KR20200048779A - 플라즈마 활성수 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 활성수를 대량 생산할 수 있는 플라즈마 활성수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 본체; 상기 본체의 외측 둘레에 배치되는 유전체관; 및 상기 유전체관의 외측 둘레에 배치되는 외부전극; 을 포함하며, 상기 본체 및 외부전극은 동일한 축을 기준으로 연장형성되고, 상기 본체 및 외부전극 사이에서 플라즈마 활성가스가 발생되며, 상기 본체는, 상기 본체의 외면을 따라 유체가 흐르도록 상기 유체를 공급하는 공급부; 일단이 상기 공급부에 연결되는 메인바디; 및 상기 메인바디의 타단에 연결되며, 상기 유체를 취수하여 배출하는 배출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 활성수 제조 장치 {Plasma activated water production equipment}

본 발명은 유체에 플라즈마 처리를 하는 플라즈마 활성수 제조 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 유전체 장벽 방전 방법을 이용하는 플라즈마 활성수 제조 장치에 관한 것이다.

플라즈마 활성수는 플라즈마로부터 생성된 활성가스가 물속에 녹아들어 특별한 성질을 나타내는 액체를 지칭한다. 플라즈마 활성수는 산업의 다양화에 따라 수많은 분야에 효과적으로 이용할 수 있다. 예를 들어, 살균 및 정수 기능이 있어, 녹조나 적조 정화, 쓰레기 매립지의 폐수, 공장 폐수, 선박 평형수 처리 등에 이용하고 있으며, 식품의 세척 및 보존 등에도 응용할 수 있다. 또한 플라즈마 처리시, 씨앗의 발아율이 향상되며 과일의 숙성 기간에도 영향을 미치며 질소고정 효과가 있어 액체비료 등의 용도로 사용 가능함에 따라, 플라즈마 활성수를 농업에 이용하고자 하는 니즈가 대두되고 있다.

그런데 플라즈마의 수중방전 시에는 절연파괴 전압이 기중방전의 경우보다 수십배에서 수백배 정도 요구됨에 따라 방전이 매우 어려운 문제가 있다. 구체적으로는, 액체의 전기적 성질에 따라 방전조건에 큰 차이가 발생하게 되므로, 수중에서 방전을 일으키기 위해여는 순간적으로 수~수십 MV/m 이상의 전계를 전극 사이에 인가하여야 하는 어려움이 있다. 이렇게 순간적으로 초고압을 전극 사이에 인가하기 위해서는, 초고전압을 발생시킬 수 있는 펄스전원장치가 필요하게 되고, 이로 인해 전체 시스템의 크기 및 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 고전압으로 인한 코로나와 X선 발생, 감전사고의 위험성 등의 문제점이 있다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 최근에는 수중방전이 아닌 기중방전을 일으키고, 기중방전으로 발생하는 플라즈마 활성가스가 액체에 녹아들어가게 하여 액체에 플라즈마 처리를 하는 방식으로 플라즈마 활성수를 제조하고 있다.

도 1은 종래 플라즈마 활성수 제조 장치를 설명하는 도면이다. 이를 참조하면 종래의 플라즈마 활성수 제조 장치는 평판형으로 이루어지고 있다. 더욱 상세히 설명하면, 챔버(1) 내부에 물이 담긴 수조(3), 수조(3) 상부에 배치되는 플라즈마 발생부(2)를 포함하여, 기체 방전으로 발생한 플라즈마 활성가스가 수면(3a)에 닿아 녹아들어가도록하여 플라즈마 활성수를 제조한다. 그러나 이러한 방식은 수조(3)에 담긴 물의 수면(3a) 너비가 제한되어 플라즈마 활성가스와 물의 접촉면적이 좁아 생산효율이 매우 낮은 문제점이 있다.

이를 해결하기 위해 종래기술은, 수조에 유체 공급 및 취수부(4)를 마련하여 수조 내의 물을 순환시키며, 압축기(5), 압축기(5)로 플라즈마 활성가스를 유입시키는 공급배관(5a), 및 압축기(5)에 의해 압축된 활성가스를 챔버(1)로 배출하는 배출배관(5b)을 포함하고 있다. 특히 배출배관(5b)은 챔버(1) 내 기체중에 압축된 활성가스를 배출할 뿐만 아니라, 수조(3) 내에도 연결되어 있어, 물에 버블(bubble)을 발생시킨다. 이에 따라 버블에 의하여 수중에 플라즈마 활성가스가 공급되며, 수면(3a)의 면적이 증가하여 플라즈마 활성가스와의 접촉면이 넓어지는 효과가 있다.

그러나 이러한 평판형 방식은 병렬로 연결하는 경우 수조의 크기만큼 설비가 차지하는 면적이 넓어져 플라즈마 처리량을 증가시키기 어려운 문제점이 있다. 나아가 병렬 연결을 하더라도 수면의 높이를 맞추기 어렵다는 문제점도 있다. 또한 플라즈마 활성가스가 압축기를 거치면서 다시 중성화되는 문제점이 있다. 더불어 수조 내에 가둬진 물을 처리하는 점에서 플라즈마 활성수의 연속 생산도 제약적이라는 문제가 있다.

또한 도 2는 종래 플라즈마 활성수 제조 장치의 사용 상태를 나타내는 개략도인데, 이를 참조하면, 플라즈마 발생부(2)와 수면(3a)의 거리(S)의 설계는 매우 중요한 문제이다. 그 거리(S)가 가까울수록 플라즈마 활성가스가 물에 쉽게 녹아드는 반면, 방전시 물에 분극이 일어나 수면의 물이 끌려 올라가는 정전기 현상이 발생한다. 따라서 물이 끌려 올라가 플라즈마 발생부에 연결되는 경우 방전되지 않고 단락이 되어 불안정한 상태를 야기하므로, 플라즈마 발생부와 수면의 거리를 가깝게 하지 못하여 플라즈마 활성수의 제조 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 활성수를 대량 생산할 수 있는 플라즈마 활성수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로는, 병렬 연결 및 연속 제조가 가능하며, 플라즈마 처리 효율이 향상되어 산업용 대량 생산이 가능한 플라즈마 활성수 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 안정적으로 플라즈마 활성수를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명 플라즈마 활성수 제조 장치는, 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로서, 본체; 상기 본체의 외측 둘레에 배치되는 유전체관; 및 상기 유전체관의 외측 둘레에 배치되는 외부전극; 을 포함하며, 상기 본체 및 외부전극은 동일한 축을 기준으로 연장형성되고, 상기 본체 및 외부전극 사이에서 플라즈마 활성가스가 발생되며, 상기 본체는, 상기 본체의 외면을 따라 유체가 흐르도록 상기 유체를 공급하는 공급부; 일단이 상기 공급부에 연결되는 메인바디; 및 상기 메인바디의 타단에 연결되며, 상기 유체를 취수하여 배출하는 배출부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예로, 상기 본체는 금속 도전체로 형성되어 전극의 기능을 할 수 있다. 따라서 본체와 외부전극의 전위차에 의하여 플라즈마 활성가스가 발생된다.

본 발명의 다른 실시예로, 상기 본체 및 유전체관 사이에 배치되고, 금속 도전체로 형성되는 내부전극을 더 포함하며, 상기 내부전극은, 상기 외부전극과 동일한 축을 가지도록 연장형성될 수 있다. 즉, 본 발명은 외부전극과 내측에 형성된 전극이 동축으로 연장된다.

나아가, 상기 내부전극은, 복수의 통공이 형성된 메쉬(Mesh) 관 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이는 내부전극 및 외부전극 사이에서 발생한 플라즈마 활성가스가 메쉬를 통과하여 확산됨으로써 유체와 접촉할 수 있도록 하기 위함이다.

또한 상기 공급부 및 메인바디의 외측면에는, 상기 공급부로부터 상기 메인바디의 타단을 향하는 방향으로, 유체의 흐름을 가이드하는 가이드홈이 연장형성된 것을 특징으로 할 수 있다. 이는, 공급부와 메인바디의 외측면을 따라 유체가 일정하고 원활하게 흘러 유전체관에 튀지 않게 하도록 위한 것이며, 나아가 전극과의 거리를 확보하여 정전기 발생을 억제하기 위함이다.

더불어 상기 가이드홈의 연장된 형상은, 직선, 물결무늬, 또는 메인바디의 둘레 방향으로 형성되는 나선형 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다. 가이드홈의 연장 형상에 따라 유체가 가이드되는 길이가 달라지므로, 이를 이용하여 플라즈마 처리 시간 및 유량을 조절할 수 있다.

또한 상기 공급부는, 중앙부로 상기 유체가 도입되고, 상기 유체를 외측 둘레방향으로 분배하는 유체분배부재를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 더욱 상세하게는, 중앙부로 상기 유체가 도입되는 공급관을 포함하며, 상기 공급관에는, 둘레방향을 따라 상기 공급관을 관통하는 분배구멍이 형성될 수 있다. 따라서 공급관을 통해 유체를 안정적으로 공급받으며, 복수의 분배구멍을 통해 유체를 메인바디의 외측면으로 이동시켜 고르게 분배할 수 있다.

나아가, 상기 유체분배부재는, 상기 공급관과 메인바디의 외측면을 연결하는 가이드부를 더 포함하며, 상기 공급관의 둘레는 상기 메인바디의 둘레보다 작게 형성되어, 상기 가이드부는 상기 메인바디를 향하는 방향으로 점차 확장되는 테이퍼 형태인 것을 특징으로 할 수 있다. 테이퍼 형태로 형성되는 것은, 유체가 운동에너지를 가지고 분배구멍을 통과하더라도 유전체관 내벽에 부딪히지 않고 메인바디 외측면을 따라 흐르도록 하기 위함이다.

또한 상기 공급부는, 상기 유체분배부재에 연결되며, 상기 유체의 압력을 강하시키는 수압강하부재를 더 포함하며, 상기 수압강하부재를 통하여 상기 유체가 상기 유체분배부재에 도입되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 유체는 유체분배부제에서 분배되기 이전에, 수압강하부재를 통하여 수압이 낮아진 상태로 공급될 수 있다. 상기 수압강하부재는, 상기 유체가 도입되며 상기 공급관과 연결되는 연결관; 및 상기 연결관을 가로지르는 면이 형성되며, 상기 면 상에 복수 개의 홀이 형성된 압력강하부; 를 포함할 수 있다. 따라서 압력강하부에 의해 유체 흐름이 제한되며 홀을 통해서 유체분배부재로 배출되므로, 유체의 압력이 낮아진 상태로 배출되게 된다.

또한 상기 배출부는, 상기 유체를 배출하는 유로가 형성된 배출관을 포함하며, 상기 배출관에는, 둘레방향을 따라 상기 배출관을 관통하는 취수구멍이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 유체는 취수구멍을 통해 배출관의 외측에서 내측으로 이동하여 배출될 수 있다.

또한 상기 배출부는, 상기 배출관과 메인바디의 외측면을 연결하는 취수부를 더 포함하며, 상기 배출관의 둘레는 상기 메인바디의 둘레보다 작게 형성되어, 상기 취수부는 상기 메인바디를 향하는 방향으로 점차 확장되는 테이퍼 형태인 것을 특징으로 할 수 있다. 취수부가 테이퍼 형태로 형성됨에 따라, 상기 배출관의 둘레 부분에 유체가 모일 수 있는 공간을 확보할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 본체와 유전체관 사이에 공기를 주입하는 공기주입부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 공기주입부는 유전체관과 본체 사이에 공기를 강제로 흐르게 하거나, 특정한 반응가스를 주입하고자 하는 경우에 이용할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 공급부의 외측에 결합되는 조립부를 더 포함하며, 상기 조립부는, 상기 본체 및 유전체관 사이에 형성된 공간을 폐쇄하도록 마련되는 엔드캡; 및 상기 엔드캡을 상기 본체 및 유전체관을 향하여 가압하는 체결너트; 를 포함할 수 있다. 즉, 엔드캡으로 상기 본체 및 공급부, 취수부를 1차적으로 막고, 체결너트를 이용하여 2차적으로 안정적으로 조립할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 외부전극의 둘레에 냉각코일이 복수 회 감긴 것을 특징으로 할 수 있다. 이 때 냉각코일은 냉각기 또는 냉매탱크에 연결되어 외부전극을 냉각할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만, 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명은 유체가 흐르는 본체, 내부전극 및 외부전극이 동축 관 형상으로 형성됨에 따라, 평판형 유전체 장벽 방전의 경우와 달리 병렬 설치가 용이하여 플라즈마 처리량을 크게 향상시킬 수 있다. 나아가 유체가 공급부, 메인바디, 배출부를 연속적으로 흐르도록 설계되어 플라즈마 활성수를 계속하여 생산할 수 있어 생산량이 향상된다. 또한 동축형 설계는 수면과 전극의 거리를 유지하기가 용이하여 방전이 안정적으로 이루어질 수 있는 장점이 있다. 더불어, 플라즈마 활성가스가 발생하면서 바로 유체로 확산되는 구조임에 따라 재중성화율이 낮고, 활성가스 발생 구역과 활성수 생산 구역이 매우 가까우므로, 낮은 전압에서 플라즈마 활성수를 제조할 수 있다. 따라서 같은 파워로도 생산할 수 있는 플라즈마 활성수의 양이 매우 큰 장점이 있다.

또한 공급부 및 메인바디 외면에 가이드홈이 형성됨에 따라, 수면과 전극과의 거리는 늘리고, 양 전극끼리의 거리는 가깝게 유지할 수 있어, 방전이 쉽게 일어남과 동시에 물의 정전기 현상을 방지하여 방전이 효율적으로 이루어질 수 있다. 나아가 유체의 플라즈마 노출 시간 및 유량을 고려하여 가이드홈의 연장형상을 다양하게 설계할 수 있다.

또한 유체분배부재의 분배구멍을 통해 유체를 메인바디의 외측면으로 고르게 분배할 수 있다. 한편, 유체가 유전체관을 타고 흐르는 경우 방전이 효율이 낮아지는데, 본 발명은 압력강하부재를 통해 유체의 운동에너지를 줄여 유체가 분배구멍을 통과한 후 유전체관을 타고 흐르는 것을 방지하며, 가이드부가 테이퍼 형태로 형성됨에 따라 유체의 운동에너지가 다소 높더라도 유전체관까지 튀지 않는 구조를 가져, 방전 효율이 높은 장점이 있다.

따라서 본 발명은 컴팩트하면서도 플라즈마가 생성되는 방전 면적을 최대화시키며, 균일한 방전을 일으킬 수 있어, 낮은 전력으로도 생산량 및 생산효율이 매우 높은 효과가 있다.

도 1은 종래 플라즈마 활성수 제조 장치를 설명하는 도면,
도 2는 종래 플라즈마 활성수 제조 장치 사용 상태의 개략도,
도 3은 본 발명 제1실시예의 사시도,
도 4는 도 3의 종단면도,
도 5는 도 3에서 공급부의 분해사시도,
도 6은 도 3에서 메인바디의 종단면도,
도 7은 도 3에서 취수부의 사시도,
도 8은 본 발명의 사용 상태의 개략도,
도 9는 본 발명 제2실시예의 사시도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명 제1실시예의 사시도, 도 4는 도 3의 종단면도, 도 5는 도 3에서 공급부의 분해사시도, 도 6은 도 3에서 메인바디의 종단면도, 도 7은 도 3에서 취수부의 사시도, 도 8은 본 발명의 사용 상태의 개략도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예는, 본체(10), 본체(10)의 외측 둘레에 배치되는 유전체관(20), 유전체관(20)의 외측 둘레에 배치되는 외부전극(30)을 포함하며, 상기 본체(10), 유전체관(20) 및 외부전극(30)은 동일한 축을 기준으로 연장형성된다. 유전체관(20)과 외부전극(30)은 관의 형태로 형성되고, 외부전극(30)의 둘레에는 냉각코일(40)이 설치된다.

또한 본체(10)와 유전체관(20) 사이에 공간이 형성되며, 그 공간의 상부 및 하부를 폐쇄하며 각 구성을 조립하기 위한 조립부(50)를 더 포함한다.

이하에서는 상술한 각 구성에 대하여 자세하게 설명한다.

본체(10)는 외면을 따라 유체가 흐르도록 유체를 공급하는 공급부(110), 일단이 공급부(110)에 연결되는 메인바디(140), 메인바디(140)의 타단에 연결되며 유체를 취수하여 배출하는 배출부(150)를 포함한다. 즉 본체(10)의 상부는 공급부(110), 중앙부는 메인바디(140), 하부는 배출부(150)가 된다. 제1실시예의 경우, 본체(10)는 전극의 역할을 하며, 따라서 도전성 금속을 재료로 하고, 외측면에는 절연을 위한 가공을 하는 것이 바람직하다.

공급부(110)는 유체가 유입되는 수압강하부재(120) 및 수압강하부재(120)에 연결되며 유체를 외측으로 분배하는 유체분배부재(130)를 포함한다.

수압강하부재(120)는 유체가 유입되는 연결관(121) 및 연결관(121)을 가로지르는 면에 형성되는 압력강하부(123)를 포함한다. 연결관(121)은 내측에 유로가 형성되는 일반적인 관 형태이며, 외주의 지름은 하부가 상부보다 크게 형성되어 턱(122)이 형성될 수 있다. 이는 후술하는 체결너트(53) 조립시 조립도를 높이기 위함이다. 압력강하부(123)에는 복수의 홀(124)이 형성되어 있어 유체는 연결관(121)으로 유입되어 압력강하부(123)의 홀(124)을 통해 배출된다.

즉, 수압강하부재(120)는 샤워기와 같이 형성되어 유체의 압력과 운동에너지를 1차적으로 줄이는 효과가 있다. 유체가 높은 압력으로 공급되는 경우, 본체(10)의 외면을 따라 흘러내리지 않고 분출되어 유전체관(20) 내벽을 따라 흘러내리고, 방전이 일어나지 않게되는 문제가 있다. 본 발명은 압력강하부(123)를 포함함에 따라 이러한 문제를 해결할 수 있다.

유체분배부재(130)는 수압강하부재(120)와 연결되며, 유체가 유입되는 공급관(131) 및 유체가 외면을 따라 흐르는 가이드부(133)를 포함한다. 공급관(131)은 연결관(121)의 외주에 결합하며, 연결관(121) 하방에 공급공간(131a)을 형성한다. 상기 공급공간으로 유입된 유체는 공급관(131)의 둘레를 따라 관 벽을 관통하도록 형성되는 복수의 분배구멍(132)을 통해 공급관(131) 외측으로 분배된다. 분배구멍(132)은 유체의 자연스러운 흐름을 위해 하방으로 형성됨이 바람직하며, 유체가 고르게 분배될 수 있도록 동일한 간격을 두고 이격되어 형성됨이 바람직하다.

분배구멍(132)을 통해 공급부(110)의 외측면으로 흐르는 유체는 공급관(131)의 하방에 연결된 가이드부(133)의 외측면을 따라 흐르게 된다. 이때 가이드부(133)의 외측면은 테이퍼진 형태로 형성됨이 바람직하다. 가이드부(133)는 공급관(131) 및 메인바디(140)를 연결하는 구성이 되며, 메인바디(140)를 향하는 방향으로 테이퍼진 형태로 형성됨이 바람직하다. 즉 공급관(131)의 둘레보다 메인바디(140)의 둘레가 더 크도록 형성됨이 바람직하다. 가이드부(133)를 테이퍼 형상으로 형성하는 이유는, 유체가 분배구멍(132)을 통과한 후 본체(10)를 따라 흘러내리지 않고 유전체관(20)의 내벽을 향해 분출되더라도 유전체관(20) 내벽까지 도달하지 못하고 테이퍼 관을 따라 흘러내리도록 하기 위함이다.

메인바디(140)는 공급부(110)의 하방에 결합되며, 파이프 형태로 형성됨이 바람직하다. 도시의 편의상 도면에서는 메인바디(140)를 길이방향으로 생략하여 도시하였으나, 실제로는 생산 효율을 위하여 메인바디(140)는 공급부(110) 및 배출부(150)에 비하여 상당히 길게 형성된다. 따라서 메인바디(140)가 속이 꽉찬 원기둥 형태로 형성되는 것도 무방하나, 파이프 형태로 형성되는 경우 장치의 질량 및 비용을 절감하는 효과가 있다.

메인바디(140)의 하방에는 배출부(150)가 결합된다. 배출부(150)는 유체가 흘러 고일 수 있는 구조를 제공하는 취수부(151)와, 취수부(151)의 하방에서 유체를 배출하기 위한 배출관(153)을 포함한다.

취수부(151)는 메인바디(140)와 배출관(153)을 연결하며, 배출관(153)의 둘레는 메인바디(140)의 둘레보다 작게 형성되어, 취수부(151)가 테이퍼진 형태로 형성됨이 바람직하다. 배출부(150)가 테이퍼진 형태로 형성되는 것은 유체가 고일 수 있는 공간을 확보하기 위함이다. 이 공간을 확보함에 따라 배수가 잘 되지 않거나 유량이 증가하는 상태에서도 원활하게 본 발명을 이용할 수 있다.

배출관(153)은 취수부(151)의 하방에 연결되며, 취수부(151) 외측을 따라 흐르거나 취수부(151) 외측에 고여있는 유체를 배출관(153) 내측으로 이동시키기 위한 취수구멍(152)이 형성된다. 취수구멍(152)은 배출관(153)의 둘레를 따라 배출관(153)의 관 벽을 관통하도록 형성되며, 복수 개 형성된다. 분배구멍(132)과 달리 취수구멍(152)은 유체를 원활하게 배출하기 위한 구성이므로, 분배구멍(132)보다 크게 형성되어도 무방하다. 또한 배출관(153)의 외주에는 턱(154)이 형성됨이 바람직하다. 턱(154)은 배출관(153)의 하방이 상방보다 작은 외경을 갖도록 형성되며, 이는 후술하는 엔드캡(51)을 조립하기 위함이다. 나아가 연결관(121)과 같이 체결너트(53)의 조립성 향상을 위해 턱(미도시)이 추가적으로 형성될 수도 있다.

또한 본 발명은, 상술한 분배구멍(132)부터 취수구멍(152)에 이르는 본체(10)의 외측면 상에 유체의 흐름을 가이드하는 가이드홈(134)이 형성될 수 있다. 가이드홈(134)은 유체와 플라즈마 활성가스의 접촉면적을 넓히며, 유체에 정전기가 발생하여 전극이 단락되는 것을 방지하며, 전극의 기능을 하는 본체(10)가 효과적으로 냉각되도록 하기 위한 구성이다. 도면상 공급부(110), 메인바디(140), 배출부(150)의 외측면에 가이드홈(134)이 직선으로 연장형성된 것을 도시하고 있으며, 배출부(150)는 플라즈마 처리된 유체를 취수하여 배출하기만 하면 되므로 가이드홈(134)이 형성되지 않아도 무방하다.

도 8은 본 발명의 사용 시, 본체(10)의 전극이 되는 부분과 유전체관(20) 사이의 거리(S1), 수면과 유전체관(20) 사이의 거리(S2)를 나타낸 것이다. 앞서 기재한 바와 같이, 전극의 길이가 가까울수록 방전이 일어나기 쉬우며, 수면과 전극의 길이가 가까우면 물에 정전기가 발생하여 회로를 단락시켜 방전이 일어나지 않는 문제가 생긴다. 본 발명은 가이드홈(134)을 형성하여, 전극 사이의 거리는 가깝게 유지하고, 전계가 낮은 가이드홈(134) 내부에 유체가 흘러 정전기가 발생하지 않는 장점이 있다.

한편, 플라즈마 활성수 제조에 있어, 유체는 활성수의 주 재료가 되기도 하며, 전극으로 기능하는 본체(10)를 냉각하는 기능 또한 겸비한다. 유량을 줄이는 경우 유체의 pH가 낮아져 플라즈마가 확산되는 효율이 높아지는 장점이 있으며, 유량을 증가시키면 냉각효과가 높아져 방전효율이 높아지는 장점이 있다. 따라서 장치의 규모 및 사용 환경에 따라 유량을 달리할 필요가 있는데, 본 발명의 경우 가이드홈(134)의 깊이 또는 연장되는 형태에 따라 유량을 달리할 수 있는 장점이 있다. 그 예로, 가이드홈(134)은 도면과 달리 직선이 아닌 물결무늬와 같이 형성될 수도 있고, 본체(10)의 외주를 따라 나선형태로 형성될 수도 있다.

유전체관(20)은 석영 등 유전체로 형성된 관의 형태로서, 본체(10)의 메인바디(140)와 일정 간격 이격되도록 배치된다. 유전체관(20)은 방전 효율을 높이는 기능을 하며, 동시에 플라즈마 활성가스의 반응 공간을 제공한다.

외부전극(30)은 유전체관(20)의 외주면에 접하도록 설치되며, 전극 기능을 하므로 금속 도전체로 형성되며, 냉각이 용이한 재료로 형성됨이 바람직하다. 바람직하게는, 외부전극(30)은 메인바디(140)의 위치에 대응하는 부분에 배치될 수 있다. 본 발명은 전극으로 기능하는 본체(10), 외부전극(30) 중 어느 하나에 고전압을 인가함으로서 유전체관(20)과 본체(10) 사이에서 유전체 장벽 방전이 일어나며, 유전체 장벽 방전에서 생긴 이온 및 라디컬이 내부 구조물의 표면에 흐르는 물에 확산되어 녹아들어 감으로써 플라즈마 활성수가 생성된다. 한편, 방전을 위한 전원으로는 30kHz 정도의 고주파 전압이 이용되며, 본 발명은 기체 방전을 하는 바, 수중방전의 경우보다 필요 전압이 매우 낮아 이용하기 편리하며 저렴한 장점이 있다.

외부전극(30)의 외측면에는 냉각코일(40)이 복수회 감겨, 외부전극(30)을 냉각할 수 있다. 냉각코일(40)은 외부전극(30)에 조밀하게 감기는 것이 바람직하며, 코일 내부에는 냉매가 흐르며, 냉각기에 연결될 수 있다.

또한 본 발명의 조립부(50)는 공급부(110) 및 배출부(150)의 외측에 결합되며, 조립부(50)는 본체(10) 및 유전체관(20) 사이에 형성된 공간을 폐쇄하는 엔드캡(51) 및 엔드캡(51)을 본체(10) 및 유전체관(20)을 향하여 밀착시키도록 가압하는 체결너트(53)를 포함한다. 즉, 유전체관(20) 상하단에 엔드캡(51)이 씌워지며, 체결너트(53)에 의해 체결된다. 엔드캡(51)은 체결너트(53)에 의해 체결될 수도 있고, 도면과 같이 공급부(110) 및 취수부(151)에 나사결합함으로써 독립적으로 체결될 수도 있다. 또한 엔드캡(51)과 유전체관(20) 사이, 엔드캡(51)과 공급부(110), 엔드캡(51)과 배출부(150) 사이에는 실링을 위한 실링부재(52)가 설치됨이 바람직하다. 또한 공급부(110)의 연결관(121), 배출부(150)의 배출관(153)의 단부에는 유체 배관 등과 연결하기 위한 연결부재(54)가 더 설치될 수 있다.

더불어, 공급부(110)에 조립되는 엔드캡(51)에는 공기주입부(55)가 설치될 수 있다. 공기주입부(55)는 엔드캡(51)을 관통하는 튜브를 포함한다. 공기주입부(55)는 유전체관(20)과 본체(10) 사이에 형성된 공간에 강제로 기체 흐름을 유도하거나, 플라즈마의 반응가스를 공기가 아닌 특정 기체를 이용할 때 사용하는 구성이다. 일반적으로 공기를 반응가스로 이용하는 경우 개방 상태로 이용하여도 무방하다.

한편 도시하지는 않았으나, 배출부(150) 측에도 기체를 강제로 배출시키는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명을 조립하는 순서를 이용하여 설명하면 다음과 같다. 먼저, 메인바디(140)의 상, 하부에 공급부(110) 및 배출부(150)를 체결하여 본체(10)를 조립한다. 이후 본체(10)의 외측에 유전체관(20) 및 외부전극(30)을 배치한 후, 엔드캡(51)을 유전체관(20)의 양 단에 끼운다. 이 때, 엔드캡(51)에 의하여 유전체관(20)과 본체(10)가 동축으로 배치된다. 이후 체결너트(53)로 엔드캡(51)을 밀착 고정시키고, 필요에 따라 본체(10)의 단부에 연결부재(54)를 설치할 수 있다. 나아가 외부전극(30)의 둘레에는 냉각코일(40)을 감아 설치할 수 있다.

이하, 본 발명의 제2실시예의 각 구성을 설명한다. 제2실시예는 제1실시예와 내부에 배치되는 전극을 달리하는 점에 차이가 있으며, 동일한 부분에 대하여는 동일한 도면부호를 사용하고, 자세한 설명을 생략한다.

도 9는 본 발명 제2실시예의 사시도이다.

도 9를 참조하면, 본체(10)와 유전체관(20) 사이에 메쉬(Mesh) 파이프 형태의 내부전극(60)이 설치된다. 내부전극(60)은 도전성 금속으로 형성되어 전극의 역할을 하고, 제1실시예와 달리 본체(10)는 전극의 역할을 하지 않으므로 도전성 재질로 제작되지 않아도 무관하다. 내부전극(60)과 유전체관(20) 사이에서 플라즈마 활성가스가 주로 생성되며, 활성가스는 메쉬를 통과하여 본체(10) 표면을 따라 흐르는 유체 내부로 확산됨으로써 플라즈마 활성수가 형성될 수 있다.

내부전극(60)과 외부전극(30) 사이의 거리를 일정하게 유지함이 방전의 효율 및 안정성 면에서 바람직하며, 따라서 내부전극(60)을 진원의 형태로 제작함이 중요하다. 메쉬의 경우 파이프 형태로 말아 용접을 하는데, 용접시 파이프 일측을 가압하게 되며, 용착재에 의해 진원 형태로 제작함에 어려움이 있다. 그러나 메쉬 형태의 띠를 나선형으로 마는 방식으로 제작하는 경우 진원에 매우 근접한 파이프 형태를 제작할 수 있다.

메쉬 파이프 형태의 내부전극(60)을 이용하는 경우, 유체와 직접 닿지 않아 내식 문제가 적으며, 부식이 발생하여도 교체가 용이하고 유지비가 저렴하며, 본체(10)를 도전성 금속으로 제작할 필요가 없어 장치의 중량이 감소하는 장점이 있다.

본 명세서에서는 각 실시예를 나누어 설명하였으나, 각 실시예를 조합하여 도출될 수 있는 실시예 역시 본 발명의 권리범위 내에 속하는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 플라즈마 활성수 제조장치
10 : 본체부 110 : 공급부
120 : 수압강하부재 121 : 연결관
122 : 턱 123 : 압력강하부
124 : 홀 130 : 유체분배부재
131 : 공급관 131a : 공급공간
132 : 분배구멍 133 : 가이드부
134 : 가이드홈 140 : 메인바디
150 : 배출부 151 : 취수부
152 : 취수구멍 153 : 배출관
154 : 턱 20 : 유전체관
30 : 외부전극 40 : 냉각코일
50 : 조립부 51 : 엔드캡
52 : 실링부재 53 : 체결너트
54 : 연결부재 55 : 공기주입부
60 : 내부전극

Claims (14)

1. 본체;
   상기 본체의 외측 둘레에 배치되는 유전체관;
   상기 유전체관의 외측 둘레에 배치되는 외부전극;
   을 포함하며,
   상기 본체 및 외부전극은 동일한 축을 기준으로 연장형성되고, 상기 본체 및 외부전극 사이에서 플라즈마 활성가스가 발생되며,
   상기 본체는,
   상기 본체의 외면을 따라 유체가 흐르도록 상기 유체를 공급하는 공급부;
   일단이 상기 공급부에 연결되는 메인바디; 및
   상기 메인바디의 타단에 연결되며, 상기 유체를 취수하여 배출하는 배출부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 본체는 금속 도전체로 형성되어 전극의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 본체 및 유전체관 사이에 배치되고, 금속 도전체로 형성되는 내부전극을 더 포함하며,
   상기 내부전극은, 상기 외부전극과 동일한 축을 가지도록 연장형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 내부전극은, 복수의 통공이 형성된 메쉬(Mesh) 관 형상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공급부 및 메인바디의 외측면에는, 상기 공급부로부터 상기 메인바디의 타단을 향하는 방향으로, 유체의 흐름을 가이드하는 가이드홈이 연장형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 가이드홈의 연장된 형상은,
   직선, 물결무늬, 또는 메인바디의 둘레 방향으로 형성되는 나선형 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공급부는,
   중앙부로 상기 유체가 도입되고, 상기 유체를 외측 둘레방향으로 분배하는 유체분배부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 유체분배부재는,
   중앙부로 상기 유체가 도입되는 공급관을 포함하며,
   상기 공급관에는, 둘레방향을 따라 상기 공급관을 관통하는 분배구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 유체분배부재는,
   상기 공급관과 메인바디의 외측면을 연결하는 가이드부를 더 포함하며,
   상기 공급관의 둘레는 상기 메인바디의 둘레보다 작게 형성되어, 상기 가이드부는 상기 메인바디를 향하는 방향으로 점차 확장되는 테이퍼 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
   
10. 제7항에 있어서,
    상기 공급부는,
    상기 유체분배부재에 연결되며, 상기 유체의 압력을 강하시키는 수압강하부재를 더 포함하며,
    상기 수압강하부재를 통하여 상기 유체가 상기 유체분배부재에 도입되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 수압강하부재는,
    상기 유체가 도입되며 상기 공급관과 연결되는 연결관; 및
    상기 연결관을 가로지르는 면이 형성되며, 상기 면 상에 복수 개의 홀이 형성된 압력강하부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
    
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출부는,
    상기 유체를 배출하는 유로가 형성된 배출관; 및
    상기 배출관과 메인바디의 외측면을 연결하는 취수부;
    를 포함하며,
    상기 배출관에는, 둘레방향을 따라 상기 배출관을 관통하는 취수구멍이 형성되고,
    상기 배출관의 둘레는 상기 메인바디의 둘레보다 작게 형성되어, 상기 취수부는 상기 메인바디를 향하는 방향으로 점차 확장되는 테이퍼 형태인 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
    
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공급부의 외측에 결합되는 조립부를 더 포함하며,
    상기 조립부는,
    상기 본체 및 유전체관 사이에 형성된 공간을 폐쇄하도록 마련되는 엔드캡; 및
    상기 엔드캡을 상기 본체 및 유전체관을 향하여 가압하는 체결너트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조 장치.
    
14. 제1항 내지 제4항 중 어느 한항에 있어서,
    상기 외부전극의 둘레에 냉각코일이 복수 회 감긴 것을 특징으로 하는 플라즈마 활성수 제조장치.

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