KR20100000299U - 가스 스크러버의 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 가스 스크러버의 냉각장치에 관한 것으로, 유입된 처리가스를 가열 처리한 후 고온의 처리가스를 냉각시키는 가스 스크러버에 있어서, 처리가스를 냉각시킴과 함께 처리가스에 포함된 유해물질을 여과하기 위한 업소버; 상기 업소버를 통과하여 1차 냉각된 처리가스를 더 냉각하기 위한 가스냉각라인이 구비되며, 상기 가스냉각라인의 외측에는 냉각수가 충진된 냉각챔버를 포함한다.
가스 스크러버, 냉각챔버, 업소버, 가스냉각라인

Description

가스 스크러버의 냉각장치{Cooling Apparatus of Gas Scrubber}
본 고안은 예컨대 반도체 제조공정 또는 LED 제조공정시 발생하는 발화성 가스 또는 유독성 가스를 포함하는 배기가스를 정화 처리하여 배출하는 가스 스크러버(Gas Scrubber)에 관한 것으로, 특히 처리 과정에서 발생하는 고열의 처리가스를 냉각하기 위한 가스 스크러버의 냉각장치에 관한 것이다.
반도체 소자를 생산하는 공정 중에는 독성 가스를 배출하는 공정이 많다. 예를 들면, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD) 공정, 이온주입(ion implantation) 공정, 식각 공정, 확산 공정 등에 사용되는 SiH4, SiH2, NO, AsH3, PH3, NH3, N2O, SiH2Cl2 등의 가스들이 사용되는데, 공정을 거치고 배출되는 가스들은 여러 종류의 독성 물질을 함유하고 있다.
이런 독성 가스는 인체에 해로울 뿐만 아니라 가연성과 부식성도 있어 화재 등의 사고를 유발하기도 한다. 또한, 이런 독성 가스가 대기로 방출되면 심각한 환 경오염을 유발하므로 가스가 대기 중에 방출되기 전에 가스 스크러버를 통과하여 가스를 정화하는 공정을 거치게 된다.
가스 스크러버는 크게 웨팅(wetting) 방식과 버닝(burning) 방식으로 대별된다.
웨팅방식 스크러버는 물을 이용하여 배기가스를 세정 및 냉각하는 구조로써, 비교적 간단한 구성을 가지므로 제작이 용이하고 대용량화할 수 있다는 장점은 있으나, 불수용성의 가스는 처리가 불가능하고, 특히 발화성이 강한 수소기를 포함하는 배기가스의 처리에는 부적절한 문제가 있다.
버닝방식 스크러버는 수소 버너 등의 버너 속을 배기가스가 통과되도록 하여 직접 연소시키거나, 또는 열원을 이용하여 고온의 챔버를 형성하고 그 속으로 배기가스가 통과되도록 하여 간접적으로 연소시키는 구조를 갖는다. 이러한 버닝방식 스크러버는 발화성 가스의 처리에는 탁월한 효과가 있으나, 잘 연소되지 않은 토직가스의 처리에는 부적절하다.
한편, 수소 등의 발화성 가스 및 실란(SiH4) 등의 토직가스를 사용하는 반응공정 예컨대, 반도체 제조공정은 상온보다 높은 고온에서 이루어지므로, 배기가스를 처리함에 있어서 유독성 가스의 정화와 동시에 배기가스를 냉각시킬 필요가 있다.
이에 따라, 반도체 제조공정에서는, 웨팅방식의 스크러버와 버닝방식의 스크러버를 결합한 혼합형 가스 스크러버가 사용되고 있다. 이러한 혼합형 가스 스크러 버는 먼저, 배기가스를 연소실에서 1차로 연소시켜 발화성 가스 및 폭발성 가스를 제거한 후에, 2차적으로 수조에 수용시켜 수용성의 유독성 가스를 물에 용해시키는 구조를 가진다.
그러나, 기존의 가스 스크러버는 열분해시 생성되는 고열의 처리가스를 냉각하기 위하여 처리가스에 직접 냉각수를 분사하여 냉각하였으나, 냉각수를 직접 분사함에 따른 비용이 과다하게 소모되고, 처리가스에 냉각수를 분사한 이후 생성되는 폐수의 처리 비용이 발생하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 본 고안은, 직접적인 냉각수 분사에 의한 직접적인 냉각 타입이 아닌 반도체 공정 라인의 냉각수를 이용한 열교환 타입으로 처리가스를 냉각하는 가스 스크러버에 관련된 것이다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 유입된 처리가스를 가열 처리한 후 고온의 처리가스를 냉각시키는 가스 스크러버에 있어서, 처리가스를 냉각시킴과 함께 처리가스에 포함된 유해물질을 여과하기 위한 업소버; 상기 업소버를 통과하여 1차 냉각된 처리가스를 더 냉각하기 위한 가스냉각라인이 구비되며, 상기 가스냉각라인의 외측에는 냉각수가 충진된 냉각챔버를 포함하는 가스 스크러버의 냉각장치가 제공된다.
이와 같이 구성된 본 고안에 의하면, 버닝챔버로부터 유입된 고온의 처리가스를 냉각하기 위하여 처리가스에 직접 냉각수를 분사하지 않고 업소버 및 냉각수에 의한 열교환 방식으로 냉각함으로써 처리가스의 냉각 효율을 안정화시킬 수 있을 뿐만 아니라 냉각수를 직접 분사함에 따른 후처리 비용의 소모를 현저히 줄일 수 있다.
이하에서는, 본 고안에 의한 가스 스크러버의 냉각장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참고하여 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 냉각장치가 구비된 가스 스크러버는 독성 또는 폭발성의 처리가스를 연소시키기 위한 버닝챔버(100)와, 연소된 처리가스를 냉각하기 위한 냉각챔버(300) 및 공정 진행 중 발생하는 이물질 또는 수분을 저장하는 드레인챔버(400)를 포함한다.
본 실시예의 버닝챔버(100)는 헤드유닛만 교체하면 간단히 간접가열방식과 직접가열방식의 전환이 가능하게 구성될 수 있다. 예컨대, 간접가열방식은 버닝챔버(100)의 내측에 충분한 열량을 제공하는 히터(120)가 설치되어 투입된 처리가스를 가열시키며, 직접가열방식은 버닝챔버(100)의 상단에 LNG, LPG, H2를 연소가스로 이용하는 버너(102)가 장착되어 버닝챔버(100) 내부로 유입되는 처리가스를 버너(102)의 발화에 의해 직접 연소하는 것이다.
이때 가열 또는 연소되는 처리가스 예컨대, 수소나 암모니아 가스는 공기와 반응하는 과정에서 물이 생성된다. 즉, 2H2 + O2 → H2O, 4NH3 + 5O2 → 6H2O + 4NO 이다.
본 실시예의 냉각장치는 크게 제1냉각챔버(300) 및 제2냉각챔버(400)로 구분된다.
제1냉각챔버(300)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 원통형으로 이루어져 버닝챔버(100)의 하측에 연결된다.
제1냉각챔버(300)의 내부에는 처리가스의 이동 경로를 안내하기 위한 가스안내관(310)이 소정 간격을 두고 설치된다. 이때, 가스안내관(310)의 길이는 제1냉각챔버(300)의 바닥면에 닿지 않도록 형성된다. 따라서, 제1냉각챔버(300)와 가스안내관(310) 사이에는 소정의 틈이 형성되고, 이 틈이 덕트 역할을 하게 되어 처리가스의 이동 경로가 되는 것이다. 그리고 제1냉각챔버(310)의 일측에는 가스안내관(310)과 연통되도록 가스배출라인(360)이 연결된다. 냉각 및 정화된 처리가스는 제1냉각챔버(300)와 가스안내관(310) 사이로 유입되어 가스배출라인(360)으로 배출된다.
여기서, 본 실시예에서는 가스안내관(310)의 하단에 대응되는 위치에 제1업소버(absorber)(330)가 설치되어 처리가스를 냉각함과 아울러 처리가스에 포함된 유해물질을 여과한다. 또한, 제1냉각챔버(300)의 바닥면의 소정 높이 상측에는 제2업소버(340)가 설치되어 처리가스의 냉각 효과를 증가시킴과 아울러 처리가스에 함유된 유독성 가스를 재여과할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이 제1냉각챔버(300)의 일측에는 가스배출라인(360)과 연결되는 가스냉각라인(510)이 설치된 제2냉각챔버(500)가 더 구비된다. 이때, 제2냉각챔버(500)의 내부에는 가스배출라인(360)과 연결된 가스냉각라인(510)이 수회 지그재그로 설치된다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 도 5와 같이 충분한 내용적을 갖는 제2냉각챔버(500)의 내부에는 가스냉각라인(510)이 수직 방향으로 수회 지그재그 순환 설치된다. 이 가스냉각라인(510)와 연결된 가스배출라인(360)을 통해 처리가스가 제2냉각챔버(500) 내부로 유입되면 제2냉각챔버(500)의 내부에 수용된 냉각수에 의해 열교환되어 고열의 처리가스는 충분히 냉각된다. 그 후, 처리가스는 충분히 정화 및 냉각된 후 가스냉각라인(510)의 상부에 형성된 배기포트를 통해 외부로 배출된다. 제2냉각챔버(500)의 일측에는 냉각수 공급라인(350)이 설치되고, 다른 일측에는 드레인챔버(400)와 연결되는 냉각수 배출라인(520)이 설치된다.
한편, 본 실시예의 제1냉각챔버의 일측에는 드레인챔버(400)가 연결 설치되며, 이 드레인챔버(400)에는 공정 진행 중 수소나 암모니아 등의 처리가스가 공기와 반응하면서 변환된 물 또는 이물질이 저장된다.
드레인챔버(400)에는 그 내부에 저장되는 물의 수위를 측정하기 위한 수위감지기(410)가 장착되는 것이 바람직하다. 그리고 드레인챔버(400)에 저장되는 물 또는 이물질이 적정 수위를 벗어나면 외부로 배출시킬 수 있도록 드레인챔버(400)의 일측에는 드레인펌프(420)가 설치된다.
이하에서는, 본 실시예에 의한 가스 스크러버에 투입된 처리가스의 냉각 과 정을 설명한다.
예를 들어, 반도체 제조장치의 반응로에서 발생하는 독성 또는 폭발성의 처리가스는 가스유입구(101)를 통해 버닝챔버(100)로 인입되어 히터 또는 버너에 의해 제공된 고열에 의해 연소된다. 그 결과로 버닝챔버(100) 내에서 수소기 등의 연소 가능한 발화성 가스 또는 폭발성 가스들이 모두 제거된다.
이와 같이 버닝챔버(100)를 거치면서 폭발성 및 발화성 가스가 제거된 처리가스는 하부의 제1냉각챔버(300)로 유입된다.
제1냉각챔버(300)로 유입된 처리가스는 먼저 제1업소버(330)의 중앙으로 유입된 후, 덕트 구조를 이루는 가스안내관(310)에 의해 냉각챔버(300)의 상측으로 상승하여 가스배출라인(360)으로 배출된다. 이때, 제1, 제2업소버(330)(340) 및 수냉재킷(320)에 수용된 냉각수의 열교환 작용에 의해 고열의 처리가스는 적당하게 냉각된다. 또한, 이 과정에서 처리가스 중에 포함되어 있는 수소나 암모니아 등은 산소와 반응하여 물로 변환되어 드레인챔버(400)로 유입된다.
다음으로, 가스배출라인(360)을 통해 냉각수가 충진된 제2냉각챔버(500)로 유입된 배기가스는 상하 방향으로 다수 지그재그 형성된 가스냉각라인(510)을 통과하게 되는데, 이에 따라 냉각수에 접촉되는 경로가 더 길어져 처리가스의 냉각효과가 커지게 된다. 이 과정에서 처리가스와 산소가 반응하여 물로 변환되면, 가스냉각라인(510)과 연결된 드레인라인(520)을 통해 드레인챔버(400)로 유입된다.
따라서, 최종적으로 업소버(330)(340)를 통과한 처리가스는 발화성 또는 폭발성 가스가 모두 제거된 가스이며, 이는 제1냉각챔버(300) 및 제2냉각챔버(500)에 의해 냉각된 후 배기포트를 통하여 대기로 방출되는 것이다.
도 1은 본 고안에 의한 가스 스크러버를 도시한 단면도.
도 2는 도 1에 의한 가스 스크러버의 제1냉각챔버를 도시한 단면도.
도 3은 도 2의 "Ⅲ-Ⅲ"선을 보인 단면도.
도 4는 도 1에 의한 가스 스크러버의 제2냉각챔버를 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 버닝챔버
300 ; 제1냉각챔버 310 ; 가스안내관
320 ; 워터재킷 330 ; 제1업소버
340; 제2업소버
400 ; 드레인챔버 410 ; 수위감지기
420 ; 드레인펌프
500 ; 제2냉각챔버 510 ; 가스냉각라인
520 ; 드레인라인

Claims (3)

  1. 유입된 처리가스를 가열 처리한 후 고온의 처리가스를 냉각시키는 가스 스크러버에 있어서,
    처리가스를 냉각시킴과 함께 처리가스에 포함된 유해물질을 여과하기 위한 업소버;
    상기 업소버를 통과하여 1차 냉각된 처리가스를 더 냉각하기 위한 가스냉각라인이 구비되며, 상기 가스냉각라인의 외측에는 냉각수가 충진된 냉각챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버의 냉각장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 업소버는 소정 간격을 두고 적어도 2개 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 가스 스크러버의 냉각장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스냉각라인은 수회 지그재그 순환되도록 설치된 것을 특징으로 하는 가스 스크러버의 냉각장치.
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