KR101174137B1 - 플라즈마를 이용한 대기오염물질 처리장치 - Google Patents

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Abstract

고전압 펄스를 발생하기 위한 전원을 공급하는 전원공급장치와 고전압 펄스발생장치를 통해 고전압 펄스를 전달받아 플라즈마를 발생하는 다수개의 스트리머 코로나방전장치에서, 상기 스트리머 코로나방전장치는 아크릴관에 알루미늄으로 외피를 형성하고 접지점을 형성하며 스트리머관의 양측을 고무마개로 고정시킨 후 상기 고무마개에 의해 지지되는 고무마개의 중앙에 위치한 알루미늄전선은 스트리머관의 내부의 전선만을 제외하고 실리콘으로 피복을 입혔으며, 상기 스트리머관에 방전홀을 형성하여 스트리머 코로나방전을 유도함으로써 발생하는 플라즈마를 통해 전리기체와 유해가스가 화학적으로 반응하는 플라즈마 상변화학반응을 일으켜 대기오염물질을 정화시킬 수 있다.
고압펄스발생장치, 실리콘튜브, 알루미늄전선, 방전홀, 스트리머관, 스트리머 코로나방전장치

Description

플라즈마를 이용한 대기오염물질 처리장치{A DEVICE TREATING AIR POLLUTANTS WITH PLASMA}
본 발명은 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용한 대기오염물질 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 연기, 대기오염물질 및 냄새 등을 제거하는 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치에 관한 것이다.
이를 좀 더 상세히 설명하면, 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치는 고전압펄스발생장치와 고전압펄스발생장치에서 공급되는 고전압 펄스를 전달받아 플라즈마를 발생하는 스트리머관에서 스트리머 코로나방전을 유도하여 발생하는 플라즈마를 통해 전리기체와 유해가스가 화학적으로 반응하는 플라즈마 상변화학반응을 일으키는 반응장치와 대기오염물질을 정화시킨 후 잔여물을 채집하는 집진장치와 상기 복수의 반응장치를 직렬로 배치하고, 대기오염물질의 유동을 균형화하기 위해 각 반응장치 사이에 위치되어 있는 배기흡기팬에 의하여 구성되는 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 폐기물 소각장이나 발전소 및 공장에서는 대기오염물질을 대기로 배출하기 전에 집진장치나 백필터 등의 입자 포집장치를 통해 걸러낸 후 배출하고 있다. 또한, 폐기물 소각장이나 발전소 및 공장 등에서 대기로 배출되는 미세 먼지 등의 허용 기중이 점점 강화되고 있기 때문에 미래의 환경규제에 대처할 수 있는 방법이 필요하며, 상기 백필터를 사용하는 경우에는 많은 풍량을 처리하기 어렵고, 운전과정에서 압력강하가 크기 때문에 높은 에너지 비용이 필요하다는 문제점이 있다.
또한, 각종 유해환경오염가스의 방출량 또한 크게 증가하고 있으며, 종래에는 이들 유해환경오염가스를 주로 화학적인 방법으로 처리하였기 때문에 처리수의 재처리과정이 필요하고, 2차 유해물질이 생성되므로 경제성과 효율성이 매우 낮았으며 공간 방전, 고주파 연면방전, 고주파 표면방전 등에 의한 저온 플라즈마 발생장치가 일부 사용되었으나, 이 또한 효율성과 신뢰성이 낮아서 실용성이 없었다.
그래서 저온 플라즈마 방전장치가 유해 환경오염 가스의 처리용 수단으로 개발되었고, 특히 종래의 전형적인 공간방전 형식의 저온 플라즈마 방전 장치로는 선대원통형전극장치가 있으나, 이는 구조가 극히 간단한 장점은 있으나 장치가 대형화하면 방전공간이 커지게 되고, 그에 비례하여 인가전압도 매우 높게 승압시켜야하는 문제점이 있으며, 설사 인가전압을 상승시키고 또한 고성능의 전원장치를 사 용하여 방전전극의 표면으로부터 수 mm의 공간으로 폭넓은 방전이 이루어지게 하면 방전전극 부근에 자연히 고온인 플라즈마 불꽃방전(arc discharge)상태로 진전되며, 상기 고온에 의해 산소계 활성종(O, O2, O3, OH, HO2,H2O2)의 수명이 대폭 단축되므로 인가전압을 일정전압 이상으로 상승 시킬 수 없게 되고 장치의 대형화의 곤란한 문제점이 있다.
상기 코로나 방전 반응기들은 보다 큰 직경을 가진 중앙 전극을 사용함으로써, 동일한 전압에서 중앙 전극의 영역 내에 전기장 구배를 감소시키지만, 효과적인 코로나 방전이 유지되는 경우에 내부 전극과 외부 전극들 사이의 이격도에 대한 한계를 여전히 가지고 있다. 따라서 단순히 코로나 방전 반응기들의 길이를 증가시키는 것은 가스 유동 저항이 과다해지기 때문이며 이는 문제에 대한 해답이 되지 않으며 코로나 방전 반응기의 길이를 제한하는 다른 요인을 제공한다.
특히, 중앙 와이어 전극 형태의 코로나 방전 반응기의 전기장의 급강하(rapid fall off)는 스트리머들의 분포가 와이어 위치에 매우 민감하다는 것을 의미하며, 이 현상은 반응기를 통과하는 가스성 매체가 처리되는 효율을 제한한다.
현존하는 중앙 와이어 전극 코로나 방전 반응기는 수 센티미터의 직경과 수십 센티미터의 길이를 갖는다. 따라서, 적절한 체적의 가스를 처리하기 위해서, 높 은 유량이 필요하며, 이는 공기역학적 효과로 인한 중앙 전극의 계적 불안정성을 증가시키고, 처리될 매체의 반응기 챔버내의 잔류 시간을 짧아지게 하는 경향을 갖는다. 그러므로 현존하는 코로나 방전 반응기는 그 효율의 측면에서 고유한 한계를 가지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로, 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 연기, 대기오염물질 및 냄새 등을 제거하여 대기오염물질 처리할 수 있는 개선된 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질처리장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 코로나 방전의 경우 물체 주변에 있는 국지적 전기장이 가스성 매체의 전기적 파괴 전압을 초과할 때, 가스성 매체내에 발생하며, 일부 현존하는 코로나방전 반응기는 가스성 매체의 입구 및 출구를 가진 챔버와, 축방향 내부 전극과, 상기 내부 전극을 둘러싸는 원통형 외부 전극으로 구성되고, 이러한 스트리머들을 포함하지 않는 소정의 공간은 가스성 매체가 받게 될 처리가 수행되지 않는 공간이 되기 때문에, 상기 반응기를 통과하는 가스성 매체의 효과적 처리를 위해서는 다수의 스트리머관을 포함한 복수의 반응장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전형적인 공간방전 형식의 저온 플라즈마 방전 장치로 선대원통형전극장치의 경우 대형화하면 방전공간이 커지게 되고, 그에 비례하여 인가 전압도 매우 높게 승압시켜야하는 문제점이 있는바, 극단 펄스 전압을 발생시키는 회전 방전구에 의한 스위치장치(RSG:Rotary Spark Gap Switch)를 채용하여 극단 펄스전압을 인가함으로써, 방전전극의 표면으로 부터 수십 mm이상까지의 공간까지 저온 플라즈마 발생영역을 확장할 수 있도록 한 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리 장치를 제공하려는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 목적은, 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치는 고전압펄스발생장치(10)와 상기 고전압펄스발생장치(10)에서 공급되는 고전압 펄스를 전달받아 플라즈마를 발생하는 다수개의 스트리머 코로나방전장치(30)에서 스트리머 코로나방전을 유도하여 발생하는 플라즈마를 통해 전리기체와 유해가스가 화학적으로 반응하여 플라즈마 상변화학반응을 일으키는 반응장치(20)와 대기오염물질을 정화시킨 후 잔여물을 채집하는 집진장치(70)와 대기오염물질의 유동을 균형화하기 위해 각 반응장치(20) 사이에 위치되어 있는 배기흡기팬(60)을 포함하여 형성하고, 상기 복수의 반응장치(20)를 직렬 또는 병렬로 배치하여 형성된 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치에 의하여 달성된다.
본 발명은 극히 짧은 펄스전압(이하 "극단 펄스 전압"이라 한다.)을 발생시키는 회전 방전구에 의한 스위치장치(RSG:Rotary Spark Gap Switch)를 채용하여 극단 펄스전압을 인가함으로써, 방전전극의 표면으로 부터 수십 mm이상까지의 공간까 지 저온 플라즈마 발생영역을 확장할 수 있도록 한 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용한 대기오염물질 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 연기, 대기오염물질 및 냄새 등을 제거하여 대기오염물질 처리할 수 있다.
또한, 3개의 반응장치(20)를 직렬로 연결하여 시스템을 구성한 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치는 2차 반응장치(20-2)와 3차 반응장치(20-3) 사이의 출구덕트(50)속에 활성탄을 주입하여 냄새의 판별을 체크해 본 결과 반응장치(20)는 3개를 직렬로 연결한 직렬 3단 구조가 반응장치(20)를 2개 연결한 직렬 2단구조 보다는 냄새 및 대기오염물질에 대하여 필터링의 효과가 현저하다.
현존하는 중앙 전선 전극 코로나 방전 반응장치는 수 센티미터의 직경과 수십 센티미터의 길이를 가지고 있으며, 따라서 적절한 체적의 가스를 처리하기 위해서, 높은 유량이 필요하고, 이는 공기역학적 효과로 인한 중앙 전극의 계적 불안정성을 증가시키며, 처리될 매체의 반응장치내의 잔류 시간을 짧아지게 하는 경향을 가지고 있으며, 스트리머관들이 포함하지 않는 소정의 공간은 가스성 매체가 받게 될 처리가 수행되지 않는 공간이 되기 때문에 상기 다수의 스트리머관(28)을 포함한 복수의 반응장치(20)를 제공함으로써, 상기 반응장치(20)를 통과하는 가스성 매체를 효과적으로 처리하는 장점이 있다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 특징은 첨부된 도면에 의거한 다음의 상세한 설명에 의해 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
첨부된 도면 도 1 내지 도 9은 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 구체적인 실현 예를 보인 것으로서, 도 1은 본 발명에 따른 반응장치를 직렬로 연결한 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치를 나타내는 개략도이며, 도 2는 본 발명에 따른 반응장치를 직렬과 병렬로 혼합하여 연결한 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치를 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 고전압펄스발생장치의 회로도이며, 도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 스트리머 코로나방전장치의 분해사시도와 결합사시도이고, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 반응장치의 정면도, 배면도 및 평면도이며, 도 9는 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 반응장치의 사시도를 나타낸 것이다.
스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치는 고전압의 펄스를 발생하기 위한 고전압펄스발생장치(10)와 상기 고전압펄스발생장치(10)에서 공급되는 고전압펄스를 전달받아 플라즈마를 발생하는 다수개의 스트리머 코로나방전장 치(30)에서 스트리머 코로나방전을 유도하여 발생하는 플라즈마를 통해 전리기체와 유해가스가 화학적으로 반응하는 플라즈마 상변화학반응을 일으키는 반응장치(20)와 상기 반응장치(20)는 입구 및 출구덕트(40)(50) 사이에 배치하는 것과 상기 반응장치(20) 사이에 대기오염물질의 유동을 균형화하기 위한 배기흡기팬(60)을 포함하여 형성한 것과 상기 플라즈마 상변화학반응을 이용하여 대기오염물질을 정화한 후 잔여물을 채집하는 집진장치(70)를 포함하여 형성한다.
도 1 은 3개의 반응장치(20)를 직렬로 연결하여 시스템을 구성한 모습으로서, 1차 반응장치(20-1)에서 연기가 모여져서 스트리머 코로나방전에 의하여 대기오염물질의 일부가 소멸 되며 배기흡입팬(60)의 작동으로 1차 반응장치(20-1)에 인입된 대기오염물질의 일부는 2차 반응장치(20-2)에서 스트리머 코로나방전에 의해서 대기오염물질이 소멸 된다. 이때 배기흡입팬(60)의 회전 세기에 따라 2차 반응장치(20-2)에서 처리되지 못한 일부 연기는 3차 반응장치(20-3)로 진입한다.
상기 3개의 반응장치(20)를 직렬로 접속하여 연기의 소멸상태를 관측하는 경우 1차 반응장치(20-1)는 gather chamber의 역할로 사용되고, 2차 반응장치(20-2)는 smoke collector의 역할로 사용되며 3차 반응장치(20-3)는 odors collector로 사용된다.
상기 2차 반응장치(20-2)와 3차 반응장치(20-3) 사이의 출구덕트(50)속에 활 성탄을 주입하여 냄새의 판별을 체크해 본 결과 반응장치(20)는 3개를 직렬로 연결한 직렬 3단 구조가 반응장치(20)를 2개 연결한 직렬 2단구조 보다는 필터링의 효과가 현저하고, 또한 대기오염물질과 냄새의 완전한 소멸을 위해 집진장치(70)를 구성하며, 도 2와 같이 병렬로도 구성함으로써 대기오염물질을 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 연기, 대기오염물질 및 냄새 등을 현저하게 제거하여 대기오염물질 처리할 수 있다.
집진장치(70)는 전기집진기 또는 필터 등으로 구성될 수 있으며, 반응장치(20)내에 암모니아 또는 라임스톤(Limestone) 등의 화합물질을 첨가하는 촉매 등을 사용하여, 상기 반응장치(20)내에서의 대기오염물질이 플라즈마 전리기체와 화학적으로 반응하여 질산(NHO3), 황산(H2SO4) 등의 에어로즐 상태로 변화되고, 상기 첨가물에 의해 공급된 라임스톤 또는 암모니아에 흡착시켜 고체의 미립자로 변환되어 집진장치(70)에서 걸러질 수 있다.
도 3은 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질처리장치의 반응장치(20)에 전원을 공급하는 고전압펄스발생장치(10)를 나타내는 회로도로써, 상기 고전압펄스발생장치(10)는 AC220V의 전원이 인가되는 전원 양단(a,b)과, 전원 양단에 연결된 전력계(PM)와, 전력계(PM)의 양단에 연결된 가변변압기(SD)와, 가변변압기(SD)와 연결된 고전압변압기(TR)와, 고전압변압기(TR)의 일측에 연결된 저항(R), 다이오 드(D) 및 스위치(RSG:Rotary Spark Gap Switch)와, 스위치(RSG)의 일측과 고전압변압기(TR)의 타단 사이에 연결된 캐패시터(C)로 구성되어, 캐패시터(C)와 스위치(S)의 타단 사이에 연결된 반응장치(20)가 동작되도록 동작 전원을 공급하여 고전압펄스의 일정한 전압을 반응장치(20)에 공급하여 스트리머 코로나방전장치(30)내에서 코로나방전을 유도함으로써 플라즈마를 발생시킨다.
상기 고전압펄스발생장치(10)는 극히 짧은 펄스전압(이하 "극단 펄스 전압"이라 한다.)을 발생시키는 회전 방전구에 의한 스위치장치(RSG:Rotary Spark Gap Switch)를 채용하여 극단 펄스전압을 인가함으로써, 방전전극의 표면으로 부터 수십 mm이상까지의 공간까지 저온 플라즈마 발생영역을 확장할 수 있도록 한 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용한 대기오염물질 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 연기, 대기오염물질 및 냄새 등을 제거하여 대기오염물질 처리할 수 있다.
스트리머 코로나방전이 일어나는 반응장치(20)는 다음과 같이 형성하고 있다.
상기 반응장치(20)는 입구 및 출구 덕트(40)(50) 사이에 배치하며, 상기 반응장치(20)의 내부에는 입구 및 출구 덕트(40)(50)의 축방향에 대해 수직방향의 복 수의 스트리머 코로나방전장치(30)를 포함한다.
상기 스트리머 코로나방전장치(30)에서 스트리머관(31)는 아크릴관(34)만으로 형성된 양측 부위와 알루미늄외피(35)를 형성한 부분으로 나뉘며, 상기 스트리머관(31)이 아크릴프레임(21)과 접하는 부분을 제외한 아크릴관(34)에 알루미늄으로 외피를 입힌 후 접지(36)를 형성하고, 상기 스트리머관(31)의 양측에는 실리콘고무마개(38)가 고정되며 상기 스트리머관(31)의 내부에 있어 스트리머 코로나방전을 위하여 실리콘고무마개(38)에 의해 지지되면서 중앙에 위치한 알루미늄전선(32)과 상기 반응장치(20)에서 스트리머관(31)의 내부에 있는 스트리머 코로나방전을 위한 알루미늄전선(32)만을 제외하고 알루미늄전선(32)의 절연을 위해 알루미늄전선(32)에 실리콘으로 피복을 입힌 실리콘튜브(33)와 상기 스트리머관(31)에 방전홀(37)을 형성하여 스트리머 코로나방전장치(30)를 구성한다.
상기 스트리머 코로나방전장치(30)는 0.2mm의 알루미늄전선(32)을 사용하고, 직경 15mm, 길이 200mm의 아크릴관(34)을 사용하였으며, 상기 아크릴관(34)의 외피에 은박지를 사용한 접지단자를 만들고, 스트리머관(31)에 방전홀(37)을 뚫어서 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리할 수 있도록 제작하였으며, 반응장치(20)에 스트리머 코로나방전장치(30)를 10개 장치할 수 있도록 제작하며 알루미늄전선(32)이 노출되는 부분에는 실리콘튜브(33)로 절연시키고 스트리머관(31)의 내부에서 스트리머 코로나방전을 일으키는 일부분만을 노출하였다.
특히, 상기 알루미늄전선(32)은 산소계 활성종에 강하기에 기준전극으로 적합하기 때문에 스트리머 코로나방전장치(30)의 고압의 전원을 인가할 수 있는 전선으로 사용하며, 상기 알루미늄전선(32)의 일부분을 실리콘튜브(33)로 피복된 구조로 형성하고 아크릴프레임(21)을 사용함으로써 알루미늄전선(32)에 고압의 전원이 인가될 때 사용자가 감전되는 것을 막아준다.
상기 스트리머 코로나방전장치(30)에서 펄스폭이 좁고, 펄스상승시간이 짧은 고전압이 인가되기 때문에 강한 스트리머 코로나 방전에 의해 발생되는 플라즈마 전리기체는 화학적 활성종(O, O2, O3, OH, HO2,H2O2)이 포함되는데 상기 화학적 활성종 O, OH, HO2, H는 폐가스 또는 대기중의 유해성분인 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 및 VOC(휘발성유기화합물), 다이옥신(DIOXINE), 포름알데히드(HCOH), 메칠에틸케톤(MEK), CFC, HCL 등을 무해한 성분으로 분해시킨다. 특히, 유해성분의 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx)이 효과적으로 분해된다.
상기 스트리머 코로나 방전에 의해 발생되는 화학적 활성종인 플라즈마 전리기체 즉, O, H, OH, HO2 등이 화학전리적 충돌에 의해 상기 유해가스성분을 분해하고, NHO3, H2SO4, CO2, H2O로 분해되는 것을 좀더 구체적으로 살펴보면, NOx, SOx 및 유기오염물질은 본 발명에 따른 스트리머관(28)에서 강한 스트리머 코로나 방전에 의해 발생되는 플라즈마 전리기체에 의해 및 CO2, H2O로 분해된다.
이하, 본 발명의 스트리머 코로나 방전에 의한 대기오염물질 처리장치에 관한 실험예를 자세히 설명하도록 한다.
실험에서 고전압펄스발생장치(10)에서 인가한 전압은 10kV 이었고 스위치(RSG:Rotary Spark Gap Switch)의 온/오프 인터벌은 수 ㎲이고, 직경 15mm, 길이 200mm의 스트리머 코로나방전장치(30) 20개를 배치 시킨 반응장치(20)안에 쑥뜸 연기를 피우고 스트리머 코로나방전을 통해 플라즈마를 발생시킨 경우와 스트리머 코로나방전을 발생시키지 않았을 때를 구분하여 반응장치(20)안의 연기가 없어질 때까지의 걸린 시간을 측정한다.
스트리머 코로나방전이 없을 때 반응장치(20) 안의 연기가 소멸 되기까지 걸린 시간은 20분 10초가 측정되었고, 스트리머 코로나방전을 발생시켰을 때 반응장치(20)속의 연기가 완전히 소멸 되기까지 걸린 시간은 3분 37초이다.
이하, 스트리머 코로나방전장치(30)가 25개로 구성된 반응장치(20)에서 인가 전압을 가변하는 경우에 대하여 살펴본다.
스트리머 코로나방전을 생성케 하는 조건으로 인가 전압이 5kV, 10kV, 15kV인 경우 스트리머 코로나방전장치(30)가 25개로 구성된 반응장치(20)속으로 연기제작기를 이용하여 연기를 진입시키고 스트리머 코로나방전을 발생시키지 않은 상태와 스트리머 코로나방전을 생성시켜서 연기가 소멸 될 때까지의 시간을 측정한다.
상기 실험에서 스트리머 코로나방전이 없는 경우 반응장치(20)속에 불어 넣은 연기가 완전히 소멸 되는데 걸리는 시간은 19분 30초가 측정되었으며, 5kV의 인가전압에서는 11분 8초가 측정되었고, 10kV의 인가전압의 경우 3분26초가 걸렸으며, 15kV의 인가전압에서는 1분 45초에 반응장치 속에 불어 넣어진 연기 완전히 소멸 됨을 관측할 수 있다.
이하, 상기 스트리머 코로나방전장치(30)가 25개로 구성된 반응장치(20)를 2개 직렬로 연결한 경우 7kV, 수 ㎲의 스위칭 타임을 적용한 경우에 대해 살펴보기로 한다.
스트리머 코로나방전을 생성시키지 않고 반응장치(20)에 연기를 인입시켜서 1차 반응장치(20-1)를 거쳐서 2차 반응장치(20-2)를 통하여 반응장치(20)의 외부로 배출되어 반응장치(20) 안에 연기가 완전히 소멸 되기까지 걸린 시간은 15분이 측정되었고, 1차 반응장치(20-1)에 인입된 연기가 소멸 되면서 1차로 걸러진 연기가 2차 반응장치(20-2)에 흡입되고 2차 반응장치(20-2)에서 2차로 연기가 소멸 된 공 기를 배출하게 되었다. 1차 반응장치(20-1)에서는 연기의 농도가 조금 짙었으나 점차 옅게 되고 2차 반응장치(20-2)를 통과하면서 7분30초 만에 완전히 소멸 되었다.
이하, 스트리머 코로나방전장치(30)가 25개로 구성된 반응장치(20)를 2개 직렬로 연결하고 1차 반응장치(20-1)와 2차 반응장치(20-2) 사이에 있는 출구덕트(50)에 배기흡입팬(60)을 설치한 후 인가전압을 가변하는 경우와 스위치칭 속도의 가변하는 경우에 대해서 살펴보기로 한다.
연기가 1차 반응장치(20-1)에 인입되어 일부는 소멸 되고 일부는 2차 반응장치(20-2)에 부착된 흡입 팬에 의하여 연기가 2차 반응장치(20-2)에 인입되고, 잔류연기가 2차 반응장치(20-2)내의 스트리머 코로나방전에 의하여 연기가 완전히 소멸되어 외부로 나가게 구성한다.
상기 1차 반응장치(20-1)와 2차 반응장치(20-2)의 사이에 배기흡입팬(60)을 설치하고 동작시키면서, 스트리머 코로나방전을 생성시키지 않고 반응장치(20)에 연기를 인입시켜 연기가 완전히 소멸 되기까지 걸린 시간은 4분 30초가 측정되었고, 인가전압이 5kV일때는 반응장치(20)안의 연기가 소멸 되기까지 걸린 시간은 2분50초이었고, 6kV에서는 2분15초, 7kV에서는 1분50초, 8kV에서는 1분30초, 9kV에서는 1분, 10kV에서는 반응장치(20) 속의 연기가 소멸 되기까지 걸린 시간은 55초가 측정되었다.
또한, 인가전압은 10kV로 일정하게 두고 스위칭 속도만 수 ㎲의 1.5배 속도로 하였을 때 반응기에 인입된 연기의 소멸에 걸린 시간은 1분이 측정되었고, 0.5배 속도로 스위칭 속도를 감속하였을 때는 반응장치(20)안의 연기가 소멸 된 시간은 55초로 측정되었다
결과로 미루어 보아 반응장치(20) 속에 인입된 연기가 소멸 되는데에는 스트리머 코로나방전의 작용뿐만 아니라 인가 전압이 직접적인 영향이 있다. 반면에 스위칭 속도는 크게 영향이 없음을 알 수 있다.
이하, 스트리머 코로나방전장치(30)가 25개로 구성된 반응장치(20) 3개를 직렬로 연결하고 1차 반응장치(20-1), 2차 반응장치(20-2) 및 3차 반응장치(20-3) 사이에 있는 출구덕트(50)에 배기흡입팬(60)을 설치한 경우에 대해서 살펴보기로 한다.
상기 3개의 반응장치(20)를 직렬로 접속하여 연기의 소멸상태를 관측하는 경우 1차 반응장치(20-1)는 gather chamber의 역할로 사용되고, 2차 반응장치(20-2)는 smoke collector의 역할로 사용되며 3차 반응장치(20-3)는 odors collector로 사용된다.
도 1은 3개의 반응장치(20)를 직렬로 연결하여 시스템을 구성한 모습으로서, 1차 반응장치(20-1)에서 연기가 모여져서 스트리머 코로나방전에 의하여 대기오염물질의 일부가 소멸 되며 배기흡입팬(60)의 작동으로 1차 반응장치(20-1)에 인입된 대기오염물질의 일부는 2차 반응장치(20-2)에서 스트리머 코로나방전에 의해서 대기오염물질이 소멸 된다. 이때 배기흡입팬(60)의 회전 세기에 따라 2차 반응장치(20-2)에서 처리되지 못한 일부 연기는 3차 반응장치(20-3)로 진입한다.
2차 반응장치(20-2)와 3차 반응장치(20-3) 사이의 출구덕트(50)속에 활성탄을 주입하여 냄새의 판별을 체크해 본 결과 반응장치(20)는 3개를 직렬로 연결한 직렬 3단 구조가 반응장치(20)를 2개 연결한 직렬 2단구조 보다는 필터링의 효과가 현저하다.
이상에서와 같이 본 발명은 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용한 대기오염물질 처리 장치에 관한 것으로서, 특히 스트리머 코로나방전에 의한 플라즈마를 이용하여 소각로, 발전소 및 공장 등에서 배출되는 연기, 대기오염물질 및 냄새 등을 제거하는 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치에 관한 것이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
따라서, 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정은 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 반응장치를 직렬로 연결한 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 반응장치를 직렬과 병렬로 혼합하여 연결한 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 고전압펄스발생장치의 회로도.
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 스트리머 코로나방전발생장치의 분해사시도와 결합사시도.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 반응장치의 정면도, 배면도 및 평면도.
도 9는 본 발명에 따른 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치의 반응장치의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 고전압펄스발생장치 20 : 반응장치 21 : 아크릴프레임
30 : 스트리머코로나방전장치 31 : 스트리머관 32 : 알루미늄전선
33 : 실리콘튜브 34 : 아크릴관 35 : 알루미늄외피
36 : 접지 37 : 방전홀 38 : 실리콘고무마개
40 : 입구덕트 50 : 출구덕트 60 : 배기흡기팬
70 : 집진장치
PM : 전력계 SD : 가변변압기
TR : 고전압변압기 RSG : 스위치

Claims (4)

  1. 고전압의 펄스를 발생하기 위한 고전압펄스발생장치(10)와;
    상기 고전압펄스발생장치(10)에서 공급되는 고전압펄스를 전달받아 플라즈마를 발생하는 다수개의 스트리머 코로나방전장치(30)를 포함하고, 상기 다수개의 스트리머 코로나방전장치(30)에서 스트리머 코로나방전을 유도하여 발생하는 플라즈마를 통해 전리기체와 유해가스가 화학적으로 반응하여 상기 유해가스가 CO2, H2O로 분해하는 플라즈마 화학반응을 일으키는 반응장치(20)와;
    상기 반응장치(20)는 입구 및 출구덕트(40)(50) 사이에 복수로 배치하고, 상기 입구 및 출구덕트(40)(50)의 축방향에 대해 수직방향으로 다수개의 스트리머 코로나방전장치(30)를 포함하여 형성하는 것과;
    상기 반응장치(20) 사이에 대기오염물질의 유동을 균형화하기 위한 배기흡기팬(60)을 포함하여 형성한 것과;
    상기 플라즈마 상변화학반응을 이용하여 대기오염물질을 정화한 후 잔여물을 채집하는 집진장치(70);를 포함하고,
    상기 스트리머 코로나방전장치(30)에서 스트리머관(31)은 아크릴관(34)에 알루미늄외피(35)를 형성하고 접지점(36)을 형성한 것과;
    상기 스트리머관(31)의 양측을 실리콘고무마개(38)로 고정시킨 것과;
    상기 스트리머관(31)의 내부에 있어서 실리콘고무마개(38)에 의해 지지되면서 중앙에 위치한 알루미늄전선(32)과;
    상기 스트리머 코로나방전장치(30)에서 알루미늄전선(32)의 절연을 위해 알루미늄전선(32)에 실리콘으로 피복을 입힌 실리콘튜브(33)와;
    상기 스트리머관(31)에 방전홀(37);을 포함하여 형성한 것을 특징으로 하는 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 반응장치(20)를 직렬 또는 병렬로 배치한 것;을 특징으로 하는 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 고전압펄스발생장치(10)는;
    AC220V의 전원이 인가되는 전원 양단(a,b)과;
    상기 전원 양단에 연결된 전력계(PM)와;
    상기 전력계(PM)의 양단에 연결된 가변변압기(SD)와;
    상기 가변변압기(SD)와 연결된 고전압변압기(TR)와;
    상기 고전압변압기(TR)의 일측에 연결된 저항(R), 다이오드(D) 및 스위치(RSG:Rotary Spark Gap Switch)와;
    상기 스위치(RSG)의 일측과 고전압변압기(TR)의 타단 사이에 연결된 캐패시터(C)와;
    상기 캐패시터(C)와 스위치(S)의 타단 사이에 연결된 반응장치(20)가 동작되도록 동작 전원을 공급하여 고전압펄스의 일정한 전압을 반응장치(20)에 공급하는 것;을 특징으로 하는 스트리머 코로나방전에 의한 대기오염물질 처리장치.
  4. 삭제
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