KR100815024B1

KR100815024B1 - Ｗｅ시스템에 의한 폐가스 소각처리장치

Info

Publication number: KR100815024B1
Application number: KR1020070049017A
Authority: KR
Inventors: 김상남; 김성곤
Original assignee: 김상남; 김성곤
Priority date: 2007-05-21
Filing date: 2007-05-21
Publication date: 2008-03-18

Abstract

본 발명은 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치에 관한 것으로서 브라운가스 자동공급장치와 폐가스 소각장치를 연계시킨 WE시스템을 구성하고 폐가스 소각장치 내부에 탄화규소질의 내화물로 압축성형하여 만든 발열체를 다단으로 쌓아 올려 발열체 내부에 연소실이 형성되도록 하고 또한 브라운가스 자동공급장치로부터 브라운가스를 자동공급받아 연소시키는 브라운가스 버너의 몸체의 중심선상에 폐가스 공급관과 연통되는 폐가스 노즐과 압축공기 노즐을 조립설치하여 압축공기에 의해 폐가스를 상기 연소실 내부로 분출시켜 브라운가스와 함께 연소되도록 함으로써 브라운가스의 고열특성에 의해 폐가스가 완전소각 처리되도록 구성한 것이다.

본 발명은 워터에너지 브라운가스를 24시간 365일 자동공급할 수 있는 브라운가스 자동공급장치가 있어 가능한 것으로 종래의 폐가스 처리장치에서 문제가 되고 있는 미세분말이 전혀 발생하지 않도록 구성한 것이 특징이다.

폐가스 처리장치, 브라운가스 발열장치, 브라운가스 자동공급장치

Description

ＷＥ시스템에 의한 폐가스 소각처리장치 {Incineration Disposal Apparatus of Waste Gas using a Water Energy System}

도1은 본 발명의 구성을 개략적으로 예시한 조립설치도.

도2는 본 발명의 폐가스 소각장치의 조립횡단면도.

도3은 도2의 A-A선에 따른 종단면도.

도4는 본 발명의 일구성요소인 발열체의 형성을 보여주는 사시도.

도5는 본 발명의 브라운가스 버너의 조립횡단면도.

도6은 도5를 위에서 본 평면도이다.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

100: 브라운가스 자동공급장치 110: 브라운가스 공급관

120: 폐가스 공급관 121: 폐가스 노즐

130: 압축공기 공급관 131: 압축공기 노즐

200 : 폐가스 소각장치 210: 셀

211: 기대 212 : 버너공

213: 배기공 214: 공기유입공

220: 발열체 230: 브라운가스 버너

231: 버너 몸체 232: 버너캡

233: 브라운가스 공급통로 235: 브라운가스 노즐팁

"A": 연소실 "B": 냉각공기 혼합실

본 발명은 반도체 제조공정에서 다량으로 배출되는 인체에 치명적인 유독성, 인화성, 부식성의 폐가스를 WE시스템(Water Energy System)에 의한 폐가스 소각장치를 구성하여 공해물질이 나오지 않도록 완전소각처리하기 위한 것이다.

예를 들어 대표적인 반도체 박막공정 중의 하나인 CVD(Chemical Vapor Deposion) 공정에서는 다량의 실란, 디클로로실란, 암모니아, 산화질소, 아르신, 포스핀, 디보린, 보론, 트리클로라이드 등을 사용하는데 이들은 제조공정상에서 소량만 사용되고 대부분 폐가스 상태로 배출되게 된다. 이러한 폐가스는 유독성 물질을 제거하지 않으면 안 된다.

이러한 폐가스를 처리하기 위한 종래의 폐가스 처리방법으로 주로 사용되고 있는 것은 폐가스에 불활성기체(N₂)와 공기를 혼합시킨 후 가열수단에 의해 가열하여 산화반응에 의해 미세입자의 분말을 형성하게 하는 방법이다. 예를 들어 유독성 분인 실란(SiH₄)는 산화반응하여 비교적 안정적인 분말형태의 실리콘 다이옥사이드(SiO₂)를 생성하므로 이를 포집하는 방법을 사용하고 있는 것이다.

그 구성을 살펴보면 반도체 설비의 배기관을 통하여 배출된 유독성 폐가스를 산화용 공기와 혼합시켜주는 메니폴더와 메니폴더로부터 유입되는 혼합가스를 소정의 온도로 가열하는 가열참버와, 석출된 미세분말을 포집하는 포집장치와, 포집된 미세분말을 저장하는 포집용기로 되어 있다.

이러한 종래 기술은 폐가스를 처리하는 과정에서 미세분진이라는 또 다른 공해물질을 발생시키므로 이를 제거하기 위한 공해방지장치의 구성이 복잡하고 LNG 등을 사용하므로 가열장치의 연료비용도 만만치 않다.

현재 삼성 등의 반도체 제조업체에는 이러한 폐가스 처리장치가 7~8000대 이상 설치되어 있고 여기에 사용되는 LNG 등의 연료비용은 년간 1000억원에 이르는 것으로 추정된다.

따라서 본 발명의 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치는 워터에너지 브라운가스만의 고열특성을 이용하여 폐가스를 완전소각시켜 미세분말이 발생하지 않도록 하고 워터에너지 브라운가스를 사용함으로써 연료비용도 획기적으로 줄이기 위한 것이다.

워터에너지 브라운가스란 브라운가스 자동공급장치에서 자동생산되는 완전무공해 연료를 말하며, 물(H₂O)의 구성비 그대로 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 상태의 혼합가스를 말한다. 고도의 전기분해기술에 의한 물의 해리작용으로 생성되 는 브라운가스는 자체산소에 의해 완전연소되는 이상적인 혼합기체로서 임플로젼 현상과 열핵반응특성에 의해 브라운가스만의 독특한 연소특성을 나타내므로 종전의 수소가스와 차별하여 브라운가스라 불러지고 있다.

본 발명자는 특허 제0275504호 "횡렬식 전해조를 포함한 브라운가스 대량발생장치"를 발명하였고 상기 횡렬식 전해조를 내장한 브라운가스발생기 본체에 전해액 자동온도조절장치, 자동급수장치, 역화방지 제어장치 등을 구성한 특허 제0497873호 "브라운가스 자동공급 시스템"을 발명하여 이를 제품화한 브라운가스 자동공급장치를 보급하여 왔으며 이러한 기술력을 바탕으로 브라운가스 자동공급장치와 브라운가스 연소장치를 연계 구성한 WE시스템 개발에 성공함으로써 드디어 물연료 상용화 시대를 활짝 열어 놓았다.

WE시스템(Water Energy System)이란 고도의 전기분해 기술에 의해 물(2H₂O)을 브라운가스(2H₂+O₂)로 변환시킨 후 브라운가스만의 고유 발열기술에 의해 연소시켜 열에너지를 만들어 내도록 구성한 물 연료화 시스템을 말한다.

이렇게 연료와 연소개념을 따로따로 생각하지 않고 브라운가스 자동공급장치와 브라운가스 연소장치를 하나의 시스템으로 연계구성하여 물을 열에너지로 쓸 수 있게 하였으며 이렇게 물로부터 얻어지는 열에너지를 워터에너지라 한다.

모든 연료는 연소하기 위해 산소를 필요로 하므로 인류는 산소 대신에 쉽게 얻을 수 있는 공기를 써왔고 연소란 공기에 의한 것으로 인식하고 있다. 그러나 공기에 의한 연소는 21%의 산소를 쓰기 위해 79%의 질소를 넣어주는 결과를 낳는다. 이러한 공기에 의한 연소방법은 국제협약에 의한 환경기준치가 매년 강화됨으로써 기술적 한계에 부딪히게 되었고 소각문제는 세계적인 고민거리로 등장하였다. 그러나 이러한 문제를 워터에너지 브라운가스가 해결한다.

워터에너지 브라운가스는 물(H₂O)의 구성비 그대로 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 혼합가스이다.

따라서 브라운가스는 자체산소에 의해 완전연소되는 아주 이상적인 연료로 브라운가스만의 임플로젼과 열핵반응특성에 의한 독특한 연소특성을 나타내므로 기존의 연소장치와 다른 브라운가스만의 발열장치가 필요하며 브라운가스 발열장치 내부에서 연소되는 브라운가스는 아주 높은 고열을 창출해내는 특성이 있다.

이러한 브라운가스 발열기술에 관한 선행특허로는 본 출원인이 선출원하여 등록한 특허 제10-0378851호 "열핵반응특성을 이용한 브라운가스 발열장치"가 있다.

또한 본 발명자는 특허 제10-0690248호 "브라운가스 소각재 용융로" 등 다수의 고온용융소각기술을 창안하여 특허등록 하였다. 따라서 본 발명은 이러한 브라운가스 발열기술과 고온소각기술에 기초하여 WE시스템에 의한 브라운가스 자동공급장치와 브라운가스 발열기술에 의한 폐가스 소각장치를 연계구성함으로써 폐가스를 완전소각처리하기 위한 것이다.

발명의 전체적인 구성은 수돗물을 브라운가스로 만들어 24시간 자동공급하는 브라운가스 자동공급장치와 폐가스를 압축공기에 의해 연소실 내부로 분출시키기 위한 폐가스 노즐이 형성된 브라운가스 버너와 브라운가스 버너에 의해 가열되는 발열체를 구성하여 내부에 연소실을 형성한 폐가스 소각장치로 구성된 것이며 연소실에서 생성되는 배기가스는 연소실 상부에 형성된 냉각공기 혼합실에서 공기유입공으로부터 유입되는 냉각공기와 혼합된 후, 배기공에 연결설치한 배기덕트 후단에 구성된 배풍기에 의해 공기중으로 배출시키도록 구성한 것이다. 폐가스 소각장치로부터 배기되는 배기가스는 냉각기와 제습기로 구성한 후처리장치를 통과하여 배풍기에 의해 공기중으로 배출된다.

본 발명의 목적은 종래의 기술처럼 폐가스처리 후 미세분말이 발생하지 않도록 하는 방법으로써 24시간 365일 연속조업하는 현장에 적합하도록 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 WE시스템에 적합한 브라운가스 자동공급장치로는 본 발명자가 선출원한 출원번호 제10-2006-0130970호 "공냉식 전해조를 이용한 브라운가스 자동공급장치"가 있으므로 이를 적용하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명은 수돗물을 브라운가스로 만들어 자동공급하는 브라운가스 자동공급장치를 구비하고 브라운가스 자동공급장치로부터 브라운가스를 공급받아 브라운가스만의 발열기술에 의해 폐가스를 고온소각처리하여 공해물질이 발생하지 않도록 처리하기 위한 것이다.

상기 선행특허 제10-0378851호 "열핵반응특성을 이용한 브라운가스 발열장 치"는 요약설명에서

『본 발명은 브라운가스의 열핵반응특성을 이용한 발열장치에 관한 것으로서, 브라운가스발생기에서 발생하는 브라운가스를 수봉식 역화방지기내의 헥산(Hexane)용액을 통과시킨 후 발열부 하부에 위치한 브라운가스 버너에서 연소시킬 수 있도록 구성하고, 중공형태의 발열부 몸체 내부에는 발열체를 다단으로 설치하고, 각 단에 위치하는 발열부 몸체에는 통기공과 배기용 간극를 설치하고, 상부에는 뚜껑으로 덮개를 구성하여 브라운가스 화염에 의해 하단의 발열체를 가열함으로서 브라운가스의 열핵반응특성에 의해 발열체가 점점 벌겋게 가열되면서 일어나는 고온의 화염에 의해 상단의 발열체가 연쇄적으로 가열되면서 발열체 전체가 벌겋게 달아올라 막대한 열을 발산하게 하는 브라운가스의 열핵반응 특성을 이용한 발열장치이다.

이와 같은 본 발명은 브라운가스 보일러, 난로, 가열로 및 온풍기 등의 열원으로 사용하기에 아주 유용한 발명일 뿐 아니라 환경공해를 유발하지 않는 청정 에너지를 창출해 냄으로써 환경보존에 기여할 수 있는 혁신적인 연소기술이다.』라고 설명하고 있다.

따라서 본 발명은 열핵반응특성을 이용한 브라운가스 발열장치를 응용하여 폐가스 소각처리를 위한 새로운 발열장치를 구성함과 아울러 브라운가스 발열장치 내부에서 폐가스를 브라운가스와 함께 고온소각처리하기 위한 것이다.

본 발명의 폐가스 소각처리장치는 원통형의 몸체 내부에 탄화규소질의 내화물(SiC)로 압축성형하여 만든 브라운가스 발열체를 다단으로 쌓아올려 내부에 브라 운가스 연소실이 형성되도록 하고 브라운가스 연소실에서 폐가스를 브라운가스와 함께 연소시키는 방법으로 연소실 내부에서 브라운가스의 열핵반응특성에 의해 고온을 창출하여 폐가스가 완전소각 처리되도록 한다.

폐가스 인입관으로부터 공급되는 폐가스의 인입방법은 브라운가스 버너 몸체중앙에 폐가스 노즐을 형성하고 노즐 내부 하축에 압축공기노즐을 구성하며 압축공기를 모티브로 하여 폐가스가 연소실 내부로 분출하도록 구성한다.

이때 폐가스는 압축공기에 의해 순식간에 연소실로 투입되므로 종래의 방법처럼 공기와 접촉하여 산화반응을 일으킬 시간적 여유가 없고 만일 산화반응을 일으켜 미세분말이 발생하더라도 브라운가스의 열핵반응특성에 의해 초고온으로 열분해되어 휘발상태가 되어 버리므로 연소실 밖으로 공해물질을 배출하지 않는다.

폐가스 소각장치의 연소실 상부에는 냉각공기 혼합실을 형성하여 공기유입공을 통하여 찬 공기가 유입되도록 함으로써 배기가스의 온도를 떨어뜨린 후 후처리장치에 보내져 수도관에 연결된 살수관으로부터 물을 뿌리는 방식의 습식냉각기와 제습기를 거쳐 깨끗한 상태로 배출되도록 한다.

이하, 본 발명의 일실시예에 따른 WE시스템의 의한 폐가스 소각처리장치에 대하여 첨부도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 구성을 개략적으로 예시한 조립설치도이고, 도2는 본 발명의 폐가스 소각장치의 조립횡단면도이며, 도3은 도2의 A-A선에 따른 종단면도이고, 도4는 본 발명의 일구성요소인 발열체의 형상을 보여주는 사시도이며, 도5는 본 발명의 브라운가스 버너의 조립횡단면도이고, 도6은 도5를 위에서 본 평면도이다.

도1 내지 도6에 도시한 바와 같이 본 발명의 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치는 브라운가스 자동공급장치(100)와 브라운가스 연소장치인 폐가스 소각장치(200)을 연계구성하고, 상기 폐가스 소각장치(200) 내부에 발열체(220)에 의한 연소실(A)이 형성되도록 하여 브라운가스 공급관(110)과 폐가스 공급관(120)과 압축공기 공급관(130)이 연결된 브라운가스 버너(230)로부터 압축공기에 의해 폐가스를 연소실(A) 내부로 분출시켜 브라운가스만의 고열특성에 의해 완전소각 처리되도록 구성한 것이다.

도2와 3에 도시한 바와 같이 폐가스 소각장치(200)는 기대(211) 위에 설치되는 것으로 하부에 버너공(212)과 상부에 배기공(213)을 형성하고 외곽을 둘러싸며 내측면에 단열재(221)로 단열시키고 버너공(212) 상면에 내화재(222)를 설치하여 몸체를 이루는 셀(210)과, 상기 셀(210)의 중심부에 설치되며 탄화규소질의 내화물(SiC)로 압축성형하여 만든 발열체(220)와 상기 발열체(220)를 다단으로 쌓아 올리고 상면에 내공이 형성된 덮개(223)를 설치하여 내부에 연소실(A)이 형성되도록 구성한 것이다.

상기 발열체(220)는 중심을 향해 몇 개의 돌기(220a)가 형성되도록 탄화규소질(SiC)의 내화물로 압축성형하여 만든 것으로 발열체(220)의 설치는 버너공(212)의 수직중심선 상에 중심으로 내화재(222) 위에 다단으로 설치하되 첫번째(홀수번)와 두번째(짝수번)가 각각 180°방향으로 어긋나게 설치하여 홀수번과 짝수번의 돌 기(220a) 방향이 서로 어긋나게 설치되도록 한 것이다.

도5에 도시한 바와 같이 브라운가스 버너(230)는 버너몸체(231)에 브라운가스 유입실(231a)과 폐가스 유입실(120b)을 형성하여 브라운가스 공급관(110)과 폐가스 공급관(120)을 각각 연결하고 브라운가스 유입실(231a)과 연통하는 브라운가스 공급통로(233)가 형성되도록 오링(232a)을 사이에 두고 버너몸체(231)와 버너캡(232)을 조립구성하며 상기 버너캡(232) 상부의 중앙에 폐가스 노즐(121)을 조립하고 폐가스 노즐(121)의 수직중심선 상의 하부에 압축공기노즐(131)을 조립구성하여 압축공기에 의해 폐가스가 폐가스 노즐(121)에서 분출하도록 구성하며 상기 버너캡(232) 상부에는 일정 개수의 브라운가스 노즐넥(234)과 노즐팁(235)이 브라운가스 공급통로(233)를 따라 방사형으로 조립설치되도록 구성한 것이다.

또한 본 발명의 폐가스 소각장치(200)는 연소실(A) 상부에 냉각공기 혼합실(B)를 형성하여 냉각공기 유입공(214)로부터 유입되는 찬공기가 배기가스와 혼합되어 배기공(213)과 연결된 연결덕트(311)를 지나 후처리장치(300)로 보내지도록 한다.

상기 후처리장치(300)는 습식냉각기(310)와 제습기(320)로 구성된 것으로 뜨거운 배기가스가 수도관에 연결된 살수관으로부터 뿌려지는 물방울 속을 통과하면서 냉각되도록 하고 제습기(320)에 의해 습기가 제거된 후 배기덕트 후단에 설치된 배풍기(도시하지 않음)에 의해 공기중으로 배출되도록 구성한 것이다.

본 발명의 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치는 WE시스템에 의해 물을 브라운가스로 만들어 브라운가스만의 고열특성을 이용하여 유독성의 폐가스를 완전소각 처리하는 새로운 방식의 폐가스 처리장치이다.

따라서 종래의 폐가스 처리방법인 폐가스에 불활성기체(N2)와 공기를 혼합하여 가열참버에서 가열반응시켜 미세분말을 형성하도록 하는 방법과 비교해 보면 우선 폭발을 방지하기 위해 별도로 불활성기체(N2)를 공급할 필요가 없고 미세분진을 포집처리해야 하는 공해방지시설도 필요 없다.

특히 연료비용을 획기적으로 줄일 수 있다. 왜냐하면 워터에너지 브라운가스를 사용하면 기존연료대비 대체로 80% 이상 절약할 수 있기 때문이다. 이것은 물을 브라운가스로 만들어서 연료로 사용하기 때문에 너무나 당연한 결과이다.

Claims

수돗물을 브라운가스로 만들어 자동공급하는 브라운가스 자동공급장치(100)와, 탄화규소질의 내화물(SiC)로 압축성형한 발열체(220)를 다단으로 쌓아올려 내부에 연소실(A)이 형성되도록 구성하여 기대(211) 위에 설치되는 폐가스 소각장치(200)와, 브라운가스 공급관(110)과 폐가스 공급관(120)과 압축공기 공급관(130)을 연결하여 폐가스를 압축공기에 의해 상기 연소실(A)로 분출시키는 브라운가스 버너(230)와, 상기 폐가스 소각장치(200)의 배기공(213)에 연결설치되는 습식냉각기와 제습기로 구성된 것을 특징으로 하는 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치.
상기 1항에 있어서, 폐가스 소각장치(200)는 하부에 버너공(212)과 상부에 배기공(213)이 형성되고 외곽을 둘러싸며 내측에 단열재(221)로 단열하여 몸체를 이루는 셀(210)과, 상기 셀(210)의 수직중심선 상에 위치한 버너공(212)의 상면 내화재(222) 위에 설치되며 탄화규소질의 내화물(SiC)로 압축성형하여 만든 발열체(220)와, 상기 발열체(220)을 다단으로 쌓아올리고 상면에는 내공이 형성된 덮개(223)를 설치하여 내부에 연소실(A)이 형성되도록 구성한 것을 특징으로 하는 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치.
제1항에 있어서, 브라운가스 버너(230)는 브라운가스 유입실(213a)과 폐가스 유입실(120a)이 형성된 버너 몸체(231)와, 상기 버너 몸체(231)에 형성된 브라운가스 공급통로(233)를 따라 브라운가스 노즐넥(234)과 노즐팁(235)이 일정개수 조립 설치되는 버너캡(232)과, 상기 버너캡(232)의 중심에 조립설치되는 폐가스 노즐(121)과 상기 폐가스 노즐(121)의 수직중심선 상의 하부에 압축공기 노즐(131)을 조립구성하여 압축공기에 의해 폐가스가 연소실(A) 내부로 분출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 WE시스템에 의한 폐가스 소각처리장치.