KR20230107947A - 공정 폐가스용 연소 장치 - Google Patents

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KR20230107947A
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Abstract

본 발명은 폐가스를 연소시키기 위한 체임버의 내면에 수막을 형성할 수 있는 공정 폐가스용 연소 장치를 개시한다. 본 발명의 연소 장치는 폐가스의 공급을 위한 폐가스 공급관과 폐가스의 연소를 위한 가열원이 장착되어 있는 마운팅 프레임과, 마운팅 프레임의 아래쪽에 배치되어 있으며 폐가스의 연소를 위한 체임버를 갖는 이너 케이싱과, 이너 케이싱이 수용되어 있으며 이너 케이싱과의 사이에 워터 재킷을 형성하도록 마운팅 프레임에 결합되어 있는 아우터 케이싱과, 이너 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 물을 공급하는 물 공급관을 구비한다. 또한, 물 공급관을 통하여 공급되는 상기 물을 워터 재킷으로 공급되도록 하는 제1 위치와 물이 이너 케이싱 안으로 흘러 수막을 형성하도록 하는 제2 위치 간 이너 케이싱을 승강시키는 승강 장치를 구비한다. 본 발명에 의하면, 폐가스를 연소시키기 위한 체임버의 내면에 수막을 형성하여 미립자의 고착을 방지할 수 있다.

Description

공정 폐가스용 연소 장치{COMBUSTION APPARATUS FOR PROCESS WASTE GAS}
본 발명은 연소 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폐가스를 연소시키기 위한 체임버(Chamber)의 내면에 수막을 형성할 수 있는 공정 폐가스용 연소 장치에 관한 것이다.
반도체 및 평판 표시 장치(Flat panel display) 제조 공정이나 화학 공정 등에서 배출되는 휘발성유기물질(VOCs) 등의 폐가스는 유독성, 폭발성 및 부식성이 강하기 때문에 인체에 위해를 가할 뿐만 아니라, 대기 중으로 배출될 경우에 환경오염을 유발시키게 된다. 이러한 공정 폐가스는 처리나 반응에 의해 허용 농도 이하로 정화시켜 배출해야 한다. 연소 방식의 가스 스크러버(Gas scrubber)는 버너(Burner), 플라스마(Plasma), 히터(Heater) 등에 의해 공정 폐가스를 산화시켜 처리하고 있다.
공정 폐가스용 연소 장치의 일례로 한국 등록특허 제10-1270961호 '가스 스크러버'는 버닝 체임버(Burning chamber), 냉각 체임버(Cooling chamber)와 드레인 체임버(Drain chamber)를 구비한다. 버닝 체임버는 가스 유입구를 통하여 유입되는 처리 가스를 연소시킨다. 냉각 체임버는 버닝 체임버의 하측에 설치되어 있으며, 처리 가스의 진행 방향을 안내하는 가스 안내관이 내측에 설치되어 있고, 처리 가스를 냉각시킴과 함께 처리 가스에 포함된 유해물질을 여과하기 위해 업소버가 내재되어 있으며, 벽면 일측에 냉각된 처리가스를 배출하기 위한 가스 배출 라인이 구비되어 있다. 냉각수가 저장되는 수냉 재킷이 처리 가스의 냉각을 위하여 냉각 체임버의 벽면 둘레에 구비되어 있다. 버닝 체임버로부터 유입되는 고열의 처리 가스의 냉각을 위하여 냉각수를 직접 분사하지 않고 열교환 방식으로 냉각시킴으로써 처리 가스의 냉각 효율을 안정화시킬 수 있다.
공정 폐가스용 연소 장치의 다른 예로 한국 등록특허 제10-2215467호 '유해가스 처리용 스크러버'는 유해가스를 연소시키는 제1 몸체부와 제2 몸체부를 구비한다. 제2 몸체부는 제1 몸체부의 일측과 연결되며 제1 몸체부에 의해 연소된 유해가스가 유입되는 제1 체임버와, 제1 체임버의 외부를 둘러싸는 제2 체임버와, 제2 체임버의 외부를 둘러싸는 제3 체임버를 구비하며, 내부 하측에 배치되며 부산물을 배출하는 배출홀을 구비한다. 제1 체임버로 유입되는 유해가스가 제1 체임버에 형성되는 제1 홀을 통과하여 제2 체임버로 유입되어 이동하고, 제2 체임버에 형성되는 제2 홀을 통과하여 제3 체임버로 유입되어 이동하고, 제2 체임버에 형성되는 제3 홀을 통과하여 제2 몸체부의 하측으로 배출되도록 이동경로가 형성된다. 제2 몸체부의 외측부와 제3 체임버 사이에 냉각수가 흐르는 냉각 체임버가 형성될 수 있다. 멀티 체임버에 의해 체임버 내의 높은 온도를 유지할 수 있다. 위 특허문헌들에 개시되어 있는 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
상기한 바와 같은 공정 폐가스용 연소 장치는 폐가스의 연소 후 생성되는 산화가스 중의 미립자가 연소실 또는 체임버의 내벽면에 고착되면서 연소실의 부식을 가속화시키는 문제점이 있다. 따라서 연소실의 내벽면에 미립자가 고착되어 분진층으로 성장하기 전에 주기적으로 제거해야 한다.
본 발명은 상기와 같은 공정 폐가스용 연소 장치의 여러 가지 문제점을 해결하기 위한 것으로, 폐가스를 연소시키기 위한 체임버의 내면에 수막을 형성하여 미립자의 고착을 방지할 수 있는 새로운 공정 폐가스용 연소 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 공정 폐가스용 연소 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치는, 폐가스의 공급을 위한 폐가스 공급관과, 폐가스의 연소를 위한 가열원이 장착되어 있는 마운팅 프레임과; 마운팅 프레임의 아래쪽에 배치되어 있으며, 폐가스의 연소를 위한 체임버를 갖는 이너 케이싱과; 이너 케이싱이 수용되어 있으며, 이너 케이싱과의 사이에 워터 재킷을 형성하도록 마운팅 프레임에 결합되어 있는 아우터 케이싱과; 이너 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 물을 공급하는 물 공급관을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 공정 폐가스용 연소 장치는, 폐가스의 공급을 위한 폐가스 공급관과, 폐가스의 연소를 위한 가열원이 장착되어 있는 마운팅 프레임과; 마운팅 프레임의 아래쪽에 승강할 수 있도록 배치되어 있으며, 폐가스의 연소를 위한 체임버를 갖는 이너 케이싱과; 이너 케이싱이 수용되어 있으며, 이너 케이싱과의 사이에 워터 재킷을 형성하도록 마운팅 프레임에 결합되어 있는 아우터 케이싱과; 워터 재킷에 물을 공급할 수 있도록 아웃터 케이싱의 위쪽에 연결되어 있는 물 공급관과; 물 공급관을 통하여 공급되는 물을 워터 재킷으로 공급하여 아우터 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 하는 제1 위치와 물이 이너 케이싱 안으로 흘러 이너 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 하는 제2 위치 간 이너 케이싱을 승강시키는 승강 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치는, 폐가스를 연소시키기 위한 체임버의 내면에 수막을 형성하여 미립자의 고착을 방지할 수 있는 효과가 있다. 따라서 체임버의 내면에 고착되는 미립자에 의한 부식을 방지하여 수명을 보장하고, 폐가스의 흐름이 방해되는 현상이 방지되어 연소 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치의 작동을 설명하기 위하여 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들과 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다. 본 발명을 설명하는 데 있어서 도면에 도시되어 있는 구성 요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치에 대한 바람직한 실시예들을 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치(10)는 폐가스의 공급을 위한 폐가스 공급관(20)과, 폐가스의 연소를 위한 가열원(30)을 구비한다. 폐가스 공급관(20)은 반도체 제조 공정 등의 공정 배기 스트림(Process exhaust stream)으로부터 배출되는 폐가스를 수송하여 공급한다. 가열원(30)은 가스버너(Gas burner: 32)나 플라스마 발생기로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치(10)는 마운팅 프레임(Mounting frame: 40)과, 마운팅 프레임(40)의 아래쪽에 장착되어 있는 이너 케이싱(Inner casing: 50)과, 이너 케이싱(50)을 수용하도록 마운팅 프레임(40)에 장착되어 있는 아우터 케이싱(Outer casing: 60)을 구비한다.
폐가스 공급관(20)과 가스버너(32)는 마운팅 프레임(40)의 윗면에 장착되어 있다. 이너 케이싱(50)은 마운팅 프레임(40)의 아래쪽에 승강할 수 있도록 장착되어 있다. 이너 케이싱(50)은 안쪽에 폐가스의 연소를 위한 체임버(52)를 갖는다. 이너 케이싱(50)은 폐가스의 연소 후 생성되는 산화가스 중의 미립자를 원활하게 배출할 수 있도록 깔때기 형상(Funnel shape) 또는 호퍼 형상(Hopper shape)으로 형성되어 있다. 플랜지(Flange: 54)가 이너 케이싱(50)의 위쪽 끝에 형성되어 있다. 폐가스 공급관(20)은 체임버(52) 안으로 폐가스를 공급하도록 마운팅 프레임(40)을 관통하여 체임버(52)와 연결되어 있다. 가스버너(32)의 화염은 체임버(52) 안으로 유입되어 폐가스를 연소시킨다.
이너 케이싱(50)은 아우터 케이싱(60) 안에 수용되어 있다. 아우터 케이싱(60)의 위쪽 끝은 마운팅 프레임(40)의 아랫면에 결합되어 있다. 아우터 케이싱(60)은 이너 케이싱(50)과의 사이에 워터 재킷(Water jacket: 62) 또는 수로(Waterway)를 형성하도록 이너 케이싱(50)의 외면과 간격을 두고 마운팅 프레임(40)에 결합되어 있다. 아우터 케이싱(60)은 이너 케이싱(50)과 마찬가지로 깔때기 형상 또는 호퍼 형상으로 형성되어 있다. 플랜지(64)가 이너 케이싱(50)의 위쪽 끝에 형성되어 있다. 플랜지(64)는 마운팅 프레임(40)에 고정되어 있다.
격리 케이싱(Isolation casing: 70)이 이너 케이싱(50)의 바깥쪽에 더 장착되어 있다. 격리 케이싱(70)은 이너 케이싱(50)과 워터 재킷(62) 사이를 격리시키는 열 완충 공간(Heat buffer space: 72)을 형성하도록 이너 케이싱(50)의 외면과 간격을 두고 장착되어 있다. 격리 케이싱(70)은 이너 케이싱(50)이 워터 재킷(62)에 공급되는 물에 의해 냉각되는 것을 완화시켜 폐가스의 연소 효율을 유지시키고, 에너지 효율을 높여주게 된다.
본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치(10)는 아우터 케이싱(60)의 위쪽에 연결되어 워터 재킷(62)에 물을 공급하는 하나 이상의 물 공급관(80)을 구비한다. 물 공급관(80)은 복수개가 마운팅 프레임(40)의 측면에 연결되어 아우터 케이싱(60)의 플랜지(64) 측에 물을 공급한다. 물의 흐름은 플랜지(64)를 따라 워터 재킷(62)으로 유도된다. 몇몇 실시예에 있어서, 물 공급관(80)은 마운팅 프레임(40)의 윗면을 관통하도록 연결될 수 있다. 물 공급관(80)은 물을 펌핑(Pumping)하여 공급하는 냉각 장치의 펌프에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치(10)는 물 공급관(80)을 통하여 공급되는 물을 워터 재킷(62) 안으로 유입되도록 하는 제1 위치(P1)와 이너 케이싱(50)의 내면을 따라 흘러 수막을 형성하도록 하는 제2 위치(P2) 간 이너 케이싱(50)을 승강시키는 승강 장치(Lifting device: 90)를 구비한다. 제1 위치(P1)는 이너 케이싱(50)의 플랜지(54)가 물 공급관(80)보다 높게 배치되는 위치이다. 제1 위치(P1)에서 물 공급관(80)을 통해 공급되는 물은 워터 재킷(62) 안으로만 공급된다. 제2 위치(P2)는 이너 케이싱(50)의 플랜지(54)가 물 공급관(80)보다 낮게 배치되는 위치이다. 제2 위치(P2)에서 물 공급관(80)을 통해 공급되는 물은 플랜지(54)를 따라 체임버(52) 안으로 공급되어 이너 케이싱(50)의 내면에 수막을 형성하게 된다.
승강 장치(90)는 복수의 공압 실린더(Pneumatic cylinder: 92)로 구성되어 있다. 공압 실린더(92)는 마운팅 프레임(40)의 윗면에 장착되어 있는 실린더(94)와, 실린더(94)의 작동에 의해 신축하는 실린더 로드(Cylinder rod: 96)로 구성되어 있다. 실린더 로드(96)는 플랜지(54)에 연결되어 이너 케이싱(50)을 승강시킨다. 몇몇 실시예에 있어서, 승강 장치(90)는 솔레노이드 액추에이터(Solenoid actuator), 리드 스크루 리니어 액추에이터(Lead screw linear actuator), 랙과 피니언 액추에이터(Rack and pinion actuator) 등으로 구성될 수 있다.
지금부터는, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치에 대한 작용을 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 폐가스가 폐가스 공급관(20)을 통해 체임버(52) 안에 공급되면, 가스버너(32)의 화염이 체임버(52)로 공급되는 폐가스를 연소시키게 된다. 공압 실린더(92)의 작동에 의해 실린더 로드(96)가 축소되어 이너 케이싱(50)의 플랜지(54)가 물 공급관(80)보다 높게 제1 위치(P1)에 배치되어 있는 경우, 물 공급관(80)을 통해 공급되는 물은 도 1의 화살표 "A"로 도시되어 있는 바와 같이 워터 재킷(62) 안으로 유입된다. 물은 열교환에 의해 이너 케이싱(50)의 내면에 수막을 형성함과 아울러 이너 케이싱(50)을 냉각시켜 아우터 케이싱(60)과 하우징(80)의 과열을 방지한다. 물은 워터 재킷(62)으로부터 연소 가스를 세정 및 냉각하는 웨팅 체임버(Wetting chamber)로 배출되거나 폐수 처리 설비로 배출될 수 있다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 공압 실린더(92)의 작동에 의해 실린더 로드(96)가 신장되면, 이너 케이싱(50)이 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 하강된다. 제2 위치(P2)에서 이너 케이싱(50)의 플랜지(54)는 물 공급관(80)보다 낮게 배치된다. 이에 따라 물 공급관(80)을 통하여 공급되는 물은 도 2의 화살표 "B"로 도시되어 있는 바와 같이 플랜지(54)의 윗면을 따라 체임버(52)의 내면으로 흘러 수막을 형성하게 된다. 체임버(52)의 내면에 형성되는 수막은 폐가스의 연소 시 발생되는 미립자, 예를 들면 이산화규소(SiO2)가 체임버(52)의 내면에 부착되는 것을 방지한다. 따라서 미립자가 분진층으로 성장하여 체임버(52)를 폐색시키는 것이 방지될 뿐만 아니라, 이너 케이싱(50)의 부식을 방지하여 수명을 보장할 수 있다. 또한, 체임버(52)의 내면에 고착되는 미립자에 의해 폐가스의 흐름이 방해되어 연소에 지장을 주지 않게 되므로 폐가스의 연소 효율을 향상시킬 수 있다.
도 3에 본 발명에 따른 공정 폐가스용 연소 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 다른 실시예의 공정 폐가스용 연소 장치(10A)와 앞에서 설명한 공정 폐가스용 연소 장치(10)의 동일한 구성은 동일한 부호를 부여하고 자세한 설명은 생략한다. 다른 실시예의 공정 폐가스용 연소 장치(10A)와 앞에서 설명한 공정 폐가스용 연소 장치(10)의 차이점은 물 공급관(82)으로부터 공급되는 물이 이너 케이싱(50A)의 체임버(52) 안으로 공급되어 수막을 형성하도록 구성되어 있는 점에 있다. 또한, 다른 실시예의 공정 폐가스용 연소 장치(10A)는 앞에서 설명한 공정 폐가스용 연소 장치(10)의 아우터 케이싱(60)과 워터 재킷(62)을 포함할 수 있다.
다른 실시예의 공정 폐가스용 연소 장치(10A)에 있어서, 이너 케이싱(50A)은 마운팅 프레임(40)의 아래쪽에 배치되도록 마운팅 프레임(40)에 결합되어 있다. 물 공급관(82)은 플랜지(54)의 위쪽에 배치되어 물을 공급한다. 물 공급관(82)을 통해 공급되는 물의 흐름은 플랜지(54)에 의해 체임버(52) 안으로 유도되어 체임버(52)의 내면에 수막을 형성한다.
이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
10, 10A: 공정 폐가스용 연소 장치 20: 폐가스 공급관
30: 가열원 40: 마운팅 프레임
50, 50A: 이너 케이싱 52: 체임버
60: 아우터 케이싱 62: 워터 재킷
70: 격리 케이싱 72: 열 완충 공간
80, 82: 물 공급관 90: 승강 장치
92: 공압 실린더

Claims (10)

  1. 폐가스의 공급을 위한 폐가스 공급관과, 상기 폐가스의 연소를 위한 가열원이 장착되어 있는 마운팅 프레임과;
    상기 마운팅 프레임의 아래쪽에 배치되어 있으며, 상기 폐가스의 연소를 위한 체임버를 갖는 이너 케이싱과;
    상기 이너 케이싱이 수용되어 있으며, 상기 이너 케이싱과의 사이에 워터 재킷을 형성하도록 상기 마운팅 프레임에 결합되어 있는 아우터 케이싱과;
    상기 이너 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 물을 공급하는 물 공급관을 포함하는 공정 폐가스용 연소 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이너 케이싱과 상기 워터 재킷 사이를 격리시켜 상기 이너 케이싱의 냉각을 완화시키는 열 완충 공간을 형성하도록 상기 이너 케이싱의 외면과 간격을 두고 장착되어 있는 격리 케이싱을 더 포함하는 공정 폐가스용 연소 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 물 공급관을 통하여 공급되는 상기 물을 상기 워터 재킷으로 공급하여 상기 아우터 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 하는 제1 위치와 상기 물이 상기 이너 케이싱 안으로 흘러 상기 이너 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 하는 제2 위치 간 상기 이너 케이싱을 승강시키는 승강 수단을 더 포함하는 공정 폐가스용 연소 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 승강 수단은 상기 마운팅 프레임의 윗면에 장착되어 있는 실린더와, 상기 실린더의 작동에 의해 신축되어 상기 이너 케이싱을 승강시킬 수 있도록 상기 이너 케이싱에 연결되어 있는 실린더 로드를 구비하는 공압 실린더로 이루어지는 공정 폐가스용 연소 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 이너 케이싱은 상기 제2 위치에서 상기 물 공급관을 통하여 공급되는 상기 물의 흐름을 상기 체임버 안으로 유도하여 상기 이너 케이싱의 내면에 수막을 형성할 수 있도록 위쪽 끝에 형성되어 있는 플랜지를 구비하는 공정 폐가스용 연소 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 아우터 케이싱은 상기 물 공급관을 통하여 공급되는 상기 물의 흐름을 상기 워터 재킷 안으로 유도하여 상기 아우터 케이싱의 내면에 수막을 형성할 수 있도록 위쪽 끝에 형성되어 있는 플랜지를 구비하는 공정 폐가스용 연소 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 물 공급관은 상기 마운팅 프레임을 관통하여 상기 이너 케이싱 안으로 상기 물을 공급하도록 상기 마운팅 프레임에 연결되어 있는 공정 폐가스용 연소 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이너 케이싱과 상기 아우터 케이싱 각각은 깔때기 형상으로 형성되어 있는 공정 폐가스용 연소 장치.
  9. 폐가스의 공급을 위한 폐가스 공급관과, 상기 폐가스의 연소를 위한 가열원이 장착되어 있는 마운팅 프레임과;
    상기 마운팅 프레임의 아래쪽에 승강할 수 있도록 배치되어 있으며, 폐가스의 연소를 위한 체임버를 갖는 이너 케이싱과;
    상기 이너 케이싱이 수용되어 있으며, 상기 이너 케이싱과의 사이에 워터 재킷을 형성하도록 상기 마운팅 프레임에 결합되어 있는 아우터 케이싱과;
    상기 워터 재킷에 물을 공급할 수 있도록 상기 아웃터 케이싱의 위쪽에 연결되어 있는 물 공급관과;
    상기 물 공급관을 통하여 공급되는 상기 물을 상기 워터 재킷으로 공급하여 상기 아우터 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 하는 제1 위치와 상기 물이 상기 이너 케이싱 안으로 흘러 상기 이너 케이싱의 내면에 수막이 형성되도록 하는 제2 위치 간 상기 이너 케이싱을 승강시키는 승강 수단을 포함하는 공정 폐가스용 연소 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 이너 케이싱과 상기 워터 재킷 사이를 격리시켜 열전단을 차단하는 에어 재킷을 형성하도록 상기 이너 케이싱의 외면과 간격을 두고 장착되어 있는 격리 케이싱을 더 포함하는 공정 폐가스용 연소 장치.
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