KR20000009579A

KR20000009579A - 기체 레이저와 전자빔을 이용한 유해 가스 정화방법 및 장치

Info

Publication number: KR20000009579A
Application number: KR1019980030108A
Authority: KR
Inventors: 이용희; 박진규; 박진호
Original assignee: 박진규; 박유재; 박진호; 주식회사 에넥스; 이용희; 주식회사 에프 애치
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2000-02-15
Also published as: US20010002242A1; US6670726B2; JP2000042349A; CN1494942A; JP3515051B2; AU9188598A; JP3109664B2; CA2365611A1; CA2253045C; CN1260748C; WO2000006289A1; US6210642B1; CN1243027A; CN1124871C; NO20010461D0; NO20010461L; NZ509366A; EP1113860A1; JP2001104745A; MXPA01001015A

Abstract

본 발명에 따른 유해 가스 정화 장치는 유해 가스의 배기 통로 중에 기체 레이저와 전자빔을 조사하여 유해 가스를 저감하는 장치로서, 바깥 쪽에는 중공형 판재로 이루어진 복수 개의 전자빔 방출셀이 적층되고 안 쪽에는 원통형의 전자빔 폴이 구비되며, 상기 복수 개의 전자빔 방출셀과 상기 전자빔 폴 사이에 배기 가스의 통로가 형성되고, 상기 유해 가스의 통로에는 상기 전자빔 방출셀에서 상기 전자빔 폴에 기체 레이저와 전자빔이 조사되는 반응 영역이 형성되는 반응 유니트와, 상기 전자빔 폴에 공급되는 고주파 고압을 생성하는 고주파 고압 발생 유니트와, 상기 고주파 고압을 상기 전자빔 폴에 공급하며 상기 반응 유니트가 고정되어 지지되는 에너지 공급 유니트가 포함되고, 상기 전자빔 방출셀의 내주부에는 방사형으로 연속하여 복수의 전극이 형성되고, 상기 전자빔 방출셀은 상하로 인접한 전자빔 방출셀의 대응하는 전극이 원주 방향으로 서로 편심되도록 소정 각도로 서로 어긋나게 적층되고, 상기 전자빔 폴에는, 상기 각 전극에 대향되도록 소정 각도로 비틀려 원통형의 벽면에 길이 방향의 반응 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명의 특징에 따라서, 본 발명의 유해 가스 정화 장치와 방법은 소각로, 산업 현장, 각종 동력 발생 기관 등의 배기 가스 처리 장치, 공기 정화, 탈취 등의 기능에 의한 생활 공간과 산업 현장이나 터널과 같은 지하 공간에서의 공기 청정기, 오존의 발생 기능에 의한 살균 및 멸균 장치, 의료 기기,산소 발생 장치, 식품 위생 처리 장치, 집중 냉난방 시설용 정화 장치, 폐수 처리 장치, 지하 매립용의 폐기물 처리 장치, VOC 처리 장치, 인공 강우 장치 및 각종 부엌용 장치 등의 각종 분야에 응용될 수 있음은 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 자명하다.

Description

기체 레이저와 전자빔을 이용한 유해 가스 정화 방법 및 장치

본 발명은 동력 발생 기관이나 산업 시설 또는 소각로 등에서 배출되는 배기 가스를 정화시키는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 기체 레이저와 전자빔을 이용하여 배기 가스 성분을 해리시켜 배기 가스 중의 유해 물질을 제거하는 장치와 방법에 관한 것이다.

이러한 유해 가스 정화 장치 및 방법은, 산업 발전에 따라 배출되는 각종의 유해 성분을 저감함에 있어서, 격렬한 운동 에너지 상태의 기체 레이저와 전자빔을 발생시켜 유해 가스에 조사함으로써 유해 성분을 무해한 성분으로 변환시키는 것이다.

이와 같이 전자빔을 이용하여 유해 가스를 처리하는 방법과 장치의 종래 기술로서는 특허 공개 공보 제96-21112호에 기재된 전자빔 조사 배기 가스 처리 방법 및 처리 장치가 있다. 이 발명은 황 산화물(SOx)이나 질소 산화물(NOx)이 주로 함유된 배기 가스에 암모니아를 첨가한 다음 전자빔만을 조사하여 황 산화물과 질소 산화물을 각각 황산암모늄과 질산암모늄으로 변화시켜 배기 가스로부터 제거하는 방법이다. 그런데, 이러한 방법은 유해 물질을 제거함에 있어서 암모니아 가스를 이용하므로, 반응이 불완전하게 일어나는 경우에 오히려 암모니아를 배출하게 되고, 암모니아와 배기 가스를 혼합하는 별도의 장치가 소요되는 불리한 점이 있으며, 전자빔이 배기 가스에 고르게 작용하지 않는 문제가 있었다.

미국 특허 제4,915,916호에는 암모니아를 사용하지 않는 전자빔에 의한 배기 가스 정화 방법과 장치가 기재되어 있다. 이 발명은 배기 가스의 일부에 전자빔을 조사하여 배기 가스에 포함된 산소와 물을 해리시켜 발생기 산소 [O] 또는 OH^-라디칼과 같은 활성기를 생성하고 이를 다시 나머지 배기 가스와 반응시켜 NOx와 SOx를 분진 또는 안개 등의 형태로 변환시켜 집진 장치에 포집하여 제거하는 것이다. 그러나, 이러한 방법과 장치는 전자빔 조사 영역과 반응 영역이 분리되어 유해 물질의 제거 효율이 떨어지고 장치의 규모가 커지는 문제가 있었다.

더욱이, 전술한 종래 기술의 전자빔에 의한 유해 가스 정화 장치와 방법은 전자빔의 조사 영역이 배기 가스의 통로 전체에 미치지 못하고 전자빔의 밀도가 낮아 처리 속도가 느리며 처리 효율이 낮은 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은, 암모니아와 같은 별도의 매개 물질을 필요로 하지 않고, 기체 레이저와 전자빔 생성 및 조사 영역과 배기 가스의 반응 영역이 동일하여 장치가 소형이면서도 효율이 높은 유해 가스 정화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 유해 가스의 통로 전체에 높은 밀도의 기체 레이저와 전자빔이 조사되어 처리 효율이 높고 처리 속도가 빠른 유해 가스 정화 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 목적에 부합하는 기체 레이저와 전자빔을 생성하기 위한 고주파 고압 발생 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유해 가스 정화 장치의 외관이 도시된 사시도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반응 유니트의 일부가 도시된 사시도이며,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 방출셀의 사시도이고,

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 방출셀이 적층된 상태가 도시된 평면도이고, 도 4b는 그 측면도이며,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전자빔 폴이 도시된 사시도이고,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 고압 발생 유니트의 회로도이며,

도 7a와 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 고압 발생 유니트에서 최종적으로 출력되는 고주파 고압의 파형도이고,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 고압 발생 유니트의 제1 출력 직류 고압의 파형도이며,

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고주파 고압 발생 유니트의 제2 출력 고주파 고압의 파형도이고,

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고주파 고압 발생 유니트의 제3 출력 고주파 고압의 파형도이며,

도 11은 본 발명의 고주파 고압 발생 유니트의 다른 실시예에 따른 고주파 고압 출력을 나타내는 파형도이고,

도 12a와 도 12b는 종래 기술에 따른 고주파 고압 발생 유니트에서 출력되는 고주파 고압의 파형도이며,

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 에너지 공급 유니트의 사시도이고,

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 공급 유니트가 그 케이스 일부의 절단 상태로 도시된 사시도이며,

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 공급 단자의 사시도이고,

도 16은 전자빔 방출셀의 전극과 전자빔 폴의 반응홀간의 작용을 설명하기 위한 사시도이며,

도 17은 본 발명의 유해 가스 정화 장치의 작동을 설명하기 위하여 반응 유니트가 복수 개 적층되어 에너지 공급 유니트의 상하단에 결합된 상태를 이들을 일부 절단하여 나타낸 단면도이고,

도 18은 본 발명의 전자빔 방출셀을 전기 회로로 치환하여 나타낸 도면이며,

도 19는 본 발명에 의한 유해 가스 정화 장치가 적용된 소각로가 도시된 사시도이다.

본 발명의 상기 목적들은, 유해 가스를 배기 통로 중에 기체 레이저와 전자빔을 조사하여 유해 물질을 저감하는 유해 가스 정화 장치에 있어서, 바깥쪽에는 중공형 판재로 이루어진 복수 개의 전자빔 방출셀이 적층되고 안 쪽에는 원통형의 전자빔 폴이 구비되며, 상기 복수 개의 전자빔 방출셀과 상기 전자빔 폴 사이에 유해 가스의 통로가 형성되고, 상기 유해 가스의 통로에는 상기 전자빔 방출셀에서 상기 전자빔 폴에 기체 레이저와 전자빔이 조사되는 반응 영역이 형성되는 반응 유니트로서, 상기 전자빔 방출셀의 내주부에는 방사형으로 연속하여 복수의 전극이 형성되고, 상기 전자빔 방출셀은 상하로 인접한 전자빔 방출셀의 대응하는 전극이 원주 방향으로 서로 편심되도록 소정 각도로 서로 어긋나게 적층되고, 상기 전자빔 폴은 상기 각 전극에 대향되도록 소정 각도로 비틀려 원통형의 벽면에 길이 방향의 반응홀이 형성되어 있는 유해 가스 정화 장치에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시 형태의 하나로서, 상기 반응 유니트의 각 전자빔 방출셀은 그 외주부가 원형으로 이루어지고, 내주부에는 삼각형의 전극이 꼭지점이 상기 전자빔 방출셀의 중심을 향하는 상태로 연속적으로 배치될 수 있다. 본 발명의 더욱 양호한 실시 형태의 하나로서, 상기 반응 유니트의 각 전자빔 방출셀은 상하로 인접한 전극이 원주 방향으로 10°~ 15° 어긋나게 적층되고, 상기 전자빔 폴의 상기 반응홀은 상기 전극들과 대향하도록 길이 방향으로 나선형으로 형성될 수도 있다.

또한, 상기 에너지 공급 유니트는, 원통형 부재로 이루어지고 상기 전자빔 폴과 결합되는 중앙 프레임과, 상기 중앙 프레임을 둘러싸며 상기 전자빔 방출셀과 결합되는 케이스와, 상기 중앙 프레임과 상기 케이스를 절연 상태로 결합시키며 상기 중앙 프레임에 전류를 공급하는 결합 부재가 구비되는 것으로 할 수도 있다. 상기 결합 부재에는, 상기 에너지 공급 유니트의 양호한 실시 형태의 하나로서, 중앙에서 상기 전자빔 폴에 결합된 중심축과, 상기 중심축의 양단에서 직교 상태로 결합된 보강축과, 각각 중앙에서 상기 양보강축의 양단에 부착되고 바깥 쪽면에서 상기 케이스에 결합된 절연성 재질의 복수 개의 절연 단자와, 상기 케이스의 외면에 절연 상태로 부착되고 중심축에 도전 상태로 연결되어 상기 고주파 고압 발생 유니트에서 공급된 전압이 상기 전자빔 폴에 공급되도록 하는 에너지 입력 단자가 구비되도록 할 수도 있다.

더욱이, 본 발명에 따른 유해 가스 정화 장치에 있어서, 상기 배기 가스 통로의 반응 영역에 소정량의 압축 공기가 공급되도록 하는 압축 공기 공급 유니트가 더 포함되도록 하여 상기 반응 영역에서 배기 가스 중의 유해 물질이 제거되는 반응이 촉진되도록 할 수도 있다.

또한, 전술한 본 발명의 목적은, 기체 레이저와 전자빔을 이용하여 유해 가스를 저감하는 유해 가스 정화 방법으로서, (1) 3개의 상용 전력을 고압 직류와 펄스형 진동 파형의 고주파 고압과 링 파형의 고주파 고압으로 변환시키고, (2) 상기 각 출력 파형을 합하여 고압의 고주파 출력을 발생시키고, (3) 상기 고압 고주파 출력에 의해 전자빔과 기체 레이저를 발생시키고, (4) 배기 가스에 상기 기체 레이저와 전자빔을 조사하여 배기 가스 성분을 해리 시킴으로써 라디칼 반응이 촉진되어 유해 물질을 분해시킴으로써 달성될 수도 있다.

이하에서, 본 발명에 의한 유해 가스 정화 장치의 양호한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하겠다.

본 발명에 따른 유해 가스 정화 장치는 교류 상용 전력을 이용하여 저소비 전력으로 기체 레이저와 전자빔 발생에 요하는 연속성을 갖는 고주파 고압을 발생시키는 고주파 고압 발생 유니트(도 6 참조)와, 기체 레이저와 전자빔을 발생시켜 유해 가스에 조사함으로써 유해 가스에 화학 반응이 일어나는 반응 유니트(도 1 내지 도 5 참조)와, 고주파 고압 발생 유니트로부터 반응 유니트로 에너지를 공급하고 반응 유니트를 구조적으로 지지하는 에너지 공급 유니트(도 13 내지 도 15 참조)의 3가지 유니트로 이루어져 있다.

먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 유해 가스 정화 장치의 반응 유니트를 설명한다.

도 1은 반응기(10)의 사시도로서, 에너지 공급 유니트(200)의 상단과 하단에 각각 3개의 반응 유니트(100)가 결합되어 있는 것을 나타내고 있다. 이와 같은 반응기(10)는 도 1에 도시된 것과는 달리 하나의 에너지 공급 유니트(200)의 상단 또는 하단에만 하나 이상의 반응 유니트(100)가 결합될 수 있는 것은 물론이다.

도 2에는 하나의 반응 유니트(100)가 내부 구성이 잘 나타나도록 절단된 상태로 도시되어 있다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 반응 유니트(100)는 복수 개의 전자빔 방출셀(110)이 적층된 전자빔 방출셀 조립체와 그 내부 공간에 배치된 전자빔 폴(120)로 이루어져 있다.

도 3은 하나의 전자빔 방출셀이 도시된 사시도이다. 전자빔 방출셀(110)은 중공형의 판재로 이루어진 것으로서, 외주부(113)가 원형이고, 내주부에는 복수 개의 삼각형 전극(111)이 원주 방향으로 연속하여 형성되어 있다. 또한, 외주부(113)에서 중심 쪽으로 이격된 위치에 전자빔 방출셀을 적층하여 볼트와 같은 결합 수단으로 고정하기 위한 구멍(115)이 가공되어 있다.

이러한 형상의 전자빔 방출셀의 적층 구조가 도 4a와 도 4b에 도시되어 있다. 도 4a에 나타낸 바와 같이, 전자빔 방출셀 조립체(110)는 하나의 전극(111)에 대해 아래 쪽 전자빔 방출셀의 인접한 전극이 원주 방향으로 약간 이격되는 상태로 적층되어, 도 4a와 같이 평면도로 보았을 때 상하의 전극이 서로 겹쳐지지 않게 되어 있다. 또한, 각 전자빔 방출셀은 상하로 인접한 전극들이 맞닿지 않도록 스페이서판(150)에 의해 서로 이격되어 전자빔 방출셀(110)의 구멍(115)과 스페이서판(150)의 구멍(151)이 정렬되도록 조립되어 있다.

도 5에는 반응 유니트(100)를 이루는 전자빔 폴(120)이 도시되어 있다. 전자빔 폴(120)은 원통 형상의 벽면(121)의 상단과 하단에 플랜지면(123)이 형성되어 있고, 이 플랜지면(123)에는 복수 개의 전자빔 폴(120)을 서로 연결하기 위한 체결 구멍(127)이 형성되어 있다. 그리고, 벽면(121)에는 전자빔 방출셀(110)의 각 전극에 대향하는 위치에 반응홀(125)이 형성되어 있다. 이 반응홀(125)은 벽면(121)의 상하 방향으로 길게 형성되어 있는데, 전자빔 방출셀의 전극이 적층된 상태에서 상하로 인접한 전극끼리 나선을 이루므로, 반응홀(125)도 이에 대향하여 대응되는 형상의 나선을 이루고 있다. 그런데, 이러한 나선의 각도는, 후술하는 바와 같이 10° ~ 15°범위인 것이 고밀도의 기체 레이저와 전자빔의 형성에 유리하기 때문에, 적층된 전자빔 방출셀의 수와 각 전자빔 방출셀의 전극의 수 및 원주 방향의 이격된 각도를 이에 맞게 설정할 수 있다.

도 6은 본 발명에 적합한 고주파 고압을 생성하기 위한 고주파 고압 발생 유니트(300)의 하나의 실시예를 나타내는 회로도이다. 본 발명에 따른 고주파 고압 발생 유니트(300)의 출력 전압(OUT)은 도 7a와 도 7b에 도시된 파형으로 나타난다. 상기 출력 전압은 도 8 ~ 도 10에 각각 도시된 제1 ~ 제3 출력 파형(OUT1, OUT2, OUT3)이 합쳐진 것이다.

도 6을 참조하면, 트랜스(T)의 1차측에는 3개의 입력단이 접속되어 있다. 제1 입력단(310)은 제1 입력 전압(V_IN1)이 입력되고 커패시터 C1, 저항기 RF1, 코일 L1이 포함되어 있다. 도 6에 도시된 커패시터 C1, 저항기 RF1, 코일 L1은 발진 기능을 함과 동시에 잡음을 억제하고 코일 L4에서 안정된 출력을 얻기 위해 삽입되었다. 제2 입력단(320)은 제2 입력 전압(V_IN2)이 입력되고, 코일 L2와 커패시터 C2 및 트리거 다이오드 T1로 구성된 일종의 발진 회로가 포함되어 있다. 트리거 다이오드 T1은 쌍방향성 트리거 다이오드로서 일정치 이상인 입력 전압(V_IN2)만 통과시켜 발진 시간을 조절하며, 제2 출력 전압(OUT2)이 도 9에 도시된 주기적인 스파이크 형태의 파형을 갖도록 한다.

제1 및 제2 입력단의 커패시터 C1과 C2는, 예컨대 입력 전압의 2.5 ~ 3배의 내압을 갖는 마일라 커패시터를 사용하는 것이 좋으며, 우수한 내압 용량 특성을 얻을 수 있다. 상기 커패시터 C1과 C2는 1μF 이하의 용량을 유지하여야 하며, 외장은 절연 케이스로 구성하고 에폭시로 성형한다. 한편, 저항기 RF1은 커패시터 C1의 충방전 시상수를 구성하고, 전체 고주파 고압 발생 유니트와의 정합을 위해 가변 저항으로 할 필요가 있으며, 저항 값은 1 ㏀ 이하로 하고 온도 변화 폭이 작은 세라믹` 저항기를 사용하는 것이 좋다.

제3 입력단(330)에는 제3 입력 전압(V_IN3)이 입력되며 중성점 G1을 잡기 위한 커패시터 C4와 C5가 접속되어 있다. 코일 L3에는 스위칭 트랜지스터 Q1의 콜렉터가 연결되고, 트랜지스터 Q1의 에미터와 접지 사이에는 저항기 R_C가 연결되어 있다. 트랜지스터 Q1의 베이스에는 커패시터 C3을 통해 저항기 RF2와 RF3이 연결되어 있다. 저항기 RF2는 커패시터 C3의 충방전 시상수를 구성하고 시스템과의 정합을 위해 가변 저항으로 하는 것이 필요하며, 저항 값은 1 ㏀ 이하로 하고 온도 변화 폭이 작은 세라믹 저항기를 사용하는 것이 좋다. 저항기 RF3과 R_C는 트랜지스터 Q1의 증폭율과 보호용 저항이며, 커패시터 C3은 결합 용량 커패시터이다.

제3 입력단(330)의 트랜지스터 Q1은 예컨대 NPN 바이폴라 트랜지스터로서, 저항기 RF3에 바이어스 전압 이상이 걸릴 때만 턴온(turn-on)되어 발진 신호를 만들어 낸다. 트랜지스터 Q1은 -40 ~ 80 ℃의 온도 특성을 갖는 것이 좋고 방열 설계를 하여야 한다. 또한, 트랜지스터 Q1은 도 1의 고주파 고압 발생 유니트(300)가 사용되는 환경에 적합한 규격의 사용 온도와 보존 온도 특성을 가지는 것으로 선택하며, 고속 스위칭과 저 손실의 트랜지스터인 것이 좋다. 중성점 G1은 도 10에 도시된 제3 출력 파형(OUT3)의 전위가 0 V를 중심으로 진동하도록 하는 것이며, 중성점 G1 양단에 연결되어 있는 커패시터 C4와 C5는 예컨대 세라믹 계열의 소자로서 내압이 3000 V 이상이고 1000~2000 ㎊ 이하의 정전 용량을 갖는 것이 좋다.

제1 ~ 제3 입력단(310, 320, 330)의 입력 전압(V_IN1~V_IN3)은 100~200 V의 단상 교류이고, 슬라이닥스를 사용하여 가변적으로 공급할 수도 있다. 입력 전압(V_IN1~ V_IN3)의 주파수는 50~60 ㎐이다. 입력 전압의 전압 변동률과 주파수 편차 때문에 특성 왜곡이 생기는 것을 방지하기 위해 커패시터 C1, C2 및 C3을 가변 커패시터(배리콘)로 할 수도 있어서 원하는 입력 주파수에 동조되도록 한다.

각 입력단의 코일(L1, L2, L3)은 트랜스(T)의 1차 권선을 이루고, 코일 L4, L5, L6은 트랜스(T)의 2차 권선을 이루며 각각의 출력단과 연결되어 있다. 여기서 주목해야 할 것은 2차 권선을 이루는 코일(L4 ~ L6)은 한 쪽이 접지 되어 있다는 것이다. 이 코일(L1 ~ L6)의 내전압 강도는, 예컨대 3000 V에서 10 분간 견디어야 하며, 권선시 절연 피복이 손상되지 않도록 한다. 1차 권선 코일(L1, L2, L3)로는 1종 절연 코일을 사용하며, 열화 및 노후화를 막기 위해 폭넓게 권선을 한다. 2차 권선 코일 L4~L6 역시 1종 절연 코일을 사용하며 L6은 전류 생성보다는 피크치의 고압 생성을 주목적으로 하기 때문에 L4와 L5보다 지름이 작은 절연 코일로 구성하고 그 권선수를 5배 이상으로 권선을 제작함으로써 고압 출력(OUT1, OUT2)의 고전압이 역류되지 않도록 한다. 또한, 코일을 감기 위해 섹션 보빈을 사용하는 것이 좋은데, 보빈에 코일을 감을 때에는 신뢰성을 보장하기 위해 1칸당 300 회 이하의 권선이 되도록 하는 것이 중요하다. 1칸당 300회 이상의 권선을 하면, 권선 층간의 누설 손실로 전위차가 너무 커져서 열화에 의해 소손되기 쉽다. 또한, 시스템에 강한 임펄스가 생길 경우, 이 임펄스와 링-파형 잡음 등에 의해 트랜스(T)가 열화·소손될 수 있다. 또한, 이 부분에는 열경화성 에폭시 수지로 절연 충전하는 것이 좋은데, 열경화성 에폭시 수지 대신에 상온 경화 수지를 사용하는 경우에는, 절연 수지에 포함되는 경화제 첨가물에 의해 자기장이 누설될 수 있다. 이러한 자화 누설이 일어나는 경우, 동작 전압에는 이상이 없으나 시스템 전체 운영에 일부 가스의 저감 효율이 떨어지는 현상의 주원인이 될 수 있으며, 트랜스는 성형 작업시에도 전체 절연 충전 부분의 50% 정도에서 1차 진공 탈포 후 완전 열경화 건조한 다음 2차로 50%의 절연 성형을 완성하여야 하며, 급격한 경화 작업은 하지 않는 것이 좋다.

트랜스(T)의 철심으로는 규소 강판을 사용하는 것이 좋으며, 니켈 크롬 강판을 사용할 수도 있다. 또한, 이 철심에는 녹이나 수분 침투를 방지하기 위해 절연 바니스를 함침에 의해 외장을 입힌다. 철심은 두께가 0.8 ㎜이고 방열 효과가 뛰어나고 초기 자화 매질이 우수한 재료를 사용하는 것이 좋다.

한편, 트랜스(T)는 그 철심에서 열이 발생하여 전류 공급이 불규칙하게 되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해소하기 위하여, 철심 외장에 방열기(도시하지 않았음)를 설치하고 그 외부에는 적절한 직경의 배관을 수회 감아서 관내에 냉각수를 흘려 철심을 냉각시켜 펄스 전류가 안정시키는 것이 좋다. 상기 배관은 동배관으로 하는 것이 펄스 전류의 안정화에 유리하고, 비자화 또는 절연성 배관은 열전도성이나 펄스 전류의 안정화에 불리함을 알 수 있다.

2차 권선 코일 L4에는, 예컨대 3단의 평활 회로 (HD1, HC1), (HD2, HC2), (HD3, HC3)가 포함되는 제1 출력단(340)이 연결되어 있는데, 각 평활 회로는 예컨대 고압 정류 다이오드(HD1, HD2, HD3)와 커패시터(HC1, HC2, HC3)로 구성되어 있다. 코일 L4에 걸린 교류는 평활 회로를 거치면서 정류, 평활 되어 도 8에 도시된 직류 파형을 제1 출력 전압(OUT1)으로 출력한다. 다이오드 HD1 ~ HD3은 출력 대비 120%의 내압 특성을 갖는 고압 정류 다이오드이다. 커패시터 HC1~HC3은 내압이 예컨대 10 ㎸ 이상이며 커패시터의 용량 값은 HC1 < HC2 < HC3으로 하는 것이 좋다. 특히, 커패시터 HC3은 이 커패시터 HC3의 안전율을 고려하여 10~15 ㎸ 범위에서 사용하는 것이 좋다.

제1 출력단(340)에 의한 출력 전압(OUT1)은 도 8에 도시된 파형을 갖는 정류된 직류 고압 파형으로서, V_PD가 10~12 ㎸이며 커패시터 HC3의 내압을 높일 경우 보다 안정된 직류 고압을 얻을 수 있다.

2차 권선 코일 L5에는 2개의 평활 회로, 즉 HD4, HD5 HC4 및 HD6, HC5와 임피던스 정합을 위한 정합 코일 Lm을 포함하는 제2 출력단(350)이 연결되어 있다. 다이오드(HD4 ~ HD6)는 고압 정류 다이오드이며 출력 대비 120%의 내압 특성을 가지는 것이다. 다이오드(HD4, HD5)는 고압 다이오드의 전류를 높여 역방향으로 전류가 흐르는 것을 막아준다. 커패시터(HC4, HC5)는 동일한 내압 특성과 동일한 정전 용량 값을 가지는 것이 좋으며, 용량 값이 서로 다른 경우에는 커패시터에 의해 누설 전류가 증가하게 된다.

제2 출력단(350)에서 나오는 출력 전압(OUT2)의 파형은, 도 9에 도시된 바와 같이, 일정 전압만큼 오프셋된 주기적인 스파이크 파형을 나타낸다. 이것의 2차 전류는 다이오드(HD4, HD5)에 의해 결정된다.

제3 출력 전압(OUT3)의 파형은 2차 권선 코일 L6에서 바로 출력되는데, 예컨대 도 10에 도시된 링 파형(ring wave)으로 출력된다. 링 파형은 최대 피크치 V_P뒤에 진동 파형이 따라오지만, 이 파형에서 진동 파형은 무시할 수 있으며, 중요한 것은 피크치 V_P이다. 피크치 V_P는 10~20 ㎸로 설정되며 전극에서 전자빔을 발생시켜 가속시키고 이에 의해 기체 레이저가 발생되는 반응 유니트의 중요한 특성값 변수이고, 이 값은 반응 유니트 내의 전기적 절연 상수와도 일치시켜야 한다.

전술한 3개의 출력 전압(OUT1 ~ OUT3)은 저항기 R_X및 커패시터 C_X와 매칭되어 최종 출력 전압(OUT)으로 출력되어 시스템에 에너지를 공급한다. 저항기 R_X는 반응 유니트(100)와 고주파 고압 발생 유니트(300) 간의 과도 충전을 방지하기 위한 것으로 저항값은 500~700 ㏁으로 하는 것이 좋다. 저항값이 700 ㏁을 넘으면 작업자와 측정 장비가 정전기 현상에 의해 다치거나 손상될 수 있다.

도 6에 도시된 고주파 고압 발생 유니트(300)의 출력 전압(OUT)은 도 7a와 도 7b에 도시된 것과 같은 출력 파형을 가지며, 출력 전압(OUT)을 μ초(10^-6초) 단위의 시간축으로 표현한 것을 도 7a에 나타내고, 출력 전압(OUT)을 m초 (10^-3초)단위의 시간축으로 표현한 것을 도 7b에 나타낸다. 이러한 출력 전압(OUT)을 종래 기술에 따른 전자빔 에너지 공급 유니트의 출력 파형과 비교하기 위해, 종래의 출력 파형을 도 12a(μ초 단위의 시간축 사용)와 도 12b(m초 단위의 시간축 사용)에 나타내었다. 2개의 출력 파형을 비교해 보면, 종래 출력 파형은 0 V를 기준으로 V_P만큼 진동하는 파형이지만, 본 발명에 따른 출력 파형(OUT)은, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 제1 출력 전압(OUT1)의 직류 전압(V_PD)만큼 상승(= DC 오프셋)된 상태에서 스파이크가 주기적으로 나타나는 파형임을 알 수 있다.

한편, 도 11에 도시된 것처럼, 제1 출력 전압(OUT1)과 제3 출력 전압(OUT3)을 합친 경우에도, 제1 출력 전압(OUT1)의 전압값(V_PD)만큼 상승된 파형을 얻을 수 있지만, 이것은 본 발명이 목적하는 연속성 전자빔을 얻기에는 전압이 불안정하고 약하기 때문에, 제2 출력 전압(OUT2)의 파형이 더 합쳐져 생성되는 최종 출력 전압(OUT)을 사용하여 광 펄스를 만드는 것이 좋다.

이상과 같은 구성의 고주파 고압 발생 유니트(300)에 의해 발생한 파형의 최종 출력 전압(OUT)은 본 발명에 따른 에너지 공급 유니트(200)를 통하여 반응 유니트(100)에 공급된다. 에너지 공급 유니트(200)는 반응 유니트(100)에 고주파 고압을 공급할 뿐만 아니라, 반응 유니트(100)의 전자빔 방출셀 조립체와 전자빔 폴을 서로 결합시키는 역할도 하는 것이다. 이하에서, 도 13 내지 도 15를 참조하여 이러한 에너지 공급 유니트(200)를 설명하겠다.

도 13은 본 발명의 에너지 공급 유니트(200)만이 도시된 사시도이다. 이 에너지 공급 유니트(200)는 반응 유니트(100)의 전자빔 폴(120)과 결합되는 중앙 프레임(210)과, 이 중앙 프레임(210)을 둘러싸며 전자빔 방출셀 조립체와 결합되는 케이스(220)와, 중앙 프레임(210)과 케이스(220)를 절연 상태로 결합시키며 중앙 프레임(210)에 고주파 고압 발생 유니트(300)로부터의 고주파 고압이 공급되도록 전기적으로 도통되는 결합 부재로 이루어진다.

이러한 에너지 공급 유니트(200)의 구성이 용이하게 나타나도록, 도 14에는 이 에너지 공급 유니트의 케이스(220)가 일부 절단된 상태로 도시되어 있다. 도 14에서, 중앙 프레임(210)은 반응 유니트(100)의 전자빔 폴(120)과 동일한 직경을 갖는 원통 형상의 벽면(211)과 플랜지면(213)으로 이루어지고, 이 플랜지면(213)에는 전자빔 폴(120)의 플랜지면(127)과 결합시키기 위한 체결 구멍(215)이 형성되어 있다. 또한, 케이스(220)는 상단면과 하단면이 개방된 박스 형상으로 이루어지며, 상단면과 하단면의 둘레에 플랜지면(223)이 형성되어, 이 플랜지면(223)에 각각 덮개(미도시)가 체결 구멍(225)에서 체결된다. 덮개는, 바깥쪽에 전자빔 방출셀(110)이 결합되고 안 쪽에는 중앙 프레임(210)과 전자빔 폴(120)이 관통되며 유해 가스가 유통될 수 있도록 절개된 판재로 이루어지는 것이다. 또한, 케이스(220)에는 양측면에서 바깥쪽으로 원통 형상으로 연장된 둥근 원통부(227)가 형성되어 있고, 이 원통부(227)의 양측면에는 역시 원통 형상으로 연장된 절연 단자 장착부(229)가 형성되어 있다.

결합 부재(230)에는, 중앙에서 중앙 프레임(210)에 도전(導電) 상태로 결합된 중심축(231)과, 이 중심축(231)의 양단에 직교 상태로 결합된 보강축(233)과, 중심부가 양보강축(233)의 양단에 부착되고 둘레가 케이스(220)의 원통부(227) 측면에 결합된 절연성 재질의 복수 개의 절연 단자(233)와, 케이스(220)의 원통부(227)의 단부에 절연 상태로 부착되고 중심축(231)에 도전 상태로 연결되어 고주파 고압 발생 유니트(300)에서 공급된 전류가 전자빔 폴(120)에 공급되도록 하는 에너지 입력 단자(240)가 구비되어 있다.

에너지 입력 단자(240)에는, 도 8에 도시된 바와 같이, 케이스(220)의 원통부(227)의 단부에 부착되는 절연성 재질이며 원판 형상인 베이스판(241)과, 이 베이스판과 고주파 고압 발생 유니트(300)로부터 인출되는 도선(미도시)의 절연 상태를 양호하게 하는 절연 파이프(245)가 구비되어 있다. 또한, 이 에너지 입력 단자(240)에는 반응 유니트(100)에 압축 공기를 공급하는 포트(245)가 마련되어 있는데, 이 포트를 통하여 공급된 공기는 베이스판(241)과 절연 파이프(245) 사이에 마련된 틈새를 통하여 공급되도록 되어 있다.

이상에서는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유해 가스 정화 장치의 구성에 대해 설명하였다. 이하에서는, 전술한 본 발명의 장치의 구성에 따라서 본 발명의 유해 가스 정화 장치를 작동시켜 유해 가스를 정화시키는 과정에 대해 설명하겠다.

이하에서는, 먼저 고주파 고압 발생 유니트에서, 본 발명의 유해 가스 정화 장치에 요하는 기체 레이저와 전자빔을 발생하기 위한 고압의 고주파를 발생시키는 과정과, 여기서 발생된 고주파 고압이 반응 유니트에 공급되어 기체 레이저와 전자빔이 발생하는 과정을 설명하고, 마직막으로 이렇게 발생된 기체 레이저와 전자빔에 의해 배기 가스 중의 유해 성분이 저감되는 과정을 설명하기로 하겠다.

다시 도 6에 돌아가 보면, 제1 ~ 제3 입력단(310, 320, 330)에 입력 신호(V_IN1~V_IN3)로서 주파수 50~60 ㎐, 100~200 V의 단상 교류가 입력되어, 제1 입력단(310), 제2 입력단(320), 제3 입력단(330)에서 각각 발진이 이루어진다.

이상과 같이 제1 ~ 제3 입력단(310, 320, 330)에서 발진된 펄스는 트랜스(T)에서 각각 승압이 이루어진다. 트랜스(T)의 2차 권선 코일 L4에 걸린 고압은 제1 출력단(340)의 평활 회로를 거치면서 정류, 평활되어 도 8에 도시된 직류 고압 파형이 제1 출력 전압(OUT1)으로서 출력된다. 2차 권선 코일 L5에 걸린 전압은 2개의 평활 회로, 즉 HD4, HD5, HC4 및 HD6, HC5와 임피던스 정합을 위한 정합 코일 Lm을 포함하는 제2 출력단(350)을 거쳐 도 9에 도시된 주기적인 스파이크 파형이 제2 출력 전압(OUT2)으로서 출력된다. 제3 출력 전압(OUT3)은 도 10에 도시된 링 파형(ring wave)으로 2차 권선 코일 L6에서 바로 출력된다. 이러한 3개의 출력 전압(OUT1 ~ OUT3)은 저항기 R_X및 커패시터 C_X와 매칭되어 최종적인 파형의 출력 전압(OUT)으로 출력된다.

도 6에 도시된 고주파 고압 발생 유니트(300)의 출력 전압(OUT)은, 도 7a와 도 7b에 도시된 것과 같이, 주기가 10㎱ 정도로 매우 짧고 전압이 10 ㎸ 이상인 고주파 고압이다. 이러한 고압의 고주파 에너지는 절연 고압 케이블에 의해 에너지 공급 유니트(200)를 거쳐 반응 유니트(100)의 전자빔 폴(120)에 인가된다.

전술한 과정을 통하여 전자빔 폴(120)과 전자빔 방출셀(110)의 전극(111) 사이에 전기장이 형성되어 전자빔 방출셀(111)의 전극으로부터 전자빔 폴(120)의 반응홀(125)로 전자빔이 조사된다. 이러한 전자빔은 도 7a에 나타낸 바와 같이 항상 10㎸ 이상의 직류 정전기력 현상이 유지된 상태에서 펄스가 인가되므로 가간섭성의 레이저빔이 동시에 발생하게 된다. 더욱이, 도 9에 도시된 바와 같이, 전자빔 방출셀(110)의 전극이 적층되어 있는 상태에 따라 반응홀(125)의 비틀림에 의해 전술한 빔의 폭이 확장되어 입사파로부터 새로운 가간섭성의 레이저빔이 확장되어 조사된다.

한편, 전술한 구성의 반응 유니트를 전기적 기능에 따라 개략적으로 도시하면, 도 11과 같이 치환하여 볼 수도 있다. 도 11에서와 같이 반응 유니트 내에서 하나의 전극(111)과 전자빔 폴(120)은 하나의 캐패시터로 볼 수 있으므로 도 11의 우측의 회로도와 같이 표현될 수 있다. 이와 같이, 반응 유니트는 여러 개의 캐패시터가 병렬로 연결된 것과 같으므로, 그 작동시 심한 소음이 발생하게 된다. 이러한 소음은 배기 가스의 흐름에 따라 외부로 방출된다. 그러나, 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 반응 유니트(100)는 연결기(140)와 배기 가스의 유출입구(130)와 연결됨으로써, 유입된 배기 가스가 반응 유니트(100)와 연결기(140)와 유출입구(130)를 거치면서 팽창과 수축을 반복하는 과정에서 전체 장치가 흡음재의 역할을 하여 소음을 크게 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 이러한 기체 레이저와 전자빔 조사 상태를 반응 유니트의 상단면에서 내려다보면 각 전극에서 반응홀로 여러 가닥의 전자빔이 방출되는 것으로 나타나므로, 이는 전극(111)과 전자빔 폴(120) 사이의 영역(이하, "반응 영역"이라 부른다)에 수 천 메시(mesh)에 해당하는 그물망의 형태로 기체 레이저와 전자빔이 조사되는 것으로 볼 수 있다. 또한, 반응 영역의 중심 부분에는 백색 파도 현상이 나타나고 강한 이온풍이 발생하며, 전류 흐름의 역방향에서 좌측으로, 즉 도 4a의 반시계 방향으로 강한 회절풍이 발생하게 된다.

전술한 바에 따라 형성된 반응 영역에 질소 산화물(NOx), 황 산화물(SOx), 탄화 수소(HC)와 같은 유해 물질이 함유된 배기 가스를 투입하였을 때, 고밀도의 전자빔에 의해 배기 가스 성분이 해리 됨으로써 산화/환원 반응을 통하여 유해 물질이 제거됨을 알 수 있었다.

예를 들어, 상기 반응 영역에 NOx를 투입한 경우에는 전자빔에 의해 결과적으로 N₂와 O₂가 배출됨을 실험을 통하여 확인하였다. 한편, 디젤 기관과 같이 배기 가스 중에 NOx와 HC가 다량 포함되어 있는 경우에는, 이들의 혼합 가스의 정화 성능을 가져야 하므로 이에 대하여 저감 시험을 하였다. 이 때, NOx 제거에 관련되는 산화성 라디칼은 주로 O, HO₂, OH이며, 그 밖에 오존(O₃)이 NOx의 산화에 기여함을 알 수 있었다. 오존은 전자빔 현상의 반응 유니트 내에서 산소(O₂)의 해리에 의해 발생기 산소(O)와 함께 발생하는 유해 물질로 NOx의 제거에 기여하며 대부분이 대기로 방출되지 않고 전자빔 방출셀(111)과 전자빔 폴에 소량 흡착되어 있는 탄소 성분에 흡착되었다. 그리고, 황 산화물(SOx)의 경우에도 SOx → S + x[O]의 해리 반응에 의해 해리되어 제거된다.

또한, 질소의 해리에 의해 발생한 단원자 질소(N)도 NOx 제거에 영향을 미친다. 즉, N + NOx → N₂+ xO 의 반응이 일어난다.

그러나, 질소(N)의 경우, N은 OH, HO₂, O₂와 반응하여 NO를 생성하므로, NOx의 효과적인 제거를 위하여 반응 영역에 압축 공기를 투입하는 것이 유리하다는 사실을 알게 되었다. 즉, 배기 가스 외에 별도의 압축 공기를 투입함으로써 압축 공기 중의 수분이 해리(H₂O → H₂+ + 2[0])되어 반응이 촉진 되었다. 압축 공기는 도 15에 도시된 에너지 공급 단자(240)의 압축 공기 입력 포트(243)를 통하여 반응 유니트(100)에 투입된다.

이상과 같이 설명한 유해 가스 정화 장치는 하나의 고주파 고압 발생 유니트와 하나의 에너지 공급 유니트에 복수 개의 반응 유니트를 에너지 공급 유니트의 상단과 하단에 부착하여 사용하는 것이 좋다. 이렇게 구성한 예가 도 17에 도시되어 있다. 도 17에는 중앙에 에너지 공급 유니트(200)를 두고 상단과 하단에 각 각 3개의 반응 유니트(100)를 결합시킨 것이다.

도 17을 참조하면, 유해 가스가 A 위치로부터 유입되어 B 위치로 배출된다. A 위치와 B 위치 사이에서 유해 가스는 전자빔 방출셀(110)과 전자빔 폴(120) 사이의 전자빔이 조사되는 반응 영역을 통과하면서 유해 성분이 제거된다. 그런데, 이러한 흐름은 매우 고속이지만, 전술한 바와 같이 반응 유니트 내의 기체 레이저와 전자빔은 그 밀도가 매우 높으며, 반응 유니트(100)가 원형으로 형성되어 배기 가스의 통로 중 기체 레이저와 전자빔이 조사되지 않는 영역이 없기 때문에, 유해 가스가 미반응 상태로 이 장치를 통과하지 못하게 된다. 또한, 배기 가스가 고속으로 반응 영역을 통과하더라도, 본 발명에 의한 기체 레이저와 전자빔은 매우 짧은 파장으로 조사되므로, A 위치에서 B 위치로 이동하는 동안 배기 가스 중의 유해 물질을 반드시 기체 레이저와 전자빔에 노출되어 반응이 일어나게 되는 것이다.

이러한 구성의 유해 가스 정화 장치는 차량과 같이 소용량의 배기 시스템에 하나만 장착할 수도 있고, 도 19에 도시된 바와 같이 소각로에 복수 개의 유니트가 직렬로 연결된 반응 유니트를 여러 개를 병렬로 연결하여 사용함으로써 처리 효율과 처리 용량을 쉽게 증대시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 유해 가스 정화 장치와 방법에 의하면, 기체 레이저와 전자빔을 유해 가스에 조사함으로써 그 성분이 해리되어 여러 반응이 일어나고 촉진되므로, 이러한 장치와 방법은 다양한 분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 소각로, 산업 현장, 각종 동력 발생 기관 등에서 발생하는 배기 가스를 처리하는데 사용될 수 있음은 물론이고, 공기 정화, 탈취 등의 기능을 함으로써 생활 공간 및 산업 현장이나 터널과 같은 지하 공간에서 공기 청정기로도 이용될 수도 있다. 또한, 오존의 발생 기능에 의해 살균 및 멸균 장치로도 사용될 수 있고, 의료 기기 및 산소 발생 장치 또는 식품 위생 처리 장치에도 사용될 수 있다. 그 밖에도 집중 냉난방 시설용 정화 장치와 폐수 처리 장치 또는 지하 매립용의 폐기물 처리 장치, VOC 처리 장치, 인공 강우 장치 또는 각종 부엌용 장치 등의 각종 분야에 응용될 수 있음은 본 발명의 기술 분야의 당업자에게 자명하다.

전술한 바와 같이 구성된 본 발명의 유해 가스 정화 장치 및 방법을 이용하여 배기 가스를 처리하여 그 저감 효율의 성능을 평가하는 실험을 한 결과 다음의 표 1과 같은 결과를 얻었다. 이 때, 유해 가스 정화 장치(10)의 전류 발생 유니트(300)에 공급된 전류는 AC 100V, 400 mA 이었다.

분석 항목	장치 유입 농도	장치 통과후 농도	저감율 (%)
미연 탄소(매연)	20 %	3 %	85
일산화탄소(CO)	5000 ppm	1500 ppm	70
탄화수소(HC)	5000 ppm	1500 ppm	70
질소 산화물(NOx)	3000 ppm	1200 ppm	60
황 산화물(SOx)	3000 ppm	1200 ppm	60
입자상 물질(PM)	0.5 mg/㎥	0.15 mg/㎥	70

또한, 다이옥신과 같이 배기 가스에 함유면서 생물체에 매우 유해하고 그 조성이나 화학적 구조가 정확하게 알려지지 않은 미확인 물질이 본 발명에 따른 유해 가스 정화 장치에서 분해되는지를 동물 시험을 통하여 간접적으로 확인하였다.

먼저, 쓰레기나 폐타이어를 연소시켜 발생된 가스를 모아 증류수에 용해시켜 그 농축액을 얻었다. 이 농축액 100㏄를 어류가 들어 있는 10ℓ 용적의 어항에 넣은 결과 모든 어류가 수분만에 폐사하였다. 그러나, 전술한 연소 가스를 본 발명의 장치를 통과시켜 처리하여 그 농축액을 앞의 경우와 동일하게 어항에 투입한 결과 어류가 아무 이상 없이 번식하며 자라는 것을 확인하였다.

이상과 같이 직접적인 저감율의 측정 및 생물체를 통한 간접 실험 결과에 따르면, 본 발명에 의한 유해 가스 정화 장치에 의해 배기 가스 중의 유해 물질이 상당량 제거되는 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 소형이 장치이면서도 고밀도의 기체 레이저와 전자빔을 발생시킴으로써 운반과 설치가 용이하여 소형 자동차 등에도 저렴한 비용으로 부착할 수 있는 유해 가스 정화 장치를 제공할 수 있을 것이다. 더욱이, 본 발명의 유해 가스 정화 장치는 여러 개의 반응 유니트를 직렬로 연결하여 그 처리 효율을 쉽게 제고할 수 있고, 병렬로 연결하여 대용량의 배기 가스 배출 기관 또는 대형의 소각로에도 쉽게 적용할 수 있다.

Claims

배기 가스의 통로 중에 기체 레이저와 전자빔을 조사하여 배기 가스 중의 유해 물질을 저감하는 유해 가스 정화 장치에 있어서,

바깥쪽에는 중공형 판재로 이루어진 복수 개의 전자빔 방출셀이 적층되고 안 쪽에는 원통형의 전자빔 폴이 구비되며, 상기 복수 개의 전자빔 방출셀과 상기 전자빔 폴 사이에 배기 가스의 통로가 형성되고, 상기 배기 가스의 통로에는 상기 전자빔 방출셀에서 상기 전자빔 폴에 기체 레이저와 전자빔이 조사되는 반응 영역이 형성되는 반응 유니트와,

상기 전자빔 폴에 공급되는 고주파 고압이 발생되는 고주파 고압 발생 유니트와,

상기 고주파 고압을 상기 전자빔 폴에 공급하며 상기 반응 유니트가 고정되어 지지되는 에너지 공급 유니트가 포함되고,

상기 전자빔 방출셀의 내주부에는 방사형으로 연속하여 복수 개의 전극이 형성되고, 상기 전자빔 방출셀은 상하로 인접한 전자빔 방출셀의 대응하는 전극이 원주 방향으로 서로 편심되도록 소정 각도로 서로 어긋나게 적층되고,

상기 전자빔 폴은 원통형의 벽면에 길이 방향의 반응 홀이 상기 각 전극에 대향되도록 소정 각도로 비틀려 형성되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
제1항에 있어서, 상기 반응 유니트의 각 전자빔 방출셀은 그 외주부가 원형으로 이루어지고, 내주부에는 삼각형의 전극이 꼭지점이 상기 전자빔 방출셀의 중심을 향하는 상태로 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
제2항에 있어서, 상기 반응 유니트의 각 전자빔 방출셀은 상하로 인접한 전극이 원주 방향으로 10°~ 15° 어긋나게 적층되고, 상기 전자빔 폴의 상기 반응 홀은 상기 전극들과 대향하도록 길이 방향으로 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
제1항에 있어서, 상기 에너지 공급 유니트에는, 원통형 부재로 이루어지고 상기 전자빔 폴과 결합되는 중앙 프레임과, 상기 중앙 프레임을 둘러싸며 상기 전자빔 방출셀과 결합되는 케이스와, 상기 중앙 프레임과 상기 케이스를 절연 상태로 결합시키며 상기 중앙 프레임에 전류를 공급하는 결합 부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
제4항에 있어서, 상기 에너지 공급 유니트의 결합 부재에는, 중앙에서 상기 전자빔 폴에 결합된 중심축과, 상기 중심축의 양단에서 직교 상태로 결합된 보강축과, 각각 중앙에서 상기 양보강축의 양단에 부착되고 바깥 쪽 면에서 상기 케이스에 결합된 절연성 재질의 복수 개의 절연 단자와, 상기 케이스의 외면에 절연 상태로 부착되고 중심축에 도전 상태로 연결되어 상기 에너지 공급 유니트에서 공급된 고주파 고압이 상기 전자빔 폴에 공급되도록 하는 에너지 입력 단자를 구비되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
제1항에 있어서, 상기 배기 가스 통로의 반응 영역에 소정량의 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 유니트가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
제6항에 있어서, 상기 압축 공기 공급 유니트에서 발생된 압축 공기는 상기 에너지 공급 유니트를 통하여 공급되는 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
기체 레이저와 전자빔을 발생시키기 위한 고주파 고압을 발생시키는 고주파 고압 발생 유니트에 있어서,

각각 3개의 코일로 이루어진 1차 권선과 2차 권선 및 단일 철심이 구비된 승압용 트랜스와, 상기 트랜스의 1차 권선의 각 코일에 각각 접속되는 제1 내지 제3 입력단과, 상기 2차 권선의 각 코일에 접속되는 제1 내지 제3 출력단이 포함되며,

상기 제1 출력단에서는 직류 고압이 출력되고, 상기 2차 출력단에서는 진동 파형의 고주파 고압이 출력되며, 상기 제3 출력단에서는 상기 2차 권선 코일의 고주파 고압 출력이 바로 출력되어, 상기 3개의 출력 파형의 고주파 고압이 합쳐져서 최종의 고주파 고압이 출력되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 제1 입력단에는 발진 기능을 하는 커패시터, 저항, 코일이 포함되고, 상기 코일은 상기 트랜스의 1차 권선 중의 하나인 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제9항에 있어서, 상기 제1 입력단의 커패시터는 상기 입력단의 입력 전압의 2,5 ~ 3배의 내압을 갖는 마일라 커패시터이며, 그 외장은 절연 케이스로 구성되고 에폭시로 성형되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제9항에 있어서, 상기 제1 입력단의 커패시터는 1㎌ 이하의 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제9항에 있어서, 상기 제1 입력단의 저항은 세라믹 가변 저항으로 이루어지며 커패시터와 접속되어 커패시터의 충방전 시상수를 구성하는 것을 특징으로 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 제2 입력단에는 발진 기능을 하는 커패시터, 트리거 다이오드와 코일이 포함되며, 상기 코일은 상기 트랜스의 1차 권선 중의 하나인 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제13항에 있어서, 상기 제2 입력단의 커패시터는 상기 입력단의 입력 전압의 2,5 ~ 3배의 내압을 갖는 마일라 커패시터이며, 그 외장은 절연 케이스로 구성되고 에폭시로 성형되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 제3 입력단에는 NPN 바이폴라 트랜지스터가 포함되어, 이 트랜지스터의 콜렉터에는 상기 트랜스의 권선을 이루는 코일이 연결되고, 에미터에는 저항이 연결되어 접지되며, 베이스에는 커패시터가 연결되고, 이 커패시터에는 접지된 저항과 전원 입력 측으로 접속된 저항이 연결되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제15항에 있어서, 상기 제3 입력단에는 해당 입력 단자와 병렬로 연결된 2개의 커패시터가 포함되며, 상기 커패시터는 접지 단자에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 트랜스의 철심은 섹션 보빈을 삽입하여 코일이 감기며, 상기 섹션 보빈에는 한 칸당 코일이 300회 이하로 감기는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 2차 권선을 이루는 3개의 코일은 한쪽이 모두 접지되어 있는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 2차 권선의 제3 출력단에 연결된 코일은 나머지 코일보다 지름이 더 작고 권선 수가 더 많은 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 트랜스의 외면에는 동배관의 수냉식 냉각 유니트가 설치되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 제1 출력단에는 평활 회로가 포함되며, 각 평활 회로는 고압 정류 다이오드와 커패시터로 이루어짐으로써, 상기 2차 권선의 코일로부터의 출력 전압이 정류·평활화되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제21항에 있어서, 상기 제1 출력단의 평활 회로의 각 커패시터는 출력 측에 가까운 커패시터일수록 용량이 더 큰 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 상기 제2 출력단에는 2개의 다이오드와 커패시터로 구성된 제1 평활 회로와 임피던스 정합을 위한 정합 코일과 1개의 다이오드와 커패시터로 구성된 제2 평활 회로가 포함되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제8항에 있어서, 제1 내지 제3 출력단의 출력 전압이 합쳐진 후 기체 레이저와 전자빔이 발생하는 반응 유니트와의 과도 충전을 방지하기 위하여 중성점 접지 및 저항과 커패시터의 매칭에 의해 최종 출력 전압이 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 고압 발생 유니트.
제1항 내지 제7 중의 어느 하나의 항에 있어서, 상기 고주파 고압 발생 유니트는 상기 제8항 내지 제24항 중의 어느 하나의 항에 따른 고주파 고압 발생 유니트인 것을 특징으로 하는 유해 가스 정화 장치.
기체 레이저와 전자빔을 이용하여 배기 가스 중의 유해 물질을 저감시키는 유해 가스 정화 방법에 있어서,

(1) 상용 전력을 직류 고압과 진동 파형의 고주파 고압과 링 파형의 고주파 전압으로 변환시키고,

(2) 상기 각 전압을 합하여 고주파 고압을 발생시키고,

(3) 상기 고주파 고압의 출력 전압에 의해 기체 레이저와 전자빔을 발생시키고,

(4) 배기 가스에 상기 기체 레이저와 전자빔을 조사하여 배기 가스 성분을 해리시키고 라디칼 반응을 촉진시켜 유해 물질이 분해되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
제26항에 있어서, 상기 상용 전력은 단상 교류 전압으로서 전압이 100 ~ 220 V이고 주파수가 50 ~ 60 ㎐인 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
제26항에 있어서, 상기 단계 (1)는,

제1 입력을 발진 기능을 하는 커패시터, 저항, 코일에 의해 발진시켜 트랜스에 의해 승압시키고, 각각 고압 정류 다이오드와 커패시터로 이루어진 3단의 평활 회로에 의해 트랜스로부터의 출력 전압 파형을 정류·평활화하여 직류 고압을 발생시키고,

제2 입력을 커패시터, 트리거 다이오드와 코일로 구성된 발진 회로에 발진시키고 난 다음 트랜스에 의해 승압시키며, 트랜스로부터의 출력 전압을 2개의 다이오드와 커패시터로 구성된 제1 평활 회로와 임피던스 정합을 위한 정합 코일과 1개의 다이오드와 커패시터로 구성된 제2 평활 회로를 통과시켜 진동 파형의 고주파 고압을 발생시키고,

제3 입력을, 콜렉터에는 트랜스의 권선을 이루는 코일이 연결되고 에미터에는 저항이 연결되어 접지되며 베이스에는 커패시터가 연결되는 NPN 바이폴라 트랜지스터에 의해 링 파형 고주파 고압을 발생시키는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
제26항에 있어서, 상기 단계 (3)와 단계 (4)는,

바깥쪽에는 중공형 판재로 이루어진 복수 개의 전자빔 방출셀이 적층되고 안 쪽에는 원통형의 전자빔 폴이 구비되며, 상기 복수 개의 전자빔 방출셀과 상기 전자빔 폴 사이에 배기 가스의 통로가 형성되고, 상기 배기 가스의 통로에는 상기 전자빔 방출셀에서 상기 전자빔 폴에 전자빔이 조사되는 반응 영역이 형성되는 반응 유니트에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.
제26항에 있어서, 상기 라디칼 반응을 더 촉진하기 위하여 상기 반응 영역에 압축 공기를 공급하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 정화 방법.