KR20090061835A - 복수 개의 플라즈마 토치가 구비된 폐가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

반도체, 평판 디스플레이 등의 제조에 사용된 인체 유해물질, 공해유발물질 등을 포함하는 폐가스의 정화장치가 개시된다. 본 발명에 따른 폐가스 정화장치는 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 복수 개의 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하는 열처리부, 상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 챔버 내부의 온도를 고온으로 균일하게 유지함으로써, 폐가스 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

플라즈마, 히터, 활성화 가스, 기류

Description

복수 개의 플라즈마 토치가 구비된 폐가스 처리장치{Waste Gas Processing Device Provided with Plasma Multi-Torch}

본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 복수 개의 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 복수 개의 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하여 챔버 내부의 온도분포를 고열 분위기로 고르게 분포시킬 수 있어, 폐가스 처리 효율을 높인 폐가스 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조공정이나 화학공정 등에서 배출되는 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 독성이 강한 각종 폐가스, 예를 들면 C2F4, CF4, C3F8, NF3, SF6과 같은 PFC(Perfluorocompound)가스를 확실히 정화하기 위해서, 유해성분의 함량을 허용농도 이하로 낮추는 무해화 처리과정을 필수적으로 거쳐서 대기 중으로 배출시켜야 한다.

상기한 무해와 처리과정을 위해 종래에는 건식 또는 습식의 가스세정이 이루 어지고 있으며, 최근 들어서는 열분해를 이용하는 방식 중에서 액화천연가스(LNG) 및 산소(O2)를 별도로 필요로 하지 않는 플라즈마 분해식이 각광을 받고 있는 추세이다.

여기서, 상기 플라즈마 분해식의 종류로는 쇼크(shock), 스파크방전(spark discharge), 핵반응 및 아크방전(arc discharge) 등이 있다.

상기 아크방전은 두 개의 전극 사이에 고전압 전류 전압을 인가함으로써 발생시킬 수 있다.

이러한 아크 사이에 불활성 가스 및 질소 등의 플라즈마를 형성할 수 있는 가스를 통과시켜 매우 높은 고온까지 가열시키면 가스가 이온화하게 되는데, 이와 같은 방법으로 다양한 종류의 반응성 입자를 생성함으로써 플라즈마를 형성하게 된다.

플라즈마의 온도는 적어도 1000℃ 이상이 되고, 이 1000℃ 이상의 플라즈마에 폐가스를 주입함으로써 이를 분해 처리하게 된다.

하지만, 종래의 플라즈마에 의한 폐가스 처리장치는 플라즈마가 형성된 영역만 국부적으로 온도가 높고 플라즈마의 주변 온도는 상대적으로 낮아 폐가스가 처리되는 챔버 내의 온도가 고르지 못한 문제점이 있었다.

이에 따라, 종래의 플라즈마 폐가스 처리장치로만 폐가스를 처리할 경우, 상대적으로 온도가 낮은 영역이 존재하여 폐가스를 효과적으로 허용농도 이하까지 무해화하기 힘들뿐만 아니라, 폐가스의 무해화의 효능이 상당히 떨어지는 문제점이 있었다. 따라서, 폐가스 처리를 위한 챔버 내에서 전체적으로 고온의 분위기를 만 들어 폐가스를 확실히 제거하기 위한 폐가스 처리장치가 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐가스 처리를 위한 챔버 내의 온도를 고온으로 고르게 분포시킨 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 고온 처리로 폐가스 처리효율을 높이고 가스가 배출되는 과정에서 생성되는 유해물질의 발생을 최소화하여 대기 환경오염을 막는데 효과가 있는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 복수 개의 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하는 열처리부, 상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치를 제공한다.

그리고, 상기 열처리부는 상기 챔버의 측면에 구비되고, 상기 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 나선 형태의 기류를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 복수 개의 플라즈마 토치는 서로 꼬인 형태로 배치되어 다같이 시계방향과 반 시계방향 중 어느 한 방향을 따라 기류를 형성하는 것을 특징으로 하 고 있다.

상기 챔버의 상부에는 상기 폐가스 유입을 위한 가스 유입부가 구비되어 상기 폐가스가 상기 챔버 내부의 처리공간 중간 부분에 곧바로 유입되는 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 상기 챔버의 외벽을 따라 구비되어 상기 챔버의 내벽을 가열함으로써, 상기 열처리부에서 발생한 열에 상대적으로 영향을 적게 받는 상기 챔버의 내벽 부분에 온도를 고온으로 유지하기 위하여 보조 열처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 냉각부는 재결합 방지를 위한 활성화 가스를 분사하는 유입구를 가지며 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각수를 유입하는 냉각수 주입관을 구비하고 있다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하도록 하여 폐가스가 유입되어 처리되는 챔버 내부의 온도분포를 고열 분위기로 고르게 분포시킬 수 있게 된다.

따라서, 상기 폐가스가 처리되는 처리공간의 고온 처리로 상기 폐가스의 처리 효율을 높이고, 가스가 배출되는 과정에서 생성되는 유해물질의 발생을 최소화 하여 대기 환경오염을 막는데 효과가 있다.

둘째, 플라즈마 아크 토치에서 발생하는 화염에 의한 승온 외에 별도로 부가된 보조 열처리부를 장착하여 폐가스가 유입되어 처리되는 챔버 내부의 온도분포를 더욱 균일하게 고열 분위기로 고르게 분포시킬 수 있다. 따라서, 챔버의 처리공간으로 유입된 폐가스가 정화 처리되는 효율이 더욱 높아지게 된다.

셋째, 챔버의 처리공간에서 열처리부에 의해 열 분해된 폐가스가 냉각부로 유입될 때 냉각부에 구비된 활성화 가스 분사구에서 분사되는 재결합 방지 가스와 반응을 일으키도록 유도한다. 따라서, 열 분해된 폐가스가 다시 재결합하는 것을 사전에 봉쇄함으로써 가스가 배출되는 과정에서 생성되는 유해물질의 발생을 최소화하여 대기 환경오염을 막는데 효과가 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

우선, 도 1 내지 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 폐가스 정화장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 제1실시예에 따른 폐가스 정화장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 냉각부를 확대한 구성도이다.

본 실시예에 따른 폐가스 정화장치는 크게 폐가스를 정화 처리하는 복수 개 의 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 복수 개의 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하는 열처리부, 상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버 및 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 열처리부(110a, 120a)는 도면에 도시되지는 않았지만, 인가된 전압에 따라 열전자를 방출하는 음극봉, 상기 음극봉과 소정거리 이격되어 전압의 인가 시 아크 방전을 발생시키는 양전극, 상기 양전극의 하단부에 위치하며 상기 음극봉과 양전극에서 발생된 아크 방전이 유지되도록 함과 아울러 플라즈마 생성 가스를 공급하는 플라즈마 생성 가스 공급관을 포함하여 구성된다.

한편, 본 실시예에서 상기 열처리부(110a, 120a)는, 도 1에 도시된 바와 같이 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 챔버(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 상부에 폐가스가 유입되는 가스 유입관(210)이 장착되고, 하부에서는 냉각부와 연결되며, 유입된 상기 폐가스가 처리되는 처리공간(201)으로 구성된다.

상기 가스 유입관(210)이 상기 챔버(200)의 상부에 위치하고 있으므로 해서 상기 챔버 내부의 처리공간(201)의 중앙으로 상기 폐가스가 곧바로 유입되어 상기 폐가스의 처리 효율이 높아지게 된다.

한편, 상기 가스 유입관(210)으로부터 유입된 상기 폐가스가 상기 챔버 내부 의 처리공간(210)에서 처리되어 상기 챔버(200)의 하부에 위치하고 있는 냉각부(400)로 이동하여 고온의 가스가 그대로 외부로 방출되지 않도록 냉각수를 이용하여 상온에 근접한 온도로 냉각된다.

또한, 상기 냉각부(400)는 상기 챔버 내부의 처리공간(201)에서 열분해 된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위하여 활성화 가스를 분사하는 재결합 방지 가스 주입관(420)이 설치 되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 상기 냉각부(400)는 상기 챔버(200)와 연통하는 플렌지(415), 상기 폐가스가 처리되어 유입되는 유입구(411), 상기 폐가스가 외부로 배출되는 배출구(413), 처리된 상기 폐가스가 재결합하는 것을 방지하기 위해 활성화 가스를 주입하는 활성화 가스 주입관(420) 및 상기 처리된 상기 폐가스를 상온의 상태로 배출시키기 위하여 냉각수를 주입하는 냉각수 주입관(450)으로 구성되어 있다.

상기 활성화 가스 주입관(420)은 복수 개로 이루어져 있으며, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 폐가스의 재결합을 방지하기 위하여 상기 챔버(200)에서 처리된 가스가 유입될 때 가스 분사구(421)를 통하여 활성화 가스를 분사한다.

상기 활성화 가스의 예로는 질소가스를 들 수 있으며, 이밖에 고온분위기에서 활성을 나타내는 가스를 모두 사용할 수 있다.

한편, 상기 냉각수 주입관(450)으로부터 주입된 냉각수는 냉각부의 외벽(410)과 내벽(430) 사이로 안내되어 냉각수 가이드(440)를 통하여 흐르게 된다. 또한, 상기 활성화 가스를 분사하는 가스 분사구(421)에 의하여 발생되는 분진은 상기 냉각부(400)에 적층되지 않으며, 상기 냉각부(400)의 하단에 위치한 배출구(413)를 통하여 오버플로우(over-flow)된 냉각수와 함께 외부로 배출된다.

또한, 상기 냉각부(400)에는 상기 열처리부(100)에 의한 폐가스 처리과정에서 폐가스에 포함된 이물이 연소되어 발생되는 분진과 상기 챔버(200)에서 처리된 폐가스와 상기 활성화 가스를 분사하는 분사구(421)에서 분사된 활성화 가스가 반응하여 발생된 분진이 상기 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 차단하고, 오버플로우(over-flow)되는 냉각수가 상기 챔버(200)의 내부로 튀는 것을 방지할 수 있는 차단판(423)이 구비되어 있다.

다음으로, 도 3 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 폐가스 정화장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 3은 본 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이고, 도 4는 도 3의 평면도이다.

본 실시예에 따른 폐가스 처리장치 역시 제1실시예와 그 구성에 있어서 큰 차이는 없으나 도 3에 도시된 바와 같이 복수 개의 플라즈마 토치가 모두 일정 각도로 기울어지게 배치되는 것을 특징으로 하고 있다.

구체적으로, 상기 열처리부(110b, 120b)는 복수 개의 플라즈마 토치가 모두 일정 각도로 기울어지게 배치함으로써 고온의 플라즈마 토치의 화염을 상기 챔버(200)의 하부로 기류가 형성된다. 따라서, 상기 가스 유입관(210)을 통하여 상기 챔버 내부의 처리공간(201)으로 유입된 상기 폐가스가 상기 열처리부(110b, 120b)에 의해 형성된 기류를 따라서 이동하면서 열분해가 이루어 지고, 상기 챔버(200)의 하부에 연통된 상기 냉각부(400)로 배출된다.

다음으로, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제3실시예에 따른 폐가스 정화장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 5는 본 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이고, 도 6은 도 5의 평면도이며, 도 7은 도 6의 단면도이며, 도 8은 본 실시예에 따른 챔버 내부의 기류의 형상을 나타내는 상태도 이다.

본 실시예에 따른 폐가스 처리장치는 서로 꼬인 형태로 배치되는 복수 개의 플라즈마 토치를 포함하는 열처리부(110c, 120c), 상기 열처리부(110c, 120c)를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간(201)을 제공하는 챔버(200), 상기 챔버(200)를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부(400) 및 상기 챔버(200)의 외벽을 따라 구비되어 상기 챔버의 내벽을 가열하는 보조 열처리부(300)로 구성된다.

상기 열처리부(110c, 120c)는 도 8에 도시된 바와 같이 서로 꼬인 형태로 배치되어, 복수 개의 플라즈마 토치에 의해 다같이 시계방향과 반 시계방향 중 어느 한 방향을 따라 나선형태의 기류를 형성함으로써, 상기 폐가스가 처리되는 상기 챔버의 처리공간(201) 내부의 온도 분포를 고온으로 일정하게 유지할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

이와 같이, 본 실시예는 서로 꼬인 형태로 배치되어 시계방향과 반 시계방향 중 어느 한 방향을 따라 기류를 형성하여, 상기 폐가스의 처리 효율을 더욱 높일 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 열처리부(110c, 120c)는 상기 챔버(200)의 중앙 부분에 위치하여 중앙 부분부터 기류가 형성된 것으로 도 8에 도시되어 있지만, 상기 챔 버(200)의 상부에 위치하여 챔버 내부의 처리공간(201)의 상부에서부터 기류를 형성하는 것도 가능하다.

상기 보조 열처리부(300)는 상기 챔버(200)의 내벽(220)과 외벽(250) 사이에 구비되어 챔버 내벽으로 열을 전달하는 역할을 수행한다. 따라서, 상기 열처리부(110c, 120c)에 의해 발생하는 승온 외에 별도로 부가된 히팅 장치에 의한 승온의 효과를 얻을 수 있게 된다. 이에 따라, 상기 챔버 내부의 처리공간(201)으로 유입된 상기 폐가스가 상기 챔버 내부의 처리공간(201) 중간부분뿐만 아니라, 상대적으로 저온 분위기인 상기 챔버 내벽(220) 부분에서도 효율적인 열 분해가 이루어 질 수 있도록 균일한 고온 분위기를 유지할 수 있게 된다.

상기 보조 열처리부(300)는 전기 코일이 감싸고 있는 봉 형태로 구비되고 전기를 발열의 소스로 이용하여 열을 발생시키는 히터를 사용하는 것이 바람직하다. 하지만, 이에 국한되지 않고 다양한 형태의 히터를 사용하는 것이 가능하다.

상기 보조 열처리부(300)는 상기 챔버 외벽(250)으로의 열 손실을 줄이고 열 효율을 높이기 위하여 단열재(230)를 구비함으로써 상기 보조 열처리부(300)에서 발생한 열이 상기 챔버 외벽(250)으로 전달되는 것을 억제 한다.

상기 챔버(200)는 상기 폐가스가 처리되는 처리공간(201)과 직접 접촉을 하는 내벽(220), 상기 보조 열처리부(300)가 삽입되는 공간, 상기 보조 열처리부(300)에서 발생한 열이 외부로 빠져나가는 것을 억제하는 단열재(230), 상기 챔버(200)의 온도를 상온으로 유지시켜주는 냉각코일(240) 및 상기 챔버(200)를 외부에서 감싸고 있는 외벽(250)을 포함하여 구성된다.

상기 챔버의 내벽(220)은 폐가스와 직접 접촉하고 있고, 상기 열처리부(100)와 상기 보조 열처리부(300)에서 발생되는 고온에 견딜 수 있는 내열성 및 내 부식성이 강한 재료를 사용하여 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 보조 열처리부(300)에서 발생된 열이 외부로 유출되는 것을 방지하기 위하여 상기 챔버의 내벽(220)과 상기 단열재(230) 사이는 실링을 통하여 밀봉하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보조 열처리부(300)가 상기 챔버 내벽(220)을 따라 복수 개의 히터봉으로 구성되지만, 이에 한정되지 않으며 이는 일 예를 표시한 것이며, 그 개수나 배치 등은 다양하게 변형이 가능하다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

도 1은 제1실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도;

도 2는 도 1의 냉각부의 구성도;

도 3은 제2실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도;

도 4는 도 3의 평면도;

도 5는 제 3 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도;

도 6은 도 5의 평면도;

도 7은 도 6의 단면도;

도 8은 제3실시예에 따른 챔버 내부의 기류의 형상을 나타내는 상태도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

110, 120: 열처리부 200: 챔버

210: 가스 유입관 220: 챔버 내벽

230: 단열재 240: 냉각 코일

250: 챔버 외벽 300: 보조 열처리부

400: 냉각부 410: 냉각부 외벽

411: 유입구 413: 배출구

420: 가스 주입관 421: 가스 분사구

430: 냉각부 내벽 440: 냉각수 가이드

450: 냉각수 주입관

Claims (7)

1. 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 플라즈마 토치를 포함하며, 상기 복수 개의 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는 일정 각도로 기울어지게 배치되어 특정 방향으로의 기류를 형성하는 열처리부;

   상기 열처리부를 고정하며 상기 폐가스의 처리가 이루어지는 처리공간을 제공하는 챔버; 및

   상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부;

   를 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 플라즈마 토치 중 적어도 어느 하나는,

   나선 형태의 기류를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 복수 개의 플라즈마 토치는 서로 꼬인 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 복수 개의 플라즈마 토치는 다같이 시계방향과 반 시계방향 중 어느 한 방향을 따라 기류를 형성하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 챔버의 상부에는,

   상기 폐가스 유입을 위한 가스 유입부가 구비되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 챔버의 외벽을 따라 구비되어 상기 챔버의 내벽을 가열하는 보조 열처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 냉각부는,

   재결합 방지를 위한 활성화 가스를 분사하는 유입구를 가지는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.

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