KR20030013212A - 플라즈마 방전관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고전압 방전현상의 전기적, 물리적, 화학적 작용으로 유해 환경오염가스 및 공기중의 유해 미생물을 처리 제거하는 저온 플라즈마 발생용 방전장치의 방전관에 관한 것으로서, 방전관 내부에서 플라즈마가 골고루 방출되게 하여 장치가 대형화되어 저전압을 인가하여도 플라즈마 방전의 효율이 높으며 유리재질의 방전관이 손상되지 않도록 하여 불량을 줄이고 제조원가를 절감하여 생산성을 극대화하며 저전압을 인가하여도 플라즈마 방전이 효과적으로 이루어질 수 있는 플라즈마 방전관을 제공하려는 목적으로 플라즈마가 방전되는 방전관(10)과, 이 방전관(10)을 고정하는 소켓(11)과, 상기 방전관(10)의 외주에 일정한 간격으로 이격되게 마련되며 +전극 역활을 하는 다공 금속관(12)과, 상기 방전관(10)에 전압을 인가하는 전압인가수단을 포함하는 플라즈마 방전장치(20)에 있어서;

상기한 방전관(10)은 내부의 공간부에 불활성가스(G)가 충진되며, 일정량의 수은(S)이 내재되고, 일측에 금속필라민트(F)가 마련되며, 상기 금속필라민트(F)와 접속된 전극(E)이 외부로 연통되게 밀봉된 유리관(T)으로 이루어지는 플라즈마 방전관을 제공한다.

Description

플라즈마 방전관{A Plasma Discharge Tube}

본 발명은 고전압 방전현상의 전기적, 물리적, 화학적 작용으로 유해 환경오염가스 및 공기중의 유해 미생물을 처리 제거하는 저온 플라즈마 발생용 방전장치의 방전관에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방전 밀도를 증가시키고 방전효율을 증대시킨 플라즈마 방전관에 관한 것이다.

일반적으로 인구의 증가와 더불어 산업이 발달함에 따라 질소산화물, 황산화물, 탄소산화물, 휘발성 유기물 등의 유해 환경오염 가스 방출량이 크게 증가하고 있으며, 이들로 인한 각종 공해가 큰 사회문제로 대두됨에 따라 국가마다 법적 기준치를 마련하여 엄격하게 규제하고 있으며, 그 처리수단과 방법에 대해서는 많은 고심과 더불어 꾸준한 연구를 수행하고 있다.

최근에 들어 많은 연구성과들에 의해서 이러한 유해 환경오염 가스를 제거하는 방법으로 고전압 인가에 의한 부분방전(partial discharge) 즉, 저온 플라즈마방전(nonthermal plasma discharge)이 유해 환경가스들을 적절히 처리할 수 있는 수단으로 이용될 수 있음이 확인되었으며, 화학적 처리방법들인 습식 석회 석고법이나 암모니아 접촉 환원법 대신에 저온 플라즈마를 유해 환경오염 가스의 처리수단으로 이용할 경우에는 한대의 저온 플라즈마 방전장치로서도 산화질소물과 황산화물 등과 같은 유해가스를 동시에 처리할 수 있으며, 특히 건식이므로 처리수의 재처리 과정이 불필요하고 또한 2차 유해물질이 생성되지 아니하며 효율이 높고 경제적인 효과가 있음이 입증되었다.

이와 같은 장점들이 많음에도 불구하고 상기한 저온 플라즈마 방전장치가 유해 환경오염 가스의 처리용으로 많이 사용되지 않는 이유로는 효율성과 신뢰성이 높은 저온 플라즈마 방전관의 미개발에 기인하고 있다.

종래의 대표적인 공간방전 형식의 저온 플라즈마 방전장치로는 도1에 도시된 바와 같이 알루미늄 또는 스테인레스 재질의 금속관으로 된 방전전극(1)이 내설되며 내부가 진공처리되고 상기 방전전극(1)과 접속되는 전극(2)이 외부로 돌출되게 밀봉된 방전관(3)과, 이 방전관(3)을 고정하는 소켓(4)과, 상기 방전관(3)의 외주에 외주면과 일정한 간격으로 이격되게 설치되며 +전극의 역활을 하는 다공금속관(5)과, 상기 소켓(4)이 고정장착되며 방전관(3)에 고전압을 인가하는 도시되지 않은 전압인가수단이 마련된 몸체(6)로 이루어져 있다.

상기와 같은 종래의 플라즈마 방전장치는 방전전극(1)에 고전압을 인가하면 방전전극(1)의 표면으로 부터 수 mm직경의 이내의 공간에 부분적으로 플라즈마 방전이 발생하도록 한 것이다.

그러나 상기한 종래의 플라즈마 방전장치는 구조가 단순한 장점은 있으나 장치가 대형화 하면 방전공간이 커지게 되고 그에 비례하여 인가전압도 매우 높게 승압시켜야 하는 문제점이 있으며, 설사 인가 전압을 상승시키고 또한 고성능의 전원장치를 사용하여 방전전극의 표면으로 부터 수십 mm직경 이내의 공간으로 폭 넓은 방전이 이루어지게 하면 방전전극 부근에 자연히 고온인 플라즈마 불꽃방전(arc discharge)상태로 진전되는 문제점들이 있었다.

또한 방전관 내부에 내설하여 고정하는 방전전극의 크기가 방전전극의 내경에 비례하여 커져야 하므로 그 설치가 용이하지 못하고, 방전전극 자체의 하중에 의해 방전전극이 방전관 내부에서 아래로 처지는 문제점이 발생하여 플라즈마가 방전관 외부로 고루게 방사되지 않는 문제점이 있으며 방전관의 일단부에 방전전극을 고정하고 이 부위를 밀봉하여 내부를 진공상태로 유지하므로 강도가 약한 유리재질로 된 방전관의 밀봉부가 손상되어 진공상태를 유지하지 못하는 문제점이 있었다.

이와 같이 방전관 내부가 완전히 밀봉되지 못하여 외부로 플라즈마 방전이원활하게 이루어지지 않으며 심할 경우에는 방전관이 파손되는 또 다른 문제점이 있었다.

그리고 플라즈마 방전이 방전전극에서만 발생되므로 플라즈마 방전의 효율이 낮은 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 목적은 방전관 내부에서 플라즈마가 골고루 방출되게 하여 장치가 대형화되어 저전압을 인가하여도 플라즈마 방전의 효율이 높으며 유리재질의 방전관이 손상되지 않도록 하여 불량을 줄이고 제조원가를 절감하여 생산성을 극대화하며 저전압을 인가하여도 플라즈마 방전이 효과적으로 이루어질 수 있는 플라즈마 방전관을 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 플라즈마 방전관은 플라즈마가 방전되는 방전관과, 이 방전관을 고정하는 소켓과, 상기 방전관의 외주에 일정한 간격으로 이격되게 마련되며 +전극 역활을 하는 다공 금속관과, 상기 방전관에 전압을 인가하는 전압인가수단을 포함하는 플라즈마 방전장치에 있어서;

상기한 방전관은 내부의 공간부에 불활성가스가 충진되며, 일정량의 수은이 내재되고, 일측에 금속필라민트가 마련되며, 상기 금속필라민트와 접속된 전극이 외부로 연통되게 밀봉된 유리관으로 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상새하 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 플라즈마 방전관이 적용된 플라즈마 방전장치를 보인 단면도,

도 2는 본 발명의 플라즈마 방전관이 적용된 플라즈마 방전장치를 보인 단면도,

*도면중 중요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 방전관 11 : 소켓

12 : 다공금속관 13 : 실리콘밀봉재

G : 불활성가스 S : 수은

F : 필라민트 E : 전극

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 방전관이 적용된 플라즈마 방전장치를 도시한 것으로 본 실시예의 플라즈마 방전관(10)은 플라즈마가 방전되는 방전관(10)과, 이 방전관(10)을 고정하는 소켓(11)과, 상기 방전관(10)의 외주에 일정한 간격으로 이격되게 마련되며 +전극 역활을 하는 다공 금속관(12)과, 상기 방전관(10)에 전압을 인가하는 전압인가수단을 포함하는 플라즈마 방전장치(20)에 있어서;

상기한 방전관(10)은 내부의 공간부에 불활성가스(G)가 충진되며, 일정량의 수은(S)이 내재되고, 일측에 금속필라민트(F)가 마련되며, 상기 금속필라민트(F)와 접속된 전극(E)이 외부로 연통되게 밀봉된 유리관(T)으로 이루어진다.

미설면부호 13은 실리콘밀봉재 이다.

상기에서 다공 금속관(12)은 +전극을 가질 수 있게 도시되지 않은 상기 전압인가수단에 전기적으로 연결되어 방전관(10)의 외주에서 대략 1.5mm - 2mm 정도 이격되게 마련되며 전극(E)은 소켓(11)을 통하여 전압인가수단과 전기적으로 연결되어 있다.

상기에서 불활성가스(G)는 특히 아르곤가스(Ar)를 사용하는 것이 가장 바람직 하며 이것은 다른 불활성가스에 비해 그 비용이 적어 경제적인 효과가 있기 때문이다.

이와 같이 된 본 실시예의 플라즈마 방전관(10)은 먼저 도시되지 않은 전압인가수단에서 전극(E)으로 전압(2000v - 3000v)을 인가하면 전극(E)과 연결된 필라민트(F)에서 전자가 방출되어 방전관(10) 내부로 방출되고 이 전자와 반응하여 방전관(10)의 내부에 내재되어 있는 수은(S)이 이온화되어 이온화 된 수은이온이 관 내부로 방출된다.

상기와 같이 수은이온이 방출되면 이 수은이온은 방전관(10) 내부에 충진된 불활성가스(G)와 충돌을 하고 이 충돌에 의해 플라즈마 에너지가 방사된다.

이때 수은이온은 불활성가스(G)와 충돌을 하면서 그 진행방향이 어긋나며 진행하여 또 다른 불활성가스(G)와 충돌하고 플라즈마 에너지를 방출한다.

이렇게 되어 방전관(10) 내부의 곳곳에서 플라즈마 방전이 이루어진다.

이와 같이 방전관(10) 내부에서 방사되는 플라즈마는 방전관(10) 외부로 방출이 되고 방전관(10) 외주에 마련된 다공금속관(12)을 통해 공기중으로 방출된다.

이와 같이 공기 중으로 방출된 플라즈마는 공기중에 포함된 질소산화물, 환산화물 등과 같은 유해 환경오염 가스 및 유해 미생물을 제거하게 되는 것이다.

이와 같이 본 발명의 플라즈마 방전관은 방전관 내부에서 플라즈마가 골고루 방출되며 장치가 대형화되어도 저전압만을 인가하여도 플라즈마 방전의 효율이 높으고 유리재질의 방전관이 손상되지 않도록 하여 불량을 줄이고 제조원가를 절감하여 생산성을 극대화할 수 있는 것이다.

Claims (2)

1. 플라즈마가 방전되는 방전관과, 이 방전관을 고정하는 소켓과, 상기 방전관의 외주에 일정한 간격으로 이격되게 마련되며 +전극 역활을 하는 다공 금속관과, 상기 방전관에 전압을 인가하는 전압인가수단을 포함하는 플라즈마 방전장치에 있어서;

   상기한 방전관은 내부의 공간부에 불활성가스가 충진되며, 일정량의 수은이 내재되고, 일측에 금속필라민트가 마련되며, 상기 금속필라민트와 접속된 전극이 외부로 연통되게 밀봉된 유리관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 방전관
2. 제 1항에 있어서,

   상기한 불활성 가스는 아르곤으로 된 것을 특장으로 하는 플라즈마 방전관