KR100699699B1 - Elimination apparatus and method of chemical and biological warfare agents by high-temperature, large-volume microwave plasma burner - Google Patents

Elimination apparatus and method of chemical and biological warfare agents by high-temperature, large-volume microwave plasma burner Download PDF

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Abstract

An apparatus and a method for eliminating chemical and biological warfare agents by a high-temperature and large-volume microwave plasma burner are provided to induce very strong electric fields by collecting electromagnetic waves at a predetermined position and injecting gas or liquid phase hydrocarbon fuel to generate high-temperature and large-volume plasma flames to remove warfare agents spread in the air by oxidation reaction. An apparatus for eliminating chemical and biological warfare agents by a high-temperature and large-volume microwave plasma burner includes a magnetron for oscillating electromagnetic waves, a power supply for supplying power to the magnetron, a circulator for outputting the waves oscillated from the magnetron and absorbing reflected waves from the magnetron, a directional coupler for outputting the electromagnetic waves transmitted through the circulator and monitoring intensities of incident waves and reflected waves, a stub tuner for matching impedance by controlling the intensities, a light guide pipe(60) for introducing the electromagnetic waves from the stub tuner, a discharging pipe(70) for generating plasma by the electromagnetic waves inputted through the light guide pipe and vortex gas injected from the outside through vortex gas supply holes(82), an ignition part(91,92,93) for supplying initial electrons to the discharging pipe for generating plasma by the electromagnetic waves and the gas introduced into the discharging pipe, a fuel supply(111-115) for supplying gas or liquid fuel to generate high temperature plasma flames from the plasma generated in the discharging pipe, a warfare agent injection part for injecting warfare agents to the high temperature plasma flames formed in the discharging pipe through warfare agent injection holes(102), a reaction part(150) for carrying out reaction between the high temperature plasma flames and the warfare agents for dissolving and removing the warfare agents, and a flame outlet(120) for discharging the high temperature plasma flames(F1).

Description

고온 대용량 전자파 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치 및 방법 {ELIMINATION APPARATUS AND METHOD OF CHEMICAL AND BIOLOGICAL WARFARE AGENTS BY HIGH-TEMPERATURE, LARGE-VOLUME MICROWAVE PLASMA BURNER}Regeneration apparatus and method for chemical poisonous gas using high temperature high capacity electromagnetic plasma burner {ELIMINATION APPARATUS AND METHOD OF CHEMICAL AND BIOLOGICAL WARFARE AGENTS BY HIGH-TEMPERATURE, LARGE-VOLUME MICROWAVE PLASMA BURNER}

도 1은 본 발명에 따른 고온 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치의 구성을 나타낸 블록도,1 is a block diagram showing the configuration of a chemical poisoning gas removal apparatus using a high temperature large-capacity plasma burner according to the present invention;

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고온 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치를 나타낸 정단면도,Figure 2 is a front sectional view showing a chemical poisoning gas removal apparatus using a high temperature large-capacity plasma burner according to a preferred embodiment of the present invention,

도 3은 도 2에서 참조 숫자 150으로 표시된 고온 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치의 반응부를 나타낸 전체도,FIG. 3 is an overall view showing a reaction unit of a CFC removal apparatus using a high temperature large-capacity plasma burner indicated by reference numeral 150 in FIG. 2;

도 4는 본 발명에 따른 고온 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치의 횡단면도,Figure 4 is a cross-sectional view of the chemical poisonous gas removal apparatus using a high temperature large-capacity plasma burner according to the present invention,

도 5는 등유의 양에 따른 플라즈마 버너의 톨루엔 분해 효율을 나타내는 그래프,5 is a graph showing the toluene decomposition efficiency of the plasma burner according to the amount of kerosene,

도 6은 메탄의 양에 따른 플라즈마 버너의 톨루엔 분해 효율을 나타내는 그래프,6 is a graph showing the toluene decomposition efficiency of the plasma burner according to the amount of methane;

도 7은 도 5에 제시된 톨루엔 분해 효율을 이용하여 화학 분자의 파괴 모델로 계산한 에너지 밀도 (β)의 값을 나타내는 그래프,FIG. 7 is a graph showing the value of energy density (β) calculated by the destruction model of a chemical molecule using the toluene decomposition efficiency shown in FIG. 5;

도 8은 도 6에 제시된 톨루엔 분해 효율을 이용하여 화학 분자의 파괴 모델로 계산한 에너지 밀도 (β)의 값을 나타내는 그래프,8 is a graph showing the value of energy density (β) calculated by the destruction model of a chemical molecule using the toluene decomposition efficiency shown in FIG.

도 9는 등유의 양에 따른 플라즈마 버너의 황화수소의 분해 효율을 나타내는 그래프,9 is a graph showing the decomposition efficiency of hydrogen sulfide of the plasma burner according to the amount of kerosene,

도 10은 메탄의 양에 따른 플라즈마 버너의 황화수소 분해 효율을 나타내는 그래프,10 is a graph showing the hydrogen sulfide decomposition efficiency of the plasma burner according to the amount of methane;

도 11은 도 9에 제시된 황화수소 분해 효율을 이용하여 화학 분자의 파괴모델로 계산한 에너지 밀도 (β)의 값을 나타내는 그래프,11 is a graph showing the value of the energy density (β) calculated by the fracture model of the chemical molecule using the hydrogen sulfide decomposition efficiency shown in FIG.

도 12는 도 10에 제시된 황화수소 효율을 이용하여 화학 분자의 파피 모델로 계산한 에너지 밀도 (β)의 값을 나타내는 그래프 이며,FIG. 12 is a graph showing the value of energy density (β) calculated by a papy model of a chemical molecule using the hydrogen sulfide efficiency shown in FIG. 10.

도 13은 메탄의 양에 따른 플라즈마 버너의 매연 제거 효율을 이용하여 화학 분자의 파괴 모델로 계산한 에너지 밀도 (β)의 값을 나타내는 그래프이다.13 is a graph showing the value of energy density (β) calculated by the destruction model of chemical molecules using the soot removal efficiency of the plasma burner according to the amount of methane.

〈도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명〉<Explanation of symbols about main part of drawing>

(10) : 마그네트론 (20) : 전원 공급부10: magnetron 20: power supply

(30) : 순환기 (40) : 방향성 결합기30: circulator 40: directional coupler

(50) : 스터브 튜너 (60) : 도파관50: stub tuner 60: waveguide

(70) : 방전관 (80) : 와류 가스 공급부70: discharge tube 80: vortex gas supply part

(90) : 점화부 (100) : 화생 독가스 주입부90: ignition unit 100: chemical poison gas injection unit

(110) : 연료 공급부 (120) : 화염 출구110: fuel supply 120: flame outlet

(150) : 반응부150: reaction part

본 발명은 대기압 전자파 플라즈마 토치를 이용하여 고온, 대용량의 플라즈마 화염을 발생시키고 이를 이용하여 화학 생물전에 사용되는 화학 독가스나 생물무기가 공기 중에 살포되었을 때에 이를 제거하는 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 대기압에서 2.45 GHz 전자파를 이용하여 공기 또는 산소 플라즈마 토치를 만들고 전자파 토치에서 발생된 플라즈마 화염 속으로 기체 또는 액체 상태의 탄화수소 연료를 주입하며 고온 고농도의 산소 화학 활성종을 가지고 있는 플라즈마 화염에 의해 완전 연소에 가까운 연료의 연소로 전자파 플라즈마 토치에서 발생되는 화염보다 수십 배 이상의 고온 대용량의 화염을 발생시키는 버너를 만들고 이 플라즈마 버너를 이용하여 공기 중에 살포된 화생 독가스를 제거하는 장치 및 방법을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention relates to an apparatus for generating a high-temperature, large-capacity plasma flame using an atmospheric pressure electromagnetic plasma torch, and removing the chemical poison gas or biological weapon used in chemical biological spray when it is sprayed in the air. More specifically, a plasma flame that has an oxygen or active chemical species of high temperature and high concentration by injecting a gaseous or liquid hydrocarbon fuel into the plasma flame generated from the electromagnetic torch by using an air or oxygen plasma torch using 2.45 GHz electromagnetic waves at atmospheric pressure. By the combustion of fuel close to full combustion by using the plasma burner to generate a flame of a high temperature large capacity more than ten times than the flame generated by the electromagnetic torch, and using the plasma burner to remove the toxic poison gas sprayed in the air The purpose is to provide.

대량 살상용으로 사용되는 독가스와 세균은 화학 생물전에서 뿐만 아니라, 테러 전에서도 이용되고 있다. 따라서 화생전의 위협은 국가적 문제인 동시에 전세계적인 이슈가 되고 있다. 화생전과 테러에 의해 공기 중에 살포된 독가스 및 환경오염 방지를 위한 근본적인 방법은 완벽하게 분해 제거 및 소각해 버리는 것이다. 화생무기, 예를 들어 탄저균, 사린(Sarin) 및 겨자(Mustard) 가스 등, 의 공격으로부터 일반 대중의 생명을 보호하는 것이 가장 중요하다. 근래에 화생전의 위협과 공포가 세계적으로 증가하는 추세이다. 9-11 테러이후 지난 2001년 내내 미국을 공 포에 몰아넣었던 탄저균 사건, 1995년 도쿄의 한 지하철역에 살포되었던 Sarin 신경가스 사건, 연합군이 1991년 걸프 전쟁 때에 독가스 살포 가능성에 위협받던 사건들이 대표적인 예이다. 대표적인 화학전 독가스는 다음과 같이 네 개로 분류되어져 있다. 화학전 독가스는 (1) 신경독가스, (a) Tabun, GA: (CH3)2N-P(=O)(-CN)(-OC2H5), (b) Sarin, GB: CH3-P(=O)(-F)(-OCH(CH3)2, (c) Soman, GD: CH3-P(=O) (-F) (-CH(CH3) C (CH3)3, (d) Cyclohexyl methylphos-phonofluoridate, GF: CH3-P(=O)(-F) (cyklo-C6H11), (e) Methylphosphono-thioic acid S-(2-(bis(1-methylethyl)amino)ethyl) O-ethyl ester, VX: CH3-P(=O)(-SCH2CH2N[CH(CH3)2]2) (-OC2H5), (f) GE: Phosphonofluoridic acid, ethyl-isopropyl ester, (g) VE: Phosphonothioic acid, ethyl-S-(2-(diethylamino)ethyl) O-ethyl ester, (h) VG: Amiton, and (i) VM: Phospho-nothioic acid, methyl- S-(2- (diethylamino)ethyl) O-ethyl ester, (2) 피부독가스, (a) Lewisite (L), (b) Mustard-Lewisite (HL), (c) Nitrogen Mustards (HN-1, HN-2, HN-3), (d) Phosgene Oxime (CX), and (e) Sulfur Mustards (H, HD, HT), (3) 혈액독가스, (a) Cyanogen Chloride (CK), and (b) Hydrogen Cyanide (AC), 그리고 (4) 호흡기독가스, (a) Chlorine, (b) Chloropicrin (PS), (c) Diphosgene (DP), (d) Phosgene (CG) 등이 있다. 세균 독극물은 Anthrax, Botulinum Toxins, Brucellosis, Cholera, Clostridium Perfringens Toxins, Congo-Crimean Hemorrhagic Fever, Ebola Haemorrhagic Fever, Melioidosis, Plague, Q Fever, Ricin, Rift Valley Fever, Saxitoxin, Smallpox, Staphylococcal Enterotoxin B, Trichothecene Mycotoxin, Tularemia, Venezuelan Equine Encephalitis 등이 있다. 과거에는 이러한 화생 무기들을 소각하여 제거하였다. 그러나 이런 소각장치는 부피가 크고 비효율적이며 고가이다. 이에 반하여, 본 발명은 대기압에서 발생시킨 고온 플라즈마 화염을 사용하므로 적은 공간에 장착할 수 있으며 많은 공기 속에 섞여 있는 화생 독가스들을 효율적으로 제거할 수 있는 것이다.The poisonous gases and bacteria used for mass killing are used not only in chemical biological warfare but also in terror warfare. The threat of metabolism is thus a national issue and a global issue. The fundamental method of preventing poisonous gases and environmental pollution sprayed by air and terrorism is to completely decompose and incinerate. It is of utmost importance to protect the public's life from the attack of metabolic weapons such as anthrax, sarin and mustard gas. In recent years, threats and fears of metaphysical warfare are increasing worldwide. An example of anthrax that drove the United States into horror after the terrorist attacks of 9-11, the Sarin nerve gas sprayed at a Tokyo subway station in 1995, and the allied forces threatened with the possibility of poisonous gas spraying during the 1991 Gulf War to be. Representative chemical poisoning gases are classified into four categories as follows. Chemical poisoning gases are (1) neurotoxin gases, (a) Tabun, GA: (CH 3 ) 2 NP (= O) (-CN) (-OC 2 H 5 ), (b) Sarin, GB: CH 3 -P ( = O) (-F) (-OCH (CH 3 ) 2 , (c) Soman, GD: CH 3 -P (= O) (-F) (-CH (CH 3 ) C (CH3) 3 , (d ) Cyclohexyl methylphos-phonofluoridate, GF: CH 3 -P (= O) (-F) (cyklo-C 6 H 11 ), (e) Methylphosphono-thioic acid S- (2- (bis (1-methylethyl) amino) ethyl) O-ethyl ester, VX: CH 3 -P (= O) (-SCH 2 CH 2 N [CH (CH 3 ) 2 ] 2 ) (-OC 2 H 5 ), (f) GE: Phosphonofluoridic acid, ethyl-isopropyl ester, (g) VE: Phosphonothioic acid, ethyl-S- (2- (diethylamino) ethyl) O-ethyl ester, (h) VG: Amiton, and (i) VM: Phospho-nothioic acid, methyl- S- (2- (diethylamino) ethyl) O-ethyl ester, (2) dermal poison gas, (a) Lewisite (L), (b) Mustard-Lewisite (HL), (c) Nitrogen Mustards (HN-1, HN -2, HN-3), (d) Phosgene Oxime (CX), and (e) Sulfur Mustards (H, HD, HT), (3) Blood Toxic Gas, (a) Cyanogen Chloride (CK), and (b) Hydrogen Cyanide (AC), and (4) Respiratory Gas, (a) Chlorine, (b) Chloropicrin (PS), (c) Diphosgene (DP), (d) Phosgene (CG), etc. Bacterial toxins include Anthrax, Botulinum Toxins, Brucellosis, Cholera, Clostridium Perfringens Toxins, Congo-Crimean Hemorrhagic Fever, Ebola Haemorrhagic Fever, Melioidosis, Plague, Q Fever, Ricin, Rift Valley Fever Saxitoxin, Smallpox, Staphylococcal Enterotoxin B, Trichothecene Mycotoxin, Tularemia, Venezuelan Equine Encephalitis. In the past, these chemical weapons were incinerated and removed. However, these incinerators are bulky, inefficient and expensive. On the contrary, since the present invention uses a high temperature plasma flame generated at atmospheric pressure, the present invention can be installed in a small space and efficiently remove the poisonous poison gases mixed in a lot of air.

1995년 11월 21일자에 등록된 미국 특허 US 5,468,356은 본 발명자 중에 엄(UHM)에 의하여 제안된 것으로 오염된 공기를 정화하는 장치다. 이 발명에 따르면, 오염된 공기를 전자파 플라즈마에 접하게 함으로서 산소원자의 산화에 의하여 오염원을 제거하는 것으로서 보통 실내온도에서 간단한 원형 도파관 내에 플라즈마를 발생하고 온도 상승 없이 오염원을 산화하는 것이다. 이때 플라즈마는 전자파를 동반하는 약한 전자장에 의하여 발생되며 저 에너지의 플라즈마 전자들에 의하여 산소원자가 생성되고 오염공기가 정화되는 것이다. 본 발명자 중에 엄(UHM)에 의하여 1998년 11월 3일자에 등록된 미국 특허 US 5,830,328은 소각로 또는 연소엔진과 같은 장치에서 방출되는 높은 온도로 오염물질들을 정화하는 장치이다. 또한 본 발명자 중에 엄(UHM)에 의하여 2006년 2월 16일 등록된 대한민국 특허 10-0554712는 공기 중에 살포된 화학 독가스 및 세균 제거장치로 본 발명과 같은 맥락을 같이하나 처리용량에 한계가 있으므로 본 발명에서는 고온 대용량의 플라즈마 화염을 발생시켜 상기 언급된 인용특허에서 보다 훨씬 큰 용량의 오염된 공기를 처리할 수 있도 록 고안되었다.U.S. Patent US 5,468,356, registered November 21, 1995, is a device for purifying contaminated air as proposed by UHM. According to the present invention, the contaminated air is brought into contact with the electromagnetic plasma to remove the contaminant by the oxidation of oxygen atoms, which usually generates plasma in a simple circular waveguide at room temperature and oxidizes the contaminant without increasing the temperature. At this time, the plasma is generated by a weak electromagnetic field accompanied by electromagnetic waves, oxygen atoms are generated by the low-energy plasma electrons, and contaminated air is purified. U.S. Patent US 5,830,328, registered November 3, 1998 by UHM, is a device for purifying contaminants at high temperatures emitted by an apparatus such as an incinerator or combustion engine. In addition, Korean patent 10-0554712 registered by UHM on February 16, 2006 is a chemical poison gas and bacteria removal device sprayed in the air in the same context as the present invention, but the processing capacity is limited The invention is designed to generate a high temperature large volume plasma flame to treat a much larger volume of contaminated air than in the cited patents mentioned above.

본 발명은 위에서 언급한 엄(UHM)의 두개의 미국 특허와 한 개의 한국 특허의 장점들을 접목한 것으로서, 전자파를 특정위치에 집속시켜 매우 강한 전장을 유도하고 기체 또는 액체상태의 탄화수소 연료를 주입하여 고온 대용량의 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너를 만들고, 공기 중에 섞여 있는 화생 독가스들을 플라즈마 버너로 통과시켜 산화 반응에 의하여 제거하는 것이다. 따라서 본 발명은 전자파 플라즈마 토치에 기체 또는 액체상태의 탄화수소 연료를 주입하여 완전 연소에 가까운 플라즈마 버너를 만들고 화생 독가스로 오염된 대용량의 공기를 효율적으로 분해 제거하기 위한 장치를 제공하려한다.The present invention combines the advantages of UHM's two U.S. patents and a Korean patent, and induces a very strong electric field by injecting electromagnetic waves into a specific position and injecting a gaseous or liquid hydrocarbon fuel. It is to make a plasma burner to generate a high-temperature large-capacity plasma flame, and to remove the poisonous gases mixed in the air by passing through the plasma burner by the oxidation reaction. Accordingly, the present invention is to provide a device for injecting gaseous or liquid hydrocarbon fuel into the electromagnetic plasma torch to make a plasma burner close to complete combustion, and to efficiently decompose and remove a large amount of air contaminated with a chemical poison gas.

[발명의 대략적 설명][Approximate description of the invention]

본 발명은 전자파 플라즈마에 기체 또는 액체상태의 탄화수소 연료를 주입하여 고온 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너를 만들고, 이를 이용하여 공기 중에 섞여있는 화생 독가스를 분해 제거 또는 소각하는 장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 빌딩, 대중교통, 군용장비와 같은 큰 실내 공간의 공기에 섞여있는 화생 독가스를 제거하는 데에 효율적으로 이용될 수 있다. 여기서 빌딩은 개인주택, 아파트, 사무실, 학교, 정부청사, 그리고 상가 등을 말하며, 대중교통은 자가용이나 영업용 자동차, 버스, 기차, 선박, 항공기 그리고 지하철 시스템을 의미하며, 군용장비는 군용트럭, 중무장 군용차량, 군용버스, 탱크, 군함, 항공모함, 헬리콥터, 그리고 각종 전투기 등을 의미한다. 화생전 오염물질들을 제거하고 소각하기 위하 여 강한 전장과 높은 에너지의 플라즈마 전자가 필요하다. 이런 맥락에서 기체 또는 액체상태의 탄화수소 연료를 주입하여 높은 에너지의 고온 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너를 만들었으며, 오염된 공기가 완전 분해될 수 있게 하기 위하여 반응기 내부를 이중으로 설계하여 반응기 안에서 오염된 공기가 오래 머물러 긴 시간동안 반응, 제거 될 수 있도록 하였다.The present invention relates to an apparatus for injecting a gaseous or liquid hydrocarbon fuel into an electromagnetic plasma to generate a plasma burner that generates a high temperature plasma flame, and uses the same to decompose or remove or incinerate the toxic poison gas mixed in the air. In particular, the present invention can be effectively used to remove the flammable poison gas mixed in the air of a large indoor space such as buildings, public transportation, military equipment. Buildings refer to private homes, apartments, offices, schools, government buildings, and shopping malls. Mass transit means private or commercial cars, buses, trains, ships, aircraft, and subway systems. Military vehicles, military buses, tanks, warships, aircraft carriers, helicopters, and fighters. A strong electric field and high energy plasma electrons are needed to remove and incinerate contaminants before metabolism. In this context, a gaseous or liquid hydrocarbon fuel is injected to create a plasma burner that generates a high energy, high temperature plasma flame. The air stays long enough to react and remove for a long time.

전자파 플라즈마 토치의 경우 화염출구의 플라즈마 화염의 온도는 섭씨 550 도 정도이나, 액체 탄화수소 계열의 연료인 등유를 이용하여 고온의 플라즈마 화염을 발생시킨 플라즈마 버너의 경우 화염출구의 화염의 온도는 섭씨 1850 도이고, 기체 탄화수소 계열의 연료인 메탄을 이용한 플라즈마 버너의 화염출구의 화염 온도는 섭씨 1600 도에 이른다.In the case of the electromagnetic plasma torch, the temperature of the plasma flame at the flame outlet is about 550 degrees Celsius, but in the case of a plasma burner in which a high temperature plasma flame is generated using kerosene, a liquid hydrocarbon fuel, the flame temperature at the flame outlet is 1850 degrees Celsius. The flame temperature of the flame outlet of the plasma burner using methane, which is a gas hydrocarbon-based fuel, reaches 1600 degrees Celsius.

화학 독가스 처리의 모의실험에서 사용된 가스는 톨루엔(Toluene)과 황화수소(H2S)로서 그 제거효율은 특정 가스별 검지관을 이용하여 실험적으로 측정되었다. 보안 및 안전등의 이유로 화학 독가스를 일반적인 실험실에서는 사용할 수 없다. 따라서 실험실에서는 보편적으로 톨루엔가스를 화학 독가스 대용으로 실험에 사용하고 있다. 같은 이유로 H2S 가스도 화학 독가스 대용으로 사용하였다. H2S 가스 및 톨루엔 가스가 고온 플라즈마 화염을 통과하면서 분해되는 것을 관찰 하였다.The gases used in the simulation of chemical poison gas treatment were toluene and hydrogen sulfide (H 2 S), and their removal efficiency was measured experimentally using specific gas detector tubes. For safety and safety reasons, chemical poison gas cannot be used in general laboratories. Therefore, in the laboratory, toluene gas is commonly used in experiments as a substitute for chemical poison gas. For the same reason, H 2 S gas was also used as a substitute for chemical poison gas. It was observed that H 2 S gas and toluene gas decomposed while passing through a high temperature plasma flame.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 전자파를 발진하는 마그네트론;The present invention to achieve the object as described above and to perform the problem for eliminating the conventional defects is a magnetron for oscillating electromagnetic waves;

상기 마그네트론으로 전력을 공급하는 전원 공급부;A power supply unit supplying power to the magnetron;

상기 마그네트론에서 발진된 전파를 출력함과 더불어 마그네트론으로 반사되는 반사파를 흡수하는 순환기;A circulator for outputting radio waves oscillated by the magnetron and absorbing reflected waves reflected by the magnetron;

상기 순환기를 통해 전송된 전자파를 출력함과 더불어 입사파와 반사파의 세기를 모니터링하는 방향성 결합기;A directional coupler that outputs electromagnetic waves transmitted through the circulator and monitors the strengths of incident and reflected waves;

상기 방향성 결합기로부터 입력되는 전자파에 대해 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스을 정합시키는 스터브 튜너;A stub tuner for matching impedance by adjusting the intensity of the incident wave and the reflected wave with respect to the electromagnetic wave input from the directional coupler;

상기 스터브 튜너로부터 전송되는 전자파가 입력되는 도파관;A waveguide to which electromagnetic waves transmitted from the stub tuner are input;

상기 도파관을 통해 입력되는 전자파 및 외부로부터 주입되는 와류가스에 의해 플라즈마를 생성하는 방전관;A discharge tube generating plasma by electromagnetic waves input through the waveguide and vortex gas injected from the outside;

상기 방전관으로 와류가스를 공급하는 와류가스 공급부;Vortex gas supply unit for supplying vortex gas to the discharge tube;

상기 방전관 내에 유입된 전자파와 기체에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부;An ignition unit for supplying initial electrons for generating plasma by electromagnetic waves and gases introduced into the discharge tube;

상기 방전관 내에 형성된 플라즈마를 고온 플라즈마 화염으로 발생시키기 위한 기체 또는 액체 연료를 공급하는 연료 공급부;A fuel supply unit supplying a gas or liquid fuel for generating a plasma formed in the discharge tube with a high temperature plasma flame;

상기 방전관 내에 형성된 고온 플라즈마 화염에 화생 독가스를 주입하는 화생 독가스 주입부;Chemical poisoning gas injection unit for injecting chemical poisoning gas into the hot plasma flame formed in the discharge tube;

상기 방전관 내에 형성된 고온 플라즈마 화염과 상기 화생 독가스 주입부로 공급된 화생 독가스가 화염과 반응하여 분해, 제거 되는 반응부;A reaction unit in which the high temperature plasma flame formed in the discharge tube and the chemical poison gas supplied to the chemical poison gas injection unit are decomposed and removed by reacting with the flame;

발생된 고온 플라즈마 화염이 배출되는 출구를 제공하는 화염 출구; 를 포함 하는 고온 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 분해, 제거 장치를 특징으로 한다.A flame outlet providing an outlet through which the generated high temperature plasma flame is discharged; Characterized in that the poisonous gas decomposition, removal apparatus using a plasma burner for generating a high-temperature plasma flame comprising a.

또한, 본 발명은 전자파를 발진하는 마그네트론;In addition, the present invention is a magnetron for oscillating electromagnetic waves;

상기 마그네트론으로 전력을 공급하는 전원 공급부;A power supply unit supplying power to the magnetron;

상기 마그네트론이 장착된 마이크로웨이브 헤드;A microwave head mounted with the magnetron;

상기 마이크로웨이브 헤드가 장착되며, 마그네트론으로부터 발생된 전자파를 전송하는 도파관;A waveguide mounted with the microwave head and transmitting an electromagnetic wave generated from a magnetron;

상기 도파관을 통해 입력되는 전자파 및 외부로부터 주입되는 와류가스에 의해 플라즈마를 생성하는 방전관;A discharge tube generating plasma by electromagnetic waves input through the waveguide and vortex gas injected from the outside;

상기 방전관으로 와류가스를 공급하는 와류 가스 공급부;A vortex gas supply unit for supplying a vortex gas to the discharge tube;

상기 방전관 내에 유입된 전자파와 기체에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부;An ignition unit for supplying initial electrons for generating plasma by electromagnetic waves and gases introduced into the discharge tube;

상기 방전관 내에 형성된 플라즈마를 고온 플라즈마 화염으로 발생시키기 위한 기체 또는 액체 연료를 공급하는 연료 공급부;A fuel supply unit supplying a gas or liquid fuel for generating a plasma formed in the discharge tube with a high temperature plasma flame;

상기 방전관 내에 형성된 고온 플라즈마 화염에 화생 독가스를 주입하는 화생 독가스 주입부;Chemical poisoning gas injection unit for injecting chemical poisoning gas into the hot plasma flame formed in the discharge tube;

상기 방전관 내에 형성된 고온 플라즈마 화염과 상기 화생 독가스 주입부로 주입된 화생 독가스가 화염과 반응하여 분해, 제거 되는 반응부;A reaction unit for decomposing and removing the high temperature plasma flame formed in the discharge tube and the chemical poison gas injected into the chemical poison gas injection unit by reacting with the flame;

발생된 고온 플라즈마 화염이 배출되는 출구를 제공하는 화염 출구; 를 포함하는 고온의 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 분 해, 제거 방법을 특징으로 한다.A flame outlet providing an outlet through which the generated high temperature plasma flame is discharged; Characterized in that the poisonous gas decomposition, removal method using a plasma burner for generating a high-temperature plasma flame comprising a.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily flow the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 플라즈마 화염 발생장치의 구성을 개념적으로 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마 화염 발생장치는 마그네트론(10), 전원 공급부(20), 순환기(30), 방향성 결합기(40), 스터브 튜너(50), 도파관(60), 방전관(70), 와류 가스 공급부(80), 점화부(90), 화생 독가스 주입부(100), 연료 공급부(110), 반응부(150), 와 화염 출구(120)로 구성된다. 상기 마그네트론(10)은 10 ㎒ ∼ 10 ㎓ 대역의 전자파를 발진하는 마그네트론이 사용되며, 바람직하게는 2.45㎓ 전자파를 발진하도록 구성된다. 상기 전원 공급부(20)는 전파전압배율기와 펄스 및 직류(DC)장치로 구성되어 마그네트론(10)으로 전력을 공급하도록 구성된다. 상기 순환기(30)는 마그네트론(10)에서 발진된 전자파를 출력함과 더불어 임피던스 부정합으로 반사되는 전자파 에너지를 소멸시켜 마그네트론(10)을 보호하도록 구성된다. 상기 방향성 결합기(40)는 순환기(30)를 통해 전송된 전자파를 출력함과 더불어 입사파와 반사파의 세기를 눈으로 볼 수 있도록 모니터링하는 기능을 제공하게 된다. 상기 스터브 튜너(50)는 방향성 결합기(40)로부터 입력되는 전파자에 대해 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스 정합을 유도함으로써 전자파로 유도된 전기장이 방전관(70) 내에서 가장 강한 현상을 나타내도록 구성된다. 이때 상기 스터브 튜너(50)는 반사파의 세기가 입사파의 1％ 이내가 되도록 조절하게 되며, 플라즈마 생성이 초기화되면, 스터브 튜너(50) 없이도 반사파의 강도는 입사파의 10％ 보다 작게 된다. 상기 도파관(60)은 스터브 튜너(50)로부터 입력되는 전자파를 방전관(70)으로 전송하도록 구성된다. 상기 방전관(70)은 도파관(60)의 종단에 설치되어 도파관(60)을 통해 입력되는 전자파에 의해 플라즈마가 생성되는 공간을 제공하도록 구성된다. 상기 와류 가스 공급부(80)는 생성된 플라즈마의 안정화와 방전관(70)의 내벽 보호를 위한 와류가스를 공급하도록 구성된다. 상기 점화부(90)는 플라즈마의 생성을 위한 초기 전자를 공급하도록 구성된다. 화생 독가스 주입부(100)는 공기 중에 살포된 화생 독가스를 분당 1000 ∼ 10000 리터의 공기를 흡입할 수 있는 흡입팬을 이용하여 주입되며, 생성된 플라즈마와 반응할 수 있도록 구성된다. 상기 연료 공급부(110)는 기체 또는 액체 상태의 탄화수소 연료를 생성된 플라즈마에 공급함으로써 더 높은 온도와 더 큰 볼륨을 갖는 플라즈마 화염을 생성하도록 구성된다.1 is a block diagram conceptually showing a configuration of a plasma flame generating device according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to Figure 1, the plasma flame generator according to a preferred embodiment of the present invention is a magnetron 10, power supply unit 20, circulator 30, directional coupler 40, stub tuner 50, waveguide 60 ), The discharge tube 70, the vortex gas supply unit 80, the ignition unit 90, the chemical poison injection unit 100, the fuel supply unit 110, the reaction unit 150, and the flame outlet 120. The magnetron 10 is a magnetron for oscillating electromagnetic waves in the 10 MHz to 10 GHz band, and is preferably configured to oscillate 2.45 GHz electromagnetic waves. The power supply unit 20 is composed of a full-wave voltage multiplier and a pulse and direct current (DC) device is configured to supply power to the magnetron 10. The circulator 30 is configured to output the electromagnetic wave oscillated by the magnetron 10 and to dissipate the electromagnetic energy reflected by the impedance mismatch to protect the magnetron 10. The directional coupler 40 outputs the electromagnetic wave transmitted through the circulator 30 and provides a function of monitoring the intensity of the incident wave and the reflected wave. The stub tuner 50 is configured such that the electromagnetic field induced by the electromagnetic wave exhibits the strongest phenomenon in the discharge tube 70 by inducing impedance matching with respect to the radio wave input from the directional coupler 40. do. In this case, the stub tuner 50 adjusts the intensity of the reflected wave to be within 1% of the incident wave. When the plasma generation is initialized, the intensity of the reflected wave is less than 10% of the incident wave without the stub tuner 50. The waveguide 60 is configured to transmit an electromagnetic wave input from the stub tuner 50 to the discharge tube 70. The discharge tube 70 is installed at the end of the waveguide 60 is configured to provide a space in which the plasma is generated by the electromagnetic waves input through the waveguide 60. The vortex gas supply unit 80 is configured to supply vortex gas for stabilization of the generated plasma and for protecting the inner wall of the discharge tube 70. The ignition unit 90 is configured to supply initial electrons for generation of plasma. The chemical poison gas injection unit 100 is injected by using a suction fan capable of sucking 1000 to 10000 liters of air per minute of the chemical poison gas sprayed in the air, and is configured to react with the generated plasma. The fuel supply unit 110 is configured to generate a plasma flame having a higher temperature and a larger volume by supplying a hydrocarbon fuel in gaseous or liquid state to the generated plasma.

도 2는 도파관(60)과 방전관(70)과 와류 가스 공급부(80)와 점화부(90)와 연료 공급부(110) 및 반응부(150)의 외부 반응기(104)에 설치된 화생 독가스 주입부(100)의 연결 상태를 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 상기 도파관(60)은 표준형 직사각형 도파관(가로: 86mm, 높이: 43mm)으로써, 스터브 튜너(50)측으로부터 방전관(70)측으로 갈수록 그의 단면적이 감소하는 테이퍼 형상으로 형성되어 스터브 튜너(50)로부터 입력된 전자파가 방전관(70)측으로 갈수록 에너지 밀도가 증가하도록 구성된다.2 shows a chemical poisoning gas injection unit installed in an external reactor 104 of the waveguide 60, the discharge tube 70, the vortex gas supply unit 80, the ignition unit 90, the fuel supply unit 110, and the reaction unit 150 ( A connection state of 100 is shown. Referring to FIG. 2, the waveguide 60 is a standard rectangular waveguide (width: 86 mm, height: 43 mm), which is formed in a tapered shape in which its cross-sectional area decreases from the stub tuner 50 side to the discharge tube 70 side, and the stub The electromagnetic wave input from the tuner 50 is configured to increase in energy density toward the discharge tube 70 side.

상기 방전관(70)은 도파관(60)의 종단(61)으로부터 관내 파장의 1/8∼1/2 사이에서 도파관(60)을 수직하게 관통하도록 설치된다. 바람직하게 상기 방전관(70)은 도파관(60)의 종단(61)으로부터 관내 파장의 1/4 떨어진 위치에 설치되며, 전자파의 용이한 투과를 위해 석영이나 알루미나 또는 세라믹으로 구성된다.The discharge tube 70 is installed to vertically penetrate the waveguide 60 between 1/8 to 1/2 of the wavelength within the tube from the end 61 of the waveguide 60. Preferably, the discharge tube 70 is disposed at a quarter of a wavelength within the tube from the end 61 of the waveguide 60, and is composed of quartz, alumina, or ceramic for easy transmission of electromagnetic waves.

상기 와류 가스 공급부(80)는 플라즈마의 안정화와 플라즈마로부터 방전관(70)의 내면을 보호하기 위한 와류가스를 공급하는 것으로, 제 1블록(81)과, 주입구(82)로 구성된다. 상기 제 1블록(81)은 방전관(70)의 내부에 구비된 공간(S1)과 연속되어지는 또 다른 공간(S2)이 내부에 구비되고, 상기 방전관(70)의 하단부를 감싸도록 도파관(60)에 고정된다. 이러한 제 1블록(81)은 금속으로 구성되거나, 금속 또는 금속합금으로 이루어진 미도시된 코팅층이 내면 또는 외면에 구비되어 전자파를 차단하도록 구성된다. 상기 주입구(82)는 적어도 하나 이상의 주입구(82)가 제 1블록(81)의 원주방향에 대하여 등각도 간격을 갖도록 설치되며, 제 1블록(81)의 외측으로부터 내측으로 갈수록 상향 경사지게 설치되어 있다. 이러한 주입구(82)를 통해 공급되는 와류 가스는 방전관(70) 내에서 와류를 발생시켜 플라즈마를 안정화시키고, 플라즈마에 의한 방전관(70) 내면의 손상을 방지하게 되며, 화생 독가스 주입부(100) 및 연료 공급부(110)에 의해 공급되는 연료와 화생 독가스의 산화를 위한 산화제로 작용하게 된다. 이러한 와류가스로는 공기, 산소, 질소, 아르곤 가스 중 선택된 적어도 하나 이상의 가스가 사용된다.The vortex gas supply unit 80 supplies vortex gas for stabilizing the plasma and protecting the inner surface of the discharge tube 70 from the plasma. The vortex gas supply unit 80 includes a first block 81 and an injection port 82. The first block 81 is provided with another space S2 which is continuous with the space S1 provided inside the discharge tube 70 and surrounds the lower end of the discharge tube 70. It is fixed to). The first block 81 is formed of a metal, or a coating layer made of a metal or a metal alloy is provided on the inner surface or the outer surface to block electromagnetic waves. The injection hole 82 is provided such that at least one injection hole 82 has an equiangular interval with respect to the circumferential direction of the first block 81, and is inclined upwardly from the outside of the first block 81 toward the inside. . The vortex gas supplied through the injection hole 82 generates a vortex in the discharge tube 70 to stabilize the plasma, prevent damage to the inner surface of the discharge tube 70 by the plasma, and the poisonous gas injection unit 100 and It serves as an oxidant for the oxidation of the fuel and the toxic poison gas supplied by the fuel supply unit 110. As the vortex gas, at least one gas selected from air, oxygen, nitrogen, and argon gas is used.

상기 점화부(90)는 초기에 플라즈마의 생성을 위한 전자를 방전관(70) 내에 공급하는 것으로, 한쌍의 텅스텐 전극(91, 92)이 방전관(70)의 내부에 위치하도록 설치되며, 제 1블록(81)과 전극 간의 아크 발생을 방지하도록 상기 전극(91, 92)은 유전체관(93)으로 쌓여져 있다. 한편, 상기 한쌍의 텅스텐 전극(91, 92)의 끝단은 0.1-50mm의 방전 간격을 유지하도록 구성된다.The ignition unit 90 initially supplies electrons for generating plasma into the discharge tube 70. A pair of tungsten electrodes 91 and 92 are installed in the discharge tube 70, and the first block is provided. The electrodes 91 and 92 are stacked in a dielectric tube 93 to prevent arcing between the 81 and the electrode. On the other hand, the ends of the pair of tungsten electrodes 91, 92 are configured to maintain a discharge interval of 0.1-50mm.

상기 화생 독가스 주입부(100)는 생성된 플라즈마에 분당 1000 ∼ 10000 리터의 공기를 흡입할 수 있는 흡입팬을 이용하여 공기 중에 살포된 화생 독가스를 4개의 주입구(102)에 흡입하여 공급하고, 반응부(150)에 포함된 외부 반응기(104)와 내부 반응기(105) 사이의 공간(S4)에서 서로 충돌하며 내부 반응기에 접선 방향으로 홈이 파있는 4개의 슬릿(106)을 통하여 미리 생성된 고온 플라즈마 화염을 통과하여 반응 할 수 있도록 구성된다.The chemical poison gas injection unit 100 sucks and supplies the chemical poison gas sprayed into the air to four injection holes 102 by using a suction fan capable of sucking 1000 to 10,000 liters of air per minute into the generated plasma. Pre-generated high temperature through four slits 106 colliding with each other in the space S4 between the outer reactor 104 and the inner reactor 105 included in the unit 150 and tangential to the inner reactor. It is configured to react through the plasma flame.

상기 연료 공급부(110)은 생성된 플라즈마에 기체 또는 액체 상태의 탄화수소 연료를 공급하여 보다 높은 온도와 큰 볼륨을 갖는 플라즈마 화염(F1)에 의해 독가스가 산화 분해 되도록 하는 것으로, 제 2블록(103), 연료 주입구(111), 연료 분사 노즐(112), 노즐 고정체(113), 연료 공급 튜브(114) 및 추가 가스 주입구(115)로 구성 되어진다. 상기 추가가스 공급관(115)은 상기 노즐(112)을 포함하도록 설치된다, 보다 구체적으로 설명하면, 상기 추가가스 공급관(115)은 제 2 블록(103)의 외면으로부터 삽입되어 내면으로 노출되도록 설치되며, 그의 내부에 노즐(112)이 설치되게 된다. 이처럼 중복되게 설치된 노즐(112)과 추가가스 공급관(115)은 서로 다른 공급라인을 통해 추가가스와 탄화수소 연료를 각각 공급받게 된다. 한편, 상기 추가가스 공급관(115)을 통해 공급되는 추가가스는 탄화수소 연료의 산화에 필요한 산소를 추가적으로 공급함과 더불어 노즐(112)로부터 분사되는 탄화수소 연료를 플라즈마의 중심영역까지 이동시키면서 혼합시키게 된다. 이러한 추가가스로는 공기 또는 산소가 사용될 수 있다.The fuel supply unit 110 supplies a hydrocarbon fuel in a gas or liquid state to the generated plasma so that the poison gas is oxidatively decomposed by the plasma flame F1 having a higher temperature and a larger volume. , The fuel inlet 111, the fuel injection nozzle 112, the nozzle fixture 113, the fuel supply tube 114, and the additional gas inlet 115 are configured. The additional gas supply pipe 115 is installed to include the nozzle 112. More specifically, the additional gas supply pipe 115 is inserted from the outer surface of the second block 103 to be exposed to the inner surface. The nozzle 112 is installed therein. The nozzle 112 and the additional gas supply pipe 115 installed in this manner are supplied with additional gas and hydrocarbon fuel through different supply lines, respectively. Meanwhile, the additional gas supplied through the additional gas supply pipe 115 additionally supplies oxygen necessary for the oxidation of the hydrocarbon fuel and mixes the hydrocarbon fuel injected from the nozzle 112 while moving to the center region of the plasma. As such additional gas, air or oxygen may be used.

상기 제 2블록(103)은 방전관(70)의 상단부에 위치하도록 도파관(60)의 상부에 설치되고, 그의 내부에는 방전관(70)에 구비된 공간(S1)과 연속되어지는 또 다른 공간(S3)이 구비되어 있다. 또한, 반응부(150)는 제 2블록(103)과 연결되며, 상단은 개방되어 발생된 플라즈마 화염(F1)이 분출되는 화염출구(120)를 제공하게 된다. 한편, 상기 방전관(70)과 제 1, 2블록(81, 103)이 결합되면, 방전관(70)과 제 1, 2블록(81, 103)에 구비된 공간(S1, S2, S3)은 연속되어져 하나의 큰 공간을 형성하게 된다. 이러한 제 2블록(103)은 금속으로 구성되거나, 금속 또는 금속합금으로 이루어진 미도시된 코팅층이 내면 또는 외면에 구비되어 전자파를 차단하게 된다. 상기 연료 주입구(111)는 제 2블록(103)에 구비된 공간(S3)에 기체 또는 액체상태의 탄화수소 연료를 주입하는 것으로, 적어도 하나 이상의 연료 주입구(111)가 제 2블록(103)의 원주방향에 대하여 등각도 간격을 갖도록 설치된다. 이러한 연료 주입구(111)에 의해 주입되는 탄화수소 연료로는 액체 또는 기체 상태의 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 등유, 경유, 휘발유 등이 사용될 수 있다.The second block 103 is installed on the upper part of the waveguide 60 so as to be located at the upper end of the discharge tube 70, and another space S3 which is continuous with the space S1 provided in the discharge tube 70 therein. ) Is provided. In addition, the reaction unit 150 is connected to the second block 103, the upper end is provided to provide a flame outlet 120 for ejecting the plasma flame (F1) generated. Meanwhile, when the discharge tube 70 and the first and second blocks 81 and 103 are coupled, the spaces S1, S2 and S3 provided in the discharge tube 70 and the first and second blocks 81 and 103 are continuous. To form one large space. The second block 103 is composed of a metal, or a coating layer made of a metal or a metal alloy is provided on the inner surface or the outer surface to block electromagnetic waves. The fuel injection port 111 injects a hydrocarbon fuel in a gas or liquid state into the space S3 provided in the second block 103, and at least one fuel injection port 111 is formed around the circumference of the second block 103. It is installed to have an equiangular interval with respect to the direction. As the hydrocarbon fuel injected by the fuel inlet 111, methane, ethane, propane, butane, kerosene, diesel, gasoline, or the like in a liquid or gaseous state may be used.

화생 독가스 주입부(100)의 주입구(102)에 의해 주입되어진 화생 독가스는 제 2블록(103)과 연결된 반응부(150)의 외부 반응기(104)와 내부 반응기(105) 사이의 공간(S4)에서 서로 충돌하며 섞이게 되고, 내부 반응기(105)의 4개의 슬릿(106)으로 들어가 발생된 고온 플라즈마 화염을 통과하며 분해가 된다. 또한 분해된 가스들은 다시 외부 반응기(104)와 내부 반응기(105) 사이의 공간(S4)으로 들어갈 수 있으며, 주입구(102)로 주입되어진 화생 독가스로 오염된 공기와 서로 충돌하여 섞이는 반응이 반복되어 반응 시간이 길어지며, 결국 화염 출구(120)로 나오는 배출가스에는 더 이상 화생 독가스가 남아있지 않게 된다.The chemical poisonous gas injected by the injection hole 102 of the chemical poisoning gas injector 100 is a space S4 between the external reactor 104 and the internal reactor 105 of the reaction unit 150 connected to the second block 103. In this case, they collide with each other, and enter four slits 106 of the internal reactor 105 to pass through the generated high temperature plasma flame and decompose. In addition, the decomposed gases may enter the space S4 between the outer reactor 104 and the inner reactor 105 again, and the reaction of colliding with the air contaminated with the chemical poisonous gas injected into the injection hole 102 may be repeated. The reaction time is lengthened, and thus, the poisonous gas no longer remains in the exhaust gas exiting the flame outlet 120.

도 3은 제 2블록(103)과 연결된 반응부(150)를 나타낸 전체도로서, 네 개의 주입구(102a, 102b, 102c, 102d)가 포함된 화생 독가스 주입구(102), 연료 주입구(111), 추가 가스 주입구(115), 외부 반응기(104), 내부 반응기(105), 네 개의 슬릿(106a, 106b, 106c, 106d)이 포함된 내부 반응기의 슬릿(106), 화염 출구(120)를 나타내고 있다. 화생 독가스 주입구(102)는 외부 반응기(104)에 접선 방향으로 설치되며 외측으로부터 외부 반응기(104)로 상향 경사가 지도록 설치된다.FIG. 3 is a general view showing the reaction unit 150 connected to the second block 103. The chemical poison injection hole 102 including the four injection holes 102a, 102b, 102c, and 102d, the fuel injection hole 111, A further gas inlet 115, an external reactor 104, an internal reactor 105, a slit 106 of the internal reactor with four slits 106a, 106b, 106c, 106d and a flame outlet 120 are shown. . The chemical poison gas injection port 102 is installed in the tangential direction to the external reactor 104 and is installed to be inclined upward from the outside to the external reactor 104.

도 4는 상기 도 3의 전체도를 위에서 도시한 단면도 이다. 네 개의 화생 독가스 주입구(102a, 102b, 102c, 102d)는 외부 반응기(104)에 접선 방향으로 4 개가 연결되고, 내부 반응기(105)의 네 개의 슬릿(106a, 106b, 160c, 160d) 또한 내부 반응기(105)에 대해 접선 방향으로 홈이 나있다. 접선 방향의 슬릿(106)을 통하여 화생 독가스 주입구(102)를 통하여 들어온 오염된 공기는 와류(107)를 형성하여 발생된 플라즈마 버너를 통과하면서 반응, 제거된다. 추가 가스 주입구(115)는 연료 주입구(111)에 수직 또는 외측으로부터 연료 주입구로 상향 경사지도록 연결되어 있으며, 연료 주입구(111)는 제 2블록(103) 및 플라즈마 화염에 수직으로 연결되어 있다.4 is a cross-sectional view of the entire view of FIG. 3 from above. Four flue gas inlet (102a, 102b, 102c, 102d) is connected in the tangential direction to the outer reactor 104, four slits (106a, 106b, 160c, 160d) of the inner reactor 105 is also internal reactor Grooves tangential to 105. The contaminated air that enters through the toxic slit 106 through the chemical poisonous gas inlet 102 reacts and is removed while passing through the plasma burner generated by forming the vortex 107. The additional gas inlet 115 is connected to the fuel inlet 111 so as to incline upward from the outside or from the outside to the fuel inlet, and the fuel inlet 111 is vertically connected to the second block 103 and the plasma flame.

상기와 같이 구성된 고온, 대용량 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너의 작동과정에 대해 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the plasma burner generating a high-temperature, large-capacity plasma flame configured as described above are as follows.

전원 공급부(20)로부터 마그네트론(10)으로 전원이 공급되면, 마그네트론(10)은 전자파를 발진하게 되고, 이처럼 발진된 전자파는 순환기(30)와 방향성 결합기(40)와 스터브 튜너(50) 및 도파관(60)을 통해 방전관(70)으로 전달된다. 한편, 상기 가스 공급부(80)는 미도시된 외부공급원으로부터 공급되는 와류가스를 방전관(70)의 내부 공간으로 주입하게 된다.When power is supplied from the power supply unit 20 to the magnetron 10, the magnetron 10 emits electromagnetic waves, and the electromagnetic waves thus oscillated are the circulator 30, the directional coupler 40, the stub tuner 50, and the waveguide. It is transmitted to the discharge tube 70 through 60. On the other hand, the gas supply unit 80 injects the vortex gas supplied from an external source not shown to the inner space of the discharge tube (70).

상기와 같이 방전관(70)의 내부로 전자파가 유입되고, 와류가스가 공급되면, 점화부(90)의 전극에 전압이 인가되어 플라즈마 생성에 필요한 전자를 공급해 줌으로써 플라즈마를 생성하게 된다. 한편, 공급된 와류가스는 생성된 플라즈마를 안정화시키고 방전관(70) 내에 와류를 형성하여 플라즈마로부터 방전관(70)의 내벽을 보호하게 된다. 결국, 공급된 와류가스는 방전관(70)을 열적으로 보호하고 플라즈마를 안정화하는 기능을 제공하게 된다. 연료 공급부(110)로부터 공급되는 탄화수소 연료는 플라즈마 화염의 측면에서 주입되어 고온의 플라즈마 화염을 발생 시키고, 반응부(150)의 외측에 설치된 화생 독가스 주입부(100)에서 주입되어진 화생 독가스는 반응부(150)에서 고온 플라즈마 화염에 의해 분해 또는 소각되어 화염출구(120)로 나오게 된다. 예를 들어, 액체 탄화수소 계열의 연료가 사용될 경우, 플라즈마 화염의 중심온도 섭씨 5000 ∼ 6000 도의 공기 플라즈마에 의해 액체연료가 기화되고 고온의 플라즈마 화염에 의해 순식간에 연소가 된다. 이에 따라 주입되는 화생 독가스들은 산화 분해되어 배출가스 중에는 더 이상 화생 독가스가 남아있지 않게 된다.As described above, when the electromagnetic wave is introduced into the discharge tube 70 and the vortex gas is supplied, a voltage is applied to the electrode of the ignition unit 90 to supply the electrons necessary for plasma generation to generate the plasma. On the other hand, the supplied vortex gas stabilizes the generated plasma and forms vortices in the discharge tube 70 to protect the inner wall of the discharge tube 70 from the plasma. As a result, the supplied vortex gas provides a function of thermally protecting the discharge tube 70 and stabilizing the plasma. The hydrocarbon fuel supplied from the fuel supply unit 110 is injected from the side of the plasma flame to generate a high temperature plasma flame, and the chemical poisonous gas injected from the chemical poison injection unit 100 installed outside the reaction unit 150 is a reaction unit. At 150, the high-temperature plasma flame is decomposed or incinerated to exit the flame outlet 120. For example, when a liquid hydrocarbon-based fuel is used, the liquid fuel is vaporized by an air plasma having a center temperature of 5000 to 6000 degrees Celsius of the plasma flame and is burned instantly by a high temperature plasma flame. As a result, the injected poisonous gases are oxidatively decomposed so that no residual poisonous gases remain in the exhaust gas.

화생 독가스 화학 분자의 파괴 모델은 다음과 같이 표시할 수 있다.The destruction model of the chemical poison gas chemical molecule can be expressed as follows.

Figure 112006502186215-pat00001
Figure 112006502186215-pat00001

여기서 X 는 고온 플라즈마 화염을 통과한 후 화생 독가스의 농도, X 0 는 초기 화생 독가스의 농도, 그리고 E 는 고온 플라즈마 화염을 지나간 공기 1 리터당 투입된 에너지 (joules per liter) 이다. 상수 β는 화생 독가스 농도 X 를 초기농도의 1/e 로 감소시키는 데에 필요한 에너지 밀도이다. 다시 말해서 화생 독가스 63％를 분해하는 데에 필요한 에너지 밀도이다.Where X is the concentration of the flammable poison gas after passing the hot plasma flame, X 0 is the concentration of the initial flammable poison gas, and E is the energy ( joules per liter ) per liter of air that has passed through the hot plasma flame. The constant β is the energy density needed to reduce the chemical poison gas concentration X to 1 / e of the initial concentration. In other words, it is the energy density required to decompose 63% of the chemical poisonous gases.

〈실시 예 1〉<Example 1>

화생 독가스로 톨루엔을, 액체 연료로는 등유를 사용하였으며 기체 연료로는 메탄(CH4)을 사용하였다. 화생 독가스 대체 물질인 톨루엔이 섞인 공기를 흡입팬을 사용하여 분당 약 5000 리터 (lpm)를 주입하였으며, 40 lpm 압축 공기가 와류 가스로 주입되었다. 액체 연료인 등유는 시간당 0.3 갤런 (gal/hr) 약 0.02 lpm, 0.4 gal/hr (약 0.025 lpm) 그리고 0.5 gal/hr (약 0.03 lpm)을 주입하여 실험하였으며, 기체 연료인 CH4는 5 lpm, 10 lpm, 15 lpm, 20 lpm 그리고 30 lpm을 주입하여 총 8회 실시하였다. 분해 농도는 톨루엔 가스 검지관을 통하여 측정하였고, 마이크로웨이브 파워는 약 1.4 kW, 톨루엔의 초기 농도는 약 170 Particulates per Million (ppm) 정도 측정되었다.Toluene was used as the chemical poison gas, kerosene was used as the liquid fuel, and methane (CH 4 ) was used as the gaseous fuel. Air mixed with toluene, a metabolic poisoning gas substitute, was injected with a suction fan at about 5000 liters per minute (lpm), and 40 lpm compressed air was injected into the vortex gas. The liquid fuel is kerosene was experiments by injecting per 0.3 gallons (gal / hr) of about 0.02 lpm, 0.4 gal / hr (approximately 0.025 lpm) and 0.5 gal / hr (about 0.03 lpm), the gaseous fuel of CH 4 is 5 lpm , 10 lpm, 15 lpm, 20 lpm and 30 lpm were injected a total of eight times. Decomposition concentration was measured through a toluene gas detector tube, microwave power was about 1.4 kW, initial concentration of toluene was about 170 Particulates per Million (ppm).

도 5와 6은 각각 톨루엔 분해 효율을 나타내는 그래프로 도 5는 등유를 연료 로 주입하여 분해한 효율을 나타내고, 도 6은 CH4를 연료로 주입하여 분해한 효율을 나타낸다. 도 5와 6에서 볼 수 있듯이, 주입되는 연료의 양에 따라 분해 효율이 높아지는 것을 볼 수 있으며, 등유 0.025 lpm과 CH4 15 lpm 주입 시 분해 효율이 90％를 넘는 것을 볼 수 있었다.5 and 6 are graphs showing toluene decomposition efficiency, respectively, and FIG. 5 shows efficiency obtained by injecting kerosene into fuel, and FIG. 6 shows efficiency obtained by injecting CH 4 into fuel and decomposed. As can be seen in Figures 5 and 6, it can be seen that the decomposition efficiency is increased according to the amount of fuel injected, the decomposition efficiency of more than 90% when kerosene 0.025 lpm and CH 4 15 lpm injection.

도 7과 8은 각각 화생 독가스 화학 분자의 파괴 모델로 계산한 에너지 밀도 β의 값을 나타내는 그래프이다. 도 7은 등유를 연료로 주입하여 계산된 수치를 그래프로 나타낸 것이고, 도 8은 CH4를 연료로 주입하여 계산된 수치를 그래프로 나타낸 것이다. 도출된 에너지 밀도 β는 등유 주입 시 84.39 joule per liter (J/L)이고, CH4 주입 시 62.73 J/L로 나타났다. 수년전, B. M. Penetrante 등에 의하여 J. Adv. Oxid. Technol. Vol. 2, No. 2 (1997)에 발표된 논문 "Comparison of Pulsed Corona and Electron Beam Processing of Hazardous Air Pollutions"에 수록된 내용에 의하면 Pulsed Corona 방법으로는 에너지 밀도 β 값이 393 J/L로 발표되어있다. 또한 본 발명자 중에 엄(UHM)에 의하여 2006년 2월 16일 등록된 대한민국 특허 10-0554712 에서의 전자파 플라즈마 토치의 에너지 밀도 β는 173 J/L이다. 고온 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너의 화생 독가스 제거 방법이 전자파 토치에 비하여 2배 이상의 효율을 보이며, Pulsed Corona 방법에 비하여 6배 이상의 효율을 보여준다. 위의 결과로 볼 때 톨루엔 제거에는 분명히 고온 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너에 의한 제거 방법이 전자파 토치 방법과 Pulsed Corona 방법에 비하여 월등히 효과적인 것을 알 수 있다. 뿐만 아니라 아주 간편하 고 작은 장치로 대량의 오염가스를 처리하고 있다.7 and 8 are graphs showing the values of the energy density β calculated by the destruction model of the chemical poisonous chemical molecules, respectively. 7 is a graph showing a value calculated by injecting kerosene into fuel, and FIG. 8 is a graph showing a value calculated by injecting CH 4 into fuel. The derived energy density β was 84.39 j oule per liter (J / L) at kerosene injection and 62.73 J / L at CH 4 injection. Many years ago, by BM Penetrante et al., J. Adv. Oxid. Technol. Vol. 2, No. 2 (1997), published in the paper "Comparison of Pulsed Corona and Electron Beam Processing of Hazardous Air Pollutions," the pulsed corona method has an energy density β of 393 J / L. In addition, the energy density β of the electromagnetic plasma torch in Korean Patent No. 10-0554712, registered February 16, 2006 by UHM, is 173 J / L. The method of removing the poisonous gas from the plasma burner that generates the high temperature plasma flame is more than twice as efficient as the electromagnetic torch, and is more than six times more efficient than the Pulsed Corona method. From the above results, it is clear that the removal method by the plasma burner that generates the high temperature plasma flame is far more effective than the torch and pulsed corona methods for toluene removal. In addition, a very simple and small device handles a large amount of polluting gases.

〈실시 예 2〉<Example 2>

또 다른 화생 독가스로 H2S를, 연료로는 등유와 CH4를 사용하였다. 화생 독가스인 H2S 기체가 섞인 공기를 흡입팬을 사용하여 약 5000 lpm을 주입하였으며, 40 lpm의 압축 공기가 와류 가스로 주입되었다. 액체 연료인 등유는 0.3 gal/hr (약 0.02 lpm), 0.4 gal/hr (약 0.025 lpm) 그리고 0.5 gal/hr (약 0.03 lpm)을 주입하여 실험하였으며, 기체 연료인 CH4는 5 lpm, 10 lpm, 15 lpm 그리고 20 lpm을 주입하여 총 7회 실시하였다. 분해 농도는 H2S 가스 검지관을 통하여 측정하였고, 마이크로웨이브 파워는 약 1.4 kW, H2S의 초기 농도는 약 120 ppm 정도로 측정되었다.In the H 2 S to the other chemical and biological poison gas, the fuel was used as the kerosene and CH 4. The air mixed with H 2 S gas, which is a metabolic poison gas, was injected by using a suction fan, and about 40 lpm of compressed air was injected into the vortex gas. Kerosene, a liquid fuel, was tested by injecting 0.3 gal / hr (about 0.02 lpm), 0.4 gal / hr (about 0.025 lpm) and 0.5 gal / hr (about 0.03 lpm), and the gaseous fuel CH 4 was 5 lpm, 10 In total, seven injections of lpm, 15 lpm and 20 lpm were performed. Decomposition concentration was measured through a H 2 S gas detector tube, microwave power was measured about 1.4 kW, the initial concentration of H 2 S was about 120 ppm.

도 9와 10은 각각 H2S 분해 효율을 나타내는 그래프로 도 9는 등유를 연료로 주입하여 분해한 효율을 나타내고, 도 10은 CH4를 연료로 주입하여 분해한 효율을 나타낸다. 도 9와 10에서 볼 수 있듯이, 주입되는 연료의 양에 따라 분해 효율이 높아지는 것을 볼 수 있으며, 등유 0.02 lpm과 CH4 15 lpm 주입 시 분해 효율이 90％를 넘는 것을 볼 수 있었다.9 and 10 are graphs showing H 2 S decomposition efficiency, respectively, and FIG. 9 shows efficiency obtained by injecting kerosene into fuel and FIG. 10 shows efficiency obtained by injecting CH 4 into fuel and decomposed. As can be seen in Figures 9 and 10, it can be seen that the decomposition efficiency is increased according to the amount of fuel injected, the decomposition efficiency of more than 90% when kerosene 0.02 lpm and CH 4 15 lpm injection.

도 11과 12는 각각 화생 독가스 화학 분자의 파괴 모델로 계산한 에너지 밀도 β의 값을 나타내는 그래프이다. 도 11은 등유를 연료로 주입하여 계산된 수치를 그래프로 나타낸 것이고, 도 12은 CH4을 연료로 주입하여 계산된 수치를 그래프 로 나타낸 것이다. 도출된 에너지 밀도 β는 등유 주입 시 46.57 J/L이고, 메탄 주입 시 56.47 J/L로 나타났다. H2S가 톨루엔보다 더욱 쉽게 분해되는 것을 볼 수가 있다. 이는 또한 산업공해물질을 이 방법을 이용하여 처리할 수 있다는 것을 의미한다.11 and 12 are graphs showing the values of the energy density β calculated by the destruction model of the chemical poisonous chemical molecules, respectively. FIG. 11 is a graph showing values calculated by injecting kerosene into fuel, and FIG. 12 is a graph showing values calculated by injecting CH 4 into fuel. The derived energy density β was 46.57 J / L for kerosene injection and 56.47 J / L for methane injection. It can be seen that H 2 S decomposes more easily than toluene. This also means that industrial pollutants can be treated using this method.

〈실시 예 3〉<Example 3>

에어로솔 제거 효율을 정량적으로 관찰하기 위하여 디젤엔진에서 방출되는 매연을 이용하였다. 기체 탄화수소 연료인 CH4을 각 15 lpm, 25 lpm 그리고 30 lpm을 주입하여 실시하였다. 결과의 관찰은 800 rpm으로 공회전하는 10000cc 디젤엔진에서 배출되는 8000 lpm 정도의 배기가스 매연을 흰색 필터에 포착하여 매연제거 현상을 관찰할 수 있었다. 제거 효율은 90％ 이상이었고, 분해효율을 이용하여 에너지 밀도 β의 값을 구하였다. 도 13은 화생 독가스 화학 분자의 파괴 모델로 계산한 에너지 밀도 β의 값을 나타내는 그래프이다. 도출된 에너지 밀도 β는 121.06 J/L로 나타났다. 매우 효율적으로 에어로졸이 제거될 수 있다는 가능성을 이 실시 예에서 관찰할 수 있었다. 세균전 매체는 에어로졸 입자에 부착되어 있으므로, 에어로졸을 효율적으로 제거하면 세균전 독성매체는 자연제거되는 것을 예상할 수 있다. 또한 에어로졸은 일반적으로 유기물질로서 탄소화합물로 구성되어 있다. 섭씨 500도 이상의 온도에서 대부분의 탄소화합물은 아주 쉽게 산화되는 성질이 있으므로 미세한 유기물 에어로졸이 고온, 대용량 플라즈마 화염을 발생시키는 플라즈마 버너를 통과하는 동안 산화되어 소멸되는 것은 당연한 일이다. 이런 맥락 에서 본 발명은 생물학전 매체를 아주 효율적으로 제거하는 장치가 될 것이다. 본 발명은 트럭, 버스, 배 등에 장착되어 있는 디젤엔진에서 배출되는 매연을 또한 효율적으로 제거할 수도 있는 것이다.In order to quantitatively observe the aerosol removal efficiency, soot emitted from the diesel engine was used. CH 4 , a gaseous hydrocarbon fuel, was injected by injecting 15 lpm, 25 lpm and 30 lpm, respectively. Observation of the results showed that the exhaust filter of 8000 lpm exhausted from the 10000cc diesel engine idling at 800 rpm was captured by the white filter to observe the phenomenon of smoke removal. The removal efficiency was 90% or more, and the value of the energy density β was determined using the decomposition efficiency. It is a graph which shows the value of the energy density (beta) computed by the destruction model of a chemical poisonous chemical molecule. The derived energy density β was 121.06 J / L. The possibility that the aerosol can be removed very efficiently can be observed in this example. Since the bacteriostatic medium is attached to the aerosol particles, it can be expected that if the aerosol is removed efficiently, the bacteriostatic medium is naturally removed. Aerosols are generally composed of carbon compounds as organic substances. Since most carbon compounds are easily oxidized at temperatures above 500 degrees Celsius, it is natural that fine organic aerosols are oxidized and extinguished while passing through a plasma burner that generates a high temperature, high volume plasma flame. In this context, the present invention will be a device for removing the biological warfare medium very efficiently. The present invention can also efficiently remove soot emitted from diesel engines mounted on trucks, buses, ships, and the like.

화생 독가스 화학 분자의 파괴 모델 공식을 응용하여 β에 따른 화생전 독가스 최대 처리 용량을 알아 볼 수 있다. 다음의 식을 보면,By applying the model of the destruction of chemical poisoning gas chemical formula, the maximum treatment capacity of the chemical poisoning gas before β can be determined. If you look at the following equation,

Figure 112006502186215-pat00002
Figure 112006502186215-pat00002

로 표현될 수 있다. 처리 용량이 많아지면 많아질수록 에너지 E 의 값은 작아지게 된다. 식을 간단히 하기위해 한 기준점으로 예를 들어 0.5 gal/hr (약 0.03 lpm)의 등유를 주입하여 톨루엔에 오염된 5000 lpm의 공기를 처리하였을 때에 X 0 /X 의 값을 X m 이라 놓고, 이때의 에너지는 E m , 처리 용량을 R m 으로 표현하여 식으로 나타내면,It can be expressed as. The larger the processing capacity, the smaller the value of energy E. To simplify the equation, X 0 / X is defined as X m when 0.5 gal / hr (about 0.03 lpm) of kerosene is injected to treat 5000 lpm of air contaminated with toluene. The energy of E m is expressed in terms of the treatment capacity in R m .

Figure 112006502186215-pat00003
Figure 112006502186215-pat00003

로 표현할 수 있다. 양변을 β로 나누어 주면,Can be expressed as If you divide both sides by β ,

Figure 112006502186215-pat00004
Figure 112006502186215-pat00004

로 표현되고, 위의 식에 식 (2)를 대입하면,Represented by and substituting Eq. (2) into the above equation,

Figure 112006502186215-pat00005
Figure 112006502186215-pat00005

와 같이 나타낼 수 있다. 위의 X 0 /X 를 X n 으로 표현하여 식 (5)에 대입하면Can be expressed as: Expressing X 0 / X as X n and substituting it in equation (5)

Figure 112006502186215-pat00006
Figure 112006502186215-pat00006

의 식 (6)을 유도할 수 있다. 1/X m 의 값은 실시 예 1에서 거의 98％ (도 5)의 효율이므로 0.02이고, R m 의 값은 5000 lpm 이다. 이 값을 위의 식 (6)에 대입하여 풀면,Equation (6) can be derived. The value of 1 / X m is 0.02 in Example 1 since it is almost 98% efficient (FIG. 5), and the value of R m is 5000 lpm. Solving this value by substituting it in equation (6) above,

Figure 112006502186215-pat00007
Figure 112006502186215-pat00007

로 표현된다. 식 (8)은 식 (1)과 비슷한 형태이며, 이 식으로 실시 예 1과 비교하여 1/e (ln (X n )=1) 만큼의 분해 효율, 즉 0.5 gal/hr (약 0.03 lpm)의 등유를 연료로 주입하여 플라즈마 버너로 63％의 화생 독가스를 분해할 때의 처리 용량 R = 19447 lpm, 거의 20000 lpm의 화생 독가스를 분해, 제거 할 수 있다.It is expressed as Equation (8) is in a form similar to Equation (1), whereby the decomposition efficiency as compared to Example 1 is 1 / e ( ln ( X n ) = 1), that is, 0.5 gal / hr (about 0.03 lpm) When kerosene is injected into the fuel and the plasma burner decomposes 63% of the poisonous poison gas, the processing capacity R = 19447 lpm and nearly 20000 lpm of the poisonous poison gas can be decomposed and removed.

다른 예를 들어 0.5 gal/hr (약 0.03 lpm)의 등유를 연료로 주입하여 플라즈마 버너로 H2S가 오염된 5000 lpm의 공기를 처리하였을 때에 99.9％ (도9) 효율로 처리가 되어 X m = 1000이고, 1/e (ln (X n )=1)만큼 H2S가 분해효율을 가질 때 처리유량 R = 34540 lpm이 된다.Another example, 0.5 gal / hr when injected into the kerosene to the fuel (about 0.03 lpm) was treated air is contaminated 5000 H 2 S lpm to a plasma burner is treated with a 99.9% (Fig. 9) Efficiency X m = 1000, and when H 2 S has a decomposition efficiency by 1 / e ( ln ( X n ) = 1), the treatment flow rate R = 34540 lpm.

실시 예 1, 2 와 3에서 사용된 반응기의 크기는 지름이 20cm 그리고 길이가 33 cm로서 공기의 유입량에 한계를 가진 것이나, 만일 더욱 큰 반응기를 사용하고 더 많은 연료를 분사한다면 더 많은 오염공기를 유입하여 처리할 수 있게 된다. 그래서 오염공기 처리의 한계는 더욱 커질 수 있는 것이다. 따라서 오염공기 처리량을 50000 내지 100000 lpm으로 증가시키는 것도 큰 문제가 없다.The size of the reactor used in Examples 1, 2 and 3 is 20 cm in diameter and 33 cm in length, which limits the flow of air, but if more reactors are used and more fuel is injected, more air is contaminated. Inflow can be processed. So the limit of polluted air treatment can be increased. Therefore, it is not a big problem to increase the polluted air throughput to 50000 to 100000 lpm.

본 발명의 중요한 사항은 본 발명에서 제안하는 화생 독가스 제거장치는 소형화 장치이므로 어느 곳에서든 빠른 대처와 여러 대를 병행하여 여타 다른 장치에 비하여 오염된 공기를 대량으로 처리할 수 있는 것이다. 이는 여타 다른 장치에 비하여 수십 또는 수백 배를 처리할 수 있는 충분한 잠재능력을 가진다는 것이다.The important point of the present invention is that the present invention is a compact poisonous gas removal device is a miniaturization device, so that any contaminated air can be treated in large quantities in comparison with any other device in parallel with rapid response and several units. This has the potential to handle tens or even hundreds of times more than any other device.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

본 발명은 공기 중에 떠도는 톨루엔 가스나 환경 오염물질인 H2S와 매연을 제거하고 소각하는 것이지만, 이 발명을 통하여 공기 중에 떠있는 화학생물전 오염물질을 역시 제거하거나 소각할 수 있는 효과를 거둘 수 있다. 테러용의자들이 화학생물전 오염매체를 공기 중에 살포했을 때, 신속히 오염매체를 제거함으로서 일반 대중이나 관계인들의 생명을 보호할 수 있는 것이다. 이와 같은 신속대응은 테러용의자들이 화생무기 사용 의욕을 처음부터 차단해버리는 효과를 또한 거둘 수 있다.Although the present invention removes and incinerates toluene gas or air pollutants H 2 S that float in the air and smoke, but through this invention, it is possible to remove or incinerate chemical bioelectric contaminants floating in the air. have. When terrorists spray chemical biological warfare media into the air, they can quickly remove the media and protect the lives of the general public and others. Such a quick response could also have the effect of terrorist suspects cutting off their willingness to use CBR.

부수적인 효과로, 본 발명은 공기 중에 떠있는 여러 종류의 휘발성 유기화합물 (Volatile Organic Compounds)나 혐오물질을 제거할 수 있다. 예를 들어, 소각로에서 배출되는 다이옥신, 공장에서 나오는 황화수소, 축산 폐기물에서 배출되는 암모니아 화합물 등을 제거하거나 또한 태워버릴 수 있는 것이다. 연기로 알려진 매연은 완전히 연소되지 못한 탄소들이 모여 있는 알갱이 입자이다. 버스나 트럭과 같은 디젤엔진에서 다량 배출되며 대도시 대기오염의 주범이다. 본 발명을 응용함으로서 각종 차량에서 배출되는 매연을 아주 효율적으로 조기에 차단할 수 있는 것이다. 이러한 맥락에서 본 발명은 대기오염을 원천적으로 제거하여 대기환경을 개선하는 데에 또한 사용될 수 있는 효과도 거둘 것이다.As a side effect, the present invention can remove various kinds of volatile organic compounds or aversive substances floating in the air. For example, dioxins from incinerators, hydrogen sulfide from factories, and ammonia compounds from livestock waste can be removed or burned. Fumes, known as smoke, are granulated particles of carbon that are not completely burned. It is emitted from diesel engines such as buses and trucks and is a major contributor to air pollution in large cities. By applying the present invention it is possible to block the smoke emitted from various vehicles very efficiently and early. In this context, the present invention will also have an effect that can also be used to remove air pollution at the source to improve the atmosphere.

Claims (15)

전원 공급부로부터 전력을 공급받아 전자파를 발진하는 마그네트론;A magnetron that receives electric power from a power supply and oscillates electromagnetic waves; 상기 마그네트론에서 발진된 전자파를 출력하고 마그네트론으로 반사되는 반사파를 흡수하는 순환기;A circulator for outputting electromagnetic waves oscillated by the magnetron and absorbing reflected waves reflected by the magnetron; 상기 순환기를 통해 전송된 전자파의 세기를 입사파와 반사파로 모니터링 해주는 방향성 결합기;A directional coupler for monitoring the intensity of electromagnetic waves transmitted through the circulator with incident and reflected waves; 상기 방향성 결합기로부터 입력되는 전자파에 대해 입사파와 반사파의 세기를 조절하여 임피던스를 정합시키는 스터브 튜너;A stub tuner for matching impedance by adjusting the intensity of the incident wave and the reflected wave with respect to the electromagnetic wave input from the directional coupler; 상기 스터브 튜너로부터 전송되는 전자파가 입력되는 도파관;A waveguide to which electromagnetic waves transmitted from the stub tuner are input; 상기 도파관을 통해 입력되는 전자파 및 외부로부터 주입되는 와류가스에 의해 플라즈마를 생성하는 방전관;A discharge tube generating plasma by electromagnetic waves input through the waveguide and vortex gas injected from the outside; 상기 방전관으로 와류가스를 공급하는 와류 가스 공급부;A vortex gas supply unit for supplying a vortex gas to the discharge tube; 상기 방전관 내에 유입된 전자파와 기체에 의한 플라즈마의 발생을 위한 초기 전자를 공급하는 점화부;An ignition unit for supplying initial electrons for generating plasma by electromagnetic waves and gases introduced into the discharge tube; 고온, 대용량의 플라즈마 화염을 생성하기 위해 상기 방전관 내에 형성된 플라즈마에 연료를 공급하는 연료 공급부;A fuel supply unit supplying fuel to a plasma formed in the discharge tube to generate a high-temperature, large-capacity plasma flame; 외부에서 주입된 화생 독가스가 발생된 고온, 대용량의 플라즈마 버너 화염과 효율적 반응으로 제거되는 반응부; 및A reaction unit which is removed by an efficient reaction with a high-temperature, large-capacity plasma burner flame generated by the injection of the poisonous poison gas; And 상기 반응부는 화생 독가스 주입부와 반응후 배기가스가 배출되는 화염출구 로 구성되는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생독가스 제거 장치.The reaction unit is a chemical poisoning gas removal unit using a high temperature, large-capacity plasma burner, characterized in that the chemical combustion gas injection unit and a flame outlet for exhaust gas discharged after the reaction. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 방전관은 도파관의 종단으로부터 전자파 파장의 1/8∼1/2 위치에서 도파관을 수직하게 관통하도록 설치됨을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생독가스 제거 장치.The discharge tube is a chemical poisoning gas removal apparatus using a high-temperature, high-capacity plasma burner, characterized in that the discharge tube is installed so as to vertically penetrate the waveguide at a position 1/8 to 1/2 of the electromagnetic wave wavelength from the end of the waveguide. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 마그네트론은 10 MHz에서 10GHz 대역의 전자파를 발진하는 마그네트론이 사용되며, 바람직하게는 2.45 ㎓ 전자파를 발생시켜, 0.1킬로와트에서 6킬로와트의 출력으로 작동하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생독가스 제거 장치.The magnetron is a magnetron that emits electromagnetic waves in the 10 GHz to 10 GHz band, and preferably generates a 2.45 GHz electromagnetic wave to operate at a power output of 0.1 kilowatts to 6 kilowatts. Poison gas removal device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 와류 가스 공급부는, 상기 방전관의 내부 공간에 연속되는 또 다른 공간이 구비되어 방전관의 하단부에 설치된 제 1블록; 및The vortex gas supply unit may include: a first block provided with another space continuous to the inner space of the discharge tube and installed at a lower end of the discharge tube; And 상기 제 1블록의 내주면과 외주면을 연결하도록 형성되어 제 1블록의 내부에 구비된 공간으로 와류가스가 주입되는 유로를 제공하는 적어도 하나 이상의 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독 가스 제거 장치.At least one injection port formed to connect the inner circumferential surface and the outer circumferential surface of the first block to provide a flow path through which the vortex gas is injected into a space provided inside the first block; Chemical poisoning gas removal device used. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 와류가스는 공기, 산소, 질소, 아르곤 가스 중 선택된 적어도 하나 이상의 가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치.The vortex gas is a chemical poisonous gas removal apparatus using a high-temperature, high-capacity plasma burner, characterized in that consisting of at least one gas selected from air, oxygen, nitrogen, argon gas. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연료 공급부로 공급되는 연료는, 액체 또는 기체 상태의 탄화수소 연료인 것을 특징으로 하고 탄화수소 연료로는 액체 또는 기체 상태의 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 등유, 경유, 휘발유 등이 사용될 수 있는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치.The fuel supplied to the fuel supply unit is a liquid or gaseous hydrocarbon fuel, characterized in that the high temperature that can be used in the liquid or gaseous methane, ethane, propane, butane, kerosene, diesel, gasoline, etc., Chemical poisoning gas removal device using a large-capacity plasma burner. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 화생 독가스 주입부는 외부 반응기의 접선 방향으로 다수개의 주입구가 설치되며, 다수개의 주입구는 주입구 외측으로부터 외부 반응기로 10°∼ 60°의 각으로 상향 경사를 갖도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치.The chemical poisonous gas injection unit is provided with a plurality of inlets in the tangential direction of the external reactor, the plurality of inlets are installed so as to have an upward inclination at an angle of 10 ° to 60 ° from the outside of the inlet to the outer reactor. Chemical poisoning gas removal device using a burner. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응부는 외부 반응기와 내부 반응기를 포함하며, 다수개의 슬릿이 내부 반응기의 접선 방향으로 홈이 나도록 구성되는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치.The reaction unit includes an external reactor and an internal reactor, and the toxic poison gas removal apparatus using a high-temperature, high-capacity plasma burner, characterized in that a plurality of slits are grooved in the tangential direction of the internal reactor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연료 공급부는, 상기 방전관의 내부 공간에 연속되어지는 또 다른 공간이 구비되어 방전관의 상단부에 설치되고, 그의 상단부가 개방되어 고온 플라즈마 화염이 분출되는 화염출구를 제공하는 제 2블록;The fuel supply unit may include: a second block provided with another space continuous in the inner space of the discharge tube and installed at an upper end of the discharge tube, the upper end of which is open to provide a flame outlet through which a high temperature plasma flame is ejected; 상기 제 2블록에 설치되어 제 2블록의 내부로 연료를 공급하는 적어도 하나 이상의 가스 주입구; 및At least one gas inlet installed in the second block to supply fuel to the inside of the second block; And 가스 주입구에 추가 가스를 공급하는 적어도 하나 이상의 추가 가스 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치.At least one additional gas inlet for supplying additional gas to the gas inlet; the chemical poisoning gas removal apparatus using a high-temperature, large-capacity plasma burner comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 화생 독가스 주입부로 공급되는 화생 독가스는 1000 lpm 이상의 공기를 흡입할 수 있는 흡입팬을 부착하여 오염된 공기가 다수개의 주입구로 주입되도록 구성됨을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 장치.The chemical poison gas supplied to the chemical poison gas injection unit is attached to a suction fan capable of sucking air of 1000 lpm or more, and thus the polluted air is injected into a plurality of injection ports. . 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 화생 독가스 주입부는 디젤엔진의 배기통과 연결되어 디젤 엔진에서 배출되는 5000 ∼ 20000 lpm의 배기가스가 처리되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 배기가스 매연 제거 장치.The combustion poisonous gas injection unit is connected to the exhaust pipe of the diesel engine exhaust gas soot removal apparatus using a high-temperature, large-capacity plasma burner, characterized in that installed to process the exhaust gas of 5000 ~ 20000 lpm discharged from the diesel engine. 고온, 대용량의 플라즈마 버너를 이용하여 화생독가스를 제거하는 방법에 있어서,In the method of removing the poisonous gas by using a high-temperature, large-capacity plasma burner, 공기 또는 산소 전자파 플라즈마 토치를 이용하여 고온, 대용량의 플라즈마 화염을 생성하기 위해 방전관 내에 형성된 플라즈마에 연료 공급부를 통하여 탄화수소연료를 공급하는 제 1과정;A first step of supplying hydrocarbon fuel through a fuel supply unit to a plasma formed in a discharge tube to generate a high-temperature, large-capacity plasma flame using an air or oxygen electromagnetic plasma torch; 화생 독가스로 오염된 대용량의 공기가 외부반응기로 주입되는 제 2과정;A second process of injecting a large amount of air contaminated with the chemical poison gas into the external reactor; 외부 반응기로 주입된 상기 화생독가스로 오염된 대용량의 공기가 내부 반응기로 주입되는 제 3과정;A third step of injecting a large amount of air contaminated with the poisonous poison gas injected into an external reactor into an internal reactor; 내부 반응기로 주입된 상기 대용량의 오염된 공기가 고온, 대용량의 플라즈마 버너 화염과 섞이는 제 4과정;A fourth step of mixing the large volume of contaminated air injected into an internal reactor with a high temperature, large volume plasma burner flame; 상기 오염된 공기가 상기 플라즈마 버너 화염에서 분해, 산화과정을 통해 효율적으로 제거되는 제 5과정; 과A fifth process of efficiently removing the contaminated air from the plasma burner flame through decomposition and oxidation; and 상기 내부 반응기의 화염 출구를 통해 정화된 공기가 배출되는 제 6과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 방법.And a sixth process of purifying the air discharged through the flame outlet of the internal reactor. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 제 2과정은 1000 lpm 이상의 공기를 흡입할 수 있는 흡입팬을 이용하여 다수개의 주입구로 흡입하여 공급된 화생 독가스가 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 방법.The second process is a method for removing the poisonous poison gas using a high-temperature, high-capacity plasma burner, characterized in that the poisonous poison gas is sucked into a plurality of inlets by using a suction fan capable of sucking more than 1000 lpm of air. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 디젤 엔진에서 배출되는 5000 ∼ 20000 lpm의 매연을 배기통과 연결된 외부 반응기의 주입구를 통하여 처리되도록 하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 배기가스 매연 제거 장치.An apparatus for removing exhaust fumes using a high temperature, high-volume plasma burner characterized in that the soot of 5000 to 20000 lpm discharged from a diesel engine is treated through an inlet of an external reactor connected to an exhaust pipe. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 와류가스에 일부 화생전 독가스를 주입하고, 일부 화생전 독가스는 반응기로 주입하여 제거하는 것을 특징으로 하는 고온, 대용량 플라즈마 버너를 이용한 화생 독가스 제거 방법.The process of removing the poisonous poison gas using a high-temperature, large-capacity plasma burner, characterized in that the injection of some poisonous poisonous gas into the vortex gas, and removing some poisonous poisonous gas into the reactor.
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