KR101966628B1 - 폐가스 처리장치 - Google Patents

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Abstract

파우더의 점착을 효과적으로 방지할 수 있는 폐가스 처리장치가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 전처리부; 버너부 및 연소챔버를 포함하고 상기 전처리부를 거친 배출가스를 연소시키는 가열산화부; 상기 전처리부와 상기 가열산화부 간에 연결되어 배출가스의 유동 경로를 제공하는 연결부; 및 상기 연소챔버에 장착되는 워터클리닝모듈;을 포함하되, 상기 연결부는, 상기 전처리부에서 상기 가열산화부를 향해 하향 경사지게 형성되며, 상기 전처리부는, 상하로 연장 형성되어 배출가스가 상방으로 유동되는 전처리관; 상기 전처리관 내부를 향해 하방으로 물을 분사하는 제1노즐; 및 상기 연결부의 경사에 대응되도록 상기 연결부 내부를 향해 소정각도 경사지게 물을 분사하는 제2노즐;을 포함하는 폐가스 처리장치가 제공될 수 있다.

Description

폐가스 처리장치 {WASTE GAS TREATMENT APPATUS}
본 발명은 반도체 제조공정 등의 배출가스를 처리하는 폐가스 처리장치에 관한 것이다.
화학 증기 점착, 플라즈마 에칭 등 반도체 제조공정에서는 실란, 디클로롤실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포르핀, 디포린 등의 유독성 가스가 사용될 수 있다. 따라서 제조공정의 배출가스에는 배출가스에는 BCl3, Cl2, HCl, HF 등의 유해성분이 함유될 수 있으며, 폐가스 처리장치는 이와 같이 유해성분을 함유한 배출가스를 외기로 방출시키기 전 정화 처리하는 설비 중 하나로 알려져 있다.
폐가스 처리장치가 배출가스를 처리하는 방법은 크게 습식 처리법과 건식 처리법으로 구분될 수 있다.
습식 처리법은 배출가스를 물이나 알칼리성 수용액에 기액 접촉시켜 유해성분을 중화시키거나 흡수 처리하는 방식으로, 수처리탑 내에서 분사노즐을 통해 물 또는 알칼리성 수용액을 분사하고, 분사영역에 배출가스를 통과시키는 구조가 일반적이다. 다만, 습식 처리법은 처리과정에서 발생되는 고체 부산물이 막힘 현상을 일으킬 수 있으며, 연소식 처리법 대비 고농도의 배출가스를 처리하는데 한계가 있다. 따라서 근래에는 연소식 처리법과 같은 건식 처리법과 습식 처리법을 병행하는 건습식 혼합형 또한 널리 사용되고 있다.
건식 처리법은 배출가스를 가열 산화시키는 연소식과 흡착제를 사용한 흡착식으로 다시 구분될 수 있다.
흡착식 처리법은 건식 처리법의 일종으로, 충진에 흡착제 내부로 배출가스를 통과시키고, 유해성분과 흡착제 간 반응에 의해 유해성분을 흡착 제거하는 방식이다. 이러한 흡착식 처리법은 다른 처리법에 비해 시스템 구성이 간소하여 사용 및 취급이 용이한 이점이 있다. 흡착제로는 알루미나, 소석회, 알루미나 실리케이트, 제올라이드 등의 무기 흡착제, 활성탄, 무기 흡착제를 담체로 알칼리 화합물이나 산성 화합물을 처리한 첨착 무기 흡착제, 흡착 기능이 있는 레진 종류, 활성탄에 화학물질을 처리한 첨착 활성탄 등 다양한 종류가 사용될 수 있으며, 필요에 따라 2종 이상의 흡착제가 사용되기도 한다.
연소식 처리법은 연소챔버 내에서 배출가스를 연소시켜 유해성분을 열분해시키는 방식이다. 연소식 처리법은 다른 처리법들에 비해 고농도의 배출가스를 취급하는데 적합하여 반도체 제조공정 등의 배출가스 처리에 널리 사용되고 있으며, 습식 처리법을 병행하는 혼합형의 형태로도 적용되고 있다. 다만, 연소식 처리법은 열분해를 위해 고온의 환경이 요구되는바, 안전상의 문제점 및 경제성이 단점으로 지적되고 있다.
한편, 근래에는 연소챔버의 전단에서 배출가스에 포함된 파우더나 이물질 등을 일차적으로 제거하도록 하는 전처리 장치가 도입된 바 있다. 이와 같은 전치 장치는 폐가스 처리장치의 처리효율을 향상시킬 수 있으며, 일 예로 본 출원인은 공개특허공보 제10-2017-0053955호와 같은 폐가스 처리장치용 전처리 장치를 기 제안한 바 있다.
다만, 상기와 같은 전처리 장치가 도입된 폐가스 처리장치는 전처리 장치와 폐가스 처리장치 간을 연결하는 배관 내에서 파우더 등이 점착되어 이를 제거하기 위한 수단이 다시 요구되게 된다. 즉, 전처리 장치는 수평 방향으로 연장된 연결 배관을 통해 일측의 연소챔버에 연결되어 전처리된 배출가스를 연소챔버 상부로 공급하게 되는데, 이와 같은 과정에서 전처리 장치와 연소챔버를 연결하는 배관에 파우더 등이 점착되어 처리 효율을 저하시키거나 오작동을 유발하는 것이다. 따라서 종래에는 이와 같은 연결 배관 내부에 스크래퍼(scrapper) 등을 설치하여 파우더를 긁어내도록 하고 있다. 예컨대, 등록특허공보 제10-1391191호는 스크래퍼를 통해 연소챔버나 연결 배관(단, 연소챔버와 수처리탑을 연결하는 배관) 내부의 파우더를 긁어내도록 하는 부산물 제거장치를 개시하고 있다.
한편, 연소식 처리법의 경우 그 처리방법의 특성상 위와 같은 파우더의 점착이 항상 문제될 수 있다. 연소챔버 내에서 배출가스가 열분해시 다량의 파우더가 발생되며 이들이 연소챔버의 내벽 등에 점착될 수 있기 때문이다. 따라서 상기의 등록특허공보 제10-1391191호 등과 같이 일반적으로 연소챔버 내에는 스크래퍼가 설치되어 내벽에 증착된 파우더를 제거하도록 하고 있다.
다만, 상기와 같이 스크래퍼를 이용한 방식은 장치 내부에 복잡한 기계적 구조의 추가가 불가피하게 된다. 따라서 장치의 설계나 제작을 어렵게 하는 문제가 있다. 또한, 내부 구조의 복잡성으로 인한 오작동이 유발될 수 있으며, 유지관리의 측면에서도 어려움이 있게 된다.
공개특허공보 제10-2017-0053955호 (2017년 5월 17일 공개) 등록특허공보 제10-1391191호 (2014년 4월 25일 등록)
본 발명의 실시예들은 장치 내부에서 파우더의 점착을 효과적으로 방지할 수 있는 폐가스 처리장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 종래의 스크래퍼를 대체하여 파우더의 점착을 방지할 수 있는 폐가스 처리장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 보다 간소화된 구조로 이루어져 제작이나 유지관리가 용이한 폐가스 처리장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전처리부; 버너부 및 연소챔버를 포함하고 상기 전처리부를 거친 배출가스를 연소시키는 가열산화부; 상기 전처리부와 상기 가열산화부 간에 연결되어 배출가스의 유동 경로를 제공하는 연결부; 및 상기 연소챔버에 장착되는 워터클리닝모듈;을 포함하되, 상기 연결부는, 상기 전처리부에서 상기 가열산화부를 향해 하향 경사지게 형성되며, 상기 전처리부는, 상하로 연장 형성되어 배출가스가 상방으로 유동되는 전처리관; 상기 전처리관 내부를 향해 하방으로 물을 분사하는 제1노즐; 및 상기 연결부의 경사에 대응되도록 상기 연결부 내부를 향해 소정각도 경사지게 물을 분사하는 제2노즐;을 포함하는 폐가스 처리장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 버너부 및 연소챔버를 포함하고 배출가스를 연소시키는 가열산화부; 및 상기 연소챔버에 장착되어 상기 연소챔버를 상부챔버와 하부챔버로 구분하는 워터클리닝모듈;을 포함하되, 상기 워터클리닝모듈은, 외부로부터 공급된 물을 일시적 저장하는 워터챔버; 및 외부로부터 공급된 공기를 상기 연소챔버 내부로 안내하는 에어채널;을 포함하고, 상기 워터챔버로부터 월류된 물은 상기 하부챔버의 내벽을 따라 흘러 워터필름을 형성하고, 상기 에어채널을 통해 하방으로 분사된 공기는 상기 워터필름의 외면에 인접하게 에어커튼을 형성하는 폐가스 처리장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 폐가스 처리장치는, 종래의 스크래퍼를 대체하여 분사모듈을 구비하고, 연결부를 경사방향으로 연장 형성함으로써, 장치 구조를 간소화함과 동시에, 연결부 등에서의 파우더 적체 또한 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같은 이점은 결국 폐가스 처리장치의 유지 관리 주기를 연장하고, 전체 설비의 효율성 및 생산성을 개선하는 기술적 효과를 가져올 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 폐가스 처리장치는, 워터클리닝모듈을 통해 종래 연소챔버 내부의 스크래퍼 또한 대체할 수 있다. 이와 같은 워터클리닝모듈은 연소챔버 내에 워터필름을 형성함으로써, 파우더의 점착을 효과적으로 방지할 수 있으며, 종래 스크래퍼 등과 대비하여 장치 구조를 매우 간소화시킬 수 있다. 또한, 워터클리닝모듈은 워터필름의 외면에 다시 에어커튼을 형성함으로써, 워터필름의 밀착성을 향상시킴과 동시에 불필요하게 연소챔버 내부로 물이 튀는 것을 방지하여, 연소챔버의 성능이나 효율은 종래와 대등하게 유지시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 연결배관의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 워터클리닝모듈의 개략적인 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 워터클리닝모듈의 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 워터클리닝모듈의 개략적인 분해 사시도이다.
도 6은 도 4에 표시된 A-A선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 4에 표시된 B-B선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 8은 도 4에 표시된 C-C선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 단면도를 중심으로 워터클리닝모듈이 장착된 모습을 보여주는 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 또한, 이하의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로, 불필요하게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치(S)의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 폐가스 처리장치(S)는 전처리부(100)를 포함할 수 있다.
전처리부(100)는 후술할 가열산화부(200) 일측에 배치될 수 있다. 전처리부(100)는 가열산화부(200)에 앞서 배출가스로부터 파우더, 이물질 등을 제거할 수 있다. 또는, 전처리부(100)는 가열산화부(200)에 앞서 배출가스를 전처리할 수 있다. 이와 같은 전처리부(100)는 배출가스가 가열산화부(200)로 투입되기 전 배출가스로부터 파우더, 이물질 등을 제거함으로써, 가열산화부(200)에서의 파우더 점착을 저하시킬 수 있다.
전처리부(100)는 다양한 방식으로 배출가스로부터 파우더, 이물질 등을 제거할 수 있다. 바람직하게, 전처리부(100)는 배출가스에 물(water)을 분사하는 방식으로 배출가스를 전처리할 수 있다. 보다 바람직하게, 배출가스는 전처리부(100) 내에서 상향 유동될 수 있으며, 전처리부(100)는 상향 유동되는 배출가스를 향해 하방으로 물을 분사하도록 형성될 수 있다.
전처리부(100)의 보다 상세한 구성은 후술하기로 한다.
본 실시예의 폐가스 처리장치(S)는 가열산화부(200)를 포함할 수 있다.
가열산화부(200)는 전처리부(100) 일측에 배치되어 후술할 연결부(300)를 통해 전처리부(100)와 연결될 수 있다. 따라서 전처리부(100)를 거친 배출가스는 연결부(300)를 통해 가열산화부(200)로 투입될 수 있다. 가열산화부(200)는 배출가스를 연소시켜 배출가스 중의 유해성분을 열분해시킬 수 있다. 이와 같은 과정에서 가열산화부(200) 내에는 다량의 파우더가 발생될 수 있다.
가열산화부(200)는 배출가스를 연소시키기 위한 버너부(210)를 포함할 수 있다. 버너부(210)는 가열산화부(200) 상부에 배치되어 후술할 연소챔버(220) 내에 화염을 발생시킬 수 있다. 화염은 배출가스를 연소시키는데 사용될 수 있다.
버너부(210)는 종래 공지된 다양한 방식의 가열수단을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시예에 있어서 버너부(210)의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 버너부(210)는 연료가스를 사용하는 직접 연소식이나 전기 히터를 사용하는 간접 연소식을 포함할 수 있다. 또는, 버너부(210)는 공지된 플라즈마 방식을 포함할 수 있다. 이와 같은 버너부(210)는 종래 공지된 것과 동일 또는 유사하게 형성될 수 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
가열산화부(200)는 연소챔버(220)를 포함할 수 있다. 연소챔버(220)는 소정의 내부 공간을 형성할 수 있다. 배출가스는 연소챔버(220)의 내부 공간으로 유입되어 버너부(210)를 통해 연소될 수 있다. 전술한 버너부(210)는 연소챔버(220)의 상부에 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어 연소챔버(220)는 상하로 구분될 수 있다. 다시 말하면, 연소챔버(220)는 상부챔버(221)와 하부챔버(222)를 포함할 수 있다. 상부챔버(221)에는 버너부(210)가 배치될 수 있다. 후술할 연결부(300) 또한 상부챔버(221)에 연결될 수 있다. 하부챔버(222)는 상부챔버(221)의 하측에 배치될 수 있다. 단, 본 실시예에 있어 상부챔버(221) 및 하부챔버(222)가 상호 구획된 공간을 의미하는 것은 아님을 알려둔다. 상부챔버(221) 및 하부챔버(222)는 상호 연통되어 하나의 내부 공간을 형성할 수 있다. 이와 같은 상부챔버(221) 및 하부챔버(222)는 후술할 워터클리닝모듈(400)에 의해 상하로 구분될 수 있다. 다시 말하면, 상부챔버(221)와 하부챔버(222) 사이에는 워터클리닝모듈(400)이 설치될 수 있다. 워터클리닝모듈(400)에 대하여는 후술하기로 한다.
도시되지 않았으나, 연소챔버(220) 하측에는 드레인 탱크가 배치될 수 있다. 또한, 필요에 따라 가열산화부(200)의 타측에는 수처리탑 등이 배치되어 연소 처리된 배출가스를 다시 습식 처리하여 외기로 방출시킬 수 있다. 단, 이와 같은 구성들은 종래 공지된 바와 동일 또는 유사하며, 본 발명의 기술적 요지와 거리가 있으므로, 이에 대한 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 전술한 전처리부(100)는 전처리관(110)을 포함할 수 있다. 전처리관(110)은 상하로 연장 형성될 수 있다. 배출가스는 전처리관(110) 하부로 유입되어 전처리관(110) 내에서 상향 유동될 수 있다. 전처리관(110) 상부에는 후술할 분사모듈(120)이 장착 배치될 수 있다.
전처리부(100)는 분사모듈(120)을 포함할 수 있다. 분사모듈(120)은 전처리관(110) 상단에 장착 지지될 수 있다. 분사모듈(120)은 전처리관(110) 및 후술할 연결부(300) 내부로 물을 분사할 수 있다. 분사모듈(120)에서 분사된 물은 배출가스로부터 파우더나 이물질을 제거하는데 사용될 수 있다.
구체적으로, 분사모듈(120)은 제1노즐(121) 및 제2노즐(122)을 구비할 수 있다. 제1노즐(121)은 분사모듈(120) 하단에 배치되어 전처리관(110) 내부를 향해 물을 분사하도록 형성될 수 있다. 제2노즐(122)은 제1노즐(121)의 상측에 배치되어 후술할 연결부(300)를 향해 물을 분사하도록 형성될 수 있다.
바람직하게, 제1노즐(121)은 전처리관(110) 내부를 향해 수직 하방으로 물을 분사하도록 형성될 수 있다. 또한, 제2노즐(122)은 연결부(300) 내부를 향해 경사방향으로 물을 분사하도록 형성될 수 있다. 또는, 제2노즐(122)은 후술할 연결부(300)가 경사지게 배치된 각도에 대응하여 소정의 경사 각도로 물을 분사하도록 형성될 수 있다. 예컨대, 제2노즐(122)은 수직방향에 대해 30 내지 60도를 이루며 물을 분사하도록 형성될 수 있다. 이와 같이 경사지게 배치된 제2노즐(122)은 연결부(300)에서의 파우더 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예의 폐가스 처리장치(S)는 연결부(300)를 포함할 수 있다.
연결부(300)는 전처리부(100)와 가열산화부(200)를 연결하고 배출가스의 유동경로를 제공할 수 있다. 구체적으로, 연결부(300)는 전처리부(100) 상부에서 가열산화부(200)의 상부챔버(221) 간에 연결 설치될 수 있다.
바람직하게, 연결부(300)는 전처리부(100)에서 가열산화부(200)를 향해 하향 경사지도록 형성될 수 있다. 다시 말하면, 연결부(300)는 가열산화부(200)를 향해 하향 경사진 배출가스의 유동경로를 형성할 수 있다. 예컨대, 연결부(300)는 수평방향에 대해 30 내지 60도의 경사각도를 가지고 연장 형성될 수 있다.
상기와 같이 경사지게 배치된 연결부(300)는 전술한 제2노즐(122)과 조합되어 내부의 파우더 점착을 효과적으로 방지할 수 있다. 즉, 제2노즐(122)에서 분사된 물이 파우더와 함께 연결부(300)의 경사를 따라 가열산화부(200) 측으로 흘러 내려가게 되므로, 별도의 스크래퍼 등이 없이도 연결부(300) 내의 파우더 점착이 방지될 수 있다. 또한, 연결부(300)의 경사를 따라 흘러 내린 물과 파우더는 가열산화부(200)에서 연소챔버(220)의 내벽을 따라 하방으로 흘러 내려 드레인 탱크 등으로 자연스럽게 포집될 수 있다. 따라서 분사된 물을 처리하기 위한 추가적인 수단이 별도로 요구되지 않는다. 이는 종래 배관 등을 수평방향으로 연결하고 배관 내부에 스크래퍼 등의 파우더 제거수단을 구비하였던 것과 대비하여, 장치 구성이 매우 간소화된 것이다.
연결부(300)의 구성을 좀 더 구체적으로 살펴보면, 연결부(300)는 제1연장관(310) 및 제2연장관(320)을 포함할 수 있다. 제1연장관(310)은 전처리관(110) 상부로부터 가열산화부(200)를 향해 소정정도 하향 경사지게 연장 형성될 수 있다. 제2연장관(320)은 상부챔버(221) 하부로부터 전처리부(100)를 향해 소정정도 상향 경사지게 연장 형성될 수 있다. 제1연장관(310) 및 제2연장관(320)의 단부는 소정간격 이격 배치될 수 있으며, 후술할 연결배관(330)을 통해 연결될 수 있다. 또한, 제1, 2연장관(310, 320)의 각 단부에는 연결배관(330)의 설치를 위한 플랜지가 구비될 수 있다.
연결부(300)는 연결배관(330)을 포함할 수 있다. 연결배관(330)은 제1, 2연장관(310, 320) 사이에 장착 배치되어 제1, 2연장관(310, 320)을 연결할 수 있다. 연결배관(330)은 제1, 2연장관(310, 320)의 경사에 대응되도록 소정정도 경사지게 장착 배치될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 연결배관(330)의 개략적인 사시도이다.
도 2를 참조하면, 연결배관(330)은 전체적으로 중공 원통형의 관 형태로 형성될 수 있다. 연결배관(330)의 일단에는 제1플랜지(330a)가 구비될 수 있으며, 반대측 단부에는 제2플랜지(330b)가 구비될 수 있다. 제1플랜지(330a)는 제1연장관(310)에 체결될 수 있으며, 제2플랜지(330b)는 제2연장관(320)에 체결될 수 있다.
바람직하게, 연결배관(330)은 제1플랜지(330a)와 제2플랜지(330b) 사이에서 길이방향으로 신축 가능하게 형성된 주름관(330c)을 구비할 수 있다. 주름관(330c)은 외력에 의해 소정정도 압축되거나 신장되어 연결배관(330)의 길이를 조절할 수 있도록 한다. 이와 같은 주름관(330c)은 연결배관(330)의 탈착을 용이하게 할 수 있다. 즉, 제1, 2연장관(310, 320)은 일정한 간격으로 고정 설치된 구조물이므로, 작업자는 연결배관(330)의 길이를 적절히 조절하여 제1, 2연장관(310, 320) 사이에 끼워 넣음으로써, 연결배관(330)의 설치를 보다 용이하게 진행할 수 있다. 이는 반대로 연결배관(330)을 탈거할 때에도 마찬가지이다. 특히, 연결배관(330)은 내부에 파우더가 점착될 가능성을 항상 내포하며 정기적인 유지관리가 예정되어 있다는 점에서, 위와 같은 이점은 더욱 부각될 수 있다.
필요에 따라, 연결배관(330)은 일부 또는 전부에 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)을 포함할 수 있다. 이와 같은 경우, 연결배관(330)의 내구성이나 내부식성이 향상될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 본 실시예의 폐가스 처리장치(S)는 워터클리닝모듈(400)을 포함할 수 있다.
워터클리닝모듈(400)은 가열산화부(200)의 상부챔버(221)와 하부챔버(222) 사이에 장착 배치될 수 있다. 바람직하게, 워터클리닝모듈(400)은 하나의 모듈화된 부품 형태로 제공되어 상부챔버(221) 및 하부챔버(222) 사이에 플랜지 결합될 수 있다. 이와 같은 경우, 기 제작된 폐가스 처리장치에도 적용이 가능한 이점이 있다.
워터클리닝모듈(400)은 연소챔버(220) 내벽에 워터필름(water film)을 생성할 수 있다. 엄밀하게는, 워터클리닝모듈(400)은 하부챔버(222)의 내벽에 워터필름을 생성할 수 있다. 이와 같은 워터필름은 연소챔버(220)에서 발생된 파우더가 연소챔버(220) 내벽에 점착되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 워터필름은 종래 스크래퍼 등과 대비하여 장치 내부에 복잡한 기계적 구조가 요구되지 않는다는 이점이 있다.
또한, 워터클리닝모듈(400)은 워터필름의 외면에 다시 에어커튼을 생성할 수 있다. 이러한 에어커튼은 워터필름을 형성하는 물이 연소챔버(220) 내부 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 워터필름의 물이 튐 등으로 인해 연소챔버(220) 내부의 공간으로 유입되지 않도록, 워터필름의 외면에 인접하게 강한 공기의 흐름(즉, 에어커튼)을 형성한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 워터클리닝모듈(400)의 개략적인 사시도이다. 도 4는 도 3에 도시된 워터클리닝모듈(400)의 개략적인 평면도이다. 도 5는 도 3에 도시된 워터클리닝모듈(400)의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 워터클리닝모듈(400)은 전체적으로 중앙에 개구부(H)를 구비한 원형고리의 형태로 형성될 수 있다. 개구부(H)는 워터클리닝모듈(400)를 상하로 관통하도록 형성될 수 있다. 전술한 상부챔버(221)와 하부챔버(222)는 개구부(H)를 통해 연통될 수 있다.
워터클리닝모듈(400)은 외부로부터 물이 공급되는 워터공급포트(440)를 구비할 수 있다. 워터공급포트(440)는 전체적으로 원형고리 형태를 갖는 워터클리닝모듈(400)에 대해 대략 접선방향으로 연장 형성될 수 있다. 이와 같은 워터공급포트(440)는 후술할 워터챔버(W)에 접선방향으로 물을 공급할 수 있다. 따라서 워터공급포트(440)로부터 공급된 물은 워터클리닝모듈(400) 내부에서 원주방향을 따라 유동되며 선회류를 형성할 수 있다. 이와 같은 선회류는 워터필름이 연소챔버(220) 내벽 전체에 걸쳐 보다 균일하게 조성될 수 있도록 한다.
바람직하게, 워터공급포트(440)는 복수개가 구비될 수 있으며, 복수의 워터공급포트(440)는 워터클리닝모듈(400)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우, 2개의 워터공급포트(440)가 대략 180도 간격으로 이격 배치된 경우를 예시하고 있다. 이와 같은 복수의 워터공급포트(440)는 전술한 선회류의 조성을 보다 촉진시킬 수 있다.
또한, 워터클리닝모듈(400)은 외부로부터 공기가 공급되는 에어공급포트(450)를 구비할 수 있다. 에어공급포트(450)는 워터공급포트(440)로부터 소정간격 이격 배치될 수 있다. 에어공급포트(450)는 후술할 에어채널(G)로 공기를 도입하여 워터필름의 외면에 인접하게 에어커튼이 형성될 수 있도록 한다.
필요에 따라, 에어공급포트(450)는 복수개가 구비될 수 있으며, 복수의 에어공급포트(450)는 워터클리닝모듈(400)의 원주방향을 따라 이격 배치될 수 있다. 후술할 도 6과 같이, 본 실시예의 경우, 2개의 에어공급포트(450)가 대략 180도 간격으로 이격 배치된 경우를 예시하고 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 워터클리닝모듈(400)은 상부의 커버(410)와 하부의 바디(430)를 포함할 수 있다. 커버(410)는 플랜지(411)와, 플랜지(411)의 반경방향 내측단으로부터 하방으로 연장된 리브(412)를 포함할 수 있다. 바디(430)는 상단플랜지(431a) 및 하단플랜지(432a)를 포함할 수 있다. 커버(410)는 개스킷(420)이 개재되어 상단플랜지(431a) 상면에 안착 체결될 수 있다. 이때, 커버(410)와 상단플랜지(431a) 사이에는 소정의 갭이 형성될 수 있으며, 이와 같은 갭은 에어공급포트(450)로 주입된 공기의 유동경로를 제공할 수 있다. 이에 대하여는 후술할 도 6을 참조하여 부연키로 한다.
바디(430)에는 전술한 워터공급포트(440) 및 에어공급포트(450)가 배치될 수 있다. 워터공급포트(440) 및 에어공급포트(450)는 원주방향으로 이격되어 바디(430) 외측면에 배치될 수 있다. 또한, 바디(430) 중앙에는 개구부(H)가 형성될 수 있다. 바디(430)의 내측면은 이와 같은 개구부(H)의 둘레면을 형성할 수 있다.
도 6은 도 4에 표시된 A-A선을 따라 취한 개략적인 단면도이다. 도 7은 도 4에 표시된 B-B선을 따라 취한 개략적인 단면도이다. 도 8은 도 4에 표시된 C-C선을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 6 내지 8을 참조하면, 워터클리닝모듈(400) 내부에는 에어공급포트(450)와 연통되어 공기의 유동경로를 제공하는 에어채널(G)이 구비될 수 있다. 에어채널(G) 일단은 에어공급포트(450)에 형성된 에어유동로(451)와 연통될 수 있으며, 타단은 개구부(H)의 둘레에 배치되어 하방을 향해 개구될 수 있다. 따라서 에어공급포트(450)로부터 제공된 공기는 에어채널(G)의 타단을 통해 워터클리닝모듈(400) 내측에서 하방을 향해 분사될 수 있다. 분사된 공기는 전술한 에어커튼을 형성할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 워터클리닝모듈(400)의 바디(430)는 상단플랜지(431a)가 구비된 상부바디(431)와, 하단플랜지(432a)가 구비된 하부바디(432)를 포함할 수 있다. 또한, 상부바디(431)는 상단플랜지(431a)와, 상단플랜지(431a)의 내측단에서 하방으로 소정길이 연장된 제1측벽(431b)을 구비할 수 있다. 하부바디(432)는 하단플랜지(432a)와, 하단플랜지(432a)로부터 상단플랜지(431a)까지 연장 형성된 제2측벽(432b)을 구비할 수 있다. 제2측벽(432b)은 제1측벽(431b)으로부터 반경방향 외측으로 소정간격 이격 배치될 수 있다.
전술한 에어공급포트(450)는 상단플랜지(431a)의 하면에 장착 지지될 수 있다. 에어유동로(451)는 에어유동로(451)는 대략 "L"자 형태로 꺾인 유로를 형성하며 상단플랜지(431a)를 상하로 관통하도록 연장 형성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 커버(410)는 플랜지(411)가 상단플랜지(431a)에 체결되어 상단플랜지(431a)에 장착 지지될 수 있다.
이때, 커버(410)는 상부바디(431)와 소정간격 이격되어 에어채널(G)을 형성할 수 있다. 좀 더 구체적으로, 플랜지(411)가 상단플랜지(431a)와 소정간격 이격 배치되고, 리브(412)가 제1측벽(431b)과 소정간격 이격 배치됨에 따라, 커버(410)와 상부바디(431) 간에는 에어채널(G)이 형성될 수 있다. 또한, 도 6 등에 도시된 바와 같이, 이와 같은 에어채널(G)은 리브(412)와 제1측벽(431b) 사이에서 하방으로 연장 형성될 수 있다. 따라서 에어채널(G)은 워터클리닝모듈(400)의 내측에서 하방을 향해 공기를 분사하게 된다.
바람직하게, 에어채널(G)을 형성하는 리브(412) 및 제1측벽(431b)은, 제1측벽(431b)의 하단이 리브(412) 하단보다 소정정도 하측에 배치되도록 각각 연장 형성될 수 있다. 다시 말하면, 제1측벽(431b)은 하단이 리브(412) 하단보다 하측에 배치되도록 하방으로 좀 더 연장 형성될 수 있다. 이는 공기가 직접 워터필름 측을 향해 분사되지 않도록 하기 위함이다. 워터필름 측으로 직접 공기가 분사되는 경우, 분사된 공기로 인해 워터필름의 형성이 방해 받을 수 있기 때문이다.
한편, 하부바디(432)의 제2측면(432b)은 상부바디(431)의 제1측벽(431b)에 대해 반경방향 외측으로 소정간격 이격 배치될 수 있다. 도시되지 않았으나, 이와 같은 제1, 2측벽(431b, 432b)은 평면상 대략 동심원 형태를 이룰 수 있으며, 제1측벽(431b)이 내측, 제2측면(432b)이 외측의 동심원을 형성할 수 있다.
상기와 같은 제2측면(432b)은 후술할 도 9와 같이 하부챔버(222)의 내벽(222a)과 조합되어 소정의 공간(W)을 형성할 수 있다. 다시 말하면, 제2측벽(432b)과 하부챔버(222)의 내벽(222a) 사이에는 워터챔버(W)가 형성될 수 있다. 이와 같은 워터챔버(W)에는 워터공급포트(440)를 통해 제공되는 물이 일시적으로 저장될 수 있다. 이에 대하여는 후술할 도 9를 참조하여 부연키로 한다.
워터공급포트(440)는 제2측벽(432b)에 연결되어 상기와 같은 워터챔버(W)로 연통될 수 있다. 즉, 도 7 등에 도시된 바와 같이, 워터공급포트(440)는 제2측벽(432b)을 관통하도록 설치되어 제2측벽(432b) 내측의 워터챔버(W)와 연통될 수 있다. 참고로, 도 7 등에 도시된 워터공급포트(440) 및 제2측벽(432b)의 단면은, 전술한 바와 같이 워터공급포트(440)가 평면상 워터챔버(W)에 접선방향으로 연결 설치되는데 기인한 것임을 알려둔다.
도 9는 도 6에 도시된 단면도를 중심으로 워터클리닝모듈(400)이 장착된 모습을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 9를 참조하면, 하부챔버(222)는 내벽(222a)을 구비할 수 있다. 내벽(222a)은 제2측벽(432b)과 함께 소정의 워터챔버(W)를 형성하도록 상방으로 연장 형성될 수 있다. 이때, 내벽(222a)은 제2측벽(432b)으로부터 반경방향 내측으로 소정간격 이격되어 사이에 워터챔버(W)를 형성하게 된다. 이러한 구조는, 반경방향 외측에서부터 하부바디(432)의 제2측벽(432b), 하부챔버(222)의 내벽(222a) 및, 상부바디(431)의 제1측벽(431b)이 순차적으로 배치된 구조를 이룰 수 있다. 또한, 내벽(222a) 상단은 상단플랜지(431a)와 소정간격 이격 배치되어 소정의 갭을 형성할 수 있다. 이와 같은 갭은 워터챔버(W)에 저장된 물이 월류(overflow)되는 유통로를 제공하게 된다.
상기와 같은 워터클리닝모듈(400)의 작동을 살펴보면, 먼저 워터공급포트(440)를 통해 외부로부터 물이 공급된다. 참고로, 도 9에서는 도시된 방향상 워터공급포트(440)가 도시되고 있지 않다. 공급된 물은 제2측벽(432b)과 내벽(222a) 사이의 워터챔버(W)에 일시적 저장될 수 있다. 이때, 물은 평면상 워터챔버(W)에 접선방향으로 공급되므로, 워터챔버(W) 내에서 원주방향으로 유동되며 선회류를 형성할 수 있다.
워터챔버(W)에 계속하여 물이 공급되면, 워터챔버(W) 상단의 갭을 통해 물이 월류하게 된다. 즉, 내벽(222a) 상단과 상단플랜지(431a) 사이의 갭을 통해 물이 월류된다. 월류된 물은 하부챔버(222)의 내벽(222a)을 따라 흐르며 내벽(222a)에 일종의 워터필름을 형성할 수 있다. 이때, 물은 워터챔버(W) 내에서 선회류를 형성하며 유동되다가 서서히 월류되기 때문에, 내벽(222a)을 따라 소정정도 경사지게 하방으로 유동될 수 있다. 즉, 선회류로 인해 물이 소정정도 경사진 유동방향을 가지며 내벽(222a)을 따라 흘러내리기 때문에, 내벽(222a)에는 보다 균일하고 일정한 두께로 워터필름이 형성될 수 있다. 이와 같은 워터필름은 하부챔버(222) 내에서 발생된 파우더가 내벽(222a)에 점착되는 것을 방지하게 된다.
한편, 에어공급포트(450)로 공급된 공기는 커버(410)와 상부바디(431) 사이의 에어채널(G)을 따라 유동되어 하방을 향해 분사될 수 있다. 이와 같이 분사된 공기는 전술한 워터필름의 외면에 인접하게 일종의 에어커튼을 형성하게 된다. 즉, 워터필름의 반경방향 내측에는 에어커튼이 형성될 수 있다. 이와 같은 에어커튼은 워터필름이 하부챔버(222)의 내벽(222a)에 보다 밀착되어 흐르도록 보조할 수 있다. 또한, 에어커튼은 워터필름을 형성하는 물이 하부챔버(222)의 내측으로 튀는 것을 방지할 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 필요에 따라 본 실시예의 폐가스 처리장치(S)는 N2 인젝터(500)를 더 포함할 수 있다.
일부 텅스텐실리사이드 공정의 경우, 아래와 같은 반응 메커니즘을 통해 파우더가 생성될 수 있다.
DCS : SiH2Cl2 + O2 -> SiO2 (powder) + 2HCl
SiH4 : SiH4 + 2O2 -> SiO2 (powder) + 2H2O
WF6 : WF6 + 3O2 -> 2WO3 (powder) + 6F2
그런데 상기와 같은 공정은 공정 특성상 연소챔버(220)로 배출가스가 유입되는 매니폴드 입구 등에 텅스텐 계열의 파우더가 적체될 수 있다. 파우더 적체는 막힘 현상을 유발하여 결국 장치의 가동주기를 감소시키는 원인이 될 수 있다.
따라서 본 실시예의 폐가스 처리장치(S)는 연소챔버(220)로 배출가스가 공급되는 연결부(300) 후단에 N2 인젝터(500)가 장착되어 N2 가스를 고속으로 분사하도록 형성될 수 있다. N2 인젝터(500)는 연결부(300) 후단에서 연소챔버(220) 내부를 향해 N2 가스를 분사하도록 형성될 수 있다. 분사된 N2 가스는 파우더가 연소챔버(220) 입구 등에 증착되는 것을 방지하고, 이를 통해 결국 장치의 가동주기를 연장할 수 있다.
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 폐가스 처리장치(S)는, 종래의 스크래퍼를 대체하여 분사모듈(120)을 구비하고, 연결부(300)를 경사방향으로 연장 형성함으로써, 장치 구조를 간소화함과 동시에, 연결부(300) 등에서의 파우더 적체 또한 효과적으로 방지할 수 있다. 이와 같은 이점은 결국 폐가스 처리장치(S)의 유지 관리 주기를 연장하고, 전체 설비의 효율성 및 생산성을 개선하는 기술적 효과를 가져올 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 폐가스 처리장치(S)는, 워터클리닝모듈(400)을 통해 종래 연소챔버(220) 내부의 스크래퍼 또한 대체할 수 있다. 이와 같은 워터클리닝모듈(400)은 연소챔버(220) 내에 워터필름을 형성함으로써, 파우더의 점착을 효과적으로 방지할 수 있으며, 종래 스크래퍼 등과 대비하여 장치 구조를 매우 간소화시킬 수 있다. 또한, 워터클리닝모듈(400)은 워터필름의 외면에 다시 에어커튼을 형성함으로써, 워터필름의 밀착성을 향상시킴과 동시에 불필요하게 연소챔버(220) 내부로 물이 튀는 것을 방지하여, 연소챔버(220)의 성능이나 효율은 종래와 대등하게 유지시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
S: 폐가스 처리장치 100: 전처리부
110: 전처리관 120: 분사모듈
200: 가열산화부 210: 버너부
220: 연소챔버 300: 연결부
310: 제1연장관 320: 제2연장관
330: 연결배관 400: 워터클리닝모듈
410: 커버 420: 개스킷
430: 바디 440: 워터공급포트
450: 에어공급포트

Claims (8)

  1. 전처리부(100);
    버너부(210) 및 연소챔버(220)를 포함하고 상기 전처리부(100)를 거친 배출가스를 연소시키는 가열산화부(200);
    상기 전처리부(100)와 상기 가열산화부(200) 간에 연결되어 배출가스의 유동 경로를 제공하는 연결부(300); 및
    상기 연소챔버(220)에 장착되는 워터클리닝모듈(400);을 포함하되,
    상기 연결부(300)는,
    상기 전처리부(100)에서 상기 가열산화부(200)를 향해 하향 경사지게 형성되며,
    상기 전처리부(100)는,
    상하로 연장 형성되어 배출가스가 상방으로 유동되는 전처리관(110);
    상기 전처리관(110) 내부를 향해 하방으로 물을 분사하는 제1노즐(121); 및
    상기 연결부(300)의 경사에 대응되도록 상기 연결부(300) 내부를 향해 소정각도 경사지게 물을 분사하는 제2노즐(122);을 포함하며,
    상기 워터클리닝모듈(400)은,
    워터공급포트(440)로부터 공급된 물을 일시적 저장하는 워터챔버(W); 및
    에어공급포트(450)로부터 공급된 공기를 상기 연소챔버(220) 내부로 안내하는 에어채널(G);을 포함하되,
    상기 워터챔버(W)로부터 월류(over flow)된 물은 상기 연소챔버(220)의 내벽(222a)을 따라 흘러 워터필름을 형성하고,
    상기 에어채널(G)을 통해 하방으로 분사된 공기는 상기 워터필름의 외면에 인접하게 에어커튼을 형성하는 폐가스 처리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부(300)는,
    상기 전처리관(110)으로부터 연장된 제1연장관(310);
    상기 연소챔버(220)로부터 연장된 제2연장관(320); 및
    상기 제1, 2연장관(310, 320) 사이에 연결 설치되는 연결배관(330);을 포함하되,
    상기 연결배관(330)은,
    길이방향으로 신축 가능한 주름관(330a)을 구비하고, 일부 또는 전부가 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)로 형성되는 폐가스 처리장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결부(300) 후단에 장착되어 상기 연소챔버(220)로 N2 가스를 분사하는 N2 인젝터(500);를 더 포함하는 폐가스 처리장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 워터클리닝모듈(400)은,
    상기 워터챔버(W)로 물을 공급하는 워터공급포트(440); 및
    상기 에어채널(G)로 공기를 공급하는 에어공급포트(450);을 더 포함하되,
    상기 워터공급포트(440)는,
    상기 워터챔버(W)에 접선방향으로 물을 공급하여 상기 워터챔버(W) 내에 선회류를 조성하도록 형성되고, 복수개가 원주방향으로 이격 배치되는 폐가스 처리장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 워터클리닝모듈(400)은,
    플랜지(411) 및, 상기 플랜지(411)의 반경방향 내측단에서 하방으로 연장 형성되는 리브(412)를 구비하는 커버(410);
    상기 커버(410)가 안착 체결되는 상단플랜지(431a) 및, 상기 상단플랜지(431a)의 반경방향 내측단에서 하방으로 연장 형성되는 제1측벽(431b)을 구비하는 상부바디(431); 및
    하단플랜지(432a) 및, 상기 하단플랜지(432a) 일측에서 상방으로 연장 형성되어 상단이 상기 상단플랜지(431a)의 하면에 결합되며 상기 제1측벽(431b)으로부터 반경방향 외측으로 이격 배치되는 제2측벽(432b)를 구비하는 하부바디(432);를 포함하되,
    상기 에어채널(G)은,
    상기 플랜지(411) 및 상기 리브(412)가 상기 상단플랜지(431a) 및 상기 제1측벽(431b)와 소정간격 이격되어 형성되며,
    상기 워터챔버(W)는,
    상기 제2측벽(432b)과 상기 내벽(222a) 사이에 형성되되, 상기 내벽(222a)은 반경방향으로 상기 제1측벽(431b)과 상기 제2측벽(432b) 사이에 배치되어 상단이 상기 상단플랜지(431a)와 소정간격 이격되도록 상방으로 연장 형성된 것인 폐가스 처리장치.
  8. 삭제
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