KR101320430B1

KR101320430B1 - Plasma heating system

Info

Publication number: KR101320430B1
Application number: KR1020100113894A
Authority: KR
Inventors: 박재형; 이민선
Original assignee: 이민선; 박재형
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2013-10-23
Also published as: KR20120052639A

Abstract

플라즈마 가열설비에 대한 발명이 개시된다. 개시된 플라즈마 가열설비는: 외부전원이 인가되어 충전되는 배터리부와, 배터리부에서 공급되는 전기적 에너지를 아크로 발생하여 열에너지로 전환시키는 플라즈마 토치와, 플라즈마 토치에 플라즈마 가스를 공급하는 공급부와, 플라즈마 토치에 냉각수를 공급하는 냉각부 및 배터리부, 플라즈마 토치, 공급부 및 냉각부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Disclosed is a plasma heating installation. The disclosed plasma heating apparatus includes: a battery unit to which an external power source is charged, a plasma torch for generating an arc of electrical energy supplied from the battery unit, and converting it into thermal energy, a supply unit for supplying plasma gas to the plasma torch, and a plasma torch. And a control unit for controlling the cooling unit and the battery unit, the plasma torch, the supply unit, and the cooling unit to supply the cooling water.

Description

Plasma Heating Equipment {PLASMA HEATING SYSTEM}

본 발명은 플라즈마 가열설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일반적인 단상 전원을 이용하여 배터리를 충전하고, 이를 전원으로 사용함으로써 설비를 간편하게 사용할 수 있는 플라즈마 가열설비에 관한 것이다.
The present invention relates to a plasma heating equipment, and more particularly, to a plasma heating equipment that can be used simply by charging a battery using a general single-phase power supply, and using this as a power source.

일반적으로 폐기물을 처리하는 데는 열적처리 방식 중 소각을 가장 많이 사용하고 있으나, 이러한 소각방법은 많은 공기량이 필요하고 NOx 문제로 소각온도를 너무 높일 수 없는 단점 때문에 대기오염물질(다이옥신, 퓨란, 염소, 황산, 수은 등)이 대기 중에 방출될 위험이 있다.Generally, incineration is the most used thermal treatment method for treating waste, but this incineration method requires a lot of air volume and the incineration temperature cannot be raised too much due to NOx problem, so air pollutants (dioxin, furan, chlorine, Sulfuric acid, mercury, etc.) are released into the atmosphere.

또, 불연소된 무기물 중에는 중금속 등 유해물질이 잔재해서 매립 처리 시 토양 및 지하수 등에 2차오염을 야기시킨다.In addition, harmful substances such as heavy metals remain in unburned inorganic substances, causing secondary pollution to soil and groundwater during landfill treatment.

이 같은 문제를 해결할 수 있는 대체기술로 PHS(PLASMA HEATING SYSTEM)를 활용한 폐기물처리 방법이 실용화되고 있으며, 도시폐기물(MSW), 병원폐기물(HSW), 유해 화학폐기물 그리고 오염된 폐기물 매립지를 처리할 수 있는 최신 공정들이 소개되고 있다.As an alternative technology to solve this problem, waste treatment method using PHSMA (PLASMA HEATING SYSTEM) has been put into practical use, and municipal waste (MSW), hospital waste (HSW), hazardous chemical waste and polluted landfill The latest processes that can be introduced are introduced.

플라즈마 가열설비(PHS)는 지속적으로 안정된 아크(ARC)를 발생시키기 위해 대부분 DC-ARC를 사용한다.Plasma heating plants (PHS) mostly use DC-ARC to generate a consistently stable arc (ARC).

주로 외부에서 3상 동력용 전력을 공급받아 플라즈마 가열설비에 적합한 전압인 단상으로 변경하여 정류 소자로 정류한 후 직류로 전환하여 플라즈마 가열설비에 인가하는 구조로 되어 있다.Mainly, it is a structure that is supplied with electric power for three-phase power from the outside, changed to a single phase, which is a voltage suitable for plasma heating equipment, rectified by rectifying elements, and then converted to direct current to be applied to the plasma heating equipment.

상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
The technical structure described above is a background technique for assisting the understanding of the present invention, and does not mean the prior art widely known in the technical field to which the present invention belongs.

작은 용량의 수십 kW의 경우에도 위와 같이 동력용 3상 교류를 공급받아 변압기에서 단상으로 전환하고 필요한 전압으로 승압한 후 정류기로 공급받아야 하며, 설비의 사용시간이 수 시간, 수십 분, 또는 수 분에 불과하여 소비전력이 수십 kWh 이하인 경우에도 별도의 동력선으로 전원을 공급받아야 하므로 별도의 수전 설비가 필요하고 전력 수급을 위한 기본료와 사용료에 큰 비용이 발생하는 문제점과 설비가 전원과 연결되어야하는 장소의 이동이 불가능한 점이다.Even in the case of tens of kW of small capacity, it should be supplied with power three-phase alternating current from the transformer to single phase, stepped up to the required voltage, and supplied to the rectifier, and the equipment can be used for hours, tens of minutes, or minutes. Even if the power consumption is several tens of kWh or less, power must be supplied by a separate power line, so a separate power receiving facility is required, and a problem arises that a large cost is incurred for the basic fee and the fee for power supply and the place where the facility should be connected to the power source. Is impossible to move.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.Therefore, there is a need to improve this.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 일반적인 단상 전원(가정용이나 일반 사무실, 소규모 시험실에 일반적으로 공급되는 동력용이 아닌 단상 전원)을 이용하여 배터리를 충전하고, 이를 전원으로 사용함으로써 소형화가 가능하며, 전력 수급을 위한 비용을 절감할 수 있고 이동이 자유로운 플라즈마 가열설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been created by the necessity as described above, by miniaturizing the battery by using a single-phase power supply (general-purpose single-phase power supply (not a power supply that is generally supplied to homes, offices, small laboratory), and using it as a power source) The purpose is to provide a plasma heating apparatus that is capable of reducing costs for power supply and movement and is free to move.

본 발명에 따른 플라즈마 가열장치는: 외부전원이 인가되어 충전되는 배터리부와, 배터리부에서 공급되는 전기적 에너지를 아크로 발생하여 열에너지로 전환시키는 플라즈마 토치와, 플라즈마 토치에 플라즈마 가스를 공급하는 공급부와, 플라즈마 토치에 냉각수를 공급하는 냉각부 및 배터리부, 플라즈마 토치, 공급부 및 냉각부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Plasma heating apparatus according to the present invention comprises: a battery unit which is charged with an external power source, a plasma torch for generating an arc of electrical energy supplied from the battery unit and converting it into thermal energy, a supply unit for supplying plasma gas to the plasma torch, And a control unit controlling a cooling unit and a battery unit, a plasma torch, a supply unit, and a cooling unit to supply cooling water to the plasma torch.

또한 상기 외부전원은 일반적인 단상 전원이나 산업용 전원 중 적어도 어느 하나이다.
The external power source is at least one of a general single-phase power source and an industrial power source.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 가열설비는 종래 발명과 달리 일반적인 단상 전원을 사용함에 따라 동력용 교류전원 사용 시 필요한 별도의 수전설비가 필요치 않고, 전력 수급을 위한 큰 비용을 줄일 수 있는 효과를 지닌다.As described above, the plasma heating equipment according to the present invention does not require a separate power receiving equipment required when using a power AC power supply, unlike the conventional invention, it can reduce the large cost for power supply Has an effect.

또한, 본 발명은 충전된 배터리부로부터 전원을 공급받아 동작될 수 있으므로, 설비가 간편하고, 배터리 용량에 맞추어 필요한 시간만큼 플라즈마 가열설비를 가동할 수 있고 설비의 이동이 가능하므로 대학 실험실, 연구소, 동력선이 제공 되지 않은 기타의 장소에서 실험이나 소형 폐기물처리 등 초고열이 필요한 설비등 다양한 분야에서 유용하게 이용될 수 있다.
In addition, since the present invention can be operated by receiving power from the charged battery unit, the facility is simple, it is possible to operate the plasma heating equipment as required time according to the battery capacity, and the movement of the equipment can be a university laboratory, research institute, In other places where power lines are not provided, it can be usefully used in various fields such as experiments or facilities requiring ultra high heat, such as small waste disposal.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가열설비의 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가열설비의 플라즈마 토치를 보인 사시도이다.1 is a block diagram of a plasma heating facility according to an embodiment of the present invention,
Figure 2 is a perspective view showing a plasma torch of the plasma heating equipment according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 가열설비의 일 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
Hereinafter, an embodiment of a plasma heating apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, terms to be described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or convention of a user or an operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가열설비의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가열설비의 플라즈마 토치를 보인 사시도이다.1 is a configuration diagram of a plasma heating apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view showing a plasma torch of the plasma heating apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가열설비(100)는 크게, 배터리부(110), 플라즈마 토치(120), 가스공급부(130), 냉각부(140) 및 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 1, the plasma heating apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is largely divided into a battery unit 110, a plasma torch 120, a gas supply unit 130, a cooling unit 140, and a controller 150. )

배터리부(110)는 충전기와 2차전지로 이루어져 외부전원이 인가되어 충전된다.The battery unit 110 is composed of a charger and a secondary battery is charged with an external power source.

본 실시예에서는 외부전원으로 산업용 전원이 아닌 일반적인 단상 전원을 전원으로 사용하고, 충전기를 이용하여 2차전지에 충전한 후 전기적 회로에 의해 플라즈마 토치(120)에 적합한 전압과 전류를 공급하여 지속적으로 안정된 DC 아크에 의해 초고온을 발생시킬 수 있다.In this embodiment, a general single phase power source, not an industrial power source, is used as an external power source, and a secondary battery is charged using a charger, and then a suitable voltage and current are supplied to the plasma torch 120 by an electric circuit. Ultra-high temperature can be generated by a stable DC arc.

플라즈마 가열설비(100)에 필요한 전압은 2차전지의 수량 등에 따라 결정되며, 2차전지의 용량은 플라즈마 가열설비(100)의 작동시간을 결정하므로 장시간 가동이 필요한 경우에는 2차전지의 용량을 대용량으로 선택하거나 또는 2차 전지를 병렬로 연결하여 필요한 전기량을 확보할 수 있다.The voltage required for the plasma heating apparatus 100 is determined according to the number of secondary batteries, etc., and the capacity of the secondary battery determines the operating time of the plasma heating apparatus 100. You can choose a large capacity, or connect the secondary batteries in parallel to secure the required amount of electricity.

그리고, 플라즈마 가열설비(100)에는 직류가 적용된다.In addition, direct current is applied to the plasma heating apparatus 100.

플라즈마 토치(120)는 배터리부(110)에서 공급되는 전기적 에너지를 아크로 발생하여 열에너지로 전환시키는 것이다.The plasma torch 120 generates electrical arc supplied from the battery unit 110 as an arc and converts the thermal energy into thermal energy.

플라즈마 토치(120)는 양극과 음극 사이에는 고전압을 인가하여 아크를 발생시켜 주는 아크 스타터(미도시)를 포함하여 이루어진다.The plasma torch 120 includes an arc starter (not shown) for generating an arc by applying a high voltage between the anode and the cathode.

플라즈마 토치(120)는 배터리부(110)와 연결되어 배터리부(110)의 전력을 사용하여 플라즈마 열분해 용융로의 내부 공간에 플라즈마 생성을 위한 열원을 제공하는 것이다.The plasma torch 120 is connected to the battery unit 110 to provide a heat source for generating plasma to the internal space of the plasma pyrolysis melting furnace using the power of the battery unit 110.

그리고, 플라즈마 토치(120)는 열분해가스화용융 반응로 내부까지 투입할 수 있는 충분한 길이를 확보하여 형성된다.In addition, the plasma torch 120 is formed by securing a sufficient length to be introduced into the pyrolysis gasification melting reactor.

이는 열분해/가스화/용융 공정이 유리하고, 전도성 전극 사용과 공중형 전극 사용으로 전극의 수명을 연장시키며, 비 이행성 토치를 사용하므로 폐기물의 처리에 적합한 기능을 수행할 수 있다.This is advantageous for pyrolysis / gasification / melting processes, extending the life of the electrodes with the use of conductive electrodes and airborne electrodes, and using non-convertible torches, thus enabling the proper functioning of waste disposal.

이러한 플라즈마 토치(120)의 주요 구성품으로서는 전극, 노즐, 가스유입 계통 그리고 냉각계통을 포함하여 이루어지고, 전극의 재료는 구리 등이 사용된다.The main components of the plasma torch 120 include an electrode, a nozzle, a gas inlet system, and a cooling system. The material of the electrode is copper.

가스공급부(130)는 플라즈마 토치(120)에 공기 또는 산소, 헬륨, 수소, 스팀 등이 필요에 각각 다른 가스이 공급한다.The gas supplier 130 supplies air or oxygen, helium, hydrogen, steam, or the like, to the plasma torch 120 to supply different gases.

그리고, 냉각부(140)는 열교환기, 펌프로 이루어져 플라즈마 토치(120)에 냉각수를 전달하여 전극을 냉각시킨다.In addition, the cooling unit 140 includes a heat exchanger and a pump to transfer the cooling water to the plasma torch 120 to cool the electrodes.

이는 플라즈마 아크에 의해 토치(120) 내부의 전극은 매우 고온이 되며 적절한 냉각을 하지 않으면 짧은 시간 안에 토치(120)내부 부품 등이 심하게 손상되므로 이를 방지하기 위함이다.This is to prevent the electrode inside the torch 120 is very high temperature due to the plasma arc and if the internal parts of the torch 120 are severely damaged in a short time without proper cooling.

가스공급부(130)에서 전달되는 가스와 냉각부(140)에서 전달되는 냉각수는 분배기(150)에서 분기되어 플라즈마 토치(120)로 전달된다.The gas delivered from the gas supply unit 130 and the cooling water delivered from the cooling unit 140 are branched from the distributor 150 and delivered to the plasma torch 120.

그리고, 배터리부(110), 플라즈마 토치(120), 가스공급부(130), 냉각부(140)및 분배기(150)는 제어부(160)에 의해 제어된다.The battery unit 110, the plasma torch 120, the gas supply unit 130, the cooling unit 140, and the distributor 150 are controlled by the controller 160.

이와 같은 제어부(160)는 각각의 구성요소와 전기적 소통을 이루고 있으며, 제어 신호에 따라 각각의 구성요소는 작동 내지 중지 상태 형성 등과 같은 제어 동작을 수행할 수 있다.
The controller 160 is in electrical communication with each component, and each component may perform a control operation such as forming an operation or stop state according to a control signal.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 가열설비에 대한 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation and effect on the plasma heating equipment according to an embodiment of the present invention.

우선, 플라즈마 가열설비(100)는 플라즈마 토치(120)내 내장된 전극 사이에 높은 전하를 주면 주위의 기체가 플라즈마 상태로 형성되면서 절연이 파괴되고, 지속적으로 아크가 발생되어 전기에너지가 열에너지로 전환되는 매우 효율적인 설비이다.First, when the plasma heating facility 100 gives high charge between the electrodes embedded in the plasma torch 120, the gas is formed in a plasma state and the insulation is destroyed, and an arc is continuously generated to convert electrical energy into thermal energy. Being a very efficient facility.

즉, 배터리부(110)에 충전된 전력과 가스공급부(130)의 가스가 플라즈마 토치(120)로 전달되고, 플라즈마 열분해 용융로 내에서 플라즈마 토치(120)가 플라즈마 생성을 위한 열원을 제공함으로 용융로 내의 폐기물을 처리할 수 있는 것이다.That is, the electric power charged in the battery unit 110 and the gas of the gas supply unit 130 are delivered to the plasma torch 120, and in the plasma pyrolysis melting furnace, the plasma torch 120 provides a heat source for plasma generation in the melting furnace. Waste can be disposed of.

이때, 냉각부(140)로부터 플라즈마 토치(120)에 냉각수를 공급함으로써, 전극을 냉각시켜 파손을 방지할 수 있다.In this case, by supplying cooling water from the cooling unit 140 to the plasma torch 120, the electrode may be cooled to prevent breakage.

이러한, 작동은 제어부(160)의 제어동작에 의해 수행된다.This operation is performed by the control operation of the controller 160.

한편, 배터리부(110)에 외부전원인 일반적인 단상 전원이 연결되며, 충전기에 의해 2차전지에 충전된다.Meanwhile, a general single phase power source, which is an external power source, is connected to the battery unit 110, and is charged to the secondary battery by a charger.

종래에는 작은 용량의 수십 kW의 경우에도 동력용 3상 교류를 공급받아 변압기에서 단상으로 전환하고 승압한 후 정류기로 공급받아야 하였지만, 본 발명은 배터리부(110)가 구비되어 일반적인 단상 전원을 사용할 수 있으므로 소비전력이 작은 경우에는 충분히 충전된 2차 전지의 전력량으로 플라즈마 가열설비(100)를 가동시킬 수 있다.Conventionally, even in the case of several tens of kW of small capacity, the power supply had to be supplied to the rectifier after being switched to a single phase in a transformer by receiving a three-phase alternating current, but the present invention is provided with a battery unit 110 to use a general single-phase power source. Therefore, when the power consumption is small, it is possible to operate the plasma heating facility 100 with the amount of power of a sufficiently charged secondary battery.

이때, 필요한 전압은 전지의 수량 등에 비례하며 전력량은 2차전지의 용량과 2차전지들을 병렬로 연결하여 해결할 수 있다.At this time, the required voltage is proportional to the number of batteries and the like, and the amount of power can be solved by connecting the capacity of the secondary battery and the secondary batteries in parallel.

따라서, 일반적인 단상 같이 별도의 공력용 전원이 아닌 소용량의 전원을 사용함에 따라 별도의 수전설비가 필요치 않고, 전력 수급을 위한 큰 비용을 줄일 수 있으며, 설비의 소형화가 가능하다.Therefore, by using a small capacity power source rather than a separate aerodynamic power source, such as a general single phase, it does not need a separate power receiving equipment, it is possible to reduce a large cost for power supply and supply, it is possible to miniaturize the equipment.

또한, 2차전지에 충전하여 필요한 시간만큼, 장소에 관계없이 플라즈마 가열설비를 가동할 수 있으므로, 대학 실험실, 연구소 등의 실험이나 소형 폐기물처리 등의 다양한 분야에서 유용하게 이용될 수 있다.In addition, since the plasma heating equipment can be operated regardless of the place as long as necessary by charging the secondary battery, it can be usefully used in various fields such as experiments of a university laboratory, research institute or small waste treatment.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 또한 본 실시예에서는 배터리부가 일반적인 단상 전원에 의해 충전되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 일반적인 단상 전원에 의해서도 충전될 수도 있지만 산업용 전원에 의해 충전될 수도 있는 등 다양한 전원을 이용하여 충전될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand. In addition, in the present embodiment, a case in which the battery unit is charged by a general single-phase power source has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto and may be charged by a general single-phase power source, but may be charged by an industrial power source. Can be charged. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined by the claims.

100 : 플라즈마 가열설비 110 : 배터리부
120 : 플라즈마 토치 130 : 가스공급부
140 : 냉각부 150 : 분배기
160 : 제어부100: plasma heating equipment 110: battery unit
120: plasma torch 130: gas supply unit
140: cooling unit 150: distributor
160:

Claims

A battery unit charged with an external power source;
A plasma torch that generates electrical arc supplied from the battery unit as an arc and converts the thermal energy into thermal energy;
A supply unit supplying a plasma gas to the plasma torch;
A cooling unit supplying cooling water to the plasma torch; And
A control unit for controlling the battery unit, the plasma torch, the supply unit and the cooling unit;
The battery unit is composed of a charger and a secondary battery, the secondary battery is connected in parallel;
The external power supply is a plasma heating equipment, characterized in that the single-phase power supply.

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