KR102508684B1 - 초음파 전극 응집을 이용한 염 제거 장치 및 이를 포함하는 가스 스크러버 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 공정 배기가스 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 공정 배기가스 처리시 생성되는 폐수 내의 염을 제거하는, 염 제거장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 초음파 및 전극판을 사용하여 염을 추출, 응집 및 침전시키는 염 추출부; 추출된 염을 용수와 분리하는 염 분리부; 분리된 염을 배출하는 염 배출부; 및 염이 제거된 용수를 회수하는 용수 회수부를 포함하는 염 제거장치를 가스 스크러버 수조에 연결시킴으로써, 종래의 화학약품을 사용하여 염을 침전시키는 방법과는 달리, 초음파 및 전극판을 사용하여 화학약품 사용 없이 염을 추출 및 침전시킴으로써 친환경적이며, 경제적이고, 연속 공정으로 사용 가능하여 장치 운영 측면에서도 효율적이고, 순환수 품질을 개선하여 폐수량을 획기적으로 저감 할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 공정 배기가스 처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 공정 배기가스 처리시 생성되는 폐수 내의 염을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다.
반도체, LCD등 산업의 대형화와 생산 증가에 따라 그 공정에 사용되는 가스 또한 증가하고 있다. 반도체 제조 공정은 수많은 단계를 가지며, 이에 사용되는 가스 종류는 수많은 단계의 공정만큼이나 다양하다.
예를 들어, 반도체 소자 제조공정에 있어서, 공정챔버에 공급된 웨이퍼에 대해 포토리소그래피, 식각, 확산 및 금속증착 등의 공정들이 반복적으로 수행된다. 이러한 반도체 제조 공정 중에는 다양한 공정 가스가 사용되며, 공정이 완료된 후에는 공정챔버로부터 배기가스가 진공펌프에 의해 배출되며, 배기가스는 유독성분을 포함할 수 있으므로 가스 스크러버와 같은 배기가스 처리장치에 의해 정화된다.
반도체산업에서 사용되는 가스 스크러버(scrubber)란 반도체 제조공정중에 발생하는 IPA(Isopropyl Alcohol)이나 NH3와 같은 유해가스, 산성가스, 가연성가스(SiH4, SiH6, DCS, As3, PH3), 환경유해가스(PFC계: SF6, NF3, F4, C2, C3 등) 등을 정제 내지 정화해서 배출하는 장비이다. 반도체 생산 공정에서는 다양한 원료가 투입되는 만큼 여러 오염물질들도 배출되고 있으므로, 이러한 배출 물질들을 가스 스크러버와 같은 대기 방지 시설을 거쳐 배출 허용 농도 기준 이하로 배출되도록 하고 있다. 가스 스크러버는 세정방식에 따라 습식(wet), 건식(dry), 연소식(burn), 흡착식, 플라즈마법 등으로 분류되며, 공정 배기가스를 물과 접촉시키는 습식 방식이 주로 사용되고 있다.
도 1은 종래의 가스 스크러버의 일 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 기존의 가스 스크러버에 있어서, 공정 배기가스가 가스 유입구(1)로 유입되고 물 접촉 영역(7)에서 물과 접촉되어 유해물질이 정화된 후 가스 배출구(9)로 배출될 수 있다. 또한, 수조(3)에 수용된 용수를 순환부(5)를 통해 순환시켜서 공정 배기가스와 접촉하는 물이 공급된다.
그런데, 최근 생산 공장 증설 및 생산량 증가로, 물과 접촉되는 유해물질의 양이 늘어남에 따라 상기 수조(3)에 수용된 용수가 유해물질을 포함하는 폐수로 발생하며, 이러한 폐수는 염 생성에 의한 탁도 문제가 주 원인이므로, 순환부(5)를 통해 순환시키는 순환수로서 사용하기 위하여는, 상기 수조(3)에 수용된 용수를 순환부로 이동시키기 전에 상기 용수 내의 염을 제거하여 폐수를 순환수로 재사용하는 기술이 요구되고 있다.
상기 염 성분은 NaF, NaCl, NH4HCO3 물질 등을 포함할 수 있다.
또한, 반도체공정 등의 제조공정은 중단없이 연속적인 공정이 요구되는 바, 상기 폐수 내의 염을 제거하는 공정 또한 중단 없이 연속적으로 작동 가능한 것이 요구되는 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 일 측면은 가스 스크러버 시스템에 있어서, 수조에 수용된 용수를 순환부로 이동시키기 전에 상기 용수 내의 염을 제거하는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 다른 측면은 상기 염을 제거하는 장치를 포함하는 가스 스크러버 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 가스 스크러버 수조에 수용된 용수를 대상으로 하여 용수 내에 용해된 염을 추출 또는 석출하여 제거하는 염 제거장치를 제공한다. 상기 염 제거장치는 초음파 전극 응집을 이용한 염 추출부; 상기 염 추출부에서 추출된 염을 분리하는 염 분리부; 상기 염 분리부에서 분리된 염을 배출하는 염 배출부; 및 염이 제거된 용수를 회수하는 용수 회수부를 포함한다.
상기 염 추출부는 입구와 출구를 가지는 하우징; 상기 하우징의 일 측면과 대향하는 측면에 구비된 초음파 센서; 및 상기 하우징 내부 및 양쪽 초음파 센서 사이에 배치된 전극판을 포함할 수 있다.
상기 염 추출부는 입구와 출구를 가지는 하우징; 상기 하우징의 일 측면에 구비된 초음파 센서; 상기 초음파 센서와 대향하는 측면에 구비된 반사판; 및 상기 하우징 내부, 및 초음파 센서와 반사판 사이에 배치된 전극판을 포함할 수 있다.
상기 전극판은 하우징 내부에서 서로 일정 거리를 유지하며 대향하도록 배치된 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판일 수 있다.
상기 전극판은 하우징 내부에서 서로 일정 거리를 유지하며 대향하도록 배치된 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판이 복수개의 쌍으로 구성된, 복수 쌍의 전극판일 수 있다.
상기 염 제거장치의 염 추출부에서는 초음파에 의한 물리적 파동으로 용수 내의 염이 추출 또는 석출되고, (+) 전극판 및 (-) 전극판의 반대 극성에 의해 염이 응집 및 조대화됨으로써 침전되는 것을 특징으로 한다.
상기 염은 NaF, NaCl 및 NH4HCO3으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 초음파 센서에서 방출하는 초음파는 20 kHz 내지 50 kHz의 범위일 수 있다.
상기 염 분리부는 컨베이어 장치 또는 미세필터를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 염 제거장치를 포함하는 가스 스크러버 시스템을 제공한다. 상기 가스 스크러버 시스템은 유입된 공정 배기가스 중 일부를 집진하는 전기 집진부; 상기 전기 집진부를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리하는 제1 습식 필터부; 상기 제1 습식 필터부에 상기 습식 필터 처리를 위한 물을 공급하고, 상기 제1 습식 필터부로부터 처리된 물이 회수되는 제1 수조부; 상기 제1 수조부에 연결되어 물을 유출입시키는 배관부; 및 상기 배관부에 연결되어 상기 제1 수조부 내의 물에 용해된 염을 추출 또는 석출하여 제거하는 염 제거장치를 포함한다.
상기 제1 습식 필터부는, 상기 전기 집진부를 통과한 공정 배기가스가 통과하는 제1 물접촉 필터; 및 상기 제1 수조부로부터 공급되는 물을 상기 제1 물접촉 필터에 분사하는 제1 분사기를 포함할 수 있다.
상기 가스 스크러버 시스템은 상기 전기 집진부를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리하기 전에 상기 공정 배기가스에 미스트를 분사하는 미스트 분사부를 더 포함할 수 있다.
상기 가스 스크러버 시스템은 제1 습식 필터부를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리하는 제2 습식 필터부; 상기 제2 습식 필터부에 습식 필터 처리를 위한 물을 공급하고, 상기 제2 습식 필터부로부터 처리된 물이 회수되는 제2 수조부; 및 상기 제2 습식 필터부를 통과한 공정 배기가스를 외부로 방출하는 배기부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 초음파 및 전극판을 사용하여 염을 추출, 응집 및 침전시키는 염 추출부; 추출된 염을 용수와 분리하는 염 분리부; 분리된 염을 배출하는 염 배출부; 및 염이 제거된 용수를 회수하는 용수 회수부를 포함하는 염 제거장치를 가스 스크러버 수조에 연결시킴으로써, 종래의 화학약품을 사용하여 염을 침전시키는 방법과는 달리, 초음파 및 전극판을 사용하여 화학약품 사용 없이 염을 추출 및 침전시킴으로써 친환경적이며, 경제적이고, 연속 공정으로 사용 가능하여 장치 운영 측면에서도 효율적이고, 순환수 품질을 개선하여 폐수량을 획기적으로 저감 할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 가스 스크러버 장치의 일예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 염 제거장치의 위치 및 구성을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출부를 나타내는 개략도(정면도)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출부를 나타내는 개략도(측면도)이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출부의 염 추출 원리를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치의 개략도(정면도)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치의 개략도(측면도)이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 염 제거장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 비교예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서만을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서(일측면)와 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서(양측면)와 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서와 다수개의 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스크러버 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 스크러버 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 염 제거장치의 위치 및 구성을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출부를 나타내는 개략도(정면도)이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출부를 나타내는 개략도(측면도)이다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출부의 염 추출 원리를 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치의 개략도(정면도)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 염 제거장치의 개략도(측면도)이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 염 제거장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 비교예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서만을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서(일측면)와 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서(양측면)와 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 염 추출부에 있어서, 초음파 센서와 다수개의 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스크러버 시스템을 나타내는 모식도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 스크러버 시스템을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
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 명세서에서 염의 '추출' 및 '석출'은 용수 내에서 용해된 염이 초음파의 물리적 파동에 의해 용수와 분리되어 석출되는 것으로, 명세서 내에서 혼용되어 사용될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 가스 스크러버 용수 내 염 제거 장치를 제공한다.
도 2는 본 발명에 따른 염 제거장치의 위치 및 구성을 나타낸 모식도이다.
전술한 바와 같이, 최근 반도체 부품 관련 생산 공장 증설 및 생산량 증가로, 스크러버 장치에 있어서, 물과 접촉되는 유해물질의 양이 늘어남에 따라 상기 스크러버 장치 내의 수조(3)에 수용된 용수가 유해물질을 포함하는 폐수로 발생함으로써, 이러한 폐수를 정화하여 순환수로 재사용하는 기술이 요구되고 있다.
상기 스크러버 장치 내의 수조에서 생성된 폐수는 염 생성에 의한 탁도 문제가 주 원인이므로, 상기 폐수를 정화하기 위해서는 상기 폐수(용수) 내의 염을 제거하는 기술이 요구된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 염 제거장치(100)는 가스 스크러버 수조(160)에 연결되어 상기 가스 스크러버 수조(160)에 수용된 용수를 대상으로 하여 용수 내에 용해된 염을 추출(석출)하여 제거하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 염 제거장치(100)는 염 추출부(10); 염 분리부(20); 염 배출부(30); 및 용수 회수부(40)로 구성된다.
상기 가스 스크러버 수조의 용수는 본 발명에 따른 염 제거장치(100)의 염 추출부(10)로 이동하며, 염 추출부(10)로부터 용수 내의 염이 추출되어, 염 분리부(20)로 이동하고, 상기 염 분리부(20)에서 용수 내의 염이 분리되어 염 배출부(30)와 용수 회수부(40)로 각각 이동하며, 상기 염 배출부(30)에서는 염이 배출되어 제거되고, 염이 제거된 용수는 용수 회수부(40)를 통해 회수되어, 가스 스크러버 수조(160)로 순환된다.
이하, 본 발명의 염 제거장치(100)의 각 구성요소를 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 염 제거장치에 있어서, 염 추출부(10)의 모식도이다. 이때, 도 3은 상기 염 추출부의 정면도, 도 4는 상기 염 추출부의 측면도를 나타낸다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 염 추출부(10)는 입구(12)와 출구(13)를 가지는 하우징(11); 상기 하우징(11)의 일 측면과 대향하는 측면에 구비된 초음파 센서(15); 및 상기 하우징(11) 내부 및 양쪽 초음파 센서 사이에 배치된 전극판(14)을 포함한다.
상기 염 추출부에 있어서, 상기 초음파 센서(15)는 하우징(11)의 일 측면과 대향하는 측면에 모두 구비되어 양방향으로 초음파를 발생시킬 수 있고(양방향 센서), 하우징의 일 측면에만 구비되고 대향하는 측면에는 반사판이 구비되어 일방향으로 발생시킨 초음파가 반사판에 의해 반사되어 돌아옴으로써 양방향으로 초음파를 발생시키는 효과를 유발할 수 있다(일방향 센서).
상기 초음파 센서(15)가 일방향 센서로 구비된 경우에는, 상기 전극판은 상기 하우징(11) 내부에 위치하되, 초음파 센서(15)와 반사판 사이에 배치될 수 있다.
상기 염 추출부는 상기 전극판(14)에 전원을 공급하는 전원공급장치(18) 및 초음파 센서에 초음파를 발생시키는 초음파 발생기(19)를 더 포함할 수 있다.
상기 전극판(14)은 하우징 내부에서 서로 일정 거리를 유지하며 대향하도록 배치된 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판일 수 있다.
상기 전극판(14)은 하우징 내부에서 서로 일정 거리를 유지하며 대향하도록 배치된 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판이 복수개의 쌍으로 구성된, 복수 쌍의 전극판일 수 있다
또한, 상기 염 추출부는 상기 하우징(11)에 추출부 내의 압력을 유지하기 위한 통기구(16) 및 비상시 물을 배출하기 위한 비상 배수구(17)를 더 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 염 제거장치에 있어서, 염 추출부(10)의 염 추출원리를 나타내는 모식도이다.
본 발명에 따른 염 제거장치의 염 추출부는 초음파와 전극판을 이용하여 가스 스크러버 수조의 용수 내의 염 성분, 예를 들면 NaF, NaCl, NH4HCO3와 같은 염 성분 물질들을 추출(석출) 및 침전시키는 것을 특징으로 한다.
구체적으로 도 5를 참조하면, 상기 염 추출부에는 마주보도록 형성된 초음파 센서(15) 및 상기 초음파 센서 사이에 형성된 전극판(14)을 포함하는데, 상기 초음파 센서(15)에서 방출된 초음파는 물리적 파동에 의해 염을 추출(석출)하는 역할을 한다. 이때, 상기 초음파 센서(15)는 마주보도록 형성되어, 파동이 양방향을 이룸으로써 중간 위치에서 초음파 활성 영역(15a)이 형성되고, 상기 초음파 활성 영역에서 염 추출(석출) 효율이 증가된다. 또한, 상기 초음파 센서(15)는 일방향으로 형성되고, 대향하는 측에는 반사판을 구비하여 파동이 반사판을 통해 반사되어 양방향을 이룸으로써 중간 위치에서 초음파 활성 영역이 형성될 수 있다.
상기 초음파 센서에서 방출되는 초음파는 20 kHz 내지 50 kHz의 범위인 것이 바람직하며, 일례로서 28 kHz 내지 40 Hz를 사용할 수 있다. 또한, 위치별로 28kHz 및 40Hz의 초음파를 교차로 설치하면 염 추출 효율을 상승시킬 수 있다.
그러나 초음파 센서만으로 추출(석출)된 염은 매우 미세하여 분리가 어려우며, 응집하여 침전되는 데에 많은 시간이 소요된다(도 9 참조). 따라서 석출된 염을 응집하여 조대화시킬 수 있는 방법이 필요하다. 이에, 본 발명자는 상기 초음파 센서 사이에 (+)극 전극판(14a)과 (-)극 전극판(14b)을 배치하여 (+),(-) 전극판의 반대 극성 반응을 이용하여 염의 응집속도가 증가하여 조대화시킬 수 있음을 발견하였다(도 10 내지 도 12 참조).
따라서, 본 발명의 염 추출부에서 사용되는 전극판은 (+),(-)의 반대 극성 반응을 갖는 한 쌍의 전극판을 사용함으로써, 상기 반대 극성을 이용하여 염의 응집 속도를 빠르게 하는 역할을 하며, 이에 석출된 염은 전극판 상에서 응집되어 조대화되고, 조대화된 염은 곧 초음파에 의해 전극판에서 분리되어 물 속에 침전되거나 물 위에 부유됨으로써 이후, 염 분리부에서 용수와 염을 분리하는 것을 용이하게 수행할 수 있다.
상기 전극판은 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판이 복수개의 쌍으로 구성된, 복수 쌍의 전극판일 수 있다(도 12 참조).
이러한 염 추출부(10)는 종래의 화학약품을 사용하여 염을 침전시키는 방법과는 달리, 초음파 및 전극판을 사용하여 화학약품 사용 없이 염을 추출 및 침전시킴으로써 친환경적이며, 경제적이고, 연속 공정으로 사용 가능하여 장치 운영 측면에서도 효율적이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시형태에 따른, 염 추출부 및 염 분리부를 포함하는 염 제거장치의 개략도를 나타낸다.
구체적으로 도 6 및 도 7은 염 분리부로서 컨베이어 장치를 포함하는 염 제거장치의 정면도 및 측면도를 나타내고, 도 8은 염 분리부로서 필터를 포함하는 염 제거장치의 개략도를 나타낸다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 상기 염 추출부(10)로부터 염이 추출 및 침전된 폐수는 염 분리부(20)로 이동한다.
상기 염 분리부(20)는 침전된 염과 용수를 분리하는 역할을 하며, 이러한 염 분리부(20)로는 컨베이어 장치(도 6 참조) 또는 미세필터(도 8 참조)를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 염 분리부로서 컨베이어 장치를 사용하는 경우, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 컨베이어 장치는 상기 컨베이어 장치 내의 중심축을 중심으로 판이 나선형으로 돌며 위쪽으로 올라가는데, 이때 상기 염 추출부에서 추출 및 침전된 염들은 판 위에 걸러져 컨베이어 장치의 중심축을 따라 나선형으로 돌며 위쪽으로 올라가며, 용수는 파이프를 통해 용수 회수부(40)로 이동한다. 컨베이어 장치의 위쪽으로 이동한 염들은 염 배출부(30)로 이동하여 외부로 배출되며, 용수 회수부로 이동된 용수는 도 7에 나타낸 바와 같이 용수 배출구(41)로 이동하여 상기 용수 배출구에 연결된 가스 스크러버 수조로 회수된다.
상기 염 분리부로서 미세필터를 사용하는 경우, 도 8에 나타낸 경우, 염 추출부에서 추출 및 침전된 염들을 포함하는 폐수는 염 분리를 위한 미세필터가 하부에 장착된 염 분리부로 이동한다. 상기 염 분리부는 하부에 미세 필터가 구비된 필터 챔버일 수 있다. 이때 사용되는 미세 필터는 염이 걸러질 수 있도록 염의 크기보다 작은 세공을 가지는 필터로서 당 업계에 공지된 미세 필터를 사용할 수 있다.상기 염 분리부에서 염들은 상기 미세 필터에 의해 걸러지고, 염들이 제거된 용수는 미세 필터를 통과하여 용수 회수부(40)로 이동한다. 이때, 상기 미세 필터의 세공이 매우 작아서 여과저항이 커지므로 중력만으로 여과가 불충분한 경우에는 진공 펌프(50) 등을 이용하여 흡입함으로써 용수를 용수 회수부로 이동시킬 수 있다.
용수 회수부로 이동된 용수는 용수 배출구(41)로 이동하여 상기 용수 배출구에 연결된 가스 스크러버 수조로 회수되며, 미세 필터에서 걸러진 염(60)들은 염 배출부(30)로 이동하여 외부로 배출된다.
본 발명에 따르면, 초음파 및 전극만을 사용하여 염을 추출, 응집 및 침전시키는 염 추출부; 추출된 염을 용수와 분리하는 염 분리부; 분리된 염을 배출하는 염 배출부; 및 염이 제거된 용수를 회수하는 용수 회수부를 포함하는 염 제거장치를 가스 스크러버 수조에 연결시킴으로써, 종래의 화학약품을 사용하여 염을 침전시키는 방법과는 달리, 초음파 및 전극판을 사용하여 화학약품 사용 없이 염을 추출 및 침전시킴으로써 친환경적이며, 경제적이고, 연속 공정으로 사용 가능하여 장치 운영 측면에서도 효율적이고, 순환수 품질을 개선하여 폐수량을 획기적으로 저감 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상기 염 제거장치를 포함하는 가스 스크러버 시스템을 제공하는 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스크러버 시스템을 나타내는 모식도이다.
본 발명에 따른 가스 스크러버 시스템은 반도체 제조공정 등의 제조공정시 발생되는 공정 배기가스를 처리 내지 정화하여 배출하는 시스템에 적용될 수 있다. 이때, 공정 배기가스로는 공정의 종류에 따라 다양한 배기가스를 예로 들 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 습식 가스 스크러버 시스템은 전기 집진부(120), 제1 습식 필터부(130), 제1 수조부(160), 배관부 및 염 제거장치(100)를 포함할 수 있다.
제1 수조부(160)의 위에 순차로 제1 습식 필터부(130) 및 전기 집진부(120)가 제1 처리챔버 내에 설치될 수 있다. 공정 배기가스는 제1 처리챔버의 유입부(Gas Inlet)로 유입될 수 있다.
가스 스크러버 장치는 제1 습식 필터부(130) 이전에, 즉 제1 습식 필터부(130)와 제1 처리챔버의 유입부의 사이에 공정 배기가스에 미스트를 분사하는 미스트 분사부(110)를 더 포함할 수 있다.
미스트 분사부(110)에서는 유입부로 유입된 고농도의 공정 배기가스에 물을 미스트로 분사하여 적어도 상기 오염물질의 일부가 미스트에 흡착되도록 할 수 있다. 미스트 분사부(110)에서 사용되는 용수는 순환수가 아닌 외부에서 공급된 새로운 용수일 수 있다.
전기 집진부(120)는 유입된 공정 배기가스 중 일부를 집진할 수 있다. 전기 집진부(120)는 외부로부터 전압을 인가받는 전원인가부와 방전극을 포함할 수 있다. 미스트 분사부(110)가 분사한 미세한 미스트(예: 물 입자)에 공정 배기가스의 상기 오염물질이 흡착될 수 있다. 방전극의 방전에 의해 미스트가 분사된 공정 배기가스 중 일부가 전기적으로 집진될 수 있다.
미스트 분사부(110) 및 전기 집진부(120)의 세정에 사용되는 용수가 외부에서 새롭게 공급되는 용수일 수 있지만, 미스트로 분사되어 사용되기 때문에 실질적으로 적은 량이 소모된다.
전기 집진부(120)를 통과한 공정 배기가스는 하측의 제1 습식 필터부(130)로 유입된다. 제1 습식 필터부(130)는 전기 집진부(120)를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리할 수 있다.
제1 습식 필터부(130)는 제1 물접촉 필터(131) 및 제1 분사기(135)를 포함할 수 있다. 전기 집진부(120)를 통과한 공정 배기가스는 제1 물접촉 필터(131)를 통과하게 된다. 제1 분사기(135)는 후술될 제1 수조부(160)로부터 공급된 물을 제1 물접촉 필터(131)에 연속적으로 또는 필요시에 분사할 수 있다.
제1 물접촉 필터(131)는 폴리프로필렌과 같은 소재로 제조될 수 있으며, 물접촉면적이 증가하도록 스펀지 형태, 다공성 형태, 그물망 형태 등 다양한 형태로 마련될 수 있을 것이다. 제1 습식 필터부(130)에 의해 공정 배기가스에 포함된 수용성 물질들의 일부가 물에 용해 내지 흡착되어 하측으로 흘러 후술될 제1 수조부(160)로 유입될 수 있다.
제1 수조부(160)는 제1 습식 필터부(130)에 습식 필터 처리를 위한 물을 공급하고, 제1 습식 필터부(130)로부터 처리된 물이 제1 수조부(160)로 회수될 수 있다. 제1 수조부(160)로부터 제1 분사기(135)로 파이프 라인(150)이 연결되고 펌프를 통해 물(용수)이 순환될 수 있다.
제1 습식 필터부(130)를 통과한 공정 배기가스는 배기부(280)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
제1 습식 필터부(130)로부터 제1 수조부(160)로 유입되는 용수는 염의 농도가 높은 용수로서, 제1 수조부(160)의 용수의 염의 농도가 적절히 저감되지 않으면 처리 효율이 저하될 수 있다. 이에, 제1 수조부(160)에 본 발명에 따른 염 제거장치(100)를 연결하여 상기 용수 내의 염을 연속적으로 제거함으로써 용수의 염의 농도를 획기적으로 저감시킬 수 있다.
배관부는 제1 수조부(160)에 연결되어 용수를 유출입시킬 수 있다. 배관부를 통해 제1 수조부(160)의 용수가 배출되고, 염 제거장치를 거쳐 염이 제거된 용수가 제1 수조부(160)로 공급됨으로써, 제1 수조부(160)의 용수의 염 농도가 일정 수준 이하로 유지될 수 있다. 배관부는 다수의 배관들을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 염 제거장치(100)는 상기 배관부를 통해 제1 수조부(160)에 연결되도록 구비될 수 있다. 상기 염 제거장치(100)는 전술한 바와 동일하므로, 중복 기재를 피하기 위하여 자세한 설명은 생략한다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 스크러버 시스템을 나타내는 도면이다.
본 실시예에서, 도 13에서 설명된 것과 중복되는 내용은 기재를 생략한다.
본 실시예의 가스 스크러버 시스템은 도 13에 도시된 가스 스크러버 시스템에 비해, 제2 습식 필터부(230), 제2 수조부(260), 추가의 필터부(270)를 더 포함할 수 있다.
제2 습식 필터부(230)는 제1 습식 필터부(130)를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리할 수 있다.
제2 수조부(260)는 제2 습식 필터부(230)에 습식 필터 처리를 위한 용수를 공급하고, 제2 습식 필터부(230)로부터 처리된 용수가 회수될 수 있다. 즉 용수가 순환될 수 있다.
제2 습식 필터부(230)는, 제1 습식 필터부(130)와 유사하게 제2 물접촉 필터(231) 및 제2 분사기(235)를 포함할 수 있다.
공정 배기가스는 제1 수조부(160)와 제2 수조부(260)의 위로 흘러 제2 물접촉 필터(231)로 유입될 수 있다. 제2 분사기(235)는 제2 수조부(260)로부터 공급되는 용수를 제2 물접촉 필터(231)에 분사하거나 흐르게 할 수 있다.
추가의 필터부(270)는 제2 습식 필터부(230)와 배기부(280) 사이에 구비되어 추가적으로 공정 배기가스를 필터링 할 수 있다.
배기부(280)는 팬을 포함할 수 있고, 제2 습식 필터부(230)를 통과한 공정 배기가스를 외부로 방출할 수 있다. 추가의 필터부(270)까지 통과된 공정 배기가스는 유해물질이 목표치까지 낮아지게 되고, 배기부(280)를 통해 외부로 배출된다.
제1 수조부(160)의 위에 순차로 제1 습식 필터부(130), 전기 집진부(120) 및 미스트 분사부(110)가 제1 처리챔버 내에 위치하며, 제2 수조부(260) 위에 순차로 제2 습식 필터부(230), 추가의 필터부(270) 및 배기부(280)가 제2 처리챔버 내에 위치할 수 있다.
제2 수조부(260)에 수용된 용수의 염의 농도가 제2 농도 이상인 경우 농도 저하를 위해 용수 보충라인(210)으로부터 제2 수조부(260)로 새로운 용수가 공급될 수 있다.
제1 수조부(160)와 제2 수조부(260)는 격벽에 의해 분리되며, 용수 보충라인(210)으로부터 제2 수조부(260)로 용수가 공급되는 경우, 제2 수조부(260)의 용수가 격벽을 넘어(261) 제1 수조부(160)에 공급될 수 있다.
이하 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하기 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기술된 것으로서, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예
본 발명에 따른 염 제거장치에 있어서, 염 추출에 초음파 센서 및 전극판이 미치는 영향을 알아보기 위하여, 다음과 같은 실험을 수행하였다.
NaF, NaCl 및 NH4HCO3 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에 초음파 센서를 상부에 위치시킨 40 kHz 주파수 발생 조건으로 8시간 가동 후 수조 내부를 관찰하여 도 9에 나타내었다.
도 9는 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에서 초음파 센서만을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 9에 나타낸 바와 같이, 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에 초음파 센서를 적용시 수조 내부 바닥에 염이 석출됨을 발견하였다. 그러나 석출된 염은 미세하여 분리가 어려운 것으로 나타났다.
다음으로, NaF, NaCl 및 NH4HCO3 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에 본 발명의 일 실시예와 같이 수조의 한 측면에 초음파 센서를 나란히 부착하고, 반대편 에 초음파가 반사되어 돌아올 수 있도록 반사판을 설치한 후, 수조의 가운데에 (+) 전극판과 (-) 전극판을 마주보게 설치한 다음, 28kHz 및 40kHz의 주파수를 갖는 초음파를 각각 한쪽 방향으로 발생시켰고, 24V DC, 5A의 전원을 공급하여 4시간 동안 유지 후 수조 내부 상태를 관찰하여 도 10에 나타내었다.
도 10은 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에서 일 측면 초음파 센서와 반사판 및 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 수조의 일 측면에 초음파 센서를 위치시키고, 반대 측면에 반사판을 둔 다음, 수조의 가운데에 (+) 전극판과 (-) 전극판을 마주보게 설치한 경우에는 수조 내부에 육안으로 관찰 가능한 정도로 염이 응집되어 석출된 것으로 나타났다.
다음으로, NaF, NaCl 및 NH4HCO3 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에 본 발명의 일 실시예와 같이 수조의 양 측면에 초음파 센서를 마주보도록 부착하고, 수조의 가운데에 (+) 전극판과 (-) 전극판을 마주보게 설치한 다음, 28 kHz의 주파수의 초음파 및 24V DC, 5A의 전원을 공급하여 4시간 동안 유지한 후, 수조 내부를 관찰하여 도 11에 나타내었다.
도 11은 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에서 양 측면 초음파 센서와 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 수조의 양 측면에 초음파 센서를 마주보도록 부착하고, 수조의 가운데에 (+) 전극판과 (-) 전극판을 마주보게 설치한 경우에는 전극판에 육안으로 관찰 가능한 정도로 염이 응집되어 석출된 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 염 제거장치는 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에서 초음파 센서와 전극판을 함께 적용함으로써, 화학약품을 사용하지 않고도 효과적으로 염을 응집시켜 석출함으로써 환경친화적으로 염을 용수에서 분리할 수 있다.
한편, NaF, NaCl 및 NH4HCO3 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에 초음파 및 복수 쌍의 전극판에도 염 석출이 효과적으로 수행되는지 알아보기 위하여, 상기 수조에 4 쌍(8개)의 전극판을 각각 (+) 전극판과 (-) 전극판을 마주보게 설치한 다음, 28 kHz 및 40 kHz의 초음파를 교대로 발생시키면서 24V DC, 2.5A의 전원을 공급하여 4시간 동안 유지한 후, 수조 내부를 관찰하여 도 12에 나타내었다.
도 12는 염이 용해된 용수를 포함하는 수조에서, 초음파 센서와 다수개의 전극판을 적용시 염 추출 상태를 나타내는 도면이다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 수조의 양 측면에 초음파 센서를 마주보도록 부착하고, 수조의 가운데에 복수 쌍의 (+) 전극판과 (-) 전극판을 마주보게 설치한 경우에도 전극판에 육안으로 관찰 가능한 정도로 염이 응집되어 석출되었으며, 일부는 용수 내에 침전된 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 염 추출시, 복수 쌍의 전극판을 사용하는 것이 가능함을 확인하였다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1: 가스 유입구 3: 수조
5: 순환부 7: 물 접촉 영역
9: 가스 배출구 10: 염 추출부
11: 염 추출부 하우징 12: 입구
13: 출구 14: 전극판
14a: (+) 전극판 14b: (-) 전극판
15: 초음파 센서 15a: 초음파 활성 영역
16: 통기구 17: 비상 배수구
18: 전원공급장치 19: 초음파 발생기
20: 염 분리부 21: 미세 필터
30: 염 배출부 40: 용수 회수부
41: 용수 배출구 50: 진공 흡입기
60: 염 100 : 염 제거장치
110 : 미스트 분사부 120 : 전기 집진부
130 : 제1 습식 필터부 131 : 제1 물접촉 필터
135 : 제1 분사부 160 : 제1 수조부(가스 스크러버 수조)
230 : 제2 습식 필터부 231 : 제2 물접촉 필터
270 : 추가의 필터부 280 : 배기부
5: 순환부 7: 물 접촉 영역
9: 가스 배출구 10: 염 추출부
11: 염 추출부 하우징 12: 입구
13: 출구 14: 전극판
14a: (+) 전극판 14b: (-) 전극판
15: 초음파 센서 15a: 초음파 활성 영역
16: 통기구 17: 비상 배수구
18: 전원공급장치 19: 초음파 발생기
20: 염 분리부 21: 미세 필터
30: 염 배출부 40: 용수 회수부
41: 용수 배출구 50: 진공 흡입기
60: 염 100 : 염 제거장치
110 : 미스트 분사부 120 : 전기 집진부
130 : 제1 습식 필터부 131 : 제1 물접촉 필터
135 : 제1 분사부 160 : 제1 수조부(가스 스크러버 수조)
230 : 제2 습식 필터부 231 : 제2 물접촉 필터
270 : 추가의 필터부 280 : 배기부
Claims (13)
- 가스 스크러버 수조에 수용된 용수를 대상으로 하여 용수 내에 용해된 염을 추출 또는 석출하여 제거하는 염 제거장치이되,
초음파 및 전극판을 사용하여 염을 추출, 응집 및 침전시키는 염 추출부;
상기 염 추출부에서 추출된 염을 분리하는 염 분리부;
상기 염 분리부에서 분리된 염을 배출하는 염 배출부; 및
염이 제거된 용수를 회수하는 용수 회수부를 포함하는,
염 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 염 추출부는
입구와 출구를 가지는 하우징;
상기 하우징의 일 측면과 대향하는 측면에 구비된 초음파 센서; 및
상기 하우징 내부 및 양쪽 초음파 센서 사이에 배치된 전극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 염 추출부는
입구와 출구를 가지는 하우징;
상기 하우징의 일 측면에 구비된 초음파 센서;
상기 초음파 센서와 대향하는 측면에 구비된 반사판; 및
상기 하우징 내부, 및 초음파 센서와 반사판 사이에 배치된 전극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 전극판은 하우징 내부에서 서로 일정 거리를 유지하며 대향하도록 배치된 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판인 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 전극판은 하우징 내부에서 서로 일정 거리를 유지하며 대향하도록 배치된 (+)극 전극판과 (-)극 전극판을 포함하는 한 쌍의 전극판이 복수개의 쌍으로 구성된, 복수 쌍의 전극판인 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제4항에 있어서,
염 추출부에서 초음파에 의한 물리적 파동으로 용수 내의 염이 추출 또는 석출되고, (+) 전극판 및 (-) 전극판의 반대 극성에 의해 염이 응집 및 조대화됨으로써 침전되는 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 염은 NaF, NaCl 및 NH4HCO3으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 초음파 센서에서 방출하는 초음파는 20 kHz 내지 50 kHz의 범위인 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 제1항에 있어서,
상기 염 분리부는 컨베이어 장치 또는 미세필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 염 제거장치. - 공정 배기가스를 처리하여 배출하는 가스 스크러버 시스템이되,
유입된 공정 배기가스 중 일부를 집진하는 전기 집진부;
상기 전기 집진부를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리하는 제1 습식 필터부;
상기 제1 습식 필터부에 상기 습식 필터 처리를 위한 물을 공급하고, 상기 제1 습식 필터부로부터 처리된 물이 회수되는 제1 수조부;
상기 제1 수조부에 연결되어 물을 유출입시키는 배관부; 및
상기 배관부에 연결되어 상기 제1 수조부 내의 물에 용해된 염을 추출 또는 석출하여 제거하는 제1항의 염 제거장치를 포함하는
가스 스크러버 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제1 습식 필터부는,
상기 전기 집진부를 통과한 공정 배기가스가 통과하는 제1 물접촉 필터; 및
상기 제1 수조부로부터 공급되는 물을 상기 제1 물접촉 필터에 분사하는 제1 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 스크러버 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 가스 스크러버 시스템은 상기 전기 집진부를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리하기 전에 상기 공정 배기가스에 미스트를 분사하는 미스트 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 스크러버 시스템. - 제10항에 있어서,
제1 습식 필터부를 통과한 공정 배기가스를 습식 필터 처리하는 제2 습식 필터부;
상기 제2 습식 필터부에 습식 필터 처리를 위한 물을 공급하고, 상기 제2 습식 필터부로부터 처리된 물이 회수되는 제2 수조부; 및
상기 제2 습식 필터부를 통과한 공정 배기가스를 외부로 방출하는 배기부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 가스 스크러버 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210144335A KR102508684B1 (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 초음파 전극 응집을 이용한 염 제거 장치 및 이를 포함하는 가스 스크러버 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210144335A KR102508684B1 (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 초음파 전극 응집을 이용한 염 제거 장치 및 이를 포함하는 가스 스크러버 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102508684B1 true KR102508684B1 (ko) | 2023-03-10 |
Family
ID=85570402
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210144335A KR102508684B1 (ko) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 초음파 전극 응집을 이용한 염 제거 장치 및 이를 포함하는 가스 스크러버 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102508684B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007260660A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-10-11 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 砒素含有体からの砒素除去方法、砒素除去装置及びその反応槽 |
| KR20180002245A (ko) * | 2016-06-29 | 2018-01-08 | 문기학 | 전기응집을 활용한 스크러버 순환수 재이용 장치 |
| KR20200054480A (ko) * | 2018-11-11 | 2020-05-20 | 윤희진 | 미세플라스틱 분리 장치 |
| KR20210127501A (ko) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 주식회사 에코에너젠 | 가스 스크러버 장치 |
-
2021
- 2021-10-27 KR KR1020210144335A patent/KR102508684B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007260660A (ja) * | 2006-03-02 | 2007-10-11 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 砒素含有体からの砒素除去方法、砒素除去装置及びその反応槽 |
| KR20180002245A (ko) * | 2016-06-29 | 2018-01-08 | 문기학 | 전기응집을 활용한 스크러버 순환수 재이용 장치 |
| KR20200054480A (ko) * | 2018-11-11 | 2020-05-20 | 윤희진 | 미세플라스틱 분리 장치 |
| KR20210127501A (ko) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 주식회사 에코에너젠 | 가스 스크러버 장치 |
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