반도체 가스 캐비닛 누출에 따른 저감 방안 분석 및 고찰
A Study on Mitigation Strategies for Gas Releases from Semiconductor Gas Cabinets
- 주제(키워드) 반도체 특수가스 , 가스 캐비닛 , 배기덕트 , 살수설비 , 전산유체역학
- 주제(DDC) 628
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 정승호
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 환경공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035754
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
반도체·디스플레이 산업의 성장으로 공정 내 특수가스 사용이 증가하고 있으나, 가스 캐비닛 및 배기·처리설비의 구체적인 설계·검증 기준은 여전히 미비하다. 본 연구는 가스 캐비닛 내부 고압 실린더 누출 시 배기덕트에 의한 희석 효과와 옥상 살수설비(스크러버, 방호수막)의 농도 저감 성능을 정량적으로 평가하여 처리설비 적정성 검토와 안전대책 수립에 기여하고자 하였다. 먼저 누출 방향(수직 0°, 수평 90°) 및 개구부 형상(수직형, 수평형)에 따른 CFD 해석을 수행한 결과, 수직 누출 시 개구부 외부 유출 비율이 약 38%, 수평 누출 시 약 25%로 나타났으며, 수직형 개구부가 외부 유출 최소화에 보다 유리함을 확인하였다. 실제 사업장 배기 계통을 모사한 배기덕트 해석에서는 캐비닛 연결 수가 증가할수록 Rooftop 농도는 감소하나 배출 유속이 최대 12 m/s 이상으로 증가하였고, 상부 분배판을 적용한 굴절·분산형 방출구가 유속을 추가로 25–40% 저감하는 대안으로 제시되었다. 모사 스크러버 및 방호수막 실험 결과, 암모니아는 96–98% 이상의 높은 제거 효율을 보인 반면, 이산화탄소는 저감 효과가 거의 없어 비수용성 가스에 대해서는 추가적인 방호수단이 필요함을 확인하였다. 본 연구에서 도출한 CFD 해석 및 실증 결과는 반도체·디스플레이 업종 특수가스 처리설비의 설계·운전 기준 및 안전성 평가를 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
more초록/요약
With the continuous growth of the semiconductor and display industries, the use of specialty gases in manufacturing processes has increased; however, specific design and verification standards for gas cabinets and exhaust treatment systems remain insufficient. This study aims to contribute to the review of treatment system adequacy and the establishment of safety measures by quantitatively evaluating the dilution effect of exhaust ducts during high-pressure cylinder leaks within gas cabinets and the concentration reduction performance of rooftop water spray systems. First, Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was conducted based on leak direction (vertical 0°, horizontal 90°) and opening shape (vertical type, horizontal type). The results indicated that the external leakage rate through openings was approximately 38% for vertical leaks and 25% for horizontal leaks, confirming that vertical-type openings are more advantageous for minimizing external leakage. In the exhaust duct analysis simulating actual workplace exhaust systems, although the rooftop concentration decreased as the number of connected cabinets increased, the discharge velocity rose to over 12 m/s. A refraction-dispersion type outlet with an upper distribution plate was proposed as an alternative, demonstrating an additional 25–40% reduction in velocity. Experiments using simulated scrubbers and water curtains showed high removal efficiencies of 96–98% for ammonia. In contrast, carbon dioxide showed negligible reduction effects, highlighting the need for additional protective measures for water-insoluble gases. The CFD analysis and empirical results derived from this study are expected to serve as foundational data for establishing design and operation standards and for evaluating the safety of specialty gas treatment facilities in the semiconductor and display industries.
more목차
제 1장 서 론 1
제1절 연구 배경 1
제2절 반도체 특수가스 공급 시스템 현황 2
1. 특수가스 공급 시스템 2
2. 반도체 제조업종 위험성 3
제3절 처리설비 6
1. 배기덕트 6
2. 살수설비 8
가. 스크러버 8
나. 방호수막 9
제4절 연구 목적 10
제 2장 연구 방법 11
제1절 전산유체역학(CFD) 11
1. 개요 11
2. CFD 프로그램 소개 12
제2절 가스 실린더(Gas Cylinder) 누출 14
1. 사고 시나리오 선정 14
2. 가스 캐비닛 모델링 16
3. 대상 물질 선정 18
4. 경계 조건 20
제3절 배기덕트(Exhaust Duct) 유동 22
1. 배기 덕트 모델링 22
제4절 저감방안 실험 24
1. 측정물질 24
가. 수용성 물질: NH3 24
나. 비수용성 물질: CO2 24
2. 관심농도 선정 25
3. 측정 기기 및 분석 원리 26
4. 스크러버(Scrubber) 27
가. 설계 및 조건 27
나. 구성 요소 28
다. 실험 과정 31
5. 방호수막(Water Spary) 32
가. 설계 및 조건 32
나. 구성 요소 34
다. 실험 과정 35
제 3장 연구 결과 및 고찰 36
제1절 CFD Simulation Validation 36
제2절 가스 실린더 노출 38
1. 누출 방향 비교 38
2. 개구부 형상 비교 41
제3절 배기덕트 Simulation 43
제4절 저감실험 결과 51
1. 스크러버 실험 51
가. 암모니아(NH3) 실험 결과 51
나. 이산화탄소(CO2) 실험 결과 53
2. 방호수막 실험 55
가. 암모니아(NH3) 실험 결과 55
나. 이산화탄소(CO2) 실험 결과 56
제5절 고찰 58
제 4장 결 론 61
참고문헌 63
Abstract 69
