KR20090079106A - 폐가스 처리장치 - Google Patents

Abstract

반도체, 평판 디스플레이 등의 제조에 사용된 인체 유해물질, 공해유발물질 등을 포함하는 폐가스의 처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 폐가스 처리장치는 폐가스가 내부에서 처리되는 챔버, 상기 챔버 상부의 가장자리를 따라 배치되고 상기 폐가스가 유입되는 복수 개의 폐가스 유입부, 상기 챔버의 측면부에 배치되고, 상기 챔버의 내부를 지나는 상기 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 열처리부, 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 열처리부에서 발생하는 화염의 중앙부에 상기 폐가스를 노출시켜 고온에서 상기 폐가스를 효율적으로 처리할 수 있는 효과가 있다.

플라즈마, 히터, 퍼지가스, PFC(Perfluorocompound)

Description

폐가스 처리장치{Waste Gas Processing}

본 발명은 폐가스 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정이나 화학 공정 등에서 발생한 유독성 폐가스를 정화 처리하는 폐가스 처리 장치에 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)가스는 유해성분의 함량을 허용농도 이하로 낮추는 무해화 처리과정을 필수적으로 거친 후 대기 중으로 배출된다.

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

여기서, 상기 플라즈마 분해 방식의 종류로는 쇼크(shock), 스파크방전(spark discharge), 핵반응 및 아크방전(arc discharge) 방식 등이 있다. 이중 상기 아크방전 방식은 두 개의 전극 사이에 고전압 전류를 인가하여 아크 방전을 일으키고, 상기 아크 방전을 이용하여 폐가스를 열 분해하는 방식을 말한다. 이러한 아크 방전 방식에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.

방전된 아크 사이에 불활성 가스 및 질소 등의 플라즈마를 형성할 수 있는 가스를 통과시켜 매우 높은 고온까지 가열하면 가스가 이온화하게 된다. 이와 같은 방법으로 다양한 종류의 반응성 입자를 생성함으로써 플라즈마를 형성하게 된다. 이와 같이 형성된 플라즈마의 온도는 적어도 1000℃ 이상이 되고, 이 1000℃ 이상의 플라즈마에 폐가스를 주입하여 열 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 열분해가 제대로 이루어지지 못했고, 따라서 폐가스를 효과적으로 허용농도 이하까지 무해화하기 힘들뿐만 아니라, 폐가스의 무해화의 효능이 상당히 떨어지는 문제점이 있었다. 그러므로, 폐가스 처리를 위한 챔버 내에서 플라즈마에 의해 형성된 온도가 높은 부분으로 상기 폐가스를 집중적으로 유도하여 상기 폐가스를 효율적으로 제거하기 위한 폐가스 처리장치의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 폐가스 처리를 위한 챔버 내의 온도가 높은 열처리부 주변으로 폐가스를 집중적으로 유도하여 폐가스를 효율적으로 처리하는 폐가스 처리장치를 제공하는 것에 있다.

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

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태에서는 폐가스가 내부에서 처리되는 챔버, 상기 챔버 상부의 가장자리를 따라 배치되고 상기 폐가스가 유입되는 복수 개의 폐가스 유입부, 상기 챔버의 측면부에 배치되고, 상기 챔버의 내부를 지나는 상기 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 열처리부, 상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부를 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리장치는 상기 챔버의 중앙부에 배치되어 상기 챔버 내의 상기 폐가스를 열 분해하는 보조열처리부를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리 장치에서, 상기 보조열처리부는 상 기 폐가스의 유동 방향과 평행하게 배치되고 전기 코일이 감싸고 있는 봉 형태로 상기 챔버 내부에 열을 발생시키는 히터 및 상기 히터의 외측에서 상기 히터를 감싸며 상기 히터를 보호하는 히터 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리 장치에서, 상기 열처리부는 아크 방전을 일으키는 플라즈마 토치를 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 챔버 내부로 유입된 상기 폐가스를 열 분해 하는 역할을 담당한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리 장치에서, 상기 냉각부는 상기 챔버 내에서 열 분해된 가스가 유해가스로 재결합 하는 것을 방지하는 퍼지가스를 분사하는 유입구를 가지도록 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐가스 처리 장치에서, 상기 냉각부는 상기 폐가스가 열 분해될 때 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위한 고압의 가스를 상기 냉각부의 내벽으로 분사하는 유입구를 구비하도록 구성될 수도 있다.

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

첫째, 폐가스가 상대적으로 고온인 플라즈마 토치 중앙부를 경유하도록 폐가스 유입구를 챔버의 가장자리에 배치함으로써, 폐가스를 고온에서 효율적으로 처리할 수 있어 결과적으로 가스 처리효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 가스가 배출되는 과정에서 생성되는 유해물질의 발생을 최소화하여 대기 환경오염을 막는데 효 과가 있다.

둘째, 열처리부가 챔버의 측면부에 배치되면서 온도가 상대적으로 낮아지는 점을 감안하여 챔버 중앙부에 보조 열처리부를 추가적으로 구비하여 챔버 내부의 온도분포를 더욱 균일하게 고열 분위기로 고르게 분포시킬 수 있다. 따라서, 챔버의 처리공간으로 유입된 폐가스가 정화 처리되는 효율이 더욱 높아지게 된다.

셋째, 폐가스가 챔버 내부에서 열 분해되면 파우더가 발생하게 되는데 이러한 파우더가 냉각부로 유입되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위하여 고압의 가스를 냉각부의 내벽으로 분사하는 유입구를 구비함으로써, 파우더가 적층되지 않고 냉각수와 함께 외부로 배출되어 내구성이 향상되는 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 3을 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 폐가스 처리 장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 1은 제1실시예에 따른 폐가스 처리 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 평면도이며, 도 3은 도 1의 냉각부를 확대한 구성도이다.

본 실시예에 따른 폐가스 처리 장치는 크게 폐가스가 내부에서 처리되는 챔버(10), 상기 챔버(10) 상부의 가장자리를 따라 배치되고 상기 폐가스가 유입되는 복수 개의 폐가스 유입부(12), 상기 챔버(10)의 측면부에 배치되고, 상기 챔버(10)의 내부를 지나는 상기 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 열처리부(20), 상기 챔버(10)를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부(40)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 열처리부(20)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 구성된 플라즈마 토치로 이루어질 수 있다. 위와 같이 구성되어 아크 방전을 일으키는 플라즈마 토치는 현재 아크 방전 방식의 폐가스 처리 장치에 적용되어 사용되고 있으므로, 이에 대한 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 실시예에서 상기 열처리부(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍이 상기 챔버(10)의 측면부에 배치되고, 상기 폐가스가 유입되는 방향과 수직하게 구성되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 열처리부(20)의 설치 개수나 배치 각도 등은 다양하게 변형이 가능하다.

상기 폐가스 유입부(12)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 상기 챔버(10) 상부의 가장자리를 따라 복수 개가 배치된다. 이에 따라, 상기 폐가스를 열 분해 하는 역할을 담당하는 상기 열처리부(20)의 플라즈마 토치에서 발생한 화염의 중앙부가 상대적인 고온을 유지하는 것을 이용하여 상기 폐가스가 화염의 중앙부를 경유하도록 유도 할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 상기 냉각부(40)는 상기 챔버(10)의 아래에 배치되며, 상기 챔버(10)를 통과하면서 열분해 된 후 그 내부로 유입된 가스를 냉각한다.

상기 냉각부(40)는 예를 들어 상부와 하부가 개방된 원추형으로 형성되며, 그 상단에는 상기 챔버(10)의 하단에 고정되는 플랜지(41)가 구비된다. 상기 냉각부(40)의 측면에는 유입구(42)가 구비되는데, 상기 유입구(42)를 통해서 퍼지 가스가 상기 냉각부(40)의 내부로 공급된다. 상기 냉각부(40)의 내부로 공급된 퍼지 가스는 상기 챔버(10)에서 열 분해된 가스가 재결합하여 유해가스가 생성되는 것을 방지한다. 좀더 상세히 설명하면, 상기 퍼지 가스는 예를 들어 질소 가스로 이루어질 수 있으며, 상기 챔버(10)에서 열 분해되어 생성된 가스의 일부와 결합하여 상기 챔버(10)에서 열 분해된 가스들이 상기 냉각부(40) 내에서 다시 결합하여 유해 가스로 되는 것을 방지하는 것이다.

상기 퍼지 가스는 상기 유입구(42)를 통해 상기 냉각부(40)의 내벽을 향해 고압으로 분사될 수 있다. 그러면, 상기 폐가스가 상기 챔버(10) 내에서 연소되고 열 분해될 때 발생된 파우더가 상기 냉각부(40)의 내벽에 적층되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, 상기 냉각부(40)의 내벽에 적층된 파우더를 털어 내기 위해서, 상기 퍼지 가스 대신 고압의 공기나 다른 가스 등을 상기 유입구(42) 들 중 어느 하나로 분사해도 좋을 것이다.

상기 냉각부(40)는 내벽(47)과 외벽(45)으로 구성되어 있다. 상기 챔버(10) 내부에서 열 분해된 고온의 가스를 냉각시키기 위하여 도 3에 도시된 바와 같이 냉각수 주입관(46)으로부터 유입된 냉각수가 상기 냉각부의 내벽(47)과 외벽(45) 사 이로 안내되어 냉각수 가이드(48)를 통하여 흐르게 된다. 따라서, 상기 냉각부(40)를 거친 처리 가스는 상온까지 냉각된 후 외부로 배출되게 된다.

상기 냉각부(40)에는 차단판(44)이 더 구비될 수 있는데, 상기 차단판(44)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 냉각부의 상부에 위치하여 상기 열처리부(20)에 의해 상기 폐가스가 열 분해되는 과정에서 발생되는 파우더가 상기 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 차단하고 오버플로우(over-flow)되는 냉각수가 상기 챔버(10)의 내부로 튀는 것을 방지한다. 여기에서, 상기 차단판(44)에 적층되는 파우더는 위에서 설명한 바와 같이 상기 유입구(42)를 통하여 분사되는 고압의 퍼지가스에 의하여 상기 냉각수와 함께 외부로 배출된다.

다음으로, 도 4 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 폐가스 처리 장치의 구성을 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 4는 본 실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도이고, 도 5는 도 3의 보조열처리부의 단면도이다.

본 실시예에 따른 폐가스 처리장치 역시 제1실시예와 그 구성에 있어서 큰 차이는 없으나 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 열처리부(20)가 상기 챔버(10)의 측면부에 배치되면서 중앙부의 온도가 상대적으로 낮아지는 것을 보완하기 위하여, 상기 챔버(10)의 중앙부에 배치되어 상기 챔버 내로 유입된 상기 폐가스를 열 분해하는 보조열처리부(30)를 더 포함하여 구성된다.

상기 보조열처리부(30)는 상기 챔버 내부에 열을 발생시키는 히터(32), 및 상기 히터(32)의 외측에서 상기 히터를 감싸며 상기 히터를 보호하는 히터 하우징(34)을 포함하여 구성된다. 이와 같이 구성된 상기 보조열처리부(30)는 길이 방 향으로 길게 형성되어 상기 폐가스의 유입 방향과 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 따라, 상기 열처리부(20)가 상기 챔버(10)의 측면부에 배치되면서 상기 챔버(10) 중앙부의 온도가 상대적으로 낮아지는 것을 보완하여 상기 챔버(10) 내부의 온도분포를 더욱 균일하게 고열 분위기로 고르게 분포시킬 수 있다.

본 실시예에서 상기 보조열처리부(30)는 전열선을 이용한 전기 히터(30)를 사용하여 발열을 하고 상기 히터 하우징(32)을 통하여 상기 폐가스가 유입되는 상기 챔버(10) 내부로 열을 전달하여 상기 챔버(10) 중앙부로 유입된 상기 폐가스를 열 분해 하는 역할을 담당한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

도 1은 제1실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도;

도 2는 도 1의 평면도;

도 3은 도 1의 냉각부를 확대한 구성도;

도 4는 제2실시예에 따른 폐가스 처리장치의 구성도; 및

도 5는 도 4의 보조열처리부의 단면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

10: 챔버 12: 폐가스 유입부

20: 열처리부 30: 보조열처리부

32: 히터 34: 히터 하우징

40: 냉각부 41: 플랜지

42: 퍼지가스 유입구 44: 차단판

45: 냉각부 외벽 47: 냉각부 내벽

48: 냉각수 가이드

Claims (8)

1. 폐가스가 내부에서 처리되는 챔버;

   상기 챔버 상부의 가장자리를 따라 배치되고 상기 폐가스가 유입되는 복수 개의 폐가스 유입부;

   상기 챔버의 측면부에 배치되고, 상기 챔버의 내부를 지나는 상기 폐가스를 정화 처리하는 복수 개의 열처리부; 및

   상기 챔버를 통하여 정화 처리된 가스를 냉각시키는 냉각부;

   를 포함하여 구성되는 폐가스 처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 챔버의 중앙부에 배치되어 상기 챔버 내의 상기 폐가스를 열 분해하는 보조열처리부를 더 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열처리부는,

   아크 방전을 일으키는 플라즈마 토치를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 보조열처리부는,

   상기 챔버 내부에 열을 발생시키는 히터; 및

   상기 히터의 외측에서 상기 히터를 감싸며 상기 히터를 보호하는 히터 하우징;

   을 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 보조열처리부는,

   길이 방향으로 길게 형성되어 상기 폐가스의 유입 방향과 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 폐가스 처리장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 냉각부는,

   상기 챔버 내에서 열 분해된 가스가 유해가스로 재결합 하는 것을 방지하는 퍼지가스를 분사하는 유입구를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 냉각부는,

   상기 폐가스가 열 분해될 때 발생하는 파우더가 적층되어 냉각수의 흐름을 방해하는 것을 방지하기 위한 고압의 가스를 상기 냉각부의 내벽으로 분사하는 유입구를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.
8. 폐가스가 챔버의 내벽을 따라 흐르도록 상기 챔버의 가장자리를 따라 배치된 다수의 폐가스 유입부;

   상기 챔버의 둘레에 배치되어 상기 폐가스를 열 분해하는 다수의 플라즈마 토치로 구성된 열처리부; 및

   상기 챔버의 중앙에 상기 폐가스의 유동 방향을 따라 배치되어 상기 폐가스를 열 분해하는 보조열처리부;

   를 포함하여 이루어진 폐가스 처리장치.

Images