KR100972829B1 - 폐가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

반도체, 평판 디스플레이 등의 제조에 사용된 인체 유해물질, 공해유발물질 등을 포함하는 폐가스의 처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리유닛, 상기 열처리유닛을 고정하며 내부에 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부의 처리공간 외측에 구비되어, 상기 처리공간 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 차단하는 단열재 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 가스냉각유닛을 포함하여 구성된다. 따라서, 본 발명에 의하면 상기 폐가스가 열 분해되는 처리공간의 열이 상기 챔버의 외벽을 냉각시키는 과정에서 손실되는 것을 최소화함으로써, 상기 반응공간의 적정 고온을 유지시켜 결과적으로 폐가스 처리효율을 향상시킬 수 있다.

반도체, 디스플레이, 폐가스 처리, 챔버, 플라즈마, 단열재

Description

폐가스 처리장치{Waste Gas Processing}

본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폐가스가 반응하는 챔버의 내측 반응공간과 챔버의 외측의 챔버냉각부 사이의 급격한 온도 차로 인한 열 손실을 최소화하기 위하여, 반응공간과 챔버냉각부 사이에 단열재를 구비하여 열 손실을 최소화함으로써, 수명을 연장할 뿐만 아니라 상기 폐가스를 고온에서 효과적으로 처리할 수 있도록 구성된 폐가스 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 산업은 그 유용성만큼이나 복잡하면서도 매우 정교한 정밀도를 요구하는 많은 종류의 제조설비 및 제조공정을 필요로 한다. 이러한 반도체 제조공정이나 LCD 제조공정 등은 그 공정 특성상, 인체에 치명적인 각종 유독성, 부식성, 인화성 가스를 다량으로 사용하는 것이 일반적이다.

예를 들어 대표적인 반도체 제조 공정 중 하나인 CVD(Chemical Vapor Deposition)공정에서는 다량의 실란, 디클로실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포스핀, 디보론, 보론, 트리클로라이드 등의 유독성 가스를 사용한다.

이러한, CVD공정 이외에도 플라즈마에칭, 에피택시증착, 스퍼터링 등과 같은 여러 종류의 반도체 공정들에서도 상술한 각종 유독성가스를 다량으로 사용하고 있 다.

그런데, 상술한 바와 같은 반도체 제조공정이나 LCD 제조공정에 사용되는 가스는 그 독성이 매우 심각하여 제조공정 후에 이 유독성가스를 아무런 순화과정 없이 대기 중으로 무단 방출할 경우, 인체 및 생태계에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 종래의 생산라인에서는 라인 내부의 일정 영역에 폐가스를 전담 처리할 수 있는 폐가스처리장치를 배치하고, 이 폐가스처리장치를 이용하여 반도체 제조 공정 중 발생하는 유독성가스의 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 사용하고 있다.

최근에는 상기의 폐가스를 가열하여 분해하는 방법으로 플라즈마 아크 토치를 사용하는 방식을 주로 사용하고 있다. 이러한 방식은 상기의 폐가스를 가열하여 분해하는 처리공간이 고온으로 유지되기 때문에 사용자가 폐가스 처리장치에 접촉할 경우 화상의 우려가 발생하였다. 이를 위해 상기 처리공간의 외측으로 냉각유닛을 구비하여 챔버를 냉각시켜 사용자가 접촉하더라도 안전할 수 있도록 하고 있다.

하지만, 이와 같이 챔버를 냉각시키는 과정에서 고온을 유지해야 하는 상기 처리공간 내부의 열이 외부로 유출되는 문제점이 발생하였다. 상기 처리공간 내부의 열이 외부로 유출되게 되면, 폐가스가 효율적으로 처리될 수 있는 충분한 고온 을 유지하기 어렵고, 이러한 충분한 고온을 유지하기 위해서는 더욱 높은 고온을 발생하여야 하는 문제점이 제기되었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐가스가 반응하는 처리공간과 외측의 냉각부 사이의 급격한 온도 차로 인한 열 손실을 최소화하기 위하여 처리공간과 냉각부 사이에 단열재를 구비하여 열 손실을 최소화하는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 단열재를 고정하는 단열재고정부 내부에 재결합방지가스를 안내하는 안내유로를 형성하여 상기 폐가스가 유입되는 처리공간 내부로 상기 재결합방지가스를 추가적으로 분사 될 수 있도록 하는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리유닛, 상기 열처리유닛을 고정하며 내부에 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버, 상기 챔버 내부의 처리공간 외측에 구비되어, 상기 처리공간 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 차단하는 단열재 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 가스냉각유닛을 포함하는 폐가스 처리장치를 제공한다.

본 발명에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 열처리유닛은 상기 챔버의 상부에 위치하고, 플라즈마 토치를 사용할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 단열재는 상기 챔버 내 부 처리공간의 열이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 상기 폐가스가 처리되는 챔버 내부의 처리공간 외측면부를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 처리공간의 외측에는 상기 챔버의 외벽을 냉각시키는 챔버냉각부가 구비되며, 상기 챔버냉각부로 인하여 상기 처리공간 내부의 열이 외부로 방출되는 것을 방지하기 위하여 상기 단열재는 상기 처리공간과 상기 챔버냉각부 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 챔버와 상기 가스냉각유닛 사이에 구비되어 열 분해된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위한 재결합 방지 가스 유입구를 더 포함하여 이루어 질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 단열재와 상기 챔버냉각부 사이에는 상기 단열재를 고정하는 단열재고정부가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 단열재고정부 내부에는, 상기 재결합방지가스를 상기 재결합방지가스 유입구에서 상기 챔버 내부로 안내하는 안내유로가 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 가스냉각유닛은 하부로 갈수록 단면적이 줄어들도록 경사지게 형성된 경사부 및 상기 경사부의 하단에서 수직 방향 하부로 연장 형성된 연장부를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 경사부는 냉각수를 주입하기 위하여 상기 경사부의 측면에 구비되는 냉각수 유입구를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 경사부는 상기 폐가스가 열 분해될 때 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위한 고압의 가스를 상기 경사부의 내부로 분사하는 유입구를 상기 경사부의 측면에 적어도 하나 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치에서, 상기 연장부의 내부에는 냉각수를 분무하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각수 분사노즐이 복수 개로 구비되어 수직방향으로 일정간격을 두고 배치될 수 있다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 폐가스가 반응하는 처리공간과 외측의 냉각부 사이의 급격한 온도 차로 인한 열 손실을 최소화하기 위하여 처리공간과 냉각부 사이에 단열재를 구비하여 열 손실을 최소화 할 수 있어 처리공간의 적정한 고온을 유지시켜 상대적으로 적은 에너지로 폐가스가 열 분해 되는 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

둘째, 단열재를 고정하는 단열재고정부 내부에 재결합방지가스를 안내하는 안내유로를 형성하여 상기 폐가스가 유입되는 처리공간 내부로 상기 재결합방지가스를 추가적으로 분사 될 수 있도록 하기 때문에 상기 폐가스가 열 분해된 후에 재결합하는 것을 방지 할 수 있어 결과적으로 폐가스 처리 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 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.

도 1 내지 도4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 챔버와 유입구의 결합 상태도이며, 도 3은 도 1의 챔버 내부를 도시한 단면도이고, 도 4는 도1의 가스냉각유닛의 구성도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 폐가스 처리장치는, 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리유닛(100), 상기 열처리유닛(100)을 고정하며 내부에 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간(210)을 제공하는 챔버(200), 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210) 외측에 구비되어, 상기 처리공간(210) 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 차단하는 단열재(240) 및 상기 챔버(200)를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 가스냉각유닛(400)을 포함하여 구성된다.

상기 열처리유닛(100)은 상기 챔버(200)의 상부에 위치하고, 아크 방전을 이용한 플라즈마 토치를 사용할 수 있다. 이러한 상기 열처리유닛(100)은 플라즈마 토치를 이용하여 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)에 고온의 열을 공급하여 상기 폐가스가 열 분해 되는 역할을 담당한다.

상기 챔버(200)는 상기 유입구(300)를 통하여 유입된 상기 폐가스가 상기 열 처리유닛(100)의 플라즈마 토치에서 발생하는 화염에 의하여 열 분해되는 처리공간(210)을 제공하는 실린더 형태로 구비될 수 있다.

본 실시예에서는 상기 챔버(20)의 형태가 실린더 형태로 구비된 것을 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 설계 조건에 맞게 다양하게 변화될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 유입구(300)는 상기 챔버(200)의 가장자리를 따라 복수 개 구비되어 상기 폐가스가 상기 챔버(200) 내부에 유입될 때 나선형태의 기류를 형성할 수 있도록 하고 있다.

상기 처리공간(210)의 외측에는 상기 챔버(200)의 외벽(240)을 냉각시키는 챔버냉각부가 구비된다. 이에 따라, 상기 챔버(200)에 사용자가 접촉을 했을 때 사용자가 입을 수 있는 화상을 방지할 수 있도록 단열재고정부(240)와 상기 챔버외벽(220) 사이에 냉각유체를 주입할 수 있는 수용부(226)가 구비된다.

상기 단열재(260)는 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)과 상기 챔버냉각부 사이에서 상기 처리공간(210)의 외측면부를 감싸는 형태로 구비되고, 상기 처리공간(201)의 고온에서도 견딜 수 있도록 고온단열재를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 고온단열재로는 알루미나(Al2O3)와 같은 고온에서의 내열성이 뛰어난 재료를 사용할 수 있다.

상기 재결합방지가스 유입구(280)는 상기 챔버(200)와 상기 가스냉각유닛(400) 사이에 구비되어 상기 챔버(200)내의 처리공간(210)에서 상기 열처리유닛(100)에 의해 열 분해된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위하여 재결합방지가스가 주입된다.

상기 재결합방지가스 유입구(280)을 통하여 유입된 재결합방지가스는 안내관(282)을 따라 안내되어 상기 챔버(200)내부의 처리공간(210)에서 열 분해된 가스가 가스냉각유닛(400)으로 배출되기 전에 분사된다. 여기에서, 상기 재결합방지가스로는 질소가스, 산소가스 등을 들 수 있으며, 이밖에 고온분위기에서 활성을 나타내는 가스를 모두 사용할 수 있다.

상기 단열재(260)와 상기 챔버냉각부 사이에는 상기 단열재(260)를 고정하는 단열재고정부(240)가 구비된다.

상기 단열재고정부(240) 내부에는 상기 재결합방지가스 유입구(280)와 연통되는 안내유로(242)가 구비되어 상기 폐가스 유입구로 유입된 폐가스가 상기 폐가스 유동경로(320)를 통하여 상기 처리공간(210)으로 유입될 때 상기 재결합방지가스가 함께 유입될 수 있도록 하고 있다.

상기 가스냉각유닛(400)은 상기 챔버(200)의 하단에서 하부로 갈수록 단면적이 줄어들도록 경사지게 형성된 경사부(420) 및 상기 경사부의 하단에서 수직 방향 하부로 연장 형성된 연장부(440)를 포함하여 구성된다. 여기에서, 상기 가스냉각유닛(400)은 상기 챔버(200)의 처리공간(210)에서 열 분해된 고온의 폐가스를 상온으로 냉각하는 역할을 담당한다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 경사부(420)는 상기 챔버(200)와 연통하는 플렌지(410), 상기 경사부(420)의 상부 측면에 구비되는 퍼지가스 유입구(426), 상기 경사부(420)의 하부 측면에 구비되는 냉각수 주입관(422), 상기 경사부(420) 내부에 구비되어 상기 냉각수 주입관(422)으로부터 주입된 냉각수의 흐름을 안내하는 가이드(424)로 구성되어 있다.

또한, 경사부(420)의 내부에는 상기 챔버(200)의 처리공간(210)에서 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더의 적층을 방지하는 차단판(412), 상기 차단판(412) 상에 구비되고, 상기 퍼지가스 유입구(426)와 연통되어 퍼지가스를 분사하는 퍼지가스 분사구(428)를 더 포함하여 구성되어 있다.

상기 차단판(412)은, 경사부(420)의 상부에 위치하여 상기 열처리유닛(100)에 의해 상기 챔버(200) 내의 처리공간(210)에서 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생되는 파우더가 적층됨으로써 발생되는 부식을 방지하기 위하여 냉각부의 상부의 경사면에 수막을 형성하여 냉각 및 파우더 적층을 차단하고 오버플로우(over-flow)되는 냉각수가 상기 챔버(200) 내부의 처리공간(210)으로 튀는 것을 방지하도록 경사지게 구비될 수 있다. 또한, 상기 차단판(412)에 적층되는 파우더는 상기 차단판(412) 상에 구비된 퍼지가스 분사구(428)를 통하여 분사되는 고압의 퍼지가스에 의하여 상기 냉각수와 함께 연장부(440)로 배출된다.

상기 연장부(440) 내부에는 상기 경사부(420)를 거쳐서 일정부분 냉각된 가스를 상온까지 냉각할 수 있도록 냉각수를 분무하는 복수 개의 냉각수 분사노즐(442)이 수직방향으로 일정 간격을 두고 배치된다.

본 실시예에서는 제1분사노즐(442a) 및 제2분사노즐(442b)이 수직방향으로 2개가 배치되어 있는 것을 예시하고 있지만, 이에 한정하지 않고 설계 조건에 맞게 다양하게 변화될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있 는 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 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도;

도 2는 도 1의 챔버와 유입구의 결합 상태도;

도 3은 도 1의 챔버 내부를 도시한 단면도;

도 4는 도1의 가스냉각유닛의 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

100: 열처리유닛 200: 챔버

210: 처리공간 220: 챔버외벽

226: 수용부 240: 단열재고정부

242: 안내유로 260: 단열재

280: 재결합 방지 가스 유입구 282: 안내관

300: 유입구 320: 유동경로

400: 가스냉각유닛 410: 플렌지

412: 차단판 420: 경사부

422: 냉각수 주입관 424: 냉각수 가이드

426: 퍼지가스 유입구 428: 퍼지가스 분사구

440: 연장부 442: 분사노즐

Claims (14)

1. 아크 방전을 이용하여 폐가스를 정화 처리하는 열처리유닛;

   상기 열처리유닛을 고정하며 내부에 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버;

   상기 챔버 내부의 처리공간 외측에 구비되어, 상기 처리공간 내부의 열이 외부로 빠져나가는 것을 차단하는 단열재;

   상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 가스냉각유닛; 및

   상기 챔버와 상기 가스냉각유닛 사이에 구비되어 열 분해된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위한 재결합방지가스를 주입하는 재결합방지가스 유입구;

   를 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리유닛은,

   상기 챔버의 상부에 위치하고, 플라즈마 토치를 이용하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 단열재는,

   상기 폐가스가 처리되는 챔버 내부의 처리공간 외측면부를 감싸는 형태로 구비되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
4. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,

   상기 단열재는,

   알루미나(Al₂O₃) 성분을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 처리공간의 외측에는 상기 챔버의 외벽을 냉각시키는 챔버냉각부가 구비되며;

   상기 단열재는 상기 처리공간과 상기 챔버냉각부 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
6. 삭제
7. 제 5항에 있어서,

   상기 단열재와 상기 챔버냉각부 사이에는 상기 단열재를 고정하는 단열재고정부가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 단열재고정부 내부에는, 상기 재결합방지가스를 상기 재결합방지가스 유입구에서 상기 챔버 내부로 안내하는 안내유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
9. 제 1항에 있어서,

   상기 가스냉각유닛은,

   하부로 갈수록 단면적이 줄어들도록 경사지게 형성된 경사부; 및

   상기 경사부의 하단에서 수직 방향 하부로 연장 형성된 연장부;

   를 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 경사부는,

    냉각수를 주입하기 위하여 상기 경사부의 측면에 구비되는 냉각수 유입구를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 경사부는,

    상기 폐가스가 열 분해될 때 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위한 고압의 가스를 상기 경사부의 내부로 분사하는 유입구를 상기 경사부의 측면에 적어도 하나 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
12. 제 9항에 있어서,

    상기 경사부는,

    상기 챔버 내에서 상기 폐가스가 상기 열처리유닛에 의해 열 분해되는 과정에서 발생하는 파우더가 적층되는 것을 방지하기 위하여 상기 경사부의 상부에 경사지게 구비되는 차단판을 더 포함하는 폐가스 처리장치.
13. 제 9항에 있어서,

    상기 연장부의 내부에는 냉각수를 분무하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각수 분사노즐이 구비되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
14. 제 13항에 있어서,

    상기 냉각수 분사노즐은 복수 개로 구비되어, 수직방향으로 일정 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.

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