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KR101303832B1 - 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템 - Google Patents

스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템 Download PDF

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Publication number
KR101303832B1
KR101303832B1 KR1020130091853A KR20130091853A KR101303832B1 KR 101303832 B1 KR101303832 B1 KR 101303832B1 KR 1020130091853 A KR1020130091853 A KR 1020130091853A KR 20130091853 A KR20130091853 A KR 20130091853A KR 101303832 B1 KR101303832 B1 KR 101303832B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
scum
discharge
high voltage
air
voltage discharge
Prior art date
Application number
KR1020130091853A
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English (en)
Inventor
문영근
앤드류 김
박정해
김현철
Original Assignee
문영근
김현철
박정해
앤드류 김
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Publication date
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Abstract

스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템은, 냉각수 또는 폐수가 저장되는 반응조; 상기 냉각수 또는 상기 폐수에 적어도 일부가 잠기도록 구성되는 방전관을 포함하며, 외부 전압의 인가에 따라 상기 방전관 내부의 방전 공간에서 고전압 방전을 발생시키는 고전압 방전 발생 장치; 상기 반응조 내부와 연결되며, 상기 고전압 방전에 의해 상기 냉각수 또는 상기 폐수의 수면에서 발생하는 스컴(scum)을 상기 반응조 외부로 배출하는 스컴 배출관; 및 상기 스컴 배출관을 통과한 스컴이 서로 충돌하여 제거되기 위한 일정 크기의 공간을 구비하며, 상기 스컴과 충돌함으로써 상기 스컴을 제거하는 스컴 제거판이 일측에 배치되는 스컴 제거통을 포함한다.

Description

스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템{DISCHARGING SYSTEM OF HIGH-VOLTAGE FOR REMOVING SCUM}
본 발명의 실시예들은 수중에서 발생하는 스컴을 제거하기 위한 고전압 방전 시스템에 관한 것이다.
축산단지, 음식물 처리장, 하수 처리장, 폐수 처리장, 분뇨 처리장, 산업단지 등에서 발생하는 악취 및 폐수는 병해충을 발생시키고, 사람들에게 불쾌감 또는 정서적 불안감을 준다.
이러한 오염물을 처리하기 위한 기술로서 물리적인 방법에 의한 오염물 처리 기술, 화학적인 방법에 의한 오염물 처리 기술, 생물학적 방법에 의한 오염물 처리 기술 등이 있다. 물리적인 방법으로는 예를 들어, 흡착 방식이 있으며, 화학적인 방법으로는 예를 들어, 산화제 이용, 여과, 흡착, 이온 교환 등의 방식이 있으며, 생물학적 방법으로는 예를 들어, 미생물 분해, 활성 슬러지, 생물 막 이용, 메탄 발효 등의 방식이 있다. 그러나, 기존의 오염물 처리 기술은 시간이 지남에 따라 초기 성능이 급격히 저하되고, 유지비가 많이 들며, 약품 투입의 과다로 인해 2차 오염이 발생되는 문제점이 있었다.
수중 고전압 방전 기술은 이러한 문제점을 보완하기 위한 기술로서, 처리할 폐수에 전극을 잠기게 한 다음, 고전압 펄스를 가하여 방전시킴으로써 수중에서 활성 라디칼(Radical)을 발생시키고, 이에 따라 폐수를 정화시키는 기술이다. 이러한 수중 고전압 방전 기술은 별도의 약품 투입이 필요 없고, 처리 공정도 간편하며, 2차 오염도 발생시키지 않기 때문에 매우 유용한 기술이다.
그러나, 수중 고전압 방전 기술을 이용하여 악취와 폐수를 처리하는 경우, 수중 고전압 방전을 위해 투입되는 공기는 수중에서 기포를 유발하여 다량의 스컴(Scum)을 발생시키게 된다. 스컴이란 수처리시 수면 위에 생기는 부유성 찌꺼기로서, 악취 또는 폐수에 포함된 단백질, 당류, 계면 활성제 등에 의해 발생한다. 스컴은 반응조의 압력을 증가시켜 반응조 및 고전압 방전 발생 장치의 내구성을 저하시킨다. 이와 같이, 오염물 처리 과정에서 스컴이 다량으로 발생하게 되면 고전압 방전 발생 장치의 내구성이 저하됨으로써 지속적인 고전압 방전을 유도하는데 어려움이 있다.
한국공개특허 제10-2009-0054483호 (2009.06.01)
본 발명의 실시예들은 반응조에 저장된 냉각수 또는 폐수의 수면에서 발생하는 스컴을 효율적으로 제거함으로써 지속적인 고전압 방전을 유도할 수 있는 고전압 방전 시스템에 관한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템은, 냉각수 또는 폐수가 저장되는 반응조; 상기 냉각수 또는 상기 폐수에 적어도 일부가 잠기도록 구성되는 방전관을 포함하며, 외부 전압의 인가에 따라 상기 방전관 내부의 방전 공간에서 고전압 방전을 발생시키는 고전압 방전 발생 장치; 상기 반응조 내부와 연결되며, 상기 고전압 방전에 의해 상기 냉각수 또는 상기 폐수의 수면에서 발생하는 스컴(scum)을 상기 반응조 외부로 배출하는 스컴 배출관; 및 상기 스컴 배출관을 통과한 스컴이 서로 충돌하여 제거되기 위한 일정 크기의 공간을 구비하며, 상기 스컴과 충돌함으로써 상기 스컴을 제거하는 스컴 제거판이 일측에 배치되는 스컴 제거통을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 의하면 하나의 고전압 방전 발생 장치를 이용하여 악취 처리 및 폐수 처리를 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 일정 크기의 공간을 구비하는 스컴 제거통을 제공함으로써 냉각수 또는 폐수의 수면에서 발생하는 스컴이 서로 충돌하여 제거될 수 있도록 한다. 또한, 스컴 제거통의 일측에 스컴 제거판을 배치하여 스컴 제거통에 잔존하는 스컴을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응조를 a 방향에서 바라본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 스컴 제거판을 b 방향에서 바라본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 시스템에 유입되는 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 발생 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 고전압 방전 발생 장치를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 애자 및 내부전극을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전관에서 고전압 방전이 발생하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 시스템(100)은 반응조(102), 공기 흡입관(104), 고전압 공급기(106), 고전압 방전 발생 장치(108), 스컴 배출관(110), 스컴 제거통(112), 공기 배출관(114), 발열체(116) 및 오존 제거 장치(118)를 포함한다.
반응조(102)는 냉각수 또는 외부로부터 유입된 폐수가 저장되는 수조로서, 폐수를 유입하는 폐수 유입구(102a)와 정화된 폐수를 배출하는 폐수 배출구(102b)를 포함할 수 있다. 폐수 유입구(102a)로 유입된 폐수는 후술할 고전압 방전 발생 장치(108)에 의해 발생한 오존 또는 라디칼 등에 의해 정화되어 폐수 배출구(102b)로 배출된다. 여기서, 폐수란 가정이나 공장, 농축산업 등 각종 산업시설 또는 농업시설 등에서 배출되는 오수, 폐수, 하수 등을 모두 포함하는 넓은 개념의 의미로 사용된다. 폐수 유입구(102a) 및 폐수 배출구(102b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 시스템(100)에 의해 폐수를 정화하는 중에는 밀폐되어 있고, 외부로부터 폐수를 유입시키거나 정화된 폐수를 외부로 배출하는 경우에만 선택적으로 개방할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서는 폐수 유입구(102a)가 반응조(102)의 왼쪽 상단에 배치되며, 폐수 배출구(102b)가 반응조(102)의 오른쪽 하단에 배치되는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 예시에 불과하며 폐수 유입구(102a) 및 폐수 배출구(102b)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 반응조(102)에는 냉각수 또는 폐수가 일정 높이만큼 저장되며, 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전 공간이 냉각수 또는 폐수에 잠기게 된다.
공기 흡입관(104)은 외부로부터 유입된 공기가 이동하는 통로로서, 공기 유입구(104a) 및 공기 이동관(104b)를 포함할 수 있다. 공기 유입구(104a)를 통해 유입된 공기는 공기 이동관(104b)을 통해 고전압 방전 발생 장치(108)로 유입된다. 이때, 공기 유입구(104a)로 유입되는 공기는 예를 들어, 악취 발생 물질을 포함하는 더러운 공기가 될 수 있다. 공기 유입구(104a)는 공기 유입 펌프(미도시)로부터 공기를 공급 받을 수 있다.
고전압 공급기(106)는 고전압 방전 발생 장치(108)가 고전압 방전을 발생시킬 수 있도록 고전압 방전 발생 장치(108)에 전압을 인가한다. 고전압 방전 발생 장치(104) 내부로 공기가 유입되고 고전압 공급기(106)에 의해 전압이 인가되면, 고전압 방전 발생 장치(108)는 내부의 방전 공간에서 고전압 방전을 발생시킨다. 도시된 바와 같이, 하나 이상의 고전압 공급기(106)는 각 고전압 방전 발생 장치(108)와 대응되도록 일정 거리 이격되어 구성될 수 있다.
고전압 방전 발생 장치(108)는 냉각수 또는 상기 폐수에 적어도 일부가 잠기도록 구성되는 방전관을 포함하며, 외부 전압의 인가에 따라 방전관 내부의 방전 공간에서 고전압 방전을 발생시킨다. 상술한 바와 같이, 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전관 일부, 즉 방전 공간은 반응조(102)에 저장되는 냉각수 또는 폐수에 잠겨 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 발생 장치(108)는 공기 유입구(104a)에 유입되는 공기를 정화시키거나 반응조(102)에 저장되는 폐수를 정화시킬 수 있으며, 악취 처리 및 폐수 처리를 동시에 수행할 수도 있다.
먼저, 고전압 방전 발생 장치(108)가 악취 처리를 수행하는 경우, 공기 유입구(102a)에는 악취 발생 물질이 포함된 공기가 유입될 수 있다. 이때, 반응조(102)에는 폐수 대신 냉각수가 저장될 수 있다. 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전관은 고전압 방전 발생시 고온으로 상승하기 때문에 열화가 일어나서 내구성이 저하될 수 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예들은 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전관 일부가 반응조(102)의 냉각수에 잠겨 있도록 함으로써 방전관의 열화를 최소화할 수 있다. 반응조(102) 내부에 저장되는 냉각수는 방전관의 열화를 방지할 수 있을 정도의 온도를 유지하면 충분하며, 특정 범위의 온도로 한정될 필요는 없다.
다음으로, 고전압 방전 발생 장치(108)가 폐수 처리를 수행하는 경우, 반응조(102)에는 정화하고자 하는 폐수가 저장될 수 있다. 반응조(102)에 저장되는 폐수는 정화 처리를 위한 것이지만, 이와 동시에 상술한 바와 같이 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전관의 열화를 방지하는 냉각수로써의 역할 또한 수행할 수 있다. 한편, 이 경우에도 공기 유입구(104a)에는 여전히 공기가 유입되며, 이는 수중에서 전로가 차단되는 것을 방지하기 위함이다. 다만, 공기 유입구(104a)에 유입되는 공기가 악취 발생 물질이 포함된 공기일 필요는 없다.
종래에는 고전압 방전 발생 장치(108)를 수중에 넣어 폐수 처리를 하는 경우, 높은 전기 에너지 및 긴 방전 시간으로 인해 전로가 차단되거나 방전 효율이 저하되는 문제점이 있었다. 이에 본 발명의 실시예들에서는 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전 공간 내부로 공기를 유입시킴으로써 방전 공간 내부에 물이 들어오지 못하게 하며, 이에 따라 고전압 방전을 유도하도록 구성하였다. 만약, 고전압 방전 발생 장치(108)의 방전 공간 내부로 공기가 유입되지 않는다면 폐수 처리시 방전관 내부가 물로 차게 되며, 전로가 차단되어 방전이 일어나지 않게 된다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 고전압 방전 발생 장치(108)는 악취 처리 및 폐수 처리를 동시에 수행할 수도 있다. 일반적으로 하수 처리장 등의 폐수는 악취를 함께 포함하게 되므로, 악취 처리 및 폐수 처리가 동시에 수행될 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 발생 장치(108)가 악취 처리 및 폐수 처리를 동시에 수행하는 경우, 공기 유입구(102a)에는 정화하고자 하는 공기가 유입되며, 반응조(102)에는 정화하고자 하는 폐수가 저장될 수 있다.
도시된 바와 같이, 고전압 방전 발생 장치(108)는 반응조(102)와 결합하여 일부가 반응조(102) 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 또한, 하나 이상의 고전압 방전 발생 장치(108)는 일정 거리 이격되어 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 발생 장치(108)의 상세 구성에 대해서는 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
스컴 배출관(110)은 반응조(102) 내부와 연결되며, 상기 고전압 방전에 의해 냉각수 또는 상기 폐수의 수면에서 발생하는 스컴(scum)을 반응조(102) 외부로 배출한다. 반응조(102) 내부의 냉각수 또는 폐수의 수면에서는 고전압 방전 발생 장치(108)에 의해 발생하는 고전압 방전에 의해 스컴이 발생하게 된다. 발생된 스컴은 냉각수 또는 폐수의 수면 위로 상승하게 되며, 스컴 배출관(110)을 통해 반응조(102) 외부로 배출된다. 또한, 스컴 배출관(110)은 고전압 방전 발생 장치(108)에 의해 정화된 공기를 반응조(102) 외부로 배출한다. 스컴 배출관(110)의 직경은 예를 들어, 30mm가 될 수 있다. 스컴 배출관(110)의 직경, 크기, 개수, 위치 등은 반응조(102) 내에서 발생되는 스컴의 양에 따라 달라질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반응조(102)를 a 방향에서 바라본 단면도이다. 도시된 바와 같이, 반응조(102) 상측에는 공기 흡입관(104) 및 고전압 공급기(106)가 배치된다. 스컴 배출관(110)은 공기 흡입관(104)과 일정 거리 이격된 위치에서 반응조(102) 내부와 연결된다. 여기서는, 두 개의 스컴 배출관(110)이 반응조(102) 내부와 연결되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 세 개 또는 네 개의 스컴 배출관(110)이 반응조(102) 내부와 연결될 수도 있다.
스컴 제거통(112)은 스컴 배출관(110)을 통과한 스컴이 서로 충돌하여 제거되기 위한 일정 크기의 공간을 구비한다. 먼저, 스컴은 반응조(102)의 상부와 냉각수 또는 폐수의 수면 사이의 빈 공간에서 서로 충돌하여 일부 제거된다. 그러나, 반응조(102)의 빈 공간은 그 크기가 크지 않아 발생된 스컴을 모두 제거할 수 없다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 발생된 스컴을 모두 제거하기 위해 일정 크기의 공간을 갖는 스컴 제거통(112)을 제공한다. 스컴 배출관(110)을 통해 반응조(102) 외부로 배출된 스컴은 스컴 제거통(112)의 내부 공간에서 서로 충돌하게 되며, 일정 시간 경과 후 대부분 제거된다. 스컴 제거통(112)의 부피는 발생된 스컴이 충돌하여 제거될 수 있을 정도의 공간이면 충분하며, 특별히 제한되지 않는다. 또한, 여기서는 하나의 스컴 제거통(112)이 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 스컴 제거통(112)이 복수의 스컴 배출관(110)을 통해 반응조(102)와 연결될 수도 있다.
또한, 스컴 제거통(112)의 일측에는 스컴 제거통(112) 내부에 잔존하는 스컴을 완전히 제거하기 위한 스컴 제거판(112a)이 배치된다. 상술한 스컴들 간의 충돌에도 불구하고 스컴 제거통(112)에는 미세 크기의 스컴들이 일부 잔존할 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예들은 스컴 제거통(112) 내부에 잔존하는 스컴을 완전히 제거하기 위해 스컴 제거판(112a)이 스컴 제거통(112)의 일측에 배치되도록 구성한다. 스컴 제거판(112a)은 하나 이상의 회전 날개를 구비하며, 상기 회전 날개가 회전하여 스컴과 충돌함으로써 스컴을 제거할 수 있다. 스컴 제거판(112a)은 예를 들어, 스컴 제거통(112)의 상측에 배치될 수 있다. 이에 따라, 스컴 제거판(112a)은 스컴 제거통(112) 내부에서 계속 상승하는 스컴을 제거할 수 있다. 다만, 스컴 제거판(112a)의 배치 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 스컴 제거판(112a)은 스컴 게거통(112) 내부의 다른 위치에 배치될 수도 있다.
도 3은 도 1에 도시된 스컴 제거판(112a)을 b 방향에서 바라본 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스컴 제거판(112a)은 하나 이상의 회전 날개를 구비한다. 여기서는 스컴 제거판(112a)이 두 개의 회전 날개를 구비하는 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 예시에 불과하며 회전 날개의 개수는 이에 한정되지 않는다. 스컴 제거판(112a)은 회전 날개를 회전시키는 모터(미도시)를 내부에 구비할 수 있다. 스컴 제거판(112a)은, 스컴들 간의 충돌에도 불구하고 스컴 제거통(112) 내부에 계속 잔존하는 미세 크기의 스컴을 손쉽게 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 스컴 제거통(112) 및 스컴 제거판(112a)을 통해 냉각수 또는 폐수의 수면에서 발생하는 스컴을 완벽하게 제거할 수 있으며, 이에 따라 폐수의 성상에 관계 없이 안정적으로 고전압 방전을 발생시킬 수 있다. 또한, 이와 같은 과정을 통해 스컴이 제거됨으로써 반응조(102)에 저장된 냉각수 또는 폐수의 수면은 항상 일정하게 유지될 수 있다.
공기 배출관(114)은 스컴 제거통(112) 내부와 연결되어 고전압 방전 발생 장치(108)에 의해 정화된 공기를 스컴 제거통(112) 외부로 배출한다. 즉, 공기 유입구(104a)에 유입된 공기는 고전압 방전 발생 장치(108)를 통해 정화되고, 정화된 공기는 스컴 배출관(110), 스컴 제거통(112) 및 공기 배출관(114)을 거쳐 외부로 배출될 수 있다.
발열체(116)는 공기 배출관(114) 내부에서, 외부 전원의 인가에 따라 특정 온도의 열을 발생시킴으로써 공기 배출관(114)을 통과하는 정화된 공기에 포함된 습기를 제거한다. 스컴 제거통(112) 내부는 스컴의 파쇄 입자와 반응조(102) 내부의 냉각수 또는 폐수로 인해 습도가 높으며, 정화된 공기 또한 다량의 습기를 포함하고 있다. 일반적으로 공기가 다량의 습기를 포함하고 있는 경우 악취가 발생하게 되므로, 고전압 방전 발생 장치(108)에 의해 공기가 정화되었더라도 정화된 공기 내부의 습기를 제거할 필요가 있다. 발열체(116)는 외부 전원 장치(미도시)로부터 전원을 인가받아 스스로 열을 발생시킨다. 즉, 발열체(116)는 예를 들어, 약 270도의 열을 발생시킴으로써 공기 배출관(114)을 통과하는 정화된 공기에 포함된 습기를 제거할 수 있다. 또한, 발열체(116)는 공기 배출관(114)에 존재하는 오존을 일부 제거할 수 있다. 발열체(116)는 예를 들어, 세라믹으로 이루어질 수 있으며, 하나 이상의 구멍을 갖는 허니컴(honeycomb) 구조로 형성될 수 있다. 발열체(116)가 허니컴 구조로 형성되는 경우, 발열체(116)와 공기 배출관(114)을 통과하는 정화된 공기와의 접촉 면적이 넓어지게 되므로, 습기 제거 효율을 극대화시킬 수 있다.
오존 제거 장치(118)는 상기 공기 배출관(114)의 일단과 연결되며, 활성탄(118a)을 이용하여 공기 배출관(114)에 포함된 오존을 제거한다. 상술한 바와 같이, 고전압 방전 발생 장치(108)에 의해 고전압 방전이 발생하는 과정에서 오존이 발생하게 되며, 발생된 오존은 반응조(102)에 저장된 폐수를 정화하는데 사용된다. 그러나, 오존은 강력한 산화력으로 인해 인체에 유해한 화합물로 분류되어 있다. 따라서, 오존 제거 장치(118)는 반응조(102) 내부의 폐수에 용해되지 못하고 배출되는 오존을 제거하도록 구성된다. 도시된 바와 같이, 오존 제거 장치(118)는 공기 배출관(114)의 일단과 연결되어 공기 배출관(114)에 존재하는 오존을 제거할 수 있다. 활성탄(118a)은 흡착성이 강하고, 대부분의 구성물질이 탄소질로 된 물질로서, 일반적으로 오존 또는 습기를 제거하는데 사용되는 것으로 널리 알려져 있는 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 시스템(100)에 유입되는 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도시된 굵은 선 화살표는 공기 유입구(104a)에 유입된 공기의 흐름을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 공기 유입구(104a)을 통해 유입된 공기는 공기 흡입관(104) 및 공기 이동관(104b)을 거쳐 고전압 방전 발생 장치(108) 내부로 유입된다. 상술한 바와 같이, 고전압 방전 발생 장치(108)는 공기 이동관(104b)으로부터 유입된 공기를 이용하여 내부 방전 공간에서 고전압 방전을 발생시킨다. 고전압 방전 발생 장치(108)를 통해 정화된 공기는 반응조(102)에 저장된 냉각수 또는 폐수로 배출된다. 고전압 방전이 발생되는 과정에서 오존, O, OH, N, NO3 등의 라디칼, 자외선, 방전 에너지 등이 생성되며, 생성된 오존 또는 라디칼 등은 폐수와 접촉하거나 반응함으로써 폐수를 정화시킬 수 있다. 이후, 정화된 공기는 스컴 배출관(110) 및 스컴 제거통(112)을 통과하여 공기 배출관(114)으로 유입된다. 여기서, 발열체(116)는 정화된 공기에 포함된 습기를 제거할 수 있으며, 오존 제거 장치(118)는 활성탄(118a)을 이용하여 공기 배출관(114)에 존재하는 오존을 제거할 수 있다. 발열체(116) 및 오존 제거 장치(118)를 통과한 정화된 공기는 공기 배출구(118b)를 통해 외부로 배출된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 발생 장치(108)를 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 고전압 방전 발생 장치(108)는 방전관(502), 지지대(504), 외부전극(506), 애자(508) 및 내부전극(510)을 포함한다.
방전관(502)은 후술할 외부전극(506) 및 내부전극(510) 사이에 존재하며, 고전압 방전을 발생시키는 공간, 즉 방전 공간을 구비한다. 또한, 방전관(502)은 상단에 구비된 공기 유입구(502a) 및 하단에 구비된 공기 배출구(502b)를 포함할 수 있다. 즉, 공기는 공기 이동관(104b)를 통해 방전관(502)의 공기 유입구(502a)로 유입되며, 유입된 공기는 방전관(502)의 내부를 통과하면서 정화되어 공기 배출구(502b)로 배출된다.
방전관(502)은 유전체 또는 절연체, 예를 들어 석영으로 이루어진 석영관일 수 있다. 이와 같이, 방전관(502)이 유전체로 이루어질 경우, 방전관(502)의 전기 용량을 증대시킬 수 있다. 즉, 유전체는 전기장을 가할 때 전기분극(편극 : polarization)에 의해 전기장이 줄어들면서 상대적으로 전기 용량을 증대시키는 절연 물질 중 하나이므로, 본 발명에서는 이러한 유전체를 방전관(502)으로 사용함으로써 전류의 흐름을 최상으로 유지하면서 전자사태(electron avalanche)를 극대화시킬 수 있다. 방전관(502)은 원통 또는 다각형 통 형태로 구성된다.
지지대(504)는 외부전극(506) 및 내부전극(510)이 관통하며, 방전관(502)의 일측과 결합된다. 지지대(504)는 고전압 방전 발생 장치(108)가 반응조(102) 내에서 고정되도록 지지한다. 또한, 지지대(504)는 방전관(502)을 고전압 방전이 발생되는 영역과 이를 위하여 외부로부터 전압 및 공기를 유입시키는 영역으로 구분한다. 지지대(504)는 예를 들어, 비전도성 물질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 재질 또는 형상으로 이루어질 수 있다. 외부전극(506), 애자(508) 및 내부전극(510)에 대해서는 도 6 내지 9를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 6은 도 5에 도시된 고전압 방전 발생 장치(108)를 A-A' 방향으로 절단한 단면도이다.
도시된 바와 같이, 방전관(502)은 내부에 애자(508) 및 내부전극(510)을 포함한다. 외부전극(506)은 내부전극(510)과 대향하도록 방전관(502) 외부를 둘러싸고 있다. 공기 유입구(502a)를 통해 유입된 공기는 방전관(502) 내의 방전 공간, 즉 내부전극(510)의 바깥쪽으로 흐르게 된다.
애자(508)는 예를 들어, 속이 꽉 찬 원통형 모양일 수 있다. 내부전극(510)은 방전관(502) 내부에서 애자(508)를 둘러싸고 있다. 내부전극(510)은 예를 들어, 코일 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 내부전극(510)은 예를 들어, 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 원통 형상의 내부전극(510)이 애자(508)를 둘러싼 망 형태로 구성될 수도 있다. 내부전극(510)이 애자(508)를 둘러싸는 코일 형상 또는 원통 형상으로 이루어질 경우, 내부전극(510)의 형상을 유지하는데 용이하다. 또한, 내부전극(510)의 코일 직경 또는 원통 직경을 달리하는 경우 내부전극(510)과 외부전극(506)의 간격이 달라지게 되므로 내부전극(510)과 외부전극(506)과의 간격 조정에 유리하다. 한편, 내부전극(510)이 코일 형상으로 이루어질 경우, 그 코일 형상을 그대로 유지하기 위해, 내부전극(510) 코일의 층과 층 사이가 지면과 수직한 방향으로 추가적으로 상호 연결될 수도 있다.
외부전극(506)은 방전관(502) 외부를 둘러싸고 있으며, 내부전극(510)과 마찬가지로 코일 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 외부전극(506)은 원통 형상으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 원통 형상의 외부전극(506)이 방전관(502)을 둘러싼 망 형태로 구성될 수도 있다. 이하에서는, 외부전극(506), 애자(508) 및 내부전극(510)의 상세 구조를 살펴보면서 고전압 방전 발생 장치(108)가 고전압 방전을 발생시키는 과정을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부전극(506)을 설명하기 위한 도면이다.
외부전극(506)은 방전관(502) 외부를 둘러싸는 전극으로서, 내부전극(510)과 대향하도록 형성된다. 도시된 바와 같이, 외부전극(506)은 지지대(504)을 관통하여 고전압 공급기(106)와 연결될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 외부전극(506)이 지지대(504)를 관통하지 않고 곧바로 고전압 공급기(106)와 연결될 수도 있다. 또한, 외부전극(506)은 상술한 바와 같이, 코일 형상 또는 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 외부전극(506)이 방전관(502)을 둘러싸는 코일 형상 또는 원통 형상으로 이루어질 경우, 외부전극(506)의 형상을 유지하는데 용이하며, 특히 내부전극(510)과의 간격 조정이 용이하다. 또한, 외부전극(506)이 코일 형상으로 이루어질 경우, 그 코일 형상을 그대로 유지하기 위해, 외부전극(506) 코일의 층과 층 사이가 지면과 수직한 방향으로 추가적으로 상호 연결될 수도 있다.
이하에서는, 외부전극(506)과 내부전극(510) 사이에서 고전압 방전이 발생하는 과정을 구체적으로 설명한다. 먼저, 고전압 공급기(106)는 외부전극(506) 및 내부전극(510)에 전압을 인가한다. 외부전극(506) 및 내부전극(510)에 전압이 인가되면, 유전체인 방전관(502)을 사이에 두고 외부전극(506)과 내부전극(510)이 서로 대전된다. 이 상태에서, 고전압에 의해 주입된 에너지가 반도체 현상과 같이 방벽인 방전관(502) 내부에서 전자사태를 형성하고, 생성된 전자는 전자가 띄고 있는 열에너지로 인해 방전관(502) 방벽을 뚫고 방전관(502) 외부에 있는 외부전극(506) 쪽으로 방사된다. 이때, 스트리머 방전이 일어나게 된다. 즉, 생성된 전자사태의 전자들이 주변에 있는 산소 분자를 끌어 당기기 위해 방전되며, 이때 생성된 전자는 산소 분자가 쉽게 흡수할 수 있는 에너지를 띄게 된다. 일반적으로, 이온 수명은 에너지에 따라 달라진다. 따라서, 산소 분자는 생성된 2개의 전자를 얻어 과산화라디칼인 불안정한 무기성 과산화산소 O-2 2 또는 O- 2 로 변형된다. 이러한 무기성 과산화산소는 방전관(502)을 중심으로 방사상으로 형성되므로 대단위 면적에 걸쳐 많은 양이 순간적으로 생성되게 된다. 이들은 라디칼 작용을 통해 병원균, 바이러스 등의 세포막에 침투하여 세포막을 중화 및 파괴시키며, 휘발성 유기 화합물(VOC)을 분해하며, 메탄과 같은 물질은 물과 이산화탄소로 변화시키고 황화수소의 경우에는 물과 극미량의 황산으로 분해시킨다. 특히, 기존에 알려진 20여종 이상의 악취를 분해하여 소멸시킴으로써 악취를 완전하게 제거한다. 그러나, 이와 같은 과정을 통해 발생하는 고전압 방전은 방전관(502)을 중심으로 방사상으로 형성되므로, 집적화된 고전압 방전이 일어나기 어렵다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 내부전극(510)이 방전관(502) 내부에서 애자(508)를 둘러싸도록 구성되며, 이에 따라 방전의 방향성을 제어할 수 있으며, 집적화된 방전을 발생시킬 수 있다. 애자(508) 및 내부전극(510)의 상세 구성 및 이로 인해 집적화된 고전압 방전이 발생하는 과정은 후술하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 애자(508) 및 내부전극(510)을 설명하기 위한 도면이다.
애자(508)는 내부전극(510) 내부에 형성되는 절연물(insulator)로서, 예를 들어, 세라믹으로 이루어질 수 있다. 도시된 바와 같이, 애자(508)는 내부전극(510)에 의해 둘러싸여 있다. 애자(508)는 예를 들어, 속이 꽉 찬 원통형 모양으로 이루어질 수 있으며, 이 경우 애자(508)는 중실(solid) 단면을 구비하게 된다. 애자(508)가 중실 형태로 이루어짐에 따라 방전의 집적도가 증가하게 되며, 이에 대해서는 도 9를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다. 상술한 애자(508)의 재질 또는 형상은 하나의 예시에 불과하며, 이에 한정되지 않는다.
내부전극(510)은 애자(508)를 둘러싸는 전극으로서, 외부전극(506)과 대향하도록 방전관(502) 내벽과 일정 거리 이격되어 형성된다. 내부전극(510)은 상술한 바와 같이, 코일 형상 또는 원통 형상으로 이루어질 수 있다. 내부전극(510)이 애자(508)를 둘러싸는 코일 형상 또는 원통 형상으로 이루어질 경우, 내부전극(510)의 형상을 유지하는데 용이하며, 외부전극(506)과의 간격 조정이 용이하다. 또한, 내부전극(510)은 외부전극(506)과 마찬가지로 지지대(504)을 관통하여 고전압 공급기(106)와 연결될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 내부전극(510)이 지지대(504)를 관통하지 않고 곧바로 고전압 공급기(106)와 연결될 수도 있다. 상술한 바와 같이, 내부전극(510)은 고전압 공급기(106)로부터 전압을 인가받아 고전압 방전을 발생시킨다.
내부전극(510)은 스트리머 방전을 촉진시키고 아크 방전을 억제시킬 수 있도록 도전체로 이루어질 수 있다. 내부전극(510)은 예를 들어, 스테인리스 스틸로 이루어진 판상의 도전체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 방전관(502)에서 고전압 방전이 발생하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 굵은 선 화살표는 방전관(502)에 유입된 공기의 흐름을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 방전관(502) 내부로 유입된 공기는 방전관(502) 내의 빈 공간, 즉, 내부전극(510)의 바깥쪽 부분으로 이동하여 아래로 내려가면서 내부전극(510)과 외부전극(506)의 사이의 방전 공간을 통과하게 된다. 이때, 유입된 공기에 의해 외부전극(506)과 내부전극(510) 사이에서 고전압 방전이 발생하게 된다. 특히, 본 발명의 실시예들에 의하면 애자(508)에 의해 방전의 방향성을 외부전극(506)으로만 향하게 함으로써 방전 효율을 높아지게 되며, 다수의 스트리머 방전과 소수의 아크 방전을 유도할 수 있다. 즉, 내부전극(510)이 애자(508)를 둘러싸도록 함으로써 내부전극(510)의 내부로 고전압이 방사되는 현상을 방지할 수 있으며, 내부전극(510)에서 외부전극(506)으로 고전압 방전이 발생하도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면 고전압 방전의 방향성을 제어할 수 있다. 또한, 내부전극(510)이 애자(508)를 둘러싸고 있기 때문에 내부전극(510)의 코일 주변에서만 방전이 발생하게 되며, 이에 따라 방전의 균일성이 증가하게 된다.
이와 같은 과정을 통해 외부전극(506)과 내부전극(510) 사이에서 고전압 방전이 발생하는 경우, 공기에 포함된 악취 발생 물질의 분자 연결고리가 끊어지게 되고, 공기에 포함된 악취가 제거된다. 또한, 상술한 바와 같이 고전압 방전 발생 과정을 통해 오존, O, OH, N, NO3 등의 라디칼, 자외선, 방전 에너지 등이 생성될 수 있으며, 생성된 오존 또는 라디칼 등은 폐수와 접촉하거나 반응함으로써 폐수를 정화시킬 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 내부전극(510)은 일정 직경(508a)을 갖는 애자(508)를 둘러싼다. 상술한 바와 같이, 애자(508)는 예를 들어, 속이 꽉 찬 원통형 모양으로 이루어질 수 있다. 이때, 애자(508)의 직경(508a)은 발생시키고자 하는 고전압 방전의 세기에 따라 다르게 설정될 수 있다. 즉, 내부전극(510)은 애자(508)를 둘러싸고 있기 때문에, 애자(508)의 직경(508a)이 커지면 내부전극(510)의 직경 또한 커지게 된다. 만약, 내부전극(510)의 직경이 커지게 되면 외부전극(506)과 내부전극(510) 사이의 간격이 가까워지게 되며, 이 경우 방전의 세기 또한 더욱 커지게 된다. 마찬가지로, 애자(508)의 직경(508a) 및 내부전극(510)의 직경이 작아지게 되면 외부전극(506)과 내부전극(510) 사이의 간격이 멀어지게 되며, 이 경우 방전의 세기는 작아지게 된다. 즉, 본 발명의 실시예들에 의하면 애자(508)의 직경(508a)을 증가시키거나 감소시킴으로써 외부전극(506)과 내부전극(510) 사이의 간격을 조정할 수 있으며, 필요에 따라 고농도 악취 처리 또는 저농도 악취 처리를 수행할 수 있다. 애자(508)의 직경(508a)은 처리하고자 하는 악취 또는 폐수 등에 따라 달라질 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 전술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템
102 : 반응조 102a : 폐수 유입구
102b : 폐수 배출구 104 : 공기 흡입관
104a, 502a : 공기 유입구 104b : 공기 이동관
106 : 고전압 공급기 108 : 고전압 방전 발생 장치
110 : 스컴 배출관 112 : 스컴 제거통
112a : 스컴 제거판 114 : 공기 배출관
116 : 발열체 118 : 오존 제거 장치
118a : 활성탄 118b, 502b : 공기 배출구
502 : 방전관 504 : 지지대
506 : 외부전극 508 : 애자
508a : 애자의 직경 510 : 내부전극

Claims (9)

  1. 냉각수 또는 폐수가 저장되는 반응조;
    상기 냉각수 또는 상기 폐수에 적어도 일부가 잠기도록 구성되는 방전관을 포함하며, 외부 전압의 인가에 따라 상기 방전관 내부의 방전 공간에서 고전압 방전을 발생시키는 고전압 방전 발생 장치;
    상기 반응조 내부와 연결되며, 상기 고전압 방전에 의해 상기 냉각수 또는 상기 폐수의 수면에서 발생하는 스컴(scum)을 상기 반응조 외부로 배출하는 스컴 배출관; 및
    상기 스컴 배출관을 통과한 스컴이 서로 충돌하여 제거되기 위한 일정 크기의 공간을 구비하며, 상기 스컴과 충돌함으로써 상기 스컴을 제거하는 스컴 제거판이 일측에 배치되는 스컴 제거통을 포함하는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스컴 제거판은,
    하나 이상의 회전 날개를 구비하며, 상기 회전 날개가 회전하여 상기 스컴과 충돌함으로써 상기 스컴을 제거하는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스컴 제거통 내부와 연결되어 상기 고전압 방전 발생 장치에 의해 정화된 공기를 상기 스컴 제거통 외부로 배출하는 공기 배출관을 더 포함하는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 공기 배출관 내부에서, 외부 전원의 인가에 따라 특정 온도의 열을 발생시킴으로써 상기 공기 배출관을 통과하는 공기에 포함된 습기를 제거하는 발열체를 더 포함하는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발열체는,
    하나 이상의 구멍을 갖는 허니컴(honeycomb) 구조로 형성되는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 공기 배출관의 일단과 연결되며, 활성탄을 이용하여 상기 공기 배출관에 존재하는 오존을 제거하는 오존 제거 장치를 더 포함하는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고전압 방전 발생 장치는,
    원통 또는 다각형 통 형태로 구성되는 방전관;
    상기 방전관의 내벽과 일정 거리 이격되어 형성되는 내부전극;
    상기 내부전극과 대향하도록 상기 방전관 외부를 둘러싸며, 외부 전압의 인가에 따라 상기 내부전극 및 상기 방전관 사이의 방전 공간에 고전압 방전을 발생시키는 외부전극; 및
    상기 내부전극의 내부에 형성되며, 상기 방전 공간에서 발생되는 고전압 방전의 방향성을 제어하는 애자를 포함하는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 애자의 직경은, 상기 방전 공간에서 발생되는 고전압 방전의 세기를 고려하여 설정되는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 애자는, 중실(solid) 형태로 이루어지는, 스컴 제거를 위한 고전압 방전 시스템.
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