JP2003202108A - 難燃性物質分解バーナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でもってＣＦ４のように熱分解温
度の高い物質をも９９％以上の効率で熱分解処理を行う
ことを可能とする難燃性物質分解バーナを提供する。 【解決手段】 筒体２の一方端に、その中心軸線Ｌ方向
に難燃性物質含有ガスを噴出するようした難燃性物質含
有ガス導入ノズル４０を配置し、その同心円状に複数個
の酸化剤および燃料吹き出しノズル５０を配置する。そ
の際に吹き出しノズル５０は、それぞれの噴出火炎ｆが
筒体２の中心軸線Ｌ上のほぼ同じ点で収束するように、
軸線を傾斜させて取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は難燃性物質分解バー
ナに関し、特に、半導体製造工程で排出されるプロセス
排ガスに含まれるＰＦＣ（パーフルオロカーボン）など
を高効率で熱分解するのに好適な難燃性物質分解バーナ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工程から排出されるプロセス
排ガスには、多くの種類の有害なガス成分が含まれてい
る。そのような有害な排ガスを処理して大気に放出する
ために種々の排ガス処理装置が提案されている。例え
ば、特開２００１−１６５４２２号公報には不燃性ガス
であるＣ２Ｆ６などのＰＦＣを効果的に分解処理するこ
とを目的とした排ガス除害装置が記載されており、そこ
では、上下に延びる筒体に、複数個のガス燃料燃焼バー
ナをそのバーナ噴出方向を筒体中心軸と直交する面に対
して傾斜状にかつ多段に配置し、それにより、排ガスの
高熱になる広い燃焼領域での滞留時間を長くして、不燃
性ガスの熱分解を促進して除害するようにしている。

【０００３】また、特開２００１−２８０６２９号公報
には、燃焼筒を外筒と内筒とで構成し、内筒の底部に、
排ガス流路とその周囲に同心円状に配された燃料ガス供
給路とを有する排ガス燃焼ノズルを配置し、さらに、大
気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを内筒内に供給する
手段とを備えた燃焼式排ガス処理装置が記載されてい
る。この装置では、排ガス流路を囲むようにして火炎を
形成し、該火炎に大気圧以上の圧力を有する支燃性ガス
を吹き込むことによって、排ガス中の難燃性ＰＦＣのよ
うな難燃性除去成分を容易に熱分解させるようにしてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、半導体
製造工程から排出されるプロセス排ガスのように難燃性
物質を含む排ガスを効果的に分解処理するための実験と
研究を継続的に行ってきているが、上記したような従来
提案されている除去装置はいずれも構成が複雑であり、
結果として大型のものとならざるを得ず、製造工業での
スペース的な環境を考慮すると、より小型化した処理装
置が必要であること、また、Ｃ２Ｆ６のように比較的低
温度で熱分解する物質に対しては高い処理効率が得られ
ているが、燃分解温度が高いＣＦ４あるいはＳＦ６に対
しては、必ずしも充分な処理効率が得られていないこ
と、を経験している。

【０００５】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、簡単な構成でもってＣＦ
４あるいはＳＦ６のように熱分解温度の高い物質をも９
９％以上の効率で熱分解処理を行うことを可能とする難
燃性物質分解バーナを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明による難燃性物質分解バーナは、一端が閉塞
壁により閉じている筒体と、筒体の中心軸線方向に難燃
性物質含有ガスを噴出するように閉塞壁に取り付けられ
た難燃性物質含有ガス導入ノズルと、筒体の中心軸線か
ら同心円上の位置において閉塞壁に取り付けられた複数
個の酸化剤および燃料吹き出しノズルとを少なくとも備
えており、前記複数個の酸化剤および燃料吹き出しノズ
ルはそれぞれの噴出火炎が筒体の中心軸線上のほぼ同じ
点で収束できるように軸線を傾斜させて取り付けられて
いることを特徴とする。

【０００７】本発明による難燃性物質分解バーナは、筒
体と、難燃性物質含有ガス導入ノズルと、そこから同心
円状に配置された複数個の酸化剤および燃料吹き出しノ
ズルとを備えるだけであり、構成はきわめて簡単であっ
て、全長も短いものとして設計することができる。それ
により、半導体製造工場のフロアー下などに容易にプロ
セス排ガス処理施設を設置することが可能となる。

【０００８】また、同心円状に配置した複数個の酸化剤
および燃料吹き出しノズルからの噴出火炎を、筒体の中
心軸線上のほぼ同じ点で収束するようにしたことによ
り、火炎が収束した領域周辺には高温の燃焼領域が形成
される。そして、例えば半導体製造装置からのプロセス
排ガスである難燃性物質含有排ガスはその領域を確実に
通過していくので、そこで、ＰＦＣのような難燃性物質
の熱分解処理は効果的に進行する。本発明者らの実験で
は、熱分解温度の高いＣＦ４についても９９％以上の分
解率が得られ、また、ＳＦ６についてもほぼ同様な分解
率が得られた。ＣＦ４やＳＦ６よりも熱分解温度の低い
Ｃ２Ｆ６など他のＰＦＣ類についても、高い熱分解率が
達成される。

【０００９】本発明の難燃性物質分解バーナにおいて、
酸化剤および燃料吹き出しノズル軸線の筒体中心軸線に
対する最適の傾斜角度は、難燃性物質含有ガス導入ノズ
ルからの難燃性物質含有ガスの流量や流速、酸化剤およ
び燃料吹き出しノズルからの噴出火炎の大きさや先端ま
での距離などに応じて変化する。与えられた条件のもと
で実験的に最適値が定められるが、本発明者らの実験で
は、筒体の中心軸線に対して１５度〜５０度、より好ま
しくは３０度〜４５度の範囲であることが、実用的な意
味から好ましいことがわかった。傾斜角度が５０度より
大きいと、火炎が閉塞壁の裏面に接近し過ぎて耐火材の
熱損傷が進行しやすくなる。傾斜角度が１５度より小さ
いと、火炎が筒体内面に接近し過ぎてやはり耐火材の熱
損傷が進行しやすくなり、また、難燃性物質含有ガス流
束の巻き込み量が少なくなり、分解率が低くなる、など
のような不都合が生じる。

【００１０】本発明による難燃性物質分解バーナを運転
するに際して、難燃性物質含有ガス導入ノズルから導入
される難燃性物質含有ガスの流速は遅いほうが望まし
い。それにより、高温の燃焼領域内での滞留時間が長く
なり、高い熱分解効率が得られる。流量が一定の場合、
流速はノズル径に左右されるので、周囲の環境が許す限
り大きなノズル径とするのが望ましい。また、流速が大
きくなると、収束している火炎を難燃性物質含有ガスが
押し開くようにして通過してしまい、熱分解処理が低下
するので、好ましくない。そのような事情を勘案して、
実験的に、最適の流速（難燃性物質含有ガス導入ノズル
の径）の最適値を設定する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明による難燃性物質分
解バーナを実施の形態により説明する。図１は難燃性物
質分解バーナ１の一例を示している。バーナ１は、円筒
形の筒体２と、該筒体２の一方端を閉鎖する閉塞壁３と
を備える。筒体２は上端にフランジ２１を形成した外装
体２２を有し、該外装体２２の内周面は２重に積層した
耐火煉瓦のように適宜の耐火材２３で覆われている。筒
体２の下方側開放端は、従来のこの種のバーナと同様
に、適宜の管路を介して大気に開放している。

【００１２】閉塞壁３は下端にフランジ３１を形成した
外装体３２を有し、該外装体３２の内部には多段に積層
した耐火材３３が充填されている。閉塞壁３は、そのフ
ランジ３１を筒体２のフランジ２１に重ね合わせてねじ
止めすることにより、筒体２に気密に一体化され、それ
により、筒体２の上端側は閉鎖される。

【００１３】閉塞壁３における、筒体２に取り付けた状
態で筒体２の中心軸線Ｌが通過する位置には、筒体２の
中心軸線Ｌの方向に難燃性物質含有ガスが噴出するよう
して難燃性物質含有ガス導入ノズル４０が取り付けられ
る。さらに、閉塞壁３には、筒体２の中心軸線Ｌから同
心円上の位置に、複数個の酸化剤および燃料吹き出しノ
ズル５０が等しい距離をおいて取り付けられる。図示の
例では、４個の吹き出しノズル５０が取り付けてある
が、３個以上であれば任意であり、所期の目的は達成す
ることができる。図示されるように、各吹き出しノズル
４０の軸心線は、それぞれの噴出火炎が筒体２の中心軸
線Ｌ上のほぼ同じ点で収束できるように、所定の角度
（好ましくは、１５度〜５０度の範囲）で傾斜してい
る。

【００１４】図示の例では、吹き出しノズル５０は中央
の燃料ノズル５１と、その周囲の酸化剤ノズル５２とか
ら構成され、燃料ノズル５１からは都市ガス、プロパン
ガス、水素などが供給され、酸化剤ノズル５２からは酸
素、空気などが供給される。処理に当たって、難燃性物
質含有ガス導入ノズル４０には、例えば半導体製造装置
からのプロセス排ガスが導かれ、筒体２内に所定流量の
プロセス排ガスを噴出する。４個の酸化剤および燃料吹
き出しノズル５０からの４本の燃焼火炎ｆは、筒体２の
中心軸線Ｌ上のほぼ同じ点で収束し、その周辺には高温
の燃焼領域Ｓが形成される。筒体２内に噴出したプロセ
ス排ガスは形成された高温の燃焼領域Ｓを通過する過程
において、難燃性物質の熱分解処理が効果的に進行す
る。そして、分解処理済プロセス排ガスが筒体２の下端
から流出する。

【００１５】次に、実験例を説明する。筒体の内径が１
４０ｍｍである図１に示す形態の難燃性物質分解バーナ
１を作成した。ＣＦ４を含む被処理ガス（N２希釈ガ
ス）を難燃性物質含有ガス導入ノズル４０から筒体２内
に噴出させた。被処理ガスの流量は８０Ｌ／ｍｉｎ、燃
料はメタンであり流量は１６Ｌ／ｍｉｎ、酸化剤は酸素
であり流量は３７Ｌ／ｍｉｎとした。試験は、同じ条件
で、難燃性物質含有ガス導入ノズル４０の内径を変化さ
せ、被処理ガスの流速のみを変えた。ケース１では直径
３５．７ｍｍ、ケース２では直径１２．７ｍｍとした。
その結果を表１に示す。なお、上記被処理ガスの燃焼分
解処理を行わない場合での出口ＣＦ４濃度は２０００ｐ
ｐｍであった。

【００１６】

【表１】

【００１７】表１に示すように、９９％を越えるＣＦ４
の分解率が得られており、本発明による難燃性物質分解
バーナの有効性が示される。ケース１の方が若干高い分
解率を示しているが、これは、分解率が被処理ガス流速
により火炎形状が変化することが原因と考えられる。ま
た、壁温がケース１の方が１００℃ほど低くなってい
る。このことから、火炎はケース１の方が筒体中心軸線
付近にコンパクトに形成されていることがわかり、バー
ナ構造の工夫によって筒体壁面の耐火材の熱劣化を長時
間にわたって防ぎ得ることが示される。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構成でもってＣ
Ｆ４のように燃分解温度の高い有害物質をも９９％以上
の効率で熱分解処理を行うことのできる難燃性物質分解
バーナが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による難燃性物質分解バーナの一実施の
形態を説明する図。

【符号の説明】

１…難燃性物質分解バーナ、２…筒体、２３…耐火材、
３…閉塞壁、３３…耐火材、４０…難燃性物質含有ガス
導入ノズル、５０…酸化剤および燃料吹き出しノズル、
５１…燃料ノズル、５２…酸化剤ノズル、Ｌ…筒体中心
軸線、ｆ…燃焼火炎

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀬尾 敦子 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 藤崎 亘 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 天野 寿二 東京都港区海岸一丁目５番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 中村 健一 東京都新宿区西新宿三丁目７番１号 東京 ガスケミカル株式会社内 (72)発明者 杉原 賢一 東京都新宿区西新宿三丁目７番１号 東京 ガスケミカル株式会社内 (72)発明者 朴 炳渉 東京都墨田区太平三丁目４番８号 小池酸 素工業株式会社内 (72)発明者 金 炳哲 東京都墨田区太平三丁目４番８号 小池酸 素工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3K078 AA07 BA20 BA21 CA08 CA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端が閉塞壁により閉じている筒体と、
   筒体の中心軸線方向に難燃性物質含有ガスを噴出するよ
   うに閉塞壁に取り付けられた難燃性物質含有ガス導入ノ
   ズルと、筒体の中心軸線から同心円上の位置において閉
   塞壁に取り付けられた複数個の酸化剤および燃料吹き出
   しノズルとを少なくとも備えており、前記複数個の酸化
   剤および燃料吹き出しノズルはそれぞれの噴出火炎が筒
   体の中心軸線上のほぼ同じ点で収束できるように軸線を
   傾斜させて取り付けられていることを特徴とする難燃性
   物質分解バーナ。
2. 【請求項２】 各酸化剤および燃料吹き出しノズルの軸
   線の傾斜角度は筒体の中心軸線に対して１５度〜５０度
   の範囲である請求項１記載の難燃性物質分解バーナ。
3. 【請求項３】 処理すべき難燃性物質含有ガスが半導体
   製造装置からのＰＦＣ（パーフルオロカーボン）を含む
   プロセス排ガスであることを特徴とする請求項１または
   ２記載の難燃性物質分解バーナ。
4. 【請求項４】 処理すべき難燃性物質含有ガスが半導体
   製造装置からのＣＦ４またはＳＦ６を含むプロセス排ガ
   スであることを特徴とする請求項１または２記載の難燃
   性物質分解バーナ。