KR101368782B1 - 폐가스 스크러버용 냉각모듈 - Google Patents

폐가스 스크러버용 냉각모듈 Download PDF

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Abstract

폐가스 스크러버용 냉각모듈이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 버닝챔버와 수처리탑 사이에 연결되며, 내측에 폐가스가 유동하는 가스유동부가 형성된 바디부; 상기 바디부의 외벽에 형성되며, 냉각가스 및 냉각액을 공급받아 혼합하는 냉각챔버부; 및 상기 냉각챔버부와 상기 가스유동부를 연통시켜, 상기 냉각챔버부에서 혼합된 상기 냉각가스 및 상기 냉각액을 상기 가스유동부로 분사시키는 분사홀;을 포함하는 폐가스 스크러버용 냉각모듈이 제공될 수 있다.

Description

폐가스 스크러버용 냉각모듈 {COOLING MODULE FOR GAS SCRUBBER}
본 발명은 냉각모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐가스를 처리하는 폐가스 스크러버에 설치되어 폐가스를 냉각시키기 위한 폐가스 스크러버용 냉각모듈에 관한 것이다.
반도체 디바이스는 산화, 식각, 증착 및 포토공정 등 다양한 제조공정을 거쳐 제조되며, 상기와 같은 제조공정에는 유독성 화공약품나 화학가스 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 반도체 디바이스의 제조공정에는 암모니아, 산화질소, 아르신, 포시핀, 디보론 및 보론 트리클로라이드 등과 같은 유독성 가스가 사용될 수 있다. 따라서 반도체 제조공정에서 발생된 폐가스가 대기 중으로 그대로 방출될 경우, 상기와 같은 유독성 가스로 인해 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 폐가스의 자연발화로 인해 화재사고가 발생될 수도 있다. 상기와 같은 이유로, 일반적인 반도체 제조공정에서는 다양한 형태의 폐가스 스크러버(scrubber)를 사용하고 있다. 폐가스 스크러버는 반도체 제조공정에서 발생된 폐가스를 정제하여 대기로 방출시킴으로써 상기와 같은 문제점을 해소한다.
도 1은 반도체 제조공정 등에서 사용되는 폐가스 스크러버를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1을 참고하면, 폐가스 스크러버(10)는 반도체 제조공정 등에서 발생된 폐가스를 연소시키기 위한 버닝챔버(11)와, 버닝챔버(11)에서 연소된 폐가스를 정제하는 수처리탑(12) 등으로 구성된다. 이때, 버닝챔버(11)는 폐가스를 연소시켜 폐가스 중에 함유된 유해성분을 고체상태의 파우더(powder)로 열분해시키게 된다. 예를 들면, 폐가스 중에 함유된 SiH4 성분은 버닝챔버(11)에서 연소되어 SiO2의 파우더로 열분해되게 된다.
한편, 상기와 같은 파우더는 나노 크기의 미세분말로 외기에 노출시 인체에 유해하기 때문에, 버닝챔버(11), 수처리탑(12) 들을 거치면서 포집되게 된다. 이때, 버닝챔버(11)를 거쳐 나온 폐가스는 버닝챔버(11) 내에서의 연소로 인해 고온 상태인 바, 파우더의 포집 효율을 향상시키기 위해, 버닝챔버(11)에서 수처리탑(12)으로 유동하는 과정에서 냉각되게 된다. 구체적으로, 버닝챔버(11)에서 열분해되어 파우더를 함유하고 있는 폐가스는 버닝챔버(11)와 수처리탑(12)을 연결하는 냉각모듈(13)을 거치면서, 소정정도 냉각되게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 냉각모듈을 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선을 따라 취한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참고하면, 종래의 냉각모듈(13)은 버닝챔버(11)와 수처리탑(12)을 연결하는 덕트의 형태로 형성되어, 버닝챔버(11)의 폐가스를 수처리탑(12)으로 안내하도록 형성된다. 이때, 종래의 냉각모듈(13)은 폐가스가 유동하는 유동부(13a)의 외측에 폐가스의 냉각을 위한 유로(13b)가 형성되며, 냉각수주입구(13c)를 통해 상기와 같은 유로(13b)에 냉각수를 흘려보냄으로써, 유동부(13a)를 유동하는 폐가스가 냉각되게 된다.
그러나 상기와 같은 종래의 냉각모듈(13)은 폐가스의 냉각 효율이 다소 떨어지는 문제점이 있었으며, 이로 인해, 폐가스 중에 함유된 파우더의 포집 효율 또한 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 냉각 효율이 우수하고, 파우더의 포집 능력을 증대시킬 수 있는 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 버닝챔버와 수처리탑 사이에 연결되며, 내측에 폐가스가 유동하는 가스유동부가 형성된 바디부; 상기 바디부의 외벽에 형성되며, 냉각가스 및 냉각액을 공급받아 혼합하는 냉각챔버부; 및 상기 냉각챔버부와 상기 가스유동부를 연통시켜, 상기 냉각챔버부에서 혼합된 상기 냉각가스 및 상기 냉각액을 상기 가스유동부로 분사시키는 분사홀;을 포함하는 폐가스 스크러버용 냉각모듈이 제공될 수 있다.
이때, 상기 바디부의 일측에는 상기 버닝챔버의 일측에 결합되는 플랜지 형태의 제 1 결합부가 형성되고, 상기 바디부의 타측에는 상기 수처리탑의 소켓부로 삽입 체결되는 제 2 결합부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각가스는 질소가스일 수 있다.
또한, 상기 폐가스 스크러버용 냉각모듈은, 상기 냉각챔버부와 연통되어 상기 냉각챔버부로 상기 냉각가스를 공급하는 가스주입구;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 폐가스 스크러버용 냉각모듈은, 상기 냉각챔버부와 연통되어 상기 냉각챔버부로 상기 냉각액을 공급하는 액체주입구;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스유동부로 분사된 상기 반응가스 및 상기 반응액은, 상기 가스유동부를 유동하는 상기 폐가스와 직접 접촉되어, 상기 폐가스를 냉각시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스유동부로 분사된 상기 반응가스 및 상기 반응액은, 상기 가스유동부를 유동하는 상기 폐가스 중의 파우더를 상변화시키도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 분사홀(130)은 복수개를 포함하며, 상기 복수개의 분사홀(130)은 상기 가스유동부(111)의 외곽을 따라 방사형으로 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 냉매가스 및 냉매액이 혼합된 혼합냉매를 폐가스에 직접 분사하여 냉각시킴으로써, 폐가스의 냉각 효율을 향상시킬 수 있으며, 폐가스 중에 함유된 파우더를 결정화 및 상변화시켜 파우더의 포집 효율을 증대시킬 수 있다.
도 1은 반도체 제조공정 등에서 사용되는 폐가스 스크러버를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 종래의 냉각모듈을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 종래의 냉각모듈을 사용할 때의 표면온도 분포와, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 사용할 때의 표면온도 분포를 열화상 카메라로 촬영한 모습을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 거치기 전후의 파우더 입자를 촬영한 영상을 나타낸다.
도 9는 종래의 냉각모듈을 사용할 때와, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 사용할 때의 파우더 입자 분포를 나타낸 분포도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버를 보여주는 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도이다. 도 6은 도 4에 도시된 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 단면도이다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)은 버닝챔버(11, 도 1 참고)와 수처리탑(12, 도 1 참고) 사이에 연결되는 바디부(110)와, 바디부(110)의 외벽에 형성되는 냉각챔버부(120)와, 냉각가스 및 냉각액을 분사하기 위한 분사홀(130)을 포함할 수 있다.
바디부(110)는 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 내측으로 폐가스가 유동될 수 있도록 가스유동부(111)가 형성된다. 또한, 바디부(110)는 버닝챔버(11)와 수처리탑(12) 사이에 설치될 수 있으며, 상기와 같은 가스유동부(111)를 통해 버닝챔버(11)에서 열분해 처리된 폐가스를 수처리탑(12)으로 안내할 수 있다.
이때, 바디부(110)의 일측에는 버닝챔버(11)와 결합되는 제 1 결합부(112)가 형성될 수 있다. 제 1 결합부(112)는 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 버닝챔버(11)의 일측에 결합시키기 위한 것으로, 플랜지 형태로 형성될 수 있다. 다만, 제 1 결합부(112)의 형태는 상기 예시한 플랜지 형태에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라, 다양한 형태로 형성될 수 있다.
또한, 바디부(110)의 타측에는 수처리탑(12)과 결합되는 제 2 결합부(113)가 형성될 수 있다. 제 2 결합부(113)는 수처리탑(12)의 일측에 마련된 소켓부(미표기)로 삽입 체결될 수 있으며, 필요에 따라, 폐가스의 누출을 방지하기 위한 씰링부재(미표기)가 상기 소켓부와의 사이에 개재될 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우, 바디부(110)가 대략 중공 원통형으로 형성된 경우를 예시하였으나, 바디부(110)의 형태를 상기 예시한 중공 원통형에 한정되지 않으며, 가스유동부(111)를 구비하여 버닝챔버(11)로부터 수처리탑(12)으로 폐가스를 안내할 수 있는 형태의 것이면 상기 예시한 형태 이외에도 다양한 형태로 형성될 수 있다.
냉각챔버부(120)는 냉각가스 및 냉각액을 공급받아 혼합하기 위한 공간으로, 바디부(110)의 외벽에 형성될 수 있다. 즉, 냉각챔버부(120)는 바디부(110)의 외벽면을 따라 배치된 공간부의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 냉각챔버부(120)는 폐가스의 냉각을 위한 냉각가스 및 냉각액을 공급받을 수 있다. 이를 위해, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)은 가스주입구(140) 및 액체주입구(150)를 구비할 수 있다.
가스주입구(140)는 냉각챔버부(120)와 연통되어, 외부로부터 냉각챔버부(120)로 냉각가스를 공급할 수 있다. 이를 위해, 필요에 따라, 가스주입구(140)에는 가스공급원(미도시)이 연결될 수 있다. 액체주입구(150) 또한 냉각챔버부(120)와 연통되며, 외부로부터 냉각챔버부(120)로 냉각액을 공급할 수 있다. 이를 위해, 필요에 따라, 액체주입구(150)에는 냉각액공급원(미도시)이 연결될 수 있다.
한편, 상기와 같은 냉각가스 및 냉각액체는 냉각챔버부(120)로 각각 공급되어, 냉각챔버부(120)에서 혼합될 수 있다. 이때, 상기 냉각가스 및 냉각액체는 가스유동부(111) 내 폐가스를 냉각시키기 위한 것으로, 다양한 종류의 가스 및 액체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 냉각가스는 질소가스일 수 있으며, 상기 냉각액체는 냉각수(cooling water)일 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여, 상기 냉각가스가 질소가스이고, 상기 냉각액체가 냉각수인 경우를 중심으로 설명하도록 한다.
분사홀(130)은 냉각챔버부(120)의 질소가스 및 냉각수를 가스유동부(111)로 분사하기 위한 것으로, 냉각챔버부(120)와 가스유동부(111)를 구획하는 벽면을 관통하는 홀(hole)의 형태로 형성될 수 있다. 즉, 분사홀(130)은 냉각챔버부(120)와 가스유동부(111)를 연통시켜, 냉각챔버부(120)의 혼합된 질소가스 및 냉각수(이하, '혼합냉매'로 지칭함)가 가스유동부(111)로 분사될 수 있도록 한다.
또한, 분사홀(130)은 복수개로 형성될 수 있으며, 복수개의 분사홀(130)은 서로 소정간격 이격되도록 배치되어 가스유동부(111)의 외곽을 따라 방사형으로 형성될 수 있다. 이와 같이 복수개의 분사홀(130)이 방사형으로 배치된 경우, 혼합냉매가 가스유동부(111) 내에 고르게 분사될 수 있으며, 혼합냉매와 가스유동부(111)를 유동하는 폐가스와의 접촉을 원활하게 하여 냉각 효율이 증대될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)은 냉각챔버부(120) 및 분사홀(130)을 통해 혼합냉매를 가스유동부(111)로 직접 분사하게 된다. 즉, 종래의 냉각모듈(13, 도 2 및 도 3 참고)의 경우, 폐가스가 유동하는 유동부(13a) 외측에 냉각수를 흘려보내 간접적으로 폐가스를 냉각하도록 형성되는데 반해, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)은 가스유동부(111)로 혼합냉매를 분사하여, 혼합냉매가 폐가스에 직접 접촉되도록 형성된다.
상기와 같은 직접 접촉식 냉각 방식은, 가스유동부(111)를 유동하는 폐가스의 냉각 효율을 향상시키며, 폐가스 중에 함유된 파우더를 결정화시켜 파우더의 포집 효율을 증대시킬 수 있다.
도 7은 종래의 냉각모듈을 사용할 때의 표면온도 분포와, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 사용할 때의 표면온도 분포를 열화상 카메라로 촬영한 모습을 나타낸다.
도 7의 (a)는 종래의 냉각모듈(13)을 사용시 표면온도 분포를 나타내고, 도 7의 (b)는 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 사용시 표면온도 분포를 나타낸다. 또한, 도 7의 (a) 및 (b)에 표시된 화살표는 폐가스의 흐름을 나타낸다.
도 7을 참고하면, 종래의 냉각모듈(13)과, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)에서 표면으로 배출되는 온도분포가 상이하게 나타나는 것을 볼 수 있으며, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)의 경우에서 보다 효과적으로 폐가스의 온도가 낮아짐을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 거치기 전후의 파우더 입자를 촬영한 영상을 나타낸다.
도 8의 (a)는 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 거치기 전 파우더 입자를 촬영한 영상이며, 도 8의 (b)는 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 거친 후 파우더 입자를 촬영한 영상이다. 도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 거친 후, 파우더 입자의 크기가 커진 것을 확인할 수 있다. 즉, 버닝챔버(11)에서 배출시 나노 규모의 미세 분말 형태였던 파우더가 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 거치고 난 후, 마이크로 규모의 입자로 결정화된 것을 확인할 수 있다.
이는 질소가스 및 냉각수가 혼합된 혼합냉매가 폐가스와 직접 접촉되어 폐가스를 냉각시키는 과정에서, 폐가스 중의 파우더를 결정 입자로 상변화(相變化)시킨 결과이며, 상기와 같이 상변화되어 결정화된 파우더는 미세 분말 형태의 파우더에 비해 포집 효율이 우수하다. 이때, 상기와 같은 파우더의 상변화나 결정화는 온도 조건이나 질소가스의 양 등에 의하여 제어될 수 있다.
도 9는 종래의 냉각모듈을 사용할 때와, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈을 사용할 때의 파우더 입자 분포를 나타낸 분포도이다.
도 9의 분포도는 폐가스 스크러버의 배출부 후단에서 캐스케이드 임펙터(Cascade impacter)로 등속 흡인하여 중량농도법으로 측정한 결과이다. 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 폐가스 스크러버용 냉각모듈(100)을 사용시, 종래에 비해 미세입자(1 ㎛ 이하) 부근에서의 농도 분포가 큰 것으로 나타나고 있음을 확인할 수 있다. 이는 폐가스에 직접 분사된 혼합냉매로 인해 폐가스 중의 파우더가 결정화 또는 상변화된 결과이다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100: 폐가스 스크러버용 냉각모듈 110: 바디부
111: 가스유동부 112: 제 1 결합부
113: 제 2 결합부 120: 냉각챔버
130: 분사홀 140: 가스주입구
150: 액체주입구

Claims (8)

  1. 버닝챔버(11)와 수처리탑(12) 사이에 연결되며, 내측에 폐가스가 유동하는 가스유동부(111)가 형성된 바디부(110);
    상기 바디부(110)의 외벽에 형성되며, 냉각가스 및 냉각액을 공급받아 혼합하는 냉각챔버부(120); 및
    상기 냉각챔버부(120)와 상기 가스유동부(111)를 연통시켜, 상기 냉각챔버부(120)에서 혼합된 상기 냉각가스 및 상기 냉각액을 상기 가스유동부(111)로 분사시키며, 상기 가스유동부(111)의 외곽을 따라 방사형으로 배치된 복수개의 분사홀(130);
    상기 냉각챔버부(120)와 연통되어 상기 냉각챔버부(120)로 상기 냉각가스를 공급하는 가스주입구(140);
    상기 냉각챔버부(120)와 연통되어 상기 냉각챔버부(120)로 상기 냉각액을 공급하는 액체주입구(150);를 포함하고,
    상기 가스유동부(111)로 분사된 상기 냉각가스 및 상기 냉각액은, 상기 가스유동부(111)를 유동하는 상기 폐가스와 직접 접촉되어, 상기 폐가스 중의 파우더(powder)를 상변화(相變化)시키는 것을 특징으로 하는 폐가스 스크러버용 냉각모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디부(110)의 일측에는 상기 버닝챔버(11)의 일측에 결합되는 플랜지 형태의 제 1 결합부(112)가 형성되고, 상기 바디부(110)의 타측에는 상기 수처리탑(12)의 소켓부로 삽입 체결되는 제 2 결합부(113)가 형성된 것을 특징으로 하는 폐가스 스크러버용 냉각모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 냉각가스는 질소가스인 것을 특징으로 하는 폐가스 스크러버용 냉각모듈.
  4. 삭제
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