KR102435882B1

KR102435882B1 - 연속식 전기방전수 생성시스템

Info

Publication number: KR102435882B1
Application number: KR1020200132417A
Authority: KR
Inventors: 김윤지; 안재환; 이승현
Original assignee: 한국식품연구원
Priority date: 2020-10-14
Filing date: 2020-10-14
Publication date: 2022-08-24
Also published as: KR20220049160A

Abstract

본 발명은 연속식 전기방전수 생성시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 기체를 공급하는 기체 공급수단(100), 공급수단으로부터 기체를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키고, 다수개가 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단(200), 물을 공급하는 물 공급수단(300), 및 플라즈마 가스 발생수단(200)으로부터 플라즈마 가스를 공급받고, 물 공급수단(300)으로부터 물을 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 수조(400)를 포함한다.

Description

연속식 전기방전수 생성시스템{Continuous electric discharge water generation system}

본 발명은 연속식 전기방전수 생성시스템에 관한 것이다.

최근, 신선한 농산물에 대한 소비자들의 관심이 높아지고 있고, 이러한 추세에 따라 농산물의 청정성과 위생적인 관리에 대한 관심 역시 급격하게 증가하고 있다. 따라서, 농산물의 위해미생물을 제어하고 잔류 농약을 최소화하면서, 세척할 수 있는 방안에 대해서 다양한 연구가 진행되고 있다.

현재, 농산물을 세척하는 방안으로 주로 염소 소독이 이용되고 있으나, 처리 후 세척이 불완전하거나 농도가 적절하지 않을 경우 변색될 우려가 있을 뿐만 아니라, 잔류 염소는 독성을 갖는 문제점도 있다. 따라서, 염소 소독을 대체하기 위해, 오존수의 활용 가능성이 큰 것으로 확인되고 있다.

하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 오존을 함유하는 세척수의 제조방법은 계속 연구개발이 이루어지고 있다. 특히, 플라즈마 발생기를 이용하여 오존을 생성하여 세척수를 제조하는 방법에 대해서 연구가 진행되고 있다. 하지만, 종래기술에 따른 오존을 함유하는 세척수의 제조방법은 NO기의 농도를 일정하게 유지하거나 필요에 따라 농도를 높이는데 한계가 있다.

KR

10-2012-0052524

A

본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 측면은 플라즈마 가스 발생수단 또는 수조를 다수개 구비하여 NO기 농도 등을 일정 농도로 유지할 수있는 항상성을 갖거나 충분히 높일 수 있는 연속식 전기방전수 생성시스템에 관한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 기체를 공급하는 기체 공급수단, 상기 기체 공급수단으로부터 기체를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키고, 다수개가 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단, 물을 공급하는 물 공급수단, 및 상기 플라즈마 가스 발생수단으로부터 플라즈마 가스를 공급받고, 상기 물 공급수단으로부터 물을 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 수조를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 기체를 공급하는 기체 공급수단, 상기 기체 공급수단으로부터 기체를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키고, 다수개가 구비된 플라즈마 가스 발생수단, 물을 공급하는 물 공급수단, 및 다수개가 직렬로 연결되어, 상기 물 공급수단으로부터 물을 공급받아 각각에 순차적으로 전달되고, 각각이 각각의 상기 플라즈마 가스 발생수단으로부터 플라즈마 가스를 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 수조를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 다수개의 상기 수조는 순차적으로 연결관으로 연결되고, 상기 연결관의 직경은 상기 수조의 직경보다 작다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 기체 공급수단은 공기 펌프(air pump)이다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 수조에 구비되어, 상기 수조의 온도를 낮추는 냉각수단을 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 냉각수단은, 상기 수조의 길이방향을 축으로 나선형으로 연장되고, 내부에 냉각수가 흐르는 냉각관을 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 수조로부터 물에 용해되지 않은 플라즈마 가스를 전달받아, 습기 또는 배오존을 제거하는 필터부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 필터부는, 습기를 제거하는 실리카 필터, 및 배오존을 제거하는 망간 필터를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 물 공급수단은, 물을 공급받아 저장하고, 상기 수조에 물을 공급하는 제1 순환수조, 상기 수조로부터 전기방전수를 공급받아 저장하고, 전기방전수를 외부로 배출하는 제2 순환수조, 및 상기 제2 순환수조로부터 상기 제1 순환수조로 전기방전수를 이송시키는 이송관을 포함하고, 상기 제2 순환수조로부터 상기 제1 순환수조로 이송된 전기방전수는 상기 수조에 공급된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에 있어서, 상기 물 공급수단은, 상기 제2 순환수조에 플라즈마 가스를 공급하는 보조 플라즈마 가스 발생수단을 더 포함한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 플라즈마 가스 발생수단 또는 수조를 다수개 구비하여 NO기 농도 등을 충분히 높일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 사시도,
도 2 내지 도 3은 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단의 개수에 따른 용존 NO기 농도를 도시한 그래프,
도 4는 10℃와 15℃의 실험수조에서 시간에 따른 용존 NO기 농도를 도시한 그래프,
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 사시도,
도 6은 4개가 직렬로 연결된 수조와 스테틱 믹서를 이용하였을 때의 용존 NO기 농도를 도시한 그래프, 및
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 사시도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 기체를 공급하는 기체 공급수단(100), 기체 공급수단(100)으로부터 기체를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키고, 다수개가 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단(200), 물을 공급하는 물 공급수단(300), 및 플라즈마 가스 발생수단(200)으로부터 플라즈마 가스를 공급받고, 물 공급수단(300)으로부터 물을 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 수조(400)를 포함한다.

상기 기체 공급수단(100)은 플라즈마 가스 발생수단(200)에 기체를 연속적으로 공급하는 역할을 수행하는 것으로, 플라즈마 가스 발생수단(200)에 공기 또는 산소를 공급할 수 있다. 여기서, 기체 공급수단(100)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 공기 펌프(air pump) 또는 공기 압축기(air compressor)일 수 있다. 이때, 기체 공급수단(100)은 예를 들어 유나이티드(united) 사의 UF-1000GN일 수 있다. 한편, 기체 공급수단(100)이 기체를 공급하는 유량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 8 내지 12L/min일 수 있고, 바람직하게는 10L/min 일 수 있다.

상기 플라즈마 가스 발생수단(200)은 기체 공급수단(100)으로부터 기체(공기 또는 산소)를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키는 역할을 수행한다. 여기서, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 플라즈마 발생기(plasma generator)일 수 있다. 이때, 플라즈마 발생기는 알루미늄(Al)과 산화알루미늄(Al₂O₃) 기반의 전극판이 구비되고, 여기서 생성된 마이크로 프라즈마에 의해서 전극판 사이의 마이크로 채널 통로로 유입된 공기가 오존 등으로 전환된다. 에를 들어, 플라즈마 발생기는 EP 퓨리피케이션(EP Purification) 사의 MP1 Series 1001일 수 있다. 한편, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 다수개가 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 플라즈마 가스 발생수단(200)에서 플라즈마 가스를 발생시키면, 이를 다른 플라즈마 가스 발생수단(200)에 공급하여, 다른 플라즈마 가스 발생수단(200)은 더 높은 농도의 플라즈마 가스를 발생시킬 수 있다. 결국, 다수개의 플라즈마 가스 발생수단(200)을 직렬로 연결함으로써, 플라즈마 가스의 농도를 높일 수 있다. 특히, 플라즈마 가스 중 NO기의 농도를 높일 수 있다. 예를 들어, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 4개가 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 제1 플라즈마 가스 발생수단(200a), 제2 플라즈마 가스 발생수단(200b), 제3 플라즈마 가스 발생수단(200c), 및 제4 플라즈마 가스 발생수단(200d)을 포함할 수 있고, 이들은 직렬로 연결될 수 있다.

상술한 바와 같이, 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단(200)의 효과를 확인하기 위해, 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단(200)의 개수를 변경하면서, 2.5L와 4L의 수돗물을 넣은 실험수조에 용해되는 용존 NO기 농도를 20분마다 최대 60분까지 측정하였다. 이때, 플라즈마 가스 발생수단(200)에는 10L/min의 공기가 일정하게 유지되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 2.5L의 실험수조에서 플라즈마 가스 발생수단(200)이 1개 또는 2개일 때는 NO기 농도가 오히려 감소하였으나, 직렬로 연결된 플라즈마 가스 발생수단(200)의 개수가 증가함에 따라 NO기 농도가 증가함을 확인할 수 있다. 플라즈마 가스 발생수단(200)가 1개인 경우에 비해서 4개가 직렬로 연결된 경우, 측정시간 60분 기준 약 2배의 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있다(1개: 127μM Vs. 4개: 248μM). 도 3에 도시된 바와 같이, 4L의 실험수조에서는 플라즈마 가스 발생수단(200)의 개수에 따라 NO기 농도 차이가 더욱 뚜렷하게 확인되었다. 플라즈마 가스 발생수단(200)의 개수가 증가함에 따라 약 40μM 이상씩 NO기 농도가 증가함을 확인할 수 있다. 플라즈마 가스 발생수단(200)가 1개인 경우에 비해서 4개가 직렬로 연결된 경우, 측정시간 60분 기준 약 2.5배의 차이가 존재하는 것을 확인할 수 있다(1개: 104μM Vs. 4개: 242μM).

결국, 실험을 통해서도 플라즈마 가스 발생수단(200)을 다수개 구비하여 직렬로 연결하면, 용존 NO기의 농도가 높아진다는 것을 명확히 확인할 수 있다.

한편, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 발생한 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 공급라인(210)을 통해서 수조(400)에 연속적으로 공급할 수 있다. 이때, 플라즈마 가스 공급라인(210)에는 공기 유량계(215)가 구비되어, 수조(400)로 공급되는 플라즈마 가스의 유량을 측정할 수 있다.

추가적으로, 플라즈마 가스 발생수단(200)에 전원을 공급하기 위해서, 정류기(220, rectifier), IGBT 기반 파워서플라이(230, power supply based on IGBT, function generator 기능 포함), 및 플라이백 파워서플라이(240, flyback power supply) 등이 구비될 수 있다. 여기서, 정류기(220)는 외부에서 인가되는 교류전압을 다이오드와 캐패시터를 이용하여 직류전압으로 변환시키는 역할을 한다. 또한, IGBT 기반 파워서플라이(230)는 IGBT와 함수변환기의 기능을 동시에 수행하여, 정류된 직류전압을 조정 가능한 주파수와 듀티 사이클(duty cycle)을 갖는 교류 전압으로 변환시킨다. 그리고, 플라이백 파워서플라이(240)는 IGBT 기반 파워서플라이(230)에서 변화된 교류전압을 인가받아 3kV까지 증폭시켜 플라즈마 가스 발생수단(200)에 공급한다.

상기 물 공급수단(300)은 수조(400)에 물을 연속적으로 공급하는 역할을 수행한다. 여기서, 물 공급수단(300)은 물 공급라인(310)을 통해서 수조(400)에 물을 공급할 수 있고, 물 공급수단(300)은 특별히 한정되는 것은 아니지만 예를 들어 워터 펌프(water pump)일 수 있다.

상기 수조(400)는 플라즈마 가스 발생수단(200)으로부터 플라즈마 가스를 연속적으로 공급받고, 물 공급수단(300)으로부터 물을 연속적으로 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 역할을 수행한다. 구체적으로, 플라즈마 가스 공급라인(210)을 통해서 플라즈마 가스가 수조(400)에 공급되고, 물 공급라인(310)을 통해서 물이 수조(400)에 공급될 수 있다. 이때, 플라즈마 가스 공급라인(210)은 수조(400)의 하측에 연결되어, 플라즈마 가스가 수조(400)에 수용된 물의 하단으로 공급되어, 물에 효과적으로 용해될 수 있다. 이와 같이, 물에 플라즈마 가스가 용해되면 전기방전수가 생성되고, 생성된 전기방전수는 수조(400)의 일측에 구비된 배출구(405)를 통해서 배출될 수 있다. 한편, 플라즈마 가스를 버블(bubble) 형태로 수조(400)에 공급하기 위해서 플라즈마 가스 공급라인(210)의 말단에는 기포발생기가 구비될 수 있다.

추가적으로, 수조(400)에 구비되어 수조(400)의 온도를 낮추는 냉각수단(420)이 구비될 수 있다. 수조(400)의 온도에 따라 플라즈마 가스의 용해 속도가 상이한데, 이를 확인하기 위해서, 10℃와 15℃로 유지되는 4L의 수돗물을 넣은 실험수조에 용해되는 NO기 농도를 180분까지 5분 간격으로 3회 반복하여 측정하였다. 도 4에 도시된 바와 같이, 10℃에서의 플라즈마 가스의 용해 속도가 15℃에서의 플라즈마 가스의 용해 속도에 비해서 큰 것을 확인할 수 있다. 각 온도별로 포화농도에 도달하는 시간이 10℃에서는 약 60분 이후였고, 15℃에서는 약 90분 이후였다. 따라서, 수조(400)에서 플라즈마 가스의 용해 속도를 높이기 위해서 수조(400)의 온도를 낮춰야 한다. 하지만, 플라즈마 가스 발생수단(200)으로부터 공급된 플라즈마 가스는 상대적으로 온도가 높아, 수조(400)의 전체적인 온도를 높임으로써, 플라즈마 가스의 용해 속도가 느려질 수 있다. 특히, 다수개의 플라즈마 가스 발생수단(200)를 직렬로 연결하면, 플라즈마 가스의 온도가 더 높아지면서, 플라즈마 가스의 용해 속도가 더 느려질 우려가 있다. 이를 방지하기 위해서, 수조(400)에는 냉각수단(420)이 구비되며, 냉각수단(420)에 의해서 수조(400)가 상대적으로 낮은 온도를 유지함으로써, 플라즈마 가스의 용해 속도를 높일 수 있다. 구체적으로, 냉각수단(420)은 냉각관(423)과 냉각기(425)를 포함할 수 있다. 여기서, 냉각관(423)은 수조(400)의 길이방향을 축으로 나선형으로 연장되고, 내부에 냉각수가 흐른다. 이와 같이, 냉각관(423)이 나선형으로 연장되므로, 수조(400)를 균일하게 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉각기(425)는 냉각관(423)의 내부에 냉각수를 순환시키는 것이고, 예를 들어 LK lab사의 "Circulating Water Bath" 제품을 이용할 수 있다.

한편, 수조(400)에는 수조(400)의 온도를 측정하고 기록할 수 있는 데이터 로거(430, data logger)가 연결될 수 있다. 따라서, 데이터 로거(430)를 통해서 수조(400)의 온도를 파악하여, 냉각수단(420)을 통해서 수조(400)의 온도를 조절할 수 있다. 이때, 데이터 로거(430)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, Agilent사의 "34970A" 제품을 이용할 수 있다. 또한, 수조(400)에는 생성된 전기방전수의 오존 농도를 측정하는 용존 오존 측정기가 연결될 수 있다. 이때, 용존 오존 측정기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, TOA-DKK사의 "OZ-21P" 제품을 이용할 수 있다.

또한, 수조(400) 내에서 물에 용해되지 않은 플라즈마 가스는 수조(400)의 일측에 형성된 배기구(407)를 통해서 외부로 배기될 수 있다. 이와 같이, 물에 용해되지 않고 배기된 플라즈마 가스는 수조(400)로부터 필터부(440)로 전달된다. 여기서, 필터부(440)는 플라즈마 가스를 전달받아, 습기 또는 배오존을 제거할 수 있다. 구체적으로, 필터부(440)는 습기를 제거하는 실리카 필터(443, silica filter)와 배오존을 제거하는 망간 필터(445, manganese oxide filter)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하여, 본 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 작동과정을 살펴보도록 한다.

우선, 기체 공급수단(100)으로부터 공기 또는 산소가 플라즈마 가스 발생수단(200)에 공급되면, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 플라즈마 가스를 발생시킨다. 이때, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 다수개가 직렬로 연결되어 용존 NO기를 높일 수 있다. 플라즈마 가스 발생수단(200)은 발생시킨 플라즈마 가스를 플라즈마 가스 공급라인(210)을 통해서 수조(400)에 연속적으로 공급한다. 이때, 플라즈마 가스 공급라인(210)에는 유량계(215)가 구비되어 수조(400)로 공급되는 플라즈마 가스의 유량을 측정할 수 있다. 동시에, 물 공급수단(300)은 물 공급라인(310)을 통해서 수조(400)에 물을 연속적으로 공급한다.

결국, 수조(400)에는 플라즈마 가스와 물이 연속적으로 공급되고, 플라즈마 가스가 기포발생기를 통해서 버블 형태로 공급되어, 물에 용해됨으로써, 전기방전수가 생성될 수 있다. 수조(400)에서 전기방전수를 생성하는 동안 냉각수단(420)에 의해서 수조(400)가 낮은 온도를 유지함으로써 플라즈마 가스의 용해 속도를 높일 수 있다. 이때, 수조(400)의 온도는 데이터 로거(430)를 이용하여 측정하고 기록할 수 있다. 수조(400)에서 생성된 전기방전수는 배출구(405)를 통해서 외부로 배출될 수 있다.

한편, 수조(400) 내에서 물에 용해되지 않은 플라즈마 가스는 배기구(407)를 통해서 필터부(440)로 전달되어 습기가 제거되고 배오존이 제거될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 제1 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템과 대부분 동일한 구성을 포함하고 있으나, 플라즈마 가스 발생수단(200)과 수조(400)가 상이하다. 따라서, 본 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 제1 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템과 중복되는 내용은 생략하고, 플라즈마 가스 발생수단(200)과 수조(400)를 중심으로 기술하도록 한다.

상기 플라즈마 가스 발생수단(200)은 기체 공급수단(100)으로부터 기체(공기 또는 산소)를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키는 역할을 수행하는 것으로서, 다수개가 구비된다. 다수개의 플라즈마 가스 발생수단(200)은 다수개의 수조(400)에 각각 연결된다. 즉, 각각의 플라즈마 가스 발생수단(200)이 각각의 수조(400)에 연결되어, 각각의 플라즈마 가스 발생수단(200)이 각각의 수조(400)에 플라즈마 가스를 공급한다. 한편, 다수개의 플라즈마 가스 발생수단(200)은 하나의 기체 공급수단(100)으로부터 기체를 공급 받을 수 있다.

상기 수조(400)는 플라즈마 가스 발생수단(200)으로부터 플라즈마 가스를 연속적으로 공급받고, 물 공급수단(300)으로부터 물을 연속적으로 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 역할을 수행한다. 여기서, 수조(400)는 다수개가 직렬로 연결되고, 물 공급수단(300)으로부터 물을 공급받아 각각에 순차적으로 전달되고, 각각의 수조(400)가 각각의 플라즈마 가스 발생수단(200)으로부터 플라즈마 가스를 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성한다. 즉, 하나의 수조(400)에서 물과 플라즈마 가스가 공급되어 전기방전수가 생성되면, 이를 다른 수조(400)에 공급하여 다시 플라즈마 가스를 용해시킴으로써, 순차적으로 더 높은 농도의 전기방전수를 생성할 수 있다. 결국, 다수개의 수조(400)를 직렬로 연결하고, 각각의 수조(400)에 플라즈마 가스 발생수단(200)으로 플라즈마 가스를 공급함으로써, 전기방전수의 농도를 높일 수 있다. 특히, 전기방전수 중 NO기의 농도를 높일 수 있다. 예를 들어, 수조(400)는 4개가 직렬로 연결되고, 4개의 수조(400)에 4개의 플라즈마 가스 발생수단(200)이 각각 연결될 수 있다. 즉, 수조(400)는 제1 수조(400a), 제2 수조(400b), 제3 수조(400c), 및 제4 수조(400d)를 포함하고, 플라즈마 가스 발생수단(200)은 제1 플라즈마 가스 발생수단(200a), 제2 플라즈마 가스 발생수단(200b), 제3 플라즈마 가스 발생수단(200c), 및 제4 플라즈마 가스 발생수단(200d)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 수조(400a), 제2 수조(400b), 제3 수조(400c), 및 제4 수조(400d)는 직렬로 연결되고, 제1 수조(400a)에 제1 플라즈마 가스 발생수단(200a)이 연결되고, 제2 수조(400b)에 제2 플라즈마 가스 발생수단(200b)이 연결되며, 제3 수조(400c)에 제3 플라즈마 가스 발생수단(200c)이 연결되고, 제4 수조(400d)에 제4 플라즈마 가스 발생수단(200d)이 연결될 수 있다. 따라서, 전기방전수는 제1 수조(400a)->제2 수조(400b)->제3 수조(400c)->제4 수조(400d)를 거치면서 순차적으로 농도가 높아질 수 있다.

상술한 바와 같이, 직렬로 연결된 수조(400)의 효과를 확인하기 위해서, 4개가 직렬로 연결된 수조(400, 각각의 수조(400)에 플라즈마 가스 발생수단(200)를 연결함)와 스테틱 믹서(static mixer)를 이용하여 60L의 전기방전수를 생성하였을 때, 전기 방전수의 용존 NO기 농도를 측정하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 4개가 직렬로 연결된 수조(400)를 이용할 때가 스테틱 믹서를 이용할 때에 비해서 약 8μM 높은 것을 확인할 수 있다(4개의 수조: 78μM Vs. 스테틱 믹서: 70μM). 결국, 본 실시예에 따라 4개가 직렬로 연결된 수조(400)를 이용할 경우, 현재 상용화되어 사용하고 있는 스테틱 믹서를 능가하는 수준의 전기방전수를 생성할 수 있다.

한편, 다수개의 수조(400)는 순차적으로 연결관(410)에 의해서 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 수조(400a)와 제2 수조(400b) 사이, 제2 수조(400b)와 제3 수조(400c) 사이, 및 제3 수조(400c)와 제4 수조(400d) 사이는 각각 연결관(410)에 의해서 연결될 수 있다. 이때, 연결관(410)의 직경은 수조(400)의 직경보다 작을 수 있다. 따라서, 전기방전수는 직경이 상대적으로 연결관(410)을 통과하면서 순간적으로 유체의 압력이 하강하고 유속이 빨라져, 플라즈마 가스가 작은 크기로 버블화되면서 용해가 더욱 쉽고 빠르게 진행될 수 있다.

더욱 구체적으로, 연결관(410)은 하나의 수조(400)의 상측과 다음 수조(400)의 하측에 연결될 수 있고, 플라즈마 가스 공급라인(210)이 수조(400)의 하측에 연결될 수 있다. 따라서, 하나의 수조(400)에서 플라즈마 가스가 물에 용해되어 전기방전수가 생성된 후, 전기방전수가 다음 수조(400)의 하측으로 전달되고, 다음 수조(400)의 하측으로 공급되는 플라즈마 가스가 전기방전수에 추가로 용해됨으로써, 전기방전수의 농도를 계속 높일 수 있다.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 사시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 제2 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템과 대부분 동일한 구성을 포함하고 있으나, 물 공급수단(300)이 상이하다. 따라서, 본 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템은 제2 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템과 중복되는 내용은 생략하고, 물 공급수단(300)을 중심으로 기술하도록 한다.

상기 물 공급수단(300)은 수조(400)에 물을 연속적으로 공급하는 동시에 수조(400)에서 생성한 전기방전수를 순환시키는 역할을 수행한다. 여기서, 물 공급수단(300)은 제1 순환수조(320), 제2 순환수조(330), 이송관(340), 워터 펌프(345) 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 순환수조(320)는 물을 공급받아 일정량을 저장하고, 워터 펌프(345)를 통해서 수조(400)에 물을 공급하며, 제2 순환수조(330)는 수조(400)로부터 전기방전수를 공급받아 일정량을 저장하고, 전기방전수를 외부로 배출한다. 즉, 제1 순환수조(320)는 물을 저장하였다가 수조(400)로 물을 공급하는 것이고, 제2 순환수조(330)는 전기방전수를 저장하였다가 외부로 배출하는 것이다. 다만, 제1 순환수조(320)와 제2 순환수조(330)는 이송관(340)으로 연결되어, 제2 순환수조(330)로부터 제1 순환수조(320)로 전기방전수가 이송될 수 있다(제2 순환수조(330)에서 전기방전수의 수위가 일정값 이상일 때 제1 순환수조(320)로 이송될 수 있음). 이와 같이, 제2 순환수조(330)로부터 제1 순환수조(320)로 이송된 전기방전수는 다시 수조(400)에 공급되어 플라즈마 가스가 용해됨으로써, 전기방전수의 농도가 더욱 높아질 수 있다. 제1 순환수조(320), 제2 순환수조(330), 및 연결관(410)을 통해서 전기방전수를 계속 순환시킴으로써, 용해 시간을 충분히 확보하고, 플라즈마 가스를 지속적으로 공급하여, 전기방전수의 농도를 높일 수 있다.

실제로, 전기방전수의 용존 NO기의 농도를 20분마다 최대 60분까지 측정한 결과, 20분에서 82μM, 40분에서 86μM, 60분에서 92μM로 측정되었다. 이러한 결과를 통해서, 전기방전수를 순환시키면 전기방전수의 용존 NO기의 농도가 증가함을 명확히 확인할 수 있다.

추가적으로, 물 공급수단(300)은 보조 플라즈마 가스 발생수단(350)을 포함할 수 있다. 여기서, 보조 플라즈마 가스 발생수단(350)은 제2 순환수조(330)에 연결되어, 제2 순환수조(330)에 플라즈마 가스를 공급한다. 따라서, 제2 순환수조(330)에 저장되었거나 순환 중인 전기방전수에는 보조 플라즈마 가스 발생수단(350)에서 발생된 플라즈마 가스가 추가로 공급됨으로써, 전기방전수의 농도를 더욱 높일 수 있다. 한편, 보조 플라즈마 가스 발생수단(350)에 기체(공기 또는 산소)를 공급하는 보조 기체 공급수단(360)이 추가로 구비될 수 있다.

참고로, 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템의 유량계, 정류기, IGBT 기반 파워서플라이, 플라이백 파워서플라이, 데이터 로거, 필터부(실리카 필터, 망간 필터) 등이 도시되지 않았지만(도 5 및 도 7 참조), 해당 구성들이 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 연속식 전기방전수 생성시스템에도 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

100: 기체 공급수단 200: 플라즈마 가스 발생수단
200a~d: 제1 내지 제4 플라즈마 가스 발생수단
210: 플라즈마 가스 공급라인 215: 유량계
220: 정류기 230: IGBT 기반 파워서플라이
240: 플라이백 파워서플라이 300: 물 공급수단
310: 물 공급라인 320: 제1 순환수조
330: 제2 순환수조 340: 이송관
350: 보조 플라즈마 가스 발생수단 360: 보조 기체 공급수단
400: 수조 400a~d: 제1 내지 제4 수조
405: 배출구 407: 배기구
410: 연결관 420: 냉각수단
423: 냉각관 425: 냉각기
430: 데이터 로거 440: 필터부
443: 실리카 필터 445: 망간 필터

Claims

기체를 공급하는 기체 공급수단;
상기 기체 공급수단으로부터 기체를 공급받아 플라즈마 가스를 발생시키고, 다수개가 직렬로 연결되어, 플라즈마 가스의 농도를 높이는 플라즈마 가스 발생수단;
물을 공급하는 물 공급수단; 및
상기 플라즈마 가스 발생수단으로부터 플라즈마 가스를 공급받고, 상기 물 공급수단으로부터 물을 공급받아, 물에 플라즈마 가스를 용해시켜 전기방전수를 생성하는 수조;
를 포함하고,
상기 물 공급수단은,
물을 공급받아 저장하고, 상기 수조에 물을 공급하는 제1 순환수조;
상기 수조로부터 전기방전수를 공급받아 저장하는 제2 순환수조; 및
상기 제2 순환수조로부터 상기 제1 순환수조로 전기방전수를 이송시키는 이송관;
을 포함하고,
상기 제2 순환수조에서 전기방전수의 수위가 일정값 이상일 때 전기방전수가 상기 제1 순환수조로 이송되고, 상기 제2 순환수조로부터 상기 제1 순환수조로 이송된 전기방전수는 상기 수조에 공급되며,
상기 물 공급수단은,
상기 제2 순환수조에 플라즈마 가스를 공급하는 보조 플라즈마 가스 발생수단;
을 더 포함하는 연속식 전기방전수 생성시스템.
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청구항 1에 있어서,
상기 기체 공급수단은 공기 펌프(air pump)인 연속식 전기방전수 생성시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수조에 구비되어, 상기 수조의 온도를 낮추는 냉각수단;
을 더 포함하는 연속식 전기방전수 생성시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 냉각수단은,
상기 수조의 길이방향을 축으로 나선형으로 연장되고, 내부에 냉각수가 흐르는 냉각관;
을 포함하는 연속식 전기방전수 생성시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 수조로부터 물에 용해되지 않은 플라즈마 가스를 전달받아, 습기 또는 배오존을 제거하는 필터부;
를 더 포함하는 연속식 전기방전수 생성시스템.
청구항 7에 있어서,
상기 필터부는,
습기를 제거하는 실리카 필터; 및
배오존을 제거하는 망간 필터;
를 포함하는 연속식 전기방전수 생성시스템.
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