KR20020010619A - 코로나 방전 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명의 모듈화된 코로나 방전 반응기는 각 반응기 챔버들이 수직방향으로 배열되어 있으며, 직렬 쌍들로 그룹화되어 있다.

Description

코로나 방전 반응기{Corona discharge reactor}

코로나 방전에 의해 활성화된 스피시스(species)를 사용하여, 가스 상태의 처리를 수행하기 위한 기술의 개발에 현저한 노력이 경주되고 있다. 코로나 방전은 물체 주변에 있는 국지적 전기장이 가스성 매체의 전기적 파괴 전압을 초과할 때, 가스성 매체내에 발생한다. 일부 현존하는 코로나 방전 반응기는 가스성 매체의 입구 및 출구를 가진 챔버와, 축방향 내부 전극과, 상기 내부 전극을 둘러싸는 원통형 외부 전극으로 구성된다. 이런 반응기내의 전기 방전은 내부 전극으로부터 외부 전극을 향해 연장하는 스트리머(streamer)들로 구성된다. 이런 스트리머들을 포함하지 않는 소정의 공간은 가스성 매체가 받게될 처리가 수행되지 않는 공간이 되기 때문에, 상기 반응기를 통과하는 가스성 매체의 효과적 처리를 위해서는, 이런 스트리머들을 가능한 많이 발생시킬 필요가 있다.

공지된 코로나 방전 반응기의 일 형태에서, 상기 중앙 전극은 와이어 형태이다. 그러나, 중앙 와이어 전극 형태의 코로나 방전 반응기의 전기장의 급강하(rapid fall-off)는 상기 스트리머들의 분포가 와이어 위치에 매우 민감하다는 것을 의미한다. 이 현상은 반응기를 통과하는 가스성 매체가 처리되는 효율을 제한한다.

현존하는 중앙 와이어 전극 코로나 방전 반응기는 수 센티미터의 직경과 수십 센티미터의 길이를 갖는다. 절절한 체적의 가스를 처리하기 위해서, 높은 유량이 필요하며, 이는, 순차적으로, 공기역학적 효과로 인한 중앙 전극의 기계적 불안정성을 증가시키고, 처리될 매체의 반응기 챔버내의 잔류 시간을 짧아지게 하는 경향을 갖는다. 그러므로, 현존하는 코로나 방전 반응기는 그 효율의 측면에서 고유한 한계를 가지고 있다.

예로서, 본 출원인의 선행 특허 GB 2 282 738호, US 5 041 145, US 5 268 151 또는 US 4 966 666호를 참조하면, 다른 코로나 방전 반응기들은 보다 큰 직경을 가진 중앙 전극을 사용한다. 무엇보다도, 이는 동일한 전압에서 중앙 전극의 영역내에 전기장 구배를 감소시키지만, 그러나, 효과적인 코로나 방전이 유지되는 경우에 내부 전극과 외부 전극들 사이의 이격도에 대한 한계를 여전히 가지고 있다. 단순히 코로나 방전 반응기들의 길이를 증가시키는 것은 가스 유동 저항이 과다해지기 때문에, 문제에 대한 해답이 되지 않는다. 또한, 코로나 방전 반응기들은 펄스식으로 작동하며, 여기 펄스(energising pulse)가 중앙 전극의 길이를 횡단하는데 소요되는 시간은 코로나 방전 반응기의 길이를 제한하는 다른 요인을 제공한다.

GB 명세서 2 008 369A호는 각각 중앙 와이어 전극을 가지는 복수의 병렬 전기 방전 챔버를 포함하는 오존 발생기를 개시하고 있다. 상기 와이어는 그 단부에서 두 개의 그리드 구조에 의해 지지되며, 상기 그리드 구조 중 하나에는 공용 공급 와이어가 접속되어 있고, 사용시 직류 전압이 적용된다.

상기 장치가 직류 모드에서 작동할 때, 교류 전류 분포 효과들은 고려되지 않는다.

GB 특허 1 589 394호는 다수의 병렬 코로나 방전 챔버들을 포함하는 오존 발생기가 개시되어 있고, 상기 발생기에서는 펄스 직류, 교류 또는 양자의 혼합이 발생될 수 있는 단일 전원과, 전위가 사용되지만, 크기 또는 시간 중 어느 한쪽에 고나련하여, 상기 방전 챔버에 공급된 전력의 분포를 균등화하려는 시도는 이루어지지 않았다.

미국 특허 4 495 043호는 복수개의 오존 발생 챔버들이 단일 펄스형 교류 전원에 연결되어 있는 오존발생기를 개시하고 있다. 그러나, 상기 오존 발생 챔버들은 동시에 작동하거나, 연속적으로 작동하는 것이 아니며, 펄스 교류 모드에서 순차작동되고, 각 펄스의 지속 기간은 대응하는 오존 발생 챔버를 통과하는 오존 발생 가스의 펄스의 통과 시간에 관련되어 있으며, 하나의 전력 펄스에 의해 발생된 오존이 다음 전력 펄스가 상기 오존 발생 챔버에 적용되기 이전에 상기 챔버로부터 제거되도록 주어진 오존 발생 챔버에 적용되는 펄스들 사이의 간격과 관련되어 있다.

상기 특허는 전원의 형태에 주로 관련한 것이다. 오존 발생 챔버들 사이의 전기적 관계에 관한 문제에 관하여서는 전혀 언급하지 않고 있다.

US 특허 5,009,858호는 공용 전원으로부터 병렬로 작동되는 다수의 챔버들내의 사일런트 전기 방전에 의해 오존이 발생되는 오존 발생기를 개시하고 있다. 하나의 오존 발생 챔버와 다른 것 사이의 전기적 관계는 전혀 언급되어 있지 않지만, 오존 발생챔버들이 연속적 교류 모드로 동작하는 것이 나타나 있다.

본 발명은 가스 상태로 있는 또는 가스 상태로 운반되는 물질을 코로나 방전에 의해 처리하기 위한 반응기에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 개략적인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예의 전면도.

도 3은 도 1의 실시예에 포함된 코로나 방전 반응기를 통한 종방향 단면을 도시하는 도면.

본 발명의 목적은 전기적으로 활성화된 스피시스에 의한 가스성 매체의 처리에 사용하기 위한 개선된 형태의 코로나 방전 반응기를 제공하는 것이다.

가스성 매체라는 용어는 매체의 하나 이상의 구성요소들이 에어로졸 형태로 존재할 때 또는 미세하게 분할된 고체 물질이 가스 상태로 수반되어 있을 때의 경우를 포함한다.

본 발명에 따라서, 입구 덕트와, 출구 덕트를 포함하는, 가스성 매체의 처리를 위한 모듈화된 코로나 방전 반응기로서, 입구 및 출구 덕트 사이에 배치되어 그들 사이를 연통시키는, 복수개의 수직방향 장착 코로나 방전 반응기 챔버들을 포함하고, 각 코로나 방전 반응기는 원통형 외부 전극 구조와, 축방향 내부 전극 구조와, 상기 반응기 챔버의 내부 전극과 수직방향으로 정렬되어 배치되어 있으면서 각각 연계된 방전 챔버를 통과할 때 처리되게될 가스성 매체내에 코로나 방전을 여기시키기에 충분한 강도의 전압 펄스를 발생시키도록 사용되는 고전압 펄스 전원과, 처리될 가스성 매체의 반응기 챔버들을 통한 유동을 균형화하는 수단과, 각 고전압 펄스 전원에 접속된 저전압 전원, 및, 상기 고전압 펄스 전원들이 소정 시간적 관계로 상기 코로나 방전 반응기 챔버로 고전압 펄스를 적용하게 하도록 저전압 전원의 작용을 제어하도록 사용되는 제어 유니트를 포함하는 코로나 방전 반응기가 제공된다.

본 발명의 특정 실시예에서, 상기 반응기들은 입구 덕트와 출구 덕트 사이에 직렬로 두 개의 반응기들의 그룹으로 배열되어 있고, 상기 처리될 가스성 매체의 반응기 챔버를 통한 유동을 균형화하는 수단은 각 반응기 챔버쌍의 반응기 챔버를 사이에 위치된 유동 제어 디바이스를 포함한다.

단순한 형태의 유동 제어 디바이스는 칼리브레이팅된 오리피스판이다.

코로나 방전 반응기가 노이즈가 많은 디바이스일 때, 전자기적으로, 바람직하게는, 적어도 코로나 방전 반응기 챔버들이 전자기 스크리닝을 구비한다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면 중 도 1 및 도 2를 참조하면, 모듈화된 코로나 방전 반응기(1)는 닙구 덕트(2)와 출구 덕트(3)로 구성되어 있다. 상기 입구 덕트(2)와, 출구 덕트(3) 사이에는 상기 입구 덕트(2)와 출구 덕트(3) 사이에 직렬로 다섯 개의 반응기 챔버(4) 쌍들의 그룹으로 배열된 열 개의 코로나 방전 반응기 챔버들(4; 후술함)이 배치되어 있다. 하나의 쌍 내의 각 반응기 챔버(4)는 결합 플랜지(6)에서 종결하는 배관 구간(5)에 의해 결합되어 있다. 상기 결합 플랜지들(6) 사이에는오리피스판(7)이 샌드위치식으로 배치되어 있고, 이는 상기 결합 플랜지들(6) 사이의 가스켓으로서도 작용한다. 상기 오리피스판(7)내의 구멍들은 상기 반응기(1)내에서 처리될 가스성 매체의 상기 반응기 챔버(4)를 통한 유동을 균등화하도록 상기 반응기(1)의 최초 조립체상에 배열되어 있다. 필요시에는, 상기 오리피스판(7)은 게이트 밸브 같은 조절 밸브로 대체될 수 있고, 그래서, 각 반응기 챔버들(4)의 쌍을 통한 가스 유량 및/또는 상기 반응기 챔버의 처리 효율을 모니터링하는 기능을 제공하고, 상기 반응기 챔버들(4)을 통한 유량을 전체적인 상기 반응기(1)에 의한 가스성 매체의 처리를 최적화하도록 변화시킬 수 있다. 각 반응기 챔버 아래에는 고전압 펄스 전원(8)이 장착되어 있으며, 이는 각 반응기 챔버(4)의 중앙 전극의 연장부(9)에 직접적으로 접속되어 있다. 상기 반응기 챔버들(4)과 고전압 전원들(8) 사이의 접속-연장부(9)는 밀봉 칼라(10; sealing collar)에 의해 상기 덕트(2, 3)내에서 위치가 유지되는 절연 슬리브들내에서 각각 입구 및 출구 덕트(2, 3)를 통과한다. 상기 반응기 챔버(4)와 고전압 펄스 전원(8)은 작동시 상기 반응기(1)로부터의 전자기 노이즈의 방출을 최소화하도록 금속 스크린(11)내에 수납되어 있다. 상술한 본 발명의 실시예에서, 금속 스크린(11)은 프레임(12)상에 장착 및 밀봉되어 있는 금속의 다이아몬드형 시트이다.

고전압 펄스 전원(8)은 제어 유니트(13)에 접속되어 있으며, 상기 제어 유니트는 저전압 전원으로부터 고전압 펄스 전원(8)으로 활성화 펄스들을 공급하여, 이들이 접속 연장부(9)를 경유하여 고전압 펄스들을 소정의 시간적 관계(일반적으로는 동시에)로 상기 반응기 챔버(4)의 중앙 전극들에 적용하게 하도록 배열되어 있다.

도면중 도 3을 참조하면, 각 반응기 챔버(4)는 축방향 중앙 전극 조립체(302)와 동축 외부 전극 조립체(303)가 내부에 배치되어 있는 외부 원통형 케이싱(301)으로 구성되어 있다, 상기 반응기 챔버(4)의 케이싱(301)은 각각 상단 및 저면 플랜지들(304, 305)을 가지고 있다. 상기 상단 플랜지(304)는 상기 반응 챔버(4)를 플랜지(306)와 연계하여, 각 반응기 챔버(4) 쌍을 연결하는 배관(5)에 접속하도록 사용된다. 상기 저면 플랜지(305)는 상기 반응기 챔버가 상기 덕트(2, 3) 중 적절한 하나에 장착될 수 있도록 하는 플랜지(307)에 상기 반응기 챔버(4)를 연결하도록 사용된다. 상기 플랜지들(304, 306 및 305, 307) 사이에는 각각 상부 및 하부 중앙 전극 지지부들(308, 309)이 배치되어 있다.

또한, 상기 하부 전극 지지부(309)는 외부 전극 조립체(303)를 배치하도록 기능한다. t아기 상부 및 하부 전극 지지부들(308, 309)은 그내부에 형성된 유동 직선화 구멍들(310)을 구비하고 있으며, 적절한 플랜지들(304, 306 및 305, 307)의 쌍들 사이의 가스켓으로서 기능하도록 충분히 변형될 수 있으면서 절연성을 가지는 재료로 제조된다. 약 300℃에 달하는 가스 온도에서, 전극 지지부(308, 309)로 사용하기에 적합한 재료는 폴리테트라플루오로에틸렌이다.

상기 내부 전극 조립체(302)는 배관(313) 구간에 의해 분리된 디스크들의 적층부(312)가 장착되어 있는 HASTELLOY C로 공지되어 있는 합금으로 제조된 튜브(311)로 구성되며, 상기 디스크와 배관 양자 모두도 HASTELLOY C로 제조된다. 상기 디스크(312)는 분리 배관(313)의 직경 보다 큰 직경을 갖는다. 가장 하부의디스크(312)는 절연 슬리브(315)의 상단부에 형성된 칼라(314)상에 배치되어 있으며, 상기 절연 슬리브는 상기 덕트(2, 3)를 통과할 때, 내부 전극 조립체(302)의 연장부(9)를 포위한다. 상기 내부 전극 조립체(302)의 상단부는 배치 스피곳(316; spigot)에 의해 상부 전극 지지부내에 배치되어 있으며, 상기 스피곳도 폴리 테트라 플루오로에틸렌으로 제조되어 있다.

외부 전극 조립체(303)는 튜브(318)에 의해 분리된 디스크의 적층부(317)로 제조되며, 상기 튜브들은 열두개의 규칙적으로 이격된 로드(319)와 너트(320)상에 장착되어 함께 클램핑되어 있다. 또한, 전체 외부 전극 조립체(301)도 HASTELLOY C 합금으로 제조된다.

반응기 챔버(4)의 수직방향 배열과, 직접적으로 접속된 고전압 펄스 전원(8)은 전기적으로 효과적일 뿐만 아니라, 반응기챔버(4)상에, 특히, 반응기 챔버(4)의 중앙 전극(302)상에 어떠한 굽힘 응력도 부여되지 않도록 보증하며, 그래서, 내부 및 외부 전극 조립체(302, 303)의 디스크들(312, 317) 사이의 간극이 각각 변경되지 않도록 보증한다.

상기 반응기 챔버들(4)의 직렬 쌍들은 반응기에 의해 점유된 플로어 면적을 감소시키고, 입구 및 출구 덕트들(2, 3)이 밀접하게 배치되게 하며, 이는 또한, 운용이 편리하다.

본 발명은 상술한 실시예의 세부 사항에 제한되는 것이 아니다. 예로서, 열 개의 코로나 방전 반응기 챔버(4)의 배열이 설명되었다. 동작 성능 소요에 따라 열 개 이상 또는 미만이 사용되는 것이 적합할 수 있다. 내부 전극(302)을 위해HASTELLOY C를 사용하는 것이 설명되었지만, 전극이 동작되게되는 가스성 환경에 따라 다른 금속 또는 금속 합금들이 사용될 수 있다.

Claims (5)

1. 입구 덕트(2)와, 출구 덕트(3)를 포함하는, 가스성 매체의 처리를 위한 모듈화된 코로나 방전 반응기에 있어서,

   입구 및 출구 덕트(2, 3) 사이에 배치되어 그들 사이를 연통시키는, 복수개의 수직방향 장착 코로나 방전 반응기 챔버들(4)을 포함하고,

   각 코로나 방전 반응기는 원통형 외부 전극 구조(303)와, 축방향 내부 전극 구조(302)와, 상기 반응기 챔버의 내부 전극(302)과 수직방향으로 정렬되어 배치되어 있으면서 각각 연계된 방전 챔버를 통과할 때 처리되게될 가스성 매체내에 코로나 방전을 여기시키기에 충분한 강도의 전압 펄스를 발생시키도록 사용되는 고전압 펄스 전원(8)과, 처리될 가스성 매체의 반응기 챔버들을 통한 유동을 균형화하는 수단(7)과, 각 고전압 펄스 전원에 접속된 저전압 전원, 및, 상기 고전압 펄스 전원들(8)이 소정 시간적 관계로 상기 코로나 방전 반응기 챔버로 고전압 펄스를 적용하게 하도록 저전압 전원의 작용을 제어하도록 사용되는 제어 유니트(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 반응기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응기 챔버들은 직렬 쌍들로 배치되고,

   상기 가스성 매체의 반응기 챔버를 통한 유동을 균형화하는 수단(7)은 각 반응기 챔버쌍의 반응기 챔버들 사이에 위치되어 있는 유동 제어 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 반응기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 유동 제어 디바이스는 칼리브레이팅된 오리피스판들을 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 반응기.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 유동 제어 디바이스는 조절 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 반응기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 반응기 챔버들과, 그 연계된 고전압 펄스 전원들(8)은 전자기적으로 스크리닝되는 것을 특징으로 하는 코로나 방전 반응기.