JP2007326089A - プラズマトーチを用いた廃ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、プラズマトーチを用いた廃ガス処理装置に関するものである。
【解決手段】本発明によれば、ボディー内部に空き空間として設けられた主燃焼室に向けて処理対象の廃ガスが流入されるための廃ガス流入口が形成され、廃ガス流入口を介して流入された廃ガスに火炎伝播が行われるようにプラズマトーチが形成された廃ガス処理装置において、プラズマトーチのノズルを介して放射される火炎に向けて高温の水蒸気が噴霧できるように備えられたスチーム噴射口と、主燃焼室の下側にチューブ状に長く延長されて形成され、プラズマトーチのノズル圧力により誘導された廃ガスと反応促進化合物との化学反応が起こる反応チューブとを含めてなされることを特徴とするプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置が提供される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラズマトーチを用いた廃ガス処理装置に関するものであって、より詳しくは高温燃焼が可能なプラズマトーチを用いて半導体、ＴＦＴ ＬＣＤ(Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ)、ＯＬＥＤ(Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などの製造工程から生ずる毒性ＰＦＣ(Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｕｎｄ)ガスを燃焼させる過程において、有害な物質を無害なものに置換させ得る反応物質を供給することによって、人体に有害な状態の廃ガスを無害な状態の副産物と安全な状態のガスに排出させることが可能なプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置に関する。

産業化に伴って各種産業施設から放出される有害廃ガスによる環境汚染は、国内外において深刻な問題となっている一方、こうした産業施設の稼動過程から生じ得る有害廃ガスを処理するために多角的な研究が進められている。

かかる研究の一環として、特許文献１の「廃ガス有害成分処理装置」に記載されたように化学的蒸着工程及びプラズマ腐食工程を通じて廃ガスに含まれている有害物質を処理する廃ガス処理システムがあり、特許文献２の「プラズマ熱分解による廃棄物処理装置及び方法」に記載されたように、有害ガスが通過する炉の途中に有害廃ガスを熱分解するためのプラズマトーチが設けられた廃ガス処理システムがあり、特許文献３の「プラズマ式半導体後工程パウダー除去装置」に記載されたように、有害廃ガスが通過されるチャンバーの途中にプラズマ放電による有害物質の集塵が行われることが可能な廃ガス処理システムもが提示されている。

また、特許文献４に記載の「有害廃棄物処理用空胴型プラズマトーチ」のような廃ガスシステムに適用されるためのプラズマトーチに関する技術が提示されている。

即ち、廃ガスの処理のための炉の一側に高温(4,000〜7,000℃)の燃焼熱を加えるためのプラズマトーチが設けられることによって廃ガスの熱分解及び遊離化が進行され、より安全な状態のガス及び副産物の生成がある程度は可能となった。

しかし、半導体、ＴＦＴ ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどの製造工程から生ずる毒性ＰＦＣガスを構成する成分に対しては充分な熱分解及び遊離化が行われにくく、廃ガス処理システムのためのプラズマトーチの性能が劣るという問題点があった。

大韓民国登録特許公報１０−０１７６６５９号 大韓民国登録特許公報１０−０５２９８２６号 大韓民国登録特許公報１０−０５５８２１１号 大韓民国登録特許公報１０−０４５９３１５号

本発明は、前記問題等に鑑みて成されたものであって、該目的は、高温燃焼可能なプラズマトーチを用いて半導体、ＴＦＴ ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどの製造工程から生ずる毒性ＰＦＣガスを燃焼させる過程において、有害な物質を無害なものに置換させることが可能な反応物質を供給することによって、人体に有害な状態の廃ガスを無害な副産物と安全なガスに排出することが可能となるプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置を提供することにある。

前述した本発明の目的は、ボディー内に空き空間として設けられた主燃焼室に向けて処理対象となる廃ガスが流入されるための廃ガス流入口が形成され、廃ガス流入口を介して流入された廃ガスに火炎伝播が行われるようにプラズマトーチが形成された廃ガス処理装置において、プラズマトーチのノズルを介して放射される火炎に向けて高温の水蒸気が噴霧できるように備えられたスチーム噴射口と、主燃焼室の下側にチューブ状に長く延長されて形成され、プラズマトーチのノズル圧力により誘導された廃ガスと反応促進化合物との化学反応が起こる反応チューブとを含めてなされることを特徴とするプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置を提供することによって達成される。

以上のように構成された本発明の廃ガス処理装置によれば、プラズマトーチから放射される高温の火炎により廃ガス中に含まれていた有害成分を熱分解させた後、燃焼室及び内部空間から供給される反応促進化合物との化学反応を通じて廃ガスをより無害な状態に排出させることができる効果を奏する。

以下、本発明によるプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置の構成及び作動による望ましい実施例を添付図面に基づいて詳しく説明する。

図１は、本発明による廃ガス処理装置の構成図であり、図２は、本発明に適用されたプラズマトーチの構成図であり、図３は、本発明による廃ガス処理装置の作動状態図である。図面上、符号１０は本発明により構成された廃ガス処理装置を指し示すものであり、符号３０は本発明により構成されたプラズマトーチを指し示すものである。

前記廃ガス処理装置１０のボディー１１は筒形状であって、その上部一側には廃ガスの流入のための廃ガス流入口１２が形成され、ボディー１１の下部側には処理済の廃ガスの排出のための排出口１３が形成される。この廃ガス処理装置１０が半導体、ＴＦＴ ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどの製造工程から生ずる毒性ＰＦＣガスを処理するために製作された点に鑑みて、一つの装置で様々などころから発生し得る廃ガスの処理が可能となるように前記廃ガス流入口１２は、ボディー１１の上部に複数個形成されることも可能である。なお、排出口１３の前方はボディー１１の内部を通過する過程で広く広がった状態の流体が一箇所に集められてから排出が行われるように構成されることができる。

廃ガスの流入口１２はボディー１１の上部内部に設けられる主燃焼室１４に連通され、且つ、前記主燃焼室１４は環形の空間状に形成される。主燃焼室１４の上部側にはプラズマトーチ３０のノズル３１が向けられるようにプラズマトーチ３０が装着される。

特に、プラズマトーチ３０のノズル３１を介して放射された火炎が前記主燃焼室１４に流入される過程で廃ガス内の物質が還元(再結合)されることを防止するばかりでなく、且つ、熱分解された廃ガスが水素化合物と酸化物とに置換されることを導くための水蒸気注入のためのスチーム噴射口２１が形成される。スチーム噴射口２１は、廃ガス処理装置１０のボディー１１とは別に形成されるスチーム発生器２０とスチーム供給ライン２２とを通じて連結されると共に、複数の位置に形成されることも可能である。

また、主燃焼室１４の側壁には、主燃焼室１４に供給された廃ガスと化学反応を起こし、プラズマトーチを介した廃ガスの熱分解過程で有害物質の酸化還元反応を促進させるための反応促進化合物が供給できるようにする第１反応促進化合物流入口２３が接続される。この第１反応促進化合物流入口２３を介して液体状態の水(Ｈ_２Ｏ)と共に混合された水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)が供給される。こうして供給された水は、後述する反応チューブ２５の壁面をプラズマトーチを介して伝達された高温より保護せしめる役割を奏すると共に、蒸発されることによって熱分解された廃ガスの物質と化学反応を起こしてＮａ化合物とＨ化合物の生成を誘導することになる。

一方、前記主燃焼室１４の下側には、ボディー１１の内部空間１５に向けて長く延長形成されるチューブ状の反応チューブ２５が設けられるが、この反応チューブ２５の下端は、ボディー１１の内部下側に設けられたフィルター２６との境界のために備えられた隔壁１７の中間部分まで長く延長形成される。つまり、図面に示されたようにボディー１１の内部空間１５の下部周縁部には廃ガスの熱分解及び遊離化により生成された物質の濾過を行うためのフィルター２６が備えられるが、前記反応チューブ２５を通過した流体が直ちにフィルター２６を通過しないようにフィルター２６の内周縁と反応チューブ２５との間には隔壁１７が設けられる。反応チューブ２５は主燃焼室に比して細長く形成されることによって、プラズマの密度を高めることができ、エネルギーを集中させる役割を果たすことになる。

そして、前記反応チューブ２５を通過し、１次化学反応の起こった廃ガスが隔壁１６、１７と衝突することによって上向きとなる過程で、もう一度化学反応が生じられるように誘導するための反応促進化合物を供給する第２反応促進化合物流入口２４が形成される。この第２反応促進化合物流入口２４を介して気体状態の水(Ｈ_２Ｏ)と共に混合された水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)が供給される。こうして供給される気体状態の水と水酸化ナトリウムは、フィルター２６に向ける気体の冷却と酸性ガスの中和のためのものである。

本発明により構成された廃ガス処理装置１０に適用されるプラズマトーチ３０は、図２に示されたように、胴体を構成する各部分は電気の通電可否によって、カソード電極体３２、上部絶縁体３４、イグニッション(ｉｇｎｉｔｉｏｎ)電極体３５、 下部絶縁体３６、アノード電極体３７からなり、特に、前記カソード電極体３２、イグニッション電極体３５、アノード電極体３７の内部には、放電時に高熱となった部品の各部分の温度を低くするための冷却孔Ｃが形成されている。

一方、前記カソード電極体３２とイグニッション電極体３５、イグニッション電極体３５とアノード電極体３７との間の間隙で放電アークが生成されるようにするために、カソード電極体３２の中央部には上下方向に長くカソード電極３３が立てられた状態で組合わせられる。特に、カソード電極３３の下端は、カソード電極体３２の下部面に設けられる１次燃焼室３８に向けて露出されるように形成されるが、前記１次燃焼室３８は、該断面形状から屋根形状を連想し得るように下部に向けて徐々に広くなる形状に設けられる。カソード電極体３２の底面にはカソード電極体とは直接的な通電が行われないイグニッション電極体３５がカソード電極体の底面から所定間隙を保持したまま、上部絶縁体３４を介して組み立てられる。

イグニッション電極体３５は、カソード電極体のような金属材(銅)からなり、その中央部には１次燃焼室３８の下部直径とほぼ同様な大きさの貫通孔が貫通形成され、前記貫通孔の下部には１次燃焼室３８より大きい２次燃焼室３９が形成される。２次燃焼室３９の場合にも１次燃焼室の場合と同じく該断面形状から屋根形状が連想できるように下部に向けて徐々に直径が大きくなる構造をなすことになる。前記貫通孔の内周縁は、カソード電極３３に対応するアノード電極となるのであり、前記イグニッション電極体３５に電源部４０から＋電源ケーブルが接続されるための端子が一側に形成される。

上部絶縁体３４に設けられるガス注入口３４ａを介しては上部絶縁体３４の外周縁側から内周縁側に向けて供給されたワーキングガスが噴射されるものの、噴射されるワーキングガスの進路が上部絶縁体３４の中央に集中される形態ではないスワール(ｓｗｉｒｌ)を引き起こす形態となるようにするためにガス注入口３４ａが螺旋状に所定角度の間隔で複数形成され、つまり２〜４個形成されることが好ましい。さらに好ましくは、９０°の間隔をなしながら四つ設けられる。

また、下部絶縁体３６に設けられるガス注入口３６ａの場合にも上部絶縁体３４に備えられたガス注入口３４ａと同じく２次燃焼室３９に向けてガスが噴射される形態がスワール(ｓｗｉｒｌ)を引き起こす形態となるようにガス注入口３６ａが螺旋状に所定角度の間隔で複数形成され、２〜４個形成されることが好ましい。さらに好ましくは、９０°の間隔をなしながら四つ設けられる。

特に、図２に示されたようにそれぞれの電極体の中央断面間隔を同様にすることも可能であるが、本発明の望ましい実施例によるアノード電極体とイグニッション電極体との中央断面間隔をカソード電極体とイグニッション電極体との中央断面間隔より大きくすることが好ましい。詳しくは、２〜５倍範囲内に間隔を置くことが好ましい。つまり、電源部の＋電源が印加されるイグニッション電極体３５とアノード電極体３７は、１次燃焼室３８及び２次燃焼室３９が位置されたその中央部が周辺部より小さい断面を持ったまま形成されることによって、それぞれの端子に印加された電流は電気的な特性上、自然に１次燃焼室３８及び２次燃焼室３９側に誘導されることが可能となる。

以下では、本発明により構成されたプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置の作動状態について簡単に述べる。
先ず、廃ガス処理装置１０に流入される廃ガスを燃焼させるための火炎を提供するためにプラズマトーチ３０により電源部４０の−電流がカソード電極３２に印加され、電源部の＋電流がイグニッション電極体３５に印加されることによって、カソード電極３２は陰極性を、イグニッション電極体３５は陽極性を帯びることになる。したがって、１次燃焼室３８ではカソード電極体３２の電子がイグニッション電極体３５に放電されながら、火花(スパーク)を起こすことになり、これと共にガス注入口３４ａを介してワーキングガスが供給される。したがって、１次燃焼室３８では放電及びワーキングガスの燃焼による火炎が発生される。

一方、前記カソード電極体３２からイグニッション電極体３５に放電された−電流によりイグニッション電極体３５は陰極性を帯びることになるため、イグニッション電極体３５とアノード電極体３７との間に設けられた２次燃焼室３９においても火花(スパーク)を起こすことになる。この過程でも、ガス注入口３６ａを介して２次燃焼室３９にワーキングガスが供給されることによって放電アークにより燃焼されるため、より活性化された高温の火炎が発生される。このように発生された火炎は、プラズマトーチ３０の下部に設けられたノズル３１を介して廃ガス処理装置１０の主燃焼室１４に放射される。

そして、廃ガス処理装置１０のボディー１１の上側に設けられた廃ガス流入口１２を介して半導体、ＴＦＴ ＬＣＤ、ＯＬＥＤなどの製造工程から生じられた廃ガスが主燃焼室１４に流入されることによって、廃ガスは燃焼過程を通じて熱分解される。

廃ガスの流入と共にスチーム噴射口２１を介してスチーム発生器２０から生成された水蒸気がスチーム供給ライン２２に沿ってプラズマトーチ３０のノズル３１に放射される火炎に向けて噴射されることになる。このように、スチーム噴射口２１を介して火炎とは平行となるように水蒸気状態に活性化された水(Ｈ_２Ｏ)と空気とが供給されることから、主燃焼室１４で廃ガスが熱分解される過程で水素化合物と酸化物とへの置換を促進させることになる。

そして、前記第１反応促進化合物流入口２３を介して液状の水と混合された水酸化ナトリウムが主燃焼室１４に供給されることによって、廃ガスの熱分解により生成された流体がＮａ化合物及びＨ化合物に置換される反応を誘導することになる。

第１反応促進化合物流入口２３に供給された化合物と廃ガス及び火炎は、主燃焼室１４の下側に延長形成された反応チューブ２６に沿って下向される過程で化学反応が起こることになる。

前記反応チューブ２５を通過した廃ガスはフィルター２６の下部側及び内周縁側に備えられた隔壁１６、１７によりその流動方向が上向き及び外向きに変わることになる。この過程で、第２反応促進化合物流入口２４を介して水酸化ナトリウムと混合された水が気体状態に噴射されることによって、外向きとなる流体の流動方向を再び下向きに変更させ、高熱の廃ガスを冷却させると同時に酸性状態の廃ガスの中和を誘導することになる。

そして、前記第２反応促進化合物流入口２４を通過しながら下向きとなった廃ガスにおいて、粒子性物質はフィルター２６を通過することによってフィルター２６に捕集される一方、フィルター２６を通過した気体状態の廃ガスはフィルター２６の下側に設けられた排出口１３を介して排出が行われることになる。

本発明の一実施例によるプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置を示した構成図である。 本発明の一実施例によるプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置に適用されたプラズマトーチの断面図である。 本発明の一実施例によるプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置の作動状態図である。

符号の説明

１０ 廃ガス処理装置
１１ ボディー
１２ 廃ガス流入口
１３ 排出口
１４ 主燃焼室
２０ スチーム発生器
２１ スチーム噴射ノズル
２３ 第１反応促進化合物流入口
２４ 第２反応促進化合物流入口
２５ 反応チューブ
２６ フィルター
４０ 電源部

Claims (12)

1. ボディー内部に空き空間として設けられた主燃焼室に向けて処理対象の廃ガスが流入されるための廃ガス流入口が形成され、前記廃ガス流入口を介して流入された廃ガスに火炎伝播が行われるようにプラズマトーチが形成された廃ガス処理装置において、
   前記プラズマトーチのノズルを介して放射される火炎に向けて高温の水蒸気が噴霧できるように備えられたスチーム噴射口と、
   前記主燃焼室の下側にチューブ状に長く延長されて形成され、プラズマトーチのノズル圧力により誘導された廃ガスと反応促進化合物との化学反応が起こる反応チューブとを含めてなされることを特徴とするプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
2. 前記主燃焼室内部の方に廃ガスに含まれた物質との化学反応のために反応促進化合物を供給するために形成された第１反促進化合物流入口をさらに含めて構成されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
3. 前記反応チューブ側面の方に反応促進化合物が水と共に噴霧できるように形成された第２反応促進化合物流入口をさらに含めて構成されることを特徴とする請求項２に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
4. 前記ボディーの下部に設けられるフィルターをさらに含めて構成されることを特徴とする請求項３に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
5. 前記反応促進化合物流入口を介して水酸化ナトリウム(ＮａＯＨ)と水(Ｈ_２Ｏ)とが供給されるように形成することを特徴とする請求項４に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
6. 前記プラズマトーチは、
   カソード電極と、
   前記カソード電極が縦方向に組み立てられ、中央部の下部面には１次燃焼室が形成され、該周辺部には冷却水路が設けられたカソード電極体と、
   前記カソード電極体の１次燃焼室から所定間隔離れたところに位置され、且つその中央部の下側に２次燃焼室が形成されたイグニッション電極体と、
   前記イグニッション電極体から所定間隔離れたところに位置されるアノード電極体と、
   前記カソード電極体とイグニッション電極体との間に介在されることで絶縁を行い、該外周縁側から内周縁側にワーキングガスを供給するためのガス注入口が備えられた上部絶縁体と、
   前記イグニッション電極体とアノード電極体との間に介在されることで絶縁を行い、その外周縁側から内周縁側にワーキングガスを供給するためのガス注入口が備えられた下部絶縁体とを含めて構成されることを特徴とする請求項１又は５に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
7. 前記カソード電極体と前記イグニッション電極体と前記アノード電極体との内部には、放電時に温度を低くさせるための冷却孔が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
8. 前記カソード電極体の１次燃焼室中央部の下部面は、前記カソード電極の下端が陥没された状態で組み立てられるように、屋根状に構成されることを特徴とする請求項７に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
9. 前記アノード電極体は、その上面中央部の方に前記２次燃焼室の内部に向けてノズルの入口部が山状に突出形成されていることを特徴とする請求項８に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
10. 前記２次燃焼室は、１次燃焼室より大きいものであることを特徴とする請求項９に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
11. 前記上部絶縁体と下部絶縁体のガス注入口は、螺旋状に形成されることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。
12. 前記アノード電極体とイグニッション電極体との中央断面間隔が前記カソード電極体とイグニッション電極体との中央断面間隔より大きいものであることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマトーチを用いた廃ガス処理装置。

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