KR101226603B1 - Apparatus for treating hazardous gas using counterflow of plasma and hazardous gas, method for treating hazardous gas using the same - Google Patents

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Abstract

플라즈마와 유해가스의 혼합을 극대화시켜 대용량의 유해가스가 주입되어도 일정한 분해효율을 달성할 수 있는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치가 개시된다. 이를 위하여 음전극과 양전극 사이에 전압을 가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단, 및 상기 플라즈마 발생수단의 후단에 연결 설치되고, 외부로부터 공급된 유해가스를 상기 플라즈마 흐름과 반대 방향으로 주입하며, 플라즈마 처리된 유해가스를 외부로 배출하는 대향류 챔버를 포함하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 주입하므로 플라즈마의 흐름과 동일 방향으로 유해가스를 주입하는 경우보다 플라즈마와 유해가스의 혼합이 충분히 이루어지고, 플라즈마와 유해가스가 혼합되는 고온영역에서 유해가스의 체류 시간이 증가되므로 분해효율이 향상된다.Disclosed is a harmful gas treatment apparatus using a counter-flow of plasma and harmful gas that can achieve a constant decomposition efficiency even when a large amount of harmful gas is injected by maximizing the mixing of plasma and harmful gas. To this end, a plasma generating means for generating a plasma by applying a voltage between the negative electrode and the positive electrode, and connected to the rear end of the plasma generating means, injecting harmful gas supplied from the outside in the opposite direction to the plasma flow, It provides a harmful gas treatment apparatus using a counter flow of the plasma and harmful gas including a counter flow chamber for discharging the harmful gas to the outside. According to the present invention, since the harmful gas is injected in the opposite direction to the plasma flow, the plasma and the harmful gas are sufficiently mixed, and the high temperature at which the plasma and the harmful gas are mixed is sufficient than when the harmful gas is injected in the same direction as the plasma flow. Since the residence time of the noxious gas in the zone is increased, the decomposition efficiency is improved.

Description

플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치 및 처리방법{APPARATUS FOR TREATING HAZARDOUS GAS USING COUNTERFLOW OF PLASMA AND HAZARDOUS GAS, METHOD FOR TREATING HAZARDOUS GAS USING THE SAME} Noxious gas treatment system and treatment method using counter-flow of plasma and noxious gas {APPARATUS FOR TREATING HAZARDOUS GAS USING COUNTERFLOW OF PLASMA AND HAZARDOUS GAS, METHOD FOR TREATING HAZARDOUS GAS USING THE SAME}

본 발명은 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마와 유해가스의 유입방향이 대향되도록 함으로써, 유해가스의 분해효율을 향상시키고 유해가스 분해에 사용되는 에너지의 사용량을 절약할 수 있는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치 및 처리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an apparatus for treating harmful gases using a counter flow of plasma and noxious gas, and more particularly, to improve the decomposition efficiency of noxious gases and to decompose noxious gases by allowing the inflow direction of the plasma and noxious gases to face each other. The present invention relates to a harmful gas treatment apparatus and a treatment method using a counter flow of plasma and noxious gas, which can reduce the amount of energy used in the apparatus.

과불화화합물(Perfluoro-Compounds, 이하 'PFCs 가스'라고 약칭함)의 배출량은 이산화탄소의 수천분의 일 정도지만, 지구 온난화 지수는 이산화탄소보다 높고, 분해되지 않은 상태로 대기 중에 장시간 동안 존재하여 지구온난화의 주요 원인물질로 잘 알려져 있다.Perfluoro-Compounds (abbreviated as 'PFCs' gas) account for about one-tenth of the carbon dioxide, but the global warming index is higher than carbon dioxide, and remains undissolved for a long time in the atmosphere, resulting in global warming. It is well known as a major causative agent of.

그러므로 세계 각국은 1992년 6월에 브라질 리오 미팅에서 기후변화협약을 체결하고 PFCs 가스를 지구 온난화 가스로 규정하였으며, 2001년 11월 10일 교토 의정서를 채택하여, 이를 바탕으로 각국의 PFCs 가스 배출기준 및 규제시기를 결정하였다. 이에 미국, 일본 및 유럽 등과 같은 선진국들은 PFCs 가스 배출저감 목표 기준을 1995년 대비 2010년까지 10%로 감축하도록 규정하였으며, 우리나라의 경우 1997년 대비 2010년까지 10% 감축, 그리고 대만은 1998년 대비 2010년까지 10%를 감축하도록 규정되어 있다.Therefore, countries around the world signed a climate change agreement at the Rio meeting in Brazil in June 1992 and defined PFCs as global warming gas, and adopted the Kyoto Protocol on November 10, 2001. And the timing of regulation. Therefore, developed countries such as the US, Japan, and Europe are required to reduce the PFCs emission reduction target standard to 10% from 1995 to 2010, and Korea to reduce 10% by 1997 to 2010, and Taiwan compared to 1998. It is required to reduce 10% by 2010.

특히, 반도체 제조 공정 중 웨이퍼의 표면을 에칭하기 위하여 BCl3, Cl2, F2, HBr, HCl, HF 등의 산성가스 및 CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F6, C4F8, C5F8, SF6 등과 같은 PFCs 가스를 사용하고, 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition)공정 중 증착단계에서는 웨이퍼의 표면증착을 위하여 AsH3, NH3, PH3, SiH4, Si2H2Cl2 등과 같은 가스를 사용하며, 세정 단계에서 NF3, C2F6, C3F8 등과 같은 PFCs 가스를 사용하므로 이를 처리하기 위한 공정이 필수적으로 요구된다.In particular, in order to etch the surface of the wafer during the semiconductor manufacturing process, acid gases such as BCl 3 , Cl 2 , F 2 , HBr, HCl, HF and CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 PFCs such as F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , SF 6, etc. are used, and in the deposition step of the Chemical Vapor Deposition (CVD) process, AsH 3 , NH 3 , Gases such as PH 3 , SiH 4 , Si 2 H 2 Cl 2, etc. are used, and PFCs such as NF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8, etc. are used in the cleaning step, so a process for treating them is essential. do.

상기 전술한 PFCs 가스를 제거하기 위한 방법으로는 직접연소법, 간접히팅법, 촉매법, 플라즈마법 등이 있으며, 이중 직접연소법은 액화천연가스(LNG) 또는 수소의 연소시 발생하는 1,400 내지 1,600℃의 불꽃을 이용하여 PFCs 가스를 산화시킴으로써 이산화탄소, 불소(F2), HF 가스로 전환시켜 제거한다. 그리고 직접연소법은 액화천연가스 또는 수소 등을 연료로 사용하기 때문에 액화천연가스 또는 수소 공급설비가 없는 기존의 공정에서 사용할 수 없을 뿐만 아니라 화재 및 폭발 등의 문제에 대응하기 위한 안전 대책을 필요로 하며, 처리하고자 하는 PFCs 가스가 1,400 내지 1,600℃의 고온에서 처리되므로 소요되는 운전비용이 증가한다는 문제점 등이 있고, 추가적으로 고온에서 연소시킴으로써 산성비, 광화학스모그의 원인이 되는 질소산화물(NOx)이 다량 발생되어 2차 대기오염을 발생시키는 문제점 등이 있다.Methods for removing the aforementioned PFCs gas include a direct combustion method, an indirect heating method, a catalyst method, a plasma method, etc. The double direct combustion method of 1,400 to 1,600 ℃ generated during the combustion of liquefied natural gas (LNG) or hydrogen The flame is used to oxidize the PFCs gas, which is converted to carbon dioxide, fluorine (F 2 ) and HF gas and removed. And since direct combustion method uses liquefied natural gas or hydrogen as fuel, it cannot be used in the existing processes without liquefied natural gas or hydrogen supply facilities, and also requires safety measures to cope with problems such as fire and explosion. As the PFCs to be treated are treated at high temperatures of 1,400 to 1,600 ° C, there is a problem in that the operating cost is increased. Additionally, by burning at high temperatures, a large amount of nitrogen oxides (NOx) are generated, which cause acid rain and photochemical smog. There is a problem that causes secondary air pollution.

또한, 간접히팅법은 히터를 이용하여 간접적으로 반응기의 온도를 상승시킴으로써 직접연소법과 같이 PFCs 가스를 산화시켜 제거하는 방식으로서, 일반적으로 1,100 내지 1,200℃의 온도범위에서 운전을 하기 때문에 CF4 등과 같은 난분해성 PFCs 가스의 제거가 어려울 뿐만 아니라, 고온 히팅으로 인해 히터의 수명이 단축되어 연속 웨이퍼 생산이 곤란한 문제점을 가지고 있다.In addition, the indirect heating method is a method of oxidizing and removing PFCs gas like a direct combustion method by raising the temperature of the reactor indirectly by using a heater, and is generally operated in a temperature range of 1,100 to 1,200 ° C, such as CF 4 . Not only is it difficult to remove the hardly decomposable PFCs gas, and the high temperature heating shortens the life of the heater, making it difficult to produce continuous wafers.

아울러, 촉매법은 촉매를 이용하여 저온 온도 범위(800℃)에서 PFCs 가스를 제거하는 방식이지만 에칭 또는 CVD 공정에서 유입되는 Al2O3, SiO2등과 같은 고체 산화물로 전환되어 처리된다. 이러한 고체 산화물 등은 촉매층에서 침적되어 촉매층의 유로를 막는 현상이 발생되므로 촉매층의 압력손실을 증가시키는 원인으로 작용하게 되며, PFCs 가스 분해후 발생되는 산성가스가 촉매층에 유입될 경우 이들 산성 물질이 촉매에 흡착 및 반응하여 비가역적인 촉매 활성저하의 원인이 되는 문제점이 있다.In addition, the catalyst method removes PFCs gas at a low temperature range (800 ° C.) using a catalyst, but is converted to a solid oxide such as Al 2 O 3 , SiO 2, etc., which is introduced in an etching or CVD process. Since such solid oxides are deposited in the catalyst layer to block the flow path of the catalyst layer, it acts as a cause of increasing the pressure loss of the catalyst layer. When the acid gas generated after PFCs gas decomposition enters the catalyst layer, these acidic substances are catalysts. There is a problem that the adsorption and reaction to cause the irreversible degradation of the catalyst activity.

더불어, 플라즈마법에는 고온 플라즈마를 이용하여 PFCs 가스를 분해 제거하는 방식이 있다.In addition, the plasma method includes a method of decomposing and removing PFCs gas using a high temperature plasma.

보다 구체적으로, 기존의 고온 플라즈마 스크러버가 도 1에 개시되어 있다.More specifically, the existing high temperature plasma scrubber is disclosed in FIG. 1.

이러한 고온 플라즈마 스크러버는 에칭 및 CVD 클리닝 후 유입되는 PFCs 가스를 고온 열분해 처리하기 위해 플라즈마 불꽃을 발생시키는 플라즈마 토치부(1)와, 상기 플라즈마 토치부(1)에 연결 설치되어 PFCs 가스를 고온의 플라즈마로 열분해시키기 위해 구비한 반응챔버부(2)와, 상기 반응챔버부 하단에서 물을 미세한 상태로 살포하기 위해 분사 노즐(6)을 좌/우측에 설치하여 처리된 유해가스를 급냉시키는 급냉부(3)와, 분해 후 생성되는 수용성 또는 산성 가스와 입자상 물질을 물 분사 노즐과 폴링으로 처리하는 후처리부(5)와 급냉부와 후처리부로부터 유입되는 물과 입자상 물질을 저장하고 드레인이 가능한 물탱크부(4)로 구성되어 있다.The high temperature plasma scrubber is connected to the plasma torch unit 1 to generate a plasma flame in order to pyrolyze the PFCs gas introduced after etching and CVD cleaning, and the plasma torch unit 1 to supply the PFCs gas at high temperature. A reaction chamber part 2 provided for thermal decomposition of the furnace, and a quenching part for quenching the treated noxious gas by installing spray nozzles 6 on the left and right sides in order to spray water in a fine state from the lower end of the reaction chamber part ( 3) and a post-treatment unit (5) for treating water-soluble or acidic gas and particulate matter generated after decomposition with water injection nozzles and polling, and a water tank for storing and draining water and particulate matter from the quenching and post-treatment units. It is comprised by the part 4.

이러한 고온 플라즈마를 이용한 스크러버는 유해가스를 처리함에 있어서 플라즈마에 순방향으로 유입되는 유해가스가 플라즈마와 혼합될 때에 플라즈마의 흐름에 영향을 미침으로써 상기 유해가스가 플라즈마와 충분히 혼합되기 어렵고, 대용량의 유해가스를 처리하는 경우에는 더욱이 일정한 효율을 달성하기 어려운 문제가 있다.
Such a scrubber using a high temperature plasma, when the harmful gas flowing into the plasma when the harmful gas is mixed with the plasma affects the flow of the plasma, it is difficult for the harmful gas to be sufficiently mixed with the plasma, a large amount of harmful gas In the case of processing, there is a problem more difficult to achieve a constant efficiency.

따라서, 본 발명의 제 1 목적은 외부로부터 제공된 유해가스가 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유입되도록 유도하여 플라즈마와 유해가스의 반응시간을 증가시킴으로써 유해가스의 분해효율을 향상시키는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치를 제공하는데 있다.Accordingly, the first object of the present invention is to induce the harmful gas provided from the outside to flow in the opposite direction to the plasma flow, thereby increasing the reaction time between the plasma and the harmful gas, thereby improving the decomposition efficiency of the harmful gas. An object of the present invention is to provide a noxious gas treatment apparatus using countercurrent.

또한, 본 발명의 제 2 목적은 플라즈마의 고온 영역을 효율적으로 이용할 수 있도록 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 유입시켜 플라즈마에 의한 유해가스의 분해효율을 향상시키는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리방법을 제공하는데 있다.
In addition, a second object of the present invention is to provide a counter flow between the plasma and the noxious gas to improve the decomposition efficiency of the noxious gas by the plasma by introducing a noxious gas in a direction opposite to the flow of the plasma so as to efficiently use the high temperature region of the plasma To provide a harmful gas treatment method used.

상술한 본 발명의 제 1 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 음전극과 양전극 사이에 전압을 가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단, 및 상기 플라즈마 발생수단의 후단에 연결설치되고, 외부로부터 공급된 유해가스를 상기 플라즈마 흐름과 반대 방향으로 주입하며, 플라즈마 처리된 유해가스를 외부로 배출하는 대향류 챔버를 포함하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치를 제공한다.In order to achieve the first object of the present invention described above, in one embodiment of the present invention, the plasma generating means for generating a plasma by applying a voltage between the negative electrode and the positive electrode, and is connected to the rear end of the plasma generating means, from the outside Provided is a noxious gas treatment apparatus using a countercurrent of the plasma and noxious gas injecting the supplied noxious gas in a direction opposite to the plasma flow, and includes a counterflow chamber for discharging the noxious gas that has been plasma-treated to the outside.

또한, 본 발명의 제 2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 플라즈마 형성가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단을 사용한 유해가스 처리방법에 있어서, 상기 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 주입하여 상기 유해가스를 분해처리하는 단계를 포함하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리방법을 제공한다.
In addition, in order to achieve the second object of the present invention, in one embodiment of the present invention in the noxious gas treatment method using the plasma generating means for generating a plasma by using the plasma forming gas, in the opposite direction to the flow of the plasma It provides a harmful gas treatment method using a counter-flow of plasma and harmful gas comprising the step of injecting harmful gas to decompose the harmful gas.

본 발명은 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 주입하므로 플라즈마의 흐름과 동일 방향으로 유해가스를 주입하는 경우보다 플라즈마와 유해가스의 혼합이 충분히 이루어지고, 플라즈마와 유해가스가 혼합되는 고온영역에서 유해가스의 체류 시간이 증가되므로 분해효율이 향상된다. 이와 같이, 본 발명은 플라즈마의 고온 영역을 효율적으로 이용할 수 있다. In the present invention, since harmful gas is injected in the opposite direction to the plasma flow, the plasma and the harmful gas are mixed more sufficiently than when the harmful gas is injected in the same direction as the plasma flow. Since the residence time of noxious gases is increased, the decomposition efficiency is improved. As described above, the present invention can efficiently utilize the high temperature region of the plasma.

또한, 본 발명은 고온에서 처리되어야 할 필요가 있는 유해가스 성분, 또는 일반적인 처리 방법으로는 처리가 용이하지 않은 유해가스의 처리가 용이하고, 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유입되는 유해가스에 의해 플라즈마의 횡축범위 넓어져 한 번에 많은 양의 유해가스도 처리할 수 있다. In addition, the present invention facilitates the treatment of harmful gas components that need to be treated at a high temperature, or harmful gases that are not easy to be treated by a general treatment method, and are introduced into the plasma in a direction opposite to the flow of plasma. The horizontal range of can be expanded, so that a large amount of harmful gas can be treated at a time.

아울러, 향상된 유해가스 분해효율을 가지기 때문에 적은 량의 에너지를 사용하여 보다 많은 양의 유해가스를 효과적으로 분해할 수 있어, 에너지를 절약할 수 있고, 경제적인 유해가스 처리 시스템을 구현할 수 있다.
In addition, since it has an improved efficiency of harmful gas decomposition, it is possible to effectively decompose a larger amount of harmful gas using a small amount of energy, thereby saving energy and implementing an economical harmful gas treatment system.

도 1은 종래의 플라즈마 스크러버를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 처리장치를 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 대향류 챔버를 설명하기 위한 부분확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 유해가스 가이드관을 설명하기 위한 개략도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 유해가스 처리장치를 사용하여 실험한 결과를 나타내는 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing a conventional plasma scrubber.
2 is a block diagram illustrating a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a partially enlarged view illustrating a counterflow chamber according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a schematic diagram for explaining the harmful gas guide tube according to the present invention.
5 to 9 are graphs showing the results of experiments using the apparatus for treating harmful gas of the present invention.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치(이하, '유해가스 처리장치'라고 약칭함)를 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a noxious gas treatment apparatus (hereinafter referred to as "harmful gas treatment apparatus") using a counter flow of plasma and noxious gas according to preferred embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리장치를 설명하기 위한 구성도이다. 2 is a block diagram for explaining a harmful gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리장치는 음전극과 양전극 사이에 전압을 가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단(100), 및 상기 플라즈마 발생수단(100)의 후단에 연결설치되어 외부로부터 유입된 유해가스를 상기 플라즈마 발생수단(100)을 향하여 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 주입하는 대향류 챔버(200)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the apparatus for treating noxious gas according to an embodiment of the present invention is connected to a plasma generating means 100 generating a plasma by applying a voltage between a negative electrode and a positive electrode, and a rear end of the plasma generating means 100. It is installed and includes a counter flow chamber 200 for injecting harmful gas introduced from the outside toward the plasma generating means 100 in the opposite direction of the flow of the plasma.

상기 플라즈마 발생수단(100)과 대향류 챔버(200)의 결합은 일체 결합 등 다양하게 이루어질 수 있으나, 예컨대 나사 결합으로 이루어져 있는 것이 부품 교체 등을 위해 필요한 경우 이들을 상호 용이하게 분리할 수 있어서 바람직하다.The combination of the plasma generating means 100 and the counterflow chamber 200 may be made in various ways, such as integral coupling, but, for example, it is preferable because the screw coupling may be easily separated from each other when necessary for component replacement. .

본 발명에 따른 유해가스 처리장치는 병원에서 발생되는 감염성 폐기물을 처리하는 열분해 처리장치, 음식물 처리장치, 가스 스크러버(gas scrubber), 방사선 물질 처리장치, 특수 가스 처리장치 등에 적용 가능하나, 본 실시예에서는 가스 스크러버에 적용된 것을 예로 들어 설명한다.The harmful gas treatment apparatus according to the present invention is applicable to a pyrolysis treatment apparatus for treating infectious waste generated in a hospital, a food treatment apparatus, a gas scrubber, a radiation substance treatment apparatus, a special gas treatment apparatus, and the like. In the following description, the applied to the gas scrubber.

상기 가스 스크러버로 정화처리되는 유해가스는 과불화물, 염화불화탄소(chlorofluoro carbons), 다이옥신 (dioxin), 퓨란(furan), 휘발성유기화합물(volatile organic compounds) 또는 이들 중 복수개의 혼합물 등이다.
Toxic gases that are purged with the gas scrubber are perfluoride, chlorofluoro carbons, dioxin, furan, volatile organic compounds, or a plurality of mixtures thereof.

이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다. Hereinafter, each component will be described in more detail with reference to the drawings.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 처리장치는 플라즈마 발생수단(100)을 포함한다.Referring to Figure 2, the harmful gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention includes a plasma generating means (100).

상기 플라즈마 발생수단(100)은 음전극과 양전극 사이에 전압을 가하여 플라즈마, 예를 들면 플라즈마 제트(plasma jet)를 발생시키는 것으로서, 외부로부터 공급되는 플라즈마 발생가스를 이용하여 적어도 1,000℃의 플라즈마를 형성하며, 상기 플라즈마를 하단에 형성된 플라즈마 배출통로를 통해 외부로 플라즈마를 배출한다. 이때, 플라즈마 발생가스로는 아르곤, 질소, 공기, 수소, 산소, 또는 이들 중 복수개의 가스가 혼합된 가스를 사용한다. The plasma generating means 100 generates a plasma, for example, a plasma jet by applying a voltage between the negative electrode and the positive electrode, and forms a plasma of at least 1,000 ° C. using a plasma generating gas supplied from the outside. The plasma is discharged to the outside through a plasma discharge passage formed at a lower end of the plasma. In this case, as the plasma generating gas, argon, nitrogen, air, hydrogen, oxygen, or a gas in which a plurality of gases are mixed is used.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 플라즈마 발생수단(100)은 고전압이 인가되는 음전극이 하부에 구비된 음극조립체(110), 및 상기 음전극을 감싸 플라즈마 발생공간을 형성하되 상기 음전극에 고전압 인가 시 상기 음전극과의 사이에서 플라즈마 제트를 발생하는 양전극 및 상기 플라즈마 발생공간으로 플라즈마 발생가스를 주입하기 위한 플라즈마 발생가스 주입로가 구비된 양극조립체(120)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 양극조립체(120)의 하단 중앙에는 플라즈마를 외부로 배출하기 위한 플라즈마 배출통로가 형성된다. 여기서, 플라즈마 배출통로는 음극조립체(110)의 음전극과 동일한 횡축선 상에 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말해, 플라즈마 배출통로와 음전극은 서로 이격된 상태로 마주보도록 설치된다.As shown in FIG. 3, the plasma generating means 100 forms a plasma generating space surrounding the negative electrode assembly 110 having a negative electrode to which a high voltage is applied, and the negative electrode, and when the high voltage is applied to the negative electrode. It may include a positive electrode assembly 120 having a positive electrode for generating a plasma jet between the negative electrode and a plasma generating gas injection path for injecting the plasma generating gas into the plasma generating space. In this case, a plasma discharge passage for discharging plasma to the outside is formed at the center of the lower end of the anode assembly 120. Here, the plasma discharge passage is preferably formed on the same horizontal axis as the negative electrode of the negative electrode assembly 110. In other words, the plasma discharge passage and the negative electrode are installed to face each other in a spaced state.

보다 구체적으로, 상기 음극조립체(110)에 인가된 적어도 100볼트(V)이상의 고전압에 의하여 음전극과 양전극의 사이에 아크 방전이 형성되고, 이 아크 방전 영역에 플라즈마 발생가스 주입로를 통해 유입된 아르곤, 질소와 같은 플라즈마 발생가스가 플라즈마를 형성하게 된다. 이와 같이 형성된 플라즈마는 1,000℃ 이상의 플라즈마 제트로 되는데, 이러한 고온의 플라즈마 제트에 대향류 챔버(200)를 통해 유입된 과불화물 등의 지구환경을 오염시키는 유해가스가 분해된다. 이때, 상기 음전극의 재질은 하프늄이거나 또는 토륨이나 이트륨이 첨가된 텅스텐인 것이 바람직하다.
More specifically, an arc discharge is formed between the negative electrode and the positive electrode by a high voltage of at least 100 volts (V) applied to the cathode assembly 110, and argon introduced into the arc discharge region through the plasma generation gas injection path. The plasma generating gas such as nitrogen forms plasma. The plasma formed as described above becomes a plasma jet of 1,000 ° C. or more, and harmful gases that contaminate the global environment such as perfluoride introduced through the counterflow chamber 200 are decomposed to the high temperature plasma jet. In this case, the material of the negative electrode is preferably hafnium or tungsten to which thorium or yttrium is added.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 처리장치는 대향류 챔버(200)를 포함한다.Referring to Figure 2, the harmful gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention includes a counter flow chamber (200).

상기 대향류 챔버(200)는 플라즈마 배출통로가 형성된 플라즈마 발생수단(100)의 후단에 연결설치되는 것으로서, 외부로부터 공급된 유해가스를 상기 플라즈마 발생수단(100)에 의해 형성된 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 상기 플라즈마 발생수단(100)을 향하여 주입하며, 상기 플라즈마에 의해 분해처리된 유해가스를 외부로 배출하는 역할을 한다. 이와 같이, 대향류 챔버(200)의 내부에는 외부로부터 제공된 유해가스를 이동시키기 위한 유해가스 이동통로가 형성되며, 플라즈마 발생수단(100)에 인접한 유해가스 이동통로에는 상기 플라즈마 발생수단(100)으로부터 방출된 플라즈마 제트에 의해 플라즈마와 유해가스가 반응하는 반응구간이 형성된다.The counter flow chamber 200 is connected to the rear end of the plasma generating means 100 in which the plasma discharge passage is formed, and the harmful gas supplied from the outside is opposite to the flow of the plasma formed by the plasma generating means 100. It is injected toward the plasma generating means 100, and serves to discharge the harmful gas decomposed by the plasma to the outside. In this way, a harmful gas movement passage for moving the harmful gas provided from the outside is formed in the counter flow chamber 200, the harmful gas movement passage adjacent to the plasma generating means 100 from the plasma generating means 100 The discharged plasma jet forms a reaction section in which the plasma reacts with the noxious gas.

즉, 본 발명은 외부로부터 유입된 유해가스가 플라즈마 발생수단(100)이 아닌 대향류 챔버(200)로 공급되며, 상기 대향류 챔버(200) 내부에서 플라즈마에 의한 유해가스 분해처리가 수행된다.
That is, in the present invention, harmful gas introduced from the outside is supplied to the counterflow chamber 200 instead of the plasma generating means 100, and the harmful gas decomposition treatment by plasma is performed in the counterflow chamber 200.

이러한 대향류 챔버(200)는 다음과 같은 2가지 형태로 형성될 수 있지만, 이에 한정 되지는 않는다.The counterflow chamber 200 may be formed in two forms as follows, but is not limited thereto.

일 실시 양태로서, 상기 대향류 챔버는 상기 플라즈마 발생수단의 후단에 연결되며 내부에 유해가스 이동통로가 형성된 몸체부와, 상기 플라즈마 발생수단과 대향되는 몸체부의 후단에 설치되어 상기 플라즈마 발생수단(100)에 의해 형성된 플라즈마를 향하여 외부의 유해가스를 공급하는 유해가스 공급관, 및 상기 플라즈마 발생수단과 접촉되는 몸체부의 선단에 설치되어 플라즈마 처리된 유해가스를 외부로 배출하는 유해가스 배출관으로 이루어진다.
In one embodiment, the counterflow chamber is connected to a rear end of the plasma generating means and a body portion having a harmful gas movement passage therein, and installed at a rear end of the body portion opposite to the plasma generating means, thereby generating the plasma generating means (100). It consists of a harmful gas supply pipe for supplying an external harmful gas toward the plasma formed by the), and the harmful gas discharge pipe is installed at the tip of the body portion in contact with the plasma generating means for discharging the harmful gas to the outside.

다른 실시 양태로서, 상기 대향류 챔버(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 플라즈마가 배출되는 플라즈마 발생수단(100)의 후단에 연결되고 종방향으로 관통하는 내부통로가 형성되는 유해가스 가이드관(210)과, 상기 유해가스 가이드관(210)을 둘러싸는 외부통로를 형성할 수 있도록 상기 플라즈마 발생수단(100)에 연결되고 상기 플라즈마 발생수단의 후단에 마주보는 유해가스 가이드관(210)의 입구와 대응되는 위치에 외부로부터 유해가스를 공급받는 유해가스 공급관(222)이 구비되며 상기 유해가스 가이드관(210)의 출구와 대응되는 위치에 플라즈마 처리된 유해가스를 배출하는 유해가스 배출관(224)이 구비된 하우징(220), 및 상기 유해가스 공급관(222)과 유해가스 배출관(224) 사이에 구비되어 상기 외부통로를 분획하는 차단판(230)으로 이루어진다. As another embodiment, the counterflow chamber 200 is connected to the rear end of the plasma generating means 100 is discharged plasma as shown in Figure 3 and the harmful gas guide pipe which is formed through the longitudinal passage ( 210 and an inlet of the noxious gas guide tube 210 connected to the plasma generating means 100 and facing the rear end of the plasma generating means so as to form an external passage surrounding the noxious gas guide tube 210. And a harmful gas supply pipe 222 receiving harmful gas from the outside at a position corresponding to the harmful gas discharge pipe 224 for discharging the harmful gas plasma treated at a position corresponding to the outlet of the harmful gas guide tube 210. The housing 220 is provided, and the blocking plate 230 is provided between the harmful gas supply pipe 222 and the harmful gas discharge pipe 224 to fractionate the external passage.

여기서, 유해가스 가이드관(210)의 개방된 상단면이 유해가스의 출구를 형성하고, 개방된 하단면이 유해가스의 입구를 형성하며, 유해가스 공급관(222) 및 유해가스 배출관(224)은 하우징(220)의 원주상에 하나 이상 구비된다. Here, the open top surface of the harmful gas guide pipe 210 forms an outlet of harmful gas, the open bottom surface forms an inlet of harmful gas, the harmful gas supply pipe 222 and the harmful gas discharge pipe 224 One or more circumferences of the housing 220 are provided.

상기 유해가스 가이드관(210)은 도 4에 도시된 바와 같이 원통형 구조이거나 상협하광 원통형 구조, 또는 상광하협 원통형 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 원통형 구조는 그 내경(a)이 일정한 것이고, 상협하광 원통형 구조는 그 내경이 축의 하방으로 갈수록 커지는 것이며, 하협상광 원통형 구조는 그 내경이 축의 하방으로 갈수록 작아지는 것이다. 즉, 상협하광 원통형 구조는 출구의 유효직경(b)이 입구의 유효직경(b')보다 작은 구조를 가지며, 하협상광 원통형 구조는 출구의 유효직경(c)이 입구의 유효직경(c')보다 큰 구조를 갖는다. The noxious gas guide tube 210 may be formed in a cylindrical structure, a vertical narrow light cylindrical structure, or a vertical narrow light cylindrical structure as shown in FIG. 4. Herein, the cylindrical structure has a constant inner diameter (a), and the upper and lower light cylindrical structures have a larger inner diameter toward the lower side of the axis, and the lower narrow light cylindrical structure has a smaller inner diameter as the lower side thereof. That is, the upper narrow light cylindrical structure has an effective diameter b of the outlet smaller than the effective diameter b 'of the inlet, and the lower narrow light cylindrical structure has an effective diameter c of the outlet. Has a structure larger than).

이와 같이, 상기 유해가스 가이드관(210)의 횡단면은 원형인 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정된 것은 아니고, 사각형이나 육각형 등이 될 수도 있다. 또한, 유해가스 가이드관(210)의 유효직경은 10 내지 200㎜로 형성될 수 있지만, 대용량의 유해가스를 처리하기 위해서는 50 내지 200㎜인 것이 바람직하다. 여기서 유효직경은 유해가스 가이드관(210)의 횡단면이 이루는 내부형상의 평균 직경을 의미한다. 즉, 상기 유해가스 가이드관(210)의 단면적을 조절함으로써 최적의 반응온도 영역을 형성할 수 있다.As such, the cross section of the noxious gas guide tube 210 is preferably circular, but is not necessarily limited thereto, and may be rectangular or hexagonal. In addition, the effective diameter of the noxious gas guide tube 210 may be formed in 10 to 200mm, in order to process a large amount of harmful gas is preferably 50 to 200mm. Here, the effective diameter refers to the average diameter of the internal shape of the cross section of the noxious gas guide tube 210. That is, by adjusting the cross-sectional area of the harmful gas guide pipe 210 it can form an optimal reaction temperature range.

상기 유해가스 가이드관(210)은 교환가능한 구조로 되어 있어 장기간의 사용으로 인한 유해가스 가이드관(210)의 교환필요성이 있을 때에는 유해가스 가이드관(210)만을 교환할 수 있다.The noxious gas guide tube 210 has a replaceable structure, so when there is a need to replace the noxious gas guide tube 210 due to long-term use, only the noxious gas guide tube 210 may be replaced.

그리고 하우징(220)은 플랜지 등을 사용한 차단판(230)에 의해 분리 가능하게 결합된다. 예컨대, 하우징(220)은 상부 하우징과 하부 하우징으로 구성되고, 차단판(230)에 의해 상기 상부 하우징과 하부 하우징의 외부통로가 서로 밀폐되며, 차단판(230)에 의해 상부 하우징과 하부 하우징이 나사 결합 등으로 서로 체결된다. 이러한 나사 결합 등을 사용하면 유해가스 가이드관(210)의 교체가 필요한 경우 상부 하우징과 하부 하우징을 상호 용이하게 분리할 수 있다.And the housing 220 is detachably coupled by a blocking plate 230 using a flange or the like. For example, the housing 220 includes an upper housing and a lower housing, the outer passages of the upper housing and the lower housing are sealed to each other by the blocking plate 230, and the upper housing and the lower housing are closed by the blocking plate 230. It is fastened to each other by screwing. By using such a screw coupling, the upper housing and the lower housing can be easily separated from each other when the harmful gas guide tube 210 needs to be replaced.

이와 같이, 상기 대향류 챔버(200)는 유해가스 가이드관(210)의 내부통로와, 유해가스 가이드관(210)의 외부통로에 해당하는 하우징(220)의 내부통로에 의한 이중통로 구조로 형성될 수 있으며, 유해가스 공급관(222)을 통해 대향류 챔버(200)로 유입된 유해가스는 순차적으로 유해가스 가이드관(210)의 외부통로, 유해가스 가이드관(210)의 내부통로, 유해가스 가이드관(210)의 외부통로를 거친 다음 유해가스 배출관(224)를 통해 외부로 배출된다. As such, the counterflow chamber 200 is formed in a double passage structure by an inner passage of the noxious gas guide tube 210 and an inner passage of the housing 220 corresponding to the outer passage of the noxious gas guide tube 210. The harmful gas introduced into the counter flow chamber 200 through the noxious gas supply pipe 222 may be an external passage of the noxious gas guide tube 210, an internal passage of the noxious gas guide tube 210, and noxious gas. After passing through the outer passage of the guide pipe 210 is discharged to the outside through the harmful gas discharge pipe 224.

다시 말해, 대향류 챔버(200)는 유해가스 가이드관(210)이 유해가스 공급관(222) 및 유해가스 배출관(224)에 직접 연통되지 않도록 형성되어 있기 때문에 플라즈마에 의해 유해가스 가이드관(210)이 손상되는 경우 유해가스 가이드관(210)만을 교체하여 사용할 수 있다.
In other words, since the counter flow chamber 200 is formed so that the noxious gas guide pipe 210 is not directly communicated with the noxious gas supply pipe 222 and the noxious gas discharge pipe 224, the noxious gas guide pipe 210 is formed by plasma. If it is damaged can be used to replace only the harmful gas guide pipe (210).

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 처리장치는 급냉배관(300)을 더 포함할 수 있다. Referring to Figure 2, the harmful gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a quench pipe (300).

상기 급냉배관(300)은 상기 대향류 챔버(200)로부터 처리되어 유입된 유해가스를 급냉시키고 유해가스 중의 수용성가스, 산성가스 및 입자성 물질을 처리할 수 있도록 물을 분사(spray)시키는 스프레이와 같은 물분사장치(310)를 하나 이상 구비하는 것이 바람직하다.
The quench pipe 300 is sprayed to spray water to quench the harmful gas introduced from the counter flow chamber 200 and to treat water-soluble gas, acid gas and particulate matter in the harmful gas; It is preferable to have one or more of the same water spraying device (310).

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 처리장치는 폐수저장수단(400)을 더 포함할 수 있다. 2, the harmful gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a waste water storage means (400).

상기 폐수저장수단(400)은 상기 급냉배관(300)의 일측에 설치되어 물분사장치(310)로부터 분사되어 유해가스를 흡착한 폐수를 저장하는 것이다. The waste water storage means 400 is installed on one side of the quenching pipe 300 to store waste water sprayed from the water spraying device 310 to adsorb harmful gases.

이러한 폐수저장수단(400)에는 저장된 폐수가 소정의 수위에 도달되었을 경우에 이를 외부로 배출시키는 펌프(미도시)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 폐수저장수단(400)의 내부에는 저장된 폐수의 수위를 감지하는 센서(미도시)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 센서는 저장된 폐수의 수위를 감지하여 소정의 수위에 도달하면 상기 펌프에 구동신호를 전달하여 펌프를 작동시킨다.
The wastewater storage means 400 may be provided with a pump (not shown) for discharging the wastewater to the outside when the stored wastewater reaches a predetermined level. In addition, the wastewater storage means 400 may be provided with a sensor (not shown) for detecting the level of the stored wastewater. That is, the sensor detects the level of the stored wastewater and reaches a predetermined level to transmit a driving signal to the pump to operate the pump.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 유해가스 처리장치는 후처리부(500)를 더 포함할 수 있다. 2, the harmful gas treatment apparatus according to an embodiment of the present invention may further include a post-processing unit 500.

상기 후처리부(500)은 급냉배관(300)에서 1차적으로 처리된 수용성 가스, 산성가스 및 입자성 물질을 2차적으로 처리하는 것으로서, 물을 분사(spray)시키는 스프레이와 같은 물분사노즐(510)을 다수개 구비하는 것이 바람직하다. The after-treatment unit 500 is a secondary treatment of the water-soluble gas, acidic gas and particulate matter treated primarily in the quench pipe 300, water spray nozzle 510, such as a spray for spraying water (510) It is preferable to have a plurality).

상기의 후처리부(500)는 분사된 물과 수용성가스, 산성가스 및 입자성 물질의 효과적인 처리를 위해 접촉표면적을 넓힐 수 있는 폴링(520)을 물분사노즐(510)의 하단에 적층하는 것이 바람직하다.
The post-treatment unit 500 is preferably laminated to the bottom of the water spray nozzle 510 polling 520 to increase the contact surface area for effective treatment of the sprayed water and water-soluble gas, acid gas and particulate matter. Do.

한편, 본 발명은 전술한 플라즈마 발생수단을 사용하고 플라즈마와 유해가스 대향류를 이용한 유해가스 처리방법(이하, '유해가스 처리방법'이라 약칭함)을 제공한다.On the other hand, the present invention provides a method for treating noxious gas (hereinafter referred to as 'hazardous gas processing method') using the above-described plasma generating means and using plasma and noxious gas countercurrent.

본 발명의 일 실시예에 따른 유해가스 처리방법은 유해가스 배출원으로부터 유해가스를 수집하는 제 1 단계와, 수집된 유해가스가 플라즈마 발생수단으로부터 생성된 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 주입되도록 상기 유해가스를 상기 플라즈마 발생수단을 향하여 주입하여 상기 유입가스를 분해처리하는 제 2 단계, 및 상기 분해처리된 유해가스를 외부로 배출하는 제 3 단계를 포함한다. The harmful gas treatment method according to an embodiment of the present invention comprises the first step of collecting the harmful gas from the source of harmful gas, the harmful gas so that the collected harmful gas is injected in the opposite direction to the flow of the plasma generated from the plasma generating means Injecting toward the plasma generating means includes a second step of decomposing the inlet gas, and a third step of discharging the decomposed harmful gas to the outside.

상기 제 2 단계는 유해가스 발생원으로부터 수집된 유해가스를 플라즈마 발생장치로 직접 주입하지 않고, 상기 플라즈마 발생장치로부터 이격된 대향류 챔버의 후단에 주입하여 상기 유해가스를 플라즈마 흐름과 반대 방향으로 공급하는 단계이다. 이러한 과정을 통해, 플라즈마 발생장치로부터 생성된 플라즈마와 동일한 방향으로 유해가스를 주입하지 않고, 상기 유해가스를 플라즈마 흐름과 반대 방향으로 주입하여 플라즈마와 유해가스의 충돌을 유도한다. 즉, 서로 반대 방향으로 유동하는 플라즈마와 유해가스의 반응을 이용하므로, 플라즈마의 고온영역이 확산되고, 플라즈마와 유해가스가 혼합되는 고온영역에서 유해가스의 체류 시간이 증가되어 유해가스의 분해처리 효율이 향상된다.In the second step, the harmful gas collected from the noxious gas source is not directly injected into the plasma generator, but is injected into the rear end of the counterflow chamber spaced apart from the plasma generator to supply the noxious gas in a direction opposite to the plasma flow. Step. Through this process, no harmful gas is injected in the same direction as the plasma generated from the plasma generator, and the harmful gas is injected in a direction opposite to the plasma flow to induce a collision between the plasma and the noxious gas. That is, since the reaction between the plasma and the harmful gas flowing in the opposite direction is used, the high temperature region of the plasma is diffused, and the residence time of the harmful gas is increased in the high temperature region where the plasma and the harmful gas are mixed, so that the decomposition efficiency of the harmful gas is improved. This is improved.

또한, 상기 제 2 단계에서는 대향류 챔버에 대한 유해가스의 주입속도에 따라 일정한 유해가스의 분해효율을 달성하기 위하여, 플라즈마 발생수단으로 공급되는 플라즈마 형성가스의 공급유량, 플라즈마 발생수단의 출력, 또는 이들 모두를 조절하는 과정을 수행할 수 있다. Further, in the second step, the supply flow rate of the plasma forming gas supplied to the plasma generating means, the output of the plasma generating means, or in order to achieve a constant decomposition efficiency of harmful gases in accordance with the injection rate of harmful gases into the counter flow chamber The process of controlling all of these can be carried out.

아울러, 상기 제 2 단계에서는 대향류 챔버에 대한 상기 유해가스의 주입속도에 따라 일정한 유해가스의 분해효율을 달성하기 위하여, 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 가이드하는 유해가스 가이드관의 유효직경, 형태, 또는 이들 모두를 조절하여 유해가스 처리영역을 제어하는 과정을 수행할 수도 있다.
In addition, in the second step, the effective diameter of the noxious gas guide tube for guiding the noxious gas in a direction opposite to the flow of plasma in order to achieve a constant decomposition efficiency of noxious gas according to the injection rate of the noxious gas into the counterflow chamber. The process of controlling the noxious gas treatment area may be performed by adjusting the shape, shape, or both.

다음 실시예들에서 다양한 조건에 따른 상기 대향류 챔버 내의 온도분포의 모사(simulation) 데이터로서 이러한 온도분포를 관찰하면, 대향류 챔버에서의 유해가스 분해 정도를 판단할 수 있다.
In the following embodiments, when the temperature distribution is observed as simulation data of the temperature distribution in the counterflow chamber according to various conditions, the degree of harmful gas decomposition in the counterflow chamber may be determined.

플라즈마 발생수단(토치)에 따른 온도 분포Temperature distribution according to plasma generating means (torch)

[실시예 1]Example 1

전극길이(음극부터 플라즈마 배출통로까지)가 40㎜이고 플라즈마 배출통로의 직경이 14㎜인 플라즈마 발생수단(토치 1)을 사용하였다. 여기에, 전력 7.84kW를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 유해가스 가이드관의 유효직경(내경)이 100㎜인 대향류 챔버에 유해가스로서 CF4를 200 lpm으로 주입하여 유해가스와 반응하는 플라즈마에 의해 유해가스 가이드관 내부에 형성되는 고온영역의 범위를 관찰하였다. 그 결과는 도 5의 a 좌측에 나타내었다.
Plasma generating means (torch 1) having an electrode length (from the cathode to the plasma discharge passage) of 40 mm and a diameter of the plasma discharge passage of 14 mm was used. The plasma is generated by supplying power of 7.84 kW, and CF 4 is injected at 200 lpm as a noxious gas into a counterflow chamber having an effective diameter (inner diameter) of the noxious gas guide tube at 100 mm to react with the noxious gas. The range of the high temperature region formed inside the harmful gas guide tube was observed. The result is shown on the left side of a of FIG.

[실시예 2][Example 2]

상기 [실시예 1]과 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 플라즈마 발생수단에 전력 7.84kW를 공급하는 대신 12.02kW를 공급하였다. 그 결과는 도 5의 a 우측에 나타내었다.
Under the same experimental conditions as in [Example 1], the range of the high temperature region was observed, but 12.02 kW was supplied instead of 7.84 kW of power to the plasma generating means. The results are shown on the right side of a of FIG.

[실시예 3][Example 3]

전극길이가 84㎜이고 플라즈마 배출통로의 직경이 20㎜인 플라즈마 발생수단(토치 2)를 사용하였다. 여기에 전력 12.49kW를 공급하여 플라즈마를 발생시키고, 유해가스 가이드관의 유효직경(내경)이 100㎜인 대향류 챔버에 유해가스로서 CF4를 200 lpm으로 주입하여 유해가스와 반응하는 플라즈마에 의해 유해가스 가이드관 내부에 형성되는 고온영역의 범위를 관찰하였다. 그 결과는 도 5의 b 좌측에 나타내었다.
A plasma generating means (torch 2) having an electrode length of 84 mm and a diameter of the plasma discharge passage 20 mm was used. The plasma is generated by supplying electric power 12.49 kW, and CF 4 is injected at 200 lpm as a noxious gas into a counterflow chamber having an effective diameter (inner diameter) of the noxious gas guide tube at 100 mm, thereby reacting with noxious gas. The range of the high temperature region formed inside the noxious gas guide tube was observed. The results are shown on the left side of b in FIG.

[실시예 4]Example 4

상기 [실시예 3]과 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 플라즈마 발생수단에 전력 12.49kW를 공급하는 대신 14.04kW를 공급하였다. 그 결과는 도 5의 b 우측에 나타내었다.
The range of the high temperature region was observed under the same experimental conditions as in [Example 3], but 14.04 kW was supplied instead of 12.49 kW of power to the plasma generating means. The result is shown to the right of b in FIG.

도 5에 도시된 바와 같이, 유해가스 처리장치로 200 lpm의 유해가스를 주입하였을 경우, 입력전력이 가장 높은 [실시예 4]에서 넓은 고온 영역이 관찰되었다. 그리고 비슷한 입력전력이 사용된 [실시예 2]와 [실시예 3]을 비교하면, [실시예 2]의 경우가 좁은 유해가스 배출통로로 인해 좀 더 유해가스 가이드관 내부로 플라즈마가 깊숙이 침투하였으며, 상기 플라즈마의 흐름 방향과 반대 방향으로 유입된 유해가스로 인하여 유해가스 가이드관 내부의 온도분포는 [실시예 2]와 [실시예 3]이 비슷한 경향을 보였다.
As shown in FIG. 5, when 200 lpm of noxious gas was injected into the noxious gas treatment device, a wide high temperature region was observed at the highest input power in [Example 4]. And when comparing [Example 2] and [Example 3] in which similar input power was used, the case of [Example 2] was more deeply penetrated into the inside of the noxious gas guide tube due to the narrow noxious gas discharge passage. In addition, due to the harmful gas introduced in the direction opposite to the flow direction of the plasma, the temperature distribution inside the harmful gas guide tube showed a similar tendency to that of [Example 2] and [Example 3].

유해가스 주입속도에 따른 온도분포Temperature distribution according to harmful gas injection speed

[실시예 5][Example 5]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스를 200 lpm로 주입하는 대신 유해가스를 50 lpm으로 주입하였다. 그 결과는 도 6의 a 좌측에 나타내었다.
Under the same experimental conditions as in [Example 2], the range of the high temperature region was observed, but instead of the harmful gas at 200 lpm, the harmful gas was injected at 50 lpm. The results are shown on the left side of a of FIG. 6.

[실시예 6][Example 6]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스를 200 lpm로 주입하는 대신 유해가스를 100 lpm으로 주입하였다. 그 결과는 도 6의 a 우측에 나타내었다.
Under the same experimental conditions as in [Example 2], the range of the high temperature region was observed, but instead of the harmful gas at 200 lpm, the harmful gas was injected at 100 lpm. The result is shown to the right a of FIG.

[실시예 7][Example 7]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스를 200 lpm로 주입하는 대신 유해가스를 300 lpm으로 주입하였다. 그 결과는 도 6의 b 우측에 나타내었다(도 6의 b 좌측 온도분포는 실시예 2에 따른 결과로서, 대비를 위하여 표시함).
Under the same experimental conditions as in [Example 2], the range of the high temperature region was observed, but instead of injecting the harmful gas at 200 lpm, the harmful gas was injected at 300 lpm. The results are shown on the right side b of FIG. 6 (the b left temperature distribution of FIG. 6 is the result according to Example 2 and is shown for comparison).

도 6에 도시된 바와 같이, [실시예 5]와 [실시예 6]과 같이 유해가스가 100 lpm 이하일 때에는 플라즈마 발생수단과 가까운 쪽(횡축방향)의 온도가 [실시예 2]와 [실시예 7]에 비해 2000 K 이상 상승하는 영역이 넓은 경향을 나타냈다.
As shown in FIG. 6, when the noxious gas is 100 lpm or less as in [Example 5] and [Example 6], the temperature near the plasma generating means (horizontal axis direction) is [Example 2] and [Example] 7], the area rising more than 2000 K showed a wide tendency.

유해가스 가이드관의 직경에 따른 온도분포Temperature distribution according to the diameter of harmful gas guide pipe

[실시예 8][Example 8]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 25㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 7의 a 좌측에 나타내었다.
Observe the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, but instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of 100 mm in the noxious gas guide tube, the countercurrent having an effective diameter of the nominal gas guide tube in 25 mm. The chamber was used. The results are shown on the left side of a in FIG.

[실시예 9][Example 9]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 50㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 7의 a 우측에 나타내었다.
Observe the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, but instead of using the counterflow chamber having an effective diameter of 100 mm in the noxious gas guide tube, the countercurrent having an effective diameter of the noxious gas guide tube in the range of 50 mm. The chamber was used. The result is shown on the right side of a of FIG.

[실시예 10][Example 10]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 200㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 7의 b 우측에 나타내었다(도 7의 b 좌측 온도분포는 실시예 2에 따른 결과로서, 대비를 위하여 표시함).
Observe the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, but instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of 100 mm in the noxious gas guide tube, the countercurrent having an effective diameter of the noxious gas guide tube is 200 mm. The chamber was used. The result is shown on the right side b of FIG. 7 (the b left temperature distribution of FIG. 7 is a result according to Example 2 and is shown for comparison).

도 7에 도시된 바와 같이, 유해가스 가이드관의 유효직경이 50㎜ 이하로 작을 경우에는 빠르게 주입되는 유해가스 때문에 플라즈마 불꽃이 유해가스 가이드관의 내부로 침투하지 못하고 불안정한 형태를 띄는 것으로 관찰되었다. 그리고 유해가스 가이드관의 직경이 200㎜인 경우에는 플라즈마 발생수단과 가까운쪽(횡축방향)의 온도가 2,000K 가까이 올라가지만, 플라즈마가 유해가스 가이드관의 중심부까지 충분히 침투하여 높은 유해가스 처리효율을 기대할 수 있었다.
As shown in FIG. 7, when the effective diameter of the noxious gas guide tube is smaller than 50 mm, it was observed that the plasma flame does not penetrate into the noxious gas guide tube and becomes unstable due to the rapidly injected noxious gas. When the diameter of the noxious gas guide tube is 200 mm, the temperature near the plasma generating means (horizontal axis direction) rises to about 2,000K, but the plasma penetrates sufficiently to the center of the noxious gas guide tube, thereby providing high noxious gas treatment efficiency. I could expect.

유해가스 가이드관의 형태 및 직경에 따른 온도분포 1Temperature distribution according to the shape and diameter of the harmful gas guide tube 1

[실시예 11][Example 11]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 20-50㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 8의 a 우측에 나타내었다(도 8의 a 좌측 온도분포는 실시예 2에 따른 결과로서, 대비를 위하여 표시함).
Observing the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, the effective diameter of the noxious gas guide tube is 20-50 mm instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of the nominal gas guide tube of 100 mm. Counterflow chambers were used. The results are shown on the right side a of FIG. 8 (the a left temperature distribution of FIG. 8 is the result according to Example 2, and is shown for comparison).

[실시예 12][Example 12]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 50-100㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 8의 b 좌측에 나타내었다.
Observing the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, the effective diameter of the noxious gas guide tube is 50-100 mm instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of the nominal gas guide tube of 100 mm. Counterflow chambers were used. The result is shown to the left of b in FIG.

[실시예 13][Example 13]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 100-200㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 8의 b 우측에 나타내었다.
Observing the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, the effective diameter of the noxious gas guide tube is 100-200mm instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of the nominal gas guide tube of 100 mm. Counterflow chambers were used. The result is shown on the right side b of FIG.

도 8에 도시된 바와 같이, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100 ㎜인 경우와 유해가스 가이드관의 유효직경이 100-200 ㎜인 경우를 비교하면, 플라즈마 발생수단과 가까운 쪽의 유효직경이 온도분포를 결정하고 있음을 파악할 수 있었다. 따라서, 플라즈마 발생수단과 가까운 쪽의 유효직경이 100 ㎜인 경우에 플라즈마 불꽃이 유해가스 가이드관 내부로 가장 잘 침투하는 것으로 판단되었다.
As shown in FIG. 8, when the effective diameter of the noxious gas guide tube is 100 mm and the effective diameter of the noxious gas guide tube is 100-200 mm, the effective diameter of the side closer to the plasma generating means is measured. It was found that the distribution was determined. Therefore, it was judged that the plasma flame penetrated the inside of the noxious gas guide tube best when the effective diameter near the plasma generating means was 100 mm.

유해가스 가이드관의 형태 및 직경에 따른 온도분포 2Temperature distribution according to the shape and diameter of the noxious gas guide tube 2

[실시예 14]Example 14

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 50-20㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 9의 a 우측에 나타내었다(도 9의 a 좌측 온도분포는 실시예 2에 따른 결과로서, 대비를 위하여 표시함).
Observing the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, the effective diameter of the harmful gas guide tube is 50-20 mm instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of 100 mm. Counterflow chambers were used. The results are shown on the right side a of FIG. 9 (a left temperature distribution of FIG. 9 is the result according to Example 2 and is shown for comparison).

[실시예 15]Example 15

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 100-50㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 9의 b 좌측에 나타내었다.
Observing the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, the effective diameter of the noxious gas guide tube is 100-50 mm instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of the nominal gas guide tube is 100 mm. Counterflow chambers were used. The result is shown to the left of b in FIG.

[실시예 16][Example 16]

상기 [실시예 2]와 동일한 실험 조건하에서 고온영역의 범위를 관찰하되, 유해가스 가이드관의 유효직경이 100㎜인 대향류 챔버를 사용하는 대신 유해가스 가이드관의 유효직경이 200-100㎜인 대향류 챔버를 사용하였다. 그 결과는 도 9의 b 우측에 나타내었다.
Observing the range of the high temperature region under the same experimental conditions as in [Example 2] above, the effective diameter of the noxious gas guide tube is 200-100 mm instead of using a counterflow chamber having an effective diameter of the nominal gas guide tube of 100 mm. Counterflow chambers were used. The result is shown to the right of b in FIG.

도 9에 도시된 바와 같이, [실시예 14] 내지 [실시예 16]에서 사용된 유해가스 가이드관의 온도분포 역시 플라즈마 발생수단과 가까운 쪽의 유해가스 가이드관의 유효직경이 중요한 영향을 미치고 있는 것으로 확인되었다. 즉, 플라즈마 발생수단과 가까운 쪽의 유효직경이 200 ㎜인 경우에 플라즈마 불꽃이 유해가스 가이드관 내부로 가장 잘 침투하는 것으로 판단되었다.
As shown in Fig. 9, the temperature distribution of the noxious gas guide tube used in [Example 14] to [Example 16] also has an important effect on the effective diameter of the noxious gas guide tube close to the plasma generating means. It was confirmed. That is, when the effective diameter near the plasma generating means is 200 mm, it was judged that the plasma flame penetrated the inside of the noxious gas guide tube best.

이와 같이, 본 발명은 플라즈마 배출통로의 직경이 작은 경우가 상대적으로 반경방향으로 구배가 심하고, 고온, 고속인 플라즈마 제트를 발생시키는 데 유리한 것으로 분석되었다.As described above, it was analyzed that the present invention is advantageous in that a small diameter of the plasma discharge passage is advantageous in generating a plasma jet having a high radial gradient and having a high temperature in a relatively radial direction.

그리고 약 12 kW 정도로 비슷한 출력에서는 플라즈마 배출통로의 직경이 14㎜인 경우(토치 1)가 상대적으로 고속의 플라즈마를 발생시켜서 유해가스 가이드관의 내부에 깊이 플라즈마를 침투시켜서, 플라즈마 배출통로의 직경이 20㎜(토치 2)의 경우보다 경제적이면서도 효과적인 분해를 기대할 수 있다.At a similar output of about 12 kW, a plasma discharge passage having a diameter of 14 mm (torch 1) generates a relatively high-speed plasma and infiltrates the plasma deeply into the noxious gas guide tube, thereby increasing the diameter of the plasma discharge passage. Economical and effective disassembly can be expected than the case of 20 mm (torch 2).

또한, 반응구간에서는 플라즈마 불꽃이 반경방향으로 확장되므로 유해가스 가이드관의 손상 우려가 있다. 한편, 유해가스의 양이 너무 많은 경우에는 유해가스와 플라즈마의 충분한 혼합을 기대할 수 없기 때문에 플라즈마 발생수단 및 대향류 챔버의 조건에 따라 최적의 유해가스 유량조건을 결정해야 한다.In addition, in the reaction section, since the plasma flame extends in the radial direction, there is a fear of damaging the harmful gas guide tube. On the other hand, if the amount of harmful gas is too large, it is not possible to expect a sufficient mixing of the harmful gas and plasma, so the optimum harmful gas flow rate conditions should be determined according to the conditions of the plasma generating means and the counterflow chamber.

아울러, 원통형 구조의 유해가스 가이드관의 경우에는 그 유효직경이 커질수록 플라즈마가 유해가스 가이드관의 내부로 깊숙이 침투하여 보다 향상된 유효가스 처리효율을 제공할 것으로 기대할 수 있다. In addition, in the case of the noxious gas guide tube having a cylindrical structure, as the effective diameter increases, the plasma can be expected to penetrate deeply into the noxious gas guide tube to provide an improved effective gas treatment efficiency.

더불어, 상협하광 원통형 구조의 유해가스 가이드관을 적용하더라도 플라즈마 발생수단과 가까운 쪽의 유해가스 가이드관의 유효직경에 의해 플라즈마 특성이 결정되므로, 유해가스 가이드관 제작의 편의성과 경제성을 위하여 원통형 구조의 유해가스 가이드관을 사용하고, 플라즈마 발생수단의 운전조건 및 유해가스 주입조건에 따라 유해가스 가이드관의 유효직경을 최적화 하는 것이 바람직하다.
In addition, since the plasma characteristics are determined by the effective diameter of the noxious gas guide tube close to the plasma generating means, even if the noxious gas guide tube having the cylindrical narrow beam structure is applied, It is preferable to use a noxious gas guide tube and optimize the effective diameter of the noxious gas guide tube according to the operating conditions of the plasma generating means and the noxious gas injection conditions.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It can be understood that it is possible.

100 : 플라즈마 발생수단 110 : 음극조립체
120 : 양극조립체 200 : 대향류 챔버
210 : 유해가스 가이드관 220 : 하우징
222 : 유해가스 공급관 224 : 유해가스 배출관
230 : 차단판 300 : 급냉배관
310 : 물분사장치 400 : 폐수저장수단
500 : 후처리부 510 : 물분사노즐
520 : 폴링
100: plasma generating means 110: negative electrode assembly
120: anode assembly 200: counterflow chamber
210: harmful gas guide tube 220: housing
222: harmful gas supply pipe 224: harmful gas discharge pipe
230: blocking plate 300: quench piping
310: water spray device 400: waste water storage means
500: after-treatment unit 510: water spray nozzle
520 polling

Claims (7)

음전극과 양전극 사이에 전압을 가하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단; 및
상기 플라즈마 발생수단에 연결설치되어, 외부로부터 공급된 유해가스를 상기 플라즈마 흐름과 반대 방향으로 주입하며, 플라즈마 처리된 유해가스를 외부로 배출하는 대향류 챔버를 포함하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치.
Plasma generating means for generating a plasma by applying a voltage between the negative electrode and the positive electrode; And
It is connected to the plasma generating means, injecting the harmful gas supplied from the outside in the opposite direction to the plasma flow, and the counter flow of the plasma and harmful gas including a counter flow chamber for discharging the harmful gas discharged to the outside Harmful gas treatment device used.
제 1 항에 있어서, 상기 대향류 챔버는
상기 플라즈마가 배출되는 플라즈마 발생수단의 후단에 연결되고 내부통로가 형성되는 유해가스 가이드관과,
상기 유해가스 가이드관을 둘러싸는 외부통로를 형성할 수 있도록 상기 플라즈마 발생수단에 연결되고, 상기 플라즈마 발생수단의 후단에 마주보는 유해가스 가이드관의 입구와 대응되는 위치에 외부로부터 유해가스를 공급받는 유해가스 공급관이 구비되며, 상기 유해가스 가이드관의 출구와 대응되는 위치에 플라즈마 처리된 유해가스를 배출하는 유해가스 배출관이 구비된 하우징, 및
상기 유해가스 공급관과 유해가스 배출관 사이에 구비되어 상기 외부통로를 분획하는 차단판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치.
The method of claim 1, wherein the counterflow chamber is
A harmful gas guide tube connected to a rear end of the plasma generating means through which the plasma is discharged, and an inner passage formed;
It is connected to the plasma generating means so as to form an external passage surrounding the noxious gas guide tube, and receives noxious gas from the outside at a position corresponding to the inlet of the noxious gas guide tube facing the rear end of the plasma generating means. A housing provided with a harmful gas supply pipe, the housing having a harmful gas discharge pipe for discharging the harmful gas plasma treated at a position corresponding to the outlet of the harmful gas guide pipe, and
The harmful gas treatment device using a counter-flow of plasma and harmful gas, characterized in that it is provided between the harmful gas supply pipe and the harmful gas discharge pipe consisting of a blocking plate for fractionating the external passage.
제 2 항에 있어서, 상기 유해가스 가이드관은
원통형 구조, 상협하광 원통형 구조, 하협상광 원통형 구조 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치.
The method of claim 2, wherein the harmful gas guide pipe
A harmful gas treatment apparatus using a counter flow of plasma and noxious gas, characterized in that formed in any one of a cylindrical structure, a vertical narrow light cylindrical structure, a lower narrow flat light cylindrical structure.
제 2 항에 있어서, 상기 유해가스 가이드관은
그 유효직경이 50 내지 200㎜인 것을 특징으로 하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리장치.
The method of claim 2, wherein the harmful gas guide pipe
An apparatus for treating noxious gas using a counter flow of plasma and noxious gas, the effective diameter of which is 50 to 200 mm.
플라즈마 형성가스를 이용하여 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생수단을 사용한 유해가스 처리방법에 있어서,
상기 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 주입하여 상기 유해가스를 분해처리하는 단계를 포함하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리방법.
In the noxious gas treatment method using the plasma generating means for generating a plasma by using the plasma forming gas,
Injecting harmful gas in a direction opposite to the flow of the plasma to decompose the harmful gas and the harmful gas treatment method using a counter flow of the plasma and harmful gas.
제 5 항에 있어서,
상기 플라즈마의 흐름과 반대 방향으로 유해가스를 가이드하는 유해가스 가이드관의 유효직경, 형태, 또는 이들 모두를 조절하여 상기 유해가스 처리영역을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리방법.
The method of claim 5, wherein
By using the counter flow of the plasma and harmful gas, the harmful gas treatment region is controlled by controlling the effective diameter, the shape, or both of the harmful gas guide tubes for guiding the harmful gas in the opposite direction to the flow of the plasma. Hazardous Gas Treatment Method.
제 5 항에 있어서,
상기 유해가스의 주입속도를 조절하여 상기 유해가스 처리영역을 제어하는 것을 특징으로 하는 플라즈마와 유해가스의 대향류를 이용한 유해가스 처리방법.
The method of claim 5, wherein
The harmful gas treatment method using the counter flow of the plasma and harmful gas, characterized in that for controlling the harmful gas treatment area by adjusting the injection rate of the harmful gas.
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