CN108235552B - 具有多级旋涡结构体的等离子体发生部及废气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多级旋涡结构体的等离子体发生部及废气处理装置，本发明的具有多级旋涡结构体的等离子体发生部包括：阴极部(10)；阳极部(100)，与上述阴极部(10)隔开配置；以及旋涡结构体(200)，以包围上述阴极部(10)和阳极部(100)的方式配置，为了生成等离子体，上述旋涡结构体(200)通过上述阳极部(100)以多级方式供给工作气体。

Description

具有多级旋涡结构体的等离子体发生部及废气处理装置
技术领域
本发明涉及具有多级旋涡结构体的等离子体发生部及具有上述等离子体发生部的废气处理装置，更详细地，为了以多级方式供给向阴电极与阳电极之间供给的工作气体而在多个电极的周围配置多级旋涡结构体来可控制所形成的火焰的长度的等离子体发生部及具有上述等离子体发生部的废气处理装置。
背景技术
通常，等离子体为由具有电极性的电子及离子构成的第四物质状态，整体上以负电荷数和正电荷数几乎相同的密度分布，在电方面几乎形成中性。等离子体分为如电弧等的温度高的高温等离子体和低温等离子体，在低温等离子体中，电子的能量虽高，但离子的能量低，因而实际感受到的温度相当于室温，大多借助直流、交流、超高频、电子束等的电放电来生成。
在韩国公开专利10-2016-0043820号中，公开了利用这种等离子体来处理废气等的装置结构。
通常，这种等离子体的发生方式之一为通过电弧放电来发生等离子体，在此情况下，废气处理装置包括：等离子体发生部，通过电弧放电产生气炬，即火焰，通过所流入的工作气体来生成等离子体；反应部，使从上述等离子体发生部移送的等离子体与所流入的废气混合来进行处理；以及洗涤部，借助水等来对在上述反应部进行处理的气体进行洗涤，使温度降低。
在上述等离子体发生部中，为了在阴电极与阳电极之间发生等离子体，通过供给管以可使工作气体做回旋运动的方式注入工作气体，通过施加电源来产生电弧放电，从而形成射流等离子体。
另一方面，需借助阴电极与阳电极之间的电极间隔来产生火焰，在通过点火形成火焰后，需通过供给工作气体来控制火焰长度，但以往技术采用通过单一旋涡结构物供给工作气体的方式，因而存在所形成的火焰的长度多少受限制的缺点。
专利文献1：韩国公开专利10-2016-0043820A
发明内容
本发明用于解决如上所述的以往的问题，本发明的目的在于提供为了以多级方式供给向阴电极与阳电极之间供给的工作气体而在多个电极的周围配置多级旋涡结构体来可控制所形成的火焰的长度的等离子体发生部及具有上述等离子体发生部的废气处理装置。
用于实现如上所述的目的的本发明一实施方式的具有多级旋涡结构体的等离子体发生部包括：阴极部10；阳极部100，与上述阴极部10隔开配置；以及旋涡结构体200，以包围上述阴极部10和阳极部100的方式配置，为了生成等离子体，上述旋涡结构体200通过上述阳极部100以多级方式供给工作气体。
上述阳极部100包括：上部阳极110，以包围上述阴极部10的下部的一部分的形态配置；以及下部阳极120，在与上述上部阳极110之间形成能够供给工作气体的空间的状态下沿着上述上部阳极110的下部方向相结合，上述旋涡结构体200包括：第一旋涡结构体210，通过形成于上述上部阳极110 的第一工作气体喷嘴115来供给工作气体；以及第二旋涡结构体220，通过形成于上述下部阳极120的第二工作气体喷嘴124来供给工作气体。
以使冷却水(cooling Water)通过上述第一旋涡结构体210、第二旋涡结构体220及下部阳极120连续流动的方式分别形成有冷却流路216、223、125。
通过上述第二旋涡结构体220及下部阳极120供给的工作气体向配置于上述上部阳极110与下部阳极120之间的缓冲空间126供给。
通过上述第二旋涡结构体220及下部阳极120供给的工作气体在通过形成于上述下部阳极120的台阶部的第二工作气体喷嘴124向上述下部阳极120的上端中央供给后，向由通过上述第一旋涡结构体210及上部阳极110 第一次供给的工作气体形成的等离子体上供给。
用于实现如上所述的目的的本发明一实施方式的废气处理装置包括：等离子体发生部100；反应部200，使从上述等离子体发生部100移送的等离子体与所流入的废气混合来进行处理；以及洗涤部300，借助水等来对在上述反应部200进行处理的气体进行洗涤，使温度降低。
如上所述的本发明的具有多级旋涡结构体的等离子体发生部可通过为了以多级方式供给向阴电极与阳电极之间供给的工作气体而在多个电极的周围配置多级旋涡结构体来可控制所形成的火焰的长度。
附图说明
图1为用于说明本发明的具有等离子体发生部的废气处理装置的整体概念的图。
图2为示出构成废气处理装置的等离子体发生部的外观的图。
图3为示出构成废气处理装置的等离子体发生部的内部的剖视图。
图4为示出构成废气处理装置的等离子体发生部的内部的剖面立体图。
图5为示出电极与旋涡结构体相结合的状态的立体图。
图6为示出下部阳极与旋涡结构体之间的结合关系的剖面立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行更加详细的说明。但是，本发明并不限定于以下所公开的实施例，而是能够以多种互不相同的形态来体现，本发明的实施例仅使本发明的公开更加完整，并用于向普通技术人员完整地告知本发明的范围。附图中的相同的附图标记代表相同的结构要素。
以下，参照图1至图6，根据本发明的实施例来说明具有等离子体发生部的废气处理装置的结构及功能。
废气处理装置包括：等离子体发生部1，通过电弧放电产生火焰，通过所流入的工作气体来生成等离子体；反应部5，使从上述等离子体发生部1 移送的等离子体与所流入的废气混合来进行处理；以及洗涤部3，借助水等来对在上述反应部5进行处理的气体进行洗涤，使温度降低。
等离子体发生部1通过借助因工作气体而生成的等离子体产生的强力自由基和热量对所流入的废气进行第一次分解。
反应部5将借助等离子体产生的热量储存到内部的蓄热体，来执行通过热分解对未在等离子体发生部1处理的废气进行处理的步骤。
洗涤部3通过氮幕(N2Curtain)执行气体分子及粒子的缓冲，来可形成均匀的过滤。
另一方面，通过由以可分离的方式配置于洗涤部3内的喷射模块来以喷射方式供给制冷剂的步骤，执行冷却及化学中和反应。通过如上所述的冷却 (cooling)及淬火(Quenching)来可减少热氮氧化物(Thermal Nox)。
作为在本发明中使用的工作气体，可使用氦、氩及氮等，但并不限定于此。
上述等离子体发生部1包括：阴极部10；阳极部100，沿着阴极部10 的下部方向隔开配置；以及旋涡结构体200，以包围阴极部10和阳极部100 的方式配置。
阳极部100包括：上部阳极110，以包围阴极部10的下部的一部分的形态配置；以及下部阳极120，在与上部阳极110之间形成可供给工作气体的空间的状态下沿着上述上部阳极110的下部方向相结合。
上部阳极110包括：上部阳极本体111，呈中空圆筒形状；第一阳极流路112，在上部阳极本体111的内部面上倾斜而成；第二阳极流路113，与第一阳极流路112的下端相连接；阳极槽114，以槽形态在上部阳极本体111 的上部外侧面上沿着圆周方向形成；以及第一工作气体喷嘴115，从阳极槽 114向上部阳极本体111的内周面上延伸而成。
下部阳极120包括：下部阳极本体121，呈中空圆筒形状；阳极连接部 122，形成于下部阳极本体121的上部；台阶部，以在阳极连接部122的上部形成缓冲空间126的方式按规定厚度延伸而成；第二工作气体喷嘴124，在贯通台阶部的内周面及外周面而成的状态下，接收从旋涡结构体200 供给的工作气体；以及冷却流路125，沿着铅垂方向形成于下部阳极本体121 内。
旋涡结构体200包括：第一旋涡结构体210，通过形成于上部阳极110 的第一工作气体喷嘴115来供给工作气体；以及第二旋涡结构体220，通过形成于下部阳极120的第二工作气体喷嘴124来供给工作气体。
第一旋涡结构体210包括：第一旋涡本体211，呈中空圆筒形状；工作气体垂直流路212，沿着铅垂方向形成于第一旋涡本体211内；第一工作气体填充部213，与工作气体垂直流路212的上端相连通；工作气体水平流路 214，在沿着水平方向与工作气体垂直流路212的下端相连接的状态下，与上部阳极110的阳极槽114相连通；冷却流路216，沿着铅垂方向形成于第一旋涡本体211内；以及冷却水填充部217，与冷却流路216的上端相连通。
第二旋涡结构体220包括：第二旋涡本体221，呈中空圆筒形状；突出部222，形成于第二旋涡本体221的上部；冷却流路223，沿着铅垂方向形成于第二旋涡本体221内；第二工作气体流路224、225，以连接上述第二旋涡本体221的内外面的方式在第二旋涡本体221内沿着半径方向形成；以及凹陷部226，形成于第二旋涡本体221的下部。
在第一旋涡结构体210和第二旋涡结构体220沿着上下方向相结合的状态下，上述突出部222提供使经过第一旋涡结构体210的冷却流路216的冷却水在进入第二旋涡结构体220的冷却流路223之前临时停留的空间。
另一方面，上述凹陷部226提供使经过第二旋涡结构体220的冷却流路 223的冷却水在进入下部阳极120的冷却流路125之前临时停留的空间。
上述第二工作气体流路224、225可形成与下部阳极120的第二工作气体喷嘴124相连通的结构。第二工作气体流路224、225包括：外侧流路224，沿着半径方向从第二旋涡本体221的外侧面向内侧延伸规定距离而成；以及内侧流路225，沿着半径方向从外侧流路224到第二旋涡本体221的内部面为止延伸而成。
如上所述，通过第一旋涡结构体210、第二旋涡结构体220分别向上部阳极110、下部阳极120供给的工作气体借助形成多级的旋涡结构体200、上下分离的阳极部100及旋涡结构体200与阳极部100之间的连接结构等来进行回旋运动，即旋涡运动，从而从等离子体发生部的上部向下部移动。
以下，参照图3至图6，说明借助本发明实施例的等离子体发生部形成的工作气体的流动。
在本发明中，通过以包围阴极部10和阳极部100的方式配置的多级旋涡结构体200来以分为上下2级的方式分级供给工作气体。
即，通过第一旋涡结构体210的工作气体垂直流路212和上部阳极110 的第一工作气体喷嘴115来第一次供给工作气体。
第一次供给的上述工作气体经过上部阳极110的内侧上端以旋涡方式供给。
接着，通过第二旋涡结构体220的第二工作气体流路224、225及下部阳极120的第二工作气体喷嘴124第二次供给工作气体。
第二次供给的上述工作气体通过形成于下部阳极120的台阶部的第二工作气体喷嘴124向下部阳极120的上端中央供给，以如上所述的状态向由第一次供给的工作气体形成的等离子体上供给，从而对等离子体的形成进行支持。即，向配置于上部阳极110与下部阳极120之间的缓冲空间126第二次供给工作气体。
根据本发明，在从静电流方式的电源供给电源的情况下，借助阴极部10 与阳极部100之间的电极间隔来确定点火，点火后，分别向作为沿着上下方向形成多级的旋涡结构物的第一旋涡结构体210、第二旋涡结构体220适当供给作为工作气体的氮气，来控制火焰的长度。
在本发明中，火焰的长度越长，则对废气的处理越有效，本发明属于与作为以往技术的向一级旋涡结构物供给工作气体的方式相比得到改进的方式。
即，与现有的一级旋涡相比，本发明呈现出1.5～2倍以上的稳定、变长的火焰控制特性。
其中，第一旋涡结构体210将基于工作气体流量的压力及火焰长度控制维持在5～50LPM以下，第二旋涡结构体220将基于工作气体的压力及火焰长度控制维持在10～100LPM以下。
并且，通过使冷却水通过第一旋涡结构体210、第二旋涡结构体220及下部阳极120连续流动，来持续顺畅地供给冷却水，从而使电极在等离子体放电时所产生的热量中得到保护。
如上所述，本发明的具有等离子体发生部的废气处理装置可通过配置于电极周围的多级旋涡结构体来以多级方式供给作为向阴电极与阳电极之间供给的工作气体的氮气，从而可控制所形成的火焰的长度。
以上说明仅属于例示性地说明本发明的技术思想，只要是本发明所属技术领域的普通技术人员，则可在不脱离本发明的本质特性的范围内对本发明进行多种修改及变形。

Claims (5)

1.一种等离子体发生部，其特征在于，包括：
阴极部(10)；
阳极部(100)，与所述阴极部(10)隔开配置；以及
旋涡结构体(200)，以包围所述阴极部(10)和阳极部(100)的方式配置，
为了生成等离子体，所述旋涡结构体(200)通过所述阳极部(100)以多级方式供给工作气体，
所述阳极部(100)包括：
上部阳极(110)，以包围所述阴极部(10)的下部的一部分的形态配置；以及
下部阳极(120)，在与所述上部阳极(110)之间形成能够供给工作气体的空间的状态下沿着所述上部阳极(110)的下部方向相结合，
所述旋涡结构体(200)包括：
第一旋涡结构体(210)，通过形成于所述上部阳极(110)的第一工作气体喷嘴(115)来供给工作气体；以及
第二旋涡结构体(220)，通过形成于所述下部阳极(120)的第二工作气体喷嘴(124)来供给工作气体。
2.根据权利要求1所述的等离子体发生部，其特征在于，以使冷却水通过所述第一旋涡结构体(210)、第二旋涡结构体(220)及下部阳极(120)连续流动的方式分别形成有冷却流路(216、223、125)。
3.根据权利要求1所述的等离子体发生部，其特征在于，通过所述第二旋涡结构体(220)及下部阳极(120)供给的工作气体向配置于所述上部阳极(110)与下部阳极(120)之间的缓冲空间(126)供给。
4.根据权利要求3所述的等离子体发生部，其特征在于，通过所述第二旋涡结构体(220)及下部阳极(120)供给的工作气体在通过形成于所述下部阳极(120)的台阶部的第二工作气体喷嘴(124)向所述下部阳极(120)的上端中央供给后，向由通过所述第一旋涡结构体(210)及上部阳极(110)第一次供给的工作气体形成的等离子体供给。
5.一种废气处理装置，其特征在于，包括：
根据权利要求1至4中的任一项所述的等离子体发生部；
反应部(5 )，使从所述等离子体发生部移送的等离子体与所流入的废气混合来进行处理；以及
洗涤部(3 )，借助包括水在内的物质来对在所述反应部(5 )进行处理的气体进行洗涤，使温度降低。
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