KR102679681B1 - 플라즈마를 이용한 열분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라즈마 이온이 충진된 챔버부를 가열시켜 발생되는 간접열을 통해 단시간에 폐기물의 열분해를 진행시키고 외부로 배출되는 유독가스를 효과적으로 제거하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치로서, 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 내부의 제1 공간이 관통홀을 통해 상부로 개방되도록 형성되는 내부챔버 및 상기 내부챔버 외부의 제2 공간을 둘러싸도록 형성되고, 상기 내부챔버와 결합되어 상기 제2 공간을 밀봉시키는 외부챔버를 포함하는 챔버부, 상기 외부챔버의 외측에 결합되고 열을 발생시키도록 형성되는 발열부, 상기 챔버부를 관통하는 관을 통해 상기 제1 공간과 연통되고, 상기 제1 공간에서 발생되는 유증기를 오일 및 가스로 분리시키도록 형성되는 응축부 및 상기 관통홀에 삽입되어 상기 내부챔버 및 외부챔버와 결합되고, 상부커버의 구동을 통해 상기 관통홀을 개방 또는 폐쇄하도록 형성되는 커버부를 포함하고, 상기 제2 공간에는 플라즈마 이온이 주입되고, 상기 발열부에서 발생되는 열은 상기 제1 공간에 간접열로 전달되어 상기 제1 공간에 배치된 폐기물을 열분해시켜 유증기를 발생시킨다.

Description

플라즈마를 이용한 열분해 장치{PYROLYSIS APPARATUS USING PLASMA}

본 명세서에 개시된 내용은 플라즈마를 이용한 열분해 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폐기물을 열분해하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치에 관한 것이다.

본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래기술이라고 인정되는 것은 아니다.

최근에는 지구의 온난화로 인한 기후 변화가 급격히 진행되면서 전 세계적으로 온실가스 감축을 위한 정책이 시행 중에 있고, 온실가스 중 하나인 메탄의 발생을 최소화시키기 위해 폐기물의 재활용 기술이 개발되고 있다.

하지만, 연소물질을 연소시켜 연소열을 발생시키고 연소열로 열분해를 진행하는 기존의 열분해 장치는 열분해시간이 길고, 직접열로 폐기물을 가열시키기 때문에 폐기물이 탄화되는 단점이 있으며, 유독가스로 인한 환경문제를 유발시킬 수 있다.

또한, 직접열로 폐기물을 가열시키기 때문에 폐기물의 일부분에만 상대적으로 높은 온도의 열이 가해지면서 폐기물의 탄화현상이 발생되고, 유증기 대신에 유독가스가 발생되는 단점이 있다.

따라서, 온실가스의 발생을 최소화시키기 위해서는 연소물질을 이용한 가열방식을 대신할 수 있는 열원을 가지고, 폐기물의 탄화를 방지하는 간접열을 발생시키면서, 발생되는 유독가스를 필터링시키는 열분해 기술을 필요로 한다.

이와 관련하여 한국 공개특허공보 제10-2022-0093649호는 플라스틱 진공열분해장치 및 이를 이용한 열분해유화시스템을 개시하고 있고, 한국 공개특허공보 제10-2021-0083492호는 폐플라스틱 열분해 장치를 개시하고 있다. 그러나 기존 발명들은 간접열을 이용하면서 폐기물의 탄화를 방지하고 유독가스의 발생을 저감시키는 기술은 개시하지 않고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2022-0093649호 한국 공개특허공보 제10-2021-0083492호

플라즈마 이온이 충진된 챔버부를 가열시켜 발생되는 간접열을 통해 단시간에 폐기물의 열분해를 진행시키고 외부로 배출되는 유독가스를 효과적으로 제거하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치를 제공함에 있다.

또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.

개시된 내용의 일 실시예에 의하면, 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 내부의 제1 공간이 관통홀을 통해 상부로 개방되도록 형성되는 내부챔버 및 상기 내부챔버 외부의 제2 공간을 둘러싸도록 형성되고, 상기 내부챔버와 결합되어 상기 제2 공간을 밀봉시키는 외부챔버를 포함하는 챔버부, 상기 외부챔버의 외측에 결합되고 열을 발생시키도록 형성되는 발열부, 상기 챔버부를 관통하는 관을 통해 상기 제1 공간과 연통되고, 상기 제1 공간에서 발생되는 유증기를 오일 및 가스로 분리시키도록 형성되는 응축부 및 상기 관통홀에 삽입되어 상기 내부챔버 및 외부챔버와 결합되고, 상부커버의 구동을 통해 상기 관통홀을 개방 또는 폐쇄하도록 형성되는 커버부를 포함하고, 상기 제2 공간에는 플라즈마 이온이 주입되고, 상기 발열부에서 발생되는 열은 상기 제1 공간에 간접열로 전달되어 상기 제1 공간에 배치된 폐기물을 열분해시켜 유증기를 발생시킨다.

또한, 상기 내부챔버는 바닥부재, 상기 제1 공간을 둘러싸는 관 형태로 형성되고 하부테두리는 상기 바닥부재의 테두리에 결합되는 외측부재 및 중앙에 관통홀이 형성된 판 형태로 형성되고 외측테두리가 상기 외측부재의 상부테두리에 결합되는 상단부재를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발열부는 상기 외부챔버의 측면을 둘러싸도록 형성되는 절연체, 상기 절연체를 둘러싸는 나선형태로 연장되는 열선 및 상기 열선 및 절연체를 밀봉시키면서 상기 외부챔버와 결합되는 단열체를 포함할 수 있다.

또한, 상기 응축부는 내부의 제3 공간이 상하부로 개방되는 관 형태로 형성되는 본체 및 상기 본체의 상부 중앙에 결합되어 상기 제3 공간을 상부의 외부공간과 연결시키도록 형성되는 연통을 포함할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 상기 연통의 내부에 탈부착이 가능하도록 결합되는 부직포, 상기 부직포의 상부에 배치되는 플라즈마 램프 및 상기 플라즈마 램프를 둘러싸면서 상기 부직포에 결합되는 금속망을 포함하는 필터부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 상기 외부챔버 및 내부챔버를 관통하여 상기 제1 공간과 연통되는 호스 또는 관과 연결되는 진공펌프부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 상기 외부챔버 및 내부챔버를 관통하여 상기 제1 공간과 외부공간을 연결시키는 파이프 및 상기 파이프의 내부통로를 개폐시키도록 형성되는 밸브를 포함하는 드레인부를 더 포함할 수 있다.

본 명세서에 개시된 일 실시예에 따르면, 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 플라즈마 이온에 의해 개질된 챔버부에 의해 열전도도가 개선되어 단시간에 챔버부 내부의 온도가 증가되고, 챔버부 내부공간의 다양한 위치에서의 온도가 서로 동일한 수준을 유지하면서 균일하게 증가되는 장점이 있다.

또한, 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 발열부에서 발생되는 열이 챔버부를 통해 챔버부 내부의 폐기물에 간접열로 전달되기 때문에 폐기물의 탄화가 방지되고, 발생되는 유독가스가 저감되는 장점이 있다.

또한, 플라즈마를 이용한 열분해 장치는 발열부에서 발생되는 열이 단시간에 챔버부 내부공간의 다양한 위치의 온도를 동일한 속도로 동일한 수준까지 증가시키기 때문에 폐기물 전체가 균일한 온도에 의해 열분해되면서 유증기가 발생되고, 폐기물 일부분에 상대적으로 높은 온도가 가해지면서 발생되는 탄화현상이 방지된다.

아울러, 이와 같은 기재된 본 발명의 효과는 발명자가 인지하는지 여부와 무관하게 기재된 내용의 구성에 의해 당연히 발휘되게 되는 것이므로 상술한 효과는 기재된 내용에 따른 몇 가지 효과일 뿐 발명자가 파악 또는 실재하는 모든 효과를 기재한 것이라 인정되어서는 안 된다. 또한 본 발명의 효과는 명세서의 전체적인 기재에 의해서 추가로 파악되어야 할 것이며, 설사 명시적인 문장으로 기재되어 있지 않더라도 기재된 내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서를 통해 그러한 효과가 있는 것으로 인정할 수 있는 효과라면 본 명세서에 기재된 효과로 보아야 할 것이다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 열분해 장치의 사용상태도이다.
도 2는 도 1의 플라즈마를 이용한 열분해 장치를 다른 각도에서 주시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마를 이용한 열분해 장치를 I-I'를 따라 절단하여 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 "A" 부분을 확대하고 I-I'를 따라 절단하여 도시한 확대단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 열분해 장치의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다, 또한 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.

도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)는 챔버부(200), 발열부(300), 커버부(400), 응축부(500), 필터부(600), 진공펌프부(700) 및 드레인부(800)를 포함한다.

플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)는 구동을 통해 내부의 제1 공간(1)에 유입된 폐플라스틱을 포함하는 폐기물을 간접열로 가열하고, 폐기물에서 발생되는 유증기는 응축부(500)로 이동되어 오일 및 가스로 분해된다.

도 3을 참조하면, 플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)에 형성된 발열부(300)에서 발생되는 열은 챔버부(200)의 내벽 및 외벽 사이의 제2 공간(2)에 유입된 플라즈마 이온을 통해 표면이 개질된 챔버부(200)에 의해 단시간에 챔버부(200)의 내벽에 전달되고 단시간에 제1 공간(1)의 온도가 발열부(300)에 의해 증가된다.

챔버부(200)의 제2 공간(2)에 주입되는 플라즈마 이온은 플라즈마와 고전압 펄스를 이용하는 플라즈마 이온주입 기술(한국 특허 10-137704호)을 통해 진행될 수 있다.

챔버부(200)의 내벽 및 외벽 사이에 형성되는 제2 공간(2)은 밀봉된 진공 상태로 유지되고, 발열부(300)에서 발생되는 열은 제2 공간(2)에 유입된 플라즈마 이온의 잠열과 챔버부(200) 표면의 개질로 인해 신속하게 챔버부(200)의 내벽 전체의 온도를 균일하게 증가시키며, 열이 제1 공간(1)의 다양한 위치까지 단시간에 도달되며, 제1 공간(1)의 다양한 위치의 온도가 발열부(300)에 의해 가열된 챔버부(200)의 온도와 동일하도록 전환된다.

챔버부(200)의 제2 공간(2)은 밀봉된 진공 상태로 제조되고, 제2 공간(2)이 진공 상태인 상황에서 플라즈마 이온이 제2 공간(2)으로 주입되면서 챔버부(200)가 완성된다.

챔버부(200)의 제2 공간(2)에 위치하는 내벽의 외측면 및 외벽의 내측면에는 네온, 황산, 라돈 또는 수은 중 어느 하나의 소재가 코팅부재로써 코팅되고, 진공펌프를 통해 제2 공간(2) 내부의 불순물을 외부로 배출시킨 후 상기 코팅부재를 코팅시켜 불순물이 제2 공간(2)에 노출되거나 제2 공간(2)으로 이동되는 것을 차단시킨다.

발열부(300)에서 발생되는 열은 챔버부(200)의 외벽부터 내벽까지 단시간에 전달되고, 그로 인해 챔버부(200)의 내벽 온도가 단시간에 발열부(300)와 밀착된 외벽온도와 동일하도록 증가된다.

발열부(300)에 의해 제1 공간(1)의 온도가 증가된 상태에서는 높은 온도로 증가된 제2 공간(2)의 영향으로 외부공간의 온도 저하에 상관없이 제1 공간(1)의 온도가 안정적으로 유지되는 장점이 있다.

챔버부(200)의 내벽 및 외벽 사이에 형성되는 제2 공간(2)에 주입된 플라즈마 이온은 제2 공간(2)에 삽입될 수 있는 플라즈마 발생기를 통해 지속적으로 유지시킬 수 있고, 챔버부(200)의 외벽에 형성되는 개폐장치를 통해 제2 공간(2)에 플라즈마 이온을 주기적으로 주입시킬 수 있다.

플라즈마 이온에 남아있는 잠열이 챔버부(200)의 제2 공간(2)에 밀봉된 상태에서 발열부(300)의 열이 챔버부(200)에 전달되면 챔버부(200)의 외벽에 전달된 열이 저온 플라즈마 이온 및 챔버부(200)의 내벽의 온도를 증가시킨다.

폐기물의 열분해는 플라즈마를 이용한 열분해 장치(100) 내부의 제1 공간(1)을 진공펌프부(700)에 의해 진공 상태로 전환시키고, 발열부(300)의 구동으로 제1 공간(1)의 온도가 80℃ 내지 90℃에 도달되면서 진행된다.

플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)의 열분해는 챔버부(200)가 발열부(300)의 열을 전달받아 제1 공간(1)에 열을 발생시키는 간접열로 진행되기 때문에 다이옥신을 포함하는 유독가스의 생성이 억제된다.

플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)의 구동을 통해 생성되는 유증기에 포함된 가스 중 미량의 유독가스는 응축부(500)로 이동된 후 오일과 분리되면서 필터부(600)의 내부로 유입되고, 필터부(600)에서 플라즈마의 광산화 파장(100nm 내지 380nm)에 의해 제거되고, 악취도 함께 제거된다.

플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)에 의해 간접열로 열분해되는 폐기물의 오일전환율은 기존의 일반 직접열에 의한 플라즈마를 이용한 열분해 장치에 비해 상대적으로 높은 장점이 있고, 오일로 전환된 후 버려지는 슬러지의 비율도 일반 플라즈마를 이용한 열분해 장치에 비해 상대적으로 낮은 장점이 있다.

구체적으로, 도 3을 참조하면, 챔버부(200)는 내부의 제1 공간(1)이 관통홀(10)을 통해 상부로 개방되도록 형성되는 내부챔버(220) 및 플라즈마 이온으로 충진된 제2 공간(2)을 사이에 두고 내부챔버(220)의 외부에 이격된 상태로 제2 공간(2)을 밀봉시키도록 내부챔버(220)와 결합되는 외부챔버(240)를 포함한다.

제2 공간(2)에 플라즈마 이온을 주입시키는 다른 방법으로, 제1 단계는 제2 공간(2)의 내부를 진공펌프부(700)를 통해 진공으로 전환하고 플라즈마 원천가스인 산소 및 질소를 포함하는 플라즈마 원천가스를 주입하는 단계이다.

제2 공간(2)에 플라즈마 이온을 주입시키는 방법의 제2 단계는 제2 공간(2)에 배치되는 안테나와 연결된 RF전력공급장치을 구동시켜 고주파 전력을 상기 안테나로 공급하면 플라즈마 원천가스가 안테나에서 발생되는 에너지를 흡수하여 플라즈마로 전환된다.

제2 공간(2)에 플라즈마 이온을 주입시키는 방법의 제3 단계는 플라즈마로부터 추출된 이온들이 고에너지를 보유한 채 제2 공간(2)에 충진되고, 고에너지를 보유한 플라즈마 이온들에 고전압 펄스를 반복적으로 인가한다.

제2 공간(2)에 플라즈마 이온을 주입시키는 공정은 플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)의 사용 주기에 맞춰서 주기적으로 진행되고, 이를 통해 플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)의 성능이 지속적으로 유지된다.

내부챔버(220)는 내부의 제1 공간(1)이 상부 중앙에 형성된 관통홀(10)을 통해 상부의 외부공간으로 개방되는 원통형 용기 형태로 형성되고, 제2 공간(2)을 사이에 두고 외부챔버(240)와 이격되도록 배치된다.

제2 공간(2)에 노출되는 내부챔버(220)의 외측 표면에는 네온, 황산, 라돈 또는 수은 중 어느 하나의 소재가 코팅되고, 코팅은 내부챔버(220)의 표면에 남아있는 불순물이 제거된 뒤에 수행된다.

내부챔버(220)는 제1 바닥부재(221), 제1 외측부재(222) 및 제1 상단부재(223)를 포함한다.

제1 바닥부재(221)는 원형의 플레이트 형태로 형성되고, 제1 공간(1)의 하부에 해당되는 위치에서 제1 공간(1)으로 유입되는 폐기물과 밀착되며, 열전도도 또는 내열성이 높은 소재로 제작된다.

제1 외측부재(222)는 내부의 제1 공간(1)이 상부 및 하부를 향해 개방된 원통 형태로 형성되고, 하부테두리는 제1 바닥부재(221)의 외측테두리와 결합되어 제1 공간(1)의 하부를 밀봉시키며, 열전도도 또는 내열성이 높은 소재로 제작된다.

제1 상단부재(223)는 중앙에 관통홀(10)이 형성된 원형 플레이트 형태로 형성되고, 제1 공간(1)의 상부에서 외측 테두리가 제1 외측부재(222)의 상부테두리와 결합되어 제1 공간(1)의 상부 일부를 커버하며, 제1 공간(1)은 관통홀(10)을 통해서 상부의 외부공간과 연결된다.

외부챔버(240)는 내부의 공간이 상부 중앙에 형성된 관통홀(10)을 통해 상부의 외부공간으로 개방되는 원통형 용기 형태로 형성되고, 내부공간의 일부분에 해당되는 제2 공간(2)을 사이에 두고 내부챔버(220)의 외측을 둘러싸도록 배치된다.

제2 공간(2)에 노출되는 외부챔버(240)의 내측 표면에는 네온, 황산, 라돈 또는 수은 중 어느 하나의 소재가 코팅되고, 코팅은 외부챔버(240)의 표면에 남아있는 불순물이 제거된 뒤에 수행된다.

외부챔버(240)는 제2 바닥부재(241), 제2 외측부재(242) 및 제2 상단부재(243)를 포함한다.

제2 바닥부재(241)는 원형의 플레이트 형태로 형성되고, 제1 바닥부재(221)와 제2 공간(2)을 사이에 두고 하부로 이격된 위치에 배치되며, 열전도도 또는 내열성이 높은 소재로 제작된다.

제2 외측부재(242)는 내부의 공간이 상부 및 하부를 향해 개방된 원통 형태로 형성되어 제2 공간(2)을 둘러싸도록 형성되고, 하부테두리는 제2 바닥부재(241)의 테두리와 결합되어 제2 공간(2)의 하부가 커버되며, 열전도도 또는 내열성이 높은 소재로 제작된다.

제2 상단부재(243)는 중앙에 관통홀(10)이 형성된 원형 플레이트 형태로 형성되고, 테두리는 제2 외측부재(242)의 상부테두리와 결합되어 제1 상단부재(223)의 상부를 커버한다.

밀봉부재(260)는 링 형태로 형성되고, 관통홀(10) 및 제2 공간(2) 사이에서 내부챔버(220) 및 외부챔버(240)와 결합되어 제2 공간(2)을 밀봉시키도록 형성된다.

구체적으로, 밀봉부재(260)는 제1 상단부재(223)의 내측테두리 및 제2 상단부재(243)의 내측테두리 사이에 해당되는 위치에 배치되고, 하부면은 제1 상단부재(223)와 밀착되며, 상부면은 제2 상단부재(243)의 하부면과 밀착된다.

밀봉부재(260)는 제1 및 제2 상단부재(223, 243)와 밀착된 상태에서 제1 및 제2 상단부재(223, 243)와 결합되어 제2 공간(2)을 밀봉시키고, 관통홀(10)에 삽입된 커버부(400)와 결합된다.

한편, 밀봉부재(260)와 동일한 수평선상에서 제2 공간(2)의 내부에는 밀봉부재(260)를 둘러싸는 복수의 플라즈마 발생기가 배치될 수 있고, 플라즈마 발생기의 구동에 의해 제2 공간(2)에 플라즈마가 지속적으로 발생될 수 있다.

발열부(300)에서 발생되는 열은 제2 바닥부재(241), 제2 외측부재(242) 및 제2 상단부재(243)를 통해 제2 공간(2)으로 전달되고, 제2 공간(2)에 충진된 플라즈마 이온에 열이 전달되며, 제1 바닥부재(221), 제1 외측부재(222) 및 제1 상단부재(223)의 온도도 함께 증가된다.

발열부(300)의 구동에 의해 제1 및 제2 바닥부재(221, 241), 제1 및 제2 외측부재(222, 242)와 제1 및 제2 상단부재(223, 243)의 온도가 단시간에 동일한 온도로 증가되고, 내부챔버(220)와 인접한 제1 공간(1)의 온도가 동일한 수준의 온도로 단시간에 증가된다.

제2 공간(2)에 플라즈마가 충진된 상태가 아닌 경우에는 제2 공간(2)에 플라즈마가 충진된 상태보다 상대적으로 장시간에 걸쳐서 발열부(300)의 구동에 의해 제1 및 제2 바닥부재(221, 241), 제1 및 제2 외측부재(222, 242)와 제1 및 제2 상단부재(223, 243)의 온도가 증가되는 현상이 실험적으로 나타난다.

따라서, 제1 공간(1)에 배치된 폐기물은 단시간에 동일한 온도로 증가되는 제1 바닥부재(221), 제1 외측부재(222) 및 제1 상단부재(223)에 의해 제1 공간(1)의 다양한 위치로 고온의 간접열이 발생되므로, 과도한 열에 의해 폐기물이 탄화되거나 열이 도달되지 못해 열분해가 진행되지 않는 폐기물의 비율이 현저히 감소된다.

발열부(300)는 절연체(310), 열선(320) 및 단열체(330)를 포함한다.

발열부(300)는 챔버부(200)의 외측 하부에서 챔버부(200)의 외측면을 둘러싸는 형태로 형성되어 챔버부(200)와 밀착 결합되고, 전기적으로 구동되어 챔버부(200)를 향해 열을 발생시켜 폐기물의 열분해를 위한 열원으로 사용된다.

구체적으로, 절연체(310)는 외부챔버(240)를 둘러싸고 외부챔버(240)보다 상대적으로 높이가 작은 원통 형태로 형성되어 외부챔버(240)의 외측면에 면결합되며, 열선(320)의 열에 의해 외부챔버(240)가 파손되는 것을 차단시킨다.

한편, 절연체(310)의 형태는 테이프가 나선 형태로 외부챔버(240)를 둘러싸면서 상부를 향해 연장되는 형태로 형성될 수 있고, 이 경우, 열선(320)에 인접한 외부챔버(240)의 일부분에만 면결합되기 때문에, 나선 형태로 연장되는 절연체(310) 사이의 빈공간을 통해 열선(320)의 열이 외부챔버(240)로 효과적으로 전달될 수 있는 장점이 있다.

열선(320)은 절연체(310)의 외측에서 나선 형태로 상부를 향해 연장되어 절연체(310)의 외측을 둘러싸도록 형성되고, 전원과 연결되어 구동되면 열을 발산시킨다.

열선(320)에서 발생되는 열은 절연체(310)를 통해 외부챔버(240)에 전달되고, 외부챔버(240)로 전달된 열은 제2 공간(2)의 플라즈마 이온 및 내부챔버(220)를 통해 제1 공간(1)으로 전달된다.

단열체(330)는 절연체(310) 및 열선(320)을 둘러싸면서 외부챔버(240)와 결합되고, 일부는 열선(320)의 사이에 비어있는 공간에 유입되어 절연체(310) 및 단열체(330) 사이의 공간에 충진된다.

단열체(330)는 열선(320)에서 발생되는 열이 외부로 발산되는 것을 차단시켜, 주변에서 작업하는 작업자의 안전을 개선시키고, 작업환경의 온도가 증가되는 것을 차단시켜 작업자의 작업환경을 개선시킨다.

커버부(400)는 챔버연통(410) 및 상부커버(420)를 포함한다.

커버부(400)는 내부의 연통공간이 하부를 향해 개방되도록 형성되고, 상부 일부분은 구동을 통해 연통공간을 상부의 외부공간에 개방시키거나, 연통공간을 상부의 외부공간과 차단시킨다.

구체적으로, 챔버연통(410)은 원통 형태로 형성되어 관통홀(10)에 삽입되고, 외측면 일부분은 밀봉부재(260)의 내측면과 밀착된 상태에서 밀봉부재(260)와 탈부착이 가능하도록 결합되며, 내부의 연통공간은 제1 공간(1)과 연결된다.

상부커버(420)의 일부분은 힌지를 통해 챔버연통(410)과 회동이 가능하도록 결합되고, 회동을 통해 챔버연통(410)의 상부에 결합되어 제1 공간(1)을 외부공간과 차단시키거나, 챔버연통(410)과 분리되어 제1 공간(1)을 외부공간과 연결시킨다.

응축부(500)는 본체(510), 연통(520) 및 지지대(530)를 포함한다.

응축부(500)는 챔버부(200)를 관통하여 제1 공간(1)과 연통되는 관을 통해 챔버부(200)와 연결되고, 제1 공간(1)에서 폐기물이 열분해되며 발생되는 유증기는 관을 통해 응축부(500)의 내부로 유입된다.

응축부(500)의 내부로 유입된 유증기는 냉각되면서 일부는 오일로 전환되어 응축부(500)의 하부를 향해 이동되고, 일부는 가스로서 응축부(500)의 상부에서 외부로 이동된다.

구체적으로, 본체(510)의 일단은 외경 및 내경이 점진적으로 확장되면서 상부로 연장되는 관 형태로 형성되고, 타단은 일단의 상부에서 상부를 향해 원통 형태로 연장되어 사이클론 분리기 형태로 형성된다.

연통(520)은 내부의 배출공간이 상하부로 개방된 원통 형태로 형성되고, 일부가 본체(510)의 타단 내부에 삽입된 상태에서 본체(510)와 결합되어 본체(510)의 내부공간인 제3 공간(3)을 외부공간과 연결시킨다.

따라서, 본체(510)의 내부로 유증기가 유입되면 냉각되는 일부분은 오일로 전환되어 본체(510)의 내측면을 따라 하강되고, 일부분은 가스로서 연통(520)의 배출공간을 지나 외부로 이동된다.

복수의 지지대(530) 각각은 상하부로 길게 연장된 원기둥 형태로 형성되고, 본체(510)의 타단 외주면을 따라 서로 동일한 간격을 두고 이격된 상태에서 상부 일부분은 본체(510)의 타단 외측에 각각 결합된다.

필터부(600)는 부직포(610), 플라즈마 램프(620) 및 금속망(630)을 포함한다.

필터부(600)는 연통(520)의 내부에 형성된 배출공간에 탈착 또는 부착이 가능하도록 결합되고, 가스가 연통(520)을 통해 외부로 배출되는 과정에서 플라즈마를 발생시켜 가스 중에 포함된 유독가스 및 악취를 제거한다.

구체적으로, 부직포(610)는 원형 플레이트 형태로 형성되고, 연통(520)의 내부에 삽입되면, 연통(520)의 내측에 형성된 내측돌기들에 의해 거치되면서 연통(520)과 끼움 결합된다.

부직포(610)는 고온에도 화재 발생이 방지되는 난연성 부직포로 제작되고, 연통(520)을 통해 배출되는 가스 중에 포함된 먼지 입자들을 필터링하여 주변 환경을 개선시키는데 장점이 있다.

복수의 플라즈마 램프(620)들 각각은 상하부로 길게 연장된 원기둥 형태로 형성되고, 부직포(610) 상부의 동일한 수평선상에서 서로 소정의 거리를 사이에 두고 이격된 상태로 배치되며, 하부는 부직포(610)와 결합된다.

플라즈마 램프(620)에서 발생되는 플라즈마는 플라즈마를 방전시킬때 생성된 활성라디칼과 오존을 이용하여 악취물질을 중화처리 및 광화학적으로 산화시키는 기전으로 유독가스의 악취를 제거시킨다.

플라즈마 램프(620)의 파장은 150 nm 내지 200 nm로 설정되거나, 200 nm 내지 280 nm로 설정될 수 있고, 서로 다른 파장 범위를 가진 복수의 플라즈마 램프(620)를 배치시킬 수 있다.

복수의 금속망(630) 각각은 소정의 공간을 사이에 두고 복수의 플라즈마 램프(620) 각각과 이격된 상태에서 플라즈마 램프(620)를 둘러싸도록 형성되고, 하부는 부직포(610)와 결합된다.

복수의 금속망(630)을 통해 플라즈마 램프(620)를 부직포(610)의 상부에 안정적으로 배치시킬 수 있고, 플라즈마 램프(620)에서 발생되는 플라즈마는 금속망(360)의 구멍들을 지나 연통(520)의 내부공간으로 확산된다.

따라서, 연통(520)으로 유입되는 악취를 발생시키는 유독가스는 플라즈마 램프(620)에서 발생되는 플라즈마에 의해서 제거되므로, 주변에 거주하는 주민들의 피해가 감소되고, 환경이 보호되는 장점이 있다.

진공펌프부(700)는 외부챔버(240) 및 내부챔버(220)를 관통하여 제1 공간(1)과 연통되는 호스 또는 관을 통해 챔버부(200)와 연결되고, 구동을 통해 제1 공간(1)을 진공으로 전환시키거나, 제1 공간(1)에 공기를 유입시킨다.

진공펌프부(700)에 연결된 호스 또는 관은 외부챔버(240) 및 내부챔버(220)를 관통한 상태에서 외부챔버(240) 및 내부챔버(220)와 면결합되고, 제2 공간(2)은 외부공간과 차단되도록 밀봉된다.

발열부(300)가 작동되어 폐기물이 열분해 되는 과정에서 제1 공간(1)이 진공펌프부(700)에 의해 진공 상태로 유지되면서 폐기물의 탄화가 방지되고, 유독가스 생성이 방지되며, 폐기물의 열분해 효율이 증가되면서 오일전환율이 증가되며, 제1 공간(1)에서의 열손실이 감소되면서 발열부(300)의 에너지소비량이 감소되는 장점이 있다.

드레인부(800)는 외부챔버(240) 및 내부챔버(220)를 관통하여 제1 공간(1)과 외부공간을 연결시키는 파이프와 상기 파이프의 내부통로를 개폐시키도록 형성되는 밸브를 포함한다.

드레인부(800)에 연결된 파이프는 외부챔버(240) 및 내부챔버(220)를 관통한 상태에서 외부챔버(240) 및 내부챔버(220)와 면결합되고, 제2 공간(2)은 외부공간과 연통되지 않도록 밀봉된다.

구체적으로, 드레인부(800)의 일단은 파이프 형태로 형성되어 내부챔버(220), 제2 공간(2) 및 외부챔버(240)를 관통하고 외측면은 내부챔버(220) 및 외부챔버(240)와 결합되어 제2 공간(2)이 제1 공간(1) 및 외부공간과 단절되도록 제2 공간(2)을 밀봉시킨다.

드레인부(800)의 타단은 일단에서 외측 방향을 향해 소정의 거리만큼 연장되어 단열체(330)의 하부에 밀착되고, 타단 끝부분은 하부를 향해 절곡되며, 밸브가 부착되어 밸브를 통해 제1 공간(1) 및 외부공간을 서로 연통시키거나 제1 공간(1) 및 외부공간을 서로 차단시킨다.

플라즈마를 이용한 열분해 장치(100)의 구동이 종료되어 폐기물에서 발생된 유증기가 응축부(500)로 이동되고 열분해 공정이 완료되면, 드레인부(800)는 발열부(300)에 의해 온도가 가열된 상태이기 때문에 폐기물이 열분해되면서 제1 공간(1)에 남게되는 슬러지가 신속하게 드레인부(800)를 통해 외부공간으로 배출된다.

드레인부(800)에 형성된 밸브가 작동되어 제1 공간(1) 및 외부공간이 서로 연결된 상태에서는 발열부(300)가 작동되어 열을 드레인부(800)에 전달시키고, 상기 밸브가 작동되어 제1 공간(1) 및 외부공간이 서로 차단된 상태에서는 발열부(300)가 자동으로 작동중지되어 드레인부(800)에 전달되는 열이 차단된다.

챔버부(200)의 하부에는 챔버부(200)의 중량을 실시간으로 측정하는 중량감지센서가 부착될 수 있고, 제1 공간(1)에 폐기물이 유입되어 상기 중량감지센서가 중량의 증가를 감지하면, 상기 밸브가 작동되어 제1 공간(1) 및 외부공간이 서로 차단된 상태라도 발열부(300)를 작동시켜 열을 챔버부(200)로 전달시킬 수 있다.

제1 공간(1)에서 열분해가 완료된 폐기물의 슬러지는 드레인부(800)의 파이프를 통해 외부로 배출되고, 상기 밸브를 작동시켜 상기 파이프의 내부통로를 폐쇄시키면 제1 공간(1)은 밀봉된다.

한편, 발열부(300)의 절연체(310)와 인접한 위치의 제2 공간(2)에는 일측면은 제1 외측부재(222)와 밀착되고, 타측면은 제2 외측부재(242)와 밀착되는 곡면플레이트 형태의 복수의 열전도부재가 동일한 수평선상에서 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

복수의 열전도부재가 제2 공간(2)에 배치되면서 발열부(300)에서 발생되는 열이 제2 외측부재(242), 열전도부재 및 제1 외측부재(222)로 순서대로 전달되고, 제1 공간(1)의 온도를 단시간에 상승시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 복수의 열전도부재 중 어느 하나의 하부는 제2 공간(2)에서 드레인부(800)와 밀착되도록 배치될 수 있고, 열전도부재에서 발생되는 열이 드레인부(800)를 가열시키면서 드레인부(800)를 통해 외부로 배출되는 슬러지의 배출속도가 개선되는 장점이 있다.

한편, 상부커버(420)의 하부면에는 전력에 의해 구동되는 발열장치가 결합될 수 있고, 제1 공간(1)에서 폐기물이 가열되어 열분해되는 과정에서 간접열이 도달하기 힘든 폐기물의 상부 중앙을 향해 열을 보충해주는 장점이 있다.

한편, 제2 공간(2)에 노출되는 내부챔버(220)의 외측면 및 외부챔버(240)의 내측면에는 PECVD((Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법을 통해 다이아몬드를 포함한 열전도도가 높은 소재가 코팅될 수 있고, 이를 통해 발열부(300)에서 발생되는 열이 내부챔버(220)의 내측면 전체로 단시간에 전달되고, 내부챔버(220)의 내측면에 인접한 제1 공간(1)의 온도가 균일하게 증가될 수 있다.

또한, 제2 공간(2)에 노출되는 금속으로 제작된 내부챔버(220)의 외측면 및 금속으로 제작된 외부챔버(240)의 내측면에는 대기압 플라즈마로 처리되면서 친수성으로 전환되고 열전달 효율이 향상(기계저널(Journal of the KSME), Volume 55 Issue 6/Pages 42-44/2015/1226-7287(pISSN)) "대기압 플라즈마 표면처리-열전달 효율향상으로의 응용, 강우석, 허민 연구원)되어 발열부(300)에서 발생되는 열을 제1 공간(1)으로 단시간에 전달시키는 장점이 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 플라즈마를 이용한 열분해 장치
200: 챔버부
300: 발열부
400: 커버부
500: 응축부
600: 필터부
700: 진공펌프부
800: 드레인부

Claims (7)

1. 내부의 제1 공간이 관통홀을 통해 상부로 개방되도록 형성되는 내부챔버 및 상기 내부챔버 외부의 제2 공간을 둘러싸도록 형성되고, 상기 내부챔버와 결합되어 상기 제2 공간을 밀봉시키는 외부챔버를 포함하는 챔버부;
   상기 외부챔버의 외측에 결합되어 상기 제1 공간으로 전달되기 위한 열을 발생시키도록 형성되는 발열부;
   상기 챔버부를 관통하는 관을 통해 상기 제1 공간과 연통되고, 상기 제1 공간에서 발생되는 유증기를 오일 및 가스로 분리시키도록 형성되는 응축부; 및
   상기 관통홀에 삽입되어 상기 내부챔버 및 외부챔버와 결합되고, 상부커버의 구동을 통해 상기 관통홀을 개방 또는 폐쇄하도록 형성되는 커버부를 포함하고,
   상기 제2 공간은 플라즈마 이온이 주입되어 밀봉된 상태이고, 상기 발열부에서 열이 발생하면 상기 제2 공간으로 열이 전달되어 상기 플라즈마 이온에 의해 상기 제1 공간이 간접열에 의해 균일하게 가열되면서 상기 제1 공간에 배치된 폐기물을 열분해시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 내부챔버는,
   바닥부재;
   상기 바닥부재에서 상부를 향해 관 형태로 연장되는 외측부재; 및
   중앙에 관통홀이 형성된 판 형태로 형성되고 외측테두리가 상기 외측부재의 상부테두리에 결합되는 상단부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 발열부는,
   상기 외부챔버의 측면을 둘러싸도록 형성되는 절연체;
   상기 절연체를 둘러싸는 나선형태로 연장되는 열선; 및
   상기 열선 및 절연체를 밀봉시키면서 상기 외부챔버와 결합되는 단열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 응축부는,
   내부의 제3 공간이 상하부로 개방되는 관 형태로 형성되는 본체; 및
   상기 본체의 상부 중앙에 결합되어 상기 제3 공간을 상부의 외부공간과 연결시키도록 형성되는 연통을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 연통의 내부에 탈부착이 가능하도록 결합되는 부직포, 상기 부직포의 상부에 배치되는 플라즈마 램프 및 상기 플라즈마 램프를 둘러싸면서 상기 부직포에 결합되는 금속망을 포함하는 필터부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 외부챔버 및 내부챔버를 관통하여 상기 제1 공간과 연통되는 관과 연결되는 진공펌프부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 외부챔버 및 내부챔버를 관통하여 상기 제1 공간과 외부공간을 연결시키는 파이프 및 상기 파이프의 내부통로를 개폐시키도록 형성되는 밸브를 포함하는 드레인부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 열분해 장치.