(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.7
B01D 53/34
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2005년11월09일
10-0527277
2005년11월02일
(21) 출원번호 10-2003-0053358 (65) 공개번호 10-2005-0014939
(22) 출원일자 2003년08월01일 (43) 공개일자 2005년02월21일
(73) 특허권자 이후근
대전 유성구 전민동 엑스포아파트 508-1104
(72) 발명자 이후근
대전광역시유성구전민동508-1104
장길남
대전광역시동구용전동새피앙아파트103동601호
설동훈
대전광역시유성구봉산동181-16103호
이성종
충청남도금산군금산읍상옥리344-4
(74) 대리인 한인열
김진학
임세혁
심사관 : 김명희
(54) 유해가스를 제거할 수 있는 이온교환필터
요약
본 발명은 반도체 및 산업현장에서 발생되는 유해가스와 분진을 처리하기 위한 가스 스크러버에 사용되는 이온교환필터
에 관한 것으로서 산성 및 염기성 가스를 효율적으로 제거할 수 있으며, 접촉면적을 증가시키면서 압력손실을 최소화하도
록 구성되어 있다. 이온교환필터는 이온교환수지가 부착된 이온교환봉과 이온교환봉이 가이드에 의해 고정된 이온교환판,
접촉효율을 증가시키기 위하여 이온교환판을 격자 형태로 적층시켜 제작된 것이다. 상기와 같이 제작된 이온교환필터는
기존에 사용하고 있는 이온교환부직포에 비해 산성 및 염기성 가스의 제거효율이 우수할 뿐만 아니라 제조비용이 절감된
다.
대표도
도 4
색인어
등록특허 10-0527277
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이온교환필터, 산성가스, 염기성가스, 이온교환수지, 이온교환봉
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 가스 스크러버의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가스 스크러버의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온교환필터의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 이온교환봉의 구성을 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 인입관 (2) : 집진부(Powder trap)
(3) : 이온교환필터 (4) : 볼 밸브
(5) : 세정액 탱크 (6) : 재생용액 탱크
(7) : 디미스터(Demister) (8) : 패킹재(Packing material)
(9) : 세정액 분사노즐 (10) : 칸막이
(11) : 펌프 (12) : 재생용액 회수 장치
(13) : 이온교환수지 (14) : 이온교환봉
(15) : 플라스틱 봉 (16) : 부직포
(17) : 실 (18) : 이온교환판
(19) : 가이드
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
반도체 제조 공정이나 산업현장에서 발생하는 유해가스 및 유독가스는 인체에 극히 해로운 것으로 알려져 있으며, 이러
한 유해가스 및 유독가스를 제거하기 위하여는 여러 가지 처리법이 있다. 그 중에 일반적으로 사용하는 방법으로는 습식
처리법과 건식 처리법이 있다.
습식 처리법은 배기가스와 세척액이 충전탑에서 서로 향류 방향으로 흐르면서 기-액 접촉을 통하여 유독가스를 중화시
키거나 흡수 처리하는 방법이다. 여기서 세척액은 일반적으로 NaOH와 같은 염기성 수용액이다. 이러한 습식 처리방법은
배기가스 처리장치가 반응 생성물로 막히게 되어 효율이 급격히 떨어지는 문제점을 안고 있다.
건식 처리법은 유독가스를 고온으로 열분해하는 방법과 흡착제를 이용하여 흡착제거하는 방법으로 구분된다.
등록특허 10-0527277
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고온으로 열 분해하는 방법으로는 히터를 이용한 간접가열 방식과 LPG 등과 같은 가스를 이용한 직접가열식으로 구분된
다. 이러한 방법은 고농도의 가스를 처리하는데 적합하지만, 히터 또는 LPG를 사용하여 고온으로 올리기 때문에 안전성에
문제가 있으며, 외부로부터 열원을 사용하기 때문에 운전비가 많이 든다는 문제가 있다.
흡착제를 이용한 흡착식 스크러버에는 유독성 가스를 제거하기 위하여 흡착제를 스크러버에 충전한다. 흡착제로는 일반
적으로 활성탄[일본특허번호 61-35849(1986)]과 NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2와 같은 염기성 물질[일본특허번호 61-
61619(1986)]을 사용한다. 또한 활성탄과 염기성 물질을 혼합하여 사용하는 경우도 있다[미국특허번호
5322674(1994)].
또한 이온교환체를 이용하여 유해가스를 처리하는 방법[국내특허번호 10-0333930(2002)]이 있으며, 이 특허에 사용
되는 이온교환체는 이온교환부직포를 사용하여 산성 및 염기성 가스를 제거하도록 하였다. 산성 및 염기성 가스를 제거할
수 있는 메디아로 이온교환부직포를 사용하였는데 이온교환부직포의 가격이 비싸다는 단점이 있다. 이온교환부직포의 제
거효율을 향상시키기 위하여 본 발명자가 출원한 유해가스 및 분진을 효과적으로 제거할 수 있는 가스 스크러버[국내특허
번호 10-2003-0023949]가 출원되어 있으며, 이 특허에는 이온교환부직포를 사용하여 이온교환필터를 제작하였으며,
이온교환필터의 산성 및 염기성 가스 제거성능을 향상시키기 위하여 분진을 미리 제거하도록 구성하였다.
본 발명에서는 산성 및 염기성 가스를 제거할 수 있는 이온교환부직포를 사용하는 대신에 가격이 저렴한 이온교환수지가
부착된 이온교환봉을 이용하여 산성 및 염기성 가스에 대한 제거효율이 우수하며, 압력손실이 거의 발생하지 않는 이온교
환필터를 제작하였다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
본 발명은 상기와 같은 시스템으로 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은 산성 및 염기성 가스의 제거효율이 우수하며, 재
생이 가능하고, 가격이 저렴한 이온교환수지를 이용한 이온교환필터를 사용함으로서 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있
도록 하고자 한다.
발명의 구성 및 작용
본 발명은 반도체 제조 공정 및 산업현장에서 발생되는 산성 및 염기성 가스를 효과적으로 제거할 수 있는 이온교환필터
에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 따른 이온교환필터의 구성과 그 작용에 대한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과
같다.
도 1과 2는 이온교환필터가 장착된 가스 스크러버의 개념을 나타낸 정면도와 측면도이다. 유해가스와 분진의 제거 방법
은 먼저 가스 스크러버 하부의 인입관(1)을 통해 유해가스와 분진이 유입되고, 유입된 분진은 집진부(2)에 의해서 제거되
며, 분진이 제거된 유해가스는 이온교환필터를 통과하면서 유해가스가 제거되어 정화된 공기만이 외부로 배출이 되도록
되어 있다. 가스 스크러버 내부로 유입되는 유해가스와 분진은 볼 밸브(4)에 의해 내부로 유입되도록 하였으며, 배관 내부
가 유입되는 분진에 의해 막혔을 경우에는 배관 내부에 설치되어 있는 압력 센서에 의해 볼 밸브(4)가 닫히면서 유입된 유
해가스는 우회(by pass) 되도록 하였다. 가스 스크러버의 내부는 세정액 탱크(5), 재생 용액 탱크(6), 집진부(2), 이온교환
필터(3), 디미스터(7)로 구성되어 있다. 이온교환필터(3)의 성능을 극대화시키기 위하여 설치된 집진부(2)는 패킹재(8)가
충전되어 있으며, 세정액 분사노즐(9)에 의해 지속적으로 세정용액을 분사시키도록 되어 있다. 이러한 집진부(2)에 의해
분진은 분사된 세정액에 의해서 제거되며, 분진을 제거한 세정액은 다시 세정액 탱크(5)로 모이게 하였다. 세정액 탱크(5)
의 구조는 내부에 칸막이(10)가 설치되어 분진을 제거하고, 모여진 세정액은 한곳으로 모이도록 하였고, 분진은 침전되며,
침전되고 남은 상층액은 칸막이(10)에 의해 오버플로우(overflow)되도록 하였으며, 오버플로우된 세정액은 다시 펌프에
의해 집진부(2)에 의해 분사되어 분진을 제거하는데 사용된다.
산성 및 염기성 가스를 제거하기 위한 이온교환필터(3)는 흡착 및 재생이 가능한 이온교환필터(3)로서 재생액은 재생용
액 탱크(6)로부터 공급받아 이온교환필터(3)를 정기적으로 재생하여 사용한다. 이온교환필터(3)의 재생을 위하여 사용하
는 재생액은 세정액과 구별이 되어야 하므로 탱크를 두 개로 구분하여 설치되어 있으며, 재생액은 이온교환필터(3) 하단에
설치된 재생용액 회수 장치(12)에 의해 재생액은 회수되어 재생 탱크로 모이게 된다.
등록특허 10-0527277
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도 3은 이온교환필터(3)의 구성을 나타낸 도면이다. 도 3에서 보는 바와 같이 이온교환필터(3)는 이온교환부직포보다 저
렴한 이온교환수지(13)를 사용하였다. 이온교환필터(3)는 산성 및 염기성 가스의 제거효율을 높이고, 압력손실을 최소화
하도록 구성되어 있다. 이온교환필터(3)의 제작 방법은 먼저 이온교환봉(14)을 제작한 후, 제작된 이온교환봉(14)을 격자
형태로 적층하여 이온교환필터(3)를 제작한다.
이온교환봉(14)의 지지체로서 사용되는 플라스틱 봉(15)의 종류는 PVC 또는 내화학성 FRP 등의 내약품성이 있는 플라
스틱 봉(15)을 사용한다. 또한 산성 또는 염기성 가스를 제거하기 위하여 이온교환수지(13)를 준비한다. 이온교환봉(14)의
제작 순서는 먼저 부직포(16)에 바인더를 도포한 후 이온교환수지(13)를 부착시킨다. 이온교환수지(13)가 부착된 부직포
(16)를 플라스틱 봉(15)에 감싼다. 이온교환수지(13)가 부착된 부직포(16)에서 이온교환수지(13)가 탈착이 되지 않도록
하기 위하여 마지막으로 실(17)을 이용하여 일정한 간격으로 감아놓는다.
상기와 같이 제작된 이온교환봉(14)을 이용하여 이온교환필터(3)를 제작한다. 이온교환필터(3)를 구성하는 이온교환판
(18)의 제작 방법은 먼저 제작된 이온교환봉(14)의 양끝은 양쪽 가이드(19)에 고정시킨다. 가이드(19)에는 이온교환봉
(14)을 고정시킬수 있는 구멍이 있으며, 이온교환봉(14)을 구멍에 끼워 고정시킨후 열을 이용하여 용접한다. 이온교환필
터(3)를 300mm(가로) x 300mm(세로) x 300mm(높이)로 제작할 경우 가이드(19)에 13-14개 정도의 이온교환봉(14)을
일정한 간격으로 양쪽을 고정시킨 후, 이온교환봉(14)이 고정된 이온교환판(18)을 제작하며, 제작된 이온교환판(18)을
25-30개정도를 격자 형태로 적층하여 이온교환필터(3)를 제작한다(상기는 바람직한 실시 예로서 이에 한정하는 것은 아
니다).
이온교환봉(14) 사이의 간격과 이온교환판(18) 사이의 간격은 아래와 같은 식에 의해 결정한다.
1.0≤d/D≤2.5
여기서 d : 이온교환봉(이온교환판) 사이의 간격
D : 이온교환봉의 직경
이온교환판(18)을 적층할 경우에는 접촉 효율을 증가시키기 위하여 이온교환봉(14)이 서로 엇갈려 격자 형태가 유지되
도록 적층한다. 이온교환필터(3)를 제작하는데 있어서 산성 및 염기성 가스를 제거하기 위하여 사용된 이온교환수지(13)
는 양이온교환수지와 음이온교환수지를 사용하였다. 산성 가스를 제거할 경우에는 음이온교환수지를 사용하고, 염기성 가
스를 제거할 경우에는 양이온교환수지를 사용하여 상기와 같은 방법으로 제작하였다.
상기와 같이 제작된 이온교환필터(3)를 이용하여 산성 가스 제거실험을 수행하였다. 시험 가스를 통과시키기 전에 가스
스크러버에 300mm(가로) x 300mm(세로) x 300mm(높이) 크기의 이온교환필터(3)를 장착한 후 팬(Fan)을 가동시키면
서 시험 풍량을 600 L/min을 맞추었다. 시험 가스로는 HCl을 이용하여 시험을 수행하였으며, 이때의 HCl의 농도는
300ppm으로 맞추었다. 재생주기는 20분으로 하였으며, 재생시간도 20분간 재생을 하였다. 시험을 수행하기 위한 조건이
다 맞추어지면 입구부(Input)의 농도와 출구부(Output)의 농도를 시간에 따라 측정하면서 HCl 가스에 대한 제거효율을 확
인하였다. HCl 가스에 대한 제거효율시험에 대한 결과를 그림 1에 나타내었다. 그림 1에서 보는 바와 같이 HCl 가스에 대
한 제거효율이 95% 이상으로 검출되는 것을 볼 수 있다. 이온교환수지를 이용하여 제작된 이온교환필터가 HCl 가스에 대
하여 흡착 및 재생이 잘 이루어지는 것을 알수 있다.
등록특허 10-0527277
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그림 1 이온교환필터에 의한 HCl 가스 제거 성능 그래프
발명의 효과
본 발명은 반도체 제조 공정 및 산업현장에서 발생되고 있는 산성 및 염기성 가스를 효과적으로 제거할 수 있는 이온교환
필터로서 가격이 저렴한 이온교환수지를 사용하여 필터의 제조 비용이 저렴할 뿐만 아니라 이온교환필터의 구조를 격자
형태로 적층함으로서 산성 및 염기성 가스와 접촉을 용이하게 하여 제거 효율을 증가시켰다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
격자 형태로 적층된 이온교환판(18)을 구비하여 산성 및 염기성 가스를 제거하는 이온교환필터(3)에 있어서,
상기 이온교환판(18)의 한 층은 산성 및 염기성 가스의 제거 효율을 증가시키기 위하여 부직포(16)에 바인더를 도포한
후, 이온교환수지(13)를 부착시키고, 상기 이온교환수지(13)가 부착된 부직포(16)를 플라스틱 봉(15)에 감아 놓은 이온교
환봉(14)을 가이드(19)에 고정시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환필터(3).
청구항 2.
제 1항에 있어서,
이온교환필터(3)를 이루는 이온교환봉(14)에 부착되는 이온교환수지(13)를 사용함에 있어서 양이온교환수지, 음이온교
환수지 중 어느 하나를 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온교환필터(3).
청구항 3.
제 1항에 있어서,
등록특허 10-0527277
- 5 -
이온교환필터(3)를 이루는 이온교환봉(14)에 이온교환수지(13)를 부착하는 과정에 이온교환수지(13)가 이온교환봉(14)
으로부터 탈착되는 것을 방지하기 위하여 부직포를 이용하여 먼저 감싸놓은후 실(17)을 이용하여 일정한 간격으로 감아놓
은 것을 특징으로 하는 이온교환필터(3).
청구항 4.
제 1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
이온교환봉(14)을 가이드(19)에 고정시킬 때 이온교환봉(14)의 직경(D)과 이온교환봉 사이 간격(d)의 관계는 1.0≤d/
D≤2.5 인 것을 특징으로 하는 이온교환필터(3).
청구항 5.
제 1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
산성 및 염기성 가스와 접촉 효율을 증가시키기 위하여 이온교환봉(14)을 적층할 때 이온교환봉(14)이 서로 엇갈려 격자
형태로 적층되는 것을 특징으로 하는 이온교환필터(3).
청구항 6.
제 1항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
이온교환판(18)을 격자 형태로 적층할 때 이온교환봉의 직경(D)과 이온교환판 사이 간격(d)의 관계는 1.0≤d/D≤2.5 인
것을 특징으로 하는 이온교환필터(3).
도면
등록특허 10-0527277
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도면1
등록특허 10-0527277
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도면2
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도면3
등록특허 10-0527277
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도면4
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