KR101953691B1 - 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 관한 것으로, 하판부와 측판부 및 상판부가 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하고 하판부의 봉 또는 관 형태로 된 복수의 방전전극이 상판부의 대항전극으로 둘러싸여 있는 복수의 관 형태의 돌출부와 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합되어 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하고 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 상기 방전전극과 대항전극에 전원이 공급되면 상기 방전전극과 대항전극 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고 이때 이온화된 가스 활성종을 상기 상판부의 각각의 돌출부에 형성된 가스 활성종 투입구를 통해 물 또는 유체 내부로 투입하여 해당 물 또는 유체에 대한 살균 및 정화작용을 한다.
본 발명에 따르면 종래의 수중 플라즈마 가스방전에서의 부식성이나 점착성과 같은 유체의 특성이나 가스 활성종에 의한 금속 전극이 손상되는 것을 피하여 안정적인 방전효율을 유지할 수 있으며 손상된 금속입자에 의한 처리수의 재오염, 방전전극의 짧은 교체주기 등과 같은 문제를 해결할 수 있다.

Description

수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치{Underwater dielectic barrier discharge plasma generating device}
본 발명은 플라즈마 발생 장치에 관한 것이며, 더욱 상세히는 수중 유전체 장벽 방전(DBD;Dielectic Barrier Discharge) 플라즈마 발생 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 폐수와 같은 오염수의 정화나 세정 또는 세척용 살균수의 제조 등을 위해 다양한 형태의 수처리 장치가 개발되고 있는데, 그 대표적인 것이 수중 전기분해 장치 혹은 수중 플라즈마 발생 장치이다.
상기한 수중 플라즈마 발생 장치의 일종으로 특허문헌1에 가스 채널을 구비한 수중 모세관 플라즈마 장치가 게재되어 있다.
특허문헌1에 게재된 수중 모세관 플라즈마 장치의 상세한 설명에 기재된 내용을 참조하면, 전기분해와 같이 공기가 없는 수중방전과 공기를 포함한 가스가 사용된 수증 플라즈마 방전의 비교 결과, 가스를 투입한 수중 플라즈마 방전이 상당량 우위에 있는 화학적 활성종(reactive species), 예컨대 OH-, O, H, H2O2, HO2, HClO, Cl2, HCl 등의 활성종을 생성하고, 특히 산화전위가 OH- 다음으로 높은 산소 단원자(O) 등의 농도가 높아지는 결과를 보여준다. 또한, 대장균에 대한 30초 살균력 실험에서 공기가 없는 수중방전과 비교하여 절대우위의 결과를 나타낸다. 또한, 공기뿐만 아니라 산소, 질소, 오존과 같은 가스를 같이 방전할 경우 플라즈마 방전에 의하여 생성된 활성종들의 농도 및 유체내 체류시간을 증가시키므로, 플라즈마에 의한 정화 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 고밀도 전자의 비평형 플라즈마를 얻기 위해 사용한 모세관 플라즈마 전극 방전(CPED; Capillary Plasma Electrode Discharge)은 음극 하강 영역을 안정화시킴으로써 글로우-아크 전이 불안전성을 억제하는 효과가 있다.
하지만, 다수의 모세관 플라즈마 전극을 채용하여 구동시킬 경우, 기하학적 불균일성과 상대적으로 높은 저항에서 야기되는 전압강하 및 RC 지연(RC delay) 등에 의한 방전의 불균일성이 불가피하며, 이러한 현상을 극복하기 위해 상대적으로 높은 전압의 인가와 전류를 제한하는 별도의 직렬 저항을 추가하여야 한다.
그리고, 상기한 특허문헌1에 게재된 바와 같은 수중 모세관 플라즈마 장치를 포함하여 일반적으로 수중 공급되는 가스를 방전하는 플라즈마 발생 장치의 구조는 방전전극이 이온화된 가스 활성종과 동일한 공간에 직접 접촉하게 되어 방전전극의 금속팁 계면이 스패터링(spattering)에 의한 부식이 일어날 수 있다. 이로 인해 플라즈마 방전효율이 불안정해지고 지속적으로 떨어지는 경향이 생기게 되며, 부식에 의해 떨어져 나온 금속입자가 유체에 혼입되므로 음용수나 식품의 세척수로 적합하지 않거나 별도의 필터링이 꼭 필요하게 된다.
또한, 유체가 부식성이 있거나 점착성이 큰 경우, 방전전극의 금속면을 손상시키거나 금속면에 부착되어 방전효율을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.
이와 달리, 유전체 장벽 방전(DBD)은 높은 전자에너지와 낮은 중성가스온도가 결합하여 낮은 가스 가열로 많은 플라즈마 화학이온 및 중성종을 쉽게 생성하는데, 이는 유전체 장벽 방전(DBD)이 공급되는 가스를 전체적으로 가열하는 대신, 대부분의 방전에너지를 에너지를 가진 전자를 생산하는 플라즈마 생성에 작용하기 때문이다. 이렇게 생성된 활성화 전자는 자유라디칼, 이온뿐만 아니라 주변 가스분자에 전자충격하여 해리, 여기 및 이온화를 통해 추가 전자와 같은 여기 원자를 생성하여 미세 방전내에서의 수 많은 물리, 화학적 반응을 일으킨다. 유전체 장벽 방전(DBD)의 안정성은 인가된 전압의 진폭, 에어갭 거리, 전극 구성 및 유전체장벽의 두께에 달려있으며, 유전체 장벽 재질은 유전체 장벽 방전(DBD) 플라즈마의 적절한 기능을 위한 핵심요소 중 하나이다.
그리고, 상기한 종래의 수중 플라즈마 가스방전에서의 금속전극이 손상되는 문제와 별개로 산업시설과 같이 일정시간내 다량의 수처리가 필요한 경우, 충분한 방전 면적 또는 공간을 구비하고 이에 대응하는 가스공급부를 가진 장치구조가 제공되어져야 하는데 특허문헌1에 게재된 종래의 수중 플라즈마 장치는 단일 방전개소에서의 장치구조에 국한되는 경향이 있다.
이에 대량의 수처리를 위해서는 단일 방전장치와 가스공급채널을 효과적으로 결합시킨 다중 방전장치의 구조가 필요하다.
KR 10-1266157 B1
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 하판부와 측판부 및 상판부가 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하고 하판부의 봉 또는 관 형태로 된 복수의 방전전극이 상판부의 대항전극으로 둘러싸여 있는 복수의 관 형태의 돌출부와 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합되어 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하고 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 상기 방전전극과 대항전극에 전원이 공급되면 상기 방전전극과 대항전극 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고 이때 이온화된 가스 활성종을 상기 상판부의 각각의 돌출부에 형성된 가스 활성종 투입구를 통해 물 또는 유체 내부로 투입하여 해당 물 또는 유체에 대한 살균 및 정화작용을 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치는, 일면에 봉 또는 관 형태로 된 복수의 방전전극이 배치되어 있고, 상기 방전전극의 외면에 유전체관 또는 유전체막이 씌워져 있는 하판부와; 상기 하판부와 결합하여 상부 개방형의 가스공급챔버를 형성하고 복수의 가스투입구가 구비되어 있는 측판부; 및 상기 측판부와 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하고 상기 복수의 방전전극이 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합되어 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하도록 내경부에 가스 활성종 투입구가 형성된 관 형태의 돌출부를 대항전극이 둘러싸고 있는 상판부;로 구성되고, 수처리 대상 물이나 유체가 담기거나 흐르는 용기에 설치된 상태에서 상기 가스투입구를 통해 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 상기 방전전극과 대항전극에 전원이 공급되면 상기 방전전극과 대항전극 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고 이때 이온화된 가스 활성종을 상기 상판부의 각각의 돌출부에 형성된 가스 활성종 투입구를 통해 물 또는 유체 내부로 투입하여 해당 물 또는 유체에 대한 살균 및 정화작용을 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 복수의 방전전극은 상기 하판부의 일면에 전원이 인가되도록 형성된 전기회로 또는 금속판에 설치되고, 상기 대항전극은 일괄적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 방전전극이 설치된 하판부의 일면과 상기 상판부의 대항전극이 설치된 일면이 유전체막으로 코팅된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 방전전극의 말단은 1대1 대응하는 관 형태의 돌출부의 말단보다 정해진 길이만큼 짧도록 수직으로 삽입 결합하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 방전전극 또는 상기 대항전극은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 스테인리스 또는 구리 중 하나 이상의 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 방전전극의 외면에 씌워져 있는 유전체관 또는 유전체막을 형성하는 유전체는 알루미나, 지르코늄, 석영 또는 유리 중 하나 이상의 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치에 있어서, 상기 가스공급챔버 내부로 공급되는 가스는 공기, 산소, 오존, 질소, 아르곤, 헬륨 중 어느 하나이거나 둘 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 종래의 수중 플라즈마 가스방전에서의 부식성이나 점착성과 같은 유체의 특성이나 가스 활성종에 의한 금속 전극이 손상되는 것을 피하여 안정적인 방전효율을 유지할 수 있으며 손상된 금속입자에 의한 처리수의 재오염, 방전전극의 짧은 교체주기 등과 같은 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 단일방전장치 및 가스공급채널을 효율적으로 결합하여 복수의 방전개소를 구성하는데 용이한 구조로 되어 제한된 시간 및 공간에서 다량의 유체를 처리할 수 있고 산업 및 상업시설의 수처리 장치로 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치를 하나의 단위장치로 만들고 이 단위장치를 복수로 병렬로 연결하여 적용하면 대규모의 수처리 장치의 구성이 가능하다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치를 유체가 흐르는 밀폐된 배관에 유체 흐름에 따라 순차적으로 배치하여 적용하면 지속적으로 가스 활성종을 유체에 투입하여 유체의 처리효율을 최대화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 플라즈마 발생 장치의 제1실시예.
도 2는 도 1에 나타낸 플라즈마 발생기.
도 3은 도 2의 측단면도.
도 4는 도 2에 나타낸 하판부의 평면도.
도 5는 도 2에 나타낸 하판부의 저면도.
도 6은 도 2에 나타낸 상판부의 평면도.
도 7은 도 2에 나타낸 상판부의 저면도.
도 8은 본 발명에 따른 수중 플라즈마 발생 장치의 제2실시예.
도 9는 본 발명에 따른 수중 플라즈마 발생 장치의 제3실시예.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치는 하기의 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 청구하는 기술의 요지를 벗어남이 없이 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100)는 하판부(110)와 측판부(120) 및 상판부(130)로 구성된다.
상기 하판부(110)는 일면에 봉 또는 관 형태로 된 복수의 방전전극(111)이 배치되어 있고, 상기 방전전극(111)의 외면에 유전체관(112) 또는 유전체막이 씌워져 있다.
상기 하판부(110)에는 하기의 대항전극(132) 중심에 맞게 방전전극(111)이 설치되는 설치구(111a)가 형성되어 있다. 예컨대, 도 3에서는 방전전극(111)의 하단부가 삽착되도록 돌출되어 있는 설치구(111a)를 나타내고 있다.
상기 복수의 방전전극(111)은 상기 하판부(110)의 일면에 전원이 인가되도록 형성된 전기회로 또는 금속판(113)에 설치된다. 예컨대, 상기 방전전극(111)은 금속판(113)에 조립식으로 개별 설치될 수도 있고 전기회로와 일체형으로 설치될 수도 있다.
상기 방전전극(111)에 전원을 인가하는 전기회로 또는 금속판(113)은 절연 및 가스의 누출을 막도록 플라스틱과 같은 절연판(114)을 부착하는 것이 바람직하다.
상기 방전전극(111)의 외면에 씌워져 있는 유전체관(112) 또는 유전체막을 형성하는 유전체는 알루미나(Al2O3), 지르코늄, 석영 또는 유리 중 하나 이상의 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 재료의 가공성 또는 가격을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 방전전극(111)의 말단은 1대1 대응하는 관 형태의 돌출부(131)의 말단보다 정해진 길이(예컨대, 도 2의 a)만큼 짧도록 수직으로 삽입 결합하는 것이 바람직하다.
상기 방전전극(111)의 길이는 전제조건으로 물이나 유체 내부에 잠긴 상기 상판부(130)의 가스 활성종 투입구(131a) 말단, 즉 돌출부(131)의 말단보다 소정의 길이만큼 짧도록 하는데 그 길이(예컨대, 도 2의 a)는 2∼4mm 정도가 될 수 있다.
상기 하판부(110)는 충분한 가스가 공급되는 공간을 확보하고 가스공급챔버 내부에 방전전극(111)의 설치 및 상판부(130)와 결합이 용이하도록 방전전극(111)의 전체 길이 및 가스공급챔버의 높이(도 2의 b)를 정한다.
상기의 가스공급챔버의 높이(도 2의 b)는 유전체 장벽 방전 플라즈마가 발생할 때 이온화된 가스 활성종이 물이나 유체 내부로 투입되게 하는 상기 가스 활성종 투입구(131a)의 말단을 기준으로 적정하게 정해진다.
상기 방전전극(111)이 들어간 유전체관(112)의 외경과 상기 상판부(130)의 상기 가스 활성종 투입구(131a)의 내경과의 간극(도 2의 c)은 0.1∼0.3 mm 정도로 형성될 수 있다.
상기 방전전극(111)에 씌워지는 유전체관(112)의 내경은 간극이 최대한 없도록 한다. 이는 방전시 전류집중에 의한 온도상승 및 효율저하가 발생할 수 있기 때문이다.
상기 방전전극(111)은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 스테인리스(SUS) 또는 구리 중 하나 이상의 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 재료의 가공성, 가격 등을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 측판부(120)는 상기 하판부(110)와 결합하여 상부 개방형의 가스공급챔버를 형성하고 복수의 가스투입구(121)가 구비되어 있다.
상기 측판부(120)의 가스투입구(121)는 가스공급챔버와 다른 가스공급챔버를 연결하여 가스를 공급할 때 가스공급챔버들을 서로 연결하는 연결관로 역할을 한다. 도 1에서는 가스공급챔버의 양측에 구비된 가스투입구(121) 중 일측이 막힌 상태를 예시하고 있으며, 만약 다른 가스공급챔버와의 연결을 통해 가스공급경로를 연장하는 경우 막힌 상태의 가스투입구(121)는 개방된 상태로 다른 가스공급챔버의 가스투입구와 연결된다.
상기 상판부(130)는 상기 측판부(120)와 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하고 상기 복수의 방전전극(111)이 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합되어 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하도록 내경부에 가스 활성종 투입구(131a)가 형성된 관 형태의 돌출부(131)를 금속의 대항전극(132)이 둘러싸고 있다.
상기 돌출부(131)를 관 형태로 형성한 것은 충분한 플라즈마 방전구간을 확보하기 위함이고, 관의 길이는 방전효과를 고려하여 적절하게 정해질 수 있다. 예컨대, 상기 돌출부(131)를 형성하는 관의 길이는 1∼2cm 정도의 값을 가질 수 있다.
상기 상판부(130)는 상기 방전전극(111)과 대항전극(132) 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생할 때 가스 활성종이나 부식성 유체에 의한 손상을 고려하여 내구성이 강한 적절한 재질로 만드는 것이 바람직하다.
상기 대항전극(132)은 일괄적으로 접지되어 있는 것이 바람직하다.
상기 대항전극(132)은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 스테인리스(SUS) 또는 구리 중 하나 이상의 재질로 구성되는 것이 바람직하며, 재료의 가공성, 가격 등을 고려하여 결정될 수 있다.
상기 가스공급챔버 내부로 공급되는 가스는 공기(Air), 산소(O2), 오존(O3), 질소(N2), 아르곤(Ar), 헬륨(He) 중 어느 하나이거나 둘 이상을 포함하는 가스인 것이 바람직하다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100)는 수처리 대상 물이나 유체가 담기거나 흐르는 용기(200)에 설치된 상태에서 가스공급부(300)로부터 상기 가스투입구(121)를 통해 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 전원공급부(400)로부터 상기 방전전극(111)과 대항전극(132)에 전원이 공급되면 상기 방전전극(111)과 대항전극(132) 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고 이때 이온화된 가스 활성종을 상기 상판부(130)의 각각의 돌출부(131)에 형성된 가스 활성종 투입구(131a)를 통해 상기 용기(200)에 담기거나 흐르는 물 또는 유체 내부로 투입하여 해당 물 또는 유체에 대한 살균 및 정화작용을 한다.
참고로, 도 6 내지 도 7에서는 상기 돌출부(131)에 의해 형성되는 가스 활성종 투입구(131a)가 2행 2열로 나란하게 복수개 형성된 것을 예시하고 있지만, 상기한 수처리 대상 물이나 유체가 담기거나 흐르는 용기(200)의 구조에 따라 방사형을 포함하여 다양한 형태로 배치될 수 있다.
상기와 같이 하판부(110)와 측판부(120) 및 상판부(130)가 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100) 내부로 물이나 유체가 유입되는 것을 방지하기 위하여 상기 가스공급챔버와 가스공급부(300)의 사이에 원웨이밸브를 설치하여 상기 가스공급챔버의 내부가 양압이 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 전원공급부(400)는 외부전원을 인가받아 이를 소정의 크기의 전압을 가지는 교류 또는 펄스 전원으로 변환하여 출력한다.
상기 전원공급부(400)는 입력되는 전원의 전압을 증폭하는 트랜스포머 및 정류기 등을 포함하여 구성될 수 있다. 그러나 이는 하나의 예시일뿐이며, 입력되는 전원의 종류 및 전압, 출력되는 전원의 종류 등에 따라 적절한 형태의 전원공급부로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100)는 다음과 같이 작동한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100)는 다양한 생활시설, 상업시설, 산업시설 등에서 세정 및 세척수의 제조, 비화학적 살충제 또는 비료가 필요한 농작물의 용수 제조 및 기타 폐수처리 등의 용도로 다양하게 사용이 가능하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100)는 수처리 대상 물이나 유체가 담기거나 흐르는 용기(200)의 저면부에 설치된 상태에서 가스공급부(300)로부터 상기 가스투입구(121)를 통해 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 전원공급부(400)로부터 상기 방전전극(111)과 대항전극(132)에 전원이 공급되면 상기 방전전극(111)과 대항전극(132) 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고, 이때 이온화된 가스 활성종(reactive species), 예컨대 OH-, O, H, H2O2, HO2, HClO, Cl2, HCl 등의 활성종이 생성된다.
상기의 가스 활성종은 상기 상판부(130)에 배치되어 상기 복수의 방전전극(111)이 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합됨으로써 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하는 돌출부(131)의 가스 활성종 투입구(131a)를 통해 상기 용기(200)에 담기거나 흐르는 물 또는 유체 내부로 투입된다.
이에 따라 해당 용기(200)에 담기거나 흐르는 물 또는 유체(예컨대, 오염수 등)가 투입된 가스 활성종에 의해 살균 및 정화 처리된다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100a)이다.
본 실시예 또한 제1실시예와 동일하게 이온화된 가스 활성종이 물이나 유체 내부로 투입되게 하는 상기 가스 활성종 투입구(131a)를 둘러싼 대항전극(132)이 포함된 상판부(130)를 포함하여 구성되어 있으나, 도시된 바와 같이 제1실시예와 비교하여 볼 때, 상판부(130)의 돌출부(131)가 가스공급챔버 내부, 즉 하판부(110) 쪽을 향하도록 되어 있다.
이 경우는 플라즈마 발생 장치가 물이나 유체가 흐르는 관 형태의 용기(200a)에 설치되어 물이나 유체의 압손실을 피해야하는 경우이거나, 수처리 대상 유체가 금속재질의 대항전극(132)이 접촉할 경우 대항전극(132)의 오염이나 부식을 야기하는 음용수나 부식성이 강한 유체인 경우에 대항전극(132)이 해당 유체와 접촉함을 방지하면서 수처리를 하고자 하는 경우에 적합한 형태이다.
이 경우 금속의 대항전극(132)이 처리수에 의해 오염이나 부식, 손상되는 것을 방지함으로써 안정적인 방전효율을 유지할 수 있으며, 특히 손상된 금속입자에 의한 처리수의 재오염, 방전전극(111)의 짧은 교체주기 등과 같은 문제를 해결할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100b)이다.
처리하려는 유체가 음용수 또는 세정수이거나 부식성이 강한 경우 유체와 접촉하는 대항전극(132)은 유전체로 적층하거나 코팅할 수 있다.
본 실시예 또한 제1실시예와 동일하게 이온화된 가스 활성종이 물이나 유체 내부로 투입되게 하는 상기 가스 활성종 투입구(131a)를 둘러싼 대항전극(132)이 포함된 상판부(130)를 포함하여 구성되어 있으나, 도시된 바와 같이 제1실시예와 비교하여 볼 때, 상기 방전전극(111)이 설치된 하판부(110)의 일면 전체와 상기 상판부(130)의 대항전극(132)이 설치된 일면 전체가 유전체막(112a)으로 코팅된 것을 예시하고 있다.
본 실시예는 처리하려는 유체가 음용수 또는 세정수이거나 부식성이 강한 경우에 적합한 형태이며, 해당 유체와 접촉하는 대항전극(132)은 코팅된 유전체막(112a)에 의해 보호되어 오염이나 부식이 방지된다.
상기와 같이 작동하는 본 발명에 따르면 종래의 수중 플라즈마 가스방전에서의 부식성이나 점착성과 같은 유체의 특성이나 가스 활성종에 의한 금속 전극이 손상되는 것을 피하여 안정적인 방전효율을 유지할 수 있으며 손상된 금속입자에 의한 처리수의 재오염, 방전전극의 짧은 교체주기 등과 같은 문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 단일방전장치 및 가스공급채널을 효율적으로 결합하여 복수의 방전개소를 구성하는데 용이한 구조로 되어 제한된 시간 및 공간에서 다량의 유체를 처리할 수 있고 산업 및 상업시설의 수처리 장치로 적용이 가능하다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100,100a,100b)를 하나의 단위장치로 만들고 이 단위장치를 복수로 병렬로 연결하여 적용하면 대규모의 수처리 장치의 구성이 가능하다.
본 발명에 따른 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치(100,100a,100b)를 유체가 흐르는 밀폐된 배관에 유체 흐름에 따라 순차적으로 배치하여 적용하면 지속적으로 가스 활성종을 유체에 투입하여 유체의 처리효율을 최대화할 수 있다.
100,100a,100b: 수중 플라즈마 발생 장치
110: 하판부 111: 방전전극
111a: 설치구 112: 유전체관
112a: 유전체막 113: 금속판
114: 절연판 120: 측판부
121: 가스투입구 130: 상판부
131: 돌출부 131a: 가스 활성종 투입구
132: 대항전극 200,200a: 용기
300: 가스공급부 400: 전원공급부

Claims (9)

  1. 일면에 봉 또는 관 형태로 된 복수의 방전전극이 배치되어 있고, 상기 방전전극의 외면에 유전체관 또는 유전체막이 씌워져 있고, 대항전극 중심에 맞게 방전전극이 설치되는 설치구가 형성되어 있는 하판부와;
    상기 하판부와 결합하여 상부 개방형의 가스공급챔버를 형성하고 복수의 가스투입구가 구비되어 있는 측판부; 및
    상기 측판부와 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하고 상기 복수의 방전전극이 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합되어 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하도록 내경부에 가스 활성종 투입구가 형성된 관 형태의 돌출부를 대항전극이 둘러싸고 있는 상판부;
    로 구성되고,
    수처리 대상 물이나 유체가 담기거나 흐르는 용기에 설치된 상태에서 상기 가스투입구를 통해 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 상기 방전전극과 대항전극에 전원이 공급되면 상기 방전전극과 대항전극 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고 이때 이온화된 가스 활성종을 상기 상판부의 각각의 돌출부에 형성된 가스 활성종 투입구를 통해 물 또는 유체 내부로 투입하여 해당 물 또는 유체에 대한 살균 및 정화작용을 하는 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  2. 일면에 봉 또는 관 형태로 된 복수의 방전전극이 배치되어 있고, 상기 방전전극의 외면에 유전체관 또는 유전체막이 씌워져 있는 하판부와;
    상기 하판부와 결합하여 상부 개방형의 가스공급챔버를 형성하고 복수의 가스투입구가 구비되어 있는 측판부; 및
    상기 측판부와 결합하여 가스공급경로가 되는 폐쇄된 가스공급챔버를 형성하고 상기 복수의 방전전극이 1대1 대응하여 수직으로 삽입 결합되어 복수의 가스공급채널과 복수의 방전개소를 형성하도록 내경부에 가스 활성종 투입구가 형성된 관 형태의 돌출부를 대항전극이 둘러싸고 있는 상판부;
    로 구성되고,
    상기 방전전극이 설치된 하판부의 일면과 상기 상판부의 대항전극이 설치된 일면이 유전체막으로 코팅되어 있고,
    수처리 대상 물이나 유체가 담기거나 흐르는 용기에 설치된 상태에서 상기 가스투입구를 통해 가스공급챔버 내부로 가스가 공급되고 상기 방전전극과 대항전극에 전원이 공급되면 상기 방전전극과 대항전극 사이에서 유전체 장벽 방전 플라즈마를 발생하고 이때 이온화된 가스 활성종을 상기 상판부의 각각의 돌출부에 형성된 가스 활성종 투입구를 통해 물 또는 유체 내부로 투입하여 해당 물 또는 유체에 대한 살균 및 정화작용을 하는 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 복수의 방전전극은 상기 하판부의 일면에 전원이 인가되도록 형성된 전기회로 또는 금속판에 설치되는 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방전전극의 말단은 1대1 대응하는 관 형태의 돌출부의 말단보다 정해진 길이만큼 짧도록 수직으로 삽입 결합하는 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 대항전극은 일괄적으로 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방전전극 또는 상기 대항전극은 텅스텐, 몰리브덴, 티타늄, 스테인리스 또는 구리 중 하나 이상의 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 방전전극의 외면에 씌워져 있는 유전체관 또는 유전체막을 형성하는 유전체는 알루미나, 지르코늄, 석영 또는 유리 중 하나 이상의 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가스공급챔버 내부로 공급되는 가스는 공기, 산소, 오존, 질소, 아르곤, 헬륨 중 어느 하나이거나 둘 이상을 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 수중 유전체 장벽 방전 플라즈마 발생 장치.
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