KR100638109B1 - Apparatus for generating plasma flame - Google Patents
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Abstract
Description
도 1 은 본 발명에 따른 화염 발생장치의 구성을 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing the configuration of a flame generating device according to the present invention;
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 화염 발생장치를 나타낸 정단면도,Figure 2 is a front sectional view showing a flame generating device according to a preferred embodiment of the present invention,
도 3 은 도 2에 도시된 노즐이 다수개로 구성된 경우, 그의 배열구조를 나타낸 정단면도,3 is a front sectional view showing an arrangement structure when a plurality of nozzles shown in FIG.
도 4 내지 도 6 는 도 2에 도시된 노즐이 다수개로 구성된 경우, 그의 배열구조를 나타낸 평단면도,4 to 6 is a plan sectional view showing an arrangement structure when a plurality of nozzles shown in FIG.
도 7 및 도 8 은 도 2에 도시된 노즐의 또 다른 설치구조를 나타낸 정단면도,7 and 8 are a front sectional view showing another installation structure of the nozzle shown in FIG.
도 9 및 도 10 은 추가가스 공급관이 구비된 제2 블록의 구조를 나타낸 정단면도,9 and 10 are front cross-sectional view showing the structure of a second block provided with an additional gas supply pipe,
도 11 내지 13 은 도 9에 도시된 추가가스 공급관이 다수개로 구성된 경우, 그의 배열구조를 나타낸 평단면도,11 to 13 is a plan sectional view showing an arrangement structure when the additional gas supply pipe shown in Figure 9 is composed of a plurality,
도 14 및 도 15 는 도 9에 도시된 추가가스 공급관의 또 다른 설치구조를 나타낸 정단면도,14 and 15 is a front sectional view showing another installation structure of the additional gas supply pipe shown in FIG.
도 16 은 도 2에 도시된 화염 발생장치의 응용상태를 나타낸 정단면도,16 is a sectional front view showing an application state of the flame generating device shown in FIG.
도 17 은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 화염 발생장치를 나타낸 정단면도,17 is a front sectional view showing a flame generating apparatus according to another embodiment of the present invention;
도 18 은 본 발명의 플라즈마 화염 발생장치에서 발생된 플라즈마 화염의 사진.18 is a photograph of a plasma flame generated in the plasma flame generating device of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
(10) : 마그네트론 (20) : 전원공급부(10): magnetron 20: power supply
(30) : 순환부 (40) : 방향성 결합기30: circulating part 40: directional coupler
(50) : 스터브 튜너 (60) : 도파관50: stub tuner 60: waveguide
(70) : 방전관 (80) : 가스공급부70: discharge tube 80: gas supply part
(81) : 제1 블록 (82) : 주입구(81): first block 82: injection hole
(90) : 점화부 (100) : 연료공급부(90): ignition unit 100: fuel supply unit
(101) : 제2 블록 (102) : 노즐101: second block 102: nozzle
본 발명은 화염 발생장치에 관한 것으로, 특히 공기 및 산소를 이용하여 발생된 대기압 전자파 플라즈마 토치에 액체 또는 기체 상태 탄화수소 계열의 연료를 주입하여 완전 연소시킴으로서 고온의 플라즈마 화염을 제공하는 플라즈마 화염 발 생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a flame generating apparatus. In particular, a plasma flame generating apparatus which provides a high-temperature plasma flame by injecting a liquid or gaseous hydrocarbon-based fuel into a atmospheric electromagnetic wave plasma torch generated by using air and oxygen to completely burn the fuel It is about.
일반적으로, 플라즈마 토치는 두 전극 사이에서 플라즈마 아크 칼럼(Plasma Arc Column)을 생성, 유지하는 장치로서, 그 종류로는 직류아크토치와 유도결합플라즈마토치, 축전결합고주파토치 등이 있다. 상기 직류아크토치는 두 전극 사이에 직접 전기장을 걸어주는 방식으로 제한된 전극 수명으로 인해 전극을 자주 교체해야 하는 번거로움이 있고, 50~10,000암페어의 아크전류를 공급해야 하므로 고가의 전류공급장치가 필요함과 더불어 과다 전력의 사용이 요구된다. 한편, 상기 유도결합플라즈마토치와 축전결합고주파토치는 그 열효율이 40~50%로 매우 떨어지는 문제가 있다. 결국, 이러한 기존의 플라즈마토치는 플라즈마의 볼륨(Volume)이 작을 뿐만 아니라, 플라즈마의 생성비용이 매우 높고, 많은 부대설비가 요구되는 문제점이 있다.In general, a plasma torch is a device for generating and maintaining a plasma arc column between two electrodes, and examples thereof include a DC arc torch, an inductively coupled plasma torch, and a capacitively coupled high frequency torch. The DC arc torch is a method of applying an electric field directly between two electrodes, which is cumbersome to replace the electrode frequently due to limited electrode life, and requires an expensive current supply device because an arc current of 50 to 10,000 amps must be supplied. In addition, the use of excess power is required. On the other hand, the inductively coupled plasma torch and the capacitively coupled high frequency torch have a problem that the thermal efficiency is very low to 40-50%. As a result, such a conventional plasma torch has a problem that not only the volume of the plasma is small, but also the cost of generating the plasma is very high and many additional facilities are required.
상기와 같은 문제점을 고려하여 본 발명의 발명자는 대한민국 등록특허공보 제0394994호에서 전자파를 이용한 플라즈마토치를 제시한 바 있으며, 대한민국 등록특허공보 제0375423호에서 마이크로웨이브 플라즈마를 이용한 매연 제거 플라즈마장치를 제시한 바 있다. 상기 두 발명에서 제시된 플라즈마장치는 고밀도 및 고온의 플라즈마를 손쉽고도 경제적으로 생산할 수 있는 이점이 있으나, 플라즈마 화염이 방전관을 벗어 날 경우, 플라즈마 볼륨이 급격히 작아지며, 급격한 온도 강하를 초래하기 때문에 대용량의 폐가스 및 폐물질들을 처리에 적용되기에는 문제점이 있다.In view of the above problems, the inventor of the present invention has proposed a plasma torch using electromagnetic waves in Korean Patent Publication No. 0394994, and a smoke removal plasma apparatus using microwave plasma in Korean Patent Publication No. 0375423. I've done it. Plasma devices presented in the above two inventions have the advantage of easily and economically producing high-density and high-temperature plasmas, but when the plasma flame leaves the discharge tube, the plasma volume decreases rapidly and causes a rapid temperature drop. There are problems to apply waste gases and waste materials to treatment.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 발생된 전자파 플라즈마에 기체 또는 액체 상태의 탄화수소 연료를 공급하여 고온의 플라즈마 화염을 발생하는 플라즈마 화염 발생장치를 제공함에 있다.The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma flame generating device for generating a high-temperature plasma flame by supplying a hydrocarbon fuel in a gas or liquid state to the generated electromagnetic plasma.
본 발명은 다른 목적은 소형화가 가능하여 이동성이 향상된 플라즈마 화염 발생장치를 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a plasma flame generating device capable of miniaturization and improved mobility.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 전자파를 발진하는 마그네트론;The present invention to achieve the object as described above and to perform the problem for eliminating the conventional defects is a magnetron for oscillating electromagnetic waves;
상기 마그네트론으로 전력을 공급하는 전원공급부;A power supply unit supplying power to the magnetron;
상기 마그네트론에서 발진된 전파를 출력함과 더불어 마그네트론으로 반사되는 반사파를 흡수하는 순환기;A circulator for outputting radio waves oscillated by the magnetron and absorbing reflected waves reflected by the magnetron;
상기 순환기를 통해 전송된 전자파를 출력함과 더불어 입사파와 반사파의 세기를 모니터링하는 방향성 결합기;A directional coupler that outputs electromagnetic waves transmitted through the circulator and monitors the strengths of incident and reflected waves;
상기 방향성 결합기로부터 입력되는 전자파에 대해 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합시키는 스터브 튜너;A stub tuner for impedance matching by adjusting the intensity of the incident wave and the reflected wave against the electromagnetic wave input from the directional coupler;
상기 스터브 튜너로부터 전송되는 전자파가 입력되는 도파관;A waveguide to which electromagnetic waves transmitted from the stub tuner are input;
상기 도파관을 통해 입력되는 전자파 및 외부로부터 주입되는 와류가스에 의해 플라즈마를 생성하는 방전관;A discharge tube generating plasma by electromagnetic waves input through the waveguide and vortex gas injected from the outside;
상기 방전관으로 와류가스를 공급하는 가스공급부;A gas supply unit supplying a vortex gas to the discharge tube;
상기 방전관 내에 유입된 전자파와 기체에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부; 및An ignition unit for supplying initial electrons for generating plasma by electromagnetic waves and gases introduced into the discharge tube; And
상기 방전관 내에 형성된 플라즈마에 연료를 공급함과 더불어 발생된 플라즈마 화염이 배출되는 화염출구를 제공하는 연료공급부;를 포함하는 플라즈마 화염 발생장치를 특징으로 한다.And a fuel supply unit for supplying a fuel to the plasma formed in the discharge tube and providing a flame outlet through which the generated plasma flame is discharged.
또한, 본 발명은 전자파를 발진하는 마그네트론 및 상기 도파관으로 이루어져 전자파를 발생 및 전송하는 마그네트론 헤드;In addition, the present invention comprises a magnetron for generating an electromagnetic wave and a magnetron head for generating and transmitting an electromagnetic wave;
상기 마그네트론으로 전력을 공급하는 전원공급부;A power supply unit supplying power to the magnetron;
상기 도파관을 통해 입력되는 전자파 및 외부로부터 주입되는 와류가스에 의해 플라즈마를 생성하도록 상기 도파관에 설치된 방전관;A discharge tube installed in the waveguide to generate plasma by electromagnetic waves input through the waveguide and vortex gas injected from the outside;
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상기 방전관으로 와류가스를 공급하는 가스공급부;A gas supply unit supplying a vortex gas to the discharge tube;
상기 방전관 내에 유입된 전자파와 기체에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부; 및An ignition unit for supplying initial electrons for generating plasma by electromagnetic waves and gases introduced into the discharge tube; And
상기 방전관 내에 형성된 플라즈마에 연료를 공급함과 더불어 발생된 플라즈마 화염이 배출되는 화염출구를 제공하는 연료공급부;를 포함하는 플라즈마 화염 발생장치를 특징으로 한다.And a fuel supply unit for supplying a fuel to the plasma formed in the discharge tube and providing a flame outlet through which the generated plasma flame is discharged.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하 면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily flow the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 화염 발생장치의 구성을 개념적으로 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 화염 발생장치는 마그네트론(10)과, 전원공급부(20)와, 순환기(30)와, 방향성 결합기(40)와, 스터브 튜너(50)와, 도파관(60)과, 방전관(70)과, 가스공급부(80)와, 점화부(90)와, 연료공급부(100)로 구성된다. 상기 마그네트론(10)은 10 ㎒ ~ 10 ㎓ 대역의 전자파를 발진하는 마그네트론이 사용되며, 바람직하게는 2.45㎓ 전자파를 발진하도록 구성된다. 상기 전원공급부(20)는 전파전압배율기와 펄스 및 직류(DC)장치로 구성되어 마그네트론(10)으로 전력을 공급하도록 구성된다. 상기 순환기(30)는 마그네트론(10)에서 발진된 전자파를 출력함과 더불어 임피던스 부정합으로 반사되는 전자파 에너지를 소멸시켜 마그네트론(10)을 보호하도록 구성된다. 상기 방향성 결합기(40)는 순환기(30)를 통해 전송된 전자파를 출력함과 더불어 입사파와 반사파의 세기를 모니터링하는 기능을 제공하게 된다. 상기 언급된 모니터링이란 입사파와 반사파의 세기를 측정하는 기능을 의미한다. 상기 스터브 튜너(50)는 방향성 결합기(40)로부터 입력되는 전파자에 대해 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합을 유도함으로써 전자파로 유도된 전기장이 방전관(70) 내에서 가장 강한 현상을 나타내도록 구성된다. 이때 상기 스터브 튜너(50)는 반사파의 세기가 입사파의 1% 이내가 되도록 조절하게 되며, 플라즈마 생성이 초기화되면, 스터브 튜너(50) 없이도 반사파의 강도는 입사파의 10% 보다 작게 된다. 상기 도파관(60)은 스터브 튜너(50)로부터 입력되는 전자파를 방전관(70)으로 전송하도록 구성된다. 상기 방전관(70)은 도파관(60)의 종단에 설치되어 도파관(60)을 통해 입력되는 전자파에 의해 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하도록 구성된다. 상기 가스공급부(80)는 생성된 플라즈마의 안정화와 방전관(70)의 내벽 보호를 위한 와류가스를 공급하도록 구성된다. 상기 점화부(90)는 플라즈마의 생성을 위한 초기 전자를 공급하도록 구성된다. 상기 연료공급부(100)는 기체 또는 액체 상태의 탄화수소 연료를 생성된 플라즈마에 공급함으로써 더 높은 온도와 더 큰 볼륨을 갖는 플라즈마 화염을 생성하도록 구성된다.1 is a block diagram conceptually showing a configuration of a plasma flame generating device according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a plasma flame generator according to an exemplary embodiment of the present invention includes a
도 2는 도파관(60)과 방전관(70)과 가스공급부(80)와 점화부(90) 및 연료공급부(100)의 연결상태를 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 상기 도파관(60)은 표준형 직사각형 도파관(가로: 86㎜, 높이: 43㎜)으로써, 스터브 튜너(50)측으로부터 방전관(70)측으로 갈수록 그의 단면적이 감소하는 테이퍼 형상으로 형성되어 스터브 튜너(50)로부터 입력된 전자파가 방전관(70)측으로 갈수록 에너지 밀도가 증가하도록 구성된다.2 illustrates a connection state of the
상기 방전관(70)은 도파관(60)의 종단(61)으로부터 관내 파장의 1/8(P2)~1/2(P1) 사이에서 도파관(60)을 수직하게 관통하도록 설치된다. 바람직하게 상기 방전관(70)은 도파관(60)의 종단(61)으로부터 관내 파장의 1/4(P) 떨어진 위치에 설치되며, 전자파의 용이한 투과를 위해 석영이나 알루미나 또는 세라믹으로 구성된다.The
상기 가스공급부(80)는 플라즈마의 안정화와 플라즈마로부터 방전관(70)의 내면을 보호하기 위한 와류가스를 공급하는 것으로, 제1 블록(81)과, 주입구(82)로 구성된다. 상기 제1 블록(81)은 방전관(70)의 내부에 구비된 공간(S1)과 연속되어지는 또 다른 공간(S2)이 내부에 구비되고, 상기 방전관(70)의 하단부를 감싸도록 도파관(60)에 고정된다. 이러한 제1 블록(81)은 금속으로 구성되거나, 금속 또는 금속합금으로 이루어진 미도시된 코팅층이 내면 또는 외면에 구비되어 전자파를 차단하도록 구성된다. 상기 주입구(82)는 적어도 하나 이상의 주입구(82)가 제1 블록(81)의 원주방향에 대하여 등각도 간격을 갖도록 설치되며, 제1 블록(81)의 외측으로부터 내측으로 갈수록 상향 경사지게 설치되어 있다. 이러한 주입구(82)를 통해 공급되는 와류가스는 방전관(70) 내에서 와류를 발생시켜 플라즈마를 안정화시키고, 플라즈마에 의한 방전관(70) 내면의 손상을 방지하게 되며, 연료공급부(100)에 의해 공급되는 연료의 산화를 위한 산화제로 작용하게 된다. 이러한 와류가스로는 공기, 산소, 질소, 아르곤 가스 중 선택된 적어도 하나 이상의 가스가 사용된다.The
상기 점화부(90)는 초기에 플라즈마의 생성을 위한 전자를 방전관(70) 내에 공급하는 것으로, 한쌍의 텅스텐 전극(91,92)이 방전관(70)의 내부에 위치하도록 설치되며, 제1 블록(81)과 전극 간의 아크 발생을 방지하도록 상기 전극(91,92)은 유전체관(93)으로 쌓여져 있다. 한편, 상기 한쌍의 텅스텐 전극(91,92)의 끝단은 0.1-50㎜의 방전 간격을 유지하도록 구성된다.The
상기 연료공급부(100)는 생성된 플라즈마에 탄화수소 연료를 공급하여 보다 높은 온도와 큰 볼륨을 갖는 플라즈마 화염(F)을 발생하도록 하는 것으로, 제2 블록(101)과, 노즐(102)로 구성된다. 상기 제2 블록(101)은 방전관(70)의 상단부에 위치하도록 도파관(60)의 상부에 설치되고, 그의 내부에는 방전관(70)에 구비된 공간(S1)과 연속되어지는 또 다른 공간(S3)이 구비되어 있다. 또한, 제2 블록(101)의 상단은 개방되어 발생된 플라즈마 화염(F)이 분출되는 화염출구(103)를 제공하게 된다. 한편, 상기 방전관(70)과 제1,2 블록(81,101)이 결합되면, 방전관(70)과 제1,2 블록(81,101)에 구비된 공간(S1,S2,S3)은 연속되어져 하나의 큰 공간을 형성하게 된다. 이러한 제2 블록(101)은 금속으로 구성되거나, 금속 또는 금속합금으로 이루어진 미도시된 코팅층이 내면 또는 외면에 구비되어 전자파를 차단하게 된다. 상기 노즐(102)은 제2 블록(101)에 구비된 공간(S3)에 탄화수소 연료를 분사하는 것으로, 적어도 하나 이상의 노즐(102)이 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 등각도 간격을 갖도록 설치된다. 이러한 노즐(102)에 의해 분사되는 탄화수소 연료로는 액체 상태의 가솔린, 경유, 등유, 벙커 C유, 정제된 폐유 및 기체 상태의 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등이 사용될 수 있다.The
도 3 내지 도 6은 상기 노즐(102)이 다수개로 구성된 경우, 노즐(102)들의 배열 구조를 보여주는 정단면도이다. 도 3을 참조하면, 두개의 노즐(102)들이 제2 블록(101)의 길이방향에 대하여 높이차를 갖도록 설치될 수 있다. 이처럼 높이차를 갖는 2개의 노즐(102)들은 서로 다른 위치에서 탄화수소 연료를 공급함으로서 볼륨이 크고 확장된 화염을 발생시킬 수 있게 된다. 도 4를 참조하면, 두개의 노즐(102)들이 제2 블록(101)의 중심으로 대칭구조로 설치될 수도 있다. 도 5를 참조하면, 3개의 노즐(102)들이 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 등각도 간격, 즉 120°간격을 갖도록 설치될 수도 있다. 도 6을 참조하면, 4개의 노즐(102)들이 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 등각도 간격, 즉 90°간격을 갖도록 설치될 수도 있다.3 to 6 are front cross-sectional views illustrating an arrangement structure of the
또한, 상기 노즐(102)은 상기와 같이 수평상태로 설치될 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 블록(101)의 외측으로부터 내측으로 갈수록 하향 경사지게 설치될 수도 있으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 두개의 노즐(102)들이 상호 마주하는 상태를 유지한 채로 제2 블록(101)의 내측을 향하여 하향 경사지게 설치될 수도 있다.In addition, the
상기와 같이 연료공급부(100)에는 적어도 하나 이상의 노즐(102)이 구비되고, 상기 노즐(102)이 다수개 구비되는 경우, 제2 블록(101)의 길이방향에 대하여 높이차를 갖도록 설치되거나, 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 상호 등각도 간격을 갖도록 설치될 수 있으며, 이처럼 다수개의 노즐(102)들을 통해 단계적으로 연료를 분사함으로써 볼륨이 크고 확장된 플라즈마 화염의 발생이 가능하게 된다.As described above, the
도 9는 상기 노즐(102)을 통한 연료의 공급과 함께 추가가스를 공급하는 추가가스 공급관(104)이 더 구비된 제2 블록(101)의 정단면도이다. 도 9를 참조하면, 상기 추가가스 공급관(104)은 상기 노즐(102)을 포함하도록 설치된다, 보다 구체적으로 설명하면, 상기 추가가스 공급관(104)은 제2 블록(101)의 외면으로부터 삽입되어 내면으로 노출되도록 설치되며, 그의 내부에 노즐(102)이 설치되게 된다. 이처럼 중복되게 설치된 노즐(102)과 추가가스 공급관(104)은 서로 다른 공급라인(105,106)을 통해 추가가스와 탄화수소 연료를 각각 공급받게 된다. 한편, 상기 추가가스 공급관(104)을 통해 공급되는 추가가스는 탄화수소 연료의 산화에 필요한 산소를 추가적으로 공급함과 더불어 노즐(102)로부터 분사되는 탄화수소 연료를 플 라즈마의 중심영역까지 이동시키면서 혼합시키게 된다. 이러한 추가가스로는 공기 또는 산소가 사용될 수 있다.9 is a front sectional view of the
도 10 내지 도 13은 상기 추가가스 공급관(104)이 다수개 구비된 경우, 추가가스 공급관(104)의 배열구조를 보여주는 단면도이다. 도 10을 참조하면, 두개의 추가가스 공급관(104)들은 제2 블록(101)의 길이방향에 대하여 높이차를 갖도록 설치될 수 있다. 도 11을 참조하면, 두개의 추가가스 공급관(104)들이 제2 블록(101)의 중심을 기준으로 대칭구조로 설치될 수도 있다. 도 12를 참조하면, 3개의 추가가스 공급관(104)들이 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 등각도 간격으로 설치될 수도 있다. 도 13을 참조하면, 4개의 추가가스 공급관(104)들이 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 등각도 간격으로 설치될 수도 있다.10 to 13 are cross-sectional views illustrating an arrangement structure of the additional
또한, 상기 추가가스 공급관(104)은 도 10 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 수평상태로 설치될 수도 있고, 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 블록(101)의 외측으로부터 내측으로 갈수록 하향 경사지게 형성될 수도 있으며, 도 15에 도시된 바와 같이, 두개의 추가가스 공급관(104)들이 상호 마주하는 상태를 유지한 채로 제2 블록(101)의 내측을 향하여 하향 경사지게 형성될 수도 있다.In addition, the additional
도 16은 상기 제2 블록(101)의 상단부에 피처리 가스공급관(107)을 설치한 것으로 도시하고 있다. 도 16을 참조하면, 상기 피처리 가스공급관(107)은 제2 블록(101)에 설치된 노즐(102) 보다 높은 위치에 설치되며, 오염된 공기 또는 화생방 가스, 반도체 세정 폐가스, 휘발성 유기화합물, 악취 등이 발생된 플라즈마 화염 속으로 유입될 수 있도록 하는 유로를 제공하게 된다. 이에 따라 고온의 플라즈마 화염을 이용해 각종 오염물질을 분해시킬 수 있게 된다.FIG. 16 shows that the
상기와 같이 구성된 플라즈마 화염 발생장치의 작동과정에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the plasma flame generating device configured as described above are as follows.
전원공급부(20)로부터 마그네트론(10)으로 전원이 공급되면, 마그네트론(10)은 전자파를 발진하게 되고, 이처럼 발진된 전자파는 순환기(30)와 방향성 결합기(40)와 스터브 튜너(50) 및 도파관(60)을 통해 방전관(70)으로 전달된다. 한편, 상기 가스공급부(80)는 미도시된 외부공급원으로부터 공급되는 와류가스를 방전관(70)의 내부 공간으로 주입하게 된다.When power is supplied from the
상기와 같이 방전관(70)의 내부로 전자파가 유입되고, 와류가스가 공급되면, 점화부(90)의 전극에 전압이 인가되어 플라즈마 생성에 필요한 전자를 공급해줌으로써 플라즈마를 생성하게 된다. 한편, 공급된 와류가스는 생성된 플라즈마를 안정화시키고 방전관(70) 내에 와류를 형성하여 고온의 플라즈마 화염으로부터 방전관(70)의 내벽을 보호하게 된다. 결국, 공급된 와류가스는 방전관(70)을 열적으로 보호하고 플라즈마를 안정화하는 기능을 제공하게 된다. 한편, 1 kW의 전자파 에너지, 분당 20 리터의 공기 와류가스, 내경 27 mm, 두께 1.5 mm을 갖으며 석영으로 이루어진 방전관에서 발생된 공기 플라즈마 화염 길이는 20 cm ~ 30 cm 정도이며, 사용된 와류가스의 유량이 분당 80 리터로 증가할 때, 공기 플라즈마 화염의 길이는 10 cm 가량으로 짧아지게 된다. 연료공급부(100)로부터 공급되는 탄화수소 연료는 플라즈마 화염의 측면에서 주입되며 공기 및 산소 플라즈마에 의해 발생된 화염은 제2 블록(101)의 화염출구(103)로 나오게 된다. 예를 들어, 액체 탄화수소 계열 의 연료가 사용될 경우, 플라즈마 화염의 중심온도 섭씨 5000 ~ 6000 도의 공기 플라즈마에 의해 액체연료가 기화되고 고온의 플라즈마 가스에 의해 순식간에 연소가 된다.As described above, when the electromagnetic wave is introduced into the
상기와 같이 와류가스의 양이 증가하면, 플라즈마 화염의 길이가 급격히 감소하게 되고, 온도 또한 급격히 감소하게 된다. 그러나 탄화수소 연료의 공급에 의해 플라즈마 화염의 볼륨은 증가하게 되고, 고온의 화염을 얻는 동시에 연료가 연소하기 위한 산소의 양이 증가하기 때문에 완전연소에 가까운 화염을 얻을 수 있게 된다.As described above, when the amount of vortex gas is increased, the length of the plasma flame is drastically reduced, and the temperature is also drastically reduced. However, the volume of the plasma flame is increased by the supply of hydrocarbon fuel, and the flame is close to complete combustion because the amount of oxygen for burning the fuel increases at the same time to obtain a high temperature flame.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 플라즈마 화염 발생장치를 도시하고 있다. 본 실시 예에 따른 플라즈마 화염 발생장치는 구성의 단순화에 기인하여 소형화된 플라즈마 화염 발생장치임을 유의해야 한다. 이러한 화염 발생장치는 마이크로웨이브 헤드(110)와, 전원공급부와, 방전관(70)과, 가스공급부(80)와, 점화부(90)와, 연료공급부(100)로 구성된다. 상기 전원공급부와, 방전관(70)과, 가스공급부(80)와, 점화부(90)와, 연료공급부(100)는 전술한 실시 예와 동일한 구성 및 작용으로 그 상세한 설명은 생략하며, 부분적인 특징점에 대해서만 설명하도록 한다. 또한 상기 실시 예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하도록 한다.17 shows a plasma flame generating device according to another embodiment of the present invention. It should be noted that the plasma flame generator according to this embodiment is a miniaturized plasma flame generator due to the simplification of the configuration. Such a flame generating device includes a microwave head 110, a power supply unit, a
상기 마이크로웨이브 헤드(110)는 마그네트론(10) 및 상기 마그네트론(10)이 설치된 도파관(60)으로 구성되어 마그네트론(10)으로부터 발생된 전자파를 방전관(70)으로 전송하게 된다.The microwave head 110 is composed of a
상기 가스공급부(80)는 상기 방전관(70)의 내부 공간(S1)에 연속되는 또 다른 공간(S2)이 구비되어 방전관(70)의 하단부에 설치된 제1 블록(81)과, 상기 제1 블록(81)의 내주면과 외주면을 연결하도록 형성되어 제1 블록(81)의 내부에 구비된 공간으로 와류가스가 주입되는 공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 주입구(82)가 형성된 것으로 구성된다.The
상기 연료공급부(100)는 상기 방전관(70)의 내부 공간(S1)에 연속되어지는 또 다른 공간(S3)이 구비되어 방전관(70)의 상단부에 설치되고, 그의 상단부가 개방되어 플라즈마 화염이 분출되는 화염출구(103)를 제공하는 제2 블록(101)과, 상기 제2 블록(101)에 설치되어 제2 블록(101)의 내부로 연료를 공급하는 적어도 하나 이상의 노즐(102)이 설치된 것으로 구성된다.The
한편, 상기 노즐(102)이 다수개 구비된 경우, 다수개의 노즐(102)은 제2 블록(101)의 원주방향에 대하여 상호 등각도 간격을 갖으며, 제2 블록(101)의 외측으로부터 내측으로 갈수록 하향 경사지게 설치될 수도 있으며, 제2 블록(101)이 높이 방향에 대하여 상호 높이차를 갖도록 설치될 수도 있다.
또한, 도 16을 참조하여 설명된 상기 피처리 가스공급관(107)이 상기 제2 블록(101)에 설치되어 오염된 공기 또는 화생방 가스, 반도체 세정 폐가스, 휘발성 유기화합물, 악취 등을 플라즈마 화염을 이용해 처리할 수도 있다.On the other hand, when a plurality of
In addition, the to-be-processed
도 18은 본 발명의 플라즈마 화염 발생장치를 이용하여 발생된 플라즈마 화염을 촬영한 사진으로, a는 측면에서, b는 정면에서 촬영한 사진이다. 이때 탄화수소 연료로는 등유가 공급된 것이며, 시간당 1500cc가 공급됨과 더불어 와류가스로는 분당 60 리터의 공기가 공급되었다.18 is a photograph of a plasma flame generated by using the plasma flame generating device of the present invention, a is taken from the side, b is taken from the front. At this time, kerosene was supplied as a hydrocarbon fuel, 1500cc per hour was supplied, and 60 liters of air per minute were supplied as a vortex gas.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위 에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.
본 발명은 상술한 바와 같이 전자파 플라즈마 화염 발생장치에 와류가스의 공급과 함께 탄화수소 연료를 공급하여 보다 큰 볼륨과 높은 온도를 갖는 플라즈마 화염을 발생시킴으로써, 고온의 열원이 요구되는 소각설비에 적용될 수 있으며, 고언의 열원을 이용하므로 소각시 발생되는 다이옥신과 같은 독성 오염물질의 발생 우려가 없을 뿐만 아니라, 소형화가 가능하여 이동 가능한 소각기를 제공할 수 있게 되었다.As described above, the present invention can be applied to an incineration facility requiring a high temperature heat source by supplying a hydrocarbon fuel together with supply of vortex gas to the electromagnetic plasma flame generator to generate a plasma flame having a larger volume and a higher temperature. In addition, the use of a heat source from the Dolan is not a possibility of generating toxic pollutants such as dioxins generated during incineration, and it is possible to miniaturize and provide a movable incinerator.
또한, 공기 중에 포함된 여러 종류의 휘발성 유기화합물이나 일반 소각기에서 배출되는 다이옥신, 공장에서 나오는 황하수소를 포함한 악취, 축산 폐기물에서 배출되는 암모니아 화합물 등을 제거할 수 있게 되었다.In addition, various kinds of volatile organic compounds contained in the air, dioxins emitted from general incinerators, odors including hydrogen sulfide from plants, and ammonia compounds released from livestock waste can be removed.
또한, 공중에 포함된 오염 독가스를 제거하거나 소각할 수 있으므로, 테러에 의해 오염매체가 공기 중에 살포되었을 경우, 신속히 오염매체를 제거함으로써, 화생방 무기 사용의 위협을 조기에 차단할 수 있게 되었다.In addition, since the pollutant poisonous gas contained in the air can be removed or incinerated, when the polluted medium is sprayed into the air by terrorism, the pollutant can be removed quickly, thereby preventing the threat of the use of NBC weapons.
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Cited By (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100864695B1 (en) | 2007-03-23 | 2008-10-23 | 엄환섭 | Apparatus for generating a pure steam torch powered by microwaves and apparatus for generating hydrogen by using the same |
KR101069233B1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-10-04 | 한국기초과학지원연구원 | Plasma gasifier for integrated gasification combined cycle |
KR20120032204A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-05 | (주)트리플코어스코리아 | Microwave generator and driving method thereof, and system for eliminating waste gases |
KR101136166B1 (en) * | 2011-11-07 | 2012-04-17 | 주식회사 네패스 | Plasma torch device and incinerating facility therewith |
WO2012074154A1 (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-07 | 한국기초과학지원연구원 | Plasma gasifier for integrated gasification combined cycle |
WO2012074156A1 (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-07 | 한국기초과학지원연구원 | Power generation system using plasma gasifier |
KR101166444B1 (en) * | 2010-06-21 | 2012-07-19 | 엄환섭 | A carbon dioxide torch powered by microwaves and its applications |
KR101268913B1 (en) * | 2012-11-05 | 2013-05-29 | (주)플래닛 | Device for generating plasma flame, and combustion facility comprising the same |
KR101294219B1 (en) | 2011-09-02 | 2013-08-07 | 한국기초과학지원연구원 | High efficiency plasma gasifier |
KR101316607B1 (en) | 2011-09-06 | 2013-10-15 | 한국기초과학지원연구원 | High efficiency plasma gasifier |
WO2013191370A1 (en) * | 2012-06-21 | 2013-12-27 | (주)플래닛 | Plasma flame torch, and combustion facility comprising same |
KR101359320B1 (en) | 2012-12-27 | 2014-02-10 | 한국기초과학지원연구원 | Microwave-radio frequency hybrid plasm torch |
KR101372939B1 (en) | 2012-06-21 | 2014-03-19 | (주)플래닛 | Device for generating flame, incinerating facility therewith and gasification facility therewith |
KR101400669B1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-05-29 | 한국기초과학지원연구원 | Gasification device of solid hydrocarbon using microwave plasma torch |
KR101412861B1 (en) | 2012-11-02 | 2014-06-26 | 엄환섭 | Method for production of nitrogen monoxide using microwave plasma |
KR200476960Y1 (en) * | 2012-09-19 | 2015-04-20 | 박영배 | Complex plasma generating device |
KR101600522B1 (en) * | 2014-11-14 | 2016-03-21 | 주식회사 플래닛 | Apparatus for treating toxic gas |
KR101700064B1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-01-25 | 엄환섭 | Apparatus and method of preheating of iron-oxide ore thrown into smelting furnace by microwave plasma flame |
KR101795686B1 (en) | 2015-05-27 | 2017-11-08 | 엄환섭 | Apparatus for production of hydrogen using microwave steam torch |
KR20220015166A (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-08 | 한국핵융합에너지연구원 | Lhniter of microwave plasma torch and microwave plasma torch using the same |
CN117545163A (en) * | 2023-08-25 | 2024-02-09 | 盐城工学院 | Atmospheric pressure surface wave plasma system based on irregular surface waveguide tube |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4072502A (en) | 1973-03-26 | 1978-02-07 | Skf Industrial Trading And Development Co. B.V. | Method apparatus for increasing blast gas temperature in a shaft furnace |
-
2005
- 2005-06-21 KR KR1020050053273A patent/KR100638109B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4072502A (en) | 1973-03-26 | 1978-02-07 | Skf Industrial Trading And Development Co. B.V. | Method apparatus for increasing blast gas temperature in a shaft furnace |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100864695B1 (en) | 2007-03-23 | 2008-10-23 | 엄환섭 | Apparatus for generating a pure steam torch powered by microwaves and apparatus for generating hydrogen by using the same |
KR101069233B1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-10-04 | 한국기초과학지원연구원 | Plasma gasifier for integrated gasification combined cycle |
KR101166444B1 (en) * | 2010-06-21 | 2012-07-19 | 엄환섭 | A carbon dioxide torch powered by microwaves and its applications |
KR20120032204A (en) * | 2010-09-28 | 2012-04-05 | (주)트리플코어스코리아 | Microwave generator and driving method thereof, and system for eliminating waste gases |
WO2012074156A1 (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-07 | 한국기초과학지원연구원 | Power generation system using plasma gasifier |
WO2012074154A1 (en) * | 2010-12-03 | 2012-06-07 | 한국기초과학지원연구원 | Plasma gasifier for integrated gasification combined cycle |
KR101294219B1 (en) | 2011-09-02 | 2013-08-07 | 한국기초과학지원연구원 | High efficiency plasma gasifier |
KR101316607B1 (en) | 2011-09-06 | 2013-10-15 | 한국기초과학지원연구원 | High efficiency plasma gasifier |
KR101136166B1 (en) * | 2011-11-07 | 2012-04-17 | 주식회사 네패스 | Plasma torch device and incinerating facility therewith |
WO2013191370A1 (en) * | 2012-06-21 | 2013-12-27 | (주)플래닛 | Plasma flame torch, and combustion facility comprising same |
KR101372939B1 (en) | 2012-06-21 | 2014-03-19 | (주)플래닛 | Device for generating flame, incinerating facility therewith and gasification facility therewith |
KR200476960Y1 (en) * | 2012-09-19 | 2015-04-20 | 박영배 | Complex plasma generating device |
KR101412861B1 (en) | 2012-11-02 | 2014-06-26 | 엄환섭 | Method for production of nitrogen monoxide using microwave plasma |
KR101268913B1 (en) * | 2012-11-05 | 2013-05-29 | (주)플래닛 | Device for generating plasma flame, and combustion facility comprising the same |
KR101359320B1 (en) | 2012-12-27 | 2014-02-10 | 한국기초과학지원연구원 | Microwave-radio frequency hybrid plasm torch |
KR101400669B1 (en) * | 2012-12-27 | 2014-05-29 | 한국기초과학지원연구원 | Gasification device of solid hydrocarbon using microwave plasma torch |
KR101600522B1 (en) * | 2014-11-14 | 2016-03-21 | 주식회사 플래닛 | Apparatus for treating toxic gas |
KR101795686B1 (en) | 2015-05-27 | 2017-11-08 | 엄환섭 | Apparatus for production of hydrogen using microwave steam torch |
KR101700064B1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-01-25 | 엄환섭 | Apparatus and method of preheating of iron-oxide ore thrown into smelting furnace by microwave plasma flame |
KR20220015166A (en) * | 2020-07-30 | 2022-02-08 | 한국핵융합에너지연구원 | Lhniter of microwave plasma torch and microwave plasma torch using the same |
KR102435691B1 (en) | 2020-07-30 | 2022-08-24 | 한국핵융합에너지연구원 | Lhniter of microwave plasma torch and microwave plasma torch using the same |
CN117545163A (en) * | 2023-08-25 | 2024-02-09 | 盐城工学院 | Atmospheric pressure surface wave plasma system based on irregular surface waveguide tube |
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