KR20140069935A

KR20140069935A - 방전을 이용한 수처리장치

Info

Publication number: KR20140069935A
Application number: KR1020120137829A
Authority: KR
Inventors: 정철규
Original assignee: 주식회사 스마텍
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-10
Also published as: KR101497591B1

Abstract

본 발명은 방전을 이용한 수처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체유입구와 액체유출구가 형성된 원통형의 몸체와, 상기 몸체의 내부에 위치하는 원통형의 격벽과, 상기 격벽 내부에 형성되는 방전공간과, 상기 몸체와 상기 격벽 사이에 액체가 충진되는 수처리공간과, 상기 방전공간에 위치한 제1전극과, 상기 수처리공간에 위치한 제2전극과, 상기 제1전극과 제2전극에 전원을 인가하는 전원공급부로 구성되는 방전수단을 포함하는 것을 기술적 요지로 하는 방전을 이용한 수처리장치에 관한 것이다.

Description

방전을 이용한 수처리장치{Apparatus for treating water using discharge in reactor}

본 발명은 방전을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로, 상수, 하수, 폐수, 해수, 공업용수, 생활용수 등의 액체에 대하여 살균 및 정화를 목적으로 수처리하는 장치에 관한 것이다.

액체를 살균 정화하는 수처리 기술로서 중공사 막 등에 의한 필터링 처리, 물리적 수처리, 화학약품에 의한 수처리를 비롯하여 자외선 처리, 광촉매 처리, 오존과 라디칼(radical)을 이용한 산화처리, 방전을 이용한 수처리 방법이 제안되고 있다.

이들 각각의 수처리 방법은 목적에 따라 적절하게 이용되고 있으며, 특히 방전을 이용한 수처리 기술은 액체의 정화 살균에 있어, 환경에 유해한 부산물이 발생하지 않는 등의 장점으로 여러 방법이 제안되고 있다.

방전을 이용한 수처리 기술에는 예를 들면, 수중에서 방전을 발생하는 방법과 기체층과 액체층을 분리하여 2계면을 흐르게 하여 기체층에 방전전극을 설치하거나, 수표면에서 이격하여 방전전극을 설치하는 방법 등이 있다.

이들 중 수중에서 방전을 발생하는 방법은 방전을 일으키기 위한 전극이 수중에 잠겨 있는 상태로, 처리 대상인 액체 속에 포함된 다양한 오염물이나 불순물 등의 성분에 의해 액체의 전기저항 값(electrical resistivity)이 크게 변동하여 전극 간에 정해진 전압을 인가했을 때 방전의 발생에 격차(dispersion)가 생겨 안정되게 방전을 생성시킬 수 없어 안정적으로 처리수의 정화를 행할 수 없는 문제가 있다.

또한 수중에서의 방전은 일반적인 처리수가 가진 높은 전도도로 인하여 방전을 유지하기 어려우며, 전극의 소모가 많고, 특히 부유물질(SS;suspended solid)이 전극 표면에 부착해 전극 표면 활성이 저하되어 처리성능이 크게 변동하여, 결과적으로 높은 비용이 소요되므로 현장 적용에 제한을 갖는 문제점이 있다.

한편 2계면을 흐르게 하여 기체층에 방전전극을 설치하거나, 수표면에서 이격하여 방전전극을 설치하는 방법은 액체가 유동하게 되면 방전전극이 침수되어 안정된 방전을 유지하지 못하고, 단락이 발생하여 급격히 방전효율이 저하되고 과도한 전류가 소모되며, 액체와 방전전극과의 접촉면적이 한정되는 등의 문제가 발생되고 있다.

또한 액체의 성상에 따라 전도도와 저항도의 격차가 많아 액체마다 그 대응방법이 다르게 되며, 전도도가 높은 해수와 같은 경우에는 액체의 충전용량이 매우 크기 때문에 전원공급부의 충전용량을 매우 크게 하여 액체의 매질 속에 고전압이 지속적으로 유지하도록 제작해야 하므로 제작비용이 높아지고 복잡하게 되는 문제점이 있다.

상기와 같은 기존 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 투자비용이나 설비 규모에 대비하여 살균효율을 향상시키는 방전을 이용한 수처리장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 액체의 혼합 성분 또는 용해 성분의 영향을 받지 않고 다양한 액체에 대응하며, 전류의존도를 낮추는 방전을 이용한 수처리장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 제1전극에서 안정적으로 방전을 발생하게 하여 과전류 및 장비의 고장을 방지하는 방전을 이용한 수처리장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 목적은 액체를 일정한 통로를 회전하게 함으로서 궤적을 길게 하여 균일하고 빠르게 정화 살균시키는 수처리장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 액체유입구와 액체유출구가 형성된 몸체와, 상기 몸체의 내부에 위치하는 격벽과, 상기 격벽 내부에 형성되는 방전공간과, 상기 몸체와 상기 격벽 사이에 액체가 충진되는 수처리공간과, 상기 방전공간에 위치한 제1전극과, 상기 수처리공간에 위치한 제2전극과, 상기 제1전극과 제2전극에 전원을 인가하는 전원공급부로 구성되는 방전수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 몸체는 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 격벽은 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 수처리공간의 액체를 회전하게 하는 회전수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 회전수단은, 상기 몸체의 측면에 접선방향으로 상기 액체유입구가 형성되어 상기 수처리공간의 액체를 회전시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 격벽과 상기 제1전극 사이에 복수 개의 방전홀이 형성된 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 제1전극은 금속매쉬체 형태로 형성될 수 있다.

상기 제2전극은 금속매쉬체 형태로 형성될 수 있다.

상기 제2전극은 유전체로 피복되어 있을 수 있다.

상기 격벽은 금속으로 형성될 수 있다.

상기 격벽은 유전체로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 몸체는 상기 제1전극을 통해 발생된 방전이 몸체 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있는 절연체로 형성되거나 절연체가 포함되어 있음을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전수단의 전원공급부의 전류 전압의 크기, 발생속도를 제어하는 제어수단을 더 포함함을 특징으로 한다.

그리고, 상기 방전공간은 기체로 충진됨을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전원공급부는 고전압펄스임을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

우선, 고전압펄스에 의한 아크방전을 통해 용수에 포함된 미생물, 세균 등을 효과적으로 살균시킬 수 있다.

또한, 방전을 이용한 수처리장치는 액체에 직접 통전하지 않고 아크 방전을 유도함으로서 수중에 강한 전계에 의한 충격파를 유지시키고 안전하게 수처리를 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 제1전극을 수중이 아닌 격벽으로 완전히 차단된 방전공간에 위치시킴으로써 수처리공간과 방전공간을 별도로 분리시켜 방전을 안정적으로 유지시켜 단락과 과전류를 방지하고, 장비의 고장 및 사고를 방지하는 효과가 있다.

또한, 액체의 회전에 의해 균일하게 살균할 수 있으며, 액체의 궤적을 길게 하여 살균 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 실시예에 따른 본 발명의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방전을 이용한 수처리장치의 개략도이고, 도 2는 도 1의 A-A'의 횡단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B'의 횡단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명은 크게 몸체(100), 격벽(200), 방전공간(210), 수처리공간(130) 및 방전수단(300)을 포함하여 이루어진다.

먼저, 상기 몸체(100)는, 원통형으로 이루어지고 액체유입구(110)와 액체유출구(120)가 형성된다.

그리고, 상기 격벽(200)도 원통형상으로 이루어져 상기 몸체(100)의 내부에 위치하게 되며, 상기 격벽(200)에 의해 상기 격벽(200) 내부에 방전공간(210)이 형성되며, 상기 몸체(100)와 상기 격벽(200) 사이에 수처리공간(130)이 형성된다.

상기 방전수단(300)은, 제1전극(310)과 제2전극(320) 및 전원공급부(330)로 구성되는 것으로, 상기 제1전극(310)은 상기 방전공간(210)에 위치하고, 상기 제2전극(320)은 상기 수처리공간(130)에 위치하며, 상기 전원공급부(330)는 상기 제1전극(310)과 제2전극(320)에 전원을 인가하게 된다.

아래에서 상기의 구성에 대하여 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.

상기 몸체(100)는 외부에 액체가 유입되는 액체유입구(110)와 수처리되어 정화된 액체가 유출되는 액체유출구(120)가 형성되어 있으며, 내부에 격벽(200)으로 구획되는 방전공간(210)과 수처리공간(130)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 액체유입구(110)는 액체공급원으로부터 액체가 제공되어 도면에는 도시되지 않은 펌프 등의 가압에 의해 상기 몸체(100) 내로 유입되며, 상기 액체유출구(120)는 장치 내에서 처리된 액체를 상기 몸체(100) 밖으로 유출하게 된다.

상기 격벽(200)은 상기 몸체(100) 내부에 위치되어 상기 수처리공간(130)과 방전공간(210)으로 구획하는 것으로, 상기 격벽(200) 내부는 상기 방전공간(210)을 형성하고, 상기 격벽(200) 외부는 상기 수처리공간(130)으로 형성시켜 원천적으로 두 공간을 차단함으로서 상기 제1전극(310)이 침수되지 않도록 한다.

또한, 상기 격벽(200)은 상기 방전공간(210)과 수처리공간(130)을 분리하는 동시에 상기 수처리공간(130)의 액체가 상기 방전공간(210) 내부로 유입되는 것을 원천적으로 차단하여, 상기 제1전극(310)이 액체에 침수될 경우 발생할 수 있는 누전 및 과전류를 예방하여 사고를 미연에 방지할 수 있다.

또한 상기 격벽(200)은 상기 방전공간(210)의 제1전극(310)에 의한 편중방전을 방지하고, 회전에 의해 상기 수처리공간(130)의 액체와 많은 면적이 접촉되어 살균력을 높일 수 있도록 원통형으로 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 수처리공간(130)의 액체를 회전하게 하는 회전수단(미도시)을 더 포함하게 하여 액체에 와류를 발생하게 하는 회전수단(미도시)이 부가되는 것이 바람직하다.

더욱 구체적으로 설명하면, 상기 회전수단(미도시)은, 상기 몸체(100)의 측면에 접선방향으로 상기 액체유입구(110)가 형성되어 상기 수처리공간(130)의 액체를 회전하게 함으로써 용이하게 상기 몸체(100) 내부의 액체를 회전하게 하는 것이 바람직하다.

이때, 액체가 상기 수처리공간(130)을 회전하게 되면 액체의 궤적이 길어지게 되고, 방전에 더 노출되어 살균효과가 상승하게 되며, 균일한 수처리를 할 수 있게 된다.

한편, 상기 격벽(200)과 상기 제1전극(310) 사이에 복수 개의 방전홀(510)이 형성된 절연체(500)를 더 포함하여 형성된다. 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 절연체(500)는, 상기 방전공간(210)의 제1전극(310)과 상기 격벽(200) 사이에 위치하고, 상기 격벽(200)에서 이격되어 설치되며, 상기 제1전극(310)에서 발생한 아크방전이 상기 방전홀(510)을 통과하여 상기 격벽(200)을 통해 액체에 전달된다.

즉, 상기와 같이 상기 절연체(500)가 형성됨으로 상기 제1전극(310)과 격벽(200)을 안정적으로 일정거리를 유지할 수 있게 하며, 상기 방전홀(510)이 형성된 상기 절연체(500)는 상기 방전공간(210) 내부에서 발생된 아크방전의 에너지를 분산시키지 않고 상기 방전홀(510)과 상기 격벽(200)을 통해 상기 수처리공간(130)의 액체에 집중적으로 아크방전을 전달하여 방전충격력을 최대화시킬 수 있게 된다.

상기 제2전극(320)은 상기 수처리공간(130)에서 안정되게 아크방전을 유도하는 역할을 수행하는 것으로, 금속매쉬체 형태로서 구성되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2전극(320)의 표면에 피복된 상태로 유전체를 형성하여 상기 수처리공간(130)의 액체와 상기 제2전극(320) 사이에 유전체를 개재하여 방전을 유도함으로서, 방전에 의한 데미지를 회피하고, 액체와의 접촉에 의한 부식을 억제할 수 있다.

한편, 상기 격벽(200)을 금속으로 구성함으로써, 기계적 강도가 뛰어나 견고하게 되며, 도체로서의 성질을 이용해 상기 방전공간(210)에서 발생한 아크방전을 상기 수처리공간(130)의 액체로 용이하게 전달할 수 있게 하여 액체 내의 세균 및 미생물에 전기 충격파를 강하게 전달하여 사멸시킬 수 있도록 한다.

이때, 상기 격벽(200)은 스테인리스, 철, 구리 및 합금 등 다양한 금속을 이용할 수 있으며, 스테인리스가 바람직하다.

또한 상기 격벽(200)은 유전체로 형성할 수도 있다. 이때 유전체의 종류는 석영, 불소수지, 세라믹 등이 있으며, 액체의 성질과 용도에 따라 적합한 재질을 선택할 수 있다.

상기와 같이 격벽(200)을 유전체로 형성하면, 격벽(200)의 내부에 제1전극을 배설하게 하여, 제1전극과 격벽은 유전체 장벽방전(Dielectric Barrier Discharge) 형태로 되어 아크 방전으로의 천이 없이 안정적으로 액체에 스트리머(streamer)를 발생시킬 수 있게 된다.

유전체 장벽 방전은 대기압 상태에서 방전 전극에 인가된 고전압에 의해 전극 주변에 높은 전기장이 형성하게 되고, 전기장에 의해 저온 플라즈마가 발생하게 되어 액체를 살균하게 된다.

또한, 상기 몸체(100)의 재질은 상기 제1전극(310)을 통해 발생된 방전이 상기 몸체(100) 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있는 절연체로 형성되거나 적어도 절연체가 포함되는 형태로 구성하여, 안전을 도모하고 주변 기계장치에 영향을 미치지 않도록 하여 결함이나 고장을 미연에 방지하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 방전수단(300)의 전원공급부(330)의 전류 전압의 크기, 발생속도를 제어하는 제어수단(미도시)을 더 구비할 수 있다.

상기 제어수단(미도시)을 부가하여 상기 방전공간(210)의 모양, 크기 및 상기 방전공간(210) 내에 충진하는 기체의 종류 등 제반 조건에 따라 상기 방전공간(210) 내의 기체의 절연파괴 및 절연회복을 위한 고전압펄스의 크기 및 상기 고전압펄스의 발생속도를 제어할 수 있도록 하는 것으로 이는 기존에 공지된 기술로써 이에 대한 더욱 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

그리고, 상기 제1전극(310)은 상기 방전공간(210) 내부의 기체 간의 반응을 용이하게 유도하기 위해 금속매쉬체로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방전공간(210)은 내부에 기체로 충진되며, 기체의 종류는 공기, 아르곤, 산소, 질소 등 여러 종류의 기체를 목적과 여건에 따라 이용할 수 있으며, 특히 공기를 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 방전공간(210) 내에 충진되는 공기는 용이하게 취득할 뿐 아니라 상기 공기는 고전압펄스에 의해 절연파괴와 절연회복을 연속적으로 반복하는 특성을 지닌 기체로서 방전을 보다 용이하게 유도할 수 있다.

한편, 상기 전원공급부(330)는 고전압펄스 또는 고주파전원 등으로 이루어질 수 있으며, 고전압펄스로 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 전원공급부(330)는 고전압펄스를 발생시키는 역할을 하며, 전원인가에 의해 상기 방전공간(210) 내부에 있는 상기 제1전극(310)에서 고전압펄스가 상기 방전공간(210)의 기체와 반응하여 기체 절연이 파괴되며 아크가 발생하게 되고, 아크방전은 상기 격벽(200)을 통해 상기 수처리공간(130) 내부의 액체로 전달된다.

이때, 상기 전원공급부(330)에서 발생된 고전압펄스가 상기 방전공간(210) 내부의 기체의 절연이 파괴되는 아크방전 개시전압에 이르게 되면 아크방전이 발생하게 되며, 고전압펄스가 일정하게 주기적으로 반복되면서 상기 방전공간(210) 내부에 충진된 기체의 절연파괴와 절연회복을 연속적으로 수행하게 되어 아크방전을 유도하게 된다.

이상과 같이 본 발명은 고전압펄스에 의한 아크방전을 통해 액체에 포함된 미생물, 세균 등을 효과적으로 살균시킬 수 있으며, 방전을 이용한 수처리장치는 액체에 직접 통전하지 않고 아크 방전을 유도함으로서 수중에 강한 전계에 의한 충격파를 유지시키고 안전하게 수처리를 할 수 있으며, 제1전극을 수중이 아닌 격벽으로 완전히 차단된 방전공간에 위치시킴으로써 수처리공간과 방전공간을 별도로 분리시켜 방전을 안정적으로 유지시켜 단락과 과전류를 방지하고, 장비의 고장 및 사고를 방지할 수 있으며, 또한, 액체의 회전에 의해 균일하게 살균할 수 있으며, 액체의 궤적을 길게 하여 살균 처리 효율과 효과를 높일 수 있도록 하는 방전을 이용한 수처리장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 몸체
110 : 액체유입구
120 : 액체유출구
130 : 수처리공간
200 : 격벽
210 : 방전공간
300 : 방전수단
310 : 제1전극
320 : 제2전극
330 : 전원공급부
500 : 절연체
510 : 방전홀

Claims

액체유입구와 액체유출구가 형성된 몸체;
상기 몸체의 내부에 위치하는 격벽;
상기 격벽 내부에 형성되는 방전공간;
상기 몸체와 상기 격벽 사이에 액체가 충진되는 수처리공간;
상기 방전공간에 위치한 제1전극과, 상기 수처리공간에 위치한 제2전극과, 상기 제1전극과 제2전극에 전원을 인가하는 전원공급부로 구성되는 방전수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 격벽은 원통형으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 수처리공간의 액체를 회전하게 하는 회전수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제4항에 있어서,
상기 회전수단은, 상기 몸체의 측면에 접선방향으로 상기 액체유입구가 형성되어 상기 수처리공간의 액체를 회전시키는 것을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽과 상기 제1전극 사이에 복수 개의 방전홀이 형성된 절연체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 제1전극은 금속매쉬체 형태로 형성됨을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 제2전극은 금속매쉬체 형태로 형성됨을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2전극은 유전체로 피복되어 있음을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 격벽은 금속으로 형성됨을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 격벽은 유전체로 형성됨을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 상기 제1전극을 통해 발생된 방전이 몸체 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있는 절연체로 형성되거나 절연체가 포함되어 있음을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 방전수단의 전원공급부의 전류 전압의 크기, 발생속도를 제어하는 제어수단을 더 포함함을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 방전공간은 기체로 충진됨을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.
제1항에 있어서,
상기 전원공급부는 고전압펄스임을 특징으로 하는 방전을 이용한 수처리장치.