KR20110124630A - 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템 - Google Patents

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KR20110124630A
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장지홍
한재희
정상현
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크린시스템스코리아(주)
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Abstract

본 발명은 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 음극 전극; 음극 전극의 하부에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되는 양극 관통홀 및 측면에서 양극 관통홀로 관통되는 제 1 가스 공급홀을 구비하는 양극 전극; 및 양극 전극의 하부에 위치하는 버너를 포함하며, 버너는 내부에 상부가 양극 관통홀과 연결되며, 버너의 하단면의 버너 관통홈까지 관통되어 형성되는 버너 관통홀을 내부에 구비하는 버너 몸체; 버너 몸체의 내부에, 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 연소 가스 순환부; 연소 가스 순환부에서 버너의 하단면의 연소 가스 배출홈까지 관통되는 연소 가스 배출관; 버너 몸체의 내부에, 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 산소 순환부; 및 산소 순환부에서 버너의 하단면의 산소 배출홈까지 관통되는 산소 배출관을 구비하는 것인 플라즈마 토치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템을 개시한다.

Description

하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템{HYBRID PLASMA SCRUBBER SYSTEM}
본 발명은 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것이다.
화학증착 (CVD; Chemical Vapor Deposition) 공정, 에칭(Etching) 공정, 디퓨전(Diffusion) 공정 등의 반도체 제조 공정 중에는 지구온난화 현상을 유발하는 폐가스가 다량 배출된다. 이러한 폐가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기 중으로 방출될 경우에는 환경 오염을 유발하는 원인이 되기도 한다. 따라서, 이러한 폐가스는 유해성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화 처리 과정이 반드시 필요하다.
이와 관련하여, 반도체 제조 공정 등에서 배출되는 유해성 폐가스를 처리하는 장치 및 방식을 스크러버 시스템이라고 한다. 그리고, 스크러버 시스템은 버닝(burning) 방식과 습식(Wetting) 방식으로 나뉜다. 버닝 방식은 주로 수소기 등을 함유한 발화성 가스를 고온의 연소실에서 분해, 반응 또는 연소시켜 배기 가스를 처리하는 방식이고, 습식 방식은 주로 수용성 가스를 수조에 저장된 물을 통과시키는 동안 물에 용해하여 배기 가스를 처리하는 방식이다. 이러한, 스크러버 시스템은 폐가스의 처리 효율을 높이는 것이 요구 되어진다.
본 발명은 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템은 음극 전극; 상기 음극 전극의 하부에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되는 양극 관통홀 및 측면에서 상기 양극 관통홀로 관통되는 제 1 가스 공급홀을 구비하는 양극 전극; 및 상기 양극 전극의 하부에 위치하는 버너를 포함하며, 상기 버너는 내부에 상부가 상기 양극 관통홀과 연결되며, 상기 버너의 하단면의 버너 관통홈까지 관통되어 형성되는 버너 관통홀을 내부에 구비하는 버너 몸체; 상기 버너 몸체의 내부에, 상기 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 연소 가스 순환부; 상기 연소 가스 순환부에서 상기 버너의 하단면의 연소 가스 배출홈까지 관통되는 연소 가스 배출관; 상기 버너 몸체의 내부에, 상기 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 산소 순환부; 및 상기 산소 순환부에서 상기 버너의 하단면의 산소 배출홈까지 관통되는 산소 배출관을 구비하는 것인 플라즈마 토치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 음극 전극은 내부에 상부에서 하부로 관통되는 음극 관통홀 및 외측에 도전 코일이 권취되는 외면홈을 구비하는 음극 몸체; 하부에 단자홈이 형성되며, 상기 음극 관통홀에 결합되는 음극봉; 상기 음극봉의 단자홈에 결합되는 음극 단자; 및 전기적 절연체로 형성되며, 상기 음극 몸체의 상면과 측면을 감싸는 음극 케이스를 포함할 수 있다. 더불어, 상기 음극 전극은 내부에 상부에서 하부로 관통되는 음극 관통홀 및 외측에 도전 코일이 권취되는 외면홈을 구비하는 음극 몸체; 하부에 단자홈이 형성되며, 상기 음극 관통홀에 결합되는 음극봉; 상기 음극봉의 단자홈에 결합되는 음극 단자; 및 전기적 절연체로 형성되며, 상기 음극 몸체의 상면과 측면을 감싸는 음극 케이스를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 음극 전극과 상기 양극 전극의 사이에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되는 파이롯 관통홀 및 내측에 냉각수가 흐를 수 있도록 형성되는 파이롯 냉각수홈을 구비하는 파이롯 몸체; 전기적 절연체로 형성되며, 상기 파이롯 몸체를 감싸는 파이롯 케이스; 및 상기 파이롯 케이스의 측면에서 상기 파이롯 관통홀로 관통되는 제 2 가스공급홀을 구비하는 파이롯 전극을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 전극과 상기 버너 사이에 상부는 양극 관통홀과 연결되며, 하부는 버너 관통홀과 연결되도록 내부에 상부에서 하부로 관통되어 형성되는 절연판 관통홀을 구비하는 절연판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너는 상기 연소 가스 순환부에 연소 가스를 공급하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 연소 가스 공급 라인; 및 상기 산소 순환부에 산소를 공급하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 산소 공급 라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너는 상기 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 냉각수 순환부; 상기 냉각수 순환부에 냉각수를 공급하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 냉각수 공급 라인; 및 상기 냉각수 순환부의 온도가 올라간 냉각수를 배출하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 냉각수 배출 라인을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 산소 배출관은 상기 버너 관통홀과 평행하게 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 상기 산소 배출홈은 상기 버너 관통홈의 둘레에 평행하게 이격하여 호의 형상으로 적어도 하나 형성될 수 있다.
그리고, 상기 연소 가스 배출관은 상부에서 하부로 상기 버너 관통홀과의 이격 거리가 작아지도록 적어도 하나 형성될 수 있다. 또한, 상기 연소 가스 배출홈은 원형으로 적어도 하나 형성될 수 있다.
또한, 상기 플라즈마 토치의 하부에 형성되며, 상기 버너 관통홈, 상기 연소 가스 배출홈 및 상기 산소 배출홈과 연결되는 제 1 유입구 및 열분해된 폐가스가 배출되는 제 1 배출구를 구비하는 챔버; 및 상기 챔버의 일측에 형성되며, 상기 폐가스를 공급하는 적어도 하나의 폐가스 공급 파이프를 구비하는 반응 챔버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버는 상기 제 1 유입구를 일측에 구비하고, 내부에 빈 공간이 형성되어 있고 하부가 개방된 상부 챔버; 및 상기 상부 챔버의 하부에 결합되며, 상기 제 1 배출구를 일측에 구비하고, 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 하부 챔버를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하부 챔버는 내부에 빈 공간이 형성되며, 상기 상부 챔버의 개방된 하부에 대응하여 상부가 개방되어 있는 하부 챔버 케이스; 및 상기 하부 챔버 케이스의 측부에 적어도 하나 형성되며, 상기 폐가스 공급 파이프가 연결되는 폐가스 유입홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 챔버의 내측에 형성되며, 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 내부 반응 챔버 케이스; 상기 제 1 유입구의 하부 및 상기 내부 반응 챔버 케이스의 상 부 일측에 형성되는 홀 형상의 플라즈마 및 화염 유도홀; 상기 폐가스 공급 파이프에 경사지게 대면하도록 상기 하부 챔버 케이스의 일측에서 연장되어 형성되는 와류 유도 경사벽; 일측이 상기 와류 유도 경사벽에서 연장되며, 상기 하부 챔버 케이스의 외측벽과 평행하도록 형성되고, 타측에 와류 유도 개구홀이 구비되도록 형성되는 와류 유도벽을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 반응 챔버를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 유입구 및 상기 플라즈마 및 화염 유도홀의 하부에 형성되고, 상기 내부 반응 챔버의 내부에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되어 하부가 상기 제 1 배출구와 연결되는 축열관을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응 챔버의 하부에 형성되며, 상기 제 1 배출구에 연결되는 제 2 유입구 및 상기 제 2 유입구를 통하여 유입된 열분해된 폐가스가 습식 처리 후 배출되는 제 2 배출구를 구비하는 습식 처리부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 습식 처리부는 하부가 개방된 박스 형상이며, 상기 제 2 유입구가 일측에 구비되고, 상기 제 2 유입구의 하부에 형성되며 상기 제 2 유입구와 연통되도록 상부에서 하부로 관통된 가스 냉각부, 상기 가스 냉각부의 측부에 형성되고 상기 가스 냉각부의 하부와 연통되도록 하부에서 상부로 관통된 제 1 습식 처리부 및 상기 제 1 습식 처리부의 측부에 형성되고 상기 제 1 습식 처리부의 상부와 연통되도록 상부에서 하부로 관통된 제 2 습식 처리부를 포함하여 형성되는 습식 스프레이부; 및 상기 제 2 배출구가 일측에 구비되며, 내부에 상기 습식 스프레이부의 개방된 하부와 연통되는 수조부 및 상기 수조부와 상기 제 2 배출구를 연결하는 제 2 배출홈을 포함하여 형성되는 수조 탱크를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 습식 스프레이부는 상기 제 2 유입구가 일측에 구비된 상판; 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 1 측벽; 상기 제 1 측벽에 대향하도록 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 2 측벽; 상기 제 1 측벽의 일단과 상기 제 2 측벽의 일단을 연결하며, 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 3 측벽; 및 상기 제 1 측벽의 타단과 상기 제 2 측벽의 타단을 연결하며, 상기 제 3 측벽에 대향하도록 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 4 측벽을 구비하는 습식 스프레이부 케이스를 포함하며, 상기 제 2 유입구는 상기 상판에서 상기 제 2 측벽보다 상기 제 1 측벽에 가깝도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 습식 스프레이부 케이스는 상기 가스 냉각부와 상기 제 1 습식 처리부의 사이에, 상기 제 1 측벽에 대향하도록, 상기 상판에서 상기 제 3 측벽과 상기 제 4 측벽을 연결하며 하부로 연장되는 제 1 격벽; 및 상기 제 1 습식 처리부와 상기 제 2 습식 처리부의 사이에, 상기 제 1 격벽 및 상기 제 2 측벽에 대향하도록, 상기 제 3 측벽과 상기 제 4 측벽을 연결하며 하부로 연장되는 제 2 격벽을 더 포함하고, 상기 제 2 격벽은 상기 제 3 측벽의 하단 및 상기 제 4 측벽의 하단을 넘어 상기 수조 탱크의 하부까지 연장되며, 상기 제 2 격벽의 상단은 상기 상판과 이격하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 상판에 대향하도록, 상기 제 1 격벽의 하단부, 상기 제 3 측벽의 하단부, 상기 제 4 측벽의 하단부 및 상기 제 2 격벽에서 연장되어 형성되는 제 1 그물벽; 및 상기 상판에 대향하도록, 상기 제 3 측벽의 하단부, 상기 제 4 측벽의 하단부, 상기 제 2 측벽의 하단부 및 상기 제 2 격벽에서 연장되어 형성되는 제 2 그물벽을 포함하며, 상기 제 1 그물벽 및 상기 제 2 그물벽의 상부에는 충진재가 쌓여 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 가스 냉각부의 일측에 형성되어, 상기 제 2 유입구를 통해 유입되는 가스에 냉각수를 분무하여 냉각시키는 적어도 하나의 냉각 노즐; 상기 제 1 습식 처리부의 일측에 형성되어, 상기 가스 냉각부에서 유입된 가스에 세정액을 분무하는 적어도 하나의 제 1 스프레이 노즐; 및 상기 제 2 습식 처리부의 일측에 형성되어, 상기 제 1 습식 처리부에서 유입된 가스에 세정액을 분무하는 적어도 하나의 제 2 스프레이 노즐을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수조부는 상기 제 1 습식 처리부 및 상기 제 2 습식 처리부의 하부에 포집 영역이 형성되도록 경사지게 형성되는 경사판을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 습식 처리부의 제 2 배출구에서 배출되는 가스를 습식 전기 집진하는 습식 탱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템은 버너를 통해 플라즈마의 효과적인 제어가 가능하여 대용량의 폐가스를 효율적으로 처리할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템은 반응 챔버 내부에서 폐가스가 축열관을 중심으로 와류 현상을 일으키게 되어, 플라즈마와의 반응을 위한 접촉 시간 및 면적이 증가하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템은 폐가스의 높은 열분해 효율을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템은 플라즈마 토치에 의하여 연소된 폐가스를 다시 한번, 습식 처리부 및 습식 타워에서 처리하여, 폐가스의 분해 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템은 폐가스의 양과 종류에 따라 플라즈마 토치의 플라즈마와 버너의 화염을 독립적 혹은 함께 운영 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템을 도시한 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치를 도시한 수직 단면도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치의 버너의 하부를 도시한 사시도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 반응 챔버를 도시한 정면도이다.
도 3b는 도 3a의 3b - 3b 단면도이다.
도 3c는 도 3a의 3c - 3c 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부를 도시한 분해 사시도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부의 습식 스프레이부의 내부를 도시한 것이다.
도 4c는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부의 수조 탱크의 내부를 도시한 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템(1000)은 플라즈마 토치(100), 반응 챔버(200), 습식 처리부(300) 및 습식 타워(400)를 포함하여 형성된다. 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템(1000)은 플라즈마 토치(100)에서 발생시킨 플라즈마 및 화염으로 반응 챔버(200)에서 반도체 제조 공정에서 발생되는 유해 가스를 포함하는 폐가스를 열분해 시킨다. 그리고, 열분해된 폐가스는 습식 처리부(300)와 습식 타워(400)에서 열분해된 폐가스에 포함되어 있는 수용성 유해 가스와 이물 입자를 포집한 후에 무해 가스만을 외부로 배출하게 된다.
이 중, 플라즈마 토치(100), 반응 챔버(200) 및 습식 처리부(300)에 대하여는 이하에서 자세히 설명하도록 한다.
습식 타워(400)는 습식 처리부(300)에서 배출되는 가스를 습식 전기 집진한다. 구체적으로 상기 습식 타워(400)는 내부에 습식 처리부(300)로부터 상승하는 연소가스에 포함되어 있는 미세한 이물 입자를 제거하기 위하여 하부 방향으로 물을 분사하는 다수의 노즐(미도시)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 습식 타워(400)는 내부에 이물 입자를 필터링 하기 의한 다수의 필터층(미도시)이 형성된다. 상기 습식 타워(400)는 내부의 구조에 대하여 구체적으로 도시하지 않았지만 노즐과 필터층이 다양하게 조합되어 형성될 수 있다. 상기 습식 타워(400)는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템에서 일반적으로 많이 사용되고 있으므로 여기서 상세한 구조와 작용에 대한 설명은 생략한다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2a는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치를 도시한 분해 사시도이다. 도 2b는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치를 도시한 수직 단면도이다. 그리고, 도 2b에서 실선은 플라즈마의 진행 방향을, 점선은 산소와 연소가스 즉, 화염의 진행방향을 나타낸다. 도 2c는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 플라즈마 토치의 버너의 하부를 도시한 사시도이다.
플라즈마 토치(100)는 음극 전극(110), 양극 전극(120) 및 버너(140)를 포함하여 형성된다. 그리고, 플라즈마 토치(100)는 파이롯 전극(130) 및 절연판(150)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
음극 전극(110)은 음극 몸체(111), 음극봉(112), 음극 단자(113) 및 음극 케이스(114)를 포함하여 형성된다. 음극 전극(110)은 외부 음극 직류 전원과 전기적으로 연결되며, 후술하는 양극 전극(120)과 방전을 일으키게 된다.
음극 몸체(111)는 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 음극 몸체(111)는 내부에 상부에서 하부로 관통되는 음극 관통홀(111a) 및 외측에 도전 코일(미도시)이 권취되도록 형성되는 외면홀(111b)을 포함하여 형성된다. 상기 도전 코일은 음극 직류 전원과 전기적으로 연결되어 음극 몸체(111)에 전류를 공급한다.
음극봉(112)은 원기둥 형상으로 형성된다. 그리고, 음극봉(112)은 하부에 단자홈(112a)이 형성된다. 그리고, 음극봉(112)은 상면이 노출되도록 음극 관통홀(111a)에 분리가 가능하도록 결합된다. 예를 들어, 음극봉(112)은 외면에 나사산(미도시)이 형성되며, 상기 음극 관통홀(111a)에도 이에 대응되는 나사산(미도시)이 형성되어, 상기 음극봉(112)은 상기 음극 관통홀(111a)에 나사 결합에 의하여 결합될 수 있다. 또한, 음극봉(112)은 단자홈(112a)의 상면에 형성되는 제 1 냉각수로(112b)를 포함하여 형성된다. 그리고, 음극봉(112)은 음극봉(112)의 상면에서 제 1 냉각수로(112b)의 일측으로 관통되어 형성되어, 제 1 냉각수로(112b)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급관(112c)을 포함하여 형성된다. 또한, 음극봉(112)은 제 1 냉각수로(112b)의 타측에서 음극봉(112)의 상면으로 관통되어 형성되어, 제 1 냉각수로(112b)에서 온도가 올라간 냉각수가 외부로 배출되는 냉각수 배출관(112d)을 포함하여 형성된다.
음극 단자(113)는 원기둥 형상으로 형성된다. 그리고, 음극 단자(113)는 하면이 노출되도록 음극봉(112)의 음극 관통홀(112a)에 결합된다. 또한, 음극 단자(113)는 음극 몸체(111) 및 음극봉(112)과 전기적으로 연결된다. 음극 단자(113)는 방전 과정에서 재료의 소모가 적은 텅스텐과 같은 금속으로 이루어진다. 음극 단자(113)는 방전 과정에서 소모되면, 음극봉(112)으로부터 분리하여 교체할 수 있도록 형성된다. 또한, 음극 단자(113)의 상면은 음극봉(112)의 제 1 냉각수로(112b)와 맞닿아 냉각된다. 구체적으로, 냉각수 공급관(112c)을 통하여 제 1 냉각수로(112b)에 공급된 냉각수는 음극 단자(113)를 냉각시킨다. 그리고, 음극 단자(113)를 냉각한 후에 온도가 올라간 냉각수는 냉각수 배출관(112d)을 통하여 외부로 배출된다.
음극 케이스(114)는 음극 몸체(111)의 상면과 측면을 전체적으로 감싸도록 형성된다. 그리고, 음극 케이스(114)는 전기적 절연체로 형성된다. 또한, 음극 케이스(114)는 음극 몸체(111)의 외면홈(111b)에 권취되는 도전 코일을 외부와 전기적으로 절연시킨다.
양극 전극(120)은 양극 몸체(121), 양극 케이스(122) 및 제 1 가스 공급홀(123)을 포함하여 형성된다. 그리고, 양극 전극(120)은 양극 전극봉(124) 및 냉각수 라인(125)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 양극 전극(120)은 음극 전극(110)의 하부에 형성된다. 또한, 양극 전극(120)은 후술하는 파이롯 전극(130)의 하부에 형성될 수 있다.
양극 전극(120)은 음극 전극(110)과 방전을 일으키게 되며, 공급되는 플라즈마 가스를 사용하여 플라즈마를 형성하게 된다.
양극 몸체(121)는 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 양극 몸체(121)는 내부에 상부에서 하부로 관통되는 양극 관통홀(121a)을 포함하여 형성된다. 양극 관통홀(121a)은 음극 전극(110)의 음극 단자(113)의 하면의 하부에 형성된다. 또한, 양극 몸체(121)는 내측에 양극 관통홀(121a)의 주연에 이격하여 제 2 냉각수로(121b)가 형성될 수 있다. 양극 몸체(121)는 방전 과정에서 열이 발생되므로 제 2 냉각수로(121b)로 공급되는 냉각수에 의하여 냉각될 수 있다. 또한, 양극 몸체(121)는 외부 양극 직류 전원과 전기적으로 연결된다.
양극 케이스(122)는 양극 몸체(121)의 측면을 감싸도록 형성된다. 그리고, 양극 케이스(122)는 전기적 절연체로 형성된다. 또한, 양극 케이스(122)는 양극 몸체(121)를 외부와 전기적으로 절연시킨다.
제 1 가스 공급홀(123)은 양극 케이스(122)의 측면에서 양극 관통홀(121a)까지 관통되어 형성된다. 특히, 제 1 가스 공급홀(123)은 양극 전극(120)의 상부 즉, 양극 전극(120)과 파이롯 전극(130)의 사이에 형성될 수 있다. 또한, 제 1 가스 공급홀(123)을 통해 플라즈마 가스가 공급된다.
제 1 양극 전극봉(124)은 양극 케이스(122)의 외측에서 양극 몸체(121)까지 형성되는 봉의 형태일 수 있다. 제 1 양극 전극봉(124)은 도전체로 형성된다. 제 1 양극 전극봉(124)은 외부 양극 직류 전원을 양극 몸체(121)에 전기적으로 연결시키는 역할을 한다.
제 1 냉각수 라인(125)은 제 1 냉각수 공급 라인(125a) 및 제 1 냉각수 배출 라인(125b)을 포함하여 형성된다. 제 1 냉각수 공급 라인(125a) 및 제 1 냉각수 배출 라인(125b)은 각각 양극 케이스(122)의 일측 및 타측에 형성될 수 있다. 제 1 냉각수 공급 라인(125a)은 제 2 냉각수로(121b)에 냉각수를 공급하도록, 파이프의 형상으로 형성될 수 있다. 제 1 냉각수 배출 라인(125a)은 제 2 냉각수로(121b)에서 양극 몸체(121)를 냉각한 후 온도가 올라간 냉각수가 배출되도록, 파이프의 형상으로 형성될 수 있다.
파이롯 전극(130)은 파이롯 몸체(131), 파이롯 케이스(132) 및 제 2 가스 공급홀(133)을 포함하여 형성된다. 그리고, 파이롯 전극(130)은 제 2 양극 전극봉(134) 및 제 2 냉각수 라인(135)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 파이롯 전극(130)은 음극 전극(110) 및 양극 전극(120)의 사이에 형성될 수 있다. 또한, 파이롯 전극(130)은 외부 양극 직류 전원과 전기적으로 연결되며, 음극 전극(110)과 초기 방전을 일으키게 된다. 구체적으로, 파이롯 전극(130)에는 양극 전극(120)에 비하여 고전압이 인가되어 초기 방전을 일으킬 수 있다.
파이롯 몸체(131)는 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 파이롯 몸체(131)는 내부에 상부에서 하부로 관통되는 파이롯 관통홀(131a)을 포함하여 형성된다. 파이롯 관통홀(131a)은 음극 전극(110)의 음극 단자(113)의 하면의 하부에 형성된다. 그리고, 파이롯 관통홀(131a)은 양극 관통홀(121a)과 연결되도록 형성된다. 또한, 파이롯 몸체(131)는 내측에 파이롯 관통홀(131a)의 주연에 이격하여 파이롯 냉각수홈(131b)이 형성될 수 있다. 파이롯 몸체(131)는 방전 과정에서 열이 발생되므로 파이롯 냉각수홈(131b)으로 공급되는 냉각수에 의하여 냉각될 수 있다. 또한, 파이롯 몸체(131)는 외부 양극 직류 전원과 전기적으로 연결된다.
파이롯 케이스(132)는 파이롯 몸체(131)의 측면을 감싸도록 형성된다. 그리고, 파이롯 케이스(132)는 전기적 절연체로 형성된다. 또한, 파이롯 케이스(132)는 파이롯 몸체(131)를 외부와 전기적으로 절연시킨다.
제 2 가스 공급홀(133)은 파이롯 케이스(132)의 측면에서 파이롯 관통홀(131a)까지 관통되어 형성된다. 특히, 제 2 가스 공급홀(133)은 파이롯 전극(130)의 상부 즉, 파이롯 전극(130)과 음극 전극(110)의 사이에 형성될 수 있다. 또한, 제 2 가스 공급홀(133)을 통해 플라즈마 가스가 공급된다.
제 2 양극 전극봉(134)는 파이롯 케이스(132)의 외측에서 파이롯 몸체(131)까지 형성되는 봉의 형태일 수 있다. 제 2 양극 전극봉(134)은 도전체로 형성된다. 제 2 양극 전극봉(134)은 외부 양극 직류 전원을 파이롯 몸체(131)에 전기적으로 연결시키는 역할을 한다.
제 2 냉각수 라인(135)은 제 2 냉각수 공급 라인(135a) 및 제 2 냉각수 배출 라인(135b)을 포함하여 형성된다. 제 2 냉각수 공급 라인(135a) 및 제 2 냉각수 배출 라인(135b)은 각각 파이롯 케이스(132)의 일측 및 타측에 형성될 수 있다. 제 2 냉각수 공급 라인(135a)은 파이롯 냉각수홈(131b)에 냉각수를 공급하도록, 파이프의 형상으로 형성될 수 있다. 제 2 냉각수 배출 라인(135b)은 파이롯 냉각수홈(131b)에서 파이롯 몸체(131)를 냉각한 후 온도가 올라간 냉각수가 배출되도록, 파이프의 형상으로 형성될 수 있다.
이러한, 음극 전극(110), 양극 전극(120) 및 파이롯 전극(130)은 각각이 전기적으로 절연되도록 형성된다.
버너(140)는 버너 몸체(141), 산소 순환부(142), 연소 가스 순환부(143), 냉각수 순환부(144), 산소 공급 라인(145), 연소 가스 공급 라인(146) 및 제 3 냉각수 라인(147)을 포함하여 형성된다.
버너 몸체(141)는 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 버너 몸체(141)는 내부에 상부에서 하부로 관통되는 버너 관통홀(141a)을 포함하여 형성된다. 버너 관통홀(141a)은 음극 전극(110)의 음극 단자(113)의 하면의 하부에 형성된다. 구체적으로, 버너 관통홀(141a)은 상부가 양극 관통홀(121a)과 연결되며, 버너(140)의 하단면의 버너 관통홈(141a')까지 관통되어 형성될 수 있다. 버너 관통홀(141a)로는 음극 전극(110), 양극 전극(120) 및 파이롯 전극(130)의 작동에 의하여 발생한 플라즈마가 파이롯 관통홀(131a) 및 양극 관통홀(121a)을 거쳐 외부로 방출되는 공간이다. 또한, 버너 관통홈(141a')은 원형으로 형상될 수 있다.
산소 순환부(142)는 버너 몸체(141)의 내부에서, 버너 관통홀(141a)의 주연에 이격하여 형성된다. 그리고, 산소 순환부(142)는 내부에 산소가 순환할 수 있도록 빈 공간으로 형성된다. 또한, 산소 순환부(142)는 산소 배출관(142a)을 포함하여 형성된다. 이러한, 산소 배출관(142a)은 산소 순환부(142)의 산소가 순환하는 빈 공간에서 버너(140)의 하단면의 산소 배출홈(142a')까지 관통되어 적어도 하나 이상 형성된다. 이러한, 산소 배출관(142a) 및 산소 배출홈(142a')을 통해 산소 순환부(142)에서 순환하던 산소가 외부로 방출된다. 또한, 산소 배출관(142a)은 버너 관통홀(141a)과 평행하게 형성되어, 버너 관통홀(141a) 및 버너 관통홈(141a')을 통한 플라즈마의 분사가 균일하게 이루어지도록 형성될 수 있다. 특히, 버너 관통홈(141a')이 원형으로 형성되는 경우, 산소 배출관(142a)의 하단에 형성되는 적어도 하나 이상의 산소 배출홈(142a')이 버너 관통홈(141a')의 둘레에 평행하게 이격하여 호의 형상으로 형성될 수 있다. 산소 배출홈(142a')이 버너 관통홈(141a')을 감싸듯이 형성되어 플라즈마의 분사가 더욱 균일하게 이루어지도록 할 수 있다.
연소 가스 순환부(143)는 버너 몸체(141)의 내부에서, 버너 관통홀(141a)의 주연에 이격하여 형성된다. 그리고, 연소 가스 순환부(143)는 내부에 연소 가스가 순환할 수 있도록 빈 공간으로 형성된다. 연소 가스 순환부(143)에서 순환되며 배출되는 연소 가스는 메탄(CH4)일 수 있으나, 여기서 이를 한정하는 것은 아니다. 또한, 연소 가스 순환부(143)는 연소 가스 배출관(143a)을 포함하여 형성된다. 이러한, 연소 가스 배출관(143a)은 연소 가스 순환부(143)의 연소 가스가 순환하는 빈 공간에서 버너(140)의 하단면의 연소 가스 배출홈(143a')까지 관통되어 적어도 하나 이상 형성된다. 이러한, 연소 가스 배출관(143a) 및 연소 가스 배출홈(143a')은 버너 관통홀(141a) 및 버너 관통홈(141a')을 기준으로, 산소 배출관(142a) 및 산소 배출홈(143a')보다 외측에 형성될 수 있다. 연소 가스 배출관(143a) 및 연소 가스 배출홈(143a')을 통해 연소 가스 순환부(143)에서 순환하던 연소 가스가 외부로 방출된다. 또한, 적어도 하나 이상의 연소 가스 배출관(143a)은 상부에서 하부로 버너 관통홀(141a)과의 이격 거리가 작아지도록 사선으로 형성될 수 있다. 즉, 버너 관통홀(141a) 및 버너 관통홈(141a')을 통한 플라즈마의 분사가 연소 가스 배출관(143a) 및 연소 가스 배출홈(143a')의 연소 가스의 중심부로의 분사에 의하여, 중심부로 균일하게 모아지도록 형성될 수 있다. 또한, 연소 가스 배출홈(143a')은 원형으로 형성될 수 있다. 연소 가스 배출관(143a) 및 연소 가스 배출홈(143a')을 통해 외측으로 분사된 연소 가스는 산소 배출관(142a) 및 산소 배출홈(142a')을 통해 분사된 산소와 반응하여 화염을 형성할 수 있다. 이렇게, 버너(140)에서 형성된 화염은 폐가스의 양, 종류 및 유량에 따라 음극 전극(110), 양극 전극(120) 및 파이롯 전극(130)의 동작으로 형성된 플라즈마와 함께 사용되거나, 각각을 따로 사용될 수 있도록 제어될 수 있다.
냉각수 순환부(144)는 버너 몸체(141)의 내부에서, 버너 관통홀(141a)의 주연에 이격하여 형성된다. 그리고, 냉각수 순환부(144)는 내부에 냉각수가 순환되도록 빈 공간으로 형성될 수 있다. 냉각수 순환부(144)에서 순환되는 냉각수는 버너 관통홀(141a)의 내측으로 분사되는 플라즈마와 버너 하부로 분사되는 화염으로 온도가 높아진 버너(140)를 전체적으로 냉각하는 역할을 한다.
산소 공급 라인(145)은 산소 순환부(142)에 산소를 공급할 수 있도록 파이프의 형상으로 형성된다. 그리고, 산소 공급 라인(145)은 버너(140)의 외부 일측에 형성될 수 있다.
연소 가스 공급 라인(146)은 연소 가스 순환부(143)에 연소 가스를 공급할 수 있도록 파이프의 형상으로 형성된다. 그리고, 연소 가스 공급 라인(146)은 버너(140)의 외부 일측에 형성될 수 있다.
제 3 냉각수 라인(147)은 제 3 냉각수 공급 라인(147a) 및 제 3 냉각수 배출 라인(147b)을 포함하여 형성된다. 제 3 냉각수 공급 라인(147a) 및 제 3 냉각수 배출 라인(147b)은 각각 버너(140)의 외부 일측 및 타측에 형성될 수 있다. 제 3 냉각수 공급 라인(147a)은 냉각수 순환부(144)에 냉각수를 공급하도록, 파이프의 형상으로 형성될 수 있다. 제 3 냉각수 배출 라인(147b)은 냉각수 순환부(144)에서 버너(140)를 냉각한 후 온도가 올라간 냉각수가 배출되도록, 파이프의 형상으로 형성될 수 있다.
절연판(150)은 원판의 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 절연판(150)은 내부에 상부에서 하부로 관통되는 절연판 관통홀(150a)을 구비하여 형성된다. 절연판(150)은 양극 전극(120)과 버너(140)를 전기적 절연시키도록 전기적 절연체로 형성될 수 있다. 절연판 관통홀(150a)은 상부는 양극 전극(120)의 양극 관통홀(121a)과 연결되고 하부는 버너(140)의 버너 관통홀(141a)과 연결된다. 이러한, 절연판 관통홀(150a)은 음극 전극(110), 양극 전극(120) 및 파이롯 전극(130)의 동작에 의하여 발생된 플라즈마가 지나가는 통로의 역할을 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 반응 챔버에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3a는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 반응 챔버를 도시한 정면도이다. 도 3b는 도 3a의 3b - 3b 단면도이다. 도 3c는 도 3a의 3c - 3c 단면도이다. 도 3b 및 도 3c의 1점 쇄선 화살표는 폐가스의 흐름을 나타낸 것이다.
반응 챔버(200)는 챔버(210) 및 폐가스 공급 파이프(220)를 포함하여 형성된다. 그리고, 반응 챔버(200)는 내부 반응 챔버(230) 및 축열관(240)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
챔버(210)는 상부 챔버(211) 및 하부 챔버(212)를 포함하여 형성된다.
상부 챔버(211)는 상부 챔버 케이스(211a) 및 제 1 유입구(211b)를 포함하여 형성된다.
상부 챔버 케이스(211a)는 내부에 빈 공간이 형성되고, 하부가 개방된 케이스이다.
제 1 유입구(211b)는 상부 챔버 케이스(211a)의 일측 즉, 상부에 형성될 수 있다. 제 1 유입구(211b)는 플라즈마 토치(100)의 버너 관통홈(141a'), 산소 배출홈(142a') 및 연소 가스 배출홈(143a')과 연결될 수 있다. 즉, 제 1 유입구(211b)는 버너 관통홈(141a'), 산소 배출홈(142a') 및 연소 가스 배출홈(143a')을 통해 분사되는 플라즈마와 화염이 챔버(210)의 내측으로 분사되는 입구 역할을 한다.
하부 챔버(212)는 하부 챔버 케이스(212a), 폐가스 유입홀(212b), 제 1 배출구(212c) 및 축열관 지지부(212d)를 포함하여 형성된다.
하부 챔버 케이스(212a)는 내부에 빈 공간이 형성되고, 상부 챔버 케이스(211a)의 개방된 하부 형상에 대응하도록 상부가 개방된 케이스이다. 하부 챔버 케이스(212a)와 상부 챔버 케이스(211a)가 결합하여 내측에 플라즈마 및 화염과 폐가스가 반응하는 내부 열분해 공간을 형성하게 된다.
폐가스 유입홀(212b)은 하부 챔버 케이스(212a)의 측부로 폐가스가 유입되도록 적어도 하나 이상이 형성된다. 그리고, 폐가스 유입홀(212b)은 후술하는 폐가스 공급 파이프(220)에 연결된다.
제 1 배출구(212c)는 챔버(210) 내부에서 플라즈마와 화염으로 열분해된 폐가스가 배출되도록 하부 챔버 케이스(212a)의 일측 즉, 하부에 형성될 수 있다.
축열관 지지부(212d)는 하부 챔버 케이스(212a)의 내측에 제 2 배출구(212c)의 상부로 연장되어 후술하는 축열관(240)을 지지하도록 형성될 수 있다.
폐가스 공급 파이프(220)는 챔버(210) 내부에 폐가스를 공급할 수 있도록, 파이프의 형상으로 형성된다. 그리고, 폐가스 공급 파이프(220)는 챔버(210) 즉, 하부 챔버(212)의 폐가스 유입홀(212b)에 대응하여 적어도 하나 이상이 연결될 수 있다. 또한, 폐가스 공급 파이프(220)는 하부 챔버(212)의 중심부를 향하여 폐가스가 유입되도록 형성될 수 있다.
내부 반응 챔버(230)는 내부 반응 챔버 케이스(230a), 플라즈마 및 화염 유도홀(230b), 와류 유도 경사벽(230c), 와류 유도벽(230d) 및 와류 유도 개구홀(230e)을 포함하여 형성될 수 있다.
내부 반응 챔버 케이스(230a)는 반응 챔버(200)의 내측 즉, 챔버(210)의 내측에 형성된다. 그리고, 내부 반응 챔버 케이스(230a) 내부에서는 플라즈마 토치(100)에서 분사된 플라즈마 및 화염과 폐가스 공급 파이프(220)로부터 공급된 폐가스가 열분해된다.
플라즈마 및 화염 유도홀(230b)은 내부 반응 챔버 케이스(230a)의 일측 즉, 제 1 유입구(211b)의 하부측에 형성된다. 이에 의하여, 플라즈마 및 화염 유도홀(230b)을 통하여 플라즈마 토치(100)에서 분사된 플라즈마 및 화염이 내부 반응 챔버(230)의 내측으로 도달한다.
와류 유도 경사벽(230c)은 내부 반응 챔버 케이스(230a)의 하부에 형성된다. 그리고, 와류 유도 경사벽(230c)은 폐가스 유입홀(212b) 즉, 폐가스 공급 파이프(220)에 경사지게 대면하도록 하부 챔버 케이스(212a)의 일측에서 연장되어 적어도 하나 이상이 형성된다.
와류 유도벽(230d)은 내부 반응 챔버 케이스(230a)의 하부에 형성된다. 그리고, 와류 유도벽(230d)은 와류 유도 경사벽(230c)에서 연장되어, 하부 챔버 케이스(212a)와 이격하여 평행하도록 형성된다. 그리고, 와류 유도벽(230d)은 이웃하는 다른 와류 유도 경사벽(230c)에 이격하는 곳까지 연장되어 와류 유도 개구홀(230e)이 구비되도록 형성될 수 있다.
폐가스는 폐가스 공급 파이프(220)에서 하부 챔버(212)의 중심부를 향하여 분사된다. 하지만, 내부 반응 챔버(230)의 와류 유도 경사벽(230c), 와류 유도벽(230d) 및 와류 유도 개구홀(230e)에 의하여 폐가스는 내부 반응 챔버(230)의 하부 내측에서 와류 현상이 일어나도록 유도될 수 있다.
축열관(240)은 내부 반응 챔버(230)의 내측에 상부에서 하부로 관통된 원통 형상으로 형성된다. 그리고, 축열관(240)은 제 1 배출구(212c)의 형상에 대응되도록 상부로 연장되어 형성될 수 있다. 축열관(240)은 하부 챔버(212)의 상단을 넘어 상부 챔버(211) 측으로 연장된다. 이에 의하여, 내부 반응 챔버(230)의 하부 내측에서 와류하고 있는 폐가스가 상부로 와류하여 흐른다. 그리고, 축열관(240)의 상부로 도달한 폐가스는 제 1 유입구(211b) 및 플라즈마 및 화염 유도홀(230b)을 통하여 분사된 플라즈마 및 화염과 반응하여 열분해된다. 폐가스가 축열관(240)을 따라 와류하며 유량 및 유속이 조절되고, 플라즈마 및 화염과 반응할 수 있는 접촉 면적 및 시간이 증대되어, 전체적인 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 폐가스 열분해 효율이 높아진다. 또한, 축열관(240)은 축열 소재로 형성될 수 있다. 구체적으로 축열관(240)은 알루미나(Al2O3)로 형성될 수 있다. 내부 반응 챔버(230)로 초기 유입된 폐가스는 축열관(240)의 하부와 맞닿아 축열관(240)에 축척된 열에너지를 받게 되어, 플라즈마 및 화염과 반응하기 전에 먼저 열분해 과정이 진행되게 된다. 즉, 축열관(240)을 통해 플라즈마 및 화염의 열 재생이 이루어지고, 전체적으로 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 폐가스 처리 효율이 증대될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4a는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부를 도시한 분해 사시도이다. 도 4b는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부의 습식 스프레이부의 내부를 도시한 것이다. 즉, 도 4b는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 스프레이부 케이스의 일 측벽을 제거하고 습식 스프레이부의 내부를 도시한 사시도이다. 도 4c는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부의 수조 탱크의 내부를 도시한 것이다. 즉, 도 4c는 본 발명에 따른 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템의 습식 처리부의 수조 탱크의 일 측벽을 제거하고 수조 탱크의 내부를 도시한 사시도이다. 도 4b 및 도 4c의 1점 쇄선 화살표는 폐가스의 흐름을 나타낸 것이다.
습식 처리부(300)는 습식 스프레이부(310) 및 수조 탱크(320)를 포함하여 형성된다. 그리고, 습식 처리부(300)는 지지판(330)을 더 포함하여 형성될 수 있다.
습식 스프레이부(310)는 하부가 개방된 박스 형상이다. 그리고, 습식 스프레이부(310)의 일측에는 제 2 유입구(310a)가 형성될 수 있다. 제 2 유입구(310a)에 대하여는 이하에서 자세히 설명하도록 한다. 또한, 습식 스프레이부(310)는 습식 스프레이부 케이스(311)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 습식 스프레이부 케이스(311)는 상판(311a), 제 1 측벽(311b), 제 2 측벽(311c), 제 3 측벽(311d), 제 4 측벽(311e), 제 1 격벽(311f), 제 2 격벽(311g), 제 1 그물벽(311h) 및 제 2 그물벽(311i)를 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 습식 스프레이부(310) 및 수조 탱크(320)에 걸쳐 내측에는 가스 냉각부(313), 제 1 습식 처리부(314) 및 제 2 습식 처리부(315)가 형성되어 있을 수 있다.
상판(311a)은 판상으로 형성된다. 그리고, 상판(311a)의 일측에는 후술하는 제 2 유입구(310a)가 위치한다.
제 1 측벽(311b)은 판상으로 형성된다. 그리고, 제 1 측벽(311b)은 상판(311a)의 일측에서 하부로 연장되어 형성된다.
제 2 측벽(311c)은 판상으로 형성된다. 그리고, 제 2 측벽(311c)은 상판(311a)의 타측에서 제 1 측벽(311b)에 대향하도록 하부로 연장되어 형성된다.
제 3 측벽(311d)은 판상으로 형성된다. 그리고, 제 3 측벽(311d)은 제 1 측벽(311b)의 일단과 제 2 측벽(311c)의 일단을 연결하며, 상판(311a)에서 하부로 연장되어 형성된다.
제 4 측벽(311e)은 판상으로 형성된다. 그리고, 제 4 측벽(311e)은 제 1 측벽(311b)의 타단과 제 2 측벽(311c)의 타단을 연결하며, 상판(311a)에서 하부로 연장되어 형성된다.
제 1 격벽(311f)은 판상으로 형성된다. 그리고, 제 1 격벽(311f)은 제 1 측벽(311b)에 대향하도록, 상판(311a)에서 제 3 측벽(311d)과 제 4 측벽(311e)을 연결하며 하부로 연장되어 형성될 수 있다.
제 2 격벽(311g)은 판상으로 형성된다. 그리고, 제 2 격벽(311g)은 제 2 측벽(311c) 및 제 1 격벽(311f)의 사이에 제 2 측벽(311c) 및 제 1 격벽(311f)에 대향하도록 제 3 측벽(311d)과 제 4 측벽(311e)을 연결하며 하부로 연장되어 형성될 수 있다. 또한, 제 2 격벽(311g)의 하단은 제 3 측벽(311d)과 제 4 측벽(311e)의 하단을 넘어 수조 탱크(320)의 내부 하면까지 연장될 수 있다. 또한, 제 2 격벽(311g)의 상단은 상판(311a)과 이격하여 형성된다.
제 1 그물벽(311h)은 그물 모양의 판상으로 형성된다. 제 1 그물벽(311h)은 상판(311a)에 대향하도록, 제 1 격벽(311f)의 하단부, 제 3 측벽(311d)의 하단부, 제 4 측벽(311e)의 하단부 및 제 2 격벽(311g)에서 연장되어 형성된다. 제 1 그물벽(311h)의 상부에는 충진재가 쌓여 있을 수 있다. 충진재는 직경 약 1인치의 스테인레스 재질의 충진재(Pall Ring)가 사용될 수 있다.
제 2 그물벽(311i)은 그물 모양의 판상으로 형성된다. 제 2 그물벽(311i)은 상판(311a)에 대향하도록, 제 3 측벽(311d)의 하단부, 제 4 측벽(311e)의 하단부, 제 2 측벽의 하단부(311c) 및 제 2 격벽(311g)에서 연장되어 형성된다. 제 2 그물벽(311i)의 상부에는 충진재가 쌓여 있을 수 있다. 충진재는 직경 약 1인치의 스테인레스 재질의 충진재(Pall Ring)가 사용될 수 있다.
제 1 그물벽(311h) 및 제 2 그물벽(311i)의 상부에 쌓여 있는 충진재는 제 1 그물벽(311h) 및 제 2 그물벽(311i)을 지나는 가스의 유속을 감소시켜, 세정액과 접촉되는 시간을 길게 유지시켜 주는 역할을 한다.
제 2 유입구(310a)는 습식 스프레이부 케이스(311)의 일측에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제 2 유입구(310a)는 상판(311a)에 형성될 수 있다. 그리고, 제 2 유입구(310a)는 상판(311a)에서 제 2 측벽(311c)보다 제 1 측벽(311b)에 가깝도록 형성될 수 있다. 그리고, 제 2 유입구(310a)는 반응 챔버(200)의 제 1 배출구(212c)에 연결된다. 따라서, 반응 챔버(200) 내부에서 플라즈마 및 화염에 의하여 열분해 처리가 끝난 폐가스가 제 2 유입구(310a)를 통하여 습식 스프레이부 케이스(311)의 내측으로 유입된다.
가스 냉각부(313)는 제 2 유입구(310a)의 하부에 형성되는 습식 처리부(300)의 일 공간이다. 그리고, 가스 냉각부(313)는 제 1 측벽(311b) 측에 형성될 수 있다. 또한, 제 2 유입구(310a)와 연통되도록 습식 처리부(300) 내부의 상부에서 하부로 관통되어 형성될 수 있다. 또한, 가스 냉각부(313)는 제 1 측벽(311a)에 형성될 수 있다. 가스 냉각부(313)로는 반응 챔버(200)에서 열분해된 온도가 높은 폐가스가 유입된다. 구체적으로, 가스 냉각부(313)가 형성된 제 1 측벽(311b), 제 3 측벽(311c) 및 제 4 측벽(311d) 중 적어도 어느 한 곳에는 냉각 노즐(313a)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 그리고, 냉각 노즐(313a)은 유입되는 온도가 높은 폐가스를 식힐 수 있는 냉각수가 분무되도록 형성된다.
제 1 습식 처리부(314)는 가스 냉각부(313)의 측부에 형성되는 습식 처리부(300)의 일 공간이다. 그리고, 제 1 습식 처리부(314)는 가스 냉각부(313)의 하부와 연통되도록 습식 처리부(300) 내부의 하부에서 상부로 관통되어 형성될 수 있다. 또한, 제 1 습식 처리부(314)는 가스 냉각부(313)와 제 1 격벽(311f)에 의하여 나뉘어 있다. 또한, 제 1 습식 처리부(314)의 하부로는 가스 냉각부(313)에서 냉각된 가스가 유입된다. 또한, 제 1 습식 처리부(314)가 형성된 상판(311a)에는 제 1 스프레이 노즐(314a)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 제 1 스프레이 노즐(314a)은 제 1 습식 처리부(314)를 통과하는 가스에 세정액을 분무하는 역할을 한다.
제 2 습식 처리부(315)는 제 1 습식 처리부(314)의 측부에 형성되는 습식 처리부(300)의 일 공간이다. 그리고, 제 2 습식 처리부(315)는 제 2 측벽(311c) 측에 형성될 수 있다. 또한, 제 2 습식 처리부(315)는 제 1 습식 처리부(314)의 상부와 연통되도록 습식 처리부(300) 내부의 상부에서 하부로 관통되어 형성될 수 있다. 또한, 제 2 습식 처리부(315)는 제 1 습식 처리부(314)와 제 2 격벽(311g)에 의하여 나뉘어 있다. 또한, 제 2 습식 처리부(315)의 상부로는 제 1 습식 처리부(314)에서 세정된 가스가 유입된다. 또한, 제 2 습식 처리부(315)가 형성된 상판(311a)에는 제 2 스프레이 노즐(315a)이 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 제 2 스프레이 노즐(315a)은 제 2 습식 처리부(315)를 통과하는 가스에 세정액을 분무하는 역할을 한다.
수조 탱크(320)는 수조부(321), 경사벽(322) 및 제 2 배출홈(323)을 포함하여 형성된다. 그리고, 수조 탱크(320)의 일측에는 제 2 배출구(320a)가 형성될 수 있다. 제 2 배출구(320a)에 대하여는 이하에서 자세히 설명하도록 한다.
수조부(321)는 습식 스프레이부(310)의 개방된 하부에 대응되도록 상부가 개방된 박스 형상으로 형성된다. 그리고, 수조부(321)의 내부에는 일정 수위까지 물이 저장되어 있다. 또한, 수조부(321)의 내부에 저장된 물의 수위는 가스 냉각부(313)의 하부에서 제 1 습식 처리부(314)의 하부로 흐르는 가스가 상기 저장된 물을 통과하도록 조절된다. 이를 통해, 폐가스에 함유된 수용성 유독 가스가 물에 녹아, 폐가스가 정화되게 된다.
경사벽(322)은 수조부(321)의 내측에 판상으로 적어도 하나 이상이 형성된다. 그리고, 경사벽(322)은 수조부(321)의 내부 일측에 포집 영역(322a)이 형성되도록 기울어져 형성된다. 즉, 폐가스에 포함된 이물 입자가 포집 영역(322a)으로 모이도록 형성된다.
제 2 배출홈(323)은 제 2 습식 처리부(315)의 하부 즉, a까지 냉각 및 세정을 거친 폐가스가 배출되는 관의 형상으로 형성된다. 그리고, 제 2 배출홈(323)은 제 2 습식 처리부(315)와 인접하는 수조부(321)의 일측에 형성된다.
제 2 배출구(320a)는 수조부(321)의 일측에 형성된다. 그리고, 제 2 배출구(320a)는 제 2 배출홈(323)과 연결되어 형성된다. 제 2 배출구(320a)에서 배출되는 가스는 습식 타워(400)로 배출된다.
지지판(330)은 판상으로 형성된다. 그리고, 지지판(330)은 수조부(321)의 하부에 형성된다. 또한, 지지판(330)은 전체적인 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템(1000)을 지지하는 역할을 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1000; 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템
100; 플라즈마 토치 110; 음극 전극
120; 양극 전극 130; 파이롯 전극
140; 버너 150; 절연판
200; 반응 챔버 210; 챔버
220; 폐가스 공급 파이프 230; 내부 반응 챔버
240; 축열관
300; 습식 처리부 310; 습식 스프레이부
320; 수조 탱크 330; 지지판
400; 습식 타워

Claims (23)

  1. 음극 전극;
    상기 음극 전극의 하부에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되는 양극 관통홀 및 측면에서 상기 양극 관통홀로 관통되는 제 1 가스 공급홀을 구비하는 양극 전극; 및
    상기 양극 전극의 하부에 위치하는 버너를 포함하며,
    상기 버너는
    내부에 상부가 상기 양극 관통홀과 연결되며, 상기 버너의 하단면의 버너 관통홈까지 관통되어 형성되는 버너 관통홀을 내부에 구비하는 버너 몸체;
    상기 버너 몸체의 내부에, 상기 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 연소 가스 순환부;
    상기 연소 가스 순환부에서 상기 버너의 하단면의 연소 가스 배출홈까지 관통되는 연소 가스 배출관;
    상기 버너 몸체의 내부에, 상기 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 산소 순환부; 및
    상기 산소 순환부에서 상기 버너의 하단면의 산소 배출홈까지 관통되는 산소 배출관을 구비하는 것인 플라즈마 토치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 전극은
    내부에 상부에서 하부로 관통되는 음극 관통홀 및 외측에 도전 코일이 권취되는 외면홈을 구비하는 음극 몸체;
    하부에 단자홈이 형성되며, 상기 음극 관통홀에 결합되는 음극봉;
    상기 음극봉의 단자홈에 결합되는 음극 단자; 및
    전기적 절연체로 형성되며, 상기 음극 몸체의 상면과 측면을 감싸는 음극 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 음극 전극과 상기 양극 전극의 사이에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되는 파이롯 관통홀 및 내측에 냉각수가 흐를 수 있도록 형성되는 파이롯 냉각수홈을 구비하는 파이롯 몸체;
    전기적 절연체로 형성되며, 상기 파이롯 몸체를 감싸는 파이롯 케이스; 및
    상기 파이롯 케이스의 측면에서 상기 파이롯 관통홀로 관통되는 제 2 가스 공급홀을 구비하는 파이롯 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 전극과 상기 버너 사이에 상부는 양극 관통홀과 연결되며, 하부는 버너 관통홀과 연결되도록 내부에 상부에서 하부로 관통되어 형성되는 절연판 관통홀을 구비하는 절연판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 버너는
    상기 연소 가스 순환부에 연소 가스를 공급하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 연소 가스 공급 라인; 및
    상기 산소 순환부에 산소를 공급하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 산소 공급 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 버너는
    상기 버너 관통홀의 주연에 이격하여 형성되는 냉각수 순환부;
    상기 냉각수 순환부에 냉각수를 공급하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 냉각수 공급 라인; 및
    상기 냉각수 순환부의 온도가 올라간 냉각수를 배출하도록, 상기 버너의 일 측면에 형성되는 냉각수 배출 라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 배출관은 상기 버너 관통홀과 평행하게 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 산소 배출홈은 상기 버너 관통홈의 둘레에 평행하게 이격하여 호의 형상으로 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 가스 배출관은 상부에서 하부로 상기 버너 관통홀과의 이격 거리가 작아지도록 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 가스 배출홈은 원형으로 적어도 하나 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 토치의 하부에 형성되며,
    상기 버너 관통홈, 상기 연소 가스 배출홈 및 상기 산소 배출홈과 연결되는 제 1 유입구 및 열분해된 폐가스가 배출되는 제 1 배출구를 구비하는 챔버; 및
    상기 챔버의 일측에 형성되며, 상기 폐가스를 공급하는 적어도 하나의 폐가스 공급 파이프를 구비하는 반응 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 챔버는
    상기 제 1 유입구를 일측에 구비하고, 내부에 빈 공간이 형성되어 있고 하부가 개방된 상부 챔버; 및
    상기 상부 챔버의 하부에 결합되며, 상기 제 1 배출구를 일측에 구비하고, 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 하부 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 하부 챔버는
    내부에 빈 공간이 형성되며, 상기 상부 챔버의 개방된 하부에 대응하여 상부가 개방되어 있는 하부 챔버 케이스; 및
    상기 하부 챔버 케이스의 측부에 적어도 하나 형성되며, 상기 폐가스 공급 파이프가 연결되는 폐가스 유입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 챔버의 내측에 형성되며, 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 내부 반응 챔버 케이스;
    상기 제 1 유입구의 하부 및 상기 내부 반응 챔버 케이스의 상부 일측에 형성되는 홀 형상의 플라즈마 및 화염 유도홀;
    상기 폐가스 공급 파이프에 경사지게 대면하도록 상기 하부 챔버 케이스의 일측에서 연장되어 형성되는 와류 유도 경사벽;
    일측이 상기 와류 유도 경사벽에서 연장되며, 상기 하부 챔버 케이스의 외측벽과 평행하도록 형성되고, 타측에 와류 유도 개구홀이 구비되도록 형성되는 와류 유도벽을 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 내부 반응 챔버를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 유입구 및 상기 플라즈마 및 화염 유도홀의 하부에 형성되고, 상기 내부 반응 챔버의 내부에 위치하며, 내부에 상부에서 하부로 관통되어 하부가 상기 제 1 배출구와 연결되는 축열관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 반응 챔버의 하부에 형성되며, 상기 제 1 배출구에 연결되는 제 2 유입구 및 상기 제 2 유입구를 통하여 유입된 열분해된 폐가스가 습식 처리 후 배출되는 제 2 배출구를 구비하는 습식 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 습식 처리부는
    하부가 개방된 박스 형상이며, 상기 제 2 유입구가 일측에 구비되고, 상기 제 2 유입구의 하부에 형성되며 상기 제 2 유입구와 연통되도록 상부에서 하부로 관통된 가스 냉각부, 상기 가스 냉각부의 측부에 형성되고 상기 가스 냉각부의 하부와 연통되도록 하부에서 상부로 관통된 제 1 습식 처리부 및 상기 제 1 습식 처리부의 측부에 형성되고 상기 제 1 습식 처리부의 상부와 연통되도록 상부에서 하부로 관통된 제 2 습식 처리부를 포함하여 형성되는 습식 스프레이부; 및
    상기 제 2 배출구가 일측에 구비되며, 내부에 상기 습식 스프레이부의 개방된 하부와 연통되는 수조부 및 상기 수조부와 상기 제 2 배출구를 연결하는 제 2 배출홈을 포함하여 형성되는 수조 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 습식 스프레이부는
    상기 제 2 유입구가 일측에 구비된 상판;
    상기 상판에서 하부로 연장되는 제 1 측벽;
    상기 제 1 측벽에 대향하도록 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 2 측벽;
    상기 제 1 측벽의 일단과 상기 제 2 측벽의 일단을 연결하며, 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 3 측벽; 및
    상기 제 1 측벽의 타단과 상기 제 2 측벽의 타단을 연결하며, 상기 제 3 측벽에 대향하도록 상기 상판에서 하부로 연장되는 제 4 측벽을 구비하는 습식 스프레이부 케이스를 포함하며,
    상기 제 2 유입구는 상기 상판에서 상기 제 2 측벽보다 상기 제 1 측벽에 가깝도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 습식 스프레이부 케이스는
    상기 가스 냉각부와 상기 제 1 습식 처리부의 사이에, 상기 제 1 측벽에 대향하도록, 상기 상판에서 상기 제 3 측벽과 상기 제 4 측벽을 연결하며 하부로 연장되는 제 1 격벽; 및
    상기 제 1 습식 처리부와 상기 제 2 습식 처리부의 사이에, 상기 제 1 격벽 및 상기 제 2 측벽에 대향하도록, 상기 제 3 측벽과 상기 제 4 측벽을 연결하며 하부로 연장되는 제 2 격벽을 더 포함하고,
    상기 제 2 격벽은 상기 제 3 측벽의 하단 및 상기 제 4 측벽의 하단을 넘어 상기 수조 탱크의 하부까지 연장되며, 상기 제 2 격벽의 상단은 상기 상판과 이격하여 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 상판에 대향하도록, 상기 제 1 격벽의 하단부, 상기 제 3 측벽의 하단부, 상기 제 4 측벽의 하단부 및 상기 제 2 격벽에서 연장되어 형성되는 제 1 그물벽; 및
    상기 상판에 대향하도록, 상기 제 3 측벽의 하단부, 상기 제 4 측벽의 하단부, 상기 제 2 측벽의 하단부 및 상기 제 2 격벽에서 연장되어 형성되는 제 2 그물벽을 포함하며,
    상기 제 1 그물벽 및 상기 제 2 그물벽의 상부에는 충진재가 쌓여 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 가스 냉각부의 일측에 형성되어, 상기 제 2 유입구를 통해 유입되는 가스에 냉각수를 분무하여 냉각시키는 적어도 하나의 냉각 노즐;
    상기 제 1 습식 처리부의 일측에 형성되어, 상기 가스 냉각부에서 유입된 가스에 세정액을 분무하는 적어도 하나의 제 1 스프레이 노즐; 및
    상기 제 2 습식 처리부의 일측에 형성되어, 상기 제 1 습식 처리부에서 유입된 가스에 세정액을 분무하는 적어도 하나의 제 2 스프레이 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 수조부는
    상기 제 1 습식 처리부 및 상기 제 2 습식 처리부의 하부에 포집 영역이 형성되도록 경사지게 형성되는 경사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
  23. 제 16 항에 있어서,
    상기 습식 처리부의 제 2 배출구에서 배출되는 가스를 습식 전기 집진하는 습식 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 플라즈마 스크러버 시스템.
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