KR101420508B1

KR101420508B1 - 이온화 습식 전기집진장치

Info

Publication number: KR101420508B1
Application number: KR1020120113741A
Authority: KR
Inventors: 안성준
Original assignee: 안성준
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2014-08-13
Also published as: KR20140047441A

Abstract

본 발명은 반도체 및 디스플레이 장치 제조공정에서 배출되는 폐 가스 중에 포함된 불소가스와 에어로졸을 제거하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 충전층이 포함된 습식 스크러버의 전단에는 이온화 전기집진기를 설치하고, 상기 습식 스크러버의 후단에는 집진용 전기집진기를 설치하여 상기 이온화 전기집진기는 상기 충전층과 상기 집진용 전기집지기의 성능부하를 낮추고, 상기 집진용 전기집진기는 에어로졸의 처리효율을 높임으로써 전체적으로 구조를 단순하게 하고 집진효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 이온화 습식 전기집진장치와 이를 이용한 공기정화기에 관한 것이다.

Description

이온화 습식 전기집진장치{Wet electrostatic precipitator having ionizer and air purifying apparatus using the same}

본 발명은 반도체 및 디스플레이 장치 제조공정에서 배출되는 폐 가스 중에 포함된 불소가스와 에어로졸을 제거하기 위한 것으로서, 더욱 상세하게는 습식 스크러버의 전단에 이온화 전기집진기를 설치하고 상기 습식 스크러버의 후단에는 집진용 전기집진기를 설치하여 상기 이온화 전기집진기는 습식 스크러버와 집진용 전기집진기 성능부하를 낮추고 상기 집진용 전기집진기는 에어로졸의 처리효율을 높임으로써 전체적으로 구조를 단순하게 하고 집진효율을 높일 수 있는 이온화 습식 전기집진장치에 관한 것이다.

반도체, 디스플레이 소자의 제조공정에서 배출되는 폐 가스를 처리하기 위해 스크러버가 사용된다. 스크러버(scrubber)는 기체-액체 접촉형 집진장치의 하나로서, 세정 집진기 (Wet scrubber) 라고도 한다.

이러한 스크러버는 오염가스에 순환수를 분산시키거나 순환수에 오염가스를 분산시킬 때 생성되는 액적, 액막, 기포 등에 의해서 배기가스에 함유된 먼지와 가스를 포집한다. 즉, 스크러버는 입자의 관성충돌, 확산작용, 증습작용, 응집성, 부착성 등의 원리에 의해서 입자를 분리 포집한다.

반도체 및 디스플레이 소자의 제조공정 중 증착 및 확산, 식각공정 등은 실란(SiH₄ )과 아르신(AsH₃) 등의 유해 가스와 수소 등의 공정용 가스가 사용된다. 이러한 공정 가스는 발화성 및 독성이 있으므로, 사용이 끝난 공정 가스는 정화한 후 대기로 배출하여야 한다.

따라서, 반도체 제조 공정의 각 라인에는 공정용 가스를 공급받아 정화하는 서브 스크러버(sub scrubber)가 다수 개 설치되고, 각각의 서브 스크러버는 하나의 덕트에 연결되고 이 덕트는 메인 스크러버(main scrubber)에 연결된다.

그런데 상기 메인 스크러버로 공급되는 폐 가스에는 HF, F₂, OF₂, Si₃N₄ NH₄F, SiF₄, SiH₂, HF₃ 등이 포함된다. 여기서, OF₂는 특유의 자극적인 냄새를 갖는 산화제이고, SiO₂, Si₃N₄는 불용성 입자상 물질로 스크러버의 주된 막힘 원인물질이고 에어로졸(Submicron 입자)로 백연 현상을 유발한다. 그리고 NH₄F는 NH₃와 HF의 반응으로 기상 중에서 쉽게 생성되며 에어로졸로 백연 현상을 유발한다. 그리고 NH₃는 산성가스(HF)와 반응하여 암모늄염(NH₄F, 에어로졸)을 생성한다. 또한, F₂는 가수분해하여 HF, OF₂를 생성하고, SiF₄는 가수분해하여 HF, SiO₂를 생성한다.

에어로졸은 크기가 10㎛ 이하인 미소 입자이다. 에어로졸은 스모크(Smoke), 흄(fume)와 같은 고체 상과, 미스트(mist), 연무(fog)와 같은 액상을 포함하는 부유물질을 말한다. 에어로졸은 유해물질을 다량 함유하고 있어 법적 배출기준치의 준수를 어렵게 하며, 건강상의 문제와 주변설비의 부식 등의 문제를 유발한다. 또한, 백연 배출에 의한 혐오감 유발은 가장 큰 민원의 원인이 되고 있다.

그런데 반도체 및 디스플레이 소자의 제조 공정에서 배출되는 폐 가스에는 많은 양의 에어로졸이 포함되어 있다. 이러한 에어로졸은 관성력에 지배되기에는 질량이 너무 적고 확산력에 지배되기에는 너무 커서 관성 충돌력과 확산력을 주요 기전으로 하는 습식 스크러버에서는 잘 제거되지 않는 특성이 있다.

이에 따라서 종래의 반도체, 디스플레이 소자의 제조공정에서 배출되는 폐 가스에는 에어로졸이 제대로 제거되지 않아서 백연(white smoke)이 발생하는 문제가 있었다.
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 0001) 국내특허등록 제10-1064498호 다량의 산성가스를 포함하는 배출가스 처리장치 (2011.09.14)
(특허문헌 0002) 국내특허등록 제10-0768842호 습식 전기집진을 이용한 폐 가스 정화처리장치 (2007.10.19)
(특허문헌 0003) 국내특허등록 제10-0681938호 폐가스로부터의 가스상 및 입자상 물질 동시 처리 스크러버 (2007.02.12)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 주된 목적은 습식 스크러버의 선단에 이온화 전기집진기를 설치하고 상기 습식 스크러버의 후단에는 집진용 전기집진기를 설치하여 종래의 습식 스크러버로로는 처리하기 어려운 에어로졸의 처리 효율을 높이기 위한 이온화 습식 전기집진장치를 제공하는 것이다.

또한, 습식 전기집진기의 집진판에 순환수의 월류에 의한 수막이 형성되도록 하여 역전리에 의한 백-코로나 현상 등이 발생하지 않고 지속적으로 부착된 분진이 물의 흐름에 의해 씻겨나감으로써 별도로 청소가 필요하게 하여 지속적이고 연속적인 운전이 가능한 이온화 습식 전기집진장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 집진용 전기집진기의 상부에 성형활성탄층을 더 형성하여 스크러버와 전기집진기로 처리하기 어려운 불소 가스를 효율적으로 제거할 수 있도록 한 이온화 습식 전기집진장치를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수단으로서,

본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치는,

내부에 충전층이 구비된 습식 스크러버와;

상기 습식 스크러버의 선단에 설치되고 고전압 방전에 의해 폐 가스에 포함된 입자를 하전시키는 이온화 전기집진기와;

상기 충전층의 상부에 설치되고 고전압 방전에 의해 폐 가스에 포함된 미스트 및 더스트를 집진하는 집진용 전기집진기; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 이온화 전기집진기 및/또는 상기 집진용 전기집진기는,

내부공간을 형성하는 본체와;

상기 본체의 내부에 설치되고 순환수가 유입되는 상부수조와;

상기 상부수조의 하부에 일정 거리 떨어져 설치되고 순환수가 배출되는 하부수조와;

상기 상부수조와 하부수조 사이에 수직으로 설치되고, 그 상단은 상기 상부수조를 관통하여 설치되며, 그 하단은 상기 하부수조로부터 일정 거리 떨어지게 설치되며, 상기 상부수조의 순환수가 월류하도록 상기 상단으로부터 일정 거리 떨어진 높이에 다수 개의 월류구가 형성된 다수 개의 원통형 집진판과;

상기 집진판으로부터 일정 거리 떨어지도록 설치되고 그 상단은 상기 집진판의 하단부에 위치하고 그 하단은 상기 하부수조의 바닥면에 고정되는 가이드관과;

상기 집진판 및 가이드관의 중심을 관통하는 봉 형상의 방전봉과;

상기 방전봉에 고전압 직류 전원을 공급하는 고전압발생기를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 습식 스크러버는,

소정의 내부 공간을 형성하는 본체의 내부에 채워진 충전물로 이루어진 충전층과;

상기 충전층의 상부에 설치된 집진용 전기집진기와;

상기 충전층과 상기 집진용 전기집진기의 상부에 각각 설치된 스프레이 장치와;

상기 본체의 하단에 구비되어 순환수를 저장하는 순환수 저장조와;

상기 순환수 저장조에 저장된 순환수를 상기 스프레이 장치로 공급하기 위한 순환배관과;

상기 순환배관에 설치되어 순환수를 공급하는 순환펌프를 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 순환배관은 상기 이온화 전기집진기의 상부에 설치되어 순환수를 분사하는 스프레이 장치와 연결된다.

또한, 상기 순환배관은 상기 이온화 전기집진기와 상기 집진용 전기집진기의 상부수조에 연결된다.

그리고 상기 집진용 전기집진기의 상부에는 상기 본체의 내부에 성형활성탄이 충전되어 이루어진 성형활성층을 더 포함한다.

삭제

본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치에 따르면, 습식 스크러버의 선단에 설치된 이온화 전기집진기가 폐 가스에 포함된 큰 입자와 다량의 더스트를 처리하여 후단에 설치된 충전층과 집진용 전기집진장치의 부하를 줄여주며 상기 충전층이 쉽게 막히는 것을 방지함으로써 유지보수의 주기를 길게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 습식 스크러버의 후단에 설치된 집진용 전기집진기를 이용하여 종래의 스크러버로 제거하기 어려운 에어로졸을 제거함으로써 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 HF 등 불소가스의 배출농도를 2~3ppm 정도까지 처리할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 순환수가 집진판의 표면에 수막을 형성하여 연속적으로 흐르도록 함으로써, 집진판에 미세입자가 고착되는 현상을 방지하고 집진판의 세정을 위해 장치의 가동을 정지하는 번거로움을 해소하고 집진효율을 향상시킬 뿐만 아니라, 예방보전(Preventive Maintenance)의 주기를 연장하는 효과가 있다.

본 발명을 집진판에 형성되는 수막이 전기 전도성이 우수하므로 집진 효율을 높일 수 있으므로 집진판의 크기를 획기적으로 줄이는 것이 가능하고, 집진판의 재질을 비전도성 물질 등으로 다양하게 사용할 수 있으며 백 코로나(back corona) 또는 역극성 방전에 의한 스파크가 발생하지 않으므로 높은 전계 하에서의 안정적인 운전이 가능하여 높은 처리효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전기집진장치의 후단에 성형활성탄층을 더 설치하여 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되고 충전층과 전기집진기로 제거하기 어려운 HF 등의 불소가스의 배출농도를 1ppm이하로 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 수막형 전기집진장치의 일 예를 보여주는 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치의 다른 실시 예를 개략적으로 나타낸 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 성형활성탄의 일 예를 보여주는 사진이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치(1)를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 이온화 습식 전기집진장치(1)는, 충전층(Packed bad)(20)이 구비된 스크러버(Scrubber)(30)와, 상기 스크러버(30)의 선단에 설치된 이온화 전기집진기(High velocity ionizer)(10)와, 상기 스크러버(30)의 후단에 설치된 집진용 전기집진기(Wet Electrostatic Precifitator)(50)를 포함하여 이루어진다.

바람직하게, 상기 집진용 전기집진기(50)는 스크러버(30)의 내부에 설치된다. 그리고 상기 스크러버(31)는 일정한 크기의 내부공간을 갖는 본체(31)와 상기 본체(31)의 하단부에 형성된 충전층(20)과, 상기 충전층(20)의 상부에 설치된 집진용 전기집진기(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 본체(31)는 원통형의 단면을 갖는 탑 구조로, 그 하부에는 측 방향으로 폐 가스가 유입되는 가스유입관(11)이 연결된다. 상기 본체(31)의 상단에는 최종 정화가스가 배출되는 배기구(32)가 형성된다. 그리고 상기 가스유입관(11)은 상기 본체(31)의 측면에 수직으로 설치되고, 선단에는 폐가스 유입구(13)이 형성된다. 그리고 상기 폐가스 유입구(13)의 하단에에는 본 발명에 따른 이온화 전기집진기(10)가 설치된다.

상기 이온화 전기집진기(10)는 후술하는 바와 같이, 상기 집진용 전기집진기(50)와 크기가 다를 뿐 동일한 구조를 갖는다.

그리고 상기 본체(31)의 하단에는 순환수가 저장되는 순환수 저장조(35)가 형성된다. 상기 순환수 저장조(35)는 분진 및 가스를 처리하는 순환수가 저장된다.

그리고 상기 충전층(20)과 집진용 전기집진기(50)의 상부에는 순환수를 분사하기 위한 스프레이 장치(36)가 설치된다. 상기 스프레이 장치(36)의 끝단에는 다수 개의 스프레이 노즐이 설치된다. 또한, 상기 이온화 전기집진기(10)의 상부에도 순환수를 분사하기 위한 스프레이 장치(36)가 설치된다

그리고 상기 스프레이 장치(36)와 순환수 저장조(35) 사이에는 순환수를 상부로 올리기 위한 순환수 배관(37)이 연결된다.

상기 순환수 배관(37)은 상기 집진형 전기집진기(50) 및 이온화 전기집진기(20)에 구비되는 상부수조(52)와도 연결되어 순환수를 공급한다.

그리고 상기 순환수 배관(37)에는 순환수 저장조(35)에서 순환수를 흡입하여 상기 스프레이 노즐(36) 및 상부수조(52)로 공급하기 위한 순환펌프(38)가 설치된다.

따라서 반도체 및 디스플레이 소자 제조공정에서 배출되는 폐 가스가 상기 가스유입관(11)의 상단에 형성된 폐가스 유입구를 통해서 유입되면, 상기 이온화 전기집진기(10)는 고전압 방전에 의해 1차적으로 큰 입자와 다량의 더스트를 제거한다.

그리고 상기 스크러버(30)에 구비된 충전층(20)은 순환수에 폐 가스를 분산시켜서 폐 가스에 포함된 HF, F₂, SiF₄ 등의 가스를 가수분해하거나 흡수하며, 입자상의 물질에 수분을 공급하여 증습 또는 증립 작용을 한다.

이어, 상기 집진용 전기집진기(50)는 고전압 방전에 의해 더스트, 미스트와, HF, HCl 등의 산(Acid)를 고도 처리한다.

더욱 구체적으로, 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치(1)는, 충전층(20)이 구비된 스크러버(30)와, 상기 스크러버(30)의 전단에 설치된 이온화 전기집진기(10) 및 상기 스크러버(30)의 후단에 설치된 집진용 전기집진기(50)를 포함하여 이루어진다.

상기 스크러버(30)는 일정한 내부공간을 갖는 본체(31)를 포함하고, 상기 집진용 전기집진기(50)는 충전층(20)의 상부에 위치되도록 상기 본체(31)의 내부에 설치된다.

그리고 상기 스크러버(30)의 하단부에는 폐 가스가 유입되는 가스유입관(11)이 설치된다.

상기 가스유입관(11)의 상부에는 이온화 전기집진기(10)가 설치된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치(1)는, 스크러버(30)의 전단과 후단에 각각 습식 전기집진기를 설치된다.

바람직하게, 상기 이온화 전기집진기(10)와 집진용 전기집진기(50)는 설치 위치가 다를 뿐 동일한 구조로 이루어진다. 다만, 상기 이온화 전기집진기(10)는 더스트의 처리효율을 높이고 처리용량을 늘리기 위해서 상기 집진용 전기집진기(50)에 비해 상대적으로 작은 크기로 이루어진다. 또한, 상기 이온화 전기집진기(10)를 통과하는 폐 가스의 유속이 상대적으로 빠르다는 차이가 있다.

이어, 도 2를 참조하여, 상기 이온화 전기집진기 및 집진용 전기집진기에 적용되는 '수막형 전기집진기'의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도시된 바와 같이, 상기 수막형 전기집진기(50)는, 일정한 크기의 내부공간을 갖는 본체(31)의 내부에 설치된다. 즉, 상기 집진용 수막형 전기집진기(50)는 스크러버의 본체(31)의 내부에 설치되고, 상기 이온화 수막형 전기집진기(10)는 가스유입관(11)의 내부에 설치된다.

그리고 상기 수막형 전기집진기(50)는, 상기 본체(31)의 내부에 수평으로 설치되는 상부수조(52)와 하부수조(53), 그리고 상기 상부수조(52)의 바닥을 관통하도록 설치되는 다수 개의 원통형 집진판(55)과, 상기 집진판(55)의 내주면으로부터 일정 거리 떨어져 설치되는 원통형 가이드관(57)과, 상기 집진판(55)과 가이드관(57)의 중심을 관통하는 봉 형상의 방전봉(61)과, 상기 방전봉(61)에 고전압 직류 전원을 공급하는 고전압발생기(59)를 포함하여 이루어진다. 미설명부호 41과 42는 상기 고전압발전기(59)와 방전봉(61)이 접속하는 절연 애자 주변에 공기를 주입하기 위한 송풍팬과 공기공급라인이다.

더욱 구체적으로, 상기 상부수조(52)와 하부수조(53)는 상하로 일정 거리 떨어지게 설치된다. 그리고 상기 다수 개의 원통형 집진판(55)은 상기 상부수조(52)와 하부수조(53) 사이에 수직으로 설치된다. 상기 집진판(55)의 상단은 상기 상부수조(52)의 바닥을 관통하여 설치되고, 상기 집진판(55)의 하단은 상기 하부수조(53)의 바닥으로부터 일정 거리 떨어진 상부에 설치된다.

그리고 집진판(55)의 상단부에는 상기 상부수조(52) 내의 순환수가 월류되어 상기 집진판(55)의 내주면에 수막(54)을 형성하는 월류구(66)가 형성된다. 상기 월류구(66)는 상기 집진판(55)의 상단으로부터 일정 높이 아래에 형성된다. 상기 월류구(66)는 원형이나 구형의 형태로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 월류구(66)는 일렬로 형성되거나 2열 이상으로 형성될 수도 있다. 또한, 상기 월류구(66)는 높이에 따라 크기와 간격을 다르게 형성할 수 있다.

그리고 상기 상부수조(52)의 일 측에는 순환수를 공급하기 위한 유입구(64)가 형성되고, 상기 하부수조(53)의 일 측에는 순환수를 배출하기 위한 드레인(65)이 형성된다. 상기 하부수조(53)에서 배출되는 순환수는 상기 충전층(20) 상부로 배출되거나 별도의 관로를 통해서 상기 순환수 저장조(35)로 배출할 수 있다.

이에 따라 상기 상부수조(52) 내의 수위가 일정하게 유지된 상태에서 상기 유입구(64)를 통해 순환수가 공급되면, 상기 집진판(55)의 상단부에 형성된 월류구(66)를 통해 순환수가 유입된다. 그리고 상기 원류공(66)으로 공급된 물을 상기 집진판(55)의 내주면을 따라 아래로 흐르면서 일정한 두께로 수막(54)을 형성한다.

따라서 상기 집진판(55)은 재질에 관계없이 (+)전극으로 사용되는 일종의 원통형 집진 부재를 이룬다. 즉, 상기 집진판(55)의 내주면에 수막(54)이 형성되면 이 수막(54)을 통해 방전이 이루어지기 때문에 집진판(55) 자체는 반드시 도전체일 필요는 없고 FRP, PVC 등의 플라스틱, 고무, 스틸 모두 가능하다. 특히, 고무 재질일 경우 탈부착이 용이하기 때문에 청소가 더욱 쉬운 장점을 가진다.

그리고 상기 집진판(55)의 중심에는 봉 형상의 방전봉(61)이 배치된다. 상기 방전봉(61)은 상기 상부수조(52)의 상부에 설치된 행거 바(62)와, 상기 하부수조(53)의 하부에 설치된 스페이서 바(62)에 의해서 수직으로 고정된다. 그리고 상기 방전봉(61)에는 다수 개의 방전핀(56)이 방사방향으로 돌출된다.

그리고 상기 방전봉(61)은 행거 바(62)와 절연 애자를 통해서 고전압발생기(59)에 연결된다. 상기 고전압발생기(59)의 고전압범위는 15kV~30kV이다. 이때, 상기 집진판(55)은 접지된 상태이다.

한편, 상기 집진판(55)의 내측에는 상기 집진판(55)의 내주면으로부터 일정한 간격 떨어지도록 가이드관(57)이 설치된다. 상기 가이드관(57)의 상단은 상기 집진판(55)의 하단부 쪽에 위치하고 하단은 하부수조(53)의 바닥을 관통하여 고정된다. 상기 가이드관(57)은 상기 집진판(55)의 내주면을 따라 흐르는 순환수가 상기 하부수조(53) 내로 떨어지도록 안내함과 아울러 상기 방전봉(61)으로 튀거나 하부수조(62)의 하부에 설치된 스페이서 부재(62) 등으로 떨어져서 아크 및 스파크를 발생하는 것을 방지한다.

따라서 상기 방전봉(61)에 고전압을 인가하면, 방전봉(56)과 집진판(55) 사이에서 코로나 방전이 발생하게 된다. 즉, 상기 방전봉(61)은 (-)전극이고, 상기 집진판(55)은 (+)전극으로 활용되어 고전압 인가시 상기 집진판(55)과 방전봉(56) 사이에 전계를 형성할 수 있게 된다. 이때 수막(54)은 집진판(55)에 골고루 유지되는 것이 중요하다.

상기 상부수조(52)에 일정 수위로 순환수가 채워져 있는 상태에서 추가적으로 순환수가 공급하며 월류구(66)를 통해서 물이 월류되면서 집진판(55)의 내주면을 따라 흘러내리게 되는 것이다. 즉, 물을 일정한 유량씩 공급하면 순환수가 공급된 유량만큼 집진판(55)의 월류구(66)로 월류하여 집진판(55) 내부에 수막(54)을 형성하게 된다.

이를 위해서 상기 상부수조(52)와 하부수조(53)는 순환배관(37)에 연결되어 있고 상기 순환수 저장조(35)의 순환수는 순환펌프(38)에 의해 상부수조(52)로 급수되고, 상기 하부수조(53)의 순환수는 상기 순환수 저수조(32)로 배출된다.

그러면 상기 집진판(55)의 내주면을 따라 흐르는 가스에 포함된 더스트, 미스트 등은 (-) 전하를 띠도록 유도되고, 이후 (+)전극인 집진판(55), 더 정확하게는 수막(54) 쪽으로 이동된 후 수막(54)을 따라 하부수조(53)로 이동하여 제거되게 된다. 즉, 집진판(55)의 내주면을 타고 수막(54)이 흘러내리면서 집진판(44)에 붙어 있는 미세 분진, 유해가스 등이 수막(54)에 의하여 씻겨지고 지속적인 세정이 이루어지고 항상 집진판(55)이 깨끗하게 유지되므로 전기집진기의 효율을 높게 유지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 상기 이온화 전기집진기(10)는 스크레버(30)의 전단에 설치되어 상기 집진용 전기집진기(50)의 성능부하를 덜어주고 유지보수 주기를 연장하기 위한 전처리 장치의 기능을 수행한다.

상기 이온화 전기집진기(10)로 유입되는 폐 가스는 빠른 속도로 통과하면서 폐 가스에 포함된 큰 입자나 대량의 더스트를 제거한다. 또한, 상기 이온화 전기집진기(10)는 미세입자를 하전시켜 후단의 충전층(20)에서 거울상힘(Mirror Image Force)에 의해 제거할 수 있도록 한다. 따라서 충전층(20)의 제거효율이 더욱 향상된다.

이어 상기 집진용 전기집진기(50)는 고전압 방전에 의해 더스트, 미스트, HF, HCl 등의 먼지 및 산(Acid)를 제거한다. 특히, 상기 충전층(20)에서 제거되지 못한 Si₃N₄, SiO₂, NH₂F, 등과 같은 미세입자 물질을 고도 처리한다.

따라서 본 발명에 따라 상기 이온화 전기집진기(10), 충전층(20)이 구비된 스크러버(30) 및 집진용 전기집진기(50)가 구비된 장치를 이용하면, 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 HF 등의 불소가스의 배출농도를 2~3ppm 정도까지 처리할 수 있다.

그러나 그 이하의 농도로 처리하는 것은 한계가 있다. 이를 극복하기 위한 방법으로, 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치(1)는 상기 집진용 전기집진기(50)의 후단에 성형활성탄층(Preformed Special Charcoal Bad)(60)을 더 설치한다.

상기 성형활성탄층(60)은 본체(31)의 내부에 성형활성탄을 일정 두께로 충전하여 이루어진다. 이때, 상기 성형활성탄층(60)은 소정의 형태로 성형한 활성탄을 이용한다. 상기 성형활성탄층(60)은 전기집진기로 제거하기 어려운 F₂, OF₂ 성분을 고도 처리한다. 특히, 상기 성형활성탄층(60)은 무정형 탄소의 집합체로서, HF와 반응하여 CF₄를 생성하고 자신은 소모된다.

2F₂ + C CF₄

2OF₂ + 2C CF₄ + CO₂

이를 통해서 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 폐 가스 중의 HF 농도를 1ppm 이하 더욱 바람직하게는 0.5ppm까지 낮출 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 성형활성탄의 일 예를 보여주는 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 성형활성탄은 외경 38mm, 길이 38mm이고 내부에 중공부가 형성되어 있다. 즉, 종래에 사용하던 4~8메쉬 파쇄탄이나 지름 4mm의 조립활성탄은 공극율이 작아 쉽게 막히는 문제가 있다. 그러나 상기 성형활성탄은 일정한 크기의 성형 체로 이루어지고 내부에 중공부가 형성되므로 쉽게 막히지 않는 장점이 있다.

다시 도 1을 참조하여, 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치(1)의 작용에 대해서 살펴본다.

먼저, 더스트, 미스트 및 불소가스가 함유된 폐 가스가 가스유입관(11)으로 유입되면, 폐 가스는 상기 이온화 전기집진기(10)에 형성된 다수 개의 집진판(55)의 내부를 통해 아래로 이동한다.

이때, 상기 이온화 전기집진기(10)의 상부수조(52)에는 순환수가 급수되어 일정한 수위를 유지한다. 그리고 상기 상부수조(52)로 순환수가 공급되면, 상기 집진판(55)의 상단부에 형성된 월류구(66)를 통해 순환수가 집진판(55)의 안쪽으로 오버플로우 되면서 흘러 내려 수막(54)을 형성한다.

이와 같이 집진판(55)에 수막(54)이 형성된 상태에서, 상기 방전봉(61)에 직류 고전압을 인가하면, 상기 방전봉(61) 주변을 따라 하부로 흘러가는 공기 중에 함유된 더스트, 미스트 입자가 (-)전하를 띠도록 유도된다. 그러면, (-)전하를 띤 더스트, 미스트 입자는 상대적으로 (+)전하를 띤 집진판(55), 즉 수막(54) 쪽으로 인력에 의해 당겨지고, 당겨진 (-)전하를 띤 더스트, 미스트 입자는 수막(54)에 포집됨과 동시에 수막(54)의 흐름을 따라 아래 방향으로 흘러내려 제거되게 된다.

이때, 상기 이온화 전기집진기(10)는 상대적으로 작은 크기로 이루어지고 폐 가스가 빠르게 통과하므로 입자 간의 충돌효과를 극대화할 수 있다. 바람직하게 상기 이온화 전기집진기(10)의 유속은 8~15m/sec이고 상기 집진용 전기집진기(50)의 유속은 0.5~2m/sec이다.

이어서, 상기 이온화 전기집진기(10)에서 처리된 폐 가스는 스크러버(30)로 공급된다. 폐 가스는 먼저, 상기 충전층(20)을 통과하여 상부로 이동한다. 상기 충전층(20)은 기-액이 효율적으로 접촉할 수 있도록 충전물을 충전하고 여기에 흡수액을 살수하여 가스를 흡수한다.

즉, 상기 충전층(20)은 폐 가스에 포함된 HF, F₂, SiF₄ 등의 가스를 가수분해하거나 흡수한다. 또한, 유입되는 입자상의 물질에 수분을 공급하여 증습 또는 증립 작용을 한다.

상기 충전층(20)은 F₂, OF₂ 성분을 가수분해하기 위해 충분한 접촉시간과 액-기 비로 가스를 흡수한다. 특히, 종래에는 충전층(20)이 쉽게 막히는 문제가 있었으나 본 발명은 이온화 전기집진기(10)에서 큰 입자와 다량의 더스트가 제거하므로 막힘 현상을 줄일 수 있다.

그리고 상기 충전층(20)이 형성된 본체(31)는 접지하여 상기 이온화 전기집진기(10)에서 하전된 미세입자를 거울상 힘(Mirror Image Force)에 의해 제거할 수 있도록 한다.

그리고 상기 충전층(20)을 통과한 폐 가스는 상기 집진용 전기집진기(50)로 유입된다. 그러면 폐 가스는 상기 집진용 전기집진기(50)에 구비된 다수 개의 원통형 집진판(55)의 내부를 통하여 상부로 이동한다. 이때, 상기 집진용 전기집진기(50)의 상부수조(52)에는 순환수가 급수되어 일정한 수위를 유지한다. 그리고 상기 상부수조(52)에 순환수가 공급되면, 상기 집진판(55)의 상단부에 형성된 월류구(66)를 통해서 순환수가 집진판(55)의 안쪽으로 오버플로우 되면서 흘러 내려 수막(54)을 형성한다.

이와 같이 상기 집진판(55)의 내주면에 수막(54)이 형성된 상태에서, 상기 방전봉(61)에 직류 고전압이 인가되면, 상기 방전봉(61) 주변을 따라 하부로 흘러가는 공기 중에 함유된 더스트, 미스트 입자가 (-)전하가 띠도록 유도된다. 그러면, (-)전하를 띤 더스트, 미스트 입자는 상대적으로 (+)전하를 띤 집진판(55), 즉 수막(54) 쪽으로 인력에 의해 당겨지고, 당겨진 (-)전하를 띤 더스트, 미스트 입자는 수막(54)에 포집함과 동시에 수막(54)의 흐름을 따라 아래 방향으로 흘러내려 제거되게 된다.

특히, 본 발명의 집진용 전기집진기(50)는 입자상의 물질인 NH₄F(불화 암모늄)를 고도처리할 수 있다. 상기 불화 암모늄은 물속에서 F이온을 내어 F-화합물로 측정된다. 기타 나머지의 작용 효과는 상술한 이온화 전기집진기(10)와 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.

상술한 바와 같이, 상기 이온화 전기집진기(10)는 큰 입자와 더스트를 제거함과 아울러 미세입자를 하전 시킨다. 그리고 상기 충전층(20)는 하전된 미세입자를 제거하고 HF, F₂, SiF₄ 등의 가스를 가수분해, 화학적 중화처리 및 흡수처리함과 아울러 미세입자에 수분을 공급하여 증립시켜 응집을 촉진하고, 이어, 상기 집진용 전기집진기(50)는 Si₃N₂, SiO₂, NH₂F 등과 같은 미세입자 물질을 고전압 방전에 의해 고도 처리한다. 따라서 본 발명의 이온화 습식 전기집진장치(1)를 이용하면, 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 HF 등의 불소가스의 배출농도를 2~3ppm 정도로 낮출 수 있다.

그러나 이러한 물리적인 분리 방법만으로는 F₂, OF₂ 성분을 고도처리하는 데는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치(1)는 상기 집진용 전기집진기(50)의 상부에 성형활성탄층(60)을 더 설치한 것이다.

상기 성형활성탄층(60)은 활성탄이 HF와 반응하여 CF₄를 생성하고 자신은 소모된다. 따라서 성형활성탄층(60)이 구비된 이온화 습식 전기집진장치(1)를 이용하면, 반도체 및 디스플레이 제조 공정에서 배출되는 HF 농도를 1ppm 이하 더욱 바람성형활성탄층 0.5ppm까지 낮출 수 있다. 또한, 상기 성형활성탄층(60)은 악취제거 효과도 있다. 특히, 상기 성형활성탄층(60)에 충전된 성형활성탄은 내부에 중공부가 형성되어 있고 크기가 크므로 막히지 않는다.

그리고 상기 스크러버(30)의 후단에는 도시되지 않은 기수 분리층이 더 설치될 수 있다. 기수 분리층은 순환수가 송풍기의 풍력에 의해 외부 또는 후단 설비로 옮겨지는 것을 방지하는 설비이다. 기수 분리층은 Demister 혹은 Mist eliminator라고도 한다. 수세미식으로 망사를 엮은 와이어 메시 타입(Wire mesh type)과 지그재그(Zigzag) 형식의 충돌판으로 만든 갈매기 형(Chevron Type)이 있다.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치의 다른 실시 예로서, 수평형 이온화 습식 전기집진장치를 보여주는 개략적인 구조도 이다. 도시된 바와 같이, 본체(31)의 선단에는 가스유입관(11)이 설치되고 상기 가스유입관(11)에는 이온화 전기집진기(10)가 설치된다. 그리고 상기 본체(31)에는 두 개의 집진용 전기집진기(50)와 충전층(20)이 교대로 설치된다. 그리고 상기 본체(31)의 후단에는 성형활성탄층(60)이 형성된다. 이와 같이 수평형 이온화 습식 전기집진장치(100)는 전술한 수직형 이온화 습식 전기집진장치(1)와 배열 순서만 다를 뿐 동일한 구조를 갖는다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 이온화 습식 전기집진장치는 에어로졸을 효율적으로 제거해 줌으로서 여과된 공기를 연돌과 같은 배출부를 통해 배출하더라도 백연 현상이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은 집진판 표면에 연속적으로 접지된 수막을 형성시켜 줌으로써 집진판의 오염을 막아 습식 전기집진기에 대한 청소 등의 유지보수 주기가 길다. 높은 부식환경에서도 수막에 의해 집진판이 보호되며 전기적 전도를 위해 고가의 내식성 금속이나 카본-FRP 등을 사용할 필요가 없어 높은 경제성을 가짐 역 코로나(Back Corona) 또는 역극성 방전에 의한 스파크가 발생하지 않아 높은 전계하에서의 안정적인 운전이 가능한 효과가 있다.

또한,본 발명은 집진판에 지속적으로 물의 월류를 형성함으로써 이에 의하여 고른 수막을 형성시켜 집진판에 부착된 분진이 흐르는 물에 의하여 지속적으로 씻겨 내리게 하여 집진판이 항상 깨끗한 상태로 유지되게 하고 전기전도도를 향상시켜 집진 효율을 높게 유지하는 효과를 갖는다.

또한, 물 자체가 전기 전도성이 우수하므로 집진 효율을 높일 수 있으므로 집진판의 높이를 획기적으로 감소시키는 것이 가능하고, 집진판의 재질을 비 전 도성 물질 등으로 다양하게 선정할 수 있게 하는 효과를 갖는다.

이상에서 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어야 한다.

1: 이온화 습식 전기집진장치 10: 이온화 전기집진기
11: 가스유입관 20: 충전층
30: 스크러버 31: 본체
35: 순환수 저장조 36: 스프레이 장치
37: 순환수 배관 38: 순환펌프
50: 집진용 전기집진기 52: 상부수조
53: 하부수조 54: 수막
55: 집진판 56: 방전핀
57: 가이드관 59: 고전압발생기
61: 방전봉 62: 행거 바
63: 스페이스 바 64: 유입구
65: 드레인 66: 월류구
80: 성형활성층

Claims

내부에 충전층이 구비된 습식 스크러버와;
상기 습식 스크러버의 선단에 설치되고 고전압 방전에 의해 폐 가스에 포함된 입자를 하전시키는 이온화 전기집진기와;
상기 충전층의 상부에 설치되고 고전압 방전에 의해 폐 가스에 포함된 미스트 및 더스트를 집진하는 집진용 전기집진기;를 포함하여 이루어지되,
상기 이온화 전기집진기는,
내부공간을 형성하는 본체와;
상기 본체의 내부에 설치되고 순환수가 유입되는 상부수조와;
상기 상부수조의 하부에 일정 거리 떨어져 설치되고 순환수가 배출되는 하부수조와;
상기 상부수조와 하부수조 사이에 수직으로 설치되고, 그 상단은 상기 상부수조를 관통하여 설치되며, 그 하단은 상기 하부수조로부터 일정 거리 떨어지게 설치되며, 상기 상부수조의 순환수가 월류하도록 상기 상단으로부터 일정 거리 떨어진 높이에 다수 개의 월류구가 형성된 다수 개의 원통형 집진판과;
상기 집진판으로부터 일정 거리 떨어지도록 설치되고 그 상단은 상기 집진판의 하단부에 위치하고 그 하단은 상기 하부수조의 바닥면에 고정되는 가이드관과;
상기 집진판 및 가이드관의 중심을 관통하는 봉 형상의 방전봉과;
상기 방전봉에 고전압 직류 전원을 공급하는 고전압발생기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온화 습식 전기집진장치.
삭제
제 1항에 있어서,
상기 집진용 전기집진기는,
내부공간을 형성하는 본체와;
상기 본체의 내부에 설치되고 순환수가 유입되는 상부수조와;
상기 상부수조의 하부에 일정 거리 떨어져 설치되고 순환수가 배출되는 하부수조와;
상기 상부수조와 하부수조 사이에 수직으로 설치되고, 그 상단은 상기 상부수조를 관통하여 설치되며, 그 하단은 상기 하부수조로부터 일정 거리 떨어지게 설치되며, 상기 상부수조의 순환수가 월류하도록 상기 상단으로부터 일정 거리 떨어진 높이에 다수 개의 월류구가 형성된 다수 개의 원통형 집진판과;
상기 집진판으로부터 일정 거리 떨어지도록 설치되고 그 상단은 상기 집진판의 하단부에 위치하고 그 하단은 상기 하부수조의 바닥면에 고정되는 가이드관과;
상기 집진판 및 가이드관의 중심을 관통하는 봉 형상의 방전봉과;
상기 방전봉에 고전압 직류 전원을 공급하는 고전압발생기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온화 습식 전기집진장치.
제 3항에 있어서,
상기 습식 스크러버는,
소정의 충전물로 이루어진 충전층과;
상기 충전층의 상부에 설치된 상기 집진용 전기집진기와;
상기 충전층과 상기 집진용 전기집진기의 상부에 각각 설치된 스프레이 장치와;
상기 본체의 하단에 구비되어 순환수를 저장하는 순환수 저장조와;
상기 순환수 저장조에 저장된 순환수를 상기 스프레이 장치로 공급하기 위한 순환배관과;
상기 순환배관에 설치되어 순환수를 공급하는 순환펌프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 습식 전기집진장치.
제 4항에 있어서,
상기 순환배관은 상기 이온화 전기집진기의 상부에 설치되어 순환수를 분사하는 스프레이 장치와 상기 이온화 전기집진기 및 상기 집진용 전기집진기의 상부수조에 연결되는 것을 특징으로 하는 이온화 습식 전기집진장치.
제 1항에 있어서,
상기 집진용 전기집진기의 상부에는 성형활성탄이 충전되어 이루어진 성형활성층을 더 설치되는 것을 특징으로 하는 이온화 습식 전기집진장치.
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