KR20120032894A - Apparatus for generating atmospheric pressure plasma and method for removing air pollutants using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An apparatus for generating atmospheric pressure plasma and a method for removing air pollutants using the same are provided to contact air pollutants with micro discharges of tens to hundreds of kHz by forming a pore on a porous dielectric and a surface of the porous dielectric. CONSTITUTION: A high voltage electrode(12) has a mesh shape. A porous dielectric(10) has tens to thousands of pores. The porous dielectric adheres closely to the high voltage electrode. A ground electrode(14) of a mesh shape adheres closely to one side of the porous dielectric. A gas supply part supplies an air pollutant(16) between meshes of the high voltage electrode. A gas exhaust port discharges a processed air pollutant between the meshes of the ground electrode. A power supply device applies the power source of a direct current or an alternating current between the high voltage electrode and the ground electrode.

Description

대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용한 공기오염물질 제거 방법{APPARATUS FOR GENERATING ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA AND METHOD FOR REMOVING AIR POLLUTANTS USING THE SAME}Atmospheric pressure plasma generating device and air pollutant removal method using the same {APPARATUS FOR GENERATING ATMOSPHERIC PRESSURE PLASMA AND METHOD FOR REMOVING AIR POLLUTANTS USING THE SAME}

본 발명은 대기압 플라즈마 발생장치와 이를 이용한 공기오염물질 제거 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대기압에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키고 플라즈마 가스 공급에 의해 플라즈마가 발생되도록 하는 플라즈마 발생장치를 제공하고 이를 이용하여 공기오염물질을 제거하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an atmospheric pressure plasma generating apparatus and a method for removing air pollutants using the same, and more particularly, to provide a plasma generating apparatus for generating a plasma stably at atmospheric pressure and generating a plasma by supplying a plasma gas. It relates to a method for removing air pollutants.

플라즈마 상태의 높은 반응성을 이용하여 금속이나 고분자 등을 표면 처리하는 기술은 잘 알려져 있다. 플라즈마는 진공 또는 대기압에서 발생될 수 있으며, 그 온도에 따라 평균온도가 수만 도에 달하고 이온화 정도가 높은 고온 플라즈마와 평균온도가 상온보다 약간 높고 이온화 정도가 미약한 저온 플라즈마로 구분된다. Techniques for surface treatment of metals, polymers and the like using high reactivity in a plasma state are well known. The plasma may be generated in a vacuum or at atmospheric pressure, and according to the temperature, the plasma may be classified into a high temperature plasma having an average temperature of several tens of degrees and a high ionization degree, and a low temperature plasma having an average temperature slightly higher than room temperature and having a low ionization degree.

저온 플라즈마는 다양한 가스 상태의 오염물질들을 비활성 또는 처리하기 쉬운 화학종들로 변환하는 성공적인 방법으로서 인정되고 있다. 저온 플라즈마에서의 화학 반응들은 주로 방전에 의해 생성되는 전자와 라디칼들과의 분자들의 상호작용에 의해 시작된다. 에너지 효율과 저온 플라즈마 응용의 선택성을 향상시키기 위해 저온 플라즈마와 촉매의 조합 사용이 증가하고 있다. 유전체, 자성체, 금속 산화물들이 촉매로서 사용되고 있고 이 들은 화학적으로 반응성이 높은 라디칼들의 형성을 향상시킨다. Cold plasma is recognized as a successful method of converting various gaseous pollutants into inert or easy-to-treat species. Chemical reactions in cold plasmas are primarily initiated by the interaction of molecules with radicals and electrons produced by the discharge. The use of a combination of low temperature plasma and catalyst is increasing to improve energy efficiency and selectivity of low temperature plasma applications. Dielectrics, magnetics and metal oxides are used as catalysts and they enhance the formation of chemically reactive radicals.

플라즈마 반응기에서 촉매의 존재는 방전 모드와 전기적 특성에도 영향을 미치고 있다. 예를 들어, 높은 투자율(Permittivity)을 가지는 PbTiO3 또는 BaTiO3 펠렛들이 전극 사이에 채워지고 고전압에 인가되면 펠렛의 접촉점에서 전기장이 가장 세지고 방전이 시작된다. 방전은 대부분 접촉점에서 발생되고 상당히 많은 필라멘트, 마이크로방전으로 구성된다. 나노세컨드의 펄스폭을 가지는 필라멘트 마이크로방전들은 시공간적으로 불규칙하게 분포하며 인가전압이 증가할수록 그 수는 증가하고 인가전압의 주파수가 60Hz일지라도 발생되는 필라멘트 마이크로 방전의 주파수는 수 kHz에서 수백 kHz에 이른다. The presence of the catalyst in the plasma reactor also affects the discharge mode and the electrical properties. For example, when high permeability PbTiO 3 or BaTiO 3 pellets are filled between electrodes and applied at high voltage, the electric field is strongest at the contact point of the pellet and discharge starts. Discharge mostly occurs at the point of contact and consists of a large number of filaments, microdischarges. Filament microdischarges with a pulse width of nanoseconds are irregularly distributed in space and time, and the number increases as the applied voltage increases.

일반적으로 유전체장벽방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치는 첨부된 도 1에서 도시된 바와 같이, 상(上)전극(2) 표면에 유전체(6)를 부착시키고 하(下)전극(4)에 유전체(8)를 부착시켜 상기 유전체(6,8) 사이에 제공되는 공간으로 방전가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다.In general, a dielectric barrier discharge plasma apparatus attaches the dielectric 6 to the upper electrode 2 surface and attaches the dielectric to the lower electrode 4, as shown in FIG. (8) is attached to inject a discharge gas into a space provided between the dielectrics 6 and 8 to generate a plasma.

또한, 유전체장벽방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치의 다른 구성은 상기 구성중 두 전극(2,4)에 부착된 유전체(6,8) 중에 하나가 생략된 형태도 가능하며 전극의 모양은 상기 도 1에서와 같이 판 전극이 사용될 수 있으며 동축 형태의 유전체장벽방전 플라즈마 장치도 사용된다. In addition, another configuration of the dielectric barrier discharge plasma apparatus may be a form in which one of the dielectrics 6 and 8 attached to the two electrodes 2 and 4 is omitted. As in 1, a plate electrode can be used, and a coaxial dielectric barrier discharge plasma apparatus is also used.

상기 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 사용되는 유전체로는 석영, 알루미나, 강화유리, 고무, 실리콘, 폴리머, 마이카 등의 다양한 유전체가 사용된다. As the dielectric used in the dielectric barrier discharge plasma apparatus, various dielectrics such as quartz, alumina, tempered glass, rubber, silicon, polymer, mica and the like are used.

상기 설명한 전극 구조의 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 물질의 표면처리는 그 처리 대상의 모양에 많은 제약을 받는다. 이런 피 처리물의 모양에 제약을 받지 않고 표면처리 할 수 있는 장치는 젯 형태로 전극 밖으로 플라즈마를 분출시키는 것이다. 또한 안정된 플라즈마를 얻을 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다.
In the above-described dielectric barrier discharge plasma apparatus of the electrode structure, the surface treatment of the material is subject to a lot of constraints on the shape of the object to be treated. An apparatus capable of surface treatment without being constrained by the shape of the workpiece is to jet the plasma out of the electrode in the form of a jet. In addition, since a stable plasma can be obtained, many studies have been conducted.

본 발명에서는 다공성 유전체를 두 전극 사이에 삽입하여 대기압에서 안정적으로 플라즈마를 발생시키며 상기 고전압 전극으로 가스가 공급되도록 구성되어 상기 고전압 및 접지전극 사이, 더욱 바람직하게는 상기 고전압 및 접지 전극이 설치되는 다공성 유전체의 표면과 다공성 유전체의 내부 기공에서 플라즈마가 발생되는 대기압 플라즈마 발생장치 및 이를 이용하여 공기 오염물질들이 플라즈마 방전이 발생되는 기공을 지나가도록 하여 높은 처리 효율을 달성하는 방법을 제공하고자 한다. In the present invention, the porous dielectric is inserted between the two electrodes to generate a stable plasma at atmospheric pressure and gas is supplied to the high voltage electrode is a porous between the high voltage and the ground electrode, more preferably the high voltage and ground electrode is installed Atmospheric pressure plasma generating apparatus for generating a plasma at the surface of the dielectric and internal pores of the porous dielectric and to provide a method for achieving a high processing efficiency by passing the air pollutants through the pores in which plasma discharge is generated.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 특징에 따르면, 그물 모양의 고전압 전극; 수십 내지 수천 개의 기공을 가지며, 상기 고전압 전극에 밀착되어 설치되는 다공성 유전체; 상기 다공성 유전체(10)에 타 면에 밀착되어 설치되는 그물 모양의 접지 전극; 상기 그물모양의 고전압 전극이 그물 사이로 공기오염물질을 공급하는 가스 공급부; 상기 가스공급부를 통해 공급된 공기오염물질이 상기 다공성 유전체의 기공을 통해 상기 접지 전극의 그물 사이로 처리된 공기오염물질이 배출되는 가스 배출구; 및 상기 고전압 전극 및 상기 접지 전극 사이에 직류 또는 교류의 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하여 구성되는 대기압 플라즈마 발생장치를 제공한다.According to a first aspect of the present invention for achieving the above object, a mesh-shaped high voltage electrode; A porous dielectric having tens to thousands of pores and installed in close contact with the high voltage electrode; A mesh-shaped ground electrode installed in close contact with the other surface of the porous dielectric 10; A gas supply unit configured to supply air pollutants through the net by the net-shaped high voltage electrode; A gas outlet through which the air pollutant supplied through the gas supply part is discharged between the nets of the ground electrodes through the pores of the porous dielectric; And a power supply device configured to apply direct current or alternating current power between the high voltage electrode and the ground electrode.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 다공성 유전체는 알루미나, 석영, 지르코니아, 티타니아, 강화유리, 근청석, 물라이트, 산화마그네슘 또는 산화아연으로 구성된 산화화합물의 일구성 이상과 탄화규소을 혼합하여 이루어지거나, 산화화합물 및 탄화규소로 이루어지는 것이 바람직하다.At this time, according to an additional feature of the present invention, the porous dielectric is mixed with silicon carbide and at least one component of an oxide compound composed of alumina, quartz, zirconia, titania, tempered glass, cordierite, mullite, magnesium oxide or zinc oxide Or consisting of an oxidizing compound and silicon carbide.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 다공성 유전체의 개개의 기공 크기가 수십 nm ~ 수백 ㎛ 범위를 갖도록 구성되는 것이 바람직하다. In addition, according to an additional feature of the invention, it is preferred that the individual pore sizes of the porous dielectric be configured to have a range of several tens of nm to several hundred micrometers .

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 다공성 유전체의 기공도(Porosity)가 1 ~ 99vol%로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, according to an additional feature of the present invention, it is preferable that the porosity (Porosity) of the porous dielectric is composed of 1 ~ 99vol%.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 고전압 전극이 바늘 형태의 전극으로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, according to an additional feature of the present invention, it is preferable that the high voltage electrode is composed of a needle-shaped electrode.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 전원공급장치가 교류 전원을 공급하는 경우, 상기 교류 전원의 주파수는 50Hz ~ 20kHz로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, according to an additional feature of the present invention, when the power supply device supplies AC power, the frequency of the AC power is preferably composed of 50Hz ~ 20kHz.

또한, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 공기오염물질은 공기 중에 희석된 휘발성 유기화합물, 황하수소, 암모니아, 머캡탄류, 포름알데하이드 및 그 혼합물로 구성되는 것이 바람직하다.In addition, according to an additional feature of the present invention, the air pollutant is preferably composed of volatile organic compounds, hydrogen sulfide, ammonia, mercaptans, formaldehyde and mixtures thereof diluted in air.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 발생되는 플라즈마로 공기오염물질을 통과시켜 공기오염물질을 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마를 이용한 공기오염물질 처리 방법을 제공한다.
According to a second aspect of the present invention for achieving the above object, a step of generating a plasma using an atmospheric pressure plasma generator; And treating the air pollutant by passing the air pollutant through the generated plasma.

이상에 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치는 다공성 유전체의 표면 및 상기 다공성 유전체에 형성된 기공에 플라즈마 채널이 형성되어 공기오염물질이 수십 내지 수백 kHz의 마이크로방전에 접촉하여 높은 제거효율을 제공할 수 있다.
As described above, the atmospheric pressure plasma generator according to the present invention has a plasma channel formed on the surface of the porous dielectric and the pores formed in the porous dielectric, whereby air pollutants come into contact with micro discharges of several tens to hundreds of kHz, thereby providing high removal efficiency. Can provide.

도 1은 일반적인 유전체장벽방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 대기압 플라즈마 발생장치의 기본적인 전극구조를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예로서, 도 2의 다른 전극 배열을 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 플라즈마 발생장치의 전압 전류 파형을 보여주는 도면.1 is a view showing the configuration of a general dielectric barrier discharge plasma apparatus.
2 is a cross-sectional view showing the basic electrode structure of the atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing another electrode arrangement of FIG. 2 as another embodiment of the present invention.
4 is a view showing a voltage current waveform of the plasma generating apparatus of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 일반적인 유전체장벽방전(Dielectric barrier discharge) 플라즈마 장치의 구성을 나타낸 도면이다.1 is a view showing the configuration of a general dielectric barrier discharge plasma apparatus.

도 1을 참조하면, 일반적인 유전체장벽방전 플라즈마 장치는 상(上)전극(2) 표면에 유전체(6)를 부착시키고 하(下)전극(8)에 유전체(4)를 부착시켜 상기 유전체(6,8) 사이에 제공되는 공간으로 방전가스를 주입하여 플라즈마를 발생시킨다. Referring to FIG. 1, in a general dielectric barrier discharge plasma apparatus, a dielectric 6 is attached to a surface of an upper electrode 2 and a dielectric 4 is attached to a lower electrode 8. And 8) inject a discharge gas into the space provided between to generate a plasma.

또 다른 장치의 구성은 두 전극(2,4)에 부착된 유전체(6,8) 중에 하나가 생략된 형태의 유전체장벽방전 플라즈마 장치도 가능하며 전극의 모양은 상기 도 1에서와 같이 판 전극이 사용될 수 있으며 동축 형태의 유전체장벽방전 플라즈마 장치도 사용된다. 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 사용되는 유전체로는 석영, 알루미나, 강화유리, 고무, 실리콘, 폴리머, 마이카 등의 다양한 유전체가 사용된다. Another device may be configured as a dielectric barrier discharge plasma apparatus in which one of the dielectrics 6 and 8 attached to the two electrodes 2 and 4 is omitted, and the shape of the electrode may be as shown in FIG. Coaxial dielectric barrier discharge plasma apparatus may also be used. Dielectric barrier discharge As the dielectric used in the plasma apparatus, various dielectrics such as quartz, alumina, tempered glass, rubber, silicon, polymer, mica and the like are used.

상기 설명한 전극 구조의 유전체장벽방전 플라즈마 장치에서 물질의 표면처리는 그 처리 대상의 모양에 많은 제약을 받는다. 이런 피 처리물의 모양에 제약을 받지 않고 표면처리 할 수 있는 장치는 젯 형태로 전극 밖으로 플라즈마를 분출시키는 것이다. 또한 안정된 플라즈마를 얻을 수 있어 많은 연구가 진행되고 있다. In the above-described dielectric barrier discharge plasma apparatus of the electrode structure, the surface treatment of the material is subject to a lot of restrictions on the shape of the object to be treated. An apparatus capable of surface treatment without being constrained by the shape of the workpiece is to jet the plasma out of the electrode in the form of a jet. In addition, since a stable plasma can be obtained, many studies have been conducted.

도 2는 본 발명에 대기압 플라즈마 발생장치의 기본이 되는 전극구조 배열을 도시한 도면으로서, 그 세부 구성을 살펴보면, FIG. 2 is a diagram illustrating an electrode structure arrangement that is the basis of an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to the present invention.

본 발명의 다공성 유전체(10)를 이용한 대기압 플라즈마 발생 장치의 전극배열 방법은 다양하게 할 수 있다. 도 2에서 상기 다공성 유전체(10)는 두 전극(12,14) 사이에 설치될 수 있으며 단위 면적(cm2) 당 수십 개에서 수천 개의 기공을 가지며 개개의 기공 사이즈는 수십 나노미터(nm)에서 수백 마이크로미터(μm)가 되는 것이 바람직하다. The electrode array method of the atmospheric pressure plasma generator using the porous dielectric 10 of the present invention can be various. In FIG. 2, the porous dielectric 10 may be installed between two electrodes 12 and 14 and may have tens to thousands of pores per unit area (cm 2 ), and each pore size may be in the tens of nanometers (nm). It is desirable to be hundreds of micrometers ( μm ).

이때, 상기 두 전극(12, 14)은 그물 모양으로 형성되어 수십 내지 수천 개의 기공을 가지는 상기 다공성 유전체(10)의 일 면에 밀착되는 고전압 전극(12)과 상기 다공성 유전체(10)의 타 면에 밀착되어 설치되는 그물 모양의 접지 전극(14)으로 구분된다.In this case, the two electrodes 12 and 14 are formed in a net shape and are in close contact with one surface of the porous dielectric 10 having tens to thousands of pores, and the other surfaces of the porous dielectric 10. It is divided into a mesh-like ground electrode 14 is installed in close contact with the.

상기 다공성 유전체(10)를 구성하는 재질은 알루미나, 산화규소, 근청석(Cordierite), 물라이트(Mullite), 지르코니아, 티타니아, 산화마그네슘, 산화아연(Zinc oxide) 등의 산화화합물과 탄화규소 또는 산화화합물의 구성물질과 탄화규소의 2가지 이상의 물질을 혼합하여 구성될 수 있다. 상기 전극(12,14)은 텅스텐, 몰리브덴, 스테인레스 스틸, 구리, 알루미늄, 탄소 등으로 이루어지는 것이 바람직하며, 그 외의 금속 재질로 구성될 수 있음은 물론이다.The material constituting the porous dielectric material 10 is an oxide compound such as alumina, silicon oxide, cordierite, mullite, zirconia, titania, magnesium oxide, zinc oxide, and silicon carbide or oxide. It may consist of a mixture of two or more substances, constituents of the compound and silicon carbide. The electrodes 12 and 14 are preferably made of tungsten, molybdenum, stainless steel, copper, aluminum, carbon, and the like, and of course, may be made of other metal materials.

더욱 바람직하게는 상기 전극(12,14)은 상기 금속 재질의 그물(Mesh)로 구성된다. 그러므로, 상기 전극(12,14)은 가스 공급부 및 배출부로서 작용된다. More preferably, the electrodes 12 and 14 are made of a mesh made of the metal. Therefore, the electrodes 12, 14 serve as gas supply and discharge parts.

즉, 상기 그물 모양의 고전압 전극(12)이 그물 사이로 공기오염물질(16)을 공급하는 가스 공급부와, 상기 가스 공급부를 통해 공급된 공기오염물질(16)이 상기 다공성 유전체(10)의 기공을 통해 상기 접지 전극(14)의 그물 사이로 처리된 공기오염물질이 배출되는 가스 배출구로서 작용하게 된다.That is, the gas supply unit for supplying the air pollutant 16 between the mesh by the mesh-shaped high voltage electrode 12 and the air pollutant 16 supplied through the gas supply unit form pores of the porous dielectric 10. It serves as a gas outlet through which the air pollutant treated through the net of the ground electrode 14 is discharged.

한편, 상기 공기오염물질(16)은 공기 중에 희석된 휘발성 유기화합물, 황하수소, 암모니아, 머캡탄류, 포름알데하이드 및 그 혼합물로 구성된 것을 본 발명의 플라즈마 발생장치를 통해 가스 배출구로 배출되도록 구성된다.On the other hand, the air pollutant 16 is composed of volatile organic compounds, hydrogen sulfide, ammonia, mercaptans, formaldehyde and mixtures thereof diluted in air to be discharged to the gas outlet through the plasma generator of the present invention.

또한, 도면에 설명되어 있는 것과 같이 가스가 배출되는 상기 전극(14)은 접지되어 진다.In addition, the electrode 14 through which gas is discharged as described in the drawing is grounded.

상기 전극(12,14)은 고전압 전원공급장치(20)에 연결되며 상기 전원공급장치(20)는 50Hz에서 20kHz의 주파수를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성된 플라즈마 반응기에서 방전가스는 미세한 기공을 통해 흐르며 각각의 기공에서 미세한 방전(Microdischarge) 채널이 형성된다. The electrodes 12 and 14 are connected to the high voltage power supply 20 and the power supply 20 preferably has a frequency of 50 Hz to 20 kHz. In the plasma reactor configured as described above, the discharge gas flows through the fine pores, and microdischarge channels are formed in the respective pores.

이러한 다공성의 유전체가 구비된 플라즈마 반응기를 이용하여 공기오염물질(16)을 처리할 경우, 플라즈마와 유해가스와의 반응시간이 증가하고 상기 공기오염물질(16)이 미세방전에 직접 접촉하기 때문에 높은 분해효율을 달성할 수 있어 깨끗한 공기 또는 처리하기 쉬운 가스(18)로 배출된다. When the air pollutant 16 is treated using a plasma reactor equipped with a porous dielectric, the reaction time between the plasma and the noxious gas increases and the air pollutant 16 directly contacts microdischarges because of high reaction time. Decomposition efficiency can be achieved and discharged with clean air or gas 18 that is easy to process.

도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 대기압 플라즈마 발생장치의 다른 전극 배열을 도시한 도면으로서, 그 세부 구성을 살펴보면, 도 2의 고전압 전극(12)은 바늘 모양의 전극(22)으로 대체될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 바늘 전극(22)은 다수개의 전극으로 구성되며 개개의 바늘 전극은 상기 다공성 유전체(10)와 동일한 거리를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 바늘 전극(22)은 금속성의 지지체(24)에 지지된다. 3 is a view illustrating another electrode arrangement of an atmospheric pressure plasma generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Looking at the detailed configuration, the high voltage electrode 12 of FIG. 2 is replaced with a needle-shaped electrode 22. Can be. More preferably, the needle electrode 22 is composed of a plurality of electrodes and each needle electrode is preferably maintained at the same distance as the porous dielectric 10. The needle electrode 22 is supported by a metallic support 24.

이때, 바늘 형태의 전극(22)이 고전압 전극(12)으로 사용될 때, 상기 다공성 유전체(10)의 표면과 상기 바늘 전극(22)의 단부와의 거리가 형성되어 방전 공간이 구비되도록 구성된다. At this time, when the needle-shaped electrode 22 is used as the high voltage electrode 12, the distance between the surface of the porous dielectric 10 and the end of the needle electrode 22 is formed to provide a discharge space.

상기 접지 전극(14)과 지지체(24)에 지지된 바늘전극(22)은 고전압 전원공급장치(20)에 연결되며 상기 접지 전극(14)은 접지되어 진다. 상기 전원공급장치(20)는 50Hz에서 20kHz의 주파수를 가지는 것이 바람직하다.The ground electrode 14 and the needle electrode 22 supported by the support 24 are connected to the high voltage power supply 20, and the ground electrode 14 is grounded. The power supply 20 preferably has a frequency of 50Hz to 20kHz.

이와 같은 전극 배열에서 상기 공기오염물질(16)은 상기 지지체(24)에 구비된 가스 채널(26)을 통해 흐르게 된다. 상기 가스채널(26)은 상기 지지체(24)에 구비된 상기 공기오염물질(16) 가스가 지나갈 수 있는 통로이다. In such an electrode arrangement, the air pollutant 16 flows through the gas channel 26 provided in the support 24. The gas channel 26 is a passage through which the air pollutant 16 gas provided in the support 24 passes.

또한, 바늘 전극(22)은 속이 빈 캐필러리 전극으로 대체되도록 구성될 수 있다. 상기 바늘 전극(22)이 속이 빈 캐필러리 전극으로 대체될 경우, 상기 공기오염물질(16) 가스가 상기 가스채널(26)을 통해 지나가지 않고 직접적으로 속이 빈 캐필러리로 통과하게 된다.In addition, the needle electrode 22 may be configured to be replaced with a hollow capillary electrode. When the needle electrode 22 is replaced by a hollow capillary electrode, the air pollutant 16 gas passes directly through the hollow capillary without passing through the gas channel 26.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

도 4는 본 발명의 플라즈마 발생장치에서 플라즈마 형성시 전압 및 전류 파형을 보여주는 도면이다. 4 is a view showing voltage and current waveforms during plasma formation in the plasma generating apparatus of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 4(a)는 방전 전의 전형적인 60Hz 정현파 소스 파형을 보여주고 있다. 도 4(b)는 공기 플라즈마가 다공성 유전체에 형성될 때 측정한 파형을 보여주고 있다. 이 때 사용한 다공성 유전체의 기공 사이즈는 250㎛, 기공율은 50vol% 였다. 도 4(b)에 삽입된 확대 이미지에서 톱니파 모양의 전압 펄스가 생성되고 거의 제로로 전압이 떨어질 때, 전류 펄스가 발생된다. 이는 다공성 유전체에서 발생하는 미세방전에 기인하며 반주기에서의 전압 펄스의 주파수는 수 백 kHz에 도달한다. 그러므로, 이는 60Hz 만큼 낮은 주파수 전원으로부터 수백 kHz 전원을 사용하는 것과 같은 의미를 갖는다. 순간적인 전류 펄스 값이 1 내지 2 암페어(A)까지 도달하지만 그 평균값은 수십 미리암페어(mA)이다. 그러므로, 실제적으로 플라즈마에 소비되는 전력은 수십 와트(W) 미만이다.
Referring to FIG. 4, FIG. 4 (a) shows a typical 60 Hz sinusoidal source waveform before discharge. Figure 4 (b) shows the waveform measured when the air plasma is formed in the porous dielectric. The pore size of the porous dielectric material used at this time was 250 µm, and the porosity was 50 vol%. In the enlarged image inserted in FIG. 4 (b), when a sawtooth-shaped voltage pulse is generated and the voltage drops to almost zero, a current pulse is generated. This is due to the microdischarges occurring in the porous dielectric and the frequency of the voltage pulses in the half cycle reaches several hundred kHz. Therefore, this is equivalent to using hundreds of kHz power from a frequency power supply as low as 60 Hz. The instantaneous current pulse value reaches 1 to 2 amps (A) but its average value is several tens of amps (mA). Therefore, the power actually consumed in the plasma is less than a few tens of watts (W).

10: 다공성 유전체 12 : 고전압 전극
14 : 접지 전극 16 : 공기오염물질
20 : 전원공급장치 22 : 바늘 전극
24 : 지지체 26 : 가스채널10: porous dielectric 12: high voltage electrode
14 grounding electrode 16 air pollutant
20: power supply 22: needle electrode
24 support body 26 gas channel

Claims (8)

그물 모양의 고전압 전극(12);
수십 내지 수천 개의 기공을 가지며, 상기 고전압 전극(12)에 밀착되어 설치되는 다공성 유전체(10);
상기 다공성 유전체(10)에 타 면에 밀착되어 설치되는 그물 모양의 접지 전극(14);
상기 그물모양의 고전압 전극(12)이 그물 사이로 공기오염물질(16)을 공급하는 가스 공급부;
상기 가스공급부를 통해 공급된 공기오염물질이 상기 다공성 유전체(10)의 기공을 통해 상기 접지 전극(14)의 그물 사이로 처리된 공기오염물질(16)이 배출되는 가스 배출구; 및
상기 고전압 전극(12) 및 상기 접지 전극(14) 사이에 직류 또는 교류의 전원을 인가하는 전원공급장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.Reticulated high voltage electrode 12;
A porous dielectric having tens to thousands of pores and installed in close contact with the high voltage electrode 12;
A mesh-shaped ground electrode 14 installed in close contact with the other surface of the porous dielectric 10;
A gas supply unit for supplying an air pollutant 16 between the net by the net-shaped high voltage electrode 12;
A gas outlet through which the air pollutant material supplied through the gas supply part is discharged between the nets of the ground electrodes 14 through the pores of the porous dielectric 10; And
And a power supply for applying direct current or alternating current power between the high voltage electrode (12) and the ground electrode (14). 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 유전체는 알루미나, 석영, 지르코니아, 티타니아, 강화유리, 근청석, 물라이트, 산화마그네슘 또는 산화아연으로 구성된 산화화합물의 일구성 이상과 탄화규소을 혼합하여 이루어지거나, 산화화합물 및 탄화규소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
The porous dielectric is formed by mixing at least one component of an oxide compound composed of alumina, quartz, zirconia, titania, tempered glass, cordierite, mullite, magnesium oxide or zinc oxide and silicon carbide, or made of an oxide compound and silicon carbide. Atmospheric pressure plasma generator. 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 유전체의 개개의 기공 크기가 수십 nm ~ 수백 ㎛ 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
Atmospheric pressure plasma generating apparatus characterized in that the pore size of the porous dielectric has a range of several tens nm to several hundred ㎛. 제 1 항에 있어서,
상기 다공성 유전체의 기공도(Porosity)가 1 ~ 99vol%인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
Atmospheric pressure plasma generating apparatus characterized in that the porosity (Porosity) of the porous dielectric is 1 ~ 99vol%. 제 1 항에 있어서,
상기 고전압 전극이 바늘 형태의 전극인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
Atmospheric pressure plasma generating apparatus characterized in that the high voltage electrode is a needle-shaped electrode. 제 1 항에 있어서,
상기 전원공급장치가 교류 전원을 공급하는 경우, 상기 교류 전원의 주파수는 50Hz ~ 20kHz인 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
When the power supply unit supplies the AC power, the atmospheric pressure plasma generator, characterized in that the frequency of the AC power source is 50Hz ~ 20kHz. 제 1 항에 있어서,
상기 공기오염물질은 공기 중에 희석된 휘발성 유기화합물, 황하수소, 암모니아, 머캡탄류, 포름알데하이드 및 그 혼합물로 구성된 것을 특징으로 하는 대기압 플라즈마 발생장치.The method of claim 1,
The air pollutant is an atmospheric pressure plasma generator characterized in that consisting of volatile organic compounds, hydrogen sulfide, ammonia, mercaptans, formaldehyde and mixtures thereof diluted in air. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 대기압 플라즈마 발생장치를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 단계; 및
상기 발생되는 플라즈마로 공기오염물질을 통과시켜 공기오염물질을 처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 플라즈마를 이용한 공기오염물질 처리 방법.Generating a plasma using the atmospheric pressure plasma generator according to any one of claims 1 to 6; And
The air pollutant processing method using a plasma comprising the step of passing the air pollutant to the generated plasma to process the air pollutant.
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