KR20020034406A - The methods of residual lifetime identification of a gas scrubber and operation of dual type gas scrubber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 및 산업현장에서 발생되는 유해가스를 처리하기 위하여 흡착제가 충전된 캐니스터를 싱글(single) 또는 듀얼(dual)방식으로 사용하는 흡착식 가스 스크러버에 관한 것이다. 특히 본 발명은 흡착제에 의해 유해가스가 흡착될 때 발생하는 흡착열을 이용하여 흡착제의 사용수명을 표시하도록 하여 교체시점을 확인하고, 캐니스터를 안전하고 편리하도록 교체하는 시스템이다. 흡착열을 감지하는 온도 센서를 가스 스크러버 캐니스터의 상단, 중단 및 하단부에 설치하고, 캐니스터에 충전된 흡착제의 흡착능력이 상실되면 흡착제로부터 흡착열이 발생되지 않으므로 캐니스터의 상단, 중단 및 하단부의 온도변화가 없게 된다. 이러한 온도변화에 의해 흡착제의 사용수명 및 교체주기를 감지하여 교체시점을 표시할 수 있는 시스템이다. 또한 가스 스크러버에서 듀얼(dual)방식의 캐니스터를 사용할 경우 1번 캐니스터의 사용수명이 다하여 교체시기가 되었을 경우 1번 캐니스터에서 2번 캐니스터로 손쉽게 바꾸어 사용할 수 있고, 동시에 새로운 캐니스터에 있는 온도 또는 압력 측정 센서도 스위치만 1번에서 2번으로 전환하여 즉시 온도와 압력의 측정값이 표시기에 나타나도록 할 수 있는 시스템이다. 본 발명의 구성은 가스 스크러버에 부착된 온도 센서와 컨트롤 박스에 의해 교체주기를 판단하여 운전을 간편하게 하고자 하는 시스템이다.The present invention relates to an adsorptive gas scrubber using a canister filled with an adsorbent in a single or dual manner to treat harmful gases generated in semiconductors and industrial sites. In particular, the present invention is a system for confirming the replacement time by using the heat of adsorption generated when the harmful gas is adsorbed by the adsorbent to confirm the replacement time, and to replace the canister to be safe and convenient. A temperature sensor that senses the heat of adsorption is installed at the top, middle, and bottom of the gas scrubber canister. When the adsorption capacity of the adsorbent charged in the canister is lost, no heat of adsorption is generated from the adsorbent. do. It is a system that can indicate the replacement time by detecting the service life and replacement cycle of the adsorbent. In addition, when the dual canister is used in the gas scrubber, it can be easily changed from the first canister to the second canister when the replacement time is due to the end of the service life of the first canister, and at the same time, the temperature or pressure measurement of the new canister can be used. The sensor is also a system whereby only the switch can be switched from 1 to 2 so that the measured value of temperature and pressure is immediately displayed on the indicator. The configuration of the present invention is a system to simplify the operation by determining the replacement cycle by the temperature sensor and the control box attached to the gas scrubber.
Description
반도체 공정에서 발생하는 할로겐 또는 수소화합물계 유독 가스는 인체에 극히 해로운 것으로 알려져 있다. 이러한 유독가스를 제거하기 위하여 습식 처리법과 건식 처리법을 사용하고 있다.Halogen or hydrogen-based toxic gases generated in semiconductor processes are known to be extremely harmful to humans. In order to remove such toxic gases, wet treatment and dry treatment are used.
습식 처리법은 배기가스와 세척액이 충전탑에서 서로 향류 방향으로 흐르면서 기-액 접촉을 통하여 유독가스를 중화시키거나 흡수 처리하는 방법이다. 여기서 세척액은 일반적으로 NaOH 와 같은 염기성 수용액이다. 이러한 습식 처리방법은 배기가스 처리 장치가 반응 생성물로 막히게 되거나 가스 제거 효율이 급격히 떨어지는 문제점을 안고 있다.The wet treatment is a method of neutralizing or absorbing toxic gases through gas-liquid contact while exhaust gas and washing liquid flow in the countercurrent direction in the packed column. The wash solution here is generally a basic aqueous solution such as NaOH. This wet treatment method has a problem that the exhaust gas treatment apparatus is blocked by the reaction product or the gas removal efficiency is sharply reduced.
건식 처리법은 유독가스를 고온으로 열분해하는 방법과 흡착제를 이용하여 흡착 제거하는 방법으로 구분된다. 흡착제를 이용한 흡착식 가스 스크러버에는 유독성 가스를 제거하기 위하여 흡착제를 가스 스크러버 캐니스터에 충전한다. 흡착제로는 일반적으로 활성탄[일본특허번호 61-35849(1986)]과 NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2와 같은 염기성물질[일본특허번호 61-61619(1986)]을 사용한다. 또한 활성탄과 염기성 물질을 혼합하여 사용하는 경우도 있다[미국특허번호 5322674(1994)].Dry treatment is classified into a method of pyrolyzing toxic gas at a high temperature and a method of adsorption and removal using an adsorbent. The adsorbent gas scrubber using an adsorbent is filled with a gas scrubber canister to remove toxic gases. As the adsorbent, activated carbon [Japanese Patent No. 61-35849 (1986)] and basic substances such as NaOH, Ca (OH) 2 and Mg (OH) 2 are generally used. There is also a case where a mixture of activated carbon and a basic substance is used (US Pat. No. 5322674 (1994)).
특히 흡착식 가스 스크러버에서 흡착제의 사용수명과 교체 시점을 결정하는 것은 배관의 부식방지 및 환경보호 측면에서 매우 중요하다. 가스 스크러버 캐니스터의 교체 시점을 결정하는 기술로는 검지관 또는 전기적 검출기로 출구의 농도를 확인하는 방법, 스크러버 캐니스터의 무게 변화를 측정하는 방법, 유해가스에 노출되면 색깔이 변하는 변색약제를 사용하는 방법이 있다.In particular, it is very important to determine the service life and replacement time of the adsorbent in the adsorption gas scrubber in terms of corrosion protection and environmental protection of the pipe. Techniques for determining when to replace the gas scrubber canister include: checking the concentration of the outlet with a detector tube or electrical detector; measuring the change in weight of the scrubber canister; and using a color change agent that changes color when exposed to harmful gases. There is this.
출구의 농도를 측정하는 방법은 지속적으로 측정하여야 하는 작업의 번거로움이 있고, 스크러버 캐니스터의 무게 변화로 확인하는 방법은 정밀 저울이 필요하며 공정에 따라 부정확하다. 변색약제로 확인하는 방법은 스크러버 캐니스터의 표면에 투시창을 설치하여야 하고 투시창의 위치에서 유독가스와 반응하여 색깔이 변화되는 변색약제를 사용하는데, 실예로 플라즈마 에칭공정에서 배출할 수 있는 염소가스를 확인하기 위하여 요오드 화합물의 변색약제를 이용하고 있고[미국특허번호 4795611], 또한 화학증착, 이온주입과 같은 반도체 공정에서 사용되는 기체 내에 수소화합물계 유독가스를 감지하는데 변색약제를 사용하기도 한다[미국특허 5665313]. 그러나 이러한 변색약제를 사용하여 가스 스크러버 캐니스터의 교체 시점을 결정하는 것은 다음과 같은 문제점이 있다. 변색약제를 관찰할 수 있도록 가스 스크러버 캐니스터에 투시창을 설치하고, 변색약제는 반드시 투시창 부위에 위치하여야 하는데, 실제 제작 상에 있어서 캐니스터의 위치, 부위별로 투시 창을 여러 개 설치하는 것은 매우 어렵고, 또한 캐니스터의 벽면 부위는 배기가스의 편류현상이 발생하기 쉬우므로 어느 한 부위에 설치된 변색약제를 이용하여 캐니스터의 전체 특성을 대표하기에는 문제점이 있다. 따라서 캐니스터의 벽면, 즉 투시창에 위치한 변색약제에 의해서 캐니스터의 교체 주기를 결정 하는 것은 오류를 일으킬 수 있다.The method of measuring the concentration of the outlet has a cumbersome work to be measured continuously, and the method of checking the weight change of the scrubber canister requires a precision balance and is inaccurate depending on the process. To check the discoloration agent, a sight glass should be installed on the surface of the scrubber canister and a discoloration agent that changes color by reacting with toxic gas at the position of the sight window. For example, chlorine gas that can be discharged from the plasma etching process is identified. In order to use the discoloration agent of the iodine compound [US Pat. No. 4795611], the discoloration agent is also used to detect hydrogen-based toxic gas in the gas used in semiconductor processes such as chemical vapor deposition and ion implantation. 5665313]. However, using the discoloring agent to determine the replacement time of the gas scrubber canister has the following problems. Perspective windows should be installed on gas scrubber canisters to observe discoloring agents, and discoloring agents must be located on the see-through windows. In actual production, it is very difficult to install multiple see-through windows for each canister location and site. Since the wall portion of the canister is likely to cause drift of the exhaust gas, there is a problem in representing the overall characteristics of the canister using a discoloring agent installed at any one portion. Therefore, determining the change interval of the canister by the discoloring agent located on the wall of the canister, that is, the viewing window, may cause an error.
본 발명자가 발명하여 특허 출원 중(출원번호 : 32969, 출원일자 : 1999. 8. 11)인 유해가스 흡착시 발생하는 흡착열 변화를 측정하여 유해가스 처리장치의 수명을 측정하는 방법은 온도변화를 감지하여 컨트롤 박스에 각 부위의 온도를 표시할 수 있게 되어 있고 각 부위의 온도를 측정하여 잔류수명을 확인할 수 있어 캐니스터의 운전을 용이하게 하였다.The inventors have invented a patent (application number: 32969, date of application: August 11, 1999) to measure the change in heat of adsorption generated by adsorption of harmful gases, and the method of measuring the life of a noxious gas treatment device detects temperature change. The temperature of each part can be displayed on the control box, and the remaining life can be checked by measuring the temperature of each part to facilitate the operation of the canister.
본 발명은 상기와 같은 시스템으로 이루어진 것이다. 본 발명의 우선적인 목적은 흡착식 가스 스크러버 캐니스터에서 사용하는 다양한 흡착제의 사용수명 및 교체시점을 정확하게 결정하는 방법을 제공하는 것이다. 흡착제의 사용수명 및 교체시점은 본 발명자에 의해 개발되었고 특허출원중인(출원번호 : 32969, 출원일자 : 1999. 8. 11) 흡착열 측정기술을 도입하여 캐니스터의 교체시점을 컨트롤 박스에 있는 표시기에 나타내도록 하고, 동시에 운전스위치를 1번에서 2번으로 전환하여 자동적으로 1번 캐니스터의 온도, 압력 측정 센서가 2번 캐니스터로 컨트롤되므로 흡착제의 교체시점을 정확하게 결정함으로서 흡착제의 사용 효율을 극대화 할 수 있고, 캐니스터를 간단하게 교체하도록 하여 유독가스로 인한 대기오염을 방지하고, 작업환경을 확보하고자 한다.The present invention consists of such a system. It is a first object of the present invention to provide a method for accurately determining the service life and replacement time of various adsorbents used in an adsorptive gas scrubber canister. The service life and replacement time of the adsorbent were developed by the present inventors and the patent pending (application number: 32969, application date: August 11, 1999) introduces the adsorption heat measurement technology to indicate the replacement time of the canister on the indicator in the control box. At the same time, by switching the operation switch from 1 to 2, the temperature and pressure sensor of the 1st canister is automatically controlled by the 2nd canister, so it is possible to maximize the use efficiency of the adsorbent by accurately determining the time of replacement of the adsorbent. In order to prevent air pollution due to toxic gases, the canister is simply replaced.
도 1은 본 발명에 따른 이중형 가스 스크러버 설치예의 모식도1 is a schematic view of a dual gas scrubber installation example according to the present invention
도 2는 본 발명에 따른 이중형 가스 스크러버의 흡착열 측정에 따른 잔류수명2 is a residual life according to the adsorption heat measurement of the dual gas scrubber according to the present invention
표시 및 자동 전환 컨트롤장치의 모식도Schematic diagram of display and automatic switching control
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
(1) : 가스 스크러버 캐니스터 1 (2) : 가스 스크러버 캐니스터 2(1): gas scrubber canister 1 (2): gas scrubber canister 2
(3) : 1번 캐니스터 상단부 온도센서(4) : 1번 캐니스터 중단부 온도센서(3): Temperature sensor at No. 1 canister (4): Temperature sensor at No. 1 canister
(5) : 1번 캐니스터 하단부 온도센서(6) : 2번 캐니스터 상단부 온도센서(5): Temperature sensor at No. 1 canister (6): Temperature sensor at No. 1 canister
(7) : 2번 캐니스터 중단부 온도센서(8) : 2번 캐니스터 하단부 온도센서(7): No. 2 temperature sensor at canister stop (8): No. 2 temperature sensor at lower part of canister
(9) : 1번 캐니스터 솔레노이드 밸브 (10): 2번 캐니스터 솔레노이드 밸브(9): No. 1 canister solenoid valve (10): No. 2 canister solenoid valve
(11): A/D 변환기(12): 마이크로 프로세서(11): A / D converter (12): microprocessor
(13): 잔류수명 표시기(14): 스위치 컨트롤러(13): remaining life indicator (14): switch controller
(15): 온도, 압력센서 변환제어기(16): 압력계(15): temperature, pressure sensor conversion controller (16): pressure gauge
본 발명은 반도체 공정 및 산업현장에서 적용되고 있는 가스 스크러버 캐니스터의 사용수명 및 교체시점을 정확히 판단하여 교체시기가 도달되었음을 컨트롤 박스의 표시기에 나타내고, 교체시에는 운전스위치를 1번에서 2번으로 전환하여 자동적으로 컨트롤되어 운전의 중단 및 유독가스의 방출이 없이 교체가 가능한 이중형 가스 스크러버 캐니스터에 관한 것이다.The present invention accurately indicates the service life and replacement time of the gas scrubber canister used in the semiconductor process and industrial sites indicate that the replacement time is reached on the indicator of the control box, when switching the operation switch from 1 to 2 The present invention relates to a dual gas scrubber canister that is automatically controlled and can be replaced without stopping operation and releasing toxic gas.
이하, 본 발명에 따른 가스 스크러버 캐니스터의 사용수명 및 교체시점 확인 가능한 시스템의 구성과 그 작용에 대한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the configuration and operation of the system capable of confirming the service life and replacement time of the gas scrubber canister according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
흡착에 따른 온도변화를 실험실에서 확인하였다. 실험 조건으로는 Cl2(2000 ppm) 가스를 직경이 22mm인 흡착칼럼에 흘려주면서 흡착에 따른 온도변화와 출구의 농도를 측정하였다. 시간에 따른 각 단에서의 온도변화와 출구농도를 측정하여 보면 표 1과 같다. 하단부에서의 온도변화곡선, 중단부 및 상단부에서의 온도변화곡선(그림 1)을 보면 흡착제의 상단부분의 온도가 일정시간 동안 최고에 머물면서 중단부 및 하단부의 온도보다 높은 값을 갖는 조건일 때는 잔류 흡착능력이 얼마 남지 않았음을 의미하므로 이 시점이 스크러버 캐니스터의 교체가 필요함을 나타나게 된다. 출구농도를 온도변화곡선과 비교하여 볼 때 검지관을 이용한 출구농도가 나오기 시작하면서 온도가 최고치에서 서서히 감소하기 시작되는 것을 볼 수 있다.The change in temperature with adsorption was confirmed in the laboratory. As experimental conditions, Cl 2 (2000 ppm) gas was flowed through a 22 mm diameter adsorption column, and the temperature change and the concentration of the outlet were measured. Table 1 shows the temperature change and exit concentration at each stage over time. The temperature change curve at the lower part, the temperature change curve at the middle part and the upper part (Fig. 1) shows that the temperature of the upper part of the adsorbent stays at the highest for a certain time and is higher than the temperature of the middle part and the lower part. This indicates that the residual adsorption capacity is very low, indicating that the scrubber canister needs to be replaced. When the outlet concentration is compared with the temperature change curve, it can be seen that as the outlet concentration using the detection tube starts to come out, the temperature gradually decreases from the highest value.
표 1. 흡착시간에 따른 가스 스크러버 캐니스터의 부위별 흡착온도Table 1. Adsorption temperature of parts of gas scrubber canister by adsorption time
그림 1 캐니스터의 흡착열에 대한 변화곡선 및 출구농도Fig. 1 Change curve and outlet concentration of adsorption heat of canister
도 1은 흡착식 듀얼(dual)형 가스 스크러버 캐니스터의 설치 예를 나타낸 모식도이다. 듀얼(dual)형으로 구성된 가스 스크러버 캐니스터[1] 및 2번 캐니스터[2]에는 온도를 측정하기 위해 1번 캐니스터[1]에 각각 상단, 중단, 하단부에 열전대 온도센서[3, 4, 5] 그리고 2번 캐니스터[2]에 상단, 중단, 하단부에 열전대 온도센서[6, 7, 8]가 장착되어 있다. 1번 스크러버 캐니스터[1]의 가스 유입부분과 2번 스크러버 캐니스터[2]의 가스 배출 부분에는 각각 솔레노이드 밸브[9, 10]가 설치되어 있어서 가스의 유입 및 배출통로를 1번 혹은 2번 가스 스크러버 캐니스터로 선택하여 연결할 수 있다.1 is a schematic diagram showing an installation example of an adsorption dual type gas scrubber canister. Dual-type gas scrubber canisters [1] and 2nd canisters [2] have thermocouple temperature sensors at the top, middle and bottom of canister 1 [1], respectively, to measure temperature [3, 4, 5]. The second, canister [2] is equipped with thermocouple temperature sensors [6, 7, 8] at the top, middle and bottom. The solenoid valves [9, 10] are installed at the gas inlet of the scrubber canister [1] and the gas outlet of the scrubber canister [2], respectively, so that the gas inlet and outlet passages of gas scrubbers 1 or 2 are Canister can be selected and connected.
도 2는 캐니스터의 열전대 온도센서에 의한 흡착열 온도검지에 의한 잔류수명표시 및 자동전환 컨트롤 시스템에 대한 모식도이다. 먼저 1번 캐니스터[1]의 각 단별 온도센서[3, 4, 5]의 신호가 각각 A/D 변환기[11]에 의해 온도값으로 디지털화 되고 각각의 값은 소형 마이크로 프로세서[12]로 입력되어 각각의 온도값이 비교된다. 가스 스크러버 캐니스터 최하단부의 온도값(T1)이 최고치에 머무를 경우에는 전체 흡착능의 약 30%가 소모되고, 또한 중단부의 온도값(T2)가 마찬가지로 최고치에 머무를 경우 전체 흡착능의 60%가 소모되고, 가스 스크러버 캐니스터의 최 상단부의 온도센서의 값이 계속 증가하다가 일정시간동안 최고점에 머무를때는 전체 흡착능의 95%가 소모되며 이러한 수치들이 잔류수명 표시기[13]에 표시된다. 95% 진행률 표시후 일정시간 후에는 2번 캐니스터[2]로부터 온도를 측정하기 위해 자동 또는 매뉴얼로 운전스위치를 1번에서 2번으로 전화하도록 스위치 제어기[14]가 작동되며, 이때는 2번 가스 스크러버 캐니스터[2]로 가스가 유입되도록 1번 가스 스크러버[1]로 유입되는 밸브[9]가 닫히고 2번 가스 스크러버[2]의 가스 유입밸브[10]가 열리도록 솔레노이드밸브가 전환됨과 동시에 2번 가스 스크러버 캐니스터[2]의 온도센서로 온도, 압력센서 변환제어기[15]가 전환되어 2번 캐니스터[2]의 온도 신호가 입력된다. 따라서 흡착능력이 상실된 1번 가스 스크러버 캐니스터[1]의 교체는 2번 가스 스크러버 캐니스터[2]로 계속 가스가 유입되고 배출되므로 시설운전의 중단이나 가스의 유출이 없이 교체가 가능하며 연속적으로 사용이 가능하다. 그리고 2번 캐니스터[2]가 소모되고 되면 다시 1번 캐니스터[1]로 상기 방법과 동일하게 전환된다.Figure 2 is a schematic diagram of the residual life display and automatic switching control system by the adsorption heat temperature detection by the thermocouple temperature sensor of the canister. First, the signal of the temperature sensor [3, 4, 5] of each stage of the canister [1] is digitized by the A / D converter [11] into the temperature value, and each value is input to the small microprocessor [12]. Each temperature value is compared. If the temperature value T1 of the lowermost part of the gas scrubber canister stays at the highest value, about 30% of the total adsorption capacity is consumed, and if the temperature value T2 of the stop part is at the highest value, 60% of the total adsorption capacity is consumed. When the value of the temperature sensor at the top of the scrubber canister continues to increase and stays at the peak for a period of time, 95% of the total adsorption capacity is consumed and these values are displayed on the remaining life indicator [13]. After a period of time after the 95% progress indication, the switch controller [14] is activated to switch the operation switch from 1 to 2 either automatically or manually to measure the temperature from the canister [2]. At the same time the solenoid valve is switched to open the gas inlet valve [10] of the gas scrubber [2] and the valve [9], which flows into the gas scrubber [1], to close the gas flow into the canister [2]. The temperature and pressure sensor conversion controller [15] is switched to the temperature sensor of the gas scrubber canister [2], and the temperature signal of the second canister [2] is input. Therefore, the replacement of the gas scrubber canister [1], which has lost its adsorption capacity, can be replaced without interrupting the operation of the facility or the outflow of gas because the gas is continuously introduced and discharged into the gas scrubber canister [2]. It is possible. When the second canister [2] is consumed, the second canister [1] is switched to the same method as the above method.
가스 스크러버 캐니스터의 연속운전을 하기 위하여 캐니스터에 걸리는 압력을 측정하여 캐니스터 또는 배관의 막힘이 생기는 것을 확인한다. 캐니스터의 연속운전이 용이하게 하기 위하여 다른 이물질에 의해 생기는 막힘 현상을 측정하는 것은 매우 중요하므로 캐니스터에 충전된 흡착제의 보호 측면에서 캐니스터에 걸리는 압력을 측정한다. 캐니스터에 걸리는 압력을 측정하여 지속적으로 차압계[16]에 표시하며 압력이 기준치 이상으로 증가하면 수동으로 캐니스터를 바꾸어 운전이 가능하다.In order to continuously operate the gas scrubber canister, the pressure applied to the canister is measured to confirm that the canister or the pipe is clogged. In order to facilitate the continuous operation of the canister, it is very important to measure the clogging caused by other foreign matters. Therefore, the pressure applied to the canister is measured in terms of protection of the adsorbent charged to the canister. The pressure applied to the canister is measured and continuously displayed on the differential pressure gauge [16]. When the pressure increases above the reference value, the canister can be changed manually to operate.
본 발명은 기존에 반도체 및 산업현장에서 사용되어 지고 있는 가스 스크러버 캐니스터의 사용수명 및 교체시점을 간편하고 정확하게 결정할 수 있고, 자동화 시스템에 의해 경제적 부담과 시간적 노력을 최소화하는데 있다.The present invention can easily and accurately determine the service life and replacement time of the gas scrubber canister that is used in the semiconductor and industrial sites, and minimizes the economic burden and time efforts by the automation system.
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