KR102244519B1 - 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치 - Google Patents

대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치를 개시한다.
본 발명의 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치는, 전력과 연료 및 산소의 공급을 제어하는 제어기; 연소반응이 시작되기 전 불꽃을 발생시키는 착화기; 상기 제어부로부터 신호를 인가받아 연료 및 산소를 공급하는 연료공급기 및 산소공급기; 상기 제어부로부터 신호를 인가받아 알에프를 생성하여 연소기 내부로 알에프를 공급하는 알에프공급기; 상기 연료공급기와 산소공급기에 연결되어 연료와 산소를 공급받으며, 알에프 공급기로부터 공급받은 알에프로써 플라즈마 방전을 일으켜 연소반응이 일어나는 연소기; 상기 연소기로부터 발생되는 열을 회수하기 위한 열교환기 및 이 연소기로부터 배출되는 연소가스 중 불순물과 환경유해물질을 걸러내기 위한 스크러버로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 연소챔버의 대형화가 가능함에 따라 폐기물 처리효율을 높일 수 있으며, 특히 연소챔버내에서 연료를 완전연소시킬 수 있음에 따라 환경오염물질의 발생을 억제할 수 있는 이점이 있다.
또한, 플라즈마 방전크기에 제약을 받지 않고 연소챔버의 내부 공간 전체에 대한 플라즈마 방전을 유도하여 완전연소를 도모할 수 있음에 따라 환경오??물질의 발생억제와 함께 연소효율의 극대화를 꾀할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

Description

대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치{RF plasma incineration device capable of forming large area discharge space}
본 발명은 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소각시설이나 산업용 보일러 등의 연소챔버의 내부에 알에프를 조사하여 대면적의 방전공간을 형성시킴으로써 연소효율을 높이고 완전연소를 구현하여 환경오염을 방지할 수 있는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치에 관한 것이다.
최근 들어 일회용품 사용 급증으로 인한 일회용 폐기물을 비롯하여 다양한 형태의 산업 폐기물 배출이 증가하고 있는 추세에 있으며, 환경부에 따르면 2019년 기준 한국의 하루 평균 폐기물 처리량은 26만t이며, 2001년부터 2019년까지 연평균 3.2%씩 꾸준하게 증가하고 있고, 온라인 쇼핑이나 배달 음식 문화 확산으로 생활 쓰레기는 더욱 늘어나고 있다.
한편, 폐기물 처리를 위한 처리 산업은 정부가 허가권을 갖고 총량이나 오염물질 배출 등을 제한하는 규제 산업에 속함에 따라 신규 설립이나 증설을 위해서는 여러 허가절차를 통과해야 하므로 사실상 진입이 어려운 실정이다. 또한, 폐기물 처리를 위한 관련 시설을 설립하려고 해도 지역 주민 반대로 인한 진입장벽으로 인한 어려움으로 인해 사실상 신규 설립이 곤란하다.
또한, 소각 시설은 2013년 503개에서 2019년 400개로 감소되었으며, 매립 시설 역시 같은 기간 292개에서 270개로 줄어들었다. 잔여 매립 용량 역시 2013년 2억8000만㎡에서 2019년 2억6000만㎡로 감소하고 있어 결국 폐기물의 배출량은 늘어나고 있는 반면 이를 처리하기 위한 관련 시설이 감소되는 현상으로 인해 지난 5년간 매립 단가와 소각 단가는 각각 연평균 15%, 9%씩 상승했고, 이로 인해 폐기물을 무단으로 매립하거나 방류하는 등의 폐단을 초래하였다.
따라서, 폐기물을 효율적으로 소각 처리하기 위한 연구개발의 필요성이 절실히 요거되고 있는 실정이다.
일반적으로 소각 관련 기술로는 크게 직접소각방식과 용융소각방식으로 분류할 수 있으며, 직접소각방식으로는 스토카(Stocker) 방식, 유동상로(Fluidized bed furnace) 방식, 로타리 킬른(Rotary kiln) 방식 등으로 구분되고, 용융소각방식으로는 플라즈마 소각로(Plasma system), 샤프트 소각로(Shaft furnace type) 등이 알려져 있다.
이러한 직접소각방식은 비교적 저온인 800~1200℃에서 폐기물을 단순히 연소하는 방식이 대부분이며, 이러한 방식은 연소온도가 낮아 연소 후 중금속 등을 함유한 회(Ash)분이 발생하며, 심각한 환경문제로 대두되고 있는 다이옥신(Dioxine), 퓨란(Furan) 등의 맹독성 유해물질을 다량 발생시키는 심각한 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해서는 SCR(Sacrfice catalyst reduction) 설비 등의 추가를 필요로 함에 따라 투자비와 유지관리의 부담이 갈수록 가중되는 문제점이 있다.
한편, 소각과정에서 필연적으로 발생하는 다이옥신은 폐기물의 소각시 300℃ 부근에서 발생량이 최대가 되는 것으로 알려져 있으며, 특히 일회용품의 사용량이 증가함에 따라 발포플라스틱 등의 난분해성으로서 처리가 곤란한 플라스틱류와 인체에 유해한 화학합성물질 등의 폐기물이 매년 급격하게 증가하고 있다.
이러한 다이옥신(Dioxine), 퓨란(Furan) 등의 환경오염물질의 발생량을 억제하기 위한 대안기술로 샤프트(Shaft) 소각로와 플라즈마(Plasma) 소각로로 대별된다.
먼저, 샤프트(shaft) 방식은 용융소각법으로 피소각물과 환원제를 혼합, 장입하여 대형의 용융로에서 용융소각하고 폐기물의 가연성분을 열분해 가스화시키고 불연분을 용융시켜 슬래그(slag) 처리하는 방식으로서, 대량의 폐기물을 처리할 수 있으나 과도한 보조연료를 필요로 하고 설비 대형화에 따른 폐기물의 저장, 운송 등의 물류시스템을 갖추어야 하는 등 경제성이 낮은 문제점을 가지고 있다.
또 다른 기술인 플라즈마 소각로는 초고온의 플라즈마 열집속력을 이용하여 반응로를 1300℃ 이상의 고온으로 유지시켜 열분해 작용을 통한 폐기물을 용융 소각하는 방식으로서, 빠른 반응속도, 연속조업 및 설치면적을 최소화할 수 있으나, 플라즈마 방전 면적이 제한적이어서 연소를 위한 설비의 대형화가 곤란하여 처리용량에 한계가 있으며, 전극의 교체 주기가 짧아 잦은 교체작업에 따른 유지관리의 어려움과 경제적인 부담이 가중되고, 전력 에너지의 사용량이 높음에 따라 경제성이 낮은 문제점이 있다.
등록특허 제10-0733331호(2007.06.22.) 등록특허 제10-1136166호(2012.04.05.) 공개특허 제10-2013-0143470호(2013.12.31.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 폐기물 소각 등의 대형 처리 환경에 대응할 수 있도록, 알에프를 소각 챔버내에 공급하고 이를 균일하게 분포하도록 하여 플라즈마 방전공간의 크기를 대형화시킴으로써 연소효율의 향상과 완전연소를 도모할 수 있는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 간소한 구조를 통해 경제적인 제조와 유지관리를 가능하게 하여 운영의 효율성과 경제성을 높일 수 있도록 하고, 구조가 간소하여 설계의 자유도가 높음에 따라 다양한 소각설비나 산업용 보일러 뿐만 아니라 화학물질 처리시설이나 바이러스나 세균 등의 병원균을 취급하는 시설의 폐기물 처리에도 적용할 수 있는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치는, 전력과 연료 및 산소의 공급을 제어하는 제어기; 연소반응이 시작되기 전 불꽃을 발생시키는 착화기; 상기 제어부로부터 신호를 인가받아 연료 및 산소를 공급하는 연료공급기 및 산소공급기; 상기 제어부로부터 신호를 인가받아 알에프를 생성하여 연소기 내부로 알에프를 공급하는 알에프공급기; 상기 연료공급기와 산소공급기에 연결되어 연료와 산소를 공급받으며, 알에프 공급기로부터 공급받은 알에프로써 플라즈마 방전을 일으켜 연소반응이 일어나는 연소기; 상기 연소기로부터 발생되는 열을 회수하기 위한 열교환기 및 이 연소기로부터 배출되는 연소가스 중 불순물과 환경유해물질을 걸러내기 위한 스크러버로 구성된 것에 그 특징이 있다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 알에프공급기는 다수의 알에프 공급부와, 다수의 알에프 공급부가 연소기로 공급한 알에프 출력량 또는 알에프 반사량을 측정하는 알에프 감지기 및 이 알에프 감지기로부터 감지신호를 인가받아 상기 알에프 공급부의 출력을 개별제어하는 알에프 제어기로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 열교환기는 상기 연소기의 외벽을 감싸는 구조의 하우징 형태로 제공되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 연소기의 내벽면은 상기 알에프 공급기에서 조사되는 알에프에 대한 반사를 유도하기 위하여 오목 혹은 볼록한 패턴을 갖는 난반사 내벽면을 형성한 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 제어기는 상기 연소기에서 배출되는 배기가스 내의 성분과 온도를 각각 검출정보를 제공받아 이를 기초로 상기 연소기에 공급되는 연료량, 산소량, 알에프 출력량을 연동 제어하는 연소제어모듈로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 연소기의 외부에 설치되어 배기되는 연소가스에 대한 실시간 가스성분과 온도정보를 취득하기 위한 배기 가스분석모듈 및 배기 온도측정모듈로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 연소기의 내부에 설치되어 연소가스에 대한 실시간 가스성분과 온도정보를 취득하기 위한 연소 가스분석모듈 및 연소 온도측정모듈을 포함하여 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 연소기의 내부의 연소가스와 외부로 배출되는 배기가스에 대한 실시간 정보를 취득하기 위한 수단으로 분광분석기가 설치되는 것에 있다.
본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치는 연소챔버의 대형화가 가능함에 따라 폐기물 처리효율을 높일 수 있으며, 특히 연소챔버내에서 연료를 완전연소시킬 수 있음에 따라 환경오염물질의 발생을 억제할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 구조가 간소하여 소각설비나 산업용 보일러 등의 다양한 연소설비에 용이하게 적용할 수 있으며, 이외에도 화학 및 의료 폐기물에 대한 완전연소가 가능함에 따라 산업상 유용한 효과가 기대된다.
또한, 플라즈마 방전크기에 제약을 받지 않고 연소챔버의 내부 공간 전체에 대한 플라즈마 방전을 유도하여 완전연소를 도모할 수 있음에 따라 환경오??물질의 발생억제와 함께 연소효율의 극대화를 꾀할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
또한, 플라즈마 방전에 의해 완전연소를 도모하는 과정에서 온도상승이 이루어짐에 따라 일정 용융온도에서 고체가 액체로 변화되는 용융수단을 제공하는 효과가 기대된다. 일례로, 플라즈마 방전에 따라 온도가 상승하게 되면, 섭씨 400~500도에서 소다유리, 섭씨 1300~1700도에서 석영유리, 산화알루미나늄 함량에 따라 차이가 있을 수 있지만 섭씨 약 2000도에서 시멘트를 용융시킬 수 있으며, 소각용 폐기물에서 이러한 고체를 용융시킴으로써 고형화 시켜 별도 채취함으로써 유리 혹은 석재 등을 활용한 건설용 골재로 활용할 수도 있는 이점이 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 구성을 설명하기 위한 구성도,
도 2 및 도 3은 도 1의 변형 실시례를 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 동작 구성을 설명하기 위한 모식도,
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 여러 실시례를 나타낸 모식도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시례에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 구성을 설명하기 위한 구성도이다.
도면에는, 각 구성요소와 회로 연결되어 제어신호를 출력하는 제어기(1)와, 이 제어기(1)로부터 제어신호를 인가받아 동작되는 것으로 연소기(5) 내에서 연소반응이 시작되기 전 불꽃을 일으키는 착화기(2) 그리고 상기 제어기(1)로부터 신호를 인가받아 연료를 공급하는 연료공급기(3) 및 산소를 공급하는 산소공급기(6)와, 상기 제어기(1)로부터 제어신호를 인가받아 알에프를 출력하여 연소기(5)의 내부로 알에프를 공급하는 알에프공급기(4)와, 상기 연료공급기(3)와 산소공급기(6)에 연결되어 연료와 산소를 공급받으며 일측에는 착화기(2)에 의해 점화가 이루어지는 것으로 상기 알에프공급기(4)로부터 공급받은 알에프로써 플라즈마 방전을 일으켜 연소반응이 일어나는 연소기(5)와, 상기 연소기(5)로부터 발생되는 열을 회수하기 위한 열교환기(7) 및 이 연소기(5)로부터 배출되는 배기가스 중 불순물과 잔류 환경유해물질을 걸러내기기 위한 스크러버(8)로 이루어진 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3은 도 1의 변형 실시례를 나타낸 구성도로서, 도 2는 전력과, 연료와 산소의 공급을 제어하는 제어기(1) 및 이 제어기(1)에 회로 연결되어 제어신호를 인가받아 동작이 제어되는 착화기(2)와 연소기(5) 및 산소공급기(6)와, 상기 연소기(5)와 산소공급기(6)로부터 각각 연료와 산소를 공급받아 상기 착화기(2)에 의해 점화가 이루어지는 것으로 내부에 알에프 제어기로부터 제어신호를 받아 알에프를 발진하는 하나 또는 다수의 알에프공급기(4)에 의해 알에프를 공급받아 플라즈마 방전을 일으켜 연소반응이 일어나는 연소기(5)와, 이 연소기(5)에서 발생하는 열을 회수하기 위한 열교환기(7) 및 상기 연소기(5)에서 배출되는 배기가스 중에 포함된 유해물질을 제거하기 위한 스크러버(8)로 이루어지진 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치가 도시되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 동작 구성을 설명하기 위한 모식도이다.
도면에는 외체를 형성하는 것으로 하우징 형태로 제공되어 그 내부에 연소기(5)를 수용하는 형태를 갖는 열교환기(7) 및 이 열교환기(7)의 내부에 구비되어 연료와 산소를 공급받는 것으로 연소된 배기가스를 배출하기 위한 배출관로를 구비한 연소기(5) 및 그리고 상기 연소기(5)의 내부에서 연소반응이 시작되기 전에 불꽃을 발생시키는 착화기(2)의 구성이 도시되어 있으며, 상기 연소기(5)는 그 내부에 알에프공급기(4)에서 조사되는 알에프에 의한 플라즈마(9) 방전영역이 형성된다.
도 5는 복수의 알에프공급기(4)가 배치되어 대면적의 플라즈마 방전 영역을 형성하기 위한 구성을 나타낸 것이다.
도면에는 연소기(5)에서 발생하는 열을 회수하기 위한 열교환기(7)와, 이 열교환기(7)의 내부에 구비되어 연료와 산소 그리고 복수의 알에프공급기(4)로부터 알에프를 조사받아 대면적의 플라즈마를 형성하여 착화기(2)에 의해 점화되어 연소반응이 일어나는 연소기(5)로 이루어진 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 일 실시례에 따른 구성이 도시되어 있다.
도 6 내지 도 8은 단일의 알에프공급기(4)로부터 알에프를 공급받아 내부에 플라즈마 방전 영역을 확장시킬 수 있도록 하기 위한 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치가 도시되어 있다.
도 6에는 연소기(5)의 내벽면에 간격을 두고 일체로 돌출 형성된 볼록형RF반사부(95)가 형성된 구성을 나타내고 있으며, 상기 알에프공급기(4)에서 조사된 알에프는 상기 볼록형RF반사부(95)의 곡면에 난반사됨에 따라 결과적으로 연소기(5)의 내부에 알에프가 균일하게 분포되도록 유도한다.
도 7에는 연소기(5)의 내벽면에 간격을 두고 부착식볼록형RF반사부(96)가 부착 구비된 구성을 나타내고 있으며, 상기 알에프공급기(4)에서 조사된 알에프는 상기 부착식볼록형RF반사부(96)의 곡면에 난반사됨에 다라 결과적으로 연소기(5)의 내부에 알에프가 균일하게 분포되도록 유도한다.
도 8은 연소기(5)의 내벽면에 균일한 간격을 두고 오목한 홈 형태의 오목형RF반사부(97)가 형성된 구성을 나타내고 있으며, 상기 알에프공급기(4)에서 조사된 아프는 상기 오목한 홈 형태로 제공되는 오목형RF반사부(97)에 난반사되어 상기 연소기(5)의 내부 전체에 알에프가 균일하게 분포되도록 유도한다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치가 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치은, 전력, 연료, 산소공급을 제어하는 제어기(1)와, 초기 점화를 위한 착화기(2)와, 연소기(5)의 내부로 연료공급을 위한 연료공급기(3) 및 연소기(5)의 내부로 RF공급을 위한 RF공급기(4) 그리고 연소반응을 형성하기 위한 연소기(5)와, 이 연소기(5)의 내부로 산소공급을 위한 산소공급기(6) 및 연소기(5)에서 발생되는 열을 회수하기 위한 열교환기(7) 및 상기 연소기(5)에서 배출되는 배기가스 중에 포함될 수 있는 환경유해화합물 등의 유해물질을 제거하기 위한 스크러버(8)로 구성된다.
제어기(1)는 전력과 연료 및 산소의 공급을 제어하는 요소이다.
이러한 제어기(1)는 상기 연소기(5)에서 배출되는 배기가스 내의 성분과 온도를 각각 검출정보를 제공받아 이를 기초로 상기 연소기에 공급되는 연료량, 산소량, 알에프 출력량을 연동 제어하는 연소제어모듈(미부호)과, 상기 연소기(5)의 외부에 설치되어 배출되는 배기 가스에 대한 실시간 가스성분과 온도정보를 취득하기 위한 배기 가스분석모듈(미부호) 및 배기 온도측정모듈(미부호)와, 상기 연소기(5)의 내부에 설치되어 연소가스에 대한 실시간 가스성분과 온도정보를 취득하기 위한 연소 가스분석모듈(미부호) 및 연소 온도측정모듈(미부호)을 포함하는 구성이다.
이외에도 상기 연소기(5)의 내부 연소가스와 외부로 배출되는 배기가스에 대한 실시간 정보를 취득하기 위한 수단으로 분광분석기(미부호)가 설치되는 것도 가능하다.
이러한 구성의 제어기(1)는 연소기(5)의 내부의 연소가스와, 외부로 배출되는 배기가스의 가스성분과 온도를 실시간 측정하여, 설정값에 도달하는지 여부를 비교 판단하고, 완전연소를 위한 연료와 산소 그리고 알에프공급기(4)의 출력량을 제어하게 된다.
일례로, 연소기(5)의 내부 온도가 낮거나 높은 경우에는 완전연소를 위한 최적의 온도로 기 설정된 기준온도값과 비교하여 연료와 산소 및 알에프공급기(4)의 공급량 내지는 출력량을 높이거나 낮추는 제어신호를 연료공급기(3)와 산소공급기(6) 그리고 알에프공급기(4)에 인가하게 된다.
착화기(2)는 연소기(5)의 내부에 초기 불꽃을 일으킬 수 있도록 하기 위한 것으로, 전기식 착화기 등이 사용될 수 있으며, 이외에도 제어신호에 의해 착화를 유발할 수 있는 특징을 갖는다면 공지의 다양한 기술에 의해 실시되어도 무방하다.
알에프공급기(4)는 연소기(5)의 내부에 알에프를 조사하여 그 내부에 플라즈마 방전을 발생시키는 요소이다.
이러한 알에프공급기(4)는 하나 또는 복수(411,412,413,414)로 구성될 수 있으며, 이외에도 알에프 방출량을 측정하기 위한 알에프 측정기 그리고 알에프 공급기의 동작을 제어하기 위한 알에프 제어기(410)로 구성된다.
부연 설명을 하면, 본 발명의 알에프공급기(4)는 제어기(1)로부터 제어신호를 인가받아 알에프를 발생시키는 발진요소로, 상기 연소기(5)의 내부에 알에프 조사가 가능하도록 하나 또는 복수개가 설치될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 연소기(5)의 내벽면에 설치되어 상기 연소기(5)의 연소공간에 알에프가 균일하게 조사될 수 있도록 배치되는 것을 제안한다.
한편, 상기 알에프 측정기(미부호)는 상기 알에프공급기(4)에서 발생하는 알에프 출력량 또는 상기 연소기(5)의 내부의 알에프 반사량 신호를 측정하기 위한 감지요소로, 측정된 값은 후술할 제어기(1) 또는 알에프 제어기(410)로 인가하도록 회로 구성된다.
상기 알에프 제어기(410)는 상기 알에프 측정기로부터 측정신호를 인가받아 알에프의 출력을 설정치 범위 내에 유지되도록 제어하는 요소로, 알에프 측정값이 설정값에 도달하지 못하는 경우 설정값에 도달하도록 알에프공급기(4)의 출력량을 높이거나 또는 복수의 알에프공급기(411,412,413,414))를 구비한 경우 상기 연소기(5) 내부에 알에프가 균일하게 조사될 수 있도록 상기 연소기(5)의 중심부분과 연소기 내의 특정부분의 알에프를 측정하여 분포도에 따라 해당 위치의 알에프 공급기의 출력을 가감하는 제어역할을 수행한다.
이러한 알에프 제어기(410)는 별도로 구성되거나 도는 앞서 설명한 제어기(1)에 포함되는 것도 무방하다.
연소기(5)는 내부에 연소반응을 일으킬 수 있도록 연소공간을 제공하는 것으로, 외부는 열교환기(7)가 구비되어 연소과정에서 발생된 열을 회수하여 재활용하도록 구성된다.
이러한 연소기(5)는 연소반응을 일으킬 수 있도록 외부로부터 연료와 산소를 공급받는 구성이며, 이외에도 단일 또는 복수 설치된 알에프공급기(4)에 의해 그 내부인 연소공간으로 알에프가 조사되어 플라즈마 방전이 유도되는 구성이다.
한편, 연소기(5)는 그 내부의 연소가스의 성분과 온도를 측정하기 위하여 가스측정기나 분광분석기, 열화상 분석기 및 온도측정기가 선택적으로 설치될 수 있으며, 이들 가스측정기나 분광분석기 및 온도측정기를 통해 측정된 정보는 제어요소인 제어기(1)에 인가되며, 상기 제어기(1)는 이러한 측정정보를 기초로 연소기(5) 내부의 연소 내지는 플라즈마 방전조건을 제어하는 제어신호를 출력한다.
이외에도, 상기 연소기(5)는 내부의 온도 또는 상기 연소기(5)에서 배출되는 배기가스의 온도 중 어느 하나 또는 둘 모두를 측정하기 위한 온도측정기가 설치될 수 있으며, 이러한 온도측정기 역시 제어기에 감지신호를 인가하여 연소기(5) 내의 완전연소 내지는 최적의 플라즈마 방전조건 형성을 위한 정보로 활용된다.
연료공급기(3)는 상기 연소기(5)의 내부로 엘피지, 알코올, 암모니아스 등의 보조연료를 공급하기 위한 요소로, 연료를 저장하는 연료저장탱크와, 연료를 공급하기 위한 연료공급펌프 및 상기 연소기(5)의 내부에 연료를 주입하기 위한 연료관 등으로 구성될 수 있다.
이러한 연료공급기(3)의 구성은 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
산소공급기(6)는 상기 연료공급기(3)와 마찬가지로 상기 연소기(5)의 내부로 연소에 필요한 산소를 공급하기 위한 요소로, 산소를 저장하는 산소저장탱크와, 산소를 공급하기 위한 펌프 및 상기 연소기(5)의 내부에 산소를 주입하기 위한 산소관 등으로 구성될 수 있으며, 이러한 구성역시 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
스크러버(8)는 상기 연소기(5)에서 배출되는 배출 가스 중에 포함된 극성화합물을 비롯한 유해물질을 제거하기 위한 것으로, 배기가스 처리를 위한 공지의 다양한 스크러버(8)가 사용되어도 무방하다.
일례로, 본 발명에서는 공지의 스크러버 중 습식 방식의 스크러버가 사용되는 것을 제안하며, 이러한 습식 스크러버는 액체를 이용해서 가스 속에 부유하는 고체 또는 액체 입자를 포집(捕集)하기 위한 것으로, 먼지를 포함한 가스 속으로 액체를 분산시켜, 입자와 액체 방울과의 충돌, 확산에 의한 미소 입자의 접촉, 습도 증가에 의한 입자의 부착 응집, 액막에 의한 포집 입자의 재비산 방지, 응축에 의한 입자 지름의 증대 등에 의해 입자의 포집을 용이하게 함으로써 상기 연소기(5)에서 배출되는 배기가스 중에 포함된 극성화합물을 비롯한 유해물질을 제거한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 연소기(5)의 내부에 플라즈마 방전반응을 일으키기 전 초기단계에서, 연소활성화를 위한 엘피지 내지는 등유, 암모니아, 알코올 등의 보조연료가 산소와 함께 연소기(5)의 내부에 공급되면, 착화기(2)가 불씨를 형성하고, 이때 알에프공급기(4)에서 공급되는 알에프는 작은 불씨를 시작으로 하되 공급되어진 연소 활성화를 위한 보조연료 및 산소와 함께 알에프 플라즈마 방전을 일으키게 된다.
이렇게 발생되어진 플라즈마는 공급되어지는 알에프에 의해 연소기(5)의 내부 전체로 플라즈마 방전 현상이 확장되어 결과적으로 연소기(5)의 내부 전체공간에서 플라즈마 반응이 일어나며, 이 과정에서 완전연소와 플라즈마 방전이 이루어진다.
또한, 이미 형성되어진 플라즈마 방전 현상에 의하여 연소가스가 극성을 띠게 되고, 후단에 설치한 스크러버를 통과하면서 잔존하는 유해물질이 걸러지게 된다.
특히, 본 발명의 알에프공급기(4)는 연소기(5)의 내부로 알에프를 공급하되, 균일 분포 가능한 난반사 내벽면을 형성함과 아울러 상기 연소기(5)의 내부 온도와 가스성분 측정 그리고 배출가스의 온도와 가스성분을 측정하고 이러한 측정정보를 기초로 연료와 산소 그리고 알에프공급기(4)의 공급량 내지는 출력량을 실시간 정밀 제어함으로써 결과적으로 알에프가 연소기(5) 내부 전체에 균일하게 분포된 상태에서 연소가 이루어지므로 플라즈마 발생 공간의 크기를 대형화시킬 수 있다.
즉, 상기 연소기(5)에서 배출되는 배기가스 내지는 연소기(5)의 내부의 연소가스에 대한 실시간정보를 취득하기 위한 수단으로서, 가스측정기, 온도측정기, 열화상분석기 내지는 분광분석기를 설치하여 취득된 정보를 바탕으로 RF출력량, 연소공급량 혹은 산소공급량을 조절하여 연소내지는 플라즈마 방전 효율을 높일 수 있으므로 기가스에 함유된 유해물질에 대한 효과적인 제거 또는 감소가 가능하다.
한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1: 제어기 2: 착화기 3: 연료공급기
4: 알에프공급기 5: 연소기 6: 산소공급기
7: 열교환기 8: 스크러버 95: 볼록형RF반사부
96: 부착식볼록형RF반사부 97: 오목형RF반사부
410: RF제어기 411: RF공급기1 412: RF공급기2
413: RF공급기3 414: RF공급기4 710: 열교환기2

Claims (9)

  1. 전력과 연료 및 산소의 공급을 제어하는 제어기;
    연소반응이 시작되기 전 불꽃을 발생시키는 착화기;
    상기 제어기로부터 신호를 인가받아 연료 및 산소를 공급하는 연료공급기 내지는 산소공급기;
    상기 제어기로부터 신호를 인가받아 알에프를 생성하여 연소기 내부로 알에프를 공급하는 알에프공급기;
    상기 연료공급기 내지는 산소공급기에 연결되어 연료 내지는 산소를 공급받으며, 알에프 공급기로부터 공급받은 알에프로써 플라즈마 방전을 일으켜 연소반응이 일어나는 연소기;
    상기 연소기로부터 발생되는 열을 회수하기 위한 열교환기 및 이 연소기로부터 배출되는 연소가스 중 불순물과 환경유해물질을 걸러내기 위한 스크러버;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 알에프공급기는 다수의 알에프 공급기와, 다수의 알에프 공급부가 연소기로 공급한 알에프 출력량 또는 알에프 반사량을 측정하는 알에프 감지기 및 이 알에프 감지기로부터 감지신호를 인가받아 상기 알에프 공급부의 출력을 개별제어하는 알에프 제어기;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 열교환기는 상기 연소기의 외벽을 감싸는 구조의 하우징 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 연소기의 내벽면은 상기 알에프 공급기에서 조사되는 알에프에 대한 반사를 유도하기 위하여 오목볼록한 패턴을 갖는 난반사 내벽면을 형성한 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 제어기는 상기 연소기에서 배출되는 배기가스 내의 성분과 온도를 각각 검출정보를 제공받아 이를 기초로 상기 연소기에 공급되는 연료공급량 내지는 산소공급량, 그리고 알에프 출력량을 연동 제어하는 연소제어모듈; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 연소기의 외부에 설치되어 배기되는 연소가스에 대한 실시간 가스성분과 온도정보를 취득하기 위한 배기 가스분석모듈 및 배기 온도측정모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 연소기의 내부에 설치되어 연소가스에 대한 실시간 가스성분과 온도정보를 취득하기 위한 연소 가스분석모듈 및 연소 온도측정모듈을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 연소기의 내부의 연소가스와 외부로 배출되는 배기가스에 대한 실시간 정보를 취득하기 위한 수단으로 분광분석기가 설치되는 것을 특징으로 하는 대면적 방전공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 연소기의 내부의 고형 폐기물을 용융시킨 후 잔존하는 고형폐기물을 배출하는 공간 형성이 가능한 알에프 플라즈마 소각장치.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100733331B1 (ko) 2005-12-22 2007-06-29 주식회사 포스코 알에프 플라즈마 연소기술에 의한 나노 엠피피 분말 제조방법
KR20100005334A (ko) * 2008-07-07 2010-01-15 김익년 폐가스 분해용 플라즈마 반응기와 이를 이용한 가스스크러버
KR101136166B1 (ko) 2011-11-07 2012-04-17 주식회사 네패스 플라즈마 토치 장치 및 플라즈마 토치를 이용한 소각 설비
KR20130143470A (ko) 2012-06-21 2013-12-31 (주)플래닛 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비
KR20140029658A (ko) * 2012-08-29 2014-03-11 한국에너지기술연구원 폐가스 소각장치 및 소각방법
KR20170070853A (ko) * 2013-01-17 2017-06-22 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100733331B1 (ko) 2005-12-22 2007-06-29 주식회사 포스코 알에프 플라즈마 연소기술에 의한 나노 엠피피 분말 제조방법
KR20100005334A (ko) * 2008-07-07 2010-01-15 김익년 폐가스 분해용 플라즈마 반응기와 이를 이용한 가스스크러버
KR101136166B1 (ko) 2011-11-07 2012-04-17 주식회사 네패스 플라즈마 토치 장치 및 플라즈마 토치를 이용한 소각 설비
KR20130143470A (ko) 2012-06-21 2013-12-31 (주)플래닛 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비
KR20140029658A (ko) * 2012-08-29 2014-03-11 한국에너지기술연구원 폐가스 소각장치 및 소각방법
KR20170070853A (ko) * 2013-01-17 2017-06-22 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 처리 장치 및 플라즈마 처리 장치의 운전 방법

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