KR20000034849A - 고전압 방전을 이용한 이온화가스 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이온화가스 발생장치는 하우징과, 하우징내에 내장되는 제 1 전극 및 제 2 전극을 포함한다. 하우징에는 공기 유입구와 이온화가스 배출구가 형성된다. 제 1 전극과 제 2 전극은 하우징 내의 공기 중에 설치되며, 제 1 전극은 절연 부도체에 의해서 감싸진다. 제 1 전극은 제 2 전극 내부에 삽입하여 배치되고, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에는 고전압이 인가된다. 본 발명의 이온화가스 발생장치에서는, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 방전되는 전자에 의해, 하우징 내로 유입되는 공기가 이온화되고 산화 가스 성분을 함유하게 되어 정화될 뿐만 아니라, 정화된 공기를 하우징 외부로 인출하여 폐수중에 침투시켜서 폐수의 고분자 화합물이 분해, 전리등의 작용에 의해 저분자 화합물로 직접 정화되게 한다. 따라서, 본 발명의 이온화가스 발생장치는 장치의 제조 비용 및 공기/폐수의 처리 비용을 크게 절감시킨다.

Description

고전압 방전을 이용한 이온화가스 발생장치{System for generating ionized gas using high-voltage discharging}
본 발명은 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치에 관한 것이며, 특히 별도의 화학 물질이나 생물학적 수단을 필요로 하지 않으며, 오존 발생기등과 같은 별도의 복잡한 구성을 가진 장비 없이 간단한 구성을 가지면서도 효과적으로 이온화가스를 발생시킬 수 있어서, 장치의 제조 비용 및 공기/폐수의 처리 비용을 절감할 수 있는 이온화가스 발생장치에 관한 것이다.
환경 오염 문제는 오늘날 현대에 있어서 인류의 생존을 위협하는 대단히 심각한 문제이며, 이 문제는 전세계적으로 인류에게 초미의 관심사가 되고 있다. 환경 오염 문제중에서 대기오염은 지구온난화는 물론, 최근에 전세계적인 기상이변을 유발시킨 엘니뇨 현상등의 발생을 초래하는 근본 원인으로서, 사람의 건강에 직접적인 피해를 줄 뿐 아니라 생태계에도 커다란 피해를 주고 있다.
이러한 대기오염 문제를 해결하기 위한 한가지 방편으로, 대기중의 오염물질들을 전기적으로 제거하기 위한 다양한 장치들이 개발된 바 있다. 전기적인 제거는 공기로부터 입자타입의 불순물들을 제거하는 데 효과적인 기술로서, 오염된 공기를 전자기 에어필터를 통과시킴으로써 공기중의 오염입자들을 제거할 수 있다. 그러나, 이 장치들은 부패한 담배에서 발생하는 냄새와 같은 악취등을 제대로 제거시키지 못하고, 사람에게 발한증을 느끼게 하는 등의 인체에 유해한 문제점을 내포하고 있다.
이와는 달리, 공기에 오존을 공급하여 오염물질의 미세조직을 산화시키는데 효과적인 오존 가스 발생기가 개발된 바 있다. 그런데, 오존 발생기는 상당히 고가의 장비로서 공기정화에 소용되는 전체 비용을 크게 증가시키게 되는 단점이 있다.
한편, 대기오염 문제 못지않게 심각한 것이 수질오염인데, 점점 고갈되어 가는 수자원의 보호는 전세계 인류에게 당면한 문제로 떠오르고 있다. 인류의 생존에 필수적인 수자원의 보호를 위해서는, 천연 상태의 수자원 자체의 보호도 중요하지만, 수자원의 효과적인 이용이나 절수, 그리고 오수 폐수등의 재생 처리등이 더욱 중요하다.
오수나 폐수등을 처리과정을 거치지 않고 그대로 자연에 폐기 또는 방류하는 경우에는, 천연 상태의 수자원 자체와 섞여 그를 오염시킬 뿐 아니라, 기타의 환경을 오염시키므로써, 심각한 폐해를 가져온다. 따라서, 이러한 환경 오염 문제 등의 유발을 방지하기 위하여, 오수 또는 폐수를 처리하기 위한 다양한 노력이 시도되고 있다.
그러한 노력의 일환으로써, 대한 민국 특허 공개 제 96-34103 호 (염소 화합물과 전기 분해를 이용한 염색 폐수의 탈색 처리 방법; 이하 선행 기술 1 이라 함) 또는 제 97-74670 호 (고정화 담체를 이용한 유기성 폐수의 생물학적 처리 방법 및 장치; 이하 선행 기술 2 라함)에 의해 개시된 방법 및 장치와 같은 다양한 오수 또는 폐수 처리 장치 또는 방법이 개발되어 있다.
그러나, 이상과 같은 종래의 기술에 의한 폐수 처리 방법이나 장치에 있어서는 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다. 즉, 먼저 선행 기술 1에서와 같은 화학적 처리 방법에 있어서는, 화학 반응을 일으키기 위해 염산, 염화 칼슘 등 염소 화합물과 같은 별도의 물질을 폐수에 투입하여야만 하기 때문에, 그를 위한 비용이 많이 들 뿐 아니라, 그러한 화학 물질들로 인해 예기치 못한 이차적 오염을 유발시킬 수도 있는 위험이 있다. 또한, 화학 반응을 유발시키기 위해 자외선 램프(UV Lamp)에 의한 오존 발생기등을 이용하기 때문에, 폐수 처리의 전체 비용이 크게 증가되는 등의 단점이 있다.
또한, 전술한 선행 기술 2에서와 같은 생물학적 처리 방법에 있어서도, 수질 정화를 위한 별도의 미생물등이 요구됨으로 인한 비용의 증가 문제, 그리고 그와 같은 미생물의 배양등을 위한 별도의 시설을 필요로 하는 등 여러 가지 문제점을 나타내고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 본 출원인이 1998년 11월 25일자로 출원한 대한민국 특허출원 제 98-50538 호에는 고전압 방전을 이용한 이온화가스 발생장치가 개시된 바 있다. 상기 이온화가스 발생장치는 별도의 화학물질이나 생물학적 수단을 필요로 하지 않으며, 간단한 구성을 가지면서도 효과적으로 이온화가스를 발생시킬 수 있다. 그런데, 상기 이온화가스 발생장치는 이온화가스 발생효율의 증가시키기 위해서 시스템의 전체 구성중 일부분에 대하여 개선의 필요성이 대두되었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점 및 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오존 발생기등과 같은 별도의 복잡한 구성을 갖는 장비를 구비함이 없이 간단한 구성을 가지면서도 대기중의 오염물질들을 효과적으로 정화 처리할 수 있어서 장치의 제조 비용을 절감할 수 있는 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 화학 물질이나 생물학적 수단의 도움없이 축산폐수나 쓰레기 침출수 등의 오수, 폐수의 정화 처리에 효과적으로 이용될 수 있고 탈색 기능을 발휘할 수 있는 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고전압 방전을 이용한 이온화가스 발생장치의 구성도,
도 2a는 도 1에 도시된 방전관의 제 2 전극을 나타낸 종단면도, 그리고
도 2b는 도 2a에 도시된 제 2 전극 내에 제 1 전극이 삽입된 상태를 나타낸 종단면도이다.
〈도면의주요부분에대한부호의설명〉
10 : 이온화가스 발생장치 11 : 하우징
12 : 공기 유입구 13 : 이온화가스 배출구
14 : 관통공 15 : 격벽
16 : 제 1 전극 17 : 제 2 전극
18 : 절연 부도체 20 : 전원
22 : 변압기 30 : 방전관
32 : 방전관 토출마개 34 : 방전관 인입마개
40 : 제 1 송풍기 42 : 제 2 송풍기
51 : 제 1 전원라인 52 : 제 2 전원라인
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은,
공기 유입구와 이온화가스 배출구가 형성되며, 상기 공기 유입구를 통해서 공기가 내부로 유입되는 하우징;
상기 하우징 내부의 상기 공기 중에 설치되는 제 2 전극; 및
상기 하우징 내부의 상기 공기 중에서 상기 제 2 전극 내부에 배치되는 제 1 전극을 포함하며,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에는 적어도 10,000V 이상의 고전압이 인가되며, 상기 공기는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이를 통과하면서 이온화되고, 이온화된 가스는 상기 이온화가스 배출구를 통해서 상기 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 이온화가스 발생장치를 제공한다.
상기 제 1 전극은 절연 부도체로 감싸여진다.
이상과 같은 구성을 구비한 본 발명에 따른 이온화가스 발생장치에서는, 별도의 화학 반응 물질이나 미생물등 생물학적 재료를 투입하지 않고도, 그리고 자외선 램프에 의한 오존 발생기와 같은 고가의 장비를 필요로 하지 않고서도 오염된 공기의 정화 또는 폐수의 정화 처리에 효과적으로 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치(10)에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치(10)의 개략적인 구성도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치(10)는 전기적으로 완전 부도체로 만들어진 하우징(11)을 포함한다. 하우징(11)에는 공기 유입구(12)와 이온화가스 배출구(13)가 형성된다. 바람직하게는, 공기 유입구(12)에는 제 1 송풍기(40)가 설치되어, 하우징(11) 내로 공기를 소정의 압력으로 송풍할 수 있게 되어있다. 또한, 공기 유출구(13)에는 제 2 송풍기(42)가 설치되어, 하우징(11)으로부터 유출되는 공기를 소정의 압력으로 원하는 장소로 송풍할 수 있게 되어 있다.
하우징(11) 내에는 한쌍의 격벽(15)이 하우징(11)의 내부를 가로질러서 연장된다. 격벽(15)에는 다수의 삽입공(19)이 관통하여 형성된다. 하우징(11) 내에서, 격벽(15)의 삽입공(19)에는 다수의 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17)이 함께 배치된다.
도 2a는 도 1에 도시된 방전관의 제 2 전극을 나타낸 종단면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 제 2 전극 내에 제 1 전극이 삽입된 상태를 나타낸 종단면도이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 중공의 제 2 전극(17)은 스테인레스 파이프로 이루어지며, 제 2 전극(17)의 양단에는 방전관 토출마개(32)와 방전관 인입마개(34)가 끼워맞추어 진다. 방전관 토출마개(32)와 방전관 인입마개(34)는 페놀수지나 폴리프로필렌수지로 이루어진 절연체이다. 방전관 토출마개(32)와 방전관 인입마개(34)의 중앙에는 제 1 전극(16)을 수용할 수 있는 관통공(14b,14a)이 각각 형성된다.
제 1 전극(16)은 약 3.5mm 직경의 스테인레스 봉으로 이루어지며, 절연 부도체(18)로 감싸진다. 절연 부도체(18)는 유리, 세라믹 등의 전기적 유전체 또는 절연체로 만들어질 수 있다. 바람직하게는, 절연 부도체(18)는 유리로 만들어진다. 제 1 전극(16)은 유리인 절연 부도체(18)로 감싸인 상태하에서 방전관 인입마개(34)의 관통공(14a)으로 끼워진후 제 2 전극(17)의 내부를 지나 방전관 토출마개(32)의 관통공(14b) 내로 삽입된다. 이때, 관통공(14b) 내에서, 제 1 전극(16)의 말단부를 에워싸는 절연 부도체(18)의 삽입단부 외면과 관통공(14b)의 막힌 단부 사이에는 절연체(24)가 배치된다.
이에 의해, 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이에는 밀도 높은 전자의 흐름이 조성될 수 있게된다. 이때, 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이의 간격은 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이에 걸리는 전압에 따라 선택될 수 있는데, 그 사이의 전압이 약 12,000 ~ 15,000V일 경우, 두 전극들 사이의 간격은 약 3 ~ 10mm 인 것이 바람직하다.
제 1 전극(16)과 제 2 전극(17)은 각각 제 1 전원라인(51)과 제 2 전원라인(52)을 통해서 고전압을 발생시키기 위한 변압기(22)를 지나 전원(20)에 연결된다. 따라서, 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이에는 고전압이 인가된다.
하기에서는, 이상과 같은 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 방전을 이용한 이온화가스 발생장치(10)의 작용에 대해 설명한다.
먼저, 작업자는 전원(20)에 연결된 변압기(22)를 가동하여, 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이에 고전압을 인가한다. 인가되는 전압은 약 12,000 ~ 15,000V인 것이 바람직하다. 이때, 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이에 걸리는 고전압으로 인해 음극으로부터 양극으로 전자가 방출되는 데, 도시된 바와 같이 교류 전압이 걸리는 경우, 양 전극 모두로부터 전자가 방출된다. 제 1 전극(16)이 제 2 전극(17) 내에 배치되어 있어서, 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이에는 밀도 높은 전자의 흐름이 조성된다.
다음으로, 공기 유입구(12)를 통하여는 공기를 하우징(11) 내로 유입시킨다. 하우징(11) 내로 유입된 공기는 제 1 전극(16)과 제 2 전극(17) 사이를 통과하게 되는데, 이때 그 사이에서 방전되는 전자의 작용에 의해 공기중의 오염 성분들이 정화된다. 즉, 하우징(11) 내로 유입된 공기에서는, 방전된 전자의 작용에 의해 OH-, O2-등의 이온과 오존(O3), 이산화 수소(HO2) 등의 산화 가스 성분이 발생한다.
하우징(11) 내에서 정화처리된 공기는 이온화가스 배출구(13)을 통해서 배출되는데, 작업자는 이와 같이 이온화되고 산화 가스 성분을 포함하는 처리 공기를 제 2 송풍기(42)를 이용하여 소정의 목적에 이용할 수 있다. 즉, 전술한 이온화되고 산화 가스 성분을 포함하는 처리 공기를 공기 청정에 직접 이용하거나 또는 물질의 산화제로서 이용할 수 있다.
이와는 달리, 이온 또는 산화 가스 성분등을 포함한 처리 공기를 폐수의 정화에 이용할 수도 있다. 다시 말해서, 제 1 송풍기(40)에 의해서 하우징(11) 내로 가압 송풍되는 공기는 전술한 바와 같이 정화되는데, 이렇게 정화된 공기를 하우징(11)으로부터 외부로 인출하여 폐수중에 침투시키면, 주로 고분자 탄소 화합물등으로 구성된 폐수의 오염 성분들이 방출 전자와의 충돌, 교란, 해리 또는 치환 작용 등에 의해 무기 화합물 등의 저분자 물질로 변하게 되어 수질의 정화 작용이 이루어지게 된다. 한편, 폐수 정화제로서 이용할 경우에는, 기존의 방식과 같이 기포 발생기(bubble generator)를 이용하여 상기 처리 공기를 기포화시킨 후 폐수를 통과시키는 방법을 이용할 수도 있다.
이상에서 설명한 바와같이, 본 발명에 따른 이온화가스 발생장치(10)에서는, 자외선 램프에 의한 오존 발생기와 같은 고가의 장비를 필요로 하지 않고도, 오존등 산화 가스 성분과 이온등을 발생시킬 수 있고 또한 이들 성분을 이용하여 오염된 공기를 정화할 수 있어서, 공기 정화 처리 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한, 별도의 화학 물질이나 생물학적 수단을 필요로 하지 않고도 축산폐수나 쓰레기 침출수 등의 오수, 폐수의 정화 처리에 효과적으로 이용될 수 있고 탈색 기능을 발휘할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 공기 유입구와 이온화가스 배출구가 형성되며, 상기 공기 유입구를 통해서 공기가 내부로 유입되는 하우징;
    상기 하우징 내부의 상기 공기 중에 설치되는 중공의 제 2 전극; 및
    상기 하우징 내부의 상기 공기 중에서 상기 제 2 전극 내부에 삽입하여 배치되는 제 1 전극을 포함하며,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에는 적어도 10,000V 이상의 고전압이 인가되며, 상기 공기는 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이를 통과하면서 이온화되고, 이온화된 가스는 상기 이온화가스 배출구를 통해서 상기 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 이온화가스 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극은 절연 부도체로 감싸여진 상태에서, 상기 제 2 전극의 일단에 끼워맞추어진 방전관 인입마개의 관통공으로 끼워진후 상기 제 2 전극의 내부를 지나 상기 제 2 전극의 타단에 끼워맞추어진 방전관 토출마개의 관통공 내로 삽입되고, 상기 방전관 토출마개의 관통공 내에서, 상기 제 1 전극의 말단부를 에워싸는 상기 절연 부도체의 삽입단부 외면과 상기 방전관 토출마개의 관통공의 막힌 단부 사이에 절연체가 배치된 것을 특징으로 하는 이온화가스 발생장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가되는 전압은 12,000 ~ 15,000V이며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이의 거리는 3 ~ 10mm인 것을 특징으로 하는 이온화가스 발생장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 유입구와 상기 이온화가스 배출구에는 송풍기가 각각 연결된 것을 특징으로 하는 이온화가스 발생장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 각각 제 1 전원라인과 제 2 전원라인을 통해서 고전압을 발생시키기 위한 변압기를 지나 전원에 연결된 것을 특징으로 하는 이온화가스 발생장치.
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