JP2006026614A - Waste gas treating method and waste gas treating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体製造や液晶の製造などに伴って排出される各種の排ガスの熱分解処理を好適に行なうことが可能な排ガス処理方法、および排ガス処理装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment apparatus capable of suitably performing a thermal decomposition treatment of various exhaust gases discharged along with semiconductor production, liquid crystal production, and the like.
たとえば、CF4,C2F6,C3F6のなどの狭義のPFCガス(Per Fluoro Carbon)や、NF3,SF6,CHF3などは、半導体製造工程におけるエッチング処理やCVD装置におけるクリーニング処理などに利用されており、排ガスとして排出される。ただし、これらのガスは、赤外線吸収量が多く、地球温暖化の原因となるため、そのまま大気中に放出することは規制されている。 For example, PFC gas (Per Fluoro Carbon) in a narrow sense such as CF 4 , C 2 F 6 , C 3 F 6 , NF 3 , SF 6 , CHF 3, etc. is used for etching processing in semiconductor manufacturing processes and cleaning in CVD equipment. It is used for processing and is discharged as exhaust gas. However, since these gases have a large amount of infrared absorption and cause global warming, their release into the atmosphere is regulated.
上記したような排ガスの除害処理を行なうための手段としては、排ガス導入用のチャンバ内に電熱式ヒータを利用した加熱用部材を設けておき、上記チャンバ内に導入された排ガスを上記加熱用部材によって加熱し、熱分解する手段がある(たとえば、特許文献1を参照)。このような熱分解方式によれば、排ガスを燃焼させて炭酸ガス、水、およびハロゲン化物に分解するいわゆる燃焼分解方式と比較すると、設備コスト、ランニングコスト、およびメンテナンスコストをかなり廉価に抑えることが可能である。 As a means for performing the exhaust gas detoxification treatment as described above, a heating member using an electric heater is provided in the exhaust gas introduction chamber, and the exhaust gas introduced into the chamber is used for the heating. There is a means for heating and pyrolyzing with a member (for example, see Patent Document 1). According to such a thermal decomposition method, compared with a so-called combustion decomposition method in which exhaust gas is burned and decomposed into carbon dioxide gas, water, and halides, the equipment cost, running cost, and maintenance cost can be kept considerably low. Is possible.
上記したPFCガスやNF3などは、化学的に安定しており、これらを熱分解する条件としては、高温であるほど好ましく、たとえば800〜1100°C程度、あるいはそれよりも高温の1300〜1400°C程度の高温に加熱する必要がある。そして、このような加熱を行なうためには、チャンバ内に設けられている加熱用部材の表面温度も、上記したような高温でなければならない。一方、このような高温加熱を行なう場合、電熱式ヒータをいわゆる裸の状態で排ガスの雰囲気に晒して用いたのでは、このヒータのダメージが大きく、短時間で断線などを生じてしまう。このため、たとえば特許文献1においては、加熱用部材として、ヒータ本体をセラミック製パイプ内に挿入した構造のものを用いている。ところが、このような手段によれば、セラミック製パイプの表面を所定温度に設定するには、ヒータ本体の発熱温度をそれよりもさらに高温に発熱させる必要があるため、エネルギーロスが多く、またヒータ本体の発熱温度が高い分だけ、このヒータ本体の使用寿命も短くなる。より具体的には、ヒータ本体に不測の断線を生ずる虞れがある。さらに、セラミックは、高温に対する強度が比較的高いとはいえども、たとえば1100°Cを超える温度範囲で排ガスに直接晒されて使用され続けると、やはりその表面部がダメージを受ける。したがって、部品交換を適宜行なう必要が生じ、装置のメンテナンスコストが高価となる問題点がある。
The above-mentioned PFC gas, NF 3 and the like are chemically stable, and the conditions for thermally decomposing them are preferably as high as possible, for example, about 800 to 1100 ° C. or higher than 1300 to 1400. It is necessary to heat to a high temperature of about ° C. In order to perform such heating, the surface temperature of the heating member provided in the chamber must also be as high as described above. On the other hand, when such high temperature heating is performed, if the electric heater is exposed to the atmosphere of the exhaust gas in a so-called naked state, the heater is greatly damaged, and disconnection or the like occurs in a short time. For this reason, for example, in
本件出願人は、電熱式ヒータに代えて、電磁誘導方式の発熱作用を利用して排ガスを熱分解する方法を先に提案している(たとえば、特許文献2の図3を参照)。この方法においては、排ガス導入用のチャンバの外部に電磁誘導用のコイルを設けるとともに、上記チャンバの内部には金属製の加熱用部材を設け、この加熱用部材を電磁誘導作用によって発熱させることにより排ガスを熱分解する。 The present applicant has previously proposed a method of thermally decomposing exhaust gas using an electromagnetic induction type heat generating action instead of an electric heater (see, for example, FIG. 3 of Patent Document 2). In this method, an electromagnetic induction coil is provided outside the exhaust gas introduction chamber, a metal heating member is provided inside the chamber, and the heating member is heated by electromagnetic induction. The exhaust gas is pyrolyzed.
このような方法によれば、電磁誘導用のコイルがチャンバの外部に位置するために、このコイルがチャンバ内の雰囲気に起因してダメージを受けることはない。また、電磁誘導方式による発熱は、上述した電熱式ヒータを用いる場合よりも発熱効率が高い。さらに、電磁誘導作用によれば、加熱用部材の表面が集中的に発熱するという特性が得られるために、加熱用部材の表面温度を高くするのにも好適となる。 According to such a method, since the electromagnetic induction coil is located outside the chamber, the coil is not damaged due to the atmosphere in the chamber. Further, the heat generation by the electromagnetic induction method has higher heat generation efficiency than the case where the above-described electric heater is used. Furthermore, the electromagnetic induction effect provides a characteristic that the surface of the heating member generates heat intensively, and is therefore suitable for increasing the surface temperature of the heating member.
ただし、上記した電磁誘導方式を利用した方法であっても、加熱用部材としては、高温での強度(耐熱性、耐食性)に優れたものを用いる必要がある。ところが、1100°C前後あるいはそれ以上の高温雰囲気において優れた強度をもち、しかもコストが比較的廉価で入手し易いという条件を満たす金属は、なかなか見当たらないのが実情である。高温での強度が比較的優れ、かつ比較的入手し易い金属の具体例としては、たとえばFe−Cr−Al合金(Crが22%、Alが4〜6%)、あるいはこれにCoを加えたFe−Cr−Co−Al合金を挙げることができる。ところが、このような合金をそのまま利用して加熱用部材を形成しても、上記した高温条件下においては長期間の使用に十分に耐え得るとは言い難く、熱損傷を生じ、加熱用部材の部品交換を比較的頻繁に行なわなければならない。 However, even in the method using the electromagnetic induction method described above, it is necessary to use a member having excellent strength (heat resistance, corrosion resistance) at a high temperature as the heating member. However, in reality, it is difficult to find a metal that has excellent strength in a high temperature atmosphere of around 1100 ° C. or higher, and that satisfies the condition that the cost is relatively low and easy to obtain. Specific examples of metals that are relatively excellent in strength at high temperatures and relatively easily available include, for example, an Fe—Cr—Al alloy (Cr: 22%, Al: 4-6%), or Co added thereto. Mention may be made of Fe—Cr—Co—Al alloys. However, even if a heating member is formed using such an alloy as it is, it cannot be said that it can sufficiently withstand long-term use under the high temperature conditions described above, and heat damage is caused. Parts replacement must be done relatively frequently.
本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、加熱用部材の使用寿命を長くし、装置の製造コストやメンテナンスコストなどの負担を軽減しつつ、PFCガスなどの所望の排ガスの熱分解処理を適切に行なうことが可能な排ガス処理方法および排ガス処理装置を提供することを課題としている。 The present invention has been conceived under such circumstances, such as extending the service life of the heating member, reducing the burden of manufacturing cost and maintenance cost of the apparatus, It is an object of the present invention to provide an exhaust gas treatment method and an exhaust gas treatment apparatus capable of appropriately performing desired pyrolysis treatment of exhaust gas.
上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical means.
本発明の第1の側面により提供される排ガス処理方法は、排ガス処理用のチャンバに排ガスを導入し、上記チャンバ内に設けられ、または上記チャンバを形成する発熱可能な加熱用部材を用いて上記排ガスを加熱する熱分解工程を有している、排ガス処理方法であって、上記加熱用部材としては、この加熱用部材の素地よりも耐熱性が高い酸化保護層が表面に形成されたものを使用し、上記熱分解工程を中止しているときに、上記排ガスに代えて、上記チャンバ内に酸素または酸素を含む気体を導入させるとともに上記加熱用部材を発熱させることにより、上記加熱用部材の表面を酸化させ、上記熱分解工程時に劣化した酸化保護層を再生する保護層再生工程を有していることを特徴としている。 The exhaust gas treatment method provided by the first aspect of the present invention is a method for introducing an exhaust gas into an exhaust gas treatment chamber and using the heating member provided in the chamber or capable of generating heat to form the chamber. An exhaust gas treatment method having a thermal decomposition step for heating exhaust gas, wherein the heating member is formed with an oxidation protection layer having a higher heat resistance than the substrate of the heating member on the surface. In use, when the thermal decomposition step is stopped, instead of the exhaust gas, oxygen or a gas containing oxygen is introduced into the chamber and the heating member is caused to generate heat. It has a protective layer regeneration step of oxidizing the surface and regenerating the oxidation protective layer deteriorated during the thermal decomposition step.
上記構成において、「酸素を含む気体」とは、「空気」を含む概念である。また、「発熱」とは、いわゆる自己発熱に限定されるものではなく、たとえば自己発熱可能な他の部材によって特定の部材が加熱される結果、この特定の部材が排ガスを加熱し得るように熱を発散する場合をも含む概念である。 In the above configuration, the “gas containing oxygen” is a concept including “air”. “Heat generation” is not limited to so-called self-heating. For example, when a specific member is heated by another member capable of self-heating, heat is generated so that the specific member can heat exhaust gas. It is a concept that includes the case of diverging.
本発明によれば、加熱用部材として、その表面に酸化保護層が形成されて耐熱性が高められたものを用いているために、そのような酸化保護層が形成されていない状態で加熱用部材を用いる場合と比較すると、加熱用部材の耐熱性を高め、熱損傷を生じ難くすることができる。一方、熱分解工程を行なうときには、上記酸化保護層が高温条件下において排ガスに晒されるなどして劣化するものの、上記熱分解工程の中止時において、上記酸化保護層を再生することができるために、上記加熱用部材をその後も長期間にわたって使用することが可能となる。その結果、加熱用部材の使用寿命を長くし、加熱用部材を頻繁に交換する必要が無くなる。 According to the present invention, as the heating member, a member having an oxidation protective layer formed on the surface thereof and having improved heat resistance is used, so that the heating member is not formed with such an oxidation protective layer. Compared with the case where a member is used, the heat resistance of the heating member can be increased and thermal damage can be made difficult to occur. On the other hand, when the thermal decomposition step is performed, the oxidation protective layer deteriorates due to exposure to exhaust gas under high temperature conditions, but the oxidation protective layer can be regenerated when the thermal decomposition step is stopped. The heating member can be used for a long time thereafter. As a result, the service life of the heating member is extended and the heating member need not be frequently replaced.
さらに、重要な効果として、本発明によれば、上記酸化保護層を再生する工程は、上記加熱用部材を外部に取り外すようなことなく行なっている。また、酸化保護層を再生するための加熱は、加熱用部材の発熱により行なわせているために、酸化保護層の再生専用の加熱手段を別途設けるといった必要もない。したがって、酸化保護層の再生を、容易かつ迅速に、しかも特殊な装置・機器類を用いることなく合理的に行なうことができる。 Furthermore, as an important effect, according to the present invention, the step of regenerating the oxidation protection layer is performed without removing the heating member to the outside. Further, since the heating for regenerating the oxidation protection layer is performed by the heat generated by the heating member, it is not necessary to separately provide a heating means dedicated to the regeneration of the oxidation protection layer. Therefore, the regeneration of the oxidation protection layer can be rationally performed easily and quickly and without using any special apparatus / equipment.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記加熱用部材としては、アルミニウムを含有する合金部分を備えたものを使用し、上記保護層再生工程においては、上記加熱用部材の酸化保護層としてアルミナを形成する。上記アルミニウムを含有する合金の具体例としては、前述したFe−Cr−Al合金やFe−Cr−Co−Al合金を挙げることができる。加熱用部材をこのような合金製とした場合には、この加熱用部材の表面を酸化させることによって、その表面にアルミナの層を形成することが可能である。この具体例からも理解されるように、上記構成によれば、比較的廉価であって、入手し易い合金材料を加熱用部材の材料に用いながらも、耐熱性、耐食性に優れるアルミナの層を形成することが可能となり、実用性に優れる。 In a preferred embodiment of the present invention, as the heating member, a member provided with an alloy part containing aluminum is used. In the protective layer regeneration step, alumina is used as an oxidation protective layer of the heating member. Form. Specific examples of the aluminum-containing alloy include the aforementioned Fe—Cr—Al alloy and Fe—Cr—Co—Al alloy. When the heating member is made of such an alloy, it is possible to form an alumina layer on the surface of the heating member by oxidizing the surface. As can be understood from this specific example, according to the above configuration, an alumina layer having excellent heat resistance and corrosion resistance can be obtained while using a relatively inexpensive and easily available alloy material as a material for the heating member. It can be formed and is excellent in practicality.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記加熱用部材の表面部の電気抵抗、上記排ガスの熱分解処理量、または上記排ガスの熱分解処理の時間もしくは回数を計測し、この計測値に基づいて上記酸化保護層の劣化度合いを判断する工程をさらに有している。このような構成によれば、上記酸化保護層の再生処理を、適度なタイミングで行なうことが可能となり、たとえば酸化保護層が殆ど劣化していないにも拘わらず酸化保護層の再生処理が無駄に実行されたり、あるいはそれとは反対に、酸化保護層の劣化がかなり進行しているにも拘わらず、これが放置されたままにされるといったことが適切に回避される。 In a preferred embodiment of the present invention, the electrical resistance of the surface portion of the heating member, the amount of pyrolysis treatment of the exhaust gas, or the time or frequency of the pyrolysis treatment of the exhaust gas is measured, and based on this measured value It further has the process of judging the deterioration degree of the said oxidation protective layer. According to such a configuration, the regeneration process of the oxidation protection layer can be performed at an appropriate timing. For example, the regeneration process of the oxidation protection layer is wasted although the oxidation protection layer is hardly deteriorated. In practice, or conversely, it is adequately avoided that the oxidation protection layer is left to stand in spite of the considerable deterioration of the oxidation protection layer.
本発明の第2の側面によって提供される排ガス処理装置は、処理対象となる排ガスを導入するためのチャンバと、上記チャンバ内に設けられ、または上記チャンバを形成しており、かつ上記チャンバ内に導入された排ガスを加熱して熱分解するための発熱可能な加熱用部材と、を備えている、排ガス処理装置であって、上記熱分解の処理を停止しているときに、上記排ガスに代えて、酸素または酸素を含む気体を上記チャンバ内に導入可能な導入気体切り替え手段を備えており、上記チャンバ内に酸素または酸素を含む気体が導入された状態において、上記加熱用部材が発熱することにより、上記加熱用部材の表面にこの加熱用部材の素地よりも耐熱性の高い酸化保護層を形成可能な構成とされていることを特徴としている。 The exhaust gas treatment apparatus provided by the second aspect of the present invention includes a chamber for introducing exhaust gas to be treated, and is provided in or forms the chamber. And a heating member capable of generating heat for heating and pyrolyzing the introduced exhaust gas, wherein the exhaust gas is replaced with the exhaust gas when the thermal decomposition process is stopped. And an introduction gas switching means capable of introducing oxygen or a gas containing oxygen into the chamber, and the heating member generates heat in a state where oxygen or a gas containing oxygen is introduced into the chamber. Thus, an oxidation protective layer having higher heat resistance than the substrate of the heating member can be formed on the surface of the heating member.
このような構成によれば、チャンバ内に排ガスを導入させて加熱する排ガスの熱分解工程と、チャンバ内に酸素または酸素を含む気体を導入させて加熱することにより加熱用部材の表面に酸化保護層を形成する酸化保護層の再生工程とを選択的に実行することができ、本発明の第1の側面によって提供される排ガス処理方法を適切に実行可能である。したがって、本発明の第1の側面によって提供される排ガス処理方法について述べたのと同様な効果が得られる。 According to such a configuration, the exhaust gas is thermally decomposed by introducing the exhaust gas into the chamber and heated, and the surface of the heating member is oxidized and protected by introducing and heating oxygen or a gas containing oxygen in the chamber. The regeneration process of the oxidation protective layer forming the layer can be selectively performed, and the exhaust gas treatment method provided by the first aspect of the present invention can be appropriately performed. Therefore, the same effect as described for the exhaust gas treatment method provided by the first aspect of the present invention can be obtained.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記チャンバには、このチャンバに向けて上記排ガスを供給してくる排ガス供給配管が接続されており、上記導入気体切り替え手段は、上記チャンバの外部から内部に空気を導入させるための空気導入口と、この空気導入口から上記チャンバ内への空気導入と上記排ガス供給配管から上記チャンバ内への排ガス導入とを切り替え自在な少なくとも1つのバルブとを含んでいる。このような構成によれば、上記チャンバ内への排ガスの導入と、酸素を含む気体としての空気の導入との切り替えを適切に行なうことができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the chamber is connected to an exhaust gas supply pipe for supplying the exhaust gas toward the chamber, and the introduction gas switching means is provided from the outside to the inside of the chamber. An air inlet for introducing air; and at least one valve capable of switching between air introduction from the air inlet into the chamber and exhaust gas introduction from the exhaust gas supply pipe into the chamber. . According to such a configuration, it is possible to appropriately switch between introduction of exhaust gas into the chamber and introduction of air as a gas containing oxygen.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記加熱用部材の表面部の電気抵抗、上記排ガスの熱分解処理量、または上記排ガスの熱分解処理の時間もしくは回数を計測する計測器をさらに備えている。このような構成によれば、上記計測器を用いた計測により、加熱用部材の表面の酸化保護層の劣化具合を好適に判断し、適切なタイミングで酸化保護層の再生処理を実行することが可能となる。 In a preferred embodiment of the present invention, there is further provided a measuring instrument for measuring the electrical resistance of the surface portion of the heating member, the amount of pyrolysis treatment of the exhaust gas, or the time or number of times of the pyrolysis treatment of the exhaust gas. . According to such a configuration, it is possible to appropriately determine the deterioration degree of the oxidation protection layer on the surface of the heating member by measurement using the measuring instrument, and to execute the regeneration process of the oxidation protection layer at an appropriate timing. It becomes possible.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記チャンバの外部に設けられた電磁誘導用のコイルを備えており、このコイルへの通電により、上記加熱用部材の少なくとも一部分が電磁誘導発熱するように構成されている。このような電磁誘導による発熱方式を採用すれば、発熱効率が高く、加熱用部材の表面を効率良く所望の高温に発熱させることができる。また、上記加熱用部材としては、たとえばその全体を金属製にすればよく、加熱用部材自体の構造をシンプルにすることができるために、装置の製造コストをより低減することが可能となる。もちろん、コイルは、チャンバの外部に設けられており、高温雰囲気中において排ガスに直接触れるようなことはないため、このコイルが容易に損傷するといったこともない。ただし、後述するように、本発明においては、加熱用部材として、電磁誘導方式のものに代えて、たとえば電熱ヒータ方式のものを用いることも可能である。 In a preferred embodiment of the present invention, an electromagnetic induction coil provided outside the chamber is provided, and at least a part of the heating member generates electromagnetic induction heat by energization of the coil. Has been. If such a heat generation method using electromagnetic induction is employed, the heat generation efficiency is high, and the surface of the heating member can be efficiently heated to a desired high temperature. The heating member may be made entirely of metal, for example, and the structure of the heating member itself can be simplified, so that the manufacturing cost of the apparatus can be further reduced. Of course, since the coil is provided outside the chamber and does not come into direct contact with the exhaust gas in a high temperature atmosphere, the coil is not easily damaged. However, as will be described later, in the present invention, for example, an electric heater type can be used as the heating member instead of the electromagnetic induction type.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記加熱用部材としては、筒状の第1の加熱用部材と、この第1の加熱用部材の内方に配された筒状の第2の加熱用部材とがあり、上記チャンバ内に導入された排ガスは、上記第1および第2の加熱用部材どうしの隙間をそれらの軸長方向に通過した後に、上記第2の加熱用部材の内方に入り、この第2の加熱用部材内をその軸長方向に通過するように構成されている。このような構成によれば、第1および第2の加熱用部材どうしの隙間を排ガスが通過する際に、この排ガスが効率良く加熱され、熱分解処理が好適に行なわれる。 In a preferred embodiment of the present invention, the heating member includes a cylindrical first heating member and a cylindrical second heating member disposed inward of the first heating member. The exhaust gas introduced into the chamber passes through the gap between the first and second heating members in the axial direction thereof, and then enters the inner side of the second heating member. And is configured to pass through the second heating member in the axial direction. According to such a configuration, when the exhaust gas passes through the gap between the first and second heating members, the exhaust gas is efficiently heated, and the thermal decomposition treatment is suitably performed.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記隙間内には、螺旋状の部材が配されており、排ガスの少なくとも一部は、上記螺旋状の部材に沿って上記隙間内を螺旋状に進行するように構成されている。このような構成によれば、上記隙間内を排ガスが直線的に通過する場合よりも螺旋状に通過する場合の方が排ガスの進行距離が長くなるため、排ガスの加熱時間を長くとり、排ガスの熱分解処理能力を高めるのに好適となる。 In a preferred embodiment of the present invention, a spiral member is disposed in the gap, and at least a part of the exhaust gas advances spirally in the gap along the spiral member. It is configured as follows. According to such a configuration, the travel distance of the exhaust gas becomes longer when the exhaust gas passes through the gap in a spiral manner than when the exhaust gas passes linearly. It is suitable for enhancing the thermal decomposition treatment capacity.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記第2の加熱用部材の内部に、上記排ガスがこの第2の加熱用部材の軸長方向に直進することを阻害する部材を設けた構成とされている。このような構成によれば、第2の加熱用部材内を排ガスが通過する際の加熱時間についても長くとることが可能となり、熱分解処理能力を高めるのにより好適となる。 In a preferred embodiment of the present invention, the second heating member is provided with a member that inhibits the exhaust gas from going straight in the axial direction of the second heating member. Yes. According to such a configuration, it is possible to take a longer heating time when the exhaust gas passes through the second heating member, and it is more preferable to increase the thermal decomposition processing capability.
本発明の好ましい実施の形態においては、両端開口部が排ガスの導入口および排出口とされた管体を備えており、上記管体の内部が上記チャンバとされている一方、上記管体は、少なくともその一部分が発熱可能であることにより上記加熱用部材となっている。このような構成によれば、加熱用部材としての管体内部に排ガスを導入させて加熱させるために、全体構造を非常に簡素にしつつ、排ガスに対する高効率の加熱が可能となる。上記管体に螺旋状部分を形成し、またはジグザグ状に蛇行した部分を形成すれば、全体の大型化を抑制しつつ、上記管体内を排ガスが通過する時間を長くし、加熱効率をさらに高めることが可能である。 In a preferred embodiment of the present invention, both end openings are provided with a tube body having an exhaust gas inlet and an exhaust port, and the inside of the tube body is the chamber, while the tube body is The heating member is formed by at least partly being capable of generating heat. According to such a configuration, since the exhaust gas is introduced into the inside of the tubular body as the heating member and heated, highly efficient heating of the exhaust gas becomes possible while the entire structure is extremely simplified. If a spiral part or a zigzag meandering part is formed in the tube body, the time for exhaust gas to pass through the tube body is lengthened and the heating efficiency is further increased while suppressing the overall enlargement. It is possible.
本発明の好ましい実施の形態においては、上記チャンバの周囲を囲み、かつ発熱可能な筒状壁部を備えており、上記排ガスは、上記チャンバ内において上記筒状壁部の内周に沿った旋回流となるように上記チャンバに導入される構成とされている。このような構成によれば、排ガスと筒状壁部の内周面との接触度合いが高くなり、加熱効率を高めるのに好適となる。また、排ガスのなかには、加熱酸化分解によって固化し、粉となるものがあるが(たとえば、SiF4)、上記排ガスの旋回流の作用により、上記粉を筒状壁部の内周面から剥離させて、堆積付着しないようにする効果も期待できる。 In a preferred embodiment of the present invention, a cylindrical wall portion surrounding the chamber and capable of generating heat is provided, and the exhaust gas swirls along the inner periphery of the cylindrical wall portion in the chamber. It is set as the structure introduce | transduced into the said chamber so that it may become a flow. According to such a configuration, the degree of contact between the exhaust gas and the inner peripheral surface of the cylindrical wall portion is increased, which is suitable for increasing the heating efficiency. Some exhaust gases are solidified by thermal oxidative decomposition and become powder (for example, SiF 4 ). However, the powder is separated from the inner peripheral surface of the cylindrical wall portion by the action of the swirling flow of the exhaust gas. In addition, it can be expected to prevent deposits from adhering.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1および図2は、本発明に係る排ガス処理装置の一実施形態を示している。図1によく表われているように、本実施形態の排ガス処理装置Aは、排ガスが導入されるチャンバ1と、このチャンバ1の外部に配された電磁誘導用のコイル2ならびに排ガス導入用の一対の配管5と、チャンバ1内に配された第1および第2の加熱用部材3A,3Bとを備えている。
1 and 2 show an embodiment of an exhaust gas treatment apparatus according to the present invention. As clearly shown in FIG. 1, the exhaust gas treatment apparatus A of this embodiment includes a
チャンバ1は、セラミック製の筒体からなる周壁部10と、この周壁部10の上部および下部に一部分が嵌合した上部材11Aおよび下部材11Bとによって囲まれた空間部として形成されている。上部材11Aおよび下部材11Bの材質については後述する。下部材11Bの下部には、ベース管体12が連結されており、チャンバ1内において熱分解された排ガスはこのベース管体12の下部開口部12aを通過してその下方に排出されるようになっている。図面には示されていないが、下部開口部12aの下方には、貯水部が設けられており、排出ガスはこの貯水部の水に通されることにより、冷却され、また成分によってはこの水に捕捉されるようになっている。上部材11Aは、リング体11C,11Dに着脱自在に保持されており、この上部材11Aをリング体11C,11Dから取り外すと、チャンバ1の上部が開口し、第1および第2の加熱用部材3A,3Bなどの外部への取り出しや外部からの装着が可能である。上部材11Aには、後述するように、たとえば第1の加熱用部材3Aの表面の電気抵抗を計測するための計測器4の進入および退出を行なわせるための開口部16aおよびこれを閉塞するための蓋部材16bが設けられている。リング体11C,11Dとベース管体12の上部フランジ12bとは、複数本の軸体13を介して連結されており、これによりチャンバ1を形成する複数の部材の組み付けの確実化が図られている。
The
一対の配管5は、たとえば半導体製造設備(図示略)からPFCガスやNF3などの排ガスをチャンバ1に導入させるためのものである。図面には示していないが、これら一対の配管5は、上記半導体製造設備の排気口に接続された1本の配管を2本に分岐させた部分であり、これらの配管5の終端部は、下部材11Bに設けられた一対の開口孔14に接続されている。上記排ガスは、これら一対の開口孔14を通過してチャンバ1内に供給される。このように、チャンバ1内に複数の箇所から排ガスを導入させる構成とすれば、チャンバ1内の一部分に排ガスが偏って導入されることを回避することができる。むろん、チャンバ1内への排ガスの導入は、本実施形態とは異なり、1本の配管5のみを介して行なわれるようにしてよいし、あるいは2本よりも多数本の配管5を介して行なわれるようにしてもよい。
The pair of
各配管5には、チャンバ1内への排ガスの導入およびその停止の切り替えが可能な開閉弁V1が設けられている。また、この開閉弁V1よりもチャンバ1寄りの部分には、空気導入口50を有する配管部51が分岐接続されており、この配管部51には、開閉弁V2が設けられている。したがって、開閉弁V1を閉じ、かつ開閉弁V2を開いた状態にすると、排ガスに代えて、空気をチャンバ1内に導入することが可能である。ベース管体12の下部開口部12aには、ブロアの吸気配管(図示略)が接続されており、上記したチャンバ1内への空気導入は、上記ブロアが駆動してチャンバ1内に負圧が発生する作用によりなされる。
Each
コイル2は、第1および第2の加熱用部材3A,3Bを発熱させるためのものであり、チャンバ1の周壁部10の外周囲を囲むように設けられている。第1の加熱用部材3Aは、コイル2に通電がなされた際の電磁誘導作用により発熱するのに対し、第2の加熱用部材3Bは、第1の加熱用部材3Aの内方に位置していることにより、主に第1の加熱用部材3Aからの輻射熱によって加熱される。このコイル2は、たとえば螺旋状部分を有する銅などの金属製パイプによって形成されており、その内部には冷却水が流通し、冷却器を兼ねた構成とされている。したがって、このコイル2は、チャンバ1内の熱が外部に輻射して周辺温度が高くなることを抑制する機能も発揮する。このような機能をさらに高める手段として、このコイル2と周壁部10との間に断熱材(図示略)を設けた構成とすることもできる。このコイル2には、高周波電源20が配線接続されている。好ましくは、この高周波電源20の出力ならびに周波数は可変である。
The
コイル2は、複数のステー21によって支持されている。各ステー21は、鉛直方向に延びたバー状であり、その上部はリング体11Dに取り付けられている。図5に示すように、ステー21の一側面部には、複数の凹部21aが形成されている。図4に示すように、複数の凹部21a内にはコイル2の螺旋状部分の複数のループ部が嵌入している。この嵌入作用により、コイル2の螺旋状部分の各ループ部を所望の位置に固定させることができる。本実施形態とは異なり、たとえばコイル2の上部を把持して単に吊り下げ支持させただけでは、コイル2の自重によってコイル2が下方に伸びてしまい、螺旋状部分の複数のループ部が不当ピッチとなる虞れがあるが、本実施形態によれば、そのような虞れを解消することができる。
The
第1および第2の加熱用部材3A,3Bは、排ガスを加熱するための部材であり、たとえばFe−Cr−Al合金(Crが5〜25%、Alが2〜8%)製、またはこれにCoが加えられたFe−Cr−Co−Al合金製である。ただし、図3に示すように、これら第1および第2の加熱用部材3A,3Bの表面全域には、酸化保護層としてのアルミナ(Al2O3)層30が形成されている。このアルミナ層30は、第1および第2の加熱用部材3A,3Bの表面を酸化させることによって形成されたものであり、その詳細については後述する。
The first and
第1の加熱用部材3Aは、上壁部31を有する円筒状であり、下部材11Bによって全体が起立した姿勢に支持されている。この第1の加熱用部材3Aの周壁部とチャンバ1の周壁部10との間には、上部に開口部39aを有するセラミック製の補助筒体39が設けられている。チャンバ1内に導入された排ガスは、補助筒体39と周壁部10との隙間19aを上向きに流れてから、開口部39aを通過して補助筒体39と第1の加熱用部材3Aの周壁との隙間19bを下向きに流れるようになっている。
The
第2の加熱用部材3Bは、上下両端部が開口した円筒状であり、第1の加熱用部材3Aと同様に下部材11Bによって全体が起立した姿勢に支持されている。ただし、この第2の加熱用部材3Bは、第1の加熱用部材3Aの内方に位置し、これらの間には、隙間32が形成されている。第1の加熱用部材3Aの下端近傍には、1または複数の開口部33が形成されている。隙間19bの下部に進行してきた排ガスは、開口部33を通過して隙間32に流入した後に、この隙間32を上向きに進行してから第2の加熱用部材3Bの上部開口部からこの第2の加熱用部材3B内に流入し、その後下向きに進行して下部材11Bの開口部17を通過し、ベース管体12の下部開口部12aに至るようになっている。
The
隙間32および第2の加熱用部材3Bの内部には、螺旋コイル40,41が配されている。これら螺旋コイル40,41の材質は、たとえば第1および第2の加熱用部材3A,3Bと同材質である。これら螺旋コイル40,41の表面の略全域には、図3に示したアルミナ層31と同様なアルミナ層(図示略)が形成されている。また、チャンバ1を構成する上部材11Aおよび下部材11Bも、好ましくは、螺旋コイル40,41や第1および第2の加熱用部材3A,3Bと同様な材質とされており、チャンバ1内に面する部分にはアルミナ層(図示略)が形成されている。
Spiral coils 40 and 41 are arranged inside the
螺旋コイル40の外周および内周は、第1の加熱用部材3Aの周壁部の内面および第2の加熱用部材3Bの周壁部の外面との間に大きな隙間が生じないように配されている。このような構成によれば、図6に示すように、隙間32の下部に流入した排ガスは、螺旋コイル40に沿って第2の加熱用部材3Bの周壁部の周囲を螺旋状に旋回しつつ上向きに進行していくこととなる。したがって、排ガスの加熱時間を長くし、加熱効率を高めるのに役立つ。また、螺旋コイル40を第1および第2の加熱用部材3A,3Bのそれぞれに接触するように設ければ、電磁誘導作用によって第1の加熱用部材3Aが発熱した際に、この熱が第2の加熱用部材3Bに伝達するため、第2の加熱用部際3Bを高温に発熱させるのにより好適となる。螺旋コイル41は、螺旋コイル40とは異なり、排ガスを螺旋状に進行させる作用を発揮するものではないが、後述するように、やはり排ガスの加熱効率を高めるのに役立つ。
The outer periphery and the inner periphery of the
次に、上記した排ガス処理装置Aを用いた排ガス処理方法の一例について説明する。 Next, an example of an exhaust gas treatment method using the above-described exhaust gas treatment apparatus A will be described.
まず、排ガスの熱分解処理を行なうには、一対の配管5からチャンバ1内に排ガスを導入させるとともに、コイル2に高周波電流を流し、電磁誘導作用によって第1の加熱用部材3Aを発熱させる。すると、その輻射熱などに起因して、第2の加熱用部材3Bや螺旋コイル40,41なども高温に昇温する。第1の加熱用部材3Aの表面の発熱温度は、たとえば800〜1100°Cであるが、排ガスの種類によっては1300〜1400°C程度とする場合もある。第1の加熱用部材3Aの表面をたとえば1400°Cに発熱させた場合、第2の加熱用部材3Bの表面の温度は、それよりも僅かに低いたとえば1300°C程度となる。
First, in order to thermally decompose the exhaust gas, the exhaust gas is introduced into the
チャンバ1内に導入された排ガスは、既述したとおり、隙間19aおよび開口部39aを通過して隙間19bを下向きに流れていく。その際、排ガスは、第1の加熱用部材3Aの外向き面に接触して加熱され、また輻射熱によっても加熱される。この第1の加熱用部材3Aの表面は、最も高温に発熱する部分であるため、この表面の外周囲の隙間19bに沿って排ガスを流通させた本実施形態の構成によれば、排ガスの加熱効率が高いものとなる。隙間19bに、螺旋コイル40と同様な部材を挿入し、排ガスが螺旋状に進行するように構成すれば、排ガスの加熱効率はさらに高められることとなり、本発明の適用に際し、そのような構成を採用してもかまわない。
As described above, the exhaust gas introduced into the
隙間19bの下端に進行した排ガスは、その後開口部39aを通過して第1および第2の加熱用部材3A,3Bどうしの隙間32を進行し、また第2の加熱用部材3Bの内部を進行する。隙間32を排ガスが進行するときには、図6を参照して説明したとおり、排ガスが螺旋コイル40に沿って螺旋状に進行するため、加熱時間を長くとることができる。また、螺旋コイル40も、高温となっているために、排ガスの加熱効率はさらに良好となる。一方、螺旋コイル41は、第2の加熱用部材3B内において高温となっているために、やはりこの螺旋コイル41も排ガスの加熱効率を高めるのに役立つ。これら一連の排ガスの進行過程における加熱により、上記排ガスは熱分解される。たとえば、排ガスがC2F6の場合、2C2F6+3O2+6H2O→4CO2+12HF となる。
The exhaust gas that has traveled to the lower end of the
上記した排ガスの熱分解工程においては、第1および第2の加熱用部材3A,3Bが排ガス雰囲気に晒された状態で高温となっている。これに対し、それら第1および第2の加熱用部材3A,3Bの表面にはアルミナ層30が形成されており、かつこのアルミナ層30は、第1および第2の加熱用部材3A,3Bの素地部分よりも耐熱性および耐食性に優れるために、短時間で大きく損傷することはない。また、アルミナ層30の存在により、上記素地部分の保護が図られる。ただし、このアルミナ層30は、上記した熱分解工程時において1000〜1400°Cの高温下において排ガス雰囲気に晒され続けると、やはり徐々にダメージを受けて劣化していく。螺旋コイル40,41のアルミナ層についても、同様である。
In the above-described pyrolysis process of exhaust gas, the first and
次いで、上記したようにアルミナ層30が劣化したときには、このアルミナ層30を再生する処理を実行する。この処理を実行するには、まずチャンバ1内への排ガスの導入を停止させて、空気導入口50からチャンバ1内に空気を導入する。また、これに伴い、コイル2に通電を行ない、第1の加熱用部材3Aを、たとえば1000〜1200℃程度に電磁誘導発熱させる。また、第2の加熱用部材3Bについては、第1の加熱用部材3Aからの輻射熱を利用して加熱させる。すると、これら第1および第2の加熱用部材3A,3Bの表面が酸化し、アルミナ層30が再生される(加熱時間は、たとえば10時間程度である)。具体的には、第1および第2の加熱用部材3A,3Bの合金成分中のアルミニウムが空気中の酸素と結合することにより、アルミナ層30が形成される。このようにアルミナ層30が再生されれば、第1および第2の加熱用部材3A,3Bの表面の耐熱性および耐食性が高められるため、その後排ガスの熱分解処理を行なうのに好適となり、また第1および第2の加熱用部材3A,3Bの素地が大きなダメージを受けないようにすることができる。その結果、第1および第2の加熱用部材3A,3Bの使用寿命を長くすることが可能となる。螺旋コイル40,41、および上部材11Aならびに下部材11Bのチャンバ1に面する部分についても、上記同様に、それらの表面にアルミナ層を再生することが可能である。
Next, when the
上記したアルミナ層30の再生処理は、第1および第2の加熱用部材3A,3Bをチャンバ1の外部に取り出すことなく、排ガスと空気との導入切り替えを行なってから、第1の加熱用部材3Aを発熱させることにより行なっているため、その操作は非常に簡単であり、作業性が良い。また、アルミナ層30の再生を行なうための加熱は、排ガスの熱分解工程と同様に、コイル2に通電を行なうことによって行なわせており、アルミナ層30を再生するための専用の加熱装置を別途必要とすることもない。
The regeneration process of the
上記半導体製造設備からこの排ガス処理装置Aへの排ガス供給は、たとえば上記半導体製造設備のメンテナンスや製造対象製品の投入や取り出しなどの際に停止される。上記したアルミナ層30の再生処理は、そのような排ガス供給が停止された適当な時期に行なえばよい。
The exhaust gas supply from the semiconductor manufacturing facility to the exhaust gas processing apparatus A is stopped, for example, at the time of maintenance of the semiconductor manufacturing facility or the introduction or removal of a product to be manufactured. The above-described regeneration treatment of the
また、アルミナ層30の再生処理を行なう時期は、たとえば次に述べるように、第1の加熱用部材3Aの表面の電気抵抗を計測することにより判断することができる。すなわち、チャンバ1内への排ガスの供給が停止されている状態において、まず図7に示すように、チャンバ1の上部の蓋部材16bを外し、開口部16aを開口させる。次いで、この開口部16aから電気抵抗の計測器4をチャンバ1内に進入させる。計測器4は、たとえばその先端部に一対または複数対の通電用のプローブ40を備えたものであり、これらプローブ40を第1の加熱用部材3Aの表面に接触させて、それら接触点間の電気抵抗値を計測する。アルミナ層30は非導電性であるのに対し、その素地のFe−Cr−Al合金、またはFe−Cr−Co−Al合金は導電性を有している。したがって、上記した電気抵抗の計測値、あるいは導通の有無に基づいて、アルミナ層30が第1の加熱用部材3Aの表面上に残存しているか否かを簡単に判断することができる。上記計測の結果、第1の加熱用部材3Aの表面のプローブ40の接触位置間が導通状態にあれば、アルミナ層30の劣化が激しいと判断することができるために、この場合にアルミナ層30の再生処理を開始すればよい。
The timing for performing the regeneration treatment of the
好ましくは、排ガス処理装置Aは、上記した電気抵抗の計測器4を具備しており、かつこの計測器4は、通常時においては熱ダメージを受けないようにチャンバ1の外部に位置している。そして、必要に応じてモータやシリンダなどの駆動装置(図示略)が駆動することによって、計測器4がチャンバ1内に進入して第1の加熱用部材3Aの表面の電気抵抗を計測する構成とされている。このような構成によれば、人手作業によって電気抵抗を計測する必要がなく、便利となる。
Preferably, the exhaust gas treatment apparatus A includes the above-described measuring instrument 4 for electric resistance, and this measuring instrument 4 is located outside the
ただし、本発明においては、アルミナ層30の劣化を判断するための手段としては、電気抵抗の計測に限らず、次に述べるように、上記とは異なる手段を採用することが可能である。
However, in the present invention, the means for determining the deterioration of the
すなわち、アルミナ層30は、排ガスの処理が継続して実行され、その処理量が多くなるにしたがって劣化していく。したがって、たとえば図1の仮想線で示すように、チャンバ1に排ガスを導入するための配管経路に流量計4Aを取り付けておき、この流量計4Aによって計測される流量(排ガスの処理量)が予め設定された値になると、その時点でアルミナ層30が一定の劣化状態になったものと判断するようにしてもかまわない。上記の値は、たとえば排ガス処理装置Aの試験運転を行なって、排ガスの流量とアルミナ層30の劣化具合との関係を予め調べておくことにより決定することが可能である。また、上記した排ガスの流量に代えて、排ガスの熱分解処理の時間または回数を計測し、この計測値が予め設定された値になると、その時点でアルミナ層30が一定の劣化状態となったものと判断ずくようにしてもかまわない。排ガス処理時間が長くなるほど、あるいは一定の排ガス処理の回数が多くなるほど、アルミナ層30の劣化が進行するために、排ガス処理の時間や回数に基づいた場合であっても、アルミナ層30の劣化具合を適切に判断することが可能である。
That is, the
上述した実施形態においては、第1および第2の加熱用部材3A,3Bとして、当初からアルミナ層30が形成されたものを用いているが、この当初のアルミナ層30は、排ガス処理装置Aを用いて形成すればよい。より具体的には、第1および第2の加熱用部材3A,3Bとしては、当初はアルミナ層30を有しないものを使用し、排ガス処理を実際に開始する前に、それら第1および第2の加熱用部材3A,3Bを高温に温度上昇させることによって、アルミナ層30を形成すればよい。このような手段によれば、第1および第2の加熱用部材3A,3Bをチャンバ1内に組み込む前に、アルミナ層30の形成処理を行なっておく必要がなく、製造コストを低減するのにより好適となる。
In the above-described embodiment, the first and
図8は、本発明に係る排ガス処理装置の他の実施形態を示している。同図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。 FIG. 8 shows another embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention. In the figure, the same or similar elements as those of the above embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the above embodiment.
図8に示す排ガス処理装置Aaは、2種類の排ガスを互いに混合させることなく、除害処理できるように構成されたものであり、チャンバ1内には、コイル2の電磁誘導作用によって発熱する筒状の第1ないし第3の加熱用部材3C〜3Eが設けられている。これら第1ないし第3の加熱用部材3C〜3Eは、上記実施形態の第1および第2の加熱用部材3A,3Bと同様に、たとえば表面にアルミナ層が形成されたFe−Cr−Al合金またはFe−Cr−Co−Al合金製である。第1の加熱用部材3Cは、コイル2寄りの最も外側に位置するために、コイル2への通電により高温に発熱可能であるのに対し、第2および第3の加熱用部材3D,3Eは、第1の加熱用部材3Cによって加熱される。
The exhaust gas treatment apparatus Aa shown in FIG. 8 is configured to be able to perform a detoxification process without mixing two types of exhaust gases with each other. In the
配管5からチャンバ1内に導入される第1の排ガスは、矢印Naに示すように、チャンバ1の周壁部10と第1の加熱用部材3Cとの隙間を流通してから、第1および第2の加熱用部材3C,3Dどうしの隙間を下向きに流通し、チャンバ1の下方に排出されるようになっている。これに対し、第2の排ガスは、配管70から第3の加熱用部材3E内の上部に供給され、矢印Nbに示すように、この第3の加熱用部材3Eの上部から下方に向けて流通し、その下端開口部からチャンバ1の下方に排出されるようになっている。第2および第3の加熱用部材3D,3Eどうしの隙間には、配管71から空気が供給されるようになっており、この空気は、第3の加熱用部材3Eの周壁に設けられた複数の空気流通孔39を通過して第3の加熱用部材3Eの内部に流通するようになっている。
The first exhaust gas introduced into the
本実施形態の排ガス処理装置Aaは、たとえば枚葉式のCVD装置から排出される排ガスを熱分解処理するのに利用され、CVD装置から供給されてくるPFCガスやNF3などのクリーニング排ガスは、第1の排ガスとして配管5からチャンバ1内に導入される。このクリーニング排ガスは、上記した矢印Naに示す経路で流通する際に、第1および第2の加熱用部材3C,3Dによって加熱され、熱分解される。これに対し、上記CVD装置から供給されてくるSiF4などのデポジット排ガスは、第2の排ガスとして配管70から第3の加熱用部材3E内に導入され、この第3の加熱用部材3Eによって加熱されて酸化分解される。デポジット排ガスがたとえばSiF4の場合には、上記酸化分解によってSiO2の粉が発生する。この粉は、第3の加熱用部材3Eの内周壁面に付着堆積し易いが、本実施形態においては、第3の加熱用部材3E内に複数の空気流通孔39から空気が吹き出し、SiO2の粉を落とすようになっている。したがって、上記したSiO2の粉の付着堆積が好適に防止されるという利点も得られる。また、一般的には、デポジット排ガスの酸化分解温度は、クリーニング排ガスの熱分解温度よりも低温であるのに対し、この排ガス処理装置Aaでは、第3の加熱用部材3Eの温度が第1および第2の加熱用部材3C,3Dよりも低温となるため、これらの加熱温度の設定面においても好都合となる。もちろん、この排ガス処理装置Aaにおいては、第1ないし第3の加熱用部材3C〜3Eの表面のアルミナ層が排ガスの加熱分解処理に伴って劣化したときには、チャンバ1内への2種類の排ガスの導入を停止させてから、チャンバ1内に空気を導入させて第1ないし第3の加熱用部材3C〜3Eを高温に昇温させることによって、上記アルミナ層を再形成可能である。
The exhaust gas treatment apparatus Aa of the present embodiment is used, for example, to thermally decompose exhaust gas discharged from a single wafer type CVD apparatus, and cleaning exhaust gas such as PFC gas and NF 3 supplied from the CVD apparatus is The first exhaust gas is introduced into the
本実施形態から理解されるように、本発明に係る排ガス処理装置としては、1種類のみならず、複数種類の排ガスを同時に熱分解可能な装置として構成することも可能である。本発明に係る排ガス処理装置は、半導体製造工程や液晶製造工程に伴って発生する種々の排ガスの熱分解に好適であるが、これとは異なる分野において排出されるガスの熱分解用途にも利用することが可能であることは勿論である。 As understood from the present embodiment, the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention can be configured as an apparatus capable of thermally decomposing not only one type but also a plurality of types of exhaust gas. The exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is suitable for the thermal decomposition of various exhaust gases generated in the semiconductor manufacturing process and the liquid crystal manufacturing process, but is also used for the pyrolysis of gases discharged in a different field. Of course, this is possible.
本発明は、上述した実施形態の内容に限定されない。本発明に係る排ガス処理方法の各工程の具体的な内容は、種々に変更自在である。また同様に、本発明に係る排ガス処理装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The present invention is not limited to the contents of the above-described embodiment. The specific contents of each step of the exhaust gas treatment method according to the present invention can be variously changed. Similarly, the specific configuration of each part of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention can be varied in design in various ways.
たとえば、図1に示した排ガス処理装置Aの螺旋コイル41に代えて、図9に示すような、円錐状の複数の螺旋コイル42を用いた構成とすることもできる。このような構成によれば、円錐状の螺旋コイル42の各部の直径が一定ではないため、第2の加熱用部材3B内を流通する排ガスとの接触面積を大きくし、図1に示した直径が一定の螺旋コイル41の場合よりも、排ガスの加熱効率をより高めることが可能である。なお、螺旋コイル40〜42を用いる場合には、表面に酸化保護層を再生可能な材質からなるものとすることが好ましいものの、本発明はこれに限定されない。
For example, instead of the
図10および図11は、本発明に係る排ガス処理装置の他の例を模式的に示している。 10 and 11 schematically show another example of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.
図10に示す排ガス処理装置Abは、電磁誘導用のコイル2Aの内方に、螺旋状部分を有する管体8が設けられた構成を有している。この管体8の内部は、排ガスを導入させるためのチャンバ1Aに相当しており、この管体8の上端開口部は排ガスの導入口80aであり、下端開口部は排ガスの排出口80bである。管体8は、先の実施形態の第1および第2の発熱体3A,3Bと同様に、たとえばFe−Cr−Al合金あるいはFe−Cr−Co−Al合金製であり、その表面(内面部分を含む)の全域には、アルミナ層(図示略)が形成されている。図面には示されていないが、導入口80aには、管体8内のチャンバ1Aへの排ガスの導入と空気の導入とを切り替え可能なバルブを備えた配管が連結されている。
The exhaust gas treatment apparatus Ab shown in FIG. 10 has a configuration in which a tubular body 8 having a spiral portion is provided inside the
この排ガス処理装置Abの構成によれば、チャンバ1A内に排ガスを導入させるとともに、コイル2Aに通電を行なわせて管体8を電磁誘導発熱させると、上記排ガスは、管体8内において効率良く加熱され、熱分解される。このように発熱した管体8内に排ガスを直接導入させるようにすれば、装置全体の構成を非常に簡素にすることができる。また、管体8には、螺旋状部分が形成されているために、装置全体が大きく嵩張ることを抑制しつつ、排ガスの加熱時間を長くとって排ガスを十分に加熱することもできる。図10においては、管体8の螺旋状部分どうしの間に隙間が形成されているが、この隙間が形成されないように螺旋状部分のピッチを縮小すれば、全体の小型化と加熱時間の長時間化とをさらに促進することが可能である。管体8の内面のアルミナ層が劣化した場合には、この管体8内に空気を導入して管体8を発熱させることにより、やはりアルミナ層の再生処理を適切に行なうことが可能である。
According to the configuration of the exhaust gas treatment apparatus Ab, when the exhaust gas is introduced into the
上記実施形態から理解されるように、本発明においては、管体を利用し、この管体の内部をそのまま排ガス処理用のチャンバとしてもよい。また、本発明でいう加熱用部材は、チャンバの内部に設けられていなくてもよく、チャンバを形成する部材自体が加熱用部材とされていてもかまわない。管体を利用する場合、たとえば管体の全体または一部をジグザグ状に蛇行させた形態とした場合にも、管体に螺旋状部分を形成した場合と同様に、全体の大型化を抑制しつつ、排ガスの加熱時間を長くとることが可能である。ただし、本発明においては、このような構成に代えて、チャンバを形成する管体を直管状としてもかまわない。 As understood from the above embodiment, in the present invention, a tubular body is used, and the inside of the tubular body may be used as it is as a chamber for exhaust gas treatment. Further, the heating member referred to in the present invention may not be provided inside the chamber, and the member forming the chamber itself may be the heating member. When a tubular body is used, for example, even when the whole or a part of the tubular body is meandered in a zigzag shape, the enlargement of the entire body is suppressed in the same manner as when a helical portion is formed in the tubular body. However, it is possible to increase the heating time of the exhaust gas. However, in the present invention, instead of such a configuration, the tube forming the chamber may be a straight tube.
図11に示す排ガス処理装置Acは、電磁誘導用のコイル2A(ただし、同図(b)では省略している)の内方に、排ガス導入用のチャンバ1Bの周囲を囲む筒状壁部75が設けられた構成を有している。この筒状壁部75は、下端寄りになるほど内径が小さくなるように内周面が傾斜した部分を有しており、上部開口部は蓋部材76により閉塞されている。この筒状壁部75の上部には、排ガスをチャンバ1B内に導入するための導入口77が設けられているとともに、この筒状壁部75の底部開口部は、排ガスの排出口75aとなっている。筒状壁部75および蓋部材76は、たとえばFe−Cr−Al合金あるいはFe−Cr−Co−Al合金製であり、その表面にはアルミナ層(図示略)が形成されている。導入口77に接続された管体78は、筒状壁部75の接線方向またはこれに近い方向に延びており、この管体78内を流通して導入口77からチャンバ1B内に排ガスが導入されると、この排ガスは筒状壁部75の内周壁面に沿った旋回流となるように構成されている。
The exhaust gas treatment apparatus Ac shown in FIG. 11 has a
上記構成の排ガス処理装置Acにおいて、チャンバ1B内に導入された排ガスは、筒状壁部75の内周壁面に沿って旋回しながら徐々に下降していき、排出口75aから排出される。この過程において、排ガスは、筒状壁部75の内周面に大きな度合いで接触し、効率良く加熱され、熱分解される。また、排ガスが、たとえばSiF4の場合には、既述したとおり、酸化分解によってSiO2の粉が発生するが、上記旋回流は、この粉を下方に落とす作用をも発揮する。したがって、筒状壁部75にSiO2の粉が付着堆積する虞れも無くすことができる。筒状壁部75および蓋部材76のアルミナ層が劣化したときの再生処理は、前述した実施形態と同様に、チャンバ1B内に空気を導入させてそれら筒状壁部75を電磁誘導発熱させることによって適切に行なうことが可能である。
In the exhaust gas treatment apparatus Ac configured as described above, the exhaust gas introduced into the
本発明においては、発熱効率やメンテンナスの容易性などの観点からすると、電磁誘導方式によって加熱用部材を発熱させることが好ましいものの、これに限定されない。本発明における加熱用部材を、いわゆる電熱ヒータ方式のものに構成してもかまわない。より具体的には、本発明でいう加熱用部材としては、たとえば電熱式ヒータ本体がFe−Cr−Al合金またはFe−Cr−Co−Al合金製のケース内に収容され、かつこのケースの表面にアルミナ層が形成されているといった構成のものにすることができる。この加熱用部材においては、上記ケースの表面のアルミナ層が耐熱性に優れており、またこのアルミナ層が劣化したときにはその再生を図ることにより、長期使用が可能となる。 In the present invention, from the viewpoint of heat generation efficiency and ease of maintenance, it is preferable to heat the heating member by an electromagnetic induction method, but the present invention is not limited to this. The heating member in the present invention may be configured as a so-called electric heater type. More specifically, as the heating member in the present invention, for example, an electrothermal heater main body is accommodated in a case made of Fe—Cr—Al alloy or Fe—Cr—Co—Al alloy, and the surface of this case It can be configured such that an alumina layer is formed on the surface. In this heating member, the alumina layer on the surface of the case is excellent in heat resistance, and when the alumina layer deteriorates, it can be used for a long time by regenerating it.
また、本発明においては、図12に示すように、筒状壁部75の外側に電熱式ヒータ79が設けられ、かつこの電熱式ヒータ79によって筒状壁部75が加熱される結果、この筒状壁部75が熱を発散して、チャンバ1B内の排ガスを加熱可能な構成とすることもできる。このような構成によれば、電熱式ヒータ79がチャンバ1Bの外部に設けられており、排ガスに直接触れないために、その使用寿命を比較的長くすることが可能である。
In the present invention, as shown in FIG. 12, an
加熱用部材の材質は、前述したFe−Cr−Al合金やFe−Cr−Co−Al合金に限定されず、本発明が意図する作用が得られる材質のものであれば、種々の材質を用いることが可能である。たとえば、Fe−Cr−Al合金(Alが2〜10%)、Ni−Al合金(Ni,Alともに50%重のものがより好ましい)、Ni−Cr−Al合金(Alが2〜50%)、Co−Al合金(Alが2〜50%)、あるいはNi−Co−Al合金(Alが2〜50%)などであっても、加熱・酸化により、その表面にアルミナ層などの耐熱性に優れた酸化保護層を形成可能である。もちろん、本発明でいう酸化保護層は、アルミナ層に限らない。 The material of the heating member is not limited to the above-described Fe—Cr—Al alloy or Fe—Cr—Co—Al alloy, and various materials can be used as long as the material can achieve the intended effect of the present invention. It is possible. For example, Fe-Cr-Al alloy (Al is 2 to 10%), Ni-Al alloy (Ni and Al are more preferably 50% heavy), Ni-Cr-Al alloy (Al is 2 to 50%) Even if it is a Co—Al alloy (Al is 2 to 50%) or a Ni—Co—Al alloy (Al is 2 to 50%), it can be heated and oxidized to make the surface heat resistant such as an alumina layer. An excellent oxidation protective layer can be formed. Of course, the oxidation protective layer referred to in the present invention is not limited to the alumina layer.
上記した酸化保護層を形成する場合、チャンバ内には空気を導入させればよいが、空気に代えて、酸素を導入させてもよいことは勿論である。電磁誘導用のコイルは、上述した実施形態のような水冷方式のものでなくてもよい。 When the above-described oxidation protection layer is formed, air may be introduced into the chamber, but it goes without saying that oxygen may be introduced instead of air. The coil for electromagnetic induction does not have to be of the water cooling type as in the above-described embodiment.
本発明でいう導入気体切り替え手段は、たとえば図1に示されたような2つの開閉弁V1,V2を用いた構成に限らず、1つのバルブ(たとえば3方弁)によってチャンバ内に導入される気体を切り替え可能とした構成とすることもできる。また、このような導入気体の切り替えは、遠隔操作と手動操作とのいずれでなされてもよい。 The introduction gas switching means referred to in the present invention is not limited to the configuration using two on-off valves V1 and V2 as shown in FIG. 1, for example, and is introduced into the chamber by one valve (for example, a three-way valve). It can also be set as the structure which made gas changeable. Further, such switching of the introduced gas may be performed by either remote operation or manual operation.
A,Aa〜Ac 排ガス処理装置
V1,V2 開閉弁
1 チャンバ
2 電磁誘導用のコイル
3A 第1の加熱用部材
3B 第2の加熱用部材
4 計測器
5 配管
30 アルミナ層(酸化保護層)
40,41 螺旋コイル
50 空気導入口
51 配管部
A, Aa to Ac Exhaust gas treatment device V1, V2 On-off
40, 41
Claims (10)
上記加熱用部材としては、この加熱用部材の素地よりも耐熱性が高い酸化保護層が表面に形成されたものを使用し、
上記熱分解工程を中止しているときに、上記排ガスに代えて、上記チャンバ内に酸素または酸素を含む気体を導入させるとともに上記加熱用部材を発熱させることにより、上記加熱用部材の表面を酸化させ、上記熱分解工程時に劣化した酸化保護層を再生する保護層再生工程を有していることを特徴とする、排ガス処理方法。 An exhaust gas treatment method comprising a pyrolysis step of introducing exhaust gas into a chamber for exhaust gas treatment, and heating the exhaust gas using a heating member that is provided in the chamber or capable of generating heat to form the chamber Because
As the heating member, a member having an oxidation protective layer having a higher heat resistance than the substrate of the heating member is used.
When the thermal decomposition step is stopped, oxygen or a gas containing oxygen is introduced into the chamber instead of the exhaust gas, and the heating member is heated to oxidize the surface of the heating member. And a protective layer regeneration step for regenerating the oxidation protective layer deteriorated during the thermal decomposition step.
上記保護層再生工程においては、上記加熱用部材の酸化保護層としてアルミナを形成する、請求項1に記載の排ガス処理方法。 As the heating member, use a member having an alloy part containing aluminum,
The exhaust gas treatment method according to claim 1, wherein in the protective layer regeneration step, alumina is formed as an oxidation protective layer of the heating member.
上記チャンバ内に設けられ、または上記チャンバを形成しており、かつ上記チャンバ内に導入された排ガスを加熱して熱分解するための発熱可能な加熱用部材と、
を備えている、排ガス処理装置であって、
上記熱分解の処理を停止しているときに、上記排ガスに代えて、酸素または酸素を含む気体を上記チャンバ内に導入可能な導入気体切り替え手段を備えており、
上記チャンバ内に酸素または酸素を含む気体が導入された状態において、上記加熱用部材が発熱することにより、上記加熱用部材の表面にこの加熱用部材の素地よりも耐熱性の高い酸化保護層を形成可能な構成とされていることを特徴とする、排ガス処理装置。 A chamber for introducing exhaust gas to be treated;
A heating member capable of generating heat for heating and thermally decomposing the exhaust gas provided in or forming the chamber and introduced into the chamber;
An exhaust gas treatment apparatus comprising:
When the thermal decomposition process is stopped, instead of the exhaust gas, oxygen or a gas containing oxygen can be introduced into the chamber, and an introduction gas switching means is provided.
When the heating member generates heat in a state where oxygen or a gas containing oxygen is introduced into the chamber, an oxidation protective layer having higher heat resistance than the base of the heating member is formed on the surface of the heating member. An exhaust gas treatment apparatus characterized in that it can be formed.
上記管体の内部が上記チャンバとされている一方、上記管体は、少なくともその一部分が発熱可能であることにより上記加熱用部材となっている、請求項4ないし7のいずれかに記載の排ガス処理装置。 Both ends are equipped with pipes with exhaust gas inlets and outlets,
The exhaust gas according to any one of claims 4 to 7, wherein the inside of the tubular body is the chamber, and the tubular body serves as the heating member because at least a part of the tubular body can generate heat. Processing equipment.
上記排ガスは、上記チャンバ内において上記筒状壁部の内周に沿った旋回流となるように上記チャンバに導入される構成とされている、請求項4ないし7のいずれかに記載の排ガス処理装置。 A cylindrical wall surrounding the chamber and capable of generating heat;
The exhaust gas treatment according to any one of claims 4 to 7, wherein the exhaust gas is introduced into the chamber so as to form a swirl flow along an inner periphery of the cylindrical wall portion in the chamber. apparatus.
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