KR101930486B1 - 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치 - Google Patents

폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치 Download PDF

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Abstract

안정적인 플라즈마를 발생시키고, 전력 에너지 저감과 전극 수명을 연장시킬 수 있는 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치가 개시된다. 이는 플라즈마 발생 가스를 캐소드 전극체 하부에 형성된 원통형의 아크 발생부에 의해 고속 회전되어 강한 와류를 형성할 수 있기 때문에 정밀하고, 안정적인 플라즈마를 유지시킬 수 있으며, 저전력 운전에도 가스처리 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐소드 전극체에 형성된 아크 발생부에 의해 플라즈마 발생 가스가 회전하여 일정한 플라즈마를 유지시킬 수 있기 때문에 전극 마모를 줄일 수 있어 전극 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치{Plasma Torch for Treating Waste Air}
본 발명은 폐가스 처리 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저전력 환경에서도 고효율 가스 처리가 가능하고, 전극 수명을 연장할 수 있는 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치에 관한 것이다.
급속한 산업화의 진행과 함께 인간의 욕구 충족을 위한 산업 활동에는 에너지라는 기초적인 수단이 바탕이 되고 있다. 그러나 에너지 이용이 증대됨에 따라 환경 공해의 발생이 불가피 하게 되었을 뿐 아니라 그 정도가 확대되고 있다. 에너지원의 대부분을 차지하는 석유, 석탄, 천연가스 등 화석연료의 연소 과정에서 대기 오염 물질이 불가피 하게 배출되고 있기 때문에, 향후 지속 가능한 성장을 위해 경제성장과 환경보전의 조화는 반드시 이루어 내야 하는 전 인류의 숙명으로 다가 오고 있다.
에너지 사용으로 인한 대기 오염은 파급범위와 대응 범위에 따라 국지적 오염과 국제적 오염 문제로 대별된다. 황산화물과 질소산화물 등은 산성비, 동식물에 대한 피해의 범위가 비교적 국지적인 반면, 이산화탄소, NOx 등의 온실 가스는 지구 온난화 현상과 관련하여 국제적 논의의 대상이 되고 있다.
무분별한 성장 위주의 경제 운영으로 인해 국내 대도시와 공단 주위의 대기 오염은 이미 심각한 상태에 이르고 있으며, 경제 성장에 따른 소득의 향상으로 국내 대기오염과 전 세계적으로 귀추가 집중되어 이미 여러 가지 규제가 실행되고 있는 지구온난화 방지에 대한 방법론의 제시와 에너지 이용에 따른 대기 오염 물질의 전망이 중요한 과제가 되고 있다.
현재 반도체, 디스플레이 관련 수요증가에 따른 Non-CO2 Gas (NF3, SF6, CF4)등 불소화합물 사용이 증가 하고 있고, 미세공정이 확산되면서 지난해 세계 반도체 업계의 웨이퍼 단위 면적당 온실가스 배출량이 2010년 이후 증가세를 나타내고 있다.
국내 기업은 IT 제조 공정에서 배출되는 유해가스를 정화하는 POU 스크러버(Scrubber) 장비 도입을 늘리고 있는 실정이며, 현재 국가적으로 에너지 절약형 장치 또는 기술 접목을 필요로 하고 있는 실정이다. 현재 반도체 공정 배가스 PFCs 를 처리하기 위한 POU 스크러버가 상용화되어 있는데 이 중 플라즈마 방식이 과도한 전력 소모 및 수명/성능 저하 등의 한계로 인해 대체 기술이 요구되고 있다.
현재 반도체 디스플레이 관련 수요증가에 따라 불소화합물의 사용이 날로 증가 하고 있는 시점에서 반도체 공정 가스 처리 후 발생되는 2차 오염물질(NOx) 다량 배출로 인한 총량 규제대응 문제와 현재 NOx를 처리하는 기술은 촉매적 방법이 주를 이루고 있으나 운전 중 과도한 에너지의 사용으로 인하여 대체 기술의 확보가 요구되는 상황으로 기존 문제를 해결 할 대체 기술이 필요한 실정이다.
한국등록특허 10-1142184
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일정하고 안정적인 플라즈마를 발생시키고, 전력 에너지 저감과 전극 수명을 연장시킬 수 있는 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 폐가스를 처리하기 위한 플라즈마 토치를 제공하며, 이는 내부가 채워진 기둥 형상을 갖는 캐소드 전극, 상기 캐소드 전극를 감싸도록 형성되고, 하부가 볼록한 볼록부를 갖는 캐소드 전극체, 상기 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극체 상부를 덮는 커버, 상기 캐소드 전극체 하부에 소정거리 이격되어 배치된 애노드 전극체, 상기 캐소드 전극체와 상기 애노드 전극체 사이에 배치되고, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 가스를 공급하는 가스공급부 및 상기 캐소드 전극체 및 상기 애노드 전극체에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수공급부를 포함한다.
상기 캐소드 전극 하부의 일단은 상기 캐소드 전극체에 소정부분 노출될 수 있다.
상기 볼록부 내부에는 플라즈마 발생 가스의 와류가 발생되도록 원통 형상의 홈으로 된 아크 발생부가 형성될 수 있다.
상기 아크 발생부는 상기 캐소드 전극의 일단을 소정부분 감쌀 수 있다.
상기 애노드 전극체 내부에는 하부 방향으로 갈수록 직경이 넓어지는 원통형의 배출부가 형성될 수 있다.
상기 배출부는 하부 방향으로 직경이 다른 제1 배출부, 제2 배출부 및 제3 배출부를 순차적으로 가지며, 상기 제2 배출부의 직경이 상기 제1 배출부의 직경보다 크게 형성되도록 상기 제2 배출부와 상기 제1 배출부 사이에 형성된 제1 경사부 및 상기 제3 배출부의 직경이 상기 제2 배출부의 직경보다 크게 형성되도록 상기 제3배출부와 상기 제2 배출부 사이에 형성된 제2 경사부를 포함할 수 있다.
상기 애노드 전극체 상부에는 상부 방향으로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 가스공급부는 상기 캐소드 전극체의 볼록부에 삽입되어 배치될 수 있다.
상기 가스공급부는, 내부에 공간이 형성된 링 형상의 몸체 및 상기 몸체에 형성되어 가스를 주입하는 가스주입관을 포함할 수 있다.
상기 가스주입관은 상기 몸체 내부 공간의 원주방향에 접하도록 형성되되, 두 개의 가스주입관이 서로 180°가 되도록 배치될 수 있다.
상기 가스주입관의 가스배출구 직경은 가스주입구의 직경보다 작게 형성될 수 있다.
상기 가스주입관의 가스배출구는 상기 볼록부를 바라보도록 배치될 수 있다.
상기 애노드 전극체 상부에 배치되고, 상기 캐소드 전극체와 상기 애노드 전극체를 서로 절연시키기 위한 제1 절연부 및 상기 애노드 전극체 하부를 감싸도록 형성되고, 상기 애노드 전극체의 하부를 절연시키기 위한 제2 절연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 플라즈마 발생 가스를 캐소드 전극체 내부에 형성된 원통형의 아크 발생부에 의해 고속 회전되어 강한 와류를 형성할 수 있기 때문에 정밀하고, 안정적인 플라즈마를 유지시킬 수 있으며, 저전력 운전에도 가스처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 캐소드 전극체에 형성된 아크 발생부에 의해 플라즈마 발생 가스가 회전하여 일정한 플라즈마를 유지시킬 수 있기 때문에 전극 마모를 줄일 수 있어 전극 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 토치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 플라즈마 토치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 가스공급부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 토치 내부에서 플라즈마 발생 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 종래의 플라즈마 토치의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 플라즈마 토치의 효율을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 플라즈마 토치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 플라즈마 토치를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 플라즈마 토치(100)는 캐소드 전극(110), 캐소드 전극체(120), 커버(130), 애노드 전극체(140), 가스공급부(150) 및 냉각수공급부(160)를 포함한다.
캐소드 전극(110)은 내부가 채워진 상하부로 길게 형성된 기둥 형상을 가질 수 있다. 캐소드 전극(110)의 상부 단면은 평평한 형상을 갖지만, 하부 단면은 하부 방향으로 볼록한 반구 형상을 가질 수 있다. 이는 후술할 가스공급부(150)에서 공급된 플라즈마 발생 가스가 캐소드 전극(110) 하부에서 회전하여 와류를 형성할 때, 와류의 형성을 방해하지 않고 효과적으로 와류를 형성할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 캐소드 전극(110)의 재질은 바람직하게는 텅스텐일 수 있다. 종래에는 텅스텐으로 된 캐소드 전극(110)을 제작하기 위해 텅스텐 가루를 고온에서 응축하여 틀을 형성하여 제작하였기 때문에 견고하지 않아 플라즈마 토치 가동 시 캐소드 전극 수명이 단축되는 문제가 있었다. 하지만, 본원발명의 캐소드 전극(110)은 종래와 같이 텅스텐 가루를 고온에서 응축하는 방식이 아닌 순수 텅스텐을 가공하여 제작하는 방식을 사용한다. 따라서, 종래의 캐소드 전극보다 견고하게 제작될 수 있기 때문에 캐소드 전극(110)의 수명을 연장시킬 수 있다.
캐소드 전극체(120)는 상기 캐소드 전극(110)을 감싸도록 형성될 수 있다. 캐소드 전극체(120)는 캐소드 전극(110)을 수용하도록 내부 중앙에 전극 수용홀(121)이 형성될 수 있다. 또한, 캐소드 전극체(120)의 하부는 하부방향으로 볼록한 형상의 볼록부(122)를 포함하되, 볼록부(122) 내부는 플라즈마 발생 가스의 와류가 발생되도록 원통 형상의 홈으로 된 아크 발생부(123)가 형성될 수 있다. 즉, 캐소드 전극체(120) 내부에 형성된 전극 수용홀(121)과 하부에 형성된 아크 발생부(123)는 서로 연통될 수 있다. 형성된 아크 발생부(123)의 지름은 상기 전극 수용홀(121)의 지름보다 크게 형성됨이 바람직하다.
캐소드 전극(110)은 캐소드 전극체(120)의 전극 수용홀(121)에 삽입되어 장착되되, 캐소드 전극(110) 하부단면 즉, 캐소드 전극(110) 하부의 볼록한 반구 형상을 갖는 부위는 캐소드 전극체(120)의 아크 발생부(123)에 노출되도록 배치될 수 있다. 따라서, 캐소드 전극체(120)의 아크 발생부(123)는 캐소드 전극(110)의 하부 단면 주위를 감싸는 형태일 수 있다.
또한, 캐소드 전극체(120) 내부에는 플라즈마에 의해 발생되는 열을 식히기 위해 캐소드 전극체(120) 내부에 냉각수가 유동하도록 냉각수공급부(160)를 포함할 수 있다. 냉각수공급부(160)는 냉각수가 캐소드 전극체(120) 내부로 유동하도록 캐소드 전극체(120) 내부에 형성된 냉각홀(161)과 냉각수가 캐소드 전극체(120)로 주입되도록 형성된 냉각수주입구(162) 및 냉각수가 캐소드 전극체(120) 내부를 유동하여 냉각한 후 배출될 수 있도록 냉각수배출구(163)를 포함할 수 있다.
커버(130)는 상기 캐소드 전극(110)의 타단 및 캐소드 전극체(120)의 상부를 덮을 수 있다. 또한, 커버(130)는 절연물질로 형성될 수 있다. 이때, 상기 절연물질은 폴리염화비닐 또는 테프론, 세라믹 등으로 형성될 수 있다. 따라서, 커버(130)는 캐소드 전극(110) 및 캐소드 전극체(120)를 효과적으로 절연시킬 수 있다.
애노드 전극체(140)는 상기 캐소드 전극체(120) 하부에 소정거리 이격되어 배치될 수 있다. 애노드 전극체(140)의 상부는 상기 캐소드 전극체(120)와 이격되게 설치되어 캐소드 전극체(120)에서 발생된 아크를 수용하는 (+)극성 전극체의 역할을 수행할 수 있다. 바람직하게는 애노드 전극체(140)는 전기전도율이 높은 구리로 형성될 수 있다. 또한, 애노드 전극체(140)의 내부는 열분해 반응 후의 기체, 질소 가스 및 플라즈마를 배출하는 배출부(141)를 포함할 수 있다.
애노드 전극체(140)의 배출부(141)는 원통형으로 형성될 수 있으며, 배출부(141)의 직경은 하부 방향으로 갈수록 넓어지되, 제1 배출부(142), 제2 배출부(143) 및 제3 배출부(144)로 구분될 수 있다. 즉, 제2 배출부(143)의 직경은 제1 배출부(142)의 직경보다 크고, 제3 배출부(144)의 직경은 제2 배출부(143)의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
제2 배출부(143)의 직경이 제1 배출부(142)의 직경보다 크게 형성하기 위해 제2 배출부(143)와 제1 배출부(142) 사이에 제1 경사부(145)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 경사부(145)는 하부 방향으로 갈수록 직경이 넓어지도록 경사가 형성될 수 있다. 바람직하게는 상기 제1 경사부(145)는 플라즈마 발생 가스가 배출부(141)를 통해 배출될 때, 배출되는 가스가 배출부(141)에 접촉되는 면을 증가시켜 내부에서 고속 회전하도록 함으로써 효과적으로 와류를 발생시킬 수 있도록 130°이상 150°이하의 경사를 갖을 수 있으며, 더욱 바람직하게는 경사부는 140°의 경사를 갖을 수 있다. 또한, 제3 배출부(144)의 직경이 제1 배출부(142) 및 제2 배출부(143)의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 즉, 제3 배출부(144)의 직경을 제2 배출부(143)의 직경보다 크게 형성하기 위해 제3 배출부(144)와 제2 배출부(143) 사이에 제2 경사부(146)가 형성될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 플라즈마 토치(100)의 배출부(141)의 크기를 3단계로 구분하고, 각각의 배출부(142,143,144) 사이에 경사면(145,146)을 형성하여 배출부(141)를 확장시킴으로써 배출가스가 배출부(141)에 접촉되는 면을 최대한 증가시킬 수 있기 때문에 배출가스는 배출부(141) 내부에서 고속 회전하면서 배출될 수 있다. 이러한 고속 회전하는 배출가스는 배출부(141) 내부에서 강한 와류를 발생시킬 수 있기 때문에 저전력에서도 고효율로 폐가스를 처리할 수 있어 에너지 사용량을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 애노드 전극체(140)의 상부는 배출부(141)의 주변이 돌출되도록 돌출부(147)가 형성될 수 있다. 애노드 전극체(140)의 돌출부(147)는 가스공급부(150)에서 분사되는 가스가 상기 캐소드 전극체(120)의 아크 발생부(123) 방향으로 고속으로 인입될 수 있도록 하는 가이드 역할을 수행할 수 있다.
애노드 전극체(140) 내부는 캐소드 전극체(120)와 같이 플라즈마에 의해 발생되는 열을 식히기 위해 애노드 전극체(140) 내부에 냉각수가 유동하도록 냉각수공급부(160)를 포함할 수 있다. 냉각수공급부(160)는 냉각수가 애노드 전극체(140) 내부로 유동하도록 애노드 전극체(140) 내부에 형성된 냉각홀(161)과 냉각수가 애노드 전극체(140)로 주입되도록 형성된 냉각수주입구(162) 및 냉각수가 애노드 전극체(140) 내부를 유동하여 냉각한 후 배출될 수 있도록 냉각수배출구(163)를 포함할 수 있다. 즉, 냉각수공급부(160)는 캐소드 전극체(120)와 애노드 전극체(140)에 각각 형성될 수 있다.
가스공급부(150)는 캐소드 전극체(120)와 애노드 전극체(140) 사이에 링 형상으로 배치될 수 있다. 좀 더 상세하게는 가스공급부(150)는 상기 캐소드 전극체(120)의 볼록부(122)에 삽입되는 형태로 배치될 수 있다.
가스공급부(150)는 플라즈마 토치(100) 내부에서 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 가스를 토치 내부로 공급할 수 있다. 일예로, 플라즈마 발생 가스는 N2가스일 수 있다.
또한, 가스공급부(150)는 내부에 공간이 형성된 원통형의 몸체(151) 및 상기 몸체(151)에 형성되어 플라즈마 발생 가스를 주입하는 가스주입관(152)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 가스공급부를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 몸체(151)는 내부에 공간이 형성된 링 형상을 가지며, 캐소드 전극체(120)의 볼록부(122)에 삽입되는 형태로 장착될 수 있다.
가스주입관(152)은 도 3에서와 같이, 상기 몸체(151) 내부 공간의 원주방향에 접하도록 형성되되, 가스주입관(152)은 두 개의 가스주입관(152)이 서로 180°가 되도록 배치하는 것이 바람직하다. 또한, 가스주입관(152)을 통해 배출되는 가스의 배출 압력을 높이기 위해 가스주입관(152)의 가스배출구(154)는 가스주입구(153)보다 직경이 작도록 형성될 수 있다. 즉, 가스주입관(152)의 가스주입구(153)보다 가스배출구(154)의 직경이 작기 때문에 가스배출구(154)를 통해 배출되는 가스를 강하게 분사할 수 있고, 서로 180°이격되어 배치된 가스주입관(152) 구조에 의해 강한 와류를 형성할 수 있다.
가스주입관(152)의 가스배출구(154)의 위치는 가스공급부(150)가 캐소드 전극체(120)의 볼록부(122)에 삽입되었을 때 가스배출구(154)가 볼록부(122)를 바라보도록 배치하는 것이 바람직하다. 이는 가스배출구(154)에서 분사되는 배출가스가 캐소드 전극체(120)의 볼록부(122)를 따라 흐르게 함으로써 캐소드 전극체(120)의 아크 발생부(123)로 가스를 유도하기 위함이다.
도 4는 본 발명의 플라즈마 토치 내부에서 플라즈마 발생 가스의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 가스공급부(150)를 통해 주입되는 플라즈마 발생 가스는 가스공급부(150)의 두 개의 가스주입관(152)을 통해 몸체(151) 내부로 분사된다. 분사된 가스는 캐소드 전극체(120)의 볼록부(122)와 애노드 전극체(140)의 돌출부(147)를 통해 캐소드 전극체(120)의 아크 발생부(123) 방향으로 강하게 인입된다. 아크 발생부(123)로 강하게 인입된 가스는 원통형의 아크 발생부(123)에서 고속 회전하여 강한 와류를 발생시킨다. 이러한 와류에 의해 플라즈마 발생시 안정적인 플라즈마를 유지시킬 수 있기 때문에 저전력 운전에서도 가스처리 효율을 높일 수 있다.
또한, 분사되는 플라즈마 발생 가스의 와류가 약하면 플라즈마 방전시 아크가 발생되는 지점에서 전극이 마모되는 문제가 발생된다. 하지만, 본 발명에 따른 플라즈마 토치(100)는 가스주입관(152)에 의해 강하게 분사되는 가스와 캐소드 전극체(120) 하부에 형성된 홈 형상의 아크 발생부(123) 구조에 의해 강한 와류가 발생되어 일정한 플라즈마를 유지할 수 있기 때문에 전극이 마모되는 것을 감소시킬 수 있다. 따라서, 종래의 플라즈마 토치와 대비하여 전극 수명을 두 배 이상 연장시킬 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 애노드 전극체(140)의 상부 및 하부에는 각각 제1 절연부(170)와 제2 절연부(180)가 더 포함될 수 있다.
제1 절연부(170)는 상기 애노드 전극체(140)의 돌출부(147)를 감싸도록 형성될 수 있다. 제1 절연부(170)는 가스공급부(150)의 하부에 배치되어 캐소드 전극체(120)와 애노드 전극체(140)를 서로 절연시키기 위해 전극 간 거리 유지 역할을 수행한다. 제1 절연부(170)의 재질로는 내열성과 강성이 우수한 절연재질이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제2 절연부(180)는 상기 애노드 전극체(140) 하부를 감싸도록 형성될 수 있다. 제2 절연부(180)는 애노드 전극체(140)와 애노드 전극체(140)를 지지하는 플레이트(미도시) 사이에 배치되어 애노드 전극체(140)를 플레이트로부터 절연시킬 수 있다. 제2 절연부(180)의 재질로는 내열성과 강성이 우수한 절연재질이 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
실험예
본 발명의 플라즈마 토치가 장착된 설비의 폐가스 처리 성능을 평가하기 위하여, 본 발명의 플라즈마 토치와 종래의 플라즈마 토치의 성능 테스트를 실시하였다.
표 1은 성능 테스트를 위한 실험 조건을 나타내고, 표 2 및 표 3은 각각 종래의 플라즈마 토치와 본 발명의 플라즈마 토치에 의한 테스트 결과를 나타낸다.
또한, 도 5는 종래의 플라즈마 토치의 표 2에 대한 실험 결과를 그래프로 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 플라즈마 토치의 표 3에 대한 실험 결과를 그래프로 나타낸 도면이다.
실험을 위한 조건은 표 1에서와 같이, 타겟 가스를 SF6로 하고, 주입되는 가스 종류 및 가스량을 각각 N2, 20LPM으로 하였으며, 플라즈마를 발생시키기 위한 파워는 5kW로 동일하게 테스트를 실시하였다.
Target Gas Inlet Flow Plasma N2 Plasma Power CDA Pressure Method
SF6 50LPM 20LPM 5kW 100LPM -80mmH2O FT-IR
(MIDAC)
Gas 플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 On(ppm) 효율
SF6 930 150 84%
Gas 플라즈마 OFF(ppm) 플라즈마 On(ppm) 효율
SF6 730 10 98%
종래의 플라즈마 토치의 실험결과는 표 2 및 도 5에서와 같이, SF6 가스가 플라즈마 OFF시에는 930ppm에서 플라즈마 On시 150ppm으로 84%의 효율을 보이는 반면, 본 발명에 따른 플라즈마 토치의 실험결과는 표 3 및 도 6에서와 같이, SF6가 플라즈마 OFF시에는 730ppm에서 플라즈마 On시 10ppm으로 98%의 높은 효율을 보이는 것을 확인할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 토치(100)는 플라즈마 발생 가스를 캐소드 전극체(120) 하부에 형성된 원통형의 아크 발생부(123)에 의해 고속 회전하여 강한 와류를 형성할 수 있기 때문에 정밀하고, 안정적인 플라즈마를 유지시킬 수 있으며, 저전력 운전에도 가스처리 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 캐소드 전극체(120)에 형성된 아크 발생부(123)에 의해 플라즈마 발생 가스가 회전하여 일정한 플라즈마를 유지시킬 수 있기 때문에 전극 마모를 줄일 수 있어 전극 수명을 연장시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110 : 캐소드 전극 120 : 캐소드 전극체
121 : 전극 수용홀 122 : 볼록부
123 : 아크 발생부 130 : 커버
140 : 애노드 전극체 141 : 배출부
142 : 제1 배출부 143 : 제2 배출부
144 : 제3 배출부 145 : 제1 경사부
146 : 제2 경사부 147 : 돌출부
150 : 가스공급부 151 : 몸체
152 : 가스주입관 153 : 가스주입구
154 : 가스배출구 160 : 냉각수공급부
161 : 냉각홀 162 : 냉각수주입구
163 : 냉각수배출구 170 : 제1 절연부
180 : 제2 절연부

Claims (13)

  1. 내부가 채워진 기둥 형상을 갖는 캐소드 전극;
    상기 캐소드 전극을 감싸도록 형성되고, 하부가 볼록한 볼록부를 갖는 캐소드 전극체;
    상기 캐소드 전극 및 상기 캐소드 전극체 상부를 덮는 커버;
    상기 캐소드 전극체 하부에 소정거리 이격되어 배치된 애노드 전극체;
    상기 캐소드 전극체와 상기 애노드 전극체 사이에 배치되고, 플라즈마를 발생시키기 위한 플라즈마 발생 가스를 공급하는 가스공급부; 및
    상기 캐소드 전극체 및 상기 애노드 전극체에 냉각수를 공급하기 위한 냉각수공급부를 포함하고,
    상기 가스공급부는, 내부에 공간이 형성된 링 형상의 몸체 및 상기 몸체에 형성되어 가스를 주입하는 가스주입관을 포함하며,
    상기 가스주입관의 가스배출구는 상기 볼록부를 바라보도록 배치되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐소드 전극 하부의 일단은 상기 캐소드 전극체에 소정부분 노출되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 볼록부 내부에는 플라즈마 발생 가스의 와류가 발생되도록 원통 형상의 홈으로 된 아크 발생부가 형성되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아크 발생부는 상기 캐소드 전극의 일단을 소정부분 감싸는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극체 내부에는 하부 방향으로 갈수록 직경이 넓어지는 원통형의 배출부가 형성되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배출부는 하부 방향으로 직경이 다른 제1 배출부, 제2 배출부 및 제3 배출부를 순차적으로 가지며,
    상기 제2 배출부의 직경이 상기 제1 배출부의 직경보다 크게 형성되도록 상기 제2 배출부와 상기 제1 배출부 사이에 형성된 제1 경사부; 및
    상기 제3 배출부의 직경이 상기 제2 배출부의 직경보다 크게 형성되도록 상기 제3배출부와 상기 제2 배출부 사이에 형성된 제2 경사부를 포함하는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극체 상부에는 상부 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스공급부는 상기 볼록부에 삽입되어 배치되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스주입관은 상기 몸체 내부 공간의 원주방향에 접하도록 형성되되, 두 개의 가스주입관이 서로 180°가 되도록 배치되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 가스주입관의 가스배출구 직경은 가스주입구의 직경보다 작게 형성되는 것인 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 애노드 전극체 상부에 배치되고, 상기 캐소드 전극체와 상기 애노드 전극체를 서로 절연시키기 위한 제1 절연부; 및
    상기 애노드 전극체 하부를 감싸도록 형성되고, 상기 애노드 전극체의 하부를 절연시키기 위한 제2 절연부를 더 포함하는 폐가스 처리를 위한 플라즈마 토치.
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