KR20130143470A - 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 마이크로웨이브가 공급되는 도파관과, 상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부와, 일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극과, 상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서, 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극과, 상기 아크 플라즈마에 산화제 및 연료를 공급하여 아크 플라즈마 화염을 생성하는 산화제 및 연료 공급수단과, 상기 도파관으로부터 도출된 상기 플로팅 전극을 둘러싸며, 일 측에는 상기 아크 플라즈마 화염이 토출되는 토출구가 하우징부를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치를 제공한다.
따라서, 상기 플로팅 전극의 길이나 방향의 조절에 의하여, 아크 플라즈마 또는 아크 플라즈마 화염이 발생되는 위치나 방향을 조절할 수 있으므로, 전체 시스템에서의 공간 활용도가 증가한다.

Description

마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비 {Arc-type plasma generating device using microwave, arc-type plasma torch therewith, incinerating facility therewith, and gasificating facility therewith }

본 발명은 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비에 관한 것이다.

종래에는 도시 생활 쓰레기를 매립지에 투기하여 처리하는 것이 일반적이었는데, 매립 방법은 침출수 및 악취 문제를 발생시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 쓰레기를 소각 설비에서 소각하여 감량화시켜서 처리하는 방법이 가장 널리 이용된다. 하지만, 쓰레기 소각으로 인하여, 다이옥신 등의 유해 가스가 생성되어, 쓰레기 소각장에 대하여 주변 민원문제가 끊이지 않게 발생하였다.

특히, 쓰레기 중 병원 쓰레기 등은 고온에서 소각되어야 하기 때문에, 아크형 플라즈마 토치를 이용한 플라즈마 소각 설비가 다양하게 적용되고 있다. 한국등록특허 제10-0638109호에는 전자파 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 화염 발생장치가 개시되어 있다. 하지만, 상기 플라즈마 화염 발생장치에서는 방전관에서 플라즈마 방전이 발생되며, 상기 플라즈마 방전에 의하여 발생된 플라즈마에 연료 및 산화제를 분사하여 플라즈마 화염을 생성한다. 상기 플라즈마 화염이 외부로 분출되는 것을 가이드하기 위하여, 제2블록이 설치된다. 그런데, 제2블록의 길이가 길어질 경우, 플라즈마 화염에 의하여 제2블록의 온도가 급격이 상승하기 때문에, 제2블록의 길이를 길게 제작하는 것이 불가능하다. 따라서, 플라즈마 화염의 분출 위치가 제한되는 한계가 있다.

대한민국공개특허 10-2012-0029495

본 발명의 목적은, 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비를 제공하는 데 있다.

본 발명은, 마이크로웨이브가 공급되는 도파관과, 상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부와, 일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극과, 상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서, 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극을 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 마이크로웨이브가 공급되는 도파관과, 상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부와, 일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극과, 상기 도파관으로부터 도출된 상기 플로팅 전극을 둘러싸며, 일부분에는 상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극이 형성되고, 일측에는 상기 아크 플라즈마가 토출되는 토출구가 형성된 하우징부를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은, 마이크로웨이브가 공급되는 도파관과, 상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부와, 일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극과, 상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서, 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극과, 상기 아크 플라즈마에 산화제 및 연료를 공급하여 아크 플라즈마 화염을 생성하는 산화제 및 연료 공급수단과, 상기 도파관으로부터 도출된 상기 플로팅 전극을 둘러싸며, 일 측에는 상기 아크 플라즈마 화염이 토출되는 토출구가 하우징부를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치를 제공한다.

본 발명에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치, 이를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치, 이를 이용한 소각 설비 및 이를 이용한 가스화 설비는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 플로팅 전극의 길이나 방향의 조절에 의하여, 아크 플라즈마 또는 아크 플라즈마 화염이 발생되는 위치나 방향을 조절할 수 있다. 따라서, 전체 시스템에서의 공간 활용도가 증가한다.

둘째, 길이와 방향이 상이한 플로팅 전극을 복수 개 설치할 경우, 1개의 마그네트론 또는 도파관을 이용하여, 복수 개의 아크 플라즈마 또는 아크 플라즈마 화염을 생성할 수 있다.

셋째, 마이크로웨이브를 에너지원으로 이용하여 아크 플라즈마 방전을 일으키기 때문에, 기존의 아크 플라즈마 장치에 비하여 전기 설비 용량이 크게 감소된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 플라즈마 발생장치의 일 변형예에 따른 플라즈마 발생장치의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선에 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.

도 1에 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치(이하, "플라즈마 발생장치"라 함)(100)의 내부 구조를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 상기 플라즈마 발생장치(100)는, 도파관(110), 마이크로웨이브 집중부(120), 플로팅 전극(140), 베이스 전극(150), 하우징부(130) 및 방전가스 공급부(미도시)를 포함한다.

상기 도파관(110)은 마그네트론(미도시)으로부터 생성된 마이크로웨이브가 공급된다. 상기 도파관(110)의 구조는 일반적인 도파관의 구조와 유사한 바, 상세한 설명은 생략한다.

상기 도파관의 단부(112)에 인접한 부분에는 상기 마이크로웨이브 집중부(120)가 관통 삽입되어 있다. 상기 마이크로웨이브 집중부(120)는 상기 도파관(110)을 통하여 공급된 마이크로웨이브를 집중시키는 기능을 수행한다. 상기 마이크로웨이브 집중부(120)는 관 구조를 가지며, 마이크로웨이브가 투과하도록 석영 또는 세라믹 소재로 형성되어 있다. 하지만, 상기 마이크로웨이브 집중부(120)의 구조 및 재질은 이에 한정되지 않는다.

상기 플로팅 전극의 일 단(141)은 상기 마이크로웨이브 집중부(120) 내에 삽입되어 있다. 상기 플로팅 전극(140)은 상기 마이크로웨이브 집중부(120) 내에서 상기 도파관의 내면(111)으로부터 설정 거리(d1) 이격되어 비접촉 상태가 유지된다. 상기 플로팅 전극(140)은 상기 마이크로웨이브 집중부(120) 내에서 집중되는 마이크로웨이브의 에너지를 흡수하여 전압이 상승된다. 상기 플로팅 전극의 타 단(142)은 상기 도파관(110)을 관통하여 설정 길이(H1)만큼 연장된다. 상기 플로팅 전극(140)은 직선 전극 구조를 가진다. 본 실시예에서 상기 플로팅 전극(140)은 1개가 설치되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 복수 개의 플로팅 전극이 설치될 수 있고, 플로팅 전극의 구조나 배치가 다양하게 설정될 수 있다.

상기 플로팅 전극(140)의 길이(H1)가 일어질수록 상기 도파관(110)과 아크 플라즈마 사이의 거리가 멀어질 수 있다. 즉, 상기 플로팅 전극(140)의 길이 조절을 통하여 상기 아크 플라즈마의 생성 위치를 조절할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.

상기 하우징부(130)는 상기 도파관(110)으로부터 도출된 상기 플로팅 전극(140)을 둘러싸며, 일 측에는 상기 아크 플라즈마가 토출되는 토출구(135)가 형성되어 있다. 상기 하우징부(130)는 전체적으로 관 구조를 가진다. 상기 하우징부(130)의 단부의 단면적은 좁아지도록 노즐 형태로 형성되어, 아크 플라즈마가 상기 토출구(135)를 가열하여 손상시키지 않고 분출하게 한다.

상기 베이스 전극(150)은 상기 하우징부(130)에서 상기 토출구(135) 근처에 설치되어 있다. 상기 베이스 전극의 단부(151)와 상기 플로팅 전극의 타 단부(142)는 매우 인접한 방전거리(L1)를 유지한다. 상기 베이스 전극(150)은 접지되어 있다.

상기 방전가스 공급부(미도시)는 상기 도파관(110)에서 상기 마이크로웨이브 집중부(120)에 대응되는 위치로 방전가스를 공급한다. 상기 방전가스 공급부(미도시)는 아크 플라즈마 방전을 위한 방전 가스를 공급한다. 상기 방전가스로는 공기, 산소 등의 다양한 가스가 이용된다. 다만, 상기 방전가스의 공급 위치는 전술한 바에 한정되지 않고, 상기 하우징부(130)의 측면으로도 공급 가능하다. 또한, 상기 방전가스는 상기 하우징부(130) 내에서의 체류 시간 증가를 위하여, 스월 형태로서 공급될 수 있다.

상기 플라즈마 발생장치(100)는 별도의 아크 플라즈마 방전을 위한 점화수단을 포함하지 않는다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 점화 시점을 제어하고, 점화를 용이하게 하기 위하여 별도의 점화수단이 설치될 수 있다. 상기 점화수단은 공지의 다양한 점화수단이 이용될 수 있다.

이하에서, 상기 플라즈마 발생장치(100)의 작동에 대하여 상세하게 살펴본다.

상기 마그네트론(미도시)이 작동하여 상기 도파관(110)으로 마이크로웨이브가 공급된다. 또한, 상기 방전가스 공급부(미도시)가 작동하여 상기 하우징부(130) 내로 방전가스가 유입된다. 상기 마이크로웨이브에 의하여 상기 플로팅 전극(130)의 전압이 점차 상승한다. 따라서, 상기 베이스 전극(150)과 상기 플로팅 전극(130) 사이의 전압차가 점차 커지면서, 상기 베이스 전극(150)과 상기 플로팅 전극(130) 사이의 공간 내에서 전계가 집중된다. 이렇게 전계 집중된 공간에서 방전가스가 아크 플라즈마 방전을 발생시켜서, 아크 플라즈마가 생성된다. 상기 아크 플라즈마는 상기 토출구(135)를 통하여 외부로 분출된다.

본 실시예에서, 상기 플로팅 전극의 길이(H1)를 조절할 경우, 상기 토출구(135)의 위치도 이에 적합하도록 조절된다. 즉, 상기 도파관(110) 및 상기 마그네트론(미도시)을 특정 위치에 설치하고, 상기 플로팅 전극의 길이(H1)나 상기 플로팅 전극(140)이 연장되는 방향을 조절하여 특정 위치나 특정 방향으로 아크 플라즈마가 생성될 수 있다. 따라서, 아크 플라즈마의 생성 위치에 대한 제약이 해소된다. 더욱이, 상기 플로팅 전극(140)의 개수가 복수 개이고 다양한 위치로 연장되도록 할 경우, 1개의 도파관(110)을 이용하여 복수 개의 위치에 아크 플라즈마를 생성할 수 있으므로, 전체적인 구조가 단순해지고, 제조비용이 절감된다.

도 2에 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 발생장치(200)가 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 상기 플라즈마 발생장치(200)는, 도파관(210), 마이크로웨이브 집중부(220), 플로팅 전극(240), 하우징부(230) 및 방전가스 공급부(미도시)를 포함한다. 이하에서는 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

상기 플라즈마 발생장치(200)가 전술한 도 1의 플라즈마 발생장치(100)와 상이한 점은 상기 하우징부(210)의 구조에 대한 것이다. 본 실시예에서, 상기 하우징부의 단부(237)에는 베이스 전극(250)이 일체로 형성되어 있다. 즉, 상기 하우징부의 단부(237)가 점차 좁아지는 형상을 가지므로, 상기 플로팅 전극의 단부(242)와의 거리가 점차 작아지게 되어, 궁극적으로 방전거리(L2)를 형성하게 된다. 상기 하우징부(230)는 전체적으로 도전성 소재로 형성될 수도 있지만, 상기 하우징부의 단부(237) 중 상기 플로팅 전극(240)과 아크 플라즈마 방전을 발생하는 내면만 도전성 소재로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 도전성 소재로 형성된 내면이 상기 베이스 전극(250)이 된다.

상기와 같이, 상기 하우징부(230)가 상기 베이스 전극의 기능을 수행하는 바, 별도의 베이스 전극 설치가 불필요해지는 효과가 있다.

도 3 및 도 4에 도 2에 도시된 플라즈마 발생장치(200)의 일 변형예에 따른 플라즈마 발생장치(200')가 도시되어 있다. 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 이하에서는 상기 플라즈마 발생장치(200)와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

방전가스 공급부(미도시)는 하우징부(230')의 하면에 형성된 방전가스 노즐(238')들을 통하여 방전가스를 공급한다. 상기 하우징부(230')는 전체적으로 중공의 원통 구조를 가지며, 상기 하우징부의 단부(237)의 단면적이 상부로 갈수록 점차 작아지는 구조를 가진다. 상기 방전가스 노즐(238')들은 상기 하우징부(230')의 하단면에 형성되어 있으며, 유입되는 방전가스가 스월 구조를 가지면서 상기 하우징부(230')의 길이방향을 따라 상부로 유동하도록 형성되어 있다. 이를 위하여, 상기 방전가스 노즐(238')들은 상기 하단면에 대하여 전체적으로 접선 방향을 이루되, 상방 경사방향으로 형성된다.

상기 베이스 전극(250')은 상기 하우징의 단부(237)의 내측면을 둘러싸도록 형성되어 있다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 상기 베이스 전극(250')이 상기 하우징의 단부(237) 내측면에서 원주 방향으로 복수 개가 서로 이격되어 형성될 수도 있다. 또한, 상기 베이스 전극(250')은 상기 하우징의 단부(237)와 일체 구조를 가질 수도 있다.

상기 방전가스가 상기 베이스 전극(250')과 상기 플로팅 전극(240) 사이로 스월 형상을 이루며 유입되고, 상기 베이스 전극(250')이 환형 구조를 가지기 때문에, 플라즈마 방전이 상기 플로팅 전극(240)의 단부(242)를 둘러싸면서 발생되므로 플라즈마 방전의 균일성이 향상되고, 플라즈마 개시 방전 전압을 낮출 수 있다. 더욱이, 상기 플로팅 전극(240)의 특정 부분과 상기 베이스 전극(250')의 특정 부분에만 방전이 집중되지 않기 때문에, 상기 플로팅 전극(240) 및 상기 베이스 전극(250')의 손상 가능성이 감소된다. 만일, 상기 베이스 전극(250')이 환형 구조를 가지지 않고, 2개가 원주 방향으로 서로 이격되어 배열(예, 2개의 베이스 전극(250')들 사이에 플로팅 전극(240)이 위치하는 구조)될 경우, 상기 플로팅 전극(240)이 2개의 베이스 전극들과 서로 교번하여 플라즈마 방전을 일으키므로, 상기 플로팅 전극(240) 및 상기 베이스 전극의 손상 가능성이 감소된다.

도 5에 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치(이하, "플라즈마 토치"라고 함)(1000)의 내부 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 전술한 실시예의 구성요소와 동일한 바, 상세한 설명은 생략한다.

도 5를 참조하면, 상기 플라즈마 토치(1000)는, 도파관(110), 마이크로웨이브 집중부(120), 플로팅 전극(140), 베이스 전극(150), 하우징부(130) 및 산화제 및 연료 공급수단(미도시)을 포함한다.

상기 플라즈마 토치(1000)는 도 1의 플라즈마 발생장치(100)를 기본 구조로 한다. 다만, 상기 플라즈마 발생장치(100)가 외부로부터 별도의 산화제 및 연료의 공급이 없이, 아크 플라즈마만 생성하는데 반하여, 상기 플라즈마 토치(1000)에서는 상기 산화제 및 연료 공급 수단(미도시)이 아크 플라즈마에 산화제 및 연료를 공급하여 아크 플라즈마 화염을 생성한다. 상기 산화제 및 연료는 상기 도파관(110)에서 상기 마이크로웨이브 집중부(120)에 대응되는 위치로 공급된다. 상기 산화제 및 연료는 혼합된 상태로 공급될 수도 있고, 각각 다른 노즐을 통하여 공급될 수도 있다.

상기 산화제로는 공기가 이용되며, 상기 연료로는 기체 연료가 이용된다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 상기 아크 플라즈마 화염은 아크 플라즈마에 비하여 부피가 커지기 때문에, 소각 시설 등에서 고온의 화염으로 이용될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 상기 산화제가 방전가스로 이용되어, 별도의 방전가스 공급부의 설치가 불필요하다.

도 6에 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 토치(2000)의 내부 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 전술한 실시예와 동일한 참조부호는 전술한 실시예의 구성요소와 동일한 바, 상세한 설명은 생략한다.

도 6을 참조하면, 상기 플라즈마 토치(2000)는, 도파관(310), 마이크로웨이브 집중부(120), 플로팅 전극(140), 베이스 전극(150), 하우징부(330) 및 산화제 및 연료 공급수단(미도시)을 포함한다.

상기 플라즈마 토치(2000)는 도 1의 플라즈마 발생장치(100)를 기본 구조로 한다. 다만, 상기 도파관(310)에는 산화제 및 연료가 공급되는 노즐이 형성되어 있지 않고, 상기 하우징부(330)의 측면에 노즐(338)들이 형성되어 있다. 상기 산화제 및 연료 공급수단(미도시)은 상기 노즐들로 산화제 및 연료를 공급한다. 이 때, 상기 산화제 및 연료는 혼합된 상태로 공급될 수도 있고, 각각 다른 노즐을 통하여 공급될 수도 있다. 상기 노즐(338)들은 상기 산화제 및 상기 연료가 스월을 형성하도록 하여, 상기 하우징부 내에서의 체류시간을 증가시키도록 한다. 이로부터, 상기 산화제 및 상기 연료의 연소 시간이 증가하여, 미연소되는 연료량이 감소된다.

상기 플라즈마 발생장치(100)가 외부로부터 별도의 산화제 및 연료의 공급이 없이, 아크 플라즈마만 생성하는데 반하여, 상기 플라즈마 토치(1000)에서는 상기 산화제 및 연료 공급 수단(미도시)이 아크 플라즈마에 산화제 및 연료를 공급하여 아크 플라즈마 화염을 생성한다. 상기 아크 플라즈마 화염은 토출구(335)를 통하여 외부로 분출된다.

본 실시예에서, 상기 베이스 전극(150)이 1개가 설치되어 있다. 하지만, 상기 베이스 전극(150)이 2개가 설치될 수도 있다. 이 때, 상기 산화제 및 연료가 스월 형태로 유입되므로, 상기 플로팅 전극(140)과 상기 베이스 전극(150)들 중 하나 사이에 플라즈마 방전이 발생되고, 상기 플로팅 전극(140)과 상기 베이스 전극(150)들 중 나머지 하나 사이에 플라즈마 방전이 발생된다. 이러한 교번 플라즈마 방전에 의하여, 상기 플로팅 전극(140) 및 상기 베이스 전극(150)의 손상 가능성이 크게 경감된다.

도 7에 본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마 토치(3000)의 내부 구조를 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 이하에서는, 전술한 실시예와 상이한 점을 중심으로 설명한다.

도 7을 참조하면, 상기 플라즈마 토치(3000)는, 도파관(410), 마이크로웨이브 집중부(420), 플로팅 전극(440), 베이스 전극(450), 하우징부(430), 방전가스 공급부(미도시) 및 산화제 및 연료 공급수단(미도시)을 포함한다.

상기 도파관(410)으로는 마이크로웨이브가 공급되어, 상기 마이크로웨이브 집중부(420) 내에 삽입되어 있는 상기 플로팅 전극(440)에 에너지가 집중된다. 상기 방전가스 공급부(미도시)는 상기 도파관(410)에서 상기 마이크로웨이브 집중부(420)에 대응되는 위치에 형성된 노즐(414)들을 이용하여 방전가스를 공급한다. 상기 방전가스로는 공기가 이용된다. 물론, 상기 방전가스가 스월로 공급되도록 상기 노즐(414)이 형성될 수도 있다.

상기 산화제 및 연료 공급수단(미도시)은 연료 노즐(432)들 및 산화제 노즐(431)들로 각각 연료 및 산화제를 공급한다. 상기 연료 노즐(432)들 및 상기 산화제 노즐(431)들은 상기 하우징부(430)에서 상기 플로팅 전극(440)의 단부로부터 길이 방향으로 이격된 위치에 형성되어 있다. 상기 산화제 노즐(431)들이 상기 연료 노즐(432)들보다 상기 플로팅 전극(440)으로부터 인접한 위치에 형성되어 있다. 상기 산화제 및 상기 연료는 상기 하우징부(430) 내에서의 체류 시간 증가를 위하여, 스월을 형성하도록 공급된다. 다만, 상기 산화제 노즐(431)들과 상기 연료 노즐(432)들의 위치 관계 및 형상은 이에 한정되지 않는다.

상기 베이스 전극(450)과 상기 플로팅 전극(440) 사이에 전계가 집중되어, 아크 플라즈마 방전이 발생하여 아크 플라즈마가 생성된다. 여기에, 상기 산화제 및 상기 연료가 공급되어 아크 플라즈마 화염이 생성된다. 상기 아크 플라즈마 화염은 토출구(435)를 통하여 외부로 분사된다. 도 4의 플라즈마 토치(3000)에서는 연료로서 기체 연료뿐만 아니라 액체 연료가 사용되기 어렵지만, 본 실시예에서는 액체 연료가 이용될 수 있다. 액체 연료는 저가이고 에너지 밀도도 크기 때문에, 상기 플라즈마 화염의 특성이 향상된다.

상기 아크 타입 플라즈마 토치(1000, 2000, 3000)는 상다양한 용도로 이용될 수 있다. 먼저, 소각 설비의 소각로에서 소각물을 연소시키거나 용융시키는데 이용될 수 있다. 또한, 상기 아크 타입 플라즈마 토치(1000, 2000, 3000)는 소각 설비의 2차 소각로에서 1차 연소된 합성 가스를 열분해하기 위하여 이용될 수도 있다.

또한, 상기 아크 타입 플라즈마 토치(1000, 2000, 3000)는 가스화 설비에서 이용될 수 있다. 먼저, 가스화를 위해서 공급되는 대상물을 가열하거나, 1차 연소된 합성 가스를 가열하여 고분자 연소기체를 산소, 수소 등으로 분해하는데 이용될 수도 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100, 200, 200': 아크 타입 플라즈마 발생장치
110, 210, 310, 410: 도파관
120, 220: 마이크로웨이브 집중부
130, 230, 330, 430: 하우징부
140, 240: 플로팅 전극
150, 250: 베이스 전극
1000, 2000, 3000: 아크 타입 플라즈마 토치

Claims (15)

1. 마이크로웨이브가 공급되는 도파관;
   상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부;
   일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극; 및
   상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서, 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극을 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도파관으로부터 도출된 상기 플로팅 전극을 둘러싸며, 일 측에는 상기 아크 플라즈마가 토출되는 토출구가 형성된 하우징부를 더 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 베이스 전극은 상기 하우징부 내로 돌출되도록 설치되는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
4. 마이크로웨이브가 공급되는 도파관;
   상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부;
   일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극; 및
   상기 도파관으로부터 도출된 상기 플로팅 전극을 둘러싸며, 일부분에는 상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극이 형성되고, 일측에는 상기 아크 플라즈마가 토출되는 토출구가 형성된 하우징부를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 마이크로웨이브 집중부는 관 구조를 가지며, 마이크로웨이브가 투과하도록 석영 또는 세라믹 소재로 형성된 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 하우징부 내부로 방전가스를 공급하는 방전가스 공급부를 더 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 방전가스는 상기 하우징부 내부에서 스월 형태를 이루도록 공급되는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
8. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 베이스 전극은 상기 플로팅 전극을 둘러싸도록 형성되어 있는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 발생장치.
9. 마이크로웨이브가 공급되는 도파관;
   상기 도파관 내에 배치되며, 상기 마이크로웨이브가 집중되는 마이크로웨이브 집중부;
   일 단은 상기 마이크로웨이브 집중부 내에 삽입되며, 타 단은 상기 도파관을 관통하여 연장되고, 상기 마이크로웨이브를 흡수하여 전압이 상승되는 플로팅 전극;
   상기 플로팅 전극과 플라즈마 방전을 발생시켜서, 아크 플라즈마를 생성하는 베이스 전극;
   상기 아크 플라즈마에 산화제 및 연료를 공급하여 아크 플라즈마 화염을 생성하는 산화제 및 연료 공급수단; 및
   상기 도파관으로부터 도출된 상기 플로팅 전극을 둘러싸며, 일 측에는 상기 아크 플라즈마 화염이 토출되는 토출구가 하우징부를 포함하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 베이스 전극과 상기 하우징부는 일체로 형성된 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치.
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 산화제는 상기 하우징부 내에서 상기 아크 플라즈마 화염 이전에 공급되어 방전가스로서의 기능도 동시에 수행하는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치.
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 산화제는 상기 도파관에서 상기 마이크로웨이브 집중부에 대응되는 위치로 공급되는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 산화제는 상기 도파관에서 상기 마이크로웨이브 집중부에 대응되는 위치로 공급되어, 방전가스로서의 기능도 동시에 수행하고,
    상기 연료는 상기 플로팅 전극의 타 단으로부터 길이방향으로 이격된 위치로 공급되는 마이크로웨이브를 이용한 아크 타입 플라즈마 토치.
14. 청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항의 아크 타입 플라즈마 토치를 포함하는 소각 설비.
15. 청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 아크 타입 플라즈마 토치를 포함하는 가스화 설비.

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