KR100383013B1 - 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기에 관한 것이다. 본 발명은 펄스 플라즈마 반응기에 있어서, 원기둥 혹은 파이프 형태의 충전부 전극과 파이프 형태의 접지부 전극은 길이방향으로 평행하게 배치되고, 상기 길이 방향과 수직한 방향에서 상기 접지부 전극과 상기 충전부 전극은 소정의 간극거리(D)을 두고 배치되면서, 상기 충전부 전극의 수직 또는 수평방향을 기준으로 각각 45도 방향으로 상기 접지부 전극이 배치되며, 상기 충전부 전극과 접지부 전극 사이의 간극거리(D)와 상기 충전부 전극의 길이를 조절하는 것에 의해 용량을 결정할 수 있는 것을 특징으로 하고, 각종 산업체에서 배출되는 유해가스를 처리하는데 사용한다.

Description

유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기{Pulsed plasma reactor for polluted exhausted gas treatment}

본 발명은 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기에 관한 것으로, 특히대용량 설비에서 배출되는 유해가스의 처리시 펄스 발생기의 출력측 정전용량의 30% 이내로 정전용량을 설정함으로써, 에너지 소비를 저감하면서 유해가스를 효율적으로 처리하는 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기에 관한 것이다.

일반적으로, 산업체의 공장에서 배출되는 각종 유해가스를 처리하기 위해, 펄스 플라즈마 반응기가 사용되고 있다. 이때, 펄스 플라즈마 반응기의 전기적인 매개변수인 정전용량은 기계적인 구조에 따라 결정된다. 또한, 이 정전용량의 값은 작은 규모의 구조를 가지는 반응기에서는 별다른 문제를 일으키지 않는다.

예컨대, 전극 구조가 와이어 플레이트(wire-plate)형이고, 1MW급 이하의 설비에서 배출되는 유해가스를 처리하는 반응기에서는 누설 정전용량(stray-capacitance)이 그다지 문제가 되지 않는다.

그러나, 수십 내지 수백 MW의 대용량 설비에서 배출되는 각종 유해가스를 처리하는 반응기에서는 구조물의 구조에 따라 누설 정전용량이 증가하기 때문에, 유해가스를 처리하는 효율이 떨어짐과 동시에, 그에 따라 전기적인 에너지 손실이 증가된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 충전부와 접지부의 전극 구조를 원기둥 형태 또는 파이프 형태로 하여 펄스 발생기의 출력측의 30% 이내로 누설 정전용량을 최소화함으로써, 대용량 설비에서 배출되는 각종 유해가스의 처리 효율을 높이는 펄스 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 충전부와 접지부의 전극 구조를 원기둥 형태 또는파이프 형태로 하여 펄스 발생기의 출력측의 30% 이내로 누설 정전용량을 최소화함으로써, 대용량 설비에서 배출되는 유해가스를 처리하는데 소비되는 전기적인 에너지를 저감하는 펄스 플라즈마 반응기를 제공하는데 있다`.

도 1은 본 발명의 정면도,

도 2는 본 발명의 단면도,

도 3은 본 발명의 상세도,

도 4는 본 발명의 계산예 1의 반응기 정전용량을 나타내는 도면,

도 5는 본 발명의 계산예 2의 반응기 정전용량을 나타내는 도면,

도 6은 본 발명의 계산예 3의 반응기 정전용량을 나타내는 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

L1 1 ~ 10m, L2 0.2 ~ 0.3m,

L3 0.4 ~ 9.6m, r1 로드의 반경

r2 접지봉의 반경, D 로드와 접지봉 사이의 간극거리,

2d 로드(rod)와 접지봉(pipe) 중심축간의 거리.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 펄스 플라즈마 반응기에 있어서, 원기둥 혹은 파이프 형태의 충전부 전극과 파이프 형태의 접지부 전극은 길이방향으로 평행하게 배치되고, 상기 길이 방향과 수직한 방향에서 상기 접지부 전극은 상기 충전부 전극은 소정의 간극거리(D)만큼 이격되어 배치되는데, 다수(多數)의 접지부 전극인 접지봉이, 각 접지봉 간 가로 및 세로간격이 동일하게 격자방식으로 배열되고, 상기 배열된 각 4개의 접지봉이 형성하는 사각형의 중심에 1개의 로드가 위치하도록 배치되며, 상기 충전부 전극과 접지부 전극 사이의 간극거리(D)와 상기 충전부 전극의 길이를 조절하는 것에 의해 용량이 결정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

우선, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 기존의 전극 구조인 와이어 플레이트(wire-plate)형 대신에, 로드 파이프(rod-pipe)형 전극 구조를 사용하고 있다.

소정의 전압이 인가되는 충전부 전극으로 원기둥 또는 파이프 형태의 복수의 로드(rod)가 사용되고, 접지부 전극으로 파이프 형태의 접지봉이 사용되며, 상기 로드의 길이를 L1, 상기 접지봉의 길이를 L3이라 하면, 이들 길이의 상관 관계는 L1 - 2 ×L2 = L3이다.

또한, 상기 충전부 전극인 로드의 반경(r1)은 1.5 ~ 15㎜이고, 상기 접지부전극인 접지봉의 반경(r2)은 1 ~ 100㎜이다.

또, 상기 충전부 전극인 로드와 상기 접지부 전극인 접지봉은 서로 소정의 간극거리(D)만큼 이격되어 배치되는데, 도2에 도시한 바와 같이, 다수(多數)의 접지부 전극인 접지봉이, 각 접지봉 간 가로 및 세로간격이 동일하게 격자방식으로 배열되고, 상기 배열된 각 4개의 접지봉이 형성하는 사각형의 중심에 1개의 로드가 위치하도록 배치되어 하나의 블록이 구성되고, 복수의 블록에 의해 반응기가 구성된다. 이렇게 함으로써, 펄스 플라즈마 반응기의 정전용량(C)은 펄스 발생기의 출력측 정전용량 값의 30%이내로 설정된다.

다음에, 반응기의 정전용량(C)을 설정하는 계산 예를 구체적으로 설명한다.

상기 정전용량은 다음의 수학식 1로부터 얻어진다.

여기서,,이고,

r1: 전압이 인가되는 로드(rod)의 반경,

r2: 접지되는 접지봉(pipe)의 반경,

d: 로드와 접지봉 사이의 중심축간의 거리의 1/2,

l: 전압이 인가되는 총 로드의 길이,

C₁: 전압인가부 로드에 의한 정전용량,

C₂: 접지봉에 의한 정전용량,

C: 반응기의 정전용량,

이다.

다음에, 상기 수학식 1을 이용해서 반응기의 정전용량을 구하는 계산예 1을 도 4에 나타낸다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 반응기의 계산조건은 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉간의 간극거리 50㎜, 충전부 전극인 로드의 반경 1.5 ~ 15㎜, 총 로드(rod)의 길이 250m로 설정하였다. 도 4에서 횡축은 접지부 전극인 접지봉의 반경(r2), 종축은 정전용량(C)을 상정하였으며, 충전부 전극인 로드의 반경을 각각 1.5, 3, 6, 9, 12 및 15㎜로 변경하면서 그에 따른 정전용량(C)이 변화하는 것을 나타냈다.

다음에, 상기 수학식 1을 이용해서 반응기의 정전용량을 구하는 계산예 2를 도 5에 나타낸다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 반응기의 계산조건은 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉간의 간극거리 100㎜, 충전부 전극인 로드의 반경 1.5 ~ 15㎜, 총 로드(rod)의 길이 250m로 설정하였다. 도 5에서 횡축은 접지부 전극인 접지봉의 반경(r2), 종축은 정전용량(C)을 상정하였으며, 충전부 전극인 로드의 반경을 각각 1.5, 3, 6, 9, 12 및 15㎜로 변경하면서 그에 따른 정전용량(C)이 변화하는 것을 나타냈다.

다음에, 상기 수학식 1을 이용해서 반응기의 정전용량을 구하는 계산예 3를 도 6에 나타낸다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 반응기의 계산조건은 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉간의 간극거리 100㎜, 충전부 전극인 로드의 반경 1.5 ~ 15㎜, 총 로드(rod)의 길이 500m로 설정하였다. 도 6에서 횡축은 접지부 전극인 접지봉의 반경(r2), 종축은 정전용량(C)을 상정하였으며, 충전부 전극인 로드의 반경을 각각 1.5, 3, 6, 9, 12 및 15㎜로 변경하면서 그에 따른 정전용량(C)이 변화하는 것을 나타냈다.

상술한 계산예 1, 2 및 3에서 구해진 정전용량을 반응기에 적용하는 경우에 대해서 설명한다.

예컨대, 펄스 발생기의 출력측 정전용량이 13㎋이라고 가정하면, 반응기의 정전용량은 13㎋의 약 30%인 4㎋이므로 반응기의 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉의 반경(r1, r2)은 각각 상기 계산예 1, 2 및 3에 의해 구할 수 있으며, 그 결과를 표 1에 나타낸다.

계산예 1	계산예 2	계산예 3
접지봉의 반경(r2)(mm)	로드의 반경(r1)(mm)	접지봉의 반경(r2)(mm)	로드의 반경(r1)(mm)	접지봉의 반경(r2)(mm)	로드의 반경(r1)(mm)
14 이하	3	29 이하	6	2 이하	1.5
9 이하	6	17 이하	9	1 이하	3
4 이하	9	13 이하	12
3 이하	12	9 이하	15

상술한 계산예에 대한 것 외에도 반응기의 계산조건을 달리하여 접지부의 전극인 접지봉의 반경과 충전부의 전극인 로드의 반경을 구할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 원기둥 형태의 충전부 전극인 로드와파이프 형태의 접지부 전극인 접지봉을 길이방향으로 평행하게 배치하고, 하나의 로드를 중심으로 4개의 접지봉을 배치하는 구조로 하여 펄스 발생기의 출력측 정전용량의 30% 이내로 반응기의 정전용량을 설정하는 것에 의해, 대용량 설비에서 배출되는 유해가스를 처리하는데 소비되는 전기적인 에너지, 즉 전력손실을 저감할 수 있음과 동시에, 배출되는 유해가스를 효율적으로 처리할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 충전부 및 접지부의 방전 전극의 전극 두께와 전극 자체의 무게를 최소화하기 때문에, 반응기의 지지물의 내력 하중을 최소화 할 수 있고, 또 제작 및 유지보수가 용이하며, 정전용량의 변경 및 설계가 용이하다는 효과도 있다.

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 원기둥 혹은 파이프 형태의 충전부 전극과 파이프 형태의 접지부 전극은 길이방향으로 평행하게 배치되고, 상기 길이 방향과 수직한 방향에서 상기 접지부 전극은 상기 충전부 전극은 소정의 간극거리(D)만큼 이격되어 배치되는데, 다수(多數)의 접지부 전극인 접지봉이, 각 접지봉 간 가로 및 세로간격이 동일하게 격자방식으로 배열되고, 상기 배열된 각 4개의 접지봉이 형성하는 사각형의 중심에 1개의 로드가 위치하도록 배치되며, 상기 충전부 전극과 접지부 전극 사이의 간극거리(D)와 상기 충전부 전극의 길이를 조절하는 것에 의해 용량이 결정되는 펄스플라즈마 반응기에 있어서,

   상기 충전부 전극으로 원기둥 또는 파이프 형태의 로드가 사용되고, 그 반경(r1)이 1.5 ~ 15㎜, 총 길이는 250∼500m이며,

   상기 접지부 전극으로 파이프 형태의 접지봉이 사용되고, 그 반경(r2)이 1 ~ 100㎜인 것을 특징으로 하는 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉 사이의 간극거리(D)는 상기 로드 및 상기 접지봉의 자체 중량에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉 사이의 간극거리(D)는 상기 로드 및 상기 접지봉의 자체 중량에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉 사이의 간극거리(D)는 상기 로드 및 상기 접지봉의 자체 중량에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기.
8. 제 4 항에 있어서,

   상기 충전부 전극인 로드와 접지부 전극인 접지봉 사이의 간극거리(D)는 상기 로드 및 상기 접지봉의 자체 중량에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 유해 배기가스 처리용 펄스 플라즈마 반응기.