KR100418363B1 - 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 공정 등에 사용된 후 배출되는 폐가스를 청정 공기로 정화시키기 위한 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기를 제공한다. 본 발명은 폐가스를 도입하기 위한 폐가스 도입구와, 도입된 폐가스를 연소하기 위한 연소실과, 연소된 폐가스를 배출하기 위한 폐가스 배출구를 갖는 연소기 하우징과; 폐가스 도입구로 도입된 폐가스를 연소실로 이송시키도록 폐가스 도입구와 연소실을 연통시키는 연소통로를 가지며, 이 연소통로를 따라 이송되는 폐가스에 열을 가하여 연소시키는 중공원통형의 버너와; 중공원통형의 버너에 의해 연소된 폐가스 중의 미립자를 여과하도록 연소실과 폐가스 배출구와의 사이에 설치되는 필터유닛과; 연소기 하우징의 연소실 아래에 배설되어 상기 연소실로부터 낙하하는 미립자를 수집하는 집진유닛으로 이루어진다. 본 발명에 의하면, 산화가스를 냉각시키기 전에 그 속에 혼입된 미립자를 열간 상태에서 미리 제거하게 되므로 가스배출도관이 미립자에 의해 막히거나 부식되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 폐가스의 연소효율과 집진효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기의 운전 및 유지를 경제적이고 효율적으로 수행할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Description

가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기{WASTE-GAS COMBUSTOR FOR GAS SCRUBBER APPARATUS}

본 발명은 화학 공정 등에 사용된 후 배출되는 폐가스를 청정 공기로 정화시키기 위한 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기에 관한 것이다.

화학 공정이나 반도체 제조 등에서 배출되는 폐가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라, 그대로 대기 중으로 방출될 경우에는 환경 오염을 유발시키게 된다. 따라서, 폐가스는 유해성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화처리과정을 거쳐서 대기 중으로 배출시켜야 한다.

이와 같은 폐가스의 정화처리에는 연소 방식, 웨트 방식, 흡착 방식, 냉각 방식, 촉매 방식 등 다양한 형태의 가스 스크러버가 사용되고 있다. 종래에는 안전성, 경제성 및 효율성을 고려하여 연소 방식과 웨트 방식 또는 흡착 방식을 병용한 가스 스크러버가 보편적으로 사용되고 있다.

연소 방식, 웨트 방식 및 흡착 방식을 병용한 종래의 가스 스크러버를 살펴보면, 연소유닛의 히터 엘리먼트에 의하여 폐가스를 직접 산화시키고, 웨트 챔버를 통과하는 산화가스에 살수기로 물을 분사시켜 산화가스 중의 미립자를 제거한다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래기술의 가스 스크러버에 있어서는, 웨트 챔버에서 물을 분사하여 미립자를 제거할 때 많은 양의 물이 필요하고, 결과적으로 폐수의 발생량이 증가하게 된다. 폐수는 별도의 폐수 처리 설비에 의해 정화시켜야 하는 문제가 남게 되므로, 가스 스크러버의 운전 및 유지 비용이 상승되어 비효율적이고 비경제적인 문제가 있다.

또한, 미립자는 산화가스가 통과하는 덕트나 드레인 라인에 점진적으로 부착되거나 필터 엘리먼트를 폐색시켜서 산화가스의 흐름을 방해하게 되므로, 가스 스크러버의 점검 및 보수를 빈번히 행하여야 한다고 하는 문제점이 있다. 특히, 폐가스의 연소시 발생하는 미립자는 웨트 챔버를 통과하면서 산화가스 속에 함유되는 습기에 의하여 덕트 등의 내벽에 쉽게 고착되어 그것을 부식시키게 되고 가스 스크러버의 수명을 단축시키는 작용을 하게 된다.

한편, 연소 방식과 냉각 방식을 병용한 가스 스크러버 장치에 있어서는, 연소유닛의 히터 엘리먼트에서 발생하는 열로 폐가스를 직접 산화시키고, 냉각유닛의 작동에 의하여 산화가스를 냉각시킨 다음, 집진장치를 이용하여 미립자를 제거하고 있다. 그러나, 이와 같이 산화가스의 냉각 후 집진을 행하게 되면, 미립자가 응결되어 가스배출도관에 들러붙고, 이로 인해 도관이 막혀서 산화가스의 흐름을 방해하게 된다. 특히, 산화가스 중의 미립자는 강산성이기 때문에 가스배출도관을 부식시켜서 결국은 산화가스 누출사고를 일으키게 된다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 여러 가지 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 열에 의해 산화된 폐가스 중의 미립자를 냉각과정을 거치기 전에 미리 제거함으로써 가스배출도관이 미립자에 의해 막히거나 부식되는것을 효과적으로 방지할 수 있는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 폐가스의 연소효율과 집진효율을 향상시킬 수 있는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 폐가스 도입구, 연소실 및 폐가스 배출구를 가지는 연소기 하우징과; 연소기 하우징의 중앙에서 아래를 향하여 설치되고, 폐가스 도입구와 연소실을 연통시키는 연소통로를 가지며, 이 연소통로를 통과하는 폐가스에 열을 가하는 중공원통형의 버너와; 연소기 하우징의 연소실과 폐가스 배출구와의 사이에 설치되어 연소된 폐가스 중의 미립자를 여과하는 필터유닛과; 연소기 하우징의 연소실 아래에 배설되어 연소실로부터 낙하하는 미립자를 수집하기 위한 집진유닛을 포함하는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기의 구성을 나타낸 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 하우징, 버너, 필터유닛 및 집진유닛을 보여주는 일부절결사시도,

도 3은 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 정단면도,

도 4는 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 측단면도,

도 5는 폐가스 연소기에 설치되는 버너의 구성을 나타낸 확대단면도,

도 6은 폐가스 연소기에 설치되는 필터유닛의 구성을 보여주는 일부확대단면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 연소기 하우징 20: 연소실

30: 배출실 40: 마운팅 플레이트

50: 버너 51: 연소통로

54: 히터 엘리먼트 60: 폐가스 도입구

65: 보조 로드 히터 70: 세라믹 필터

72: 배출통로 76: 펄스제트 노즐

80: 집진유닛 85: 포집상자

이하, 본 발명에 따른 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기에 대한 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명의 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기는 화학 공정이나 반도체 제조 등에서 발생되는 SiH₄, NH₃, PH₃, H₂등을 함유하는 폐가스를 연소하여 산화시키는 연소기 하우징(10)을 구비한다. 이 연소기 하우징(10)의 프레임(11)은 다수의 바퀴(12)에 의해 이동이 가능하게 구성되어 있고, 프레임(11)의 전면에는 도어(13)가 장착되어 있다.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 연소기 하우징(10)의 상측에는 수직한 연소실(20)이 구성된다. 연소실(20)은 원통형의 아웃터 케이스(21)와, 아웃터 케이스(21)의 내측에 냉각통로(22)를 형성하도록 떨어져 설치되는 인너 케이스(23)로 구성되어 있다. 아웃터 케이스(21)와 인너 케이스(23) 사이의 냉각통로(22)에는 냉각수를 공급하여 단열 효과를 얻을 수 있다. 본 실시예에 있어서 아웃터 케이스(21)와 인너 케이스(23) 사이에는 단열재를 장착할 수도 있다.

또한, 연소실(20)의 상측에 산화가스를 연소기 하우징(10)의 외측으로 배출하는 배출실(30)이 구성된다. 배출실(30)은 전면에 개방부(31)를 갖는 원호형의 아웃터 케이스(32)와, 아웃터 케이스(32)의 내측에 냉각통로(33)를 형성하도록 떨어져 설치되는 인너 케이스(34)와, 인너 케이스(34)의 내측에 떨어져 설치되고 내측에 개방부(31)와 연통하는 설치공간(35)을 갖는 센터 케이스(36)로 구성되어 있다. 연소기 하우징(10)의 배출실(30)에 폐가스 배출구(37)가 연결되어 있으며, 연소실 (20)과 배출실(30) 사이에는 마운팅 플레이트(40)가 설치되어 있다. 마운팅 플레이트(40)의 중앙에 중앙구멍(41)이 형성되어 있고, 중앙구멍(41)의 주위에는 연소실 (20)과 배출실(30)을 연통시킬 수 있도록 복수의 관통구멍(42)이 형성되어 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 연소기 하우징(10)의 연소실(20)에는 폐가스를 연소시키는 중공원통형의 버너(50)가 설치된다. 버너(50)는 마운팅 플레이트(40)의 중앙구멍(41)을 관통하여 연소실(20)의 중앙에서 아래를 향하여 수직하게 장착되고 연소실(20)과 연통하는 연소통로(51)를 갖는 원통형 인너 연소관(52)과, 인너 연소관(52)의 외측에 떨어져 장착되는 아웃터 연소관(53)과, 인너 연소관(52)과 아웃터연소관(53) 사이에 장착되는 히터 엘리먼트(54)로 구성되어 있다. 버너(50)의 상측은 배출실(30)의 설치공간(35)으로 노출되며, 배출실(30)의 설치공간(35)에 노출되어 있는 버너(50)의 외측에는 냉각통로(55)를 형성할 수 있도록 아웃터 케이스(56)가 장착된다. 버너(50)의 외면에는 히터 엘리먼트(54)의 작동에 필요한 전원을 공급하는 플러그 소켓(57)과 온도를 감지하는 온도 센서(58)가 장착되어 있다.

또한, 버너(50)의 상측에 폐가스를 공급할 수 있도록 연소통로(51)와 연통하는 복수의 폐가스 도입구(60)가 연결되어 있다. 버너(50)의 상측에 연결되어 있는 폐가스 도입구(60)의 외측에는 인너 케이스(61)가 장착되고, 인너 케이스(61)의 외측에 냉각통로(62)를 형성할 수 있도록 아웃터 케이스(63)가 장착되어 있다. 버너 (50)의 상측에 폐가스의 연소에 필요한 공기를 연소통로(51)에 공급하는 공기공급관(64)이 연결되어 있으며, 버너(50)의 중앙에는 폐가스에 열을 가함과 동시에 폐가스가 버너(50)의 내면을 따라 흐르도록 유도하여 폐가스의 연소를 촉진하는 보조 로드 히터(65)가 설치되어 있다. 이 보조 로드 히터(65)는 연소통로(51)의 중앙에 수직하게 장착되는 가늘고 긴 센터 로드(66)와, 이 센터 로드(66)에 길이방향을 따라 배치되어 있는 복수개의 배플 디스크(67)로 구성되어 있다.

도 2 내지 4와 도 6을 참조하면, 마운팅 플레이트(40)의 구멍(42)에는 연소실(20)로부터 배출실(30)로 도입되는 산화가스 중의 미립자를 흡착에 의하여 제거하는 필터유닛, 즉 복수개의 기둥형 세라믹 필터(70)가 버너(50)에 대하여 평행한 관계로 아래를 향하여 연장되어 있다.

도 4와 도 6에 보이는 바와 같이, 세라믹 필터(70)의 하단은 버너(50)보다길게 연장되어 있고 상단은 마운팅 플레이트(40)의 구멍(42)을 통하여 배출실(30)에 위치되어 있다. 그리고, 세라믹 필터(70)의 중앙에는 하단이 막혀지고 상단에 출구(71)를 갖는 배출통로(72)가 형성되어 있다. 마운팅 플레이트(40)의 관통구멍 (42)을 통하여 배출실(30)에 위치되어 있는 세라믹 필터(70)의 상단은 홀더(73)에 의하여 고정되어 있으며 외측에는 홀더(73)를 고정적으로 받쳐주는 슬리브(74)에 의하여 둘러싸여져 있다. 홀더(73)와 슬리브(74)는 세라믹 필터(70)의 배출통로 (72)를 통과하는 산화가스가 출구(71)를 제외한 부분으로 배출되는 것을 차단한다. 세라믹 필터(70)의 상측에 출구(71)를 통한 산화가스의 배출을 유도하는 유도관 (75)이 장착되어 있다. 도 2 내지 도 4에 보이는 바와 같이, 배출실(30)의 상면에는 세라믹 필터(70)의 배출통로(72)에 압축공기를 주기적으로 역류, 즉 분사하여 세라믹 필터(70)에 고착되어 있는 이물질을 강제로 탈락시키는 필터 크리너로 복수의 펄스제트 노즐(Pulse-jet Nozzle: 76)이 세라믹 필터(70)의 배출통로(72)와 동축을 이루도록 장착되어 있다.

도 1 내지 도 4를 다시 참조하면, 본 발명의 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기는 연소실(21)의 하측에 설치되어 아래로 떨어지는 미립자를 모으는 집진유닛(80)을 구비한다. 집진유닛(80)은 연소실(20)의 내측에 인너 케이스(23)와 근접하도록 설치되는 원통형의 집진관(81)과, 집진관(81)의 하단에 연결되고 미립자의 배출이 원활하도록 단면적이 점진적으로 좁아지는 호퍼(82)와, 호퍼(82)의 출구 (83)를 열고 닫을 수 있도록 장착되는 게이트 밸브(Gate Valve: 84)와, 게이트 밸브(84)를 통하여 배출되는 미립자를 포집하는 포집상자(85)로 구성되어 있다. 집진유닛(80)의 집진관(81)은 미립자의 집진은 물론, 폐가스의 연소시 발생되는 열을 차단하고 연소실(20)의 인너 케이스(23)에 산화가스의 직접적인 접촉을 차단하여 연소실(20)의 부식을 방지한다. 포집상자(85)는 게이트 밸브(84)에 의하여 호퍼 (82)의 출구(83)를 닫은 상태에서 프레임(11)의 도어(13)를 열고 연소기 하우징 (10)의 외측으로 꺼낼 수 있다.

다음으로 상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 가스 스크러버 장치의 작동을 설명한다.

먼저, 도 2 내지 도 5를 참조하면, 화학 공정이나 반도체 제조 등에서 발생되는 폐가스가 도입구(60)를 통하여 버너(50)의 연소통로(51)에 도입되면, 히터 엘리먼트(54) 및 보조 로드 히터(65)에 의하여 폐가스가 가열되어 산화가스로 된다. 이때, 폐가스는 버너(50)의 연소통로(51)를 따라 하강하면서 보조 로드 히터(65)의 디스크(67)에 충돌하여 방사상 외측으로 확산되고, 이에 따라 폐가스의 연소효율이 향상되게 된다. 그리고, 폐가스의 연소에 의하여 생성되는 미립자는 버너(50)의 연소통로(51)로부터 낙하하여 호퍼(81)의 출구(82)와 게이트 밸브(84)를 통하여 포집상자(85)에 포집된다.

또한, 버너(50)의 연소통로(51)로부터 연소실(20)에 배출되는 산화가스는 상승 기류를 형성하면서 버너(50)의 주위에서 재차 가열된다. 따라서, 폐가스의 불완전 연소가 방지된다. 산화가스는 연소실(20)로부터 세라믹 필터(70)의 배출통로 (72)를 거쳐 배출실(30)로 배출되며, 세라믹 필터(70)는 산화가스 중의 미립자를 흡착에 의하여 제거한다. 즉, 산화가스 중의 미립자는 세라믹 필터(70)에 의하여연소실(20)을 빠져나가지 못하고 연소실(20)에 그대로 잔류되거나 세라믹 필터(70)에 흡착된다. 따라서, 산화가스 중의 미립자에 의하여 산화가스의 유로가 막히는 것과 부식이 효과적으로 방지된다. 그리고, 연소실(20)에 잔류하는 미립자는 낙하되어 포집상자(85)에 포집된다.

도 6에 보이는 바와 같이, 연소기 하우징(10)의 펄스제트 노즐(76)은 압축공기를 주기적으로 분사시키고, 펄스제트 노즐(76)로부터 분사되는 기류는 유도관 (75)에 의하여 세라믹 필터(70)의 출구(71)를 통하여 배출통로(72)에 유도된다. 이 펄스제트 노즐(76)의 기류에 의하여 세라믹 필터(70)에 고착되어 있던 이물질은 강제로 탈락되고, 탈락된 이물질은 낙하되어 포집상자(85)에 포집된다. 따라서, 세라믹 필터(70)가 이물질에 의하여 막히는 것이 방지되어 지속적인 필터 기능이 수행됨은 물론이고, 집진효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기는 필요에 따라서 연소기 하우징(10)의 배출실(30)과 연결되어 산화가스를 냉각시키는 냉각유닛과, 냉각된 산화가스를 정화하는 필터유닛과 병용할 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기에 의하면, 산화가스를 냉각시키기 전에 그 속에 혼입된 미립자를 열간 상태에서 미리 제거하게 되므로 가스배출도관이 미립자에 의해 막히거나 부식되는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 폐가스의 연소효율과 집진효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기의 운전 및 유지를 경제적이고 효율적으로 수행할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 폐가스를 도입하기 위한 폐가스 도입구와, 도입된 폐가스를 연소하기 위한 연소실과, 연소된 폐가스를 배출하기 위한 폐가스 배출구를 갖는 연소기 하우징과;

   상기 폐가스 도입구로 도입된 폐가스를 상기 연소실로 이송시키도록 상기 폐가스 도입구와 연소실을 연통시키는 연소통로를 가지며, 이 연소통로를 따라 이송되는 폐가스에 열을 가하여 연소시키는 중공원통형의 버너와;

   상기 중공원통형의 버너에 의해 연소된 폐가스 중의 미립자를 여과하도록 상기 연소실과 폐가스 배출구와의 사이에 설치되는 필터유닛과;

   상기 연소기 하우징의 연소실 아래에 배설되어 상기 연소실로부터 낙하하는 미립자를 수집하는 집진유닛을 포함하는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중공원통형의 버너는, 상기 연소통로를 따라 이송되는 폐가스가 상기 연소통로의 내주면을 따라 흐르도록 유도하여 폐가스의 연소를 촉진하도록 상기 연소통로에 설치되는 보조 로드 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 보조 로드 히터는 버너에 대하여 동축으로 설치되는 기다란 센터 로드와, 이 센터 로드의 길이를 따라 배치된 복수개의 배플 디스크로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 필터유닛은 상기 연소기 하우징의 연소실 내에서 상기 버너에 대하여 평행한 관계로 아래를 향하여 연장되어 있는 복수개의 기둥형 세라믹 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 각각의 세라믹 필터를 통해 압축공기를 역류시켜서 세라믹 필터에 고착된 이물질을 제거하기 위한 필터 크리너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기.