KR100451125B1 - 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템 및그 제어 방법 - Google Patents

Abstract

여기에 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해가스 처리 시스템이 개시된다. 본 발명의 유해가스 처리 시스템은 다층 평판 전극을 구비한 저온 플라즈마 반응기를 구비한다. 저온 플라즈마 반응기는 유해가스 처리 공정과 전극 재생 공정으로 교대로 수행하는데, 두 대 이상의 저온 플라즈마 반응기를 구비하여 각기 교대로 유해 가스 처리 공정을 수행하도록 하여 전체적으로는 연속적인 유해가스 처리 공정의 진행이 가능하게 할 수 있다. 특히, 다층 전극판의 전극 삽입구를 서로 반대 방향으로 엇갈려 배치함으로 공정 진행 중에 아크 방전이 발생될 수 있는 것을 막아 전극판과 반응기가 손상되는 것을 방지한다.

Description

저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템 및 그 제어 방법{noxious gas purification system using non-thermal plasma reactor and control method therefor}

본 발명은 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 저온 플라즈마 반응기의 오염된 전극을 신속히 재생할 수 있으며 아크 방전(arc discharge)을 방지할 수 있는 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

폐수처리장, 화학공정, 반도체공정, 연소설비 등 여러 산업 공정이나 오염된 토양으로부터 대기 중으로 유해가스들이 배출되고 있다. VOCs(volatile organic compounds), PFCs(perfluorocarbons), CFCs(chlorofluorocarbons), 다이옥신(dioxin), 악취, 기타 무기물 등의 유해 가스들은 인체에 직접적으로 유해할 뿐만 아니라 대기중의 광스모그를 일으키는 원인 물질로 알려져 이에 대한 규제가 각 국에서 시행되고 있다. 최근, 특정 산업폐기물에 대한 규제가 강화되고 있는데 특히, 지구온난화 물질인 PFCs와 CFCs는 국제협약에 의해 단계적인 배출규제가 강화되고 있으며 2002년부터는 총량규제가 실시될 예정에 있다.

현재, 유해가스에 대한 처리기술로서 소각공법, 촉매공법, 흡착 또는 생물학적 여과공법 등이 실용화되고 있다. 그러나 이들 기존의 기술만으로는 향후 강화되는 규제를 충분히 만족할 수 없는 것으로 알려지고 있다. 일 예로, 소각 및 촉매공법의 경우에는 어떠한 방식으로든 고온의 열원이 필요하나 유해가스가 간헐적으로 배출되는 초청정 반도체 공정에서는 고온의 열원을 지속적으로 유지하기 위한 기술적 경제적 어려움이 있는 것으로 알려지고 있다.

한편, 고온의 열원이 없이도 유해가스를 분해 또는 산화 처리하는 기술로서 저온 플라즈마 공법이 있다. 저온 플라즈마 공법은 고전압 교류전력을 전기적 유전체로 구성된 반응기에 공급함으로서 상압 조건에서 전자와 이온으로 구성된 저온 플라즈마를 발생시키고, 여기서 발생된 일부 에너지가 높은 전자들을 이용하여 유해가스와 화학반응을 일으키도록 하여 유해가스를 처리하는 것이다.

저온 플라즈마를 이용한 유해 가스 처리 기술로서 1990년 9월 4일자로 Joseph G. Birmingham et al에게 허여된 미국특허 4,954,320 "반작용층 플라즈마 공기 정화(REACTIVE BED PLASMA AIR PURIFICATION)", 1993년 8월 17일자로 Carlos M. Nunez et al에게 허여된 미국특허 5,236,672 "휘발성 유기 화합물과 독가스의 코로나 파괴(CORONA DESTRUCTION OF VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS AND TOXICS)" 그리고, 1997년 3월 11일자로 Toshiaki Yamamoto에게 허여된 미국특허 5,609,736 "보조 촉매 저온 플라즈마를 이용한 유해가스 제어를 위한 방법 및 장치(METHODS AND APPARATUS FOR CONTROLLING TOXIC COMPOUNDS USING CATALYSIS-ASSISTED NON-THERMAL PLASMA)" 등이 있다.

상술한 종래 기술들은 저온 플라즈마를 발생시키기 위해 펄스 전력을 사용하거나, 반응 후 발생될 수 있는 가스상의 2차 오염물질을 줄이고 반응효율을 향상시키기 위해 반응기에 촉매 또는 강유전체 비즈(bead)를 충진하는 기술들을 제안하고 있다. 그러나 이상의 종래 기술들은 공정 중에 발생된 에어로졸(aerosol) 형태의 부산물이 반응기 또는 배관에 부착되어 막힘 현상을 초래하거나 반응기의 전기적 특성을 악화시켜 공정의 연속운전을 방해하고 있어 이들 제안된 기술을 실제로 상용화하여 운영중인 사례는 극히 드물다.

지금까지 제안된 저온 플라즈마 공정에 사용된 반응기는 대부분 원형의 실린더를 한편의 전극으로 하고 실린더 내에 가는 선 또는 작은 직경의 튜브를 다른 한편의 전극으로 이용하는 구조로 되어 있다. 이와 같은 형상의 반응기는 기존의 상용화된 중대형 오존발생장치와 유사한데 반응기내에서 발생되는 열을 외부로 배출하여 운전 온도를 낮추는데 유리한 점이 있으나 처리하는 가스의 유량에 비해 반응기가 커지는 단점이 있다.

한편, 플라즈마 발생 원리를 이용한 소형 오존 발생기의 경우 반응기내의 전극이 다층 평판으로 구성된 경우가 있다. 다층 평판 전극은 널리 알려져 있는 전극 형상으로, 가장 큰 특성은 원통형 실린더 구조를 갖는 반응기 구조에 비해 반응기내에서 발생된 열이 외부로 전달되기 어려워 운전온도가 상승하는데 있다. 그럼으로 다층 평판 전극을 갖는 반응기는 운전온도가 상승될수록 유해가스의 제거율이 상승하거나, 반응기내에 부착된 부산물이 산화되어 제거되는 과정이 촉진될 수 있는 유해가스 제거공정에 유리할 수 있다.

그런데, 비교적 깨끗한 공기 또는 산소로부터 오존을 발생시키는 오존 발생기와는 달리 수분 및 입자상의 물질이 다량으로 포함된 공기 및 배출가스를 처리하는 유해가스 처리공정에서는 아크 방전이 발생될 수 있어 다층 평판 전극을 구비한 반응기를 치명적으로 파손시킬 수 있는 문제점을 갖고 있다. 그럼으로 수분 및 입자상 물질이 포함된 가스 내에서도 안정적으로 저온 플라즈마를 발생할 수 있는 다층 평판 전극을 구비한 저온 플라즈마 반응기가 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서 유해가스 처리과정에서 저온 플라즈마 반응기의 내벽과 전극판에 부착되는 에어로졸을 효과적으로 제거할 수 있는 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해가스 처리 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 공정을 연속적으로 수행할 수 있는 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해가스 처리 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 아크 방전을 방지할 수 있는 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유해 가스 처리 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도;

도 2는 복수개의 저온 플라즈마 반응기를 구비한 유해 가스 처리 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도;

도 3은 본 발명의 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극의 사시도;

도 4는 도 3의 단위 평판 전극의 분해 사시도;

도 5는 오염된 공기를 처리한 후 에어로졸이 부착된 평판 전극을 보여주는 도면; 그리고

도 6은 재생 공정을 거처 재생된 평판 전극을 보여주는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10, 20, 22: 저온 플라즈마 반응기 18, 28: 밸브 시스템

12, 21, 23: 고주파 발진기 30: 다층 평판 전극

31: 세라믹 평판 전극 31a, 31b: 세라믹 평판

31c: 전극판 31d: 전극 돌출부

31e: 전극판 삽입 영역 31f: 전극판 삽입구

32a, 32b: 세라믹 스페이서

상술한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 유해 가스가 포함된 오염된 공기를 정화하는 유해 가스 처리 시스템은 오염된 공기의 처리 단계에서 오염된 공기를 저온 플라즈마 반응기로 유입하여 저온 플라즈마 반응에 의해 정화시킨다. 재생 단계에서 오염된 저온 플라즈마 반응기는 유해 가스를 포함하지 않은 비오염된 공기를 받아들여 저온 플라즈마 반응에 의해 오염된 저온 플라즈마 반응기 자신을 재생시킨다.

이 실시예에 있어서, 연속적으로 정화 처리 공정을 수행해야 하는 경우, 적어도 두 대의 저온 플라즈마 반응기로 유해 가스 처리 시스템을 구성하여 적어도 두 대의 저온 플라즈마 반응기들이 정화 처리 단계와 재생 처리 단계를 서로 교대로 진행하여 전체적으로 정화 처리 공정이 연속되게 한다. 불연속적으로 정화 처리 공정을 수행해도 되는 경우에는 단일 저온 플라즈마 반응기로 유해 가스 처리 시스템을 구성하고, 정화 처리 단계와 재생 처리 단계를 교대로 진행한다.

본 발명의 다른 특징에 의하면, 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 유해 가스가 포함된 오염된 공기를 정화하는 유해 가스 처리 시스템은 적어도 한 대 이상의 저온 플라즈마 반응기, 복수개의 밸브들을 갖는 밸브 시스템 및, 적어도 한 대 이상의 고주파 발생기를 구비한다. 밸브 시스템은 오염된 공기를 정화하기 위한 공정을 수행하는 저온 플라즈마 반응기로 오염된 공기를 제공하고, 오염된 저온 플라즈마 반응기 자신을 재생하기 위한 공정을 수행하는 저온 플라즈마 반응기로는 비오염된 공기를 제공한다. 그리고 적어도 한 대 이상의 고주파 발생기는 적어도 한 대 이상의 저온 플라즈마 반응기로 각기 고주파 전력을 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 저온 플라즈마 반응기에 설치되고, 고주파 발생기로부터 고주파 전력을 제공받아 저온 플라즈마 방전을 발생하는 다층 평판 전극은 내측에 전극판 삽입 영역을 갖는 비도전성 평판과, 전극판 삽입 영역에 삽입되는 도전성 전극판을 갖는 다층으로 배열된 복수개의 평판 전극들과 다층의 평판 전극들 사이에 통공이 형성되도록 각 세라믹 평판 전극들 사이에 위치하는 복수개의 스페이서들로 구성된다.

이 실시예에 있어서, 상기 비도전성 평판과 상기 스페이서는 세라믹으로 구성된다. 복수개의 평판 전극은 대략 사각 평판의 형상을 갖고 그 일 측에 전극판 삽입구가 마련되며, 복수개의 평판 전극은 전극판 삽입구가 이웃하는 평판 전극의 전극판 삽입구와 서로 반대 방향으로 엇갈리게 배열된다.

본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 저온 플라즈마 반응기에 설치되고, 고주파 발생기로부터 고주파 전력을 제공받아 저온 플라즈마 방전을 발생하는 다층 평판 전극의 제조 방법은: 제1 세라믹 평판의 일 측 표면에 전극판 삽입 영역을 형성하는 단계; 전극판 삽입 영역이 내측으로 오도록 제1 세라믹 평판과 제2 세라믹 평판을 하나의 평판 전극으로 접합하기 위해 제1 고온 열처리를 수행하는 단계; 전극판 삽입 영역에 전극판을 삽입하는 단계; 복수개의 평판 전극을 다층으로 배열하고, 그 사이에 통공이 형성되도록 각기 세라믹 스페이서를 두고 복수개의 평판 전극과 세라믹 스페이서를 접합하기 위해 제2 고온 열처리를 수행하는 단계를 포함한다.

이 실시예에 있어서, 제1 및 제2 고온 열처리는 대략 1450℃ 내지 1800℃의 고온으로 대략 0.5 내지 4시간 동안 수행된다.

본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

(실시예)

이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

일반적으로, 오염되지 않은 공기 또는 산소를 반응기에 투입하여 오존을 발생시키는 기술과는 달리 악취물질, VOCs, PFCs, CFCs 등의 오염된 물질을 저온 플라즈마로 처리하는데 있어서 플라즈마 반응의 결과로 다량의 입자상 물질이 발생될 수 있다. 이들 입자상 물질은 반응기 내벽 및 전극에 부착되어 반응기의 막힘 또는 전기적 특성의 변화를 일으켜 장시간의 연속운전을 불가능하게 하고 있다.

한편, 본 발명자는 반응기 내벽에 부착된 부산물은 깨끗한 공기를 공급함과 동시에 플라즈마 반응기를 가동시키면 부산물이 서서히 제거되어 오염된 반응기 내벽과 전극이 깨끗하게 재생될 수 있음을 발견하였으며, 여기서 더 나아가 이와 같은 반응기 재생과정을 보다 신속하고 효율적으로 진행될 수 있는 공정기술을 다음에 기술된 바와 같이 구체적으로 발명하게 되었다.

본 발명의 유해가스 처리 시스템은 다층 평판 전극을 구비한 저온 플라즈마 반응기를 구비한다. 저온 플라즈마 반응기는 유해가스 처리 공정과 전극 재생 공정으로 교대로 수행하는데, 두 대 이상의 저온 플라즈마 반응기를 구비하여 각기 교대로 유해 가스 처리 공정을 수행하도록 하면 전체적으로는 연속적인 유해가스 처리 공정의 진행이 가능하게 할 수 있다. 특히, 다층 전극 평판으로 저온 플라즈마 반응기를 구성함과 함께 다층 평판 전극의 전극 삽입구를 서로 반대 방향으로 엇갈려 배치함으로 공정 진행 중에 아크 방전이 발생될 수 있는 것을 막아 전극판과 반응기가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유해 가스 처리 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도면을 참조하여, 본 발명의 유해가스 처리 시스템은 저온 플라즈마 반응기(10), 저온 플라즈마 반응기(10)에 설치된 다층 평판 전극(미도시, 후에 상세히 설명함)으로 고주파 전력을 제공하는 고주파 발생기(12), 그리고 저온 플라즈마 반응기(10)로 유해가스 또는 맑은 공기를 제공하는 제1 및 제2 밸브(14, 16)로 구성된 밸브 시스템(18)으로 구성된다. 고주파 발생기(12)는 대략 2~20KV 범위에 있는 고전압 교류전원을 사용하며, 교류전원의 주파수는 대략 50~10Khz 범위의 것을 사용하게 된다.

유해가스 처리시스템은 오염된 공기를 정화시키는 단계에서 제1 밸브(14)를 개방시켜 유해 가스를 포함하는 오염된 공기를 저온 플라즈마 반응기(10)로 유입시킨다. 그리고 저온 플라즈마 반응기(10)는 고주파 발생기(12)로부터 고주파 전력을 제공받아 저온 플라즈마를 발생시켜 오염된 공기를 정화시켜 배출시킨다.

일정 시간 동안 유해 가스 처리 공정이 진행된 후, 유해가스 처리 시스템은 제1 밸브(14)를 차단하여 저온 플라즈마 반응기(10)로의 오염된 공기의 유입을 막고 제2 밸브를 개방시켜 맑은 공기를 유입시키면서 전극 재생공정을 수행한다. 전극 재생 공정에서 제2 밸브(16)를 통해 맑은 공기가 저온 플라즈마 반응기(10)로 유입되면 고주파 발생기(12)로부터 다시 고주파 전력을 제공받아 저온 플라즈마를 발생시켜 오염된 전극(미도시)과 저온 플라즈마 반응기(10) 내부에 부착된 에어로졸을 제거시킨다.

이와 같이, 유해가스 처리 시스템은 제1 밸브(14)와 제2 밸브(16)를 서로 교대적으로 개방/차단시키면서 유해가스 처리 공정과 전극 재생 공정을 교대적으로 수행한다. 이 경우는 유해가스 처리 공정이 불연속적으로 수행되어도 무방한 경우에 사용될 수 있는 것이다. 그러나 두 대 이상의 저온 플라즈마 반응기를 이용하는 경우에는 연속적인 유해가스 처리 공정의 진행이 가능하다.

도 2는 복수개의 저온 플라즈마 반응기를 구비한 유해 가스 처리 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 블록도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 두 대의 저온 플라즈마 반응기(20, 22)와 이들에 각기 연결되어 고주파 전력을 제공하는 두 대의 고주파 발진기(21, 23)가 구비된다. 밸브 시스템(28)은 제1 내지 제4 밸브(24, 25, 26, 27)를 구비하는데 오염된 공기를 제공하기 위한 제1 및 제3 밸브(24, 26)와 맑은 공기를 제공하기 위한 제2 및 제4 밸브(25, 27)로 구성된다.

두 대의 저온 플라즈마 반응기(20, 22)는 서로 교대적으로 유해가스 처리 공정을 수행한다. 즉, 하나의 반응기가 유해가스 처리공정을 진행하는 동안 다른 하나의 반응기는 전극 재생 공정을 수행하며, 전극 재생 공정을 완료한 반응기는 그동작이 정지되어 대기생태에 있게된다. 유해가스 처리공정을 진행하는 반응기의 내벽과 전극이 부산물의 부착으로 인해 오염되어 전기적 특성이 변하거나 성능이 저하되면 유해가스 처리공정 진행을 정지하고 맑은 공기를 받아들이면서 재생 공정을 진행한다. 그리고 다른 하나의 반응기는 오염된 공기를 받아들이면서 유해가스 처리공정을 진행한다.

좀더 구체적으로, 오염된 저온 플라즈마 반응기를 재생하는 구체적인 방법은 다음과 같다.

오염된 반응기에는 유해가스가 없는 맑은 공기가 공급되며, 맑은 공기의 유량은 지금까지 처리되고 있던 오염된 공기량에 비해 1/2 이하로 감소되어 공급된다. 이와 같이하는 경우, 반응기의 운전온도가 상승되어 반응기 내벽과 전극에 부착된 부산물이 산화되어 제거되는 과정이 촉진될 수 있다. 그리고 반응기로 공급되는 고주파 전력의 주파수를 유해가스 처리공정시보다 2~10배 높게 공급하여 유전가열에 의한 반응기 내부 온도가 상승되도록 한다.

보다 단기간에 재생공정을 마치기 위해서는, 재생과정에 있는 반응기에 소량의 과산화수소를 공급하면 재생시간이 단축될 수 있으며, 이 기술은 단기간에 반응기를 재생할 목적으로 선택하여 이용될 수 있는 방법이다. 재생시간을 단축시키는 또 다른 방법 가운데 하나는 반응기 내벽에 귀금속 촉매(Pt,Pd,Rh 등)를 코팅하는 방안이 있으며, 이 기술은 앞서 과산화수소를 사용하는 방법과 선택적으로 또는 동시에 사용할 수 있다. 그리고 보다 높은 재생 효과를 얻기 위해서 저온 플라즈마 반응기의 체적을 소형화할 수록 운전온도가 상승되어 유해가스의 제거율도 높아지는 부수적인 효과도 기대할 수 있다.

다음은 첨부도면 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 도 3에는 본 발명의 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극의 사시도가, 도 4에는 도 3의 단위 평판 전극의 분해 사시도가 각각 도시되어 있다.

도면을 참조하여, 다층 평판 전극(30)은 복수개의 세라믹 평판 전극(31)들이 다층을 형성하고 각 세라믹 평판 전극(31) 사이에 통공이 형성되도록 위치하는 복수개의 세라믹 스페이서(32a, 32b)로 구성된다. 세라믹 평판 전극(31)은 내측에 전극판 삽입영역(31e)을 갖는 비도전성의 한 쌍의 세라믹 평판(31a. 31b)과, 전극판 삽입영역(31e)에 삽입되는 도전성의 전극판(31c)으로 구성된다.

복수개의 세라믹 평판 전극(31)은 대략 사각 평판의 형상을 갖고 그 일 측에 전극판 삽입구(31f)가 마련되며, 복수개의 평판 전극(31)은 전극판 삽입구가 이웃하는 평판 전극의 전극판 삽입구와 서로 반대 방향으로 엇갈리게 배열된다. 동일 방향으로 배열된 각 전극판(31c)의 전극 돌출부(31d)는 고주파 발생기(40)의 일 단자에 동일하게 병렬 접속된다. 이와 같이 구성된 다층 평판 전극(30)의 통공으로 오염된 공기가 통과되면서 저온 플라즈마 방전에 의해 정화된다.

도 4에 도시된 바와 같은, 한 쌍의 세라믹 평판(31a, 31b)을 단순히 겹치거나 일반적인 세라믹 접착제로 접합시킬 경우 극히 적은 틈새 또는 기공 사이로 고전압이 통전되어 아크 방전이 발생될 수 있다. 그럼으로 본 발명에서는 이를 방지하기 위해 한 쌍의 세라믹 평판(31a, 31b)을 완전히 밀봉하기 위한 제조 방법을 제공한다.

구체적으로, 한 쌍의 세라믹 평판(31a, 31b)은 비교적 저온에서도 가공성이 좋은 두께 1mm 내외의 알루미나 평판을 사용하여 구성하며, 한 쪽 면이 가공된 세라믹 평판과 면이 가공되지 않은 세라믹 평판을 사용한다.

먼저, 하나의 세라믹 평판(31b)을 0.1 mm 내외의 깊이로 전극판 삽입 영역(31e)을 형성한다. 이는 두께 0.1mm 내외의 전극판(31c)을 추후에 삽입하기 위한 것이다. 이어 다른 하나의 세라믹 평판(31a)과 하나로 붙여서 고온의 열처리로(미도시)에 넣은 다음 대략 1450℃에서 1800℃의 온도로 0.5시간 내지 4시간 동안 열처리를 수행한다. 열처리 과정을 통해서 한 쌍의 세라믹 평판(31a, 31b)은 접합되었으며, 완성 후에 앞서 파놓은 홈에 전극판(31c)을 삽입한다.

이와 같이, 다수개의 세라믹 평판 전극(31)이 완성되면, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 세라믹 평판 전극(31)들 사이로 유체가 흐를 수 있도록 대략 1-10mm의 다수개의 세라믹 스페이서(32a, 32b)를 배치시킨다. 이때, 전극판 돌출부(31d)가 서로 반대가 되도록 엇갈려 배치한다. 그리고 상술한 열처리 과정을 다시 한번 수행하여 다층 평판 전극(30)을 완성한다. 본 발명자는 이와 같은 제조법으로 전극을 제작해서 18KV까지 시험 테스트 한 결과 아크 방전이 발생되지 않았다.

첨부도면 도 5는 오염된 공기를 처리한 후 에어로졸이 부착된 평판 전극을 보여주는 도면이고 도 6은 재생 공정을 거처 재생된 평판 전극을 보여주는 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 저온 플라즈마 반응기를 장시간 운전한 후 내부 평판 전극 표면에 부산물이 부착되어 오염된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 재생 공정을 거쳐 전극표면에 부착되었던 부산물이 산화과정을 통해 제거된다. 본 발명자는 본 발명의 유해가스 처리 시스템을 이용하여 1,000ppm의 톨루엔이 포함된 공기를 저온 플라즈마를 발생시켜 10시간 정화한 후에는 원래는 백색이었던 전극 표면이 갈색으로 변할 만큼 부산물이 부착되는 것을 발견하였고, 이후 톨루엔을 포함하지 않는 맑은 공기에 과산화수소를 첨가하여 반응기내에 플라즈마를 발생시키면 약 30분 이 지난 이후에는 오염된 전극표면이 깨끗하게 재생되었음을 알 수 있었다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저온 플라즈마 반응기를 이용한 유해 가스 처리 시스템의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, 저온 플라즈마 반응기의 아크 방전을 방지하여 전극과 반응기 내벽이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 연속적인 유해가스 처리와 신속한 전극 재생이 가능해진다. 그리고 반응기의 체적 대비 유해가스 처리 효율을 높일 수 있다.

Claims (15)

1. 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 유해 가스가 포함된 오염된 공기를 정화하는 유해 가스 처리 시스템의 제어방법에 있어서:

   유해 가스를 포함하는 오염된 공기를 저온 플라즈마 반응기로 유입하고, 저온 플라즈마 반응기를 동작시켜 오염된 공기를 정화시키는 단계; 및

   유해 가스를 포함하지 않은 비오염된 공기를 저온 플라즈마 반응기로 유입하고, 저온 플라즈마 반응기를 동작시켜 오염된 저온 플라즈마 반응기 자신을 재생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
2. 제1항에 있어서,

   유해가스 처리 시스템은 적어도 두 대의 저온 플라즈마 반응기들로 구성되고,

   적어도 두 대의 저온 플라즈마 반응기들은 정화 처리 단계와 재생 처리 단계를 서로 교대로 진행하여 전체적으로 오염 공기 정화 처리는 연속 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
3. 제1항에 있어서,

   유해가스 처리 시스템은 단일 저온 플라즈마 반응기로 구성되고,

   단일 저온 플라즈마 반응기는 정화 처리 단계와 재생 처리 단계를 교대로 진행하여 전체적으로 오염 공기 정화 처리는 불연속 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
4. 제1항에 있어서,

   재생 처리 단계를 진행하는 저온 플라즈마 반응기로 제공되는 비오염된 공기에 소정량의 과산화 수소를 포함시키는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
5. 제1항에 있어서,

   저온 플라즈마 반응기의 내벽은 귀금속 촉매가 코딩된 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
6. 제1항에 있어서,

   재생 처리 단계에서 저온 플라즈마 반응기로 제공되는 비오염된 공기량은 정화 처리 단계에서 저온 플라즈마 반응기로 제공되는 오염된 공기량에 비하여 대략1/2 이하인 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
7. 제1항 또는 제6항에 있어서,

   재생 처리 단계에서 저온 플라즈마 반응기로 제공되는 플라즈마 방전을 위한 고주파 전력은 정화 처리 단계에서 제공되는 고주파 전력의 주파수보다 높은 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템의 제어방법.
8. 저온 플라즈마 반응기를 이용하여 유해 가스가 포함된 오염된 공기를 정화하는 유해 가스 처리 시스템에 있어서:

   적어도 한 대 이상의 저온 플라즈마 반응기;

   오염된 공기를 정화하기 위한 공정을 수행하는 저온 플라즈마 반응기로 오염된 공기를 제공하고, 오염된 저온 플라즈마 반응기 자신을 재생하기 위한 공정을 수행하는 저온 플라즈마 반응기로는 비오염된 공기를 제공하는 복수개의 밸브들을 갖는 밸브 시스템; 및

   적어도 한 대 이상의 저온 플라즈마 반응기로 각기 고주파 전력을 제공하는 적어도 한 대 이상의 고주파 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템.
9. 제8항에 있어서,

   유해가스 처리 시스템은 적어도 두 대의 저온 플라즈마 반응기들로 구성되고,

   적어도 두 대의 저온 플라즈마 반응기들은 정화 처리 단계와 재생 처리 단계를 서로 교대로 진행하여 전체적으로 유해가스 처리 시스템의 오염 공기 정화 처리는 연속 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템.
10. 제8항에 있어서,

    유해가스 처리 시스템은 단일 저온 플라즈마 반응기로 구성되고,

    단일 저온 플라즈마 반응기는 정화 처리 단계와 재생 처리 단계를 서로 교대로 진행하여 전체적으로 오염 공기 정화 처리는 불연속 공정으로 진행되는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리 시스템.
11. 플라즈마 반응기에 설치되고, 고주파 발생기로부터 고주파 전력을 제공받아 저온 플라즈마 방전을 발생하는 다층 평판 전극에 있어서:

    내측에 전극판 삽입 영역을 갖는 비도전성 평판과, 전극판 삽입 영역에 삽입되는 도전성 전극판을 갖는 다층으로 배열된 복수개의 평판 전극들; 및

    다층의 평판 전극들 사이에 통공이 형성되도록 각 세라믹 평판 전극들 사이에 위치하는 복수개의 스페이서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극.
12. 제11항에 있어서,

    상기 비도전성 평판과 상기 스페이서는 세라믹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극.
13. 제11항에 있어서,

    상기 복수개의 평판 전극은 대략 사각 평판의 형상을 갖고 그 일 측에 전극판 삽입구가 마련되며, 복수개의 평판 전극은 전극판 삽입구가 이웃하는 평판 전극의 전극판 삽입구와 서로 반대 방향으로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극.
14. 저온 플라즈마 반응기에 설치되고, 고주파 발생기로부터 고주파 전력을 제공받아 저온 플라즈마 방전을 발생하는 다층 평판 전극의 제조 방법에 있어서:

    제1 세라믹 평판의 일 측 표면에 전극판 삽입 영역을 형성하는 단계;

    전극판 삽입 영역이 내측으로 오도록 제1 세라믹 평판과 제2 세라믹 평판을 하나의 평판 전극으로 접합하기 위해 제1 고온 열처리를 수행하는 단계;

    전극판 삽입 영역에 전극판을 삽입하는 단계;

    복수개의 평판 전극을 다층으로 배열하고, 그 사이에 통공이 형성되도록 각기 세라믹 스페이서를 두고 복수개의 평판 전극과 세라믹 스페이서를 접합하기 위해 제2 고온 열처리를 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극의 제조 방법.
15. 제14항에 있어서,

    제1 및 제2 고온 열처리는 대략 1450℃내지 1800℃의 고온으로 대략 0.5 내지 4시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 플라즈마 반응기를 위한 다층 평판 전극의 제조 방법.