KR20170040978A - 저온 플라즈마 수처리 장치 전극 - Google Patents

저온 플라즈마 수처리 장치 전극 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저온 플라즈마를 이용해 고도수를 처리하는 수처리 장치의 방전용 전극에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마 반응을 활성화시키는 미세기포를 간편하고 저렴하게 생성시키는 동시에 플라즈마 반응을 발생시키는 방전용 전극에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 티타늄 재질의 매쉬 파이프 형상의 양전극;과, 양전극 내부에 단면이 십(十)자 형상을 이루는 다수의 판형의 음전극전도체가 상기 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되는 음전극;을, 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

저온 플라즈마 수처리 장치 전극{Electrode of Watertreatment Apparatus using Low-Temperature Plasma}
본 발명은 저온 플라즈마를 이용해 고도수를 처리하는 수처리 장치의 방전용 전극에 관한 것으로, 더 상세하게는 플라즈마 반응을 활성화시키는 미세기포를 간편하고 저렴하게 생성시키는 동시에 플라즈마 반응을 발생시키는 방전용 전극에 관한 것이다.
저온 플라즈마는 플라즈마를 발생시키는데 고가의 장비가 필요치 않고, 플라즈마 충격파와 플라즈마가 물에 작용하여 발생하게 되는 수산기(hydroxyl radical, OH-)의 강력한 멸균 작용으로 인해, 미생물을 제거하여 살균처리를 하는데 널리 쓰이고 있다. 저온 플라즈마는 대면적에 방전이 일어나 대면적을 처리하는데 유용하고, 저온 플라즈마가 수중에서 발생할 때 생성되는 수산기는 오존(O3) 및 염소(Cl2)보다 강한 산화력을 가져 살균에 효과적인 물질이지만 인체에는 무해하기 때문이다.
수중방전을 통해 저온 플라즈마가 발생하게 되면, 물(H2O)은 수소(H+)와 산소(O2-)의 이온상태로 분해되고 미세기포로 수중에 확산된다. 상기 수소(H+)와 산소(O2-) 이온은 물(H2O)과 반응하여, 수산화기(OH-) 및 과산화수소(H2O2)가 생성되는데 과산화수소는 표면 증발하게 되고, 수산화기는 멸균 및 산화분해작용을 하게 된다.
이 과정 중 수중에 포함되는 미세기포는 화학적 작용을 활성화시키는 촉매역할을 하게 된다. 따라서 저온 플라즈마를 활용한 살균장치에 미세기포를 별도로 첨가하여 살균효과를 극대화시킨 장치들도 다수 있으나, 부가적인 기포 발생 장치가 필요하여 비용적 문제가 발생하게 된다. 또한, 다량의 고도수를 고속으로 처리할 수록 미세기포 발생율 및 플라즈마 발생 효율이 낮아지게 되는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1191146호 대한민국 등록특허 제10-1413719호 대한민국 등록특허 제10-1534456호
본 발명의 일 측면은, 저온 플라즈마 수처리 장치에 있어, 최소한의 장치로 수중에 미세기포를 발생시키는 미세기포발생장치을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 측면은, 저온 플라즈마 수처리 장치에 있어, 다량의 고도수를 고속으로 처리해도 미세기포의 발생율이 낮아지지 않는 미세기포발생장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 또 다른 측면은, 상기 미세기포발생장치가 미세기포를 발생시키는 동시에 플라즈마 방전을 일으키는 방전용 전극의 역할 또한 수행하여, 플라즈마 반응율을 극대화시키는 것에 있다.
고도수에 플라즈마 반응을 활성화시키는 기체를 주입시키는 저온 플라즈마 수처리 장치에 있어서, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 내부로 고도수가 통과되고 내부에 플라즈마 반응이 발생되는 파이프 형상의 플라즈마발생부;와, 플라즈마발생부의 내주면에 도포되어 플라즈마발생부 내부에서 발생하는 플라즈마 방전이 플라즈마발생부로 전달되는 것을 차단시키는 절연코팅;과, 절연코팅의 내주면에 설치되는, 티타늄 재질의 매쉬 파이프 형상의 양전극;과, 양전극의 중앙부에 단면의 중심이 위치되되, 상기 단면이 십(十)자 형상을 이루는 다수의 판형의 음전극전도체가 상기 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되어, 플라즈마발생부의 내부를 고도수가 통과함에 따라, 플라즈마 반응을 활성화시키는 기체를 미세기포로 변환시키는 음전극;을, 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 음전극은, 개개의 판형의 상기 음전극전도체의 십(十)자 형상의 상기 단면 및 양전극에 면하는 모서리에, 양전극과의 직접적 통전을 방지하기 위한 음전극코팅;을, 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 양전극은 플러스 직류전원을 공급받고, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 음전극은 마이너스 직류전원을 공급받는 것을, 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 최소한의 장치로 수중에 미세기포를 발생시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 다량의 고도수를 고속으로 처리해도 미세기포의 발생율이 낮아지지 않는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 미세기포를 발생시키는 동시에 플라즈마 방전을 일으키는 방전용 전극의 역할 또한 수행하여, 플라즈마 반응율을 극대화시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 플라즈마발생부의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 플라즈마발생부의 입단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 양전극 및 음전극의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 음전극전도체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 플라즈마발생부의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극이 미세기포를 발생시키는 과정을 도시한 설명도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 한 개 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 플라즈마발생부의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 플라즈마발생부의 입단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 양전극 및 음전극의 사시도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 고도수에 플라즈마 반응을 활성화시키는 기체를 주입시키는 저온 플라즈마 수처리 장치의 전극장치로써, 내부로 고도수가 통과되고 내부에 플라즈마 반응이 발생되는 파이프 형상의 플라즈마발생부(100)와, 플라즈마발생부(100)의 내주면에 도포되어 플라즈마발생부(100) 내부에서 발생하는 플라즈마 방전이 플라즈마발생부(100)로 전달되는 것을 차단시키는 절연코팅(110)과, 절연코팅(110)의 내주면에 설치되는, 티타늄 재질의 매쉬 파이프 형상의 양전극(120)과, 양전극(120)의 중앙부에 단면의 중심이 위치되되, 상기 단면이 십(十)자 형상을 이루는 다수의 판형의 음전극전도체(131)가 상기 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되어, 플라즈마발생부(100)의 내부를 고도수가 통과함에 따라, 플라즈마 반응을 활성화시키는 기체를 미세기포로 변환시키는 음전극(130)으로 구성된다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 양전극(120)은 플러스 직류전원을 공급받고, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 음전극(130)은 마이너스 직류전원을 공급받는다.
양전극(120)의 재질은 티타늄으로, 고속으로 통과되는 고도수와 지속적으로 접촉함으로써 부식되는 것을 최대한 방지하기 위한 재료이다. 또 양전극(120)은 매쉬 파이프 형상으로 구성되는데, 플라즈마 방전이 일어나는 면적을 극대화하기 위한 형상이다.
그리고 음전극(130)은 단면이 십(十)자 형상을 이루는 다수의 판형의 전도체가 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되는데, 이 역시 플라즈마 방전이 일어나는 면적을 극대화하기 위한 형상이다. 또한 음전극(130)의 전체적 형상은 소용돌이를 발생시키는 스크류와 유사하나 단면이 십(十)자 형상을 이루는 개개의 판형의 음전극전도체(131)는 플라즈마발생부(100)의 내부를 고속으로 통과하는 고도수와 충돌 및 마찰을 발생시킨다. 따라서 플라즈마발생부(100)의 내부를 통과하는 고도수는 소용돌이가 발생되는 동시에 다단으로 분수(分水)되고 합수(合水)되는 과정을 거쳐 교반되고, 고도수에 주입된 기체의 기포 역시 다단으로 분쇄되는 과정을 거쳐 미세기포로 변환되게 된다. 그런데 이러한 과정과 양전극(120) 및 음전극(130)을 통한 플라즈마 방전이 동시에 진행되기 때문에, 물의 이온화 및 수산기의 발생이 더욱 활성화되는 것이 가능하게 된다.
상기 음전극(130)은, 고도수에 주입된 기체를 미세기포를 변환시키는 미세기포발생장치의 역할도 수행하게 되어, 플라즈마 수처리 장치에 별도로 미세기포를 변환시키 위한 장치를 부설할 필요가 없게 되고, 종래의 미세기포를 변환시키 위한 장치에 비해 현격히 저렴한 비용으로 미세기포를 발생시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 음전극(130)을 통해, 고도수가 소용돌이가 발생되는 동시에 다단으로 분수(分水)되고 합수(合水)되는 과정과, 고도수에 주입된 기체의 기포가 다단으로 분쇄되는 과정은, 고도수의 유속이 높으면 높을수록 더욱 활발해지기 때문에, 다량의 고도수를 고속으로 처리하더라도 물의 이온화 및 수산기의 발생은 고도수의 양에 비해 감소하지 않게 되어, 다량의 고도수를 고속으로 살균처리하는 것이 가능하게 된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 음전극전도체의 사시도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 음전극(130)은, 개개의 판형의 음전극전도체(131)의 십(十)자 형상의 상기 단면 및 양전극(120)에 면하는 모서리에, 양전극(120)과의 직접적 통전을 방지하기 위한 음전극코팅(132)을 포함한다.
개개의 음전극전도체(131)는 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되어 음전극(130)을 구성하게 된다.
음전극전도체(131)는 모서리 부위에는 음전극코팅(132)이 구비되는데, 이는 양전극(120)과의 직접적 통전을 방지하기 위해서이기도 하지만, 플라즈마 방전이 고도수 전반에 걸쳐 발생하도록 유도하기 위해서이기도 하다. 양전극(120)과 음전극(130) 사이에서 플라즈마 방전이 발생할 시 음전극코팅(132)이 도포되지 않는다면, 양전극(120)과 음전극(130) 사이에서 발생하는 플라즈마 방전은 대부분 음전극전도체(131)의 모서리 부위에 집중되게 된다. 이 경우 고도수 대부분에는 플라즈마 방전이 확산되지 않아, 플라즈마 방전으로 기대되는 충격파로 인한 살균 효과와 물의 이온화로 인한 수산기의 발생이 현저히 감소하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 음전극전도체(131)의 모서리 부위보다는 음전극전도체(131)의 판의 평면 부분으로 방전 현상이 발생되도록 유도해야 한다. 상기 음전극코팅(132)은 음전극전도체(131)의 모서리 부위를 통한 방전을 차단시켜, 음전극전도체(131)의 판의 평면 부분으로 방전 현상이 발생되도록 유도하게 된다. 따라서 고도수 전반에 플라즈마 방전이 확산되게 되고, 플라즈마 방전으로 발생되는 살균효과를 확보하는 것이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극의 플라즈마발생부의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 음전극코팅(132)을 통하여 양전극(120)과 음전극(130) 사이의 최단 거리의 부위가 아닌, 양전극(120)의 매쉬와 음전극(120)의 평면 부위 사이에서 플라즈마 방전이 발생하게 된다. 도 5에 도시된 플라즈마방전구역(133)은, 본 발명의 실시예에 따라 플라즈마 방전이 주로 발생하는 부위와 플라즈마 방전의 양상에 대한 이해를 돕고자, 도면상에 임의로 표기한 것이다. 플라즈마방전구역(133)은 상기 도면과 다른 양상으로 발생할 수도 있다. 그러나 양전극(120)과 음전극(130) 사이의 최단 거리의 부위에서 플라즈마 방전이 발생하지 않는 것은 물론인 사실이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 음전극코팅(132)을 통하여 고도수에 플라즈마 방전이 최대한 확산되게 되고 플라즈마 방전으로 인한 살균효과와 수산기 발생율은 높아지게 된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극가 미세기포를 발생시키는 과정을 도시한 설명도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극에 의해, 고도수가 플라즈마발생부(100)의 내부를 통과함에 따라, 고도수는 소용돌이가 발생되는 동시에 다단으로 분수(分水)되고 합수(合水)되어 교반되고, 고도수에 주입된 기체의 기포 역시 다단으로 분쇄되게 된다.
고도수에 주입된 기체는, 주입 초기에는 일반적인 기포의 형태를 갖고 있지만, 고도수가 유동함에 따라, 일반적인 기포 형태의 기체는 계속적으로 분쇄되어 최종적으로는 미세기포로 변환되게 된다. 상기 과정은 고도수의 유속이 높으면 높을수록 더욱 활발해진다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 저온 플라즈마 수처리 장치 전극은, 티타늄 재질의 매쉬 파이프 형상의 양전극과, 단면이 십(十)자 형상을 이루는 다수의 판형의 음전극전도체가 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되어 기체가 포함된 고도수가 통과함에 따라 미세기포를 생성시키는 음전극을 포함하여, 다량의 고도수의 살균 및 멸균 처리를 고속으로 수행할 할 수 있게 하는 저온 플라즈마 수처리 장치의 방전용 전극을 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100...플라즈마발생부
110...절연코팅
120...양전극
130...음전극
131...음전극전도체
132...음전극코팅
133...플라즈마방전구역

Claims (4)

  1. 고도수에 플라즈마 반응을 활성화시키는 기체를 주입시키는 저온 플라즈마 수처리 장치에 있어서,
    내부로 고도수가 통과되고, 내부에서 상기 플라즈마 반응이 발생되는, 파이프 형상의 플라즈마발생부;와,
    상기 플라즈마발생부의 내주면에 도포되어, 상기 플라즈마발생부 내부에서 발생하는 플라즈마 방전이 상기 플라즈마발생부로 전달되는 것을 차단시키는 절연코팅;과,
    상기 절연코팅의 내주면에 설치되는, 티타늄 재질의 매쉬 파이프 형상의 양전극;과,
    상기 양전극의 중앙부에 단면의 중심이 위치되되, 상기 단면이 십(十)자 형상을 이루는 다수의 판형의 음전극전도체가 상기 단면의 중심을 축으로 다단 회전되고 연속 및 연결되며 일렬로 배치되어, 상기 플라즈마발생부의 내부를 상기 고도수가 통과함에 따라, 플라즈마 반응을 활성화시키는 상기 기체를 미세기포로 변환시키는 음전극;을,
    포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 수처리 장치 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 음전극은,
    개개의 판형의 상기 음전극전도체의 십(十)자 형상의 상기 단면 및 상기 양전극에 면하는 모서리에, 상기 양전극과의 직접적 통전을 방지하기 위한 음전극코팅;을,
    포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 수처리 장치 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양전극은,
    플러스 직류전원을 공급받는 것을,
    특징으로 하는 저온 플라즈마 수처리 장치 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음전극은,
    마이너스 직류전원을 공급받는 것을,
    특징으로 하는 저온 플라즈마 수처리 장치 전극.
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