KR102638859B1 - 폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템 - Google Patents
폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
플라즈마 스크러버 시스템은, 수처리 탱크(40)는, 반응챔버(30)의 토출구(31)와 연통되며, 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션(410), 및 복수의 판형상의 파우더 트랩(4210)이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션(420)을 포함하며, 상기 복수의 파우더 트랩(4210)은 타측 단부(4212)쪽으로 상향 경사지게 배열되며; 원통형 반응챔버(30)는, 반응챔버(30)의 내경(D1)보다 작은 외경(d2)을 가지는 단열재질의 원통형 단열부(31), 및 원통형 단열부의 외주면과 반응챔버의 내주면 사이에 배치되는 접착제층(32)을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 플라즈마 스크러버의 반응챔버의 내면에 단열부를 구비하거나, 반응챔버에 반응수를 정량으로 공급하거나, 방전챔버에서 열분해되어 배출되는 폐가스를 디스트리뷰터에 의해 분산시켜 촉매부로 유입시켜서 촉매부에서 촉매반응시키거나, 수처리 탱크 내부에 복수의 파우더 트랩을 구비하여 폐가스에 혼입되어 있는 부산물을 여과하여 포집하거나, 수처리 탱크에서 아웃렛 타워로 배출되는 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하고 기체를 냉각할 수 있는 플라즈마 스크러버 시스템에 관한 것이다.
반도체는 회로 설계, 마스크 제작, 노광, 식각, 확산, 박막, 세정, 연마 등 다양한 제조공정을 거쳐 제조되는데, 이러한 반도체 제조공정에서 유독성, 가연성 및 부식성이 강한 가스가 사용된다. 따라서, 반도체 공정 중 배출되는 폐가스에는 유해 성분이 다량 함유될 수 있다.
이와 같은 폐가스(유해가스)가 별도의 정화 처리 과정 없이 외부로 유출될 경우, 주변 제조 설비의 손상과 함께 심각한 환경오염 및 작업자의 안전사고를 초래할 수 있다. 이에 따라, 폐가스의 유해성분을 기준치 이하로 낮추기 위해서, 정화처리 과정을 반드시 거치도록 법적으로 의무화되어 있다.
폐가스를 처리하기 위하여 스크러버(Scrubber)가 사용될 수 있는데, 반도체 산업에서 사용되는 스크러버는 반도체 제조공정 중에 발생하는 각종 독성가스, 산성가스, 가연성가스(SiH4, SiH6, As3, PH3 등), 환경유해가스(PFC계: SF6, NF3, CF4, C2F6, C3F8 등) 등을 정제하여 배출한다. 이러한 스크러버는 처리 방식에 따라 습식(wet-type), 건식(dry-type), 연소식(burn-type), 흡착식, 플라즈마식 등으로 분류될 수 있다.
특히, 플라즈마 스크러버는 고온 및 높은 화학적 활성을 이용하여 온난화 지수가 높고, 열적, 화학적으로 매우 안정한 난분해성 물질 등을 처리하는데 매우 효과적이다. 또한, 낮은 운전 비용 및 사용의 편리성 등의 장점을 가진다. 이러한 장점들로 인해 플라즈마 스크러버는 경쟁력 있는 기술로 인정받고 있다. 이에 따라, 일반적으로, 반도체 후처리 공정에서는 플라즈마 스크러버 시스템(Plasma Scrubber System)이 적용되고 있다. 도 1은 한국특허출원 제10-2020-0134222호에 개시된 플라즈마 스크러버 시스템의 일례를 나타낸다.
전 세계 반도체 산업의 호황으로 반도체의 생산량이 증가하고, 반도체 제조공정에서의 고집적화(나노 공정)의 확대로 인하여, 전력을 포함한 에너지는 물론이고 가스, 물 등의 유틸리티(utility)의 사용량이 증가하여, 에너지 효율 향상, 재생에너지 사용 확대, 공정배출가스의 감소 등에 관한 기준이 더욱 강화되고 있다.
이러한 경향에 부합하기 위하여, 한국 등록특허 제10-1391191호에서는 유해가스가 연소되면서 반응챔버내에 증착된 파우더 등의 부산물을 효율적으로 제거하기위한 부산물 제거장치 및 이를 구비한 플라즈마 스크러버를 개시하고 있다.
그러나 상기 한국 등록특허 제10-1391191호의 스크러버용 부산물 제거장치만으로는 폐가스내의 유해성분을 효과적으로 제거하기 어려워서, 반응챔버 안으로 반응수((H2O)를 공급하여 반응수로부터 수소원자(H+)를 발생시켜 불소원자(F-)를 포집(capture)하여 물에 용해시켜 배출하는 기술이 이용되고 있다. 이 경우, 반응챔버로 공급되는 반응수의 양이 과다할 경우에는 반응챔버 내에서의 플라즈마 방전의 안정성이 저하될 수 있으며, 반응챔버로 공급되는 반응수의 양이 부족할 경우에는 H, OH 등의 화학종의 발생이 불충분하여 수소원자(H+)가 불소원자(F-)를 포집하여 불화수소(HF)를 생성하는 효율이 저하될 수 있다. 이러한 이유로, 플라즈마 스크러버의 반응챔버 안으로의 반응수 공급량을 조절하는 유량조절기구(예를 들어, ball flowmeter 등)가 이용되며, 이러한 종래의 유량조절기구는 반응수 공급로의 개구도(opening degree)를 조절하여 유량을 조절하는 것이다. 그런데, 이러한 종래의 유량조절기구를 통하여 공급되는 유량은 주변의 온도, 압력 등의 환경에 의해 변하기 때문에, 반응챔버 내에서 요구되는 반응수(물)를 정량(定量)으로 제어하여 공급하기가 어려운 경우가 발생한다.
또한, 한국특허출원 제10-2022-0038751호에서는 플라즈마 스크러버에서의 폐가스 처리효율을 향상시키기 위하여 반응챔버에서 열분해된 폐가스를 촉매부에서 촉매반응시키는 수평식 플라즈마 스크러버를 개시하고 있다. 상기 한국특허출원 제10-2022-0038751호의 수평식 플라즈마 스크러버에서는 수평으로 배치되는 반응챔버와 수직으로 배치되는 촉매부가 엘보우관에 의해 연결된다. 이 경우에, 반응챔버의 토출구로 배출되는 폐가스가 촉매부의 유입구를 통하여 유동할 때, 폐가스의 흐름방향이 90° 전환되면서 엘보우관의 외측 곡면부 쪽으로 폐가스의 흐름이 치우치는 현상이 발생하므로, 엘보우관의 내측 곡면부 쪽의 영역에서 폐가스가 촉매부 내의 촉매와 접촉되는 면적이 감소하게 되어 촉매부에서의 촉매반응 효율이 저하되는 문제가 있다.
또한, 한국특허출원 제10-2020-0134222호와 같은 종래의 기술에서는 플라즈마 스크러버의 반응챔버의 하부에 수처리 탱크를 배치하여, 반응챔버에서 열분해(연소)되어 토출구를 통하여 토출되는 폐가스를 수처리 탱크 내에서 물과 접촉시켜서, 반응챔버 내에서의 폐가스 처리 과정에서 발생하는 부산물(파우더) 및/또는 수용성 가스를 용해시켜서 정화 처리하고 있으나, 상기 한국특허출원 제10-2020-0134222호에서의 수처리 탱크에서는 폐가스 처리 과정에서 발생하는 부산물(파우더)이 여과되지 않은 상태로 아웃렛 타워를 통하여 대기로 방출되는 문제가 있으며, 수처리 탱크 내의 물의 온도가 과도하게 높아져서 수처리 탱크로부터 배출되는 기체의 온도가 높아지는 문제가 있다.
또한, 종래의 플라즈마 스크러버에서의 수처리 탱크는 내부의 구획이 나눠져 있지 않아서 탱크의 내부에 수용되어 있는 물(처리수)를 한번에 순환시키는 시스템이다. 이러한 시스템의 단점은 수처리 탱크 내의 물을 순환시킬 때, 순환수의 오염으로 인하여 배관의 막힘이 발생할 수 있어서, 장비의 유지보수가 번거롭게 되어 작업자들의 불편을 가중시킬 수 있다.
또한, 종래의 플라즈마 스크러버 시스템에서 수처리 탱크로부터 아웃렛 타워로 배출되는 기체에는 미립자 수분 및 파우더가 혼입되어 있어서 이들이 제거되지 않은 상태로 대기로 방출되어 냉각수의 손실이 과다하고 대기 오염이 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 플라즈마 스크러버의 반응챔버의 내면에 단열부를 구비하거나, 반응챔버에 반응수를 정량으로 공급하거나, 방전챔버에서 열분해되어 배출되는 폐가스를 디스트리뷰터에 의해 분산시켜 촉매부로 유입시켜서 촉매부에서 촉매반응시키거나, 수처리 탱크 내부에 복수의 파우더 트랩을 구비하여 폐가스에 혼입되어 있는 부산물을 여과하여 포집하거나, 수처리 탱크에서 아웃렛 타워로 배출되는 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하고 기체를 냉각할 수 있는 플라즈마 스크러버 시스템을 제공하는 것이다.
그러나, 이러한 과제들은 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시례에 따르면, 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부, 상기 플라즈마 발생부로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 원통형 반응챔버, 및 상기 반응챔버의 토출구에 결합되며 상기 토출구로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크를 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템으로서, 상기 수처리 탱크는, 상기 반응챔버의 토출구와 연통되며, 상기 토출구로부터 유입되는 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션 및 상기 제1 섹션의 하부와 연통되며, 내부에 복수의 판형상의 파우더 트랩이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션을 포함하며, 상기 복수의 파우더 트랩은 상기 제1 섹션에 인접한 일측 단부의 높이가 타측 단부의 높이보다 낮게 위치되어 타측 단부쪽으로 상향 경사지게 배열되며; 상기 원통형 반응챔버는, 상기 반응챔버의 내경보다 작은 외경을 가지는 단열재질의 원통형 단열부, 및 상기 원통형 단열부의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면 사이에 배치되는 접착제층을 포함하며, 상기 원통형 단열부는 상기 반응챔버 내에서 동심으로 배열될 수 있도록, 상기 원통형 단열부의 외주면의 상하부에는 각각 적어도 3개의 간격유지 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구가 형성되는 제3 섹션을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션의 유출측에 연통되는 상류측 섹션과 후술하는 제3 섹션의 유입측에 연통되는 하류측 섹션으로 이루어지며, 상기 제2 섹션의 상류측 섹션에는 상기 복수의 파우터 트랩이 배치되며, 상기 제2 섹션의 하류측 섹션은 공간부로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션의 하류측 섹션과 상기 제3 섹션의 경계부의 하단에는 단턱부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 수처리 탱크의 상부 커버에 형성된 물 공급구를 통하여 물이 공급되며, 상기 수처리 탱크의 내부에서 폐가스를 정화처리한 물은 상기 제3 섹션의 하부에 설치된 드레인 펌프를 통하여 상기 제1 섹션으로 순환될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제1 섹션의 상부에는 상기 반응챔버의 토출구로부터 유입되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 노즐을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 반응챔버의 내주면과 상기 원통형 단열부의 외주면 사이의 접착제층의 두께는 약 5mm 내지 15mm의 범위에서 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 원통형 단열부는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하며, 상기 접착제층은 세라믹 본드로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 반응챔버에서 열분해된 폐가스에 포함된 오염물질을 내장된 촉매의 촉매반응에 의해 분해하며, 원통형 외부 하우징의 형태로 수직으로 배치되어 상기 반응챔버의 토출구에 연결되는 촉매부를 더 포함하며, 상기 촉매부는 원통형 외부 하우징의 내부에서 길이방향으로 배치되는 디스트리뷰터 및 상기 원통형 외부 하우징의 하단부와 상기 디스트리뷰터의 하단부 사이에 배치되는 통기성 부재를 포함하며, 상기 원통형 외부 하우징과 상기 디스트리뷰터 사이의 공간에 다공질의 촉매 입자들이 내장될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 디스트리뷰터의 상단부에 수평의 차단판이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 디스트리뷰터의 상단부에 원뿔형 차단판이 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 반응챔버에 반응수를 공급하는 반응수 공급부를 더 포함하며, 상기 반응수 공급부는 상기 반응챔버의 상단부에 위치한 반응수 유입구에 연결되는 반응수 공급관; 상기 반응수 공급관으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브; 상기 반응수 유입구와 상기 밸브 사이에 배치되는 압력계; 상기 압력계에서 측정된 반응수 공급관을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈; 및 상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버로 공급되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시례에 따르면, 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부, 상기 플라즈마 발생부로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 반응챔버, 상기 반응챔버에 반응수를 공급하는 반응수 공급부, 및 상기 반응챔버의 토출구에 결합되며 상기 토출구로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크를 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템으로서, 상기 수처리 탱크는, 상기 반응챔버의 토출구와 연통되며, 상기 토출구로부터 유입되는 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션, 및 상기 제1 섹션의 하부와 연통되며, 내부에 복수의 판형상의 파우더 트랩이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션을 포함하며, 상기 복수의 파우더 트랩은 상기 제1 섹션에 인접한 일측 단부의 높이가 타측 단부의 높이보다 낮게 위치되어 타측 단부쪽으로 상향 경사지게 배열되며; 상기 반응수 공급부는, 상기 반응챔버의 상단부에 위치한 반응수 유입구에 연결되는 반응수 공급관, 상기 반응수 공급관으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브, 상기 반응수 유입구와 상기 밸브 사이에 배치되는 압력계, 상기 압력계에서 측정된 반응수 공급관을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈, 및 상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버로 공급되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구가 형성되는 제3 섹션을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제어부는 상기 PLC 모듈에서 수신한 압력값에 대응하는 유량값을 표시하는 디스플레이부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 반응수 공급부로부터 상기 반응챔버로 공급되는 반응수 유량은 약 5.0 ml/min 내지 9.0 ml/min의 범위내에서 정해질 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 수처리 탱크로부터 배출되는 기체를 외부로 배출시키는 아웃렛 타워를 더 포함하며, 상기 아웃렛 타워는, 상기 수처리 탱크로부터 배출되는 기체를 냉각하기 위하여 물을 분사하는 하나 이상의 노즐; 상기 노즐의 상부에 배치되며, 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하는 다공질 입자들이 내장되는 패킹 존(packing zone); 및 상기 패킹 존의 상부에 배치되며, 상기 패킹 존으로 저압의 물을 공급하는 물 공급수단을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시례에 따르면, 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부, 상기 플라즈마 발생부로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 원통형 반응챔버, 상기 반응챔버의 토출구에 결합되며 상기 토출구로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크, 및 수처리 탱크로부터 배출되는 기체를 외부로 배출시키는 아웃렛 타워를 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템으로서, 상기 수처리 탱크는, 상기 반응챔버의 토출구와 연통되며, 상기 토출구로부터 유입되는 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션, 및 상기 제1 섹션의 하부와 연통되며, 내부에 복수의 판형상의 파우더 트랩이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션을 포함하며, 상기 복수의 파우더 트랩은 상기 제1 섹션에 인접한 일측 단부의 높이가 타측 단부의 높이보다 낮게 위치되어 타측 단부쪽으로 상향 경사지게 배열되며; 상기 아웃렛 타워는, 상기 수처리 탱크로부터 배출되는 기체를 냉각하기 위하여 물을 분사하는 하나 이상의 노즐; 상기 노즐의 상부에 배치되며, 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하는 다공질 입자들이 내장되는 패킹 존, 및 상기 패킹 존의 상부에 배치되며, 상기 패킹 존으로 저압의 물을 공급하는 물 공급수단을 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구가 형성되는 제3 섹션을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 원통형 반응챔버는, 상기 반응챔버의 내경보다 작은 외경을 가지는 단열재질의 원통형 단열부, 및 상기 원통형 단열부의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면 사이에 배치되는 접착제층을 포함하며, 상기 원통형 단열부는 상기 반응챔버 내에서 동심으로 배열될 수 있도록, 상기 원통형 단열부의 외주면의 상하부에는 각각 적어도 3개의 간격유지 돌출부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 반응챔버에서 열분해된 폐가스에 포함된 오염물질을 내장된 촉매의 촉매반응에 의해 분해하며, 원통형 외부 하우징의 형태로 수직으로 배치되어 상기 반응챔버의 토출구에 연결되는 촉매부를 더 포함하며, 상기 촉매부는 원통형 외부 하우징의 내부에서 길이방향으로 배치되는 디스트리뷰터 및 상기 원통형 외부 하우징의 하단부와 상기 디스트리뷰터의 하단부 사이에 배치되는 통기성 부재를 포함하며, 상기 원통형 외부 하우징과 상기 디스트리뷰터 사이의 공간에 다공질의 촉매 입자들이 내장될 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 반응챔버에 반응수를 공급하는 반응수 공급부를 더 포함하며, 상기 반응수 공급부는 상기 반응챔버의 상단부에 위치한 반응수 유입구에 연결되는 반응수 공급관; 상기 반응수 공급관으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브; 상기 반응수 유입구와 상기 밸브 사이에 배치되는 압력계; 상기 압력계에서 측정된 반응수 공급관을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈; 및 상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버로 공급되도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제1 섹션의 상부에는 상기 반응챔버의 토출구부터 유입되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
(1) 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 의하면, 플라즈마 반응챔버의 내면에 단열부를 구비할 수 있어서, 플라즈마 스크러버의 반응챔버에서의 열효율이 향상되고 반응챔버의 내주면의 내식성 및 강도가 향상될 수 있다.
(2) 또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 의하면, 반응챔버에 공급되는 반응수의 압력값을 유량값으로 환산하여, 반응수의 압력값의 제어에 의해 유량값을 정량으로 제어함으로써, 복잡하고 대형이며 고가인 정량 토출 펌프를 이용하지 않고도 간단한 구성에 의해 플라즈마 스크러버의 반응챔버로 공급되는 반응수를 정량으로 제어할 수 있다.
(3) 또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 의하면, 수평으로 배치되는 방전챔버와 수직으로 배치되는 촉매부를 구비한 플라즈마 스크러버에 있어서 방전챔버에서 열분해되어 배출되는 폐가스를 디스트리뷰터에 의해 분산시켜 촉매부로 유입시켜서 촉매반응시킴으로써, 폐가스가 촉매부 내의 촉매와 접촉되는 면적이 증대되어 플라즈마 스크러버의 폐가스 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
(4) 또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 의하면, 수처리 탱크 내부에 복수의 파우더 트랩을 구비하여 폐가스에 혼입되어 있는 부산물을 여과하여 포집할 수 있어서, 수처리 탱크에서 처리가 완료되어 수처리 탱크로부터 배출되는 기체에 부산물이 혼입되는 것을 효과적으로 방지하고, 수처리 탱크 내의 처리수의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지하여 플라즈마 스크러버 시스템의 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
(5) 또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 의하면, 수처리 탱크에서 아웃렛 타워로 배출되는 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하고 기체를 냉각할 수 있다.
물론, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래 기술의 플라즈마 스크러버 시스템의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따라, 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 내부를 나타내는 사진이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제2 섹션에 설치되는 파우더 트랩의 개략도이다.
도 5는 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크에서 제2 섹션에 파우더 트랩이 설치된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 5의 수처리 탱크에서 I-I선을 따른 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 개략 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제1 섹션 내부에 물 분무 노즐이 설치된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따라, 반응챔버의 내부에 단열구조를 구비한 플라즈마 스크러버의 개략 단면도이다.
도 10은 도 9의 단열구조의 플라즈마 스크러버의 횡단면도이다.
도 11은 도 9의 단열구조의 플라즈마 스크러버에서의 단열부의 개략 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 플라즈마 스크러버에서 디스트리뷰터를 구비한 촉매부의 개략 단면도이다.
도 13은 도 12의 본 발명의 일 실시례에 따라 디스트리뷰터를 구비한 촉매 방식의 플라즈마 스크러버에서의 폐가스의 유동속도를 나타내는 선도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따라 플라즈마 스크러버에서 디스트리뷰터를 구비한 촉매부의 개략 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시례에 따라 반응챔버에 반응수를 정량으로 공급하는 플라즈마 스크러버의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 플라즈마 스크러버 시스템에서, 내부에 미립자 수분 및 파우더 여과 수단을 구비한 아웃렛 타워의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따라, 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템의 개략도이다.
도 3은 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 내부를 나타내는 사진이다.
도 4는 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제2 섹션에 설치되는 파우더 트랩의 개략도이다.
도 5는 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크에서 제2 섹션에 파우더 트랩이 설치된 상태를 나타내는 개략도이다.
도 6은 도 5의 수처리 탱크에서 I-I선을 따른 개략 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 개략 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제1 섹션 내부에 물 분무 노즐이 설치된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시례에 따라, 반응챔버의 내부에 단열구조를 구비한 플라즈마 스크러버의 개략 단면도이다.
도 10은 도 9의 단열구조의 플라즈마 스크러버의 횡단면도이다.
도 11은 도 9의 단열구조의 플라즈마 스크러버에서의 단열부의 개략 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 플라즈마 스크러버에서 디스트리뷰터를 구비한 촉매부의 개략 단면도이다.
도 13은 도 12의 본 발명의 일 실시례에 따라 디스트리뷰터를 구비한 촉매 방식의 플라즈마 스크러버에서의 폐가스의 유동속도를 나타내는 선도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예의 변형례에 따라 플라즈마 스크러버에서 디스트리뷰터를 구비한 촉매부의 개략 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시례에 따라 반응챔버에 반응수를 정량으로 공급하는 플라즈마 스크러버의 개략도이다.
도 16은 본 발명의 플라즈마 스크러버 시스템에서, 내부에 미립자 수분 및 파우더 여과 수단을 구비한 아웃렛 타워의 개략 단면도이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시례를 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시례를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시례들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시례들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 개념에 따른 실시례는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시례들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시례들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다"거나 "접속되어 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어 있다"거나 또는 "직접 접속되어 있다"고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시례를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시례들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
(제1 실시예)
도 2 내지 도 11을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마 스크러버 시스템을 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 내부를 나타내는 사진이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크에서 제2 섹션에 파우더 트랩이 설치된 상태를 나타내는 개략도이며, 도 6은 도 5의 수처리 탱크에서 I-I선을 따른 개략 단면도이며, 도 9는 본 발명의 제1 실시례에 따라, 반응챔버의 내부에 단열구조를 구비한 플라즈마 스크러버의 개략 단면도이며, 도 10은 도 9의 단열구조의 플라즈마 스크러버의 횡단면도이며, 도 11은 도 9의 단열구조의 플라즈마 스크러버에서의 단열부의 개략 사시도이다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)은 플라즈마 발생부(10), 원통형 반응챔버(30) 및 파우더 트랩을 구비한 수처리 탱크(40)를 포함한다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 수처리 탱크(40)는, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 섹션(410) 및 제2 섹션(420)을 포함할 수 있다.
제1 섹션(410)은 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)와 연통되며, 제1 섹션(410)의 일측의 하부는 후술하는 제2 섹션(420)의 복수의 파우더 트랩(4210)의 유체 유입구(4211)와 연통되며, 복수의 파우더 트랩(4210)의 최상단 트랩부터 수처리 탱크(40)의 천정까지는 격벽에 의해 차단된다. 이러한 구성에 의해, 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)으로 유입된 폐가스의 압력이 제1 섹션(410)에 작용하며, 제1 섹션(410) 내의 물이 제2 섹션(420)의 복수의 파우더 트랩(4210)의 유체 유입구(4211)으로 흐르게 되면서, 폐가스가 물에 혼입되어 폐가스에 포함되어 있는 부산물(파우더) 및 수용성 가스가 물에 용해되어, 폐가스가 1차 정화처리된다.
제2 섹션(420)은 상기 제1 섹션(410)의 하부와 연통되며, 내부에 판형상의 복수의 파우더 트랩(4210)이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열된다.
제2 섹션(420)에 설치되는 복수의 파우더 트랩(4210)에서 인접한 파우더 트랩들 사이의 간격은 약 10 내지 50mm로 설정될 수 있다. 파우더 트랩들 사이의 간격이 10mm 이하로 될 경우에는 유체 통로의 저항이 증가하게 되며, 50mm 이상으로 될 경우에는 경사진 유체 통로로 유체의 흐름이 원활하지 않게 될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 파우더 트랩(4210)은 상기 제1 섹션(410)에 인접한 일측 단부(4211)의 높이(H1)가 타측 단부(4212)의 높이(H2)보다 낮게 위치되어 타측 단부(4212)쪽으로 상향 경사지게 배열될 수 있다. 상기 복수의 파우더 트랩(4210)의 경사각은 약 10°- 20°의 범위로 설정될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 인접한 파우더 트랩들 사이에 직사각형 단면의 유체 통로가 상향 경사지게 형성될 수 있다. 파우더 트랩(4210)의 판상부재의 경사각이 10°이하로 될 경우에는 유체 통로를 통과하여 유출단에서 아래로 떨어지는 물의 낙하 효과가 적어서 물 속에 혼입되어 있는 부산물(파우더)의 분리 효과가 저감되며, 판상부재의 경사각이 20°이상으로 될 경우에는 유체 통로에서의 유체의 흐름 저항이 커질 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 제2 섹션(420)은 상기 제1 섹션(410)의 유출측에 연통되는 상류측 섹션(421)과 후술하는 제3 섹션(430)의 유입측에 연통되는 하류측 섹션(422)으로 이루어질 수 있다. 상기 제2 섹션(420)의 상류측 섹션(421)에는 복수의 판형상의 파우터 트랩(4210)이 배치되며, 상기 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)은 공간부로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서 상기 수처리 탱크(40)는 제3 섹션(430)을 더 포함할 수 잇다. 제3 섹션(430)은 상기 제2 섹션(420)의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구(432)가 형성될 수 있다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 수처리 탱크(40)에서, 상기 수처리 탱크(40)의 내부에는 상기 제2 섹션(420)의 최상단 파우더 트랩(4210)보다 높은 수위로 물이 채워질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고 물의 수위는 제2 섹션(420)의 최상단 파우더 트랩(4210)의 일측 단부(4211)의 높이(H1)보다 높으면 충분하다. 인접한 파우더 트랩들(421) 사이에 형성되는 직사각형 단면의 유체 통로에서 타측 단부(4212)쪽에 형성되는 유체 유출구의 높이는 일측 단부(4211)쪽에 형성되는 유체 유입구의 높이보다 높으므로, 수처리 탱크 내에서 인접한 파우더 트랩들 사이의 유체 통로를 통과하는 물은 유체 유출구로부터 아래 방향으로 낙하하는 현상이 발생된다. 이러한 작용에 의해, 물에 비하여 상대적으로 중량이 무거우며 물에 혼입되거나 용해되어 있는 부산물(파우더) 입자들이 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)의 바닥면에 가라앉게 되고 물은 제3 섹션(430)으로 흘러들어 간다.
도 5를 참조하면, 상기 수처리 탱크(40)에서 상기 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)과 상기 제3 섹션(430)의 경계부의 하단에는 단턱부(431)가 형성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, 상기 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)의 바닥면에 가라앉는 파우더 등의 부산물이 제3 섹션(430)으로 흘러들어가는 것을 최소화할 수 있다. 상기 수처리 탱크(40)에는 수위 센서(도시하지 않음)가 설치되어, 수처리 탱크(40)의 물의 수위를 일정 범위내로 제어할 수 있다. 또한, 상기 수처리 탱크(40)에는 투명한 점검창(43)이 구비되어 물의 수위 등의 수처리 탱크(40) 내부 상태를 외부에서 육안으로 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 수처리 탱크(40)에서, 상기 수처리 탱크(40)의 상부 커버(41) 및/또는 측벽(42)에 형성된 하나 이상의 물 공급구(433)를 통하여 물이 공급될 수 있다. 예를 들어, 수처리 탱크(40) 안으로 물이 약 3ℓ/min의 속도로 공급될 수 있다. 상기 수처리 탱크(40)의 내부에서 폐가스를 정화처리한 물은 상기 제3 섹션(430)의 하부에 설치된 드레인 펌프(도시하지 않음)를 통하여 상기 제1 섹션(410)으로 순환될 수 있다.
또한, 도 8을 참조하면, 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 수처리 탱크(40)에서, 상기 제1 섹션(410)의 상부에는 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)로부터 유입되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 노즐(411)을 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 반응챔버(30)에서 열분해되어 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)의 공간으로 배출되는 폐가스의 온도를 낮출 수 있으며, 폐가스에 포함되어 있는 수용성 가스나 미립자를 용해시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)은 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(10) 및 폐가스가 유입되며 상기 플라즈마 발생부(10)에서 생성된 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 원통형 반응챔버(30)를 포함하며, 상기 반응챔버(30)의 내경(D1)보다 작은 외경(d2)을 가지는 단열재질의 원통형 단열부(31); 및 상기 원통형 단열부의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면 사이에 배치되는 접착제층(32)을 포함하며, 상기 원통형 단열부(31)는 상기 반응챔버(30) 내에서 동심으로 배열될 수 있다.
상기 상기 원통형 단열부(31)는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 반응챔버(30)는 고온의 열에 의한 부식이 잘 발생하지 않는 우수한 내식성을 가질 수 있다. 또한, 상기 원통형 단열부(31)는 단열성능과 강도를 향상시키기 위하여 내화성이 우수한 실리카(SiO2)를 더 포함할 수 있다. 이 경우에 산화알루미늄(Al2O3)과 혼합된 실리카(SiO2)를 굳혀 줄 바인더(binder)를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 다른 성분들을 더 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의해, 플라즈마 스크러버의 반응챔버가 높은 내식성과 단열성과 강도를 가진 단열구조의 플라즈마 스크러버를 제조할 수 있다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 상기 원통형 단열부(31)의 외주면과 상기 반응챔버(30)의 내주면 사이에 배치되는 접착제층(32)은 세라믹 본드를 충전하여 형성할 수 있다. 원통형 단열부(31)와 반응챔버(30)의 사이에 충전되는 세라믹 본드는 상온에서도 경화될 수 있으나, 빠른 경화, 내열성 및 강도 향상을 위하여는 약 800℃ 내지 약 1200℃에서 소성되는 것이 바람직하다.
원통형 단열부(31)와 반응챔버(30)의 사이에 배치되는 접착제층(32)의 내열성을 강화하기 위하여 세라믹 본드에 내화시멘트(예를 들어, 캐스타블(castable) 등)가 약 30중량% 내지 약 70중량% 혼합될 수 있다. 세라믹 본드에 내화시멘트가 약 30중량% 이상 혼합되어야 내화성의 향상 효과가 증대되며, 세라믹 본드에 내화시멘트가 약 70중량% 이상 혼합되면 원통형 단열부(31)와 반응챔버(30)를 결합시키는 접착제층(32)의 결합력이 저하될 수 있다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 원통형 단열부(31)를 원통형 반응챔버(30) 내에 배열할 때, 원통형 단열부(31)의 중심을 원통형 반응챔버(30)의 중심과 일치시켜야 접착제층(32)의 두께가 균일하게 형성될 수 있다. 접착제층(32)의 두께가 균일하지 않으면 두께가 얇은 부위의 강도가 약하게 되어 접착체층(32)에 균열이 발생될 수 있으며, 이로 인하여 플라즈마 스크러버의 수명이 짧아지는 원인이 될 수 있다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 상기 반응챔버(30)의 내주면과 상기 원통형 단열부(31)의 외주면 사이의 접착제층(32)의 두께(t)는 약 5mm 내지 약 20mm인 것이 바람직하다. 접착제층(32)의 두께(t)가 5mm이하로 될 경우에는 원통형 단열부(31)와 반응챔버(30)의 결합력이 저하될 수 있다. 접착제층(32)의 두께(t)가 20mm 이상으로 되더라도 원통형 단열부(31)와 반응챔버(30)의 결합력이 증대되는 효과는 크지 않으며, 오히려 반응챔버(30) 내의 열분해 유효반응영역이 감소하게 된다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 원통형 단열부(31)는 반응챔버(30) 내에서 동심으로 배열되어 원통형 단열부(31)의 외주면과 반응챔버(30)의 내주면 사이의 간격(G)을 균일하게 유지할 필요가 있다. 이를 위하여, 본 발명의 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스쳄(1)에서는, 상기 원통형 단열부(31)가 상기 반응챔버(30) 내에서 동심으로 배열될 수 있도록, 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 원통형 단열부(31)의 외주면의 상하부에는 각각 적어도 3개의 간격유지 돌출부(311)가 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 간격유지 돌출부(311)의 높이(h)는 약 5mm 내지 약 15mm로 설정될 수 있다. 상기 간격유지 돌출부(311)의 높이(h)를 약 5mm 내지 약 15mm로 설정하는 것은 원통형 단열부(31)의 외주면과 반응챔버(30)의 내주면의 간격(G)을 약 5mm 내지 약 15mm로 유지하여 접착제층(32)의 두께(t)를 약 5mm 내지 약 15mm로 형성하기 위한 것이다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 단열구조의 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 변형례에 따르면, 반응챔버(30)의 바닥부가 아래방향으로 수렴되는 원추형으로 이루어진 경우(깔대기 모향으로 형성된 경우)에도 반응챔버(30)의 바닥부의 원추형 내면과 원추형 단열부의 사이에 접착제층을 형성할 수 있다. 이러한 경우에, 반응챔버(30)의 내주면과 원통형 단열부(31)의 외주면 사이에 접착제층(32)이 형성되는 것과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
통상, 반도체 제조 공정에서 반도체 제조 설비로부터 배출되는 폐가스(유해가스)는 유입부를 통해 플라즈마 스크러버(100) 내로 유입된다. 상기 폐가스는 반도체 제조 공정에서 사용되는 PFC 계열의 가스를 포함할 수 있다. 이러한 PFC 계열의 유해가스에는 CF4, C2F6, C3F8, CHF3, SF6 등이 있을 수 있다. 상기 유입부의 일측에는 플라즈마 발생부(10)가 연결될 수 있다.
본 발명의 제1 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 플라즈마 발생부(10)는 플라즈마 형성가스 공급부(도시하지 않음)로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하기 위하여 고주파 방전관이 구비될 수 있으며, 고주파 방전관에서 플라즈마 형성가스를 방전시켜 플라즈마를 생성한다.
플라즈마 발생부(10)는 유입부의 일측에 연결되며, 유입부를 통해 유입된 폐가스를 연소시키기 위하여 플라즈마(화염)를 생성할 수 있다. 이러한 플라즈마는 플라즈마 형성 가스(예를 들어, 질소 가스)가 애노드 전극체(도시하지 않음) 및 캐소드 전극체(도시하지 않음)의 상호작용에 의해서 발생될 수 있다. 또한, 상기 플라즈마의 온도는 예를 들어 약 1,000℃ 내지 3,000℃ 정도일 수 있다. 다만, 가스의 종류, 유입량, 압력 조건 등에 따라 상기 온도는 달라질 수 있다. 일반적으로, 고체상태인 물질에 에너지를 가하면 순차적으로 액체, 기체로 변한다. 이러한 기체 상태의 물체에 가열이나 방전에 의해 에너지를 더욱 더 가하면 기체는 더 작은 입자인 원자, 이온, 전자 등으로 해리되는데, 이러한 상태를 플라즈마 상태라고 한다. 플라즈마 상태는 전리된 상태이기 때문에 고체, 액체, 기체 상태와는 달리 전기가 흐르고, 전체적으로 양이온(+)과 음이온(-)이 평행을 이루고 있기 때문에 전기적으로는 중성이다. 이러한 플라즈마를 이용한 스크러버는 높은 반응성을 가진다. 상기 플라즈마 발생부(10)는 상류에 설치된 플라즈마 형성가스 공급부를 통하여, 예를 들어, CO2와 같은 플라즈마 형성가스를 전자파 방전관(도시하지 않음)으로 공급할 수 있다. 또한, 상기 플라즈마 발생부는 하류에 설치된 반응가스 공급부(도시하지 않음)를 통하여, 예를 들어, CH4, H2O, O2와 같은 반응가스를 고주파 방전관(도시하지 않음)으로 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시례에 따라 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템(1)은 전자파 발진기로부터 발생된 전자파가 전송되며 플라즈마 발생부(10)를 가로질러 수직으로 배치되어 상기 플라즈마 발생부에 전자파를 제공하는 전자파 도파관(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 이러한 전자파 도파관에 의해, 전자파가 혼입된 플라즈마가 방전챔버(30)로 유입될 수 있다. 이와 같이, 전자파가 플라즈마에 혼입됨으로 인하여 폐가스의 분해율이 상승되어 종래의 기술에 비하여 낮은 전력으로도 동일한 폐가스의 열분해율을 달성할 수 있게 된다. 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템(1)는 하이브리드 플라즈마 토치를 이용함으로써, 종래의 플라즈마 스크러버에 비하여 약 20% 정도의 전력 저감을 가져올 수 있다.
(제2 실시예)
이어서, 본 발명의 본 발명의 제2 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에 대하여 설명한다. 제2 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 설명 시에, 제1 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 구성 및 작용과 유사한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
도 15는 본 발명의 제2 실시례에 따라 반응챔버에 반응수를 정량으로 공급하는 플라즈마 스크러버의 개략도이다.
본 발명의 제2 실시례에 따라 반응챔버에 반응수를 공급하는 플라즈마 스크러버 시스템(1)은 플라즈마 발생부(10), 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 반응챔버(30) 및 반응챔버에 반응수를 공급하는 반응수 공급부(60)를 포함하는 것으로, 반응챔버에 공급되는 반응수의 압력값을 유량값으로 환산하여, 반응수의 압력값의 제어에 의해 반응챔버에 공급되는 유량값을 정량으로 제어할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 반응수 공급부(60)는 상기 반응챔버(30)의 상단부에 위치한 반응수 유입구(61)에 연결되는 반응수 공급관(62); 상기 반응수 공급관(62)으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브(63); 상기 반응수 유입구(61)와 상기 밸브(63) 사이에 배치되는 압력계(64); 상기 압력계(64)에서 측정된 반응수 공급관(62)을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈(65); 및 상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버(30)로 공급되도록 제어하는 제어부(66)를 포함할 수 있다.
상기 밸브(63)는 사용자가 표시 눈금 또는 다이얼 등을 기준으로 밸브의 개방도를 조절하는 수동조절 밸브(manual valve) 또는 밸브의 유량을 전자식으로 설정하여 조절하는 전자식 제어밸브(예를 들어, 솔레노이드 밸브)가 이용될 수 있다.
다음에, 상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 제2 실시례에 따라 반응챔버(30)에 반응수를 정량으로 공급하는 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 밸브(63)를 적당히 조절한 상태에서 토출구(반응챔버의 반응수 유입구)(61)로부터 분사되는 물(반응수)의 양을 측정한다. 예를 들어, 토출구를 통하여 1분(min)당 분사되는 반응수 유량을 측정한다.
상기와 같은 상태에서 반응수가 반응챔버로 공급동안 반응수 공급관(62)에서의 반응수의 압력값을 압력계(P)(64)를 통하여 측정한다.
이와 같이 측정된 반응수의 유량값 및 이에 대응하는 반응수의 압력값을 PLC 모듈(65)로 전송하여, PLC 모듈(65)에서 유량별 압력값을 산출하여 얻어진 데이터를 PLC 모듈(65)에 저장한다.
다음에, 밸브(63)를 점진적으로 소정의 단위씩 개방하거나 폐쇄하면서 측정된 유량값 및 압력계(64)를 통하여 측정된 상기 유량값에 대응하는 압력값을 PLC 모듈(65)로 순차적으로 전송하여, PLC 모듈(65)에서 각각의 유량별 압력값을 산출하여 얻어진 데이터들을 PLC 모듈(65)에 저장하는 절차를 반복하여 데이터 베이스를 구축한다. 이렇게 얻어진 유량별 압력값에 기초하여, 반응수 공급관(62) 내부를 유동하는 반응수의 압력값을 설정함으로써, 이 압력값에 대응하는 정량의 반응수를 반응챔버(30)로 공급한다.
본 발명의 제2 실시례에 따르면, 제어부(66)는 PLC 모듈(65)에서 수신한 압력값에 대응하는 유량값을 표시하는 디스플레이부(67)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이부(67)에 표시되는 압력값에 기초하여 반응챔버(30)로 공급되는 반응수의 유량을 정확게 제어할 수 있다.
상기 반응수 공급부(60)로부터 상기 반응챔버(30)로 공급되는 반응수 유량은 약 5.0 ml/min 내지 9.0 ml/min의 범위내에서 정해질 수 있다.
반응챔버(30)로 공급되는 반응수 유량이 5.0 ml/min 이하가 될 경우에는 H, OH 등의 화학종의 발생이 불충분하여 수소원자(H+)가 불소원자(F-)를 포집하여 불화수소(HF)를 생성하는 효율이 저하될 수 있다. 또한, 반응챔버(30)로 공급되는 방응수 유량이 9.0 ml/min 이상이 될 경우에는 반응챔버 내에서의 플라즈마 방전의 안정성이 저하될 수 있다.
본 발명의 제2 실시례에 따르면, 상기 반응수 공급부(60)로부터 상기 반응챔버(30)로 공급되는 반응수 유량이 5.0 ml/min에 미달하거나 9.0 ml/min을 초과하는 경우에는 경보(Warning 또는 Alarm)를 발생하는 경보장치를 더 포함할 수 있다. 반응챔버(30)로 공급되는 반응수 유량이 5.0 ml/min에 미달하거나 9.0 ml/min을 초과하는 경우에는 사용자에게 경보를 발생시켜 플라즈마 스크러버의 상태를 점검할 수 있게 한다.
(제3 실시예)
이어서, 본 발명의 본 발명의 제3 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에 대하여 설명한다. 제3 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 설명 시에, 제1 및 제2 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 구성 및 작용과 유사한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따라, 플라즈마 스크러버에서 디스트리뷰터를 구비한 촉매부의 개략 단면도이며, 도 13은 도 12의 본 발명의 제3 실시례에 따라 디스트리뷰터를 구비한 촉매 방식의 플라즈마 스크러버에서의 폐가스의 유동속도를 나타내는 선도이며, 도 14는 본 발명의 제3 실시예의 변형례에 따라 플라즈마 스크러버에서 디스트리뷰터를 구비한 촉매부의 개략 단면도이다.
본 발명의 제3 실시례에 따라 디스트리뷰터를 구비한 촉매방식의 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서는, 반응챔버(30) 내에서 플라즈마에 의해 열분해되는 폐가스(처리 가스)의 처리효율을 향상시키기 위하여, 반응챔버(30) 내에서 플라즈마에 의해 열분해되는 폐가스에 포함되어 있는 오염물질들을 촉매반응으로 분해할 수 있는 촉매부(50)를 구비한다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 촉매부(50)는 원통형 외부 하우징(51), 상기 원통형 외부 하우징의 내부에서 길이방향으로 배치되는 디스트리뷰터(distributor)(52) 및 상기 원통형 외부 하우징의 하단부(51b)와 상기 디스트리뷰터의 하단부(52b) 사이에 배치되는 통기성 부재(53)를 포함한다. 상기 촉매부(50)에서 상기 원통형 외부 하우징(51)과 상기 디스트리뷰터(52) 사이의 공간에 다공질의 촉매 입자들(54)이 내장된다. 이러한 구성에 의해, 반응챔버(30)의 토출구를 통하여 배출되는 폐가스가 디스트리뷰터(52)에 의해 균등하게 분산됨으로써 반응챔버(30)와 촉매부(50)를 연결하는 엘보우관(58)의 외측 곡면부 쪽으로 폐가스의 흐름이 치우치는 현상이 방지될 수 있다. 도 13을 참조하면, 디스트리뷰터(52)의 폐가스 분산작용에 의해 엘보우관의 내측 곡면부 쪽에 인접하는 촉매부(50)의 유입구 부위에서의 폐가스의 유동속도는 엘보우관의 외측 곡면부 쪽에 인접하는 촉매부(50)의 유입구 부위에서의 폐가스의 유동속도와 유사하게 될 수 있다. 이에 따라, 촉매부(50)의 원통형 외부 하우징(51)의 내주면과 디스트리뷰터(52)의 외주면에 의해 형성되는 가스 유동통로를 통하여 폐가스가 균일하게 흐를 수 있게 되어, 폐가스가 촉매부 내의 촉매(54)와 접촉되는 면적이 증대되어 촉매방식의 플라즈마 스크러버의 폐가스 처리 효율을 향상시킬 수 있다.
여기서, 상기 디스트리뷰터(52)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 수직방향으로 소정의 길이를 가지며 상기 원통형 외부 하우징(51)의 내경보다 작은 외경을 가지고 외부 하우징과 동심으로 형성되어, 외부 하우징(51)의 내주면과의 사이에 폐가스의 유동통로를 형성하며, 상기 통기성 부재(53)는 상기 외부 하우징(51)과 상기 디스트리뷰터(52) 사이의 공간에 내장되는 촉매 입자들(54)이 하측으로 이탈되지 않도록 하면서, 폐가스를 통과시킬 수 있도록 다수의 관통홀을 구비하고 있다. 상기 디스트리뷰터 및 상기 통기성 부재는 내열성을 구비한 금속재질로 제조될 수 있다.
본 발명의 제3 실시례에 따라 디스트리뷰터를 구비한 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 수직으로 배치되는 촉매부(50)는 수평으로 배치된 반응챔버(30)의 토출구에서 엘보우(elbow) 형상의 배출관(58)에 의해 연결되며, 플라즈마에 의해 열분해된 폐가스에 포함되어 있는 오염물질을 촉매부(50)의 원통형 외부 하우징(51)의 내주면과 디스트리뷰터(52)의 외주면 사이에 내장된 촉매(54)의 촉매반응에 의해 분해한다. 이러한 구성에 의해, 반응챔버(30)에서 플라즈마에 의해 열분해된 폐가스에 잔류하는 오염물질들을 촉매의 촉매반응에 의해 분해하여 플라즈마 스크러버에서의 폐가스의 열분해 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 촉매부(50)의 원통형 외부 하우징(51)과 디스트리뷰터(52) 사이에 내장되는 촉매(54)는, 예를 들어, 공지의 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru), 로디움(Rh) 등의 물질로 제조될 수 있으며, 이러한 촉매는 플라즈마에 의해 열분해되는 폐가스에 포함되어 있는 산화질소(N2O) 등을 분해할 수 있다. 촉매부(50)의 원통형 외부 하우징(51)과 디스트리뷰터(52) 사이에 내장되는 촉매(54)는 입자형, 구형, 팰릿형 등으로 형성되어, 촉매(54)가 외부 하우징(51)과 디스트리뷰터(52) 사이에 내장될 때 촉매들(촉매입자들)(54) 사이에 다수의 공간이 존재하는 다공성 부재의 특성을 가지게 되어, 그 공간으로 폐가스가 유동하여 폐가스와 촉매(54)의 접촉이 원활하고, 폐가스의 유동 저항을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 제3 실시례에 따라 디스트리뷰터를 구비한 촉매방식의 플라즈마 스크러버 시스템(1)에서, 폐가스 처리 효율을 향상시키기 위하여, 반응챔버(30)의 엘보유형 배출관(58) 및/또는 촉매부(50)를 냉각매체(PCW)에 의해 냉각할 수 있다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이, 배출관(53) 및/또는 촉매부(50)에 냉각매체(PCW)의 유입구(냉각수단)(59)가 형성되어 냉각매체(PCW)를 순환시킬 수 있다.
상기 촉매부(50)는 수직방향으로 배치되는 복수의 온도센서(55)를 구비하여, 촉매부(50) 내에서의 폐가스의 온도가 촉매반응에 최적인 상태로 관리할 수 있다. 상기 온도센서(55)는, 예를 들어, 서모커플(thermocouple)로 이루어질 수 있다.
(제4 실시례)
이어서, 본 발명의 본 발명의 제4 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에 대하여 설명한다. 제4 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 설명 시에, 제1, 제2 및 제3 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)의 구성 및 작용과 유사한 부분에 대하여는 설명을 생략한다.
도 16은 본 발명의 제4 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서, 내부에 미립자 수분 및 파우더 여과 수단을 구비한 아웃렛 타워의 개략 단면도이다.
본 발명의 제4 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)은 플라즈마 발생부(10), 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 반응챔버(30) 및 아웃렛 타워(70)를 포함하는 것으로, 상기 아웃렛 타워(70)에서는 수처리 탱크로부터 유입되는 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하고 기체를 냉각할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 상기 아웃렛 타워(70)는, 상기 수처리 탱크(40)로부터 배출되는 기체를 냉각하기 위하여 물을 분사하는 하나 이상의 노즐(71); 상기 노즐(71)의 상부에 배치되며, 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하는 다공질 입자들(721)이 내장되는 패킹 존(packing zone)(72); 및 상기 패킹 존의 상부에 배치되며, 상기 패킹 존(72)으로 저압의 물을 공급하는 물 공급수단수단(73)을 포함할 수 있다.
상기 아웃렛 타워(70)의 하부에 설치되는 하나 이상의 노즐(71) 수처리 탱크(40)로부터 배출되어 아웃렛 타워(70)로 유입되는 고온의 기체를 향하여 직수를 분사하여 기체의 온도를 하강시키면서 기체 속에 혼입되어 있는 파우더 등의 부산물을 제거한다.
상기 노즐(71)의 상부에 배치되는 패킹 존(72)에는 복수의 다공질 입자들(721)이 내장되어 있다. 또한, 상기 패킹 존(72)의 상부에는 저압의 물을 상기 패킹 존(72)으로 흘려주는 하나 이상의 물 공급수단(73)이 배치된다. 이러한 구성에 의해, 상기 물 공급수단(73)에서 흘러내리는 물이 패킹 존 전체로 흘러들어 패킹 존(72) 내부의 다공질 입자들(721) 사이를 통과하면서 아래 방향으로 낙하한다. 이에 따라, 기체가 아웃렛 타워(70)의 내부에서 상승하면서 패킹 존을 통과할 때, 상기 노즐(71)에서 직수가 분사될 때 발생하여 기체 속에 함유되어 있는 미립자 수분 및 기체 속에 잔류하는 파우더 등의 부산물이 제거될 수 있다. 상기 물 공급수단(73)에서 물을 저압으로 공급하는 것은, 노즐과 같이 고압으로 물을 공급할 경우 물이 패킹 존의 상부면에 부딪히면서 미립자 수분이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다.
이상에서 설명한 본 발명의 제1 내지 제4 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템(1)에 의하면, (1) 플라즈마 반응챔버의 내면에 단열부를 구비할 수 있어서, 플라즈마 스크러버의 반응챔버에서의 열효율이 향상되고 반응챔버의 내주면의 내식성 및 강도가 향상될 수 있으며; (2) 반응챔버에 공급되는 반응수의 압력값을 유량값으로 환산하여, 반응수의 압력값의 제어에 의해 유량값을 정량으로 제어함으로써, 간단한 구성에 의해 플라즈마 스크러버의 반응챔버로 공급되는 반응수를 정량으로 제어할 수 있으며; (3) 방전챔버에서 열분해되어 배출되는 폐가스를 디스트리뷰터에 의해 분산시켜 촉매부로 유입시켜서 촉매반응시킴으로써, 폐가스가 촉매부 내의 촉매와 접촉되는 면적이 증대되어 플라즈마 스크러버의 폐가스 처리 효율을 향상시킬 수 있으며; (4) 수처리 탱크 내부에 복수의 파우더 트랩을 구비하여 폐가스에 혼입되어 있는 부산물을 효과적으로 여과하여 포집하고, 수처리 탱크 내의 처리수의 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있으며; (5) 수처리 탱크에서 아웃렛 타워로 배출되는 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하고 기체를 냉각할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시례를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시례가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 플라즈마 발생부
30: 반응챔버
40: 수처리 탱크
410: 제1 섹션
411: 분무 노즐
420: 제2 섹션
421: 제2 섹션의 상류측 섹션
422: 제2 섹션의 하류측 섹션
430: 제3 섹션
431: 단턱부
432: 기체 유출구
50: 촉매부
52: 디스트리뷰터
54: 촉매 입자
60: 반응수 공급부
64: 압력계
65: PLC 모듈
70: 아웃렛 타워
71: 물 분사 노즐
72: 패킹 존
73: 물 공급수단
30: 반응챔버
40: 수처리 탱크
410: 제1 섹션
411: 분무 노즐
420: 제2 섹션
421: 제2 섹션의 상류측 섹션
422: 제2 섹션의 하류측 섹션
430: 제3 섹션
431: 단턱부
432: 기체 유출구
50: 촉매부
52: 디스트리뷰터
54: 촉매 입자
60: 반응수 공급부
64: 압력계
65: PLC 모듈
70: 아웃렛 타워
71: 물 분사 노즐
72: 패킹 존
73: 물 공급수단
Claims (21)
- 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(10), 상기 플라즈마 발생부(10)로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 원통형 반응챔버(30), 및 상기 반응챔버(30)의 토출구에 결합되며 상기 토출구로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크(40)를 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템으로서,
상기 수처리 탱크(40)는,
상기 반응챔버(30)의 토출구(31)와 연통되며, 상기 토출구(31)로부터 유입되는 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션(410), 및
상기 제1 섹션(410)의 하부와 연통되며, 내부에 복수의 판형상의 파우더 트랩(4210)이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션(420)을 포함하며,
상기 복수의 파우더 트랩(4210)은 상기 제1 섹션(410)에 인접한 일측 단부(4211)의 높이(H1)가 타측 단부(4212)의 높이(H2)보다 낮게 위치되어 타측 단부(4212)쪽으로 상향 경사지게 배열되며;
상기 원통형 반응챔버(30)는,
상기 반응챔버(30)의 내경(D1)보다 작은 외경(d2)을 가지는 단열재질의 원통형 단열부(31), 및
상기 원통형 단열부의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면 사이에 배치되는 접착제층(32)을 포함하며,
상기 원통형 단열부(31)는 상기 반응챔버(30) 내에서 동심으로 배열될 수 있도록, 상기 원통형 단열부(31)의 외주면의 상하부에는 각각 적어도 3개의 간격유지 돌출부(311)가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 섹션(420)의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구(431)가 형성되는 제3 섹션(430)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 섹션(420)은 상기 제1 섹션(410)의 유출측에 연통되는 상류측 섹션(421)과 상기 제3 섹션(430)의 유입측에 연통되는 하류측 섹션(422)으로 이루어지며,
상기 제2 섹션(420)의 상류측 섹션(421)에는 상기 복수의 파우터 트랩(4210)이 배치되며,
상기 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)은 공간부로 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)과 상기 제3 섹션(430)의 경계부의 하단에는 단턱부(431)가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 수처리 탱크(40)의 상부 커버(41) 및/또는 측벽(42)에 형성된 하나 이상의 물 공급구(433)를 통하여 물이 공급되며, 상기 수처리 탱크(40)의 내부에서 폐가스를 정화처리한 물은 상기 제3 섹션(430)의 하부에 설치된 드레인 펌프를 통하여 상기 제1 섹션(410)으로 순환되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 섹션(410)의 상부에는 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)로부터 유입되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 노즐(411)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반응챔버(30)의 내주면과 상기 원통형 단열부(31)의 외주면 사이의 접착제층(32)의 두께(t)는 5mm 내지 15mm인 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 원통형 단열부(31)는 산화알루미늄(Al2O3)을 포함하며,
상기 접착제층(32)은 세라믹 본드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 반응챔버(30)에서 열분해된 폐가스에 포함된 오염물질을 내장된 촉매의 촉매반응에 의해 분해하며, 원통형 외부 하우징의 형태로 수직으로 배치되어 상기 반응챔버(30)의 토출구에 연결되는 촉매부(50)를 더 포함하며,
상기 촉매부(50)는 원통형 외부 하우징(51)의 내부에서 길이방향으로 배치되는 디스트리뷰터(52) 및 상기 원통형 외부 하우징의 하단부(51b)와 상기 디스트리뷰터의 하단부(52b) 사이에 배치되는 통기성 부재(53)를 포함하며,
상기 원통형 외부 하우징(51)과 상기 디스트리뷰터(52) 사이의 공간에 다공질의 촉매 입자들(54)이 내장된 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 디스트리뷰터(52)의 상단부(52a)에 수평의 차단판(52c)이 구비되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항 또는 제9항에 있어서,
상기 반응챔버(30)에 반응수(H2O)를 공급하는 반응수 공급부(60)를 더 포함하며,
상기 반응수 공급부(60)는 상기 반응챔버의 상단부에 위치한 반응수 유입구(61)에 연결되는 반응수 공급관(62);
상기 반응수 공급관(62)으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브(63);
상기 반응수 유입구(61)와 상기 밸브(63) 사이에 배치되는 압력계(64);
상기 압력계(64)에서 측정된 반응수 공급관(62)을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈(65); 및
상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버(30)로 공급되도록 제어하는 제어부(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(10), 상기 플라즈마 발생부(10)로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 반응챔버(30), 상기 반응챔버(30)에 반응수(H2O)를 공급하는 반응수 공급부(60), 및 상기 반응챔버(30)의 토출구에 결합되며 상기 토출구로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크(40)를 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템으로서,
상기 수처리 탱크(40)는,
상기 반응챔버(30)의 토출구(31)와 연통되며, 상기 토출구(31)로부터 유입되는 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션(410), 및
상기 제1 섹션(410)의 하부와 연통되며, 내부에 복수의 판형상의 파우더 트랩(4210)이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션(420)을 포함하며,
상기 복수의 파우더 트랩(4210)은 상기 제1 섹션(410)에 인접한 일측 단부(4211)의 높이(H1)가 타측 단부(4212)의 높이(H2)보다 낮게 위치되어 타측 단부(4212)쪽으로 상향 경사지게 배열되며;
상기 반응수 공급부(60)는,
상기 반응챔버의 상단부에 위치한 반응수 유입구(61)에 연결되는 반응수 공급관(62);
상기 반응수 공급관(62)으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브(63);
상기 반응수 유입구(61)와 상기 밸브(63) 사이에 배치되는 압력계(64);
상기 압력계(64)에서 측정된 반응수 공급관(62)을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈(65); 및
상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버(30)로 공급되도록 제어하는 제어부(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제12항에 있어서,
상기 제2 섹션(420)의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구(431)가 형성되는 제3 섹션(430)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제12항 또는 제13항에 있어서,
상기 제어부(66)는 상기 PLC 모듈(65)에서 수신한 압력값에 대응하는 유량값을 표시하는 디스플레이부(67)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제11항에 있어서,
상기 수처리 탱크(40)로부터 배출되는 기체를 외부로 배출시키는 아웃렛 타워(70)를 더 포함하며,
상기 아웃렛 타워(70)는,
상기 수처리 탱크(40)로부터 배출되는 기체를 냉각하기 위하여 물을 분사하는 하나 이상의 노즐(71);
상기 노즐(71)의 상부에 배치되며, 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하는 다공질 입자들(721)이 내장되는 패킹 존(packing zone)(72); 및
상기 패킹 존의 상부에 배치되며, 상기 패킹 존(72)으로 저압의 물을 공급하는 물 분사수단(73)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(10), 상기 플라즈마 발생부(10)로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 원통형 반응챔버(30), 상기 반응챔버(30)의 토출구에 결합되며 상기 토출구로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크(40), 및 수처리 탱크로부터 배출되는 기체를 외부로 배출시키는 아웃렛 타워(70)를 포함하는 플라즈마 스크러버 시스템으로서,
상기 수처리 탱크(40)는,
상기 반응챔버(30)의 토출구(31)와 연통되며, 상기 토출구(31)로부터 유입되는 폐가스를 물과 접촉시켜 1차 정화처리하는 제1 섹션(410), 및
상기 제1 섹션(410)의 하부와 연통되며, 내부에 복수의 판형상의 파우더 트랩(4210)이 소정의 간격을 가지고 상하로 배열되는 제2 섹션(420)을 포함하며,
상기 복수의 파우더 트랩(4210)은 상기 제1 섹션(410)에 인접한 일측 단부(4211)의 높이(H1)가 타측 단부(4212)의 높이(H2)보다 낮게 위치되어 타측 단부(4212)쪽으로 상향 경사지게 배열되며;
상기 아웃렛 타워(70)는,
상기 수처리 탱크(40)로부터 배출되는 기체를 냉각하기 위하여 물을 분사하는 하나 이상의 노즐(71);
상기 노즐(71)의 상부에 배치되며, 기체에 혼입되어 있는 미립자 수분 및 파우더를 여과하는 다공질 입자들(721)이 내장되는 패킹 존(packing zone)(72); 및
상기 패킹 존의 상부에 배치되며, 상기 패킹 존(72)으로 저압의 물을 분사하는 물 공급수단(73)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제16항에 있어서,
상기 제2 섹션(420)의 하부와 연통되며, 상단부에 기체 유출구(431)가 형성되는 제3 섹션(430)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제17항에 있어서,
상기 원통형 반응챔버(30)는,
상기 반응챔버(30)의 내경(D1)보다 작은 외경(d2)을 가지는 단열재질의 원통형 단열부(31), 및
상기 원통형 단열부의 외주면과 상기 반응챔버의 내주면 사이에 배치되는 접착제층(32)을 포함하며,
상기 원통형 단열부(31)는 상기 반응챔버(30) 내에서 동심으로 배열될 수 있도록, 상기 원통형 단열부(31)의 외주면의 상하부에는 각각 적어도 3개의 간격유지 돌출부(311)가 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제18항에 있어서,
상기 반응챔버(30)에서 열분해된 폐가스에 포함된 오염물질을 내장된 촉매의 촉매반응에 의해 분해하며, 원통형 외부 하우징의 형태로 수직으로 배치되어 상기 반응챔버(30)의 토출구에 연결되는 촉매부(50)를 더 포함하며,
상기 촉매부(50)는 원통형 외부 하우징(51)의 내부에서 길이방향으로 배치되는 디스트리뷰터(52) 및 상기 원통형 외부 하우징의 하단부(51b)와 상기 디스트리뷰터의 하단부(52b) 사이에 배치되는 통기성 부재(53)를 포함하며,
상기 원통형 외부 하우징(51)과 상기 디스트리뷰터(52) 사이의 공간에 다공질의 촉매 입자들(54)이 내장된 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제19항에 있어서,
상기 반응챔버(30)에 반응수(H2O)를 공급하는 반응수 공급부(60)를 더 포함하며,
상기 반응수 공급부(60)는 상기 반응챔버의 상단부에 위치한 반응수 유입구(61)에 연결되는 반응수 공급관(62);
상기 반응수 공급관(62)으로 공급되는 반응수 유량을 조절하기 위한 밸브(63);
상기 반응수 유입구(61)와 상기 밸브(63) 사이에 배치되는 압력계(64);
상기 압력계(64)에서 측정된 반응수 공급관(62)을 흐르는 반응수의 압력값을 수신하여 유량별 압력값을 산출하는 PLC 모듈(65); 및
상기 PLC 모듈에서 산출된 유량별 압력값에 기초하여 설정된 정량의 반응수가 반응챔버(30)로 공급되도록 제어하는 제어부(66)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제19항에 있어서,
상기 제1 섹션(410)의 상부에는 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)로부터 유입되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 노즐(411)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 스크러버 시스템.
Priority Applications (1)
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| KR1020230119742A KR102638859B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템 |
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| KR1020230119742A KR102638859B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템 |
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| KR102638859B1 true KR102638859B1 (ko) | 2024-02-22 |
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ID=90056444
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| KR (1) | KR102638859B1 (ko) |
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2023
- 2023-09-08 KR KR1020230119742A patent/KR102638859B1/ko active IP Right Grant
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