KR20160002145A - 예열기능을 가지는 스크러버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 예열기능을 가지는 스크러버에 관한 것으로서, 하부 일측과 타측에는 각각 폐가스 유입구와 연료가스 유입구가 설치되는 반응기와, 반응기의 상부 중앙에 하향 설치되며 반응기 내부로 연료가스와 공기를 공급하면서 점화부의 점화를 통해 반응기 내부에 화염을 발생시키는 버너부와, 반응기 내측면으로부터 이격되어 반응기 내부 중앙에 설치되며 하부는 반응기의 바닥면에 연결되고 상부는 반응기 상면과 소정의 간격을 유지하는 원통형상의 차단부재가 포함되는 것과 관련된다.
이러한 본 발명은 반응기 하부로부터 유입되는 연료가스와 폐가스가 와류를 일으키면서 예열된 상태로 차단부재 내부에 유입된 후 버너부의 화염과 반응하여 처리됨에 따라 폐가스의 처리 효율성이 더욱 향상될 수 있으며, 차단부재가 버너의 화염이 반응기 내면에 직접 전달되는 것을 차단함으로써, 반응기의 열적 부하를 방지하여 반응기의 내구성과 유지 및 관리의 효율성이 더욱 향상될 수 있다.

Description

예열기능을 가지는 스크러버{Scrubber has a function freheating}

본 발명은 반도체 공정에서 발생되는 폐가스의 처리 효율성을 향상시킬 수 있도록 한 예열기능을 가지는 스크러버에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 공정은 실리콘 기판에 사진, 확산, 식각, 화학기상증착 및 금속증착 등의 다양한 공정을 반복수행하게 되며, 이러한 공정 중 확산, 식각, 화학기상증착 등의 공정은 밀폐된 공정챔버 내부에 공정가스를 공급하여 이들 공정가스로 하여금 웨이퍼 상에서 반응토록 하는 것이다.

한편, 반도체 제조 공정에 사용되는 가스는 유독성, 가연성 및 부식성 등 그 특성이 강한 것이 사용되고, 이러한 공정가스는 제조설비의 공정 과정에서 약 10% 정도만이 반응에 참여하고, 나머지 90% 정도의 공정가스는 미반응한 상태에서 제조설비로부터 배출된다.

따라서 이러한 고정가스인 유독성 폐가스들이 별도의 정화과정 없이 대기중에 그대로 방출될 경우 주변 제조설비의 손상과 심각한 환경오염 및 작업자의 안전사고를 초래하게 되므로 각 제조설비에는 배기덕트로 연결된 가스 배출라인 상에 배출가스를 안전한 상태로 분해 또는 정화시키는 스크러버가 설치된다.

스크러버는 폐가스의 성질 즉, 일반 공기와 접촉시 폭발적으로 반응하는 성질, 연소되는 성질, 가스 처리제와 반응하는 성질 및 물에 용해되는 성질 등을 이용하는 것으로 크게 건식과 습식 및 이들 건식과 습식을 병행하는 혼합식으로 구분된다.

습식방식의 스크러버는 물을 이용하여 폐가스를 포집한 후, 세정 및 냉각하는 구조로써, 비교적 간단한 구성을 가지며, 제작이 용이하고 대용량화 할 수 있는 장점이 있다. 그러나 불수용성의 가스는 처리가 불가능하고, 특히 발화성이 강한 수소기를 포함하는 폐가스의 처리에는 부적절하다.

건식방식의 스크러버는 버너 내부로 폐가스가 통과되도록 하여 직접 연소시키거나, 열원을 이용하여 고온의 챔버를 형성하고, 그 속으로 폐가스가 통과되도록 하여 간접적으로 연소시키는 구조를 갖는다. 이러한 건식방식의 스크러버는 발화성(가연성) 가스의 처리에는 탁월한 효과가 있으나, 수용성 가스와 같이 잘 연소되지 않는 가스의 처리에는 부적절하다.

혼합식 스크러버는 폐가스를 연소실에서 1차 연소시켜 발화성 가스 및 폭발성 가스를 제거한 후 2차적으로 수조에 수용시켜 수용성의 유독성 폐가스를 물에 용해시키는 구조를 가지며, 이러한 혼합형 스크러버의 선행기술로는 국내공개특허 제10-2010-0021135호 "폐가스 처리 장치"를 통해 이미 개시된 바 있다.

한편, 가스 스크러버에 의해 폐가스가 처리되는 과정을 살펴보면, 반도체 장비의 공정챔버에서 발생되는 폐가스가 주입부를 통해 반응기(Reactor)의 버너(Burner)로 이동된 후 연소/산화되거나 열분해되는 방법으로 버닝(Burning)되고, 버닝으로 처리되지 못한 일부 가스나 분진 입자 등 미처리 가스는 습식세정부(Wet Zone)로 이동되며, 이때 습식세정부에서는 물을 분사함으로써 산화 가스속의 파우더(Powder)를 분리시켜 아래의 수조에 떨어지도록 하는 세정(Wetting) 공정을 거치게 되고, 세정된 처리가스는 필터와 덕트를 통해 대기중으로 배출된다.

그러나 종래 스크러버는 반응기 내부에 유입된 폐가스와 버너에서 발생되는 화염이 효과적을 반응하지 못하면서 폐가스의 처리 효율성이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 스크러버의 반응기 하부로부터 유입되는 연료와 폐가스가 서로 혼합되면서 예열된 후 버너부의 화염에 의해 연소될 수 있도록 구성됨에 따라 폐가스의 연소 효율성을 높여 폐가스 처리를 보다 효과적으로 할 수 있으며, 버너부의 화염에 의한 고온이 반응기 내면에 직접 전달되는 것을 방지할 수 있도록 한 예열기능을 가지는 스크러버를 제공하는 목적이 포함된다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한될 필요는 없으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

바람직한 일 실시 예에 의한 본 발명은,

하부 일측과 타측에는 각각 폐가스 유입구와 연료가스 유입구가 설치되는 반응기와, 반응기의 상부 중앙에 하향 설치되며 반응기 내부로 연료가스와 공기를 공급하면서 점화부의 점화를 통해 반응기 내부에 화염을 발생시키는 버너부와, 반응기 내측면으로부터 이격되어 반응기 내부 중앙에 설치되며 하부는 반응기의 바닥면에 연결되고 상부는 반응기의 상면과 소정의 간격을 유지하는 차단부재가 포함되는 구성과 관련된다.

더 바람직하게는, 반응기의 상부에는 매니폴드가 설치되고, 그러한 매니폴드의 내부에 냉각수를 공급하여 매니폴드를 관통하는 버너부의 버너노즐이 열부식으로부터 방지될 수 있도록 한 구성과 관련된다.

더 바람직하게는, 차단부재는 하부보다 상부의 외경이 점차적으로 작아지는 원추형태로 구성된 것과 관련된다.

더 바람직하게는, 폐가스 유입구와 연료가스 유입구는 반응기의 원주면에 접선방향으로 수평하게 설치되어 폐가스 유입구와 연료가스 유입구를 통해 반응기 내부로 유입되는 폐가스와 연료가스가 와류를 일으키면서 혼합될 수 있도록 구성된 것과 관련된다.

더욱 바람직하게는, 폐가스 유입구와 연료가스 유입구는 반응기의 내부 중심을 기준으로 서로 대향되게 또는 동일한 가스 흐름방향을 가지면서 서로 근접되게 설치되는 것과 관련된다.

본 발명은 반응기의 내부 중앙에 차단부재가 설치되고, 반응기 하부로부터 유입되는 연료가스와 폐가스가 와류를 일으키면서 예열된 상태로 차단부재 내부에 유입된 후 버너부의 화염과 반응하여 처리됨에 따라 폐가스의 처리 효율성이 더욱 향상될 수 있다.

또한, 차단부재가 버너의 화염이 반응기 내면에 직접 전달되는 것을 차단함으로써, 반응기의 열적 부하를 방지하여 반응기의 내구성과 유지 및 관리의 효율성이 더욱 향상될 수 있다.

아울러 이와 같은 기재된 본 발명의 효과는 발명자가 인지하는지 여부와 무관하게 기재된 내용의 구성에 의해 당연히 발휘되게 되는 것이므로 상술한 효과는 기재된 내용에 따른 몇 가지 효과일 뿐 발명자가 파악한 또는 실재하는 모든 효과를 기재한 것이라 인정되어서는 안 된다.

또한, 본 발명의 효과는 명세서의 전체적인 기재에 의해서 추가로 파악되어야 할 것이며, 설사 명시적인 문장으로 기재되어 있지 않더라도 기재된 내용이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서를 통해 그러한 효과가 있는 것으로 인정할 수 있는 효과라면 본 명세서에 기재된 효과로 보아야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 스크러버의 구성을 예시한 측면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 가스 스크러버의 반응기를 예시한 요부 절결 사시도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 반응기를 예시한 요부 평단면도이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 기재된 내용을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 기재된 내용의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 기재된 내용의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.

우선, 본 발명에 따른 예열기능을 가지는 스크러버의 구성은 폐가스의 버닝이 이루어지는 반응기와, 그러한 반응기에 화염을 발생시켜 버너부와, 반응기 내부에 설치되는 차단부재로 크게 구분될 수 있으며, 각 구성요소에 대하여 예시된 도 1 과 도 2 를 통해 상세히 살펴보면 다음과 같다.

반응기(100)는,

내부로 공급되는 폐가스 및 연료가스를 후술되는 버너부(200)에서 만들어진 화염과 반응시켜 폐가스를 연소/산화 내지 열분해시키는 역할을 한다.

반응기(100)의 상측에는 버너부(200)가 직접 설치될 수도 있지만, 바람직하게는 반응기(100)의 상측에 매니폴드(110)가 설치될 수 있으며, 이와 같이 반응기(100)에 매니폴드(110)가 설치되는 경우에는 매니폴드(110)의 상부 한쪽에는 화염상태를 측정하는 UV센서가 설치될 수 있고, 매니폴드(110)의 상부 중앙으로 통해 버너부(200)가 설치되면서 버너부(200)의 버너노즐(210)은 매니폴드(110)를 관통하여 반응기(100) 내부를 향하여 설치된다.

바람직하게는 매니폴드(110)의 내부에 냉각수(111)를 구비함에 따라 버너부(200)의 버너노즐(210)이 화염에 의한 열부식으로부터 손상되는 것을 방지할 수 있다.

반응기(100)는 단면형태가 원형인 원통형태의 구조가 바람직하며, 필요에 따라서는 단면형태가 다각형으로 구성될 수도 있다.

반응기(100)의 하부 한쪽에는 외부에서 내부로 연료가스가 유입될 수 있도록 하나 이상의 연료가스 유입구(130)가 구비되며, 하부 다른쪽에는 외부에서 내부로 폐가스가 유입될 수 있도록 하나 이상의 폐가스 유입구(120)가 구비된다.

버너부(200)는,

전술한 반응기(100) 내부로 화염을 방사함으로써, 반응기(100) 내부에 공급되는 폐가스를 연소/산화 내지 열분해시켜주는 역할을 한다.

버너부(200)는 반응기(100)의 상부에 직접 설치될 수도 있지만, 도 2 에 예시한 바와 같이 매니폴드(110)의 상측 중앙에 하향 설치될 수 있으며, 일정량의 연료가스와 공기를 혼합하여 반응기(100) 내부로 공급한 상태에서 점화부를 통해 점화를 시켜주면 전술한 반응기(100) 내부를 향해 설치된 버너노즐(210)로부터 화염이 방사된다.

차단부재(300)는,

전술한 반응기(100)의 내부 중앙에 설치되며, 반응기(100)의 내면으로부터 일정한 간격을 유지하면서 내부로는 버너부(200)에서 방사되는 화염이 수용될 수 있도록 상하가 관통된 개방된 관체이다.

차단부재(300)는 반응기(100)의 바닥면으로부터 버너부(200)를 향하여 소정 길이로 길게 형성되며, 단면이 대략 원형인 원통형태로 구성된다.

차단부재(300)의 단면은 원형으로 한정될 필요는 없으며, 비원형이나, 다각형 내지 임의의 형상을 가질 수도 있다.

차단부재(300)의 하부의 외측둘레는 반응기(100)의 바닥면에 연결되며, 그 상부는 도 2 에 예시한 바와 같이 반응기(100) 상측의 매니폴드(110) 저면과 소정의 간격을 두고 설치되는데, 이러한 소정의 간격은 반응기(100) 하부로부터 유입되는 연료가스와 폐가스가 차단부재(300)의 상부와 매니폴드(110)가 이루는 소정의 간격을 통해 차단부재(300) 내부로 이동되면서 점화부의 화염과 반응한 후 차단부재 내부에서 하향 이동되도록 하기 위함이다.

즉, 반응기(100) 하부의 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)로부터 유입되는 연료가스와 폐가스가 반응기(100) 내부로 유입된 상태에서 서로 혼합된 다음 반응기(100)의 상측으로 이동된 후 차단부재(300) 상부와 매니폴드(110)가 이루는 소정의 간격으로 이동되면서 차단부재(300) 내부를 향하여 방사되는 화염과 반응하게 되는 것이다.

여기서, 반응기(100) 내부로 유입된 연료가스와 폐가스가 효과적으로 혼합될 수 있도록 하기 위해 도 3 에 예시한 바와 같이 반응기(100) 하부에 설치되는 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)를 반응기(100)의 원주면에 접선방향으로 지면으로부터 수평하게 설치하게 되면 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)로 유입되는 연료가스와 폐가스가 와류현상을 일으키게 되면서 효과적으로 혼합됨과 동시에 상측으로 원활하게 이동될 수 있다.

더 바람직하게는 반응기(100)의 하부에 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)를 형성함에 있어서, 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)를 반응기(100) 내부 중심을 기준으로 서로 대향되게 또는 동일한 가스의 흐름방향을 가지면서 서로 근접되게 설치하면 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)로 유입되는 연료가스 및 폐가스가 효과적인 와류현상을 일으키게 되면서 연료가스와 폐가스의 혼합효율이 더욱 향상될 수 있다.

아울러, 혼합된 연료가스와 폐가스가 상측으로 이동될 때 버너부(200)의 화염으로 인해 차단부재(300)가 가열됨에 따라 차단부재(300)의 바깥면과 반응기(100)의 내면 사이의 공간이 고온 분위기를 유지하게 되고, 이러한 고온 분위기의 공간에서 와류현상을 일으키며 통과하는 연료가스와 폐가스는 혼합율이 높아지면서 예열된 상태가 되므로 이후 버너부(200)의 화염과 반응시 반응효율이 높아져 폐가스의 연소 효율성이 더욱 향상될 수 있는 것이다.

또한, 버너부(200)의 화염이 차단부재(300)의 내부에서 방사됨에 따라 화염의 고온이 반응기(100) 내면에 직접 전달되는 것을 차단부재(300)가 차단함으로써 버너부(200)의 화염에 의한 반응기(100)의 열적 부하를 사전에 방지할 수 있는 것이다.

차단부재(300)는 하부와 상부의 외경 또는 크기가 동일한 직선형태로 구성될 수도 있지만, 하부의 외경 또는 크기보다 상부의 외경 또는 크기가 점차 작아지는 원추형태로 구성될 수도 있다.

차단부재(300)가 원추형태로 구성되면 연료가스와 폐가스가 혼합된 상태에서 상측으로 이동될 때 차단부재(300)의 경사면을 따라 더욱 원활하게 이동될 수 있다.

또한, 필요에 따라서는 차단부재(300)의 바깥쪽 표면에 나선형의 유도홈을 형성하여 혼합된 연료가스와 폐가스가 그러한 유도홈의 안내를 받아 차단부재(300)의 상측으로 신속하면서 효과적으로 이동되도록 구성할 수도 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 예열기능을 가지는 스크러버의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.

우선, 반응기(100)의 중앙에 설치된 버너부(200)의 버너노즐(210)에서는 화염이 하향 방사되며, 화염은 반응기(100) 내부 중앙에 위치한 차단부재(300)의 내부를 향해 방사됨에 따라 차단부재(300)는 고온의 상태가 되며, 차단부재(300)의 바깥면과 반응기(100)의 내면이 이루는 공간 또한 고온의 분위기가 된다.

따라서 반응기(100) 하부에서 유입되는 연료가스와 폐가스는 연료가스 유입구(130)와 폐가스 유입구(120)의 설치형태에 따라 반응기(100) 내부에서 와류를 일으키게 되면서 혼합되며, 이때 차단부재(300)의 바깥면과 반응기(100)의 내면이 이루는 공간이 고온 분위기를 유지하고 있으므로 연료가스와 폐가스가 충분히 혼합되면서 예열된 상태가 된다.

연료가스와 폐가스의 계속적인 공급에 따라 예열된 상태로 혼합되어 있는 연료가스와 폐가스는 와류를 일으키면서 차단부재(300) 상부로 이동하게 되며, 이때 차단부재(300)의 내부를 향해 방사되는 화염으로 인한 공기의 흐름으로 인하여 차단부재(300)의 상부로 이동된 연료가스와 폐가스는 차단부재(300)의 상부와 매니폴드(110)가 이루는 간격으로 빨려들어가게 되면서 화염과 반응하게 되어 폐가스가 연소/산화되거나 열분해된다.

이상과 같이 본 발명은 반응기(100)의 내부에 버너부(200)의 화염을 수용하는 차단부재(300)가 설치됨에 따라 반응기(100) 하부에서 유입되는 연료가스와 폐가스가 예열된 상태에서 차단부재(300) 내부로 유입된 후 화염에 의해 처리될 수 있어 폐가스의 연소 효율성이 향상될 수 있으며, 차단부재(300)로 인해 화염의 고온 열기가 반응기(100)의 내면에 접적 전달되는 것을 방지할 수 있어 반응기(100)의 열적부하를 방지하고, 유지 및 관리를 더욱 효과적으로 할 수 있는 예열기능을 가지는 스크러버를 제공하는 것이 기본적인 기술적 사상임을 알 수 있다.

이와 같이 기재된 내용의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관한 설명을 하였으나, 기재된 내용의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 기재된 내용의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 반응기 110 : 매니폴드
111 : 냉각수 120 : 폐가스 유입구
130 : 연료가스 유입구 200 : 버너부
210 : 버너노즐 300 : 차단부재

Claims (5)

1. 하부 일측과 타측에는 각각 폐가스 유입구와 연료가스 유입구가 설치되는 반응기;
   상기 반응기의 상부 중앙에 하향 설치되며, 상기 반응기 내부로 연료가스와 공기를 공급하면서 점화부의 점화를 통해 상기 반응기 내부에 화염을 발생시키는 버너부; 및
   상기 반응기 내측면으로부터 이격되어 반응기 내부 중앙에 설치되며, 하부는 반응기의 바닥면에 연결되고, 상부는 상기 반응기의 상면과 소정의 간격을 유지하는 차단부재가 포함되는 것을 특징으로 하는 예열기능을 가지는 스크러버.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 반응기의 상부에는 매니폴드가 설치되고, 그러한 매니폴드의 내부에 냉각수를 공급하여 상기 매니폴드를 관통하는 상기 버너부의 버너노즐이 열부식으로부터 방지될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 예열기능을 가지는 스크러버.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 차단부재는 하부보다 상부의 외경이 점차적으로 작아지는 원추형태로 구성된 것을 특징으로 하는 예열기능을 가지는 스크러버.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 폐가스 유입구와 연료가스 유입구는 반응기의 원주면에 접선방향으로 수평하게 설치되어 상기 폐가스 유입구와 연료가스 유입구를 통해 반응기 내부로 유입되는 폐가스와 연료가스가 와류를 일으키면서 혼합될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 예열기능을 가지는 스크러버.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 폐가스 유입구와 연료가스 유입구는 반응기의 내부 중심을 기준으로 서로 대향되게 또는 동일한 가스 흐름방향을 가지면서 서로 근접되게 설치되는 것을 특징으로 하는 예열기능을 가지는 스크러버.
   
   
   
   
   
   

Images