KR101309642B1 - 폐가스 정화 장치 - Google Patents

Abstract

폐가스 정화 장치가 개시되며, 상기 폐가스 정화 장치는 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유체가 배출되는 배출구가 형성되는 챔버; 및 상기 유체가 통과하도록 하나 이상의 홀이 형성되어 병렬 배열되는 복수 개의 통과유체 가열 유닛 및 상기 통과유체 가열 유닛을 서로 잇는 접합부재를 포함하고, 상기 통과유체 가열 유닛이 통전되도록 상기 유체 가열 구조체의 양측에 각각 구비되는 전극단자부를 포함하며, 상기 통과유체 가열 유닛은 탄화규소를 포함하는 재질이다.

Description

폐가스 정화 장치{WASTE GAS ABATEMENT}

본원은, 반도체, LCD, LED, 솔라셀 등과 같은 전자소자의 제조 공정 분야에서 사용하는 폐가스 정화 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체, LCD(Liquid Crystal Display), LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Display) 및 솔라셀(Solar Cell) 등과 같은 전자소자의 제조 공정 과정 중에 발생되는 폐가스를 정화 처리하여 배출하는 가스 스크러버(Scrubber)는 크게 버닝(Burning) 방식과 웨팅(Wetting) 방식으로 대별되는데, 현재 사용되고 있는 가스 스크러버 장치는 버닝 방식과 웨팅 방식을 결합한 혼합방식이 많이 사용되고 있다. 이러한 혼합형 가스 스크러버는 메인 제조 장비 등에서 배출되는 폐가스를 히팅챔버에서 1차적으로 연소시켜 제거하거나 고온하에서 분해한 후 웨팅챔버에서 2차적으로 수용성의 폐가스를 물에 용해시키는 구조로 되어있다.

하지만, 전자 소자의 집적도가 높아짐에 따라 발생되는 폐가스의 종류가 다양해지면서 PFCs가스(과불화화합물)와 같이 800 ~ 1200도 사이의 고온에서 분해되는 가스가 발생되므로 이를 처리하기 위한 장치가 필요하게 되었다.

PFCs가스를 제거하기 위한 방법으로는 직접연소법 및 플라즈마법 등이 있으나, 직접연소법은 액화천연가스가스 또는 수소를 연소시킬 때 발생되는 불꽃을 이용하여 PFCs가스를 산화시킴으로써 액화천연가스 또는 수소 등을 연료로 사용하기 때문에 액화천연가스 또는 수소 공급 설비가 없는 공정에서 사용할 수 없을 뿐만 아니라 화재 및 폭발 등의 문제가 발생할 수 있으며, PFCs가스를 처리하기 위해 800 ~ 1200도를 넘는 고온을 형성하는데 많은 비용이 들어가는 문제가 있고, 불꽃이 형성되는 토치 부분이 열로 인한 손상을 입어 자주 교체해야 하는 문제가 있었다.

또한, 플라즈마법은 폐가스를 플라즈마 영역을 통과시켜 분해 제거 하는 기술로서, 챔버 내에서 플라즈마가 한 곳에 몰려서 높은 밀도를 형성하고 있기 때문에 플라즈마 영역을 통과하지 못하는 문제가 있으며, 높은 에너지 상태의 플라즈마를 사용하기 때문에 PFCs의 무차별 분해에 의해 생성된 유리기(radical)들의 2차 반응으로 다양한 종류의 부산물이 생성되는 문제점이 있다.

이에 따라, 기존의 버닝 방식의 가스 스크러버 뿐만 아니라 혼합형 가스 스크러버로는 PFCs를 비롯한 물질들로 이루어진 폐가스를 처리하기 힘들었다. 따라서 새로운 구조의 폐가스 처리 장치가 필요하다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 버닝 방식의 가스 스크러버 및 혼합형 가스 스크러버 등에 적용할 수 있는 PFCs를 비롯한 물질들로 이루어진 폐가스를 효율적으로 제거 및 분해하는 폐가스 정화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제1 측면에 따른 폐가스 정화 장치는, 유체가 유입되는 유입구 및 상기 유체가 배출되는 배출구가 형성되는 챔버; 상기 유체가 통과하도록 하나 이상의 홀이 형성되어 병렬 배열되는 복수 개의 통과유체 가열 유닛 및 상기 통과유체 가열 유닛을 서로 잇는 접합부재를 포함하며, 상기 통과유체 가열 유닛이 통전되도록 상기 통과유체 가열 구조체의 양측에 각각 구비되는 전극단자부를 포함하고, 상기 통과유체 가열 유닛은 탄화규소를 포함하는 재질이다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 폐가스 정화 장치는 챔버 내부에 유체가 통과하도록 하나 이상의 홀이 형성된 탄화규소 재질이 병렬 배열된 유체 가열 구조체를 포함함으로써, 고온의 분위기에서 폐가스를 직접적으로 가열할 수 있고, 홀 구조를 이용하여 홀을 통해 흐르는 폐가스와의 접촉 면적을 넓히면서 유체를 가열하여 에너지 낭비를 방지할 수 있다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 유체 가열 구조체의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 폐가스 정화 장치의 개략적인 사시도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.

본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.

이하에서는, 본원의 일 실시예에 따른 폐가스 정화 장치(이하 '본 폐가스 정화 장치'라 함)(1)에 대해 설명한다.

도 1은 본원의 일 실시예에 따른 유체 가열 구조체의 개략적인 사시도이고, 도 2는 본원의 일 실시예에 따른 폐가스 정화 장치의 개략적인 사시도이다.

본 폐가스 정화 장치(1)는 챔버(2000)를 포함한다.

도 2에 나타난 바와 같이, 챔버(2000)에는 유체가 유입되는 유입구(500) 및 상기 유체가 배출되는 배출구(700)가 형성된다.

본 폐가스 정화 장치(1)가 정화하는 유체는 섭씨 800 ~ 1200도 사이 및 그 이상의 고온에서 분해되거나 연소되는 PFCs물질과 같은 가스를 비롯하여 섭씨 800도 이하인 저온에서 분해 및 연소되는 폐가스일 수 있다. 특히 본 폐가스 정화 장치(1)는 후술할 온도 제어부를 통해 온도를 제어할 수 있기 때문에, 저온에서 분해 및 연소되는 폐가스를 분해 및 연소시키기 위해 저온으로 가열시킬 수 있어 전력 낭비를 방지할 수 있으며, 고온에서 분해 및 연소되는 폐가스를 분해 및 연소시키기 위해서는 고온으로 가열시킬 수 있어 폐가스의 종류별로 온도를 맞출 수 있다. 따라서 본 폐가스 정화 장치(1)가 정화하는 유체는 대부분의 온도 범위에서 분해 및 연소되는 폐가스일 수 있다.

챔버(2000)는 외부로의 열 방출이 차단되도록 내면에 형성되는 열 차단 코팅부를 포함할 수 있다.

이 때, 코팅부는 세라믹 재질을 포함할 수 있다. 세라믹은 내식성, 내열성 및 내마모성이 좋아 고온에서 고속 동작시키는 장치, 고온의 부식성이 강한 환경에서 사용되는 장치 및 가정용 기구에서 코팅용으로 많이 사용된다. 특히 챔버(2000)는 고온으로 가열되는 유체 가열 구조체(1000)를 내부에 구비하기 때문에, 고온의 열로부터 챔버(2000)를 보호할 필요성이 있다.

따라서 이러한 열 차단 코팅부를 통해 유체 가열 구조체(1000)의 열로부터 챔버(2000)를 보호할 수 있다. 또한, 유체 가열 구조체(1000)에서 방출된 열이 외부로 방출되면 챔버(2000)의 외부 표면이 뜨거워져 안전상의 위험이 있을 수 있다. 하지만 챔버(2000) 내부 표면에 열 차단 코팅부를 형성함으로써 외부로의 열 방출을 막을 수 있어 챔버(2000)의 외부 표면의 온도를 외부 환경의 온도와 비슷하게 유지할 수 있어 안전상의 위험을 막을 수 있다.

또한, 본 폐가스 정화 장치(1)는 유체 가열 구조체(1000)를 포함한다.

예시적으로, 본 폐가스 정화 장치(1)는 챔버(2000) 내부에 유체가 흐르도록 유체 통로를 가질 수 있고, 그 유체 통로에 유체 가열 구조체(1000)를 구비하여 유체가 유체 가열 구조체(1000)를 통과하도록 할 수 있다.

또한, 유체 가열 구조체(1000)는 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)을 병렬 배열시켜 구비된다.

여기에서 말하는 병렬 배열이란 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)이 길이 방향을 따라 길게 직렬로 배열되는 것이 아니라 도 1에 나타난 바와 같이, 통과유체 가열 유닛(100)의 둘레 방향을 따라 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)이 묶음상태로 배열되는 것을 말한다.

한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 유체 가열 구조체(1000)는 복수 개 구비될 수 있다. 복수 개 구비된 유체 가열 구조체(1000)는 챔버(2000) 내부와 같이 유체가 흐르는 통로를 따라 직렬 배치될 수 있다. 이때, 복수의 유체 가열 구조체(1000)는 서로 이격되도록 간격을 두고 배치될 수 있다.

이렇게 유체 가열 구조체(1000)가 복수 개 구비되어 직렬 배치됨으로써, 폐가스 정화가 수차례에 걸쳐 단계적, 반복적으로 이루어질 수 있다. 이때, 보다 효율적인 폐가스 정화를 위해 필요에 따라서는 각각의 유체 가열 구조체(1000)마다 홀(110)의 크기, 두께 등의 형상이 다르게 설정될 수 있다. 아울러, 각각의 유체 가열 구조체(1000)마다 인가되는 전류의 세기를 달리 함으로써, 통과유체 가열 유닛(100)의 발열 온도를 다르게 설정할 수 있다.

또한, 유체 가열 구조체(1000)는 하나의 통과유체 가열 유닛(100)으로 이루어질 수 있다. 그러나 통상적인 가스 스크러버의 크기를 생각하면, 본 폐가스 정화 장치(1)의 챔버(2000) 및 유체 가열 구조체(1000)는 단면적의 지름이 1미터를 넘어갈 수 있다. 이러한 경우에는 하나의 통과유체 가열 유닛(100)으로 유체 가열 구조체(1000)를 형성하여 챔버(2000) 내부에 설치하기 힘들 수 있다. 이러한 경우를 생각하면, 유체 가열 구조체(1000)는 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)으로 이루어질 수 있다.

즉, 유체 가열 구조체(100)가 포함하는 통과유체 가열 유닛(100)의 개수는 본 폐가스 정화 장치(1)의 성능을 향상시키도록 유체 가열 구조체(1000)가 설치되는 챔버(2000)의 크기에 따라 결정될 수 있 다.

이 때, 유체 가열 구조체(1000)는 하나의 홀(110)이 형성된 통과유체 가열 유닛(100)을 복수 개 포함할 수 있다. 이러한 경우, 유체 가열 구조체(1000)는 전술한 복수 개의 홀(110)이 형성된 통과유체 가열 유닛(100)과 유사한 형태일 수 있다. 즉, 하나의 홀(110)이 형성된 통과유체 가열 유닛(100)이 동일한 간격을 이루는 접합부재(300)를 사이에 두고 서로 이어짐으로써, 하나의 홀(110)이 형성된 통과유체 가열 유닛(100)으로 이루어진 유체 가열 구조체(1000)를 통과하는 유체가 보다 효율적이고 균일하게 가열될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 도 1에 나타난 바와 같이, 유체 가열 구조체(1000)는 복수 개의 홀(110)이 형성된 통과유체 가열 유닛(100)을 복수 개 포함할 수 있다. 이러한 경우, 통과유체 가열 유닛(100)을 서로 잇는 접합부재(300)는 복수 개의 홀(110)이 형성된 통과유체 가열 유닛(100)이 서로 동일한 간격을 두고 이어지게 할 수 있다.

통과유체 가열 유닛(100)에는 유체가 통과하도록 하나 이상의 홀(110)이 형성된다.

예시적으로, 통과유체 가열 유닛(100)에 유체가 통과하도록 유체의 흐름 방향으로 하나의 홀(110)이 형성되는 경우 속이 빈 통과 같은 파이프 구조로 형성될 수 있다. 이때, 홀(110)의 형태는 원형 형태를 비롯해 사각형 형태로 형성될 수 있다. 하지만 홀(110)의 형태는 한정되지 않고, 통과유체 가열 유닛(100)의 가열 효율을 높일 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한 도1에 나타난 바와 같이, 통과유체 가열 유닛(100)에 유체가 통과하도록 유체의 흐름 방향으로 복수의 홀(110)이 형성될 수 있다. 이때 도 1을 참조하면, 홀(110)은 사각형 형태로 형성될 수 있다. 그러나 홀(110)의 형태는 사각형으로만 한정되는 것은 아니다. 홀(110)의 형태는 육각형 형태 및 원형 형태로 형성될 수 있으며, 이외에도 통과유체 가열 유닛(100)의 가열 효율을 높일 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이러한 홀(110)은 통과유체 가열 유닛(100)의 길이 방향으로 통공되어 형성될 수 있다. 길이 방향으로 홀(110)이 관통함으로써, 통과유체 가열 유닛(100)의 홀(110)로 들어간 유체가 통과유체 가열 유닛(100)의 내부에서 가열되어 통과유체 가열 유닛(100)의 외부로 나갈 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 플라즈마법을 이용한 폐가스 제거 방식은 챔버 내에서 플라즈마가 한 곳에 몰려서 높은 밀도를 형성하고 있기 때문에 폐가스가 플라즈마 영역을 통과하지 못하는 문제가 있어서 폐가스의 분해 및 연소가 원활하게 일어나지 못하면서 전력 낭비가 심했다.

반면에, 본 폐가스 정화 장치(1)는 홀(100) 구조를 통해 폐가스가 본 폐가스 정화 장치(1)의 유체 가열 구조체(1000)를 직접적으로 통과할 수 있기 때문에 폐가스의 분해 및 연소가 원활하게 일어나 폐가스를 효과적으로 정화하면서 전력 낭비를 줄일 수 있다.

이하에서는 통과유체 가열 유닛(100)에 홀(110)이 복수 개 형성되는 실시예에 대하여 주로 설명한다.

도 1을 참조하면, 홀(110)이 복수 개 형성되는 경우, 복수의 홀(110)은 서로 동일한 크기로 형성될 수 있다. 이러한 구조를 통해 복수의 홀(110) 각각으로 유체가 균등하게 분기되어 통과할 수 있는데, 유체가 통과할 때 통과하는 홀(110)들의 크기가 서로 동일하기 때문에 각 홀(110)들에서 형성되는 발열의 정도도 균일할 수 있다. 따라서, 각 홀(110)들에서 유체가 가열되는 정도도 균일 할 수 있다.

그런데, 전술한 바와 같이, 종래의 유체 가열 장치는 유체와 발열체 사이의 거리가 멀어질수록 유체가 가열되는 정도가 낮아지기 때문에 유체를 균일하게 가열하기 힘든 문제점이 있었다. 반면, 상술한 바와 같이 복수의 홀(110)이 서로 동일한 크기로 형성되면, 유체가 복수의 홀(110) 각각을 통해 동일한 양이 분기되어 통과되기 때문에 복수의 홀(110) 각각을 통과하는 유체가 보다 균일하게 가열될 수 있다.

그리고, 복수의 홀(110)각각은 이웃하는 홀(110)과 동일한 간격을 두고 형성될 수 있다. 즉, 복수의 홀(110) 각각은 홀(110) 사이에 구비되는 격벽(130)을 통해 이웃하는 홀(110)과 미리 설정된 간격을 두고 형성될 수 있다. 격벽(130)은 홀(110)의 형상에 따라 대응되게 형성될 수 있다. 예를 들면, 도 1 및 도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 홀(110)이 사각형 형태이면 격벽(130)은 격자 구조로 형성될 수 있고, 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 홀(110)이 육각형이면 격벽(130)은 벌집 구조로 형성될 수 있으며, 도 2의 (c)에 나타난 바와 같이, 격벽(130)은 원형인 홀(110)에 대응되는 형상 및 구조로 형성될 수 있다.

여기서, 미리 설정된 간격은 복수의 홀(110) 각각이 이웃하는 홀(110)과 동일한 간격을 두고 형성되도록 설정될 수 있다. 이와 같이, 홀(110)이 이웃하는 홀(110)들과 격벽(130)을 통해 동일한 간격을 두고 형성됨으로써, 격벽(130)으로부터의 발열을 통해 보다 효율적이고 균일하게 유체를 가열시킬 수 있게 된다. 또한, 이렇게 균일한 간격을 두고 복수의 홀(110)이 형성됨으로써, 각기 다른 간격을 두고 홀이 형성된 구조보다 더 우수한 내열 충격성과 물리적 강도를 가질 수 있다.

다만, 복수의 홀(110) 각각이 이웃하는 홀(110)과 동일한 간격을 두고 형성된다는 것은 복수의 홀(110) 전부에 일률적으로 적용되기는 어려울 수 있다. 예를 들어, 통과유체 가열 유닛(100)이 원통 형상으로 구비된 경우, 모든 홀(110)이 이웃하는 홀(110)과 완전히 동일한 간격을 갖도록 형성되기 어려울 수 있다. 즉, 본원에 있어서 복수의 홀(110) 각각이 이웃하는 홀(110)과 동일한 간격을 두고 형성된다는 것은 복수의 홀(110) 중 대부분의 홀(110)이 이웃하는 홀(110)과 대략 동일한 간격을 두고 형성되는 경우까지 넓게 포함하는 개념으로 이해되는 것이 바람직하다. 즉, 통과유체 가열 유닛(100)의 형상에 따른 제약으로 인해 이웃하는 홀(110)과 동일한 간격을 갖도록 형성되기 어려운 부분에는 조금 다른 간격을 갖도록 홀(110)이 형성되는 것도 복수의 홀(110) 각각이 이웃하는 홀(110)과 동일한 간격을 두고 형성된다는 범위 내에 포함되는 것으로 이해될 수 있다.

이와 동일한 맥락에서, 홀(110)의 형상(크기)이 동일하다는 것 역시 통과유체 가열 유닛(100)의 둘레 쪽에 있는 홀(110)은 그 형상(크기)이 곡면 둘레에 대응되도록 조금 다르게 형성될 수 있으므로, 모든 홀(110)의 형상(크기)이 동일하지는 않더라도 대부분의 홀(110)의 형상(크기)이 동일한 경우까지 포함하는 개념으로 이해됨이 바람직할 것이다.

즉, 복수의 홀(110)이 동일한 간격 및 동일한 크기로 형성되면, 통과유체 가열 유닛(100)을 통과하는 유체가 동일한 공간을 갖는 각각의 홀(110)에 분기됨과 동시에, 발열하고 있는 격벽(130)과 각각의 홀(110)을 통과하는 유체 사이의 거리가 동일해져, 복수의 홀(110)을 통과하는 각각의 유체가 균일하게 가열될 수 있다.

그리고, 홀(110)이 복수 개가 형성되는 경우, 홀(110)끼리 유체 교환이 가능하도록 하나의 홀(110)과 다른 홀(110) 사이에 연결 통로가 구비될 수 있다. 이러한 연결 통로를 통해 유체는 흐르고 있던 홀(110)에서 다른 홀(110)로 이동되어 흘러갈 수 있으며, 이렇게 이동되는 과정에서 유체는 홀(110)의 내주면 또는 연결 통로의 내주면으로부터 보다 직접적으로 열 전달을 받을 수 있으므로, 가열이 보다 직접적으로 일어나 가열 효율을 향상시킬 수 있다

또한, 통과유체 가열 유닛(100)은 다각형 또는 원형의 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 통과유체 가열 유닛(100)은 원형의 단면을 가질 수 있다. 그러나 통과유체 가열 유닛(100)의 단면의 형태는 원형에 한정되는 것은 아니다. 통과유체 가열 유닛(100)은 병렬로 배열되는 통과유체 가열 유닛(100)의 병렬 배열이 용이하게 이루어질 수 있도록 다양한 형태의 단면을 가질 수 있는데, 사각형의 단면을 가짐으로써, 격자 구조로 배열될 수 있으며, 육각형의 단면을 가짐으로써, 벌집 구조로 배열될 수도 있다. 즉, 다각형 또는 원형의 단면을 갖는 통과유체 가열 유닛(100)은 병렬 배열을 통해 격자 구조 또는 벌집 구조로 형성될 수 있다.

또한, 유체 가열 구조체(1000)를 이루는 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100) 중 유체 가열 구조체(1000)의 둘레측에 배치된 통과유체 가열 유닛(100)은 유체 가열 구조체(1000)의 형상을 위해 절삭된 부분(190)을 가질 수 있다.

예를 들어 도 1을 참조하면, 유체 가열 구조체(1000)는 양측 전면의 둘레가 원형일 수 있다. 이러한 경우 유체 가열 구조체(1000)의 둘레측에 배치된 통과유체 가열 유닛(100)은 유체 가열 구조체(1000)의 형상을 위해 절삭된 부분(190)을 가질 수 있다.

즉, 전술한 바와 같이, 유체 가열 구조체(1000)를 이루는 통과유체 가열 유닛(100)은 유체 가열 구조체(1000)의 형상을 고려하면서 서로 병렬로 배열되는 것이 용이하게 이루어질 수 있도록 다양한 형태의 다각형 또는 원형의 단면을 가질 수 있다.

또한, 통과유체 가열 유닛(100)은 다양한 치수로 제조될 수 있으며, 사용 목적 및 유체가 흐르는 통로의 크기와 길이에 따라 치수가 결정될 수 있다.

또한, 유체 가열 구조체(1000)는 유체가 흐르는 통로에 대응되는 형상일 수 있다. 예시적으로, 본 폐가스 정화 장치(1)가 챔버(2000) 내부에 유체가 흐르도록 원형 단면을 갖는 유체 통로를 가지고 그 유체 통로에 유체 가열 구조체(1000)를 구비할 경우 유체 가열 구조체(1000)는 원통 형상일 수 있다. 그러나, 유체 가열 구조체(1000)의 형상은 원통에만 국한되는 것은 아니다. 유체가 흐르는 통로가 사각형 단면을 갖는다면 유체 가열 구조체(1000)의 형상도 사각 기둥 형상으로 형성될 수 있다. 이처럼 유체 가열 구조체(1000)의 형상은 통로를 흐르는 유체의 효율적 가열 및 균일한 가열 측면을 고려하여 결정하는 것이 바람직하며, 더불어 챔버(2000) 내부에 유체 가열 구조체(1000)를 설치할 때, 유체 가열 구조체(1000)의 설치의 용이성을 향상시킬 수 있는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 유체 가열 구조체(1000)는 통과유체 가열 유닛(100)을 서로 잇는 접합부재(300)를 포함한다.

예를 들어서, 접합부재(300)는 접착 물질로서, 복수 개의 통과유체 가열 유닛(1000)을 접합시킬 수 있다. 그리고 통과유체 가열 유닛(100)이 서로 동일한 간격을 사이에 두고 이어지게 할 수도 있다. 즉 도 1에 나타난 바와 같이, 접합부재(300) 자체가 일정한 두께를 가지는 격벽을 형성하여 통과유체 가열 유닛(100) 사이에 구비되어 통과유체 가열 유닛(100)을 잇는 역할도 하면서 통과유체 가열 유닛(100) 사이의 간격이 균일하게 하는 역할도 할 수 있다. 그리고, 접합부재(300)의 두께는 다양할 수 있다.

접합부재(300)는 세라믹을 포함할 수 있다.

본 폐가스 정화 장치(1)는 고온의 환경에서 사용된다. 따라서 본 폐가스 정화 장치(1)를 이루는 유체 가열 구조체(1000)는 고온강도를 가질 필요가 있으며, 따라서 통과유체 가열 유닛(100)을 잇는 접합부재(300)도 고온강도를 가지는 세라믹을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다. 세라믹은 섭씨 600 도 ~ 4500 도까지 다양한 온도 분포에서 사용된다. 특히, 세라믹 계열의 물질 중 산화마그네슘은 녹는점이 섭씨 2800도이기 때문에 섭씨 1600도까지 발열되는 통과유체 가열 유닛(100)을 서로 접합시키는데 유용할 수 있다. 하지만 접합부재(300)가 포함하는 물질은 세라믹에 한정되는 것은 아니며 고온의 환경에서 사용하기에 용이하면서 통과유체 가열 유닛(100)을 접합하는데 유용한 물질을 포함할 수 있다.

또한, 유체 가열 구조체(1000)는 병렬 배열된 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)이 일체화 되도록 병렬 배열된 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)의 외측 둘레를 감싸는 둘레부(600)를 포함할 수 있다.

도 1에 나타난 바와 같이, 둘레부(600)는 병렬 배열된 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)의 외측 둘레를 따라 감싸므로써, 병렬 배열된 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)의 일체화 정도를 높여서 병렬 배열된 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)이 물리적 충격에 의해 분리되는 위험을 줄여줄 수 있다.

뿐만 아니라, 둘레부(600)는 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)에서 나오는 열이 외부로 방출되는 것을 막아줄 수 있다. 이를 통해, 유체 가열 구조체(1000)의 열적 효율을 높이면서 전술한 챔부(2000) 내면에 형성된 열 차단 코팅부처럼 챔부(2000) 외부 표면의 온도를 외부 환경의 온도와 비슷하게 유지하도록 할 수 있다.

또한, 둘레부(600)는 세라믹을 포함하는 재질의 몰딩을 통해 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 세라믹은 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있다. 특히 둘레부(600)는 고온강도를 가진 세라믹을 포함함으로써, 복수 개의 통과유체 가열 유닛(100)에서 나오는 열로부터 손상되지 않으면서 열이 외부로 방출되는 것을 막아줄 수 있다. 또한, 둘레부(600)를 몰딩을 통해 형성시킴으로써 전술한 유체 가열 구조체(1000)의 둘레측에 배치되어 절삭된 부분(190)을 가지는 통과유체 가열 유닛(100)의 절삭된 부분(190)을 채울 수 있어 훨씬 견고하고 일체성 있는 유체 가열 구조체(1000)를 만들 수 있다.

또한, 통과유체 가열 유닛(100)은 탄화규소(SiC)를 포함하는 재질이다.

탄화규소는 비산화물 세라믹 중에서 가장 널리 사용되는 재료로서, 우수한 경도, 높은 기계적 강도 및 고온 강도, 우수한 내산화성과 높은 열전도도 및 넓은 밴드 갭 에너지를 갖는 반도체 특성을 가지고 있다. 특히 흑연보다 전기 저항이 더 커서, 동일 세기의 전류 인가 시에도 흑연의 발열량보다 탄화규소의 발열량이 더 크다. 특히, 탄화규소는 섭씨 1600도까지 발열되기 때문에 유체 가열이 용이하다. 또한 탄화규소를 포함하는 재질로 이루어진 유체 가열 구조체(1000)는 진공 분위기, 불활성 가스 분위기뿐만 아니라 산화 분위기 또는 부식성 분위기에 노출되도록 설치할 수도 있다. 따라서 탄화규소를 포함하는 재질로 이루어진 유체 가열 구조체(1000)는 PFCs와 같은 물질이 포함된 폐가스를 정화하는데 효과적이며, 챔버(2000) 내부에 설치하는데도 용이할 수 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 PFCs물질이 혼합된 폐가스와 같은 유체를 정화하기 위한 방법으로 사용되었던 직접연소법은 액화천연가스 또는 수소 등을 연료로 사용하기 때문에 액화천연가스 또는 수소 공급 설비가 없는 공정에서 사용할 수 없을 뿐만 아니라 화재 및 폭발 등의 문제가 발생할 수 있으며, 섭씨 800 ~ 1200도를 넘는 고온을 형성하는데 많은 비용이 들어가는 문제가 있고, 불꽃이 형성되는 토치 부분이 열로 인한 손상을 입어 자주 교체해야 하는 문제가 있었다.

반면에, 본 폐가스 정화 장치(1)는 전기의 공급을 받아 탄화규소를 포함하는 재질로 이루어진 유체 가열 구조체(1000)를 가열하여 폐가스와 같은 유체를 정화하기 때문에 특별한 연료 공급 설비가 필요 없으며, 화재 및 폭발 등의 문제를 줄일 수 있고, 토치 부분의 교체가 필요하지 않기 때문에 토치 부분의 교체 시마다 공정을 멈추어야 함으로써 입었던 시간적 손실과 비용적 손실을 막을 수 있다.

이와 같이, 통과유체 가열 유닛(100)은 유체의 고온 가열이 매우 용이하도록 탄화규소를 포함하는 재질로 이루어짐과 동시에 유체의 흐름을 따라 통공되어 형성되는 하나 이상의 홀(110)을 포함한다. 즉, 본원에 의하면, 이러한 탄화규소를 포함하는 재질 및 하나 이상의 홀(110)의 구성이 유기적으로 연계되도록 통과유체 가열 유닛(100)을 구성함으로써, 유체는 이러한 하나 이상의 홀(110)을 통과하며 탄화규소 재질로 인한 고온 발열을 보다 직접적으로 전달받게 되어, 종래의 유체 가열 장치들에 비해 훨씬 효율적인 열 전달 및 고온 구현이 가능해져, 유체를 원하는 온도까지 쉽게 가열시킬 수 있게 된다.

그리고, 통과유체 가열 유닛(100)은 인상흑연(C), 실리콘(Si) 및 카본(C) 중 하나 이상을 더 포함하는 재질일 수 있다. 인상흑연, 실리콘 및 카본은 주재료가 탄화규소인 재질에 첨가됨으로써, 저항을 높일 수 있고, 기공제의 역할을 통해 열 방출 효과를 높일 수 있다. 그리고 재질의 성분과 양을 조절하여 통과유체 가열 유닛(100)의 저항 범위를 다양하게 만들 수 있다. 또한, 통과유체 가열 유닛(100)의 재질에 포함되는 재료는 인상흑연 및 실리콘과 카본에만 한정되는 것은 아니며, 통과유체 가열 유닛(100)의 성능 향상을 위해 다양한 재료가 재질에 포함될 수 있다.

통과유체 가열 유닛(100)의 재질의 재료 혼합 순서는 다음과 같을 수 있다. 주재료인 탄화규소에 인상흑연을 첨가하여 줌으로써, 카본 소스로 사용할 수 있다. 그리고 탄화규소와 인상흑연이 혼합된 재료에 용융실리콘과 고체 카본 분말을 더 첨가할 수 있다. 이때, 용융실리콘과 고체 카본 분말을 첨가한 후 반응 소결을 수행하는 과정에서 반응하지 않은 카본이 기공제의 역할을 함으로써, 열 방출 효과를 가질 수 있다. 다만, 재질의 재료 혼합 순서는 전술한 방법에만 한정되는 것은 아니며, 통과유체 가열 유닛(100)의 성능을 향상시킬 수 있는 다양한 방법으로 혼합될 수 있다.

또한, 통과유체 가열 유닛(100)은 탄화규소가 주재료인 재질을 압출성형을 한 후 바인딩 열처리하고 1500℃ 정도에서 진공 혹은 불활성(inert)소결하여 제작할 수 있다.

즉, 탄화규소를 포함하는 재질로 이루어진 통과유체 가열 유닛(100)은 후술할 전극단자부를 통해 통전되면, 발열할 수 있다. 이때, 유체가 통과하도록 유체의 흐름방향으로 하나 이상의 홀(110)의 내부에서 유체가 가열될 수 있는데, 하나의 홀(110)만 형성된 경우와 동일한 간격의 격벽(130)을 두고 통공된 복수 개의 홀(110)이 형성된 경우 모두 홀(110)의 내부에서 유체가 가열될 수 있다. 그리고, 동일한 간격의 격벽(130)을 두고 형성된 홀(110) 구조를 통해 열 효율을 극대화하면서 내열 충격성과 물리적 강도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 폐가스 정화 장치(1)는 전극단자부를 포함한다.

전극단자부는 통과유체 가열 유닛(100)이 통전되도록 유체 가열 구조체(1000)의 양측에 각각 구비된다.

전술한 바와 같이, 유체 가열 구조체(1000)는 탄화규소로 이루어진 통과유체 가열 유닛(100)이 복수 개가 병렬 배열되어 이루어진 것이다. 따라서, 통과하는 유체가 가열되기 위해서는 통과유체 가열 유닛(100)이 발열되어야 하고, 통과유체 가열 유닛(100)이 발열하기 위해서 전류가 흐를 필요가 있다. 이 때, 전극단자부가 유체 가열 구조체(1000)의 양측에 구비되어 통과유체 가열 유닛(100)을 통전시킬 수 있다.

통과유체 가열 유닛(100)을 통전시키기 위해 전극단자부는 유체 가열 구조체(1000)의 양측 전면에 대응되는 형태일 수 있다. 전극단자부가 통과유체 가열 유닛(100)을 통전시키기 위해서는 통과유체 가열 유닛(100)을 구성하고 있는 탄화규소를 포함한 재질에 전류가 흐르게 해야 한다. 그리고 탄화규소를 포함한 재질은 통과유체 가열 유닛(100)의 복수의 홀(110) 사이의 격벽(130) 및 둘레를 이루고 있다. 즉, 전극단자부는 복수개의 통과유체 가열 유닛(100)의 복수의 홀(110) 사이의 격벽(130) 및 둘레 상에 구비될 수 있다. 또한, 이것은 유체 가열 구조체(1000)의 양측 전면에서 홀(110)을 막지 않는 범위 내에서 홀(110) 이외의 유체 가열 구조체(1000)의 양측 전면을 이루는 유체 가열 구조체(1000)의 접합부재(300) 및 둘레부(600) 등에 전극단자부가 구비되는 것을 의미할 수 있다.

또한, 통과유체 가열 유닛(100)의 양쪽 끝 전면에 금속을 코팅(Coating)하여 전극(도면에는 도시되지 않음)을 형성시킴으로써, 전극단자부가 구비될 수 있다.

예시적으로, 전극단자부의 전극을 구성하는 금속은 전술한 유체 가열 구조체(1000)의 양측 전면에 대응되게 코팅될 수 있다. 즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 홀(110)이 사각형 형태이면서 격벽(130)이 격자 구조이고 통과유체 가열 유닛(100)이 사각형 형태라면 금속을 격자무늬로 코팅시켜 격벽(130), 접합부재(300) 및 둘레부(600)상에 코팅시켜 전극을 형성시킬 수 있다.

하지만, 전극의 형성 구조는 격자 구조에만 한정되는 것은 아니며, 홀(110)이 육각형이면서 격벽(130)이 벌집 구조라면 전극은 벌집 구조로 형성될 수 있다. 즉, 전극은 격벽(130)과 대응되는 구조로 구비될 수 있다.

전극의 이러한 구조를 통해, 통과유체 가열 유닛(100)의 외벽 및 내벽에 고르게 전원이 인가되어 보다 균일하게 통전이 이루어질 수 있어, 복수의 홀(110)을 통과하는 유체가 보다 효율적이고 균일하게 가열될 수 있다. 또한, 이를 통해 특정 부위의 과전류로 인한 과열 현상을 방지할 수 있으며, 폐가스와 같은 유체를 방해 없이 유체 가열 구조체(1000)의 홀(110)로 통과시켜 가열할 수 있다.

또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 유체 가열 구조체(1000)는 챔버(2000) 내부에 구비될 수 있다. 이 때, 유입구(500)를 통해 들어온 유체가 온전히 유체 가열 구조체(1000)를 통과하여 배출구(700)로 배출될 수 있도록 유체 가열 구조체(1000)를 챔버(2000) 내부에 구비시킬 수 있다. 그리고 도 2에 나타난 바와 같이, 유체 가열 구조체(1000)의 단면이 챔버(2000) 의 단면을 대부분 차지할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 유체 가열 구조체(1000)는 챔버(2000)의 일부분만 차지할 수 있으며, 유체 가열 구조체(1000)는 유입구(500)를 통해 들어온 유체가 유체 가열 구조체(1000)를 통해 가열되어 배출구(700)로 배출될 수 있도록 챔버(2000)에서 다양한 형태로 구비될 수 있다.

또한, 본 폐가스 정화 장치(1)는 온도 센서부(도면에는 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.

이 때, 온도 센서부는 다양한 방법을 통해 챔버(2000) 내부의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서부가 챔버(2000) 내부에 구비되면 유체의 온도를 감지하여 온도를 측정할 수 있고, 온도 센서부가 챔버(2000) 외부에 밀착하여 구비될 경우 챔버(2000) 표면의 온도를 감지하여 온도를 측정할 수 있다. 하지만 온도 센서부의 온도 측정 방법은 이에 한정되는 것은 아니며 다양하게 이루어질 수 있다.

그리고 온도 센서부는 본 폐가스 정화 장치(1)가 제조될 때 구비될 수도 있지만, 온도 센서부 없이 본 폐가스 정화 장치(1)가 제조된 후 본 폐가스 정화 장치(1) 설치 시 또는 설치 후 현장 조건에 따라 온도 센서부를 설치할 수 있으며, 설치 후에 추가 설치 및 제거가 가능할 수 있다.

또한, 본 폐가스 정화 장치(1)는 온도 제어부(도면에는 도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 온도 제어부는 온도 센서부를 통해 측정된 챔버(2000) 내부의 온도를 기초로 유체 가열 구조체(1000)의 발열량을 조절하여 챔버(2000) 내부의 온도를 제어할 수 있다. 이 때, 온도 제어부는 사용자의 온도 제어를 용이하게 할 수 있도록 표시장치를 구비할 수 있다. 이러한 온도 제어부를 통해 유체 가열 구조체(1000)의 발열량을 조절할 수 있기 때문에 본 폐가스 정화 장치(1)가 정화할 수 있는 유체는 PFCs물질뿐만 아니라 저온 및 고온에서 분해 및 연소될 수 있는 물질일 수 있다.

또한, 본 폐가스 정화 장치(1)는 전원인가부를 더 포함할 수 있다. 전원인가부는 전원케이블을 더 포함할 수 있다. 즉 전원인가부는 전원케이블을 통해 전극단자부와 연결되어 전극단자부에 전원을 인가할 수 있다.

본 폐가스 정화 장치(1)는 버닝 방식의 스크러버의 직접 연소법을 이용한 챔버 및 플라즈마 방식을 이용한 스크러버의 챔버에서 직접 연소법과 플라즈마법을 대체하여 사용될 수 있으며, 혼합 방식의 스크러버에서 직접 연소법을 이용한 챔버 및 플라즈마 방식을 이용한 버닝형 챔버에서 사용될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 열을 이용하여 폐가스를 연소 및 분해하여 정화하는 모든 스크러버에 적용될 수 있다.

1: 폐가스 정화 장치 1000: 유체 가열 구조체
100: 통과유체 가열 유닛 110: 홀
130: 격벽 190: 절삭된 부분
300: 접합부재 500: 유입구
600: 둘레부 700: 배출구
2000: 챔버

Claims (14)

1. 전자소자의 제조 공정 중에 발생되는 유체를 통과시키면서 가열하여 상기 유체에 포함된 폐가스를 제거하는 폐가스 정화 장치에 있어서,
   상기 유체가 흐르는 통로, 상기 통로로 상기 유체를 유입시키는 유입구 및 상기 통로로부터 상기 유체를 배출하는 배출구가 형성되는 챔버;
   상기 유체가 통과하도록 하나 이상의 홀이 형성되어 병렬 배열되는 복수 개의 통과유체 가열 유닛 및 상기 통과유체 가열 유닛을 서로 잇는 접합부재를 포함하고, 상기 유체가 흐르는 통로에 배치되는 유체 가열 구조체; 및
   상기 통과유체 가열 유닛이 통전되도록 상기 유체 가열 구조체의 양측에 각각 구비되는 전극단자부를 포함하되,
   상기 통과유체 가열 유닛은 탄화규소를 포함하는 재질이며,
   상기 홀은 상기 통과유체 가열 유닛의 길이 방향으로 통공되어 형성되고,
   상기 전극단자부의 전극은 상기 홀이 형성된 부분을 제외한 상기 유체 가열 구조체의 양측 전면에 형성되는 것인 폐가스 정화 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 통과유체 가열 유닛은 다각형 또는 원형의 단면을 갖고,
   상기 유체 가열 구조체는 상기 통과유체 가열 유닛의 병렬 배열을 통해 격자 구조 또는 벌집 구조로 형성되는 것인 폐가스 정화 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 접합부재는 세라믹을 포함하는 재질인 폐가스 정화 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유체 가열 구조체는 병렬 배열된 상기 복수 개의 통과유체 가열 유닛이 일체화 되도록 병렬 배열된 상기 복수 개의 통과유체 가열 유닛의 외측 둘레를 감싸는 둘레부를 포함하는 폐가스 정화 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 둘레부는 세라믹을 포함하는 재료의 몰딩을 통해 형성되는 것인 폐가스 정화 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수 개의 통과유체 가열 유닛 중 상기 유체 가열 구조체의 둘레측에 배치된 통과유체 가열 유닛은 상기 유체 가열 구조체의 형상의 형성을 위해 절삭된 부분을 가지는 것인 폐가스 정화 장치.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 홀이 복수 개인 경우,
   상기 복수의 홀은 서로 동일한 형상 및 크기로 형성되는 것인 폐가스 정화 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 홀이 복수 개인 경우,
   상기 복수의 홀 각각은 이웃하는 홀과 동일한 간격을 두고 형성되는 것인 폐가스 정화 장치.
10. 삭제
11. 제1항에 있어서,
    상기 유체 가열 구조체는 상기 유체가 흐르는 통로에 대응되는 형상인 것인 폐가스 정화 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 통과유체 가열 유닛은 인상흑연, 실리콘 및 카본 중 하나 이상을 더 포함하는 재질인 것인 폐가스 정화 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 챔버는 외부로의 열 방출이 차단되도록 내면에 형성되는 열차단 코팅부를 포함하는 폐가스 정화 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 유체 가열 구조체는 복수 개 구비되고,
    상기 복수의 유체 가열 구조체는 상기 유체가 흐르는 통로를 따라 간격을 두고 직렬 배치되는 것인 폐가스 정화 장치.
    

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