KR101891438B1 - 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치 및 그 작동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체와 전극을 포함하는 플라즈마 반응기의 지속적인 성능유지와 반응성을 높일 수 있도록 한 구성으로 수처리 효율성을 크게 향상시킬수 있도록 한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치 및 그 작동방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 일정 길이로 구비되어 있는 반응관과; 상기 반응관의 내벽과 일정 간극을 두고 관로로 구비되는 제1전극을 설치하되 물이 유입되는 부분은 개구부가 형성되고, 길이방향 반대편은 물의 흐름을 차단하는 차단벽이 형성되며, 관로 둘레에 복수개로 천공된 통수구멍이 형성되어 있는 제1전극과; 상기 반응관의 외부 둘레를 따라서 제1전극과 대응하는 제2전극이 설치하되 다공성의 전도체 금속 메쉬로 되어 있는 제2전극과; 상기 제2전극의 길이방향 끝단부와 이격되고 반응관 둘레에 설치되는 원통형 자석과; 상기 반응관의 외측에 일정길이로 설치되고 절연체로 구비되는 하우징으로 이루어진 반응기를 포함하며; 상기 반응관 내부의 제1전극에 물을 유입시키기 위한 수류펌프와; 상기 반응관 내부의 제1전극에 유입되는 물의 기포증대를 위해 구비되는 에어펌프와; 상기 반응관의 내벽과 제1전극의 외벽 사이에서 플라즈마 반응으로 수처리되어 배출되도록 한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치 및 그 작동방법을 특징으로 한다.

Description

수처리용 글로우 플라즈마 반응장치 및 그 작동방법 {Plasma reactor comprising for water treatment and method for operation thereof}

본 발명은 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치 및 그 작동방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 유전체와 전극을 포함하는 플라즈마 반응기의 지속적인 성능유지와 반응성을 높일 수 있도록 한 구성으로 수처리 효율성을 크게 향상시킬수 있도록 한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치 및 그 작동방법에 관한 것이다.

플라즈마는 이미 1800년대에 과학자들이 발견한 제4의 물질로서 방전관 시험과정에서 빛과는 틀린 전이상이 발견되어 후에 과학자 랭뮤어가 이 빛과 비슷한 상이 하나의 물질상을 이루는 것을 밝혀내고 제4의 물질로 지칭하자고 주창하고 그리이스어원인 플라즈마(plasma)라고 명명하기 시작 하였다.

현대에 들어서면서 과학자들은 플라즈마가 고체, 액체, 기체, 플라즈마로 물질 3상에서 물질 4상으로 기체에서 플라즈마로 전이되는 상과정을 연구하기 시작하면서 많은 분야에 플라즈마가 쓰일 수 있다는 것을 예측하기 시작 하였고 다양한 용도성을 가지는 공정용 플라즈마와 장치들을 개발하기까지에 이르고 있다.

최근에는 산업발전과 화석연료 사용의 증가로 파괴된 자연환경의 보호와 복구를 위하여 플라즈마를 사용하여 매연을 줄이고 산업 배연을 줄여 환경을 보호하는 기술이 환경응용산업기술로 주목 받고 있다. 탄소연료 사용으로 대기상으로 배출되는 유해가스는 그동안 열을 사용하여 소각하여 배출 되어 왔으나 비용과 제2차 오염을 유발하여 문제가 되어 왔으나 플라즈마로 처리함으로서 제2차 오염이 없고 운용비용도 줄이는 효과를 도출 하고 있기 때문이다.

앞으로도 대기환경 분야에 플라즈마가 어떤 형태로던 도입 되어 더 많은 역할을 수행할 것이라는 예측에는 변함이 없으나 일부 선도적 과학자나 플라즈마엔지니어들이 수질환경쪽에서도 플라즈마가 미래에 역할을 할 것이라는 이론에는 많은 학자들이 부정적인 입장을 취하여 오고 있었다. 그것은 플라즈마는 기체로부터 상전이 되기 때문이고 재료도 기체가 재료가 되기 때문이다. 그러나 이러한 부정적 견해는 수중플라즈마 발생 식품살균처리 시연의 성공으로부터 시작하여 아래의 문헌들과 같이 복수의 실제 실험과 추적결과에 의하여 수중에서도 플라즈마의 발생과 이용이 가능하고 수처리 용도로서의 유용함이 검증되고 있고, 수처리에 이용하는 플라즈마 기술들도 다수 개시되어 있다.

신뢰성 높은 국제학술 발표회에서 시행한 수처리공정상의 플라즈마 이용방법들을 보면 플라즈마 생성조건을 만족시키고 플라즈마라는 중심기술을 기반하고 있으며 그 효과의 결과 또한 플라즈마에서 기인되고 있음을 알 수 있다. 오존과 자외선은 플라즈마를 완성하면 생기는 부수물이지 생성의 목적물은 아니다. 즉, 플라즈마를 사용하기 위한 플라즈마의 생성이 기본이 되어야지 오존이나 자외선을 사용하기 위하여 플라즈마를 생산하는 것은 아니다.

오존은 물질 엔트로피상 기체이고 산소원자 하나가 산소분자 하나에 붙은 형태로 존재하여 분자형태로 움직인다 오존의 산소원자 하나가 외부에너지에 의하여 산소분자에서 떨어져 나와야 활동산소가 되어 산화력을 가지게 된다. 그래서 오존으로 수처리를 하는 공정에서는 기포와 같은 물리적인 힘을 가하던지 자외선과 같은 입자와 파장 에너지로 오존의 산소원자 하나를 떼어내는 공정을 수반하게 된다.오존이나 플라즈마나 높은 에너지를 발생시켜 기체를 해리하는 방법은 동질성을 가지나 정체는 완전히 틀리다. 플라즈마는 물질 엔트로피상 기체가 상전이된 제4의 물질상으로 오존과는 다르게 전자와 이온이 분리된 집합으로 움직인다. 물론 집합내에는 보다 더 무거운 원자들과 종속들도 존재하지만 원자나 분자집단이라기보다는 플라즈마 집단이라고 지칭하는 것이 더 정확할 것이다.

오존이나 플라즈마나 직접 눈으로는 볼 수 없으나 기종이 피크에너지로 들뜬 상태에서 기저될 때 열과 빛으로 들떳던 에너지를 이전하므로 대기상에서 오존은 푸른빛으로 플라즈마는 종류에 따라 여러 가지 색상의 빛을 보게 되는 것이다.이와 같은 유사성은 가지고 있으나 에너지 준위와 물리적 성질은 다르다. 오존에 방향을 가진 적당한 유체를 가하면 유체의 방향으로 이동되는 에너지 준위는 낮아지고 반응거리가 짧고 전도성이 낮다. 플라즈마에 같은 세기의 유체를 가하면 플라즈마는 그대로 이동 된다. 원래 있었던 자리에는 새 플라즈마가 생성되므로 반응길이가 길고 이동된 플라즈마도 전도성을 가진다. 이부분에서 설명하는 전도성이란 도체라는 뜻과는 좀 다르다. 전하를 이송하는 성질을 가지고 유전체와 같이 분극성을 가지며 분극이 일어나도 유전체와는 다르게 내부 전기장은 낮아 지지 않는 성질이 있다. 플라즈마는 움직이면서도 집합적으로 움직이고 오존은 움직일때는 분산이 된다. 플라즈마를 생성할 때 기체가 해리되므로 오존이 자연적으로 생성 되지만 오존을 이용하기 위하여 플라즈마를 생성하는 것은 아니다. 또한 플라즈마를 완성시키면 많은 파장과 입자가 생성된다. 자외선도 존재하지만 자외선을 이용하기 위하여 플라즈마를 생산하는 것은 아니다. 플라즈마를 수처리에 이용하는 것은 플라즈마 생산으로 발생된 오존이나 자외선이 아니고 물질인 플라즈마를 직접 이용하는 것이다. 동반되어 생성된 오존과 자외선은 플라즈마가 가지는 다양한 광 입자들과 기종들중의 일부일 뿐이다. 상기와 같이 플라즈마 수처리 공정에서의 기술적 배경을 설명하면서 종래의 플라즈마 수처리의 문제점도 제시하고 해결 하고자 한다.

수처리공정에서“플라즈마를 이용한다”라고 하였을 때 모든 방법이 다 같을 수는 없지만 플라즈마를 기반으로 하는 것은 동일하며 목표 실현을 위해서 가장 경제적이고 실용적으로 어떻게 접근을 할 것인지가는 다음과 같은 공통적인 조건이 제시된다.

하나 : 전원의 설계조건

하나 : 방전방법의 조건

하나 : 반응기의 설계조건

하나 : 캐소드와 애노드의 선택조건

상기 조건중에 제일 중요한 부분이 주관적 조건이 되는 반응기의 설계조건이다. 그 외 조건들은 모두가 객관적이다. 전원은 직류펄스,교류,고주파,마이크로파와 같이 상용성과 객관성을 가지고 있으며 방전은 전압과 파형에 따라 아크방전,코로나방전,스트리머방전,글로우방전,유전체장벽 방전등으로 한계적이고 애노드와 캐소드도 한계적이지만 반응기는 한계가 없다. 그런데 플라즈마 수처리분야의 종래 기술들은 주관성과 창작성은 있으나 불필요하게 부수장치나 설비를 동반하고 있다. 이러한 동반되는 장치와 설비들이 꼭 필요한 경우도 있지만 직접 플라즈마가 해결 할 수 있음에도 불구하고 필요하지 않은 부수설비들을 동반하는 경우들이 많다. 제일 많은 유형의 예를 들면 반응기에서 플라즈마를 생산한 다음에 에어로 수중에 이송시키는 기술들이다. 거치수조나 반응물탱크와 같은 것 들이 동반 되는 경우들도 있다.

한편 수중 플라즈마 실험과 연구가 이루어지는 이유는 효율이 좋은 반응기의 하나이기 때문이지만, 이를 실용화 하기 위해서는 사용되는 유전체가 지속성을 유지해야 하는 해결과제가 있으며 전극은 열화 되므로 열화 되지 않도록 하는 해결과제가 존재 한다.

대개 유전체로 석영을 사용하고 있는데 이유는 적당한 유전율과 열대응에 강하기 때문이다. 유전체로서의 석영이나 유리는 실험실 수준에서는 문제가 되지 않으나 지속적으로 플라즈마 공정에 사용하거나 고에너지의 플라즈마 생성 용도에서는 적합치가 않게 된다. 대기압 특성상 진공의 챔버를 구성하지 않고 오픈하는 관계로 안정된 평형 플라즈마를 생산하기 어렵다. 플라즈마가 안정되기전의 개시전압이나 진행후의사태전압에서 아크 방전이 되면 저온플라즈마라도 온도의 중심이동으로 부분적으로 석영이 순간에 녹아 버리고 녹은 부분에 집중되어 아크가 계속 발생되어 결국 전체적인 손상으로 이어진다.

또한 생산된 플라즈마는 입자와 파장이어서 입자와 입자의 충돌과 파장의 변동으로 석영의 고유 주파수와 같아지는 경우가 많다. 이때 석영은 공진으로 압력이 증가하여 한계점이 되면 결합 손실로 금이 가고 결국 손상 되므로 문제점이 된다.

한편 플라즈마는 저온플라즈마라고 하더라도 접촉표면이 저온이지 중심은 고온이므로 진공상태가 아닌 이상 캐소드(cathode)이든 애노드(anode)이든 계속 운전에서 열화되기 마련인데 열변형이 되던지 부분적 용융이 일어나더라도 전압분배 편차에 의하여 부분적으로만 플라즈마가 집중되어 안정적인 플라즈마 생성이 어렵고 그만큼 반응영역이 작아지게 되어 능률이 낮아져 지속적인 성능유지의 문제점이 있다.

KR 제10-1680522호 KR 제10-1643413호 KR 제10-1327787호 KR 제10-1465006호

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 물이 흐르는 관로상에 플라즈마 반응으로 글로우 플라즈마가 생성되도록 하는 반응관이 설치되어 신속하게 수처리가 이루어지고, 유전체인 반응관과 전극을 포함하는 플라즈마 반응기의 열변형을 방지하여 지속적인 성능유지로 수처리 효율을 높일 수 있도록 한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치를 제공함에 있다.

본 발명은 일정 길이로 구비되어 있는 반응관과; 상기 반응관의 내벽과 일정 간극을 두고 관로로 구비되는 제1전극을 설치하되 물이 유입되는 부분은 개구부가 형성되고, 길이방향 반대편은 물의 흐름을 차단하는 차단벽이 형성되며, 관로 둘레에 복수개로 천공된 통수구멍이 형성되어 있는 제1전극과; 상기 반응관의 외부 둘레를 따라서 제1전극과 대응하는 제2전극이 설치하되 다공성의 전도체 금속 메쉬로 되어 있는 제2전극과; 상기 제2전극의 길이방향 끝단부와 이격되고 반응관 둘레에 설치되는 원통형 자석과; 상기 반응관의 외측에 일정길이로 설치되고 절연체로 구비되는 하우징으로 이루어진 반응기를 포함하며;

상기 반응관 내부의 제1전극에 물을 유입시키기 위한 수류펌프와; 상기 반응관 내부의 제1전극에 유입되는 물의 기포증대를 위해 구비되는 에어펌프와; 상기 반응관의 내벽과 제1전극의 외벽 사이에서 플라즈마 반응으로 수처리되어 배출되도록 한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치를 특징으로 한다.

상기 반응관은 세라믹관으로 구비되고, 상기 제1전극은 반응관의 내경보다 적어도 1/2크기의 외경을 가지는 원형 금속관으로 구비됨을 특징으로 한다.

상기 제1전극은 반응관의 내벽을 따라 밀착되게 설치되는 고정편의 중공부에 결합되어 반응관의 입구에서 제1전극의 개구부로 물이 유입되고, 상기 반응관의 내벽과 제1전극의 외벽 사이에 위치하는 반응관의 출구를 통해 수처리된 물이 배출되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1항의 구성으로 이루어진 플라즈마 반응장치에 전원 공급이 이루어지되 상기 반응관 내부의 제1전극을 구성하는 관로에 에어공급이 이루지도록 하는 에어펌프의 전원 인가단계와; 반응관 내부의 제1전극에 물이 유입되도록 하는 수류펌프의 전원 인가단계와; 상기 제1전극의 통수구멍으로 물이 분출되어 반응관의 내벽에 부딪히는 작용시에 제1,2전극에 전원이 인가되는 단계;로 전원 공급이 이루어지도록 한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치의 작동방법을 특징으로 한다.

본 발명은 물이 흐르는 관로에 플라즈마 반응기가 설치되어 안정된 글로우 플라즈마(glow plasma)를 생성할 수 있고, 물과 반응하게 하면서도 반응관과 전극을 포함하는 플라즈마 반응기의 열변형을 방지하여 지속적인 성능유지로 수처리 효율을 높일 수 있고, 물의 살균, 수세소독, 이온화 난분해성 유기물 분해등의 공정을 종래의 전기분해, 오존처리, 자외선 조사 방식은 물론이고 종래의 아크성 방전 플라즈마생산 이용 수처리 방식보다 더 저렴하면서도 빠르고 정확하게 수처리를 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치에서 반응기의 구성을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치에서 반응기의 구성을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치의 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치의 작동 실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치에서 복수개의 반응기를 배치한 것을 나타낸 또 다른 구성 실시예의 도면.
도 6은 본 발명에 의한 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치에서 물탱크에 담겨지는 폐수 등의 물을 반응기에 연속 반복적으로 순환 공급시켜 수처리하는 것을 나타낸 또 다른 구성 실시예의 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 물이 흐르는 관로상에 플라즈마 반응으로 글로우 플라즈마가 생성되도록 하는 플라즈마 반응장치는 유전체인 반응관(110), 제1,2전극(120)(130), 하우징(140)으로 이루어진 반응기(100)를 포함하는 구성으로 지속적인 성능 유지 및 신속한 수처리가 이루어지도록 되어 있다.

본 발명의 반응관(110)은 세라믹관으로 구비함이 바람직한 것으로, 반응관(110)은 국제 규격의 배관 규격별로 구비되어 현재의 수처리 배관에 연결하여 범용적으로 사용할 수 있도록 되어 있으며, 본 발명의 반응관(110)은 종래 플라즈마를 생성시키기 위해 사용하는 유전체인 석영을 쓰지 않고 세라믹을 쓰는 이유는 유전율은 석영보다 낮으나 열에 강하며 원형관일 경우 파괴강도가 더 높기 때문이다.

상기 일정 길이의 관체로 된 반응관(110)이 구비되고, 반응관(110)의 내벽과 일정 간극을 두고 관로로 구비되는 제1전극(120)을 설치하되 제1전극(120)은 반응관(110)의 내경보다 적어도 1/2크기의 외경을 가지며 반응관(110)의 구경과 두께에 따라 적어도 1mm이상의 두께가 되는 전도체로된 원형 금속관으로 구비되고, 제1전극(120)은 음전극 또는 양전극과 연결되는 구성으로 되어 있다.

상기 제1전극(120)의 물이 유입되는 부분은 개구부(123)가 형성되고, 길이방향 반대편은 물의 흐름을 차단하는 차단벽(124)이 형성되며, 원형 금속관으로 된 제1전극(120)의 관로 둘레에 복수개로 천공된 통수구멍(125)이 형성되어 있는 구성으로 제1전극(120)의 개구부(123)를 통해 유입되는 물은 차단벽(124)에 의해 차단됨과 아울러 차단벽(124)의 차단압력에 의해 복수개의 통수구멍(125)으로 물이 분출되면서 반응관(110)의 내벽에 부딪히는 작용으로 기포 생성이 이루어진다.

상기 반응관(110)의 내벽과 제1전극(120)의 외벽 사이는 플라즈마가 생성되는 반응영역으로 가장 적정한 활성영역에 해당되는 것으로, 이는 제1전극(120)의 내부로 유입되는 물이 제1전극(120)의 둘레에 복수개로 천공된 통수구멍(125)으로 물이 분할되어 분출되는 작용으로 물의 장력이 약해져서 빠른 반응이 이루어질 수 있다.

상기 반응관(110)의 내벽을 따라 밀착되게 설치되는 고정편(121)의 중공부(122)에 제1전극(120)이 나사 결합되어 반응관(110)의 입구(111)에서 제1전극(120)의 개구부(123)로 물이 유입될 수 있게 되어 있고, 상기 제1전극(120)의 개구부(123)를 통해 유입되는 물은 관로 끝단의 차단벽(124)에 차단되고 관로 둘레에 형성된 복수개의 통수구멍(125)으로 분출되어 반응관(110)의 내벽에 부딪힌 다음 상기 반응관(110)의 내벽과 제1전극(120)의 외벽 사이에서 플라즈마 반응으로 수처리가 된 다음 반응관(110)의 출구(112)를 통해 수처리된 물이 배출되는 구성으로 되어 있다.

상기 제1전극(120)이 결합되는 고정편(121)은 고무나 유전율이 낮은 수지재질로 구비되어 반응관(110) 내벽에 밀착 지지되고, 제1전극(120)의 일측단에 제1전원접속단자(126)가 구비되어 있다.

이때, 제1전극(120)의 길이는 제1전극(120)이 고정편(121)에 결합되는 결합부분의 표면적을 제외하고 인가전압 1kV당 120mm정도의 표면적에서 제1전극(120)의 관경과 원주율을 곱한 값을 뺀 나머지 값의 길이로 구성함이 바람직한 것으로, 이는 제1전극(120)의 길이가 너무 길면 플라즈마 생산효율이 주어지는 전하에 비하여 떨어져서 물과의 반응력을 감소시키고 너무 짧으면 전기장이 강해져서 아크가 자주 일어나는 단점이 생기게 된다.

상기 반응관(110)의 외부 둘레를 따라서 제1전극(120)과 대응하는 제2전극(130)이 설치되어 음전극 또는 양전극과 연결되는 구성으로 되어 있다. 제2전극(130)은 세라믹관으로 구성하되 다공성의 전도체 금속 메쉬로 구비되어 반응관(110)의 외벽을 밀착되게 감싼 형태이거나 반응관(110)의 외벽으로 부터 1mm이내를 벗어나지 않는 한도에서 간격을 유지하도록 함이 바람직하고, 제2전극(130)의 길이는 제1전극(120)의 길이와 비례하도록 되어 있다.

또, 제2전극(130)의 길이방향 끝단부와 맞닿지 않고 이격되는 근접 위치의 반응관(100) 둘레에 원통형 자석(150)이 설치되어 자석(150)에 의해 플라즈마가 적정영역을 벗어나 확대되어 에너지가 분산되지 못하게 가두어 두는 역할을 수행하도록 함이 바람직하다.

상기 제2전극(130)의 일측단에도 전원을 연결하는 제2전원접속단자(131)가 구비되고, 상기 제1전극(120)과 제2전극(130)에 전원을 인가하여 생산된 플라즈마가 주위공기와의 접촉으로 생성되는 오존의 차단을 위한 하우징(140)이 구성된다.

상기 하우징(140)은 반응관(110)의 외측에 일정 길이로 설치되어 반응관(110), 제1,2전극(120)(130)을 포함하는 구성부재가 수납될 수 있게 하고, 하우징(140)은 비전도성 절연체인 수지 소재의 원통관이 바람직한 것으로, 하우징(140)이 전도체 금속인 경우 플라즈마가 전도 되어 반응 에너지를 손실할 수 있기 때문이다.

본 발명은 상기 반응관(110) 내부의 제1전극(120)에 유입되는 물의 기포증대를 위해 구비되는 에어펌프(160)와, 상기 반응관(110) 내부의 제1전극(120)에 물을 유입시키기 위한 수류펌프(170)로 구비되어 있으며, 플라즈마를 생산하는데 필요한 전원은 직류펄스, 교류, 고주파, 마이크로파와 같은 전원이 공급된다.

그리고 플라즈마 반응기(100)에 유입되는 물의 역류방지 및 제1,2전극(120)(130)을 포함하는 전원이 공급되는 구성부재들의 열화를 방지하기 위하여 단계별 전원공급이 되어 작동되도록 함이 바람직하다.

먼저, 반응관(110) 내부의 제1전극(120)을 구성하는 관로에 에어공급이 이루지도록 하는 에어펌프(160)의 전원 인가단계(S1)와; 반응관(110) 내부의 제1전극(120)에 물이 유입되도록 하는 수류펌프(170)의 전원 인가단계(S2)와; 상기 제1전극(120)의 통수구멍(125)으로 물이 분출되어 반응관(110)의 내벽에 부딪히는 작용시에 제1,2전극(120)(130)에 전원이 인가되는 단계(S3);로 이루어진다.

이는 반응관(110)에 물이 채워지지 않은 상태에서 제1,2전극(120)(130)에 전원이 인가되는 경우에 아크나 코로나 플라즈마나 글라이드 플라즈마가 생성되어 열변형이 되는 것을 방지하도록 함에 있으며, 또한 인가된 전원은 차단하는 경우에도 상기 전원인가의 역순으로 함으로써 종래 수중플라즈마 공정에서의 전극열화의 방지, 유전체 손상을 방지하고 장기간 지속적인 성능 유지가 가능하도록 한 것이다.

상기에서 제1전극(120)이 양전극이면 제2전극(130)은 음전극과 연결되고, 반대로 제1전극(120)이 음전극이면 제2전극(130)은 양전극과 연결이 되도록 한다.

그리고 본 발명에 의한 플라즈마 반응기(100)는 처리대상 물의 용량과 처리속도에 따라 도 5과 같은 반응기(100)를 복수개로 연결하여 사용 할 수도 있고, 도 6과 같이 설치된 구성에 의해 수처리하기 위한 물이 담겨지고 입수부(201)와 출수부(202)가 구비되어 있는 물탱크(200)와 플라즈마 반응기(100)가 연결되고 제어부(180)에 의해 물탱크(200)의 물이 플라즈마 반응기(100)에 연속 반복적으로 순환 공급되어 수처리가 되도록 한 수단으로 축산 폐수 등과 같은 오염부하량이 높은 오염원의 수처리를 할 수 있도록 함이 바람직하다.

이와 같이 된 본 발명에 의한 플라즈마 반응장치의 실시예를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 플라즈마 반응기(100)에 의해 수처리를 하기 위해서는 에어펌프(160)에 전원을 인가하여 에어펌프(160)에 의해 반응관(110) 내부의 제1전극(120)을 구성하는 관로에 에어공급이 이루지도록 한 다음 수류펌프(170)에 전원을 인가하여 수류펌프(170)에 의해 반응관(110) 내부에 설치된 제1전극(120)의 관로에 물이 유입된다.

이때 제1전극(120)의 관로에 유입되는 물은 에어펌프(160)의 에어에 의해 1차적인 기포가 생성이 이루어진 다음 제1전극(120)의 관로 둘레에 형성된 복수개의 통수구멍(125)으로 물이 분할되어 분출되면서 반응관(110)의 내벽에 부딪히는 작용으로 2차적인 기포 생성으로 한층 증진된 기포에 의해 물의 장력이 크게 약해지게 된다.

이어서 제1,2전극(120)(130)에 전원을 인가하게 되면, 반응관(110)의 내벽과 제1전극(120)의 외벽 사이의 플라즈마가 생성되는 반응영역에서는 기포와 기포, 기포와 물 사이의 장벽에 전하가 전달되어 기포와 기포, 기포와 물입자의 충돌에 의해 유기물들을 분해하여 이온화하는 수처리가 이루어진다.

이러한 본 발명은 물의 살균, 수세소독, 이온화 등의 수처리 효율성을 크게 증대시키고 신속한 수처리를 할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

100 : 반응기 110 : 반응관
111 : 입구 112 : 출구
120 : 제1전극 121 : 고정편
122 : 중공부 123 : 개구부
124 : 차단벽 125 : 통수구멍
126 : 제1전원접속단자 130 : 제2전극
131 : 제2전원접속단자 140 : 하우징
150 : 자석 160 : 에어펌프
170 : 수류펌프 180 : 제어부
200 : 물탱크 201 : 입수부
202 : 출수부

Claims (5)

1. 일정 길이로 구비되어 있는 반응관(110)과;
   상기 반응관(110)의 내벽과 일정 간극을 두고 관로로 구비되는 제1전극(120)을 설치하되 물이 유입되는 부분은 개구부(123)가 형성되고, 길이방향 반대편은 물의 흐름을 차단하는 차단벽(124)이 형성되며, 관로 둘레에 복수개로 천공된 통수구멍(125)이 형성되어 있는 제1전극(120)과;
   상기 제1전극(120)은 반응관(110)의 내벽을 따라 밀착되게 설치되는 고정편(121)의 중공부(122)에 결합되어 반응관(110)의 입구(111)에서 제1전극(120)의 개구부(123)로 물이 유입되고, 상기 반응관(110)의 내벽과 제1전극(120)의 외벽 사이에 위치하는 반응관(110)의 출구(112)를 통해 수처리된 물이 배출되며;
   상기 반응관(110)의 외부 둘레를 따라서 제1전극(120)과 대응하는 제2전극(130)을 설치하되 다공성의 전도체 금속 메쉬로 되어 있는 제2전극(130)과;
   상기 제2전극(130)의 길이방향 끝단부와 이격되고 반응관(110) 둘레에 설치되는 원통형 자석(150)과;
   상기 반응관(110)의 외측에 일정길이로 설치되고 절연체로 구비되는 하우징(140)으로 이루어진 반응기(100)를 포함하며;
   상기 반응관(110) 내부의 제1전극(120)에 물을 유입시키기 위한 수류펌프(170)와,
   상기 반응관(110) 내부의 제1전극(120)에 유입되는 물의 기포증대를 위해 구비되는 에어펌프(160)와,
   상기 반응관(110)의 내벽과 제1전극(120)의 외벽 사이에서 플라즈마 반응으로 수처리되어 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 반응관(110)은 세라믹관으로 구비되는 것을 특징으로 하는 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항의 구성으로 이루어진 플라즈마 반응장치에 전원 공급이 이루어지되
   상기 반응관(110) 내부의 제1전극(120)을 구성하는 관로에 에어공급이 이루지도록 하는 에어펌프(160)의 전원 인가단계(S1)와;
   반응관(110) 내부의 제1전극(120)에 물이 유입되도록 하는 수류펌프(170)의 전원 인가단계(S2)와;
   상기 제1전극(120)의 통수구멍(125)으로 물이 분출되어 반응관(110)의 내벽에 부딪히는 작용시에 제1,2전극(120)(130)에 전원이 인가되는 단계(S3);로 전원 공급이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 수처리용 글로우 플라즈마 반응장치의 작동방법.

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