WO2016204522A1 - 플라즈마-촉매 방식의 스크러버 - Google Patents

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a gas aftertreatment apparatus for removing contaminants contained in a treated gas, and more particularly, a hardly degradable process including perfluorinated compounds (PFCs) generated in a semiconductor manufacturing process or various chemical industries.
  • the present invention relates to a plasma-catalyst scrubber for decomposing gas (process gas).
  • PFCs Perfluorinated compounds
  • Perfluorinated compounds (PFCs) from semiconductor processes typically include CF 4 , CHF 3 , C 3 F 6 , CH 2 F 2 , C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 10 , C 5 F 8 , SF 6 , NF 3 , and the like.
  • Perfluorinated compounds (PFCs) are nontoxic but are subject to emission regulations because the global warming index is thousands to tens of times higher than carbon dioxide.
  • PFCs perfluorinated compounds
  • Direct combustion methods have a high reaction temperature above 1400 ° C. and require fuel for combustion.
  • pure oxygen combustion may be performed to obtain a higher temperature condition.
  • the pure oxygen combustion method generates a large amount of NOx due to the process characteristics of combustion at a high temperature condition. NOx is also a major contaminant constrained by the emission totals, which limits the application of the direct combustion method.
  • a method of treating a hardly decomposable gas containing perfluorinated compounds (PFCs) using an electric heater and a catalyst using an electric heater and a catalyst.
  • the catalytic reactor maintains a temperature of 700 to 800 ° C. to treat hardly decomposable gas.
  • the volume of the electric heater and the volume of the catalytic reactor may be excessively large due to low heat transfer efficiency.
  • corrosion of a portion of the electric heater in the normal operation of the catalytic reactor makes the entire system unusable.
  • An object of the present invention is to provide a plasma-catalyst scrubber that decomposes and removes a hardly decomposable process gas (ie, a processing gas) containing perfluorinated compounds (PFCs) using a plasma and a catalyst.
  • a plasma-catalyst scrubber that decomposes and removes a hardly decomposable process gas (ie, a processing gas) containing perfluorinated compounds (PFCs) using a plasma and a catalyst.
  • Another object of the present invention is to provide a plasma-catalyst type scrubber that overcomes temperature variations in the length or volume of the catalyst.
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the plasma reaction unit for converting the discharge gas into the thermal energy of the plasma arc into electrical energy and heating while decomposing the treatment gas flowing into one side to the thermal energy, and It includes a catalytic reaction unit for introducing a processing gas heated in the plasma reaction unit to decompose contaminants contained in the processing gas by a catalytic reaction.
  • the plasma reaction unit may include a housing having a first inlet port and a second inlet port at one side thereof to introduce the discharge gas and the processing gas, and to form a narrow neck, and an electrode insulated from the housing and to which a driving voltage is applied.
  • the housing may include an extension part connected to the neck to form an extended space and electrically grounded to induce a rotation arc connected to the electrode.
  • the housing may have a larger diameter extending from the extension than a diameter narrowing from the electrode side with respect to the neck.
  • the plasma reaction unit is formed of a closed cylinder on one side, an electrode to which a driving voltage is applied, and connected to the electrode and electrically grounded to form a discharge gap, and having a first inlet on the discharge gap side to discharge the discharge.
  • the housing may include a gas inlet, and the housing may include an extension that forms an expanded space on the opposite side of the electrode.
  • the housing may further include a second inlet on the discharge gap side to introduce the processing gas.
  • the housing may further include a second inlet at the extension side to introduce the processing gas.
  • the plasma reaction unit may include a housing formed with a closed cylinder on one side and having a first inlet port and a second inlet port, respectively, for introducing the discharge gas and the processing gas, and an RF induction coil disposed at an outer circumference of the housing.
  • the housing may include an extension that forms an expanded space on the opposite side of the RF induction coil.
  • the plasma reaction unit includes a housing formed with a closed cylinder on one side thereof and having a first inlet to introduce the discharge gas, and an RF induction coil disposed on an outer circumference of the housing, wherein the housing includes the RF induction coil.
  • An expansion space may be formed on the opposite side of the expansion space, and the expansion portion may be provided to have a second inlet to introduce the processing gas.
  • the plasma reaction unit is disposed in the longitudinal direction by forming a discharge gap on the outer periphery of the first electrode, the first electrode disposed in the longitudinal direction at the center, and having a first inlet between the first electrode and the discharge It may include a second electrode for introducing gas, and a housing formed in a cylinder to accommodate the second electrode, and a second inlet behind the second electrode to introduce the processing gas.
  • Each of the first electrode and the second electrode may include a cooling water passage for circulating cooling water therein.
  • the plasma reaction unit includes a housing to which the discharge gas is supplied and electrically grounded on one side thereof, an electrode embedded in the housing to form a discharge gap between the inner surface of the housing, and to which a driving voltage is applied, and an outlet of the discharge port of the housing. And a chamber configured to supply the processing gas into the housing through the supply hole of the housing and to flow the plasma arc discharged to the discharge port.
  • the supply hole of the housing may be formed in a tangential direction in contact with the inner peripheral surface of the housing.
  • the catalytic reaction unit may include a catalyst of any one of manganese oxide, precious metals, ruthenium (Ru), and rhodium (Rh).
  • the catalytic reaction part may include a catalyst formed in one of pellet type, spherical shape, honeycomb type and powder type.
  • the catalytic reaction unit may further include a temperature deviation removing unit for solving the temperature deviation in the longitudinal direction in which the heated processing gas flows.
  • the catalytic reaction unit may include a catalyst embedded in a catalyst housing, and the temperature deviation removing unit may include a tube disposed in the length direction in the catalyst and having a plurality of gas passages.
  • the tube may be formed by closing the end of the longitudinal direction.
  • the catalytic reaction part may include a catalyst embedded in a housing, and the temperature deviation removing part may include an RF induction coil disposed on an outer circumference of the housing.
  • Plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention, which is provided at the rear end of the catalytic reaction unit for spraying water on the contaminants decomposed from the treatment gas in the catalytic reaction unit to fix the decomposed contaminants with water It may further include a water treatment.
  • the water treatment unit may supply a neutralizing agent to neutralize a water treatment product containing hydrogen fluoride.
  • Plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention is disposed between the plasma reaction unit and the catalytic reaction unit, the uniformly distributed distribution of the processing gas heated in the plasma reaction unit to the catalytic reaction unit It may further include a flow control unit for controlling.
  • the flow control unit includes a control unit housing connecting the plasma reaction unit and the catalytic reaction unit, and a flow plate disposed in the control unit housing to control the flow, wherein the flow plate is formed in a plane on the plasma reaction unit side. And a minimum diameter portion at the center, and may be diffused in steps from the minimum diameter portion to form a maximum diameter portion on the catalytic reaction part side to make the flow of the processing gas uniform.
  • the flow control unit may include a control unit housing connecting the plasma reaction unit and the catalytic reaction unit, a flow plate disposed in the control unit housing to form a passage, and a fine passage narrower than the passage at one side of the flow plate to process gas. It may include a straightener to uniformize the flow of.
  • the plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention may further include a heater provided outside the catalytic reaction part to heat the catalytic reaction part.
  • the plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention may further include a heat exchanger provided at a rear end of the catalytic reaction unit to recover heat via the processing gas flowing into the plasma reaction unit.
  • Plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention, is provided between the plasma reaction portion and the catalytic reaction portion, the heat in contact with the plasma arc generated in the plasma reaction portion and passing the plasma arc It may further include a heat transfer unit for receiving the energy to heat the processing gas.
  • the heat transfer part is disposed in parallel toward the plasma reaction part and heated by the plasma arc, and includes a plate part having a through hole through which the plasma arc and the processing gas pass, and connected to the plate part in a flow direction of the processing gas. It may include a heat radiation fin that extends.
  • the heat dissipation fins may be disposed in a radial direction of the plate portion on a lower surface of the plate portion.
  • the through holes provided in the plate portion may be disposed between the heat dissipation fins.
  • the heat transfer part and the catalytic reaction part may be embedded in a tube, and the plasma reaction part may be connected to one side of the tube.
  • a multi-plasma reaction including multiple unit plasma reaction units for generating thermal energy of a plasma arc with electrical energy and heating the decomposition gas using the thermal energy is decomposed.
  • a catalytic reaction part connected to the multi-plasma reaction part multiplely introduced into the processing gas heated by the thermal energy into a plurality to decompose contaminants contained in the processing gas by a catalytic reaction of a built-in catalyst.
  • the multi-plasma reaction unit may include a first unit plasma reaction unit and a second unit plasma reaction unit disposed on different sides with the catalyst reaction unit therebetween.
  • the unit plasma reaction unit has a gas inlet on one side to enter the processing gas, form a narrow neck, and is electrically grounded, and an electrode which is insulated from the housing and forms a discharge gap to apply a driving voltage. It may include.
  • the housing may further include a flow controller connected to the neck to form an extended space and electrically extended to induce a rotation arc connected to the electrode to control the flow field.
  • the housing may further include a flow controller connected to the neck to form a space extending in a straight line and electrically contracted to concentrate a rotating arc connected to the electrode to control the flow field.
  • the unit plasma reaction unit may include a housing having a gas inlet on one side and introducing the processing gas into a cylinder, and an electrode insulated from the housing and forming a discharge gap to apply a driving voltage. It may include a flow controller to form a space extending in a straight line and formed of a cylinder to flow a rotating arc connected to the electrode electrically grounded to control the flow field.
  • Plasma-catalyst scrubber is a process chamber for generating a hardly decomposable gas containing a perfluorinated compound by performing a semiconductor manufacturing process, the discharge gas to the electrical energy of the plasma arc thermal energy Converting the process gas introduced into one side into a heat energy while decomposing the process gas into the thermal energy, and decomposing contaminants contained in the process gas by introducing a processing gas heated by the plasma reaction part into a catalytic reaction. It may include a catalytic reaction unit, and a vacuum pump disposed between the process chamber and the plasma reaction unit is connected to each other to supply the processing gas of the process chamber to the plasma reaction unit.
  • the plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention may further include a prefilter disposed between the vacuum pump and the plasma reaction unit to filter particulate matter contained in the processing gas.
  • the process chamber may be provided in plural, and the vacuum pump may be provided in plural and connected to the plurality of process chambers, respectively, to the plasma reaction unit.
  • the plasma reaction unit may be provided in plural to correspond to each of the plurality of vacuum pumps, and the catalytic reaction unit may be connected to the plurality of plasma reaction units.
  • the plasma-catalyst scrubber includes a plasma reaction part and a catalytic reaction part to heat the processing gas with the thermal energy of the plasma arc to supply the catalytic reaction part to the perfluorinated compounds (PFCs). It is possible to decompose and remove the hardly decomposable gas.
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the temperature deviation removing unit provided in the catalytic reaction unit may eliminate the temperature deviation of the catalytic reaction unit in the longitudinal direction in which the heated processing gas flows.
  • the driving power supplied to the plasma reaction unit is controlled according to the inflow amount of the perfluorinated compound included in the processing gas, that is, the temperature of the plasma is controlled, thereby reducing the operating cost of the plasma reaction unit.
  • the plasma-catalyst scrubber according to another embodiment of the present invention includes a multi-plasma reaction part and a catalytic reaction part, and heats the processing gas with the thermal energy of the multi-plasma arc generated in the multi-plasma reaction part, thereby providing As a result, it is possible to efficiently decompose and remove hardly decomposable gas containing perfluorinated compounds (PFCs).
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the multi-plasma reaction unit heats up to a temperature at which the catalytic reaction unit can operate while firstly decomposing the processing gas by the thermal energy of the multi-plasma arc, thereby inducing secondary decomposition by the catalytic reaction unit, thereby increasing the decomposition efficiency of the processing gas and consuming power. Can be reduced.
  • the multi-plasma reaction unit distributes power consumption, the durability of each plasma reaction unit (for example, the electrode and the housing) can be improved, compared to the concentration of the power consumption in the existing single plasma reaction unit. It can improve the lifespan.
  • the multi-plasma reaction unit supplies thermal energy of the multi-plasma arc to the catalytic reaction unit in various directions, even in a large volume of the catalytic reaction unit, the temperature distribution is uniform within the catalytic reaction unit, and heat loss is lower than that of the single plasma reaction unit. Can be minimized.
  • the plasma-catalyst scrubber includes a plasma generating unit, a heat transfer unit, and a catalytic reaction unit, and heats the processing gas by thermal energy of the plasma arc, and heats the processing gas by the catalytic reaction.
  • Degradation of contaminants allows removal of contaminants (eg, perfluorinated compounds (PFCs) and N 2 O) without generating nitrogen oxides (NOx).
  • a processing gas is driven in a process chamber by driving a vacuum pump provided between a plasma chamber and a process chamber that generates a processing gas by performing a semiconductor manufacturing process. Since it is supplied to the plasma reaction unit, the treatment gas containing perfluorinated compounds (PFCs) generated in the semiconductor manufacturing process may be decomposed and removed by plasma and catalyst.
  • PFCs perfluorinated compounds
  • FIG. 1 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a plasma reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a catalytic reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 3.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a catalytic reaction part applied to a scrubber of a plasma-catalyst method according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a plasma-catalyst scrubber according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the flow control unit applied to the scrubber shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a flow control unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a graph illustrating control of driving power supplied to a plasma reaction unit according to the inflow amount of perfluorinated compound included in the processing gas in the scrubber shown in FIG.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a scrubber of a plasma-catalyst method according to a tenth embodiment of the present invention.
  • 16 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • 17 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 17.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX of FIG. 18.
  • FIG. 20 is a perspective view of a heat transfer part applied to the scrubber shown in FIG. 17.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line XXI-XXI of FIG. 20.
  • 22 is a block diagram of a multi-plasma-catalyzed scrubber according to a thirteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of a catalytic reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 22.
  • 24 is a block diagram of a unit plasma reaction unit applied to a scrubber of a multi-plasma catalyst according to a fourteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a block diagram illustrating a unit plasma reaction unit applied to a scrubber of a multi-plasma catalyst according to a fifteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a configuration diagram of a scrubber of a multi-plasma catalyst according to a sixteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a configuration diagram of a multi-plasma-catalyzed scrubber according to a seventeenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a configuration diagram of a plasma-catalyst scrubber according to an eighteenth embodiment of the present invention.
  • 29 is a configuration diagram of a plasma-catalyst scrubber according to a nineteenth embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twentieth embodiment of the present invention.
  • FIG. 31 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twenty-first embodiment of the present invention.
  • FIG. 32 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twenty-second embodiment of the present invention.
  • FIG 33 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twenty-third embodiment of the present invention.
  • thermal plasma is generated by arc discharge, the temperature inside the plasma arc may rise to several thousand to tens of thousands of degrees Celsius, and the gas temperature around the plasma arc may be maintained at 500 degrees Celsius or more. have. Therefore, the plasma reaction part of the present invention has a different characteristic from that of generating a non-thermal plasma, and there is no dielectric layer between the electrodes.
  • FIG. 1 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a first embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the first embodiment includes a plasma reaction unit 10 and a catalytic reaction unit 20 to decompose and remove a treatment gas containing perfluorinated compounds (PFCs).
  • a plasma reaction unit 10 and a catalytic reaction unit 20 to decompose and remove a treatment gas containing perfluorinated compounds (PFCs).
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the plasma reaction unit 10 is configured to generate a high temperature plasma arc in the discharge gas by the electric energy of the driving voltage HV supplied. Therefore, the plasma reaction unit 10 converts electrical energy into thermal energy.
  • the hardly decomposable process gas ie, processing gas
  • contaminants eg, perfluorinated compounds (PFCs)
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the catalytic reaction unit 20 is configured to introduce a high temperature plasma and a processing gas heated by high temperature thermal energy generated in the plasma reaction unit 10 to decompose the processing gas by a catalytic reaction.
  • the catalytic reaction unit 20 contains a catalyst (see FIG. 2).
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a plasma reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 1.
  • the plasma reaction unit 10 includes a housing 11, an electrode 12, and an extension 114 to generate a high temperature plasma arc to decompose and heat the processing gas.
  • the housing 11 has a first inlet 111 on one side and a second inlet 112 on the other side, respectively, to discharge the discharge gas and the processing gas into the first and second inlets 111 and 112, respectively.
  • the housing 11 forms a neck 113, which is a passage of the smallest diameter, after being narrowed to the first inclination ⁇ 1 on the inner circumferential surface. Therefore, the processing gas and the plasma arc are compressed while going from the first inlet 111 side of the housing 11 to the neck 113 side.
  • the first inlet 111 may be formed in a tangential direction with respect to the circumferential direction of the inner circumferential surface of the housing 11. Therefore, the discharge gas may flow in the tangential direction of the first inlet 111 and rotate in the housing 11. That is, the discharge gas can be distributed quickly and uniformly with the hot plasma arc.
  • the electrode 12 is mounted in an insulating state in the housing 11, a driving voltage HV is applied thereto, and a discharge gap G is formed between the electrode 12 and the inner circumferential surface of the housing 11.
  • An electrical insulation member 14 is provided between the electrode 12 and the housing 11 at one side.
  • the electrode 12 is tapered at a first inclination ⁇ 1 so as to form a distance D parallel to the inner peripheral surface narrowing in the housing 11. That is, the outer circumferential surface of the electrode 12 and the inner circumferential surface of the housing 11 may form the same distance D between each other, or may be formed (not shown) by increasing the distance toward the neck 113. Therefore, the plasma generated in the discharge gap G may be more stably compressed toward the neck 113 between the electrode 12 and the housing 11.
  • extension 114 is connected to an end of the neck 113 and is extended to a second slope ⁇ 2 greater than the first slope ⁇ 1 and electrically grounded. Substantially, extension 114 may be viewed as extending housing 11.
  • the housing 11 is formed in two pieces, and the extension part 114 is formed separately. Therefore, the length of the neck 113 and the second slope ⁇ 2 of the extension 114 may be set in various combinations.
  • the second inclination ⁇ 2 of the extension 114 prevents the rotating arc A, which is connected to the electrode 12, from being induced adjacent to the neck 113 and positioned far from the neck 113. Allow long induction.
  • the extension part 114 is connected to the neck part 113 to form an expanded space and is electrically grounded at the wide part. Therefore, the rotating arc A connecting the wide portion of the electrode 12 and the extension 114 can be induced long.
  • the length of the neck 113 and the second slope ⁇ 2 of the extension 114 may induce a length of the rotating arc A to make the temperature distribution of the rotating arc A uniform.
  • the rotating arc A is generated by the rotation of the hot plasma arc. As the length of the rotating arc A increases, the concentration of the plasma arc is relaxed in the ground portion of the central electrode 12 and the extension 114. Therefore, corrosion of the extension 114 by the plasma arc can be alleviated. That is, the rotating arc A may increase the resistance of the extension 114 to corrosion.
  • the expanded diameter of the expansion part 114 is formed to be larger than the diameter of the housing 11 narrowing on the electrode 12 side about the neck 113. That is, the expansion part 114 forms a space that is expanded than the inner space of the housing 11.
  • the high temperature plasma arc and the processing gas are concentrated in the neck 113 and then rapidly expand and expand into the wide space of the extension 114 at the rear of the neck 113 to rotate along the circumferential surface of the extension 114.
  • the temperature uniformity in the radial direction with respect to the plasma arc and the processing gas may be further improved in the housing 11 and the extension 114.
  • the plasma reaction unit 10 may be operated only with a discharge gas such as N 2 or Ar for generating an arc plasma, or may be used as a discharge gas by using a part or all of the processing gas.
  • the plasma reaction unit 10 of FIG. 2 uses a discharge gas supplied separately from the processing gas.
  • the high temperature rotating arc A and the processing gas supplied from the plasma reaction unit 10 to the catalytic reaction unit 20 have a uniform temperature distribution in the expansion section 114 in the radial direction, and thus the catalytic reaction unit 20
  • the rotating arc A and the processing gas form a uniform temperature distribution in the cavity.
  • the rotating arc A and the processing gas having a uniform temperature distribution in the radial direction in the plasma reaction unit 10 have a temperature distribution in which the temperature deviation is removed in the longitudinal direction in the catalytic reaction unit 20.
  • the perfluorinated compound (PFC) which is a contaminant contained in the treatment gas, forms a substantially uniform temperature distribution in the radial direction and the longitudinal direction via the plasma reaction unit 10 and the catalytic reaction unit 20, thereby catalyzing the catalytic reaction unit. It can be effectively decomposed and removed by the catalytic reaction at (20).
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a catalytic reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 3.
  • the plasma-catalyst scrubber of the second embodiment includes a plasma reaction unit 10, a catalyst reaction unit 20, and a water treatment unit 30.
  • the plasma reaction unit 10 is configured to generate a plasma arc in the discharge gas by the electrical energy of the driving power supplied, thereby converting the electrical energy into thermal energy.
  • the process gas ie, processing gas
  • contaminants eg, perfluorinated compounds (PFCs)
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the catalytic reaction unit 20 is configured to introduce a high temperature plasma heated by the thermal energy generated by the plasma reaction unit 10 and the processing gas to decompose contaminants contained in the processing gas by the catalytic reaction.
  • the catalytic reaction unit 20 may embed various types of catalysts according to contaminants to be treated.
  • the catalytic reaction unit 20 may include a manganese oxide-based, precious metal-based, ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) catalyst.
  • Manganese oxide, precious metals, ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) catalyst can decompose nitrogen oxide (N 2 O) contained in the treatment gas.
  • the catalyst reaction part 20 includes a temperature deviation removing part 25.
  • the temperature deviation removing unit 25 is embedded in the catalyst reaction unit 20 to remove and minimize the temperature deviation in the longitudinal direction in which the heated processing gas flows due to the thermal energy of the plasma generated by the plasma reaction unit 10.
  • the catalytic reaction unit 20 is built into the catalyst housing 21 for distributing the hot plasma and the heated processing gas, and the catalyst housing 21 for distributing the plasma and the processing gas to catalyze the reaction gas. It comprises a catalyst 22 to.
  • the temperature deviation removing unit 25 includes a tube 23 disposed in the catalyst 22 in the longitudinal direction of the catalyst reaction unit 20 and the flow direction of the processing gas, and a plurality of gas passages provided in the tube 23. (24).
  • the tube 23 is formed by closing the end of the longitudinal direction so that the hot plasma and the processing gas flowing into one side are distributed through the gas passages 24 while passing through the inside of the tube 23.
  • the tube 23 is disposed in the longitudinal direction of the catalytic reaction unit 20 and includes the gas passages 24, it is possible to uniformly supply high temperature plasma and the processing gas in the entire longitudinal direction of the catalytic reaction unit 20. Can be.
  • the catalytic reaction part 20 containing the tube 23 may maintain a generally uniform temperature range in the longitudinal direction.
  • the tube 23 is heated to a high temperature through its own conductive heat transfer to heat the surrounding catalyst 22, so that the heat transfer can be induced more efficiently.
  • the catalyst 22 maintains a high temperature condition of 700 to 800 ° C. or higher that causes decomposition reaction of the perfluorinated compound (CF 4 ) on the inlet side and the outlet side into which the high temperature plasma and the processing gas flow into.
  • the tube 23 is the temperature variation as a whole within the catalytic reaction section 20 Can be minimized.
  • the perfluorinated compound CF 4 which is a contaminant contained in the processing gas, may be effectively decomposed and reacted in the catalyst 22. Can be.
  • the water treatment unit 30 is provided at the rear end of the catalytic reaction unit 20, and the catalytic reaction unit 20 fixes the decomposed material with water by spraying water on the material decomposed from the contaminants of the treatment gas.
  • the pollutant is decomposed in the catalytic reaction unit 20 and the treated gas that is treated in the water treatment unit 30 is discharged from the water treatment unit 30.
  • the treated gas is free from contaminants.
  • the water treatment unit 30 sprays water (H 2 0) on a substance decomposed from a perfluorinated compound (PFC), and fixes the decomposed substance with hydrogen fluoride (HF) to treat hydrogen fluoride (HF). Fix with water.
  • the water treatment unit 30 may include a nozzle (not shown) for spraying water.
  • the water treatment unit 30 may supply a neutralizing agent to neutralize a water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharge a treatment gas from which a perfluorinated perfluorinated compound (PFC) is removed. That is, the water treatment unit 30 may be connected to a neutralizer supply line (not shown), and a discharge line (not shown) for discharging the treated gas from which the pollutant is removed.
  • a neutralizing agent to neutralize a water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharge a treatment gas from which a perfluorinated perfluorinated compound (PFC) is removed.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 3.
  • the plasma reaction unit 10 includes a housing 11 that forms a discharge portion and a processing gas in which the neck 113 flows in and narrows, and the driving voltage HV is insulated from the housing 11. Electrode 12 is applied.
  • the housing 11 includes a first inlet 111 and a second inlet 112 at one side, and introduces a processing gas, which is a discharge gas for plasma discharge and a process gas including contaminants, into the interior thereof.
  • a processing gas which is a discharge gas for plasma discharge and a process gas including contaminants
  • the first inlet 111 may be provided at one side and may be formed in a tangential direction with respect to the circumferential direction of the inner surface of the housing 11. Therefore, the discharge gas may flow in the tangential direction of the first inlet 111 to induce rotation in the housing 11.
  • the housing 11 further includes an extension 114 connected to the neck 113 to form an extended space S and electrically grounded, and extending from the neck 113. Since a wide portion of the extension 114 is electrically grounded, a rotating arc RA connecting the electrode 12 and the wide portion of the extension 114 may be long.
  • the rotating arc RA is generated by the rotation of the plasma arc.
  • the rotating arc RA mitigates the concentration of the plasma arc at the grounded portion of the center electrode 12 and the housing 11 and thus mitigates corrosion of the housing 11 by the plasma arc. That is, the rotating arc RA may increase the resistance of the housing 11 to corrosion.
  • the housing 11 may have a larger diameter extending from the extension part 114 side than a diameter narrowing from the electrode 12 side around the neck 113 in the flow direction of the processing gas.
  • the housing 11 and the extension part ( 114) As such, after the plasma arc and the processing gas are concentrated in the neck 113 and rapidly expand and expand into the wide space S of the extension 114 at the rear of the neck 113, the housing 11 and the extension part ( 114, the temperature uniformity in the radial direction with respect to the plasma arc and the processing gas can be improved.
  • the plasma reaction unit 10 may be operated only with a discharge gas such as N 2 or Ar for generating plasma, or may be used as a discharge gas by using part or all of the processing gas.
  • the plasma reaction unit 10 of FIG. 5 uses all of the processing gas and the discharge gas as the discharge gas.
  • the design of the electrode 12 and the housing 11 is required so that corrosion problems do not occur in the plasma reaction unit 10.
  • the inside of the electrode 12 and the housing 11 is formed in a streamlined shape.
  • the neck 113 is streamlined to avoid concentration of the plasma arc.
  • the high temperature plasma arc and the processing gas supplied from the plasma reaction unit 10 to the catalytic reaction unit 20 have a uniform temperature distribution in the expansion section 114 in the radial direction, so that the catalyst housing of the catalytic reaction unit 20 Within 21, the plasma arc and the processing gas form a uniform temperature distribution.
  • the plasma arc and the processing gas having a uniform temperature distribution in the radial direction in the plasma reaction unit 10 have a temperature distribution in which the temperature deviation is removed in the longitudinal direction in the catalytic reaction unit 20.
  • the perfluorinated compound (PFC) which is a contaminant contained in the processing gas, forms a uniform temperature distribution in the radial direction and the longitudinal direction through the plasma reaction unit 10 and the catalytic reaction unit 20, and thus the catalyst 22 It can be effectively decomposed and removed by a catalytic reaction at.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a catalytic reaction part applied to a scrubber of a plasma-catalyst method according to a third embodiment of the present invention.
  • the catalytic reaction unit 220 includes a catalyst 22 embedded in the catalyst housing 21 and a temperature deviation removing unit 225.
  • the temperature deviation removing unit 225 may be formed of a radio frequency (RF) induction coil disposed on an outer circumference of the catalyst housing 21. RF power of a few to several hundred MHz band is applied to the temperature deviation removing unit 225 to generate a plasma inside the catalyst housing 21 by RF discharge. RF discharge can generate high temperature and high density plasma.
  • RF radio frequency
  • the temperature deviation removing unit 225 formed of the RF induction coil generates plasma by RF discharge in the interior of the catalytic reaction unit 220 to remove the temperature deviation in the longitudinal direction of the catalytic reaction unit 220.
  • the perfluorinated compound (PFC) which is a contaminant contained in the treatment gas, forms a uniform temperature distribution in the radial direction and the longitudinal direction via the plasma reaction unit 10 and the catalytic reaction unit 220, thereby providing a catalyst 22. It can be effectively decomposed and removed by a catalytic reaction at.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a plasma-catalyst scrubber according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the fourth embodiment includes a flow control unit 40 disposed between the plasma reaction unit 10 and the catalytic reaction unit 20.
  • the flow control unit 40 is configured to control the high temperature plasma arc and the heated processing gas generated in the plasma reaction unit 10 to have a uniform temperature distribution in the radial direction and to supply the catalyst reaction unit 20.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the flow control unit applied to the scrubber shown in FIG.
  • the flow control unit 40 is disposed in the control unit housing 41 connecting the plasma reaction unit 10 and the catalyst reaction unit 20, and the control unit housing 41 to flow the plasma arc and the processing gas. It includes a flow plate 42 for controlling.
  • the flow plate 42 has a minimum diameter portion 422 formed in the plane 421 on the side of the plasma reaction portion 10 to form a passage 424 in the center, and diffuses stepwise at the minimum diameter portion 422. And a maximum diameter portion 423 for uniformizing the flow of the plasma arc and the processing gas in the radial direction.
  • the maximum diameter part 423 is formed on the catalyst reaction part 20 side.
  • the flow control unit 40 may improve the temperature uniformity in the radial direction with respect to the plasma arc and the processing gas in the control unit housing 41. That is, the plasma arc and the processing gas form a high density in the plane 421 and the minimum diameter portion 422, and then spread uniformly in the radial direction from the maximum diameter portion 423 while passing through the passage 424. Have.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a flow control unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to a fifth embodiment of the present invention.
  • the flow control unit 240 is disposed in the control unit housing 41 and the control unit housing 41, and a flow plate 243 forming a passage 242, and a straightener. (244).
  • the straightener 244 is disposed in the diffusion space at one side of the flow plate 243 and is formed as a fine passage 245 that is narrower than the passage 242 to uniformly flow the plasma arc and the processing gas.
  • the straightener 244 having the fine passages 245 may be formed in a mesh or honeycomb structure.
  • the plasma arc and the processing gas form a high density in the passage 242 of the fluid plate 243, and then diffuse in the diffusion space, and then, through the fine passage 245 of the straightener 244, the catalytic reaction part ( 20) to have a uniform temperature distribution in the radial direction.
  • FIG. 10 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the sixth embodiment further includes a heater 50 provided outside the catalytic reaction unit 20.
  • the heater 50 may intermittently heat the catalytic reaction unit 20 separately from the plasma reaction unit 10. In other words, when decomposing CF 4, which is the most difficult decomposition of pollutants perfluorinated compounds (PFC), a temperature of 750 ⁇ 800 °C is required. In addition, CF 4 may not be continuously discharged to the treatment gas. In this case, the plasma reaction unit 10 is stopped running, and the heater 50 is driven auxiliary. Therefore, the operating cost of the plasma reaction unit 10 can be reduced.
  • PFC pollutants perfluorinated compounds
  • a sensor 52 is provided in the passage 51 for supplying the processing gas to the plasma reaction unit 10.
  • the sensor 52 detects a specific component, for example, CF 4 , in the supplied processing gas, thereby selectively controlling the plasma reaction unit 10 and the heater 50.
  • the plasma reaction unit 10 is stopped and the temperature of the catalytic reaction unit 20 is controlled using a heater 50.
  • the plasma reaction unit 10 may be driven in a section in which CF 4 is discharged.
  • the heater 50 and the plasma reaction unit 10 are driven to increase the temperature of the processing gas up to the decomposition temperature of CF 4 , so that a temperature suitable for the catalytic reaction can be effectively formed.
  • FIG. 11 is a graph illustrating control of driving power supplied to a plasma reaction unit according to the inflow amount of perfluorinated compound included in the processing gas in the scrubber shown in FIG.
  • the driving voltage HV is supplied to the plasma reaction unit 10 (b) to drive the plasma reaction unit 10. Increase the temperature of the treatment gas (c).
  • a large amount of driving power is supplied to rapidly increase the temperature of the processing gas (e.g., above 750 ° C, which is a decomposition temperature of CF 4 ), and then gradually reduce the driving power supply to the processing gas. Respond quickly to changes in the influent flow of CF 4 contained.
  • the plasma-catalyst scrubber of the sixth embodiment further includes a heat exchanger 45 provided at a rear end of the catalytic reaction unit 20.
  • the heat exchanger 45 may recover the waste heat discharged to the rear end of the catalytic reaction unit 20 via the processing gas introduced into the plasma reaction unit 10, and heat the processing gas to supply the plasma reaction unit 10. have. Therefore, an operating cost for driving the plasma reactor 10 and the heater 50 may be further lowered.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to a seventh embodiment of the present invention.
  • the plasma reactor 610 is formed of a closed cylinder on one side and connected to an electrode 612 to which a driving voltage HV is applied, and an electrode 612 and electrically grounded. To form a discharge gap (G).
  • An insulating member 613 is provided between the housing 611 and the electrode 612 to electrically insulate the two.
  • the insulating member 613 includes a first inlet 631 to introduce discharge gas into the electrode 612 and the housing 611.
  • the insulating member 613 further includes a second inlet 632 to introduce the processing gas into the electrode 612 and the housing 611. That is, the insulating member 613 is installed at the discharge gap G side.
  • the housing 611 further includes an extension 614 forming an expanded space on the opposite side of the electrode 612.
  • the extension 614 is connected to the catalytic reaction section 20.
  • the housing 611 has a third inlet 633 just before the extension 614.
  • the third inlet 633 sprays water (H 2 O) on the material decomposed from the perfluorinated compound (PFC) to fix the decomposed material with hydrogen fluoride (HF).
  • the plasma reactor 610 may minimize the erosion of the electrode 612 mainly generated at the contact of the plasma arc because the contact of the plasma arc PA is not fixed to the ground of the high voltage electrode 612 and the housing 611. have.
  • the plasma reaction unit 610 is a processing gas because the flow path set inside the electrode 612 and the housing 611 is simple, and a process gas is decomposed and treated by directly supplying the processing gas to the plasma arc PA.
  • the flow rate of can be greatly increased.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to an eighth embodiment of the present invention.
  • the plasma reactor 710 includes a housing 711 that is electrically grounded and an electrode 712 to which a driving voltage HV is applied.
  • An insulating member 713 is provided between the housing 711 and the electrode 712, and the insulating member 713 has a first inlet 731 to discharge the discharge gas into the electrode 712 and the housing 711. Inflow.
  • the housing 711 further includes a second inlet 732 adjacent to the extension 714 side.
  • the second inlet 732 supplies the processing gas to the rear end of the housing 711, that is, behind the plasma arc PA2 formed in the discharge gap G. That is, the second inlet 732 may supply the processing gas in a stable state of the plasma arc PA2 and increase the flow rate of the processing gas.
  • the housing 711 has a third inlet 733 opposite the second inlet 732 immediately before the extension 714.
  • the third inlet 733 sprays water (H 2 O) on the material decomposed from the perfluorinated compound (PFC) to fix the decomposed material with hydrogen fluoride (HF).
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to a ninth embodiment of the present invention.
  • the plasma reaction unit 810 includes a housing 811 formed on a closed cylinder of one side and an RF induction coil 812 disposed on an outer circumference of the housing 811.
  • the housing 811 is provided with a first inlet 831 and a second inlet 832 on one side to inject the discharge gas and the processing gas, respectively.
  • RF power of several to several hundred MHz bands is applied to the RF induction coil 812 to generate a plasma arc PA3 in the housing 811.
  • RF discharge can generate high temperature and density plasma arc (PA3).
  • housing 811 further includes an extension 814 forming an expanded space on the opposite side of the RF induction coil 812.
  • the extension 814 is connected to the catalytic reaction section 20.
  • Housing 811 has a third inlet 833 at extension 814.
  • the third inlet 833 is sprayed with water (H 2 0) to the material decomposed from the perfluorinated compound (PFC) to fix the decomposition material with hydrogen fluoride (HF).
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a scrubber of a plasma-catalyst method according to a tenth embodiment of the present invention.
  • the plasma reactor 910 includes a housing 911 having one side closed by a cylindrical cylinder and an RF induction coil 912 disposed on an outer circumference of the housing 911.
  • the housing 911 has a first inlet 931 at one side to inject a discharge gas.
  • the housing 911 has an extension 914 which forms an expanded space on the opposite side of the RF induction coil 912.
  • the housing 911 includes a second inlet 932 in the expansion part 914 to introduce a processing gas, and has a third inlet 933.
  • the third inlet 933 sprays water (H 2 O) on the material decomposed from the perfluorinated compound (PFC) to fix the decomposed material with hydrogen fluoride (HF).
  • 16 is a cross-sectional view of a plasma reaction unit applied to a plasma-catalyst scrubber according to an eleventh embodiment of the present invention.
  • the plasma reactor 510 includes a first electrode 511, a second electrode 512, and a housing 513.
  • the first electrode 511 is disposed in the longitudinal direction at the center thereof and serves as a cathode.
  • the second electrode 512 forms a discharge gap G5 on the outer circumference of the first electrode 511 and is disposed in the longitudinal direction to act as an anode, and a first inlet port between the first electrode 511 and the first electrode 511. 531 is provided to introduce a discharge gas.
  • the housing 513 is formed in a cylinder to accommodate the second electrode 512.
  • the second electrode 512 has a discharge port 515 narrowed at the end of the first electrode 511. Therefore, the plasma arc PA generated between the first electrode 511 and the second electrode 512 connected to the DC power is rapidly expanded in the housing 513 while being discharged to the narrow discharge port 515. That is, the plasma arc PA5 may form a uniform temperature distribution in the radial direction of the housing 513.
  • the housing 513 includes a second inlet 532 at the rear of the second electrode 512, and introduces the processing gas and water into the second inlet 532. Therefore, the high temperature plasma arc and the processing gas are uniformly formed in the temperature distribution and are supplied to the catalytic reaction unit 20.
  • the plasma reaction unit 510 of the eleventh embodiment is advantageous in delivering high energy to the DC torch type.
  • first electrode 511 and the second electrode 512 have cooling water passages 541 and 542 for circulating the cooling water therein.
  • the cooling water passages 541 and 542 may circulate the cooling water to cool the first electrode 511 and the second electrode 512, which are overheated by the plasma discharge, to an appropriate temperature.
  • 17 is a block diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twelfth embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the twelfth embodiment includes a plasma reaction unit 10, a heat transfer unit 60, a catalyst reaction unit 20, and a water treatment unit 30.
  • the plasma reaction unit 10 is configured to generate a plasma arc in the discharge gas by the supplied electrical energy, thereby converting the electrical energy into thermal energy.
  • the processing gas containing contaminants is supplied to the plasma arc discharge side of the plasma reaction unit 10.
  • the treatment gas may be directly heated by a hot plasma arc.
  • the heat transfer part 60 is in contact with the plasma arc generated in the plasma reaction part 10 to be directly heated by the plasma arc heat, and in the process, a part of the processing gas is decomposed and transfers heat energy of the plasma arc while passing through the plasma arc. And heat or partially decompose the process gas passing therethrough.
  • the heat transfer part 60 is heated by passing heat of the processing gas heated in contact with the hot plasma arc and the plasma arc.
  • the plasma reaction unit 10 and the heat transfer unit 60 can significantly reduce the amount of power consumed, as compared with the prior art of pyrolyzing the processing gas only by the plasma method.
  • the catalytic reaction unit 20 is configured to introduce a processing gas heated in the heat transfer unit 60 to decompose contaminants contained in the processing gas by a catalytic reaction.
  • the catalytic reaction unit 20 may embed various types of catalysts according to contaminants to be treated.
  • the water treatment unit 30 sprays the water decomposed from the contaminants in the catalytic reaction unit 20 to fix the decomposed substance with water, and contaminants are decomposed in the catalytic reaction unit 20 and the water treatment unit 30 is disposed. It is configured to discharge treated gas which does not contain contaminants remaining after water treatment.
  • the plasma-catalyzed scrubber of one embodiment further includes a tube (70).
  • the tubular body 70 includes the heat transfer part 60 and the catalyst reaction part 20 at set intervals, and serves as a catalyst housing of the heat transfer part 60 and the catalyst reaction part 20.
  • the plasma reaction unit 10 is connected to the upper side of the tube 70
  • the water treatment unit 30 is connected to the lower side of the tube 70. That is, the tubular body 70 connects the plasma reaction unit 10 and the water treatment unit 30, so that the high temperature plasma arc and the processing gas are the plasma reaction unit 10, the heat transfer unit 60, the catalytic reaction unit 20, and the water. It flows to the processing part 30.
  • the catalytic reaction unit 20 decomposes the perfluorinated compound (PFC) contained in the treatment gas by the catalytic reaction.
  • the water treatment unit 30 sprays water (H 2 O) on the substance decomposed from the perfluorinated compound (PFC) to fix the decomposed substance with hydrogen fluoride (HF).
  • the water treatment unit 30 includes nozzles 31 and 32 for spraying water.
  • the water treatment unit 30 supplies a neutralizing agent to neutralize the water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharges the treatment gas from which the perfluorinated compound (PFC) is removed. That is, the neutralizer supply line 34 via the valve 33 to be opened and closed is connected to the water treatment unit 30, and a discharge line 35 to discharge the treatment gas from which the pollutant is removed is connected.
  • a neutralizing agent to neutralize the water treatment product including hydrogen fluoride (HF)
  • PFC perfluorinated compound
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of the plasma reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 17, and FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the line XIX-XIX of FIG. 18.
  • the plasma reactor 10 includes a housing 11, an electrode 12, and a chamber 15 to generate a plasma arc in a discharge gas with electrical energy.
  • electrical energy is converted into thermal energy.
  • the housing 11 is connected to the heat transfer part 60 by supplying a discharge gas to one side and being electrically grounded.
  • the housing 11 may be formed in various structures, but may be formed in a cylindrical embodiment. Substantially, the housing 11 is coupled to the tubular body 70 containing the heat transfer part 60.
  • the electrode 12 is embedded in the housing 11 to form a discharge gap G between the inner surface of the housing 11.
  • the gap between both gradually narrows, then forms a minimum gap, and then gradually widens.
  • the discharge gap G is set at the minimum distance between the electrode 12 and the housing 11.
  • the driving voltage HV is applied to the electrode 12.
  • the insulating member 14 is interposed between the electrode 12 and the housing 11.
  • the insulating member 14 electrically insulates the electrode 12 and the housing 11 from each other.
  • the insulating member 14 also includes a discharge gas hole 145. Therefore, the discharge gas is supplied to the discharge gap G in the housing 11 through the discharge gas hole 145 of the insulating member 14.
  • the chamber 15 is disposed outside the discharge port 115 of the housing 11, and is processed into the housing 11 through a plurality of supply holes 116 formed around the discharge hole 115 of the housing 11. Gas can be supplied.
  • the supply hole 116 flows the plasma arc discharged to the discharge port 115 of the housing 11 as the processing gas is supplied.
  • the processing gas supplied to the supply hole 116 acts on the plasma arc to change the discharge direction of the plasma arc, thereby continuously changing the position where the plasma arc reaches the heat transfer part 60.
  • the hot plasma arc is not supplied toward only a part of the heat transfer part 60, but is supplied over a large area of the heat transfer part 60. That is, the heat transfer part 60 may be exposed to the plasma arc and the processing gas uniformly supplied in the tube body 70 to receive uniform heat. That is, the treatment gas via the heat transfer part 60 is heated uniformly.
  • the supply hole 116 is formed in a tangential direction in contact with the inner circumferential surface of the housing 11. Therefore, the processing gas supplied into the housing 11 through the supply hole 116 in the chamber 15 causes swirling in the discharge port 115 of the housing 11.
  • the plasma arc and the processing gas heated by the plasma arc are discharged to the heat transfer part 60 while causing a swirl in the discharge port 115. Therefore, the heat transfer efficiency of the heat transfer part 60 may be increased.
  • FIG. 20 is a perspective view of a heat transfer part applied to the scrubber shown in FIG. 17, and FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line XXI-XXI of FIG. 20.
  • the heat transfer part 60 includes a plate portion 61 and a heat dissipation fin 62.
  • the plate portion 61 is disposed in parallel toward the plasma reaction portion 10 and directly heated by the plasma arc, and includes a plurality of through holes 601 passing through the plasma arc and the processing gas.
  • the heat dissipation fins 62 are connected to the plate portion 61 to extend in the flow direction of the plasma arc and the processing gas.
  • the heat dissipation fins 62 may be disposed on the lower surface of the plate portion 61 to cross in the radial direction of the plate portion 61.
  • the through holes 601 provided in the plate portion 61 are disposed between the heat dissipation fins 62 to facilitate the flow of the processing gas.
  • the plate portion 61 is thus heated in direct contact with the plasma arc and the heated process gas.
  • the heat dissipation fins 62 may be connected to the plate portion 61 and heated with heat conduction, thereby further heating the processing gas passing through the through holes 601 of the plate portion 61.
  • the catalytic reaction unit 20 is configured to decompose contaminants contained in the treatment gas supplied by being heated in the heat transfer unit 60 by a catalytic reaction.
  • the water treatment unit 30 sprays the water decomposed from the contaminants in the catalytic reaction unit 20 to fix the decomposed material with water.
  • the treatment gas may include nitrogen oxide (N 2 O) as a contaminant.
  • the catalytic reaction unit 20 decomposes nitrogen oxide (N 2 O) included in the treatment gas by a catalytic reaction.
  • the catalytic reaction unit 20 may include a manganese oxide-based, precious metal-based, ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) catalyst.
  • Manganese oxide, precious metals, ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) catalysts decompose nitrogen oxide (N 2 O) contained in the treatment gas.
  • 22 is a block diagram of a multi-plasma-catalyzed scrubber according to a thirteenth embodiment of the present invention.
  • the multi-plasma catalytic scrubber of the thirteenth embodiment includes a multi-plasma reaction part 100 (101, 102), a catalyst reaction part 20, and a water treatment part 30.
  • the multi-plasma reaction unit 100 (101, 102) is configured to generate a plasma arc in the discharge gas by the electrical energy of the supplied driving voltage (HV), that is, convert the electrical energy into thermal energy of the plasma arc.
  • HV supplied driving voltage
  • Process gas ie, processing gas
  • hardly degradable contaminants eg, perfluorinated compounds (PFCs)
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the catalytic reaction unit 20 is configured to decompose contaminants contained in the processing gas by introducing a high temperature plasma and a processing gas heated by the heat energy generated by the multi-plasma reaction unit 100 (101; 102). do.
  • the catalytic reaction unit 20 may embed various types of catalysts according to contaminants to be treated.
  • the catalytic reaction unit 20 may include a manganese oxide-based, precious metal-based, ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) catalyst.
  • Manganese oxide, precious metals, ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) catalyst can decompose nitrogen oxide (N 2 O) contained in the treatment gas.
  • the multi-plasma reaction unit (100; 101, 102) is connected to the catalyst reaction unit (20) in a multiple manner to process the multi-plasma and heated processing gas through the catalytic reaction unit (20). ) To multiple feeds.
  • the multi-plasma arc and the heated treatment gas supplied in a plurality make the temperature distribution uniform throughout the catalyst volume inside the catalytic reaction section 20.
  • the multi-plasma reaction unit 100 may include a first unit plasma reaction unit 101 and a second unit plasma reaction unit 102 disposed on different sides with the catalyst reaction unit 20 therebetween. .
  • the first unit plasma reaction unit 101 and the second unit plasma reaction unit 102 are disposed on opposite sides of the catalyst reaction unit 20 to supply the plasma arc and the heated processing gas to the catalyst reaction unit 20, respectively. do. Therefore, the temperature distribution inside the catalyst reaction unit 20 may be more uniform than supplying the plasma arc and the heated processing gas in the single plasma reaction unit.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of a catalytic reaction unit applied to the scrubber shown in FIG. 22.
  • the catalytic reaction unit 20 includes a catalyst housing 21 for distributing high-temperature multi-plasma and heated processing gas, and a catalyst housing 21 for distributing multi-plasma and heated processing gas. And a catalyst 22 that catalyzes the treatment gas.
  • the high temperature multi-plasma and the heated processing gas supplied from the first unit plasma reaction unit 101 and the second unit plasma reaction unit 102 heat the catalyst 22 in the catalyst housing 21 to a temperature capable of catalyzing reaction.
  • the catalyst 22 may form a uniform temperature distribution in the entire volume inside the catalyst housing 21.
  • Catalyst 22 may be formed as spherical as shown, or as pelletized, honeycomb, or powdered, not shown.
  • the catalyst 22 may be formed of various materials depending on the type of processing gas. The hardly decomposable contaminants included in the treatment gas may be primarily decomposed by the multi-plasma in the first and second unit plasma reactors 101 and 102, and further decomposed secondly by the catalytic reaction unit 20.
  • the water treatment unit 30 is provided at the rear end of the catalytic reaction unit 20, and the catalytic reaction unit 20 fixes the decomposed material with water by spraying water on the material decomposed from the contaminants of the treatment gas.
  • contaminants are decomposed in the first and second unit plasma reaction units 101 and 102 and the catalytic reaction unit 20, and the treated gas treated by the water treatment unit 30 is discharged from the water treatment unit 30.
  • the treated gas is free from contaminants.
  • the water treatment unit 30 sprays water (H20) on the material decomposed from the perfluorinated compounds (PFCs) to fix the decomposed material with hydrogen fluoride (HF), and fix the hydrogen fluoride (HF) with water.
  • the water treatment unit 30 may further include a nozzle (not shown) for spraying water.
  • the water treatment unit 30 may supply a neutralizing agent to neutralize a water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharge a treatment gas from which perfluorinated compounds (PFCs) are removed. That is, the water treatment unit 30 may be connected to a neutralizer supply line (not shown), and a discharge line (not shown) for discharging the treated gas from which the pollutant is removed.
  • a neutralizing agent to neutralize a water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharge a treatment gas from which perfluorinated compounds (PFCs) are removed.
  • HF hydrogen fluoride
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the plasma reaction unit shown in FIG. 5 may be applied to the first and second unit plasma reaction units 101 and 102 applied to the multi-plasma catalyst scrubber according to the present embodiment, and as described above with reference to FIG. 5. Can be driven.
  • PFCs perfluorinated compounds
  • the multi-plasma reaction unit 100 is provided with the first and second unit plasma reaction units 101 and 102 to enable miniaturization. As the concentration of the first and second unit plasma reactors 101 and 102 by the first plasma decomposed by the multi-plasma decreases, the volume of the catalytic reaction unit 20 and the catalyst 22 may be reduced. Therefore, it is possible to reduce the volume of the catalyst reaction portion 20 and the volume of the catalyst 22 required for the thermal insulation. That is, the volume of the entire multi-catalyst catalytic scrubber may be reduced.
  • first and second unit plasma reactors 101 and 102 distribute power consumption, the power consumption is concentrated in the existing single plasma reactor, thereby reducing power consumption through multiplexing, Durability of the electrode 12 and the housing 11 can be improved.
  • 24 is a block diagram of a unit plasma reaction unit applied to a scrubber of a multi-plasma catalyst according to a fourteenth embodiment of the present invention.
  • the housing 211 is connected to a neck 213 that forms a discharge gap G between the electrode 12 and a straight space extending in a straight line S2. It includes a flow control unit 214 to form a.
  • the flow control unit 214 may be contracted more than the space of the housing 211 to control the flow field so as to concentrate the rotating arc RA2 electrically grounded and connected to the electrode 12. Since the flow control unit 214 contracted more than the diameter of the housing 211 concentrates the rotating arc RA2, the temperature of the processing gas is higher than that of the first and second unit plasma reaction units 101 and 102 of the twelfth embodiment. Can be effectively raised.
  • FIG. 25 is a block diagram illustrating a unit plasma reaction unit applied to a scrubber of a multi-plasma catalyst according to a fifteenth embodiment of the present invention.
  • the unit plasma reaction unit 310 may include a housing 311 formed in a cylinder, and an electrode 12 insulated from the housing 311 and forming a discharge gap G3 to which a driving voltage is applied. Include.
  • the housing 311 has a gas inlet (for example, a first inlet 111 and a second inlet 112) at one side, and introduces a discharge gas and a treatment gas.
  • the housing 311 includes a flow controller 314 forming a space S3 extending in a straight line.
  • the flow controller 314 may be formed in a cylinder to flow the rotating arc RA3 electrically connected to the electrode 12 to be electrically grounded to control the flow field.
  • the flow controller 314 is formed in the same cylinder as the housing 311 to form the rotating arc RA3, it is easy to process, and the first and second unit plasma reaction units 101 and 102 and the thirteenth embodiment of the twelfth embodiment
  • the temperature of the processing gas may be increased to about the middle of the unit plasma reaction unit 210 of the embodiment.
  • 26 is a configuration diagram of a multi-plasma-catalyzed scrubber according to a sixteenth embodiment of the present invention.
  • the multi-plasma reaction unit 410 is a first unit plasma reaction unit disposed on different sides with the catalyst reaction unit 20 therebetween. 411, a second unit plasma reaction unit 412, and a third unit plasma reaction unit 413.
  • the first unit plasma reaction unit 411, the second unit plasma reaction unit 412, and the third unit plasma reaction unit 413 are disposed at right angles to each other in the catalytic reaction unit 20 and heated with the plasma arc in each of them.
  • the treatment gas is supplied to the catalytic reaction unit 20. Therefore, the temperature distribution inside the catalyst reaction unit 20 may be more uniform than supplying the heated treatment gas in the first and second unit plasma reaction units 101 and 102 of the twelfth embodiment.
  • the multi-plasma catalytic scrubber of this embodiment further includes a heater 50.
  • the heater 50 is provided at the outer peripheries of the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413 connected to the catalytic reaction unit 20, respectively, and flows into the catalytic reaction unit 20. And the treatment gas is further heated.
  • the heater 50 may be driven separately from the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413 to heat the processing gas supplied to the catalytic reaction unit 20.
  • CF 4 which is the most difficult decomposition of perfluorinated perfluorinated compounds (PFCs)
  • a temperature of 750 to 800 ° C is required.
  • CF 4 may not be continuously discharged to the treatment gas.
  • the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413 may be stopped and the heater 50 may be auxiliary. Therefore, operating costs of the first, second, and third unit plasma reactors 411, 412, 413 can be reduced.
  • a sensor (not shown) is provided in a passage (not shown) for supplying the processing gas to the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413, and the processing gas to which the sensor is supplied.
  • a specific component for example, CF 4
  • the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, 413 and the heater 50 may be selectively controlled.
  • the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413 are stopped and the catalyst is heated using the heater 50.
  • the temperature of the processing gas supplied to the reaction unit 20 may be maintained at a predetermined level, and the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413 may be driven in a section in which CF 4 is discharged. .
  • the heater 50 and the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, and 413 are driven to raise the temperature of the processing gas to the decomposition temperature of CF 4 , so that the temperature is suitable for the catalytic reaction. Can be effectively formulated.
  • the water treatment unit 30 is provided at the rear end of the catalyst reaction unit 20 to connect the heater 50, the first, second, and third unit plasma reaction units 411, 412, 413, and the catalytic reaction unit 20. Water is injected into the decomposed material from the contaminants of the processing gas while passing through, and the decomposed material is fixed with water.
  • the plasma reactors shown in FIGS. 13 and 16 may be applied and may be driven in the manner described with reference to FIGS. 13 and 16. .
  • FIG. 27 is a configuration diagram of a multi-plasma-catalyzed scrubber according to a seventeenth embodiment of the present invention.
  • the multi-plasma-catalyzed scrubber may supply the processing gas to the front of the unit plasma reaction part 500 or to the front of the catalytic reaction part 20, or to supply the processing gas from both sides. It can be configured to supply.
  • the processing gas may be supplied to the front of the unit plasma reaction unit 500, the flow control unit 514, or the front of the catalyst reaction unit 20, or at least two. It may be formed to supply the processing gas in place.
  • FIG. 28 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to an eighteenth embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the eighteenth embodiment further includes a process chamber 130 and a vacuum pump 140 in front of the plasma reaction unit 10 as compared with the first embodiment.
  • the process chamber 130 is a vacuum chamber that performs a semiconductor manufacturing process and generates a hardly decomposable gas containing a perfluorinated compound during the process.
  • the vacuum pump 140 is disposed between the process chamber 130 and the plasma reaction unit 10, and supplies the process gas (ie, processing gas) generated in the process chamber 130 to the plasma reaction unit 10.
  • the plasma-catalyst scrubber of the eighteenth embodiment shows an example in which the processing gas generated in the process chamber 130 performing the semiconductor manufacturing process is decomposed and removed in the plasma reaction unit 10 and the catalytic reaction unit 20. have.
  • the process gas generated in the process chamber 130 is heated to a high temperature while being partially decomposed by a high-temperature rotating arc in the plasma reaction unit 10 by the operation of the vacuum pump 140, and a catalytic reaction unit 20 requiring high temperature. Can be decomposed into a catalytic reaction without a separate heating means.
  • 29 is a configuration diagram of a plasma-catalyst scrubber according to a nineteenth embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber according to the nineteenth embodiment further includes a prefilter 150 disposed between the vacuum pump 140 and the plasma reaction unit 10 as compared with the eighteenth embodiment. Include.
  • the prefilter 150 filters the particulate matter contained in the process gas (ie, the processing gas) supplied from the vacuum pump 140 to prevent the particulate matter from entering the plasma reaction unit 10.
  • the prefilter 150 prevents the particulate matter from being supplied to the catalytic reaction unit 20 to cause clogging in the catalyst 22.
  • the prefilter 150 may prevent this problem.
  • FIG. 30 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twentieth embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber according to the twentieth embodiment includes a plurality of process chambers 131, 132, and 133 and a vacuum pump 141, 142, and 143 as compared with the eighteenth embodiment. And a plurality of) are connected to the process chambers 131, 132, and 133, respectively.
  • the plurality of vacuum pumps 141, 142, and 143 are commonly connected to one plasma reactor 10 through a common line 123. That is, the plasma-catalyst scrubber of the twentieth embodiment connects the plurality of vacuum pumps 141, 142, and 143 to the plasma reaction unit 10 to decompose process gases in the process chambers 131, 132, and 133 in common. do. Therefore, the processing capacity of the plasma reaction unit 10 and the catalyst reaction unit 20 may be increased.
  • FIG. 31 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twenty-first embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber according to the twenty-first embodiment includes a process chamber 130 and a vacuum pump 140 in front of the plasma reaction unit 10 as compared with the first embodiment.
  • the apparatus further includes a water treatment unit 55 provided at the rear of the catalytic reaction unit 20.
  • the water treatment unit 55 is connected to the rear of the catalytic reaction unit 20, the water in the catalytic reaction unit 20 by spraying the water decomposed from the contaminants of the treatment gas to fix the decomposition material with water.
  • the pollutant is decomposed in the catalytic reaction unit 20 and the treatment gas treated in the water treatment unit 55 is discharged from the water treatment unit 55.
  • the treated gas is free from contaminants.
  • the water treatment unit 55 sprays water (H 2 0) on a substance decomposed from a perfluorinated compound (PFC), and fixes the decomposed substance with hydrogen fluoride (HF) to treat hydrogen fluoride (HF). Fix with water.
  • the water treatment unit 55 may include a nozzle (not shown) for spraying water.
  • the water treatment unit 55 may supply a neutralizing agent to neutralize a water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharge a treatment gas from which a perfluorinated perfluorinated compound (PFC) is removed. That is, the neutralizer supply line (not shown) may be connected to the water treatment unit 55, and a discharge line (not shown) for discharging the treatment gas from which the pollutant is removed may be connected.
  • a neutralizing agent to neutralize a water treatment product including hydrogen fluoride (HF), and discharge a treatment gas from which a perfluorinated perfluorinated compound (PFC) is removed.
  • FIG. 32 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twenty-second embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the twenty-second embodiment includes a plurality of process chambers 134 and 135 and a plurality of vacuum pumps 144 and 145 as compared with the eighteenth embodiment. It is connected to each of the process chambers 134 and 135, and a plurality of plasma reaction units 101 and 102 are provided to connect to the vacuum pumps 144 and 145, respectively.
  • the plurality of vacuum pumps 144 and 145 are connected to the plasma reactors 101 and 102 by lines 441 and 451, respectively.
  • the catalytic reaction unit 20 is connected to each side of the plurality of plasma reaction units 101 and 102, and is connected to the water treatment unit 55 on the other side. That is, the plasma reaction units 101 and 102 are connected to both sides of the catalytic reaction unit 20, so that the high-temperature rotating arc A and the processing gas are supplied to both sides of the catalytic reaction unit 20.
  • the catalytic reaction unit 20 is heated by the rotating arc A and the processing gas supplied to both sides to decompose the processing gas and supply it to the water treatment unit 55. That is, the plasma-catalyst scrubber of the twenty-second embodiment decomposes the processing gas by connecting the plurality of plasma reaction units 101 and 102 to the catalytic reaction unit 20, thereby increasing the processing capacity and improving the temperature uniformity in the catalyst 22. Can be kept higher.
  • FIG 33 is a configuration diagram of a plasma-catalyst type scrubber according to a twenty-third embodiment of the present invention.
  • the plasma-catalyst scrubber of the twenty-third embodiment further includes a heat transfer unit 60 provided between the plasma reaction unit 10 and the catalytic reaction unit 20 as compared with the twenty-first embodiment. do.
  • the heat transfer part 60 is in contact with the rotating arc (A) of the high temperature plasma generated in the plasma reaction unit 10, is directly heated by the heat of the rotating arc (A) of the high temperature plasma, and decomposes a part of the processing gas in the process.
  • the heat energy of the rotating arc A is transmitted while passing through the rotating arc A of the high temperature plasma, thereby heating or partially decomposing the processing gas therethrough.
  • the process gas passing through the heat transfer part 60 is indirectly 800 degrees Celsius (the catalyst reaction part is a catalyst). Temperature to react). Therefore, the plasma reaction unit 10 and the heat transfer unit 60 can significantly reduce the amount of power consumed, as compared with the prior art of pyrolyzing the processing gas only by the plasma method.
  • the heat transfer part 60 includes a plate portion 61 and a heat dissipation fin 62.
  • the plate portion 61 is disposed in parallel toward the plasma reaction unit 10 and directly heated by the rotating arc A of the high temperature plasma, and the plurality of through holes passing through the rotating arc A and the processing gas of the high temperature plasma. 601 is provided.
  • the heat dissipation fins 62 are connected to the plate portion 61 so as to extend in the flow direction of the rotating arc A of the high temperature plasma and the processing gas.
  • the heat dissipation fins 62 may be disposed on the lower surface of the plate portion 61 to cross in the radial direction of the plate portion 61.
  • the through holes 611 provided in the plate portion 61 are disposed between the heat dissipation fins 62 to facilitate the flow of the processing gas.
  • the plate portion 61 is thus heated in direct contact with the rotating arc A of the high temperature plasma and the heated process gas.
  • the heat dissipation fins 62 may be connected to the plate portion 61 and heated with heat conduction, thereby further heating the processing gas passing through the through holes 611 of the plate portion 61.
  • the catalytic reaction unit 20 decomposes the contaminants contained in the processing gas that is heated and supplied by the heat transfer unit 60 into a catalytic reaction.
  • the water treatment unit 55 sprays water on the material decomposed from the contaminant in the catalytic reaction unit 20 to fix the decomposed material with water.

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Abstract

본 기재는 처리기체에 포함된 오염물질을 제거하는 가스 후처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정이나 다양한 화학 산업에서 발생되는 과불화화합물(perfluorinated compounds, PFCs)을 포함하는 난분해성 공정가스(처리기체)를 분해하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 관한 것이다. 본 기재의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 전기 에너지로 방전기체를 플라즈마 아크의 열 에너지로 변환하고 일측으로 유입되는 처리기체를 상기 열 에너지로 분해하면서 가열하는 플라즈마 반응부, 및 상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 촉매 반응부를 포함한다.

Description

플라즈마-촉매 방식의 스크러버
본 발명은 처리기체에 포함된 오염물질을 제거하는 가스 후처리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 제조 공정이나 다양한 화학 산업에서 발생되는 과불화화합물(perfluorinated compounds, PFCs)을 포함하는 난분해성 공정가스(처리기체)를 분해하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 관한 것이다.
과불화화합물(perfluorinated compounds, PFCs)은 안정한 물질로써 높은 온난화 지수를 가진다. 따라서 과불화화합물을 제거하기 위한 프로그램들이 국제적인 협약을 통해서 진행되고 있다.
반도체 공정에서 발생하는 과불화화합물(PFCs)은 대표적으로 CF4, CHF3, C3F6, CH2F2, C2F4, C2F6, C3F8, C4F10, C5F8, SF6 및 NF3 등을 포함한다. 과불화화합물(PFCs)은 독성이 없으나 지구온난화 지수가 이산화탄소 대비 수천~수만 배 높기 때문에 배출 규제 대상이다.
매우 안정한 물질인 과불화화합물(PFCs)을 제거하기 위하여 다양한 기술이 연구되고 있다. 일례를 들면, 가연상 가스를 이용하여 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 난분해성 가스를 직접 연소하는 방법이 있다. 직접 연소 방법은 반응 온도가 1400℃ 이상으로 높고 연소를 위한 연료를 필요로 한다. 직접 연소하는 방법의경우, 보다높은 온도 조건을 얻기 위하여 순산소 연소를 하기도 하는데, 순산소 연소 방식은 고온 조건에서의 연소라는 공정 특성상 다량의 NOx를 발생시킨다. NOx 또한 배출 총량제의 제한을 받는 주요 오염물질이므로 직접 연소 방법의 적용에 한계가 있다.
다른 예로써, 플라즈마의 고온 반응 영역으로 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 난분해성 가스를 통과시켜 처리하는 방법이 있다. 플라즈마 처리 방법은 높은 소비 전력량을 요구하므로 에너지 효율이 떨어지고, 고온 영역에서 플라즈마 반응기의 부식을 크게 일으킨다.
또 다른 예로써, 전기 히터와 촉매를 이용하여 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 난분해성 가스를 처리하는 방법이 있다. 촉매 반응기는 700~800℃의 온도를 유지하여 난분해성 가스를 처리한다. 전기 히터와 촉매 처리 방법에서는 낮은 열전달 효율로 인하여 전기 히터의 부피와 촉매 반응기의 부피가 과도하게 커질 수 있다. 또한 촉매 반응기가 정상 작동되는 상태에서 전기 히터의 일부분이 부식되어도 시스템 전체를 사용할 수 없게 된다.
본 발명은 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 난분해성 공정가스(즉 처리기체)를 플라즈마와 촉매를 이용하여 분해 및 제거하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 촉매의 길이 방향 또는 부피 전체에서 온도 편차를 극복하는 플라즈마-촉매 방식 스크러버를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 처리기체에 과불화화합물(PFCs)이 포함되었을 때, 플라즈마의 온도를 제어하여 운전 비용을 줄이는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 전기 에너지로 방전기체를 플라즈마 아크의 열 에너지로 변환하고 일측으로 유입되는 처리기체를 상기 열 에너지로 분해하면서 가열하는 플라즈마 반응부, 및 상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 촉매 반응부를 포함한다.
상기 플라즈마 반응부는, 일측에 제1 유입구와 제2 유입구를 구비하여 상기 방전기체와 상기 처리기체를 유입하고, 좁아지는 목부를 형성하는 하우징, 및 상기 하우징 내에 절연 장착되고 구동 전압이 인가되는 전극을 포함하며, 상기 하우징은 상기 목부에 연결되어 확장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 길게 유도하는 확장부를 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 목부를 중심으로 상기 전극 측에서 좁아지는 직경보다 상기 확장부에서 확장되는 직경이 더 크게 형성될 수 있다.
상기 플라즈마 반응부는, 일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고, 구동 전압이 인가되는 전극, 및 상기 전극에 연결되고 전기적으로 접지되어 방전갭을 형성하고, 상기 방전갭 측에 제1 유입구를 구비하여 상기 방전기체를 유입하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은, 상기 전극의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부를 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 방전갭 측에 제2 유입구를 더 구비하여 상기 처리기체를 유입할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 확장부 측에 제2 유입구를 더 구비하여 상기 처리기체를 유입할 수 있다.
상기 플라즈마 반응부는, 일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고, 제1 유입구와 제2 유입구를 구비하여 상기 방전기체와 처리기체를 각각 유입하는 하우징, 및 상기 하우징의 외주에 배치되는 RF 유도 코일을 포함하며, 상기 하우징은, 상기 RF 유도 코일의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응부는, 일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고 제1 유입구를 구비하여 상기 방전기체를 유입하는 하우징, 및 상기 하우징의 외주에 배치되는 RF 유도 코일을 포함하며, 상기 하우징은, 상기 RF 유도 코일의 반대측에서 확장된 공간을 형성하고, 제2 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하는 확장부를 포함할 수 있다.
상기 플라즈마 반응부는, 중심에 길이 방향으로 배치되는 제1 전극, 상기 제1 전극의 외주에 방전갭을 형성하여 길이 방향으로 배치되고, 상기 제1 전극과의 사이에 제1 유입구를 구비하여 상기 방전기체를 유입하는 제2 전극, 및 원통으로 형성되어 상기 제2 전극을 수용하고, 상기 제2 전극의 후방에 제2 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하는 하우징을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은, 각각 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수 통로를 구비할 수 있다.
상기 플라즈마 반응부는, 일측으로 상기 방전기체가 공급되고 전기적으로 접지되는 하우징, 상기 하우징에 내장되어 상기 하우징의 내면과의 사이에 방전갭을 형성하고 구동전압이 인가되는 전극, 및 상기 하우징의 토출구의 외곽에서 구비되고 상기 하우징의 공급홀을 통하여 상기 하우징의 내측으로 상기 처리기체를 공급하여, 상기 토출구로 토출되는 상기 플라즈마 아크를 유동시키는 챔버를 포함할 수 있다.
상기 하우징의 공급홀은 상기 하우징의 내주면에 접하는 접선 방향으로 형성될 수 있다.
상기 촉매 반응부는 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 및 로디움(Rh) 중 어느 하나의 촉매를 포함할 수 있다.
상기 촉매 반응부는 펠릿형, 구형, 허니콤형 및 파우더형 중 하나로 형성되는 촉매를 포함할 수 있다.
상기 촉매 반응부는, 가열된 상기 처리기체가 흐르는 길이 방향으로 온도 편차를 해소하는 온도 편차 제거부를 더 포함할 수 있다.
상기 촉매 반응부는 촉매 하우징에 내장되는 촉매를 포함하고, 상기 온도 편차 제거부는, 상기 촉매 내에서 상기 길이 방향으로 배치되고 복수의 기체 통로들을 구비하는 튜브를 포함할 수 있다.
상기 튜브는 상기 길이 방향의 끝을 폐쇄하여 형성될 수 있다.
상기 촉매 반응부는 하우징에 내장되는 촉매를 포함하고, 상기 온도 편차 제거부는, 상기 하우징의 외주에 배치되는 RF 유도 코일을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 상기 촉매 반응부의 후단에 구비되어 상기 촉매 반응부에서 처리기체로부터 분해된 오염물질에 물을 분사하여 분해된 오염물질을 물로 고정 처리하는 수처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 수처리부는 불화수소를 포함하는 수처리 생성물을 중화하기 위하여 중화제를 공급할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부 사이에 배치되어, 상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 상기 촉매 반응부에 균일한 분포로 제어하는 유동 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 유동 제어부는, 상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부를 연결하는 제어부 하우징, 및 상기 제어부 하우징 내에 배치되어 유동을 제어하는 유동판을 포함하며, 상기 유동판은, 상기 플라즈마 반응부 측에 평면으로 형성되어 중앙에 최소 직경부를 구비하고, 상기 최소 직경부에서 단계적으로 확산되어 상기 처리기체의 흐름을 균일하게 하도록 상기 촉매 반응부 측에 최대 직경부를 형성할 수 있다.
상기 유동 제어부는, 상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부를 연결하는 제어부 하우징, 상기 제어부 하우징 내에 배치되어 통로를 형성하는 유동판, 및 상기 유동판의 일측에서 상기 통로보다 좁은 미세 통로로 형성되어 처리기체의 흐름을 균일하게 하는 스트레이트너를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 상기 촉매 반응부의 외곽에 구비되어 상기 촉매 반응부를 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 상기 촉매 반응부의 후단에 구비되어 상기 플라즈마 반응부로 유입되는 상기 처리기체를 경유시켜 열을 회수하는 열교환부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부 사이에 구비되어, 상기 플라즈마 반응부에서 발생된 플라즈마 아크에 접촉되고 상기 플라즈마 아크를 통과시키면서 열 에너지를 전달받아 처리기체를 가열하는 열전달부를 더 포함할 수 있다.
상기 열전달부는, 상기 플라즈마 반응부를 향하여 평행하게 배치되어 상기 플라즈마 아크에 의하여 가열되고, 상기 플라즈마 아크 및 처리기체를 통과시키는 관통홀을 구비하는 판부, 및 상기 판부에 연결되어 상기 처리기체의 흐름 방향으로 신장되는 방열핀을 포함할 수 있다.
상기 방열핀은, 상기 판부의 하면에 상기 판부의 직경 방향으로 배치될 수 있다.
상기 판부에 구비되는 관통홀들은 상기 방열핀들 사이에 배치될 수 있다.
상기 열전달부와 상기 촉매 반응부는 관체에 내장되고, 상기 플라즈마 반응부는 상기 관체의 일측에 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 전기 에너지로 플라즈마 아크의 열 에너지를 생성하여 상기 열 에너지로 처리기체를 분해하면서 가열하는 단위 플라즈마 반응부를 다중으로 구비하는 멀티 플라즈마 반응부, 및 상기 열 에너지로 가열된 상기 처리기체를 다중으로 유입하여 내장된 촉매의 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 상기 멀티 플라즈마 반응부에 다중으로 연결되는 촉매 반응부를 포함한다.
상기 멀티 플라즈마 반응부는, 상기 촉매 반응부를 사이에 두고 서로 다른 측에 배치되는 제1 단위 플라즈마 반응부와 제2 단위 플라즈마 반응부를 포함할 수 있다.
상기 단위 플라즈마 반응부는, 일측에 기체 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하고, 좁아지는 목부를 형성하며 전기적으로 접지되는 하우징, 및 상기 하우징 내에 절연 장착되고 방전갭을 형성하여 구동 전압이 인가되는 전극을 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 목부에 연결되어 확장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 길게 유도하도록 확장되어 유동장을 제어하는 유동 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 목부에 연결되어 직선으로 연장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 집중시키도록 수축되어 유동 장을 제어하는 유동 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 단위 플라즈마 반응부는, 일측에 기체 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하고 원통으로 형성되는 하우징, 및 상기 하우징 내에 절연 장착되고 방전갭을 형성하여 구동 전압이 인가되는 전극을 포함하며, 상기 하우징은, 직선으로 연장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 유동시키도록 원통으로 형성되어 유동 장을 제어하는 유동 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 반도체 제조 공정을 수행하여 과불화화합물이 포함된 난분해성 처리기체를 발생하는 공정 챔버, 전기 에너지로 방전기체를 플라즈마 아크의 열 에너지로 변환하고 일측으로 유입되는 상기 처리기체를 상기 열 에너지로 분해하면서 가열하는 플라즈마 반응부, 및 상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 촉매 반응부, 및 상기 공정 챔버와 상기 플라즈마 반응부 사이에 배치되어 상호 연결되어 상기 공정 챔버의 상기 처리기체를 상기 플라즈마 반응부로 공급하는 진공 펌프를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는, 상기 진공 펌프와 상기 플라즈마 반응부 사이에 배치되어 처리기체에 포함된 입자상 물질을 필터링 하는 프리필터를 더 포함할 수 있다.
상기 공정 챔버는 복수로 구비되며, 상기 진공 펌프는 복수로 구비되어 상기 복수의 공정 챔버에 각각 연결되어 상기 플라즈마 반응부에 연결될 수 있다.
상기 플라즈마 반응부는 상기 복수의 진공 펌프 각각에 대응하도록 복수로 구비되며, 상기 촉매 반응부는 상기 복수의 플라즈마 반응부에 연결될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 플라즈마 반응부와 촉매 반응부를 구비하여 플라즈마 아크의 열 에너지로 처리기체를 가열하여 촉매 반응부에 공급하므로 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 난분해성 가스를 분해 및 제거할 수 있다.
촉매 반응부에 구비되는 온도 편차 제거부는 가열된 처리기체가 흐르는 길이 방향으로 촉매 반응부의 온도 편차를 해소할 수 있다.
처리기체에 포함된 과불화화합물의 유입량에 따라 플라즈마 반응부에 공급되는 구동 전력을 제어하여, 즉 플라즈마의 온도를 제어하므로 플라즈마 반응부의 운전 비용을 줄이는 효과가 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 멀티 플라즈마 반응부와 촉매 반응부를 구비하여, 멀티 플라즈마 반응부에서 생성된 멀티 플라즈마 아크의 열 에너지로 처리기체를 가열하여 촉매 반응부에 다중으로 공급하여 처리하므로 과불화화합물(PFCs)을 포함하는 난분해성 가스를 효율적으로 분해 및 제거할 수 있다.
멀티 플라즈마 반응부는 멀티 플라즈마 아크의 열 에너지로 처리기체를 1차 분해하면서 촉매 반응부가 작동될 수 있는 온도까지 가열하므로 촉매 반응부에 의한 2차 분해를 유도하므로 처리기체의 분해 효율을 높이고, 소모 전력을 줄일 수 있다.
멀티 플라즈마 반응부는 소모 전력을 분산하므로 기존의 단일 플라즈마 반응부에 소모 전력이 집중되는 것에 비하여, 각 플라즈마 반응부(예를 들면, 전극 및 하우징)의 내구성을 향상시킬 수 있고, 이를 통하여, 스크러버 전체의 수명을 향상시킬 수 있다.
또한 멀티 플라즈마 반응부는 다양한 방향에서 촉매 반응부에 멀티 플라즈마 아크의 열 에너지를 공급하므로 촉매 반응부의 부피가 큰 경우에도, 촉매 반응부의 내부에서 온도 분포를 균일하게 하며, 단일 플라즈마 반응부에 비하여 열 손실을 최소화할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 플라즈마 발생부, 열전달부, 및 촉매 반응부를 구비하여, 플라즈마 아크의 열 에너지로 처리기체를 가열하고, 촉매 반응으로 가열된 처리기체의 오염물질을 분해하므로 질소산화물(NOx)을 발생시키지 않으면서 오염물질(예를 들면, 과불화화합물(PFCs) 및 N2O)을 제거할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 의하면, 반도체 제조 공정을 수행하여 처리기체를 생성하는 공정 챔버와 플라즈마 반응부 사이에 구비되는 진공 펌프를 구동하여 처리기체를 공정 챔버에서 플라즈마 반응부로 공급하므로 반도체 제조 공정에서 생성된 과불화화합물(PFCs)이 포함된 처리기체를 플라즈마 및 촉매로 분해 및 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시한 스크러버에 적용되는 촉매 반응부의 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 촉매 반응부의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 8은 도 7에 도시한 스크러버에 적용되는 유동 제어부의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 유동 제어부의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 11은 도 10에 도시한 스크러버에서 처리기체에 포함된 과불화화합물의 유입량에 따라 플라즈마 반응부에 공급되는 구동 전력을 제어하고 그에 따른 플라즈마의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제11 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제12 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 18은 도 17에 도시한 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 19는 도 18의 XIX-XIX 선을 따라 자른 단면도이다.
도 20은 도 17에 도시한 스크러버에 적용되는 열전달부의 사시도이다.
도 21은 도 20의 XXI-XXI 선을 따라 자른 단면도이다.
도 22는 본 발명의 제13 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식 스크러버의 구성도이다.
도 23은 도 22에 도시한 스크러버에 적용되는 촉매 반응부의 단면도이다.
도 24는 본 발명의 제14 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 단위 플라즈마 반응부의 구성도이다.
도 25는 본 발명의 제15 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 단위 플라즈마 반응부의 구성도이다.
도 26은 본 발명의 제16 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 27은 본 발명의 제17 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식 스크러버의 구성도이다.
도 28은 본 발명의 제18 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 29는 본 발명의 제19 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 30은 본 발명의 제20 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 31은 본 발명의 제21 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 32는 본 발명의 제22 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 33은 본 발명의 제23 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
본 기재의 플라즈마 반응부에서는 아크 방전에 의하여 열 플라즈마(thermal plasma)가 발생되며, 플라즈마 아크 내부의 온도는 수천~수만℃까지 올라갈 수 있고, 플라즈마 아크 주변의 기체 온도는 500℃ 이상으로 유지될 수 있다. 따라서 본 기재의 플라즈마 반응부는 저온 플라즈마(non-thermal plasma)를 발생시키는 장치와는 다른 특성을 가지며, 전극 사이에 유전체층이 구비되지 않는다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 과불화화합물(PFCs)이 포함된 처리기체를 분해 및 제거하도록 플라즈마 반응부(10) 및 촉매 반응부(20)를 포함한다.
플라즈마 반응부(10)는 공급되는 구동 전압(HV)의 전기 에너지에 의하여 방전기체에 고온의 플라즈마 아크를 발생시키도록 구성된다. 따라서 플라즈마 반응부(10)는 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킨다.
또한 오염물질(예를 들면, 과불화화합물(PFCs))이 포함된 난분해성 공정가스(즉 처리기체)는 플라즈마 반응부(10)의 일측으로 유입되어 고온의 플라즈마 아크의 열 에너지에 의하여 분해 및 가열될 수 있다.
촉매 반응부(20)는 플라즈마 반응부(10)에서 발생된 고온의 열 에너지에 의하여 가열된 고온의 플라즈마 및 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 처리기체를 분해하도록 구성된다. 촉매 반응부(20)는 촉매를 내장한다(도 2 참조).
도 2는 도 1에 도시한 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 일례를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 플라즈마 반응부(10)는 고온의 플라즈마 아크를 발생시켜 처리기체를 분해 및 가열하도록 하우징(11), 전극(12) 및 확장부(114)를 포함한다.
하우징(11)은 일측에 제1 유입구(111)와 다른 일측에 제2 유입구(112)를 각각 구비하여, 제1, 제2 유입구(111, 112)로 방전기체와 처리기체를 각각 유입한다. 또한 하우징(11)은 내주면에서 제1 기울기(θ1)로 좁아진 이후에 최소 직경의 통로인 목부(113)를 형성한다. 따라서 처리기체 및 플라즈마 아크는 하우징(11)의 제1 유입구(111) 측에서 목부(113) 측으로 진행되면서 압축된다.
제1 유입구(111)는 하우징(11) 내주면의 원주 방향에 대한 접선 방향으로 형성될 수 있다. 따라서 방전기체는 제1 유입구(111)의 접선 방향으로 유입되어 하우징(11) 내에서 회전될 수 있다. 즉 방전기체는 고온의 플라즈마 아크와 신속하고 균일하게 분포될 수 있다.
전극(12)은 하우징(11) 내에 절연 상태로 장착되고, 구동 전압(HV)이 인가되며, 하우징(11)의 내주면과의 사이에 방전갭(G)을 형성한다. 일측에서 전극(12)과 하우징(11) 사이에 전기 절연부재(14)가 구비된다.
전극(12)은 방전갭(G) 이후, 하우징(11)에서 좁아지는 내주면과 나란한 간격(D)을 형성하도록 제1 기울기(θ1)로 가늘어진다. 즉 전극(12)의 외주면과 하우징(11)의 내주면은 서로의 사이에서 동일한 간격(D)을 형성하거나 목부(113) 쪽으로 갈수록 간격을 증가하여 형성(미도시)할 수 있다. 따라서 방전갭(G)에서 생성된 플라즈마는 전극(12)과 하우징(11) 사이에서 목부(113)를 향하여 보다 안정적으로 압축 진행될 수 있다.
확장부(114)는 목부(113)의 단부에 연결되어 제1 기울기(θ1)보다 큰 제2 기울기(θ2)로 확장 형성되고 전기적으로 접지된다. 실질적으로, 확장부(114)는 하우징(11)이 연장된 것으로 볼 수도 있다.
제1 실시예의 플라즈마 반응부(10)에서 하우징(11)은 2조각으로 형성되고, 확장부114)는 별도로 형성된다. 따라서 목부(113)의 길이와 확장부(114)의 제2 기울기(θ2)는 다양한 조합으로 설정될 수 있다.
확장부(114)의 제2 기울기(θ2)는 전극(12)에 연결되는 회전 아크(rotating arc)(A)가 목부(113)에 인접하여 유도되는 것을 방지하고, 목부(113)로부터 먼 위치까지 길게 유도될 수 있게 한다.
즉 확장부(114)는 목부(113)에 연결되어 확장된 공간을 형성하고 공간이 넓은 부분에서 전기적으로 접지된다. 따라서 전극(12)과 확장부(114)의 넓은 부분을 연결하는 회전 아크(A)가 길게 유도될 수 있다. 목부(113)의 길이와 확장부(114)의 제2 기울기(θ2)는 회전 아크(A)의 길이를 길게 유도하여 회전 아크(A)의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.
회전 아크(A)는 고온 플라즈마 아크의 회전으로 발생된다. 회전 아크(A)의 길이가 증대됨에 따라 중심의 전극(12)과 확장부(114)의 접지 부분에서 플라즈마 아크의 집중이 완화된다. 따라서 플라즈마 아크에 의한 확장부(114)의 부식이 완화될 수 있다. 즉 회전 아크(A)는 부식에 대한 확장부(114)의 저항성을 증대시킬 수 있다.
처리기체의 흐름 방향에서 목부(113)를 중심으로 전극(12) 측에서 좁아지는 하우징(11)의 직경보다 확장부(114)의 확장되는 직경이 전체적으로 더 크게 형성된다. 즉 확장부(114)는 하우징(11)의 내부 공간보다 확장된 공간을 형성한다.
따라서 고온의 플라즈마 아크 및 처리기체는 목부(113)에서 집중된 후 목부(113)의 후방에서 확장부(114)의 넓은 공간으로 신속하게 확장 및 팽창되면서 확장부(114)의 원주면을 따라 회전하게 됨에 따라 하우징(11) 및 확장부(114) 내에서 플라즈마 아크 및 처리기체에 대한 직경 방향의 온도 균일성이 더 향상될 수 있다.
이러한 플라즈마 반응부(10)는 아크 플라즈마 발생을 위하여 N2 또는 Ar 등과 같은 방전기체만으로 운전될 수도 있고, 또한 처리기체의 일부 또는 전부를 사용해서 방전기체로 사용할 수 있다. 도 2의 플라즈마 반응부(10)는 처리기체와 별도로 공급되는 방전기체를 사용하고 있다.
플라즈마 반응부(10)에서 촉매 반응부(20)로 공급되는 고온의 회전 아크(A) 및 처리기체는 확장부(114) 내에서 직경 방향에 대하여 균일한 온도 분포를 가지므로 촉매 반응부(20) 내에서 회전 아크(A) 및 처리기체가 균일한 온도 분포를 형성하게 된다.
플라즈마 반응부(10)에서 직경 방향으로 균일한 온도 분포를 가지는 회전 아크(A) 및 처리기체는 촉매 반응부(20)에서 길이 방향으로 온도 편차가 제거된 온도 분포를 가지게 된다.
즉 처리기체에 포함된 오염물질인 과불화화합물(PFC)은 플라즈마 반응부(10) 및 촉매 반응부(20)를 경유하면서 직경 방향 및 길이 방향에서 대체로 균일한 온도 분포를 형성함에 따라 촉매 반응부(20)에서 촉매 반응에 의하여 효과적으로 분해 및 제거될 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 다양한 실시예들을 제1실시예 및 기설명된 실시예와 비교하여, 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시한 스크러버에 적용되는 촉매 반응부의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 제2 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 플라즈마 반응부(10), 촉매 반응부(20) 및 수처리부(30)를 포함한다.
플라즈마 반응부(10)는 공급되는 구동 전력의 전기 에너지에 의하여 방전기체에 플라즈마 아크를 발생시키도록 구성되어, 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킨다.
또한 오염물질(예를 들면, 과불화화합물(PFCs))이 포함된 공정가스(즉 처리기체)는 플라즈마 반응부(10)의 일측으로 유입되어 플라즈마 아크의 열 에너지에 의하여 가열될 수 있다.
촉매 반응부(20)는 플라즈마 반응부(10)에서 발생된 열 에너지에 의하여 가열된 고온의 플라즈마 및 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하도록 구성된다.
촉매 반응부(20)는 처리 대상인 오염물질에 따라 다양한 종류의 촉매를 내장할 수 있다. 예를 들면, 촉매 반응부(20)는 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 또는 로디움(Rh) 촉매를 포함할 수 있다. 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 또는 로디움(Rh) 촉매는 처리기체에 포함된 산화질소(N2O)를 분해할 수 있다.
촉매 반응으로 오염물질을 안정적으로 분해 및 제거하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 촉매 반응부(20)는 온도 편차 제거부(25)를 구비한다. 온도 편차 제거부(25)는 촉매 반응부(20)에 내장되어 플라즈마 반응부(10)에서 발생된 플라즈마의 열 에너지에 의하여 가열된 처리기체가 흐르는 길이 방향으로의 온도 편차를 제거 및 최소화한다.
구체적으로 보면, 촉매 반응부(20)는 고온의 플라즈마 및 가열된 처리기체를 유통시키는 촉매 하우징(21), 및 촉매 하우징(21)에 내장되어 플라즈마와 처리기체를 유통시켜 처리기체에 대하여 촉매 반응하는 촉매(22)를 포함한다.
온도 편차 제거부(25)는 촉매(22) 내에서 촉매 반응부(20)의 길이 방향 및 처리기체의 유동 방향으로 배치되는 튜브(23)와, 튜브(23)에 구비되는 복수의 기체 통로들(24)을 포함한다.
튜브(23)는 길이 방향의 끝을 폐쇄하여 형성되므로 일측으로 유입되는 고온의 플라즈마 및 처리기체가 튜브(23) 내부를 경유하면서 기체 통로들(24)을 통하여 분배되어 빠져나가게 한다.
즉 촉매 하우징(21)으로 유입되는 고온의 플라즈마와 처리기체의 일부는 바로 촉매들(22) 사이로 공급되어 촉매 반응되고, 다른 일부는 튜브(23)로 유입되어 길이 방향으로 진행되면서 기체 통로들(24)을 통하여 촉매들(22) 사이로 진행되면서 촉매(22)에 직접 접촉되어 촉매 반응된다.
이때, 튜브(23)가 촉매 반응부(20)의 길이 방향으로 배치되고 기체 통로들(24)을 구비하므로 고온의 플라즈마와 처리기체를 촉매 반응부(20)의 길이 방향 전체 범위에서 균일하게 공급할 수 있다.
따라서 튜브(23)를 내장하는 촉매 반응부(20)는 길이 방향에서 대체로 균일한 온도 범위를 유지할 수 있다. 또한, 튜브(23)는 자체의 전도 열전달을 통하여 고온으로 가열되어 주변의 촉매(22)를 가열하므로 열전달을 더 효율적으로 유도할 수 있다.
예를 들면, 촉매(22)는 고온의 플라즈마와 처리기체가 유입되는 유입측과 토출측에서 과불화화합물(CF4)의 분해 반응을 일으키는 700~800℃ 이상의 고온 조건을 유지하게 된다.
즉 촉매(22)의 후단으로 갈수록 촉매(22)의 가열을 통한 열소실 및 촉매 하우징(21)을 통한 열손실의 원인에도 불구하고 튜브(23)는 촉매 반응부(20) 내부에서 전체적으로 온도 편차를 최소화할 수 있다.
이와 같이, 촉매 반응부(20) 및 촉매(22)가 길이 방향에서 균일한 온도 수준을 유지하므로 처리기체에 포함된 오염물질인 과불화화합물(CF4)은 촉매(22)에서 효과적으로 분해 반응될 수 있다.
수처리부(30)는 촉매 반응부(20)의 후단에 구비되어, 촉매 반응부(20)에서 처리기체의 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리한다.
따라서 촉매 반응부(20)에서 오염물질이 분해되고 수처리부(30)에서 수처리된 처리기체가 수처리부(30)로부터 배출된다. 배출되는 처리기체는 오염물질이 제거된 상태이다.
일례를 들면, 수처리부(30)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리하고, 불화수소(HF)를 물로 고정 처리한다. 수처리부(30)는 물을 분사하는 노즐(미도시)을 구비할 수 있다.
또한 수처리부(30)는 불화수소(HF)를 포함하는 수처리 생성물을 중화하기 위하여 중화제를 공급하고, 오염물질인 과불화화합물(PFC)이 제거된 처리기체를 배출할 수 있다. 즉 수처리부(30)에는 중화제 공급라인(미도시)이 연결되고, 오염물질이 제거된 처리기체를 배출하는 배출라인(미도시)이 연결될 수 있다.
도 5는 도 3에 도시한 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 플라즈마 반응부(10)는 방전기체와 처리기체를 유입하고 좁아지는 목부(113)를 형성하는 하우징(11), 및 하우징(11) 내에 절연 장착되고 구동 전압(HV)이 인가되는 전극(12)을 포함한다.
하우징(11)은 일측에 제1 유입구(111)와 제2 유입구(112)를 구비하여, 플라즈마 방전을 위한 방전기체와 오염물질을 포함하는 공정가스인 처리기체를 각각 내부로 유입한다.
제1 유입구(111)가 일측에 구비되고 하우징(11) 내면의 원주 방향에 대한 접선 방향으로 형성될 수 있다. 따라서 방전기체는 제1 유입구(111)의 접선 방향으로 유입되어 하우징(11) 내에서 회전을 유도시킬 수 있다.
하우징(11)은 목부(113)에 연결되어 확장된 공간(S)을 형성하고 전기적으로 접지되며, 목부(113)에서 확장되는 확장부(114)를 더 포함한다. 확장부(114)의 넓은 부분이 전기적으로 접지되므로 전극(12)과 확장부(114)의 넓은 부분을 연결하는 회전 아크(rotating arc)(RA)가 길게 유도될 수 있다.
회전 아크(RA)는 플라즈마 아크의 회전으로 발생된다. 회전 아크(RA)는 중심의 전극(12)과 하우징(11)의 접지 부분에서 플라즈마 아크의 집중을 완화시키므로 플라즈마 아크에 의한 하우징(11)의 부식을 완화시킨다. 즉 회전 아크(RA)는 부식에 대한 하우징(11)의 저항성을 증대시킬 수 있다.
하우징(11)은 처리기체의 흐름 방향에서 목부(113)를 중심으로 전극(12) 측에서 좁아지는 직경보다 확장부(114) 측에서 확장되는 직경을 더 크게 형성할 수 있다.
이와 같이, 플라즈마 아크 및 처리기체가 목부(113)에서 집중된 후 목부(113)의 후방에서 확장부(114)의 넓은 공간(S)으로 신속하게 확장 및 팽창됨에 따라 하우징(11) 및 확장부(114) 내에서 플라즈마 아크 및 처리기체에 대한 직경 방향의 온도 균일성이 향상될 수 있다.
이러한 플라즈마 반응부(10)는 플라즈마 발생을 위하여 N2 또는 Ar 등과 같은 방전가스만으로 운전될 수도 있고, 또한 처리기체의 일부 또는 전부를 사용해서 방전가스로 사용할 수 있다. 도 5의 플라즈마 반응부(10)는 처리기체의 전부와 방전기체를 방전가스로 사용하고 있다.
이와 같이, 처리기체의 일부 또는 전부가 플라즈마 반응부(10)로 공급되는 경우, 플라즈마 반응부(10) 내에서 부식 문제가 발생하지 않도록 전극(12) 및 하우징(11)의 설계가 요구된다. 이를 위하여 전극(12) 및 하우징(11)의 내부가 유선형으로 형성되어 있다. 또한 목부(113)가 유선형으로 형성되어 플라즈마 아크의 집중을 피할 수 있다.
플라즈마 반응부(10)에서 촉매 반응부(20)로 공급되는 고온의 플라즈마 아크 및 처리기체가 확장부(114)에서 직경 방향에 대하여 균일한 온도 분포를 가지므로 촉매 반응부(20)의 촉매 하우징(21) 내에서 플라즈마 아크 및 처리기체가 균일한 온도 분포를 형성한다.
플라즈마 반응부(10)에서 직경 방향으로 균일한 온도 분포를 가지는 플라즈마 아크 및 처리기체는 촉매 반응부(20)에서 길이 방향으로 온도 편차가 제거된 온도 분포를 가지게 된다.
따라서 처리기체에 포함된 오염물질인 과불화화합물(PFC)은 플라즈마 반응부(10) 및 촉매 반응부(20)를 경유하면서 직경 방향 및 길이 방향에서 균일한 온도 분포를 형성함에 따라 촉매(22)에서 촉매 반응에 의하여 효과적으로 분해 및 제거될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 촉매 반응부의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에서 촉매 반응부(220)은 촉매 하우징(21)에 내장되는 촉매(22)를 포함하고, 온도 편차 제거부(225)를 포함한다.
온도 편차 제거부(225)는 촉매 하우징(21)의 외주에 배치되는 RF (radio frequency) 유도 코일로 형성될 수 있다. 온도 편차 제거부(225)에는 수 ~ 수백 MHz 대역의 RF 전력이 인가되어, RF 방전으로 촉매 하우징(21)의 내부에 플라즈마를 발생시킨다. RF 방전은 높은 온도 및 높은 밀도의 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
즉, RF 유도 코일로 형성되는 온도 편차 제거부(225)는 촉매 반응부(220)의 내부 자체에서 RF 방전으로 플라즈마를 발생시켜 촉매 반응부(220)의 길이 방향의 온도 편차를 제거한다.
따라서 처리기체에 포함된 오염물질인 과불화화합물(PFC)은 플라즈마 반응부(10) 및 촉매 반응부(220)를 경유하면서 직경 방향 및 길이 방향에서 균일한 온도 분포를 형성함에 따라 촉매(22)에서 촉매 반응에 의하여 효과적으로 분해 및 제거될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 7을 참조하면, 제4 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 플라즈마 반응부(10)와 촉매 반응부(20) 사이에 배치되는 유동 제어부(40)를 포함한다.
유동 제어부(40)는 플라즈마 반응부(10)에서 발생된 고온의 플라즈마 아크 및 가열된 처리기체를 직경 방향에서 균일한 온도 분포를 가지도록 제어하여 촉매 반응부(20)에 공급하도록 구성된다.
도 8은 도 7에 도시한 스크러버에 적용되는 유동 제어부의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 유동 제어부(40)는 플라즈마 반응부(10)와 촉매 반응부(20)를 연결하는 제어부 하우징(41), 및 제어부 하우징(41) 내에 배치되어 플라즈마 아크 및 처리기체의 유동을 제어하는 유동판(42)을 포함한다.
유동판(42)은 플라즈마 반응부(10) 측에 평면(421)으로 형성되어 중앙에 통로(424)를 형성하는 최소 직경부(422)를 구비하고, 최소 직경부(422)에서 단계적으로 확산되어 플라즈마 아크 및 처리기체의 흐름을 직경 방향에서 균일하게 하는 최대 직경부(423)를 구비한다. 최대 직경부(423)는 촉매 반응부(20) 측에 형성된다.
유동 제어부(40)는 제어부 하우징(41) 내에서 플라즈마 아크 및 처리기체에 대한 직경 방향의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다. 즉 플라즈마 아크 및 처리기체는 평면(421) 및 최소 직경부(422)에서 높은 밀도를 형성한 후, 통로(424)를 경유하면서 최대 직경부(423)에서 직경 방향으로 확산되면서 균일한 온도 분포를 가지게 된다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 유동 제어부의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 제5 실시예에서 유동 제어부(240)는 제어부 하우징(41) 및 제어부 하우징(41) 내에 배치되어 통로(242)를 형성하는 유동판(243), 및 스트레이트너(straightener)(244)을 포함한다.
스트레이트너(244)는 유동판(243)의 일측에서 확산 공간에 배치되어 통로(242)보다 좁은 미세 통로(245)로 형성되어 플라즈마 아크 및 처리기체의 흐름을 균일하게 한다. 미세 통로(245)를 가지는 스트레이트너(244)는 메시(mesh) 또는 허니컴(honeycomb) 구조로 형성될 수 있다.
즉 플라즈마 아크 및 처리기체는 유동판(243)의 통로(242)에서 높은 밀도를 형성한 후, 확산 공간에서 확산된 후, 스트레이트너(244)의 미세 통로(245)를 경유하여 촉매 반응부(20)로 공급되면서 직경 방향에서 균일한 온도 분포를 가지게 된다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 10을 참조하면, 제6 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 촉매 반응부(20)의 외곽에 구비되는 히터(50)를 더 포함한다.
히터(50)는 플라즈마 반응부(10)와 별도로 촉매 반응부(20)를 간헐적으로 가열할 수 있다. 즉 오염물질인 과불화화합물(PFC) 중 가장 분해가 어려운 CF4를 분해하는 경우, 750~800℃의 온도가 필요하다. 그리고 처리기체에 CF4가 연속적으로 배출되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 플라즈마 반응부(10)는 운전 정지되고, 히터(50)가 보조로 구동된다. 따라서 플라즈마 반응부(10)의 운전 비용이 줄어들 수 있다.
이를 위하여, 플라즈마 반응부(10)로 처리기체를 공급하는 통로(51)에 센서(52)가 구비된다. 센서(52)는 공급되는 처리기체에 특정 성분, 예를 들면, CF4를 감지하여, 플라즈마 반응부(10)와 히터(50)를 선택적으로 제어할 수 있게 한다.
예를 들면, 센서(52)의 감지에 따라 처리기체에 CF4가 배출되지 않는 구간에서는 플라즈마 반응부(10)를 정지하고 히터(50)를 이용하여 촉매 반응부(20)의 온도를 일정 수준으로 유지하고, CF4가 배출되는 구간에서는 플라즈마 반응부(10)를 구동할 수 있다.
즉 특정 구간에서, 히터(50)와 플라즈마 반응부(10)가 구동되어 CF4의 분해 온도까지 처리기체의 온도를 상승시키므로 촉매 반응에 적합한 온도가 효과적으로 조성될 수 있다.
도 11은 도 10에 도시한 스크러버에서 처리기체에 포함된 과불화화합물의 유입량에 따라 플라즈마 반응부에 공급되는 구동 전력을 제어하고 그에 따른 플라즈마의 온도 변화를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 센서(52)에 의하여 CF4의 배출이 감지되면(a), 플라즈마 반응부(10)에 구동 전압(HV)을 공급하여(b), 플라즈마 반응부(10)를 운전하여 처리기체의 온도를 높인다(c).
이때 플라즈마 반응부(10)의 운전 초기에는 구동 전력을 크게 공급하여 처리기체의 온도를 급속히 승온시킨(예, CF4의 분해 온도인 750℃ 초과) 후에, 구동 전력 공급을 점차 감소시키면 처리기체에 포함된 CF4의 유입량 변화에 빠르게 응답할 수 있다.
그리고 센서(52)에 의하여 CF4의 배출이 감지되지 않으면(a), 플라즈마 반응부(10)에 구동 전압(HV)을 차단하여(b), 히터(50)만의 구동으로 플라즈마 온도는 낮게 유지할 수 있다(c).
또한, 도 10을 참조하면, 제6 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 촉매 반응부(20)의 후단에 구비되는 열교환부(45)를 더 포함한다. 열교환부(45)는 플라즈마 반응부(10)로 유입되는 처리기체를 경유시켜 촉매 반응부(20)의 후단으로 배출되는 폐열을 회수하여, 처리기체를 가열하여 플라즈마 반응부(10)로 공급할 수 있다. 따라서 플라즈마 반응부(10) 및 히터(50)를 구동하는 운전 비용이 더욱 낮아질 수 있다.
도 12는 본 발명의 제7 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 12를 참조하면, 제7 실시예에서 플라즈마 반응부(610)는 일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고 구동 전압(HV)이 인가되는 전극(612), 및 전극(612)에 연결되고 전기적으로 접지되어 방전갭(G)을 형성하는 하우징(611)을 포함한다.
하우징(611)과 전극(612) 사이에 절연부재(613)가 구비되어 양자를 전기적으로 절연시킨다. 절연부재(613)는 제1 유입구(631)를 구비하여 전극(612) 및 하우징(611)의 내부로 방전기체를 유입한다. 그리고 절연부재(613)는 제2 유입구(632)를 더 구비하여 처리기체를 전극(612) 및 하우징(611)의 내부로 유입한다. 즉 절연부재(613)는 방전갭(G) 측에 설치된다.
또한, 하우징(611)은 전극(612)의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부(614)를 더 포함한다. 확장부(614)는 촉매 반응부(20)에 연결된다. 하우징(611)은 확장부(614)의 직전에 제3 유입구(633)를 구비한다. 제3 유입구(633)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리한다.
플라즈마 반응부(610)는 플라즈마 아크(PA)의 접점이 고전압의 전극(612) 및 하우징(611)의 접지에 고정되지 않으므로 플라즈마 아크의 접점에서 주로 발생되는 전극(612)의 침식을 최소화 할 수 있다.
또한, 플라즈마 반응부(610)는 전극(612) 및 하우징(611)의 내부에서 설정되는 유로가 단순하고 처리기체를 플라즈마 아크(PA)에 직접 공급하여 오염물질을 분해 및 처리하는 방식이므로 처리기체의 유량을 크게 증가시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 제8 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 제8 실시예에서 플라즈마 반응부(710)은 전기적으로 접지되는 하우징(711)과 구동 전압(HV)이 인가되는 전극(712)를 구비한다.
하우징(711)과 전극(712) 사이에 절연부재(713)가 구비되고, 절연부재(713)는 제1 유입구(731)를 구비하여 방전기체를 전극(712) 및 하우징(711)의 내부로 유입한다.
하우징(711)은 확장부(714) 측에 인접하여 제2 유입구(732)를 더 구비한다. 제2 유입구(732)는 처리기체를 하우징(711)의 후단, 즉 방전갭(G)에 형성되는 플라즈마 아크(PA2)의 후방에 처리기체를 공급한다. 즉 제2 유입구(732)는 플라즈마 아크(PA2)가 안정된 상태에서 처리기체를 공급하며, 처리기체의 유량을 증가시킬 수 있다.
하우징(711)은 확장부(714)의 직전에 제2 유입구(732)에 마주하여 제3 유입구(733)를 구비한다. 제3 유입구(733)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리한다.
도 14는 본 발명의 제9 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 제9 실시예에서 플라즈마 반응부(810)는 일측이 폐쇄된 원통으로 형성되는 하우징(811)과 하우징(811)의 외주에 배치되는 RF 유도 코일(812)을 포함한다.
하우징(811)은 일측에 제1 유입구(831)와 제2 유입구(832)를 구비하여 방전기체와 처리기체를 각각 유입한다. 방전기체와 처리기체가 유입되는 상태에서, RF 유도 코일(812)에 수 ~ 수백 MHz 대역의 RF 전력을 인가하면, 하우징(811) 내에서 플라즈마 아크(PA3)가 발생된다. RF 방전은 높은 온도와 밀도의 플라즈마 아크(PA3)를 발생시킬 수 있다.
또한, 하우징(811)은 RF 유도 코일(812)의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부(814)를 더 포함한다. 확장부(814)는 촉매 반응부(20)에 연결된다. 하우징(811)은 확장부(814)에 제3 유입구(833)를 구비한다. 제3 유입구(833)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리한다.
도 15는 본 발명의 제10 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 15를 참조하면, 제10 실시예에서 플라즈마 반응부(910)는 일측이 폐쇄된 원통으로 형성되는 하우징(911)과 하우징(911)의 외주에 배치되는 RF 유도 코일(912)을 포함한다.
하우징(911)은 일측에 제1 유입구(931)를 구비하여 방전기체를 유입한다. 하우징(911)은 RF 유도 코일(912)의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부(914)를 구비한다.
하우징(911)은 확장부(914)에 제2 유입구(932)를 구비하여 처리기체를 유입하고, 제3 유입구(933)를 구비한다. 제3 유입구(933)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리한다.
도 16은 본 발명의 제11 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이다.
도 16을 참조하면, 제11 실시예에서 플라즈마 반응부(510)는 제1 전극(511), 제2 전극(512) 및 하우징(513)을 포함한다.
예를 들면, 제1 전극(511)은 중심에 길이 방향으로 배치되어 음극(cathode)으로 작용한다. 제2 전극(512)은 제1 전극(511)의 외주에 방전갭(G5)을 형성하여 길이 방향으로 배치되어 양극(anode)으로 작용하고, 제1 전극(511)과의 사이에 제1 유입구(531)를 구비하여 방전기체를 유입한다.
하우징(513)은 원통으로 형성되어 제2 전극(512)을 수용한다. 그리고 제2 전극(512)은 제1 전극(511)의 단부에서 좁아진 토출구(515)를 구비한다. 따라서 직류 전원에 연결되는 제1 전극(511)과 제2 전극(512) 사이에서 발생되는 플라즈마 아크(PA)는 좁은 토출구(515)로 토출되면서 하우징(513) 내에서 급속하게 팽창한다. 즉 하우징(513)의 직경 방향에서 플라즈마 아크(PA5)는 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다.
하우징(513)은 제2 전극(512)의 후방에 제2 유입구(532)를 구비하고, 제2 유입구(532)로 처리기체와 물을 유입한다. 따라서 고온의 플라즈마 아크 및 처리기체는 온도 분포를 균일하게 형성하여 촉매 반응부(20)로 공급된다.
즉, 제11 실시예의 플라즈마 반응부(510)는 직류 토치 타입으로 높은 에너지를 전달하는 데 유리하다.
또한, 제1 전극(511)과 제2 전극(512)은 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수 통로(541, 542)를 구비한다. 냉각수 통로(541, 542)는 냉각수를 순환시켜 플라즈마 방전으로 인하여 과열되는 제1 전극(511)과 제2 전극(512)을 적절한 온도로 냉각시킬 수 있다.
도 17은 본 발명의 제12 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 17을 참조하면, 제12 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 플라즈마 반응부(10), 열전달부(60), 촉매 반응부(20) 및 수처리부(30)를 포함한다.
플라즈마 반응부(10)는 공급되는 전기 에너지에 의하여 방전기체에 플라즈마 아크를 발생시키도록 구성되어, 전기 에너지를 열 에너지로 변환시킨다. 또한 오염물질이 포함된 처리기체는 플라즈마 반응부(10)의 플라즈마 아크 토출 측으로 공급된다. 처리기체는 고온의 플라즈마 아크에 의하여 직접 가열될 수 있다.
열전달부(60)는 플라즈마 반응부(10)에서 발생된 플라즈마 아크에 접촉되어 플라즈마 아크 열에 의하여 직접 가열되고 이 과정에서 처리기체의 일부가 분해되며, 플라즈마 아크를 통과시키면서 플라즈마 아크의 열 에너지를 전달받아서, 통과하는 처리기체를 가열하거나 일부 분해하도록 구성된다. 열전달부(60)는 고온의 플라즈마 아크 및 플라즈마 아크에 접촉되어 가열된 처리기체의 통과로 열을 받아서 승온된다.
즉 플라즈마 아크는 처리기체와 직접 접촉되지 않은 경우에도 열전달부(60)를 통과하면서 가열하므로 열전달부(60)를 통과하는 처리기체를 간접적으로 800도씨 정도로 가열할 수 있다. 따라서 플라즈마 반응부(10) 및 열전달부(60)는 플라즈마 방식만으로 처리기체를 열분해하는 종래기술과 비교할 때, 소비 전력량을 현저히 줄일 수 있다.
촉매 반응부(20)는 열전달부(60)에서 가열된 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하도록 구성된다. 촉매 반응부(20)는 처리 대상인 오염물질에 따라 다양한 종류의 촉매를 내장할 수 있다.
수처리부(30)는 촉매 반응부(20)에서 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리하며, 촉매 반응부(20)에서 오염물질이 분해되고 수처리부(30)에서 수처리된 후 잔류하는 오염물질이 포함되지 않은 처리기체를 배출하도록 구성된다.
한편, 일 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 관체(70)를 더 포함한다. 관체(70)는 열전달부(60)와 촉매 반응부(20)를 설정된 간격으로 내장하며, 열전달부(60)와 촉매 반응부(20)의 촉매 하우징으로 작용한다.
그리고 플라즈마 반응부(10)는 관체(70)의 상측에 연결되고, 수처리부(30)는 관체(70)의 하측에 연결된다. 즉 관체(70)는 플라즈마 반응부(10)와 수처리부(30)를 연결하므로 고온의 플라즈마 아크 및 처리기체는 플라즈마 반응부(10), 열전달부(60), 촉매 반응부(20) 및 수처리부(30)로 흐르게 된다.
편의상, 이하에서 처리기체에 포함된 오염물질이 과불화화합물(PFC)인 경우를 예로 들어 설명한다. 촉매 반응부(20)는 촉매 반응으로 처리기체에 포함된 과불화화합물(PFC)을 분해한다.
수처리부(30)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리한다. 수처리부(30)는 물을 분사하는 노즐(31, 32)을 구비한다.
또한 수처리부(30)는 불화수소(HF)를 포함하는 수처리 생성물을 중화하기 위하여 중화제를 공급하고, 오염물질인 과불화화합물(PFC)이 제거된 처리기체를 배출한다. 즉 수처리부(30)에는 개폐되는 밸브(33)를 개재한 중화제 공급라인(34)이 연결되고, 오염물질이 제거된 처리기체를 배출하는 배출라인(35)이 연결된다.
도 18은 도 17에 도시한 스크러버에 적용되는 플라즈마 반응부의 단면도이고, 도 19는 도 18의 XIX-XIX 선을 따라 자른 단면도이다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 플라즈마 반응부(10)는 전기 에너지로 방전기체에 플라즈마 아크를 발생시키도록 하우징(11), 전극(12) 및 챔버(15)를 포함한다. 즉 전기 에너지는 열 에너지로 변화된다.
하우징(11)은 일측으로 방전기체가 공급되고 전기적으로 접지되어 열전달부(60)에 연결된다. 하우징(11)은 다양한 구조로 형성될 수 있으나 일 실시예인 원통으로 형성될 수 있다. 실질적으로, 하우징(11)은 열전달부(60)를 내장하는 관체(70)에 결합된다.
전극(12)은 하우징(11)에 내장되어 하우징(11)의 내면과의 사이에 방전갭(G)을 형성한다. 전극(12)의 볼록 구조와 이에 마주하는 하우징(11)의 원통 형상에 따라 양자 사이의 간격은 점진적으로 좁아진 후 최소 간격을 형성한 다음 점진적으로 넓어진다. 방전갭(G)은 전극(12)과 하우징(11)의 최소 간격으로 설정된다. 전극(12)에는 구동 전압(HV)이 인가된다.
전극(12)과 하우징(11)이 결합되는 부분에는 절연부재(14)가 개재된다. 절연부재(14)는 전극(12)과 하우징(11)을 전기적으로 서로 절연시킨다. 또한 절연부재(14)는 방전기체 홀(145)을 구비한다. 따라서 방전기체는 절연부재(14)의 방전기체 홀(145)을 통하여 하우징(11) 내의 방전갭(G)으로 공급된다.
챔버(15)는 하우징(11)의 토출구(115) 외곽에 구비되어, 하우징(11)의 토출구(115) 주위에 형성되는 복수의 공급홀들(116)을 통하여 하우징(11)의 내부로 처리기체를 공급할 수 있다.
공급홀(116)은 처리기체를 공급함에 따라 하우징(11)의 토출구(115)로 토출되는 플라즈마 아크를 유동시킨다. 공급홀(116)로 공급되는 처리기체는 플라즈마 아크에 작용하여 플라즈마 아크의 토출 방향을 변화시키므로 플라즈마 아크가 열전달부(60)에 도달하는 위치를 지속적으로 변화시킨다.
따라서 고온의 플라즈마 아크는 열전달부(60)의 일부에만 향하여 공급되지 않고, 열전달부(60)의 넓은 면적에 걸쳐서 공급된다. 즉 열전달부(60)는 관체(70) 내에서 균일하게 공급되는 플라즈마 아크 및 처리기체에 노출되어, 균일한 열을 받을 수 있다. 즉 열전달부(60)를 경유한 처리기체는 균일하게 가열된다.
공급홀(116)은 하우징(11)의 내주면에 접하는 접선 방향으로 형성된다. 따라서 챔버(15)에서 공급홀(116)을 통하여 하우징(11)의 내부로 공급되는 처리기체는 하우징(11)의 토출구(115) 내에서 스월을 일으킨다.
즉 플라즈마 아크 및 플라즈마 아크에 의하여 가열된 처리기체는 토출구(115) 내에서 스월을 일으키면서 열전달부(60)로 토출된다. 따라서 열전달부(60)의 열전달 효율이 높아질 수 있다.
도 20은 도 17에 도시한 스크러버에 적용되는 열전달부의 사시도이며, 도 21은 도 20의 XXI-XXI 선을 따라 자른 단면도이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 열전달부(60)는 판부(61) 및 방열핀(62)을 포함한다. 판부(61)는 플라즈마 반응부(10)를 향하여 평행하게 배치되어 플라즈마 아크에 의하여 직접 가열되고, 플라즈마 아크 및 처리기체를 통과시키는 복수의 관통홀들(601)을 구비한다.
방열핀(62)은 판부(61)에 연결되어 플라즈마 아크 및 처리기체의 흐름 방향으로 신장 형성된다. 방열핀들(62)은 판부(61)의 하면에 판부(61)의 직경 방향으로 교차하여 배치될 수 있다. 이때, 판부(61)에 구비되는 관통홀들(601)은 방열핀들(62) 사이에 배치되어 처리기체의 유통을 원활하게 한다.
따라서 판부(61)는 플라즈마 아크 및 가열된 처리기체에 직접 접촉되어 가열된다. 방열핀들(62)은 판부(61)에 연결되어 열전도로 가열되어, 판부(61)의 관통홀들(601)을 통과하는 처리기체를 더욱 가열시킬 수 있다.
촉매 반응부(20)는 열전달부(60)에서 가열되어 공급되는 처리기체에 포함된 오염물질을 촉매 반응으로 분해할 수 있도록 구성된다. 수처리부(30)는 촉매 반응부(20)에서 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리한다.
또한, 처리기체는 오염물질로 산화질소(N2O)를 포함할 수 있다. 이 경우, 촉매 반응부(20)는 촉매 반응으로 처리기체에 포함된 산화질소(N2O)를 분해한다.
예를 들면, 촉매 반응부(20)는 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 또는 로디움(Rh) 촉매를 포함할 수 있다. 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 또는 로디움(Rh) 촉매는 처리기체에 포함된 산화질소(N2O)를 분해한다.
도 22는 본 발명의 제13 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식 스크러버의 구성도이다.
도 22를 참조하면, 제13 실시예의 멀티 플라즈마 촉매 방식 스크러버는 멀티 플라즈마 반응부(100; 101, 102), 촉매 반응부(20) 및 수처리부(30)를 포함한다.
멀티 플라즈마 반응부(100; 101, 102)는 공급되는 구동 전압(HV)의 전기 에너지에 의하여 방전기체에 플라즈마 아크를 발생시키도록 구성되어, 즉 전기 에너지를 플라즈마 아크의 열 에너지로 변환시킨다.
난분해성 오염물질(예를 들면, 과불화화합물(PFCs))이 포함된 공정가스(즉 처리기체)는 멀티 플라즈마 반응부(100; 101, 102)의 각각으로 유입되어 멀티 플라즈마 아크의 열 에너지에 의하여 가열될 수 있다.
촉매 반응부(20)는 멀티 플라즈마 반응부(100; 101, 102)에서 발생된 열 에너지에 의하여 가열된 고온의 플라즈마 및 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하도록 구성된다.
촉매 반응부(20)는 처리 대상인 오염물질에 따라 다양한 종류의 촉매를 내장할 수 있다. 예를 들면, 촉매 반응부(20)는 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 또는 로디움(Rh) 촉매를 포함할 수 있다. 산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 또는 로디움(Rh) 촉매는 처리기체에 포함된 산화질소(N2O)를 분해할 수 있다.
멀티 플라즈마 반응부(100; 101, 102)는 촉매 반응으로 오염물질을 안정적으로 분해 및 제거하기 위하여, 촉매 반응부(20)에 다중으로 연결되어 멀티 플라즈마 및 가열된 처리기체를 촉매 반응부(20)에 다중으로 공급한다. 다중으로 공급되는 멀티 플라즈마 아크 및 가열된 처리기체는 촉매 반응부(20) 내부에서 촉매 부피 전체에서 온도 분포를 균일하게 한다.
일례를 들면, 멀티 플라즈마 반응부(100)는 촉매 반응부(20)를 사이에 두고 서로 다른 측에 배치되는 제1 단위 플라즈마 반응부(101)와 제2 단위 플라즈마 반응부(102)를 포함한다.
제1 단위 플라즈마 반응부(101)와 제2 단위 플라즈마 반응부(102)는 촉매 반응부(20)의 서로 반대측에 배치되어 각각에서 플라즈마 아크와 가열된 처리기체를 촉매 반응부(20)로 공급한다. 따라서 촉매 반응부(20)에서 내부의 온도 분포는 단일 플라즈마 반응부에서 플라즈마 아크 및 가열된 처리기체를 공급하는 것보다 더 균일하게 될 수 있다.
도 23은 도 22에 도시한 스크러버에 적용되는 촉매 반응부의 단면도이다.
도 23을 참조하면, 촉매 반응부(20)는 고온의 멀티 플라즈마 및 가열된 처리기체를 유통시키는 촉매 하우징(21), 및 촉매 하우징(21)에 내장되어 멀티 플라즈마와 가열된 처리기체를 유통시켜 처리기체에 대하여 촉매 반응하는 촉매(22)를 포함한다.
제1 단위 플라즈마 반응부(101)와 제2 단위 플라즈마 반응부(102)에서 공급되는 고온의 멀티 플라즈마 및 가열된 처리기체는 촉매 하우징(21) 내의 촉매(22)를 촉매 반응 가능한 온도로 가열한다. 이때, 촉매 하우징(21) 내부의 전체 부피에서 촉매(22)는 균일한 온도 분포를 형성할 수 있다.
촉매(22)는 도시된 바와 같은 구형, 또는 도시되지 않았으나 펠릿형, 허니콤형 또는 파우더형으로 형성될 수 있다. 또한 촉매(22)는 처리기체의 종류에 따라 다양한 물질로 형성될 수 있다. 처리기체에 포함된 난분해성 오염물질은 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)에서 멀티 플라즈마에 의하여 1차로 분해되고, 촉매 반응부(20)에서 2차로 더 분해될 수 있다.
수처리부(30)는 촉매 반응부(20)의 후단에 구비되어, 촉매 반응부(20)에서 처리기체의 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리한다.
따라서 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102) 및 촉매 반응부(20)에서 오염물질이 분해되고, 수처리부(30)에서 수처리된 처리기체가 수처리부(30)로부터 배출된다. 배출되는 처리기체는 오염물질이 제거된 상태이다.
일례를 들면, 수처리부(30)는 과불화화합물(PFCs)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리하고, 불화수소(HF)를 물로 고정 처리한다. 수처리부(30)는 물을 분사하는 노즐(미도시)을 더 구비할 수 있다.
또한, 수처리부(30)는 불화수소(HF)를 포함하는 수처리 생성물을 중화하기 위하여 중화제를 공급하고, 오염물질인 과불화화합물(PFCs)이 제거된 처리기체를 배출할 수 있다. 즉 수처리부(30)에는 중화제 공급라인(미도시)이 연결되고, 오염물질이 제거된 처리기체를 배출하는 배출라인(미도시)이 연결될 수 있다.
본 실시예에 따른 멀티 플라즈마 촉매 방식 스크러버에 적용되는 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)로 도 5에 도시한 플라즈마 반응부가 적용될 수 있으며, 상기 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 방식으로 구동될 수 있다.
따라서 처리기체에 포함된 난분해성 오염물질인 과불화화합물(PFCs)은 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)를 경유하면서 1차 분해 및 제거되고, 촉매 반응부(20)를 경유하면서 2차 분해 및 제거된다. 즉 오염물질의 높은 분해율이 달성될 수 있다.
멀티 플라즈마 반응부(100)는 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)로 구비되어 소형화를 가능하게 한다. 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)의 멀티 플라즈마에 의하여 1차 분해된 처리기체는 농도가 감소하므로 촉매 반응부(20) 및 촉매(22)의 부피를 줄일 수 있다. 따라서 단열에 필요한 촉매 반응부(20)의 부피 및 촉매(22)의 부피를 줄일 수 있다. 즉 멀티 플라즈마 촉매 방식 스크러버 전체의 부피가 감소될 수 있다.
또한, 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)는 소모 전력을 분산하므로 기존의 단일 플라즈마 반응부에 소모 전력이 집중되어 고온 환경을 요구하는 것에 비하여, 다중화를 통하여 소모 전력을 줄이고, 전극(12) 및 하우징(11)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 24는 본 발명의 제14 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 단위 플라즈마 반응부의 구성도이다.
도 24를 참조하면, 단위 플라즈마 반응부(210)에서 하우징(211)은 전극(12)과의 사이에 방전갭(G)을 형성하는 목부(213)에 연결되어 직선으로 연장된 공간(S2)을 형성하는 유동 제어부(214)를 포함한다.
유동 제어부(214)는 전기적으로 접지되어 전극(12)에 연결되는 회전 아크(RA2)를 집중시키도록 하우징(211)의 공간보다 수축되어 유동 장을 제어할 수 있다. 하우징(211)의 직경보다 수축된 유동 제어부(214)는 회전 아크(RA2)를 집중시키므로 제12 실시예의 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)에 비하여, 처리기체의 온도를 더 효과적으로 상승시킬 수 있다.
도 25는 본 발명의 제15 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식의 스크러버에 적용되는 단위 플라즈마 반응부의 구성도이다.
도 25를 참조하면, 단위 플라즈마 반응부(310)는 원통으로 형성되는 하우징(311), 및 하우징(311) 내에 절연 장착되고 방전갭(G3)을 형성하여 구동 전압이 인가되는 전극(12)을 포함한다. 하우징(311)은 일측에 기체 유입구(예를 들면, 제1 유입구(111)와 제2 유입구(112)를 구비하여 방전기체와 처리기체를 유입한다.
하우징(311)은 직선으로 연장된 공간(S3)을 형성하는 유동 제어부(314)를 포함한다. 유동 제어부(314)는 전기적으로 접지되어 전극(12)에 연결되는 회전 아크(RA3)를 유동시키도록 원통으로 형성되어 유동 장을 제어할 수 있다.
유동 제어부(314)는 하우징(311)과 같은 원통으로 형성되어 회전 아크(RA3)를 형성하므로 가공이 용이하고, 제12 실시예의 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)와 제13 실시예의 단위 플라즈마 반응부(210)의 중간 정도로 처리기체의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 26은 본 발명의 제16 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식 스크러버의 구성도이다.
도 26을 참조하면, 제16 실시예에 따른 멀티 플라즈마 촉매 방식의 스크러버에서, 멀티 플라즈마 반응부(410)는 촉매 반응부(20)를 사이에 두고 서로 다른 측에 배치되는 제1 단위 플라즈마 반응부(411), 제2 단위 플라즈마 반응부(412) 및 제3 단위 플라즈마 반응부(413)를 포함한다.
제1 단위 플라즈마 반응부(411), 제2 단위 플라즈마 반응부(412) 및 제3 단위 플라즈마 반응부(413)는 촉매 반응부(20)에서 서로 직각 방향으로 배치되어 각각에서 플라즈마 아크와 가열된 처리기체를 촉매 반응부(20)로 공급한다. 따라서 촉매 반응부(20)에서 내부의 온도 분포는 제12 실시예의 제1, 제2 단위 플라즈마 반응부(101, 102)에서 가열된 처리기체를 공급하는 것보다 더 균일하게 될 수 있다.
본 실시예의 멀티 플라즈마 촉매 방식 스크러버는 히터(50)를 더 포함한다. 히터(50)는 촉매 반응부(20)에 연결되는 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)의 외곽에 각각 구비되어 촉매 반응부(20)로 유입되는 멀티 플라즈마 및 처리기체를 더 가열한다.
히터(50)는 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)와 별도로 구동되어 촉매 반응부(20)로 공급되는 처리기체를 가열할 수 있다. 즉 오염물질인 과불화화합물(PFCs) 중 가장 분해가 어려운 CF4를 분해하는 경우, 750~800℃의 온도가 필요하다.
그리고 처리기체에 CF4가 연속적으로 배출되지 않을 수 있다. 이러한 경우, 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)는 운전 정지되고, 히터(50)가 보조로 구동될 수 있다. 따라서 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)의 운전 비용이 줄어들 수 있다.
이를 위하여, 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)로 처리기체를 공급하는 통로(미도시)에 센서(미도시)를 구비하고, 센서가 공급되는 처리기체에 특정 성분, 예를 들면, CF4를 감지하여, 제1, 제2, 제3단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)와 히터(50)를 선택적으로 제어할 수 있게 한다.
예를 들면, 센서의 감지에 따라 처리기체에 CF4가 배출되지 않는 구간에서는 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)를 정지하고 히터(50)를 이용하여 촉매 반응부(20)로 공급되는 처리기체의 온도를 일정 수준으로 유지하고, CF4가 배출되는 구간에서는 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)를 구동할 수 있다.
즉 특정 구간에서, 히터(50)와 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413)가 구동되어 CF4의 분해 온도까지 처리기체의 온도를 상승시키므로 촉매 반응에 적합한 온도가 효과적으로 조성될 수 있다.
수처리부(30)는 촉매 반응부(20)의 후단에 구비되어, 히터(50)와 제1, 제2, 제3 단위 플라즈마 반응부(411, 412, 413) 및 촉매 반응부(20)를 경유하면서 처리기체의 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리한다.
본 실시예들에 적용되는 단위 플라즈마 반응부로 다양한 형태의 플라즈마 반응부가 적용될 수 있으므로, 도 13, 16에 도시된 플라즈마 반응부가 적용될 수 있으며, 상기 도 13, 16을 참조하여 설명한 방식으로 구동될 수 있다.
도 27은 본 발명의 제17 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식 스크러버의 구성도이다.
도 27을 참조하면, 제17 실시예에 따른 멀티 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 단위 플라즈마 반응부(500)의 전방 또는 촉매 반응부(20)의 전방에 처리기체를 공급하거나 양측 모두에서 처리기체를 공급하도록 형성될 수 있다.
또한, 멀티 플라즈마 촉매 방식 스크러버는 유동 제어부(514)를 구비하는 경우 단위 플라즈마 반응부(500)의 전방, 유동 제어부(514) 또는 촉매 반응부(20)의 전방에 처리기체를 공급하거나, 적어도 2곳에서 처리기체를 공급하도록 형성될 수도 있다.
도 28는 본 발명의 제18 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 28을 참조하면, 제18 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 제1 실시예와 비교할 때, 플라즈마 반응부(10)의 전방에 공정 챔버(130) 및 진공 펌프(140)를 더 포함한다.
공정 챔버(130)는 반도체 제조 공정을 수행하는 진공 챔버로써, 공정 중에 과불화화합물이 포함된 난분해성 처리기체를 발생시킨다. 진공 펌프(140)는 공정 챔버(130)와 플라즈마 반응부(10) 사이에 배치되어, 공정 챔버(130)에서 발생되는 공정가스(즉 처리기체)를 플라즈마 반응부(10)로 공급한다.
제18 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 반도체 제조 공정을 수행하는 공정 챔버(130)에서 발생되는 처리기체를 플라즈마 반응부(10)와 촉매 반응부(20)에서 분해 및 제거하는 예를 보여 주고 있다.
공정 챔버(130)에서 생성되는 공정가스는 진공 펌프(140)의 작동으로 플라즈마 반응부(10)에서 고온의 회전 아크에 의하여 부분적으로 분해되면서 고온으로 가열되고, 고온을 요구하는 촉매 반응부(20)에서 별도의 가열 수단 없이 촉매 반응으로 분해될 수 있다.
도 29는 본 발명의 제19 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 29을 참조하면, 제19 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 제18 실시예와 비교할 때, 진공 펌프(140)와 플라즈마 반응부(10) 사이에 배치되는 프리필터(150)를 더 포함한다.
프리필터(150)는 진공 펌프(140)로부터 공급되는 공정가스(즉 처리기체)에 포합된 입자상 물질을 필터링 하여, 입자상 물질이 플라즈마 반응부(10)로 유입되는 것을 방지한다.
즉 프리필터(150)는 입자상 물질이 촉매 반응부(20)로 공급되어 촉매(22) 내에서 막힘(clogging)이 일어나는 것을 방지한다. 프리필터(150)는 이와 같은 문제점을 방지할 수 있다.
도 30은 본 발명의 제20 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 30을 참조하면, 제20 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 제18 실시예와 비교할 때, 공정 챔버(131, 132, 133)를 복수로 구비하고, 진공 펌프(141, 142, 143)을 복수로 구비하여 공정 챔버(131, 132, 133)에 각각 연결한다.
복수의 진공 펌프(141, 142, 143)는 공통 라인(123)으로 하나의 플라즈마 반응부(10)에 공통으로 연결된다. 즉 제20 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 복수의 진공 펌프(141, 142, 143)를 플라즈마 반응부(10)에 연결하여 각 공정 챔버(131, 132, 133)의 처리기체를 공통으로 분해한다. 따라서 플라즈마 반응부(10) 및 촉매 반응부(20)의 처리 용량이 증가될 수 있다.
도 31은 본 발명의 제21 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 31을 참조하면, 제21 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 제1 실시예와 비교할 때, 플라즈마 반응부(10)의 전방에 공정 챔버(130) 및 진공 펌프(140)를 구비하고, 촉매 반응부(20)의 후방에 구비되는 수 처리부(55)를 더 포함한다.
수 처리부(55)는 촉매 반응부(20)의 후방에 연결되어, 촉매 반응부(20)에서 처리기체의 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리한다.
따라서 촉매 반응부(20)에서 오염물질이 분해되고 수 처리부(55)에서 수처리된 처리기체가 수 처리부(55)로부터 배출된다. 배출되는 처리기체는 오염물질이 제거된 상태이다.
일례를 들면, 수 처리부(55)는 과불화화합물(PFC)로부터 분해된 물질에 물(H20)을 분사하여 분해된 물질을 불화수소(HF)로 고정 처리하고, 불화수소(HF)를 물로 고정 처리한다. 수 처리부(55)는 물을 분사하는 노즐(미도시)을 구비할 수 있다.
또한 수 처리부(55)는 불화수소(HF)를 포함하는 수처리 생성물을 중화하기 위하여 중화제를 공급하고, 오염물질인 과불화화합물(PFC)이 제거된 처리기체를 배출할 수 있다. 즉 수 처리부(55)에는 중화제 공급라인(미도시)이 연결되고, 오염물질이 제거된 처리기체를 배출하는 배출라인(미도시)이 연결될 수 있다.
도 32는 본 발명의 제22 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 32를 참조하면, 제22 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 제18 실시예와 비교할 때, 공정 챔버(134, 135)를 복수로 구비하고, 진공 펌프(144, 145)을 복수로 구비하여 공정 챔버(134, 135) 각각에 연결하며, 플라즈마 반응부(101, 102)를 복수로 구비하여 진공 펌프(144, 145) 각각에 연결한다.
복수의 진공 펌프(144, 145)는 라인(441, 451)으로 플라즈마 반응부(101, 102)에 각각 연결된다. 촉매 반응부(20)는 복수의 플라즈마 반응부(101, 102)에 각 측으로 연결되어, 다른 일측에 수 처리부(55)에 연결된다. 즉 촉매 반응부(20)의 양측에 플라즈마 반응부(101, 102)가 연결되어 촉매 반응부(20)의 양측으로 고온의 회전 아크(A)와 처리기체가 공급된다.
촉매 반응부(20)는 양측으로 공급되는 회전 아크(A)와 처리기체에 의하여 가열되어 처리기체를 분해하여, 수 처리부(55)로 공급한다. 즉 제22 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 복수의 플라즈마 반응부(101, 102)를 촉매 반응부(20)에 연결하여 처리기체를 분해하므로 처리 용량을 증대시키고 촉매(22) 내의 온도 균일도를 더 높게 유지시킬 수 있다.
도 33은 본 발명의 제23 실시예에 따른 플라즈마-촉매 방식의 스크러버의 구성도이다.
도 33을 참조하면, 제23 실시예의 플라즈마-촉매 방식의 스크러버는 제21 실시예와 비교하면, 플라즈마 반응부(10)와 촉매 반응부(20) 사이에 구비되는 열전달부(60)를 더 포함한다.
열전달부(60)는 플라즈마 반응부(10)에서 발생된 고온 플라즈마의 회전 아크(A)에 접촉되어, 고온 플라즈마의 회전 아크(A) 열에 의하여 직접 가열되고 이 과정에서 처리기체의 일부를 분해하며, 고온 플라즈마의 회전 아크(A)를 통과시키면서 회전 아크(A)의 열 에너지를 전달받아서, 통과하는 처리기체를 가열하거나 일부 분해한다.
즉 고온 플라즈마의 회전 아크(A)는 처리기체와 직접 접촉되지 않은 경우에도 열전달부(60)를 통과하면서 가열하므로 열전달부(60)를 통과하는 처리기체를 간접적으로 800도씨(촉매 반응부가 촉매 반응하는 온도) 정도로 가열할 수 있다. 따라서 플라즈마 반응부(10) 및 열전달부(60)는 플라즈마 방식만으로 처리기체를 열분해 하는 종래기술과 비교할 때, 소비 전력량을 현저히 줄일 수 있다.
일례를 들면, 열전달부(60)는 판부(61) 및 방열핀(62)을 포함한다. 판부(61)는 플라즈마 반응부(10)를 향하여 평행하게 배치되어 고온 플라즈마의 회전 아크(A)에 의하여 직접 가열되고, 고온 플라즈마의 회전 아크(A) 및 처리기체를 통과시키는 복수의 관통홀들(601)을 구비한다.
방열핀(62)은 판부(61)에 연결되어 고온 플라즈마의 회전 아크(A) 및 처리기체의 흐름 방향으로 신장 형성된다. 방열핀들(62)은 판부(61)의 하면에 판부(61)의 직경 방향으로 교차하여 배치될 수 있다. 이때, 판부(61)에 구비되는 관통홀들(611)은 방열핀들(62) 사이에 배치되어 처리기체의 유통을 원활하게 한다.
따라서 판부(61)는 고온 플라즈마의 회전 아크(A) 및 가열된 처리기체에 직접 접촉되어 가열된다. 방열핀들(62)은 판부(61)에 연결되어 열전도로 가열되어, 판부(61)의 관통홀들(611)을 통과하는 처리기체를 더욱 가열시킬 수 있다.
촉매 반응부(20)는 열전달부(60)에서 가열되어 공급되는 처리기체에 포함된 오염물질을 촉매 반응으로 분해한다. 그리고 수 처리부(55)는 촉매 반응부(20)에서 오염물질로부터 분해된 물질에 물을 분사하여 분해된 물질을 물로 고정 처리한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (40)

  1. 전기 에너지로 방전기체를 플라즈마 아크의 열 에너지로 변환하고 일측으로 유입되는 처리기체를 상기 열 에너지로 분해하면서 가열하는 플라즈마 반응부; 및
    상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 촉매 반응부
    를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는,
    일측에 제1 유입구와 제2 유입구를 구비하여 상기 방전기체와 상기 처리기체를 유입하고, 좁아지는 목부를 형성하는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 절연 장착되고 구동 전압이 인가되는 전극
    을 포함하며,
    상기 하우징은,
    상기 목부에 연결되어 확장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 길게 유도하는 확장부를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 목부를 중심으로 상기 전극 측에서 좁아지는 직경보다 상기 확장부에서 확장되는 직경이 더 크게 형성되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는,
    일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고, 구동 전압이 인가되는 전극; 및
    상기 전극에 연결되고 전기적으로 접지되어 방전갭을 형성하고, 상기 방전갭 측에 제1 유입구를 구비하여 상기 방전기체를 유입하는 하우징을 포함하며,
    상기 하우징은,
    상기 전극의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 방전갭 측에 제2 유입구를 더 구비하여 상기 처리기체를 유입하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 확장부 측에 제2 유입구를 더 구비하여 상기 처리기체를 유입하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는,
    일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고, 제1 유입구와 제2 유입구를 구비하여 상기 방전기체와 처리기체를 각각 유입하는 하우징; 및
    상기 하우징의 외주에 배치되는 RF (radio frequency) 유도 코일을 포함하며,
    상기 하우징은,
    상기 RF 유도 코일의 반대측에서 확장된 공간을 형성하는 확장부를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는,
    일측이 폐쇄된 원통으로 형성되고 제1 유입구를 구비하여 상기 방전기체를 유입하는 하우징; 및
    상기 하우징의 외주에 배치되는 RF (radio frequency) 유도 코일을 포함하며,
    상기 하우징은,
    상기 RF 유도 코일의 반대측에서 확장된 공간을 형성하고, 제2 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하는 확장부를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는,
    중심에 길이 방향으로 배치되는 제1 전극;
    상기 제1 전극의 외주에 방전갭을 형성하여 길이 방향으로 배치되고, 상기 제1 전극과의 사이에 제1 유입구를 구비하여 상기 방전기체를 유입하는 제2 전극; 및
    원통으로 형성되어 상기 제2 전극을 수용하고, 상기 제2 전극의 후방에 제2 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하는 하우징을 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은,
    각각 내부에 냉각수를 순환시키는 냉각수 통로를 구비하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는,
    일측으로 상기 방전기체가 공급되고 전기적으로 접지되는 하우징,
    상기 하우징에 내장되어 상기 하우징의 내면과의 사이에 방전갭을 형성하고 구동전압이 인가되는 전극, 및
    상기 하우징의 토출구의 외곽에서 구비되고 상기 하우징의 공급홀을 통하여 상기 하우징의 내측으로 상기 처리기체를 공급하여, 상기 토출구로 토출되는 상기 플라즈마 아크를 유동시키는 챔버
    를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징의 공급홀은 상기 하우징의 내주면에 접하는 접선 방향으로 형성되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부는
    산화망간계, 귀금속계, 루테늄(Ru) 및 로디움(Rh) 중 어느 하나의 촉매를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부는
    펠릿형, 구형, 허니콤형 및 파우더형 중 하나로 형성되는 촉매를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부는,
    가열된 상기 처리기체가 흐르는 길이 방향으로 온도 편차를 해소하는 온도 편차 제거부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부는 하우징에 내장되는 촉매를 포함하고,
    상기 온도 편차 제거부는,
    상기 촉매 내에서 상기 길이 방향으로 배치되고 복수의 기체 통로들을 구비하는 튜브를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 튜브는 상기 길이 방향의 끝을 폐쇄하여 형성되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부는 하우징에 내장되는 촉매를 포함하고,
    상기 온도 편차 제거부는,
    상기 하우징의 외주에 배치되는 RF 유도 코일을 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부의 후단에 구비되어 상기 촉매 반응부에서 처리기체로부터 분해된 오염물질에 물을 분사하여 분해된 오염물질을 물로 고정 처리하는 수처리부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 수처리부는 불화수소를 포함하는 수처리 생성물을 중화하기 위하여 중화제를 공급하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  21. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부 사이에 배치되어, 상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 상기 촉매 반응부에 균일한 분포로 제어하는 유동 제어부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 유동 제어부는,
    상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부를 연결하는 제어부 하우징, 및
    상기 제어부 하우징 내에 배치되어 유동을 제어하는 유동판을 포함하며,
    상기 유동판은,
    상기 플라즈마 반응부 측에 평면으로 형성되어 중앙에 최소 직경부를 구비하고, 상기 최소 직경부에서 단계적으로 확산되어 상기 처리기체의 흐름을 균일하게 하도록 상기 촉매 반응부 측에 최대 직경부를 형성하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 유동 제어부는,
    상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부를 연결하는 제어부 하우징,
    상기 제어부 하우징 내에 배치되어 통로를 형성하는 유동판, 및
    상기 유동판의 일측에서 상기 통로보다 좁은 미세 통로로 형성되어 처리기체의 흐름을 균일하게 하는 스트레이트너를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  24. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부의 외곽에 구비되어 상기 촉매 반응부를 가열하는 히터를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부의 후단에 구비되어 상기 플라즈마 반응부로 유입되는 상기 처리기체를 경유시켜 열을 회수하는 열교환부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부와 상기 촉매 반응부 사이에 구비되어, 상기 플라즈마 반응부에서 발생된 플라즈마 아크에 접촉되고 상기 플라즈마 아크를 통과시키면서 열 에너지를 전달받아 처리기체를 가열하는 열전달부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 열전달부는,
    상기 플라즈마 반응부를 향하여 평행하게 배치되어 상기 플라즈마 아크에 의하여 가열되고, 상기 플라즈마 아크 및 처리기체를 통과시키는 관통홀을 구비하는 판부, 및
    상기 판부에 연결되어 상기 처리기체의 흐름 방향으로 신장되는 방열핀
    을 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 방열핀은,
    상기 판부의 하면에 상기 판부의 직경 방향으로 배치되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 판부에 구비되는 관통홀들은 상기 방열핀들 사이에 배치되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 열전달부와 상기 촉매 반응부는 관체에 내장되고,
    상기 플라즈마 반응부는 상기 관체의 일측에 연결되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  31. 전기 에너지로 플라즈마 아크의 열 에너지를 생성하여 상기 열 에너지로 처리기체를 분해하면서 가열하는 단위 플라즈마 반응부를 다중으로 구비하는 멀티 플라즈마 반응부; 및
    상기 열 에너지로 가열된 상기 처리기체를 다중으로 유입하여 내장된 촉매의 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 상기 멀티 플라즈마 반응부에 다중으로 연결되는 촉매 반응부
    를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 멀티 플라즈마 반응부는,
    상기 촉매 반응부를 사이에 두고 서로 다른 측에 배치되는 제1 단위 플라즈마 반응부와 제2 단위 플라즈마 반응부를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 단위 플라즈마 반응부는,
    일측에 기체 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하고, 좁아지는 목부를 형성하며 전기적으로 접지되는 하우징, 및
    상기 하우징 내에 절연 장착되고 방전갭을 형성하여 구동 전압이 인가되는 전극
    을 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 목부에 연결되어 확장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 길게 유도하도록 확장되어 유동장을 제어하는 유동 제어부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  35. 제 33 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 목부에 연결되어 직선으로 연장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 집중시키도록 수축되어 유동 장을 제어하는 유동 제어부를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 단위 플라즈마 반응부는,
    일측에 기체 유입구를 구비하여 상기 처리기체를 유입하고 원통으로 형성되는 하우징; 및
    상기 하우징 내에 절연 장착되고 방전갭을 형성하여 구동 전압이 인가되는 전극을 포함하며,
    상기 하우징은,
    직선으로 연장된 공간을 형성하고 전기적으로 접지되어 상기 전극에 연결되는 회전 아크를 유동시키도록 원통으로 형성되어 유동 장을 제어하는 유동 제어부를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  37. 반도체 제조 공정을 수행하여 과불화화합물이 포함된 난분해성 처리기체를 발생하는 공정 챔버;
    전기 에너지로 방전기체를 플라즈마 아크의 열 에너지로 변환하고 일측으로 유입되는 상기 처리기체를 상기 열 에너지로 분해하면서 가열하는 플라즈마 반응부; 및
    상기 플라즈마 반응부에서 가열된 처리기체를 유입하여 촉매 반응으로 상기 처리기체에 포함된 오염물질을 분해하는 촉매 반응부; 및
    상기 공정 챔버와 상기 플라즈마 반응부 사이에 배치되어 상호 연결되어 상기 공정 챔버의 상기 처리기체를 상기 플라즈마 반응부로 공급하는 진공 펌프
    를 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 진공 펌프와 상기 플라즈마 반응부 사이에 배치되어 상기 처리기체에 포함된 입자상 물질을 필터링 하는 프리필터를 더 포함하는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 공정 챔버는 복수로 구비되며,
    상기 진공 펌프는 복수로 구비되어 상기 복수의 공정 챔버에 각각 연결되어 상기 플라즈마 반응부에 연결되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 플라즈마 반응부는 상기 복수의 진공 펌프 각각에 대응하도록 복수로 구비되며,
    상기 촉매 반응부는 상기 복수의 플라즈마 반응부에 연결되는 플라즈마-촉매 방식의 스크러버.
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