KR101524213B1 - 플라즈마 반응을 이용한 정수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 반응에 의해 생성되는 오존, 활성라디칼, 자외선 등을 이용하여 오염수를 정화하는 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석영관과 방전전극 내부에서 발생하는 플라즈마 반응에 의해 정화된 처리수의 오존 함량을 최소화하여 오존을 제거하는 처리수의 후처리를 보다 용이하게 하고, 오염수의 역류를 방지하여 플라즈마 반응을 위한 석영관과 방전전극을 보호하도록 한 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 오염수유입관과 처리수배출관이 각각 구비된 원통형의 반응조, 상기 반응조의 상부에 설치되고 상단이 공기주입구와 연통된 석영관, 상기 석영관의 내부 중앙에 설치된 방전전극, 상기 반응조의 상부에 관통 설치되어 석영관과 평행하게 일정간격으로 이격된 접지전극, 상기 반응조의 하부에 설치되되 석영관의 하단과 연결된 기포발생부재로 구성된 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 있어서, 상기 반응조는 석영관과 접지전극을 내부로 수용하는 내관과, 내관의 외부에 설치되되 내관을 상부를 통해 연통되는 외관으로 구성되어, 내관의 상부를 통해 연통되는 반응실과 배출실로 구획되고; 상기 오염수유입관은 내관의 하부에 반응실과 연통되게 설치되며; 상기 처리수배출관은 외관의 하부에 배출실과 연통되게 설치되고; 상기 외관의 상부 양측에 각각 외기유입관과 외기배출관이 배출실과 연통되게 설치됨을; 특징으로 한 플라즈마 반응을 이용한 정수장치가 제공된다.

Description

플라즈마 반응을 이용한 정수장치{Water purifying device using plasma reaction}

본 발명은 플라즈마 반응에 의해 생성되는 오존, 활성라디칼, 자외선 등을 이용하여 오염수를 정화하는 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 석영관과 방전전극 내부에서 발생하는 플라즈마 반응에 의해 정화된 처리수의 오존 함량을 최소화하여 오존을 제거하는 처리수의 후처리를 보다 용이하게 하고, 오염수의 역류를 방지하여 플라즈마 반응을 위한 석영관과 방전전극을 보호하도록 한 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 관한 것이다.

[문헌 1] 국내 특허등록 제10-0932377호, 2009.12.08.자

일반적으로 생활 용수, 농업 용수, 산업 용수 등으로 사용되는 각종 용수를 깨끗하게 정화하는 정수 기술은 생활폐수, 물리 및 화학적 처리 방식, 생물학적 처리 방식, 다단계 처리 방식 등으로 구분된다.

그리고 최근에 연구 개발되고 있는 첨단 정수 기술은 전기화학전 처리 방식, 전기 및 자기를 이용한 처리 방식, 자외선을 이용한 처리 방식, 오존을 이용한 처리 방식 등이 있다.

상기의 정수 기술 중에서 가장 많이 사용되는 정수 기술은 오존을 이용한 처리 방식으로, 이는 오존이 강력한 산화력을 가지고 유기물을 CO₂와 H₂O로 완전 분해하며 부산물을 생성하지 않는 특성에 의한 것이다.

이와 같이 오존은 공기를 플라즈마 반응시킴으로써 활성라디칼과 자외선 등과 함께 생성되는데, 상기 활성라디칼과 자외선 등도 오존과 같이 오염수에 대한 정화 능력이 탁월하다.

이러한 플라즈마 반응을 위하여 반응관, 반응관의 내부에 설치된 방전전극, 반응관의 외부에 설치된 접지전극으로 구성되어 방전전극과 접지전극에 전원을 인가한 상태에서 반응관의 내부에 공기가 통과되면서 플라즈마 반응에 의해 오존, 활성라디칼, 자외선 등이 생성되는 플라즈마 생성장치가 개발되고 있다.

그러나 상기한 플라즈마 생성장치는 수중에 투입하여 사용하면, 물의 도전성에 의해 플라즈마 반응이 제대로 일어나지 않고 전극의 단락 방지를 위한 기술이 필수적으로 적용되어야 한다.

따라서 연속적인 플라즈마 반응을 위해서는 고가의 펄스 전원과 고주파 전원을 사용하거나 코팅처리된 전극을 사용하거나 전극을 수면 위에 설치해야 하므로, 정수장치의 규모와 무게가 증대될 뿐만 아니라 소비전력과 제조단가가 높아지며 운전 및 유지관리도 용이하지 못한 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해소하기 위하여 플라즈마 생성장치를 직접 수중에 침투하여 사용하더라도 전극의 단락과 열화를 막고 강한 전계를 형성하여 플라즈마 반응이 연속적으로 이루어지도록 한 문헌 1의 플라즈마 반응을 이용한 정수장치가 발명되었다.

이러한 문헌 1의 플라즈마 반응을 이용한 정수장치는, 상부 양측에 각각 유입관과 배출관이 각각 설치된 원통형의 반응조, 상기 반응조의 상부에 설치되고 상단이 공기주입구와 연결된 석영관, 상기 석영관의 내부 중앙에 설치된 방전전극, 상기 반응조의 상부에 관통 설치된 접지전극, 상기 반응조의 하부에 설치되되 석영관의 하단과 연결된 기포발생부재로 구성되어 있다.

따라서 유입관을 통해 반응조의 내부에 오염수가 유입되고 방전전극과 접지전극으로 전원이 인가된 상태에서 공기주입구를 통해 공기가 석영관의 상단으로 주입되면, 석영관 내부에서 플라즈마 반응이 유도된다.

그러면 공기의 플라즈마 반응에 의해 오존, 활성라디칼, 자외선 등이 생성되고, 이는 기포발생부재에 의해 기포 형태로 반응조의 하부로 공급되면서 그 내부에 유입된 더러운 오염수를 깨끗하게 정화하게 된다.

그러나 상기한 종래의 플라즈마 반응을 이용한 정수장치는 깨끗하게 정화된 처리수가 반응조의 상부에 설치된 배출관을 통해 외부로 배출됨에 따라, 기포 혹은 기체 상태의 오존과 함께 외부로 배출되면서 오존이 그 내부에 녹아 처리수의 오존 함량이 높아질 뿐만 아니라 이후 처리수에서 인체에 독성이 있는 오존을 제거하는 후처리 공정이 용이하지 못하였다. 이에 따라 오존 제거를 위한 처리수의 처리비용이 증대될 뿐만 아니라 이를 위한 처리시설도 복잡하고 설치 비용도 증가될 수밖에 없었다.

또한 석영관의 내부로 공기가 유입되지 않는 정지 상태일 때, 정화되지 않은 오염수가 기포발생부재를 통하여 석영관의 내부로 역류되는 문제점이 있었다. 이에 따라 석영관의 내부와 방전전극이 오염물질로 오염될 뿐만 아니라 공기 주입을 위한 레귤레이터의 고장도 유발하였다.

그러므로 본 발명은 상기한 종래의 플라즈마 반응을 이용한 정수장치가 가진 문제점들을 모두 해소할 수 있도록, 처리수의 외부 배출시 기체 혹은 기포 상태의 오존과 함께 배출되지 않게 하여 처리수의 오존 함량을 최소화시키고 정지 상태에서 오염수가 석영관의 내부로 역류되지 않는 구조를 가진 플라즈마 반응을 이용한 정수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 오염수유입관과 처리수배출관이 각각 구비된 원통형의 반응조, 상기 반응조의 상부에 설치되고 상단이 공기주입구와 연통된 석영관, 상기 석영관의 내부 중앙에 설치된 방전전극, 상기 반응조의 상부에 관통 설치되어 석영관과 평행하게 일정간격으로 이격된 접지전극, 상기 반응조의 하부에 설치되되 석영관의 하단과 연결된 기포발생부재로 구성된 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 있어서, 상기 반응조는 석영관과 접지전극을 내부로 수용하는 내관과, 내관의 외부에 설치되되 내관을 상부를 통해 연통되는 외관으로 구성되어, 내관의 상부를 통해 연통되는 반응실과 배출실로 구획되고; 상기 오염수유입관은 내관의 하부에 반응실과 연통되게 설치되며; 상기 처리수배출관은 외관의 하부에 배출실과 연통되게 설치되고; 상기 외관의 상부 양측에 각각 외기유입관과 외기배출관이 배출실과 연통되게 설치됨을; 특징으로 한 플라즈마 반응을 이용한 정수장치를 제공한다.

본 발명은 깨끗하게 정화된 처리수의 오존 함량을 현저하게 낮춤으로써 처리후의 후처리 공정을 보다 용이하게 할 수 있고 이에 필요한 후처리 설비를 간단하게 구성할 수 있고 이를 소요되는 후처리 비용도 절감할 수 있는 효과가 있다. 그리고 본 발명은 공기가 주입되지 않은 상태에서 오염수의 역류를 방지함으로써 오염수의 역류로 인한 오염 및 손상을 방지하여 안전성과 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 종단면도.
도 3은 본 발명은 평면도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수중에서도 연속적인 플라즈마 반응을 원활하게 유도하여 이에 의해 생성되는 오존, 활성라디칼, 자외선 등의 플라즈마 에너지를 통해 오염수에 포함된 각종 이물질과 부산물을 산화시켜 깨끗한 처리수로 정화하는 플라즈마 반응을 이용한 정수장치(100)이다.

이는 오염수유입관(1)과 처리수배출관(2)이 상부에 각각 설치된 원통형의 반응조, 상기 반응조의 상부에 설치되고 상단이 공기주입구(3)와 연통된 석영관(4), 상기 석영관(4)의 내부 중앙에 설치된 방전전극(5), 상기 반응조의 상부에 관통 설치되어 석영관(4)과 평행하게 일정간격으로 이격된 접지전극(6), 상기 반응조의 하부에 설치되고 석영관(4)의 일측 단부와 연결된 기포발생부재(7)로 구성되어 있다.

특히, 본 발명의 플라즈마 반응을 이용한 정수장치(100)는 기체 혹은 기포 형태로 반응조에 잔존하는 오존이 처리수와 함께 처리수배출관(2)을 통해 외부로 배출되지 않게 하여 처리수의 오존 함량을 최소화하여 처리수의 후처리 공정을 보다 용이하게 한 것과, 석영관(4)의 내부로 공기가 주입되지 않는 작동 정지 상태에서 반응조로 유입된 오염수가 기포발생부재(7)를 통해 석영관(4)의 내부로 역류되지 않게 하여 석영관(4)과 방전전극(5)을 안전하게 보호한 것을 특징으로 한다.

상기의 첫 번째 특징은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 반응조는 석영관(4)과 접지전극(6)을 내부로 수용하는 내관(8)과, 내관(8)의 외부에 설치되되 내관(8)을 상부를 통해 연통되는 외관(9)으로 구성되어, 내관(8)의 상부를 통해 연통되는 반응실(10)과 배출실(11)로 구획되고; 상기 오염수유입관(1)은 내관(8)의 하부에 반응실(10)과 연통되게 설치되며; 상기 처리수배출관(2)은 외관(9)의 하부에 배출실(11)과 연통되게 설치되고; 상기 외관(9)의 상부 양측에 각각 외기유입관(12)과 외기배출관(13)이 배출실(11)과 연통되게 설치된; 구조에 의해 달성된다.

즉, 오염수를 정화한 후 배출실(11)과 반응실(10)의 상부에 잔존하는 오존을 외부에서 유입되는 외기와 함께 배출하고, 배출실(11)의 하부에서 처리수를 외부로 배출하여, 처리수로부터 오존을 최대한 배제시킨 구조에 의한 것이다.

상기의 두 번째 특징은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 석영관(4)과 기포발생부재(7)는 역류방지관(14)으로 연결된 구조에 의해 달성된다. 즉, 석영관(4)의 일측은 내관(8)의 내부에서 외관(9)의 상부를 관통하여 반응실(10)의 외부로 나가 굴곡된 후 내관(8)의 하부를 통해 반응실(10)의 내부로 관통하여 다시 들어온다. 그리고 그 단부는 석영관(4)의 하부에 위치된 기포발생부재(7)에 연결된다.

즉, 석영관(4)과 기포발생부재(7)를 반응실(10)의 수위보다 높은 구간을 가진 역류방지관(14)을 통해 연결함으로써 반응실(10)에 유입된 오염수의 역류를 방지한 구조에 의한 것이다.

따라서 본 발명은 처리수의 오존 함량을 낮춰 후처리 공정을 보다 용이하게 할 수 있고 오염수의 역류로 인한 장치의 오염 및 손상을 방지하여 안전성과 내구성을 향상시킬 수 있는데, 이의 작용 효과를 그 작동 과정을 통해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

오염수가 오염수유입관(1)을 통해 반응실(10)의 내부로 유입되는 상태에서, 공기주입구(3)를 통해 석영관(4)의 내부를 통해 공기가 주입됨과 동시에 방전전극(5)과 접지전극(6)에 전원이 인가되면, 방전전극(5)과 석영관(4)의 사이에서 방전 현상이 발생한다.

그러면 석영관(4)의 내부에서 높은 열기가 발생하여 플라즈마 반응이 일어나면서 그 내부를 통과하는 공기는 오존, 활성라디칼, 자외선 등의 플라즈마 상태로 변화하게 된다.

이러한 플라즈마 상태의 오존, 활성라디칼, 자외선 등은 기포발생부재(7)에 의해 반응실(10)의 하부에서 기포 형태로 공급되어 오염수를 정화하게 된다. 그리고 정화된 처리수는 반응실(10)의 상부를 통해 그 외측의 배출실(11)로 이동하여 처리수배출관(2)을 통해 외부로 배출된다.

이때 반응실(10)과 배출실(11)의 상부에 잔존하는 기체 상태의 오존은 외기유입관(12)을 통해 외관(9)의 상부로 유입된 외기의 흐름에 의해 외기와 함께 외기배출관(13)을 통해 외부로 배출된다. 따라서 반응실(10)과 배출실(11)의 상부에 잔존하는 기체 상태의 오존이 반응실(10)에서 넘쳐흐르면서 배출실(11)로 이동하는 처리수에 그대로 녹는 것을 최대한 막을 수 있게 된다.

그리고 반응조는 내관(8)과 외관(9)에 의해 반응실(10)과 배출실(11)로 구획됨에 따라, 기포 상태의 오존이 처리수와 함께 반응실(10)에서 넘쳐흐르면서 배출실(11)로 이동할 때 자연스럽게 터지면서 기체 상태가 된다. 따라서 기체 상태의 오존은 상기와 같이 외기유입관(12)과 외기배출관(13)에 의한 외기의 흐름에 의해 외부로 배출되므로 배출실(11)로 이동하는 처리수에 녹는 것을 최대한 억제할 수 있다.

또한, 처리수배출관(2)은 외관(9)의 하부에 설치됨에 따라, 배출실(11)의 저부에서부터 처리수를 외부로 배출하게 된다. 따라서 처리수가 처리수배출관(2)을 통해 외부로 배출되는 과정에서 배출실(11)의 상부에 부상하고 있는 기포 상태의 오존이 처리수와 함께 배출되는 것을 최대한 막을 수 있게 된다.

이에 따라 잔존하는 오존이 외기배출관(13)을 통해 외기와 함께 자연스럽게 외부로 배출됨에 따라, 종래에 비교하여 처리수에 녹거나 기포 상태로 포함된 오존의 함량이 현저하게 낮출 수 있으므로, 그 후처리 공정을 보다 용이하게 할 수 있고 이를 위한 후처리 설비도 간소화할 수 있다.

여기서 석영관(4)과 기포발생부재(7)는 역류방지관(14)으로 연결됨에 따라, 작동 정지 상태에서 공기주입구(3)로 공기가 주입되지 않을 때 반응실(10)의 내부에 있는 오염수가 기포발생부재(7)를 통해 석영관(4)의 내부로 역류하지 않게 된다.

즉, 역류방지관(14)은 반응실(10)과 배출실(11)의 수위보다 높은 구간을 가짐에 따라, 오염수가 기포발생부재(7)로 유입되더라도 오염수의 수위보다 높은 구간의 작용에 의해 석영관(4)으로는 역류하지 않게 된다.

따라서 작동이 정지된 상태에서 석영관(4)의 내부로 오염수가 역류되면서 석영관(4)과 방전전극(5)이 오염물질로 인해 오염 및 손상되는 종래의 문제점을 완전히 해소할 수 있다.

상기한 실시예는 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양하게 변형된 다른 실시예가 가능하다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위에는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 상기의 실시예 뿐만 아니라 다양하게 변형된 다른 실시예가 포함되어야 한다.

1: 오염수유입관 2: 처리수배출관
3: 공기주입구 4: 석영관
5: 방전전극 6: 접지전극
7: 기포발생부재 8: 내관
9: 외관 10: 반응실
11: 배출실 12: 외기유입관
13: 외기배출관 14: 역류방지관
100: 정수장치

Claims (2)

1. 오염수유입관(1)과 처리수배출관(2)이 각각 구비된 원통형의 반응조, 상기 반응조의 상부에 설치되고 상단이 공기주입구(3)와 연통된 석영관(4), 상기 석영관(4)의 내부 중앙에 설치된 방전전극(5), 상기 반응조의 상부에 관통 설치되어 석영관(4)과 평행하게 일정간격으로 이격된 접지전극(6), 상기 반응조의 하부에 설치되되 석영관(4)의 하단과 연결된 기포발생부재(7)로 구성된 플라즈마 반응을 이용한 정수장치에 있어서, 상기 반응조는 석영관(4)과 접지전극(6)을 내부로 수용하는 내관(8)과, 내관(8)의 외부에 설치되되 내관(8)을 상부를 통해 연통되는 외관(9)으로 구성되어, 내관(8)의 상부를 통해 연통되는 반응실(10)과 배출실(11)로 구획되고; 상기 오염수유입관(1)은 내관(8)의 하부에 반응실(10)과 연통되게 설치되며; 상기 처리수배출관(2)은 외관(9)의 하부에 배출실(11)과 연통되게 설치되고; 상기 외관(9)의 상부 양측에 각각 외기유입관(12)과 외기배출관(13)이 배출실(11)과 연통되게 설치되며; 상기 석영관(4)과 기포발생부재(7)는, 내관(8)의 내부에서 외관(9)의 상부를 통해 반응실(10)의 외부로 관통하여 굴곡된 후 내관(8)의 하부를 통해 반응실(10)의 내부로 관통하여 반응실(10)과 배출실(11)의 수위 보다 높은 구간을 가진 역류방지관(14)으로 연결된 플라즈마 반응을 이용한 정수장치.
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