KR20060025066A

KR20060025066A - 유해가스 처리용 플라즈마 장치

Info

Publication number: KR20060025066A
Application number: KR1020040073969A
Authority: KR
Inventors: 최규성
Original assignee: (주)오토엠아이티
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2006-03-20
Also published as: WO2006031075A1; KR100636845B1

Abstract

본 발명은 유해가스 처리용 플라즈마 장치에 관한 것으로, 소각로나 각종 장비에서 발생되는 인체나 환경에 유해한 가스 성분 중 고온에서 처리되어야 할 필요가 있는 유해가스 성분들을 고효율로 처리가 가능한 유해가스 처리용 플라즈마 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명은 내부에 상기 혼합가스유입로와 연통된 유입구가 구비되며, 내부에 혼합가스의 처리공간이 형성된 본체; 상기 본체 내부의 처리공간에 수평되게 구비된 음극; 상기 음극과 근접된 처리공간을 형성하는 내벽에 형성된 양극; 및 상기 처리공간의 일단에 형성되고, 플라즈마 처리된 가스성분을 상기 냉각장치 방향으로 이송되는 통로가 되는 연통부를 포함하는 유해가스 처리용 플라즈마 장치를 제공한다.

열분해 처리장치, 플라즈마 발생장치, 열분해로, 냉각장치, 배출장치

Description

유해가스 처리용 플라즈마 장치{Plasma apparatus for treating harmful gas}

도1은 종래의 열분해 처리장치를 개략적으로 도시한 구성도.

도2는 본 발명에 따른 열분해 처리장치를 개략적으로 도시한 구성도.

도3은 도2에 나타낸 열분해 처리장치의 요부인 플라즈마 장치의 내부구조를 도시한 단면도.

도4는 도3의 A-A선에 따른 단면도.

도5는 도3의 B-B선에 따른 단면도.

도6a 및 도6b는 각각 도2에 나타낸 열분해 처리장치의 요부인 감온실을 정면 및 측면에서 나타낸 정면 단면도 및 측면 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 열분해 처리장치 110: 본체케이스

120: 바퀴 200: 열분해로

201: 내용기 202: 외용기

203: 커버개폐장치 204: 수용홈

205: 항온유지실 206: 지지부

210: 히터 220: 열분해로 커버

250: 공기유입부 300: 플라즈마 장치

310: 본체 320: 유입구

330: 혼합가스처리공간 340: 음극

350: 양극 360: 단차부

370: 자성체 380: 연통부

400: 혼합가스유입로 500: 감온실

510: 감온실 케이스 520: 연통실

530: 배기구 550: 분사파이프

600: 송풍기 700: 냉각탱크

800: 순환펌프

본 발명은 유해가스 처리용 플라즈마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소각로나 각종 장비에서 발생되는 인체나 환경에 유해한 가스 성분 중 고온에서 처리되어야 할 필요가 있는 유해가스 성분들을 고효율로 처리가 가능한 유해가스 처리용 플라즈마 장치에 관한 것이다.

플라즈마란 고온에서 음전하를 가진 전자와 양전하를 띤 이온으로 분리된 기체상태로서 전하분리도가 상당히 높으면서도 전체적으로는 음과 양의 전하수가 같아서 중성을 띠는 기체를 말한다.

플라즈마 장치란 플라즈마를 발생시키는 장치를 말하며, 적정한 분위기 가스와 전류, 전압의 조정이 필요하다.

이런 플라즈마 장치에 의해 발생된 플라즈마는 반응성이 매우 좋아 주변 가스와 반응하여 각종 라디칼들이 생성시키며, 이런 라디칼들이 유해가스 및 분진 등과 반응하여 이들 소각하거나 제거하는데 많이 사용되고 있다.

특히, 감염성 폐기물의 소각 과정에서 발생되는 유해가스, 반도체 공정 중에 발생되는 유해가스 등을 처리하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다. 따라서, 감염성 폐기물을 처리하는 열분해 처리장치, 가정용 음식물 처리장치, 가스 스크러버, 방사선 물질 처리장치, 특수 가스처리장치 등에 적용이 가능하다.

이 중 열분해 처리장치는 병원 등에서 발생되는 감염성 폐기물, 즉 일반 생활 쓰레기와는 다른 동물사체, 적출물, 체혈앰플, 소변앰플, 각종 주사기 및 주사액병, 붕대, 거즈 등의 감염성이 높은 폐기물들을 고온으로 열분해하고, 그에 따라 발생되는 유독성 가스까지 처리하는 장치를 말한다.

종래에는 감염성 폐기물을 소각로에 투입하여 소각로 내부에 공기를 주입하면서, 버너 등으로 감염성 폐기물을 소각처리하고 잔재물은 인출하여 매립하는 방법으로 처리하였다.

그러나, 종래의 열분해 처리장치는 감염성 폐기물을 소각처리하는 과정에서 다이옥신, PFC(Per Fluoro Compounds) 등을 포함하는 유해가스가 발생되고, 외기로 유해가스가 배출되어 인체나 주변 환경을 오염시키게 된다.

다이옥신은 2개의 벤젠 핵을 산소로 결합시킨 유기화합물로서, 쓰레기 소각장이나 화학공장, 자동차 등에서 배출되는 발암물질로서 청산가리의 1만배 정도의 맹독성을 갖고 있고, 초목, 가축 등의 생체내에 축적된다. 따라서, 가축 등을 식용으로 사용하는 사람들도 다이옥신의 독성에 의해 생식계, 면역계, 내분비계 등이 손상될 위험에 놓여지게 된다.

또한, 다이옥신은 배출량을 줄이려 해도 10억분의 1g인 ng(나노그램) 단위로 존재하는 물질이라서 일단 발생하면 찾아내 처리하기가 어렵고 검출에 필요한 비용이나 시간도 상당하다. 미국환경보호청(EPA)은 인체에 아무런 해도 끼치지 않는 완벽한 수준을 0.01pg(피코그램;1조분의 1g)/㎏/1일로 계산해 냈다. EPA에서는 1pg/1㎏/1일을 현실적인 허용기준으로 삼고 있다.

또한, PFC는 지구 온난화에 영향을 미치는 물질 가운데 CF4, C2F6, SF6, NF3, C3F8 등의 과불화 화합물을 총칭하는 용어로서, 대기에서 잔류하는 시간이 길고, 안정적이어서 특수한 처리공정을 거치지 않으면 소멸하지 않고, 강한 자외선 흡수능력을 가지므로 지구온난화에 크게 영향을 미치는 물질이다.

따라서, 감염성 폐기물을 완전 소각하는 것 뿐 아니라 소각으로 인한 유해가스의 후처리 문제도 큰 이슈가 되고 있다.

도1은 종래의 열분해 처리장치의 구성을 도시한 개략도이다.

이하, 도1을 참조하여, 종래의 열분해 처리장치의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도1에 나타낸 바와 같이, 종래의 열분해 처리장치는 폐기물을 1차 열분해하는 열분해로(1), 상기 열분해로(1)에서 열분해된 폐기물을 공기와 혼합하는 혼합로(2), 열분해되어 발생된 가스가 상기 혼합로(2)에서 공기와 혼합된 후, 2차 소각시키는 연소로(3), 상기 연소로(3)에서 2차 소각된 가스 및 폐기물의 분진을 집진하는 집진기(4), 상기 집진기(4)에서 집진된 가스를 세정하는 세정기(5), 및 상기 세정기(5)를 거친 가스 중 유해가스를 처리하는 1차 및 2차중화기(6, 7) 등을 포함하는 구성으로 이루어진다.

특히, 상기 혼합로(2)에서 섞인 혼합가스가 상기 연소로(3)의 하부에서 상부를 거치면서, 상기 연소로(3) 내부에 구비된 히터(3h)에 의해 2차 연소된다. 이 과정에서 폐기물의 열분해 후 발생되는 유해가스 성분들이 제거된다.

그러나, 종래의 열분해 처리장치는 연소로(3) 내에서 일반적인 전기히터93h)를 가열수단으로 사용하기 때문에 혼합가스를 약 1000℃ 전후에서 혼합가스를 처리하는 것이 일반적이므로, 폐기물이 열분해됨으로써 발생되는 유해가스 중 PFC 같이 고온에서 연소되어야 제거되는 물질들은 처리할 수 없고, 혼합로에서 유입되는 혼합가스를 한번에 처리할 수 있는 용량이 한정되어 있다는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 고온에서 처리되어야 할 필요가 있는 유해가스 성분, 또는 일반적 인 처리 방법으로는 처리가 용이하지 않은 유해가스의 처리가 용이한 유해가스 처리용 플라즈마 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 플라즈마 장치 내부의 구조를 개선하여 혼합가스와 접촉되는 면을 넓힘으로써 한번에 많은 양의 혼합가스를 처리할 수 있는 유해가스 처리용 플라즈마 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상기 유입구는 상기 처리공간의 중심에 소정 각도 경사지게 형성되어, 혼합가스 유입시 1차 회오리현상이 발생되며, 등간격으로 3개가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 처리공간을 이루는 내벽은 단차지게 형성되어 유입된 혼합가스에 와류가 발생되어 2차 회오리 현상이 발생되도록 한다.

상기 음극은 상기 처리공간의 길이 방향과 수평되게 이루어지고, 상기 처리공간의 길이 방향에 대해 소정 거리 이동 가능하게 이루어진다.

상기 본체의 외벽과 상기 처리공간을 이루는 내벽 사이에 플라즈마 발생으로 인한 아크의 편향을 유도하는 자성체를 구비하고, 상기 자성체는 상기 처리공간을 이루는 내벽을 둘러싸도록 이루어지며, 방사상 등간격으로 6개가 배치된다.

상기 플라즈마 장치의 후단에는 상기 플라즈마 장치에서 연소된 혼합가스의 온도를 낮추기 위해, 물 또는 냉매가 수용되어 있는 냉각탱크, 상기 냉각탱크에서 인출된 물 또는 냉매가 순환되면서 상기 플라즈마 장치에서 연소된 혼합가스의 온도를 낮추는 감온실, 및 상기 냉각탱크에 수용되어 있는 물 또는 냉매를 순환시키는 순환펌프를 포함하는 냉각장치가 구비된다.

상기 감온실은 그 외형을 이루는 감온실 케이스; 상기 감온실 케이스 내부에 그 길이방향을 따라 형성되며, 상기 플라즈마 장치의 처리공간과 연통되어, 상기 처리공간에서 처리된 가스 성분들이 유입되는 연통실; 상기 연통실을 이루는 내측벽에 구비되어, 상기 연통실을 향해 냉각수를 소정 각도 분사하는 분사파이프; 및 상기 연통실을 거치면서 냉각처리된 가스 성분들을 외부로 배출하는 통로가 되는 배기구를 포함한다.

본 발명에 따른 유해가스 처리용 플라즈마 장치는 병원에서 발생되는 감염성 폐기물을 처리하는 열분해 처리장치, 음식물 처리장치, 가스 스크러버(gas scrubber), 방사선 물질 처리장치, 특수 가스 처리장치 등에 적용 가능하나, 본 실시예에서는 열분해 처리장치에 적용된 것을 예로 들어 설명한다.

이하, 첨부된 도2 내지 도6b를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도2는 본 발명에 따른 연분해 처리장치를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도3은 도2에 나타낸 열분해 처리장치의 요부인 플라즈마 장치의 내부구조를 도시한 단면도이고, 도4는 도3의 A-A선에 따른 단면도이며, 도5는 도3의 B-B선에 따른 단면도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 유해가스 처리용 플라즈마 장치(300)는 상기 플라즈마 장치(300)는, 내부에 상기 혼합가스유입로(400)와 연통된 유입구(320)가 구비되며, 내부에 혼합가스처리공간(이하, '처리공간'이라 칭함)(330)이 형성된 본체(310), 상기 본체(310) 내부의 처리공간(330)의 길이 방향에 수평되게 구비된 음극(340), 상기 음극(340)과 근접된 처리공간(330)을 형성하는 내벽에 형성된 양극(350), 상기 처리공간(330)을 이루는 내벽의 일단에는 플라즈마 처리된 가스성분을 상기 냉각장치 방향으로 이송되는 통로가 되는 연통부(380), 및 상기 음극(340)에 전압을 가하는 전력공급부(미도시)를 포함한다.

도2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 장치(300)는 열분해 처리장치(100)의 열분해로(200)와 냉각장치 사이에 위치된다.

즉, 열분해 처리장치(100)는 그 외형을 이루며, 내부에 소정 공간이 형성된 본체케이스(110); 상기 본체케이스(110)의 내벽 일측 근방에 구비되며, 내부에서 고형의 폐기물을 공기가 희박한 상태에서 열분해시켜 고형의 잔재물과 가스성분으로 분리하는 열분해로(200); 상기 열분해로(200)의 일측에 관통되게 구비되어 외기를 상기 열분해로(200) 내부로 유입시키는 경로가 되는 공기유입부(250); 상기 공기유입부(250)를 통해 유입된 공기와 상기 열분해로(200)에서 열분해된 폐기물에서 발생된 가스성분들이 혼합되어 이루어진 혼합가스를 연소시키되, 플라즈마발생장치를 구비하여 혼합가스를 3000℃ 이상의 고온으로 연소 처리하는 플라즈마 장치(300); 상기 열분해로(200)에서 상기 플라즈마 장치(300)로 혼합가스가 이송되는 경로가 되는 혼합가스유입로(400); 상기 플라즈마 장치(300)에서 소각처리된 가스를 대기 온도로 냉각시키는 냉각장치; 및 상기 냉각장치에서 대기 온도로 감온된 가스를 외부로 배출하는 배출장치를 포함한다.

상기 열분해로(200)는, 내부에서 폐기물의 열분해가 일어나고, 상부가 개방된 원기둥 형상으로 이루어진 중공의 내용기(201), 상기 내용기(201)의 저면에 열분해된 뒤 발생되는 고형의 잔재물들이 배출되는 복수의 수용홈(204), 상기 내용기(201)의 외측을 둘러싸도록 형성되며, 상기 내용기(201)와 가까운 내벽 근방에 복수개의 히터(210)를 구비하여 상기 내용기(201) 내부를 가열하는 외용기(202), 상기 본체케이스(110)의 저면에 설치되어, 그 상면에 상기 외용기(202)의 하단이 결합 지지되는 지지부(206), 및 상기 내용기(201) 및 외용기(202)의 상부에 위치되어 상기 내용기(201) 및 외용기(202)의 상부를 개폐하는 열분해로 커버(220)를 포함한다.

또한, 상기 외용기(202)의 내부에는 상기 내용기(201)의 내부온도의 손실을 줄이는 항온유지실(205)이 구비되는데, 상기 항온유지실(205)은 상기 내용기(201)의 저면과 상기 외용기(202)의 저면 사이의 공간으로 형성된다.

상기 내용기(201)는 내열, 내화성 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 수용홈(204)의 크기는 초기 상태, 즉 열분해되기 전의 폐기물의 크기보 다 작은 것이 바람직하다.

상기 내용기(201) 내부에서 열분해된 폐기물의 잔재물 중 가벼운 가스 성분들은 상기 내용기(201)의 위로 떠오르게 되고, 무게가 무거운 재와 같은 고형의 잔재물들은 상기 내용기(201)의 저면에 형성된 수용홈(204)에 쌓이게 된다.

고형의 잔재물들이 상기 수용홈(204)으로 수용되지 않는다면, 고형의 잔재물들은 상기 내용기(201) 내부에서 부유되어 상기 내용기(201) 내부의 열을 빼앗게 되어 상기 내용기(201) 내부의 온도는 저하된다. 따라서, 상기 내용기(201)의 내부 온도를 열분해에 적합한 온도 범위로 만들어 주기 위해서는 초기 상태, 즉 고형의 잔재물들이 없을 경우보다 더 많은 전력을 공급해주어야 한다. 즉, 상기 내용기(201) 저면과 폐기물 사이에 이물질이 거의 없는 공기층이 형성되고, 이 공기층은 상기 내용기(201) 내부의 온도를 효율적으로 유지할 수 있게 한다.

본 실시예에서, 상기 내용기(201) 내부에서 열분해된 뒤, 고형의 잔재물들이 상기 내용기(201)에서 상기 수용홈(204)에 수용되어 부유되지 않게 되므로, 고형의 잔재물들이 상기 내용기(201) 내부에서 유동될 경우 보다, 상기 내용기(201) 내부의 온도를 설정된 대로 유지할 수 있다.

상기 항온유지실(205)의 높이는 150mm 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 내용기(201) 및 외용기(202)는 고온으로 가열 및 냉각이 반복되므로, 상기 본체케이스(110)의 내벽에서 소정 간격 이격된 채로 위치되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 내용기(201) 및 외용기(202)는 상기 본체케이스(110)의 저면에서 소정 지지부(206)를 매개로 이격된다. 즉, 상기 지지부(206)의 하단은 상기 본체케이스(110)의 저면에 결합되고, 그 상부에 상기 외용기(202)의 하단이 결합되어, 상기 외용기(202) 및 내용기(201)는 상기 본체케이스(110)의 저면과 이격된다.

상기 외용기(202)의 내벽 근방에는 복수개의 히터(210)가 구비되는데, 상기 히터들(210)은 상기 외용기(202)의 내벽을 따라 배치된다. 즉, 상기 내용기(201)의 외벽을 가열하는 한편, 상기 항온유지실(205)도 가열하여 상기 내용기(201) 내부 온도를 적정 온도로 유지한다.

상기 내용기(201) 및 외용기(202)의 상부에는 상기 내용기(201) 및 외용기(202)의 상방을 폐쇄하는 열분해로 커버(220)가 구비된다.

상기 열분해로 커버(220)는 상기 내용기(201)의 상단에 단단히 밀착되게 설치되어 폐기물의 열분해 중에 가스 등이 외부로 유출되지 않도록 한다. 또한, 상기 열분해로 커버(220)는 상기 내용기(201)의 단면 형상에 대응되게 대략 원형의 단면을 가지는 것이 바람직하고, 상기 내용기(201)의 단면보다 큰 단면을 가진다.

상기 열분해로 커버(220)의 개폐를 위해, 상기 외용기(202)의 외벽을 따라 상하 이동되는 커버 개폐장치(203)가 구비될 수 있다.

상기 커버 개폐장치(203)는 통상 리프터(lifter)라고 하며, 상기 열분해로 커버(220)에 하방에서 연직되게 설치되는 것이 바람직하고, 상기 커버 개폐장치(203)가 상방으로 이동될 경우, 상기 열분해로 커버(220)의 일측 하단과 간섭되어 상기 열분해로 커버(220)가 열리게 되고, 반대의 동작으로 상기 열분해로 커버(220)가 닫히게 된다.

상기 내용기(201)에서 열분해된 폐기물의 잔재물 중 가스 성분이 상기 내용기(201)의 상부 근방에 위치하게 될 경우, 가스 성분들 중 유해한 가스 성분들을 제거하기 위한 플라즈마 장치(300)로 이송시켜야 한다. 이를 위해, 상기 내용기(201)의 상부 외벽에서 내벽까지 관통되게 공기유입구(미도시)가 형성되고, 상기 공기유입구와 연결되며 외기와 통하는 공기유입부(250)가 구비된다.

상기 공기유입부(250)는 통상적인 관 형태로, 3 내지 7 φ(파이)(단위 mm) 관으로 이루어지고, 일단은 외기와 접하고 타단은 상기 공기유입구와 접하게 된다. 상기 공기유입부(250)를 통해 유입된 공기는 폐기물이 열분해되고 난 후 발생된 가스성분과 혼합되어 혼합가스를 이루게 되고, 상기 혼합가스는 외부에서 유입되는 공기의 유입압력으로 인해 상기 플라즈마 장치(300)로 이송된다.

상기 공기유입부(250)의 온도는 50℃ 정도로 유지된다.

또한, 상기 내용기(201)에서 상기 공기유입부(250)로의 역류에 대비하여, 온도센서를 상기 공기유입부(250)에 설치하고, 약 100℃ 정도의 온도가 감지되면 모든 작동이 정지되게 한다.

상기 내용기(201)와 플라즈마 장치(300) 사이에는 상기 혼합가스의 이송 경로가 되는 혼합가스유입로(400)가 구비된다.

상기 혼합가스유입로(400)는 관 형상으로, 그 일단이 상기 내용기(201)와 통하고, 그 타단은 상기 플라즈마 장치(300)와 통하게 된다.

도3에 나타낸 바와 같이, 상기 음극(340) 및 양극(350)은 소정 간격(이하 '간극'이라 칭함) 이격되어 있고, 고전압을 인가해 주면 상기 음극(340)과 양극 (350) 사이의 공간에서 방전되어 반응가스의 이온화가 이루어지게 된다. 이렇게 형성된 각종 기능성 이온들은 혼합가스에 혼재되어 있는 다이옥신이나 PFC 같은 유해가스의 결합을 깨뜨려 단순한 조합의 가스로 바꾼다. 특히, PFC 같이 고온에서 반응되는 유해가스은 표면온도 3000℃, 내부온도 10000℃ 이상에서만 반응되므로, 플라즈마를 발생시켜 처리한다.

상기 열분해로(200)에서 열분해된 가스성분들의 유입구(320)는 상기 플라즈마 장치(300)와 일체로 형성된다.

또한, 플라즈마 발생의 조건들 중, 음극(340)과 양극(350) 사이의 간극은 매우 중요한 요소이므로, 상기 음극(340)은 상기 처리공간(330)의 길이 방향으로 소정 거리 이동 가능하게 구비되어, 최적의 플라즈마 발생 조건을 사용자가 임의로 조정할 수 있게 한다. 즉, 상기 음극(340)의 단부에서 아크가 발생되고, 빈번한 플라즈마 발생으로 인해 음극(340)이 손상되면서 음극(340)과 양극(350) 사이의 간극이 달라지기 때문에, 상기 음극(340)을 이동시켜 가며 그 간극을 조정한다.

상기 음극(340)과 양극(350) 사이의 간극은 전류제어방식과 수동설정방식으로 조절 가능하다.

첫째, 전류제어방식은 상기 플라즈마 장치(300)에 가하는 전류의 양을 조절함으로써 간극을 조절하는 방식이다. 즉, 상기 음극(340)과 양극(350) 사이의 간극이 멀어지면, 전류량이 감소됨으로써 간극을 좁혀주고, 반대의 경우에는 간극을 넓혀준다. 이 때, 전류량은 상기 전력공급부에서 데이타로 출력되고, 출력된 데이타를 인식하여 서보모터 또는 스테핑모터 등으로 제어한다.

둘째, 수동설정방식은 일정시간 플라즈마 장치(300)를 가동시킨 후, 규칙적으로 간극을 좁혀주는 방식이다. 즉, 상기 플라즈마 장치(300)를 일정 시간 가동시킨 후, 상기 음극(340)을 회전시키면서 이동시켜 간극을 좁혀주는 방식을 취한다. 또는, 사용자가 상기 전력공급부에서 디스플레이되는 전류량을 보면서 상기 음극(340)을 전진 또는 후진시킨다. 이 대, 상기 음극(340)의 외주면은 나사가공되어 회전량에 따라 전진 또는 후진량이 설정된다.

상기 유입구(320)는 상기 혼합가스유입로(400)에서 상기 처리공간(330) 내로 혼합가스가 유입되도록 하며, 상기 처리공간(330)의 중심에 대해 경사지게 형성된다. 즉, 도4에 나타낸 바와 같이, 상기 처리공간(330)은 상기 연통부(380) 방향에서 보았을 때, 실질적으로 원형의 단면을 가지고, 상기 유입구(320)는 상기 원형의 처리공간(330)의 중심에 α만큼 경사진 채로 형성된다. 따라서, 상기 열분해로(200)에서 처리된 폐기물의 가스성분과 상기 공기유입부(250)에서 유입된 외기가 혼합된 혼합가스가 상기 혼합가스유입로(400)를 거쳐 상기 유입구(320)를 통해 상기 처리공간(330)으로 유입될 때, 회오리현상(이하, '1차 회오리현상'이라 칭함)을 일으키며 유입된다. 상기 1차 회오리현상은 혼합가스를 상기 처리공간(330)으로 원활하게 진입시키고, 상기 처리공간(330)을 이루는 상기 본체(310)의 내벽과 접촉되는 면적 및 시간이 증가되게 하여 혼합가스의 처리에 충분한 시간이 확보되게 한다. 즉, 혼합가스의 흐름이 도4에서와 같이 회전되면서 상기 처리공간(330)으로 유입되면서 플라즈마의 내부로 진입되도록 하여, 보다 높은 온도에서 처리될 수 있도록 한 것이다.

또한, 상기 유입구(320)는 상기 처리공간(330)을 향해 3개 정도를 구비하여 더 많은 혼합가스를 한번에 상기 처리공간(330) 내로 유입되도록 하였다.

상기 처리공간(330)을 이루는 내벽은 단차지게 형성된다(이하, '단차부(360)'(도3참조)라 칭함). 이는 1차 회오리현상에 의해 상기 처리공간(330)으로 유입된 혼합가스가 한번 더 회오리현상(이하, '2차 회오리현상'이라 칭함)을 일으켜 1차 회오리현상에서처럼 한번에 많은 양의 혼합가스가 플라즈마에 의해 처리될 수 있도록 한다.

또한, 도5에 나타낸 바와 같이, 상기 처리공간(330)의 이루는 내벽과 상기 본체(310)의 외벽 사이에는 자성체(370)가 구비될 수 있다. 상기 자성체(370)는 상기 처리공간(330)을 둘러싸는 형태로 6개 정도가 구비되는 것이 바람직하고, 자력으로 플라즈마 발생시 아크의 방향을 여러 방향으로 편향시키게 한다. 이는 플라즈마 발생시, 아크는 어느 한 방향으로 편향되기 쉽고, 이에 따라 상기 처리공간(330)(도3참조)을 이루는 내벽들의 어느 한 부분만 손상되기 쉽기 때문에, 플라즈마 장치(300)의 수명이 크게 단축될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 자성체들(370)은 등간격으로 6개정도 배치되어, 내벽들의 손상되는 부위를 분산시켜 플라즈마 장치(300)의 수명을 연장시킨다.

통상, 상기 플라즈마 장치(300)에서의 연소는 상기 열분해로(200)에서의 열분해 온도 보다 높은 온도에서 이루어지므로, 연소된 혼합가스의 온도도 상당히 높은 상태로 배출된다. 따라서, 상기 플라즈마 장치(300)를 거친 혼합가스는 외기로 배출되기 전, 외기와 비슷한 온도로 냉각될 필요가 있다.

따라서, 상기 플라즈마 장치(300)의 후단에는 상기 플라즈마 장치(300)에서 연소된 혼합가스의 온도를 낮추는 냉각장치가 구비된다.

본 실시예에서, 상기 냉각장치는 수냉식으로, 물 또는 냉매가 수용되어 있는 냉각탱크(700), 상기 냉각탱크(700)에서 인출된 물 또는 냉매가 순환되면서 상기 플라즈마 장치(300)에서 연소된 혼합가스의 온도를 낮추는 감온실(500), 및 상기 냉각탱크(700)에 수용되어 있는 물 또는 냉매를 순환시키는 순환펌프(800)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 냉각장치를 거친 혼합가스는 배출장치를 통해 외기로 배출되는데, 상기 배출장치는 배기관(미도시) 및 배기용 송풍기(600)로 이루어진다.

또한, 상기 본체케이스(110)의 하단에는 이동을 위한 바퀴(120)가 구비된다.

상기 감온실(500)을 거친 뒤, 산성의 혼합가스를 알칼리성으로 바꾸어주기 위해, 중화장치(미도시)가 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 감온실(500) 및 중화장치를 거치면서 냉각된 수증기의 입자들 중 큰 입자들을 걸러주는 필터장치도 더 구비될 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 장치(300), 냉각장치, 및 필터장치를 거치면서, 남아 있는 또는 새롭게 변환될 수 있는 유해가스를 최종적으로 제거하는 촉매장치도 더 구비될 수 있다.

도6a 및 도6b는 각각 도2에 나타낸 열분해 처리장치의 요부인 감온실을 정면 및 측면에서 나타낸 정면 단면도 및 측면 단면도로서, 도6a 및 도6b를 참조하여 상기 감온실(500)의 구성을 보다 상세히 설명한다.

상기 감온실(500)은 원기둥 형상의 감온실 케이스(510), 상기 플라즈마 장치(300)의 처리공간(330)과 연통되며, 처리된 가스 성분들이 유입되는 연통실(520), 상기 연통실(520)을 이루는 내측벽에 구비되어, 상기 연통실(520)을 향해 냉각수를 소정 각도 분사하는 분사파이프(550), 및 상기 연통실(520)을 거치면서 냉각처리된 가스 성분들을 외부로 배출하는 통로가 되는 배기구(530)를 포함한다.

상기 분사파이프(550)는 상기 감온실 케이스(510)의 일측벽에서 타측벽 근방까지 관통되게 삽입 결합됨으로써, 상기 연통실(520)을 가로지르게 위치된 파이프 형상으로 이루어지며, 그 내면에서 외면까지 관통된 복수의 물분사공이 형성된다.

상기 물분사공은 상기 분사파이프(550)의 외주면에 고르게 분포되고, 이에 의해 상기 연통실(520)을 향해 소정 각도, 바람직하게는 상하 90도 정도의 각도로 물이 분사된다. 따라서, 물이 분사되는 구간을 통과하는 고온의 가스 성분들은 급속히 냉각되고, 냉각된 가스 성분들은 상기 배출구(530)를 향해 이동된다.

즉, 상기 연통실(520)의 내벽은 분사되는 물에 의해 1차로 차단벽이 형성되고, 상기 연통실(520)으로 유입된 가스 성분들과 물이 섞여 가스 성분들의 온도를 저하시켜 외기와 유사한 온도로 냉각시킨 뒤, 상기 배출구(530)를 통해 외부로 이송시킨다.

상기 배출구(530)의 후방에는 송풍기(600)가 구비되어 냉각된 가스 성분들을 흡입하여 외부로 배출시킨다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작동 순서, 즉 폐기물의 처리하는 일련의 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 열분해로 커버(220)를 개방하여 내용기(201) 내에 폐기물을 투입한 다음 상기 열분해로 커버(220)를 닫아 상기 열분해로(200) 내부를 완전히 외기와 차단시킨다. 그런 다음, 히터들(210)에 전력을 공급하여 상기 열분해로(200) 내부를 가열하고, 일정 온도 이상으로 가열된 뒤 상기 내용기(201) 내부에서 폐기물의 열분해가 일어난다. 폐기물의 열분해가 끝나면, 가스성분은 상기 내용기(201)의 상부에 머무르고, 고형의 잔재물은 상기 수용홈(204)에 수용되어 1차적으로 폐기물의 열분해가 종료된다.

다음에, 상기 공기유입부(250)를 통해 외기를 받아들이고, 폐기물이 열분해된 뒤의 가스성분과 외기가 혼합되고, 이 혼합가스는 혼합가스유입로(400)를 거쳐 플라즈마 장치(300)로 보내어진다. 상기 플라즈마 장치(300)에서 플라즈마를 발생시켜 이 혼합가스를 연소시켜 PFC 같은 유해성분을 제거한 뒤, 냉각장치로 보내어 외기로 배출될 혼합가스의 온도를 외기와 유사한 온도로 낮추어 배출장치를 통해 배출시킨다.

상기 냉각장치로 인한 냉각공정과 배출장치로 인한 배출공정 사이에는, 산성을 알칼리성으로 바꾸어주는 중화공정, 입자가 큰 성분들을 걸러주는 필터링공정, 및 촉매로 또 한번의 유해가스 제거공정을 거칠 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 플라즈마 장치(300) 내로 많은 양의 혼합가스를 유입하여 한번에 많은 양의 유해가스를 제거할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치 환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 유해가스 처리용 플라즈마 장치는 고온에서 처리되어야 할 필요가 있는 유해가스 성분, 또는 일반적인 처리 방법으로는 처리가 용이하지 않은 유해가스의 처리가 용이하고, 한번에 많은 양의 혼합가스를 유입하여 처리할 수 있는 유해가스 처리용 플라즈마 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

Claims

내부에 상기 혼합가스유입로와 연통된 유입구가 구비되며, 내부에 혼합가스의 처리공간이 형성된 본체;

상기 본체 내부의 처리공간에 수평되게 구비된 음극;

상기 음극과 근접된 처리공간을 형성하는 내벽에 형성된 양극; 및

상기 처리공간의 일단에 형성되고, 플라즈마 처리된 가스성분을 상기 냉각장치 방향으로 이송되는 통로가 되는 연통부

를 포함하는 유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 유입구는 상기 처리공간의 중심에 대해 소정 각도 경사지게 형성되어, 혼합가스 유입시 1차 회오리현상이 발생되도록 하는

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 유입구는 등간격으로 3개가 형성된

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 처리공간을 이루는 내벽은 단차지게 형성되어 유입된 혼합가스에 와류가 발생되어 2차 회오리 현상이 발생되도록 하는

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 음극은 상기 처리공간의 길이 방향과 수평되게 이루어지고,

상기 처리공간의 길이 방향에 대해 소정 거리 이동 가능하게 이루어진,

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 본체의 외벽과 상기 처리공간을 이루는 내벽 사이에 플라즈마 발생으로 인한 아크의 편향을 유도하는 자성체를 구비한

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 자성체는 상기 처리공간을 이루는 내벽을 둘러싸도록 이루어지며, 방사상 등간격으로 6개가 배치된

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제1항에 있어서,

상기 플라즈마 장치의 후단에는 상기 플라즈마 장치에서 연소된 혼합가스의 온도를 낮추기 위해, 물 또는 냉매가 수용되어 있는 냉각탱크, 상기 냉각탱크에서 인출된 물 또는 냉매가 순환되면서 상기 플라즈마 장치에서 연소된 혼합가스의 온도를 낮추는 감온실, 및 상기 냉각탱크에 수용되어 있는 물 또는 냉매를 순환시키는 순환펌프를 포함하는 냉각장치가 구비된

유해가스 처리용 플라즈마 장치.
제8항에 있어서,

상기 감온실은,

그 외형을 이루는 감온실 케이스;

상기 감온실 케이스 내부에 그 길이방향을 따라 형성되며, 상기 플라즈마 장치의 처리공간과 연통되어, 상기 처리공간에서 처리된 가스 성분들이 유입되는 연통실;

상기 연통실을 이루는 내측벽에 구비되어, 상기 연통실을 향해 냉각수를 소정 각도 분사하는 분사파이프; 및

상기 연통실을 거치면서 냉각처리된 가스 성분들을 외부로 배출하는 통로가 되는 배기구

를 포함하는 유해가스 처리용 플라즈마 장치.