KR200403854Y1 - 원적외선을 이용한 초순수 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 공급원수를 전처리 필터와 중공사막 필터를 통과시켜 순수를 얻고 이를 원적외선 증류조에 보내어 원적외선 램프에 의해 이를 기화시키고, 기화된 물분자를 응축조에서 액화시켜 초순수를 얻은 후, 이를 자외선 살균조를 거쳐 초순수를 제조하는 초순수 제조장치에 관한 것이다. 본 고안에서는 원적외선응 이용하여 물을 증류시키면 물의 표면에서만 증발이 일어나고 이 물 분자에는 불순물이 거의 용해되지 않아 초순수가 제조되는 현상을 이용한 것을 특징으로 한다.

Description

원적외선을 이용한 초순수 제조장치 {The Apparatus for Generation of Ultra Pure Water Using Far Infrared}

초순수는 수중에 포함되어 있는 전해질, 유기물, 미생물, 부유고형물과 같은 물질을 1차적으로 순수처리 시스템으로 제거하고 2차적으로 초순수 설비에 의해 순수속의 불순물을 거의 완벽하게 제거하여 전기 비저항이 18 MΩcm 정도인 물을 말한다.

초순수는 원자의 결합측정, 분광 측정, 효소처리 연구 및 유전공학 연구 등 과학분야의 연구실험용은 물론 반도체 세정용, 의약용, 전력용수 등 용처가 광범위하다. 반도체 제조 공정에서는 지금까지 CFC 계열의 염소화합물을 세정제로 사용하여 왔으나, 지구환경 보전을 위해 사용이 금지되면서 초순수를 반도체 제조공정의 세정제로 사용하게 되었다. 최근 생명공학, 유전공학과 같은 과학기술의 발달에 따라 초순수의 사용이 증가하였을 뿐 아니라 의약, 식품 제조 분야에서도 널리 사용되고 있다

현재 상용화된 초순수 제조장치는 이온교환수지를 사용하는 이온교환법과 ㅎ한외여과막, 역삼투막 시스템과 같은 분리막 여과 방법을 90% 이상 병용하고 있다. 일반적인 초순수 제조장치는 전처리 시스템과 1차 순수제조 시스템 및 초순수 시스템이 상호 연결되어 장치가 구성되어 있다. 분리막으로는 한외 여과막과 역삼투압막이 널리 이용되고 있으며 상용화된 거의 모든 초순수 제조장치는 이 방식을 채택하고 있다.

통상적인 초순수 제조방법은 이온교환법과 분리막 여과 시스템을 도입하여 구성되었으며 시스템 구성은 전처리→분리막 처리→이온교환수지 처리→분리막 처리의 형태로 이루어져 있다.

종래의 이온교환법과 분리막 여과 방법에 의한 초순수 제조장치는 제조단가가 높고, 잦은 필터 교체 등으로 인해 유지비용이 많이 드는 단점이 있다. 분리막 중에서도 핵심을 이루는 역삼투막을 사용할 경우에는 물의 회수율이 높지 않고 압력을 가하는 과정에서 소음이 발생한다는 문제점도 있다.

초순수 제조장치의 기술개발 추세는 높은 유지비 때문에 유지비 부담이 적은 장치 개발이 요구되어 지고 있다. 또, 초순수의 회수율을 높이고 운전비용을 줄일 수 있는 새로운 초순수 제조장치 개발을 위한 연구에도 관심이 모아지고 있다.

본 고안에서는 원적외선을 이용하여 초순수를 제조하는 장치에 관한 것이다. 본 고안에서 제공하는 원적외선을 이용한 초순수 제조장치는 공급원수에 원적외선을 조사하여 물의 표면만을 증발시킨 후 이를 냉각시켜 초순수를 얻는 방법이다. 이 방법은 열원을 물 안에 넣어 비등시키는 종래의 증류방식과는 달리 수증기가 발생하지 않기 때문에 불순물이 혼합되는 것을 막을 수 있다.

본 고안에서 제공하는 원적외선을 이용한 초순수 제조장치는 분리막을 교체할 필요가 없고 초순수 회수율도 높아 경제성이 높다. 제품의 제작 단가도 역삼투압 방식의 절반 정도밖에 되지 않으므로 경제적 파급효과도 크다.

본 고안을 적용하여 초순수 제조장치를 개발하여 기존의 초순수 제조방법의 단점을 보완하고 경제성을 높이고자 한다. 아울러 이러한 기술을 바탕으로 의약용 초순수 제조장치나 반도체 세정용 초순수 제조장치로 확장할 수 있다.

본 고안에서 제공하는 초순수 제조장치는 크게 전처리 여과부, 원적외선을 이용한 증류부, 그리고 자외선 살균부로 나누어진다. 본 고안에서 제공하는 적외선을 이용한 초순수 제조장치의 개략적인 회로도를 도 1에 나타내었다.

본 고안에서 제공하는 초순수 제조장치는 수도에 직결하여 사용할 수 있도록 되어있다. 수도관과 공급원수 유입구(1)를 관으로 연결하여 수도관을 통해 처리하여야 할 물을 공급받는다. 공급원수는 1차적으로 전처리 필터(2)을 통과하면서 물속의 불순물 등이 여과되어 제거된다. 이를 통과한 물을 활성탄 필터를 통과시켜 잔존 불순물을 제거할 수도 있다. 전처리 필터를 통과한 공급원수를 다시 중공사막 필터(3)를 통과시켜 물속의 미립자를 제거한다. 이 단계를 거치면 비저항이 0.1∼5 MΩcm 정도의 순수를 얻을 수 있다.

중공사막 필터를 거친 순수는 응축조(4)를 거쳐 원적외선 증류조로 보내어진다. 이 증류조는 100∼3,000 W 정도의 출력을 갖는 원적외선 램프를 1개 이상 사용하여 순수를 증류시킨다. 원적외선은 4∼1,000 ㎛ 파장의 빛을 말하며 이 빛이 물질에 조사되면 분자의 진동이나 굽힘운동 정도가 일어나는 에너지가 전달된다.

본 고안에서 제공하는 초순수 제조방법에 의하면 원적외선을 순수에 조사하면 물의 표면만 기화하며 물이 끓는 현상은 일어나지 않는다. 물의 표면의 온도는 90∼100 ℃ 정도이나 물속의 온도는 50∼60 ℃ 정도로 그리 뜨겁지 않다. 가열에 의해 물을 증발시키면 물에 기포가 생기며 수증기도 발생하여 공기중의 불순물이 쉽게 용해된다. 또 높은 열에 의해 가열원(히터)에서 분해되어 발생하는 미세물질이 물속에 용해되어 오염되면 순도가 낮아지기도 한다. 그러나 적외선을 이용하여 물을 증발시키면 물의 표면에서만 증발이 일어나고 기화된 물 분자도 육안으로 보기 힘들 정도로 작아 불순물이 용해되지 않는다. 그러므로 원적외선을 이용하여 증류한 물은 불순물이 혼합되지 않는 초순수가 제조되게 된다. 원적외선 증류조에 저장된 순수 중 고형 미립자 불순물은 기화되지 않고 물속에 남게 되며 나중에 이를 드레인 밸브(7)을 통해 제거하면 된다.

원적외선에 의해 기화된 물분자는 응축조(4) 내부의 관을 통과하면서 응축되어 액화된다. 이 단계에서 얻어진 초순수는 자외선 살균조(8)을 통과하면서 살균이 되어 저장조(11)로 보내어 진다. 제조된 초순수의 품질을 검사하기 위하여 저장조로 들어가는 관로에 비저항 측정 셀(10)을 설치하여 초순수의 비저항을 관찰한다. 플로트 밸브(5)는 저장조에 일정 수위 이상 물이 차게 되면 유입구를 막는 기능을 한다. 이 밸브에 전기적인 점멸 차단기를 연계하여 저장조가 가득 차면 유입구의 공급원수 유입차단, 원적외선 램프 소등, 자외선 램프 소등이 자동으로 이루어지도록 설계되었다.

본 고안에서 제공되는 원적외선을 이용한 초순수 제조 장치는 역삼투압 방식 여과막을 사용하는 기존의 방식을 대체한다. 역삼투압 방식은 물의 회수율이 높지 않고, 항상 일정 압력 이상 수압을 걸어주어야 하므로 펌프를 사용하여야 하며 이로 인해 소음이 발생하기도 한다. 또 역삼투압 여과막은 수명이 길지 않아 자주 교체해주어야 하며 가격도 비싼 편이라 유지 비용이 부담스러운 실정이다.

본 고안에 의한 원적외선 초순수 제조장치는 역삼투막에 의한 여과시스템 대신 원적외선 램프를 사용한다. 원적외선 램프의 용량은 1 kW/h 이하로도 조절할 수 있어 전력 사용량이 많지 않으며 저수조가 가득 찼을 때는 소등이 되므로 절전 효과도 있다. 본 고안에 의한 원적외선 초순수 제조장치는 역삼투압 여과막과 같이 필터를 교체할 필요가 없어 유지비용이 크게 절감되며, 물의 회수율도 높아 경제성이 높다.

도 1은 원적외선을 이용한 초순수 제조장치의 회로도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 공급원수 유입구 2: 전처리 필터

3: 중공사막 필터 4: 응축조

5: 원적외선 램프 6: 플로트 밸브(float valve)

7: 드레인 밸브(drain valve) 8: 자외선 살균조

9: 자외선 램프 10: 비저항 셀(resistivity cell)

11: 초순수 저장조 12: 초순수 출구

Claims (2)

1. 공급원수를 전처리 필터(2)와 중공사막 필터(3)을 통과시켜 순수를 얻고 이를 원적외선 증류조에 보내어 원적외선 램프에 의해 이를 기화시키고, 기화된 물분자를 응축조(4)에서 액화시켜 초순수를 얻은 후, 이를 자외선 살균조(8)를 거쳐 초순수를 제조하는 초순수 제조장치
2. 제 1항에 있어서 원적외선 증류조에 100∼3,000 W의 원적외선 램프를 1개 이상 사용하여 물을 증류시키는 것을 특징으로 하는 초순수 제조장치