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KR101649865B1 - 플라즈마 처리수 제조 장치 및 활성 가스 발생 장치 - Google Patents

플라즈마 처리수 제조 장치 및 활성 가스 발생 장치 Download PDF

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KR101649865B1
KR101649865B1 KR1020140166063A KR20140166063A KR101649865B1 KR 101649865 B1 KR101649865 B1 KR 101649865B1 KR 1020140166063 A KR1020140166063 A KR 1020140166063A KR 20140166063 A KR20140166063 A KR 20140166063A KR 101649865 B1 KR101649865 B1 KR 101649865B1
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dielectric barrier
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gas
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주식회사 플라즈맵
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Abstract

본 발명은 플라즈마 처리수 제조 장치를 제공한다. 이 플라즈마 처리수 제조 장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부; 상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조; 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함한다.

Description

플라즈마 처리수 제조 장치 및 활성 가스 발생 장치{Plasma Treated Water Producing Apparatus And Active Gas Generation Apparatus}
본 발명은 산화질소 생성 장치, 플라즈마 발생 장치, 및 아질산 이온(NO2 -)수를 생산하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 대기압 플라즈마 발생을 이용한 산화 질소 또는 아질산 이온수의 생산의 수율을 높이고 연속적으로 흐르는 물을 효율적으로 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
이온수를 제조하는 다양한 기술들이 있으며, 물 속에서 플라즈마를 방전시키는 기술(수중방전용 전극셀, 공개특허 10-2009-0032622)과 물 속에서 전기분해 처리를 통해 이온을 생성하는 기술(이온수, 그의 제조 방법 및 제조 장치, 공개특허특1996-0004225), (이온수 제조용 전기분해장치, 공개특허 10-2010-0073230)이 대표적인 종래의 기술들이다. 하지만, 물속에서 처리를 하고 있어 수산화 이온(Hydroxide, OH-) 혹은 산성 이온수를 제조하여 살균과 같은 한정된 응용만을 가지고 아질산 이온을 생산할 수 없다.
유전 장벽 방전을 활용한 대기 플라즈마 방전을 적용한 또 다른 종래의 기술(플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법, 공개특허 10-2013-0118903)에서는 활성종에 의해 탈취하고 그 활성종을 장치의 외부로 방출하여 부유균 및 부착균을 살균하는 목적으로 고안되었다.
본 발명은 플라즈마 처리수 또는 NOx 가스를 안정적으로 생산할 수 있는 제조하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부; 상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조; 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 수조에 수납된 물에 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스는 버블러(Bubbler)를 통하여 상기 수조의 물에 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 장벽 방전 모듈은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판; 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판; 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서를 포함한다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 상기 스페이서를 지지하고 상기 제3 방향으로 연장되는 도전성 지지블록; 복수의 유전체 장벽 방전 모듈의 최외곽에 배치되고 상기 제1 방향으로 연장되는 한 쌍의 측면 절연판; 및 상기 도전성 지지블록을 감싸도록 배치되고 상기 제3 방향으로 연장되는 절연 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 제1 방향으로 연장되고 일정한 간격으로 배열되고 절연체로 코팅된 금속 재질의 복수의 제1 유전체 장벽 방전 봉들; 이웃한 한 쌍의 제1 유전체 장벽 봉들 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되는 금속 재질의 복수의 제2 유전체 장벽 방전 봉들; 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉의 좌측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 좌측 도전성 지지블록; 및 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉의 우측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 우측 도전성 지지 블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 제3 방향의 최 외곽에 배치되는 측면 절연판; 상기 좌측 도전성 지지블록을 감싸도록 배치되는 좌측 절연 커버; 및 상기 우측 도전성 지지 블록을 감싸도록 배치되는 우측 절연 커버를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부는 상기 챔버에 연결되어 오존을 제거하는 오존 필터; 상기 오존 필터의 후단에 연결되어 이산화 질소의 농도를 측정하는 가스 감지부; 및 상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기를 포함할 수 있다. 상기 압축기는 상기 가스 분배부 또는 상기 수조에 상기 활성 가스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부는 상기 챔버에 연결되어 습기를 제거하는 습기 제거 필터; 상기 습기 제거 필터의 후단에 연결되어 가스 농도를 측정하는 가스 감지부; 상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기; 및 상기 압축기의 후단에 연결된 오존 필터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 가스 분배부는 서로 이격되어 배치된 다층 구조의 가스 분배판을 포함하고, 상기 가스 분배판은 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀을 통하여 상기 플라즈마 발생부에 상기 활성 가스를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수조의 물의 아질산 이온의 농도를 측정하는 플라즈마 처리수 모니터링부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 처리수 모니터링부는 상기 수조의 물을 제공받아 통과시키고 한 쌍의 투명 창문을 포함하는 모니터링 블록; 상기 자외선 영역을 광을 출력하여 상기 투명 창문에 제공하는 광원; 및 상기 투명 창문을 투과한 광을 감지하는 광감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수조의 온도를 제어하는 수조 온도 조절부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수조 온도 조절부는 상기 수조에 접촉하여 배치되는 열전소자 블록; 상기 열전소자 블록을 냉각시키는 냉각팬; 상기 열전소자 블록의 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 온도 센서를 통하여 상기 열전 소자 블록의 온도를 측정하는 온도 측정부; 상기 열전소자 블록에 전력을 제공하는 전원부; 및 상기 온도 측정부의 출력을 제공받아 상기 전원부를 제어하는 온도 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리부 제조 장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부; 상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조; 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함하고, 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스는 상기 수조의 물에 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 플라즈마 발생부에 제공하는 가스 분배부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스는 버블러(Bubbler)를 통하여 상기 수조의 물에 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 산소 가스와 질소 가스를 제공받아 플라즈마를 이용하여 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부; 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함한다. 상기 플라즈마 발생부는 유전체 장벽 방전을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 장벽 방전 모듈은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판; 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판; 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 제1 방향으로 연장되고 일정한 간격으로 배열되고 절연체로 코팅된 금속 재질의 복수의 제1 유전체 장벽 방전 봉들; 이웃한 한 쌍의 제1 유전체 장벽 봉들 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되는 금속 재질의 복수의 제2 유전체 장벽 방전 봉들; 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉의 좌측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 좌측 도전성 지지블록; 및 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉의 우측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 우측 도전성 지지 블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 활성 가스 발생 장치는 외부에서 제공된 산소 가스와 질소 가스를 수납하는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버 내부에 배치되고 플라즈마를 이용하여 산화질화 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부; 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 이산화질소 가스 순환부를 포함한다. 상기 활성 가스 순환부는 오존 필터를 통하여 오존을 제거하고 순환시킨다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 유전체 장벽 방전 모듈은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판; 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판; 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서를 포함한다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 플라즈마 발생부는 제1 방향으로 연장되고 일정한 간격으로 배열되고 절연체로 코팅된 금속 재질의 복수의 제1 유전체 장벽 방전 봉들; 이웃한 한 쌍의 제1 유전체 장벽 봉들 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되는 금속 재질의 복수의 제2 유전체 장벽 방전 봉들; 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉의 좌측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 좌측 도전성 지지블록; 및 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉의 우측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 우측 도전성 지지 블록을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 플라즈마 발생부에 제공하는 가스 분배부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판; 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판; 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서를 포함한다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치된다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판의 앞뒤면에 배치된 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극은 대기압에서 질소와 산소를 이용하여 유전체 장벽 방전을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 플라즈마 전극 및 상기 제2 플라즈마 전극은 크롬(Cr)/은(Ag)의 적층 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈; 및 상기 유전체 장벽 방전 모듈들을 고정하고 전력을 공급하고 상기 유전체 장벽 방전 모듈의 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 연장되는 지지블록을 포함한다. 상기 유전체 장벽 방전 모듈은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판; 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판; 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서를 포함한다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 플라즈마 전극에 20 kHz 내지 40 kHz의 교류를 사용하여, 3 kV 이상의 전압을 인가하는 교류 전원을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치는 산소와 질소를 제공받아 이산화질소를 생성하는 대기압 유전체 장벽 플라즈마를 발생시킨다. 상기 플라즈마 발생 장치는 1 방향으로 연장되고 일정한 간격으로 배열되고 절연체로 코팅된 금속 재질의 복수의 제1 유전체 장벽 방전 봉들; 이웃한 한 쌍의 제1 유전체 장벽 봉들 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되는 금속 재질의 복수의 제2 유전체 장벽 방전 봉들; 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉의 좌측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 좌측 도전성 지지블록; 및 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉의 우측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 우측 도전성 지지 블록을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 제3 방향의 최 외곽에 배치되는 측면 절연판; 상기 좌측 도전성 지지블록을 감싸도록 배치되는 좌측 절연 커버; 및 상기 우측 도전성 지지 블록을 감싸도록 배치되는 우측 절연 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 플라즈마 처리수 또는 활성 가스를 생산하는 장치에 관한 것으로, 효율성, 생산성, 및 안전성을 높여 육제품, 살균수, 오폐수 처리 등 플라즈마 처리수를 사용할 수 있는 다양한 산업적 응용이 가능하게 한다. 특히, 화학적 합성 식품 첨가물(대표적으로 아질산나트륨, NaNO2)을 대체할 수 있는 첨가물의 대체재 개발이 요구되는 육제품 제조의 경우, 본 발명은 혁신적인 해결책을 제공할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 도면들이다.
도 2은 도 1의 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 사시도이다.
도 3는 도 1의 플라즈마 발생부를 설명하는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 I-I', II-II', 및 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 플라즈마 발생부의 전기적 연결을 나타내는 회로도이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 유전체 장벽 방전판의 평면도, 배면도, 및 단면도를 나타내는 도면들이다.
도 7은 플라즈마 처리수 모니터링부를 설명하는 개념도이다.
도 8은 플라즈마 처리수 모니터링부의 산화질소의 농도를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 도면이다.
도 10는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 도면이다.
도 11a 내지 도 11e는 정상 동작(normal operation), 오존 필터링 동작(Ozone filtering operation), NOx 필터링 동작(NOx filtering Operation), 외부 가스 동작(External Gas Operation), 그리고 벤팅 동작(Venting Operation)을 설명하는 유체 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성 가스 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생를 설명하는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 15는 도 14의 플라즈마 발생 장치의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 14의 플라즈마 발생의 전기적 연결을 나타내는 회로도이다.
도 17은 도 14의 플라즈마 발생 장치에 절연 커버를 부착한 경우의 사시도이다.
이하, 플라즈마 처리수 제조 장치, 활성 가스 발생 장치, 및 플라즈마 발생 장치에 관하여 설명한다. 이산화 질소를 물에 용해시킨 플라즈마 처리수는 육제품 처리에 사용될 수 있으며, 이산화 질소를 포함하는 활성 가스 발생 장치는 직접 육제품을 처리할 수 있고, 상기 플라즈마 발생 장치는 활성 가스를 생성하여 포집할 수 있다.
플라즈마 처리수의 육제품 제조에 대한 적용 타당성을 보기 위한 실험에서는 적은 양의 고인 물에 낮은 파워의 플라즈마를 적용하고 있다. 여기서 플라즈마 소스는 유전 장벽 방전(Dielectric Barrier Discharge)을 통해 많은 활성종(reactive species)을 발생할 수 있다. 유전 장벽 방전은 플라즈마 전극 중 하나 이상이 유전체로 둘러쌓여 있는 것을 특징으로 하며, 전극에 짧은 펄스 전압(short-pulse excitation)을 인가하여 더 많은 활성종 발생을 유도할 수 있다.
발생한 활성종은 플라즈마에 직접적으로 혹은 간접적으로 노출된 물(정수, 증류수, 등)에 흡수되어 일명 “플라즈마 처리수”를 생산한다. 플라즈마의 방전이 대기압에서 이루어지기에 고가의 진공장비를 필요로 하지 않아 다양한 응용이 가능하며, 발생시키고자 하는 활성종은 방전 기체(예를 들어, 헬륨, 아르곤, 질소, 산소 등) 구성과 플라즈마 방전 조건의 선택을 통해 조절될 수 있다. 질소와 산소의 밀도가 높은 대기에서의 플라즈마 방전은 아질산과 오존(O3) 등의 활성종을 다수 발생시켜 아질산 이온수(일명, “플라즈마 활성 이온수”) 혹은 살균수를 생산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치는 플라즈마 소스와 물을 보관하는 수조로 구성될 수 있다. 하지만, 흐르지 않는 물을 한번에 처리하는 뱃지 타입(batch type)은 생산성이 낮다. 뱃지 타입에서 플라즈마에서 발생한 활성종이 물로 흡수되는 과정은 확산(diffusion)으로 제한되어 그 흡수율이 낮아 플라즈마 처리수의 생산 효율이 낮으며, 대기 플라즈마 방전에서 생성되는 오존을 추가적으로 처리(Decomposition)해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명은 한국특허출원번호 (10-2014-0032340) 및 한국특허출원번호 (10-2014-0067665)을 산업적으로 활용하기 위한 장비에 관한 것이다. 다 구체적으로, 이온수를 효율적으로 생산하는 장비의 설계에 관한 것이다. 여기서 이온수는 육제품 뿐만이 아니라 살균수, 오폐수 처리로의 응용도 가능하며, 본 발명의 적용 범위는 육제품 제조용 장치로 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 낮은 효율과 생산성을 가지는 플라즈마 처리수 발생 장치의 성능이 개선되고, 환경 규제로 제한되는 오존 발생을 억제하여 산업용 적용이 제공될 수 있다.
플라즈마 처리수의 생산성을 높이기 위해 인라인 타입(in-line type)으로 장치가 구성되고, 흐르는 물을 연속적으로 처리할 수 있다. 보다 상세하게는 일정하게 물(정수, 생수, 수돗물 등)을 공급하는 물 공급부(water supplier), 플라즈마를 방전시키는 플라즈마 발생부(plasma generator), 그리고 물과 플라즈마가 연속적으로 작용하여 플라즈마 처리수를 생산하는 챔버(chamber)로 구성될 수 있다.
플라즈마에서 생성된 활성 가스가 물에 흡수되는 효율을 높이기 위해, 유전체 장벽 방전을 수행하는 플라즈마 전극은 유체 흐름이 통과할 수 있도록 설계될 수 있다. 보다 상세하게는 유전 격벽 방전 구조는 유체가 플라즈마 발생부를 통과할 수 있도록 설계될 수 잇다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기포를 물에 공급하여 플라즈마와 활성종이 반응하는 유효 표면적을 높이고, 활성종의 확산 능력을 향상시켜 플라즈마 처리수의 생산 효율을 높일 수 있다. 보다 상세하게는 챔버에서 순환되는 공기를 부분적으로 혹은 전체적으로 버블러를 통하여 기포 공급원으로 사용할 수 있다.
오존 발생을 억제하여 장비의 안정성과 효율성을 높이기 위해 높은 파워 밀도(예를 들어, 0.1 W/cm2 이상)를 플라즈마 전극에 인가하면, 산화질소가 주로 생성될 수 있다.
산업적 응용을 위해 일정한 수질(예를 들어, 아질산 이온 0.1 mM)의 플라즈마 처리수를 생산 관리하기 위해, 챔버 또는 플라즈마 처리수를 수납하는 수조에 플라즈마 처리수 모니터링부가 설치될 수 있다. 플라즈마 처리수 모니터링부를 이용하여 플라즈마 발생부의 운전 조건을 조절하는 피드벡 제어가 사용될 수 있다. 이에 따라, 안정적으로 일정 농도를 유지하는 플라즈마 처리수가 연속적으로 생산될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한 하기실시 예들에 설명되는 모든 조합들(Combination)이 본 발명에 있어서 필수 불가결한 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 도면들이다.
도 2는 도 1의 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 사시도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 발생부를 설명하는 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 I-I', II-II', 및 III-III'선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 1의 플라즈마 발생부의 전기적 연결을 나타내는 회로도이다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 유전체 장벽 방전판의 평면도, 배면도, 및 단면도를 나타내는 도면들이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 플라즈마 처리수 제조 장치(100)는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(150), 상기 챔버(150) 내부에 배치되고 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부(120), 상기 챔버(150)의 내부에 배치되고 물을 수납하고 플라즈마에 노출되는 수조(153), 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 순환시키는 활성 가스 순환부(160)를 포함한다.
상기 챔버(150)는 밀폐된 용기로 상기 활성 가스의 외부 누출을 방지할 수 있다. 상기 챔버(150)는 직육면체 형상이고, 금속 재질로 형성될 수 있다. 상기 챔버(150)는 직육면체 형상의 몸체 챔버(151)와 직육면체 형상의 상부 챔버(152)를 포함할 수 있다. 상기 상부 챔버(152)는 상기 몸체 챔버(151)의 상부면에 장착될 수 있다. 상기 몸체 챔버(151)의 내부에는 상기 플라즈마 발생부(120)가 배치되고, 상기 상부 챔버(152)의 내부에는 가스 분배부(150)가 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 발생부(120)는 질소 가스 및 산소 가스를 제공받아 대기압 유전체 장벽 방전을 수행하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성할 수 있다. 상기 산화 질소(NOx) 가스는 수조의 물에 용해되어 질산이온 및 아질산 이온을 포함하는 플라즈마 처리수를 생산할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부(120)는 대기압 방전을 수행하는 원료 가스 또는 순환된 활성 가스를 방전하여 산화 질소(NOx) 가스를 생성할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부(120)는 가스가 투과하면서 방전할 수 있도록 설계될 수 있다. 상기 산화 질소(NOx) 가스의 농도는 소정 값 이상으로 유지되도록, 상기 산화 질소(NOx) 가스는 순환될 수 있다.
수조(153)는 상기 몸체 챔버(151)의 내부에 배치되고, 물을 수납할 수 있다. 상기 물은 상기 활성 가스와 직접적으로 접촉하여 질산이온 및 아질산 이온을 생성할 수 있다. 상기 수조는 금속 재질 또는 유전체 재질의 용기일 수 있다. 상기 수조는 상부면이 개방된 직육면체 형상일 수 있다.
수조 온도 조절부(159)는 상기 수조를 일정한 온도 조절로 제어할 수 있다. 상기 수조 온도 조절부(159)는 상기 수조(153)에 접촉하여 배치되는 열전소자 블록(154), 상기 열전소자 블록(154)을 냉각시키는 냉각팬(155), 상기 열전소자 블록(154)의 온도를 측정하는 온도 센서(154a), 상기 온도 센서(154a)를 통하여 상기 열전 소자 블록의 온도를 측정하는 온도 측정부(157), 상기 열전소자 블록에 전력을 제공하는 전원부(156), 및 상기 온도 측정부(157)의 출력을 제공받아 상기 전원부를 제어하는 온도 제어부(158)를 포함할 수 있다.
상기 열전 소자 블록(154)은 비스무트와 테르르의 화합물(Bi2Te3) 등의　반도체로 만든　pn접합을 포함할 수 있다. 상기 열전 소자 블록은 금속 재질의 판에 열전 소자가 정렬되어 배치될 수 있다. 상기 열전 소자 블록은 설정 온도가 섭씨 25도 이상인 경우, 가열 동작을 수행할 수 있다. 한편, 상기 열전 소자 블록은 설정 온도가 섭씨 25도 미만인 경우, 냉각 동작을 수행할 수 있다. 상기 열전 소자 블록(154)은 상기 수조의 하부면에 접촉되어 배치되고, 상기 챔버의 하부면으로부터 외부로 돌출되도록 배치될 수 있다. 상기 열전 소자 블록(154)은 상기 수조의 온도를 섭씨 5도 내지 섭씨 50도 범위에서 조절할 수 있다. 상기 온도 센서(154a)는 상기 열전 소자 블록의 온도를 측정하거나 상기 수조의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도 센서(154a)는 열전대일 수 있다. 상기 냉각팬(155)은 상기 열전 소자 블록의 하부면에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 냉각팬(155)은 열을 외부로 방출시킬 수 있다. 상기 온도 측정부(157)는 상기 온도 센서의 온도를 감지하는 측정회로를 포함할 수 있다. 전원부(156)는 DC 전원이고, 상기 열전 소자 블록(154)에 전력을 공급하여 냉각 동작 또는 가열 동작을 수행할 수 있다. 온도 제어부(158)는 상기 온도 측정부의 측정 온도를 제공받아 상기 전원부의 출력을 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 수조의 온도 또는 상기 열전 소자 블록의 온도는 일정한 온도로 유지될 수 있다. 상기 온도 제어부는 PID 제어(비례적분미분 제어)를 수행할 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)로부터 제공된 상기 활성 가스는 상기 수조에 수납된 물에 제공될 수 있다. 구체적으로, 상기 활성 가스 순환부(160)로부터 제공된 상기 활성 가스는 버블러(Bubbler, 160a)를 통하여 상기 수조의 물에 제공될 수 있다. 상기 버블러(160a)는 미세한 공기 방울 형성하고, 상기 미세한 공기 방울에 포함된 산화 질소는 상기 물에 녹아 질산 이온 또는 아질산 이온을 형성할 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 몸체 챔버의 내부의 오존 농도를 소정의 값 이하로 유지하고, 상기 산화 질소의 농도를 소정의 값 이상으로 유지할 수 있다. 상기 활성 가스 순환부(160)는 오존을 농도를 낮추기 위하여 오존 필터(161)를 포함할 수 있다. 상기 오존 필터는 빛을 이용하여 오존을 산소로 분해할 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 챔버(150)에 연결되어 오존을 제거하는 오존 필터(161), 상기 오존 필터의 후단에 연결되어 이산화 질소의 농도를 측정하는 가스 감지부(164), 및 상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기(163)를 포함할 수 있다. 상기 압축기(163)는 상기 가스 분배부(140) 및/또는 상기 수조(153)에 상기 활성 가스를 제공할 수 있다. 상기 압축기의 출력은 유량 제어부에 의하여 상기 가스 분배부(140)와 상기 수조(153)로 적절한 비율로 배분될 수 있다.
예를 들어, 초기 동작 조건에서, 상기 압축기의 출력은 모두 상기 가스 분배부에 제공될 수 있다. 한편, 상기 챔버 내의 산화 질소의 농도가 소정의 임계값 이상인 경우, 상기 상기 압축기의 출력은 유량 제어부에 의하여 상기 가스 분배부와 상기 수조로 적절한 비율로 배분될 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 플라즈마 발생부(120)가 생성한 활성 가스의 물 흡수율을 높이기 위해 인위적으로 공기를 순환시킬 수 있다. 이를 위하여, 상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 몸체 챔버(151)에 연결된 파이프를 통하여 상기 몸체 챔버에서 활성 가스를 뽑아내어 이를 가스 분배부(140) 및/또는 버블러(160a)로 공급할 수 있다. 상기 가스 분배부와 상기 버블러로의 유량 비는 유량 제어부에 의하여 제어될 수 있다. 상기 활성 가스 순환부(160)는 오존 필터를 이용하여 오존의 분압을 조절하여 아질산이온의 농도를 높일 수 있다.
버블러(160a)는 플라즈마 처리수에 기포를 생성할 수 있다. 기포는 수면에서 터져나와 플라즈마에 직접적으로 혹은 간접적으로 노출되는 물의 유효 표면적을 높이고, 물 흐름의 수직 방향으로 작은 흐름을 만들어 이온 및 활성종이 섞이는 효과를 통해 플라즈마 처리수 생산 효율을 높일 수 있다.
한편, 상기 활성 가스 순환부(160)는 공정 이후 시스템의 유지보수를 위해 상기 챔버를 열기 전에 오존 필터(161) 및 NOx 필터를 이용하여 내부 유해가스의 분압을 충분히 낮추어 준 이후 상기 챔버(150)를 개방할 수 있는 환경을 제공할 수 있다.
플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 상기 수조의 물의 아질산 이온의 농도를 측정할 수 있다. 상기 플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 상기 수조의 물을 제공받아 통과시키는 한 쌍의 투명 창문을 포함하는 모니터링 블록(174), 상기 자외선 영역을 광을 출력하여 상기 투명 창문에 제공하는 광원(172), 및 상기 투명 창문을 투과한 광을 감지하는 광감지부(176)를 포함할 수 있다.
상기 가스 분배부(140)는 복층 구조의 사각형 형상의 타공판을 포함할 수 있다. 상기 가스 분배부(140)는 차례로 적층된 제1 가스 분배판(146), 제2 가스 분배판(144), 및 제3 가스 분배판(142)을 포함할 수 있다. 상기 제3 가스 분배판의 구멍 사이즈는 상기 제2 가스 분배판의 구멍 사이즈보다 크고, 상기 제2 가스 분배판의 구멍 사이즈는 제1 가스 분배판의 구멍 사이즈보다 클 수 있다. 상기 가스 분배부(140)는 상기 플라즈마 발생부(120)와 정렬되어 상기 플라즈마 발생부의 상부에 배치될 수 있다. 상기 가스 분배부(140)는 균일하게 활성 가스 또는 공급 가스를 분해하여 공간적으로 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 상기 가스 분배부(140)는 2개 이상의 타공판 층을 포함하고, 균일하게 플라즈마 발생부에 가스를 공급할 수 있다. 상기 가스 분배부의 재질은 유전체 재질, 세라믹 재질, 또는 금속 재질일 수 있다. 상기 타공판의 구멍은 2차원적으로 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 또한, 제1 가스 분배판과 상기 제2 가스 분배판은 서로 이격되어 배치되고, 상기 제2 가스 분배판과 상기 제3 가스 분배판은 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 플라즈마 처리수 제조 장치는 수조의 물을 상기 산화질소에 의하여 질산이온 및/또는 아질산 이온을 포함하는 플라즈마 처리수를 생성할 수 있다. 상기 플라즈마 처리수는 물 펌프에 의하여 처리수 저장부(173)로 이동될 수 있다. 또한, 공급수 저장부(174)는 상기 수조(153)에 물을 공급할 수 있다. 상기 처리수 저장부와 상기 수조 사이에는 제1 유량 조절부(171)가 배치되고, 상기 공급수 저장부와 상기 수조 사이에는 제2 유량 조절부(172)가 배치될 수 있다.
제어부(172)는 상기 플라즈마 처리수 모니터링부(170)로부터 아질산 이온의 농도를 제공받아, 소정의 농도 이상인 경우, 상기 제1 유량 조절부(171) 및 상기 제2 유량 조절부(172)를 제어하여, 일정한 아질산 농도를 유지할 수 있다. 또한, 상기 제어부(172)는 가스 감지부로부터 질산 농도 및/또는 오존 농도를 제공받을 수 있다. 또한, 상기 제어부(172)는 상기 플라즈마 발생부(120)에 전력을 공급하는 교류 전원(118), 활성 가스 순환부(160), 및 수조 온도 조절부(159)를 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 상기 가스 분배부(140)는 서로 이격되어 배치된 가스 분배판(141,144,146)을 포함할 수 있다. 상기 가스 분배판은 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀을 통하여 상기 플라즈마 발생부에 상기 활성 가스 및/또는 외부 가스를 제공할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부(120)는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈(111)을 포함할 수 있다. 상기 플라즈마 발생부(120)는 순환된 활성 가스를 이용하여 균일한 플라즈마를 생성할 수 있다.
상기 유전체 장벽 방전 모듈(111)은 제1 방향(x축 방향) 및 제2 방향(y축 방향)에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향(x축)으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판(110a), 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향(z축)으로 이격되어 상기 제1 방향(x축 방향)으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판(110b), 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판(110a)과 상기 제2 유전체 장벽 방전판(110b)의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서(122)를 포함한다.
상기 제1 유전체 장벽 방전판(110a)과 상기 제2 유전체 장벽 방전판(110b)의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판(110a)과 상기 제2 유전체 장벽 방전판(110b)의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극(114)이 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)은 상기 제2 플라즈마 전극(114)은 서로 제2 방향(y축방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 유전체 장벽 방전판의 양면에 각각 형성된 제1 플라즈마 전극과 제2 플라즈마 전극은 y축 방향으로 이격되어 나란히 진행할 수 있다.
제1 유전체 장벽 방전판(110a)은 제1 방향으로 연장되는 유전체 재질의 판 형상이고, 일면에는 제2 방향으로 이격된 한 쌍의 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)이 배치되고, 타면에서는 제2 플라즈마 전극(114)이 배치될 수 있다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판(110a)은 알루미나 기판의 양면에 각각 코팅된 제1 플라즈마 전극(112a, 112b) 및 제2 플라즈마 전극(114)을 포함할 수 있다.
제2 유전체 장벽 방전판(110b)은 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 동일한 형상일 수 있다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판 및 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 한 쌍의 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)은 서로 마주 보도록 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 유전체 장벽 방전판은 xy 평면에 배치되어, z축 방향으로 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 활성 가스는 상기 제1 및 제2 유전체 장벽 방전판의 공간을 통과할 수 있다.
상기 활성 가스를 순환하기 위하여, 상기 플라즈마 발생부(120)는 슬릿 구조 또는 빗(comb) 구조를 가질 수 있다.
상기 제1 플라즈마 전극(112a, 112b) 및 상기 제2 플라즈마 전극(114)은 유전체 기판(113) 상에 크롬(Cr)으로 코팅된 후 은(Ag) 또는 금(Au)으로 다시 코팅될 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전판은 2 mm이하의 얇은 판 형태의 유전체 기판의 양면에 금속박막을 증착하여 형성될 수 있다. 상기 플라즈마 전극은 2개 이상의 금속물질로 증착될 수 있다. 상기 플라즈마 전극은 상기 유전체와의 접촉력을 높이기 위해 크롬(Cr)을 일차적으로 증착하고, 그 위에 산화가 잘 일어나지 않는 은/금을 이차적으로 증착하여 형성될 수 있다. 상기 플라즈마 전극은 10 mm 이하 폭의 줄 형태일 수 있다. 양면의 줄 패턴은 서로 교번되어 배치될 수 있다. 상기 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 양단 끝에서 각각 서로 다른 전압에 인가될 수 있다.
상기 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)은 모두 병렬 연결되어 교류 전원의 일단자에 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 플라즈마 전극(114)은 모두 병렬연결되어 교류 전원의 다른 단자에 연결될 수 있다.
상기 스페이서(122)는 우측 스페이서와 좌측 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)은 나란히 제1 방향으로 연장되는 2 줄을 포함하고, 좌측의 끝에서 출발하여 우측의 끝에 도달하기 전에 멈출 수 있다. 이에 따라, 좌측 스페이서는 상기 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)과 전기적으로 접촉하고, 우측 스페이서는 상기 제1 플라즈마 전극과 전기적으로 접촉하지 않을 수 있다.
한편, 제2 플라즈마 전극(114)은 우측의 끝에서 출발하여 좌측의 끝에 도달하기 전에 멈출 수 있다. 이에 따라, 우측 스페이서는 상기 제2 플라즈마 전극을 보조 연결 전극(117)을 통하여 연결하고, 상기 제1 플라즈마 전극(112a, 112b)과는 절연될 수 있다.
스페이서(122)는 도전성 재질로 형성되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판(110a)과 상기 제2 유전체 장벽 방전판(110b)을 서로 z축 방향으로 이격시키고 고정할 수 있다. 상기 스페이서(122)는 상기 유전체 장벽 방전판의 양 끝에 배치되어, 상기 유전체 장벽 방전판 사이에 빈 공간을 형성할 수 있다. 또한, 상기 스페이서는 상기 제1 플라즈마 전극들과 접촉하여 서로 마주 보는 전극들을 전기적으로 서로 병렬 연결할 수 있다. 또한, 상기 스페이서는 등진 제2 플라즈마 전극들을 보조 연결 전극 및 결합 수단을 통하여 전기적으로 병렬 연결할 수 있다.
상기 플라즈마 발생부(120)는 상기 스페이서(122)를 지지하고 상기 제3 방향으로 연장되는 도전성 지지블록(123), 복수의 유전체 장벽 방전 모듈의 최 외곽에 배치되고 상기 제1 방향으로 연장되는 한 쌍의 측면 절연판(128), 및 상기 도전성 지지블록을 감싸도록 배치되고 상기 제3 방향으로 연장되는 절연 커버(127)를 포함할 수 있다.
상기 도전성 지지블록(123)은 좌측 도전성 지지블록 및 우측 도전성 지지블록을 포함할 수 있다. 상기 좌측 스페이서들은 상기 좌측 도전성 지지블록들에 전기적으로 연결되면서 고정될 수 있다. 상기 우측 스페이서들은 상기 우측 도전성 지지블록들에 전기적으로 연결되면서 고정될 수 있다. 상기 도전성 지지블록(123)은 제3 방향으로 연장되는 판 형태일 수 있다. 상기 좌측 스페이서들은 볼트와 같은 결합 수단을 통하여 상기 좌측 도전성 지지블록에 결합할 수 있다. 또한, 상기 우측 스페이서들은 볼트와 같은 결합 수단을 통하여 상기 우측 도전성 지지블록에 결합할 수 있다.
전극 연결봉(121)은 상기 도전성 지지블록(123)과 교류 전원(118)과 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 전극 연결봉(121)은 상기 도전성 지지블록(123)의 중심에서 x축 방향으로 연장될 수 있다.
절연 커버(127)는 상기 도전성 지지블록(123)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 절연 커버(127)는 z축 방향으로 연장되는 판 형상일 수 있다. 상기 절연 커버(127)는 내측면에 z축 방향으로 연장되는 도전성 지지블록 결합용 함몰부를 포함할 수 있다. 상기 도전성 지지블록 결합용 함몰부에 상기 도전성 지지블록(123)이 삽입되어 기생 방전을 억제하고 전기적 안전성을 제공할 수 있다. 절연 커버(127)는 알루미나 재질 또는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 재질로 형성될 수 있다.
측면 절연판(128)은 복수의 유전체 장벽 방전 모듈의 최 외곽에 배치되고 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다. 상기 측면 절연판(128)은 xz 평면에서 제1 방향으로 연장될 수 있다. 상기 측면 절연판(128)은 알루미나 재질 또는 PTFE(Polytetrafluoroethylene) 재질로 형성될 수 있다. 상기 측면 절연판(128)은 전기적 안전성을 향상시킬 수 있다. 상기 측면 절연판은 상기 도전성 지지블록(123)에 결합할 수 있다. 상기 측면 절연판은 기생방전을 억제하면서 전기적 안정성을 제공할 수 있다.
교류 전원(118)은 상기 전극 연결봉(121)을 통하여 상기 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극 사이에 20 kHz 내지 40 kHz의 3 kV 이상의 높은 전압을 인가할 수 있다. 상기 전극 연결봉(121)은 상기 챔버(150)의 측면을 통하여 외부로 연장되도록 배치될 수 있다. 상기 전극 연결봉(121)은 절연을 위하여 절연 자겟을 포함할 수 있다.
도 7은 플라즈마 처리수 모니터링부를 설명하는 개념도이다.
도 7을 참조하면, 플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 수조의 물의 아질산 이온의 농도를 측정할 수 있다. 상기 플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 상기 수조의 물을 제공받아 통과시키고 한 쌍의 투명 창문을 포함하는 모니터링 블록(174), 상기 자외선 영역을 광을 출력하여 상기 투명 창문에 제공하는 광원(172), 및 상기 투명 창문을 투과한 광을 감지하는 광감지부(176)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 모니터링 블록(174)은 한 쌍의 투명 창문을 포함하고, 상기 투명 창문으로 수정(quartz) 재질로 형성될 수 있다. 상기 투명 창문은 빛이 통과할 수 있도록 파이프의 양면에 배치될 수 있다.
플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 물에 녹은 아질산이온의 농도를 아질산 이온의 흡수파장 특성을 이용하여 실시간을 측정할 수 있다. 상기 플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 플라즈마 처리된 물을 물펌프(178)를 통하여 순환시키고, 상기 챔버 외부에서 흡수 스펙트럼을 분석하는 실시간으로 아질산 이온의 농도를 측정할 수 있다. 흡수 스펙트럼 분석을 위하여, 광원(172)으로 300nm 내지 400 nm 영역의 LED를 사용할 수 있다. 상기 광감지부(176)는 흡수 스펙트럼을 측정하기 위하여 350 nm 부근의 빛을 측정할 수 있다. 상기 플라즈마 처리수 모니터링부(170)는 상기 광원과 상기 광감지부의 열화현상을 보상하기 위해 순수물에 대한 흡수 스펙트럼을 이용하여 교정(calibration)할 수 있다. 상기 모니터링 블록(174)의 서로 마주 보는 투명 창문에 상기 광원과 상기 광감지부가 각각 배치될 수 있다. 상기 투명 창문 사이로 플라즈마 처리된 물이 연속적으로 흐를 수 있다.
도 8은 플라즈마 처리수 모니터링부의 산화질소의 농도를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 수조와 모니터링 블록 사이의 유체의 지연 시간은 td이다. 이에 따라, 모니터링 블록이 측정하는 산화질소의 농도는 실질적으로 td 시간 전에 상기 수조에서 산화질소의 농도(A)를 의미한다. 따라서, 특정 시간 t1에서의 상기 수조에서 산화질소의 농도는 교정된 커브에서 특정 시간 t1에서의 값(B)으로 보정되어야 한다. 따라서, 플라즈마 처리수의 농도를 정확히 측정하기 위하여, 상기 수조와 상기 모니터링 블록 사이의 거리는 최소화되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 실제 농도는 지연 시간(td), 측정 농도, 그리고 농도 증가 기울기를 이용하여 보상될 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 도면이다. 앞에서 설명한 것과 중복되는 설명은 생략한다.
도 9를 참조하면, 플라즈마 처리수 제조 장치(100a)는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(150), 상기 챔버(150) 내부에 배치되고 대기압 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부(120), 상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조(153), 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 활성 가스 순환부(160)를 포함한다. 상기 활성 가스 순환부(160)로부터 제공된 상기 활성 가스는 상기 수조(153)의 물에 제공된다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 챔버에 연결되어 습기를 제거하는 습기 제거 필터(169), 상기 습기 제거 필터(169)의 후단에 연결되어 가스 농도를 측정하는 가스 감지부(164), 상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기(163), 및 상기 압축기의 후단에 연결된 오존 필터(161)를 포함한다.
가스 분배부(140)는 상기 활성 가스 순환부(160)로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 플라즈마 발생부(120)에 제공할 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)로부터 제공된 상기 활성 가스는 버블러(Bubbler, 160a)를 통하여 상기 수조(153)의 물에 제공될 수 있다. 상기 버블러(Bubbler)는 미세한 공기 방울을 형성하여, 산화질소의 용해를 촉진시킬 수 있다.
상기 플라즈마 발생부(120)는 상기 활성 가스 순환부를 통하여 순환된 활성 가스를 제공받아 플라즈마를 형성할 수 있다. 이에 따라, 챔버 내부의 활성 가스의 농도가 증가하고, 발생된 오존은 상기 활성 가스 순환부의 오존 필터(161)에 의하여 제거될 수 있다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 플라즈마 발생부(120)는 유전체 장벽 방전을 수행할 수 있다. 도 18의 상기 플라즈마 발생부(120)는 도 10의 플라즈마 발생부(120)를 제1 방향(x축 방향)으로 절단된 단면을 표시한 것으로, 실질적으로 동일한 구성이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마 처리수 제조 장치를 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 플라즈마 처리수 제조 장치(100b)는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(150), 상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부(120), 상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조(153), 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 순환시키는 활성 가스 순환부(160)를 포함한다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 챔버에 연결되어 습기를 제거하는 습기 제거 필터(169), 상기 습기 제거 필터(169)의 후단에 연결되어 가스 농도를 측정하는 가스 감지부(164), 상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기(163), 및 상기 압축기의 후단에 연결된 오존 필터(161)를 포함한다. 상기 활성 가스 순환부(160)는 NOx 필터(165)를 포함할 수 있다. 상기 NOx 필터(165)는 NOx 가스를 물에 흡수시켜 동작할 수 있다. 상기 오존 필터(161) 및 상기 NOx 필터(165)는 상기 압축기의 후단에 연결될 수 있다. 상기 버블러(160a)의 전단에는 제1 유량 제어부(162a)가 배치될 수 있다. 상기 가스 분배부(140)의 전단에는 제2 유량 제어부(162b)가 배치될 수 있다. 상기 제1 유량 제어부와 상기 제2 유량 제어부는 병렬 연결될 수 있다. 상기 습기 제거 필터(169)와 상기 가스 감지부(164)는 직렬 연결될 수 있다. 상기 가스 감지부는 오존 또는 NOx의 농도를 측정할 수 있다.
또한, 압축기(163)의 출력단에는 입자 필터(167c)가 배치되고, 상기 챔버(150)의 출력단에 입자 필터(167a)가 배치되고, 상기 벤트 입력의 후단에는 입자 필터(167b)가 배치될 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 정상 동작(normal operation), 오존 필터링 동작(Ozone filtering operation), NOx 필터링 동작(NOx filtering Operation), 외부 가스 동작(External Gas Operation), 그리고 벤팅 동작(Venting Operation)을 수행할 수 있다. 복수의 동작 모드를 선택적으로 수행하기 위하여, 복수의 벨브(168, 168a~168m)가 배치될 수 있다.
도 11a 내지 도 11e는 정상 동작(normal operation), 오존 필터링 동작(Ozone filtering operation), NOx 필터링 동작(NOx filtering Operation), 외부 가스 동작(External Gas Operation), 그리고 벤팅 동작(Venting Operation)을 설명하는 유체 흐름도이다.
도 11a를 참조하면, 정상 동작(normal operation)의 경우, 챔버의 출력은 입자 필터(167a), 벨브(168c), 습기 제거 필터(169) 및 가스 검출기(164)를 통하여 압축기(163)의 입력에 제공될 수 있다. 상기 압축기(163)의 출력은 입자 필터(167c)를 통하여 2 개의 벨브(168k, 168l)를 통하여 제1 유량 제어부(162a) 및 제2 유량 제어부(162b)에 병렬 연결될 수 있다. 제1 유량 제어부(162a)의 출력은 벨브(168j)를 통하여 버블러(160a)에 연결되고, 제2 유량 제어부(162b)의 출력은 벨브(168m)를 통하여 가스 분배부(140)에 연결될 수 있다.
상기 정상 동작은 활성 가스를 생성하는 동작이다. 챔버 내부의 활성 가스는 가스 감지부에 제공되고, 가스 감지부는 NOx의 농도 및/또는 오존의 농도를 측정할 수 있다. 이어서, 상기 활성 가스는 압축기에 제공되어, 압축기는 활성 가스를 가스 분배부와 버블러에 제공한다. 이에 따라, 상기 챔버 내의 활성 가스의 농도는 증가할 수 있다.
도 11b를 참조하면, 오존 필터 동작의 경우, 챔버(150)의 출력은 입자 필터(167a), 벨브(168c), 습기 제거 필터(169), 가스 검출기(164), 및 벨브(168d)를 통하여 압축기(163)의 입력에 제공될 수 있다. 상기 압축기(163)의 출력은 입자 필터(167c)를 통하여 벨브(168g), 오존 필터(161), 벨브(168h, 168l), 를 경유하여 제1 유량 제어부(162a)와 제2 유량 제어부(162b)에 병렬 연결될 수 있다. 제1 유량 제어부(162a)의 출력은 벨브(168j)를 통하여 버블러(160a)에 연결되고, 제2 유량 제어부(162b)의 출력은 벨브(168m)를 통하여 가스 분배부(140)에 연결될 수 있다.
오존 필터 동작 모드의 경우, 정상 동작과 유사하나, 가스 순환부는 오존 필터를 통하여 활성 가스에서 오존을 제거하여, NOx의 농도를 일정한 값 이상으로 유지한다.
도 11c를 참조하면, NOx 필터링 동작(NOx filtering Operation)의 경우, 챔버(150)의 출력은 입자 필터(167a), 벨브(168c), 습기 제거 필터(169), 가스 검출기(164), 및 벨브(168d)를 통하여 압축기(163)의 입력에 제공될 수 있다. 상기 압축기(163)의 출력은 입자 필터(167c)를 통하여 벨브(168k, 168h), NOx 필터(165), 벨브(168i)를 경유하여 제1 유량 제어부(162a)와 제2 유량 제어부(162b)에 병렬연결될 수 있다. 제1 유량 제어부(162a)의 출력은 벨브(168j)를 통하여 버블러(160a)에 연결되고, 제2 유량 제어부(162b)의 출력은 벨브(168m)를 통하여 가스 분배부(140)에 연결될 수 있다.
NOx 필터링 동작 모드의 경우, 정상 동작과 유사하나, 가스 순환부는 NOx 필터를 통하여 활성 가스에서 NOx 을 제거하여, 오존의 농도를 일정한 값 이상으로 유지한다.
도 11d를 참조하면, 외부 가스 동작(External Gas Operation)의 경우, 챔버(150)의 출력은 입자 필터(167a), 벨브(168c), 습기 제거 필터(169), 가스 검출기(164), 벨브(168f)를 통하여 벤트 아웃렛(vent outlet)에 제공될 수 있다. 가스 인렛(gas inlet)은 벨브(168a)를 통하여 압축기(163)의 입력에 연결될 수 있다. 또한, 상기 압축기(163)의 출력은 입자 필터(167c)를 통하여 벨브(168k,168l)를 경유하여 제2 유량 제어부(162b)에 연결될 수 있다. 상기 유량 제어부(162b)의 출력은 벨브(168m)를 통하여 가스 분배부(140)에 연결될 수 있다.
외부 가스 동작 모드의 경우, 외부 가스는 압축기를 통하여 가스 분배부에 제공되고, 플라즈마 발생부가 동작하지 않는 상태에서 상기 외부 가스는 챔버에 제공된다. 챔버에 제공된 외부 가스는 벤트 아웃으로 배출된다. 상기 외부 가스는 산소 가스와 질소 가스의 혼합 가스일 수 있다. 상기 플라즈마 발생부를 동작시키지 않고 상기 챔버에 외부 가스를 충진하기 위하여 동작할 수 있다.
도 11e를 참조하면, 벤팅 동작(Venting Operation)의 경우, 챔버(150)의 출력은 입자 필터(167a), 벨브(168e), 오존 필터(161), NOx 필터(165), 벨브(168n), 습기 제거 필터(169), 가스 감지부(164), 및 벨브(168f)를 경유하여 벤트 아웃렛에 연결될 수 있다. 벤트 인렛(vent inlet)은 입자 필터(167b)를 경유하여 압축기(163)의 입력에 연결될 수 있다. 상기 압축기(163)의 출력은 입자 필터(167c), 벨브(168k, 168l)를 경유하여 제2 유량 제어부(162b)에 연결될 수 있다. 상기 제2 유량 제어부(162b)의 출력은 벨브(168m)를 통하여 가스 분배부(140)에 연결될 수 있다.
벤팅 동작(Venting Operation)의 경우, 상기 챔버에 활성 가스를 제거하기 위하여 수행될 수 있다. 질소와 같은 벤트용 가스가 벤트 입력으로 제공되고, 벤트 가스는 압축기에 제공될 수 있다. 상기 압축기는 벤트 가스를 가스 분배부에 제공한다. 상기 벤트 가스는 챔버에 제공되고, 챔버 내부에 있는 활성 가스와 벤트 가스는 오존 필터와 NOx 필터를 통과하여, 오존과 NOx는 제거된다. 이어서, 가스 감지부를 통하여, 오존과 NOx를 감지하고, 오존과 NOx가 제거된 경우, 오존 필터와 NOx 필터를 통과한 가스는 벤트 아웃렛으로 배출된다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 활성 가스 발생 장치를 설명하는 도면이다.
도 12를 참조하면, 활성 가스 발생 장치(101)는 외부에서 제공된 산소 가스와 질소 가스를 수납하는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(150), 상기 챔버(150) 내부에 배치되고 플라즈마를 이용하여 산화질화(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부(120), 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 활성가스 가스 순환부(160)를 포함한다. 상기 활성 가스 순환부(160)는 오존 필터(161)를 통하여 오존을 제거하고 순환시킨다.
피처리물은 챔버(150)의 내부에 배치되고, 상기 피처리물은 롤러와 같은 이송 수단에 의하여 연속적으로 이송될 수 있다. 상기 피처리물은 육류일 수 있다. 상기 챔버(150)는 질소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 제공받아 대기압으로 유지될 수 있다. 상기 챔버의 내부에는 상기 활성 가스에 의하여 처리되는 피처리물이 배치될 수 있다. 상기 피처리물은 육류이고, 상기 활성 가스는 NOx 가스를 포함할 수 있다.
상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 챔버의 NOx 농도가 일정한 값 이상으로 유지되도록 상기 활성 가스를 순환시킬 수 있다. 상기 활성 가스 순환부(160)는 상기 챔버에 연결되어 오존을 제거하는 오존 필터(161), 상기 오존 필터의 후단에 연결되어 이산화 질소의 농도를 측정하는 가스 감지부(164), 및 상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기(163)를 포함한다. 상기 압축기(163)는 상기 가스 분배부(140)에 상기 활성 가스를 제공한다.
상기 가스 분배부(140)는 서로 이격되어 배치된 다층 구조의 가스 분배판을 포함하고, 상기 가스 분배판은 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀을 통하여 상기 플라즈마 발생부에 상기 활성 가스를 제공한다.
도 3 및 도 12을 참조하면, 상기 플라즈마 발생부(120)는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈(111)을 포함할 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전 모듈은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판(110a), 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판(110b), 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서(122)를 포함할 수 있다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치될 수 있다. 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있다.
가스 분배부(140)는 상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 플라즈마 발생부에 제공할 수 있다. 상기 가스 분배부는 제공받은 가스를 공간적으로 균일하게 상기 플라즈마 발생부에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 플라즈마 발생부는 공간적으로 균일한 플라즈마 및 활성가스를 생성할 수 있다. 이에 따라, 상기 챔버의 NOx의 농도는 일정한 값 이상으로 유지될 수 있다. NOx의 일부는 상기 피처리물에 흡수될 수 있다.
다시, 도 12 및 도 2를 참조하면, 플라즈마 발생 장치는 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판(110a), 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판(110b), 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서(122)를 포함한다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치된다. 또한, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치된다. 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치된다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판의 앞뒤면에 배치된 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극은 대기압에서 질소와 산소를 이용하여 유전체 장벽 방전을 수행한다.
상기 제1 플라즈마 전극 및 상기 제2 플라즈마 전극은 크롬(Cr)/은(Ag)의 적층 구조를 가질 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생를 설명하는 사시도이다.
도 13을 참조하면, 유전체 장벽 방전판은 유전체 장벽 방전 모듈을 구성할 수 있다. 상기 유전체 장벽 방전 모듈(111)은 제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판(110a), 상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판(110b), 및 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서(122)를 포함한다.
상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극(112)이 각각 배치된다. 또한, 상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극(114)이 각각 배치된다. 상기 제1 플라즈마 전극은 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치된다. 상기 제1 유전체 장벽 방전판의 앞뒤면에 배치된 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극은 대기압에서 질소와 산소를 이용하여 유전체 장벽 방전을 수행한다. 상기 제1 플라즈마 전극(112)은 제1 방향으로 연장되는 한 줄의 전극이고, 상기 제2 플라즈마 전극(114)은 상기 제1 방향으로 연장되는 한 줄의 전극일 수 있다. 상기 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 y축 방향으로 이격되고, 상기 유전체 장벽 방전판의 양면에서 각각 연장될 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생 장치를 설명하는 사시도이다.
도 15는 도 14의 플라즈마 발생 장치의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 16은 도 14의 플라즈마 발생의 전기적 연결을 나타내는 회로도이다.
도 17은 도 14의 플라즈마 발생 장치에 절연 커버를 부착한 경우의 사시도이다.
도 14 내지 도 17을 참조하면, 플라즈마 발생부 또는 플라즈마 발생 장치(220)는 제1 방향으로 연장되고 일정한 간격으로 배열되고 절연체로 코팅된 금속 재질의 복수의 제1 유전체 장벽 방전 봉들(212a), 이웃한 한 쌍의 제1 유전체 장벽 봉들 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되는 금속 재질의 복수의 제2 유전체 장벽 방전 봉들(212b), 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉의 좌측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 좌측 도전성 지지블록(223a), 및 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉의 우측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 우측 도전성 지지 블록(223b)을 포함한다.
상기 플라즈마 발생부(220)는 활성 가스 발생 장치 또는 플라즈마 처리수 제조 장치를 위하여 챔버에 집적되거나 장착될 수 있다. 이 경우, 플라즈마 처리수 제조 장치는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(150), 상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부(220), 상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조(153), 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 순환시키는 활성 가스 순환부(160)를 포함할 수 있다.
활성 가스 발생 장치는 외부에서 제공된 산소 가스와 질소 가스를 수납하는 밀폐된 공간을 제공하는 챔버(150), 상기 챔버 내부에 배치되고 플라즈마를 이용하여 산화질화 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부(220), 및 상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함할 수 있다. 상기 활성 가스 순환부(160)는 오존 필터를 통하여 오존을 제거하고 순환시킬 수 있다.
제1 유전체 장벽 방전 봉들(212a)은 제1 방향으로 나란히 연장되고, 일단은 상기 좌측 도전성 지지블록(223a)에 결합 수단을 통하여 고정될 수 있다. 상기 제1 유전체 장벽 봉들(212a)은 알루미늄 재질의 봉 형상이고, 그 표면은 알루미늄 산화막으로 코팅될 수 있다. 상기 좌측 도전성 지지블록(223a)은 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들(212a)에 동일한 전압을 인가할 수 있다.
제2 유전체 장벽 방전 봉들(212b)은 제1 방향으로 나란히 연장되고, 일단은 우측 도전성 지지블록(223b)에 결합 수단을 통하여 고정될 수 있다. 상기 제2 유전체 장벽 봉들은 알루미늄 재질의 봉 형상이고, 그 표면은 알루미늄 산화막으로 코팅될 수 있다. 상기 우측 도전성 지지블록(223b)은 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들에 동일한 전압을 인가할 수 있다. 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들은 이웃한 제1 유전체 장벽 방전 봉들 사이에 배치될 수 있다.
좌측 도전성 지지블록(223a)은 제3 방향으로 연장되는 판 형상일 수 있다. 상기 좌측 도전성 지지블록은 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들을 지지하고 전압을 인가할 수 있다.
우측 도전성 지지 블록(223b)은 상기 좌측 도전성 지지블록과 나란히 배치되고, 판 형상일 수 있다. 상기 우측 도전성 지지블록은 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들을 지지하고 전압을 인가할 수 있다.
측면 절연판(228)은 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 제3 방향의 최 외곽에 배치될 수 있다. 상기 측면 절연판은 기생 방전을 억제하고 방전 안정성을 유지할 수 있다. 상기 측면 절연판(228)은 제1 방향으로 연장되고, 세라믹 또는 PTFE 재질의 판 형상일 수 있다.
좌측 절연 커버(227a)는 상기 좌측 도전성 지지블록(223a)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 좌측 절연 커버(227a)는 제3 방향으로 연장되는 판 형상이고, 그 내측에는 상기 좌측 도선성 지지 블록이 삽입될 수 있는 함몰부를 포함할 수 있다.
우측 절연 커버(227b)는 상기 우측 도전성 지지 블록(223b)을 감싸도록 배치될 수 있다. 상기 우측 절연 커버는 제3 방향으로 연장되는 판 형상이고, 그 내측에는 상기 우측 도선성 지지 블록이 삽입될 수 있는 함몰부를 포함할 수 있다.
전극 연결봉(221)은 상기 좌측 도전성 지지블록 및 상기 우측 도전성 지지 블록에 각각 결합하여 제1 방향으로 연장되고, 교류 전원(118)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉과 제2 유전체 장벽 방전 봉 사이에 교류 전압이 인가될 수 있다.
상기 제1 유전체 장벽 방전봉과 상기 제2 유전체 장벽 방전봉 사이의 공간으로 활성 가스가 통과하면서 플라즈마를 생성할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
120: 플라즈마 발생부
140: 가스 분배부
150: 챔버
153: 수조
160: 활성 가스 순환부

Claims (33)

  1. 밀폐된 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 유전체 장벽 방전 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부;
    상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 대기압 플라즈마에 노출되는 수조; 및
    상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함하고,
    상기 수조의 물은 질산 이온 또는 아질산 이온을 포함하는 플라즈마 처리수인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 수조에 수납된 물에 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스는 버블러(Bubbler)를 통하여 상기 수조의 물에 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는 서로 이격되어 나란히 연장되는 복수의 유전체 장벽 방전 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 유전체 장벽 방전 모듈은:
    제1 방향 및 제2 방향에 의하여 정의된 배치 평면에서 제1 방향으로 연장되는 제1 유전체 장벽 방전판;
    상기 배치 평면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 상기 제1 방향으로 연장되는 제2 유전체 장벽 방전판; 및
    상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 양단에 배치되고 일정한 거리를 유지하는 한 쌍의 스페이서를 포함하고,
    상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 마주보는 면에서는 동일한 형상의 제1 플라즈마 전극이 각각 배치되고,
    상기 제1 유전체 장벽 방전판과 상기 제2 유전체 장벽 방전판의 서로 등지는 면에는 동일한 형상의 제2 플라즈마 전극이 각각 배치되고,
    상기 제1 플라즈마 전극과 상기 제2 플라즈마 전극은 서로 제2 방향으로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는:
    상기 스페이서를 지지하고 상기 제3 방향으로 연장되는 도전성 지지블록;
    복수의 유전체 장벽 방전 모듈의 최외곽에 배치되고 상기 제1 방향으로 연장되는 한 쌍의 측면 절연판; 및
    상기 도전성 지지블록을 감싸도록 배치되고 상기 제3 방향으로 연장되는 절연 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는:
    제1 방향으로 연장되고 일정한 간격으로 배열되고 절연체로 코팅된 금속 재질의 복수의 제1 유전체 장벽 방전 봉들;
    이웃한 한 쌍의 제1 유전체 장벽 봉들 사이에 배치되고 제1 방향으로 연장되는 금속 재질의 복수의 제2 유전체 장벽 방전 봉들;
    상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제1 유전체 장벽 방전 봉의 좌측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 좌측 도전성 지지블록; 및
    상기 제2 유전체 장벽 방전 봉들의 일단을 고정하고 상기 제2 유전체 장벽 방전 봉의 우측에 배치되고 제3 방향으로 연장되는 우측 도전성 지지 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 장벽 방전 봉들의 제3 방향의 최 외곽에 배치되는 측면 절연판;
    상기 좌측 도전성 지지블록을 감싸도록 배치되는 좌측 절연 커버; 및
    상기 우측 도전성 지지 블록을 감싸도록 배치되는 우측 절연 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부는:
    상기 챔버에 연결되어 오존을 제거하는 오존 필터;
    상기 오존 필터의 후단에 연결되어 이산화 질소의 농도를 측정하는 가스 감지부; 및
    상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기를 포함하고,
    상기 압축기는 가스 분배부 또는 상기 수조에 상기 활성 가스를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부는:
    상기 챔버에 연결되어 습기를 제거하는 습기 제거 필터;
    상기 습기 제거 필터의 후단에 연결되어 가스 농도를 측정하는 가스 감지부;
    상기 가스 감지부의 후단에 연결된 압축기; 및
    상기 압축기의 후단에 연결된 오존 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 플라즈마 발생부에 제공하는 가스 분배부를 더 포함하고,
    상기 가스 분배부는 서로 이격되어 배치된 다층 구조의 가스 분배판을 포함하고,
    상기 가스 분배판은 복수의 관통홀을 포함하고, 상기 관통홀을 통하여 상기 플라즈마 발생부에 상기 활성 가스를 제공하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 수조의 물의 아질산 이온의 농도를 측정하는 플라즈마 처리수 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 플라즈마 처리수 모니터링부는:
    상기 수조의 물을 제공받아 통과시키고 한 쌍의 투명 창문을 포함하는 모니터링 블록;
    자외선 영역의 광을 출력하여 상기 투명 창문에 제공하는 광원; 및
    상기 투명 창문을 투과한 광을 감지하는 광감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 수조의 온도를 제어하는 수조 온도 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 수조 온도 조절부는:
    상기 수조에 접촉하여 배치되는 열전소자 블록;
    상기 열전소자 블록을 냉각시키는 냉각팬;
    상기 열전소자 블록의 온도를 측정하는 온도 센서;
    상기 온도 센서를 통하여 상기 열전 소자 블록의 온도를 측정하는 온도 측정부;
    상기 열전소자 블록에 전력을 제공하는 전원부; 및
    상기 온도 측정부의 출력을 제공받아 상기 전원부를 제어하는 온도 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  16. 밀폐된 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되고 대기압 플라즈마를 이용하여 산화 질소(NOx) 가스를 포함하는 활성 가스를 생성하는 플라즈마 발생부;
    상기 챔버의 내부에 배치되고 물을 수납하고 상기 대기압 플라즈마에 노출되는 수조; 및
    상기 챔버 내부의 상기 활성 가스를 제공받아 오존을 제거하고 순환시키는 활성 가스 순환부를 포함하고,
    상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스는 상기 수조의 물에 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스를 상기 플라즈마 발생부에 제공하는 가스 분배부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 활성 가스 순환부로부터 제공된 상기 활성 가스는 버블러(Bubbler)를 통하여 상기 수조의 물에 제공되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리수 제조 장치.
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