스크러버 냉각 및 제습장치 {Scrubber cooling and dehumidification device}

본 발명은 스크러버 냉각 및 제습장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 스크러버에서 유해가스가 대기 중으로 방출되기 직전에 냉각 및 제습을 하여 유해물질을 능동적으로 제거하고 유해가스 정화효율을 높일 수 있는 스크러버 냉각 및 제습장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정이나 산업현장에서 발생하는 유해가스는 인체에 극히 해로운 것으로 알려졌으며 이러한 유해가스를 제거하기 위한 여러 가지 처리법이 있다.

즉, 기체 상태로 방출되는 오염물질(유해가스)을 정화하기 위하여 건식 및 습식 기법이 실시되고 있다.

상기 건식 기법은 정화해야 할 기체 내에 미분된 고체를 주입하고, 화학적 반응 또는 흡착을 통하여 기체 오염물질이 고체 입자화된 후, 예를 들어 전기 필터 같은 제진기에 의해 수거된다.

상기 습식 기법은 기체와 세정액이 긴밀하게 접촉하여 오염물질이 상기 세정액에 전달된다.

용해성이 높은 기체의 경우에는 기체가 용이하게 용해되고, 용해성이 낮은 기체의 경우에도 세정액 내에 분산된 반응제와의 반응에 의해 중화되어 오염물질이 계속 용해될 수 있다.

이와 같이 기체 상태의 오염물질(유해가스)을 정화하는데 사용하는 대표적인 장치가 스크러버(scrubber)이다.

상기 스크러버는 1차로 배기가스를 연소시켜 발화성, 폭발성 가스를 제거한 후, 2차로 물을 이용한 수용성 유해가스를 용해하는 구조를 갖는데, 이런 유해가스가 대기로 방출되면 심각한 환경오염을 유발하기 때문에, 스크러버에 출구 측에 냉각 및 제습장치를 구비하여 유해가스를 제거한다.

그런데 종래 반도체 제조라인 등에 설치되어 사용되는 스크러버를 통해 유해가스를 정화하여도 여전히 배출되는 가스 중에는 불산 등의 유해가스가 낮은 농도로 함유되어 있고, 함유된 유해가스는 유동과정에서 배관 등을 부식시키는 문제점이 있었다.

이런 문제점을 해결하기 위해 선행기술문헌 등록번호 제10-1619242호에 스크러버용 제습장치가 개시되어 있는 바, 이 선행특허는 내부에 메쉬형 냉각핀이 다수 개 설치된 제습하우징과, 상기 제습하우징에 부착되어 상기 냉각핀을 냉각시키는 열전소자와, 스크러버에서 토출된 가스를 상기 제습하우징의 내부로 안내하는 유입관과, 상기 제습하우징을 통과하여 냉각 및 제습된 가스를 배출시키는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그런데 이 선행특허도 유해가스를 완전히 제거하지 못하고 대기 중에 배출하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 내부에 유해가스가 이동하는 공간이 형성된 제습하우징 내부에 1차 및 2차 냉각 제습하는 구조를 갖도록 구성하여 효율적 냉각 제습으로 유해가스 정화효율과 열효율을 극대화할 수 있는 스크러버 냉각 및 제습장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 스크러버 냉각 및 제습장치는, 상하가 개방되는 통 형상으로 좌우 양측에 설치공이 관통 형성되는 제습하우징;

일측면은 발열하고 타측면은 흡열하는 다수의 열전소자;

상기 다수 열전소자의 일측면에 부착되고 내부에 물이 흐르는 수로관이 지그재그로 형성된 핫블록;

상기 다수 열전소자의 타측면에 부착되고 그 반대면에 다수의 냉각핀이 수직으로 배열되도록 돌출 형성되어 유해가스를 2차 냉각 제습하는 한 쌍의 쿨싱크; 및

상기 한 쌍의 쿨싱크 하부에 위치하고 나선형으로 냉각수가 흘러 유해가스를 1차 냉각 제습하는 열교환관을 포함하고,

상기 쿨싱크와 열교환관은 제습하우징의 내부에 구비되고, 열전소자는 설치공을 통해 제습하우징 외측에 결합된 핫블록의 일면에 부착되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 열전소자가 부착되는 핫블록의 일면이나 쿨싱크의 일면에, 열전소자와 대응되는 크기의 스페이서가 소정의 높이로 다수 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환관의 냉각수는 열전소자를 이용한 냉각으로 20~23℃ 온도를 유지하거나, 지하수를 이용한 냉각으로 유입된 배기가스의 온도보다 5~10℃ 낮은 온도로 냉각 제습되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 쿨싱크는 열교환관의 냉각 제습보다 5~10℃ 낮은 온도로 냉각 제습되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각핀은 가운데는 촘촘하게 형성되고 양측은 듬성듬성하게 형성되되, 냉각핀의 배열 방향과 직각으로 부분 절단되어 분리되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 스크러버 냉각 및 제습장치는 유해가스를 건식으로 처리하는 스크러버에 적용되는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 내부에 유해가스가 이동하는 공간이 형성된 제습하우징 내부에 1차 및 2차 냉각 제습하는 구조를 갖도록 구성하여 효율적 냉각 제습으로 유해가스 정화효율과 열효율을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 제습장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 의해 조립된 냉각 및 제습장치의 사시도이다.
도 3은 도 2의 저면 사시도이다.
도 4는 본 발명에 냉각 및 제습장치가 적용되는 스크러버의 구성도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 쿨싱크의 다른 실시예를 보여주는 사시도이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각 및 제습장치의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 의해 조립된 냉각 및 제습장치의 사시도이며, 도 3은 도 2의 저면 사시도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 냉각 및 제습장치는 유해가스를 배출하는 스크러버 출구 측의 덕트 도중에 설치되는 것으로서, 핫블록(110), 열전소자(120), 쿨싱크(130), 제습하우징(140), 열교환관(150) 및 실링부재(160)를 포함하여 구성된다.

상기 제습하우징(140)은 내부에 유해가스가 이동하는 공간이 형성되도록 상하가 관통하는 통 형상으로 이루어지되, 좌우 양측에 열전소자(120)를 관통해서 설치할 수 있도록 설치공(142)이 형성되고 그 설치공(142)의 상하좌우 외측에 핫블록(110)을 결합할 수 있도록 평평한 결합면(144)이 형성된다.

상기 제습하우징(140)의 개방된 상하측은 미도시된 덕트에 결합하며 이에 의해 개방된 하측은 냉각 및 제습장치(100)의 입구가 되고 다른 하나는 냉각 및 제습장치(100)의 출구가 된다.

상기 제습하우징(140)의 입구와 출구에는 미도시된 온도센서와 압력센서가 각각 더 구비되어 입출구의 온도차와 압력차를 각각 검출하고, 그 온도와 압력의 변화로 제습하우징 내부에 부착된 유해가스나 분진의 변화를 감지할 수 있다.

또한, 제습하우징(140)의 입구나 출구에는 상측에 미도시된 노즐이 설치되어 외부로부터 관을 통해 세정제나 물을 공급받아 제습하우징(140) 내부에 분사할 수 있다.

상기 노즐은 온도센서 및 압력센서와 연동하여 입출구의 온도 및 압력의 변화로 제습하우징(140) 내부에 부착된 유해가스나 분진의 변화를 감지해서 세정제나 물을 분사하여 제습하우징(140) 내부에 흡착된 유해가스나 분진을 청소함으로써 효율적으로 유해가스나 분진을 냉각 및 제습할 수 있다.

상기 핫블록(110)(hot block)은 내부에 물이 흐르는 수로관이 지그재그로 형성되는 것으로, 테두리 부위가 상기 제습하우징(140)의 평평한 결합면(144)에 결합하고 그 테두리 내부에는 열전소자(120)와 같은 크기를 갖는 다수의 스페이서(112)가 소정의 높이를 갖고 종횡으로 돌출 형성되어 열전소자(120)가 부착된다.

이때 제습하우징(140)의 결합면(144)과 핫블록(110)의 테두리 사이에 기밀을 유지하여 유해가스의 누설을 방지하기 위한 실링부재(160)가 개재된다.

상기 다수의 스페이서(112)에 각각 부착되는 열전소자(120)는 양면 중 일면이 흡열하면 그 반대면은 발열하는 소자이다.

이와 같이 핫블록(110)에 직접 열전소자(120)를 부착하지 않고 소정 높이로 돌출된 스페이서(112)에 부착하는 이유는, 상기 핫블록(110)의 평판에 열전소자(120)의 일면을 직접 부착하는 경우 열전소자(120)의 두께가 3~4mm로 매우 얇아 핫블록(110)과 후술하는 열전소자(120)의 타면에 부착되는 쿨싱크(130) 사이의 간격이 좁아질 수밖에 없고, 이에 의해 두께가 얇은 열전소자(120) 일면에서 흡열하는 열과 타면에서 발열하는 열이 반대편의 쿨싱크(130)와 핫블록(120)에 영향을 미쳐 열 교환 효율이 떨어질 수밖에 없다.

본 발명에서는 핫블록(110)의 스페이서(112)에 부착되는 열전소자(120)의 일측면에서 발열하고, 그 타측면에서 흡열하도록 구성된다.

상기 열전소자(120)의 타측면에 부착되고 제습하우징(140) 내부에 구비되는 쿨싱크(130)(cool sink)는, 열전소자(120)와 접촉하는 일측면은 핫블록(110)과 대응되는 크기로 평판으로 이루어져 대칭을 이루는 상대방의 쿨싱크(130)와 마주보고 결합함으로써 유해가스 통로를 형성한다.

이때 쿨싱크(130) 일측면의 평판에는 열전소자(120)의 같은 크기를 갖는 다수의 스페이서(132)가 소정의 높이를 갖고 종횡으로 형성되어 상기 열전소자(120)의 타측면에 부착되고, 그 타측면에는 다수의 냉각핀(134)이 돌출 형성되어 공기통로 상에 수직으로 배열된다.

이때 다수의 냉각핀(134)이 가운데에는 촘촘히 형성되고 그 양측에는 듬성듬성 형성된다.

이때에도 상기 열전소자(120)에 부착되는 쿨싱크(130)의 일측면에 스페이서(132)를 다수 돌출 형성하는 이유는 열전소자(120)의 두께가 3-4mm로 얇아 핫블록(110)과 쿨싱크(130) 간의 간격이 좁아짐으로써 열교환 효율이 떨어지기 때문이다.

상기 제습하우징(140)의 개방된 하부(입구) 내측에 수평으로 설치되는 열교환관(150)은 나선형으로 이루어지고, 상기 열교환관(150)의 일측은 외부의 냉각수를 유입시킬 수 있도록 제습하우징(140) 외측의 유입관(152)에 연결되며, 타측은 열교환에 이용된 냉각수를 외부로 유출시킬 수 있도록 제습하우징(140) 외측의 유출관(154)에 연결된다.

상기 유입관(152)을 통하여 열교환관(150)에 냉각수는 열교환관(150)을 따라 나선형으로 흐르면서 배기가스와 열교환하여 1차로 냉각 및 제습 기능을 수행한 후 유출관(154)을 통해 외부로 배출된다.

이와 같은 열교환관(150)에 이용된 냉각수를, 열전소자를 이용한 별도의 냉각블록구조로 냉각함으로써 온도를 20~23℃로 유지하거나, 지하 냉각수를 이용하여 유입된 배기가스보다 5~10℃ 낮은 온도로 냉각 및 제습이 이루어지게 함이 바람직하다.

덕트와 상기 제습하우징(140)의 입구를 통해 유해가스가 냉각 및 제습장치(100) 내부로 유입되는 경우, 열교환관(150)에 의해 1차 냉각 제습되고, 2차 열전소자(120)의 타측면에서 흡열하여 쿨싱크(130)를 통해 클리닝장치(100) 내부에 있는 냉각핀(134)의 열을 2차로 빼앗게 된다.

따라서 냉각 및 제습장치(100)의 내부에서 유해가스가 1차와 2차로 2번 냉각 제습된다.

또한, 열전소자(120)의 일측면에서 발열하는 열은 수로관이 형성된 핫블록(110)에 의해 수냉식 열교환이 이루어져 냉각된다.

즉, 열전소자(120)를 이용한 2차 냉각에서 흡열부측은 쿨싱크(130) 구조의 냉각핀(134)이 다수 구비된 열양도체 블록으로 구성하여 1차 냉각시보다 5~10℃ 더 낮은 온도로 냉각 제습이 이루어지게 할 수 있다.

또한, 열전소자(120)의 발열부측은 도면에 도시된 핫블록(110) 구조의 수랭식 또는 공랭식(방열 씽크구조)으로 열교환을 이루어 일정온도 제어가 가능하다.

이와 같이 제습하우징(140) 내부를 1,2차 또는 그 이상으로 온도차를 이용한 열교환 장치를 구성하여 유해가스의 냉각 제습의 효율을 높일 수 있다.

도 4는 본 발명에 냉각 및 제습장치가 적용되는 스크러버의 구성도로서 습식 방식인 경우를 나타낸다.

도시된 바와 같이 스크러버는 대략 연소 및 열교환부(200)와 사이클론(300), 냉각 및 제습장치(100)를 포함하여 구성된다.

연소 및 열교환부(200)에서 상부의 연소부는 예를 들어 플라스마를 이용해 유해가스를 연소시켜 정화 처리하고, 하부의 열교환부는 물을 공급받아 배기되는 유해가스를 수처리한다.

이에 따라 연소부의 온도는 대략 800℃가 되고 열교환부에서 배출되는 유해가스의 온도는 대략 400℃가 된다.

다음 사이클론(300)은 상기 연소 및 열교환부(200)의 하부에서 유해가스의 연소 생성물을 수용하여 물과 함께 배출하고 내부에 물을 구비하여 열교환부에서 미처리된 유해가스를 수처리한다.

이에 따라 사이클론(300)에서 배출되는 유해가스의 온도는 대략 28~32℃가 된다.

다음 사이클론(300)에서 배출되는 유해가스는 본 발명에 따른 냉각 및 제습장치(100)에 유입되어 1차와 2차, 2번 냉각 제습된 후 정화된 공기가 약 18℃ 온도로 덕트를 통해 대기중으로 배출된다.

도 4에서는 본 발명이 습식 방식의 스크러버에 적용하는 경우를 예를 들었으나, 유해가스가 연소 및 열교환부, 냉각 및 제습장치, 사이클론 순으로 이동하는 건식 방식의 스크러버에도 적용할 수 있다.

특히 건식 방식의 스크러버에 적용하는 경우 폐수가 없거나 비교적 소량이어서 그 효과가 크다.

도 5는 도 1에 나타낸 쿨싱크의 다른 실시예를 보여주는 사시도이다.

일반적으로 벽과 유체 사이에 전열(傳熱)이 진행될 때, 벽의 온도로부터 유체의 온도에 이를 때까지 온도가 변하는, 벽에 잇닿아 있는 유체의 층 즉, 열경계층이 존재하고 이 열경계층을 뚫고 나가기 위해서는 에너지가 필요하다.

도 5에서는 상기 열경계층을 완화시켜 열교환 효율을 높이기 위하여 쿨싱크(130)의 냉각핀(134)을 도면에서 보아 수평(배열 방향과 직각)으로 부분 절단함으로써 이격 공간(136)에 의해 냉각핀(134)이 상하로 다수 분리되고 이에 의해 냉각 제습 효율을 높일 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 디자인으로 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

100: 냉각 및 제습장치 110: 핫블록
120: 열전소자 130: 쿨싱크
140: 제습하우징 150: 열교환관
160: 실링부재 1000: 스크러버 장치