KR100311905B1 - 가스증폭플라즈마고온열분해소각시스템의플라즈마분사토오치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폐기물을 열분해시키기 위해 상기 폐기물에 합성가스를 전리시켜 발생한 플라즈마 광 가스를 증폭시킴으로써 생성된 고온의 플라즈마 광 가스를 분사하는 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치는 몸체와, 상기 몸체의 일측에 설치되어 아크를 발생시키는 아크발생부와, 상기 몸체에 설치되어 상기 아크발생부에 합성가스를 공급함으로써 상기 합성가스를 플라즈마 광 가스로 전리시키는 플라즈마전리부 및 상기 몸체에 설치되어 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 연료가스와 냉각가스를 공급함으로써 상기 연료가스와 상기 냉각가스의 전리에 의해 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시키는 플라즈마증폭부를 포함하여 이루어진다.
따라서, 고온의 플라즈마 광 가스에 의해 폐기물의 열분해효과를 향상시키고, 상기 플라즈마 분사토오치의 수명을 연장시킴으로써 설비의 유지보수비를 절감하며, 고온의 플라즈마 광 가스를 얻기 위한 전력소모량을 절감하게 하는 효과를 갖는다.

Description

가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치
본 발명은 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐기물을 열분해시키기 위해 상기 폐기물에 합성가스를 전리시켜 발생한 플라즈마 광 가스를 증폭시킴으로써 생성된 고온의 플라즈마 광 가스를 분사하는 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치에 관한 것이다.
일반적으로 가정생활 및 산업분야에서는 다양한 폐기물이 발생하고 있으며, 이는 각종 환경오염의 원인이 되고 있다.
이러한 폐기물들은 주로 매립되거나 소각되어 왔으나 최근 산업분야에서 발생하는 폐기물들은 강한 독성을 지니고 있거나, 방사능을 함유하는 등 환경 및 인체에 심각한 문제를 일으키는 원인이 되고 있으므로 매립이 불가능하고, 또한 폐기물들을 소각시키는 방법도 폐기물들의 연소시 발생하는 연소가스에 많은 오염물질들이 포함되어 있으므로 여전히 많은 문제점들을 지니고 있다.
따라서, 최근에는 폐기물들을 고온으로 가열하여 직접 열분해 시킴으로써 이러한 문제점들을 해결하는 추세이고, 이를 위하여 연료가스를 전리시켜 발생한 고온의 플라즈마 광 가스를 폐기물들에 직접 분사함으로써 폐기물을 직접 열분해시키고 있으며, 상기 플라즈마 광 가스를 폐기물에 분사하기 위하여 플라즈마 분사토오치가 구성되었다.
도1을 참조하여 설명하면, 종래의 플라즈마 분사토오치(10)는 플라스마분사관(11)을 구비하고 있고, 상기 플라즈마분사관(11)에는 2개의 마그네틱 코일(12)이 일정한 거리만큼 이격되어 상기 플라즈마분사관(11)을 둘러싸며 설치되어 있고, 상기 관형전극(11)은 각각 전극용 전압(도시하지 않음)에 연결되어 양 전극을 이룬다.
그리고, 상기 마그네틱 코일(12)의 중간 위치에는 가스를 상기 플라즈마분사관(11)의 내부로 공급하도록 가스공급관(13)이 상기 플라즈마분사관(11)에 삽입되어 있으며, 상기 가스공급관(13)은 상기 가스의 누출을 방지하도록 절연부재(14)에 의해 상기 플라즈마분사관(11)에 결합된다.
여기서, 상기 플라즈마 분사토오치(10)의 동작관계에 대해 설명하면, 먼저 상기 가스가 상기 가스공급관(13)을 통해 상기 플라즈마분사관(11)의 내부로 공급되면, 상기 가스는 상기 전극용 전압에 연결된 상기 관형전극(11)에서 형성된 아크에 의해 고온의 플라즈마 광 가스로 전리되고, 상기 가스가 공급되는 압력에 의해 상기 플라즈마 광 가스는 상기 플라즈마분사관(11)의 개방된 일측으로 분사된다.
그러나, 상기 플라즈마 분사토오치(10)는 고온의 상기 플라즈마 광 가스에 의한 열손상으로 인해 수명이 짧아 설비의 유비보수비가 증가하고, 상기 플라즈마 분사토오치(10)의 열손상을 방지하기 위해서는 수냉방식을 채택하였기에 플라즈마 효율이 감소되어 페기물을 열분해시키는 효과가 감소하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 플라즈마 광 가스로 전리시키기 위해 많은 전력이 필요하여 전력소모량이 매우 큰 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 플라즈마 분사토오치의 수명을 연장시킴으로써 설비의 유지보수비를 절감하고, 고온의 플라즈마 광 가스를 사용함으로써 폐기물의 열분해효과를 향상시키며, 고온의 플라즈마 광 가스를 얻기 위해 소요되는 전력소모량을 절감하게 하는 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치를 제공하는데 있다.
도1은 종래의 플라즈마 분사토오치를 나타낸 부분단면도이다.
도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치를 나타낸 부분단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 20 : 플라즈마 분사토오치 11 : 플라즈마분사관
12 : 마그네틱 코일(Magnetic-coil) 13 : 가스공급관
14, 28 : 절연부재 21 : 몸체
22 : 지지블록 23 : 합성가스공급홀
24 : 내측전극 25 : 합성가스유도홀
26 : 외측전극 27 : 제 1 합성가스분사홀
29 : 전극용 전압 30 : 합성가스공급관
31 : 합성가스분사관 32 : 제 2 합성가스분사홀
33 : 연료가스분사관 34 : 연료가스분사홀
35 : 연료가스공급관 36 : 냉각가스분사관
37 : 냉각가스분사홀 38 : 냉각가스공급관
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치는, 몸체와, 상기 몸체의 일측에 설치되어 아크를 발생시키는 아크발생부와, 상기 몸체에 설치되어 상기 아크발생부에 합성가스를 공급함으로써 상기 합성가스를 플라즈마 광 가스로 전리시키는 플라즈마전리부 및 상기 몸체에 설치되어 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 연료가스와 냉각가스를 공급함으로써 상기 연료가스와 상기 냉각가스의 전리에 의해 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시키는 플라즈마증폭부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치(20)는 몸체(21)와, 상기 몸체(21)의 일측에 설치되어 아크를 발생시키는 아크발생부와, 상기 몸체(21)에 설치되어 상기 아크발생부에 합성가스를 공급함으로써 상기 합성가스를 플라즈마 광 가스로 전리시키는 플라즈마전리부 및 상기 몸체(21)에 설치되어 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 연료가스와 냉각가스를 공급함으로써 상기 연료가스와 상기 냉각가스의 전리에 의해 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시키는 플라즈마증폭부를 구비하여 이루어진다.
이때, 상기 아크발생부는 상기 몸체(21)의 일측에 설치된 지지블록(22)을 구비하고 있으며, 상기 지지블록(22)의 내부에는 상기 합성가스가 공급되도록 합성가스공급홀(23)이 형성되어 있다.
그리고, 상기 지지블록(22)의 일부는 상기 몸체(21)에 삽입되어 있으며, 상기 몸체(21)의 내부에는 상기 합성가스공급홀(23)이 연장되어 형성되어 있다.
또한, 상기 지지블록(22)의 외측에는 상기 지지블록(22)의 일부를 둘러싸고 있으며, 상기 지지블록(22)의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 소정의 공간부를 형성하는 내측전극(24)이 설치되고, 상기 공간부는 상기 합성가스공급홀(23)에 연결되어 상기 합성가스를 일정한 방향으로 유도하는 합성가스유도홀(25)을 이룬다.
상기 내측전극(24)의 외측에는 상기 내측전극(24)을 둘러싸고 있으며, 상기 내측전극(24)의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 소정의 공간부를 형성하는 외측전극(26)이 설치되고, 상기 공간부는 상기 합성가스유도홀(25)에 연결되어 상기 합성가스를 일정한 방향으로 분사하는 제 1 합성가스분사홀(27)을 이룬다.
또한, 상기 내, 외측전극(24)(26)에는 절연부재(28)가 설치됨으로써 상기 내, 외측전극(24)(26)을 상기 지지블록(22)에 각각 결합시키며, 상기 내, 외측전극(24)(26)의 사이에 형성된 상기 공간부에서 아크가 발생하도록 상기 내, 외측전극(24)(26)에는 각각 전극용 전압(29)이 연결되어 있다.
그리고, 상기 플라즈마전리부는 상기 몸체(21)에 형성된 상기 합성가스공급홀(23)에 연결되도록 상기 몸체(21)에 삽입된 합성가스공급관(30)을 구비하고 있고, 상기합성가스공급관(30)은 합성가스공급원(도시하지 않음)에 연결되어 상기 합성가스공급원으로부터 공급된 상기 합성가스를 상기 합성가스공급홀(23)로 공급하고, 상기 합성가스는 상기 합성가스유도홀(25)에 의해 유도되며, 상기 합성가스는 아크가 발생한 상기 내, 외측전극(24)(26)의 사이에서 고온의 상기 플라즈마 광 가스로 전리된 후 상기 제 1 합성가스분사홀(27)을 통과하며 상기 플라즈마 분사토오치(20)의 전방으로 분사된다.
이때, 상기 합성가스로는 아르곤과, 공기, 수소 및 액화석유가스를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 플라즈마전리부는 상기 외측전극(26)을 둘러싸며 설치된 합성가스분사관(31)을 구비하고 있으며, 상기 합성가스분사관(31)은 상기 외측전극(26)의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 제 2 합성가스분사홀(32)을 형성하며, 상기 제 2 합성가스분사홀(32)은 상기 합성가스유도홀(25)에 연결되어 상기 합성가스의 일부를 상기 외측전극(26)의 외측면을 따라 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사하여 고온의 상기 플라즈마 광 가스에 의해 동일한 상태의 플라즈마 광 가스로 전리시킨다.
한편, 상기 플라즈마증폭부는 상기 합성가스분사관(31)을 둘러싸며 설치된 연료가스분사관(33)을 구비하고 있으며, 상기 연료가스분사관(33)은 상기 합성가스분사관(31)의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 연료가스분사홀(34)을 형성한다.
그리고, 상기 연료가스분사홀(34)은 상기 몸체(21)의 내부를 관통하여 연장형성되며, 그 끝단에는 상기 몸체(21)에 그 일부가 삽입되어 설치된 연료가스공급관(35)이 연결되어 있고, 상기 연료가스공급관(35)에는 연료가스공급원(도시하지 않음)이 연결되어 있다.
이때, 상기 연료가스는 상기 연료가스분사홀(34)을 통과하여 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되고, 고온의 상기 플라즈마 광 가스에 의해 상기 연료가스가 전리되어 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시키며, 상기 연료가스로는 액화석유가스를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 플라즈마증폭부는 상기 연료가스분사관(33)을 둘러싸며 설치된 냉각가스분사관(36)을 구비하고 있으며, 상기 냉각가스분사관(36)은 상기 연료가스분사관(33)의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 냉각가스분사홀(37)을 형성한다.
그리고, 상기 냉각가스분사홀(37)은 상기 몸체(21)의 내부를 관통하여 연장형성되고, 그 끝단에는 상기 몸체(21)에 그 일부가 삽입되어 설치된 냉각가스공급관(38)이 연결되어 있으며, 상기 냉각가스공급관(38)에는 냉각가스공급원(도시하지 않음)이 연결되어 있다.
이때, 상기 냉각가스는 상기 냉각가스분사홀(37)을 통과하여 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되고, 고온의 상기 플라즈마 광 가스에 의해 상기 냉각가스가 전리되어 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시킨다.
그리고, 상기 냉각가스는 상기 냉각가스분사홀(37)을 통과하면서 상기 연료가스분사관(33)을 냉각시킴으로써 상기 합성가스가 전리되어 상기 플라즈마 광 가스로 형성된 후, 증폭될 때에 발생하는 고온으로부터 상기 연료가스분사관(33)을 보호하며, 상기 냉각가스는 소각되는 폐기물에 따라 공기, 질소, 아르곤, 수소 등의 가스 중에서 선택되어 사용됨으로써 상기 플라즈마 광 가스의 온도조절이 가능한 것이 바람직하다.
여기서, 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 상기 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치(20)의 동작관계에 대해 설명하면, 먼저 상기 전극용 전압(29)은 상기 내, 외측전극(24)(26)에 380 볼트(V)의 직류전압을 80 암페어(A)의 전류 및 50000 헤르츠(Hz) 정도의 고주파로 인가하여 상기 내, 외측전극(24)(26)의 사이에 형성된 상기 공간부, 즉 상기 제 1 합성가스분사홀(27)에 아크를 발생시킨다.
그리고, 상기 합성가스공급원이 상기 합성가스를 상기 합성가스공급관(30)을 통해 2.5 kgf/cm2내지 3.0 kgf/cm2정도의 압력으로 공급하면, 상기 합성가스는 상기 합성가스공급홀(23)을 통해 상기 합성가스유도홀(25)로 유도되어 상기 제 1 합성가스분사홀(27)로 공급된다.
상기 합성가스는 상기 제 1 합성가스분사홀(27)을 통과하며 상기 플라즈마 분사토오치(20)의 전방으로 분사되고, 이때 상기 제 1 합성가스분사홀(27)에 형성된 아크에 의해 상기 플라즈마 광 가스로 전리되며, 또한 상기 합성가스는 그 일부가 상기 외측전극(26)을 둘러싸며 설치된 상기 합성가스분사관(31)과 상기 외측전극(26)이 이루는 공간부로 형성된 상기 제 2 합성가스분사홀(32)로 유도되어 분사되고, 여기서 상기 합성가스는 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되어 플라즈마 광 가스로 전리된다.
이때, 상기 플라즈마 광 가스의 중심부에는 20000℃ 내지 30000℃ 정도의 온도가, 상기 플라즈마 광 가스의 외측에는 9500℃ 내지 10000℃ 정도의 온도가 형성된다.
그리고, 상기 연료가스공급원은 상기 연료가스공급관(35)을 통해 상기 연료가스를 공급하고, 상기 연료가스는 상기 합성가스분사관(31)과 상기 연료가스분사관(33)이 이루는 공간부로 형성된 상기 연료가스분사홀(34)을 통해 2 kgf/cm2내지 3 kgf/cm2정도의 압력으로 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되며, 이때 상기 연료가스의 일부는 상기 플라즈마 광 가스의 내부에서 전리되어 와류를 형성시킴으로써 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시킨다.
한편, 상기 냉각가스공급원은 상기 냉각가스공급관(38)을 통해 상기 냉각가스를 공급하고, 상기 냉각가스는 상기 연료가스분사관(33)과 상기 냉각가스분사관(36)이 이루는 공간부로 형성된 상기 냉각가스분사홀(37)을 통해 2.3 kgf/cm2정도의 압력으로 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되며, 이때 상기 냉각가스는 상기 연료가스분사관(33)을 냉각시켜 상기 플라즈마 분사토오치(20)를 고온으로부터 보호함과 동시에 상기 플라즈마 광 가스로 전리되지 않고 잔류한 상기 연료가스와 연소됨으로써 상기 플라즈마 광 가스의 보호막 역할을 하여 상기 플라즈마 광 가스가 더 멀리까지 분사될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 플라즈마 광 가스의 중심부는 8500℃ 정도의 온도상태를 유지하고,상기 플라즈마 광 가스의 외측에는 4000℃ 내지 4500℃ 정도의 온도상태를 유지하며, 최고 약 450 mm 정도의 거리까지 분사된다.
따라서, 상기 플라즈마 분사토오치(20)는 상기 합성가스를 상기 플라즈마 광 가스로 전리시킨 후, 상기 연료가스와 상기 냉각가스에 의해 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시킴으로써 고온의 상기 플라즈마 광 가스를 얻을 수 있으므로 폐기물의 열분해효과가 높고, 또한 상기 냉각가스에 의해 상기 플라즈마 분사토오치(20)가 냉각되므로 수명을 연장시킬 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 광 가스는 상기 합성가스가 아크에 의해 전리되어 발생한 후, 자체의 열에 의해 상기 연료가스와 냉각가스를 전리시켜 증폭되어 고온을 발생하므로, 적은 양의 전력으로도 고온의 온도상태를 유지하는 것이 가능하여 전력소모량을 절감시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명에 따른 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치에 의하면 고온의 플라즈마 광 가스에 의해 폐기물의 열분해효과를 향상시키고, 상기 플라즈마 분사토오치의 수명을 연장시킴으로써 설비의 유지보수비를 절감하며, 고온의 플라즈마 광 가스를 얻기 위한 전력소모량을 절감하게 하는 효과를 갖는다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (3)

  1. 뼈대를 이루는 몸체의 일측에 설치되어 아크를 발생시키는 아크발생부와, 상기 몸체에 설치되어 합성가스분사관을 통해 상기 아크발생부에 합성가스를 공급함으로써 상기 합성가스를 플라즈마 광 가스로 전리시키는 플라즈마전리부를 포함하여 이루어지는 통상의 플라즈마 분사토우치에 있어서,
    상기 플라즈마 분사토우치는,
    상기 합성가스분사관을 둘러싸려 설치되고, 상기 플라즈마 광 가스의 연료가스를 분사하여 상기 연료가스의 전리에 의해 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시키도록 상기 합성가스분사관의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 연료가스분사홀을 형성하는 연료가스분사관;
    상기 몸체에 그 일부가 삽입되어 설치되고, 상기 연료가스가 상기 연료가스분사홀을 통과하여 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되도록 상기 연료가스분사홀에 연결되어 상기 연료가스를 공급하는 연료가스공급관;
    상기 연료가스분사관을 둘러싸며 설치되고, 상기 플라즈마 광 가스에 냉각가스를 분사하여 상긱 냉각가스의 전리에 의해 상기 플라즈마 광 가스를 증폭시키도록 상기 연료가스분사관의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 냉각가스분사홀을 형성하는 냉각가스분사관; 및
    상기 몸체에 그 일부가 삽입되어 설치되고, 상기 냉각가스가 상니 냉각가스분사홀을 통과하여 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사됨과 동시에 상기 연료가스분사관을 냉각시키도록 상기 냉각가스분사홀에 연결되어 상기 냉각가스를 공급하는 냉각가스공급관을 포함하는 플라즈마증폭부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 아크발생부는,
    상기 몸체의 일측에 설치되고, 상기 합성가스가 공급되도록 합성가스공급홀이 내부에 형성된 지지블록;
    상기 지지블록의 일부를 둘러싸며 설치되고, 상기 합성가스공급홀에 연결되어 상기 합성가스를 일정한 방향으로 유도하도록 상기 지지블록의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 합성가스유도홀을 형성하는 내측전극;
    상기 내측전극을 둘러싸며 설치되고, 상기 합성가스유도홀에 연결되어 상기 합성가스를 일정한 방향으로 분사하도록 상기 내측전극의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 제 1 합성가스분사홀을 형성하는 외측전극;
    상기 내, 외측전극에 각각 설치되어 상기 내, 외측전극을 상기 지지블록에 결합시키는 절연부재; 및
    상기 내, 외측전극의 사이에서 아크를 발생시키도록 상기 내, 외측전극에 각각 연결된 전극용 전압;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마전리부는,
    상기 몸체에 일부가 삽입되어 설치되고, 합성가스공급원으로부터 공급된 상기 합성가스가 순차적으로 상기 합성가스공급홀, 상기 합성가스유도홀, 및 상기 제 1 합성가스분사홀을 통과하며 분사되어 아크가 발생한 상기 내, 외측전극의 사이에서 상기 플라즈마 광 가스로 전리되도록 상기 합성가스공급홀에 연결되어 상기 합성가스를 공급하는 합성가스공급관; 및
    상기 외측전극을 둘러싸며 설치되고, 상기 합성가스유도홀에 연결되어 상기 합성가스의 일부가 상기 외측전극의 외측면을 따라 상기 플라즈마 광 가스의 중심부로 분사되어 상기 플라즈마 광 가스에 의해 동일한 상태의 플라즈마 광 가스로 전리되도록, 상기 외측전극의 외측면으로부터 일정거리 이격되어 설치됨으로써 소정의 공간부로 이루어진 제 2 합성가스분사홀을 형성하는 상기 합성가스분사관;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 상기 가스증폭플라즈마 고온열분해 소각시스템의 플라즈마 분사토오치.
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