KR0164529B1 - 배출가스 처리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배출 가스 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 소정의 공정을 거친 후 메인 덕트로 배출되는 가스 중에 내포된 습기 또는 흄 등을 제거할 수 있는 습기 및 흄 제거 장치를 포함하는 배출 가스 처리 장치에 있어서, 상기 습기 및 흄 제거 장치는, 소정의 공정을 거친 가스가 유입 및 배출되는 가스 유입관 및 배기관과, 폐액이 드레인되는 배수관을 갖는 통체와, 상기 통체내에 유입된 배출 가스의 체적을 팽창시켜 온도를 강하시킬 수 있도록 상기 배출 가스를 확산시키는 제1온도 강하 수단과, 상기 제1온도 강하 수단을 거쳐 배출되는 가스의 주위 압력을 낮추어 온도를 재차 강하시킬 수 있도록 소정의 가스를 가속 공급시키는 제2온도 강하 수단과, 상기 제1, 2온도 강하 수단에 의하여 액화된 가스에 내포된 습기 기타 불순물이 걸러지는 집진대를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의하면, 배출 가스 중에 포함된 습기 및 흄 등이 완전히 제거될 수 있으므로 덕트의 부식을 방지하게 됨으로써 설비 유지비를 절감할 수 있고, 나아가 환경 오염을 더욱 효과적으로 예방할 수 있다.
Description
제1도는 종래의 배출 가스 처리 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
제2도는 제1도의 스크러버(Scrubber)를 발체 도시한 단면도.
제3도는 본 발명에 따른 배출 가스 처리 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
제4도는 본 발명에 따른 배출 가스 처리 장치의 요부를 발췌 도시한 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
20 : 메인 덕트 30 : 습기 및 흄 제거 장치
31 : 통체 32 : 가스 유입관
33 : 가스 배기관 34 : 배수관
35 : 확산 컵 36 : 확산실
36a : 통기공 37 : 집진대
44 : 분사 노즐
본 발명은 배출 가스 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 스크러버(Gas Scrubber)나 액체 소스(Liquid Source)를 사용하는 장비로부터 배출되는 가스 중에 포함된 습기(Moisture) 또는 흄(Fume)을 제거할 수 있는 배출 가스 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
주로 반도체 제조 공정, 예를 들면, 산화, 확산, 화학 기상 증착(CVD : Chemical Vapor Deposition) 공정 등에 사용되는 여러 가지의 화학 물질은 가스 상태로 공정을 수행한 후 외부로 배출되지만, 이들은 환경 오염을 유발시킬 수 있으므로 정화시켜 배출하는 것이 필요하다.
종래의 배출 가스 처리 장치의 일 예가 제1도 및 제2도에서 개략적으로 나타내고 있다.
제1도에서, 종래의 배출 가스 처리 장치는 도시되지 않은 공정 설비로부터 배출되는 가스 들을 유입관(1a)을 통하여 스크러버(Scrubber)(1)로 유입시킨 후, 상기 스크러버(1)를 통과케 하여 가스에 포함된 오염물 들을 정화시킨다. 이렇게 정화된 배출 가스는 배출관(1b)을 통하여 메인 덕트(Main Duct)(2)에 모여서 외부로 배출된다.
특히, 상기 스크러버(Scrubber)(1)의 내부는, 제2도에서 도시한 바와 같이, 유입관(1a)을 통하여 유입되는 가스에 함유된 오염물을 1차로 흡수 시키는 흡수층(3)과, 상기 흡수층(3)을 통과하여 상부로 유동되는 가스 들을 2차로 세척시킬 수 있도록 세정액을 분사하는 다수의 노즐(4)과, 상기 가스에 함유된 습기 등을 걸러내는 데미스터(Demister)(5)로 구비된다.
이렇게 구비된 스크러버(1)로 유입되는 가스는 흡수층(3)을 통과하고, 또한 분사 노즐(4)로부터 분사된 세정액에 의하여 세척되면, 상기 가스에 포함된 오염물 들은 대체로 걸러진다. 이 후, 데미스터(Demister)(5)를 통과하여 가스 속에 포함된 습기 등이 걸러지면, 정화된 가스가 배출관(1b)을 통하여 배출된다. 물론 하부로 집결되는 침전 오염물은 배수관(1c)을 통하여 도시되지 않은 폐수 처리 설비로 배출된다.
그러나, 종래의 배출 가스 처리 장치는 습식 스크러버(Wet Scrubber)(1) 등을 이용하여 배출 가스를 정화시키고 있으나, 가스중에 포함된 습기(Moisture) 또는 흄(Hume)을 충분히 제거할 수 없는 결점을 내포한다. 왜냐하면, 습기 등을 제거하는 데미스터(Demister)(5)는 단순히 가스의 열을 낮추는 방법, 즉, 이슬점을 저하시키는 방법을 이용하는 것이기 때문이다.
그러므로 배출 가스가 충분히 습기 등을 제거시키지 않은 채 배출되면, 덕트(2)가 쉽게 부식되고, 나아가 환경 오염을 예방하는 데 별 효과가 없다. 실제로 2 년에 1 회 이상 덕트를 교체하고 있는 실정이다.
이에 따라, 본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위하여 창작된 것으로서, 본 발명의 목적은 배출 가스 중에 포함된 습기(Moisture) 또는 흄(Hume)을 완전히 제거할 수 있는 배출 가스 처리 장치를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 배출 가스 처리 장치는, 소정의 공정을 거친 후 메인 덕트로 배출되는 가스 중에 내포된 습기 또는 흄 등을 제거할 수 있는 습기 및 흄 제거 장치를 포함하는 배출 가스 처리 장치에 있어서, 상기 습기 및 흄 제거 장치는, 소정의 공정을 거친 가스가 유입 및 배출되는 가스 유입관 및 배기관과, 폐액이 드레인되는 배수관을 갖는 통체와, 상기 통체 내에 유입된 배출 가스의 체적을 팽창시켜 온도를 강하시킬 수 있도록 상기 배출 가스를 확산시키는 제 1 온도 강하 수단과, 상기 제 1 온도 강하 수단을 거쳐 배출되는 가스의 주위 압력을 낮추어 온도를 재차 강하시킬 수 있도록 소정의 가스를 가속 공급시키는 제 2 온도 강하 수단과, 상기 제 1, 2 온도 강하 수단에 의하여 액화된 가스에 내포된 습기 및 흄 등이 걸러지는 집진대를 구비하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 배출 가스 처리 방법은, 소정의 공정 과정을 거쳐 배출되는 가스에 습기 및 흄 등이 포함된 채 통체 내부로 유입되는 유입 단계와,
상기 통체 내부로 유입된 배출 가스를 확산실 내에서 확산 시켜 가스의 체적을 팽창시킴으로써 가스 온도를 낮출 수 있는 제 1 온도 강하 단계와, 상기 제 1 온도 강하 단계를 거쳐 확산실로부터 배출되는 가스에 소정의 가스를 분사시켜 주위 압력을 낮춤으로써 가스 온도를 재차 인위적으로 낮출 수 있는 제 2 온도 강하 단계와, 상기 제 1, 2 온도 강하 단계를 거쳐 액화되는 배출 가스에 포함된 습기 및 흄을 걸러내는 집진 단계와, 상기 집진 단계를 거쳐 걸러진 습기 및 흄이 폐액으로 배수관을 통하여 드레인되고, 나머지 정화된 가스가 배기관을 통하여 배기되는 배출 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.
제3도는 본 발명에 따른 배출 가스 처리 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 제4도는 본 발명에 따른 배출 가스 처리 장치의 요부를 발췌 도시한 단면도이다.
제3도에서, 본 발명의 장치는 도시되지 않은 공정 설비로부터 배출되는 가스를 유입관(12)을 통하여 유입시켜 정화할 수 있는 가스 스크러버(Scrubber)(10)와, 상기 스크러버(10)의 배출관(14) 상에 설치되어 가스에 포함된 습기(Moisture) 또는 흄(Hume) 등을 제거할 수 있는 습기 및 흄 제거 장치(30)를 구비한다. 여기서 상기 습기 및 흄 제거 장치 (30)에는 조절 밸브(42)에 의하여 질소(N2) 등의 가스를 공급하는 가스 공급부(40)가 부설된다.
그리고 상기 습기 및 흄 제거 장치(30)을 통과한 가스 들은 배기관(34)을 통하여 메인 덕트(Main Duct)(20)에 집결되어 외부로 배출되게 한다.
한편, 상기 스크러버(Scrubber)(10)의 내부 구조에 대하여는 전술한 바와 같으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
특히, 본 발명의 요부인 습기 및 흄 제거 장치(30)는, 제4도에서 나타낸 바와 같이, 원통형의 통체(31)의 중앙 상면에는 소정의 공정을 거친 배출 가스가 유입되는 가스 유입관(32)이 구비되고, 상기 통체(31)의 상 측면에는 가스 배기관(33)이 구비된다. 그리고 상기 통체(31)의 저면에는 습기 및 흄 등이 폐액으로 드레인되는 배수관(34)이 구비된다.
상기 통체(31)의 내측 상면에는 유입 가스의 온도를 강하시키는 제1 온도 강하 수단으로 원통형의 확산실(Diffusion Chamber)(36)이 가스 유입관(32)과 연통되도록 체결된다. 상기 확산실(36)의 저면 및 하 측면 둘레에는 복수의 통기공(36a)이 소정 간격으로 관통 형성되어 있다. 그리고 상기 확산실(36)의 저면 중앙에 지지대(38)가 고정 설치되고, 상기 지지대(38)의 선단에는 유입관(32)과 대향되도록 원추형의 확산컵(Diffusion Cup)(35)이 연결 설치된다. 여기서 상기 확산컵(36)의 개구 면적은 유입 가스가 확산컵(36) 내부에 부딪쳐 외부로 확산될 수 있도록 유입관(32)의 단면적 보다 더 넓게 되어 있다.
바람직한 실시예를 들면, 상기 확산실(36)의 통과공(36a) 단면적의 합(nA)은 가스 유입관(32)의 단면적(A1) 또는 배기관(33)의 단면적(A2)과 같다. 이는 가스의 흐름이 원활하도록 하기 위한 것이다. 또한 상기 확산실(36)의 직경(D)은 유입관의 직경(D1)의 3배이고, 상기 확산실(36)의 높이(H)는 확산실(36)의 직경(D)의 3/2배이다.
한편, 상기 통체(31)의 하측면 둘레, 즉, 확산실(36) 저면 부근에는 질소(N2) 가스를 고압으로 분사할 수 있는 복수의 분사 노즐(44)이 장착된다. 상기 분사 노즐(44)은 통기공(36a)을 통하여 배출되는 가스와 분사 가스가 직접 충돌되어 역압의 발생이나 가스 흐름을 방해하지 않도록 소정의 각도로 하향 경사를 이루고 있다. 바람직하게는, 분사 노즐(44)의 경사각은 6°이며, 질소 가스의 가속력을 증대시킬 수 있도록 제트 분사 방식을 채용한다.
그리고, 상기 통체(31)의 하부에는 확산실(36) 및 분사 노즐(44)의 작용에 의하여 액화된 가스에 내포된 습기, 흄, 케미컬 기타 불순물이 걸러질 수 있는 판상의 집진대(37)가 설치된다.
상기 통체(31)의 저면에 구비된 배수관(34)은 U 형의 관으로 이루어지면 바람직하다. 이는 역압의 생성을 억제함과 동시에 폐액을 정체시키지 않고 자연 배수시키기 위한 것이다. 따라서 상기 배수관(34)의 높이(L)는 가스의 입,출 차이압(ΔP=P2-P1) 보다 더 큰 물의 높이(수두)를 갖도록 해야 한다.
이와 같이 구비된 본 발명에 있어서, 도시되지 않은 공정 설비로부터 공정을 수행한 후에 배출되는 가스는 스크러버(Scrubber)(10)를 거쳐 습기 및 흄 제거 장치(30)에 유입된다.
즉, 통체(31)의 유입관(32)을 통하여 유입된 가스는 확산실(36) 내에서 확산컵(35)에 충돌하여 확산되면, 가스의 체적이 팽창하여 이슬점이 내려간다. 이렇게 가스의 온도를 1차로 강하시킴으로써 가스 중에 포함된 습기 및 흄 등을 분리시킬 수 있도록 액화시키는 역할을 한다.
이 후, 상기 확산실(36)의 통기공(36a)을 통하여 배출되는 가스에 가스 공급부(40)로부터 공급받은 질소(N2) 가스를 분사 노즐(44)에 의하여 고압으로 분사시키면, 배출되는 가스의 주위 압력이 낮아짐에 따라 가스의 이슬점이 인위적으로 낮추어진다.
물론, 질소 가스는 배출 가스를 희석시키는 작용도 한다. 따라서 가스의 온도를 2 차로 강하시킴으로써 가스에 포함된 습기 등을 완전히 액화시킬 수 있다.
이와 같이 제 1, 2 온도 강하 단계를 거쳐 액화된 습기, 흄 기타 불순물 등의 폐액이 집진판(37)에 일부 흡착되거나, 통체(31)의 하부로 흘러내려 배수관(34)을 통하여 외부로 드레인 된다.
반면, 습기 등이 걸러져 정화된 가스는 배기관(33)을 통하여 메인 덕트(20)로 모여진다. 이 때, 확산실(36)의 직경(D) 보다 배기관(33)의 직경(D2)이 좁기 때문에 상기 배기관(33)을 통해 배출되는 가스의 유속은 증가하게 되므로 가스의 이슬점이 다시 높아진다. 따라서 배수관(34)을 통해 배수되지 않은, 배기관(33)을 통해 배출되는 가스에 포함된 미량의 습기는 다시 제거될 수 있으므로 배출관(14)이나 덕트(20)를 부식시키는 현상을 저지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 배출 가스 중에 포함된 습기 및 흄 등이 완전히 제거될 수 있으므로 덕트의 부식을 방지하게 됨으로써 설비 유지비를 절감할 수 있고, 나아가 환경 오염을 더욱 효과적으로 예방할 수 있다.
Claims (12)
- 소정의 공정을 거친 후 메인 덕트로 배출되는 가스 중에 내포된 습기 또는 흄 등을 제거할 수 있는 습기 및 흄 제거 장치를 포함하는 배출 가스 처리 장치에 있어서, 상기 습기 및 흄 제거 장치는, 소정의 공정을 거친 가스가 유입 및 배출되는 가스 유입관 및 배기관과, 폐액이 드레인되는 배수관을 갖는 통체와, 상기 통체 내에 유입된 배출 가스의 체적을 팽창시켜 온도를 강하시킬 수 있도록 상기 배출 가스를 확산시키는 제 1 온도 강하수단과, 상기 제 1 온도 강하 수단을 거쳐 배출되는 가스의 주위 압력을 낮추어 온도를 재차 강하시킬 수 있도록 소정의 가스를 가속 공급시키는 제 2 온도 강하 수단과, 상기 제 1, 2 온도 강하 수단에 의하여 액화된 가스에 내포된 습기 기타 불순물이 걸러지는 집진대를 구비하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제 1 온도 강하 수단은 배출 가스를 충돌시켜 확산되도록 가스 유입관의 단면적보다 더 넓은 개구면을 가진 원추형 확산컵과, 상기 확산 컵이 상면 입구에 내장 설치되고, 확산된 가스를 배출시키는 복수의 통기공이 저면 및 하측면 둘레에 각 각 형성된 원통형의 확산실을 구비하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 확산실의 통과공 단면적의 합(nA2)은 가스 유입관의 단면적(A1) 또는 배기관의 단면적(A3)과 같도록 된 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 확산실의 직경(D)은 유입관의 직경(D1)의 3 배 인 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 확산실의 높이(H)는 확산실의 직경(D)의 3/2 배 인 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 제 2 온도 강하 수단은 통체의 외측면 둘레에 일정 간격으로 소정의 가스를 고압 분사시키는 복수의 분사 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 분사 노즐은 통기공을 통하여 배출되는 가스와 분사 가스가 직접 충돌되어 역압의 발생이나 가스 흐름을 방해하지 않도록 소정의 각도로 하향 경사를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 분사 노즐을 통하여 분사되는 가스는 질소(N2) 가스인 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 배수관은 역압의 생성을 억제함과 동시에 폐액을 정체됨이 없이 자연 배수시킬 수 있도록 U 형의 관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 제9항에 있어서, 상기 배수관의 높이(L)는 배출 가스의 입,출 차이압(ΔP=P2-P1) 보다 더 큰 물의 높이(수두)를 갖도록 된 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 장치.
- 소정의 공정 과정을 거쳐 배출되는 가스에 습기 및 흄 등이 포함된 채 통체 내부로 유입되는 유입 단계와, 상기 통체 내부로 유입된 배출 가스를 확산실 내에서 확산 시켜 가스의 체적을 팽창시킴으로써 가스 온도를 낮출 수 있는 제 1 온도 강하 단계와, 상기 제 1 온도 강하 단계를 거쳐 확산실로부터 배출되는 가스에 소정의 가스를 분사시켜 주위 압력을 낮춤으로써 가스 온도를 재차 인위적으로 낮출 수 있는 제 2 온도 강하 단계와, 상기 제 1, 2 온도 강하 단계를 거쳐 액화되는 배출 가스에 포함된 습기 및 흄을 걸러내는 집진 단계와, 상기 집진 단계를 거쳐 걸러진 습기 및 흄이 폐액으로 배수관을 통하여 드레인되고, 나머지 정화된 가스가 배기관을 통하여 배기되는 배출 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 배출 단계는 정화된 가스가 배기관을 통과할 때 배수되지 않은 미량의 습기를 다시 제거시킬 수 있도록 가스의 유속 차에 의하여 가스의 온도를 상승시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배출 가스 처리 방법.
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