KR20090054483A - 수중 플라즈마 발생장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대용량의 폐수나 오염된 대기를 처리하는 경우에도 효율적으로 수중 방전이 일어나는 수중 플라즈마 발생장치 및 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 폐수가 저장되는 반응조에 담겨지며 내부에 중공부가 형성된 접지전극과 상기 접지전극과 이격되도록 상기 중공부에 삽입된 방전전극을 구비하는 수중 플라즈마 발생장치로서, 상기 접지전극에는 반응조와 중공부를 연통하는 연통부가 형성되고, 상기 방전전극 둘레의 폐수의 수압보다 더 큰 압력을 가지는 기체를 상기 방전전극 둘레에 공급하는 가압기체 공급수단에 의해 상기 방전전극 둘레에 형성된 기체층이 폐수와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

Description

수중 플라즈마 발생장치 및 방법{UNDERWATER PLASMA PRODUCING APPARATUS AND METHOD USING THEREOF}

본 발명의 폐수나 오염된 대기를 정화하기 위한 수중 플라즈마 발생장치 및 방법으로서, 보다 구체적으로는 대용량의 폐수나 오염대기를 처리하는 경우에도 수중 방전을 효율적으로 수행할 수 있는 수중 플라즈마 발생장치 및 방법에 대한 것이다.

산업기술의 발달과 함께 많은 유해물질과 난분해성 물질을 포함하는 산업폐수 및 폐가스, 폐기물 등이 발생하고 있으며, 이러한 오염물에 대한 효율적인 처리를 위해 최근 고급산화법 (Advanced Oxidation Process) 에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 고급산화법 중 하나로서 전극을 처리할 폐수에 잠기게 한 다음, 이 전극에 고전압 펄스를 가하여 방전시킴으로써 수중에서 활성 라디칼을 발생시켜 정화처리를 수행하는 수중 플라즈마 발생 장치가 알려져 있다.

그런데, 이러한 수중 플라즈마 발생 장치에서는 방전을 일으키기 위한 전극이 수중에 잠겨져 있는 상태에 있는 바, 전극에 가해지는 전기가 폐수를 통해 통전 됨으로써 플라즈마 발생이 용이하지 않아 실제 적용에 많은 문제점이 존재하고 있다.

이러한 문제점은 특히 대용량의 폐수나 오염된 대기의 처리가 필요한 경우에 지속적이고 안정적인 플라즈마 발생을 위해 많은 전력을 인가하더라도 상대적으로 방전효율은 개선되지 않아 더욱 문제시된다.

이를 해결하기 위해 방전되는 전극형상을 핀 형상으로 하여 플라즈마 방전효율을 개선하고자 하는 연구도 있었으나 이러한 경우에도 처리용량의 제한으로 인해 여전히 대용량의 폐수나 오염된 대기를 처리하기에 적합하지 않은 단점이 존재하게 된다.

본 발명은 대용량의 폐수나 오염된 대기를 처리하는 경우에도 효율적으로 수중 방전이 일어나는 수중 플라즈마 발생장치 및 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해, 폐수가 저장되는 반응조에 담겨지며 내부에 중공부가 형성된 접지전극과 상기 접지전극과 이격되도록 상기 중공부에 삽입된 방전전극을 구비하는 수중 플라즈마 발생장치로서, 상기 접지전극에는 반응조와 중공부를 연통하는 연통부가 형성되고, 상기 방전전극 둘레의 폐수의 수압보다 더 큰 압력을 가지는 기체를 상기 방전전극 둘레에 공급하는 가압기체 공급수단 에 의해 상기 방전전극 둘레에 형성된 기체층이 폐수와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 방전전극은 캡부에 설치되고, 상기 캡부에는 상기 방전전극의 둘레에 배치되어 상기 가압기체 공급수단으로부터 공급되는 기체가 유입되는 유입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 기체는 공기, 산소, 및 활성가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 중공부에는 오염된 기체를 유입하고, 상기 반응조에는 폐수 대신 정화된 물을 저장하여 오염된 기체를 정화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 방전전극은 유전체 배리어 방전 (Dieletric Barrier Discharge) 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 기체 공급시에는 액상의 산화제를 상기 접지전극이 젖지 않을 정도의 미량으로 함께 주입하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 연통부는 소재 자체에 형성되어 서로 연결됨으로써 상기 반응조와 중공부를 연통하는 복수의 기공으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치에서, 상기 연통부는 개구부 또는 접지전극에 분포된 하나 이상의 복수의 관통홈으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생방법은, 폐수가 저장되는 반응조에 담겨지며 내부에 중공부가 형성되고 반응조와 중공부를 연통하는 연통부를 구비하는 도전성의 소재로 이루어진 접지전극의 중공부에 상기 접지전극과 이격되도록 방전전극을 삽입하고, 상기 방전전극의 둘레에 상기 방전전극 둘레의 폐수의 수압보다 더 큰 압력을 가지는 기체를 공급함으로써 상기 방전전극 둘레에 형성된 기체층이 폐수와 접촉되는 상태에서 상기 방전전극에 고전압펄스나 교류를 인가함으로써 플라즈마 방전을 일으키는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 구성으로 인해 수중이 아닌 기체 중에서 방전을 시켜 플라즈마를 발생시킴으로써 플라즈마 발생효율을 높이는 효과를 가진다.

이와 같이 플라즈마 발생효율을 개선하는 동시에 전극형상에도 제한이 적게 되는 바, 대용량의 폐수나 오염된 공기 등의 기체도 효율적으로 처리할 수 있는 장점을 가진다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.

[제 1 실시예]

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 도시하는 도면이다. 도 2 는 본 발명의 제 1 실시예의 연통부의 다른 실시예를 도시하는 도면이다. 도 3 는 본 발명의 제 1 실시예의 연통부의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명의 수중 플라즈마 발생장치는, 처리되어야 할 폐수가 저장되는 반응 조(100)와, 상기 반응조(100)에 담겨지며 내부에 중공부가 형성된 접지전극(200)과, 상기 접지전극(200)의 중공부에 삽입되는 방전전극(300)과, 상기 접지전극(200)의 중공부를 밀폐시키는 캡부(400)로 이루어진다.

반응조(100)는 처리되어야 할 오,폐수가 담겨지는 구성으로서 오,폐수가 유입되는 유입구(101)와 정화처리된 다음 유출되는 유출구(102)가 형성되며, 상부에는 커버(103)가 형성되어 있다. 반응조(100)의 내부에는 격벽(104)이 그의 개구부가 서로 엇갈리도록 형성되어 있다.

접지전극(200)은 도전성 소재로 이루어지며 내부에 중공부가 (201)가 형성되고 상부에는 방전전극(300)과의 체결을 위한 플랜지(202)가 형성되어 있다.

본 실시예에서 연통부는 스테인레스나 구리와 같은 소재 자체에 형성되어 서로 연결됨으로써 반응조(100)와 중공부(201)를 연통시키는 복수 개의 기공(203)으로 이루어진다.

본 발명의 다른 실시예에서 연통부는 도 2 에 도시된 바와 같이 접지전극(200)의 상하로 걸쳐 분포된 복수의 관통홈(204)으로 형성되거나 도 3 에 도시된 바와 같이 접지전극(200)의 하단부에 형성된 개구부(205)로 형성될 수도 있으며, 반응조(100)와 중공부(201)를 연통시킴으로써 폐수의 유동을 가능케 함과 동시에 전극봉 주변에 기체막을 형성할 수 있게 하는 구성이라면 다른 구성도 가능하다.

방전전극(300)은 구리 등의 도전성 소재로 이루어진 전극(301)만으로 구성되거나 또는, 전극(301)의 외측에 순도 95% 이상의 알루미나 등의 세라믹 또는 쿼츠나 보러 실리케이트 등의 유리소재, 또는 에폭시, 테플론, 실리콘 등의 절연성이 높은 폴리머로 제작되는 배리어(302)를 형성하여 유전체 배리어 방전 (Dieletric Barrier Discharge) 전극으로 구성하는 것도 가능하다.

방전전극(300)은 중공부(201)의 내부에서 접지전극(200)과 일정간격으로 이격되도록 배치되며 상단부가 캡부(400)에 고정되고, 상측 선단부에 형성된 전극연결단자(303)에 의해 전원인가부(500)에 연결된다.

방전전극(300)은 형상에 제한받지 않으며 봉 형상이거나 또는 판 형상으로 형성될 수 있고, 접지전극(200)도 방전전극(300)과 소정 간격으로 이격되는 대응형상을 가지도록 형성될 수 있다.

캡부(400)는 하측 둘레에 형성된 플랜지부(401)에 의해 접지전극(300)과 체결된다. 한편, 캡부(400)에는 방전전극(300)의 둘레에 배치되며 캡부(400)를 관통하여 중공부(201)와 연통되는 환형 형상의 유입홈(402)이 형성되어 있다.

유입홈(402)에 연결된 가압기체 공급장치(403)에 의해 기체가 방전전극(300)의 둘레로 유입되며, 유입되는 기체의 압력은 방전전극(300)의 둘레에 가해지는 폐수의 압력보다 높게 설정되어 있는 바, 방전전극(300)의 둘레에는 기체층이 형성된다.

한편, 유입되는 기체로서 본 실시예에서는 공기를 사용하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 산소를 사용하여 오존 발생을 촉진시키거나 기타 방전을 활성화시킬 수 있는 활성가스를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 기체 공급시에는 기체뿐만 아니라 H₂O₂ 등과 같은 산화제를 액상의 형 태로 접지전극(200)이 젖지 않을 정도의 미량을 함께 주입함으로써 활성 라디컬의 발생이 더욱 촉진되게 하는 것도 가능하다.

전원인가부(500)는 고전압 펄스 또는 교류를 인가하는 장치로서 공지된 구성이다.

이하, 전술한 구성을 가지는 본 실시예의 작용에 대해 설명한다.

가압기체 공급수단(403)에 의해 기체가 공급되면 이 기체는 캡부(400)에 형성된 유입홈(402)을 지나 방전전극(300)의 둘레에 기체층을 형성하게 된다.

이때, 기체층은 방전전극(300)의 둘레의 폐수 압력보다 큰 압력을 가지므로 방전전극(300)이 기체중에 존재하는 상태를 유지하면서 방전이 일어나게 됨으로써 플라즈마 발생효율을 높이는 작용을 하게 된다.

이와 같은 안정적인 플라즈마 방전이 지속됨에 따라 기체와 접촉하는 폐수에서는 OH^*, H^*, O^*, O₃, H₂O₂ 등의 강력한 산화작용을 가지는 활성 라디칼이 발생하여 폐수에 포함된 유기물과 산화작용을 일으키면서 정화처리가 진행된다.

특히, 본 발명에서는 기체 중에서 플라즈마 방전이 발생하게 되므로 핀 형상 등 전극의 형상에 제한받게 되지 않으므로 대용량의 폐수나 오염된 공기 등의 기체를 정화하는 데 적합하도록 전극면적을 넓게 형성할 수 있게 된다.

또한, 정화된 기체 대신에 오염된 공기를 접지전극(200)의 내부에 주입하고 폐수 대신에 정화된 물을 반응조(100)에 주입한 상태에서 방전전극(300)에 고전압 펄스나 교류를 인가함으로써 오염된 공기를 정화하는 것도 가능하다.

[제 2 실시예]

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명의 제 2 실시예는 제 1 실시예와 기본적으로 동일한 구성을 가지며 다만, 접지전극(20), 방전전극(30), 및 캡부(40)가 반응조(10)에 수직하게 설치하는 것이 아니라 수평하게 설치된다는 점만이 상이하다.

제 1 실시예의 경우 접지전극(200)과 방전전극(300)을 반응조(100)에 수직하게 설치되어 반응조(100)의 수심에 따른 수압차이로 인해 플라즈마 발생 편차가 발생할 수도 있으나, 제 2 실시예의 경우에는 접지전극(20)과 방전전극(30)이 수평하게 설치되어 이러한 수심에 따른 플라즈마 발생 편차를 방지하는 작용을 하게 된다.

본 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 기재하는 것으로서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 것으로서 변형 및 수정이 가능한 것으로 해석되어야 한다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예를 도시하는 도면이다.

도 2 는 본 발명의 제 1 실시예의 연통부의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

도 3 는 본 발명의 제 1 실시예의 연통부의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이다.

도 4 는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 도면이다.

Claims (9)

1. 폐수가 저장되는 반응조에 담겨지며 내부에 중공부가 형성된 접지전극과 상기 접지전극과 이격되도록 상기 중공부에 삽입된 방전전극을 구비하는 수중 플라즈마 발생장치로서,

   상기 접지전극에는 반응조와 중공부를 연통하는 연통부가 형성되고,

   상기 방전전극 둘레의 폐수의 수압보다 더 큰 압력을 가지는 기체를 상기 방전전극 둘레에 공급하는 가압기체 공급수단에 의해 상기 방전전극 둘레에 형성된 기체층이 폐수와 접촉하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방전전극은 캡부에 설치되고,

   상기 캡부에는 상기 방전전극의 둘레에 배치되어 상기 가압기체 공급수단으로부터 공급되는 기체가 유입되는 유입홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기체는 공기, 산소, 및 활성가스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 중공부에는 오염된 기체를 유입하고, 상기 반응조에는 폐수 대신 정화된 물을 저장하여 오염된 기체를 정화하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 방전전극은 유전체 배리어 방전 (Dieletric Barrier Discharge) 전극으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 기체 공급시에는 액상의 산화제를 상기 접지전극이 젖지 않을 정도의 미량으로 함께 주입하는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연통부는 소재 자체에 형성되어 서로 연결됨으로써 상기 반응조와 중공부를 연통하는 복수의 기공으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 연통부는 개구부 또는 접지전극에 분포된 하나 이상의 복수의 관통홈으 로 형성되는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생장치.
9. 폐수가 저장되는 반응조에 담겨지며 내부에 중공부가 형성되고 반응조와 중공부를 연통하는 연통부를 구비하는 도전성의 소재로 이루어진 접지전극의 중공부에 상기 접지전극과 이격되도록 방전전극을 삽입하고, 상기 방전전극의 둘레에 상기 방전전극 둘레의 폐수의 수압보다 더 큰 압력을 가지는 기체를 공급함으로써 상기 방전전극 둘레에 형성된 기체층이 폐수와 접촉되는 상태에서 상기 방전전극에 고전압펄스나 교류를 인가함으로써 플라즈마 방전을 일으키는 것을 특징으로 하는 수중 플라즈마 발생방법.

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