(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融炉に結合設置され、電極間でプラズマアークを発生させ維持して廃棄物質を溶融させるプラズマトーチであって、
前記プラズマトーチは、トーチ管体の内部に設置され、陽極または陰極に電気結線される後方電極と、
前記トーチ管体の先端を介して前記後方電極の先端に隣接するように設置され、陰極または陽極に電気結線される前方電極と、
前記プラズマトーチを直線移送させる１軸トーチ移送手段から構成され、
前記１軸トーチ移送手段は、
前記プラズマトーチを直線的にガイドする１軸ＬＭガイドと、
前記１軸ＬＭガイド上に直線移動可能に設置され、上部を介して前記プラズマトーチを固定支持する１軸ガイドブロックと、
前記１軸ガイドブロックを貫通して螺合され、正逆回転によって前記１軸ガイドブロックを前後に直線移動させる１軸ボールスクリューと、
前記１軸ボールスクリューの一端を連結し、電源の印加によって正逆回転して前記１軸ボールスクリューを正逆回転させる１軸サーボモーターとから構成され、
前記プラズマトーチを前記溶融炉に結合させるときに前記プラズマトーチの回転角度を調節する２軸トーチ回転角度調節手段がさらに構成され、
前記２軸トーチ回転角度調節手段は、
前記溶融炉の一側に一定の高さで設置される２軸支柱と、
前記２軸支柱の上端にリンク結合されて回転可能に設けられる２軸連結リンクと、
前記２軸連結リンクの端部にリンク結合されて回転可能に設けられ、長さ調節によって前記プラズマトーチの角度を調節する２軸長さ調節手段と、
前記２軸長さ調節手段の端部と前記溶融炉の一側に両端がリンク結合されて回転可能に設けられ、前記１軸トーチ移送手段を支持する２軸支持リンクとから構成され、
前記一つの溶融炉に対して一つの電源装置で動作する２基の前記プラズマトーチがそれぞれ動作及び予熱され、一つのプラズマトーチが停止または出力低下した場合には、他のプラズマトーチがその役割を代わりに果たせるようにし、
前記後方電極と前記前方電極の電気結線を切り替えて逆極性プラズマトーチまたは正極性プラズマトーチで動作するようにしてあり、
前記プラズマトーチは、逆極性と正極性の動作が運転中に自由に切り替え可能であることを特徴とする、逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項２】
前記２軸長さ調節手段は、
前記２軸連結リンクの端部に回転可能にリンク結合される２軸連結バーと、
前記２軸連結バーに結合される２軸ＬＭガイドと、
前記２軸ＬＭガイド上に前後直線移動可能に設置される２軸ガイドブロックと、
前記２軸ガイドブロックに設置され、前記２軸支持リンクと回転可能にリンク結合される２軸移動バーと、
前記２軸ガイドブロックを貫通して螺合され、正逆回転によって前記２軸ガイドブロックを前後に直線移動させる２軸ボールスクリューと、
前記２軸ボールスクリューの一端を連結し、電源の印加によって正逆回転して前記２軸ボールスクリューを正逆回転させる２軸サーボモーターとから構成されることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項３】
前記プラズマトーチは、逆極性で作用するとき、陽極点が前記後方電極の表面に固定されたことを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項４】
前記後方電極と前記前方電極との間に注入される放電ガスによるプラズマアークの発生の際に、プラズマガスの流動を介して陰極点を所望の位置に移動させてアーク長さを延長させることができるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項５】
前記後方電極及び前記前方電極は、用途に応じて無酸素銅（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆｒｅｅ  Ｃｏｐｐｅｒ）、タングステン（Ｗ）、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、モリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）及び銀（Ｓｉｌｖｅｒ）のうちのいずれか一つの材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項６】
前記後方電極と前記前方電極は、突出型または陥没型からなり、前記後方電極は、一端が閉塞されている中空の空洞型からなり、前記前方電極は、両端が開放されているノズル型からなることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項７】
前記プラズマトーチは、移行型、非移行型または混合型で運転して伝導性または非伝導性の廃棄物を処理することができるようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項８】
前記プラズマトーチは、放電ガスとしてアルゴンガスを用いて初期点火し、窒素ガスを用いて非移行型モードに切り替えられ、一定の電流以上で移行型または混合型モードで運転されることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項９】
前記一つのプラズマトーチによって、前記溶融炉に装入される廃棄物ドラムを破壊運転または溶融運転可能にしたことを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項１０】
前記プラズマトーチは、前記プラズマトーチの運転中に移動が可能であることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項１１】
前記プラズマトーチの運転中にも前記溶融炉の内部で自由に距離調節が可能であることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【請求項１２】
前記プラズマトーチは、前記溶融炉への設置の際にボールジョイントベアリングによって連結され、密封及び回転可能に構成されることを特徴とする、請求項１に記載の逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物及び一般産業廃棄物などを溶融させるための溶融炉のプラズマトーチに係り、さらに詳しくは、一端が閉塞されている中空の空洞型後方電極と、両端が開放されているノズル型（Ｎｏｚｚｌｅ）前方電極とから構成し、電気結線に応じて逆極性または正極性で動作できるようにした逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、プラズマトーチを用いた溶融炉は、原子力発電所で発生した放射性廃棄物のうち、金属やコンクリートなどの可燃性及び非可燃性物質を処理して体積を低減し、処分場へ安定的に処理するための技術である。
【０００３】
前述したようなプラズマトーチは、電極間でプラズマアークを発生させて維持する装置であって、使用される工程にエネルギー（主に熱エネルギー形態）と反応ガスを提供して対象物のイオン化及び状態変化反応を促進させる役割をする。
【０００４】
一方、前述したように、電極間で発生したプラズマアークは、一般に、様々な気体（アルゴン、窒素、酸素及び圧縮空気など）を流速と流量を調節しながら注入して、該当用途に合わせて活用する。
【０００５】
前述したようなプラズマトーチは、その構造及び形態によって多様に分類することができるが、電極の配置によって正極性と逆極性、移行型と非移行型などに区分することができる。
【０００６】
特に、廃棄物処理または溶融を目的とする産業用プラズマトーチは空洞型が主に採用されるが、これは温度が非常に高く、しかも無汚染源であり、プラズマの温度及び速度の調節が容易であるという利点がある。
【０００７】
前述したトーチの構造で、非移行型トーチは、対象物の影響を受けないため安定的に動作するが、エネルギー伝達効率が減少する。移行型トーチは、対象物のエネルギー伝達効率が高いが、対象物が伝導性を持つときにのみ動作することができ、アークが外部ガスの環境の影響を受けるため動作が不安定である。
【０００８】
したがって、前述したような欠点を克服するために、一般に、非移行型トーチは非金属類を加熱するための手段として使用され、移行型トーチは金属類を加熱するための手段として使用される。
【０００９】
一方、従来技術によるプラズマトーチは、一般に、前方電極が陽極、後方電極が陰極にそれぞれ接続されて正極性で動作する。
【００１０】
一方、逆極性プラズマトーチは、後方電極が陽極、前方電極が陰極にそれぞれ接続される構成であって、前方電極の取替えが比較的自由であり、動作電圧を増加させることができるため、高出力プラズマの応用に活用されている。
【００１１】
現在、プラズマトーチを活用した廃棄物処理技術は、現在、スイスのＺＷＩＬＡＧ、ロシアのラドン、日本の敦賀原発などで多様に活用されているが、最近では、様々な廃棄物を効率的かつ安全に高い収率で処理するために、高出力プラズマトーチ及びこれを活用した技術に関する研究が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−１３４０４３９号（２０１３年１２月１１日公告）
【特許文献２】韓国公開特許第２０１２−００２９４９５号（２０１２年３月２７日公開）
【特許文献３】韓国公開特許特２００１−００７８６３６号（２００１年８月２１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従来技術の諸問題点を解決するために案出されたもので、その目的は、放射性廃棄物及び産業廃棄物などの様々な（伝導性及び非伝導性など）廃棄物を対象に、高温溶融運転によって処理量を高めることができるようにした、逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチを提供することにある。
【００１４】
また、本発明に係る技術の他の目的は、溶融炉の内部にエネルギーを均一かつ効率的に伝達することにより、処理設備運転の容易性、安定性及び利便性を確保することができるようにすることにある。
【００１５】
また、本発明に係る技術の別の目的は、プラズマトーチを活用した溶融炉の効率的かつ安定的な動作を確保することができるようにすることにある。
【００１６】
また、本発明に係る技術の別の目的は、プラズマ溶融炉で放射性廃棄物や一般産業廃棄物などを溶融させるときに高温の長期運転によって経済的かつ効率的な処理を可能にすることにある。
【００１７】
また、本発明に係る技術の別の目的は、効率的な廃棄物処理のためにプラズマトーチの構成や動作方法、工程などを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために構成される本発明は、次のとおりである。すなわち、本発明に係る逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチは、溶融炉に結合設置され、電極間でプラズマアークを発生させ、維持して放射性廃棄物や産業廃棄物などの廃棄物質を溶融させるプラズマトーチであって、プラズマトーチは、トーチ管体の内部に設置され、陽極または陰極に電気結線される後方電極と、トーチ管体の先端を介して後方電極の先端に隣接するように設置され、陰極または陽極に電気結線される前方電極とから構成され、後方電極と前方電極の電気結線を切り替えて逆極性プラズマトーチまたは正極性プラズマトーチで動作するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
前述したような本発明に係る構成において、プラズマトーチを直線移送させる１軸トーチ移送手段がさらに構成できる。この際、１軸トーチ移送手段は、プラズマトーチを直線的にガイドする１軸ＬＭガイドと、１軸ＬＭガイド上に直線移動可能に設置され、上部を介してプラズマトーチを固定支持する１軸ガイドブロックと、１軸ガイドブロックを貫通して螺合され、正逆回転によって１軸ガイドブロックを前後に直線移動させる１軸ボールスクリューと、１軸ボールスクリューの一端を接続し、電源の印加によって正逆回転して１軸ボールスクリューを正逆回転させる１軸サーボモーターとから構成できる。
【００２０】
一方、本発明に係る構成には、プラズマトーチを溶融炉に結合させるときにプラズマトーチの回転角度を調節する２軸トーチ回転角度調節手段がさらに構成できる。このとき、２軸トーチ回転角度調節手段は、溶融炉の一側に一定の高さで設置される２軸支柱と、２軸支柱の上端にリンク結合されて回転可能に設けられる２軸連結リンクと、２軸連結リンクの端部にリンク結合されて回転可能に設けられ、長さ調節によってプラズマトーチの角度を調節する２軸長さ調節手段と、２軸長さ調節手段の端部と溶融炉の一側に両端がリンク結合されて回転可能に設けられ、１軸トーチ移送手段を支持する２軸支持リンクとから構成できる。
【００２１】
そして、前述したような２軸トーチ回転角度調節手段の構成において、２軸長さ調節手段は、２軸連結リンクの端部に回転可能にリンク結合される２軸連結バーと、２軸連結バーに結合される２軸ＬＭガイドと、２軸ＬＭガイド上に前後直線移動可能に設置される２軸ガイドブロックと、２軸ガイドブロックに設置され、２軸支持リンクと回転可能にリンク結合される２軸移動バーと、２軸ガイドブロックを貫通して螺合され、正逆回転によって２軸ガイドブロックを前後に直線移動させる２軸ボールスクリューと、２軸ボールスクリューの一端を連結し、電源の印加によって正逆回転して２軸ボールスクリューを正逆回転させる２軸サーボモーターとから構成できる。
【００２２】
また、本発明による構成において、プラズマトーチは、逆極性で作用するとき、陽極点が後方電極の表面に固定されたことを特徴とする。
【００２３】
前述したような本発明による他の構成において、後方電極と前方電極との間に注入される放電ガスによるプラズマアークの発生の際に、プラズマガスの流動によって陰極点を所望の位置に移動させてアーク長さを延長させることができるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
前述したような本発明による構成において、後方電極及び前方電極は、用途に応じて無酸素銅（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆｒｅｅ  Ｃｏｐｐｅｒ）、タングステン（Ｗ）、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、モリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）及び銀（Ｓｉｌｖｅｒ）のうちのいずれか一つの材料から構成できる。
【００２５】
そして、本発明による構成において、後方電極と前方電極の内部に最大電流数百Ａ以上を流すことができるように設計された水冷式の伝導体コイルが数回以上巻かれている多重バンド型電極構造に設計され、電極の軸方向に発生する強い磁場によってアーク点の高速回転と電流密度分散を誘導することができるようにしたことを特徴とする。
【００２６】
また、本発明による構成において、後方電極と前方電極は、突出型または陥没型からなり、後方電極は、一端が閉塞されている中空の空洞型からなり、前方電極は、両端が開放されているノズル型からなることができる。
【００２７】
前述したような本発明の構成において、一つの溶融炉に対して一つの電源装置で動作する２基のプラズマトーチがそれぞれ動作及び予熱され、一つのプラズマトーチが停止または出力低下した場合には、他のプラズマトーチがその役割を代わりに果たせるようにしたことを特徴とする。
【００２８】
また、本発明による構成のプラズマトーチは、移行型、非移行型または混合型で運転して伝導性または非伝導性の廃棄物を処理することができるように構成できる。
【００２９】
また、本発明によるプラズマトーチは、放電ガスとしてアルゴンガスを用いて初期点火し、窒素ガスを用いて非移行型モードに切り替えられるが、一定の電流以上で移行型または混合型モードで運転されることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明による技術は、一つのプラズマトーチによって、溶融炉に装入される廃棄物ドラムを破壊運転または溶融運転可能にしたことを特徴とする。
【００３１】
前述したような本発明による構成において、プラズマトーチは、プラズマトーチの運転中に移動が可能であることを特徴とする。また、プラズマトーチの運転中にも溶融炉の内部で自由に距離調節が可能であることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明によるプラズマトーチは、溶融炉への設置の際にボールジョイントベアリングによって連結され、密封及び回転可能に構成できるのはもとより、プラズマトーチは、逆極性と正極性の動作が運転中に自由に切り替え可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の技術によれば、放射性廃棄物及び産業廃棄物などの様々な（伝導性と非伝導性など）廃棄物を対象に、高温溶融運転によって廃棄物の処理量を高めることができるという効果がある。
【００３４】
また、本発明による技術は、溶融炉の内部にエネルギーを均一かつ効率的に伝達することにより、処理設備運転の容易性、安定性及び利便性を確保することができるのはもとより、プラズマトーチを活用した溶融炉の効率的かつ安定的な動作を確保することができるという利点がある。
【００３５】
また、本発明による技術は、プラズマ溶融炉で放射性廃棄物や一般産業廃棄物などを溶融させるときに高温の長期運転によって経済的かつ効率的な廃棄物の処理が可能であるという利点がある。
【００３６】
さらに、本発明による技術は、プラズマトーチの構成や動作方法、工程などの向上により効率的な廃棄物処理が可能であるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチを示す断面構成図である。
【図２】本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチ前後移送手段を示す側面構成図である。
【図３】本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチを前後移送させる１軸と２軸による角度調節手段を示す側面構成図である。
【図４】入力電流８００Ａ、ガス流量１，５００ｓｌｐｍ（出力１．１０ＭＷ）の条件下での本発明による空洞型逆極性プラズマトーチ内の温度分布解析結果を示す。
【図５】入力電流１，０００Ａ、ガス流量１，５００ｓｌｐｍ（出力１．２７ＭＷ）の条件下での本発明による空洞型逆極性プラズマトーチ内の温度分布解析結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、図面を参照して、本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチの好適な実施例を詳細に説明する。
【００３９】
図１は本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチを示す断面構成図、図２は本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチ前後移送手段を示す側面構成図、図３は本発明による逆極性／正極性動作が可能な構造のプラズマトーチを前後移送させる１軸と２軸による角度調節手段を示す側面構成図、図４は入力電流８００Ａ、ガス流量１，５００ｓｌｐｍ（出力１．１０ＭＷ）の条件下での本発明による空洞型逆極性プラズマトーチ内の温度分布解析結果、図５は入力電流１，０００Ａ、ガス流量１，５００ｓｌｐｍ（出力１．２７ＭＷ）の条件下での本発明による空洞型逆極性プラズマトーチ内の温度分布解析結果を示す。
【００４０】
図１乃至図３に示すように、本発明による逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ１００は、目的においても明らかにしたように、電気結線に応じて逆極性または正極性で動作するようにする技術であって、トーチ管体１１０の内部に設置され、陽極または陰極に電気結線される後方電極１２０、及びトーチ管体１１０の先端を介して後方電極１２０の先端に隣接するように設置され、陰極または陽極に電気結線される前方電極１３０から構成されるが、後方電極１２０と前方電極１３０の電気結線を切り替えて逆極性プラズマトーチまたは正極性プラズマトーチで動作するようにしている。
【００４１】
前述したような本発明による逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ１００の構成において、後方電極１２０は、一端が閉塞されている中空の空洞型からなり、前方電極１３０は、両端が開放されているノズル型（Ｎｏｚｚｌｅ）からなる。すなわち、本発明は、空洞型後方電極とノズル型前方電極が備えられた空洞型プラズマトーチといえる。
【００４２】
一方、前述したように構成される本発明によるプラズトーチ１００は、平常の際に一般的な空洞型トーチの電気結線とは反対に、後方電極１２０を陽極に、前方電極１３０を陰極にそれぞれ連結する逆極性プラズマトーチ構造で構成され、正極性プラズマトーチで動作するときに電気結線を切り替えてプラズマトーチ１００が正極性で動作するようにする。
【００４３】
つまり、前述したように構成された本発明による逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ１００は、逆極性プラズマトーチ１００で動作するようにする場合には、後方電極１２０を陽極に結線するが、前方電極１３０は陰極に結線することにより、プラズマトーチ１００が逆極性で動作するようにする。
【００４４】
一方、前述したように構成された本発明による逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ１００は、正極性プラズマトーチ１００で動作するようにする場合には、後方電極１２０を陰極に結線するが、前方電極１３０は陽極に結線することにより、プラズマトーチ１００が逆極性で動作するようにする。
【００４５】
前述したように、平常の際に一般的な空洞型トーチの電気結線とは反対に、後方電極１２０を陽極に、前方電極１３０を陰極にそれぞれ連結する逆極性プラズマトーチ１００は、電極の寿命を延長させることができるのはもとより、摩耗した陰極の取替えをより容易にすることができるという利点がある。
【００４６】
一方、本発明による構成には、プラズマトーチ１００を溶融炉１０に設置するために移送させるトーチ移送手段がさらに構成される。このような１軸トーチ移送手段は、プラズマトーチ１００を直線移送させるものである。１軸トーチ移送手段は、プラズマトーチ１００を直線的にガイドする１軸ＬＭガイド１４０と、１軸ＬＭガイド１４０上に直線移動可能に設置され、上部を介してプラズマトーチ１００を固定支持する１軸ガイドブロック１４２と、１軸ガイドブロック１４２を貫通して螺合され、正逆回転によって１軸ガイドブロック１４２を前後に直線移動させる１軸ボールスクリュー１４４と、１軸ボールスクリュー１４４の一端を連結し、電源の印加によって正逆回転して１軸ボールスクリュー１４４を正逆回転させる１軸サーボモーター１４６とから構成される。
【００４７】
前述したように構成された１軸トーチ移送手段は、プラズマトーチ１００を溶融炉１０上に設置するために、溶融炉１０の該当位置に配置された状態で１軸サーボモーター１４６の駆動による正回転が行われると、１軸ボールスクリュー１４４の正回転が行われる中、１軸ガイドブロック１４２が１軸ＬＭガイド１４０に沿って前進する。これにより、１軸ガイドブロック１４２上に設置されたプラズマトーチ１００の先端が溶融炉１０上の設置口１２に装着される。
【００４８】
一方、前述した１軸トーチ移送手段は、溶融炉１０上の設置口１２に装着された状態でプラズマトーチ１００を溶融炉１０から分離する場合、１軸サーボモーター１４６を逆回転駆動させると、１軸ボールスクリュー１４４の逆回転が行われる中、１軸ガイドブロック１４２が１軸ＬＭガイド１４０に沿って後進する。これにより、１軸ガイドブロック１４２上に設置されたプラズマトーチ１００の先端が溶融炉１０上の設置口１２から分離される。
【００４９】
前述したように、１軸トーチ移送手段は、溶融炉１０の設置口１２上にプラズマトーチ１００を装着し、或いは装着されたプラズマトーチ１００を溶融炉１０の設置口１２から分離する場合、電源の印加で１軸サーボモーター１４０の正逆駆動によってプラズマトーチ１００を溶融炉１０の設置口１２上に装着されるようにし、或いは設置口１２から分離する。
【００５０】
また、本発明による技術には、プラズマトーチ１００を溶融炉１０の設置口１２に対して装着し、或いは分離されたプラズマトーチ１００を原位置させるために、プラズマトーチ１００の回転角度を調節する２軸トーチ回転角度調節手段がさらに構成される。このような２軸トーチ回転角度調節手段は、溶融炉１０の一側に一定の高さで設置される２軸支柱１５０、２軸支柱１５０の上端にリンク結合されて回転可能に構成される２軸連結リンク１５２、２軸連結リンク１５２の端部にリンク結合されて回転可能に構成され、長さ調節によってプラズマトーチ１００の角度を調節する２軸長さ調節手段１５４、及び２軸長さ調節手段１５４の端部と溶融炉１０の一側に両端がリンク結合されて回転可能に構成され、１軸トーチ移送手段を支持する２軸支持リンク１５６から構成される。
【００５１】
そして、前述したような２軸トーチ回転角度調節手段の構成において、２軸長さ調節手段１５４は、２軸連結リンク１５２の端部に回転可能にリンク結合される２軸連結バー１５４−１、２軸連結バー１５４−１に結合される２軸ＬＭガイド１５４−２、２軸ＬＭガイド１５４−２上に前後直線移動可能に設置される２軸ガイドブロック１５４−３、２軸ガイドブロック１５４−３に設置され、２軸支持リンク１５６に回転可能にリンク結合される２軸移動バー１５４−４、２軸ガイドブロック１５４−３を貫通して螺合され、正逆回転によって２軸ガイドブロック１５４−３を前後に直線移動させる２軸ボールスクリュー１５４−５、及び２軸ボールスクリュー１５４−５の一端を連結し、電源の印加によって正逆回転して２軸ボールスクリュー１５４−５を正逆回転させる２軸サーボモーター１５４−６から構成される。
【００５２】
前述したように、トーチ回転角度調節手段は、図３に示すように、２軸支持リンク１５６を介して１軸トーチ移送手段を支持してプラズマトーチ１００を溶融炉１０の設置口１２上に装着する場合には、２軸長さ調節手段１５４によって２軸長さ調節手段１５４の長さを延長させて２軸支持リンク１５６を一側に回転させることにより、溶融炉１０の設置口１２にプラズマトーチ１００の先端が一致するようにする。
【００５３】
一方、前述したように、２軸長さ調節手段１５４の長さを延長させて２軸支持リンク１５６を一側に回転させることにより溶融炉１０の設置口１２にプラズマトーチ１００の先端が一致するようにした後は、トーチ移送手段の１軸サーボモーター１４６の駆動による正回転によって１軸ボールスクリュー１４４を正回転させて、１軸ガイドブロック１４２の前進によってプラズマトーチ１００の先端が溶融炉１０上の設置口１２に装着されるようにする。
【００５４】
前述したような構成において、２軸長さ調節手段１５４は、２軸サーボモーター１５６−４の正回転駆動によって２軸ボールスクリュー１５４−５の正回転が行われるようにして２軸ガイドブロック１５４−３を前進させることにより、２軸移動バー１５４−４の前進によって２軸支持リンク１５６が一側に回転して溶融炉１０の設置口１２にプラズマトーチ１００の先端が一致するようにする。
【００５５】
一方、図３に示すように、プラズマトーチ１００を溶融炉１０の設置口１２から分離して原位置させる場合には、まず、１軸サーボモーター１４６の逆回転駆動によって、１軸ボールスクリュー１４４を逆回転させて１軸ガイドブロック１４２が後進するようにすることにより、プラズマトーチ１００を溶融炉１０上の設置口１２から分離した後、２軸トーチ回転角度調節手段の長さ調節手段１５４によって長さ調節手段１５４の長さを縮小させて支持リンク１５６を他側に回転させることにより、プラズマトーチ１００が原位置するようにする。
【００５６】
前述したように、プラズマトーチ１００を原位置させるときの長さ調節手段１５４の作用を考察すると、長さ調節手段１５４は、１軸サーボモーター１５６−４の逆回転駆動によって１軸ボールスクリュー１５４−５の逆回転が行われるようにして１軸ガイドブロック１５４−３を行進させることにより、移動バー１５４−４の後進によって支持リンク１５６が他側に回転して溶融炉１０の設置口１２から分離されたプラズマトーチ１００が原位置できるようにする。
【００５７】
本発明による逆極性／正極性動作が可能なプラズマトーチ１００は、前述したように、電気結線に応じて逆極性及び正極性で使用することが可能な技術である。本発明のプラズマトーチ１００は、電極の寿命を延長し且つ摩耗した陰極の取替えを容易にするために、一般的な空洞型トーチの電気結線とは反対に、空洞型後方電極１２０を陽極に、前方電極１３０を陰極にそれぞれ連結する特徴を持つ。すなわち、本発明の技術は逆極性プラズマトーチ１００という特徴を持つ。
【００５８】
一方、前述したような本発明によるプラズマトーチ１００の構成において、２つの電極１２０、１３０の間に注入された放電ガスによってアークが発生するが、逆極性方式のプラズマトーチ１００は、陽極点が後方電極１２０の表面に固定され、放電ガスの流動を介して陰極点を所望の位置に移動させることができるため、アークの長さを前方電極１３０を介して延長させて動作電圧を増加させることができるという利点がある。
【００５９】
したがって、前述したような本発明による技術は、電極１２０、１３０の浸食を引き起こす主な原因である電流増加を抑制しつつプラズマの出力を増加させる上で有利であるので、放射性廃棄物や一般産業廃棄物などの溶融といった高出力プラズマの応用に多様に活用できる。
【００６０】
そして、本発明によるプラズマトーチ１００の構成において、陽極に結線される後方電極１２０及び陰極に結線される前方電極１３０は、用途に応じて、無酸素銅（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｆｒｅｅ  Ｃｏｐｐｅｒ）、タングステンＷ、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、モリブデン（Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ）、及び銀（Ｓｉｌｖｅｒ）のいずれか一つの材料が経済性及び工程条件を考慮して状況に合わせて使用でき、材料によって水冷式または無冷却方式を適用することができる。
【００６１】
また、前述したような本発明に係るプラズマトーチ１００が適用される設備は、プラズマ点火ガスと形成ガスとしてそれぞれアルゴンと窒素を使用し、運転の際に窒素ガスの流量を０〜２，０００ｓｌｐｍ、プラズマトーチ１００に印加される電流と電圧の値をそれぞれ０〜１，０００Ａと０〜１．５ｋＶの範囲で調節して最大出力１．５ＭＷの性能を示すプラズマトーチ１００を実現した。
【００６２】
本発明による技術は、移行型モードと非移行型モードで熱効率がそれぞれ７０％以上（入力電力１．５ＭＷ）と５０％以上（入力電力１．０ＭＷ）の特性を示すように設計した。また、長時間運転を達成するために、該当運転条件の範囲で内部に最大電流５００Ａ以上を流すことができるように設計された水冷式の伝導体コイルが１０回以上巻かれている多重バンド型電極構造に設計して、電極軸方向に発生する強い磁場によってアーク点の高速回転と電流密度分散を誘導した。これに基づいて、無酸素銅材質の前方電極１３０を１．０ＭＷの非移送式で運転するとき、電極１３０の取替えなしで３時間以上の連続運転と電極損失率０．０５ｗｔ％以下の特性を示すように設計された。
【００６３】
また、本発明による技術は、出力の効率化、工程の容易性及び安定性のために、図４及び図５に示すように、入力電流及びガス流量などの変数に基づいて熱流動解析によってプラズマトーチの構造を最適化した。
【００６４】
前述したような図４は入力電流８００Ａ、ガス流量１，５００ｓｌｐｍ（出力１．１０ＭＷ）の条件下での空洞型逆極性プラズマトーチ１００内の温度分布解析結果である。
【００６５】
図５は入力電流１，０００Ａ、ガス流量１，５００ｓｌｐｍ（出力１．２７ＭＷ）の条件下での空洞型逆極性プラズマトーチ内の温度分布解析結果である。
【００６６】
一方、本発明によるプラズマトーチ１００は、移行型、非移行型または混合型で動作が可能である。非伝導性廃棄物を処理する場合には、非移行型で動作して廃棄物を溶融させた後、溶融物が形成されると、一般的に伝導性が確保されるが、この場合、高出力と安定的な工程を目的として移行型または混合型で運転できる。
【００６７】
一方、伝導性廃棄物を処理する場合には、状況に応じて非移行型の動作後に移行型または混合型で動作するか、或いは、溶融炉１０の内部に適した伝導性が確保されると直ちに移行型または混合型で運転できる。
【００６８】
併せて、本発明によるプラズマトーチ１００は、廃棄物の溶融を目的とする溶融炉１０のうち１つの溶融炉１０に２基が設置される。このような本発明による２基のプラズマトーチ１００は、それぞれ動作及び予熱状態で動作し、動作するプラズマトーチ１００の停止または出力低下の際に他のプラズマトーチ１００が直ちにその役割を代わりに果たせるように構成される。
【００６９】
一方、本発明によるプラズマトーチ１００は、溶融物を形成する溶融運転が可能であり、溶融炉１０に装入される廃棄物ドラムを破壊する前処理過程である破壊運転も可能であるという特徴を持つ。また、運転の際にプラズマ形成ガスの適切な注入によって陽極に電気結線される後方電極２０と、陰極に電気結線される前方電極１３０との間に発生したアークを増やして電圧を増加させる一方、アークが電極１２０、１３０の内面とは直接接触しないように安定化させることができる方式で注入されることを特徴とする。そして、本発明は、逆極性運転の際にも溶融物との反応及びプラズマトーチ１００の表面へのアーク放電が発生しないように設計された。
【００７０】
また、本発明による技術は、溶融炉１０の内部にエネルギーを効率よく伝達して運転の容易性を確保するために、図３に示すように、プラズマトーチ１００を移送させるために、トーチ移送手段とトーチ回転角度調節手段の２軸で構成した。このように２軸で構成されたトーチ移送装置は、溶融炉１０で前後進が可能であるとともに約３０度の角度変化が可能であって、工程容易性及び運転安全性の向上に寄与する。
【００７１】
前述したような構成において、プラズマトーチ１００の前後進移送を行う装置（１軸：トーチ移送手段）は基本的に図２及び図３に示すようにボールスクリュー１４４とＬＭガイド１４０を組み合わせて構成し、ボールスクリュー１４４を回転させるモーターはサーボモーター１４６を適用して、速度及び前後進位置を制御することができるように構成した。
【００７２】
そして、本発明による技術において、プラズマトーチ１００の角度変化のための２軸装置は、図３に示すように、トーチ回転角度調節手段の前・後進構成と、１軸トーチ移送手段を構成する前・後進構成を４節リンクで連結して２軸用移送装置を前・後進させることにより、プラズマトーチ１００の回転角度を調節する。このため、プラズマトーチ１００は、ボールジョイントベアリング１６０を貫通して設置され、角度変化を３０度以上にし、溶融炉１０との密封がうまく行われるように設計した。
【００７３】
前述したような本発明による技術では、プラズマトーチ１００は、プラズマトーチ１００の運転中にも、移動が可能であるだけでなく、溶融炉１０の内部で自由に距離調節が可能であるように構成される。
【００７４】
しかも、本発明によるプラズマトーチ１００は、溶融炉１０の設置口１２への設置の際に、ボールジョイントベアリング１６０を介して連結されて密封及び回転可能に構成されるのはもとより、逆極性と正極性の動作が運転中に自由に切り替え可能に構成される。
【００７５】
以上の如く、本発明によるプラズマトーチ１００を移送させる１軸と２軸のトーチ移送装置は、溶融炉１０内の溶湯形成を容易にするとともに、効率的な運転を可能にする。
【００７６】
本発明は、前述した実施例に限定されず、本発明の技術思想が許容する範囲内で多様に変形実施することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１０    溶融炉
１２    設置口
１００    プラズマトーチ
１１０    トーチ管体
１２０    後方電極
１３０    前方電極
１４０    １軸ＬＭガイド
１４２    １軸ガイドブロック
１４４    １軸ボールスクリュー
１４６    １軸サーボモーター
１５０    ２軸支柱
１５２    ２軸連結リンク
１５４    ２軸長さ調節手段
１５４−１    ２軸連結バー
１５４−２    ２軸ＬＭガイド
１５４−３    ２軸ガイドブロック
１５４−４    ２軸移動バー
１５４−５    ２軸ボールスクリュー
１５４−６    ２軸サーボモーター
１５６    支持リンク
１６０    ボールジョイントベアリング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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