KR101085180B1 - 액상 물질 반응장치 - Google Patents

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KR101085180B1
KR101085180B1 KR1020110032821A KR20110032821A KR101085180B1 KR 101085180 B1 KR101085180 B1 KR 101085180B1 KR 1020110032821 A KR1020110032821 A KR 1020110032821A KR 20110032821 A KR20110032821 A KR 20110032821A KR 101085180 B1 KR101085180 B1 KR 101085180B1
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이대훈
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허민
이재옥
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 반응로 내부로 액상 물질을 직접 공급하여 분해하여 처리하거나, 액상 물질을 이용하는 화학 공정에서 반응로 내부로 액상 물질을 직접 공급하여 화학 공정을 원활히 수행하는 액상 물질 반응장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 반응장치는, 반응 공간을 형성하는 반응로, 및 상기 반응로 내부에 돌출 설치되고 상기 반응로의 내벽과 간극을 형성하는 전극을 포함하며, 상기 전극은, 외표면으로 상기 반응로와의 사이에서 방전을 일으켜 상기 간극으로 공급되는 작동 기체로 플라즈마를 발생시키고, 내측의 통로로 액상 물질을 공급하는 본체와, 상기 본체의 선단에 결합되어 상기 액상 물질을 기화시켜 상기 반응로 내부에 분사하도록 다공으로 형성되는 팁을 포함한다.

Description

액상 물질 반응장치 {LIQUID MATERIAL REACTOR}
본 발명은 액상 물질 반응장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응로 내부로 액상 물질을 직접 공급하여 분해하여 처리하거나, 액상 물질을 이용하는 화학 공정에서 반응로 내부로 액상 물질을 직접 공급하여 화학 공정을 수행하는 액상 물질 반응장치에 관한 것이다.
예를 들면, 플라즈마 반응장치는 하우징 내에 전극을 구비하고 이들 사이에서 방전을 일으켜 회전하면서 공급되는 기체 물질을 플라즈마로 변환하여 분해시킨다. 따라서 액상 물질인 경우, 통상적으로 플라즈마 반응장치는 액체를 기체로 변환시키는 구성을 필요로 한다.
기체 변환 장치를 구비하지 않고 액상 물질을 플라즈마 반응장치로 직접 공급하게 되면, 액상 물질이 하우징 내에서 불균일하게 분사될 수 있다. 따라서 액상 물질은 하우징 내에서 미처리된 상태로 하우징 외부로 토출될 수 있다.
처리 대상인 액상 물질이 유해물질, 예를 들면, 폐냉매(염화불화탄소(CFC; chlorofluorocarbon), 수소화불화탄소(HFC; hydrofluorocarbon), 및 수소화염화불화탄소(HCFC; hydrochlorofluorocarbon))인 경우, 미처리된 물질은 대기 오염 및 지구 온난화를 촉진시킬 수 있다.
또한, 액상 물질을 이용하는 화학 공정은 화학 물질을 안정화시키고 화학 물질의 반응 특성을 향상시키기 위하여, 물이나 액상물질을 추가로 공급해야 한다. 이때, 플라즈마 반응장치는 물이나 액상물질을 기화하기 위한 별도의 기화장치나 기체 변환장치를 필요로 한다.
본 발명의 일 실시예는 반응로 내부로 액상 물질을 직접 공급하여 플라즈마 공정에서 기화하여 액상 물질을 분해하여 처리하는 액상 물질 반응장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 액상 물질을 이용하는 화학 공정에서 액상 물질을 반응로 내부에 직접 공급하여, 플라즈마 공정에서 기화하여 화학 공정을 원활히 수행하는 액상 물질 반응장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 반응장치는, 반응 공간을 형성하는 반응로, 및 상기 반응로 내부에 돌출 설치되고 상기 반응로의 내벽과 간극을 형성하는 전극을 포함하며, 상기 전극은, 외표면으로 상기 반응로와의 사이에서 방전을 일으켜 상기 간극으로 공급되는 작동 기체로 플라즈마를 발생시키고, 내측의 통로로 액상 물질을 공급하는 본체와, 상기 본체의 선단에 결합되어 상기 액상 물질을 기화시켜 상기 반응로 내부에 분사하도록 다공으로 형성되는 팁을 포함한다.
상기 반응로는, 상기 전극이 삽입되는 내측 실린더, 및 상기 내측 실린더의 외측에 결합되는 외측 실린더를 포함할 수 있다.
상기 외측 실린더는, 상기 작동 기체를 공급하는 기체 공급라인에 연결되고 상기 내측 실린더와의 사이에 기체 챔버를 형성하며, 상기 내측 실린더는, 상기 기체 챔버로 공급되는 상기 작동 기체를 상기 전극을 향하여 공급하는 작동 기체 공급구를 형성할 수 있다.
상기 본체는, 상기 내측 실린더의 일측에서 상기 내측 실린더 내벽을 향하여 점차 확장 형성되는 확장부, 상기 확장부 끝에 형성되는 최대 직경부, 및 상기 최대 직경부에서 점차 축소 형성되는 축소부를 포함할 수 있다.
상기 팁은, 상기 축소부에 나사 결합되어 상기 통로에 연결될 수 있다.
상기 통로는, 상기 확장부, 상기 최대 직경부, 상기 축소부 및 상기 팁의 내측에 형성되어 연결되며, 상기 축소부에서 상기 팁의 선단을 향하여 볼록한 곡선으로 형성되어 상기 다공에 연결될 수 있다.
상기 반응로는, 상기 외측 실린더의 일측에 장착되어, 상기 전극과 상기 내측 실린더를 전기적으로 절연시키는 절연마개를 더 포함할 수 있다.
상기 액상 물질을 공급하는 액상 공급라인은, 상기 절연마개를 관통하여 상기 본체의 통로에 나사 결합될 수 있다.
상기 액상 물질은, 물, 알코올, 휘발성 유기화합물(VOC) 및 액상 냉매를 포함할 수 있다.
상기 액상 냉매는, 액상 폐냉매, 염화불화탄소(CFC), 수소화불화탄소(HFC), 및 수소화염화불화탄소(HCFC) 중 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예는 전압이 인가되는 반응로와 전극 사이로 작동 기체를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 전극의 내측 통로로 액상 물질을 공급하여 플라즈마 발생에 따른 열로 기화시켜서 통로에 연결되는 다공의 팁을 통하여 회전류의 플라즈마 분위기에 액상 물질을 기화된 상태로 균일하게 분사한다.
따라서 본 발명의 일 실시예는 액상 물질(즉 유해물질)을 효과적으로 분해 처리할 수 있고, 또한 액상 물질을 이용하는 화학 공정에서 액상 물질(즉 반응물질)을 반응 공간으로 공급하여 화학 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 반응장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 액상 물질 반응장치를 결합하여 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 4는 전극의 분해 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액상 물질 반응장치(100)의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 액상 물질 반응장치(100)를 결합하여 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 액상 물질 반응장치(100)는 플라즈마를 형성하여 액상 물질을 분해 처리하는 반응이 일어나거나, 액상 물질을 이용하는 화학 공정에서 액상 물질의 화학 반응을 일으키는 반응 공간을 설정하는 반응로(10) 및 반응로(10) 내부에 설치되는 전극(20)을 포함한다.
본 실시예의 액상 물질 반응장치(100)에서 처리될 수 있는 액상 물질에는 액상 냉매 즉, 액상의 폐냉매, 예를 들면, 염화불화탄소(CFC; chlorofluorocarbon), 수소화불화탄소(HFC; hydrofluorocarbon), 및 수소화염화불화탄소(HCFC; hydrochlorofluorocarbon)가 있을 수 있다. 이 물질들은 대기로 방출 시, 지구온난화를 유발하는 유해물질들이며, 이외에 대기, 수질 및 환경을 오염시키는 액상의 유해물질이 더 있을 수 있다.
또한, 액상 물질은 액상 물질을 이용하는 화학 공정에 사용되는 액상의 반응물질일 수 있다. 예를 들면, 반응물질로 물, 알코올 및 휘발성 유기화합물(VOC; volatile organic compound)을 이용하는 다양한 화학 공정은 수분 첨가나 알코올 첨가 반응을 필요로 한다. 이 경우, 본 실시예의 액상 물질 반응장치(100)는 액상 반응물질(물, 알코올, 휘발성 유기화합물)을 직접 기화하여 공급함으로써 플라즈마 방전을 안정적으로 유지하고, 화학 반응을 효율적으로 유지할 수 있다.
액상 물질 반응장치(100)는 반응로(10)와 전극(20) 사이에서 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시키도록 반응로(10)의 외부에서 내부로 작동 기체를 공급한다. 예를 들면, 작동 기체에는 질소가 있으며, 반응 효율 향상을 위한 첨가물에는 물 산소(또는 공기), 및 탄화수소계 연료 등이 있다.
액상 물질 반응장치(100)는 액상 물질, 즉 유해물질을 공급하여 플라즈마 발생에 따른 열로 기화시킨 후 처리 제거할 수 있다. 또한 액상 물질 반응장치(100)는 액상 물질, 즉 액상 물질을 이용하는 화학 공정의 반응물질을 공급하여 플라즈마 발생에 따른 열로 기화시킨 후 화학 공정을 유지할 수 있게 한다.
이를 위하여, 반응로(10)는 전극(20)과의 사이에서 플라즈마를 발생시키고, 이 플라즈마를 이동시키면서 플라즈마 발생에 따른 열에 의하여 액상에서 기화된 물질을 처리하거나 화학 공정을 진행한 후 배출하는 구조로 형성된다. 즉 반응로(10)는 일측을 개방하고 다른 일측을 폐쇄하는 구조로 형성된다.
전극(20)은 반응로(10)의 내부에 설치되어 마주하는 반응로(10)와의 사이에서 플라즈마를 발생시키고, 작동 기체 및 플라즈마의 흐름을 방해하지 않도록 작동 기체 및 플라즈마의 흐름 방향으로 돌출되는 구조로 형성된다.
반응로(10)와 전극(20)은 서로에 인가되는 교류 또는 직류 전압에 의하여 방전을 일으키고, 양자 사이로 공급되는 작동 기체를 플라즈마로 변환시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이, 직류 전압의 경우, 반응로(10)가 접지된 상태에서 전극(20)에 고전압이 인가된다.
보다 구체적으로 설명하면, 반응로(10)는 반응 공간을 설정하며, 전극(20)이 삽입 설치되는 내측 실린더(11), 내측 실린더(11)의 외측에 결합되는 외측 실린더(12) 및 내측 실린더(11)의 일측을 폐쇄하는 절연마개(13)를 포함한다.
전극(20)은 절연마개(13)에 장착되고, 절연마개(13)는 외측 실린더(12)의 일측에 장착된다. 따라서 전극(20)이 내측 실린더(11)의 내측으로 돌출되고, 전극(20)과 내측 실린더(11)가 전기적으로 서로 절연되며, 내측 실린더(11)의 일측이 폐쇄된다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 3을 참조하면, 외측 실린더(12)는 작동 기체를 공급하는 기체 공급라인(14)에 연결되고 내측 실린더(11)와의 사이에 기체 챔버(15)를 형성한다.
내측 실린더(11)는 기체 챔버(15)를 통하여 공급되는 작동 기체를 전극(20)으로 공급하는 작동 기체 공급구(16)를 형성한다. 따라서 기체 공급라인(14)으로 공급되는 작동 기체는 기체 챔버(15) 및 기체 공급구(16)를 경유하여 전극(20)을 향하여 공급된다. 즉 작동 기체는 전극(20과 내측 실린더(11) 사이로 공급된다.
더욱이 기체 공급구(16)는 반응로(10) 즉, 내측 실린더(11)의 법선 방향에 대하여 경사지게 형성된다. 따라서 기체 공급구(16)로 공급되는 작동 기체는 전극(20)과 내측 실린더(11) 사이에서 회전류(swirl)를 형성한다. 따라서 전극(20)과 내측 실린더(11) 사이에서 방전으로 발생되는 플라즈마는 작동 기체를 따라 회전류를 형성한다.
작동 기체의 회전류는 전극(20)과 내측 실린더(11) 사이에서 균일한 방전을 유도하고, 플라즈마 발생에 따른 열을 내측 실린더(11) 내부에 균일하게 확산시키므로 내측 실린더(11)의 내부 공간을 효율적으로 활용할 수 있게 한다. 그리고 플라즈마의 회전류는 전극(20)의 전방에서 기화된 상태로 분사되는 물질에 더욱 강한 아크 회전류를 형성한다.
한편, 절연마개(13)는 반응로(10) 또는 외측 실린더(12)의 구조에 따라 다양하게 형성될 수 있다. 즉, 절연마개(13)는 반응로(10)의 외측 실린더(12)에 장착되어, 전극(20)과 반응로(10)를 전기적으로 절연시키면서 전극(20)과 외측 실린더(12) 사이를 실링한다. 절연마개(13)는 내열성이 높은 세라믹으로 형성될 수 있다.
절연마개(13)와 외측 실린더(12)의 결합을 위하여, 절연마개(13)는 관통구(18)를 구비하고, 외측 실린더(12)는 관통구(18)에 대응하여 플랜지(12a)에 체결구(12b)를 구비한다. 체결볼트(17)가 관통구(18)를 통하여 체결구(12b)에 나사 결합된다.
도 4는 전극(20)의 분해 단면도이다. 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 전극(20)은 플라즈마를 발생시키는 본체(21)와 액상 물질을 기화시켜 분사하는 팁(22)을 포함한다.
본체(21)는 작동 기체 흐름 방향 및 플라즈마의 흐름 방향을 따라 유선형으로 이어지는 확장부(211), 최대 직경부(212) 및 축소부(213)를 포함한다. 확장부(211)는 내측 실린더(11)의 일측에서 내측 실린더(11)의 내벽을 향하여 직경이 점차 확장되는 구조로 형성되고, 그 끝에 최대 직경부(212)가 형성된다. 축소부(213)는 최대 직경부(212)에서 직경이 점차 축소되는 구조로 형성된다.
작동 기체는 내측 실린더(11) 내에서 확장부(211)를 따라 회전류 상태로 진행되면서 압축되어 최대 직경부(212)에서 최대로 압축되고, 이 상태에서 최대 직경부(212)에서 시작된 방전으로 발생되는 플라즈마는 축소부(213)를 따라 회전류 상태로 진행되면서 급속하게 확산된다.
반응로(10)와 전극(20) 사이에서 방전을 유발하는 간극(C)은 본체(21)와 반응로(10) 사이, 즉 최대 직경부(212)의 외표면과 내측 실린더(11)의 내벽 사이에 설정된다. 내측 실린더(11)를 접지하고 전극(20)에 고전압을 인가하면, 간극(C)에서 방전이 일어나서 작동 기체가 플라즈마로 변환된다.
또한, 본체(21)는 내측에 통로(23)를 구비하여, 액상 물질이 팁(22)까지 공급될 수 있게 한다. 이를 위하여, 액상 공급라인(19)이 절연마개(13)를 관통하여 본체(21) 내부에 형성된 통로(23)에 나사 결합된다.
팁(22)은 본체(21)의 축소부(213) 선단에 나사 결합되어 통로(23)에 연결된다. 통로(23)는 본체(21)의 확장부(211), 최대 직경부(212), 축소부(213) 및 팁(22)의 내측에 형성되어 서로 연결된다.
팁(22) 내부에서 통로(23)는 축소부(213)에서 팁(22)의 선단을 향하여 볼록한 곡선으로 형성되어 팁(22)의 다공 구조를 통하여 물질을 반응로(10) 내부로 분사한다. 팁(22)의 다공 구조는 통로(23)로 공급되는 액상 물질을 플라즈마 발생으로 인한 열로 기화시킨 후, 내측 실린더(11) 내의 반응공간으로 균일하게 분사한다.
이와 같이, 본 실시예의 액상 물질 반응장치(100)에서, 액상 물질이 액상 공급라인(19), 본체(21) 내부의 통로(23)로 공급되고, 플라즈마 발생으로 인한 열에 의하여 기화되어 팁(22)의 다공을 통과하여 팁(22)의 측방 및 전방으로 균일하게 분사된다.
기화 후 분사되는 물질은 회전류의 플라즈마 아크에 의하여 용이하게 처리되거나 화학 공정을 수행한다. 즉 본 실시예는 작동 기체의 플라즈마 발생으로 인한 열을 이용하여 액상 물질을 기화시키고, 기화된 물질을 처리하거나 화학 공정을 수행하므로 별도의 기체 변환장치를 필요로 하지 않는다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 : 반응로 11 : 내측 실린더
12 : 외측 실린더 12a : 플랜지
12b : 체결구 13 : 절연마개
14 : 기체 공급라인 15 : 기체 챔버
16 : 기체 공급구 17 : 체결볼트
18 : 관통구 19 : 액상 공급라인
20 : 전극 21 : 본체
22 : 팁 23 : 통로
100 : 액상 물질 반응장치 211 : 확장부
212 : 최대 직경부 213 : 축소부
C : 간극

Claims (10)

  1. 반응 공간을 형성하는 반응로; 및
    상기 반응로 내부에 돌출 설치되고 상기 반응로의 내벽과 간극을 형성하는 전극을 포함하며,
    상기 전극은,
    외표면으로 상기 반응로와의 사이에서 방전을 일으켜 상기 간극으로 공급되는 작동 기체로 플라즈마를 발생시키고, 내측의 통로로 액상 물질을 공급하는 본체와,
    상기 본체의 선단에 결합되어 상기 액상 물질을 기화시켜 상기 반응로 내부에 분사하도록 다공으로 형성되는 팁
    을 포함하며,
    상기 반응로는,
    상기 전극이 삽입되는 내측 실린더, 및
    상기 내측 실린더의 외측에 결합되는 외측 실린더
    를 포함하고,
    상기 외측 실린더는,
    상기 작동 기체를 공급하는 기체 공급라인에 연결되고 상기 내측 실린더와의 사이에 기체 챔버를 형성하며,
    상기 내측 실린더는,
    상기 기체 챔버로 공급되는 상기 작동 기체를 상기 전극을 향하여 공급하는 작동 기체 공급구를 형성하는
    액상 물질 반응장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 내측 실린더의 일측에서 상기 내측 실린더 내벽을 향하여 점차 확장 형성되는 확장부,
    상기 확장부 끝에 형성되는 최대 직경부, 및
    상기 최대 직경부에서 점차 축소 형성되는 축소부
    를 포함하는 액상 물질 반응장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 팁은,
    상기 축소부에 나사 결합되어 상기 통로에 연결되는 액상 물질 반응장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 통로는,
    상기 확장부, 상기 최대 직경부, 상기 축소부 및 상기 팁의 내측에 형성되어 연결되며,
    상기 축소부에서 상기 팁의 선단을 향하여 볼록한 곡선으로 형성되어 상기 다공에 연결되는
    액상 물질 반응장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 반응로는,
    상기 외측 실린더의 일측에 장착되어, 상기 전극과 상기 내측 실린더를 전기적으로 절연시키는 절연마개
    를 더 포함하는 액상 물질 반응장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 액상 물질을 공급하는 액상 공급라인은,
    상기 절연마개를 관통하여 상기 본체의 통로에 나사 결합되는
    액상 물질 반응장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 액상 물질은,
    물, 알코올, 휘발성 유기화합물(VOC) 및 액상 냉매 중 하나를 포함하는 액상 물질 반응장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 액상 냉매는,
    액상 폐냉매, 염화불화탄소(CFC), 수소화불화탄소(HFC), 및 수소화염화불화탄소(HCFC) 중 하나를 포함하는 액상 물질 반응장치.
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