KR101385126B1 - 히터 방식 공정 폐가스용 연소기 - Google Patents

히터 방식 공정 폐가스용 연소기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 제조공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐가스를 연소시켜 처리하기 위한 히터 방식 공정 폐가스용 연소기를 개시한다. 본 발명은 직립원통형 케이싱, 제1 인너케이싱, 제2 인너케이싱, 다공 원통형 버너와 복수의 히터들로 구성되어 있다. 케이싱은 폐가스의 연소를 위한 체임버와, 폐가스의 공급을 위하여 체임버에 연통되어 있는 폐가스 유입관과, 연소용 공기의 공급을 위하여 체임버에 연통되어 있는 공기 유입관을 구비한다. 제1 인너케이싱은 케이싱의 체임버 안에 장착되어 있다. 공기 유입관이 연통되는 유입구멍이 제1 인너케이싱의 외면 한쪽에 형성되어 있다. 제2 인너케이싱은 공기 유입관을 통하여 공급되는 공기의 예열을 위한 예열실을 형성하도록 제1 인너케이싱의 안쪽에 상기 제1 인너케이싱과 간격을 두고 장착되어 있다. 케이싱의 체임버와 연통되는 유출구멍이 제2 인너케이싱의 외면 한쪽에 형성되어 있다. 버너는 제2 인너케이싱 안에 장착되어 있고, 폐가스의 연소를 위하여 폐가스 유입관이 연결되어 있는 연소통로를 갖는다. 연소통로와 연통되는 복수의 구멍들이 버너의 외면에 형성되어 있다. 히터들은 폐가스의 연소를 위하여 다공 원통형 버너의 주위를 들러싸도록 제2 인너케이싱 안에 장착되어 있다. 본 발명에 의하면, 연소용 공기가 케이싱의 체임버와 구획되어 있는 예열실 안을 선회하면서 예열되므로, 연소효율이 향상되고, 불완전 연소가 방지되며, 질소산화물의 발생이 최소화된다.

Description

히터 방식 공정 폐가스용 연소기{HEATER TYPE PROCESS WASTE GAS COMBUSTOR}
본 발명은 연소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐가스를 연소시켜 처리하기 위한 히터 방식 공정 폐가스용 연소기에 관한 것이다.
반도체, 액정표시장치(Liquid crystal display, LCD), 태양전지 등의 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되는 다양한 공정 폐가스, 예를 들면 C2F4(Tetrafluoroethylene), CF4(Tetrafluoromethane), C3F8(Octafluoropropane), NF3(Nitrogen trifluoride), SF6(Sulfur hexafluoride)과 같은 과불화 화합물(Perfluorocompound, PFC) 가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라, 대기 중으로 배출될 경우에는 환경오염을 유발시키게 된다. 따라서 공정 폐가스는 유해성분의 함량을 허용농도 이하로 낮추는 무해화 처리를 거쳐서 대기 중으로 배출시켜야만 한다.
이와 같은 공정 폐가스의 무해화 처리는 연소 방식, 웨트 방식(Wet type), 흡착 방식, 냉각 방식, 촉매 방식 등 다양한 형태와 구조의 가스스크러버(Gas scrubber)가 일반적으로 사용되고 있다. 폐가스는 히터 방식, 점화 방식의 연소기에 의하여 연소시키고 있다. 가스스크러버는 안전성, 경제성 및 효율성을 고려하여 연소 방식에 웨트 방식, 흡착 방식 등을 병용하여 구성하고 있다.
한국 등록특허 제10-0418363호 "가스 스크러버 장치용 폐가스 연소기"는 하우징, 중공원통형 버너, 필터유닛과 집진유닛으로 구성되어 있다. 하우징은 폐가스 도입구, 연소실 및 배출구를 갖는다. 버너는 하우징의 중앙에서 아래를 향하여 설치되어 있고, 도입구와 연소실을 연통시키는 연소통로를 갖는다. 히터 엘리먼트가 폐가스의 연소를 위하여 버너의 아웃터 연소관과 인너 연소관 사이에 장착되어 있다. 또한, 버너는 연소통로를 따라 흐르는 폐가스가 연소통로의 내주면을 따라 흐르도록 유도하여 폐가스의 연소를 촉진하도록 연소통로에 설치되는 보조 로드 히터를 구비한다.
그러나 상기한 바와 같은 종래의 폐가스 연소기는 폐가스의 연소에 필요한 연소용 공기를 연소통로에 공급하는 공기 공급관이 버너의 상부에 연결되어 있으므로, 연소통로 안의 온도가 연소용 공기에 의하여 낮아져 연소효율이 낮아질 뿐만 아니라, 폐가스의 불완전 연소가 발생되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 폐가스 연소기의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 연소용 공기의 예열에 의하여 연소효율을 향상시킬 수 있는 새로운 히터 방식 공정 폐가스용 연소기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 다공 원통형 버너 안에서 폐가스가 연소되어 연소효율을 향상시킴으로써 폐가스의 불완전 연소를 방지할 수 있고, 질소산화물(Nitrogen oxide, NOX)의 발생을 최소화할 수 있는 히터 방식 공정 폐가스용 연소기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 히터 방식 공정 폐가스용 연소기가 제공된다. 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기는, 폐가스의 연소를 위한 체임버와, 폐가스의 공급을 위하여 체임버에 연통되어 있는 폐가스 유입관과, 연소용 공기의 공급을 위하여 체임버에 연통되어 있는 공기 유입관을 구비하는 직립원통형 케이싱과; 케이싱의 체임버 안에 장착되어 있고, 공기 유입관이 연통되는 유입구멍이 외면 한쪽에 형성되어 있는 제1 인너케이싱과; 공기 유입관을 통하여 공급되는 공기의 예열을 위한 예열실을 형성하도록 제1 인너케이싱의 안쪽에 상기 제1 인너케이싱과 간격을 두고 장착되어 있으며, 케이싱의 체임버와 연통되는 유출구멍이 외면 한쪽에 형성되어 있는 제2 인너케이싱과; 제2 인너케이싱 안에 장착되어 있고, 폐가스의 연소를 위하여 폐가스 유입관이 연결되어 있는 연소통로를 가지며, 연소통로와 연통되는 복수의 구멍들이 형성되어 있는 다공 원통형 버너와; 폐가스의 연소를 위하여 다공 원통형 버너의 주위를 들러싸도록 제2 인너케이싱 안에 장착되어 있는 복수의 히터들을 포함한다.
또한, 칸막이가 유입구멍을 통하여 예열실에 공급되는 공기의 흐름이 예열실의 한쪽 방향을 따라 선회되어 유출구멍을 향하도록 유입구멍과 유출구멍 사이의 예열실에 장착되어 있다. 따라서 예열실에 체류되는 연소용 공기의 예열 시간이 증가된다.
본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기는, 연소용 공기가 케이싱의 체임버와 구획되어 있는 예열실 안을 선회하면서 예열되므로, 연소효율이 향상되고 불완전 연소가 방지된다. 또한, 폐가스가 다공 원통형 버너 안에 공급되어 연소되므로, 연소효율이 향상되어 폐가스의 불완전 연소를 방지하고, 질소산화물의 발생을 최소화할 수 있는 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기의 구성을 분리하여 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기의 구성을 나타낸 종단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기의 구성을 나타낸 횡단면도이다.
도 4는 도 3에서 연소용 공기의 흐름을 설명하기 위하여 부분적으로 확대하여 나타낸 단면도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
이하, 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기(10)는 직립원통형으로 구성되어 있는 케이싱(Casing: 20)을 구비한다. 케이싱(20)은 폐가스의 연소를 위한 체임버(22)를 구비한다. 케이싱(20)의 하부는 보텀플레이트(Bottom plate: 24)에 의하여 덮여있다. 보텀플레이트(24)의 중앙에 체임버(22)와 연통되는 출구(24a)가 형성되어 있다. 출구(24a)는 무해화 처리 설비, 예를 들면 웨트 방식 가스스크러버와 연결된다.
케이싱(20)의 상부는 톱플레이트(Top plate: 26)에 의하여 덮여있다. 톱플레이트(26)의 상면 중앙에 중앙구멍(26a)이 형성되어 있고, 상면 가장자리에 원주 방향을 따라 복구의 주변구멍(26b)들이 형성되어 있다. 열전단의 차단을 위한 중공형 내화물(28)이 케이싱(20)의 내면에 장착되어 있다. 내화물(28)은 세라믹 캐스터블(Ceramic castable), 시멘트 캐스터블(Cement castable) 등으로 구성될 수 있다.
폐가스의 공급을 위한 폐가스 유입관(30)이 톱플레이트(26)의 상면 중앙에 체임버(22)와 연통되도록 장착되어 있다.
연소용 공기의 공급을 위한 공기 유입관(40)이 케이싱(20)의 외면 한쪽에 체임버(22)와 연통되도록 장착되어 있다. 공기 유입관(40)은 케이싱(20)의 외면 중앙에 장착되어 있다. 공기는 공기압축기(Air compressor)의 작동에 의하여 발생시켜 공기 유입관(40)에 공급될 수 있다. 또한, 공기는 에어블로워(Air blower)의 작동에 의하여 공기 유입관(46)에 공급될 수 있다. 공기의 흐름, 유량, 압력 등을 제어할 수 있도록 공기 유입관(46)과 연결되는 파이프라인(Pipeline)에 밸브장치와 게이지(Gauge)가 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기(10)는 체임버(22) 안을 구획하도록 체임버(22) 안에 장착되어 있는 제1 인너케이싱(Inner casing: 50)과 제2 인너케이싱(60)을 구비한다. 제1 인너케이싱(50)과 제2 인너케이싱(60) 각각은 직립원통형으로 구성되어 있다.
제1 인너케이싱(50)의 내화물(28)의 내면에 장착되어 있다. 제1 인너케이싱(50)의 외면 한쪽에 공기 유입관(40)과 연결되는 유입구멍(52)이 형성되어 있다. 도 2에 유입구멍(52)은 인너케이싱(50)의 외면 중앙에 형성되어 있는 것이 도시되어 있으나, 유입구멍(52)의 위치는 적절하게 변경될 수 있다.
인너톱플레이트(Inner top plate: 54)가 제1 인너케이싱(50)의 상부에 장착되어 있다. 인너톱플레이트(54)의 상면 중앙에 중앙구멍(54a)이 형성되어 있고, 상면 가장자리에 원주 방향을 따라 복구의 주변구멍(54b)들이 형성되어 있다. 절연성을 갖는 복수의 부시(Bush: 56)들이 주변구멍(54b)들에 끼워져 있다. 톱플레이트(26)와 인너톱플레이트(54) 사이에 기밀의 유지를 위한 가스켓(Gasket: 58)이 장착되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 제2 인너케이싱(60)은 제1 인너케이싱(50)과의 사이에 연소용 공기를 예열하기 위한 예열실(62)을 형성하도록 제1 인너케이싱(50)과 간격을 두고 장착되어 있다. 제2 인너케이싱(60)의 외면 한쪽에 예열실(62)로부터 공기를 배출하기 위한 유출구멍(64)이 형성되어 있다. 유입구멍(52)과 유출구멍(64)은 서로 이웃하도록 배치되어 있다.
칸막이(66)가 유입구멍(52)과 유출구멍(64) 사이에 배치되도록 예열실(62)에 장착되어 있다. 칸막이(66)가 유입구멍(52)과 유출구멍(64) 사이를 차단하는 것에 의하여 공기는 유입구멍(52)을 통하여 예열실(62)에 공급되고, 예열실(62)의 원주 방향을 따라 선회된 후 유출구멍(64)을 통하여 케이싱(20)의 체임버(22)로 공급된다. 제2 인너케이싱(60)의 내면에 유출구멍(64)을 통하여 유입되는 공기의 흐름을 안내하는 에어가이드플레이트(Air guide plate: 68)가 장착되어 있다. 에어가이드플레이트(68)는 유출구멍(64)을 통하여 유출되는 공기의 흐름을 체임버(22)의 반시계 방향으로 안내하여 공기가 와류를 일으키게 한다.
본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기(10)는 체임버(22)의 중앙에 장착되어 있는 다공 원통형 버너(Porous cylindrical burner: 70)를 구비한다. 다공 원통형 버너(70)는 제2 인너케이싱(60) 안에 중앙에서 아래를 향하여 장착되어 있으며, 톱플레이트(26)의 중앙구멍(26a)과 인너톱플레이트(54)의 중앙구멍(54a)을 통하여 체임버(22) 안에 진입되어 있다. 다공 원통형 버너(70)는 폐가스 유입관(30)과 연통되는 연소통로(72)와, 연소통로(72)와 연통되도록 외면에 형성되어 있는 복수의 구멍(74)들을 갖는다. 다공 원통형 버너(70)는 금속망, 금속섬유(Metal fiber), 세라믹섬유(Ceramic fiber), 실리카섬유(Silica fiber), 유리섬유(Glass fiber), 다공성 세라믹(Porosity ceramic) 등으로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기(10)는 폐가스의 연소를 위한 복수의 히터(80)들을 구비한다. 히터(80)들은 다공 원통형 버너(70)의 주위를 둘러싸도록 제2 인너케이싱(60) 안에 원주 방향을 따라 장착되어 있다. 히터(80)들 각각은 톱플레이트(26)의 주변구멍(26a)들과 인너톱플레이트(54)의 주변구멍(54b)들을 통하여 제2 인너케이싱(60) 안에 위에서 아래로 진입되어 있다. 히터(80)들은 제2 인너케이싱(60) 안에 위에서 아래를 향하여 장착되어 있는 로드 타입 코일 히터(Roar type coil heater: 82), 세라믹 히터(Rod type ceramic heater)로 구성되어 있다. 온도센서(90)가 체임버(22)의 온도를 감지하도록 제2 인너케이싱(60) 안에 장착되어 있다. 온도센서(90)는 제2 인너케이싱(60) 안에 위에서 아래로 히터(80)들과 평행하도록 배치되어 있다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 히터 방식 공정 폐가스용 연소기에 대한 작용을 설명한다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 폐가스는 폐가스 유입관(30)을 통하여 다공 원통형 버너(70)의 연소통로(72)에 공급된 후, 연소통로(72)를 따라 하강기류를 형성한다. 히터(80)의 작동에 의하여 발생되는 열에 의하여 연소통로(72)의 온도가 상승되면서 폐가스가 발화되어 연소된다.
계속해서, 연소용 공기, 즉 압축공기는 공기 유입관(40)을 통하여 제1 및 제2 인너케이싱(50, 60) 사이의 예열실(62)로 공급된다. 예열실(62)로 공급되는 연소용 공기의 흐름은 도 4에 화살표 "A"로 도시되어 있는 바와 같이, 칸막이(66)에 의하여 예열실(62)의 원주방향을 따라 선회되면서 예열된다. 이때, 예열실(62)에 체류되는 연소용 공기의 예열 시간이 길어져 공기의 예열효과를 향상시킬 수 있다.
한편, 공기는 제2 인너케이싱(60)의 예열실(62)로부터 유출구멍(64)을 통하여 체임버(22)로 공급된다. 유출구멍(64)을 통과하는 공기의 흐름은 도 4에 화살표 "B"로 도시되어 있는 바와 같이, 에어가이드플레이트(68)에 의하여 반시계 방향으로 안내되면서 와류를 일으키게 된다.
계속해서, 공기는 다공 원통형 버너(70)의 구멍(74)들을 통하여 연소통로(72)에 공급되어 폐가스의 연소를 촉진시키게 된다. 공기는 예열실(62)에서 체류되면서 예열되어 있기 때문에 연소통로(72) 안의 온도가 공기의 공급에 의하여 낮아지지 않게 된다. 따라서 폐가스의 연소효율이 향상되고, 폐가스의 완전 연소가 가능해지며, 질소산화물의 발생이 최소화된다. 폐가스의 연소에 의하여 발생되는 연소가스는 하강기류를 형성하면서 출구(24a)를 통하여 케이싱(20) 밖으로 배출된 후 무해화 처리 설비로 공급된다. 연소가스는 무해화 처리설비에 의하여 무해화 처리되어 대기 중으로 배출된다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10: 히터 방식 공정 폐가스용 연소기 20: 케이싱
22: 체임버 30: 폐가스 유입관
40: 공기 유입관 50: 제1 인너케이싱
52: 유입구멍 60: 제2 인너케이싱
62: 예열실 64: 유출구멍
66: 칸막이 68: 에어가이드플레이트
70: 다공 원통형 버너 72: 연소통로
74: 구멍 80: 히터

Claims (4)

  1. 폐가스의 연소를 위한 체임버와, 폐가스의 공급을 위하여 상기 체임버에 연통되어 있는 폐가스 유입관과, 연소용 공기의 공급을 위하여 상기 체임버에 연통되어 있는 공기 유입관을 구비하는 직립원통형 케이싱과;
    상기 케이싱의 체임버 안에 장착되어 있고, 상기 공기 유입관이 연통되는 유입구멍이 외면 한쪽에 형성되어 있는 제1 인너케이싱과;
    상기 공기 유입관을 통하여 공급되는 상기 공기의 예열을 위한 예열실을 형성하도록 상기 제1 인너케이싱의 안쪽에 상기 제1 인너케이싱과 간격을 두고 장착되어 있으며, 상기 케이싱의 체임버와 연통되는 유출구멍이 외면 한쪽에 형성되어 있는 제2 인너케이싱과;
    상기 제2 인너케이싱 안에 장착되어 있고, 상기 폐가스의 연소를 위하여 상기 폐가스 유입관이 연결되어 있는 연소통로를 가지며, 상기 연소통로와 연통되는 복수의 구멍들이 형성되어 있는 다공 원통형 버너와;
    상기 폐가스의 연소를 위하여 상기 다공 원통형 버너의 주위를 들러싸도록 제2 인너케이싱 안에 장착되어 있는 복수의 히터들을 포함하는 히터 방식 공정 폐가스용 연소기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유입구멍을 통하여 상기 예열실에 공급되는 상기 공기의 흐름이 상기 예열실의 한쪽 방향을 따라 선회되어 상기 유출구멍을 향하도록 상기 유입구멍과 상기 유출구멍 사이의 상기 예열실에 장착되어 있는 칸막이를 더 포함하는 히터 방식 공정 폐가스용 연소기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유입구멍을 통하여 상기 케이싱의 체임버 안으로 공급되는 상기 공기의 흐름이 와류를 일으키도록 상기 유입구멍의 가장자리로부터 상기 제2 인너케이싱의 내면에 경사지게 장착되어 있는 에어가이드플레이트를 더 포함하는 히터 방식 공정 폐가스용 연소기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 인너케이싱 안에 온도를 감지하는 온도센서가 더 장착되어 있으며, 상기 다공 원통형 버너는 금속망, 금속섬유, 세라믹섬유, 실리카섬유, 유리섬유, 다공성 세라믹 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 복수의 히터들은 상기 제2 인너케이싱 안에 위에서 아래를 향하여 장착되어 있는 로드 타입 코일 히터로 이루어지는 히터 방식 공정 폐가스용 연소기.
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