KR102625384B1 - Plasma torch and method for treating object gas using it - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고속, 고온의 플라즈마 흐름을 노즐(2) 내에 발생시키는 플라즈마 토치에 있어 노즐(2)은 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 통과 및 배출되는 플라즈마 통로(11) 및 플라즈마 출구(12), 액체가 통과 및 배출되는 액체 통로(21) 및 액체 출구(22), 액체 출구(22)로부터 배출된 액체가 액체 필름층(32)을 형성하는 젖음면(31)을 포함하고 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 액체 필름층(32)을 전단시켜 미세액적(7)을 생성시키는 액적 생성부(33)를 포함하는 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma torch that generates a high-speed, high-temperature plasma flow within a nozzle (2), wherein the nozzle (2) has a plasma passage (11) and a plasma outlet (12) through which accelerated and heated plasma (5) passes and is discharged. , a liquid passage 21 and a liquid outlet 22 through which liquid passes and is discharged, and a wetted surface 31 where the liquid discharged from the liquid outlet 22 forms a liquid film layer 32, and is accelerated and heated. It relates to a plasma torch including a droplet generator 33 in which plasma 5 shears the liquid film layer 32 to generate microdroplets 7 and a method of treating a target gas using the same.
Description
본 발명은 막힘 및 손상 없이 액체를 기화시키며 기화물, 플라즈마 및 외기 간의 혼합을 강화시키는 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma torch that vaporizes liquid without clogging or damage and enhances mixing between vaporization, plasma, and external air, and a method of treating target gas using the same.
플라즈마에 액체를 투입하고 이를 기화시켜 기체, 활성종, 이온, 전자 등의 기화물을 생성시키는 기술은 물질변환, 증착 등의 여러 분야에 활용되고 있으며 대부분의 경우 플라즈마 발생 장치 외부에 위치하는 별도의 아토마이저를 이용하여 액체를 미세 액적화한 후 플라즈마에 분사하는 방식을 취하고 있다.The technology of injecting liquid into plasma and vaporizing it to generate vaporized products such as gas, active species, ions, and electrons is used in various fields such as material conversion and deposition. In most cases, it is used in a separate device located outside the plasma generator. The method is to use an atomizer to turn liquid into fine droplets and then spray them into plasma.
아토마이저는 수십um의 좁은 경로를 통과하는 액체를 고속의 아토마이징 기체로 파쇄하여 미세 액적을 생성시키므로 고체가 용해되어 있는 용액이나 고체가 분산되어 있는 현탁액을 액체로 사용할 경우 혹은 아토마이저 주변에 분말상의 물질이 존재하거나 액체와 외기가 반응하여 고상의 물질을 생성할 경우 고체 상태의 물질이 아토마이저 내의 좁은 경로에 쌓여 미세 액적의 분사가 불안정해지거나 심한 경우 막혀버릴 가능성이 높다. 또한 미세 구조의 정밀한 제작을 필요로 하여 높은 비용이 소요된다. 아토마이징 기체의 유량은 매우 중요한 변수로서 유량이 낮은 경우 액적의 크기가 커지고 모멘텀이 낮아져 플라즈마의 고온부까지 침투하지 못하게 되며 반대로 유량이 높은 경우 플라즈마의 온도를 불필요하게 낮출 뿐만 아니라 플라즈마 고온부에서의 액적 체류시간을 짧게 한다. 두 경우 모두에 있어 액체의 기화가 불충분해지므로 섬세한 조정을 필요로 하는 문제점이 있다.The atomizer generates fine droplets by crushing the liquid passing through a narrow path of several tens of um with a high-speed atomizing gas. Therefore, when a solution with dissolved solids or a suspension with dispersed solids is used as a liquid or a powder phase around the atomizer If a substance exists or a liquid reacts with external air to create a solid substance, there is a high possibility that the solid substance will accumulate in the narrow path within the atomizer, making the spraying of fine droplets unstable or, in extreme cases, blocking it. In addition, it requires precise manufacturing of fine structures, resulting in high costs. The flow rate of atomizing gas is a very important variable. If the flow rate is low, the size of the droplets increases and their momentum is lowered, preventing them from penetrating into the high temperature part of the plasma. Conversely, if the flow rate is high, not only does it unnecessarily lower the temperature of the plasma, but the droplets stay in the high temperature part of the plasma. Make the time short. In both cases, there is a problem that vaporization of the liquid becomes insufficient and requires delicate adjustment.
플라즈마 토치를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법의 일 예로서 KR1020180081616는 플라즈마에 1차 이온화에너지가 10eV 이하인 변환촉진원소를 첨가하여 CF4 등 난분해성 기체의 변환율을 높이고 변환 과정에서 필요한 에너지의 소모를 줄이는 것에 관한 것이며 비용, 안전성 및 투입의 용이성 측면에서 변환촉진원소를 포함하는 고상화합물 상태의 변환촉진제를 용매에 녹인 용액을 별도의 아토마이저로 미세 액적화한 후 이를 플라즈마 토치 하부에 분사하여 기화, 이온화시키는 방식에 대해 기술하고 있다. 아토마이저를 냉각시키고 끝부분에 경사부를 두면 막힘의 문제를 저감시킬 수 있다고 기술하고 있으나 장시간 운전시 여전히 막힘이 발생할 뿐만 아니라 아토마이징 가스, 냉각수 등 추가적인 공급라인이 필요하여 사용이 불편하다. 또한 기화물과 플라즈마 및 대상기체와의 혼합이 불충분하여 대상기체의 변환율을 더 높이고 변환 과정에서 필요한 에너지의 소모를 더 줄이는데 있어 어려움이 있다.As an example of a method of processing a target gas using a plasma torch, KR1020180081616 increases the conversion rate of difficult-to-decomposable gases such as CF4 and reduces the consumption of energy required in the conversion process by adding a conversion promoting element with a primary ionization energy of 10 eV or less to plasma. In terms of cost, safety, and ease of introduction, a solution of a solid-phase conversion accelerator containing a conversion accelerator element dissolved in a solvent is converted into fine droplets using a separate atomizer, and then sprayed at the bottom of the plasma torch to vaporize and ionize. It describes how to do it. It is stated that the problem of clogging can be reduced by cooling the atomizer and placing a slope at the end, but not only does clogging still occur during long-term operation, but it is also inconvenient to use because additional supply lines such as atomizing gas and coolant are required. In addition, the mixing of the vaporized product with the plasma and the target gas is insufficient, making it difficult to further increase the conversion rate of the target gas and further reduce the consumption of energy required in the conversion process.
본 발명의 과제는 간편하면서도 막힘 및 손상 없이 액체를 기화시키며 기화물, 플라즈마 및 외기 간의 혼합을 강화시키는 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법을 구현하는 것이다.The object of the present invention is to implement a plasma torch that vaporizes liquid easily and without clogging or damage and enhances mixing between vaporization, plasma, and external air, and a method of treating target gas using the same.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 플라즈마 토치 및 이를 이용하여 대상기체를 처리하는 방법을 제공하는데 상기 플라즈마 토치는, 고속, 고온의 플라즈마 흐름을 노즐(2) 내에 발생시키는 플라즈마 토치에 있어 노즐(2)은 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 통과 및 배출되는 플라즈마 통로(11) 및 플라즈마 출구(12), 액체가 통과 및 배출되는 액체 통로(21) 및 액체 출구(22), 액체 출구(22)로부터 배출된 액체가 액체 필름층(32)을 형성하는 젖음면(31)을 포함하고 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 액체 필름층(32)을 전단시켜 미세 액적(7)을 생성시키는 액적 생성부(33) 를 포함할 수 있다. In order to achieve the above-mentioned object, a plasma torch and a method of processing a target gas using the same are provided. The plasma torch is a nozzle (2) that generates a high-speed, high-temperature plasma flow within the nozzle (2). ) is a plasma passage 11 and a plasma outlet 12 through which the accelerated and heated plasma 5 passes and discharges, a liquid passage 21 and a liquid outlet 22 through which liquid passes and discharges, and a liquid outlet 22 The liquid discharged from therein includes a wetted surface 31 forming a liquid film layer 32, and the accelerated and heated plasma 5 shears the liquid film layer 32 to generate fine droplets 7. It may include part 33.
액체 출구(22)는 플라즈마 접촉면(13)에 위치할 수 있다. Liquid outlet 22 may be located at the plasma contact surface 13.
액체 출구(22)는 외기 접촉면(23)에 위치할 수 있다. The liquid outlet 22 may be located on the external air contact surface 23.
플라즈마 접촉면(13)과 외기 접촉면(23) 사이에 확장면(41)을 더 구비할 수 있다. An extension surface 41 may be further provided between the plasma contact surface 13 and the external air contact surface 23.
확장면(41)에 액체 출구(22)가 위치할 수 있다. A liquid outlet 22 may be located on the expanded surface 41.
액체 출구(22)와 플라즈마 출구(12)를 연결하는 홈(25)이 있을 수 있다. There may be a groove 25 connecting the liquid outlet 22 and the plasma outlet 12.
플라즈마 출구(12) 주위에 완충면(42)을 두고 액체 출구(22)와 완충면(42)을 연결하는 홈(25)이 있을 수 있다. There may be a buffer surface 42 around the plasma outlet 12 and a groove 25 connecting the liquid outlet 22 and the buffer surface 42.
액체 출구(22)가 플라즈마 출구(12)보다 높은 위치에 있을 수 있다. The liquid outlet 22 may be at a higher position than the plasma outlet 12.
노즐(2)은 플라즈마 접촉 파트(14)와 외기 접촉 파트(24)가 결합되어 구성될 수 있다. The nozzle 2 may be configured by combining a plasma contact part 14 and an external air contact part 24.
액적 생성부(33)는 세라믹 인서트(55)에 의해 형성될 수 있다. The droplet generating portion 33 may be formed by a ceramic insert 55.
간섭맞춤에 의해 세라믹 인서트(55)에 압축응력을 생성시킬 수 있다. Compressive stress can be generated in the ceramic insert 55 through interference fitting.
젖음면(31)은 거칠게 하거나 다공성일 수 있다. The wetted surface 31 may be rough or porous.
고속, 고온의 플라즈마는 직류 아크 방전에 의해 생성될 수 있다. High-speed, high-temperature plasma can be generated by direct current arc discharge.
고속, 고온의 플라즈마는 연소에 의해 생성될 수 있다. High-speed, high-temperature plasma can be generated by combustion.
또한, 고속, 고온의 플라즈마 흐름을 노즐(2) 내에 발생시키는 플라즈마 토치로 대상기체를 처리하는 방법을 제공하는데 플라즈마 통로(11) 내에 가속 및 가열된 플라즈마(5)를 생성시키는 단계, 액체 출구(22)로부터 배출된 액체가 젖음면(31) 상에 액체 필름층(32)을 형성하는 단계, 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 액적 생성부(33)에서 액체 필름층(32)을 전단시켜 미세 액적(7)을 생성시키는 단계, 가속 및 가열된 플라즈마(5)로부터의 열전달로 미세 액적(7)을 기화시키는 단계, 액체의 기화물, 플라즈마 및 대상기체를 혼합시키는 단계를 포함할 수 있다. In addition, a method of treating target gas with a plasma torch that generates a high-speed, high-temperature plasma flow within the nozzle 2 is provided, including the steps of generating accelerated and heated plasma 5 within the plasma passage 11 and a liquid outlet 22. ) where the liquid discharged from the liquid forms a liquid film layer 32 on the wetted surface 31, and the accelerated and heated plasma 5 shears the liquid film layer 32 in the droplet generating unit 33 to form a fine film layer 32. It may include a step of generating a droplet 7, a step of vaporizing the fine droplet 7 by heat transfer from the accelerated and heated plasma 5, and a step of mixing the vaporized liquid, plasma, and target gas.
액체는 1차 이온화 에너지가 10eV 이하인 원소로서 대상기체의 변환을 촉진시키는 변환촉진원소를 함유하는 변환촉진제를 액상의 용매에 용해시킨 용액일 수 있다. The liquid may be a solution in which a conversion accelerator containing a conversion accelerator element that promotes the conversion of the target gas as an element with a primary ionization energy of 10 eV or less is dissolved in a liquid solvent.
대상기체는 할로겐화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나일 수 있다. The target gas may be at least one selected from the group consisting of halides.
대상기체는 CF4, C2F6, CHF3, C3F8, C4F6, C4F8, NF3 및 SF6 중 적어도 어느 하나일 수 있다. The target gas may be at least one of CF4, C2F6, CHF3, C3F8, C4F6, C4F8, NF3, and SF6.
고속, 고온의 플라즈마는 직류 아크 방전에 의해 생성되는 것일 수 있다. High-speed, high-temperature plasma may be generated by direct current arc discharge.
고속, 고온의 플라즈마는 연소에 의해 생성되는 것일 수 있다. High-speed, high-temperature plasma may be generated by combustion.
직류 아크 방전 혹은 연소 등으로 노즐(2)의 플라즈마 통로(11)에 가속 및 가열된 플라즈마(5)를 생성시킨다. 액체는 정량 펌프에 의해 액체 저장통으로부터 노즐(2)의 액체 통로(21)로 전달된 후 액체 출구(22)를 통해 배출된후 젖음면(31) 상에 액체 필름층(32)을 생성시킨다. 젖음면(31) 상에 생성된 액체 필름층(32)은 액적 생성부(33)에서 가속 및 가열된 플라즈마(5)에 의해 전단되어 미세 액적(7)을 생성시키고 생성된 미세 액적(7)은 가속 및 가열된 플라즈마(5)로부터의 열전달로 인해 기화된다.Accelerated and heated plasma 5 is generated in the plasma passage 11 of the nozzle 2 by direct current arc discharge or combustion. The liquid is delivered from the liquid reservoir to the liquid passage 21 of the nozzle 2 by a metering pump and then discharged through the liquid outlet 22 to create a liquid film layer 32 on the wetted surface 31. The liquid film layer 32 created on the wetted surface 31 is sheared by the accelerated and heated plasma 5 in the droplet generating unit 33 to generate micro droplets 7, and the generated micro droplets 7 is vaporized due to heat transfer from the accelerated and heated plasma (5).
플라즈마 접촉면(13)은 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 통과하는 플라즈마 통로(11)를 둘러 싸는 면으로 플라즈마의 흐름으로 인해 외기와는 차단된 면이고 외기 접촉면(23)은 외기에 노출되어 있는 면이다. 액체 출구(22)는 플라즈마 접촉면(13) 혹은 외기 접촉면(23)에 위치할 수 있다. The plasma contact surface 13 is a surface surrounding the plasma passage 11 through which the accelerated and heated plasma 5 passes, and is a surface blocked from external air due to the flow of plasma, and the external air contact surface 23 is exposed to external air. It's cotton. The liquid outlet 22 may be located on the plasma contact surface 13 or the external air contact surface 23.
액체 출구(22)가 플라즈마 접촉면(13)에 위치하는 경우 플라즈마 접촉면(13)이 젖음면(31)이 되어 여기에 액체 필름층(32)이 생성되며 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 젖음면(31)과 평행인 방향으로 액체 필름층(32)을 전단하여 미세 액적(7)을 생성시킨 후 기화시킨다. 이 경우 액체 필름층(32) 전체가 액적 생성부(33)로 작용한다. 플라즈마 접촉면(13)은 고온 플라즈마로부터의 높은 열속으로 인해 외기 접촉면(23)에 비해 높은 온도로 유지되므로 부식성 액체 혹은 플라즈마와 반응하여 부식성을 갖게 되는 액체를 사용할 경우 손상될 가능성이 높다. 특히 직류 아크 토치에 있어 노즐(2)은 전극(대부분의 경우 양극)의 역할을 하여 플라즈마 접촉면(13)에 국부적으로 전류 밀도가 높고 고온인 아크점(6)이 생성되고 이러한 아크점(6)은 플라즈마 접촉면(13) 상에서 불규칙적으로 움직이게 되는데 이러한 아크점(6)이 액체 필름층(32)에 형성되는 경우 이 부위에서의 손상이 증대된다. 액체 출구(22)를 아크점(6)이 움직이는 영역 아래에 두면 손상을 줄일 수 있으나 이 경우 플라즈마 접촉면(13)의 길이가 길어져야 하므로 이를 통해 손실되는 열이 많아져 토치의 열효율이 감소한다. When the liquid outlet 22 is located on the plasma contact surface 13, the plasma contact surface 13 becomes the wet surface 31, and a liquid film layer 32 is created here, and the accelerated and heated plasma 5 is applied to the wet surface. The liquid film layer 32 is sheared in a direction parallel to (31) to generate fine droplets 7 and then vaporized. In this case, the entire liquid film layer 32 acts as the droplet generating portion 33. The plasma contact surface 13 is maintained at a higher temperature than the external air contact surface 23 due to the high heat flux from the high-temperature plasma, so there is a high possibility of damage when a corrosive liquid or a liquid that reacts with plasma and becomes corrosive is used. In particular, in a direct current arc torch, the nozzle (2) acts as an electrode (anode in most cases), and an arc point (6) with high current density and high temperature is generated locally on the plasma contact surface (13). moves irregularly on the plasma contact surface 13, and when the arc point 6 is formed in the liquid film layer 32, damage at this area increases. Damage can be reduced by placing the liquid outlet 22 below the area where the arc point 6 moves, but in this case, the length of the plasma contact surface 13 must be increased, so more heat is lost through this, reducing the thermal efficiency of the torch.
액체 출구(22)가 외기 접촉면(23)에 위치하는 경우 위와 같은 손상은 줄일 수 있지만 액체를 가속 및 가열된 플라즈마(5) 흐름이 있는 플라즈마 출구(12)까지 젖음면(31)을 통해 이송시켜야 할 필요가 있다. 가속 및 가열된 플라즈마(5)는 플라즈마 출구(12)에 낮은 압력 영역을 형성하므로 액체 출구(22)가 플라즈마 출구(12)로부터 너무 먼 곳에 위치하지 않는 한 액체는 외기와 함께 플라즈마 출구(12)로 대부분 유입(8)될 수 있다. 가속 및 가열된 플라즈마(5)는 플라즈마 출구(12)의 둘레를 구성하는 액적 생성부(33)에서 액체 필름층(32)을 두께 방향으로 전단하여 미세 액적(7)을 생성시키고 이러한 미세 액적(7)은 액적 생성부(33)에서부터 시작하는 전단층(9)에서 고온의 플라즈마 및 외기와 혼합되어 기화한다.If the liquid outlet (22) is located on the external air contact surface (23), the above damage can be reduced, but the liquid must be transported through the wetting surface (31) to the plasma outlet (12) where the accelerated and heated plasma (5) flow is located. Needs to be. The accelerated and heated plasma 5 forms a low pressure area at the plasma outlet 12, so that the liquid along with the outside air flows into the plasma outlet 12 unless the liquid outlet 22 is located too far from the plasma outlet 12. Most of them can be imported (8). The accelerated and heated plasma 5 shears the liquid film layer 32 in the thickness direction in the droplet generating unit 33 forming the periphery of the plasma outlet 12 to generate micro droplets 7, and these micro droplets ( 7) is vaporized by mixing with high-temperature plasma and external air in the shear layer 9 starting from the droplet generating unit 33.
플라즈마 접촉면(13)과 외기 접촉면(23) 사이에 확장면(41)을 두면 액적 생성부(33)에서의 난류 및 플라즈마 출구(12)로의 유입(8)을 향상시켜 미세 액적(7) 생성 및 플라즈마와의 혼합에 유리하며 특히 액체 출구(22)를 이러한 확장면(41)에 위치시키면 중력 방향에 상관없이 대부분의 액체(8)를 유입할 수 있다. Placing the expanded surface 41 between the plasma contact surface 13 and the external air contact surface 23 improves the turbulence in the droplet generating unit 33 and the inflow 8 into the plasma outlet 12, thereby generating fine droplets 7 and It is advantageous for mixing with plasma, and in particular, if the liquid outlet 22 is located on this expanded surface 41, most of the liquid 8 can be introduced regardless of the direction of gravity.
액체 필름층(32)의 두께가 얇을수록 생성되는 액적의 크기를 줄일 수 있어 기화가 용이해지는데 젖음면(31)의 젖음성이 높을수록 액체는 뭉치지 않고 넓은 면적에 퍼질 수 있어 액체 필름층(32)의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한 젖음면(31)의 젖음성이 높을수록 액체 출구(22)로부터 플라즈마 출구(12)로의 액체 이송에도 유리하다. 거칠거나 다공성인 표면을 이용하거나 표면장력이 낮거나 계면활성제를 첨가한 액체를 이용함으로 인해 젖음성을 향상시킬 수 있다. The thinner the thickness of the liquid film layer 32 is, the easier it is to evaporate by reducing the size of the generated droplets. The higher the wettability of the wetted surface 31, the more the liquid can spread over a larger area without clumping, so the liquid film layer 32 ) can be thinned. In addition, the higher the wettability of the wetted surface 31, the more advantageous it is for liquid transfer from the liquid outlet 22 to the plasma outlet 12. Wetability can be improved by using a rough or porous surface or using a liquid with low surface tension or added surfactant.
젖음면(31)의 온도가 너무 높으면 액체의 폭발적 비등이 발생하여 액체 필름층(32)이 생성되지 않고 큰 액적이 발생할 수 있다. 또한 고체가 용매에 용해되어 있는 용액을 액체로 사용하는 경우 용매만의 기화로 인해 고체상의 퇴적물이 생성될 수 있다. 많은 경우에 있어 플라즈마 토치의 노즐(2)은 고온에 의한 손상을 방지하기 위해 냉각수로 냉각되는데 냉각 채널(53)을 젖음면(31) 가까이에 위치하도록 하여 액체의 폭발적 비등이 발생하지 않도록 하는 것이 바람직하다.If the temperature of the wetted surface 31 is too high, explosive boiling of the liquid may occur and the liquid film layer 32 may not be created and large droplets may be generated. In addition, when a solution in which a solid is dissolved in a solvent is used as a liquid, solid deposits may be formed due to vaporization of only the solvent. In many cases, the nozzle (2) of the plasma torch is cooled with coolant to prevent damage due to high temperature. It is advisable to position the cooling channel (53) close to the wetted surface (31) to prevent explosive boiling of the liquid. desirable.
냉각 채널(53) 혹은 제작상의 이유로 인해 액체 출구(22)가 플라즈마 출구(12)로부터 멀리 떨어지게 되어 유입력이 낮은 경우 액체는 플라즈마 출구(12)로 이송되지 못하고 액체 출구(22)에 맺혀 큰 액적으로 낙하하는 현상이 발생할 수 있는데 이 경우 액체 출구(22)를 플라즈마 출구(12)에 비해 높은 곳에 위치시키고 경사면을 두어 중력에 의해 액체의 이송을 도울 수 있다. 액체 출구(22)와 플라즈마 출구(12)를 연결하는 홈(25)을 두어 액체를 가이드하면 보다 용이하게 액체를 플라즈마 출구(12)로 이송시킬 수 있는데 하나의 홈(25)을 두는 경우 플라즈마 출구(12) 중 홈(25)과 접한 영역에서만 미세 액적(7)이 생성되어 불균일하고 비효율적이므로 여러 개의 홈을 둘 수 있다. 하나의 홈(25)을 두는 경우에 있어서도 플라즈마 출구(12) 주위에 젖음성이 높은 완충면(42)을 두고 홈(25)을 이곳까지 연결하면 액체 필름층(32)이 플라즈마 출구(12) 주위를 보다 넓게 감쌀 수 있으며 완충면(42) 주변을 약간 돌출시켜 벽을 형성시키면 더욱 유리하다. 홈(25)의 단면 형상은 사각형, V형, 반원형일 수 있다. If the liquid outlet 22 is far away from the plasma outlet 12 due to the cooling channel 53 or manufacturing reasons, and the inlet force is low, the liquid cannot be transferred to the plasma outlet 12 and forms large droplets at the liquid outlet 22. A falling phenomenon may occur. In this case, the liquid outlet 22 can be located at a higher place than the plasma outlet 12 and an inclined surface can be placed to help transfer the liquid by gravity. If a groove (25) connecting the liquid outlet (22) and the plasma outlet (12) is provided to guide the liquid, the liquid can be more easily transferred to the plasma outlet (12). When one groove (25) is provided, the plasma outlet (12) Since the fine droplets 7 are generated only in the area in contact with the groove 25, which is uneven and inefficient, multiple grooves can be provided. Even in the case of providing a single groove 25, if a buffer surface 42 with high wettability is placed around the plasma outlet 12 and the groove 25 is connected to this area, the liquid film layer 32 is formed around the plasma outlet 12. It can be wrapped more widely, and it is more advantageous to form a wall by protruding slightly around the buffer surface 42. The cross-sectional shape of the groove 25 may be square, V-shaped, or semicircular.
노즐(2)에서 플라즈마 접촉면(13)은 고온의 플라즈마에 의해, 외기 접촉면(23)은 부식성 외기에 의해 손상될 수 있다. 직류 아크 플라즈마 토치의 경우 노즐(2)은 대부분 고온 플라즈마의 생성을 용이하게 하고 생성된 고온 플라즈마에 의한 손상을 줄이기 위하여 높은 전기전도도, 내아크성, 높은 열전도도를 갖는 구리로 제작되는데 구리의 외기에 대한 내부식성이 불충분한 경우 노즐(2)은 플라즈마 접촉 파트(14) 및 외기 접촉 파트(24)의 두 파트를 결합하여 구성할 수 있다. 예를 들어 외기에 다량의 불화수소(HF)가 함유되어 있는 경우 플라즈마 접촉 파트(14)로는 구리를, 외기 접촉 파트(24)로는 니켈이나 인코넬 등의 합금을 사용할 수 있으며 두 파트의 결합에는 브레이징, 솔더링 등이 적합하다. 직류 아크 토치에 있어서 아크점(6)은 플라즈마 접촉면(13) 상에서 불규칙적으로 움직이는데 플라즈마 전류가 낮고 플라즈마 형성 기체(4)의 유량이 높을수록 이러한 아크점(6)의 움직임, 특히 상하의 움직임이 강화되어 액체 및 외기가 플라즈마 출구(12)를 넘어 플라즈마 통로(11) 내부로 역류하기도 한다. 부식성 액체도 손상을 야기할 수 있는데 부식성 액체가 액체 출구(22)를 통해 플라즈마 접촉면(13)에 투입되는 경우 혹은 부식성 액체 및 외기가 플라즈마 통로(11) 내부로 역류하는 경우 플라즈마 접촉면(13) 중 액체 혹은 외기와 접하는 부분을 외기 접촉 파트(24)로 구성하는 것이 바람직하다.In the nozzle 2, the plasma contact surface 13 may be damaged by high-temperature plasma, and the external air contact surface 23 may be damaged by corrosive external air. In the case of a direct current arc plasma torch, the nozzle (2) is mostly made of copper with high electrical conductivity, arc resistance, and high thermal conductivity to facilitate the generation of high-temperature plasma and reduce damage caused by the generated high-temperature plasma. If the corrosion resistance is insufficient, the nozzle 2 can be constructed by combining two parts, the plasma contact part 14 and the external air contact part 24. For example, if the outside air contains a large amount of hydrogen fluoride (HF), copper can be used as the plasma contact part 14, and an alloy such as nickel or Inconel can be used as the outside air contact part 24. Brazing is used to join the two parts. , soldering, etc. are suitable. In a direct current arc torch, the arc point 6 moves irregularly on the plasma contact surface 13. As the plasma current is low and the flow rate of the plasma forming gas 4 is high, the movement of the arc point 6, especially the vertical movement, is strengthened. Liquid and external air may flow back into the plasma passage 11 beyond the plasma outlet 12. Corrosive liquid can also cause damage. If the corrosive liquid is injected into the plasma contact surface 13 through the liquid outlet 22, or if the corrosive liquid and external air flow back into the plasma passage 11, the plasma contact surface 13 may be damaged. It is desirable to configure the part in contact with liquid or external air as an external air contact part (24).
금속 재질로는 손상을 억제하는데 있어 불충분한 경우 알루미나, 지르코니아 등의 세라믹을 사용할 수 있으나 이러한 세라믹으로 외기 접촉 파트(24) 전체를 제작하는 것은 높은 비용으로 인해 바람직하지 않다. 손상은 액적 생성부(33)에서 특히 심하므로 소형의 세라믹 인서트(55)로 이 부분을 형성하는 것이 바람직하다. 절연성의 세라믹에는 아크점(6)이 형성되지 않으므로 액체 필름층(32)과 아크점(6)의 반응에 의한 손상도 방지할 수 있다. 세라믹 인서트(55)는 플라즈마 점화, 소화시 혹은 액체 투입, 중지시 열충격에 의해 크랙이 발생하기 쉬운데 세라믹 인서트(55) 결합시 간섭맞춤을 이용하여 세라믹 인서트(55)에 압축응력을 생성시키면 크랙 생성을 억제시킬 수 있다. If metal materials are insufficient to prevent damage, ceramics such as alumina and zirconia can be used, but it is not desirable to manufacture the entire outdoor contact part 24 with such ceramics due to the high cost. Since the damage is particularly severe in the droplet generating portion 33, it is desirable to form this portion with a small ceramic insert 55. Since the arc point 6 is not formed in the insulating ceramic, damage due to the reaction between the liquid film layer 32 and the arc point 6 can be prevented. Ceramic inserts (55) are prone to cracks due to thermal shock during plasma ignition, fire extinguishment, liquid injection, or stopping. When combining ceramic inserts (55), cracks are generated when compressive stress is created on the ceramic inserts (55) using interference fitting. can be suppressed.
본 발명에 있어 액체는 아토마이저에서와 같이 미세 액적(7) 생성을 위해 수십um의 좁은 경로를 통과할 필요 없이 수백um~수mm의 액체 출구(22)로 배출된 후 젖음면(31)으로 이송되므로 막힘의 염려가 없다.In the present invention, the liquid does not need to pass through a narrow path of several tens of micrometers to generate fine droplets (7) as in an atomizer, but is discharged through the liquid outlet (22) of hundreds of micrometers to several millimeters and then onto the wetted surface (31). Since it is transported, there is no need to worry about clogging.
외기가 처리의 대상기체이고 액체의 기화물이 대상기체의 처리에 필요한 경우 본 발명을 적용하면 액체의 기화물, 플라즈마 및 대상기체 간의 혼합을 강화시켜 대상기체의 처리 특성을 향상시킬 수 있다. 예로서 KR1020180081616에 본 발명을 적용하면 별도의 아토마이저를 이용하는 방식에 비해 액체 투입부에서의 막힘이 발생하지 않을 뿐만 아니라 보다 고온부에 액체를 투입할 수 있어 대상기체의 변환을 촉진시키는 기화물의 생성이 용이해진다. 또한 플라즈마 출구(12)에서의 강한 유입(8)으로 인해 변환을 촉진시키는 기화물, 플라즈마 및 대상기체의 혼합이 강화되어 변환을 더욱 가속화시킬 수 있다. 플라즈마는 고온으로 인해 외기에 비해 밀도가 낮은데 이러한 플라즈마와 외기와의 밀도차는 플라즈마 출구(12)에서부터 시작되는 전단층(9)에서 강한 와동(vortex) 및 난류를 생성시켜 상기의 혼합을 더욱 증대시킨다. 이러한 작용은 CF4 등의 난분해성 대상기체의 변환에 있어 더욱 중요하다.When the outside air is the target gas for treatment and liquid vapor is required for treatment of the target gas, applying the present invention can improve the treatment characteristics of the target gas by strengthening the mixing between the liquid vapor, plasma, and target gas. For example, when the present invention is applied to KR1020180081616, not only does clogging not occur at the liquid inlet compared to the method using a separate atomizer, but also the liquid can be injected into a higher temperature area, thereby generating a vapor that promotes the conversion of the target gas. This becomes easier. In addition, due to the strong inflow 8 at the plasma outlet 12, the mixing of vaporization, plasma, and target gas that promotes conversion is enhanced, thereby further accelerating the conversion. Plasma has a lower density than the outside air due to its high temperature, and this density difference between the plasma and the outside air creates a strong vortex and turbulence in the shear layer 9 starting from the plasma outlet 12, further increasing the mixing. . This action is even more important in the conversion of non-decomposable target gases such as CF4.
본 발명으로 인해 별도의 아토마이저 등의 미세 액적 생성기구를 사용하지 않고 간편하면서도 막힘 및 손상 없이 액체를 기화시키는 플라즈마 토치를 구현할 수 있으며 이를 이용하여 대상기체의 변환에 적용할 경우 대상기체의 변환율을 증가시키거나 변환에 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.Thanks to the present invention, it is possible to implement a plasma torch that vaporizes liquid simply and without clogging or damage without using a separate micro droplet generating mechanism such as an atomizer, and when applied to the conversion of the target gas, the conversion rate of the target gas can be increased. It can increase or reduce the energy consumed for conversion.
도 1은 본발명의 비교예에 따른 직류 아크 토치 및 아토마이저의 개념도이다.
도 2는 본발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도이다.
도 3은 본발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도이다.
도 4는 본발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도이다.
도5는 본발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도이며 도 5(b)는 도5(a)의 하면도이다.
도6은 본발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도이며 도 6(b)는 도6(a)의 하면도이다.
도7은 본발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도이며 도 7(b)는 도7(a)의 하면도이다.1 is a conceptual diagram of a direct current arc torch and an atomizer according to a comparative example of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention, and Figure 5(b) is a bottom view of Figure 5(a).
Figure 6 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention, and Figure 6(b) is a bottom view of Figure 6(a).
Figure 7 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention, and Figure 7(b) is a bottom view of Figure 7(a).
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 1은 비교예로서 직류 아크 토치 및 별도의 아토마이저(60)를 이용하여 액체를 기화시키는 방식을 설명하는 개념도이다. 플라즈마 형성 기체(4)를 양극으로 작용하는 구리 재질의 노즐(2)과 음극(3) 사이에 투입한 후 둘 사이에 직류 전류를 흐르게 하여 고속, 고온의 플라즈마를 형성시킨 후 아토마이저(60)에서 생성된 미세 액적(7)을 플라즈마 출구(12)의 하류에 분사하여 기화시킨다. 아토마이저(60)에서는 수십um의 좁은 경로를 통과하는 액체를 고속의 아토마이징 기체로 파쇄하여 미세 액적(7)을 생성시키므로 고체가 용해되어 있는 용액이나 고체가 분산되어 있는 현탁액을 액체로 사용할 경우 혹은 아토마이저(60) 주변에 분말상의 물질이 존재하거나 액체와 외기가 반응하여 고상의 물질을 생성할 경우 고체 상태의 물질이 아토마이저(60) 내의 좁은 경로에 쌓여 미세 액적(7)의 분사가 불안정해지거나 심한 경우 막혀버릴 가능성이 높다. 아토마이징 기체의 유량은 매우 중요한 변수로서 유량이 낮은 경우 액적의 크기가 커지고 모멘텀이 낮아져 플라즈마의 고온부까지 침투하지 못하게 되며 반대로 유량이 높은 경우 플라즈마의 온도를 불필요하게 낮출 뿐만 아니라 플라즈마 고온부에서의 액적 체류시간을 짧게 한다. 두 경우 모두에 있어 액체의 기화가 불충분해지므로 섬세한 조정을 필요로 하는 문제점이 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. Figure 1 is a conceptual diagram explaining a method of vaporizing liquid using a direct current arc torch and a separate atomizer 60 as a comparative example. After injecting the plasma forming gas (4) between the nozzle (2) made of copper, which acts as an anode, and the cathode (3), a direct current is passed between the two to form high-speed, high-temperature plasma, and then the atomizer (60) The fine droplets 7 generated in are sprayed downstream of the plasma outlet 12 and vaporized. In the atomizer (60), the liquid passing through a narrow path of several tens of micrometers is shattered with a high-speed atomizing gas to generate fine droplets (7), so when a solution with dissolved solids or a suspension with dispersed solids is used as a liquid. Alternatively, if powdery material exists around the atomizer 60 or liquid and external air react to produce solid material, the solid material may accumulate in the narrow path within the atomizer 60 and cause the spraying of fine droplets 7. There is a high possibility that it may become unstable or, in severe cases, become blocked. The flow rate of atomizing gas is a very important variable. If the flow rate is low, the size of the droplets increases and their momentum is lowered, preventing them from penetrating into the high temperature part of the plasma. Conversely, if the flow rate is high, not only does it unnecessarily lower the temperature of the plasma, but the droplets stay in the high temperature part of the plasma. Make the time short. In both cases, there is a problem that vaporization of the liquid becomes insufficient and requires delicate adjustment.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도로서 액체 출구(22)는 플라즈마 접촉면(13)에 위치한다. 플라즈마 접촉면(13) 중 액체 출구(22) 하류의 면이 젖음면(31)이 되어 여기에 액체 필름층(32)이 생성되며 가속 및 가열된 플라즈마(5)가 젖음면(31)과 평행인 방향으로 액체 필름층(32)을 전단하여 미세 액적(7)을 생성시킨 후 기화시킨다. 이 경우 액체 필름층(32) 전체가 액적 생성부(33)로 작용한다.Figure 2 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention, and the liquid outlet 22 is located on the plasma contact surface 13. Among the plasma contact surfaces 13, the side downstream of the liquid outlet 22 becomes the wet surface 31, where the liquid film layer 32 is created, and the accelerated and heated plasma 5 is parallel to the wet surface 31. The liquid film layer 32 is sheared in this direction to generate fine droplets 7 and then vaporized. In this case, the entire liquid film layer 32 acts as the droplet generating portion 33.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도로서 액체 출구(22)는 외기 접촉면(23)에 위치한다. 가속 및 가열된 플라즈마(5)는 플라즈마 출구(12)에 낮은 압력 영역을 형성하여 액체 출구(22)로부터 배출된 액체 및 외기를 플라즈마 출구(12)로 유입(8)시킨다. 가속 및 가열된 플라즈마(5)는 플라즈마 출구(12)의 둘레를 구성하는 액적 생성부(33)에서 액체 필름층(32)을 두께 방향으로 전단하여 미세 액적(7)을 생성시키고 이러한 미세 액적(7)은 전단층(9)에서 고온의 플라즈마 및 외기와 혼합되어 기화한다.Figure 3 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention, and the liquid outlet 22 is located on the external air contact surface 23. The accelerated and heated plasma 5 forms a low pressure area at the plasma outlet 12, causing the liquid and external air discharged from the liquid outlet 22 to flow into the plasma outlet 12 (8). The accelerated and heated plasma 5 shears the liquid film layer 32 in the thickness direction in the droplet generating unit 33 forming the periphery of the plasma outlet 12 to generate micro droplets 7, and these micro droplets ( 7) is mixed with high temperature plasma and external air in the shear layer (9) and vaporizes.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도로서 플라즈마 접촉면(13)과 외기 접촉면(23) 사이에 확장면(41)을 두고 액체 출구(22)가 확장면(41)에 위치한다. 가속 및 가열된 플라즈마(5)는 플라즈마 출구(12)의 둘레를 구성하는 액적 생성부(33)에서 액체 필름층(32)을 두께에 사선 방향으로 전단하여 미세 액적(7)을 생성시키고 이러한 미세 액적(7)은 전단층(9)에서 고온의 플라즈마 및 외기와 혼합되어 기화한다.Figure 4 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention. An expanded surface 41 is placed between the plasma contact surface 13 and the external air contact surface 23, and the liquid outlet 22 is located on the expanded surface 41. do. The accelerated and heated plasma 5 shears the liquid film layer 32 in a diagonal direction to the thickness in the droplet generating section 33 forming the periphery of the plasma outlet 12 to generate fine droplets 7, and these fine droplets 7 are generated. The droplet 7 is mixed with high temperature plasma and external air in the shear layer 9 and vaporizes.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도로서 구리 재질의 노즐(2)은 냉각 채널(53)을 구비하며 액체 출구(22)는 외기 접촉면(23)에 위치한다. 액체 출구(22)를 플라즈마 출구(12)에 비해 높은 곳에 위치시키고 경사면을 두어 중력에 의해 액체의 이송을 도울 수 있게 하고 사각형의 홈(25)을 두어 액체를 가이드한다. 플라즈마 출구(12)를 둘러 싸는 완충면(42)을 두고 완충면(42)의 외경부를 약간 돌출시켜 홈(25)이 있는 위치를 제외한 나머지 영역에 벽을 생성시킨다. 액체 출구(22)와 완충면(42)은 사각형의 홈(25)으로 연결된다. 가속 및 가열된 플라즈마(5)는 플라즈마 출구(12)의 둘레를 구성하는 액적 생성부(33)에서 액체 필름층(32)을 두께 방향으로 전단하여 미세 액적(7)을 생성시키고 이러한 미세 액적(7)은 전단층(9)에서 고온의 플라즈마 및 외기와 혼합되어 기화한다.Figure 5 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention. The nozzle 2 made of copper is provided with a cooling channel 53, and the liquid outlet 22 is located on the external air contact surface 23. The liquid outlet 22 is located at a higher place than the plasma outlet 12, an inclined surface is provided to assist the transfer of the liquid by gravity, and a square groove 25 is provided to guide the liquid. A buffer surface 42 surrounds the plasma outlet 12, and the outer diameter of the buffer surface 42 is slightly protruded to create a wall in the remaining area excluding the location of the groove 25. The liquid outlet 22 and the buffer surface 42 are connected by a square groove 25. The accelerated and heated plasma 5 shears the liquid film layer 32 in the thickness direction in the droplet generating unit 33 forming the periphery of the plasma outlet 12 to generate micro droplets 7, and these micro droplets ( 7) is mixed with high temperature plasma and external air in the shear layer (9) and vaporizes.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도로서 서로 다른 재질의 두 파트를 결합하여 노즐(2)을 구성하고 냉각 채널(53)을 구비한 것을 제외하면 도4와 동일하다. 플라즈마 접촉 파트(14)로는 구리를, 외기 접촉 파트(24)로는 니켈을 사용하여 제1결합면(51)에서 브레이징으로 결합한다. 액체 및 외기가 플라즈마 통로(11) 내로 역류하더라도 플라즈마 접촉면(13)의 손상이 없도록 역류 영역의 플라즈마 접촉면(13)은 외기 접촉 파트(24)로 구성한다.FIG. 6 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention, and is the same as FIG. 4 except that the nozzle 2 is formed by combining two parts of different materials and a cooling channel 53 is provided. Copper is used as the plasma contact part 14, and nickel is used as the external air contact part 24, and are joined by brazing at the first joining surface 51. The plasma contact surface 13 in the backflow area is composed of an external air contact part 24 so that the plasma contact surface 13 is not damaged even if liquid and external air flows back into the plasma passage 11.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 직류 아크 토치의 개념도로서 서로 다른 재질의 세 파트를 결합하여 노즐(2)을 구성한 것을 제외하면 도 5와 동일하다. 노즐(2)은 냉각 채널(53)을 구비하며 플라즈마 접촉 파트(14)로는 구리를, 외기 접촉 파트(24)로는 인코넬600을 사용하여 제1결합면(51)에서 브레이징으로 결합하고 세라믹인서트(55)로서 환형 실린더 형상의 알루미나 인서트를 제2결합면(52)에서 외기 접촉 파트(24)와 간섭맞춤으로 결합하여 알루미나 인서트 내에 압축응력을 생성시킨다. 액체 출구(22)를 플라즈마 출구(12)에 비해 높은 곳에 위치시키고 경사면을 두어 중력에 의해 액체의 이송을 도울 수 있게 하고 사각형의 홈(25)을 두어 액체를 가이드한다. 알루미나 인서트(55)의 출구면은 완충면(42)으로 작용하며 외기 접촉 파트(24)를 완충면(42)보다 약간 돌출되게 하여 홈(25)이 있는 위치를 제외한 나머지 영역에 벽을 생성시킨다. 알루미나 인서트의 높이는 액체 및 외기가 플라즈마 통로(11) 내로 역류하는 깊이보다 크게 한다.Figure 7 is a conceptual diagram of a direct current arc torch according to an embodiment of the present invention and is the same as Figure 5 except that the nozzle 2 is formed by combining three parts of different materials. The nozzle (2) is provided with a cooling channel (53), and copper is used as the plasma contact part (14) and Inconel 600 is used as the external air contact part (24), and is joined by brazing on the first joining surface (51) and a ceramic insert ( 55), the annular cylinder-shaped alumina insert is coupled to the external air contact part 24 at the second coupling surface 52 through interference fit to generate compressive stress within the alumina insert. The liquid outlet 22 is located at a higher place than the plasma outlet 12, an inclined surface is provided to assist the transfer of the liquid by gravity, and a square groove 25 is provided to guide the liquid. The outlet surface of the alumina insert (55) acts as a buffer surface (42), and the external air contact part (24) is slightly protruded beyond the buffer surface (42) to create a wall in the remaining area except for the location of the groove (25). . The height of the alumina insert is made larger than the depth at which liquid and external air flows back into the plasma passage 11.
이하 상기의 직류 아크 토치들을 사용하여 KR1020180081616에 제시된 방법으로 대상기체를 처리하는 방법 및 그 결과에 대해 기술하지만 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 연소 토치, 글라이딩 아크 토치, 마이크로웨이브 토치 등 고속, 고온의 플라즈마 흐름을 플라즈마 통로(11)에 생성시킬 수 있는 어떠한 플라즈마 토치에도 적용 가능하며 고속, 고온의 플라즈마로 액체를 기화시켜 대상기체를 처리에 이용하는 어떠한 방법에도 적용 가능하다.Hereinafter, a method of treating a target gas using the above-described direct current arc torches using the method presented in KR1020180081616 and its results will be described, but the present invention is not limited to this. It can be applied to any plasma torch that can generate a high-speed, high-temperature plasma flow in the plasma passage 11, such as a combustion torch, gliding arc torch, or microwave torch. It can be used to treat target gases by vaporizing liquid with high-speed, high-temperature plasma. It can be applied to any method used.
(비교예)(Comparative example)
질소로 희석된 CF4를 플라즈마 상에서의 가수분해 반응(CF4+2H2O→4HF+CO2)을 통해 변환시킨다. 도 1에서와 같이 KNO3 수용액을 액체통과 경로의 두께가 20um인 아토마이저(60)를 이용하여 미세 액적(7)으로 만든 후 직류 아크 토치 하부에 분사하여 기화시킨 후 외기 중의 CF4와 혼합시켜 상기 가수분해 반응을 촉진시킨다. 10시간 동안 운전하여 CF4의 분해율을 측정한다.CF4 diluted with nitrogen is converted through a hydrolysis reaction in plasma (CF4+2H2O→4HF+CO2). As shown in Figure 1, the KNO3 aqueous solution is made into fine droplets (7) using an atomizer (60) with a liquid passage thickness of 20um, then sprayed on the lower part of a direct current arc torch to vaporize it, and then mixed with CF4 in the outside air to produce the atomizer. Promotes decomposition reactions. Operate for 10 hours and measure the decomposition rate of CF4.
(실시예1)(Example 1)
상기 수용액을 도 5의 직류 아크 토치에 공급한 것을 제외하고는 비교예와 같다.The same as the comparative example except that the aqueous solution was supplied to the direct current arc torch of FIG. 5.
(실시예2)(Example 2)
상기 수용액을 도 6의 직류 아크 토치에 공급한 것을 제외하고는 비교예와 같다.The same as the comparative example except that the aqueous solution was supplied to the direct current arc torch of FIG. 6.
(실시예3)(Example 3)
상기 수용액을 도 7의 직류 아크 토치에 공급한 것을 제외하고는 비교예와 같다.The same as the comparative example except that the aqueous solution was supplied to the direct current arc torch of FIG. 7.
비교예 및 실시예들에 있어 액체 이송 경로 상에서의 막힘, 노즐의 손상 및 CF4 분해율은 표 1과 같다. 본 발명을 적용함으로 인해 액체 투입부의 막힘이나 노즐의 손상 없이 장시간 안정적으로 높은 CF4 분해율을 유지할 수 있음을 알 수 있다.Table 1 shows clogging, nozzle damage, and CF4 decomposition rates in the liquid transport path in comparative examples and examples. It can be seen that by applying the present invention, a high CF4 decomposition rate can be maintained stably for a long time without clogging the liquid inlet or damaging the nozzle.
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1. 직류 아크 토치 2. 노즐
3. 음극 4. 플라즈마 형성 기체
5. 가속 및 가열된 플라즈마 6. 아크점
7. 미세 액적 8. 유입
9. 전단층
11. 플라즈마 통로 12. 플라즈마 출구
13. 플라즈마 접촉면 14. 플라즈마 접촉 파트
21. 액체 통로 22. 액체 출구
23. 외기 접촉면 24. 외기 접촉 파트
25. 홈
31. 젖음면 32. 액체 필름층
33. 액적 생성부
41. 확장면 42. 완충면
51. 제1결합면 52. 제2결합면
53. 냉각 채널 54. 배플
55. 세라믹 인서트
60. 아토마이저1. Direct current arc torch 2. Nozzle
3. Cathode 4. Plasma forming gas
5. Accelerated and heated plasma 6. Arc point
7. Micro droplets 8. Inflow
9. Shear layer
11. Plasma passage 12. Plasma outlet
13. Plasma contact surface 14. Plasma contact part
21. Liquid passage 22. Liquid outlet
23. External air contact surface 24. External air contact part
25. Home
31. Wet side 32. Liquid film layer
33. Droplet generation unit
41. Expansion surface 42. Buffer surface
51. First mating surface 52. Second mating surface
53. Cooling channel 54. Baffle
55. Ceramic insert
60. Atomizer
Claims (20)
가속 및 가열된 플라즈마(5)가 통과 및 배출되는 플라즈마 통로(11) 및 플라즈마 출구(12),
액체가 통과 및 배출되는 액체 통로(21) 및 액체 출구(22),
액체 출구(22)로부터 배출된 액체가 액체 필름층(32)을 형성하는 젖음면(31)을 포함하고
가속 및 가열된 플라즈마(5)가 액체 필름층(32)을 전단시켜 미세 액적(7)을 생성시키는 액적 생성부(33)를 포함하는, 플라즈마 토치.In a plasma torch that generates a high-speed, high-temperature plasma flow within the nozzle (2), the nozzle (2)
A plasma passage (11) and a plasma outlet (12) through which the accelerated and heated plasma (5) passes and is discharged,
a liquid passage (21) and a liquid outlet (22) through which liquid passes and is discharged;
The liquid discharged from the liquid outlet 22 includes a wetted surface 31 forming a liquid film layer 32;
A plasma torch comprising a droplet generator (33) in which the accelerated and heated plasma (5) shears the liquid film layer (32) to generate fine droplets (7).
플라즈마 통로(11) 내에 가속 및 가열된 플라즈마(5)를 생성시키는 단계,
액체 출구(22)로부터 배출된 액체가 젖음면(31) 상에 액체 필름층(32)을 형성하는 단계,
가속 및 가열된 플라즈마(5)가 액적 생성부(33)에서 액체 필름층(32)을 전단시켜 미세 액적(7)을 생성시키는 단계,
가속 및 가열된 플라즈마(5)로부터의 열전달로 미세 액적(7)을 기화시키는 단계,
액체의 기화물, 플라즈마 및 대상기체를 혼합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 토치로 대상기체를 처리하는 방법.In a method of treating a target gas with a plasma torch that generates a high-speed, high-temperature plasma flow within the nozzle (2),
Generating accelerated and heated plasma (5) in the plasma passage (11),
forming a liquid film layer (32) on the wetted surface (31) by the liquid discharged from the liquid outlet (22);
A step where the accelerated and heated plasma (5) shears the liquid film layer (32) in the droplet generating unit (33) to generate fine droplets (7),
vaporizing the fine droplets (7) by heat transfer from the accelerated and heated plasma (5);
A method of treating a target gas with a plasma torch, comprising the step of mixing a liquid vapor, plasma, and the target gas.
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