KR101821864B1 - 수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치 - Google Patents

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Abstract

액체 처리장치가 개시된다. 상기 액체 처리장치는 제1 전극; 상기 제1 전극의 일면에 적층되어 있고, 상기 제1 전극과 접한 면의 반대면에 형성된 음각 형태의 다수의 미세홈 및 상기 미세홈들 사이에 양각 형태로 구비되고 모두 동일 높이로 위치하는 다수의 양각평면을 포함하는 유전체; 상기 피처리수의 하부에 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하며, 상기 피처리수의 수표면에서의 방전을 위해 상기 다수의 양각평면은 상기 수표면에 접하도록 배치되고, 상기 각각의 미세홈 간의 간격, 상기 각각의 양각평면 간의 간격, 및 각각의 미세홈의 직경은 상기 미세홈의 내부로 피처리수가 유입되지 않을 수 있게 설정된다.

Description

수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치{THE LIQUID TREATMENT APPARATUS FOR GENERATING PLASMA AT THE WATER SURFACE}
본 발명은 액체 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치에 관한 것이다.
고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP)이란 일반적인 산화 공정에서 사용하는 산화제보다 강력한 산화력을 가지는 OH, O, 라디칼 등을 이용하여 수중의 오염원을 산화, 분해하는 기술로써, 일반적으로는 오존을 사용하는 기술, 과산화수소나 자외선 등을 복합적으로 이용하는 방식을 일컫는다.
오존의 경우 강력한 산화력을 가지고 있으며 이론상으로도 유기물을 CO2, H2O 형태로 완전분해가 가능하나, 최근들어 일부 물질에만 선택적으로 반응하거나 반응속도가 느리고 스크러버 등의 배기시설이 필요한 문제로 인한 단점이 있다.
자외선의 경우에는 UV 방사선의 침투깊이가 짧으며 경우에 따라 자외선 램프의 수명이 단축되는 단점이 있다.
이러한 종래의 수처리 기술의 단점을 보완하기 위해 최근에는 수처리의 기술로서 플라즈마를 이용한 수처리 기술이 널리 이용되고 있다. 플라즈마를 이용한 수처리 기술은 앞서 언급된 종래의 일반적인 기술과 달리 약품투입이 필요 없고, 처리공정도 간편하며, 2차 오염을 발생시키지 않는 장점이 있다.
수처리를 위해 플라즈마를 발생시키는 기술은 수중에서 직접 발생시키는 방법과 수표면에서 발생시키는 방법으로 구분된다. 수중에서 플라즈마를 발생시키는 방법은 물이 가진 낮은 저항의 전도특성에 의해 방전을 일으키기 위한 충분한 전압을 공급하기 어려운 단점이 있으며 연속적으로 안정적인 방전특성을 확보하기가 어렵다. 또한 전극이 수중에 삽입되므로 전극의 부식으로 인해 전극의 사용 수명이 짧다.
반면, 수표면에서 고전압 펄스 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시키는 방법은 다양한 물리, 화학적 과정이 발생하여 자외선, 충격파(shock wave), 활성종 라디칼 등을 생성시키며 이는 물속으로 용존되면서 다양한 화학적 반응을 일으킨다. 따라서 수표면에서 고전압 펄스 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시키는 방법을 이용하는 것이 수처리에 효과적이다.
수표면에서 수처리하는 플라즈마 기술은 대부분 수표면으로부터 전극을 일정 거리 이격시키고, 전압을 전극에 인가하여 수표면을 향해 플라즈마를 발생시킨다. 그러나 이러한 과정에서 수표면이 유동함에 따라 수표면의 높이가 불규칙하게 바뀌게 되고, 이러한 문제로 인해 플라즈마가 수표면에 균일하게 접촉하지 못하게 된다. 따라서 플라즈마를 통한 균일한 수처리가 어려워지는 문제가 있었다.
또한, 수표면에서 수처리하는 플라즈마 기술은 앞서 언급한 바와 같이 수표면이 유동함에 따라 수표면의 높이가 불규칙하게 바뀌므로 전극이 물에 닿게 되는 경우가 빈번하게 발생되고, 이에 의해 전극이 부식이 발생되어 전극의 사용 수명이 짧아지는 문제가 발생되었다.
본 발명은 액체로부터 전극을 보호하여 전극의 손상을 방지할 수 있고, 나아가 전극 및 장치 전체의 사용 수명이 연장되며, 수표면의 출렁임을 방지하여 수표면 전체에 균일하게 플라즈마가 접촉되도록 함으로써 액체 내의 오염물질의 제거 효과가 향상될 수 있도록 한 액체 처리장치를 제공하는데 목적이 있다.
일 측면으로서, 본 발명에 따른 액체 처리장치는 제1 전극; 상기 제1 전극의 일면에 적층되어 있고, 상기 제1 전극과 접한 면의 반대면에 형성된 음각 형태의 다수의 미세홈 및 상기 미세홈들 사이에 양각 형태로 구비되고 모두 동일 높이로 위치하는 다수의 양각평면을 포함하는 유전체; 상기 피처리수의 하부에 위치하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하며, 상기 피처리수의 수표면에서의 방전을 위해 상기 다수의 양각평면은 상기 수표면에 접하도록 배치되고, 상기 각각의 미세홈 간의 간격, 상기 각각의 양각평면 간의 간격, 및 각각의 미세홈의 직경은 상기 미세홈의 내부로 피처리수가 유입되지 않을 수 있게 설정되는 것을 특징으로 한다.
다른 측면으로서, 상기 유전체는 상기 제1 전극을 감싸고 있고, 상기 유전체는 상기 미세홈들과 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 미세홈들에 기체를 주입하는 기체주입로를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 제2 전극은 상기 피처리수를 저장하는 수조로 이루어질 수 있다.
상기 기체주입로를 통해 주입되는 기체는 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 공기(Air)로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나의 기체 또는 둘 이상의 혼합기체일 수 있다.
본 발명에 따른 액체 처리장치에 의하면, 액체로부터 전극을 보호하여 전극의 손상을 방지할 수 있고, 나아가 전극 및 장치 전체의 사용 수명이 연장되며, 수표면의 출렁임을 방지하여 수표면 전체에 균일하게 플라즈마가 접촉되도록 함으로써 액체 내의 오염물질의 제거 효과가 향상될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 처리장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 처리장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액체 처리장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 처리장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 처리장치는 제1 전극(110), 유전체(120), 제2 전극(130) 및 전원공급장치(140)를 포함한다.
제1 전극(110)은 판상이며, 대기중에서 수표면에 대향하도록 배치된다. 일 예로, 제1 전극(110)은 직사각형 또는 정사각형의 플레이트 형상일 수 있다.
유전체(120)는 제1 전극(110)과 접한다. 일 예로, 유전체(120)는 제1 전극(110)의 수표면에 대향하는 면에 적층된 형태일 수 있다. 다른 예로, 유전체(120)는 제1 전극(110) 전체를 감싸는 형태일 수 있다. 이러한 유전체(120)는 수표면과 평행한 면이 수표면에 접하도록 배치된다. 즉, 유전체(120)의 수표면과 평행한 면은 수표면과 맞닿아 있다.
또한 이러한 유전체(120)는 수표면과 접하는 면에 다수의 미세홈(121) 및 양각평면(122)이 형성된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 미세홈(121)들은 유전체(120)에 음각 형태로 형성되며, 양각평면(122)은 미세홈(121)들과 대비하여 양각 형태로 구비된다. 이때, 각각의 양각평면(122)은 모두 동일 높이로 위치한다. 상기 양각평면(122)은 피처리수의 수표면에서의 방전을 위해 피처리수의 수표면에 접하게 된다. 한편, 상기 각각의 미세홈(121) 간의 간격, 상기 각각의 양각평면(122) 간의 간격, 및 각각의 미세홈(121)의 직경은 유전체(120)의 양각평면(122)이 수표면에 접한 상태에서 수표면으로부터 액체가 유입되지 않을 수 있게 설정될 수 있다.
제2 전극(130)은 피처리수의 하부에 위치한다. 일 예로, 제2 전극(130)은 피처리수를 저장한 수조일 수 있다.
전원공급장치(140)는 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)에 전압을 인가한다. 예를 들면, 전원공급장치(140)로부터 인가되는 전압은 교류(AC), 직류(DC) 또는 펄스(Pulse) 중 어느 하나일 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 처리장치를 이용하여 액체를 처리하는 과정을 설명하기로 한다.
제2 전극(130)으로 사용되는 수조 내에 피처리수를 저장하고, 피처리수의 수표면에 제1 전극(110)을 감싸고 있는 유전체(120)의 일면, 즉 미세홈(121) 및 양각평면(122)이 형성된 면을 피처리수의 수표면에 접하도록 위치시킨다. 이때, 미세홈(121) 및 양각평면(122)이 형성된 유전체(120)의 일면과 수표면은 평행하게 맞닿게 되고, 이때 미세홈(121)의 입구측은 수표면에 마주하고 상기 양각평면(122)은 수표면에 접하게 된다. 이 상태에서 미세홈(121)의 내측으로 피처리수가 유입되지 않는다. 즉, 앞서 언급한 바와 같이 각각의 미세홈(121) 간의 간격, 상기 각각의 양각평면(122) 간의 간격, 각각의 미세홈(121)의 직경은 유전체(120)의 양각평면(122)이 수표면에 접한 상태에서 수표면으로부터 액체가 유입되지 않을 수 있게 설정되기 때문에 미세홈(121)의 내측으로 피처리수가 유입되지 않는다.
또한, 유전체(120)가 피처리수의 수표면과 접하여 있으므로 유전체(120)가 접하여 있는 수표면은 유동(출렁임)이 없이 유전체(120)와 접한 상태로 유지된다.
이후, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)에 전원공급장치(140)를 통해 전압을 인가한다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)에 전압이 인가되면, 피처리수의 수표면 위에 존재하는 기체에 기초한 플라즈마가 유전체(120) 주위로 생성되며, 생성된 플라즈마는 수표면에 접하여 수표면 상에서 피처리수의 오염물질을 제거하게 된다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 처리장치는 제1 전극(110)에 적층된 유전체(120)가 수표면에 접하여 있으므로 수표면의 출렁임을 방지할 수 있고, 수표면의 출렁임이 방지됨에 따라 수표면 상에서 생성되는 플라즈마가 수표면 전체에 균일하게 접촉되므로 피처리수의 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 피처리수의 수표면에 제1 전극(110)이 직접 접촉하지 않고 제1 전극(110)의 적어도 한 면을 덮고 있는 유전체(120)가 수표면에 접촉하여 있으므로 피처리수로부터 전극을 보호하여 전극의 손상을 방지할 수 있고, 나아가 전극 및 장치 전체의 사용 수명이 연장될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 액체 처리장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
한편, 도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따라 제1 전극(110)을 감싸고 있는 유전체(120)에는 미세홈들(121)과 유체 소통 가능하게 연결되어 미세홈들(121)에 기체를 주입하는 기체주입로(123)를 더 포함할 수 있다.
기체주입로(123)는 미세홈들(121)을 향해 플라즈마 생성을 위한 추가의 기체를 공급한다. 예를 들면, 산소(O2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 및 공기(Air)로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나의 기체 또는 둘 이상의 혼합기체를 공급할 수 있다.
기체주입로(123)를 통해 추가의 기체가 미세홈들(121)로 주입되는 경우, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)에 전압을 공급하면 피처리수의 위로 위치하는 기체 및 기체주입로(123)를 통해 공급되는 기체를 통해 플라즈마의 생성이 더욱 용이해질 뿐만 아니라 피처리수 내의 오염물질을 제거할 수 있는 이온 및 라디칼(Radical) 등의 활성성분의 양이 증가할 수 있다. 이에 의해 피처리수의 오염물질의 제거 효과가 증대될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 제1 전극;
    상기 제1 전극의 일면에 적층되어 있고, 상기 제1 전극과 접한 면의 반대면에 형성된 음각 형태의 다수의 미세홈 및 상기 미세홈들 사이에 양각 형태로 구비되고 모두 동일 높이로 위치하는 다수의 양각평면을 포함하는 유전체;
    피처리수의 하부에 위치하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하며,
    상기 피처리수의 수표면에서의 방전을 위해 상기 다수의 양각평면은 상기 수표면에 접하도록 배치되고,
    상기 각각의 미세홈 간의 간격, 상기 각각의 양각평면 간의 간격, 및 각각의 미세홈의 직경은 상기 미세홈의 내부로 피처리수가 유입되지 않을 수 있게 설정되는 것을 특징으로 하는,
    수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 상기 제1 전극을 감싸고 있고,
    상기 유전체는 상기 미세홈들과 유체 소통 가능하게 연결되어 상기 미세홈들에 기체를 주입하는 기체주입로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 상기 피처리수를 저장하는 수조로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기체는 산소(O2), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He), 공기(Air)로 이루어진 그룹 중 선택된 어느 하나의 기체 또는 둘 이상의 혼합기체인 것을 특징으로 하는,
    수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원은 교류(AC), 직류(DC) 또는 펄스(Pulse) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는,
    수표면에서 플라즈마를 생성하는 액체 처리장치.
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