KR101483004B1

KR101483004B1 - 폐가스 연소기

Info

Publication number: KR101483004B1
Application number: KR1020140008869A
Authority: KR
Inventors: 박용근
Original assignee: 박용근
Priority date: 2014-01-24
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-01-14

Abstract

본 발명은 연소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐가스를 연소시켜 처리하기 위한 폐가스용 연소기에 관한 것이다. 본 발명에 따른 폐가스 연소기는, 폐가스가 유동하는 공간을 형성하는 벽면을 구비하며, 폐가스가 배출될 수 있도록 일단이 개방된 폐가스 가이드 챔버와, 폐가스의 공급을 위해서 상기 폐가스 가이드 챔버와 연통된 폐가스 매니폴드과, 상기 폐가스 가이드 챔버를 둘러싸는 제1가이드 벽을 구비하는 내부 가이드와, 상기 제1가이드 벽과 간격을 두고 상기 제1가이드 벽을 둘러싸며, 상기 제1가이드 벽과 함께 가연성 가스가 유동하는 가연성 가스 유동공간을 형성하는 제2가이드 벽을 구비하는 외부 가이드와, 상기 내부 가이드와 외부 가이드 사이에 배치되어 상기 내부 가이드와 외부 가이드를 전기적으로 절연시키는 절연부재와, 상기 가연성 가스 유동공간에 가연성 가스를 공급하기 위해서 상기 가연성 가스 유동공간과 연통된 적어도 하나의 가스 유입관을 포함하며, 상기 제1가이드 벽과 제2가이드 벽 사이에서 스파크가 발생하여 상기 가연성 가스 유동공간의 하류 측에서 가연성 가스가 점화되도록, 상기 제1가이드 벽 또는 제2가이드 벽에 고전압이 인가되도록 구성된다.

Description

폐가스 연소기{WASTE GAS COMBUSTOR}

본 발명은 연소기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 제조공정 등에서 사용된 후 배출되는 폐가스를 연소시켜 처리하기 위한 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 유발하게 된다. 따라서 이러한 공정 폐가스는 유해성분의 함량을 허용농도 이하로 낮추는 무해화 처리를 거쳐서 대기 중으로 배출되어야 한다.

일반적으로, 이와 같은 공정 폐가스의 무해화 처리에는 연소 방식, 웨트 방식(Wet type), 흡착 방식, 냉각 방식, 촉매 방식 등 다양한 형태와 구조의 가스스크러버(Gas scrubber)가 사용되고 있다. 연소 방식은 폐가스를 히터 방식, 점화 방식의 연소기에 의하여 연소시키고 있다. 가스스크러버는 안전성, 경제성 및 효율성을 고려하여 연소 방식에 웨트 방식, 흡착 방식 등의 구조가 직렬로 연결되는 형태로 구성될 수 있다.

한국 등록특허 제10-0647997호 "폐가스 처리장치"는 폐가스, 연료가스와 공기의 유입을 위한 매니폴드(Manifold), 연료가스와 공기의 혼합가스를 연소시키기 위한 가스버너, 가스버너의 하부에 설치되어 있는 버닝체임버(Burning chamber)와 버닝체임버로부터 유입되는 폐가스에 물을 분사하여 정제 및 냉각하는 정제/냉각유닛을 포함한다. 폐가스는 연료가스와 공기는 매니폴드를 통하여 가스버너 안에 유입되어 혼합된다. 혼합가스는 점화기의 작동에 의하여 발생되는 불꽃에 의하여 점화되고, 혼합가스의 화염은 버닝체임버 안에 분사된다. 폐가스는 매니폴드를 통하여 버닝체임버 안에 공급되고, 화염에 의하여 연소된 후 정제/냉각유닛으로 공급되어 무해화 처리된다.

한국 등록특허 제10-0647997호

상술한 종래의 폐가스 처리장치는 연료가스와 공기가 균일하게 혼합되기 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 연소효율이 낮아서 폐가스 처리를 위해서 많은 양의 연료가스가 필요하다는 문제가 있었다. 또한, 폐가스 처리 도중에 화염이 꺼져버리는 문제도 발생하였다.

본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 연소효율이 높은 새로운 폐가스용 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 점화가 용이하며, 불꽃이 쉽게 꺼지지 않는 폐가스 연소기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폐가스 연소기는, 폐가스가 유동하는 공간을 형성하는 벽면을 구비하며, 폐가스가 배출될 수 있도록 일단이 개방된 폐가스 가이드 챔버와, 폐가스의 공급을 위해서 상기 폐가스 가이드 챔버와 연통된 폐가스 매니폴드과, 상기 폐가스 가이드 챔버를 둘러싸는 제1가이드 벽을 구비하는 내부 가이드와, 상기 제1가이드 벽과 간격을 두고 상기 제1가이드 벽을 둘러싸며, 상기 제1가이드 벽과 함께 가연성 가스가 유동하는 가연성 가스 유동공간을 형성하는 제2가이드 벽을 구비하는 외부 가이드와, 상기 내부 가이드와 외부 가이드 사이에 배치되어 상기 내부 가이드와 외부 가이드를 전기적으로 절연시키는 절연부재와, 상기 가연성 가스 유동공간에 가연성 가스를 공급하기 위해서 상기 가연성 가스 유동공간과 연통된 적어도 하나의 가스 유입관을 포함하며, 상기 제1가이드 벽과 제2가이드 벽 사이에서 스파크가 발생하여 상기 가연성 가스 유동공간의 하류 측에서 가연성 가스가 점화되도록, 상기 제1가이드 벽 또는 제2가이드 벽에 고전압이 인가되도록 구성된다.

상술한 폐가스 연소기에 있어서, 상기 제1가이드 벽과 제2가이드 벽은 상기 가연성 가스 유동공간의 하류 측에서 서로 가까워지도록 구성되는 것이 바람직하다. 상기 제1가이드 벽과 제2가이드 벽이 서로 가까울수록 스파크 발생이 용이하기 때문이다.

또한, 상기 가스 유입관은 상기 가스 유입관을 통해서 가연성 가스 유동공간에 유입된 가연성 가스가 한쪽 방향으로 회전할 수 있도록, 상기 제1가이드 벽의 법선과 각을 이룬 상태로 설치되는 것이 바람직하다. 가연성 가스가 쉽게 혼합되도록하기 위함이다.

또한, 상술한 폐가스 연소기는 상기 가연성 가스 유동공간에서 배출되는 가연성 가스가 상기 폐가스 가이드 챔버 측으로 흐르도록, 가연성 가스를 유도하는 가스 노즐을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 내부 가이드와 상기 폐가스 가이드 챔버가 전기적으로 절연되도록, 상기 내부 가이드는 간격을 두고 상기 폐가스 가이드 챔버를 둘러싸는 것이 바람직하다.

상기 폐가스 매니폴드는 복수의 폐가스 유입관을 구비하며, 상기 폐가스 가이드 챔버는 상기 폐가스 유입관과 각각 연통된 복수의 폐가스 통로를 구비할 수 있다.

폐가스가 상기 폐가스 가이드 챔버 내부의 바깥쪽으로 흐르도록, 상기 폐가스 가이드 챔버의 중심부는 밀폐되는 것이 바람직하다. 폐가스 가이드 챔버 내부의 중심부보다는 가연성 가스가 공급되는 바깥쪽에서 화염이 주로 발생하기 때문이다.

또한, 상술한 폐가스 연소기는 고전압 인가수단과 상기 고전압 인가수단과 상기 외부 가이드를 연결하는 도선을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 폐가스 연소기는 연료가스와 공기 또는 산소가 균일하게 혼합되므로, 연소효율이 높다는 장점이 있다. 또한, 점화가 용이하고, 불꽃이 쉽게 꺼지지 않는다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 일실시예의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 B-B 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 일실시예의 사시도이며, 도 2은 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 평면도이다. 도 3는 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 측면도이며, 도 4는 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 A-A 단면도이며, 도 5은 도 1에 도시된 폐가스 연소기의 B-B 단면도이다.

도 1 내지 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐가스 연소기의 일실시예는 폐가스 가이드 챔버(10), 폐가스 매니폴드(20), 내부 가이드(30), 외부 가이드(40), 절연부재(50), 가스 유입관(60)을 포함한다. 본 폐가스 연소기의 하단에는 폐가스의 연소가 이루어지는 연소 챔버가 결합되며, 연소 챔버의 하단에는 습식 스크러버 등 다른 처리 설비가 결합될 수 있다.

도 4에서 가장 잘 확인할 수 있듯이, 폐가스 가이드 챔버(10)는 대체로 원통형으로서, 폐가스가 유동하는 공간을 형성한다. 폐가스 가이드 챔버(10)는 상하단이 개방되어 있다. 본 실시예에 있어서, 폐가스 가이드 챔버(10)의 내부에는 폐가스가 유동할 수 있는 네 개의 폐가스 통로(11)가 분리되어 형성되어 있다(도 5 참조). 폐가스 통로(11)는 폐가스 가이드 챔버(10) 내부의 바깥쪽으로 치우치며, 폐가스 가이드 챔버(10)의 중심부는 폐가스가 흐르지 못하도록 밀폐되어 있는 것이 바람직하다. 화염이 폐가스 가이드 챔버(10)의 내부의 바깥쪽에 주로 발생하기 때문이다. 폐가스 가이드 챔버(10)는 스테인니스 스틸로 이루어질 수 있다.

도 1 내지 4에서 알 수 있듯이, 폐가스 가이드 챔버(10)의 개방된 상단에는 폐가스 매니폴드(20)가 결합된다. 폐가스 매니폴드(20)와 폐가스 가이드 챔버(10)의 상단 사이에는 폐가스가 새는 것을 방지하기 위한 개스킷(70)이 배치된다. 폐가스 가이드 챔버(10)와 폐가스 매니폴드(20)는 나사결합된다. 폐가스 매니폴드(20)는 대체로 육면체 형태인 몸체(21)와 개방된 상면을 덮는 커버(22) 및 몸체(21)의 측면에 각각 결합하는 네 개의 폐가스 유입관(23)을 구비한다. 각각의 폐가스 유입관(23)은 폐가스 가이드 챔버(10)의 폐가스 통로(11)와 각각 연통된다. 몸체(21)와 커버(22) 사이에도 폐가스가 새는 것을 방지하기 위한 개스킷(71)이 배치된다. 폐가스 매니폴드(20)는 스테인니스 스틸로 이루어질 수 있다.

도 4와 5에 도시된 바와 같이, 내부 가이드(30)는 대체로 원통형으로서, 일정한 간격을 두고 폐가스 가이드 챔버(10)를 둘러싸는 제1가이드 벽(31)을 구비한다. 내부 가이드(30)는 전도성이 있는 물질로 이루어진다. 내부 가이드(30)는 폐가스 가이드 챔버(10)와의 전기적인 절연을 위해서, 폐가스 가이드 챔버(10)의 벽면과 제1가이드 벽(31)이 약 0.5㎜ 간격으로 떨어지도록 배치된다. 내부 가이드(30)는 다른 부재와의 결합을 위해 상단에 프랜지(35)가 형성된다. 내부 가이드(30)는 스테인니스 스틸로 이루어질 수 있다. 제1가이드 벽(31)의 하단에는 반경방향 외측으로 돌출된 돌출부(33)가 형성되어 있다.

내부 가이드(30)는 폐가스 가이드 챔버(10)에 결합된 가이드 프랜지(55)에 나사결합된다. 가이드 프랜지(55)와 내부 가이드(30) 사이에는 상부 절연부재(51)가 설치되어, 내부 가이드(30)와 폐가스 가이드 챔버(10)를 전기적으로 절연시킨다.

도 4와 5에 도시된 바와 같이, 외부 가이드(40)는 대체로 원통형으로서, 일정한 간격을 두고 제1가이드 벽(31)을 둘러싸는 제2가이드 벽(41)을 구비한다. 제1가이드 벽(31)과 제2가이드 벽(41)의 사이의 공간은 연료가스, 산소, 공기 등이 혼합된 가연성 가스가 유동하는 가연성 가스 유동공간(45)이 된다. 제1가이드 벽(31)과 제2가이드 벽(41) 사이의 간격은 약 1㎜ 정도이다. 외부 가이드(40)는 전기 전도성이 있는 물질, 예를 들어, 스테인니스 스틸로 이루어질 수 있다.

도 4에서 가장 쉽게 확인할 수 있듯이, 절연부재(50)는 내부 가이드(30)의 플랜지(35)와 외부 가이드(40) 사이에 배치된다. 절연부재(50)는 내부 가이드(30)의 플랜지(35)에 외부 가이드(40)를 나사 결합할 때, 내부 가이드(30)와 외부 가이드(40)가 전기적으로 절연되도록 하는 역할을 한다. 절연부재(50)는 MC 나일론으로 이루어질 수 있다.

가스 유입관(60)은 가연성 가스 유동공간(45)에 가연성 가스를 공급하기 위한 것으로서, 외부 가이드(40)에 설치된다. 도 4와 5에서 확인할 수 있듯이, 외부 가이드(40)에는 가스 유입관(60)과 가연선 가스 유동공간(45)을 연결하는 통로(46)가 형성되어 있다. 도 2와 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 있어서, 가스 유입관(60)은 세 개가 설치되어 있다. 하나는 액화천연가스, 액화석유가스, 수소가스 등 연료가스가 유입되는 가스 유입관(60)이며, 다른 하나는 산소가스가 유입되는 가스 유입관(60)이며, 나머지 하나는 공기가 유입되는 가스 유입관(60)이다. 용도에 따라서, 연료가스와 산소가스의 혼합가스가 가연성 가스로 공급될 수도 있으며, 연료가스와 공기의 혼합가스가 가연성 가스로 공급될 수도 있다.

도 2와 5에서 알 수 있듯이, 가스 유입관(60)들은 가스 유입관(60)을 통해서 가연성 가스 유동공간(45)에 유입된 가연성 가스가 한쪽 방향으로 회전할 수 있도록, 제1가이드 벽(31)의 법선과 각을 이룬 상태로 설치된다. 도 5에서 알 수 있듯이, 본 실시예에서는 반시계 방향으로 가연성 가스가 회전한다. 회전하는 과정에서 가연성 가스를 이루는 연료가스, 산소가스 및 공기가 혼합된다. 그 결과 연소효율이 향상된다.

도 1과 3에 도시된 바와 같이, 외부 가이드(40)에는 고전압 인가수단(미도시)과 연결되는 도선(47)이 설치된다. 고전압 인가수단은 내부 가이드(30)와 외부 가이드(40) 사이에서 스파크가 발생하도록 외부 가이드(40)에 고전압을 인가하는 역할을 한다. 외부 가이드(40)에 고전압이 인가되면, 외부 가이드(40)의 제2가이드 벽(41)과 내부 가이드(30)의 제1가이드 벽(31)의 끝단의 돌출부(33)의 사이에서 스파크가 발생한다.

또한, 가스 연소기는 가연성 가스 유동공간(45)에서 배출되는 가연성 가스가 폐가스 가이드 챔버(10) 측으로 흐르도록, 가연성 가스를 유도하는 가스 노즐(80)을 더 포함한다.

이하, 상술한 폐가스 연소기의 작용에 대해서 설명한다.

폐가스 매니폴드(20)를 통해서 유입된 폐가스는 폐가스 가이드 챔버(10)의 폐가스 통로(11)를 통해서 아래로 흐른다. 가스 유입관(60)들을 통해서 유입된 가스들은 가연성 가스 유동공간(45)에서 반시계 방향으로 회전하면서 혼합되면서, 아래로 흐른다.

외부 가이드(40)에 고전압이 인가되면, 외부 가이드(40)의 제2가이드 벽(41)과 내부 가이드(30)의 제1가이드 벽(31)의 돌출부(33) 사이에서 스파크가 발생한다. 스파크가 발생하면서 내부 가이드(30)에 흐른 전류는 상부 절연부재(51)에 의해서 차단된다.

스파크는 가연성 가스 유동공간(45)을 흐르는 가연성 가스를 점화시켜 화염을 일으킨다. 이 화염은 가연성 가스의 흐름을 따라서 폐가스 가이드 챔버(10)의 하단부로 배출되어 연소 챔버로 유입되는 폐가스를 태운다.

연소 챔버를 통과한 폐가스는 습식 스크러버 등 별도의 처리설비에 의해서 추가로 처리될 수 있다.

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: 폐가스 가이드 챔버 11: 폐가스 통로
20: 폐가스 매니폴드 23: 폐가스 유입관
30: 내부 가이드 31: 제1가이드 벽
40: 외부 가이드 41: 제2가이드 벽
45: 가연성 가스 유동공간 50: 절연부재
51: 상부 절연부재 55: 가이드 프랜지
60: 가스 유입관 70, 71: 개스킷
80: 가스 노즐

Claims

폐가스가 유동하는 공간을 형성하는 벽면을 구비하며, 폐가스가 배출될 수 있도록 일단이 개방된 폐가스 가이드 챔버와,
폐가스의 공급을 위해서 상기 폐가스 가이드 챔버와 연통된 폐가스 매니폴드과,
상기 폐가스 가이드 챔버를 둘러싸는 제1가이드 벽을 구비하는 내부 가이드와,
상기 제1가이드 벽과 간격을 두고 상기 제1가이드 벽을 둘러싸며, 상기 제1가이드 벽과 함께 가연성 가스가 유동하는 가연성 가스 유동공간을 형성하는 제2가이드 벽을 구비하는 외부 가이드와,
상기 내부 가이드와 외부 가이드 사이에 배치되어 상기 내부 가이드와 외부 가이드를 전기적으로 절연시키는 절연부재와,
상기 가연성 가스 유동공간에 가연성 가스를 공급하기 위해서 상기 가연성 가스 유동공간과 연통된 적어도 하나의 가스 유입관을 포함하며,
상기 제1가이드 벽과 제2가이드 벽 사이에서 스파크가 발생하여 상기 가연성 가스 유동공간의 하류 측에서 가연성 가스가 점화되도록, 상기 제1가이드 벽 또는 제2가이드 벽에 고전압이 인가되도록 구성된 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
스파크 발생이 용이하도록, 상기 제1가이드 벽과 제2가이드 벽은 상기 가연성 가스 유동공간의 하류 측에서 서로 가까워지도록 구성된 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
상기 가스 유입관은 상기 가스 유입관을 통해서 가연성 가스 유동공간에 유입된 가연성 가스가 한쪽 방향으로 회전할 수 있도록, 상기 제1가이드 벽의 법선과 각을 이룬 상태로 설치되는 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
상기 가연성 가스 유동공간에서 배출되는 가연성 가스가 상기 폐가스 가이드 챔버 측으로 흐르도록, 가연성 가스를 유도하는 가스 노즐을 더 포함하는 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
상기 내부 가이드와 상기 폐가스 가이드 챔버가 전기적으로 절연되도록, 상기 내부 가이드는 간격을 두고 상기 폐가스 가이드 챔버를 둘러싸는 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
상기 폐가스 매니폴드는 복수의 폐가스 유입관을 구비하며, 상기 폐가스 가이드 챔버는 상기 폐가스 유입관과 각각 연통된 복수의 폐가스 통로를 구비하는 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
폐가스가 상기 폐가스 가이드 챔버 내부의 바깥쪽으로 흐르도록, 상기 폐가스 가이드 챔버의 중심부가 밀폐된 폐가스 연소기.
제1항에 있어서,
고전압 인가수단과 상기 고전압 인가수단과 상기 외부 가이드를 연결하는 도선을 더 포함하는 폐가스 연소기.