JP2006055824A - 排ガス除害装置及び排ガス除害方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積などを考慮した、効率の良い有害物質の処理が可能な排ガス除害装置及び排ガス除害方法を提供するものである。
【解決手段】 有害物質自体からなるガス及び有害物質を含むガスの少なくとも何れか一を導入し、有害物質を溶解し得る液体を放出してその液体に有害物質を溶解する充填塔１と、充填塔１の下流に設けられ、充填塔１から流出した有害物質を溶解した液体を溜めるタンク６と、タンク６内から流出させた液体を流し、流れる液体に充填塔１から流出させた残留ガスを接触させて有害物質を溶解させ、再びタンク６内に流入させるアスピレータ１０と、タンク６に溜った液体２１を充填塔１とアスピレータ１０とに送り、かつアスピレータ１０を流れる液体に適度な流速を与えるポンプ６とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排ガス除害装置及び排ガス除害方法に関し、より詳しくは、半導体装置の製造などにおいて排出される排ガス中の有害物質を除去する排ガス除害装置及び排ガス除害方法に関する。

近年、地球環境保護意識の高まり、それに対する企業責任の認識などから、半導体産業をはじめとしてさまざまな企業で、有害物質を極力使用しないこと、また使用した場合でも大気中には有害物質を放出しないことが企業モラルとして定着しつつある。そういう世の中の状況下で、有害物質を無害化する技術およびその応用装置が注目されている。
例えば、下記特許文献１乃至４に有害物質を無害化する排ガス除害装置の例が記載されている。
特開２００２−０６６２５６号公報 特開２００１−３３２４９８号公報 特開平０７−２４３６８１号公報 特開平０６−０６３３３５号公報

ところで、半導体産業を例にとれば、さまざまな新規製品の開発及びそれらの製品市場の拡大に伴い、生産量が飛躍的に増えている。それにつれて、酸やアルカリなど処理剤、成膜ガス、エッチングガスなど、有害物質の排出量が増え、それに伴う処理量が飛躍的に増えている。
そして、処理量の飛躍的な増大に伴い、処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積も増大している。これに対して、企業においては闇雲に費用をかけたり、排ガス除害装置の設置占有面積を確保してよいものでもないし、またそのようなことは不可能である。このような状況下において、処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積などがあまり増えないように考慮した、効率の良い有害物質の処理が望まれている。
本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積などを考慮した、効率の良い有害物質の処理が可能な排ガス除害装置及び排ガス除害方法を提供するものである。

上記課題を解決するため、第１の発明は、排ガス除害装置に係り、有害物質自体からなるガス及び有害物質を含むガスの少なくとも何れか一を導入し、前記有害物質を溶解し得る液体を放出して該液体に前記有害物質を溶解する充填塔と、前記充填塔の下流に設けられ、前記充填塔から流出した前記有害物質を溶解した液体を溜めるタンクと、前記タンク内から流出させた液体を流し、該流れる液体に前記充填塔から流出させた残留ガスを接触させて前記有害物質を溶解させ、再び前記タンク内に流入させるアスピレータと、前記タンクに溜った液体を前記充填塔と前記アスピレータとに送り、かつ前記アスピレータを流れる液体に適度な流速を与えるポンプとを有することを特徴とし、
第２の発明は、第１の発明の排ガス除害装置に係り、前記充填塔に放出する液体は、前記ポンプにより送られる前記タンクに溜った液体のほかに、前記有害物質を含むガスに曝されていない新たに前記充填塔に供給される液体であることを特徴とし、
第３の発明は、第１又は第２の発明の何れか一の排ガス除害装置に係り、前記充填塔の液体の流出口は、前記排ガス除害装置の動作中は前記タンク内に溜まっている液体に浸っていることを特徴とし、
第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れか一の排ガス除害装置に係り、前記アスピレータの液体の流出口は、前記排ガス除害装置の動作中は前記タンク内に溜まっている液体に浸っていることを特徴とし、
第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れか一の排ガス除害装置に係り、前記タンクには、該タンクに溜まったガスを排気する排気口が設けられていることを特徴とし、
第６の発明は、第５の発明の排ガス除害装置に係り、前記タンクの排気口には、該排気口から流出したガス中に残留する有害物質を除去する装置が接続されていることを特徴とし、
第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れか一の排ガス除害装置を用いた排ガス除害方法であって、（１）前記タンクに有害物質を溶解し得る液体を一定量溜め、（２）前記ポンプを駆動させて、前記タンクから前記充填塔を通して前記タンクに至る循環経路と、前期タンクから前記アスピレータを通して前記タンクに至る循環経路とにおいて、前記液体を循環させ、（３）有害物質自体からなるガス及び有害物質を含むガスの少なくとも何れか一を前記充填塔に放出し、前記有害物質を前記液体に溶解させて該有害物質を溶解した液体を前記タンクに溜め、（４）前記充填塔に残留するガスを前記充填塔から流出させて前記アスピレータに導き、該充填塔から流出させた残留ガスを前記アスピレータに導いた液体に接触させて該液体に有害物質をさらに溶解させ、前記タンクに導くことを特徴とし、
第８の発明は、第７の発明の排ガス除害方法に係り、前記（３）乃至（４）のステップを繰り返すことを特徴とし、
第９の発明は、第７又は第８の発明の何れか一の排ガス除害方法に係り、前記タンク内に溜まった液体の貯液量、及び前記タンク内に溜まった液体中の前記有害物質の溶解濃度のうち少なくとも何れか一が、予め設定された基準を超えたときに、前記タンク内に溜まった有害物質を溶解した液体を排出することを特徴としている。

以上のように、本発明によれば、有害物質自体からなるガス及び有害物質を含むガスの少なくとも何れか一中の有害物質を液体に溶解させて処理することができるので、ガスを直接処理するより装置の小型化が可能である。さらに、有害物質を液体に溶解させるため能力の高いアスピレータを備え、かつ同じ排出ガスに対して２回にわたり有害物質を除去しているので、処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積に関し、非常に効率の良い有害物質の処理が可能となる。また、液体を循環させて液体への有害物質の溶解量を溶解の限界まで高めることができるため、給液量を節約できる。
また、タンクには、液体に溶解する有害物質がほとんど除去されたガスが残留するため、直ちに大気中に排気することができるが、液体に溶けない有害物質が混入している場合、直ちに大気中に排気できない。この場合、タンクの排気口にその有害物質を除去する装置を接続することにより、処理しうるガスの範囲を拡大することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
（本発明の第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る排ガス除害装置の要部構成を示す模式的な図である。
その排ガス除害装置は、有害物質自体からなる排出ガス或いは有害物質を含む排出ガス（以下、両方を含めて有害物質を含む排出ガスと称する。）を導入し、排出ガス中の有害物質を水（有害物質を溶解し得る液体）に溶かす充填塔１と、有害物質が溶解した水を貯留するタンク６と、充填塔１から流出した、水に溶解していない有害物質を含む排出ガス中の有害物質をさらに流水に溶解させるアスピレータ１０と、タンク６に貯留している水２１を充填塔１及びアスピレータ１０を通して循環させるポンプ９とで構成される。
例えば、半導体の製造においては、有害物質を含む排出ガスとして、ＨＣｌ、ＮＨ_３、ＢＣｌ_３などがある。また、エッチングガスや成膜ガスの反応により生じた有害物質であるパーティクル状の反応性生物を含むガスもその範疇に含まれるものとする。また、ここでは、有害物質を溶かしうる液体として、水を用いているが、水に有害物質と反応する添加物を混入したものや、水以外の有害物質を溶かしうる液体もその範疇に含まれるものとする。
次に、その排ガス除害装置の各部の構成について以下に説明する。
充填塔１は、上下段の溶解室１ａ、１ｂで構成され、上下段の溶解室１ａ、１ｂは通気穴を有する仕切り板３を介して相互接続されている。各室１ａ、１ｂで排出ガス中の有害物質を水に溶解させることができるようになっている。上下段の溶解室１ａ、１ｂにはそれぞれ、上部に隙間が確保されるように、特殊な形状の充填材２ａ、２ｂが収納されている。充填材２ａ、２ｂは排出ガス中の有害物質を効率よく水に溶解させることができるように特殊な形状を有している。充填材２ａ、２ｂとして、例えば、東洋ゴム製のハイレックス＃１２５（商品名）を用いることができる。
充填塔１の上段の溶解室１ａには上部の隙間に外部から２系統の水の配管１３ａ、１３ｅが挿入され、下段の溶解室１ｂには上部の隙間に外部から１系統の水の配管１３ｄが挿入されている。上段の溶解室１ａに接続された２系統の水の配管１３ａ、１３ｅ、１３ｄのうち、１系統は外部から新たに供給される水を導く配管１３ａであり、他の１系統はタンク６から流れ出た水を導く配管１３ｅである。下段の溶解室１ｂに挿入された１系統はタンク６から流れ出た水を導く配管１３ｄである。各配管の１３ａ、１３ｅ、１３ｄの溶解室１ａ、１ｂ内にある部分には散水口５が設けられている。さらに、下段の溶解室１ｂには充填材２ｂ中に排出ガスの配管１４ａが挿入されており、下段の溶解室１ｂ内に排出ガスが放出されるようになっている。
充填塔１においては、排出ガスが下段の溶解室１ｂから上段の溶解室１ａに上昇する間に、排出ガス中の有害物質が水の配管１３ａ、１３ｅ、１３ｄから放出された水に溶け込むようになっている。そして、有害物質が溶解した水は下方に流れて下段の溶解室１ｂに設けられた水の流出口４からタンク６に流れ出るようになっている。なお、この場合、下段の溶解室１ｂに設けられた水の流出口４は、タンク６内に貯留された水に常に浸っていることが必要である。下段の溶解室１ｂに設けられた排出ガスの放出管１４ａから放出された排出ガスがタンク６内に流出しないようにするためである。水に溶解していない有害物質を含む排出ガス（残留ガス）は上段の溶解室１ａに設けられたガスの流出口からガス配管１４ｂに流れ出るようになっている。
タンク６は、内部が密閉され、充填塔１の下段の溶解室１ｂから流れ出た水を相当量貯留できるようになっている。タンク６には、水を流通させる配管１３ｂが接続され、配管１３ｂの他端はタンク６に貯留している水を循環させるポンプ９と接続されている。また、タンク６から流れ出た水をポンプ９により充填塔１及びアスピレータ１０を通して循環させて再度タンク６に導く水の配管１３ｆが接続されている。アスピレータ１０は、上段の溶解室１ａから流出した、有害物質を含む排出ガス中の有害物質を流水に溶解させる機能を有する。なお、アスピレータ１０の構造、設置状況及び排出ガス中の有害物質を水に溶解させる原理については、後述する。
また、タンク６の上部に残留するガスは、タンク６の上部に溜まるようになっており、さらにその残留するガスをタンク６の外に導く配管１４ｃが、ミストトラップ１１を介してタンク６に接続されている。なお、タンク６の上部に残留するガスは、タンク６の上部に溜まるようになっているが、このガスはほとんど有害物質を含まないので、直接大気に放出してもよい。一方、有害物質の種類によっては、水に溶けないで有害物質が残ることがある。この場合、排気配管１４ｃにさらに適当な除害装置、例えばプラズマ処理装置などを接続することにより、排気された残留ガスに対してさらに除害する処理を行うことができる。
さらに、タンク６に貯留された水の水位を測定する水位計７と、水に溶解した有害物質の濃度を測定する有害物質濃度測定装置８とがタンク６に設けられている。これらの測定量を基準にして、排水するか否かを決める。
ポンプ９は、タンク６に貯留された有害物質を溶解させた水２１を、充填塔１及びアスピレータ１０を通して循環させるとともに、有害物質が十分に溶解した水を排水部に送る機能を有する。ポンプ９の水の流入口は配管１３ｂを介してタンク６に接続し、水の流出口に接続する配管１３ｃは、さらに充填塔１への配管１３ｄ、１３ｅと、タンク６への配管１３ｆと、排水部への配管１３ｇとに分岐している。ポンプ９としては、好ましくは、長期回転でも磨耗による部品の劣化がない、モータ回転部にブラシなどによる接触箇所を有しないインダクションポンプが用いられる。
次に、アスピレータ１０の構造、設置状況及び排出ガス中の有害物質を水に溶解させる原理について、図２を参照して以下に説明する。
アスピレータ１０は、水を流す配管１３ｆの一部を切除し、その切除部分にガス配管１４ｂを接続したような構造を有する。このような構造とすることで、ガス配管１４ｂを流れてきた排出ガスは、流体に関するベルヌーイの原理により早い流速の水に引き込まれて有害物質が水に溶解することになる。
この場合、アスピレータ１０に効率よく排出ガスを引き込むためには、アスピレータ１０の水の流出口が水２１に接し、その流出口から水２１中にタンク６からの循環水を放出する必要があることが実験によりわかった。循環水の流出口が大気に接していたのでは排出ガスを効率よく引き込むことができなかった。また、強力なポンプが必要であることもわかった。実施の形態の場合、水圧２．８ｋｇ／ｃｍ^２の水を、吐出し量約６００（ｌ／ｍｉｎ）で吐き出す能力を有するポンプ９を用いている。
なお、ファンによるガスの引き込み実験も行ったが、この場合、ある程度の量を超えてガスを引き込むことは難しかった。その量は目標とする量よりもはるかに少なく、実用性がなかった。
この実施の形態のアスピレータ１０では、直径約１０ｍｍの水を流す配管１３ｆで１０（ｌ／ｍｉｎ）前後の水を流すことができ、１本のアスピレータ１０によって、およそ３０（ｌ／ｍｉｎ）前後のガスを流通させることができた。従って、５本のアスピレータ１０を有する実施の形態の排ガス除害装置は、およそ１５０（ｌ／ｍｉｎ）前後のガスを流通させる能力を有する。これは、排ガス除害装置、１台当たりおよそ３００ｍｍの大型基板に成膜する成膜装置、４台分の排出ガスを処理できる能力を有することとなり、処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積などを考慮した、非常に効率の良い有害物質の処理が可能となる。なお、この実施の形態では、装置の設置面積や操作の容易性を考慮してアスピレータ１０を５本取り付けているが、場合により、ポンプの能力の範囲内でそれ以上取り付けることもできるし、それより少なく取り付けることもできる。
図１中、他の符号１２は配管１３ａを流れる有害物質を含まない新しい水の流量を監視する流量計である。１５ａ〜１５ｄはバルブ又は水流量調節手段であり、各配管１３ａ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇを流れる水の流量を調節する機能のほか、配管１３ａ、１３ｃ、１３ｆ、１３ｇの水流通路を開閉する機能（バルブ機能）を有する。１６ａ〜１６ｂはバルブ又はガス流量調節手段であり、各配管１４ａ、１４ｃを流れるガスの流量を調節する機能のほか、配管１４ａ、１４ｃのガス流通路を開閉する機能（バルブ機能）を有する。
以上のように、本発明の第１の実施の形態の排ガス除害装置によれば、排出ガス中の有害物質を水に溶解させて処理することができるので、ガスを直接処理するより装置の小型化が可能である。さらに、能力の高いアスピレータを備え、かつ同じ排出ガスに対して２回にわたり有害物質を除去しているので、処理費用や排ガス除害装置の設置占有面積に関し、非常に効率の良い排出ガスの処理が可能となる。また、水を循環させて有害物質の水への溶解量を溶解の限界まで高めることができるため、給水量を節約できる。
以上、第１の実施の形態によりこの発明の排ガス除害装置を詳細に説明したが、この発明の範囲は上記第１の実施の形態に具体的に示した例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の上記実施の形態の変更はこの発明の範囲に含まれる。
例えば、上記の充填塔１は、２段の溶解室１ａ、１ｂを備えているが、１段でもよいし、３段以上でもよい。
（本発明の第２の実施の形態）
次に、図１及び図３を参照して本発明の第２の実施の形態に係る排ガス除害方法を説明する。
図３は、排ガス除害装置における有害物質を含む排出ガス及び有害物質を溶解する水の流れと、排水の制御方法を示す図である。なお、図３において、矢印のついた実線は水の流れを示し、矢印の向きは水の移動する向きを表す。矢印のついた点線はガスの流れを示し、矢印の向きはガスの移動する向きを表す。矢印のついた一点鎖線は、貯水量又は有害物質の溶解濃度の測定結果を基に、矢印で示された先の制御対象を制御することを表す。
その排ガス除害方法は、まず、（ｉ）給水装置から充填塔１を介して給水し、タンク６に水を一定量溜める。タンク６に一定量の水が溜まったら、給水を停止してもよいし、一定量で給水を続けてもよい。以下の例では、給水を停止した場合を説明する。
（ｉｉ）次いで、ポンプ９を駆動させて、タンク６→充填塔１→タンク６→・・という循環経路と、タンク６→アスピレータ１０→タンク６→・・という循環経路とにおいて、水を循環させる。
（ｉｉｉ）次いで、有害物質を含む排出ガスを充填塔１に放出する。これにより、充填塔１→タンク６という経路で、排出ガス中の有害物質は水に溶け、有害物質が溶けた水２１がタンク６に溜まる。一方、充填塔１で水に溶けなかった有害物質を含む排出ガスは充填塔１から流出し、アスピレータ１０に導かれる。そして、その排出ガス中の有害物質はアスピレータ１０を流れる水に溶解し、有害物質が溶けた水２１がタンク６に溜まる。
（ｉｖ）このようにしてタンク６に溜まった有害物質が溶けた水は装置を循環し、有害物質を溶解の限界まで溶解することができる。この間、有害物質の溶解濃度を測定し、基準を超えたら、充填塔１及びアスピレータ１０につながる配管１３ｃ、１３ｆのバルブ１５ｂ、１５ｃを閉じ、かつ排水部につながる配管１３ｇのバルブ１５ｄを開けて、十分に有害物質が溶けた水を排出する。
なお、一定量で給水を続ける場合、タンク６中の水位が少し低いところから、有害物質を含む排出ガスの排ガス除害装置への導入を開始し、タンク６内の貯水量が所定の水位になったところで、充填塔１及びアスピレータ１０につながる配管１３ｃ、１３ｆのバルブ１５ｂ、１５ｃを閉じ、かつ排水部につながる配管１３ｇのバルブ１５ｄを開けて、タンク６内に溜まった水を排出する。この場合、給水量を調節することで、排水までの時間を調節できる。従って、タンク６内の水に十分に有害物質が溶けた時点で排水を行うことが可能である。
また、貯水量と有害物質の溶解濃度とを両方監視し、両方を基にして排水の時期を決めてもよい。
以上のように、本発明の第２の実施の形態の排ガス除害方法によれば、排出ガス中の有害物質を水に溶解させて処理することができるので、ガスを直接処理するより装置の小型化が可能である。また、水を循環させて有害物質の水への溶解量を限界まで高めることができるため、水の量を節約できる。

本発明の第１の実施の形態である排ガス除害装置の構成を模式的に示す図である。 本発明の第１実施例である排ガス除害装置のアスピレータの部分を示す部分拡大図である。 本発明の第２実施例である排ガス除害方法において、排ガス除害装置内の有害物質を含む排出ガス及び有害物質を溶解する水の流れと、排水の制御方法を示す図である。

符号の説明

１ 充填塔
１ａ、１ｂ 溶解室
２ａ、２ｂ 充填材
３ 仕切り板
４ 水の流出口
５ 散水口
６ タンク
７ 水位計
８ 有害物質の溶解濃度の測定装置
９ 循環ポンプ
１０ アスピレータ
１１ ミストトラップ
１２ 流量計
１３ａ〜１３ｇ 水配管
１４ａ〜１４ｃ ガス配管
１５ａ〜１５ｄ バルブ又は水流量調節手段
１６ａ〜１６ｂ バルブ又はガス流量調節手段
２１ 水

Claims (9)

1. 有害物質自体からなるガス及び有害物質を含むガスの少なくとも何れか一を導入し、前記有害物質を溶解し得る液体を放出して該液体に前記有害物質を溶解する充填塔と、
   前記充填塔の下流に設けられ、前記充填塔から流出した前記有害物質を溶解した液体を溜めるタンクと、
   前記タンク内から流出させた液体を流し、該流れる液体に前記充填塔から流出させた残留ガスを接触させて前記有害物質を溶解させ、再び前記タンク内に流入させるアスピレータと、
   前記タンクに溜った液体を前記充填塔と前記アスピレータとに送り、かつ前記アスピレータを流れる液体に適度な流速を与えるポンプとを有することを特徴とする排ガス除害装置。
2. 前記充填塔に放出する液体は、前記ポンプにより送られる前記タンクに溜った液体のほかに、前記有害物質を含むガスに曝されていない新たに前記充填塔に供給される液体であることを特徴とする請求項１記載の排ガス除害装置。
3. 前記充填塔の液体の流出口は、前記排ガス除害装置の動作中は前記タンク内に溜まっている液体に浸っていることを特徴とする請求項１又は２の何れか一に記載の排ガス除害装置。
4. 前記アスピレータの液体の流出口は、前記排ガス除害装置の動作中は前記タンク内に溜まっている液体に浸っていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の排ガス除害装置。
5. 前記タンクには、該タンクに溜まったガスを排気する排気口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の排ガス除害装置。
6. 前記タンクの排気口には、該排気口から流出したガス中に残留する有害物質を除去する装置が接続されていることを特徴とする請求項５記載の排ガス除害装置。
7. 請求項１乃至６の何れか一に記載の排ガス除害装置を用いた排ガス除害方法であって、
   （１）前記タンクに有害物質を溶解し得る液体を一定量溜め、
   （２）前記ポンプを駆動させて、前記タンクから前記充填塔を通して前記タンクに至る循環経路と、前期タンクから前記アスピレータを通して前記タンクに至る循環経路とにおいて、前記液体を循環させ、
   （３）有害物質自体からなるガス及び有害物質を含むガスの少なくとも何れか一を前記充填塔に放出し、前記有害物質を前記液体に溶解させて該有害物質を溶解した液体を前記タンクに溜め、
   （４）前記充填塔に残留するガスを前記充填塔から流出させて前記アスピレータに導き、該充填塔から流出させた残留ガスを前記アスピレータに導いた液体に接触させて該液体に有害物質をさらに溶解させ、前記タンクに導くことを特徴とする排ガス除害方法。
8. 前記（３）乃至（４）のステップを繰り返すことを特徴とする請求項７記載の排ガス除害方法。
9. 前記タンク内に溜まった液体の貯液量、及び前記タンク内に溜まった液体中の前記有害物質の溶解濃度のうち少なくとも何れか一が、予め設定された基準を超えたときに、前記タンク内に溜まった有害物質を溶解した液体を排出することを特徴とする請求項７又は８の何れか一に記載の排ガス除害方法。

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