KR100500786B1 - 연소식유해물질제거장치 - Google Patents

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KR100500786B1 KR10-1998-0701796A KR19980701796A KR100500786B1 KR 100500786 B1 KR100500786 B1 KR 100500786B1 KR 19980701796 A KR19980701796 A KR 19980701796A KR 100500786 B1 KR100500786 B1 KR 100500786B1
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마야 야마다
슈이치 고세키
신이치 미야케
아키히코 닛타
요시아키 스기모리
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Abstract

유해성분을 포함하는 피처리 가스를 연소 버너(2)를 통해 연소챔버(1) 내에 분출시켜 연소 혹은 열분해시킴으로써 유해물질 제거처리를 하는 연소식 유해물질 제거장치이다. 상기 연소 챔버(2)는, 바깥둘레벽(11) 및 다공성재료로 이루어지는 안둘레벽(12)과의 2중벽 구조로 형성되어 있다. 상기 바깥둘레벽(11)과 상기 안둘레벽(12)과의 사이에 압력기체를 도입하는 기체도입 노즐(4)이 설치되어 있다.

Description

연소식 유해물질 제거장치
본 발명은, 연소식 유해물질 제거장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 반도체나 LCD를 제조하는 장치로부터 배출되는 배기 가스 등의 피처리 가스중에 포함되는 독성 가스, 가연성가스, 부식성 가스등의 유해성분을 연소나 열분해에 의해 무해화하기위한 가스처리장치에 있어서의 연소 챔버의 구조에 관한 것이다.
예를들면, 반도체나 LCD를 제조하는 장치에서는, 가연성 또한 지연성(支燃性)의 유해성분을 포함하는 가스가 배기 가스로서 배출되기 때문에 이들의 유해성분의 제거(무해화)처리를 하고 나서 배기 가스를 배출해야 한다. 이러한 배기 가스의 유해물질 제거처리를 하기위한 장치의 하나로서, 연소식 유해물질 제거장치가 알려져 있다.
이 연소식유해물질 제거장치는, 배기 가스에 포함되는 각종 유해성분을 연소시키거나, 열분해시켜 유해물질 제거처리를 하는 것으로, 연소 버너로부터 상기 배기 가스나 지연성 가스등을 연소 챔버내에 분출시켜 연소시키는 구조를 갖고 있다.
이 연소식 유해물질 제거장치로 배기 가스를 연소처리하면, 분말형상의 고체산화물이 생성되는 경우가 있고, 생성된 고체산화물이 연소 챔버의 내면에 부착하여 연소처리에 악영향을 미치는 경우가 있다. 이 때문에 종래에는, 배기 가스의 처리량에 비해서 연소 챔버를 크게 형성하여, 부착물에 의한 영향을 적게 하거나, 혹은 부착된 고체산화물을 기계적으로 긁어 내는 수단을 마련하거나 하였다.
그러나, 연소 챔버를 크게하면, 장치비용이 상승하여, 장치도 대형화되는 불편이 있고, 또한, 긁어 내기 수단을 설치한 경우는 장치구성이 복잡하게 되고, 장치 비용이 더욱 상승할 뿐 아니라, 관리유지에도 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 목적은, 연소 챔버의 내면에 고체산화물등의 분말형물체가 부착되는 것을 저비용으로 확실하게 방지할 수 있는 연소식 유해물질 제거장치를 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 1 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 2 실시형태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 연소식 유해물질 제거장치의 제 3 실시형태를 나타내는 계통도이다.
도 4는 실험예 1에서 사용된 연소식 유해물질 제거장치를 나타내는 단면도이다.
본 발명은, 유해성분을 포함하는 피처리 가스를 연소 버너를 통해 연소 챔버내에 분출시켜 연소 또는 열분해시킴으로써 유해물질 제거처리를 하는 연소식 유해물질 제거장치의 연소 챔버를, 바깥둘레벽 및 다공성재료로 이루어지는 안둘레벽과의 2중벽구조로 형성하여, 상기 바깥둘레벽과 상기 안둘레벽과의 사이에 압력기체를 도입하는 기체도입수단을 설치하고 있다.
이 구성에 의해서, 상기 바깥둘레벽과 상기 안둘레벽과의 사이에 도입된 압력기체가, 상기 안둘레벽의 다공성재료의 기공을 통해 연소 챔버내로 분출하기 때문에 그 분출력에 의해 피처리 가스의 연소처리로 발생한 고체산화물이나 그외 다른 분말형물체가 내벽의 내면에 부착하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 저 비용, 공간 절약, 또한 간단한 구조로 연소실 챔버의 내면에 고체산화물등의 분말형물체가 부착되는 것을 방지할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정한 상태로 유해물질 제거처리를 할 수 있다.
또한, 본 발명의 상술한 개량된 연소 챔버는, 상기내벽의 내면에 액체를 공급하는 액공급수단을 구비하고 있다. 이에 따라, 연소 챔버내부의 용접부등에 부착하는 분말형물체도, 간단히 제거할 수가 있기 때문에, 분말형물체 제거를 위해 장치를 분해할 필요가 거의 없게 되어, 보수에 요하는 비용을 대폭 저감할 수가 있다.
또한, 본 발명은, 상기 연소 버너에 피처리 가스를 도입하는 피처리 가스도입경로에, 분기경로를 마련하여, 해당 분기경로에 유해물질 제거처리수단을 마련함과 동시에, 상기 피처리가스 도입경로와 상기 분기경로와의 분기부에 상기 연소 버너와 상기 유해물질 제거처리수단으로 경로를 전환하는 전환밸브를 설치하고 있다. 이에 따라 연소 챔버내에 있어서 유해물질 제거처리를 정지한 때에도, 피처리 가스의 유해물질 제거처리를 계속 행할 수 있기때문에, 반도체 제조장치등의 피처리 가스공급원의 운전을 정지시킬 필요가 없고, 불량품의 발생을 방지할 수 있으며, 생산성을 저하시키는 경우도 없다.
또한, 본 발명은, 상기 유해물질 제거처리수단에, 피처리중의 유해성분을 흡착등에 의하여 유해물질 제거처리하는 유해물질 제거제를 충전한 유해물질 제거통을 사용함으로써, 장치 비용이나 운전 비용을 낮게 억제할 수 있고, 유해물질 제거처리수단의 설치공간도 작게 할 수가 있다. 또한, 기존설비에도 용이하게 대응할 수가 있다.
또한, 본 발명은, 상기 연소 버너및 연소 챔버내에 잔류하는 피처리 가스를 상기 유해물질 제거처리수단을 향하여 배출하는 퍼지가스 도입경로를 구비함으로써, 반도체제조장치등의 피처리 가스공급원의 운전을 정지시키는 일없이 연소 버너 및 연소 챔버내의 유해성분이나 연소성분을 퍼지할 수 있기 때문에, 연소 버너 및 연소 챔버를 분해점검하더라도 유해성분이 방출되는 일이 없고, 안전하게 작업을 진행시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
도 1에서 나타내는 연소식 유해물질 제거장치의 제 1 형태는, 연소 챔버(1)와, 해당 연소 챔버(1)의 상부중앙에 설정된 연소 버너(2)와, 상기 연소 챔버(1)에 설정된 착화용의 파일럿 버너(3) 및 기체도입수단인 기체도입 노즐(4)을 포함하고 있다.
상기 연소 챔버(1)는 통상의 금속재료등으로 형성된 통형상의 바깥둘레벽(11)과, 다공성재료로 형성된 통형상의 안둘레벽(12)을 동축상에 배치한 2중벽구조로 형성되어 있다. 상기 연소 챔버(1)의 상부에는, 간막이판(13)이 설치된다. 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)과의 사이 하부에는, 간막이판(14)이 설치된다.
상기 바깥둘레벽(11) 및 간막이판(13, 14)의 재질은, 소정의 내열성이나 강도를 가지고, 각 접속부를 용접이나 플랜지결합등으로 확실하게 접합할 수 있으면 임의의 것을 사용할 수도 있다. 상기 안둘레벽(12)에 사용하는 다공성재료는, 세라믹소결체나 소결금속등이 미세한 기공(포어)을 전체에 균일히 갖는 것을 사용할 수가 있고, 내열성이나 강도를 만족하면 재질에 특히 제한은 없고, 기공 사이즈나 메시사이즈에도 특히 제한은 없다. 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)과의 간격은, 이 사이의 공간(15)에 도입되는 압력기체가 안둘레벽(12)의 벽면에 균등하게 널리 퍼지는 정도이면 되고, 연소 챔버(1)의 크기나 압력기체의 도입조건, 기체도입 노즐(4)의 설치위치나 설치수등에 따라 적당한 간격으로 할 수 있다.
상기 파일럿 버너(3)는 상기 연소 챔버(1)의 둘레벽 상부에, 상기 바깥둘레벽(11) 및 안둘레벽(12)을 관통하여 설치된다. 이 파일럿 버너(3)는, 통상의 점화플러그가 설치된 것이며, 경로(16)로부터 공급되는 연료와 지연성 가스, 예컨대 프로판 가스와 공기를 혼합한 가스에 점화플러그로 점화하여 연소시켜 상기 연소 버너(1)로부터 분출하는 가스를 착화하는 것이다.
상기 기체도입노즐(4)은, 상기 바깥둘레벽(11)에 설치되어 있고, 경로(17)로부터 공급되는 압축공기등의 압력기체를 상기 공간(15)내에 도입한다. 이 기체도입 노즐(4)인 연소 챔버(1)의 크기등에 따라 복수 라인을 설치하여도 좋으며, 그 부착위치에도 제한은 없다. 또한, 압력기체를 상기 공간(15)내에 균등하게 확산할 수 있도록 기체도입 노즐(4)의 첨단에 버플판을 대향배치시켜도 좋다.
상기 압력기체는, 연소 챔버(1)내의 연소처리에 악영향을 주는 것이 아니면, 공기나 불활성가스등의 임의의 기체를 적당한 압력으로 승압하여 사용할 수 있다. 또한, 상기 압력기체의 공급압력이나 공급량은, 임의로 정하고, 안둘레벽(12)의 기공을 통과가능한 압력으로, 연소처리에 악영향을 주는일 없이, 안둘레벽(12)의 내면으로의 분말체의 부착을 억제할 수 있는 양이면 되고, 장치의 강도나 압력기체의 공급 비용등을 포함해서 적당하게 설정하면 좋다.
상기 연소 챔버(1)의 하부개구(18)는, 연소 가스를 냉각하기위한 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)을 구비한 챔버(20)를 통해 배기처리장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
상기 연소 버너(2)는, 피처리 가스가 공급되는 피처리가스 유로(2a)를 중심으로, 질소 가스등이 공급되는 리프트가스 유로(2b), 연소용 공기등이 공급되는 1차공기유로(2c), 2차공기 또는 질소 가스등이 공급되는 유로(2d)를 포함하는 4중관 구조이다. 이 연소 버너(2) 및 상기 파일럿 버너(3)는, 피처리 가스를 연소처리하기 위해서 사용하는 각종 구조의 것을 사용하는 것이 가능하고, 피처리 가스의 성분이나 처리량에 따라 적당한 구조의 것을 선택하여 사용할 수 있다.
이와 같이, 연소 챔버(1)의 안둘레벽(12)을 다공성재료로 형성함과 동시에, 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)과의 사이 공간(15)에 압력기체를 도입함으로써, 다공성재료의 기공을 통해 압력기체가 안둘레벽(12)의 내면에 분출하기 때문에, 그 분출력에 의해, 피처리 가스의 연소처리로 발생한 고체산화물이나 그외 다른 분말형물체가 안둘레벽(12)의 내면에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
이에 따라, 피처리 가스의 연소처리에 의해 분말형상의 고체산화물이 생성하거나, 피처리 가스중에 분말형물체가 동반되는 경우라도, 이들의 분말형물체가 안둘레벽(12)의 내면에 부착하는 일이 없기 때문에, 장기간에 걸쳐 안정된 상태로 연소처리를 할 수 있다.
또한, 안둘레벽(12)의 내면에 분말형물체가 부착되는 것을 방지할 수 있기 때문에 연소 챔버(1)를 소형화 할 수 있고, 연소 챔버(1)를 2중벽 구조로서 압력기체를 도입하는 기체도입 노즐(4)을 설치하기만 하면 되기 때문에, 구조도 간단하고, 장치 비용이나 운전 비용의 저감을 꾀할 수 있다.
다음에, 도 2에 나타내는 연소식 유해물질 제거장치의 제 2 실시형태에 관해서 설명한다.
이 연소식 유해물질 제거장치는, 연소 챔버(1)의 안둘레벽(12)내의 상부에 안둘레벽(12) 내면에 물등의 액체를 공급하는 액공급수단으로서의 부착물제거용 스프레이 노즐(5)이 설치된다. 상기 바깥둘레벽(11)의 내면에는, 상기 기체도입 노즐(4)의 첨단에 대향하는 버플판(6)이 설치된다. 이 버플판(6)은, 기체도입 노즐(4)로부터 도입되는 압력기체를 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)과의 사이 공간(15)내에 확산하기 위한 것이다. 파일럿 버너(3)의 후단에는, 해당 파일럿 버너(3)를 통해 연소 챔버(1)내의 화염 상태를 확인하기 위한 화염검출기(7)가 설치되어 있다. 연소 버너(21)는 예비연소 챔버(8)를 통해 연소 챔버(1)에 설치되어 있다. 그 밖의 구성은, 도 1에 나타내는 제 1 형태의 연소식 유해물질 제거장치의 구성과 같다.
한편, 상기 연소 버너(21)는, 피처리 가스유로를 중심으로, 리프트 가스유로, 피처리 가스연소용 지연성 가스유로, 연료가스용 지연성 가스유로 및 연료가스유로를 포함하는 5중관 구조이다.
이와 같이 구성된 연소식 유해물질 제거장치의 작용에 관해서 이하에 설명한다.
도 1에 나타내는 제 1 형태의 연소식 유해물질 제거장치의 구조에 의해, 안둘레벽(12)의 내면에 분말형물체가 부착하는 것은 방지할 수가 있지만, 안둘레벽(12)을 관통하는 상기 파일럿 버너(3)나 안둘레벽(12)에 설치되는 온도검출기(도시하지 않음)등은, 각각의 부품의 앞끝단부가 안둘레벽(12)에 용접으로 고정되어 있다. 따라서, 이들의 용접부(9)에 있어서는, 상기 안둘레벽(12)의 다공성재료의 기공이 용접에 의해 막힌 상태가 되어, 이 부분의 다공성상태가 손상되고 압력기체가 분출하지않는 상태가 되기 때문에, 연소처리의 경과에 따라 용접부(9)의 내면측에 분말형물체가 부착하는 경우가 있다.
통상, 이들의 용접부(9)에 분말형물체가 부착한 정도로서는, 연소처리에 현저한 악영향을 주는 일은 없지만, 장기적인 트러블 방지의 관점에서는, 용접부(9)에 부착한 분말형물체도 제거하는 것이 바람직하다. 또한 도 2에 나타내는 바와 같이, 연소실 하부에 연소 가스를 냉각하기 위한 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)을 구비하고 있는 경우는, 해당 스프레이 노즐(19)나 상기 챔버(20)내의 냉각수 공급배관(22)의 표면에도 분말형물체가 부착되어 퇴적하기 때문에, 이 분말형물체도 제거하는 것이 바람직하다.
이로써, 연소 챔버(1)의 안둘레벽(12)내에 부착물제거용 스프레이 노즐(5)을 마련하여 물이나 알카리 수용액등의 액체를, 안둘레벽(12)의 내면, 특히 상기 용접부(9)를 향하여 내뿜도록 함으로써, 용접부(9)나 냉각수분출용 스프레이 노즐(19)등에 부착한 분말형물체를, 장치를 분해하지 않고 간단히 제거할 수가 있다.
안둘레벽(12)의 내면에 액체를 공급하는 액공급수단으로서는, 액체가 안둘레벽(12)의 내면을 따라 흘러 내리는 정도로 액체를 유출시키는 것이어도 좋지만, 액체를 적절한 힘으로 분출하는 부착물제거용 스프레이 노즐(5)을 이용함으로써, 분출한 액체의 충격력으로 분말형물체를 효율적으로 제거할 수가 있다. 부착물제거용 스프레이 노즐(5)에는, 풀콘, 플래트 등의 각종 타입의 것을 사용할 수가 있고, 연소 챔버(1)의 크기 혹은 용접부(9)의 수나 위치에 응해서 적당한 위치에 적당한 개수를 설치할 수가 있고, 액체의 분출방향도 임의로 설치할 수가 있다.
또한, 연소 챔버(1)의 하부에 상기 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)이 설치되는 경우는, 상기 냉각수 공급배관(22)으로부터 분기한 배관을 부착물제거용 스프레이 노즐(5)에 접속할 수가 있다. 한편, 부착하는 분말형물체의 성장에 따라서 분출시키는 액체를 알카리수용액등을 사용함으로써, 분말형물체를 더욱 확실하게 제거할 수가 있다.
또한, 물등에 의한 분말형물체의 제거는, 장치의 운전을 정지하여 안둘레벽(12)이 소정온도이하로 식은 후에 행하는 것이므로, 안둘레벽(12)의 온도를 측정하는 온도측정수단을 설치함과 동시에, 부착물 제거용 스프레이 노즐(5)에 물등을 공급하는 배관에, 상기 온도측정수단으로부터의 신호로 안둘레벽(12)의 온도가 설치온도이하일 때에만 개방하는 자동밸브를 마련하여 놓음으로써, 운전중의 안둘레벽(12)이 고온일 때에 물등이 공급되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 도 3에 나타내는 연소식 유해물질 제거장치의 제 3 형태에 대하여 설명한다.
이 연소식 유해물질 제거장치는, 도 2에 나타내는 제 2 형태와 같은 구성의 연소식 유해물질 제거장치를 포함하고 있다. 즉, 연소 챔버(1), 착화용 파일럿 버너(3), 기체도입 노즐(4), 부착물 제거용 스프레이 노즐(5), 버플판(6), 예비연소 챔버(8), 바깥둘레벽(11), 안둘레벽(12), 간막이판(13, 14), 상기 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)과의 사이의 공간(15), 연소 챔버(1)의 하부개구(18)에 접속되는 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)을 구비한 챔버(20) 및 연소 버너(21)등은 도 2의 그것들과 같은 구성이다.
부호(23)는, 반도체 제조장치등의 피처리 가스공급원(도시하지 않음)으로부터 배출되는 피처리 가스를 도입하는 피처리 가스 도입경로로서, 분기부(24)에서 연소 버너(21)로 피처리 가스를 공급하는 주경로(25)와 분기경로(26)로 분기된다.
상기 주경로(25)는 상기 연소 버너(21)의 피처리 가스 유로에 접속되어 있다. 또한, 리프트 가스 도입경로(27), 피처리 가스 연소용 지연성 가스 도입경로(28), 연료가스용 지연성 가스 도입경로(29) 및 연료 도입경로(30)가, 상기 연소 버너(21)의 리프트 가스 유로, 피처리 가스 연소용 지연성 가스 유로, 연료가스용 지연성 가스 유로 및 연료가스 유로에 각각 접속되어 있다.
상기 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)에 냉각수를 공급하는 냉각수 공급배관(22)에는, 전자밸브(31)가 설치된다. 해당 냉각수 공급배관(22)의 전자밸브(31)의 상류에서 분기한 분기관(32)은, 전자밸브(33)를 통해 상기 부착물 제거용 스프레이 노즐(5)에 접속하고 있다.
상기 챔버(20)의 하부에는, 바닥을 갖는 통형상의 배기 챔버(34)가 설치되어 있다. 해당 배기 챔버(34)에는, 수봉식의 진공펌프(35) 및 기액분리기(36)를 구비한 처리 가스 배기경로(37)와, 연소 챔버(1), 예비연소 챔버(8) 및 연소 버너(21)내의 가스를 배출하기위한 퍼지 가스도입 경로(38)가 설치된다. 부호(39)는 해당 퍼지 가스도입 경로(38)에 마련한 밸브이다.
상기 피처리 가스도입 경로(23)의 분기부(24)에는, 피처리 가스경로를 전환하기 위한 전환밸브가 설치되어 있다. 본 형태에 있어서는, 주경로(25)에 전환밸브(40)가, 분기경로(26)에 전환밸브(41)가 각각 설치되어 있다. 해당 분기경로(26)는, 전환밸브(41)를 개재하여 유해물질 제거처리수단(42)에 접속하고 있다. 이 유해물질 제거처리수단(42)에 접속된 배기경로(43)는, 상기 처리 가스배기경로(37)에 합류하고 있다.
본 형태에 있어서의 유해물질 제거처리수단(41)은, 피처리 가스중의 유해성분을 흡착하거나, 화학반응에 의해 무해화하기도 하는 건식유해물질 제거제, 예컨대, 수산화제2동이나 산화동등을 주성분으로 한 유해물질 제거제를 충전한 유해물질 제거통이다. 이 유해물질 제거통으로 제거처리된 처리가스는, 상기 배기경로(43)로부터 배기된다.
먼저, 통상의 운전상태에서는, 주경로(25)의 전환밸브(40)가 열림, 분기경로(26)의 전환밸브(41)가 닫힘, 부착물 제거용 스프레이 노즐(5)의 전자밸브(33)가 닫힘, 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)의 전자밸브(31)가 열림, 퍼지 가스도입 경로(38)의 밸브(39)가 닫힘이다. 연소 버너(21)의 각 유로에는, 주경로(25), 리프트 가스도입 경로(27), 피처리 가스 연소용 지연성 가스도입 경로(28), 연료가스용 지연성 가스도입 경로(29) 및 연료도입 경로(30)로부터 각각, 유해성분을 함유하는 피처리 가스, 리프트 가스, 피처리 가스 연소용 지연성 가스, 연료가스용 지연성 가스 및 연료가 공급되어 해당 연소 버너(21)로부터 분출되는 가스는, 파일럿 버너(3)의 파일럿 화염으로서 착화한다.
이에 따라, 피처리 가스중의 유해성분은, 연소 버너(21)의 연소화염속에서 연소하거나, 열분해하여 무해화되고, 연소시에 발생한 고체 산화물은, 내벽(12)의 다공성재료를 통하여 분출하는 압축공기에 의해 내면으로의 부착을 억제할 수 있고, 연소 가스와 같이 챔버(20)로 흘러내린다. 챔버(20)로 흘러내린 연소 가스등은, 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)로부터 분출하는 냉각수로 냉각되어, 배기 챔버(34)로부터 고체산화물 및 냉각수와 같이 진공펌프(35)에 의해 흡인되어, 기액분리기(36)로 냉각수등과 분리하여 처리 가스배기 경로(37)로부터 배기된다. 한편, 진공펌프(35)로의 교반작용에 의해 냉각수중에 현탁한 고체산화물은, 기액분리기(36)로부터 냉각수와 같이 경로(44)로 빠져 나가고, 고액분리등의 뒷처리가 행하여진다.
이와 같이, 본 형태에 있어서의 유해물질 제거처리는, 통상의 운전상태에서는, 연소 챔버(1)에 있어서의 연소유해물질 제거처리만으로 행하도록 하고 있다.
상기 연소 챔버(1)의 안둘레벽(12)의 내면에 부착한 고체산화물을 제거하는 때는, 전환밸브(41)를 개방함과 동시에 전환밸브(40)를 닫고, 전환밸브(40)보다 하류의 주경로(25), 연소 버너(21), 예비연소 챔버(8), 연소 챔버(1), 챔버(20) 및 배기 챔버(34)등 내에 미처리의 유해성분이 남지 않도록 하여 연소운전을 정지시킨다. 또, 전환밸브(40)를 닫는 타이밍은, 예컨대, 반도체 제조장치등의 운전상황에 따라서 피처리 가스도입 경로(23)로 흐르는 피처리 가스중의 유해성분량이 적어질 때를 가늠하여 행하도록 하여도 좋고, 혹은 피처리 가스도입 경로(23)가 적당한 위치에 희석 가스도입 경로(45)로부터 희석 가스를 도입하여 연소 챔버(1)내 등에 유입하는 유해성분농도를 저하시키고 나서 행하도록 하여도 좋다. 그 어느쪽이든, 연소 챔버(1)내에 규정농도이상의 유해성분이 잔류하지 않도록 하면 좋다.
그리고, 연소 챔버(1)내의 온도가 충분히 냉각된 것을 온도 센서(도시하지 않음)로 검지한 후, 부착물 제거용 스프레이 노즐(5)로부터 물등을 분사하여 안둘레벽(12) 내면의 부착물을 제거한다. 그동안, 반도체 제조장치등으로부터 배출된 유해성분을 포함하는 피처리 가스는, 피처리 가스도입경로(23)에서 분기경로(26)로 흘러, 유해물질 제거처리수단(42)내의 유해물질 제거제에 의하여 유해물질 제거처리되어 배기경로(43)로부터 배기된다.
따라서, 연소 챔버(1)내의 부착물 제거, 그 밖의 보수작업을 하고 있는 사이에도, 유해물질 제거처리수단(42)에 의한 피처리 가스의 유해물질 제거처리를 계속할 수가 있기 때문에, 반도체 제조장치등의 피처리 가스공급원의 운전을 계속하여 행할 수 있고, 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.
또한, 연소 챔버(1)에 의한 유해물질 제거처리의 운전에 이상이 발생하여, 그 운전을 긴급정지시키는 경우는, 유해성분이 처리 가스배기 경로(37)로부터 배출되는 것을 방지하기 위해서, 즉시 진공펌프(35)를 정지시킴과 동시에, 분기경로(26)의 전환밸브(41)를 열어 피처리 가스를 유해물질 제거처리수단(42)에 도입한다. 그리고, 전환밸브(40)보다 하류의 주경로(25), 연소 버너(21), 예비연소 챔버(8), 연소 챔버(1), 챔버(20) 및 배기 챔버(34)등 내에 도달하는 사이에 잔류하는 유해성분을 배출하기 때문에, 밸브(39)를 열어 퍼지 가스도입경로(38)로부터 질소 가스등의 퍼지 가스를 연소 챔버(1)내에 역방향으로 도입하여, 유해성분을 포함하는 가스를 분기경로(26)로 향해 흘려 유해물질 제거처리수단(42)에 도입하여 유해물질 제거처리를 한다. 연소 챔버(1)내 등의 퍼지를 충분히 행한 후, 전환밸브(40)를 닫음과 동시에, 밸브(39)를 닫는다.
이에 따라, 연소 챔버(1)내의 유해성분이나 연소성분이 퍼지되기 때문에, 반도체 제조장치등의 피처리 가스공급원의 운전을 정지하지 않고서, 연소 버너나 연소 챔버등의 분해점검 작업을 안전하게 진행시킬 수 있다.
이 퍼지를 행함에 있어서는, 퍼지 가스도입 경로(38)를 마련하지 않고서, 연소 버너(21)나 기체도입 노즐(4)등으로부터 연소 챔버(1)내에 퍼지 가스를 도입할 수도 있지만, 퍼지 가스 도입 경로(38)에 의해서 퍼지 가스를 연소 챔버(1)내의 하류측에서 도입함으로써, 연소 챔버(1)내의 유해성분등을 효율좋게 유해물질 제거처리수단(42)으로 향하여 배출할 수가 있다.
또한, 전술한 바와 같이, 배기 가스의 유해물질 제거처리를 유해물질 제거처리수단(42)으로 계속하여 할 수 있기 때문에, 예컨대, 피처리 가스공급원인 반도체 제조장치를 정지시킬 필요가 없어 성막도중 웨이퍼의 성막조작을 최후까지 할 수 있고, 해당 웨이퍼가 불량품이 되는 일이 없어 웨이퍼를 버리는 일이 없어진다.
또, 유해물질 제거제의 처리능력에 따라 희석 가스도입 경로(45)로부터 희석 가스를 도입하여, 유해성분농도를 저하시킴으로써 유해물질 제거처리수단(42)으로의 유해물질 제거처리를 한층 더 확실히 할 수 있다. 또한, 반도체 제조장치등의 운전상태가 유독성분이나 유해성분등을 사용하지 않는 상태일 때, 예컨대, 피처리 가스조성이 질소와 수소인 경우에는, 희석 가스도입 경로(45)로부터 질소 가스같은 희석 가스를 도입하여 수소농도를 저하시킬 뿐이고 피처리 가스를 대기중에 방출할 수도 있다.
또한, 상기 유해물질 제거처리수단(42)은, 상술의 유해물질 제거통 이외에, 다른 유해물질 제거수단, 예컨대, 주지의 습식유해물질 제거장치 등도 이용할 수 있지만, 상술의 건식유해물질 제거제를 충전시킨 유해물질 제거통인 경우는, 충전통과 간단한 배관 및 밸브를 설치하는 것만으로 실시할 수 가 있고, 유해물질 제거처리에 있어서 가열이나 냉각, 액의 순환등의 조작을 전혀 필요로 하지 않으며, 각종 유틸리티가 불필요하고, 배기 가스를 도입하기만 하면 유해물질 제거처리를 할 수 있기 때문에, 연소 챔버(1)에 의한 유해물질 제거처리수단의 예비로서 최적이다. 특히, 건식유해물질 제거제로서 수산화제2동을 이용함으로써, 반도체 제조장치등으로 사용하는 각종 유해성분을 효율적으로 확실하게 제거처리 할 수가 있다.
또한, 각 경로에 설치하는 밸브로서는, 통상, 각부의 유량이나 온도에 따라서 자동적으로 개폐하는 자동밸브를 사용하지만, 주경로(25)의 전환밸브(40)에 정전시 닫히는 밸브를, 분기경로(26)의 전환밸브(41)에 정전시에 열리는 밸브를 각각 이용함으로써, 정전이 발생한 때에도 순간적으로 피처리 가스를 유해물질 제거처리수단(42)에 도입하여 유해물질 제거처리를 행할 수가 있어, 안전성을 높일 수 있다.
또, 예비연소 챔버나 연소 버너의 구조나 형상은 임의로 선택하고, 종래에 사용하고 있는 것이라도 사용할 수 있다.
이하, 상기 실시형태에 의거하는 실험예에 관하여 설명한다.
실험예 1
도 4에 나타내는 구조의 연소식 유해물질 제거장치를 사용하여 실란의 유해물질 제거처리를 하였다. 이 연소식 유해물질 제거장치의 연소 챔버(1)는, 외경 216.3 mm의 스테인리스강으로 이루어지는 바깥둘레벽(11)과, 외경 150 mm, 두께 3 mm, 공칭 여과정밀도 100μm의 스테인리스강제 소결금속으로 이루어지는 안둘레벽(12)에 의하여 형성한 높이 300 mm의 2중벽 구조이다. 연소 챔버(1)의 상부중앙에는, 예비연소 챔버(8)를 통해 5중관 구조의 확산방식의 연소 버너(21)를 마련하였다. 연소 챔버(1)의 둘레벽 상부에는, 파일럿 버너(3)를 설치하였다. 연소 챔버(1)의 하부개구(18)는, 연소 가스를 냉각하기위한 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)을 구비한 챔버(20)를 통해 배기처리장치(도시하지 않음)에 접속하였다.
상기 연소 버너(21)에는, 중심의 피처리 가스유로에 실란(SiH4) 3%를 포함하는 질소 가스(N2)를 매분 150리터로, 그 바깥둘레의 리프트 가스 유로에 질소 가스(N2)를 매분 10리터로, 그 바깥둘레의 실란 연소용 지연성 가스유로에 공기를 매분 100리터로, 또한 그 바깥둘레의 연소용 지연성 가스유로에 공기를 매분 125리터로, 그 바깥둘레의 연료유로에 프로판가스(LPG)를 매분 5리터로, 각각 공급하였다.
또한, 파일럿 버너(3)에는, 매분 1리터의 프로판 가스와 매분 22리터의 공기를 혼합한 가스를 공급하였다. 바깥둘레벽(11)과 안둘레벽(12)과의 사이 공간(15)에는, 기체도입 노즐(4)로부터 압력 4kg/cm2 G의 압축공기를 매분 165리터로 공급하였다. 또, 기체도입 노즐(4)의 앞끝에는 버플판(6)을 배설하였다.
상기 조건으로 8시간 운전한 뒤, 연소 챔버(1)를 개방하여 내부를 점검한 바, 안둘레벽(12)의 내면에 분말의 부착은 보이지 않았다. 또한, 배기처리장치로부터 배출되는 가스중의 실란농도는, 운전중, 항상 허용농도인 5ppm의 1/10미만 이었다.
비교예
실험예 1의 안둘레벽을 외경 165.2 mm인 스테인리스강제로 하여, 기체도입 노즐(4)로부터의 압축공기의 도입을 멈춘 것 이외에는, 실험예 1와 같은 조건으로 실란의 유해물질 제거처리를 하였다. 8시간 운전한 뒤에 연소 챔버내를 점검한 바, 안둘레벽의 내면에 5∼6 cm의 두께로 분말(SiO2)이 부착하고 있었다.
실험예 2
실험예 1의 조건으로, 도 4에 나타내는 구조의 연소식 유해물질 제거장치를 연속하여 168시간 운전한 뒤에 연소 챔버(1)내를 점검한 바, 파일럿 버너(3)의 용접부(9)의 주변이나 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)의 표면에 15∼20 mm의 두께로 분말(SiO2)이 부착하고 있었다. 또, 이 경우라도, 배기처리장치로부터 배출되는 가스중의 실란농도는, 운전중, 항상 허용농도인 5ppm의 1/10미만 이었다.
그래서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 연소 챔버(1)의 안둘레벽(12)내의 상부에, 안둘레벽(12)의 내면에 물을 내뿜는 부착물 제거용 스프레이 노즐을 3개 설치하였다.
그리고, 168시간 연속하여 연소처리를 한 후, 안둘레벽(12)의 온도가 50℃ 이하로 되고나서, 스프레이 노즐로부터 물을 안둘레벽(12)의 내면에 10분간 분사시켰다.
그 후, 연소 챔버(1)를 개방하여 내부를 점검한 바, 안둘레벽(12)의 내면은 물론, 파일럿 버너(3)의 용접부(9)의 주변이나 냉각수 분출용 스프레이 노즐(19)의 표면에도 분말형 물체의 부착은 인정되지 않았다.
실험예 3
도 3에 나타내는 구성의 장치를 사용하고, 유해물질 제거처리수단(42)으로서, 수산화제2동을 주성분으로 하는 유해물질 제거제를 충전한 유해물질 제거통을 를 사용하였다. 반도체 제조장치등으로부터 배출되는 배기 가스에 해당하는 피처리 가스로서는, 질소 가스중에 실란 3%를 포함하는 시험 가스를 사용하였다. 연소 버너(21)로부터 시험 가스를 매분 150리터로 연소 챔버(1)내에 분출하여 연소유해물질 제거처리를 하였다. 이 때, 처리 가스배기경로(37)로부터 배출되는 처리 가스중의 실란농도는, 허용농도인 5 ppm의 1/10미만 이었다.
3시간 경과후, 전환밸브(41)를 개방함과 동시에 전환밸브(40)를 닫고, 시험 가스를 분기경로(26)로부터 유해물질 제거처리수단(42)에 도입하여 유해물질 제거처리를 하였다.
이때, 전환밸브(40)를 닫은 후, 전환밸브(40)로부터 배기 챔버(34)에 도달하는 동안에 잔류하는 시험 가스가 없어지는 시간을 고려하여 30분후에 연소 버너(21)의 연소운전을 정지시켰다. 그리고, 연소 챔버(1)내의 온도가 50℃ 이하가 되었을 때에 부착물 제거용 스프레이 노즐(5)로부터 물을 스프레이하여 안둘레벽(12) 내면의 부착물을 제거 하였다. 그 후, 전환밸브(40)를 열어, 파일럿 버너(3) 및 연소 버너(21)로부터 분출하는 가스에 착화하여, 연소 챔버(1)내의 온도가 200℃를 넘은 시점에서 전환밸브(41)를 닫고 연소 챔버(1)에 의하여 유해물질 제거처리를 재개하였다.
연소 챔버(1)에 의한 유해물질 제거처리의 운전재개까지의 사이에 유해물질 제거처리수단(42)으로부터 배기경로(43)에 배출된 가스중의 실란농도는, 허용농도의 1/10미만 이었다.
실험예 4
시험 가스로서 실란 3%를 포함하는 질소 가스를 사용하여 실험예 3와 같이 하여 연소 챔버(1)에서의 연소유해물질 제거처리를 하고 있을 때에, 연소 버너(21)의 연소를 급정지시켜, 이것과 동시에, 분기경로(26)의 전환밸브(41)를 열어 유해물질 제거처리수단(42)에 의한 유해물질 제거처리를 시작하였다. 또한, 진공펌프(35)도 대략 동시에 정지시켜, 파일럿 버너(3)도 소화하였다.
퍼지 가스도입 경로(38)의 밸브(39)를 열어 연소 챔버(1)내에 질소 가스를 매분300리터로 도입하여, 연소 챔버(1)내의 가스를 역류시켜 유해물질 제거처리수단(42)으로 흐르게 하였다. 이 질소 가스에 의한 퍼지를 30분간 행한 후의 연소 챔버(1)내의 가스중에는, 실란은 검출되지 않았다. 또한, 연소 챔버(1)에 의한 유해물질 제거처리 운전재개도 문제없이 행할 수 있었다.
연소 챔버(1)에 의한 유해물질 제거처리운전의 긴급정지로부터 운전재개까지의 사이에 유해물질 제거처리수단(42)으로부터 배기경로(43)에 배출된 가스중의 실란농도는, 실험예 3와 같이, 허용농도의 1/10미만 이었다.

Claims (5)

  1. 유해성분을 포함하는 피처리 가스를 연소 버너를 통해 연소 챔버내에 분출시켜 연소 혹은 열분해시킴으로써 유해물질 제거처리를 하는 연소식 유해물질 제거장치로서, 상기 연소 챔버는, 바깥둘레벽 및 다공성재료로 이루어지는 안둘레벽과의 2중벽 구조로 형성되고, 상기 다공성재료의 기공(pore)을 통하여 상기 안둘레벽의 내면으로 분출하는 압력기체를 상기 바깥둘레벽과 안둘레벽의 사이로 도입하는 기체도입수단을 설치한 연소식 유해물질 제거장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 연소 챔버는, 상기 내벽의 내면에 액체를 공급하는 액공급수단을 구비하고 있는 연소식 유해물질 제거장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연소 버너에 피처리 가스를 도입하는 피처리 가스도입경로에 분기경로를 설치하고, 이 분기경로에 유해물질 제거처리수단을 설치함과 동시에, 상기 피처리 가스도입 경로와 상기 분기경로와의 분기부에 상기 연소 버너와 상기 유해물질 제거처리수단으로 경로를 전환하는 전환밸브를 설치한 연소식 유해물질 제거장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 유해물질 제거처리수단은, 피처리중의 유해성분을 흡착등에 의하여 유해물질 제거처리하는 유해물질 제거제를 충전한 유해물질 제거통인 연소식 유해물질 제거장치.
  5. 제 3 에 있어서, 상기 연소 버너 및 연소 챔버내에 잔류하는 피처리 가스를 상기 유해물질 제거처리수단으로 향하여 배출하는 퍼지 가스도입 경로를 구비하고 있는 연소식 유해물질 제거장치.
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