KR102128068B1 - 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템 - Google Patents

배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 공정 시 발생하는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입되는 배기가스가 전처리유닛을 통과한 후, 다시 후처리유닛을 통과하여 정화됨에 따라 배기가스 내의 유해성분, 즉 HF, HCl, N2O 및 질소산화물과 미세물질을 보다 효과적으로 처리하고, 상기 전처리유닛에는 가이드베인을 통하여 유해성분을 1차적으로 제거하고, 후처리유닛은 정화필터를 통해 유해성분을 2차적으로 제거함에 따라 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템에 관한 것이다.

Description

배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템{AIR CLEANING SYSTEM}
본 발명은 반도체 공정 시 발생하는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유입되는 배기가스가 전처리유닛을 통과한 후, 다시 후처리유닛을 통과하여 정화됨에 따라 배기가스 내의 유해성분, 즉 HF, HCl, N2O 및 질소산화물과 미세물질을 보다 효과적으로 처리하고, 상기 전처리유닛에는 가이드베인을 통하여 유해성분을 1차적으로 제거하고, 후처리유닛은 정화필터를 통해 유해성분을 2차적으로 제거함에 따라 정화 효율을 향상시킬 수 있는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중 증착 및 에칭 공정 등에 사용된 후 배출되는 폐가스는 대부분 유해물질을 포함하고 있기 때문에, 적절한 처리를 통해 정화한 후 배출되고 있다.
예를 들어 등록특허 제10-0521091호 "유해가스 및 분진을 효과적으로 제거할 수 있는 가스스크러버"와 같이 폐가스를 플라즈마 또는 연소하거나 습식처리를 통해 폐가스 중에 유해성분을 제거하고 있는데, 이러한 폐가스에는 다양한 유해물질을 포함하기 때문에, 여러 과정을 통해 처리하지 않으면 완전한 처리가 이루어지지 않게 된다.
따라서 기존에는 여러 종류의 가스 처리장치를 준비하고 있는 실정이다.
더구나 근래 들어 환경에 대한 관심이 높아지면서 규제가 한층 강화되기 때문에 많은 현장에서는 기존의 처리 장치들 외에 추가적인 장치를 부설하고 있다.
이와 같이 복합적인 유해물질을 포함하는 폐가스에는 동시에 처리하기가 어려운 조합이 있는데, 그 중 부식의 원인이 되는 산 가스의 대표적인 가스가 HF가스와 HCl가스이며, 온실가스인 N2O, NOx와 미세물질(particle material)등이 있다.
이 중 N2O 가스의 경우, 지구온난화지수(GWP)는 CO2에 비해 매우 높은 수치로 310배 정도 높게 나타나는 가스이다. 현재 전자 사업장에서 많은 양의 N2O 가스가 배출되고 있으나, 법적인 규제가 없어 처리하지 않고 대기 중으로 배출하고 있는 실정이므로 이를 처리할 수 있는 시스템이 절실한 실정이다.
이들 복합가스를 포함하는 폐가스를 처리하는 전통적인 방식으로는, 각각 처리 타깃 가스가 정해진 개별적인 장치로 가스를 이송하면서 처리하는 것이었다. 그러나 이는 장치들이 차지하는 점유면적이 커지게 되어 경제적이지 못하다.
그런가 하면, 자동차 매연과 같이 질소산화물과 미세물질을 포함하는 폐가스를 처리하기 위해 촉매를 이용하는 복합처리 장치가 제안된 바 있다.
그러나, 이러한 촉매를 이용하는 처리 시스템은 과도한 에너지가 사용되기 때문에 자동차 매연과 같이 소량의 폐가스를 처리하는데 적용할 수는 있으나, 반도체 제조 공정과 같이 대규모 시설에는 적용하기 어렵다.
그래서 N2O가스와 질소산화물을 제거하기 위한 촉매 반응에 필요한 열원을 재회수하여 에너지 사용을 줄일 수 있는 복합장치가 필요하다.
최근에는 스마트폰, 스마트패드, 대형 디스플레이 등이 주력 생산 제품으로 떠오르면서 지속적으로 제조설비의 확대가 이루어지고 있다. 그만큼 배출되는 폐가스의 양이 늘어나고 있기 때문에 산 가스와 온실가스인 N2O, 질소산화물과 미세물질을 동시에 처리할 수 있는 통합적인 처리 시스템 역시 필요하다.
따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서,
배기가스가 유입된 후 정화되어 배출하는 하우징과, 이 하우징에 구비되어 유입된 배기가스를 1차적으로 정화하는 전처리유닛, 전처리유닛에 의해 유해성분이 제거된 배기가스를 2차적으로 정화하는 후처리유닛을 통하여 배기가스 내의 유해성분 제거효율을 높이는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
특히, 상기 전처리유닛은 배기가스가 노즐에서 분사되는 물의 방향과 배기가스의 이동방향이 반대방향인 대향류관과, 동일방향인 동향류관을 순차적으로 통과하게 구성함으로서, 유해성분의 제거 효율을 향상시키고,
후처리유닛에는 복수개의 정화필터를 구비하여, 유해성분 저감 효율을 더욱 향상시키는 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템은
배기가스가 유입되는 유입부와, 정화된 배기가스가 배출되는 배출부가 구비된 하우징;
상기 유입부에 구비되어, 유입된 배기가스가 이동하는 패스관과, 상기 패스관에 구비되어 물을 분사하는 노즐, 상기 노즐과 유입된 배기가스를 혼합하여 유해성분을 제거하는 가이드베인을 포함하는 전처리유닛;
상기 전처리유닛에서 배출된 배기가스가 통과하는 반응관과, 상기 반응관에 구비되어 물을 분사하는 분사노즐, 상기 물과 혼합된 배기가스를 정화하는 정화필터를 포함하는 후처리유닛;
을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템은
배기가스가 유입되는 하우징과, 이 하우징에 구비되어 유입된 배기가스 내의 유해성분을 제거하는 전처리유닛 및 후처리유닛을 구비하여, 2단계에 걸쳐 배기가스 내의 유해성분을 저감시킴에 따라 저감효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
특히, 전처리유닛을 대향류관과 동향류관으로 구성함으로서, 유해성분의 저감효율을 더욱 향상시키고,
후처리유닛 또한 메쉬필터와 3D-그리드로 구성된 정화필터를 통하여 다단으로 배기가스를 정화함에 따라 유해성분 저감효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.
나아가 상기 전처리유닛을 구성하는 패스관과 후처리유닛을 구성하는 반응관을 각각 2개가 한 세트로 구성되도록 이루어져, 배기가스의 정화속도를 향상시켜 보다 신속하게 공기를 정화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 사시도
도 3은 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 전처리유닛 및 후처리유닛의 측면도
도 4는 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 전처리유닛의 상세도
도 5는 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 전처리유닛의 가이드 베인의 사시도
도 6은 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 전처리유닛의 배기가스 흐름도
도 7은 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 후처리유닛의 정화필터의 개략도
도 8은 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 후처리유닛의 정화필터에 구비되는 메쉬필터의 사진도
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 후처리유닛의 정화필터에 구비되는 3D-그리드의 상세도
도 12 내지 도 15는 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 전처리유닛의 실험데이터
도 16 내지 도 20은 본 발명에 따른 공기정화 시스템의 실험 데이터
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(10)과, 상기 하우징(10)에 구비되는 전처리유닛(20), 그리고 후처리유닛(30)을 포함하여 이루어지는 것으로서,
상기 하우징(10)에는 배기가스가 유입되는 유입부(11)이 구비되고, 후술하는 전처리유닛(20) 및 후처리유닛(30)에 의해 유해성분이 저감된 배기가스가 배출되는 배출부(13)가 구비되어 있다.
또한 상기 배출부(13)에는 후술하는 정화필터(33)가 더 구비되는 것이 바람직하고, 상기 전처리유닛(20)과 후처리유닛(30) 사이에는 전처리유닛(20)으로부터 배출된 배기가스가 후처리유닛(30)으로 이동하기 위한 이동로(15)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
또한 상기 전처리유닛(20)은 배기가스가 이동하는 패스관(21)을 포함하여 이루어지는데, 상기 패스관(21)은 동일한 패스관(21) 2개가 하나의 세트를 이루어 구비되고, 상기 후처리유닛(30) 또한 반응관(31)을 포함하여 이루어지며, 이 반응관(31) 또한 동일한 반응관(31) 2개가 하나의 세트를 이루어 구비될 수 있도록 한다.
나아가 구체적으로 상기 패스관(21) 또한 대향류관(211)과 동향류관(213)으로 구분될 수 있으며, 결과적으로 2개의 대향류관(211)과 2개의 동향류관(213)으로 이루어지고, 상기 반응관(31) 또한 제1 반응관(311)과 제2 반응관(313)으로 구분되며, 결과적으로 2개의 제1 반응관(311)과 2개의 제2 반응관(313)으로 이루어지게 된다.
아울러, 배기가스의 이동, 각종 후술하는 장치들의 구동을 위하여, 별도의 펌프 및 전력공급장치가 더 구비될 수 있으며, 이에 대한 구성은 종래에 공지된 기술로서 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도면을 참조하여 각각의 구성에 대하여 보다 상세하게 설명하면,
먼저 전처리유닛(20)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(10)에 구비되어, 유입된 배기가스가 이동하는 패스관(21)과, 상기 패스관(21)에 구비되어 물을 분사하는 노즐(25), 상기 노즐(25)과 유입된 배기가스를 혼합하여 유해성분을 제거하는 가이드베인을 포함하여 이루어진다.
보다 구체적으로는 패스관(21)에서 가이드베인을 통과한 가스와 대향류관(211)에 설치된 노즐(25)을 통해 물과 가스가 혼합되며, 동향류관(213)에서는 가이드베인을 통과한 후, 동향류관(213)에서 설치된 노즐(25)에서 2차로 물분사 하는 구조로 이루어진다.
이 때 상기 가이드베인의 각도는 선회 기류가 강하게 형성되며, 압력강하가 크지 않은 120도의 가이드베인을 선정하는 것이 바람직하다.
먼저 가이드베인의 구조에 대하여 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이,
상기 가이드베인은 중심축(231)과, 상기 중심축(231) 외면에 복수개로 구비되되 일방향으로 휘어진 유사 스크류 형상의 날개부재(233)로 이루어져 있는 것이 특징이다.
따라서 상기 날개부재(233)를 통해 이동하는 기체를 회전시키게 되고, 이에 따라 상기 가이드베인을 통과한 기체는 선회운동을 하며 배출될 수 있도록 구성된다.
이 때 상기 날개부재(233)의 형성 각도는 120도로 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.
이러한 구조를 통해, 유입되는 기체의 속도 증가와 회전력(난류 형성)을 부여하여 분사되는 물과 함께 기-액 접촉 및 믹싱효과를 높여 오염가스를 제거할 수 있도록 한다.
다시, 상기 패스관(21)은 대향류관(211)과 동향류관(213)으로 구성되어 있으며, 대향류관(211)은 노즐(25)에 의해 물이 분사되는 방향과 배기가스가 이동하는 방향이 역방향인 관을 말하며, 동향류관(213)은 노즐(25)에 의해 물이 분사되는 방향과 배기가스가 이동하는 방향이 동일방향으로 이루어지는 것을 말하는 것으로서,
본 발명은 배기가스가 상기 대향류관(211)을 통과한 후 동향류관(213)을 통과하여 후술하는 후처리유닛(30)으로 이동하도록 구성된다.(보다 정확하게는 이동로(15)로 이동하게 된다.)
또한 상기 대향류관(211)과 동향류관(213) 사이에는 연결부(27)가 더 구비되게 되는데,(도 4 참조)
즉, 상기 대향류관(211)의 배기가스 출구쪽과 동향류관(213)의 배기가스 입구쪽이 상기 연결부(27)에 의해 연결되는 구조로 이루어진다.
상기 연결부(27)는 상기 두 개의 대향류관(211)에서 배출되는 배기가스가 혼합되어 머무르는 공간이고, 이렇게 머무른 배기가스는 다시 두 개의 동향류관(213)으로 유입될 수 있도록 구성된다.
상기 대향류관(211)에서 배출되는 배기가스는 연결부(27)에 유입되는 경우, 갑작스럽게 직경이 커짐에 따라 유속이 빨랐던 배기가스가 급격하게 유속이 느려짐에 따라 분사되는 효과가 있으며,
이렇게 배기가스가 분사되면, 배기가스의 가스 입자가 분산되고, 이에 따라 배기가스 내에 남아있는 잔여 유해성분이 배기가스로부터 일부 분리되는 효과를 얻을 수 있다.
또한 두 개의 대향류관(211)을 통하여 배출된 배기가스가 서로 혼합됨에 따라 각각의 대향류관(211)을 통과하는 배기가스 내의 서로 달랐던 유해성분의 농도가 맞춰지게 되고, 이러한 배기가스가 다시 동향류관(213)으로 유입됨에 따라 두 개의 동향류관(213)에서 처리해야하는 유해성분의 함유량이 균일하여, 정화 효율을 높이는 효과를 갖는다.
즉, 하나의 대향류관(211)이 하나의 동향류관(213)과 직결연결되는 경우, 두 대향류관(211)에서 정화되는 능력의 차이로 인해, 두 동향류관(213)에서 처리해야 하는 유해성분의 함유량이 각각 다르게 되어 정화능력이 달라질 수 있는 문제를 해결한다.
아울러, 본 출원인은 대향류관(211)과 동향류관(213) 각각에 대하여 한 개의 가이드베인 및 2개의 가이드베인을 각각 적용한 경우를 비교하여 그 효과를 실험하였다.
도 6에 대하여 설명하면, 배기가스의 유속을 3m/s로 고정하고, 노즐(25)의 각도는 30도, 노즐(25)에서 분사되는 물분사량은 9LPM을 적용하였다.
그 외 패스관(21)의 벽면은 노슬립 조건을 이용하였으며, 배기가스가 배출되는 출구는 상압의 압력조건을 사용하였다.
도 12a는, 패스관(21) 중앙 단면에서 가스의 유속 분포를 나타낸 그름으로, 대향류관(211)에서는 가스 흐름 방향과 물분사 방향이 반대방향이므로, 물분사에 의해 가스가 외각으로 밀려나는 형태가 나타나는 것을 볼 수 있다.
동향류관(213)에서는 물분사와 가스 흐름 방향이 동일한 방향이므로 물분사에 의해 가스 흐름이 가속되며 높은 유속 영역이 아래로 길게 늘어지는 형태가 나타나고 있다. 가이드 베인(23)을 2set(2개씩) 적용 시, 선회기류가 한번 더 형성되어 패스관(21) 벽면 근처에서 웨이브(wave) 형태의 주기적인 높은 유속 영역이 보이는 것으로 보아 1Set(1개씩) 구성에 비해 혼합이 원할할 것으로 예상된다.
도 12b는 패스관(21) 중앙 단면에서의 압력 분포를 나타낸 그림으로 대향류관(211)에서는 가스 흐름 방향과 물분사 방향이 반대 방향이므로 물 분사에 의해 저항이 증가하여 압력 강하가 다소 높게 나타나는 것을 볼 수 있다. 패스관(21) 입출구의 압력 강하는 1Set에서는 115Pa로 나타나며 2Set에서는 약 120Pa로 나타났다. 동향류관(213)에서는 동향류로 물분사가 일어나기 때문에 물분사에 의해 가스 흐름도 가속되며 가스를 Suction 하는 효과가 나타난다. 2PASS에서의 압력강하는 음의 값으로 나타난다. 1Set에서는 약 ??56Pa의 압력강하로 흡입하는 효과가 생기며, 2Set 가이드 베인(23) 적용 시에는 압력강하가 소폭 증가하여 ??32Pa의 압력강하로 예측되었다.
도 13a는 패스관(21) 중앙 단면에서의 물입자의 분포 집중도를 나타낸 그림으로, 대향류관(211)의 경우 가스 흐름과 대향으로 분사되므로 물분사 직후 가이드 베인(23)을 거쳐 온 선회기류와 만나며 확산되어 주로 패스관(21) 상부서 물입자가 분포되어 있는 것을 볼 수 있다. 동향류관(213)의 경우, 동향류로 배치되어 있고 중력 방향 또한 물분사 방향과 일치하기 때문에 물입자의 분포가 아래로 길게 늘어지는 형태가 나타난 것으로 보인다.
가이드 베인(23)을 2Set로 적용한 경우, 대향류관(211)에서는 1Set 대비 확산되는 정도가 강해진 것으로 보이며, 동향류관(213)에서는 2차 선회기류에 의해 패스관(21) 벽면으로 밀착되어 패스관(21) 중심에서의 분포량이 적어진 것으로 보인다.
패스관(21)의 높이 별 단면에서 가스 유속을 나타낸 도 13b에서 보면 대향류관(211)의 경우, 물분사 노즐(25) 근처에서 선회기류가 강하게 형성되어 있어서 외곽부의 유속이 높고 중심이 낮은 것으로 나타나고 있으며 패스관(21) 중심에서 외곽 방향의 중간 위치에 환형의 띠 형태로 낮은 유속 분포가 나타나는데, 이는 노즐(25)에서 분사된 물입자가 가스 흐름과 반대 방향으로 원뿔 형태로 퍼지면서 가스와 부딪혀 유속이 낮아진 것으로 보인다. 동향류관(213)에서는 가스흐름과 물입자 분사 방향이 동향류이므로 패스관(21) 중심에서 물입자에 의해 가스 유속이 가속되어 높게 나타나고 있으며, 2Set를 적용한 경우에서는 패스관(21) 출구 부분에서 가이드 베인(23)에 의해 다시 생성된 2차 선회 기류에 의해 외곽의 유속이 높아지는 것을 볼 수 있다.
패스관(21) 높이 단면 별 물입자의 분포 집중도를 나타낸 도 14a에서 보면 대향류관(211)의 경우 가스 흐름과 대향으로 분사되므로 패스관(21) 상부에서 확산되어 전체 단면에 비교적 고르게 분포하고 있는 것을 볼 수 있다. 동향류관(213)의 경우, 동향류이므로 상부에서는 중심부에만 물입자가 분포하며 아래로 내려가면서 점점 확산되는 형태가 나타나고 있다. 가이드 베인(23)을 2Set로 적용한 경우, 대향류관(211)에서는 1Set 대비 확산되는 정도가 강해진 것으로 보이며, 동향류관(213)에서는 2차 선회기류에 의해 패스관(21) 벽면으로 밀착되어 패스관(21) 중심에서의 분포는 낮아진 것으로 보인다.
패스관(21) 입구에서 유입된 가스의 흐름 형태를 나타낸 도 14b를 보면 대향류관(211)에서는 가이드 베인(23) 통과 후 형성된 선회기류가 물분사 노즐(25)에서 분사된 물입자에 의해 외곽으로 밀려나면서 노즐(25) 근처 벽면에서 유속이 높게 나타나고 있다.
대향류관(211)에서 2set 가이드 베인(23)을 설치한 경우, 패스관(21) 상부에서 선회기류가 더 강하게 형성되는 것으로 보인다. 동향류관(213)에서는 물입자에 의해 선회기류가 직선화되는 경향이 나타나며, 동향류관(213)에 2set 가이드 베인(23)을 설치하면 패스관(21) 하단부에서 2차 선회기류가 형성되어 혼합이 원할해지는 것으로 보인다.
도 15는 물분사 노즐(25)에서 분사된 물입자의 궤적을 나타낸 그림으로, 도 15a는 물입자 궤적을 도시하였고, 도 15b는 이를 확대한 도면이다. 대향류관(211)에서는 노즐(25)에서 분사된 물이 패스관(21) 중심부에서는 아래로 내려오며, 패스관(21) 외곽부에서는 선회기류에 의해 회전하며 상승하고 있다. 노즐(25) 중심의 물입자는 선회기류의 중심부에 위치 하기 때문에 관성력과 중력의 효과가 강하여 그대로 하강하는 특성이 있으며, 노즐(25) 외곽방향으로 분사되는 물입자(30도 방향)는 외곽부분의 강한 선회기류를 따라 회전하며 하강하다가 하강 속도가 낮아지면서 가스 기류에 휘말려 회전하며 상승하는 형태가 나타난다. 대향류관(211)에서 2차 가이드 베인(23)을 설치한 경우, 아래로 흘러내려온 물입자를 한 번 더 선회시키게 되어 하부 패스관(21)에서 직선 궤적을 보이던 1Set에 비해 2set에서는 선회하며 떨어지는 것을 볼 수 있다. 동향류관(213)에서는 동향류 형태이므로 물입자가 아래로 길게 늘어지며 서서히 회전하는 것으로 보이며 특히, 패스관(21) 하단부 출구 근처에서는 거의 직선 형태의 궤적을 보이고 있다. 동향류관(213)에서 2차 가이드 베인(23)을 설치한 2set의 경우, 패스관(21) 하단부에서 2차 선회기류에 의해 물입자의 궤적도 선회가 발생하며 회전하면서 떨어지는 것을 볼 수 있다.
하기 [표1]은 각 높이 단면 별 물입자 량을 나타낸 표로써 높은 숫자는 해당 단면에 많은 물입자를 함유하고 있음을 의미한다.
[표1]
Figure 112018106195780-pat00001
상기 [표1]을 보면, 대향류관(211)에서는 대향류 선회기류에 의하여 상부에 물입자가 많이 분포하는 것으로 나타났으며 대향류관(211)에서 2Set 가이드 베인(23)을 적용하면 1350mm 단면에서 물입자의 양이 증가하는 것으로 나타났다. 동향류관(213)에서는 동향류이므로 패스관(21) 하단부에 물입자 분포가 높게 나타나며, 동향류관(213)에서 2Set 가이드 베인(23)을 적용하면 하단부 선회기류에 의해 패스관(21)에 부착되는 물입자가 증가하여 출구면의 물입자 양이 감소하지만, 패스관(21) 내 분포하는 물입자는 전체적으로 증가하는 것으로 나타났다.
즉, 상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명의 유동 특성을 비교해보면, 가이드 베인(23)을 지난 후 선회기류가 생성되며, 가이드 베인(23) 각도가 클수록 높은 유속의 강한 선회기류가 형성된다. 다만, 가이드 베인(23)의 각도가 클수록 저항이 높아져 압력 강하가 높아지고 있다. 가이드 베인(23) 각도가 클수록 혼합이 원할해지며 압력 강하와 혼합을 종합하여 볼 때, 120도 가이드 베인(23)이 가장 바람직하다.
대향류로 물분사하는 경우, 노즐(25) 중심의 물입자는 선회기류의 중심부에 위치하기 때문에 관성력과 중력의 효과가 강하여 그대로 하강하는 특성이 있으며, 노즐(25) 외곽방향으로 분사되는 물입자(30도 방향)는 외곽부분의 강한 선회기류를 따라 회전하며 하강하다가 하강 속도가 낮아지면서 가스 기류에 휘말려 회전하며 상승하는 형태가 나타난다. 대향류에서 2set 가이드 베인(23)을 설치한 경우, 선회기류가 강해지며 혼합이 원할해지는 것으로 나타났다.
동향류로 물을 분사하면 물입자가 아래로 길게 늘어지고 물입자에 의해 선회기류가 직선화되는 경향이 나타나며, 패스관(21) 하단부 출구 근처에서는 거의 직선 형태의 궤적이 나타난다. 동향류에서 추가 가이드 베인(23)(2set)을 설치하면 패스관(21) 하단부에서 2차 선회기류가 형성되어 혼합이 원할해진다.
대향류 분사에서는 물 분사에 의해 저항이 증가하여 압력 강하가 다소 높게 나타나며 1Set에서는 115Pa로 나타나며 2Set에서는 약 120Pa로 나타났다. 동향류에서는 물분사에 의해 가스 흐름이 가속되어 압력강하는 음의 값으로 나타나며 1Set에서는 약 ??56Pa의 압력강하로 흡입하는 효과가 생기며, 2Set 가이드 베인(23) 적용 시에는 압력강하가 소폭 증가하여 ??32Pa의 압력으로 흡입하는 효과가 나타났다.
즉 본 발명에서의 전처리유닛(20)은 고농도의 가스를 처리하기 위한 전처리 역할로 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 베인(23)을 2단으로 적용하여 선회류 생성을 더욱 강화하여 기-액 믹싱효과를 극대화하였다. 가스가 패스관(21)으로 유입되면 가이드 베인(23)이 2단으로 설치된 각각의 패스관(21)으로 분기되어 유량이 1/2로 나눠지며,(본 발명은 동일한 패스관(21) 두 개를 하나의 세트로서 구성하고 있기 때문이다.) 반응속도를 4m/sec 이상의 빠른 유속으로 분무되는 물과 혼합이 된다. 가이드 베인(23)은 유동해석 결과와 압력손실, 제작 가능성을 고려하여 날개 회전 각도를 120도, 4개의 날개가 가운데 중심축을 중심으로 패스관(21) 단면에 장착되도록 2단으로 적용하여 선회류 형성을 더욱 강화, 분무되는 물과 혼합되도록 하였다.
가이드 베인(23)은 유입되는 가스를 선회류로 변화시켜 가스와 물을 혼합 시키는 원리를 이용하지만, 먼지입자가 유입되면 원심력에 의한 사이클론 방식으로 머지입자까지 처리할 수 있는 원리를 가지고 있다. 실제 현장에서는 PFC라인에 많은 양의 먼지입자들이 발생되어 반응 장치 안으로 유입되지만, 이를 처리하기 위해 전기집진방식을 이용한 후 습식 스크러버로 전처리한다. 전기집진장치는 처리효율이 높은 반면에 발생되는 먼지입자를 용량별로 모든 처리가 힘들기 때문에 후단 습식 스크러버에 많은 양의 먼지입자가 유입되어 유지관리에 어려움을 겪고 있으며, 촉매 반응장치에도 전단에서 제거되지 못한 먼지입자가 유입되어 반응을 저해하는 불안요소를 가지고 있다. 이에 본 발명에서와 같이, 선회류를 이용한 가이드 베인(23) 방식은 가스와 입자상 물질을 동시에 처리가 가능하기 때문에 상기와 같은 문제들을 해결할 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하여 후처리유닛(30)에 대하여 설명하면,
상기 후처리유닛(30)은 전처리유닛(20)을 통과한 배기가스 내의 유해성분을 제거하기 위하여 구비되는 것으로서, 반응관(31)과, 상기 반응관(31)에 구비되는 정화필터(33) 및 분사노즐(35)을 포함하여 이루어져 있다.
이 때 상기 반응관(31)은 제1 반응관(311)과 제2 반응관(313)으로 이루어지며, 이 반응관(31)이 2개로 구성되어, 앞서 언급한 바와 같이, 제1 반응관(311)이 2개, 제2 반응관(313)이 2개, 총 4개의 반응관(31)으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
대략적으로, 전처리유닛(20)을 지나 후처리유닛(30)으로 가스가 유입되면 정화필터(33)에 의해 오염가스가 최종적으로 제거되게 된다. 상기 정화필터(33)는 케이스(331)와, 상기 케이스(331)에 구비되는 메쉬필터(333) 및 3D-그리드(335)로 이루어지는 것으로, 하나의 반응관(31)(제1 반응관(311) 및 제2 반응관(313) 각각을 말하며, 총 4개의 반응관(31) 각각을 의미한다.) 당 2단구조로 설치가 되어 총 정화필터(33) 4단을 거쳐 오염가스를 제거하도록 한다.
상기 정화필터(33)는 케이스(331) 내에 메쉬필터(333)와 3D-그리드(335)가 직렬 2단 배치된 필터를 말한다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 전단에는 메쉬필터(333)와 3D-그리드(335)가 순차 배열되고, 후단에는 반대로 3D-그리드(335)와 메쉬필터(333)가 순차 배열되는 구조를 갖는다.
메쉬필터(333)는 PE 모노단사와 PP원사 96가닥을 300denier를 이뤄 뜨개질 방법으로 앞, 뒤 머금듯 교차하여 제작된 3D 그물망 구조로 되어 있으며, 교차면 사이를 부피감을 주어 물 분산이 용이하고 넓은 표면적에 액막 발생을 최대화하여 기체와 액체의 접촉력을 높여주어 가스를 제거하는 기술에 관한 것으로, 반응 구간이 짧아 압력손실이 적으며, 메쉬필터(333) 후단에 설치되는 3D-그리드(335)에서 한번 더 가스 저감 효과를 기대할 수 있는 구조로 제작되어있다.
3D-그리드(335)는 메쉬필터(333)와 유사하게 기체와 액체의 혼합효과를 극대화 할 수 있는 구조로 설계되어 있으며, 구조는 평판형과 굴곡형이 중첩 배열되어 조립되어 하나의 모듈을 형성하는 구조이다. 접촉면적이 뛰어나며 압력손실이 적으며, 분사되는 세정액의 분산률을 높여주어 표면 전체에 수막을 형성시킬 수 있다. 상기 3D-그리드(335)는 체적당 면적비가 기존 Packing(tri-pack 2.5인치)의 1/20 수준으로 반응면적 절감과 동시에 표면적은 기존 Packing은 147㎡/㎥인 반면, 3D-Grid는 1,700㎡/㎥ 수준으로 12배 이상 높은 수치를 나타낸다. 이는 적은 면적과 부피로도 오염가스를 충분히 제거할 수 있다는 것이다.
각각의 구성에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면,
먼저, 상기 메쉬필터(333)는 도 8에 도시된 바와 같이, 강성메쉬(3331)와 연성메쉬(3333) 중 어느 하나로 이루어지거나, 이들을 서로 밀착시켜 구비될 수 있다.
먼저 상기 강성메쉬(3331)는 그물망 형상으로 직조된 강성제1메쉬부재(3331a)와 강성제2메쉬부재(3331b)로 이루어지고, 상기 강성제1메쉬부재(3331a)와 강성제2메쉬부재(3331b)를 연결하되, 서로 평행하도록 구비되는 다수의 제1 연결부재(3331c)로 구성된다.
이러한 강성메쉬(3331)는 그물망 형상으로 메쉬를 직조한 후, 열 코팅 처리를 하여 그 강도를 향상시켜 구성된 것으로서, 공극률이 높아 압력손실이 적고, 액막 형성에 유리한 그물망 3D구조를 이루고 있다.
즉, 그 단면으로 볼 때, 서로 이격된 강성제1메쉬부재(3331a)와 강성제2메쉬부재(3331b)에서는 액막을 형성하는 포인트가 되고, 이들 사이의 제1 연결부재(3331c)가 구비된 부분에는 액막 형성과 함께 기체와 액체를 혼합시키는 포인트로 이루어져 액막형성을 보다 효과적으로 진행 할 수 있는 효과를 갖는다.
또한 연성메쉬(3333)는 그물망 형상으로 직조된 연성제1메쉬부재(3333a)와 연성제2메쉬부재(3333b)로 이루어지고, 상기 연성제1메쉬부재(3333a)와 연성제2메쉬부재(3333b)를 연결하되, 서로 교차되도록 구비되는 다수의 제2 연결부재(3333c)로 구성된다.
이러한 연성메쉬(3333)는 그물망 형상으로 메쉬를 직조한 후, 열 코팅 처리를 하여 그 강도를 향상시켜 구성된 것이나, 앞서 강성메쉬(3331)보다 적게 열처리를 하여 연성재질로 구성한 것으로서, 강성메쉬(3331)와 마찬가지로 공극률이 높아 압력손실이 적고, 액막 형성에 유리한 그물망 3D구조를 이루고 있다.
즉, 그 단면으로 볼 때, 서로 이격된 연성제1메쉬부재(3333a)와 연성제2메쉬부재(3333b)에서는 액막을 형성하는 포인트가 되고, 이들 사이의 제2 연결부재(3333c)가 구비된 부분에는 액막 형성과 함께 기체와 액체를 혼합시키는 포인트로 이루어져 액막형성을 보다 효과적으로 진행 할 수 있으며, 이러한 효과는 상기 강성메쉬(3331)와 동일하나, 상기 제2 연결부재(3333c)가 양측의 연성제1메쉬부재(3333a)와 연성제2메쉬부재(3333b)에 서로 교차되게 구비되어 강성메쉬(3331)보다 더 조밀하게 액막을 형성하는 특징을 갖는다.
도 9 내지 도 11은 본 발명의 3D-그리드(335)에 대해 도시한 것으로서,
상기 3D-그리드(335)는 상기 케이스(331)에 삽입되는 것으로서, 복수개의 제1 매쉬와, 상기 제1 메쉬(3351) 사이에 구비되는 제2 메쉬(3353)로 이루어지되,
상기 제1 메쉬(3351)는 제1 외각프레임(3351A)과, 상기 제1 외각프레임(3351A)에 복수개로 형성되어 복수개의 제1 관통공(3351B)을 형성하도록 구성되는 제1 가로프레임(3351C)과 제1 세로프레임(3351D) 및 상기 제1 관통공(3351B)의 각 모서리에서 제1 관통공(3351B)의 중앙을 향하도록 돌출되되, 서로 이격되도록 구성되는 사선프레임(3351E)으로 이루어지고, 상기 제2 메쉬(3353)는 제2 외각프레임(3353A)과, 상기 제2 외각프레임(3353A)에 복수개로 형성되어 복수개의 제2 관통공(3353B)을 형성하도록 구성되는 제2 가로프레임(3353C) 및 제2 세로프레임(3353D)으로 이루어지고 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 3D-그리드(335)는 제1 메쉬(3351)와 제2 메쉬(3353)가 서로 반복적으로 중첩배열되어 형성하고 있는 것으로서, 도면에 도시된 바와 같이, 전단과 후단이 각각 제1 메쉬(3351)가 위치하도록 5개가 배열되고, 이들 제1 메쉬(3351) 사이에 제2 메쉬(3353)가 각각 구비되어 총 4개의 제2 메쉬(3353)로 이루어지는 것이 바람직하나, 이는 하나의 실시예를 도시한 것으로서, 그 수는 다양하게 선택되어 배열될 수 있으며, 이에 권리범위를 제한 해석해서는 안 된다.
먼저 제1 메쉬(3351)에 대하여 설명하면, 상기 제1 메쉬(3351)는 사각형의 형상으로 이루어진 제1 외각프레임(3351A)으로 구성되며, 상기 제1 외각프레임(3351A) 내측에 복수개의 제1 관통공(3351B)을 격자형으로 형성하도록 제1 가로프레임(3351C)과 제1 세로프레임(3351D)이 구비되는 평판형 형상을 이루고 있다.
아울러 상기 제1 관통공(3351B)은 유입되는 오염된 기체가 관통하는 것으로서, 보다 효과적으로 분사되는 세정액에 의해 액막이 형성되도록 사선프레임(3351E)이 구비되는 것이 바람직하다.
구체적으로 상기 사선프레임(3351E)은 상기 제1 관통공(3351B)의 각 모서리에 구비되되 상기 제1 관통공(3351B)의 중앙을 향하도록 구비되어 있으며, 상기 사선프레임(3351E)들의 단부가 서로 이격될 수 있도록 구비되게 된다.
따라서 기체가 관통하면 상기 사선프레임(3351E)에 의해 쪼개져 세정액과의 접촉면적을 향상시킴과 동시에, 분사되는 세정액이 액막을 형성할 수 있도록 구성된다.
아울러 상기 제1 메쉬(3351) 후단에는 제2 메쉬(3353)가 중첩 배열되게 되는데,
상기 제2 메쉬(3353)는 제2 외각프레임(3353A)과, 상기 제2 외각프레임(3353A)에 복수개로 형성되어 복수개의 제2 관통공(3353B)을 형성하는 제2 가로프레임(3353C) 및 제2 세로프레임(3353D)으로 구성된다.
보다 구체적으로는 상기 제2 메쉬(3353)는 상기 제1 메쉬(3351)와 동일하게 사각형의 제2 외각프레임(3353A)이 형성되어 있으며, 상기 제2 외각프레임(3353A) 내측에는 복수개의 격자형 제2 관통공(3353B)을 형성하도록 제2 가로프레임(3353C) 및 제2 세로프레임(3353D)이 구비되어 있다.
이 때 상기 제2 메쉬(3353)는 상기 제1 메쉬(3351)와는 달리 평탄하지 않은 절곡형의 형상으로 이루어지는 바, 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 제2 메쉬(3353)의 제2 세로프레임(3353D)은 전단과 후단으로 교차되어 돌출될 수 있도록 하여 그 일측면 형상이 지그재그 형상을 이루도록 구비된다.
즉, 상기 제2 세로프레임(3353D)을 연결하는 제2 가로프레임(3353C)이 상기 제2 세로프레임(3353D)을 기준으로 절곡되어 지그재그형상을 만들도록 구성된다.
이렇게 제1 메쉬(3351)와 제2 메쉬(3353)는 서로 번갈아 중첩배열되도록 구비되는데, 이 때 상기 제2 메쉬(3353)에 한해서 전단부에 위치하는 제2 메쉬(3353)(제2-1 메쉬(3353A))와 후단부에 위치하는 제2 메쉬(3353)(제2-2 메쉬(3353B))가 서로 다르게 배열되도록 구성되는 것이 바람직하다.
보다 구체적으로는 상기 제2-1 메쉬(3353A)와 제2-2 메쉬(3353B)는 동일한 형상으로 이루되, 그 배열되는 방향이 90도 회전되어 배열되는 것으로서,
구체적으로는 제2-1 메쉬(3353A)는 평면형상이 지그재그 모양을 이루도록 구성되고, 제2-2 메쉬(3353B)는 측면형상이 지그재그 형상을 이루도록 배열됨에 따라 기체가 통과할 때 액막형성 및 충돌효과를 극대화 시킬 수 있도록 이루어지게 된다.
또한 이 경우, 상기 제1 관통공(3351B)과 제2 관통공(3353B)은 서로 대향되는 위치에 구비되되, 상기 2개의 제1 관통공(3351B)이 하나의 제2 관통공(3353B)과 대향되게 구비되어(제2 관통공(3353B)의 가로길이가 제1 관통공(3351B)의 가로길이의 두배 이상이 되고, 세로의 길이는 동일하게 구현된다.) 있는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명은 상기와 같은 3D-그리드(335)를 구비하되, 평판형의 제1 메쉬(3351)와 절곡형의 제2 메쉬(3353)가 중첩 배열로 조립되어 3D 볼륨감을 재현하였고, 분사된 세정액과 오염된 기체의 분산률을 높인 3D 구조 형상을 통해 접촉 면적이 향상된 것이 특징이며, 상기 제1 관통공(3351B) 및 제2 관통공(3353B)을 반복하여 통과함에 따라 기-액 믹싱효과를 극대화하고, 부분적 액막 형성을 통해 확산에 의한 오염된 기체를 흡수, 제거할 수 있는 원리를 이용하여 저감성능을 높일 수 있는 특징을 갖는다. 또한 상기 3D-그리드(335)는 내화학적 성능이 뛰어나고 강도가 우수한 MP540 PP를 금형판에서 사출함으로서 기존에 사용되는 필터에 비하여 내구성 및 강도가 우수하다는 특징을 갖는다.
상기와 같이 본 발명의 정화필터(33)는 케이스(331) 형상으로 제작되어 교체 및 유지관리 시 편리한 구조로 되어있으며, 투수율이 우수하고 막힘 현상이 적으며, 압력손실 또한, 적은 구조이다. 또한 상기 케이스(331) 내의 가운데, 즉 중앙부분에는 공간부가 형성되는데, 이 공간부는 가스 농도에 따라 3D-그리드(335)를 추가로 적용할 수 있도록 하였으며, 3D-그리드(335) 표면은 수막 형성 비율이 90% 이상 발생되어 오염물질간의 접촉면이 증가하는 구조이다. 상기 3D-그리드(335)의 경우, 내화학성이 우수하여 화학용기, 특히 염산용기로 사용되는 HDPE (High-density polyethylene)를 사용하였으며, 내염분성이 우수하여 HCl이 NaOH와 반응 후 발생되는 염성분에 대한 부식문제를 해결할 수 있도록 하였다. 그리고 내마모성이 높고 찢김에 대한 저항성이 높아 수명이 높다는 것이 큰 장점이다(PVC: 20~30년, HDPE: 50년 이상). 케이스(331)는 임팩트 폴리머(PP Block Copolmer) 재질을 사용하였으며, 이는 내구성이 높고 충격에 강한 성질을 띠는 재질이다.
정화필터(33)는 반응관(31)에 2pass 구조로 4단 장착이 되어 있으며, 반응관(31) 내 반응 속도는 1.3m/sec로 설계되었다. 정화필터(33)는 반응관(31) 외부 플랜지를 통해 손쉽게 장착이 가능하며, 각각의 정화필터(33)에 세정액이 균일하게 분사될 수 있도록 분사노즐(35)의 구성을 각각의 정화필터(33)단에 적용하였다.
이하, 본 발명에 따른 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템의 효과에 대하여 도 16 내지 도 20을 참조하여 이를 설명하도록 한다.
먼저 10 Nm3/min급 공기정화 시스템은 기존 설계 조건을 바탕으로 전처리유닛(20)은 3.0m/sec, 액기비 3.6의 조건으로 대향류관(211)과 동향류관(213)이 구비되고, 다단 가이드 베인(23)을 적용한 2개의 반응 패스관(21)으로 분리해 가스의 반응을 유지시켰으며,
후처리유닛(30)은 1.4m/sec, 액기비 8.4의 조건으로 제1 반응관(311)과 제2 반응관(313)으로 이루어지고, 각각 2개의 정화필터(33)를 적용하여 자체적인 성능평가를 실시하였다. 또한, 위와 같은 조건에서 가스 저감능력이 우수하여 공정별 반응 속도를 높여 전처리유닛(20) 3.4m/sec, 후처리유닛(30) 1.8m/sec 수준으로 가스저감능력 실험를 추가적으로 수행하였다.
가스 농도 측정에 사용되는 측정/분석장비는 Gasmet™ CX4000 FT-IR 멀티 가스 분석기로 Hot-Wet 방식 샘플링 장치 및 제어용 컴퓨터로 구성되어 있다. 샘플에서 셀에 이르기까지 180℃로 가열되어 HF, HCl가스의 변성이나 흡착, 융해를 최소화하며, 셀 내부는 도금처리된 재질을 사용하여 장시간 사용에도 측정값에 대한 신뢰도와 정확도는 상당히 높은 분석장비이다. 측정원리는 푸리에 변환 간섭계(Fourier transform interferometer)기술로 분광시킨 IR광원을 혼합샘플에 통과시켜 측정하는 방식을 사용한다. 이 과정에서 각 샘플 성분들이 IR광원의 특정 파장대를 흡수하여 특수한 스펙드럼을 생성하는데 이를 매초 10회씩 스캔하여 결과를 산출하고 전용 S/W인 CalcmetTM의 알고리즘을 통해 스펙트럼을 사용자가 판독할 수 잇는 측정값 및 스펙트럼 그래프로 출력하여 원하는 값을 제공하는 장치이다.
HF가스의 경우, IR 파장대가 3,500~4,000nm 사이에서 특유의 촘촘한 스펙트럼을 형성하며, HCl의 경우, 2,600~3,100nm 구간에서 HF와 비슷한 모양의 스펙트럼을 형성한다. HF와 HCl은 각각 스펙트럼을 형성하는 위치와 모양에 특이성을 가지므로 해당구간에서 픽이 생성되더라도 모양이 다르면 HCl이나 HF로 검출하지 않으며, 마찬가지로 모양이 유사한 픽들이 형성되었다 하더라도 해당 픽의 생성 위치가 다르면 HCl이나 HF로 검출되지 않는다. 도 16은 HF와 HCl 가스의 스펙트럼 구간을 형성한 예시이다.
HCl 가스의 농도를 200ppm 수준으로 위와 같은 조건으로 성능 테스트를 진행하였다. 측정은 매 30초당 한번 씩 측정을 진행하였으며, 8시간 기준으로 측정한 값을 평균값으로 계산하였다. 도 17a는 HCl가스의 INLET농도와 OUTLET농도 값을 비교한 그래프와 해당 가스에 대한 스펙트럼 형성을 비교하여 나타낸 그래프이다. INLET에서는 HCl 농도 평균값이 212.46ppm이며, 반응기를 거친 후 OUTLET농도는 1.43ppm 수준으로 99.3%의 높은 저감효율을 보였다. 스펙트럼 비교 그래프(도 17b)를 살펴보면 INLET에서 상대적으로 높은 HCl 스펙트럼과 낮은 수분 스펙트럼이 확인되었으며, OUTLET에서는 상대적으로 매우 낮은 HCl 스펙트럼과 높은 수분 스펙트럼이 확인되었다. 이는 물을 이용하여 오염가스를 저감하는 습식 스크러버 방식이기 때문에, 시스템 출구에서는 HCl이 대부분 저감되고 수분은 현재 온도의 이슬점 수준까지 포화된 결과로 판단할 수 있다.
후처리유닛(30)의 반응속도를 높여 HCl 저감성능 Test를 진행하였다. 이는 기존 설계 조건으로 99%이상의 높은 저감성능을 보이고 있다. Invertor를 통해 FAN의 풍량을 높여 전처리유닛(20)의 반응속도를 3.4m/sec, 후처리유닛(30) 1.8m/sec로 풍량 10CMM급에서 12CMM급으로 조건을 높여 성능시험을 진행하였다. 도 18은 속도를 높여서 진행한 HCl 저감성능과 스펙트럼을 비교한 data를 나타낸 것이다. INLET 평균 농도 198.3ppm이며, 출구 평균 농도값은 1.05ppm으로 99.4%의 높은 저감성능 결과를 보였다.
HF 가스의 농도는 500ppm 이상, 높은 농도 수준으로 10CMM 풍량 수준으로 성능Test를 진행하였다. 측정은 HCl과 동일하게 매 30초당 한번 씩 측정을 진행하였으며, 8시간 기준으로 측정한 값을 평균값으로 계산하였다. 도 19는 HF가스의 INLET농도와 OUTLET농도 data를 비교한 그래프와 해당 가스에 대한 스펙트럼 형성을 비교하여 나타낸 그래프이다. INLET에서는 HF가스 농도 측정 시 PEAK가 불규칙하게 높게 발생하는 구간이 있었으나, 이는 HF가스 실린더의 valve 조절 시 주입량의 변화가 높아진 결과이며, 전체적인 가스 주입 농도의 평균값으로 결정하였기에 문제가 없을 것으로 판단된다. 평균 농도값은 619.40ppm이며, 반응기를 거친 후 OUTLET농도는 2.42ppm 수준으로 99.6%의 높은 저감효율을 보였다. 스펙트럼 비교 그래프를 살펴보면 INLET에서 상대적으로 높은 HF 스펙트럼과 낮은 수분 스펙트럼이 확인되었으며, OUTLET에서는 상대적으로 매우 낮은 HF 스펙트럼과 높은 수분 스펙트럼이 확인되었다.
후처리 유닛의 반응속도를 높여 HF 저감성능 Test를 진행하였다. 이는 HCl과 동일한 방법으로 Invertor를 통해 FAN의 풍량을 높여 전처리부 반응속도를 3.4m/sec, 후처리유닛(30) 1.8m/sec로 풍량 10CMM급에서 12CMM급으로 조건을 높여 성능시험을 진행하였다. 도 20은 속도를 높여서 진행한 HF 저감성능과 스펙트럼을 비교한 data를 나타낸 것이다. INLET 평균 농도 791.46ppm이며, 출구 평균 농도값은 4.36ppm으로 99.4%의 높은 저감성능 결과를 보였다.
각 가스별 결과data는 [표2]로 나타냈으며, 본 발명의 공기 정화 시스템의 저감성능은 99%이상의 높은 저감효율을 확인하였다.
[표2]
Figure 112018106195780-pat00002
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조 및 구성을 갖는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 하우징 11 : 유입부
13 : 배출부 15 : 이동로
20 : 전처리유닛 21 : 패스관
211 : 대향류관 213 : 동향류관
23 : 가이드 베인 25 : 노즐
30 : 후처리유닛 31 : 반응관
33 : 정화필터 35 : 분사노즐

Claims (4)

  1. 배기가스가 유입되는 유입부(11)와, 정화된 배기가스가 배출되는 배출부(13)가 구비된 하우징(10);
    상기 하우징(10)에 구비되어, 유입된 배기가스가 이동하는 패스관(21)과, 상기 패스관(21)에 구비되어 물을 분사하는 노즐(25), 상기 노즐(25)과 유입된 배기가스를 혼합하여 유해성분을 제거하는 가이드베인(23)을 포함하는 전처리유닛(20);
    상기 전처리유닛(20)에서 배출된 배기가스가 통과하는 반응관(31)과, 상기 반응관(31)에 구비되어 물을 분사하는 분사노즐(35), 상기 물과 혼합된 배기가스를 정화하는 정화필터(33)를 포함하는 후처리유닛(30);
    을 포함하여 이루어지되,
    상기 전처리유닛(20)의 패스관(21)은
    노즐(25)에 의해 분사되는 물의 방향과 배기가스가 이동하는 방향이 반대방향으로 이루어지는 대향류관(211)과,
    노즐(25)에 의해 분사되는 물과 배기가스가 이동하는 방향이 동일한 방향으로 이루어지는 동향류관(213) 및,
    상기 대향류관(211)과 동향류관(213)을 연결하는 연결부(27)로 이루어져,
    유입된 배기가스가 상기 대향류관(211)과 연결부(27) 및 동향류관(213)을 순차적으로 통과하여 후처리유닛(30)으로 유입되되,
    상기 패스관(21)에는 상기 가이드 베인(23)이 2단으로 적용되되,
    상기 대향류관(211)에서는 배기가스가 2단의 가이드 베인(23)을 순차적으로 통과 후, 상기 노즐(25)에 의해 분사되는 물과 혼합될 수 있도록 이루어지고,
    상기 동향류관(213)에서는 배기가스가 어느 하나의 가이드 베인(23)을 통과 후 상기 노즐(25)에 의해 분사되는 물과 혼합되고 다시 또 다른 가이드 베인(23)을 통과할 수 있도록 이루어지고,
    상기 정화필터(33)는
    케이스(331)와, 케이스(331)에 구비되는 메쉬필터(333) 및 3D-그리드(335)를 포함하여 이루어지며,
    상기 3D-그리드(335)는
    복수개의 제1 매쉬(3351)와, 상기 제1 메쉬(3351) 사이에 구비되는 제2 메쉬(3353)로 이루어지되,
    상기 제1 메쉬(3351)는 제1 외각프레임(3351A)과, 상기 제1 외각프레임(3351A)에 복수개로 형성되어 복수개의 제1 관통공(3351B)을 형성하도록 구성되는 제1 가로프레임(3351C)과 제1 세로프레임(3351D) 및 상기 제1 관통공(3351B)의 각 모서리에서 제1 관통공(3351B)의 중앙을 향하도록 형성되되, 그 단부가 서로 이격되도록 구성되는 사선프레임(3351E)으로 이루어지고,
    상기 제2 메쉬(3353)는 제2 외각프레임(3353A)과, 상기 제2 외각프레임(3353A)에 복수개로 형성되어 복수개의 제2 관통공(3353B)을 형성하도록 구성되는 제2 가로프레임(3353C) 및 제2 세로프레임(3353D)으로 이루어지되,
    상기 제1 메쉬(3351)는 평판형의 제1 메쉬이고,
    상기 제2 메쉬(3353)는 지그재그 모양을 이루도록 상기 제2 세로프레임(3353D)이 전후방향으로 반복되어 돌출되는 절곡형의 제2 메쉬인 것을 특징으로 하는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전처리유닛(20)의 패스관(21)은 동일한 형상의 패스관 두 개가 하나의 세트를 이루어 구비되고,
    상기 후처리유닛(30)의 반응관(31)은 동일한 형상의 반응관 두 개가 하나의 세트를 이루어 구비되는 것을 특징으로 하는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연결부(27)에서는 두 개의 대향류관(211)에서 배출되는 배기가스가 혼합된 후, 다시 두 개의 동향류관(213)으로 분배함에 따라,
    각각의 대향류관(211)을 통과하는 배기가스 내의 유해성분의 농도를 균일하게 하여 동향류관(213)으로 유입시키는 것을 특징으로 하는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 메쉬(3353)는 복수개의 제1 메쉬(3351) 사이에 구비되되, 외기가 유입되는 전단부에 위치하는 제2-1 메쉬(3353A)와, 후단부에 위치하는 제2-2 메쉬(3353B)로 이루어지되,
    상기 제2-2 메쉬(3353B)는 제2-1 메쉬(3353A)와 동일한 형상을 이루되, 제2-1 메쉬(3353A)는 평면형상이 지그재그 형상을 이루고, 제2-2 메쉬(3353B)는 측면형상이 지그재그 형상을 이루도록 서로 90도 회전되어 배열되는 것을 특징으로 하는 배기가스 내의 유해성분 저감을 위한 공기정화 시스템.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007144373A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Daido Steel Co Ltd 排ガス処理方法
KR101431081B1 (ko) 2013-04-22 2014-08-21 (주) 세아그린텍 선박용 배기가스 탈황을 위한 고효율 멀티 스크러버 장치
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Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101844749B1 (ko) * 2016-07-28 2018-05-18 (주)효진아이디에스 복수기능의 기액접촉수단을 이용한 폐가스 처리용 수평식 스크러버
KR101907435B1 (ko) * 2016-08-26 2018-10-12 (주)명성씨.엠.아이 복합오염물질 hybrid형 공기정화시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007144373A (ja) * 2005-11-30 2007-06-14 Daido Steel Co Ltd 排ガス処理方法
KR101431081B1 (ko) 2013-04-22 2014-08-21 (주) 세아그린텍 선박용 배기가스 탈황을 위한 고효율 멀티 스크러버 장치
KR101527175B1 (ko) 2013-12-12 2015-06-09 (주) 세아그린텍 미세 액적 분사장치를 이용한 폐가스 처리 장치

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