 발생된 제1 펄스에 따라 스위칭되어 코로나 방전에 필요한 전압(V1)을 단속하는 방전전압 단속부(304)와, 제2 펄스발생부(303)로부터 발생된 제2 펄스에 따라 스위칭되어 상기 코로나 방전을 위한 전압 루프를 결정하는 방전루프 단속부(305)와, 방전전압 단속부(304) 및 방전루프 단속부(305)의 스위칭에 따라 상기 입력 전압(V1)을 방전전압(Vd)으로 승압하여 도면에 도시하지 않은 방전전극에 공급하는 고전압 발생부(306)로 구성된다.
그리고 도 4는 실험치에 의해 산출된 시간(T),(T')을 주기로 방전전압 단속부(304)와 방전루프 단속부(305)를 통해 방전개시와 방전차단을 반복하여 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 유해물질인 질소산화물(NOX)을 억제하고 오존(O3)의 농도를 최대로 유지시켜 주기 위한 신호 흐름도 이다.
그리고, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예를 설명하기 위한 질소산화물(NOX) 발생과 산소(O2)농도 및 오존(O3)과의 관계를 보인 그래프도 이고, 도 6은 본 발명의 제2 실시 예를 설명하기 위한 질소산화물(NOX) 발생과 산소(O2) 및 오존(O3)과의 관계를 보인 그래프도 이다.
이와 같이 이루어진 본 발명에 따른 코로나 방전처리 장치는, 방전전극에 가해지는 방전전압을 적정한 시간을 주기로 단속하여 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 유해물질인 질소산화물(NOX)의 발생을 억제하고 오존의 농도를 최대로 유지시키는 과정에 대하여 다음과 같은 동작을 한다.
이하에, 도 2 내지 도 6을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명은 질소산화물(NOX)의 발생을 억제하기 위하여 이후에 설명될 오존 반감시간(T)을 이용한다.
오존은 공기중의 산소에 높은 전기적 에너지를 가하여 생성되기 때문에 에너지를 잃게 되면 다시 원래의 산소로 환원되는 성질을 가지고 있다.
그러므로, 여기서 오존 반감시간(T)이란 코로나 방전을 중단할 경우 오존(O3)이 점차 산소(O2)로 환원되면서 현재의 오존(O3)의 농도가 반으로 줄어들 때까지 걸리는 시간을 의미한다.
오존 반감기는 주변 환경조건, 오존농도, 온도, 습도, 불순물 및 압력 등에 많은 영향을 받는다.
한편, 질소는 일반적으로 산소보다 큰 이온화 에너지를 요구하기 때문에 코로나 방전을 가할 경우, 산소가 먼저 해리 되어 오존이 생성되거나 일정농도 이하로 산소가 줄어들면 질소가 반응하게 된다.
따라서, 만일 특별한 산소공급장치를 사용하지 않고도 지속적으로 산소를 공급할 수만 있다면 오존 생성 시에 부가적으로 생성되는 질소산화물의 발생을 억제할 수 있다.
즉, 현재 주어진 환경에서 오존 반감시간이 T라면 질소산화물(NOX)이 생성되기 직전에 코로나 방전을 중단하여 오존을 산소로 환원시키는 것이다.
그리고, T시간 후 산소가 충분히 공급되었으면 다시 방전을 시작하여 오존(O3)을 생성시키는 것이다. 그리고, 질소산화물(NOX)의 발생과 오존(O3) 및 산소(O2)의 농도를 도 5에 도시하였다.
도 5에서 X축은 시간이고, Y축은 오존(O3) 및 산소(O2)의 농도를 나타내는데, 오존(O3)의 농도는 +Y축으로 갈수록 감소하고 산소(O2)의 농도는 +Y축으로 갈수록 증가한다.
이는 오존(O3)이 발생하면 산소(O2)는 소모되는 반비례의 관계에 있기 때문이다.
이와 같은 방법을 통해 질소산화물(NOX)의 발생을 억제하기 위한 제1 실시 예를 도 2 내지 도 5를 통해 구체적으로 설명한다.
먼저 도 5에서와 같이 가령, 초기 산소(O2) 농도가 최대치(d1)인 지점(P)에서 사용자가 조작패널(301)을 통해 코로나 방전처리 장치를 기동시키면 마이크로 프로세서(300)는 상기 초기 산소(O2)가 최대치인 지점(P1)에서부터 최대 오존(O3)의 농도값(d3)에 도달할 때까지, 즉 질소산화물(NOX)이 발생하기 시작하는 시점(P2)까지 방전전압을 방전시키기 위해 제1 제어신호를 발생하여 제1 펄스발생부(302)에 제공한다.
그리고, 상기 제1 제어신호에 반전된 제2 제어신호를 발생하여 제2 펄스발생부(303)에 제공한다.
제1 펄스발생부(302)는 마이크로 프로세서(300)의 제1 제어신호에 의해 도 3의 (a)와 같은 초기방전 시간(Ti)을 로우(Low) 주기로 하여 트랜지스터와 같은 방전전압 단속부(304)의 제어단자에 제공하여 차단(OFF)시키고, 아울러 제2 펄스발생부(303)는 마이크로 프로세서(300)의 제2 제어신호에 의해 상기 초기방전 시간(Ti)의 주기에 반전된 도 3의 (b)와 같은 하이(High)주기를 발생하여 트랜지스터와 같은 방전루프 단속부(305)의 제어단자에 공급하여 도통(ON)시킨다.
방전전압 단속부(304)가 차단되고 방전루프 단속부(305)가 도통되면 방전전압 단속부(304)에 입력된 전압(V1)이 트랜스포머와 같은 고전압 발생부(306)를 통해 방전전압(Vd)으로 승압되며 그 승압된 방전전압(Vd)은 방전전극에 가해져 공기중으로 방전하게 된다(단계; ST100).
이와 같이 방전이 개시되어 공기중의 산소에 방전전압이 가해지게 되면 산소(O2)분자가 높은 전기적 에너지를 얻어 가속된 전자와 충돌하여 이온화되면서 다시 여분의 산소분자와 화합하여 오존을 생성하게 된다.
이와 같은 원리에 의해 산소(O2)의 농도는 도 5에서와 같이 초기방전 시간(Ti) 동안 점점 감소하게 되고 이와 반비례인 오존(O3)의 농도는 점점 증가하게 된다.
이후 최대 오존(O3)의 농도값(d3)에 도달하였는가를 판단, 즉 다시 말해서 유해물질인 질소산화물(NOX)이 발생하기 시작하는 시점(P2)에 도달하였는가를 판단하여(단계; ST101) 도달하였으면 최대 오존(O3)의 농도 값에서부터 최대 오존 농도 값의 1/2인 지점, 즉 다시 말해 오존 반감의 산소(O2)의 농도값(d2)에 도달할 때까지 걸리는 오존 반감시간(T)을 실험에 의해 산출한다.
여기서, 초기방전 시간(Ti)이 상기 P2점까지 도달하면 산소가 소진되어 오존(O3)의 발생은 멈추고 이때부터 질소산화물(NOX)이 생성되기 시작하며, 이때의 오존(O3)의 농도는 도 5에서와 같이 최대가 된다. 이제 이 시점(P2)에서 방전을 멈추면 실험에 의해 산출된 오존 반감시간(T) 동안 다시 오존이 산소(O2)로 환원되고 오존(O3)의 농도는 감소하게 되는 것이다.
즉 다시 말해 상기에서와 같이, 실험에 의해 오존 반감시간(T)이 산출되면 그 오존 반감시간(T)을 도 3의 (a) 및 (b)와 같은 주기로 하여 상기 P2점에서 방전을 차단하게 된다(단계; ST102).
상기 P2점에서의 방전차단 과정은, 상기 질소산화물(NOX)이 발생되기 시작하는 시점(P2)에서 마이크로 프로세서(300)는 상기 산출된 오존 반감시간(T)을 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)와 같이 주기적으로 출력하기 위해 제1, 제2 펄스발생부(302),(303)를 제어하게 된다.
제1 펄스발생부(302)는 초기방전 시간(Ti)이 경과되어 질소산화물(NOX)이 발생하기 시작하는 시점(P2)에서 도 3의 (a)와 같이, 오존 반감시간(T)을 하이 주기로 출력하여 방전전압 단속부(304)를 도통시킨다.
그리고, 제2 펄스발생부(303)는 상기 제1 펄스발생부(302)에 반전되는 도 3의 (b)와 같은 오존 반감시간(T)을 로우 주기로 출력하여 방전루프 단속부(305)를 차단시키게 된다.
방전전압 단속부(304)가 도통되면 입력 전압(V1)은 방전루프 단속부(305)의 도통 및 차단에 관계없이 트랜지스터와 같은 방전전압 단속부(304)를 통해 접지로 바이패스되고 트랜스포머와 같은 고전압 발생부(306)의 1차측에는 상기 입력 전압(V1)이 인가되지 않는다.
이에 따라 고전압 발생부(306)에서는 방전전압(Vd)이 발생되지 않고, 그 결과 상기 방전전극에 가해지는 방전전압은 오존 반감시간(T) 동안 차단된다.
상기 방전전압(Vd)이 P2 시점에서부터 차단되었기 때문에 오존 반감시간(T) 동안 오존과 질소산화물(NOX)도 생기지 않는다.
이후 다시 오존 반감시간(T)이 경과되어(단계; ST103) 최대 오존(O3)농도의 1/2이 되는 시점, 즉 오존(O3)이 반으로 감소된 산소(O2)농도 값(d2)의 시점(P3)에 도달하면 산소가 충분히 생성되었으므로 전술한 바와 같은 방법으로 다시 상기 오존 반감시간(T) 동안 방전전압(Vd)을 방전전극에 가하여 방전을 개시한다(단계; ST104).
이후 오존 반감시간(T)이 경과되어(단계; ST105) 질소산화물(NOX)이 발생하는 시점(P4)에 도달하면 전술한 바와 같은 방법으로 방전을 차단하여 오존(O3)을 산소(O2)로 환원시키고 질소산화물(NOX)의 발생을 억제시킨다.
이와 같이 오존 반감시간(T)을 주기로 하여 동작을 반복하게 되면 결국 질소산화물(NOX)의 발생 없이 오존을 지속적으로 발생시킬 수 있다.
그러나 상기와 같은 제1 실시 예에서는 오존 반감시간(T)을 이용하여 질소산화물(NOX)의 발생은 억제시킬 수 있지만 오존 반감시간(T)이 길어 그 시간 동안 오존의 양이 감소될 수도 있는 것이다.
이를 방지하기 위한 본 발명의 제2 실시 예에서는 도 6에서와 같이 오존 반감시간을 짧게, 즉 실험에 의해 질소산화물(NOX)이 발생하기 시작하는 시점서부터 오존 발생이 가능한 최저 산소(O2)의 농도(d12)의 시점(P6) 까지 도달하는데 걸리는 오존 반감시간(T')을 구하여 이 시간(T')을 주기로 마이크로 프로세서(300)가 제1 실시 예에서와 같은 방법으로 방전 또는 방전차단을 반복하면 오존(O3)의 농도가 최대로 유지되면서도 질소산화물(NOX)의 발생이 억제된다.
그리고, 상기에서 제1, 제2 펄스발생부(302),(303) 없이도 마이크로 프로세서(300)에서 타이머를 이용하여 도 3의 (a) 및 (b)와 같은 오존 반감시간(T),(T')을 발생할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 비교 예로서 종래의 기술, 즉 다시 말해서 오존 생성 시에 부가적으로 발생되는 질소산화물을 필터로 걸러 주거나 또는 대형의 복잡한 산소공급 장치로 순수산소를 공급하여 제거하는 것과는 달리, 본 발명은 오존발생이 가능한 최저 산소농도점까지 걸리는 시간을 주기로 방전전압 공급과 방전전압 차단을 반복하여 질소산화물 발생을 억제시키게 됨을 알 수가 있다.
이 결과에서, 본 발명에 의하면 대형의 복잡한 별도의 부가장치 없이도 산소를 지속적으로 공급하여 질소산화물 발생을 억제함으로서, 작업공수가 현저하게 줄어들고 또한 제품의 저가격화 및 소형화를 실현할 수가 있다.
이상에서와 같이, 본 실시 예에서는 오존 반감시간을 시험에 의해 산출하여 그 시간을 주기로 질소산화물이 발생하기 시작하는 시점에서 방전전압을 차단하여 오존의 환원에 따른 산소를 공급하고 다시오존발생이 가능한 최저 산소농도점에 도달하면 방전을 개시하여 줌으로서, 종래의 산소공급장치 및 필터의 사용에 따른 작업공수의 증가와 제품의 가격 상승이 줄어들고 제품을 소형화로 실현할 수 있는 것이다.
이 적용례에 의하면, 코로나 방전처리 장치를 통해 오존 생성 시에 작업공수가 증가되는 것이 없고, 또한 대형의 복잡한 부가장치를 사용하지 않아 결국, 제품의 품질 안정화를 실현할 수가 있다.
그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
상술한 설명으로부터 분명한 것은, 본 발명의 코로나 방전처리 장치에 의하면, 코로나 방전을 통해 오존 생성 시에 부가적으로 발생하는 유해가스인 질소산화물을 대형의 복잡한 별도의 부가장치 없이 억제함으로서 생산라인에서의 생산성 향상과 설치의 작업공수가 현저하게 줄어듦은 물론 제품의 저가격화와 소형화를 실현할 수 있는 효과가 있다는 것이다.

Claims (7)

  1. 입력의 전압을 방전전압으로 승압하며 그 승압된 방전전압을 방전전극에 가하여 공기중의 산소분자와 가속된 전자와의 충돌에 의한 이온화로 오존을 생성하는 장치에 있어서:
    (1) 오존발생이 가능한 최저 산소농도값에서부터 최대 오존농도값 까지 도달하는데 걸리는 시간을 실험치에 의해 산출하여 그 시간을 주기로 상호 반전된 제1, 제2 펄스를 발생하는 마이크로 프로세서;
    (2) 상기 마이크로 프로세서에서 얻어진 제1 펄스에 따라 코로나 방전에 필요한 전압의 공급여부를 결정하는 방전전압 단속수단;
    (3) 상기 방전전압 단속수단에서 얻어진 전압을 상기 방전전압으로 승압하며 상기 승압된 방전전압을 상기 산출된 시간을 주기로 상기 방전전극에 공급 또는 차단하여 오존발생 및 상기 오존을 산소로 환원하도록 하는 고전압 발생수단; 및
    (4) 상기 마이크로 프로세서에 얻어진 상기 제2 펄스에 따라 상기 고전압 발생수단의 방전루프를 결정하는 방전루프 단속수단을 포함한 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는 초기방전 시에 상기 최대 오존의 농도 값에 도달할 때까지 상기 제1 펄스의 주기를 길게 하여 방전하며 상기 오존의 농도가 최대 점에 도달하면 방전을 중지하고 이후부터 상기 산출된 시간을 주기로 제1, 제2 펄스를 발생하여 방전개시와 방전차단을 반복하는 것을 특징으로 한 코로나 방전처리 장치.
  3. 높은 방전전압을 방전전극에 가하여 공기중의 산소분자와 가속된 전자와의 충돌에 의한 이온화로 오존을 생성하는 방법에 있어서:
    (1) 설정된 초기방전 시간동안 오존 농도가 제1 소정 값에 도달 때까지 상기 방전전극에 상기 방전전압을 가하여 오존 농도를 점진적으로 증가시키는 단계;
    (2) 상기 오존 농도가 제1 소정 값에 도달하면 상기 방전전극에 가해지는 상기 방전전압을 차단하여 오존 농도를 점진적으로 감소시키는 단계;
    (3) 상기 오존농도가 제2 소정 값까지 감소하는데 걸리는 시간을 산출하는 단계; 및
    (4) 상기 산출된 시간을 주기로 상기 방전전극에 상기 방전전압을 반복적으로 공급 및 차단하여 질소산화물 발생 없이 오존을 생성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 소정 값을 최대 값으로 하며 상기 제1 소정 값의 1/2되는 값을 제2 소정 값으로 하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 오존 농도의 최대 값에서 오존발생이 가능한 최저 산소농도 값까지 걸리는 시간을 산출하여 그 시간을 주기로 방전전압을 공급 및 차단하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법.
  6. 높은 방전전압을 방전전극에 가하여 공기중의 산소분자와 가속된 전자와의 충돌에 의한 이온화로 오존을 생성하는 방법에 있어서:
    (1) 질소산화물이 발생하는 시점에 도달 때까지 상기 방전전극에 상기 방전전압을 가하여 오존 농도를 점진적으로 증가시키는 단계;
    (2) 상기 질소산화물 발생 시점에 도달하면 상기 방전전극에 가해지는 상기 방전전압을 차단하여 오존 농도를 점진적으로 감소시키는 단계;
    (3) 상기 질소산화물이 발생하는 시점부터 소정의 산소농도값 까지 도달하는데 걸리는 시간을 산출하는 단계; 및
    (4) 상기 산출된 시간을 주기로 상기 방전전극에 상기 방전전압을 반복적으로 공급 및 차단하여 질소산화물 발생 없이 오존의 농도를 최대로 생성·유지시키는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소정의 산소농도값은 상기 오존발생이 가능한 최저 산소농도값인 것을 특징으로 하는 코로나 방전처리 장치의 유해물질 제거 방법.
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