KR20220002501U - 개선된 전기 열분해로 - Google Patents

Abstract

본 실용신안은 전기 열분해로의 기술 분야와 관련된 개선된 전기 열분해로를 개시한다. 본 실용신안은 하우징, 가열관, 보호층 및 전열선을 포함하고, 가열관은 "n"자 모양으로 설계되고, 가스 열분해 챔버에 위치한 가열관의 위치는 점차적으로 두꺼워지는 관 직경을 채택하고, 내벽 상에는 난류 상태를 생성하는 오목점이 균일하게 배치되고, 가스 열분해 챔버에 위치한 가열관의 후방 가스 배출 단부는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역을 채택한다. 본 실용신안은 가스 열분해 챔버의 부피 증가를 구현하여 열분해로에서 균일한 속도로 가스의 체류 시간을 보장하고, 열분해기의 고속 반응을 보장하여 완전한 열분해를 구현한다. 동시에, 본 실용신안의 가열관은 n형 디자인을 채택하고, 열전도를 최대한 활용하여 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스가 예열되도록 하여 열분해 효과를 보장한다. 본 실용신안의 가열관 내벽에는 오목점이 설치되어 가스 흐름 상태를 이류에서 난류로 변경하여, 가스 열분해 주기를 연장하고, 가스 열분해가 더 충분히 이뤄지도록 한다.

Description

개선된 전기 열분해로

본 실용신안은 전기 열분해로의 기술 분야, 특히 개선된 전기 열분해로(improved electro-pyrolytic furnace)에 관한 것이다.

특수 가스 모니터링 장비는 주로 집적 회로 칩 제조, TFT-LCD 패널 제조, LED 칩 제조, 태양 전지 패널 제조 및 석유 탐사 등에 적용된다. 산업의 특수성으로 인해 특수 가스 응용 분야에서는 ppm(parts per million)에서 ppb(parts per billion)까지 유독성, 유해 및 가연성 특수 가스의 누출 환경을 모니터링해야 한다. 특수 가스는 일반적으로 샘플링 지점에서 직접 가스를 추출하는 모니터링 장비로 모니터링되며, 여기서, 일부 특수 가스는 열분해 장치에 의해 열분해가 되어야만 가스 감지기로 식별될 수 있다. 본 전기 열분해 장치는 NF3(삼불화질소), C4F6(헥사플루오로부타디엔), C5F8(옥타플루오로사이클로펜텐), CH2F2(디플루오로메탄), CH3F(플루오로메탄) 등 열분해가 필요한 다양한 특수 가스 모니터링 장비에 장착되며, 이러한 가스는 주로 플라즈마 에칭(칩 제조 산업), 냉매(냉장 산업)로 사용된다. 최근 반도체 칩 산업 및 태양광 산업의 급속한 발전과 함께 특수 가스에 대한 수요 또한 빠르게 증가하고 있다. 반도체 및 액정 산업에서 널리 사용되는 세정 및 식각 NF3 가스는 특수 가스로 독성이 크며, 공기에 장기간 노출되면 눈, 피부, 호흡기 점막을 강하게 자극하여 조직을 부식시킬 수 있다. 또한 헤모글로빈과 반응하기 쉽고 인체에 흡입되면 위험성 또한 높은 편이다. 폭발성 가스, 산화제, 물 및 증기 혼합물과 함께 가열되면 스파크 또는 화염 조건에서 폭발하므로, 공장에서 누출이 발생하면 신속하게 이를 감지하고 경보를 발령하여 사람들을 대피시켜야 한다.

기존 기술의 결함 및 부족한 부분은 다음과 같다. 1. 현재 시장에서 이러한 물질을 테스트하는 주류 제품은 주로 미국과 일본이며, 외국 제품은 고가이고 배송 주기가 비교적 길기 때문에 종종 품절 및 공급 부족의 리스크가 따른다. 2. 열분해 효과가 이상적이지 않고 가스가 열분해 챔버에 머무는 시간 또한 짧다. 3. 열분해 주기가 비교적 길다. 가스는 분해로에 들어가기 전 예열될 수 없으므로 가스 열분해 주기가 너무 길어지게 된다. 4. 기류의 이류적 흐름은 열분해로에서 많은 열을 빼앗기 때문에 열분해가 불충분하게 된다. 5. 분해로의 수명이 비교적 짧다. 6. 중국 국내의 고성능 전기 열분해로의 혁신이 충분하지 않다. 따라서, 상기와 같은 문제점을 감안하여 개선된 전기 열분해로를 제공하는 것은 매우 의의가 있다.

본 실용신안은 상기 문제를 해결하는 개선된 전기 열분해로를 제공한다.

상기 기술적 문제를 해결하기 위하여 본 실용신안은 다음과 같은 기술적 해결방안을 통해 실현된다.

본 실용신안의 개선된 전기 열분해로는, 상부에 상판이 배치되고 본체가 관형 구조인 하우징; 하우징에 수직으로 배치되고 그 상부의 가스 열분해 챔버가 중심축에 배치되어 하우징의 주변 측벽까지의 거리가 동일한 가열관; 하우징 내 주변 측벽 상에 배치된 보호층; 하우징 내 중간 위치에 기둥 형상으로 배치되고 가열관을 감싸는 제1 단열 패킹 층; 제1 단열 패킹 층과 보호층 사이에 채워지는 제2 단열 패킹 층을 포함하고, 제1 단열 패킹 층 내에 위치하며, 가스 열분해 챔버의 외부는 전원 공급을 위한 2개의 외부 저항선에 의해 연결된 전열선 부분으로 싸여 있고, 전열선의 외측 단부는 전원용 콘센트선을 통해 전원에 연결되고; 상기 하우징의 하부는 나사를 통해 하판에 잠겨 고정되어 하부를 밀봉 보호하고;

상기 가열관은 "n"자 모양으로 설계되고, 가스 열분해 챔버에 위치한 상기 가열관의 위치는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 두꺼워지는 관 직경을 채택하고, 내벽 상에는 난류 상태를 생성하는 오목점이 균일하게 배치되고, 가스 열분해 챔버에 위치한 상기 가열관의 후방 가스 배출 단부는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역을 채택한다.

또한, 상기 하우징, 상판 및 하판은 모두 에폭시 판재로 제조된다.

또한, 상기 보호층은 고온 내성 재료로 만들어진다.

또한, 상기 제1 단열 패킹 층은 규조토, 펄라이트, 발포 콘크리트, 규산칼슘, 산화티타늄을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나 또는 조합을 채택한다.

또한, 상기 제2 단열 패킹 층은 석면, 에어로겔 펠트 및 유리 섬유를 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나 또는 조합을 채택한다.

또한, 제1 열전대 센서와 제2 열전대 센서는 각각 상기 상판과 하우징의 외벽에 착탈 가능하게 장착된다.

또한, 상기 가스 열분해 챔버와 점차적으로 두꺼워지는 관 직경 영역의 반대쪽 외부 측벽 사이의 간격은 2-6mm이다.

또한, 상기 직경 비 변경 영역은 표준 관 직경을 채택하고, 점차적으로 두꺼워지는 관 직경 영역 내의 관 직경은 표준 관 직경보다 크다.

또한, 상기 가열관은 석영관, 할로겐관 및 탄소 섬유관을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나를 채택한다.

또한, 상기 가열관의 벽 두께는 0.5-3mm이다.

선행 기술과 비교하여 본 실용신안은 다음과 같은 이점이 있다.

1. 본 실용신안은 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스관 라인의 직경을 두껍게하고 가스 열분해 챔버의 가스 챔버의 부피를 확장하며, 가스가 가스 열분해 챔버를 떠난 후 직경을 줄이고; 석영관의 직경을 증가시킴으로써 관 라인의 단면적을 증가시켜, 가스 열분해 챔버의 부피가 증가하고 열분해로에서 균일한 속도로 가스의 체류 시간을 보장하고, 열분해기의 고속 반응을 보장하여 완전한 열분해를 구현한다.

2. 본 실용신안의 가열관은 n형 디자인을 채택하여, 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스가 예열되도록 하고, 열전도를 최대한 활용하여 열분해 효과를 보장한다. 초기 석영관 설계는 L자형 설계로, 가스가 열분해를 위해 직접 열분해 챔버로 들어가고, 관의 90도 굽힘 과정에서 제거할 수 없는 강한 인쇄력이 있으며, 이는 관 파손의 원인이 되기 쉽다. n형 디자인의 석영 튜브는 완벽한 라디안(radian)으로 설계되어 굽힘 과정에서 파손 위험을 더 잘 제거할 수 있고, 동시에 가열된 메인 관로의 열전도 효과를 사용하여 메인 관로에 들어가기 전 가스를 완전히 접촉시키고 예열할 수 있다.

3. 본 실용신안의 가열관은 가스가 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스 흐름 상태를 이류(advection)에서 난류로 변경한다. 가스가 석영관을 일정한 속도로 통과할 때 석영관 벽에 분포된 복수의 오목점과 접촉하여 가스 흐름의 상태를 깨고, 이류에서 난류로의 가스를 실현하여 가스 열분해 주기를 연장하고, 가스 열분해가 더 충분히 이뤄지도록 한다.

4. 본 실용신안은 관형 구조의 하우징을 채택하고, 가열관은 중간 위치에 있어 가열관과 하우징 측벽 사이의 간격이 동일하도록 한다. 하우징의 상판과 측벽 상에 열전대 센서를 배치함으로써 장비 테스트의 정확도를 보장하고, 다층 구조의 설치로 장비 보호의 안전 성능을 향상시킨다.

물론, 본 실용신안을 구현하는 그 어떤 제품도 반드시 위에서 언급한 모든 이점을 동시에 달성할 필요는 없다.

본 실용신안 실시예의 기술적 방안을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 실시예의 설명에 필요한 첨부도면에 대해 간략히 소개한다. 이하의 설명에서 첨부된 도면은 본 실용신안의 일부 실시예에 불과하며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 이러한 도면을 기반으로 창조적 노력 없이 다른 첨부 도면 또한 얻을 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 실용신안의 개선된 전기 열분해로의 외부 구조도이다.
도 2는 도 1의 종단면도이다.
도 3은 도 1의 가열관의 구조도이다.
첨부된 도면에서 각 부호가 나타내는 구성요소는 다음과 같다.
1-하우징, 101-상판, 102-하판, 103-제1 열전대(thermocouple) 센서, 104-제2 열전대 센서, 105-저항선, 106-제1 단열 패킹(packing) 층, 107-제2 단열 패킹 층, 108-보호층, 109-전열선, 2-가열관, 201-오목점, 3-나사, A-가스 열분해 챔버(gas pyrolysis chamber), B-점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역.

이하, 본 실용신안 실시예의 첨부된 도면과 함께 본 실용신안 실시예의 기술방안에 대해 명확하고 완전하게 설명한다. 설명된 실시예는 본 실용신안의 실시예의 일부일 뿐 전부가 아님은 자명하다. 본 실용신안의 실시예에 기초하여, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 창조적 노력 없이 얻은 다른 모든 실시예는 모두 본 실용신안의 보호 범위에 속한다.

본 실용신안의 설명에서, "상부", "수직", "표면", "내부", "중심", "주변 측벽", "중간", "외부" 등이 방향이나 위치 관계를 지시하는 것은 단지 본 실용신안을 설명하고 설명을 단순화하기 위한 것으로, 언급된 구성요소나 요소가 특정한 방향을 가져야 하고, 특정한 방향으로 구성되고 작동되어야 한다는 것을 지시하거나 암시하는 것이 아니므로, 이를 본 실용신안에 대한 제한으로 이해해서는 안 된다.

실시예1:

도 1-3에 도시된 바와 같이, 본 실용신안의 개선된 전기 열분해로는, 상부에 상판(101)이 배치되고 본체가 관형 구조인 하우징(1); 하우징(1)에 수직으로 배치되고 그 상부의 가스 열분해 챔버(A)가 중심축에 배치되어 하우징(1)의 주변 측벽까지의 거리가 동일한 가열관(2); 하우징(1) 내 주변 측벽 상에 배치된 보호층(108); 하우징(1) 내 중간 위치에 기둥 형상으로 배치되고 가열관(2)을 감싸는 제1 단열 패킹 층(106); 제1 단열 패킹 층(106)과 보호층(108) 사이에 채워지는 제2 단열 패킹 층(107)을 포함하고, 제1 단열 패킹 층(106) 내에 위치하며, 가스 열분해 챔버(A)의 외부는 전원 공급을 위한 2개의 외부 저항선(105)에 의해 연결된 전열선(109) 부분으로 싸여 있고, 전열선(109)의 외측 단부는 전원용 콘센트선을 통해 전원에 연결되고; 하우징(1)의 하부는 나사(3)를 통해 하판(102)에 잠겨 고정되어 하부를 밀봉 보호하고;

가열관(2)은 "n"자 모양으로 설계되고, 가스 열분해 챔버(A)에 위치한 가열관(2)의 위치는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 두꺼워지는 관 직경을 채택하고, 내벽 상에는 난류 상태를 생성하는 오목점(201)이 균일하게 배치되고, 가스 열분해 챔버(A)에 위치한 가열관(2)의 후방 가스 배출 단부는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)을 채택하고, 오목점(201)의 깊이는 0.3-0.8mm이고, 직경은 0.2-0.4mm이다.

여기서, 하우징(1), 상판(101) 및 하판(102)은 모두 에폭시 판재로 제조된다.

여기서, 보호층(108)은 고온 내성 재료로 만들어진다.

여기서, 제1 단열 패킹층(106)은 고온 내성 및 단열 재료(고온 내성 재료)를 채택한다.

여기서, 제2 단열 패킹층(107)은 석면과 에어로겔 슬러리(고온 내성 및 단열 재료)를 채택한다.

여기서, 제1 열전대 센서(103)와 제2 열전대 센서(104)는 각각 상판(101)과 하우징(1)의 외벽에 착탈 가능하게 설치된다.

여기서, 가스 열분해 챔버(A)와 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)의 반대쪽 외부 측벽 사이에는 일정한 간격이 있다.

여기서, 가열관(2)은 석영관을 채택한다.

여기서, 가열관(2)의 벽 두께는 0.5-2mm이다.

실시예2:

본 실시예2와 실시예1의 차이점은 다음과 같다.

여기서, 제1 단열 패킹층(106)은 펄라이트(고온 내성 재료)를 채택한다.

여기서, 제2 단열 패킹층(107)은 에어로겔 펠트(고온 단열 재료)를 채택한다.

여기서, 가스 열분해 챔버(A)와 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)의 반대쪽 외부 측벽 사이에는 일정한 간격이 있다.

여기서, 가열관(2)은 석영관, 할로겐관 및 탄소 섬유관을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나를 채택한다.

여기서, 가열관의 벽 두께는 0.5-2mm이다.

실시예3:

본 실시예와 실시예1의 차이점은 다음과 같다.

여기서, 제1 단열 패킹층(106)은 발포 콘크리트(고온 내성 재료)를 채택한다.

여기서, 제2 단열 패킹층(107)은 유리 섬유(고온 단열 재료)를 채택한다.

여기서, 가스 열분해 챔버(A)와 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)의 반대쪽 외부 측벽 사이에는 일정한 간격이 있다.

여기서, 가열관(2)은 탄소 섬유관을 채택한다.

여기서, 가열관의 벽 두께는 0.5-2mm이다.

선행 기술과 비교하여 본 실용신안은 다음과 같은 이점이 있다.

1. 본 실용신안은 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스관 라인의 직경을 두껍게하고 가스 열분해 챔버의 가스 챔버의 부피를 확장하며, 가스가 가스 열분해 챔버를 떠난 후 직경을 줄이고; 석영관의 직경을 증가시킴으로써 관 라인의 단면적을 증가시켜, 가스 열분해 챔버의 부피가 증가하고 열분해로에서 균일한 속도로 가스의 체류 시간을 보장하고, 열분해기의 고속 반응을 보장하여 완전한 열분해를 구현한다.

2. 본 실용신안의 가열관은 n형 디자인을 채택하여, 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스가 예열되도록 하고, 열전도를 최대한 활용하여 열분해 효과를 보장한다. 초기 석영관 설계는 L자형 설계로, 가스가 열분해를 위해 직접 열분해 챔버로 들어가고, 관의 90도 굽힘 과정에서 제거할 수 없는 강한 인쇄력이 있으며, 이는 관 파손의 원인이 되기 쉽다. n형 디자인의 석영 튜브는 완벽한 라디안(radian)으로 설계되어 굽힘 과정에서 파손 위험을 더 잘 제거할 수 있고, 동시에 가열된 메인 관로의 열전도 효과를 사용하여 메인 관로에 들어가기 전 가스를 완전히 접촉시키고 예열할 수 있다.

3. 본 실용신안의 가열관은 가스가 가스 열분해 챔버에 들어가기 전 가스 흐름 상태를 이류(advection)에서 난류로 변경한다. 가스가 석영관을 일정한 속도로 통과할 때 석영관 벽에 분포된 복수의 오목점과 접촉하여 가스 흐름의 상태를 깨고, 이류에서 난류로의 가스를 실현하여 가스 열분해 주기를 연장하고, 가스 열분해가 더 충분히 이뤄지도록 한다.

4. 본 실용신안은 관형 구조의 하우징을 채택하고, 가열관은 중간 위치에 있어 가열관과 하우징 측벽 사이의 간격이 동일하도록 한다. 하우징의 상판과 측벽 상에 열전대 센서를 배치함으로써 장비 테스트의 정확도를 보장하고, 다층 구조의 설치로 장비 보호의 안전 성능을 향상시킨다.

상술한 본 실용신안의 바람직한 실시예는 본 실용신안을 설명하기 위한 것일 뿐이다. 바람직한 실시예는 모든 세부사항을 상세히 설명하지 않으며, 해당 실용신안을 설명된 특정 실시예로 제한하지도 않는다. 본 명세서의 내용에 따라 다양한 수정과 변경이 있을 수 있음은 자명하다. 본 명세서는 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 본 실용신안을 잘 이해하고 활용할 수 있도록 본 실용신안의 원리 및 실제 적용을 보다 잘 설명하기 위해 이러한 실시예를 선택하여 설명한다. 본 실용신안은 청구 범위와 그 전체 범위 및 등가물에 의해서만 제한된다.

Claims (10)

1. 개선된 전기 열분해로에 있어서, 상부에 상판(101)이 배치되고 본체가 관형 구조인 하우징(1), 하우징(1)에 수직으로 배치되고 그 상부의 가스 열분해 챔버(gas pyrolysis chamber)(A)가 중심축에 배치되어 하우징(1)의 주변 측벽까지의 거리가 동일한 가열관(2), 하우징(1) 내 주변 측벽 상에 배치된 보호층(108), 하우징(1) 내 중간 위치에 기둥 형상으로 배치되고 가열관(2)을 감싸는 제1 단열 패킹(packing) 층(106) 및 제1 단열 패킹 층(106)과 보호층(108) 사이에 채워지는 제2 단열 패킹 층(107)을 포함하고; 제1 단열 패킹 층(106) 내에 위치하며, 가스 열분해 챔버(A)의 외부는 전원 공급을 위한 2개의 외부 저항선(resistance wire)(105)에 의해 연결된 전열선(electric heating wire)(109) 부분으로 싸여 있고, 전열선(109)의 외측 단부는 전원용 콘센트선을 통해 전원에 연결되고; 상기 하우징(1)의 하부는 나사(3)를 통해 하판(102)에 잠겨 고정되어 하부를 밀봉 보호하고;
   상기 가열관(2)은 "n"자 모양으로 설계되고, 가스 열분해 챔버(A)에 위치한 상기 가열관(2)의 위치는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 두꺼워지는 관 직경을 채택하고, 내벽 상에는 난류 상태를 생성하는 오목점(recessed points)(201)이 균일하게 배치되고, 가스 열분해 챔버(A)에 위치한 상기 가열관(2)의 후방 가스 배출 단부는 동일한 벽 두께 조건에서 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)을 채택하는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징(1), 상판(101) 및 하판(102)은 모두 에폭시 판재로 제조되는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
3. 제1항에 있어서,
   상기 보호층(108)은 고온 내성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 단열 패킹 층(106)은 규조토, 펄라이트, 발포 콘크리트, 규산칼슘, 산화티타늄 및 산화알루미늄을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나 또는 조합을 채택하는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2 단열 패킹 층(107)은 석면, 에어로겔 펠트 및 유리 섬유를 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나 또는 조합을 채택하는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
6. 제1항에 있어서,
   제1 열전대(thermocouple) 센서(103)와 제2 열전대 센서(104)는 각각 상기 상판(101)과 하우징(1)의 외벽에 착탈 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가스 열분해 챔버(A)와 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)의 반대쪽 외부 측벽 사이의 간격은 2-6mm인 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
8. 제1항에 있어서,
   상기 가스 열분해 챔버(A)의 내부 관 직경은 상기 점차적으로 가늘어지는 관 직경 영역(B)에서 두꺼워지는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
9. 제1항에 있어서,
   상기 가열관(2)은 석영관, 할로겐관 및 탄소 섬유관을 포함하나 이에 제한되지 않는 임의의 하나를 채택하는 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.
10. 제1항에 있어서,
    상기 가열관(2)의 벽 두께는 0.5-2mm인 것을 특징으로 하는, 개선된 전기 열분해로.

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