KR100471107B1 - 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온플라즈마 발생장치 - Google Patents

저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온플라즈마 발생장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100471107B1
KR100471107B1 KR1020040041964A KR20040041964A KR100471107B1 KR 100471107 B1 KR100471107 B1 KR 100471107B1 KR 1020040041964 A KR1020040041964 A KR 1020040041964A KR 20040041964 A KR20040041964 A KR 20040041964A KR 100471107 B1 KR100471107 B1 KR 100471107B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
ceramic
metal
paste
temperature plasma
Prior art date
Application number
KR1020040041964A
Other languages
English (en)
Inventor
차민석
송영훈
이재옥
김관태
김석준
김홍식
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020040041964A priority Critical patent/KR100471107B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100471107B1 publication Critical patent/KR100471107B1/ko
Priority to PCT/KR2005/001715 priority patent/WO2005120684A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2431—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes using cylindrical electrodes, e.g. rotary drums
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/90—Odorous compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/708
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/80—Employing electric, magnetic, electromagnetic or wave energy, or particle radiation
    • B01D2259/818—Employing electrical discharges or the generation of a plasma

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

본 발명은 1) 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOCs), 악취물질 등의 각종 유해가스 처리, 2) 오존 및 오존수 발생, 3) 금속, 세라믹 및 고분자 재료의 표면처리 등을 위해 화학적으로 반응성이 높은 화학종(chemically reactive species) 발생을 위한 유전체 장벽 방전 (dielectric barrier discharge)방식에서 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치 및 그 구성의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단면의 중심부에 구멍이 있는 유전체 원기둥과 이 중심의 구멍에 금속 paste를 도포한 상태의 원기둥 형 전극 봉과; 상기의 원기둥 형 전극 봉을 일정한 간격으로 다수 병렬로 이격되어 설치되도록 하는 양측면의 구조물로 이루어진 저온 플라즈마 발생장치와 그 구성의 제조방법에 관한 것이다.
이는 상기의 양 측면 구조물은 서로 이웃한 원기둥 형 전극 봉의 금속 전극 리드 부분이 서로 반대 측면의 구조물로 배치되도록 고안되어 교류의 고전압을 이용하여 아아크(arc)의 발생 없이 안정적인 플라즈마가 발생되도록 하였다.
본 발명의 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치는 종래기술과는 달리 1) 유동의 높은 압력손실을 최소화 하고, 2) 유동의 흐름 방향에 영향을 받지 않으며, 3) 금속전극의 산화 및 부식을 방지함과 동시에, 높은 처리 유량 대비 낮은 플라즈마 전력소모를 요구하는 시스템에 적용하기 위한 것이다.

Description

저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및 이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치{Non-thermal Plasma Reactor for Low Pressure Drop and Low Specific Energy Density}
본 발명은 유전체 장벽 방전(dielectric barrier discharge)기술을 응용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치 및 그 구성의 제조방법에 관한 것으로서, 종래 기술의 취약점인 유동의 압력손실을 최소화 하고, 유동의 흐름 방향에 영향을 받지 않으며, 많은 처리 유량 대비 낮은 플라즈마 전력소모를 필요로 하는 시스템에 적합한 플라즈마 발생장치를 제공하고자 하는데 있다.
국내 출원 제10-2001-0062501 및 제10-2003-0077053 에 의한 평판 유전체 전극 적층형 저온 플라즈마 발생 장치는 그 부피대비 투입전력이 매우 높기 때문에 저 처리유량/고 에너지 소모를 요구하는 응용 분야에 적합한 저온 플라즈마 반응기라고 할 수 있으며, 본 발명에서 응용하고자 하는 고 처리유량/저 에너지 소모를 요구하는 응용분야에 있어서는 많은 처리 유량에 비하여 지나치게 작은 플라즈마 반응기의 부피는 물론이고 수 mm의 높이와 수십 mm의 길이를 갖는 가스 유동층을 통과하는 처리 유체가 겪게 되는 압력손실이 매우 커지게 되어, 이와 같은 고 에너지 밀도 플라즈마 반응기를 고 유량 시스템에 실제로 적용하기에는 많은 문제점을 지니고 있다.
도 1은 종래기술에 따른 저온 플라즈마 발생장치로서, 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기의 구성은 원기둥 유전체 전극 봉이 수직 방향 일정 간격으로 이격되어 설치되어 있는 전극 구조물을 구성하고 이와 같은 전극 구조물을 수평방향 등 간격으로 배치하여 이루어 진 것으로서, 서로 이웃한 전극 구조물은 서로 다른 극성의 교류 전원에 연결되어 있으며, 처리하고자 하는 가스의 흐름은 중력방향으로 공급되는 것을 주요 내용으로 하고 있다.
이와 같은 원기둥 적층형 저온 플라즈마 발생기의 경우에도 원기둥 전극 봉의 위치가 정사각형 혹은 마름모꼴의 꼭지점에 해당하고 있어서, 평판형 저온 플라즈마 발생기와 비교하여 조금 더 큰 부피의 반응기를 만들 수는 있겠으나, 처리가스가 상류에서 하류로 유동하면서 종래기술의 원기둥 적층형을 통과하는 과정에서 하류측의 원기둥과 연속적인 충돌과 마찰로 인하여 큰 압력손실을 부담하여야 실제 응용이 가능한 반응기이며, 플라즈마 반응기의 오염을 막기 위하여 반드시 처리가스가 중력방향으로 공급되도록 되어 있어 저온 플라즈마 발생장치의 유해가스 처리장치의 설치방향에 대한 융통성(flexibility)이 결여되는 단점을 가지고 있는 실정이다.
또한, 상기 종래기술에서는 금속전극과 이를 외부에서 감싸고 있는 세라믹 또는 유리관의 제조방식에 대한 구체적인 언급이 없어 본 고안을 실제로 활용할 경우 금속전극의 산화 및 부식으로 인한 전극의 내구성 결여를 피할 수 없다는 치명적인 결함을 갖고 있다.
따라서, 본 발명에서는 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 유해가스의 유동의 압력손실을 최소화 하고, 유동의 흐름 방향에 영향을 받지 않으며, 많은 처리 유량 대비 낮은 플라즈마 전력소모를 필요로 하는 가스 처리 시스템에 적용 가능한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치를 제공하는데 있다.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 목적은 상기의 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치를 구성하는데 있어서 발생 장치의 내구성을 확보하기 위한 제조 방법을 제공 하는 것으로서, 유전체 원기둥과 금속성 paste를 이용한 원기둥 전극의 제조공정을 제공하는데 있다.
본 발명은 1) 질소산화물(NOx), 휘발성유기화합물(VOCs), 악취물질 등의 각종 유해가스 처리, 2) 오존 및 오존수 발생, 3) 금속, 세라믹 및 고분자 재료의 표면처리 등을 위해 화학적으로 반응성이 높은 화학종(chemically reactive species) 발생을 위한 유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기의 구성 및 구성 공정에 관한 것으로서, 단면의 중심부에 구멍이 있는 유전체 원기둥과 이 중심의 구멍에 금속 봉을 삽입 내지 중심의 구멍에 금속 paste를 도포한 상태의 원기둥 형 전극 봉과; 상기의 원기둥 형 전극 봉을 일정한 간격으로 다수 병렬로 이격되어 설치되도록 하는 양측면의 구조물로 이루어진 저온 플라즈마 발생장치를 특징으로 하며; 상기의 양 측면 구조물은 서로 이웃한 원기둥 형 전극 봉의 금속 전극 리드 부분이 서로 반대 측면의 구조물로 배치되도록 고안되어, 교류의 고전압을 이용하여 아아크(arc)의 발생 없이 안정적인 플라즈마가 발생되도록 하였다.
본 발명에 따른 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치는 종래기술의 취약점인 유동의 압력손실을 최소화 하고, 유동의 흐름 방향에 영향을 받지 않으며, 높은 처리 유량 대비 낮은 플라즈마 전력소모를 요구하는 시스템에 적용하기 위하여 고안되었다.
다음은 첨부도면 도 2 내지 4를 참조하여 본 발명의 유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 반응장치의 사시도로서, 원기둥형 전극 봉이 다수 병렬 적층된 저온 플라즈마 반응기의 사시도이며, 도 3은 도 2의 단위 원기둥형 실시예 1에 따른 전극 봉의 단면도이며, 도 4는 도 2의 병렬 적층시에 원기둥형 전극 봉 내부의 금속전극 가장자리와 원기둥형 전극 봉이 일정 간격으로 이격 되어 전체 반응기를 이루도록 원기둥형 전극 봉 고정 구조물의 가장자리와의 상호 위치 관계를 나타내는 개략도가 각각 도시되어 있다.
본 발명에 따른 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치는 복수개의 세라믹 전극 봉(10)들이 동일한 중심상에서 서로 복수의 층을 형성하되 상기 세라믹 전극 봉 사이에 일정 간격의 통공이 형성되고 전극 봉이 안정적으로 고정되도록 위치하는 전극 봉 고정 구조물(15)로 이루어 진다.
상기 세라믹 전극 봉(10)은 일정 두께를 갖고 속이 비어있는 세라믹 튜브(11)의 내면에 금속전극(12)이 도포되어 있으며, 상기 도포된 금속전극(12)이 공기중에 노출되어 야기될 수 있는 전극의 산화 등 손상을 방지하지 위하여 glass 층(13)을 코팅하여 이루어진다. .
상기 전극 봉(10)과 이와 이웃하는 전극 봉(10)사이의 간격은 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 처리하고자 하는 가스의 종류와 농도 등에 따라 수백 마이크로 미터에서 수 cm 정도 까지 변화 가능하나, 유동의 압력 손실과 투입전력등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
복수개의 세라믹 전극 봉(10)에는 세라믹 튜브(11)내부에 도포된 금속전극(12)과 용접되어 외부로 연결될 수 있는 전극리드(14)가 마련되며, 상기 복수개의 전극 봉(10)은 금속전극 연결 전극리드(14)가 이웃하는 전극 봉의 전극 단자 부분과 서로 반대 방향으로 엇갈리도록 배열된다.
동일 중심상에서 배열된 각 세라믹 전극 봉(10)의 금속전극 연결 전극단자 (14)들은 고전압 발생기의 일 단자에 동일하게 병렬 접속된다. 이와 같이 다층으로 구성된 반응기의 통공에 전압의 극성이 변하는 고전압(고주파 교류전원 혹은 양방향 펄스전원 등)전원이 인가될 경우 미소 방전(micro discharge)에 의한 스트리머(streamer) 형상의 저온 플라즈마 영역이 발생되게 되는 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 반응기 구성을 위한 전극봉 내부의 금속전극 경계면과 전극봉 고정 구조물 사이의 위치개략도로서, 상기 복수개의 세라믹 전극봉(10)의 양단에 위치하여, 상기 전극봉(10)을 고정하기 위하여 마련된 전극봉 고정 구조물(15)을 더 포함하되 상기 전극봉(10)내의 금속전극(12)의 경계보다 바깥쪽에 위치하도록 하여 상기 전극봉 고정구조물(15)의 경계면 부근에서 스트리머 방전이 일어나지 못하도록 하는 것을 나타내고 있는 것이다.
상기와 같이 복수개의 세라믹 전극봉(10)을 도 2에 나타낸 바와 같이 전극 봉 고정구조물(15)을 이용하여 일정 간격으로 이격하여 위치시키는 경우에 도 4에 나타낸 바와 같이 직사각형의 단면을 갖는 단위 가스 흐름을 위한 공간이 형성된다. 이 경우에 좌측의 세라믹 전극봉(10)과 우측의 세라믹 전극봉(10)에서 각각의 금속전극이 수평으로 마주보이는 공간에서만 스트리머 방전이 일어나게 되며, 도 4에서 보는바와 같이, 본 발명에 의한 구성의 중요한 특징 중 하나는 처리하고자 하는 가스의 흐름이 있는 공간과 스트리머 방전이 일어나는 공간이 일치하지 않도록 구성된다는 점이다.
즉, 전극봉 고정 구조물(15)의 반응기 내측 경계면이 하나의 전극봉 내의 금속전극의 경계보다 수 mm 바깥쪽에 위치하도록 하여 원기둥 전극 고정 구조물 내측 경계면 부근에서 스트리머 방전이 일어나지 못하도록 하는 것이다.
도 5에 보는바와 같이, 본 발명에 의한 구성의 또 다른 특징은 상기의 세라믹 전극봉을 상기의 전극봉 고정 구조물(15)에 고정함에 있어서, 세라믹 전극봉과 전극봉 고정 구조물 사이의 결합은 베어링을 사용하여 이루어지게 된다.
도 6은 도 2의 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기 구성을 위한 전극 봉과 전극 봉 고정 구조물 사이의 접합 측면도로서, 베어링을 통하여 전극봉 고정 구조물(15)에 부착된 세라믹 전극봉의 일 측면에 기어(17)가 부착되게 되며, 전극봉 고정 구조물의 한쪽 가장자리에 자유롭게 회전할 수 있는 기어가 부착된 조절 손잡이(20)를 위치시킨다.
이와 같이 배열된 기어(17)들은 타이밍벨트(16) 혹은 체인(16)으로 연결되며, 전극봉 구조물의 한쪽 가장자리에 위치한 조절 손잡이(20)를 조절하여 전극봉을 임의대로 회전시킬 수 있으며 상기의 조절 손잡이 부분에 전동모터(19)를 연결할 경우에는 프로그램에 의하여 자동으로 각각의 세라믹 전극봉(10)을 임의대로 회전시킬 수 있다.
이 때 나란하게 늘어선 세라믹 전극봉(10)에 부착된 기어(17)들과 타이밍벨트(16) 혹은 체인(16)의 완전한 결합을 위하여 전극봉 고정 구조물(15)에서 이웃한 세라믹 전극봉(10) 사이의 위치에 도 6에 나타난바 와 같이 가이드 롤러(18)를 위치시킨다. 이를 통하여 각각의 기어에 타이밍 벨트(16) 혹은 체인(16)이 완전히 밀착될 수 있는 적절한 장력을 전달할 수 있다.
상기 세라믹 전극봉(10)을 구성하기 위한 제조 공정을 수행함에 있어서, 세라믹 튜브(11) 내부에 금속전극(12)을 도포하고 glass 층(13)을 코팅한 공정으로 이루어진다.
이를 위하여 인쇄를 통하여 수 내지 수 백 마이크로 미터 두께의 금속 paste를 금속 전극을 위치시키기 원하는 면에 도포하고,
100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 상기 금속 paste에 포함된 유기 용제를 제거하게 되며,
이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 상기 금속 paste에 포함된 유기 고분자를 제거한 뒤
상기의 금속 paste가 도포된 일 측면에서 외부로 연결 가능한 전극 리드 부분을 용접 처리한다.
다음 단계로, 상기의 금속 paste가 도포된 면 보다 약간 넓은 영역에 수 내지 수 백 마이크로 미터 두께의 glass paste를 인쇄하고 상기의 열처리 과정과 동일하게,
100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 용제를 제거하게 되며,
이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 고분자를 제거한 뒤
700-900℃의 노(furnace)에서 1-2시간 동안 융착 시킨다.
이 때 금속 전극의 재질은 구리, 은, 금, 텅스텐 등 각종 전도성 금속 paste를 선택할 수 있다.
이상과 같이 세라믹 전극봉(10)을 제조하는 실시 방법에는 다른 여러 가지가 있을 수 있으며, 아래의 실시예를 통하여 자세히 나타내었다.
(실시예2)
도 7은 실시예 2에 따른 전극봉 개략도로서, 이를 상세히 설명하면, 일정 두께의 세라믹 튜브(11)의 외경에 음각된 홈을 가공하는 단계; 상기의 음각 홈에 금속 paste(12)를 인쇄하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 금속paste(12)에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 금속paste(12)에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 상기 금속 paste(12)의 열처리가 끝난 후 상기의 금속paste(12)가 도포된 일 측면에 외부로 연결 가능한 전극리드부분을 용접 처리하는 단계; 이후에 음각 홈의 경계 보다 넓게 glass paste(13)를 금속 paste(12)의 위에 인쇄 하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 glass paste(13)에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 glass paste(13)에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 700-900℃의 노(furnace)에서 1-2시간 동안 glass paste(13)를 소성 시키는 단계를 포함하는 방법인 것이다.
이와 같은 과정을 통하여 생산된 전극봉에서는 마지막에 처리된 glass 부분이 전체 유전체 방전에 있어서 유전체로서 작용을 하게 되며, 세라믹 봉의 외부 가공이 비교적 용이한 점을 들어 금속전극의 패턴화가 가능한 장점을 가지고 있다.
(실시예 3)
도 8은 실시예 3에 따른 전극봉 개략도로서, 세라믹 재질 사이에 금속전극이 포함되도록 하는 제조 공정이다. 이를 상세히 설명하면,
유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형의 저온 플라즈마 반응기의 세라믹 전극봉을 구성하는데 있어서, 내측의 세라믹 봉(21)이 필요하며, 소성단계 이전의 세라믹 재료인 green sheet(22)에 원하는 패턴의 금속전극 모양으로 금속 paste(12)를 인쇄하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 상기의 경화되지 않은 금속 전극이 인쇄된 green sheet(22)를 금속전극이 인쇄된 면으로 세라믹 튜브 혹은 봉(21)에 감싸는 단계; 상기의 금속 전극(12)이 인쇄된 세라믹 green sheet가 감싸진 세라믹 튜브 혹은 봉을 동시에 소성하여 금속부를 세라믹 내부에 완전히 함침 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법이다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 유전체 장벽 방전방식의 저온 플라즈마 발생장치에 의한 유동압력 손실을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 세라믹 재질과 금속전극이 공기층 없이 완전 밀착 접합되어 세라믹과 금속 전극사이의 방전 현상에 의한 유전체의 파괴나 금속전극의 산화 등 손상요인을 근본적으로 차단하였고, 세라믹 전극봉을 일정 운전시간 간격으로 회전 시킬 수 있어 전체적인 반응기의 내구성 향상을 꾀할 수 있다. 또한 기존기술이 가진 문제점 중에 하나인 처리가스의 유동방향에도 구애받지 않는 장점을 가지고 있어 가스 처리 응용분야에 유연하게 대처할 수 있다.
기존에 유전체 전극봉을 복수개 사용하여 구성한 저온 플라즈마 발생장치는 병렬로 늘어선 전극봉을 하나의 단위 전극으로 고려하여 이들 병렬로 이격되어 조합된 전극봉 구조물을 다시 이웃하게 적층하여 사용할 수 있게 되어 있으며, 유동 방향 또한 수분 및 분진등이 플라즈마 발생에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 중력방향으로 공급되도록 한정되어 있다. 이와 같은 구성은 공간적으로 개개의 전극봉이 마름모 혹은 평행사변형의 꼭지점에 위치하도록 되어 있어 플라즈마 발생 측면에 공간적인 효율성을 높일 수 있는 장점이 있는 반면에 처리하고자 하는 기체의 유량이 많아서 저온 플라즈마 반응기가 설치되어야 하는 덕트의 크기가 비교적 큰경우나 처리유량 대비 작은 양의 플라즈마 에너지가 필요한 처리 가스에 대하여는 유동의 압력손실이 매우 커서 실제에 적용하기 힘든 기술이다. 또한 세라믹 등의 유전체 튜브 내부에 위치하는 금속전극으로 고체의 금속봉을 삽입하여 구성함으로써 유전체 내부에서 완전히 접합되지 못한 유전체와 금속 봉 사이에 전기적 방전이 존재하게 되어 금속전극의 산화를 비롯하여 유전체의 절연파괴에 이르는 등 치명적인 문제점이 존재하게 된다.
상기의 문제점을 극복하기 위하여 본 발명에서는 세라믹 전극봉이 일정 간격 이격되어 고정된 하나의 구조물을 저온 플라즈마 반응기로 구성하여 넓은 단면의 덕트내에 원하는 플라즈마 전력을 투입함에 있어서 유동 압력손실이 수 mmAq 정도 되도록 운전할 수 있도록 하였으며,
세라믹 전극 봉을 전극 봉 고정 구조물에 부착할 때 베어링을 이용하고, 전극 봉의 일 측면에 기어를 설치하여 하나의 타이밍벨트 혹은 체인을 이용하여 용이하게 회전 가능하도록 함으로써, 지속적으로 전기적 방전에 노출되는 유전체 면을 세라믹 전극봉 전체 표면에 고르게 분산시킬 수 있어 유전체의 내구성을 극대화 할 수 있었으며,
상기의 세라믹 전극 봉을 제조함에 있어서 금속 paste와 glass paste를 이용하거나 green sheet에 인쇄된 금속 전극을 세라믹 봉과 함께 소성하는 등의 공정을 통하여 금속면과 유전체 면사이의 공기층을 완전히 없앰으로써 세라믹 전극 봉 내부에서 발생될 수 있는 전기 방전을 근본적으로 차단하여 유전체 및 금속 전극의 내구성을 극대화 할 수 있었다.
또한, 세라믹 전극 봉과 전극 봉 고정 구조물을 구성할 때, 가스가 흐르는 공간과 스트리머가 발생되는 영역을 달리하여, 즉, 전극 봉 고정 구조물의 가스 흐름이 있는 내측 면 부분에서는 스트리머가 발생되지 않도록 금속전극의 위치를 전극 봉 고정 구조물의 내측 경계면 보다 수 mm 안쪽으로 배치하였다.
일반적으로 유전체 방전에 의한 스트리머의 발생은 처음 방전이 시작된 부분에서 계속적으로 일어나는 특성을 가지고 있는데, 일반적으로 주파수가 높은 교류전원을 유전체 방전의 구동 전원으로 사용하기 때문에 육안으로 관찰할 시 스트리머 방전이 임의의 지점에 정지하여 서있는 것처럼 보이게 된다.(standing streamer)
이와 같이 스트리머 방전이 한 지점에서만 계속적으로 일어나게 될 경우에는 방전에 의한 국부적인 가열이 증가하게 되고, 지속적인 방전에 의한 충격이 누적되어 이러한 상황을 장시간 방치할 시, 스탠딩 스트리머가 발생되는 지점의 유전체가 절연파괴에 이르러 결국 저온 플라즈마의 구동력인 스트리머 방전이 아아크(arc) 방전으로 진행하게 되고 반응기는 그 수명이 다하게 된다.
그러나 만약에 스트리머 방전이 일어나는 공간에 가스의 흐름이 존재한다면 상기와 같이 서있는 것처럼 보이던 스트리머 들은 반응기 전체 면적으로 골고루 퍼지게 되며, 유전체의 절연파괴 전압을 초과하여 운전되지 않는 한 세라믹 전극판의 세라믹은 스트리머에 의하여 손상되지 아니하는 특징을 나타낸다. 따라서 본 발명의 응용분야가 항상 가스의 유동을 동반하는 상황이기 때문에 전반적으로 스트리머에 의한 내구성 저하는 일어나기 어려운 실정이지만, 스페이서의 내측면에서는 유체역학적인 점착조건(no slip condition)에 의하여 유동의 속도가 0(zero)이기 때문에 만약에 스페이서의 내측면 부근에서 스트리머가 발생된다면 이는 곧 스탠딩 스트리머로 발전될 가능성이 높아지게 되며, 이는 곧 반응기의 반응기의 수명을 단축시키는 결과를 초래하게 된다. 이러한 이유로 인하여 전극 봉 고정 구조물의 내측면에서는 스트리머 방전이 발생되지 않도록 전극의 경계와 전극 봉 고정 구조물의 내측 경계면과의 위치를 달리 고안하였으며, 이를 통하여 스트리머에 의하여 금속전극 표면의 유전체가 손상되는 현상을 획기적으로 줄일 수 있었다. 그러나, 전체 반응기 공간에 비하여 플라즈마 공간이 조금이나마 줄어드는 결과가 예상되는데, 실제로 스페이서의 내측 경계면 부근은 경계층유동(boundary layer flow)으로서 속도가 작은 영역이기 때문에 줄어든 공간에 비례하는 부피의 처리가스가 흐르는 상황은 아니기 때문에 전체적인 가스처리의 효율에는 큰 변화가 없었다.
본 발명에 의한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치는 통상 수 kH 이상의 고주파 고전압 교류 전원을 사용하여 운전되도록 고안되었으며, 이상과 같이 운전할 경우에는 수분이나 분진등의 점착으로 인한 반응기의 오염이 발생하지 않아 전체적인 저온 플라즈마 반응기의 운전에 영향이 없었다.
고전압 고주파수로 운전되는 상황에서는 유전체 내부에서 유전열이 발생하게 된다. 이에 따라 수분은 세라믹 전극 봉 표면에 응축되지 않았으며, 오히려 액체 상태의 물을 운전중인 반응기의 전극 봉 표면에 분사했을 경우에도 순간적으로 증발되어 수분에 의한 오작동의 가능성은 전혀 없다.
분진, 매연 등의 입자상 물질은 전기 집진 효과에 의하여 전극 봉의 표면에 달라붙게 되는 현상이 나타나게 되는데 상기의 고주파수로 운전된 경우에는 플라즈마가 발생되는 표면이 항상 청결하게 유지되는 특성을 나타내고 있다.
따라서, 본 발명을 통하여 구성된 저온 플라즈마 반응기는 유동방향에 상관없이 플라즈마 발생 성능을 유지하도록 고안되었다.
도 1은 종래기술에 따른 저온 플라즈마 발생장치의 사시도;
도 2는 본 발명에 따른 저온 플라즈마 반응장치의 사시도;
도 3은 도 2의 실시예 1에 따른 단위 전극봉의 단면도;
도 4는 도 2의 저온 플라즈마 반응기 구성을 위한 전극봉 내부의 금속전극 경계면과 전극 봉 고정 구조물 사이의 위치 개략도;
도 5는 도 2의 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기 구성을 위한 전극 봉과 전극 봉 고정 구조물 사이의 접합 단면도
도 6은 도 2의 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기 구성을 위한 전극 봉과 전극 봉 고정 구조물 사이의 접합 측면도;
도 7은 실시예 2에 따른 전극봉 개략도;
도 8은 실시예 3에 따른 전극봉 개략도;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 세라믹 전극봉 11: 세라믹 튜브
12: 금속전극 혹은 금속paste 13:glass층 혹은 glass paste
14: 전극단자 혹은 전극리드 15:고정 구조물
16: 타이밍 벨트 혹은 체인 17:기어
18:가이드 롤러 19:전동모터
20:조절손잡이 21:세라믹 봉
22: green sheet (소성전의 세라믹재료)

Claims (9)

  1. 유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형의 저온 플라즈마 반응기의 세라믹 전극봉을 구성하는데 있어서, 일정 두께의 세라믹 튜브(11)의 내부에 금속 paste(12)를 인쇄하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 상기 금속 paste(12)의 열처리가 끝난 후 상기의 금속paste(12)가 도포된 일 측면에 외부로 연결 가능한 전극리드부분을 용접 처리하는 단계; 이후에 금속전극의 경계면 보다 약간 넓게 glass paste(13)를 금속 paste(12)의 위에 인쇄 하는 단계; 상기 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 glass paste(13)에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 glass paste(13)위에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 700-900℃의 노(furnace)에서 1-2시간 동안 glass paste(13)를 소성 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법.
  2. 유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형의 저온 플라즈마 반응기의 세라믹 전극봉을 구성하는데 있어서, 일정 두께의 세라믹 튜브(11)의 외경에 음각된 홈을 가공하는 단계; 상기의 음각 홈에 금속 paste(12)를 인쇄하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 금속paste(12)에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 금속paste(12)에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 상기 금속 paste(12)의 열처리가 끝난 후 상기의 금속paste(12)가 도포된 일 측면에 외부로 연결 가능한 전극리드부분을 용접 처리하는 단계; 이후에 음각 홈의 경계 보다 넓게 glass paste(13)를 금속 paste(12)의 위에 인쇄 하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 glass paste(13)에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 glass paste(13)에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 700-900℃의 노(furnace)에서 1-2시간 동안 glass paste(13)를 소성 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법.
  3. 유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형의 저온 플라즈마 반응기의 세라믹 전극봉을 구성하는데 있어서, 내측의 세라믹 봉(21)이 필요하며, 소성단계 이전의 세라믹 재료인 green sheet(22)에 원하는 패턴의 금속전극 모양으로 금속 paste(12)를 인쇄하는 단계; 인쇄면이 노출된 상태에서 100-200℃에서 0.1-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 용제를 제거하는 단계; 이후에 400-500℃에서 0.5-1시간 유지시켜 paste에 포함된 유기 고분자를 제거하는 단계; 상기의 경화되지 않은 금속 전극이 인쇄된 green sheet(22)를 금속전극이 인쇄된 면으로 세라믹 튜브 혹은 봉(21)에 감싸는 단계; 상기의 금속 전극이 인쇄된 세라믹 green sheet(22)가 감싸진 세라믹 튜브 혹은 봉(21)을 동시에 소성하여 금속부를 세라믹 내부에 완전히 함침 시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 paste는 전도성 금속인 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법.
  5. 유전체 장벽 방전방식 원기둥 적층형 저온 플라즈마 반응기를 구성하는데 있어서, 복수개의 세라믹 전극 봉(10)들이 동일한 중심상에서 서로 복수의 층을 형성하고, 상기 세라믹 전극 봉(10)사이에 일정 간격의 통공이 형성되고 상기 세라믹 전극 봉(10)을 일정간격으로 이격 되게 설치하고, 상기 복수개의 세라믹 전극 봉(10)은 세라믹 튜브(11)내부에 도포된 금속전극(12)과 용접되어 외부로 연결될 수 있는 전극리드(14)가 마련되며, 상기 복수개의 전극 봉(10)은 금속전극 연결 전극리드(14)가 이웃하는 전극 봉의 전극 단자 부분과 서로 반대 방향으로 엇갈려 배치하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 복수개의 세라믹 전극봉(10)의 양단에 위치하여, 상기 전극봉(10)을 고정하기 위하여 마련된 전극봉 고정 구조물(15)을 더 포함하되 상기 전극봉(10)내의 금속전극(12)의 경계보다 바깥쪽에 위치하도록 하여 상기 전극봉 고정구조물(15)의 경계면 부근에서 스트리머 방전이 일어나지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    복수개의 세라믹 전극봉(10)의 양단에 베어링을 포함하는 전극봉 고정구조물(15)이 부착되고, 상기 세라믹 전극봉(10)의 일 측면에 기어(17)가 부착되며, 상기 배열된 기어(17)들은 타이밍 벨트(16) 또는 체인(16)으로 연결되며, 상기 기어(17)가 부착된 세라믹 전극봉(10)의 일측면에 마련하고, 상기 복수개의 세라믹 전극봉(10)을 회전하도록 하는 조절수단으로서 조절 손잡이(20)를 장착하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절수단으로서 전동모터(19)를 장착하여 프로그램에 의하여 자동으로 각각의 세라믹 전극봉(10)을 임의대로 회전시키는 것을 특징으로 하는 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    서로 이웃하는 세라믹 전극봉(10)사이에 가이드 롤러(18)를 마련한 것을 특징으로 하는 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온 플라즈마 발생장치.
KR1020040041964A 2004-06-08 2004-06-08 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온플라즈마 발생장치 KR100471107B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040041964A KR100471107B1 (ko) 2004-06-08 2004-06-08 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온플라즈마 발생장치
PCT/KR2005/001715 WO2005120684A1 (en) 2004-06-08 2005-06-08 Non-thermal plasma reactor for low pressure drop and low specific energy density

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040041964A KR100471107B1 (ko) 2004-06-08 2004-06-08 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온플라즈마 발생장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100471107B1 true KR100471107B1 (ko) 2005-03-14

Family

ID=35502867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040041964A KR100471107B1 (ko) 2004-06-08 2004-06-08 저온 플라즈마 발생장치의 세라믹 전극봉의 제조방법 및이를 이용한 저 압력손실 및 저 에너지 밀도를 위한 저온플라즈마 발생장치

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR100471107B1 (ko)
WO (1) WO2005120684A1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101132373B1 (ko) 2008-11-18 2012-04-03 한국기계연구원 플라즈마 반응기 어셈블리
KR101666621B1 (ko) * 2015-10-22 2016-10-17 주식회사 에코셋 Ddbd 플라즈마 반응기, 이를 포함하는 정화 장치 및 이를 이용하는 정화 방법
CN109675416A (zh) * 2019-02-10 2019-04-26 宁波市镇海怡福莱文化创意有限公司 一种低温等离子射电极
CN109772112A (zh) * 2019-02-10 2019-05-21 宁波市镇海怡福莱文化创意有限公司 一种低温等离子电场

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100675752B1 (ko) * 2006-09-14 2007-01-30 (주) 씨엠테크 플라즈마 반응기
DE102010011132A1 (de) * 2010-03-11 2011-09-15 Reinhausen Plasma Gmbh Verfahren und Anordnung zur Plasmabehandlung eines Gasstroms
US8523115B2 (en) 2011-01-28 2013-09-03 Lockheed Martin Corporation System, apparatus, program product, and related methods for providing boundary layer flow control
CN102307425A (zh) * 2011-06-24 2012-01-04 北京大学 一种可组合式阵列等离子体发生装置
CN102814109B (zh) * 2012-08-29 2014-07-02 西安交通大学 一种基于介质阻挡电晕放电等离子体处理废气的装置
CN103079330A (zh) * 2013-02-01 2013-05-01 南京华科皓纳电气科技有限责任公司 低温等离子体发生器电极组件
CN108554136B (zh) * 2018-03-16 2023-12-15 大连理工大学 一种非对称单介质阻挡放电处理VOCs的装置及方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5236636A (en) * 1991-10-07 1993-08-17 Ford Motor Company In-mold plasma treatment
US5439736A (en) * 1994-01-21 1995-08-08 Neomecs Incorporated Gas plasma polymerized permselective membrane
US6464945B1 (en) * 1999-03-11 2002-10-15 Delphi Technologies, Inc. Non-thermal plasma exhaust NOx reactor
US6367412B1 (en) * 2000-02-17 2002-04-09 Applied Materials, Inc. Porous ceramic liner for a plasma source
KR100373491B1 (ko) * 2000-06-27 2003-02-25 최대규 플라즈마 건식 가스 세정기

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101132373B1 (ko) 2008-11-18 2012-04-03 한국기계연구원 플라즈마 반응기 어셈블리
KR101666621B1 (ko) * 2015-10-22 2016-10-17 주식회사 에코셋 Ddbd 플라즈마 반응기, 이를 포함하는 정화 장치 및 이를 이용하는 정화 방법
CN109675416A (zh) * 2019-02-10 2019-04-26 宁波市镇海怡福莱文化创意有限公司 一种低温等离子射电极
CN109772112A (zh) * 2019-02-10 2019-05-21 宁波市镇海怡福莱文化创意有限公司 一种低温等离子电场

Also Published As

Publication number Publication date
WO2005120684A1 (en) 2005-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2005120684A1 (en) Non-thermal plasma reactor for low pressure drop and low specific energy density
US20080047434A1 (en) Dust-collecting electrode and dust collector
US8128884B2 (en) Plasma reactor
US7635824B2 (en) Plasma generating electrode, plasma generation device, and exhaust gas purifying device
CN111569617B (zh) 空气净化装置
JP4406370B2 (ja) プラズマ反応器
US20110139009A1 (en) Electrical dust precipitator
JP2011012559A (ja) プラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置
JP2007069115A (ja) ガス処理装置、及びガス処理用カートリッジ
KR100782876B1 (ko) 저온용 플라즈마 발생 튜브 반응기
JP2006187766A (ja) ガス処理装置およびガス処理用カートリッジ
TWI579052B (zh) Electrostatic dust collector and air cleaning equipment to prevent contamination of the electrode
KR100775911B1 (ko) 고온 플라즈마 발생장치
KR100875882B1 (ko) 배기가스 처리시스템
CN108339379A (zh) 基于电磁感应耦合双介质低温等离子废气处理装置
KR20060024846A (ko) 연면 방전형 공기정화장치
CN206500015U (zh) 一种等离子脱硝反应器
KR100454444B1 (ko) 다층 평판 전극을 구비한 유전체 장벽 방전방식 평판형저온 플라즈마 반응기의 제조방법
CN213102704U (zh) 一种放电装置
KR102496342B1 (ko) 다층 구조의 관형 아크 플라즈마 발생장치
JP2005307832A (ja) 排ガス浄化装置
JP5460092B2 (ja) プラズマ発生体およびプラズマ発生装置
CN219785142U (zh) 一种新型静电除尘结构及其金属氟化物颗粒捕集装置
RU2448778C1 (ru) Электрофильтр с самоцентрирующимися коронирующими элементами
CN109772111B (zh) 一种基于电子厂车间有机废气微放电处理装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130103

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131206

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141230

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151208

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161207

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181211

Year of fee payment: 15

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191210

Year of fee payment: 16