KR101208394B1 - 고정층 가스 정화용 원자로 용기 - Google Patents

고정층 가스 정화용 원자로 용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 a) 실린더형 외부 용기, b) 상기 외부 용기에 동심으로 배치된, 상기 고정층을 수용하기 위한 실린더형 내부 용기, c) 체(sieve)로 형성된, 상기 내부 용기의 하부 단부면, d) 상기 외부 용기의 상부면을 관통하는 폐쇄 가능한 연결관을 구비한, 상기 내부 용기의 상부면, 그리고 e) 상기 용기들 사이의 공간으로 유도되는 폐쇄 가능한 연결관을 구비한, 상기 외부 용기의 상부면을 포함하는, 고정층 가스 정화용 원자로 용기에 관한 것이다.

Description

고정층 가스 정화용 원자로 용기{REACTOR VESSEL FOR FIXED BED GAS PURIFICATION}
본 발명은 마이크로 칩과 같은 전자 부품의 제조시 배출되는, 독성 물질을 함유한 배기가스의 고정층 흡착을 통해 가스를 정화하기 위한 원자로 용기에 관한 것이다.
이러한 유형의 원자로 용기는, 20 내지 200리터의 고정층 부피에서 유추할 수 있듯이 비교적 적은 배기가스 흐름으로 인해 비교적 작은 치수를 갖는다.
전술한 유형의 제조 프로세스에서 발생하는 전형적인 배기가스에는 예컨대 PH3, AsH3, SiH4, NH3, SiH2Cl2, HCl, BCl3, HF, F2, SiF4, WF6, HBr, BF3 및 이들의 혼합물과 같은 유독성 구성 물질들이 포함된다.
이러한 배기가스의 유독성 구성 물질들을 고정층에 흡착 및/또는 흡수시키는 방식으로 결합하고, 적재된 고정층을 재생하거나 특히 유해 폐기물로서 폐기하는 것이 공지되어 있다. 일반적인 고정층은 활성탄으로 이루어진 과립 충진물, 분자체(molecular sieve) 및/또는 지지 물질 위에 제공되거나 단독으로 제공되는 금속 산화물, 무기 탄산염, 황산염, 인산염, 수산화물 또는 이들의 혼합물로 구성되며, 경우에 따라 표면적으로 변형화될 수 있다. 배기가스의 조성에 따라, 침전된 고체에 의한 고정층의 "막힘" 현상을 방지하기 위해, 적층 방식으로 연결된 고정층들 내에 상이한 흡착제를 주입하거나 및/또는 고정층 앞에 비말(droplet) 분리기 또는 고체 분리기를 연결해야하는 경우가 있을 수 있다.
또한, 고정층 원자로를 동시에 유해 폐기물용 운반 용기로 설계함으로써, 적재된 고정층 과립이 예컨대 디캔테이션(decantation) 등과 같이 위험을 수반하는 조작이 없이 고정층 원자로 내에서 배기가스 공급관 및 순수 가스 배출관의 분리 후 유해 폐기물로서 유폐 폐기물 처리 시설로 이송될 수 있도록 하는 방법이 공지되어 있다. 이러한 유형의 시스템은 예컨대 EP-A 497 328호에 기술되어 있다.
적재된 고체 흡착제를 폐기하기 위해 상기 유형의 용기를 개방하여 비우는 일이 문제인데, 그 이유는 먼지 발생 및 용기 내에 존재하는 유독성 잔여 가스에 의해 환경 및 조작자가 오염될 위험이 있기 때문이다.
본 발명은, 특히 새 흡착제로 충전된 원자로 용기의 적재 및 연결 후 배기가스 처리 용기의 해체시 작업 단계의 수를 줄이는 방식으로, 전술한 유형의 배기가스 처리 시스템 및 이송 용기를 더욱 간소화하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 일반적으로 수조 내부에서 액위 아래에서 개방되어 비워질 수 있는, 특히 종속 부품들이 흡착제 잔여물이 체류할 수 있는 내부 공동을 갖지 않도록 완전히 분해될 수 있는 원자로 및 이송 용기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은, 고체 및 액체 배기가스 성분의 분리 및 유독 가스상 성분의 흡수를 단일 원자로 용기 내에서 모두 수행하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적들 및 또 다른 목적들을 달성하기 위해,
a) 실린더형 외부 용기,
b) 상기 외부 용기에 동심으로 배치된, 상기 고정층을 수용하기 위한 실린더형 내부 용기,
c) 체(sieve)로 형성된, 상기 내부 용기의 하부 단부면,
d) 상기 외부 용기의 상부면을 관통하는 폐쇄 가능한 연결관을 구비한, 상기 내부 용기의 상부면, 그리고
e) 상기 용기들 사이의 공간으로 유도되는 폐쇄 가능한 연결관을 구비한, 상기 외부 용기의 상부면을 포함하는 고정층 가스 정화용 원자로 용기를 제공한다.
내부 용기의 연결관은 용기 축에 대해 동심으로 배치되어 상기 내부 용기를 외부 용기에 대해, 특히 상기 외부 용기의 상부면으로부터 떨어진 상태로 센터링(centering)되도록 지지하는 것이 바람직하다.
또한, 내부 용기의 하부면이 외부 용기의 하부면에 대해 센터링되어 지지되는 것이 바람직하며, 특히 내부 용기의 하부면이 외부 용기의 하부면에 대해 간격을 두고 고정되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 분리 가능하게 고정된다.
축방향 지지부를 제외한 내부 용기가 외부 용기에 대해 상기 외부 용기 내에서 실제로 벽에 접촉되지 않고 자유롭게 부유하도록 배치됨으로써, 이송 과정에서 외부 용기에 가해지는 측면 충격이 내부 용기를 손상시킬 수 있는 위험이 예방된다.
외부 용기에 대한 내부 용기의 지지부들 중 적어도 한 곳이 예컨대 오링(O-ring) 시일 또는 슬립 링(slip-ring) 시일을 이용하여 축방향으로 움직일 수 있게 형성됨으로써, 제조, 조립, 시일 탄성 및 온도차로 인한 축방향 치수 허용오차가 실질적으로 무응력 상태에서 보상되는 것이 바람직하다.
흡착제로 채워진 원자로 용기(흡착제는 내부 용기 내에 있음)는, 바람직하게는 내부 용기의 상부면과 외부 용기의 상부면 사이의 공간으로 통하는 연결관에 배기가스 공급관이 접속되도록 구동되고, 상기 용기들 사이의 환상 공간(annular space)을 배기가스가 아래쪽으로 관류하며, 이때 상기 배기가스 내에 함유된 비말과 고체 입자 및 예컨대 AlCl3, WOF4 및/또는 NH4Cl과 같은 승화성 배기가스 성분들의 승화물(sublimate)이 환상 공간의 벽에 침전되고, 침전 성분들을 거의 함유하지 않은 배기가스는 체(sieve)로 형성된 내부 용기의 하부면을 통해 흡착제 층(absorbent bed) 내로 유입되어 거기서 유독성 성분들이 제거되며, 유독성 성분들이 제거된 상기 배기가스는 내부 용기의 상부면 아래에서 상기 층(bed)으로부터 방출되어, 외부 용기의 상부면을 관통하는 내부 용기의 연결관 내로 유입된다.
본 발명에 따른 원자로 용기는 바람직하게 주변 온도에서 작동되는데, 이때 더 높은 온도의 배기가스의 유입으로 인한 및/또는 고정층에서의 발열 반응(exothermic reaction)으로 인한 약간의 템퍼링은 해가 되지 않는다. 배기가스 공급관은 통상, 가스상으로부터의 승화성 물질들의 침전을 예방하기 위해 가열된다. 또한, 원자로 용기는 대략 정상 압력에서 구동되는 것이 바람직하며, 더 바람직하게는 순 가스측 흡인을 통해 배기가스가 원활히 공급됨으로써 약간의 부압(negative pressure)에서 구동된다.
상기 환상 공간이 ㎥의 환상 공간 부피당 적어도 20㎡의 침전면을 가지는 경우에 상기 환상 공간 내에서의 충분한 침전이 달성된다는 사실이 밝혀졌다. 이 경우, 전자 부품의 제조시 발생하는 배기가스의 반응에서 ㎥의 환상 공간 부피당 80㎡ 이상의 침전면은 불필요하다. 정화될 가스가 상기 환상 공간 내에서 체류하는 시간은 상기 실린더형 내부 용기(10)의 흡수체 층 내에서의 가스 체류 시간의 50% 이상인 것이 바람직하다. 환상 공간 내에서의 배기가스 체류 시간은 바람직하게 5초, 특히 바람직하게는 10초, 30초 이하, 더 바람직하게는 20초 이하이다.
적어도 배기가스 공급관 및 원자로 용기의 공급관에서는 자체 폐쇄식 밸브와의 퀵 커플링(quick coupling)이 제공되는 것이 바람직하다. 그러한 커플링이 무용 부피(dead volume) 없이 사용됨에 따라, 바람직하게 디커플링시 배기가스가 방출되지 않게 된다. 상기 두 연결관 모두에 그러한 커플링이 제공되는 것이 특히 바람직하다. 본 발명에 따른 원자로 용기의 취급시에 나타나는 한 가지 장점은, 배기가스 공급 단자와 순 가스 배출구가 원자로의 같은 면(상부면)에 배치됨으로써 바닥에 세워져 있는 원자로 용기에서 커플링이 작동될 수 있다는 점에서 기인한다.
흡착제 층 과립이 들어있는 내부 용기를 채우고 비우기 위해 그리고 원자로 용기를 다시 채우기 전에 세척하기 위해, 내부 용기와 외부 용기 모두 적어도 하나의 평면에서 용기 축에 대해 횡으로 분리되는데, 이때 상기 두 부분은 분리 가능하게 기밀 방식으로 서로 연결되어 있다. 분리 가능한 연결로서 바람직하게 시일을 구비한 텐션 링 연결이 사용된다. 상기 용기들은 바람직하게 용기 단부면들 중 적어도 하나의 단부면 근방에서 분리되며, 특히 두 단부면 각각의 근방에서 분리됨으로써 각각의 용기가 거의 관 형태의 중간부, 바닥부 및 헤드부로 구성되는 것이 바람직하다.
이러한 텐션 링 연결은 원자로가 액체 수조 내로 침지된 후에 간단하게 개봉될 수 있다. 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라, 외부 용기와 내부 용기의 상부 및 하부 단부면들이 모두 텐션 링 연결에 의해 각각의 실린더형 부분과 연결되면, 원자로가 액위 아래에서 완전히 분해될 수 있고, 그 결과 흡착제는 쏟아지지 않고 외부로 슬라이딩되고 매끄러운 용기 요소들만 남겨지며, 상기 요소들은 최대한 적은 조작 비용으로 간단한 세척을 통해 세정될 수 있다.
내부 용기는 바람직하게 상부 단부면 아래에 흡착제 층을 덮기 위한 추가의 체를 가짐으로써, 상기 층 상부에 소정의 순 가스 축적 공간이 형성된다.
배기 가스의 정화시 상이한 흡착제를 사용할 필요가 있는 경우, 상기 흡착제들은 바람직하게 내부 용기 내에 적층 방식으로 코팅되고, 이때 상기 층들 사이에는 추가의 분리 체가 배치되는 것이 바람직하다.
원자로 용기가 동시에 위험 물질 이송 용기로 사용되기 위한 적합성은 그에 상응하게 안정적인 구조적 형상에 의해 보증된다. 여기에는 용기 벽의 재료 강도, 두 단부면과 관련한 내부 용기의 지지 및 특히 외부 용기의 주위에 제공되는 환형 보강 부재가 속한다. 또한, 외부 용기의 상부 단부면에 밸브 소켓을 보호하고 외부로의 누수를 방지하기 위한 운반용 커버(transport cover)를 기밀방식으로 설치하기 위한 수단들이 제공된다.
본 발명의 대상에는 수직으로 관류되는 고정층 내에서 유독성 물질을 함유하는 가스를 정화하기 위한 방법도 포함되며, 상기 방법의 특징은, 가스가 고정층 내로 유입되기 전에 상기 고정층을 둘러싸고 있는 환상 공간을 관류하고, 이때 상기 환상 공간의 벽에 비말 및 고체 입자, 특히 승화성 물질이 침전되는 것에 있다.
또한, 상기 방법은 본 발명에 따른 원자로 용기가 사용되고, 이때 정화될 가스가 환상 공간 내에서 체류하는 시간은 5초 내지 30초인 것을 특징으로 한다.
하기에서는 전술한 측면과 또 다른 측면들 및 본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 및 도 2를 참고로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 개략도.
도 2는 일례로 2단 흡착제 층을 갖는 본 발명의 또 다른 실시예의 개략도.
도 1에 따르면, 본 발명에 따른 원자로 용기는 1개의 실린더형 내부 용기(10)와 1개의 실린더형 외부 용기(20)를 포함한다. 내부 용기(10)의 하부 단부면(11)은 체판(sieve plate)으로 형성되어 있다. 내부 용기(10)의 상부 단부면(12)은 텐션 링(13) 및 (도시되지 않은) 고무 탄성 재료로 된 시일 링을 통해 실린더형 부분(14)과 분리 가능하게 연결되며, 축방향으로 관체용 소켓(pipe socket)(15)을 갖는다. 외부 용기(20)의 하부 단부면은 바닥부(21)로 형성되고, 상기 바닥부는 텐션 링(tension ring)(22) 및 (도시되지 않은) 시일 링을 통해 외부 용기의 실린더형 부분(23)과 분리 가능하게 연결된다. 외부 용기의 바닥부(21)는 관체 섹션(31)을 통해 내부 용기의 하부 단부면(11)과 간격을 두고 센터링된 상태로 유지된 다. 예컨대 상기 관체 섹션(31)은, 도시된 것처럼, 양면이 모두 바닥부(21) 및 체판(11)과 용접될 수 있다.
외부 용기(20)의 상부 단부면(24) 안으로 관(32)이 축방향으로 용접되고, 상기 관(32)의 한쪽은 내부 용기의 관체 소켓(15) 내부로 뚫고 들어가 시일 링(33)에 의해 밀봉된다. 그 대안으로, 상기 관(32)을 내부 용기의 상부 단부면(12) 안으로 축방향으로도 용접하고, 외부 용기의 상부 단부면으로 관통되는 부분을 시일 링을 이용하여 밀봉시키는 것도 가능하다. 상기 관(32)의 다른 한쪽은 순 가스 배출관의 연결을 위한 자체 폐쇄식 밸브를 구비한 커플링 섹션(34)을 포함하며, 상기 순 가스 배출관은 적절한 커플링 대응 섹션을 갖는다. 또한, 외부 용기(20)의 상부 단부면(24)은 배기가스 공급관의 연결을 위한 커플링 밸브(36)를 구비한, 편심 배치된 관체 소켓(35)을 포함한다. 상기 외부 용기는 또한 상부 영역에 텐션 링(41)을 이용하여 운반용 덮개(40)를 기밀 방식으로 고정하기 위한 수단(25)을 포함하고 있다. 내부 용기(10) 안쪽의 음영 부분은 흡착제 층 과립(16)으로 충전된 모습을 도시한 것이다. 이러한 충전은 상부 단부면(12) 아래로, 흡착제 층으로부터의 가스 방출이 횡단면에 걸쳐서 균일하게 분포될 수 있게 하는 가스 축적 공간이 형성되는 높이까지 이루어진다.
도 2에는, 체판 인서트(18A)에 의해 서로 분리되고 연속으로 관류되는 상이한 흡착제(16A 및 16B)로 이루어진 2단 흡착제 층을 구비한 본 발명에 따른 원자로 용기가 도시되어 있다. 내부 용기(10)의 가스 축적 공간(17)은 체판 인서트(18B)로 덮인다. 또한, 체판으로 형성된 내부 용기(10)의 하부 단부면(11)뿐만 아니라 상부 단부면(12)도 모두 텐션 링(13C, 13A)을 이용하여 분리 가능하게, 그리고 (도시되지 않은) 시일 링을 이용하여 기밀 방식으로 실린더형 부분(14A, 14B)과 연결된다. 실린더형 부분 자체는 텐션 링(13B)에 의해 분리 가능하게 기밀 방식으로 연결된 2개의 부분(14A 및 14B)으로 형성된다. 내부 용기의 하부 단부면(11)이 바닥부(21)에 대해 센터링되어 지지되는 것이 바람직한 분리 가능 연결이다. 즉, 바닥부(21)는 상기 바닥부와 단단하게 연결된 슬리브(31A)를 가지고, 체판(11)은 상기 체판과 단단하게 연결되어 상기 슬리브로 통하는 핀(31B)을 가지며, 상기 슬리브와 핀은 로킹 핀(31C)을 이용하여 예컨대 나사를 통해 서로 로킹될 수 있다. 분리 가능 연결은 베이어닛 연결로도 형성될 수 있다. 또한, 도시된 본 발명의 실시예에서는, 바닥부(21)와 헤드부(24)가 모두 실린더형 부분(23)과 텐션 링(22A, 22B)에 의해 분리 가능하게, 그리고 (도시되지 않은) 시일 링에 의해 기밀 방식으로 연결되도록 외부 용기(20)가 형성된다. 또한, 외부 용기의 안정성을 높이기 위한 둘레 순환식 보강 부재(29A 및 29B)이 도시되어 있다. 이 부재들은 환상 재료 보강재 또는 둘레 순환 융기부의 형태로 형성될 수 있다.
도 2에 따른 본 발명의 실시예는, 내부 용기 및 외부 용기의 실린더형 부분들의 적절한 형상으로 인해, 바닥부 및 헤드부로 형성된 단부면들을 유지하면서 블록 조립 방식에 따라 상기 실린더형 부분들만 교체함으로써 원자로 용기를 다양한 가스 정화 요건들에 매칭시킬 수 있게 한다.

Claims (16)

  1. 고정층 가스 정화용 원자로 용기로서,
    a) 실린더형 외부 용기(20),
    b) 상기 실린더형 외부 용기(20)에 동심으로 배치된, 상기 고정층을 수용하기 위한 실린더형 내부 용기(10)를 포함하고,
    c) 상기 실린더형 내부 용기(10)의 하부 단부면은 체(sieve)로 형성되어 있으며,
    d) 상기 실린더형 내부 용기(10)의 상부면은 상기 실린더형 외부 용기(20)의 상부면을 관통하는 폐쇄 가능한 연결관을 구비하고, 그리고
    e) 상기 실린더형 외부 용기(20)의 상부면은 상기 용기들(10, 20) 사이의 공간으로 유도되는 폐쇄 가능한 연결관을 구비하는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기(10)의 하부면이 상기 실린더형 외부 용기(20)의 하부면에 대해 센터링(centering)되어 지지되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기(10)의 연결관이 용기 축에 대해 동심으로 배치되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 연결관이 동시에 상기 실린더형 외부 용기(20)에 대한 상기 실린더형 내부 용기(10)의 센터링 지지부로서 형성되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기(10)가 상기 상부면 아래에 상기 고정층을 덮기 위한 체를 갖는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기(10)의 적어도 하나의 단부면(11, 12) 및 상기 실린더형 외부 용기(20)의 적어도 하나의 단부면(24) 또는 바닥부(21)가 상기 실린더형 내부 용기(10) 또는 상기 실린더형 외부 용기(20)의 개개의 실린더 벽과 분리 가능하게 연결되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기(10)의 각각의 단부면(11, 12)이 실린더형 부분(14)과 분리 가능하게 연결되고, 상기 실린더형 외부 용기(20)의 단부면(24) 및 바닥부(21)가 상기 실린더형 외부 용기(20)의 실린더 벽과 분리 가능하게 연결되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기(10)의 각각의 단부면(11, 12)이 텐션 링(tension ring)(13)을 통해 실린더형 부분(14)과 상호 연결되고, 상기 실린더형 외부 용기(20)의 단부면(24) 및 바닥부(21)가 텐션 링(41, 22)을 통해 상기 실린더형 외부 용기(20)의 실린더 벽과 상호 연결되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  9. 제 1항에 있어서,
    적어도 상기 실린더형 외부 용기(20)의 상부 단부면(24) 내에 있는 관(32)이 순수 가스 공급 라인의 연결을 위한 자체 폐쇄식 밸브와의 커플링 섹션(coupling section)(34)을 지정하는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 커플링 섹션(34)이 무용 부피(dead volume) 없이 결합되는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더형 외부 용기(20)의 상부 단부면(24)이 상기 관(32, 35)의 기밀 방식 운반용 커버를 위한 수단들을 갖는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더형 내부 용기와 상기 실린더형 외부 용기 사이에 형성된 환상 공간(annular space)이 ㎥의 환상 공간 부피당 20 내지 80㎡의 벽면을 갖는,
    고정층 가스 정화용 원자로 용기.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 따른 원자로 용기를 사용하여 수직으로 관류되는 고정층 내에 존재하는 유독성 물질이 함유된 가스를 정화하기 위한 방법에 있어서,
    상기 가스가 상기 고정층 내로 유입되기 전에 상기 고정층을 둘러싸고 있는 환상 공간을 관류하고, 분리된 비말과 고체 입자들이 상기 환상 공간의 벽들에 침전되는 것을 특징으로 하는,
    가스 정화 방법.
  14. 삭제
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 정화될 가스가 실린더형 내부 용기(10)와 실린더형 외부 용기(20) 사이의 상기 환상 공간 내에서 체류하는 시간은 상기 실린더형 내부 용기(10)의 흡수체 층 내에서의 가스 체류 시간의 50% 이상인,
    가스 정화 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 정화될 가스가 실린더형 내부 용기(10)와 실린더형 외부 용기(20) 사이의 상기 환상 공간 내에서 체류하는 시간이 5 내지 10초인,
    가스 정화 방법.
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