KR101438589B1 - 스크러버의 가변연소챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스크러버의 가변연소챔버에 관한 것으로, 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 내측에 위치하며, 외부에서 연결되는 산소공급관을 통해 공급된 산소와, 제2연료가스공급관을 통해 연료 가스를 공급받아 각각 상부와 하부에서 분리되게 분사하는 원통형의 연소실과, 폐 가스를 상기 하우징 내에 공급하는 폐가스공급관에 연결되어, 상기 폐 가스와 연료 가스가 혼합되도록 하는 제1연료가스공급관을 포함한다. 본 발명은 폐 가스의 종류에 따라 예혼합식 또는 비예혼합식의 방식으로 폐 가스를 연소처리할 수 있어, 연료 가스의 소비량을 최적화하여 비용을 절감할 수 있으며, 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

Description

스크러버의 가변연소챔버{Variable combustion chamber of the scrubber}

본 발명은 스크러버의 가변연소챔버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공정의 종류별로 다양한 형태의 운전이 가능한 스크러버의 가변연소챔버에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자, 평판 디스플레이 소자의 제조에는 다양한 가스를 사용하며, 이처럼 제조 공정에 사용된 폐 가스는 대기로 직접 배출될 수 없으며, 다양한 방식으로 처리하여 안전한 상태로 배출되어야 한다.

폐 가스를 처리하는 방법으로는 폐가스를 물의 접촉면을 넓혀 물에 가스를 흡수 및 용해시켜 처리하는 습식 처리방식과, 열원에 의해 가스를 열 산화시켜 처리하는 열산화 처리방식, 또한 흡착제를 통해 폐가스를 물리적 또는 화학적으로 흡착 처리하는 건식 처리방식이 있다. 이중 열원에 의한 폐가스의 열산화 처리방식에는 히터에 의한 처리방식, LNG 또는 H₂ 등의 연료가스의 연소에 의한 처리방식, 열 플라즈마의 불꽃에 의한 처리방식으로 분류된다.

상기한 방식 중에 연소 처리 방식은, 폐 가스의 종류에 따라 폐 가스에 연소가스를 미리 혼합한 후 연소시키는 예혼합방식 또는 폐 가스를 연소공간을 지나도록 하여 처리하는 확산방식을 사용할 수 있다. 연료 가스를 미리 혼합한 후 연소시키는 예혼합 방식은 상대적으로 고온 처리가 필요한 에칭(Etching)에 사용된 PFC, SF₆ 등의 가스를 처리하기에 적당하며, 이때 폐 가스의 처리시 확산방식에 비해 연료가스의 소비량을 줄일 수 있다.

이와 반대로 확산방식은 적은 연료로 처리 가능한 증착 공정의 클리닝가스(NF₃) 처리에서는 연소공간에서 폐 가스와 산소의 혼합으로 적은 양의 연료 가스를 사용하여 폐 가스를 처리하는 방식이다.

이처럼 폐 가스의 종류에 따라 서로 다른 연소 방식의 스크러버를 사용하며, 이러한 방식이 폐 가스의 종류와 적절하게 조합되지 않는 경우 불필요하게 연료 가스의 소비량이 증가하거나, 폐 가스의 처리가 완전히 이루어지지 않을 수 있다.

이와 같은 방식들의 한 예인 등록특허 10-0631289(폐 가스 정화처리장치의 가스 버너 노즐)에는 폐가스가 공급되는 공급관의 외측으로 다수의 연료 가스 공급노즐이 마련되고, 그 연료 가스 공급구의 외측에는 다수의 산소가스 공급노즐을 포함하는 버너 노즐이 기재되어 있다. 이러한 구성은 폐 가스를 직접 연소의 화염에 접촉시키는 확산연소방식으로, 산소노즐의 각도를 조절하여 버너의 화염과 폐 가스가 잘 혼합됨과 동시에 화염을 안정적으로 형성시키고, 일산화 탄소의 발생량을 현저하게 줄여 완전 연소시키는 장치로 설명되어 있다.

그러나 에칭 공정의 가스 중 특히 고온에서 열 산화되는 PFC 가스의 경우 폐 가스와 확산 연소의 화염이 예혼합 연소 화염에 비해 열 전달이 낮아 PFC 가스를 처리하기 위해서는 연료 사용량이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

또한 등록특허 10-0623369(반도체 제조 장비용 배기가스 처리장치의 버너)에는 위의 예와 마찬가지로 중앙부에 폐 가스가 공급되는 공급관이 마련되며, 공급관 외측으로 연료 가스 공급 노즐 및 연료 가스 공급노즐 외측에 산소가스 공급노즐이 마련되며, 산소가스 노즐 외면을 따라 냉각 공간이 형성되어 있는 조립 설치관이 포함된 버너가 기재되어 있다. 이러한 구성은 상기 등록특허 10-0631289호와 같이 확산연소 방식의 버너에 관한 것이며, 연료와 산소의 혼합을 촉진할 수 있고, 연료 및 산소의 혼합가스가 폐 가스와 혼합되지 않게 할 수 있으며, 배기가스의 연소 전 상호 혼합을 방지할 수 있어, 배기가스의 연소 효율을 향상시키는 구성이다. 그러나 이와 같은 종래의 버너 역시 특정 가스에 대하여 높은 연료 소비량을 가지는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 폐 가스의 연소 처리 전에 폐 가스에 연료 가스를 혼합하는 예혼합방식과 예혼합을 사용하지 않는 방식으로 가변하여 운용함이 가능한 스크러버의 가변연소챔버를 제공함에 있다.

아울러 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 폐 가스의 종류에 따라 연료 가스의 공급유량을 가변시켜 연료 가스가 낭비되는 것을 방지할 수 있는 스크러버의 가변연소챔버를 제공함에 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 장치를 분해하지 않고도 주기적으로 연소 공간 등을 세정할 수 있는 가변연소챔버를 제공함에 있다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명 스크러버의 가변연소챔버는, 원통형의 하우징과, 상기 하우징의 내측에 위치하며, 외부에서 연결되는 산소공급관을 통해 공급된 산소와, 제2연료가스공급관을 통해 연료 가스를 공급받아 각각 상부와 하부에서 분리되게 분사하는 원통형의 연소실과, 폐 가스를 상기 하우징 내에 공급하는 폐가스공급관에 연결되어, 상기 폐 가스와 연료 가스가 혼합되도록 하는 제1연료가스공급관을 포함한다.

본 발명은, 폐 가스의 종류에 따라 예혼합방식 또는 확산방식의 방식으로 폐 가스를 연소처리할 수 있어, 연료 가스의 소비량을 최적화하여 비용을 절감할 수 있으며, 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

아울러 본 발명은 분해하지 않고도 주기적으로 챔버 내부를 세정할 수 있어, 폐 가스를 발생시키는 공정의 중단 없이도 지속적인 폐 가스의 처리가 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 연료 가스의 공급 위치와 산소 가스의 공급 위치를 최적화하여, 연료의 소비를 최소화하면서도 폐 가스의 처리 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크러버의 가변연소챔버의 상세 구성도이다.
도 2와 도 3는 본 발명의 가변연소챔버가 예혼합 상태의 연소와 비혼합 상태의 연소 상태를 보인 모식도이다.

이하, 본 발명 연소식 스크러버 시스템에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크러버의 가변연소챔버의 단면 구성도이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가변연소챔버는, 원통형의 하우징(180)과, 상기 하우징(180) 내로 폐 가스를 공급하는 폐가스공급관(120)과, 상기 하우징(180)의 내측에 위치하며, 외부에서 연결되는 산소공급관(150)을 통해 공급된 산소와, 제2연료가스공급관(112)을 통해 연료 가스를 공급받아 각각 상부와 하부에서 분리되게 분사하는 원통형의 연소실(140)과, 상기 하우징(180)의 내측에 위치하며, 상기 폐가스공급관(120)에 연료가스를 공급하여, 폐 가스와 연료가스가 혼합되도록 하는 제1연료가스공급관(111)과, 점화를 위한 점화기(163)와, 연소상태를 확인할 수 있는 제1자외선센서(161) 및 제2자외선센서(162)와, 상기 하우징(180)의 하부측에 냉각수를 공급하는 냉각수공급관(190)을 포함한다.

상기 하우징(180)은 상부측의 연소챔버하우징(181)과, 상기 연소챔버하우징(181)의 하부에 위치하는 파일럿챔버하우징(182)과, 상기 연소챔버하우징(181)의 상부를 덮는 중공매니폴드(185)를 포함하여 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 스크러버의 가변연소챔버의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 가변연소챔버의 외형을 이루는 하우징(180)은 상하로 구분되는 두 개의 원통형 하우징을 포함한다. 상부에는 연소챔버하우징(181)이 마련되며, 그 내부에는 단열재(183)가 충진 되어 연소열이 유지될 수 있도록 단열시킨다.

또한 상기 연소챔버하우징(181)의 하부에 위치하는 파일럿챔버하우징(182)에는 냉각수공급관(190)을 통해 냉각수가 공급되어 과열을 방지하게 된다.

이때 상기 파일럿챔버하우징(182) 내에 공급된 냉각수는 순환관(184)를 통해 상기 중공매니폴드(185)로 공급되어 하우징(180)의 상부측이 과열되는 것을 방지할 수 있게 된다.

상기 연소챔버하우징(181)의 내측에는 원통형의 연소실(140)이 위치하며, 그 연소실(140)의 내경부를 통해 폐 가스가 정화 처리된다. 상기 연소실(140)의 구조는 산소공급관(150)을 통해 산소를 공급받아 내경부를 향해 고르게 분사하는 다수의 산소노즐(142)이 마련된 상부실(141)과, 상부실(141)의 하부에 마련되어 상기 제2연료가스공급관(112)을 통해 연료 가스를 공급받아 내경부로 분사하는 연료노즐(144)를 포함하는 하부실(143)을 포함하여 구성된다.

즉, 연소실(140)은 산소공급관(150)과 연료 가스를 분기하여 공급하는 제2연료가스공급관(112)에 연결되어 있으며, 내경의 상부측에서는 산소가 분사되고, 하부측에서는 연료 가스가 분사되는 구조다.

상기 연소실(140)의 내경부의 상부측에서는 폐가스공급관(120)을 통해 공급되는 폐 가스가 유입된다. 이때 연료 가스는 제1연료가스공급관(111) 또는 제2연료가스공급관(112)을 통해 선택적으로 공급될 수 있다.

즉, 제1연료가스공급관(111)을 통해 연료 가스가 공급되어, 상기 폐 가스와 혼합되어 예혼합을 이루게 된다.

상기 제1연료가스공급관(111)을 통해 연료 가스가 공급되는 상태에서는 도 2에 도시한 바와 같이 폐가스 공급관(120)에서 제1연료가스공급관(111)을 통해 공급되는 연료가스와 폐 가스가 혼합된다.

또한 상기 산소공급관(150)을 통해 산소가 연소실(140)의 상부실(141)에 공급된 후, 산소노즐(142)을 통해 분사되면서 산소가 상기 폐 가스와 연료 가스가 예혼합된 예혼합가스와 혼합된다. 이때 점화기(163)의 화염에 의해 연소가 일어나게 된다.

즉, 본 발명이 예혼합방식의 버너로 동작하게 된다.

이와 반대로 상기 제2연료가스공급관(112)을 통해서만 연료가스가 공급되면, 상기 연료가스는 하부실(143)의 내경부에 마련된 연료노즐(144)를 통해 분사되며, 산소공급관(150)을 통해 연소실(140)의 상부실(141)에 공급된 산소가 산소노즐(142)를 통해 분사되어, 상기 연료와 산소가 혼합되고 점화기(163)에 의해 점화되어 상기 폐가스 공급관(120)을 통해 공급되는 폐 가스를 처리하게 된다.

즉, 본 발명이 확산방식의 버너로 동작하게 된다.

상기 산소노즐(142)과 연료노즐(144) 각각은 연소실(140)의 내경부 중앙을 향해 산소와 연료 가스를 각각 분사하도록 다수가 마련되어 있으며, 상하로도 다층 배치된다.

이때 산소노즐(142)과 연료노즐(144) 각각의 높이 간격은 1 내지 5cm로 하는 것이 바람직하며, 좌우로의 배치는 상기 연소실(140)의 내경 중앙을 기준으로 상호 5 내지 40도의 각도로 배치되는 것이 바람직하다.

이러한 범위는 실험적인 것이며, 이 범위를 넘어서는 경우 연소가 불완전하게 되어 폐 가스의 처리 효율이 저하되는 것을 확인할 수 있다.

도 2와 도 3은 각각 예혼합방식의 연소와 비혼합 상태의 연소 상태를 보인 모식도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 폐 가스는 연료 가스와 예혼합된 상태에서 연소실(140)의 내경 전체에서 연소되며, 이때는 난분해성 폐 가스를 처리하기 위하여 연료 가스의 소모량을 증가시킨 것이다.

도 3은 분해(또는 석출반응)이 용이한 폐 가스를 연료 가스의 소모량을 최소화하여 처리할 수 있는 상태를 나타낸다.

따라서 본 발명의 가변연소챔버는 폐 가스의 종류에 따라 서로 다른 연소 운전 형태를 가질 수 있으며, 하나의 장비로 폐 가스의 종류에 무관하게 적용하여 처리할 수 있는 장점이 있다.

상기와 같은 연소과정의 상태는 가변연소챔버의 상부측에 마련된 제1자외선센서(161)와 상기 연소실(140) 하부 측면측에 마련된 제2자외선센서(162)에 의해 검출된다.

이와 같은 처리 과정이 지속 되면 가변연소챔버 내에는 폐 가스의 산화에 의한 석출물이 잔류할 수 있게 되어, 연소 효율이 낮아질 수 있다.

이때에는 상기 연소실(140)의 내경 상부측에 마련된 정화노즐(130)을 사용하여 내부를 세정할 수 있다. 상기 정화노즐(130)은 질소 등의 비활성가스 또는 물을 분사하여 정화할 수 있으며, 비활성가스와 물의 이류체를 분사하여 내부를 정화할 수 있다.

이와 같은 분사에 의해 가변연소챔버의 내부는 세정될 수 있으며, 가변연소챔버의 하우징(180)을 분리하지 않고도 세정처리하여, 작업시간을 단축하여 생산성의 저하를 방지할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 폐 가스의 종류에 따라 연소 방식을 가변할 수 있어, 동일한 장치로 다양한 폐 가스를 처리할 수 있기 때문에 연료 가스의 낭비를 방지하며, 최적의 처리가 가능하게 된다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

111:제1연료가스공급관 112:제2연료가스공급관
120:폐가스공급관 130:정화노즐
140:연소실 141:상부실
142:산소노즐 143:하부실
144:연료노즐 150:산소공급관
161:제1자외선센서 161:제2자외선센서
163:점화기 180:하우징
181:연소챔버하우징 182:파일럿챔버하우징
183:단열재 184:순환관
185:중공매니폴드 190:냉각수공급관

Claims (6)

1. 상부에 중공매니폴드가 덮히며, 측면에 단열재가 충진되는 연소챔버하우징와, 상기 연소챔버하우징의 하부에 위치하며, 냉각수가 순환되는 파일럿챔버하우징을 구비하는 원통형의 하우징;
   상기 하우징의 내측에 위치하며, 외부에서 연결되는 산소공급관을 통해 공급된 산소와, 제2연료가스공급관을 통해 연료 가스를 공급받아 각각 상부와 하부에서 분리되게 분사하는 원통형의 연소실; 및
   폐 가스를 상기 하우징 내에 공급하는 폐가스 공급관에 연결되어, 상기 폐 가스와 연료 가스가 혼합되도록 하는 제1연료가스공급관을 포함하는 스크러버의 가변연소챔버.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 파일럿챔버하우징의 냉각수는 순환관을 통해 상기 중공매니폴드에 공급되는 것을 특징으로 하는 스크러버의 가변연소챔버.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 연소실의 내경부로 비활성가스 또는 물을 분사하거나, 비활성가스와 물의 이류체를 분사하여 연소실 내부를 세정하는 정화노즐을 더 포함하는 스크러버의 가변연소챔버.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 연소실은,
   내경부 중앙을 향해 상기 산소를 분사하도록 둘레를 따라 마련되며, 상하로도 다수 배치되는 산소노즐을 포함하는 상부실; 및
   내경부 중앙을 향해 상기 연료 가스를 분사하도록 둘레를 따라 마련되며, 상하로도 다수 배치되는 연료노즐을 포함하는 하부실을 포함하는 스크러버의 가변연소챔버.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 산소노즐과 연료노즐 각각은,
   각각의 높이 방향의 간격은 1 내지 5cm이며,
   좌우로의 배치는 상기 연소실의 내경 중앙을 기준으로 상호 5 내지 40도의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 스크러버의 가변연소챔버.
   
   

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