KR102243816B1 - 워터젯 액상 방전 발생 장치 및 이를 이용한 액체 물질의 코팅 장치 및 액체의 살균 장치 - Google Patents

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Abstract

워터젯 액상 방전 발생 장치가 개시된다. 상기 워터젯 액상 방전 발생 장치는 제1 액체 공급부; 제2 액체 공급부; 상기 제1 액체 공급부로부터 제1 액체가 공급되는 제1 유입구, 상기 제2 액체 공급부로부터 제2 액체가 공급되는 제2 유입구, 및 상기 제1 및 제2 액체가 합류되는 합류지점, 및 워터젯을 방출하는 토출구를 포함하는 유전체관; 상기 제1 액체 공급부의 제1 액체에 전압이 인가되도록 구성되는 제1 전극; 상기 제2 액체 공급부의 제2 액체에 전압이 인가되도록 구성되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압이 인가되도록 구성되는 전압인가수단을 포함하고, 상기 토출구로 액상 방전된 워터젯이 방출된다.

Description

워터젯 액상 방전 발생 장치 및 이를 이용한 액체 물질의 코팅 장치 및 액체의 살균 장치{WATERJET LIQUID DISCHARGE GENERATOR AND COATING APPARATUS FOR LIQUID MATERIAL USING THE SAME}
본 발명은 워터젯 액상 방전 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체와 액체 사이에서 플라즈마를 발생시키는 워터젯 액상 방전 발생 장치에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)란 이온화된 가스를 의미하고, 원자 또는 분자로 이루어진 가스에 에너지를 이용하여 여기시키면, 전자, 이온, 분해된 가스, 및 광자(photon) 등으로 이루어진 플라즈마가 형성된다. 이러한 플라즈마는 핵융합 발전, 반도체 분야에서의 기판의 표면 처리, 또는 분말의 표면 처리 등 다양하게 이용되고 있다.
고체나 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키기 위해서는 기체에 열에너지를 가하여 플라즈마를 발생시키는 경우보다 많은 양의 열에너지 공급이 필요하다.
그러므로, 기체에 열에너지를 가하는 것이 열에너지를 많이 공급하지 않아도 되기 때문에 가장 효율적이고, 용이하게 플라즈마를 발생시킬 수 있는 방법이다.
그러나, 기체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는 경우에 발생되는 이온 또는 라디칼의 양은 액체를 기초로하여 플라즈마를 발생시키는 경우에 발생되는 이온 또는 라디칼의 양에 비해 매우 적다는 문제점이 있다. 이는, 기체가 액체에 비하여 부피는 크지만 밀도가 작기 때문이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 액체에 에너지를 가하여 플라즈마를 발생시키는 장치들이 개발되고 있다.
그러나, 종래 대부분의 액체에 에너지를 가하여 플라즈마를 발생시키는 장치들은 전극의 전체 또는 일부가 수중에 침수되므로 전극이 부식되며, 전극에 부식에 따라 수명이 단축되는 문제가 있었다.
또한, 종래 대부분의 액체에 에너지를 가하여 플라즈마를 발생시키는 장치는 수중 또는 수면에서 플라즈마를 발생시키는 구조로 개발되었다.
액체 플라즈마 발생시의 고질적인 문제인 금속 전극의 부식 문제를 해결할 수 있고, 액체와 액체 사이에서만 플라즈마를 발생시킬 수 있는 새로운 액체에 기초한 플라즈마 생성을 위한 장치를 제공할 수 있도록 한 워터젯 액상 방전 발생 장치를 제공하는데 있다.
다른 목적으로, 금속 전구체를 포함하는 액상물질을 이온화시켜서 피처리물에 코팅할 수 있도록 한 액체 물질의 코팅 장치를 제공하는데 있다.
또 다른 목적으로, 액체와 액체 사이에서만 플라즈마를 발생시킬 수 있는 새로운 액체에 기초한 플라즈마 생성을 통해 액체를 살균하도록 한 액체의 살균 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는 제1 액체 공급부; 제2 액체 공급부; 상기 제1 액체 공급부로부터 제1 액체가 공급되는 제1 유입구, 상기 제2 액체 공급부로부터 제2 액체가 공급되는 제2 유입구, 및 상기 제1 및 제2 액체가 합류되는 합류지점, 및 워터젯을 방출하는 토출구를 포함하는 유전체관; 상기 제1 액체 공급부의 제1 액체에 전압이 인가되도록 구성되는 제1 전극; 상기 제2 액체 공급부의 제2 액체에 전압이 인가되도록 구성되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 고전압이 인가되도록 구성되는 전압인가수단을 포함하고, 상기 토출구로 액상 방전된 워터젯이 방출된다.
상기 합류지점에서 높은 전기장에 의해 절연파괴전압이 형성되고 부피팽창, 기화 및 플라즈마화되어 상기 토출구로 워터젯이 방출된다.
일 실시예에서, 상기 유전체 관의 양단의 두 개구 및 측면의 일 개구를 가지며, 상기 유전체 관의 양단 두 개구 중 일 개구는 상기 토출구이고, 상기 유전체 관의 양단 두 개구 중 다른 개구는 상기 제1 유입구이며, 상기 유전체 관의 측면의 일 개구는 제2 유입구일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 액체 공급부는: 제1 액체 공급원; 및 상기 제1 액체 공급원으로부터의 제1 액체를 상기 유전체관의 제1 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제1 액체 공급 유로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 액체 공급부는 상기 제1 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제1 유입구 사이에 절연체로 이뤄진 제1 볼륨공간을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 액체 공급부는: 제2 액체 공급원; 및 상기 제2 액체 공급원으로부터의 제2 액체를 상기 유전체관의 제2 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제2 액체 공급 유로를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 액체 공급부는 상기 제2 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제2 유입구 사이에 절연체로 이뤄진 제2 볼륨공간을 가질 수 있다. 상기 제2 볼륨공간은 상기 유전체를 둘러싸는 고리형 공간일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유전체 관은 직립되어 있고, 상기 토출구는 아래를 향하고 있을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 액체 공급부는: 제1 액체 공급원; 상기 제1 액체 공급원으로부터의 제1 액체를 상기 유전체관의 제1 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제1 액체 공급 유로; 및 상기 제1 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제1 유입구 사이에 절연체로 이뤄지고 상기 직립된 유전체관의 상단측 개구 위에 제1 볼륨공간을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 액체 공급부는: 제2 액체 공급원; 상기 제2 액체 공급원으로부터의 제2 액체를 상기 유전체관의 제2 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제2 액체 공급 유로; 및 상기 제2 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제2 유입구 사이에 절연체로 이뤄지고 상기 직립된 유전체관의 측면 개구 주위를 둘러싸는 환형의 제2 볼륨공간을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체 물질의 코팅 장치는 상기 실시예들 중 어느 하나의 워터젯 액상 방전 발생 장치를 이용한다.
일 실시예에서, 상기 제1 또는 제2 액체는 금속 전구체를 포함하고, 상기 워터젯 액상 방전 발생 장치의 플라즈마를 피처리물에 조사함에 의해 상기 금속 전구체로부터 피처리물에 금속을 코팅시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액체의 살균 장치는 상기 실시예들 중 어느 하나의 워터젯 액상 방전 발생 장치를 이용한다.
본 발명에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치에 의하면, 액체 플라즈마 발생시의 고질적인 문제인 금속 전극의 부식 문제를 해결할 수 있고, 액체와 액체 사이에서만 플라즈마를 발생시킬 수 있는 새로운 액체에 기초한 플라즈마 생성을 위한 장치를 제공하며, 금속 전구체를 포함하는 액상물질을 이온화시켜서 피처리물에 코팅할 수 있는 액체 물질의 코팅 장치의 제공 및 액체와 액체 사이에서만 플라즈마를 발생시킬 수 있는 새로운 액체에 기초한 플라즈마 생성을 통해 액체를 살균하는 액체의 살균 장치를 제공할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생장치에 따른 워터젯 토출을 실험하기 위해 제작된 액체 물질의 코팅 장치의 샘플의 모습을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치 및 이를 이용한 액체 물질의 코팅 장치 및 액체의 살균 장치에 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 워터젯 액상 방전 발생 장치의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는 제1 액체 공급부(110), 제2 액체 공급부(120), 유전체관(130), 제1 전극(140), 제2 전극(150) 및 전압인가수단(160)을 포함한다.
제1 액체 공급부(110)는 액상 방전된 워터젯 방출을 위한 제1 액체(11)를 유전체관(130)을 향해 공급한다. 제1 액체 공급부(110)는 제1 액체 공급원(111), 제1 액체 공급 유로(112) 및 제1 볼륨공간(113)을 포함한다.
제1 액체 공급원(111)은 제1 액체(11)를 저장하는 제1 저장탱크(1111) 및 제1 액체 공급 유로(112) 상에 설치되어 제1 저장탱크(1111)로부터 제1 액체(11)를 펌핑하는 제1 펌프(1112)를 포함할 수 있다.
제1 액체 공급 유로(112)는 제1 저장탱크(1111) 및 유전체관(130) 사이에 연결되고, 제1 액체 공급원(111)으로부터 펌핑되는 제1 액체(11)가 제1 방향(A)을 따라 유전체관(130)에 공급되도록 한다. 제1 액체 공급 유로(112)는 절연 재질의 배관일 수 있다. 상기 제1 방향(A)은 유전체관(130)의 축방향과 평행하다.
제2 액체 공급부(120)는 액상 방전된 워터젯 방출을 위해 상기 제1 액체(11)와 일 지점에서 합류하는 제2 액체를 공급한다. 제2 액체 공급부(120)는 제2 액체 공급원(121), 제2 액체 공급 유로(122)를 포함한다.
제2 액체 공급원(121)은 제2 액체(12)를 저장하는 제2 저장탱크(1211) 및 제2 액체 공급 유로(122) 상에 설치되어 제2 저장탱크(1211)로부터 제2 액체(12)를 펌핑하는 제2 펌프(1212)를 포함할 수 있다.
제2 액체 공급 유로(122)는 제2 저장탱크(1211) 및 유전체관(130) 사이에 연결되고, 제2 액체 공급원(121)으로부터 펌핑되는 제2 액체(12)가 제2 방향(B)을 따라 유전체관(130)에 공급되도록 한다. 제2 액체 공급 유로(122)는 절연 재질의 배관일 수 있다. 상기 제2 방향(B)은 유전체관(130)의 축방향에 수직한 방향이다.
유전체관(130)은 유전체로 이루어지며, 양단의 두 개구 및 측면의 일 개구를 갖는 중공의 관으로서, 제1 유입구(131), 제2 유입구(132), 합류지점(133) 및 토출구(134)를 포함한다.
제1 유입구(131)는 제1 액체 공급부(110)로부터 공급되는 제1 액체(11)가 유입된다. 제1 유입구(131)는 유전체관(130)의 양단의 두 개구 중 일 개구이다.
제2 유입구(132)는 제2 액체 공급부(120)로부터 공급되는 제2 액체(12)가 유입된다. 제2 유입구(132)는 유전체관(130)의 측면의 일 개구이다.
합류지점(133)은 유전체관(130) 내의 일 지점으로서, 제1 액체(11) 및 제2 액체(12)가 합류되는 지점으로서, 유전체관(130)의 내부에서 제2 유입구(132)에 마주하는 지점이다.
토출구(134)는 제1 유입구(131)의 반대편이면서 합류지점의 후단에 위치하며, 워터젯을 방출한다. 토출구(134)는 유전체관(130)의 양단의 두 개구 중 나머지 일 개구이다.
또한, 상기 유전체관(130)은 직립되어 구비된다. 이때, 토출구(134)는 아래를 향하고 있고, 제1 유입구(131)는 토출구(134)의 반대편, 즉 유전체관(130)의 상단에 위치하고, 제2 유입구(132)는 유전체관(130)의 측면을 관통한다.
한편, 상기 제1 액체 공급부(110)는 제1 볼륨공간(113)을 포함하고, 상기 제2 액체 공급부(120)는 제2 볼륨공간(123)을 포함한다.
제1 볼륨공간(113)은 제1 액체 공급 유로(112)와 유전체관(130)의 제1 유입구(131) 사이에 위치하며, 유전체관(130)의 내경보다 큰 부피의 공간을 형성한다. 제1 볼륨공간(113)은 절연체로 이루어진다. 일 예로, 제1 볼륨공간(113)은, 중앙에 유체유입구멍(1141a)을 갖는 환형의 평면부(1141) 및 평면부(1141)로부터 수직하게 연장되며 유전체관(130)의 외경보다 큰 내경을 갖는 원통형의 측면부(1142)를 포함하는 절연 재질의 원통형 챔버(114)가 유전체관(130)의 제1 유입구(131)의 위로 배치되는 것에 의해 형성될 수 있고, 이러한 경우, 상기 원통형 챔버(114)의 내부공간이 제1 볼륨공간(113)을 형성하며, 제1 액체 공급 유로(112)는 원통형 챔버(114)의 평면부(1141)에 연결될 수 있다.
제2 볼륨공간(123)은 제2 액체 공급 유로(122)와 유전체관(130)의 제2 유입구(132) 사이에 위치하며, 유전체관(130)의 내경보다 큰 부피의 공간을 형성한다. 제2 볼륨공간(123)은 절연체로 이루어진다. 일 예로, 제2 볼륨공간(123)은, 중앙에 유전체삽입구멍(1241a)을 갖는 환형의 평면부(1241) 및 평면부(1241)로부터 수직하게 연장되며 측면에 유체유입구멍(1242a)을 갖고 유전체관(130)의 외경보다 큰 내경을 갖는 원통형의 측면부(1242)를 포함하는 절열 재질의 환형 챔버(124)가 유전체관(130)의 측면을 둘러싸도록 배치되는 것에 의해 형성될 수 있고, 이러한 경우, 상기 환형 챔버(124)의 내부공간이 제2 볼륨공간(123)을 형성하며, 제2 볼륨공간(123)은 유전체관(130)을 둘러싸는 고리형 공간으로 형성되며, 제2 액체 공급 유로(122)는 환형 챔버(124)의 측면부(1242)에 연결될 수 있다.
제1 전극(140)은 제1 액체 공급부(110)를 통해 공급되는 제1 액체(11)에 전압이 인가되도록 구성된다. 일 예로, 제1 전극(140)은 제1 볼륨공간(113)을 형성하는 원통형 챔버(114)의 평면부(1141) 상에 구비되어 상기 제1 방향(A)과 평행하고 유체유입구멍(1141a)과 유체 소통 가능하게 배치될 수 있고, 제1 액체 공급 유로(112)와 연결되며, 제1 액체(11)가 유입 가능하도록 중공의 원통 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 제1 전극(140)은 상기 제1 방향(A)을 따라 공급되는 제1 액체(11)에 전압을 인가한다.
제2 전극(150)은 제2 액체 공급부(120)를 통해 공급되는 제2 액체(12)에 전압이 인가되도록 구성된다. 일 예로, 제2 전극(150)은 제2 볼륨공간(123)을 형성하는 환형 챔버(124)의 측면부(1242)의 하단에 연결되어 환형 챔버(124)의 평면부(1241)에 마주하도록 배치될 수 있다. 이때, 제2 전극(150)은 환형 챔버(124)의 개방된 하단을 밀폐하며 유전체관(130)의 하단을 지지한다. 이러한 제2 전극(150)은 상기 제2 방향(B)을 따라 제2 볼륨공간(123) 내에 유입되는 제2 액체(12)에 전압을 인가한다.
전압인가수단(160)은 제1 전극(140) 및 제2 전극(150) 사이에 고전압이 인가되도록 구성된다. 일 예로, 제1 전극(140)에는 고전압이 인가되고, 제2 전극(150)은 접지될 수 있다.
이하에서는 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생장치에서 워터젯이 토출되는 과정을 설명한다.
워터젯은 유전체관(130)의 토출구(134)를 통해 방출되며, 전압이 인가된 제1 액체(11) 및 전압이 인가된 제2 액체(12)가 유전체관(130)의 내부의 합류지점(133)에서 합류 순간 방출된다.
즉, 제1 액체(11)는 제1 액체 공급부(110)의 제1 저장탱크(1111)로부터 제1 펌프(1112)에 의해 펌핑되어 제1 액체 공급 유로(112)로 공급되고, 제1 액체 공급 유로(112)는 유전체관(130)의 축방향에 평행하는 제1 방향(A)을 따라 제1 액체(11)를 유전체관(130) 방향으로 공급한다. 제1 방향(A)을 따라 이동되는 제1 액체(11)는 제1 전극(140)의 내부로 유입되고, 이때 제1 전극(140)에는 전압이 인가되고 있으므로 제1 전극(140)에 의해 제1 액체(11)에 전압이 인가되며, 전압이 인가된 제1 액체(11)는 유전체관(130)의 제1 유입구(131) 상부의 제1 볼륨공간(113)으로 유입된다. 제1 볼륨공간(113)으로 유입되는 제1 액체(11)는 제1 볼륨공간(113)에 채워지고 이와 동시에 제1 볼륨공간(113)에 채워지는 제1 액체(11)의 일부가 직립된 유전체관(130)의 상단의 제1 유입구(131)를 통해 유입되어 유전체관(130)의 내부로 공급된다.
제2 액체(12)는 제2 액체 공급부(120)의 제2 저장탱크(1211)로부터 제2 펌프(1212)에 의해 펌핑되어 제2 액체 공급 유로(122)로 공급되고, 제2 액체 공급 유로(122)는 유전체관(130)의 축방향에 수직하는 제2 방향(B)을 따라 제2 액체(12)를 유전체관(130) 방향으로 공급한다. 제2 방향(B)을 따라 이동되는 제2 액체(12)는 제2 전극(150)과 마주하며 유전체관(130)을 둘러싸는 제2 볼륨공간(123)으로 유입된다. 제2 볼륨공간(123)으로 유입되는 제2 액체(12)는 제2 볼륨공간(123)에 채워지고 이와 동시에 제2 볼륨공간(123)에 채워지는 제2 액체(12)의 일부가 직립된 유전체관(130)의 측면의 제2 유입구(132)를 통해 유입되어 유전체관(130)의 내부로 공급된다. 이때, 제2 볼륨공간(123)으로 유입된 제2 액체(12)는 제2 전극(150)에 전압이 인가되고 있으므로 제2 전극(150)에 의해 전압이 인가되며, 전압이 인가된 제2 액체(12)가 유전체관(130)의 측면의 제2 유입구(132)를 통해 유입되어 유전체관(130)의 내부로 공급된다.
이러한 과정에서 상기 제1 볼륨공간(113) 및 제2 볼륨공간(123)은 전극 사이의 절연을 유지하여 통전을 억제하고, 합류지점(133)보다 큰 저항체로서 역할하여 합류지점(133)에서의 절연파괴의 효율 및 확률을 증가시켜서 방전의 효율을 높일 수 있다.
이와 같이 유전체관(130)의 내부로 공급되는 전압이 인가된 제1 액체(11) 및 전압이 인가된 제2 액체(12)는 합류지점(133)에서 합류하게 된다. 합류된 제1 액체(11) 및 제2 액체(12)는 합류지점(133)에서 높은 전기장에 의해 절연파괴전압이 형성되고 부피팽창, 기화 및 플라즈마화되어 유전체관(130)의 하단의 토출구(134)로 워터젯이 방출된다. 즉, 합류지점(133)에서 높은 전기장에 의해 절연파괴전압이 형성되어 방전이 개시되고, 방전이 시작되면 액상 내 물질이 부피팽창에 의해 기화 및 플라즈마화되어 반응성 라디칼을 형성하여 미스트 형태로 토출된다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는 액체 물질의 코팅 장치 및 액체의 살균 장치에 적용될 수 있다.
액체 물질의 코팅 장치에 적용되는 경우, 직립된 유전체관(130)의 토출구(134)의 아래에 피처리물(20)을 위치시키고, 앞서 설명한 워터젯이 방출되는 과정과 같이 피처리물(20)을 향해 플라즈마화된 워터젯이 방출되어 피처리물(20)을 코팅할 수 있다.
일 예로, 제1 액체 또는 제2 액체는 금속 전구체를 포함하고, 워터젯 액상 방전 발생 장치로부터 토출되는 플라즈마화된 워터젯, 즉 플라즈마화된 액상의 금속 전구체를 피처리물에 조사함에 의해 금속 전구체로부터 피처리물(20)에 금속을 코팅시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생장치에 따른 워터젯 토출을 실험하기 위해 제작된 액체 물질의 코팅 장치의 샘플의 모습을 나타낸다.
도 2와 같이 샘플을 제작하여, 워터젯 액상 방전 발생장치를 이용한 워터젯 토출 과정을 실험하였다. 도 2와 같이 제1 액체 및 제2 액체가 합류하여 방전 후 플라즈마화된 워터젯이 토출되는 모습을 확인할 수 있었다. 실험조건으로서, 전도도 30mS/cm의 ANN(Aluninium nitrate nonahydrate)를 제1 액체 및 제2 액체로서 각각 30ccpm 유량으로 공급하고, 제1 전극 및 제2 전극에 인가되는 전력을, 10kHz, 펄스간격 3.0~4.0usec, 500W, 100VDC로 하였다.
한편, 액체의 살균 장치에 적용되는 경우, 액체의 살균이 필요한 장치, 예를 들어, 정수기 등과 같은 제품에서 액체의 살균 장치로 이용될 수 있다. 이러한 경우, 수도물의 전도도 100~150mS/cm에 대해 인가 전력을 10kv로 설정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는, 환형의 평면부(3241), 환형의 평면부(3241)에 마주하는 환형의 저면부(3243) 및 평면부(3241) 및 저면부(3243)에 연결되는 측면부(3242)를 포함하는 환형 챔버(324)로서 제2 볼륨공간(323)을 형성할 수 있고, 이때 제2 전극(350)은 중공의 원통형으로 구성하여 환형 챔버(324)의 측면부(3242)에 관통되게 구비될 수 있다. 이러한 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치와 동일하게 구성된다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는, 환형의 평면부(4241), 환형의 평면부(4241)에 마주하는 환형의 저면부(4243) 및 평면부(4241) 및 저면부(4243)에 연결되는 측면부(4242)를 포함하는 환형 챔버(424)로서 제2 볼륨공간(423)을 형성할 수 있고, 이때 제1 전극(440)은 막대 형상으로 구성하여 제1 볼륨공간(413)을 형성하는 원통형 챔버(414)의 측면에 관통되게 구비하고, 제2 전극(450)은 막대 형상으로 구성하여 제2 볼륨공간(423)을 형성하는 환형 챔버(424)의 측면부(4242)에 관통되게 구비될 수 있다. 이러한 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치와 동일하게 구성된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 제2 볼륨공간(123)을 생략하고, 유전체관(530)이 제1 볼륨공간(513)을 형성하는 원통형 챔버(514)의 내부로 수용되게 구성하고, 원통형 챔버(514)의 측면에 유전체관(530)의 제2 유입구(532)에 대응하는 유체유입구멍(5141)을 형성하고, 제2 전극(550)은 중공의 원통 형상으로 구성하여 유체유입구멍(5141)에 대응되게 구비될 수 있다. 이러한 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치와 동일하게 구성된다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 모습을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치는, 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치의 제1 볼륨공간(113)을 생략하고, 환형의 평면부(6241), 환형의 평면부(6241)에 마주하는 환형의 저면부(6243) 및 평면부(6241) 및 저면부(6243)에 연결되는 측면부(6242)를 포함하는 환형 챔버(624)로서 제2 볼륨공간(623)을 형성할 수 있고, 이때 제2 전극(650)은 중공의 원통형으로 구성하여 환형 챔버(624)의 측면부(6242)에 관통되게 구비되고, 제1 전극(640)은 유전체관(630)의 제1 유입구(631)에 대응되게 구비될 수 있다. 이러한 점을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 워터젯 액상 방전 발생 장치와 동일하게 구성된다.
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 (14)

  1. 제1 액체 공급부;
    제2 액체 공급부;
    상기 제1 액체 공급부로부터 제1 액체가 공급되는 제1 유입구, 상기 제2 액체 공급부로부터 제2 액체가 공급되는 제2 유입구, 및 상기 제1 및 제2 액체가 합류되는 합류지점, 및 워터젯을 방출하는 토출구를 포함하는 유전체관;
    상기 제1 액체 공급부의 제1 액체가 상기 제1 유입구로 유입되기 전에 상기 제1 액체에 전압을 인가시키도록 구성되는 제1 전극;
    상기 제2 액체 공급부의 제2 액체가 상기 제2 유입구로 유입되기 전에 상기 제2 액체에 전압을 인가시키도록 구성되는 제2 전극; 및
    상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 상기 합류지점에서 합류될 때 절연파괴가 일어날 수 있는 세기의 고전압을 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 인가하는 전압인가수단을 포함하고,
    상기 토출구는 상기 합류지점에서 상기 제1 액체 및 상기 제2 액체가 합류 후 흐르는 방향쪽에 위치하며,
    상기 토출구로 액상 방전된 워터젯이 방출되는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 합류지점에서 높은 전기장에 의해 절연파괴전압이 형성되고 부피팽창, 기화 및 플라즈마화되어 상기 토출구로 워터젯이 방출되는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 관의 양단의 두 개구 및 측면의 일 개구를 가지며,
    상기 유전체 관의 양단 두 개구 중 일 개구는 상기 토출구이고, 상기 유전체 관의 양단 두 개구 중 다른 개구는 상기 제1 유입구이며,
    상기 유전체 관의 측면의 일 개구는 제2 유입구인,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 액체 공급부는:
    제1 액체 공급원; 및
    상기 제1 액체 공급원으로부터의 제1 액체를 상기 유전체관의 제1 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제1 액체 공급 유로를 포함하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 액체 공급부는 상기 제1 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제1 유입구 사이에 절연체로 이뤄진 제1 볼륨공간을 가짐을 특징으로 하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 액체 공급부는:
    제2 액체 공급원; 및
    상기 제2 액체 공급원으로부터의 제2 액체를 상기 유전체관의 제2 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제2 액체 공급 유로를 포함하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 액체 공급부는 상기 제2 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제2 유입구 사이에 절연체로 이뤄진 제2 볼륨공간을 가짐을 특징으로 하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 볼륨공간은 상기 유전체를 둘러싸는 고리형 공간임을 특징으로 하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 유전체 관은 직립되어 있고,
    상기 토출구는 아래를 향하고 있음을 특징으로 하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 액체 공급부는:
    제1 액체 공급원;
    상기 제1 액체 공급원으로부터의 제1 액체를 상기 유전체관의 제1 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제1 액체 공급 유로; 및
    상기 제1 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제1 유입구 사이에 절연체로 이뤄지고 상기 직립된 유전체관의 상단측 개구 위에 제1 볼륨공간을 가짐을 특징으로 하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 액체 공급부는:
    제2 액체 공급원;
    상기 제2 액체 공급원으로부터의 제2 액체를 상기 유전체관의 제2 유입구로 전달하는 절연체로 이뤄진 제2 액체 공급 유로; 및
    상기 제2 액체 공급 유로와 상기 유전체관의 제2 유입구 사이에 절연체로 이뤄지고 상기 직립된 유전체관의 측면 개구 주위를 둘러싸는 환형의 제2 볼륨공간을 가짐을 특징으로 하는,
    워터젯 액상 방전 발생 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한항의 워터젯 액상 방전 발생 장치를 이용한 액체 물질의 코팅 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 액체는 금속 전구체를 포함하고,
    상기 워터젯 액상 방전 발생 장치의 플라즈마를 피처리물에 조사함에 의해 상기 금속 전구체로부터 피처리물에 금속을 코팅시킴을 특징으로 하는,
    액체 물질의 코팅 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한항의 워터젯 액상 방전 발생 장치를 포함하는,
    액체의 살균 장치.
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