KR20110128809A - 배기 가스 스트림을 처리하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리 챔버(10)로부터의 배기 가스 스트림(12)을 처리하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 진공 펌핑 장치(11, 22) 또는 대기 라인을 이용하여 처리 챔버로부터 배기 가스를 이송하는 단계; 배기 가스를 저감 장치(14)의 저감 영역(18)에서 저감시키는 단계; 및 저감 영역의 하류측에 액체(26)와 같은 냉각제를 주입하여, 냉각 영역(24)에서 냉각제의 상변화에 의해 저감된 가스를 냉각시키는 단계를 포함한다.

Description

배기 가스 스트림을 처리하는 방법{METHOD OF TREATING AN EXHAUST GAS STREAM}

본 발명은 배기 가스 스트림을 처리하는 방법에 관한 것이다.

후속 처리를 필요로 하는 유해 물질을 처리 챔버로부터 배기하게 되는, 처리 가스를 이용한 수많은 제조 공정들이 공지되어 있다. 처리 챔버 내에서 처리 가스를 이용한 처리를 필요로 하는 제품들의 예로는 반도체 웨이퍼, 평판 표시 장치, 및 태양 전지를 위한 부품들의 제조가 있다. 그러한 공정들은 가연성 또는 유독성이 있어 처리 후에 대기중으로 방출하거나 기타 방식으로 폐기할 필요가 있는 실란(SiH₄), 아르신(AsH₃), 및 수소(H₂)와 같은 가스를 함유한 배기 가스를 생성한다.

그 배기 가스는 다수의 다양한 방식 중 임의의 방식으로 처리될 수 있다. 통상적으로, 배기 가스는 버너(또는 플라즈마, 전기 가열 촉매 칼럼, 전기로 등을 비롯하여 가스 스트림에 에너지를 부여하는 기타 처리 장치)에서 반응시켜 폐기하기 전에 배기 스트림 내의 유해 물질을 열에 의해 분해시키거나 기타 방식으로 처리하고 있다. 본 명세서에서는 버너/연소 장치의 일례가 구체적으로 이용되고 있지만, 그러한 저감 장치(abatement device)는 가스 스트림에 에너지를 도입하는 다양한 기법을 이용할 수도 있다. 그 배기 가스는 고온으로 되어, 냉각시킨 후에 주위 환경으로 방출할 필요가 있다. 냉각을 위해 이용 가능한 방법들은 냉각 유체와의 직접적인 접촉(물, 공기 등과의 혼합), 또는 냉각 유체와의 간접적인 접촉(열교환기, 라디에이터 등)을 수반한다. 통상 이용되는 방법(EP0694735에 개시된 바와 같은 방법)은 가스를 냉각시키도록 연소 장치의 하류측에 채용될 수 있는 수주 또는 위어(weir) 구성을 구비한다. 이러한 구성에서, 가스는 이동하는 물에 근접하게 접근하거나 접촉하여 냉각되고, 연소 가스 내의 입자 또는 분말은 물 내에 혼입된다. 이러한 방식으로 연소 가스를 냉각시키게 되면 상당한 양의 물을 필요로 하여 처리비용을 현저히 증가시킨다. 게다가, 그러한 구성은 습윤 분말의 관리 및 폐기가 요구되고, 물 시스템 내에 입자의 존재는 신뢰성을 감소시킬 수 있으며, 추가적으로 그 입자들은 비소 산화물의 경우와 같이 유독성일 수 도 있다. 유독성 고상 물질의 경우에, 배기 가스 스트림의 여과가 통상의 습식 스크러빙((wet scrubbing)보다 적은 체적의 오염된 물질을 급송하게 된다.

다른 냉각 구성에서, 연소 가스는 연소 가스를 냉각시키도록 도입되는 공기 스트림에 의해 냉각된다. 연소 가스가 입자를 함유하는 경우, 공기 스트림과 연소 가스를 여과 시스템을 통과시켜 입자는 제거하고 공기는 재순환시키거나 대기중으로 방출할 수 있다. 미세하게 분할된 실리카의 여과에 이용되는 여과 시스템은 통상 가스 스트림이 비교적 저온이고 그 가스 스트림 내의 성분이 여과 시스템 내에서 응축되지 않는 경우에만 입자를 제거하도록 작동할 수 있다. 따라서, 여과가 이루어질 수 있도록 연소 가스를 냉각시키는 데에 더 많은 양의 공기를 이용하여야 한다. 처리 챔버로부터의 배기 가스가 버너에서 높은 열 부하를 생성하는 경우(예를 들면, 배기 가스가 수소 또는 실란을 함유하는 경우), 여과가 이루어지기에 충분하게 연소 가스를 냉각시키는 데에 훨씬 더 많은 양의 공기를 이용하여야 한다.

몇몇 구성에서, 진공 펌핑 장치를 처리 장치의 하류측에 배치한다. 진공 펌핑 장치는 연소 가스뿐만 아니라, 이 연소 가스를 냉각시키기 위해 도입된 공기도 빨아들이기에 충분한 용량을 가져야 한다. 일반적으로, 진공 펌핑 장치의 비용은 펌핑 용량이 증가함에 따라 증가한다. 이러한 문제점은 수소 또는 실란과 같은 성분을 함유하는 배기 가스를 냉각시키기 위해 더 많은 양의 공기가 요구되는 경우에 더욱 커지게 된다.

반도체 웨이퍼 또는 기타 처리 기법은 처리 챔버 내에서 이루어지며, 이러한 작업은 통상 1 mTorr 내지 1 Torr의 범위의 저압에서 이루어진다(그러나, SACVD와 같은 공정은 대기압 근처에서 이루어질 수도 있다). 그러한 저압은 진공 펌핑 장치에 의해 달성된다. 배기 가스가 가연성을 갖는다면, 진공 펌핑 장치 전에(또는 진공 펌핑 단계들 사이에) 가연성 성분을 처리하는 것이 바람직하다. 가스의 가연성은 단일의 연쇄 반응에 좌우되는데, 하나의 세트의 분자(연소 생성물)로부터 다른 세트의 분자(반응제)로 에너지가 연속적으로 전달되도록 하기 위해서는 두 분자 세트가 에너지를 흡수하도록 근접할 필요가 있다. 희석은 반응성 분자들을 에워쌈은 물론 이들을 분리시키도록 기능하는데, 이는 에너지가 불활성 분자들에 의해 흡수되게 한다(반응을 가두는 용기의 벽이 불활성 분자로서 간주될 수 있다). 궁극적으로, 연쇄 반응이 더 이상 불가능하게 되고, 이를 연소 하한계(Lower Flammability Limit)로서 정의한다.

시스템 내의 압력을 감소시키면 반응 용기 내의 분자들의 분리를 증가시킨다. 그 과정에서의 불활성 및 반응성 분자들이 일정한 비율로 유지되지만, 용기의 벽은 일정한 표면적을 계속 간직하고 있다. 감압 상태에서 그러한 일정한 표면적은 에너지가 반응성 물질을 활성화시킬 수 있기 전에 용기에 의해 흡수되는 에너지의 비율을 증가시키게 된다. 그 결과, 저압에서 연쇄 반응을 지속하는 데에 필요한 반응성 분자의 농도는 대기압에서 필요한 농도보다 높아지게 된다. 따라서, 저압에서 비가연성인 가스 스트림은 압력이 대기압까지 증가하는 경우 가연성으로 된다. 그러므로, 가연성 가스는 대기압에서 잠재적으로 유해하거나 가연성을 갖기 전에 저압에서 제어된 방식으로 반응될 수 있다.

추가적인 위험성은 진공 펌핑 장치(수많은 기계 부품들도 역시)는 서로 접촉하여 스파크를 생성함으로써 가스 스트림을 점화시킬 수 있는 가동 금속 부품을 포함하고 있다는 점이다. 이 문제점은 가스가 대기압에 가까워지는 진공 펌핑 장치 이후의 단계들에서 커지게 되다. 이 문제점은 진공 펌핑 장치의 상류측에 질소와 같은 다량의 퍼지 가스를 도입함으로써 완화시킬 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명한 바와 같이, 보다 현저하게 희석시키게 되면 보다 큰 펌핑 기구, 보다 많은 불활성 가스 비용, 및 보다 많은 전력 소모를 필요로 하게 된다. 대안적인 해법은 버너에서 배기 가스를 연소시킨 후에 그 연소 가스를 진공 펌핑 장치를 통과해 이송하는 것을 수반한다. 이러한 해법이 배기 가스로부터 가연성 물질을 제거하긴 하지만, 그 연소 가스가 고온이어서 진공 펌핑 장치를 가열하게 된다. 따라서, 진공 펌핑 장치를 냉각시키거나 그 펌프로 유입되는 가스를 냉각시켜, 펌프의 손상을 피해야 한다. 그러나, 진공 펌프는 주어진 처리 흐름으로 진공을 제공하도록 구성되어, 처리 흐름을 상당히 증가시키게 되면 진공 성능이 저하하고 전력 소모가 증가하게 된다. 따라서, 단지 많은 흐름의 냉각 가스를 추가하는 것을 수반하는 부분적인 해법은 권할만하지 못하다.

본 발명은 처리 챔버로부터의 배기 가스 스트림을 처리하는 개선된 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은 처리 챔버로부터의 배기 가스 스트림을 처리하는 방법을 제공하는데, 이 방법은,

진공 펌핑 장치 또는 대기 라인(atmospheric line)을 이용하여 처리 챔버로부터 배기 가스를 이송하는 단계;

배기 가스를 저감 장치의 저감 영역에서 저감시키는 단계; 및

저감 영역의 하류측에 냉각제를 주입하여, 냉각 영역에서 냉각제의 상변화에 의해 저감된 가스를 냉각시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 기타 바람직하거나 및/또는 선택적인 양태들은 첨부된 청구의 범위에 정의되어 있다.

본 발명을 잘 이해할 수 있도록, 단지 예시로서만 제시한 실시예들을 이하에서 첨부 도면을 참조하여 설명할 것이다.
도 1은 처리 챔버로부터의 배기 가스를 처리하는 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이고,
도 2는 처리 챔버로부터의 배기 가스를 처리하는 다른 시스템을 개략적으로 도시하는 도면이고,

본 발명의 실시예에서는 처리 또는 저감 후에, 저감 영역의 하류측의 냉각 영역 내로 냉각제의 주입을 수반하는 가스 냉각 방법을 제공한다. 냉각제는 선택적으로는 처리 장치로부터 유출되는 가열된 배연(plume) 내로 미세하게 분할된 미스트 또는 스프레이로서 주입되는 물과 같은 액체일 수 있다. 그 액체는 액체가 액상에서 기상으로 상이 변화할 때의 증발 냉각에 의해 열을 흡수한다. 열을 흡수하는 근본적인 방법이 상변화하기 때문에, 본 발명은 또한 시스템의 열을 흡수하게 상이 변화할 수 있도록 다른 상태의 물질의 주입을 포함한다. 예를 들면, 이산화탄소가 고상으로서 주입되어, 기상으로 상을 변화시키는 승화를 겪을 수 있다. 대안적으로, 얼음 입자가 주입되어 액상의 물로 상이 변화하고, 그 후에 어쩌면 기상으로의 상변화도 겪을 수도 있다. 그러나, 본 명세서에서의 실시예들에 대한 상세한 설명은 냉각제로서 액체를 가스 스트림 내에 주입하는 것에 관한 것이다.

상변화에 의한 에너지 흡수는 여과 장치나 진공 펌핑 장치와 같은 하류측 장치에 의해 취급되는 가스 스트림의 부피를 현저하게 증가시키지 않는다는 점에서 유리하다. 따라서, 하류측 장치의 용량을 증가한 가스 유동 체적을 관리하기 위해 일반적으로 증가시킬 필요가 없다.

본 발명의 방법은 부압, 대기압(건식 여과), 대기압(습식 스크러빙)에서 배기 가스를 예를 들면 연소 하한계 아래로 냉각시킬 수 있다.

약 50 mbar 내지 750 mbar의 압력일 수 있는 부압 적용의 경우에, 진공 펌핑 장치로 보내지는 가스는 온도 범위가 25℃ 내지 250℃일 수 있다. 이 방법에서, 처리 장치로부터 유출되는 가스 내에 존재하는 열 에너지가 결정되어, 액체의 주입이, 일단 증발되고 나면 나중에 진공 펌핑 장치에 의해 생성된 압력으로 인해 응축되는 일이 없는 한편, 연소 가스는 펌핑 기구를 손상시킬 정도로 고온으로 되는 일이 없도록 제어된다.

건식 여과와 조합한 대기압 적용의 경우에, 액체의 주입은 냉각된 가스 혼합물이 응축되지 않고 이상적으로 낮은 온도(예를 들면, 여과 유닛에 따라 < 70℃)로 되게 하여 여과 장치의 맴브레인을 손상시키지 않도록 제어된다.

습식 스크러버와 조합한 대기압 적용의 경우에, 액체의 주입은 습식 스크러버 내로의 가스 흐름을 감소시키는 한편, 그 가스 스트림 내의 폐생성물을 사전 조정(preconditioning)하여 습식 스크러빙을 개선시킴으로써 습식 스크러빙 기구를 보조한다. 습식 스크러버는 처리 시스템의 일부를 형성하거나, 처리 시스템으로부터 멀리 떨어질 수 있다. 후자의 경우에, 단일 습식 스크러버가 하나 이상의 저감 유닛으로부터 가스를 받아들이게 된다.

폐가스의 사전 조정은 물과 같은 액체를 배연 가스 내로 증발시키는 것을 수반한다. 습식 스크러버는 가스 혼합물을 신속하게 냉각시켜 배연 가스가 포화 상태로 되게 한다. 증발된 액체는 핵생성 자리로서 기능하는 시스템 내의 고상 입자 주위에서 응축하여 고상 코어를 갖는 액적을 형성하는 경향이 있다. 응축/핵생성 프로세스는 입자들이 액적 내에 수용되어 그 액적이 상당히 커져 습식 스크러빙 매체와 보다 용이하게 혼합될 수 있게 하기 때문에 습식 스크러버에 의한 입자 제거를 개선시킨다. 습식 스크러버 내로 보내지는 가스의 온도는 습식 스크러버 유닛의 온도 허용 범위에 좌우되는 것으로, 예를 들면, 용기 벽이 물 위어(weir)로 형성된 시스템은 100℃를 초과하는 가스 스트림에서 작동할 수 있는 한편, 폴리프로필렌으로 이루어진 습식 스크러버는 100℃ 미만의 온도를 요구한다.

도 1을 참조하면, 처리 중에 또는 그 후에 처리 가스를 배기하는 처리 챔버(10)가 도시되어 있다. 그 시스템은 통상 가스를 배기하여 시스템을 통과해 이송시키는 메인 진공 펌핑 장치(11)를 포함한다. 이 진공 펌핑 장치(11)는 또한 연소 가스 또는 기타 저감된 가스를 처리 챔버(10)로부터 격리시킨다. 도시하진 않았지만, 몇몇 시스템에서는 처리 챔버가 저감 유닛에 직접 연결될 수 있다. 진공 펌핑 장치를 대신하여, 대기 라인 및 적절한 밸브 장치에 의해 처리 챔버를 대기 중에 연결함으로써 처리 가스가 이송될 수도 있다.

배기 가스(12)는 버너(14)와 같은 저감 유닛으로 이송된다. 버너(14)는 도시한 바와 같은 복사 버너(또는, 플라즈마, 전기 가열 촉매 칼럼, 전기로를 비롯하여 가스 스트림에 에너지를 부여하는 기타 저감 장치)일 수 있다. 배기 가스를 처리하는 시스템은 GB0724717.4에 개시되어 있으며, 이에 그 내용은 참조로 인용된다. 연료 가스(16)가 버너 내로 도입되어, 버너의 저감 또는 연소 영역(18) 내에서 배기 가스를 연소시키도록 점화된다.

배기 가스가 연소되는 경우, 500℃ 내지 2000℃ 범위의 온도일 수 있는 고온의 연소 가스(저감된 가스)(20)가 생성된다. 진공 펌핑 장치(22)에 도입하기 전에, 저압 또는 부압의 연소 가스가 냉각 영역(24)을 지나간다. 물(26)과 같은 액체일 수 있는 냉각제가 냉각 영역(24) 내로의 주입에 의해 도입되어, 냉각제의 상변화에 의해 연소 가스를 냉각시키게 된다. 물은 미세한 스프레이로서 도입되어, 비교적 큰 표면적 대 체적 비를 제공하여 액체의 증발이 보다 용이해지도록 할 수 있다. 미세한 스프레이는 예를 들면 Spraying Systems Co.의 한 사업부인 AutoJet Technologies와 같은 다양한 업체로부터 구입할 수 있는 스프레이 노즐에 의해 생성할 수 있다.

진공 펌핑 장치(22)는 메인 진공 펌핑 장치(11)와 함께 작동하여, 처리 가스를 처리 챔버(10)로부터 배기시키는 한편, 냉각된 연소 가스를 추가적인 처리 또는 대기중으로의 방출을 위해 배출시킨다. 진공 펌핑 장치(11, 22)에 의해 생성된 진공은 처리 챔버로부터 가스를 빨아 당겨 저감 장치(도면에서는 연소 장치로서 도시함)를 통과시킨다. 진공 펌핑 장치는 서로 상대 이동하는 금속 부품들을 포함한다. 부품들이 마모되거나 침적물이 축적되는 경우, 부품들이 접촉하여 스파크를 생성할 수 있다. 그러나, 버너(14)가 진공 펌핑 장치의 상류측에서 가스 스트림 내에 연소된 가연성 물질을 갖고 있고, 이에 따라 생성되는 어떠한 스파크도 가스 스트림을 점화시킬 수 없어 진공 펌핑 장치 또는 기타 장비를 손상시키지 못하게 된다. 게다가, 연소 가스(20)가 진공 펌핑 장치에 유입되기 전에 냉각 영역에서 냉각되기 때문에, 진공 펌핑 장치가 과도하게 가열되지 않아 추가적인 냉각을 필요로 하지 않는다.

물 또는 기타 액체가 냉각 영역으로 도입되어, 접촉시에 고온의 후속 저감된 가스(20)를 냉각시킨다. 냉각은 액체의 증발 잠열에 의해서는 물론, 주입된 액체의 가열 과정을 통해서도 발생할 수 있다.

적절한 냉각제의 열용량 및 상변화 특성은 다음과 같다.

물 :

- 액상의 열용량 = 4.2 kJ kg^-1 K^-1

- 기상의 열용량 = 2.0 kJ kg^-1 K^-1

- 증발 잠열 = 2270 kJ kg^-1

이산화탄소 :

- 기상의 열용량 = 0.9 kJ kg^-1 K^-1

- 증발 잠열 = 574 kJ kg^-1

질소 :

- 기상의 열용량 = 1.0 kJ kg^-1 K^-1

- 증발 잠열 = 199 kJ kg^-1

이들 통상 이용 가능한 물질 중에, 저렴하고 쉽게 입수할 수 있으며 그리고 증발 시에 큰 냉각 효과를 갖는 물이 현재로서 바람직하다. 이산화탄소는 가연성의 감소를 비롯한 유용한 특성을 갖고 있으며, 고상(이중 상변화) 또는 액상으로서 이용될 수도 있다.

주입된 액체의 상변화에 의해 생성되는 큰 냉각 효과는 기상의 배기 가스 흐름에 단지 작은 변화만을 초래한다(즉, 물 1g는 ∼1.25 리터를 차지하지만, 시스템에 20℃로 유입되어 120℃로 배출되는 유체에 대해 공기 ∼20 리터의 냉각 효과를 갖는다). 따라서, 증가된 용량을 갖는 진공 펌핑 장치를 제공할 필요 없고, 또한 도 2를 참조하여 아래에서 설명하는 바와 같이 증가된 용량을 갖는 습식 스크러버 또는 여과 시스템을 제공할 필요도 없다. 진공 펌프를 지나는 가스의 흐름의 감소는 펌프의 에너지 소모를 줄일 뿐만 아니라, 요구되는 진공 펌프의 크기도 감소시킨다.

다수의 상이한 결과를 달성하도록 냉각 영역(24)에 유입되는 물의 양을 제어하는 것이 바람직하다. 먼저, 진공 펌핑 장치의 허용 가능한 작동 온도는 알려져 있다. 연소 가스의 온도 및 질량 또는 체적 유량도 역시 알고 있다면, 연소 가스의 적절한 온도 감소를 달성하기 위해 냉각 영역(24)으로 도입되어야 할 물의 양을 결정할 수 있다. 도입되는 물의 양의 정확한 제어는 또한 물의 낭비와 유지비용의 증가를 피할 수 있다.

추가로, 액상의 물이 진공 펌핑 장치의 고압 영역 내로 유입되거나 그 내에서 응축되지 않도록 하여, 진공 펌핑 장치에서 유체 고착(hydraulic lock), 금속 및 기타 부품들의 잠재적 부식을 방지하는 것이 바람직하다. 따라서, 냉각 영역(24)에 도입되는 물의 양은 실질적으로 모든 물이 진공 펌핑 장치 내로 유입되기 전에 증발하도록 제어된다.

요구되는 물(26)의 양은 연소 가스(20)의 예상 유량 또는 다수의 예상 유량에 대해 미리 결정할 수 있고, 이에 따라 냉각 영역(24)에 대한 물의 도입을 제어할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 센서(28)를 예를 들면 도시한 바와 같이 냉각 영역의 배출부에 마련하여, 연소 가스(20)의 온도 또는 다른 특성을 감지하도록 할 수도 있다. 센서는 냉각 영역 내로 물(26)의 흐름을 제어하도록 제어 유닛(29)으로 신호를 출력하도록 된다.

정해진 처리 가스(예를 들면, 수소) 흐름의 경우, 미리 정해진 흐름의 물을 주입하거나, 피드백 루프를 이용하여 주입되는 물의 양을 조절함으로써, 미리 정해진 배기 가스 온도(예를 들면, 70℃)를 유지할 수도 있다.

물은 냉각 영역(24)에 다양한 형태로 도입될 수 있다. 예를 들면, 물은 무화(atomisation)시켜 미스트(미세 미스트 첨가 증기)로서 도입할 수도 있다. 무화는 냉각 영역(24) 내로 유입되는 물 입자의 크기 및 양을 조절하도록 제어될 수 있다. 대안적으로, 물은 노즐을 통해 하나 이상의 미세 제트로서 가압하에 도입할 수도 있다. 게다가, 물은 모세관을 따라 도입하여, 냉각 영역 내의 압력과 모세관의 직경 및 길이에 의해 냉각 영역 내로 유입되는 물의 양이 제어되도록 할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 배기 가스를 처리하는 시스템(30)이 도시되어 있다. 도 2에서 처리 챔버와 진공 펌핑 장치는 처리 가스(34)를 배출하는 하나의 유닛(32)으로서 도시되어 있다. 배기 가스는 저감 유닛에 의해 저감되거나, 도시한 바와 같이 방사 버너일 수 있는 버너(36)에서 연소될 수 있다. 연료 가스(38)가 버너 내로 도입되어, 버너의 연소 또는 저감 영역(40) 내에서 배기 가스를 연소시키도록 점화된다.

실선으로 도시한 하나의 구성에서, 예를 들면 분말 여과 장치와 같은 여과 장치(42)가 입자, 분말 또는 기타 고상 물질을 연소 가스로부터 여과하여, 여과 가스(44)와 분말(46)을 생성한다.

파선으로 도시한 다른 구성에서, 습식 스크러버(56)가 저감된 가스를 스크러빙하도록 마련된다. 물과 같은 스크러빙 매체(58)가 저감된 가스 내의 입자가 혼입되도록 도입된다. 공기(60) 및 습윤 분발(62)이 습식 스크러버(56)로부터 배출된다.

버너(36)로부터 배출되는 연소 가스(48)는 냉각 영역(50)에서 공기 스트림(52)을 도입함으로써 냉각된다. 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 단지 공기 스트림만을 사용한 냉각은 연소 가스를 냉각시키기에 충분하지 않거나, 대안적으로 연소 가스(48)의 충분한 냉각을 위해서는 상당한 양의 공기를 이용하여야 한다. 따라서, 물 또는 기타 액체(54)와 같은 냉각제가 냉각 영역(50) 내로의 주입에 의해 도입되어, 냉각제의 상변화에 의해 고온의 연소 가스를 냉각시키게 된다. 냉각은 주로 액체의 증발 잠열에 의해 이루어지지만, 일부의 냉각이 상변화 없이 냉각제의 가열에 의해 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.

통상의 여과 장치(42)는 약 70℃의 상측 작동 온도를 갖는다. 반도체 또는 태양 전지 증착 프로세스로부터의 수소를 연소시키는 경우와 같이 버너(36)에서 높은 열부하가 생성될 수 있다. 이와 관련하여, 분당 수백 리터의 수소는 연소 가스의 온도를 130℃ 이상으로 상승시킬 수 있다. 종래 기술에서, 그러한 추가적인 열부하는 상당히 증가된 양의 공기를 냉각을 위해 냉각 영역 내로 도입할 필요가 있게 하고, 이는 또한 훨씬 더 큰(나아가서는 보다 값비싼) 분말 여과 장치를 이용할 것을 요구하게 된다. 도 2의 구성에서, 고온의 연소 가스가 물(54)에 의해 충분히 냉각되어, 추가적인 양의 공기를 필요로 하지 않고 여과 장치가 상측 작동 온도 아래에서 작동하게 된다.

연소 가스(48)의 온도 및 질량 또는 체적 유량도 역시 알고 있다면, 연소 가스의 적절한 온도 감소를 달성하기 위해 냉각 영역(50)으로 도입되어야 할 물(54)의 양을 결정할 수 있다. 도입되는 액체(물 등)의 양의 정확한 제어는 또한 물의 낭비와 유지비용의 증가를 피할 수 있다.

추가로, 액상의 물은 여과 장치의 통상의 기능을 손상시키기 때문에 여과 장치 내로 유입되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 따라서, 냉각 영역(50)에 도입되는 물의 양은 실질적으로 모든 물이 여과 장치 내로 유입되기 전에 증발하도록 제어된다. 배연 가스 내의 물의 응축이 시작하지 않도록 연소 장치와 여과 장치 사이에서 냉각에 대해 충분히 고려하는 것이 필수적이다. 이는 냉각된 배기 가스 흐름 내의 습도를 냉각 지점에서의 100%의 상대 습도보다 낮도록 할 필요가 있다.

습식 스크러버(56)가 마련되는 경우, 냉각 영역 내로의 액체(52)의 주입은 습식 스크러버의 상류측의 저감된 가스에서의 핵생성 및 응축 프로세스를 제공함으로써 습식 스크러버의 효율을 높이게 된다. 냉각 영역 내로 주입되는 액체의 양은 습식 스크러버의 가열을 허용 범위 내로 제한하도록 본 명세서에서 앞서 설명한 바와 같이 제어된다.

물(54)은 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 스프레이, 무화, 또는 기타 기법에 의해 냉각 영역(50) 내로 도입될 수 있다.

Claims (15)

1. 처리 챔버로부터의 배기 가스 스트림을 처리하는 방법으로서,
   진공 펌핑 장치 또는 대기 라인(atmospheric line)을 이용하여 처리 챔버로부터 배기 가스를 이송하는 단계;
   상기 배기 가스를 저감 장치(abatement device)의 저감 영역에서 저감시키는 단계; 및
   상기 저감 영역의 하류측에 냉각제를 주입하여, 냉각 영역에서 냉각제의 상변화에 의해 저감된 가스를 냉각시키는 단계
   를 포함하는 배기 가스 스트림의 처리 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각제는 액체를 포함하며, 상기 저감된 가스는 주입된 액체가 기상으로 상변화하게 함으로써 상기 냉각 영역에서 냉각되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
3. 제2항에 있어서, 주입되는 냉각제의 양은 저감된 가스의 유량 및/또는 온도에 따라 제어하여, 실질적으로 모든 냉각제가 냉각 영역에서 증발되도록 하는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 영역은 대기압보다 낮은 압력을 갖는 한편, 진공 펌핑 장치의 상류측에 배치되어, 진공 펌핑 장치에서의 가스 부하가 가스 스트림 내로 냉각제의 주입에 의해 대체로 증가하지 않도록 되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저감된 가스의 특성을 센서에 의해 감지하고, 이 감지된 특성에 따라 냉각 영역 내로 도입되는 액체의 양을 제어하는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 스프레이 또는 미스트(mist)로서 주입되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 진공 펌핑 장치는 냉각 영역의 하류측에 위치하며, 상기 냉각 영역 내로 도입되는 액체의 양은 저감된 가스가 진공 펌핑 장치의 상측 작동 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록 제어되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저감된 가스는 입자를 함유하며, 여과 장치가 상기 저감된 가스를 여과하여 입자를 제거하는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 여과 장치는 상측 작동 온도를 가지며, 상기 냉각 영역 내로 도입되는 액체의 양은 저감된 가스가 상기 상측 작동 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록 제어되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저감된 가스는 입자를 함유하며, 습식 스크러버(wet scrubber)가 상기 저감된 가스를 스크러빙하여 입자를 제거하는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 습식 스크러버는 상측 작동 온도를 가지며, 상기 냉각 영역 내로 도입되는 액체의 양은 저감된 가스가 상기 상측 작동 온도보다 낮은 온도로 냉각되도록 제어되는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 주입된 액체는 상기 냉각 영역에서 증발하여 저감된 가스를 냉각시키고, 상기 냉각 영역의 하류측에서 상기 저감된 가스 내의 입자 주위에 응축되어, 습식 스크러버에 의해 효율적으로 스크러빙될 수 있는 고상 코어를 갖는 액적을 형성하는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저감된 가스를 냉각시키도록 냉각 영역에 공기를 도입하는 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 영역은 약 50 mbar 내지 750 mbar의 압력인 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 액체는 물, 질소, 또는 이산화탄소 중 하나인 것인 배기 가스 스트림의 처리 방법.

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