KR200425109Y1 - 플라즈마 토치 - Google Patents

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KR200425109Y1
KR200425109Y1 KR2020060015206U KR20060015206U KR200425109Y1 KR 200425109 Y1 KR200425109 Y1 KR 200425109Y1 KR 2020060015206 U KR2020060015206 U KR 2020060015206U KR 20060015206 U KR20060015206 U KR 20060015206U KR 200425109 Y1 KR200425109 Y1 KR 200425109Y1
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Abstract

본 고안은 소정 간격 떨어진 양측의 전극에 고압의 전류가 방전되었을 때 발생되는 방전 아크의 불꽂방향의 속도증대 및 활성화를 위하여 워킹 가스가 공급되는 유로를 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 개재되는 절연체에 형성한 플라즈마 토치에 관한 것으로, 양측의 전극으로 인가된 고압 전류에 의해 생성된 방전 아크에 워킹 가스의 공급을 위한 워킹 가스주입구가 형성된 플라즈마 토치에 있어서, 캐소드 전극과; 상기한 캐소드 전극이 세로방향으로 중앙부의 하부면은 상기 캐소드 전극의 하단이 함몰된 상태로 조립되도록 지붕형상의 1차연소실이 형성되고, 그 주변부에는 냉각수로가 마련된 캐소드 전극체와; 상기한 캐소드 전극체의 1차연소실과 소정간격 떨어진 위치에 위치되며, 그 중앙부의 하측으로는 상기한 1차연소실보다 큰 크기의 2차연소실이 형성되고, 그 주변부에는 냉각홀이 형성된 이그니션 전극체와; 상기한 이그니션 전극체와 소정간격 떨어진 위치에 위치되며, 그 중앙부 상면으로는 상기한 2차연소실의 내부를 향해 노즐의 입구부가 산형상으로 돌출형성된 애노드 전극체와; 상기한 캐소드 전극체와 이그니션 전극 사이에 개재되어 절연하며 그 외주연측에서 내주연측으로 워킹 가스의 공급을 위한 가스주입구가 형성된 상부 절연체와; 상기한 이그니션 전극과 애노드 전극 사이에 개재되어 절연하며 그 외주연측에서 내주연측으로 워킹 가스의 공급을 위한 가스주입구가 형성된 하부 절연체; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
플라즈마 토치, 애노드 전극, 캐소드 전극, 절연체

Description

플라즈마 토치{Plasma torch}
도 1은 종래의 기술을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 고안에 의한 플라즈마 토치의 단면구성도.
도 3은 본 고안에 의한 플라즈마 토치의 조립전 분해사시도.
도 4는 본 고안에 의한 플라즈마 토치가 폐가스 처리 시스템에 적용된 사용상태도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 플라즈마 토치 22 : 캐소드 전극
30 : 캐소드 전극체 32 : 1차연소실
33 : 간극보상부 40 : 이그니션 전극체
42 : 2차연소실 43 : 간극보상부
50 : 애노드 전극체 51 : 노즐
52 : 노즐 입구부 60 : 상부 절연체
64 : 가스주입구 70 : 하부 절연체
74 : 가스주입구 C : 냉각홀
N : 니플 B : 볼트
본 고안은 플라즈마 토치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정 간격 떨어진 양측의 전극에 고압의 전류가 방전되었을 때 발생되는 방전 아크의 불꽂방향의 속도증대 및 활성화를 위하여 워킹 가스가 공급되는 유로를 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 개재되는 절연체에 형성한 플라즈마 토치에 관한 것이다.
용접, 절단, 표면처리, 폐기물 연소 등을 목적으로 특정 부분에 고열을 가하는 토치는 연소되는 연료의 형태(액체 연료, 기체 연료)에 따라서 다양한 구조로 제공되고 있다. 또한, 최근에는 두 개의 전극 사이에 고압의 전류가 인가되어 만들어진 플라즈마 상태에서 워킹 가스(질소, 산소, 수소, 아르곤, 헬륨, 메탄, 프로판 등)를 공급해주므로서 보다 높은 연소열을 얻을 수 있도록 하는 플라즈마 토치가 널리 보급 사용되고 있는 실정이다.
이러한 플라즈마 토치는 대한민국 특허청의 등록특허공보 10-0493930호, 등록특허공보 10-0276674호, 등록특허공보 10-0459315호, 등록특허공보 10-0204354호, 공개특허공보 특1998-702147호, 등록실용신안공보 20-0270697호 등에서 확인될 수 있듯이 다양한 구조로 이루어져 용접, 절단, 폐기물의 연소 등의 넓은 산업분야에 적용되고 있다.
도 1은 미국특허공보 US 6,617,538호의 '화학물질 합성 및 화학물질 부산물 저감을 위한 회전 아크 플라즈마 제트 및 그 사용 방법'에 실린 플라즈마 토치의 구성도이다.
도면에 도시된 바와 같이 종래의 플라즈마 토치(10)는 프로세싱 챔버(11)의 내부에 형성된 캐소드 하우징(12)으로 전원부(13)로부터 -전원이 인가되는 캐소드 전극(14)이 마련되고, 상기한 캐소드 전극(14)에 대응하여 방전시 아크가 이루어질 수 있도록 하기 위한 애노드 전극(15)이 상기한 캐소드 하우징(12)의 하부 외주연측에 마련된 구조를 보이고 있다. 특히, 상기한 애노드 전극(15)은 캐소드 전극(14)과는 소정의 간격이 유지된 상태에서 그 내부에 마련된 공간이 캐소드 전극의 말단부를 감싸도록 구성된다.
한편, 상기한 캐소드 전극(14)과 애노드 전극(15) 사이에서 발생된 방전 아크가 방전실(16) 내에서 선회되도록 하기 위하여 상기한 캐소드 하우징(12)의 외측에는 자기장 코일(17)이 마련되어 있다. 따라서, 상기한 캐소드 전극(14)의 말단부와 애노드 전극(15) 사이에서 발생되는 방전 아크는 자기장의 영향을 받아 선회되면서 방사속도가 빨라지게 되는 것이다.
그런데 상술한 바와 같은 종래의 플라즈마 토치에서는 방전 아크의 속도증대 및 활성화를 위한 수단으로서 자기장 코일이 별도로 마련되므로서, 플라즈마 토치의 크기가 증대되어야 할 뿐만 아니라 주변의 고열에 의한 자기장 코일의 고장이 발생될 수 있는 문제점이 있었다.
본 고안은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 소정 간격 떨어진 양측의 전극에 고압의 전류가 방전되었을 때 발생되는 방전 아크의 불꽂방향의 속도증대 및 활성화를 위하여 워킹 가스가 공급되는 유로를 캐소드 전극과 애노드 전극 사이에 개재되는 절연체에 형성한 플라즈마 토치를 제공하는 데 목적이 있는 것이다.
본 고안은 상기와 같은 고안의 목적달성을 위한 수단으로서,
양측의 전극으로 인가된 고압 전류에 의해 생성된 방전 아크에 워킹 가스의 공급을 위한 워킹 가스주입구가 형성된 플라즈마 토치에 있어서, 캐소드 전극과; 상기한 캐소드 전극이 세로방향으로 중앙부의 하부면은 상기 캐소드 전극의 하단이 함몰된 상태로 조립되도록 지붕형상의 1차연소실이 형성되고, 그 주변부에는 냉각수로가 마련된 캐소드 전극체와; 상기한 캐소드 전극체의 1차연소실과 소정간격 떨어진 위치에 위치되며, 그 중앙부의 하측으로는 상기한 1차연소실보다 큰 크기의 2차연소실이 형성되고, 그 주변부에는 냉각홀이 형성된 이그니션 전극체와; 상기한 이그니션 전극체와 소정간격 떨어진 위치에 위치되며, 그 중앙부 상면으로는 상기한 2차연소실의 내부를 향해 노즐의 입구부가 산형상으로 돌출형성된 애노드 전극체와; 상기한 캐소드 전극체와 이그니션 전극 사이에 개재되어 절연하며 그 외주연측에서 내주연측으로 워킹 가스의 공급을 위한 가스주입구가 형성된 상부 절연체와; 상기한 이그니션 전극과 애노드 전극 사이에 개재되어 절연하며 그 외주연측에서 내주연측으로 워킹 가스의 공급을 위한 가스주입구가 형성된 하부 절연체; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 고안에서는 상기한 캐소드 전극체의 하측 중앙부와 이그니션 전극체의 상측 중앙부는 캐소드 전극체와 이그니션 전극체 사이에 개재된 상부 절연체의 두께에 의한 멀어진 간극이 좁혀지도록 하기 위한 간극보상부가 각각 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 고안에서는 상기한 캐소드 전극체, 이그니션 전극체, 애노드 전극체에는 각각 냉각수가 흐르기 위한 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 고안에서는 상기한 상부 절연체의 가스주입구 및 하부 절연체의 가스주입구는 각각의 아이솔레이트 내주연으로 공급되는 가스가 스월(swirl)을 일으키며 유입되도록 바람개비의 블레이드형상으로 다수 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 고안에서는 상기한 이그니션 전극체의 외주연은 상부 절연체와 하부 절연체에 의해서 감싸지고, 상기한 상부 절연체와 하부 절연체는 그 외주연이 플랜지 결합된 것을 특징으로 하는 것이다.
그리고 본 고안에서는 상기한 캐소드 전극체의 내측에는 냉각홀이 마련되어지되, 상기한 1차연소실 가까이로 냉각홀로 공급된 냉각수가 유도되도록 하기 위한 워터 제트가 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.
이하 본 고안에 의한 플라즈마 토치의 구성 및 작동에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면과 함께 상세하게 설명한다.
도 2는 본 고안에 의한 플라즈마 토치의 단면구성도이고, 도 3은 본 고안에 의한 플라즈마 토치의 조립전 분해사시도이며, 도 4는 본 고안에 의한 플라즈마 토치가 폐가스 처리 시스템에 적용된 사용상태도이다. 도면 중에 표시되는 도면부호 20은 본 고안에 의해 형성된 플라즈마 토치를 지시하는 것으로, 플라즈마 토치(20)의 몸체가 전도체의 부품과 부도체의 부품이 교차로 적층된 상태에서 전도체 부품 사이에 고압의 전류를 인가하였을 경우에 발생되는 방전 아크의 움직임 및 속도가 보다 활성화되도록 하기 위한 목적으로 구성된 것이다.
플라즈마 토치(20)의 몸체를 이루는 각 부분은 전기의 통전여부에 의해서 캐소드 전극체(30), 상부 절연체(60), 이그니션 전극체(40), 하부 절연체(70), 애노드 전극체(50)로 구분형성되는데, 특히 상기한 캐소드 전극체(30), 이그니션 전극체(40), 애노드 전극체(50)의 내부에는 방전시 고열이 된 부품의 각 부분의 온도를 낮추기 위한 냉각홀(C)이 형성되어 있다. 각각의 냉각홀(C)의 형성을 위해서 캐소드 전극체(30), 이그니션 전극체(40), 애노드 전극체(50)는 도면에 도시된 바와 같이 다수의 부분품으로 분리형성된 후에 용접이나 나사조립 등의 방식에 의해서 일체화될 수 있다. 각 부품의 내부에 중공형의 냉각홀(C)의 생성이 가능한 사출방식으로 캐소드 전극체(30), 이그니션 전극체(40), 애노드 전극체(50)가 제작되는 경우에는 다수로 분리형성된 부분품들을 일체화하기 위한 조립공정은 생략될 수 있다.
가공 또는 사출의 방식에 의해서 제작된 캐소드 전극체(30), 이그니션 전극체(40), 애노드 전극체(50)에 마련된 각 냉각홀(C)에는 냉각수의 유출입 및 순환이 가능하도록 하기 위한 냉각수입구 및 냉각수출구가 형성되며, 냉각수입구 및 냉각수출구에는 냉각수 라인의 용이한 접속이 이루어질 수 있도록 하기 위한 니플(N)이 형성된다. 한편, 이그니션 전극체(40) 및 애노드 전극체(50)에 비하여 상대적으로 큰 크기로 형성되는 캐소드 전극체(30)의 냉각홀(C) 내부에는 캐소드 전극체(30)의 하측에 마련되는 1차연소실(32) 부분의 냉각효율이 향상될 수 있도록 냉각수의 흐름을 그 쪽으로 유도하기 위한 워터 제트(31)가 형성된다. 즉, 워터 제트(31)의 일측단은 캐소드 전극체(30)의 냉각수입구 내측에 접속되고 다른 일측단은 캐소드 전극체(30)의 냉각홀(C) 하부를 향하게 되는 것이다.
한편, 상기한 캐소드 전극체(30)와 이그니션 전극체(40), 이그니션 전측체(40)와 애노드 전극체(50) 사이의 간극에서 방전 아크가 생성되도록 하기 위하여 캐소드 전극체(30)의 중앙부에는 상하방향으로 길게 캐소드 전극(22)이 세워진 상태로 조립된다. 특히, 캐소드 전극(22)의 하단은 캐소드 전극체(30)의 하부면에 마련되는 1차연소실(32)을 향하여 노출되도록 형성되는데, 상기한 1차연소실(32)은 그 단면형상에서 지붕형상이 연상될 수 있도록 하부를 향하여 점차 넓어지는 형상으로 형성된다.
그리고 1차연소실(32)이 형성된 캐소드 전극체(30)의 저면 중앙부분은 그 외주연보다 상대적으로 돌출된 구조를 이루게 되는데, 이 부분이 상기한 캐소드 전극체(30)와 이그니션 전극체(30) 사이에 개재되는 상부 절연체(60)의 두께로 인해서 커지게 되는 1차연소실(32)과 이그니션 전극체(40) 사이의 간극이 좁혀질 수 있도 록 하기 위한 간극보상부(33)인 것이다. 이 캐소드 전극체(30)의 하부면에 형성된 간극보상부(33)에 대응하여 이그니션 전극체(40)의 상부면에도 상기한 캐소드 전극체(30)를 향해 돌출되는 간극보상부(43)가 형성된다.
캐소드 전극체(30)의 저면에는 캐소드 전극체와는 직접적인 통전이 이루어지지 않는 이그니션 전극체(40)가 캐소드 전극체의 저면과 소정의 간극이 유지된 채로 상부 절연체(60)를 매개로 조립된다. 이그니션 전극체(40)는 캐소드 전극체와 같이 금속재질(구리)로 형성되며, 그 중앙부에는 1차연소실(32)의 하부 직경과 비슷한 크기의 관통공(41)이 관통형성되고, 상기한 관통공(41)의 하부에는 1차연소실(32)의 크기보다 큰 크기의 2차연소실(42)이 형성된다. 2차연소실(42)의 경우에도 1차연소실의 경우와 마찬가지로 그 단면형상에서 지붕형상이 연상되는 형태로 하부를 향할수록 점차 직경이 커지는 구조를 이루게 된다. 상기한 관통공(41)의 내주연은 캐소드 전극(22)에 대응되는 애노드 전극이 되는 것이며, 상기 이그니션 전극체(40)에 전원부(80)로부터 +전원 케이블이 접속되기 위한 단자(44)가 일측을 향하여 돌출형성된다.
상기한 이그니션 전극체(40)와 캐소드 전극체(30) 사이를 절연하기 위한 상부 절연체(60)의 상부는 캐소드 전극체(30)의 하단이 결합될 수 있도록 형성되는데, 본 고안의 실시예를 설명하기 위한 도면에서처럼 캐소드 전극체(30)의 하단 일부가 수용되도록 체결공간(61)이 형성되고 상기한 체결공간(61)의 내주연과 캐소드 전극체(30)의 하부 외주연에는 각각 나사체결을 위한 나사면이 형성될 수 있는 것이다. 상부 절연체(60)의 하부는 후설할 하부 절연체(70)와의 플랜지 결합이 가능하도록 그 상부보다 넓은 크기의 상부 플랜지(62)가 형성되고, 그 상부 플랜지(62)에는 다수의 체결공이 관통형성된다. 상부 절연체(60)의 중간부를 기준으로 그 상측과 하측에는 각각 캐소드 전극체(30)의 하부와 이그니션 전극체(40)의 상부 일부가 수용될 수 있는 홈이 형성되는 것이다. 상부 절연체(60)의 중간부의 중앙구간은 캐소드 전극체(30)에 고정장착된 캐소드 전극(22)과 이그니션 전극체(40)의 애노드 전극 사이에 플라즈마의 형성이 가능하도록 빈 공간으로 형성되는데, 이 빈 공간의 내주연을 향해서는 상기한 캐소드 전극체와 이그니션 전극체 사이의 간극으로 방전 아크의 활성화를 위한 워킹 가스의 공급목적으로 형성된 가스주입구(64)의 끝단이 노출된다.
상부 절연체(60)에 마련되는 가스주입구(64)는 상부 절연체(60)의 외주연측에서 내주연측을 향해 공급된 워킹 가스가 분사되어지되, 분사되는 워킹 가스의 진로가 상부 절연체(60)의 중앙이 집중되는 형태가 아닌 스월(swirl)을 일으키는 형태로 이루어지도록 하기 위하여 마치 바람개비의 블레이드가 위치되는 형상으로 소정의 각도간격으로 다수 형성된다. 가스주입구(64)는 180°간격, 120°간격, 90°간격 등에서 선택될 수 있는 것이며, 각각의 가스주입구(64)의 외측에는 워킹 가스가 공급되는 가스 라인의 접속이 가능하도록 니플이 형성될 수 있는 것이다.
상기한 상부 절연체(60)의 하측에 위치되어 이그니션 전극체(40)와 애노드 전극체(50) 사이를 절연하는 하부 절연체(70)는 그 상부가 상부 절연체(60)의 상부 플랜지(62)에 플랜지결합될 수 있도록 하부 플랜지(72)가 형성되며, 그 하부 플랜지(72)에는 볼트(B)의 체결을 위한 다수의 볼트공이 관통형성된다. 또한, 상기한 하부 플랜지(72)의 내측에는 이그니션 전극체(40)의 일부가 수납될 수 있는 홈형상의 공간이 단차진 형상으로 형성된다. 한편, 상기한 하부 플랜지(72)의 중앙부에는 그 하부에 위치되는 애노드 전극체(50)의 상부면으로 돌출형성된 노즐의 입구부(52)가 상기한 2차연소실(42)을 향하여 끼워지도록 관통형성되고, 그 관통공(41)의 내주연에는 상기한 2차연소실(42)을 향하여 워킹가스가 분사되도록 하기 위한 가스주입구(74)가 형성된다. 하부 절연체(70)에 마련되는 가스주입구(74)의 경우에도 상부 절연체(60)에 마련된 가스주입구(64)와 마찬가지로 2차연소실(42)을 향해 가스가 분사되는 형태가 스월을 일으키는 형태로 이루어질 수 있도록 소정의 각도간격을 두고 다수의 가스주입구(74)가 마치 바람개비의 블래이드가 배치된 형태로 형성된다. 하부 절연체(70)에 마련된 가스주입구(74)의 외측단에는 가스 라인의 접속이 용이하게 이루어지도록 하기 위한 니플(N)이 형성될 수 있는 것이다.
그리고 상기한 애노드 전극체(50)의 상부면 중앙부에는 이그니션 전극체(40)의 하부면에 마련된 2차연소실(42)과는 일정한 간극이 유지되는 크기로 산형상을 가지는 노즐의 입구부(52)가 돌출형성된다. 즉, 상기한 하부 절연체(70)를 매개로 이그니션 전극체(40)와 애노드 전극체(50)가 조립되었을 때에 2차연소실(42)의 내벽과 노즐 입구부(52)의 외벽 사이에는 소정의 간격이 유지되도록 구성되는 것이 다. 노즐 입구부(52)는 애노드 전극체(50)의 중앙부에 세로방향으로 관통형성되는 노즐(51)의 상단을 의미하는 것으로, 그 외주면이 상부를 향할수록 직경이 점차 감소되는 경사면으로 형성되므로서 하부 절연체(70)에 마련된 가스주입구(74)로부터 분사되는 워킹가스는 그 경사면을 따라서 2차연소실(42)로 상향될 수 있는 것이다. 이 때, 하부 절연체(70)에 마련된 다수의 가스주입구(74)는 분사되는 가스가 스월을 일으키도록 구성된 상태에서 노즐 입구부(52)의 경사면에 부딪치게 되면서 그 움직임은 보다 활성화될 수 있는 구조를 가지게 되는 것이다.
그리고 상기한 노즐(51)의 내주연 도중에는 화염의 최대 방사거리를 제한하기 위한 돌기부(51a)가 돌출형성된다. 상기 애노드 전극체(50)에 전원부(80)로부터 +전원 케이블이 접속되기 위한 단자(54)가 일측을 향하여 돌출형성된다.
특히, 전원부의 +전원이 인가되는 이그니션 전극체(40)와 애노드 전극체(50)는 1차연소실(32) 및 2차연소실(42)이 위치된 그 중앙부가 주변부보다 적은 단면을 가진 채로 형성되므로서, 각각의 단자로 인가된 전류는 전기적인 특성상 자연히 1차연소실(32) 및 2차연소실(42) 측으로 유도될 수 있는 것이다.
이하에서는 본 고안에 의해 구성된 플라즈마 토치의 설치 및 작동상태를 간단히 설명하기로 한다.
플라즈마 토치(20)는 용접, 절단, 표면처리, 폐기물의 연소 등을 목적으로 하는 시스템에 적용될 수 있는 것인데, 본 고안의 실시예를 설명하기 위한 도면(도 4 참조)에서는 반도체, TFT LCD, OLED 등의 제조 공정에서 발생된 독성 폭발성 PFC가스를 연소시키기 위한 목적의 시스템에 적용된 상태를 보인 것이다.
폐가스 처리 시스템(100)에 적용된 플라즈마 토치(20)에 전원부(80)의 +전원 및 -전원이 각각 인가되면, 상기한 캐소드 전극(22)로 인가된 -전자가 이그니션 전극체(40)를 향해 이동되면서 1차연소실(32)에서는 불꽂(스파크)이 튀기게 된다. 이 과정에서 상부 절연체(60) 및 하부 절연체(70)에 각각 마련된 가스주입구(64,74)를 통해서는 워킹가스가 스월을 일으키며 분사되는 상태이고, 1차연소실에서 생성된 불꽂을 보다 활성화시키게 된다.
또한, 애노드 전극체(50)를 통해서도 전원부(80)의 +전원이 고압으로 인가됨에 따라 캐소드 전극체(30)와 이그니션 전극체(40) 간의 전기적 아크 방전은 가스주입구(64)를 통해 1차적으로 유입된 워킹가스로 분출되며, 이는 최초 캐소드 전극체(30)와 이그니션 전극체(40) 간에 얻어진 방전 아크를 캐소드 전극체(30)와 애노드 전극체(50)으로 여기시킨다. 이에 2차연소실(42) 내부를 흐르는 워킹가스에 의하여 플라즈마 평형 상태가 유지되며, 이때 발생된 전기적 방전 에너지에 의하여 제트가 강하게 토출되어진다. 이때, 발생되는 중심부의 온도는 약 7000K 정도의 강한 전기적 화염 즉, 제트를 애노드 전극체(50)의 분사구 방향으로 분사하며 처리시스템(100)의 연소실(110)로 향하게 된다.
그리고 상기한 플라즈마 토치(20)가 동작되는 과정에서는 캐소드 전극체(30), 이그니션 전극체(40), 애노드 전극체(50)에 각각 형성된 냉각홀(C)을 통해서 냉각수가 순환되므로서 고온화에 의한 플라즈마 토치의 이상이 방지된다. 또한, 상 부 절연체(60) 및 하부 절연체(70)에 마련된 가스주입구(64,74)를 통해서는 저온 상태의 워킹 가스가 통과하게 되므로서 상부 절연체(60) 및 하부 절연체(70)의 냉각이 이루어지게 된다.
한편, 상술한 바와 같이 플라즈마 토치(20)의 노즐(51) 하측으로 고온의 화염이 방출되는 과정에서 폐가스 유입구(120)를 통해 폐가스 처리 시스템(100)의 연소실(110)로 유입된 폐가스는 플라즈마 토치(20)의 노즐로 분사되는 고온의 화염에 의해서 폐가스를 이루고 있는 물질들은 분해 및 이온화되거나, 보다 안전한 물질로 재결합되는 반응이 매우 격렬하고 아주 짧은 시간에 이루어진다. 한편, 플라즈마 토치(20)를 이용해 폐가스를 플라즈마 제트시키는 과정에서 폐가스를 보다 안전한 상태의 화합물로 만들기 위한 공기 또는 산소가 혼합된 물(H2O)이 고온의 상태로 주입구(165)를 통해 주입되므로서 분해된 폐가스는 산화물과 수소화합물로 재결합된다. 또한, 고온의 제트를 이용하여 가스를 분해하는 반응부(110)의 내벽을 보호할 뿐만 아니라 알카리 중화제를 투입할 수 있는 반응촉진물 투입구(130,140)이 형성될 수도 있는 것이다. 연소실을 통과한 반응가스와 산성가스는 또다른 웨트(wet) 스트레이 노즐을 통하여 분사된 중화제에 의하여 중화되어 Na화합물 즉 염을 생성하도록 한다. 또한, 상기한 플라즈마 토치(20)의 고온 화염에 의해서 폐가스가 연소되는 과정에서 생성되는 연소가스 중에 포함된 입자상물질을 여과하기 위한 표면적이 넓은 물질의 필터(150)가 마련될 수도 있는 것이다.
폐가스 처리 시스템(100)에서 미설명된 도면부호 160은 수증기 상태의 H2O와 공기를 방전 아크 프레임과 평행한 상태로 분사시키기 위한 수증기 공급장치를 나타낸 것으로서, 방전 아크 프레임에 수증기를 분사하는 목적은 분해된 폐가스가 수소화합물과 산화물로 치환되는 것을 유도할 뿐만 아니라 폐가스의 환원(재결합)이 방지되도록 하기 위한 것이다.
이상과 같이 구성된 본 고안에 의하면 비교적 간단한 구조를 이루면서도 방전 아크시 1차연소실 및 2차연소실로 분사되는 워킹 가스의 유로가 스월을 일으키는 형태로 공급되므로서, 전기적 방전만으로도 약 7000K 이상의 고온의 제트 화염을 보다 활성화된 상태로 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 가스 또는 석유 버너 등에 비하여 이산화탄소 등의 대기오염물질이 배출량이 현저히 감소될 수 있는 커다란 장점이 있는 것이다.
또한, 본 고안에 의해 플라즈마 토치를 구성하는 캐소드 전극체, 이그니션 전극체, 애노드 전극체에는 냉각수의 순환을 위한 냉각홀이 마련되고, 상부 절연체 및 하부 절연체에는 저온상태의 워킹 가스가 통과되기 위한 가스주입구가 마련되므로서, 플라즈마 토치의 작동과정에서 발생되는 고온화에 의한 고장을 방지할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

  1. 양측의 전극으로 인가된 고압 전류에 의해 생성된 방전 아크에 워킹 가스의 공급을 위한 워킹 가스주입구가 형성된 플라즈마 토치에 있어서,
    캐소드 전극과;
    상기한 캐소드 전극이 세로방향으로 중앙부의 하부면은 상기 캐소드 전극의 하단이 함몰된 상태로 조립되도록 지붕형상의 1차연소실이 형성되고, 그 주변부에는 냉각수로가 마련된 캐소드 전극체와,
    상기한 캐소드 전극체의 1차연소실과 소정간격 떨어진 위치에 위치되며, 그 중앙부의 하측으로는 상기한 1차연소실보다 큰 크기의 2차연소실이 형성되고, 그 주변부에는 냉각홀이 형성된 이그니션 전극체와;
    상기한 이그니션 전극체와 소정간격 떨어진 위치에 위치되며, 그 중앙부 상면으로는 상기한 2차연소실의 내부를 향해 노즐의 입구부가 산형상으로 돌출형성된 애노드 전극체와;
    상기한 캐소드 전극체와 이그니션 전극 사이에 개재되어 절연하며 그 외주연측에서 내주연측으로 워킹 가스의 공급을 위한 가스주입구가 형성된 상부 절연체와;
    상기한 이그니션 전극과 애노드 전극 사이에 개재되어 절연하며 그 외주연측에서 내주연측으로 워킹 가스의 공급을 위한 가스주입구가 형성된 하부 절연체; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 캐소드 전극체의 하측 중앙부와 이그니션 전극체의 상측 중앙부는 캐소드 전극체와 이그니션 전극체 사이에 개재된 상부 절연체의 두께에 의한 멀어진 간극이 좁혀지도록 하기 위한 간극보상부가 각각 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기한 캐소드 전극체, 이그니션 전극체, 애노드 전극체에는 각각 냉각수가 흐르기 위한 냉각홀이 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기한 상부 절연체의 가스주입구 및 하부 절연체의 가스주입구는 각각의 아이솔레이트 내주연으로 공급되는 가스가 스월(swirl)을 일으키며 유입되도록 바람개비의 블레이드형상으로 다수 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기한 이그니션 전극체의 외주연은 상부 절연체와 하부 절연체에 의해서 감싸지고, 상기한 상부 절연체와 하부 절연체는 그 외주연이 플랜지 결합된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기한 캐소드 전극체의 내측에는 냉각홀이 마련되어지되, 상기한 1차연소실 가까이로 냉각홀로 공급된 냉각수가 유도되도록 하기 위한 워터 제트가 형성된 것을 특징으로 하는 플라즈마 토치.
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