KR102569040B1 - 통형상 가열부와 상기 통형상 가열부를 구비한 배기 가스 처리 장치 - Google Patents
통형상 가열부와 상기 통형상 가열부를 구비한 배기 가스 처리 장치 Download PDFInfo
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Abstract
배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)는 반응기(10) 안에 설치되어 있다. 통형상 가열부(14)는, 삽입 기부에 배기 가스 도입구(15)가 제공되고, 삽입단에 피가열 배기 가스 출구(16)가 제공되어 있다. 통형상 가열부(14)는 중공 실린더(20), 애자(30), 전열 히터(H), 및 홀딩 부재(40)로 구성되어 있다. 중공 실린더(20)는 금속제의 내통(21)과 외통(22)으로 구성된 이중 구조이다. 애자(30)는 복수로, 내통(21)을 둘러싸고 또한 서로 간격을 두어 내통(21)과 외통(22) 사이의 히터 설치 공간(P)에 제공되어 있다. 전열 히터(H)는 애자(30)에 부착되어 있다. 홀딩 부재(40)는 내통(21) 또는 상기 외통(22) 중 어느 한쪽, 혹은 그 양쪽에 부착되고, 애자(30)를 히터 설치 공간(P)에 홀딩한다.
Description
본 발명은 공업 프로세스 등으로부터 배출되는 인체에 유해한 가스나 오존층 파괴 가스 등을 열분해 처리하는 배기 가스 처리 장치에서의 통형상 가열부의 개량에 관한 것이며, 또한 상기 통형상 가열부를 구비한 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
물건을 제조하거나, 처리하거나 하는 공업 프로세스에서는 다양한 종류의 가스가 사용되고 있다. 따라서, 공업 프로세스로부터 배출되는 가스(이하, 「처리 대상 배기 가스」라고 한다.)의 종류도 매우 다방면에 걸쳐 있고, 처리 대상 배기 가스의 종류에 따라서, 다양한 종류의 배기 가스 처리 방법 및 배기 가스 처리 시스템이 사용되고 있다.
예를 들어, 반도체 제조 프로세스 하나를 예로 들어도, 모노실란(SiH4), 염소 가스, PFCs(퍼플루오로 컴파운드) 등 다양한 종류의 가스가 사용되고 있다. 이들 가스는 인체나 지구 환경에 대하여 악영향을 끼치므로, 어떠한 수단에 의해 분해 혹은 제거할 필요가 있고, 여러가지 처리 방법이 실용화되어 있다. 그 대표예 로서, 흡착식, 습식, 전열 산화 분해식, 화염 연소식 등이 있지만, 각각 장점과 문제점을 갖고 있다.
이 중, 화염 연소식은 처리 대상 배기 가스의 적용 분야가 넓고(즉, 분해 처리할 수 있는 처리 대상 배기 가스의 종류가 많다), 대풍량 처리가 가능하지만, 가동할 때의 안전성에 불안을 남기고 있다. 왜냐하면, 화염 연소식은 기본적으로 연소에 버너를 사용하고, 그 연소 분위기에 배기 가스를 도입해서 열분해하는 방식이므로, 어떠한 원인에 의해 화염 소멸(실화)한 경우에는 불안전한 사태를 초래하게 된다.
한편, 전열 히터를 사용하는 전열 산화 분해식은 반도체 제조 프로세스에서의 배기 가스 처리 방법으로서 현재 가장 널리 보급되어 있는 분해 처리 방법이고, 처리 대상 배기 가스의 분해 처리시에 처리 공정을 제어하기 쉽고, 처리 대상 배기 가스를 안전하게 분해 처리할 수 있다. 전열 히터를 사용하는 배기 가스 처리 시스템으로서는 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 시스템이 있다.
[특허문헌]
[특허문헌 1] WO2008/096466 A1
특허문헌 1(단락번호 0056)에 기재된 배기 가스 처리 시스템의 배기 가스 처리 장치는, 그 반응기 내의 배기 가스 처리 공간에서, 도입된 처리 대상 상기 가스를 열분해하기 위한 통형상 가열부를 구비하고 있다. 이 통형상 가열부는 금속제의 내통과 외통으로 구성된 2중관의 관벽 사이에 발열 저항체인 니크롬선이나 칸탈(샌드빅 AB사 등록상표)선 등의 전열 히터를 나선형상으로 권회하여 배치하는 동시에, 절연을 위해 상기 2중관의 관벽 사이에 세라믹 분말 또는 내화재를 충전한 것이다. 금속제의 내통과 외통은 부식성 처리 대상 배기 가스 분위기로부터 전열 히터를 보호하기 위한 것이다.
이 통형상 가열부는 반응기의 내부 중앙에 입설(立設)되어 있고, 통형상 가열부의 바닥부의 배기 가스 도입구로부터 투입된 처리 대상 배기 가스가 이 통형상 가열부의 고온의 내부 공간을 통과하고, 그 상단 개구로부터 반응기의 천장 부근에 형성되는 고온의 배기 가스 처리 공간에 방출되도록 되어 있다.
처리 대상 배기 가스는 통형상 가열부의 내부를 통과하는 동안에, 심지어는 상기 배기 가스 처리 공간을 통과하는 동안에 주위에서 고온(분위기 온도로 800 내지 1150℃)에서 가열되어 분해된다.
이러한 고온이 요구되는 통형상 가열부에 있어서, 2중관에 충전된 세라믹 분말 또는 내화재는 열용량이 크고, 게다가 금속에 비해 열전도율이 나쁘다. 그러므로, 관벽으로부터 처리 대상 배기 가스로의 전열 효율이 나쁘다. 상기와 같은 높은 온도를 2중관의 내·외벽면에 발생시키기 위해서는, 상기 분위기 온도보다도 훨씬 높은 온도(예를 들어, 1400℃에 가까운 온도)가 전열 히터에 요구된다. 이러한 고온은 전열 히터나 금속제의 내·외통의 표면 산화를 촉진시켜, 금속 산화물을 퇴적시킨다. 금속 산화물의 퇴적이나 전열 히터의 산화는 단선의 하나의 요인이 된다.
이에 더하여, 전열 히터로부터 발생한 열이 전열 히터의 주위를 둘러싸는 고온의 세라믹 분말 혹은 내화재에 의해 전열 히터에 반사되고, 이 고온의 세라믹 분말 혹은 내화재로부터의 방사열이 전열 히터의 온도를 제어 온도 이상으로 밀어 올린다. 이것도 전열 히터의 단선의 요인이 되었다.
또한, 상기 고온은 절연체인 세라믹 분말 또는 내화재의 상기 절연성을 저하시킨다. 이러한 상기 절연성의 저하는 누전에 의한 전열 히터와 장치의 구조물(금속제 내통이나 외통)과의 단락을 발생시켜, 이것도 단선의 요인이 되어 있고, 이것들이 히터 수명에 크게 영향을 끼쳤다.
본 발명은 이러한 종래예의 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제1 과제는 열용량을 작게 할 수 있고, 또한 내·외통으로의 전열 효율을 향상시킴으로써 전열 히터의 발열 온도를 낮게 억제하고, 전열 히터의 수명을 대폭으로 늘릴 수 있는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 제2 과제는 상기 통형상 가열부를 구비하고, 전열 히터의 단선이 대폭으로 억제되고, 또한 열효율이 우수한 배기 가스 처리 장치를 제공하는 것에 있다.
청구항 1에 기재된 발명(도 2)은,
내부에 배기 가스 처리 공간(S)과, 상기 배기 가스 처리 공간(S)에서 처리된 배기 가스(G)의 분해 배기 가스 배출구(12)가 제공되어 있는 반응기(10) 내에 설치된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)로서,
상기 통형상 가열부(14)는, 상기 반응기(10)로의 삽입 기부에 배기 가스 도입구(15)가 제공되고, 상기 통형상 가열부(14)의 상기 반응기(10)로의 삽입단에 상기 배기 가스 처리 공간(S)으로 개방되는 피가열 배기 가스 출구(16)가 제공되어 있고,
상기 통형상 가열부(14)는 금속제의 내통(21)과 금속제의 외통(22)을 구비한 이중 구조의 중공 실린더(20), 상기 내통(21)을 둘러싸고 또한 서로 간격을 두어 상기 내통(21)과 상기 외통(22) 사이의 히터 설치 공간(P)에 제공된 복수의 애자(insulator; 30), 상기 애자(30)에 부착된 전열 히터(H), 및 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22) 중 어느 한쪽, 혹은 그 양쪽(21·22)에 부착되고, 상기 애자(30)의 하면(34), 또는 하면(34) 및 상면(35)을 지지하여 상기 히터 설치 공간(P)에 상기 애자(30)를 홀딩하는 홀딩 부재(holding members; 40)로 구성된 것을 특징으로 한다.
청구항 2에 기재한 발명(도 4(b), 도 8(a)(b))은 홀딩 부재(40)의 애자(30)로의 홀딩의 방법(점접촉)에 관한 것으로,
청구항 1에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
애자(30)로의 홀딩 부재(40)의 접촉면(41)은 상기 애자(30)의 하면(34), 또는 하면(34) 및 상면(35)에 대하여 경사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 3에 기재한 발명(도 6, 도 7)은 홀딩 부재(40)의 설치 수에 관한 것으로,
청구항 1 또는 2에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
홀딩 부재(40)는 판형상 또는 블록형상의 부재로서, 내통(21) 또는 외통(22)에 대하여 적어도 3개소에 설치되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
청구항 4에 기재한 발명(도 2(a), 도 8(a))은 홀딩 부재(40)의 재질과 제1 부착 방법에 관한 것으로,
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
홀딩 부재(40)는 내통(21) 또는 외통(22)보다 전기 저항값이 높은 소재(예를 들어, 칸탈(등록상표), 니크롬 혹은 세라믹스)로 구성되고, 홀딩 부재(40)가 금속인 경우에는 용접으로, 홀딩 부재(40)가 세라믹스인 경우에는 무기 접착제로 제공된 접합층(42)으로 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22)에 고착되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 5에 기재한 발명(도 2(b), 도 8(b))은 홀딩 부재(40)의 재질과 제2 부착 방법에 관한 것으로,
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
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내통(21) 또는 외통(22)과 같은 소재로서, 내통(21) 또는 외통(22) 혹은 그 양쪽에 용접되고, 하측의 홀딩 부재(40b)에 대해서는 하측으로부터, 상측의 홀딩 부재(40a)에 대해서는 상측으로부터 지지하는 지지 부재(44)가 추가로 제공되어 이루어진 것을 특징으로 한다.
청구항 6에 기재한 발명(도 8(a)(b))은 애자(30)에 의한 전열 히터(H)의 홀딩 방법이다.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
상기 애자(30)는 중앙에 상기 내통(21)이 삽통되는 중앙 구멍(33)이 천공설치(穿設)된 디스크 모양의 형상으로서, 상기 중앙 구멍(33)의 주위에 상기 전열 히터(H)를 홀딩하는 히터 홀딩 홀(32h)이 복수 개소에 형성되어 있고,
상기 히터 홀딩 홀(32h)의 내주면에 상기 전열 히터(H)의 외주면에 접하는 지지 볼록부(32t)가 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 7에 기재한 발명(도 6, 도 7, 도 9)은 애자(30)의 제1 형상에 관한 것이다.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
인접하는 히터 홀딩 홀(32h) 사이에 상기 애자(30)의 외접원(30e)으로부터 상기 히터 홀딩 홀(32h)을 넘는 위치까지 절취되고, 상기 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)끼리를 가르는 노치(38)가 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 8에 기재한 발명(도 10 내지 도 12)은 애자(30)의 제2 형상에 관한 것이다.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
인접하는 히터 홀딩 홀(32h) 사이에 상기 애자(30)의 외주면(30a)으로부터 상기 히터 홀딩 홀(32h)을 넘는 위치까지 파들어가지고, 상기 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)끼리를 가르는 세퍼레이트 홈(36)이 상기 애자(30)의 상면(35)에 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 9에 기재한 발명(도 13 내지 도 15)은 애자(30)의 제3 형상에 관한 것이다.
청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
상기 애자(30)의 하면(34), 또는 상면(35), 혹은 상·하 양면(34·35)에 있어서, 히터 홀딩 홀(32h)과 상기 애자(30)의 내주면(30b) 사이에 상기 내주면(30b)의 주위에 링형상 오목홈(39)이 제공되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 10에 기재한 발명(도 13 내지 도 15)은 청구항 9에 기재된 애자(30)의 개량이다.
청구항 9에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
상기 애자(30)가 그 상·하 양면(34·35)에서 홀딩 부재(40)로 홀딩되어 있고,
상기 상면(35)에서의 상기 히터 홀딩 홀(32h)로부터 상면측의 홀딩 부재(40a)까지의 거리와, 상기 하면(34)에서의 상기 히터 홀딩 홀(32h)로부터 하면측의 홀딩 부재(40b)까지의 거리가 같아지도록 상기 링형상 오목홈(39)이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
청구항 11에 기재한 발명(도 16, 도 17)은 통형상 가열부(14)에 장비되는 온도 센서(70)의 제1 홀딩 방법에 관한 것이다.
청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
내통(21)의 외주면 또는 외통(22)의 내주면에 상하로 배열하여 용접되고, 온도 센서(70)를 홀딩하는 스루홀(61h·62h·63h)이 동일선상에 천공설치된 3장의 센서 홀딩판(61·62·63)으로 구성된 센서 홀딩부(60)가 제공되어 있고,
상기 스루홀(61h·62h·63h)은 상단과 하단의 센서 홀딩판(61·63)의 상기 스루홀(61h·63h)의 내주면이 온도 센서(70)의 한쪽의 측면을 압압하고, 중단의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)이 온도 센서(70)의 반대측의 측면을 압압하도록 제공되고,
상기 상단과 하단의 센서 홀딩판(61·63)을 같은 열팽창계수를 갖는 금속판으로 구성하고, 중단의 센서 홀딩판(62)을 상기 상하의 센서 홀딩판(61·63)과 다른 열팽창계수를 갖는 금속판으로 형성하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
청구항 12에 기재한 발명(도 18, 도 19)은 통형상 가열부(14)에 장비되는 온도 센서(70)의 제2 홀딩 방법에 관한 것이다.
청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
내통(21)의 외주면 또는 외통(22)의 내주면에 상하로 배열하여 용접되고, 온도 센서(70)를 홀딩하는 스루홀(61h·62h)이 동일선상에 천공설치된 2장의 센서 홀딩판(61·62)과, 내통(21)과 외통(22) 사이의 바닥부에 제공되고, 상기 스루홀(61h·62h)을 통과하는 직선에 일치하게 천공설치된 스루홀(23h)을 갖는 바닥판(23)으로 구성되는 센서 홀딩부(60)가 중공 실린더(20)에 제공되어 있고,
상기 스루홀(61h·62h·23h) 중, 상단의 스루홀(61h)과 바닥판(23)의 스루홀(23h)의 내주면이 온도 센서(70)의 한쪽의 측면을 압압하고, 중앙의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)이 온도 센서(70)의 반대측의 측면을 압압하도록 제공되고,
상기 상단의 센서 홀딩판(61)과 상기 바닥판(23)을 같은 열팽창계수를 갖는 금속 소재로 구성하고, 상기 상단의 센서 홀딩판(61)과 상기 바닥판(23) 사이의 중단의 센서 홀딩판(62)을 상기 상단의 센서 홀딩판(61)과 다른 열팽창계수를 갖는 금속 소재로 형성해서 이루어진 것을 특징으로 한다.
청구항 13에 기재된 발명(도 2, 도 6, 도 8(a))은,
내부에 배기 가스 처리 공간(S)과, 상기 배기 가스 처리 공간(S)에서 처리된 배기 가스(G)의 분해 배기 가스 배출구(12)가 제공되어 있는 반응기(10)와, 상기 반응기(10) 안에 설치된 통형상 가열부(14)로 구성된 배기 가스 처리 장치(1)로서,
상기 통형상 가열부(14)의 상기 반응기(10)로의 삽입 기부에 배기 가스 도입구(15)가 제공되고, 상기 통형상 가열부(14)의 상기 반응기(10)로의 삽입단에 상기 배기 가스 처리 공간(S)으로 개방되는 피가열 배기 가스 출구(16)가 제공되어 있고,
상기 통형상 가열부(14)는 금속제의 내통(21)과 금속제의 외통(22)을 구비한 이중 구조의 중공 실린더(20), 상기 내통(21)을 둘러싸고 또한 서로 간격을 두어 상기 내통(21)과 상기 외통(22) 사이의 히터 설치 공간(P)에 제공된 복수의 애자(30), 상기 애자(30)에 부착된 전열 히터(H), 및 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22) 중 어느 한쪽, 혹은 그 양쪽(21·22)에 부착되고, 상기 애자(30)를 지지해서 상기 히터 설치 공간(P)에 홀딩하는 홀딩 부재(40)로 구성되고,
상기 홀딩 부재(40)는 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22)에 대하여 적어도 3개소에 설치되고, 상기 애자(30)로의 상기 홀딩 부재(40)의 접촉면(41)은 상기 애자(30)의 하면(34), 또는 하면(34) 및 상면(35)에 대하여 점접촉하도록 경사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 통형상 가열부(14)(배기 가스 처리 장치(1))는 상기와 같은 구성이므로, 열용량이 작고, 또한 높은 전열 효율을 갖는다. 따라서, 전열 히터(H)의 발열 온도를 낮게 억제할 수 있었다. 또한, 고온화에 있어서, 전열 히터(H)와 금속제의 내통(21)(또는 금속제의 외통(22))과의 단락을 방지할 수 있었다. 그 결과, 히터 수명을 대폭으로 늘릴 수 있었다.
[도 1] 본 발명 시스템의 개략도이다.
[도 2] 도 1의 배기 가스 처리 장치의 확대 단면도이다.
[도 3] 도 2의 A-A' 단면 화살표 표시도이다.
[도 4] 도 2의 애자 부분과 그 내주 부분을 홀딩하는 홀딩 부재의 분해 사시도이다.
[도 5] 도 2의 애자 부분과 그 외주 부분을 홀딩하는 홀딩 부재의 분해 사시도이다.
[도 6] 도 3의 변형예 1의 단면도이다.
[도 7] 도 6의 원테두리부의 확대 평면도이다.
[도 8] (a) 도 7의 B-B' 단면 화살표 표시도, (b) 상기 (a)의 변형예이다.
[도 9] (a) 도 6에서의 노치와 상기 노치에 관한 애자의 위치 관계를 나타내는 부분 사시도, (b) 상기 (a)의 노치의 변형예이다.
[도 10] 도 3의 변형예 2의 단면도이다.
[도 11] 도 10의 정면도이다.
[도 12] 도 10에서의 세퍼레이트 홈과 상기 세퍼레이트 홈에 관한 애자의 위치 관계를 나타내는 부분 사시도이다.
[도 13] 도 3의 변형예 3을 비스듬히 아래로부터 본 사시도이다.
[도 14] 도 13에 나타내는 애자 부분의 부분 확대 단면도이다.
[도 15] 도 13에 나타내는 애자 부분의 다른 예의 부분 확대 단면도이다.
[도 16] 본 발명에 사용되는 온도 센서의 제1 부착 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
[도 17] 도 16의 사시도이다.
[도 18] 온도 센서를 내통에 장착한 경우의 제2 부착 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
[도 19] 온도 센서를 외통에 장착한 경우의 제2 부착 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
[도 20] 온도 센서의 선단을 최상단의 센서 홀딩판으로 홀딩한 경우의 부분 확대 단면도이다.
[도 2] 도 1의 배기 가스 처리 장치의 확대 단면도이다.
[도 3] 도 2의 A-A' 단면 화살표 표시도이다.
[도 4] 도 2의 애자 부분과 그 내주 부분을 홀딩하는 홀딩 부재의 분해 사시도이다.
[도 5] 도 2의 애자 부분과 그 외주 부분을 홀딩하는 홀딩 부재의 분해 사시도이다.
[도 6] 도 3의 변형예 1의 단면도이다.
[도 7] 도 6의 원테두리부의 확대 평면도이다.
[도 8] (a) 도 7의 B-B' 단면 화살표 표시도, (b) 상기 (a)의 변형예이다.
[도 9] (a) 도 6에서의 노치와 상기 노치에 관한 애자의 위치 관계를 나타내는 부분 사시도, (b) 상기 (a)의 노치의 변형예이다.
[도 10] 도 3의 변형예 2의 단면도이다.
[도 11] 도 10의 정면도이다.
[도 12] 도 10에서의 세퍼레이트 홈과 상기 세퍼레이트 홈에 관한 애자의 위치 관계를 나타내는 부분 사시도이다.
[도 13] 도 3의 변형예 3을 비스듬히 아래로부터 본 사시도이다.
[도 14] 도 13에 나타내는 애자 부분의 부분 확대 단면도이다.
[도 15] 도 13에 나타내는 애자 부분의 다른 예의 부분 확대 단면도이다.
[도 16] 본 발명에 사용되는 온도 센서의 제1 부착 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
[도 17] 도 16의 사시도이다.
[도 18] 온도 센서를 내통에 장착한 경우의 제2 부착 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
[도 19] 온도 센서를 외통에 장착한 경우의 제2 부착 상태를 나타내는 부분 확대 단면도이다.
[도 20] 온도 센서의 선단을 최상단의 센서 홀딩판으로 홀딩한 경우의 부분 확대 단면도이다.
이하, 본 발명을 도시 실시예에 따라서 설명한다. 도 1은 본 발명의 배기 가스 처리 장치(1)를 사용한 배기 가스 처리 시스템(X)의 일 실시예를 나타내는 개략도로서, 공업 프로세스로부터 배출되는 처리 대상 배기 가스(E)를 열분해하는 장치이다. 본 실시형태의 배기 가스 처리 시스템(X)은, 대략, 배기 가스 처리 장치(1), 입구 스크러버(2) 및 출구 스크러버(5)와 그 부대 설비로 구성되어 있다.
상기 배기 가스 처리 장치(1)에는 전열 산화 분해 방식, 화염 연소 방식, 및 전열 산화 분해 방식과 화염 연소 방식을 병용한 병용 방식이 있다. 본 발명은 전열 산화 분해 방식의 배기 가스 처리 장치(1)이다. 전열 산화 분해 방식의 배기 가스 처리 장치(1)는, 대략, 반응기(10), 통형상 가열부(14), 및 약액 탱크(18)로 구성된다.
입구 스크러버(2)는 배기 가스 처리 장치(1)에 도입하는 처리 대상 배기 가스(E)에 포함되는 분진이나 수용성 성분 등을 제거(액세정)하기 위한 것이고, 직관형의 입구 스크러버 본체(2a)와, 상기 입구 스크러버 본체(2a) 내부의 꼭대기부 근방에 설치되고, 물 등의 약액(Y)을 분무상으로 하여 도포하는 스프레이 노즐(4)로 구성되어 있다. 이 입구 스크러버 본체(2a)의 꼭대기부는 배기 가스 덕트(92)를 통하여 반도체 제조 장치 등의 처리 대상 배기 가스 발생원(도시하지 않음)에 연통하고 있다.
상기 입구 스크러버 본체(2a)는 약액 탱크(18) 위에 입설(立設)되어 있고, 그 하단은 약액 탱크(18) 안에 저류된 약액(Y) 내에 침지되어 있다. 그리고, 스프레이 노즐(4)과 약액 탱크(18) 사이에는 순환 펌프(19)가 설치되어 있고, 약액 탱크(18) 안의 저류 약액(Y)을 스프레이 노즐(4)로 끌어올리게 되어 있다. 또한, 입구 스크러버(2)의 하단 부분은 배기 가스 송급 배관(3)을 통하여 통형상 가열부(14)의 배기 가스 도입구(15)에 연결되어 있다.
배기 가스 처리 장치(1)는 공업 프로세스로부터 배출되고, 상기 입구 스크러버(2)를 통과한 처리 대상 배기 가스(E)를 전열 산화 분해식으로 열분해하는 장치이며, 대략, 통형상 가열부(14), 상기 통형상 가열부(14)를 내장한 반응기(10) 및 약액 탱크(18)로 구성되어 있다.
반응기(10)는 적어도 그 내면이 캐스터블(castable) 등의 내화성 재료로 구성되고, 내부에 배기 가스 처리 공간(S)이 형성되고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 반응기(10)의 평면 부분이 천지를 향하도록 약액 탱크(18) 위에 입설된다. 이 반응기(10)는 원통형상의 용기로서, 그 바닥부(11)에는 통형상 가열부(14)가 부착되는 개구가 제공되고, 상기 개구에 부착된 통형상 가열부(14)가 바닥부(11)로부터 반응기(10)의 천장을 향해서 입설되어 있다. 그리고 상기 통형상 가열부(14)에 인접해서 반응기(10)의 바닥부(11)에 분해 배기 가스 배출구(12)가 제공되어 있다(도 2, 도 3). 이 분해 배기 가스 배출구(12)로부터 도출된 분해 배기 가스 배출 배관(13)이 약액 탱크(18)의 상면에 접속되고, 약액 탱크(18) 내의 상부 공간을 통하여 출구 스크러버(5)에 연결되어 있다.
그리고, 배기 가스 송급 배관(3)과 분해 배기 가스 배출 배관(13) 사이에는 이것들을 걸치도록 열교환기(50)가 부착되어 있고, 통형상 가열부(14)에 도입하는 저온의 처리 대상 배기 가스(E)와 반응기(10)로 열분해한 처리 후의 고온의 배기 가스(G)와의 사이에서 열교환하도록 되어 있다.
통형상 가열부(14)는 통형상 가열부(14)의 내부 공간과 반응기(10) 내부의 배기 가스 처리 공간(S)을 가열하는 열원이다. 한편, 본 실시예에서는 통형상 가열부(14)를 원통형상으로 형성하는 경우를 나타내고 있지만, 이 통형상 가열부(14)의 형상은 양 단이 개구한 원통형상이면 어떤 것이라도 좋고, 예를 들어 사각통형상 등이라도 좋다.
상기 통형상 가열부(14)는, 이미 기술한 바와 같이, 반응기(10)의 바닥부(11)에 제공된 개구로부터 반응기(10)의 내부에 삽입되고, 반응기(10)의 배기 가스 처리 공간(S)의 중앙에 입설된다. 통형상 가열부(14)의 상단 개구(피가열 배기 가스 출구(16))가 반응기(10)의 천장면에 근접하고, 가장 고온이 되는 영역에 배치된다.
상기 통형상 가열부(14)는 금속제의 내통(21), 외통(22), 양자 사이에 제공된 천장판(24) 및 바닥판(23)으로 구성된 이중 구조의 중공 실린더(20), 상기 내통(21)을 둘러싸고 또한 서로 간격을 두어 내통(21)과 외통(22) 사이의 히터 설치 공간(P)에 제공된 복수의 애자(30), 상기 애자(30)에 부착된 전열 히터(H), 및, 내통(21)과 외통(22)의 적어도 어느 한쪽에 부착되고, 애자(30)를 히터 설치 공간(P)에 홀딩하는 홀딩 부재(40)로 구성되어 있다. 홀딩 부재(40)에 대해서는 후술한다.
도 2의 실시예에서는, 이중 구조의 중공 실린더(20)의 내통(21)은 애자(30)에 장착된 전열 히터(H), 후술하는 순환 파이프(25)나 온도 센서(70)를 바닥판(23)에 장착한 상태로 외통(22)의 하면 개구로부터 삽탈(揷脫)할 수 있게 되어 있다. 이것을 삽탈식의 중공 실린더(20)라고 한다.(중공 실린더(20)는 삽탈식이 아니고, 내통(21), 외통(22), 천장판(24) 및 바닥판(23)의 접합 부분을 용접한 일체화한 것이라도 좋다. 이것을 일체화한 중공 실린더(20)라고 한다.) 외통(22)에 내통(21)을 장착한 상태에서는 히터 설치 공간(P)은 밀폐되고, 순환 파이프(25)를 통해서 분위기 가스(Q)가 히터 설치 공간(P) 내를 순환하도록 급배기되게 되어 있다.
중공 실린더(20)의 내통(21), 외통(22), 천장판(24) 및 바닥판(23)은 고내열성 및 고내식성 합금(예를 들어, 하스텔로이, 인콜로이, 인코넬(모두 등록상표))으로 형성되어 있다. 알루미늄을 첨가물로서 함유하는 강종이 후술하는 이유로부터 바람직하다.
상기와 같이, 중공 실린더(20)의 상면 개구는 반응기(10)의 천장을 향해서 개방되어 있고, 배기 가스 처리 공간(S)으로 개방된 이 상면 개구가 피가열 배기 가스 출구(16)이다. 그리고, 하단에는 입구 스크러버(2)의 출구로부터 도출된 배기 가스 송급 배관(3)이 연결되어 있고, 이 배기 가스 송급 배관(3)의 접속 개구가 배기 가스 도입구(15)이다.
이미 기술한 바와 같이 이중 구조의 중공 실린더(20)의 내통(21) 및 외통(22) 사이의 공간은 히터 설치 공간(P)이고, 이 공간에 복수의 애자(30)가 상하로 일정 간격으로 설치되어 있다. 애자(30)는 전열 히터(H)를 설치 공간(P) 내에서 상기 절연성을 갖고 홀딩하는 것으로서, 그 형상에는 다양한 것이 있다.
도 4에 나타내는 애자(30)는 그 일례로, 디스크 모양, 즉, 평면에서 보아 평판 링형상의 세라믹스 부재로 구성되어 있다. 애자(30)의 중심에 내통(21)이 삽통되는 중앙 구멍(33)이 형성되어 있고, 상기 중앙 구멍(33)의 주위가 더 높아져 있다. 더 높아져 있는 부분을 원통형상 단부(31)로 하고, 그 주위의 1단 내려간 원판형상의 부분을 플랜지부(32)라고 한다. 플랜지부(32)의 주변은 전체 둘레에 걸쳐 원호형상으로 모따기가 되고, 전체 둘레에 걸쳐 둥그렇게 되어 있다. 또한, 플랜지부(32)에는 중앙구멍(33)과 같은 중심을 갖는 동심원주 위에 균등하게 분포된 홀수 또는 짝수(도 3에서는 12개, 도 6에서는 24개)의 히터 홀딩 홀(32h)이 상하로 관통해서 천공설치(穿設)되어 있다.
상기 히터 홀딩 홀(32h)에 대하여 말하면, 전열 히터(H)로 전력을 도입하는 급전 부위가, 도 2와 같이, 중공 실린더(20)의 바닥판(23)측에 설치되어 있는 경우에는, 히터 홀딩 홀(32h)은 짝수개가 된다. 도시하지 않지만, 급전 부위의 한쪽이 천장판(24)측, 다른 쪽이 바닥판(23)측에 제공한 경우에는 홀수개가 된다.
한편, 이 히터 홀딩 홀(32h)을 유용해서 온도 센서(70)를 이것에 삽통하고, 전열 히터(H)와 평행하게 입설시켜서 부착할 수도 있다.
이 애자(30)의 외경은 외통(22)의 내경보다도 작고, 내경은 내통(21)보다도 크게 설정되어 있고, 전열 히터(H)를 작동시킨 고온 상태에서, 양자가 접촉하지 않는 크기로 되어 있다. 애자(30)의 내주면(30b)(즉, 중앙 구멍(33))과 내통(21)의 외주면 사이에는 틈새(K)가 마련되어 있다(도 3). 한편, 애자(30)의 형상에는 다양한 것이 있고, 그 변형예에 대해서는 후술한다.
전열 히터(H)는 니크롬선이나 칸탈선(칸탈은 샌드빅사 등록상표) 등의 금속선 외에, 예를 들어 SiC 등의 발열체를 막대기형상 또는 이것을 U형으로 성형한 것 등으로 이루어진 길다란 발열 저항체로서, 전류를 흘림으로써 재료의 종류 등에 따라서 대강 800℃ 내지 1400℃ 정도까지 승온한다. 여기에서는 도 2에 나타내는 바와 같이, U형으로 구부러진 전열 히터(H)가 내통(21)의 축 둘레에 서로 같은 간격을 두어 애자(30)의 히터 홀딩 홀(32h)에 복수개 설치되는 동시에, Ni(니켈) 등의 도전성과 내식성이 우수한 재료로 형성된 히터 연결 플레이트(Hw)를 통하여 전기적으로 직렬로 접속된다(도 2, 도 16). 그리고, 이 전열 히터(H)의 길이방향 일단(도 1의 실시형태에서는 하단)에 전원 장치(75)로부터의 배선이 접속되어 있다.
홀딩 부재(40)에는 다양한 것이 있지만, 도 4, 도 5에서는 링형상의 금속판으로서, 내통(21) 또는 외통(22) 중 어느 한쪽, 도시하고 있지 않지만 그 양쪽에 용접으로 부착되고, 상기 애자(30)를 지지하여 히터 설치 공간(P)에 이것들을 홀딩하는 것이다. 내통(21) 및 외통(22)의 양쪽에 용접하는 경우에는, 삽탈형의 중공 실린더(20)에는 적용되지 않는다.
홀딩 부재(40)의 단면형상은, 도 4(a)에 나타내는 바와 같이, 단면이 사각형의 것과, 직각 삼각형(또는 쐐기)상의 것이 있다. 단면이 직각 삼각형(또는 쐐기)상의 것에 대해서는 후술하고, 여기에서는 단면이 사각형의 링형상 홀딩 부재(40)에 대하여 설명한다.
도 4의 경우에는 내통(21)의 외주면에 용접되고, 애자(30)를 상하로부터 끼워서 내통(21)에 고정하고 있다. 홀딩 부재(40)를 내통(21) 또는 외통(22)에 직접 용접하는 경우, 홀딩 부재(40)의 재질로서는 내통(21)이나 외통(22)의 재질과 같은 것이 사용된다. 용접 부분을 접합층(42)이라고 한다(도 2의 원테두리(a) 내의 부분 확대도).
홀딩 부재(40)로서, 상기의 경우와 다르고, 내통(21)이나 외통(22)의 재질과 다른 재질이고, 이것들보다 전기 저항값이 높은 금속 또는 세라믹스를 사용할 수 있다. 그 경우에는, 용접 대신에 무기 접착제를 사용하여 접합층(42)을 형성한다(도 2(a)의 원테두리 내의 부분 확대도).
또는, 무기 접착제의 접합층(42) 대신에, 홀딩 부재(40)의 아래 또는 위에 내통(21)이나 외통(22)의 재질과 같은 재질의 지지 부재(44)를 내통(21) 또는 외통(22)에 용접해서 홀딩 부재(40)를 고정해도 좋다(도 2(b)의 원테두리 내의 부분 확대도).
홀딩 부재(40)의 외경은 전열 히터(H)로부터 충분히 이간하도록 원통형상 단부(31)의 외경을 넘지 않는 크기로 만들어져 있다(도 4).
도 5는 홀딩 부재(40)가 외통(22)의 내주면에 부착되어 있는 경우이다. 홀딩 부재(40)의 재질이나 지지 부재(44)를 사용하는 점은 상기와 동일하다.
애자(30)는 상기의 경우와 약간 다르고, 원통형상 단부(31)가 애자(30)의 상면(35)의 외주 부분에 제공되어 있다.
중공 실린더(20)의 바닥판(23)에는 바닥판(23)으로부터 천장을 향해 뻗어있는 순환 파이프(25)가 복수개 설치되어 있다. 순환 파이프(25)는 긴 것에서 짧은 것까지 다양한 것이 설치되어 있고, 긴 순환 파이프(25)는 히터 설치 공간(P)의 천장 부근에서 분위기 가스(Q)를 급기 또는 배기하고, 짧은 순환 파이프(25)는 바닥부 부근에서 분위기 가스(Q)를 급기 또는 배기한다. 이것들 중, 급기측의 순환 파이프(25)는, 전열 히터(H)의 종류에 의해, 불활성 가스(질소) 또는 산소를 정기적으로 또는 부정기적으로 첨가한 불활성 가스(질소)의 공급원에 접속되어 있다. 그리고, 히터 설치 공간(P) 안을 순환한 분위기 가스(Q)는 배기측의 순환 파이프(25)로부터 추출되어, 냉각된 후, 외부로 방출된다.
전열 히터(H)는, 도 2에 나타내는 실시예에서는, U형으로 성형된 막대기형상의 부재, 또는 단순한 막대기형상의 부재(도시하지 않음)이다. 전열 히터(H)가, 예를 들어, Fe/Cr/Al계 금속 히터의 경우에는, 히터 표면에 전열 히터(H)의 산화를 저해하는 알루미나가 형성되므로, 산소를 정기적으로 또는 부정기적으로 첨가되는 불활성 가스(질소)가 분위기 가스(Q)로서 선택된다.
전열 히터(H)가, 예를 들어, SiC계 히터의 경우에는, 질소 주체의 분위기 가스(Q)이면, SiN 보호 피막이 그 표면에 형성되므로, 산소가 포함되지 않는 분위기 가스(Q)가 선택된다. 분위기 가스(Q)에 산소가 포함되어 있으면 Si가 차례로 산화되어 SiO2가 되어, 통전하지 않게 된다.
중공 실린더(20)도 마찬가지로, 전열 히터(H)로부터의 방사열에 의해 상시 고온에 노출되어 있다. 산소를 정기적으로 또는 부정기적으로 첨가하는 불활성 가스(질소)가 분위기 가스(Q)로서 급기되면, Cr2O3 피막(산화크롬 피막)이 그 표면에 형성된다. Al을 포함하는 강종의 경우, 알루미나의 보호 피막이 그 표면에 형성된다. 이들 보호 피막에 의해, 중공 실린더(20)의 산화 부식에 의한 파손이 억제된다.
중공 실린더(20)의 바닥판(23)에는 바닥판(23)으로부터 천장을 향해서 뻗어 있는 순환 파이프(25) 이외에 열전대과 같은 온도 센서(70)가 설치되어 있다(도 16 내지 도 20). 이 온도 센서(70)는 히터 설치 공간(P)의 분위기 온도를 측정하는 것으로서, 측정된 온도 데이터가 시퀀서 등으로 이루어지고, 전원 장치(75)의 출력을 제어하는 전력 제어 장치(도시하지 않음)에 제공되게 되어 있다. 이로써 온도 센서(70)에서 측정된 온도 데이터에 기초하여 통형상 가열부(14)에 공급하는 전력량이 제어되게 되어 있다.
온도 센서(70)의 홀딩 방법은 다음과 같다. 도 16, 도 17의 경우에는, 3장의 센서 홀딩판(61·62·63)을 사용하고, 도 18, 도 19의 경우에는, 2장의 센서 홀딩판(61·62)과 바닥판(23)을 사용한다. 도 16, 도 17의 최하단의 센서 홀딩판(63)과 바닥판(23)은 같은 기능을 한다. 또한, 센서 홀딩판(61·62(63))은 내통(21)의 외주면에 용접되는 경우와, 외통(22)의 내주면에 용접되는 경우의 2가지가 있다. 이하, 도 16에 나타내는 경우를 대표예로서 설명한다.
내통(21)의 하부의 외주면에 상하로 배열하여 3장의 센서 홀딩판(61·62·63)이 용접되어 있다. 3장의 센서 홀딩판(61·62·63)에는 상하 방향으로 뻗은 동일선상에 스루홀(61h·62h·63h)이 천공설치되어 있다. 단, 상·하단의 스루홀(61h·63h)에 대하여 중단의 스루홀(62h)의 중심은 약간 벗어나고 있다. 재질적으로는 상·하단의 센서 홀딩판(61·63)을 같은 열팽창계수를 갖는 금속판으로 구성하고, 중단의 센서 홀딩판(62)을 상기 상·하단의 센서 홀딩판(61·63)과 다른 열팽창계수를 갖는 금속판으로 형성하고 있다. 이로써, 가열시에 상하의 센서 홀딩판(61·63)의 신장(elongation)과 중앙의 센서 홀딩판(62)의 신장이 다르다. 도 17의 화살표는 센서 홀딩판(61·62·63)의 신장을 나타낸다.
상온 상태에서는, 도 17과 같이, 상·하단의 센서 홀딩판(61·63)의 스루홀(61h·63h)이 온도 센서(70)의 내통측 측면(또는 외통측 측면)을 압압하고, 중앙의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)이 온도 센서(70)의 외통측 측면(또는 내통측 측면)을 압압하여 온도 센서(70)를 히터 설치 공간(P) 내에 수직으로 입설시키고 있다.
이 상태에서 가열 상태가 되면 3장의 센서 홀딩판(61·62·63)은 외통(22) 방향으로 뻗는 동시에 스루홀(61h·62h·63h)의 구멍직경도 확대한다.
이 때, 상·하단의 센서 홀딩판(61·63)의 신장이 중단의 센서 홀딩판(62)의 신장을 넘는다(또는 밑돈다)면, 상·하단의 센서 홀딩판(61·63)의 스루홀(61h·63h)은 중단의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)에 비해서 외통(22)측에 크게(또는 작게) 움직이고, 상·하단의 센서 홀딩판(61·63)의 스루홀(61h·63h)이 온도 센서(70)의 내통측 측면(또는 외통측 측면)을 압압하고, 중단의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)이 온도 센서(70)의 외통측 측면(또는 내통측 측면)을 압압하고, 고온분위기 중에서도 온도 센서(70)를 히터 설치 공간(P) 내에 수직으로 입설시키는 상태를 유지한다.
도 18은 도 16의 변형예이고, 상기한 바와 같이 2장의 센서 홀딩판(61·62)과 바닥판(23)을 사용한다. 바닥판(23)이 상기의 최하단의 센서 홀딩판(63)에 상당하고, 작용 효과는 상기와 같다.
바닥판(23)의 스루홀(23h)은 최하단의 센서 홀딩판(63)의 스루홀(63h)과 같은 위치에 제공된다.
도 20은 최상단의 센서 홀딩판(61)을 온도 센서(70)의 선단에 제공한 예이고, 이로써 온도 센서(70)가 전체 길이에 걸쳐 수직으로 지지되게 된다.
약액 탱크(18)는 상술한 바와 같이 입구 스크러버(2)에 공급하는 약액(Y)을 저류하고, 또한, 입구 스크러버(2) 및 출구 스크러버(5)로부터 배출되는 약액(Y)을 회수하는 탱크이다. 이 약액 탱크(18)에는 출구 스크러버(5)의 스프레이 노즐(7)에서 분무된 새로운 약액(Y)이 항상 공급되어 있으므로, 소정량 이상의 약액(Y)이 저류하지 않도록 잉여 약액(Y)을 오버플로우시켜서 배수 처리 장치(도시하지 않음)로 보내도록 하고 있다. 약액 탱크(18)의 천장면과 저류 약액(Y) 사이에는 공간이 있다.
한편, 본 실시예의 배기 가스 처리 시스템(X)에서의 고온이 되는 배기 가스 처리 장치(1)를 제외한 다른 부분에는, 처리 대상 배기 가스(E)에 포함되는, 또는 상기 가스(E)의 분해에 의해 발생하는 불산 등의 부식성 성분에 의한 부식으로부터 각 부를 지키기 위해, 염화 비닐, 폴리에틸렌, 불포화 폴리에스테르 수지 및 불소 수지 등에 의한 내식성 라이닝이나 코팅이 실시되어 있다.
출구 스크러버(5)는 처리 대상 배기 가스(E)를 배기 가스 처리 장치(1)에서 열분해했을 때에 부생하는 배기 가스(G) 중의 분진이나 수용성 성분을 최종적으로 제거(액세정)하는 동시에, 상기 배기 가스(G)를 냉각하기 위한 것이고, 직관형의 스크러버 본체(5a)와, 이 스크러버 본체(5a) 내에서 수직 방향으로 간격을 두어서 복수(본 실시예에서는 4단) 설치된 천공 플레이트(6)와, 최상부의 천공 플레이트(6)의 바로 상부에 부착되고, 배기 가스(G)의 통류 방향에 대향하도록 위쪽에서 물 등의 약액(Y)을 분무하는 하향의 스프레이 노즐(7)로 구성되어 있다.
이 출구 스크러버(5)는 물 등의 약액(Y)을 저류하는 약액 탱크(18) 위에 입설되어 있고, 하단이 약액 탱크(18)의 상면으로 개방하고, 스프레이 노즐(7)로부터 분무된 약액(Y)이 약액 탱크(18)에 보내지도록 되어 있다. 한편, 스프레이 노즐(7)에는, 상기와 같이 약액 탱크(18) 내의 순환 약액(Y)이 아니고, 새물(新水) 등의 새로운 약액(Y)이 공급되어 있다. 그리고 출구 스크러버(5)의 꼭대기부 출구에는 처리를 마친 배기 가스(G)를 대기 중으로 방출하는 배기 팬(8)에 접속되어 있다.
이상과 같이 구성된 배기 가스 처리 시스템(X) 및 배기 가스 처리 장치(1)의 작용에 대하여 설명한다. 우선, 처음에 배기 가스 처리 장치(1)의 운전 스위치(도시하지 않음)를 온(on)으로 하여 통형상 가열부(14)를 작동시키고, 반응기(10) 내의 가열을 개시한다. 계속해서, 통형상 가열부(14)의 열에 의해, 반응기(10)의 내부 공간의 온도(본 실시예에서는 통형상 가열부(14)의 내부 공간의 온도나 반응기(10)의 배기 가스 처리 공간(S)의 온도)가 처리 대상 배기 가스(E)의 열분해 온도 이상이 되면, 배기 팬(8)을 작동시켜서, 배기 가스 처리 시스템(X)으로의 처리 대상 배기 가스(E)의 도입을 개시한다. 그러면, 처리 대상 배기 가스(E)는 우선 처음에 입구 스크러버(2)에 도입되고, 이 입구 스크러버(2) 내에서 물 등의 약액(Y)으로 세정되어, 분진이나 수용성 성분 등이 제거된다.
입구 스크러버(2)에서 약세정된 처리 대상 배기 가스(E)는 입구 스크러버(2)의 하부로부터 도출된 배기 가스 송급 배관(3)으로부터 배기 가스 도입구(15)를 통과하여 통형상 가열부(14)의 내부 공간으로 이끌어지고, 상기 전열 히터(H)에 의해 가열되고, 고온이 된 내통(21)에 의해 뜨거워진 내부 공간의 고온 분위기에 의해 그 대부분이 열분해된다. 계속해서, 처리 대상 배기 가스(E)는 통형상 가열부(14)의 선단 개구(피가열 배기 가스 출구(16))로부터 반응기(10)의 천장 부분에 위치하는 배기 가스 처리 공간(S)의 고온 영역 내로 이동한다. 이동한 가스류, 즉 미분해의 처리 대상 배기 가스(E)를 일부에 포함하는 고온의 가스류는 이 고온 영역 내에서 잔류한 미분해의 처리 대상 배기 가스(E)의 열분해를 진행시키면서, 통형상 가열부(14)의 외주를 감싸도록 해서 분해 배기 가스 배출구(12)로 이동하고, 유해 성분이 완전히 분해된 배기 가스(G)가 되어 분해 배기 가스 배출 배관(13) 및 약액 탱크(18)의 내부 공간을 지나 출구 스크러버(5)에 도입된다.
그리고, 출구 스크러버(5)에 도입된 배기 가스(G)는 물 등의 약액(Y)으로 세정되고, 분진이나 수용성 성분 등이 제거되는 동시에 냉각된 후, 배기 팬(8)을 통하여 계 외(대기 중)로 방출된다. 한편, 조업 중, 히터 설치 공간(P)으로의 분위기 가스(Q)의 급배가 행해지고, 전열 히터(H)와 중공 실린더(20)의 내벽의 보호가 되어 있다.
여기에서, 본 통형상 가열부(14)는 금속제의 내통(21)과 외통(22)을 구비한 이중 구조의 중공 실린더(20)로서, 전열 히터(H)는 배경기술에서 기술한 세라믹스분이나 내화재에 매설되어 있지 않고, 디스크상의 애자(30)로 부분적으로 지지되어 있을 뿐이다. 그 때문에, 종래예에 비해서 세라믹스분이나 내화재에 의한 여분인 열량의 축열이 없으므로, 이에 따른 전열 히터(H)의 과잉의 승온을 피할 수 있고, 게다가 내통(21)과 외통(22)은 금속제이므로 신속한 승온이 가능해진다. 이로써 전열 히터(H)의 과부하에 의한 단선을 회피할 수 있다.
(홀딩 부재의 변형예 1: 도 4(b), 도 5, 도 8(a)(b))
상기 실시예의 애자(30)는 디스크상의 것으로서, 그 상하가 링형상의 홀딩 부재(40)로 지지되어 있다. 상기 링형상의 홀딩 부재(40)의 단면은 사각형이다(도 4(a)). 애자(30)와 금속제의 내통(21) 사이에는 충분한 틈새(K)가 제공되어 있다. 하지만, 상기와 같은 고온 분위기에서는 애자(30)의 상기 절연성이 저하된다. 단면 사각형의 링형상의 홀딩 부재(40)는 애자(30)와의 접촉 면적이 크다. 그 때문에 고온 분위기에서는 이 단면 사각형의 링 형상의 홀딩 부재(40)를 통하여 애자(30)에 홀딩되어 있는 전열 히터(H)와 금속제의 내통(21) 사이에서 누전에 의한 단락이 발생하고, 이것이 전열 히터(H)의 단선 사고를 일으키는 경우가 있었다.
그래서, 이러한 경우에는, 도 4(b)에 나타내는 바와 같이, 홀딩 부재(40)의 형상을 연구함으로써 대처하였다. 즉, 홀딩 부재(40)의 단면이 직각 삼각형(또는 쐐기형상)의 링형상 부재로 구성되고, 이 홀딩 부재(40)의 경사면이 상하로 대향하도록 배치되고(도 8(a)), 그 내주면을 내통(21)의 외주면에 용접하고, 애자(30)의 하면(34) 및 상면(35)의 내주 능선을 홀딩 부재(40)의 경사면에서 「선접촉」으로 홀딩하도록 하였다. 「선접촉」하는 홀딩 부재(40)의 경사면이 접촉면(41)이 된다. 이로써, 애자(30)와 홀딩 부재(40)의 접촉이 애자(30)의 하면(34) 및 상면(35)의 내주 능선만의 「선접촉」이 되고, 홀딩 부재(40)를 통한 누전을 대폭으로 줄일 수 있다.
상기의 경우에는, 홀딩 부재(40)를 내통(21)(외통(22))에 용접하는 관계로부터, 내통(21)(외통(22))과 같은 재질의 것이 사용되지만, 이미 기술한 바와 같이, 홀딩 부재(40)의 재질을 내통(21)(외통(22))보다 전기 저항값이 높고 재질이 다른 것을 사용할 수도 있다. 또한, 도 8(b)와 같이 지지 부재(44)를 사용할 수도 있다. 이 점은 이미 기술한 예와 같다.
(홀딩 부재의 변형예 2: 도 6, 도 7, 도 8(a)(b))
이 경우에는, 홀딩 부재(40)를 링형상 부재가 아니고, 직각 삼각형(또는 쐐기형상)의 판형상 또는 블록형상의 부재로 한 점이다. 이 직각 삼각형의 판형상 또는 블록형상의 홀딩 부재(40)를 도 6과 같이 등각도에서 적어도 3개소(물론, 3개소 이상이라도 좋다)에 배치하고, 홀딩 부재(40)의 폭이 좁은 경사면에서 애자(30)를 지지하였다. 이로써, 폭이 좁은 경사면의 양 변이 애자(30)의 원호상의 내주면(30b)의 능선에 2점에서 「점접촉」하게 된다. 이 경우에는, 변형예 1에 비해 접촉 면적이 더욱 감소하고, 누전을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.
상기에서는, 애자(30)의 하면(34) 및 상면(35)을 홀딩 부재(40)의 경사면에서 「선접촉」 또는 「점접촉」으로 홀딩하는 예를 나타냈지만, 애자(30)의 탈락을 막을 수 있으면 좋으므로, 애자(30)의 하면(34)만을 홀딩하도록 해도 좋다.
이와 같이 애자(30)의 홀딩을 「선접촉」또는 「점접촉」으로 함으로써, 누전 면적을 극단으로 좁힐 수 있고, 만일 애자(30)의 상기 절연성이 고온 분위기에서 저하되었다고 해도 애자(30)와 내통(21)(외통(22))과의 누전량을 대폭으로 억제할 수 있고, 전열 히터(H)의 누전·단락에 의한 단선을 회피할 수 있다.
도면에서는 홀딩 부재(40)를 내통(21)에 용접하는 경우를 나타냈지만, 외통(22)에 용접해도 좋고, 도시하지 않았지만, 양자에 용접해도 좋다. 이 점은 어느쪽의 홀딩 부재(40)에서도 해당한다. 또한, 지지 부재(44)를 사용하는 것도 가능하다.
(애자의 변형예 1)
도 13 내지 도 15는 애자(30)의 변형예 1이고, 애자(30)의 하면(34) 또는 상면(35) 또는 상·하 양면(34·35)에 원통형상 단부(31)에 맞춰서 전체 둘레에 링형상 오목홈(39)을 형성한 예이다. 상·하 양면(34·35)에 링형상 오목홈(39)을 제공한 예는 도시하고 있지 않다. 이와 같이 링형상 오목홈(39)과 원통형상 단부(31)의 경계 부분(39a)의 폭을 작게 함으로써, 애자(30)의 누전 면적을 좁힐 수 있다.
또한, 애자(30)가 상·하 양면(34·35)에서 홀딩 부재(40)로 홀딩되어 있는 경우, 애자(30)의 상면(35)에서, 히터 홀딩 홀(32h)로부터 상면측의 홀딩 부재(40a)까지의 거리와, 하면(34)에서, 히터 홀딩 홀(32h)로부터 하면측의 홀딩 부재(40b)까지의 거리가 같아지도록 형성해 두는 것이 바람직하다.
링형상 오목부(39)가 존재하는 경우에는, 상기 거리는 링형상 오목홈(39)의 표면의 길이도 포함시킨다. 이렇게 해 두면, 고온화로 애자(30)의 표면을 흐르는 연면(沿面) 누전이 발생한 경우, 표리 양 단락로의 저항값이 등가가 되고, 한쪽이 우선해서 연면 누전을 일으키는 경우가 없다. 또한, 상기 거리를 길게 함으로써 저항값이 상승하고, 연면 누전을 억제할 수 있다.
(애자의 변형예 2)
도 8(a)(b)는 애자(30)의 변형예 2로서, 히터 홀딩 홀(32h)의 내주면 중앙에 전체 둘레에 걸쳐 전열 히터(H)의 외주면에 접하는 지지 볼록부(32t)가 제공되어져 있는 예이다. 지지 볼록부(32t)는 전열 히터(H)에 면하는 내주면이 단면 볼록 산모양으로 형성되어 있다. 전열 히터(H)의 외주면에 접촉하는 것은 지지 볼록부(32t)의 꼭대기부이고, 이 경우도 상기와 마찬가지로 애자(30)의 누전 면적을 좁게 할 수 있다.
(애자의 변형예 3)
도 6, 도 7, 도 9(a)(b)는 애자(30)의 변형예 3이다. 통형상 가열부(14)의 전열 히터(H)나 중공 실린더(20)에 대하여 불활성 가스 등을 공급해서 가열시의 산화 소모를 억제하고 있어도 경년 열화에 의해 차츰 그 표면은 산화된다. 산화된 금속 산화물분은 표면으로부터 벗겨져서 낙하한다. 전열 히터(H)의 지지에 애자(30)를 사용하면 이 금속 산화물분의 대부분은 디스크모양의 애자(30)의 상면(35)에 쌓인다. 금속 산화물분의 양이 늘어나면 인접하는 전열 히터(H)끼리 또는 전열 히터(H)와 내통(21)(또는 외통(22))을 금속 산화물분이 연결시켜서 단락을 발생시켜, 전열 히터(H)를 단선시킨다.
이 경우에는, 인접하는 히터 홀딩 홀(32h) 사이에 애자(30)의 외접원(30e)으로부터 히터 홀딩 홀(32h)을 넘어서 애자(30)의 내주면(30b)에 근접하는 위치까지 깊이 베여서, 상기 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)을 가르는 노치(38)가 제공되어 있는 예이다. 도 9(a)는 애자(30)의 원통형상 단부(31)에 접하는 위치까지 깊이 베이고, 도 9(b)는 원통형상 단부(31)에 파고드는 위치까지 깊이 베여 있는 예이다. 낙하한 금속 산화물분의 일부는 원통형상 단부(31) 위에 쌓이고, 잔여는 인접하는 히터 홀딩 홀(32h) 사이의 노치(38)로부터 더 아래로 낙하하여, 인접하는 전열 히터(H), 전열 히터(H)와 내통(21)(또는 외통(22))의 단락이 생기지 않는다.
(애자의 변형예 4)
도 10 내지 도 12는 애자(30)의 변형예 4로서, 인접하는 히터 홀딩 홀(32h) 사이에 애자(30)의 외주면(30a)으로부터 상기 히터 홀딩 홀(32h)을 넘어 상기 애자(30)의 내주면(30b)에 근접하는 위치까지 파들어가지고, 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)을 가르는 세퍼레이트 홈(36)이 애자(30)의 상면(35)에 제공되어 있는 예이다.
인접하는 히터 홀딩 홀(32h)을 가르는 세퍼레이트 홈(36)이 상기 애자(30)의 상면(35)에 제공되어 있으면, 인접하는 히터 홀딩 홀(32h) 사이에 낙하한 금속 산화물분은 세퍼레이트 홈(36) 안에 낙하하여, 세퍼레이트 홈(36)이 금속 산화물분으로 채워질 때까지 인접하는 전열 히터(H)의 단락이 생기지 않는다.
1 배기 가스 처리 장치
2 입구 스크러버
2a 스크러버 본체
3 배기 가스 송급 배관
4 스프레이 노즐
5 출구 스크러버
5a 출구 스크러버 본체
6 천공 플레이트
7 스프레이 노즐
8 배기 팬
10 반응기
11 바닥부
12 분해 배기 가스 배출구
13 분해 배기 가스 배출 배관
14 통형상 가열부
15 배기 가스 도입구
16 피가열 배기 가스 출구
18 약액 탱크
19 순환 펌프
20 중공 실린더
21 내통
22 외통
23 바닥판
23h 스루홀
24 천장판
25 순환 파이프
30 애자
30a 외주면
30b 내주면
30e 외접원
31 원통형상 단부
32 플랜지부
32h 히터 홀딩 홀
32t 지지 볼록부
33 중앙 구멍
34 하면
35 상면
36 세퍼레이트 홈
38 노치
39 링형상 오목홈
39a 경계 부분
40 홀딩 부재
40a 상측의 홀딩 부재
40b 하측의 홀딩 부재
41 접촉면
42 접합층
44 지지 부재
50 열교환기
60 센서 홀딩부
61 (최상단의) 센서 홀딩판
61h (최상단의 센서 홀딩판의) 스루홀
62 (중단의) 센서 홀딩판
62h (중단의 센서 홀딩판의) 스루홀
63 (최하단의) 센서 홀딩판
63h (최하단의 센서 홀딩판의) 스루홀
70 온도 센서
75 전원 장치
92 배기 가스 덕트
E 처리 대상 배기 가스
G 배기 가스
H 전열 히터
Hw 히터 연결 플레이트
K 틈새
P 히터 설치 공간
Q 분위기 가스
S 배기 가스 처리 공간
X 배기 가스 처리 시스템
Y 약액
2 입구 스크러버
2a 스크러버 본체
3 배기 가스 송급 배관
4 스프레이 노즐
5 출구 스크러버
5a 출구 스크러버 본체
6 천공 플레이트
7 스프레이 노즐
8 배기 팬
10 반응기
11 바닥부
12 분해 배기 가스 배출구
13 분해 배기 가스 배출 배관
14 통형상 가열부
15 배기 가스 도입구
16 피가열 배기 가스 출구
18 약액 탱크
19 순환 펌프
20 중공 실린더
21 내통
22 외통
23 바닥판
23h 스루홀
24 천장판
25 순환 파이프
30 애자
30a 외주면
30b 내주면
30e 외접원
31 원통형상 단부
32 플랜지부
32h 히터 홀딩 홀
32t 지지 볼록부
33 중앙 구멍
34 하면
35 상면
36 세퍼레이트 홈
38 노치
39 링형상 오목홈
39a 경계 부분
40 홀딩 부재
40a 상측의 홀딩 부재
40b 하측의 홀딩 부재
41 접촉면
42 접합층
44 지지 부재
50 열교환기
60 센서 홀딩부
61 (최상단의) 센서 홀딩판
61h (최상단의 센서 홀딩판의) 스루홀
62 (중단의) 센서 홀딩판
62h (중단의 센서 홀딩판의) 스루홀
63 (최하단의) 센서 홀딩판
63h (최하단의 센서 홀딩판의) 스루홀
70 온도 센서
75 전원 장치
92 배기 가스 덕트
E 처리 대상 배기 가스
G 배기 가스
H 전열 히터
Hw 히터 연결 플레이트
K 틈새
P 히터 설치 공간
Q 분위기 가스
S 배기 가스 처리 공간
X 배기 가스 처리 시스템
Y 약액
Claims (13)
- 내부에 배기 가스 처리 공간(S)과, 상기 배기 가스 처리 공간(S)에서 처리된 배기 가스(G)의 분해 배기 가스 배출구(12)가 제공되어 있는 반응기(10) 내에 설치된 배기 가스 처리 장치(1)의 통형상 가열부(14)에 있어서,
상기 통형상 가열부(14)에는 상기 반응기(10)로의 삽입 기부에 배기 가스 도입구(15)가 제공되고, 상기 통형상 가열부(14)의 상기 반응기(10)로의 삽입단에 상기 배기 가스 처리 공간(S)으로 개방되는 피가열 배기 가스 출구(16)가 제공되어 있고,
상기 통형상 가열부(14)는 금속제의 내통(21)과 금속제의 외통(22)을 구비한 2중 구조의 중공 실린더(20), 상기 내통(21)을 둘러싸고 또한 서로 간격을 두어 상기 내통(21)과 상기 외통(22) 사이의 히터 설치 공간(P)에 제공된 복수의 애자(30), 상기 애자(30)에 부착된 전열 히터(H), 및 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22) 중 어느 한쪽, 혹은 그 양쪽(21·22)에 부착되고, 상기 애자(30)의 하면(34), 또는 하면(34) 및 상면(35)을 지지하여 상기 히터 설치 공간(P)에 상기 애자(30)를 홀딩하는 홀딩 부재(40)로 구성된 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부. - 제1 항에 있어서, 애자(30)로의 홀딩 부재(40)의 접촉면(41)은 상기 애자(30)의 하면(34), 또는 하면(34) 및 상면(35)에 대하여 경사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 홀딩 부재(40)는 판형상 또는 블록형상의 부재로서, 내통(21) 또는 외통(22)에 대하여 적어도 3개소에 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 홀딩 부재(40)는 내통(21) 또는 외통(22)보다 전기 저항값이 높은 소재로 구성되고, 용접 또는 무기 접착제로 제공된 접합층(42)으로 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22)에 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 내통(21) 또는 외통(22)과 같은 소재로서, 내통(21) 또는 외통(22) 혹은 그 양쪽(21·22)에 용접되고, 하측의 홀딩 부재(40b)에 대해서는 하측으로부터, 상측의 홀딩 부재(40a)에 대해서는 상측으로부터 지지하는 지지 부재(44)가 추가로 제공되어 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 애자(30)는 중앙에 상기 내통(21)이 삽통되는 중앙 구멍(33)이 천공설치(穿設)된 디스크 모양의 형상으로서, 상기 중앙 구멍(33)의 주위에 상기 전열 히터(H)를 홀딩하는 히터 홀딩 홀(32h)이 복수 개소에 형성되어 있고,
상기 히터 홀딩 홀(32h)의 내주면에 상기 전열 히터(H)의 외주면에 접하는 지지 볼록부(32t)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부. - 제6 항에 있어서, 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)의 사이에 애자(30)의 외접원(30e)으로부터 상기 히터 홀딩 홀(32h)을 넘는 위치까지 절취되고, 상기 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)끼리를 가르는 노치(38)가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제6 항에 있어서, 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)의 사이에 상기 애자(30)의 외주면(30a)으로부터 상기 히터 홀딩 홀(32h)을 넘는 위치까지 파들어가지고, 상기 인접하는 히터 홀딩 홀(32h)끼리를 가르는 세퍼레이트 홈(36)이 상기 애자(30)의 상면(35)에 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제6 항에 있어서, 애자(30)의 하면(34), 또는 상면(35), 혹은 상·하 양면(34·35)에 있어서, 히터 홀딩 홀(32h)과 상기 애자(30)의 내주면(30b) 사이에서 상기 내주면(30b)의 주위에 링형상 오목홈(39)이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부.
- 제9 항에 있어서, 애자(30)가 그 상·하 양면(34·35)에서 홀딩 부재(40)로 홀딩되어 있고,
상기 상면(35)에서의 히터 홀딩 홀(32h)로부터 상면측의 홀딩 부재(40a)까지의 거리와 상기 하면(34)에서의 히터 홀딩 홀(32h)로부터 하면측의 홀딩 부재(40b)까지의 거리가 같아지도록 상기 링형상 오목홈(39)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 내통(21)의 외주면 또는 외통(22)의 내주면에 상하로 배열하여 용접되고, 온도 센서(70)를 홀딩하는 스루홀(61h·62h·63h)이 동일선상에 천공설치된 3장의 센서 홀딩판(61·62·63)으로 구성된 센서 홀딩부(60)가 제공되어 있고,
상기 스루홀(61h·62h·63h)은, 상단과 하단의 센서 홀딩판(61·63)의 상기 스루홀(61h·63h)의 내주면이 온도 센서(70)의 한쪽의 측면을 압압하고, 중단의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)이 온도 센서(70)의 반대측의 측면을 압압하도록 제공되고,
상기 상단과 하단의 센서 홀딩판(61·63)을 같은 열팽창계수를 갖는 금속판으로 구성하고, 중단의 센서 홀딩판(62)을 상기 상하의 센서 홀딩판(61·63)과 다른 열팽창계수를 갖는 금속판으로 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부. - 제1 항 또는 제2 항에 있어서, 내통(21)의 외주면 또는 외통(22)의 내주면에 상하로 배열하여 용접되고, 온도 센서(70)를 홀딩하는 스루홀(61h·62h)이 동일선상에 천공설치된 2장의 센서 홀딩판(61·62)과, 내통(21)과 외통(22) 사이의 바닥부에 제공되고, 상기 스루홀(61h·62h)을 통과하는 직선에 일치하게 천공설치된 스루홀(23h)을 갖는 바닥판(23)으로 구성되는 센서 홀딩부(60)가 중공 실린더(20)에 제공되어 있고,
상기 스루홀(61h·62h·23h) 중, 상단의 스루홀(61h)과 바닥판(23)의 스루홀(23h)의 내주면이 온도 센서(70)의 한쪽의 측면을 압압하고, 중앙의 센서 홀딩판(62)의 스루홀(62h)이 온도 센서(70)의 반대측의 측면을 압압하도록 제공되고,
상기 상단의 센서 홀딩판(61)과 상기 바닥판(23)을 같은 열팽창계수를 갖는 금속 소재로 구성하고, 상기 상단의 센서 홀딩판(61)과 상기 바닥판(23) 사이의 중단의 센서 홀딩판(62)을 상기 상단의 센서 홀딩판(61)과 다른 열팽창계수를 갖는 금속 소재로 형성하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치의 통형상 가열부. - 내부에 배기 가스 처리 공간(S)과, 상기 배기 가스 처리 공간(S)에서 처리된 배기 가스(G)의 분해 배기 가스 배출구(12)가 제공되어 있는 반응기(10)와, 상기 반응기(10) 안에 설치된 통형상 가열부(14)로 구성된 배기 가스 처리 장치(1)로서,
상기 통형상 가열부(14)의 상기 반응기(10)로의 삽입 기부에 배기 가스 도입구(15)가 제공되고, 상기 통형상 가열부(14)의 상기 반응기(10)로의 삽입단에 상기 배기 가스 처리 공간(S)으로 개방되는 피가열 배기 가스 출구(16)가 제공되어 있고,
상기 통형상 가열부(14)는 금속제의 내통(21)과 금속제의 외통(22)을 구비한 이중 구조의 중공 실린더(20), 상기 내통(21)을 둘러싸고 또한 서로 간격을 두어 상기 내통(21)과 상기 외통(22) 사이의 히터 설치 공간(P)에 제공된 복수의 애자(30), 상기 애자(30)에 부착된 전열 히터(H), 및 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22) 중 어느 한쪽, 혹은 그 양쪽(21·22)에 부착되고, 상기 애자(30)를 지지하여 상기 히터 설치 공간(P)에 홀딩하는 홀딩 부재(40)로 구성되고,
상기 홀딩 부재(40)는 상기 내통(21) 또는 상기 외통(22)에 대하여 적어도 3개소에 설치되고, 상기 애자(30)로의 상기 홀딩 부재(40)의 접촉면(41)은 상기 애자(30)의 하면(34), 또는 하면(34) 및 상면(35)에 대하여 점접촉하도록 경사면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
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