KR100925186B1 - 폐가스 처리장치 - Google Patents

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Abstract

반도체, 평판 디스플레이 등의 제조에 사용된 인체 유해물질, 공해유발물질 등을 포함하는 폐가스의 처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 폐가스가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버를 가열하는 열공급부, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성하도록 상기 제1챔버 내로 용해유도 가스를 공급하는 가스공급부, 및 상기 제1챔버를 거쳐 처리된 폐가스를 냉각시키는 냉각부를 가지는 가열처리유닛 및 상기 가열처리유닛을 거쳐 처리된 폐가스가 유입되는 제2챔버, 및 상기 제2챔버 내로 물을 분사하여 상기 수용성 가스를 용해시키는 분사부를 가지는 습식처리유닛을 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 챔버 내부에 상기 폐가스와 상기 용해유도 가스가 동시에 유입되어 상기 폐가스 성분 중에서 열 분해되어 생성된 불소분자와 용해유도 가스에 포함된 수소분자가 결합하여 수용성 가스를 생성함으로써, 상기 습식처리유닛을 거치면서 물에 용해되어 배출하기 때문에 폐가스 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
히터, 챔버, 수소화합물, PFC

Description

폐가스 처리장치{Waste Gas Processing}
본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용해유도 가스를 공급하여 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합시켜 수용성 가스를 생성하여 습식처리유닛으로 분리함으로써, 폐가스 처리 효율을 높인 폐가스 처리장치에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 제조공정이나 LCD 제조공정 등에서 배출되는 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 독성이 강한 각종 폐가스, 예를 들면 C2F4, CF4, C3F8, NF3, SF6 등과 같은 PFC(Perfluorocompound)가스를 확실히 정화하기 위해서, 유해성분의 함량을 허용농도 이하로 낮추는 무해화 처리과정을 필수적으로 거쳐서 대기 중으로 배출시켜야 한다.
이러한 무해화 처리과정은 가열 분해 후 다른 가스와의 혼합을 통해 고체 분말 형태로 석출하거나, 수용성 가스의 경우 물에 용해시켜서 배출하는 방법을 사 용하고 있다.
상기의 폐가스를 가열하여 분해하는 방법으로는 플라즈마 아크 토치를 사용하거나 히터를 사용하는 방식이 있다. 상기 플라즈마 아크 토치를 사용하여 열 분해하는 방법은 화염으로 직접 폐가스를 가열하기 때문에 분해 효율이 높다. 그러나 고온과 플라즈마 방전에 의해 전극의 수명이 짧아 잦은 교체작업이 필요하여 비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 히터를 사용하는 방법은 상대적으로 적은 비용으로 가스를 처리할 수 있는 장점이 있지만, 히터에 의한 간접 가열방식을 사용하기 때문에 폐가스를 고온 처리하기가 용이하지 않은 문제점이 있다. 특히, 폐가스 중 C2F4, CF4, C3F8, NF3, SF6 등과 같은 PFC 가스는 통상 900℃ 이상의 온도에서 분해가 가능하나, 상기 폐가스를 분해할 수 있는 정도의 고온을 유지하기가 용이하지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐가스 처리를 위하여 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성하도록 챔버 내로 용해유도 가스를 공급하는 가스공급부를 포함하는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 불용성 가스는 가열처리를 통하여 대기 중으로 배기시키고 수용성 가스는 습식처리를 통하여 분리 배출이 가능함으로 배출 과정에서 생성되는 유해물질의 발생을 최소화하여 환경오염을 막는데 효과가 있는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 폐가스가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버를 가열하는 열공급부, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성하도록 상기 제1챔버 내로 용해유도 가스를 공급하는 가스공급부, 및 상기 제1챔버를 거쳐 처리된 폐가스를 냉각시키는 냉각부를 가지는 가열처리유닛 및 상기 가열처리유닛을 거쳐 처리된 폐가스가 유입되는 제2챔버, 및 상기 제2챔버 내로 물을 분사하여 상기 수용성 가스를 용해시키는 분사부를 가지는 습식처리유닛을 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치를 제공한다.
그리고, 상기 가열처리유닛과 습식처리유닛을 거친 상기 폐가스로부터 수 분과 파우더를 분리하는 포집유닛을 더 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치를 제공한다.
또한, 상기 냉각부와 상기 습식처리유닛에 사용되는 물을 순환시키는 순환부를 더 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치를 제공한다.
상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 가스공급부에서 공급되는 용해유도 가스는 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성한다. 상기 수용성 가스는 습식처리유닛의 분사부에서 분사되는 물로 인하여 용해되어 외부로 배출된다. 따라서, 상기 폐가스를 처리하는데 있어서 대기로 방출되는 가스의 무해화를 이루는 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
둘째, 수용성 폐가스를 처리함에 있어서 가열처리유닛의 하부에 위치한 제1수용부와 습식처리유닛에 위치한 제2수용부로 나누어서 분리 배출함으로써, 가스의 무해화를 이루는 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
셋째, 상기 냉각부와 상기 습식처리유닛에 사용되는 물을 순환시키는 순환부를 포함하고 있음으로 인하여 상기 폐가스 처리장치에 사용되는 물의 양을 줄일 수 있는 효과가 있다. 아울러, 냉각부에 퍼지(purge)가스를 주입하는 주입부가 구비되어 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더의 적층으로 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지할 수 있어 폐가스를 처리하는 과정을 보다 원활하게 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
우선, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치의 단면 구성도이다.
본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 크게 가열처리유닛 및 습식처리유닛을 포함하여 구성된다. 또한 상기 폐가스로부터 수분과 파우더를 분리하는 포집유닛(70)을 더 포함하여 구성된다.
상기 가열처리유닛은 폐가스가 유입되는 제1챔버(20), 상기 제1챔버(20)를 가열하는 열공급부, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성하도록 상기 제1챔버(20) 내로 용해유도 가스를 공급하는 가스공급부(14), 및 상기 제1챔버(20)를 거쳐 처리된 폐가스를 냉각시키는 냉각부(30)를 포함하여 구성된다.
상기 용해유도 가스는 수소화합물로 이루어지는 것이 바람직하고, 그 예로 는 탄화수소(CH4, C4H10), 암모니아(NH3) 등을 들 수 있다. 이에 따라, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 불소(F)분자와 상기 용해유도 가스에 포함된 수소(H)분자가 결합하여 수용성 가스(HF)를 생성하게 된다.
상기 열공급부는 상기 제1챔버(20) 내부에 배치되어, 상기 제1챔버(20) 내부로 유입되는 상기 폐가스를 열 분해하는 다수의 히터(26)로 구성되어 상기 제1챔버(20) 내부를 가열하여 상기 폐가스와 상기 용해유도 가스가 혼합된 가스를 열 분해하는 역할을 한다.
상기 냉각부(30)의 하부에는 수용성 가스가 모이는 제1수용부(40)가 구비된다. 상기 가열처리유닛에서 열 분해되고 상기 용해유도 가스와 결합하여 생성된 수용성 가스를 물을 분사하여 일부를 물에 용해시키고 상기 습식처리유닛으로 배출한다.
또한, 상기 제1수용부(40)는 상기 제1수용부가 오버플로우(overflow) 될 경우에 오버플로우 된 물을 외부로 배출하는 배출구를 구비하고 있다. 이를 통해 상기 제1수용부(40)에서 사용되는 물이 습식처리유닛으로 배출되는 상기 폐가스의 흐름을 막는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 습식처리유닛은 상기 가열처리유닛을 거쳐 처리된 폐가스가 유입되는 제2챔버(60), 및 상기 제2챔버(60) 내로 물을 분사하여 상기 폐가스에 포함된 수용성 가스를 용해시키는 분사부를 포함하여 구성된다.
상기 제1수용부(40)에서 유입된 상기 폐가스를 복수 개의 물 분사부로 물 을 분사하여 물과 접촉하게 함으로써, 상기 제1수용부(40)에서 용해되지 않은 수용성 가스를 물에 용해시키는 역할을 한다. 이에 따라 수용성 가스를 용해시킨 물은 제2수용부(50)로 모이게 된다.
또한, 물에 용해되지 않는 불용성 가스는 그대로 상기 습식처리유닛을 거쳐 포집유닛(70)으로 유입되어 상기 습식처리유닛을 지나면서 포함하게 된 수분과 파우더를 최종 분리한 후에 대기로 배출된다.
상기 제2수용부(50)에는 상기 제2챔버에서 사용된 물이 상기 제2수용부(50)에서 오버플로우 되는 것을 방지하기 위하여 제1수용부(40)와 연통되는 배출구를 포함하여 구성된다. 상기 제2수용부(50)가 오버플로우 될 경우에 상기 배출구를 통하여 오버플로우 된 물을 상기 제1수용부(40)로 배출한다.
또한, 상기 폐가스 처리장치에서 물이 필요한 냉각부(30), 제1수용부(40), 분사부로 공급하여주는 역할을 하는 순환부(80)와 연결되어 순환부(80)로 물을 공급하는 역할을 한다. 이에 따라 폐가스 처리과정에서 사용되는 물을 절약할 수 있다.
상기 포집유닛(70)은 10 내지 12℃로 냉각된 가스를 통하여 상기 폐가스를 냉각함으로써, 상기 습식처리유닛을 통하여 유입된 기상의 수분을 액상으로 만들 수 있으며, 사이클론을 이용하여 폐가스로부터 수분과 파우더를 보다 용이하게 분리할 수 있게 된다.
이와 같이 수분과 파우더를 제거한 폐가스는 외기에 직접 배출되어도 환경오염을 일으키지 않으며, 포집된 수분과 파우더는 별도의 과정을 통해 정화처리 할 수 있다. 여기서, 상기 냉각가스는 볼텍스 튜브(voltex tube)를 이용하여 용이하게 형성할 수 있다.
다음으로, 도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 가열처리유닛에 대한 구체적인 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 3은 본 발명에 따른 제1챔버의 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 냉각부의 구성도이다.
본 발명에 따른 가열처리유닛은 폐가스가 유입되는 제1챔버(20), 상기 제1챔버(20)를 가열하는 열공급부, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성하도록 상기 제1챔버 내로 용해유도 가스를 공급하는 가스공급부(10), 및 상기 제1챔버를 거쳐 처리된 폐가스를 냉각시키는 냉각부(30)로 구성된다.
상기 열공급부는 상기 제1챔버 내부(20)에 배치되어, 상기 제1챔버 내부로 유입되는 상기 폐가스를 열 분해하는 다수의 히터(26)로 구성되어 있다. 상기 제1챔버 내부로 복사열을 방출하여 상기 폐가스와 상기 용해유도 가스가 혼합된 가스를 열 분해하는 역할을 한다.
상기 제1챔버(20) 내부는 다수의 히터(26)에서 발생한 복사열에 의해서 가열되기 때문에 발생하는 상기 제1챔버(20) 내부의 중앙부분에서는 상대적으로 온도가 낮아지게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 적어도 하나의 타공판(24)이 상기 제1챔버(20) 내부에 구비되어 상기 가스공급부를 통하여 유입되는 상기 폐가스 및 상기 용해유도 가스가 내부에 머무는 시간을 증대시키는 역할을 수행한다.
이에 따라, 상기 제1챔버(20) 내부에 구비된 상기 타공판(24)으로 폐가스 가 열 분해 되는 충분한 체류시간이 확보되기 때문에 상기 폐가스 처리 효율이 높아지는 결과를 얻을 수 있게 된다.
상기 냉각부(30)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1챔버(20)에서 열 분해된 분자들이 재결합 하는 것을 방지하고, 상기 제1챔버(20)에서 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위하여 퍼지가스를 주입하는 퍼지가스 주입관(36), 상기 처리된 상기 폐가스를 상온의 상태로 배출시키기 위하여 냉각수를 주입하는 냉각수 주입관(32) 및 오버플로우(over-flow)되는 냉각수가 상기 제1챔버(20)의 내부로 튀는 것을 방지할 수 있는 차단판(34)을 포함하여 구성되어 있다.
상기 퍼지가스 주입관(36)은 복수 개로 이루어져 있으며, 상기 폐가스의 재결합을 방지하고, 상기 제1챔버(20)에서 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위하여 상기 챔버(20)에서 처리된 가스가 유입될 때 가스 분사구를 통하여 퍼지가스를 분사한다. 상기 퍼지가스의 예로는 질소(N2)를 들 수 있다.
한편, 상기 냉각수 주입관(32)으로부터 주입된 냉각수는 상기 냉각부의 하부로 유입되어 냉각수 가이드를 통하여 상기 냉각부의 상부 쪽으로 오버플로우 된다. 또한, 상기 폐가스에 포함된 이물이 연소되어 발생되는 파우더가 상기 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 차단하고, 오버플로우 되는 냉각수가 상기 제1챔버(20)의 내부로 튀는 것을 방지할 수 있는 차단판(34)이 구비되어 있다.
본 발명은 상술한 내용에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.
도 1은 본 발명의 폐가스 처리장치의 구성도;
도 2는 본 발명의 폐가스 처리장치의 단면 구성도;
도 3은 본 발명에 따른 제1챔버의 단면도;
도 4는 본 발명에 따른 냉각부의 구성도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >
10: 주입구 12: 폐가스 공급구
14: 용해유도 가스 공급구 20: 제1챔버
22: 처리공간 24: 타공판
26: 히터 30: 냉각부
32: 냉각수 주입관 34: 차단판
36: 가스 주입관 40: 제1수용부
50: 제2수용부 60: 제2챔버
70: 포집유닛 80: 순환부

Claims (11)

  1. 폐가스가 유입되는 제1챔버, 상기 제1챔버 내부에 배치되어 상기 제1챔버 내부로 유입되는 상기 폐가스를 가열하여 열 분해하는 다수의 히터를 포함하여 이루어지는 열공급부, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 분자와 결합하며 수용성 가스를 생성하도록 상기 제1챔버 내로 용해유도 가스를 공급하는 가스공급부, 및 상기 제1챔버를 거쳐 처리된 폐가스를 냉각시키는 냉각부를 가지는 가열처리유닛; 및
    상기 가열처리유닛을 거쳐 처리된 폐가스가 유입되는 제2챔버, 및 상기 제2챔버 내로 물을 분사하여 상기 수용성 가스를 용해시키는 분사부를 가지는 습식처리유닛;
    을 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열처리유닛과 습식처리유닛을 거친 상기 폐가스로부터 수분과 파우더를 분리하는 포집유닛을 더 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가열처리유닛의 하부에 구비되고, 상기 가열처리유닛에서 열 분해되고 상기 용해유도 가스와 결합하여 생성된 수용성 가스를 용해시켜 수용하는 제1수용부; 및
    상기 습식처리유닛의 하부에 구비되고, 상기 분사부를 통해 물에 용해된 상기 수용성 가스를 수용하는 제2수용부;
    를 더 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 용해유도 가스는,
    수소화합물 중에 탄화수소 가스 및 암모니아 가스를 포함하며, 상기 폐가스가 열 분해되어 생성된 불소(F)분자와 상기 용해유도 가스의 수소(H)분자가 결합하여 수용성 가스(HF)를 생성하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1챔버는,
    내부에 배치되어 상기 가스공급부를 통하여 유입되는 상기 폐가스 및 상기 용해유도 가스가 내부에 머무는 시간을 증대시키는 타공판을 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 가열처리유닛 하부에 위치하며, 외부에서 공급된 물을 내부로 오버플로우 시키는 냉각수 주입구와 상기 오버플로우 된 물이 상기 열공급부로 튀는 것을 방지하기 위한 차단판을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
  8. 제1항 및 제7항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    열 분해된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하고, 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더의 적층으로 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하는 퍼지가스를 주입하는 주입부를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 습식처리유닛에 수용된 물을 상기 냉각부 및 상기 분사부로 순환시키는 순환부를 더 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 습식처리유닛은,
    상기 수용성 가스를 용해시키고 복수개의 제1수용부와 제2수용부에 모이는 오버플로우 되는 물은 제1수용부에서는 외부로 배출하고, 제2수용부에서는 제1수용 부로 보내는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
  11. 삭제
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