KR101282744B1 - 가스 정제 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 본체의 내측이 차단부재의 설치에 의해 서로 기밀이 유지되는 정제공간과 냉각공간으로 양분되는 다수의 챔버; 챔버 각각의 정제공간을 가스가 진공에 의해 통과하도록 하는 진공공급수단; 및 챔버 각각의 냉각공간을 냉매가 통과하도록 함으로써 정제공간에 냉기가 전달되도록 하는 냉매공급수단을 포함하도록 한 가스 정제 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 냉매를 재이용하여 가스의 냉각이 다단계로 이루어지도록 함으로써, 냉매의 사용량을 줄이면서도 가스의 정제 효율을 높이도록 하고, 불순물이 흡착되는 공간의 개방이 편리하게 이루도록 함으로써, 불순물의 흡착으로 인한 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있다.

Description

가스 정제 장치{GAS PURIFICATION APPARATUS}

본 발명은 가스 정제 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매의 사용량을 줄이면서도 기상물의 정제 효율을 높이도록 하고, 불순물의 흡착으로 인한 유지 및 보수가 간편하게 이루어지도록 하기 위한 가스 정제 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자의 제조를 위하여 수소, 질소, 이산화탄소, 암모니아 등 표준가스와, 실란, 포스핀, 디보란 등의 원료로서 특수가스, 불화탄소 등의 에칭가스 등 여러 공정 가스들이 주로 봄베에 담겨 취급되며, 가스공급라인을 통하여 소모되며, 주로 화학기상증착, 에피택셜, 이온주입, 플라즈마드라이에칭 및 열처리 등의 여러 공정들에 널리 사용된다.

공정가스들은 다른 재료들과 마찬가지로, 그 순도가 반도체 소자의 수율 및 성능에 크게 영향을 미치며, 이로 인해 반도체 소자의 제조공정에 사용되는 공정가스는 선행적으로 충분히 정제되어야 한다.

이와 같은 반도체 소자의 제조를 위한 공정가스들뿐만 아니라, 다양한 가스에 포함된 불순물을 제거하기 위한 정제 과정이 필요한데, 가스를 정제하기 위한 방법으로서, 예컨대, OLED의 원료를 이루는 비교적 고온의 가스를 냉각시킴으로써 불순물이 온도차로 인해 흡착되도록 함으로써 가스를 승화 정제하는 방법이 사용되며, 이러한 온도차를 이용한 가스 정제 방법은 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.

이와 같이, 종래의 기술에 따르면, 가스를 냉각시켜서 불순물을 제거하기 위해서는 냉매의 사용이 불가피한데, 이 경우 가스의 정제 효율을 높이기 위하여 많은 양의 냉매를 사용하게 되는 문제점을 가지고 있었다.

또한, 가스의 정제 과정에서 불순물의 흡착으로 인해 정제 장치의 유지 및 보수에 많은 시간과 노력이 소요되는 문제점을 가지고 있었다.

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 냉매를 재이용하여 가스의 냉각이 다단계로 이루어지도록 함으로써, 냉매의 사용량을 줄이면서도 가스의 정제 효율을 높이도록 하고, 불순물의 흡착으로 인한 유지 및 보수가 간편하게 이루어지도록 한다.

본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시예에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, 가스에 포함된 불순물을 냉각에 의해 정제하는 장치에 있어서, 본체의 내측이 차단부재의 설치에 의해 서로 기밀이 유지되는 정제공간과 냉각공간으로 양분되는 다수의 챔버; 상기 챔버 각각의 정제공간을 상기 가스가 진공에 의해 통과하도록 하는 진공공급수단; 및 상기 챔버 각각의 냉각공간을 냉매가 통과하도록 함으로써 상기 정제공간에 냉기가 전달되도록 하는 냉매공급수단을 포함하는 가스 정제 장치가 제공된다.

상기 챔버는, 제 1 및 제 2 챔버로 이루어지고, 상기 차단부재가 상기 본체의 내측에서 가장자리와 중심부를 구획하도록 설치됨으로써, 상기 가장자리와 상기 중심부에 상기 정제공간과 상기 냉각공간이 각각 형성될 수 있다.

상기 차단부재는, 원통으로 이루어지고, 외주면을 따라 수직의 블레이드가 다수로 마련될 수 있다.

상기 진공공급수단은, 상기 챔버들 중에서 어느 하나의 정제공간에 상기 가스를 진공에 의해 공급되도록 하는 진공공급부; 상기 챔버들간에 상기 정제공간을 서로 연결시키는 진공연결부; 및 상기 챔버들 중에서 다른 하나의 정제공간으로부터 상기 가스를 진공에 의해 배출시키는 진공배출부를 포함할 수 있다.

상기 냉매공급수단은, 상기 챔버들 중에서 어느 하나의 냉각공간에 냉매로서 액화질소를 공급하는 냉매공급부; 상기 챔버들간에 상기 냉각공간을 서로 연결시키는 냉매연결부; 및 상기 챔버들 중에서 다른 하나의 냉매공간으로부터 액화질소를 배출시키는 냉매배출부를 포함하고, 상기 냉매연결부는, 상기 냉각공간을 서로 연결시키는 냉매관; 및 상기 냉매관을 감싸는 단열부재를 포함할 수 있다.

상기 챔버는 상단에 개폐 가능한 덮개가 마련되고, 상기 덮개의 하면에 상기 차단부재가 고정되고, 상기 덮개를 상승시킴으로써 상기 차단부재를 상기 본체로부터 상측으로 분리시키는 승강수단을 더 포함할 수 있다.

상기 승강수단은, 상하로 왕복을 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터; 상기 액츄에이터에 의해 승강하는 승강축; 상기 승강축의 승강을 가이드하는 가이드부재; 상기 챔버 각각의 덮개를 서로 연결시키며, 상기 승강축에 고정되는 덮개연결부; 및 상기 승강축이 수직방향을 기준으로 회전이 가능하도록 하는 회전결합부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 가스 정제 장치에 의하면, 냉매를 재이용하여 가스의 냉각이 다단계로 이루어지도록 함으로써, 냉매의 사용량을 줄이면서도 가스의 정제 효율을 높일 수 있고, 불순물이 흡착되는 공간의 개방이 편리하게 이루도록 함으로써, 불순물의 흡착으로 인한 유지 및 보수를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 평단면도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 정단면도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 정면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 평면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 측면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해 되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 평단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치를 도시한 정단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 정제 장치(100)는 가스에 포함된 불순물을 냉각에 의해 흡착시킴으로써 가스를 정제시키는 장치로서, 다수의 챔버(110,120)와, 진공공급수단(130)과, 냉매공급수단(140)을 포함할 수 있다.

챔버(110,120)는 다수로 이루어지고, 본체(111,121)의 내측이 차단부재(112,122)의 설치에 의해 서로 기밀이 유지되는 정제공간(113,123)과 냉각공간(114,124)으로 양분되는데, 본 실시예에서처럼 제 1 및 제 2 챔버(110,120)로 이루어질 수 있으며, 이에 한하지 않고 다양한 개수로 이루어질 수 있다.

챔버(110,120)는 차단부재(112,122)가 본체(111,121)의 내측에서 가장자리와 중심부를 구획하도록 설치됨으로써, 가장자리와 중심부에 정제공간(113,123)과 냉각공간(114,124)이 각각 형성되도록 할 수 있으며, 이로 인해 정제 대상인 가스와 냉매 간에 열교환이 활발히 이루어지도록 한다. 여기서, 차단부재(112,122)는 본 실시예에서처럼 원통으로 이루어질 수 있고, 냉기의 발산과 불순물 흡착에 유리하도록 외주면을 따라 수직의 블레이드(115,125)가 다수로 마련될 수 있다.

진공공급수단(130)은 챔버(110,120) 각각의 정제공간(113,123)을 가스가 진공에 의해 통과하도록 한다. 즉, 진공공급수단(130)은 챔버(110,120) 각각의 정제공간(113,123)에 정제가 필요한 가스가 진공의 공급 내지 진공에 의한 흡입력에 의해 흡입되어 정제공간(113,123)을 통과하도록 한다. 여기서, 진공공급수단(130)은 정제 대상의 가스가 진공에 의해 정제공간(113,123)을 순차적으로 통과하도록 할 수 있다. 또한, 진공공급수단(130)에 의해 공급되는 진공은 외부의 진공공급부로부터 공급받거나, 자체의 진공발생부로부터 얻을 수 있다.

진공공급수단(130)은 챔버들(110,120) 중에서 어느 하나, 예컨대 제 1 챔버(110)의 정제공간(113) 측부에 가스를 진공에 의해 공급되도록 하는 진공공급부(131)와, 챔버들(110,120)간에 정제공간(113,123)을 측부까리 서로 연결시키는 진공연결부(132)와, 챔버들(110,120) 중에서 다른 하나, 예컨대 제 2 챔버(120)의 정제공간(123) 측부로부터 가스를 진공에 의해 배출시키는 진공배출부(133)를 포함할 수 있다. 여기서, 진공공급부(131) 및 진공배출부(133)는 플랜지 형태를 가질 수 있고, 진공연결부(132)는 정제공간(113,123) 각각에 연결되는 플랜지(132a)가 크로우클램프(132b)에 의해 서로 연결될 수 있다.

냉매공급수단(140)은 챔버(110,120) 각각의 냉각공간(114,124)을 냉매가 통과하도록 함으로써 정제공간(113,123)을 냉각시키게 된다. 여기서, 냉매공급수단(140)에 의해 공급되는 냉매는 외부의 냉매공급부로부터 공급받게 된다.

냉매공급수단(140)은 챔버들(110,120) 중에서 어느 하나, 예컨대 제 1 챔버(110)의 냉각공간(114)에 냉매로서 액화질소(LN₂)를 공급하는 냉매공급부(141)와, 챔버들(110,120)간에 냉각공간(114,124)을 서로 연결시키는 냉매연결부(142)와, 챔버들(110,120) 중에서 다른 하나, 예컨대 제 2 챔버(120)의 냉각공간(124)으로부터 액화질소를 배출시키는 냉매배출부(143)를 포함할 수 있다. 여기서, 냉매공급부(141), 냉매연결부(142) 및 냉매배출부(143)는 후술하게 될 덮개(116,126) 상에 마련될 수 있다.

냉매연결부(142)는 피팅부재(142c)에 의해 냉각공간(114,124)을 서로 연결시키는 냉매관(142a)과, 냉매관(142a)을 감싸서 외부로부터 냉기의 손실을 차단하는 단열부재(142b)를 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 챔버(110,120)는 상단에 개폐 가능한 덮개(116,126)가 마련되고, 덮개(116,126)의 하면에 차단부재(112,122)가 고정될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 가스 정제 장치(100)는 덮개(116,126)를 상승시킴으로써 차단부재(112,122)를 본체(111,121)로부터 상측으로 분리시키는 승강수단(150)을 더 포함할 수 있다.

승강수단(150)은 상하로 왕복을 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터(151,152)와, 액츄에이터(151,152)에 의해 승강하는 승강축(153)과, 승강축(153)의 승강을 가이드하는 가이드부재(154)와, 챔버(110,120) 각각의 덮개(116,126)를 서로 연결시킴과 아울러 승강축(153)에 고정되는 덮개연결부(155)와, 승강축(153)이 수직방향을 기준으로 회전이 가능하도록 하는 회전결합부(156)를 포함할 수 있다.

액츄에이터(151,152)는 상하 왕복을 위한 구동력 제공을 위해 모터나 그 밖의 다양한 구동수단이 사용될 수 있는데, 본 실시예에서처럼 유체의 압력, 예컨대 공압에 의해 작동함과 아울러 피스톤로드(152)가 수직 상방을 향하도록 설치되는 공압실린더(151)로 이루어질 수 있으며, 이때, 피스톤로드(152)가 승강축(153)에 일렬로 결합될 수 있다.

가이드부재(154)는 승강축(153)이 상하로 왕복 운동하도록 슬라이딩 결합되어 케이스(160) 또는 다른 부재에 고정될 수 있다. 여기서, 케이스(160)는 제 1 및 제 2 챔버(110,120)가 설치될 수 있고, 다수의 지지대(161)에 의해 지면에 설치될 수 있다.

회전결합부(156)는 승강축(153)에 마련되거나, 승강축(153)과 피스톤로드(152) 사이에 마련됨으로써 승강축(153) 전체 또는 상단이 액츄에이터(151,152)로부터 수직방향을 중심축으로 하여 회전하도록 하며, 이로 인해 승강수단(150)에 의해 상승된 차단부재(112,122)가 작업자 또는 별도의 구동수단에 의해 본체(111,121)의 상측으로부터 벗어나도록 회전결합부(156)를 중심으로 회전하도록 할 수 있으며, 이로 인해 정제공간(113,123)에 대한 유지 및 보수가 간편하게 이루어지도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 가스 정제 장치의 작용을 설명하기로 한다.

정제의 대상이 되는 가스가 진공 흡입력에 의해 진공공급수단(130)을 통해서 제 1 및 제 2 챔버(110,120)의 정제공간(113,123)을 순차적으로 통과하게 된다. 이 때, 외부로부터 공급되는 냉매, 예컨대 액화질소가 냉매공급수단(140)에 의해 제 1 및 제 2 챔버(110,120)의 냉각공간(114,124)을 순차적으로 통과하게 된다.

제 1 챔버(110)의 정제공간(113)을 통과하는 가스는 제 1 챔버(110)의 냉각공간(114)을 통과하는 액화질소와의 열교환에 의해 냉각되고, 이로 인해 가스 내에 포함된 불순물이 정제공간(113) 내에 흡착됨으로써 가스에 대한 1차 정제 과정을 수행한다.

또한, 제 1 챔버(110)의 냉각공간(114)을 통과하더라도 냉기를 여전히 보유한 액화질소는 제 2 챔버(120)의 냉각공간(124)을 통과하면서 제 2 챔버(120)의 정제공간(123)을 통과하는 가스와의 열교환에 의해 가스에 포함되는 불순물이 정제공간(123) 내에 흡착되도록 함으로써, 가스에 대한 2차 정제 과정이 수행되도록 한다.

한편, 챔버(110,120)의 수는 냉매의 냉각 효율 또는 가스의 정제 조건 등에 따라 그 수를 달리할 수 있고, 본 실시예와 달리, 정제 대상의 가스와 냉매가 서로 반대되는 경로를 따라 이동하도록 할 수도 있다.

가스의 정제 과정이 진행됨에 따라 챔버(110,120) 내의 정제공간(123) 내측면에 불순물의 흡착이 증가할 경우, 이를 케미컬이나 기타 방법에 의하여 제거하기 위하여, 승강수단(150)의 구동에 의해 차단부재(112,122)가 덮개(116,126)와 함께 본체(111,121)로부터 상방으로 분리되도록 할 수 있다.

이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110 : 제 1 챔버 111 : 본체
112 : 차단부재 113 : 정제공간
114 : 냉각공간 115 : 블레이드
116 : 덮개 120 : 제 2 챔버
121 : 본체 122 : 차단부재
123 : 정제공간 124 : 냉각공간
125 : 블레이드 126 : 덮개
130 : 진공공급수단 131 : 진공공급부
132 : 진공연결부 132a : 플랜지
132b : 크로우클램프 133 : 진공배출부
140 : 냉매공급수단 141 : 냉매공급부
142 : 냉매연결부 142a : 냉매관
142b : 단열부재 142c : 연장부
143 : 냉매배출부 150 : 승강수단
151 : 공압실린더 152 : 피스톤로드
153 : 승강축 154 : 가이드부재
155 : 덮개연결부 156 : 회전결합부
160 : 케이스 161 : 지지대

Claims (7)

1. 가스에 포함된 불순물을 냉각에 의해 정제하는 장치에 있어서,
   본체의 내측이 차단부재의 설치에 의해 서로 기밀이 유지되는 정제공간과 냉각공간으로 양분되는 다수의 챔버;
   상기 챔버 각각의 정제공간을 상기 가스가 진공에 의해 통과하도록 하는 진공공급수단; 및
   상기 챔버 각각의 냉각공간을 냉매가 통과하도록 함으로써 상기 정제공간에 냉기가 전달되도록 하는 냉매공급수단을 포함하고,
   상기 냉매공급수단은,
   상기 챔버들 중에서 어느 하나의 냉각공간에 냉매를 공급하는 냉매공급부;
   상기 챔버들간에 상기 냉각공간을 서로 연결시키는 냉매연결부; 및
   상기 챔버들 중에서 다른 하나의 냉매공간으로부터 냉매를 배출시키는 냉매배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는,
   제 1 및 제 2 챔버로 이루어지고, 상기 차단부재가 상기 본체의 내측에서 가장자리와 중심부를 구획하도록 설치됨으로써, 상기 가장자리와 상기 중심부에 상기 정제공간과 상기 냉각공간이 각각 형성되는 것으로 특징으로 하는 가스 정제 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 차단부재는,
   원통으로 이루어지고, 외주면을 따라 수직의 블레이드가 다수로 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.
   
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 진공공급수단은,
   상기 챔버들 중에서 어느 하나의 정제공간에 상기 가스를 진공에 의해 공급되도록 하는 진공공급부;
   상기 챔버들간에 상기 정제공간을 서로 연결시키는 진공연결부; 및
   상기 챔버들 중에서 다른 하나의 정제공간으로부터 상기 가스를 진공에 의해 배출시키는 진공배출부
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.
   
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 냉매공급수단은,
   냉매로서 액화질소를 사용하고,
   상기 냉매연결부는,
   상기 냉각공간을 서로 연결시키는 냉매관; 및
   상기 냉매관을 감싸는 단열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.
   
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 챔버는 상단에 개폐 가능한 덮개가 마련되고, 상기 덮개의 하면에 상기 차단부재가 고정되고,
   상기 덮개를 상승시킴으로써 상기 차단부재를 상기 본체로부터 상측으로 분리시키는 승강수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 승강수단은,
   상하로 왕복을 위한 구동력을 제공하는 액츄에이터;
   상기 액츄에이터에 의해 승강하는 승강축;
   상기 승강축의 승강을 가이드하는 가이드부재;
   상기 챔버 각각의 덮개를 서로 연결시키며, 상기 승강축에 고정되는 덮개연결부; 및
   상기 승강축이 수직방향을 기준으로 회전이 가능하도록 하는 회전결합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 정제 장치.

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