KR102615310B1 - 악취 및 오염 물질 처리 장치 - Google Patents

악취 및 오염 물질 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오염 발생원에서 발생되는 악취 및 오염 물질을 포함한 가스를 3차에 걸쳐 직렬 처리하여 악취 물질과 오염 물질의 제거효율을 극대화시킬 수 있는 악취 및 오염 물질 처리 장치에 관한 것으로, 오염 발생원으로부터 발생되는 처리 대상 가스가 제 1 덕트를 통해 유입되어 1 차 플라즈마 처리되는 1 차 처리 장치; 및 상기 1 차 처리 장치로부터 제 2 덕트를 통해 플라즈마 처리된 가스가 유입되어 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리가 이루어지는 2 차 처리 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

악취 및 오염 물질 처리 장치{APPARATUS FOR ELIMINATING BAD SMELL AND POLLUTANTS}
본 발명은 악취 및 오염 물질 처리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오염 발생원에서 발생되는 악취 및 오염 물질을 포함한 가스를 3차에 걸쳐 직렬 처리하여 악취 물질과 오염 물질의 제거효율을 극대화시킬 수 있는 악취 및 오염 물질 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 화석 연료를 연소시키는 화력발전소, 제철소, 소각로 등의 산업 시설에서 배출되는 배기 가스(처리 대상 가스)에는 유해한 대기 오염 물질, 예를 들어 이산화황(SO2), 질소산화물(NOx), 다이옥신 등이 포함되어 있기 때문에, 화력발전소, 제철소, 소각로 등의 산업시설에는 이러한 오염물질을 제거하기 위한 처리 설비를 구비한다.
통상 이러한 배기 가스(처리 대상 가스)의 이산화황 제거에는 탈황 공정이 이용되고, 질소산화물 제거방법으로는 연료의 연소방법을 개선하거나 연소 후의 배기가스를 처리하는 탈질 방법 등이 이용된다.
그러나 이러한 종래의 처리 대상 가스에 포함된 대기 오염 물질 처리 방법에서는 대량의 배기 가스(처리 대상 가스)가 성격이 전혀 다른 탈황 및 탈질 두 공정을 순차적으로 거치면서 오염 물질이 처리됨에 따라 초기 투자비 및 운전비가 상승하고, 탈황 및 탈질 공정의 최적 공정결합이 요구될 뿐만 아니라 습식법에서의 폐수 배출 등이 문제점으로 지적되고 있다.
따라서 최근에는 종래의 대기 오염 물질 처리 방법에서의 문제점을 개선하기 위하여, 플라즈마를 이용하여 대기 오염 물질을 제거하는 방법들이 개시되고 있다.
플라즈마란 기체에 큰 에너지를 계속적으로 공급하게 되면 상태 전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어지는 상태를 말하는 것으로, 이러한 플라즈마 상태에서는 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아지며, 따라서 전기적으로 중성을 띄게 된다.
플라즈마를 이용한 처리 방법은, 오염 물질을 포함하는 배기 가스(처리 대상 가스)에 플라즈마 방전을 하고, 이때 발생하는 오존 등의 작용에 의하여 인체에 유해한 대기 오염 물질을 유해하지 않은 물질로 유도하는 것이다.
상기의 원리를 이용하여 대기 오염 물질을 처리하려면, 플라즈마의 생성이 쉽고, 또한 장치내에서 균일하게 플라즈마 상태로 되어야 하며, 이온화되는 개체수가 많아야 한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래 기술에 의한 플라즈마를 이용한 처리 방법에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저 플라즈마를 이용하여 대기 오염 물질을 처리하기 위한 종래의 장치는 구성이 매우 복잡하여 제조비용 및 운영비용이 너무 많아지는 문제점이 있고, 플라즈마의 생성이 불균일하게 이루어지며, 또한 처리 효율이 만족스럽지 못하다는 문제점이 있었다.
또한 플라즈마의 특성상 악취 물질을 효율적으로 처리하지 못하기 때문에 별도의 악취 처리 시설을 설치 및 운영해야 하기 때문에 전체적으로 설비가 비대해지고 설비 운영의 연속성이 떨어지는 문제점도 가지고 있다.
게다가 악취 처리 시설의 처리 방식이 대부분 필터 포집 방식을 채택하고 있기 때문에 악취 물질의 처리 효율이 떨어짐은 물론 필터의 노화에 따라 잦은 교체와 유지관리가 필요해 안정적인 운영이 어렵다는 문제점도 가지고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 오염 발생원에서 발생되는 악취 및 오염 물질을 포함한 가스를 3차에 걸쳐 직렬 처리하여 악취 물질과 오염 물질의 제거효율을 극대화시킬 수 있는 악취 및 오염 물질 처리 장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 오염 발생원으로부터 발생되는 처리 대상 가스가 제 1 덕트를 통해 유입되어 1 차 플라즈마 처리되는 1 차 처리 장치; 및 상기 1 차 처리 장치로부터 제 2 덕트를 통해 플라즈마 처리된 가스가 유입되어 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리가 이루어지는 2 차 처리 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치를 제공한다.
바람직하게는, 상기 1 차 처리 장치와 2 차 처리 장치를 내부에 안치시키는 프레임 구조물; 을 더 포함하며, 상기 프레임 구조물의 하부에는 복수의 바퀴가 구비되어 1 차 처리 장치와 2 차 처리 장치를 내부에 안치한 상태에서 프레임 구조물의 이동이 가능한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 1 차 처리 장치는, 하부에 배치되고 내부 수용 공간을 가지게 폐쇄 구조로 형성되며, 상기 제 1 덕트와 측면이 연통되어 유입되는 처리 대상 가스를 수용하는 하부 수용 챔버; 상기 하부 수용 챔버의 상면과 연통되어 처리 대상 가스가 상향으로 유입되며, 내부를 상향으로 이동하는 처리 대상 가스를 플라즈마 처리하는 적어도 하나 이상의 플라즈마 발생 장치; 및 상기 플라즈마 발생 장치의 상부에 배치되고 내부 수용 공간을 가지게 폐쇄 구조로 형성되며, 상기 플라즈마 발생 장치와 하면이 연통되어 유입되는 플라즈마 처리된 가스를 수용하고, 상기 2 차 처리 장치와 측면이 연통되어 플라즈마 처리된 가스를 공급하는 상부 수용 챔버; 를 포함하며, 상기 플라즈마 발생 장치는 상부의 상부 수용 챔버와 하부의 하부 수용 챔버의 사이에서 이 두 구성과 연통되게 수직으로 기립되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 플라즈마 발생 장치는 전극 사이에 유전체를 개재하지 않고 아크 플라즈마를 발생시키며, 처리 대상 가스가 유입구로 유입되어 배출구로 배출되도록 개구된 도체 재질의 관 형상을 가지며 접지되어 있는 전극관부; 상기 전극관부의 중공 내부에 위치한 도체 재질의 봉 형상으로 전원에 연결되는 전극봉부; 양단이 개구된 절연 재질의 관 형상으로 상기 전극관부의 양단측에 배치되되, 내경을 가로질러 형성한 지지바를 포함하며, 상기 지지바의 중심에 상기 전극봉부의 단부가 끼워져 관통하거나 결합하는 끼움공을 구비하여 상기 전극봉부의 일단이 끼움공에 끼워지게 결합됨으로 전극봉부를 전극관부 내부에 위치고정하고, 상기 전극관부의 중심으로부터 상기 지지바 보다 바깥쪽에 형성되어 상기 전극봉부의 일단이 전원과 연결되도록 하는 관통홀을 구비하여, 전극관부 내부의 아크 플라즈마가 상기 전극관부의 상하방향으로 외부로 튀는 것을 방지하여 안정적인 플라즈마를 유도하는 받침관부; 상기 전극봉부에 끼워져 결합하여 상기 전극관부의 내주면과 간극을 가지도록 위치하고, 외주면에 복수의 첨예부를 형성한 복수 개의 방전부; 및 상기 전극봉부에 끼워져 복수 개의 방전부가 간격을 가지도록 배치하는 스페이서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 전극봉부는 양단 일부 또는 전체 길이에 대하여 나사산을 형성하고 너트를 통해 상기 받침관부의 끼움공에 고정결합하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방전부는 두께를 가지는 판 형상으로 형성되며, 상기 첨예부는 외주면을 따라 형성한 톱니 형태인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방전부는 두께를 가지며, 상기 첨예부는 외주면을 따라 톱니 원뿔, 반구, 타원형 반구, 원기둥, 각뿔, 각뿔대 및 각기둥 중에서 선택된 적어도 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 방전부는, 복수 개의 관통공을 더 형성한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 받침관부의 내경에 대응하는 직경의 관통홀을 형성한 판 형상으로, 상기 받침관부와 연통하면서 받침관부의 외측 단부가 접하도록 배치한 양 측의 결합판; 및 상기 양 측의 결합판에 형성한 결합공에 끼워져 결합하여, 양측 받침관부가 전극관부에서 이탈됨을 방지하는 결합 가이드바; 를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 받침관부의 지지바와 전극관부 사이의 이격 거리는 다음의 수학식 을 통해 결정하되, 여기에서 L은 전극봉부의 길이이고, D는 전극봉부와 전극관부 사이의 이격 거리이고, V2는 장치에 인가되는 최대 인가 전압값이고, K는 보정 상수인 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 2 차 처리 장치는, 기밀된 내부 공간을 가지는 처리 챔버; 상기 처리 챔버 상측의 제 2 덕트와 일측이 연결되고 타측이 처리 챔버의 내부 하측으로 연장되어 처리 챔버의 내부 하측으로 플라즈마 처리된 가스를 공급하는 가스 공급 배관; 상기 처리 챔버의 하부면에 구비되어 처리 챔버의 하측에 수용되는 세정액을 고주파로 진동시켜 수증기를 발생시키는 진동부; 및 상기 처리 챔버에 세정액을 공급하는 세정액 충진 배관; 처리 챔버의 하부에서 발생되어 상향으로 이동하는 수증기가 상기 가스 공급 배관을 통해 역시 처리 챔버의 하부로 공급되는 플라즈마 처리된 가스와 결합하여 처리 챔버의 하부에서 2 차 라디칼 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 세정액 충진 배관의 하부 말단에 지지되어 처리 챔버 내 세정액의 허용수위를 감지하는 수위계; 를 더 포함하며, 세정액의 수위에 따라 세정액 공급 또는 세정액 배출의 제어가 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 처리 챔버의 상부에 구비되는 세정액 분사 배관; 및 상기 세정액 분사 배관의 하부 말단에 구비되어 세정액 분사 배관을 통해 공급되는 세정액을 하부로 분사하는 분사 노즐; 을 더 포함하며, 상기 분사 노즐에서 분사되는 세정액은 처리 챔버의 하부에서 2 차 라디칼 처리되어 상승하는 수증기에 분사되어 처리 챔버의 상부에서 3 차 고집진 처리가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 처리 챔버의 하부면에는 관통된 세정액 순환구가 형성되어 처리 챔버의 하부에 수용된 세정액을 배출시키며, 상기 세정액 순환구에는 세정액 순환 배관의 일측 말단이 연결되고, 세정액 순환 배관의 타측은 처리 챔버 내 세정액 분사 배관과 연통되어, 처리 챔버의 하부에 수용된 세정액은 2 차 라디칼 처리시 수증기 생성에 사용되면서 처리 챔버의 하부에서 그 수위가 유지되며, 다시 세정액 순환 배관을 통해 처리 챔버의 상부로 순환되어 세정액 분사 배관을 통해 처리 챔버의 상부에서 분사되어 3 차 고집진 처리를 유도하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 처리 챔버의 하부에 수용되면서 상부로 순환되는 세정액은 처리 챔버 내 수위계의 수위 감지를 통해 수위가 유지되고, 모자란 세정액은 상기 세정액 충진 배관에 의해 보충되며, 넘치는 세정액은 처리 챔버의 세정액 순환구와 연결된 세정액 배출 포트를 통해 배출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 오염 발생원에서 발생되는 악취 및 오염 물질을 포함한 가스를 3차에 걸쳐 직렬 처리하여 악취 물질과 오염 물질의 제거효율을 극대화할 수 있게 되는 효과를 가지게 된다.
특히 1 차 플라즈마 처리 과정에서 플라즈마 반응 영역 내를 통과하는 처리 대상 가스의 내부 혼합 및 교반을 원활하게 함과 동시에 처리 대상 가스의 플라즈마 반응시간을 충분히 유지시켜 오염 물질 제거효율을 극대화할 수 있는 효과를 가진다.
또한 3 차에 걸친 처리 장치가 직렬로 컴팩트하게 구성되어 넓은 설비 부지를 필요로 하지 않고 운영비의 절감 효과를 거둘 수 있게 된다.
또한 오염 발생원의 오염 물질과 악취 물질을 선택적으로 또는 일괄 처리할 수 있기 때문에 설치 및 운영이 자유롭고 다양한 업종에서 변형 사용이 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.
또한 악취 물질 처리에 별다른 소모품이 사용되지 않기 때문에 유지관리가 용이하고 안정적인 운영이 가능하게 되는 효과도 거둘 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 처리 장치의 플라즈마 발생 장치를 설명하기 위한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 방전부와 스페이서를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 받침관부의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치의 받침관부의 연결 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치의 2 차 처리 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치의 1 차 내지 3차 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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.
제1, 제2, A, B 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치는 악취 및 오염 물질을 발생시키는 오염 발생원과 지근거리에 위치되어 외부 전원 공급 장치(도시 않음)의 전원 공급에 따라 동작될 수 있으며, 오염 발생원으로부터 발생되는 처리 대상 가스가 유입되어 1 차 플라즈마 처리되는 1 차 처리 장치(100)와 상기 1 차 처리 장치(100)로부터 플라즈마 처리된 가스가 유입되어 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리가 이루어지는 2 차 처리 장치(200)가 함께 프레임 구조물(400) 내에 안치되어 구성되며, 이 프레임 구조물(400)의 하부에 프레임 구조물(400)을 지지하는 복수의 바퀴(410)들이 구비되어 상기 1 차 처리 장치(100)와 2 차 처리 장치(200)를 안치한 상태에서 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치는 원하는 위치로 자유롭게 이동이 가능하게 된다.
여기에서 상기 오염 발생원은 축산분뇨 처리시설, 폐유정제 시설, 음식물 처리장, 폐기물 처리장, 제철소, 조선소 등 오염 물질과 함께 복합 악취를 발생시키는 시설일 수 있다. 그리고 상기 처리 대상 가스는 상기 오염 발생원에서 배출되는 배기 가스를 지칭하는 것으로, 이산화황(SO2), 질소산화물(NOx), 다이옥신, 휘발성 유기화합물(VOC), 과불화물(PFC), 염화불화탄소(CFC) 등의 오염(유해) 물질 및 악취 물질을 포함하고 있는 오염된 공기(유체)를 의미한다.
상기 악취 및 오염 물질 처리 장치의 1 차 처리 장치(100)와 2 차 처리 장치(200)는 수직 프레임과 수평 프레임으로 육면체 형태로 짜여진 프레임 구조물(400) 내에 나란히 배열됨으로써 큰 공간을 차지하지 않으면서 전체적으로 프레임 구조물(400)을 벗어나지 않는 컴팩트한 부피를 가지게 되며, 결과적으로 넓은 설비 부지를 필요로 하지 않아 설치비와 운영비의 절감이 가능하게 된다.
그리고 프레임 구조물(400)의 하부에는 복수의 바퀴(410)들이 설치되어 1 차 처리 장치(100)와 2 차 처리 장치(200)를 내장한 상태에서 자유롭게 이동이 가능해 지근 거리에 있는 복수의 오염 발생원들을 소수의 악취 및 오염 물질 처리 장치 운영만으로 커버할 수 있게 될 것이다.
먼저 오염 발생원으로부터 유입되는 처리 대상 가스는 제 1 덕트(110)를 통해 1 차 처리 장치(100)로 유입된다. 이 같은 처리 대상 가스의 원활한 유입을 위해 상기 제 1 덕트(110)에는 유체 유도 펌프(111)가 구비될 수 있다.
상기 제 1 덕트(110) 및 유체 유도 펌프(111)는 프레임 구조물(400)의 일측 하부에 구비된다. 이 제 1 덕트(110)의 말단은 1 차 처리 장치(100)의 하부에 마련된 하부 수용 챔버(120)에 연결되어 오염 발생원으로부터 유입되는 처리 대상 가스를 1 차 처리 장치(100)로 공급하게 된다.
상기 1 차 처리 장치(100)는 유입되는 처리 대상 가스에 대하여 안정적인 플라즈마 현상을 유도함과 동시에 유입되는 처리 대상 가스의 혼합 및 교반을 원할하게 하고 플라즈마 반응시간을 충분히 유지시킴으로써 처리 대상 가스 내 오염 물질 및 악취 물질의 제거효율을 극대화할 수 있도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 1 차 처리 장치(100)는 크게 하부 수용 챔버(120), 플라즈마 발생 장치(130) 및 상부 수용 챔버(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하부 수용 챔버(120)는 프레임 구조물(400)의 하부에 배치되고 일정한 내부 수용 공간을 가지게 폐쇄 구조로 형성되며, 상기 제 1 덕트(110)와 측면이 연통되어 제 1 덕트(110)를 통해 유입되는 처리 대상 가스를 일정량 수용하고, 또한 상기 플라즈마 발생 장치(130)와 상면이 연통되어 수용되어 있던 처리 대상 가스를 플라즈마 발생 장치(130)로 공급하는 기능을 한다.
또한 상기 상부 수용 챔버(140)는 프레임 구조물(400)의 상부에 배치되고 일정한 내부 수용 공간을 가지게 폐쇄 구조로 형성되며, 상기 플라즈마 발생 장치(130)와 하면이 연통되어 플라즈마 발생 장치(130)를 통과해 유입되는 플라즈마 처리된 가스를 일정량 수용하고, 또한 상기 2 차 처리 장치(200)와 측면이 연통되어 수용되어 있던 플라즈마 처리된 가스를 2 차 처리 장치(200)로 공급하는 기능을 한다.
즉 상기 제 1 덕트(110)를 통해 유입된 처리 대상 가스는 먼저 하부 수용 챔버(120)를 거쳐 플라즈마 발생 장치(130)를 상향으로 이동해 통과하면서 플라즈마 처리되게 되며, 플라즈마 처리된 가스가 상부 수용 챔버(140)를 거쳐 2 차 처리 장치(200)로 공급되는 구조를 가지게 된다.
여기에서 상기 플라즈마 발생 장치(130)는 상부의 상부 수용 챔버(140)와 하부의 하부 수용 챔버(120)의 사이에서 이 두 구성과 연통되게 수직으로 기립되어 설치되며, 이 플라즈마 발생 장치(130)의 안정적인 기립 자세의 유지를 위해 상부의 상부 수용 챔버(140)와 하부의 하부 수용 챔버(120)의 사이에는 복수의 지주 프레임(150)들이 플라즈마 발생 장치(130)의 주위에서 기립 상태로 연결될 수 있다.
그리고 상기 플라즈마 발생 장치(130)는 오염 발생원의 처리 대상 가스의 유량에 따라 복수 개로 구비될 수 있으며, 복수의 플라즈마 발생 장치(130)들은 상기 상부 수용 챔버(140)와 하부 수용 챔버(120)의 사이에서 병렬 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 처리 장치의 플라즈마 발생 장치를 설명하기 위한 분해사시도이다.
상기 플라즈마 발생 장치(130)는 아크 방전 방식으로 오염 물질을 제거하게 된다.
플라즈마를 이용하여 악성 오염 물질을 제거하는 방식으로는 유전체 장벽 방전, 아크 방전, 펄스 방전이 주로 채택되고 있다. 이 중 유전체 장벽 방전은 두 개의 전극 간에 유전체를 두어 안정적이고 균일한 플라즈마를 발생시키는 방식으로 국부적으로 파동이나 잡음을 일으키는 아크가 존재하지 않아 안정적으로 유도방전을 일으킬 수 있는 방식이다. 하지만 유전체 장벽 방전 방식은 아크 발생이 없어서 설비의 파손 우려가 거의 없지만 전자 이동이 아크 방전보다 약하고 물질에 가해지는 에너지가 작기 때문에 환경 분야의 악성 오염 물질을 제거하기에는 한계가 있다.
이와 달리 아크 방전 방식은 음극과 양극 사이에 유전체가 없이 극과 극 사이에서 직접적으로 방전을 일으키는 방식으로 에너지가 커서 처리 가스의 성상에 따라 직접적으로 그리고 난함수 형태로 방전이 일어나게 된다. 이러한 현상은 전극부와 전극을 고정하고 있는 받침대 및　전기를 연결하는 전선의 피복 부분을 손상시켜 기기적인 파손을 일으킬 수는 있지만 오염 물질의 제거에는 매우 효과적이다. 본 발명에서는 플라즈마 발생 장치(130)를 아크 방전 방식으로 구성하였으며, 전술한 기기적인 파손 발생 문제는 후술하는 구조적 개선으로 해결하였다.
이 같은 플라즈마 발생 장치(130)는 전극관부(131), 전극봉부(132), 받침관부(133), 방전부(134) 및 스페이서(135)를 포함하여 전체적인 조립 및 설치가 신속하고 용이하게 이루어지도록 구성될 수 있다.
먼저 상기 전극관부(131)는 일정한 길이를 갖는 중공된 관 형상으로 형성되며, 바람직하게는 처리 대상 가스가 하부의 유입구(131a)로 유입되어 상부의 배출구(131b)로 배출되도록 개구된 형태로서, 도체 재질로 구성될 수 있다.
이러한 전극관부(131)는 유입되는 처리 대상 가스의 유량에 따라 그 직경을다양하게 구성할 수 있을 것이다.
그리고 상기 전극봉부(132)는 도체 재질의 봉 형상으로 형성되어 상기 전극관부(131)의 중공 내부에 배치된다. 이 전극봉부(132)는 전극관부(131)의 내부에 수용될 수 있도록 전극관부(131)의 길이와 대응되는 길이를 갖게 될 것이다.
바람직하게는, 상기 전극봉부(132)는 처리 대상 가스가 통과하는 전극관부(131)의 내경 중심을 길이 방향으로 관통하도록 기립되어 배치된다.
한편, 받침관부(133)는 상기 전극봉부(132)를 전극관부(131) 내에 안정적으로 배치하고 고정하기 위한 구성으로, 일정한 길이를 갖는 중공된 관 형상으로 형성되며, 상기 전극봉부(132)의 일단과 타단이 끼워지게 결합되어 전극관부(131)의 상하 양단측에 배치 결합된다.
바람직하게는, 상기 받침관부(133)는 세라믹이나 지르코니아와 같은 절연 재질로 구성될 수 있으며, 전극관부(131)의 내부에서 발생되는 플라즈마가 외부로, 보다 정확하게는 전극관부(131)의 상하 방향 밖으로 튀는 것을 방지하는 역할 또한 수행하게 된다.
그리고, 상기 방전부(134)는 외주면에 복수의 첨예부(134a)를 형성한 구성으로, 상기 전극봉부(132)에 끼워져 결합된다. 이 방전부(134)는 전극관부(131)의 내주면과 간극을 가지도록 배치되며, 알루미늄, 탄소강, 스테인레스 등 전도성 금속으로 제조될 수 있다.
이러한 첨예부(134a)를 갖는 방전부(134)들은 스페이서(135)를 이용해 전극봉부(132)의 길이 방향을 따라 서로 일정한 간격을 가지게 배치되며, 바람직하게는 첨예부(134a)의 단부는 전극관부(131)의 내주면에 근접되게 위치하여 플라즈마 방전 발생을 극대화하게 된다.
그리고, 상기 방전부(134)들은 상술한 스페이서(135)에 의해 산업계에서 발생하는 처리 대상 가스의 성상에 따라 플라즈마 반응 영역을 형성할 수 있도록 최적의 간격으로 전극관부(131)의 내부에서 다층의 구조로 배치됨을 특징으로 한다.
이와 같이 전극관부(131)의 내에서 다층의 구조로 일정한 간격을 가지게 배치된 복수 개의 방전부(134)에 의해 상기 플라즈마 발생장치(130)는, 안정적인 플라즈마 현상을 유도함과 동시에 유입되는 처리 대상 가스가 방전부(134)에 부딪쳐 혼합 및 교반이 원할하게 이루어지고 플라즈마 반응시간을 충분히 유지시키게 될 것이다.
1 차 처리 장치(100)의 플라즈마 발생 장치(130)가 가지는 특징을 보다 구체적으로 설명하면 하기와 같다.
구체적으로, 도 4를 함께 참조하면 상술한 받침관부(133)는 지지바(133a)와 일체로 형성되어 안정적으로 전극봉부(132)를 지지할 수 있게 된다. 상기 지지바(133a)는 그 중심에 전극봉부(132)의 단부가 끼워져 관통되도록 끼움공(133b)이 형성되며, 상기 받침관부(133)의 내경을 가로지르게 고정된다.
전술한 바와 같이 아크 방전 방식의 플라즈마 발생 장치(130)가 가지는 문제점인 아크가 외부로 튀어 기기를 손상시키는(특히, 전원연결부를 손상시키는) 문제는 다음과 같은 구조 개선을 통해 해결할 수 있게 된다.
일반적으로 원통형 아크 방전 장치는 평면형에 비해 양 전극(중심 전극과 원통형 전극) 사이를 일정하고 정밀하게 제작할 수 있고 효율적인 오염물질 유로를 갖는다는 장점이 있으나, 중심 전극(본 발명의 전극봉부(132))에 연결되는 전원 연결부(전선)가 오염 물질 유로에 노출될 수 밖에 없는 구조여서 플라즈마가 외부로 튀는 경우 해당 전극을 고정하고 있는 받침대 및　전기를 연결하는 전선의 피복 부분을 손상시켜 기기적인 파손을 일으키는 경우가 많아서 업계에서는 원통형 아크 방전 장치를 실질적으로 사용하지 못하고 있다.
또한, 처리 대상 가스에 수분이 함유되어 있을 경우 기기 표면에서 응축이 발생하는데 수분이 설비 표면에 응축되게 되면 발생된 아크는 수분이 응축된 부분을 집중적으로 공격하는데 중심 전극 전원 연결부나 그 주위에 수분이 응축되고 플라즈마가 이곳까지 튀는 경우 해당 부위에서 기기 파손이 더욱더 쉽게 일어나게 된다.
이를 해결하기 위해, 일체로 형성되는 받침관부(133)와 지지바(133a)는 다양한 절연재 중에서 세라믹이나 지르코니아를 선택함으로써 아크가 튀는 것을 방지하면서도 수분 응축을 최소화 할 수 있게 될 것이다. 또한 구조적으로는 전극관부(131)와 연결되는 관 형상을 가지고 전극봉부(132)를 지지하기 위한 지지바(133a)를 세라믹이나 지르코니아로 일체로 구성하여 안정적인 전극봉부(132)의 지지를 가능하게 하며, 전극봉부(132)에 전원을 연결하기 위한 상하측의 두 받침관부(133)의 관통홀(133e)을 받침관부(133)에서 지지바(133a) 보다 상하 방향으로 각각 바깥쪽에 형성하여 전원선을 연결할 수 있도록 구성(전원 연결부가 방전부와 일정 거리 이상 이격될 수 있고 지지바(133a)에 의해 아크로부터 보호될 수 있음)한다.
본 발명에 따른 상기 받침관부(133)의 구조에서는, 전극관부(131)에서 발생된 아크가 상기 받침관부(133)의 지지바(133a)로 튀어 내부 손상을 일으키게 된다. 즉 이 지지바(133a)는 전극봉부(132)의 말단을 지지하게 되며 이 전극봉부(132)의 말단에는 전원 케이블이 연결되기 때문에 지지바(133a)로 튀는 아크의 수를 줄이는 것은 장치의 내구성을 높이고 전원 케이블의 피복 손상을 방지하는데 있어 대단히중요한 요소이다.
물론 이 지지바(133a)의 배치 위치를 전극관부(131)와 멀리 이격시켜 해결할 수도 있지만 이 같은 해결책은 전체 장치의 비대화를 야기하고 제조 비용을 상승시키는 원인이 되기 때문에 지지바(133a)의 배치 위치를 적절히 선택하는 것은 대단히 까다로운 작업이다.
본 출원인은 이 같은 지지바(133a)의 배치 위치를 결정하기 위해 수많은 실험을 거쳤으며, 실험결과 데이터를 통해 지지바(133a)의 배치 위치를 결정할 수 있는 전극관부(131)와 지지바(133a) 사이의 이격 거리(S)를 전극봉부(132)의 길이(L), 전극봉부(132)와 전극관부(131) 사이의 이격 거리(D) 그리고 장치에 인가되는 인가전압을 이용한 상관식으로 도출하여 다음의 수학식 1과 같이 정의하였다.
여기에서 V2는 장치에 인가되는 최대 인가 전압값이고, K는 보정 상수(무차원(5~10))이다.
위 수학식 1을 통해 오염 발생원의 처리 대상 가스의 유량에 따라 미리 정해지는 전극관부(131) 및 전극봉부(132)의 사이즈와 인가 전압에 맞춰 받침관부(133) 내 지지바(133a)의 배치 위치를 결정할 수 있게 되며, 결국 적절하게 배치된 지지바(133a)를 내장한 받침관부(133)를 채용함으로써 전극관부(131)에서 발생된 아크가 지지바(133a)로 튀어 나가는 것을 완벽히 방지할 수 있게 될 것이다. 또한 이 지지바(133a)의 바깥쪽으로 관통홀(133e)을 배치함으로써 전극관부(131)에서 발생된 아크에 의해 관통홀(133e)의 전기 케이블이 손상받는 확률을 현저하게 줄일 수 있게 될 것이다.
한편, 전극봉부(132)는 양단의 일부 또는 전체 길이에 대하여 나사산(132a)을 형성하고, 끼움공(133b)을 관통하여 통과한 부분은 너트(N)를 통해 조임으로써 받침관부(133)와 일체형으로 결합될 수 있다.
필요에 따라 다른 실시예로 지지바(133a)의 끼움공(133b)에 나사산을 형성하고 전극봉부(132)의 단부가 끼움공(133b)에 나사산 결합하도록 구성될 수도 있다.
한편, 받침관부(133)는 전극관부(131)의 중공 내부와 연통되어 처리 대상 가스의 흐름을 유도하도록 전극관부(131)의 개구된 유입구(131a) 또는 배출구(131b)와 대응되는 중공된 내부 구조를 갖는다.
그리고, 받침관부(133)는 전극관부(131)와의 연통을 유지하며 결합할 수 있도록 전극관부(131)와 결합하는 부위에 나사산(133c)을 형성하여 전극관부(131)의 외주면 일단에 형성한 나사산(1311c)과 나사산 결합할 수 있다. 다른 실시예로, 별도의 결합판(136)과 결합 가이드바(137)를 포함한 결합 수단을 이용하여 결합되게 구성할 수도 있다.
구체적으로는 상술의 결합판(136)은 받침관부(133)의 내경에 대응하는 직경의 관통홀(136a)을 형성한 일정 두께의 판 형상으로 형성되며, 받침관부(133)와 연통하면서 받침관부(133)의 외측 단부가 접하도록 배치하는데, 전극관부(131)의 상하 양측에 위치한 받침관부(133) 각각에 대응하게 위치된다.
또한 결합 가이드바(137)는 상하 양측의 결합판(136)을 고정되게 결합하여 내측의 전극관부(131)를 비롯한 플라즈마 발생 장치 내 구성 요소들의 결합을 공고히 하기 위한 구성이다. 상측 결합판(136)의 외곽을 따라 형성된 결합공(136b)과 하측 결합판(136)의 외곽을 따라 형성된 결합공(136b)에 결합 가이드바(137)가 기립 상태로 끼워지게 결합됨으로써 상하 양측의 받침관부(133)가 전극관부(131)에서 이탈되는 것을 방지하게 된다.
이러한 결합 가이드바(137)는 받침관부(133)와 전극관부(131)를 합한 길이보다 긴 길이를 가지며, 필요에 따라 결합 가이드바(137)는 2개 이상 배치할 수 있다.
한편, 받침관부(133)에는 도 4에 도시된 바와 같이 필요에 따라 전극관부(131)와 안정적으로 결합되도록 전극관부(131)와 연결되는 내주면을 따라 전극관부(131)의 단부가 안착되도록 내입된 안착턱(133d)이 형성될 수 있다. 이러한 안착턱(133d)을 형성한 받침관부(133)의 내주면에 나사산을 형성할 수 있음은 물론이다.
한편, 도 3을 함께 참조하면 본 발명의 관형 플라즈마 발생 장치(130)를 구성하는 방전부(134)들은 스페이서(135)를 통해 서로 일정한 간격을 가지게 되며 전극봉부(132)의 길이 방향을 따라 다층의 구조를 가지도록 배치된다.
상기 방전부(134)는 일정한 두께(t1)을 갖는 판 형상으로 형성되며, 첨예부(134a)를 판 형상의 외주면을 따라 톱니 형태로 형성하게 된다. 이에 따라 방전부(134)는 5∼48 각형의 표창 구조를 가질 수 있다.
또한 방전부(134)는 중심부에 전극봉부(132)가 삽입될 수 있도록 전극봉부(132)의 직경에 대응하는 크기의 끼움홀(134b)을 가지며, 유입된 처리 대상 가스가 전극관부(131) 내 플라즈마 반응 영역을 통과하면서 내부 혼합 및 교반이 원활하게 이루어짐과 동시에 처리 대상 가스의 플라즈마 반응 시간을 충분히 유지시켜 줄 수 있도록 일측에 복수 개의 관통공(134c)을 더 형성하게 된다.
상술의 관통공(134c)은 필요에 따라 등간격 또는 불규칙한 간격을 가지도록 형성할 수 있으며, 필요에 따라 서로 다른 크기로 형성할 수 있음은 물론이다.
다만, 통과하는 처리 대상 가스에 대한 플라즈마 반응이 반응영역 내에서는 균일하게 발생할 수 있도록 방전부(134)에는 동일 크기의 관통공(134c)을 등간격으로 형성하는 것이 바람직하다(도 3의 (a) 참조).
한편, 필요에 따라 방전부(134)들의 형상이 판 형상으로 한정되는 것은 아니며, 서로 일정한 간격으로 이격 배치될 수 있다면 일정한 두께(t1)를 가지며 첨예부(134a)를 외주면을 따라 톱니 원뿔, 반구, 타원형 반구, 원기둥, 각뿔, 각뿔대 및 각기둥 중에서 선택된 적어도 하나의 형상을 가지도록 형성할 수도 있다.
또한 방전부(134)는 상술한 바와 같이 전도성의 금속 재질로 만들어지는데, 필요에 따라 표면에는 전도성을 높이고 플라즈마 발생이 용이하도록 이산화티타늄(TiO2), 바나듐(V), 백금(Pt)을 포함한 합금 등이 코팅될 수도 있다.
한편, 도 3의 (b)를 참조하면 스페이서(135)는 이웃하는 방전부(134)들의 간격을 일정한 간격으로 유지할 수 있게 하는 구성으로, 전도성을 가지는 도체 재질로 구성될 수 있다. 이 스페이서(135)는 중심부에 전극봉부(132)가 삽입될 수 있도록 전극봉부(132)의 직경에 대응하는 크기의 끼움홀(135a)을 가진다.
도면에서는 일정한 길이(d1)를 갖는 관 형태로 도시되었으나 이에 한정하는것은 아니며, 와셔(washer)와 같이 길이(두께, d1)가 짧은 링 형상을 가지도록 형성할 수도 있다. 다시 말해, 스페이서(135)의 길이는 처리 대상 가스의 성상에 따른 다양하게 형성될 수 있다.
이에 따라 방전부(134)의 간격은 다양하게 구성될 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 방전부(134)는 스페이서(135)를 이용해 산업계에서 발생하는 처리 대상 가스의 성상에 따라 최적의 간격으로 배치되는데, 바람직하게는 이웃하는 방전부(134)들은 그 이격 간격을 등간격으로 배치하도록 하여 플라즈마 반응 영역 내에서 전기적 쏠림 현상에 따른 국부적인 방전 발생을 방지함으로써 처리 대상 가스 내 수분율이 높아도 안정적인 플라즈마 현상을 유도할 수 있게 할 것이다.
한편, 필요에 따라 길이(d1)가 서로 다른 스페이서(135)를 이용하거나 스페이서(135)의 개수를 조절해 방전부(134)와 방전부(134)의 간격을 조절함으로써 플라즈마 반응 영역을 제어할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 관형 플라즈마 발생 장치(130)의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 유입된 처리 대상 가스는 상향으로 유도되는 유체 흐름에 따라 플라즈마 발생 장치(130)의 내부로 유입되고, 서로 다른 전극을 가지는 전극관부(131)와 전극봉부(132)에 전원을 인가하게 된다. 이에 따라 전극관부(131)의 내부에서 방전부(134)의 첨예부(134a)는 플라즈마 방전을 일으키고 플라즈마 반응 영역 내(전극관부 내)의 처리 대상 가스에는 다량의 산화성 라디칼 및 오존이 발생한다.
이러한 산화성 라디칼, 오존 및 활성화된 전자의 연쇄적 충돌에 의하여 처리 대상 가스는 유해하지 않은 물질로 변하여 제거되며, 아래의 반응식은 일 예로서 이들의 작용에 의하여 이산화황 및 질소산화물이 제거되는 반응식을 나타낸 것이다.
반응식 1 : SO2 + OH -> HSO3
반응식 2 : HSO3 + OH -> H2SO4
반응식 3 : SO2 + O -> SO3
반응식 4 : SO3 + H2O -> H2SO4
반응식 5 : NO + O -> NO2
반응식 6 : NO + HO2 -> NO2 + OH
반응식 7 : NO + OH -> HNO2
반응식 8 : HNO2 + OH -> NO2 + H2O
반응식 9 : NO + O3 -> NO2 + O2
반응식 10 : NO2 + OH -> HNO3
상술과 같은 과정에 의하여 이산화황, 질소산화물 등의 오염 물질은 신속하고도 안전하게 제거될 수 있다.
특히 전극관부(131)의 내부에 전극봉부(132)와 복수 개의 방전부(134)를 받침관부(133)와 스페이서(135)를 이용해 결합함으로 조립 및 설치가 용이하다는 장점을 가진다. 그리고 스페이서(135)를 이용해 방전부(134)들의 간격을 등간격으로 배치할 수 있어 전기적 쏠림 현상에 따라 국부적인 곳에서만 방전이 발생하는 것을 방지하고 처리 대상 가스 내 수분율이 높은 환경에서도 안정적인 플라즈마 현상을 유도할 수 있게 되는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치의 2 차 처리 구성을 설명하기 위한 도면이다.
다시 도 1과 함께 도 6을 참조하면, 상술한 1 차 처리 장치(100)에서 플라즈마 처리된 가스는 상부 수용 챔버(140)에 수용되며, 이 상부 수용 챔버(140)의 측면에 연결된 제 2 덕트(210)를 통해 2 차 처리 장치(200)로 유입되어 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리가 이루어지게 된다.
상기 2 차 처리 장치(200)는 크게 처리 챔버(220), 가스 공급 배관(230), 진동부(240), 세정액 충진 배관(250), 수위계(260), 세정액 순환 배관(320) 및 세정액 분사 배관(330)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 처리 챔버(220)는 외기와 기밀된 내부 공간을 가지는 상하로 긴 직육면체로 형성되어 프레임 구조물(400) 내에서 상기 1 차 처리 장치(100)의 옆에 나란히 배치된다.
상기 처리 챔버(220)의 내부 상측에는 상기 제 2 덕트(210)의 말단과 일측이 연결되고 내부 하측으로 연장되어 처리 챔버(220)의 내부 하측으로 1 차 처리 장치(100)에서 플라즈마 처리된 가스를 공급하는 가스 공급 배관(230)이 설치된다. 이 가스 공급 배관(230)의 하부 말단에는 개방된 배출구(231)가 구비되어 플라즈마 처리된 가스를 처리 챔버(220)의 내부 하측으로 공급하게 된다.
또한 상기 처리 챔버(220)의 하부면에는 처리 챔버(220)의 하측에 수용되는 세정액을 고주파로 진동시키는 진동부(240)가 배치된다. 여기에서 세정액은 물일 수 있다.
상기 진동부(240)는 세정액 속에서 고주파로 진동하게 되며 이 과정에서 세정액의 물 입자를 쪼개서 마이크로급의 수증기를 발생시키게 된다.
이때, 상기 세정액은 진동부(240)의 진자 활동을 원활히 할 수 있도록 상기 진동부(240)를 살짝 덮을 수 있을 정도의 수위로 처리 챔버(220)의 하부에 채워지게 된다. 진동부(240)의 상부에 5 cm 를 초과해 세정액이 채워지면 진자 활동에 제약을 받기 때문에 세정액의 수위는 진동부(240)의 상부 5 cm 이하로 유지되도록 제어되어야 한다. 상기 수위계(260)는 세정액의 허용수위를 실시간으로 감지하게 되며, 세정액의 수위에 따라 세정액 공급 또는 세정액 배출의 제어가 수행될 것이다.
이 수위계(260)는 세정액을 처리 챔버(220)의 내부로 공급하는 세정액 충진 배관(250)의 하부 말단에 의해 지지될 수 있다.
상기 세정액 충진 배관(250)은 상기 처리 챔버(220)의 상부면을 관통해 처리 챔버(220)의 하부의 진동부(240)까지 연장되는 배관으로, 외부에서 공급되는 세정액을 처리 챔버(220)의 하부로 공급하게 된다. 이렇게 공급되는 세정액의 수위는 상기 수위계(260)에 의해 제어되며, 세정액 속에서 진동하는 진동부(240)에 의해 처리 챔버(220)의 하부에서 수증기가 발생되는 구조를 가진다.
그리고 처리 챔버(220)의 하부에서 발생되는 수증기는 가스 공급 배관(230)을 통해 역시 처리 챔버(220)의 하부로 공급되는 1 차 플라즈마 처리된 가스와 결합하여 처리 챔버(220)의 하부에서 2 차 라디칼 처리가 이루어지게 된다.
1 차 플라즈마 처리를 통해 악성 오염 물질을 제거하는 과정에서 생성된 오존은 처리 챔버(220)로 공급되어 수증기의 수분과 결합함으로써 OH-라디칼이 형성되어 2 차 라디칼 처리에 의해 악취 및 오염 물질을 제어하게 된다.
이렇게 2 차 라디칼 처리된 수증기는 처리 챔버(220)의 상부로 이동하게 될 것이다.
여기에서 상기 처리 챔버(220)의 상부에는 세정액 분사 배관(330)이 설치되고 이 세정액 분사 배관(330)의 하부 말단에 구비된 분사 노즐(340)에 의해 세정액을 분사하게 된다. 분사 노즐(340)에서 분사되는 세정액은 2 차 라디칼 처리되어 상승하는 수증기에 분사될 것이다. 수증기에 분산되는 세정액에 의해 수증기와 액적의 접촉 시간을 늘려 2차 라디칼 처리된 악취 및 오염 물질의 미세 입자 포집이 왕성하게 일어나게 되며, 이 과정에서 처리 챔버(220)의 중부와 상부에서는 3 차 고집진 처리가 이루어지게 된다.
여기에서 상기 세정액 분사 배관(330)을 통해 처리 챔버(220) 내로 분사되는 세정액은 처리 챔버(220)의 하부에 수용되는 세정액을 순환시켜 공급하도록 해 3 차 고집진 처리가 2 차 라디칼 처리와 연동되고 전체적인 장치의 운영 효율을 높일 수 있도록 구성된다. 이를 위해 상기 처리 챔버(220)의 하부면에는 관통된 세정액 순환구(322)가 형성되어 처리 챔버(220)의 하부에 수용된 세정액을 배출시키게 되며, 이 세정액 순환구(322)에는 세정액 순환 배관(320)의 일측 말단이 연결되고 또한 세정액 순환 배관(320)의 타측은 상기 처리 챔버(220)의 상부면을 관통해 처리 챔버(220) 내 세정액 분사 배관(330)과 연통되게 된다.
따라서 처리 챔버(220)의 하부에 수용된 세정액은 2 차 라디칼 처리시 수증기 생성에 사용되면서 처리 챔버(220)의 하부에서 그 수위가 유지되며, 다시 세정액 순환 배관(320)을 통해 처리 챔버(220)의 상부로 순환되어 세정액 분사 배관(330)을 통해 처리 챔버(220)의 상부에서 분사되어 3 차 고집진 처리를 유도하는 구조이다.
여기에서 처리 챔버(220)의 하부에 수용되면서 상부로 순환되는 세정액은 수위계(260)를 통해 수위가 유지되고, 모자란 양은 상기 세정액 충진 배관(250)에 의해 보충되며, 넘치는 양은 처리 챔버(220)의 세정액 순환구(322)와 연결된 세정액 배출 포트(323)를 통해 배출될 수 있다.
최종적으로 처리 챔버(220)에서 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리를 거쳐 악취 및 오염 물질이 제거된 가스는 배기구(350)을 통해 외부로 배출될 것이다. 이 같은 배기구(350)에는 추가 집진 장치나 필터링 장치가 더 연결될 수 있다.
여기에서 참조 부호 321은 세정액 순환 배관(320)에 설치되어 처리 챔버(220)의 하부에 상부로 세정액을 순환시키는 순환 펌프이다.
상술한 설명에서는 처리 챔버(220) 내에 2 차 라디칼 처리 구성과 3 차 고집진 처리 구성이 함께 구비된 예를 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 3 차 고집진 처리 구성이 처리 챔버(220)와 분리된 별도의 챔버에 독립적으로 구성될 수도 있으며, 3 차 고집진 처리를 생략한 구성으로만 처리 챔버(220)가 구성될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 악취 및 오염 물질 처리 장치의 1 차 내지 3차 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
악취 및 오염 물질 처리 장치의 주요 구성들이 약식으로 도시된 도 7에서 가스의 이동 흐름은 점선으로 표시된다.
먼저 악취 및 오염 물질을 발생시키는 오염 발생원의 처리 대상 가스는 제 1 덕트(110)를 통해 악취 및 오염 물질 처리 장치의 1 차 처리 장치(100)의 하부로 유입된다.
처리 대상 가스는 제 1 덕트(110)를 통해 하부 수용 챔버(120)에 수용된 후 상부로 이동하면서 플라즈마 발생 장치(130)로 공급된다. 처리 대상 가스가 플라즈마 발생 장치(130) 내를 상향으로 이동하는 과정에서 플라즈마 발생 장치(130) 내의 아크 방전에 의해 1 차 플라즈마 처리되어 처리 대상 가스의 악성 오염 물질이 제거되고 다량의 산화성 라디칼 및 오존이 발생한다.
1 차 처리 장치(100)에서 1 차 플라즈마 처리된 가스는 상부 수용 챔버(140)에 수용된 후 제 2 덕트(210)를 통해 2 차 처리 장치(200)로 유입된다.
플라즈마 처리된 가스는 처리 챔버(220) 내 하부로 연장된 가스 공급 배관(230)을 통해 처리 챔버(220)의 하부로 공급된다. 이때 처리 챔버(220)의 하부에 설치된 진동부(240)는 세정액에 잠긴 상태이며 세정액을 고주파로 진동시켜 수증기를 발생시키게 된다.
처리 챔버(220)의 하부 영역에서 발생되는 수증기는 가스 공급 배관(230)을 통해 역시 처리 챔버(220)의 하부로 공급되는 1 차 플라즈마 처리된 가스와 결합하여 처리 챔버(220)의 하부에서는 2 차 라디칼 처리가 이루어지게 된다. 1 차 플라즈마 처리를 통해 악성 오염 물질을 제거하는 과정에서 생성된 오존은 처리 챔버(220)로 공급되어 수증기의 수분과 결합함으로써 OH-라디칼이 형성되어 2 차 라디칼 처리에 의해 악취 및 오염 물질을 제어하게 된다.
2 차 라디칼 처리된 수증기는 처리 챔버(220)의 상부로 이동하게 된다. 이때 처리 챔버(220)의 세정액 분사 배관(330)의 분사 노즐(340)에서는 하방으로 세정액이 분사되어 분사된 세정액이 상승하는 수증기와 접촉하게 된다. 수증기에 분산되는 세정액에 의해 수증기와 액적의 접촉 시간을 늘려 2차 라디칼 처리된 악취 및 오염 물질의 미세 입자 포집이 왕성하게 일어나면서 처리 챔버(220)의 중부와 상부에서는 3 차 고집진 처리가 이루어지게 된다.
여기에서 상기 세정액 분사 배관(330)을 통해 처리 챔버(220) 내로 분사되는 세정액은 처리 챔버(220)의 하부에 수용되는 세정액을 세정액 순환 배관(320)을 통해 순환시켜 공급하게 된다.
최종적으로 처리 챔버(220)에서 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리를 거쳐 악취 및 오염 물질이 제거된 가스는 배기구(350)을 통해 외부로 배출되는 구조이다.
이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시 예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 1 차 처리 장치 110 : 제 1 덕트
120 : 하부 수용 챔버 130 : 플라즈마 발생 장치
140 : 상부 수용 챔버 150 : 지주 프레임
200 : 2 차 처리 장치 210 : 제 2 덕트
220 : 처리 챔버 230 : 가스 공급 배관
240 : 진동부 250 : 세정액 배관
260 : 수위계 320 : 세정액 순환 배관
330 : 세정액 분사 배관 340 : 분사 노즐
400 : 프레임 구조물 410 : 바퀴

Claims (15)

  1. 오염 발생원으로부터 발생되는 처리 대상 가스가 제 1 덕트를 통해 유입되어 1 차 플라즈마 처리되는 1 차 처리 장치; 및
    상기 1 차 처리 장치로부터 제 2 덕트를 통해 플라즈마 처리된 가스가 유입되어 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리가 이루어지는 2 차 처리 장치; 를 포함하며,
    상기 1 차 처리 장치는,
    하부에 배치되고 내부 수용 공간을 가지게 폐쇄 구조로 형성되며, 상기 제 1 덕트와 측면이 연통되어 유입되는 처리 대상 가스를 수용하는 하부 수용 챔버;
    상기 하부 수용 챔버의 상면과 연통되어 처리 대상 가스가 상향으로 유입되며, 내부를 상향으로 이동하는 처리 대상 가스를 플라즈마 처리하는 적어도 하나 이상의 플라즈마 발생 장치; 및
    상기 플라즈마 발생 장치의 상부에 배치되고 내부 수용 공간을 가지게 폐쇄 구조로 형성되며, 상기 플라즈마 발생 장치와 하면이 연통되어 유입되는 플라즈마 처리된 가스를 수용하고, 상기 2 차 처리 장치와 측면이 연통되어 플라즈마 처리된 가스를 공급하는 상부 수용 챔버; 를 포함하며,
    상기 플라즈마 발생 장치는 상부의 상부 수용 챔버와 하부의 하부 수용 챔버의 사이에서 이 두 구성과 연통되게 수직으로 기립되어 설치되며,
    상기 플라즈마 발생 장치는 전극 사이에 유전체를 개재하지 않고 아크 플라즈마를 발생시키며,
    처리 대상 가스가 유입구로 유입되어 배출구로 배출되도록 개구된 도체 재질의 관 형상을 가지며 접지되어 있는 전극관부;
    상기 전극관부의 중공 내부에 위치한 도체 재질의 봉 형상으로 전원에 연결되는 전극봉부;
    양단이 개구된 절연 재질의 관 형상으로 상기 전극관부의 양단측에 배치되되, 내경을 가로질러 형성한 지지바를 포함하며, 상기 지지바의 중심에 상기 전극봉부의 단부가 끼워져 관통하거나 결합하는 끼움공을 구비하여 상기 전극봉부의 일단이 끼움공에 끼워지게 결합됨으로 전극봉부를 전극관부 내부에 위치고정하고, 상기 전극관부의 중심으로부터 상기 지지바 보다 바깥쪽에 형성되어 상기 전극봉부의 일단이 전원과 연결되도록 하는 관통홀을 구비하여, 전극관부 내부의 아크 플라즈마가 상기 전극관부의 상하방향으로 외부로 튀는 것을 방지하여 안정적인 플라즈마를 유도하는 받침관부;
    상기 전극봉부에 끼워져 결합하여 상기 전극관부의 내주면과 간극을 가지도록 위치하고, 외주면에 복수의 첨예부를 형성한 복수 개의 방전부; 및
    상기 전극봉부에 끼워져 복수 개의 방전부가 간격을 가지도록 배치하는 스페이서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 1 차 처리 장치와 2 차 처리 장치를 내부에 안치시키는 프레임 구조물; 을 더 포함하며,
    상기 프레임 구조물의 하부에는 복수의 바퀴가 구비되어 1 차 처리 장치와 2 차 처리 장치를 내부에 안치한 상태에서 프레임 구조물의 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전극봉부는 양단 일부 또는 전체 길이에 대하여 나사산을 형성하고 너트를 통해 상기 받침관부의 끼움공에 고정결합하는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 방전부는 두께를 가지는 판 형상으로 형성되며,
    상기 첨예부는 외주면을 따라 형성한 톱니 형태인 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 방전부는 두께를 가지며,
    상기 첨예부는 외주면을 따라 톱니 원뿔, 반구, 타원형 반구, 원기둥, 각뿔, 각뿔대 및 각기둥 중에서 선택된 적어도 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 방전부는, 복수 개의 관통공을 더 형성한 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 받침관부의 내경에 대응하는 직경의 관통홀을 형성한 판 형상으로, 상기 받침관부와 연통하면서 받침관부의 외측 단부가 접하도록 배치한 양 측의 결합판; 및
    상기 양 측의 결합판에 형성한 결합공에 끼워져 결합하여, 양측 받침관부가 전극관부에서 이탈됨을 방지하는 결합 가이드바; 를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 받침관부의 지지바와 전극관부 사이의 이격 거리는 다음의 수학식

    을 통해 결정하되,
    여기에서 L은 전극봉부의 길이이고, D는 전극봉부와 전극관부 사이의 이격 거리이고, V2는 장치에 인가되는 최대 인가 전압값이고, K는 보정 상수인 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  11. 오염 발생원으로부터 발생되는 처리 대상 가스가 제 1 덕트를 통해 유입되어 1 차 플라즈마 처리되는 1 차 처리 장치; 및
    상기 1 차 처리 장치로부터 제 2 덕트를 통해 플라즈마 처리된 가스가 유입되어 2 차 라디칼 처리 및 3 차 고집진 처리가 이루어지는 2 차 처리 장치; 를 포함하며,
    상기 2 차 처리 장치는,
    기밀된 내부 공간을 가지는 처리 챔버;
    상기 처리 챔버 상측의 제 2 덕트와 일측이 연결되고 타측이 처리 챔버의 내부 하측으로 연장되어 처리 챔버의 내부 하측으로 플라즈마 처리된 가스를 공급하는 가스 공급 배관;
    상기 처리 챔버의 하부면에 구비되어 처리 챔버의 하측에 수용되는 세정액을 고주파로 진동시켜 수증기를 발생시키는 진동부; 및
    상기 처리 챔버에 세정액을 공급하는 세정액 충진 배관;
    처리 챔버의 하부에서 발생되어 상향으로 이동하는 수증기가 상기 가스 공급 배관을 통해 역시 처리 챔버의 하부로 공급되는 플라즈마 처리된 가스와 결합하여 처리 챔버의 하부에서 2 차 라디칼 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 세정액 충진 배관의 하부 말단에 지지되어 처리 챔버 내 세정액의 허용수위를 감지하는 수위계; 를 더 포함하며, 세정액의 수위에 따라 세정액 공급 또는 세정액 배출의 제어가 수행되는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 상부에 구비되는 세정액 분사 배관; 및
    상기 세정액 분사 배관의 하부 말단에 구비되어 세정액 분사 배관을 통해 공급되는 세정액을 하부로 분사하는 분사 노즐; 을 더 포함하며,
    상기 분사 노즐에서 분사되는 세정액은 처리 챔버의 하부에서 2 차 라디칼 처리되어 상승하는 수증기에 분사되어 처리 챔버의 상부에서 3 차 고집진 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 하부면에는 관통된 세정액 순환구가 형성되어 처리 챔버의 하부에 수용된 세정액을 배출시키며, 상기 세정액 순환구에는 세정액 순환 배관의 일측 말단이 연결되고, 세정액 순환 배관의 타측은 처리 챔버 내 세정액 분사 배관과 연통되어,
    처리 챔버의 하부에 수용된 세정액은 2 차 라디칼 처리시 수증기 생성에 사용되면서 처리 챔버의 하부에서 그 수위가 유지되며, 다시 세정액 순환 배관을 통해 처리 챔버의 상부로 순환되어 세정액 분사 배관을 통해 처리 챔버의 상부에서 분사되어 3 차 고집진 처리를 유도하는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 처리 챔버의 하부에 수용되면서 상부로 순환되는 세정액은 처리 챔버 내 수위계의 수위 감지를 통해 수위가 유지되고, 모자란 세정액은 상기 세정액 충진 배관에 의해 보충되며, 넘치는 세정액은 처리 챔버의 세정액 순환구와 연결된 세정액 배출 포트를 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 악취 및 오염 물질 처리 장치.
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