KR20100004256A - 할로겐히터를 이용하여 열과 빛으로 유해가스를 이중산화시키는 처리장치 - Google Patents

Abstract

고온용 석영과 할로겐히터를 적용하여 열과 빛의 이중 산화방식으로 유해가스를 처리하며, 산화처리부의 상하좌우에 쿨링수단을 형성하여 외부로 열이 방출되는 것을 방지할 수 있는 유해가스 처리장치가 개시된다. 본 발명에 따른 유해가스 처리장치는 유해가스를 산화시키는 공간인 히팅배관과, 히팅배관의 상부에 결합되는 헤드부와, 헤드부의 상부면상 중앙에 결합되어 유해가스를 히팅배관내로 유입시키는 매니폴더와, 헤드부로 삽입되어 히팅배관내로 연장되며 석영으로 제작되는 상부가 개방된 다수의 튜브와, 각각의 튜브로 삽입되는 할로겐히터를 포함한다. 또한, 히팅배관의 하부에는 하향으로 좁아지게 테이퍼진 물분사통을 더 포함하며, 물분사통의 내주면상에 다수의 물분사 노즐이 형성되어 습식처리를 함께 수행한다. 한편, 쿨링수단으로는 히팅배관의 외측에 소정의 간격으로 이격된 쿨링워터커버를 더 포함하며, 쿨링워터커버의 내주면상에는 코일 형태의 쿨링라인이 형성된다. 이때, 쿨링워터커버와 히팅배관의 사이에는 단열재가 삽입된다. 또한, 헤드부의 내부에는 밀폐된 공간을 형성하여 쿨링워터가 순환되도록하는 물챔버가 형성된다.

Description

할로겐히터를 이용하여 열과 빛으로 유해가스를 이중 산화시키는 처리장치{Noxious gas filtering device using halogen heater}

본 발명은 유해가스 처리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 할로겐히터와 석영을 이용하여 고온 산화시킬 수 있으며, 내부에 수냉식 쿨링장치를 두어 주변기기들 및 구성부품들을 보호할 수 있는 유해가스 처리장치에 관한 것이다.

화학 공정이나 반도체 제조 공정 등에서 배출되는 배기가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 유해할 뿐만 아니라 그대로 대기중으로 방출될 경우에는 환경오염을 유발하는 원인이 되기도 한다.

따라서 이러한 배기가스는 유해성분의 함량을 허용 농도 이하로 낮추는 정화처리 과정이 반드시 필요하며, 이와 같은 독성물질을 제거하는 정화처리 과정을 거친 무해 가스만이 대기중으로 배출되도록 법적으로 의무화 되어 있다.

반도체 제조 공정 등에서 배출되는 유해성 가스를 처리하는 방법에는 버닝(burning) 방식과 습식(wetting) 방식이 있다.

버닝 방식은 주로 수소기 등을 함유한 발화성 가스를 고온의 연소실에서 분해, 반응 또는 연소시켜 배기가스를 처리하는 방식이고, 습식 방식은 주로 수용성 가스를 수조에 저장된 물을 통과시키는 동안 물에 용해하여 배기가스를 처리하는 방식이다.

현재 사용되고 있는 반도체용 가스 스크러버 장치에는 버닝 방식과 습식 방식을 결합한 혼합방식이 많이 사용되고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 혼합형 가스 스크러버(1)는 먼저 반도체 제조 장치 등에서 배출되는 유해가스(10)를 버너부(burner zone: 20)에서 1차적으로 연소시켜 발화성 가스와 폭발성 가스를 제거한 다음, 습식 세정부(30)에서 2차적으로 수용성의 유독성 가스를 물에 용해시키는 구조로 되어 있다.

즉, 반도체용 제조 장치에서 배출되는 유해 가스(10)는 1차적으로 버너부(20)에서 연소/산화되거나 열분해되는 방법으로 버닝(burning)되고, 상기 버너부(20)에서 벗어난 폐가스 중 처리되지 못한 일부 가스나 분집 입자 등 미처리 가스 등은 습식 세정부(30)로 이송되며, 2차적으로 습식 세정부(30)에서 물을 분사(spray)함으로써 산화 가스 속의 파우더(powder)가 분리되는 세정(wetting) 공정을 거치게 된다. 그 후 세정된 처리 가스(40)는 필터(filter)와 덕트(duct)를 통해 대기중으로 배출된다.

하지만, 반도체의 고직접화와 액정표시장치(TFT LCD) 패널의 대용량화로 인하여 배기가스의 배출량이 현격히 증가함은 물론 새로운 산업의 등장으로 특수 가스가 사용되면서 배출가스의 종류가 날로 다양해지고 있다.

한편, 유해가스는 유독성, 부식성이 강하므로 히터를 가스에 직접 노출시킬 수 없어 인코넬재질의 파이프를 이용하여 히터와 가스를 차단하는 방법으로 보호하 고 있다.

이로 인하여 히터는 가스로부터 보호되고 있으나 히터의 열이 인코넬 파이프를 통과하는 동안 많은 열손실이 발생되어 제대로 된 가스 산화를 이루지 못 한 채 세정공정으로 넘어가는 문제가 발생되었다.

또한, 버너부(20)에 사용되는 히터는 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 세라믹 혹은 칸탈열선을 이용한 전기히터를 사용하는데 고온(800℃이상)의 열을 방출하지 못하고 있으며, 고온으로 사용시에는 수명이 매우 짧아져 히터를 자주 교체하여야 하는 불편함이 있게 된다.

즉, 오직 열에 의해서만 처리하는 과정에서도 유해가스의 적절한 처리온도가 900℃를 상회하여야 하는데도 불구하고 기존 방법으로는 700~800℃밖에 발생시키지 못하는 문제가 있는 것이다.

그리고 처리장치의 주변에는 다른 장비들 특히, 열에 민감한 장비들도 구비되게 된다. 그러나 처리장치에서 발생되는 엄청난 열에 의해 주변장비들이 피해를 보게 되는 경우도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 할로겐히터와 석영을 사용하여 2000℃ 이상의 고온용으로 사용할 수 있으며, 적절한 쿨링시스템을 함께 가동하여 주변 장비들 및 내부 구성부품을 고열로부터 보호할 수 있는 유해가스 처리장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

히팅배관;

히팅배관의 상부에 결합되는 헤드부;

헤드부의 상부면상 중앙에 결합되어 유해가스를 히팅배관내로 유입시키는 매니폴더;

헤드부로 삽입되어 히팅배관내로 연장되며 석영으로 제작되는 상부가 개방된 다수의 튜브; 및

각각의 튜브로 삽입되는 할로겐히터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리장치를 제공한다.

더불어 히팅배관의 하부에는 하향으로 좁아지게 테이퍼진 물분사통을 더 포함하며, 물분사통의 내주면상에 다수의 물분사 노즐이 형성될 수 있다.

또한, 히팅배관의 외측에는 소정의 간격으로 이격된 쿨링워터커버를 더 포함하며, 헤드부의 상측에는 소정의 간격으로 이격된 챔버커버가 매니폴더 및 할로겐 히터를 통과시키면서 쿨링워터커버와 결합되고, 쿨링워터커버의 내주면상에는 코일 형태의 쿨링라인이 형성될 수 있다.

이때, 쿨링워터커버와 히팅배관의 사이에는 단열재가 삽입됨이 바람직하다.

한편, 헤드부의 내부에는 쿨링워터가 순환되도록 물챔버가 형성된다.

그리고 매니폴더의 하부측 큰관은 하부가 개방된 이중관으로 형성되고, 이중관의 상측에는 질소가스를 주입시키기 위한 역류방지 질소포트가 형성될 수 있다.

본 발명은 기존 히터의 문제점인 히터 차단용 인코넬 파이프를 대체한 고온용 석영을 적용하여 할로겐히터의 열과 빛으로 유해가스를 산화시키는 잇점이 있다.

또한, 본 발명은 유해가스를 산화시키는 히팅배관의 상하좌우에 쿨링 수단을 적용하여 히팅배관내부에서 발산된 열이 처리장치의 외부로 유출되지 못하도록 차단하는 특징이 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 유해가스 처리장치를 나타낸 종단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 유해가스 처리장치를 나타낸 분해사시도이다.

도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 처리장치(100)는 히팅배관(110)을 구비한다.

히팅배관(110)은 가스가 흐르도록 위에서 아래로 연장된다. 이러한 히팅배 관(110)의 하단에는 방사상으로 벌어진 플랜지가 일체로 형성되고, 히팅배관(110)의 상단에는 헤드부(140)가 결합되며, 히팅배관(110)의 외측에는 쿨링워터커버(130)가 결합된다.

먼저, 쿨링워터커버(130)는 히팅배관(110)과 소정의 간격으로 이격되어 그 사이에 공간이 형성되며, 그 사이 공간에는 단열재(120)가 삽입되어 히팅배관(110)내의 고열이 외부로 누출되는 것을 방지해 준다. 그리고 쿨링워터커버(130)는 그 내주면상에 상부에서 하부까지 전구간에 걸쳐 코일 형태의 쿨링라인(131)이 형성된다. 쿨링라인(131)은 쿨링워터가 순환되도록 물이 들어있는 관이다.

다음으로 히팅배관(110)의 하부에는 물분사통(190)이 결합된다. 물분사통(190)은 하측으로 연장될수록 좁아지는 테이퍼진 형상을 가지며, 그 상단에는 히팅배관(110)의 플랜지와 결합되기 위한 플랜지가 일체로 형성된다. 그리고 물분사통(190)의 내주면상에는 다수의 노즐(191)이 형성되어 있어 고온의 열을 식혀주고 수용성 가스를 스크러빙함과 동시에 대기오염가스의 방출방지 및 배기배관의 수분 발생을 억제하여 배관 부식을 방지한다.

한편, 히팅배관(110)의 상부에 결합되는 헤드부(140)는 그 가장자리가 히팅배관(110)의 상단과 결합되며, 그 가운데에는 가스가 유입되는 매니폴더(150)가 결합되도록 매니폴더 결합공(141)이 상부로 돌출 형성된다. 그리고 매니폴더 결합공(141)을 중심으로 주변에는 다수개의 관통공(142)이 천공된다.

이때, 헤드부(140)는 소정의 두께를 가지며 그 내부에는 물챔버(145)가 형성된다. 물챔버(145)의 범위는 관통공(142)들 및 매니폴더 결합공(141)을 제외한 전 구간에 걸쳐 형성된다. 그리고 헤드부(140)에는 물챔버(145)내의 쿨링워터가 순환될 수 있도록 두개의 포트가 형성된다. 하나는 쿨링워터가 들어가는 흡입포트(143)이고, 다른 하나는 쿨링워터가 순환되어 나오는 배출포트(144)이다. 따라서 흡입포트(143)로 들어간 쿨링워터는 물챔버(145)내를 순환한후, 배출포트(144)로 나오고, 다시 배출포트(144)에서 나온 쿨링워터가 쿨링워터커버(130)의 쿨링라인(131) 상부로 연결되어 쿨링라인(131)을 한바퀴 순환한 후, 쿨링라인(131)의 하단으로 드레인 된다.

이러한 헤드부(140)에는 매니폴더(150)와 할로겐히터(180)가 결합된다.

매니폴더(150)는 유해가스들이 위에서 아래로 유입되는 관으로 매니폴더 결합공(141)에 결합되는 큰관(151)과 큰관(151)의 위에 일체로 형성되는 여러 개의 작은관(152)들이 형성된다.

여기에서, 매니폴더(150)에는 히팅배관(110)내부로 연소에 필요한 산소를 공급해 주기 위한 버닝에어포트(153)가 형성된다.

그리고 매니폴더(150)에는 히팅배관(110)에서 유해가스가 연소되다가 위로 역류하는 것을 방지하기 위해 필요시 질소가스를 주입해주는 역류방지 질소포트(154)가 형성된다. 이때, 질소가스는 큰관(151)속으로 연장되지 않고 큰관(151)의 외부에 하측으로 연통되는 공간이 형성되어 이 빈공간으로 질소가스가 유입되도록 구성시킨다. 따라서 큰관(151)은 소정의 간격으로 이격되면서 하부가 개방된 이중관으로 형성된다.

할로겐히터(180)는 매니폴더(150)에서 유입되는 유해가스로부터 보호되기 위 하여 튜브(160)속에 내장되어 히팅배관(110)속으로 삽입된다.

따라서 상부가 개방된 튜브(160)가 헤드부(140)의 관통공(142)으로 삽입되어 히팅배관(110)속으로 들어가고, 튜브(160)의 상단은 관통공(142)의 상단에 걸쳐지도록 플랜지가 형성된 구성을 갖는다. 이때, 튜브(160)는 석영으로 제작되어 저온(700~800℃)은 물론 고온(2000℃이상 )에서도 사용이 가능하게 된다.

그리고 튜브(160)의 상부에는 걸쳐진 튜브(160)를 눌러 고정시키기 위해 같은 직경을 갖는 고정파이프(161)가 결합된다. 마찬가지로 고정파이프(161)의 하단에는 헤드부(140)의 관통공(142) 플랜지와 결합되기 위해 플랜지가 일체로 형성된다.

이와 같이 결합된 매니폴더(150) 및 할로겐히터(180)를 고정시키거나 내부를 막기 위해 챔버커버(170)가 결합된다. 챔버커버(170)는 헤드부(140)와 마찬가지로 매니폴더(150) 및 할로겐히터(180)가 삽입되도록 관통공이 천공된다. 이러한 챔버커버(170)는 그 가장자리가 쿨링워터커버(130)와 결합된다.

하기에는 전술한 바와 같이 형성된 유해가스 처리장치(100)의 작동 및 작용에 대해 간략하게 설명한다.

먼저, 매니폴더(150)로 유해가스가 유입된다. 이때, 유해가스가 유입되는 매니폴더(150)의 작은관(152)은 여러 개로 구성되어 있는데, 이 여러 개의 작은관(152)들은 각각 다른 종류의 유래가스들이 유입된다.

작은관(152)을 통해 들어온 유해가스는 큰관(151)을 통해 히팅배관(110)내로 유입된다. 히팅배관(110)으로 들어온 유해가스는 할로겐히터(180)와 튜브(160)에 의해 발화성 가스와 폭발성 가스가 제거된다. 이때, 본 발명에 따른 발열수단이 할로겐히터(180)이므로 열과 빛을 함께 발산하게 되어 열에 의한 산화 및 빛에 의한 이중 산화작용을 하여 더욱 효과적인 제거효과가 있게 된다.

위와 같이 산화되면서 하강하는 유해가스들은 다시 물분사통(190)을 통과하면서 노즐(191)에서 분사되는 쿨링워터에 의해 샤워되어 수용성의 유독성 가스를 물에 용해시킨다.

한편, 히팅배관(110)의 외측에는 단열재(120)가 구비되어 있어 열의 외부 누출을 방지할 수 있게 된다. 더불어 단열재(120)의 외부에는 다시 쿨링워터커버(130)가 더 형성되어 순환되는 쿨링라인(131)에 의해 단열재(120) 밖으로 발산된 열을 수냉식으로 냉각시켜주어 열의 외부 유출을 원천 봉쇄하게 된다.

또한, 헤드부(140)내에 형성된 물챔버(145)에 의해 할로겐히터(180)에서 발산되는 고열이 헤드부(140)위로 발산되는 것을 방지해 주게 된다.

그리고 역류방지 질소포트(154)로 질소가스를 주기적으로 공급하여 히팅배관(110)내에서 유해가스가 산화되면서 폭발을 일으켜 역류되는 것을 방지해 줄 수도 있게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 건식 및 습식 혼합형의 유해가스 처리장치를 개략적으로 보인 도면이고,

도 2 및 도 3은 종래기술에 따른 유해가스 처리장치에서 사용되는 세라믹히터 및 SIC히터를 나타낸 도면이고,

도 4는 본 발명에 따른 유해가스 처리장치를 나타낸 종단면도이며, 그리고

도 5는 본 발명에 따른 유해가스 처리장치를 나타낸 분해 사시도이다.

Claims (6)

1. 히팅배관(110);

   상기 히팅배관(110)의 상부에 결합되는 헤드부(140);

   상기 헤드부(140)의 상부면상 중앙에 결합되어 유해가스를 상기 히팅배관(110)내로 유입시키는 매니폴더(150);

   상기 헤드부(140)로 삽입되어 상기 히팅배관(110)내로 연장되며 석영으로 제작되는 상부가 개방된 다수의 튜브(160); 및

   상기 각각의 튜브(160)로 삽입되는 할로겐히터(180);를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 히팅배관(110)의 하부에는 하향으로 좁아지게 테이퍼진 물분사통(190)이 결합되며, 상기 물분사통(190)의 내주면상에 다수의 물분사 노즐(191)이 형성됨을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 히팅배관(110)의 외측에는 소정의 간격으로 이격된 쿨링워터커버(130)가 배치되고, 상기 헤드부(140)의 상측에는 소정의 간격으로 이격된 챔버커버(170)가 상기 매니폴더(150) 및 할로겐히터(180)를 통과시키면서 상기 쿨링워터커버(130)와 결합되며, 상기 쿨링워터커버(130)의 내주면상에는 코일 형태의 쿨링라인(131)이 형성됨을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 쿨링워터커버(130)와 상기 히팅배관(110)의 사이에는 단열재(120)가 삽입됨을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 헤드부(140)의 내부에는 쿨링워터가 순환되는 물챔버(145)가 형성됨을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 매니폴더(150)의 하부측 큰관(151)은 하부가 개방된 이중관으로 형성되고, 상기 이중관의 상측에는 질소가스를 주입시키기 위한 역류방지 질소포트(154)가 형성됨을 특징으로 하는 유해가스 처리장치.

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