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KR101057453B1 - 플라즈마 처리장치 - Google Patents

플라즈마 처리장치 Download PDF

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Publication number
KR101057453B1
KR101057453B1 KR1020100133706A KR20100133706A KR101057453B1 KR 101057453 B1 KR101057453 B1 KR 101057453B1 KR 1020100133706 A KR1020100133706 A KR 1020100133706A KR 20100133706 A KR20100133706 A KR 20100133706A KR 101057453 B1 KR101057453 B1 KR 101057453B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
dielectric tube
plasma
processed
core electrode
Prior art date
Application number
KR1020100133706A
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English (en)
Inventor
장동룡
장두일
Original Assignee
미륭이씨오 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 미륭이씨오 주식회사 filed Critical 미륭이씨오 주식회사
Priority to KR1020100133706A priority Critical patent/KR101057453B1/ko
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
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Abstract

액상의 피처리 대상물을 플라즈마 생성물로 처리하기 위한 플라즈마 처리장치는, 피처리 대상물과 분리된 기체 유입구 및 피처리 대상물과 연통된 기체 배출구가 형성되는 유전체관, 피처리 대상물로부터 격리되게 유전체관 내측에 배치되는 코어전극, 및 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부, 및 기체 배출구에 장착되어 기체 배출구를 통해서 피처리 대상물이 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는 차단부재를 포함하며, 기체 유입구를 통해서 공급되는 기체는 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 방전에 노출되며, 플라즈마 방전에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체는 기체 배출구를 통해서 피처리 대상물로 공급된다.

Description

플라즈마 처리장치{PLASMA PROCESSING DEVICE}
본 발명은 액상의 피처리 대상물을 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 플라즈마 방전에 의해서 생성된 플라즈마 생성물로 액상의 피처리 대상물을 처리하는 플라즈마 처리장치에 관한 것이다.
유기물이 많은 오염된 물에서는 미생물이 함께 서식할 수 있다. 오수가 하천이나 해수로 그대로 유입되면, 유기물의 부패로 산소 농도가 줄어들고, 유해한 미생물로 인한 산소 농도의 결핍이나 독소로 인하여 어류 및 다양한 수중 생물들이 집단으로 폐사할 수 있다. 또한, 오수가 부패되는 과정에서 악취를 발생시킬 수 있다. 따라서, 축사, 양식장 혹은 공장에서 사용한 오수의 미생물의 사멸이나 유기물의 처리를 위한 다양한 방법이 사용되고 있다.
오수를 처리하기 위하여 현재 널리 사용하는 방법으로는 여과(filtration), 염소 처리(chlorination), 자외선 처리(UV irradiation), 및 오존 처리(ozonation) 등이 있다.
다만, 여과를 통한 처리 방법은 미생물 및 유기물을 함께 제거할 수 있으나, 미생물을 살균하는 데는 적합하지 못하며, 필터의 주기적인 교체가 필요하여 유지 및 관리에 있어서 번잡하고 비용이 증가하는 문제가 있다.
염소 처리 방법은 미생물의 살균 효과가 우수하나, 모든 미생물에 대해서 살균 효과가 있는 것은 아니며, 염소의 독성이 어류 및 다른 수중 생물에도 직접적인 영향을 주는 문제가 있다.
자외선 처리 방법은 자외선의 침투 깊이에 한계가 있어 대량의 오수 처리에 부적합하고, 미생물 별로 적정 에너지밀도와 파장이 달라 살균 효과가 좋지 못하며, 자외선 램프의 수명이 짧아 유지 비용이 적지 않은 단점이 있다.
또한, 오존의 주입 방법은 미생물을 사멸하는 효과가 우수하나 오존은 고온에서 빠르게 분해되어 오수를 낮은 수온으로 유지해야 하며, 초기 설비 투자 비용 및 유지 비용이 높다.
본 발명은 오수 내의 유기물을 제거하고, 동시에 미생물까지 사멸시킬 수 있는 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명은 즉각적인 오수의 유기물 제거 및 미생물의 사멸 효과가 있는 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명은 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않고, 오수 처리가 가능하며, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 용이한 플라즈마 처리장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 액상의 피처리 대상물을 플라즈마 생성물로 처리하기 위한 플라즈마 처리장치는, 피처리 대상물과 분리된 기체 유입구 및 피처리 대상물과 연통된 기체 배출구가 형성되는 유전체관, 피처리 대상물로부터 격리되게 유전체관 내측에 배치되는 코어전극, 및 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부, 및 기체 배출구에 장착되어 기체 배출구를 통해서 피처리 대상물이 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는 차단부재를 포함하며, 기체 유입구를 통해서 공급되는 기체는 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 방전에 노출되며, 플라즈마 방전에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체는 기체 배출구를 통해서 피처리 대상물로 공급된다.
유전체관은 다양한 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 석영(quartz), 유리, 유리 적층물(laminate)과 같은 세라믹 재료를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서, 전기 절연성이 좋아 전기 부품으로 많이 사용되는 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 합성수지를 사용할 수도 있으며, 에폭시(epoxy)로 충전된 유리 적층물을 사용할 수도 있다. 물론, 유전체관의 재료는 상술한 재료에 제한되지 않으며, 유전체관은 절연성과 내열성이 좋은 임의의 유전체로 만들어질 수 있다.
코어전극은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있다.
코어전극에 교류 고전압 즉, 전원이 인가되면 코어전극 및 유전체관 사이에 방전이 유도된다. 이때, 유전체관의 내부로 강제로 공급되는 기체로부터 다양한 플라즈마 생성물이 발생되며, 플라즈마 생성물은 액상의 피처리 대상물로 공급되어 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
본 명세서에서 피처리 대상물이라 함은, 소정의 전기 전도성을 갖는 액체로 이해될 수 있으며, 피처리 대상물의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 피처리 대상물은 축사, 양식장 혹은 공장에서 사용한 다양한 유기물이나 미생물이 포함된 오수일 수 있으며, 경우에 따라서, 순수한 물일 수도 있다. 마찬가지로, 기체 역시 산소, 수소, 및 아르곤(argon) 등을 포함하는 일반적인 대기 중의 공기일 수도 있으며, 산소와 같은 한 종류의 기체일 수도 있다.
유전체관으로 공급되는 기체의 종류에 따라서 생성되는 플라즈마 생성물의 종류가 다소 달라질 수 있고, 플라즈마 생성물에 의해서 처리되는 피처리 대상물의 성질도 달라질 수 있다.
구체적으로, 상술한 피처리 대상물이 오수이며, 유전체관으로 공급되는 기체가 일반적인 공기인 경우, 플라즈마 방전에 의해서 기체는 오존, O, H2O2, OH 등과 같은 산화성 활성종 및 자외선 등을 발생시켜, 오수 내의 유기물이나 미생물을 처리할 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 미생물이라 함은, 주로 단일세포 또는 균사로써 몸을 이루는 생물로서, 조류(algae), 세균류(bacteria), 원생동물류(protozoa), 사상균류(fungi), 효모류(yeast), 및 바이러스(virus) 등을 두루 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
또한, 피처리 대상물이 순수한 물이며, 기체가 순수한 산소인 경우에는 산소로부터 오존이 발생하며, 오존으로 처리된 피처리 대상물로부터 오존수를 생산할 수도 있다.
한편, 액상의 피처리 대상물은 그라운드 전극과 연결될 수 있으며, 액상의 피처리 대상물이 그라운드 전극의 역할을 함으로써, 금속 전극을 사용할 때와 다르게 부식 문제를 해결할 수 있다.
또한, 코어전극은 유전체관 내에 배치되어 액상의 피처리 대상물과 직접 접촉하지 않으며, 이에 액상의 피처리 대상물의 전기 전도로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 차단부재는 기체 배출구에 장착되어 기체 배출구를 통해서 피처리 대상물이 유전체관 내측으로 유입되는 것을 방지하는데, 차단부재는 단순하게 유전체관 내측에서 외측으로 기체만을 배출할 수 있는 밸브일 수도 있지만, 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 기포 상태로 피처리 대상물로 공급하는 디퓨저(diffuser)일 수 있으며, 기체를 기포 상태로 액상의 피처리 대상물에 공급함으로써, 플라즈마 생성물의 피처리 대상물 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
또한, 유전체관은 피처리 대상물의 표면에 수직으로 침지되어, 유전체관의 상부에 형성된 기체 유입구는 피처리 대상물의 외측에 배치될 수 있으며, 유전체관 하부에 형성된 기체 배출구는 피처리 대상물에 침지될 수 있다.
또한, 일정 전압 이상의 고전압이 인가된 코어전극 및 유전체관 사이로 기체가 통과하게 되면 유전체관 내부의 절연 상태가 파괴되면서 플라즈마 상태가 발생하는데, 이때 다양한 종류의 플라즈마 생성물(예를 들면, 오존, 라티칼, 이온, 전자, 및 여기된 분자와 같은 활성 성분들)이 발생됨과 동시에 플라즈마 상태에서는 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선이 방출된다.
따라서, 유전체관의 내면이나 외면 중 적어도 어느 일측을 포함하는 표면에 광촉매(photocatalyst)를 포함하는 광촉매 코팅층을 제공함으로써, 자외선에 의한 살균 효과를 극대화할 수 있으며, 광촉매로는 TiO2를 사용할 수 있다.
한편, 코어전극은 코어전극 고정부재에 의해서 유전체관 내측 중심에 배치 고정될 수 있으며, 코어전극 고정부재에는 유전체관으로 유입되는 기체가 통과할 수 있도록 관통 홀이 마련될 수 있다.
코어전극 고정부재는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)로 제조할 수 있으며, 폴리테트라플루오르에틸렌은 용융 알칼리 금속, 고온의 불소 가스 이외의 모든 약품에 침식되지 않으며, 내열성이 좋은 불연성 소재인데다, 전기 절연성도 양호하여, 코어전극과 직접 접촉되어도 성질이 변화하지 않기 때문에 코어전극을 유전체관에 고정할 수 있는 유용한 재료이다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치는, 앞서 설명한 바와 같이, 유전체관 및 코어전극을 포함하는 간단한 구성으로 플라즈마 생성물을 제조하고, 이를 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
또한, 유전체관을 직접 피처리 대상물에 침지시킨 상태에서, 유전체관 내측으로 기체를 공급하고, 코어전극에 전압만 인가함으로써, 즉각적인 미생물의 살균 처리 및 유기물의 분해가 가능하다.
또한, 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않기 때문에, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하다.
경우에 따라서, 플라즈마 처리장치는 피처리 대상물을 저장하는 챔버몸체, 및 챔버몸체 내부에 유전체관을 배치하기 위한 유전체관 고정부재를 포함하는 저장 챔버부를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우에는 피처리 대상물을 저장 챔버부 내에서 처리하는 것이 가능하다.
예를 들면, 챔버몸체는 유전체관의 기체 유입구와 연통된 기체 유입공간을 제공하는 기체유입 챔버몸체, 및 유전체관의 기체 배출구가 배치되며, 피처리 대상물을 수용하는 피처리 대상물 수용공간을 제공하는 피처리 대상물수용 챔버몸체를 포함할 수 있으며, 이때, 기체유입 챔버몸체 및 피처리 대상물수용 챔버몸체는 상호 격리된 공간을 형성할 수 있다.
또한, 저장 챔버부를 서로 연결하여 반복적으로 피처리 대상물을 처리하는 것이 가능하며, 구체적으로, 다른 저장 챔버부는 일 저장 챔버부에서 생성된 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 이용하여, 일 저장 챔버부로부터 공급되는 플라즈마 처리된 액상의 피처리 대상물을 다시 처리할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 유전체관 및 코어전극을 포함하는 간단한 구성으로 플라즈마 생성물을 제조하고, 이를 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 유전체관을 직접 피처리 대상물에 침지시킨 상태에서, 유전체관 내측으로 기체를 공급하고, 코어전극에 전압만 인가함으로써, 즉각적인 미생물의 살균 처리 및 유기물의 분해가 가능하다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않기 때문에, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 피처리 대상물 및 유전체관으로 공급되는 기체의 종류를 변경함으로써, 플라즈마 생성물에 의해서 처리되는 피처리 대상물의 성질을 용이하게 변경할 수 있다. 예를 들면, 피처리 대상물이 순수한 물이며, 기체가 순수한 산소인 경우에는 산소로부터 오존을 생성시킬 수 있고, 오존으로 처리된 피처리 대상물로부터 오존수를 생산할 수 있다.
본 발명의 플라즈마 처리장치는 적어도 2 이상의 저장 챔버부를 서로 연결하여 반복적으로 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 피처리 대상물에 침지시킨 상태도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 피처리 대상물에 침지시킨 상태도이며, 도 2는 도 1에 도시된 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 피처리 대상물은 양식장이나 축사로부터 발생된 오수일 수 있으며, 플라즈마 처리장치는 피처리 대상물에 직접 침지되어 있다.
일반적인 종래의 오수 처리시설에서는 항생제와 같은 약품을 오수에 직접 투입하거나, 염소 가스나 오존을 주입하거나, 혹은 자외선 처리 등의 방법들을 이용하여 오수의 유기물을 분해하거나 미생물을 제거하고 있다. 그러나, 종래의 오수 처리시설은 가스를 보관하는 탱크를 별도로 마련해야 하며, 유지 및 보수 비용이 만만치 않고 살균 효과도 미미한 많은 단점들이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(100)는 직접 오수에 침지된 상태에서 공기 및 전원만을 공급함으로써, 오수의 처리가 가능하기 때문에, 염소나 오존과 같은 가스를 보관하기 위한 별도의 저장 탱크가 필요 없으며, 가스 누출의 위험이 원천적으로 제거되며, 공기 및 전력 공급 만으로 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하며, 유지 비용이 크게 절감된다.
또한, 오수 처리가 필요할 때마다 즉각적으로 플라즈마 생성물을 발생시켜 오수를 처리함으로써, 오수 처리 효과를 극대화시킬 수 있다.
이하 오수를 처리할 수 있는 본 발명에 따른 플라즈마 처리장치를 구체적으로 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 처리장치(100)는 유전체관(110), 코어전극(120), 코어전극 고정부재(130), 기체 공급부(140), 전원 공급부(150), 및 디퓨저(160)를 포함한다.
유전체관(110)은 유전성 재료로 제조될 수 있으며, 예를 들면, 석영, 유리, 유리 적층물과 같은 세라믹 재료를 사용할 수도 있고, 경우에 따라서, 전기 절연성은 폴리카보네이트 및 폴리에틸렌과 같은 합성수지를 사용할 수도 있으며, 에폭시로 충전된 유리 적층물과 같이 합성수지 및 세라믹 재질을 혼용한 재료를 사용할 수도 있다. 물론, 유전체관(110)의 재료는 상술한 재료에 제한되지 않으며, 유전체관(110)은 절연성과 내열성이 좋은 임의의 유전체로 만들어질 수 있다.
후술하겠지만, 코어전극(120)은 유전체관(110) 내측에 배치되어 피처리 대상물로부터 격리되는데, 구체적으로, 기체 배출구(114)에 디퓨저(160)가 장착되어 기체 배출구(114)를 통해서 유전체관(110) 내측으로 피처리 대상물이 유입되는 것이 방지되며, 기체 유입구(112)에 상부 코어전극 고정부재(132)가 장착되어 기체 유입구(112)를 통해서 피처리 대상물이 유전체관(110) 내측으로 유입되는 것이 방지된다.
코어전극(120)은 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐 혹은 그 외의 다른 금속 재질로 제조될 수 있다.
코어전극 고정부재(130)는 코어전극(120)을 유전체관(110) 내측 중심에 배치하도록 사용되며, 본 실시예에서는 유전체관(110) 상단 및 유전체관(110) 내측 중간에 각각 하나씩 배치된다. 물론, 코어전극(120)을 보다 안정되게 유전체관(110) 내측에 배치할 수 있도록 그 수는 변경될 수 있다.
본 실시예에서 상부 코어전극 고정부재(132)는 유전체관(110)의 기체 유입구(112)에 장착되며, 외부의 기체 공급부(140)와 상부 코어전극 고정부재(132)에 형성된 관통 홀(133)은 호스를 통해서 서로 연결된다.
따라서, 기체 공급부(140)로부터 공급된 기체는 상부 코어전극 고정부재(132)의 관통 홀(133)을 통해서 유전체관(110) 내측으로 공급될 수 있고, 기체 유입구(112)를 통해서 피처리 대상물이 유전체관(110) 내측으로 유입되는 것은 방지된다.
또한, 중간 코어전극 고정부재(134)에는 유전체관(110)으로 유입되는 기체가 통과할 수 있도록 관통 홀(135)이 마련되어 있다.
한편, 상술한 코어전극 고정부재(130)는 폴리테트라플루오르에틸렌로 제조할 수 있으며, 폴리테트라플루오르에틸렌은 용융 알칼리 금속, 고온의 불소 가스 이외의 모든 약품에 침식되지 않으며, 내열성이 좋은 불연성 소재인데다, 전기 절연성도 양호하여, 코어전극(120)과 직접 접촉되어도 성질이 변화하지 않기 때문에 코어전극(120)을 유전체관(110)에 고정할 수 있는 유용한 재료이다.
상술한 바와 같이, 코어전극 고정부재(130)에 의해서 유전체관(110) 내측에 고정된 코어전극(120)으로 전원 공급부(150)로부터 제공되는 교류 고전압 즉, 전원을 공급하고, 동시에 기체를 압축해 제공하는 압축기(compressor)와 같은 기체 공급부(140)로부터 유전체관(110) 내부로 공기를 공급하면, 유전체관 내부는 절연이 깨지면서 방전 즉 플라즈마 상태에 놓이게 된다. 이때, 유전체관(110)의 내부로 강제로 공급되는 기체로부터 다양한 플라즈마 생성물이 발생된다. 발생된 플라즈마 생성물은 유전체관(110)의 하단부에 장착된 디퓨저(160)를 통해서 액상의 피처리 대상물로 공급되어 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
한편, 액상의 피처리 대상물은 그라운드 전극과 연결될 수 있으며, 액상의 피처리 대상물이 그라운드 전극의 역할을 함으로써, 금속 전극을 사용할 때와 다르게 부식 문제를 해결할 수 있다.
또한, 코어전극(120)은 유전체관(110) 내에 배치되어 액상의 피처리 대상물과 직접 접촉하지 않으며, 이에 액상의 피처리 대상물의 전기 전도로 인한 전력 손실을 최소화할 수 있다.
또한, 유전체관(110)의 기체 배출구(114)에는 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 기포 상태로 피처리 대상물로 공급하는 디퓨저(160)가 장착된다. 기체를 기포 상태로 액상의 피처리 대상물에 공급함으로써, 플라즈마 생성물의 피처리 대상물 처리 효과를 향상시킬 수 있다.
여기서, 디퓨저(160)는 기체 배출구(114)를 통해서 피처리 대상물이 유전체관(110) 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 단순하게는 유전체관(110) 내측에서 외측으로 공기만을 배출할 수 있는 밸브 형태로도 제공될 수 있다.
또한, 일정 전압 이상의 고전압이 인가된 코어전극(120) 및 유전체관(110) 사이로 기체가 통과하게 되면 절연이 파괴되는 플라즈마 상태가 발생하는데, 이때 다양한 종류의 플라즈마 생성물(예를 들면, 오존, 라티칼, 이온, 전자, 및 여기된 분자와 같은 활성 성분들)이 발생됨과 동시에 플라즈마 상태에서는 이온이나 들뜬 상태의 분자들에 의해 여러 파장의 자외선이 방출된다.
따라서, 유전체관(110)의 내면이나 외면 중 적어도 어느 일측을 포함하는 표면에 광촉매(photocatalyst)를 포함하는 광촉매 코팅층을 제공함으로써, 자외선에 의한 살균 효과를 극대화할 수 있으며, 광촉매로는 TiO2를 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 플라즈마 처리장치(100)는, 앞서 설명한 바와 같이, 유전체관(110) 및 코어전극(120)을 포함하는 간단한 구성으로 플라즈마 생성물을 제조하고, 이를 이용하여 액상의 피처리 대상물을 처리할 수 있다.
또한, 유전체관(110)을 직접 피처리 대상물에 침지시킨 상태에서, 유전체관(110) 내측으로 기체를 공급하고, 코어전극(120)에 전압만 인가함으로써, 즉각적인 미생물의 살균 처리 및 유기물의 분해가 가능하다.
또한, 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않기 때문에, 오수 처리의 연속성 및 자동화를 구현하기 매우 용이하다.
한편, 본 실시예에서 피처리 대상물은 오수로 기체는 일반적인 대기 중의 공기로 특정하여 설명하고 있으나, 경우에 따라서, 피처리 대상물은 축사, 양식장 혹은 공장에서 사용한 다양한 유기물이나 미생물이 포함된 오수 외에도 순수한 물일 수도 있다. 마찬가지로, 기체 역시 일반적인 대기 중의 공기일 수도 있으며, 산소와 같은 한 종류의 기체일 수도 있다.
유전체관(110)으로 공급되는 기체의 종류에 따라서 생성되는 플라즈마 생성물의 종류가 다소 달라질 수 있고, 플라즈마 생성물에 의해서 처리되는 피처리 대상물의 성질도 달라질 수 있다.
구체적으로, 상술한 피처리 대상물이 오수이며, 유전체관(110)으로 공급되는 기체가 일반적인 공기인 경우, 플라즈마 방전에 의해서 기체는 오존, O, H2O2, OH 등과 같은 산화성 활성종 및 자외선 등이 발생시켜, 오수 내의 유기물이나 미생물을 처리할 수 있다.
또한, 피처리 대상물이 순수한 물이며, 유전체관(110)으로 공급되는 기체가 순수한 산소인 경우에는 산소로부터 오존을 생성할 수 있으며, 오존으로 처리된 피처리 대상물로부터 오존수를 생산할 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
도 3에 도시된 플라즈마 처리장치는 사실상 앞선 실시예에 따른 플라즈마 처리장치와 동일하다. 이에, 본 실시예에서는 앞서 실시예에서 추가되는 구성요소 및 차이가 있는 부분을 중심으로 설명하며, 앞선 실시예에서 이미 설명한 구성요소에 대해서는 설명을 생략할 수 있다.
도 3을 참조하면, 플라즈마 처리장치(200)는 유전체관(210), 코어전극(220), 코어전극 고정부재(230), 기체 공급부(240), 전원 공급부(250), 디퓨저(260), 및 저장 챔버부(270)를 포함한다.
저장 챔버부(270)는 피처리 대상물을 공급받아 저장할 수 있는 챔버몸체(280) 및 챔버몸체(280) 내부에 유전체관(210)을 배치하기 위한 유전체관 고정부재(290)를 포함하며, 처리하고자 하는 피처리 대상물과 인접하게 배치될 수 있다.
챔버몸체(280)는 다시 기체유입 챔버몸체(281) 및 피처리 대상물수용 챔버몸체(285)를 포함한다.
구체적으로, 기체유입 챔버몸체(281)는 유전체관(210)의 기체 유입구(212)와 연통된 기체 유입공간(282)을 제공하며, 피처리 대상물수용 챔버몸체(285)는 유전체관(210)의 기체 배출구(214)가 배치되며, 피처리 대상물을 수용하는 피처리 대상물 수용공간(286)을 제공한다. 기체유입 챔버몸체(281)의 기체 유입공간(282) 및 피처리 대상물수용 챔버몸체(285)의 피처리 대상물 수용공간(286)은 상호 격리된 공간을 형성하며, 유전체관(210)을 통해서만 선택적으로 연통된다.
기체유입 챔버몸체(281)의 기체 유입공간(282)으로 노출된 유전체관(210)의 기체 유입구(212)로는 기체 공급부(240)로부터 공급된 기체가 유입될 수 있다. 본 실시예에서는 기체 공급부(240) 및 상부 코어전극 고정부재(232)가 상호 호스로 직접 연결되어 있으나, 경우에 따라서, 기체 공급부(240)는 기체유입 챔버몸체(281)에 형성된 기체 공급구(283)를 통해서 기체 유입공간(282)으로 기체를 공급하고, 기체 유입공간(282)으로 유입된 기체는 다시 상부 코어전극 고정부재(232)에 형성된 관통 홀(233)을 통해서 유전체관(210)의 기체 유입구(212)로 유입되도록 설계할 수도 있다. 참고로, 중간 코어전극 고정부재(234)에도 역시 관통 홀이 마련되어 유전체관(210)의 기체 유입구(212)로 공급되는 기체가 기체 배출구(214)를 통해서 배출될 수 있다.
한편, 피처리 대상물수용 챔버몸체(285)에는 피처리 대상물을 유입시키기 위한 피처리 대상물 유입구(287)가 형성되며, 피처리 대상물을 배출시키기 위한 피처리 대상물 배출구(288), 및 유전체관(210)의 기체 배출구(214)를 통해서 배출된 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 외부로 다시 배출시키기 위한 플라즈마 생성물 배출구(289)가 형성된다.
기체유입 챔버몸체(281)의 기체 유입공간(282) 및 피처리 대상물수용 챔버몸체(285)의 피처리 대상물 수용공간(286)을 상호 분리함으로써, 피처리 대상물 수용공간(286)에서 피처리 대상물의 수면 상부에 포집된 플라즈마 생성물이 기체유입 챔버몸체(281)의 기체 유입공간(282)으로 유입되는 기체와 서로 섞이는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리장치의 단면도이다.
도 4에 도시된 플라즈마 처리장치는 사실상 앞선 실시예에 따른 플라즈마 처리장치와 동일하다. 이에, 본 실시예에서는 앞서 실시예에서 추가되는 구성요소 및 차이가 있는 부분을 중심으로 설명하며, 앞선 실시예에서 이미 설명한 구성요소에 대해서는 설명을 생략할 수 있다.
도 4를 참조하면, 도 3에 도시된 저장 챔버부와 동일한 제1 및 제2 저장 챔버부(370, 470)가 서로 인접하게 배치되어 있다.
2개의 제1 및 제2 저장 챔버부(370, 470)를 서로 연결하여 반복적으로 피처리 대상물을 처리할 수 있으며, 제2 저장 챔버부(470)는 제1 저장 챔버부(370)에서 생성된 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 이용하여, 제1 저장 챔버부(370)로부터 공급되는 플라즈마 처리된 액상의 피처리 대상물을 다시 처리할 수 있다. 물론, 더 많은 수의 저장 챔버부를 서로 연결하여 2회 이상의 피처리 대상물을 처리를 수행할 수도 있다.
구체적으로, 플라즈마 처리장치(500)는 제1 및 제2 저장 챔버부(370, 470) 외에도 제1 저장 챔버부(370) 내측에는 플라즈마 생성물을 발생시키기 위한 제1 유전체관(310), 제1 코어전극(320), 제1 코어전극 고정부재(330), 제1 기체 공급부(340), 제1 전원 공급부(350), 제1 디퓨저(360)를 포함한다.
마찬가지로, 제2 저장 챔버부(470) 내측에는 플라즈마 생성물을 발생시키기 위한 제2 유전체관(410), 제2 코어전극(420), 제2 코어전극 고정부재(430), 제2 기체 공급부(440), 제2 전원 공급부(450), 제2 디퓨저(460)를 포함한다.
또한, 제1 저장 챔버부(370)의 제1 피처리 대상물수용 챔버몸체(385)의 제1 플라즈마 생성물 배출구(389)는 제2 유전체관(410)의 기체 유입구와 연결된다.
따라서, 제1 저장챔버부(370) 내의 제1 유전체관(310)에서 이미 플라즈마에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 제2 저장챔버부(470) 내의 제2 유전체관(410)으로 공급함으로써, 제2 유전체관(410)의 기체 배출구를 통해서 배출되는 기체는 더욱 풍부한 플라즈마 생성물을 포함할 수 있다.
또한, 제1 저장챔버부(370)의 제1 피처리 대상물수용 챔버몸체(385)의 제1 피처리 대상물 배출구(388)는 제2 저장챔버부(470)의 제2 피처리 대상물 수용 챔버몸체(485)의 제2 피처리 대상물 유입구(478)와 연결된다.
따라서, 이미 제1 저장챔버부(370) 내에서 한번 플라즈마 생성물에 의해서 처리된 피처리 대상물이 제2 저장챔버부(470)에서 다시 처리될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100：플라즈마 처리장치 110：유전체관
112：기체 유입구 114：기체 배출구
120：코어전극 130：코어전극 고정부재
132：상부 코어전극 고정부재 134：중간 코어전극 고정부재
140：기체 공급부 150：전원 공급부
160：디퓨저 270：저장 챔버부
280：챔버몸체 281：기체유입 챔버몸체
282：기체 유입공간 283：기체 공급구
285：피처리 대상물수용 챔버몸체 286：피처리 대상물 수용공간
287：피처리 대상물 유입구 288：피처리 대상물 배출구
289： 플라즈마 생성물 배출구 290：유전체관 고정부재

Claims (12)

  1. 액상의 피처리 대상물을 플라즈마 생성물로 처리하기 위한 플라즈마 처리장치에 있어서,
    내부에 빈 공간을 가지고 상기 액상의 피처리 대상물에 침지되며, 상기 액상의 피처리 대상물과 분리되는 기체 유입구 및 상기 피처리 대상물과 연통되는 기체 배출구가 형성되는 절연성의 유전체관;
    상기 유전체관 내부의 빈 공간 내에 삽입되어 상기 액상의 피처리 대상물과 격리되는 전도성의 코어전극;
    상기 기체 유입구로 기체를 공급하는 기체 공급부; 및
    상기 유전체관이 상기 액상의 피처리 대상물에 침지된 상태에서 상기 기체 배출구를 통해서 상기 액상의 피처리 대상물이 상기 유전체관 내부의 빈 공간으로 유입되는 것을 방지함으로써, 상기 코어전극이 상기 액상의 피처리 대상물과 격리될 수 있도록 상기 기체 배출구에 장착되는 차단부재;
    를 포함하며, 상기 코어전극에 전원이 인가되어 형성되는 플라즈마 방전 공간은 상기 액상의 피처리 대상물과 분리되며,
    상기 기체 유입구를 통해서 공급되는 기체는 상기 코어전극에 전원이 인가되어 발생하는 플라즈마 방전에 노출되며, 상기 플라즈마 방전에 노출되어 플라즈마 생성물을 포함하는 기체는 상기 기체 배출구를 통해서 상기 피처리 대상물로 공급되고, 상기 플라즈마 방전에 의해서 생성되는 자외선이 상기 액상의 피처리 대상물에 직접 공급되며,
    상기 피처리 대상물은 그라운드 전극과 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차단부재는 상기 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 기포 상태로 상기 피처리 대상물로 공급하는 디퓨저(diffuser)인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체관은 상기 피처리 대상물의 표면에 수직으로 침지되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유전체관의 표면에 형성되는 광촉매(photocatalyst)를 포함하는 광촉매 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광촉매는 TiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유전체관은 석영, 유리, 및 세라믹 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 코어전극을 상기 유전체관 내측에 고정하며,
    상기 유전체관으로 유입되는 기체가 통과하는 관통 홀이 형성되는 코어전극 고정부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 코어전극 고정부재는 폴리테트라플루오르에틸렌(polytetrafluoroethylene; PTFE)을 이용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 피처리 대상물을 저장하는 챔버몸체; 및
    상기 챔버몸체 내부에 상기 유전체관을 배치하기 위한 유전체관 고정부재;
    를 포함하는 저장 챔버부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 챔버몸체는,
    상기 유전체관의 상기 기체 유입구와 연통되며, 상기 기체 공급부로부터 공급되는 기체를 수용하는 기체 유입공간을 제공하는 기체유입 챔버몸체; 및
    상기 유전체관의 상기 기체 배출구가 배치되며, 상기 피처리 대상물을 수용하는 피처리 대상물 수용공간을 제공하는 피처리 대상물수용 챔버몸체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저장 챔버부에 인접하게 다른 저장 챔버부가 배치되며,
    상기 다른 저장 챔버부는 상기 저장 챔버부에서 생성된 플라즈마 생성물을 포함하는 기체를 이용하여,
    상기 저장 챔버부로부터 공급되는 플라즈마 처리된 액상의 피처리 대상물을 다시 처리하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리장치.
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