KR20210061867A - 플라즈마 촉매 스크러버 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 목적은 복수 개의 플라즈마 반응기를 사용하여 분해할 대상가스의 처리 유량을 증대하는 플라즈마 촉매 스크러버를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버는, 플라즈마 반응으로 생성된 플라즈마 제트와 일측으로 유입되는 대상가스를 토출하는 복수의 플라즈마 반응기들, 상기 복수의 플라즈마 반응기들이 설치되고 상기 플라즈마 제트와 상기 대상가스로 형성되는 토출 기체의 유동 공간을 형성하는 바디, 및 상기 플라즈마 반응기들 반대측에서 상기 바디에 연결되어 상기 토출 기체에 접촉되어 촉매 반응으로 대상가스를 분해하는 촉매 반응기를 포함하며, 상기 복수의 플라즈마 반응기들은 상기 촉매 반응기의 평면을 향하는 방향(z축)에 대하여 경사각(θ)으로 경사지고, 상기 촉매 반응기의 평면 중심에서 일측으로 편심 배치된다.

Description

플라즈마 촉매 스크러버 {PLASMA AND CATALYST SCRUBBER}
본 발명은 플라즈마 촉매 스크러버에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 대용량의 과불화탄소(PFCs; perfluorocarbon)를 분해하는 플라즈마 촉매 스크러버에 관한 것이다.
알려진 바에 따르면, 플라즈마 스크러버는 많은 전력을 사용하면서 과불화탄소(PFCs; perfluorocarbon)를 분해하도록 구성되어 있다. 이로 하여, 대용량으로 규모를 크게(scale up) 하면서 하나의 플라즈마 발생기로 대응을 할 경우, 플라즈마 반응기에 부가되는 전류값이 과다하게 되어 과열로 인하여 전극이 손상된다. 이로 인하여, 플라즈마 반응기의 내구성이 저하된다.
따라서 플라즈마 촉매 스크러버는 대상가스의 처리 용량 증대를 위하여 플라즈마 반응기를 복수로 구비할 수 있다. 복수 개의 플라즈마 반응기들을 설치하여 대상가스의 유량을 분기 처리하여 개별 플라즈마 반응기의 부하 부담을 나누어 내구성을 증진시킬 필요가 있다.
본 발명의 목적은 복수 개의 플라즈마 반응기를 사용하여 분해할 대상가스의 처리 유량을 증대하는 플라즈마 촉매 스크러버를 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은 복수의 플라즈마 반응기의 부담을 경감하여 개별 플라즈마 반응기의 내구성을 증진시키는 플라즈마 촉매 스크러버를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버는, 플라즈마 반응으로 생성된 플라즈마 제트와 일측으로 유입되는 대상가스를 토출하는 복수의 플라즈마 반응기들, 상기 복수의 플라즈마 반응기들이 설치되고 상기 플라즈마 제트와 상기 대상가스로 형성되는 토출 기체의 유동 공간을 형성하는 바디, 및 상기 플라즈마 반응기들 반대측에서 상기 바디에 연결되어 상기 토출 기체에 접촉되어 촉매 반응으로 대상가스를 분해하는 촉매 반응기를 포함하며, 상기 복수의 플라즈마 반응기들은 상기 촉매 반응기의 평면을 향하는 방향(z축)에 대하여 경사각(θ)으로 경사지고, 상기 촉매 반응기의 평면 중심에서 일측으로 편심 배치된다.
상기 바디는 일측이 좁고 반대측으로 가면서 점진적으로 넓어지는 구조로 형성되며, 상기 플라즈마 반응기들은 상기 바디의 좁은 측에 설치되고, 상기 촉매 반응기는 상기 바디의 넓은 측에 연결될 수 있다.
상기 바디는 원뿔대로 형성되며, 상기 복수의 플라즈마 반응기들은 상기 원뿔대의 상단에서 상기 촉매 반응기의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되는 제1반응기, 상기 경사각(θ)을 가지고 상기 원뿔대의 측면 일측에 설치되는 제2반응기, 및 상기 제2반응기의 반대측 상기 원뿔대의 측면에 설치되는 제3반응기를 포함할 수 있다.
상기 제2반응기는 상기 원뿔대의 직경 방향에 대하여 직경에 교차하는 방향의 일측에 제1편심 간격(G1)으로 이격 배치되고, 상기 제3반응기는 상기 원뿔대의 직경 방향에 대하여 직경에 교차하는 방향에서 상기 제1편심 간격의 반대측에 제2편심 간격(G2)으로 이격 배치될 수 있다.
상기 제2반응기는 상기 측면의 경사 방향에 수직하는 제1방향으로 설치되고, 상기 제3반응기는 상기 측면의 경사 방향에 수직하는 제2방향으로 설치되며, 상기 제1방향과 상기 제2방향은 상기 촉매 반응기 상의 상기 유동 공간에서 상기 제1편심 간격(G1)과 상기 제2편심 간격(G2)을 합한 크기(G1+G2)로 이격되고, 상기 바디와 상기 촉매 반응기의 경계에서 서로 직교할 수 있다.
상기 제2반응기에서 토출되는 토출 가스와 상기 제3반응기에서 토출되는 토출 가스 각각의 최대범위는 상기 촉매 반응기의 평면을 기준으로 볼 때, 상기 제1반응기에서 토출되는 토출 가스의 최대범위에 포함될 수 있다.
상기 바디는 타원뿔대로 형성되며, 상기 복수의 플라즈마 반응기들은 상기 타원뿔대의 상단에서 상기 촉매 반응기의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되는 제1반응기, 상기 경사각을 가지고 상기 타원뿔대의 장축 일 측면에 설치되는 제2반응기, 및 상기 경사각을 가지고 상기 제2반응기의 반대측 상기 타원뿔대의 장축 다른 측면에 설치되는 제3반응기를 포함할 수 있다.
상기 제2반응기는 상기 타원뿔대의 장축 방향에 대하여 교차하는 단축 방향의 일측에 제1편심 간격(G21)으로 이격 배치되고, 상기 제3반응기는 상기 타원뿔대의 장착 방향에 대하여 교차하는 단축 방향에서 상기 제1편심 간격의 반대측에 제2편심 간격(G22)으로 이격 배치될 수 있다.
상기 제2반응기에서 토출되는 토출 가스와 상기 제3반응기에서 토출되는 토출 가스 각각의 최대범위는 상기 촉매 반응기의 평면을 기준으로 볼 때, 상기 제1반응기에서 토출되는 토출 가스의 최대범위에 포함되고, 상기 제2반응기와 상기 제3반응기는 상기 제1반응기의 최대범위 밖에 설치될 수 있다.
상기 바디는 원뿔대로 형성되며, 상기 복수의 플라즈마 반응기들은 상기 원뿔대의 상단에서 상기 촉매 반응기의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되는 제1반응기, 상기 경사각을 가지고 상기 원뿔대의 측면 일측에 설치되는 제2반응기, 상기 경사각을 가지고 상기 제2반응기와 원주 방향으로 120도 간격을 가지고 상기 원뿔대의 다른 측면에 설치되는 제3반응기, 및 상기 경사각을 가지고 상기 제3반응기와 원주 방향으로 120도 간격을 가지고 상기 원뿔대의 다른 측면에 설치되는 제4반응기를 포함할 수 있다.
상기 제2반응기, 상기 제3반응기 및 상기 제4반응기는 상기 촉매 반응기의 평면과 나란하면서 상기 원뿔대의 직경 방향에 대하여 교차각(θ3)을 가지고 설치될 수 있다.
상기 제2반응기에서 토출되는 토출 가스와 상기 제3반응기에서 토출되는 토출 가스 및 제4반응기에서 토출되는 토출 가스 각각의 최대범위는 상기 촉매 반응기의 평면을 기준으로 볼 때, 상기 제1반응기에서 토출되는 토출 가스의 최대범위에 포함될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 복수의 플라즈마 반응기들이 촉매 반응기의 평면을 향하는 방향(z축)에 대하여 경사각(θ)으로 경사지지고, 촉매 반응기의 평면 중심에서 일측으로 편심 배치되므로 촉매 반응기를 고르게 가열할 수 있다.
따라서 일 실시예는 분해할 대상가스의 처리 유량을 증대시킬 수 있고, 복수의 플라즈마 반응기들의 부담을 경감하여 개별 플라즈마 반응기들의 내구성을 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버의 단면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 1의 플라즈마 촉매 스크러버에서 플라즈마 반응기들에서 아크 제트의 분사와 반응공간에서 아크 제트의 유동을 도시한 작동 상태도이다.
도 4는 도 1의 플라즈마 촉매 스크러버에 적용되는 제1, 제2, 제3플라즈마 반응기들에서 토출되는 아크의 토출 범위를 도시하는 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버의 평면도이다.
도 6은 도 5의 플라즈마 촉매 스크러버에서 플라즈마 반응기들에서 아크 제트의 분사와 반응공간에서 아크 제트의 유동을 도시한 작동 상태도이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버의 평면도이다.
도 8은 도 7의 플라즈마 촉매 스크러버에서 플라즈마 반응기들에서 아크 제트의 분사와 반응공간에서 아크 제트의 유동을 도시한 작동 상태도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버의 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1실시예의 플라즈마 촉매 스크러버(1)는 복수의 플라즈마 반응기들(10), 바디(20) 및 촉매 반응기(30)를 포함한다.
플라즈마 촉매 스크러버(1)는 플라즈마 반응기들(10)에서 플라즈마 반응으로 생성된 플라즈마 제트와 외부에서 공급되는 대상가스를 바디(20)로 공급하고, 플라즈마 제트와 대상가스로 형성되는 토출 기체를 바디(20)에서 촉매 반응기(30)로 공급하여 촉매를 균일하게 가열함으로써 대상가스의 분해 처리 유량을 증대시킬 수 있도록 구성된다.
즉 플라즈마 촉매 스크러버(1)는 플라즈마 반응기들(10)과 촉매 반응기(30)로 반응부를 형성한다. 촉매 반응기(30)는 바디(20)를 통하여 복수의 플라즈마 반응기들(10)에 연통된다. 플라즈마 반응기들(10)은 균일한 온도 분포를 촉매 반응기(30)에 작용시킬 수 있도록 배치된다. 이로써, 복수의 플라즈마 반응기들(10)의 대상가스 처리 부담이 경감되어 개별 플라즈마 반응기들(10)의 내구성이 증진될 수 있다.
복수의 플라즈마 반응기들(10)은 플라즈마 반응으로 생성된 플라즈마 제트와 일측으로 유입되는 대상가스를 혼합하여 바디(20)로 토출하도록 구성된다. 복수의 플라즈마 반응기들(10)은 바디(20)에 설치된다. 바디(20)는 플라즈마 제트와 대상가스로 형성되는 토출 기체의 유동 공간(S)을 형성한다.
촉매 반응기(30)는 플라즈마 반응기들(10)의 반대측에서 바디(20)에 연결되어, 플라즈마 반응기들(10)에서 생성된 플라즈마 제트와 공급되는 대상가스로 바디(20)에서 형성되는 바디(20)에서 토출되는 토출 기체에 접촉되어 촉매 반응으로 대상가스 및 이에 포함된 과불화합물(PFCs)을 분해한다.
이들에 대하여 구체적으로 설명하면, 복수의 플라즈마 반응기들(10) 중 일부 반응기들은 촉매 반응기(30)의 평면(xy 평면)을 향하는 방향(z축 방향)에 대하여 경사각(θ)으로 경사지게 설치되고, 촉매 반응기(30)의 평면(xy 평면) 중심에서 일측으로 편심 하여 배치된다.
복수의 플라즈마 반응기들(10)은 고전압전극(11)과 접지전극으로 작용하는 하우징(12)을 포함한다. 고전압전극(11)과 하우징(12) 사이에서 플라즈마 반응으로 플라즈마 아크가 발생된다. 일례로써, 고전압전극(11)은 원기둥, 확장되는 원추대 및 축소되는 원추 구조의 이어짐으로 형성되고, 하우징(12)은 고전압전극(11)을 수용하는 원통 구조로 형성된다.
또한, 하우징(12)은 고전압전극(11)을 수용하는 내부면을 고전압전극(11)에서 멀어지면서 점진적으로 좁아지는 구조를 형성하여, 토출구(13)에서 최소 내경을 형성한다.
하우징(12)은 일측에 방전가스 공급부(14)를 구비하여 하우징(12) 내부의 고전압전극(11) 주위로 방전가스를 공급한다. 방전가스 공급부(14)는 고전압전극(11)의 원기둥 구조 측으로 방전가스를 공급한다.
하우징(12)은 전기적으로 접지된 상태에서 고전압전극(11)에 고전압(HV)이 인가되면, 서로의 사이에 설정되는 방전갭(G)에서 플라즈마 방전에 의한 플라즈마 아크를 일으켜 토출구(13)로 플라즈마 제트를 토출하게 된다.
하우징(12)에서 최소 내경의 토출구(13)는 바디(20) 내의 유동 공간(S)으로 토출 가스를 토출할 때, 토출 가스에 직진성을 부여하므로 xy 평면에서 필요로 하는 넓이 범위 내에 토출할 수 있게 한다.
방전갭(G)은 확장되는 원추대와 축소되는 원추 구조가 연결되는 부분과 하우징(12)의 대향측 사이에 형성된다. 고전압(HV)은 하우징(12)과 고전압전극(11) 사이에서 필요한 플라즈마 방전으로 플라즈마 아크를 발생시킬 수 있도록 설정된다.
하우징(12)은 일측에 대상가스 공급부(15)를 더 구비하여, 플라즈마 아크를 향하여 과불화합물(PFCs)을 포함하는 대상가스를 공급하도록 구성된다. 예를 들면, 대상가스 공급부(15)는 반도체 제조공정 및 디스플레이 제조공정에서 배출되는 과불화합물(PFCs)을 포함하는 공정가스를 공급한다.
일례로써, 바디(20)는 z축 방향에서 고전압전극(11)이 위치하는 상측이 좁고 반대인 하측으로 가면서 점진적으로 넓어지는 구조로 형성된다. 즉 바디(20)는 내부에 유동 공간(S)을 형성하는 원뿔대 또는 원뿔대에 원통을 연결하여 형성될 수 있다. 상대적으로 볼 때, 복수의 플라즈마 반응기들(10)은 바디(20)의 좁은 측에 설치되고, 촉매 반응기(30)는 바디(20)의 넓은 측에 연결된다.
일례로써, 원뿔대의 바디(20)에 설치되는 복수의 플라즈마 반응기들(10)은 제1반응기(101), 제2반응기(102) 및 제3반응기(103)를 포함한다. 제1반응기(101)는 원뿔대의 바디(20) 상단에서 촉매 반응기(30)의 평면(xy 평면)에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되어, 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S)으로 토출하게 된다.
이때, 제1반응기(101)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스는 분사각(θ1, 예를 들면, 40도)을 가지므로, 바디(20)의 내벽 및 촉매 반응기(30)의 내벽에 미치지 않도록 분사된다(도 3 및 도 4 참조).
도 3은 도 1의 플라즈마 촉매 스크러버에서 플라즈마 반응기들에서 아크 제트의 분사와 반응공간에서 아크 제트의 유동을 도시한 작동 상태도이고, 도 4는 도 1의 플라즈마 촉매 스크러버(1)에 적용되는 제1, 제2, 제3반응기들(101, 102, 103)에서 토출되는 플라즈마 제트와 대상가스의 토출 범위를 도시하는 측면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제2반응기(102)는 경사각(θ)을 가지고 원뿔대의 측면 일측 바디(20)에 설치되어 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S)으로 토출하게 된다. 제3반응기(103)는 제2반응기(102)의 반대측 원뿔대의 측면 바디(20)에 설치되어 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S)으로 토출하게 된다.
제2반응기(102)는 바디(20)에서 원뿔대의 직경 방향에 대하여 직경에 교차하는 방향의 일측에 제1편심 간격(G1)으로 이격 배치된다. 제3반응기(103)는 바디(20)에서 원뿔대의 직경 방향에 대하여 직경에 교차하는 방향에서 제1편심 간격(G1)의 반대측에 제2편심 간격(G2)으로 이격 배치된다.
제1, 제2편심 간격(G1, G2)은 중심에서 직경에 교차하는 반지름의 1/2지점까지 최대로 설정될 수 있다. 제1, 제2편심 간격(G1, G2)이 반지름 1/2을 초과하는 경우, 바디(20)의 유동 공간(S)으로부터 토출되는 토출 가스가 바디(20)의 내벽 및 촉매 반응기(30)의 내벽에 이를 수 있다.
제2반응기(102)는 바디(20)에서 원뿔대 측면의 경사 방향에 수직하는 제1방향으로 설치된다. 제3반응기(103)는 바디(20)에서 원뿔대 측면의 경사 방향에 수직하는 제2방향으로 설치된다. 제1방향과 상기 제2방향은 촉매 반응기(30) 상의 유동 공간(S)에서 제1편심 간격(G1)과 제2편심 간격(G2)을 합한 크기(G1+G2)로 이격되고, 바디(20)와 촉매 반응기(30)의 경계에서 서로 직교한다.
제2반응기(102)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA2) 및 제3반응기(103)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스를 최대범위(MA3)는 촉매 반응기(30)의 평면(xy 평면)을 기준으로 볼 때, 제1반응기(101)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA1)에 포함된다.
이때, 제2반응기(102)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스는 분사각(θ 1, 예를 들면, 40도)을 가지므로, 일측(도 4의 좌측)에서는 바디(20)의 내벽과 나란하게 분사되고, 반대측(도 4의 우측)에서는 바디(20)의 내벽 및 촉매 반응기(30)의 내벽에 미치지 않도록 분사된다.
제3반응기(103)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스는 분사각(θ1, 예를 들면, 40도)을 가지므로, 일측(도 4의 우측)에서는 바디(20)의 내벽과 나란하게 분사되고, 반대측(도 4의 좌측)에서는 바디(20)의 내벽 및 촉매 반응기(30)의 내벽에 미치지 않도록 분사된다.
즉 제2, 제3반응기(102, 103)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA2, MA3)는 바디(20)의 내벽 및 촉매 반응기(30)의 내벽에 미치지 않으면서 제1, 제2편심 간격(G1, G2)에 의하여 바디(20) 내에서 서로 회전하면서 제1반응기(101)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서 플라즈마 제트에 의한 바디(20)의 내벽 및 촉매 반응기(30) 내벽의 부식이 방지될 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3반응기(101, 102, 103)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스가 유동 공간(S) 내에서 균일하게 혼합되면서 xy평면에 대하여 균일한 온도 분포를 가지는 토출 가스를 형성한다.
바디(20)에서 토출되는 균일한 온도 분포의 토출 기체는 촉매 반응기(30)를 균일한 온도 분포로 가열시키고 분해할 대상가스의 처리 유량을 증대시킬 수 있다. 따라서 복수의 플라즈마 반응기들(10)의 부담이 경감되어 개별 반응기들, 즉 제1, 제2, 제3반응기(101, 102, 103)의 내구성이 증진될 수 있다.
다시 도 1 및 도 4를 참조하면, 촉매 반응기(30)는 유동 공간(S) 측에 가이드 촉매(31)를 더 구비한다. 가이드 촉매(31)는 촉매 반응기(30)의 전방에 구비되어, 바디(20)의 유동 공간(S)으로부터 토출되는 토출 가스의 고열을 직접 받음으로써 촉매 반응기(30)를 고열로부터 보호하고, 촉매 반응기의 온도 분포를 더욱 균일하게 할 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1실시예 및 기 설명된 실시예들과 비교하여 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성들에 대 설명을 기재한다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버의 평면도이고, 도 6은 도 5의 플라즈마 촉매 스크러버에서 플라즈마 반응기들에서 아크 제트의 분사와 반응공간에서 아크 제트의 유동을 도시한 작동 상태도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제2실시예의 플라즈마 촉매 스크러버(2)에서, 바디(220)는 내부에 유동 공간(S2)을 형성하는 타원뿔대로 형성된다. 타원뿔대에 설치되는 복수의 플라즈마 반응기들(210)은 제1반응기(211), 제2반응기(212) 및 제3반응기(213)를 포함한다.
제1반응기(211)는 타원뿔대의 바디(220) 상단에서 촉매 반응기(미도시)의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되어 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S2)으로 토출하게 된다. 이때 촉매 반응기는 바디(220)의 타원뿔대에 대응하는 타원으로 형성될 수도 있다.
제2반응기(212)는 경사각을 가지고 타원뿔대의 장축 일 측면 바디(220)에 설치되어 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S2)으로 토출하게 된다. 제3반응기(213)는 경사각을 가지고 제2반응기(212)의 반대측 타원뿔대의 장축 다른 측면 바디(220)에 설치되어 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S2)으로 토출하게 된다.
제2반응기(212)는 바디(220)에서 타원뿔대의 장축 방향에 대하여 교차하는 단축 방향의 일측에 제1편심 간격(G21)으로 이격 배치된다. 제3반응기(213)는 바디(220)에서 타원뿔대의 장착 방향에 대하여 교차하는 단축 방향에서 제1편심 간격(G21)의 반대측에 제2편심 간격(G22)으로 이격 배치된다.
제2반응기(212)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA22) 및 제3반응기(213)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스를 최대범위(MA22)는 촉매 반응기의 평면(xy 평면)을 기준으로 볼 때, 제1반응기(211)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA21)에 포함된다. 이를 위하여, 제2, 제3반응기(212, 213)는 제1반응기(211)의 최대범위(MA21) 밖에 설치되어 플라즈마 제트 및 대상가스를 토출한다.
제2, 제3반응기(212, 213)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA22, MA23)는 바디(220)의 내벽 및 촉매 반응기의 내벽에 미치지 않으면서 제1, 제2편심 간격(G21, G22)에 의하여 바디(220) 내에서 서로 회전하면서 제1반응기(211)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서 플라즈마 제트에 의한 바디(220)의 내벽 및 촉매 반응기 내벽의 부식이 방지될 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3반응기(211, 212, 213)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스가 유동 공간(S2) 내에서 균일하게 혼합되면서 xy평면에 대하여 균일한 온도 분포를 가지는 토출 가스를 형성한다.
바디(220)에서 토출되는 균일한 온도 분포의 토출 가스는 촉매 반응기를 균일한 온도 분포로 가열시키고 분해할 대상가스의 처리 유량을 증대시킬 수 있다. 따라서 복수의 플라즈마 반응기들(210)의 부담이 경감되어 개별 반응기들, 즉 제1, 제2, 제3반응기(211, 212, 213)의 내구성이 증진될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 플라즈마 촉매 스크러버의 평면도이고, 도 8은 도 7의 플라즈마 촉매 스크러버에서 플라즈마 반응기들에서 아크 제트의 분사와 반응공간에서 아크 제트의 유동을 도시한 작동 상태도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제3실시예의 플라즈마 촉매 스크러버(3)에서, 바디(320)는 내부에 유동 공간(S3)을 형성하는 원뿔대로 형성된다. 원뿔대에 설치되는 복수의 플라즈마 반응기들(310)은 제1반응기(311), 제2반응기(312), 제3반응기(313) 및 제4반응기(314)를 포함한다.
제1반응기(311)는 원뿔대의 바디(320) 상단에서 촉매 반응기(미도시)의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되어, 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S3)으로 토출하게 된다.
제2반응기(312)는 z축 방향에 대하여 경사각을 가지고 원뿔대의 측면 일측 바디(320)에 설치되어, 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S3)으로 토출하게 된다.
제3반응기(313)는 z축 방향에 대하여 경사각을 가지고 제2반응기(312)와 원주 방향으로 120도 간격을 가지고 원뿔대의 다른 측면 바디(320)에 설치되어, 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S3)으로 토출하게 된다.
제4반응기(314)는 축 방향에 대하여 경사각을 가지고 제3반응기(313)와 원주 방향으로 120도 간격을 가지고 원뿔대의 다른 측면 바디(320)에 설치되어, 플라즈마 제트와 대상가스를 유동 공간(S3)으로 토출하게 된다.
제2반응기(312), 제3반응기(313) 및 제4반응기(314)는 촉매 반응기의 xy 평면과 나란하면서 원뿔대의 직경 방향에 대하여 교차각(θ3)을 가지고, 즉 120도로 설치된다.
제2반응기(312)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA32), 제3반응기(313)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스를 최대범위(MA33), 및 제4반응기(314)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스를 최대범위(MA34)는 촉매 반응기(미도시)의 평면(xy 평면)을 기준으로 볼 때, 제1반응기(311)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA21)에 포함된다.
제2, 제3, 제4반응기(312, 313, 314)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스의 최대범위(MA32, MA33, MA34)는 바디(320)의 내벽 및 촉매 반응기의 내벽에 미치지 않으면서 교차각(θ3)에 의하여 바디(320) 내에서 서로 회전하면서 제1반응기(3111)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스와 균일하게 혼합될 수 있다. 따라서 플라즈마 제트에 의한 바디(320) 내부의 부식이 방지될 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3, 제4반응기(311, 312, 313, 314)에서 토출되는 플라즈마 제트 및 대상가스가 유동 공간(S3) 내에서 균일하게 혼합되면서 xy평면에 대하여 균일한 온도 분포를 가지는 토출 가스를 형성한다.
바디(320)에서 토출되는 균일한 온도 분포의 토출 가스는 촉매 반응기를 균일한 온도 분포로 가열시키고 분해할 대상가스의 처리 유량을 증대시킬 수 있다. 따라서 복수의 플라즈마 반응기들(310)의 부담이 경감되어 개별 반응기들, 즉 제1, 제2, 제3, 제4반응기(311, 312, 313, 314)의 내구성이 증진될 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니고 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2, 3: 플라즈마 촉매 스크러버 10, 210, 310: 플라즈마 반응기
11: 고전압전극 12: 하우징
13: 토출구 14: 방전가스 공급부
15: 대상가스 공급부 20, 220, 320: 바디
30: 촉매 반응기 31: 가이드 촉매
101, 211, 311: 제1반응기 102, 212, 312: 제2반응기
103, 213, 313: 제3반응기 314: 제4반응기
G: 방전갭 G1, G21: 제1편심 간격
G2, G22: 제2편심 간격 MA1, MA21, M31: 최대범위
MA2, MA22, M32: 최대범위 MA3, MA23, M33: 최대범위
M34: 최대범위 S, S2, S3: 유동 공간
θ: 경사각 θ1: 분사각
θ3: 교차각

Claims (12)

  1. 플라즈마 반응으로 생성된 플라즈마 제트와 일측으로 유입되는 대상가스를 토출하는 복수의 플라즈마 반응기들;
    상기 복수의 플라즈마 반응기들이 설치되고 상기 플라즈마 제트와 상기 대상가스로 형성되는 토출 기체의 유동 공간을 형성하는 바디; 및
    상기 플라즈마 반응기들 반대측에서 상기 바디에 연결되어 상기 토출 기체에 접촉되어 촉매 반응으로 대상가스를 분해하는 촉매 반응기
    를 포함하며,
    상기 복수의 플라즈마 반응기들은
    상기 촉매 반응기의 평면을 향하는 방향(z축)에 대하여 경사각(θ)으로 경사지고,
    상기 촉매 반응기의 평면 중심에서 일측으로 편심 배치되는 플라즈마 촉매 스크러버.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바디는
    일측이 좁고 반대측으로 가면서 점진적으로 넓어지는 구조로 형성되며,
    상기 플라즈마 반응기들은
    상기 바디의 좁은 측에 설치되고,
    상기 촉매 반응기는
    상기 바디의 넓은 측에 연결되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 바디는
    원뿔대로 형성되며,
    상기 복수의 플라즈마 반응기들은
    상기 원뿔대의 상단에서 상기 촉매 반응기의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되는 제1반응기,
    상기 경사각(θ)을 가지고 상기 원뿔대의 측면 일측에 설치되는 제2반응기, 및
    상기 제2반응기의 반대측 상기 원뿔대의 측면에 설치되는 제3반응기
    를 포함하는 플라즈마 촉매 스크러버.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2반응기는
    상기 원뿔대의 직경 방향에 대하여 직경에 교차하는 방향의 일측에 제1편심 간격(G1)으로 이격 배치되고,
    상기 제3반응기는
    상기 원뿔대의 직경 방향에 대하여 직경에 교차하는 방향에서 상기 제1편심 간격의 반대측에 제2편심 간격(G2)으로 이격 배치되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2반응기는
    상기 측면의 경사 방향에 수직하는 제1방향으로 설치되고,
    상기 제3반응기는
    상기 측면의 경사 방향에 수직하는 제2방향으로 설치되며,
    상기 제1방향과 상기 제2방향은
    상기 촉매 반응기 상의 상기 유동 공간에서 상기 제1편심 간격(G1)과 상기 제2편심 간격(G2)을 합한 크기(G1+G2)로 이격되고,
    상기 바디와 상기 촉매 반응기의 경계에서 서로 직교하는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2반응기에서 토출되는 토출 가스와 상기 제3반응기에서 토출되는 토출 가스 각각의 최대범위는
    상기 촉매 반응기의 평면을 기준으로 볼 때,
    상기 제1반응기에서 토출되는 토출 가스의 최대범위에 포함되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 바디는
    타원뿔대로 형성되며,
    상기 복수의 플라즈마 반응기들은
    상기 타원뿔대의 상단에서 상기 촉매 반응기의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되는 제1반응기,
    상기 경사각을 가지고 상기 타원뿔대의 장축 일 측면에 설치되는 제2반응기, 및
    상기 경사각을 가지고 상기 제2반응기의 반대측 상기 타원뿔대의 장축 다른 측면에 설치되는 제3반응기
    를 포함하는 플라즈마 촉매 스크러버.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2반응기는
    상기 타원뿔대의 장축 방향에 대하여 교차하는 단축 방향의 일측에 제1편심 간격(G21)으로 이격 배치되고,
    상기 제3반응기는
    상기 타원뿔대의 장착 방향에 대하여 교차하는 단축 방향에서 상기 제1편심 간격의 반대측에 제2편심 간격(G22)으로 이격 배치되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2반응기에서 토출되는 토출 가스와 상기 제3반응기에서 토출되는 토출 가스 각각의 최대범위는
    상기 촉매 반응기의 평면을 기준으로 볼 때,
    상기 제1반응기에서 토출되는 토출 가스의 최대범위에 포함되고,
    상기 제2반응기와 상기 제3반응기는
    상기 제1반응기의 최대범위 밖에 설치되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 바디는
    원뿔대로 형성되며,
    상기 복수의 플라즈마 반응기들은
    상기 원뿔대의 상단에서 상기 촉매 반응기의 평면에 수직으로 향하는 방향(z축)으로 설치되는 제1반응기,
    상기 경사각을 가지고 상기 원뿔대의 측면 일측에 설치되는 제2반응기,
    상기 경사각을 가지고 상기 제2반응기와 원주 방향으로 120도 간격을 가지고 상기 원뿔대의 다른 측면에 설치되는 제3반응기, 및
    상기 경사각을 가지고 상기 제3반응기와 원주 방향으로 120도 간격을 가지고 상기 원뿔대의 다른 측면에 설치되는 제4반응기
    를 포함하는 플라즈마 촉매 스크러버.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2반응기, 상기 제3반응기 및 상기 제4반응기는
    상기 촉매 반응기의 평면과 나란하면서 상기 원뿔대의 직경 방향에 대하여 교차각(θ3)을 가지고 설치되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2반응기에서 토출되는 토출 가스와 상기 제3반응기에서 토출되는 토출 가스 및 제4반응기에서 토출되는 토출 가스 각각의 최대범위는
    상기 촉매 반응기의 평면을 기준으로 볼 때,
    상기 제1반응기에서 토출되는 토출 가스의 최대범위에 포함되는
    플라즈마 촉매 스크러버.
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