KR101534818B1 - 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기 - Google Patents

열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스크러버용 열교환기에 관한 것으로서, 상세하게는, 스크러버에 일체로 설치되거나, 혹은 외부에 설치되어 유독성 가스 처리과정 중 발생하는 산폐수의 온도를 조절하고 내부 부식과 막힘 현상을 개선하여 비용 절감과 환경 안전사고를 방지할 수 있는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 스크러버의 폐수탱크로부터 공급되는 산폐수가 유입되는 산폐수 유입공과, 냉각된 산폐수를 외부로 배출하는 산폐수 배출공과, 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입공과, 상기 냉각매체 유입공으로 유입된 냉각매체가 채워지는 열교환 공간과, 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 배출하는 냉각매체 배출공을 포함하는 열교환 챔버와, 상기 열교환 공간에 다단으로 설치되되, 상기 열교환 공간에 채워진 냉각매체와 열교환하여 상기 산폐수 유입공을 통해 내부로 유입된 산폐수를 냉각시키고, 냉각된 산폐수를 상기 산폐수 배출공으로 배출하는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기를 제공한다.

Description

열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기{HEAT EXCHANGE DEVICE FOR THE SCRUBBER HAVING A THERMALLY CONDUCTIVE PLASTIC COOLING PIPE}
본 발명은 스크러버용 열교환기에 관한 것으로서, 상세하게는, 스크러버에 일체로 설치되거나, 혹은 외부에 설치되어 유독성 가스 처리과정 중 발생하는 산폐수의 온도를 조절하고 내부 부식과 막힘 현상을 개선하여 비용 절감과 환경 안전사고를 방지할 수 있는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체, LED, LCD, 태양전지 등은 수소(H2) 그룹 등의 가스와 모노실란, 디실란 등의 실란(SiH4)계 가스 및 암모니아(NH3) 등을 이용하여 고온에서 제조된다. 이때, 수소그룹, 실란계 가스 및 암모니아 등이 연소되는 과정에서 발생되는 발화성 가스와 이에 함유된 유독성 가스(Toxic gas) 등의 폐가스가 대기로 여과 없이 배출됨에 따라 인체 및 대기오염에 상당한 악영향을 미치는 문제점이 대두 되었다.
이에 따라, 반도체 제조 과정에서 배출되는 발화성 가스 및 유독성 가스 등의 폐가스를 처리하기 위하여 다양한 형태의 처리방법이 제공되었다. 그 대표적인 것으로, 습식방식 또는 건식방식 스크러버 등을 사용하는 방법이 있으며, 필요에 따라 스크러버의 전/후에 별도의 필터 또는 흡착층 등을 구비시켜 처리효율을 증가시킬 수 있다.
습식방식 스크러버는 물을 이용하여 유독성 가스를 세정 및 냉각하는 구조로 비교적 간단한 구성을 가지므로 제작이 용이하고 대용량화가 가능하다. 건식방식 스크러버는 에어 버너 또는 산소 버너 등의 버너 속을 유독성 가스가 통과되도록 하여 직접 연소시키거나, 또는 열원을 이용하여 고온의 챔버를 형성하고 고속으로 유독성 가스가 통과되도록 하여 간접적으로 연소시키는 구조로, 발화성 가스의 처리에는 탁월한 효과가 있다.
하지만, 습식방식 스크러버의 경우에는 불수용성의 가스 처리가 불가능한 단점이 있고, 특히 발화성이 강한 수소기를 포함하는 배기가스를 처리하는데는 한계가 있다. 그리고, 건식방식 스크러버의 경우에는 발화성 가스의 처리는 우수하나, 연소가 잘 되지 않는 가스를 처리하는 데에는 한계가 있다. 이러한 이유로 최근에는 습식방식과 건식방식의 스크러버를 결합한 혼합형 가스 스크러버가 주로 사용되고 있다.
혼합형 가스 스크러버는 진공펌프를 통해 유입되는 유해가스를 연소실에서 1차로 연소시켜 발화성 가스 및 폭발성 가스를 제거하는 열처리부와, 상기 열처리부를 통해 발화성 가스 및 폭발성 가스가 제거된 유해가스를 2차적으로 수조에 수용시켜 수용성의 유해가스를 물에 용해시키는 수처리부와, 상기 유해가스가 용해된 폐수를 저장하여 폐수 드레인을 통해 외부로 배출하는 폐수탱크를 포함하여 이루어진다.
상기 폐수탱크로 저장된 산폐수는 폐수 드레인을 통해 배출되기 전에 순환펌프를 통해 상기 수처리부로 순환되어 재활용된다. 이때, 폐수탱크에 저장된 산폐수는 열처리와 수처리 과정을 통해 온도가 대략 60~70℃까지 상승하게 되는데, 이렇게 상승된 산폐수를 대략 50℃ 이하까지 낮추기 위하여 스크러버용 열교환기가 사용된다.
이러한 스크러버용 열교환기는 순환펌프로부터 공급되는 산폐수를 설정된 온도로 낮춘 후 수처리부로 공급한다. 그러나, 지금까지 알려진 종래기술에 따른 스크러버용 열교환기들은 대부분 금속재질, 예를 들면 SUS(Steel Use Stainless)를 이용하여 접합 또는 조립시켜 제작함에 따라 강한 산성을 띄는 산폐수에 의해 쉽게 부식되고, 유로가 좁아 막힘 현상이 발생하여 환경 안전사고를 유발시키는 원인이 되고 있다.
KR 10-1998-0005278 A, 1998. 03. 30. KR 10-2006-0095431 A, 2006. 08. 31. KR 20-0368907 Y1, 2004. 11. 18. KR 10-2003-0025001 A, 2003. 03. 28.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서,스크러버에 일체 또는 외부에 설치되어 유독성 가스 처리과정 중 발생하는 산폐수의 온도를 조절하고 내부 부식과 막힘 현상을 개선하여 비용 절감과 환경 안전사고를 방지할 수 있는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은 스크러버의 폐수탱크로부터 공급되는 산폐수가 유입되는 산폐수 유입공과, 냉각된 산폐수를 외부로 배출하는 산폐수 배출공과, 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입공과, 상기 냉각매체 유입공으로 유입된 냉각매체가 채워지는 열교환 공간과, 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 배출하는 냉각매체 배출공을 포함하는 열교환 챔버와, 상기 열교환 공간에 다단으로 설치되되, 상기 열교환 공간에 채워진 냉각매체와 열교환하여 상기 산폐수 유입공을 통해 내부로 유입된 산폐수를 냉각시키고, 냉각된 산폐수를 상기 산폐수 배출공으로 배출하는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은 스크러버의 폐수탱크로부터 공급되는 산폐수가 유입되는 산폐수 유입공과, 냉각된 산폐수를 외부로 배출하는 산폐수 배출공과, 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입공과, 상기 산폐수 유입공으로 유입된 산폐수가 채워지는 열교환 공간과, 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 배출하는 냉각매체 배출공을 포함하는 열교환 챔버와, 상기 열교환 공간에 다단으로 설치되되, 상기 냉각매체 유입공을 통해 내부로 유입된 냉각매체를 이용하여 상기 열교환 공간에 채워진 산폐수와 열교환하여 상기 열교환 공간에 채워진 산폐수를 냉각시키는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기를 제공한다.
바람직하게, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관은 흑연과 내부식성 재질의 플라스틱이 혼합되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 열교환 챔버의 내측에 서로 대향하도록 설치되되, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단과 타단이 각각 결합되는 제1 및 제2 결합부를 더 포함하되, 상기 제1 결합부는 상기 산폐수 유입공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있고, 상기 제2 결합부는 상기 산폐수 배출공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 타단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 제2 결합부의 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 열교환 챔버의 내측에 서로 대향하도록 설치되되, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단과 타단이 각각 결합되는 제1 및 제2 결합부를 더 포함하되, 상기 제1 결합부는 상기 냉각매체 유입공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있고, 상기 제2 결합부는 상기 냉각매체 배출공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 타단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 제2 결합부의 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 결합부는 상기 열교환 챔버와 일체로 형성되거나, 독립적으로 분리되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열전도성과 내부식성이 우수한 재질로 형성된 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 열교환기를 제공함으로써 금속 재질과 동등하거나, 향상된 열전도성을 제공하여 산폐수의 온도를 효과적으로 낮추는 동시에 내부 부식과 막힘 현상을 개선하여 비용 절감과 환경 안전사고를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스크러버용 열교환기를 설명하기 위하여 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 열교환기를 설명하기 위하여 도시한 조립 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 스크러버용 열교환기의 내부를 보여주기 위해 하부에서 바라본 투시도.
도 4는 도 2에 도시된 스크러버용 열교환기의 분해 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 열교환기를 위에서 바라본 평면도.
도 6은 도 5에 도시된 스크러버용 열교환기를 정면에서 바라본 정면도.
도 7은 도 5에 도시된 A-A' 절취선을 따라 도시한 단면도.
도 8은 도 6에 도시된 B-B' 절취선을 따라 도시한 단면도.
도 9는 도 6에 도시된 C-C' 절취선을 따라 도시한 단면도.
도 10은 도 6에 도시된 D-D' 절취선을 따라 도시한 단면도.
도 11은 본 발명에 따른 열전도성 플라스틱 냉각관을 설명하기 위하여 도시한 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 스크러버용 열교환기를 설명하기 위하여 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스크러버용 열교환기(100)는 스크러버(3)와 일체형으로 설치되거나, 혹은 스크러버(3)의 외부에 설치될 수 있으며, 스크러버(3)의 수처리부(32)에서 사용된 산폐수의 온도를 낮추어 다시 수처리부(32)로 공급한다.
본 발명에 따른 스크러버(3)는 진공펌프(2)를 통해 메인설비(1)로부터 유입되는 유독성 가스를 포함하는 유해가스를 정화시켜 배기덕트(4)로 배출하는 장치로서, 일례로 습식방식과 건식방식의 스크러버를 결합한 혼합형 가스 스크러버일 수 있다.
스크러버(3)는 도 1과 같이, 진공펌프(2)를 통해 유입되는 유해가스를 연소실에서 1차로 연소시켜 발화성 가스 및 폭발성 가스를 제거하는 열처리부(31)와, 열처리부(31)를 통해 발화성 가스 및 폭발성 가스가 제거된 유해가스를 2차적으로 수조에 수용시켜 수용성의 유해가스를 물에 용해시키는 수처리부(32)와, 유해가스가 용해된 폐수를 저장하여 폐수 드레인(5)을 통해 외부로 배출하는 폐수탱크(33)와, 폐수탱크(33)로부터 산폐수를 스크러버용 열교환기(100)로 공급하는 순환펌프(34)를 포함한다.
본 발명에서, 메인설비(1)는 일례로 반도체 제조 설비일 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 스크러버용 열교환기가 반도체 제조 설비에 국한되는 것은 결코 아니며, 반응성 부산물을 포함하는 유독성 가스를 취급하는 모든 설비에 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 열교환기를 설명하기 위하여 도시한 조립 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 스크러버용 열교환기의 내부를 보여주기 위해 하부에서 바라본 투시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 스크러버용 열교환기의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 스크러버용 열교환기(100)는 도 1과 같이, 폐수탱크(33)에 저장된 산폐수를 폐수 드레인(5)을 통해 배출하기 전에 재활용이 가능한 산폐수(즉, 산성도가 기준치보다 낮은 산폐수)를 순환펌프(34)로부터 공급받아 설정된 온도, 예를 들면, 대략 50℃ 이하로 낮추어 수처리부(32)로 공급한다.
스크러버용 열교환기(100)는 도 1, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 냉각매체가 순환되는 열교환 공간(111a)이 구비된 열교환 챔버(110)와, 열교환 공간(111a)의 내부에 설치되고, 그 내부에는 순환펌프(34)를 통해 폐수탱크(33)로부터 공급되는 산폐수가 순환되는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 포함한다.
열교환 챔버(110)는 도 2와 같이, 상부방향으로 개방되고 내부에 열교환 공간(111a)이 마련된 열교환 하우징(111)과, 열교환 하우징(111)의 개방된 상부를 밀폐하는 덮개(112)를 포함한다.
도 2 및 도 4와 같이, 본 발명에서 열교환 하우징(111)은 상부가 개방된 사각 박스 구조로 이루어져 있으나, 이는 일례로서, 원형 또는 다각형 구조도 가능하며, 그 내부에는 냉각매체가 일정 높이로 채워진 상태로 순환되는 열교환 공간(111a)이 마련된다.
도 4와 같이, 덮개(112)에는 서로 대칭 구조로 양측에 산폐수가 유입 또는 배출되는 산폐수 유입공(112a)과 산폐수 배출공(112a')이 형성되어 있다. 그리고 냉각매체가 유입 또는 배출되는 냉각매체 유입공(112b)과 냉각매체 배출공(112b')이 형성되어 있다.
덮개(112)에는 도 1 및 도 4와 같이, 순환펌프(34)와 연결된 제1 배관(도시되지 않음)과 연결되어 상기 제1 배관과 산폐수 유입공(112a)을 연통시키는 산폐수 유입 연결부(140)와, 수처리부(32)와 연결된 제2 배관(도시되지 않음)과 연결되어 상기 제2 배관과 산폐수 배출공(112a')을 연통시키는 산폐수 배출 연결부(140)가 설치된다.
산폐수 유입 연결부(140)는 도 4 및 도 7과 같이, 상기 제1 배관과 연결되는 배관 연결구(141)와, 상부가 배관 연결구(141)의 내부에 결합되고 하부가 열교환 챔버(110)의 내부에 설치되는 제1 결합부(130)의 상부에 형성된 연통공(131a)에 결합되어 배관 연결구(141)와 제1 결합부(130)의 연통공(131a)을 연통시키는 연통구(142)를 포함한다.
산폐수 배출 연결부(140')는 상기 제2 배관과 연결되는 배관 연결구(141')와, 상부가 배관 연결구(141')의 내부에 결합되고 하부가 열교환 챔버(110)의 내부에 설치되는 제2 결합부(130')의 상부에 형성된 연통공(131a')에 결합되어 배관 연결구(141)와 제2 결합부(130')의 연통공(131a')을 연통시키는 연통구(142')를 포함한다.
또한, 덮개(112)에는 도 4와 같이, 외부, 즉 팹(FAB) 내에서 사용되는 냉각매체가 공급되는 제3 배관(도시되지 않음)과 연결되어 상기 제3 배관과 냉각매체 유입공(112b)을 연통시키는 냉각매체 유입 연결부(150)와, 열교환 챔버(110)로부터 배출된 냉각매체를 외부로 배출하는 제4 배관(도시되지 않음)과 연결되어 상기 제4 배관과 냉각매체 배출공(112b')을 연통시키는 냉각매체 배출 연결부(150')를 포함한다.
냉각매체 유입 연결부(150)와 냉각 매체 배출 연결부(150')는 제1 및 제2 결합부(130, 130')과 연통하지 않고, 열교환 하우징(111)의 열교환 공간(111a)과 연통한다. 이에 따라, 냉각매체 유입 연결부(150)와 냉각매체 배출 연결부(150')를 통해 유입 또는 배출되는 냉각매체는 산폐수와 서로 혼합되지 않고, 열교환 공간(111a)에 채워진다. 이때, 열교환 공간(111a)에 채워지는 냉각매체는 외부에서 공급되는 것으로, 외부의 순환펌프에 의해 지속적으로 냉각매체 유입 연결부(150), 열교환 공간(111a) 및 냉각매체 배출 연결부(150')를 경유하여 열교환이 이루어진 후 순환된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 열교환기를 위에서 바라본 평면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 스크러버용 열교환기를 정면에서 바라본 정면도이고, 도 7은 도 5에 도시된 A-A' 절취선을 따라 도시한 단면도이고, 도 8은 도 6에 도시된 B-B' 절취선을 따라 도시한 단면도이고, 도 9는 도 6에 도시된 C-C' 절취선을 따라 도시한 단면도이고, 도 10은 도 6에 도시된 D-D' 절취선을 따라 도시한 단면도이다.
도 3 내지 도 10을 참조하면, 열교환 하우징(111)의 열교환 공간(111a)의 내측에는 서로 대향하도록 설치되어 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 열교환 하우징(111)의 내측벽에 안정적으로 결합시키는 제1 및 제2 결합부(130, 130')가 더 설치될 수 있다.
제1 결합부(130)는 도 4, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)의 일단이 결합되어 산폐수 유입 연결부(140)의 연통구(142)를 통해 유입되는 산폐수를 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)으로 순차적으로 공급하는 연통 하우징(131)과, 연통 하우징(131)의 개방부를 밀폐하는 덮개(132)를 포함한다.
연통 하우징(131)은 도 4, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 일측부가 개방된 박스 구조로 이루어져 있으며, 상부에 산폐수 유입 연결부(140)의 연통구(142)와 연결되는 연통공(131a)과, 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)의 일단이 결합되는 다수의 결합공(131b)과, 다수의 결합공(131b) 중 최상부에 위치되는 다수의 결합공과 연통공(131a)을 상호 연통시키는 메인 연통홈(131c)과, 다수의 결합공(131b) 중 최상부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공들 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공(131b)을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈(131d)이 형성되어 있다.
제2 결합부(130')는 도 4, 도 7 및 도 8과 같이, 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)의 타단이 결합되어 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 통해 순차적으로 배출되는 산폐수를 산폐수 배출 연결부(140')의 연통구(142')로 배출하는 연통 하우징(131')과, 연통 하우징(131')의 개방부를 밀폐하는 덮개(132')를 포함한다.
연통 하우징(131')은 도 4, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 일측부가 개방된 박스 구조로 이루어져 있으며, 상부에 산폐수 배출 연결부(140')의 연통구(142')와 연결되는 연통공(131a')과, 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)의 일단이 결합되는 다수의 결합공(131b')과, 다수의 결합공(131b') 중 최하부에 위치되는 결합공과 연통공(131a')을 상호 연통시키는 메인 연통홈(131c')과, 다수의 결합공(131b')들 중 최하위에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공들 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공(131b')을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈(131d')이 형성되어 있다.
제1 및 제2 결합부(130, 130')에 형성된 다수의 서브 연통홈(131d, 131d')은 각각 동일 높이로 형성된 다수의 결합공(131b, 131b')이 동시에 노출되도록 다각형 또는 타원형으로 제1 및 제2 결합부(130, 130')의 길이방향으로 길이가 연장된 장홈으로 이루어진다. 또한, 제1 및 제2 결합부(130, 130')에 형성된 다수의 서브 연통홈(131d, 131d')은 다수의 결합공(131b, 131b')의 높이에 대응하여 복수개가 다단으로 배치되어 있다.
본 발명에서는 도 7 및 도 8과 같이, 제1 결합부(130)에 형성된 메인 연통홈(131c)이 연통공(131a)과, 다수의 결합공(131b) 중 최상부에 위치되는 결합공들을 상호 연통시키고, 제2 결합부(130')에 형성된 메인 연통홈(131c')이 연통공(131a')과 다수의 결합공(131b') 중 최하부에 위치되는 결합공들을 상호 연통시킨다.
이와 같이, 산폐수 유입 연결부(140)는 제1 결합부(130)의 메인 연통홈(131c)을 통해 최상측에 배치된 다수의 결합공(131b)과 연통되고, 산폐수 배출 연결부(140')는 제1 결합부(130')의 최하측에 배치된 다수의 결합공(131b')과 연통되도록 구성됨에 따라 산폐수 유입 연결부(140)에 유입된 산폐수는 최상측에 배치된 열전도성 플라스틱 냉각관(120)으로부터 순차적으로 최하측에 배치된 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 경유하여 산폐수 배출 연결부(140')를 통해 수처리부(32)로 배출된다.
도 1 및 도 7과 같이, 폐수탱크(33)로부터 공급되는 산폐수는 순환펌프(34)에 의해 산폐수 유입 연결부(140), 제1 결합부(130), 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120), 제2 결합부(130') 및 산폐수 배출 연결부(140')를 통해 수처리부(32)로 공급된다. 이때, 산폐수는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)의 내부를 이동하는 과정에서 열교환 공간(111a)에 채워진 냉각매체와 열교환하여 일정 온도로 냉각된다. 이에 따라, 산폐수 배출 연결부(140')를 통해 수처리부(32)로 배출되는 산폐수는 산폐수 유입 연결부(140)를 통해 열교환 챔버(110)로 유입되는 산폐수 온도보다 낮게 된다.
한편, 본 발명에 따른 열교환 챔버(110)와, 제1 및 제2 결합부(130, 130')는 내부식성이 우수한 플라스틱 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, PP(polypropylene), PE(polyethylene), 또는 PVC(Polyvinyl Chloride) 중 어느 하나로 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 열교환 챔버(110)와, 제1 및 제2 결합부(130, 130')는 플라스틱 재질 이외에도, 금속재질로 형성할 수도 있는데, 금속재질로 열교환 챔버를 형성하는 경우에는 그 표면에 부식 방지를 위한 코팅 처리를 하는 것이 바람직하다.
도 11은 본 발명에 따른 열전도성 플라스틱 냉각관을 설명하기 위하여 도시한 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 열전도성 플라스틱 냉각관(120)은 내부로 냉각매체가 이동하는 관부(121)와, 관부(121)의 외면으로 방사상으로 확장되어 열교환 공간(111a)에 채워진 냉각매체와의 접촉면적을 증대시키는 열교환부(122)를 포함한다.
관부(121)는 도 11과 같이, 원형 관으로 형성되어 있으나, 이는 일례로서 다각형 관으로 이루어질 수 있다. 열교환부(122)는 방사상으로 확장된 구조로 형성되어 있으나, 이 또한 일례로서, 열교환부(122)는 주름 형상 또는 꽈배기 형상과 같이 냉각매체와의 접촉면적을 증대시켜 열교환 면적을 향상시킬 수 있는 구조는 모두 적용할 수 있다.
본 발명에 따른 열전도성 플라스틱 냉각관(120)은 열전도성이 우수하면서, 내부식성이 우수한 재질로 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 흑연(graphite)과 내부식성이 우수한 플라스틱을 혼합하여 형성한다. 바람직하게는, 흑연 30중량% 내지 70중량%와 플라스틱 30중량% 내지 70중량%로 혼합하여 형성한다. 이때, 우수한 내부식성을 갖는 플라스틱으로는 열가소성 수지, 바람직하게는, PP(polypropylene), PE(polyethylene), 또는 PVC(Polyvinyl Chloride) 중 어느 하나를 사용할 수 있다.
흑연은 25 내지 470W/mK의 열전도성을 가지고 있으며, 이에 따라 흑연을 플라스틱에 넣어서 분산을 시키면 흑연의 입자가 플라스틱 내에서 서로 연결되어 열을 효과적으로 전달하게 된다. 이때, 열전도성을 향상시키기 위해서는 흑연과 같은 열전도성 필러를 플라스틱 컴파운드 내에서 서로 연결이 잘되도록 분산시키는 것이 무엇보다도 중요하다. 이를 위해 열전도성 필러의 크기를 작게 하여 표면적을 넓혀 열전도성을 향상시키거나, 혹은 열전도성 필러의 함량을 증가시켜 열전도성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스크러버용 열교환기(100)는 열전도성과 내부식성이 우수한 재질로 형성된 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 사용함에 따라 금속 재질과 동등하거나, 향상된 열전도성을 제공하여 유해가스의 응축률을 증가시키는 동시에 종래기술에서 금속재 냉각핀 사용에 따른 부식 문제를 해결함으로써 관리 비용을 줄일 수 있다.
본 발명에서, 산폐수를 냉각시키기 위하여 열교환 챔버(110)의 열교환 공간(111a)에 채워져 순환되는 냉각매체로는 팹(FAB) 내에서 스크러버(3)의 수처리부(32)로 공급되는 18℃ 내지 20℃의 온도를 갖는 PCW(Process Cooling Water)를 사용할 수 있다.
PCW를 냉각매체로 사용하여 산폐수를 냉각시키는 방법에 대해 설명하면, 먼저 도 4와 같이, 외부 순환펌프를 통해 PCW를 스크러버용 열교환기(100)의 냉각매체 유입 연결부(150)를 통해 열교환 공간(111a) 내부로 유입시킨다. 이때, PCW는 팹(FAB)으로부터 지속적으로 공급됨에 따라 냉각매체 유입 연결부(150)를 통해 열교환 공간(111a) 내부로 유입된 PCW는 열교환 공간(111a)을 경유하여 냉각매체 배출 연결부(150')를 통해 배출되는 경로를 통해 지속적으로 순환되고, 이 과정에서 열교환 공간(111a)에 설치된 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)은 냉각된다. 예를 들어, 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)은 대략 18℃ 내지 20℃로 냉각된다.
이런 상태에서, 도 1, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 순환펌프(34)를 통해 폐수탱크(33)로부터 공급되는 산폐수(BCW_in)를 산폐수 유입 연결부(140)를 통해 제1 결합부(130)의 내부로 유입시키면, 제1 결합부(130)의 내부로 유입된 산폐수(BCW_in)는 제1 결합부(130)와 제2 결합부(130') 사이에 결합된 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 순차적으로 경유하고, 이 과정에서 열교환 공간(111a)에 채워진 PCW 냉각매체와 열교환하여 냉각된다. 냉각된 산폐수(BCW_out)는 제2 결합부(130')와 산폐수 배출 연결부(140')를 경유하여 수처리부(32)로 배출되어 재활용된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 열교환기(100)는 열교환 챔버(110)와 제1 및 제2 결합부(130, 130')가 서로 분리되어 독립적으로 구성되어 있으나, 이는 일례로서 제1 및 제2 결합부(130, 130')는 열교환 챔버(110)의 열교환 하우징(111)과 일체로 형성될 수도 있다. 즉, 제1 및 제2 결합부(130, 130')는 생략할 수 있는데, 이 경우, 열교환 하우징의 폭을 두껍게 형성하고, 여기에 제1 및 제2 결합부(130, 130')에 형성된 연통공(131a, 131a')과, 다수의 결합공(131b, 131b')과, 메인 연통홈(131c, 131c')과, 서브 연통홈(131d, 131d')을 형성할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 스크러버용 열교환기(100)에서는 산폐수가 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)을 통해 순환되고, 냉각매체가 열교환 챔버(110)의 열교환 공간(111a)에 채워지도록 하여 산폐수와 냉각매체 간에 열교환이 이루어지는 구성에 대해 설명하였으나, 이는 일례로서, 상기 구성과 반대로 산폐수가 열교환 챔버(110)의 열교환 공간(111a)에 채워지고, 냉각매체가 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관(120)의 내부를 통해 순환되도록 하여 산폐수와 냉각매체 간에 열교환이 이루어지도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 산폐수 유입 연결부(140)와 산폐수 배출 연결부(140')는 열교환 공간(111a)과 연통하고, 냉각매체 유입 연결부(150)와 냉각매체 배출 연결부(150')는 제1 및 제2 결합부(130, 130')와 연통하도록 구성된다.
한편, 도 4 및 도 7에서 미설명된 '161', '161''는 결합부재로서, 덮개(112)와 제1 및 제2 결합부(30, 30') 사이에 설치되어 덮개(112)와 산폐수 유입 연결부(140) 및 산폐수 배출 연결부(140') 간의 결합력을 향상시키기 위한 것으로, 볼트의 암나사가 마련된 금속재질의 부싱 또는 고무재질의 패킹으로 이루어질 수도 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예들에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 본 발명의 실시예들의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
1 : 메인설비 2 : 진공펌프
3 : 스크러버 4 : 배기덕트
31 : 열처리부 5 : 폐수 드레인
32 : 수처리부 33 : 폐수탱크
34 : 순환펌프 100 : 스크러버용 열교환기
110 : 열교환 챔버 111 : 열교환 하우징
111a : 열교환 공간 112 : 덮개
112a : 산폐수 유입공 112a' : 산폐수 배출공
112b : 냉각매체 유입공 112b' : 냉각매체 배출공
120 : 열전도성 플라스틱 냉각관 121 : 관부
122 : 열교환부 130 : 제1 결합부
130' : 제2 결합부 131, 131' : 연통 하우징
132, 132' : 덮개 140 : 산폐수 유입 연결부
140' : 산폐수 배출 연결부 141, 141' : 배관 연결구
142, 142' : 연통구 150 : 냉각매체 유입 연결부
150' : 냉각매체 배출 연결부 131a, 131a' : 연통공
131b, 131b' : 결합공 131c, 131c' : 메인 연통홈
131d, 131d' : 서브 연통홈 161, 161' : 결합부재

Claims (6)

  1. 스크러버의 폐수탱크로부터 공급되는 산폐수가 유입되는 산폐수 유입공과, 냉각된 산폐수를 외부로 배출하는 산폐수 배출공과, 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입공과, 상기 냉각매체 유입공으로 유입된 냉각매체가 채워지는 열교환 공간과, 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 배출하는 냉각매체 배출공을 포함하는 열교환 챔버;
    상기 열교환 공간에 다단으로 설치되되, 상기 열교환 공간에 채워진 냉각매체와 열교환하여 상기 산폐수 유입공을 통해 내부로 유입된 산폐수를 냉각시키고, 냉각된 산폐수를 상기 산폐수 배출공으로 배출하는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관; 및
    상기 열교환 챔버의 내측에 서로 대향하도록 설치되되 상기 열교환 챔버와 일체로 설치되거 상기 열교환 챔버와 독립적으로 분리되어 설치되고, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단과 타단이 각각 결합된 제1 및 제2 결합부; 를 포함하되,
    상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관은 각각 흑연 30중량% 내지 70중량%와 내부식성 재질의 플라스틱 30중량% 내지 70중량%로 혼합되어 형성되되, 내부로 산폐수가 이동하는 관부와, 상기 관부의 외면으로 방사상으로 확장되어 상기 열교환 공간에 채워진 냉각매체와의 접촉면적을 증대시키도록 주름 또는 꽈배기 형상으로 형성된 열교환부를 포함하고,
    상기 제1 결합부는 상기 산폐수 유입공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있고,
    상기 제2 결합부는 상기 산폐수 배출공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 타단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 제2 결합부의 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있는,
    것을 특징으로 하는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기.
  2. 스크러버의 폐수탱크로부터 공급되는 산폐수가 유입되는 산폐수 유입공과, 냉각된 산폐수를 외부로 배출하는 산폐수 배출공과, 냉각매체가 유입되는 냉각매체 유입공과, 상기 산폐수 유입공으로 유입된 산폐수가 채워지는 열교환 공간과, 내부로 유입된 냉각매체를 외부로 배출하는 냉각매체 배출공을 포함하는 열교환 챔버;
    상기 열교환 공간에 다단으로 설치되되, 상기 냉각매체 유입공을 통해 내부로 유입된 냉각매체를 이용하여 상기 열교환 공간에 채워진 산폐수와 열교환하여 상기 열교환 공간에 채워진 산폐수를 냉각시키는 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관; 및
    상기 열교환 챔버의 내측에 서로 대향하도록 설치되되 상기 열교환 챔버와 일체로 설치되거 상기 열교환 챔버와 독립적으로 분리되어 설치되고, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단과 타단이 각각 결합된 제1 및 제2 결합부; 를 포함하되,
    상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관은 각각 흑연 30중량% 내지 70중량%와 내부식성 재질의 플라스틱 30중량% 내지 70중량%로 혼합되어 형성되되, 내부로 냉각매체가 이동하는 관부와, 상기 관부의 외면으로 방사상으로 확장되어 상기 열교환 공간에 채워진 산폐수와의 접촉면적을 증대시키도록 주름 또는 꽈배기 형상으로 형성된 열교환부를 포함하고,
    상기 제1 결합부는 상기 냉각매체 유입공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 일단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 다수의 결합공 중 최상부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있고,
    상기 제2 결합부는 상기 냉각매체 배출공과 연통되는 연통공과, 상기 다수의 열전도성 플라스틱 냉각관의 타단이 결합되는 다수의 결합공과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 위치되는 다수의 결합공과 상기 제2 결합부의 연통공을 상호 연통시키는 메인 연통홈과, 상기 제2 결합부의 다수의 결합공 중 최하부에 배치된 결합공을 제외한 나머지 결합공 중 서로 동일 높이로 배치된 결합공을 서로 연통시키는 다수의 서브 연통홈이 형성되어 있는,
    것을 특징으로 하는 열전도성 플라스틱 냉각관을 구비한 스크러버용 열교환기.
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