[논문]강유전체층을 갖는 선대선 방편 플라즈마장치의 코로나 방전 및 오존발생 특성

문재덕; 신정민; 한상옥

강유전체층을 갖는 선대선 방편 플라즈마장치의 코로나 방전 및 오존발생 특성
Corona Discharge and Ozone Generation Characteristics of a Wire-to-Wire Plasma Reactor with a Ferroelectric Pellet Layer 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. C/ C, 전기물성·응용부문, v.53 no.7, 2004년, pp.377 - 381

문재덕 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부) , 신정민 (경북대 대학원 전기공학) , 한상옥 (충남대학교 전기공학과)

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A discharge plasma reactor using a ferroelectric pellet packed bed is now used as a removal means of pollutant gases, such as NOx, SOx and VOCs. When an ac voltage is applied to this plasma reactor, then the pellets are polarized, and great electric fields are formed at each top and bottom contact points of the ferroelectric pellets. Thus the points of each pellet become covered with intense corona discharges, where an electrophysicochemical reaction is taking place strongly However these strong discharges also elevate the temperature of the pellets greatly and concurrently decrease the output ozone generation, as a result, the overall removal efficiency of gas becomes decreased greatly A new configuration of discharge plasma reactor using a ferroelectric pellet layer and a wire-to-wire electrode has been proposed and investigated experimentally. It is found that an intensive microdischarge is taking place on the surface of ac corona-charged ferroelectric pellet layer of the proposed reactor, which concurrently enhances the efficiency of plasma generation greatly And, this type of configuration of plasma reactor utilizing a wire-to-wire electrode and a ferroelectric pellet layer could be used as one of effective plasma reactors to remove pollutant gas.

주제어

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문제 정의

본 논문에서는, 강유전체충진층 방전과 코로나 선방전을 중복 이용할 수 있는 새로운 형태의 비열방전 플라즈마장치를 제안하고, 강유전체층상의 코로나 방전과, 강유전체구층을 갖는 선대선형 비열 방전프라즈마장치가 효과적인 중복방전을 생성 가능성을 실험적으로 조사하였으며, 제안한 플라즈마장치의 강유전체구층을 설치 유무에 따른 코로나방전의 특성과 오존발생특성을 실험적으로 연구 검토한 결과이다.
본 연구에서는 새로운 강유전체구층을 갖는 선대선형 비열 방전 플라즈마장치를 제안하고, 선형 전극의 구조와 강유전체 구충의 유무에 따른 코로나 방전과 오존발생에 미치는 영향을 실험적으로 연구 검토하였다. 교류 고전압을 인가한 실험 결과, 선대선형 방전 플라즈마 장치에 강유전체구롤 설치한 경우가 설치하지 않은 경우에 비해 약 1.

제안 방법

5mm)을 단층(monolayer)으로 설치하였다. 이 때 강유전체구층의 상부와 상부 선전극간에는 기중방전이 일어날 수 있는 일정공간(sa)을 설정하였다.
인가전원으로는 교류 고전압(ac power, 60Hz, 20kV, 0.3 A)을 사용하였고, 인가전압과 방젼전류는 각각 고전압 프로브(1,000:1, Tektronix P6015A)와 서지흡수소자(surge arrestor, Vz=250V)가 병설된 평균 전류측정용 저항(shunt resister, Ri, 10.00 kQ)과 전압계(digital voltmeter, Fluke 75)와 축적형 오살로스코프(storage oscilloscope, Tektronix TDS 340 A)를 사용하여 측정하였다. 이 때의 코로나 전류는 전압 계상에 나타나는 평균전류(mean current)로 나타내었다.
인입 가스로는 실내공기(21oC, 25%RH)를 12/min의 유속으로 고정하여 주입하여 실험하였으며, 출력오존농도는 오존모니터(Dasibi Ozone Monitor DY-1500)로 측정하였다.
플라즈마소자를 나타낸 것이다. 절연체로 만들어진 원통내에 적정한 방전공격(discharge spacing, s=4mm)이 설정된 선대선형 코로나전극을 설치하고, 하부 코로나 선전극상에적정형상의 절연판(teflon plate, 1mm thk:k)을 상설하고, 이절연판의 중심에 강유전체구층(ferroelectric pellet layer, FEP, TiO₂, εr=150, sp=diam=1.5mm)을 단층(monolayer)으로 설치하였다. 이 때 강유전체구층의 상부와 상부 선전극간에는 기중방전이 일어날 수 있는 일정공간(sa)을 설정하였다.

대상 데이터

그림 3은 본 실험에 사용된 선대선형 코로나 선전극의 개략도로서, 절연판(teflon holder, 1mm thick)의 중심에 정사각형(30x30mm²)의 공간을 만들고, 이 공간에 가는 선전극 (stainless wire, 0.2mm diameter)를 그림 3과 같이 3종류(1, 3, 5 Hne)로 제작한 코로나방전 전극으로 사용하였다.
개요도를 나타낸 것이다. 실험장치는 교류 고전압 전원부와, 비열 방전 플라즈마장치부와, 고전압과 방전전류를 측정하기 위한 측정부와, 그리고, 플라즈마장치에의 공기인입부 및 출력공기중의 오존측정부로 구성되어 있다.

성능/효과

영향을 실험적으로 연구 검토하였다. 교류 고전압을 인가한 실험 결과, 선대선형 방전 플라즈마 장치에 강유전체구롤 설치한 경우가 설치하지 않은 경우에 비해 약 1.4배의 큰 코로나 전류와 약 1.8배의 많은 오존이 발생하는 것이 확인되었다. 이와 같이 큰 코로나 전류와 많은 오존이 발생하는 이유는, 강유전체구충을 갖는 선대선형 비열 방전 플라즈마장치의 경우, 선전극상의 코로나전류가 선전극상의 코로 나방 전과 강유전체구 층 표면의 마이크로 방전을 중복 발생시키기 때문에 일어나는 결과라고 생각된다.

후속연구

따라서 이와 같은 강유전체구층을 갖는 선대선형 방전 플라즈마장치는 유해가스 제거을 위한 새로운 하나의 수단으로 적용될 수 있는 가능성을 보여준다.
8배)됨을 보여준다. 이상의 결과는 제안된 장치가 선대선형 플라즈마발생장치보다 더욱 유효하게 적용될 수 있을 가능성을 보여준다.

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