WO2022030812A1 - 질소산화물을 제어하는 방법 및 장치, 그리고 질소산화물 함유 수 제조 방법 - Google Patents

질소산화물을 제어하는 방법 및 장치, 그리고 질소산화물 함유 수 제조 방법 Download PDF

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WO2022030812A1
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inner electrode
nitrogen oxide
arc
electrode
type plasma
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홍용철
김강일
양건우
이희재
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한국핵융합에너지연구원
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    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/20—Nitrogen oxides; Oxyacids of nitrogen; Salts thereof
    • C01B21/203—Preparation of nitrogen oxides using a plasma or an electric discharge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/47—Generating plasma using corona discharges
    • H05H1/473—Cylindrical electrodes, e.g. rotary drums
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H2245/00—Applications of plasma devices
    • H05H2245/10—Treatment of gases

Definitions

  • a method and apparatus for controlling nitrogen oxides, and a method for producing nitrogen oxide-containing water are provided.
  • nitric oxide (NO) plays a role as a signaling molecule in living cells
  • NO nitric oxide
  • nitric oxide has the ability to activate cells
  • the wound can be healed by rapidly regenerating the wounded area.
  • the wound surface is cleaned and microorganisms attached to or parasitic on the wound surface are sterilized.
  • the blood vessels are expanded and the blood circulation is good, the cell proliferation is active, and the protein proliferation is good. Therefore, a large number of macrophages at the wound site and fibroblasts proliferate quickly, enabling rapid wound healing.
  • the conventional microwave plasma generating apparatus is an expensive system and has a complicated matching structure that requires auxiliary devices such as a tuner, and has weak mobility because the apparatus is bulky.
  • the conventional microwave plasma generating device discharges a high-temperature flame, the capacity of the cooling device must be increased.
  • the microwave plasma generator has relatively low electrical energy efficiency due to energy lost to magnetron heat, and produces relatively little nitrogen oxide compared to input power.
  • One embodiment is to make the nitrogen oxide production efficiency excellent by facilitating the nitrogen oxide control.
  • One embodiment is to reduce the cost while making the mobility of the NOx control excellent.
  • the embodiment according to the present invention may be used to achieve other problems not specifically mentioned.
  • the nitrogen oxide control method includes the steps of adjusting the flow rate of gas injected into the arc-type plasma generating device, and checking the concentration of nitrogen oxides generated while controlling the amount of energy per unit flow rate of the injected gas
  • the arc-type plasma generating device includes an inner electrode and an outer electrode facing the inner electrode, and supplies oxygen, nitrogen, or a mixed gas thereof to be injected between the inner electrode and the outer electrode, Then, a voltage is applied to the inner electrode and the outer electrode to generate an arc-type plasma containing nitrogen oxide.
  • the concentration of nitrogen oxide generated is the maximum while the input voltage is minimized.
  • Arc-type plasma generating apparatus includes an internal electrode and an external electrode facing the internal electrode, and supplies oxygen, nitrogen, or a mixture thereof to be injected between the internal electrode and the external electrode, By applying a voltage to the electrode and the external electrode, it is possible to generate an arc-type plasma containing nitrogen oxide, and to control the concentration of nitrogen oxide by controlling the flow of the injected gas.
  • the inner electrode is rod-shaped, and part of it is hollow in the longitudinal direction, and the other part is not hollow. have.
  • the inner electrode may be rotated 360 degrees by a motor, and the outer electrode may surround the inner electrode.
  • a nitrogen oxide manufacturing method includes injecting oxygen, nitrogen, or a mixture thereof into an arc-type plasma generating device, rotating the injected gas, arc-type plasma is generated inside the arc-type plasma generating device generating, and generating nitrogen oxide gas.
  • the nitrogen oxide-containing water manufacturing method includes the steps of injecting oxygen, nitrogen, or a mixed gas thereof into an arc plasma generating device, rotating the injected gas, inside the arc plasma generating device generating an arc-type plasma, generating nitrogen oxide gas, removing oxygen as a dissolved gas, and storing nitrogen oxide water.
  • the method for producing nitrogen oxide-containing water may further include removing oxygen, which is a dissolved gas, from the nitrogen oxide-containing water.
  • the method for producing nitrogen oxide-containing water may further include cooling and storing the nitrogen oxide-containing water.
  • the nitrogen oxide production efficiency can be made excellent, and the cost can be reduced while making the nitrogen oxide control mobility excellent.
  • FIG. 1 is a view illustrating a gliding arc type plasma generating apparatus by way of example.
  • FIG. 2 is a photograph exemplarily showing plasma generated in a gliding arc type plasma generating apparatus.
  • FIG 3 is a view showing a rotating arc plasma generating apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a view showing a rotating arc type plasma generating apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a graph showing the concentration of nitrogen oxide generated in the gliding arc type plasma generating apparatus according to FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a graph showing the concentration of nitrogen oxides generated in the rotating arc plasma generating apparatus according to FIG. 4 .
  • FIG. 7 is a graph showing an input voltage and a concentration of nitrogen oxide generated in the rotating arc plasma generating apparatus according to FIG. 4 .
  • FIG. 8 is a graph showing the concentration of nitrogen oxides generated in the conventional microwave plasma generating apparatus and the gliding arc plasma generating apparatus according to FIG. 2 .
  • FIG. 9 is a graph showing the discharge intensity when the rotation speed of the motor is 600 rpm in the rotating arc plasma generating apparatus according to FIG. 4 .
  • FIG. 10 is a graph showing the discharge intensity when the rotation speed of the motor is 3600 rpm in the rotating arc plasma generating apparatus according to FIG. 4 .
  • the arc plasma may be a gliding arc plasma, a rotating arc plasma, or the like.
  • the gliding arc type plasma may be generated by injection of swirl gas.
  • the rotating arc plasma may be generated by rotation of the electrode, or may be generated by injection of the swirl gas without rotation of the electrode.
  • the rotating arc plasma may be generated by injection of the swirl gas while the electrode is rotated, and in this case, it is possible to more effectively control the generation of nitrogen oxides.
  • the apparatus for generating a gliding arc plasma does not require a driving device such as a motor, it is relatively simpler and has excellent mobility than a device for generating a rotating arc plasma that requires a driving device such as a motor.
  • both the gliding arc-type or rotating arc-type plasma generator requires a complex matching structure and does not use an expensive and bulky microwave system, so it is relatively inexpensive and has excellent mobility.
  • the nitrogen oxide production rate compared to the input power is higher than that of the microwave plasma.
  • An arc-type generating device includes an internal electrode and an external electrode facing the internal electrode, and supplies oxygen, nitrogen, or a mixed gas thereof injected between the internal electrode and the external electrode, and the internal electrode and applying a voltage to the external electrode to generate an arc-type plasma containing nitrogen oxide, and control the concentration of nitrogen oxide by controlling the flow of the injected gas.
  • FIG. 1 is a view exemplarily showing a gliding arc-type plasma generating apparatus
  • FIG. 2 is a photograph exemplarily showing plasma generated in the gliding arc-type plasma generating apparatus.
  • the gliding arc-type plasma generating device is a rod-shaped, a part of the hollow in the longitudinal direction and the other part is not a hollow inner electrode, and an outer electrode surrounding the inner electrode and including an inclined surface Including, power is supplied to the inner electrode and the outer electrode.
  • a gas may be injected into the hollow part of the lower end of the internal electrode.
  • the gas may be oxygen, nitrogen, a mixed gas of oxygen and nitrogen, or the like.
  • the gas injected into the lower end of the inner electrode passes through the hollow portion of the inner electrode, and the gas is spirally discharged to the outside through the swirl gas outlet in the middle portion of the inner electrode.
  • a nitrogen oxide arc-type plasma having a length of about 26 mm is generated through the nozzle, and an external electrode is located inside the nozzle.
  • the external electrode has a structure inclined in the shape of a candle.
  • the outer periphery of the external electrode may have a structure in which it gradually increases in the longitudinal direction and then decreases. Since the external electrode having such a structure has an open plasma outlet, it is easy to process and manufacture.
  • the gliding arc-type plasma may be generated by a plasma generating device having an inner electrode having a structure inclined in the shape of a candle and an outer electrode enclosing the inner electrode in a cylindrical shape.
  • a plasma generating device having such a structure has to make the inner electrode into a spherical shape and then process the spherical inner electrode, the structure of the inner electrode is complicated and the manufacturing difficulty is high.
  • an inner electrode and an outer electrode having a shape as shown in FIG. 3 or FIG. 4 may be used.
  • FIG. 3 is a view showing a rotating arc plasma generating apparatus according to an embodiment
  • FIG. 4 is a view showing a rotating arc plasma generating apparatus according to an exemplary embodiment.
  • the rotating arc plasma generating apparatus includes an inner electrode rotated 360 degrees by a motor and an outer electrode surrounding the inner electrode in a cylindrical shape, and power is supplied to the inner electrode and the outer electrode.
  • the inner electrode is a rod-shaped electrode.
  • a gas such as oxygen, nitrogen, oxygen and nitrogen mixed gas
  • FIG. 3 shows that the rotation speed of the motor is 45 Hz and the number of discharges is 90 times/sec. For example, when the internal electrode rotates once, it is discharged twice. When the rotation speed of the motor increases, the number of discharges may increase. Accordingly, by adjusting the rotation speed of the motor, the concentration of nitrogen oxides generated can be more easily controlled.
  • the rotating arc plasma generating device rotates 360 degrees by a motor and includes an inner electrode having a horizontal disk structure, an outer electrode surrounding the inner electrode in a cylindrical shape, and an inner electrode and an outer electrode. Power is supplied.
  • the rotation speed of the motor (M rpm ) may satisfy Equation 1 below.
  • the method for controlling nitrogen oxides includes adjusting a flow rate of gas injected into an arc-type plasma generating device, and controlling the amount of energy per unit flow rate of the injected gas, the concentration of nitrogen oxides generated It includes the step of confirming.
  • the checking of the concentration of nitrogen oxide may include checking that the concentration of nitrogen oxide increases and then decreases as the amount of energy per unit flow rate of gas increases.
  • FIG. 5 is a graph showing the concentration of nitrogen oxide generated in the gliding arc type plasma generating apparatus according to FIG. 2 .
  • the X-axis is specific energy (SE) and represents energy (J/L) entered per unit flow rate of the injected gas.
  • SE specific energy
  • J/L energy entered per unit flow rate of the injected gas.
  • the determining of the concentration of nitrogen oxide may include confirming that the concentration of the nitrogen oxide is maximized while the input voltage is minimized.
  • FIG. 6 is a graph showing the nitrogen oxide generation concentration in the rotating arc plasma generating device according to FIG. 4
  • FIG. 7 is a graph showing the input voltage and the nitrogen oxide generating concentration in the rotating arc plasma generating device according to FIG. .
  • the X-axis represents the ratio of nitrogen to oxygen. It can be seen that the concentration of nitrogen oxide production is maximum in the vicinity having a ratio of oxygen and nitrogen similar to that contained in air. Accordingly, by adjusting the ratio of oxygen and nitrogen in the injected gas, it is possible to more easily control the concentration of nitrogen oxides.
  • the X-axis is specific energy (SE) and represents energy (J/L) entered per unit flow rate of the injected gas. It can be seen that the generation concentration of nitrogen oxide is the maximum while the input voltage is minimized in the vicinity of approximately SE of 1400 J/L to 1500 J/L. Accordingly, by adjusting the flow rate of the injected gas, it is possible to control to maximize the concentration of nitrogen oxides while minimizing the required energy.
  • SE specific energy
  • J/L energy entered per unit flow rate of the injected gas.
  • FIG. 8 is a graph showing the concentration of nitrogen oxides generated in the conventional microwave plasma generating apparatus and the gliding arc plasma generating apparatus according to FIG. 2 .
  • the concentration of nitrogen oxide in the conventional microwave plasma generator is about 16000 ppm
  • the concentration of nitrogen oxide in the gliding arc plasma generator according to FIG. 2 is about 26000 is ppm. Therefore, in the case of the gliding arc type plasma generating device, it can be seen that the nitrogen oxide generation concentration is higher than the input power.
  • FIG. 9 is a graph showing the discharge intensity when the rotation speed of the motor is 600 rpm in the rotating arc plasma generating device according to FIG. 4, and FIG. 10 is the rotating arc plasma generating device according to FIG. It is a graph showing the discharge intensity at rpm.
  • the nitrogen oxide manufacturing method includes the steps of injecting oxygen, nitrogen, or a mixed gas thereof into an arc-type plasma generator, rotating the injected gas, generating arc-type plasma within the arc-type plasma generator, and and generating nitrogen oxide gas.
  • a method for producing nitrogen oxide-containing water includes generating nitrogen oxide gas, generating nitrogen oxide water, removing oxygen as a dissolved gas, and storing nitrogen oxide water.
  • the generating of the nitrogen oxide gas includes generating the nitrogen oxide by an arc-type plasma generating apparatus according to an embodiment.
  • the generating of the nitrogen oxide gas may include injecting oxygen, nitrogen, or a mixed gas thereof into the arc-type plasma generating device, rotating the injected gas, and arc-type plasma in the arc-type plasma generating device. generating, and generating nitrogen oxide gas.
  • Atmospheric pressure atmospheric pressure
  • plasma has very different characteristics due to various electrode structures, driving frequencies and conditions, and has several advantages such as high temperature as well as low temperature processing, high density of active species, and fast processing time.
  • the application fields of atmospheric plasma are very diverse, and in particular, as dry processing using species with strong oxidizing power or high reactivity is possible, it can be used in the bio/medical field and the food industry, such as food sterilization, biofilm removal, organic film removal, etc. .
  • the generating of the nitrogen oxide water includes plasma-treating the generated nitrogen oxide gas in distilled water to generate nitrogen oxide-containing water.
  • plasma-treated distilled water or a solution may be used for the pre-treatment process.
  • Distilled water treated with plasma is called plasma treated water and has good sterilizing power to replace ozone water as sterilizing water.
  • plasma treated water may be generated by directly or indirectly exposing atmospheric pressure plasma to distilled water.
  • Atmospheric pressure plasma is discharged with various discharge gases such as helium, argon, and nitrogen, but the chemical species contained in the plasma treated water to be generated depends on the discharge gas.
  • ozone or oxygen reactive species with high sterilization power can be generated using oxygen or a mixture of oxygen and other gases as discharge gas.
  • chemical species dissolved in the plasma treated water change according to the standing time.
  • synthetic nitrite which is essential for meat production, can be replaced with plasma treated water.
  • nitrite ions (Nitrite ion, NO 2 - ) and nitrate ion (Nitrate ion, NO 3 - ) contained in the plasma treated water are importantly used, but since the nitrite ions decrease according to the time left to stand, the plasma treated water is properly used. can be controlled.
  • Nitrous acid dissolved in plasma-treated distilled water has a pK value of 3.37, and 50% of it dissociates in a solution of pH 3.37 to produce nitrite ions, and in a solution of pH 5.5 or higher, it dissociates 99% and mostly dissociates into nitrite ions (Scheme 8).
  • nitrite undergoes intermediate chemical reactions and finally disproportionation occurs in which nitrogen monoxide, nitrate ions, hydrogen ions, and water are produced. That is, nitrous acid is decomposed over time and its concentration is reduced, and its decomposition rate is determined by the temperature of the solution and the initial concentration of nitrous acid. The higher the initial concentration of nitrous acid, the higher the temperature of the solution, the higher the decomposition rate (decomposition rate). Accordingly, as the amount of time left for the treated water passes, the nitrite ion decreases and the nitrate ion increases.
  • oxygen is removed from the prepared water containing nitrogen oxides.
  • the removal of dissolved oxygen may be performed by a vacuum method, a nitrogen blowing method, or both.
  • the vacuum method is a method of reducing air pressure using a vacuum pump.
  • the nitrogen blow method is a method of removing oxygen in water by blowing nitrogen in the gas phase.
  • the concentration of each chemical species changes according to the storage period.
  • the concentration of NO including nitrite ions decreases, while nitrate ions increase. It decreases with the storage period of the sum of nitrite and nitrite ions according to the oxygen concentration in the prepared nitrogen oxide-containing water.
  • the higher the concentration of dissolved oxygen the faster the rate of reduction of nitrite and nitrite ions over the storage period.
  • the concentration of dissolved oxygen in nitrogen oxide-containing water is reduced and stored, the reduction of nitrite ions can be reduced by preventing the reduction of nitrogen monoxide due to dissolved oxygen.
  • DBD low-temperature plasma
  • corona corona, etc.
  • Storing the nitrogen oxide water includes cooling and storing the nitrogen oxide-containing water.
  • the cooling temperature may be minus 80 degrees Celsius to 20 degrees Celsius, and preferably, the nitrogen oxide water is cooled at a temperature of minus 80 degrees Celsius to 0 degrees Celsius. Since the decomposition rate of nitrous acid is proportional to temperature, if the temperature of nitrogen oxide water is lowered and stored, the decomposition rate of nitrite and nitrite ions can be reduced.
  • nitrite ions and nitrite are present in a specific ratio depending on the pH of the solution, and thus an increase in pH (4.5-13) is required.
  • Nitrous acid is finally decomposed into nitrogen monoxide, nitrate ions, hydrogen ions, and water by disproportionation, and accordingly, an increase in pH (4.5-13) is required.
  • the decomposition rate is determined according to the initial concentration of nitrous acid, the storage temperature of the solution, and the concentrations of dissolved oxygen and dissolved ozone, and thus it is necessary to remove the dissolved oxygen species.

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Abstract

질소산화물 제어 방법은, 아크형 플라즈마 발생 장치에 주입하는 가스의 유량을 조절하는 단계, 그리고 주입되는 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기를 조절하면서, 생성되는 질소산화물의 농도를 확인하는 단계를 포함한다.

Description

질소산화물을 제어하는 방법 및 장치, 그리고 질소산화물 함유 수 제조 방법
질소산화물을 제어하는 방법 및 장치, 그리고 질소산화물 함유 수(水) 제조 방법이 제공된다.
질소산화물 중 일산화질소(NO)가 살아있는 세포 속에서 신호 분자로서의 역할을 한다는 것을 발견한 R. F. Furchgott, L. J. Ignarro, 와 F. Murad가 1998 년 노벨상을 받은 이후, 일산화질소에 대한 관심이 학계에 급속히 퍼져 현재는 동식물에서 일산화질소의 이로운 점이 많이 발견되었다.
특히 일산화질소는 세포를 활성화 하는 능력이 있으므로, 일산화질소 함유 물이 주기적으로 상처 부위에 적용되는 경우, 상처 발생 부위를 빨리 재생시켜 상처가 치유될 수 있다. 예를 들어, 상처 부위에 일산화질소 함유 물이 접하면, 상처 표면이 세척되고, 상처 표면에 붙어 있거나 기생하는 미생물이 살균된다. 또한, 실핏줄이 확장되어 혈액순환이 잘되고 세포 증식이 활발해지며 단백질 증식이 잘 된다. 그래서 상처부위에 대식 세포가 많이 증가하고 섬유아세포가 빨리 증식하여 빠른 상처 치유가 가능하다.
이러한 일산화질소와 같은 질소산화물 함유 물을 제조하기 위하여, 질소산화물을 적절히 발생시키고 제어할 수 있는 기술에 대한 연구들이 진행되고 있다.
종래에 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치를 이용하여 질소산화물을 생성하는 연구가 진행되었다. 그러나 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치는 고가의 시스템으로 튜너 등의 보조 장치가 필요한 복잡한 매칭 구조를 가지며, 장치가 부피가 크기 때문에 이동성이 약하다. 또한, 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치는 고온의 화염을 배출하기 때문에 냉각 장치의 용량이 커져야 한다. 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치는 마그네트론 열로 손실되는 에너지로 인하여 전기 에너지 효율이 비교적 낮으며, 입력 전력 대비 질소산화물 생성이 비교적 적다.
일 실시예는 질소산화물 제어를 용이하게 함으로써 질소산화물 생성 효율을 우수하게 만들기 위한 것이다.
일 실시예는 질소산화물 제어의 이동성을 우수하게 만들면서도 비용을 절감하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
일 실시예에 따른 질소산화물 제어 방법은, 아크형 플라즈마 발생 장치에 주입하는 가스의 유량을 조절하는 단계, 그리고 주입되는 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기를 조절하면서, 생성되는 질소산화물의 농도를 확인하는 단계를 포함하고, 아크형 플라즈마 발생 장치는, 내부 전극, 그리고 내부 전극에 마주하는 외부 전극을 포함하고, 내부 전극 및 외부 전극 사이에 주입하는 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 공급하고, 그리고 내부 전극 및 외부 전극에 전압을 인가하여, 질소산화물이 포함된 아크형 플라즈마를 발생시킨다.
질소산화물의 농도를 확인하는 단계는, 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기가 증가할수록, 질소산화물의 농도가 증가하다가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
질소산화물의 농도를 확인하는 단계는, 입력 전압이 최소화되면서도 질소산화물의 생성 농도가 최대인 것을 확인할 수 있다.
일 실시예에 따른 아크형 플라즈마 발생 장치는, 내부 전극, 그리고 내부 전극에 마주하는 외부 전극을 포함하고, 내부 전극 및 외부 전극 사이에 주입하는 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 공급하고, 내부 전극 및 외부 전극에 전압을 인가하여, 질소산화물이 포함된 아크형 플라즈마를 발생시키고, 주입되는 가스의 유랑을 조절하여 질소산화물의 농도를 제어할 수 있다.
내부 전극은 막대형이며, 길이 방향으로 일부가 중공형이고, 나머지 일부는 중공형이 아니며, 외부 전극은 내부 전극을 둘러싸고 있고, 경사진 구조를 가지며, 외주가 길이 방향으로 점점 증가하다가 감소할 수 있다.
내부 전극은 모터에 의해 360도 회전하고, 외부 전극은 내부 전극을 둘러싸고 있을 수 있다.
일 실시예에 따른 질소산화물 제조 방법은, 아크형 플라즈마 발생 장치로 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 주입하는 단계, 주입된 가스가 회전하는 단계, 아크형 플라즈마 발생 장치 내부에서 아크형 플라즈마가 발생하는 단계, 그리고 질소산화물 가스를 생성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 질소산화물 함유 수(水) 제조 방법은, 아크형 플라즈마 발생 장치로 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 주입하는 단계, 주입된 가스가 회전하는 단계, 아크형 플라즈마 발생 장치 내부에서 아크형 플라즈마가 발생하는 단계, 질소산화물 가스를 생성하는 단계, 용존 기체인 산소를 제거하는 단계, 그리고 질소산화물 수를 저장하는 단계를 포함한다.
질소산화물 함유 수 제조 방법은, 질소산화물 함유 수에서 용존 기체인 산소를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
질소산화물 함유 수 제조 방법은, 질소산화물 함유 수를 냉각시켜 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 질소산화물 제어를 용이하게 함으로써 질소산화물 생성 효율을 우수하게 만들 수 있으며, 질소산화물 제어의 이동성을 우수하게 만들면서도 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서 발생하는 플라즈마를 예시적으로 나타내는 사진이다.
도 3은 일 실시예에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2에 따른 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 7은 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 입력 전압과 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치와 도 2에 따른 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 9는 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서 모터의 회전 속도가 600 rpm일 때 방전 강도를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서 모터의 회전 속도가 3600 rpm일 때 방전 강도를 나타내는 그래프이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 일 실시예에 따른 질소산화물을 제어하는 방법 및 장치에 대해 상세히 설명한다.
질소산화물을 제어하기 위하여 플라즈마 발생 장치에서 아크형 플라즈마를 발생시키며, 튜너 등의 복잡한 매칭 장치들이 필요하지 않고, 별도의 냉각 장치도 필요하지 않기 때문에 질소산화물의 생성이 용이하게 제어될 수 있다. 예를 들어, 아크형 플라즈마는 글라이딩 아크형 플라즈마, 회전 아크형 플라즈마 등일 수 있다. 글라이딩 아크형 플라즈마는 스월가스(swirl gas)의 주입에 의해 발생될 수 있다. 회전 아크형 플라즈마는 전극의 회전에 의해 발생될 수 있고, 또는 전극의 회전 없이 스월가스의 주입에 의해 발생될 수 있다. 이외에도, 회전 아크형 플라즈마는 전극이 회전되면서 동시에 스월가스의 주입에 의해서 발생될 수 있으며, 이 경우 더욱 효율적으로 질소산화물의 생성을 제어할 수 있다. 글라이딩 아크형 플라즈마를 발생하는 장치는 모터 등의 구동 장치가 필요하지 않기 때문에, 모터 등의 구동 장치가 필요한 회전 아크형 플라즈마를 발생하는 장치보다 상대적으로 더 간단하며 이동성이 우수하다. 다만, 글라이딩 아크형 또는 회전 아크형 플라즈마 발생 장치 모두, 복잡한 매칭 구조가 필요하고 비싸고 부피가 큰 마이크로웨이브 시스템을 사용하지 않기 때문에, 상대적으로 저렴하면서 이동성이 우수하다. 또한, 아크형 플라즈마의 경우, 입력 전력 대비 질소산화물 생성률이 마이크로웨이브 플라즈마보다 높다.
일 실시예에 따른 아크형 발생 장치는, 내부 전극, 그리고 내부 전극에 마주하는 외부 전극을 포함하고, 내부 전극 및 외부 전극 사이에 주입하는 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 공급하고, 내부 전극 및 외부 전극에 전압을 인가하여, 질소산화물이 포함된 아크형 플라즈마를 발생시키고, 주입되는 가스의 유랑을 조절하여 질소산화물의 농도를 제어한다.
예를 들어, 글라이딩 아크형 플라즈마를 발생시키기 위하여, 도 1에 도시된 것과 같은 형상의 내부 전극과 외부 전극이 사용될 수 있다. 도 1은 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치를 예시적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서 발생하는 플라즈마를 예시적으로 나타내는 사진이다.
도 1을 참고하면, 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치는, 막대형이며, 길이 방향으로 일부가 중공형이고 나머지 일부는 중공형이 아닌 내부 전극, 그리고 내부 전극을 둘러싸고 경사진 면을 포함하는 외부 전극을 포함하고, 내부 전극과 외부 전극으로 전원이 공급된다. 내부 전극의 하단의 중공부로 가스가 주입될 수 있다. 예를 들어, 가스는 산소, 질소, 산소 및 질소 혼합 가스 등일 수 있다. 내부 전극의 하단으로 주입된 가스는 내부 전극의 중공부를 통과하여, 내부 전극의 중간부에서 스월가스 배출구를 통해 외부로 가스가 나선형으로 배출된다. 여기서 스월가스 배출구는 2 개이며, 스월가스 배출구의 개수는 필요에 따라 조절될 수 있다. 도 2를 참고하면, 노즐을 통하여 약 26 mm 길이의 질소산화물 아크형 플라즈마가 발생한 것이 나타나며, 노즐 내부에 외부 전극이 위치한다. 외부 전극은 촛불 형상으로 경사진 구조를 갖는다. 예를 들어, 외부 전극의 외주가 길이 방향으로 점점 증가하다가 감소되는 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조의 외부 전극은 플라즈마 배출구가 개방되어 있기 때문에, 가공하여 제작하기가 용이하다.
글라이딩 아크형 플라즈마는 촛불 형상으로 경사진 구조를 갖는 내부 전극과 이를 원통형으로 감싸고 있는 외부 전극을 갖는 플라즈마 발생 장치에 의해 생성될 수 있다. 그러나, 이러한 구조를 갖는 플라즈마 발생 장치는 내부 전극을 구 형으로 만든 뒤, 구형의 내부 전극을 가공해야 하기 때문에, 내부 전극의 구조가 복잡하고 제작 난이도가 높다.
또한, 회전 아크형 플라즈마를 발생시키기 위하여, 도 3 또는 도 4에 도시된 것과 같은 형상의 내부 전극과 외부 전극이 사용될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면이고, 도 4는 일 실시예에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 회전 아크형 플라즈마 발생 장치는, 모터에 의해 360도 회전하는 내부 전극, 원통형으로 내부 전극을 둘러싸고 있는 외부 전극을 포함하고, 내부 전극과 외부 전극으로 전원이 공급된다. 여기서 내부 전극은 막대형 전극이다. 가스 주입구를 통해 산소, 질소, 산소 및 질소 혼합 가스 등의 가스가 주입되는 경우, 질소산화물 회전 아크형 플라즈마가 발생한다. 도 3의 우측 사진은 모터의 회전 속도가 45 Hz, 방전 회수가 90 회/sec인 것을 나타내며, 예를 들어 내부 전극이 1회전 할 때 2 회 방전한다. 모터의 회전 속도가 증가하는 경우, 방전 횟수가 증가할 수 있다. 이에 따라 모터의 회전 속도를 조절함으로써, 질소산화물의 생성 농도를 더욱 용이하게 제어될 수 있다.
도 4를 참고하면, 회전 아크형 플라즈마 발생 장치는, 모터에 의해 360도 회전하며, 수평형 원판 구조를 갖는 내부 전극, 원통형으로 내부 전극을 둘러싸고 있는 외부 전극을 포함하고, 내부 전극과 외부 전극으로 전원이 공급된다.
회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서, 모터의 회전 속도(Mrpm)는 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
0 < Mrpm < 인가 전원의 주파수 f
여기서, 모터의 회전 속도가 플라즈마 발생 장치에 인가되는 전원의 주파수보다 큰 경우, 방전 경로(path)가 잘 만들어지지 않기 때문에, 방전 전류의 크기가 감소하며, 이에 따라 질소산화물의 생성 농도가 현저하게 감소한다.
일 실시예에 따른 질소산화물을 제어하는 방법은, 아크형 플라즈마 발생 장치에 주입하는 가스의 유량을 조절하는 단계, 그리고 주입되는 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기를 조절하면서, 생성되는 질소산화물의 농도를 확인하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 질소산화물의 농도를 확인하는 단계는, 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기가 증가할수록, 상기 질소산화물의 농도가 증가하다가 감소하는 것을 확인하는 것을 포함할 수 있다.
도 5는 도 2에 따른 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 5를 참고하면, X축은 Specific Energy(SE)로, 주입된 가스의 단위 유량 당 들어간 에너지(J/L)를 나타낸다. 예를 들어, 주입 유량 10 lpm, 인가 에너지 100 W(J/s)인 경우, Specific Energy는 600 J/L (=100J/s / 10 L/min)이다. 대략 SE가 1600 J/L 부근에서 질소산화물의 생성 농도가 최대인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 주입되는 가스의 유량을 조절함으로써, 질소산화물의 생성 농도를 더욱 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 질소산화물의 농도를 확인하는 단계는, 입력 전압이 최소화되면서도 질소산화물의 생성 농도가 최대인 것을 확인하는 것을 포함할 수 있다.
도 6은 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이며, 도 7은 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 입력 전압과 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참고하면, X축은 산소에 대한 질소의 비율을 나타낸다. 공기 중에 포함된 것과 유사한 산소와 질소의 비율을 갖는 부근에서, 질소산화물 생성 농도가 최대인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 주입되는 가스에서 산소와 질소의 비율을 조절함으로써, 질소산화물의 생성 농도를 더욱 용이하게 제어할 수 있다.
도 7을 참고하면, X축은 Specific Energy(SE)로, 주입된 가스의 단위 유량 당 들어간 에너지(J/L)를 나타낸다. 대략 SE가 1400 J/L 내지 1500 J/L 부근에서 입력 전압이 최소화되면서도 질소산화물의 생성 농도가 최대인 것을 알 수 있다. 이에 따라, 주입되는 가스의 유량을 조절함으로써, 필요한 에너지를 최소화시키면서도 질소산화물의 생성 농도를 최대화할 수 있는 제어가 가능하다.
도 8은 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치와 도 2에 따른 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도를 나타내는 그래프이다.
도 8을 참고하면, 650W를 인가하는 경우, 종래의 마이크로웨이브 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물의 농도는 약 16000 ppm이고, 도 2에 따른 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치에서의 질소산화물 생성 농도는 약 26000 ppm이다. 따라서, 글라이딩 아크형 플라즈마 발생 장치의 경우 입력 전력 대비 질소산화물 생성 농도가 더 높은 것을 알 수 있다.
도 9는 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서 모터의 회전 속도가 600 rpm일 때 방전 강도를 나타내는 그래프이며, 도 10은 도 4에 따른 회전 아크형 플라즈마 발생 장치에서 모터의 회전 속도가 3600 rpm일 때 방전 강도를 나타내는 그래프이다.
도 9 및 도 10을 참고하면, 모터 회전 속도가 높은 경우, 내부 전극의 회전이 빠르며, 방전 강도(전류에 해당)가 더 커지고, 방전 횟수가 더 많아진 것을 알 수 있다.
그러면, 일 실시예에 따른 아크형 플라즈마 발생 장치를 이용한 질소산화물 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
질소산화물 제조 방법은, 아크형 플라즈마 발생 장치로 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 주입하는 단계, 주입된 가스가 회전하는 단계, 아크형 플라즈마 발생 장치 내부에서 아크형 플라즈마가 발생하는 단계, 그리고 질소산화물 가스를 생성하는 단계를 포함한다.
그러면, 일 실시예에 따른 아크형 플라즈마 발생 장치를 이용한 질소산화물 함유 수(水) 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.
질소산화물 함유 수 제조 방법은, 질소산화물 가스를 생성하는 단계, 질소산화물 수를 생성하는 단계, 용존 기체인 산소를 제거하는 단계, 그리고 질소산화물 수를 저장하는 단계를 포함한다.
질소산화물 가스를 생성하는 단계는 일 실시예에 따른 아크형 플라즈마 발생 장치에 의해 질소산화물을 생성하는 단계를 포함한다.
예를 들어, 질소산화물 가스를 생성하는 단계는 아크형 플라즈마 발생 장치로 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 주입하는 단계, 주입된 가스가 회전하는 단계, 아크형 플라즈마 발생 장치 내부에서 아크형 플라즈마가 발생하는 단계, 그리고, 질소산화물 가스를 생성하는 단계를 포함한다.
여기서, 아크형 플라즈마 발생 장치는 상압(대기압)에서 플라즈마를 발생시킨다. 상압(대기압) 플라즈마는 다양한 전극구조와 구동 주파수 및 조건들로 그 특성이 매우 다르게 나타나며 고온뿐만 아니라 저온 처리, 높은 활성종의 밀도, 빠른 처리시간 등 여러 장점을 갖고 있다.
또한 상압 플라즈마의 적용 분야는 매우 다양하며, 특히 강한 산화력 또는 높은 반응성을 갖는 종들을 이용한 건식처리가 가능함에 따라 식품 살균, 바이오 필름 제거, 유기막 제거 등 생/의학 분야 및 식품 산업에서 사용될 수 있다.
질소산화물 수를 생성하는 단계는 생성된 질소산화물 가스를 증류수에 플라즈마 처리하여 질소산화물 함유 수를 생성하는 단계를 포함한다.
종래에는 플라즈마가 폐수처리 및 COD, BOD 감소, 탈색, 탈취 등 후처리 공정에 사용되었던 것과 달리, 플라즈마로 처리된 증류수나 용액이 선처리 공정에 이용될 수 있다. 플라즈마로 처리된 증류수의 경우 플라즈마 처리수라 불리며 오존수를 대신하여 살균수로서 그 역할을 대신 할 수 있을 정도의 좋은 살균력을 가지고 있다. 일명 "플라즈마 처리수"는 증류수에 대기압 플라즈마를 직접적으로 혹은 간접적으로 노출시켜 생성될 수 있다.
상압 플라즈마는 헬륨, 아르곤, 질소 등 여러 방전 기체로 방전이 이루어지지만 생성하고자 하는 플라즈마 처리수가 함유하는 화학종은 방전 기체에 따라 결정된다. 예를 들어 살균력이 높은 오존이나 산소 활성종(reactive species)들은 방전 기체로 산소나 산소 및 다른 기체의 혼합기체를 사용하여 생성될 수 있다. 또한, 플라즈마 처리수에 녹아서 존재하는 화학종들이 방치 시간에 따라 변화한다. 예를 들어, 육제품 제조 시 필수적으로 필요한 합성 아질산염은 플라즈마 처리수로 대체될 수 있다. 이때 플라즈마 처리수에 함유되어 있는 아질산 이온(Nitrite ion, NO2 -)과 질산 이온(Nitrate ion, NO3 -)은 중요하게 사용되지만, 방치 시간에 따라 아질산 이온이 감소하기 때문에 플라즈마 처리수가 적절하게 제어될 수 있다.
[반응식 1] 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
[반응식 2] NO + NO2 + H20 → 2NO2-+ 2H+
[반응식 3] 2NO2 + H2O → NO2-+ NO3-+ 2H+
[반응식 4] 3NO2(g) + H20(ℓ) → 2HNO3(aq) + NO(g)
[반응식 5] 4NO2(g) + O2(g)H2O(ℓ) → 4HNO3(aq)
[반응식 6] NO + OH + M → HNO2 + M
[반응식 7] NO2 + OH + M → HNO3 + M
플라즈마 처리된 증류수에 용해되어 있는 아질산은 pK 값이 3.37로 pH 3.37의 용액에서 50%가 해리되어 아질산염 이온이 생성되며 pH 5.5 이상의 용액에서는 99% 해리되어 아질산염 이온으로 대부분 해리된다(반응식 8).
[반응식 8] HONO + H2O ↔ H3O++ NO2 -
반응식 2와 반응식 3이 결합된 화학양론적 반응식에 의해 아질산은 중간 화학반응들을 거쳐 최종적으로 일산화질소, 질산염 이온, 수소 이온, 그리고 물이 생성되는 불균화 반응(disproportionation)이 일어난다. 즉, 아질산은 시간이 흐름에 따라 분해되어 농도가 줄어들며 그 분해 속도는 용액의 온도와 아질산의 초기농도에 의해 결정된다. 아질산의 초기농도가 높을수록, 용액의 온도가 높을수록 분해율(decomposition rate)은 증가한다. 이에 따라 처리수의 방치 시간이 지날수록 아질산은 감소하는 동시에 질산 이온이 증가는 아질산의 불균화 반응이 원인이며, 그 반응식은 하기와 같다.
3HNO2 → 2NO + NO3 -+ H+ + H2O
용존 기체인 산소를 제거하는 단계는 제조된 질소산화물 함유 수에서 산소가 제거된다. 예를 들어, 용존 산소의 제거는 진공법, 질소블로우(nitrogen blowing)법, 또는 이들 모두에 의해 수행될 수 있다. 진공법은 진공펌프를 이용해서 공기를 감압시키는 방법이다. 질소블로우법은 기상 중에 질소를 블로우해서 수중의 산소를 제거하는 방법이다.
저장기간에 따른 각 화학종들의 농도가 변화한다. 예를 들어, 제조된 질소산화물 함유 수에서, 아질산 이온을 비롯하여 NO의 농도가 줄어드는 반면, 질산 이온은 증가한다. 제조된 질소산화물 함유 수에서 존재하는 산소 농도에 따른 아질산과 아질산 이온의 합의 저장기간에 따라 감소한다. 예를 들어, 용존 산소의 농도가 높을수록, 저장기간이 지남에 따라 아질산과 아질산 이온의 감소하는 속도가 빠르다. 질소산화물 함유 수 안의 용존산소의 농도를 감소시켜 보관하는 경우, 용존산소에 의한 일산화질소의 감소를 막아 아질산 이온의 감소율을 줄일 수 있다. 저온 플라즈마(DBD, corona 등)를 사용할 경우, 용존 오존도 제거해야 한다.
질소산화물 수를 저장하는 단계는 질소산화물 함유 수를 냉각시켜 저장하는 단계를 포함한다.
냉각시키는 온도는 섭씨 영하 80 도 내지 섭씨 20 도일 수 있으며, 바람직하게는 섭씨 영하 80 도 내지 섭씨 0 도의 온도에서 질소산화물 수가 냉각된다. 아질산의 분해 속도는 온도에 비례하기 때문에 질소산화물 수의 온도를 낮춰서 보관할 경우, 아질산과 아질산 이온의 분해 속도를 줄일 수 있다.
질소산화물 함유 수에서 아질산 이온과 아질산은 용액의 pH에 따라 특정 비율로 존재하며, 이에 따라 pH의 증가(4.5-13)가 필요하다. 아질산은 불균화 반응에 의해 최종적으로 일산화질소, 질산염 이온, 수소 이온, 물로 분해되며, 이에 따라, pH의 증가(4.5-13)가 필요하다. 분해 속도는 아질산의 초기농도, 용액의 보관 온도, 용존 산소 및 용존 오존의 농도에 따라 결정되며, 이에 따라 용존된 산소종들의 제거가 필요하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (10)

  1. 아크형 플라즈마 발생 장치에 주입하는 가스의 유량을 조절하는 단계, 그리고
    주입되는 상기 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기를 조절하면서, 생성되는 상기 질소산화물의 농도를 확인하는 단계
    를 포함하고,
    상기 아크형 플라즈마 발생 장치는,
    내부 전극, 그리고 상기 내부 전극에 마주하는 외부 전극을 포함하고,
    상기 내부 전극 및 상기 외부 전극 사이에 주입하는 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 공급하고, 그리고
    상기 내부 전극 및 상기 외부 전극에 전압을 인가하여, 질소산화물이 포함된 아크형 플라즈마를 발생시키고,
    상기 내부 전극은 막대형이며, 상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸고 있으며, 상기 내부 전극과 상기 외부 전극의 간극은 상기 내부 전극의 길이 방향으로 점점 멀어지며, 상기 간극 사이로 글라이딩 아크가 발생하는, 질소산화물 제어 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 질소산화물의 농도를 확인하는 단계는, 상기 가스의 단위 유량 당 에너지의 크기가 증가할수록, 상기 질소산화물의 농도가 증가하다가 감소하는 것을 확인하는, 질소산화물 제어 방법.
  3. 제1항에서,
    상기 질소산화물의 농도를 확인하는 단계는, 입력 전압이 최소화되면서도 상기 질소산화물의 생성 농도가 최대인 것을 확인하는, 질소산화물 제어 방법.
  4. 내부 전극, 그리고 상기 내부 전극에 마주하는 외부 전극을 포함하고,
    상기 내부 전극 및 상기 외부 전극 사이에 주입하는 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 공급하고,
    상기 내부 전극 및 상기 외부 전극에 전압을 인가하여, 질소산화물이 포함된 아크형 플라즈마를 발생시키고,
    주입되는 상기 가스의 유랑을 조절하여 상기 질소산화물의 농도를 제어하고,
    상기 내부 전극은 막대형이며, 상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸고 있으며, 상기 내부 전극과 상기 외부 전극의 간극은 상기 내부 전극의 길이 방향으로 점점 멀어지며, 상기 간극 사이로 글라이딩 아크가 발생하는, 아크형 플라즈마 발생 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 내부 전극은 막대형이며, 길이 방향으로 일부가 중공형이고, 나머지 일부는 중공형이 아니며,
    상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸고 있고, 경사진 구조를 가지며, 외주가 길이 방향으로 점점 증가하다가 감소하는, 아크형 플라즈마 발생 장치.
  6. 제4항에서,
    상기 내부 전극은 모터에 의해 360도 회전하고,
    상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸고 있는, 아크형 플라즈마 발생 장치.
  7. 아크형 플라즈마 발생 장치로 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 주입하는 단계,
    주입된 상기 가스가 회전하는 단계,
    상기 아크형 플라즈마 발생 장치 내부에서 아크형 플라즈마가 발생하는 단계, 그리고
    질소산화물 가스를 생성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 아크형 플라즈마 발생 장치는 내부 전극과 외부 전극을 포함하고, 상기 내부 전극은 막대형이며, 상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸고 있으며, 상기 내부 전극과 상기 외부 전극의 간극은 상기 내부 전극의 길이 방향으로 점점 멀어지며, 상기 간극 사이로 글라이딩 아크가 발생하는, 질소산화물 제조 방법.
  8. 아크형 플라즈마 발생 장치로 산소, 질소, 또는 이들의 혼합 가스를 주입하는 단계,
    주입된 상기 가스가 회전하는 단계,
    상기 아크형 플라즈마 발생 장치 내부에서 아크형 플라즈마가 발생하는 단계,
    질소산화물 가스를 생성하는 단계,
    용존 기체인 산소를 제거하는 단계, 그리고
    질소산화물 수를 저장하는 단계
    를 포함하고,
    상기 아크형 플라즈마 발생 장치는 내부 전극과 외부 전극을 포함하고, 상기 내부 전극은 막대형이며, 상기 외부 전극은 상기 내부 전극을 둘러싸고 있으며, 상기 내부 전극과 상기 외부 전극의 간극은 상기 내부 전극의 길이 방향으로 점점 멀어지며, 상기 간극 사이로 글라이딩 아크가 발생하는, 질소산화물 함유 수(水) 제조 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 질소산화물 함유 수에서 용존 기체인 산소를 제거하는 단계를 더 포함하는, 질소산화물 함유 수(水) 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 질소산화물 함유 수를 냉각시켜 저장하는 단계를 더 포함하는, 질소산화물 함유 수(水) 제조 방법.
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