KR100812716B1 - 가스 불순물 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 실외의 공기를 흡기하는 과정에서 외부 공기에 포함된 분진과 냄새를 제거한 후 깨끗한 공기만을 흡입하여 공급시킬 수 있게 한 공기의 물리·화학적 정화기능을 갖는 가스 불순물 제거장치에 관한 것으로서, 챔버 내에 가스 불순물이 유통 가능한 외기 공조기와 가스 불순물 제거수단으로서 액체입자를 발생시키는 액 분사 노즐과 불순물 제거 수단인 엘리미네이터를 내장한 채널 구조를 특징으로 하는 가스 불순물 제거장치에 있어서, 상기 액 분사 노즐의 상류측은 하전장치에 의해 하전되고, 상기 하전된 유입 외기는 상기 액 분사 노즐에 상기 하전되는 전극과 대향 극성의 고전압을 인가하여 상기 대전된 액 분사 노즐을 통해 분사되어 하전되는 수 분사입자와 협동적으로 합체되어, 상기 엘리미네이터으로 지향되도록 된 것을 해결 수단으로 한다.

Description

가스 불순물 제거 장치{Gas eliminator for semiconductor facility}

도 1은 종래의 가스 불순물 제거 장치의 측면 구성을 도시한 측면 구조도,

도 2는 본 발명에 의한 가스 불순물 제거장치의 측면 구조도, 및

도 3은 본 발명에 따른 가스 불순물 제거장치의 평면 구조를 나타낸 구조도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2 : 챔버 10 : 하전장치

11 : 대전하우징 13 : 대전와이어

32 : 수용부 33 : 펌프

40 : 고전압 발생기 50 : 메쉬그리드

210 : 엘리미네이터 310 : 액 분사 노즐

본 발명은 가스 불순물 제거장치에 관한 것으로, 특히 하전장치와 액 분사노즐의 하전 극성을 상호 역으로 하여, 수 분사입자 끼리의 분산능을 증대함과 동시에, 이 분산되는 수 분사입자에 대향 극성으로 하전된 공기 중의 이물질이 보다 효율적으로 연합되어 낙하되도록 함으로써, 공기정화능을 가 한층 높인 가스 불순물 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체나 액정 등의 전자 디바이스 제품은 공기 온,습도 및 실내 압력을 일정하게 하고, 동시에 공기중의 부유 입자가, 한정된 청정도레벨 (일반적으로는 미국연방 규격 209D)로 관리된 환경, 소위 클린룸(CR)에서 제조되고 있는 것은 이미 알려져 있다.

그리고, 최근 공기중에 ppb 레벨로 포함되는 NH3, SO2, SO4, NOx, Cl, VOC 또는, F 가스(이하, 가용성 가스 불순물이라 한다)를 서브 ppb 레벨까지 저하시켜 높은 청정도의 환경에 대해서도 엄격한 관리가 요구되게 되었다.

따라서 , 가용성 가스 불순물의 제거는 외기 공조기의 가습 및 온도 제어, 혹은 클린룸 내 공기 순환계에서의 공기를 순환시키면서 필요한 처리를 수행하는 시스템의 온도 제어(냉각)와는 독립된 수단, 예를 들면 케미컬필터에 의해 이루어지고 있었다.

상기와 같은 공기중에 포함된 가스 불순물의 제거 수단으로서는, 종래로부 터 케미컬필터 처리에 의한 제거 방법(건식 제거방법)과，활력 액 접촉에 의한 제거 방법이 알려져 있다. 전자의 건식 제거방법은 공기중의 가스 불순물을 화학 결합에 의해 제거되는 것으로 가스 불순물의 종류에 따라 소재의 종류나 처리 방법 및 화학 물질의 종류가 다르다.

한편, 후자의 활력 액 접촉에 의한 제거는 액적의 분무나 기공율이 높은 표면적이 큰 충전제에 액상 물자를 공급한 것에 의해 가스 불순물을 제거하는 방식이다.

또, 이와 같은 가스 불순물 제거 장치(1)는, 도 1에 예시된 바와 같이, 활력 액 접촉 방식으로서, 사이즈를 컴팩트히 하고, 압력 손실을 감소하기 위한 해결 수단으로서, 챔버(3)내에, 상류측에 친수성 소재로 되는 활력 액 접촉재(11)를 가지고, 하류측에 친수성 엘리미네이터(21)를 가지는 처리부(5)를 배치하고, 급수부(31)에 따라서 활력 액 접촉재(11)에 공급되는 물의 일부가, 활력 액 접촉재(11)을 경유하여, 친수성 엘리미네이터(21)에 공급되도록, 활력 액 접촉재(11)와 친수성 엘리미네이터(21)와의 사이의 거리를 설정하도록 되어 있다. 활력 액 접촉재(11) 뿐만 아니라, 친수성 엘리미네이터(21)에 따라서도 활력 액 접촉에 따라서 처리 공기중의 가용 가스가 흡수, 제거된다. 이에 따라, 그 분기액 접촉재(11)의 부담이 경감되고, 전체로서 사이즈가 컴팩트해지는 효과가 있었다.

또한, 공급되는 물은 처리부(5)의 하면에 설치되는 수용부(32)로부터 펌프(33)로 펌핑되어, 공급관(34)으로부터 급수부(31)에 공급되게 되어 있다.

그러나, 이와 같은 가스 불순물 제거장치에서는, 활력 액 접촉 기능을 전부 엘리미네이터에 가지게 하고 있기 때문에, 압력 손실의 삭감에 한계가 있게 마련이다. 왜냐하면, 엘리미네이터는 원칙적으로 관성 충돌에 의해 비산 물방울을 포획하기 때문에 통풍 저항이 단순한 충전재에 비해 높기 때문이다.

더욱이, 이와 같은 기존의 가스 불순물 제거장치로는 비산 물방울에대략 0.6 ㎛ 이상의 분진만 달라붙기 때문에, 0.6 ㎛ 이하의 분진은 사실상 다른 헤파 필터(4)와 같은 미세 필터링 자재를 별도로 채용해야만 하는 단점을 내포하고 있었다.

본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 활력 액 접촉 기능을 전부 엘리미네이터에 가지게 함에도 불구하고, 기존 엘리미네이터의 성능에 더하여, 비산 물방울을 하전하는 전압을 인가하고, 유입되는 외부 공기는 비산 물방울과 반대 극성을 대전하는 하전장치를 통과하면서 대전되는 분진이 상기 하전된 비산 물방물과 협동하여 연합된 후, 엘리미네이터에 의해 걸러져 투출되도록 하여, 보다 적은 입경의 분진, 일 예로 0.3 ㎛ 이하의 분진을 보다 확실하게 필터링할 수 있도록 하는 데 그 주된 기술적 목적이 있는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

챔버 내에 가스 불순물이 유통 가능한 외기 공조기와 가스 불순물 제거수단으로서 액체입자를 발생시키는 액 분사 노즐과 불순물 제거 수단인 엘리미네이터를 내장한 채널 구조를 특징으로 하는 가스 불순물 제거장치에 있어서,

상기 액 분사 노즐의 상류측은 5 ∼ 40㎸의 코로나 방전장치 등의 하전장치에 의해 하전되고,

상기 하전된 유입 외기는 상기 액 분사 노즐에 상기 하전되는 전극과 대향 극성의 고전압을 인가하여 상기 대전된 액 분사 노즐을 통해 분사되어 하전되는 수 분사입자와 협동적으로 합체되어, 상기 엘리미네이터으로 지향되도록 된 것을 특징으로 한다.

또, 상기 엘리미네이터의 하류측면에는 메쉬그리드가 착접 배열됨이 바람직하다.

또한, 상기 메쉬그리드에는 상기 메쉬그리드에 착접된 엘리미네이터에 상기 액 분사 노즐에 대전되는 전극의 극성과 대향 극성의 고전압이 인가되도록 이루어짐이 바람직하다.

이하 도면을 참조한 상세한 설명으로 본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 더욱 명확해 질 것이다.

첨부 도면, 도 2 및 도 3은 본 발명에 의한 가스 불순물 제거장치의 측면 구조 및 평면 구조를 나타낸 구조도들이다.

본 발명은 상기 도면에서 도시한 일실시 형태와 같이, 흡수성의 소재를 판상에 성형한 흡수성의 부직포와 같은 필터재를 박스 형태로 고정하기 위한 산형상으로 다수회 교호하여 경사지게 절첩된 구성의 엘리미네이터(210)이다.

먼저, 본 발명은 도 4 에 도시하는 바와 같이 상기 가스 불순물 제거 장치는 상기 액 분사 노즐(310)과 박스형태의 대전하우징(11)과 이 하우징(11)에 기립되어 고정된 대전 와이어(13)로 짜여진 하전장치(10)로 대분 되는데 상기 액 분사 노즐(310)은, 챔버(3) 내에 가스 불순물이 유통 가능한 외기 공조기와 가스 불순물 제거수단으로서 액체입자를 발생시키는 액 분사 노즐(310)과 불순물 제거 수단인 엘리미네이터(210)를 내장한 채널(2) 구조로 되어 있다.

또, 상기 액 분사 노즐(310)의 상류측에는 외부 유입 공기를 대전하기 위한, 5∼40㎸의 코로나 방전장치 등의 하전장치(10)가 배치되어 있다.

또한, 상기 액 분사 노즐(310)에는 상기 하전된 유입 외기의 극성과 다른 극 성의 고전압을 인가하기 위한 고전압 발생기(40)가 파이프(P)를 매개로 결선되어 있다.

이에 따라, 상기 하전된 유입 외기는 상기 액 분사 노즐(310)에 상기 하전되는 전극과 대향 극성의 고전압을 인가하여 상기 대전된 액 분사 노즐(310)을 통해 분사되어 하전되는 수 분사입자와 협동적으로 합체되어, 상기 엘리미네이터(210)로 지향되게 된다.

또, 상기 엘리미네이터(210)의 하류측면에는 상기 고전압 발생기(40)에 결선된 메쉬그리드(50)가 착접 배열되어 있다.

여기에서, 상기 고전압 발생기는, 상기 메쉬그리드(50)에 착접된 엘리미네이터(210)에 상기 액 분사 노즐(310)에 대전되는 전극의 극성과 대향 극성의 고전압이 인가되도록 상기 메쉬그리드(50)와 결선되어 있다.

가스 불순물 제거장치는 일반적으로 사이즈가 큰 먼지를 제거하거나 가습을 위한 장치이나, 본 출원인이 개발한 가스 불순물 제거장치는, 공기중에 포함되어있는 수용성 가스를 제거하는 기능과 공기 중에 포함되어있는 먼지와 같은 분진을 제거하는 기능을 병합할 수 있게 되는 것이다.

다시 말해서, 가스제거는 분무되는 노즐(310)(nozzle)과 물의 비산을 막기 위한 엘리미네이터(210)(eliminator)에서 수행된다. 가스의 제거량을 전체 100%로 본다면 노즐(310)부에서 약 10%정도 제거되며, 나머지 90%는 엘리미네이터(210)에서 제거된다.

본 장비는 일반적으로 반도체나 FPD산업에서 적용되는 장비이므로 주요제어 대상 가스는 암모니아(NH3), 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)과 기타 수용성 가스이다.

평균 가스제거 효율은 다음과 같다.

- 암모니아(NH3) : 80 % 이상

- 황산화물(SOx) : 70% 이상

- 질소산화물(NOx) : 30% 이상

- 기타 수용성 가스 : 80% 이상

상기한 분진 제거에 있어서는 도 2 및 도 3에 예시된 바와 같이, 방전부에 고전압(+, -)을 발생하고 이때 통과되는 공기중에 포함된 먼지에 전하를 갖게 한다. 액 분사 노즐(310)에는 반대극성 전압(-, +)을 인가하며 이때 수 분사입자 주변에는 클롱포스(Coulomb force)에 의해서 하전된 먼지가 달라붙게 하는 원리이다.

이때, 가장 효율적인 제거성능을 위해서 분무수의 입경과 유속을 최적화하였다.

이와 같이, 분진제거는 그림의 방전부에 고전압(+, -)을 발생하고 이때 통과되는 외부 유입 공기 중에 포함된 분진에 전하를 갖게 한다. 이 때 엘리미네이터(210)에 반대전원을 인가하여 좁은 유로를 분진이 통과하면서 엘리미네이터(210) 표면에 달라붙도록 한다.

또, 상기 엘리미네이터(210)에 대전시키는 방법은 물에 적셔진 엘리미네이터(210)의 뒷부분에 금속의 메쉬그리드(50)를 밀착 접촉하여 엘리미네이터(210)에 전원을 공급시키게 된다.

본 가스 불순물 제거장치는 가스제거와 먼지제거를 동시에 수행하는 장비이며, 산업용 외조기(OAC)에 설치되어 외조기 내부에 설치되는 케미컬 필터를 대체 할 수 있고, HEPA 또는 ULPA 필터를 설치하지 않아도 되도록 하였다. 일반적으로 외조기의 경우 케미컬필터의 교체주기는 6~12개월이고 HEPA 또는 ULPA 필터의 교체주기는 2년이며 이에 대한 교체비용을 삭제함으로써, 대폭적인 소요 경비 절감을 도모할 수 있는 것이다.

한편, 상기한 구성에 따라, 현재수준으로 0.3 ㎛ 의 분진을 60% 이상 포획할 수 있으며, 심지어 0.1 ㎛의 분진도 50% 이상 포획되는 것으로 파악되었다.

또한, 물입자나 엘리미네이터(210)에 포집된 먼지는 엘리미네이터(210) 표면에서 물을 따라 아래방향으로 자연스럽게 흐르도록 설계되었다. 따라서 일반적인 전기 집진기와 같이 집진부를 주기적으로 청소할 필요가 없는 장점을 구가할 수 있게 되는 것이다.

또한, 분무되는 수 분사입자에 같은 극성, 일예로 (-)극성으로 하전되어 비산됨으로써, 입자간의 반발력을 유발하여 수 분사입자의 비산율을 증대할 수 있는 등의 부가 기능도 발휘할 수 있게 되었다.

또한, 상기 엘리미네이터(210)는 종래와 같이, 흡수성의 소재를 판상에 성형한 흡수성의 판을 적절히 조합시키고 배치한 부직포 재질의 엘리미네이터(210) 또는 필터인 것으로 하며, 상기 엘리미네이터(210)의 실시형태는 가스 불순물의 종류나 필요한 필터 효율에 따라 다양화가 가능하며 일례로 파상의 판자를 여러 단수 겹쳐 연결하거나 파상의 각도를 여러 형태로 변형 실시하였다.

이상의 명백한 설명과 같이 본 발명에 의한 가스 불순물 제거 장치는 비산 물방울을 하전하는 전압을 인가하고, 유입되는 외부 공기는 비산 물방울과 반대 극성을 대전하는 하전장치(10)를 통과하면서 대전되는 분진이 상기 하전된 비산 물방물과 협동하여 연합된 후, 엘리미네이터(210)에 의해 걸러져 투출되도록 하여, 보다 적은 입경의 분진, 일 예로 0.3 ㎛ 이하의 분진을 보다 확실하게 필터링할 수 있다는 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.

또한, 분무되는 수 분사입자에 같은 극성으로 하전된 상태로 비산됨에 있어, 수 분사입자 간 상호 반발되어 비산됨으로써, 수 분사입자의 비산율을 증대하여, 하전되어 비산하는 분진을 보다 포괄적으로 포획할 수 있는 효과가 있는 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

Claims (3)

1. 챔버 내에 가스 불순물이 유통 가능한 외기 공조기와 가스 불순물 제거수단으로서 액체입자를 발생시키는 액 분사 노즐과 불순물 제거 수단인 엘리미네이터를 내장한 채널 구조를 특징으로 하는 가스 불순물 제거장치에 있어서,

   상기 액 분사 노즐의 상류측은 하전장치에 의해 하전되고,

   상기 하전된 유입 외기는 상기 액 분사 노즐에 상기 하전되는 전극과 대향 극성의 고전압을 인가하여 상기 대전된 액 분사 노즐을 통해 분사되어 하전되는 수 분사입자와 협동적으로 합체되어, 상기 엘리미네이터으로 지향되도록 된 것을 특징으로 하는 가스 불순물 제거장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 엘리미네이터의 하류측면에는 메쉬그리드가 착접 배열된 것을 특징으로 하는 가스 불순물 제거장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 메쉬그리드에는 상기 메쉬그리드에 착접된 엘리미네이터에 상기 액 분사 노즐에 대전되는 전극의 극성과 대향 극성의 고전압이 인가되도록 된 것을 특징으로 하는 가스 불순물 제거장치.

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