WO2016163691A1

WO2016163691A1 - 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치 및 트위스트형상 방전극의 제조방법

Info

Publication number: WO2016163691A1
Application number: PCT/KR2016/003381
Authority: WO
Inventors: 김찬모
Original assignee: 김찬모
Priority date: 2015-04-08
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2016-10-13
Also published as: KR101562169B1

Abstract

본 발명은 유전체관 내에서 유동하는 공기 또는 가스의 플라즈마 처리효율을 보다 향상시킬 수 있도록 도전성 방전극의 구조를 개선한 플라즈마 수처리장치와 그 도전성 방전극의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치는, 수중에 설치되는 중공형상의 유전체관과, 상기 유전체관의 길이방향을 따라 유전체관의 내부에 삽입되는 도전성 방전극과, 상기 유전체관 외부의 수중에 설치되는 도전성 대향전극과, 상기 유전체관의 내부에 공기 또는 가스를 주입하도록 유전체관과 연결된 기체주입구와, 상기 도전성 방전극과 도전성 대향전극에 전원을 인가하여 유전체관 내부의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원인가장치를 포함하되, 상기 방전극은 다각단면을 가진 막대를 양단에서 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음으로써 둘레에 다수개의 나선형 골이 형성된 형상인 것을 특징으로 한다.

Description

트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치 및 트위스트형상 방전극의 제조방법

본 발명은 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치 및 트위스트형상 방전극의 제조방법에 관한 것이다.

보다 상세하게는 폐수 등의 오염수를 정화처리하는 플라즈마 수처리장치와 관련하여, 유전체관의 내부에 설치되는 방전극이 트위스트형상을 가진 수처리장치와, 그 트위스트형상의 방전극을 제조하는 방법에 관한 것이다.

근래, 폐수 등의 오염된 용수를 정화처리하기 위하여 플라즈마 수처리장치가개발되고 있다. 즉, 공기 또는 가스를 플라즈마처리하여 오존, 라디컬 등 화학적 활성종을 발생시키고 그러한 오존, 라디컬 등을 수중에서 미세기포 형태로 분산시킴으로써 수중의 오염물질을 산화분해시킬 수 있다.

도 1은 한국등록특허공보 제10-1476644호에 기재된 것으로서, 종래 플라즈마를 이용하는 수처리장치를 도시하고 있다.

도 1을 참조하면, 수중에서 수직으로 연장된 방전용 유전체관(1)과, 상기 유전체관(1)의 내부에 삽입되는 도전성 방전극(3)과, 상기 유전체관(1) 외부의 수중에 설치되는 도전성 대향전극(4)과, 상기 유전체관(1) 상단에서 유전체관(1) 내부로 가압된 가스를 주입하는 가스주입구(5)와, 상기 유전체관(1) 하단에서 유전체관(1)에 주입된 가스가 통과하여 수중에서 기포상태로 배출되도록 설치된 다공성 버블발생기(7)와, 상기 도전성 방전극(3)과 도전성 대향전극(4)에 전원을 인가하여 유전체관(1) 내부의 공간에서 플라즈마를 발생시키는 전원인가장치(6)를 포함한다.

상기 도전성 방전극(3)은 코일형태로 구성하고, 코일형상으로 이루어지는 방전극(3)의 하측 끝단(3a)은 유전체관(1)의 중심부에 위치시킨다.

그와 같이 하측 끝단(3a)이 석영관(1)의 중심부에서 위치를 유지함으로써 편심된 상태로 인해 발생할 수 있는 편향된 아크성 플라즈마의 발생이 억제될 수 있다.

전술한 구성에서는 유전체관(1)의 내주면과 방전극(3)이 접촉하고 있는 유전체관(1)의 내표면을 따라 연면방전에 의한 플라즈마영역이 발생하므로, 유전체관(1)의 내부를 상측에서 하측방향으로 흐르는 공기 또는 가스는 플라즈마영역을 통과하면서 플라즈마처리된다.

그러나, 도전성 방전극(3)이 코일형태로 형성되고, 유전체관(1)의 내주면을 따라 표면의 연면방전에 의한 플라즈마영역이 형성됨에 따라, 유전체관(1)의 중심부에서 유동하고 있는 일부 공기 또는 가스는 유전체관(1)을 통과할 때까지 플라즈마반응을 하지 못하고 유전체관(1)을 빠져나오게 되는 바, 오존, 라디컬물질을 생성하기 위한 공기 또는 가스의 플라즈마 처리효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 종래의 방전극(3) 구조에서는 아크방전이 발생하지 않도록 코일형상의 방전극(3)의 끝단(3a)이 석영관(1)의 중심부에 위치하도록 하고 있으나, 그 끝단(3a)이 첨단부가 되어 전하가 집중됨에 의해 공기 또는 가스와 함께 유입된 먼지, 미세한 이물질이 정전작용으로 계속 부착되는 현상이 발생한다.

그러한 작용은 코일형상의 끝(3a)단에 먼지 등이 포집된 덩어리가 성장하여, 유전체관(1) 내부의 공기 또는 가스의 흐름을 방해하거나 유전체관(1) 내부에서 연소현상이 발생하는 원인이 될 수 있다.

본 발명의 상기와 같은 관점에서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유전체관 내에서 유동하는 공기 또는 가스의 플라즈마 처리효율을 보다 향상시킬 수 있도록 도전성 방전극의 구조를 개선한 플라즈마 수처리장치와 그러한 도전성 방전극의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 도전성 방전극의 하단부에서 아크방전이 발생하지 않으면서도 먼지, 미세한 이물질 등의 부착 및 성장이 방지될 수 있도록 구조를 개선한 플라즈마 수처리장치와 그러한 도전성 방전극의 제조방법을 제공하는 것이다.

이에 따라 본 발명에 따른 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치는, 수중에 설치되는 중공형상의 유전체관과, 상기 유전체관의 길이방향을 따라 상기 유전체관의 내부에 삽입되는 도전성 방전극과, 상기 유전체관 외부의 수중에 설치되는 도전성 대향전극과, 상기 유전체관의 내부에 공기 또는 가스를 주입하도록 상기 유전체관과 연결된 기체주입구와, 상기 도전성 방전극과 상기 도전성 대향전극에 전원을 인가하여 상기 도전성 방전극과 상기 도전성 대향전극 사이에 있는 상기 유전체관 내부의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원인가장치를 포함하되, 상기 방전극은 다각단면을 가진 막대를 양단을 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음으로써 둘레에 다수개의 나선형 골이 형성된 형상이며, 상기 기체주입구를 통해 주입되는 공기 또는 가스는 상기 다수개의 나선형 골을 따라 유전체관의 내부를 유동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 플라즈마 수처리장치의 유전체관에 삽입되는 트위스트형상 방전극의 제조방법에 있어서, 티타늄 재질이고 사각단면을 가진 막대가 준비되는 1단계; 상기 막대의 일단부에서 사각단면의 모서리를 모두 라운드형상의 곡면으로 가공하고 그 끝단은 상기 막대의 일단부의 표면이 연속적으로 이어지도록 곡면으로 가공하며, 상기 막대의 타단부는 지지봉이 삽입되기 위한 결합공을 형성하는 2단계; 상기 막대를 400~500℃로 가열하는 3단계; 상기 3단계에서 가열된 상기 막대의 일단부를 일측물림척이 물고 상기 막대의 타단부를 타측물림척이 물어 지지하는 4단계; 상기 막대의 일단부를 물고 있는 상기 일측물림척에 대하여 상기 막대의 타단부를 물고 있는 상기 타측물림척이 상대회전하여 상기 막대를 트위스트(twist)형상으로 꼬으는 5단계; 및, 상기 5단계 후, 상기 일측물림척과 상기 타측물림척으로부터 상기 막대를 분리하여 냉각시키는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치는 방전극 주위를 유동하는 공기 또는 가스가 유전체관의 중심부에 설치된 방전극에 의해 다수개의 나선형 유동로를 따라 유동하게 되는 바, 유전체관의 중심부를 따라 유동하는 공기 또는 가스가 발생하지 않고, 유전체관의 내표면 측의 방전모서리에 인접하여 유동함으로써 플라즈마영역에 보다 빈번히 접촉하여 공기 또는 가스의 플라즈마 처리효율을 높일 수 있다.

즉, 트위스트 형상의 방전극은 다수개의 나선형 골과 그것이 형성하는 다수개의 나선형 유동로에 의해 공기 또는 가스를 플라즈마영역이 생성되는 유전체관의 내면 측으로 유동을 안내하게 되어 그 유동하는 동안 플라즈마 처리가 지속적으로 이루어지면서 플라즈마 처리효율이 매우 향상되도록 하고 있다.

또한, 나선형으로 유전체관의 내면을 따라 연면방전에 의한 플라즈마영역이 발생하도록 하고, 그 나선형의 플라즈마발생영역에 인접하는 유전체관의 내면측으로 공기 또는 가스의 유동로를 형성하기 위해서는 매우 복잡한 구성이 필요할 수 있으나, 본 발명에 따른 플라즈마 수처리장치에서는, 트위스트 형상의 방전극을 유전체관에 삽입함에 따라, 전술한 구성이 간단히 이루어질 수 있고, 유동하는 공기 또는 가스의 플라즈마처리도 매우 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 방전극의 하단연장부가 길이방향으로 단면형상이 일정하게 유지되되 그 단면은 사각단면의 모서리가 모두 라운드형상의 곡면을 가지도록 함으로써, 하단연장부의 둘레에서 유전체관의 내면과 간격이 확보되고 공기 또는 가스유동공간이 둘레를 따라 충분히 발생하므로, 나선형 유동로를 따라 유동해온 공기 또는 가스가 나선형 유동로가 끝나는 지점에서 방해받지 않고, 충분한 공기 또는 가스유량이 통과할 수 있다.

또한, 본 발명의 방전극은 하단연장부와 함께, 말단에 말단곡면부가 형성됨에 따라, 전하가 집중되는 예리한 모서리나 첨단부를 제거하여, 공기 또는 가스와 함께 유입된 먼지, 미세이물질이 방전극에 부착되지 않고 공기 또는 가스와 함께 원활히 빠져나가도록 한다.

또한, 본 발명은 방전극의 재질을 티타늄으로 구성함으로써, 플라즈마가 발생하고 수분접촉 가능성이 있는 플라즈마 수처리장치 내에서 부식발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방전극의 제조과정에서는, 사각막대를 트위스트형상으로 꼬는 과정에서, 4개의 평면을 포함하는 사각막대의 사각형 단면이, 모서리가 돌출되고 모서리 사이의 면이 오목하게 들어간 나선형 골이 형성된 형상으로 전환됨으로써, 공기 또는 가스가 유동할 수 있는 나선형 골이 별도 가공없이도 저절로 형성되는 작용효과가 있다.

도 1은 종래 플라즈마 수처리장치의 전체 구성을 설명하는 구성설명도

도 2는 종래 플라즈마 수처리장치에서 유전체관과 방전극의 구성을 도시하는 분해사시도

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 전체 구성을 설명하는 구성설명도

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치에서 유전체관과 방전극의 구성을 설명하는 분해사시도

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치에서 유전체관과 방전극이 조립된 구성을 설명하는 구성설명도

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치에 설치되는 방전극의 제조과정을 설명하는 설명도

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 방전극에서 모서리가 모두 라운드형상의 곡면을 가지는 하단연장부와, 방전극의 끝단에 형성된 말단곡면부의 작용을 설명하는 작용설명도

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 방전극을 제조하는 과정을 설명하는 블록순서도

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 방전극을 제조하기 위한 티타늄 사각막대의 사시도

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 방전극에 도전성 지지봉이 연결되는 결합구조를 설명하는 설명도

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 플라즈마 수처리장치에 설치되는 방전극의 제조과정을 설명하는 설명도

본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 전체 구성을 설명하는 구성설명도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치는, 수중에 설치되는 중공형상의 유전체관(10)과, 상기 유전체관(10)을 상부에서 유전체관(10)의 상단을 파지하여 지지하는 지지헤드(20)와, 상기 유전체관(10)의 길이방향을 따라 유전체관(10)의 내부에 삽입되는 도전성 방전극(30)과, 상기 유전체관(10) 외부의 수중에 설치되는 도전성 대향전극(40)과, 상기 지지헤드(20)에 형성되어 상기 유전체관(10)과 연결되어 그 내부에 공기 또는 가스를 주입하는 기체주입구(50)와, 상기 도전성 방전극(30)과 상기 도전성 대향전극(40)에 전원을 인가하여 도전성 방전극(30)과 도전성 대향전극(40) 사이에 있는 유전체관(10) 내부의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원인가장치(60)를 포함한다.

상기 유전체관(10)은 방전용으로 사용되는 것으로서, 그 관체의 벽이 방전극(30)과 대향전극(40) 사이에 위치하는 유전체가 되어 방전극(30)에서 플라즈마가 발생될 수 있도록 한다. 그 구체적인 재질로서는 투명 석영관이 가장 바람직하다. 상기 투명한 석영관은 플라즈마에서 발생하는 자외선 등이 투과하여 수중에 있는 세균 등을 사멸시킬 수 있다.

상기 지지헤드(20)는 블록형상으로 수조(71)의 상면에 고정되는 것으로서, 하부에 공기 또는 가스공급통로(23)가 형성되고 유전체관(10)이 그 공기 또는 가스공급통로(23)에 끼워진 상태로 고정된다. 또한, 측면에는 기체주입구(50)가 설치되고 공기 또는 가스공급통로(23)와 연결되어 유전체관(10)으로의 공기 또는 가스의 유동을 안내한다. 상기 지지헤드(20)는 절연성이 우수한 경질재료로서, 세라믹 재질이나 실리콘고무 등의 재질이 사용될 수 있다.

상기 기체주입구(50)는 유전체관(10) 내에 소정압력으로 공기 또는 가스 또는 가스를 유입시키는 부분으로, 공기 또는 가스를 소정압으로 공급하는 레귤레이터(51)와 연결되어 투명한 유전체관(10)의 내주면과 그 내부에 연장되어 있는 도전성 방전극(30) 사이로 공기 또는 가스가 유동하도록 주입시킨다.

레귤레이터(51)에 의해 공기 또는 가스가 소정압력으로 주입됨으로써 유전체관(10) 내로 유입될 수 있는 물이 하측으로 밀려나 유입되지 못하고 유전체관(10)은 공기 또는 가스가 하측방향으로 유동하는 통로가 될 수 있으며, 그로 인해 방전극(30)과 대향전극(40) 사이의 전로가 차단되어 유전체관(10) 내에서 플라즈마가 발생될 수 있다.

상기 대향전극(40)은 도전성 재질로서 고정블록(41)에 고정되어 수조(71) 내에서 수중에 설치된다. 도전성 대향전극(40)은 물이 하나의 대전체로 작용할 수 있으므로 유전체관(10)에 인접하여 수중에 설치하면 유전체관(10)에 접촉하여 설치된 것과 같은 작용을 얻을 수 있다.

상기 전원인가장치(60)는 방전극(30) 및 대향전극(40)과 연결되어 그 사이에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원으로서, 22.5 ~ 23 kHz 주파수로 고전압 펄스교류전원을 가지는 상용 전자식 네온트랜스(NEON TRANS)를 사용할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 방전극(30)은 유전체관(10)의 내부에 설치되어 대향전극(40)과의 사이에서 플라즈마방전이 발생하는 전극으로서, 사각단면을 가진 막대를 양단을 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음으로써 둘레에 4개의 나선형 골(32)이 형성된 형상이다.

상기 방전극(30)은 사각단면을 가진 소정길이의 사각막대를 트위스트 형상이 되도록 도 6의 (a)와 같이 양측에서 잡아 서로 반대방향으로 회전시킴으로써, 도 6의 (b)와 같이 트위스트 형상 즉, 꽈배기와 같은 형상을 구비하게 된다.

이에 따라, 방전극(30)의 표면에는 사각막대의 길이방향으로 존재하던 4개의 면(320)이 공기 또는 가스가 유동할 수 있는 나선형 골(32)로서 형성되고, 길이방향으로 존재하던 4개의 모서리(310)는 나선형 골(32)을 서로 구분하는 경계가 됨과 함께 유전체관(10)의 내면에 접촉 또는 접근한 상태에서 유전체관(10)의 내면과 함께 플라즈마방전을 발생시키는 나선형 방전모서리(31)를 형성한다.

사각단면을 가진 사각막대가 트위스트 형상으로 변형됨으로써 발생한 단면구조를 도 6의 (b)에서 도시하고 있다.

도 6의 (b)에서 확대된 그림을 참조하면, 사각단면이 트위스트 형상으로 꼬이는 과정에서, 길이방향으로 존재하던 4개의 모서리(310)는 직선에서 나선형으로 변화되면서 길이의 증가가 발생하고, 그 4개의 모서리(310) 사이사이에 위치하는 4개의 면(320)은 상대적으로 수축작용이 발생하는 바, 도 6의 (b)에서 확대된 그림의 단면형상과 같이 4개의 면(320)이 오목하게 골의 형상이 되고 4개의 모서리(310)들은 첨단부를 형성하듯이 상대적으로 더 돌출된 형상이 이루어진다.

이에 따라, 도 5의 확대된 단면그림에서 도시하는 바와 같이, 나선형 골(32)들과 유전체관(10)의 내면 사이에 공기 또는 가스가 유동할 수 있는 4개의 나선형 유동로(16)가 형성되고, 상기 기체주입구(50)를 통해 주입되는 공기 또는 가스는 상기 4개의 나선형 골(32)을 따라 유전체관(10)의 내부를 유동하는 것이다.

한편, 방전극(30)의 하단부는 상기 트위스트형상의 하측에 위치하는 부분으로서, 길이방향으로 단면형상이 일정하게 유지되되 그 단면은 사각단면의 모서리(310)가 모두 라운드형상(331)의 곡면을 가지는 하단연장부(33)와, 상기 하단연장부(33)의 하측에서 방전극(30)의 끝단이 반구형으로 형성된 말단곡면부(34)를 포함한다.

상기 하단연장부(33)는 방전극(30)을 트위스트 형상으로 가공시 물림척이 물어 트위스트 형상이 발생하지 않은 부분이다. 이 부분의 사각단면의 모서리는 사각막대를 트위스트형상으로 가공하기 전에 사각단면의 모서리가 모두 라운드형상(331)의 곡면을 가지도록 사전에 라운드가공된다.

이러한 가공에 의해, 도 5의 단면그림에서 도시하는 바와 같이, 유전체관(10)의 내면과 하단연장부(33) 사이에서 둘레 전체를 따라 공기 또는 가스가 유동할 수 있는 간격과 공간(14)이 확보된다. 이러한 간격과 공간은 4개의 나선형 유동로(16)를 따라 유동해온 공기 또는 가스가 나선형 유동로(16)가 끝나는 지점에서 유동이 방해받지 않도록 도 5의 단면그림에서 도시되는 바와 같이, 하단연장부(33) 둘레에서 충분한 공기 또는 가스가 유동하는 간격을 확보하게 한다.

이 때, 하단연장부(33)는 그 단면 전체를 원형단면이 되도록 가공하는 것이 아니라, 4개의 모서리(310)만 라운드지게 사전에 가공하고 사각막대의 4면에는 평면부가 그대로 유지되도록 도 6의 (a)의 단면그림과 같이 형성한다. 이에 따라, 물림척에 의해 물릴 수 있고 꼬임가공시 물림척에서 미끄러지지 않도록 한다.

상기 말단곡면부(34)는 하단연장부(33)의 하측에서 상기 방전극(30)의 끝단이 반구(球)형 곡면 또는 그와 유사한 곡면을 가지도록 가공한 부분이다.

상기 사각막대의 끝단을 가공함에 따라 완전한 반구의 형상을 가질 수는 없으나, 방전극(30)의 끝단을 곡면으로 가공하고 하단연장부(33)의 표면에서부터 말단곡면부(34)로 넘어가면서 경계모서리가 존재하지 않고 연속적으로 이어지도록 곡면을 형성한다.

전술한 하단연장부(33)의 모서리를 라운드되게 가공하는 것이나, 방전극(30)의 끝단이 반구(球)형에 대응하는 곡면을 가지도록 말단곡면부(34)를 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 플라즈마발생에 따라 전하가 집중될 수 있는 예리한 모서리나 첨단부를 제거하여, 공기 또는 가스와 함께 유입된 먼지, 미세이물질이 부착되지 않고 공기 또는 가스와 함께 원활히 빠져나가도록 하기 위함이다.

상기 방전극(30)은 티타늄 재질로 형성된다. 티타늄 재질은 부식저항이 매우 우수하여, 전극 표면에서 생성되는 플라즈마에 의해 고농도 오존 및 활성 라디칼과 같은 산화성 높은 물질이 발생하고 전극 상단부에서 하단부로 주입되는 공기 또는 가스압에 의해 방전 시스템 내에서는 산화성 라디칼 물질에 노출되어 있으며, 수분, 습기, 물 입자 등이 방전 전극으로 침입하여 녹, 부식 등이 발생할 수 있는 플라즈마 수처리장치의 방전극(30)으로 적합한 재질이다

상기 방전극(30)의 상단에는 중심부에 결합공(36)이 설치되며, 상기 결합공(36)에 도전성 지지봉(25)이 삽입되며, 지지헤드(20)에 지지봉(25)이 점용접 등에 의해 고정됨으로써 유전체관(10) 내에서 상기 방전극(30)의 위치가 고정되는 것이다. 지지봉(25)은 전원인가장치(60)와 전기적으로 연결됨으로써 방전극(30)과 전원인가장치(60)를 전기적으로 연결된다.

방전극(30)의 상단부에 존재하는 모서리(38)들도 먼지, 미세이물질의 부착이 방지될 수 있도록 모두 깎아 곡면을 형성하기 위한 라운드가공이 이루어진다.

도 5 및 도 7을 참고하여, 본 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 작용을 설명한다.

도 5를 참조하면, 전원인가장치(60)에 의해 도전성 대향전극(40)과 도전성 방전극(30) 사이에 전압이 인가되면, 방전극(30)의 4개의 나선형 방전모서리(31)가 유전체관(10)의 내주면에 접촉 또는 접근한 상태에서, 나선형 방전모서리(31) 주변으로 유전체관(10)의 내주면을 따라 연면방전이 발생한다.

기체주입구(50)를 통해 레귤레이터(51)가 소정압력을 가한 공기 또는 가스가 주입되면, 공기 또는 가스는 방전극(30)의 4개의 나선형 골(32)을 따라 나선형 유동로(16)를 유동해서 하측으로 이동한다.

그 이동과정에서 공기 또는 가스는 방전모서리(31) 주변으로 연면방전이 발생하는 플라즈마영역과 계속 접촉하게 되므로, 플라즈마 처리되어 오존, 라디컬 등의 화학적 활성종들을 생성시킨다.

그 생성된 오존, 라디컬 등 화학적 활성종을 포함하는 공기 또는 가스는 버블발생기(72)를 거쳐 미세기포의 형태로 수중에 산개하여 오염물질을 산화, 분해시키게 된다.

방전극(30) 주위를 유동하는 공기 또는 가스는 유전체관(10)의 중심부에 설치된 방전극(30)에 의해 4개의 나선형 유동로(16)를 따라 유동하게 되는 바, 방전모서리(31)에서 발생하는 플라즈마영역에 보다 빈번히 접촉할 수 있고, 유전체관(10)의 중심부를 따라 유동하는 공기 또는 가스가 발생하지 않도록 한다.

즉, 트위스트 형상의 방전극(30)은 4개의 나선형 골(32)과 그것이 형성하는 4개의 나선형 유동로(16)에 의해 공기 또는 가스를 플라즈마영역이 생성되는 유전체관(10)의 내면 측에 붙어 유동하도록 안내하게 되어 그 유동하는 동안 플라즈마 처리가 지속적으로 이루어지면서 처리효율이 매우 향상되도록 하고 있다.

그와 같이, 나선형으로 유전체관(10)의 내면을 따라 연면방전에 의한 플라즈마영역이 발생하도록 하고, 그 나선형의 플라즈마발생영역에 인접하는 유전체관(10)의 내면측으로 공기 또는 가스의 유동로를 형성하기 위해서는 매우 복잡한 구성이 필요하나, 본 실시예의 방전극(30)을 유전체관(10)에 삽입함에 따라, 간단히 구성이 이루어질 수 있고, 유동하는 공기 또는 가스의 플라즈마처리도 매우 효율적으로 이루어질 수 있다.

또한, 방전극(30)의 하단연장부(33)가 길이방향으로 단면형상이 일정하게 유지되되 그 단면은 사각단면의 모서리가 모두 라운드형상(331)의 곡면을 가지도록 한다. 이로써, 하단연장부(33)의 둘레에서 유전체관(10)의 내면과 간격이 확보되고 공기 또는 가스유동공간이 둘레를 따라 충분히 발생하므로, 나선형 유동로(16)를 따라 유동해온 공기 또는 가스가 나선형 유동로(16)가 끝나는 부근에서 하단연장부(33) 둘레로 공기 또는 가스의 유동공간을 충분히 확보할 수 있다.

도 7의 (a)를 참고하면, 상기 하단연장부(33)와 함께, 하측에서 방전극(30)의 끝단에 말단곡면부(34)가 형성됨에 따라, 전하가 집중되는 예리한 모서리나 첨단부를 제거(A, B부분)하여 공기 또는 가스와 함께 유입된 먼지, 미세이물질이 부착되지 않고 공기 또는 가스와 함께 원활히 빠져나가도록 한다.

도 7의 (b)와 같이, 하단연장부(33)의 모서리가 가공되지 않고 끝단에 말단곡면부가 형성되지 않은 방전극(30)의 경우, 모서리부분(C, D부분)에 전하가 집중되어 공기 또는 가스와 함께 유입된 먼지, 미세이물질이 부착하여 덩어리가 성장하고, 공기 또는 가스유동공간이 협소해지거나, 플라즈마에 의해 가열되어 유전체관(10) 내의 연소현상이 발생할 수 있다.

한편, 도 8의 순서도를 참고하여, 플라즈마 수처리장치의 유전체관(10)에 삽입되는 트위스트형상 방전극(30)의 제조방법을 설명한다.

먼저 티타늄 재질이고 사각단면을 가진 도 9와 같은 막대가 준비된다.(S10단계)

방전극(30)의 소재인 막대가 준비되면, 도 6의 (a)에서 도시하는 막대의 형상과 같이, 막대의 일단부에서 사각단면의 모서리를 모두 라운드형상(331)의 곡면으로 가공하여 하단연장부(33)를 형성한다. 또한, 말단곡면부(34)는, 하단연장부(33)의 표면과 연속적으로 이어짐으로써 경계를 이루는 모서리가 발생하지 않는 반구형 형태의 곡면으로 가공한다. (S20단계)

이 때, 방전극(30)의 상단 즉 막대의 타단부에는 지지봉(25)이 삽입되기 위한 결합공(36)이 함께 가공되고, 결합공(36)이 위치하는 단부인 방전극의 타단부의 모서리들도 곡면으로 가공이 이루어진다.

이후, 상기 막대를 가열로에 장입하여 가열한다. 연성 등의 가공성이 증가하도록 가열하는 것으로서 대략 400~500℃로 가열한다. (S30단계)

가열된 상기 막대의 일단부를 일측물림척이 물고 상기 막대의 타단부를 타측물림척이 물어 지지함으로써 트위스트 가공을 준비한다. (S40단계)

이후, 상기 막대의 일단부를 물고 있는 일측물림척에 대하여 막대의 타단부를 물고 있는 타측물림척이 상대회전하여 상기 막대를 도 6과 같이, 트위스트(twist)형상으로 꼬으는 작업이 진행된다. (S50단계)

상기 일측물림척이 정지한 상태에서 타측물림척을 회전시킬 수 있고, 일측물림척과 타측물림척을 동시에 서로 반대방향으로 회전시킬 수도 있다.

도 6의 (a) 및 (b)의 확대된 그림을 참고하면, 그와 같이 트위스트형상으로 꼬으는 과정에서, 4개의 평면을 포함하는 사각막대의 사각형 단면이, 모서리가 돌출되고 모서리 사이의 면이 오목하게 들어간 나선형 골(32)이 형성된 단면형상으로 전환됨으로써, 공기 또는 가스가 유동할 수 있는 나선형 골(32)이 별도 가공없이도 저절로 형성되는 것이다.

트위스트형상이 형성되면, 일측물림척과 타측물림척으로부터 상기 막대를 분리하여 냉각시킨다. (S60단계)

앞에서 설명된 방전극(30)은 반드시 4각단면을 가진 막대에 의해 형성되어야 하는 것은 아니다. 3각, 5각 등 다양한 다각막대를 이용할 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 플라즈마 수처리장치의 방전극에 도전성 지지봉(25)이 연결되는 결합구조를 설명하는 설명도이다.

도 10의 (a)를 참조하면, 도전성 지지봉(25)의 하단에는 머리부(25a)가 형성되고, 방전극(30)의 상단부에는 측면에서부터 수평으로 중심부까지 역T자형홈(36a)이 형성된다.

이에 따라, 도전성 지지봉(25)의 머리부(25a)가 역T자형홈(36a)에 측면의 입구에서부터 삽입되어 방전극(30)의 상단부의 중심부까지 들어가 안착된 후, 역T자형홈(36a)의 나머지부분은 용접재를 채워넣어 메운다. 그 상태는 상기 머리부(25a)가 상기 역T자형홈(36a)에 삽입되어 상기 머리부(25a)가 걸리도록 안착된 상태에서 방전극(30)의 위치가 고정된 구조이다.

용융되어 경화된 용접재는 표면이 거칠어 방전극(30)의 표면에 노치를 형성하고 아크성방전의 원인이 될 수 있으므로, 용접재의 표면이 도전성 지지봉(25)의 상단부의 표면과 연속되도록 미세 연마입자에 의한 연마가공이나 줄질에 의해 가공한다.

이러한 구조는, 전술한 실시예에서 단순히 결합공(36)을 형성하고 결합공(36)에 삽입된 도전성 지지봉(25)을 용접하는 경우에 비하여, 도전성 지지봉(25)이 결합되는 방전극(30)의 상단부에 노치발생을 보다 감소시키고, 도전성 지지봉(25)이 사용중 방전극(30)에서 탈락할 수 있는 위험을 감소시키는 구조이다.

한편, 도 11은 트위스트형상 방전극(30)의 제조단계 중, S40단계와 관련된 보다 개선된 실시형태를 도시하고 있다.

도 11을 참조하면, 가열된 상기 막대(300)의 일단부를 일측물림척이 물고 상기 막대의 타단부를 타측물림척이 물어 지지함으로써 트위스트 가공을 준비한다.

이때, 일측물림척과 타측물림척은 상하에 각각 배치함으로써 막대(300)가 수직으로 배치되도록 한다.

이는 막대(300)가 고온으로 가열되어 있으므로 중력을 받더라도 변형을 최소화하기 위함이다. 만일, 일측물림척과 타측물림척이 막대(300)를 가로방향에서 물어 트위스트 가공하는 경우, 고온으로 가열된 막대(300)가 중력에 의해 중간이 하측으로 처져 전체적으로 약간 굽어지는 변형이 발생할 수 있다.

상기 막대(300)가 수직으로 배치되어 가열되고 가공되면, 그러한 변형을 최소화할 수 있다.

이후, 막대(300)에서 트위스트가 형성될 부분에 가이드장치(80)가 부착된다. 상기 가이드장치(80)는 그 트위스트형상이 유전체관(10)에 삽입될 수 있는 형상으로 변형될 수 있도록 그 변형범위를 제한하는 역할을 한다.

상기 가이드장치(80)는 상기 막대(300)를 감싸도록 파이프형상을 이루는 세라믹재질의 내부가이드부재(81a,81b)와, 상기 내부가이드부재(81a,81b)를 감싸도록 상기 내부가이드부재(81a,81b)에 부착되어 있는 가열부재(82a,82b)를 포함한다.

상기 내부가이드부재(81a,81b)는 설정된 유전체관(10)의 내경과 동일한 내경으로 형성되어, 내부가이드부재(81a,81b) 내에서 트위스트형상으로 가공된 방전극(30)은 플라즈마 수처리장치의 유전체관(10)에 삽입이 원활하고 정확한 구조로 설치가 가능하다.

상기 가열부재(82a,82b)는 발열수단(83a,83b)의 발열에 의해 상기 막대(300) 및 내부가이드부재(81a,81b)의 온도가 저하하는 것을 방지하게 되므로, 막대(300)를 트위스트형상으로 변형시키는 가공이 원활하게 이루어지도록 한다.

전술한 가이드장치(80)가 설치된 후, 상기 막대의 일단부를 물고 있는 일측물림척에 대하여 막대의 타단부를 물고 있는 타측물림척이 상대회전하여 상기 막대(300)를 트위스트(twist)형상으로 꼬으는 작업이 진행된다. (S50단계)

그 작업시 발생하는 트위스트 형상은 내부가이드부재(81a,81b)의 내경에 의해 변형의 범위가 제한되므로, 유전체관(10)에 삽입될 수 없는 형상이 발생하지는 않는다.

이후, 가이드장치(80)을 제거함으로써, 막대는 유전체관(10)에 삽입이 원활하고 정확한 트위스트형상을 가지는 방전극(30)으로 제조될 수 있다.

본 발명은 폐수, 하수 등 오염된 물을 정화시키는 정화장치와 관련한 기술분야에서 유용하게 이용될 수 있다.

Claims

수중에 설치되는 중공형상의 유전체관(10)과,

상기 유전체관(10)의 길이방향을 따라 상기 유전체관(10)의 내부에 삽입되는 도전성 방전극(30)과,

상기 유전체관(10) 외부의 수중에 설치되는 도전성 대향전극(40)과,

상기 유전체관(10)의 내부에 공기 또는 가스를 주입하도록 상기 유전체관(10)과 연결된 기체주입구(50)와,

상기 도전성 방전극(30)과 상기 도전성 대향전극(40)에 전원을 인가하여 상기 도전성 방전극(30)과 상기 도전성 대향전극(40) 사이에 있는 상기 유전체관(10) 내부의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 전원인가장치(60)를 포함하되,

상기 방전극(30)은 다각단면을 가진 막대를 양단을 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음으로써 둘레에 다수개의 나선형 골(32)이 형성된 형상이며,

상기 기체주입구(50)를 통해 주입되는 공기 또는 가스는 상기 다수개의 나선형 골(32)을 따라 유전체관(10)의 내부를 유동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치
제1항에 있어서,

상기 방전극(30)은 티타늄 재질이고,

상기 방전극(30)은 사각단면을 가진 막대를 양단을 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음에 의해 그 둘레에 4개의 나선형 골(32)이 형성된 형상이고,

상기 기체주입구(50)를 통해 주입되는 공기 또는 가스는 상기 4개의 나선형 골(32)을 따라 유동하며,

상기 트위스트형상의 하측에 위치하는 상기 방전극(30)의 하단부는 길이방향으로 단면형상이 일정하게 유지되되 그 단면은 사각단면의 모서리가 모두 라운드형상(331)의 곡면을 가지는 하단연장부(33)와,

상기 하단연장부(33)의 하측에 위치하는 상기 방전극(30)의 끝단으로서, 상기 하단연장부(33)의 표면과 연속되는 곡면으로 형성된 말단곡면부(34)를 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치
수중에 설치되는 중공형상의 유전체관(10)과,

상기 유전체관(10)을 상부에서 상기 유전체관(10)의 상단을 파지하여 지지하는 지지헤드(20)와,

상기 유전체관(10)의 길이방향을 따라 상기 유전체관(10)의 내부에 삽입되는 도전성 방전극(30)과,

상기 유전체관(10) 외부의 수중에 설치되는 도전성 대향전극(40)과,

상기 지지헤드(20)에 형성되어 상기 유전체관(10)의 내부에 공기 또는 가스를 주입하는 기체주입구(50)와,

상기 도전성 방전극(30)과 상기 도전성 대향전극(40)에 전원을 인가하여 상기 도전성 방전극(30)과 상기 도전성 대향전극(40) 사이에 있는 상기 유전체관(10) 내부의 공간에서 플라즈마를 발생시키기 위한 것으로서, 22.5~23kHz 주파수로 펄스전원을 가지는 전원인가장치(60)를 포함하되,

상기 방전극(30)은 다각단면을 가진 막대를 양단을 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음으로써 둘레에 다수개의 나선형 골(32)이 형성된 형상이고,

상기 방전극(30)은 티타늄 재질이며,

상기 방전극(30)의 상기 다각단면은 사각단면이고, 그 사각단면을 가진 막대를 양단을 잡아 트위스트(twist)형상으로 꼬음으로써 상기 방전극(30)의 둘레에 4개의 나선형 골(32)과 그 4개의 나선형 골(32)의 사이에 각각 위치하는 4개의 방전모서리(31)가 나선형으로 형성된 형상이고,

상기 4개의 방전모서리(31)는 상기 유전체관(10)의 내주면에 접촉하고 있으며,

상기 기체주입구(50)를 통해 주입되는 공기 또는 가스는 상기 4개의 나선형 골(32)을 따라 유동하고,

상기 트위스트형상의 하측에 위치하는 상기 방전극(30)의 하단부는 길이방향으로 단면형상이 일정하게 유지되되 그 단면은 사각단면의 모서리가 모두 라운드형상(331)의 곡면을 가지는 하단연장부(33)와,

상기 하단연장부(33)의 하측에서 상기 방전극(30)의 끝단이 상기 하단연장부의 표면과 연속되는 곡면으로 형성된 말단곡면부(34)를 포함하는 것이고,

상기 방전극(30)의 상단부에 도전성 지지봉(25)이 결합되어 상기 방전극(30)과 상기 전원인가장치(60)를 전기적으로 연결하고,

상기 지지봉(25)이 상기 지지헤드(20)에 고정됨으로써 상기 유전체관(10) 내에서 상기 방전극(30)의 위치가 고정되되,

상기 지지봉(25)의 하단에는 머리부(25a)가 형성되고, 상기 방전극(30)의 상단부에는 측면에서부터 수평으로 중심부까지 역T자형홈(36a)이 형성되며,

상기 지지봉(25)의 상기 머리부(25a)가 상기 역T자형홈(36a)에 삽입되어 상기 머리부(25a)가 걸리도록 안착된 상태에서 상기 역T자형홈(36a)이 용접재에 의해 메워진 구조이고,

상기 유전체관은 투명석영관이고, 상기 지지헤드는 세라믹재질이며,

상기 지지헤드(20)는 블록형상으로 하부에 공기 또는 가스공급통로(23)가 형성되고, 상기 유전체관이 상기 공기 또는 가스공급통로에 끼워진 상태로 고정되며, 측면에서 상기 기체주입구(50)가 상기 공기 또는 기체공급통로와 연결되어 상기 유전체관으로의 공기 또는 가스의 유동을 안내하는 것이고,

상기 말단곡면부의 끝단은 반구형의 곡면을 가지도록 형성되며,

상기 용접재의 표면은 그라인딩가공되어 있는 것을 특징으로 하는 트위스트형상 방전극을 구비한 플라즈마 수처리장치
플라즈마 수처리장치의 유전체관(10)에 삽입되는 트위스트형상 방전극의 제조방법에 있어서,

티타늄 재질이고 사각단면을 가진 막대가 준비되는 1단계;

상기 막대의 일단부에서 사각단면의 모서리를 모두 라운드형상의 곡면으로 가공하고 그 끝단은 상기 막대의 일단부의 표면이 연속적으로 이어지도록 곡면으로 가공하며,

상기 막대의 타단부는 지지봉이 삽입되기 위한 결합공을 형성하는 2단계;

상기 막대를 400~500℃로 가열하는 3단계;

상기 3단계에서 가열된 상기 막대의 일단부를 일측물림척이 물고 상기 막대의 타단부를 타측물림척이 물어 지지하는 4단계;

상기 막대의 일단부를 물고 있는 상기 일측물림척에 대하여 상기 막대의 타단부를 물고 있는 상기 타측물림척이 상대회전하여 상기 막대를 트위스트(twist)형상으로 꼬으는 5단계; 및,

상기 5단계 후, 상기 일측물림척과 상기 타측물림척으로부터 상기 막대를 분리하여 냉각시키는 6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 트위스트형상 방전극의 제조방법
제4항에 있어서,

상기 4단계에서,

상기 일측물림척과 상기 타측물림척은 상하에 각각 배치함으로써 상기 막대가 수직으로 배치되도록 하고,

상기 막대에는 트위스트형상이 형성될 부분에 가이드장치(80)가 설치되되,

상기 가이드장치(80)는

상기 막대를 감싸도록 파이프형상을 이루는 세라믹재질의 내부가이드부재(81a,81b)와,

상기 내부가이드부재(81a,81b)를 감싸도록 상기 내부가이드부재(81a,81b)에 부착되어 있는 가열부재(82a,82b)를 포함하며,

상기 내부가이드부재(81a,81b)는 상기 유전체관(10)의 내경과 동일한 내경으로 형성되어 상기 막대의 변형범위를 제한하는 것을 특징으로 하는 트위스트형상 방전극의 제조방법