KR20110003263U - 폐가스 건식 처리장치 - Google Patents

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승 성
이종삼
이진철
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Abstract

본 고안은 폐가스 처리장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 열처리가 끝난 고온의 폐가스를 외부에서 차가운 외기를 대량으로 유입시켜 냉각시키는 복수 개의 댐퍼를 구비하고, 외부로부터 건조기체를 열처리 챔버 내부로 공급하는 다공성 브리딩벽을 통해 고열의 전달을 막고, 열처리 챔버 내벽에 파우더가 증착되는 것을 방지하는 폐가스 건식 처리장치에 관한 것이다.
본 고안의 폐가스 건식 처리장치는 가스유입구를 통해 유입되는 폐가스를 연소 또는 열분해시키는 열처리 챔버와 상기 열처리 챔버의 내벽과 이격되어 설치되어 고열의 전달을 차단하고, 상기 폐가스가 연소 또는 열분해되어 생성된 파우더가 증착되지 않도록 외부로부터 상기 열처리 챔버 내부로 건조기체를 공급하는 브리딩벽을 구비한 열처리부; 상기 열처리부와 연결되어 형성되고, 회전날개를 포함하는 복수개의 댐퍼를 통해 외기를 유입하여 가열된 고온의 상기 폐가스를 냉각시키고 유입되는 상기 외기에 선회류를 형성하는 가스냉각부; 및 상기 가스냉각부에서 냉각된 상기 폐가스를 외부로 배기시키는 배기부;를 포함함에 기술적 특징이 있다.

Description

폐가스 건식 처리장치{Scrubber for waste gas}
본 고안은 폐가스 처리장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 열처리가 끝난 고온의 폐가스를 외부에서 차가운 외기를 대량으로 유입시켜 냉각시키는 복수 개의 댐퍼를 구비하고, 외부로부터 건조기체를 열처리 챔버 내부로 공급하는 다공성 브리딩벽을 통해 고열의 전달을 막고, 열처리 챔버 내벽에 파우더가 증착되는 것을 방지하는 폐가스 건식 처리장치에 관한 것이다.
전자장비 및 반도체 제조 공정에는 다양한 종류의 유독성 화공약품 및 화학 가스 등이 반응가스로 사용된다. 이 과정에서 아르신, 포스핀, 디보란, 모노실란, 암모니아, 산화질소, 보론 트리 클로라이드 등으로 대표되는 가스상의 독성물질을 포함하는 폐가스가 발생하게 된다.
이러한 유독성 폐가스들은 독성이 강해서 공정에 이용된 후 그대로 대기중에 방출할 경우, 인체에 유해할 뿐만 아니라 환경 오염을 유발시키게 된다. 또한, 자연발화에 따른 화재가 발생할 가능성도 있다. 따라서, 이러한 폐가스는 대기중으로 방출하기에 앞서 폐가스에 포함된 독성물질들의 완벽한 제거가 반드시 이루어져야 한다.
이에 따라, 반도체 설비의 배기 라인에는 유해한 폐가스의 독성물질을 제거한 후 대기중으로 배출시키기 위한 다양한 형태의 폐가스 처리장치가 설치되고 있으며, 이들 폐가스 처리장치는 크게 습식(wetting)방식과 건식(burning)방식으로 분류된다.
도 1은 종래의 건식방식의 폐가스 처리장치를 나타낸 도면이다.
종래의 건식방식의 폐가스 처리장치는 버너(11), 매니폴드(12), 열처리 챔버(13) 및 다공성 격벽(14)을 포함하는 열처리부(10)와 분사노즐(21)을 포함하는 냉각부(20)로 이루어진다.
건식방식의 폐가스 처리장치는 폐가스가 버너(11) 속을 통과하도록 하여 직접 연소시키거나, 열원을 이용하여 열처리 챔버(13)의 내부 온도를 고온으로 형성하고 그 속으로 폐가스가 통과되도록 하여 간접적으로 연소시키게 된다. 폐가스는 화염 또는 열에 의해 열분해되어 파우더로 변환된다.
열처리부(10)에서 고온의 열반응을 마친 후 나오는 폐가스의 온도를 낮추기 위하여 열처리 챔버(13) 하단에 미세한 물입자를 분사하는 분사노즐(21)을 설치해 고온의 폐가스에 물을 직접 분사하여 냉각시킨다.
그러나, 상기와 같은 종래의 폐가스 처리장치는, 폐가스에 의한 장치 내 부품들의 부식이 발생하고, 열처리 챔버를 통과하여 물과 접촉되는 부위에서 다량의 파우더가 발생하게 됨에 따라 잦은 정비가 요구된다는 단점이 있다.
따라서, 일정시간 동안 가동한 열처리 챔버는 유지보수(PM : Preventive Maintenance)를 위하여 가동을 중지하고 챔버 내부에 쌓인 파우더를 제거해야 한다. 이러한 가스 스크러버의 잦은 정비는 곧바로 배기가스를 방출하는 주공정장치의 가동중단을 유발하게 되므로 생산성 측면에서 상당히 불리하다.
또한, 물과 접촉시에 화학적인 결합에 의해 폐가스와 결합된 물분자가 대기와 접촉되는 부위에서 배기관을 부식시키는 문제점이 있어, 내부식성을 갖는 고가의 배기관을 필요로 하기 때문에 비경제적이다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 고안은 열처리 챔버 하부에 복수 개의 댐퍼를 구비한 가스냉각부를 형성하여 열처리가 끝난 고온의 폐가스를 외부에서 차가운 외기를 대량으로 유입시켜 냉각시킴으로써 냉각 효과를 극대화하고, 유지보수(PM : Preventive Maintenance)를 손쉽게 할 수 있는 폐가스 건식 처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 고안은 다공성 브리딩벽을 열처리 챔버의 내벽과 일정 간격 이격되게 설치하여 고열의 전달을 막고, 외부로부터 건조기체를 열처리 챔버 내부로 공급해 파우더가 증착되는 것을 방지하도록 하는 폐가스 건식 처리장치를 제공함에 다른 목적이 있다.
본 고안의 목적은 가스유입구를 통해 유입되는 폐가스를 연소 또는 열분해시키는 열처리 챔버와 상기 열처리 챔버의 내벽과 이격되어 설치되어 고열의 전달을 차단하고, 상기 폐가스가 연소 또는 열분해되어 생성된 파우더가 증착되지 않도록 외부로부터 상기 열처리 챔버 내부로 건조기체를 공급하는 브리딩벽을 구비한 열처리부; 상기 열처리부와 연결되어 형성되고, 회전날개를 포함하는 복수개의 댐퍼를 통해 외기를 유입하여 가열된 고온의 상기 폐가스를 냉각시키고 유입되는 상기 외기에 선회류를 형성하는 가스냉각부; 및 상기 가스냉각부에서 냉각된 상기 폐가스를 외부로 배기시키는 배기부;를 포함하는 폐가스 건식 처리장치에 의해 달성된다.
또한, 본 고안의 상기 댐퍼는 가스냉각부와의 접촉 부분에 탈착이 가능하도록 소켓이 장착됨이 바람직하다.
또한, 본 고안의 상기 댐퍼는 상기 열처리 챔버 하부에 연결된 가스냉각부의 일측면에 설치되거나 상기 가스냉각부의 전면 또는 후면에 설치되고, 각각의 댐퍼는 소정의 간격을 두고 이격되어 있으며, 상기 폐가스의 배출방향으로 상기 외기를 유입하도록 이루어짐이 바람직하다.
또한, 본 고안의 상기 열처리부는 상기 열처리 챔버로 상기 폐가스를 유입시키기 위한 가스유입구가 구비된 매니폴드; 및 상기 매니폴드와 일체형으로 형성되며, 상기 폐가스에 열을 가하기 위한 버너를 포함함이 바람직하다.
또한, 본 고안의 상기 버너의 외측을 둘러쌓아 형성되어 고온의 열로부터 보호하고, 상기 폐가스에 의해 부식되는 것을 방지하는 실드를 더 포함함이 바람직하다.
또한, 본 고안의 상기 배기부는 상기 폐가스가 배기되는 배출구; 및 상기 배기부의 일측면에 설치되어 상기 폐가스의 온도를 측정하는 온도감지센서를 포함함이 바람직하다.
또한, 본 고안의 상기 배기부의 일측면에 상기 폐가스를 2차 냉각시키고, 상대습도를 낮춰주기 위한 외기유입구를 포함함이 바람직하다.
따라서, 본 고안의 폐가스 건식 처리장치는 복수 개의 댐퍼를 구비한 가스냉각부를 형성하여 열처리가 끝난 고온의 폐가스를 외부에서 차가운 외기를 대량으로 유입시켜 냉각시킴으로써 냉각 효과를 극대화할 수 있고, 유지보수(PM : Preventive Maintenance)를 손쉽게 할 수 있다는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
또한, 본 고안의 폐가스 건식 처리장치는 댐퍼를 통해 외부에서 외기를 유입시킴으로써 폐가스를 원활하게 배출구 쪽으로 유도할 수 있는 현저하고도 유리한 효과가 있다.
도 1은 종래의 건식방식의 폐가스 처리장치의 구성도,
도 2는 본 고안의 제1실시예에 따른 폐가스 건식 처리장치의 구성도,
도 3은 실드가 형성된 버너의 다른 실시예를 나타낸 단면도,
도 4는 본 고안에 따른 가스 냉각부의 A-A' 단면의 상면도,
도 5는 본 고안의 제2실시예에 따른 폐가스 건식 처리장치의 구성도.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 고안의 제1실시예에 따른 폐가스 건식 처리장치의 구성도를 나타낸 도면이다.
본 고안에 따른 폐가스 건식 처리장치는 열처리부(100), 가스냉각부(200), 배기부(300)를 포함한다. 상기 열처리부(100), 가스냉각부(200), 배기부(300)는 하나의 하우징으로 연결되어 일체형으로 형성된다.
상기 하우징은 스테인레스(SUS) 재질로 이루어지고, 부식 방지를 위해 내벽을 테프론 등으로 코팅하는 것이 바람직하다.
본 고안의 열처리부(100)는 가스유입구(110), 매니폴드(120), 버너(130), 열처리 챔버(140) 및 브리딩벽(150)을 포함한다.
가스유입구(110)는 매니폴드(100)의 일측면에 적어도 하나 이상 형성되고, 유입되는 폐가스가 싸이클론 운동으로 버너에서 방출되는 화염에 집중될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
매니폴드(120)는 가스유입구(110)로부터 유입되는 폐가스를 열처리 챔버(140)로 원활하게 들어가도록 한다.
본 고안의 매니폴드(120)와 버너(130)는 일체형으로 형성되고, 버너(130)는 매니폴드(120)의 내부에 설치된다. 버너(130)의 상단에는 점화 플레임 센서(131), LNG, LPG 등과 같은 연소가스와 공기(대기 중의 공기 또는 산소)가 각각 주입되는 주입구(132,133), 연소가스와 공기를 점화하는 점화기(134)가 설치된다. 점화 플레임 센서(131)는 연소가스의 연소에 의한 불꽃을 감지하여 버너의 점화 여부를 체크한다.
버너(130)에서 점화된 화염에 의해 열처리 챔버(140)는 1000℃ 이상의 높은 온도를 유지하고, 최대 1600℃의 온도까지 올라갈 수 있다.
도 2에서는 열을 가하는 수단으로 버너(130)를 도시하였지만, 열을 가하는 수단은 이에 한정되지 않는다. 따라서, 어떠한 형태의 버너, 히터 및 플라즈마 중 어느 하나를 선택하여 사용해도 무방하다.
도 3은 실드가 형성된 버너의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
버너(130)의 외측과 일정한 간격을 두고 버너의 외측을 감싸는 실드(160)를 설치할 수 있다. 버너(130)와 실드(160) 사이의 공간에는 불활성 가스, 예를 들어, 질소(N2)를 공급한다. 이를 통해, 버너(130)의 외벽으로 전달되는 고온의 열로부터 버너를 보호하고, 버너(130)가 폐가스에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
열처리 챔버(140)의 내부에는 열처리 챔버(140)의 내벽과 일정 간격 이격되어 브리딩벽(150)이 설치되고, 브리딩벽(150) 내부 공간에서 실질적인 폐가스의 연소 또는 열분해 반응이 일어나는 버닝존이 형성된다.
브리딩벽(150)은 버너(130)에서 발생하는 화염에 의한 고열의 전달을 차단하고 열처리 챔버(140)를 보호하는 역할을 한다. 즉, 보호막 역할을 해 부식성 폐가스가 열처리 챔버(140)의 내벽과 직접적으로 접촉하여 열처리 챔버(140) 내벽이 부식되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 브리딩벽(150)에 형성된 다수의 미세한 구멍은 외부로부터 열처리 챔버(140)의 내벽과 브리딩벽(150) 사이로 주입되는 건조공기(CDA : clean dry air)를 버닝존으로 공급한다. 이로 인해, 폐가스가 연소 또는 열분해되면서 생성되는 파우더와 이물질이 브리딩벽(150)의 내벽에 증착되는 것을 방지한다. 또한, 브리딩벽(150) 연소에 사용되는 공기를 제외한 여분의 공기를 공급함으로써 폐가스의 산화 반응이 일어나도록 하는 소스를 공급하는 역할도 한다.
이때, 건조공기는 대기 중의 공기를 그대로 이용할 수도 있고, 외부의 공기를 그대로 이용할 수 없는 경우에는 공기탱크를 연결시켜 공급할 수도 있다. 공기탱크를 이용하는 경우, 주기적으로 펄싱하여 파우더의 증착을 방지한다.
열처리 챔버(140)의 하부에는 열처리된 고온의 폐가스를 냉각시키는 가스냉각부(200)가 연결되어 있다.
가스냉각부(200)는 복수 개의 댐퍼(210, 220)를 구비한다. 댐퍼(210, 220)는 외부로부터 대량의 외기를 유입하여 가열된 고온의 상기 폐가스를 냉각시킨다.
댐퍼(210, 220)는 가스냉각부(200)와의 접촉 부분에 탈착이 가능하도록 하는 소켓이 장착되어 있다. 또한, 댐퍼(210, 220)의 외기가 유입되는 입구에는 회전날개(미도시)가 설치되어 유입되는 외기에 선회류를 형성하여 폐가스와 혼합이 잘되도록 하고, 가스냉각부(200) 내벽에 파우더가 증착되는 것을 방지한다.
나아가, 댐퍼(210, 220)에는 들어오는 외기의 유량을 조절할 수 있는 밸브가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 두 개의 댐퍼가 설치된 경우를 예로 들어, 설명하기로 한다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니고, 댐퍼의 갯수 및 위치는 여러 유형으로 변형 가능함이 명백하다.
다음에서는 이해를 쉽게 하기 위해 댐퍼를 제1댐퍼(210), 제2댐퍼(220)로 구분하여 설명한다.
도 4는 본 고안에 따른 가스 냉각부의 A-A' 단면의 상면도이다.
제1댐퍼(210)는 가스냉각부(200)의 일측면에 설치되며, 외부로부터 대량의 외기를 유입하여 가열된 고온의 상기 폐가스를 1차 냉각시킨다. 제 2댐퍼(220)는 제1댐퍼(210)와 소정의 간격을 두고 가스냉각부(200)의 폐가스 이동경로상에 설치되어 폐가스를 2차 냉각시킨다. 이와 같이, 두 단계의 냉각과정을 거쳐 냉각 효과를 극대화할 수 있다.
이때, 제2댐퍼(220)는 가스의 배출방향으로 외기를 유입할 수 있도록 가스냉각부(200)의 전면 또는 후면에 설치된다. 더 바람직하게는, 제1댐퍼(210)와 제2댐퍼(220)가 이루는 각도가 수직이 되도록 설치되어야 한다.
이렇게 함으로써, 폐가스를 배기부(300) 쪽으로 원활하게 유도하게 된다.
배기부(300)는 가스냉각부(200)와 연결되어 있으며, 열처리를 통해 유해성분이 제거되고, 가스냉각부(200)에서 냉각처리를 마친 폐가스가 배출구(310)를 통해 배기된다.
도 5는 본 고안의 제2실시예에 따른 폐가스 건식 처리장치의 구성도를 나타낸 도면이다.
제2실시예에 따른 폐가스 건식 처리장치는 제1실시예에 따른 폐가스 건식 처리장치의 구성과 모두 동일하며, 다음과 같은 구성이 더 포함된다.
배기부(300)의 일측면에 온도감지센서(미도시)를 더 설치하여 배기되는 폐가스의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 폐가스의 온도를 측정한 결과, 온도가 100℃보다 높을 경우, 배기부의 일측면에 설치된 외기유입구(320)를 통해 외부 공기를 유입함으로써 폐가스를 다시 한번 더 냉각시키고, 폐가스의 상대습도를 낮춰준다. 이를 통해 폐가스가 대기중으로 배출되면서 온도 차이에 의한 수분 응축을 방지하여 수분에 의한 배출구(310)의 배관의 부식을 방지하는 역할을 한다.
또한, 제1실시예 및 제2실시예 모두 배기압력이 강하될 경우를 대비하여 안전 설정 제한치를 감지하여 자동적으로 클로징이 가능한 액츄에이터(actuator) 밸브(미도시)를 장착하여 만일의 위험에 대비하도록 하는 것이 바람직하다.
폐가스가 건식 처리장치를 통해서 열처리되어 유해성분이 제거되는 과정을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
가스유입구(110)를 통해 유입된 폐가스는 매니폴드(120)에 의해 열처리 챔버(140) 내부로 공급되고, 버너(130)에서 발생한 화염에 의해 연소 또는 열분해되어 파우더를 생성한다.
열분해 가능한 가스로는 H2, SiH4, O3, TEOS[(C2H5O)4Si], TEB[B(C2H5)3], TEPO[P(OC2H5)3], TiCl4, TDMAT(Ti[N(CH3)2]4), TCE(C2HCl3), DCS(SiH2Cl2), NH3, NF3, NO, N2O, PH3, WF6, AsH3, As, VOCs 등이 있다.
또한, LPG 또는 LNG에 의해 연소 가능한 가스로는 NF3, CF4, C2F6, C3F8, CHF3, SF6, VOCs(Volatile organic compounds) 등이 있다.
이러한, 열분해 또는 연소 가능한 가연성 가스는 주로 열처리부(100)를 통과하면서 제거된다.
열처리 챔버(140)에서 고온의 열반응을 거친 폐가스의 온도는 1000℃ 이상의 고온이다. 따라서, 본 고안에서는 고온의 폐가스를 냉각시키기 위해 냉각처리부(200)의 댐퍼(210, 220)를 폐가스의 이동경로에 설치하여 냉각시킨다.
고온의 폐가스는 댐퍼를 지나면서 외부에서 유입되는 차가운 공기에 의해 냉각되어 100℃ 이하로 온도가 낮아지게 된다.
이러한 일련의 과정을 거치면서 열처리를 통해 유해물질이 다 제거되고, 냉각과정까지 거친 폐가스는 배기부(300)를 통해 배기된다.
필요에 따라, 배기부(300)의 일측면에 온도감지센서를 설치하여 배기되는 폐가스의 온도를 측정하고, 온도가 100℃보다 높을 경우에는 배기부(300)의 일측면에 설치된 외기유입구(320)를 통해 외부 공기를 유입함으로써 폐가스를 3차 냉각시키고, 폐가스의 상대습도를 낮춰주는 일련의 과정을 더 포함한다.
본 고안에 따른 폐가스 건식 처리장치에서 탈착가능한 댐퍼 구조를 이용하여 차가운 외기를 공급해 고온의 폐가스를 냉각하는 기술은 종래의 물을 분사하여 냉각시키는 방법보다 유지보수(PM : Preventive Maintenance)를 손쉽게 할 수 있다. 또한, 물로 인한 장치의 부식이 일어나지 않는다는 장점이 있다.
본 고안은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 고안의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
100 : 열처리부 110 : 가스유입구
120 : 매니폴드 130 : 버너
140 : 열처리 챔버 150 : 브리딩벽
200 : 가스냉각부 210, 220 : 댐퍼
300 : 배기부 310 : 배출구
320 : 외기유입구

Claims (7)

  1. 가스유입구를 통해 유입되는 폐가스를 연소 또는 열분해시키는 열처리 챔버와 상기 열처리 챔버의 내벽과 이격되어 설치되어 고열의 전달을 차단하고, 상기 폐가스가 연소 또는 열분해되어 생성된 파우더가 증착되지 않도록 외부로부터 상기 열처리 챔버 내부로 건조기체를 공급하는 브리딩벽을 구비한 열처리부;
    상기 열처리부와 연결되어 형성되고, 회전날개를 포함하는 복수개의 댐퍼를 통해 외기를 유입하여 가열된 고온의 상기 폐가스를 냉각시키고 유입되는 상기 외기에 선회류를 형성하는 가스냉각부; 및
    상기 가스냉각부에서 냉각된 상기 폐가스를 외부로 배기시키는 배기부;
    를 포함하는 폐가스 건식 처리장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 댐퍼는 가스냉각부와의 접촉 부분에 탈착이 가능하도록 소켓이 장착된 폐가스 건식 처리장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 댐퍼는 상기 열처리 챔버 하부에 연결된 가스냉각부의 일측면에 설치되거나 상기 가스냉각부의 전면 또는 후면에 설치되고, 각각의 댐퍼는 소정의 간격을 두고 이격되어 있으며, 상기 폐가스의 배출방향으로 상기 외기를 유입하는 폐가스 건식 처리장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열처리부는
    상기 열처리 챔버로 상기 폐가스를 유입시키기 위한 가스유입구가 구비된 매니폴드; 및
    상기 매니폴드와 일체형으로 형성되며, 상기 폐가스에 열을 가하기 위한 버너를 포함하는 폐가스 건식 처리장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 버너의 외측을 둘러쌓아 형성되어 고온의 열로부터 보호하고, 상기 폐가스에 의해 부식되는 것을 방지하는 실드를 더 포함하는 폐가스 건식 처리장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배기부는
    상기 폐가스가 배기되는 배출구; 및
    상기 배기부의 일측면에 설치되어 상기 폐가스의 온도를 측정하는 온도감지센서를 포함하는 폐가스 건식 처리장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 배기부의 일측면에 상기 폐가스를 2차 냉각시키고, 상대습도를 낮춰주기 위한 외기유입구를 포함하는 폐가스 건식 처리장치.
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