KR20110138720A - Steam plasma reactor - Google Patents

Steam plasma reactor Download PDF

Info

Publication number
KR20110138720A
KR20110138720A KR1020100058775A KR20100058775A KR20110138720A KR 20110138720 A KR20110138720 A KR 20110138720A KR 1020100058775 A KR1020100058775 A KR 1020100058775A KR 20100058775 A KR20100058775 A KR 20100058775A KR 20110138720 A KR20110138720 A KR 20110138720A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
steam
electrode portion
discharge
electrode part
Prior art date
Application number
KR1020100058775A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101178885B1 (en
Inventor
허민
차민석
이재옥
김관태
이대훈
송영훈
Original Assignee
한국기계연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국기계연구원 filed Critical 한국기계연구원
Priority to KR1020100058775A priority Critical patent/KR101178885B1/en
Publication of KR20110138720A publication Critical patent/KR20110138720A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101178885B1 publication Critical patent/KR101178885B1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

PURPOSE: A steam plasma reactor is provided to increase the discharge stability by optimizing the position of a steam injecting port and a discharging gas injecting port and to suppress the moisture condensation on the surface of an electrode. CONSTITUTION: A steam plasma reactor(100) includes a first electrode part(12) forming a first discharging space(24) passing through a central shaft. A second electrode part(14) forms a second discharging space(26) to be in parallel with the central shaft. An insulating part(20) is combined with end pars of the first electrode part and the second electrode part. The electrode parts face to each other. A steam injecting port(42) is formed along the axial direction of the second electrode part. The steam injecting port is in connection with the second discharging space. A discharging gas injecting port(44) is formed along the radial direction of the insulating part. The discharging gas injecting port passes through the insulating part.

Description

스팀 플라즈마 반응기 {STEAM PLASMA REACTOR}Steam Plasma Reactor {STEAM PLASMA REACTOR}

본 발명은 스팀 플라즈마 반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 교류 전원으로 구동하는 공동 전극형(hollow electrode type) 스팀 플라즈마 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a steam plasma reactor, and more particularly, to a hollow electrode type steam plasma reactor driven by an alternating current power source.

플라즈마는 원자와 이온 및 라디칼 등의 활성종을 발생시켜 효율적인 반응을 일으킨다. 증류수를 이용하여 발생된 스팀 플라즈마는 활성이 뛰어난 수소와 산소를 발생하므로 과불화탄소(PFCs)와 같은 온실 가스를 분해시키는 공정, 메탄(CF4)과 같은 탄화수소계 연료를 개질하여 수소 가스를 합성하는 공정, 및 유해 물질(또는 석탄)을 가스화하는 공정 등에 유용하게 이용될 수 있다.Plasma generates efficient reactions by generating active species such as atoms, ions and radicals. Steam plasma generated using distilled water generates highly active hydrogen and oxygen, thus decomposing greenhouse gases such as perfluorocarbons (PFCs), and reforming hydrogen gas by reforming hydrocarbon fuels such as methane (CF 4 ). It can be usefully used for the process, and the process of gasifying a toxic substance (or coal).

스팀 플라즈마 반응기는 플라즈마 제트를 형성하는 전극의 모양과, 반응 가스가 혼합된 스팀을 주입하는 스팀 주입구의 위치 및 방전 가스를 주입하는 방전 가스 주입구의 위치 등에 따라 다양한 방식으로 분류된다. 이 중 플라즈마 제트를 유도하는 2개의 전극, 즉 구동 전극과 접지 전극을 내부가 빈 원통 모양으로 형성한 공동(空洞) 전극형 스팀 플라즈마 반응기가 있다.Steam plasma reactors are classified in various ways according to the shape of the electrode forming the plasma jet, the position of the steam inlet for injecting the steam mixed with the reaction gas and the position of the discharge gas inlet for injecting the discharge gas. Among these, there is a cavity electrode type steam plasma reactor in which two electrodes for inducing a plasma jet, that is, a drive electrode and a ground electrode are formed in a hollow cylindrical shape.

종래의 공동 전극형 스팀 플라즈마 반응기는 구동 전극과 접지 전극의 경계부에 스팀 주입구와 방전 가스 주입구를 나란히 구비하고 있다. 그런데 전술한 구조의 스팀 플라즈마 반응기에서는 아크점과 떨어져 위치하는 콜드 존의 전극 표면에 수분이 응축되며, 아크점이 이동함에 따라 응축 수분이 갑자기 기화되면서 부하의 급격한 변화를 일으킨다. 따라서 종래의 공동 전극형 스팀 플라즈마 반응기는 방전 안정성이 낮은 단점이 있다.The conventional common electrode type steam plasma reactor includes a steam injection port and a discharge gas injection port side by side at the boundary between the driving electrode and the ground electrode. However, in the steam plasma reactor having the above-described structure, water is condensed on the electrode surface of the cold zone which is located away from the arc point, and as the arc point moves, condensation water suddenly vaporizes, causing a sudden change in load. Therefore, the conventional common electrode type steam plasma reactor has a disadvantage of low discharge stability.

본 발명은 공동 전극형 스팀 플라즈마 반응기에 있어서 스팀 주입구와 방전 가스 주입구의 위치를 최적화함으로써 전극 표면의 수분 응축을 억제하여 방전 안정성을 높일 수 있는 스팀 플라즈마 반응기를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a steam plasma reactor that can improve the stability of the discharge by suppressing the water condensation on the electrode surface by optimizing the position of the steam inlet and the discharge gas inlet in the common electrode type steam plasma reactor.

본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 플라즈마 반응기는 중심축을 관통하는 제1 방전 공간을 형성하는 제1 전극부와, 제1 전극부와 거리를 두고 위치하며 제1 전극부를 향해 개방된 제2 방전 공간을 중심축과 나란하게 형성하는 제2 전극부와, 서로 마주하는 제1 전극부와 제2 전극부의 단부에 결합되는 절연부를 포함한다. 제2 전극부는 제1 전극부와 마주하지 않는 반대편 일측에 축 방향을 따라 제2 방전 공간과 이어지는 스팀 주입구를 형성하고, 절연부는 반경 방향을 따라 절연부를 관통하는 방전 가스 주입구를 형성한다.A steam plasma reactor according to an embodiment of the present invention includes a first electrode portion forming a first discharge space penetrating a central axis, and a second discharge space positioned at a distance from the first electrode portion and opened toward the first electrode portion. And a second electrode portion formed to be parallel to the central axis, and an insulating portion coupled to end portions of the first electrode portion and the second electrode portion facing each other. The second electrode part forms a steam injection hole connected to the second discharge space along the axial direction on one side of the opposite side not facing the first electrode part, and the insulation part forms a discharge gas injection hole penetrating the insulation part along the radial direction.

제1 전극부와 제2 전극부는 각자의 중심축이 일치하도록 직선상으로 배치될 수 있다. 스팀 주입구는 제2 전극부의 반대편 일측 중앙에 위치하며, 제2 전극부는 제2 방전 공간과 스팀 주입구 사이 중앙에 스팀 통로를 형성할 수 있다.The first electrode portion and the second electrode portion may be arranged in a straight line so that their center axes coincide with each other. The steam inlet may be positioned at the center of the opposite side of the second electrode, and the second electrode may form a steam passage in the center between the second discharge space and the steam inlet.

스팀 주입구는 스팀 공급원 및 반응 가스 공급원과 연결되어 반응 가스가 혼합된 스팀을 제공받을 수 있다. 제1 전극부는 접지되고, 제2 전극부는 교류 전원부와 연결되어 구동 전압을 인가받을 수 있다.The steam inlet may be connected to a steam source and a reactant gas source to receive steam in which the reactant gas is mixed. The first electrode part may be grounded, and the second electrode part may be connected to the AC power source to receive a driving voltage.

방전 가스 주입구는 절연부 가운데 제1 전극부와 제2 전극부의 경계에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 스팀 플라즈마 반응기는 방전 가스 주입구의 내측으로 절연부 내부에 위치하며 방전 가스를 소용돌이 흐름으로 변환시키는 방전 가스 주입링을 더 포함할 수 있다.The discharge gas injection hole may be formed at a position corresponding to a boundary between the first electrode part and the second electrode part among the insulating parts. The steam plasma reactor may further include a discharge gas injection ring positioned inside the insulation part inside the discharge gas injection port and converting the discharge gas into the vortex flow.

방전 가스 주입링은 두께 방향을 따라 관통하는 복수의 관통 홀을 형성하며, 복수의 관통 홀은 방전 가스 주입링의 반경 방향으로부터 기 설정된 각도로 비스듬하게 형성될 수 있다. 복수의 관통 홀은 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 일정한 기울기를 가질 수 있다.The discharge gas injection ring forms a plurality of through holes penetrating along the thickness direction, and the plurality of through holes may be formed obliquely at a predetermined angle from a radial direction of the discharge gas injection ring. The plurality of through holes may have a constant slope along the clockwise or counterclockwise direction.

스팀 플라즈마 반응기는, 제1 전극부의 외주면을 둘러싸며 제1 전극부와의 사이에 제1 냉각 채널을 형성하는 제1 보호부와, 제2 전극부의 외주면을 둘러싸며 제2 전극부와의 사이에 제2 냉각 채널을 형성하는 제2 보호부를 더 포함할 수 있다.The steam plasma reactor includes a first protective part surrounding the outer circumferential surface of the first electrode part and forming a first cooling channel between the first electrode part, and a second electrode part surrounding the outer circumferential surface of the second electrode part. The display device may further include a second protective part forming a second cooling channel.

제1 보호부는 일측과 반대편 일측에 각각 제1 냉각 채널과 연결된 냉각수 주입구 및 냉각수 배출구를 형성할 수 있다. 제1 보호부는 도전 물질로 제조되고 제1 전극부와 통전되며 접지 전원에 연결될 수 있다.The first protection part may form a coolant inlet and a coolant outlet respectively connected to the first cooling channel on one side and the opposite side. The first protection part may be made of a conductive material and may be energized with the first electrode part and connected to the ground power source.

제2 보호부는 일측에 제2 냉각 채널과 연결된 냉각수 주입구를 형성하고, 제2 전극부보다 짧은 길이로 형성되어 제1 전극부를 향한 제2 전극부의 가장자리 일부를 노출시킬 수 있다. 제2 보호부는 도전 물질로 제조되고 제2 전극부와 통전되며 교류 전원부와 연결될 수 있다.The second protection part may form a cooling water injection hole connected to the second cooling channel at one side, and may have a length shorter than that of the second electrode part to expose a portion of an edge of the second electrode part toward the first electrode part. The second protection part may be made of a conductive material, may be energized with the second electrode part, and may be connected with the AC power supply part.

절연부는 서로 마주하는 제1 보호부와 제2 보호부의 단부 및 제2 전극부의 일부를 둘러싸면서 제1 보호부 및 제2 보호부에 결합될 수 있다. 절연부는 제2 냉각 채널과 이어진 냉각수 배출구를 형성할 수 있다.The insulating part may be coupled to the first protective part and the second protective part while surrounding the end portions of the first protective part and the second protective part and the second electrode part facing each other. The insulation may form a cooling water outlet connected to the second cooling channel.

스팀 플라즈마 반응기는 제2 전극부에 형성된 스팀 주입구가 제2 전극부의 축 방향을 따라 제2 방전 공간의 중심부와 이어져 있으므로, 반응 가스와 스팀의 통과 영역을 온도가 가장 높은 플라즈마 제트의 중심 영역으로 한정할 수 있다. 따라서 방전 안정성을 높이고 반응 가스의 분해 효율을 향상시킬 수 있다.In the steam plasma reactor, since the steam injection hole formed in the second electrode part is connected to the center of the second discharge space along the axial direction of the second electrode part, the passage area of the reaction gas and steam is defined as the center area of the plasma jet having the highest temperature. can do. Therefore, the discharge stability can be improved and the decomposition efficiency of the reaction gas can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 플라즈마 반응기의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스팀 플라즈마 반응기 중 방전 가스 주입링의 단면도와 우측면도를 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view of a steam plasma reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view and a right side view of the discharge gas injection ring in the steam plasma reactor shown in FIG. 1.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀 플라즈마 반응기의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a steam plasma reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 스팀 플라즈마 반응기(100)는 서로간 거리를 두고 위치하는 제1 전극부(12)와 제2 전극부(14), 제1 전극부(12)와 제2 전극부(14)를 각각 둘러싸는 제1 보호부(16)와 제2 보호부(18), 제1 보호부(16)와 제2 보호부(18) 사이에 결합되는 절연부(20), 절연부(20)의 내측에 위치하는 방전 가스 주입링(22)을 포함한다.Referring to FIG. 1, in the steam plasma reactor 100 according to the present embodiment, the first electrode part 12, the second electrode part 14, the first electrode part 12, and the second electrode are disposed at a distance from each other. Insulation portion 20 coupled to the first protection portion 16 and the second protection portion 18, the first protection portion 16 and the second protection portion 18, respectively, surrounding the portion 14, insulation And a discharge gas injection ring 22 positioned inside the unit 20.

제1 전극부(12)와 제2 전극부(14)는 중심축을 가지는 대략 원통 모양으로 형성된다. 제1 전극부(12)와 제2 전극부(14)는 각자의 중심축이 서로 일치하도록 직선상으로 배치된다. 제1 전극부(12)는 중심축을 관통하는 제1 방전 공간(24)을 내부에 형성한다. 그리고 제2 전극부(14)는 제1 전극부(12)를 향해 개방된 제2 방전 공간(26)을 중심축과 나란하게 형성한다.The first electrode portion 12 and the second electrode portion 14 are formed in a substantially cylindrical shape having a central axis. The first electrode portion 12 and the second electrode portion 14 are arranged in a straight line such that their central axes coincide with each other. The first electrode part 12 forms a first discharge space 24 penetrating the central axis therein. The second electrode portion 14 forms a second discharge space 26 that is open toward the first electrode portion 12 in parallel with the central axis.

이로써 제1 방전 공간(24)과 제2 방전 공간(26)은 두 전극부(12, 14)의 축 방향을 따라 서로 이어진다. 제1 전극부(12)와 제2 전극부(14)는 같은 외경을 가질 수 있으며, 같은 길이의 방전 공간(24, 26)을 형성할 수 있다. 그러나 본 실시예의 스팀 플라즈마 반응기(100)는 전술한 구조에 한정되지 않고 다양하게 변형 가능하다.As a result, the first discharge space 24 and the second discharge space 26 are connected to each other along the axial direction of the two electrode parts 12 and 14. The first electrode portion 12 and the second electrode portion 14 may have the same outer diameter, and may form discharge spaces 24 and 26 of the same length. However, the steam plasma reactor 100 of the present embodiment is not limited to the above-described structure and can be variously modified.

제1 전극부(12)는 접지되어 접지 전극으로 기능하고, 제2 전극부(14)는 교류 전원부(28)와 연결되어 구동 전극으로 기능할 수 있다. 제2 전극부(14)에 인가되는 구동 전압은 교류 전압 또는 바이폴라 펄스 전압이며, 운전 전압은 양의 값과 음의 값이 주기적으로 바뀌는 형태를 가진다.The first electrode part 12 may be grounded to function as a ground electrode, and the second electrode part 14 may be connected to the AC power source 28 to serve as a driving electrode. The driving voltage applied to the second electrode part 14 is an alternating voltage or a bipolar pulse voltage, and the driving voltage has a form in which a positive value and a negative value are periodically changed.

제1 보호부(16)는 제1 전극부(12)의 외주면을 둘러싸며 제1 전극부(12)와의 사이에 제1 냉각 채널(30)을 형성한다. 제1 냉각 채널(30)은 제1 보호부(16)의 내주면에 형성된 오목부로 이루어질 수 있다. 제1 보호부(16)의 일측에는 냉각수 주입구(34)가 형성되어 제1 냉각 채널(30)로 냉각수를 공급한다. 제1 보호부(16)의 반대편 일측에는 냉각수 배출구(36)가 형성되어 냉각에 사용된 냉각수를 외부로 배출한다.The first protection part 16 surrounds the outer circumferential surface of the first electrode part 12 and forms a first cooling channel 30 between the first electrode part 12 and the first electrode part 12. The first cooling channel 30 may be formed as a recess formed in the inner circumferential surface of the first protection part 16. Cooling water injection holes 34 are formed at one side of the first protection part 16 to supply the cooling water to the first cooling channel 30. A cooling water discharge port 36 is formed at one side opposite to the first protection part 16 to discharge the cooling water used for cooling to the outside.

제1 보호부(16)는 금속과 같은 도전 물질로 형성되며 제1 전극부(12)와 접촉하여 이와 전기적으로 연결된다. 그리고 제1 보호부(16)가 접지되어 제1 전극부(12)가 접지 전극으로 기능하도록 한다.The first protection part 16 is made of a conductive material such as metal and is in contact with and electrically connected to the first electrode part 12. In addition, the first protection part 16 is grounded so that the first electrode part 12 functions as a ground electrode.

제2 보호부(18)는 제2 전극부(14)의 외주면을 둘러싸며 제2 전극부(14)와의 사이에 제2 냉각 채널(32)을 형성한다. 제2 냉각 채널(32)은 제2 보호부(18)의 내주면에 형성된 오목부로 이루어질 수 있다. 제2 보호부(18)의 일측에는 냉각수 주입구(38)가 형성되어 제2 냉각 채널(32)로 냉각수를 공급한다.The second protection part 18 surrounds the outer circumferential surface of the second electrode part 14 and forms a second cooling channel 32 between the second electrode part 14 and the second protection part 18. The second cooling channel 32 may be formed as a recess formed in the inner circumferential surface of the second protection part 18. Cooling water injection holes 38 are formed at one side of the second protection part 18 to supply the cooling water to the second cooling channel 32.

제2 보호부(18)는 제2 전극부(14)보다 짧은 길이로 형성되어 제1 전극부(12)를 향한 제2 전극부(14)의 가장자리 일부를 노출시킬 수 있다. 제2 보호부(18) 또한 금속과 같은 도전 물질로 형성되고 제2 전극부(14)와 접촉하여 이와 전기적으로 연결된다. 그리고 제2 보호부(18)가 교류 전원부(28)와 연결되어 제2 전극부(14)가 구동 전극으로 기능하도록 한다.The second protection part 18 may have a length shorter than that of the second electrode part 14 to expose a portion of the edge of the second electrode part 14 facing the first electrode part 12. The second protection part 18 is also made of a conductive material such as a metal and is in contact with and electrically connected to the second electrode part 14. In addition, the second protection part 18 is connected to the AC power supply 28 so that the second electrode part 14 functions as a driving electrode.

절연부(20)는 서로 마주하는 제1 보호부(16)와 제2 보호부(18)의 단부 및 제2 전극부(14)의 일부를 둘러싸면서 제1 및 제2 보호부(16, 18)와 제2 전극부(14)에 결합된다. 따라서 제1 보호부(16)와 제2 보호부(18)는 서로 절연 상태를 유지하면서 일체로 조립된다. 이때 제2 보호부(18)가 별도의 냉각수 배출구를 형성하지 않고 절연부(20)가 제2 냉각 채널(32)과 이어진 냉각수 배출구(40)를 형성하여 냉각에 사용된 냉각수를 외부로 배출할 수 있다.The insulating part 20 surrounds the end portions of the first and second protection parts 16 and 18 and the part of the second electrode part 14 facing each other, and the first and second protection parts 16 and 18. ) And the second electrode portion 14. Therefore, the 1st protection part 16 and the 2nd protection part 18 are assembled integrally, maintaining the insulation state mutually. In this case, the second protection part 18 does not form a separate cooling water outlet, but the insulating part 20 forms a cooling water outlet 40 connected to the second cooling channel 32 to discharge the cooling water used for cooling to the outside. Can be.

스팀 플라즈마 반응기(100)는 반응 가스가 혼합된 스팀을 제1 및 제2 방전 공간(24, 26)으로 주입하는 스팀 주입구(42)와, 방전 가스를 제1 및 제2 방전 공간(24, 26)으로 주입하는 방전 가스 주입구(44)를 형성한다. 본 실시예에서 스팀 주입구(42)는 제1 전극부(12)와 멀리 떨어진 제2 전극부(14)의 일측 중앙에 형성되고, 방전 가스 주입구(44)는 절연부(20) 중 제1 방전 공간(24)과 제2 방전 공간(26) 사이에 해당하는 위치에 형성된다.The steam plasma reactor 100 includes a steam injection port 42 for injecting steam mixed with a reaction gas into the first and second discharge spaces 24 and 26, and a discharge gas from the first and second discharge spaces 24 and 26. The discharge gas injection hole 44 to be injected into () is formed. In the present embodiment, the steam inlet 42 is formed at the center of one side of the second electrode unit 14 far from the first electrode unit 12, and the discharge gas inlet 44 is the first discharge of the insulating unit 20. It is formed at a position corresponding to the space 24 and the second discharge space 26.

보다 구체적으로, 제2 전극부(14)는 제1 전극부(12)와 멀리 떨어진 일측 중앙에 스팀 주입구(42)를 형성하고, 스팀 주입구(42)와 제2 방전 공간(26) 사이에 스팀 통로(46)를 형성한다. 스팀 통로(46) 또한 제2 전극부(14)의 내부 중앙에 형성되어 스팀 주입구(42)와 스팀 통로(46) 및 제2 방전 공간(26)이 제2 전극부(14)의 축 방향을 따라 직선상으로 위치한다. 스팀 통로(46)의 직경은 제2 방전 공간(26)의 직경보다 작을 수 있다.More specifically, the second electrode portion 14 forms a steam inlet 42 at the center of one side far from the first electrode portion 12, and between the steam inlet 42 and the second discharge space 26. A passage 46 is formed. The steam passage 46 is also formed at the inner center of the second electrode portion 14 such that the steam inlet 42, the steam passage 46, and the second discharge space 26 are axially aligned with the second electrode portion 14. Along the straight line. The diameter of the steam passage 46 may be smaller than the diameter of the second discharge space 26.

절연부(20)는 반경 방향을 따라 제1 전극부(12) 및 제2 전극부(14)의 경계와 일치하는 위치에 방전 가스 주입구(44)를 형성한다. 방전 가스 주입구(44)는 반경 방향을 따라 절연부(20)를 관통하도록 형성된다.The insulating part 20 forms a discharge gas injection hole 44 at a position coinciding with the boundary of the first electrode part 12 and the second electrode part 14 along the radial direction. The discharge gas injection hole 44 is formed to penetrate the insulation 20 along the radial direction.

스팀 주입구(42)는 스팀 공급원(도시하지 않음) 및 반응 가스 공급원(도시하지 않음)과 연결되어 반응 가스가 혼합된 스팀을 제공받는다. 방전 가스 주입구(44)는 방전 가스 공급원(도시하지 않음)과 연결되어 방전 가스를 제공받는다.The steam inlet 42 is connected to a steam source (not shown) and a reactive gas source (not shown) to receive steam in which the reaction gas is mixed. The discharge gas inlet 44 is connected to a discharge gas supply source (not shown) to receive discharge gas.

따라서 반응 가스가 혼합된 스팀은 제2 방전 공간(26)의 중심부를 향해 제2 전극부(14)의 축 방향을 따라 주입되며, 방전 가스는 절연부(20)의 반경 방향을 따라 제1 방전 공간(24)과 제2 방전 공간(26) 사이로 주입된다. 이때 방전 가스 주입구(44) 내측으로 절연부(20)와 제1 보호부(16) 사이에 공간이 마련되며, 이 공간에 방전 가스 주입링(22)이 위치한다.Therefore, the steam in which the reaction gas is mixed is injected along the axial direction of the second electrode portion 14 toward the center of the second discharge space 26, and the discharge gas is discharged along the radial direction of the insulating portion 20. It is injected between the space 24 and the second discharge space 26. In this case, a space is provided between the insulating part 20 and the first protection part 16 inside the discharge gas injection hole 44, and the discharge gas injection ring 22 is located in the space.

도 2는 도 1에 도시한 스팀 플라즈마 반응기 중 방전 가스 주입링의 단면도와 우측면도를 나타낸 도면이다.2 is a cross-sectional view and a right side view of the discharge gas injection ring in the steam plasma reactor shown in FIG. 1.

도 1과 도 2를 참고하면, 방전 가스 주입링(22)은 일정 두께의 고리 모양으로 형성되며, 두께 방향을 따라 방전 가스 주입링(22)을 관통하여 방전 가스 주입링(22)의 외측과 내측을 잇는 복수의 관통 홀(221)을 형성한다. 이때 복수의 관통 홀(221)은 반경 방향과 일치하지 않고 반경 방향으로부터 일정 각도로 비스듬하게 형성된다. 이로써 복수의 관통 홀(221)은 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 일정한 기울기를 가진다.1 and 2, the discharge gas injection ring 22 is formed in an annular shape having a predetermined thickness, and passes through the discharge gas injection ring 22 along the thickness direction to form an outer side of the discharge gas injection ring 22. A plurality of through holes 221 connecting the inside are formed. In this case, the plurality of through holes 221 are not oblique to the radial direction and are formed obliquely at an angle from the radial direction. As a result, the plurality of through holes 221 have a constant inclination along the clockwise or counterclockwise direction.

도 2에서는 방전 가스 주입링(22)에 반시계 방향으로 일정하게 기울어진 복수의 관통 홀(221)이 형성된 경우를 예로 들어 도시하였다.In FIG. 2, a case where a plurality of through holes 221 are inclined in a counterclockwise direction is formed in the discharge gas injection ring 22 as an example.

방전 가스 주입링(22)은 절연부(20)와 제1 보호부(16) 사이에서 절연부(20)와 소정의 간격(G, 도 1의 확대도 참조)을 두고 위치한다. 따라서 방전 가스 주입링(22)의 외측에 고리 모양의 공간이 마련되고, 방전 가스 주입구(44)로 투입된 방전 가스는 고리 모양의 공간을 통해 방전 가스 주입링(22)의 여러 관통 홀(221)을 거쳐 소용돌이 흐름으로 변환된 후 제1 방전 공간(24)과 제2 방전 공간(26) 사이로 주입된다.The discharge gas injection ring 22 is positioned between the insulating portion 20 and the first protection portion 16 at a predetermined distance (G, see enlarged view of FIG. 1) from the insulating portion 20. Accordingly, an annular space is provided outside the discharge gas injection ring 22, and the discharge gas introduced into the discharge gas injection hole 44 is formed through the through-holes 221 of the discharge gas injection ring 22 through the annular space. After being converted into a vortex flow, it is injected between the first discharge space 24 and the second discharge space 26.

이하, 스팀 플라즈마 반응기(100)의 작용에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the steam plasma reactor 100 will be described.

도 1과 도 2를 참고하면, 스팀과 함께 스팀 플라즈마 반응기(100)로 주입되는 반응 가스는 스팀 플라즈마 반응기(100)의 용도에 따라 다양한 성분을 포함하며, 스팀을 이송하는 이송 가스(carrier gas)로 기능한다.1 and 2, the reaction gas injected into the steam plasma reactor 100 together with steam includes various components according to the use of the steam plasma reactor 100, and a carrier gas transferring steam. Function as.

스팀 플라즈마 반응기(100)가 오염 가스 처리에 사용되는 경우, 반응 가스는 과불화탄소(PFCs)와 같은 오염 가스일 수 있다. 오염 가스 처리를 위한 반응식은 아래와 같을 수 있다.When the steam plasma reactor 100 is used for pollutant gas treatment, the reactant gas may be a pollutant gas such as perfluorocarbons (PFCs). The reaction scheme for the contaminated gas treatment may be as follows.

CF4 + 2H2O --> 4HF + CO2 CF 4 + 2H 2 O-> 4HF + CO 2

스팀 프라즈마 반응기(100)가 연료 전지를 위한 수소 가스 합성에 사용되는 경우, 반응 가스는 메탄(CH4)과 같은 탄화수소계 연료이거나 수소를 생성하는 과정에서 발생된 일산화탄소(CO)일 수 있다. 수소 가스 합성을 위한 반응식은 아래와 같을 수 있다.When the steam plasma reactor 100 is used for hydrogen gas synthesis for a fuel cell, the reaction gas may be a hydrocarbon-based fuel such as methane (CH 4 ) or carbon monoxide (CO) generated in the process of generating hydrogen. The reaction scheme for hydrogen gas synthesis may be as follows.

CH4 + 2H2O --> CO2 + 4H2 CH 4 + 2H 2 O-> CO 2 + 4H 2

CH4 + H2O --> CO + 3H2 CH 4 + H 2 O-> CO + 3H 2

CO + H2O --> CO2 + H2 CO + H 2 O-> CO 2 + H 2

스팀 플라즈마 반응기(100)는 유해 물질 또는 석탄의 가스화 공정에도 사용될 수 있다. 이 경우 반응 가스 대신 유해 물질 또는 석탄이 스팀과 혼합되어 주입된다. 석탄 가스화 공정의 반응식은 아래와 같을 수 있다.The steam plasma reactor 100 may also be used for gasification of hazardous substances or coal. In this case, harmful substances or coal are mixed with steam and injected instead of the reaction gas. The reaction scheme of the coal gasification process may be as follows.

C + H2O --> CO + H2 C + H 2 O-> CO + H 2

그리고 스팀 플라즈마 반응기(100)로 주입되는 방전 가스는 플라즈마 방전을 유지하기 위한 가스로서 열용량이 높은 공기 또는 이산화탄소(CO2) 등이 사용될 수 있다.The discharge gas injected into the steam plasma reactor 100 may be air or carbon dioxide (CO 2 ) having a high heat capacity as a gas for maintaining a plasma discharge.

제1 전극부(12)를 접지시킨 상태에서 제2 전극부(14)에 구동 전압을 인가하면, 스팀 플라즈마 반응기(100)로 주입된 반응 가스는 제1 및 제2 방전 공간(24, 26)에 형성된 스팀 플라즈마의 높은 온도와 풍부한 활성종에 의해 분해되어 전술한 반응식과 같은 화학 반응이 일어난다. 이로써 온실 가스와 같은 오염 가스를 처리하고, 탄화소수계 연료로부터 수소 가스를 합성하며, 유해 물질 또는 석탄을 용이하게 가스화시킬 수 있다.When a driving voltage is applied to the second electrode portion 14 while the first electrode portion 12 is grounded, the reaction gas injected into the steam plasma reactor 100 may be the first and second discharge spaces 24 and 26. It is decomposed by the high temperature and abundant active species of the steam plasma formed in the chemical reaction such as the reaction scheme described above. This makes it possible to treat polluting gases such as greenhouse gases, synthesize hydrogen gas from hydrocarbon-based fuels, and easily gasify hazardous substances or coal.

본 실시예의 스팀 플라즈마 반응기(100)는 제2 전극부(14)에 형성된 스팀 주입구(42)가 제2 전극부(14)의 축 방향을 따라 제2 방전 공간(26)의 중심부와 이어져 있으므로, 온도가 높은 제2 방전 공간(26)의 중앙부를 향해 제2 전극부(14)의 축 방향을 따라 반응 가스와 스팀을 주입한다. 즉, 방전 공간(24, 26)의 반경 방향으로 반응 가스와 스팀을 주입하지 않고 중앙 주입식으로 반응 가스와 스팀을 제공한다.In the steam plasma reactor 100 of the present embodiment, since the steam injection hole 42 formed in the second electrode part 14 is connected to the center of the second discharge space 26 along the axial direction of the second electrode part 14, The reaction gas and steam are injected along the axial direction of the second electrode portion 14 toward the central portion of the second discharge space 26 having a high temperature. That is, the reaction gas and steam are provided in a central injection manner without injecting the reaction gas and steam in the radial directions of the discharge spaces 24 and 26.

제1 및 제2 방전 공간(24, 26)에 형성되는 플라즈마 제트는 제1 및 제2 전극부(12, 14)의 중심축 부근에서 최대의 온도를 가지며, 중심축에서 멀어질수록 낮은 온도를 가진다. 본 실시예의 스팀 플라즈마 반응기(100)는 반응 가스와 스팀의 통과 영역을 온도가 가장 높은 플라즈마 제트의 중심 영역으로 한정할 수 있으므로 방전 안정성을 높일 수 있다.The plasma jets formed in the first and second discharge spaces 24 and 26 have a maximum temperature near the central axis of the first and second electrode portions 12 and 14, and the lower the temperature is, the farther from the central axis. Have The steam plasma reactor 100 according to the present embodiment may limit the passage region of the reaction gas and steam to the center region of the plasma jet having the highest temperature, thereby improving discharge stability.

또한, 스팀 플라즈마 반응기(100)는 스팀과 함께 주입되는 반응 가스의 체류 시간을 늘림으로써 반응 가스의 분해 효율을 높일 수 있으며, 방전 가스 주입링(22)이 방전 공간(24, 26)으로 주입되는 방전 가스의 소용돌이 흐름을 극대화시킴으로써 방전 안정성을 높이는데 효과적으로 기여한다.In addition, the steam plasma reactor 100 may increase the decomposition efficiency of the reaction gas by increasing the residence time of the reaction gas injected with steam, the discharge gas injection ring 22 is injected into the discharge space (24, 26) By maximizing the vortex flow of the discharge gas, it effectively contributes to increasing the discharge stability.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100: 스팀 플라즈마 반응기 12: 제1 전극부
14: 제2 전극부 16: 제1 보호부
18: 제2 보호부 20: 절연부
22: 방전 가스 주입링 24: 제1 방전 공간
26: 제2 방전 공간 28: 교류 전원부
30: 제1 냉각 채널 32: 제2 냉각 채널
42: 스팀 주입구 44: 방전 가스 주입구100: steam plasma reactor 12: first electrode portion
14: second electrode portion 16: first protective portion
18: second protective portion 20: insulating portion
22: discharge gas injection ring 24: the first discharge space
26: second discharge space 28: AC power supply unit
30: first cooling channel 32: second cooling channel
42: steam inlet 44: discharge gas inlet

Claims (16)

중심축을 관통하는 제1 방전 공간을 형성하는 제1 전극부;
상기 제1 전극부와 거리를 두고 위치하며 상기 제1 전극부를 향해 개방된 제2 방전 공간을 중심축과 나란하게 형성하는 제2 전극부; 및
서로 마주하는 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부의 단부에 결합되는 절연부를 포함하며,
상기 제2 전극부는 상기 제1 전극부와 마주하지 않는 반대편 일측에 축 방향을 따라 상기 제2 방전 공간과 이어지는 스팀 주입구를 형성하고,
상기 절연부는 반경 방향을 따라 상기 절연부를 관통하는 방전 가스 주입구를 형성하는 스팀 플라즈마 반응기.A first electrode part forming a first discharge space penetrating the central axis;
A second electrode portion positioned at a distance from the first electrode portion and forming a second discharge space parallel to a central axis, the second discharge space being opened toward the first electrode portion; And
An insulating part coupled to ends of the first electrode part and the second electrode part facing each other;
The second electrode portion forms a steam injection hole connected to the second discharge space along the axial direction on one side opposite to the first electrode portion,
The insulator comprises a discharge gas injection hole penetrating the insulator along the radial direction. 제1항에 있어서,
상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부는 각자의 중심축이 일치하도록 직선상으로 배치되는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 1,
And the first electrode portion and the second electrode portion are disposed in a straight line such that their respective central axes coincide. 제2항에 있어서,
상기 스팀 주입구는 상기 제2 전극부의 반대편 일측 중앙에 위치하며, 상기 제2 전극부는 상기 제2 방전 공간과 상기 스팀 주입구 사이 중앙에 스팀 통로를 형성하는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 2,
The steam injection port is located at the center of the opposite side of the second electrode portion, the second electrode portion steam plasma reactor to form a steam passage in the center between the second discharge space and the steam injection port. 제3항에 있어서,
상기 스팀 주입구는 스팀 공급원 및 반응 가스 공급원과 연결되어 반응 가스가 혼합된 스팀을 제공받는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 3,
The steam inlet is connected to the steam source and the reactive gas source is a steam plasma reactor for receiving a mixture of the reaction gas steam. 제1항에 있어서,
상기 제1 전극부는 접지되고, 상기 제2 전극부는 교류 전원부와 연결되어 구동 전압을 인가받는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 1,
The first electrode portion is grounded, the second electrode portion is connected to the AC power source steam plasma reactor to receive a driving voltage. 제1항에 있어서,
상기 방전 가스 주입구는 상기 절연부 가운데 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부의 경계에 대응하는 위치에 형성되는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 1,
The discharge gas injection hole is formed in a position corresponding to the boundary between the first electrode portion and the second electrode portion of the insulating portion. 제6항에 있어서,
상기 방전 가스 주입구의 내측으로 상기 절연부 내부에 위치하며 방전 가스를 소용돌이 흐름으로 변환시키는 방전 가스 주입링을 더 포함하는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 6,
And a discharge gas injection ring positioned inside the insulation part inside the discharge gas injection hole and converting the discharge gas into the vortex flow. 제7항에 있어서,
상기 방전 가스 주입링은 두께 방향을 따라 관통하는 복수의 관통 홀을 형성하며, 상기 복수의 관통 홀은 상기 방전 가스 주입링의 반경 방향으로부터 기 설정된 각도로 비스듬하게 형성되는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 7, wherein
The discharge gas injection ring forms a plurality of through holes penetrating along the thickness direction, wherein the plurality of through holes are formed obliquely at a predetermined angle from a radial direction of the discharge gas injection ring. 제8항에 있어서,
상기 복수의 관통 홀은 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 일정한 기울기를 가지는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 8,
The plurality of through holes have a constant slope along the clockwise or counterclockwise direction. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 전극부의 외주면을 둘러싸며 상기 제1 전극부와의 사이에 제1 냉각 채널을 형성하는 제1 보호부; 및
상기 제2 전극부의 외주면을 둘러싸며 상기 제2 전극부와의 사이에 제2 냉각 채널을 형성하는 제2 보호부를 더 포함하는 스팀 플라즈마 반응기.The method according to any one of claims 1 to 9,
A first protection part surrounding an outer circumferential surface of the first electrode part and forming a first cooling channel between the first electrode part; And
And a second protection part surrounding an outer circumferential surface of the second electrode part and forming a second cooling channel between the second electrode part. 제10항에 있어서,
상기 제1 보호부는 일측과 반대편 일측에 각각 상기 제1 냉각 채널과 연결된 냉각수 주입구 및 냉각수 배출구를 형성하는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 10,
The first protection unit forms a cooling water inlet and a cooling water outlet connected to the first cooling channel on one side and the opposite side, respectively. 제10항에 있어서,
상기 제1 보호부는 도전 물질로 제조되고 상기 제1 전극부와 통전되며 접지 전원에 연결되는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 10,
The first protective part is made of a conductive material and is energized with the first electrode part and connected to a ground power source. 제10항에 있어서,
상기 제2 보호부는 일측에 상기 제2 냉각 채널과 연결된 냉각수 주입구를 형성하고, 상기 제2 전극부보다 짧은 길이로 형성되어 상기 제1 전극부를 향한 상기 제2 전극부의 가장자리 일부를 노출시키는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 10,
The second protection part forms a cooling water inlet connected to the second cooling channel on one side, and is formed to have a length shorter than the second electrode part to expose a portion of an edge of the second electrode part toward the first electrode part. . 제13항에 있어서,
상기 절연부는 서로 마주하는 상기 제1 보호부와 상기 제2 보호부의 단부 및 상기 제2 전극부의 일부를 둘러싸면서 상기 제1 보호부 및 상기 제2 보호부에 결합되는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 13,
And the insulating part is coupled to the first protection part and the second protection part while surrounding the end portions of the first protection part and the second protection part and the second electrode part facing each other. 제14항에 있어서,
상기 절연부는 상기 제2 냉각 채널과 이어진 냉각수 배출구를 형성하는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 14,
And the insulating portion forms a cooling water outlet connected to the second cooling channel. 제10항에 있어서,
상기 제2 보호부는 도전 물질로 제조되고 상기 제2 전극부와 통전되며 상기 교류 전원부와 연결되는 스팀 플라즈마 반응기.The method of claim 10,
The second protective part is made of a conductive material and is energized with the second electrode portion and the steam plasma reactor connected to the AC power supply.
KR1020100058775A 2010-06-21 2010-06-21 Steam plasma reactor KR101178885B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100058775A KR101178885B1 (en) 2010-06-21 2010-06-21 Steam plasma reactor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100058775A KR101178885B1 (en) 2010-06-21 2010-06-21 Steam plasma reactor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20110138720A true KR20110138720A (en) 2011-12-28
KR101178885B1 KR101178885B1 (en) 2012-08-31

Family

ID=45504485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100058775A KR101178885B1 (en) 2010-06-21 2010-06-21 Steam plasma reactor

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101178885B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101453777B1 (en) * 2013-12-11 2014-10-22 연세대학교 산학협력단 Water-Gas Shift Reaction System And Water-Gas Shift Method Using Low-Temperature Plasma Device

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100715292B1 (en) 2005-06-04 2007-05-08 재단법인서울대학교산학협력재단 High Power Plasma Torch with Hollow Electrodes for Material Melting Process
KR100795583B1 (en) * 2006-08-04 2008-01-21 인하대학교 산학협력단 Structure of a torch for treatment of hydrocarbon series oil using by plasma

Also Published As

Publication number Publication date
KR101178885B1 (en) 2012-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100910875B1 (en) Plasma scrubber
US7394041B2 (en) Apparatus for treating a waste gas using plasma torch
ES2231903T3 (en) PROCEDURE AND APPLIANCES FOR HYDROGEN PRODUCTION BY REFORMING WITH PLASMA.
KR101752979B1 (en) System for hydrogen production using plasma
JP5927169B2 (en) Oxidation apparatus and method using sliding electric arc
CN102721083B (en) Plasma-catalysis gaseous swirl nozzle
JP2017538091A (en) Catalyst burner equipment
US9833760B2 (en) Method and device for preparing active particle-containing steam
JP2007284476A (en) Gasifying furnace
KR101178885B1 (en) Steam plasma reactor
KR101405543B1 (en) Non-thermal Plasma Device for Activating Reaction in the Gasification and Combustion
KR101400670B1 (en) Plasma gasification device of hydrocarbon
KR100737223B1 (en) Plasma torch
CN202757150U (en) Plasma catalysis gas rotational flow nozzle
KR100822860B1 (en) Apparatus for plasma reaction
KR200425109Y1 (en) Plasma torch
KR101080696B1 (en) Syn-gas reformer of rotating arc plasma using electromagnet
KR101177283B1 (en) Plasma torch for treating waste air of chemical vapor deposition processing
US20230166227A1 (en) Plasma/ionic reactor
KR101358095B1 (en) Fuel cell hybrid system
KR102675592B1 (en) Dual structure plasma generator for efficient reforming of landfill gas and biogas
KR101177276B1 (en) Plasma torch for treating waste air of etching processing
RU2301375C1 (en) Device for igniting and stabilizing solid fuel combustion
JP6361468B2 (en) Fuel cell device
JP2005226596A (en) Hydrogen manufacturing method and device for simultaneously using power generation function

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150609

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160608

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170621

Year of fee payment: 6