KR20130028184A - Plasma torch structure established in water - Google Patents

Plasma torch structure established in water Download PDF

Info

Publication number
KR20130028184A
KR20130028184A KR1020110089895A KR20110089895A KR20130028184A KR 20130028184 A KR20130028184 A KR 20130028184A KR 1020110089895 A KR1020110089895 A KR 1020110089895A KR 20110089895 A KR20110089895 A KR 20110089895A KR 20130028184 A KR20130028184 A KR 20130028184A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transparent quartz
plasma
quartz tube
conductive
electrode
Prior art date
Application number
KR1020110089895A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
강신홍
Original Assignee
주식회사 엔에스
강신홍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엔에스, 강신홍 filed Critical 주식회사 엔에스
Priority to KR1020110089895A priority Critical patent/KR20130028184A/en
Publication of KR20130028184A publication Critical patent/KR20130028184A/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/0061Underwater arc welding
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3457Nozzle protection devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02WCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00Technologies for solid waste management
    • Y02W30/20Waste processing or separation

Abstract

PURPOSE: An underwater installation plasma torch structure is provided to diffuse radical and gas which are activated in a plasma area and to increase catalytic oxidation reaction, thereby easily removing an environment pollutant. CONSTITUTION: A conductive discharge electrode(20) is inserted into a transparent quartz pipe(10). The conductive discharge electrode has the transparent quartz pipe and a discharge electrode gap in a diameter direction. A conductive counter electrode(30) is separated from the outside of the transparent quartz pipe and is installed. The conductive counter electrode forms a high density plasma region. A torch cap(40) is assembled in an upper part of the transparent quartz pipe. The torch cap forms an electrode tip hold, a gas inlet, and a counter electrode inlet.

Description

수중 설치 플라즈마토치 구조{plasma torch structure established in water}Plasma torch structure established in water

본 발명은 수중 설치 플라즈마토치 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수중에 설치하여 고전압에 의해 플라즈마를 발생하여 물을 정화할 수 있는 플라즈마 토치에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater plasma torch structure, and more particularly, to a plasma torch which can be installed in water to generate plasma by high voltage to purify water.

등록특허공보 특허번호 10-0932377호(공고일자 2009년12월16일)에는 발명의 배경기술로서 플라즈마를 이용한 수처리 기술에 대해 기재되어 있는바, 일반적으로 수(水)처리 기술은 크게 물리·화학적 처리와 생물학적 처리, 다단계 처리로 대별할 수 있다. 그러나 현재 이러한 기술을 뛰어넘어 더 나은 수처리 효과를 보기 위해 많은 연구가 진행되고 있는데, 소위 첨단 수처리 기술이라 불리는 기술을 중심으로 많은 연구가 행해지고 있다. 이에 상술한 첨단 수처리 기술의 종류를 살펴보면, 1) 전기화학적 방법에 의한 기술, 2) 전기·자기를 이용한 수처리 기술, 3) 자외선을 이용한 수처리 기술, 4) 플라즈마를 이용한 수처리 기술이 있는데 본 발명은 플라즈마를 이용한 수처리 기술에 속하며, 수중에서의 유해물질은 물론이고 대기 중의 유해가스 및 악취처리가 가능하다.Patent No. 10-0932377 (December 16, 2009) discloses a water treatment technology using plasma as a background art of the invention. Generally, water treatment technology is largely physical and chemical. Treatment, biological treatment, and multistage treatment can be roughly classified. However, a lot of researches are currently being carried out to see a better water treatment effect beyond these technologies, and a lot of research is being conducted around a so-called advanced water treatment technology. In view of the above-described types of advanced water treatment technology, there are 1) an electrochemical method, 2) an electric and magnetic water treatment technology, 3) an ultraviolet water treatment technology, and 4) a plasma water treatment technology. It belongs to water treatment technology using plasma, and it is possible to treat harmful substances in water as well as harmful gases and odors in the atmosphere.

한편, 기존의 수(水)처리 기술로는 응집처리, 오존을 이용한 오존산화처리, 용해성 유기물과 화합물을 흡착하는 활성탄 흡착, 미생물들에 의한 생물학처리, 펜톤산화공정 등이 많이 이용되고 있다. 이 중 가장 일반적으로 사용되는 것은 오존이며, 산업폐수, 매립지 침출수 등의 사업장내 환경개선과 질병예방에 오존을 응용하려는 노력을 하고 있다. 이는 오존이 강력한 산화력을 가지고 있어 이론적으로 유기물을 CO2 및 H2O로 완전 분해 할 수 있는 잠재력이 있고 부산물을 생성하지 않는 장점이 부각되고 있기 때문이지만, 차츰 오존의 화학적 특성과 분해메커니즘이 밝혀지면서 오존과 일부 유기물과의 반응이 선택적으로 나타나거나 반응속도가 느리다는 단점이 알려지고 있다.On the other hand, the conventional water treatment technology is agglomeration treatment, ozone oxidation treatment using ozone, activated carbon adsorption to adsorb soluble organic compounds and compounds, biological treatment by microorganisms, fenton oxidation process and the like are widely used. Among them, ozone is the most commonly used, and efforts are being made to apply ozone to environmental improvement and disease prevention in workplaces such as industrial wastewater and landfill leachate. This is because ozone has strong oxidizing power, which theoretically has the potential to completely decompose organic matter into CO 2 and H 2 O, and produces no by-products. However, the chemical characteristics and decomposition mechanism of ozone are gradually revealed. It is known that the reaction between ozone and some organic matters is selective or the reaction rate is slow.

최근 이러한 오존처리의 단점과 재래식 산화처리 공정의 한계를 극복하기 위한 방안으로 수중에서 일반 산화제보다 훨씬 강력한 산화력을 지닌 OH 라디칼의 생성을 촉진시켜 오염된 물을 정수할 수 있는 처리법인 고급산화처리법(AOP: Advanced Oxidation Process)이 수처리에 매우 효과적인 것으로 평가받고 있다.     In order to overcome the shortcomings of the ozone treatment and the limitations of the conventional oxidation treatment process, an advanced oxidation treatment method which promotes the generation of OH radicals having much more powerful oxidizing power in water than the general oxidizing agent to purify contaminated water The Advanced Oxidation Process (AOP) is considered to be very effective for water treatment.

고급산화공정이란 오존, 과산화수소, 자외선 등 직접 주입한 산화제로부터 직접적으로 유기물을 분해하는 기존처리법의 한계를 넘어 몇 가지 단위공정을 조합하여 상호 복합적인 반응에 의해 인위적으로 산화력이 강한 OH라디칼을 수중에서 생성시켜 수처리 효과를 기대하는 진보된 산화처리방법이다. OH Radical은 오존이 분해되는 과정에서 중간물질로 생성된 것으로서 오존 그 자체보다 높은 산화 환원 전위차(2.80[V])를 가지며, 불포화 탄화수소, 방향족 화합물을 쉽게 공략하고 할로겐족 화합물의 경우는 할로겐 원소를 치환하는 경로를 통하여 분해에 관여하기도 한다. 결국 AOP의 최종목표는 이러한 OH Radical의 생성 농도를 극대화하는 것이다.     Advanced oxidation process goes beyond the limitation of the conventional treatment method that directly decomposes organic substances from oxidant injected directly such as ozone, hydrogen peroxide, ultraviolet ray, etc., and combines several unit processes to combine artificially oxidizing OH radicals in water. It is an advanced oxidation treatment that produces and expects water treatment effects. OH Radical is an intermediate produced during the decomposition of ozone, and has a higher redox potential difference (2.80 [V]) than ozone itself. It readily targets unsaturated hydrocarbons and aromatic compounds, and in the case of halogenated compounds, replaces halogen elements. It may also be involved in degradation via pathways. After all, the ultimate goal of AOP is to maximize the concentration of these OH Radicals.

또한, 복합공정으로 수처리에 응용될 수 있는 AOP의 종류로는 O3/highpH, O3/H2O2(Peroxone), O3/UV, H2O2/UV 등이 있으며, 이러한 고급산화법의 분야 중 하나로 수중 고전압 플라즈마 방전이 활발히 연구되고 있다.In addition, the types of AOP that can be applied to water treatment in a complex process include O 3 / highpH, O 3 / H 2 O 2 (Peroxone), O 3 / UV, H 2 O 2 / UV, and the like. Underwater high voltage plasma discharge is being actively studied.

또한, 첨단 수처리 기술 중 플라즈마를 이용한 수처리 기술은 주로 저온 플라즈마공정으로서 과거 대기환경 분야에서 유해가스 제거에 사용되었지만, 종전의 수처리 기술과는 달리 약품투입이 필요 없고 처리공정도 간편하며, 2차오염도 발생시키지 않는 장점으로 최근 새로운 개념의 수처리 기술로 부각되고 있으며, 저온 플라즈마를 형성하는 방전에는 펄스 스트리머방전, 무성방전, 부분방전, 연면방전 및 코로나방전 등이 있다. 수질오염물질 처리를 위한 전기방전에 관한 연구들은 1980년대 후반부터 미국, 일본, 네덜란드, 체코, 러시아, 캐나다 등에서 활발하게 진행되어 왔다. 수중 또는 수표면에서 고전압 펄스방전을 발생시키면 다양한 물리·화학적 과정들이 시작되어 UV, shock waves, 그리고 H, O, OH, H2O2 등과 같은 화학적 활성종들을 생성시키며, 수표면에 근접하여 발생하는 기체중의 방전에서는 배경기체에 산소가 존재할 때, 고농도의 오존과 활성라디칼들이 생성되어 쉽게 물에 용해되어 오염물질 제거과정에 참여할 수 있는 것으로 알려져 있다.In addition, among the advanced water treatment technologies, water treatment technology using plasma is mainly used for removing harmful gases in the air environment field in the past as a low temperature plasma process. Recently, a new concept of water treatment technology has emerged as an advantage that does not occur, and discharges forming low temperature plasma include pulse streamer discharge, silent discharge, partial discharge, creepage discharge and corona discharge. Electric discharge research for water pollutant treatment has been actively conducted in the United States, Japan, the Netherlands, the Czech Republic, Russia and Canada since the late 1980s. The generation of high voltage pulse discharges in water or on the water surface initiates a variety of physical and chemical processes that produce UV, shock waves, and chemically active species such as H, O, OH, and H 2 O 2 , which occur close to the water surface. In the gas discharge, it is known that when oxygen is present in the background gas, high concentrations of ozone and active radicals are generated and easily dissolved in water to participate in the process of removing pollutants.

특히, 플라즈마 발생기의 유입가스로 공기를 이용할 경우 플라즈마 발생기에서 예상되는 주요 반응식은 아래와 같으며, O3을 비롯한 O, OH, H, N, HO2 등의 radical이 생성되고 이러한 불안정한 생성물들은 2차적으로 오염물질 또는 산소 등과 반응하여 peroxide나 새로운 형태의 라디칼을 형성함으로써 연쇄적인 산화분해 반응이 진행되며, 이러한 산화반응은 난분해성 물질, 대기 중 유해가스 및 악취, 색도 및 오·폐수의 살균처리 등 수질정화에 폭 넓게 응용될 수 있다.In particular, when air is used as the inlet gas of the plasma generator, the main reaction equation expected in the plasma generator is as follows, and radicals such as O 3 , O, OH, H, N, and HO 2 are generated and these unstable products are secondary. By reacting with pollutants or oxygen to form peroxide or a new type of radical, a chain oxidative decomposition reaction proceeds. Such oxidation reactions are difficult to decompose materials, harmful gases and odors in the air, sterilization of color and wastewater, etc. It can be widely applied to water purification.

N2 + e N + N + e 식 1N 2 + e N + N + e Equation 1

N2 + e N2 - 식 2N 2 + e N 2 - Equation 2

O2 + e 2O + e 식 3O 2 + e 2 O + e Equation 3

O2 + e O2 - 식 4O 2 + e O 2 - Formula 4

H2O + e H + OH + e 식 5H 2 O + e H + OH + e Equation 5

O + e O- 식 6O + e O - equation 6

O2 + H HO2 식 7O 2 + H HO 2 Formula 7

H2O + O 2OH 식 8H 2 O + O 2 OH Formula 8

O + O2 O2 식 9O + O 2 O 2 Expression 9

N2 + O2 N2 + 2O 식 10N 2 + O 2 N 2 + 2O Equation 10

현재, 수(水)처리를 위한 플라즈마 방전 기법은 너무도 많이 연구되어져 왔으며, 물에 플라즈마를 투입할 경우 매우 좋은 효과가 있다는 것은 이미 많은 학술적 실험으로 증명이 되어 그 가치를 인정받고 있다.     At present, the plasma discharge technique for water treatment has been studied so much, and it is already proved by many academic experiments that it is very good effect when the plasma is added to the water has been recognized.

그러나 현재까지 거의 대부분의 기술은 수중에서 플라즈마가 발생될 때 물의 도전성 때문에 플라즈마의 발생이 매우 어려울 뿐 아니라 단락 방지 기술이 필수적으로 적용되어야 하기 때문에 플라즈마를 연속적으로 발생시키기 위해서는 고가의 펄스 전원 및 고주파전원을 사용하거나 코팅 막 처리된 전극이나 수표면 방전을 위한 수면 위 전극을 사용하고 있다.     However, to date, almost all technologies are very difficult to generate plasma due to the conductivity of water when plasma is generated in water, and short-circuit prevention technology must be applied. Electrodes on the surface of the surface for water surface discharge or electrodes coated with a coating film.

이들 장치는 큰 규격과 무거운 중량으로 설치가 곤란하며, 높은 소비전력과 비싼 가격, 그리고 운전과 유지보수의 어려움 등으로 인한 단점을 가지고 있다.     These devices are difficult to install due to their large size and heavy weight, and have disadvantages due to high power consumption, high price, and difficulty in operation and maintenance.

또한, 최근 다양한 유전체를 이용하여 수중에서 방전을 발생시키는 기법들이 연구되고 있지만, 수중에서 안정된 방전을 유지하지 못하여 단락이 발생하거나 급격히 방전효율의 저하되는 등의 문제가 여전히 발생되고 있다.     In addition, recently, techniques for generating discharge in water using various dielectrics have been studied, but problems such as short circuit or sudden decrease in discharge efficiency due to failure to maintain stable discharge in water are still occurring.

따라서 등록특허공보 특허번호 10-0932377호에서는 이의 해결책으로서 고밀도 수중 플라즈마 토치(torch)를 이용한 수질정화방법에 관한 것으로, 요약서에 기재된 바와 같이, 플라즈마 반응기를 수중에 투입시켜 반응기의 열화를 방지하고, 수표면 및 수중에서 강한 전계를 형성하여 효과적으로 플라즈마 에너지를 전달할 수 있도록 하는 고밀도 수중 플라즈마 토치를 이용한 수질정화방법에 있어서, 상기 방법은 내경이 1.0~20mm이며 외경이 5~20mm이고 두께가 0.5~5mm인 규격의 직경보다 긴 길이를 갖는 투명 석영관(110)과, 상기 투명 석영관(110)에 삽입되어 석영관의 내경과 방전 갭(discharge gap)을 확보할 수 있는 직경을 갖는 도전성 방전극(120)과, 상기 투명 석영관(110) 외부표면에 접촉되어 도전성 방전극(120)에서의 최대전위경도를 집중시켜 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는 메쉬형 도전성 대향전극(130)과, 상기 투명 석영관(110)의 상단에 조립되어 도전성 방전극(120)을 투명 석영관(110) 내부 중심축에 고정시켜 간극거리를 유지하기 위한 전극 팁(141)과, 가스주입구(142) 및 고압선 인입구(143)를 갖는 방사형 토치헤드(140)를 구비하는 수중 플라즈마 반응기(torch)를 구축하는 제1 단계와; 상기 투명 석영관(110) 내부에 삽입된 도전성 방전극(120)과 메쉬형 도전성 대향전극(130)의 위치 및 거리를 조절하여 사용하고자 하는 플라즈마의 유동성을 크게 하는 제2 단계와; 상기 가스주입구(142)와 연결된 레귤레이터(200)를 통해 주입된 공기 또는 가스압으로 물과의 전로를 차단하여 수중에서 안정적으로 플라즈마를 발생·유지시키는 제3 단계와; 상기 도전성 방전극(120)과 메쉬형 도전성 대향전극(130)을 상용 전자식 네온트랜스(300)의 단자에 연결하여 7[kV]~15[kV], 21.0[kHz]~23[kHz]의 전원을 인가시켜 고밀도 스트리머 플라즈마를 발생시키는 제4 단계와; 상기 제3 단계에서 주입된 공기 또는 가스가 고밀도 플라즈마 영역에서 활성화되면 즉시 수중으로 주입시키는 제5 단계를 포함하며, 또한, 상기 투명 석영관(110)의 하단부에는 상기 고밀도 플라즈마 영역을 거쳐서 나온 활성화된 라디칼과 가스의 확산효과 및 접촉산화반응을 증대시키기 위해 마이크론 사이즈의 기포를 발생시키는 소밀 다공성 버블장치(400)를 통해 물과의 접촉시간 및 접촉 표면적을 높여 오염된 수질을 정화시키는 제6 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고밀도 수중 플라즈마 토치를 이용한 수질정화방법을 제공하고 있다.     Accordingly, Patent Publication No. 10-0932377 relates to a water purification method using a high density underwater plasma torch as a solution thereof. As described in the Abstract, a plasma reactor is introduced into water to prevent deterioration of the reactor. In the water purification method using a high density underwater plasma torch to effectively transmit plasma energy by forming a strong electric field in the water surface and water, the method has an inner diameter of 1.0 ~ 20mm, an outer diameter of 5 ~ 20mm and a thickness of 0.5 ~ 5mm A transparent quartz tube 110 having a length longer than the diameter of phosphorus standard, and a conductive discharge electrode 120 having a diameter which is inserted into the transparent quartz tube 110 to secure an inner diameter and a discharge gap of the quartz tube. ) And the outer surface of the transparent quartz tube 110 to concentrate the maximum potential hardness of the conductive discharge electrode 120, Mesh-shaped conductive counter electrode 130 to form a, and is assembled on the top of the transparent quartz tube 110, the electrode for fixing the conductive discharge electrode 120 to the central axis inside the transparent quartz tube 110 to maintain the gap distance A first step of constructing an underwater plasma reactor having a tip 141, a radial torch head 140 having a gas inlet 142 and a high voltage line inlet 143; A second step of increasing the fluidity of the plasma to be used by controlling the position and distance of the conductive discharge electrode 120 and the mesh type conductive counter electrode 130 inserted into the transparent quartz tube 110; A third step of stably generating and maintaining plasma in water by blocking a path to water with air or gas pressure injected through the regulator 200 connected to the gas inlet 142; The conductive discharge electrode 120 and the mesh type conductive counter electrode 130 are connected to the terminals of the commercial electronic neon transformer 300 to supply power of 7 [kV] to 15 [kV] and 21.0 [kHz] to 23 [kHz]. Applying a fourth step to generate a high density streamer plasma; And a fifth step of immediately injecting water into the water when the air or gas injected in the third step is activated in the high density plasma region, and at the lower end of the transparent quartz tube 110, The sixth step of purifying the contaminated water quality by increasing the contact time and surface area with water through the microporous bubble device 400 generating micron-sized bubbles in order to increase the diffusion effect and the catalytic oxidation reaction of radicals and gases Provided is a water purification method using a high density underwater plasma torch, including.

그러나 상기와 같은 종래 기술 역시 플라즈마영역에서 활성화된 라디칼 및 가스 등이 확산이 양호하지 않고, 접촉산화반응이 원하는만큼 증대되지 않음으로서, 환경오염물질을 용이하고 확실하게 제거하는 것이 곤란하다는 단점이 남아 있었다.     However, the prior art as described above also has a disadvantage in that the radicals and gases activated in the plasma region do not have good diffusion and the catalytic oxidation reaction does not increase as desired, so that it is difficult to remove environmental pollutants easily and reliably. there was.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 발명한 것으로, 플라즈마 토치를 수중에 설치하여 강한 전계를 형성하여 플라즈마를 발생하고, 에어스톤으로 수중에 버블을 발생함으로써, 플라즈마영역에서 활성화된 라디칼 및 가스 등이 확산이 양호하고 접촉산화반응이 증대됨으로써, 환경오염물질을 용이하고 확실하게 제거할 수 있는 수중 설치 플라즈마토치 구조를 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the present invention is invented to solve the above problems, by installing a plasma torch in the water to form a strong electric field to generate a plasma, by generating bubbles in the water with air stone, activated radicals and gases in the plasma region, etc. This diffusion is good and the catalytic oxidation reaction is increased to provide an underwater plasma torch structure that can easily and reliably remove environmental pollutants.

본발명은 수중 설치 플라즈마토치 구조에 관한 것으로, 수중에 설치되는 플라즈마토치에 있어서, 상기 플라즈마토치는 투명석영관과, 상기 투명 석영관(10)에 삽입되되, 투명 석영관과 지름방향으로 방전전극 갭을 갖는 도전성 방전극(20)과, 상기 투명 석영관(10) 외부에 이격되어 설치되어 도전성 방전극(20)에서의 최대전위경도를 집중시켜 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는 도전성 대향전극(30)과, 상기 투명 석영관(10)의 상단에 조립되며 도전성 방전극(20)을 투명 석영관(10) 내부에 고정하는 전극 팁 구멍(41)과, 가스주입구(42)와, 도전성 대향전극(30)이 인입되는 대향전극 인입구(43)가 형성되는 토치캡(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to the structure of a plasma torch installed underwater, the plasma torch installed in water, the plasma torch is inserted into the transparent quartz tube, the transparent quartz tube 10, the transparent quartz tube and the discharge electrode in the radial direction A conductive discharge electrode 20 having a gap, a conductive counter electrode 30 spaced apart from the transparent quartz tube 10, and concentrating the maximum potential hardness in the conductive discharge electrode 20 to form a high density plasma region; An electrode tip hole 41, a gas inlet 42, and a conductive counter electrode 30 are assembled to an upper end of the transparent quartz tube 10 and fix the conductive discharge electrode 20 to the inside of the transparent quartz tube 10. It characterized in that it comprises a torch cap 40 is formed the opposing electrode inlet 43 is introduced.

본 발명은 플라즈마 토치를 수중에 설치하여 강한 전계를 형성하여 플라즈마를 발생하고, 에어스톤으로 수중에 버블을 발생함으로써, 플라즈마영역에서 활성화된 라디칼 및 가스 등이 확산이 양호하고 접촉산화반응이 증대됨으로써, 환경오염물질을 용이하고 확실하게 제거할 수 있는 현저한 효과가 있다.The present invention forms a strong electric field by installing a plasma torch in the water to generate a plasma, and by generating air bubbles in the air stone, the radicals and gases activated in the plasma region is good diffusion and the catalytic oxidation reaction is increased In addition, there is a remarkable effect that can easily and reliably remove environmental pollutants.

도 1은 본발명 수중 설치 플라즈마토치 사진
도 2는 본발명 수중 설치 플라즈마토치 토치캡 전체사진
도 3은 본발명 수중 설치 플라즈마토치 토치캡 하면 사진
도 4는 종래의 수중 설치 플라즈마토치 단면도
도 5는 종래의 수중 설치 플라즈마토치 장치도면
1 is a plasma torch photo of the present invention underwater installation
2 is a whole photograph plasma torch cap installed in the present invention
Figure 3 is a photograph of the present invention underwater installation plasma torch cap
Figure 4 is a cross-sectional view of a conventional underwater installation plasma torch
5 is a view of a conventional underwater installation plasma torch device

본발명은 수중 설치 플라즈마토치 구조에 관한 것으로, 수중에 설치되는 플라즈마토치에 있어서, 상기 플라즈마토치는 투명석영관과, 상기 투명석영관(10)에 삽입되되, 투명 석영관과 지름방향으로 방전전극 갭을 갖는 도전성 방전극(20)과, 상기 투명 석영관(10) 외부에 이격되어 설치되어 도전성 방전극(20)에서의 최대전위경도를 집중시켜 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는 도전성 대향전극(30)과, 상기 투명 석영관(10)의 상단에 조립되며 도전성 방전극(20)을 투명 석영관(10) 내부에 고정하는 전극 팁 구멍(41)과, 가스주입구(42)와, 도전성 대향전극(30)이 인입되는 대향전극 인입구(43)가 형성되는 토치캡(40)을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a structure of a plasma torch installed underwater, in the plasma torch installed in the water, the plasma torch is inserted into the transparent quartz tube, the transparent quartz tube 10, the transparent quartz tube and the discharge electrode in the radial direction A conductive discharge electrode 20 having a gap, a conductive counter electrode 30 spaced apart from the transparent quartz tube 10, and concentrating the maximum potential hardness in the conductive discharge electrode 20 to form a high density plasma region; An electrode tip hole 41, a gas inlet 42, and a conductive counter electrode 30 are assembled to an upper end of the transparent quartz tube 10 and fix the conductive discharge electrode 20 to the inside of the transparent quartz tube 10. It characterized in that it comprises a torch cap 40 is formed the opposing electrode inlet 43 is introduced.

또한, 상기 토치캡(40)에는 전극 팁 구멍(41), 가스주입구(42)와, 대향전극 인입구(43)가 형성되되, 가스주입구(42)는 토치캡의 측면으로 수평구멍이 천공된 후 토치캡 하부로 연통되는 수직구멍으로 구성되는 것을 특징으로 한다.     In addition, the torch cap 40 has an electrode tip hole 41, a gas inlet 42, and an opposite electrode inlet 43, and the gas inlet 42 has a horizontal hole formed in the side of the torch cap. Characterized in that it consists of a vertical hole communicated to the lower torch cap.

또한, 도전성 대향전극(30)은 직선 형상으로, 도전성 방전극(20)이 삽입설치된 투명 석영관(10)과 수직으로 평행하게 설치되어, 플라즈마 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.     In addition, the conductive counter electrode 30 has a linear shape and is installed in parallel with the transparent quartz tube 10 in which the conductive discharge electrode 20 is inserted, to form a plasma region.

또한, 상기 투명 석영관(10)의 하단부에는 에어를 발생하는 에어스톤(50)이 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.     In addition, the lower end of the transparent quartz tube 10 is characterized in that the air stone 50 for generating air is coupled.

또한, 상기 투명석영관 대신에 투명아크릴관을 사용하는 것을 특징으로 한다.     In addition, a transparent acrylic tube is used instead of the transparent quartz tube.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명 수중 설치 플라즈마토치 사진, 도 2는 본발명 수중 설치 플라즈마토치 토치캡 사진, 도 3은 본발명 수중 설치 플라즈마토치 토치캡 하면 사진, 도 4는 종래의 수중 설치 플라즈마토치 단면도, 도 5는 종래의 수중 설치 플라즈마토치 장치도면이다.
The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 is a photograph of the present invention underwater installation plasma torch, Figure 2 is a present invention underwater installation plasma torch cap photo, Figure 3 is the present invention underwater installation plasma torch cap photo, Figure 4 is a conventional underwater installation plasma torch cross-sectional view, 5 is a drawing of a conventional underwater installation plasma torch device.

본발명은 수중에 설치되는 플라즈마토치에 있어서, 상기 플라즈마토치는 투명석영관이 내부에 설치되고, 상기 투명석영관(10) 내부에는 도전성 방전극(20)이 삽입설치되되, 상기 도전성 방전극(20)은 지름이 투명 석영관보다 작게 제작하여 방전전극 갭을 갖게 한다.     The present invention is a plasma torch installed in the water, the plasma torch is a transparent quartz tube is installed therein, the conductive discharge electrode 20 is inserted into the transparent quartz tube 10, the conductive discharge electrode 20 The silver diameter is made smaller than the transparent quartz tube to have a discharge electrode gap.

그리고 상기 투명 석영관(10) 외부에는 도전성 방전극(20)에서의 최대전위경도를 집중시켜 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는 도전성 대향전극(30)이 이격되어 설치된다.     The conductive counter electrode 30, which forms a high density plasma region by concentrating the maximum potential hardness of the conductive discharge electrode 20, is spaced apart from the transparent quartz tube 10.

그리고 상기 투명 석영관(10)의 상단에는 토치캡(40)을 설치하는 것으로, 상기 토치캡에는 도전성 방전극(20)을 투명 석영관(10) 내부에 고정하는 전극 팁 구멍(41)과, 가스주입구(42)와, 도전성 대향전극(30)이 인입되는 대향전극 인입구(43)가 형성되어 있다.     In addition, a torch cap 40 is installed at an upper end of the transparent quartz tube 10, and an electrode tip hole 41 for fixing the conductive discharge electrode 20 to the inside of the transparent quartz tube 10 is provided in the torch cap, and a gas is provided. An injection hole 42 and a counter electrode inlet 43 through which the conductive counter electrode 30 is introduced are formed.

특히 상기 가스주입구(42)는 토치캡의 측면으로 수평구멍이 천공된 후 토치캡 하부로 연통되는 수직구멍으로 구성된다. 토치캡에는 상하면을 관통하는 나사조립구멍이 3개가 방사상으로 천공되어 있다.     In particular, the gas inlet 42 is composed of a vertical hole communicated to the lower side of the torch cap after the horizontal hole is drilled to the side of the torch cap. In the torch cap, three screw assembly holes penetrating the upper and lower surfaces are radially drilled.

또한, 도전성 대향전극(30)은 직선 형상으로, 도전성 방전극(20)이 삽입설치된 투명 석영관(10)과 수직으로 평행하게 설치되어 있어, 플라즈마 영역을 형성하게 된다.     In addition, the conductive counter electrode 30 has a linear shape and is disposed in parallel to the transparent quartz tube 10 in which the conductive discharge electrode 20 is inserted, thereby forming a plasma region.

그리고 상기 투명 석영관(10)의 하단부에는 에어를 발생하는 에어스톤(50)이 결합되어 있다.     And the lower end of the transparent quartz tube 10 is coupled to the air stone 50 for generating air.

그리고 본 발명의 고밀도 수중 플라즈마 토치를 이용한 수질정화방법에 관한 핵심 기술적 구성은, 크게는 간단한 구조의 수중 플라즈마 반응기(torch)와, 공기 또는 가스를 주입·조절하는 레귤레이터와, 고전압, 저전력 저가의 플라즈마 발생용 상용 전자식 네온트랜스및 산화반응을 촉진시키는 소밀 다공성 버블장치로 이루어진다.     In addition, the core technical configuration of the water purification method using the high density underwater plasma torch of the present invention is a water plasma reactor (torch) of a simple structure, a regulator for injecting and regulating air or gas, and a high voltage, low power and low cost plasma It consists of a commercial electronic neon transformer for generation and a dense porous bubble device to promote the oxidation reaction.

상기 수중 플라즈마 반응기는, 수중에서 플라즈마를 발생시키기 위한 반응기수단으로, 상기 토치는 일정한 규격의 직경보다 긴 길이를 갖는 투명 석영관(10)과, 상기 투명 석영관(10) 내부에 삽입되어 석영관의 내경과 방전 갭(discharge gap)을 확보할 수 있는 직경을 갖는 도전성 방전극(20)과, 상기 투명 석영관(10) 외부표면에 접촉되어 도전성 방전극(20)에서의 최대전위경도를 집중시켜 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는 도전성 대향전극(30)으로 하는 한 쌍의 전극과, 상기 투명 석영관(10)의 상단에 조립되어 도전성 방전극(20)을 투명 석영관의 내부 중심축에 고정시켜 간극거리를 유지하기 위한 전극 팁과, 공기 또는 가스주입구 및 고압선 인입구를 갖는 방사형 토치헤드를 구비한다.     The underwater plasma reactor is a reactor means for generating a plasma in water, the torch is a transparent quartz tube 10 having a length longer than a diameter of a predetermined standard, and the quartz tube is inserted into the transparent quartz tube 10 A conductive discharge electrode 20 having a diameter capable of securing an inner diameter and a discharge gap of the conductive discharge electrode 20, and the outer surface of the transparent quartz tube 10 in contact with the outer surface of the conductive discharge electrode 20 to concentrate the maximum potential hardness at the conductive discharge electrode 20 A pair of electrodes serving as a conductive counter electrode 30 forming a plasma region, and assembled on top of the transparent quartz tube 10 to fix the conductive discharge electrode 20 to an internal central axis of the transparent quartz tube to reduce the gap distance. And a radial torch head having an electrode tip for holding and an air or gas inlet and a high voltage line inlet.

상기 투명 석영관(10)은, 필요한 기계적 강도를 만족시키고 절연에서 발생되는 자외선 배출용으로 사용되며, 절연성 소재로 만들어진 관체는 모두 대체하여 사용이 가능하다. 특히 아크릴 재질의 관이 사용될 수 있다. 물론 석영관을 사용하는 것이 자외선 배출용으로는 더 적합하며, 내경이 1.0~20[mm] 내외(바람직하게는 6mm)이고 외경은 5~20[mm] 내외(바람직하게는 8mm)이며 두께는 0.5~5[mm] 내외(바람직하게는 2mm)인 것을 사용하였으며, 그 길이는 환경에 따라 조절이 가능하며 길이의 제한은 없고 당연히 크기의 특별한 제한도 없다.     The transparent quartz tube 10 is used for satisfying the required mechanical strength and emitting ultraviolet rays generated from insulation, and all the tubular bodies made of an insulating material can be used in place of the transparent quartz tube. In particular, acrylic tubes can be used. Of course, the use of quartz tube is more suitable for ultraviolet emission, and the inner diameter is around 1.0 ~ 20 [mm] (preferably 6mm), the outside diameter is about 5 ~ 20 [mm] (preferably 8mm) and the thickness is 0.5 ~ 5 [mm] inside and outside (preferably 2mm) was used, the length can be adjusted according to the environment, there is no limit of length and of course there is no particular limitation of size.

따라서 석영관이 더 작을 경우도 더 클 경우에도 사용이 가능하다.     Therefore, it can be used even when the quartz tube is smaller or larger.

또한, 상기 도전성 방전극(20) 및 도전성 대향전극(30)은, 도전성소재이면 사용이 가능하고 상기 도전성 대향전극(30)은 내부식성의 금속 재질로 이루어지며, 방전효율을 높이기 위해서 10[cm]~25[cm] 정도(바람직하게는 15[cm])의 길이가 가장 적합하다.     In addition, the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 can be used as long as the conductive material, the conductive counter electrode 30 is made of a corrosion-resistant metal material, 10 [cm] to increase the discharge efficiency A length of about 25 [cm] (preferably 15 [cm]) is most suitable.

여기서 상기 도전성 방전극(20)과 도전성 대향전극(30)에 인가되는 전압은, 대략 7[kV]부터 시작해서 그 이상의 내압을 발생시킬 수 있는 전원이면 사용가능하며, 고주파 전원은 물론이고 상용 전원의 범위 안에서 자유롭게 적용될 수 있다. 또한, 상기 7[kV]는 장치의 크기를 조정하여 그 이하에서도 동작을 가능하게 할 수 있다. 때문에 전원의 용량과 요구 사항에 맞춰 맞춤형 제작이 가능하다.     Here, the voltage applied to the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 may be used as long as it is a power source capable of generating a higher withstand voltage starting from about 7 [kV]. It can be applied freely within its scope. In addition, the 7 [kV] may adjust the size of the device to enable operation even below. This allows for custom fabrication to match the power capacity and requirements.

또한, 상기 도전성 방전극(20)의 침단 끝부분에서의 전계집중을 방지하고 안정적이며 고밀도 플라즈마 발생을 위해서는, 상기 도전성 대향전극(30)의 높이를 상기 도전성 방전극(20)의 침단 끝부분에서 2~7[mm] 상단에 위치시키는 것이 바람직하다.     In addition, in order to prevent electric field concentration at the tip end of the conductive discharge electrode 20 and generate stable and high-density plasma, the height of the conductive counter electrode 30 is set to 2 to the tip end of the conductive discharge electrode 20. It is preferable to locate at the top of 7 [mm].

또한, 상기 도전성 방전극(20)의 직경은, 상기 투명 석영관(10)의 내경보다 작아야 하는데 상기 도전성 방전극(20)의 반지름 r과 투명 석영관의 내경의 반지름 R과의 관계가 R/r ≒ 3 이상이 되도록 한다. 이는 내부전극 표면의 전계세기는 외부전극의 내반지름과 내부전극의 반지름의 크기에 따라 변화하기 때문이며, 코로나를 경유하여 스트리머(streamer) 방전까지 안정적으로 발생시키기 위함이다.     In addition, the diameter of the conductive discharge electrode 20 should be smaller than the inner diameter of the transparent quartz tube 10, but the relationship between the radius r of the conductive discharge electrode 20 and the radius R of the inner diameter of the transparent quartz tube R / r ≒ 3 or more. This is because the electric field strength of the inner electrode surface changes according to the inner radius of the outer electrode and the size of the radius of the inner electrode, and is intended to stably generate streamer discharge via the corona.

또한, 상기 방사형 토치헤드(40)는, 상기 투명 석영관(10) 상단에 위치하며, 투명 석영관의 파손을 방지하기 위하여 완충작용을 할 수 있는 절연성 재질의 것으로 사용되어야 한다. 또한, 반응기 내에서 고른 방전영역을 형성하기 위해 상기 도전성 방전극(20)을 상기 투명 석영관(10)의 내부 중심축에 고정시키고 삽입 길이를 조절할 수 있도록 하는 전극 팁(41)과 상기 레귤레이터를 통해 도전성 방전극(20)과 투명 석영관(10) 내경 사이의 공간으로 가스나 공기를 주입하기 위한 가스 주입구(42)와, 수중에서 도전성 대향전극(30)에 전원을 인가하기 위한 고압선 인입구로 구성되어 있다. 상기 도전선 방전극(20)과 고압선 인입구간의 거리는 출력전압의 손실과 단락 및 코로나손실을 방지하기 위해 최소 15[mm] 이상의 거리를 두었다.     In addition, the radial torch head 40 is located on the top of the transparent quartz tube 10, and should be used as an insulating material capable of cushioning to prevent breakage of the transparent quartz tube. In addition, through the electrode tip 41 and the regulator for fixing the conductive discharge electrode 20 to the inner central axis of the transparent quartz tube 10 to adjust the insertion length to form an even discharge region in the reactor A gas inlet 42 for injecting gas or air into the space between the conductive discharge electrode 20 and the inner diameter of the transparent quartz tube 10, and a high voltage cable inlet for applying power to the conductive counter electrode 30 in water. have. The distance between the conductive wire discharge electrode 20 and the high voltage cable inlet port is at least 15 [mm] or more to prevent loss of output voltage, short circuit and corona loss.

한편, 본 발명의 유용한 특징은, 먼저 상기 투명 석영관(10)내의 상기 도전성 방전극(20)의 삽입 길이와 상기 도전성 대향전극(30)의 위치 및 거리를 조절할 수 있어 플라즈마의 밀도 내지는 플라즈마의 발생타입, 세기 및 발생을 일직선으로 함으로써 일정하게 발생영역을 유지할 수 있다. 즉, 고밀도 플라즈마 영역을 일정하게 유지하므로 플라즈마 발생영역의 제약이 없으며, 방전 선상 또한 사용환경이나 상황에 맞추어 적용할 수 있으므로 사용상 유동성이 크다.      On the other hand, a useful feature of the present invention, first, the insertion length of the conductive discharge electrode 20 in the transparent quartz tube 10 and the position and distance of the conductive counter electrode 30 can be adjusted to the density of the plasma or generation of plasma The generation area can be kept constant by making the type, intensity, and generation in a straight line. That is, there is no restriction in the plasma generation region because the high density plasma region is kept constant, and the discharge line is also applicable to the use environment or situation, so the fluidity in use is large.

다음은, 본 발명의 고밀도 수중 플라즈마 토치를 수처리에 적용 시, 상기 투명 석영관(10) 하단부에 소밀 다공성 버블장치를 설치하여 수질정화 효과를 급격히 증대시킬 수 있다는 것이다. 상기 소밀 다공성 버블장치는 미세한 마이크론 사이즈의 기포를 발생시켜, 물과의 접촉표면적을 넓혀 줄 수 있는 것이면 기존에 나와 있는 제품 혹은 제작하여 사용할 수 있으며, 본 발명에 이용될 수 있는 가스의 종류 또한 특별한 제한이 없어     Next, when the high-density underwater plasma torch of the present invention is applied to water treatment, a high density porous bubble device may be installed at the lower end of the transparent quartz tube 10 to rapidly increase the water purification effect. The dense porous bubble device generates a micron-sized bubble, so long as it can increase the contact surface area with water, it can be used or manufactured in the existing products, and the type of gas that can be used in the present invention is also special. There is no limit

환경에 맞추어 적절히 사용이 가능하므로 그 만큼 사용상황에 따라 다양한 변화를 꾀할 수 있는 장점이 있다.Since it can be used appropriately according to the environment, there is an advantage that various changes can be made depending on the use situation.

이어서, 본 발명에서 플라즈마의 주 활성 메커니즘을 살펴보면, 상기 투명 석영관(10) 내부의 도전성 방전극(20)과 상기 투명 석영관(10) 외부표면에 설치되어 수중에 직접 접촉해 있는 상기 도전성 대향전극(30) 사이에 상기 투명 석영관(10)이 존재하고 이 투명 석영관(10)의 내부 즉, 투명 석영관(10) 내경과 상기 투명 석영관(10) 안에 삽입되어 상기 투명 석영관(10) 내경 중심부에 위치하고 있는 상기 도전성 방전극(20)의 외경 사이에 형성된 공간으로 상기 레귤레이터를 이용하여 가스 또는 공기를 주입시켜 그것들의 압력으로 상기 투명 석영관(10) 내부와 상기 도전성 방전극(20)의 하단부로부터 물과의 사이에 공간을 만들어 전로를 차단함으로써, 상기 도전성 방전극(20)과 물과의 단락현상을 막아주면서 동시에 상기 공간에서 플라즈마를 발생시킨다.     Next, the main active mechanism of the plasma in the present invention, the conductive discharge electrode 20 inside the transparent quartz tube 10 and the conductive counter electrode provided on the outer surface of the transparent quartz tube 10 and in direct contact with water The transparent quartz tube 10 is present between the 30 and the inside of the transparent quartz tube 10, that is, the inner diameter of the transparent quartz tube 10 and the transparent quartz tube 10 and are inserted into the transparent quartz tube 10. Injecting gas or air into the space formed between the outer diameter of the conductive discharge electrode 20 located in the center of the inner diameter by the pressure of the inside of the transparent quartz tube 10 and the conductive discharge electrode 20 By blocking the converter by creating a space between the lower end and the water, it prevents a short circuit between the conductive discharge electrode 20 and the water and at the same time generates a plasma in the space.

이때 상기 투명 석영관(10)에는 플라즈마가 발생된다.
At this time, plasma is generated in the transparent quartz tube 10.

먼저 본 발명은 상기 투명 석영관(10) 외부표면에 설치되어 있는 상기 도전성 대향전극(30)이 수중에 직접 접촉되어 있기 때문에 물자체가 하나의 도전성 전극의 역할을 하므로 대전현상이 발생하여 기중 방전의 하나인 글로우나 스트리머가 형성된다. 이는 상기 투명 석영관(10)과 상기 도전성 방전극(20)사이의 공간으로 주입되는 가스나 공기를 활성화 시키는 역할이 불필요하다.     First, since the conductive counter electrode 30 provided on the outer surface of the transparent quartz tube 10 is in direct contact with water, a material body plays a role of one conductive electrode, so that charging occurs and discharges in the air. One of the glows or streamers is formed. It is not necessary to activate a gas or air injected into the space between the transparent quartz tube 10 and the conductive discharge electrode 20.

상기 레귤레이터는, 공기 또는 가스를 주입조절하는 수단으로, 상기 수중 플라즈마 반응기의 투명 석영관(10)과 도전성 방전극(20) 사이의 공간으로 가스 또는 공기를 조절하여 주입시킨다.     The regulator is a means for controlling the injection of air or gas, by adjusting the gas or air into the space between the transparent quartz tube 10 and the conductive discharge electrode 20 of the underwater plasma reactor.

또한, 상기 상용 전자식 네온트랜스는, 플라즈마를 발생시키기 위한 고전압 인가수단으로, 상기 도전성 방전극(20) 및 도전성 대향전극(30)에 7[kV]~15[kV], 20.0[kHz]~23[kHz]의 전원을 인가시킨다.     In addition, the commercial electronic neon transformer is a high voltage applying means for generating a plasma, and the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 are 7 [kV]-15 [kV], 20.0 [kHz]-23 [ kHz].

이하, 본 발명의 고밀도 플라즈마를 수중에서 안정적으로 발생시키기 위한 작용을 더욱 상세하게 설명하면, 본 발명에 사용되는 전원은 상용 전자식 네온트랜스로서 20.0[kHz]~23[kHz]의 높은 주파수를 갖는 고전압 펄스 교류전원이다. 상기 도전성 방전극(20)과 도전성 대향전극(30) 사이에 유전체관[투명 석영관(10)]을 두고 전원을 인가하면, 공기와 유전체관[투명 석영관(10)]의 정전용량으로 인한 충전전류, 절연저항에 의한 누설전류 및 유전체손을 공급하기 위한 전류가 흐르는데 이 경우 중요한 것은 쌍극분자가 전계의 방향으로 전향하려고 하는 현상으로 인하여 생기는 쌍극자 전도전류이다. 이 전류는 직류전압에 대하여는 쌍극분자가 전계방향으로 그 방향으로 전향해버리면 흐르지 않게 되지만, 본 발명에 사용되는 전원이 인가된 경우 교번전계의 극성의 전환에 의하여 쌍극분자가 전원 주파수에 상당하는 주기로 그 방향으로 전향되어 유전체 내에 전류가 흐르게 되고, 또 이 쌍극분자가 진동을 하게 되므로 인접된 물 분자와의 마찰 및 전계효과 등이 발생된다. 그리고 상기 도전성 대향전극(30)의 높이가 상기 도전성 방전극(20) 침단 끝에서 하단에 존재할 경우 상기 도전성 방전극(20) 침단 끝부분에 전계가 상기 도전성 대향전극(30)에 집중되어 아크방전이 발생하거나, 비방전영역이 많아져 효율이 떨어지며, 상기 투명 석영관(10)내에 유입된 수분이나 물 입자 및 액면 상에 노출되었을 경우 액면의 진동, 일부분이 상승 혹은 요부가 일어나서 절연이 파괴되기 쉽다. 때문에 상기 도전성 대향전극(30)의 높이를 상기 도전성 방전극(20)의 침단 끝부분에서 2[mm]~7[mm] 상단에 위치시킴으로서 전계집중계수를 완화시켜 고른 방전영역을 안정적으로 유지한다.     Hereinafter, the action to stably generate the high density plasma of the present invention in water will be described in more detail. The power source used in the present invention is a commercial electronic neon transformer having a high frequency of 20.0 [kHz] to 23 [kHz]. Pulse AC power supply. When a power is applied between the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 with a dielectric tube (transparent quartz tube 10) applied, the charge is caused by the capacitance of air and the dielectric tube (transparent quartz tube 10). Current, leakage current due to insulation resistance, and current for supplying dielectric loss are important in this case. The dipole conduction current generated by the phenomenon in which the dipole molecules try to turn in the direction of the electric field is important. This current does not flow with respect to the DC voltage when the dipole molecules are turned in the direction of the electric field, but when the power supply used in the present invention is applied, the dipole molecules correspond to the power source frequency by switching the polarity of the alternating field. It is turned in that direction and a current flows in the dielectric, and since the dipole molecules vibrate, friction and electric field effects with adjacent water molecules occur. In addition, when the height of the conductive counter electrode 30 is present at the lower end of the tip of the conductive discharge electrode 20, an electric field is concentrated at the tip of the conductive discharge electrode 20 and the arc discharge occurs. In addition, the efficiency of the non-discharge area increases, and the efficiency decreases. When exposed to the water or water particles and the liquid level introduced into the transparent quartz tube 10, the vibration of the liquid level, a portion of the surface rises or recesses, and the insulation is easily broken. Therefore, by placing the height of the conductive counter electrode 30 at the top of 2 [mm] to 7 [mm] at the tip end of the conductive discharge electrode 20, the electric field concentration coefficient is alleviated to maintain a stable discharge area.

따라서 상기 도전성 방전극(20)과 도전성 대향전극(30) 사이에서 도전현상이 일어나 고밀도 플라즈마가 발생됨과 동시에 수중에서 강한 전계를 형성하여 플라즈마 에너지를 효율적으로 물에 주입시킬 수 있는 것이다.     Therefore, a conductive phenomenon occurs between the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 to generate a high density plasma and to form a strong electric field in water to efficiently inject plasma energy into water.

또한, 기존의 수중에서 플라즈마를 발생시키는 기술은, 전극이 물속에 잠겨 있을 경우 도전성 물에 의해 단락이 발생하거나 수표면 방전의 경우 방전공간이 한정되어 있어 매우 비효율적인 처리방법이 되며, 전극의 간극길이가 일정하지 못하여 절연파괴가 일어나기 때문에 매우 고가인 펄스전원을 사용하거나 유전체 코팅된 전극 등을 사용한다. 때문에 고가의 장비와 운전 및 설치의 어려움으로 일반화되지 못한 것인데 반해, 본 발명의 경우는 상기 도전성 방전극(20)과 물과의 전로를 차단하여 안정적으로 고밀도 플라즈마를 발생시키고, 스트리머 방전에 의해서 생성된 전하의 양 만큼만 수중에 플라즈마 에너지를 전달시키기 때문에 단락이 발생되지 않고 스트리머 방전에서 생성된 전하의 양 만큼만 포화되어 전류가 흐르기 때문에 전원장치의 용량을 초과하지 않는 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 때문에 연속적인 플라즈마 에너지의 전달이 가능한 것이다.     In addition, the conventional technique of generating plasma in water is a very inefficient treatment method because a short circuit occurs due to conductive water when the electrode is submerged in water or a discharge space is limited in the case of water surface discharge. Insulation breakage occurs due to inconsistent length, so use a very expensive pulse power supply or dielectric coated electrode. Due to the expensive equipment and difficulty of operation and installation, it is not generalized, whereas in the present invention, the conductive discharge electrode 20 and the electric path between the water are blocked to stably generate a high density plasma, and are generated by streamer discharge. Since only the amount of charged charge transfers plasma energy to the water, a short circuit does not occur, and only the amount of charge generated in the streamer discharge saturates the current, thereby generating a stable plasma that does not exceed the capacity of the power supply. This allows continuous plasma energy transfer.

한편, 공기나 가스의 압력 그리고 전압의 크기는 플라즈마의 강도에 큰 영향을 주기 때문에 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 즉, 파센의 법칙과 타운젠트 이론을 근거로 하여 볼 때 입자들의 충돌회수와 압력 그리고 상기 전극[도전성 방전극(20), 도전성 대향전극(30)]간의 거리는 플라즈마 생성에 매우 중요한 인자들임에는 틀림없고, 상기 전극[도전성 방전극(20), 도전성 대향전극(30)]들의 거리는 간단히 조절되며 필요한 상황에 따라 상기 전극[도전성 방전극(20), 도전성 대향전극(30)]들의 거리를 적절히 조절하여 플라즈마 강도를 조절할 수 있음은 당연한 이치인 것이다. 한편, 석영관과 대향전극의 이격거리는 15 ~ 35mm 정도로 한다. 그리고 이에 부가 설명하자면, 플라즈마는 엄밀하게 볼 때 자연에너지이기 때문에 전력공학이나 전자기학에서처럼 선형성을 띄지 못하기 때문에 공학이라고 단정하기가 어렵다.     On the other hand, the pressure of the air or gas and the magnitude of the voltage is a very important factor because it greatly affects the intensity of the plasma. That is, on the basis of Passen's law and towngent theory, the number of collisions and the pressure of the particles and the distance between the electrodes (the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30) must be very important factors for plasma generation. The distance between the electrodes (the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30) is simply controlled and the plasma intensity can be adjusted by appropriately adjusting the distance of the electrodes (the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30) as necessary. It is natural to be able to control. On the other hand, the separation distance between the quartz tube and the counter electrode is about 15 ~ 35mm. In addition, since plasma is strictly natural energy, it is difficult to assume that it is an engineering because it is not linear as in power engineering or electromagnetics.

그러므로 전압과 공기 및 가스압의 세기를 조절하여 플라즈마의 강도를 조절한다는 것은 다분히 유동적일 수 있어 결국 사용자가 전압과 가스압의 세기를 상황에 맞게 적절히 조절하여 플라즈마의 적절한 강도를 얻어야 한다.
Therefore, controlling the intensity of the plasma by adjusting the strength of the voltage, air, and gas pressure can be very flexible, so that the user must adjust the intensity of the voltage and gas pressure appropriately to obtain the appropriate intensity of the plasma.

그리고 본 발명은 H+ , O3, 라디칼, 및 이온들의 혼합물을 생성하고 이러한 부산물들은 곧바로 수중에 주입되어 고농도의 OH, H+, H2O2, 수하전자 그리고 각종 라디칼 등 다량의 활성종을 생성시키며, 상기 투명 석영관(10)과 도전성 대향전극(30) 사이로 방사되는 자외선과 플라즈마 에너지를 처리 대상물에 직접 조사할 수 있다.
In addition, the present invention generates a mixture of H +, O 3 , radicals, and ions and these by-products are directly injected into the water to generate a large amount of active species, such as high concentrations of OH, H + , H 2 O 2 , halo and various radicals In addition, ultraviolet rays and plasma energy radiated between the transparent quartz tube 10 and the conductive counter electrode 30 may be directly irradiated to the object to be treated.

상기 소밀 다공성 버블장치는, 산화반응을 촉진시키는 수단으로, 상기 투명 석영관(10) 하단부에 연결되며, 물과의 접촉시간 및 접촉 표면적을 높여 접촉산화반응을 증대시키기 위해 마이크론사이즈의 기포를 발생시킨다. 즉 고밀도 플라즈마 거쳐서 나온 다량의 고농도 활성라디칼을 포함한 기포가 뭉쳐지지 않고 잘게 쪼개어져 수중에 표류 확산된다.     The dense porous bubble device is a means for promoting an oxidation reaction, which is connected to the lower end of the transparent quartz tube 10 and generates bubbles of a micron size in order to increase the contact oxidation reaction by increasing the contact time and the contact surface area with water. Let's do it. In other words, bubbles containing a large amount of highly active radicals generated through high-density plasma do not clump together and are finely divided to drift in water.

따라서 물과의 접촉시간 및 표면적 등이 높아져 고농도 활성종들의 용존율과 접촉산화작용 등을 매우 증대시킬 수 있으므로 환경오염물질 처리에 있어 그 처리시간이 매우 빠르며 탁월한 효과가 있다.
Therefore, the contact time with water and the surface area is increased, so that the dissolution rate and the catalytic oxidation of high concentration active species can be greatly increased, so the treatment time is very fast and excellent effect in the treatment of environmental pollutants.

본 발명의 수질정화방법은, 플라즈마 반응기를 수중에 직접 투입시켜 반응기의 열화를 방지하고, 수표면 및 수중에서 강한 전계를 형성하여 효과적으로 플라즈마 에너지를 전달할 수 있도록 한 앞서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고밀도 수중 플라즈마 토치 발생장치에 포함된 수중 플라즈마 반응기를 구축한다.     The water purification method of the present invention is directed to the above-described preferred embodiment of the present invention, in which the plasma reactor is directly introduced into water to prevent deterioration of the reactor, and a strong electric field is formed on the water surface and in water to effectively transfer plasma energy. To build an underwater plasma reactor included in the high density underwater plasma torch generator according to.

또한, 상기 투명 석영관(10) 내부에 삽입된 도전성 방전극(20)과 도전성 대향전극(30)의 위치 및 거리를 조절하여 사용하고자 하는 플라즈마의 유동성을 크게 한다.     In addition, the fluidity of the plasma to be used is increased by controlling the position and distance of the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 inserted into the transparent quartz tube 10.

또한, 상기 가스주입구(42)와 연결된 레귤레이터를 통해 주입된 공기 또는 가스압으로 물과의 전로를 차단하여 수중에서 안정적으로 플라즈마를 발생·유지시킨다.     In addition, by blocking the path to the water by the air or gas pressure injected through the regulator connected to the gas inlet 42, the plasma is generated and maintained stably in the water.

또한, 상기 도전성 방전극(20)과 도전성 대향전극(30)을 상용 전자식 네온트랜스의 단자에 연결하여 7[kV]~15[kV], 20.0[kHz]~23[kHz]의 전원을 인가시켜 고밀도 스트리머 플라즈마를 발생시키게 된다.     In addition, the conductive discharge electrode 20 and the conductive counter electrode 30 are connected to a terminal of a commercial electronic neon transformer to apply power of 7 [kV] to 15 [kV] and 20.0 [kHz] to 23 [kHz] to achieve high density. It generates a streamer plasma.

또한, 상기 전단계에서 주입된 공기 또는 가스가 플라즈마 영역에서 활성화되면 즉시 수중으로 주입시키게 된다.     In addition, when the air or gas injected in the previous step is activated in the plasma region is injected into the water immediately.

또한, 상기 투명 석영관(10)의 하단부에는 상기 고밀도 플라즈마를 거쳐서 나온 라디칼과 가스의 확산효과 및 접촉산화방식을 증대시키기 위해 마이크론 사이즈의 기포를 발생시키는 소밀 다공성 버블장치를 통해 물과의 접촉시간 및 접촉 표면적을 높여 오염된 수질을 정화시키는 것이다.     In addition, at the lower end of the transparent quartz tube 10, the contact time with water through a dense porous bubble device that generates bubbles of micron size in order to increase the diffusion effect and the contact oxidation method of the radicals and gases from the high density plasma. And increasing the contact surface area to purify the contaminated water.

이와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고밀도 수중 플라즈마 토치를 이용한 수질정화방법은, 간단한 구조의 수중 플라즈마 반응기와, 공기 또는 가스를 주입·조절하는 레귤레이터와, 고전압 저전력 저가의 플라즈마 발생용 상용 전자식 네온트랜스 및 산화반응을 촉진시키는 소밀 다공성 버블장치를 구성함으로써, 전원에 소비되는 비용을 최소화하고, 간단한 구조의 수중 플라즈마 반응기를 고안하여 운전 및 설치가 용이함은 물론 고장발생시 수리 및 보수가 편리하다. 또한, 수중 플라즈마 반응기를 물에 직접 접촉시켜 플라즈마를 발생시킴으로써, 반응기의 열화를 방지하고 수표면 및 수중에서 강한 전계를 형성하여 효율적으로 플라즈마 에너지를 전달할 수 있게 된다. 또한, 상기 투명 석영관(10)의 하단부에 소밀 다공성 버블장치를 설치함으로써, 물과의 접촉시간 및 접촉 표면적을 높임으로서 반응기의 고밀도 플라즈마를 거쳐서 나온 활성화된 라디칼 및 가스 등의 확산효과와 접촉산화반응을 현저히 증대시킬 수 있게 된다.     As described above, the water purification method using the high density underwater plasma torch according to the preferred embodiment of the present invention includes an underwater plasma reactor having a simple structure, a regulator for injecting and regulating air or gas, and a commercial electronic for generating high voltage, low power, and low cost plasma. By constructing a compact porous bubble device that promotes the neon trans and oxidation reaction, it minimizes the cost of power and devises an underwater plasma reactor with a simple structure, making it easy to operate and install as well as easy to repair and repair in the event of failure. In addition, by generating the plasma by directly contacting the underwater plasma reactor with water, it is possible to prevent the deterioration of the reactor and to form a strong electric field in the water surface and the water to efficiently transmit plasma energy. In addition, by installing a dense porous bubble device at the lower end of the transparent quartz tube 10, by increasing the contact time and the contact surface area with water, the diffusion effect and the catalytic oxidation of activated radicals and gases, etc., generated through the high-density plasma of the reactor It is possible to significantly increase the reaction.

따라서 본 발명은 난분해성물질 및 축산폐수, 산업폐수 처리, 대기 중 유해가스 및 악취제거, 오·폐수의 살균처리 및 색도, 탁도 제거 등 다양한 분야에서 환경오염물질을 매우 효율적으로 처리할 수 있는 수질정화방법을 제공하게 되는 것이다.
Therefore, the present invention is a water quality that can effectively treat environmental pollutants in a variety of fields, such as difficult to decompose and livestock wastewater, industrial wastewater treatment, removal of harmful gases and odors in the air, sterilization and color, turbidity removal of wastewater It will provide a purification method.

따라서 본 발명은 플라즈마 토치를 수중에 설치하여 강한 전계를 형성하여 플라즈마를 발생하고, 에어스톤으로 수중에 버블을 발생함으로써, 플라즈마영역에서 활성화된 라디칼 및 가스 등이 확산이 양호하고 접촉산화반응이 증대됨으로써, 환경오염물질을 용이하고 확실하게 제거할 수 있게 된다.     Therefore, the present invention forms a strong electric field by installing a plasma torch in water to generate plasma, and bubbles are generated in water by airstone, so that the radicals and gases activated in the plasma region are well dispersed and the catalytic oxidation reaction is increased. As a result, environmental pollutants can be easily and reliably removed.

10 : 투명석영관 20 : 도전성 방전극
30 : 도전성 대향전극 40 : 토치캡
41 : 전극 팁 구멍 42 : 가스주입구
43 : 대향전극 인입구 44 : 나사조립구멍
50 : 에어스톤
10: transparent quartz tube 20: conductive discharge electrode
30 conductive counter electrode 40 torch cap
41 electrode tip hole 42 gas inlet
43: opposing electrode inlet 44: screw assembly hole
50: Air Stone

Claims (5)

수중에 설치되는 플라즈마토치에 있어서, 상기 플라즈마토치는 투명석영관(10)과, 상기 투명석영관(10)에 삽입되되, 투명 석영관과 지름방향으로 방전전극 갭을 갖는 도전성 방전극(20)과, 상기 투명 석영관(10) 외부에 이격되어 설치되어 도전성 방전극(20)에서의 최대전위경도를 집중시켜 고밀도 플라즈마 영역을 형성하는 도전성 대향전극(30)과, 상기 투명 석영관(10)의 상단에 조립되며 도전성 방전극(20)을 투명 석영관(10) 내부에 고정하는 전극 팁 구멍(41)과, 가스주입구(42)와, 도전성 대향전극(30)이 인입되는 대향전극 인입구(43)가 형성되는 토치캡(40)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 설치 플라즈마토치 구조In the plasma torch installed in water, the plasma torch is inserted into the transparent quartz tube 10, the transparent quartz tube 10, the conductive discharge electrode 20 having a discharge electrode gap in the radial direction and the transparent quartz tube and And a conductive counter electrode 30 spaced apart from the transparent quartz tube 10 to form a high density plasma region by concentrating the maximum potential hardness of the conductive discharge electrode 20 and an upper end of the transparent quartz tube 10. An electrode tip hole 41, which is assembled into the electrode and fixes the conductive discharge electrode 20 to the inside of the transparent quartz tube 10, the gas inlet 42, and the opposite electrode inlet 43 into which the conductive counter electrode 30 is introduced. Underwater installation plasma torch structure comprising a torch cap 40 is formed 제1항에 있어서, 상기 토치캡(40)에는 전극 팁 구멍(41), 가스주입구(42)와, 대향전극 인입구(43)가 형성되되, 가스주입구(42)는 토치캡의 측면으로 수평구멍이 천공된 후 토치캡 하부로 연통되는 수직구멍으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수중 설치 플라즈마토치 구조The torch cap 40 has an electrode tip hole 41, a gas inlet 42 and a counter electrode inlet 43, wherein the gas inlet 42 is a horizontal hole toward the side of the torch cap. Underwater installation plasma torch structure, characterized in that consisting of a vertical hole communicated to the lower part of the torch cap after the perforated 제1항에 있어서, 도전성 대향전극(30)은 직선 형상으로, 도전성 방전극(20)이 삽입설치된 투명 석영관(10)과 수직으로 평행하게 설치되어, 플라즈마 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 수중 설치 플라즈마토치 구조2. The underwater installation according to claim 1, wherein the conductive counter electrode 30 has a straight line shape and is disposed in parallel with the transparent quartz tube 10 in which the conductive discharge electrode 20 is inserted to form a plasma region. Plasma Torch Structure 제1항에 있어서, 상기 투명 석영관(10)의 하단부에는 에어를 발생하는 에어스톤(50)이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 설치 플라즈마토치 구조The plasma torch structure of claim 1, wherein an air stone (50) generating air is coupled to a lower end of the transparent quartz tube (10). 제1항에 있어서, 상기 투명석영관 대신에 투명아크릴관을 사용하는 것을 특징으로 하는 수중 설치 플라즈마토치 구조The plasma torch structure of claim 1, wherein a transparent acrylic tube is used instead of the transparent quartz tube.
KR1020110089895A 2011-09-05 2011-09-05 Plasma torch structure established in water KR20130028184A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110089895A KR20130028184A (en) 2011-09-05 2011-09-05 Plasma torch structure established in water

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110089895A KR20130028184A (en) 2011-09-05 2011-09-05 Plasma torch structure established in water

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130028184A true KR20130028184A (en) 2013-03-19

Family

ID=48178747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110089895A KR20130028184A (en) 2011-09-05 2011-09-05 Plasma torch structure established in water

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130028184A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180056171A (en) 2016-11-18 2018-05-28 농업회사법인 주식회사 부림아그로텍 Underwater plasma torch
KR20200003469A (en) * 2018-07-02 2020-01-10 광운대학교 산학협력단 Liquid discharge plasma source with bubble confinement space

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180056171A (en) 2016-11-18 2018-05-28 농업회사법인 주식회사 부림아그로텍 Underwater plasma torch
KR20200003469A (en) * 2018-07-02 2020-01-10 광운대학교 산학협력단 Liquid discharge plasma source with bubble confinement space

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100932377B1 (en) Method of water purification using high density underwater plasma torch
KR100924649B1 (en) Generator and method of high desity underwater plasma torch
US9352984B2 (en) Fluid treatment using plasma technology
Vanraes et al. Electrical discharge in water treatment technology for micropollutant decomposition
US9346691B2 (en) Tubular high-density plasma reactor, with outer treatment chamber and collinear rotatable inner cylinder
KR20110109111A (en) Apparatus and method for treating water by using plasma gun
JP4635204B2 (en) Water treatment method and water treatment apparatus
Wang et al. Effect of activated carbon addition on H2O2 formation and dye decoloration in a pulsed discharge plasma system
Takahashi et al. Purification of high-conductivity water using gas–liquid phase discharge reactor
JP2008539055A (en) Apparatus and method for the purification and sterilization of liquid, solid or gaseous substances
JP2004268003A (en) Underwater discharge plasma method and liquid treatment apparatus
KR101579349B1 (en) Water treatment apparatus using plasma-membrane and method using the same
CN101534869A (en) Diffusive plasma treatment and material procession
JP2000093967A (en) Method and apparatus for liquid treatment
KR101211823B1 (en) Apparatus of waste water disposal using plasma and bubble
US20100240943A1 (en) Degradation of organic pollutants in an aqueous environment using corona discharge
JP2010137212A (en) Apparatus for generating plasma
KR20140069935A (en) Apparatus for treating water using discharge in reactor
KR100304460B1 (en) Apparatus cleaning water
KR20130028184A (en) Plasma torch structure established in water
CN211570217U (en) Organic waste liquid treatment device of cylinder type DBD plasma
KR101483616B1 (en) Plasma processing apparatus
KR101323258B1 (en) plasma sterilization method
RU2372296C1 (en) Device for water purification and disinfection
KR100902138B1 (en) Apparatus For Purifying Waste Water Using Ozone

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment