KR102236032B1 - 헬륨 회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헬륨 회수장치에 관한 것으로서, 장치나 공정에 사용된 후 배출되어 폐기 처리되는 헬륨 가스를 회수하기 위한 헬륨 회수장치에 있어서, 헬륨 가스를 저장하기 위한 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크 내 형성되는 압력을 체크하기 위한 압력계; 상기 헬륨 가스의 저장에 의해 버퍼탱크 측 내부 압력이 최대 압력에 도달할 시 작동하여 버퍼탱크 내로부터 헬륨 가스를 흡입하여 이송라인을 통해 이송 처리하기 위한 컴프레셔; 상기 컴프레셔의 작동에 의해 버퍼탱크로부터 흡입되어 이송 처리되는 헬륨 가스에 대해 일정 압력을 유지되게 하되 그 외 압력을 갖는 기체를 벤트(vent) 처리하기 위한 배압 레귤레이터; 상기 배압 레귤레이터를 통과한 헬륨 가스를 저장 및 정제하기 위한 가스정제기; 상기 가스정제기에서 정제 및 누적되는 헬륨 가스의 압력이 메인가스관이 갖는 압력치 이상으로 도달할 시 작동하여 헬륨 가스를 메인가스관으로 공급하기 위한 최종체크밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가스 분석 등을 비롯한 기타 장치나 공정에 사용된 후 그냥 폐기 처리되는 고가인 헬륨(He) 가스를 그대로 버리지 않고 모아서 재사용할 수 있는 새로운 구성 및 방식을 갖는 헬륨 회수장치를 제공하며, 산업현장에서 폐기되는 고가인 헬륨 가스에 대해 효율적으로 회수 처리하여 재사용 가능하게 하는 장점을 제공할 수 있다.

Description

헬륨 회수장치{HELIUM RECOVERING EQUIPMENT}

본 발명은 헬륨 회수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가스 분석에 사용된 후 그냥 버려저 폐기 처리되는 고가인 헬륨(He) 가스를 버리지 않고 모아서 재사용할 수 있도록 한 헬륨 회수장치에 관한 것이다.

일반적으로 헬륨(He) 가스는 반도체공정에서의 분위기 가스용, 분석기의 캐리어용, 핵발전소 냉각로나 성형기 등을 비롯한 냉각용, 기밀 용기의 누설 테스트용, 의료장비 가동용 등 다양한 분야에서 다양한 용도로 사용되고 있다.

일 예로서, 반도체공정에서는 반도체 제조에 있어 증착과정과 설비 냉각 등에 헬륨 가스가 사용되고 있는데, 이러한 헬륨 가스는 산업현장에서 가스 정제기를 이용하여 정제 처리한 다음에 가스 분석기를 이용하여 순도 등을 분석하는 등의 작업을 통해 사용하고 있다.

하지만, 종래 반도체공정 등에 사용하기 위해 가스 분석기를 이용하여 가스 분석에 사용된 헬륨 가스는 고가임에도 불구하고 그냥 버려저 폐기되는 실정에 있다.

한편, 종래 헬륨 가스를 회수하는 장치 및 방법에 있어, 국내등록특허 제10-0854159호(이하, '특허문헌 1'이라 한다.)에서는 "가스를 챔버로부터 미립자 제거 장치로 도입시켜서 미립자 부재 가스를 형성시키고, 미립자 부재 가스의 제1 부분을 챔버에 재순환시키는 제 1 스테이지; 미립자 부재 가스의 제 2 부분을 제 1 압축기로 통과시킨 다음 선택적 가스 정제 멤브레인에 통과시켜 정제 가스 및 배출 가스를 형성시키고, 챔버로 재순환되는 미립자 부재 가스의 제 1 부분과 혼합되도록 정제 가스를 통과시키는 제 2 스테이지; 및 미립자 부재 가스의 제 3 부분을 액체 분리기 및 리시버로 전달시켜 액체 부재 가스를 형성시키고, 이 액체부재 가스를 챔버에 재순환시키는 제 3 스테이지를 포함하여 가스를 회수하고 정제하는 장치"를 개시하고 있다.

또한, 국내등록특허 제10-0845316호(이하, '특허문헌 2'라 한다.)에서는 "헬륨가스가 혼합된 폐헬륨가스를 수집하여 고순도 헬륨가스를 얻기 위하여 폐헬륨가스 회수장치, 잔여 질소 제거장치, 산소 제거 장치, 불순물 제거 장치와 저온흡탈착기 재생용 가온장치를 포함하는 폐헬륨가스의 회수 및 재생 장치에 있어서, 상기 폐헬륨가스 회수장치가 배기라인의 폐헬륨가스를 뽑아내는 제1진공펌프와, 상기 제1진공펌프의 출구에서 인출되는 폐헬륨가스를 압축하는 제1압축기와, 상기 제1압축기에서 압축된 폐헬륨가스에서 질소가스를 통과를 막아서 얻은 제1헬륨부화스트림을 내보내는 1단 막분리장치와, 상기 1단 막분리장치에서 질소가스와 분리되어 인출되는 제1헬륨부화스트림을 진공으로 흡입하기 위한 제2진공펌프와, 상기 제2진공펌프의 가스 출구에 연결된 제2압축기와, 상기 제2압축기에 의하여 압출되는 가스가 인입되는 2단 막분리장치와, 상기 2단 막분리장치에서 인출되는 제2헬륨부화가스를 압축하는 충전용압축기를 포함하는 폐헬륨 가스의 회수 및 재생 장치"를 개시하고 있다.

하지만, 상술한 바와 같은 개시된 구성을 갖는 특허문헌 1과 특허문헌 2는 이하에서 제안하는 새로운 구성을 갖는 본원발명과는 기술적 구성 및 회수 방식에 있어 각별한 차이를 갖는다 할 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-0854159호 대한민국 등록특허공보 제10-0845316호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해소 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 가스 분석 등을 비롯한 장치나 공정에 사용된 후 그냥 폐기 처리되는 고가인 헬륨(He) 가스를 그대로 버리지 않고 모아서 재사용할 수 있도록 한 헬륨 회수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 폐기되는 헬륨 가스에 대해 효율적으로 회수 처리하여 재사용할 수 있도록 하며, 폐기처리비용을 절감하는 등 경제성을 구현할 수 있도록 한 헬륨 회수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 재사용을 위해 누적된 헬륨 가스에 대해 일정 압력 이상을 초과시 메인가스관 등의 가스공급라인으로 공급할 수 있도록 하며, 초과분에 해당하는 유량만큼을 공급하여 재사용할 수 있도록 하는 헬륨 회수장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 헬륨 회수장치는, 장치나 공정에 사용된 후 배출되어 폐기 처리되는 헬륨 가스를 회수하기 위한 헬륨 회수장치에 있어서, 헬륨 가스를 저장하기 위한 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크 내 형성되는 압력을 체크하기 위한 압력계; 상기 헬륨 가스의 저장에 의해 버퍼탱크 측 내부 압력이 최대 압력에 도달할 시 작동하여 버퍼탱크 내로부터 헬륨 가스를 흡입하여 이송라인을 통해 이송 처리하기 위한 컴프레셔; 상기 컴프레셔의 작동에 의해 버퍼탱크로부터 흡입되어 이송 처리되는 헬륨 가스에 대해 일정 압력을 유지되게 하되 그 외 압력을 갖는 기체를 벤트(vent) 처리하기 위한 배압 레귤레이터; 상기 배압 레귤레이터를 통과한 헬륨 가스를 저장 및 정제하기 위한 가스정제기; 상기 가스정제기에서 정제 및 누적되는 헬륨 가스의 압력이 메인가스관이 갖는 압력치 이상으로 도달할 시 작동하여 헬륨 가스를 메인가스관으로 공급하기 위한 최종체크밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 가스정제기는, 상기 배압 레귤레이터와 최종체크밸브의 사이에 위치하여 병렬 연결에 의한 구성을 갖도록 설치하되, 헬륨 가스의 연속적인 이송 처리가 용이하도록 인라인 타입으로 구성할 수 있다.

여기에서, 상기 가스정제기는, 헬륨 가스를 이송 처리하는 이송라인 상에 병렬 연결된 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인을 형성하며, 상기 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인은 분기되는 각 라인 상에 가스정제부를 장착하여 구비하고 상기 가스정제부의 전후방(前後方)에 각각 제1 모터밸브와 제2 모터밸브를 연결 설치한 구성일 수 있다.

여기에서, 상기 버퍼탱크와 컴프레셔가 연결되는 이송라인 상에는 헬륨 가스의 이송이 진행되는 방향으로 제1 체크밸브와 오리피스를 순차 설치하고, 상기 컴프레셔와 가스정제기가 연결되는 이송라인 상에는 헬륨 가스의 이송이 진행되는 방향으로 배압 레귤레이터와 제2 체크밸브를 순차 설치한 구성일 수 있다.

여기에서, 상기 버퍼탱크에는 내부 압력 상태를 제어할 수 있도록 공압제어밸브를 연결 설치한 구성을 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 버퍼탱크에는 내부에 형성되는 에어를 자동 배출 및 제어하기 위해 에어밸브를 연결 설치한 구성을 포함할 수 있다.

여기에서, 상기 버퍼탱크 내 최대 압력은 16.5 psia이고, 상기 메인가스관이 갖는 압력치는 7 kgf/㎠일 수 있다.

여기에서, 상기 버퍼탱크로 저장되는 헬륨 가스는 가스분석기에서 가스 분석에 사용된 후 가스분석기로부터 배출되는 헬륨 가스일 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 분석 등을 비롯한 기타 장치나 공정에 사용된 후 그냥 폐기 처리되는 고가인 헬륨(He) 가스를 그대로 버리지 않고 모아서 재사용할 수 있는 새로운 구성 및 방식을 갖는 헬륨 회수장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 산업현장에서 폐기되는 고가인 헬륨 가스에 대해 효율적으로 회수 처리하여 재사용할 수 있게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 재사용을 위해 누적시킨 헬륨 가스에 대해 일정 압력 이상을 초과시 메인가스관 등의 가스공급라인으로 공급하도록 처리할 수 있으며, 초과분에 해당하는 유량만큼을 공급하여 재사용할 수 있도록 처리할 수 있다.

본 발명에 따르면, 헬륨 가스의 폐기되는 양을 재사용하므로 폐기처리비용을 절감하는 등 경제성을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헬륨 회수장치를 나타낸 계통도이다.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 헬륨 회수장치는 장치나 공정 등에 사용된 후 배출되어 폐기 처리되는 헬륨 가스를 회수하여 재사용하기 위한 설비시스템을 제안한다.

구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 헬륨 회수장치는 도 1에 나타낸 바와 같이, 장치나 공정 등에 사용된 후 배출되어 폐기 처리되는 헬륨 가스를 저장하기 위한 버퍼탱크(20)와, 상기 버퍼탱크(20) 내 형성되는 압력을 체크하기 위해 연결 설치한 압력계(21)와, 상기 헬륨 가스의 저장에 의해 버퍼탱크(20) 측 내부 압력이 최대 압력에 도달할 시 작동하여 버퍼탱크(20) 내로부터 헬륨 가스를 흡입하여 이송라인을 통해 이송 처리하기 위한 컴프레셔(30)와, 상기 컴프레셔(30)의 작동에 의해 버퍼탱크(20)로부터 흡입되어 이송 처리되는 헬륨 가스에 대해 일정 압력을 유지되게 하되 그 외 압력을 갖는 기체를 벤트(vent) 처리하기 위한 배압 레귤레이터(40)와, 상기 배압 레귤레이터(40)를 통과한 헬륨 가스를 저장 및 정제하기 위한 가스정제기(50)와, 상기 가스정제기(50)에서 정제 및 누적되는 헬륨 가스의 압력이 메인가스관(1)이 갖는 압력치 이상으로 도달할 시 작동하여 헬륨 가스를 메인가스관(1)으로 공급하기 위한 최종체크밸브(60)를 포함한다.

이때, 상기 버퍼탱크(20)로 저장되는 헬륨 가스는 가스분석기(10)에서 가스 분석에 사용된 후 가스분석기(10)로부터 배출되는 헬륨 가스일 수 있다.

상기 버퍼탱크(20)에는 내부 압력 상태를 제어할 수 있도록 공압제어밸브(22)를 연결 설치할 수 있다.

상기 버퍼탱크(20)에는 내부에 형성되는 에어를 자동 배출 및 제어하기 위해 에어밸브(23)를 연결 설치할 수 있다.

상기 버퍼탱크(20) 내 최대 압력은 16.5 psia로 설정함이 바람직하다.

상기 버퍼탱크(20)는 가스분석기(10)의 가동에 의한 역압(back pressure)의 영향을 받지 않도록 설치한다.

상기 버퍼탱크(20)와 컴프레셔(30)가 연결되는 이송라인 상에는 헬륨 가스의 이송이 진행되는 방향으로 제1 체크밸브(71)와 오리피스(72)를 순차 설치함이 바람직하다.

상기 컴프레셔(30)와 가스정제기(50)가 연결되는 이송라인 상에는 헬륨 가스의 이송이 진행되는 방향으로 배압 레귤레이터(40)와 제2 체크밸브(73)를 순차 설치함이 바람직하다.

여기에서, 상기 배압 레귤레이터(40)는 BPR(Back Pressure Regulator)를 적용함이 바람직하다.

여기에서, 상기 배압 레귤레이터(40)는 상기 컴프레셔(30)의 작동에 의해 버퍼탱크(20)로부터 흡입되어 이송 처리되는 헬륨 가스에 대해 일정 압력을 유지되게 하되 그 외 압력을 갖는 기체를 벤트(vent) 처리하는 역할을 담당하는 구성이다.

예를 들어, 상기 배압 레귤레이터(40)에서는 상기 컴프레셔(30)를 통해 유입되는 헬륨 가스 측 압력치가 "10"이라 한다면, 헬륨 가스 중에서 "10"를 제외한 압력치를 갖는 그외의 기체를 외부로 내보내는 기능을 하는 것이다.

상기 가스정제기(50)는 상기 배압 레귤레이터(40)와 최종체크밸브(60)의 사이에 위치하여 병렬 연결에 의한 구성을 갖도록 분기 구조로 설치하되, 헬륨 가스의 연속적인 이송 처리가 용이하도록 인라인 타입으로 구성할 수 있다.

여기에서, 상기 가스정제기(50)는 헬륨 가스를 이송 처리하는 이송라인 상에 병렬 연결된 구조로 분기하여 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인을 형성함이 바람직하다.

상기 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인은 분기되는 각 라인 상에 가스정제부(51)(54)를 장착하여 구비하고, 상기 가스정제부(51)(54)의 전후방(前後方)에 각각 제1 모터밸브(52)(55)와 제2 모터밸브(53)(56)를 연결 설치한다.

상기 메인가스관(1)이 갖는 압력치는 7 kgf/㎠로 설정할 수 있으며, 상기 최종체크밸브(60)의 작동을 위한 기준 설정치가 된다.

이와 같은 상술한 구성으로 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 헬륨 회수장치의 동작순서 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

이하에서는 설명의 편의 및 이해를 돕기 위하여 가스분석기(10)에서 분석에 사용된 후 배출되는 헬륨 가스를 회수하는 과정에 대해 특정하여 설명하기로 하며, 이러한 예시에 특별히 한정되지 않는다 할 것이다.

가스분석기(10)에서 분석에 사용된 후 가스분석기(10)로부터 배출되는 헬륨 가스를 버퍼탱크(20)의 내부로 유도하여 저장한다.

버퍼탱크(20)로 저장되어 채워지는 헬륨 가스에 의해 버퍼탱크(20)의 내부 압력이 증대되는데, 버퍼탱크(20) 내 압력이 최대 압력(16.5 psia)에 도달할 시 버퍼탱크(20)와 이송라인을 통해 연결 설치된 컴프레셔(30)가 작동하여 흡입 작용을 통해 버퍼탱크(20)로부터 내부에 저장된 헬륨 가스를 이송 처리한다.

이때, 버퍼탱크(20)와 컴프레셔(30)의 사이에는 제1체크밸브(71) 및 오리피스(72)가 순차 설치되어 있어, 헬륨 가스는 이를 경유하여 배압 레귤레이터(40)로 이송된다.

배압 레귤레이터(40)에서는 헬륨 가스에 대해 일정 압력을 유지되게 하되 그 외 압력을 갖는 기체를 벤트(vent) 처리한 다음에, 제2체크밸브(73)를 경유하여 가스정제기(50)로 이송 처리 및 저장된다.

가스정제기(50)에서는 분기 구조로 설치되어 병렬 연결된 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인을 통해 헬륨 가스를 정제하면서 누적시킨다.

이때, 제1 가스정제라인 상에서는 가스정제부(51)를 통해 헬륨 가스를 정제 처리하고, 모터밸브(52)(53)를 통해 헬륨 가스의 이송량을 조절한다.

또한, 제2 가스정제라인 상에서는 가스정제부(54)를 통해 헬륨 가스를 정제 처리하고, 모터밸브(55)(56)를 통해 헬륨 가스의 이송량을 조절한다.

이렇게 가스정제기(50)에서 정제 및 누적되는 헬륨 가스는 그 누적된 가스 압력이 메인가스관의 설정된 압력치 이상으로 도달하는 경우, 최종체크밸브(60)를 작동시켜 초과되는 압력치에 해당하는 유량만큼만 메인가스관으로 공급되게 한다.

이에 따라, 본 발명에서는 상술한 구성 및 작용을 하는 헬륨 회수장치를 통해, 가스 분석 등을 비롯한 기타 장치나 공정에 사용된 후 그냥 폐기 처리되는 고가인 헬륨(He) 가스를 그대로 버리지 않고 모아서 재사용할 수 있으며, 산업현장에서 폐기되는 고가인 헬륨 가스에 대해 효율적으로 회수 처리하여 재사용 가능하게 하고, 헬륨 가스의 폐기되는 양을 재사용하므로 폐기처리비용을 절감하는 등 경제성을 구현할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 극히 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당해업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 단계의 치환 등이 이루어질 수 있다 할 것이며, 이는 본 발명의 기술적 권리범위 내에 속한다 할 것이다.

10: 가스분석기 20: 버퍼탱크
21: 압력계 22: 공압제어밸브
23: 에어밸브 30: 컴프레셔
40: 배압 레귤레이터 50: 가스정제기
60: 최종체크밸브 71: 제1체크밸브
72: 오리피스 73: 제2체크밸브

Claims (8)

1. 장치나 공정에 사용된 후 배출되어 폐기 처리되는 헬륨 가스를 회수하기 위한 헬륨 회수장치에 있어서,
   헬륨 가스를 저장하기 위한 버퍼탱크;
   상기 버퍼탱크 내 형성되는 압력을 체크하기 위한 압력계;
   상기 헬륨 가스의 저장에 의해 버퍼탱크 측 내부 압력이 최대 압력에 도달할 시 작동하여 버퍼탱크 내로부터 헬륨 가스를 흡입하여 이송라인을 통해 이송 처리하기 위한 컴프레셔;
   상기 컴프레셔의 작동에 의해 버퍼탱크로부터 흡입되어 이송 처리되는 헬륨 가스에 대해 일정 압력을 유지되게 하되 그 외 압력을 갖는 기체를 벤트(vent) 처리하기 위한 배압 레귤레이터;
   상기 배압 레귤레이터를 통과한 헬륨 가스를 저장 및 정제하기 위한 가스정제기;
   상기 가스정제기에서 정제 및 누적되는 헬륨 가스의 압력이 메인가스관이 갖는 압력치 이상으로 도달할 시 작동하여 헬륨 가스를 메인가스관으로 공급하기 위한 최종체크밸브; 를 포함하며,
   상기 가스정제기는,
   상기 배압 레귤레이터와 최종체크밸브의 사이에 위치하여 병렬 연결에 의한 구성을 갖도록 설치하되, 헬륨 가스의 연속적인 이송 처리가 용이하도록 인라인 타입으로 구성하되,
   상기 가스정제기는,
   헬륨 가스를 이송 처리하는 이송라인 상에 병렬 연결된 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인을 형성하며, 상기 제1 가스정제라인과 제2 가스정제라인은 분기되는 각 라인 상에 가스정제부를 장착하여 구비하고 상기 가스정제부의 전후방(前後方)에 각각 제1 모터밸브와 제2 모터밸브를 연결 설치한 것을 특징으로 하는 헬륨 회수장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 버퍼탱크와 컴프레셔가 연결되는 이송라인 상에는 헬륨 가스의 이송이 진행되는 방향으로 제1 체크밸브와 오리피스를 순차 설치하고,
   상기 컴프레셔와 가스정제기가 연결되는 이송라인 상에는 헬륨 가스의 이송이 진행되는 방향으로 배압 레귤레이터와 제2 체크밸브를 순차 설치한 것을 특징으로 하는 헬륨 회수장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 버퍼탱크에는 내부 압력 상태를 제어할 수 있도록 공압제어밸브를 연결 설치한 것을 특징으로 하는 헬륨 회수장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 버퍼탱크에는 내부에 형성되는 에어를 자동 배출 및 제어하기 위해 에어밸브를 연결 설치한 것을 특징으로 하는 헬륨 회수장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 버퍼탱크 내 최대 압력은 16.5 psia이고,
   상기 메인가스관이 갖는 압력치는 7 kgf/㎠인 것을 특징으로 하는 헬륨 회수장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 버퍼탱크로 저장되는 헬륨 가스는 가스분석기에서 가스 분석에 사용된 후 가스분석기로부터 배출되는 헬륨 가스인 것을 특징으로 하는 헬륨 회수장치.

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