KR101812554B1

KR101812554B1 - 플라즈마를 이용한 수처리 장치

Info

Publication number: KR101812554B1
Application number: KR1020160057005A
Authority: KR
Inventors: 홍용철
Original assignee: 주식회사 엔팩
Priority date: 2016-05-10
Filing date: 2016-05-10
Publication date: 2017-12-27
Also published as: KR20170126666A

Abstract

본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치는, 석영관의 출구부가 노즐 형상으로 형성됨으로써, 플라즈마 방전된 가스를 고속으로 분사하여 수중에 공급하기 때문에 살균 효과가 보다 효과적일 뿐만 아니라, 전극봉을 석영관의 가상의 중심축에 맞추기가 보다 용이하여 방전 효율이 향상될 수 있다.

Description

플라즈마를 이용한 수처리 장치{Water treatment apparatus using plasma}

본 발명은 플라즈마를 이용한 수처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플라즈마 방전된 가스를 고속으로 분사하여 물을 효과적으로 살균할 수 있는 플라즈마를 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.

최근에는 수처리에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되고 있으며, 수처리 기술은 크게 전기화학적 방법, 전자기를 이용한 방법, 자외선을 이용한 방법 및 플라즈마를 이용한 방법으로 분류된다. 종래에는 플라즈마를 이용한 방법은 주로 저온 플라즈마 공정으로 대기 환경 분야에서 유해가스 제거에 사용되었지만, 처리 공정이 간편하고 2차 오염도 발생시키지 않으므로 최근 새로운 개념의 수처리 방법으로 부각되고 있다.

그러나, 수중에서 플라즈마가 발생될 때 물의 도전성 때문에 플라즈마의 발생이 매우 어려우며, 플라즈마를 연속적으로 발생시키기 위해서 고가의 펄스 전원 및 고주파 전원을 사용해야 하는 등의 문제점을 가지고 있다.

한국등록특허 10-1005636

본 발명의 목적은, 플라즈마 방전된 가스를 고속으로 분사 공급하여 살균 효과를 향상시킬 수 있는 플라즈마를 이용한 수처리 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치는, 피처리수가 담긴 수조와; 상기 수조에 연직방향으로 길게 설치되고 접지된 중공의 석영관과; 상기 석영관의 내부에 연직방향으로 삽입되는 전극봉과; 상기 석영관의 상부로 가압된 가스를 공급하는 가스 공급부와; 상기 전극봉에 전원을 인가하여 상기 전극봉과 상기 석영관 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원 공급부를 포함하고, 상기 석영관에서 플라즈마 방전된 가스를 배출하는 출구부는 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 노즐 형상으로 형성되어 상기 가스가 고속으로 분사되고, 상기 전극봉은 하단부가 상기 석영관의 출구부의 중앙에 위치하도록 삽입하여 상기 전극봉을 상기 석영관의 가상의 중심축 상에 배치한다.

또한, 석영관의 출구부가 노즐 형상으로 형성되고, 상기 출구부의 중심이 석영관의 통부의 중심에서 편심되게 형성됨으로써, 플라즈마 방전된 가스를 고속으로 분사하여 수중에 공급하기 때문에 살균 효과가 보다 효과적일 뿐만 아니라, 방전 개시 전압을 낮출 수 있는 이점이 있다.

또한, 수조의 내부가 격벽과 배플판 중 적어도 하나에 의해 복수의 수처리 공간으로 구획됨으로써, 피처리수가 상기 수처리 공간을 차례로 통과하면서 살균되어, 살균효과가 보다 향상될 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에서 A부분의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 4는 도 3에서 B부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다. 도 2는 도 1에서 A부분의 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(1)는, 수조(2), 석영관(10), 전극봉(4), 가스 공급부(6), 전원 공급부(8)를 포함한다.

상기 수조(2)는, 피처리수가 담기는 탱크이다. 상기 수조(2)는, 외부로부터 물을 공급받도록 형성된다. 상기 수조(2)는, 물이 공급되는 유입구 이외에 밀폐되는 것도 가능하고, 개방되게 형성되는 것도 가능하다.

상기 석영관(10)은, 상기 수조(2)에 연직방향으로 세워져 설치된다. 상기 석영관(10)은, 투명한 석영관으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 석영관(10)은 접지되어, 상기 석영관(10)과 상기 전극봉(4)의 사이에 전압차가 발생할 수 있다. 상기 석영관(10)은 길이방향으로 길게 형성된 원통 형상의 통부(11)와, 상기 통부(11)에서 연장 형성되어 플라즈마 방전된 가스를 배출하는 출구부인 노즐부(12)를 포함한다. 상기 석영관(10)의 상부로 가스가 공급되면, 상기 석영관(10)의 축방향인 길이방향으로 가스가 흐른다.

상기 노즐부(12)는, 단면적이 점차 감소하다가 다시 증가하는 발산 노즐 형상으로 형성된다. 즉, 상기 노즐부(12)는, 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 축소부(12a)와, 상기 축소부(12a)로부터 단면적이 점차 증가하는 확대부(12b)를 포함한다. 상기 노즐부(12)가 발산 노즐 형상으로 형성됨으로써, 상기 석영관(10)내부에서 플라즈마 방전된 가스가 버블 형태로 배출시 고속 분사가 가능하여, 상기 수조(2)내의 물의 살균이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 노즐부(12)는 단면적이 점차 감소하는 축소 노즐 형상으로 형성되는 것도 물론 가능하다.

상기 전극봉(4)은, 상기 석영관(10)의 내부에 연직방향으로 삽입된다. 상기 전극봉(4)은, 상기 석영관(10)의 상부 또는 별도로 구비된 고정 부재에 의해 설치가 고정될 수 있다. 상기 전극봉(4)은 유전체 튜브(미도시)로 감싸진다. 상기 유전체 튜브(미도시)는 알루미늄을 아노다이징한 것이 사용된다. 상기 전극봉(4)은 연직방향으로 삽입된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 수평으로 설치되는 것도 물론 가능하다.

상기 전극봉(4)은, 상기 석영관(10)의 가상의 중심축 상에 배치된다. 즉, 상기 전극봉(4)은, 상기 석영관(10)의 가상의 중심축 상에 배치되는 것은, 상기 전극봉(4)의 가상의 중심축이 상기 석영관(10)의 가상의 중심축과 일치하게 배치되는 것을 의미한다. 상기 전극봉(4)과 상기 석영관(10)사이의 거리(d1)에 따라 방전개시전압이나 플라즈마 발생이 달라질 수 있다.

상기 전극봉(4)의 하단부(4a)를 상기 석영관(10)의 노즐부(12)에서 단면적이 가장 작은 부분의 중앙에 위치하도록 배치하면, 상기 전극봉(4)의 가상의 중심축이 상기 석영관(10)의 가상의 중심축과 일치하게 배치될 수 있다. 상기 노즐부(12)에서 단면적이 가장 작은 부분은 상기 축소부(12a)와 상기 확대부(12b)가 연결된 연결부(12c)이다. 즉, 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)는, 상기 노즐부(12)의 연결부(12c)에 배치된다.

상기 전극봉(4)의 하단부(4a)를 상기 노즐부(12)의 연결부(12c)의 중앙에 위치시키면, 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)와 상기 연결부(12c)사이의 간격(d2)이 동일해진다. 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)와 상기 연결부(12c)사이의 간격(d2)이 동일하면, 상기 전극봉(4)과 상기 석영관(10)의 통부(11)사이의 간격(d1)도 동일해지므로, 상기 전극봉(4)이 상기 석영관(10)의 가상의 중심축 상에 위치될 수 있다.

상기 석영관(10)의 직경이 작을수록 상기 전극봉(4)을 상기 석영관(10)의 가상의 중심축 상에 맞추기가 용이하나, 상기 석영관(10)의 통부(11)의 직경을 줄이는 것은 방전 성능 확보상 한계가 있다. 따라서, 상기 석영관(10)에 상기 노즐부(12)를 형성함으로써, 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)를 상기 노즐부(12)의 연결부(12c)가 단면적이 가장 작은 부분에 배치할 수 있으므로, 상기 석영관(10) 전체의 직경을 축소하지 않고도 상기 전극봉(4)을 상기 석영관(10)의 가상의 중심축 상에 맞추는 것이 용이해질 수 있다.

상기 가스 공급부(6)는, 상기 석영관(10)의 상부로 가압된 가스를 공급하는 장치이다. 상기 가스는 방전 가스로 이용되며, 아르곤 등의 다양한 가스가 이용될 수 있다.

상기 전원 공급부(8)는, 상기 전극봉(4)에 교류 전압을 인가하여, 상기 전극봉(4)과 상기 석영관(10)사이의 공간에서 플라즈마가 발생하도록 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치의 작동을 살펴보면 다음과 같다.

상기 전극봉(4)에 전압이 인가되면, 상기 전극봉(4)과 상기 석영관(10)사이에 전압차가 발생하여 전기장이 형성된다.

상기 석영관(10)의 내부로 상기 가스가 공급되면, 상기 가스는 상기 석영관(10)의 내부에서 플라즈마 방전을 일으킨다. 상기 플라즈마 방전은, 글로우 방전에서 아크 방전으로 전이되는 방전(Glow to Arc Transition)으로서, 상기 글로우 방전과 상기 아크 방전의 전이가 반복적으로 일어나며, 방전 안정성이 향상된다. 상기 전극봉(4)에 인가되는 전류의 세기를 조절함으로써, 상기 글로우 방전과 상기 아크 방전의 전이가 반복적으로 일어날 수 있다.

상기 석영관(10)의 내부에서 플라즈마 방전된 가스는 상기 석영관(10)의 노즐부(12)를 통해 상기 수조(1)의 내부로 고속 분사된다. 이 때, 상기 석영관(10)의 노즐부(12)가 발산 노즐 형상으로 형성됨으로써, 상기 플라즈마 방전된 가스가 보다 고속으로 분사되어 상기 수조(1)의 물로 고르게 잘 퍼져나갈 수 있다. 따라서, 수중의 오염물질을 보다 신속하고 효과적으로 살균할 수 있다.

따라서, 본 실시예에서는 상기 석영관(10)의 하단부를 발산 노즐 형상으로 형성함으로써, 플라즈마 방전된 가스를 고속 분사하여 살균 효과를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 전극봉(4)이 상기 석영관(10)의 가상의 중심축 상에 위치하도록 배치하는 것이 보다 용이해질 수 있는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다. 도 4는 도 3에서 B부분의 확대도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(20)는, 상기 석영관(30)의 출구부(32)가 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 노즐 형상으로 형성되고, 상기 출구부(32)의 가상의 중심축(C')은 상기 석영관(30)의 통부(31)의 가상의 중심축(C)에서 편심되게 형성된 것이 상기 제1실시예와 상이하고 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해 상세히 설명하고 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 석영관(30)은 중공의 원통 형상으로 형성되고, 단면적이 일정하게 형성된 통부(31)와, 상기 통부(31)에서 연장 형성되고 플라즈마 방전된 가스를 배출하는 출구부(32)를 포함한다.

상기 출구부(32)의 직경은 상기 통부(31)의 직경보다 작게 형성된다. 상기 출구부(32)는, 상기 통부(31)에서 연장되어 단면적이 점차 축소되는 축소부(32a)와, 상기 축소부(32a)에서 연장되고 단면적이 일정하되 가상의 중심축(C')이 상기 통부(31)의 가상의 중심축(C)에서 편심되게 형성된 편심부(32b)를 포함한다.

상기 전극봉(4)은 상기 석영관(30)의 내부에 삽입된다. 이 때, 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)를 상기 편심부(32b)의 중앙에 위치하도록 배치한다. 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)를 상기 편심부(32b)의 중앙에 위치하면, 상기 전극봉(4)이 상기 편심부(32b)의 가상의 중심축(C') 상에 배치된다. 따라서, 상기 전극봉(4)은 상기 석영관(30)의 내부에서 편심되게 배치된다. 즉, 상기 전극봉(4)의 하단부(4a)와 상기 편심부(32b)사이의 간격(d13)(d14)이 원주방향을 따라 모두 동일하다. 한편, 상기 전극봉(4)과 상기 석영관(30)의 일측벽과의 거리(d11)와 상기 전극봉(4)과 상기 석영관(30)의 타측벽과의 거리(d12)는 서로 다르다.

상기 전극봉(4)과 상기 석영관(30)의 통부(31) 사이의 거리(d11)(d12)에 따라 방전 개시 전압이 달라질 수 있다. 상기 방전 개시 전압이 방전이 처음 시작되는 전압을 의미하며, 상기 방전 개시 전압이 낮으면 2차 방전시 전압이 낮아도 방전이 생길 수 있으므로 방전시 중요한 요인이다.

본 실시예에서는, 상기 전극봉(4)이 상기 통부(31)에서 편심되게 배치되어, 상기 전극봉(4)과 상기 통부(31)의 일측벽과의 거리(d12)가 보다 가까워짐으로써, 상기 전극봉(4)이 상기 통부(31)의 가상의 중심축(C)상에 위치하는 경우보다 방전 개시 전압이 보다 낮아질 수 있다. 즉, 상기 전극봉(4)과 상기 통부(31)의 일측벽과의 사이에서 방전이 먼저 일어난 후, 상기 전극봉(4)과 상기 통부(31)의 타측벽과의 사이에서 방전이 일어난다. 상기 방전 개시 전압이 낮아지면, 공급 전압을 낮출 수 있으므로 효율이 향상될 수 있다.

또한, 상기 석영관(30)의 출구부의 단면적이 감소되게 형성됨으로써, 상기 석영관(30)의 내부에서 플라즈마 방전된 가스가 고속으로 분사되기 때문에, 상기 수조(2)내의 물을 보다 효과적으로 살균할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(40)는, 수조(50)가 복수의 격벽들(51)에 의해 복수의 수처리 공간들(60)로 구획되어, 피처리수가 상기 복수의 수처리 공간들(60) 중 하나로 유입되어 상기 복수의 수처리 공간들(60)을 차례로 통과한 후 배출되고, 상기 복수의 수처리 공간들(60)마다 각각 석영관(70)이 삽입된 것이 상기 제1실시예와 상이하고 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해 상세히 설명하고 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 수조(50)는 3개의 복수의 격벽들(51)에 의해 구획되고, 상기 복수의 수처리 공간들(60)은 4개의 제1,2,3,4수처리 공간들(61)(62)(63)(64)인 것으로 예를 들어 설명한다.

상기 수조(50)의 일측에는 피처리수가 유입되는 유입구(53)가 형성되고, 타측에는 살균 처리된 피처리수가 배출되는 배출구(54)가 형성된다. 상기 유입구(53)와 상기 배출구(54) 중 적어도 하나에는 피처리수를 펌핑하는 펌프(미도시)가 설치된다.

상기 복수의 격벽들(51)은, 상기 수조(50)의 바닥면에서 돌출 형성되고, 상기 수조(50)의 외측벽보다 낮은 높이로 형성된다. 따라서, 상기 제1,2,3,4수처리 공간들(61)(62)(63)(64)은 상부가 서로 연통된다.

상기 석영관(70)은, 상기 제1,2,3,4수처리 공간들(61)(62)(63)(64)마다 각각 배치된다. 상기 석영관(70)은 길이방향으로 길게 형성된 원통 형상의 통부(71)와, 상기 통부(71)에서 연장 형성되어 플라즈마 방전된 가스를 배출하는 출구부인 노즐부(72)를 포함한다.

상기 노즐부(72)는, 단면적이 점차 감소하다가 다시 증가하는 발산 노즐 형상으로 형성된다. 즉, 상기 노즐부(72)는, 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 축소부(72a)와, 상기 축소부(72a)로부터 단면적이 점차 증가하는 확대부(72b)를 포함한다. 상기 노즐부(72)가 발산 노즐 형상으로 형성됨으로써, 상기 석영관(70)내부에서 플라즈마 방전된 가스가 버블 형태로 배출시 고속 분사가 가능하여, 상기 수조(50)내의 물의 살균이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 노즐부(72)는 단면적이 점차 감소하는 축소 노즐 형상으로 형성되는 것도 물론 가능하고, 상기 석영관(70)의 출구부의 가상의 중심축이 상기 통부(71)의 가상의 중심축에 편심되게 형성되는 것도 물론 가능하다.

상기 전극봉(80)은, 상기 석영관(70)의 내부에 연직방향으로 삽입된다. 상기 전극봉(80)은, 상기 석영관(70)의 상부 또는 별도로 구비된 고정 부재에 의해 설치가 고정될 수 있다.

상기 전극봉(80)은, 상기 석영관(70)의 가상의 중심축 상에 배치된다. 상기 전극봉(80)이 상기 석영관(70)의 가상의 중심축 상에 배치되는 것은, 상기 전극봉(80)의 가상의 중심축이 상기 석영관(70)의 가상의 중심축과 일치하게 배치되는 것을 의미한다.

상기 전극봉(80)의 하단부(80a)를 상기 석영관(70)의 노즐부(72)에서 단면적이 가장 작은 부분의 중앙에 위치하도록 배치하면, 상기 전극봉(80)이 상기 석영관(70)의 가상의 중심축 상에 위치될 수 있다. 상기 노즐부(72)에서 단면적이 가장 작은 부분은 상기 축소부(72a)와 상기 확대부(72b)가 연결된 연결부(72c)이다. 즉, 상기 전극봉(80)의 하단부(80a)는, 상기 노즐부(72)의 연결부(72c)에 배치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(40)의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기 복수의 전극봉들(80)에 전압이 동시 또는 차례로 인가되면, 상기 전극봉(80)과 상기 석영관(70)사이에 전압차가 발생하여 전기장이 형성된다.

상기 석영관(70)의 내부로 상기 가스가 공급되면, 상기 가스는 상기 석영관(70)의 내부에서 플라즈마 방전을 일으킨다.

상기 석영관(70)의 내부에서 플라즈마 방전된 가스는 상기 석영관(70)의 노즐부(72)를 통해 상기 수조(50)의 내부로 고속 분사된다. 이 때, 상기 석영관(70)의 노즐부(72)가 발산 노즐 형상으로 형성됨으로써, 상기 플라즈마 방전된 가스가 보다 고속으로 분사되어 상기 수조(50)의 물로 고르게 잘 퍼져나갈 수 있다.

한편, 상기 수조(50)의 유입구(53)를 통해 피처리수가 유입되면, 유입된 피처리수는 상기 제1수처리 공간(61)에서 살균된 후, 상기 제2수처리 공간(62)으로 유입된다.

상기 제2수처리 공간(62)으로 유입된 피처리수는 상기 제2수처리 공간(62)으로 고속 분사된 플라즈마 방전된 가스에 의해 다시 살균된 후, 상기 제3수처리 공간(63)으로 유입된다.

상기 제3수처리 공간(63)으로 유입된 피처리수는 상기 제3수처리 공간(63)으로 고속 분사된 플라즈마 방전된 가스에 의해 다시 살균된 후, 상기 제4수처리 공간(64)으로 유입된다.

상기 제4수처리 공간(64)으로 유입된 피처리수는 상기 제4수처리 공간(64)으로 고속 분사된 플라즈마 방전된 가스에 의해 다시 살균된 후, 상기 수조(50)의 배출구(54)를 통해 외부로 배출된다.

따라서, 본 실시예에서는, 상기 수조(50)의 내부가 복수의 수처리 공간들(60)로 구획되어 형성됨으로써, 피처리수가 상기 복수의 수처리 공간들(60)을 차례로 통과하면서 복수회 살균됨으로써, 살균 효과가 향상될 수 있다.

한편, 본 실시예예서는, 상기 복수의 수처리 공간들(60)내에 각각 삽입된 전극봉(70)에 동일한 전압이 인가된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 각각의 전극봉(70)에 서로 다른 전압이 인가되는 것도 물론 가능하다. 즉, 상기 피처리수가 유입되는 측에서 배출되는 측으로 갈수록 낮은 전압을 인가할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(100)는, 수조(110)가 적어도 하나 이상의 격벽(122)과 복수의 배플판들(124)에 의해 구획되어 복수의 수처리 공간들(130)로 구획되는 것이 상기 제3실시예와 상이하고 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 구성에 대해 상세히 설명하고 유사 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 격벽(122)은, 상기 수조(110)의 바닥면(110a)에서 상향 돌출 형성되고 상기 수조(110)의 외측벽보다 낮은 높이로 형성된다.

상기 배플판들(124)은, 상기 수조(110)의 바닥면(110a)에서 소정간격 이격된 높이에서 형성되고 상기 수조(110)의 외측벽보다 낮은 높이로 형성된다.

따라서, 상기 수조(110)는, 상기 격벽(122)과 상기 배플판들(124)에 의해 복수의 수처리 공간들(130)로 구획된다. 본 실시예에서는, 하나의 격벽(122)과 2개의 배플판들(124)에 의해 4개의 제1,2,3,4수처리 공간들(131)(132)(133)(134)로 구획되는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 배플판들(124)에 의해 구획되는 수처리 공간들은 상,하부가 연통되고, 상기 격벽(122)에 의해 구획되는 수처리 공간들은 상부가 서로 연통된다.

상기 수조(110)의 일측에는 피처리수가 유입되는 유입구(113)가 형성되고, 타측에는 살균 처리된 피처리수가 배출되는 배출구(114)가 형성된다. 상기 유입구(113)와 상기 배출구(114) 중 적어도 하나에는 피처리수를 펌핑하는 펌프(미도시)가 설치된다.

상기 석영관(170)은, 상기 제1,2,3,4수처리 공간들(131)(132)(133)(134)마다 각각 배치된다. 상기 석영관(170)은 길이방향으로 길게 형성된 원통 형상의 통부(171)와, 상기 통부(171)에서 연장 형성되어 플라즈마 방전된 가스를 배출하는 출구부인 노즐부(172)를 포함한다.

상기 노즐부(172)는, 단면적이 점차 감소하다가 다시 증가하는 발산 노즐 형상으로 형성된다. 즉, 상기 노즐부(172)는, 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 축소부(172a)와, 상기 축소부(172a)로부터 단면적이 점차 증가하는 확대부(172b)를 포함한다. 상기 노즐부(172)가 발산 노즐 형상으로 형성됨으로써, 상기 석영관(170)내부에서 플라즈마 방전된 가스가 버블 형태로 배출시 고속 분사가 가능하여, 상기 수조(110)내의 물의 살균이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 노즐부(172)는 단면적이 점차 감소하는 축소 노즐 형상으로 형성되는 것도 가능하고, 상기 석영관(170)의 출구부의 가상의 중심축이 상기 통부(171)의 가상의 중심축에 편심되게 형성되는 것도 물론 가능하다.

상기 전극봉(180)은, 상기 석영관(170)의 내부에 연직방향으로 삽입된다. 상기 전극봉(180)은, 상기 석영관(170)의 상부 또는 별도로 구비된 고정 부재에 의해 설치가 고정될 수 있다.

상기 전극봉(180)은, 상기 석영관(170)의 가상의 중심축 상에 배치된다. 상기 전극봉(180)의 하단부(180a)를 상기 석영관(170)의 노즐부(172)에서 단면적이 가장 작은 부분의 중앙에 위치하도록 배치하면, 상기 전극봉(180)이 상기 석영관(170)의 가상의 중심축 상에 위치될 수 있다. 상기 노즐부(172)에서 단면적이 가장 작은 부분은 상기 축소부(172a)와 상기 확대부(172b)가 연결된 연결부(172c)이다. 즉, 상기 전극봉(180)의 하단부(180a)는, 상기 노즐부(172)의 연결부(172c)에 배치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제4실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(100)의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기 복수의 전극봉들(180)에 전압이 동시 또는 차례로 인가되면, 상기 전극봉(180)과 상기 석영관(170)사이에 전압차가 발생하여 전기장이 형성된다.

상기 석영관(170)의 내부로 상기 가스가 공급되면, 상기 가스는 상기 석영관(170)의 내부에서 플라즈마 방전을 일으킨다.

상기 석영관(170)의 내부에서 플라즈마 방전된 가스는 상기 석영관(170)의 노즐부(172)를 통해 상기 수조(110)의 내부로 고속 분사된다. 이 때, 상기 석영관(170)의 노즐부(172)가 발산 노즐 형상으로 형성됨으로써, 상기 플라즈마 방전된 가스가 보다 고속으로 분사되어 상기 수조(110)의 물로 고르게 잘 퍼져나갈 수 있다.

한편, 상기 수조(110)의 유입구(113)를 통해 피처리수가 유입되면, 유입된 피처리수는 상기 제1수처리 공간(131)과 상기 제2수처리 공간(132)에서 살균된 후, 상기 제3수처리 공간(133)과 상기 제4수처리 공간(134)으로 유입된다. 상기 제1수처리 공간(131)과 상기 제2수처리 공간(132)은 상,하측이 서로 연통되어, 상기 피처리수가 상기 제1수처리 공간(131)과 상기 제2수처리 공간(132)에서 1차로 살균된다. 1차로 살균된 피처리수는 상기 제3수처리 공간(133)과 상기 제4수처리 공간(134)에서 2차 살균된다.

상기 제4수처리 공간(134)으로 고속 분사된 플라즈마 방전된 가스에 의해 살균된 피처리수는, 상기 수조(110)의 배출구(114)를 통해 외부로 배출된다.

따라서, 본 실시예에서는, 상기 수조(110)의 내부가 복수의 수처리 공간들(130)로 구획되어 형성됨으로써, 피처리수가 상기 복수의 수처리 공간들(130)을 차례로 통과하면서 복수회 살균됨으로써, 살균 효과가 향상될 수 있다.

한편, 본 실시예예서는, 상기 복수의 수처리 공간들(130)내에 각각 삽입된 전극봉(170)에 동일한 전압이 인가된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고 각각의 전극봉(170)에 서로 다른 전압이 인가되거나 일부 전극봉에는 동일한 제1전압이 인가되고 나머지 전극봉에는 상기 제1전압보다 낮은 전압이 인가되는 것도 물론 가능하다. 즉, 상기 피처리수가 유입되는 측에서 배출되는 측으로 갈수록 낮은 전압을 인가할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(200)는, 석영관(10)의 내부에 연직방향으로 삽입되는 전극봉(4)과, 상기 석영관(10)의 외부에서 상기 석영관(10)의 출구부를 감싸는 형상으로 형성되고 접지된 외부 전극(201)을 포함하고, 상기 전극봉(4)과 상기 외부 전극(201)사이에서 발생하는 플라즈마 방전을 이용하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성은 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 실시예에서는, 상기 석영관(10)은, 중공의 원통형상의 통부(11)와, 상기 통부(11)에서 연장 형성된 출구부를 포함하고, 상기 출구부는 단면적이 점차 감소하다가 다시 증가하는 발산 노즐 형상의 노즐부(12)가 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 석영관(10)의 출구부는 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 노즐 형상이면 가능하며, 상기 출구부의 가상의 중심축이 상기 석영관의 통부의 가상의 중심축에서 편심되게 형성되는 것도 물론 가능하다.

상기 수조(2)의 내부에 담겨있는 피처리수의 전도도가 낮을 경우, 상기 석영관(10)을 접지 전극으로 연결하지 않고, 상기 석영관(10)의 외부에 상기 외부 전극(201)을 구비하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 피처리수가 초순수일 경우 해수에 비해 전도도가 낮으므로, 상기 외부 전극(201)을 구비한다. 한편, 상기 피처리수가 해수일 경우, 상기 피처리수를 접지 전극으로 사용할 수 있다.

상기 외부 전극(201)은, 상기 석영관(10)의 노즐부(12)를 감싸도록 코일 형상 또는 링 형상으로 형성된다. 본 실시예에서는, 코일 형상으로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 외부 전극(201)이 상기 노즐부(12)를 좌,우 방향으로 대칭이게 감으면, 접지가 안정적으로 유지되도록 한다.

도 8은 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치가 개략적으로 도시된 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 플라즈마를 이용한 수처리 장치(210)는, 석영관(30)의 내부에 연직방향으로 삽입되는 전극봉(4)과, 상기 석영관(30)의 외부에서 상기 석영관(30)의 출구부를 감싸는 형상으로 형성되고 접지된 외부 전극(211)을 포함하고, 상기 전극봉(4)과 상기 외부 전극(211)사이에서 발생하는 플라즈마 방전을 이용하며, 상기 전극봉(4)에 연결되어 상기 전극봉(4)으로부터 전하를 모아서 글로우 방전과 아크 방전의 전이가 반복적으로 발생하도록 전류의 세기를 제어하는 축전기(212)를 포함하는 것이 상기 제2실시예와 상이하고, 그 외 나머지 구성은 유사하므로, 유사 구성에 대해 동일 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 실시예에서는, 상기 석영관(30)은, 중공의 원통형상의 통부(31)와, 상기 통부(31)에서 연장 형성된 출구부(32)를 포함하고, 상기 출구부(32)는 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 노즐 형상이면 가능하며, 상기 출구부(32)의 가상의 중심축이 상기 석영관(30)의 통부(31)의 가상의 중심축에서 편심되게 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 출구부는, 단면적이 점차 감소하다가 다시 증가하는 발산 노즐 형상으로 형성되는 것도 물론 가능하다.

상기 전극봉(4)과 상기 외부전극(211)사이에 플라즈마 발생시, 피처리수의 저항과 온도 변화로 인해 글로우 방전에서 아크 방전으로 전이되는 현상이 발생한다. 상기 전극봉(4)에 상기 축전기(212)가 연결됨으로써, 상기 아크 방전으로 전이된 후 다시 글로우 방전으로 전이될 수 있다. 상기 축전기(212)가 상기 전극봉(4)으로부터 전하를 모아서 저장함으로써, 상기 아크 방전이 발생한 후 다시 글로우 방전으로 전이될 수 있다.

따라서, 상기 축전기(212)를 구비함으로써, 상기 전극봉(4)에 공급되는 전류나 상기 전극봉(4)과 상기 외부 전극(211)사이에 전류의 세기를 제어할 필요없이 상기 글로우 방전과 상기 아크 방전의 전이가 반복적으로 발생될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

2: 수조 4,80,180: 전극봉
10,30,70,170: 석영관 11: 통부
12: 노즐부 12a: 축소부
12b: 확대부 51, 122: 격벽
124: 배플판

Claims

피처리수가 담긴 수조와;
상기 수조에 연직방향으로 길게 설치되어 접지되는 중공의 석영관과;
상기 석영관의 내부에 연직방향으로 삽입되고, 하단부가 상기 석영관에서 단면적이 가장 작은 부분의 중앙에 위치하도록 삽입되는 전극봉과;
상기 석영관의 상부로 가압된 가스를 공급하는 가스 공급부와;
상기 전극봉에 전원을 인가하여 상기 전극봉과 상기 석영관 사이의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원 공급부와;
상기 전극봉에 연결되어, 상기 전극봉으로부터 전하를 모아서 글로우 방전과 아크 방전의 전이가 반복적으로 발생하도록 전류의 세기를 제어하는 축전기를 포함하고,
상기 석영관은 단면적이 일정하게 형성된 통부와, 상기 통부에서 연장 형성되고 상기 가스를 분사 배출하는 출구부를 포함하고,
상기 출구부는, 상기 통부에서 연장되어 단면적이 점차 축소되는 축소부와, 상기 축소부에서 연장되어 상기 통부보다 단면적이 작고 가상의 중심축이 상기 통부의 가상의 중심축에서 편심되게 형성된 편심부를 포함하고,
상기 전극봉은 상기 통부의 내부에서 편심되게 배치되고, 상기 전극봉의 하단부는 상기 편심부의 중앙에 배치되며,
상기 출구부는 끝단으로 갈수록 단면적이 감소하는 노즐 형상으로 형성되어 상기 가스가 고속으로 분사되고,
상기 축전기가 상기 전극봉으로부터 전하를 모아서 저장하여, 상기 플라즈마 발생시 글로우 방전에서 아크 방전으로 전이된 후 다시 글로우 방전으로 전이되도록 하는 플라즈마를 이용한 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 석영관의 출구부는,
단면적이 점차 감소하다가 다시 증가하는 발산 노즐 형상으로 형성된 플라즈마를 이용한 수처리 장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 수조는, 복수의 격벽들에 의해 복수의 수처리 공간들로 구획되어, 상기 피처리수가 상기 복수의 수처리 공간들 중 하나로 유입되어 상기 복수의 수처리 공간들을 차례로 통과한 후 배출되도록 형성되고,
상기 석영관과 상기 전극봉은 상기 복수의 수처리 공간들마다 각각 설치되어 복수개를 포함하고,
상기 복수의 수처리 공간들 중에서 상기 피처리수가 유입되는 측에 배치된 전극봉에 가해지는 전압보다 상기 피처리수가 배출되는 측에 배치된 전극봉에 낮은 전압을 인가하는 플라즈마를 이용한 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 수조는, 상기 수조의 바닥면에서 상향 돌출된 적어도 하나 이상의 격벽과 상기 수조의 바닥면에서 소정거리 이격되게 형성된 복수의 배플판들이 교대로 배치되어, 상기 격벽과 상기 배플판들에 의해 복수의 수처리 공간들로 구획되고,
상기 석영관과 상기 전극봉은 상기 복수의 수처리 공간들마다 각각 설치되어 복수개를 포함하고,
상기 복수의 수처리 공간들 중에서 상기 피처리수가 유입되는 측에 배치된 전극봉에 가해지는 전압보다 상기 피처리수가 배출되는 측에 배치된 전극봉에 낮은 전압을 인가하는 플라즈마를 이용한 수처리 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 석영관의 외부에서 상기 석영관의 출구부를 감싸는 형상으로 형성되고 접지된 외부 전극을 더 포함하는 플라즈마를 이용한 수처리 장치.
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