KR101323108B1 - Honeycomb rotor type vocs removal system with horizontally polarized microwave radiation - Google Patents

Honeycomb rotor type vocs removal system with horizontally polarized microwave radiation Download PDF

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KR101323108B1
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honeycomb
vocs
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이동채
윤성진
조성종
김정연
박상준
박용기
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주식회사 에코프로
한국화학연구원
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Abstract

PURPOSE: A honeycomb rotor type VOCs removal system with horizontally polarized microwave radiation is provided to remove a high concentration VOCs gas in a short time by constantly supplying a heat source. CONSTITUTION: A honeycomb type adsorption rotor comprises an absorbent. A driving device rotates the honeycomb type adsorption rotor. A waveguide (5) is installed in front of a microwave injection device (6). A recycled air purge part (17) purges air including VOCs components to the outside. A cold air injection part (15) supplies cold air to a cool region. [Reference numerals] (AA,DD,GG) VOC_s + air; (BB,EE,HH) Air; (CC,FF) Heated air

Description

수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템 {HONEYCOMB ROTOR TYPE VOCs REMOVAL SYSTEM WITH HORIZONTALLY POLARIZED MICROWAVE RADIATION}Honeycomb Rotor Type VOCs REMOVAL SYSTEM WITH HORIZONTALLY POLARIZED MICROWAVE RADIATION}

본 발명은 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템에 관한 것으로, 상세히는 마이크로웨이브를 허니컴형 흡착 로터에 직접 수평방향으로 분사하여 재생하도록 함으로써 기존의 전기 히터를 이용하여 허니컴형 흡착 로터를 재생하던 기술에서의 취약점인 고비용 공정 시스템을 저비용 고효율로 개선할 수 있도록 한 것이다.
The present invention relates to a honeycomb rotor type VOCs gas removal system, and more specifically, in the technology that regenerates the honeycomb adsorption rotor by using a conventional electric heater by spraying the microwave directly to the honeycomb adsorption rotor in the horizontal direction. The high cost process system, which is a weak point, can be improved with low cost and high efficiency.

휘발성 유기화합물(VOCs)은 증기압이 매우 높기 때문에 대기 중에서 쉽게 증발됨과 동시에 질소산화물과 공존시 태양광을 받아 광화학반응을 일으켜 오존 및 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학 스모그를 유발하는 대표적인 물질이다. 이러한 문제들로 인해 현재 국내,외적으로 엄격한 규제들이 시행되고 있으며, 시급히 해결해야 할 국가적 최우선 과제로 남아있다.
Since volatile organic compounds (VOCs) are very high in vapor pressure, they are easily evaporated in the atmosphere, and when they coexist with nitrogen oxides, they undergo photochemical reactions to produce ozone and photochemical oxidizing substances, which in turn cause photochemical smog. Due to these problems, strict regulations are being enforced at home and abroad, and remain a national priority to be addressed urgently.

현재 반도체 및 디스플레이 제조는 여러 단계의 복잡한 공정으로 이루어져 있다. 반도체 및 디스플레이의 제조를 위한 다양한 성분의 VOCs 물질을 사용하고 있으며, 프로세스 및 분위기 배기 라인을 통해 옥상으로 보낸 후 궁극적으로는 농도를 낮춰 처리하여 대기로 배출시키게 된다. 특히, LCD나 OLED와 같은 디스플레이 생산현장에서는 다량의 VOCs 들이 발생 되어 작업 공간에 존재하여 냄새를 유발하고 있는 상황이다.At present, semiconductor and display manufacturing is a complex process of several steps. VOCs materials are used in various components for the manufacture of semiconductors and displays, which are sent to the rooftop through process and atmosphere exhaust lines and ultimately reduced to concentration and discharged to the atmosphere. In particular, in the display production sites such as LCD and OLED, a large amount of VOCs are generated and present in the work space, causing odor.

또한, 반도체 및 LCD 생산 공정 시스템 외 대한민국의 대표적인 기반산업 중의 하나인 화학 산업 플랜트에서도 VOCs 배출 문제로 인해 지난 수십 년 동안 이를 해결하기 위해 많은 노력을 하였다. 최근에는 여천과 울산지역이 VOCs 저감 특별대책 지역으로 선정되었고 모든 공장의 신축 및 증설시 VOCs 감소 효과 90% 이상의 저감 시설 또는 회수 설비를 갖추어야 한다고 발표하였다.
In addition to the semiconductor and LCD production process system, the chemical industry plant, one of Korea's representative infrastructure industries, has made great efforts to solve this problem for decades due to VOCs emission problem. Recently, Yeocheon and Ulsan were selected as special measures to reduce VOCs and announced that they should have more than 90% reduction or recovery facilities for the reduction and recovery of VOCs when new plants are added or expanded.

현재, 허니컴형 흡착 로터를 이용한 VOCs 흡.탈착방법은 반도체 공정의 대표적인 VOCs 저감기술로 알려져 있다. 이는 세라믹 섬유질인 허니컴형 흡착 로터를 이용하여 상온에서 VOCs를 제거하는 것으로, VOCs를 흡착하는 흡착영역과 허니컴 로터의 재생을 위한 탈착(재생)영역 그리고 재생된 허니컴 로터를 상온에서 VOCs를 재흡착하기 위한 냉각영역으로 구성되어 있다. 특히, 재생영역에서 흡착된 VOCs를 탈착하기 위해서는 다량의 고온 공기가 이용되기 때문에 전기히터를 통한 일정한 열원공급이 반드시 요구된다.
At present, VOCs adsorption / desorption method using honeycomb adsorption rotor is known as a representative VOCs reduction technology of semiconductor process. This is to remove VOCs at room temperature using a honeycomb-type adsorption rotor, which is a ceramic fiber.The adsorption zone for adsorbing VOCs, the desorption (regeneration) area for regeneration of the honeycomb rotor, and the regenerated honeycomb rotor for resorption of VOCs at room temperature It consists of a cooling zone for. In particular, since a large amount of hot air is used to desorb the VOCs adsorbed in the regeneration zone, a constant heat source supply through the electric heater is required.

문헌연구(J. Air & Waste Manage. Assoc. 53:1384~1390)에 의하면 재생공기의 유량이 증가할수록 우수한 VOCs 제거효율을 보이며, 이는 유량이 증가할수록 열에너지(Heat Energy) 또한 증가하기 때문이다. 이러한 결과를 통해 알 수 있듯이 허니컴형 흡착 로터를 이용한 VOCs 제거기술은 재생공기 유량이 증가하면 VOCs 제거효율이 증가할 수 있지만 재생공기를 열풍으로 전환하기 위한 비용 또한 증가하는 치명적인 문제점이 있는 기술이다.According to a literature study (J. Air & Waste Manage.Assoc. 53: 1384 ~ 1390), as the flow rate of regenerated air increases, the removal efficiency of VOCs is excellent, because heat energy also increases as the flow rate increases. As can be seen from these results, the VOCs removal technology using the honeycomb adsorption rotor can increase the efficiency of VOCs removal as the regenerated air flow rate is increased, but the cost of converting the regenerated air into the hot air is also a fatal problem.

이러한 문제점을 해결하기 위해 마이크로웨이브를 이용한 기술들이 부각될 것으로 생각된다. 무엇보다도 마이크로웨이브는 다양한 분야에 적용할 수 있는 재현성이 좋은 에너지원으로 알려져 있다. 마이크로웨이브를 이용한 가열방식은 혼합물로 존재하는 분자와 직접 짝을 이뤄 반응함으로 인해 온도를 급속히 상승할 수 있다. 이러한 기술은 시료 용기 재질의 열전도도에 의존하지 않기 때문에 가능한 것이며, 그 결과 쌍극자 회전(dipole rotation) 또는 이온성 전도(ionic conduction)로 작용하는 물질을 신속하게 국소가열 하게 된다. 특히, 전기히터와 같이 열전도에 의한 가열방식에 비해 에너지효율을 증진시킬 수 있는 장점을 지니고 있다.
In order to solve this problem, technologies using microwaves will be highlighted. Above all, microwave is known as a reproducible energy source that can be applied to various fields. The microwave heating method can rapidly increase the temperature by directly reacting with the molecules present in the mixture. This technique is possible because it does not depend on the thermal conductivity of the sample vessel material, resulting in rapid local heating of materials acting in dipole rotation or ionic conduction. In particular, it has the advantage of improving the energy efficiency compared to the heating method by heat conduction, such as electric heater.

미국특허 제6296823호 및 일본특허 제3994157호에 의하면 VOCs가스들을 제거하기 위해 마이크로웨이브를 허니컴형 흡착 로터에 적용한 사례가 있음을 알 수 있다. 이에 의하면 VOCs 탈착시 사용되는 마이크로웨이브는 흡착제인 허니컴 로터의 수직방향으로 설치되어 있음을 알 수 있다. 마이크로웨이브는 물질에 따라 침투 깊이가 한정되어 있는 것으로 알려져 있다. 현재 반도체 공정에서 적용중인 허니컴 로터 반경은 100~200cm, 폭은 30~45cm 정도 된다. 따라서 마이크로웨이브를 허니컴 로터의 수직방향으로 조사할 경우 100~200cm까지 마이크로웨이브 에너지가 공급되지 않음에 따라 허니컴형 흡착 로터의 온도분포가 균일하지 않게 되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서 흡착된 VOCs들이 제대로 탈착되지 못하여 시간이 증가할수록 VOCs들이 허니컴형 흡착 로터에 축적될 것이다. 이는 허니컴형 흡착 로터의 흡착 능력을 급격히 감소시키게 되어 반도체 생산공정에 지대한 영향을 미칠 것이다.
According to US Patent No. 6296823 and Japanese Patent No. 3994157, it can be seen that there is a case where a microwave is applied to a honeycomb adsorption rotor to remove VOCs gases. It can be seen that the microwave used for the desorption of VOCs is installed in the vertical direction of the honeycomb rotor, which is an adsorbent. It is known that microwaves have a limited penetration depth depending on the material. The radius of honeycomb rotor in the semiconductor process is about 100 ~ 200cm and the width is about 30 ~ 45cm. Therefore, when the microwave is irradiated in the vertical direction of the honeycomb rotor, the microwave energy is not supplied until 100 ~ 200cm, the temperature distribution of the honeycomb-type adsorption rotor may not be uniform. Therefore, the adsorbed VOCs will not be desorbed properly, so the VOCs will accumulate in the honeycomb adsorption rotor as time goes by. This will drastically reduce the adsorption capacity of the honeycomb type adsorption rotor, which will have a profound effect on the semiconductor production process.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 허니컴형 흡착 로터를 이용한 VOCs 저감기술의 치명적인 문제점인 에너지 효율을 해결하기 위한 것으로, 마이크로웨이브를 이용하여 허니컴 로터를 주기적으로 재생함으로써 저비용 고효율을 가지는 VOCs 저감 기술을 제공하는 데 있다.
The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to solve the energy efficiency, which is a fatal problem of the VOCs reduction technology using the conventional honeycomb adsorption rotor, using a microwave periodic honeycomb rotor The present invention provides a VOCs reduction technology having low cost and high efficiency.

본 발명에서는 허니컴형 흡착 로터의 수평방향 즉, VOCs가스를 함유한 공기의 진행방향(경로)과 동일한 방향으로 마이크로웨이브를 조사하면 허니컴형 흡착 로터의 폭 방향으로 마이크로웨이브가 침투되어 균일가열이 가능하기 때문에 흡착된 VOCs가스들을 효과적으로 탈착할 수 있게 되며, 마이크로웨이브를 허니컴형 흡착 로터의 수직 방향으로 조사할 경우 미처 흡수하지 못한 마이크로웨이브가 시스템 외부로 누출될 수 있는 위험성이 있다. 시스템 외부로 누출된 마이크로웨이브가 인체에 도달하면 부분적으로 체온이 상승하여 건강에 영향을 미침과 동시에 체내에 유도된 전류가 신경을 자극하기도 한다. 특히, 아주 강한 전자파는 스트레스를 일으키거나 심장질환, 혈액의 화학적 변화를 유발하여 인체에 영향을 미칠 수 있다. 마이크로웨이브의 조사 방향은 시스템의 안정성을 높이기 위해서 고려해야될 중요한 요소이기 때문에 매우 신중하게 설계를 해야 한다. In the present invention, when microwaves are irradiated in the horizontal direction of the honeycomb adsorption rotor, that is, in the same direction as the traveling direction (path) of air containing VOCs gas, microwaves penetrate in the width direction of the honeycomb adsorption rotor to enable uniform heating. Therefore, it is possible to effectively desorb the adsorbed VOCs gas, there is a risk that the microwave can not leak to the outside of the system when the microwave irradiation in the vertical direction of the honeycomb-type adsorption rotor. When a microwave leaks out of the system and reaches the body, the body's temperature rises in part, affecting health, and at the same time, currents induced in the body stimulate the nerves. In particular, very strong electromagnetic waves can affect the human body by causing stress, heart disease and chemical changes in the blood. The direction of the microwave irradiation is an important factor to consider in order to increase the stability of the system, so it must be designed with great care.

따라서 이러한 내용들을 종합적으로 정리하면, 허니컴형 흡착 로터의 균일한 가열과 동시에 마이크로웨이브의 안전성을 위해서는 마이크로웨이브를 허니컴형 흡착 로터의 수평방향으로 조사해야되며, 본 발명은 저비용/고효율을 가지는 VOCs 제거 시스템을 제공하게 된다.Therefore, in summary, the microwaves should be irradiated in the horizontal direction of the honeycomb-type adsorption rotor for uniform heating of the honeycomb-type adsorption rotor and at the same time, and the present invention removes VOCs having low cost / high efficiency. To provide a system.

본 발명의 구체적인 구성은 VOCs가스가 통과하도록 허니컴 형태로 다수의 통로를 가지며, 외부로부터 공급된 VOCs함유 가스가 흡착영역을 통과하면서 VOCs가스가 흡착되도록 활성탄이나 제올라이트를 기반으로 하는 촉매로 이루어진 흡착제를 구비한 원통 형태의 허니컴형 흡착 로터와; 상기 허니컴형 흡착 로터를 회전시키기 위한 구동수단과; 상기 허니컴형 흡착 로터의 일측에 설치되어 VOCs가스가 흡착된 흡착제를 허니컴형 흡착 로터의 회전축을 중심으로 방사상으로 분할된 재생영역만큼 가열하기 위한 마이크로웨이브 분사장치와; 마이크로웨이브가 분사되는 재생영역으로 재생공기를 주입하기 위한 재생공기 주입부 및 마이크로웨이브의 가열에 의해 흡착제로부터 탈착된 VOCs 성분을 포함하는 공기를 외부로 배출하기 위한 재생공기 배출부와; 상기 재생영역에서 재생된 흡착제를 냉각하기 위하여 냉각영역으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 주입부를 포함하여 이루어진다.Specific configuration of the present invention has a plurality of passages in the form of honeycomb to pass the VOCs gas, adsorbent made of activated carbon or zeolite-based catalyst so that the VOCs gas is adsorbed while the VOCs-containing gas supplied from the outside passes through the adsorption zone A cylindrical honeycomb-type adsorption rotor provided; Drive means for rotating the honeycomb suction rotor; A microwave injection device installed on one side of the honeycomb adsorption rotor to heat an adsorbent in which VOCs gas is adsorbed by a regeneration region divided radially about a rotation axis of the honeycomb adsorption rotor; A regenerated air injector for injecting regenerated air into the regenerated area into which microwaves are injected, and a regenerated air discharger for discharging air including VOCs components desorbed from the adsorbent by heating of the microwaves to the outside; It comprises a cooling air inlet for supplying cooling air to the cooling zone to cool the adsorbent regenerated in the regeneration zone.

본 발명은 마이크로웨이브를 원통형의 흡착 로터에 수평방향으로 직접 분사하여 재생에 필요한 열원을 일정하게 공급할 수 있도록 되어 있으므로 짧은 시간 동안 고농도의 VOCs가스를 탈착시킬 수 있어 저비용/고효율의 VOCs가스 제거 기술을 제공할 수 있는바, 에너지를 효율적으로 사용한다는 점에서 상당한 의미가 있으며, 특히, 흡착능력이 포화된 허니컴형 흡착 로터를 재생하기 때문에 주기적으로 교체하지 않고 반영구적으로 사용가능하다.
The present invention is to directly supply the heat source required for regeneration by spraying the microwave directly to the cylindrical adsorption rotor in a horizontal direction, so that it is possible to desorb the high concentration of VOCs gas for a short time to remove the low cost / high efficiency VOCs gas technology As it can be provided, there is a significant meaning in the efficient use of energy, in particular, since it regenerates the honeycomb adsorption rotor saturated adsorption capacity can be used semi-permanently without replacement periodically.

또, 본 발명에 의해서 반도체 공정에서의 발생하는 VOCs가스를 저비용/고효율로 제거할 수 있으며, 더욱 강력해진 국제시대의 환경규제에 체계적으로 대응하여 반도체 공정 개발에 일익을 담당할 것으로 사료된다. 또한, 허니컴형 흡착 로터를 반영구적으로 사용하기 때문에 자원절약에도 상당한 기여를 할 수 있는 효과도 있다.
In addition, according to the present invention, it is possible to remove VOCs gas generated in the semiconductor process at low cost / high efficiency, and to play a role in the semiconductor process development in response to the more stringent international regulations. In addition, since the honeycomb-type adsorption rotor is used semi-permanently, it is also possible to make a significant contribution to resource saving.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템의 개략 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 허니컴 로터식 재생영역에서의 구성도,
도 3은 본 발명에 의한 VOCs가스 제거 시스템의 마이크로웨이브 분사장치를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 의한 VOCs가스 제거 시스템의 마이크로웨이브 흡수장치를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 마이크로웨이브 분사장치를 도시한 구성도,
도 6은 도 5에 도시된 마이크로웨이브 분사장치에 의한 흡착 로터의 재생과정이다. 1 is a schematic configuration diagram of a honeycomb rotor type VOCs gas removal system according to an embodiment of the present invention;
2 is a block diagram of a honeycomb rotor type playback region shown in FIG. 1;
3 is a configuration diagram showing a microwave injector of the VOCs gas removal system according to the present invention,
Figure 4 is a block diagram showing a microwave absorption device of the VOCs gas removal system according to the present invention,
5 is a block diagram showing a microwave injector according to another embodiment of the present invention,
6 is a regeneration process of the adsorption rotor by the microwave injector shown in FIG.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments that do not limit the present invention will be described in detail.

도 1 내지 도 4에는 본 발명의 일 실시 예에 의한 VOCs가스 제거 시스템의 전체 구성 및 주요부 구성이 도시되어 있다.1 to 4 show the overall configuration and the main configuration of the VOCs gas removal system according to an embodiment of the present invention.

도면에 도시된 바와 같이 본 실시 예에 의한 VOCs가스 제거 시스템은 VOCs가스가 통과하도록 허니컴 형태로 다수의 통로를 가지며, 외부로부터 공급된 VOCs함유 가스가 흡착영역(2)을 통과하면서 VOCs가스가 흡착되도록 활성탄이나 제올라이트를 기반으로 하는 촉매로 이루어진 흡착제를 구비한 원통 형태의 허니컴형 흡착 로터(1)와;As shown in the drawings, the VOCs gas removal system according to the present embodiment has a plurality of passages in the form of honeycomb to allow the VOCs gas to pass therethrough, and the VOCs gas is adsorbed while the VOCs-containing gas supplied from the outside passes through the adsorption region 2. A cylindrical honeycomb adsorption rotor (1) having an adsorbent made of activated carbon or a zeolite based catalyst;

상기 허니컴형 흡착 로터(1)를 회전시키기 위한 구동수단(9)과;Drive means (9) for rotating the honeycomb suction rotor (1);

상기 허니컴형 흡착 로터(1)의 일측에 설치되어 VOCs가스가 흡착된 흡착제를 허니컴형 흡착 로터(1)의 회전축을 중심으로 방사상으로 분할된 소정의 부채꼴 영역(재생영역(3))만큼 VOCs가스를 함유한 공기의 진행방향(경로)과 동일한 방향으로 마이크로웨이브를 조사하여 가열하기 위한 마이크로웨이브 분사장치(6)와;The VOCs gas is provided on one side of the honeycomb adsorption rotor 1, and the adsorbent in which the VOCs gas is adsorbed is divided by the predetermined fan-shaped region (regeneration region 3) radially divided about the rotation axis of the honeycomb adsorption rotor 1. A microwave injector 6 for irradiating and heating microwaves in the same direction as the traveling direction (path) of air containing;

마이크로웨이브가 분사되는 재생영역(3)으로 재생공기를 주입하기 위한 재생공기 주입부(7) 및 마이크로웨이브의 가열에 의해 흡착제로부터 탈착된 VOCs 성분을 포함하는 공기를 외부로 배출하기 위한 재생공기 배출부(17)와;Regenerated air inlet 7 for injecting regenerated air into the regenerated area 3 through which microwaves are injected, and discharged regenerated air for discharging air containing VOCs components desorbed from the adsorbent by heating of the microwaves to the outside Section 17;

상기 재생영역(3)에서 재생된 흡착제를 냉각하기 위하여 냉각영역(4)으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 주입부(15)를 포함하여 이루어져 있다.
It comprises a cooling air inlet 15 for supplying cooling air to the cooling zone (4) to cool the adsorbent regenerated in the regeneration zone (3).

본 실시 예에서 상기 원통형 흡착 로터(1)는 VOCs를 제거하기 위해서는 다공성 물질인 제올라이트 또는 활성탄이 적합하며, 이러한 물질들을 이용하여 파형화 된 세라믹 페이퍼 또는 허니컴에 코팅한다. 제올라이트 또는 활성탄의 평균 세공 반경은 0.1 ~60nm, 세공 용적은 0.05 ~ 5cm3/g 가 바람직할 것이다.In this embodiment, the cylindrical adsorption rotor 1 is a porous material zeolite or activated carbon is suitable to remove the VOCs, it is coated on the corrugated ceramic paper or honeycomb using these materials. The average pore radius of the zeolite or activated carbon is preferably 0.1 to 60 nm and the pore volume of 0.05 to 5 cm 3 / g.

VOCs가스 재생시 원활한 탈착을 위해 마이크로웨이브 흡수율이 높은 실리카바이드를 첨가하면 짧은 시간 내에 목표 온도(210oC)까지 상승할 수 있기 때문에 VOCs 탈착이 잘 될 것이며, 이는 에너지 효율을 증진시킬 수 것이다. 본 실시 예의 흡착 로터(1)는 흡착영역(2), 재생(탈착)영역(3), 냉각영역(4)으로 이루어져 있으며, 흡착 로터(1)의 80% 이상이 흡착영역(2), 나머지 20%는 재생영역(3) 및 냉각영역(4)이 차지하고 있다. 현재 사용되고 있는 일반적인 흡착 로터의 지름은 작게는 1000mm 크게는 3000mm 이상 되는 대용량 로터까지 매우 다양하다. 본 실시 예에 적용된 로터지름은 1300mm이다.
Decomposition of VOCs gas will increase the desorption of VOCs because the addition of high silica absorption silica carbide to the target temperature (210 o C) in a short time will improve the energy efficiency. The adsorption rotor 1 of this embodiment is composed of an adsorption zone 2, a regeneration (desorption) zone 3, and a cooling zone 4, and 80% or more of the adsorption rotor 1 is the adsorption zone 2, and the rest. 20% is occupied by the regeneration zone 3 and the cooling zone 4. The diameters of general adsorption rotors currently in use range from as small as 1000 mm to as large as 3000 mm or larger. The rotor diameter applied to this embodiment is 1300 mm.

상기 구동수단(9)은 VOCs가스 흡착 및 재생 그리고 냉각작업이 주기적으로 이루어져야 하기 때문에 타이밍벨트를 이용하여 흡착 로터(1)를 회전시키는 것이 바람직하다. 원활한 VOCs 제거를 위해서는 흡착 로터(1)의 회전속도는 1~ 6 RPM이 적당하다.
Since the driving means 9 must periodically perform VOCs gas adsorption, regeneration and cooling operations, it is preferable to rotate the adsorption rotor 1 using a timing belt. In order to remove the VOCs smoothly, the rotational speed of the adsorption rotor 1 is 1 to 6 RPM.

상기 마이크로웨이브 분사장치(6)의 구조가 도 3에 상세히 도시되어 있는데,흡착영역(2)에서 흡착된 VOCs를 탈착하기 위해서는 고에너지가 요구되는 기존의 열풍보다는 에너지 효율이 높은 마이크로웨이브를 이용하여 원통형 흡착 로터(1)를 재생한다. 일반적으로 마이크로웨이브 주파수는 300MHZ부터 30GHZ의 교류의 범위를 통상적으로 사용하고 있으며, 파장은 1cm에서 100cm에 이른다. 본 실시 예에서는 2450MHZ의 주파수가 사용되었으며, 파장은 약 12cm정도 된다.The structure of the microwave injector 6 is shown in detail in FIG. 3. In order to desorb the VOCs adsorbed in the adsorption region 2, a microwave having a higher energy efficiency than a conventional hot wind requiring high energy is used. The cylindrical suction rotor 1 is regenerated. In general, the microwave frequency is generally used in the range of alternating current of 300MHZ to 30GHZ, the wavelength ranges from 1cm to 100cm. In this embodiment, a frequency of 2450MHZ is used, and the wavelength is about 12 cm.

모든 마이크로파는 마이크로웨이브 발생기(Microwave generator)를 통해 조사되며 이를 일측으로 이동시키기 위해 마이크로도파관(Microwave guideline)이 연결되어 있다. 본 실시 예에서 도파관(5)은 가로 110mm 높이 55mm로 이루어져 있으며, 재질은 마이크로웨이브를 흡수하지 않고 반사만 해야 하기 때문에 열전도율이 높은 동, 석영 그리고 알루미나 관이 널리 이용되고 있으며, 본 발명에서는 알루미나 관을 사용하였다. 도파관(5)의 형태는 절단면이 원형인 원형 도파관과 장방형인 구형 도파관이 있으며, 본 실시 예에서는 장방형인 구형 도파관을 이용하였다. 재생공기의 주입을 위해 각각의 도파관 끝 부분에 타공판(5b)을 설치하여 공기를 공급한다. 또한, 재생공기가 마이크로웨이브 분사장치(6)에 들어가지 않게 하기 위해 테프론 판 등으로 이루어진 차단판(5a)을 설치하였다. 원통형 흡착 로터(1)의 탈착면적은 0.11m2 부피는 44리터이기 때문에 여러 개의 마이크로웨이브 분사장치(6)들이 요구되며, 본 실시 예에서는 4개의 마이크로웨이브 분사장치를 병렬로 구성하였으며, 흡착 로터(1)의 수평방향으로 조사하도록 설치되어 있다. 이는 앞에서 언급하였듯이 흡착 로터(1)의 균일가열과 안정성을 높이기 위해서이다.
All microwaves are irradiated by a microwave generator, and a microwave guideline is connected to move them to one side. In the present embodiment, the waveguide 5 has a width of 110 mm and a height of 55 mm, and since the material does not absorb microwaves and only reflects, copper, quartz, and alumina tubes having high thermal conductivity are widely used. Was used. The waveguide 5 has a circular waveguide having a circular cut section and a rectangular waveguide having a rectangular shape. In this embodiment, a rectangular waveguide is used. For injection of regenerated air, perforated plates 5b are installed at the end of each waveguide to supply air. In addition, in order to prevent regeneration air from entering the microwave injector 6, a blocking plate 5a made of a Teflon plate or the like was provided. Since the adsorption area of the cylindrical adsorption rotor 1 is 44 liters with a volume of 0.11 m 2 , several microwave injectors 6 are required. In this embodiment, four microwave injectors are configured in parallel, and the adsorption rotor It is provided so that it may irradiate in the horizontal direction of (1). This is to increase the uniform heating and stability of the adsorption rotor (1), as mentioned earlier.

한편, 재생영역(3)에서 흡수하지 못하고 통과한 마이크로웨이브 파장들은 마이크로웨이브 흡수장치(Isolator; 16)에서 제거된다. On the other hand, microwave wavelengths which have not passed in the reproduction region 3 are removed by the microwave absorber 16.

상기 마이크로웨이브 흡수장치(16)는 물 주입부와 물 배출구로 구성되어 있으며 연속적으로 물이 순환되는 시스템이다. 일반적으로 물은 마이크로웨이브 파장을 잘 흡수하기 때문에 마이크로웨이브 흡수장치에서 널리 이용되고 있다. 효율적으로 마이크로웨이브 파장들을 제거하기 위해 재생영역 바로 뒤에 설치한다.The microwave absorbing device 16 is composed of a water inlet and a water outlet and is a system in which water is continuously circulated. In general, water is widely used in microwave absorbers because it absorbs microwave wavelengths well. Placed just behind the playback area to efficiently remove microwave wavelengths.

또한, 흡착 로터(1)는 주기적으로 회전하기 때문에 재생영역(3)을 완벽히 실링(sealing)할 수 없기 때문에 약간의 빈틈 공간이 존재하며, 이 공간으로 마이크로웨이브 파장이 누출될 수 있다. 본 발명의 안전성을 더욱 높이기 위해서는 이 공간에 마이크로웨이브 흡수장치(16')를 설치하여 재생영역에서 흡수되지 못한 마이크로웨이브 파장을 제거한다.
Further, since the adsorption rotor 1 rotates periodically, the regeneration zone 3 cannot be completely sealed, so there is a small gap space, and microwave wavelength can leak into this space. In order to further increase the safety of the present invention, a microwave absorbing device 16 'is provided in this space to remove microwave wavelengths that are not absorbed in the reproduction region.

상기 재생공기 주입부(7)는 외부에서 주입한 신선한 공기와 냉각영역(4)에서 발생한 열풍의 일부를 이용하여 공급한다. 재생공기 주입부(7)에서 각각의 마이크로웨이브 도파관(5)에 설치된 타공판(5b)을 통해 모든 재생공기들이 주입된다.The regenerated air injecting unit 7 supplies the fresh air injected from the outside and a part of the hot air generated in the cooling zone 4. In the regenerated air injection unit 7, all regenerated air is injected through the perforated plate 5b installed in each microwave waveguide 5.

재생공기는 연속적으로 주입하는 방법뿐만 아니라 펄스(Pulse) 방식으로 간헐적인 공급이 가능하다. 만약 펄스방식으로 주입할 경우 솔레노이드 밸브를 사용하여 제어할 수 있다. 재생영역(3)을 통과한 공기들은 재생공기 배출부(17)를 통해 나가며, 최종적으로 산화장치(18)에서 VOCs가스들이 이산화탄소(CO2) 또는 물(H2O)로 산화된다.
Regenerated air can be supplied intermittently by pulse method as well as continuous injection method. If it is injected by pulse method, it can be controlled by using solenoid valve. The air passing through the regeneration zone 3 exits through the regeneration air outlet 17, and finally VOCs gases are oxidized to carbon dioxide (CO 2 ) or water (H 2 O) in the oxidizer 18.

또한, 상기 재생공기 중 습한 공기를 주입하면 탈착 효율이 보다 증진될 수 있는데, 일반적으로 물은 마이크로웨이브 에너지를 가장 잘 흡수하는 물질로 알려져 있다. 따라서 본 발명에서도 도 5 및 도 6에 도시된 실시 예에서와 같이 마이크로웨이브 흡수장치에 물이 포함된 반응기(19)를 사용해서 물을 주입하여 흡착 로터(1)에 흡수되지 못한 마이크로웨이브 에너지를 흡수하여 제거한다. 흡착된 VOCs 가스를 효율적으로 탈착하기 위해서는 더운 공기(약 210oC)가 필요하다. 재생 공기 중에 일정량의 수분을 주입하면 마이크로웨이브 에너지와 재생공기 중에 포함된 물과 반응하여 더운 공기로 쉽게 전환된다. 이렇게 생성된 더운 공기는 흡착 로터(1)의 재생영역(3)을 통과하면 VOCs 가스를 보다 효율적으로 탈착할 것이다. 특히, 재생공기 중에 포함된 물과 마이크로웨이브가 반응하기 때문에 흡착 로터(1)의 후단 및 양면에 마이크로웨이브 흡수장치를 생략할 수도 있을 것이다.
In addition, when the humid air is injected into the regenerated air, the desorption efficiency may be further improved. Generally, water is known as a material that absorbs microwave energy best. Therefore, in the present invention, as in the embodiments shown in FIGS. 5 and 6, water is injected into the microwave absorber using the reactor 19 including water to absorb microwave energy not absorbed in the adsorption rotor 1. Absorb and remove. Hot air (about 210 o C) is required to efficiently desorb the adsorbed VOCs gas. When a certain amount of moisture is injected into the regenerated air, it reacts with the microwave energy and the water contained in the regenerated air and is easily converted into hot air. The hot air thus generated passes through the regeneration zone 3 of the adsorption rotor 1 and will desorb VOCs gas more efficiently. In particular, since the microwaves react with the water contained in the regenerated air, the microwave absorbing device may be omitted at the rear and both sides of the adsorption rotor 1.

상기 냉각영역(4)은 재생영역(3)에서 마이크로웨이브에 의해 표면온도가 높아진 흡착 로터(1)를 신선한 공기를 이용하여 상온까지 냉각시키는 역할을 한다.The cooling zone 4 serves to cool the adsorption rotor 1 whose surface temperature is increased by microwaves in the regeneration zone 3 to room temperature using fresh air.

냉각공기 주입부(15)에서 주입된 공기는 흡착 로터(1)의 냉각영역(4)을 통과하면서 약 50 ~ 100oC 정도의 열풍으로 전환되며, 이 중의 일부분은 앞서 언급하였듯이 재생영역(3)으로 공급되는 공기로 이용되고, 나머지는 배출구를 통해 외기로 빠져나간다.
Air injected from the cooling air inlet 15 is converted into hot air of about 50 to 100 o C while passing through the cooling zone 4 of the adsorption rotor 1, and a part of the air is recycled as described above. ) Is used as air to be supplied, and the rest is discharged to the outside air through the exhaust port.

도면 중 부호 8은 냉각영역(4)을 통과한 고온의 공기를 재생공기 주입부(7)로 공급하거나 외부로 배출하기 위한 밸브이며, 부호 10은 허니컴형 흡착 로터(1) 일측의 VOCs가스 주입부이고, 부호 11은 전처리 필터이며, 부호 12는 흡착 로터(1) 측의 열교환기이며, 부호 13은 공기 중에 포함된 입자성 물질을 제거하기 위한 헤파필터이고. 부호 14는 흡착영역을 통과한 신선한 공기의 배출구이다.
In the drawing, reference numeral 8 denotes a valve for supplying or recharging high-temperature air passing through the cooling zone 4 to the regeneration air inlet 7, and reference numeral 10 denotes VOCs gas injection on one side of the honeycomb adsorption rotor 1. Reference numeral 11 denotes a pretreatment filter, reference numeral 12 denotes a heat exchanger on the suction rotor 1 side, and reference numeral 13 denotes a hepa filter for removing particulate matter contained in air. Reference numeral 14 denotes an outlet of fresh air passing through the adsorption zone.

상기와 같이 구성된 본 발명의 VOCs가스 제거 시스템을 이용하여 반도체 공정에서 발생된 VOCs가스를 흡착하는 과정을 살펴보면, 모든 VOCs가스들은 VOCs가스 주입부(10)를 통과하여 허니컴형 흡착 로터(1)의 흡착영역(2)을 거쳐 제거되며, 공정시스템 중 발생한 분진은 헤파 필터(13)를 통해 제거되어 최종적으로는 인체에 무해한 가스들만 가스 배출구를 거쳐 배출된다.
Looking at the process of adsorbing the VOCs gas generated in the semiconductor process using the VOCs gas removal system of the present invention configured as described above, all the VOCs gas passes through the VOCs gas injection unit 10 of the honeycomb adsorption rotor (1) Removed through the adsorption zone (2), the dust generated in the process system is removed through the hepa filter 13, and finally only gases that are harmless to the human body are discharged through the gas outlet.

한편, 허니컴형 흡착 로터(1)에 대한 재생 흐름을 살펴보면, 탈착하고자 하는 영역을 구동수단(9)을 이용하여 재생영역(3)까지 회전시킨 후 마이크로웨이브 분사장치(6)에서 마이크로웨이브를 흡착 로터(1)의 재생영역(3)에 수평방향으로 직접 분사하여 재생에 필요한 열을 일정하게 공급한다. 또한, 탈착(재생)시 필요한 공기는 냉각영역(4)에서 발생한 열풍과 외부의 신선한 공기를 함께 주입한다. 탈착된 VOCs가스들은 외부에 설치된 산화장치(18)에서 인체 무해한 이산화탄소(CO2) 와 물(H2O)로 산화된다. 이렇게 재생된 허니컴형 흡착 로터(1)는 흡착영역(2)에서 VOCs를 다시 제거하기 위해 냉각영역(4)에서 외부의 신선한 공기를 이용하여 상온까지 냉각한다. 이때, 발생한 열풍 일부는 위에서 언급하였듯이 재생영역(3)을 위한 재생공기 주입부(7) 측으로 공급하여 사용한다. 따라서 VOCs 흡/탈착이 반복됨으로 인해 반도체 클린룸의 공기를 쾌적한 상태로 유지하게 된다.
On the other hand, looking at the regeneration flow for the honeycomb type adsorption rotor (1), by rotating the area to be removed to the regeneration area (3) using the drive means (9), the microwave injection device (6) to suck the microwaves The heat is directly supplied to the regeneration area 3 of the rotor 1 in the horizontal direction to supply the heat necessary for regeneration. In addition, the air required for desorption (regeneration) is injected together with the hot air generated in the cooling zone (4) and the fresh air outside. The desorbed VOCs gases are oxidized to carbon dioxide (CO 2 ) and water (H 2 O), which are harmless to the human body, in the external oxidizer 18. The honeycomb adsorption rotor 1 thus regenerated is cooled to room temperature by using external fresh air in the cooling zone 4 to remove the VOCs in the adsorption zone 2 again. At this time, a part of the generated hot air is supplied to the regeneration air injection unit 7 for the regeneration area 3 as described above. Therefore, the VOCs adsorption / desorption is repeated to keep the air in the semiconductor clean room in a comfortable state.

1 : 흡착 로터 2 : 흡착영역
3 : 재생영역 4 : 냉각영역
5 : 마이크로웨이브 도파관 5a : 차단판
5b : 타공판 6 : 마이크로웨이브 분사장치
7 : 재생공기 주입부 8 : 밸브
9 : 구동장치 10 : 흡착가스 투입부
11 : 전처리 필터 12 : 열교환기
13 : 헤파필터 14 : 흡착가스 배출구
15 : 냉각공기 주입부 16 : 마이크로웨이브 흡수장치
16a : 마이크로웨이브 흡수 장치
17 : 재생공기 배출부 18 : 산화장치
19 : 물이 포함된 반응기1: adsorption rotor 2: adsorption zone
3: regeneration zone 4: cooling zone
5: microwave waveguide 5a: blocking plate
5b: perforated plate 6: microwave injector
7: regenerated air injection unit 8: valve
9 driving device 10 adsorption gas input unit
11: pretreatment filter 12: heat exchanger
13: HEPA filter 14: adsorption gas outlet
15: cooling air injection unit 16: microwave absorbing device
16a: microwave absorption device
17: regeneration air discharge unit 18: oxidizer
19: reactor with water

Claims (7)

VOCs가스가 통과하도록 허니컴 형태로 다수의 통로를 가지며, 외부로부터 공급된 VOCs함유 가스가 흡착영역(2)을 통과하면서 VOCs가스가 흡착되도록 활성탄이나 제올라이트를 기반으로 하는 촉매로 이루어진 흡착제를 구비한 원통형태의 허니컴형 흡착 로터(1)와;
상기 허니컴형 흡착 로터(1)를 회전시키기 위한 구동수단(9)과;
상기 허니컴형 흡착 로터(1)의 일측에 설치되어 VOCs가스가 흡착된 흡착제를 허니컴형 흡착 로터(1)의 회전축을 중심으로 방사상으로 분할된 재생영역(3)에 VOCs가스를 함유한 공기의 진행방향(경로)과 동일한 방향으로 마이크로웨이브를 조사하여 가열하도록 전방에는 도파관(5)이 설치되고, 상기 도파관(5)의 끝 부분에는 차단판(5a)이 설치된 마이크로웨이브 분사장치(6)와;
마이크로웨이브가 분사되는 재생영역으로 재생공기를 주입하기 위한 재생공기 주입부(7) 및 마이크로웨이브의 가열에 의해 흡착제로부터 탈착된 VOCs 성분을 포함하는 공기를 외부로 배출하기 위한 재생공기 배출부(17)와;
상기 재생영역에서 재생된 흡착제를 냉각하기 위하여 냉각영역(4)으로 냉각공기를 공급하는 냉각공기 주입부(15)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템.
A cylinder having a plurality of passages in the form of honeycomb for passing VOCs gas, and an adsorbent made of activated carbon or zeolite-based catalyst such that the VOCs-containing gas supplied from the outside passes through the adsorption zone 2 to adsorb the VOCs gas. A honeycomb type suction rotor 1 of the type;
Drive means (9) for rotating the honeycomb suction rotor (1);
Advance of air containing VOCs gas in the regeneration zone 3 radially divided between the adsorbents installed on one side of the honeycomb type adsorption rotor 1 and the VOCs gas adsorbed about the rotation axis of the honeycomb type adsorption rotor 1. A microwave injector 6 provided with a waveguide 5 at the front to irradiate and heat the microwave in the same direction as the direction (path), and a blocking plate 5a at the end of the waveguide 5;
Regenerated air injection unit 7 for injecting regenerated air into the regeneration zone into which microwaves are injected, and regenerated air discharge unit 17 for discharging air containing VOCs components desorbed from the adsorbent by heating of the microwaves to the outside 17 )Wow;
Honeycomb rotor type VOCs by microwave irradiation in a horizontal direction, characterized in that it comprises a cooling air injection unit 15 for supplying cooling air to the cooling zone (4) to cool the adsorbent regenerated in the regeneration zone. Degassing system.
청구항 1에 있어서,
상기 흡착 로터(1) 일측의 VOCs가스 투입측에는 전처리 필터(11)가 구비되고, 흡착 로터의 타측으로는 VOCs가스가 제거된 공기가 통과하는 열교환기(12) 및 헤파필터(13)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템.
The method according to claim 1,
The pretreatment filter 11 is provided at the VOCs gas input side of one side of the adsorption rotor 1, and the heat exchanger 12 and the HEPA filter 13 through which the air from which the VOCs gas is removed are passed are installed at the other side of the adsorption rotor 1. Honeycomb rotor type VOCs gas removal system by microwave irradiation in the horizontal direction, characterized in that.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로웨이브 분사장치(6)의 반대편에는 재생영역(3)에서 흡수하지 못하고 통과한 마이크로웨이브 파장들을 흡수하는 마이크로웨이브 흡수장치(16)가 설치되는 것을 특징으로 하는 수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템.
The method according to claim 1,
On the other side of the microwave injector 6, a microwave absorber 16 is provided which absorbs microwave wavelengths which have not been absorbed in the regeneration region 3, so that the microwave irradiator in the horizontal direction is installed. Honeycomb rotor type VOCs gas removal system.
청구항 4에 있어서,
상기 마이크로웨이브 흡수장치(16)는 물 주입구(16a)와 물 배출구(16b)를 포함하여 이루어져 연속으로 물이 순환되는 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템.
The method of claim 4,
The microwave absorbing device 16 comprises a water inlet (16a) and the water outlet (16b) consists of a honeycomb rotor type VOCs by the microwave irradiation in the horizontal direction, characterized in that consisting of a structure in which water is continuously circulated. Degassing system.
청구항 1에 있어서,
상기 흡착 로터(1)의 재생영역(3) 외곽에는 마이크로웨이브 흡수장치(16')가 설치되어 재생영역(3)에서 흡수되지 못한 마이크로웨이브 파장을 제거하도록 된 것을 특징으로 하는 수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템.
The method according to claim 1,
Microwave absorbers 16 'are provided outside the regeneration zone 3 of the suction rotor 1 to remove microwave wavelengths that are not absorbed in the regeneration zone 3 Honeycomb rotor type VOCs gas removal system by wave irradiation.
청구항 1에 있어서,
상기 재생공기 주입부(7)는 외부에서 주입한 공기와 습한 공기 및 냉각영역(4)에서 발생한 열풍이 혼합되어 공급되는 것을 특징으로 하는 수평방향으로의 마이크로웨이브 조사에 의한 허니컴 로터식 VOCs가스 제거 시스템.The method according to claim 1,
The regenerated air injector 7 removes the honeycomb rotor type VOCs by microwave irradiation in a horizontal direction, characterized in that a mixture of air injected from the outside, wet air, and hot air generated in the cooling zone 4 is supplied. system.
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