WO2012165671A1 - 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치 - Google Patents

고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치 Download PDF

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WO2012165671A1
WO2012165671A1 PCT/KR2011/003982 KR2011003982W WO2012165671A1 WO 2012165671 A1 WO2012165671 A1 WO 2012165671A1 KR 2011003982 W KR2011003982 W KR 2011003982W WO 2012165671 A1 WO2012165671 A1 WO 2012165671A1
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WO
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heavy water
glow discharge
plate
tank
gas
Prior art date
Application number
PCT/KR2011/003982
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English (en)
French (fr)
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이인호
송진우
이영찬
홍영표
유선화
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(주)에이치엠환경
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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/467—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction
    • C02F1/4672—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis by electrochemical disinfection; by electrooxydation or by electroreduction by electrooxydation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/002—Grey water, e.g. from clothes washers, showers or dishwashers

Definitions

  • the present invention relates to a heavy water treatment apparatus using a high voltage glow discharge, and more particularly, to generate heavy active water from heavy water by using a glow discharge to generate gaseous active species such as ions, radicals, etc. by spray discharge.
  • gray water treatment technology is largely divided into biological treatment, chemical treatment, physical treatment.
  • primary treatment means physical treatment
  • secondary treatment means chemical treatment and biological treatment
  • tertiary treatment means the physical, chemical, and biological treatment in a highly advanced manner.
  • the biological treatment is activated sludge method, contact reactor, anaerobic digestion, lagoon and stabilizer
  • the chemical treatment is neutralized, coagulated sedimentation, ion exchange, chemical oxidation.
  • Physical treatments include pressure flotation, membrane separation, adsorption, physical precipitation, ozone oxidation, and the like.
  • an advanced oxidation method (AOP) is emerging, which is a representative physical treatment technology for treating contaminants in heavy water using an oxidation reaction and a reduction reaction.
  • Advanced oxidizing methods include phenton oxidation using chemicals, ozone oxidation using ozone, and technology using ultrasonic waves.
  • Each of these technologies has its own performance in treating hardly degradable heavy water.
  • the Fenton oxidation method using chemicals may cause maintenance costs and secondary pollutant sources due to the use of chemicals.
  • the ozone oxidation method using ozone requires power costs and ozone post-treatment facilities compared to ozone generation efficiency. There is a problem that there is a risk in safety management.
  • the present invention has been made to solve the problems according to the prior art described above, the problem to be solved by the present invention is to treat heavy water using active species such as radicals, ions, etc. generated through the glow discharge of a high voltage It is to provide a processing device capable of producing.
  • the present invention is a heavy water treatment apparatus using a high-voltage glow discharge
  • the apparatus is provided between the first plate for a plurality of first electrodes and the first plate spaced apart from each other, Radicals, ions, and ions from a second plate protruding toward the first plate adjacent to the second electrode fins, and a reactive body introduced by a glow discharge generated in the second electrode fins by applying a high voltage to the second electrode fins.
  • Oxidation tank 120 for receiving the active species through the pipe connected to the second hole of the electron activation device 110 to bubble the heavy water therein, to oxidize the heavy water;
  • a filtration tank 130 provided at a rear end of the oxidizing tank 120 to filter heavy water introduced from the oxidizing tank 120; And it provides a heavy water treatment apparatus using a high-voltage glow discharge, characterized in that it comprises a recycled water storage tank 140 is stored the filtration solution flowing from the filtration tank 130.
  • the filtration tank 130 includes activated carbon or sand as an adsorbent material, the material adsorbed on the adsorbent material in heavy water is washed by water supplied from the outside, and the washing solution is again oxidized bath Recovered to 120.
  • the first plate and the second plate are perpendicular to the horizontal plane of the electron activator, and are independently removable.
  • the oxidizer 120 includes a wave accelerator 130 for accelerating the active species gas.
  • the wave accelerator 130 includes a plurality of coils 131 facing each other, using the magnetic field generated by the AC power flowing through the coil 131, the ions of the active species gas and Accelerates electrons
  • the first electrode is a positive electrode
  • the second electrode is a negative electrode
  • the plurality of negative electrode pins are spaced apart from each other to one bus bar for applying a negative electrode
  • the bus bar is a plurality of on both sides of the second plate Dogs are provided.
  • first hole and the second hole is configured to directly inlet and discharge gas and active species into the space between the first plate and the second plate, the end shape of the second electrode fin is circular or fin Form.
  • the heavy water treatment apparatus generates active species such as radicals and ions for heavy water treatment through high voltage glow discharge, and oxidizes heavy water by injecting the same directly into heavy water.
  • the heavy water treatment apparatus according to the present invention is provided between a plurality of first plates for the positive electrode and the first plate spaced apart from each other, the second plate provided on both sides of the negative pin protruding vertically in the direction of the adjacent first plate Including the electron activating device comprising, the gas introduced into the electron activating device according to the present invention is effectively activated by the glow discharge generated in the negative electrode fins, is used for the treatment of heavy water, whereby heavy water available for cogeneration equipment, etc. Is generated.
  • FIG. 1 is a front view of an electronic activation device 110 of a heavy water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 2 is an exploded perspective view of the electronic activation device 110 used in the heavy water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view of a second plate of the electronic activation device 110 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a cross-sectional view of the first plate 111 and the second plate 112 combined with the upper surface of the generator 110 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an electronic activation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of the oxidation tank 120 and the electron activation device 110 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an overall configuration diagram of a heavy water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the heavy water treatment device uses a high voltage glow discharge to activate a gas into ions or radicals or ions and radicals.
  • an activated species of a gas different from a conventional gas such as ions or radicals is referred to as an active species, and the present invention uses a glow discharge that may occur at a relatively low power as compared to an arc discharge at the end of the cathode pin. To generate active species. This increases the durability of the device and extends the maintenance period of the device.
  • the present invention by directly activating the gas, such as the incoming air through the glow discharge, and then injected into the heavy water to be treated, the heavy water is treated, and the treated heavy water is filtered to produce heavy water from the heavy water.
  • electron activation excites the energy state of the incoming gas, thereby deviating the outermost electron of the gas element, thereby activating the target gas, thereby directly bubbling the activated gas into the heavy water to treat the heavy water. It means the process to do.
  • FIG. 1 is a front view of an electronic activation device 110 of a heavy water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of first plates 111 which are first electrodes spaced apart from each other, are vertically provided in the electron activation device 110.
  • the vertical means that the vertical configuration with respect to the horizontal plane of the electron activation device 110, the first electrode in the embodiment of the present invention, the positive electrode, but the opposite negative electrode can also be used as the first electrode.
  • Another second plate 112 is provided between the first plate 111, and a plurality of second electrode pins 113 are provided on both surfaces of the second plate 112.
  • the second electrode is an electrode opposite to the first electrode, and in one embodiment of the present invention, the second electrode is a cathode and the second electrode pin is a cathode pin 113.
  • the scope of is not limited to this.
  • the present invention will be described in detail by an embodiment in which the second electrode pin is a cathode pin.
  • the present invention generates a glow discharge by applying a voltage to the cathode pin 113, which is the second cathode pin, and effectively generates active species from the gas introduced through the glow discharge generated in a plurality of dense forms.
  • a glow discharge even if the interval between the negative electrode pin 110 and the positive electrode is configured to be relatively narrow it is possible to generate sufficient active species.
  • a high current such as an arc discharge, it is easy to cause a short circuit problem between the positive electrode and the negative electrode, and thus it is prepared in the prior art, which constitutes a relatively large separation distance between the positive electrode and the negative electrode.
  • an end portion of the negative electrode pin 113 of the electronic activation device according to the present invention may have a pin shape or a circular shape, that is, a blunt shape.
  • the negative electrode pin 113 has a spherical end, whereby the effective area of the end is configured to the maximum, The scope of the invention is not limited thereto.
  • FIG 2 is an exploded perspective view of the electronic activation device 110 configured in the heavy water treatment apparatus according to the embodiment of the present invention.
  • the electronic activation device 110 is provided between a first plate 111, which is an anode, and the first plate 111, and a cathode pin 113 protrudes on both surfaces thereof.
  • the second plate 112 is included.
  • the cathode pin 113 of one end of the plurality of cathode pins is fastened to one bus bar 114, and the bus bar 114 is electrically connected to a DC voltage source 115 provided separately.
  • the present invention particularly includes a plurality of bus bars 114 on both sides of the second plate 112 to increase the effective area of the glow discharge, thereby allowing the incoming air or the like to contact and be activated.
  • FIG 3 is a perspective view of a second plate of the electronic activation device 110 according to an embodiment of the present invention.
  • both bus bars 114 are provided on both sides of the second plate 112, and a plurality of negative electrode pins 113 spaced at predetermined intervals are fastened to each of the bus bars 114. . Therefore, by connecting the negative power of the DC power source to the bus bar 114, the negative electrode pin 113 has a negative electrode.
  • the bus bars 114 provided on both surfaces of the second plate 112 according to the present invention are preferably configured to be offset from each other. That is, the present invention, although the negative pin 113 provided on both sides of the same plate is configured in a position other than the same position on the plate.
  • the two cathode pins 113 are formed on both sides of the same position of the second plate 112, it is because a problem such as interference due to the closely configured negative voltage may occur. In addition, there is a problem that the probability that the gas flowing in the actual generator 110 is in contact with the negative electrode pin 113.
  • the first plate 111 and the second plate 112 are detachable from the electron activation device 110 independently.
  • FIG 4 is a cross-sectional view of the first plate 111 and the second plate 112 combined with the upper surface of the generator 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the first plate 111 and the second plate 112 are provided on the upper surface of the electron activation device 110 and inserted into the groove h having a predetermined length. Therefore, the first plate 111 and the second plate 112 can be easily inserted or removed from the groove h. As a result, the heavy water treatment apparatus according to the present invention is easy to maintain and maintain the negative electrode pin 112, which is prone to physical damage due to voltage application. In addition, independent plate replacement is possible, so that the actual operating time of the equipment is not reduced due to maintenance.
  • a gas such as air is introduced into the electron activator 110, and the gas such as the introduced air is contacted and activated again with a plurality of glow discharges generated at the negative electrode fin 113.
  • the activated gas is discharged to the outside of the reactor 110, is injected into the heavy water, the active species reactor 110 according to the present invention is to activate the gas inlet path and active species discharge path of the activation device 110 By configuring on the same side, the residence time of the gas is maximized, and as a result, the efficiency of generating active species is maximized.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of an electronic activation device according to an embodiment of the present invention.
  • two holes are provided at one surface of the electron activation device 110, and the gas inlet pipes 117 are respectively provided in the two holes.
  • active species discharge pipe 118 is connected.
  • the first hole 115 and the second hole 115 according to the present invention directly flow gas into the space between the first plate 111 and the second plate 112, and then again activate the gas from the space. Configured to release the species. That is, the electron activation device according to the present invention directly injects gas into the space between the plates, that is, the space in which the cathode pins 113 are formed, instead of introducing the gas into the front surface of the plate, and the active species is also added between the plates. Configured to discharge directly from space. This maximizes the activation efficiency of the gas and reduces unnecessary gas residence time.
  • a space spaced by a predetermined distance is provided between the first plate 111, the second plate 112, and the wall of the electron activation device 110 according to the present invention.
  • the gas introduced through the first hole 115 moves through the space between the plate and the generator wall, and is activated by the glow discharge generated at the negative pin of the adjacent plate.
  • the heavy water treatment apparatus may further include a wave accelerator for accelerating electrons, ions, etc. formed by the glow discharge generated in the electron activation device, wherein the wave accelerator according to the present invention It is provided in the oxidation tank in which the active species gas is injected. That is, in one embodiment of the present invention, in order to accelerate the generated electrons and ions, and to facilitate both mixing with heavy water, an alternating magnetic field is applied by a coil to which an alternating current power is applied, and thus, charges such as electrons This is described in more detail below.
  • FIG. 6 is a block diagram of the oxidation tank 120 and the electron activation device 110 according to an embodiment of the present invention.
  • the active species gas generated in the electron activation device 110 is directly injected into heavy water stored in the oxidizing tank 200, whereby heavy water is bubbled (b) and oxidized.
  • the oxidation tank 120 includes a plurality of opposed coils C, and a wave accelerator 121 having a sealed structure is provided.
  • the wave accelerator 121 is positioned in contact with the bubbling heavy water, particularly provided downstream of the active species gas injected into the oxidizing tank 120. Therefore, active species such as electrons are accelerated by the wave generated by the wave accelerator, and the mixing with the heavy water and the reaction efficiency are maximized.
  • FIG. 7 is an overall configuration diagram of a heavy water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the heavy water merged by the merger purification tank is introduced into the oxidation tank 120 by the pump P.
  • the pump P Referring to FIG. Outside the oxidation tank 120 is provided with an electron activation device 110 for generating active species such as electrons, radicals, etc.
  • the electron activation device is a plurality of first spaced apart from each other as described above
  • the active species gas containing radicals, ions and electrons is generated and discharged from the reactor body introduced by the glow discharge generated in the second electrode fin, wherein the inlet of the reactor body and the discharge of the active species gas are provided on the same surface. Through each of the first and second holes.
  • In the oxidizing tank 120 is provided with a detonator for detonating the active electrons introduced from the outside and a wave generating device for maximizing the oxidation effect, as described above, it will be omitted below.
  • the heavy water treatment device receives an active species gas through a pipe connected to the second hole of the electron activation device 110 to bubble heavy water therein, thereby oxidizing the heavy water.
  • the tank 120 and the rear end of the oxidizing tank 120 and includes a filter 130 for filtering the heavy water flowing from the oxidizing tank 120.
  • the filter 130 may be a sand type or an activated carbon type, and any filtration method capable of filtering heavy water treated in an oxidizing tank to at least heavy water level may be used in the filter 130. Can be.
  • the solution (first solution) filtered by the filter 130 is introduced into and stored in the recycle water storage tank 140 as heavy water, and then recycled into industrial water such as cooling water of a cogeneration system.
  • the material adsorbed to the adsorbents such as activated carbon and sand of the filter 130 is washed by water supplied from the outside, and the adsorbed substance washing solution (second solution) is recovered to the oxidation tank 120 again.
  • the heavy water treatment apparatus generates active species such as radicals and ions for heavy water treatment through high voltage glow discharge, and oxidizes heavy water by injecting the same directly into heavy water, thereby being used in the water treatment industry.

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Abstract

고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치가 제공된다. 본 발명에 따른 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리 장치는 서로 이격된 복수 개의 제 1 전극용 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트 사이에 이격되어 구비되며, 양면에 제 2 전극 핀이 인접한 제 1 플레이트 방향으로 돌출된 제 2 플레이트와, 상기 제 2 전극 핀에 고전압을 인가함에 따라 상기 제 2 전극 핀에서 발생하는 글로우 방전에 의하여 유입되는 반응기체로부터 라디칼, 이온 및 전자를 포함하는 활성종 기체를 생성, 배출시키며, 여기에서 상기 반응기체의 유입과 활성종 기체의 배출은 동일면에 구비된 제 1 홀 및 제 2 홀을 통하여 각각 이루어지는 전자활성화 장치(110); 상기 전자활성화 장치(110)의 제 2 홀에 연결된 관을 통해 활성종을 공급받아 내부의 중수를 버블링시켜, 상기 중수를 산화시키는 산화조(120); 상기 산화조(120) 후단에 구비되어, 상기 산화조(120)로부터 유입되는 중수를 여과하는 여과조(130); 및 상기 여과조(130)로부터 유입되는 여과용액이 저장되는 재활용수저장조(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치
본 발명은 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온, 라디칼 등과 같은 기체활성종을 글로우 방전에 의하여 생성시키고, 이를 중수에 직접 분사하는 글로우 방전을 이용하여 중수로부터 중수를 제조하기 위한, 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로 중수(gray water)처리 기술은 크게 생물학적 처리, 화학적 처리, 물리적 처리등으로 구분된다. 보편적인 개념에서 1차 처리란 물리적 처리등을 의미하며 2차 처리는 화학적 처리와 생물학적 처리를 의미하고,3차 처리는 고도의 처리방식으로 상기 물리, 화학, 생물학적 처리를 의미한다. 상기 생물학적 처리는 활성오니법, 접촉성 반응조, 혐기성 소화, 라군과 안정화지등이 있으며 화학적 처리는 중화, 응집침전, 이온교환, 화학적 산화를 이용한 방식이다. 물리적 처리는 가압 부상법, 막 분리법, 흡착, 물리적 침전, 오존 산화법 등이 이에 속한다. 이와 같은 중수처리에 대한 구체적인 기술로는 고급 산화법(AOP)이 대두되고 있는데, 중수속의 오염물질을 산화 반응과 환원반응을 이용하여 처리하는 기술로 대표적인 물리적 처리기술이다. 고급산화법에는 약품을 이용한 펜톤산화법과 오존을 이용한 오존 산화법, 초음파를 이용한 기술등이 주류를 이루고 있으며 각각의 기술들이 난분해성 중수를 처리하는데 있어 나름대로의 성능을 가지고 있는데 비해 단점 또한 많이 지적되어 왔다. 예를 들어 약품을 이용한 펜톤산화법은 약품의 사용으로 인한 유지비용 및 2차 오염원의 발생 우려가 있으며, 오존을 이용한 오존 산화법은 오존 발생효율에 비해 전력비와 오존 후처리시설 등이 반드시 필요하다는 점과 안전관리에 위험이 있다는 문제가 있다. 또한 초음파를 이용한 중수처리, UV를 이용한 중수처리, 전자선을 이용한 중수처리 방법 등 다양한 기술들도 있으나 각각의 기술들이 효율이나 운영상의 문제점이 발생, 현장에 직접 적용되지 못하고 있는 실정이다. 이에 따라 처리효율이 탁월하고 2차 오염원의 발생우려가 없으며 유지관리가 용이한 경제적인 중수처리 기술이 요구되고 있으며, 특히 처리된 중수를 재활용가능한 중수(中水))로 재활용하는 기술이 절실히 요구된다.
따라서, 본 발명은 상술한 종래 기술에 따른 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 고전압의 글로우 방전을 통하여 발생하는 라디칼, 이온 등의 활성종을 이용, 중수를 처리하여 중수를 생산할 수 있는 처리장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치로서, 상기 장치는 서로 이격된 복수 개의 제 1 전극용 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트 사이에 이격되어 구비되며, 양면에 제 2 전극 핀이 인접한 제 1 플레이트 방향으로 돌출된 제 2 플레이트와, 상기 제 2 전극 핀에 고전압을 인가함에 따라 상기 제 2 전극 핀에서 발생하는 글로우 방전에 의하여 유입되는 반응기체로부터 라디칼, 이온 및 전자를 포함하는 활성종 기체를 생성, 배출시키며, 여기에서 상기 반응기체의 유입과 활성종 기체의 배출은 동일면에 구비된 제 1 홀 및 제 2 홀을 통하여 각각 이루어지는 전자활성화 장치(110); 상기 전자활성화 장치(110)의 제 2 홀에 연결된 관을 통해 활성종을 공급받아 내부의 중수를 버블링시켜, 상기 중수를 산화시키는 산화조(120); 상기 산화조(120) 후단에 구비되어, 상기 산화조(120)로부터 유입되는 중수를 여과하는 여과조(130); 및 상기 여과조(130)로부터 유입되는 여과용액이 저장되는 재활용수저장조(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 여과조(130)는 활성탄 또는 샌드를 흡착물질로 포함하며, 중수 중 상기 흡착물질에 흡착된 물질은 외부로부터 공급되는 물에 의하여 세척되며, 상기 세척 용액은 다시 산화조(120)로 회수된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트는 상기 전자활성화 장치 수평면에 수직하며, 독립적으로 탈부착 가능하며, 상기 산화조(120)에는 상기 활성종 기체를 가속시키기 위한 파동가속기(130)가 구비되며, 상기 파동가속기(130)는 서로 대향하는 복수 개의 코일(131)을 포함하며, 상기 코일(131)을 흐르는 교류전원에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여, 상기 활성종 기체의 이온 및 전자를 가속화시키며, 상기 제 1 전극은 양극, 제 2 전극은 음극이며, 상기 복수 개의 음극 핀은 음극을 인가하기 위한 하나의 버스 바에 서로 이격되어 체결되며, 상기 버스 바는 제 2 플레이트 양면에 복수 개 구비된다.
또한, 상기 제 1 홀과 제 2 홀은 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이의 이격 공간으로 기체 및 활성종을 직접 유입 및 배출시키도록 구성되며, 상기 제 2 전극 핀의 단부 형태는 원형 또는 핀 형태이다.
본 발명에 따른 중수 처리장치는 고전압 글로우 방전을 통하여 중수 처리를 위한 라디칼, 이온 등의 활성종을 생성시키고, 이를 직접 중수에 주입함으로써 중수를 산화시킨다. 특히 본 발명에 따른 중수 처리장치는 서로 이격된 복수의 양극용 제 1 플레이트와 상기 제 1 플레이트 사이에 구비되며, 인접한 상기 제 1 플레이트 방향으로 수직 돌출된 음극 핀이 양면에 구비된 제 2 플레이트를 포함하는 전자활성화 장치를 포함하며, 따라서, 본 발명에 따른 전자활성화 장치에 유입된 기체는 음극 핀에서 발생하는 글로우 방전에 의하여 효과적으로 활성화되어, 중수처리에 이용되며, 이로써 열병합 설비 등에 사용가능한 중수가 생성된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치의 전자활성화 장치(110)의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치에 사용된 전자활성화 장치(110)의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자활성화 장치(110)의 제 2 플레이트에 대한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 플레이트(111)와 제 2 플레이트(112)가 발생장치(110)의 상부면과 결합된 모습의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자활성화 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화조(120) 및 전자활성화 장치(110)의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치의 전체 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 중수 처리장치는 고전압의 글로우 방전을 이용하여 기체를 이온 또는 라디칼 또는 이온 및 라디칼로 활성화시킨다. 본 발명에서는 이온 또는 라디칼 등과 같이 통상의 기체와 다른 활성화된 상태의 기체를 활성종이라 지칭하며, 본 발명은 음극 핀의 끝단에서 아크 방전 등에 비해서는 상대적으로 낮은 전력에서도 발생할 수 있는 글로우 방전을 이용, 활성종을 발생시킨다. 이로써 장치의 내구성을 높여 장치의 유지보수 기간을 길게 하였다.
특히 본 발명은 유입되는 공기 등의 기체를 글로우 방전을 통하여 직접 활성화시킨 후, 이를 처리하고자 하는 중수에 주입하여, 중수를 처리하고, 처리된 중수를 여과시킴으로써, 중수로부터 중수를 제조한다. 여기에서 전자활성화라 함은 유입되는 기체의 에너지 상태를 여기시켜, 기체 원소의 최외곽전자를 이탈시키며, 이에 따라 대상 기체를 활성화시키며, 이로써 활성화된 기체를 직접 중수 내에 버블링시켜, 중수를 처리하는 공정을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치의 전자활성화 장치(110)의 정면도이다.
도 1을 참조하면, 서로 이격된 제 1 전극인 제 1 플레이트(111)가 상기 전자활성화 장치(110) 내에 수직하여 복수 개 구비된다. 여기에서 수직은 전자활성화 장치(110)의 수평면에 대하여 수직하게 구성된 것을 의미하며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 1 전극은 양극이나, 이와 반대되는 음극도 상기 제 1 전극으로 사용될 수 있다.
상기 제 1 플레이트(111) 사이에는 또 다른 제 2 플레이트(112)가 구비되는데, 상기 제 2 플레이트(112)의 양면에는 복수 개의 제 2 전극 핀(113)이 구비된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 전극은 제 1 전극에 반대되는 전극으로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 제 2 전극은 음극으로 상기 제 2 전극 핀은 음극 핀(113)이었으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. 이하, 제 2 전극 핀을 음극 핀인 실시예로 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 상술한 제 2 음극 핀인 음극 핀(113)에 전압을 인가하여, 글로우 방전을 일으키며, 복수 개의 밀집된 형태로 발생하는 글로우 방전을 통하여 유입되는 기체로부터 활성종을 효과적으로 발생시킨다. 아울러, 글로우 방전을 이용하는 본 발명에서 상기 음극 핀(110)과 양극 사이의 간격이 상대적으로 좁게 구성하여도 충분한 활성종 발생이 가능하다. 이는 아크 방전 등과 같은 고전류인 경우, 양극과 음극 간의 단락 문제가 발생하기 쉬우므로, 양극과 음극 사이의 이격 거리를 상대적으로 크게 구성하는 종래 기술에 대비된다.
또한, 본 발명에 따른 전자활성화 장치의 음극 핀(113)의 단부는 뾰죽한 형상인 핀 형태 또는 원형의 형태, 즉, 뭉툭한 형태를 가질 수 있다. 특히 핀의 끝에서 발생하는 글로우 방전의 유효면적을 극대화하기 위하여, 본 발명에 따른 제 2 전극 핀인 음극 핀(113)은 구형의 단부를 가지며, 이로써, 단부의 유효면적이 최대로 구성되나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치에 구성된 전자활성화 장치(110)의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전자활성화 장치(110)는 양극인 제 1 플레이트(111)와 상기 제 1 플레이트(111) 사이에 구비되며, 양면에 음극 핀(113)이 돌출한 형태의 제 2 플레이트(112)를 포함한다. 또한, 상기 복수 개의 음극 핀 중 일 단의 음극 핀(113)은 하나의 버스 바(114)에 체결되며, 상기 버스 바(114)는 별도로 구비된 직류전압공급원(115)에 전기적으로 연결된다. 본 발명은 특히 상기 버스 바(114)를 제 2 플레이트(112)의 양면에 복수 개 구비시킴으로써, 글로우 방전의 유효 면적을 증가시키고, 이로써 유입되는 공기 등이 글로우 방전과 접촉, 활성화되게 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자활성화 장치(110)의 제 2 플레이트에 대한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제 2 플레이트(112)의 양면에는 모두 복수 개의 버스 바(114)가 구비되며, 상기 버스 바(114) 각각에는 소정 간격으로 이격된 복수 개의 음극 핀(113)이 체결된다. 따라서 상기 버스 바(114)에 직류전원의 (-) 전원을 연결시킴으로써, 상기 음극 핀(113)은 음극을 가지게 된다. 또한 본 발명에 따른 제 2 플레이트(112)의 양면에 구비되는 버스 바(114)는 서로 어긋나도록 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명은 비록 동일 플레이트의 양면에 구비되는 음극 핀(113)을 플레이트 상에서의 동일 위치가 아닌 다른 위치로 구성시킨다. 만약, 두 개의 음극 핀(113)이 제 2 플레이트(112)의 동일 위치의 양면에 구성된다면, 밀접게 구성된 (-) 전압에 의한 간섭 등의 문제가 발생할 수 있기 때문이다. 아울러 실제 발생장치(110) 내에서 유동하는 기체가 음극 핀(113)과 접촉할 확률이 떨어지는 문제가 발생한다.
본 발명에서는 또한 상기 제 1 플레이트(111)와 제 2 플레이트(112)가 상기 전자활성화 장치(110)로부터 독립적으로 탈부착되도록 하였다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 플레이트(111)와 제 2 플레이트(112)가 발생장치(110)의 상부면과 결합된 모습의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제 1 플레이트(111)와 제 2 플레이트(112)는 전자활성화 장치(110) 상부면에 구비되며 소정 길이를 가지는 홈(h)에 삽입된다. 따라서, 상기 홈(h)으로부터 제 1 플레이트(111) 및 제 2 플레이트(112)는 용이하게 삽입 또는 탈착될 수 있다. 이로써 본 발명에 따른 중수 처리장치는 전압인가에 따라 물리적인 파손이 발생하기 쉬운 음극 핀(112)에 대한 유지 보수가 용이하다. 아울러, 독립적인 플레이트 교체가 가능하므로, 실제 장비의 운용시간은 유지 보수로 인하여 감소되지 않는다.
본 발명에 따른 중수 처리장치는 상기 전자 활성화 장치(110)로 공기 등의 기체가 유입되고, 유입된 공기 등의 기체는 다시 음극 핀(113)에서 발생하는 복수의 글로우 방전과 접촉, 활성화된다. 다시, 활성화된 상기 기체는 반응장치(110) 외부로 배출되어, 중수 내로 주입되는데, 본 발명에 따른 활성종 반응장치(110)는 상기 기체 유입 경로와 활성종 배출 경로를 활성화 장치(110)의 동일면에 구성시킴으로써 기체의 체류 시간을 극대화하며, 그 결과 활성종 생성 효율을 극대화한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자활성화 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 전자활성화 장치(110)의 일 면에는 두 개의 홀(제 1홀(115), 제 2홀(116))이 구비되는데, 상기 두 개의 홀에는 각각 기체유입관(117)과 활성종 배출관(118)이 연결된다. 이와 같이 본 발명에 따른 제 1 홀(115)과 제 2 홀(115)은 제 1 플레이트(111)와 제 2 플레이트(112) 사이의 이격 공간으로 기체를 직접 유입시키고, 다시 상기 이격 공간으로부터 활성종을 배출시키도록 구성된다. 즉, 본 발명에 따른 전자활성화 장치는 플레이트의 전면에 기체를 유입시키는 대신, 플레이트 사이의 공간, 즉, 음극 핀(113)이 다수 형성된 공간으로 기체를 바로 주입하고, 활성종 또한 상기 플레이트 사이의 공간으로부터 직접 배출되도록 구성한다. 이로써 기체의 활성화 효율을 극대화시키고, 불필요한 기체 체류 시간을 감소시킨다.
또한, 본 발명에 따른 제 1 플레이트(111), 제 2 플레이트(112)와 상기 전자활성화 장치(110) 벽 사이에는 소정 간격만큼 이격된 공간이 구비된다. 이로써 상기 제 1 홀(115)을 통하여 유입된 기체는 플레이트와 발생장치 벽 사이의 이격 공간을 통하여 이동하며, 이때 인접한 플레이트의 음극 핀에서 발생한 글로우 방전에 의하여 활성화된다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 중수 처리장치는 상기 전자활성화 장치에서 발생한 글로우 방전에 의하여 형성된 전자, 이온 등을 가속시키기 위한 파동가속기를 더 포함할 수 있는데, 본 발명에 따른 상기 파동가속기는 상기 활성종 기체가 주입되는 산화조에 구비된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서는 생성된 전자 및 이온을 가속화하고, 중수와의 혼합을 모두 용이하게 촉진시키기 위하여, 교류 전원이 인가되는 코일에 의한 교류 자기장을 이용하며, 이에 따라 전자 등의 전하는 가속화되는데, 이하 이를 보다 상세히 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화조(120) 및 전자활성화 장치(110)의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 상기 전자활성화 장치(110)에서 발생한 활성종 기체는 산화조(200)에 보관된 중수로 직접 주입되는데, 이로써 중수는 버블링(b)되고, 산화된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 산화조(120) 내에는 복수 개의 대향하는 코일(C)을 포함하며, 밀폐된 구조의 파동가속기(121)가 구비된다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 파동가속기(121)는 특히 산화조(120)로 주입되는 활성종 기체 다운스트림에 구비되어 버블링되는 중수와 접촉하도록 위치된다. 따라서, 상기 파동가속기에 의하여 발생한 파동에 의하여 전자 등의 활성종은 가속되어, 상기 중수와의 혼합, 반응 효율이 극대화된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치의 전체 구성도이다.
도 7을 참조하면, 합병정화조에 의하여 합병된 중수는 펌프(P)에 의하여 산화조(120)으로 유입된다. 상기 산화조(120) 외부에는 상기 중수에 주입되는 전자, 라디칼 등의 활성종을 생성시키기 위한 전자활성화 장치(110)가 구비되며, 상기 전자활성화 장치는 상술한 바와 같이 서로 이격된 복수 개의 제 1 전극용 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트 사이에 이격되어 구비되며, 양면에 제 2 전극 핀이 인접한 제 1 플레이트 방향으로 돌출된 제 2 플레이트와, 상기 제 2 전극 핀에 고전압을 인가함에 따라 상기 제 2 전극 핀에서 발생하는 글로우 방전에 의하여 유입되는 반응기체로부터 라디칼, 이온 및 전자를 포함하는 활성종 기체를 생성, 배출시키며, 여기에서 상기 반응기체의 유입과 활성종 기체의 배출은 동일면에 구비된 제 1 홀 및 제 2 홀을 통하여 각각 이루어진다. 상기 산화조(120) 내에는 외부로부터 유입되는 활성전자를 기폭시키기 위한 기폭기와 산화 효과를 극대화하기 위한 파동 발생 장치가 구비되며, 이는 상술한 바와 같으니, 이하 생략한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 중수 처리장치는 상기 전자활성화 장치(110)의 제 2 홀에 연결된 관을 통해 활성종 기체를 공급받아 내부의 중수를 버블링시켜, 상기 중수를 산화시키는 산화조(120)와, 상기 산화조(120) 후단에 구비되며, 상기 산화조(120)로부터 유입되는 중수를 여과시키기 위한 여과기(130)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 여과기(130)는 샌드 타입 또는 활성탄 타입일 수 있으며, 산화조에서 처리된 중수를 적어도 중수 수준으로 여과시킬 수 있는 임의의 모든 여과 방식이 상기 여과기(130)에 사용될 수 있다.
상기 여과기(130)에 의하여 여과된 용액(제 1 용액)은 중수로서 재활용수저장조(140)로 유입, 보관되며, 이후 열병합설비의 냉각수 등과 같은 공업용수로 재활용된다. 여과기(130)의 활성탄, 샌드 등의 흡착물질에 흡착된 물질은 외부에서 공급되는 물 등에 의하여 세척되며, 상기 흡착물질 세척용액(제 2 용액)은 다시 산화조(120)로 회수된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
중수 처리장치는 고전압 글로우 방전을 통하여 중수 처리를 위한 라디칼, 이온 등의 활성종을 생성시키고, 이를 직접 중수에 주입함으로써 중수를 산화시키므로, 수처리 산업에 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치로서, 상기 장치는
    서로 이격된 복수 개의 제 1 전극용 제 1 플레이트와, 상기 제 1 플레이트 사이에 이격되어 구비되며, 양면에 제 2 전극 핀이 인접한 제 1 플레이트 방향으로 돌출된 제 2 플레이트와, 상기 제 2 전극 핀에 고전압을 인가함에 따라 상기 제 2 전극 핀에서 발생하는 글로우 방전에 의하여 유입되는 반응기체로부터 라디칼, 이온 및 전자를 포함하는 활성종 기체를 생성, 배출시키며, 여기에서 상기 반응기체의 유입과 활성종 기체의 배출은 동일면에 구비된 제 1 홀 및 제 2 홀을 통하여 각각 이루어지는 전자활성화 장치(110);
    상기 전자활성화 장치(110)의 제 2 홀에 연결된 관을 통해 활성종을 공급받아 내부의 중수를 버블링시켜, 상기 중수를 산화시키는 산화조(120);
    상기 산화조(120) 후단에 구비되어, 상기 산화조(120)로부터 유입되는 중수를 여과하는 여과조(130); 및
    상기 여과조(130)로부터 유입되는 여과용액이 저장되는 재활용수저장조(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 여과조(130)는 활성탄 또는 샌드를 흡착물질로 포함하며, 중수 중 상기 흡착물질에 흡착된 물질은 외부로부터 공급되는 물에 의하여 세척되며, 상기 세척 용액은 다시 산화조(120)로 회수되는 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트는 상기 전자활성화 장치 수평면에 수직하며, 독립적으로 탈부착 가능하며, 상기 산화조(120)에는 상기 활성종 기체를 가속시키기 위한 파동가속기(130)가 구비되며, 상기 파동가속기(130)는 서로 대향하는 복수 개의 코일(131)을 포함하며, 상기 코일(131)을 흐르는 교류전원에 의하여 발생하는 자기장을 이용하여, 상기 활성종 기체의 이온 및 전자를 가속화시키는 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 양극, 제 2 전극은 음극이며, 상기 복수 개의 음극 핀은 음극을 인가하기 위한 하나의 버스 바에 서로 이격되어 체결되며, 상기 버스 바는 제 2 플레이트 양면에 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 홀과 제 2 홀은 상기 제 1 플레이트와 제 2 플레이트 사이의 이격 공간으로 기체 및 활성종을 직접 유입 및 배출시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 전극 핀의 단부 형태는 원형 또는 핀 형태인 것을 특징으로 하는 고전압 글로우 방전을 이용한 중수 처리 장치.
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