KR20010000717A - 대기중 기체 성분 농축 고효율 확산 스크러버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체상으로 존재하는 각종 기체 분자가 직선 운동시 확산되어 소수성 막 (Hydrophobic Membrane)을 통과하여 고효율로 액체상에 용해되어 포집되는 장치인 고효율 확산 스크러버 (High Efficiency Diffusion Scrubber)의 제작 및 응용에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제작된 고효율 확산 스크러버는 기존의 확산 스크러버의 단점인 낮은 기체 분자 포집 효율과 재현성 및 내구성을 보완해 각종 기체 분자에 대한 포집 효율과 재현성을 증진하고, 내구성 문제를 해결했다. 고효율 확산 스크러버는 대기중의 기체 분석 장비의 전처리 장치로 사용이 가능하다.

Description

대기중 기체 성분 농축 고효율 확산 스크러버{High Efficiency Diffusion Scrubber for Collecting Gas Molecules in Air}

본 발명은 흐르는 기체 분자가 소수성 막으로 분리된 액체로 확산되는 현상을 이용하여 기체 분자를 포집 및 농축하는 장치인 확산 스크러버를 개선한 고효율 확산 스크러버의 제작 및 응용 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제작된 고효율 확산 스크러버를 이용하면 기체 분자를 최고 99.9 % 이상의 효율로 액체층으로 포집할 수 있다.

기존의 확산 스크러버는 이중 원통형 관으로 구성되어 있다. 내부의 관은 PTFE 재질의 소수성 막으로 구성되며 기체가 용해될 수 있는 액체가 통과하며, 내부의 관을 둘러싼 외부 관을 통해 농축 대상 기체가 일정한 속도로 유입된다. 이러한 원통형으로 구성된 확산 스크러는 제작이 불편하고, 소수성 막을 통한 기체 분자의 액체상으로의 확산이 원활치 않아 기체 분자에 대한 낮은 포집 효율과 재현성을 보여 기체 분자가 농축된 액체상으로 사용된 흡수액을 검출기로 분석할 때 정량적인 결과를 도출할 수 없어 일반 대기나 특정 공간내의 기체 분자의 농도를 측정하는 분석 장비의 전처리 장치로 사용되기 어려운 단점이 있다. 예컨대 반도체 제조용 크린룸 등에서 제품 생산에 영향을 주는 오염 기체 분자의 평가를 위한 장치로 사용되기에는 어려운 단점이 있다. 이러한 기존 확산 스크러버의 문제는 기체와 액체가 흘러가는 층의 형태, 소수성 막의 재질과 각 막의 분리 형태에 많이 의존하는 것으로 알려져 많은 연구가 진행되어 오고 있지만 실제적인 응용성에 대하여는 아직까지 확실한 연구 결과가 나오지 않고 있다. 또한 기존의 방식의 개선을 위해 기체와 액체층을 분리하는 막의 재질 변경과 개선을 통해 확산을 원활하게 하여 기체의 액체상으로의 농축을 증대시키는 방안 또한 연구되었지만 기체 분자의 포집률 개선에는 별다른 효과를 보지 못했다.

본 발명의 목적은 확산 스크러버법을 이용하여 PTFE 재질의 소수성 막을 사용하여 기체 분자의 액체상으로의 포집이 최대화되고 재현성과 내구성이 우수한 고효율 확산 스크러버를 제작함에 있다.

도 1은 고효율 확산 스크러버의 제작법이다.

도 2는 기체 유속에 따른 고효율 확산 스크러버의 액체층에 농축되는 각종 기체 분자의 흡수 효율 그래프.

기존의 기체 포집 효율의 문제점을 해결하기 위해 두께 0.4 ～ 0.05 mm에 공극 크기가 0.1 ～ 10 μm 인 평면형 PTFE 소재 막으로 기체와 액체가 흘러가는 층을 분리하였다. 기체과 액체상은 균일한 속도 흐름이 유지해야 하기 때문에 비투수성 재질을 이용 경로를 만들어 상판과 하판으로 구성된 두 개의 평면형 지지대를 이용, 압착하여 제작했다. 얇은 PTFE 막이 온도와 액체상으로 사용된 흡수액 성분으로 기인되는 신축과 수축으로 인해 발생하는 표면적의 변화와 손상을 최소화하고, 기체층에서 흘러가는 기체 분자가 막과 충돌이 용이하게 하여 액체층으로의 확산을 촉진하는 작용을 위해 표면적이 75 % 이상 확보된 두께 0.3 ～ 0.05 mm의 평면 지지망을 이용하여 PTFE 막을 실리콘 접착제를 이용하여 붙였다. 이때 보다 기체 분자의 흡수 효율을 증대시키기 위해 기체와 액체의 이동 방향은 정반대가 되게 한다.

본 발명에 의해서 고효율 확산 스크러버를 제조하면 다음과 같은 장점이 가능하다.

1. 별도의 농축 과정이 없이 고효율 확산 스크러버를 통해 기체상에 존재하는 분자들을 정량적으로 농축이 가능하다. 이때 입자나 수분은 막을 통과하여 액체상에 도입되지 않는다. 그리고 기체상과 액체상이 흘러가는 층의 경로 두께와 유속을 조절하여 농축률의 조절이 가능하다.

2. 정량성이 보장되어 있기 때문에 분석기기에 직접 연결하면 쉽게 대기중 기체 성분을 분석할 수 있다.

3. 평면형 지지대의 면적을 크게 하면 용량이 증가하여 대형화가 가능하여 대기 환경 오염 기체 분자들을 제거할 수 있는 필터로 사용 가능하다.

이하 첨부 도면과 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 도면 및 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이들에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 평면형 확산 스크러버의 제작 방법이며 도 2는 기체유속에 따른 흡수 효율 그래프이다.

〈실시예 1〉 고효율 확산 스크러버의 제작법 및 성능 평가

도 1은 고효율 확산 스크러버의 제작법이다. 두께 0.40 ～ 0.05 mm 에 공극크기가 0.1 ～ 10 μm 인 평면형 PTFE 소재 소수성 막을 표면적이 75 % 이상이 확보된 두께 0.30 - 0.05 mm의 평면 지지망에 실리콘 접착제로 붙인다. 기체와 액체상이 흐르는 경로는 두께 3.00 ～ 0.10 mm의 비투수성 필름을 성형하거나, 평면형 지지대의 내부를 동일 두께와 깊이로 파서 제작한다. 기체와 액체상의 경로는 유속이 안정적으로 흐르기 위해 유체 출입구를 향해 대칭적으로 좁아져서 출입구와 동일한 폭이 되게 가공한다.

표 1은 고효율 확산 스크러버를 이용하여 측정된 기체의 유속에 따른 흡수효율이다. 액체상으로 사용된 용매는 초순수이고 표준 기체를 사용하여 효율을 측정하였다.

표1

본 발명을 이상에서와 같이 상세히 설명하고 입증하였듯이 고효율 확산 스크러버는 기존의 방식과 달리 흡수 효율이 높고, 농축 배율이 조절이 간단하며, 내구성이 길고, 형태 가공이 자유롭기 때문에 분석 장치에 바로 연결하여 전처리 장치로 사용이 가능하며 대형화를 통해 대기중의 기체성 오염 물질을 제거하는 장치로 사용이 가능하다.

Claims (4)

1. PTFE 소재 막의 사용과;

   막의 지지하는 표면적이 75 % 이상이 확보된 두께 0.3 ～ 0.05 mm의 평면 지지망과;

   기체와 액체상이 흐르는 경로는 비투수성 필름을 성형하거나 평면형 지지대의 내부를 동일 두께와 깊이로 파서 제작하는 것을 특징으로 하는 고효율 확산 스크러버.
2. 제 1항에 있어서,

   막은 두께 0.4 ～ 0.05 mm 에 공극 크기가 0.1 ～ 10 μm 인 PTFE 소재이며 막의 지지망은 두께 0.3 ～ 0.05 mm 에 표면적이 75 % 이상 확보된 것을 사용하며 기체층과 액체층의 경로의 깊이는 3.00 ～ 0.10 mm인 것을 특징으로 하는 고효율 확산 스크러버.
3. 분석 장치에 직접 연결하여 대기중 기체 성분 연속 분석이 가능한 것을 특징으로 하는 고효율 확산 스크러버.
4. 크기를 확대하여 대기 오염 기체 분자의 제거 필터로 사용이 가능한 고효율 확산 스크러버.