KR102249552B1 - 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치 - Google Patents

Abstract

개시되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 오염물질이 포함된 실내외 대기 또는 배출가스로 구성되는 처리대상가스가 내부에 유동하는 관체이며, 접지 전원이 연결되는 체임버; 상기 체임버 외부에 배치되어 직류 또는 교류로 설정된 크기의 전압을 연속 인가하는 전원공급장치; 외면에 플라즈마를 발생하기 위한 복수의 첨단(cusp)이 형성된 속이 빈 관체로서, 상기 처리대상가스의 유동과 평행한 방향으로 길게 상기 체임버 내부에 배치되고, 상기 전원공급장치와 전기적으로 연결되어 저온 플라즈마를 발생시키는 이미터; 상기 이미터와 상기 전원공급장치를 전기적으로 연결하고, 상기 이미터가 상기 체임버의 내부 중앙에 배치되도록 지지하는 로드; 및 상기 로드와 상기 체임버를 전기적으로 절연(絶緣)시켜, 상기 로드와 상기 체임버 사이에서 발생하는 아킹(arcing)현상을 방지하는 인썰레이터;를 가지진다.

Description

저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치{Non-Thermal Plasma device for pollutants removal in ambient air and in exhaust gas}

본 발명(Disclosure)은, 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에 관한 것으로서, 구체적으로 저온 플라즈마 발생 효율을 높이는 아킹 방지 및 제어 구조를 가지고 공장이나 인구가 밀집한 도시의 공기와 건물이나 공장 농축산시설 내외의 대기 및 LNG 석탄 등 화석연료 발전소의 배출가스와 내연기관으로부터 배출되는 가스내 입자상 물질 또는 휘발성 유기물질(VOCs) 등 오염물질을 저감하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에 관한 것이다.

여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

저온 플라즈마를 이용한 일반적인 오염물질 저감장치는, 체임버와 이미터가 주요한 구성이며, 여기서 오염물질은 실내외 대기 중 오염물질 또는 배출가스의 입자상 물질등 오염물질을 뜻한다.

관체인 체임버로 실외 대기나 실내공기 또는 배출가스가 유동하며, 체임버의 내측에 이미터가 배치된다.

이미터에는 고전압이 인가되어, 체임버와 이미터 사이 전기방전 현상이 발생하여 전자가 방출된다.

이렇게 고속으로 방출된 전자는 실외 대기나 실내공기 또는 배출가스에 포함된 오염 물질과 충돌하고 충돌된 오염 물질은, 전자, 이온, 중성입자가 혼합된 플라즈마로 생성된다.

이미터에 인가되는 고전압은, 누설(leakage)없이 이미터에 인가되어야 한다.

고전압이 누설되면 이미터와 체임버 사이의 전압이 떨어지게 되어, 플라즈마 발생효율이 급격히 감소할 수 있다.

특히 체임버와 이미터 사이 방전 외에 이미터를 체임버 내부에 위치시켜 지지하는 로드와 체임버 사이에서 아킹(arcing)현상이 발생할 경우에는, 이미터에서의 방전 현상이 약화되어 저온 플라즈마 발생 효율이 급격히 감소한다.

또한, 강한 아킹현상은, 체임버와 로드의 표면에 손상을 줄 수 있다.

더불어, 상술한 체임버와 로드의 문제점 이외에도, 고전압을 발생하는 전원공급장치의 피로도가 지속적으로 증가하여 손상 내지 고장으로 작동불능 상태에 빠지는 더욱 큰 문제점이 발생할 수 있다.

또한 로드의 외면을 감싸 전류 누설을 방지하는 인썰레이터 표면에 실외 대기나 실내공기 또는 배출가스 내 오염물질 또는 수증기가 일정한도 이상 쌓이게 되면 인썰레이터 표면에 쌓인 오염원, 수증기를 타고 미약하게 흘러 오염원을 제거하는 전류 이외의, 표면에 쌓인 오염원, 수증기로 유도되는 아킹도 발생하는데, 이러한 아킹 역시 로드와 체임버 사이의 아킹과 같은 문제점을 지닌다.

그러나 인썰레이터 표면으로 유도되는 아킹은 전력 소모가 크거나 작거나 모두 인쎌레이터의 표면에 쌓인 오염원과 수증기를 제거하는 효과가 있으며, 아킹의 문제는 아킹으로 소모되는 전력의 많고 적음에 따라 이미터 인가 전압의 하락을 초래하며, 이미터 인가전압이 일정한도 이상 하락하게 되면 플라즈마 발생효율이 저하되고 이는 결국 실외 대기나 실내공기 또는 배출가스 내 오염원 제거효율 저하를 초래한다는 데 있다.

따라서 아킹을 적절한 방법으로 방지하고 제어하여, 즉 강한 아킹을 방지하고 아킹에 필요한 전류를 일정한도 이내로 조절하여 저 전류의 약한 아킹으로 유도시킴으로써 이미터에 인가되는 전압을 일정 수준 이상을 유지하여, 플라즈마 발생 효율은 정상 수준을 유지하면서 동시에 인썰레이터 표면의 오염원과 수증기를 신속히 제거할 수 있는 구조와 장치가 필요하다.

전압의 일정수준 이상은 바람직하게는 규정된 전압의 90% 이상이다.

1. 미국 특허 제5,263,317호 2. 미국 특허 공개 제2007/0045101호

본 발명(Disclosure)은, 실내외 대기나 배출가스의 오염물질을 저감하는 저온 플라즈마 저감장치에 관한 것이다.

본 발명(Disclosure)은, 높은 전력소모의 강한 아킹을 방지하고 저전력소모의 약한 아킹을 유도하여 저온 플라즈마 발생 효율 저하를 방지하는 이미터 구조를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 오염물질 저감장치에 관한 것이다.

본 발명(Disclosure)은, 높은 전력소모의 강한 아킹에 의한 저온 플라즈마 발생 효율 저하를 방지하고 저전력소모의 약한 아킹을 유도하는 체임버 구조를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에 관한 것이다.

본 발명(Disclosure)은, 높은 전력소모의 강한 아킹에 의한 저온 플라즈마 발생 효율 저하를 방지하고 저전력소모의 약한 아킹을 유도하는 장치와 구조를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에 관한 것이다.

여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 오염물질이 포함된 실내외 대기 또는 배출가스로 구성되는 처리대상가스가 내부에 유동하는 관체이며, 접지 전원이 연결되는 체임버; 상기 체임버 외부에 배치되어 직류 또는 교류로 설정된 크기의 전압을 연속 인가하는 전원공급장치; 외면에 플라즈마를 발생하기 위한 복수의 첨단(cusp)이 형성된 속이 빈 관체로서, 상기 처리대상가스의 유동과 평행한 방향으로 길게 상기 체임버 내부에 배치되고, 상기 전원공급장치와 전기적으로 연결되어 저온 플라즈마를 발생시키는 이미터; 상기 이미터와 상기 전원공급장치를 전기적으로 연결하고, 상기 이미터가 상기 체임버의 내부 중앙에 배치되도록 지지하는 로드; 및 상기 로드와 상기 체임버를 전기적으로 절연(絶緣)시켜, 상기 로드와 상기 체임버 사이에서 발생하는 아킹(arcing)현상을 방지하는 인썰레이터;를 가진다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 이미터의 표면적과 상기 이미터의 길이에 대응하는 상기 체임버 내면의 면적의 가장 바람직한 비율은 1:1이다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 이미터에 구비되는 상기 첨단은,

원뿔, 반구, 타원형 반구, 원기둥, 각 뿔, 각뿔대 및 각기둥 중에서 선택된 적어도 하나의 형상을 가지는 제1 첨단형상; 상기 제1 첨단형상의 옆면의 전부 또는 일부가 원형 또는 타원형을 포함하는 곡면으로 이루어진 형상을 가지는 제2 첨단형상; 및 상기 제1 첨단형상 및 제2 첨단형상의 옆면에 나사산, 나사골 또는 톱니이가 나선형으로 상단부터 하단까지 또는 그 일부에 형성되는 형상을 가지는 제3 첨단형상; 중에서 선택된 적어도 하나의 형상으로 구비된다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 이미터는 표면이 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)로 코팅되어 구비될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 이미터와 상기 로드를 연결하는 지지대; 및 상기 이미터의 길이방향으로 양단에 구비되어, 상기 이미터의 내부를 차폐하는 커버;를 가질 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 이미터는, 복수 개가 구비되며, 상기 복수의 이미터는, 길이와 수직높이를 달리하여 상기 체임버의 길이방향으로 복수 개가 순차로 배치되고, 상기 복수의 이미터는, 상기 처리대상가스의 유동방향으로 하류로 갈수록 길이가 긴 것이 배치되거나, 수직높이가 작은 것이 배치될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 인썰레이터는, 복수 개가 구비되며, 상기 복수의 인썰레이터중 선두의 상기 인썰레이터는 전압이 인가되지 않는 모형 인썰레이터(dummy insulator)를 배치하여, 후순위의 상기 인썰레이터에 상기 처리대상가스가 직접 접촉되는 것을 방지함으로써, 후순위의 상기 인썰레이터의 표면에 상기 처리대상가스에 포함된 오염원 및 수증기가 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 이미터는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수의 이미터는, 상기 체임버와 닮은 꼴의 관체로 구비되되, 직경 또는 크기를 달리하여 상기 체임버의 반경방향으로 겹쳐져 동심원상 또는 동일 중심점상으로 배치되고, 상기 복수의 이미터는 동일한 간격을 가질 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 체임버 외부로부터 내부로 가느다란 원형 튜브를 최소한 포함하는 여러가지 형태의 관체로 연결되어 설치되며, 상기 처리대상가스의 유동방향을 기준으로 상기 인썰레이터의 상류에 배치되어, 상기 체임버 외부로부터 상기 인썰레이터 또는 상기 인썰레이터의 상류 또는 상기 인썰레이터의 전면부 중 적어도 어느 하나를 향하여 압축공기를 분사하는 에어커튼부;를 가질 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 이미터는, 상기 처리대상가스 유동방향 기준으로 하류에, 바나듐(vanadium), 제올라이트(zeolite) 및 금속촉매로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 재료를 포함하는 질소산화물저감 금속촉매장치를 배치하며, 상기 금속촉매장치는 상기 처리대상가스에 포함된 질소산화물의 반응을 촉진시켜 상기 처리대상가스내 질소산화물을 저감할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 이미터의 상기 처리대상가스 유동방향 기준으로 하류에 산화망간(MnOx)촉매, 이산화티타늄(TiO2)촉매 또는 제올라이트(zeolite)촉매 및 여타 금속촉매로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 재료를 포함하는 오존제거 금속촉매장치를 배치하며, 상기 오존제거 금속촉매장치는 상기 처리대상가스에 잔류하는 오존을 저감할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기의 질소산화물저감 금속촉매장치는 상기의 에어커튼부와 함께 설치되며, 상기 에어커튼부로에서 분사되는 상기 압축공기에 포함된 질소 및 산소를 이용하여 상기 질소산화물저감장치의 금속촉매와 상기 처리대상가스에 포함된 질소산화물의 저감반응을 촉진시킬 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 로드는 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 체임버의 중심까지 연장되는 수직로드;와 상기 체임버의 중심을 따라 연장되며 말단에 상기 이미터가 결합되는 수평로드;를 가지며, 상기 인썰레이터는, 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 수직로드를 감싸되, 상기 수평로드로부터 상기 이미터의 수직높이(h)의 1/2이하로 설정된 높이(H)만큼 상기 수직로드가 노출되는 길이로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 체임버는, 내면 일측에서 외부를 향하여 볼록하게 형성된 공간인 아킹방지체임버;를 가지고, 상기 로드는, 상기 아킹방지체임버의 내면 일측으로부터 상기 체임버의 중심까지 연장되는 수직로드;와 상기 체임버의 중심을 따라 연장되며 말단에 상기 이미터가 결합되는 수평로드;를 가지며, 상기 아킹방지체임버는, 상기 수평로드와 상기 아킹방지체임버 내면 사이의 최단거리를 상기 체임버의 반경과 같거나 크게 형성하여 상기 아킹방지체임버와 상기 수평로드 사이의 아킹을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 체임버는 그 내면에서 중심점까지 설정된 길이(b)를 가지며, 상기 인썰레이터의 길이(a)는 상기 설정된 길이(b)보다 크거나 같은 길이로 구비되고, 상기 아킹방지체임버와 상기 체임버가 만나는 모서리에서 상기 수직로드까지의 수평길이 길이(c)는, 상기 수평로드의 설정된 길이보다 짧거나 같은 길이로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 아킹방지체임버는, 상기 처리대상가스의 유동 방향 단면이 원형, 타원형 및 다각형의 일부분을 형성하는 형상 중에서 선택된 것이다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 아킹방지체임버는, 상기 체임버의 둘레를 따라 순환하여 고리형으로 설치될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 이미터는, 상기 처리대상가스 유동방향 기준으로 상기 인썰레이터의 하류에 위치하여, 상기 이미터 쪽의 상기 인썰레이터 면에 상기 처리대상가스가 직접 부딪히지 않도록함므로써 상기 처리대상가스에 포함된 오염원 및 수증기가 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 인썰레이터는, 그 표면에 상기 오염원 및 상기 수증기가 쌓이는 것을 방지하거나 또는 그 표면에 쌓인 상기 오염원 및 상기 수증기를 제거할 수 있는 인썰레이터 크리닝 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 인썰레이터는, 복수 개가 구비되며, 상기 복수의 인썰레이터의 후방에 배치되는 체임버가 좁아지거나, 구부러졌을 경우에 발생하는 상기 처리대상가스 와류 또는 역류 그리고 이로 인하여 상기 처리대상가스 내 오염원이, 상기 복수의 인썰레이터에 쌓이는 것을 방지하기 위하여, 최후순위 상기 인썰레이터의 후방에 적어도 하나의 상기 인썰레이터를 설치할 수 있는 길이를 갖는 체임버를 가질 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 로드는 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 체임버의 중심까지 연장되는 수직로드;와 상기 체임버의 중심을 따라 연장되며 말단에 상기 이미터가 결합되는 수평로드;를 가지며, 상기 인썰레이터는, 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 수직로드 끝단까지 전체를 감싸되, 스테인레스 스틸, 구리를 포함하는 금속도체를 재질로하여, 상기 수평로드의 위치로부터 설정된 높이(H)이하의 길이로 상기 인썰레이터의 외면을 감싸는 인썰레이터 하단외피; 또는 스테인레스 스틸과 구리를 포함하는 금속도체를 재질로 하여, 상기 체임버 내면의 일측으로부터 설정된 높이 이하의 길이로 상기 인썰레이터의 외면을 감싸는 인썰레이터 상단외피;중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 인썰레이터 상단외피 및 상기 인썰레이터 하단외피 중 하나만 포함하는 경우 그 길이는 상기 이미터의 수직높이(h)의 1/2이하이며, 상기 인썰레이터 상단외피 및 상기 인썰레이터 하단외피를 모두 포함하는 경우도 그 길이의 합은 상기 이미터의 수직높이(h)의 1/2이하이다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 체임버의 외면을 감싸고, 내부에 발열절연체로 구비되거나 발열장치를 포함하며, 상기 처리대상가스가 생성되기 시작하는 시점에 상기 처리대상가스에 포함된 수증기의 응축으로 인한 아킹을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 이미터는 상기 처리대상가스 유동방향을 따라 수직로드의 전방 및 후방에 동시에 구비될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 인썰레이터는, 그 상단과 하단의 전기 절연 재질을 달리하여 제작하거나 또는 그 외부와 내부의 절연 재질을 달리하여 제작하는, 두 가지 이상의 전기 절연재질로 제작될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 상기 전원공급장치로, 직류를 공급할 경우, 미리 설정된 시간 주기에 따라, 상기 설정된 직류의 극성을 반전하여 공급함으로써, 상기 처리대상가스에 포함되어 상기 체임버 내부에 흡착된 오염원을 떨어낼 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 체임버의 상기 처리대상가스 유동경로 상에 배치되며, 상기 처리대상가스 유동방향의 수직단면 전체를 복수 개로 구획하는 단위 체임버 다발체;를 가지되, 상기 단위 체임버 다발체를 구성하는 복수의 단위 체임버는 서로 동일한 형상의 단면을 가지며, 상기 이미터는 상기 복수의 단위 체임버의 각각 내부 중앙에 배치되고, 상기 이미터의 외면은, 상기 단위 체임버의 내면과 닮은 형상으로 구비되며, 상기 이미터는, 상기 이미터의 외면 임의의 위치에서 단위 체임버 내면으로의 최단거리는 항상 일정한 위치에 배치된다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 이미터는 상기 처리대상가스의 유동방향을 따라 상기 수직로드의 전방과 후방에 동시에 한 쌍으로 구비될 수 있다.

본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 상기 수평로드 또는 상기 수직로드를 분리하여, 그 사이에 상기 수평로드 또는 수직로드 직경과 같거나 작은, 구 타원체 다면체를 적어도 포함하는 형상 중 선택되는 형상의 절연물질을 밀접하게 배치한 상기 수평로드 또는 수직로드로서, 상기 전원공급장치에서 상기 수평로드 또는 수직로드로 설정된 전압이 인가되면 전류가 원활하게 흐르되, 설정된 전압의 일정 한계치 이하의 전압이 인가되면 상기 분리된 상기 수평로드 또는 수직로드와 그 사이 배치된 절연물질로 인하여 전원공급이 차단되는 전류차단 절연부재;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이미터를 관체로 구비함으로서, 이미터 무게를 가볍게 제작 가능하며 아울러 플라즈마 발생 표면적을 확장시켜 플라즈마 발생 효율을 상승시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 관체형의 이미터를 이용하여 아킹에 의한 플라즈마 발생 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 인썰레이터의 맨앞에 모형 인썰레이터를 설치하여 아킹에 의한 플라즈마 발생 효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 관내에 복수개의 체임버를 설치하여 아킹에 의한 플라즈마 발생효율 저하를 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면, 에어커튼 구조를 채용함으로써 인썰레이터 표면에서의 아킹을 방지하여 아킹에 의한 플라즈마 발생 효율 저하를 방지 할 수 있으며, 더불어 주입된 공기와 촉매를 이용하여 질소산화물(NOx) 저감효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따르면, 인썰레이터가 배치되는 부위의 체임버의 외부로 볼록한 형상의 아킹방지체임버를 채용함으로써, 아킹이 주로 발생되는 로드와 체임버 사이의 거리를 관체형 이미터와 체임버 사이의 거리보다 상대적으로 멀리 위치되도록 하여,이들 사이의 아킹를 방지함으로써 아킹 방지효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 인썰레이터 크리닝 수단을 채용함으로써 인썰레이터 표면의 오염물질 또는 수증기를 제거하여 이들로 인하여 발생되는 아킹을 방지함으로써 플라즈마 발생효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 설명하는 도면.
도 2는 도 1의 A 영역을 확대한 도면.
도 3은 첨단 형상의 다양한 실시형태를 보인 도면.
도 4는 커버와 지지대의 다양한 실시형태를 보인 도면.
도 5는 본 발명에 따른 순차 배열된 복수의 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 6은 본 발명에 따른 동심원상에 배치되는 복수의 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 에어커튼부를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 8은 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 다른 일 실시형태의 처리대상가스 유동 방향 단면을 보인 도면.
도 9은 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 또 다른 다양한 실시형태의 처리대상가스 유동 방향 단면을 보인 도면.
도 10은 본 발명에 따른 역방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 11 내지 도 20은 본 발명에 따른 역방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 인썰레이터 크리닝 수단의 다양한 실시형태를 보인 도면.
도 21 내지 도 22은 도 10의 역방향 이미터가 순차 배열된 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 다양한 실시 형태를 보인 도면.
도 23은 본 발명에 따른 이미터 상단외피 및 이미터 하단외피를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 24는 본 발명에 따른 수증기 제거 수단을 구비한 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 25는 본 발명에 따른 양방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 26은 본 발명에 따른 다양한 체임버를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 다양한 실시형태를 보인 도면.
도 27 내지 도 36은, 본 발명에 따른 체임버 내부가 구획된 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 37 내지 도 38은 절연부재를 설명하는 도면.

이하, 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.

또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 설명하는 도면이며, 도 2는 도 1의 A 영역을 확대한 도면이다.

도 1은 체임버(100)의 일부가 절개되어 제거된 상태를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 2에서 확인할 수 있듯이, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 체임버(100), 전원공급장치(200), 이미터(300), 로드(400) 및 인썰레이터(500)를 가진다.

체임버(100)는, 실내외 공기와 배출가스가 내부에 유동(1)하는 관체이며, 접지 전원이 연결된다.

전원공급장치(200)는, 체임버(100) 외부에 배치되어 직류 또는 교류로 설정된 전압을 연속 인가한다.

이미터(300)는, 속이 빈 관체로 구비되며 외면에 플라즈마 발생을 위한 복수의 첨단(cusp)을 가진다.

이미터(300)는, 실내외 공기와 배출가스 유동 방향과 평행한 방향으로 길게 체임버(100) 내부에 배치되고, 전원공급장치(200)와 전기적으로 연결된다. 이미터(300)는, 체임버(100)와 전압차에 의해 저온 플라즈마를 생성한다.

로드(400)는, 이미터(300)와 전원공급장치(200)를 전기적으로 연결하고, 이미터(300)가 체임버(100)의 내부 중앙에 배치되도록 지지한다.

인썰레이터(500)는, 로드(400)와 체임버(100)를 전기적으로 절연(絶緣)시켜, 로드(400)와 체임버(100) 사이에서 발생하는 아킹(arcing)현상을 방지한다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 속이 빈 관체로 구비됨으로써, 환봉형에 비하여 크면서도 가볍게 제조할 수 있는 장점이 있다.

전자는 도체의 표면으로 흐른다. 따라서 이미터(300)의 표면적이 넓어질 수록 더욱 넓은 플라즈마 발생 면적을 구현할 수 있다.

즉, 플라즈마 발생 면적을 확장하기 위해서는, 도 1 내지 도 2에 도시된 본 발명에 따른 관체형 이미터(300)가 더 효과적이다.

또한 본 발명에 따른 이미터(300)는 첨단(310)을 가짐으로써, 이미터(300)의 표면적을 더욱 넓게하며, 더불어 첨단(310)으로부터 원활한 플라즈마 발산이 이루어진다

이미터(300)의 외면에 형성된 첨단(310)이 형성되면, 이미터(300)의 크기가 커질수록, 체임버(100) 내면과의 간격은 좁혀지게 된다.

이에 반하여, 이미터(300)의 크기가 커지더라도, 로드(400)와 체임버(100) 사이의 거리는 변동이 없다.

전기(전자)의 흐름은, 전기의 양극과 음극 사이의 최단 거리에서 발생하므로, 로드(400)와 체임버(100) 사이보다는 상대적으로 훨씬 간격이 좁혀진 첨단(310)의 돌출된 끝단과 체임버(100) 사이에서 전기가 흐르게 되어, 그 결과 이미터(300)로부터의 원활한 방전 현상으로 플라즈마 역시 원활하게 발생된다.

또한 도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 이미터(300)의 표면적과 이미터(300)의 길이에 대응하는 체임버(100) 내면의 면적의 가장 바람직한 비율은 1:1이다.

그러나 이미터(300)는 체임버(100) 내부에 배치되므로, 이미터(300)의 표면적은 대개의 경우 체임버(100) 내부 정사영 면적보다 작다.

따라서, 이미터(300) 표면적과 이미터(300) 길이에 해당하는 체임버(100)의 내면의 가장 바람직한 비율이 1:1 비율에 근접할수록 저온 플라즈마 발생 효율이 상승한다.

이를 위해, 첨단(310)을 포함한 이미터(300)의 표면에 높은 비표면적을 갖는 탄소나노튜브(CNT)를 코팅하는 것이 바람직하다.

이에 의하면, 탄소나노튜브(CNT)에 의해 이미터(300)의 표면적을 넓어져, 저온플라즈마의 발생효율을 상승시키며 또한 플라즈마 발생 시 생성되는 오존(Ozone)의 발생도 억제할 수 있게 된다.

이미터(300) 관체의 수직높이(h)가 높아질수록, 또 첨단(310)의 표면적을 넓게 만들거나 첨단(310)의 개수를 늘릴수록 이 비율은 1:1에 더욱 근접하게 되거나 같게된다.

이미터(300)의 높이 방향 단면이 원 형상일 때, 이미터(300)의 수직높이(h)는 그 원 형상의 지름이다.

또한 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 체임버(100)와 이미터(300)의 높이 방향 단면 형상은 원형, 타원형 또는 다각형 형상일 수 있다.

본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 오염물질은 첫째로 디젤 엔진 가솔린 엔진 및 보일러 등 내연기관 외연기관의 처리대상가스 내 포함된 오염물질과, 둘째로 공장 건물, 농축산시설 등의 오염된 실내 공기, 셋째로 이들이 밀집한 지역의 오염된 대기 중에 존재하는 오염물질을 포함할 수 있다.

도 3은 첨단 형상의 다양한 실시형태를 보인 도면이다.

도 3을 참조하면, 이미터(300)에 구비되는 첨단(310)은, 원뿔(1100), 반구 및 타원 반구(1400), 원기둥(1410), 각 뿔(1110), 각뿔대(1200), 각기둥(1300)을 포함하는 제1 첨단형상과, 제1 첨단형상의 옆면의 전부 또는 일부가 평면이 아닌 원형, 타원형 등의 곡면으로 이루어진(1500) 제2 첨단형상과, 제1 첨단형상과 제2 첨단형상의 옆면에 나사산, 나사골 또는 톱니이빨이 나선형으로 상단부터 하단까지 형성된(1600) 제3 첨단형상 및 제1 첨단형상, 제2 첨단형상, 제3 첨단형상의 조합으로 형성되는 형상을 가진다.

'제1 첨단형상, 제2 첨단형상, 제3 첨단형상의 조합으로 형성되는 형상'은, 복수의 첨단(310)이 다양한 형상을 가지는 첨단(310)으로 구성되는 것을 의미함은 물론, 각각의 첨단(310) 형상이 다양한 형상의 조합으로 형성될 수 있음을 포함한다.

즉, 첨단(310)의 형상은, 원뿔, 반구, 타원형 반구, 구 와 원기둥, 사각뿔, 사각뿔대와 같은 원기둥, 타원기둥, 각뿔, 각기둥 및 이들 형상의 옆면의 전부 또는 일부가 평면이 아닌 원형, 타원형 등의 곡면으로 이루어진 형태의 형상 및 이들 형상 옆면에 나사산, 나사골 또는 톱니이빨이 나선형으로 상단부터 하단까지 또는 그 일부에 형성된 형상과 그리고 이에 더하여 이들의 파생형인 이들 형상의 꼭지점 분할, 상단면 분할, 상단면 중심점의 요철 또는 이들 형상의 조합과 같은 이들의 변형을 포함한다.

도 4는 커버와 지지대의 다양한 실시형태를 보인 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 지지대(320) 및 커버(330)를 가진다.

지지대(320)는 단수 또는 복수 개로 이미터 내부 또는 끝단에 설치되어 로드(400)와 이미터(300)를 연결한다.

커버(330)는, 이미터(300)의 길이 방향 처리대상가스 흐름 방향으로 앞쪽의 일단 또는 양쪽 끝단에 구비되어, 이미터(300)의 내부를 차폐한다.

또한 커버(330)가 이미터(300)와 로드(400)를 연결할 수도 있다.

커버(330)는, 원 뿔형, 반구형, 평평형을 최소한 포함하는 커버를 설치할 수도 있으며, 이 커버(330)들은 이미터(300)의 관체 형상 내부로 처리대상가스의 유입을 막을 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 순차 배열된 복수의 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 5는 체임버(100)의 일부가 절개되어 제거된 상태이며, 이미터(300) 외면의 첨단을 생략하여 도시하였다.

도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 복수의 이미터(300)가, 길이와 수직높이(h)를 달리하여 체임버(100)의 길이 방향으로 순차로 배치된다.

이때, 복수의 이미터(300)는, 처리대상가스의 유동 방향(1)으로 하류로 갈수록 길이가 긴 것이 배치되거나, 수직높이가 작은 것이 배치된다.

이미터(300)의 수직높이는, 이미터(300) 수직높이 방향 형상이 원형일 경우에 직경이 될 수 있다.

복수 개의 이미터(300)를 직렬로 배치하여 처리대상가스 내 오염물질을 순차적으로 저감하는 경우, 이미터(300)의 길이와 수직높이를 이미터의 배치 순서에 따라 달리 제작함으로써, 전단에 배치되는 이미터(300)가 길이는 짧고 수직높이(h)가 커지게 되며, 따라서 첨단(310)과 체임버(100) 내면 사이의 거리는 짧아지게 되어 인가되는 전압을 낮출 수 있게 된다.

이는 전원공급장치(200)의 피로도를 줄이고 수명을 길게하여 주며, 로드(400)와 체임버(100) 사이의 불필요한 아킹을 방지할 수 있게 된다.

즉, 배치된 저감장치가 선두에서 후순위 저감장치로 갈수록 이미터(300) 길이를 더욱 길게 함으로써 직렬배치 순서에 따르는 선두 저감장치의 피로도를 줄여 줄 수 있으며, 따라서 처음 배치 이미터(300)가 가장 짧고 마지막 배치 이미터가 가장 길다.

마찬가지로 이미터(300) 수직높이(h)의 크기도 저감장치 설치 순서에 따라 가장 선두에서 뒤로 갈수록 이미터(300) 수직높이(h)를 더 작게 함으로써 선두 저감장치의 피로도를 줄여 줄 수 있다. 이미터(300) 수직높이(h)가 커질수록 인가 전압은 반대로 낮게 공급가능하다. 처음 배치된 이미터(300)가 가장 직경이 크고 마지막 배치된 이미터(300)가 가장 작다.

따라서 이미터(300)의 수직높이(h)와 길이를 조정할 경우 체임버(100) 높이와 이미터(300)의 수직높이(h), 길이 등을 고려하여 전원공급장치가 각각의 이미터(300)에 맞추어 인가 전압을 조절하여 공급함으로써, 아킹을 방지하고 저감효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 전원공급장치(200)의 피로도를 줄일 수 있다.

또한 도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 인썰레이터는, 복수 개가 구비되며, 복수의 인썰레이터중 선두의 인썰레이터는 전압이 인가되지 않는 모형 인썰레이터(dummy insulator, 500a)를 배치한다.

모형 인썰레이터(500a)는 후순위의 인썰레이터에 처리대상가스가 직접 접촉하는 것을 방지함으로써, 후순위의 인썰레이터의 표면에 처리대상가스에 포함된 오염원이 쌓이는 것을 방지한다.

또한 모형 인썰레이터(500a)는, 후순위의 인썰레이터 주변의 처리대상가스내 오염원 농도의 증가로 인하여 발생하는 불필요한 아킹을 방지할 수 있다.

또한 도 5에서 처리대상가스 방향으로 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터 후방에 연결되는 체임버가 좁아지거나 구부러져서 배압(back pressure)이 발생할 경우, 맨 끝단 인썰레이터 후방에, 최소한 인썰레이터 하나 또는 그 이상을 설치할 수 있는거리인 후방 이격거리를 확보하고 체임버를 연결하여야 처리대상가스의 와류 또는 역류 그리고 이로 인하여 처리대상가스 내 오염원이 인썰레이터에 쌓이는 것을 방지하고 이로 인한 아킹을 방지할 수 있다.

이때, 인썰레이터 하나 또는 그 이상을 설치할 수 있는 거리에서 인썰레이터 하나의 거리는 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터에서 인접한 두 개의 인썰레이터 사이의 거리이다.

또한, 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터 후방에 연결되는 체임버가 좁아지거나 구부러진 형상일때, 그 좁아지는 정도 또는 구부러진 각도가 클수록 상술한 후방 이격거리는 길어진다.

즉, 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터 후방에 연결되는 체임버의 형상이 복수의 인썰레이터가 배열된 체임버의 형상과 다른 정도가 크면, 후방 이격거리를 길게 함으로써, 처리대상가스의 와류 또는 역류 그리고 이로 인하여 처리대상가스 내 오염원이 인썰레이터에 쌓이는 것을 방지하기 위하여, 후방 이격거리만큼의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 동심원상에 배치되는 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 6은, 체임버(100)의 일부가 절개되어 제거된 상태이며, 이미터(300) 외면의 첨단은 생략하여 도시하였다.

도 6을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 이미터(300)는 서로 직경을 달리는 복수의 원통형관체, 타원형관체 또는 크기를 달리하는 닮은 꼴의 다각형관체로구비되되, 체임버(100)의 반경방향으로 겹쳐져 동심원상 또는 동일 중심점상으로 배치되고, 이들 복수의 이미터는 동일한 간격을 갖는다.

이때, 체임버(100)는 동심원상 또는 동일 중심점상으로 배치되는 복수의 이미터(300)와 동일한 단면형상을 갖는다.

체임버(100) 유체 흐름 방향 수직 절단면에서 볼 때, 체임버 중심으로부터 체임버 사이에 일정한 간격을 유지하는 동심원들로 구성된 관체 이미터(300)를 겹겹이 설치하고 가장 내부의 이미터(300)로부터 최외부로 갈수록 전압을 낮추어 인가하되, 동일한 전압 차이를 두어, 각각의 이미터(300)와 이미터(300) 또는 최종적으로 가장 외부의 이미터(300)와 체임버(100) 사이의 전압 차이가 같아지게 되는 구조이다.

이러한 이미터(300)는 단수의 이미터(300)로 체임버(100)에 전압을 인가하는 경우보다, 각각 이미터(300) 사이와 최외부 이미터(300)와 체임버(100) 사이에 당초의 인가된 전압을 "이미터의 갯수"로 나누진 차감전압을 계산 후, 이를 중심으로부터 배치된 이미터 순서에 따라, 1번 이미터는 당초 인가된 전압으로, 2번 이미터는 당초 인가 전압에서 "차감전압x1"을 빼서 인가하며, 3번 이미터는 당초인가전압에서 "차감전압x2"를 빼서 인가하는 방법으로 전원을 공급한다.

이를 수식으로 표현하면, "이미터 순서별 인가전압 = 당초인가전압-차감전압 x (이미터순서-1)", "차감전압 = 당초 인가전압 / 이미터갯수"이다.

단, 인썰레이터(500)는 복수의 로드가 그 안에 내포되며, 각각의 로드는 원형 이미터(300)의 경우 모든 이미터(300)가 원의 상단 또는 하단에 로드가 연결되거나 또는 각각의 이미터가 인썰레이터(500)내에 구비된 로드의 홈에 삽입되어 인썰레이터(500) 내의 로드와 연결되는 것이 필요하다.

도 7은 본 발명에 따른 에어커튼부를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 에어커튼부(700)를 가진다.

에어커튼부(700)는, 체임버(100) 외부로부터 내부로 가느다란 원형튜브를 포함하는 여러가지 형태의 관체로 연결되어 설치된다.

또한 에어커튼부(700)는, 처리대상가스의 유동방향을 기준으로 인썰레이터(500)의 상류에 배치되며, 체임버(100) 외부로부터 인썰레이터(500)의 전면부 내지 인썰레이터(500)중 적어도 이들 중 어느 하나를 향하여 압축공기를 분사한다.

이러한 에어커튼부(700)는, 인썰레이터(500)의 표면에 처리대상가스내 오염물질이 일정한도 이상 쌓이는 것을 방지하여, 인썰레이터(500) 표면의 오염물질을 타고 발생하는 아킹을 방지함으로써, 플라즈마 발생 효율이 떨어지는 것을 방지한다.

외부의 청정한 공기를 인썰레이터(500) 표면에 세게 불어넣음으로써 인썰레이터(500) 전단에 일종의 에어커튼(701)을 형성하여 인썰레이터(500) 전단 표면에 오염물질의 적층을 방지하고 인썰레이터(500)표면 주위의 오염물질 농도와 수증기의 농도를 낮추어, 일반적인 공기(ambient air)의 절연파괴강도인 30kV DC/cm의 전압이 처리대상가스 내 오염물질과 수증기의 높은 농도로 인하여 처리대상가스의 절연파괴 전압이 급격히 낮은 수준(예 10kV DC/cm 이하)의 전압으로 강하하는 것을 방지하여 아킹을 방지하게 된다.

또한 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 에어커튼부(700)의 하류에 질소산화물저감 금속촉매장치를 배치함으로써, 금속촉매장치로 하여금 압축공기에 포함된 산소, 질소와 처리대상가스에 포함된 질소산화물의 반응을 촉진시켜 처리대상가스내 질소산화물을 저감할 수 있다.

질소산화물저감 금속촉매장치는, 금속재질의 혼합물로서 바람직하게는 바나듐(vanadium) 및 제올라이트(zeolite)중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 상기 이미터의 하류에 오존제거 금속촉매장치를 배치함으로써, 금속촉매로 하여금 상기 체임버 내 처리대상가스에 잔류하는 오존을 저감할 수 있다.

오존제거 금속촉매에는 금속재질의 혼합물로서 산화망간(MnOx), 이산화티타늄(TiO2) 또는 제올라이트(zeolite) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는 질소산화물저감 금속촉매장치가 에어커튼부와 함께 설치됨으로써, 에어커튼부로에서 분사되는 압축공기에 포함된 질소 및 산소를 이용하여 질소산화물저감장치의 금속촉매와 처리대상가스에 포함된 질소산화물의 저감반응을 촉진시킬 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 다른 일 실시형태의 처리대상가스 유동 방향 단면을 보인 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 로드(400)는, 수직로드(410)와 수평로드(420)를 가진다.

수직로드(410)는 체임버(100)의 내면 일측으로부터 체임버(100)의 중심까지 연장된다. 또한 수평로드(420)는, 체임버(100)의 중심을 따라 연장되며 말단에 이미터(300)가 결합된다.

인썰레이터(500)는, 체임버(100)의 내면 일측으로부터 수직로드(410)를 감싸되, 수평로드(420)로부터 설정된 높이(H)만큼 수직로드(410)가 노출되는 길이로 구비될 수 있다.

설정된 높이(H)는, 이미터(300)의 수직 높이(h)의 1/2 이하이다.

도 9는 본 발명에 따른 아킹방지체임버를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 또 다른 다양한 실시형태의 처리대상가스 유동 방향 단면을 보인 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 체임버(100)는 아킹방지체임버(110)를 가진다.

아킹방지체임버(110)는, 체임버(100) 내면 일측에서 외부로 볼록하게 형성된 공간이다.

이때 로드(400)는, 아킹방지체임버(110)의 내면 일측으로부터 체임버(100)의 중심까지 연장되는 수직로드(410)와 체임버(100)의 중심을 따라 연장되며 말단에 이미터가 결합되는 수평로드(420)를 가진다.

아킹방지체임버(110)는, 수평로드(420)와 아킹방지체임버(100) 내면 사이의 최단거리를, 체임버(100)의 반경보다 크게 형성하여 아킹방지체임버(100)와 수평로드(420) 사이의 아킹을 방지할 수 있다.

또한 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 체임버(100)는 설정된 길이(b)를 가진다.

이때 인썰레이터(500)의, 수직로드(410)의 상단으로부터의 길이(a)는 설정된 길이(b)보다 같거나 큰 길이가 바람직하다.

또한, 이때, 아킹방지체임버(110)와 체임버(100)가 만나는 모서리에서 수직로드(410)까지의 수평길이 길이(c)는 수평로드(420)의 설정된 길이보다 같거나 짧다.

따라서 이미터(300)의 정사영은 체임버(100)내면에 위치하여, 이미터(300)와 체임버(100) 사이의 거리는 수평로드(420)와 아킹방지체임버(110) 내면 사이의 거리보다 짧게 되어 수평로드(420)와 아킹방지체임버(110)사이의 아킹을 방지하게 된다.

아킹방지체임버(110)는, 처리대상가스의 유동 방향(1) 단면이 원형, 타원형 및 다각형의 일부분을 형성하는 형상중에서 선택된 것일 수 있다.

또한 아킹방지체임버(110)는, 체임버(100)의 둘레를 따라 순환하여 고리형으로 전체 또는 일부에 설치될 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 역방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 10에 따르면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질저감장치에서, 이미터(300)는, 처리대상가스 유동방향(1) 하류에 위치한다.

이에 따라, 이미터(300) 쪽의 인썰레이터(500)의 표면에 처리대상가스가 직접 부딪히지 않고, 따라서 처리대상가스에 포함된 오염원 및 수증기가 쌓이는 것을 방지할 수 있어, 이들로 인하여 발생하는 아킹을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 역방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 인썰레이터(500)는, 처리대상가스에 포함된 오염원 및 수증기가 인썰레이터(500) 표면에 쌓이는 것(501)을 방지하거나 또는 쌓인 오염원 및 수증기를 제거할 수 있는 인썰레이터 크리닝 수단을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질저감장치의 다른 일 실시형태에서, 인썰레이터는 그 상단과 하단의 전기 절연 재질을 달리하여 제작하거나 또는 그 외부와 내부의 절연 재질을 달리하여 제작하는, 두 가지 이상의 전기 절연재질로 제작될 수 있다.

일예로, 인썰레이터는, 체임버 내측과 가까운 상측이 알루미나 세라믹재질로 구비되고 수평로드에 가까운 하측이 세라믹글라스로 구비될 수 있다.

다른 형태로서, 인쎌레이터 중심은 세라믹글라스로 외피는 알루미나 세라믹재질로 제작할 수 있다.

도 11 내지 도 20은 본 발명에 따른 역방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 인썰레이터 크리닝 수단의 다양한 실시형태를 보인 도면이다.

도 11에 따르면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 인썰레이터 크리닝 수단은, 이미터(300) 반대측의 인썰레이터 표면에 쌓이는 오염원과 수증기를 제거할 수 있는 털이개(810)이다.

털이개(810)는 막대형상의 지지대(811)의 끝단에 고정될 수 있다.

지지대(811)는 길이방향으로 회전하여 오염원과 수증기 제거를 쉽게 할 수 있다. 또한 털이개(810)가 인썰레이터(500)에 근접하거나 멀어지도록 회전할 수 있다.

또한 도 12 내지 도 13에 따르면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 인썰레이터 크리닝 수단은, 인썰레이터(500)를 고온으로 유지하여 그 표면에 쌓이는 오염원과 수증기를 태워 없앨 수 있는 전열장치(820)이다.

전열장치(820)는 바람직하게는, 인썰레이터(500)에 내포되어 설치된 열선 또는 발열체이거나, 인썰레이터(500) 표면에 감긴 열선 또는 발열체를 이용한 가열방식이다.

전열장치(820)는, 인썰레이터(500)의 전체 또는 수평로드에 인접한 일부만 가열할 수 도 있다.

또한 도 14 내지 도 20을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 인썰레이터 크리닝 수단은, 분사형 크리닝 장치이다.

도 14와 도 16 및 도 18은 연료분사형 인썰레이터 크리닝 수단의 예이다.

도 15는 도 14의 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치를 상측에서 바라본 도면이고, 도 17은 도 16의 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치를 처리대상가스가 유입되는 방향에서 바라본 도면이다.

또한 도 19는 도 18의 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서 인썰레이터를 처리대상가스의 배출방향에서 바라본 도면(2500)과 상측에서 바라본 폭방향 단면(2600)이다.

우선 도 14 내지 도 15를 참조하면, 본 실시형태에 따른 분사형 크리닝 장치는, 체임버(100) 외부로부터 인썰레이터(500)의 전면부의 일부 또는 전체를 향하여 가스를 최소한 포함하는 연료를 분사하여 인썰레이터(500)의 표면에 쌓이는 오염원과 수증기를 태워 없앨 수 있다.

이때 분사형 크리닝 장치(900), 체임버(100) 및 인썰레이터(500)중 적어도 어느 하나에 분사되는 연료를 점화하는 점화장치가 구비될 수 있다.

도 14 내지 도 15의 분사형 크리닝 장치는 체임버(100) 외부로부터 내부로 가느다란 원형 튜브를 포함하는 여러가지 형태의 관체로 연결되어 설치될 수 있으며, 처리대상가스의 유동방향을 기준으로 인썰레이터(500)의 상류에 배치될 수 있다.

또한 도 16 내지 도 17을 참조하면, 본 실시형태에 따른 분사형 크리닝 장치는, 아킹방지체임버(110) 외부로부터 인썰레이터(500)의 전면부의 일부 또는 전체를 향하여 가스를 포함하는 연료를 분사하여 인썰레이터(500)의 표면에 쌓이는 오염원과 수증기를 태워 없앨 수 있다.

이때 분사형 크리닝 장치(900), 체임버(100), 아킹방지체임버(110) 및 인썰레이터(500)중 적어도 어느 하나에, 분사되는 연료를 점화하는 점화장치가 구비될 수 있다.

다음으로 도 18 내지 도 19를 참조하면, 본 실시형태에 따른 분사형 크리닝 장치는, 체임버(100) 외측에 설치된 인썰레이터(500)의 일단으로부터 가스를 포함하는 연료를 운반하는 가는 튜브(910) 또는 통공(hole)이 인썰레이터(500) 내부에 구비되고 상술한 가스 또는 연료를 분사하여 인썰레이터(500) 표면을 가열함으로써 인썰레이터(500) 표면에 쌓이는 오염물질과 수증기를 태워 없앨 수 있다.

또한 도 20을 참조하면, 인썰레이터(500)는 자체 기공(pore)(920)을 구비하여 가스를 포함하는 연료를 분사하여 인썰레이터 표면에 쌓이는 오염물질과 수증기를 태워 없앨 수 있다.

도 21 내지 도 22는 도 10의 역방향 이미터가 순차 배열된 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 다양한 실시 형태를 보인 도면이다.

도 21 내지 도 22를 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서는, 역방향 이미터가 순차 배열됨을 확인할 수 있다.

도 21 내지 도 22에 도시된 역방향 이미터가 순차 배열되는 것은 도 5에 도시된 순차 배열된 복수의 이미터와 동일하므로 생략하기로 한다.

또한 도 21 내지 도 22에 도시된 바와 같이 처리대상가스 방향(1)으로 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터(500) 후방에 연결되는 체임버(101)가 좁아지거나 구부러져서 배압(back pressure)이 발생할 경우, 맨 끝단 인썰레이터(500) 후방에, 최소한 인썰레이터 하나 또는 그 이상을 설치할 수 있는 거리인 후방 이격거리(D1, D2)를 확보하고, 체임버(100)를 연결하여야 처리대상가스의 와류 또는 역류 그리고 이로 인하여 처리대상가스 내 오염원이 인썰레이터에 쌓이는 것을 방지하고 이로 인한 아킹을 방지할 수 있다.

이때, 인썰레이터(500) 하나 또는 그 이상을 설치할 수 있는 거리는, 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터(500)에서 인접한 두 개의 인썰레이터 사이의 거리이다.

또한, 도 22를 참조하면, 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터(500) 후방에 연결되는 체임버(101)가 좁아지거나 구부러진 형상일때, 그 좁아지는 정도 또는 구부러진 각도가 클수록 상술한 후방 이격거리는 길어진다.

즉, 일렬로 배치된 복수의 인썰레이터 후방에 연결되는 체임버(101)의 형상이 복수의 인썰레이터가 배열된 체임버의 형상과 다른 정도가 크면, 후방 이격거리를 길게 함으로써, 처리대상가스 와류 또는 역류 그리고 이로 인하여 처리대상가스 내 오염원이 인썰레이터에 쌓이는 것을 방지하기 위하여, 후방 이격거리만큼의 공간을 확보하는 것이 바람직하다.

도 21에서는, 후방 이격거리(D1)가 인썰레이터(500) 하나를 설치할 수 있는 거리로 설정됨을 의미한다.

반면에, 도 22에서는, 인썰레이터 후방에 연결되는 체임버(101)가 체임버(100)의 폭보다 크게 감소하여 후방 이격거리가 D1 + D2로서, 후방 이격거리(D1)가 인썰레이터(500) 두 개를 설치할 수 있는 거리로 설정될 수 있음을 도시하였다.

도 23은 본 발명에 따른 인썰레이터 상단외피 및 인썰레이터 하단외피를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 23을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 인썰레이터(500)의 외면을 감싸는 상단외피(502) 및 하단외피(503)중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.

상단외피(502)는, 스테인레스 스틸과 구리를 포함하는 금속도체를 재질로 하여, 체임버 내면의 일측으로부터 설정된 높이 이하의 길이로 인썰레이터의 외면을 감싼다.

하단외피(503)은 스테인레스 스틸, 구리를 포함하는 금속도체를 재질로하여, 상기 수평로드의 위치로부터 설정된 높이 이하의 길이로 상기 인썰레이터의 외면을 감싼다.

상단외피(502)는 바람직하게는 체임버(100)와 인썰레이터(500)가 체결되는 부위의 인썰레이터(500) 표면 둘레를 일정한 높이로 감싸되, 체임버(100) 내면으로부터 이격되게 형성되는 인썰레이터 상단외피(502)를 포함한다.

인썰레이터 상단외피와 하단외피 중 하나가 단독 설치될 경우 그 높이 또는 인썰레이터 상단외피와 하단외피를 동시에 설치할 경우 이의 높이의 합 모두 바람직하게는 이미터 수직높이(h)의 이분지 일(1/2)보다 작어야 한다.

이러한 구조를 채용하면, 인썰레이터 상단외피(502)와 인썰레이터 하단외피 를 통하여 아킹이 쉽게 유도됨으로써, 처리대상가스에 포함된 오염원수 및 수증기가 인썰레이터(500)의 표면에 쌓이는 것을 방지할 수 있다.

상단외피(502) 및 하단외피(503)은 소규모 아킹 발생 현상을 잦은 빈도로 발생하게 하는 의도적 아킹 발생 구조이다.

인썰레이터 표면에 오염물질, 수증기가 쌓이면 아킹 현상이 발생하게 되는데, 쌓인 오염물질, 수증기의 양이 많은 상태에서 아킹 현상이 발생하면, 전체 시스템의 전압 강하 현상이 발생할 정도로 전압 손실이 크게 나타난다.

상단외피(502) 및 하단외피(503)은, 인썰레이터 표면에 쌓이는 오염물질, 수증기로 인해 발생하는 아킹 현상을, 작은 전압 강하를 수반하는 소규모 아킹 현상으로 발생하도록 유도한다.

상단외피(502), 하단외피(503)를 각각 단독(5020, 5030) 또는 동시에 설치(502030)할 수도 있으며, 상단외피(502)를 단독으로 설치하는 것(5020)이 가장 바람직하다.

도 24는 본 발명에 따른 체임버(100)내 수증기 제거 수단을 구비한 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 24에 따르면, 체임버(100)의 외면을 발열절연체(100a)로 감싸고 그 발열절연체를 가열할 수 있는 장치를 구비함으로써, 엔진 작동전 또는 작동 초기에 이를 작동시켜 체임버를 가열한다.

체임버가 가열되어 적정 온도를 유지함으로써 엔진 작동 초기단계에 발생하는 수증기의 내부 응축으로 인한 불필요한 아킹을 방지할 수 있다.

이때 발열장치의 일 예는 발열절연체(100a)에 전류를 인가하여 가열하는 방식이다.

도 25는 본 발명에 따른 양방향 이미터를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 25를 참조하면 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치에서, 이미터(300)는 처리대상가스 유동방향을 따라 수직로드의 전방과 후방에 동시에 구비될 수 있다.

하나의 인썰레이터에 설치된 2개의 이미터(300)를 통하여 플라즈마를 발생시키므로, 하나의 인썰레이터 표면에 쌓이는 오염물질과 수증기만 제거하면 되므로, 2개의 전원공급장치 전력의 합보다는 좀 더 적은 전력을 공급하는 하나의 전원공급장치를 구비하여도 처리대상가스 내 오염원을 효과적으로 제거할 수 있다.

도 26은 본 발명에 따른 다양한 체임버를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스내 오염물질 저감장치의 다양한 실시형태를 보인 도면이다.

도 26을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 오염물질 저감장치는, 체임버(100)는 직선관체, 곡선관체 또는 양자가 혼합된 관체로 이루어질 수 있다. 이때, 이미터(300)의 중심은 항상 체임버(100) 중심에 위치한다.

도 26에서 체임버는 곡선관체(3100), 서로 다른 방향을 가지는 복합직선관체(3200), 또한 길이방향과 단면방향이 서로 수직을 이루지 않는 직선관체(3300)일 수 있다.

본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 또 다른 일 실시형태에서, 역전원 인가 장치를 더 포함할 수 있다.

역전원 인가장치는 전원공급장치로 직류를 공급할 경우, 적정한 주기로 전원공급장치의 (+)극 (-)극 극성을 순간적으로 바꾸어 이미터에 공급한다.

처리대상가스 흐름에도 불구하고 체임버(100) 내부에 이온화된 오염원이 (+) 또는 (-) 극성으로 인하여 상당량이 흡착될 수 있다.

그런데 흡착된 오염원은 처리대상가스 흐름이 빨라질 경우 예측 불가능하게 떨어져 인썰레이터(500) 주변의 아킹을 유발할 수 있다. 따라서 이온화된 오염원이 다량 흡착되기 전에 털어낼 필요가 있다.

역전원 인가장치를 구비하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 체임버(100) 내부에 흡착된 오염원을 자주 떨어내어 원활하게 배기시킴으로써, 과도하게 강한 아킹을 방지하여 플라즈마 발생효율이 저하되지 않도록 한다.

도 27 내지 도 33은, 본 발명에 따른 체임버 내부가 구획된 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 일 실시형태를 보인 도면이다.

도 27 내지 도 33을 참조하면, 본 발명에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치의 또 다른 일 실시형태에서는 체임버의 처리대상가스 유동경로 상에 배치되며, 처리대상가스 유동방향의 수직단면 전체를 복수개 구획하는 단위 체임버 다발체를 가진다.

단위 체임버 다발체를 구성하는 복수의 단위 체임버는 바람직하게는 서로 동일한 형상의 단면을 가지며, 복수의 단위 체임버는 각각 내부 중앙에 이미터가 구비된다.

이미터의 외면은, 단위 체임버의 내면과 닮은 형상으로 구비되며, 이미터의 외면 임의의 위치에서 단위 체임버 내면으로의 최단거리는 항상 일정한 위치에 이미터가 배치된다.

도 27 내지 도 29는, 그 내부에 단면 형상이 둥근모서리 사각형인 이미터(300u)가 배치된 체임버(100u), 이를 단위 체임버(100u)를 이용한 단위 체임버 다발체(100bundle-rec) 및 단위 체임버 다발체(100bundle-rec)를 내부에 구비한 체임버(100를 나타내었다.

우선 도 27을 참조하면, 단면 형상이 둥근모서리 사각형인 이미터(300u)와 체임버(100u)의 단면도(4100) 및 사시도(4200)이다.

도 28은 도 27의 체임버(100u) 복수개를 나란히 배치한 단위 체임버 다발체(100bundle-rec)을 나타내었다. 이때 각각의 체임버는 단위 체임버이다.

도 29는 도 28을 단위 체임버 다발체(100bundle-rec)를 또 다른 대형 체임버(100)의 내부에 배치한 형태를 도시한 것이다.

도 29를 살펴보면, 복수의 단위 체임버 다발체(100bundle-rec)들이 처리대상가스 유동 방향으로 배치될 수 있다.

도 30 내지 도 31은 단면이 둥근모서리 사각형 체임버의 단면도(5100) 및 사시도(5200)이며, 이를 이용한 둥근모서리 사각형 단위 체임버 다발체(100bundle-sq)를 도시하였다.

도 32 내지 도 33은 단면이 둥근모서리 사각형 체임버의 단면도(6100) 및 사시도(6200)이며, 이를 이용한 둥근모서리 사각형 단위 체임버 다발체(100bundle-tri)를 도시하였다.

단위 체임버 다발체는, 오염물질이 포함된 실내외 대기 또는 배출가스로 구성되는 처리대상가스가 지나는 체임버가 일정길이 만큼 절단된 부분에 삽입되고 양단이 체임버의 절단면과 연결되도록 구비될 수 있다.

또한 단위 체임버 다발체는, LNG 발전소의 스택(stack;배출가스 통로)와 같이 처리대상가스가 지나는 체임버 자체가 전기가 통하지 않는 부도체인 경우, 체임버의 내부에 삽입되어 구비될 수도 있으며, 이 경우 체임버가 부도체이므로 필수적으로 인썰레이터를 구비하지 않아도 된다.

또한 도 34 내지 도 35를 참조하면 단위 체임버 다발체로부터 연결수평로드(400c)를 충분히 길게하여 단위 체임버다발체로부터 고압전류의 이격거리를 확보하고, 연결 수직로드(410c)로 복수 개의 연결수평로드(400c)를 연결하여 복수개의 이미터에 하나의 전선으로 전력 공급할 수도 있다.

이때 연결된 복수 개의 연결수평로드(400c)와 연결수직로드(410c)는 하나의 단위 체임버 다발체 내 단위 이미터(300u)들을 연결하거나, 또는 복수의 단위 체임버 다발체 내 단위 이미터들을 연결할 수 있다. 복수의 연결수직로드(410c)는 각 연결수직로드(410c) 사이에 배치되는 연결 인썰레이터(500c)에 의하여 체임버 상단과 하단사이에 직선으로 배치될 수 있다. 연결 인썰레이터(500c)에 의해 상하 방향으로 체결되는 연결 수직로드(410c)들은 서로 분리된 상태이다.

복수로 구비된 단위 체임버 다발체는, 수 십개 내지 수 백개의 단위 체임버로 구성되며 따라서 하나 또는 수 개의 단위 체임버 내에서 아크현상이 발생하더라도 전체 플라즈마 발생효율에 미치는 영향을 최소화할 수 있어서 전체 저온플라즈마 발생효율 저하를 방지할 수 있다.

본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 체임버 내부를 서로 격리되는 다수의 단위 체임버 즉, 단위 체임버 다발체를 배치한 것으로서, 플라즈마를 발생하여 오염물질을 저감하는 단위 체임버로부터 아킹현상이 발생하는 단위 체임버를 분리한다.

이에 따라서, 일부 단위 체임버에서 아크현상이 발생하더라도, 오염물질 저감기능을 지속할 수 있다.

도 36은, 단위 체임버 다발체(100bundle-rec)가 체임버의 길이 방향으로 복수개가 배치된 형태를 도시한 것이다.

도 36을 살펴보면, 복수 개의 단위 체임버 다발체(100bundle-rec)들이 처리대상가스 유동 방향으로 배치될 수 있다.

도 37 내지 도 38은, 절연부재를 설명하는 도면이다.

도 37을 참조하면, 본 실시형태에 따른 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치는, 수직로드(410)가 둘 이상으로 분리되어 구비되며, 분리된 수직로드(410) 사이에는 절연부재(1000)가 삽입된다.

도 38을 참조하면, 도 37과 같은 방식으로 수평로드(420)는 둘 이상으로 분리되어 구비되며, 분리된 수평로드(420) 사이에는 절연부재(1000)가 삽입된다.

절연부재(1000)는, 분리된 수직로드(410) 또는 분리된 수평로드(420)에 인가되는 전압의 크기가 설정된 한계전압보다 크면 절연부재(1000)를 경유하여 전류가 흐르도록 하나, 한계전압보다 작으면 전류를 차단한다.

이에 의하면, 아킹 발생으로 분리된 수직로드(410) 또는 분리된 수평로드(420)에 인가되는 전압이 한계전압 이하로 낮아지는 경우 전류의 흐름을 차단하여 이미터에 발생된 아킹을 제거할 수 있게 된다.

보다 구체적으로, 분리된 수직로드(410) 또는 분리된 수평로드(420) 사이에 배치되는 절연부재(1000)는, 이미터에 아킹이 발생하면 전압이 하강하여 자동적으로 절연물질에 의하여 전원이 차단되고 전원이 차단되면 아킹이 없어지고, 아킹이 없으므로 순간적으로 정상전압이 회복되어 절연물질을 넘어서 전류가 흐르게 된다.

절연부재(1000)는 절연물질로 형성되며 수평로드 및 수직로드의 직경과 비슷하거나 작은 크기의 구, 타원체 또는 다면체이며, 분리된 수평로드(420) 및 수직로드(410)는 절연부재(1000)에 밀접하게 배치되는 것이 바람직하다.

Claims (29)

1. 오염물질이 포함된 실내외 대기 또는 배출가스로 구성되는 처리대상가스가 내부에 유동하는 관체이며, 접지 전원이 연결되는 체임버;
   상기 체임버 외부에 배치되어 직류 또는 교류로 설정된 크기의 전압을 연속 인가하는 전원공급장치;
   외면에 플라즈마를 발생하기 위한 복수의 첨단(cusp)이 형성된 속이 빈 관체로서, 상기 처리대상가스의 유동과 평행한 방향으로 길게 상기 체임버 내부에 배치되고, 상기 전원공급장치와 전기적으로 연결되어 저온 플라즈마를 발생시키는 이미터;
   상기 이미터와 상기 전원공급장치를 전기적으로 연결하고, 상기 이미터가 상기 체임버의 내부 중앙에 배치되도록 지지하는 로드; 및
   상기 로드와 상기 체임버를 전기적으로 절연(絶緣)시켜, 상기 로드와 상기 체임버 사이에서 발생하는 아킹(arcing)현상을 방지하는 인썰레이터;를 가지고,
   상기 체임버는,
   내면 일측에서 외부를 향하여 볼록하게 형성된 공간인 아킹방지체임버;를 가지고,
   상기 로드는,
   상기 아킹방지체임버의 내면 일측으로부터 상기 체임버의 중심까지 연장되는 수직로드;와 상기 체임버의 중심을 따라 연장되며 말단에 상기 이미터가 결합되는 수평로드;를 가지며,
   상기 아킹방지체임버는, 상기 수평로드와 상기 아킹방지체임버 내면 사이의 최단거리를 상기 체임버의 반경과 같거나 크게 형성하여 상기 아킹방지체임버와 상기 수평로드 사이의 아킹을 방지하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 이미터의 표면적과 상기 이미터의 길이에 대응하는 상기 체임버 내면의 면적의 가장 바람직한 비율은 1:1인 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 이미터는 표면이 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)로 코팅되어 구비되는 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 이미터에 구비되는 상기 첨단은,
   원뿔, 반구, 타원형 반구, 원기둥, 각 뿔, 각뿔대 및 각기둥 중에서 선택된 적어도 하나의 형상을 가지는 제1 첨단형상;
   상기 제1 첨단형상의 옆면의 전부 또는 일부가 원형 또는 타원형을 포함하는 곡면으로 이루어진 형상을 가지는 제2 첨단형상; 및
   상기 제1 첨단형상 및 제2 첨단형상의 옆면에 나사산, 나사골 또는 톱니이가 나선형으로 상단부터 하단까지 또는 그 일부에 형성되는 형상을 가지는 제3 첨단형상; 중에서 선택된 적어도 하나의 형상으로 구비되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 이미터와 상기 로드를 연결하는 지지대; 및
   상기 이미터의 길이방향으로 양단에 구비되어, 상기 이미터의 내부를 차폐하는 커버;를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 인썰레이터는, 복수 개가 구비되며,
   상기 복수의 인썰레이터 중 선두의 상기 인썰레이터는 전압이 인가되지 않는 모형 인썰레이터(dummy insulator)를 배치하여,
   후순위의 상기 인썰레이터에 상기 처리대상가스가 직접 접촉되는 것을 방지함으로써, 후순위의 상기 인썰레이터의 표면에 상기 처리대상가스에 포함된 오염원 및 수증기가 쌓이는 것을 방지하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 체임버 외부로부터 내부로 가느다란 원형 튜브를 최소한 포함하는 여러가지 형태의 관체로 연결되어 설치되며, 상기 처리대상가스의 유동방향을 기준으로 상기 인썰레이터의 상류에 배치되어, 상기 체임버 외부로부터 상기 인썰레이터 또는 상기 인썰레이터의 상류 또는 상기 인썰레이터의 전면부 중 적어도 어느 하나를 향하여 압축공기를 분사하는 에어커튼부;를 가지는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이미터는,
    상기 처리대상가스 유동방향 기준으로 하류에, 바나듐(vanadium), 제올라이트(zeolite) 및 금속촉매로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 재료를 포함하는 질소산화물저감 금속촉매장치를 배치하며,
    상기 금속촉매장치는 상기 처리대상가스에 포함된 질소산화물의 반응을 촉진시켜 상기 처리대상가스내 질소산화물을 저감할 수 있는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 이미터의 상기 처리대상가스 유동방향 기준으로 하류에 산화망간(MnOx)촉매, 이산화티타늄(TiO2)촉매 또는 제올라이트(zeolite)촉매 및 여타 금속촉매로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 재료를 포함하는 오존제거 금속촉매장치를 배치하며,
    상기 오존제거 금속촉매장치는 상기 처리대상가스에 잔류하는 오존을 저감할 수 있는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기의 질소산화물저감 금속촉매장치는 상기의 에어커튼부와 함께 설치되며,
    상기 에어커튼부로에서 분사되는 상기 압축공기에 포함된 질소 및 산소를 이용하여 상기 질소산화물저감 금속촉매장치의 금속촉매와 상기 처리대상가스에 포함된 질소산화물의 저감반응을 촉진시킬 수 있는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드는 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 체임버의 중심까지 연장되는 수직로드;와 상기 체임버의 중심을 따라 연장되며 말단에 상기 이미터가 결합되는 수평로드;를 가지며,
    상기 인썰레이터는, 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 수직로드를 감싸되, 상기 수평로드로부터 상기 이미터의 수직높이(h)의 1/2 이하로 설정된 높이(H)만큼 상기 수직로드가 노출되는 길이로 구비되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
14. 삭제
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 체임버는 그 내면에서 중심점까지 설정된 길이(b)를 가지며,
    상기 인썰레이터의 길이(a)는 상기 설정된 길이(b)보다 크거나 같은 길이로 구비되고,
    상기 아킹방지체임버와 상기 체임버가 만나는 모서리에서 상기 수직로드까지의 수평길이 길이(c)는, 상기 수평로드의 설정된 길이보다 짧거나 같은 길이로 구비되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
16. 청구항 1에 있어서,
    상기 아킹방지체임버는,
    상기 처리대상가스의 유동 방향 단면이 원형, 타원형 및 다각형의 일부분을 형성하는 형상 중에서 선택된 것인 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
17. 청구항 1에 있어서,
    상기 아킹방지체임버는,
    상기 체임버의 둘레를 따라 순환하여 고리형으로 전부 또는 일부에 설치되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
18. 청구항 1에 있어서
    상기 이미터는,
    상기 처리대상가스 유동방향 기준으로 상기 인썰레이터의 하류에 위치하여, 상기 이미터 쪽의 상기 인썰레이터 면에 상기 처리대상가스가 직접 부딪히지 않도록함으로써 상기 처리대상가스에 포함된 오염원 및 수증기가 쌓이는 것을 방지하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
19. 청구항 1에 있어서,
    상기 인썰레이터는,
    상기 처리대상가스에 포함된 오염원 및 상기 수증기가 쌓이는 것을 방지하거나 또는 그 표면에 쌓인 상기 오염원 및 상기 수증기를 제거할 수 있는 인썰레이터 크리닝 수단을 더 포함하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
20. 삭제
21. 청구항 1에 있어서,
    상기 로드는 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 체임버의 중심까지 연장되는 수직로드;와 상기 체임버의 중심을 따라 연장되며 말단에 상기 이미터가 결합되는 수평로드;를 가지며,
    상기 인썰레이터는, 상기 체임버의 내면 일측으로부터 상기 수직로드 끝단까지 전체를 감싸되,
    스테인레스 스틸, 구리를 포함하는 금속도체를 재질로하여, 상기 수평로드의 위치로부터 설정된 높이(H) 이하의 길이로 상기 인썰레이터의 외면을 감싸는 인썰레이터 하단외피;와 스테인레스 스틸과 구리를 포함하는 금속도체를 재질로 하여, 상기 체임버 내면의 일측으로부터 설정된 높이 이하의 길이로 상기 인썰레이터의 외면을 감싸는 인썰레이터 상단외피;중 적어도 어느 하나를 포함하는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
22. 청구항 21에 있어서,
    상기 인썰레이터 상단외피 및 상기 인썰레이터 하단외피 중 하나만 포함하는 경우 그 길이는 상기 이미터의 수직높이(h)의 1/2이하이며, 상기 인썰레이터 상단외피 및 상기 인썰레이터 하단외피를 모두 포함하는 경우도 그 길이의 합은 상기 이미터의 수직높이(h)의 1/2이하인 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
23. 청구항 1에 있어서,
    발열장치로서 상기 체임버의 외면을 감싸고, 발열절연체로 구비되거나 내부에 발열장치를 포함하여,
    상기 처리대상가스가 생성되기 시작하는 시점에 상기 처리대상가스에 포함된 수증기의 응축으로 인한 아킹을 방지할 수 있는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
24. 청구항 1에 있어서,
    상기 이미터는 상기 처리대상가스 유동방향을 따라 수직로드의 전방 및 후방에 동시에 구비되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
25. 청구항 1에 있어서,
    상기 인썰레이터는,
    그 상단과 하단의 전기 절연 재질을 달리하여 제작하거나 또는 그 외부와 내부의 절연 재질을 달리하여 제작하는, 두 가지 이상의 전기 절연재질로 제작되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
26. 청구항 1에 있어서,
    상기 전원공급장치로,
    직류를 공급할 경우, 미리 설정된 시간 주기에 따라, 상기 설정된 직류의 극성을 반전하여 공급함으로써, 상기 처리대상가스에 포함되어 상기 체임버 내부에 흡착된 오염원을 떨어내는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
27. 삭제
28. 청구항 13에 있어서,
    상기 이미터는
    상기 처리대상가스의 유동방향을 따라 상기 수직로드의 전방과 후방에 동시에 한 쌍으로 구비되는 저온 플라즈마를 이용한 실내외 대기 중 또는 배출가스 내 오염물질 저감장치.
29. 삭제

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