KR101405166B1

KR101405166B1 - 하이브리드 스크러버 시스템

Info

Publication number: KR101405166B1
Application number: KR1020130054853A
Authority: KR
Inventors: 이기용; 이혁수; 김경준
Original assignee: 주식회사 케이피씨
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2014-06-10

Abstract

본 발명은 하이브리드 스크러버 시스템에 관한 것으로, 연료가스 또는 산소를 플라즈마로 이온화시켜 화염을 발생시킴과 아울러 폐가스를 연소 처리할 수 있는 연소챔버와, 상기 연소챔버의 하부에서 연소 처리된 폐 가스를 순환수로 냉각하며, 가스부산물을 처리하는 제1냉각챔버와, 상기 제1냉각챔버의 하부에서 물을 저장하며, 반응 부산물을 저장하는 수조와, 상기 제1냉각챔버에서 냉각, 부산물이 처리된 가스를 다시 2차적으로 냉각 및 부산물을 수처리 하는 제2냉각챔버와, 상기 제2냉각챔버에서 미처리된 가스를 수처리 하여 용해하는 용해챔버와, 상기 용해챔버에서 미처리된 입자 또는 수증기를 처리하는 사이클론을 포함한다. 본 발명은 플라즈마를 사용하여 연료가스 또는 산소를 이온화시켜 화염의 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있으며, 폐 가스의 종류에 따라 예혼합식 또는 확산 방식으로 폐 가스를 연소 처리할 수 있으며 플라즈마의 사용은 확산 방식에만 적용하여, 연료 가스의 소비량을 최적화하여 비용을 절감할 수 있으며, 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

하이브리드 스크러버 시스템{Hybrid scrubber system}

본 발명은 하이브리드 스크러버 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플라즈마를 사용하여 연료가스의 이온화를 유도하여 화염의 연소효율을 개선시킴과 동시에 폐가스 처리효율을 증대시키며, 공정의 종류별로 다양한 형태의 운전이 가능하며, 폐 가스의 처리 효율을 높일 수 있는 하이브리드 스크러버 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이 소자의 제조에는 다양한 가스를 사용하며, 이처럼 제조 공정에 사용된 폐 가스는 대기로 직접 배출될 수 없으며, 다양한 방식으로 처리하여 안전한 상태로 배출되어야 한다.

폐 가스를 처리하는 방법으로는 폐가스를 물의 접촉면을 넓혀 물에 가스를 흡수 및 용해시켜 처리하는 습식 처리방식과, 열원에 의해 가스를 열 산화시켜 처리하는 열산화 처리방식, 또한 흡착제를 통해 폐가스를 물리적 또는 화학적으로 흡착 처리하는 건식 처리방식이 있다. 이중 열원에 의한 폐가스의 열산화 처리방식에는 히터에 의한 처리방식, LNG 또는 H₂등의 연료가스의 연소에 의한 처리방식, 열 플라즈마의 불꽃에 의한 처리방식으로 분류된다.

상기한 방식 중에 연소 처리 방식은, 폐 가스의 종류에 따라 폐 가스에 연소가스를 미리 혼합한 후 연소시키는 예혼합방식 또는 폐 가스를 연소공간을 지나도록 하여 처리하는 확산방식을 사용할 수 있다. 연료 가스를 미리 혼합한 후 연소시키는 예혼합 방식은 상대적으로 고온 처리가 필요한 에칭(Etching)에 사용된 PFC, SF₆등의 가스를 처리하기에 적당하며, 이때 폐 가스의 처리시 확산방식에 비해 연료가스의 소비량을 줄일 수 있다.

이와 반대로 확산방식은 적은 연료로 처리 가능한 증착 공정의 클리닝가스(NF₃) 처리에서는 연소공간에서 폐 가스와 산소의 혼합으로 적은 양의 연료 가스를 사용하여 폐 가스를 처리하는 방식이다.

이처럼 폐 가스의 종류에 따라 서로 다른 연소 방식의 스크러버를 사용하며, 이러한 방식이 폐 가스의 종류와 적절하게 조합되지 않는 경우 불필요하게 연료 가스의 소비량이 증가하거나, 폐 가스의 처리가 완전히 이루어지지 않을 수 있다.

이와 같은 방식들의 한 예인 등록특허 10-0631289(폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐)에는 폐가스가 공급되는 공급관의 외측으로 다수의 연료 가스 공급노즐이 마련되고, 그 연료 가스 공급구의 외측에는 다수의 산소가스 공급노즐을 포함하는 버너 노즐이 기재되어 있다. 이러한 구성은 폐 가스를 직접 연소의 화염에 접촉시키는 확산연소방식으로, 산소노즐의 각도를 조절하여 버너의 화염과 폐 가스가 잘 혼합됨과 동시에 화염을 안정적으로 형성시키고, 일산화 탄소의 발생량을 현저하게 줄여 완전 연소시키는 장치로 설명되어 있다.

그러나 에칭 공정의 가스 중 특히 고온에서 열 산화되는 PFC 가스의 경우 폐 가스와 확산 연소의 화염이 예혼합 연소 화염에 비해 열 전달이 낮아 PFC 가스를 처리하기 위해서는 연료 사용량이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

또한 등록특허 10-0623369(반도체 제조 장비용 배기가스 처리장치의 버너)에는 위의 예와 마찬가지로 중앙부에 폐 가스가 공급되는 공급관이 마련되며, 공급관 외측으로 연료 가스 공급 노즐 및 연료 가스 공급노즐 외측에 산소가스 공급노즐이 마련되며, 산소가스 노즐 외면을 따라 냉각 공간이 형성되어 있는 조립 설치관이 포함된 버너가 기재되어 있다. 이러한 구성은 상기 등록특허 10-0631289호와 같이 확산연소 방식의 버너에 관한 것이며, 연료와 산소의 혼합을 촉진할 수 있고, 연료 및 산소의 혼합가스가 폐 가스와 혼합되지 않게 할 수 있으며, 배기가스의 연소 전 상호 혼합을 방지할 수 있어, 배기가스의 연소 효율을 향상시키는 구성이다. 그러나 이와 같은 종래의 버너 역시 특정 가스에 대하여 높은 연료 소비량을 가지는 문제점이 있었다.

또한 등록특허 10-0623368(반도체 제조 장비용 직접 연소식 스크러버)는 연소 챔버와 침전 탱크의 사이에 위치하여 연소 챔버를 버너로부터 분리하는 분리대를 사용하여, 발생 되는 이물을 제거하는 구성이 기재되어 있으나, 이와 같이 물리적인 분해를 통해 장치를 유지보수하는 구성은 작업 시간이 많이 소요되며, 스크러버의 유지보수 기간 동안 폐 가스를 처리할 수 없기 때문에 폐 가스를 발생시키는 공정도 중단되어야 하는 문제점이 발생할 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플라즈마를 사용하여 연료가스를 이온화처리하여, 화염을 이용한 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있는 하이브리드 스크러버 시스템을 제공함에 있다.

또한 본 발명은 하나의 장치로 폐 가스의 연소 처리 전에 폐 가스에 연료 가스를 혼합하는 예혼합방식과 확산방식으로 가변하여 운용함이 가능한 하이브리드 스크러버 시스템을 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 폐 가스의 종류에 따라 연료 가스의 공급유량을 가변시켜 연료 가스가 낭비되는 것을 방지할 수 있는 하이브리드 스크러버 시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 하이브리드 스크러버 시스템은, 연료가스 또는 산소를 플라즈마로 이온화시켜 화염을 발생시킴과 아울러 폐가스를 연소 처리할 수 있는 연소챔버와, 상기 연소챔버의 하부에서 연소 처리된 폐 가스를 순환수로 냉각하며, 가스부산물을 처리하는 제1냉각챔버와, 상기 제1냉각챔버의 하부에서 물을 저장하며, 반응 부산물을 저장하는 수조와, 상기 제1냉각챔버에서 냉각, 부산물이 처리된 가스를 다시 2차적으로 냉각 및 부산물을 수처리 하는 제2냉각챔버와, 상기 제2냉각챔버에서 미처리된 가스를 수처리 하여 용해하는 용해챔버와, 상기 용해챔버에서 미처리된 입자 또는 수증기를 처리하는 사이클론을 포함한다.

본 발명은, 플라즈마를 사용하여 연료가스 또는 산소를 이온화하여 화염의 처리효율을 높여, 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 연료 가스의 공급을 가변할 수 있는 연소챔버를 포함하여, 폐 가스의 종류에 따라 예혼합식 또는 확산식의 방식으로 폐 가스를 연소처리할 수 있어, 연료 가스의 소비량을 최적화하여 비용을 절감할 수 있으며, 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 연료 가스의 공급 위치와 산소 가스의 공급 위치를 최적화하여, 연료의 소비를 최소화하면서도 폐 가스의 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 스크러버 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 스크러버 시스템의 단면 구성도이다.
도 3은 도 1과 도 2에서 연소챔버의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명에 적용되는 연소챔버의 다른 실시예의 구성도이다.
도 5는 도 4가 적용된 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 스크러버 시스템의 전체 구성도이다.
도 6과 도 7은 각각 예혼합 상태의 연소와 확산 상태의 연소 상태를 보인 모식도이다.

이하, 본 발명 하이브리드 스크러버 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 스크러버 시스템의 전체 구성도이고, 도 2는 도 1의 단면 구성도이며, 도 3은 도 1과 도 2에서 연소챔버(100)의 상세 구성도이다.

도 1 내지 도 3을 각각 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 스크러버 시스템은, 연료가스 또는 산소를 플라즈마로 이온화시켜 화염을 발생시킴과 아울러 폐가스를 연소 처리할 수 있는 연소챔버(100)와, 상기 연소챔버(100)의 하부에서 물을 공급받아 배기되는 가스를 수처리하며, 장비의 과열을 방지하는 제1냉각챔버(200)와, 상기 제1냉각챔버(200)의 하부에서 폐 가스의 연소 생성물을 수용하여, 드레인펌프(800)를 통해 물과 함께 배출될 수 있도록 하는 수조(300)와, 상기 제1냉각챔버(200)에서 미처리된 폐 가스를 수처리하며, 장비의 과열을 방지하는 제2냉각챔버(400)와, 상기 제2냉각챔버(400)의 상부에 위치하여 배기 되는 가스에 물을 분사하여 수용성 폐 가스를 처리하는 용해챔버(500)와, 상기 용해챔버(500)에서 미처리된 작은 입자나 수증기를 상기 수조(300)로 유입시키는 사이클론(600)과, 상기 수조(300)에 저장된 물을 상기 제1냉각챔버(200)와 제2냉각챔버(400)로 순환시키는 순환펌프(700)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 연소챔버(100)는, 원통형의 하우징(180)과, 상기 하우징(180) 내로 폐 가스를 공급하는 폐가스공급관(120)과, 상기 하우징(180)의 상부 내측에 위치하며, 외부에서 산소와 연료가스를 공급받아 이를 혼합하여, 플라즈마 및 화염을 발생시켜 상기 폐가스공급관(120)을 통해 공급된 폐가스를 처리하는 연소노즐부(130)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 하이브리드 스크러버 시스템의 구성과 작용에 대하여 보다 상세히 설명한다.

먼저, 연소챔버(100)는 하부가 제1냉각챔버(200)의 상부에 연결되도록 개방되며, 상부가 밀폐된 원통형의 하우징(180)의 상부 중앙에 외부로부터 관통되어 하부 끝단이 상기 하우징(180) 내에 위치하는 연소노즐부(130)가 마련되어 있으며, 역시 하우징(180)의 상부 일부에는 폐가스가 공급되는 폐가스공급관(120)이 마련되어 있다.

상기 연소노즐부(130)의 구체적인 구성은 제1유체를 공급하는 제1공급구(137)가 측면에 마련된 금속재 상부캡(132)과, 상기 금속재 상부캡(132)의 하부에 결합되되 그 사이에 공간을 마련하여 상기 제1공급구(137)를 통해 유체가 공급되도록 하는 절연체(134)와, 상기 절연체(134)의 하부에 결합되며, 금속재 제2관부(136)를 하부 중앙에서 고정 지지하는 하부캡(133)과, 상기 절연체(134)의 중앙을 관통하여 설치되며, 상기 제2관부(136)의 내측 일부까지 연장되는 제1관부(135)와, 상기 상부캡(132)의 중앙을 관통하여 상기 제1관부(135)의 내측 일부까지 연장되는 전극(131)과, 상기 절연체(134)의 측면에 마련되어 상기 제1관부(135)의 외면과 제2관부(136)의 내면이 이루는 공간부(139)에 제2유체를 공급하는 제2공급구(138)를 포함하여 구성된다.

상기 제2관부(136)는 금속재이며, 제1관부(135)는 열과 오염에 강한 석영 또는 알루미나 등 절연재질로 한다.

상기 제1공급구(137)와 제2공급구(138)를 편심 되게 형성하여, 제1공급구(137)와 제2공급구(138)를 통해 공급되는 제1유체와 제2유체는 서로 혼합이 용이하도록 내부에서 소용돌이 형으로 회전하게 되도록 한다.

이와 같은 연소노즐부(130)의 구성은 상기 제1공급구(137)와 제2공급구(138)를 통해 제1유체인 연료가스와 제2유체인 산소를 공급하거나, 반대로 제1유체인 산소와 제2유체인 연료가스를 공급하여, 상기 제1관부(135)의 끝단보다 하향으로 더 길게 위치하는 제2관부(136)의 내측에서 산소와 연료가스가 혼합되도록 한 후, 전극(131)에 전원을 인가하면 그 전극(131)의 끝단으로부터 금속재인 상기 제2관부(136)로 플라즈마 방전이 발생하며, 연료가스와 혼합된 산소를 이온화시키며 연료가스를 점화하게 된다. 상기 이온화는 화염의 폐가스 처리 효율을 높일 수 있으며, 따라서 폐가스공급관(120)을 통해 공급된 폐가스의 처리를 용이 하게 된다.

상기 제1공급구(137)로 공급된 제1유체인 연료가스 또는 산소는 상기 상부캡(132)와 절연체(137) 사이의 공간에서 회전하며, 상기 절연체(137)의 중앙부에 관통 삽입된 제1관부(135)를 통해 하향 이동하게 된다.

또한 상기 제2공급구(138)로 공급된 제2유체인 산소 또는 연료가스는 상기 제1관부(135)와 제2관부(136)의 사이에 마련된 공간부(139)에 유입되며, 이때 제2공급구(138) 역시 상기 공간부(139)의 중앙에 대하여 편심되게 형성되어 제2유체가 회전하면서 상기 제1관부(136)의 외측 끝단으로 공급된다.

상기 제1유체와 제2유체는 상기 제1관부(135)의 끝단측의 제2관부(136) 내에서 서로 혼합된다. 이때 상기 전극(131)에 전원이 공급되여 그 전극(131)의 끝단에서 상기 제2관부(136)로 방전이 일어나며 상기 제1유체와 제2유체의 혼합기체 즉, 연료가스와 산소의 혼합가스를 점화하여 연소시켜, 화염을 발생시킨다.

상기 발생된 화염으로 상기 폐가스를 처리하게 되며, 본 발명은 플라즈마를 이용하여 화염의 열효율을 극대화시켜 폐가스의 처리 효율을 보다 향상시킬 수 있게 된다.

이때 소비되는 플라즈마의 전력량은 대략 50~500W정도의 전력이 소모되며, 또한 화염의 정도는 상기 하우징(180)의 상부에 마련된 제1자외선센서(161)를 통해 확인할 수 있다.

상기 플라즈마를 이용한 화염처리된 폐가스는 상기 연소챔버(100)의 하부에 마련된 제1냉각챔버(200)를 지나면서, 냉각되어 일부 반응물이 석출된다.

상기 제1냉각챔버(200)는 순환펌프(700)에 의해 물이 공급되어 냉각이 이루어지며 또한 일부 반응물이 챔버 내에 쌓이는 것을 방지하게 된다. 상기 순환펌프(700)는 석출물이 유입되는 수조(300)의 물을 순환시킨다.

상기 제1냉각챔버(200)의 하부는 수조(300)의 내부로 연결되며, 일부가 수조(300)에 저장된 물의 수면 아래로 위치하는 연결관(210)에 연결된다. 이러한 연결관(210)의 형상은 폐가스의 흐름을 하부 수조로 이동하지 못하게 방지하기 위한 것이다.

상기 수조(300) 밖의 연결관(210)의 일부에는 분기연결관(220)이 상기 제2냉각챔버(400)에 연결된다. 제2냉각챔버(400)에는 분사노즐(410)이 구비되어, 상기 분기연결관(220)의 내부로 냉각수를 분사하면서, 상기 일부 처리된 폐 가스를 냉각하고, 발생된 석출물을 상기 연결관(210) 측으로 밀어 상기 수조(300)로 유입되도록 한다.

상기 제2냉각챔버(400)의 분사노즐(410)에 공급되는 물 역시 상기 순환펌프(700)에 의해 순환하는 수조(300)의 물이다.

상기 제2냉각챔버(400)에서 수처리 되지 않은 폐 가스는 용해수조(500)를 통과하면서, 용해수조(500)의 상부측에 마련된 분사노즐(510)에서 분사되는 물에 의해 다시 수처리되어 용해시키며, 분말형태로 발생되는 부산물도 차단시켜 배출한다. 상기 분사노즐(510)에 공급되는 물은 상수공급관(520)을 통해 공급된다.

이처럼 용해수조(500)에서 미처리된 작은 입자의 물질이나 수증기 형태의 물질은 사이클론(600)을 통해 수조(300)에 유입된다. 상기와 같은 과정을 반복하여 오염된 수조(300)의 물은 드레인펌프(800)를 통해 배출된다.

이처럼 본 발명은 플라즈마를 이용하여 연료가스 또는 산소의 이온화를 통한 화염의 열효율을 극대화시켜 연소노즐부(130)의 화염을 발생시키는 구조로 하여 폐가스의 처리 효율을 높일 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소챔버(100)의 단면 구성도이고, 도 5는 도 4의 연소챔버(100)를 사용하는 시스템의 구성도이다.

도 4와 도 5를 각각 참조하면 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소챔버(100)는, 원통형의 하우징(180)과, 상기 하우징(180) 내로 폐 가스를 공급하는 폐가스공급관(120)과, 상기 하우징(180)에 마련되어 플라즈마와 화염을 발생시켜 폐 가스를 처리하는 연소노즐부(130)와, 상기 하우징(180)의 내측에 위치하며, 외부에서 연결되는 산소공급관(150)을 통해 공급된 산소와, 연료가스공급관(110)으로부터 연료 가스를 공급받아 분사하는 원통형의 연소실(140)과, 상기 하우징(180)의 내측에 위치하며, 상기 연료가스공급관(110)으로부터 분기 되어 상기 폐가스공급관(120)에 연료가스를 공급하여, 점화를 위한 점화기(163)와, 연소상태를 확인할 수 있는 제1자외선센서(161) 및 제2자외선센서(162)와, 상기 하우징(180)의 하부측에 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(190)을 포함한다.

상기 하우징(180)은 상부측의 연소챔버하우징(181)과, 상기 연소챔버하우징(181)의 하부에 위치하는 파일럿챔버하우징(182)과, 상기 연소챔버하우징(181)의 상부를 덮는 중공매니폴드(185)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연소식 스크러버 시스템의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 연소챔버(100)는 앞서 설명한 바와 같이 연소노즐부(130)를 구비하여 연소노즐부(130)에서 발생되는 플라즈마로 연료가스(LNG) 또는 산소(O2)를 이온화시켜 화염을 발생시키고, 그 화염으로 폐가스를 처리하게 된다. 이와 같은 연소노즐부(130)의 구성과 작용은 앞선 실시예에서 충분히 설명되었으므로 상세한 설명을 생략한다.

또한 연소챔버(100)는 상하로 구분되는 두 개의 원통형 하우징을 포함한다. 상부에는 연소챔버하우징(181)이 마련되며, 그 내부에는 단열재(183)가 충진 되어 연소열이 유지될 수 있도록 단열시킨다.

또한 상기 연소챔버하우징(181)의 하부에 위치하는 파일럿챔버하우징(182)에는 냉각수공급관(190)을 통해 냉각수가 공급되어 점화로 인한 장비의 온도 상승을 방지하여 과열이 발생하는 것을 방지한다.

상기 냉각수공급관(190)을 통해 공급된 냉각수는 파일럿챔버하우징(182)과 순환관(184)을 통해 상기 연소챔버하우징(181)의 상부를 덮는 중공매니폴드(185)에 공급되어 역시 장치의 과열을 방지하는 역할을 한다.

상기 연소챔버하우징(181)의 내측에는 원통형의 연소실(140)이 위치하며, 그 연소실(140)의 내경부를 통해 폐 가스가 정화 처리된다. 상기 연소실(140)의 구조는 산소공급관(150)을 통해 산소를 공급받아 내경부를 향해 고르게 분사하는 다수의 산소노즐(142)이 마련된 상부실(141)이 구성된다.

즉, 연소실(140)은 산소공급관(150)과 연료 가스를 분기하여 공급하는 연료가스분기관(111)에 연결되어 있으며, 폐가스공급관(120)에 연결된 연료가스분기관(111)으로 연료가스가 분사되어 폐가스와 연료가스가 서로 예혼합되는 구조다.

상기 연소실(140)의 내경부의 상부측에서는 폐가스공급관(120)을 통해 공급되는 폐 가스가 유입된다. 이때 연료가스공급관(110)을 통해 공급되는 연료 가스는 밸브(113)의 상태에 따라 연료가스분기관(111)과 연소노즐부(130)를 통해 유입되거나, 연소노즐부(130)를 통해 공급될 수 있다.

즉, 선택적으로 연료가스공급관(110)을 통해 연료 가스가 공급되어, 상기 폐 가스와 혼합되어 예혼합 또는 확산을 이루게 된다.

상기 연료가스분기관(111)을 통해 연료 가스가 공급되는 상태에서는 상부실(141)에서 산소 가스의 공급과 연료가스분기관(111)에서 유입되는 예혼합가스와 반응하여 점화기(163)를 통해 연소가 일어나게 된다. 즉, 상기 연소챔버(100)가 예혼합방식으로 동작하게 된다.

또한, 연료노즐부(130)로 연료 가스가 공급되는 경우 연료가스분기관(111)으로는 연료 가스가 공급되지 않으며, 따라서 폐가스공급관(120)을 통해 폐 가스만이 공급되며, 이때 상기 연소노즐부(130)는 연료가스 또는 산소를 플라즈마로 이온화처리한 화염을 발생시켜 폐가스를 처리한다.

즉, 상기 연소챔버(100)가 확산방식으로 동작하게 된다.

상기 산소노즐(142)은 연료실(140)의 내경부 중앙을 향해 분사하도록 다수의 홀을 포함하며, 상기 홀은 다층 배치된다.

이때 산소노즐(142)의 높이 방향 간격은 1 내지 5cm로 하는 것이 바람직하며, 좌우로의 배치는 상기 연소실(140)의 내경 중앙을 기준으로 상호 5 내지 40도의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.

이러한 범위는 실험적인 것이며, 이 범위를 넘어서는 경우 연소가 불완전하게 되어 폐 가스의 처리 효율이 저하되는 것을 확인할 수 있다.

도 6과 도 7은 각각 예혼합 상태의 연소와 확산상태의 연소 상태를 보인 모식도이다.

도 6에 도시된 바와 같이 폐 가스는 연료 가스와 예혼합된 상태에서 연소실(140)의 내경 전체에서 연소되며, 이때는 공정가스 중 고온 열산화가 필요한 가스인 식각공정 중 사용되는 CF₄, SF₆와 같은 가스를 처리하기 위하여 연료 가스의 소모량을 증가시킨 것이다.

도 7은 분해(또는 석출반응)가 용이한 폐 가스인 박막공정에 사용되는 NF₃과 같은 가스를 처리하기 위해 연료 가스의 소모량을 최소화하여 처리할 수 있는 상태를 나타낸다.

따라서 본 발명의 연소챔버(100)는 폐 가스의 종류에 따라 서로 다른 연소 운전 형태를 가질 수 있으며, 하나의 장비로 폐 가스의 종류에 무관하게 적용하여 처리할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 연소과정의 상태는 연소챔버(100)의 상부측에 마련된 제1자외선센서(161)와 상기 연소실(140) 하부 측면측에 마련된 제2자외선센서(162)에 의해 검출된다.

그 다음, 상기와 같은 연소를 통해 처리된 폐 가스의 일부는 상기 파일럿챔버하우징(182)를 지나면서 석출되고, 나머지 폐 가스는 상기 연소챔버(100)의 하부에 마련된 제1냉각챔버(200)를 지나면서, 냉각되어 일부 반응물이 석출되며, 이후의 작용들은 앞선 실시예에서 충분히 설명하였으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

이처럼 본 발명의 다른 실시예는 연료가스 또는 산소를 플라즈마를 이용하여 이온화시켜 화염의 열효율을 최대한 활용하여 폐가스를 화염으로 1차 처리한 후, 폐 가스의 종류에 따라 연소의 형태를 가변할 수 있어, 폐 가스의 처리 효율을 높임과 아울러 동일한 장치로 다양한 폐 가스를 처리할 수 있기 때문에 연료 가스의 낭비를 방지하며, 최적의 처리가 가능하게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100:연소챔버 110:연료가스공급관
111:연료가스분기관 113:밸브
120:폐가스공급관 800:드레인펌프
130:연소노즐부 131:전극
132:상부캡 133:하부캡
134:절연체 135:제1관부
136:제2관부 137:제1공급구
138:제2공급구 139:공간부
140:연소실 141:상부실
142:산소노즐 150:산소공급관
161:제1자외선센서 162:제2자외선센서
163:점화기 180:하우징
181:연소챔버하우징 182:파일럿챔버하우징
183:단열재 200:제1냉각챔버
210:연결관 220:분기연결관
300:수조 400:제2냉각챔버
410,510:분사노즐 520:상수공급관
600:사이클론 700:순환펌프

Claims

연료가스 또는 산소를 플라즈마로 이온화시켜 화염을 발생시킴과 아울러 폐가스를 연소 처리할 수 있는 연소챔버;
상기 연소챔버의 하부에서 연소 처리된 폐 가스를 순환수로 냉각하며, 가스부산물을 처리하는 제1냉각챔버;
상기 제1냉각챔버의 하부에서 물을 저장하며, 반응 부산물을 저장하는 수조;
상기 제1냉각챔버에서 냉각, 부산물이 처리된 가스를 다시 2차적으로 냉각 및 부산물을 수처리 하는 제2냉각챔버;
상기 제2냉각챔버에서 미처리된 가스를 수처리 하여 용해하는 용해챔버; 및
상기 용해챔버에서 미처리된 입자 또는 수증기를 처리하는 사이클론을 포함하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제1항에 있어서,
상기 연소챔버는,
하우징의 내부로 폐 가스를 공급하는 폐가스공급관; 및
상기 하우징의 상부 내측에 위치하며, 외부에서 산소와 연료가스를 공급받아 플라즈마를 통해 이온화시켜 화염을 발생시키며, 상기 폐가스공급관을 통해 공급된 폐가스를 상기 연소챔버 내에서 처리하는 연소노즐부를 포함하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제2항에 있어서,
상기 연소노즐부는,
산소 또는 연료가스를 공급하는 제1공급구가 측면에 마련된 금속재 상부캡;
상기 금속재 상부캡의 하부에 결합 되며, 그 사이에 공간을 마련하여 상기 제1공급구를 통해 상기 산소 또는 연료가스가 공급되도록 하는 절연체;
상기 절연체의 하부에 결합 되며, 금속재 제2관부를 하부 중앙에서 고정 지지하는 금속재 하부캡;
상기 절연체의 중앙을 관통하여 설치되며, 상기 제2관부의 내측 일부까지 연장되는 절연체 제1관부;
상기 상부캡의 중앙을 관통하여 상기 제1관부의 내측 일부까지 연장되는 전극; 및
상기 절연체의 측면에 마련되어 상기 제1관부의 외면과 제2관부의 내면이 이루는 공간부에 연료가스 또는 산소를 공급하는 제2공급구를 포함하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제3항에 있어서,
상기 제1공급구과 제2공급구는 각각 상기 상부캡과 상기 절연체의 중앙으로부터 편심되게 형성되어 산소 또는 연료가스가 회전하면서 혼합이 용이하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연소챔버는,
원통형의 하우징;
상기 하우징의 내측에 위치하며, 외부에서 연결되는 산소공급관을 통해 공급된 산소를 분사하는 원통형의 연소실; 및
상기 폐 가스를 상기 하우징 내에 공급하는 폐가스공급관에 연결되어, 상기 폐 가스와 연료 가스가 혼합되도록 하는 연료가스분기관을 포함하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제5항에 있어서,
상기 하우징은,
상부에 중공매니폴드가 덮히며, 측면에 단열재가 충진되는 연소챔버하우징; 및
상기 연소챔버하우징의 하부에 위치하며, 냉각수가 순환되는 파일럿챔버하우징을 포함하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제6항에 있어서,
상기 파일럿챔버하우징의 냉각수는 순환관을 통해 상기 중공매니폴드에 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스크러버 시스템.
제5항에 있어서,
상기 연소실은,
내경부 중앙을 향해 상기 산소를 분사하도록 둘레를 따라 마련되며, 상하로도 다수 배치되는 산소노즐을 포함하고,
상기 산소노즐 각각의 높이 방향의 간격은 1 내지 5cm이며,
좌우로의 배치는 상기 연소실의 내경 중앙을 기준으로 상호 5 내지 40도의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 스크러버 시스템.