KR20180066576A - 아크 플라즈마 폐가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 아크 플라즈마 폐가스 처리 장치는 아크 방전을 통하여 화염을 발생시키고 유입된 작동 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(1); 상기 플라즈마 발생부(1)로부터 이송된 플라즈마를 유입되는 폐가스와 혼합하여 처리하는 반응부(5); 및 상기 반응부(5)에서 처리된 가스를 스크러빙하여 온도를 감소하게 하는 스크러빙부(3);를 포함하고, 상기 플라즈마 발생부(1)는 다단 스월 구조체(200)를 통해 양극부(100) 상으로 다단으로 작동 가스를 공급하고, 상기 스크러빙부(3)는 복수의 냉각 모듈을 통해 순차적으로 냉각 유체를 공급하여 냉각을 수행한다.

Description

아크 플라즈마 폐가스 처리 장치{Arc plasma waste gas treatment apparatus}
본 발명은 아크 플라즈마 폐가스 처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작동 가스를 다단으로 공급하기 위하여 전극들 주위에 다단 스월 구조체를 배치하여 화염의 길이를 제어할 수 있는 플라즈마 발생부 및 플라즈마 처리 가스의 급냉을 가능하게 하는 스크러빙부를 갖는 폐가스 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마는 전기적 극성을 갖는 전자 및 이온으로 구성된 제 4의 물질 상태로 알려져 있으며 전체적으로 음과 양의 전하수가 거의 같은 밀도로 분포되어 전기적으로 거의 중성인 상태이다. 플라즈마는 아크처럼 온도가 높은 고온 플라즈마와 전자의 에너지는 높지만 이온의 에너지가 낮아 실제로 느끼는 온도는 실온에 가까운 저온 플라즈마로 분류되며 대부분 직류, 교류, 초고주파, 전자빔 등의 전기적 방전에 의해 생성된다.
대한민국 공개특허 10-2016-0043820호는 이러한 플라즈마를 이용하여 폐가스 등을 처리하는 장치 구성이 개시되어 있다.
일반적으로 이러한 플라즈마 발생 방식 중 하나는 아크 방전을 통하여 플라즈마를 발생시키는 것으로서, 이 경우에, 폐가스 처리 장치는 아크 방전을 통하여 토치(화염)를 발생시키고 유입된 작동 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 발생부로부터 이송된 플라즈마를 유입되는 폐가스와 혼합하여 처리하는 반응부; 및 상기 반응부에서 처리된 가스를 물 등에 의하여 스크러빙하여 온도를 감소하게 하는 스크러빙부로 이루어진다.
상기 플라즈마 발생부에서는 음전극과 양전극 사이에 플라즈마를 발생시키기 위하여 공급관을 통해 작동 가스를 선회 운동 가능하게 주입하고 전원을 인가하여 아크 방전을 발생시켜 제트 플라즈마를 형성한다.
한편, 음전극과 양전극 사이의 전극 간격에 의해 화염을 개시하고, 화염 점화 후에 작동 가스를 공급하여 화염 길이를 제어해야 하는데, 종전의 기술은 단일한 스월 구조물을 통해 작동 가스를 공급 방식으로서 형성된 화염의 길이가 다소 제한된다는 단점이 있게 된다.
또 한편으로는, 반응부에서 플라즈마와 유입된 폐가스를 혼합한 후 스크러빙부를 통해 온도를 저감 후 배출하는 과정에서 발생하는 열을 효과적으로 관리하는 동시에 유해 결과물의 발생을 저감할 수 있는 방안이 요구된다.
(특허문헌 1) KR10-2016-0043820 A
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 음전극과 양전극 사이에 공급되는 작동 가스를 다단으로 공급하기 위하여 전극들 주위에 다단 스월 구조체를 배치함으로써 형성되는 화염의 길이를 제어할 수 있는 플라즈마 발생부 및 플라즈마와 폐가스 간의 반응이 이루어진 후에 형성된 플라즈마 처리 가스의 급냉을 가능하게 하는 스크러빙부를 갖는 폐가스 처리 장치를 제공하는 것이 목적이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 아크 플라즈마 폐가스 처리 장치는 아크 방전을 통하여 화염을 발생시키고 유입된 작동 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(1); 상기 플라즈마 발생부(1)로부터 이송된 플라즈마를 유입되는 폐가스와 혼합하여 처리하는 반응부(5); 및 상기 반응부(5)에서 처리된 가스를 스크러빙하여 온도를 감소하게 하는 스크러빙부(3);를 포함하고,
상기 플라즈마 발생부(1)는 다단 스월 구조체(200)를 통해 양극부(100) 상으로 다단으로 작동 가스를 공급하고, 상기 스크러빙부(3)는 복수의 냉각 모듈을 통해 순차적으로 냉각 유체를 공급하여 냉각을 수행한다.
상기 플라즈마 발생부는, 음극부(10), 상기 음극부(10)의 하부 방향으로 이격 배치되는 양극부(100) 및 상기 음극부(10)와 양극부(100)를 둘러싸도록 배치되는 스월 구조체(200)를 포함하고, 상기 양극부(100)는, 상기 음극부(10)의 하부 일부를 감싸는 형태로 배치되는 상부 양극(110) 및 상기 상부 양극(110)과의 사이에 작동 가스를 공급할 수 있는 공간이 형성된 상태에서 상기 상부 양극(110)의 하부 방향으로 결합되는 하부 양극(120)을 포함하고, 상기 스월 구조체(200)는, 상기 상부 양극(110)에 형성된 제1 작동 가스 노즐(115)을 통해 작동 가스를 공급하게 하는 제1 스월 구조체(210) 및 상기 하부 양극(120)에 형성된 제2 작동 가스 노즐(124)을 통해 작동 가스를 공급하게 하는 제2 스월 구조체(220)를 포함한다.
상기 제2 스월 구조체(220) 및 하부 양극(120)을 통해 공급된 작동 가스는 상기 상부 양극(110)과 하부 양극(120)의 사이에 배치된 완충 공간(126)으로 공급된다.
상기 스크러빙부는, 중공 원통 형상의 케이싱(310); 상기 케이싱(310)의 내부 상측에 배치되는 제1 냉각 모듈(320); 상기 제1 냉각 모듈(320)의 하부 측으로 상기 케이싱(310)의 내부에 분리 가능하게 결합되는 제2 냉각 모듈(340);을 포함하고, 상기 제1 냉각 모듈(320)을 통해 상기 케이싱(310)으로 공급되는 제1 냉각 유체를 통해 상기 케이싱(310)의 상단 상에 형성된 커튼막 및 상기 제2 냉각 모듈(340)을 통해 공급되는 제2 냉각 유체를 통해 상기 커튼막의 하부 측으로 형성된 스프레이 영역을 통해 냉각을 수행한다.
상기 제2 냉각 모듈(340)은 상기 제1 냉각 모듈(320)에서 하부 방향으로 소정거리 이격된 상태에서 복수개가 다단으로 배치된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 아크 플라즈마 폐가스 처리 장치는 다단 스월 구조체를 갖는 플라즈마 발생부 및 플라즈마 처리 가스의 급냉을 가능하게 하는 스크러빙부를 통해 화염 길이 제어 및 플라즈마 처리 가스의 온도 저감을 효과적으로 달성한다.
본 발명은 음전극과 양전극 사이에 공급되는 작동 가스를 다단으로 공급하기 위하여 전극들 주위에 다단 스월 구조체를 배치함으로써 형성되는 화염의 길이를 제어할 수 있게 한다.
본 발명은 플라즈마 처리 가스의 급냉을 가능하게 하는 스크러빙부를 통해 플라즈마와 폐가스 간의 반응이 이루어진 후에 형성된 플라즈마 처리 가스의 온도 저감을 효과적으로 관리하는 동시에 질소 산화물 등의 유해 결과물의 발생을 저감한다.
본 발명은 반응부에서 스크러빙부로 이송 유입되는 플라즈마 처리 가스 및 파티클 등을 포함하는 기체 분자들을 질소 커튼을 통해 균일한 필터링을 가능하게 하는 동시에 유해 물질의 저감을 가능하게 하고, 물과 같은 냉매를 스프레이 방식으로 공급하는 과정을 통해 냉각 및 화학물질 중화반응을 실시한다.
본 발명은 반응부에서 유입되는 플라즈마 반응 가스에 대해 1차적으로 질소 커튼을 통해 냉각을 행하게 하고, 스크러빙부 내에 분리 가능하게 결합된 스프레이 모듈을 통해 냉각수를 2차적으로 분사하는 과정을 통해 효율적인 냉각을 행하게 한다.
도 1은 본 발명에 따른 플라즈마 발생부를 갖는 폐가스 처리 장치의 전체적인 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 폐가스 처리 장치를 이루는 플라즈마 발생부의 외관을 보이는 도면이다.
도 3은 폐가스 처리 장치를 이루는 플라즈마 발생부의 내부를 보이는 단면이다.
도 4는 폐가스 처리 장치를 이루는 플라즈마 발생부의 내부를 보이는 단면 사시도이다.
도 5는 전극 상에 스월 구조체가 결합된 상태를 보이는 사시도이다.
도 6은 하부 양극과 스월 구조체 간의 결합 관계를 보이는 단면 사시도이다.
도 7은 폐가스 처리 장치를 이루는 스크러빙부의 외관을 상측에서 바라본 도면이다.
도 8은 폐가스 처리 장치를 이루는 스크러빙부의 외관을 하측에서 바라본 도면이다.
도 9는 폐가스 처리 장치를 이루는 스크러빙부의 내부를 보이는 단면 사시도이다.
도 10은 스크러빙부를 이루는 스프레이 모듈을 보이는 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
먼저, 도 1을 참조하면 폐가스 처리 장치는 아크 방전을 통하여 화염을 발생시키고 유입된 작동 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(1), 상기 플라즈마 발생부(1)로부터 이송된 플라즈마를 유입되는 폐가스와 혼합하여 처리하는 반응부(5) 및 상기 반응부(5)에서 처리된 가스를 물 등에 의하여 스크러빙하여 온도를 감소하게 하는 스크러빙부(3)을 포함한다.
플라즈마 발생부(1)는 작동 가스를 통해 생성된 플라즈마에 의해 발생된 강력한 라디칼과 열을 통해 유입된 1차적으로 폐가스를 분해한다.
반응부(5)는 플라즈마에 의해 발생된 열을 내부의 축열체에 저장하여 플라즈마 발생부(1)에서 처리되지 못한 폐가스를 열분해로 처리하는 과정을 수행한다.
스크러빙부(3)는 질소 커튼(N2 Curtain)을 통해 기체 분자 및 파티클의 완충을 수행함으로써 균일한 필터링을 가능하게 한다.
한편, 스크러빙부(3) 내에 분리가능하게 배치된 스프레이 모듈을 통해 물과 같은 냉매를 스프레이 방식으로 공급하는 과정을 통해 냉각 및 화학적 중화 반응을 수행한다. 상기와 같은 냉각(cooling) 내지 급냉(Quenching)을 통해 열적 질소 산화물(Thermal Nox)의 저감을 가능하게 한다.
본 발명에서 사용하는 작동 가스로는 헬륨, 아르곤 및 질소 등을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 폐가스 처리 장치를 구성하는 플라즈마 발생부의 구조 및 기능을 설명한다.
상기 플라즈마 발생부(1)는 음극부(10), 음극부(10)의 하부 방향으로 이격 배치되는 양극부(100) 및 음극부(10)와 양극부(100)를 둘러싸도록 배치되는 스월 구조체(200)를 포함한다.
양극부(100)는 음극부(10)의 하부 일부를 감싸는 형태로 배치되는 상부 양극(110) 및 상부 양극(110)과의 사이에 작동 가스를 공급할 수 있는 공간이 형성된 상태에서 상기 상부 양극(110)의 하부 방향으로 결합되는 하부 양극(120)을 포함한다.
상부 양극(110)은 중공 원통 형상의 상부 양극 바디(111), 상부 양극 바디(111)의 내면 상에 경사지게 제1 양극 유로(112), 제1 양극 유로(112)의 하단에 연결 구성되는 제2 양극 유로(113), 상부 양극 바디(111)의 상부 외측면 상에 원주 방향으로 홈 형성되는 양극 홈(114) 및 양극 홈(114)에서 상부 양극 바디(111)의 내주면 상으로 연장되는 제1 작동 가스 노즐(115)을 포함한다.
하부 양극(120)은 중공 원통 형상의 하부 양극 바디(121), 하부 양극 바디(121)의 상부에 형성되는 양극 연결부(122), 양극 연결부(122)의 상부에 완충 공간(126)을 형성하도록 소정 두께로 연장 형성되는 단턱부(123), 단턱부(123)의 내외주면을 관통 형성한 상태에서 스월 구조체(200)에서 작동 가스를 공급받는 제2 작동 가스 노즐(124), 하부 양극 바디(121) 내에 수직 방향을 따라 형성되는 냉각 유로(125)를 포함한다.
스월 구조체(200)는 상부 양극(110)의 제1 작동 가스 노즐(115)을 통해 작동 가스를 공급하게 하는 제1 스월 구조체(210) 및 하부 양극(120)의 제2 작동 가스 노즐(124)을 통해 작동 가스를 공급하게 하는 제2 스월 구조체(220)를 포함한다.
제1 스월 구조체(210)는 중공 원통 형상의 제1 스월 바디(211), 제1 스월 바디(211) 내에 수직 방향을 따라 형성되는 작동 가스 수직유로(212), 작동 가스 수직유로(212)의 상단에 연통되는 제1 작동 가스 충전부(213), 작동 가스 수직유로(212)의 하단에 수평 방향으로 연결된 상태에서 상부 양극(110)의 양극 홈(114)에 연통하는 작동 가스 수평유로(214), 제1 스월 바디(211) 내에 수직 방향을 따라 형성되는 냉각 유로(216) 및 냉각 유로(216)의 상단에 연통되는 냉각수 충전부(217)를 포함한다.
제2 스월 구조체(220)는 중공 원통 형상의 제2 스월 바디(221), 제2 스월 바디(221)의 상부에 형성되는 돌출부(222), 제2 스월 바디(221) 내에 수직 방향을 따라 형성되는 냉각 유로(223), 제2 스월 바디(221) 내에 반경 방향을 따라 상기 제2 스월 바디(221)의 내외면을 연결하도록 형성되는 제2 작동 가스 유로(224,225) 및 제2 스월 바디(221)의 하부에 형성되는 함몰부(226)를 포함한다.
상기 돌출부(222)는 제1 스월 구조체(210)와 제2 스월 구조체(220)가 상하로 결합된 상태에서, 제1 스월 구조체(210)의 냉각 유로(216)를 거친 냉각수가 제2 스월 구조체(220)의 냉각 유로(223)로 진입하기 전에 일시적으로 머무르는 공간을 제공하게 한다.
한편, 상기 함몰부(226)는 제2 스월 구조체(220)의 냉각 유로(223)를 거친 냉각수가 하부 양극(120)의 냉각 유로(125)로 진입하기 전에 일시적으로 머무르는 공간을 제공하게 한다.
상기 제2 작동 가스 유로(224,225)는 하부 양극(120)의 제2 작동 가스 노즐(124)에 연통되는 구조일 수 있다. 제2 작동 가스 유로(224,225)는 제2 스월 바디(221)의 외측면에서 반경 방향을 따라 내측으로 일정거리 연장되는 외측 유로(224) 및 외측 유로(224)에서 반경 방향을 따라 제2 스월 바디(221)의 내면까지 연장되는 내측 유로(225)를 포함한다.
상기와 같이, 제1,2 스월 구조체(210,220)를 통해 상,하부 양극(110,120)으로 각각 공급되는 작동 가스는 다단으로 이루어진 스월 구조체(200), 상하로 분리된 양극부(100) 및 스월 구조체(200)와 양극부(100) 간의 연결구조 등에 의해 선회(스월)운동을 하면서 플라즈마 발생부의 상부에서 하부로 이동하게 된다.
이하, 도 3 내지 도 6을 다시 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 플라즈마 발생부를 통한 작동 가스의 유동을 설명한다
본 발명에서는 음극부(10)와 양극부(100)를 둘러싸도록 배치되는 다단 스월 구조체(200)를 통해 작동 가스를 상하 2단으로 차등적으로 공급한다.
즉, 제1 스월 구조체(210)의 작동 가스 수직유로(212)와 상부 양극(110)의 제1 작동 가스 노즐(115)을 통해 작동 가스를 1차적으로 공급한다.
상기 1차적으로 공급된 작동 가스는 상부 양극(110)의 내측 상단을 통해 스월 공급된다.
다음으로는, 제2 스월 구조체(220)의 제2 작동 가스 유로(224,225) 및 하부 양극(120)의 제2 작동 가스 노즐(124)을 통해 작동 가스를 2차적으로 공급한다.
상기 2차적으로 공급된 작동 가스는 하부 양극(120)의 단턱부(123)에 형성된 제2 작동 가스 노즐(124)을 통해 하부 양극(120)의 상단 중앙으로 공급되고, 상기 상태에서 1차적으로 공급된 작동 가스를 통해 형성된 플라즈마 상에 공급되어 플라즈마의 형성을 지원한다. 즉, 상부 양극(110)과 하부 양극(120)의 사이에 배치된 완충 공간(126)으로 2차 작동 가스가 공급되어진다.
본 발명은 정전류 방식의 파워 서플라이에서 전원이 공급되는 경우에, 음극부(10)와 양극부(100) 간의 전극 간격에 의해 점화가 결정되고, 점화후 상하 다단으로 형성된 스월 구조물인 제1,2 스월 구조체(210,220) 각각에 작동 가스인 질소 가스를 적절히 공급하여 화염의 길이를 제어한다.
본 발명에서 화염 길이는 길수록 폐가스의 처리에 효과가 있는바, 종전 기술인 1단 스월 구조물에 작동 가스를 공급하는 방식에 비해 개선된 방식이다.
즉, 기존의 1단 스월에 비해 본 발명은 1.5~2배 이상 안정되고 길어진 화염 제어 특성을 보인다.
여기에서, 제1 스월 구조체(210)는 작동 가스 유량에 따른 압력 및 화염 길이 제어를 5~ 50LPM 이하로 유지하고, 제2 스월 구조체(220)는 작동 가스 유량에 따른 압력 및 화염 길이 제어를 10~100LPM 이하로 유지한다.
더불어, 냉각수(cooling Water)를 제1 스월 구조체(210), 제2 스월 구조체(220) 및 하부 양극(120)을 통해 연속적으로 유동하게 함으로써 냉각수를 원활하게 지속적으로 공급하여 플라즈마 방전시 발생되는 열로부터 전극을 보호한다.
한편, 플라즈마 발생부(1) 상에서 DC ARC 플라즈마를 이용하여 발생되는 아킹이 양극부(100)의 손상을 일으킬 수 있는바, 이를 위하여 하부 양극(120) 상에 자력체를 이용한 화염 제어로 Life Time을 향상할 수 있다. 즉, 하부 양극(120) 상에 플라즈마의 극성에 반대되는 극성의 자성을 갖는 자력체를 배치하여 척력을 작용하게 하여 구현할 수 있다.
구체적으로는, 하부 양극(120)을 이루는 하부 양극 바디(121) 상에 자력체를 위치하게 하고, 상기 자력체의 자속 방향의 자기장과 하부 양극 바디(121) 내부에 형성된 전류 성분의 원주 방향에 따른 로렌쯔힘을 이용하여 아크와 열플라즈마를 회전시킴으로써 전극의 수명을 연장할 수 있다.
한편, 상기 자력체가 열을 받으면 자성을 잃을 수 있는바, 쿨링 제어를 통해 자성을 잃지 않도록 함과 동시에 전극 수명을 연장할 수 있다. 상기 쿨링 제어는 하부 양극 바디(121) 내에 수직 방향을 따라 형성되는 복수의 냉각 유로(125) 사이에 자력체를 배치함으로써 냉각을 가능하게 한다.
이를 통해, 플라즈마 방전으로 인한 열 충격으로부터 양극부(100)를 보호하기 위해 워터 냉각을 실시하여 Life Time을 향상할 수 있다.
다음으로, 도 7 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따라 폐가스 처리 장치를 구성하는 스크러빙부의 구조 및 기능을 설명한다.
스크러빙부(3)는 상하부가 개방된 중공 원통 형상의 케이싱(310), 케이싱(310)의 내부 상측에 배치되는 제1 냉각 모듈(320), 케이싱(310)의 상부에 상기 제1 냉각 모듈(320)의 가장자리를 둘러싸는 구조로 배치되는 상부 커버(330), 케이싱(310)의 내부에 분리 가능하게 결합되는 제2 냉각 모듈(340), 케이싱(310)의 하부에 배치되는 하부 커버(350) 및 케이싱(310)의 개방된 하부 영역에 배치되는 차단 모듈(360)을 포함한다.
케이싱(310)은 외부 케이싱(311), 외부 케이싱(311)의 내측으로 이격 배치되는 내부 케이싱(315), 외부 케이싱(311)과 내부 케이싱(315)의 사이에 형성되는 공간인 냉각수 챔버(117) 및 내부 케이싱(315)의 내외면을 관통 형성되어 냉각수 챔버(117)와 케이싱(310)의 내부 공간을 연통하게 하는 챔버홀(116)을 포함한다. 상기 외부 케이싱(311) 상에는 냉각수 챔버(117) 내부로 냉각수의 공급을 가능하게 하도록 별도의 냉각수 공급구가 형성된다.
제1 냉각 모듈(320)은 케이싱(310)의 내부 상측에 배치되는 것으로서, 구체적으로는 내부 케이싱(315)의 상단 상에서 상부 커버(330)의 내측으로 위치한다.
제1 냉각 모듈(320)은 반응부(5)에서 폐가스와 플라즈마 가스 간의 열적 반응을 통해 상승된 온도를 1차적으로 저하하게 하는 기능을 하는 것으로서, 전체적으로는 내부 케이싱(315)의 상단 상에 소정 높이로 형성되는 링 형상의 구조체일 수 있다.
제1 냉각 모듈(320)은 그 하단 상에 반경 방향을 따라 가스 공급 노즐(322)이 홈 형성되고, 상기 가스 공급 노즐(322)은 제1 냉각 모듈(320)의 원주를 따라서 일정 간격으로 복수개가 배치되는 구조일 수 있다. 상기 구조 하에서, 제1 냉각 모듈(320)과 내부 케이싱(315)이 결합되는 경우에, 가스 공급 노즐(322)은 내부 케이싱(315)에 의해 그 하부가 밀폐되는 형태이다.
상기 복수의 가스 공급 노즐(322)은 상호 연통되는 구조일 수 있는데, 구체적으로는 제1 냉각 모듈(320)의 외면 하부 상에 복수의 가스 공급 노즐(322)의 입구단을 연결하도록 유로를 가공하는 형태일 수 있다.
제1 냉각 모듈(320)은 복수의 가스 공급 노즐(322)을 통해 제1 냉각 유체를 공급함으로써 스크러빙부(3)의 개방된 상부 영역에 가스막을 형성하게 한다. 구체적으로는 제1 냉각 유체로서 질소(N2)를 공급하여 질소 커튼막을 형성함으로써 기체 분자 및 파티클의 완충을 통해 균일하게 필터링을 실시한다.
상부 커버(330)는 제1 냉각 모듈(320)의 외측 가장자리 측으로 밀착 배치되는 링 형상의 커버 바디(331), 커버 바디(331)의 내외면을 관통 형성되어 외부의 가스 공급원과 가스 공급 노즐(322) 간을 연통하게 하는 가스 공급구(332)를 포함한다. 한편, 가스 공급구(332)의 내측단과 연통하도록 커버 바디(331)의 내주면 상에 가스 유로를 형성할 수 있다. 상기 커버 바디(331)의 내주면에 형성된 가스 유로는 복수의 가스 공급 노즐(322)의 입구단에 연통된다.
커버 바디(331)는 하단 가장자리에서 하부로 연장되는 걸림턱이 형성되어지고, 상기 걸림턱은 외부 케이싱(311)의 상단 외측에 걸리게 되는 결합 구조를 갖게 되어 안정적인 결합을 가능하게 한다. 커버 바디(331)의 상단은 제1 냉각 모듈(320)의 상단과 동일한 높이를 이룰 수 있다.
제2 냉각 모듈(340)은 내부 케이싱(315)의 내측면 상에 분리 가능하게 결합되어진 상태에서, 냉각수 챔버(117) 내에 저장된 냉각수를 공급받아 이를 내측으로 분사한다. 제2 냉각 모듈(340)은 제1 냉각 모듈(320)에서 하부 방향으로 소정거리 이격된 상태에서 복수개가 다단으로 배치될 수 있다.
제2 냉각 모듈(340)은 링 형상의 구조를 갖는 냉각 바디(341), 냉각 바디(341)의 내외면을 관통 형성되어 챔버홀(116)과 냉각 바디(341)의 내부 영역 간을 연통하게 하는 냉각수 공급 노즐(342), 냉각 바디(341)의 상단 상에서 내측으로 연장 형성되는 냉각수 가이드(345) 및 냉각 바디(341)의 외면 상에 형성되는 씰링홈(346)을 포함한다.
상기 냉각수 가이드(345)는 냉각수 공급 노즐(342)을 통해 내부 케이싱(315)의 내부로 분사되는 냉각수가 내부 케이싱(315)의 상단 측으로 유동하는 것을 방지하는 기능을 한다. 냉각수 가이드(345)는 냉각수의 안정적인 흐름을 유도하기 유도하기 위해 상부 측으로 볼록한 형상으로 이루어질 수 있다.
냉각수 공급 노즐(342)은 냉각 바디(341)의 외주면을 따라 복수개가 일정 간격으로 배치되고, 상기 복수의 냉각수 공급 노즐(342)의 입구단을 연통하게 하도록 상기 냉각 바디(341) 외주면 상에는 냉각수 완충 유로(343)를 형성할 수 있다.
제2 냉각 모듈(340)은 복수의 냉각수 공급 노즐(342)을 통해 제2 냉각 유체를 공급함으로써 스크러빙부(3)의 내부 영역으로 냉매를 스프레이 방식으로 공급한다. 구체적으로는 제2 냉각 유체로서 물을 공급하여 기체 분자 및 파티클의 쿨링 및 화학적 중화 반응을 실시한다. 또한, 상기의 급냉 과정을 통해 열적 유해 화합물린 질소 산화물의 발생을 저감한다.
하부 커버(350)는 제2 냉각 모듈(340)의 하단 가장자리 측으로 밀착 배치된다. 하부 커버(350)는 상단 가장자리에서 상부로 연장되는 걸림턱이 형성되어지고, 상기 걸림턱은 외부 케이싱(311)의 하단 외측에 걸리게 되는 결합 구조를 갖게 되어 안정적인 결합을 가능하게 한다.
차단 모듈(360)은 케이싱(310)의 개방된 하부 영역 상에 제2 냉각 모듈(340)의 하부 측에 배치된다.
차단 모듈(360)은 하부 커버(350)의 내부 중앙 영역 상에 위치하는 차단 부재(161) 및 차단 부재(161)의 외부면에서 외측 반경 방향으로 연장되어 하부 커버(350)의 내주면 상에 연결되는 연결 부재(163)를 포함한다.
차단 부재(161)는 플라즈마 발생부(1), 반응부(5) 및 스크러빙부(3)를 통해 반응하는 플라즈마로부터 발생된 직진성이 강한 각종 빛 및 열이 스크러빙부(3)의 하부를 통해 직접 방출되는 것을 차단하는 기능을 한다. 한편, 연결 부재(163)는 차단 부재(161)의 가장자리 외주면 상에 소정 간격을 갖도록 형성되고, 상기 연결 부재(163) 간에 형성된 공간을 통해 스크러빙부(3)에서 반응이 이루어진 가스들을 배출하게 한다.
상기와 같이, 스크러빙부(3)는 제1 냉각 유체를 통해 질소 커튼(N2 Curtain)을 1차적으로 형성하고, 제2 냉각 유체를 2차적으로 스프레이 공급하는 과정을 통해 기체 분자 및 파티클의 완충 및 냉각을 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라즈마 발생부를 갖는 폐가스 처리 장치는 음전극과 양전극 사이에 공급되는 작동 가스인 질소 가스를 전극 주위에 배치된 다단 스월 구조체를 통해 다단으로 공급함으로써 형성되는 화염의 길이를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 플라즈마 처리 가스의 급냉을 가능하게 하는 스크러빙부는 플라즈마와 폐가스 간의 반응이 이루어진 후에 형성된 플라즈마 처리 가스의 온도 저감을 효과적으로 관리하는 동시에 질소 산화물 등의 유해 결과물의 발생을 저감한다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 아크 방전을 통하여 화염을 발생시키고 유입된 작동 가스를 통해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(1);
    상기 플라즈마 발생부(1)로부터 이송된 플라즈마를 유입되는 폐가스와 혼합하여 처리하는 반응부(5); 및
    상기 반응부(5)에서 처리된 가스를 스크러빙하여 온도를 감소하게 하는 스크러빙부(3);를 포함하고,
    상기 플라즈마 발생부(1)는 다단 스월 구조체(200)를 통해 양극부(100) 상으로 다단으로 작동 가스를 공급하고,
    상기 스크러빙부(3)는 복수의 냉각 모듈을 통해 순차적으로 냉각 유체를 공급하여 냉각을 수행하는,
    아크 플라즈마 폐가스 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 발생부는, 음극부(10), 상기 음극부(10)의 하부 방향으로 이격 배치되는 양극부(100) 및 상기 음극부(10)와 양극부(100)를 둘러싸도록 배치되는 스월 구조체(200)를 포함하고,
    상기 양극부(100)는, 상기 음극부(10)의 하부 일부를 감싸는 형태로 배치되는 상부 양극(110) 및 상기 상부 양극(110)과의 사이에 작동 가스를 공급할 수 있는 공간이 형성된 상태에서 상기 상부 양극(110)의 하부 방향으로 결합되는 하부 양극(120)을 포함하고,
    상기 스월 구조체(200)는, 상기 상부 양극(110)에 형성된 제1 작동 가스 노즐(115)을 통해 작동 가스를 공급하게 하는 제1 스월 구조체(210) 및 상기 하부 양극(120)에 형성된 제2 작동 가스 노즐(124)을 통해 작동 가스를 공급하게 하는 제2 스월 구조체(220)를 포함하는,
    아크 플라즈마 폐가스 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 스월 구조체(220) 및 하부 양극(120)을 통해 공급된 작동 가스는 상기 상부 양극(110)과 하부 양극(120)의 사이에 배치된 완충 공간(126)으로 공급되는,
    아크 플라즈마 폐가스 처리 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크러빙부는,
    중공 원통 형상의 케이싱(310);
    상기 케이싱(310)의 내부 상측에 배치되는 제1 냉각 모듈(320);
    상기 제1 냉각 모듈(320)의 하부 측으로 상기 케이싱(310)의 내부에 분리 가능하게 결합되는 제2 냉각 모듈(340);을 포함하고,
    상기 제1 냉각 모듈(320)을 통해 상기 케이싱(310)으로 공급되는 제1 냉각 유체를 통해 상기 케이싱(310)의 상단 상에 형성된 커튼막 및 상기 제2 냉각 모듈(340)을 통해 공급되는 제2 냉각 유체를 통해 상기 커튼막의 하부 측으로 형성된 스프레이 영역을 통해 냉각을 수행하는,
    아크 플라즈마 폐가스 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 냉각 모듈(340)은 상기 제1 냉각 모듈(320)에서 하부 방향으로 소정거리 이격된 상태에서 복수개가 다단으로 배치되는,
    아크 플라즈마 폐가스 처리 장치.
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