KR20180094563A - 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템 - Google Patents

유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 유체 급속 가열장치는 유체가 내부로 유입되도록 구비된 유체 주입구와 가열된 유체가 외부로 배출되도록 구비된 유체 배출구를 포함하는 발열몸체; 전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 구동되어 상기 발열몸체로 유도 기전력을 유도하는 유도코일; 및 상기 유체 주입구와 상기 유체 배출구를 연결하는 최단거리보다 긴 경로를 갖도록 상기 발열몸체 내부에 구비되어 유체가 이동하는 유체 이동로를 포함하여, 상기 유체 이동로를 통해 이동되는 유체는 상기 발열몸체로부터 열 에너지를 전달받아 급속으로 가열된다.

Description

유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템{APPARATUS FOR RAPIDLY HEATING OF FLUID AND SYSTEM FOR PROCESSING OBJECT USING THE SAME }
본 발명은 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 빠른 시간 내에 고온으로 가열하여 증기를 생성하기 위한 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(Semiconductor wafer), 평판디스플레이의 유리기판, 금속판 등과 같은 수많은 워크피스의 표면에는 제조공정 중에 많은 잔류물질(Residual organic materials), 미립자(Particle), 유기물, 무기물 등 오염물질이 존재하게 된다. 반도체 디바이스 제조공정에서는 웨이퍼에 패턴을 형성한 후 세정하는 세정공정이 반복된다. 웨이퍼를 세정하는 이유는 포토레지스트막이나 폴리머막 등의 유기물이나 파티클 등을 제거하는 것이다. 유기물이나 파티클은 제품의 결함을 발생시키기 때문에 이를 제거하기 위한 세정공정(Cleaning process)의 중요성은 더욱 부각되고 있는 추세에 있다.
반도체와 같은 산업분야에서는 비용이 저렴하고 기술의 적합성이 검증되어 있는 증기 세정법이 광범위하게 사용되고 있다. 그런데 습식 세정은 독성이 매우 강한 강산과 강염기를 주로 사용하므로, 환경오염, 안전성 등의 문제로 사용이 규제되고 있다. 또한, 반도체 소자의 집적도가 증가되는 것에 따라 세정제와 초순수의 순도를 높게 유지해야 할 필요가 있으므로, 비용이 증가되고 있는 실정이다. 특히, 습식 세정은 진공장비들과 연계시켜 연속적인 공정을 수행하기 위한 클러스터툴 시스템(Cluster tool system)에 적용하기 어렵다. 습식 세정법의 단점을 보완하고 해결하기 위하여 건식 세정법이 개발되어 적용되고 있다. 기상 세정이라 부르고도 있는 건식 세정에는 초음파 세정, 전리오존 세정, 엑시머 자외선(Excimer ultraviolet, EUV) 세정, 플라즈마(Plasma) 세정 등이 있다. 건식 세정장비는 구성이 복잡하고 차지하는 면적도 넓은 단점이 있다.
한편, 친환경적이면서 세정력이 우수한 고온고압의 증기를 이용하는 증기 세정장비가 개발되었다. 증기세정장비는 히터를 이용하여 대용량 용기에 담긴 물을 가열하여 증기를 발생시켜 이를 웨이퍼에 분사하여 세정하는 방식이다. 증기를 발생시키는 방법으로는 직접가열 또는 유도가열 방식이 존재한다. 직접가열방식은 열선등을 유체를 직접 가열하거나 유체 외부에서 고온의 가스를 이용하여 유체를 가열하는 것이다. 유도가열 방식은 패러데이의 전자유도현상을 이용한 금속의 가열 방법의 일종으로서, 금속물질인 피가열체가 유기 기전력에 의해 와전류(Eddy Current)가 발생하게되며, 이때 도체 내부를 흐르는 와전류가 표면부의 저항에 의해서 와전류 손실이 발생하게 되어 줄(Joule)의 법칙에 의해 열에너지로 변환되는 현상을 이용한 것이다.
이와 같은 증기세정장비는 대부분 대량으로 증기를 생성하기 위해 대용량의 용기를 사용함으로써, 반도체 디바이스 제조 공정에서 일부를 차지하는 세정 시스템의 규모가 대형화될 수밖에 없다. 또한, 대형화된 증기세정장비는 증기를 발생시키는 지점부터 증기를 분사시키는 지점까지의 증기이송경로를 길어지게 만들기 때문에, 발생된 증기를 온도 및 압력 조건을 유지시키면서 원하는 위치까지 이동시키기 위한 상당한 노력이 필요하다. 즉, 발생된 증기는 증기이송경로가 길어짐에 따라 온도변화로 인해 기체 상태의 증기가 응축되어 액체 상태의 물로 변화될 수 있다. 이에 따라, 이러한 세정 시스템에서는 증기 온도 및 압력 상태를 유지시키기 위한 추가적인 설비를 구비하거나 증기의 온도와 압력을 제어하는 기술 적용이 요구될 수 있다.
또한, 물은 비열이 다른 물질보다 상대적으로 크기 때문에 온도변화가 크게 나타나지 않는다. 이러한 물의 특성으로 인해, 증기세정장비는 히터를 이용하여 대용량의 용기에 담긴 물을 가열하여 증기세정공정을 시작하기에 앞서 많은 양의 증기를 준비해야 한다. 다시 말해, 종래의 증기세정장비는 물의 온도를 제어하기가 어렵기 때문에, 짧은 시간 내에 증기를 발생시키기 곤란하다. 이는 증기세정공정에서 짧은 시간 내에 증기공정으로 들어오는 피처리 대상(일례로, 웨어퍼, 글래스, 기판 등)을 대응하기 위해 대용량의 증기를 사전에 준비해야 함을 의미한다.
이로 인해, 종래의 증기세정장비는 대용량의 증기를 사전에 준비함으로써 증기를 생성하기 위한 에너지 사용량이 증가할 수밖에 없다. 종래의 증기세정장비는 짧은 시간 내에 수증기를 생성하고, 적은 에너지를 사용하여 수증기를 생성하는 시스템이 제안될 필요성이 있다. 또한 수증기를 생성하기 위한 시스템에서 일반적으로는 피가열체 내부에 유체가 흐를 수 있는 유체 이동로를 형성하고, 피가열체를 가열함으로써 유체 이동로를 통해 공급되는 유체를 가열한다. 이러한 방식은 피가열체의 구조가 단순하여 제작이 쉬운 장점이 있지만, 피가열체가 표면부터 가열되는 특성 때문에 유체가 흐르기 전에 충분한 예열이 필요하며, 유체가 빠른 속도로 공급되어 피가열체에 체류하는 시간이 짧아 고온의 수증기를 생성하기 어려운 단점이 존재한다.
또한 피처리 대상으로 공급되는 수증기는 피처리 대상을 세정하기 위한 것으로, 오염되지 않은 순수한 수증기인 것이 바람직하다. 그러나 고온으로 유체를 가열시 용기에 의해 수증기에 파티클이 포함될 수 있다. 오염된 수증기가 피처리 대상에 분사되면 세정력이 떨어져 생산품의 신뢰도가 떨어지게 된다.
본 발명의 목적은 발열체로부터 발생되는 열 에너지가 유체에 전달될 수 있는 시간을 늘림으로써 고온의 증기를 급속으로 발생시킬 수 있고, 아울러 파티클이 포함되지 않는 고온의 증기를 생성하기 위한 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면은 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 유체 급속 가열장치는 유체가 내부로 유입되도록 구비된 유체 주입구와 가열된 유체가 외부로 배출되도록 구비된 유체 배출구를 포함하는 발열몸체; 전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 구동되어 상기 발열몸체로 유도 기전력을 유도하는 유도코일; 및 상기 유체 주입구와 상기 유체 배출구를 연결하는 최단거리보다 긴 경로를 갖도록 상기 발열몸체 내부에 구비되어 유체가 이동하는 유체 이동로를 포함하여, 상기 유체 이동로를 통해 이동되는 유체는 상기 발열몸체로부터 열 에너지를 전달받아 급속으로 가열된다.
일 실시예에 있어서, 상기 발열몸체는, 티타늄으로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유체는, 예열된 상태로 상기 유체 주입구를 통해 상기 유체 이동로로 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 발열몸체는, 상기 유체가 이동할 수 있도록 복수 개의 유체 이동로를 포함하는 제1 발열몸체; 및 상기 제1 발열몸체와 결합되며, 상기 복수 개의 유체 이동로 중 적어도 하나 이상으로 상기 유체를 공급할 수 있는 상기 유체 주입구 또는 상기 복수 개의 유체 이동로 중 적어도 하나 이상으로부터 가열된 증기를 배출할 수 있는 상기 유체 배출구를 포함하는 제2 발열몸체를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 발열몸체와 상기 제2 발열몸체의 결합면에는, 나사산이 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유도코일은, 내부가 중공으로 형성되어 상기 중공으로 냉각수가 순환된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유체 이동로 내부 전체 또는 일부분에는, 세라믹 튜브가 삽입된다.
일 실시예에 있어서, 상기 발열몸체와 상기 유도코일 사이에 형성되는 절연부재를 더 포함한다.
본 발명의 유체 급속 가열장치는 소정의 길이를 갖는 발열몸체; 전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 구동되어 상기 발열몸체로 유도 기전력을 유도하는 유도코일; 및 내부에 형성된 중공으로 유체가 유입되어 가열된 유체가 내부로 배출되도록 상기 발열몸체에 권선되는 유체 이동관을 포함하여 상기 유체 이동관을 통해 이동되는 유체는 상기 발열몸체로부터 열 에너지를 전달받아 급속으로 가열된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유도코일과 상기 유체 이동관은, 동일한 하나의 구성이다.
일 실시예에 있어서, 상기 유도코일은, 내부가 중공으로 형성되어 상기 중공으로 냉각수가 순환된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유체 이동관 내부 전체 또는 일부분에는, 세라믹 튜브가 삽입된다.
일 실시예에 있어서, 상기 발열몸체 또는 상기 유체 이동관 중 어느 하나, 및 상기 발열몸체와 상기 유체 이동관은 티타늄으로 형성된다.
일 실시예에 있어서, 상기 유체는, 예열된 상태로 상기 유체 이동관으로 제공된다.
본 발명의 유체 급속 가열장치를 이용한 대상물 처리 시스템은 유체를 제공받아 소정의 온도로 유체를 가열하여 포화증기를 배출하기 위한 포화증기 생성장치; 상기 포화증기 생성장치를 통해 배출된 포화증기를 제공받아, 상기 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따라 형성된 유체 급속 가열장치를 이용하여 과열증기로 가열하기 위한 과열증기 생성장치; 및 상기 과열증기 생성장치에 연결되어 상기 과열증기 생성장치로부터 제공된 증기를 대상물로 분사하기 위한 노즐부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 과열증기 생성장치로 유입되는 유체의 온도 또는 배출되는 증기의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함한다.
본 발명의 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템을 이용하면, 한정된 공간에서 유체가 발열체에 체류하는 시간을 늘림으로써 열 에너지가 유체에 효율적으로 전달되어 고온의 증기를 급속으로 단시간 내에 발생시킬 수 있다. 또한 고온의 증기를 발생시키기 위하여 발열체의 예열 과정이 불필요하여 증기생성장치의 열처리 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대상물 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3의 과열증기 생성장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 발열몸체에 세라믹 튜브를 삽입하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 도 6의 과열증기 발생장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9는 유체 이동로에 세라믹 튜브를 삽입하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에서의 과열증기 생성장치의 유체 이동관의 재질에 따른 특성을 도시한 표이다.
도 11은 본 발명에서 과열증기 생성장치로 제공되는 전력을 산출하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 12 내지 도 15는 길이 및 유도코일의 권선비를 다르게 한 과열증기 생성장치를 이용한 온도변화를 측정한 그래프 및 비교표이다.
도 16은 본 발명에 따른 포화증기 생성장치의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 17 내지 도 19는 순수예열부에 형성된 유로에 대한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 대상물 처리 시스템을 설명하기 위한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 대상물 처리 시스템(1)은 포화증기 생성장치(30), 과열증기 생성장치(100), 노즐부(20)를 포함한다. 포화증기 생성장치(30)는 순수 공급원(미도시)으로부터 공급받은 순수를 가열하여 증기를 발생시키기 위한 구성으로 과열증기를 생성하기 위하여 예열을 하기 위한 구성이다. 특히, 포화증기 생성장치(30)는 순수를 가열하여 소정의 온도(예를 들어, 약 100℃)의 증기를 일차적으로 생성한다. 여기서 소정의 온도는 사용자의 필요에 의해 임의로 선택되어진다. 포화증기 생성장치(30)에서 배출되는 유체는 가열된 기체와 액체가 혼합되어 공존하는 상태이며 포화증기를 포함한다.
과열증기 생성장치(100)는 포화증기 생성장치(30)에서 1차적으로 가열된 유체(포화증기)를 공급받고, 이를 고온의 증기(예를 들어, 250 ℃정도의 과열증기)로 급속 가열하여 노즐부(20)로 배출한다. 노즐부(20)로 공급된 고온의 증기(과열증기)는 처리 대상물인 피처리 기판(14)으로 분사됨으로써 반도체 장치 또는 디스플레이 장치의 제조 공정에서 발생되는 불용물을 처리할 수 있다. 여기서, '대상물'이란, 예를 들면 반도체 기판, 유리 기판, 렌즈, 디스크 부재, 정밀 기계 가공 부재, 몰드 수지 부재, 인쇄회로기판(PCB) 등을 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. '처리'란, 대상물에 실시되는 것으로서, 예를 들면 박리, 세정, 가공, 증착 등을 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
포화증기 생성장치(30)를 이용하여 예열된 증기는 과열증기 생성장치(100)를 이용하여 급속 가열됨으로써 고온의 증기를 짧은 시간 내에 생성할 수 있다. 순수를 가열하면 증기가 발생하고, 증기는 잠열을 포함한다. 증기를 피처리 기판(14)에 분사하면, 증기에 포함된 잠열이 에너지로 전환되어 피처리 기판(14)에 부착된 파티클은 피처리 기판(14)과 분리됨으로써 제거된다. 그러므로 피처리 기판(14)으로 분사되기 전의 증기를 고속, 고온으로 생성하는 것이 매우 중요하다. 본 발명에 따른 과열증기 생성장치(100)를 이용하면 과열증기 생성장치(100)로 제공되는 유체를 급속으로 가열할 수 있어 과열증기가 포함된 증기를 생성한다. 도면에는 도시하지 않았으나, 피처리 기판(14)을 지지하기 위한 별도의 지지부재가 구비될 수 있다.
제어부(7)는 포화증기 생성장치(30), 과열증기 생성장치(100), 전원 공급원(3), 밸브(32, 6, 28)의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로 제어부(7)는 포화증기 생성장치(30)로 공급되는 전원의 세기를 제어함으로써, 포화증기 생성장치(30)에 의해 가열되는 순수 온도를 조절할 수 있다. 또한 제어부(7)는 전원 공급원(3)을 제어하여 과열증기 생성장치(100)로 공급되는 전원의 세기를 제어함으로써 과열증기 생성장치(100)에 의해 가열되는 증기의 온도를 조절할 수 있다. 또한 밸브(32, 6, 28)를 제어하여 과열증기 생성장치(100) 또는 노즐부(20)로 공급되는 증기의 양을 조절할 수 있다.
대상물 처리 시스템(1)은 과열증기 생성장치(100)로 유입되는 유체의 온도를 측정하기 위한 온도센서(102) 및 과열증기 생성장치(100)에서 배출되는 증기의 온도를 측정하기 위한 온도센서(104)를 더 포함한다. 온도센서(102, 104)를 이용하여 측정된 정보는 제어부(7)로 전달되고, 제어부(7)는 이 정보를 이용하여 과열증기 생성장치(100)에서 배출되는 증기를 온도를 조절하기 위하여 전원 공급원(3)을 제어할 수 있다.
여기서, 노즐부(20)에는 온도센서(22)와 압력센서(24)가 더 구비되어 노즐부(20)로 공급된 증기의 온도와 압력을 측정한다. 측정된 온도와 압력 정보는 제어부(7)로 전달되고, 제어부(7)는 이를 이용하여 증기의 온도 또는 증기 발생량 등을 조절한다. 노즐부(20)에서 증기가 분사되는 분사구 주변으로는 흡입기(26)가 구비된다. 흡입기(26)를 이용하여 분사된 증기와 피처리 기판(14)에서 분리된 파티클들을 흡입하여 배기함으로써 피처리 기판(14)의 세정율을 향상시킨다.
본 명세서에서 포화증기 생성장치(30)로는 순수(deionizewater: DIW)가 공급되고, 포화증기 생성장치(30)에 의해 가열된 상태(예열된 상태, 예를 들어 순수를 가열하여 생성된 증기가 100℃인 상태)의 유체는 과열증기 생성장치(100)로 공급된다. 포화증기 생성장치(30)에 의해 가열된 유체는 포화증기를 포함한다. 과열증기 생성장치(100)는 포화증기를 포함하는 유체를 제공받아 가열하여 과열증기(예를 들어, 250℃로 가열된 상태)로 배출된다.
본 명세서에서의 과열증기 생성장치(100)는 포화증기를 포함하는 유체를 제공받아 가열하여 포화증기를 배출하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 순수를 공급받아 가열하여 포화증기 또는 가열증기를 생성하거나, 유입된 유체의 온도보다 높은 온도의 유체를 배출하기 위한 장치로 사용될 수 있다. 본 발명에서의 "유체"는 포화증기 생성장치(30)를 통해 배출되며 포화증기를 포함하는 것을 의미하고, 과열증기 생성장치(100)를 통해 배출되는 "증기"는 과열증기를 포함하는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 증기생성장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 과열증기 발생장치(100)는 소정의 길이를 갖는 발열몸체(110), 유도코일(120)을 포함한다. 발열몸체(110)는 도면에서는 단면으로 도시하였으나, 소정 길이의 원통으로 형성된되나, 발열몸체(110)의 형상은 다양하게 변형이 가능하다. 발열몸체(110)의 길이방향을 따라 외주면에는 유도코일(120)이 나선으로 권선된다.
유도코일(120)은 전원 공급원(3)으로부터 전원을 공급받아 구동된다. 유도코일(120)은 발열몸체(110)의 외주면을 따라 나선으로 권선되어 발열몸체(110)를 균일하게 가열한다. 유도코일(120)은 발열몸체(110)와 별도로 권선되어 발열몸체(110)로 유기 기전력을 유도할 수 있다. 전자유도현상에 의해 유도코일(120)에 고주파 전류가 흐를 때 발생하는 고주파 교류 자계로 인해 금속물질인 발열몸체(110)(피가열체)에 유기 기전력에 의해 와전류(Eddy Current)가 발생하게 되며, 이때 발열몸체(110) 내부를 흐르는 와전류가 표면부의 저항에 의해서 와전류 손실이 발생하게 되어 줄(Joule)의 법칙에 의해 열에너지로 변환된다. 이로 인해, 발열몸체(110)의 온도가 올라가고, 유체 이동로(116)를 따라 이동되는 유체의 온도가 급속하게 높아진다.
전원 공급원(3)으로부터 전원을 공급받은 유도코일(120)은 내부가 중공으로 형성된 관 형태(파이프 또는 튜브 형상)일 수 있다. 유도코일(120)은 전원을 공급받아 발열되는 발열체이므로 구동 시 고온 상태일 수 있다. 그러므로 이러한 유도코일(120)의 내부 중공으로 냉각수를 공급함으로써 유도코일(120)에서 발생되는 열을 냉각한다. 바람직하게는 유도코일(120)은 전도성이 90% 이상의 동관(copper pipe)이다.
전원 공급원(3)은 과열증기 생성장치(100)에 고주파 교류 전원(또는 RF 전원)을 공급한다. 특히, 전원 공급원(3)은 과열증기 생성장치(100)의 임피던스차에 의한 반사를 줄이는 임피던스 매칭을 위해, 임피던스 매칭 네트워크(Impedance Matching Network)를 통해 고주파 교류 전원을 공급할 수 있다. 포화증기 생성장치(30)와 과열증기 생성장치(100)는 하나의 전원 공급원과 연결될 수도 있고, 서로 다른 전원 공급원과 연결될 수도 있다.
발열몸체(110)는 유체가 주입되기 위한 유체 주입구(112) 및 유체가 가열되어 생성된 유체 또는 증기가 배출되기 위한 증기 배출구(114)가 구비된다. 여기서, 증기 배출구(114)에서는 가열된 유체가 배출될 수도 있다. 발열몸체(110) 내부에는 유체가 이동하기 위한 유체 이동로(116)가 구비된다. 유체 이동로(116)는 유체 주입구(112)와 유체 배출구(114) 사이의 최단 경로보다 긴 경로로 형성되는데, 예를 들어, 之"(갈 지)자 처럼 지그재그로 형성되어 유체가 발열몸체(110) 내부에서 반복적으로 순환한다. 일정한 길이로 고정된 발열몸체(110)에서, 유체의 가열속도는 유체와 발열몸체(110)가 접촉되는 길이 및 시간에 비례하여 향상될 수 있다. 그러므로 이동 경로가 길어진 유체 이동로(116)를 따라 유체가 이동하면서 발열몸체(110) 내에서 체류하는 시간이 길어지고, 이로 인해 짧은 시간 내에 높은 온도로 유체를 가열할 수 있는 효과가 있다. 유체 이동로(116)의 형상은 지그재그 형상에 한정되는 것이 아니라, 유체를 발열몸체(110) 내에서 반복적으로 순환시킬 수 있는 형상으로 변형될 수 있다.
발열몸체(110)는 금속재질로써, 특히 비자성체인 티타늄을 사용한다. 티타늄(Titanium)은 가벼우면서도 강도가 높으며 부식이 잘되지 않는 금속으로, 철의 강도와 알루미늄의 가벼운 특성을 모두 갖추며 탄성이 뛰어나다. 습기에 강해 부식되지 않으며 인장강도에 대한 대응력이 높아 반영구적으로 사용할 수 있다. 그러므로 발열몸체(110)를 티타늄으로 제작하는 경우 고온의 증기에 의한 손상이 적어 파티클을 포함하지 않는 순수한 상태의 증기를 배출할 수 있다.
발열몸체(110)와 유도코일(120) 사이에는 절연부재(130)가 구비된다. 절연부재(130)는 예를 들어, 세라믹을 사용할 수 있다. 세라믹은 절연재로써 사용할 수 있을 뿐만아니라 고온에도 강하기 때문에 고온의 유도코일(120) 및 발열몸체(110)에 의해 손상되지 않는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4는 도 3의 증기생성장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 과열증기 생성장치(200)에서 제1 발열몸체(202), 제2 발열몸체(204a), 제3 발열몸체(204b) 및 유도코일(220)로 구성된다. 제1 발열몸체(202)는 원통 형상으로 내부에 유체가 이동할 수 있도록 다발 형태로 이루어진 다수개의 제1 유체 이동로(216a)를 포함한다. 원통 형상의 제1 발열몸체(202)에 기계(예를 들어, 드릴을 이용)를 이용하여 직선으로 다수 개의 제1 유체 이동로(216a)를 형성한다. 제2 발열몸체(204a)는 제1 발열몸체(202)의 일측에 결합되며, 가스 주입구(212)가 관통 형성되고 일측으로 제2 유체 이동로(216b)가 구비된다. 제3 발열몸체(204b)는 제1 발열몸체(202)에 결합되며, 증기 배출구(214)가 관통 형성되고 일측으로 제3 유체 이동로(216c)가 구비된다. 제2, 3 발열몸체(204a, 204b)는 제1 발열몸체(202)의 양단에 결합된다. 이때, 제1, 2, 3 유체 이동로(216a, 216b, 216c)가 연결되도록 한다. 즉, 제1, 2, 3 유체 이동로(216a, 216b, 216c)는 연결되어 제1, 2, 3 발열몸체(202, 204a, 204b) 내에서 반복적으로 순환한다. 그러므로 제1, 2, 3 유체 이동로(216a, 216b, 216c)를 따라 순환하는 유체는 발열몸체 내에서 체류하는 시간이 길어짐으로써 고속으로 고온의 증기를 생성할 수 있다.
제1, 2, 3 발열몸체(202, 204a, 204b)는 금속으로 재작되는 바, 예를 들어 모두 티타늄으로 형성될 수도 있고, 일부 발열몸체만 티타늄으로 형성될 수도 있다.
제1 발열몸체(202)와 제2 발열몸체(204a), 제1 발열몸체(202)와 제3 발열몸체(204b)가 각각 결합되는 부분에 나사산(206)이 형성되어 있어, 제1, 2, 3 발열몸체(202, 204a, 204b)는 스크류 방식으로 결합된다. 이때, 제1, 2, 3 발열몸체(202, 204a, 204b) 사이에는 오링(208)을 삽입한 후 결합한다. 여러 개의 발열몸체를 결합하는 경우, 발열몸체들을 고정하기 위하여 용접을 하면, 용접한 부분이 유체에 노출되는 경우 가열된 증기의 순도 및 신뢰성(파티클 포함)에 문제가 될 수 있다. 그러므로 본 발명에서는 여러 개의 발열몸체를 결합하는 경우 용접에 의한 결합이 아닌 스크류 방식으로 결합함으로써 배출되는 증기에 파티클이 포함되지 않는다. 제1, 2, 3 발열몸체(202, 204a, 204b)의 결합방식은 스크류 방식에 한정되지 않으며, 다양한 방식으로 결합이 가능하다.
제1 발열몸체(202)의 외주면에는 유도코일(220)이 권선된다. 유도코일(220)은 전원 공급원(3)과 연결되어 전원을 공급받아 구동된다. 유도코일(220)은 제1 발열몸체(202)로 열 에너지를 집중하여 전달함으로써 다발형태의 다수개의 제1 유체 이동로(216a)를 순환하는 유체를 급속 가열한다. 유도코일(220)은 제2 발열몸체(204a) 및 제3 발열몸체(204b)에도 권선될 수 있다.
유도코일(220) 내부는 중공으로 형성되어 있어, 냉각수 공급원(5)으로부터 공급된 냉각수가 순환되며 유도코일(220)의 과열을 방지한다.
도 5는 발열몸체에 세라믹 튜브를 삽입하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 발열몸체(202) 내의 제1 유체 이동로(216a)에 세라믹 튜브(250)를 삽입할 수 있다. 가열되는 유체는 세라믹 튜브(250) 내를 이동하며 순환하므로 오염되지 않은 순수한 증기를 생성할 수 있다. 본 발명에서는 도시하지 않았으나, 제2, 3 유체 이동로(216b, 216c)에도 세라믹 튜브(250)가 삽입될 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제3 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 6의 과열증기 생성장치의 단면을 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 과열증기 생성장치(300)는 원통형상의 발열몸체(310)의 외주면에 유체가 순환할 수 있는 유체 이동관(340)이 나선으로 권선되어 형성된다. 유체 이동관(340)은 내부가 중공(342)으로 형성되어 있어, 중공(342)의 일측으로 유체가 주입되고 나선으로 권선된 유체 이동관(340)을 따라 유체가 이동되어 가열된 후, 중공(342)의 타측으로 가열된 증기가 배출된다. 유체 이동관(340)이 발열몸체(310)의 길이방향을 따라 나선으로 권선되면 발열몸체(310)와 접촉되는 길이 및 시간이 길어지게 된다.
일정한 길이로 고정된 발열몸체(310)에서, 유체의 가열속도는 유체와 발열몸체(310)가 접촉되는 길이 및 시간에 비례하여 향상될 수 있다. 그러므로 유체 이동관(340)이 나선으로 발열몸체(310)에 권선됨으로써 순환하는 유체와 발열몸체(310)가 접촉되는 길이 및 시간이 늘어나고, 이로 인하여 유체를 고온으로 가열하기 위한 가열속도가 향상될 수 있다. 유체 이동관(340)의 권선비율은 필요에 따라 조절이 가능하다. 예를 들어, 유체 이동관(340) 사이의 간격을 촘촘하게 권선하면, 유체의 가열 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
나선으로 권선된 유체 이동관(340)의 외주면에는 유도코일(320)이 유체 이동관(340)과 동일하게 나선으로 권선된다. 유도코일(320)은 도 1에서 설명한 바와 같이, 전원 공급원(3)에 연결되어 전원을 공급받아 구동된다. 또한 유도코일(320)은 상기에서 설명한 바와 같이, 내부가 중공(322)으로 형성된 관 형태(파이프 또는 튜브 형상)일 수 있다. 유도코일(320)의 중공(322)으로 냉각수를 공급하여 유도코일(320)의 과열을 방지한다. 유체 이동관(340)과 유도코일(320) 사이에는 절연을 위하여 세라믹으로 형성된 절연부재(330)가 더 구비된다.
도 7(a)를 참조하면, 과열증기 생성장치(300a)는 유도코일(320)이 권선된 유체 이동관(340) 사이에 위치하도록 발열몸체(310)에 권선되어 형성된다. 또는 도 7(b)를 참조하면, 과열증기 생성장치(300b)는 유도코일(320)이 유체 이동관(340)의 상부에 위치하도록 발열몸체(310)에 권선되어 형성된다. 유도코일(320)의 권선 위치에 따라 발열몸체(310) 및 유체 이동관(340)의 발열정도를 조절할 수 있다.
여기서, 발열몸체(310)의 길이방향을 따라 외주면에는 유체 이동관(340)이 설치될 수 있도록 나선으로 홈이 파여져있다. 유체 이동관(340)은 나선으로 형성된 홈을 따라 발열몸체(310)에 권선된다. 유체 이동관(340)을 홈에 설치한 후 유체 이동관(340)을 고정하기 위하여 용접을 할 수 있다. 발열몸체(310)에 형성된 홈에 유체 이동관(340)을 설치함으로써 유체 이동관(340)을 완전하게 고정할 수 있을 뿐만 아니라, 발열몸체(310)의 홈과 유체 이동관(340)이 접촉되는 면적이 더욱 넓어짐으로써 유체 이동관(340)으로 열전달이 효율적으로 일어난다. 다른 실시예로써, 유체 이동관(340)을 설치하기 위한 홈이 없이, 바로 발열몸체(310)의 길이방향을 따라 외주면에 유체 이동관(340)을 나선으로 권선하고, 유체 이동관(340)을 고정하기 위한 고정부재를 추가로 더 설치할 수도 있다(미도시).
발열몸체(310)는 티타늄으로 제작되고, 유체가 순환되는 유체 이동관(340)은 파티클이 생성되지 않는 티타늄으로 형성하는 것이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제4 실시예에 따른 과열증기 생성장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 과열증기 생성장치(300c)는 유체 이동관(340)은 전원 공급원(3)과 연결되어 유도코일로 기능할 뿐만 아니라 내부 중공(342)으로 유체가 순환될 수 있다. 그러므로 과열증기 생성장치(300c)를 이용하면, 유체 이동관(340)을 이용하여 유체의 순환경로를 제공하는 동시에 가열체로 기능할 수 있다. 그러므로 유도코일을 별도로 구비하지 않을 수 있어 제조비용이 절감될 수 있고, 유체 이동관(340)이 직접 가열되기 때문에 유체 이동관(340) 내부를 순환하는 유체를 고온으로 가열하는데 소요되는 시간을 단축할 수 있다.
도 9는 유체 이동관에 세라믹 튜브를 삽입하는 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기에 설명한 유체 이동관(340) 내부 중공(342)에는 가열된 유체에 의해 파티클이 생성되는 것을 방지하기 위한 세라믹 튜브(346)를 삽입할 수 있다. 세라믹 튜브(346)는 유체가 가열되어 파티클이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명에서의 과열증기 생성장치의 유체 이동관의 재질에 따른 특성을 도시한 표이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예인 제3 실시예에 따른 과열증기 생성장치(300)에서 유체 이동관(340)을 티타늄 Grade 2를 사용하는 경우와 티타늄 Grade 5를 사용하는 경우에 따른 기계적, 전기적 특성을 확인할 수 있다. 일정한 세정율을 확보하기 위해 온도 제어 및 공정 준비단계에서 짧은 시간(약 3초 정도)가 필요하다. 또한 포화증기 생성장치(30)를 통해 1차로 예열되어 배출된 유체(약 100℃의 포화증기를 포함)는 과열증기 생성장치(300)에 의해 고온의 증기(약 250℃의 과열증기를 포함)로 급속하게 가열된다. 여기서, 고온의 증기는 파티클이 포함되지 않은 순수한 증기여야 하므로 유체가 순환하는 유체 이동관(340)은 티타늄 Grade 2를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 가열 열량 산출을 위한 부하해석이 필요하다.
도 11은 본 발명에서 과열증기 생성장치로 제공되는 전력을 산출하는 과정을 도시한 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 전원 공급원에서 과열증기 생성장치의 유도코일로 제공하기 위한 필요 전력을 산출하기 위한 과정으로 다음과 같다. 상기에서 설명한 여러 실시예인 과열증기 생성장치에 모두 적용이 가능하다.
제어부는 주파수별 저항 및 인덕턴스를 계산 및 측정한다(S110). 유도코일이 발열몸체에 권선되는 턴수, 유도코일의 직경 및 유도코일과 발열몸체 사이의 갭(Gap)에 따른 저항 및 인덕턴스를 계산 및 측정한다(S120). 배출되는 증기 온도, 유속, 압력 및 발열몸체 형상에 따라 가열에 필요한 열량을 산출한다. 즉, 유효 열량확보를 위하여 필요전력을 산출한다(S130). 필요전력 및 주파수별 파라미터 변화에 적합한 정격용량 및 동작 주파수를 산출한다(S140). 정격용량 및 동작 주파수를 산출한 후 과열증기 생성장치의 온도제어를 위하여 온도제어 특성 및 주파수 특성에 부합하는 공진 토폴로지를 구성한다(S150). 또한 과열증기 발생장치로 주입되는 유체의 온도 및 배출되는 증기의 온도를 측정하기 위하여 온도센서를 구동하고 제어 알고리즘을 산출한다(S160).
도 12 내지 도 15는 길이 및 유도코일의 권선비를 다르게한 과열증기 생성장치를 이용한 온도변화를 측정한 그래프 및 비교표이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 바람직한 실시예인 제3 실시예에 따른 과열증기 발생장치(300)를 이용하여 발열몸체 온도 및 유입, 배출되는 유체의 온도를 측정하여 그래프로 나타내었다. 특히, 형상 Ⅰ은 과열증기 발생장치(300)에서 발열몸체(310)의 길이가 10cm로 하고, 유도코일(320)을 9회 권선하여 형성한 실시예를 나타낸다. 또한 형상 Ⅱ는 과열증기 발생장치(300)에서 발열몸체(310)의 길이가 20cm로 하고, 유도코일(320)을 20회 권선하여 형성한 실시예를 나타낸다. 여기서, 과열증기 발생장치(300)는 1기압(대기압) 조건에서 포화증기(액체와 증기가 공존)를 투입 후 가열하여 실험을 진행하였다. 또한 발열몸체(310) 및 유체 이동로(340)는 티타늄으로 형성된다.
도 12에 도시된 그래프는 형상 Ⅰ에서 유도코일(320)에 전력을 공급할 때 시간별 발열몸체(310), 증기의 온도변화를 측정한 그래프 및 가열 특성시험 주요파형을 도시한 것이다. 입력전압은 280VDC(부하전류: 99.39Arms, 유효전력: 1934.04W)이고, 가열시간은 66초이다. 과열증기인 200℃에 도달하는데 걸리는 시간은 11초이며, 과열증기 최대온도는 403℃로 도달하는데 66초의 시간이 소요된다.
도 13에 도시된 그래프는 형상 Ⅱ에서 유도코일(320)에 전력을 공급할 때 시간별 발열몸체(310), 증기의 온도변화를 측정한 것이다. 입력전압은 290VDC(부하전류: 110Arms, 유효전력: 3400W)이고, 가열시간은 25초이다. 과열증기인 200℃에 도달하는데 걸리는 시간은 5초이며, 과열증기 최대온도는 408℃로 도달하는데 25초의 시간이 소요된다.
도 14에 도시된 그래프는 형상 Ⅰ 및 형상 Ⅱ에서 시간별로 배출되는 증기의 온도를 나타낸다. 도 14 및 도 15를 참조하면, 형상에 따라 과열증기에 도달하는 시간을 확인할 수 있다. 400℃의 과열증기를 생성하는 경우 형상 Ⅰ은 66초의 시간이 소요되고, 형상 Ⅱ는 24초의 시간이 소요되는 것을 확인할 수 있다. 그러므로 짧은 시간 내에 유체를 급속으로 가열하여 고온의 과열증기를 생성할 수 있다.
도 16은 본 발명에 따른 포화증기 생성장치의 일 실시예를 도시한 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명에서의 포화증기 생성장치(30)는 순수예열부(32) 및 증기발생부(34)는 하나 이상의 중공형 파이프로 제작될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
순수예열부(32)는 2개의 구성 즉, 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b)으로 각각 구성될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b) 각각은 중공형 파이프 내부를 통해 순수가 흐를 수 있는 유로를 형성하며, 유로를 따라 길이 방향으로 제1 및 제2 발열체(37a,37b)를 배치할 수 있다. 이로 인해, 순수는 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b)를 통과할 때 예열되어, 최종적으로 증기발생부(34)에 비등점 근처의 온도(일례로, 상압에서 85℃ 내지 95℃)를 갖는 상태로 공급되어진다.
증기발생부(34)는 순수예열부(32)로부터 공급된 순수를 수렴하여 수용할 수 있는 소정의 공간을 구비한다. 여기서, 증기발생부(34)는 순수를 수렴하여 수용할 때, 하부측에 순수가 채워진 공간과 상부측에 발생증기가 채워진 공간으로 나눠지도록 순수를 채운다.
이때, 제3 및 제4 발열체(36a,36b)는 증기발생부(34)의 하부측에 배치하여 채워진 순수를 가열한다. 그에 따라 발생된 발생증기는 증기발생부(34)의 상부측에 형성된 발생증기 배출부(35)를 통해 과열증기 생성장치로 공급되어진다.
순수예열부(32)는 증기발생부(34)로 순수를 공급하기에 앞서, 외부로부터 공급된 순수를 비등점(boiling point) 근처(일례로, 상압에서 85℃ 내지 95℃)까지 예열하여 증기발생부(34)로 공급한다. 이는 상온의 순수를 증기발생부(34)로 직접 공급하지 않고, 증기발생부(34)에서 짧은 시간 가열하더라도 곧바로 비등점까지 온도가 상승할 수 있는 순수를 증기발생부(34)로 공급하기 위함이다. 예를 들어, 상압에서, 증기발생부(34)가 상온(20℃)의 순수에서 발생증기를 발생하기 위해서는 80℃ 이상으로 순수의 온도를 상승시켜야 하는 반면에, 95℃의 순수에서 발생증기를 발생하기 위해서는 5℃ 이상만 온도를 올리면 된다. 즉, 전자는 순수가 증기발생부(34)를 통과할 때 비등점까지 순수의 온도를 상승시켜 발생증기를 발생시키고, 이를 다시 가열하는 과정을 거쳐야 한다. 반면에, 후자는 미리 예열된 순수가 증기발생부(34)를 통과할 때 짧은 시간 내에 비등점까지 순수의 온도가 상승하므로 곧바로 발생증기를 발생시킨다.
이에 따라, 증기발생부(34)는 순수예열부(32)로부터 미리 예열된 순수를 공급받기 때문에 곧바로 발생증기를 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 발생증기를 더욱더 고온의 증기로 가열할 수 있다.
또한, 순수예열부(32)는 전원 공급원(미도시)에 직접 연결된 발열체에 전류를 흐르게 할 때 발생하는 주울 열(Joule heat)로 순수를 가열하는 저항 가열 방식(resistance heating)으로 순수를 예열한다. 여기서, 발열체는 금속 발열체(철/크롬/알루미늄계, 니켈/크롬계 합금, 단일 금속 등), 비금속 발열체(탄화규소, 이산화몰리브덴, 탄탄크로마이트, 카폰/그래파이트 등), 시즈 히터, 세라믹 히터 등이 이용될 수 있다. 이러한 순수예열부(32)는 전원 공급원으로부터 공급되는 전원의 세기에 따라 순수의 가열 온도를 조절할 수 있다. 이때, 순수는 조작밸브(미도시)의 개폐에 따라 순수의 공급이 정지되거나 재개될 수 있다. 이때, 조작밸브(미도시)는 제어부(7)에 의해 제어될 수 있다.
순수예열부(32)는 순수의 유로를 형성하며 저항 가열을 이용하여 순수를 예열할 수 있는 하나 이상의 묶음 구조를 포함할 수 있다. 각각의 순수의 유로는 서로 연결되어 하나의 유로를 형성하거나, 증기발생부(34)로 인입될 수 있다.
증기발생부(34)는 순수예열부(32)로부터 미리 예열된 순수를 공급받고, 이를 저항 가열 방식으로 가열하여 발생증기를 생성한다. 즉, 증기발생부(34)는 전원 공급부(미도시)에 직접 연결된 발열체에 전류를 흐르게 할 때 발생하는 주울 열(Joule heat)로 순수를 가열하는 저항 가열 방식(resistance heating)으로 순수를 예열한다. 여기서, 발열체는 금속 발열체(철/크롬/알루미늄계, 니켈/크롬계 합금, 단일 금속 등), 비금속 발열체(탄화규소, 이산화몰리브덴, 탄탄크로마이트, 카폰/그래파이트 등), 시즈 히터, 세라믹 히터 등이 이용될 수 있다. 이때, 발생된 증기는 조작밸브(미도시)의 개폐에 따라 증기가열부(30)로 공급이 정지되거나 재개될 수 있다. 조작밸브(미도시)는 제어부(7)에 의해 제어될 수 있다.
이때, 증기발생부(34)는 순수예열부(32)에 의해 미리 예열된 순수를 가열하여 발생증기를 빠른 시간 내에 발생시킬 수 있기 때문에, 내부에 발생된 발생증기의 저장 공간이 크지 않은 소형으로 구성할 수 있다. 이는 포화증기 생성장치(30)의 소형화를 가져올 수 있고, 반도체 장치 또는 디스플레이 장치 제조 공정을 위한 전체 설비 면적을 줄일 수 있다.
증기발생부(34)는 전원 공급원(미도시)로부터 공급되는 전원의 세기에 따라 발생증기의 가열 온도를 조절할 수 있다. 이때, 증기발생부(34)는 증기 상태를 유지할 수 있는 소정의 온도(일례로, 상압에서 100℃ 내지 130℃)를 갖는 발생증기를 과열증기 생성장치(100)로 공급한다.
도 17 내지 도 19는 순수예열부에 형성된 유로에 대한 도면이다.
도 17 내지 도 19를 참조하면, 상기에서 설명한 바와 같이, 순수예열부(32)에서는 순수가 내부에 형성된 유로를 통해 흐르면서 가열되며, 증기발생부(34)에서는 순수가 내부에 채워진 상태에서 가열된다.
한편, 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b)는 각각 독립적이고 서로 반대 방향의 복수의 유로를 형성하고, 증기발생부(34) 양단에 각각 순수를 공급할 수 있다(도 도 17 참조). 이는 증기발생부(34) 내부에 채워진 순수의 온도를 빠른 시간 내에 온도 평형상태를 만들어 줄 수 있다.
반면에, 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b)는 각각 독립적이고 서로 동일한 방향의 복수의 유로를 형성하고, 증기발생부(34) 일단에 각각 순수를 공급할 수 있다(도 18 참조). 이는 순수의 유로를 묶어 하나의 유로로 증기발생부(34)로 순수를 공급하기 용이하다.
또한, 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b)는 서로 연결되어 하나의 단일 유로를 형성하고, 증기발생부(34) 일단에 순수를 공급할 수 있다(도 19 참조). 이때, 순수의 유로는 지그재그형으로 형성된다. 이는 순수의 가열시간을 단축시켜 제1 및 제2 순수예열부(32a,32b)의 크기를 줄일 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 유체 급속 가열장치 및 이를 이용한 대상물 처리 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그럼으로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1: 대상물 처리 시스템 3: 전원 공급원
5: 냉각수 공급원 7: 제어부
12: 서셉터 14: 피처리 기판
20: 노즐부 22: 압력센서
24: 온도센서 30: 포화증기 생성장치
32: 밸브 100, 200, 300: 과열증기 생성장치
102, 104: 온도센서 110: 발열몸체
112, 212: 유체 주입구 114, 214: 증기 배출구
116: 유체 이동로 120, 220: 유도코일
130, 230: 절연부재 202: 제1 발열몸체
204a: 제2 발열몸체 204b: 제3 발열몸체
208: 오링 222: 중공
250: 세라믹 튜브 340: 유체 이동관

Claims (16)

  1. 유체가 내부로 유입되도록 구비된 유체 주입구와 가열된 유체가 외부로 배출되도록 구비된 유체 배출구를 포함하는 발열몸체;
    전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 구동되어 상기 발열몸체로 유도 기전력을 유도하는 유도코일; 및
    상기 유체 주입구와 상기 유체 배출구를 연결하는 최단거리보다 긴 경로를 갖도록 상기 발열몸체 내부에 구비되어 유체가 이동하는 유체 이동로를 포함하여,
    상기 유체 이동로를 통해 이동되는 유체는 상기 발열몸체로부터 열 에너지를 전달받아 급속으로 가열되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열몸체는,
    티타늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체는,
    예열된 상태로 상기 유체 주입구를 통해 상기 유체 이동로로 제공되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열몸체는,
    상기 유체가 이동할 수 있도록 복수 개의 유체 이동로를 포함하는 제1 발열몸체; 및
    상기 제1 발열몸체와 결합되며, 상기 복수 개의 유체 이동로 중 적어도 하나 이상으로 상기 유체를 공급할 수 있는 상기 유체 주입구 또는 상기 복수 개의 유체 이동로 중 적어도 하나 이상으로부터 가열된 증기를 배출할 수 있는 상기 유체 배출구를 포함하는 제2 발열몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체의 유체 급속 가열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 발열몸체와 상기 제2 발열몸체의 결합면에는, 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유도코일은,
    내부가 중공으로 형성되어 상기 중공으로 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유체 이동로 내부 전체 또는 일부분에는, 세라믹 튜브가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 발열몸체와 상기 유도코일 사이에 형성되는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  9. 소정의 길이를 갖는 발열몸체;
    전원 공급원으로부터 전력을 공급받아 구동되어 상기 발열몸체로 유도 기전력을 유도하는 유도코일; 및
    내부에 형성된 중공으로 유체가 유입되어 가열된 유체가 내부로 배출되도록 상기 발열몸체에 권선되는 유체 이동관을 포함하여
    상기 유체 이동관을 통해 이동되는 유체는 상기 발열몸체로부터 열 에너지를 전달받아 급속으로 가열되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 유도코일과 상기 유체 이동관은, 동일한 하나의 구성인 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 유도코일은,
    내부가 중공으로 형성되어 상기 중공으로 냉각수가 순환되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  12. 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 이동관 내부 전체 또는 일부분에는, 세라믹 튜브가 삽입되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 발열몸체 또는 상기 유체 이동관 중 어느 하나, 및 상기 발열몸체와 상기 유체 이동관은 티타늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 유체는,
    예열된 상태로 상기 유체 이동관으로 제공되는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치.
  15. 유체를 제공받아 소정의 온도로 유체를 가열하여 포화증기를 배출하기 위한 포화증기 생성장치;
    상기 포화증기 생성장치를 통해 배출된 포화증기를 제공받아, 상기 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따라 형성된 유체 급속 가열장치를 이용하여 과열증기로 가열하기 위한 과열증기 생성장치; 및
    상기 과열증기 생성장치에 연결되어 상기 과열증기 생성장치로부터 제공된 증기를 대상물로 분사하기 위한 노즐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치를 이용한 대상물 처리 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 과열증기 생성장치로 유입되는 유체의 온도 또는 배출되는 증기의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 급속 가열장치를 이용한 대상물 처리 시스템.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110468261A (zh) * 2019-09-19 2019-11-19 深圳市嘉扬科技有限公司 一种用于机电设备生产的表面热处理装置
KR200493940Y1 (ko) * 2020-04-21 2021-06-30 조인억 휴대용 스팀 세척 장치
KR20210002398U (ko) * 2020-04-21 2021-10-29 조인억 스팀 세척 장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980027280U (ko) * 1996-11-12 1998-08-05 황순하 직물가공기에 있어서 직물이송관에 과열증기 공급장치
KR20010056266A (ko) * 1999-12-14 2001-07-04 서두칠 패널의 스터드핀 융착설비
KR20010085397A (ko) * 2000-02-24 2001-09-07 다테이시 요시오 유체 가열장치
JP2001284034A (ja) * 2000-04-04 2001-10-12 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 流体加熱装置
JP2003100426A (ja) * 2001-09-27 2003-04-04 Meidensha Corp 誘導加熱による熱風発生装置
JP2007152651A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Tokuden Co Ltd 流体誘導加熱装置
KR20140001379A (ko) * 2012-06-26 2014-01-07 주식회사 에코본 3중 원형 류관(流管)의 유도 가열 발열기

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980027280U (ko) * 1996-11-12 1998-08-05 황순하 직물가공기에 있어서 직물이송관에 과열증기 공급장치
KR20010056266A (ko) * 1999-12-14 2001-07-04 서두칠 패널의 스터드핀 융착설비
KR20010085397A (ko) * 2000-02-24 2001-09-07 다테이시 요시오 유체 가열장치
JP2001284034A (ja) * 2000-04-04 2001-10-12 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 流体加熱装置
JP2003100426A (ja) * 2001-09-27 2003-04-04 Meidensha Corp 誘導加熱による熱風発生装置
JP2007152651A (ja) * 2005-12-02 2007-06-21 Tokuden Co Ltd 流体誘導加熱装置
KR20140001379A (ko) * 2012-06-26 2014-01-07 주식회사 에코본 3중 원형 류관(流管)의 유도 가열 발열기

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110468261A (zh) * 2019-09-19 2019-11-19 深圳市嘉扬科技有限公司 一种用于机电设备生产的表面热处理装置
KR200493940Y1 (ko) * 2020-04-21 2021-06-30 조인억 휴대용 스팀 세척 장치
KR20210002398U (ko) * 2020-04-21 2021-10-29 조인억 스팀 세척 장치

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