KR100650051B1

KR100650051B1 - 이온 발생 장치 및 이를 이용한 대기, 하수 및 폐수 정화방법

Info

Publication number: KR100650051B1
Application number: KR1020060050553A
Authority: KR
Inventors: 이세홍
Original assignee: 비손푸른엔지니어링 주식회사
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2006-11-29
Also published as: KR20060070519A

Abstract

본 발명은 이온 발생 장치 및 이를 이용한 대기, 하수 및 폐수 정화방법에 관한 것으로, 원통형의 덮개 겸용 방열판, 방열판과 내접하도록 삽설되는 외부전극, 외부전극과 내접하도록 삽설되는 제1유전체, 제1유전체 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극, 지지체 역할을 하는 제2유전체 및 제2유전체 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극으로 구성되어지되 방열판, 외부전극, 제1유전체, 중간전극, 제2유전체 및 코어전극이 각각 삽입 고정되는 요홈을 갖는 한쌍의 뚜껑에 의하여 결합 구성되며, 외부전극과 코어전극에 병렬로 전원발진장치의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극에 다른 전극을 연결한 방전장치를 포함하는 이온 발생 장치를 구성하고, 이를 대기, 하수 및 폐수에 주입하여 오염물질을 제거시키므로서 경제적이고 강한 일반세라믹의 사용이 가능하고, 저전압고주파(1500V, 15 - 30KHz)의 출력 전원 사용 가능하여 방전 장치 내부가 저온저압 상태를 유지함으로서 일반 공기도 간단한 필터링만으로도 충분한 사용할 수 있어 설비가 간단하고 제조 비용이 저렴하며, 공냉식이어도 이온 발생 효율이 우수하고, 실용적인 이온 발생 장치를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 대기, 하수 및 폐수를 정화하는 효과를 얻을 수 있었다.

이온 발생 장치, 유전체, 전자, 중성입자, 양이온, 음이온, 대기정화, 하수정화, 폐수정화

Description

이온 발생 장치 및 이를 이용한 대기, 하수 및 폐수 정화방법{Apparatus for producting active ions and the purification method of atmosphere, sewage and waste water}

도 1은 방전의 원리를 설명하는 도면이고,

도 2는 본 발명에 따른 이온 발생 장치의 요부인 방전 장치의 개략적인 도면으로서, (a)는 횡단면도이며, (b)는 뚜껑의 단면도이고, (c)는 종단면도이며,

도 3은 본 발명에 따른 이온 발생 장치의 시스템을 도식화한 도면이고,

도 4 및 도 5는 본 발명과 대응되는 부분의 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.

* 도면의 주요한 부분에 대한 부호의 설명

1a : 플러스 전극 1b : 마이너스 전극

10 : 방전관 11 : 유전체

12a, 24 : 유입구 12b, 25 : 유출구

13 : 외부전극 14 : 내부전극

15 : 전원공급장치 20 : (-)전극

21 : 정상부 22 : (+)전극

23 : 케이스 100 : 공기 필터링장치

200 : 방전장치 300 : 전원발진장치

400 : 자동배출장치 500 : 유량제어장치

600 : 중앙제어장치

본 발명은 이온 발생 장치 및 이를 이용한 대기, 하수 및 폐수 정화방법에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 원통형의 덮개 겸용 방열판, 방열판과 내접하도록 삽설되는 외부전극, 외부전극과 내접하도록 삽설되는 제1유전체, 제1유전체 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극, 지지체 역할을 하는 제2유전체 및 제2유전체 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극으로 구성되어지되 방열판, 외부전극, 제1유전체, 중간전극, 제2유전체 및 코어전극이 각각 삽입 고정되는 요홈을 갖는 한쌍의 뚜껑에 의하여 결합 구성되며, 외부전극과 코어전극에 병렬로 전원발진장치의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극에 다른 전극을 연결한 방전장치를 포함하는 이온 발생 장치를 구성하고, 이를 대기, 하수 및 폐수에 주입하여 오염물질을 제거시키는 것을 특징으로 하는 대기, 하수 및 폐수 정화방법에 관한 것이다.

일반적으로, (+) 전극 및 (-) 전극 사이에 고압의 전압을 인가하면 두 전극 사이에서 방전이 일어나 전기장을 형성하고, 이때 마이너스 전극 내에서 자유롭게 움직이던 자유전자가 방출되어 반대 전극으로 이동하며, 방출된 자유전자는 높은 에너지 상태에 있음으로 두 전극 사이에 존재하는 공기의 여러 가지 기체 성분 등을 활성화시켜 이온 물질, 오존(O₃), 산소 음이온(O₂ ^-) 등이 생성되고, 생성된 전자들이 기체의 분자와 충돌하면서 기체 분자의 최외각 전자가 변화를 일으켜 반응성이 높은 라디컬, 여기전자 및 이온을 생성하고 이들은 새로운 화학반응을 일으킨다.

이러한 성질을 이용하여 유체 내에 오염을 일으키는 성분을 분해시키는 데 적용할 수 있다. 즉, 오염물질을 포함한 폐수에 이온화 가스를 주입하면 라디컬, 여기 전자 및 이온 등 활성 물질이 폐수에 포함된 오염물질과 반응하여 산화분해시킴으로써 오염물질이 제거되는 데, 이를 크래킹(탄소 고리를 끊는 것)이라 한다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 양 전극(1a)에 고압의 전압을 인가하면 두 전극 사이에서 방전이 일어나 전기장을 형성하고, 이때 마이너스 전극 내에서 자유롭게 움직이던 자유전자가 방출되어 반대전극으로 이동하며, 방출된 자유전자는 높은 에너지 상태에 있음으로 두 전극 사이에 존재하는 압축공기의 여러 가지 기체성분 등을 활성화시켜 이온 물질, 오존(O₃), 산소 음이온(O₂ ^-) 등이 생성된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 이온 발생 장치는 두전극의 형상이 평평한 판 형상인 경우가 많으며, 넓은 면적의 마이너스 전극에 고압의 전류로 인가해야 하므로 방전을 위한 전력소비가 많으며, 평평한 판 형상의 마이너스 전극에 인가되는 단위 면적당 전력소비량에 비하여 이온 발생량은 적어 비효율적인 문제점이 있었 다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 국내공개특허 제2001-47773호에는 도 4에 도시된 바와 같이 파이프 형상의 유전체(11), 유전체의 외면에 도금되어 있는 외부전극(13), 유전체 내에 배치된 코일스프링 형상의 내부전극(14) 및 외부전극(13)과 내부전극(14)간에 고전류를 인가하여 유전체내에 플라즈마를 발생시키는 전원공급장치(15)를 포함하는 방전관(10)이 기재되어 있으나, 유전체로서 파인세라믹을 사용하여야 하고, 고전류의 전원을 사용하여야 하며, 이온 발생 효율이 만족스럽지 못하고, 청결한 압축공기를 사용하여야 하므로 전반 설비가 필요하고 비용이 과다하게 소요되는 등의 문제점이 있었다.

또한, 국내공개특허 제2000-0027032호에는 도 5에 도시된 바와 같이 고압의 전류가 인가되는 원추 형상의 마이너스 전극(20)과, 상기 원추 형상의 마이너스 전극(20)의 수직 방향에 대하여 직각인 수평 방향으로 설치되어 마이너스 전극(20)의 정상부(21)로부터 소정간격 떨어져 설치되고, 정상부(21)를 지나는 수직선을 중심으로 하는 원형구멍이 형성된 판상의 플러스 전극(22)을 포함하는 이온발생장치가 기재되어 있으나, 이 역시 효율적인 면에서 만족스럽지 못하고, 여러 개의 방전관 내에 원추형의 마이너스 전극과 플러스 전극봉이 설치되는 등 실용적 측면에서 많은 문제점을 갖고 있으며, 특히 양 전극 사이의 간극을 줄여 자유전자의 방출량을 증가시키는 방법은 저전류, 저전압에서는 적용이 가능하나 고전류, 고전압에서는 쇼트가 발생되는 등 많은 문제점이 내재되어 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 유전체로서 경제적이고 강한 일반세라믹의 사용이 가능하고, 저전압고주파(1500V, 15 - 30KHz)의 출력 전원 사용 가능하여 방전 장치 내부가 저온저압 상태를 유지함으로서 일반 공기도 간단한 필터링만으로도 충분한 사용할 수 있어 설비가 간단하고 제조 비용이 저렴하며, 공냉식이어도 이온 발생 효율이 우수하고, 실용적인 이온 발생 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 목적의 이온 발생 장치를 사용하여 용이하게 대기, 하수 및 폐수를 정화하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적 뿐만 아니라 용이하게 표출될 수 있는 다른 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에서는 원통형의 덮개 겸용 방열판, 방열판과 내접하도록 삽설되는 외부전극, 외부전극과 내접하도록 삽설되는 제1유전체, 제1유전체 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극, 지지체 역할을 하는 제2유전체 및 제2유전체 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극으로 구성되어지되 방열판, 외부전극, 제1유전체, 중간전극, 제2유전체 및 코어전극이 각각 삽입 고정되는 요홈을 갖는 한쌍의 뚜껑에 의하여 결합 구성되며, 외부전극과 코어전극에 병렬로 전원발진장치의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극에 다른 전극을 연결한 방전장치를 포함하는 이온 발생 장치를 구성하고, 이를 대기, 하수 및 폐수에 주입하여 오염물질을 제거시킨다.

특히, 비교적 가격이 경제적이고 물리적으로 강도가 강한 일반세라믹의 사용이 가능하고, 저전압고주파(1500V, 15 - 30KHz)의 출력 전원 사용하기 때문에 방전 장치 내부가 저온저압 상태를 유지함으로서 일반 공기도 간단한 필터링만으로도 충분한 사용할 수 있다.

따라서, 설비가 간단하고 제조 비용이 저렴하며, 공냉식이어도 이온 발생 효율이 우수하고, 실용적인 이온 발생 장치를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 대기, 하수 및 폐수를 정화하는 효과를 얻을 수 있었다.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 이온 발생 장치의 요부인 방전 장치의 개략적인 도면으로서, (a)는 횡단면도이며, (b)는 뚜껑의 단면도이고, (c)는 종단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이온 발생 장치의 시스템을 도식화한 도면이다.

본 발명에 따른 이온 발생 장치는 공기 필터링장치(100), 방전장치(200), 전원발진장치(300), 자동배출장치(400) 및 유량제어장치(500)와 이를 중앙에서 제어하는 중앙제어장치(600)로 구성되는 이온 발생 장치에 있어서, 방전장치(200)는 원통형의 덮개 겸용 방열판(201), 방열판(201)과 내접하도록 삽설되는 외부전극(201a), 외부전극(201a)과 내접하도록 삽설되는 제1유전체(202), 제1유전체(202) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(205), 지지체 역할을 하는 제2유전체(204) 및 제2유전체(204) 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극(203)으로 구성되어지되 방열판(201), 외부전극(201a), 제1유전체(202), 중간전극(205), 제2유전체(204) 및 코어전극(203)이 각각 삽입 고정되는 요홈(209a, 209b, 209c)을 갖는 한 쌍의 뚜껑(208, 211)에 의하여 결합 구성되며, 제1유전체(202)와 코어전극(203)에 전원발진장치(300)의 병렬로 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(205)에 다른 전극을 연결한 구성한 것으로 특징지워진다.

또한, 본 발명에서는 실용적으로 고순도의 공기를 제조하여 사용하기 위한 압축공기 발생 및 저장장치(미도시)를 공기 필터링장치(100) 전에 설치할 수도 있다.

이온 발생 장치 중 방전장치(200)와 전원발진장치(300)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 구성되어 있다.

방전관 덮개 겸용 방열판(201)은 금속재로 구성되며, 원통형으로 구성되고, 본 발명에서는 알루미늄을 사용하였다.

외부전극(201a)은 방열판(201)의 내부에 삽설되어 내접되는 외경을 갖는 원통형으로 구성되며, 전기전도도가 우수한 금속재인 것이 바람직하다. 그러나, 방열판(201) 또는 외부전극(201a) 중 어느 하나가 전기전도도가 우수한 금속재이고 일정 강도를 가져 방전장치의 내구성을 가질 수 있다면 하나는 생략될 수도 있다.

제1유전체(202)는 고순도의 파인 세라믹이 아닌 일반 세라믹으로서 알루미나를 90% 탈지한 후, 900℃ 이상의 온도에서 소성한 것을 외부전극(201a)의 내부에 삽설되어 내접되는 외경을 갖는 원통형으로 구성한다. 그러나, 제1유전체(202)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 외부전극(201a)의 내부에 코팅하여 구성할 수도 있다.

중간전극(205)은 코일 형상으로 제조되며, 전기전도도가 우수하고 이온화 가 스에 대한 내산화성이 강한 금속재인 것이 바람직하다. 제2유전체(204)는 고순도의 파인 세라믹이 아닌 일반 세라믹으로서 알루미나를 90% 탈지한 후, 900℃ 이상의 온도에서 소성한 것을 코어전극(203)이 내부에 고정되는 형태로 제조한 것이고, 코어전극(203)은 중간전극(205)과 마찬가지로 전기전도도가 우수하고 이온화 가스에 대한 내산화성이 강한 금속재인 것이 바람직하다.

또한, 제1유전체(202)의 내부 표면 및 제2유전체(204)의 외부 표면에 나선형으로 요철(202a, 204a)을 형성하여 전하의 집중을 꾀하고, 공기 유입시 나선형의 와류를 형성하고, 이에 더하여 코일 형태의 중간전극(205)을 통하여 완벽한 와류를 형성, 충분히 활성화된 이온이 외부로 토출될 수 있도록 구성할 수도 있다.

상기의 방열판(201), 외부전극(201a), 제1유전체(202), 중간전극(205), 제2유전체(204) 및 코어전극(203)은 유출구 뚜껑(208)과 유입구 뚜껑(212)에 형성된 요홈(209a, 209b, 209c)에 삽입 고정되어지되 요홈(209a)에는 방열판(201), 외부전극(201a)과 제1유전체(202)가, 요홈(209b)에는 중간전극(205)이, 요홈(209c)에는 제2유전체(204)과 코어전극(203)이 삽입되도록 한 다음, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 고정 방법, 예를 들어 나사를 이용한 나합, 접착제를 이용한 접착 등의 방법으로 고정한다. 유출구 뚜껑(208)과 유입구 뚜껑(211)에는 공기의 유입과 유출이 가능하도록 하는 다수개의 유출공(210)과 유입공(212)이 형성되어 있다.

또한, 외부전극(201a)과 코어전극(203)에 병렬로 전원발진장치(300)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(205)에 다른 전극을 연결 구성한다. 유입구 뚜껑(211)에 형성된 다수개의 유입공(212)을 통하여 공기가 유입되고 유출구 뚜껑(208)에 형성된 다수개의 유출공(210)을 통해 외부로 유출된다.

외부전극(201a)과 코어전극(203) 및 중간전극(205)에 전원발진장치(300)를 이용하여 전류를 공급하면서, 동시에 유입구 뚜껑(211)에 형성된 다수개의 유입공(212)을 통하여 공기를 송풍하면 공기는 방전장치를 통과하는 동안 발생된 아크에 의해 강력한 이온화 가스가 발생하여 유출구 뚜껑(208)에 형성된 다수개의 유출공(210)을 통해 일정한 압력으로 유출된다.

즉, 제2유전체(203) 외표면과 중간전극(205) 사이 및 제1유전체(202) 내표면과 중간전극(205) 사이에서 동시에 아크가 발생하여 종래의 이온 발생 장치 보다 이온 발생 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

이 때 전원발진장치(300)에서는 출력전압 1500V, 출력주파수 15 - 30KHz정도의 전원을 공급하여도 이온 발생이 용이하게 이루어지므로 종래의 이온 발생 장치 보다 적은 전력으로 더욱 강력한 이온을 발생시킬 수 있어 경제적이고 이온 발생 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 종래의 이온 발생 장치 또는 오존 발생 장치는 고전압의 방전관을 사용하기 때문에 순수 산소를 사용하거나 압축공기를 냉각시키고 습기를 제거하여 청결한 공기를 사용하여야 하지만 본 발명에서는 가격이 경제적이고 강한 일반세라믹을 사용하고, 1500V의 저전압을 사용하는 방전장치를 안출함으로서 종래의 장치들에 있어서 청결한 공기를 만드는 과정을 일부 생략할 수 있어 아주 실용적인 방전장치를 얻을 수 있는 것이다.

한편, 정화하고자 하는 대기, 하수 또는 폐수의 오염물질 농도가 높거나 정화하고자 하는 양이 많을 경우와 같이 강력한 이온 발생이 필요한 경우에는 종래의 방법과 같이 압축공기 발생 및 저장장치(미도시)를 공기 필터링장치(100) 전에 설치할 수도 있다. 압축공기 발생장치로 오일레스 콤프레서를 사용할 수 있으며, 일정한 압축공기량을 유지할 수 있는 저장장치가 사용될 수도 있다.

공기 필터링장치(100)는 공기의 온도를 떨어뜨리는 냉각기 및 냉각과정에서 응축되는 수분을 제거하는 제습기 및 필터를 포함하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 저전압의 전원을 이용하고 저압의 콤프레서를 통한 공기 주입을 하기 때문에 냉각 장치가 반드시 필요한 것은 아니고, 제습장치 역시 반드시 필요한 것은 아니다.

공기의 유량과 속도를 제어하여 최상의 조건 즉, 목적하는 압력으로 방전장치(200)에서 이온화 가스가 발생되도록 유도하는 자동조절 밸브(미도시) 등이 포함된 공기필터링장치(100)와 이온화 가스를 자동 배출시키기 위하여 압력에 의해 조절되는 자동조절 밸브(미도시)와 이온화 가스 이송 파이프(미도시) 및 산기구(미도시) 등이 포함되는 자동배출장치(400)를 연결 구성하되, 공기필터링장치(100)와 자동배출장치(400)는 유량 제어장치(500)에 의하여 연동, 제어되도록 한다.

또한, 필요시 오염원의 부하에 적절히 대응하고, 공기의 발생을 일시적으로 정지시키는 등의 비상시의 운전조건이 가능하며, 자동과 수동운전이 가능한 중앙제어장치(600)를 통해 팩키지화시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 이온 발생 장치를 대기, 하수, 폐수 중에 투입하거나 발생된 이온화 가스를 대기, 하수, 폐수 중에 투입하게 되면 이온화 가스가 오염물질과 반응하여 오염물질을 분해시키므로서 정화가 용이하게 이루어진다.

상술한 바와 같이 본 발명에서는 원통형의 덮개 겸용 방열판, 방열판과 내접하도록 삽설되는 외부전극, 외부전극과 내접하도록 삽설되는 제1유전체, 제1유전체 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극, 지지체 역할을 하는 제2유전체 및 제2유전체 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극으로 구성되어지되 방열판, 외부전극, 제1유전체, 중간전극, 제2유전체 및 코어전극이 각각 삽입 고정되는 요홈을 갖는 한쌍의 뚜껑에 의하여 결합 구성되며, 외부전극과 코어전극에 병렬로 전원발진장치의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극에 다른 전극을 연결한 방전장치를 포함하는 이온 발생 장치를 구성하고, 이를 대기, 하수 및 폐수에 주입하여 오염물질을 제거시킨다.

따라서, 설비가 간단하고 제조 비용이 저렴하며, 공냉식이어도 이온 발생 효율이 우수하고, 실용적인 이온 발생 장치를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 용이하게 대 기, 하수 및 폐수를 정화하는 효과를 얻을 수 있었다.

Claims

공기 필터링장치(100), 방전장치(200), 전원발진장치(300), 자동배출장치(400) 및 유량제어장치(500)와 이를 중앙에서 제어하는 중앙제어장치(600)로 구성되는 이온 발생 장치에 있어서, 방전장치(200)는 원통형의 덮개 겸용 방열판(201), 방열판(201)과 내접하도록 삽설되는 외부전극(201a), 외부전극(201a)과 내접하도록 삽설되는 제1유전체(202), 제1유전체(202) 내부에 설치되는 코일 형상의 중간전극(205), 지지체 역할을 하는 제2유전체(204) 및 제2유전체(204) 내부에 삽입되어 고정 설치되는 코어전극(203)으로 구성되어지되 방열판(201), 외부전극(201a), 제1유전체(202), 중간전극(205), 제2유전체(204) 및 코어전극(203)이 각각 삽입 고정되는 요홈(209a, 209b, 209c)을 갖는 한 쌍의 뚜껑(208, 211)에 의하여 결합 구성되며, 제1유전체(202)와 코어전극(203)에 병렬로 전원발진장치(300)의 (+) 또는 (-) 전극 중 하나를 연결하고 중간전극(205)에 다른 전극을 연결한 구성한 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 압축공기 발생 및 저장장치를 공기 필터링장치(100) 전에 부가 설치한 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 제1유전체(202)는 외부전극(201a)의 내부에 코팅하여 구 성한 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 제1유전체(202)의 내부 표면 및 제2유전체(204)의 외부 표면에 나선형으로 요철(202a, 204a)을 형성한 것을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
청구항 1에 있어서, 전원발진장치(300)에서는 출력전압 1500V, 출력주파수 15 - 30KHz정도의 전원을 공급함을 특징으로 하는 이온 발생 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항의 이온 발생 장치를 대기, 하수, 폐수 중에 투입하거나 발생된 이온화 가스를 대기, 하수, 폐수 중에 투입함을 특징으로 하는 대기, 하수 또는 폐수 정화방법.