CN116963820B - 筒状加热部和具备该筒状加热部的废气处理装置 - Google Patents

筒状加热部和具备该筒状加热部的废气处理装置 Download PDF

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Abstract

废气处理装置(1)的筒状加热部(14)设置在反应器(10)内。筒状加热部(14)在插入基部设有废气导入口(15)，在插入端设有被加热废气出口(16)。筒状加热部(14)由中空筒体(20)、绝缘子(30)、电热加热器(H)以及保持构件(40)构成。中空筒体(20)是由金属制的内筒(21)和外筒(22)构成的双重构造。绝缘子(30)为多个，围绕内筒(21)且相互隔开间隔地设置在内筒(21)和外筒(22)之间的加热器设置空间(P)中。电热加热器(H)安装在绝缘子(30)。保持构件(40)安装在内筒(21)或外筒(22)的任一方或其双方，将绝缘子(30)保持在加热器设置空间(P)中。

Description

筒状加热部和具备该筒状加热部的废气处理装置
技术领域
本发明涉及对从工业流程等中排出的对人体有害的气体、臭氧层破坏气体等进行热分解处理的废气处理装置中的筒状加热部的改良，进一步涉及具备所述筒状加热部的废气处理装置。
背景技术
在制造或处理物品的工业流程中使用各种气体。因此，从工业流程中排出的废气(以下称为“处理对象废气”)的种类也非常多，根据处理对象废气的种类，使用各种废气处理方法和废气处理系统。
例如，以半导体制造工艺之一为例，使用甲硅烷(SiH4)、氯气、PFCs(全氟化合物)等各种气体。由于这些气体对人体、地球环境产生不良影响，因此需要通过某种手段分解或去除，各种处理方法已被实用化。作为其代表例，有吸附式、湿式、电热氧化分解式、火焰燃烧式等，但各自具有优点和问题点。
其中，火焰燃烧式虽然处理对象废气的应用领域广(即，能够分解处理的处理对象废气的种类多)，能够进行大风量处理，但是在运转时的安全性方面存在不安。火焰燃烧式基本上是使用燃烧器来燃烧，并将废气导入燃烧器的燃烧气氛中以进行热分解的方式，因此，在由于某些原因而火焰熄灭(失火)的情况下，会导致不安全的事态。
另一方面，使用电热加热器的电热氧化分解式是作为半导体制造工艺中的废气处理方法当前最普及的分解处理方法，在处理对象废气的分解处理时，容易控制处理工序，能够对处理对象废气安全地进行分解处理。作为使用电热加热器的废气处理系统，有专利文献1所记载那样的系统。
在先技术文件
专利文献
专利文献1：WO2008/096466A1
发明内容
发明要解决的课题
在专利文献1(第0056段)中记载的废气处理系统的废气处理装置在其反应器内的废气处理空间中具备用于对导入的处理对象该气体进行热分解的筒状加热部。该筒状加热部是在由金属制的内筒和外筒构成的双层管的管壁间呈螺旋状地卷绕并配置作为发热电阻体的镍铬耐热合金线、康泰尔(Sandvik AB社注册商标)线等电热加热器，并且为了绝缘而在该双层管的管壁间填充陶瓷粉末或耐火材料而成的。金属制的内筒和外筒用于保护电热加热器不受腐蚀性处理对象废气气氛的影响。
该筒状加热部立设在反应器的内部中央，从筒状加热部的底部的废气导入口投入的处理对象废气通过该筒状加热部的高温的内部空间，从其上端开口向形成在反应器的顶部附近的高温的废气处理空间放出。
处理对象废气在通过筒状加热部的内部的期间，进而在通过上述废气处理空间的期间，从周围被高温(气氛温度为800～1150℃)加热而分解。
在要求这样的高温的筒状加热部中，填充在双层管中的陶瓷粉末或耐火材料的热容量大，而且与金属相比热传导率差。因此，从管壁向处理对象废气的传热效率差。为了在双层管的内壁面和外壁面上产生上述那样的高温，电热加热器需要比上述气氛温度高得多的温度(例如，接近1400℃的温度)。这样的高温促进电热加热器、金属制的内、外筒的表面氧化，使金属氧化物堆积。金属氧化物的堆积或电热加热器的氧化成为断线的一个主要原因。
除此之外，从电热加热器发出的热被环绕电热加热器的周围的高温的陶瓷粉末或耐火材料反射到电热加热器，来自该高温的陶瓷粉末或耐火材料的辐射热使电热加热器的温度上升到控制温度以上。这也成为电热加热器断线的主要原因。
另外，上述高温使作为绝缘体的陶瓷粉末或耐火材料的电绝缘性降低。这些电绝缘性的降低会因漏电而使电热加热器与装置的构造物(金属制内筒或外筒)发生短路，这也成为断线的主要原因，它们对加热器寿命有很大影响。
本发明是鉴于这样的现有例的问题而完成的，本发明的第一课题在于提供一种废气处理装置的筒状加热部，其通过能够减小热容量且提高向内、外筒的传热效率而将电热加热器的发热温度抑制得较低，大幅延长电热加热器的寿命。本发明的第二课题在于提供一种废气处理装置，其具备上述筒状加热部，大幅抑制电热加热器的断线，且热效率优异。
用于解决课题的方案
技术方案1所述的发明(图2)是一种废气处理装置的筒状加热部，该废气处理装置1的筒状加热部14设置在反应器10内，该反应器10在内部设有废气处理空间S，且该反应器10设有在所述废气处理空间S中处理过的废气G的分解废气排出口12，其特征在于，
在所述筒状加热部14的向所述反应器10插入的插入基部设有废气导入口15，在所述筒状加热部14的向所述反应器10插入的插入端设有向所述废气处理空间S开放的被加热废气出口16，
所述筒状加热部14由以下构件构成：双重构造的中空筒体20，具备金属制的内筒21和金属制的外筒22；多个绝缘子30，围绕所述内筒21且相互隔开间隔地设置在所述内筒21和所述外筒22之间的加热器设置空间P；电热加热器H，安装于所述绝缘子30；以及保持构件40，安装于所述内筒21或所述外筒22的任一方或其双方21、22，支承所述绝缘子30的下表面34或下表面34及上表面35并将所述绝缘子30保持在所述加热器设置空间P中。
技术方案2所述的发明(图4(b)、图8(a)(b))涉及保持构件40向绝缘子30的保持方式(点接触)，
根据技术方案1所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
保持构件40与绝缘子30的接触面41相对于所述绝缘子30的下表面34或下表面34及上表面35形成为倾斜面。
技术方案3所述的发明(图6、图7)涉及保持构件40的设置数量，
根据技术方案1或2所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
保持构件(40)为板状或块状的构件，相对于内筒(21)或外筒(22)设置在至少3个部位。
技术方案4所述的发明(图2(a)、图8(a))涉及保持构件40的材质和第一安装方法，
根据技术方案1～3中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
保持构件40由电阻值比内筒21或外筒22高的材料(例如康泰尔(注册商标)、镍铬或陶瓷)构成，且通过接合层42固定于所述内筒21或所述外筒22，该接合层42在保持构件40为金属的情况下通过焊接设置而成，在保持构件40为陶瓷的情况下通过无机粘接剂设置而成。
技术方案5所述的发明(图2(b)、图8(b))涉及保持构件40的材质和第二安装方法，
根据技术方案1～3中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
保持构件40由电阻值比内筒21或外筒22高的材料(例如康泰尔(注册商标)、镍铬(镍铬合金)或陶瓷)构成，
所述废气处理装置的筒状加热部还设有支承构件44，该支承构件44是与内筒21或外筒22相同的材料，且焊接于内筒21或外筒22或者其双方21、22，从下侧支承下侧的保持构件40b，从上侧支承上侧的保持构件40a。
技术方案6所述的发明(图8(a)(b))是利用绝缘子30保持电热加热器H的方法。
根据技术方案1～5中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
所述绝缘子30是在中央穿设有供所述内筒21插通的中央孔33的盘状的形状，在所述中央孔33的周围的多个部位形成有保持所述电热加热器H的加热器保持孔32h，
在所述加热器保持孔32h的内周面设有与所述电热加热器H的外周面接触的支承凸部32t。
技术方案7所述的发明(图6、图7、图9)涉及绝缘子30的第一形状。
根据技术方案1～6中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
在相邻的加热器保持孔32h之间设有切口38，该切口38从绝缘子30的外接圆30e被切取到越过所述加热器保持孔32h的位置，并将所述相邻的加热器保持孔32h彼此隔开。
技术方案8所述的发明(图10～图12)涉及绝缘子30的第二形状。
根据技术方案1～6中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
在所述绝缘子30的上表面35设有分隔槽36，该分隔槽36在相邻的加热器保持孔32h之间从所述绝缘子30的外周面30a挖入到越过所述加热器保持孔32h的位置，并将所述相邻的加热器保持孔32h彼此隔开。
技术方案9所述的发明(图13～图15)涉及绝缘子30的第三形状。
根据技术方案1～8中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
在绝缘子30的下表面34或上表面35或上、下两表面34、35上，在加热器保持孔32h与所述绝缘子30的内周面30b之间，在所述内周面30b的周围设有环状凹槽39。
技术方案10所述的发明(图13～图15)是技术方案9所述的绝缘子30的改良。
根据技术方案9所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
绝缘子30的上、下两表面34、35由保持构件40保持，
以所述上表面35中的从加热器保持孔32h到上表面侧的保持构件40a的距离与所述下表面34中的从加热器保持孔32h到下表面侧的保持构件40b的距离相等的方式形成有所述环状凹槽39。
技术方案11所述的发明(图16、图17)涉及装备在筒状加热部14的温度传感器70的第一保持方法。
根据技术方案1～10中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
所述废气处理装置的筒状加热部设有由三张传感器保持板61、62、63构成的传感器保持部60，所述三张传感器保持板61、62、63上下排列地焊接在内筒21的外周面或外筒22的内周面、且在同一条线上穿设有保持温度传感器70的通孔61h、62h、63h，
所述通孔61h、62h、63h被设置成，上层和下层的传感器保持板61、63的所述通孔61h、63h的内周面按压温度传感器70的一方的侧面，中层的传感器保持板62的通孔62h按压温度传感器70的相反侧的侧面，
所述上层和下层的传感器保持板61、63由具有相同热膨胀系数的金属板构成，中层的传感器保持板62由具有与所述上下的传感器保持板61、63不同的热膨胀系数的金属板形成。
技术方案12所述的发明(图18、图19)涉及装备在筒状加热部14的温度传感器70的第二保持方法。
根据技术方案1～10中任一项所述的废气处理装置1的筒状加热部14，其特征在于，
在中空筒体20设有传感器保持部60，该传感器保持部60由2张传感器保持板61、62和底板23构成，该2张传感器保持板61、62上下排列地焊接在内筒21的外周面或外筒22的内周面，在同一条线上穿设有保持温度传感器70的通孔61h、62h，该底板23设在内筒21和外筒22之间的底部，具有与通过所述通孔61h、62h的直线一致地穿设的通孔23h，
所述通孔61h、62h、23h被设置成，上层的通孔61h和底板23的通孔23h的内周面按压温度传感器70的一方的侧面，中央的传感器保持板62的通孔62h按压温度传感器70的相反侧的侧面，
所述上层的传感器保持板61和所述底板23由具有相同热膨胀系数的金属材料构成，所述上层的传感器保持板61与所述底板23之间的中层的传感器保持板62由具有与所述上层的传感器保持板61不同的热膨胀系数的金属材料形成。
技术方案13所述的发明(图2、图6、图8(a))涉及一种废气处理装置，该废气处理装置1由反应器10和设置在所述反应器10内的筒状加热部14构成，所述反应器10在内部设有废气处理空间S，且该反应器10设有在所述废气处理空间S中处理过的废气G的分解废气排出口12，其特征在于，
在所述筒状加热部14的向所述反应器10插入的插入基部设有废气导入口15，在所述筒状加热部14的向所述反应器10插入的插入端设有向所述废气处理空间S开放的被加热废气出口16，
所述筒状加热部14由以下构件构成：双重构造的中空筒体20，具备金属制的内筒21和金属制的外筒22；多个绝缘子30，围绕所述内筒21且相互隔开间隔地设置在所述内筒21和所述外筒22之间的加热器设置空间P；电热加热器H，安装于所述绝缘子30；以及保持构件40，安装于所述内筒21或所述外筒22的任一方或其双方21、22，支承所述绝缘子30并将其保持在所述加热器设置空间P中，
所述保持构件40相对于所述内筒21或所述外筒22设置在至少3个部位，所述保持构件40与所述绝缘子30的接触面41相对于所述绝缘子30的下表面34或下表面34及上表面35以点接触的方式形成为倾斜面。
发明的效果
由于本发明的筒状加热部14(废气处理装置1)为上述那样的结构，因此热容量小，且具有高的传热效率。因此，能够将电热加热器H的发热温度抑制得较低。另外，能够防止高温化时电热加热器H和金属制的内筒21(或金属制的外筒22)之间的短路。其结果，能够大幅度延长加热器寿命。
附图说明
图1是本发明系统的概略图。
图2是图1的废气处理装置的放大剖视图。
图3是图2的A-A’截面向视图。
图4是图2的绝缘子部分和保持其内周部分的保持构件的分解立体图。
图5是图2的绝缘子部分和保持其外周部分的保持构件的分解立体图。
图6是图3的变形例1的剖视图。
图7是图6的圆框部的放大俯视图。
图8(a)是图7的B-B’截面向视图，(b)是上述(a)的变形例。
图9(a)是表示图6中的切口和与该切口相关的绝缘子的位置关系的局部立体图，(b)是上述(a)的切口的变形例。
图10是图3的变形例2的剖视图。
图11是图10的主视图。
图12是表示图10的分隔槽和与该分隔槽相关的绝缘子的位置关系的局部立体图。
图13是从斜下方观察图3的变形例3的立体图。
图14是图13所示的绝缘子部分的局部放大剖视图。
图15是图13所示的绝缘子部分的其他例子的局部放大剖视图。
图16是表示本发明所使用的温度传感器的第一安装状态的局部放大剖视图。
图17是图16的立体图。
图18是表示将温度传感器安装在内筒上的情况下的第二安装状态的局部放大剖视图。
图19是表示将温度传感器安装在外筒上的情况下的第二安装状态的局部放大剖视图。
图20是用最上层的传感器保持板保持温度传感器的末端的情况下的局部放大剖视图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是表示使用了本发明的废气处理装置1的废气处理系统X的一实施例的概略图，是对从工业流程中排出的处理对象废气E进行热分解的装置。本实施方式的废气处理系统X大致由废气处理装置1、入口洗涤器2、出口洗涤器5及其附带设备构成。
上述废气处理装置1有电热氧化分解方式、火焰燃烧方式、以及并用电热氧化分解方式和火焰燃烧方式的并用方式。本发明是电热氧化分解方式的废气处理装置1。电热氧化分解方式的废气处理装置1大致由反应器10、筒状加热部14和药液罐18构成。
入口洗涤器2用于对导入废气处理装置1的处理对象废气E中所含的粉尘和水溶性成分等进行去除(液洗)，由直管型的入口洗涤器本体2a和设置于所述入口洗涤器本体2a内部的顶部附近且将水等药液Y以喷雾状散布的喷嘴4构成。在该入口洗涤器本体2a的顶部，经由废气管道92与半导体制造装置等处理对象废气发生源(未图示)连通。
上述入口洗涤器本体2a立设在药液罐18上，其下端浸渍在贮存于药液罐18内的药液Y内。并且，在喷嘴4和药液罐18之间设置有循环泵19，将药液罐18内的贮存药液Y抽送到喷嘴4。另外，入口洗涤器2的下端部分经由废气输送配管3与筒状加热部14的废气导入口15连接。
废气处理装置1是将从工业流程中排出且通过了上述入口洗涤器2的处理对象废气E以电热氧化分解式进行热分解的装置，大致由筒状加热部14、内置有该筒状加热部14的反应器10和药液罐18构成。
反应器10的至少内表面由可浇铸材料等耐火性材料构成，在内部形成有废气处理空间S，如图1所示，反应器10的平面部分以朝向上下的方式立设在药液罐18上。该反应器10是圆筒状的容器，在其底部11上设置有安装筒状加热部14的开口，安装在该开口的筒状加热部14从底部11朝向反应器10的顶部立设。而且，与该筒状加热部14相邻地在反应器10的底部11设置有分解废气排出口12(图2、图3)。从该分解废气排出口12导出的分解废气排出配管13与药液罐18的上表面连接，经由药液罐18内的上部空间与出口洗涤器5相连。
而且，在废气输送配管3和分解废气排出配管13之间，以跨越它们的方式安装有热交换器50，在导入筒状加热部14的低温的处理对象废气E和在反应器10中热分解了的处理后的高温的废气G之间进行热交换。
筒状加热部14是对筒状加热部14的内部空间和反应器10内部的废气处理空间S进行加热的热源。另外，在本实施例中，虽然示出了将筒状加热部14形成为圆筒状的情况，但是该筒状加热部14的形状只要是两端开口的筒状，则也可以是任意的形状，例如也可以是方筒状等。
如上所述，上述筒状加热部14从设置在反应器10的底部11的开口插入到反应器10的内部，立设在反应器10的废气处理空间S的中央。筒状加热部14的上端开口(被加热废气出口16)配置在接近反应器10的顶面且温度最高的区域。
上述筒状加热部14由双重构造的中空筒体20、围绕上述内筒21且相互隔开间隔地设于内筒21与外筒22之间的加热器设置空间P的多个绝缘子30、安装于上述绝缘子30的电热加热器H、及安装于内筒21和外筒22的至少任一方并将绝缘子30保持于加热器设置空间P的保持构件40构成，该双重构造的中空筒体20由金属制的内筒21、外筒22、设于两者之间的顶板24和底板23构成。关于保持构件40将在后面叙述。
在图2的实施例中，双重构造的中空筒体20的内筒21在将安装在绝缘子30上的电热加热器H、后述的循环管25和温度传感器70安装在底板23上的状态下，能够从外筒22的下表面开口插入或脱出。将其作为插脱式的中空筒体20(中空筒体20也可以不是插脱式，而是将内筒21、外筒22、顶板24及底板23的接合部分焊接而成的一体化的中空筒体。将其作为一体化的中空筒体20)。在将内筒21安装于外筒22的状态下，加热器设置空间P被密闭，通过循环管25以气氛气体Q在加热器设置空间P内循环的方式进行供气排气。
中空筒体20的内筒21、外筒22、顶板24及底板23由高耐热性及高耐蚀性合金(例如耐蚀耐热镍基合金、耐热耐蚀镍铬铁合金、因科镍合金(均为注册商标))形成。含有铝作为添加物的钢种由于后述的理由而优选。
如上所述，中空筒体20的上表面开口朝向反应器10的顶部开放，向废气处理空间S开放的该上表面开口为被加热废气出口16。并且，在下端连接有从入口洗涤器2的出口导出的废气输送配管3，该废气输送配管3的连接开口为废气导入口15。
如上所述，双重构造的中空筒体20的内筒21及外筒22之间的空间是加热器设置空间P，在该空间中，上下以一定间隔设置有多个绝缘子30。绝缘子30在设置空间P内保持电热加热器H的电绝缘性，其形状有各种各样。
图4所示的绝缘子30是其一例，由圆盘状、即俯视为平板环状的陶瓷构件构成。在绝缘子30的中心形成有供内筒21插通的中央孔33，该中央孔33的周围变高一级。将变高一级的部分作为圆筒状台阶部31，将其周围下降一级的圆板状的部分作为凸缘部32。凸缘部32的周缘在整周上呈圆弧状地被倒角，在整周上被赋予圆角。另外，在凸缘部32上，上下贯通地穿设有奇数或偶数(在图3中为12个，在图6中为24个)的加热器保持孔32h，该加热器保持孔32h均匀地分布在具有与中央孔33相同的中心的同心圆周上。
对于上述加热器保持孔32h而言，在向电热加热器H导入电力的供电部位如图2所示设置在中空筒体20的底板23侧的情况下，加热器保持孔32h为偶数个。虽然未图示，但在供电部位的一方设置在顶板24侧、另一方设置在底板23侧的情况下，成为奇数个。
另外，也能够利用该加热器保持孔32h将温度传感器70插入其中，与电热加热器H平行地立设安装。
该绝缘子30的外径设定为小于外筒22的内径，内径设定为大于内筒21，在电热加热器H工作的高温状态下，成为两者不接触的大小。在绝缘子30的内周面30b(即，中央孔33)与内筒21的外周面之间设有间隙K(图3)。另外，绝缘子30的形状有各种各样，其变形例在后面叙述。
电热加热器H除了镍铬耐热合金线、康泰尔线(康泰尔是Sandvik社注册商标)等金属线之外，是由例如SiC等发热体形成棒状或将其成形为U形的构件等构成的长条的发热电阻体，通过使电流流过，根据材料的种类等升温到大致800℃～1400℃左右。在此，如图2所示，多个折弯成U形的电热加热器H围绕内筒21的轴隔开彼此相等的间隔设置在绝缘子30的加热器保持孔32h中，并且经由由Ni(镍)等导电性和耐腐蚀性优异的材料形成的加热器连接板Hw串联电连接(图2、图16)。并且，在该电热加热器H的长度方向一端(在图1的实施方式中为下端)连接有来自电源装置75的配线。
保持构件40有各种各样，在图4、图5中为环状的金属板，通过焊接安装在内筒21或外筒22的任一方、未图示的双方上，支承上述绝缘子30并将其保持在加热器设置空间P中。在焊接内筒21和外筒22双方的情况下，不适用于插脱型的中空筒体20。
保持构件40的截面形状如图4(a)所示，截面有四边形和直角三角形(或楔)状。对于截面为直角三角形(或楔)状的结构将在后面叙述，在此对截面为四边形的环状保持构件40进行说明。
在图4的情况下，焊接在内筒21的外周面上且从上下夹持绝缘子30地固定在内筒21上。在将保持构件40直接焊接在内筒21或外筒22上的情况下，作为保持构件40的材质，使用与内筒21或外筒22的材质相同的材质。焊接部分为接合层42(图2的圆框(a)内的局部放大图)。
与上述情况不同，作为保持构件40，能够使用与内筒21和外筒22的材质不同的材质、且比内筒21和外筒22的材质高的电阻值的金属或陶瓷。在这种情况下，代替焊接而使用无机粘接剂来形成接合层42(图2(a)的圆框内的局部放大图)。
或者，也可以代替无机粘接剂的接合层42，在保持构件40的下方或上方将与内筒21、外筒22的材质相同材质的支承构件44焊接于内筒21或外筒22来固定保持构件40(图2(b)的圆框内的局部放大图)。
保持构件40的外径以从电热加热器H充分离开的方式制作成不超过圆筒状台阶部31的外径的大小(图4)。
图5是保持构件40安装在外筒22的内周面的情况。保持构件40的材质和使用支承构件44这一点与上述相同。
绝缘子30与上述情况有一些不同，圆筒状台阶部31设置在绝缘子30的上表面35的外周部分。
在中空筒体20的底板23上设置有多根从底板23向顶部延伸的循环管25。循环管25从长到短地设置有各种各样的管，长的循环管25在加热器设置空间P的顶部附近供给或排出气氛气体Q，短的循环管25在底部附近供给或排出气氛气体Q。其中，供气侧的循环管25根据电热加热器H的种类而与非活性气体(氮)或者定期或不定期地添加有氧的非活性气体(氮)的供给源连接。而且，在加热器设置空间P内循环的气氛气体Q从排气侧的循环管25被取出，被冷却后，向外部放出。
电热加热器H在图2所示的实施例中，是成形为U形的棒状的构件或者单纯的棒状的构件(未图示)。例如，在电热加热器H是Fe/Cr/Al系金属加热器的情况下，由于在加热器的表面上形成了阻碍电热加热器H氧化的氧化铝，所以选择定期或不定期地添加氧的非活性气体(氮)作为气氛气体Q。
例如，在电热加热器H是SiC系加热器的情况下，若是主要由氮构成的气氛气体Q，因为在其表面上形成有SiN保护覆膜，所以选择不含氧的气氛气体Q。当气氛气体Q中含有氧时，Si逐渐被氧化而成为SiO2，不再通电。
中空筒体20也同样，通过来自电热加热器H的放射热而始终暴露在高温下。若定期或不定期地添加氧的非活性气体(氮)作为气氛气体Q被供给，则在其表面形成有Cr2O3覆膜(氧化铬覆膜)。在含有Al的钢种的情况下，在其表面上形成有氧化铝的保护被膜。通过这些保护被膜，抑制中空筒体20的氧化腐蚀所导致的破损。
在中空筒体20的底板23上，除了从底板23向顶部延伸的循环管25以外，还设置有热电偶那样的温度传感器70(图16～图20)。该温度传感器70测定加热器设置空间P的气氛温度，测定的温度数据提供给由定序器等构成且控制电源装置75的输出的电力控制装置(未图示)。由此，基于由温度传感器70测定的温度数据来控制供给到筒状加热部14的电力量。
温度传感器70的保持方法如下。在图16、图17的情况下，使用三张传感器保持板61、62、63，在图18、图19的情况下，使用两张传感器保持板61、62和底板23。图16、图17的最下层的传感器保持板63和底板23起到相同的作用。另外，传感器保持板61、62(63)具有焊接于内筒21的外周面的情况和焊接于外筒22的内周面的情况这两种情况。以下，以图16所示的情况为代表例进行说明。
在内筒21的下部的外周面上下排列地焊接有三张传感器保持板61、62、63。在三张传感器保持板61、62、63上，在沿上下方向延伸的同一条线上穿设有通孔61h、62h、63h。但是，中层的通孔62h的中心相对于上、下层的通孔61h、63h稍微偏移。在材质上，由具有相同热膨胀系数的金属板构成上、下层的传感器保持板61、63，由具有与上述上、下层的传感器保持板61、63不同的热膨胀系数的金属板形成中层的传感器保持板62。由此，在加热时，上下的传感器保持板61、63的延伸和中央的传感器保持板62的延伸发生变化。图17的箭头表示传感器保持板61、62、63的延伸。
在常温状态下，如图17所示，上、下层的传感器保持板61、63的通孔61h、63h按压温度传感器70的内筒侧侧面(或外筒侧侧面)，中央的传感器保持板62的通孔62h按压温度传感器70的外筒侧侧面(或内筒侧侧面)，使温度传感器70在加热器设置空间P内垂直地立设。
在该状态下，当成为加热状态时，三张传感器保持板61、62、63在朝外筒22方向延伸的同时，通孔61h、62h、63h的孔径也扩大。
此时，若上、下层的传感器保持板61、63的延伸超过(或低于)中层的传感器保持板62的延伸，则上、下层的传感器保持板61、63的通孔61h、63h与中层的传感器保持板62的通孔62h相比，在外筒22侧较大(或较小)地移动，上、下层的传感器保持板61、63的通孔61h、63h按压温度传感器70的内筒侧侧面(或外筒侧侧面)，中层的传感器保持板62的通孔62h按压温度传感器70的外筒侧侧面(或内筒侧侧面)，即使在高温气氛中，也能保持使温度传感器70在加热器设置空间P内垂直立设的状态。
图18是图16的变形例，如上所述使用两张传感器保持板61、62和底板23。底板23相当于上述最下层的传感器保持板63，作用效果与上述相同。
底板23的通孔23h设置在与最下层的传感器保持板63的通孔63h相同的位置。
图20是将最上层的传感器保持板61设置在温度传感器70的末端的例子，由此，温度传感器70在全长范围内被垂直地支承。如上所述，药液罐18是贮存向入口洗涤器2供给的药液Y、并回收从入口洗涤器2和出口洗涤器5排出的药液Y的罐。由于由出口洗涤器5的喷嘴7喷雾的新的药液Y始终被供给到该药液罐18，因此，为了不贮存规定量以上的药液Y，使剩余药液Y溢流而将其输送到排水处理装置(未图示)。在药液罐18的顶面与贮存药液Y之间存在空间。
另外，在本实施例的废气处理系统X中的除了成为高温的废气处理装置1以外的其他部分，为了保护各部分不受处理对象废气E中含有的或者由该气体E的分解产生的氢氟酸等腐蚀性成分引起的腐蚀，实施有由氯乙烯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂以及氟树脂等形成的耐腐蚀性内衬、涂层。
出口洗涤器5用于最终去除(液洗)在废气处理装置1中热分解处理对象废气E时副产的废气G中的粉尘、水溶性成分，并且用于冷却该废气G，该出口洗涤器5由直管型的洗涤器本体5a、在该洗涤器本体5a内在垂直方向上隔开间隔设置的多个(在本实施例中为4级)穿孔板6、和安装在最上部的穿孔板6的正上部并以与废气G的流通方向相向的方式从上方喷射水等药液Y的向下的喷嘴7构成。
该出口洗涤器5立设在贮存水等药液Y的药液罐18上，该出口洗涤器5的下端在药液罐18的上表面开放，自喷嘴7喷雾的药液Y被送入到药液罐18。另外，在喷嘴7中，不是如上所述地供给药液罐18内的循环药液Y，而是供给新水等新的药液Y。而且，出口洗涤器5的顶部出口与排气风扇8连接，排气风扇8将处理过的废气G排入大气中。
对如上所述构成的废气处理系统X以及废气处理装置1的作用进行说明。首先，将废气处理装置1的运转开关(未图示)接通，使筒状加热部14动作，开始反应器10内的加热。接着，当由于筒状加热部14的热而使反应器10的内部空间的温度(在本实施例中为筒状加热部14的内部空间的温度或反应器10的废气处理空间S的温度)达到处理对象废气E的热分解温度以上时，使排气风扇8工作，开始向废气处理系统X导入处理对象废气E。于是，处理对象废气E首先被导入入口洗涤器2，在该入口洗涤器2内被水等药液Y清洗，去除粉尘、水溶性成分等。
在入口洗涤器2中被进行了药洗的处理对象废气E从由入口洗涤器2的下部导出的废气输送配管3通过废气导入口15被导入筒状加热部14的内部空间，被该电热加热器H加热，由于被成为高温的内筒21加热了的内部空间的高温气氛，其大部分被热分解。接着，处理对象废气E从筒状加热部14的末端开口(被加热废气出口16)向位于反应器10的顶部的排气处理空间S的高温区域内移动。移动了的气流、即一部分含有未分解的处理对象废气E的高温的气流一边进行残留在该高温区域内的未分解的处理对象废气E的热分解，一边以包围筒状加热部14的外周的方式向分解废气排出口12移动，成为有害成分被完全分解了的废气G，通过分解废气排出配管13和药液罐18的内部空间被导入到出口洗涤器5。
然后，被导入到出口洗涤器5的废气G被水等药液Y清洗，粉尘、水溶性成分等被去除并被冷却后，经由排气风扇8被放出到系统外(大气中)。另外，在作业中，进行向加热器设置空间P的气氛气体Q的给排，保护电热加热器H和中空筒体20的内壁。
在此，本筒状加热部14是具备金属制的内筒21和外筒22的双重构造的中空筒体20，电热加热器H不埋设在背景技术所述的陶瓷粉末或耐火材料中，仅由盘状的绝缘子30部分地支承。因此，与传统的例子相比，由于没有由陶瓷粉末、耐火材料产生的多余的热量的蓄积，所以能够避免随之产生的电热加热器H的温度过度升高，并且由于内筒21和外筒22由金属制成，所以能够迅速升温。由此，能够避免电热加热器H的过负荷引起的断线。
(保持构件的变形例1：图4(b)、图5、图8(a)(b))
上述实施例的绝缘子30是盘状，其上下由环状的保持构件40支承。上述环状的保持构件40的截面为四边形(图4(a))。在绝缘子30和金属制的内筒21之间设有充分的间隙K。但是，在上述那样的高温气氛下，绝缘子30的电绝缘性降低。截面四边形的环状的保持构件40与绝缘子30的接触面积大。因此，在高温气氛下，在经由该截面为四边形的环状的保持构件40保持在绝缘子30上的电热加热器H与金属制的内筒21之间，会因漏电而发生短路，这会引起电热加热器H的断线事故。
因此，在这种情况下，如图4(b)所示，通过对保持构件40的形状进行研究来应对。即，保持构件40由截面为直角三角形(或楔状)的环状构件构成，该保持构件40的倾斜面配置成上下相向(图8(a))，将其内周面焊接在内筒21的外周面上，利用保持构件40的倾斜面以“线接触”保持绝缘子30的下表面34及上表面35的内周棱线。“线接触”的保持构件40的倾斜面成为接触面41。由此，绝缘子30和保持构件40的接触成为仅绝缘子30的下表面34及上表面35的内周棱线的“线接触”，能够大幅减少经由保持构件40的漏电。
在上述情况下，从将保持构件40焊接于内筒21(外筒22)的关系出发，使用与内筒21(外筒22)相同的材质的保持构件40，但如上所述，也能够使用电阻值比内筒21(外筒22)高且材质不同的材质作为保持构件40的材质。另外，也能够如图8(b)所示使用支承构件44。这些方面与已述的例子相同。
(保持构件的变形例2：图6、图7和图8(a)(b))
在该情况下，保持构件40不是环状构件，而是直角三角形(或楔状)的板状或块状的构件。如图6所示，将该直角三角形的板状或块状的保持构件40以等角度配置在至少3个部位(当然也可以是3个部位以上)，用保持构件40的宽度窄的倾斜面支承绝缘子30。由此，宽度窄的倾斜面的两边与绝缘子30的圆弧状的内周面30b的棱线以2点“点接触”。在该情况下，与变形例1相比，接触面积进一步减少，能够更有效地抑制漏电。
在上述中，表示了将绝缘子30的下表面34及上表面35在保持构件40的倾斜面上以“线接触”或“点接触”保持的例子，但由于只要能够防止绝缘子30的脱落即可，因此也可以仅保持绝缘子30的下表面34。
这样，通过使绝缘子30的保持为“线接触”或“点接触”，能够极端地缩小漏电面积，假设即使绝缘子30的电绝缘性在高温气氛下下降，也能够大幅抑制绝缘子30和内筒21(外筒22)的漏电量，能够避免电热加热器H的漏电、短路引起的断线。
图中示出了将保持构件40焊接在内筒21上的情况，但也可以焊接在外筒22上，虽然未图示，但也可以焊接在两者上。这一点对于任何一个保持构件40都是适合的。另外，也能够使用支承构件44。
(绝缘子的变形例1)
图13～图15是绝缘子30的变形例1，是在绝缘子30的下表面34或上表面35或上、下两表面34、35上，与圆筒状台阶部31匹配而在全周形成环状凹槽39的例子。在上、下两表面34、35上设置了环状凹槽39的例子未图示。这样，通过减小环状凹槽39和圆筒状台阶部31的边界部分39a的宽度，能够缩小绝缘子30的漏电面积。
另外，在绝缘子30的上、下两表面34、35由保持构件40保持的情况下，优选形成为在绝缘子30的上表面35从加热器保持孔32h到上表面侧的保持构件40a的距离与在下表面34从加热器保持孔32h到下表面侧的保持构件40b的距离相等。
当存在环形凹槽39时，上述距离还包括环形凹槽39的表面的长度。这样，在高温化下发生了在绝缘子30的表面流动的沿面漏电的情况下，表面和背面两短路的电阻值等价，不会有一方优先发生沿面漏电的情况。另外，通过使上述距离变长，电阻值上升，能够抑制沿面漏电。
(绝缘子的变形例2)
图8(a)(b)是绝缘子30的变形例2，是在加热器保持孔32h的内周面中央遍及全周设置与电热加热器H的外周面接触的支承凸部32t的例子。支承凸部32t的面向电热加热器H的内周面形成为截面凸山形。与电热加热器H的外周面接触的是支承凸部32t的顶部，在该情况下也与上述同样，能够缩小绝缘子30的漏电面积。
(绝缘子的变形例3)
图6、图7、图9(a)(b)是绝缘子30的变形例3。即使对筒状加热部14的电热加热器H或中空筒体20供给非活性气体等来抑制加热时的氧化消耗，其表面也会因经年劣化而逐渐被氧化。被氧化的金属氧化物粉从表面剥离而落下。当电热加热器H的支承使用绝缘子30时，该金属氧化物粉的大部分积存在盘状的绝缘子30的上表面35。当金属氧化物粉的量增加时，相邻的电热加热器H彼此或电热加热器H与内筒21(或外筒22)之间由于金属氧化物粉连结而产生短路，使电热加热器H断线。
在该情况下，是如下的例子：在相邻的加热器保持孔32h之间设置有切口38，该切口38从绝缘子30的外接圆30e越过加热器保持孔32h切入到与绝缘子30的内周面30b接近的位置，并隔开上述相邻的加热器保持孔32h。图9(a)是切入到与绝缘子30的圆筒状台阶部31接触的位置的例子，图9(b)是切入到进入圆筒状台阶部31的位置的例子。落下的金属氧化物粉的一部分积存在圆筒状台阶部31之上，剩余的金属氧化物粉从相邻的加热器保持孔32h之间的切口38进一步向下落下，相邻的电热加热器H、电热加热器H与内筒21(或外筒22)不会发生短路。
(绝缘子的变形例4)
图10～图12是绝缘子30的变形例4，是在绝缘子30的上表面35设置有分隔槽36的例子，该分隔槽36在相邻的加热器保持孔32h之间从绝缘子30的外周面30a越过上述加热器保持孔32h而挖入到与上述绝缘子30的内周面30b接近的位置并将相邻的加热器保持孔32h隔开。
若将隔开相邻的加热器保持孔32h的分隔槽36设置在上述绝缘子30的上表面35，则落下到相邻的加热器保持孔32h之间的金属氧化物粉落下到分隔槽36内，直到分隔槽36被金属氧化物粉填埋为止，相邻的电热加热器H不会发生短路。
附图标记的说明
1…废气处理装置、2…入口洗涤器、2a…洗涤器本体、3…废气输送配管、4…喷嘴、5…出口洗涤器、5a…出口洗涤器本体、6…穿孔板、7…喷嘴、8…排气风扇、10…反应器、11…底部、12…分解废气排出口、13…分解废气排出配管、14…筒状加热部、15…废气导入口、16…被加热废气出口、18…药液罐、19…循环泵、20…中空筒体、21…内筒、22…外筒、23…底板、23h…通孔、24…顶板、25…循环管、30…绝缘子、30a…外周面、30b…内周面、30e…外接圆、31…圆筒状台阶部、32…凸缘部、32h…加热器保持孔、32t…支承凸部、33…中央孔、34…下表面、35…上表面、36…分隔槽、38…切口、39…环状凹槽、39a…边界部分、40…保持构件、40a…上侧的保持构件、40b…下侧的保持构件、41…接触面、42…接合层、44…支承构件、50…热交换器、60…传感器保持部、61…(最上层的)传感器保持板、61h…(最上层的传感器保持板的)通孔、62…(中层的)传感器保持板、62h…(中层的传感器保持板的)通孔、63…(最下层的)传感器保持板、63h…(最下层的传感器保持板的)通孔、70…温度传感器、75…电源装置、92…废气管道、E…处理对象废气、G…废气、H…电热加热器、Hw…加热器连接板、K…间隙、P…加热器设置空间、Q…气氛气体、S…废气处理空间、X…废气处理系统、Y…药液。

Claims (12)

1.一种废气处理装置的筒状加热部，该废气处理装置(1)的筒状加热部(14)设置在反应器(10)内，该反应器(10)在内部设有废气处理空间(S)，且该反应器(10)设有在所述废气处理空间(S)中处理过的废气(G)的分解废气排出口(12)，其特征在于，
在所述筒状加热部(14)的向所述反应器(10)插入的插入基部设有废气导入口(15)，在所述筒状加热部(14)的向所述反应器(10)插入的插入端设有向所述废气处理空间(S)开放的被加热废气出口(16)，
所述筒状加热部(14)由以下构件构成：双重构造的中空筒体(20)，具备金属制的内筒(21)和金属制的外筒(22)；多个绝缘子(30)，围绕所述内筒(21)且相互隔开间隔地设置在所述内筒(21)和所述外筒(22)之间的加热器设置空间(P)；电热加热器(H)，安装于所述绝缘子(30)；以及保持构件(40)，安装于所述内筒(21)或所述外筒(22)的任一方或其双方(21、22)，支承所述绝缘子(30)的下表面(34)或下表面(34)及上表面(35)并将所述绝缘子(30)保持在所述加热器设置空间(P)中，
所述保持构件(40)与所述绝缘子(30)的接触面(41)相对于所述绝缘子(30)的下表面(34)或下表面(34)及上表面(35)形成为倾斜面。
2.根据权利要求1所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述保持构件(40)为板状或块状的构件，相对于内筒(21)或外筒(22)设置在至少3个部位。
3.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述保持构件(40)由电阻值比内筒(21)或外筒(22)高的材料构成，且通过接合层(42)固定于所述内筒(21)或所述外筒(22)，该接合层(42)通过焊接或无机粘接剂设置而成。
4.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述保持构件(40)由电阻值比内筒(21)或外筒(22)高的材料构成，
所述废气处理装置的筒状加热部还设有支承构件(44)，该支承构件(44)是与内筒(21)或外筒(22)相同的材料，且焊接于内筒(21)或外筒(22)或者其双方(21、22)，从下侧支承下侧的保持构件(40b)，从上侧支承上侧的保持构件(40a)。
5.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述绝缘子(30)是在中央穿设有供所述内筒(21)插通的中央孔(33)的盘状的形状，在所述中央孔(33)的周围的多个部位形成有保持所述电热加热器(H)的加热器保持孔(32h)，
在所述加热器保持孔(32h)的内周面设有与所述电热加热器(H)的外周面接触的支承凸部(32t)。
6.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述绝缘子(30)是在中央穿设有供所述内筒(21)插通的中央孔(33)的盘状的形状，在所述中央孔(33)的周围的多个部位形成有保持所述电热加热器(H)的加热器保持孔(32h)，
在相邻的加热器保持孔(32h)之间设有切口(38)，该切口(38)从绝缘子(30)的外接圆(30e)被切取到越过所述加热器保持孔(32h)的位置，并将所述相邻的加热器保持孔(32h)彼此隔开。
7.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述绝缘子(30)是在中央穿设有供所述内筒(21)插通的中央孔(33)的盘状的形状，在所述中央孔(33)的周围的多个部位形成有保持所述电热加热器(H)的加热器保持孔(32h)，
在所述绝缘子(30)的上表面(35)在相邻的加热器保持孔(32h)之间设有分隔槽(36)，该分隔槽(36)从所述绝缘子(30)的外周面(30a)挖入到越过所述加热器保持孔(32h)的位置，并将所述相邻的加热器保持孔(32h)彼此隔开。
8.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述绝缘子(30)是在中央穿设有供所述内筒(21)插通的中央孔(33)的盘状的形状，在所述中央孔(33)的周围的多个部位形成有保持所述电热加热器(H)的加热器保持孔(32h)，
在所述绝缘子(30)的下表面(34)或上表面(35)或上、下两表面(34、35)上，在加热器保持孔(32h)与所述绝缘子(30)的内周面(30b)之间，在所述内周面(30b)的周围设有环状凹槽(39)。
9.根据权利要求8所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述绝缘子(30)的上、下两表面(34、35)由保持构件(40)保持，
以所述上表面(35)中的从加热器保持孔(32h)到上表面侧的保持构件(40a)的距离与所述下表面(34)中的从加热器保持孔(32h)到下表面侧的保持构件(40b)的距离相等的方式形成有所述环状凹槽(39)。
10.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
所述废气处理装置的筒状加热部设有由三张传感器保持板(61、62、63)构成的传感器保持部(60)，所述三张传感器保持板(61、62、63)上下排列地焊接在所述内筒(21)的外周面或所述外筒(22)的内周面、且在同一条线上穿设有保持温度传感器(70)的通孔(61h、62h、63h)，
所述通孔(61h、62h、63h)被设置成，上层和下层的传感器保持板(61、63)的所述通孔(61h、63h)的内周面按压温度传感器(70)的一方的侧面，中层的传感器保持板(62)的通孔(62h)按压温度传感器(70)的相反侧的侧面，
所述上层和下层的传感器保持板(61、63)由具有相同热膨胀系数的金属板构成，中层的传感器保持板(62)由具有与所述上下的传感器保持板(61、63)不同的热膨胀系数的金属板形成。
11.根据权利要求1或2所述的废气处理装置的筒状加热部，其特征在于，
在中空筒体(20)设有传感器保持部(60)，该传感器保持部(60)由2张传感器保持板(61、62)和底板(23)构成，该2张传感器保持板(61、62)上下排列地焊接在所述内筒(21)的外周面或所述外筒(22)的内周面，在同一条线上穿设有保持温度传感器(70)的通孔(61h、62h)，该底板(23)设在内筒(21)和外筒(22)之间的底部，具有与通过所述通孔(61h、62h)的直线一致地穿设的通孔(23h)，
所述通孔(61h、62h、23h)被设置成，上层的通孔(61h)和底板(23)的通孔(23h)的内周面按压温度传感器(70)的一方的侧面，中央的传感器保持板(62)的通孔(62h)按压温度传感器(70)的相反侧的侧面，
所述上层的传感器保持板(61)和所述底板(23)由具有相同热膨胀系数的金属材料构成，所述上层的传感器保持板(61)与所述底板(23)之间的中层的传感器保持板(62)由具有与所述上层的传感器保持板(61)不同的热膨胀系数的金属材料形成。
12.一种废气处理装置，该废气处理装置(1)由反应器(10)和设置在所述反应器(10)内的筒状加热部(14)构成，所述反应器(10)在内部设有废气处理空间(S)，且该反应器(10)设有在所述废气处理空间(S)中处理过的废气(G)的分解废气排出口(12)，其特征在于，
在所述筒状加热部(14)的向所述反应器(10)插入的插入基部设有废气导入口(15)，在所述筒状加热部(14)的向所述反应器(10)插入的插入端设有向所述废气处理空间(S)开放的被加热废气出口(16)，
所述筒状加热部(14)由以下构件构成：双重构造的中空筒体(20)，具备金属制的内筒(21)和金属制的外筒(22)；多个绝缘子(30)，围绕所述内筒(21)且相互隔开间隔地设置在所述内筒(21)和所述外筒(22)之间的加热器设置空间(P)；电热加热器(H)，安装于所述绝缘子(30)；以及保持构件(40)，安装于所述内筒(21)或所述外筒(22)的任一方或其双方(21、22)，支承所述绝缘子(30)并将其保持在所述加热器设置空间(P)中，
所述保持构件(40)相对于所述内筒(21)或所述外筒(22)设置在至少3个部位，所述保持构件(40)与所述绝缘子(30)的接触面(41)相对于所述绝缘子(30)的下表面(34)或下表面(34)及上表面(35)以点接触的方式形成为倾斜面。
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