KR102638860B1 - 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
플라즈마 발생부(10); 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 반응챔버(30); 및 반응챔버로부터 토출되는 폐가스를 물과 접촉시켜 폐가스를 정화하고 폐가스의 온도를 하강시키는 수처리 탱크(40)를 포함하는 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 배열된다.
Description
본 발명은 반도체 폐가스 처리용 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 수처리 탱크 내부에 복수의 파우더 트랩을 구비하여 폐가스에 혼입되어 있는 부산물을 여과하여 포집할 수 있는 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법에 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.
상기 한국특허출원 제10-2020-0134222호에서는 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 처리할 수 있다.
그러나, 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.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 수처리 탱크 내부에 복수의 파우더 트랩을 구비하여 폐가스에 혼입되어 있는 부산물을 여과하여 포집할 수 있는 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법을 제공하는 것이다. 그러나, 이러한 과제들은 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시례에 따르면, 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템은 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부; 상기 플라즈마 발생부로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 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 배열될 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 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션은 상기 제1 섹션의 유출측에 연통되는 상류측 섹션과 상기 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 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 복수의 파우더 트랩의 경사각은 약 10°- 20°의 범위에서 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 복수의 파우더 트랩에서 인접한 파우더 트랩들 사이의 간격은 약 10mm - 50 mm의 범위에서 설정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제2 섹션의 하류측 섹션과 상기 제3 섹션의 경계부의 하단에는 단턱부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 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 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 수처리 탱크에는 수위 센서가 설치될 수 있다. 또한, 상기 수처리 탱크에는 투명한 점검창이 설치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템에서, 상기 제1 섹션의 상측에는 상기 반응챔버의 토출구로부터 유입되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 노즐을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시례에 따르면, 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법에 있어서, 플라즈마 형성 가스에 고전압을 가하여 플라즈마를 생성하는 단계; 폐가스 공급원으로부터 공급되는 폐가스를 반응챔버내에서 플라즈마에 의해 열분해하는 단계; 상기 열분해 단계에서 열분해된 폐가스를 상기 반응챔버의 토출구를 통하여 수처리 탱크의 제1 섹션으로 토출하여 수처리 탱크 내의 물에 의해 폐가스를 1차 정화처리하는 단계; 상기 1차 정화처리 단계에서 물에 혼합된 폐가스를 상향 경사진 파우더 트랩들 사이의 유체 통로로 유동시켜서 폐가스에 포함된 부산물을 분리하여 포집하고 수용성 가스를 용해시켜 2차 정화처리하는 단계; 및 상기 제2 섹션내의 물을 상기 제1 섹션으로 순환시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법은 상기 2차 정화처리 단계에서 부산물이 여과된 물을 제3 섹션으로 이송하는 단계; 및 상기 제3 섹션내의 물을 상기 제1 섹션으로 순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법은 상기 수처리 탱크의 내부로 일정량의 물을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법은 상기 반응챔버의 토출구를 통하여 수처리 탱크의 제1 섹션으로 토출되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법에 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. 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 따른 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 5에서 수처리 탱크의 제2 섹션에 파우더 트랩이 설치된 상태를 제1 섹션에서 바라본 사진이다.
도 7은 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제2 섹션과 제3 섹션의 경계부를 나타내는 사진이다.
도 8은 도 5의 수처리 탱크에서 I-I선을 따른 개략 단면도이다.
도 9는 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제2 섹션에 설치되는 파우더 트랩을 제1 섹션쪽에서 바라본 개략 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 개략 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제1 섹션 내부에 물 분무 노즐이 설치된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 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 5에서 수처리 탱크의 제2 섹션에 파우더 트랩이 설치된 상태를 제1 섹션에서 바라본 사진이다.
도 7은 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제2 섹션과 제3 섹션의 경계부를 나타내는 사진이다.
도 8은 도 5의 수처리 탱크에서 I-I선을 따른 개략 단면도이다.
도 9는 도 2의 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제2 섹션에 설치되는 파우더 트랩을 제1 섹션쪽에서 바라본 개략 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 개략 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 제1 섹션 내부에 물 분무 노즐이 설치된 상태를 나타내는 개략 단면도이다.
도 12는 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법의 흐름도이다.
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.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크의 내부를 나타내는 사진이며, 도 5는 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에 적용되는 수처리 탱크에서 제2 섹션에 파우더 트랩이 설치된 상태를 나타내는 개략도이며, 도 8은 도 5의 수처리 탱크에서 I-I선을 따른 개략 단면도이다.
본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템(이하, 간략히 '플라즈마 스크러버 시스템'이라고 함)(1)는 플라즈마 발생부(10), 반응챔버(30) 및 파우더 트랩을 구비한 수처리 탱크(40)를 포함한다.
본 발명의 일 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 격벽(44)에 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 후술되는 제3 섹션(430)의 유입측에 연통되는 하류측 섹션(422)으로 이루어진다. 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 형성된다.
또한, 본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템에서 상기 수처리 탱크(40)는 제3 섹션(430)을 더 포함할 수 있다. 제3 섹션(430)은 상기 제2 섹션(420)의 하부는 연통되며, 상단부에 기체 유출구(432)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 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 된다. 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 일 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 공급된다. 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 11을 참조하면, 본 발명의 일 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.
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 일 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 일 실시례에 따른 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.
본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템(1)은 아웃렛 타워(도시하지 않음)와 결합되어 사용될 수 있다.
아웃렛타워(도시하지 않음)는 수처리 탱크(40)의 상부에 위치하며, 수처리 탱크(40)를 통과하여 수처리 탱크(40)로부터 상승하는 가스에 포함되어 있는 이물질을 제거할 수 있다. 아웃렛타워를 통과한 가스는 정화 처리된 무해한 가스로서 외부로 배출될 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법에 대하여 설명한다.
단계 S10에서는, 플라즈마 형성 가스에 고전압을 가하여 플라즈마를 생성한다. 상기 플라즈마 발생부(10)는 플라즈마 형성가스 공급부(도시하지 않음)로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성한다. 플라즈마 발생부(10)에는 고주파 방전관이 구비되며, 플라즈마 형성가스 공급부(도시하지 않음)로부터 주입되는 플라즈마 형성가스를 고주파 방전관에서 방전시켜 플라즈마를 생성한다. 상기 플라즈마 발생부(10)는 상류에 설치된 플라즈마 형성가스 공급부(도시하지 않음)를 통하여, 예를 들어, CO2와 같은 플라즈마 형성가스를 전자파 방전관(도시하지 않음)으로 공급할 수 있으며, 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.
다음에, 단계 S20에서는, 폐가스 공급원으로부터 공급되는 폐가스를 반응챔버(30)내에서 플라즈마에 의해 열분해한다. 이 단계 S20에서 폐가스의 온도는 약 1,200℃ 내지 1,300℃ 까지 상승된다.
다음에, 단계 S30에서는, 상기 열분해 단계에서 열분해된 폐가스를 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)를 통하여 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)으로 토출하여 수처리 탱크(40) 내의 물에 의해 폐가스를 1차 정화처리한다. 1차 정화처리에 의해 폐가스에 포함되어 있는 파우더 등의 부산물과 수용성 가스가 물에 용해될 수 있다.
다음에, 단계 S40에서는, 상기 1차 정화처리 단계에서 물에 혼합된 폐가스를 상향 경사진 파우더 트랩들(4210) 사이의 유체 통로로 유동시켜서 폐가스에 포함된 부산물을 분리하여 포집하고 수용성 가스를 용해시켜 2차 정화처리한다.
본 발명의 일 실시례에 따른 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법에서, 수처리 탱크(40)의 제2 섹션(420)에 배치되는 복수의 파우더 트랩(4210)의 인접한 파우더 트랩들 사이에는 직사각형 단면의 유체 통로가 형성된다. 이러한 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 혼입되거나 용해되어 있으며 물에 비하여 상대적으로 중량이 무거운 부산물(파우더) 입자들이 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)의 바닥면에 가라앉게 되고 물은 제3 섹션(430)으로 흘러들어 간다.
다음에, 단계 S50에서는, 상기 제2 섹션(420)내의 물을 상기 제1 섹션(410)으로 순환시킨다. 이는 제2 섹션(420)에 연결되는 드레인 펌프(도시하지 않음)에 의해 제2 섹션(420) 내의 물(1차 및 2차 정화처리된 물)을 제1 섹션(410)으로 송출함으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시례에 따른 폐가스 처리 방법에서, 상기 2차 정화처리 단계(S40)에서 부산물이 여과된 물을 제3 섹션(430)으로 이송하는 단계(S60); 및 상기 제3 섹션(430)내의 물을 상기 제1 섹션(410)으로 순환시키는 단계(S70)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시례에 따른 폐가스 처리 방법에서, 상기 수처리 탱크(40)의 내부로 일정량의 물을 공급하는 단계(S80)를 더 포함할 수 있다. 폐가스 처리 과정에서 수처리 탱크(40) 내부에서 순환하는 물이 수처리 탱크(40) 내부에서 증발하여 수처리 탱크(40)로부터 배출되는 기체와 함께 대기로 유출되므로, 수처리 탱크(40)에 일정량의 물을 계속 공급해주는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수처리 탱크(40) 안으로 물이 약 3ℓ/min의 속도로 공급될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시례에 따른 폐가스 처리 방법에서, 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)를 통하여 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)으로 토출되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 단계(S90)를 더 포함할 수 있다. 이러한 단계(S80)에 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.
본 발명의 일 실시례에 따른 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용하는 폐가스 처리 방법에 의하면, 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)에서 폐가스를 물에 의해 1차 정화처리하고, 복수의 파우더 트랩(4210)에 의해 폐가스를 2차 정화처리함으로써, 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.
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
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
Claims (12)
- 플라즈마 형성가스 공급부로부터 주입되는 플라즈마 형성가스에 의해 플라즈마를 생성하는 플라즈마 발생부(10), 상기 플라즈마 발생부(10)로부터 유입되는 플라즈마에 의해 폐가스를 열분해하는 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 배열되는 것을 특징으로 하는,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 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,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 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,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 파우더 트랩(4210)의 경사각은 10°- 20°인 것을 특징으로 하는,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 복수의 파우더 트랩(4210)에서 인접한 파우더 트랩들 사이의 간격은 10mm - 50mm의 범위인 것을 특징으로 하는.
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 제2 섹션(420)의 하류측 섹션(422)과 상기 제3 섹션(430)의 경계부의 하단에는 단턱부(431)가 형성되는 것을 특징으로 하는,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템.
- 제2항에 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,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 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,
수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템.
- 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템을 이용하는 폐가스 처리 방법에 있어서,
플라즈마 형성 가스에 고전압을 가하여 플라즈마를 생성하는 단계(S10);
폐가스 공급원으로부터 공급되는 폐가스를 반응챔버(30)내에서 플라즈마에 의해 열분해하는 단계(S20);
상기 열분해 단계에서 열분해된 폐가스를 상기 반응챔버(30)의 토출구(31)를 통하여 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)으로 토출하여 수처리 탱크(40) 내의 물에 의해 폐가스를 1차 정화처리하는 단계(S30);
상기 1차 정화처리 단계에서 물에 혼합된 폐가스를 제2 섹션(420) 내에 배열된 상향 경사진 파우더 트랩들(4210) 사이의 유체 통로로 유동시켜서 폐가스에 포함된 부산물을 분리하여 포집하고 수용성 가스를 용해시켜 2차 정화처리하는 단계(S40); 및
상기 제2 섹션(420)내의 물을 상기 제1 섹션(410)으로 순환시키는 단계(S50)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 스크러버 시스템에서의 폐가스 처리 방법.
- 제9항에 있어서,
상기 단계(S40)에서 부산물이 여과된 물을 제3 섹션(430)으로 이송하는 단계(S60); 및 상기 제3 섹션(430)내의 물을 상기 제1 섹션(410)으로 순환시키는 단계(S70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 스크러버 시스템에서의 폐가스 처리 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 수처리 탱크(40)의 내부로 일정량의 물을 공급하는 단계(S80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 스크러버 시스템에서의 폐가스 처리 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 반응챔버(30)의 토출구(31)를 통하여 수처리 탱크(40)의 제1 섹션(410)으로 토출되는 폐가스를 향하여 물을 분무하는 단계(S90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
플라즈마 스크러버 시스템에서의 폐가스 처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230119722A KR102638860B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230119722A KR102638860B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102638860B1 true KR102638860B1 (ko) | 2024-02-22 |
Family
ID=90056380
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230119722A KR102638860B1 (ko) | 2023-09-08 | 2023-09-08 | 수처리 탱크 내부에 파우더 트랩을 구비한 플라즈마 스크러버 시스템 및 이를 이용한 폐가스 처리 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102638860B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0747202A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-02-21 | Degremont Sa | 廃水、特に雨水の処理装置 |
| KR20110124629A (ko) * | 2010-05-11 | 2011-11-17 | 크린시스템스코리아(주) | 하이브리드 플라즈마 토치 |
| JP2012110853A (ja) * | 2010-11-26 | 2012-06-14 | Disco Corp | 粉塵処理装置 |
| JP2019126743A (ja) * | 2018-01-19 | 2019-08-01 | 株式会社ネイブヒート | 湿式ガス状物質処理装置 |
-
2023
- 2023-09-08 KR KR1020230119722A patent/KR102638860B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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