KR101411964B1 - 가스 처리장치 - Google Patents

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토시아키 카토
히로시 이마무라
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칸켄 테크노 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 관리가 용이하고 유지보수의 빈도가 낮고, 또한 반도체 제조 프로세스 등의 공업 프로세스로부터 배출되는 여러가지 종류의 처리 대상 가스를 처리할 수 있는 범용성이 높은 가스 처리장치를 제공한다. 대기압 플라즈마(P) 및 대기압 플라즈마(P)를 향하여 공급되는 처리 대상 가스(F)를 둘러싸고, 그 내부에 처리 대상 가스(F)의 열분해를 행하는 반응기(12)를 갖는 가스 처리장치(10)에 있어서, 반응기(12)에는 그 내면을 물(W)로 덮기 위한 물 공급수단(16)이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 구성에 의해 반응기(12)의 내면 대략 전체에 이른바 「젖은 벽」이 형성된다. 이 때문에, 처리 대상 가스(F) 중의 고형 성분이 반응기(12)의 내면에 접촉하여 부착·퇴적되는 것을 방지할 수 있는 동시에, 상기 내면의 열화를 지연시킬 수 있다.
반도체 제조 프로세스, 가스 처리장치, 대기압 플라즈마, 열분해, 반응기, 물 공급수단

Description

가스 처리장치{Gas processing apparatus}
본 발명은 인체에 유해한 가스, 지구 온난화 가스, 오존층 파괴 가스를 포함하는 가스, 특히 반도체나 액정 등의 제조 프로세스로부터 배출되는 가스를 분해 처리하는 장치에 관한 것이다.
현재, 물건을 제조하거나, 처리하거나 하는 공업 프로세스로서, 다종다양한 것이 개발·실시되고 있고, 이러한 다종다양한 공업 프로세스로부터 배출되는 가스(이하, 「처리 대상 가스」라고 함)의 종류도 대단히 다방면에 걸쳐 있다.
이 때문에, 공업 프로세스로부터 배출되는 처리 대상 가스의 종류에 따라, 여러 가지 종류의 가스 처리방법 및 가스 처리장치가 구별되어 사용되고 있다.
예를 들면, 반도체 제조 프로세스 하나를 예로 들어도, 모노실란(SiH4), 염소 가스, PFC(퍼플루오로 컴파운드) 등 여러 가지 종류의 가스가 사용되고 있고, 처리 대상 가스로 모노실란이 포함되어 있는 경우에는 열분해식, 연소식, 흡착식 또는 화학반응식 등의 처리장치가 사용되고, 처리 대상 가스에 염소 가스가 포함되어 있는 경우는 약액을 사용한 습식이나 흡착식 등의 처리장치가 사용되고, 처리 대상 가스에 PFC가 포함되어 있는 경우는 촉매식, 열반응식, 열분해식, 연소식, 플라즈마식의 가스 처리장치가 사용되고 있다.
이와 같이 공업 프로세스로부터 배출되는 여러 가지 종류의 처리 대상 가스에 따라서 가스 처리장치를 하나하나 준비하면, 사용자에게 있어서 장치의 관리가 복잡해지는 동시에, 유지보수에 요하는 시간이나 비용이 증대한다. 이것이 결과적으로 제품의 비용에 영향을 미쳐, 제품의 비용 경쟁력의 저하를 초래하였다.
그래서, 공업 프로세스로부터 배출되는 처리 대상 가스에는 고온하에서 열분해 가능한 것이 많기 때문에, 특허문헌 1에 개시하는 바와 같은 열분해식의 가스 처리장치, 즉 반응기 내에 대기압 플라즈마를 분출시키고, 이 대기압 플라즈마를 향하여 처리 대상 가스를 공급하여 분해 처리하는 장치를 사용하면, 적어도 고온하에서 열분해 가능한 처리 대상 가스는 그 종류에 관계 없이 1개의 장치에서 분해 처리할 수 있게 된다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2000-334294호
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 상술한 바와 같은 가스 처리장치를 사용한 경우, 열분해성의 처리 대상 가스의 대부분을 분해 처리할 수 있지만(즉, 범용성이 있다), 처리 대상 가스를 따라 반응기 내로 진입하는 고형물이나 열분해시에 반응기 내에서 부생하는 고형 성분이 반응기 내벽에 부착·퇴적되거나, 상시 고온에 노출되는 반응기의 내면이 단기간에 열화되거나 하게 된다는 문제가 있었다. 이 때문에, 종래의 기술에서는 여전히 가스 처리장치를 빈번하게 멈추고 반응기의 청소나 교환 등과 같은 유지보수를 해야만 하여, 제품비용의 저감에도 기여하지 못했다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 개발된 것이다. 그러므로 본 발명의 주된 과제는 관리가 용이하고 유지보수의 빈도가 낮고, 또한 반도체 제조 프로세스 등의 공업 프로세스로부터 배출되는 여러 가지 종류의 처리 대상 가스를 처리할 수 있는 범용성이 높은 가스 처리장치를 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
청구범위 제 2 항에 기재한 발명은 「대기압 플라즈마(P) 및 대기압 플라즈마(P)를 향하여 공급되는 처리 대상 가스(F)를 둘러싸고, 그 내부에서 처리 대상 가스(F)의 열분해를 행하는 반응기(12)를 구비하는 가스 처리장치(10)에 있어서, 반응기(12)에는 그 내면을 물(W)로 덮기 위한 물 공급수단(16)이 설치되어 있다」는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치(10)이다.
본 발명에서는 반응기(12)의 내면을 물(W)로 덮기 위한 물 공급수단(16)이 설치되어 있기 때문에, 반응기(12) 내면의 대략 전체에 소위 「젖은 벽」이 형성된다. 이 때문에, 처리 대상 가스(F)를 따라 반응기(12) 내에 고형 성분이 진입하는 경우나 처리 대상 가스(F)를 대기압 플라즈마(P)에서 열분해할 때 고형 성분이 부생하는 경우, 이들 고형 성분은 반응기(12)의 내면에 부착되기 전에 반응기(12)의 내면을 덮는 물(W)과 접촉하여 이 물(W)에 용해되거나 또는 물(W)과 함께 반응기(12) 밖으로 흐른다. 그러므로, 반응기(12) 내로 진입하거나 또는 반응기(12) 내에서 부생한 고형 성분이 반응기(12)의 내면에 접촉하여 부착·퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 「젖은 벽」이 형성됨으로써, 반응기(12)의 내면이 직접 고온에 노출되는 것을 방지할 수 있고, 상기 내면의 열화를 지연시킬 수 있다.
또한, 가스 처리장치(10)는 처리 대상 가스(F)의 열분해에 대기압 플라즈마(P)를 사용하고 있기 때문에, 전열 히터를 사용하는 경우와 같이, 상기 열분해에 있어서 반응기(12)를 예열하여 둘 필요가 없다. 또한, 반응기(12)의 내면은 항상 물(W)로 덮여 있고 반응기(12) 자체가 고온이 되지 않기 때문에, 처리 대상 가스(F)의 열분해를 종료할 때 반응기(12)를 식힐 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의하면, 상승·하강을 순식간에 행할 수 있는 가스 처리장치(10)를 제공할 수 있다.
또, 반응기(12)의 내면을 덮는 물(W)은 대기압 플라즈마(P)로부터의 열을 받아 기화되고, 기화된 물(W; 수증기)은 또 열을 받아 산소와 수소로 해리된다. 이렇게 하여 생성된 산소 및 수소는 반응기(12) 내에서 처리 대상 가스(F)와 반응함으로써, 처리 대상 가스(F)의 분해에 기여한다.
또, 본 명세서에 있어서, 「대기압 플라즈마(P)」는 대기압 조건하에서 생성하는 플라즈마이고, 열 플라즈마, 마이크로파 플라즈마 및 화염을 포함하는 광의의 플라즈마를 의미한다.
청구범위 제 2 항에 기재한 발명은 상술한 가스 처리장치(10)에 있어서, 「내부에서 발생된 대기압 플라즈마(P)를 반응기(12)에 공급하는 비이행형(非移行型)의 플라즈마 발생장치(14)를 구비하고 있고, 반응기(12)에는 비이행형(非移行型)의 플라즈마 발생장치(14)로부터 공급된 대기압 플라즈마(P)를 반응기(12) 내에 도입하기 위한 플라즈마 도입 구멍(26)과, 처리 대상 가스(F)를 도입하기 위한 처리 대상 가스 도입 구멍(28)이 서로 다른 위치에 형성되어 있고, 상기 물 공급 수단에 공급하는 물을 저류하는 동시에 상기 반응기의 내면을 흐른 물이 회수되는 물 탱크와, 그 물 탱크의 물을 상기 반응기의 내면에 공급하는 펌프를 구비한다」는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 플라즈마 발생장치(14)의 내부에서 대기압 플라즈마(P)를 발생시킨 후, 이 대기압 플라즈마(P)를 반응기(12)의 플라즈마 도입 구멍(26)을 통해서 반응기(12) 내로 도입하도록 되어 있다. 또, 대기압 플라즈마(P)와 처리 대상 가스(F)는 반응기(12)에 있어서 서로 다른 위치에 형성된 플라즈마 도입 구멍(26)과 처리 대상 가스 도입 구멍(28)으로부터 각각 별개로 반응기(12) 내에 도입되기 때문에, 처리 대상 가스(F)가 플라즈마 발생장치(14) 내를 통과하지 않는다.
이와 같이, 대기압 플라즈마(P)를 플라즈마 발생장치(14)의 내부에서 발생시킴으로써, 대기압 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 전극 등을 반응기(12)의 내부에 형성할 필요가 없어져, 반응기(12)의 내부에 설치된 전극 등이 핵이 되어 상기 고형 성분이 반응기(12)의 내부에 부착·퇴적되지 않는다.
또, 처리 대상 가스(F)가 플라즈마 발생장치(14) 내를 통과하지 않기 때문에, 대기압 플라즈마(P)를 발생시키는 전극 등이 처리 대상 가스(F)와 접촉하여 부식될 우려가 없다.
청구범위 제 3 항에 기재한 발명은 청구범위 제 2 항에 기재된 가스 처리장치(10)에 있어서, 「반응기(12)의 전단에는 처리 대상 가스(F)를 수세하는 전단 습식 스크러버(18; scrubber)가 추가로 설치되어 있다」는 것을 특징으로 하는 것으로, 이것에 의해, 처리 대상 가스(F) 자체에 많은 고형 성분이나 수용성 성분이 포함되어 있는 경우, 처리 대상 가스(F)를 반응기(12)에 공급하기 전에 상기 처리 대상 가스(F) 중으로부터 고형 성분이나 수용성 성분을 제거할 수 있어, 반응기(12)에서 처리해야 하는 고형 성분이나 수용성 성분의 양을 저감할 수 있다.
청구범위 제 4 항에 기재한 발명은 청구범위 제 2 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 처리장치(10)에 있어서, 「반응기(12) 내 또는 반응기(12)에 처리 대상 가스(F)를 공급하는 가스 공급로 내의 적어도 한쪽에 산화성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 한쪽을 도입하는 분해 조제 도입부(62)를 추가로 구비한다」는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 반응기(12) 내 또는 가스 공급로 내의 적어도 한쪽에, 분해 조제 도입부(62)를 통해서 산화성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 한쪽을 도입할 수 있다. 이 때문에, 산화성 가스를 도입한 경우에는 처리 대상 가스(F)를 대기압 플라즈마(P)에서 열분해할 뿐만 아니라, 열분해한 처리 대상 가스(F)를 산화시킬 수 있고, 이것에 의해 열분해 후의 처리 대상 가스(F)를 무해한 성분으로 변환할 수 있다. 요컨대, 처리 대상 가스(F)의 저해 효율을 높일 수 있다.
한편, 환원성 가스를 도입한 경우에는 처리 대상 가스(F)의 저해 효율을 높일 수 있는 동시에, 대기압 플라즈마(P)의 작동가스나 공기 등에 유래하는 질소가 고온의 반응기(12) 내에서 산소와 결합함으로써 생기는 질소 산화물(NOx)을 분해하여 무해한 질소와 물로 변환할 수 있다.
청구범위 제 5 항에 기재한 발명은 청구범위 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 처리장치(10)에 있어서, 「물 공급수단(16)으로 사용하는 물(W)에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급장치(64)를 추가로 구비한다」는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서는 물 공급수단(16) 또는 전단 습식 스크러버(18)에서 사용하는 물(W)의 적어도 한쪽에 첨가한 암모니아가 고온의 반응기(12) 내에 도입되었을 때 기화되고, 이 기화된 암모니아가 환원성 가스로서, 상술한 바와 같이, 처리 대상 가스(F)의 저해에 기여하는 동시에 질소 산화물을 분해한다.
청구범위 제 6 항에 기재한 발명은 청구범위 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 처리장치(10)에 있어서, 「반응기(12)로부터 배출된 열분해 처리 후의 배기가스(G)를 수세하는 후단 습식 스크러버(22)가 설치되어 있다」는 것을 특징으로 하는 것으로, 이것에 의해, 처리 대상 가스(F)를 열분해하였을 때 발생하는 수용성 성분이나 고형 성분을 배기가스(G) 중으로부터 수세·제거할 수 있기 때문에, 열분해 후의 배기가스(G)를 더욱 청정한 상태로 대기중으로 배출할 수 있다.
청구범위 제 7 항에 기재한 발명은 청구범위 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 처리장치(10)에 있어서, 「전단 습식 스크러버(18)의 입구측과 가스 처리장치(10) 출구측에 설치된 배기 팬(54)의 입구측을 연결하는 상시 폐쇄의 바이패스 배관(56)과, 배기 팬(54)의 입구측에 접속되어, 브리더(breather) 밸브(58)를 통해서 반응기(12)로부터 배출된 열분해 처리 후의 배기가스(G)의 유로에 대기를 도입하는 대기 도입 배관(60)이 설치되어 있다」는 것을 특징으로 하는 것으로, 이것에 의해, 반응기(12) 내에서 어떠한 트러블이 발생한 경우에는 처리 대상 가스(F)를 바이패스 배관(56)에 통류시키는 동시에, 브리더 밸브(58)를 전체 개방으로 하여 배기가스(G)의 유로에 다량의 대기를 도입하는 것으로, 처리 대상 가스(F)를 안전한 농도로까지 희석하여 긴급 피난적으로 배출할 수 있다.
청구범위 제 8 항에 기재한 발명은 청구범위 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 가스 처리장치(10)에 있어서, 「물탱크(20)에 저류된 물(W)의 온도를 측정하는 수온계(46)와, 수온계(46)로부터의 수온 신호를 받아, 물탱크(20)에 저류된 물(W)의 수온이 일정해지도록 제어하는 수온 조정수단을 갖는다」는 것을 특징으로 한다.
반응기(12)의 내면에 「젖은 벽」을 형성한 후, 물탱크(20)에 회수되는 물(W)은 반응기(12)의 내면을 흐를 때 따뜻해져 온수(또는 가열되어 열수)가 된다. 이 때문에, 물탱크(20)의 수온은 서서히 상승하게 된다.
그런데, 물 공급수단(16)으로부터 반응기(12)의 내면에 공급되는 물(W)의 온도가 높은 경우, 반응기(12) 내면에 공급된 물(W)이(대기압 플라즈마(P)의 열을 흡수하여) 곧 증발하여 버려 반응기(12) 내면의 대략 전체에 「젖은 벽」을 형성할 수 없게 된다.
그래서, 본 발명에서는 물탱크(20)에 저류된 물(W)의 온도가 일정해지도록 제어하는 「수온 조정수단」을 설치하고 있기 때문에, 물 공급수단(16)으로부터 반응기(12)의 내면에 공급하는 물(W)의 온도를 일정하게 유지할 수 있고(즉, 물 공급수단(16)으로부터 반응기(12)의 내면에 공급하는 물(W)의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있고), 이 결과, 항상 반응기(12) 내면의 대략 전체에 「젖은 벽」을 형성할 수 있다.
발명의 효과
청구범위 제 2 항 내지 제 8 항에 관계되는 발명에 의하면, 반응기 내면의 대략 전체에 소위 「젖은 벽」을 형성할 수 있기 때문에, 반응기 내에 진입하거나 또는 반응기 내에서 부생한 고형 성분이 반응기의 내면에 접촉하여 부착·퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 고형 성분이 반응기의 내면에 부착되지 않고, 또한 내면을 열화시키지 않고, 관리가 용이하고 유지보수의 빈도가 낮은 가스 처리장치를 제공할 수 있다.
또한, 청구범위 제 2 항에 관계되는 발명에 의하면, 고형 성분이 반응기의 내부에 부착·퇴적되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 덧붙여, 대기압 플라즈마(P)를 발생시키는 전극 등이 처리 대상 가스와 접촉하여 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 청구범위 제 3 항 내지 제 6 항에 관계되는 발명에 의하면, 처리 대상 가스의 종류에 관계 없이, 그 전체에 있어서 저해 효율을 높일 수 있다.
또, 청구범위 제 7 항에 관계되는 발명에 의하면, 가스 처리장치에 어떠한 트러블이 발생한 경우라도, 처리 대상 가스를 안전한 농도로까지 희석하여 긴급 피난적으로 배출할 수 있다.
또한, 청구범위 제 8 항에 관계되는 발명에 의하면, 물 공급수단으로부터 반응기의 내면에 공급하는 물의 온도를 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 항상 반응기 내면의 대략 전체에 「젖은 벽」을 형성할 수 있고, 반응기 내면에 고형 성분이 부착·퇴적되는 것을 더 한층 효과적으로 방지할 수 있는 동시에 그 열화를 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 관리가 용이하고 유지보수의 빈도가 낮고, 또한 반도체 제조 프로세스 등의 공업 프로세스로부터 배출되는 여러 가지 종류의 처리 대상 가스를 처리할 수 있는 범용성이 높은 가스 처리장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예(과류식(overflow type) 물 공급)의 가스 처리장치를 도시하는 구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예(분해 조제 가스 도입)의 가스 처리장치를 도시하는 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예(암모니아 첨가)의 가스 처리장치를 도시하는 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예(스프레이식 물 공급)의 가스 처리장치를 도시하는 구성도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예(가스버너)의 가스 처리장치를 도시하는 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 가스 처리장치
12 : 반응기
12a : 외통
12b : 내통
14 : 플라즈마 발생장치
16 : 물 공급수단
18 : 전단 습식 스크러버
20 : 물탱크
22 : 후단 습식 스크러버
24 : 물 저류부
36 : 물 공급 배관
38 : 펌프
40 : 가지 배관
42 : 배수관
44 : 열교환기
46 : 수온계
48 : 물 공급 배관
50 : 새로운 물 공급 배관
52 : 유량 조정장치
54 : 배기 팬
56 : 바이패스 배관
58 : 브리더 밸브
60 : 대기 도입 배관
62 : 분해 조제 도입부
64 : 암모니아 공급장치
66 : 스프레이 노즐
P : 플라즈마제트
F : 배출가스
G : 작동가스
S : (반응통관벽 내의) 공간
이하, 본 발명을 개시하는 실시예에 따라서 설명한다. 도 1은 본 실시예의 가스 처리장치(10)의 개요를 도시한 구성도이다. 이 도면이 도시하는 바와 같이, 본 실시예의 가스 처리장치(10)는 대략, 반응기(12), 플라즈마 발생장치(14), 물 공급수단(16), 전단 습식 스크러버(18), 물탱크(20) 및 후단 습식 스크러버(22) 등으로 구성되어 있다.
반응기(12)는 후술하는 플라즈마 발생장치(14)에서 발생시킨 대기압 플라즈마(P)와 처리 대상 가스(F)를 둘러싸고, 그 내부에서 처리 대상 가스(F)를 열분해하기 위한 장치로, 구체적으로는 양 단면이 폐색되어, 물탱크(20)상에 설치된 원통형의 외통(12a)과, 외통(12a)의 내측에 수용되어, 외통(12a)보다도 소직경이고 또한 양 단면이 개방되는 동시에, 축방향 일방 단부(상단부)가 외통(12a)의 상단면과의 사이에 빈틈을 형성하도록 배치되고, 축방향 타방 단부(하단부)가 외통(12a)의 하단면을 관통하여 물탱크(20) 내로 연장되는 원통형의 내통(12b)으로 구성된 2중관이다.
이 반응기(12)의 외통(12a) 내주면과 내통(12b) 외주면의 사이에 형성된 공간에는 반응기(12; 더욱 구체적으로는 내통(12b))의 내면을 따라 흘르는 물(W)을 일시적으로 저류하는 물 저류부(24)가 형성되어 있다.
또, 외통(12a)의 상단면에는 그 중심에 플라즈마 도입 구멍(26)이 형성되어 있는 동시에, 상기 플라즈마 도입 구멍(26)의 주변에 1 또는 복수(도 1에 도시하는 실시예에서는 2개)의 처리 대상 가스 도입 구멍(28)이 형성되어 있다.
또한, 물탱크(20) 내로 연장된 내통(12b)의 하부에는 열분해 처리 후의 처리 대상 가스(F; 즉 배기가스(G))를 내통(12b)의 내측으로부터 외측을 향하여 배출하는 배기가스 배출 구멍(30)이 형성되어 있다.
플라즈마 발생장치(14)는 고온의 대기압 플라즈마(P)를 생성하는 전극을 내부에 구비하는 플라즈마토치(14a)와, 플라즈마토치(14a)의 전극에 전위를 인가하는 직류전원(14b)과, 플라즈마토치(14a)에 작동가스를 공급하는 작동가스 공급장치(14c)로 구성되어 있다.
플라즈마토치(14a)는 플라즈마 도입 구멍(26)으로부터 내통(12b)의 내부를 향하여 대기압 플라즈마(P)를 분사할 수 있도록 외통(12a)의 상단 외면 중앙부에 장착되어 있다.
직류전원(14b)은 플라즈마토치(14a)의 내부에 설치된 한 쌍의 전극에 소정의 방전전압을 인가하여 전극간에 플라즈마 아크를 발생시키는 것이다. 본 실시예에서는 소위 스위칭 방식의 전원장치를 사용하고 있다.
작동가스 공급장치(14c)는 플라즈마토치(14a)에 질소나 수소, 또는 아르곤 등의 작동가스를 송급하는 것으로, 작동가스를 저장하는 저장탱크(도시하지 않음), 및 이 저장탱크와 플라즈마토치(14a)를 연통하는 작동가스 공급 배관(32)을 갖는다.
본 실시예의 작동가스 공급장치(14c)에는 작동가스 공급 배관(32)에 질량 유량 제어수단(34)이 설치되어 있다. 이 질량 유량 제어수단(34)은 작동가스 공급 배관(32)을 통하여 플라즈마토치(14a)에 공급하는 작동가스의 양을 일정하게 제어하는 것이다.
물 공급수단(16)은 내통(12b)의 내면을 따라 물(W)을 흘리기 위한 수단이고, 본 실시예에서는 상술한 물 저류부(24), 물탱크(20)와 물 저류부(24)를 연통하는 물 공급 배관(36) 및 물탱크(20)에 저축된 물(W)을 물 저류부(24)에 공급하는 펌프(38)로 구성되어 있다. 요컨대, 물탱크(20)의 물(W)을 물 저류부(24)에 공급하여, 내통(12b)의 상단으로부터 물(W)을 오버플로시킴으로써, 이들이 내통(12b)의 내면을 따라 물(W)을 흘리는 물 공급수단(16)으로서 기능한다.
전단 습식 스크러버(18)는 처리 대상 가스 발생원에 접속된 배기가스 덕트(도시하지 않음)로부터 공급되는 처리 대상 가스(F)에 물을 분무하여 상기 처리 대상 가스(F) 중으로부터 고형 성분이나 수용성 성분을 수세 제거하는 것으로, 일단이 상기 배기가스 덕트에 접속되고, 타단이 처리 대상 가스 도입 구멍(28)에 직결 된 직관형의 스크러버 본체(18a)와, 스크러버 본체(18a) 내부에 설치되어, 물(W) 등의 약액을 분무하는 스프레이 노즐(18b)로 구성되어 있다. 또, 스프레이 노즐(18b)에는 물 공급 배관(36)으로부터 분기한 가지 배관(40)이 접속되어 있고, 이것에 의해 스프레이 노즐(18b)에 물탱크(20)의 물(W)이 공급되도록 되어 있다.
본 실시예에서는 전단 습식 스크러버(18)를 반응기(12)의 상단면에 형성된 처리 대상 가스 도입 구멍(28)에 직결하여, 스프레이 노즐(18b)로부터 분무된 물(W)이 반응기(12) 내부로 공급되도록 되어 있다. 이렇게 함에 따라 전단 습식 스크러버(18)로부터 반응기(12)에 도달할 때까지의 유로나 처리 대상 가스 도입 구멍(28)에 처리 대상 가스(F) 중의 고형 성분이 부착·퇴적되는 것을 확실히 방지할 수 있다.
또, 전단 습식 스크러버(18)가 2계통 설치되어 있지만, 이렇게 함으로써, 예를 들면, 1개의 프로세스로 모노실란 등의 가연성(可燃性) 가스와 NF3 등의 지연성(支燃性) 가스가 배출되는 경우에 있어서, 혼합함으로써 폭발 등을 야기할 위험성이 있는 이들의 가스를 각각 다른 계통의 전단 습식 스크러버(18)에서 안전하게 처리할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 배기가스 덕트와 전단 습식 스크러버(18)에서 처리 대상 가스(F)의 가스 공급로가 형성되어 있지만, 처리 대상 가스 발생원으로부터 공급되는 처리 대상 가스(F)가 분진을 함유하지 않거나 또는 분진의 함유량이 적은 경우에는 상기 전단 습식 스크러버(18)를 생략하도록 하여도 좋다. 또한, 가지 배 관(40)에 밸브(도시하지 않음)를 장착함으로써, 스프레이 노즐(18b)로부터 분무하는 스프레이 물(W)의 양을 조정하는 동시에, 스프레이 물(W)이 불필요한 경우는 가지 배관(40)을 폐지할 수 있다.
물탱크(20)는 내통(12b)의 내면에 흘리는 물(W) 등을 저류하는 직사각형 상자형의 수조이며, 이 물탱크(20)에는 배수관(42), 열교환기(44) 및 수온계(46)가 장착되어 있다.
배수관(42)은 물탱크(20)의 기준 수면 위치에 대응하는 물탱크(20)의 벽면에 접속된 파이프이고, 기준 수면 위치에 있어서의 물탱크(20)의 물 저류 용량을 초과하는 잉여수(剩餘水)는 배수관(42)을 통해 시스템 밖으로 배출된다. 따라서, 물탱크(20) 내의 수위는 기준 수면 위치보다도 높아지지 않는다. 또, 물탱크(20)에 반응기(12)를 장착한 상태에서, 물탱크(20) 내의 기준 수면 위치는 내통(12b)의 하단면과 내통(12b)의 하부에 설치된 배기가스 배출 구멍(30)과의 사이에 위치하도록 설정되어 있다. 이것에 의해, 반응기(12)와 후술하는 후단 습식 스크러버(22)가 물탱크(20)를 통해서 연통하도록 되어 있다.
열교환기(44)는 물탱크(20)에 저류된 물(W)을 냉각하는 장치로, 본 실시예에서는 내(耐)부식성을 갖는 관을 구부리는 등에 의해 형성된 사관(蛇管)식의 열교환기(44)가 물탱크(20)의 저면과 기준 수면 위치 사이에 배치되어 있다.
수온계(46)는 물탱크(20) 내에 저류된 물(W)의 온도를 측정하는 것으로, 본 실시예에 관계되는 수온계(46)에는 측정한 수온 신호를 후술하는 유량 조정장치(52)로 송신하는 기능이 부여되어 있다.
후단 습식 스크러버(22)는 처리 대상 가스(F)를 열분해하였을 때 발생하는 수용성 성분이나 고형 성분을 배기가스(G) 중으로부터 수세·제거하는 장치로, 직관형의 스크러버 본체(22a)와, 스크러버 본체(22a) 내에 배치된 2개의 스프레이 노즐(22b, 22c)과, 천공 플레이트(22d)를 갖는다.
이 후단 습식 스크러버(22)는 물탱크(20)의 상면에 설치되어 있고, 2개의 스프레이 노즐(22b, 22c)로부터 분무된 물(W)이 물탱크에 되돌려지도록 되어 있다.
본 실시예에서는 스크러버 본체(22a) 내에 2개의 스프레이 노즐(22b, 22c)이 수직방향으로 간격을 두고 설치되어 있고, 하단에 설치된 스프레이 노즐(22b)에는 전단 습식 스크러버(18)의 스프레이 노즐(18b)에 물(W)을 공급하는 가지 배관(40)으로부터 분기한 물 공급 배관(48)이 접속되어 있다. 따라서, 하단에 설치된 스프레이 노즐(22b)로부터는 물탱크(20)로부터 펌프(38)로 퍼 올려진 물(W)이 분무된다. 또한, 상단에 설치된 스프레이 노즐(22c)에는 새로운 물 공급 배관(50)을 통해서 새로운 물이 공급되고 있다. 또, 본 명세서에 있어서 새로운 물은 물탱크(20)에서 저류된 후에 펌프(38)에서 반응기(12) 등으로 공급되는 물(W), 요컨대 본 발명에 관계되는 가스 처리장치(10) 내에서 순환 사용되는 물(W)과는 달리, 외부로부터 가스 처리장치(10)로 공급되는 물을 말하고, 시수(市水)나 공업용수 등의 사용 목적과는 상관없다.
또한, 새로운 물을 공급하는 새로운 물 공급 배관(50)에는 새로운 물의 공급량을 조정하는 유량 조정장치(52)가 장착되어 있고, 이 유량 조정장치(52)는 상술한 수온계(46)로부터의 수온 신호를 수신하여, 물탱크(20) 내의 수온이 미리 설정 된 수온(본 실시예의 경우에는 30℃)과 같아지도록 스프레이 노즐(22c)에 공급하는 새로운 물의 양을 조정하고 있다. 따라서, 본 실시예에서는 상술한 열교환기(44), 새로운 물 공급 배관(50), 유량 조정장치(52) 및 스프레이 노즐(22c)이 협동함으로써 「수온 조정수단」으로서 기능하고 있다.
천공 플레이트(22d)는 스크러버 본체(22a) 내부 공간의 전체면을 가로 지르도록 장착된 판형의 부재이고, 그 표면에는 배기가스(G)를 통류시키기 위한 작은 가스 통류 구멍이 다수 뚫어 형성되어 있다. 또, 이 천공 플레이트(22d)로서는 펀칭 메탈이나 망 등이 적합하다.
후단 습식 스크러버(22)의 정상부 출구는 처리 완료의 배기가스(G)를 대기 중으로 방출하는 배기 팬(54)을 통해서 배기 덕트(도시하지 않음)에 접속되어 있다.
또, 전단 습식 스크러버(18)의 입구측과 배기 팬(54)의 입구측이 상시 폐쇄의 바이패스 배관(56)에 의해서 연결되어 있고, 또, 배기 팬(54)의 입구측에는 브리더 밸브(58)를 통해서 반응기(12)로부터 배출된 열분해 처리 후의 배기가스(G)의 유로에 대기를 도입하는 대기 도입 배관(60)이 접속되어 있다.
이것에 의해, 반응기(12) 내에서 어떠한 트러블이 발생한 경우에는 바이패스 배관(56)을 상시 폐쇄하고 있는 바이패스 밸브(56a)를 전체 개방으로 하고 처리 대상 가스(F)를 바이패스 배관(56)에 통류시키는 동시에, 브리더 밸브(58)를 전체 개방으로 하여 배기가스(G)의 유로에 다량의 대기를 도입하는 것으로, 처리 대상 가스(F)를 안전한 농도로까지 희석하여 긴급 피난적으로 배출할 수 있다.
다음에, 도 1에 도시한 가스 처리장치(10)를 사용하여 처리 대상 가스(F)를 분해할 때는 우선 작동가스 공급장치(14c)를 작동시키고, 질량 유량 제어수단(34)에 의해서 유량을 제어하면서, 작동가스를 저장탱크로부터 플라즈마토치(14a)로 송급한다.
그리고, 펌프(38)를 작동시켜 물탱크(20)에 저류된 물(W)을 반응기(12)의 물 저류부(24), 전단 습식 스크러버(18) 및 후단 습식 스크러버(22)로 공급한다. 이것에 의해, 물 저류부(24)에 채워진 물(W)이 내통(12b)의 상단으로부터 내통(12b)의 내면으로 과류하고, 이 과류된 물(W)이 내통(12b)의 내면을 따라 도면 중 아래방향으로 흘러 내통(12b) 내면의 대략 전체에 소위 「젖은 벽」을 형성한다. 「젖은 벽」을 형성한 물(W) 중, 대기압 플라즈마(P)의 열에 의해서 기화된 분을 제외하고 물탱크(20)로 되돌아가고, 다시 펌프(38)에 의해서 반응기(12) 등으로 공급된다.
내통(12b)의 내면에 「젖은 벽」이 형성된 후, 직류전원(14b)을 작동시킴으로써 플라즈마토치(14a)의 전극간에 전압을 인가하여, 플라즈마 도입 구멍(26)으로부터 대기압 플라즈마(P)를 분출시킨다.
대기압 플라즈마(P)가 분출되는 동시에, 반응기(12) 내는 처리 대상 가스(F)를 열분해 가능한 온도가 되기 때문에, 처리 대상 가스(F)의 발생원으로부터 배기가스 덕트를 경유하여 공급되는 처리 대상 가스(F)를 전단 습식 스크러버(18)에 도입하여 수세한다. 이것에 의해, 처리 대상 가스(F) 자체에 포함되어 있는 고형 성분이나 수용성 성분이 물(W)에 흡착되거나 또는 용해됨으로써, 상기 처리 대상 가 스(F) 중으로부터 제거된다. 또, 처리 대상 가스(F) 자체에 포함되어 있는 고형 성분이나 수용성 성분이 적은 경우에는 전단 습식 스크러버(18)에 있어서의 수세를 생략하여도 좋다.
계속해서, 전단 습식 스크러버(18)에서 수세한 처리 대상 가스(F)는 처리 대상 가스 도입 구멍(28)을 통해 반응기(12)의 내부로 유도된 후에 대기압 플라즈마(P)를 향하여 공급되어, 대기압 플라즈마(P)의 열에 의해 열분해된다.
여기에서, 처리 대상 가스(F)의 종류가 예를 들면 모노실란 등의 규소화합물을 포함하는 경우, 처리 대상 가스(F)를 열분해하면 이산화규소(SiO2) 등의 고형 성분이 생성된다. 이 고형 성분은 반응기에 있어서의 내통의 표면에 부착·퇴적되는 성질을 가지고 있지만, 본 실시예에 관계되는 가스 처리장치(10)에서는 내통(12b)의 내면을 따라 물(W)을 흘림으로써 내통(12b)의 내면 대략 전체에 「젖은 벽」을 형성하고 있기 때문에, 상기 고형 성분은 내통(12b)의 내면에 부착되기 전에 내통(12b)의 내면을 따라 흐르는 물(W)과 접촉하여 상기 물(W)에 용해되거나, 또는 상기 물(W)과 함께 반응기(12) 밖으로 흐른다.
계속해서, 대기압 플라즈마(P)의 열에 의해서 열분해되고, 반응기(12)의 내통(12b)에 설치된 배기가스 배출 구멍(30)으로부터 물탱크(20)의 내부에 배출된 배기가스(G)는 물탱크(20)의 상면과 수면 사이에 형성된 공간을 통해, 물탱크(20)의 상면에 설치된 후단 습식 스크러버(22)에 도입된다.
본 실시예에 관계되는 가스 처리장치(10)가 구비하는 후단 습식 스크러 버(22)에는 상술한 바와 같이, 상하 2단으로 스프레이 노즐(22b, 22c)이 설치되어 있고, 후단 습식 스크러버(22)에 도입된 배기가스(G) 중에 잔존하는 고형 성분이나 수용성 성분은 이들 스프레이 노즐(22b, 22c)로부터 분무된 물에 흡착 또는 용해되어 상기 배기가스(G)로부터 제거된다.
그리고, 후단 습식 스크러버(22)를 통과한 배기가스(G)는 (경우에 따라서는) 배기 팬(54)의 앞에서, 대기 도입 배관(60)으로부터 브리더 밸브(58)를 통해서 도입된 공기가 혼입된 후, 배기 팬(54)을 통해서 배기 덕트로 송급되어 시스템 밖으로 방출된다.
본 실시예에 의하면, 처리 대상 가스(F)를 따라 반응기(12) 내에 고형 성분이 진입하는 경우나 처리 대상 가스(F)를 대기압 플라즈마(P)에서 열분해할 때 고형 성분이 부생하는 경우, 이들의 고형 성분은 내통(12b)의 내면에 부착되기 전에 내통(12b)의 내면을 따라 흐르는 물(W)과 접촉하여 상기 물(W)에 용해되거나, 또는 상기 물(W)과 함께 물탱크(20)로 흐른다. 그리고, 반응기(12) 내로 진입하거나 또는 반응기(12) 내에서 부생한 고형 성분이 내통(12b)의 내면에 접촉하여 부착·퇴적되는 것을 방지할 수 있다.
또, 상술한 바와 같이 내통(12b)의 내면을 따라 물(W)을 흘려, 내통(12b) 내면의 대략 전체에 「젖은 벽」을 형성함으로써, 내통(12b)의 내면이 직접 고온에 노출되는 것을 방지할 수 있고, 상기 내면의 열화를 지연시킬 수 있다.
또한, 가스 처리장치(10)는 처리 대상 가스(F)의 열분해에 대기압 플라즈마(P)를 사용하고 있기 때문에, 전열 히터를 사용하는 경우와 같이, 상기 열분해에 있어서 반응기(12)를 예열하여 둘 필요가 없다. 또, 반응기(12)의 내면은 항상 물(W)로 덮여 있고 반응기(12) 자체가 고온이 되지 않기 때문에, 처리 대상 가스(F)의 열분해를 종료할 때 반응기(12)를 식힐 필요가 없다. 따라서, 본 발명에 의하면, 상승·하강을 순식간에 행할 수 있는 가스 처리장치(10)를 제공할 수 있다.
또, 내통(12b)의 내면을 따라 흐르는 물(W)은 대기압 플라즈마(P)로부터의 열을 받아 기화되고, 기화된 물(W; 수증기)은 또 열을 받아 산소와 수소로 해리된다. 이렇게 하여 생성된 산소 및 수소는 반응기(12) 내에서 처리 대상 가스(F)와 반응함으로써, 처리 대상 가스(F)의 분해에 기여한다.
따라서, 반응기(12) 내로 진입하거나 또는 반응기(12) 내에서 부생한 고형 성분이 내통(12b)의 내면에 접촉하여 부착·퇴적되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 고형 성분이 내통(12b)의 내면에 부착되지 않고, 또한 내면을 열화시키지 않고, 관리가 용이하고 유지보수의 빈도가 낮은 가스 처리장치(10)를 제공할 수 있다.
또, 본 실시예에서는 플라즈마 발생장치(14)의 내부에서 대기압 플라즈마(P)를 발생시킨 후, 반응기(12)의 플라즈마 도입 구멍(26)을 통해서 이 대기압 플라즈마(P)를 반응기(12) 내에 도입하도록 되어 있다. 또, 대기압 플라즈마(P)와 처리 대상 가스(F)는 반응기(12)에 있어서 서로 다른 위치에 설치된 플라즈마 도입 구멍(26)과 처리 대상 가스 도입 구멍(28)으로부터 각각 반응기(12) 내에 도입되기 때문에, 처리 대상 가스(F)가 플라즈마 발생장치(14) 내를 통과하지 않는다.
이와 같이, 대기압 플라즈마(P)를 플라즈마 발생장치(14)의 내부에서 발생시킴으로써, 대기압 플라즈마(P)를 발생시키기 위한 전극 등을 반응기(12)의 내부에 설치할 필요가 없어져, 반응기(12)의 내부에 설치된 전극 등이 핵이 되고 상기 고형 성분이 반응기(12)의 내부에 부착·퇴적되지 않는다.
또, 처리 대상 가스(F)가 플라즈마 발생장치(14) 내를 통과하지 않기 때문에, 대기압 플라즈마(P)를 발생시키는 전극 등이 처리 대상 가스(F)와 접촉하여 부식될 우려가 없다.
또한, 본 실시예에서는 수온 조정수단에 의해 물탱크(20)에 저류된 물(W)의 온도가 일정해지도록 제어되고 있다. 이 때문에, 내통(12b)의 내면을 따라 흐르는 물(W; 물 공급수단(16)으로부터 반응기(12) 내로 공급되는 물(W))의 온도가 상승하는 것을 억제할 수 있고, 대기압 플라즈마(P)의 열에 의해서 상기 물(W) 전체가 증발하여 내통(12b)의 내면이 노출되지 않아, 더욱 확실히 내통(12b) 내면의 대략 전체에 「젖은 벽」을 형성할 수 있다.
또, 상술한 실시예에서는 대기압 플라즈마(P)로서, 열 플라즈마를 사용하는 경우를 개시하였지만, 이 대기압 플라즈마(P)로서 마이크로파 플라즈마나 화염을 사용하도록 하여도 좋다.
또한, 플라즈마 발생장치(14)에는 대기압 플라즈마를 발생시킬 수 있으면 어떠한 타입의 플라즈마 발생장치(14)를 사용하여도 좋지만, 본 실시예와 같이, 플라즈마 발생장치(14)의 플라즈마토치(14a)에 「비이행형(非移行型)」의 플라즈마토치를 사용하는 것이 적합하다.
즉, 플라즈마토치의 타입에는 대략 「비이행형」과 「이행형(移行型)」이 있고, 「비이행형」은 본 실시예의 플라즈마 발생장치(14)와 같이, 전극간에서 발생시킨 플라즈마를 원하는 방향으로 분사시키는 타입의 플라즈마토치를 말한다. 한편, 「이행형」은 전극간에서만 플라즈마를 형성하는 타입의 플라즈마토치를 말한다. 이 때문에, 「비이행형」의 플라즈마토치라면, 상술한 바와 같이 전극을 반응기(12) 내에 설치하지 않고 반응기(12) 내에 대기압 플라즈마를 공급할 수 있다. 그러나, 「이행형」의 플라즈마토치에서는 반드시 한쪽의 전극을 반응기(12) 내에 설치해야만 하기 때문에, 「반응기(12)의 내부에 설치된 전극 등이 핵이 되어 고형 성분이 반응기(12)의 내부에 부착·퇴적되지 않고, 또한, 전극 등이 처리 대상 가스(F)와 접촉하여 부식될 우려가 없다」고 하는 상기 효과를 가질 수 없다.
또, 후단 습식 스크러버(22)의 상단에 설치된 스프레이 노즐(22c)에만 새로운 물을 공급하는 경우를 나타내었지만, 물탱크(20)의 수온 상승이 빠르고, 스프레이 노즐(22c)로부터의 새로운 물만으로는 물탱크(20) 내의 수온 제어가 곤란한 경우에는 후단 습식 스크러버(22)의 하단에 설치된 스프레이 노즐(22b)에도 새로운 물을 공급하도록 하여도 좋다.
본 실시예에 관계되는 가스 처리장치(10)를 사용하여 처리 대상 가스(F)의 열분해를 행하였다. 플라즈마의 직류전압은 100V 정도이고 직류전류를 60A로 상시 방전으로 하였다. 이 때, 작동가스로서의 질소 가스의 유량은 25L(리터)/min 정도가 되었다.
이러한 조건하에서 100L/min의 질소에 SiH4를 1L/min, NH3를 5L/min 및 NF3를 1L/min 포함하는 처리 대상 가스를 2개의 전단 습식 스크러버(18)의 각각에 도입하여, 분해 처리를 하였다. 그 결과, 배기 팬(54)의 출구에서 측정한 SiH4 농도, NH3 농도, NF3 농도는 모두 검지 한계의 1ppm 이하이었다.
다음에, 본 발명에 관계되는 제 2 실시예에 관해서, 도 2에 기초하여 설명한다. 제 2 실시예는 상술한 제 1 실시예와 비교하여, 반응기의 내부에 처리 대상 가스의 분해 조제로서 산화성 가스 또는 환원성 가스를 도입하기 위한 분해 조제 도입부(62)를 추가로 구비하고 있는 점이 다르다. 그래서, 이하에서는 이 분해 조제 도입부(62)에 관해서만 설명하고, 제 2 실시예에 관계되는 다른 부분에 관한 구성 및 작용 효과에 관해서는 제 1 실시예에 있어서의 기재를 원용하는 것으로 한다.
분해 조제 도입부(62)는 분해 조제를 저장하는 분해 조제 저장탱크(62a), 분해 조제를 반응기(12)의 내부에 도입하는 분해 조제 도입 노즐(62b) 및 분해 조제 저장탱크(62a)와 분해 조제 도입 노즐(62b)을 연통하는 분해 조제 도입 배관(62c)을 구비하고 있다. 또, 본 실시예에서는 반응기(12)의 외통(12a)으로부터 물 저류부(24) 및 내통(12b)을 관통하도록 하여 분해 조제 도입 노즐(62b)이 장착되어 있다.
이러한 분해 조제 도입부(62)를 사용하여 산화성 가스를 도입한 경우에는 처리 대상 가스(F)를 대기압 플라즈마(P)에서 열분해할 뿐만 아니라, 열분해한 처리 대상 가스(F)를 산화시킬 수 있고, 이것에 의해 열분해 후의 배기가스(G)를 무해한 성분으로 변환할 수 있다. 요컨대, 처리 대상 가스(F)의 저해 효율을 높일 수 있다.
예를 들면, 처리 대상 가스(F)가 이하와 같은 가스인 경우, 산화성 가스로서 산소를 반응기(12)에 도입함으로써 처리 대상 가스(F)를 반응기(12)의 내부에서 산화시켜 무해한 물이나 이산화탄소로 변환할 수 있다.
[화학식 1]
SiH4+O2→SiO2+H2O
[화학식 2]
Si(OC2H5)4+6O2→SiO2+2CO2+10H2O
[화학식 3]
2PH3+5O2→2H3PO5
[화학식 4]
B2H6+3O2→2H3BO3
[화학식 5]
2CO+O2→2CO2
또, PFC 가스의 경우는 산화성 가스로서 물을 도입함으로써, 처리 대상 가스(F)를 아래와 같이 분해할 수 있다.
[화학식 6]
CF4+2H2O→CO2+4HF
[화학식 7]
2C2F6+6H2O+O2→4CO2+12HF
[화학식 8]
2NF3+3H2O→6HF+NO+NO2
[화학식 9]
SF6+4H2O→H2SO4+6HF
한편, 환원성 가스를 도입한 경우에는 처리 대상 가스(F)의 저해 효율을 높일 수 있다. 예를 들면, 환원성 가스로서 수소나 암모니아를 도입함으로써, 이하와 같이 NF3를 분해할 수 있다.
[화학식 10]
NF3+3H2→3HF+NH3
[화학식 11]
NF3+NH3→N2+3HF
또한, 반도체 제조 프로세스의 하나인 CVD(화학기상성장) 프로세스에 있어서, 실리콘산화막의 형성에 사용되는 N2O(아산화질소)도 마찬가지로 분해할 수 있다.
[화학식 12]
N2O+H2→N2+H2O
[화학식 13]
3N2O+2NH3→4N2+3H2O
또, 화학식 8에 나타내는 바와 같이 NF3를 처리하는 경우, 또는 대기압 플라즈마(P)의 열에 의한 고온하에서, 물이나 공기에 포함되어 있는 산소와, 공기나 작동가스 등에 포함되어 있는 질소가 반응하여 질소 산화물이 발생한다. 분해 조제로서 환원성 가스를 도입함으로써, 이 질소 산화물을 분해하여 무해한 질소와 물로 변환할 수 있다.
[화학식 14]
NO+NO2+3H2→N2+3H2O
[화학식 15]
NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O
또, 상술한 예에서는 반응기(12)의 외통(12a)으로부터 물 저류부(24) 및 내통(12b)을 관통하도록 하여 분해 조제 도입 노즐(62b)을 장착하고, 반응기(12) 내에 직접 산성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 한쪽을 도입하는 경우를 개시하였지만, 분해 조제 도입 노즐(62b)을 처리 대상 가스 도입 구멍(28) 근방이나 전단 습식 스크러버(18) 등에 장착하고, 처리 대상 가스(F)의 가스 공급로에 이들의 가스(즉 분해 조제)를 도입하도록 하여도 좋다. 또한, 반응기(12) 안과 가스 공급로의 양쪽에 분해 조제의 가스를 도입하도록 하여도 좋다.
제 2 실시예에 관계되는 가스 처리장치(10)를 사용하여, 수소를 10L/min 또는 암모니아 가스를 7L/min 반응기(12)에 도입하면, 제 1 실시예에 있어서 배기 팬(54)의 출구에서 100ppm 정도 발생한 질소 산화물 농도가 NO에서 10ppm, NO2에서 1ppm으로 저하되었다.
또한, 50L/min의 질소에 CF4를 200cc/min 포함하는 가스와, CO 500cc/min을 혼합하여 2개의 전단 습식 스크러버(18)의 각각에 도입하여, 분해 처리를 하였다. 또, 공기를 분해 조제로서 5L/min 도입하였다. 그 결과, 배기 팬(54)의 출구에서 측정한 CF4의 분해율은 98%, CO의 농도는 0.5ppm이었다.
다음에, 본 발명에 관계되는 제 3 실시예에 관해서, 도 3에 기초하여 설명한다. 제 3 실시예는 상술한 제 1 실시예와 비교하여, 전단 습식 스크러버(18)에서 사용하는 물(W)에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급장치(64)를 더욱 구비하고 있는 점이 다르다. 그래서, 이하에서는 이 암모니아 공급장치(64)에 관해서만 설명하고, 제 3 실시예에 관계되는 다른 부분에 관한 구성 및 작용 효과에 관해서는 제 1 실시예에 있어서의 기재를 원용하는 것으로 한다.
암모니아 공급장치(64)는 암모니아를 저장하는 암모니아 저장탱크(64a), 암모니아 저장탱크(64a)와 가지 배관(40)을 연통하는 암모니아 공급 배관(64b) 및 암모니아 공급 배관(64b)에 장착되고, 암모니아 저장탱크(64a) 내의 암모니아를 가지 배관(40) 내에 공급하는 암모니아 공급펌프(64c)를 구비하고 있다.
이러한 암모니아 공급장치(64)를 사용하여 전단 습식 스크러버(18)에서 분무되는 물(W)에 암모니아를 첨가함으로써, 암모니아는 상기 물(W)이 고온의 반응기(12) 내에 도입되었을 때 기화되고, 이 기화된 암모니아가 제 2 실시예에서 설명한 바와 같이 환원성 가스로서 처리 대상 가스(F)의 저해에 기여하는 동시에 질소 산화물을 분해할 수 있다.
또, 상술한 예에서는 전단 습식 스크러버(18)에서 분무되는 물(W)에 암모니아를 첨가하는 경우를 개시하였지만, 이 대신에, 또는 이것과 함께 물 공급수단(16)에 암모니아를 첨가하도록 하여도 좋다.
제 3 실시예에 관계되는 가스 처리장치(10)를 사용하여, 전단 습식 스크러버(18)로 보내는 물(W)에, 25%의 암모니아수를 10cc/min 첨가하였다. 이것에 의해, 기화된 암모니아가 환원 가스로서 작용하여, 질소 산화물의 발생을 억제하였다. 배기 팬(54)의 출구 농도는 NO에서 25ppm, NO2에서 1ppm이었다.
본 발명에 관계되는 제 4 실시예는 도 4에 도시하는 바와 같이, 물 공급수단(16)의 다른 예로서 복수의 스프레이 노즐(66)을 사용하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 실시예에서는 내통(12b)의 내주부에 4개의 스프레이 노즐(66)이 장착되어 있고, 각각의 스프레이 노즐(66)에는 물 공급 배관(36)이 접속되어 있다. 이것에 의해, 물탱크(20)에 저류된 물(W)은 펌프(38)를 통해서 각각의 스프레이 노즐(66)로 공급되어 스프레이 노즐(66)로부터 분사된다. 분사된 물(W)은 대향하는 내통(12b)의 내면에 도달하여 「젖은 벽」을 형성한다.
본 발명에 관계되는 제 5 실시예는 도 5에 도시하는 바와 같이, 대기압 플라즈마(P)로서 화염을 사용하는 경우이고, 제 1 실시예에 있어서의 플라즈마 발생장치(14) 대신에 화염 발생장치(68)를 사용하는 것을 특징으로 하고 있다.
화염 발생장치(68)는 프로판가스를 연소시켜 대기압 플라즈마(P)의 하나인 화염을 발생시키는 장치로, 가스버너(68a)와, 프로판가스 공급장치(68b)와, 가스버너(68a)에 연소용 공기를 공급하는 연소용 공기 공급장치(68c)로 구성되어 있다.
프로판가스 공급장치(68b)는 가스버너(68a)에 연료인 프로판가스를 공급하는 것으로, 프로판가스를 저장하는 프로판가스 저장탱크(도시하지 않음), 및 이 프로판가스 저장탱크와 가스버너(68a)를 연통하는 프로판가스 공급 배관(70)을 갖는다.
또한, 연소용 공기 공급장치(68c)는 가스버너(68a)에 연소용 공기를 공급하는 것으로, 연소용 공기 공급 팬(도시하지 않음), 및 이 연소용 공기 공급 팬과 가스버너(68a)를 연통하는 연소용 공기 공급 덕트(72)를 갖는다.
또, 본 실시예의 프로판가스 공급장치(68b)에는 프로판가스 공급 배관(70)에 질량 유량 제어수단(74)이 설치되어 있다. 이 질량 유량 제어수단(74)은 프로판가스 공급 배관(70)을 통하여 가스버너(68a)로 공급되는 프로판가스의 양을 제어하는 것으로, 예를 들면, 반응기(12)의 내부 온도를 검출하는 온도계(도시하지 않음)로부터의 온도 신호에 기초하여, 가스버너(68a)에 공급하는 프로판가스의 양을 제어하는 질량 유동 컨트롤러이다.
또, 연소용 공기 공급장치(68c)에는 연소용 공기 공급 덕트(72)에 질량 유량 제어수단(76)이 설치되어 있다. 이 질량 유량 제어수단(76)은 연소용 공기 공급 덕트(72)를 통하여 가스버너(68a)에 공급하는 연소용 공기의 양을 제어하는 것으로, 예를 들면, 반응기(12)의 내부 온도를 검출하는 온도계(도시하지 않음)로부터의 온도 신호에 기초하여, 가스버너(68a)에 공급하는 연소용 공기의 양을 제어하는 질량 유동 컨트롤러이다.
또, 본 발명에 관계되는 가스 처리장치는 반도체 프로세스로부터의 처리 대상 가스(F)에 한하지 않고, LCD 프로세스, MEMS 제조 프로세스로부터의 처리 대상 가스(F) 및 냉매용 프레온의 분해 처리 등에도 사용할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 대기압 플라즈마 및 상기 대기압 플라즈마를 향하여 공급되는 처리 대상 가스를 둘러싸고, 그 내부에서 상기 처리 대상 가스의 열분해를 행하는 반응기와,
    내부에서 발생시킨 상기 대기압 플라즈마를 상기 반응기로 공급하는 비이행형(非移行型)의 플라즈마 발생 장치를 구비하는 가스 처리 장치에 있어서,
    상기 반응기에는 상기 비이행형의 플라즈마 발생 장치로부터 공급된 상기 대기압 플라즈마를 상기 반응기 내로 도입하기 위한 플라즈마 도입 구멍이 설치되어 있는 동시에, 상기 처리 대상 가스를 도입하기 위한 처리 대상 가스 도입 구멍이 상기 플라즈마 도입 구멍의 주변에 설치되어 있고, 또한, 상기 반응기의 내면을 물로 덮기 위한 물 공급 수단으로서, 상기 물 공급 수단에 공급하는 물을 저류하는 동시에 상기 반응기의 내면을 흐른 물이 회수되는 물 탱크와, 그 물 탱크의 물을 상기 반응기의 내면에 공급하는 펌프를 구비하는, 물 공급 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 반응기의 전단에는 상기 처리 대상 가스를 수세하는 전단 습식 스크러버가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반응기 내 또는 상기 반응기에 상기 처리 대상 가스를 공급하는 가스 공급로 내의 적어도 한쪽에 산화성 가스 또는 환원성 가스 중 어느 한쪽을 도입하는 분해 조제 도입부를 추가로 구비하는, 가스 처리장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 물 공급 수단으로 사용하는 물에 암모니아를 공급하는 암모니아 공급 장치를 추가로 구비하는, 가스 처리장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 반응기로부터 배출된 열분해 처리 후의 배기가스를 수세하는 후단 습식 스크러버가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 전단 습식 스크러버의 입구측과 상기 가스 처리장치 출구측에 설치된 배기 팬의 입구측을 연결하는 상시 폐쇄의 바이패스 배관과,
    상기 배기 팬의 입구측에 접속되어, 브리더 밸브를 통해서 상기 반응기로부터 배출된 열분해 처리 후의 배기가스의 유로에 대기를 도입하는 대기 도입 배관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 물 탱크에 저류된 물의 온도를 측정하는 수온계와,
    상기 수온계로부터의 수온 신호를 받아, 상기 물 탱크에 저류된 물의 수온이 일정하게 되도록 제어하는 수온 조정 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 처리장치.
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