KR200190380Y1 - 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 소각로의 배기가스에 포함되는 NOxㆍSOxㆍCOㆍ미연소 탄화수소 (HC)ㆍ매연ㆍ분진ㆍ일반 산업가스와 같은 각종 가스와 수중에 함유된 각종 오ㆍ폐수 등을 효과적으로 정화 및 제거할 수 있는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 흡기구와 배기구가 형성된 절연케이스의 내 공간부에 방전전원이 공급되는 도전성 양극판과 도전성 음극판이 마주보도록 설치되며, 음극판에는 조밀한 간격으로 복수 개의 통공을 형성한 다음 음극관을 각각 고정하고, 양극판에는 상기 음극관과 1:1로 대응하는 위치에 양극봉을 고정시킨 다음 방전공간부를 갖는 음극관과 양극봉을 결합함으로써 방전셀인 양극봉과 음극관으로 고밀도의 플라즈마가 발생되며, 발생된 고밀도의 플라즈마는 음극관과 케이스 사이에 형성되는 배기로를 통하여 합류되어 대용량화 된 고밀도의 플라즈마가 배기구로 자연스럽게 배출되게 하여 여러 산업분야에 적절히 응용할 수 있도록 한 것이다.
본 고안에서 양극봉이 고정되는 양극판과 음극관이 고정되는 음극판은 평판형이나 원통형ㆍ정사각형 또는 직사각형으로 다양하게 구성할 수 있으며, 흡기구에는 탈ㆍ부착형 에어필터를 설치하여 방전공간으로 유입되는 공기가 깨끗이 여과되게 함으로써 양질의 플라즈마를 얻을 수 있도록 하고 또한 본 고안 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치의 수명연장을 꾀할 수 있도록 한 것이다.
Description
본 고안은 고밀도 플라즈마 방전을 이용하여 소각로의 배기가스에 포함되는NOxㆍSOxㆍCOㆍ미연소 탄화수소(HC)ㆍ매연ㆍ분진ㆍ일반 산업가스와 같은 각종 가스 및 수중에 함유된 각종 오ㆍ폐수 등을 효과적으로 정화ㆍ제거할 수 있는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치에 관한 것으로, 상세하게는 복수 개의 양극봉이 설치되는 외통과 복수 개의 음극관이 설치되는 음극관과 외통을 둘러싸는 절연재로 몸체를 구성하고, 몸체의 상ㆍ하부에 깔대기 형상의 상부몸체와 하부몸체를 절연재로 연결하고, 상부몸체에는 에어필터와 흡기구를 설치하고, 하부몸체에는 흡기펌프(또는 흡기팬)나 벤츄리관 구조에 의해 발생된 대용량 고밀도의 플라즈마가 자연스럽게 배출되는 배기구를 형성하여 여러 산업분야에 응용할 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 플라즈마(plasma)는 평면 도체 판에 구멍을 뚫은 음극(陰極)과 양극(陽極) 사이에 수 천 내지 수 만 볼트의 전압과 수 ㎃ 내지 수 A의 전류를 흘려서 발생시킬 수 있다. 이렇게 생성되는 플라즈마는 이온 라디컬 전자로 구성되며 기체ㆍ고체ㆍ액체에 이어 물질의 제 4상태라고 부른다. 이때 양극과 음극 사이에 코로나 방전이 일어나면 음이온이 주로 생성(발생)되고 스파크 방전이 일어나면 오존(O3)이 주로 생성된다.
이와 같은 플라즈마는 본 고안자가 고안한 플라즈마 방전을 이용한 디젤 자동차 배기가스 정화장치(특허 제10-0188234호), 공기 청정기, 소각로의 배기가스 정화와 고농도 산업폐수ㆍ축산폐수ㆍ매립장 침출수의 정화처리에도 이용될 수 있다.
한편, 본 출원인(고안자)이 1999. 1. 11 등록한 특허 제10-0188234호 '플라즈마 방전을 이용한 디젤 자동차의 배기가스 정화장치'는 도전성을 띄는 관체형 음전극(陰電極) 내부에 끝이 면으로 절단된 봉체형의 양전극(陽電極)을 결합하여 방전전극(放電電極)이 구성되므로 방전전하가 집중되지 못하고 분산되는 문제점이 있어서 방전전극의 수명이 짧을 뿐 아니라 방전효율이 낮아 배기가스의 정화효율도 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 고농도 산업폐수ㆍ축산폐수ㆍ매립장 침출수의 정화처리등에 사용되는 수(水)처리장치 역시 그 효율이 낮고 수명이 짧은 문제점이 있었다.
또한, 플라즈마 발생장치를 다층구조로 구성하는 경우 상층판에서 발생된 플라즈마가 하층판에 부딪치면서 라디칼이 파괴되고 플라즈마가 활성을 잃게되므로 플라즈마 발생효율이 크게 떨어지는 등의 문제점이 있었다.
따라서, 본 고안에서는 방전에 의해 발생되는 대용량 고밀도의 플라즈마가 부딪침 없이 자연스럽게 배출되게 함으로써 효율을 크게 향상시켜 이들 오염가스와 오ㆍ폐수를 정화 처리할 수 있도록 하고 동시에 소각로 배기가스에 포함된 다이옥신 및 미 연소 휘발성 유기화합물(VOC)과 오ㆍ폐수 중의 오염물질을 정화ㆍ처리할 수 있는 대용량 고밀도의 플라즈마 발생장치를 제공함에 목적이 있다.
또한, 음극관과 양극봉으로 구성되는 방전셀을 조밀한 간격으로 무수히 설치하여 발생되는 고밀도의 플라즈마가 합류하면서 배출되게 함으로써 고밀도 플라즈마를 대용량화 할 수 있게 함을 목적으로 한다.
또한, 대용량 고밀도의 플라즈마 발생장치를 슬림형으로 구성하여 여러 산업분야에 적용(응용)할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
또한, 슬림형 플라즈마 발생장치의 경우 한 개 이상의 고밀도 플라즈마 발생장치를 직렬이나 병렬 또는 직ㆍ병렬로 혼합 연결하여 대용량의 고밀도 플라즈마가 발생되도록 함을 목적으로 한다.
또한, 본 고안을 고온이 발생되는 장소에 사용하는 경우 내열성이 우수한 세라믹 계열의 절연재를 사용하도록 하고, 저온이나 상온이 발생되는 장소에 사용하는 경우 내열성이 다소 떨어지는 합성수지나 테프론, 실리콘, 베이클라이트와 같은 절연재질을 사용하도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 흡기구와 배기구가 형성된 절연케이스의 내 공간부에 방전전원이 공급되는 도전성 양극판과 도전성 음극판이 마주보도록 설치되며, 음극판에는 조밀한 간격으로 복수 개의 통공을 형성한 다음 음극관을 각각 고정하고, 양극판에는 상기 음극관과 1:1로 대응하는 위치에 양극봉을 고정시킨 다음 방전공간부를 갖는 음극관과 양극봉을 결합함으로써 방전셀인 양극봉과 음극관으로 고밀도의 플라즈마가 발생되며, 발생된 고밀도의 플라즈마는 음극관과 케이스 사이에 형성되는 배기로를 통하여 합류되어 대용량화 된 다음 배기구로 배출되게 하고, 양극판과 음극판 사이에는 흡기구와 연결되는 기로(氣路)를 형성하여 급기되는 공기가 기로와 복수 개의 음극관 및 배기로와 배기구를 통하여 부딪힘이나 충돌을 방지하여 라디칼의 파괴나 플라즈마의 활성저하를 방지하여 고밀도의 플라즈마가 발생되게 한다.
또한, 본 고안에서 양극봉이 고정되는 양극판과 음극관이 고정되는 음극판은평판형이나 원통형ㆍ정사각형 또는 직사각형으로 다양하게 구성할 수 있으며, 흡기구에는 탈ㆍ부착형 에어필터를 설치하여 방전공간으로 유입되는 공기가 깨끗이 여과되게 함으로써 양질의 플라즈마를 얻을 수 있도록 한다.
본 고안에서 양극판과 음극판에 1:1로 대응설치되는 방전셀은 조밀한 간격으로 무수히 설치하여 소각로 배기가스 내에 포함된 다이옥신, 미 연소 휘발성 유기화합물(VOC)과 분진 및 오ㆍ폐수 중의 각종 오염물질을 대용량의 고밀도 플라즈마 방전불꽃을 이용하여 효과적으로 산화 분해하도록 한다.
본 고안에서 양극봉이 고정되는 양극판과 음극관이 고정되는 음극판은 평판형이나 원통형ㆍ정사각형 또는 직사각형으로 구성할 수 있다.
또한, 슬림형으로 하는 경우 양극판과 음극판을 내ㆍ외통 대신 평판형으로 구성하되 평행하도록 대향 설치하고 양극봉과 음극관은 1:1로 설치하여 고밀도의 플라즈마를 대량으로 얻을 수 있도록 한다.
본 고안의 플라즈마 방전전극은 내산성ㆍ내마모성과 전기 도전성이 우수한 금속이나 금속합금으로 끝이 뽀족한 침상으로 형성하여 플라즈마 발생효율을 크게 높이도록 한다.
본 고안의 플라즈마 정화장치는 고전압 발생장치(HV)로 3,000V∼25,000V의 고전압을 발생시킨 다음 복수 개의 방전전극으로 각각 공급시켜 코로나 방전에 의한 고밀도의 플라즈마를 대량으로 발생시켜 디젤 자동차 및 소각로의 배기가스나 오ㆍ폐수 정화장치에 적용하여 오염가스 및 오ㆍ폐수를 정화 처리할 수 있도록 한다.
상기에서 승압시킨 전원이 3,000V∼25,000V의 고전압에서는 푸른색의 플라즈마가 발생되고 배기가스의 정화효율은 더욱 높아진다. 발생되는 플라즈마는 관체형 음극관과 봉 형상의 양극봉 구조에 의해 긴 길이와 큰 세력으로 방전되므로 대용량 고밀도의 플라즈마가 발생되며, 따라서 배기가스와 매연 또는 오ㆍ폐수의 정화효율이 매우 우수하며 자동차에 설치하는 경우 시동초기부터 정화효율을 최대한으로 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 고안에서 2개 이상의 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치를 직렬이나 병렬 또는 직ㆍ병렬 혼합형으로 설치하여 배기가스 또는 오ㆍ폐수의 정화효율을 극대화시킬 수 있도록 한다.
플라즈마 방전전극은 밀도가 높게 복수 개로 설치하여 배출되는 매연가스의 배출저항을 최대한으로 줄여 배출압력에 의한 엔진 부하상승 및 행정불량요인이 없도록 하고 오ㆍ폐수 처리장치의 경우 고밀도의 음이온이 대량으로 공급되어 정화효율을 극대화시킬 수 있도록 한다.
도 1 : 본 고안 일 실시 예의 단면 구성도.
도 2 : 본 고안의 몸체 부분 횡단면도.
도 3 : 본 고안 양극봉 부분 확대 단면도.
도 4 : 본 고안 상부 절연재 부분 횡단면도.
도 5 : 본 고안 하부 절연재 부분 횡단면도.
도 6 : 본 고안 도 3의 다른 실시 예 단면도.
도 7 : 본 고안 도 3의 또 다른 실시 예의 단면도.
도 8 : 본 고안 도 2의 다른 실시 예의 횡단면도.
도 9 : 본 고안 도 1의 다른 실시 예의 단면 구성도.
도 10 : 본 고안의 기본 단면 구성도.
도 11 : 본 고안 도 10의 다른 실시 예 단면 구성도.
도 12 : 본 고안 도 11에 의한 양극봉 부분 단면도.
도 13 : 본 고안 도 12의 다른 실시 예 단면도.
＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
(2)(2a)(2b)(2c)(2d)--대용량 고밀도 플라즈마 발생장치
(4)(4a)(20)(20b)(22)(22b)--절연재 (6)(16)(18)--몸체
(8)(8a)(8b)(80)(80a)(82)--양극봉 (10)(10a)(14b)--외통
(12)(12a)(12b)(76)(76a)--음극관 (14)(14a)(10b)--내통
(24)(86)(86a)--에어필터 (26)--지붕
(28)(88)(88a)--흡기구 (30)(90)(90a)--흡기펌프(또는 흡기팬)
(32)--벤츄리관 (34)(34a)(92)(92a)--배기구
(36)(36a)(36b)(74)(74a)--기로 (38)(38a)(38b)--중공부
(40)--지지간 (42)(62)--나사구조
(44)--방전전원 (46)--차단부재
(48)--유도로 (50)(82)--침상부
(52)(84)(84a)--방전공간부 (54)(56)--급전선
(58)(58b)--기공 (60)--연결부
(64)(68)(68a)--케이스 (66)--배기공
(70)(70a)--양극판 (72)(72a)--음극판
(78)(78a)--배기로 (96)--흡입펌프(또는 흡입팬)
(94a)(98)--나공
도 10은 본 고안 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치의 기본적인 단면 구성도로, 흡기구와 배기구가 형성된 절연케이스의 내 공간부에 방전전원이 공급되는 도전성 양극판과 도전성 음극판이 마주보도록 설치되며, 음극판에는 조밀한 간격으로 복수 개의 통공을 형성한 다음 음극관을 각각 고정하고, 양극판에는 상기 음극관과 1:1로 대응하는 위치에 양극봉을 고정시킨 다음 방전공간부를 갖는 음극관과 양극봉을 결합함으로써 방전셀인 양극봉과 음극관으로 고밀도의 플라즈마가 발생되며,발생된 고밀도의 플라즈마는 음극관과 케이스 사이에 형성되는 배기로를 통하여 합류되어 대용량화 된 다음 배기구로 배출되는 구성이다.
또한, 양극판과 음극판 사이에는 흡기구와 연결되는 기로(氣路)가 형성되며, 따라서 급기되는 공기가 기로와 복수 개의 음극관 및 배기로와 배기구를 통하여 부딪힘이나 충돌없이 자연스러운 흐름이 달성되고 라디칼의 파괴나 플라즈마의 활성저하가 방지되고 플라즈마 발생효율이 크게 향상되므로 고밀도의 플라즈마가 발생된다.
본 고안에서 양극봉이 고정되는 양극판과 음극관이 고정되는 음극판은 평판형이나 원통형ㆍ정사각형 또는 직사각형으로 다양하게 구성할 수 있다.
또한, 흡기구에는 탈ㆍ부착형 에어필터를 설치하여 방전공간으로 유입되는 공기가 깨끗이 여과되게 함으로써 양질의 플라즈마를 얻을 수 있도록 하고 또한 본 고안 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치의 수명연장을 꾀하도록 한다.
또한, 급기구 또는 배기구에 흡기펌프 또는 흡기팬을 설치하거나 배기구에 벤츄리 구조의 관을 설치하여 공기의 흡기와 원할한 흐름을 유도하도록 한다.
이하, 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하고자 한다.
도 1은 본 고안 일 실시 예로 도시한 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치(2)의 단면 구성도로, 절연재(4)로 둘러싸인 몸체(6) 부분은 복수 개의 양극봉(8)이 조밀하게 설치되는 외통 (10)과 복수 개의 음극관(12)이 조밀하게 설치되는 내통(14)으로 구성되며, 몸체 (6)의 상ㆍ하부에는 깔대기 형상의 상부몸체(16)와 하부몸체(18)가 절연재(20)(22)로 각각 연결된다.
상부몸체(16)에는 에어필터(24)와 지붕(26)을 갖는 흡기구(28)가 형성되며, 하부몸체(18)에는 흡기펌프(또는 흡기팬)(30)나 벤츄리관(32) 구조에 의한 배기구 (34)로 크게 구성된다.
상기에서 배기구(34)에 설치하는 흡기펌프(30) 대신 에어필터(24)의 하단 또는 상단에 흡입펌프나 흡입팬을 설치하여 급기를 달성할 수도 있다.
원통형상인 상기 내통(14)과 외통(10)은 상ㆍ하 절연재(20)(22)에 의해 서로 이격 설치되며, 내ㆍ외통(14)(10) 사이로 기로(36)가 형성되어 전기적인 절연이 유지된다.
상기 내통(14)과 외통(10)에는 복수 개의 양극봉(8)과 음극관(12)이 각각 배치되어 1:1로 결합되며, 내ㆍ외통(14)(10)의 상부에는 공기가 유입되는 흡기구(28)가 형성되고, 내ㆍ외통(14)(10)의 하부에는 코로나 방전에 의해 발생된 대용량의 고밀도 플라즈마가 배출되는 배기구(34)가 형성되고, 내통(14)의 중앙부에는 각각의 방전전극(양극봉과 음극관)으로부터 발생된 플라즈마가 합류하는 중공부(38)가 형성된다.
상기 흡기구(28)에는 에어필터(에어필터 또는 집진필터 또는 카본필터)(24)가 설치되어 유입되는 공기가 깨끗이 여과되며, 흡기구(28)의 상부에는 복수 개의 지지간(40)으로 고정되는 지붕(26)을 설치하여 비(雨)나 눈(雪) 또는 서리와 같은 수분의 유입을 방지하도록 한다. 상기 지붕(26)과 흡기구(28)는 나사구조(42)로 체결시켜 서로 분리ㆍ결합할 수 있게 구성함으로써 에어필터(24)의 교환이 쉽도록 한다.
본 고안에서 내ㆍ외통(14)(10)은 도전성을 띄면서 내열성과 내화학성을 갖는 금속재질 이를테면, 도전성 스텐레스나 도전성 합금으로 형성하여 양극봉(8)과 음극관(12)으로 고전압의 방전전원(44)이 흐를수 있도록 하고, 내통(14)의 상부에는 원뿔형의 차단부재(46)를 기밀유지되게 고정시켜 내통(14)의 중공부(38)와는 연결을 방지하고 기로(36)와는 공간적으로 연결함으로써 급기되는 공기가 유도로(48)와 기로(36)를 통하여 음극관(12)으로 각각 공급되게 한다.
원통형 내통(14)에는 적당한 간격으로 통공을 빙둘러 형성한 다음 도 1, 도 2와 같이 내통(14)의 중앙 방향으로 돌출되는 깔대기 형상의 음극관(12)을 각각 고정하고, 외통(10)의 내주면에는 끝이 뽀족한 침형상의 양극봉(8)을 고정시켜 양극봉(8)의 침상부(끝단부)(50)가 음극관(12)의 방전공간부(52)에 위치하도록 하고, 내통(14)과 외통(10)에는 절연구조의 급전선(54)(56)을 이용하여 방전전원(44)이 공급되게 함으로써 각각의 방전공간부(52)에서 고밀도의 플라즈마가 발생되며, 상기 고밀도의 플라즈마는 중공부(38)에서 합류하여 대용량화 된 다음 배기구(34)로 배출된다.
또한, 음극관(12)은 도 1 내지 도 3과 같이 5°~15°로 유지되는 경사각도(θ)에 의해 중공부(38)를 향할수록 그 내경이나 직경이 다소 좁아지게 구성함으로써 배출되는 플라즈마의 유속이 빨라져 고밀도의 플라즈마를 얻을 수 있으며, 비교적 길이가 긴 편인 음극관(12) 사이로 침형상의 양극봉(8)이 설치되므로 방전전하가 집중분포되고 방전영역이 확장되어 큰 세력의 방전이 이루어지며 따라서 플라즈마의 발생 밀도가 크게 향상된다.
한편, 본 고안의 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치를 고온의 장소에 설치하는 경우 내ㆍ외통(14)(10)의 상ㆍ하부를 각각 지지하는 절연재(20)(22)는 세라믹이나 세라믹 바인드와 같이 내열성이 우수한 재료를 이용하여 절연과 간격을 유지하도록 하고, 본 고안의 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치를 저온의 장소에 설치하는 경우 합성수지나 테프론, 실리콘, 베이클라이트와 같은 절연재질로 절연과 간격을 유지하도록 하되 내ㆍ외통(14)(10)을 충분히 지지할 수 있는 두께로 형성하고, 상부 절연재(20)는 도 4와 같이 내ㆍ외통(14)(10) 사이에 복수 개의 기공(58)을 형성하여 기로(36)로 공기가 유입될 수 있도록 하고, 기공(58) 사이에는 복수 개의 연결부(60)를 두어 내ㆍ외통(14)(10)의 간격을 유지할 수 있도록 한다.
또한, 하부 절연재(22)는 도 5와 같이 내ㆍ외통(14)(10) 사이에 기밀이 유지되도록 설치하여 기로(36)로 유입되는 공기가 코로나 방전에 의해 플라즈마로 변하면서 복수 개의 음극관(12)과 중공부(38)를 경유하여 배기구(34)로 배출될 수 있도록 한다.
본 고안에서 외통(10)에 고정되는 양극봉(8)은 용접으로 고정해도 되지만 도 3과 같이 나사구조(62)로 체결함으로써 작업성이 간편하고, 더불어 양극봉(8)과 음극관(12)의 정확한 센터링을 유지할 수 있어서 고른방전을 유도하도록 하고, 또한 양극봉(8)이 마모되는 경우에도 쉽게 교환할 수 있도록 한다.
상기에서 양극봉(8)을 체결할 때 작업여건에 따라 도 3과 같이 외통(10)의 바깥에서 체결하거나 도 6과 같이 외통(10)의 안쪽에서 체결할 수도 있을 것이다.
도 6은 본 고안 음극관(12a)의 다른 실시 예 단면 구성도로, 음극관(12a)과 양극봉(8a)을 설치할 때 유입공기와 고밀도 플라즈마가 배출되는 방향인 아래 방향으로 45°전ㆍ후의 경사도(θ2)로 하향 경사지게 함으로써 공기의 유입저항이나 플라즈마의 배출저항을 완하시킬 수 있도록 한 것이다.
도 8은 본 고안 또 다른 실시 예의 평단면 구성도로, 내ㆍ외통(14a)(10a)을 원통형이 아닌 정사각형이나 직사각 형태의 사각통형으로 구성할 수 있음을 보여 주고 있다. 따라서, 절연재(4a)와, 기로(36a)와, 중공부(38a) 및 배기구(34a)가 각각 사각형상을 띄게 된다.
도 9는 본 고안 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치(2b)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 내ㆍ외통(14)(10)을 도 1, 도 2처럼 원통형으로 하되, 단지 내통 (10b)과 외통(14b)의 위치와 양극봉(8b) 및 음극관(12b)의 위치를 서로 바꾸어 설치할 수 있음을 보여주고 있다.
상기의 경우 상부 절연체(20b)에 형성되는 기공(58b)은 도 1, 도 4 처럼 내통(10b)과 외통(14b) 사이에 위치하도록 형성하고, 하부절연체(22b)에는 외통(14b)과 케이스(64) 사이에 배기공(66)을 형성하여 대용량으로 발생되는 고밀도의 플라즈마가 케이스(64)와 외통(10b)사이에 존재하는 기로(36b)에서 합류된 다음 배기구 (34)로 원할히 배출될 수 있도록 하면 될 것이다. 상기에서 중공부(38b)에는 공기나 플라즈마의 유입을 방지하여 불필요한 유속저항이나 정체를 방지하도록 함이 바람직하다.
도 10은 본 고안 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치(2c)의 또 다른 실시 예의단면 구성도로, 원통형으로 구성하였던 내ㆍ외통(14)(10)을 평판형으로 구성하여 슬림화 한 것이다.
즉, 절연재로 형성된 케이스(68)의 내부에 도전성을 띄면서 내열성과 내화학성을 갖는 금속재질 이를테면, 도전성 스텐레스나 도전성 합금으로 형성된 평판형의 양극판(70)과 음극판(72)을 평행하도록 이격 설치하여 그 사이에 공기가 유통되는 기로(74)를 형성하고, 음극판(72)에는 복수 개의 통공을 조밀한 간격으로 형성한 다음 양극판(70)의 반대방향으로 돌출되는 도전성 음극관(76)을 각각 고정하고, 음극관(76)과 케이스(68) 사이에는 발생되는 고밀도의 플라즈마가 합류하여 대용량화 하는 배기로(78)를 형성하고, 양극판(70)에는 도 3 처럼 침상부(82)를 갖는 복수 개의 양극봉(80)을 조밀한 간격으로 설치하여 양극봉(80)의 침상부(82)가 음극관(76)의 방전공간부(84)에 위치하도록 하고, 양극판(70)과 음극판(72)으로는 급전선(54)(56)을 연결하여 고전압의 방전전원(44)이 흐를수 있게 함으로써 방전공간부 (84)에서 코로나 방전에 의한 고밀도 플라즈마가 발생되도록 하고, 케이스(68)의 상부에는 에어필터(86)를 갖는 흡기구(88)를 형성하여 깨끗이 여과된 공기가 기로(74)로 유입되도록 하고, 케이스(68)의 하부에는 흡기펌프(90)나 흡기팬을 갖는 배기구(92)를 형성하여 배기로(78)에서 합류되는 고밀도의 플라즈마가 대량으로 배출되게 구성한 것이다.
상기에서 앞서 기술한 바와 같이 설치여건에 따라 배기구(92)에 설치하는 흡기펌프(90) 대신 에어필터(86)의 하단 또는 상단에 흡입펌프나 흡입팬을 설치하여 급기를 달성할 수도 있을 것이다.
도 11은 본 고안 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치(2d)의 또 다른 실시 예의 단면 구성도로, 도 10에 도시한 플라즈마 발생장치(2c)의 구조를 좌ㆍ우 대칭구조로 변경시켜 고밀도 플라즈마의 발생량이 배가되도록 한 것이다.
즉, 양극판(70a)을 중심으로 그 양측에 음극판(72)(72a)을 평행하도록 이격 설치한 다음 급전선(54)(56)을 통하여 방전전원(44)이 공급되도록 하고, 양극판 (70a)의 좌ㆍ우측으로 양극봉(80)(80a)을 고정시켜 음극관(76)(76a)의 방전공간부 (84)(84a)에 1:1로 위치하도록 하고, 양극판(70a)과 음극판(72)(72a) 사이에 에어필터(86a) 및 흡기구(88a)와 연결되는 기로(74)(74a)를 각각 형성하고, 음극판(72) (72a)과 케이스(68a) 사이에 배기구(92a)와 연결되고 프라즈마가 합류하는 배기로 (78)(78a)를 각각 형성하여 합류된 대용량의 고밀도 플라즈마가 배기구(92a)로 배출되게 구성한 것이다.
이 또한 앞서 기술한 바와 같이 설치여건에 따라 배기구(92a)에 설치하는 흡기펌프(90a) 대신 에어필터(86a)의 하단 또는 상단에 흡입펌프(96)나 흡입팬을 설치하여 급기를 달성할 수도 있을 것이다.
도 12는 양극판(70a)이 하나 또는 둘인 경우 양극봉(80)(80a)의 대칭 고정상태를 보여주는 도면이다. 즉, 양극판(70a)에 관통형의 나공(94)을 형성한 다음 상기 나공(94)의 좌ㆍ우측에 양극봉(80)(80a)의 나사부를 체결시켜 고정할 수 있으며, 이러한 경우 동일선 상에 양극봉(80)(80a)을 배치시킬 수 있다.
한편, 양극판(70a)이 하나인 경우 도 13과 같이 좌ㆍ우측의 양극봉(80)(80a)과 음극관(76)(76a)이 일직선상에 위치하지 않게 고정할 수 있음을 보여주는 도면이다. 즉, 양극판(70a)의 상ㆍ하 또는 좌ㆍ우측에 각각의 나공(94a)을 형성한 다음 상기 나공(94a)에 양극봉(80)(80a)의 나사부를 각각 체결시켜 고정할 수 있다.
본 고안에서 방전전원(44)은 12V나 24V의 자동차 배터리(또는 제네레이터) 또는 상용전원을 3,000V∼25,000V(수 ㎃에서 수 A의 전류)의 고전압으로 승압시켜 방전을 유도하도록 함으로써 양극봉(24)과 음극관(20)에서 코로나 방전에 의한 고밀도 플라즈마가 발생되도록 한다.
따라서, 코로나 방전에 의한 대용량의 고밀도(高密度) 플라즈마가 발생되며, 플라즈마의 작용에 의해 공기가 음 이온화되면서 배기구(34)(34a)(92)(92a)로 배출된다.
상기에서 양극봉(8)(8a)(8b)(80)(80a)(82)과 끝부분이 첨예한 침상부(50) (82)는 석출(용출) 및 마모에 의해 수명이 짧아질 수 있으므로 도전성 산화방지 물질로 형성하거나 또는 그 표면에 도포하여 산화피막을 형성함으로써 수명을 연장시키도록 한다.
또한, 코로나 방전에 의해 방전열이 발생되더라도 공기의 흐름에 의해 방전공간부(52)(84)(84a)로 다량의 공기가 공급되므로 양극봉(8)(8a)(8b)(80)(80a)(82)과 음극관(12)(12a)(12b)(76)(76a)의 과열이 방지된다.
또한, 본 고안의 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치를 흡기구와 배기구가 형성된 케이스(8)의 내부에 한 개 이상 복수 개로 설치하여 플라즈마의 밀도를 더욱 강화할 수 있으며, 대량의 음이온이 배출되는 배기구를 공기 청정기ㆍ소각로ㆍ고농도 산업폐수ㆍ축산폐수ㆍ매립장 침출수ㆍ대중목욕탕의 목욕물ㆍ상하수도ㆍ음용수등에 연결하거나 투입 또는 설치하여 정화처리하면 된다.
본 고안에서 양극봉(8)(8a)(8b)(80)(80a)(82)과 음극관(12)(12a)(12b)(76) (76a)과 양극판((70)(70a) 및 음극판(72)(72a)의 재료는 몰리브덴ㆍ텅스텐ㆍ니켈ㆍ백금 또는 니켈ㆍ몰리브텐ㆍ구리 등과 같이 내열성과 내산성 및 도전성이 우수한 합금재질로 형성하여 내열성ㆍ내산성 및 도전성(導電性)이 우수하면서 열팽창 계수가 같도록 한다.
이와 같이 구성된 본 고안의 작용ㆍ효과는 다음과 같다.
화학식1
일산화탄소(CO)의 산화(연소) 반응은 다음 식(1)로 주어진다.
2CO + O2→ 2CO2-------------------------------------------식(1)
미 반응 탄화수소(HC : CnH2n+2)의 연소는 다음 식(2)와 같이 일어난다.
화학식2
m.CnH2n+2 + 1/2m(n+3)O2→ 2m.CO2+ m(n+1)H2O --------------------식(2)
여기서 m은 미 반응 탄화수소의 몰수(mole number)이다.
소각로 배기가스에 포함되는 NOx는 다음 식(3)과 식(4)와 같이 동식물에 무해한 질소(N2)와 산소로 환원된다.
화학식3
2NO → N2 + O2 ---------------------------------------------식(3)
화학식4
2NO2→ N2 + 2O2---------------------------------------------식(4)
그리고,배기가스 내에 분산된 탄소분진(C(s))은 다음 식(5)와 같이 산화되어 탄산가스(CO2)로 변한다.
화학식5
C(s) + O2(g) → CO2(g) -------------------------------------식(5)
여기서 괄호속의 s와 g는 고체(solid)와 기체(gas)상태를 표시한다.
이상의 반응식 가운데 특히 본 출원인(고안자)이 본 고안에 앞서 출원한바 있는 특허출원 제97-15145호의 금속 하니컴으로 된 '촉매 연소판'을 본 고안 플라즈마 방전판의 선단에 설치할 경우 식(3)ㆍ(4)에 나타낸 바와 같이 NOx 제거효율을 더욱 크게 높일 수 있다.
또한, 본 고안에서 양극판과 음극판에 1:1로 대응설치되는 방전셀은 조밀한 간격으로 무수히 설치되므로 소각로 배기가스 내에 포함된 다이옥신, 미 연소 휘발성 유기화합물(VOC)과 분진 및 오ㆍ폐수 중의 각종 오염물질이 대용량의 고밀도 플라즈마에 의해 신속하면서 효과적으로 산화 분해된다.
또한, 발생되는 고밀도의 플라즈마는 관체형 음극관과 봉 형상의 양극봉 구조에 의해 긴 길이와 큰 세력으로 방전되므로 대용량 고밀도의 플라즈마가 발생되며, 따라서 배기가스와 매연 또는 오ㆍ폐수의 정화효율이 매우 우수하며 자동차에 설치하는 경우 시동초기부터 정화효율을 최대한으로 높일 수 있는 장점이 있다.
본 고안을 실시함에 있어 반드시 소각로 배기가스 정화장치에만 사용되는 것
이 아니라 석유버너ㆍ가스버너ㆍ디젤기관ㆍ화력발전소 등의 매연가스ㆍ분진ㆍ배기가스정화 및 제거용으로 사용할 수도 있으며, 수중에 함유된 각종 오ㆍ폐수 등을 대용량의 고밀도 플라즈마로 효과있게 정화 및 제거할 수 있으며, 그 작용ㆍ효과는 물론 동일시 된다.
이상과 같이 본 고안은 대용량의 고밀도 플라즈마에 의해 각종 배기가스(오염가스)와, 오ㆍ폐수를 획기적으로 정화처리할 수 있으므로 배기가스와 오ㆍ폐수로 야기되는 각종 환경오염을 현격히 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 고안에서 양극봉과 음극관은 내ㆍ외통 또는 양극판 및 음극판에 나사식으로 체결되므로 양극봉의 교체가 쉬운 이점이 있다.
또한, 본 고안은 방전에 의해 발생되는 플라즈마가 부딪침 없이 자연스럽게 배출되므로 효율을 크게 향상되고 고밀도의 플라즈마가 대용량으로 발생되므로 오염가스와 오ㆍ폐수를 신속하면서 효과적으로 정화 처리할 수 있으며, 동시에 소각로 배기가스에 포함된 다이옥신 및 미 연소 휘발성 유기화합물(VOC)과 오ㆍ폐수 중의 오염물질도 신속하면서 효과적으로 정화ㆍ처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 음극관과 양극봉으로 구성되는 방전셀이 조밀한 간격으로 무수히 설치되고 발생되는 고밀도의 플라즈마는 합류하면서 배출되므로 고밀도 플라즈마를 대용량으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
또한, 대용량 고밀도의 플라즈마 발생장치를 평판형으로 슬림화 하는 경우 여러 산업분야에 적용(응용)할 수 있는 효과가 있다.
또한, 흡기구에는 탈ㆍ부착형 에어필터를 설치하여 방전공간으로 유입되는 공기가 깨끗이 여과되어 양질의 플라즈마를 얻을 수 있는 등의 효과가 있다.
Claims (9)
- 흡기구와 배기구가 형성된 절연케이스의 내 공간부에 방전전원이 공급되는 도전성 양극판과 도전성 음극판을 마주보게 설치하고, 상기 양극판과 음극판 사이에 흡기구와 연결되는 기로를 형성하고, 음극판에 복수 개의 통공을 조밀한 간격으로 형성한 다음 반전공간부를 갖는 음극관을 각각 고정하고, 음극관과 1:1로 대응하는 위치의 양극판에 양극봉을 고정시킨 다음 음극관과 양극봉을 결합하여 고밀도의 플라즈마가 발생되게 하고, 음극판과 케이스 사이에 배기로를 형성하여 발생된 고밀도의 플라즈마가 합류된 다음 배기구로 배출되게 하고, 흡기구에 탈ㆍ부착형 에어필터를 설치하고, 급기구 또는 배기구에 흡기수단이나 급기수단을 설치함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항에 있어서, 음극관은 5°~15°의 경사각도(θ)를 유지하도록 하여 배출방향으로 점차적으로 좁아지게 구성함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 양극판에 고정되는 양극봉은 나사구조로 체결하여 양극봉과 음극관의 정확한 센터링과 교환이 쉽도록 함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음극관과 양극봉은 45°전ㆍ후의 기울기 (θ2)로 하향 경사지게 함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음극판과 양극판은 평판형으로 평행설치함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음극판과 양극판은 내통과 외통 구조의 원통형으로 구성함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 음극판과 양극판은 내통과 외통 구조의 사각형으로 구성함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 6 항에 있어서, 음극판과 양극판은 내통과 외통 구조의 원통형으로 구성하는 경우 복수 개의 양극봉(8)이 설치되는 도전성 외통(10)과 복수 개의 음극관 (12)이 설치되는 도전성 내통(14)을 상ㆍ하 절연재(20)(22)로 이격설치하여 그 사이에 기공(58)과 연결되는 기로(36)를 형성하고, 절연재(20)(22)의 상ㆍ하부에 상부몸체(16)와 하부몸체(18)를 각각 설치하고, 상부몸체(16)에 에어필터(24)와 흡기구(28)를 설치하고, 하부몸체(18)에 배기구(34)를 형성하고, 내통(14)의 중앙부에 플라즈마가 합류하는 중공부(38)를 형성하고, 내통(14)의 상부에 차단부재(46)를 설치하여서 된 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 양극판(70a)을 중심으로 그 양측에 음극판 (72)(72a)을 평행하도록 이격 설치한 다음 급전선(54)(56)으로 방전전원(44)을 공급하고, 양극판(70a)의 좌ㆍ우측으로 양극봉(80)(80a)을 고정시켜 음극관(76)(76a)의 방전공간부(84)(84a)에 1:1로 위치하도록 하고, 양극판(70a)과 음극판(72)(72a) 사이에 에어필터(86a) 및 흡기구(88a)와 연결되는 기로(74)(74a)를 형성하고, 음극판(72)(72a)과 케이스(68a) 사이에 배기구(92a)와 연결되고 프라즈마가 합류하는 배기로(78)(78a)를 각각 형성하여 합류된 대용량 고밀도의 플라즈마가 배기구(92a)로 배출되게 구성함을 특징으로 하는 대용량 고밀도 플라즈마 발생장치.
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