KR20040026333A - 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치 - Google Patents

Abstract

개시된 내용은 상대전극의 유동공에 금속망을 부착하여 방전영역을 확대함과 동시에 플라즈마정화장치에 공급되어 방전에 소요되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율을 극대화시킴으로써 불필요한 에너지의 낭비를 최소화하는 한편 오염물질의 제거효율을 상승시킨 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 방전전극과 상대전극을 갖는 반응기를 구비하여, 공급된 전원에 의해 방전을 일으킴으로써 상기 반응기내로 유입된 유해물질을 정화처리하는 플라즈마정화장치에 있어서, 상기 상대전극은 상기 유해물질이 통과하는 다수의 방전공에 금속망이 장착된 것을 특징으로 한다.

Description

방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치{Plasma purification apparatus maximizing discharge efficiency}

본 발명은 플라즈마를 발생시켜 각종 액상 또는 기상의 오염물질과 화학반응하게 하여 오염물질을 정화처리하는 플라즈마정화장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상대전극의 유동공에 금속망을 부착하여 방전영역을 확대함과 동시에 방전에 소요되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율을 극대화시킴으로써 불필요한 에너지의 낭비를 최소화하고 오염물질의 제거효율을 상승시킨 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치에 관한 것이다.

일반적으로, 엔진 또는 소각장으로부터의 유해 배기가스를 정화하기 위한 방법으로서 고전압에 의한 코로나방전을 생성시켜 플라즈마 화학반응으로 유해성분을 산화 또는 환원시켜 제거하는 방법이 이용되고 있다. 코로나 방전을 이용한 배기가스 정화장치는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해물질(질소산화물, 황산화물, VOCs, 다이옥신 등)을 정화하는 원리를 이용한다. 특히, 플라즈마정화장치에서는 오염물질로 엔진이나 소각장 등으로부터 배출되는 유해가스, 예를 들어 질소산화물, 황산화물, 다이옥신, VOCs 등의 기체상태의 물질을 정화처리하거나 오존, 산소, 음이온과 같은 물질을 생성시킨다. 한편으로, 상수원수처리나 각종 오폐수처리등의 액체상태의 오염물에도 사용되고 있다.

이러한 코로나 방전형 배기가스 정화장치의 배기가스 제거효율을 높이기 위한 여러 가지 기술들이 제안되어 왔다. 알려진 코로나 방전형 배기가스 정화장치들로는 코로나 방전전극을 가는 선형으로 한 와이어전극-대-실린더(Wire-to-cylinder)형과, 코로나 방전전극을 침상으로 한 침상전극-대-평판형(Point source-to-Plate) 등을 대표적으로 들 수 있다. 이러한 플라즈마정화장치로는 본 출원인의 등록된 특허 제194973호 및 제194975호 등에 개시되어 있는데, 그 중 하나가 도 1a 내지 도 2에 도시되어 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 플라즈마정화장치의 전극구조를 보여주는 사시도 및 그 단면도이고, 도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 플라즈마정화장치에서 발생하는 방전현상의 모형도이다.

기존의 플라즈마정화장치는 도 1a 및 도 1b에 도시한 바와 같이 방전전극(10)과 상대전극(20)이 쌍을 이루고 배치되어 있는데, 방전전극(10)과 상대전극(20)은 코로나방전이 형성되기 위한 공간을 이격하여 위치한다. 물론, 방전전극(10)과 상대전극(20)은 절연지지체(미도시)에 의해 반응기내에 순차적으로 적층되며 지지고정되는데, 이러한 지지체는 여기서 다루려는 기술과 무관한 사항이므로 도시 및 설명에서 생략한다.

방전전극(10)에는 많은 방전침(12)들이 돌출하고 있으며, 이 방전침(12)들사이에는 유동공(14)들이 천공되어 있다. 상대전극(20)에는 방전침(12)들과 대응되는 부위에 방전공(22)들이 형성되어 있어, 도 2에서 보는 바와 같이 방전침(12)과 방전공(22) 사이에서 역원추형으로 방전이 일어나게 된다. 이때 발생되는 방전은 방전침(12)과 원형 방전공(22)의 주연부를 잇는 속이 빈 원추형이다. 이와 같이, 속이 빈 원추형의 방전이 일어나므로 기존의 플라즈마정화장치에서는 투입되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율이 적어 에너지낭비를 초래할 뿐만 아니라 방전영역이 작아 정화처리효율이 떨어지는 폐단이 있었다.

플라즈마정화장치에서 유해물질의 제거효율을 높이기 위해서는 불필요한 에너지의 소비를 최대한 줄이고 플라즈마정화장치에 투입되어 방전에 소요되는 전기에너지의 이용율을 최대한 극대화하는 것이 절실하다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제결점들을 해소하기 위해서 안출한 것으로서, 상대전극의 유동공에 금속망을 부착하여 방전영역을 확대함과 동시에 플라즈마정화장치에 공급되어 방전에 소요되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율을 극대화시킴으로써 불필요한 에너지의 낭비를 최소화하는 한편 오염물질의 제거효율을 상승시킨 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 실시예에 관한 상세한 설명은 첨부하는 도면들을 참조하여 이루어질 것이며, 도면에서 대응되는 부분을 지정하는 번호는 같다.

도 1a 및 도 1b는 종래의 플라즈마정화장치의 전극구조를 보여주는 사시도 및 그 단면도이고,

도 2는 도 1a 및 도 1b에 도시된 종래의 플라즈마정화장치에서 발생하는 방전현상의 모형도이고,

도 3은 본 발명에 따른 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치의 구조를 나타낸 사시도이고,

도 4는 도 3에 도시된 플라즈마정화장치에서의 방전현상을 보여주는 모형도이고,

도 5는 본 발명에 따른 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치에서의 전기에너지 이용효율을 보여주는 도표이다.

** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **

50 : 방전전극52 : 방전침

54 : 유동공60 : 상대전극

62 : 방전공64 : 금속망

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치는 방전전극과 상대전극을 갖는 반응기를 구비하여, 공급된 전원에 의해 방전을 일으킴으로써 상기 반응기내로 유입된 유해물질을 정화처리하는 플라즈마정화장치에 있어서, 상기 상대전극은 상기 유해물질이 통과하는 다수의 방전공에 금속망이 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전전극은 침형상의 다수의 방전침을 가지며, 각 방전침은 상기 방전공의 대략 중심을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치의 구조를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 플라즈마정화장치에서의 방전현상을 보여주는 모형도이다.

앞서 설명한 바와 같이, 방전전극(50)과 상대전극(60)은 일정간격 이격한 상태로 교번하며 반응기내에 적층되어 고정되는데, 방전전극(50)에서는 상대전극(60)을 향해 방전침(52)들이 뾰족하게 돌출하고 있으며, 방전침(52)들과 대응되는 상대전극(60)에는 방전공(62)들이 형성되어 있다. 이때, 방전침(52)은 방전공(62)의 대략 중심을 향하도록 배치된다. 따라서, 방전전극(50)의 방전침(52)과 이와 대응되는 상대전극(60)의 방전공(62) 사이에서 방전이 일어나게 된다. 이와 같은 코로나방전은 방전침(52)의 첨부(尖部)에서 방전공(62)의 주연부를 향해 유발되므로 방전은 속이 빈 형태의 원추형상을 이루는데, 본 발명에서는 방전공(62)의 내부에 금속망(64)을 설치하여 원추형 방전의 내측에서도 방전현상이 일어날 수 있도록 하고 있다. 금속망(64)은 도 3에서 보는 바와 같이 가로선과 세로선이 등간격으로 배치되어 교차되며 이루어진 좌우배열의 등방단위격자의 철망체로, 그 단위격자의 형상 및 간격은 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 마름모꼴이나 직사각형으로도 제작이 가능하다.

이러한 금속망(64)이 방전을 유도함에 의해, 본 플라즈마정화장치에서는 도 4에 도시한 바와 같이 방전침(52)에서 방전공(62)의 주연부를 향해 방전이 일어나 원추형 방전을 일으킴은 물론 방전침(52)에서 금속망(64)을 이루는 격자들을 향해서도 방전이 일어나 외곽의 원추형 방전의 내측에서도 많은 방전이 유발되게 된다. 이때, 금속망(64)을 이루는 격자의 크기를 작게 함으로써 원추형 외곽방전의 내측에 보다 많은 방전을 유도할 수 있다.

이와 같이, 원추형 외곽방전의 내부에서도 촘촘하게 방전이 일어나므로 방전전극(50)의 유동공(54)으로 유입되어 유동하는 유해가스가 플라즈마에 보다 많이 노출되어 반응하면서 정화처리된다. 이렇게 정화처리된 가스는 가스의 유동을 나타낸 도 4의 화살표와 같이 유동하여 상대전극(60)의 방전공(62)을 통해 배출되게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치에서의 전기에너지 이용효율을 보여주는 도표로, 본 실험결과는 본 방전전극이 적용된 반응기와 도 2에 예시한 종래의 금속망이 없는 방전전극이 적용된 반응기에 펄스전원(300Hz)을 이용하여 동일한 전압을 인가하며 반응기로 인가되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율을 측정한 것이다.

본 도표에서 본 발명의 정화장치에 투입되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율이 기존의 정화장치에 비해 더 높은 것을 알 수 있다. 즉, 도표에서 본 발명을 나타낸 선P가 기존의 장치를 나타낸 선O에 비해 위쪽에 표시되어 있어 한 눈에 전환율이 높은 것을 확인할 수 있는데, 상대적으로 비교해서 기존의 장치에 비해 약 105%정도로 전환율이 상승되었다. 이러한 전환율의 상승폭은 정화장치의 설비를 대형화할 경우 전기에너지의 소모량을 상당히 줄일 수 있어 많은 에너지의 절감이 기대된다.

여기에 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예 중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에 의해서만 한정되거나 제한받는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 물론, 균등한 다른 실시예가 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치는 상대전극의 유동공에 금속망을 부착하여 방전영역을 확대함과 동시에플라즈마정화장치에 공급되어 방전에 소요되는 전기에너지의 방전에너지로의 전환율을 극대화시킬 수 있다. 이에 의하여, 반응기내로 투입되는 전기에너지의 낭비를 최소화하는 한편 오염물질의 제거효율을 상승시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 방전전극과 상대전극을 갖는 반응기를 구비하여, 공급된 전원에 의해 방전을 일으킴으로써 상기 반응기내로 유입된 유해물질을 정화처리하는 플라즈마정화장치에 있어서,

   상기 상대전극은 상기 유해물질이 통과하는 다수의 방전공에 금속망이 장착된 것을 특징으로 하는 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 방전전극은 침형상의 다수의 방전침을 가지며, 각 방전침은 상기 방전공의 대략 중심을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 방전효율을 극대화한 플라즈마정화장치.