KR102376596B1 - 플라즈마 버너장치 - Google Patents

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KR102376596B1
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plasma burner
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이춘범
오광철
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한국자동차연구원
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Abstract

플라즈마 버너장치에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 플라즈마 버너장치는: 공기 공급부가 연결되는 헤드 하우징부; 헤드 하우징부의 내부에 배치되고, 연료를 분사하도록 분사유로가 형성되는 전극노즐부; 전극노즐부와의 사이에 방전갭을 형성하도록 헤드 하우징부의 내측면에 돌출되게 형성되고, 헤드 하우징부와 전극노즐부에 인가되는 전압에 의해 선회 플라즈마 필드를 형성함에 따라 연료를 착화시키는 방전갭 형성부; 및 배기가스 공급부가 연결되고, 전극노즐부와 방전갭 형성부 사이에서 분사되는 화염에 의해 배기가스를 연소시키는 보염 하우징부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

플라즈마 버너장치{PLASMA BURNER APPARATUS}
본 발명은 플라즈마 버너장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선회 플라즈마 필드에 의해 연료를 연소시키고, 전극노즐부에서 분사되는 연료가 흘러내려 벽면에 침착되는 것을 방지하며, 미연탄화수소의 발생을 최소화할 수 있는 플라즈마 버너장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 버너는 하우징의 내부에 전극을 설치하여 하우징과 전극 사이에 방전 간극을 형성하여 고전압을 인가함으로써 방전 간극에서 방전기체 및 연료로 플라즈마를 발생시킨다. 플라즈마 버너는 화염을 발생시킴에 따라 배기가스의 미연물질을 연소시킨 후 촉매부로 배출한다.
그러나, 종래의 플라즈마 버너는 방전 불안정이 발생하는 경우 연료의 미연소물질이 하우징의 내벽에 다량으로 침착된다. 미연소물질의 침착은 방전 불안정성을 추가하게 되고, 침착된 부산물이 내벽으로 열전달 경로를 형성함으로써 에너지 손실을 유발하고, 연료의 연소 효율을 저하시킬 수 있다.
또한, 화염의 방향이 플라즈마 버너의 벽면을 향할 경우, 화염면과 벽면의 직접적인 접촉에 의하여, 벽면으로의 열손실이 증가되어, 플라즈마 버너의 효율이 저하된다.
따라서, 플라즈마 버너에서 연료의 미연소물질에 따른 고형의 부산물이 하우징의 내벽에 침착되는 것을 방지하는 기술이 요구된다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-0866329호(2008. 10. 27 공개, 발명의 명칭: 플라즈마 버너 및 매연여과장치)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 선회 플라즈마 필드에 의해 연료를 연소시키고, 전극노즐부에서 분사되는 연료가 흘러내려 벽면에 침착되는 것을 방지하며, 미연탄화수소의 발생을 최소화할 수 있는 플라즈마 버너장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 플라즈마 버너장치는: 공기 공급부가 연결되는 헤드 하우징부; 상기 헤드 하우징부의 내부에 배치되고, 연료를 분사하도록 분사유로가 형성되는 전극노즐부; 상기 전극노즐부와의 사이에 방전갭을 형성하도록 상기 헤드 하우징부의 내측면에 돌출되게 형성되고, 상기 헤드 하우징부와 상기 전극노즐부에 인가되는 전압에 의해 선회 플라즈마 필드를 형성함에 따라 연료를 착화시키는 방전갭 형성부; 및 배기가스 공급부가 연결되고, 상기 전극노즐부와 상기 방전갭 형성부 사이에서 분사되는 화염에 의해 배기가스를 연소시키는 보염 하우징부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 방전갭 형성부는 상기 헤드 하우징부의 내측면에서 상기 전극노즐부의 노즐팁부 측으로 수렴되는 수렴부; 및 상기 선회 플라즈마 필드에 의해 화염이 선회되면서 확산되도록 상기 수렴부에서 외측으로 확장되는 확장부를 포함할 수 있다.
상기 수렴부는 상기 확장부 측으로 갈수록 상기 수렴부의 내경이 점차적으로 감소되도록 상기 헤드 하우징부의 중심부 측으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 확장부는 상기 수렴부의 반대측으로 갈수록 상기 확장부의 내경이 점차적으로 증가되도록 상기 헤드 하우징부의 외측으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 확장부는 상기 수렴부에서 상기 헤드 하우징부의 외측으로 경사지게 형성되는 제1확장부; 및 상기 제1확장부에서 연장되고, 상기 헤드 하우징부의 중심부를 기준으로 상기 제1확장부보다 큰 각도로 경사지게 형성되는 제2확장부를 포함할 수 있다.
상기 전극노즐부의 상기 노즐팁부가 상기 수렴부와 상기 확장부의 연결부위를 기준으로 위치 변경됨에 따라 상기 방전갭 형성부의 간격이 조절될 수 있다.
상기 공기 공급부는 상기 헤드 하우징부의 유동통로부에 공급되는 공기를 선회시키도록 상기 헤드 하우징부의 반경방향과 경사지게 연결될 수 있다.
상기 보염 하우징부는 상기 헤드 하우징부가 결합되고, 상기 배기가스 공급부가 연결되는 외부 하우징부; 및 상기 외부 하우징부의 내부에 배치되고, 화염이 분사되도록 상기 방전갭 형성부에 연결되며, 상기 배기가스 공급부에서 공급되는 배기가스가 유입되는 내부 하우징부를 포함할 수 있다.
상기 내부 하우징부는 상기 방전갭 형성부에 연결되고, 복수의 제1가스유입홀이 형성되는 제1가스유입부; 상기 제1가스유입부에 연결되고, 복수의 제2가스유입홀이 형성되는 제2가스유입부; 상기 제2가스유입부에 연결되고, 상기 제1가스유입부와 상기 제2가스유입부로부터 흘러내린 연료가 증발 및 연소되게 하는 연료처리부; 및 상기 연료처리부에 연결되고, 복수의 제3가스유입홀이 형성되는 제3가스유입부를 포함할 수 있다.
상기 연료처리부는 상기 제1가스유입부와 상기 제2가스유입부의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제2가스유입홀은 상기 제1가스유입홀보다 크게 형성되고, 상기 제3가스유입홀은 상기 제2가스유입홀보다 크게 형성될 수 있다.
상기 배기가스 공급부는 상기 외부 하우징부의 반경방향과 경사지게 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 헤드 하우징부의 유동통로부에서 유동되는 공기가 선회 플라즈마 필드에 의해 선회되므로, 선회 공기가 전극노즐부에서 분사되는 연료와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서, 방전갭 형성부에서 연료가 불완전 연소되는 것을 방지함으로써, 전극노즐부에서 분사되는 연료가 방전갭 형성부의 내측면으로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 나아가, 미연소탄화수소가 발생되는 것을 억제하고, 플라즈마 버너장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 헤드 하우징부의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 헤드 하우징부에 공기 공급부가 연결되는 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 전극노즐부와 방전갭 형성부를 개략적으로 도시한 확대도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 방전갭의 간격이 조절되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 보염 하우징부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 플라즈마 버너장치의 일 실시예를 설명한다. 플라즈마 버너장치를 설명하는 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치를 개략적으로 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 헤드 하우징부의 내부 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 헤드 하우징부에 공기 공급부가 연결되는 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 전극노즐부와 방전갭 형성부를 개략적으로 도시한 확대도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 방전갭의 간격이 조절되는 상태를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치에서 보염 하우징부를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 버너장치(100)는 헤드 하우징부(110), 전극노즐부(120), 방전갭 형성부(130) 및 보염 하우징부(150)를 포함한다.
헤드 하우징부(110)에는 공기 공급부(111)가 연결된다. 헤드 하우징부(110)는 전체적으로 원통형으로 형성된다. 헤드 하우징부(110)의 보염 하우징부(150) 측에는 플랜지부(115)가 형성되고, 플랜지부(115)에는 체결부재(154)가 결합되도록 결합홀부(미도시)가 형성된다. 공기 공급부(111)는 공기 압축부(미도시)와 연결된다. 공기 공급부(111)에서 공급되는 공기는 연료를 연소시키기 위해 산소를 제공하는 방전기체이다.
전극노즐부(120)는 헤드 하우징부(110)의 내부에 배치되고, 전극노즐부(120)의 내부에는 연료를 분사하도록 분사유로(121)가 형성된다. 전극노즐부(120)는 원형봉 형태로 형성될 수 있다. 분사유로(121)는 전극노즐부(120)의 길이방향을 따라 직선 형태로 형성된다. 헤드 하우징부(110)의 내측면과 전극노즐부(120)의 외측면 사이에는 공기 공급부(111)에서 분사되는 공기가 유동될 수 있도록 원통형의 유동통로부(113)가 형성된다.
전극노즐부(120)는 헤드 하우징부(110) 사이에는 절연부재(140)가 설치된다. 절연부재(140)는 전극노즐부(120)와 헤드 하우징부(110)를 전기적으로 절연시키도록 전극노즐부(120)와 헤드 하우징부(110)를 이격되게 한다. 절연부재(140)는 헤드 하우징부(110)의 유동통로부(113)를 외부로부터 밀봉시킨다.
전원공급부(미도시)는 전극노즐부(120)에 양극 전압을 인가하고, 헤드 하우징부(110)에 음극 전압을 인가함에 따라 대략 30-35KV 정도의 전압이 인가된다.
방전갭 형성부(130)는 전극노즐부(120)와 방전갭 형성부(130)을 형성하도록 헤드 하우징부(110)의 내측면에 돌출되게 형성되고, 헤드 하우징부(110)와 전극노즐부(120)에 인가되는 전압에 의해 선회 플라즈마 필드를 형성함에 따라 연료를 착화시킨다. 이때, 방전갭 형성부(130)의 간격이 증가될수록 전극노즐부(120)와 헤드 하우징부(110)에 인가되는 전압이 증가되고, 방전갭 형성부(130)의 간격이 감소될수록 방전갭 형성부(130)을 통과하는 공기의 유동저항이 증가된다. 따라서, 인가 전압과 공기의 유동저항을 고려하여 방전갭 형성부(130)의 간격을 적절하게 조절해야 한다.
전극노즐부(120)와 방전갭 형성부(130) 사이에 방전갭 형성부(130)가 형성되므로, 방전갭 형성부(130)에는 복수의 선형 플라즈마가 형성된다. 복수의 선형 플라즈마가 방전갭 형성부(130)에서 선회됨에 따라 선회 플라즈마 필드(rotating plasma field)를 형성한다. 헤드 하우징부(110)의 유동통로부(113)에서 유동되는 공기가 선회 플라즈마 필드에 의해 선회되므로, 선회 공기가 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료와 균일하게 혼합된다. 따라서, 방전갭 형성부(130)에서 연료가 불완전 연소되는 것을 방지함으로써, 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료가 방전갭 형성부(130)의 내측면으로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 미연소탄화수소가 발생되는 것을 억제하고, 플라즈마 버너장치(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.
보염 하우징부(150)는 배기가스 공급부(152)가 연결되고, 전극노즐부(120)와 방전갭 형성부(130) 사이에서 분사되는 화염에 의해 배기가스를 연소시킨다. 차량의 엔진(미도시)에서 배출되는 배기가스는 배기가스 공급부(152)에 유입된다. 따라서, 보염 하우징부(150)에서는 배기가스에 함유된 미연소 연료와 입자성 물질 등이 화염에 의해 연소되거나 처리될 수 있다. 보염 하우징부(150)에서 처리된 배기가스는 촉매부(미도시) 등에 공급됨에 따라 배기가스에 함유된 오염물질이 재처리된 후 외부에 배출된다.
방전갭 형성부(130)는 수렴부(131)와 확장부(133)를 포함한다. 수렴부(131)는 헤드 하우징부(110)의 내측면에서 전극노즐부(120)의 노즐팁부(123) 측으로 수렴되게 형성된다. 확장부(133)는 선회 플라즈마 필드에 의해 화염이 선회되면서 확산되도록 수렴부(131)에서 외측으로 확장된다. 이때, 전극노즐부(120)의 노즐팁부(123)와 수렴부(131) 사이의 간격을 방전갭 형성부(130)라고 한다. 방전갭 형성부(130)의 단면적은 유동통로부(113)의 단면적보다 수배 정도 작게 형성되고, 확장부(133)의 단면적은 방전갭 형성부(130)의 단면적보다 수배 내지 수십배 정도 크게 형성된다. 따라서, 유동통로부(113)의 공기가 수렴부(131)와 노즐팁부(123) 사이의 방전갭 형성부(130)을 통과하면서 압축되고, 방전갭 형성부(130)의 선회 플라즈마 필드에 의해 선회된다. 이어, 방전갭 형성부(130)을 통해 분사되는 공기가 노즐팁부(123)의 둘레를 둘러싸는 형태의 선회류를 형성한다. 이어, 수렴부(131)를 통과하면서 선회 플라즈마 필드에 의해 선회되는 공기와 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료가 확장부(133)를 통과하면서 확산 및 선회되면서 착화된다. 따라서, 방전갭 형성부(130)나 그 근처에서 연료가 불완전 연소되는 것을 방지함으로써, 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료가 수렴부(131)나 확산부의 내측면으로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다.
수렴부(131)는 확장부(133) 측으로 갈수록 수렴부(131)의 내경이 점차적으로 감소되도록 헤드 하우징부(110)의 중심부 측으로 경사지게 형성된다. 수렴부(131)의 내경이 확장부(133) 측으로 갈수록 점차적으로 감소됨에 따라 공기가 압축되고, 압축 공기가 방전갭 형성부(130)을 통과하면서 선회 플라즈마 필드에 의해 보다 빠르게 선회되면서 유동될 수 있다.
확장부(133)는 수렴부(131)의 반대측으로 갈수록 확장부(133)의 내경이 점차적으로 증가되도록 헤드 하우징부(110)의 외측으로 경사지게 형성된다. 이때, 확장부(133)의 단면적이 보염 하우징부(150) 측으로 갈수록 급격하게 증가되므로, 수렴부(131)에서 압축된 공기가 확장부(133)를 통과하면서 급격하게 확산되어 연료와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서, 확장부(133)에서 급격한 압력 강하가 발생됨에 따라 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료가 미립자 형태로 분무화(atomization)되면서 확산 공기와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서, 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료가 하측으로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다.
확장부(133)는 수렴부(131)에서 헤드 하우징부(110)의 외측으로 경사지게 형성되는 제1확장부(133a)와, 제1확장부(133a)에서 연장되고, 헤드 하우징부(110)의 중심부를 기준으로 제1확장부(133a)보다 큰 각도로 경사지게 형성되는 제2확장부(133b)를 포함한다. 제2확장부(133b)가 제1확장부(133a)보다 큰 각도로 경사지게 형성되므로, 수렴부(131)에서 압축된 공기가 제1확장부(133a)와 제2확장부(133b)를 통과하면서 2차에 걸쳐 급격하게 확산되면서 연료와 균일하게 혼합될 수 있다. 또한, 제1확장부(133a)는 연료와 공기가 착화에 가장 적합한 비율로 혼합되도록 하는 공간을 형성하고, 제2확장부(133b)는 화염이 보염 하우징부(150)로 안정되게 분사되도록 하는 공간을 형성한다. 따라서, 제1확장부(133a)와 제2확장부(133b)에서 연료의 불완전 연소가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
전극노즐부(120)의 노즐팁부(123)가 수렴부(131)와 확장부(133)의 연결부위(135)를 기준으로 위치 변경됨에 따라 방전갭 형성부(130)이 조절된다. 이때, 전극노즐부(120)가 절연부재(140)에서 위치 변경됨에 따라 노즐팁부(123)의 위치가 변경된다. 예를 들면, 노즐팁부(123)가 수렴부(131)와 확장부(133)의 연결부위(135)의 좌측에 위치되는 경우, 방전갭 형성부(130)(G1)의 간격이 증가된다(도 5 참조). 또한, 노즐팁부(123)가 연결부위(135)에 일치되는 경우, 방전갭 형성부(130)(G2)의 간격이 상대적으로 작아진다(도 6 참조). 또한, 노즐팁부(123)가 연결부위(135) 보다 우측에 위치되는 경우, 방전갭 형성부(130)(G3)의 간격이 더욱 작아진다(도 7 참조).
따라서, 헤드 하우징부(110)와 전극노즐부(120)에 인가되는 전압의 크기를 증가시키거나 공기의 유동저항을 감소시킬 필요가 있는 경우 방전갭 형성부(130)의 간격을 증가시킬 수 있다. 또한, 헤드 하우징부(110)와 전극노즐부(120)에 인가되는 전압의 크기를 감소시키거나 공기의 유동저항을 증가시킬 필요가 있는 경우 방전갭 형성부(130)의 간격을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 노즐팁부(123)의 위치를 변경시킴에 따라 방전갭 형성부(130)의 간격이 조절되므로, 플라즈마 버너장치(100)의 사양이나 용량에 따라 방전갭 형성부(130)을 적절하게 조절할 수 있다.
공기 공급부(111)는 헤드 하우징부(110)의 유동통로부(113)에 공급되는 공기를 선회시키도록 헤드 하우징부(110)의 반경방향과 경사지게 연결된다. 예를 들면, 공기 공급부(111)는 헤드 하우징부(110)의 법선방향과 평행하게 형성된다. 공기 공급부(111)에서 공급되는 공기가 유동통로부(113)에서 선회되면서 유동되고, 선회 플라즈마 필드를 통과하면서 더욱 빠르게 선회되므로, 공기와 연료의 혼합 효율이 더욱 향상될 수 있다.
보염 하우징부(150)는 외부 하우징부(151)와 내부 하우징부(155)를 포함한다.
외부 하우징부(151)에는 헤드 하우징부(110)가 결합되고, 배기가스 공급부(152)가 연결된다. 외부 하우징부(151)는 전체적으로 원통형으로 형성될 수 있다. 내부 하우징부(155)는 외부 하우징부(151)의 내부에 배치되고, 화염이 분사되도록 방전갭 형성부(130)에 연결되며, 배기가스 공급부(152)에서 공급되는 배기가스가 유입된다. 화염이 내부 하우징부(155)에 분사되는 상태에서 내부 하우징부(155)에 배기가스가 유입되므로, 배기가스에 함유된 미연소 연료와 입자성 물질 등이 화염에 의해 연소되거나 처리될 수 있다. 따라서, 배기가스에 포함되는 오염물질의 배출을 감소시킬 수 있다.
외부 하우징부(151)의 토출측에는 연소된 배기가스를 선회시키도록 스월형성부(153)가 형성된다. 스월형성부(153)는 외부 하우징부(151)의 반경방향으로 경사지게 배치되는 복수의 블레이드(미도시)를 포함한다.
내부 하우징부(155)는 제1가스유입부(156), 제2가스유입부(157), 연료처리부(158) 및 제3가스유입부(159)를 포함한다. 내부 하우징부(155)는 전체적으로 원통형으로 형성된다. 또한, 내부 하우징부(155)와 외부 하우징부(151) 사이에는 배기가스가 유동될 수 있는 공간이 형성된다. 또한, 제1가스유입부(156)와 제2가스유입부(157)가 위치된 구간은 화염이 시작되는 저온영역이고, 연료처리부(158)와 제3가스유입부(159)는 배기가스가 연소되는 고온영역이다.
제1가스유입부(156)는 방전갭 형성부(130)에 연결되고, 복수의 제1가스유입홀(156a)이 형성된다. 제2가스유입부(157)는 제1가스유입부(156)에 연결되고, 복수의 제2가스유입홀(157a)이 형성된다. 연료처리부(158)는 제2가스유입부(157)에 연결되고, 제1가스유입부(156)와 제2가스유입부(157)로부터 흘러내려 고인 연료가 화염이나 열기에 의해 증발 및 연소되게 한다. 연료처리부(158)의 단차부에는 단차부의 둘레방향으로 따라 복수의 가스유입홀(미도시)이 형성된다. 배기가스가 유입되도록 복수의 제3가스유입부(159)는 연료처리부(158)에 연결되고, 복수의 제3가스유입홀(159a)이 형성된다. 제1가스유입홀(156a)과 제2가스유입홀(157a)을 통해 내부 하우징부(155)에 유입되는 배기가스는 방전갭 형성부(130)을 통해 분사되는 화염에 산소를 제공한다. 제3가스유입홀(159a)을 통해 내부 하우징부(155)에 유입되는 배기가스는 화염에 의해 대부분 연소된다.
또한, 플라즈마 버너장치(100)의 초기 구동시, 방전갭 형성부(130)에 공기 압력과 선회 플라즈마 필드가 충분히 형성되지 않은 경우, 전극노즐부(120)에서 분사되는 연료가 확장부(133), 제1가스유입부(156) 및 제2가스유입부(157)로 흘러내릴 수 있다. 이때, 배기가스의 유입압력이 제1가스유입홀(156a)과 제2가스유입홀(157a)이 가해지므로, 흘러내린 연료가 제1가스유입홀(156a)과 제2가스유입홀(157a)를 통해 외부 하우징부(151)로 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 노즐팁부(123)에서 분사된 연료가 플라즈마 버너장치(100)의 방전갭 형성부(130)와의 벽면충돌에 의하여 또는 분무의 불완전성으로 제1가스유입부(156) 및 제2가스유입부(157)로 흘러내리고, 흘러내린 연료가 연료처리부(158)에 고이게 되며, 고온영역인 연료처리부(158)는 화염에 의해 가열됨에 따라 연료처리부(158)에 고여있는 연료가 증발 및 완전 연소된다. 따라서, 미연탄화수소가 발생되는 것을 방지하고, 증발에 의하여 촉매담체의 벽면에 흡장된 연료성분이 냉시동시에 백연으로 배출되는 현상을 방지할 수 있다.
연료처리부(158)는 제1가스유입부(156)와 제2가스유입부(157)의 직경보다 크게 형성된다. 따라서, 제1가스유입부(156)와 제2가스유입부(157)로 흘러내린 연료가 연료처리부(158)에 모아지므로, 연료처리부(158)에 모인 연료가 화염에 의해 증발되거나 연소됨에 따라 연료처리부(158)에서 제거될 수 있다.
제2가스유입홀(157a)은 제1가스유입홀(156a)보다 크게 형성되고, 제3가스유입홀(159a)은 제2가스유입홀(157a)보다 크게 형성된다. 일부의 배기가스가 제1가스유입홀(156a) 및 제2가스유입홀(157a)을 통해 확장부(133) 측으로 유입되므로, 연료의 연소에 필요한 산소가 보충될 수 있다. 또한, 대부분의 배기가스가 화염에 의해 주로 연소되는 위치인 제3가스유입부(159)에 유입된다. 따라서, 배기가스가 연료의 연소에 필요한 산소를 보충하면서도 화염에 의해 재연소될 수 있다.
배기가스 공급부(152)는 외부 하우징부(151)의 반경방향과 경사지게 연결된다. 이때, 배기가스 공급부(152)는 외부 하우징부의 내부에 배기가스를 시계방향으로 선회하도록 공급하고, 방전갭 형성부(130)에서 선회 플라즈마 필드가 시계방향으로 선회하도록 형성된다. 따라서, 외부 하우징부(151)에 유입되는 배기가스는 외부 하우징부(111)의 원주방향을 따라 유동되면서 내부 하우징부(155)의 내부에 공급될 수 있다.
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.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 플라즈마 버너장치 110: 헤드 하우징부
111: 공기 공급부 113: 유동통로부
115: 플랜지부 120: 전극노즐부
121: 분사유로 123: 노즐팁부
130: 방전갭 형성부 131: 수렴부
133: 확장부 133a: 제1확장부
133b: 제2확장부 135: 연결부위
140: 절연부재 150: 보염 하우징부
151: 외부 하우징부 152: 배기가스 공급부
153: 스월형성부 154: 체결부재
155: 내부 하우징부 156: 제1가스유입부
156a: 제1가스유입홀 157: 제2가스유입부
157a: 제2가스유입홀 158: 연료처리부
159: 제3가스유입부 159a: 제3가스유입홀
G: 방전갭

Claims (12)

  1. 공기 공급부가 연결되는 헤드 하우징부;
    상기 헤드 하우징부의 내부에 배치되고, 연료를 분사하도록 분사유로가 형성되는 전극노즐부;
    상기 전극노즐부와의 사이에 방전갭을 형성하도록 상기 헤드 하우징부의 내측면에 돌출되게 형성되고, 상기 헤드 하우징부와 상기 전극노즐부에 인가되는 전압에 의해 선회 플라즈마 필드를 형성함에 따라 연료를 착화시키는 방전갭 형성부; 및
    배기가스 공급부가 연결되고, 상기 전극노즐부와 상기 방전갭 형성부 사이에서 분사되는 화염에 의해 배기가스를 연소시키는 보염 하우징부를 포함하고,
    상기 보염 하우징부는,
    상기 헤드 하우징부가 결합되고, 상기 배기가스 공급부가 연결되는 외부 하우징부; 및
    상기 외부 하우징부의 내부에 배치되고, 화염이 분사되도록 상기 방전갭 형성부에 연결되며, 상기 배기가스 공급부에서 공급되는 배기가스가 유입되는 내부 하우징부를 포함하고,
    상기 내부 하우징부는,
    상기 방전갭 형성부에 연결되고, 복수의 제1가스유입홀이 형성되는 제1가스유입부;
    상기 제1가스유입부에 연결되고, 복수의 제2가스유입홀이 형성되는 제2가스유입부;
    상기 제2가스유입부에 연결되고, 상기 제1가스유입부와 상기 제2가스유입부로부터 흘러내린 연료가 증발 및 연소되게 하는 연료처리부; 및
    상기 연료처리부에 연결되고, 복수의 제3가스유입홀이 형성되는 제3가스유입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방전갭 형성부는,
    상기 헤드 하우징부의 내측면에서 상기 전극노즐부의 노즐팁부 측으로 수렴되는 수렴부; 및
    상기 선회 플라즈마 필드에 의해 화염이 선회되면서 확산되도록 상기 수렴부에서 외측으로 확장되는 확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수렴부는 상기 확장부 측으로 갈수록 상기 수렴부의 내경이 점차적으로 감소되도록 상기 헤드 하우징부의 중심부 측으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 확장부는 상기 수렴부의 반대측으로 갈수록 상기 확장부의 내경이 점차적으로 증가되도록 상기 헤드 하우징부의 외측으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 확장부는,
    상기 수렴부에서 상기 헤드 하우징부의 외측으로 경사지게 형성되는 제1확장부; 및
    상기 제1확장부에서 연장되고, 상기 헤드 하우징부의 중심부를 기준으로 상기 제1확장부보다 큰 각도로 경사지게 형성되는 제2확장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 전극노즐부의 상기 노즐팁부가 상기 수렴부와 상기 확장부의 연결부위를 기준으로 위치 변경됨에 따라 상기 방전갭 형성부의 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급부는 상기 헤드 하우징부의 유동통로부에 공급되는 공기를 선회시키도록 상기 헤드 하우징부의 반경방향과 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연료처리부는 상기 제1가스유입부와 상기 제2가스유입부의 직경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제2가스유입홀은 상기 제1가스유입홀보다 크게 형성되고,
    상기 제3가스유입홀은 상기 제2가스유입홀보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배기가스 공급부는 상기 외부 하우징부의 반경방향과 경사지게 연결되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 버너장치.
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