KR20220038917A - 음파 가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음파 가스 처리장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유해 가스를 코로나 방전을 이용해 플리즈마 상태로 만들어 제거하되, 음파를 이용해 방전부에 음압을 가하여, 코로나 방전이 넓은 범위에서 안정적으로 일어도록 구성된 음파 가스 처리장치에 관한 것이다.

Description

음파 가스 처리장치 {Gas treatment device use sound wave}

본 발명은 음파 가스 처리장치에 관한 것으로써, 음파를 이용하여 코로나 방전으로 발생하는 코로나의 방전 영역을 극대화시켜 유해가스 분해능을 향상시킨 음파 가스 처리장치에 관한 것이다.

탈황/탈질 분야에 대한 전기방전의 적용은 1986년 일본에서 처음으로 실험실 규모로 연구가 진행되었으며, 이때, Masuda 등과 Mizuno 등에 의해 각각 질소산화물 및 환산화물의 제거 가능성이 입증된 이후, 많은 연구자에 의해 연구가 이루어져 왔다. Civitano 등은 1986년부터 1992년에 걸쳐 전기방전에 의한 탈황/탈질 연구를 실험실 및 파일럿 규모르 진행하였으며, 실험의 처리목표가 석탄화력발전소의 배기가스였으므로, 탈황/탈질 설비가 아직 갖추어지지 못한 발전소를 보유하고 있는 세계 각국의 관심을 불러 일으켰으며, 수많은 연구의 계기가 되었다.

이러한, 산업공정에서 배출되는 배기가스의 탈황/탈질을 위한 코로나 방전공정은 재래공법의 습식탈황공정과, 촉매를 사용하는 선택적 촉매 환원법이나, 파일롯트 규모 단계 시험을 거쳐 부분적으로 상용화 단계에 이르고 있는 전자빔공정에 비해 연구가 늦게 시작 되었으나, 기존의 공정들을 능가하는 여러 가지 장점들을 지니고 있어 활발하게 연구가 진행되고 있다.

그러나, 활발한 연구에도 불구하고 저온플라즈마 상태를 이용하는 전기방전의 탈황/탈질분야는 전력의 과다 소모, 대규모 장치 개발의 필요, 다른 기술과 경쟁할 수 있는 경제성의 확보 등 여러 가지 문제점을 해결하지 못하고 있다.

상세히 설명하면, 저온플라즈마 상태를 이용한 전기방전의 탈황/탈질 공정은 물질을 구성하는 성분들이 치밀도에 따라 고체, 액체, 및 기체 상태로 구분되며 주위의 압력, 온도 등에 의해 상태의 변화가 일어나는 원리를 이용한다. 즉, 물질을 구성하는 분자들의 고유 특성과 에너지를 함유한 정도를 변화시켜 상태 변화를 유도하는 것으로서, 종래에 처리가 어려웠던 유해가스 물질에 코로나 방전을 통해 에너지를 가함으로서, 유해가스를 구성하는 분자들을 분해시켜 유해가스를 구성하는 분자를 전자가 방출된 이온들로 이루어진 플라즈마로 변환 시키는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 플라즈마 기술은 유해가스를 플라즈마 상태로 만들기 위해 유해가스에 에너지를 공급하는 코로나의 방전 영역이 매우 좁아 에너지 전달 효율이 떨어지는 단점이 발생하기 때문에 전력 소모가 크고, 탈황/탈질의 분해능 효율이 낮은 담점을 가진다.

따라서, 상기와 같은 단점을 해소하기 위해 가스와 코로나의 방전 영역을 향상시켜 유해 가스의 분해능을 향상시킨 기술 개발의 필요성이 요구되고 있다.

한국등록특허 제1444126호 한국등록특허 제1528807호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유해가스에 에너지를 가하는 코로나의 발전 영역을 음파를 이용하여 극대화 시킨, 음파 가스 처리장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 음파 가스 처리장치는, 내부에 외부에서 유입된 가스가 이동하는 유로가 형성된 운송부(100); 가스가 통과하는 상기 유로에 형성되며, 코로나 방전을 발생시키는 제1 방전부(200A); 상기 유로에 음파를 방출하여 코로나 방전 영역을 증대 시키는 음파발생기(300);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음파 발생기(300)는 상기 운송부(100)의 길이방향 일측에 형성되고, 상기 운송부(100)의 길이방향 타측에 가스 방출부(400)가 형성되며, 상기 음파 발생기(300)와 마주보는 상기 가스 방출부(400)의 내면에 음파 반사판(410)이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음파 발생기(300)와 상기 음파 반사판(410)의 이격 거리는 상기 음파가 정재파를 형성하는 거리인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음파 반사판(410)과 마주보는 상기 운송부(100)의 타측 단부에 제2 방전부(200B)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 방전부(200B)는 내경은 일정하되, 상기 음파 반사판(410)으로 인접할수록 외경이 좁아지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음파의 파장 길이(L)는 상기 제2 방전부(200B)의 타측 단부와 상기 음파 반사판(410)의 거리(l)의 4배인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 방전부(200A)는 상기 유로에 길이 방향으로 형성된 방전극(210)과, 상기 방전극(210) 표면에 돌출 형성된 방전핀(211)을 포함하며, 상기 방전핀(211)은 상기 음파의 음압 노드구역(N)에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 방전핀(211)은 상기 방전극(210)을 원주방향으로 감싼 방사상 형상인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 음파 가스 처리장치는, 음파를 이용해 방전부에서 발생하는 코로나의 영역을 극대화 하여, 코로나의 체적을 향상시킨다. 따라서, 코로나와 가스의 접촉 면적이 넓어져 유해 가스의 분해능이 증가하는 효과를 가진다. 즉, 기존 가스 처리장치에 비하여 동일 전력 소모로 보다 많은 유해가스를 처리하는 것이 가능해져, 경제성을 향상 시키는 장점을 가지는 것이다.

또한, 음파가 방전부에 압력을 인가하여 코로나의 발생이 안정적으로 이루어져, 코로나를 발생 및 유지시키기 위한 동력 소모를 감소시키는 효과를 가진다.

그리고, 음파가 정재파를 형성하여 동일한 에너지의 음파로 코로나 방전 영역을 극대화 시키는 효과를 가진다다.

아울러, 운송부에서 가스 방출부로 이동하는 통로에 원형의 제2 방전부가 형성되어 넓은 코로나 방전 영역을 형성함으로서, 코로나 방전 영역을 거치지 않고 외부로 방출되는 탈질 산화물과 탈황 산화물을 최소화 하는 효과를 가진다.

뿐만 아니라 압력이 최고가 되는 압력 노드구역에 방전핀이 방사상으로 형성되어 방전 영역을 최대한 넓히는 장점을 가진다.

도 1은 종래의 유해가스 처리용 플라즈마 반응기를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 사시도.(실시예 1)
도 3은 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 단면도.(실시예 1)
도 4는 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 사시도.(실시예 2)
도 5는 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 측면 단면도.(실시예 2)
도 6은 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 사시도의 단면도.(실시예 2)
도 7은 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 사시도.(실시예 3)
도 8은 본 발명인 음파 가스 처리장치를 나타낸 단면도.(실시예 3)
도 9는 방전극에 형성된 방전핀을 나타낸 단면 확대도.

이하, 상기와 같은 본 발명인 음파 가스 처리장치에 관하여 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면 본 발명인 음파 가스 처리장치는, 내부에 외부에서 유입된 가스가 이동하는 유로가 형성된 운송부(100)와, 가스가 통과하는 상기 유로에 형성되며, 코로나 방전을 발생시키는 제1 방전부(200A)와, 상기 유로에 음파를 방출하여 코로나 방전 영역을 확장 시키는 음파 발생기(300)를 포함하여 이루어진다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 외부에서 유입된 가스가 상기 운송부(100) 내부에 형성된 상기 유로(110)를 통과하게 되고, 상기 제1 방전부(200A)에서 고전압이 인가되어 코로나 방전을 일으켜 방출되는 전자가 가스분자들에 출동하여 가스분자들을 이온화시켜 플라즈마 상태로 만드며, 상기 음파 발생기(300)는 상기 제1 방전부(200A)에서 방전을 통해 발생시키는 코로나를 안정시킬 뿐만 아니라 코로나의 발생 반경을 확장시켜 질소산화물과, 황산화물의 분해 능력을 극대화 시키는 역할을 하며, 상세한 내용은 이하에서 설명하도록 하겠다.

상세히 설명하면, 코로나 방전을 통하여 이온화 시킬 수 있는 질소산화물과, 황산화물의 양은 코로나와 접촉하는 산화물의 면적이 커질수록 증가된다. 이때, 단순히 대전판과 방전극을 이용하여 코로나를 형성 시 체적이 매우 좁은 선형의 스트리머 코로나가 발생하게 된다. 즉, 복수개의 코로나를 발생시킬 지라도 발생되는 코로나의 형성 범위가 좁은 범위로 제한되는 것이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 음파발생기(300)를 이용하여 상기 유로(110)에서 일정한 음파의 운동을 발생시키고, 음파가 코로나의 형성을 보조하여 스트리머 코로나가 넓은 범위로 퍼지며 일정한 영역을 형성하게 한 것이다.

다시한번 말하면, 음파를 이용하여 스트리머 코로나의 형성 범위를 극대화 시킴으로서 산화물과 접촉할 수 있는 코로나의 면적이 극대화 되어 산화물 분해능이 향상된 것이다.

아울러, 상기와 같은 본 발명인 음파 가스 처리장치는 도 2 및 도 3에 도시된 A타입 이외에도 도 4 및 도 5에 도시된 제2 방전부(200B)가 형성된 B 타입과, 도 7 내지 도 9에 도시된 보조 가스 유입부(600)를 포함하는 C타입으로 형성되는 것 또한 가능하다.

그리고, 도 4 및 도 5를 참조하면 본 발명에서 상기 음파 발생기(300)는 상기 운송부(100)의 길이방향 일측에 형성되고 상기 운송부(100)의 길이방향 타측에 가스 방출부(400)가 형성되며, 상기 음파 발생기(300)와 마주보는 상기 가스 방출부(400)의 내면에 음파 반사판(410)이 형성되는 것을 권장하며, 상기 음파 발생기(300)와 상기 음파 반사판(410)의 이격 거리는 상기 음파가 정재파를 형성할 수 있는 거리인 것을 권장한다.

도 5 및 도 6을 참조하여 상세히 설명하면, 상기 제1 방전부(200A)는 상기 유로(110)에 길이 방향으로 형성된 방전극(210)과, 상기 방전극(210)의 표면에 돌출 형성된 방전핀(211)을 포함하며, 상기 방전핀(211)에서 코로나가 형성되고, 상기 음파 발생기(300)에서 방출된 음파는 상기 방전핀(211)에서 형성되는 코로나의 방전 영역을 극대화 시키는 역할을 한다.

이때, 코로나의 방전 영역이 극대화되는 지점은 음파에 의한 유체입자의 변위가 최대로 되고 이로 인하여 유체 분자의 운동이 활성화 되는 동일 평면에 위치되는 정재파의 진폭 최고점이 형성되는 노드구역(N)이므로, 상기 방전핀(211)을 상기 노드구역(N)에 형성하여 코로나가 일정한 방전 영역을 형성하게 할 수 있다.

그러나, 음파의 파동이 무분별해 질 경우 코로나의 방전 영역이 극대화 되는 노드구역(N)이 형성되지지 않거나 지속적으로 변화될 수 있으므로, 본 발명에서는 음파를 방출하는 음파 발출부(300)와 이와 마주보는 상기 음파 반사판(410)의 이격 거리를 음파가 상기 유로(110)를 따라 이동하며 일정한 파형을 가지는 정재파를 형성할 수 있는 거리로 함으로서, 상기 방전핀(211)을 음압이 최대가 되는 상기 노드구역(N)에 위치시킬 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 가스 방출부(400)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 운송부(100)의 타측에 상기 음파 발생기(300)와 대향 형성되면 충분하지만, 필요에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 플렌지 형상으로 형성되어 도 5및 도 6에 도시된 바와 같이 제2 방전부(200B)를 더 포함할 수 있다.

상세히 설명하면, 음파를 이용하여 상기 방전핀(211)에서 형성되는 코로나의 형성 범위를 넓히더라도, 각각의 방전핀(211)이 형성하는 코로나 사이에 형성된 상기 유로(110)를 통과하여 황산화물과, 질소산화물이 통과될 수 있으므로, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 가스 방출부(400)를 플렌지 형상으로 형성하고, 상기 가스 방출부(400)의 내면과 마주보는 상기 운송부(100)의 길이방향 타측에 제2 방전부(200B)를 형성하여 상기 제1 방전부(200A)에서 이온화 되지 못한 산화물을 제2 방전부(200B)에서 산화시킬 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 가스 방출부(400)는 내부에 상기 유로(110)가 확장되는 확장공간(420)이 형성되고, 상기 운송부(100)의 길이방향 타측 단부와 마주보는 타측 내면 중심에 상기 음파 반사판(410)이 형성되는 것을 권장하며, 상기 음파 반사판(410)의 가장자리 즉 타면 가장자리에 가스 방출공(430)이 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 음파 반사판(410)과 마주보는 상기 운송부(100)의 타측 단부에 상기 제2 방전부(200B)가 형성되며, 상기 제2 방전부(200B)는 내경은 일정하되, 상기 음파 반사판(410)으로 인접할수록 외경이 좁아지는 구조를 가져, 상기 제2 방전부(200B)에서 상기 음파 반사판(410)을 향하여 제2 코로나 방전 영역(B)이 형성된다.

따라서, 각각의 상기 방전핀(211)에서 제1 코로나 방전 영역(A)을 형성 하더라도 각각의 방전핀(211) 사이에서 코로나가 형성되지 않는 공간이 형성되는 제1 방전부(200A)와는 다르게, 원형의 단면 형상을 가지는 상기 제2 방전부(200B)에서 상기 음파 반사판(410)을 향하여 원통 형상의 제2 코로나 방전 영역(B)을 형성하여, 코로나에 영향을 받지 않고 상기 유로(110)에서 상기 확장공간(420)과 상기 음파 방출공(430)을 통해 외부로 방출되는 질소 산화물과, 황산화물을 최소화 시킬 수 있는 것이다.

이때, 상기 방전핀(211)과 마주보는 상기 운송부(100)의 내면과, 상기 제2 방전부(200B)와 마주보는 상기 음파 반사판(410)은 대전판 역할을 겸하는 것은 물론이다.

그리고, 상기 제2 방전부(200B)가 형성될 경우 상기 음파의 파장 길이(L)는 상기 제2 방전부(200B)의 타측 단부와 상기 음파 반사판(410)의 거리(l)의 4배로 이루어져, 상기 제2 방전부(200B)의 타측 단부에 정재파의 음압이 최고로 높아지는 노드구역이 형성되는 것을 권장한다.

또한, 도 7 및 도 9를 참조하여 설명하면 본 발명인 음파 가스 처리장치는 상기 운송부(100)의 길이방향 타측에 형성된 가스 유입부(500)를 보조 가스 유입부(600)가 감쌀 수 있다.

상세히 설명하면, 본 발명은 외부에서 가스가 유입된 후 방출되며 가스가 이동하는 과정에서 코로나를 이용하여 가스를 이온으로 분해시킨다. 이때, 운송부(100)의 길이방향 일측에 상기 음파 발생기(300)가 형성될 경우 음파 발생기(300)로 인해 가스를 상기 운송부(100) 내부로 유입시키는 가스 유입대상과 가스 유입부(500)를 연결하는 것이 어려우므로, 상기 가스 유입부(500)의 외면에 원주 방향으로 가스 유입공(510)을 형성하고, 상기 보조 가스 유입부(600)로 상기 가스 유입부(500)를 감싸 줌으로서, 운송부(100)와 가스 유입대상을 쉽게 연결할 수 있게 한 것이다.

그리고, 도 9를 참조하면 본 발명에서 상기 방전핀(211)은 상기 노드구역(N)에서 상기 방전극(210)에 원주 방향으로 방사상 형태를 이루거나, 어레이를 형성할 수 있으며, 상기 제1 방전부(200A)와 상기 제2 방전부(200B)는 외부에서 코로나 생성을 위한 고압의 펄스를 지속적으로 인가받는 것은 물론이다.

아울러, 본 발명은 음파를 이용하여 코로나 방전 범위가 극대화 되는 것을 권장하지만 초음파 또한 사용 가능하며, 초음파를 사용할 경우 별도의 냉각장치가 추가될 수 있으며, 소음을 최소화 할 수 있다.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.

100 : 운송부
200A : 제1 방전부
200B : 제2 방전부
210 : 방전극
211 : 방전핀
300 : 음파 발생기
400 : 가스 방출부
410 : 음파 반사판
420 : 확장공간
430 : 가스 방출공
500 : 가스 유입부
510 : 가스 유입공
600 : 보조 가스 유입부
N : 압력 노드구역
L : 음파의 파장 길이
l : 제2 방전부와 음파 반사판의 거리

Claims (8)

1. 내부에 외부에서 유입된 가스가 이동하는 유로가 형성된 운송부(100);
   가스가 통과하는 상기 유로에 형성되며, 코로나 방전을 발생시키는 제1 방전부(200A);
   상기 유로에 음파를 방출하여 코로나 방전 영역을 증대 시키는 음파발생기(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 음파 발생기(300)는 상기 운송부(100)의 길이방향 일측에 형성되고, 상기 운송부(100)의 길이방향 타측에 가스 방출부(400)가 형성되며, 상기 음파 발생기(300)와 마주보는 상기 가스 방출부(400)의 내면에 음파 반사판(410)이 형성되는, 음파 가스 처리장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 음파 발생기(300)와 상기 음파 반사판(410)의 이격 거리는 상기 음파가 정재파를 형성하는 거리인 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 음파 반사판(410)과 마주보는 상기 운송부(100)의 타측 단부에 제2 방전부(200B)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제2 방전부(200B)는 내경은 일정하되, 상기 음파 반사판(410)으로 인접할수록 외경이 좁아지는 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 음파의 파장 길이(L)는 상기 제2 방전부(200B)의 타측 단부와 상기 음파 반사판(410)의 거리(l)의 4배인 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.
   
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 제1 방전부(200A)는 상기 유로에 길이 방향으로 형성된 방전극(210)과, 상기 방전극(210) 표면에 돌출 형성된 방전핀(211)을 포함하며,
   상기 방전핀(211)은 상기 음파의 압력 노드구역(N)에 형성된 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 방전핀(211)은 상기 방전극(210)을 원주방향으로 감싼 방사상 형상인 것을 특징으로 하는, 음파 가스 처리장치.

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