KR20230000606A - Microwave plasma torch device with vortex generator - Google Patents

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KR20230000606A KR1020210082907A KR20210082907A KR20230000606A KR 20230000606 A KR20230000606 A KR 20230000606A KR 1020210082907 A KR1020210082907 A KR 1020210082907A KR 20210082907 A KR20210082907 A KR 20210082907A KR 20230000606 A KR20230000606 A KR 20230000606A
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Abstract

The present invention relates to a microwave plasma torch device equipped with a vortex generator. More specifically, the present invention provides the microwave plasma torch device equipped with the vortex generator that reforms high-temperature steam or carbon dioxide into hydrogen and carbon monoxide by reacting with a hydrocarbon body. The microwave plasma torch device equipped with the vortex generator comprises: a gas reaction part; a vortex generating part; a microwave waveguide; an ignition part; and a reaction gas supply part.

Description

와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치 {MICROWAVE PLASMA TORCH DEVICE WITH VORTEX GENERATOR}Microwave plasma torch device with vortex generator {MICROWAVE PLASMA TORCH DEVICE WITH VORTEX GENERATOR}

본 발명은 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고온 수증기 또는 이산화탄소를 탄화수소체와 반응시켜 수소 및 일산화탄소로 개질하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microwave plasma torch device equipped with a vortex generator, and more particularly, to a microwave plasma torch device equipped with a vortex generator for reforming high-temperature steam or carbon dioxide into hydrogen and carbon monoxide by reacting with hydrocarbons. .

플라즈마 토치는 여러 반응 물질을 고열을 이용하여, 유해 가스처리, 합성가스 생산, 이산화탄소 제거 등 다양한 분야에 널리 이용되고 있는 기술이다. A plasma torch is a technology that is widely used in various fields such as hazardous gas treatment, syngas production, and carbon dioxide removal by using high heat for various reactants.

플라즈마 토치는 일반적으로 두 전극 사이에서 플라즈마 아크 칼럼(Plasma Arc Column)을 생성, 유지하는 장치이다. A plasma torch is generally a device that generates and maintains a plasma arc column between two electrodes.

이러한 플라즈마 토치는 크게 직류아크토치와 유도결합플라즈마토치, 축전결합고주파토치 등이 있다. These plasma torches include a DC arc torch, an inductively coupled plasma torch, and a capacitive coupled high frequency torch.

직류아크토치는 두 전극 사이에 직접 전기장을 걸어주는 방식으로 한정된 전극 수명으로 인해 전극 교체로 인한 번거로움과 전극 교체 비용이 추가적으로 발생한다. The direct current arc torch is a method of applying an electric field directly between two electrodes, and due to the limited lifespan of the electrode, the inconvenience and cost of electrode replacement are additionally generated.

또한 수십~수만 암페어의 아크 전류를 공급해야 하여, 전력공급기의 비용 증가와 전력 낭비 등으로 인해 플라즈마 발생을 위해 초기 비용이 높고, 유지 보수비용이 증가한다. In addition, since an arc current of tens to tens of thousands of amperes must be supplied, the initial cost for plasma generation is high and the maintenance cost is increased due to the increase in the cost of the power supply and the waste of power.

유도결합플라즈마토치와 축전결합고주파토치는 열효율이 40∼50％ 수준으로 효율이 낮으며, 이로 인해 플라즈마 발생 크기가 작고 생성을 위한 비용이 높은 단점이 있다. The inductively coupled plasma torch and the capacitively coupled high frequency torch have a low thermal efficiency of 40 to 50%, and as a result, the plasma generation size is small and the cost for generation is high.

이를 개선하기 위해 전자파를 이용하여 플라즈마를 발생하는 마이크로웨이브 플라즈마 토치가 제시되었다. In order to improve this, a microwave plasma torch that generates plasma using electromagnetic waves has been proposed.

마이크로웨이브 플라즈마 토치는 전자파인 마이크로파웨이브를 전송하는 도파관 내를 방전관이 관통하고, 도파관 내로 전송 및 반사되는 마이크로웨이브에 의해 방전관 내에 강한 전기장이 발생된다. In the microwave plasma torch, a discharge tube passes through a waveguide that transmits microwaves, which are electromagnetic waves, and a strong electric field is generated in the discharge tube by microwaves transmitted and reflected into the waveguide.

이러한 전기장은 방전관에 주입된 가스에 플라즈마를 발생시켜 플라즈마 화학반응을 이용하여 가스를 개질하는 장치이다. This electric field is a device that generates plasma in the gas injected into the discharge tube and reforms the gas using a plasma chemical reaction.

이러한 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치는 메탄 등의 탄화수소체, 스팀 등을 이용하여 개질반응시켜 수소 및 일산화탄소, 이산화탄소 등의 가스 생성에 있어 다른 개질반응 방식과 비교하여 높은 수소 생성효율을 제공하기 때문에 널리 이용되고 있다This microwave plasma torch device is widely used because it provides high hydrogen production efficiency compared to other reforming reaction methods in producing hydrogen and gases such as carbon monoxide and carbon dioxide by reforming reaction using hydrocarbons such as methane, steam, etc. there is

이러한 개질 가스를 만들기 위해서는 메탄, 스팀, 일산화탄소 및 이산화탄소등 개질 가스에 따라 다양한 몰비(H2/CO)가 필요하다.In order to make such a reformed gas, various molar ratios (H 2 /CO) are required depending on the reformed gas such as methane, steam, carbon monoxide and carbon dioxide.

CH4+H2O -> CO+3H2 ΔH=206kJ/molCH 4 +H 2 O -> CO+3H 2 ΔH=206 kJ/mol

CH4+CO2 -> 2CO+2H2 ΔH=247kJ/molCH 4 +CO 2 -> 2CO+2H 2 ΔH=247kJ/mol

상기 개질 가스를 만들기 위해서는 석탄, 석유, 천연가스, 바이오매스, 유기화합물질의 폐기물들로부터도 만들어지고 있으나, 저렴하며, 풍부한 자원으로 천연가스를 일반적으로 사용하고 있다. In order to make the reformed gas, it is also made from wastes of coal, petroleum, natural gas, biomass, and organic compounds, but natural gas is generally used as an inexpensive and abundant resource.

천연가스를 이용하는 합성가스를 제조하는 기술에는, 메탄의 스팀 개질(습식 개질), 메탄의 부분 산화(Partial Oxidation), 메탄의 이산화탄소 개질(건식 개질) 및, 상기 메탄의 스팀 개질과 이산화탄소 개질의 조합된 방식을 이용할 수 있으며, 이러한 가스 개질에 있어 마이크로웨이브 플라즈마는 경제성이 높은 개질 방법중 하나로, 개질 효율 및 에너지 사용 효율을 높이는 것이 생산 원가에 큰 영향을 준다. Technologies for producing syngas using natural gas include steam reforming of methane (wet reforming), partial oxidation of methane, carbon dioxide reforming of methane (dry reforming), and a combination of steam reforming and carbon dioxide reforming of methane In this gas reforming, microwave plasma is one of the reforming methods with high economic efficiency, and increasing the efficiency of reforming and energy use greatly affects the production cost.

기존의 마이크로웨이브 플라즈마 토치는 토치 내의 온도 구배가 중심부의 온도가 약 6,500K으로 가장 높고, 화염 주변부로 갈수록 1,500~2,000K의 수준으로 급격히 낮아져, 열에너지 활용 효율이 낮은 문제가 있다. In the conventional microwave plasma torch, the temperature gradient in the center of the torch is the highest at about 6,500K, and rapidly decreases to a level of 1,500 to 2,000K toward the periphery of the flame, resulting in low thermal energy utilization efficiency.

한국등록특허 [10-1437440]에서는 전자파 플라즈마 토치가 개시되어 있다.Korean Patent Registration [10-1437440] discloses an electromagnetic wave plasma torch.

한국등록특허 [10-1437440](등록일자: 2014년08월28일)Korean Registered Patent [10-1437440] (registration date: August 28, 2014)

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 반응장치 내에서 생성되는 플라즈마와 내부로 주입되는 플라즈마 소스 가스 및 반응 가스의 원활한 혼합을 통해, 고온 수증기 또는 이산화탄소를 탄화수소체와 반응시켜 수소 및 일산화탄소로 개질하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치를 제공하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to smoothly mix the plasma generated in the plasma reactor with the plasma source gas and the reaction gas injected into the high temperature steam Alternatively, to provide a microwave plasma torch device equipped with a vortex generator for reforming carbon dioxide into hydrogen and carbon monoxide by reacting with hydrocarbons.

본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned purposes, and other objects not mentioned above will be clearly understood by those skilled in the art from the description below. .

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치는, 양 측이 개구되고 내부공간이 형성되며, 개구된 일측으로 플라즈마 소스 가스가 유입되고, 내부공간에서 상기 플라즈마 소스 가스와 반응가스의 개질반응에 의해 개질가스가 생성되며, 개구된 타측으로 개질가스가 유출되는 가스반응부(100); 상기 가스반응부(100)의 개구된 일측에 구비되며, 플라즈마 소스 가스를 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하되 와류형태로 공급하는 와류발생부(200); 마이크로웨이브 에너지를 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하는 마이크로웨이브도파로(300); 상기 가스반응부(100) 내부에 구비되며, 플라즈마 소스 가스를 점화시키는 점화부(400); 및 반응가스를 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하는 반응가스공급부(500); 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.A microwave plasma torch device equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is opened on both sides and formed with an internal space, and the plasma source gas is introduced into one side of the opening , a gas reaction unit 100 in which a reformed gas is generated by a reforming reaction between the plasma source gas and the reaction gas in an internal space, and the reformed gas is discharged to the other side of the opening; a vortex generating unit 200 provided at one side of the opening of the gas reaction unit 100 and supplying plasma source gas to the inner space of the gas reaction unit 100 in a vortex form; a microwave waveguide 300 supplying microwave energy to the inner space of the gas reaction unit 100; An ignition unit 400 provided inside the gas reaction unit 100 and igniting a plasma source gas; and a reaction gas supply unit 500 supplying reaction gas to the inner space of the gas reaction unit 100; It may be characterized by including.

또한, 상기 와류발생부(200)는 와류 발생시 와류를 빠른 속도로 보내기 위해 플라즈마 소스 가스 유입구에서 배출구로 갈수로 작아지는 구조로 형성된 와류발생본체(210); 및 와류발생본체(210) 내벽면에 블레이드를 형성하여, 플라즈마 소스 가스의 와류를 형성하는 와류블레이드(220);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the vortex generating unit 200 includes a vortex generating body 210 formed in a structure that decreases in number from the plasma source gas inlet to the outlet in order to send the vortex at a high speed when the vortex is generated; and a vortex blade 220 forming a vortex of the plasma source gas by forming blades on an inner wall surface of the vortex generating body 210 .

또, 상기 와류블레이드(220)는 기체 압력 및 와류 정도에 따라 회전을 주기 위한 블레이드 각도를 상기 와류발생본체(210)의 내벽면 중심축방향에 대해 일정 각도 경사지도록 형성하는 것을 특징으로 한다.In addition, the vortex blade 220 is characterized in that the blade angle for giving rotation according to the gas pressure and the degree of vortex is formed to be inclined at a certain angle with respect to the central axis direction of the inner wall surface of the vortex generating body 210.

또한, 상기 점화부(400)는 마이크로웨이브도파로(300)의 종단으로부터 관내 파장의 1/2~1/8 사이에서 마이크로웨이브도파로(300)을 수직하게 관통하도록 설치하는 것을 특징으로 한다.In addition, the ignition unit 400 is characterized in that it is installed to vertically penetrate the microwave waveguide 300 between 1/2 and 1/8 of the wavelength inside the tube from the end of the microwave waveguide 300.

또, 상기 반응가스공급부(500)는 반응가스가 유입되는 반응가스유입부(510); 상기 가스반응부(100)의 개질반응이 이루어지는 부분의 측벽에 인접하여 구비되어, 상기 가스반응부(100)에서 발생된 열로 상기 반응가스의 온도를 상승시키는 반응가스열교환부(520); 및 상기 반응가스열교환부(520)를 통과한 상기 반응가스를 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 유출시키는 반응가스유출부(530);를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the reaction gas supply unit 500 includes a reaction gas inlet 510 into which reaction gas is introduced; A reaction gas heat exchanger 520 provided adjacent to a sidewall of a portion of the gas reaction unit 100 where a reforming reaction takes place to increase the temperature of the reaction gas with heat generated in the gas reaction unit 100; and a reaction gas outlet 530 for discharging the reaction gas passing through the reaction gas heat exchanger 520 into the inner space of the gas reaction unit 100.

또한, 상기 반응가스유출부(530)는 상기 가스반응부(100) 측으로 갈수록 통로(단면적)가 좁아지는 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the reaction gas outlet 530 is characterized in that it is formed in a form in which the passage (cross-sectional area) becomes narrower toward the gas reaction part 100 side.

또, 상기 반응가스유출부(530)는 복수 개 형성되며, 상기 가스반응부(100) 중심을 기준으로 동심원 형태로 배치되되, 나선형 구조로 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the reactive gas outlet 530 is formed in plurality, and is arranged in a concentric circle shape based on the center of the gas reactive unit 100, characterized in that it is provided in a spiral structure.

아울러, 상기 반응가스유출부(530)는 가스반응부의 와류에 따라 상기 플라즈마 소스 가스의 진행 방향에 75도 ~ 105도로 분사 방향이 정해진 것을 특징으로 한다.In addition, the reaction gas outlet 530 is characterized in that the spraying direction is set at 75 degrees to 105 degrees in the direction of the plasma source gas according to the vortex of the gas reaction part.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치에 의하면, 플라즈마 소스 가스의 와류화를 통해 마이크로웨이브 플라즈마 크기 및 반응 가스의 혼합을 균일하게 하여 가스 개질 효율을 증대시킬수 있는 효과가 있다.According to the microwave plasma torch apparatus equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention, the effect of increasing the gas reforming efficiency by uniformizing the mixing of the microwave plasma size and the reaction gas through vortexing of the plasma source gas there is

또한, 벤투리관형 노즐 구조를 적용하여, 반응 가스 개질에 최적인 분사 속도와 혼합의 균일도를 높여 가스 개질 효율을 증대시킬수 있으며, 안정적인 플라즈마 화학 반응을 만들 수 있는 효과가 있다.In addition, by applying a venturi tube-type nozzle structure, the gas reforming efficiency can be increased by increasing the uniformity of mixing and the spraying speed optimal for reforming the reactive gas, and there is an effect of creating a stable plasma chemical reaction.

아울러, 반응가스열교환부의 구성으로 가스반응부에서 버려지는 열에너지를 재활용하여 에너지 활용성을 높이고, 과열로 인한 가스 반응부 외벽의 손상을 보호하여 유지 보수비용의 절감하는 효과가 있다. In addition, the configuration of the reaction gas heat exchanger increases energy utilization by recycling thermal energy discarded from the gas reaction unit, and reduces maintenance costs by protecting the outer wall of the gas reaction unit from overheating.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 개념도.
도 2는 도 1의 와류발생부의 다양한 실시예를 보여주는 개념도.
도 3은 도 1의 반응가스유출부 개수의 다양한 실시예를 보여주는 개념도.
도 4는 도 1의 반응가스유출부 분사 방향의 다양한 실시예를 보여주는 개념도.1 is a conceptual diagram of a microwave plasma torch apparatus equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram showing various embodiments of the vortex generator of Figure 1;
3 is a conceptual diagram showing various embodiments of the number of reaction gas outlets of FIG. 1;
4 is a conceptual view showing various embodiments of a reaction gas outlet spraying direction of FIG. 1;

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, process, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, processes, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, they should not be interpreted in ideal or excessively formal meanings. don't

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor appropriately uses the concept of terms in order to explain his/her invention in the best way. Based on the principle that it can be defined, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical spirit of the present invention. In addition, unless there is another definition in the technical terms and scientific terms used, they have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs, and the gist of the present invention is described in the following description and accompanying drawings. Descriptions of well-known functions and configurations that may be unnecessarily obscure are omitted. The drawings introduced below are provided as examples to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the present invention may be embodied in other forms without being limited to the drawings presented below. Also, like reference numerals denote like elements throughout the specification. It should be noted that like elements in the drawings are indicated by like numerals wherever possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 개념도이고, 도 2는 도 1의 와류발생부의 다양한 실시예를 보여주는 개념도이며, 도 3은 도 1의 반응가스유출부 개수의 다양한 실시예를 보여주는 개념도이고, 도 4는 도 1의 반응가스유출부 분사 방향의 다양한 실시예를 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a microwave plasma torch apparatus equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram showing various embodiments of the vortex generator of FIG. 1, and FIG. 3 is a reaction gas of FIG. It is a conceptual diagram showing various embodiments of the number of outlets, and FIG. 4 is a conceptual diagram showing various embodiments of spray directions of the reaction gas outlet of FIG. 1 .

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치는 가스반응부(100), 와류발생부(200), 마이크로웨이브도파로(300), 점화부(400) 및 반응가스공급부(500)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a microwave plasma torch device having a vortex generator according to an embodiment of the present invention includes a gas reaction unit 100, a vortex generator 200, a microwave waveguide 300, an ignition unit 400 and a reaction gas supply unit 500.

가스반응부(100)는 양 측이 개구되고 내부공간이 형성되며, 개구된 일측으로 플라즈마 소스 가스가 유입되고, 내부공간에서 상기 플라즈마 소스 가스와 반응가스의 개질반응에 의해 개질가스가 생성되며, 개구된 타측으로 개질가스가 유출된다.Both sides of the gas reaction unit 100 are opened and an inner space is formed, a plasma source gas is introduced into one side of the opening, and a reformed gas is generated by a reforming reaction between the plasma source gas and the reaction gas in the inner space, The reformed gas is discharged to the other side of the opening.

상기 가스반응부(100)는 와류 플라즈마가 생성공급되어 개질가스 반응을 하는 장소이다.The gas reaction unit 100 is a place where vortex plasma is generated and supplied to react with the reforming gas.

상기 플라즈마 소스 가스는 메탄(CH4) 등의 탄화수소체 가스가 될 수 있고, 상기 반응가스는 스팀(2H2O), 이산화탄소(CO2) 등 탄화수소체와 반응하여 수소 생산이 가능한 가스가 될 수 있다.The plasma source gas may be a hydrocarbon gas such as methane (CH 4 ), and the reaction gas may be a gas capable of producing hydrogen by reacting with hydrocarbons such as steam (2H 2 O) and carbon dioxide (CO 2 ). there is.

예를 들어, CH4+CO2 -> 2CO+2H2 ΔH=247kJ/mol 반응에 의해 개질할 경우, 메탄(CH4)이 플라즈마 소스 가스가 되고, 이산화탄소(CO2)가 반응가스가 되며, 일산화탄소(CO)와 수소(H2)가 개질가스가 된다.For example, when reforming by the CH 4 +CO 2 -> 2CO+2H 2 ΔH=247kJ/mol reaction, methane (CH 4 ) becomes the plasma source gas and carbon dioxide (CO 2 ) becomes the reaction gas, Carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) become the reforming gas.

와류발생부(200)는 상기 가스반응부(100)의 개구된 일측에 구비되며, 플라즈마 소스 가스를 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하되 와류형태로 공급한다.The vortex generating unit 200 is provided on one side of the open side of the gas reaction unit 100, and supplies the plasma source gas to the inner space of the gas reaction unit 100 in the form of a vortex.

즉, 상기 와류발생부(200)는 플라즈마 소스 가스를 와류형태로 공급한다.That is, the vortex generator 200 supplies the plasma source gas in the form of a vortex.

이는, 개질반응이 일어나는 구간에서의 중심부와 외곽부의 온도 교환을 높여 플라즈마 소스 가스와 반응가스의 화학반응을 높이기 위함이다.This is to increase the chemical reaction between the plasma source gas and the reaction gas by increasing the temperature exchange between the center and the outer portion in the section where the reforming reaction occurs.

이를 위해, 와류 형태가 장기간 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.For this purpose, it is desirable to ensure that the vortex form is made for a long period of time.

다시 말해, 개질반응이 일어나는 구간에서 와류를 유지시키면, 중심부와 외부와의 열교환을 빠르게하며, 플라즈마 소스 가스와 반응가스를 균일하게 혼합하여 화학반응 효율을 높이게 된다. In other words, if the vortex is maintained in the section where the reforming reaction occurs, heat exchange between the center and the outside is accelerated, and the plasma source gas and the reaction gas are uniformly mixed to increase the chemical reaction efficiency.

마이크로웨이브도파로(300)는 마이크로웨이브 에너지를 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급한다.The microwave waveguide 300 supplies microwave energy to the inner space of the gas reaction unit 100 .

마이크로웨이브 발생기에서 발생한 전자파(마이크로웨이브 에너지)는 마이크로웨이브도파로(300)를 통해 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급된다. Electromagnetic waves (microwave energy) generated by the microwave generator are supplied to the inner space of the gas reaction unit 100 through the microwave waveguide 300.

상기 마이크로웨이브 에너지가 와류형태로 공급된 상기 플라즈마 소스 가스에 도달하면 플라즈마가 발생하며, 이를 와류형 마이크로웨이브 플라즈마라 한다.When the microwave energy reaches the plasma source gas supplied in a vortex form, plasma is generated, which is referred to as vortex type microwave plasma.

이렇게 발생된 와류형 마이크로웨이브 플라즈마는 상기 가스반응부(100)에 공급되고, 상기 가스반응부(100)에 다른 경로로 공급된 반응가스와 상기 가스반응부(100) 내부공간에서 플라즈마 화학반응을 통해 가스 개질된다. The vortex type microwave plasma generated in this way is supplied to the gas reaction unit 100, and the reaction gas supplied to the gas reaction unit 100 through another path and the plasma chemical reaction in the internal space of the gas reaction unit 100 through gas reforming.

플라즈마를 발생시키기 위해서 10MHz~10GHz 대역의 전자(마이크로웨이브 에너지)를 상기 마이크로웨이브도파로(300)를 통해 상기 가스반응부(100) 내부 공간에 공급할 수 있다. In order to generate plasma, electrons (microwave energy) in a band of 10 MHz to 10 GHz may be supplied to the inner space of the gas reaction unit 100 through the microwave waveguide 300 .

점화부(400)는 상기 가스반응부(100) 내부에 구비되며, 플라즈마 소스 가스를 점화시킨다.The ignition unit 400 is provided inside the gas reaction unit 100 and ignites the plasma source gas.

상기 점화부(400)는 방전관을 포함할 수 있다.The ignition unit 400 may include a discharge tube.

상기 점화부(400)는 방전관 부근에 상기 플라즈마 소스 가스와 상기 마이크로웨이브 에너지서 만나 플라즈마가 발생한다.The ignition unit 400 generates plasma by meeting the plasma source gas and the microwave energy near the discharge tube.

점화부(400)는 마이크로웨이브도파로(300)의 종단에 관통하여 위치하는 관형상의 방전관 내에서 마이크로웨이브 에너지가 위치하는 영역에 해당된다. 이러한 경우 방전관은 마이크로웨이브도파로(300)을 수직으로 관통할 수 있다.The ignition unit 400 corresponds to a region in which microwave energy is located in a tubular discharge tube located through the end of the microwave waveguide 300. In this case, the discharge tube may pass through the microwave waveguide 300 vertically.

반응가스공급부(500)는 반응가스를 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급한다.The reaction gas supply unit 500 supplies the reaction gas to the inner space of the gas reaction unit 100 .

상기 반응가스공급부(500)는 와류형 마이크로웨이브 플라즈마에 반응가스를 혼합시킨다.The reaction gas supply unit 500 mixes the reaction gas into the vortex type microwave plasma.

이때, 와류형 마이크로웨이브 플라즈마와 반응가스가 균일하게 혼합되도록 하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to uniformly mix the vortex-type microwave plasma and the reaction gas.

이를 위해, 반응가스가 분사되는 속도가 빠르게 하여 와류가 지속적으로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.To this end, it is preferable to continuously maintain the vortex by increasing the spraying speed of the reaction gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치는 상기 가스반응부(100)의 내부는 일측에서 타측방향을 향해, 와류 형태의 플라즈마 소스 가스가 존재하는 구간, 와류형 마이크로웨이브 플라즈마가 존재하는 구간, 개질반응이 일어나는 구간 순으로 형성되도록 할 수 있다.In the microwave plasma torch device equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention, the inside of the gas reaction unit 100 is directed from one side to the other, a section in which a vortex-type plasma source gas exists, a vortex-type micro It can be formed in the order of the section where the wave plasma exists and the section where the reforming reaction takes place.

이를 위해, 상기 가스반응부(100)를 기준으로 다른 구성의 위치를 설명하면, 가스반응부(100)의 개구된 일측에 와류발생부(200)가 위치하고, 이후, 마이크로웨이브도파로(300)와 점화부(400)가 위치하고, 이후 반응가스공급부(500)의 반응가스 공급부위가 위치하도록 할 수 있다.To this end, when explaining the position of the other configuration based on the gas reaction unit 100, the vortex generating unit 200 is located on one side of the open side of the gas reaction unit 100, and then, the microwave waveguide 300 and After the ignition unit 400 is located, the reaction gas supply part of the reaction gas supply unit 500 may be located.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 와류발생부(200)는 가스반응부(100)의 내부공간 중심선을 기준으로 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.The vortex generating unit 200 of the microwave plasma torch apparatus equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention may be characterized in that it is positioned relative to the center line of the inner space of the gas reaction unit 100.

상기 와류발생부(200)는 상기 플라즈마 소스 가스를 와류형태로 만들기 위한 구성으로, 가스반응부(100)의 중심선을 기준으로 플라즈마 소스 가스 공급부에 위치하도록 하는 것이, 균일한 와류 형성에 유리하여, 기체들의 균등한 혼합이 가능하도록 하기 때문이다. The vortex generating unit 200 is configured to make the plasma source gas into a vortex form, and it is advantageous to form a uniform vortex to be located in the plasma source gas supply unit based on the center line of the gas reaction unit 100, This is because it enables uniform mixing of gases.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 와류발생부(200)는 와류 발생시 와류를 빠른 속도로 보내기 위해 플라즈마 소스 가스 유입구에서 배출구로 갈수로 작아지는 구조로 형성된 와류발생본체(210) 및 와류발생본체(210) 내벽면에 블레이드를 형성하여, 플라즈마 소스 가스의 와류를 형성하는 와류블레이드(220)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 2, the vortex generator 200 of the microwave plasma torch device having a vortex generator according to an embodiment of the present invention moves the vortex from the inlet to the outlet of the plasma source gas to send the vortex at a high speed when the vortex is generated. It may be characterized in that it includes a vortex generating body 210 formed in a structure that becomes smaller as the number of years and a vortex blade 220 for forming a vortex of the plasma source gas by forming a blade on the inner wall surface of the vortex generating body 210 .

상기 와류발생본체(210)를 테이퍼진 형태로 형성하는 것은 통로가 점점 축소되도록 하여 벤츄리효과(Venturi dffdct)에 의해 유속이 빨라지도록 하기 위함이다.Forming the vortex generating body 210 in a tapered shape is to increase the flow rate by the Venturi effect (Venturi dffdct) by gradually reducing the passage.

이는 와류를 빠른 속도로 내보내기 위함이다.This is to send out the vortex at a high speed.

상기 와류블레이드(220)는 상기 와류발생본체(210)의 내벽면에 고정된다.The vortex blade 220 is fixed to the inner wall surface of the vortex generating body 210 .

상기 와류블레이드(220)는 블로워(Blower)의 날개 형상으로 형성될 수 있다.The swirl blade 220 may be formed in the shape of a wing of a blower.

상기 와류블레이드(220)는 다수개가 설치될 수 있다. 와류블레이드(220)의 수는 2~50개 사이에서 선택하는 것이 바람직하다.A plurality of the swirl blades 220 may be installed. The number of swirl blades 220 is preferably selected from 2 to 50.

도 2의 (a)는 와류블레이드(220)가 2 개 구비된 예를 보여주는 것이고, (b)는 와류블레이드(220)가 3 개 구비된 예를 보여주는 것이며, (c)는 와류블레이드(220)가 4 개 구비된 예를 보여주는 것이고, (d)는 와류블레이드(220)가 5 개 구비된 예를 보여주는 것이다.2 (a) shows an example in which two swirl blades 220 are provided, (b) shows an example in which three swirl blades 220 are provided, and (c) shows an example in which swirl blades 220 are provided. Shows an example with 4, and (d) shows an example with 5 swirl blades 220.

상기 와류발생본체(210)와 와류블레이드(220)는 고정된 형태로, 와류를 발생시키는데 추가적인 동력을 필요로 하지 않는다.The vortex generating body 210 and the vortex blade 220 are fixed and do not require additional power to generate vortex.

즉, 상기 플라즈마 소스 가스가 상기 와류블레이드(220)와 와류발생본체(210)를 통과하면서 와류가 발생된다.That is, a vortex is generated while the plasma source gas passes through the vortex blade 220 and the vortex generating body 210 .

상기에서 와류발생부(200)가 고정된 형태의 예를 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 블로워(Blower)를 이용하는 등 와류를 발생시킬 수 있다면 다양한 실시가 가능함은 물론이다.Although the vortex generator 200 has been exemplified in a fixed form above, the present invention is not limited thereto, and various implementations are possible as long as vortexes can be generated, such as using a blower.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 와류블레이드(220)는 기체 압력 및 와류 정도에 따라 회전을 주기 위한 블레이드 각도를 상기 와류발생본체(210)의 내벽면 중심축방향에 대해 일정 각도 경사지도록 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.The vortex blade 220 of the microwave plasma torch device equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention sets the blade angle for rotation according to the gas pressure and the degree of vortex at the center of the inner wall surface of the vortex generating body 210 It may be characterized in that it is formed to be inclined at a certain angle with respect to the axial direction.

상기 와류블레이드(220)는 상기 와류발생본체(210)의 내벽면에서 와류발생본체(210)의 중심축방향에 편심된 형태로 돌출되도록 할 수 있다.(도 2 참조)The vortex blade 220 may protrude from the inner wall surface of the vortex generating body 210 in an eccentric shape in the direction of the central axis of the vortex generating body 210 (see FIG. 2).

상기에서, 와류블레이드(220)의 형태와 관련된 예들 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 상기 플라즈마 소스 가스가 상기 와류발생부(200)를 통과하면서 와류가 발생가능한 형태라면 다양한 실시가 가능함은 물론이다.In the above, examples related to the shape of the vortex blade 220 have been given, but the present invention is not limited thereto, and various implementations are possible if the plasma source gas can generate vortex while passing through the vortex generating unit 200 Of course.

본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 점화부(400)는 마이크로웨이브도파로(300)의 종단으로부터 관내 파장의 1/2~1/8 사이에서 마이크로웨이브도파로(300)을 수직하게 관통하도록 설치하는 것을 특징으로 할 수 있다.The ignition unit 400 of the microwave plasma torch device equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention is a microwave waveguide between 1/2 and 1/8 of the wavelength in the tube from the end of the microwave waveguide 300 ( 300) may be characterized in that it is installed to vertically penetrate.

최고의 효율을 위해 마이크로웨이브도파로(300)의 종단으로부터 공급하는 파장의 1/4 위치에 점화부(400)가 설치되는 것이 바람직하다.For the highest efficiency, it is preferable that the ignition unit 400 be installed at a 1/4 position of the wavelength supplied from the end of the microwave waveguide 300.

와류 형태의 플라즈마 소스 가스는 마이크로웨이브도파로(300)를 통해 기 설정된 주파수의 마이크로웨이브를 공급받아 점화부(400)에서 와류형 마이크로웨이브 플라즈마를 생성한다.The vortex-type plasma source gas is supplied with microwaves of a preset frequency through the microwave waveguide 300 and generates vortex-type microwave plasma in the ignition unit 400 .

본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 반응가스공급부(500)는 반응가스가 유입되는 반응가스유입부(510), 상기 가스반응부(100)의 개질반응이 이루어지는 부분의 측벽에 인접하여 구비되어, 상기 가스반응부(100)에서 발생된 열로 상기 반응가스의 온도를 상승시키는 반응가스열교환부(520), 및 상기 반응가스열교환부(520)를 통과한 상기 반응가스를 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 유출시키는 반응가스유출부(530)를 포함할 수 있다.The reaction gas supply unit 500 of the microwave plasma torch apparatus equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention is a reaction gas inlet unit 510 into which the reaction gas is introduced, and the reforming reaction of the gas reaction unit 100 A reaction gas heat exchange unit 520 provided adjacent to a sidewall of the portion formed and raising the temperature of the reaction gas with the heat generated in the gas reaction unit 100, and the reaction gas heat exchange unit 520 passing through the It may include a reaction gas outlet 530 for discharging the reaction gas into the inner space of the gas reaction unit 100 .

상기 반응가스열교환부(520)는 가스반응부(100)에서 발생된 열로 상기 반응가스를 예열(Pre Heating)하는 구성으로, 상기 가스반응부(100)의 개질반응이 일어나는 구간의 내측벽에 인접하도록 구비되는 것이 바람직하다.The reaction gas heat exchanger 520 is configured to pre-heat the reaction gas with the heat generated in the gas reaction unit 100, and is adjacent to the inner wall of the section where the reforming reaction of the gas reaction unit 100 occurs. It is preferable to be provided to do so.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 반응가스유출부(530)는 상기 가스반응부(100) 측으로 갈수록 통로(단면적)가 좁아지는 형태로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 3, the reaction gas outlet 530 of the microwave plasma torch device equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention has a narrow passage (cross-sectional area) toward the gas reaction unit 100 It may be characterized in that it is formed in a losing shape.

상기 반응가스유출부(530)는 반응가스를 상기 가스반응부(100)에 분사시키는 노즐 역할을 한다.The reaction gas outlet 530 serves as a nozzle for spraying reaction gas to the gas reaction unit 100 .

가스반응부(100) 측으로 갈수록 통로(단면적)가 좁아지는 형태로 형성된 반응가스유출부(530)는, 유체의 이동 경로를 따라 살펴보면, 유체가 반응가스유출부(530)를 통과하면서 통로가 점점 축소되었다가 가스반응부(100) 내부로 유입되면서 통로가 확대되는 형상으로, 상기 반응가스를 가스반응부(100) 내부로 분사하는 순간 벤츄리효과에 의해 유체의 분사 속도를 더욱 빠르게 할 수 있다.Looking along the moving path of the fluid, the reaction gas outlet 530 formed in a form in which the passage (cross-sectional area) becomes narrower toward the gas reaction section 100 side, the passage gradually becomes smaller as the fluid passes through the reaction gas outlet 530. In a shape in which the passage is expanded while being reduced and then introduced into the gas reaction unit 100, the injection speed of the fluid can be further increased by the Venturi effect at the moment when the reaction gas is injected into the gas reaction unit 100.

즉, 가스반응부(100) 측으로 갈수록 통로(단면적)가 좁아지는 형태로 형성된 반응가스유출부(530)는 반응가스를 와류형 마이크로웨이브 플라즈마에 빠른 속도로 혼합되도록 할 수 있다. 이후, 반응가스와 플라즈마 소스 가스는 화학반응을 통해 개질가스로 변경되어 유출구로 유출 된다. That is, the reaction gas outlet 530 formed in a form in which the passage (cross-sectional area) becomes narrower toward the gas reaction unit 100 can allow the reaction gas to be mixed with the vortex type microwave plasma at high speed. Thereafter, the reaction gas and the plasma source gas are changed into a reforming gas through a chemical reaction and discharged through the outlet.

와류형 마이크로웨이브 플라즈마는 와류 형태를 오래 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 반응가스유출부(530)를 상기 가스반응부(100) 측으로 갈수록 통로(단면적)가 좁아지는 형태로 형성되도록 하여 와류 형태가 더욱 오래 지속되도록 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the vortex type microwave plasma maintains a vortex shape for a long time. To this end, it is preferable to form the reaction gas outflow part 530 in a form in which the passage (cross-sectional area) becomes narrower toward the gas reaction part 100 so that the vortex form lasts longer.

즉, 와류형 마이크로웨이브 플라즈마는 와류 형태를 유지하며 상기 반응가스유출부(530)에 도달하게 되고, 이후 상기 반응가스유출부(530)로부터 공급되는 반응가스에 의해 와류 형태를 유지하는 힘히 더해지도록 하는 것이 바람직하다.That is, the vortex-type microwave plasma reaches the reaction gas outlet 530 while maintaining a vortex shape, and then the reaction gas supplied from the reaction gas outlet 530 adds force to maintain the vortex shape It is desirable to do

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 반응가스유출부(530)는 복수 개 형성되며, 상기 가스반응부(100) 중심을 기준으로 동심원 형태로 배치되되, 나선형 구조로 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 3, a plurality of reaction gas outlets 530 of the microwave plasma torch device equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention are formed, based on the center of the gas reaction unit 100 Doedoe arranged in the form of a concentric circle, it may be characterized in that it is provided with a spiral structure.

상기 반응가스유출부(530)는 상기 가스반응부(100)의 내벽에 복수 개 형성될 수 있다. 즉, 반응가스를 분사하는 노즐이 복수 개 형성될 수 있다.A plurality of reaction gas outlets 530 may be formed on the inner wall of the gas reaction unit 100 . That is, a plurality of nozzles spraying the reaction gas may be formed.

도 3의 (a)는 반응가스유출부(530)가 2 개 형성된 예를 보여주는 것이고, (b)는 반응가스유출부(530)가 3 개 형성된 예를 보여주는 것이며, (c)는 반응가스유출부(530)가 4 개 형성된 예를 보여주는 것이다.3 (a) shows an example in which two reaction gas outlets 530 are formed, (b) shows an example in which three reaction gas outlets 530 are formed, and (c) shows an example in which the reaction gas outlets 530 are formed. It shows an example in which four parts 530 are formed.

상기 반응가스가 상기 반응가스유출부(530)를 지날 때 와류가 형성되도록 반응가스유출부(530)의 통로 형상이 굴곡지도록 형성(도 3 (a), (b), (c)참조)하는 것이 바람직하다.Forming the passage shape of the reaction gas outlet 530 to be curved so that a vortex is formed when the reaction gas passes through the reaction gas outlet 530 (see FIG. 3 (a), (b), (c)) it is desirable

이를 위해, 상기 반응가스유출부(530)의 통로 형상이 나선형 구조로 굴곡지도록 형성될 수 있다.To this end, the passage shape of the reaction gas outlet 530 may be formed to be curved in a spiral structure.

즉, 상기 반응가스가 회전하며 분사되어 와류형 마이크로웨이브 플라즈마에 와류형으로 균일하게 혼합되도록 함과 동시에 와류가 더욱 강하게 형성될 수 있다.That is, the reaction gas is rotated and sprayed so that it is uniformly mixed with the vortex type microwave plasma in a vortex shape, and at the same time, the vortex can be formed more strongly.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치의 반응가스유출부(530)는 가스반응부의 와류에 따라 상기 플라즈마 소스 가스의 진행 방향에 75도 ~ 105도 사이에서 분사 방향이 정해진 것을 특징으로 할 수 있다.As shown in FIG. 4, the reaction gas outlet 530 of the microwave plasma torch apparatus equipped with a vortex generator according to an embodiment of the present invention is 75 in the direction of movement of the plasma source gas according to the vortex of the gas reaction unit. It may be characterized in that the spraying direction is determined between degrees and 105 degrees.

와류를 형성하는 힘이 가장 강하게 하고자 한다면, 상기 반응가스유출부(530)의 분사 방향이 상기 플라즈마 소스 가스의 진행 방향에 수직(90도)(도 4의 (a) 참조)하게 형성되도록 할 수 있다.If the force for forming the vortex is to be the strongest, the spraying direction of the reaction gas outlet 530 can be formed perpendicularly (90 degrees) to the moving direction of the plasma source gas (see (a) in FIG. 4). there is.

와류를 형성하는 힘이 약해지더라도 플라즈마 소스 가스의 진행방향으로 향하는 힘을 강하게 하고자 한다면, 상기 반응가스유출부(530)의 분사 방향이 상기 플라즈마 소스 가스의 진행 방향에 75도(도 4의 (b) 참조)로 형성되도록 할 수 있다.Even if the force forming the vortex is weakened, if it is desired to increase the force directed in the moving direction of the plasma source gas, the spraying direction of the reaction gas outlet 530 is 75 degrees to the moving direction of the plasma source gas ((FIG. 4) b)).

와류를 형성하는 힘과 플라즈마 소스 가스의 진행방향으로 향하는 힘이 약해지더라도 와류형 마이크로웨이브 플라즈마와 반응가스의 혼합이 잘 되도록 하고자 한다면, 상기 반응가스유출부(530)의 분사 방향이 상기 플라즈마 소스 가스의 진행 방향에 105도(도 4의 (c) 참조)로 형성되도록 할 수 있다.Even if the force forming the vortex and the force directed in the direction of the plasma source gas are weakened, if it is desired to ensure that the vortex-type microwave plasma and the reaction gas are well mixed, the spray direction of the reaction gas outlet 530 is the plasma source It may be formed at an angle of 105 degrees (see (c) in FIG. 4) to the direction of gas flow.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다. The present invention is not limited to the above embodiments, and the scope of application is diverse, and various modifications and implementations are possible without departing from the gist of the present invention claimed in the claims.

100: 가스반응부
200: 와류발생부
210: 와류발생본체
220: 와류블레이드
300: 마이크로웨이브도파로
400: 점화부
500: 반응가스공급부
510: 반응가스유입부
520: 반응가스열교환부
530: 반응가스유출부100: gas reaction unit
200: vortex generating unit
210: vortex generating body
220: Vortex blade
300: microwave waveguide
400: ignition unit
500: reaction gas supply unit
510: reaction gas inlet
520: reaction gas heat exchange unit
530: reaction gas outlet

Claims (8)

양 측이 개구되고 내부공간이 형성되며, 개구된 일측으로 플라즈마 소스 가스가 유입되고, 내부공간에서 상기 플라즈마 소스 가스와 반응가스의 개질반응에 의해 개질가스가 생성되며, 개구된 타측으로 개질가스가 유출되는 가스반응부(100);
상기 가스반응부(100)의 개구된 일측에 구비되며, 플라즈마 소스 가스를 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하되 와류형태로 공급하는 와류발생부(200);
마이크로웨이브 에너지를 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하는 마이크로웨이브도파로(300);
상기 가스반응부(100) 내부에 구비되며, 플라즈마 소스 가스를 점화시키는 점화부(400); 및
반응가스를 가스반응부(100) 내부 공간으로 공급하는 반응가스공급부(500);
를 포함하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
Both sides are opened and an inner space is formed, a plasma source gas is introduced into one side of the opening, a reformed gas is generated by a reforming reaction between the plasma source gas and a reaction gas in the inner space, and a reformed gas is introduced to the other side of the opening. Outflow gas reaction unit 100;
a vortex generating unit 200 provided at one side of the opening of the gas reaction unit 100 and supplying plasma source gas to the inner space of the gas reaction unit 100 in a vortex form;
a microwave waveguide 300 supplying microwave energy to the inner space of the gas reaction unit 100;
An ignition unit 400 provided inside the gas reaction unit 100 and igniting a plasma source gas; and
a reaction gas supply unit 500 supplying reaction gas to the inner space of the gas reaction unit 100;
Microwave plasma torch device equipped with a vortex generator comprising a.
 제1항에 있어서,
상기 와류발생부(200)는
와류 발생시 와류를 빠른 속도로 보내기 위해 플라즈마 소스 가스 유입구에서 배출구로 갈수로 작아지는 구조로 형성된 와류발생본체(210); 및
와류발생본체(210) 내벽면에 블레이드를 형성하여, 플라즈마 소스 가스의 와류를 형성하는 와류블레이드(220);
를 포함하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 1,
The vortex generating unit 200
A vortex generating body 210 formed in a structure in which the number of vortices decreases from the inlet of the plasma source gas to the outlet in order to send the vortex at a high speed when the vortex is generated; and
A vortex blade 220 forming a vortex of the plasma source gas by forming a blade on the inner wall surface of the vortex generating body 210;
Microwave plasma torch device equipped with a vortex generator comprising a.
 제2항에 있어서,
상기 와류블레이드(220)는
기체 압력 및 와류 정도에 따라 회전을 주기 위한 블레이드 각도를 상기 와류발생본체(210)의 내벽면 중심축방향에 대해 일정 각도 경사지도록 형성하는 것을 특징으로 하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 2,
The vortex blade 220 is
A microwave plasma torch device equipped with a vortex generator, characterized in that the blade angle for giving rotation according to the gas pressure and the degree of vortex is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the central axis direction of the inner wall surface of the vortex generating body 210.
 제1항에 있어서,
상기 점화부(400)는
마이크로웨이브도파로(300)의 종단으로부터 관내 파장의 1/2~1/8 사이에서 마이크로웨이브도파로(300)을 수직하게 관통하도록 설치하는 것을 특징으로 하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 1,
The ignition unit 400
A microwave plasma torch device with a vortex generator, characterized in that installed so as to vertically penetrate the microwave waveguide 300 between 1/2 and 1/8 of the wavelength in the tube from the end of the microwave waveguide 300.
 제1항에 있어서,
상기 반응가스공급부(500)는
반응가스가 유입되는 반응가스유입부(510);
상기 가스반응부(100)의 개질반응이 이루어지는 부분의 측벽에 인접하여 구비되어, 상기 가스반응부(100)에서 발생된 열로 상기 반응가스의 온도를 상승시키는 반응가스열교환부(520); 및
상기 반응가스열교환부(520)를 통과한 상기 반응가스를 상기 가스반응부(100) 내부 공간으로 유출시키는 반응가스유출부(530);
를 포함하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 1,
The reaction gas supply unit 500
a reaction gas inlet 510 into which reaction gas flows;
A reaction gas heat exchanger 520 provided adjacent to a sidewall of a portion of the gas reaction unit 100 where a reforming reaction takes place to increase the temperature of the reaction gas with heat generated in the gas reaction unit 100; and
a reaction gas outlet 530 for discharging the reaction gas passing through the reaction gas heat exchanger 520 into an inner space of the gas reaction unit 100;
Microwave plasma torch device equipped with a vortex generator comprising a.
 제5항에 있어서,
상기 반응가스유출부(530)는
상기 가스반응부(100) 측으로 갈수록 통로(단면적)가 좁아지는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 5,
The reaction gas outlet 530 is
A microwave plasma torch device with a vortex generator, characterized in that formed in a form in which the passage (cross-sectional area) becomes narrower toward the gas reaction unit 100.
 제5항에 있어서,
상기 반응가스유출부(530)는
복수 개 형성되며, 상기 가스반응부(100) 중심을 기준으로 동심원 형태로 배치되되, 나선형 구조로 구비된 것을 특징으로 하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 5,
The reaction gas outlet 530 is
A microwave plasma torch device with a vortex generator, characterized in that it is formed in a plurality, and arranged in a concentric circle shape with respect to the center of the gas reaction unit 100, provided in a spiral structure.
 제5항에 있어서,
상기 반응가스유출부(530)는
가스반응부의 와류에 따라 분사 방향을 기준으로 분사 방향이 정해진 것을 특징으로 하는 와류발생기가 구비된 마이크로웨이브 플라즈마 토치 장치.
According to claim 5,
The reaction gas outlet 530 is
A microwave plasma torch device with a vortex generator, characterized in that the spraying direction is determined based on the spraying direction according to the vortex of the gas reaction unit.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101277122B1 (en) * 2012-09-28 2013-06-20 한국기초과학지원연구원 Microwave plasma dry reformer
KR20130092789A (en) * 2012-02-13 2013-08-21 한국기초과학지원연구원 Apparatus for eliminating high-velocity, large-volume waste gases
KR101437440B1 (en) 2012-12-27 2014-09-11 한국기초과학지원연구원 Microwave plasma torch
KR20160053146A (en) * 2014-10-31 2016-05-13 한국기초과학지원연구원 Hydrocarbon Reforming System Using Steamplasma
KR102035218B1 (en) * 2018-05-30 2019-10-22 (주)퓨어플라텍 Microwave type plasma apparatus for treating gas and swirl generator for the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130092789A (en) * 2012-02-13 2013-08-21 한국기초과학지원연구원 Apparatus for eliminating high-velocity, large-volume waste gases
KR101277122B1 (en) * 2012-09-28 2013-06-20 한국기초과학지원연구원 Microwave plasma dry reformer
KR101437440B1 (en) 2012-12-27 2014-09-11 한국기초과학지원연구원 Microwave plasma torch
KR20160053146A (en) * 2014-10-31 2016-05-13 한국기초과학지원연구원 Hydrocarbon Reforming System Using Steamplasma
KR102035218B1 (en) * 2018-05-30 2019-10-22 (주)퓨어플라텍 Microwave type plasma apparatus for treating gas and swirl generator for the same

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