KR200351542Y1 - 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 각종 연소공정에서 발생되는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 유해성분을 제거시키는 배기가스 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 와이어-실린더형태의 코로나방전반응에 광분해반응 및 적정온도유지반응을 복합적으로 적용할 수 있도록 함으로써 코로나방전반응을 단독으로 사용하였을 때에 비하여 정화성능을 크게 향상시키는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기에 관한 것이다.

본 고안의 일 실시예인 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기에 의하면, 와이어형 전극을 와이어지지가이드에 의해 실린더형 전극의 정중앙에 위치시켜 코로나가 편중되어 발생하는 것을 방지하고, 가열수단에 의해 반응기내부의 온도를 배기가스를 정화시키는 최적의 온도로 유지시키며, 반응기의 본체가 석영으로 형성되어 있어서 고전압이 인가되는 전극들과 가열수단간의 전기적 장애현상을 차단하는 절연체로서의 작용을 함으로써, 광분해반응을 복합적으로 적용한 선-원통형 코로나방전 반응기를 개선하여 정화효율이 가장 우수한 최적정온도를 유지함으로써 정화효율을 극대화시킬 뿐만 아니라, 낮은 전원공급으로도 유해가스의 정화효율이 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기

본 고안은 각종 연소공정에서 발생되는 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 등의 유해성분을 제거시키는 배기가스 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 와이어-실린더형태의 코로나방전반응에 광분해반응 및 적정온도유지반응을 복합적으로 적용할 수 있도록 함으로써 코로나방전반응을 단독으로 사용하였을 때에 비하여 정화성능을 크게 향상시키는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기에 관한 것이다.

자동차, 공장, 화력발전소 등의 화석연료 연소과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)이 인체에 유해하고 산성비의 주원인임이 밝혀진 이후 이들을 분해 및 정화하는 연구가 다각도로 이루어지고 있다. 유해배출가스를 처리하는 방법으로는 선택적 촉매환원법(SCR), 석회석법 등이 있으나, 이러한 방법들은 다량의 촉매를 사용하여야 하며, 산성의 폐수 등 2차 오염물을 배출시키는 등의 단점을 지니고 있다.

따라서, 1980년대초 이후에 기존의 탈황 및 탈질기술을 대체할 수 있는 기술로서 저온 플라즈마, 특히 펄스코로나기술을 이용한 방전법이 연구되어 왔으며, 상기의 펄스코로나 방전법은 A. Mizno, G. Dinelli, B. M. Penetrante 등에 의하여 많은 연구가 수행되었다.

코로나방전 전극의 형태로는 선-원통형, 선-평판형, 침-평판형이 있으며, 상기의 연구들은 방전형태가 선-원통형태의 코로나방전 반응기에 관한 것이다.

상기 선-원통형 코로나방전 반응기는 선과 원통을 전극으로 하여 두 전극사이에 고전압을 가해주었을 때 전극사이에서 발생한 고에너지 전자들에 의하여 유해가스를 처리하는 시스템으로서, 이와 같이 펄스코로나를 이용한 유해가스의 처리는 높은 효율의 고전압 발생장치가 필요할 뿐만 아니라, 고전압펄스 공급장치는 반응기의 형상 및 처리용량에 따라 선택적으로 제작되어야 한다.

따라서, 코로나방전 반응기와 함께 광분해반응을 복합적으로 적용함으로써 코로나방전만을 단독으로 사용할 때 보다 낮은 전원공급으로도 정화성능을 크게 향상시킬 수 있다.

본 출원인은 선출원된 특허출원 제97-78416호에서 광분해반응을 복합적으로 적용한 선-원통형 코로나방전 반응기에 관하여 특허출원한 바 있다.

종래의 광 및 코로나방전에너지를 복합적으로 이용한 장치는 전기방전만을 이용하여 제거반응을 일으켰을 경우에 비하여 효율이 상승하기는 하나 그 효율이 우수하지는 못하므로 추가적인 수단이 필요하다.

따라서, 본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 고안의 목적은 상기의 광분해반응을 복합적으로 적용한 와이어-실린더형 코로나방전 반응기를 개선하여 정화효율이 가장 우수한 최적정온도를 유지함으로써 정화효율을 극대화시키는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 낮은 전원공급으로도 유해가스의 정화효율이 높은 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예인 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기를 도시한 개략도,

도 2는 본 고안의 일 실시예에 사용되는 반응기을 도시한 개략단면도,

도 3은 어댑터의 일측에 설치되는 와이어지지가이드의 정면도,

도 4는 시료가스유입장치의 일측에 설치되는 와이어지지가이드의 정면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1:반응기 2:UV공급수단

3:가열수단 4:전원공급장치

10:석영본체 11,12:실린더 및 와이어형 전극

20:가스유입장치 21:유입구

22:와이어지지가이드 23,53:가스통과홀

24,54:와이어지지홀 30:와이어고정장치

40:광투과장치 41:광투과용 쿼츠윈도우

42:유출구 50:어댑터

52:광투과용 쿼츠 와이어지지가이드

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기는 유해가스를 인가받아 플라즈마 화학반응을 일으켜 유해가스를 정화하는 반응기와, 상기 반응기의 가스정화효율을 상승시키기 위해 상기 반응기내로 UV광을 조사하는 UV공급수단과, 상기 반응기가 유해가스를 정화시키는데 최적의 온도로 유지되도록 상기 반응기를 가열하는 가열수단과, 상기 반응기내에서 코로나방전이 발생하도록 상기 반응기에 고전압을 공급하는 전원공급장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 고안의 일 실시예에 의한 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 고안의 일 실시예인 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기를 도시한 개략도이고, 도2는 본 고안의 일 실시예에 사용되는 반응기를 도시한 개략단면도이고, 도3은 어댑터의 일측에 설치되는 와이어지지가이드의 정면도이고, 도4는 시료가스유입장치의 일측에 설치되는 와이어지지가이드의 정면도이다.

도1에 도시되어 있는 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 의한 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기는 유해가스를 인가받아 플라즈마 화학반응을 일으켜 유해가스를 정화하는 반응기(1)와, 상기 반응기(1)의 가스정화효율을 상승시키기 위해 상기 반응기(1)내로 UV광을 조사하는 UV공급수단(2)과, 상기 반응기(1)가 유해가스를 정화시키는데 최적의 온도로 유지되도록 상기 반응기(1)를 가열하는 가열수단(3)과, 상기 반응기(1)내에서 코로나방전이 발생하도록 상기 반응기(1)에 고전압을 공급하는 전원공급장치(4)로 구성되어 있다.

상기 가열수단(3)은 가열하기 위한 수단으로서 일반적으로 사용되는 전기로 등이 이용된다.

도2에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 반응기(1)는 코로나방전을 일으키도록 중앙부에 설치된 실린더형 전극(11)과 내부중앙에 축방향으로 설치된 와이어형 전극(12)을 구비한 원통형의 석영본체(10)와, 상기 본체(10)에 유해가스를 유입시키도록 유입구(21)를 구비하여 상기 본체(10)의 일측에 접속되는 가스유입장치(20)와, 와이어형 전극(12)에 장력을 제공하도록 상기 가스유입장치(20)의 일측에 설치되는 와이어고정장치(30)와, UV공급수단(2)으로부터 UV광이 조사되도록 단부에 광투과용 쿼츠윈도우(41)를 구비함과 함께, 상기 본체(10)에서 정화된 가스를 유출시키도록 유출구(42)를 구비하여 상기 본체(10)의 타측에 접속되는 광투과장치(40)와, 상기 광투과장치(40)를 상기 본체(10)에 접속시키는 어댑터(50)로 구성되어 있다.

또한 도3과 도4에 도시되어 있는 바와 같이, 와이어형 전극(12)을 본체(10)의 중앙에 고정시키며 요동을 방지하도록 상기 가스유입장치(20)의 일면과 상기 어댑터(50)의 일면에 와이어지지가이드(22,52)를 구비하고 있다. 그리고, 도3의 와이어지지가이드(52)는 광을 투과할 수 있는 쿼츠로 구성된다.

상기 와이어지지가이드(22,52)는 유입되는 가스가 통과할 수 있는 가스통과 홀(23,53)과 와이어형 전극(12)을 지지하는 와이어지지홀(24,54)을 구비하고 있다.

다음에, 이와 같이 구성되어 있는 본 고안의 일 실시예에 의한 광 및 열을복합적용한 코로나방전반응기의 작용을 도1 내지 도4를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 와이어고정장치(30)에 의해 와이어형 전극(12)이 반응기(1)내에서 팽팽하게 직선을 유지하도록 조정한 다음에, 전원공급장치(4)에서 반응기(1)내의 실린더형 전극(11)과 와이어형 전극(12)에 전압을 인가하여 코로나를 발생시킨다.

이 때, 와이어형 전극(12)을 가스유입장치(20)와 어댑터(50)의 와이어지지홀(24,54)에 의해 실린더형 전극(11)의 정중앙에 위치시켜 코로나가 편중되어 발생하는 것을 방지한다. 와이어형 전극(12)에 음의 전압을 인가하면 발광현상이 음극에서 시작하여 양극으로 진행하는 음의 코로나가 발생하며 양의 전압을 인가하면 반대현상인 양의 코로나가 발생한다.

반응기(1)내로 유입되는 유해가스는 밀폐형의 본체(10)에 의해 외부로 유출되는 것이 방지되며, UV공급수단(2)에 의해 광투과용 쿼츠윈도우(41)를 통해 조사되는 광은 석영본체(10)내부의 유해가스를 활성화시켜 코로나방전에 의한 정화를 촉진시킨다. 또한, 석영본체(10)의 외부에는 전기로 등의 가열수단(3)이 설치되어 있어서, 반응기(1)내부의 온도를 열선과 서모커플 등에 의해 배기가스를 정화시키는데 최적의 온도인 80 내지 100℃로 유지시킨다.

이 때, 반응기(1)의 전극들(11,12)에 가해지는 고전압, 가열수단(3)의 열선에 가해지는 전압 및 가열수단(3)의 서모커플 등에 의한 전기적 장애가 발생될 수 있는데, 반응기(1)는 본체(10)가 석영으로 형성되어 있어서 이러한 현상을 차단하는 절연체로서의 작용을 하게 된다.

이와 같이 본 고안에서의 코로나방전반응기(1)는 UV공급수단(2)과가열수단(3)을 함께 구비하고 있어서, 코로나에 의해 플라즈마 화학반응을 일으키는 유해가스에 UV광이 조사됨으로써 플라즈마화학반응이 용이하게 일어나도록 활성화될 뿐만 아니라, 가열수단(3)에 의해 반응기(1)내의 유해가스를 정화에 가장 적합한 최적의 온도로 유지시킴으로써 정화효율을 극대화할 수 있으며, 3가지를 복합적용함에 의하여 에너지의 소모를 극소화할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 고안의 일 실시예인 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기에 의하면, 와이어형 전극을 와이어지지가이드에 의해 실린더형 전극의 정중앙에 위치시켜 코로나가 편중되어 발생하는 것을 방지하고, 가열수단에 의해 반응기내부의 온도를 배기가스를 정화시키는 최적의 온도로 유지시키며, 반응기의 본체가 석영으로 형성되어 있어서 고전압이 인가되는 전극들과 가열수단간의 전기적 장애현상을 차단하는 절연체로서의 작용을 함으로써, 광분해반응을 복합적으로 적용한 선-원통형 코로나방전 반응기를 개선하여 정화효율이 가장 우수한 최적정온도를 유지함으로써 정화효율을 극대화시킬 뿐만 아니라, 낮은 전원공급으로도 유해가스의 정화효율이 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 유해가스를 인가받아 플라즈마 화학반응을 일으켜 유해가스를 정화하는 반응기와, 상기 반응기의 가스정화효율을 상승시키기 위해 상기 반응기내로 UV광을 조사하는 UV공급수단과, 상기 반응기가 유해가스를 정화시키는데 최적의 온도로 유지되도록 상기 반응기를 가열하는 가열수단과, 상기 반응기내에서 코로나방전이 발생하도록 상기 반응기에 고전압을 공급하는 전원공급장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기.
2. 제1항에 있어서, 상기 가열수단은 전기로인 것을 특징으로 하는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 반응기는 코로나방전을 일으키도록 중앙부에 설치된 실린더형 전극과 내부중앙에 축방향으로 설치된 와이어형 전극을 구비한 원통형의 석영본체와, 상기 본체에 유해가스를 유입시키도록 유입구를 구비하여 상기 본체의 일측에 접속되는 가스유입장치와, 와이어형 전극에 장력을 제공하도록 상기 가스유입장치의 일측에 설치되는 와이어고정장치와, UV공급수단으로부터 UV광이 조사되도록 단부에 광투과용 쿼츠윈도우를 구비함과 함께, 상기 본체에서 정화된 가스를 유출시키도록 유출구를 구비하여 상기 본체의 타측에 접속되는 광투과장치와, 상기 광투과장치를 상기 본체에 접속시키는 어댑터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기.
4. 제3항에 있어서, 상기 가스유입장치와 어댑터는 와이어형 전극을 본체의 중앙에 고정 및 요동을 방지하도록 일면에 와이어지지가이드를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기.
5. 제4항에 있어서, 상기 와이어지지가이드는 유입되는 가스가 통과할 수 있는 가스통과홀과 와이어형 전극을 지지하는 와이어지지홀을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 광 및 열을 복합적용한 코로나방전반응기.