KR101294723B1 - 이산화탄소 응축장치 - Google Patents

Abstract

본원발명은 냉매통 내부의 이산화탄소 이동코일을 이중으로 하여 냉각효율을 향상시키고, 응축된 이산화탄소의 배출구를 펌프에 인접하게 냉매통 하측으로 배치함으로써, 토출과정에서의 기화를 방지할 수 있는 이산화탄소 응축장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 이산화탄소 응축장치는, 양단이 개방된 구조의 원통형 냉매통; 상기 냉매통 내부에 설치되며, 외부에서 공급되는 이산화탄소가 이동하는 이산화탄소 이동코일; 상기 냉매통 상단 개구부를 밀폐하는 상부 밀봉부; 상기 상부 밀봉부를 관통하여 상기 이산화탄소 이동코일의 일단에 연결되며, 상기 이산화탄소 이통코일에 이산화 탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부; 상기 이산화탄소 이동코일 타단에 연결되며, 상기 냉매통의 하단 개구부 방향으로 연통되도록 설치되어 응축된 이산화탄소를 배출하는 이산화탄소 배출부; 상기 이산화탄소 배출부를 통과시키며, 상기 냉매통의 하단 개구부를 밀폐시키는 하부 밀봉부; 상기 냉매통의 일측에 연결되며, 상기 냉매통에 냉매를 공급하는 냉매 공급부; 상기 냉매통의 타측에 연결되며, 상기 냉매통의 냉매를 배출하는 냉매 배출부;를 포함한다.

Description

이산화탄소 응축장치{CONDENSER}

본원발명은 이산화탄소 응축장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉매통 내부의 이산화탄소 이동코일을 이중으로 하여 냉각효율을 향상시키고, 응축된 이산화탄소의 배출구를 펌프에 인접하게 냉매통 하측으로 배치함으로써, 토출과정에서의 기화를 방지할 수 있는 이산화탄소 응축장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조는 다수의 어플리케이션(application)이 집적 회로를 구성하기 위한 공정들을 수행하는 많은 구분된 단계들을 포함한다. 이러한 공정들 중 일부는 박막 증착(thin film deposition), 포토리소그래피 패턴 현상(photolithographic pattern development), 플라즈마 애칭(plasma etching), 금속 증착, 이온 주입(ion implantation), 열적 산화/어닐링, 화학기계적 연마/평탄화 등을 포함한다.

이러한 구분되는 공정 단계들 중 일부 사이에서, 오염물질 및 잔류물을 제거하기 위해 화학물질 등을 이용하여 반도체 소자들이 세정될 수 있다. 그런데 이러한 화학물질들은 반도체 소자들로부터 일부 오염물질 및 잔류물을 충분하게 제거하지 못한다. 따라서 이러한 오염물질 및 잔류물을 제거하기 위하여 초임계(supercritical) 이산화탄소를 이용하는 반도체 세정 어플리케이션이 개발되어 있으며, 이러한 공정에는 이산화탄소를 응축하는 응축장치가 사용된다.

그런데 종래의 이산화탄소 응축장치는 냉매통 내부의 코일이 단일코일이므로 냉각효율이 낮고, 응축된 이산화탄소를 펌프로 전달하는 구간이 길어서 전달 과정에서 응축된 이산화탄소가 다시 기화되는 문제점이 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 냉매통 내부의 이산화탄소 이동코일을 이중으로 하여 냉각효율을 향상시키고, 응축된 이산화탄소의 배출구를 펌프에 인접하게 냉매통 하측으로 배출함으로써, 토출과정에서의 기화를 방지할 수 있는 이산화탄소 응축장치를 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이산화탄소 응축장치는, 양단이 개방된 구조의 원통형 냉매통; 상기 냉매통 내부에 설치되며, 외부에서 공급되는 이산화탄소가 이동하는 이산화탄소 이동코일; 상기 냉매통 상단 개구부를 밀폐하는 상부 밀봉부; 상기 상부 밀봉부를 관통하여 상기 이산화탄소 이동코일의 일단에 연결되며, 상기 이산화탄소 이통코일에 이산화 탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부; 상기 이산화탄소 이동코일 타단에 연결되며, 상기 냉매통의 하단 개구부 방향으로 연통되도록 설치되어 응축된 이산화탄소를 배출하는 이산화탄소 배출부; 상기 이산화탄소 배출부를 통과시키며, 상기 냉매통의 하단 개구부를 밀폐시키는 하부 밀봉부; 상기 냉매통의 일측에 연결되며, 상기 냉매통에 냉매를 공급하는 냉매 공급부; 상기 냉매통의 타측에 연결되며, 상기 냉매통의 냉매를 배출하는 냉매 배출부;를 포함한다.

그리고 본 발명에서, 상기 이산화탄소 이동코일은, 상기 냉매통의 내면에 근접하게 설치되는 외측 코일과, 상기 외측 코일 내측에 상기 외측 코일보다 작은 직경을 가지도록 설치되는 내측 코일을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 냉매통은, 상기 하부 개구부가 상기 상부 개구부보다 작은 직경을 가지는 병목부를 구비하는 것이 바람직하다.

한편 상기 하부 밀봉부는, 상기 병목부 외면에 설치되는 통 고정부; 상기 통 고정부의 하면에 제1 체결수단에 의하여 체결되며, 상기 병목부보다 작은 직경을 가지는 관통공이 형성되는 밀폐판; 상기 밀폐판의 상면에 제2 체결수단에 의하여 체결되며, 상기 병목부의 내측에서 상기 관통공을 차단하며, 상기 이산화탄소 배출부에 고정되는 관 고정부;를 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 통 고정부는, 상기 병목부 외면에 고정되어 설치되는 고정플랜지; 상기 고정플랜지을 감싸는 형태로 상기 고정플랜지과 상기 병목부 사이에서 자유회전 및 상하 이동이 가능하게 설치되는 회전플랜지;을 포함하는 것이 바람직하다.

또한 상기 고정플랜지 하면과 상기 밀폐판 사이에는 접촉면을 밀폐하는 제1 밀봉부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 밀폐판 상면과 상기 관 고정부 하면 사이에는 접촉면을 밀폐하는 제2 밀봉부재가 더 구비되는 것이 바람직하다.

본원발명의 이산화탄소 응축장치는 이산화탄소 배출부가 펌프가 설치되어 있는 냉매통 하부로 배치되어 토출된 이산화탄소가 다시 기화되는 현상을 원천적으로 방지할 수 있는 장점이 있다.

또한 냉매통 내부에서 이산화탄소가 이동하면서 응축되는 이산화탄소 이동 코일이 이중 구조를 가져서 냉각효율이 우수한 장점도 있다.

더 나아가서 본원발명의 이산화 탄소 응축장치는 이산화탄소 배출부가 이산화탄소 공급부 반대측에 배치되면서도 이중 회전 플랜지 구조를 가져서 장치의 유지 보수 작업이 용이한 장점도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 응축장치의 구조를 도시하는 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 응축장치의 내부 구조를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화탄소 배출부 및 밀봉부의 구조를 도시하는 도 2의 부분 확대도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 이산화탄소 응축장치(1)는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 냉매통(10), 이산화탄소 이동코일(20), 상부 밀봉부(30), 이산화탄소 공급부(40), 이산화탄소 배출부(50), 하부 밀봉부(60), 냉매 공급부(70) 및 냉매 배출부(80)를 포함하여 구성된다.

먼저 냉매통(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상하 양단이 개방된 구조의 원통형 구조를 가지며, 후술하는 다른 구성요소들의 설치 장소를 제공하며, 이 냉매통(10) 내부에는 냉매가 채워지고, 이산화탄소가 이 냉매통(10) 내부를 통과하면서 냉각 및 응축되는 것이다. 그리고 본 발명에서 상기 냉매통(10)의 하부는 도 1, 2에 도시된 바와 같이, 상기 하부 개구부가 상기 상부 개구부보다 작은 직경을 가지도록 병목부(12)를 구비하는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 냉매통(10)이 병목부(12)를 구비하면, 후술하는 이산화탄소 배출부(50)와 하부 밀봉부(60)가 상기 상부 개구부보다 작은 직경을 가질 수 있어서, 유지보수 작업시 상기 이산화탄소 이동코일(20) 및 이에 결합되어 있는 이산화탄소 배출부(50) 및 하부 밀봉부(60)를 상측으로 분리 배출할 수 있는 것이다.

다음으로 상기 이산화탄소 이동코일(20)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉매통(10) 내부에 설치되며, 외부에서 공급되는 이산화탄소가 이동하는 경로를 제공한다. 이산화탄소는 상기 이산화탄소 이동코일(20)을 통하여 상기 냉매통(10) 내에서 최대한 많은 시간을 이동하는 것이 냉각효과를 극대화할 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 상기 이산화탄소 이동코일(20)을 외측 코일(22)과 내측 코일(24)로 이중 제작하여 이산화탄소의 냉각 효율을 극대화한다. 상기 외측 코일(22)은 그 일단이 후술하는 이산화탄소 공급부(40)와 연결되어 외부로 부터 공급된 이산화탄소가 도입되는 부분이며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉매통(10)의 내면에 근접하게 감긴상태로 설치된다. 그리고 상기 내측코일(24)은 상기 외측 코일(22) 내측에 상기 외측 코일(22)보다 작은 직경을 가지도록 설치되며, 그 일단이 상기 외측코일(22)의 타단과 연결된다. 그리고 상기 내측 코일(24)의 타단은 후술하는 이산화탄소 배출부(50)와 연결된다.

다음으로 상부 밀봉부(30)는 상기 냉매통(10) 상단 개구부를 밀폐하는 구성요소이다. 이 상부 밀봉부(30)는 후술하는 이산화탄소 공급부(40)를 관통시키면서도 상기 냉매통(10) 내부를 완벽하게 밀폐시켜야 하므로, 상기 이산화탄소 공급부(40)의 관과 일체로 형성되며, 상기 냉매통(10) 상단 사이에는 가스켓이 구비되어 밀폐 효과를 극대화한다. 상기 상부 밀봉부(30)는 원판 형상을 가질 수 있다.

다음으로 이산화탄소 공급부(40)는 상기 상부 밀봉부(30)를 관통하여 상기 이산화탄소 이동코일(20)의 일단에 연결되며, 상기 이산화탄소 이통코일(20)에 이산화 탄소를 공급하는 구성요소이다. 이 이산화탄소 공급부(40)의 일단은 외부의 이산화탄소 공급장치(도면에 미도시)에 연결되며, 상기 상부 밀봉부(30)를 관통하는 부위는 용접 등의 작업에 의하여 완벽하게 상부 밀봉부(30)에 일체화됨으로써, 리크가 발생하지 않도록 한다.

다음으로 상기 이산화탄소 배출부(50)는 상기 이산화탄소 이동코일(20) 타단에 연결되며, 상기 냉매통(10)의 하단 개구부 방향으로 연통되도록 설치되어 응축된 이산화탄소를 배출하는 구성요소이다. 본 실시예에서 상기 이산화탄소 배출부(50)는 상기 이산화탄소 공급부(40)와 반대방향 즉, 상기 냉매통(10)의 하측 방향을 배출되는 구조를 가진다. 일반적으로 상기 이산화탄소 응축장치(1)의 인접한 위치에는 응축된 이산화탄소를 다른 장치로 공급하기 위한 펌프(도면에 미도시)가 구비되는데, 이 펌프는 상기 냉매통(10)의 하부 높이 정도에 배치된다. 따라서 상기 이산화탄소 배출부가 상기 냉매통 상측으로 배치되는 경우에는 이 펌프에 연결하기 위한 외부 라인의 길이가 길어져서 펌프에 공급되는 동안 이산화탄소가 다시 기화되는 문제점이 발생하는데, 이 문제점을 본 실시예에 따른 이산화탄소 배출부가 해결하는 것이다.

다음으로 하부 밀봉부(60)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 상기 이산화탄소 배출부(50)를 통과시키며, 상기 냉매통(10)의 하단 개구부를 밀폐시키는 구성요소이다. 이를 위하여 본 실시예에서는 상기 하부 밀봉부(60)를 통 고정부(62), 밀폐판(64), 관 고정부(66)를 포함하여 구성한다.

먼저 통 고정부(62)는 상기 병목부(12) 외면에 설치되며, 후술하는 밀폐판과(64)와 밀착된다. 본 실시예에서 이 통 고정부(62)는 도 3에 도시된 바와 같이, 고정 플랜지(62a)와 회전 플랜지(62b)로 구성된다. 상기 고정 플랜지(62a)는 상기 병목부(12) 외면에 고정되어 설치되는 플랜지이며, 단면이 사각형 형태인 링 형상을 가진다. 그리고 상기 회전 플랜지(62b)는 상기 고정플랜지(62a)을 감싸는 형태로 상기 고정플랜지(62a)과 상기 병목부(12) 사이에서 자유회전 및 상하 이동이 가능하게 설치되는 플랜지이다. 이 회전플랜지(62b)가 먼저 상기 병목부(12)에 삽입된 상태에서 상기 고정 플랜지(62a)를 상기 병목부(12)에 용접 등의 방법에 의하여 고정하여 제조한다. 결국 상기 고정 플랜지(62a)는 상기 병목부(12) 외면에 고정되는 반면에 상기 회전 플랜지(62b)는 상기 고정 플랜지(62a)와 병목부(12) 사이에서 회전 및 상하 유동이 가능한 상태가 된다. 다만, 하측으로 빠져나와서 분리되지는 않는다.

다음으로 밀폐판(64)은 상기 통 고정부(62)의 하면에 제1 체결수단(63)에 의하여 체결되는 원판 형상을 가지는 구성요소이다. 그리고 이 밀폐판(64)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 병목부(12)의 직경보다 작은 직경을 가지는 관통공(64a)이 형성된다. 이 관통공(64a)으로 상기 이산화탄소 배출부(50)의 하단이 통과하는 것이다.

다음으로 상기 관 고정부(66)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 밀폐판(64)의 상면에 제2 체결수단(65)에 의하여 체결되며, 상기 병목부(12)의 내측에서 상기 관통공(64a)을 차단하는 구성요소이다. 그리고 상기 관 고정부(66)에는 상기 이산화탄소 배출부(50)가 고정된다. 즉, 상기 이산화탄소 배출부(50)의 하단이 상기 관 고정부(66)에 용접 등의 방법에 의하여 고정되고 상기 관 고정부(66)는 이렇게 고정된 상태로 유지 보수 작업 등이 이루어진다.

전술한 바와 같이, 회전 플랜지(62b)와 밀폐판(64)을 사용하여 상기 냉매통(10)의 하부를 밀봉하면, 유지 보수를 위한 분해 조립 작업이 용이해질 뿐만 아니라, 상기 회전 플랜지(62b)와 밀폐판(64)의 체결각도나 평행도의 오차가 자동으로 보정되는 장점이 있다.

한편 상기 고정플랜지(62a) 하면과 상기 밀폐판(64) 사이에는 접촉면을 밀폐하는 제1 밀봉부재(67)가 더 구비되고, 상기 밀폐판(64) 상면과 상기 관 고정부(66) 하면 사이에는 접촉면을 밀폐하는 제2 밀봉부재(68)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 이러한 밀봉부재(67, 68)는 가스켓 등으로 구성될 수 있으며, 일정한 정도의 신축성을 가지고 있어서, 금속 소재의 사이에서 밀봉역할을 수행한다.

다음으로 냉매 공급부(70)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 냉매통(10)의 일측에 연결되며, 상기 냉매통(10)에 냉매를 공급하는 구성요소이며, 상기 냉매 배출부(20)는 상기 냉매통(10)의 타측에 연결되며, 상기 냉매통(10)의 냉매를 배출하는 구성요소이다. 이러한 냉매 공급부(70)와 냉매 배출부(80)에 의해서 상기 냉매통(10) 내부의 냉매는 계속하여 순환된다.

10 : 냉매통 20 : 이산화탄소 이동코일
30 : 상부 밀봉부 40 : 이산화탄소 공급부
50 : 이산화탄소 배출부 60 : 하부 밀봉부
70 : 냉매 공급부 80 : 냉매 배출부

Claims (7)

1. 양단이 개방된 구조의 원통형 냉매통;
   상기 냉매통 내부에 설치되며, 외부에서 공급되는 이산화탄소가 이동하는 이산화탄소 이동코일;
   상기 냉매통 상단 개구부를 밀폐하는 상부 밀봉부;
   상기 상부 밀봉부를 관통하여 상기 이산화탄소 이동코일의 일단에 연결되며, 상기 이산화탄소 이통코일에 이산화 탄소를 공급하는 이산화탄소 공급부;
   상기 이산화탄소 이동코일 타단에 연결되며, 상기 냉매통의 하단 개구부 방향으로 연통되도록 설치되어 응축된 이산화탄소를 배출하는 이산화탄소 배출부;
   상기 이산화탄소 배출부를 통과시키며, 상기 냉매통의 하단 개구부를 밀폐시키는 하부 밀봉부;
   상기 냉매통의 일측에 연결되며, 상기 냉매통에 냉매를 공급하는 냉매 공급부;
   상기 냉매통의 타측에 연결되며, 상기 냉매통의 냉매를 배출하는 냉매 배출부;를 포함하며,
   상기 이산화탄소 이동코일은,
   상기 냉매통의 내면에 근접하게 설치되는 외측 코일과,
   상기 외측 코일 내측에 상기 외측 코일보다 작은 직경을 가지도록 설치되는 내측 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 응축장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 냉매통은,
   상기 하단 개구부가 상기 상단 개구부보다 작은 직경을 가지는 병목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 응축장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 하부 밀봉부는,
   상기 병목부 외면에 설치되는 통 고정부;
   상기 통 고정부의 하면에 제1 체결수단에 의하여 체결되며, 상기 병목부보다 작은 직경을 가지는 관통공이 형성되는 밀폐판;
   상기 밀폐판의 상면에 제2 체결수단에 의하여 체결되며, 상기 병목부의 내측에서 상기 관통공을 차단하며, 상기 이산화탄소 배출부에 고정되는 관 고정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 응축장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 통 고정부는,
   상기 병목부 외면에 고정되어 설치되는 고정플랜지;
   상기 고정플랜지을 감싸는 형태로 상기 고정플랜지과 상기 병목부 사이에서 자유회전 및 상하 이동이 가능하게 설치되는 회전플랜지;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 응축장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 고정플랜지 하면과 상기 밀폐판 사이에는 접촉면을 밀폐하는 제1 밀봉부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 응축장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 밀폐판 상면과 상기 관 고정부 하면 사이에는 접촉면을 밀폐하는 제2 밀봉부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이산화탄소 응축장치.

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