KR100483577B1 - 폐가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

폐가스와 불활성 가스 및 공기가 혼합된 혼합기체를 가열시켜서 화학적 성질을 변형시키는 가열 챔버, 가열챔버에 연통되어 가열챔버에서 발생된 분진을 직접 접촉방식으로 수처리하여 정제시키는 습식처리 유닛, 습식처리 유닛에서 배출되는 정제가스의 유속을 완충시킴으로써 정제가스에 포함된 액체 성분을 분리하고, 정제가스를 냉각시켜 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시키는 액분리/냉각유닛을 포함하는 폐가스 처리장치가 개시된다. 액분리기로부터 배출되는 배기가스에 포함된 수분 등의 액체성분을 제거함으로서 배관이나 배기덕트 등의 부식을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Description

폐가스 처리장치{Apparatus for processing waste gas}

본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가열챔버나 습식처리장치의 후단에 냉각유닛을 설치함으로서 정제된 배출가스에 포함된 수분 등의 액체성분을 제거하여 배기덕트가 부식되는 것을 방지할 수 있는 폐가스 처리장치에 관한 것이다.

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반도체 디바이스는 산화, 식각, 증착 및 포토 공정 등 다양한 제조 공정을 거쳐서 제조되며, 이들 공정에는 유독성 화공 약품 및 화학 가스가 공급되어서 이용된다. 예를 들어 실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포시핀, 디보론, 보론 또는 트리클로라이드와 같은 화학 가스가 이용된다.

이들 화학가스들은 독성이 강해서 공정에 이용된 후 그대로 대기로 방출될 경우 인체에 치명적인 영향을 미치거나 자연발화에 따른 화재가 발생되거나 또는 환경문제를 발생시킬 가능성이 있다.

이러한 반도체 제조 공정에서 이용된 폐가스는 정제되어서 재활용되거나 방출되어야 하며, 이를 위한 장치로 본 출원인에 의하여 특허출원 제2000-64198호 (2000. 10. 31)에 "폐가스 처리장치"로 개시된 바 있다.

그러나, 이러한 종래의 폐가스 처리장치에 따르면 여러 가지의 문제점을 갖는다.

먼저, 최종 배출되는 가스에는 다량의 수분이 포함되어 있어 이 상태로 배기덕트로 인입하게 되면, 결로가 발생하여 배기덕트가 부식이 되는 문제가 발생한다. 더욱이, 결로에 의해 생성된 수분과 미처리된 불산 가스가 결합하여 배관과 배기덕트에 치명적으로 작용하게 된다.

또한, 폐가스의 수처리를 위해 일반적인 분사방식을 적용함으로서 집진효율이 떨어져서 폐수의 양이 지나치게 많으며 부식가스를 통과시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 배기덕트 내의 부식을 방지할 수 있는 폐가스 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 정제된 배출가스에 포함된 수분을 최소화하여 배기시킬 수 있는 폐가스 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐가스 내 부식가스의 집진효율을 향상시킬 수 있으며 폐수의 양을 줄일 수 있는 폐가스 처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적들과 특징은 이하에 서술되는 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 폐가스와 불활성 가스 및 공기가 혼합된 혼합기체를 가열시켜서 화학적 성질을 변형시키는 가열 챔버, 가열챔버에 연통되어 가열챔버에서 발생된 분진을 직접 접촉방식으로 수처리하여 정제시키는 습식처리 유닛, 습식처리 유닛에서 배출되는 정제가스의 유속을 완충시킴으로써 정제가스에 포함된 액체 성분을 분리하고, 정제가스를 냉각시켜 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시키는 액분리/냉각유닛을 포함하는 폐가스 처리장치가 개시된다.

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냉각유닛은 정제가스가 통과하는 배관을 외측에서 감싸도록 설치된 냉각 파이프를 포함하며, 냉각 파이프는 냉각탱크와 직접 연결되어 냉각수가 순환되거나, 냉각기와 연결되어 냉각탱크와 직접 연결된 다른 냉각 파이프와 열교환을 통하여 냉각수가 순환된다.

또한, 냉각유닛은 정제가스가 통과하는 배관의 내측에 설치된 냉각 파이프를 포함할 수 있다.

또한, 바람직하게 냉각유닛은 칠러에 연결되어 냉각수가 칠러와 냉각유닛 사이에서 순환될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 액분리/냉각 유닛은 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기, 액분리기의 내부에 설치되며, 내측튜브와 내측튜브와 동축으로 배열되어 내측튜브와의 사이에 밀폐된 공간을 형성하는 외측튜브로 이루어지고, 냉각수가 밀폐된 공간을 통하여 순환되는 냉각모듈을 포함한다.

다른 실시예에 따라 액분리/냉각 유닛은 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기, 액분리기의 몸체의 외측 전면에 일정 간격이 되도록 커버가 형성되어 밀폐공간을 구성하고 냉각수가 밀폐공간을 통하여 순환되는 냉각모듈을 포함한다.

또한, 또 다른 실시예에 따라 상기 액분리/냉각 유닛은 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기, 액분리기의 내부에 설치되며, 내측튜브와 이 내측튜브와 동축으로 배열되어 내측튜브와의 사이에 밀폐된 공간을 형성하는 외측튜브로 이루어지고, 냉각수가 밀폐된 공간을 통하여 순환되는 제 1 냉각모듈 및 액분리기의 몸체의 외측 전면에 일정 간격이 되도록 커버가 형성되어 밀폐공간을 구성하고 냉각수가 밀폐공간을 통하여 순환되는 제 2 냉각모듈을 포함한다.

더욱이, 다른 실시예로 액분리/냉각 유닛은 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기와, 몸체, 몸체에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관, 핫 에어를 배출하는 핫 에어 배출관 및 냉각공기를 배출하는 냉각공기 배출관으로 이루어진 보텍스 튜브(vortex tube)와, 일단이 보텍스 튜브의 냉각공기 배출관에 연통되고, 타단이 개방되도록 액분리기 내부에 설치되는 냉각코일을 포함한다.

바람직하게, 액분리기/냉각 유닛은 다단으로 설치되며, 트랩을 개재하여 연통됨으로서 실질적으로 통과거리를 증가시킬 수 있다.

바람직하게, 습식처리유닛에는 가열챔버에서 발생된 분진을 수처리하여 정제시키며, 일정크기 이하의 물입자를 안개형태로 분사하는 안개노즐을 적용할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 처리장치를 나타내는 구성도이다.

도시된 바와 같이, 가열챔버(20)는 반도체 제조공정, 예를 들어, 이온밀링공정 등에서 발생하는 수소나 아르곤 등의 가연성 폐가스를 가열시켜서 화학적 성질을 변형시킨다.

본 발명에 따른 냉각유닛(10)은 가열챔버(20)에 연통되어 가열챔버(20)로부터 생성되는 정제가스를 냉각시켜 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시킨다.

가열챔버(20)에서 일부 발생된 액체성분과 냉각유닛(10)에서 결로된 액체성분은 드레인 탱크(30)로 집수된다.

이와 같이, 액체성분이 포집되어 제거된 정제가스가 배출됨으로서 배기덕트와 배기관에서 결로를 발생시키지 않아 배기덕트나 배기관이 부식되는 일이 생기지 않도록 할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐가스 처리장치를 나타내는 구성도이다.

가열챔버(20)에서 폐가스와 불활성 가스 및 공기가 혼합된 혼합기체를 가열시켜서 화학적 성질을 변형시켜 유독성 및 가연성 등을 제거한다.

산화, 식각, 증착 및 포토 공정 등의 제조 공정에서 발생되는 폐가스를 가열하게 되면, 분진 등이 발생하므로 가열챔버(20)에 연통된 습식처리 유닛(40)에서 수처리를 하여 분진 등을 제거한다.

물분무가 집진효율과 폐가스 처리에 매우 중요한 역할을 하기 때문에 폐가스의 수처리를 위해서는 폐가스와의 접촉면적을 크게 하는 것이 필요하다. 본 발명에서는 직접 가압방식의 안개노즐을 습식처리 유닛에 적용하여 직경 50마이크론 이하의 물입자를 생성함으로서 접촉면적을 크게 하여 사용량을 크게 줄일 수 있으며, 예를 들어, 분당 수백 cc 정도로 폐수의 배출을 최소화할 수 있다

냉각유닛(10)은 습식처리유닛(40)에 연통되어 습식처리유닛(20)으로부터 생성되는 정제가스를 냉각시켜 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시킨다.

가열챔버(20)에서 일부 발생된 액체성분과 습식처리유닛(40)에서 분진과 혼합된 액체성분 및 냉각유닛(10)에서 결로된 액체성분은 드레인 탱크(30)로 집수된다.

이하, 본 발명에 적용되는 냉각유닛에 대해 구체적으로 설명한다.

도 3을 참조하면, 냉각유닛(10)은 가열챔버(20)나 습식처리 유닛(40)에 연통된 배관을 외측에서 감싸도록 설치된 냉각 파이프(12)를 포함한다.

냉각 파이프(12)내에는 냉각수가 순환하는데, 냉각수의 공급을 위해 냉각 파이프(12)는 적절한 냉각수 공급장치에 연결되거나 칠러(chiller) 등에 연결될 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 파이프(12)를 열교환기(15)와 연결하여 냉각탱크(도시되지 않음)와 직접 연결된 다른 냉각 파이프(16)와 열교환을 통하여 냉각수가 순환되도록 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 냉각유닛(10)은 가열챔버(20)나 습식처리 유닛(40)에 연통된 배관의 내측에 설치된 냉각 파이프(12)를 포함한다.

이러한 방식에 있어서도, 상기한 바와 같이, 냉각 파이프(12)는 냉각탱크와 직접 연결되어 냉각수가 순환되도록 하거나, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉각 파이프(12)를 열교환기(15)와 연결하여 냉각탱크(도시되지 않음)와 직접 연결된 다른 냉각 파이프(16)와 열교환을 통하여 냉각수가 순환되도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폐가스 처리장치는 습식처리 유닛(40)에서 배출되는 정제가스의 유속을 완충시킴으로써 정제가스에 포함된 액체 성분을 분리하고, 정제가스를 냉각시켜 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시키는 액분리/냉각 유닛(100)을 포함한다.

도 7을 참조하면, 일실시예에 따른 액분리/냉각 유닛(100)은 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기(110)를 포함하고, 액분리기(110)의 내부에 설치되고 내측튜브(140)와, 내측튜브와 동축으로 배열되어 내측튜브와의 사이에 밀폐된 공간(130)을 형성하는 외측튜브(120)로 이루어지고, 냉각수가 밀폐된 공간(130)을 통하여 순환되는 냉각모듈을 포함한다.

액분리기(110)는 유입되는 가스의 유속을 감속시킬 정도로 큰 단면적 및 용량을 갖는 버퍼로 구성됨이 바람직하며, 보다 효과적으로 가스를 정제하기 위하여 사이클론 효과를 얻을 수 있도록 편심된 입구를 갖도록 구성됨이 바람직하다.

사이클론 효과를 얻으면서 유입되는 가스의 유속을 감속시켜서 가스에 포함된 액체 성분을 제거하기 위하여 원추형 드레인 부분(116)과 원통형 몸체가 일체로 된 형상을 갖도록 구성되며, 몸체의 측벽에는 가열챔버(20) 또는 습식처리유닛(40)과 결합되어 가스가 유입되는 유입구(112)가 형성되고, 상부에는 내측튜브(140) 안쪽과 연통되도록 배출구(114)가 형성된다.

도 8을 참조하면, 다른 실시예에 따른 액분리/냉각 유닛(100)은 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기(110)와, 액분리기(110)의 몸체의 외측 전면에 일정 간격이 되도록 커버(150)가 형성되어 그 사이에 밀폐공간(155)을 구성하고 냉각수가 밀폐공간(155)을 통하여 순환되는 냉각모듈을 포함한다.

따라서, 액분리기(110)의 내측 전면이 냉각수에 의해 냉각되므로 냉각면적을 증가시켜 보다 효과적으로 정제가스 내의 액체성분을 포집하여 결로시킬 수 있다.

한편, 도 7과 도 8에 따른 각각의 실시예들을 조합하여 그 사이에 냉각수가 순환되는 이중관 구조의 제 1 냉각모듈과, 액분리기의 몸체의 외측 전면에 일정 간격이 되도록 커버를 형성하여 밀폐공간을 구성하고 냉각수가 이 밀폐공간을 통하여 순환되는 제 2 냉각모듈을 병용하여 구성할 수 있다.

도 9를 참조하면, 또 다른 실시예에 다른 액분리/냉각 유닛이 도시되어 있다.

이 실시예에 따르면, 싸이클론형 액분리기(110)에서 정제가스는 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되며, 냉각유닛은 몸체(210), 몸체에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관(250), 핫 에어를 배출하는 핫 에어 배출관(230) 및 냉각공기를 배출하는 냉각공기 배출관(220)으로 이루어진 보텍스 튜브(vortex tube; 200)와, 일단이 보텍스 튜브의 냉각공기 배출관(220)에 연통되고, 타단이 개방되도록 액분리기(110) 내부에 설치되는 냉각코일(240)을 포함한다.

도 10을 참조하면, 액분리기/냉각 유닛은 다단으로 설치되며, U-트랩과 같은 트랩(300)을 개재하여 연통됨으로서 실질적으로 통과거리를 증가시킨다. 이와 같이 통과거리를 증가시킴으로서 배기덕트로 배출되기 전에 더 많은 액체성분을 포집할 수 있는 이점이 있다.

이하 상기와 같은 구조의 본 발명의 폐가스 처리장치의 동작을 설명한다.

먼저, 폐가스는 불활성 가스 및 공기와 혼합되어서 가열 챔버(20)로 공급되거나 폐가스 자체만 가열챔버(20)로 공급될 수 있는데, 이는 제조공정에 따라 생성되는 폐가스의 종류와 특성이 상이하기 때문이다. 폐가스는 불활성 가스 및 공기와 매니폴더에서 미리 혼합된 후에 가열챔버에 제공될 수 있다. 가열챔버(20)는 인입된 폐가스를 가열시켜서 화학적 성향을 변환시킨다.

가열챔버(20)에서 배출되는 가스는 폐가스의 종류에 따라 파우더와 같은 분진을 포함하거나 포함하지 않을 수 있으며, 분진을 포함하는 경우에는 습식처리유닛(40)을 경유하여 냉각유닛(10)에 연결된다.

이와 같은 과정을 거쳐 정제된 가스는 냉각유닛(10)에서 냉각되고, 그 결과 정제된 가스 내에 포함된 수분 등의 액체성분이 포집되어 결로가 된다. 결로된 액체성분은 드레인 탱크(30)에 집수된다.

이와 같이, 배기가스에 포함된 수분 등의 액체성분을 제거함으로서 배관이나 배기덕트 등의 부식을 방지할 수 있게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 정제된 가스는 액분리/냉각 유닛(100)에 유입되어 폐가스에 포함된 무거운 질량의 액체 성분은 순간적인 유속의 감소로 인하여 하부로 드레인된다. 또한, 액분리기(110)에 구성된 다양한 냉각유닛에 의해 정제된 가스는 냉각되고, 내부에 포함된 액체성분이 포집되어 액분리기(110) 내부에 결로된다.

또한, U-트랩 등을 이용하여 정제된 가스의 통과거리를 실질적으로 증가시킴으로서 수분의 포집효과를 증대시킬 수 있다.

이에 따라 배기덕트로 배출되는 배기가스에는 수분이 거의 포함되어 있지 않아 배기덕트와 배관 등에 있어서 부식이 발생되지 않도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 당업자의 수준에서 여러 가지의 변형이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 가열챔버 또는 습식처리유닛의 후단에 냉각유닛을 설치하여 가열챔버나 습식처리유닛으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 수분 등의 액체성분을 제거함으로서 배관이나 배기덕트 등의 부식을 방지할 수 있는 이점이 있다.

또한, 가열챔버에서 발생되는 분진을 습식처리유닛에서 정제하는 경우, 안개노즐에 의한 미세 물입자를 분무함으로서 집진효율을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 발생되는 폐수의 양을 줄일 수 있는 이점이 있다.

더욱이, 다단으로 설치되는 냉각유닛들에 의해 정제된 배기가스 내에 포함된 수분 등의 액체성분을 효과적으로 포집함으로서 최종적으로 배출되는 배기가스에는 수분 등이 거의 포함되지 않도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐가스 처리장치를 나타내는 구성도이다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐가스 처리장치를 나타내는 구성도이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 냉각유닛의 일실시예이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 냉각유닛의 다른 실시예이다.

도 5는 본 발명에 적용되는 냉각유닛의 다른 실시예이다.

도 6은 본 발명에 적용되는 냉각유닛의 다른 실시예이다.

도 7은 본 발명에 적용되는 액분리/냉각유닛의 일실시예이다.

도 8은 본 발명에 적용되는 액분리/냉각유닛의 다른 실시예이다.

도 9는 본 발명에 적용되는 액분리/냉각유닛의 다른 실시예이다.

도 10은 다단으로 설치된 액분리/냉각유닛을 보여주는 구성도이다.

Claims (16)

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10. 폐가스와 불활성 가스 및 공기가 혼합된 혼합기체를 가열시켜서 화학적 성질을 변형시키는 가열 챔버;

    상기 가열챔버에 연통되어 가열챔버에서 발생된 분진을 직접 접촉방식으로 수처리하여 정제시키는 습식처리 유닛;

    상기 습식처리 유닛에서 배출되는 정제가스의 유속을 완충시킴으로써 정제가스에 포함된 액체 성분을 분리하고, 상기 정제가스를 냉각시켜 상기 정제가스에 포함된 액체성분을 포집하여 결로시키는 액분리/냉각유닛을 포함하는 폐가스 처리장치.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 액분리/냉각 유닛은

    상기 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기;

    상기 액분리기의 내부에 설치되며, 내측튜브와 상기 내측튜브와 동축으로 배열되어 상기 내측튜브와의 사이에 밀폐된 공간을 형성하는 외측튜브로 이루어지고, 냉각수가 상기 밀폐된 공간을 통하여 순환되는 냉각모듈을 포함하는 폐가스 처리장치.
12. 제 10 항에 있어서, 상기 액분리/냉각 유닛은

    상기 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기;

    상기 액분리기의 몸체의 외측 전면에 일정 간격이 되도록 커버가 형성되어 밀폐공간을 구성하고 냉각수가 상기 밀폐공간을 통하여 순환되는 냉각모듈을 포함하는 폐가스 처리장치.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 액분리/냉각 유닛은

    상기 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기;

    상기 액분리기의 내부에 설치되며, 내측튜브와 상기 내측튜브와 동축으로 배열되어 상기 내측튜브와의 사이에 밀폐된 공간을 형성하는 외측튜브로 이루어지고, 냉각수가 상기 밀폐된 공간을 통하여 순환되는 제 1 냉각모듈; 및

    상기 액분리기의 몸체의 외측 전면에 일정 간격이 되도록 커버가 형성되어 밀폐공간을 구성하고 냉각수가 상기 밀폐공간을 통하여 순환되는 제 2 냉각모듈을 포함하는 폐가스 처리장치.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 액분리/냉각 유닛은

    상기 정제가스가 측면으로부터 인입되어 상부로 배출되는 싸이클론형 액분리기;

    몸체, 상기 몸체에 압축공기를 공급하는 압축공기 공급관, 핫 에어를 배출하는 핫 에어 배출관 및 냉각공기를 배출하는 냉각공기 배출관으로 이루어진 보텍스 튜브(vortex tube);

    일단이 상기 보텍스 튜브의 냉각공기 배출관에 연통되고, 타단이 개방되도록 상기 액분리기 내부에 설치되는 냉각코일을 포함하는 폐가스 처리장치.
15. 제 10 항에 있어서, 상기 액분리기/냉각 유닛은 다단으로 설치되며, 트랩을 개재하여 연통됨으로서 실질적으로 통과거리를 증가시킨 폐가스 처리장치.
16. 제 10 항에 있어서, 상기 습식처리유닛은 일정크기 이하의 물입자를 안개형태로 분사하는 안개노즐을 포함하는 폐가스 처리장치.