KR20110014766A - 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치 - Google Patents

글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가연성 폐가스를 제 1 연소 챔버 및 제 2 연소 챔버에서 글라이딩 플라즈마를 이용하여 재차 연소시킴으로써, 가연성 폐가스의 처리 효율 및 처리 안정성을 향상시킬 수 있고 소비 전력을 줄일 수 있는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치는 상부로부터 가연성 폐가스가 유입되고, 측부로부터 제 1 연소 에어와 글라이딩 플라즈마가 공급될 수 있도록 형성되어, 상기 가연성 폐가스의 초기 점화 및 1차 연소가 이루어지는 공간을 제공하는 제 1 연소 챔버; 상기 제 1 연소 챔버의 일측면에 설치되고, 외부로부터 공급되는 점화 에어에 의해 상기 글라이딩 플라즈마를 상기 제 1 연소 챔버로 공급하는 글라이딩 점화 발생부; 및 상기 제 1 연소 챔버의 하부에 설치되며, 상부 또는 측부로부터 제 2 연소 에어가 공급될 수 있도록 형성되어, 상기 가연성 폐가스의 2차 연소가 이루어지는 공간을 제공하는 제 2 연소 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
글라이딩 플라즈마, 가연성 폐가스, 점화, 연소

Description

글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치{Combustible gas scrubber using gliding plasma}
본 발명은 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치에 관한 것이다.
반도체 및 기타 일반 산업의 생산에 사용되고 배출되는 가연성 폐가스를 처리하기 위해 가스 스크러버(Gas Scrubber)가 사용 되어지고 있다.
최근에는 가스 스크러버 가운데 가열 타입 스크러버(Heating Type Scrubber)와 연소 타입 스크러버(Burning Type Scrubber)가 가연성 폐가스를 처리하는 데 있어서 대표적으로 사용되고 있다.
가열 타입 스크러버는 분위기 온도(자연 발화)를 이용하여 가연성 폐가스를 처리하기 때문에, 기본적으로 가열에 대한 전기 소비량을 증가시킨다. 또한, 가열 타입 스크러버에서는 가연성 가스의 발열 및 수소 취성에 의해 히터의 수명이 짧아져 히터 교체에 따른 비용이 증가될 수 있다.
연소 타입 스크러버는 가연성 폐가스를 처리 하기 위해 CH4와 같은 화석연료 를 직접적으로 사용하며 이러한 화석연료에 대한 별도의 유틸리티를 필요로 하기 때문에, 화석 연료에 대한 비용 및 별도의 유틸리티에 대한 비용을 증가시킨다. 또한, CH4와 같은 화석연료는 자체적으로 폭발 위험성이 있으며, 환경적인 측면에서 이산화탄소 발생량을 증가시켜 지구 온난화를 가속화 시키게 된다.
본 발명은 가연성 폐가스를 제 1 연소 챔버 및 제 2 연소 챔버에서 글라이딩 플라즈마를 이용하여 재차 연소시킴으로써, 가연성 폐가스의 처리 효율 및 처리 안정성을 향상 시킬 수 있고 소비 전력을 줄일 수 있는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치는 상부로부터 가연성 폐가스가 유입되고, 측부로부터 제 1 연소 에어와 글라이딩 플라즈마가 공급될 수 있도록 형성되어, 상기 가연성 폐가스의 초기 점화 및 1차 연소가 이루어지는 공간을 제공하는 제 1 연소 챔버; 상기 제 1 연소 챔버의 일측면에 설치되고, 외부로부터 공급되는 점화 에어에 의해 상기 글라이딩 플라즈마를 상기 제 1 연소 챔버로 공급하는 글라이딩 점화 발생부; 및 상기 제 1 연소 챔버의 하부에 설치되며, 상부 또는 측부로부터 제 2 연소 에어가 공급될 수 있도록 형성되어, 상기 가연성 폐가스의 2차 연소가 이루어지는 공간을 제공하는 제 2 연소 챔버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 글라이딩 점화 발생부는 상기 제 1 연소 챔버의 측면에 다수개로 설치될 수 있다.
상기 제 1 연소 챔버는 내화물로 형성된 몸체부; 상기 몸체부의 상부에 형성되는 폐가스 유입구; 상기 폐가스 유입구와 상기 몸체부 사이에 연결되며, 상기 폐 가스가 상기 폐가스 유입구로부터 상기 몸체부로 이동하는 공간을 제공하는 연결관; 상기 몸체부의 하부에 상기 몸체부를 지지하도록 형성된 지지부; 및 상기 몸체부의 하부로부터 연장되어 상기 제 2 연소 챔버와 결합되는 연장부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 연소 챔버는 상기 연결관과 연결되도록 상기 몸체부의 내부에 형성되며, 상기 연결관으로부터 상기 가연성 폐가스가 공급되는 초기 점화 발생관; 상기 초기 점화 발생관과 연결되도록 상기 몸체부의 내부에 형성되며, 상기 제 1 연소 에어 내부 공급구가 형성된 제 1 연소 에어 공급관; 및 상기 제 1 연소 에어 공급관과 연결되도록 상기 연장부의 내부에 형성되는 제 1 연소 발생관을 포함할 수 있다.
상기 제 1 연소 챔버는 상기 몸체부의 외측면에 형성된 제 1 연소 에어 유입구; 및 상기 몸체부를 관통하여 상기 제 1 연소 에어 유입구와 상기 제 1 연소 에어 내부 공급구를 연결하는 노즐을 포함하며, 상기 제 1 연소 에어 유입구는 상기 몸체부의 높이 방향을 기준으로 상기 제 1 연소 에어 내부 공급구보다 높은 위치에 있을 수 있다.
상기 글라이딩 점화 발생부는 상기 몸체부의 일측면에 설치되며, 상기 초기 점화 발생관과 연결되게 형성되는 결합부; 상기 결합부를 관통하여 상기 초기 점화 발생관에 연결되는 글라이딩 플라즈마 발생부; 상기 글라이딩 플라즈마 발생부가 관통되도록 형성되며, 상기 결합부에 결합되는 실링 플랜지부; 및 상기 실링 플랜지부에 결합되며, 상기 점화 에어가 공급되는 점화 에어 공급구를 갖는 덮개부를 포함할 수 있다.
상기 글라이딩 플라즈마 발생부는 원형의 절연판; 상기 절연판의 중앙을 관통하며, 상기 결합부를 관통하도록 연장되게 형성되는 음극 전극; 상기 절연판 중 중앙으로부터 이격된 주변 영역을 관통하며, 상기 음극 전극과 이격되면서 상기 결합부를 관통하도록 연장되게 형성된 양극 전극; 및 상기 절연판 중 상기 양극 전극 주변에 형성된 점화 에어 통과홀을 포함할 수 있다.
상기 음극 전극은 상기 결합부를 관통하는 부분의 단면이 화살표 형상일 수 있다.
상기 양극 전극은 상기 결합부를 관통하는 부분이 튜브 형상일 수 있다.
상기 음극 전극과 양극 전극 사이의 이격 거리는 0.5mm 내지 7mm일 수 있다.
상기 음극 전극과 양극 전극은 변압기의 전압이 인가되어 아크 방전을 일으키며, 상기 변압기의 1차측 주파수는 50Hz 내지 400Hz이고, 상기 변압기의 2차측 전압은 DC 3500V 내지 15000V이며, 2차측 전류는 20mA 내지 200mA일 수 있다.
상기 제 2 연소 챔버는 내부 공간이 형성되는 내측벽; 상기 내측벽의 외측에 위치하며, 상기 내측벽과의 사이에 이격 공간이 형성되도록 형성된 외측벽; 및 상기 외측벽의 하부에 연결되며, 상기 제 2 연소 에어가 공급되는 제 2 연소 에어 유입구를 갖는 제 2 연소 에어 공급관을 포함할 수 있다.
상기 제 2 연소 챔버는 상기 내측벽의 내부에 내장된 돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 외측벽은 상기 내측벽보다 높게 형성될 수 있다.
상기 제 2 연소 에어는 상기 이격 공간을 통해 공급되며, 상기 내측벽의 상부에서 하부로 회전하면서 떨어지도록 상기 내측벽의 내부 공간에 공급될 수 있다.
상기 내측벽에 다수의 홀이 형성될 수 있다.
상기 외측벽은 상기 내측벽의 높이와 동일한 높이를 가질 수 있다.
상기 제 2 연소 에어는 상기 이격 공간을 통해 공급되며, 상기 다수의 홀을 통과하여 수평 방향으로 상기 내측벽의 내부 공간으로 공급될 수 있다.
상기 내측벽은 다공성 세라믹으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치는 상기 제 2 연소 챔버의 내부 또는 외부에 설치되는 히터를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 의하면 반도체 제조 공정 및 기타 일반 산업에서 사용되고 배출되는 가연성 폐가스의 처리 효율 및 처리 안정성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 의하면 가연성 폐가스를 처리하는데 필요한 전력을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 의하면 가연성 폐가스의 연소시 팽창에 의한 점화 간섭이 일어나지 않는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 의 하면 가연성 폐가스의 연소로 인해 발생하는 파우더 성의 부산물에 의해 글라이딩 점화 발생부, 제 1 연소 챔버, 제 2 연소 챔버가 막히는 현상 및 절연이 파괴되는 현상이 미연에 방지될 수 있는 효과가 있다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 제 1 연소 챔버를 분리 도시한 사시도이고, 도 3은 도 1의 제 1 연소 챔버 및 글라이딩 점화 발생부의 연결 관계를 개략적으로 보여주기 위한 부분 절개 단면도이고, 도 4는 도 1의 글라이딩 점화 발생부를 분리 도시한 사시도이고, 도 5는 도 3의 노즐 부분을 보여주는 사시도이고, 도 6은 도 1의 제 2 연소 챔버의 내부 공간을 보여주기 위한 절개 사시도이고, 도 7은 도 6의 제 2 연소 챔버를 상부에서 본 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 제 1 연소 챔버(200), 글라이딩 점화 발생부(300) 및 제 2 연소 챔버(400)를 포함하여 형성된다.
제 1 연소 챔버(200)는 상부로부터 가연성(可燃性) 폐가스가 유입되고, 측부로부터 제 1 연소 에어(burning air)와 글라이딩 플라즈마(gliding plasma)가 공급될 수 있도록 형성되어, 가연성 폐가스의 초기 점화(F1) 및 1차 연소(F2)가 이루어지는 공간을 제공한다. 여기서, 가연성 폐가스는 반도체 제조 공정 및 기타 일반 산업에서 사용되고 배출되는 연소 가능한 가스이다.
구체적으로, 제 1 연소 챔버(200)는 도 2 및 도 3을 참조하면, 외관을 이루는 몸체부(211), 폐가스 유입구(212), 연결관(213), 지지부(214), 연장부(215) 및 제 1 연소 에어 유입구(216)를 포함할 수 있다. 또한, 제 1 연소 챔버(200)는 내부에 설치되는 초기 점화 발생관(220), 제 1 연소 에어 공급관(230), 제 1 연소 발생관(240) 및 노즐(250)을 포함할 수 있다.
몸체부(211)는 제 1 연소 챔버(200)에서 가연성 폐가스의 연소시 발생하는 고온의 열로부터 견딜 수 있는 내화물(耐火物)로 형성될 수 있다.
폐가스 유입구(212)는 몸체부(211)의 상부에 형성되며, 예를 들어 반도체 공정 라인에 연결되어 반도체 제조 공정에서 발생되는 가연성 폐가스가 제 1 연소 챔버(200)로 유입되는 경로를 제공한다.
연결관(213)은 폐가스 유입구(212)와 몸체부(211) 사이에 연결되며, 가연성 폐가스가 폐가스 유입구(212)로부터 몸체부(211)로 수직 이동하는 공간을 제공한다.
지지부(214)는 몸체부(211)의 하부에 몸체부(211)를 지지하도록 형성된다.
연장부(215)는 몸체부(211)의 하부로부터 연장되어 제 2 연소 챔버(400)와 결합된다.
제 1 연소 에어 유입구(216)는 몸체부(211)의 외측면에 형성되며, 가연성 폐가스의 1차 연소(F2)를 위해 필요한 제 1 연소 에어가 외부로부터 제 1 에어 공급관(230)으로 공급되도록 한다.
초기 점화 발생관(220)은 연결관(213)과 연결되도록 몸체부(211)의 내부에 형성되며, 상기 연결관(213)으로부터 가연성 폐가스가 공급된다. 이러한 초기 점화 발생관(220)은 글라이딩 점화 발생부(300)와 연결되며, 글라이딩 점화 발생부(300)로부터 공급되는 글라이딩 플라즈마와 점화 에어를 이용하여 가연성 폐가스의 초기 점화(F1)가 이루어지는 실질적인 공간을 제공한다.
제 1 연소 에어 공급관(230)은 초기 점화 발생관(220)과 연결되도록 몸체부(211)의 내부에 형성되며, 제 1 연소 에어가 공급되는 제 1 연소 에어 내부 공급구(231)를 포함한다. 초기 점화 발생관(220)에서 초기 점화된 가연성 폐가스는 점화된 상태로 제 1 연소 에어 공급관(230)을 통과하여 제 1 연소 발생관(240)으로 이동한다.
제 1 연소 발생관(240)은 제 1 연소 에어 공급관(230)과 연결되도록 연장부(215)의 내부에 형성된다. 이러한 제 1 연소 발생관(240)은 제 1 연소 에어 공급관(230)으로부터 공급되는 제 1 연소 에어를 이용하여 가연성 폐가스의 1차 연소(F2)가 이루어지는 실질적인 공간을 제공한다.
노즐(250)은 몸체부(211)를 관통하여 제 1 연소 에어 유입구(216)와 제 1 연소 에어 내부 공급구(231)를 연결하도록 형성된다. 여기서, 제 1 연소 에어 유입구(216)는 몸체부(211)의 높이 방향으로 제 1 연소 에어 내부 공급구(231)보다 높은 위치에 위치한다. 이에 따라, 노즐(250)은 사선 방향으로 위치하여 제 1 연소 에어를 제 1 연소 발생관(240)의 중심쪽으로 공급함으로써, 제 1 연소 발생관(240)의 중심쪽에서 가연성 폐가스의 1차 연소(F2)가 집중적으로 이루어지게 할 수 있으 며 제 1 연소 발생관(240)의 외벽 열적 손상을 최소화시킬 수 있다. 한편, 도 3에서 노즐(250)은 편의상 1개만 도시되었으나 도 5에 도시된 바와 같이 다수개로 설치될 수 있다.
글라이딩 점화 발생부(300)는 제 1 연소 챔버(200)의 일측면에 설치되고, 외부로부터 공급되는 점화 에어에 의해 글라이딩 플라즈마를 제 1 연소 챔버(200)로 공급하여 가연성 폐가스의 초기 점화(F1)가 이루어지도록 할 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 글라이딩 점화 발생부(300)는 결합부(310), 글라이딩 플라즈마 발생부(320), 실링 플랜지부(330) 및 덮개부(340)를 포함할 수 있다.
결합부(310)는 몸체부(211)의 일측면에 설치되며, 제 1 연소 챔버(200)의 몸체부(211)를 관통하여 초기 점화 발생관(220)과 연결되게 형성된다.
글라이딩 플라즈마 발생부(320)는 결합부(310)를 관통하여 초기 점화 발생관(220)에 연결되게 형성된다. 이러한 글라이딩 플라즈마 발생부(320)는 실질적으로 글라이딩 플라즈마를 형성한다. 이를 위해, 플라즈마 발생부(320)는 원형의 절연판(321)과, 절연판(321)의 중앙을 관통하며 결합부(310)를 관통하도록 연장되는 음극 전극(322), 절연판(321) 중 중앙으로부터 이격된 주변 영역을 관통하며 음극 전극(322)과 이격되면서 결합부(310)를 관통하도록 연장되는 양극 전극(323), 및 절연판(321) 중 양극 전극(323)의 주변에 형성되는 점화 에어 통과홀(324)을 포함하여 구성될 수 있다.
글라이딩 플라즈마는 외부 전원(미도시)로부터 전기가 인가되는 음극 전극(322)과 양극 전극(323)의 아크 방전에 의해 형성된다. 이를 위해, 음극 전극(322)의 음극 단자(322a)에는 외부 전원의 (-) 전압이 인가되며, 양극 전극(323)의 양극 단자(323a)에는 외부 전원의 (+) 전압이 인가된다. 여기서, 양극 전극(323)은 결합부(310)를 관통하는 부분이 튜브 형상일 수 있으며, 음극 전극(322)은 결합부(310)를 관통하는 부분이 튜브 형상의 양극 전극(323) 내부에 이격되어 위치하며 그 단면이 대략 화살표 형상일 수 있다. 이에 따라, 음극 전극(322)과 양극 전극 사이에 이격 공간이 형성되며, 이 이격 공간을 통해 점화 에어가 통과될 수 있다. 따라서, 음극 전극(322)과 양극 전극(323)의 아크 방전에 의해 형성된 글라이딩 플라즈마가 점화 에어 통과홀(324)을 통과하는 점화 에어에 의해 초기 점화 발생관(220)으로 공급될 수 있다. 한편, 외부 전원에 의해 아크 방전을 일으키는 음극 전극(322)과 양극 전극(323) 사이의 이격 거리는 0.5mm 내지 7mm 일 수 있다. 이는 음극 전극(322)과 양극 전극(323) 사이의 이격 거리가 0.5mm 미만이면 전기적인 단락 발생 가능성이 크며, 음극 전극(322)과 양극 전극(323) 사이의 이격 거리가 7mm을 초과하면 아크 방전을 발생시키기 위한 전압의 크기가 커져 전력 소비량이 증가하기 때문이다. 여기서, 음극 전극(322)과 양극 전극(323) 사이의 이격 거리가 0.5mm 내지 7mm일 때 외부 전원으로 사용되는 변압기의 2차측에서의 전압은 DC 3500V 내지 15000V 이며 이 때 전류는 20mA 내지 200mA일 수 있다. 이를 위해 변압기의 1차측 주파수는 50Hz 내지 400Hz로 설정될 수 있다.
실링 플랜지부(330)는 글라이딩 플라즈마 발생부(320)가 관통되도록 형성되 며, 결합부(310)에 결합된다. 이러한 실링 플랜지부(330)는 글라이딩 플라즈마 발생부(320)가 외부로부터 보호되도록 한다.
덮개부(340)는 실링 플랜지부(330)에 결합되며, 외부로부터 점화 에어가 공급되는 점화 에어 공급구(341)를 포함한다. 여기서, 점화 에어 공급구(341)를 통과하는 점화 에어는, 글라이딩 플라즈마 발생부(320)의 점화 에어 통과홀(324)을 거쳐 음극 전극(322)과 양극 전극(323)의 아크 방전에 의해 형성되는 글라이딩 플라즈마를 초기 점화 발생관(220)으로 밀어 넣게 된다.
상기와 같이 구성되는 글라이딩 점화 발생부(300)는 도 1에서 제 1 연소 챔버(200)의 일측면에 1개로 설치되는 것으로 도시되었지만, 가연성 폐가스의 초기 점화의 효율을 높이기 위해 다수개로 설치될 수 있다.
제 2 연소 챔버(400)는 제 1 연소 챔버(200)의 하부에 설치되며, 상부 또는 측부로부터 제 2 연소 에어가 공급될 수 있도록 형성되어, 가연성 폐가스의 2차 연소(F3)가 이루어지는 공간을 제공한다.
구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 제 2 연소 챔버(400)는 내측벽(410), 외측벽(420), 제 2 연소 에어 공급관(430), 상부 연결부(440), 처리 가스 유출구(450)를 포함한다. 또한, 제 2 연소 챔버(400)는 돌출부(460)를 더 포함할 수 있다.
내측벽(410)은 내부 공간이 형성되도록 형성되며, 제 2 연소 챔버(400)에서 가연성 폐가스의 연소시 발생하는 고온의 열로부터 견딜 수 있는 내화물(耐火物)로 형성될 수 있다.
외측벽(420)은 내측벽(410)으로부터 외측으로 이격되어 형성되며, 내측벽(410)과 동일한 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 내측벽(410)과 외측벽(420) 사이에는 이격 공간(425)이 형성된다. 이러한 이격 공간(425)은 제 2 연소 에어가 제 2 연소 에어 공급관(430)을 통과하고 내측벽(410)의 상부를 거쳐 내부 공간으로 공급되도록 제 2 연소 에어의 공급 경로를 제공한다. 이렇게 이격 공간(425)을 통해 내측벽(410)의 내벽 공간으로 공급된 제 2 연소 에어는 제 1 연소 발생관(240)에서 1차 연소된 가연성 폐가스의 2차 연소(F3)를 이루게 한다. 여기서, 외측벽(420)은 내측벽(410) 보다 높게 형성되어 제 2 연소 에어가 이격 공간(425)을 통해 내측벽(410)의 상부로 이동할 수 있도록 한다.
제 2 연소 에어 공급관(430)은 외측벽(420)의 하부에 연결되며, 제 2 연소 에어 공급구(431)을 통해 외부로부터 제 2 연소 에어가 유입되어 이격 공간(425)으로 공급되도록 한다. 이렇게 이격 공간(425)을 통해 유입되는 제 2 연소 에어는 도 7에 도시된 제 2 연소 챔버(400)의 평면 구조로 인해 내측벽(410)의 상부에서 하부로 떨어질 때 회전되면서 내부 공간으로 공급된다.
상부 연결부(440)는 제 1 연소 챔버(200)의 연장부(215)가 관통되고 지지부(214)와 결합되게 형성된다.
처리 가스 유출구(450)는 제 2 연소 챔버(400)의 하부에 형성되며 가연성 폐가스의 2차 연소까지 이루어지고 처리된 처리 가스를 하부로 방출하게 된다.
돌출부(460)는 내측벽(410)의 내부에 내장되게 형성된다. 이러한 돌출부(460)는 내측벽(410)을 지지하는 역할을 한다.
한편 도시하진 않았지만, 제 2 연소 챔버(400)의 내부 또는 외부에 히터가 설치될 수 있다. 이러한 히터는 글라이딩 점화의 추가적인 안정성을 확보하고 가연성 폐가스의 초기 점화점(발화점)이 높은 가스일경우 히터를 통해 제 2 연소 챔버(400)에서 가연성 폐가스의 연소가 별도로 이루어지게 할 수 있다.
다음은 가연성 폐가스의 공급량에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)의 가연성 폐가스 처리 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 8은 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 공급되는 가연성 폐가스의 시간별 공급량을 나타내는 그래프이다.
도 8을 참조하면, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 공급되는 가연성 폐가스는 시간에 비례하여 공급량이 I, II, III 까지 증가되며, 연소 처리 이후에는 공급량이 IV로 줄어든다. 통상적으로, 가연성 폐가스의 연소 처리 조건은 가연성 폐가스의 공급량이 III인 경우에 맞춰 설계된다. 이로 인해, 가연성 폐가스의 공급량이 I, II 일 때 폭발 하한 및 상한선이 충족되지 않아 지속적인 연소가 발생되지 않거나 연소가 잘 이루어지는 않는 경우가 있으며, 가연성 폐가스가 후단으로 배기되는 중에 화재 및 폭발 사고가 발생될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 가연성 폐가스의 공급량이 I, II 일 때 폭발 하한 및 상한 선 비율을 고려하여(즉, 폭발 하한 및 상한선이 겹치도록 함), 도 1에 도시된 점화 에어 공급구(341), 제 1 연소 에어 유입구(216) 및 제 2 연소 에어 유입구(431)에 유입되는 점화 에어, 제 1 연소 에어 및 제 2 연소 에어의 공급 비율을 조정한다.
따라서, 가연성 폐가스의 공급량이 I, II 일 때에도 가연성 폐가스가 지속적이면서 안정적으로 연소될 수 있다.
한편, 점화 에어, 제 1 연소 에어 및 제 2 연소 에어의 공급 비율은 가연성 폐가스의 공급량에 달라질 수 있지만, 예를 들어, 점화 에어의 공급량이 50LPM 이하일 경우, 1차 연소 에어의 공급량은 250LPM 이하일 수 있으며, 2차 연소 에어의 공급량은 0~1000LPM 이하로 조정될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 폐가스 배출라인(도면에 도시하지 않음)에 연결되어 공급되는 가연성(可燃性) 폐가스를 제 1 연소 챔버(200) 및 제 2 챔버(400) 각각에서 글라이딩 플라즈마와 연소 에어(air)를 이용하여 재차 연소시킴으로써 제거하게 된다. 이에 따라, 가연성 폐가스의 처리 효율이 향상될 수 있다.
또한, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 점화 에어, 제 1 연소 에어 및 제 2 연소 에어의 공급 비율을 조정함으로써, 가연성 폐가스의 지속적이면서 안정적인 연소를 가능하게 할 수 있다. 이에 따라, 가연성 폐가스의 처리 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 점화 에 어(air)를 글라이딩 점화 발생부(300)에서 발생하는 글라이딩 플라즈마의 흐름원으로써 사용함으로써, 글라이딩 플라즈마를 제 1 연소 챔버(200) 방향으로 흐르게 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 연소 챔버(200)에서 가연성 폐가스(예를 들어, SiH4)의 연소에 의해 발생되는 파우더와 같은 부산물이 글라이딩 점화 발생부(300) 방향으로 이동되어 글라이딩 점화 발생부(300)의 내부에 적체되는 것이 방지될 수 있다.
또한, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 점화 에어를 압력에 의해 글라이딩 점화 발생부(300)의 내부로 공급함으로써, 음극 전극(322)과 양극 전극(323)에 의한 아크 방전의 유도를 원활하게 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 연소 챔버(200)에서 가연성 폐가스의 연소시, 특히 H2와 같이 연소 반응속도가 빠른 가스의 연소시 팽창에 의한 점화 간섭이 방지될 수 있다.
또한, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 점화 에어(air)를 글라이딩 플라즈마의 조연물로서 사용함으로써, 제 1 연소 챔버(200)에서 가연성 폐가스의 1차 연소(F2) 이전에 미리 가연성 폐가스의 초기 점화(F1)가 이루어지게 할 수 있다. 이에 따라, 제 1 연소 챔버(200)에서 가연성 폐가스의 1차 연소(F2)가 원할하게 이루어질 수 있다.
또한, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 글라이딩 플라즈마, 점화 에어, 제 1 연소 에어 및 제 2 연소 에어를 이용하여 가연성 폐가스를 처리하기 때문에, 가연성 폐가스를 처리하는 데 필요한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)는 가연성 폐가스가 수직 방향으로 이동하도록 제 1 챔버(200)와 제 2 챔버(400)를 수직 구조로 위치시킴으로써, 가연성 페가스의 연소 후 발생할 수 있는 파우더 등의 부산물이 적체되는 것을 방지할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치는 도 1에 도시된 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치(100)와 비교할 때 제 2 연소 챔버(500)의 내측벽(410)에 돌출부(460)가 생략되고 다수의 홀(511)이 더 형성된 점만 제외하고 동일한 구성 요소를 가지며 동일한 작용을 한다. 이에 따라, 이하에서는 제 2 챔버(500)의 홀(511)에 대해서만 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치 중 도 6과 대응되는 부분을 도시한 절개 사시도이다.
도 9를 참조하면, 제 2 챔버(500)는 다수의 홀(511)이 형성되는 내측벽(410), 외측벽(420) 및 제 2 연소 에어 공급관(430)을 포함할 수 있다.
다수의 홀(511)은 제 2 연소 에어가 외부로부터 제 2 연소 에어 공급관(430)과 이격 공간(425)을 거쳐 직접 내측벽(410)의 전체 영역을 통과해 수평 방향으로 내측벽(410)의 내부 공간에 공급되도록 한다. 이러한 다수의 홀(511)은 제 2 연소 에어가 단시간에 넓은 면적의 내측벽(410)을 통과 되도록 하기 때문에, 내측벽(410)의 내부 공간에서 가연성 폐가스의 2차 연소(F3)가 단시간에 전체적으로 크게 이루어지게 할 수 있으며, 이격 공간(425)에 파우더 성의 부산물이 적체되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 다수의 홀(511)은 내측벽(410)에 별도의 공정을 통해 형성될 수 있으며, 별도의 공정없이 내측벽(410)이 다공성 세라믹으로 형성되어 구현될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치에서는, 내측벽(410)에 다수의 홀(511)이 형성되기 때문에, 도 6의 돌출부(460)가 생략된다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치에서는, 제 2 연소 에어가 내측벽(410)의 다수의 홀(511)을 통해 공급되기 때문에, 내측벽(410)의 상부로 공급될 필요가 없다. 이에 따라, 외측벽(420)이 내측벽(410)보다 높게 형성될 필요가 없으며, 다시 말해서 외측벽(420)과 내측벽(410)은 동일한 높이를 갖게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치는 다수의 홀(511)을 이용해 폐가스의 2차 연소가 단시간에 전체적으로 크게 이루어지게 할 수 있다. 따라서, 가연성 폐가스의 처리 효율이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 제 1 연소 챔버를 분리 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 제 1 연소 챔버 및 글라이딩 점화 발생부의 연결 관계를 개략적으로 보여주기 위한 부분 절개 단면도이다.
도 4는 도 1의 글라이딩 점화 발생부를 분리 도시한 사시도이다.
도 5는 도 3의 노즐 부분을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 1의 제 2 연소 챔버의 내부 공간을 보여주기 위한 절개 사시도이다.
도 7은 도 6의 제 2 연소 챔버를 상부에서 본 평면도이다.
도 8은 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 폐가스 처리 장치에 공급되는 가연성 폐가스의 시간별 공급량을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치 중 도 6과 대응되는 부분을 도시한 절개 사시도이다.

Claims (20)

  1. 상부로부터 가연성 폐가스가 유입되고, 측부로부터 제 1 연소 에어와 글라이딩 플라즈마가 공급될 수 있도록 형성되어, 상기 가연성 폐가스의 초기 점화 및 1차 연소가 이루어지는 공간을 제공하는 제 1 연소 챔버;
    상기 제 1 연소 챔버의 일측면에 설치되고, 외부로부터 공급되는 점화 에어에 의해 상기 글라이딩 플라즈마를 상기 제 1 연소 챔버로 공급하는 글라이딩 점화 발생부; 및
    상기 제 1 연소 챔버의 하부에 설치되며, 상부 또는 측부로부터 제 2 연소 에어가 공급될 수 있도록 형성되어, 상기 가연성 폐가스의 2차 연소가 이루어지는 공간을 제공하는 제 2 연소 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 글라이딩 점화 발생부는 상기 제 1 연소 챔버의 측면에 다수개로 설치되는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 연소 챔버는
    내화물로 형성된 몸체부;
    상기 몸체부의 상부에 형성되는 폐가스 유입구;
    상기 폐가스 유입구와 상기 몸체부 사이에 연결되며, 상기 폐가스가 상기 폐가스 유입구로부터 상기 몸체부로 이동하는 공간을 제공하는 연결관;
    상기 몸체부의 하부에 상기 몸체부를 지지하도록 형성된 지지부; 및
    상기 몸체부의 하부로부터 연장되어 상기 제 2 연소 챔버와 결합되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 연소 챔버는
    상기 연결관과 연결되도록 상기 몸체부의 내부에 형성되며, 상기 연결관으로부터 상기 가연성 폐가스가 공급되는 초기 점화 발생관;
    상기 초기 점화 발생관과 연결되도록 상기 몸체부의 내부에 형성되며, 상기 제 1 연소 에어 내부 공급구가 형성된 제 1 연소 에어 공급관; 및
    상기 제 1 연소 에어 공급관과 연결되도록 상기 연장부의 내부에 형성되는 제 1 연소 발생관을 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 연소 챔버는 상기 몸체부의 외측면에 형성된 제 1 연소 에어 유입 구; 및
    상기 몸체부를 관통하여 상기 제 1 연소 에어 유입구와 상기 제 1 연소 에어 내부 공급구를 연결하는 노즐을 포함하며,
    상기 제 1 연소 에어 유입구는 상기 몸체부의 높이 방향을 기준으로 상기 제 1 연소 에어 내부 공급구보다 높은 위치에 있는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 글라이딩 점화 발생부는
    상기 몸체부의 일측면에 설치되며, 상기 초기 점화 발생관과 연결되게 형성되는 결합부;
    상기 결합부를 관통하여 상기 초기 점화 발생관에 연결되는 글라이딩 플라즈마 발생부;
    상기 글라이딩 플라즈마 발생부가 관통되도록 형성되며, 상기 결합부에 결합되는 실링 플랜지부; 및
    상기 실링 플랜지부에 결합되며, 상기 점화 에어가 공급되는 점화 에어 공급구를 갖는 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 글라이딩 플라즈마 발생부는
    원형의 절연판;
    상기 절연판의 중앙을 관통하며, 상기 결합부를 관통하도록 연장되게 형성되는 음극 전극;
    상기 절연판 중 중앙으로부터 이격된 주변 영역을 관통하며, 상기 음극 전극과 이격되면서 상기 결합부를 관통하도록 연장되게 형성된 양극 전극; 및
    상기 절연판 중 상기 양극 전극 주변에 형성된 점화 에어 통과홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 음극 전극은 상기 결합부를 관통하는 부분의 단면이 화살표 형상인 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 양극 전극은 상기 결합부를 관통하는 부분이 튜브 형상인 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 음극 전극과 양극 전극 사이의 이격 거리는 0.5mm 내지 7mm인 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 음극 전극과 양극 전극은 변압기의 전압이 인가되어 아크 방전을 일으키며,
    상기 변압기의 1차측 주파수는 50Hz 내지 400Hz이고, 상기 변압기의 2차측 전압은 DC 3500V 내지 15000V이며, 2차측 전류는 20mA 내지 200mA인 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 연소 챔버는
    내부 공간이 형성되는 내측벽;
    상기 내측벽의 외측에 위치하며, 상기 내측벽과의 사이에 이격 공간이 형성되도록 형성된 외측벽; 및
    상기 외측벽의 하부에 연결되며, 상기 제 2 연소 에어가 공급되는 제 2 연소 에어 유입구를 갖는 제 2 연소 에어 공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 연소 챔버는 상기 내측벽의 내부에 내장된 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 외측벽은 상기 내측벽보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 연소 에어는 상기 이격 공간을 통해 공급되며, 상기 내측벽의 상부에서 하부로 회전하면서 떨어지도록 상기 내측벽의 내부 공간에 공급되는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 내측벽에 다수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 외측벽은 상기 내측벽의 높이와 동일한 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 2 연소 에어는 상기 이격 공간을 통해 공급되며, 상기 다수의 홀을 통과하여 수평 방향으로 상기 내측벽의 내부 공간으로 공급되는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  19. 제 12 항에 있어서,
    상기 내측벽은 다공성 세라믹으로 형성되는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 연소 챔버의 내부 또는 외부에 설치되는 히터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 글라이딩 플라즈마를 이용한 가연성 가스 처리 장치.
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