JP2008298399A - バーナー、排ガス処理装置、および排ガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減するバーナー、排ガス処理装置、排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】バーナー１００は、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する排ガスを、燃焼筒に接続され、燃焼筒の内部で燃焼により排ガスを除害する排ガス処理装置のバーナーであり、助燃ガス導入管１１０と、排ガス導入管１２０と、燃焼用ガス導入管１３０とを備えている。助燃ガス導入管１１０は、燃焼筒の内部に助燃ガスＧ１を導入する。排ガス導入管１２０は、助燃ガス導入管１１０が内周側に配置され、助燃ガス導入管１１０との間の間隙を介して燃焼筒の内部に排ガスＧ２を導入する。燃焼用ガス導入管１３０は、排ガス導入管１２０が内周側に配置され、排ガス導入管１２０との間の間隙を介して燃焼筒の内部に燃焼用ガスＧ３を導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バーナー、排ガス処理装置、および排ガス処理方法に関し、たとえば排ガスを燃焼により除害する際に発生する窒素酸化物を低減するバーナー、排ガス処理装置、および排ガス処理方法に関する。

従来より、半導体の製造工程においては、可燃性または支燃性のガスが排ガスとして排出され、これらの排ガスを環境への負荷を減らすように除害している。このような排ガスを除害する装置として、火炎により排ガスを燃焼させて分解する燃焼式の排ガス処理装置が知られている。

排ガス処理装置としては、たとえば特開平９−１０８５３２号公報（特許文献１）に開示の排ガス処理装置や特開平１０−１１０９２６号公報（特許文献２）に開示の燃焼式除害装置が挙げられる。特許文献１および２に開示の排ガス処理装置は、排ガスを導入する排ガス導入管と、排ガス導入管の外側に配置されるとともに助燃ガスを導入する助燃ガス導入管と、助燃ガス導入管の外側に配置されるとともに燃焼用空気を導入する燃焼用空気導入管とを備えている。

特許文献１および２に記載の排ガス処理装置では、排ガス導入管が助燃ガス導入管の内部に配置されているため、排ガス全体を確実に燃焼する高温にすることができる。そのため、排ガスの燃焼効率を向上することができる。
特開平９−１０８５３２号公報 特開平１０−１１０９２６号公報

しかしながら、上記特許文献１および２の排ガス処理装置では、排ガスを除害する効率を向上できるものの、排ガスを除害する際に窒素酸化物が発生してしまう。発生する窒素酸化物は、環境に負荷がかかるという問題がある。

したがって、本発明の目的は、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減するバーナー、排ガス処理装置、排ガス処理方法を提供することである。

本発明のバーナーは、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する排ガスを、燃焼筒の内部で燃焼により除害する排ガス処理装置の燃焼筒に接続されるバーナーであり、助燃ガス導入管と、排ガス導入管と、燃焼用ガス導入管とを備えている。助燃ガス導入管は、燃焼筒の内部に助燃ガスを導入する。排ガス導入管は、助燃ガス導入管が内周側に配置され、助燃ガス導入管との間の間隙を介して燃焼筒の内部に排ガスを導入する。燃焼用ガス導入管は、排ガス導入管が内周側に配置され、排ガス導入管との間の間隙を介して燃焼筒の内部に燃焼用ガスを導入する。

本発明のバーナーによれば、排ガス導入管が助燃ガス導入管の外側に配置されているため、排ガス処理装置に用いて排ガスを燃焼させる際に、排ガスの一部が燃焼用ガスに拡散される。そのため、拡散されずに燃焼用ガスと混合された排ガスが燃焼により除害される際に発生する窒素酸化物を、拡散した排ガスにより窒素に還元する。よって、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減することができる。

なお、上記「窒素酸化物を還元する排ガス」は、排ガスが燃焼される条件で窒素酸化物を窒素に還元する能力を有するガスを、少なくとも１成分として含有するガスである。

上記バーナーにおいて好ましくは、排ガス導入管は、助燃ガス導入管の外周面と対向する側壁部と、側壁部の燃焼筒と接続される側に連なり、燃焼筒と接続される側に向けて側壁部よりも幅が広がるように構成されるとともに、孔が形成された傘部とを含んでいる。

これにより、傘部において、排ガスを燃焼用ガスに容易に拡散できる。そのため、窒素酸化物を還元するガスが増加するので、排ガスの除害に伴い発生する窒素酸化物をより低減できる。

上記バーナーにおいて好ましくは、助燃ガス導入管が、排ガス導入管の側壁部から燃焼筒と接続される側に突出している。

これにより、高温になる前に排ガスを燃焼用ガスに拡散できるとともに、排ガスの燃焼効率を向上できる。そのため、排ガスをより除害できるとともに、窒素酸化物を低減できる。

上記バーナーにおいて好ましくは、排ガス導入管と、助燃ガス導入管との延在方向での相対位置が調整可能になっている。

これにより、排ガスを除害するとともに、排ガスを燃焼用ガスに拡散して窒素酸化物を還元する最適な位置に調整できる。

上記バーナーにおいて好ましくは、燃焼筒と接続される側に向けて、助燃ガス導入管の端面、排ガス導入管の端面、および燃焼用ガス導入管の端面が順に突出するように配置されている。

これにより、排ガスが助燃ガスよりも先に燃焼用ガスに拡散するので、還元剤としての効果を向上できるので、窒素酸化物をより低減できる。

本発明の排ガス処理装置は、上記バーナーと、バーナーと接続され、内部で排ガスを燃焼させる燃焼筒とを備えている。

本発明の排ガス処理装置によれば、排ガス導入管が助燃ガス導入管の外側に配置されているバーナーを備えているため、排ガスを燃焼させる際に、排ガスの一部を燃焼用ガスに拡散できる。そのため、拡散されずに燃焼用ガスと混合された排ガスが燃焼により除害される際に発生する窒素酸化物を、拡散した排ガスにより窒素に還元する。よって、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減することができる。

本発明の排ガス処理方法は、上記排ガス処理装置を用いて、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する排ガスを、燃焼により除害する排ガス処理方法であって、調整工程と、燃焼工程とを備えている。調整工程は、排ガスを不完全燃焼させるために助燃ガス導入管と排ガス導入管との相対位置を調整する。燃焼工程は、調整工程後に、排ガス導入管を介して導入される排ガスを、助燃ガス導入管を介して導入される助燃ガス、および燃焼用ガス導入管を介して導入される燃焼用ガスを用いて燃焼させる。

本発明の排ガス処理方法によれば、調整工程において排ガスの一部を燃焼用ガスに拡散できる位置に排ガス導入管を配置できる。そのため、燃焼工程において、排ガスを燃焼により除害するとともに、拡散されずに燃焼用ガスと混合された排ガスが燃焼により除害される際に発生する窒素酸化物を、拡散した排ガスにより窒素に還元する。よって、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減することができる。

上記排ガス処理方法において好ましくは、排ガスとして、アンモニア、アミン、およびヒドラジンの少なくとも１種を含むガスを用いている。

これらのガスは、半導体の製造工程において排出されるとともに、窒素酸化物を還元できる。そのため、排ガス処理方法において好適に用いられる。なお、還元性を有する別のガス成分として、たとえば水素などがさらに含まれていてもよい。さらに、無害な中性ガスである窒素、アルゴン、およびヘリウムなどを含有していてもよいことは言うまでもない。

本発明のバーナーによれば、排ガス導入管の内周側に助燃ガス導入管が配置されているので、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるバーナーを示す概略断面図である。図２は、本発明の実施の形態１におけるバーナーの位置決め機構を示す拡大断面図である。図１および図２を参照して、本発明の実施の形態１におけるバーナーについて説明する。

図１に示すように、バーナー１００は、窒素元素を含むとともに窒素酸化物（ＮＯ_x）を還元する排ガスを、燃焼筒の内部で燃焼により除害する排ガス処理装置（図７参照）の燃焼筒に接続されるバーナーであり、助燃ガス導入管１１０と、排ガス導入管１２０と、燃焼用ガス導入管１３０とを備えている。助燃ガス導入管１１０は、燃焼筒の内部に助燃ガスＧ１を導入する。排ガス導入管１２０は、助燃ガス導入管１１０が内周側に配置され、助燃ガス導入管１１０との間の間隙を介して燃焼筒の内部に排ガスＧ２を導入する。燃焼用ガス導入管１３０は、排ガス導入管１２０が内周側に配置され、排ガス導入管１２０との間の間隙を介して燃焼筒の内部に燃焼用ガスＧ３を導入する。

実施の形態１におけるバーナー１００は、一方端部１０１において燃焼筒に接続され、燃焼筒の内部で燃焼により排ガスＧ２を除害する排ガス処理装置のバーナーである。バーナー１００は、助燃ガス導入管１１０と、排ガス導入管１２０と、燃焼用ガス導入管１３０と、位置決め機構１４０とを備えている。

図１および図２に示すように、助燃ガス導入管１１０は、内部に助燃ガスＧ１を流動させるための中空を有する円柱状や矩形の柱状の部材である。助燃ガス導入管１１０は、排ガス導入管１２０の内周側に配置されている。助燃ガス導入管１１０は、他方端部１０２の外周側において、排ガス導入管１２０と、Ｏリングなどのパッキン１５１を介して接続されている。

排ガス導入管１２０は、中空を有する円柱状や矩形の柱状の部材であり、内周側に助燃ガス導入管１１０が配置されている。排ガス導入管１２０と助燃ガス導入管１１０との間の間隙に排ガスＧ２を流動させる。排ガス導入管１２０の端面１２０ａ，１２０ｂは、それぞれ助燃ガス導入管１１０の端面１１０ａ，１１０ｂから、燃焼筒と接続される側である一方端部１０１および燃焼筒と接続される側と反対側である他方端部１０２に向けて突出している。また、排ガス導入管１２０は、端面１２０ｂ近傍の外周側において、燃焼用ガス導入管１３０と直接接続されている。

燃焼用ガス導入管１３０は、中空を有する円柱状や矩形の柱状の部材であり、他方端部１０２を除き、内部に助燃ガス導入管１１０および排ガス導入管１２０を収容している。燃焼用ガス導入管１３０と排ガス導入管１２０とを間の間隙に燃焼用ガスＧ３を流動させる。

また、助燃ガス導入管１１０、排ガス導入管１２０、および燃焼用ガス導入管１３０は、延在する方向において中心軸を共通にした形状としている。また、助燃ガス導入管１１０、排ガス導入管１２０、および燃焼用ガス導入管１３０は、たとえば金属材料から形成されている。

なお、助燃ガス導入管１１０、排ガス導入管１２０、および燃焼用ガス導入管１３０の構成は、内側から順に助燃ガス導入管１１０、排ガス導入管１２０、および燃焼用ガス導入管１３０が配置されていれば、特にこれに限定されない。ただし、燃焼筒と接続される側（図１において左側）である一方端部１０１に向けて、助燃ガス導入管１１０の端面１１０ａ、排ガス導入管１２０の端面１２０ａ、および燃焼用ガス導入管１３０の端面１３０ａが順に突出するように配置されていることが好ましい。

また、図２に示すように、バーナー１００は、排ガス導入管１２０と、助燃ガス導入管１１０との延在方向での相対位置を任意に位置決めできる位置決め機構１４０をさらに備えていることが好ましい。位置決め機構１４０は、バーナー１００において、排ガス導入管１２０と、助燃ガス導入管１１０との延在方向での相対位置が調整可能にする部材である。

位置決め機構１４０は、たとえばバーナー１００において燃焼筒と接続される側と反対側（図１および図２において右側）の他方端部１０２に設けられている。

図２に示す位置決め機構１４０は、半固定タイプの位置決め機構であり、支持軸１４２と、ネジ１４３と、ナット１４４とを含んでいる。支持軸１４２は、助燃ガス導入管１１０の燃焼筒と接続される側と反対側（図１および図２において右側）の端面１１０ａの上端から上方に延びるように設けられている。支持軸１４２の上端（助燃ガス導入管１１０の端面１１０ｂと接続された端部と反対側の端部）には、ネジ１４３が挿通される孔（図示せず）が形成されている。支持軸１４２は、助燃ガス導入管１１０の移動に伴って、支持軸１４２に形成された上記孔に通されているネジ１４３に沿って摺動する。ネジ１４３は、排ガス導入管１２０と接続されている燃焼用ガス導入管１３０において燃焼筒と接続されない側（図１および図２において右側）の端面１３０ｂから、助燃ガス導入管１１０が延在する方向に沿って延びるように設けられている。ネジ１４３は、接続部材１５２などを用いて燃焼用ガス導入管１３０と接続されていてもよい。ナット１４４は、任意の位置において、支持軸１４２とネジ１４３とを固定する固定部材である。これにより、排ガス導入管１２０について、助燃ガス導入管１１０の延在方向での相対位置を調整できる。

また、図３に示す位置決め機構１４０は、自動位置変更可能なタイプの位置決め機構であり、上述した支持軸１４２と、ボールネジ１４７と、ボールナット１４６と、モータ１４５と、リミットＳＷ（図示せず）とを含んでいる。図３に示す位置決め機構１４０は、リミットＳＷによりモータ１４５を動かせて、ボールネジ１４７を回転させることによりボールナット１４６に固定された支持軸１４２をネジ１４３の延在方向に沿って摺動させる。これにより、排ガス導入管１２０について、助燃ガス導入管１１０の延在方向での相対位置を調整できる。なお、図３は、本発明の実施の形態１におけるバーナーの別の位置決め機構を示す概略拡大図である。

以上説明したように、本発明の実施の形態１におけるバーナー１００によれば、内側から順に助燃ガス導入管１１０、排ガス導入管１２０、および燃焼用ガス導入管１３０が配置されている。これにより、排ガス処理装置にバーナー１００を用いて排ガスを燃焼させると、排ガスの一部が燃焼されずに燃焼用ガスＧ３に拡散される。そのため、拡散されずに燃焼用ガスＧ３と混合された排ガスＧ２が燃焼により除害される際に発生する窒素酸化物を、拡散した排ガスＧ２により窒素に還元する。よって、排ガスＧ２を除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減することができる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２におけるバーナーを示す概略断面図である。図４を参照して、本発明の実施の形態２におけるバーナーを説明する。図４に示すように、実施の形態２におけるバーナー２００は、基本的には図４に示す実施の形態１におけるバーナー１００と同様の構成を備えているが、排ガス導入管１２０の構造においてのみ、実施の形態１と異なる。

実施の形態２におけるバーナー２００は、排ガス導入管１２０は、助燃ガス導入管１１０の外周面と対向する側壁部１２１と、側壁部１２１の燃焼筒と接続される側に連なり、燃焼筒と接続される側（一方端部１０１）に向けて側壁部１２１よりも幅が広がるように構成されるとともに、孔１２２ａが形成された傘部１２２とを含んでいる。

具体的には、傘部１２２は、一方端部１０１に向けて幅が徐々に広がるテーパ状の形状としている。傘部１２２がテーパ状であると、排ガスＧ２が燃焼用ガスＧ３に拡散しやすい。なお、傘部１２２はテーパ状に特に限定されず、たとえば図５に示すように、燃焼筒と接続される側（一方端部１０１）に向けて側壁部１２１よりも幅が同じ、または広がる形状であってもよい。なお、図５は、本発明の実施の形態２における別のバーナーを示す概略断面図である。

また、図４に示すように、傘部１２２に形成される孔１２２ａは、円状で一定の間隔を隔てて配列されている。なお、傘部１２２に形成される孔１２２ａは、図４に示す形状に特に限定されず、ランダムに形成されていてもよいし、たとえば図６に示すスリット状であってもよい。なお、図６は、本発明の実施の形態２におけるさらに別のバーナーを示す概略断面図である。

バーナー２００において、助燃ガス導入管１１０は、排ガス導入管１２０の側壁部１２１から突出していることが好ましい。助燃ガス導入管１１０が排ガス導入管１２０の側壁部１２１から突出している場合には、助燃ガス導入管１１０から排出される助燃ガスＧ１により生じる火炎よりも他方端部１０２側の傘部１２２の孔１２２ａから排ガスＧ２を燃焼用ガスＧ３に拡散できる。そのため、排ガスＧ２が高温（燃焼される温度）になる前に、排ガスＧ２を燃焼用ガスＧ３に容易に拡散できる。

また、実施の形態２のバーナー２００は、燃焼筒と接続される側（一方端部１０１）に向けて、助燃ガス導入管１１０の端面１１０ａ、排ガス導入管１２０の端面１２０ａ、および燃焼用ガス導入管１３０の端面１３０ａが順に突出するように配置されている。すなわち、助燃ガス導入管１１０は、燃焼筒と接続される側（一方端部１０１）において、側壁部１２１から突出するとともに、傘部１２２から突出していないことがより好ましい。助燃ガス導入管１１０が、側壁部１２１から突出するとともに傘部１２２から突出していない場合には、傘部１２２で燃焼用ガスＧ３と排ガスＧ２とを容易に拡散できるとともに、排ガスＧ２の燃焼量を増加できるので、除害できる排ガスＧ２の量を向上できる。

なお、除害する排ガスＧ２の量と、燃焼用ガスＧ３に拡散して窒素酸化物の還元剤として用いる排ガスＧ２の量との関係から、助燃ガス導入管１１０を側壁部１２１から突出させる長さｘを調整することが好ましい。ここで、長さｘは、図４に示すように、側壁部１２１と傘部１２２との接続部分から助燃ガス導入管１１０の端面１１０ａまでの距離を意味する。排ガス導入管１２０と、助燃ガス導入管１１０との延在方向での相対位置を調整するために、たとえば、実施の形態１における位置決め機構１４０を用いることができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態２におけるバーナー２００，２１０，２２０によれば、排ガス導入管１２０は、側壁部１２１と、燃焼筒と接続される側に向けて側壁部１２１よりも幅が広がるように構成され、孔１２２ａが形成された傘部１２２とを含んでいる。これにより、傘部１２２において、排ガスＧ２を燃焼用ガスＧ３に容易に拡散できる。そのため、窒素酸化物を還元するガスが増加するので、除害に伴い発生する窒素酸化物をより低減できる。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における排ガス処理装置を示す概略断面図である。図７を参照して、本発明の実施の形態３における排ガス処置装置を説明する。図７に示すように、実施の形態３における排ガス処理装置３００は、実施の形態２におけるバーナー２００と、バーナー２００と接続され、内部で排ガスＧ２を燃焼させる燃焼筒３１０とを備えている。

具体的には、排ガス処理装置３００は、バーナー２００と、燃焼筒３１０と、冷却ファン３２０と、排出部３３０とを備えている。

バーナー２００は、図４に示す実施の形態２のバーナー２００を用いている。なお、排ガス処理装置３００に用いられるバーナーは、実施の形態２のバーナー２００に特に限定されず、たとえば図１に示す実施の形態１のバーナー１００や、図５および図６に示すバーナー２１０，２２０などを用いることができる。

燃焼筒３１０は、内部で、バーナー２００により排ガスＧ２と燃焼用ガスＧ３とを助燃ガスＧ１によって燃焼させる。燃焼筒３１０は、安全性の観点から、たとえば、金属材料からなる外壁３１１と、耐火性材料からなる断熱材３１２とを含んでいる。

冷却ファン３２０は、燃焼筒３１０の内部の温度を降下させるための部材である。燃焼筒３１０の内部の温度が上昇した場合に、必要に応じてファンを起動させて、たとえば空気を燃焼筒３１０の内部に導入して、燃焼筒３１０の内部の温度を低下させる。

排出部３３０は、燃焼筒３１０と接続され、排ガスを燃焼させた後のガスを排出するためのダクトである。排出部３３０は、バーナー２００によって除害した排ガスおよび燃焼により生じたガスＧ４を排ガス処理装置３００の外部に排出する。

なお、排ガス処理装置３００は、バーナー２００の助燃ガス導入管１１０の出口部分に配置される点火プラグ等などの点火部材（図示せず）などの他の部材をさらに備えていてもよい。

以上説明したように、本発明の実施の形態３における排ガス処理装置３００によれば、実施の形態１または２のバーナー１００，２００，２１０，２２０と、燃焼筒３１０とを備えている。排ガス導入管１２０が助燃ガス導入管１１０の外側に配置されているバーナー１００，２００，２１０，２２０を備えているため、排ガスＧ２を燃焼させる際に、排ガスＧ２の一部を燃焼用ガスＧ３に拡散できる。そのため、拡散されずに燃焼用ガスＧ３と混合された排ガスＧ２が燃焼により除害される際に発生する窒素酸化物を、拡散した排ガスＧ２により窒素に還元する。よって、排ガスＧ２を除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減することができる。

（実施の形態４）
図７を参照して、本発明の実施の形態４における排ガス処理方法を説明する。実施の形態４における排ガス処理方法は、実施の形態３における排ガス処理装置３００を用いて、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する排ガスを、燃焼により除害する排ガス処理方法である。

具体的には、まず、排ガスを不完全燃焼させるために助燃ガス導入管１１０と排ガス導入管１２０との相対位置を調整する調整工程を実施する。調整工程では、図２に示す位置決め機構１４０を用いて、排ガスＧ２の除害と、窒素酸化物の排ガスＧ２による還元の観点から、排ガスＧ２を燃焼用ガスＧ３に拡散するための適切な条件となるように、排ガス導入管１２０と、助燃ガス導入管１１０との延在方向での相対位置を調整する。

次に、調整工程後に、排ガス導入管１２０を介して導入される排ガスＧ２を、助燃ガス導入管１１０を介して導入される助燃ガスＧ１、および燃焼用ガス導入管１３０を介して導入される燃焼用ガスＧ３を用いて燃焼させる燃焼工程を実施する。

燃焼工程で用いられる助燃ガスＧ１は、排ガスＧ２を燃焼用ガスＧ３を用いて燃焼できるガスであれば特に限定されないが、たとえば、メタンガス、天然ガス、都市ガス、プロパンガス、水素、およびブタンガスなどの少なくとも１種以上のガスを用いることができる。なお、助燃ガスＧ１は、燃焼を補助する空気を含んでいてもよい。このような助燃ガスＧ１を燃焼筒３１０の内部に導入する。

また、排ガスＧ２は、排ガスＧ２は、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する元素を含むガスであれば特に限定されないが、アンモニア、アミン、およびヒドラジンの少なくとも１種を含むガスを用いることができる。特に、窒化物半導体を製造する際に用いられるアンモニアを含んでいることが好ましい。なお、排ガスＧ２には、水素ガスやメタンガスなどの窒素を含まない可燃ガスや、窒素やアルゴンなどの除害をする必要がないガスを含んでいてもよい。また、排ガスＧ２中、除害されるガスが窒素酸化物を還元する成分を含んでいない場合であっても、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する成分を含ませることによって、排ガスＧ２として用いることができる。このような排ガスＧ２を燃焼筒３１０の内部に導入する。

また、燃焼用ガスＧ３は、助燃ガスＧ１を燃焼させることができるガスであれば特に限定されないが、たとえば空気などを燃焼筒３１０の内部に導入する。

助燃ガスＧ１、排ガスＧ２、および燃焼用ガスＧ３を導入すると、排ガスＧ２は、燃焼用ガスＧ３に拡散される。特に、図４に示すバーナー２００を用いた場合に、排ガスＧ２の流量よりも大きな流量で燃焼用ガスＧ３を導入すると、燃焼用ガスＧ３は排ガス導入管１２０の傘部１２２の孔１２２ａから流入して、排ガスＧ２は燃焼用ガスＧ３と混合されて拡散される。この状態で、助燃ガスＧ１と燃焼用ガスＧ３とを発火させると、拡散された排ガスＧ２が完全燃焼せず、拡散されなかった排ガスＧ２を燃焼により除害できる（排ガスＧ２は不完全燃焼される）。

燃焼工程を実施すると、燃焼用ガスＧ３および排ガスＧ２中の窒素と、燃焼用ガスＧ３中の酸素によって、窒素酸化物が発生する。しかし、拡散された排ガスＧ２中の窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する元素によって、燃焼工程によって発生した窒素酸化物を窒素（Ｎ₂）に還元する。その結果、排出部３３０から排出されるガスＧ４中において、排ガスＧ２の除害によって発生する窒素酸化物を低減できる。

以上説明したように、本発明の実施の形態４における排ガス処理方法によれば、排ガスＧ２を不完全燃焼させるために助燃ガス導入管１１０と排ガス導入管１２０との相対位置を調整する調整工程を実施している。これにより、排ガスＧ２の一部を燃焼用ガスＧ３に拡散できる位置に排ガス導入管１２０を配置できる。そのため、燃焼工程において、排ガスＧ２を燃焼により除害するとともに、拡散されずに燃焼用ガスＧ３と混合された排ガスＧ２が燃焼により除害される際に発生する窒素酸化物を、拡散した排ガスＧ２により窒素に還元する。よって、排ガスＧ２を除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減することができる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
本発明例１は、図４に示す実施の形態２のバーナー２００を備えた図７に示す排ガス処理装置３００を用いて、実施の形態４における排ガス処理方法により、排ガスを除害した。

具体的には、図４に示すように、排ガス導入管１２０の傘部１２２の長さｙを２４ｍｍ、燃焼用ガス導入管１３０の幅ｚを９２ｍｍのバーナーを用いた。

始めに、助燃ガス導入管と排ガス導入管との相対位置を調整する調整工程を実施した。調整工程では、図２に示す位置決め機構１４０を用いて、助燃ガス導入管１１０の端面１１０ａと、排ガス導入管１２０における側壁部１２１と傘部１２２との接続部分との長さｘを、−１０ｍｍ、０ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、および３０ｍｍに変更した。なお、長さｘは、傘部１２２に向けて突出する方向をプラス方向として記載する。

そして、助燃ガスＧ１として、１ｍ³／ｈの流量の都市ガス（１３Ａ）と、０．５ｍ³／ｈの流量の空気とを、助燃ガス導入管１１０を介して燃焼筒３１０の内部に導入した。また、排ガスＧ２として、１．１〜１．４ｍ³／ｈの流量のアンモニアと、４．６〜５．０ｍ³／ｈの流量の窒素とを、排ガス導入管１２０を介して燃焼筒３１０の内部に導入した。また、燃焼用ガスＧ３として、２４〜２８ｍ³／ｈの流量の空気を、燃焼用ガス導入管１３０を介して燃焼筒３１０の内部に導入した。

そして、排ガス導入管１２０を介して導入される排ガスＧ２を、助燃ガス導入管１１０を介して導入される助燃ガスＧ１、および燃焼用ガス導入管１３０を介して導入される燃焼用ガスＧ３を用いて燃焼させる燃焼工程を実施した。なお、燃焼工程では、冷却ファン３２０を起動して、１３０〜１６０ｍ³／ｈの流量の空気を燃焼筒３１０の内部に導入した。

（比較例１）
比較例１は、基本的には、実施例１と同様の排ガス処理方法により排ガスを除害したが、図８に示すバーナー１０００を備えた図７に示す排ガス処理装置３００を用いて、実施の形態４における排ガス処理方法により、排ガスを除害した。なお、図８は、比較例１におけるバーナーを示す概略断面図である。

具体的には、図８に示すように、比較例１におけるバーナー１０００は、基本的には、図４に示すバーナー２００と同様の構成を備えているが、排ガス導入管１２０が助燃ガス導入管１１０の内周側に配置され、助燃ガス導入管１１０が側壁部１１１と傘部１１２とを含んでいる点においてのみ、実施例１で用いたバーナー２００と異なる。

（測定方法）
実施例１および比較例１の排ガス処理方法によって、排ガスを燃焼により除害したときの排出部３３０の排出ガスＧ４について、それぞれ残存するアンモニアの濃度、窒素酸化物の濃度、アンモニアの残存率、およびアンモニアから窒素酸化物への転換率を測定した。窒素酸化物の濃度は、堀場製作所社製のＰＧ−２００型を用いて、常圧化学発光法により測定した。また、アンモニアの濃度は、光明理化工業社製のアンモニア用北川式ガス検知管１０５ＳＤを用いて測定した。その結果を図９〜図１６に示す。これらの図のうち、図９〜図１２のハッチングで示した部分は、複数回の測定によるばらつきの概略範囲を例示したものである。

なお、図９は、実施例１における燃焼後のガス中の残存アンモニアの濃度を示す図である。図９中、縦軸は、残存アンモニアの濃度（単位：ｐｐｍ）を示し、横軸は上述した長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１０は、実施例１における燃焼後のガス中の窒素酸化物の濃度を示す図である。図１０中、縦軸は、窒素酸化物の濃度（単位：ｐｐｍ）を示し、横軸は長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１１は、実施例１における燃焼後のガス中のアンモニアの残存率を示す図である。図１１中、縦軸は、アンモニアの残存率（単位：％）を示し、横軸は、長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１２は、実施例１における燃焼後のガス中のアンモニアから窒素酸化物への転換率を示す図である。図１２中、縦軸は、アンモニアから窒素酸化物への転換率（単位：％）を示し、横軸は、長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１３は、比較例１における燃焼後のガス中の残存アンモニアの濃度を示す図である。図１３中、縦軸は、残存アンモニアの濃度（単位：ｐｐｍ）を示し、横軸は、長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１４は、比較例１における燃焼後のガス中の窒素酸化物の濃度を示す図である。図１４中、縦軸は、窒素酸化物の濃度（単位：ｐｐｍ）を示し、横軸は、長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１５は、比較例１における燃焼後のガス中のアンモニアの残存率を示す図である。図１５中、縦軸は、アンモニアの残存率（単位：％）を示し、横軸は、長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。図１６は、比較例１における燃焼後のガス中のアンモニアから窒素酸化物への転換率を示す図である。図１６中、縦軸は、アンモニアから窒素酸化物への転換率（単位：％）を示し、横軸は、長さｘ（単位：ｍｍ）を示す。

（測定結果）
図９〜図１２に示すように、実施例１における排ガス処理方法では、長さｘを調整することによって、ほとんどの排ガス中のアンモニアを除害するとともに、残存したアンモニアによって、窒素酸化物を低減できることがわかった。特に、助燃ガス導入管１１０の排ガス導入管１２０に対する長さｘが本実施例の場合では、１０ｍｍ〜２０ｍｍのときに、残存するアンモニアを低減できるとともに、残存したアンモニアにより窒素酸化物を低減できることが確認できた。すなわち、排ガス導入管１２０と、助燃ガス導入管１１０との延在方向での相対位置を調整して、助燃ガス導入管１１０が、排ガス導入管１２０の側壁部１２１から燃焼筒３１０に接続される側に突出していること、および、燃焼筒３１０と接続される側に向けて、助燃ガス導入管１１０の端面１１０ａ、排ガス導入管１２０の端面１２０ａ、および燃焼用ガス導入管１３０の端面１３０ａが順に突出するように配置されることによって、排ガスを除害するとともに、発生する窒素酸化物を効果的に除害できた。

一方、比較例１における排ガス処理方法では、アンモニアを火炎が包み込むようにして燃焼するので、ほとんどのアンモニアが燃焼された。しかし、図１３〜図１６に示すように、燃焼により発生する窒素酸化物は、実施例１と比較して、高かった。

以上より、本実施例によれば、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減できることを確認できた。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明のバーナー、排ガス処理装置、および排ガス処理方法は、排ガスを除害するとともに、除害に伴い発生する窒素酸化物を低減できるので、半導体製造装置などから排出される排ガスを除害するために、好適に用いられる。

本発明の実施の形態１におけるバーナーを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるバーナーの位置決め機構を示す拡大断面図である。 本発明の実施の形態１におけるバーナーの別の位置決め機構を示す概略拡大図である。 本発明の実施の形態２におけるバーナーを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における別のバーナーを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２におけるさらに別のバーナーを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３における排ガス処理装置を示す概略断面図である。 比較例１におけるバーナーを示す概略断面図である。 実施例１における燃焼後のガス中の残存アンモニアの濃度を示す図である。 実施例１における燃焼後のガス中の窒素酸化物の濃度を示す図である。 実施例１における燃焼後のガス中のアンモニアの残存率を示す図である。 実施例１における燃焼後のガス中のアンモニアから窒素酸化物への転換率を示す図である。 比較例１における燃焼後のガス中の残存アンモニアの濃度を示す図である。 比較例１における燃焼後のガス中の窒素酸化物の濃度を示す図である。 比較例１における燃焼後のガス中のアンモニアの残存率を示す図である。 比較例１における燃焼後のガス中のアンモニアから窒素酸化物への転換率を示す図である。

符号の説明

１００，２００，２１０，２２０ バーナー、１０１ 一方端部、１０２ 他方端部、１１０ 助燃ガス導入管、１１０ａ，１１０ｂ，１２０ａ，１２０ｂ，１３０ａ，１３０ｂ 端面、１２０ 排ガス導入管、１２１ 側壁部、１２２ 傘部、１２２ａ 孔、１３０ 燃焼用ガス導入管、１４０ 位置決め機構、１４２ 支持軸、１４３ ネジ、１４４ ナット、１４５ モータ、１４６ ボールナット、１４７ ボールネジ、１５１ パッキン、３００ 排ガス処理装置、３１０ 燃焼筒、３１１ 外壁、３１２ 断熱材、３２０ 冷却ファン、３３０ 排出部、Ｇ１ 助燃ガス、Ｇ２ 排ガス、Ｇ３ 燃焼用ガス、Ｇ４ ガス、ｘ 長さ。

Claims (8)

1. 窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する排ガスを、燃焼筒の内部で燃焼により除害する排ガス処理装置の前記燃焼筒に接続されるバーナーであって、
   前記燃焼筒の内部に助燃ガスを導入する助燃ガス導入管と、
   前記助燃ガス導入管が内周側に配置され、前記助燃ガス導入管との間の間隙を介して前記燃焼筒の内部に前記排ガスを導入する排ガス導入管と、
   前記排ガス導入管が内周側に配置され、前記排ガス導入管との間の間隙を介して前記燃焼筒の内部に燃焼用ガスを導入する燃焼用ガス導入管とを備える、バーナー。
2. 前記排ガス導入管は、前記助燃ガス導入管の外周面と対向する前記側壁部と、
   前記側壁部の前記燃焼筒と接続される側に連なり、前記燃焼筒と接続される側に向けて前記側壁部よりも幅が広がるように構成されるとともに、孔が形成された傘部とを含む、請求項１に記載のバーナー。
3. 前記助燃ガス導入管が、前記排ガス導入管の前記側壁部から前記燃焼筒と接続される側に突出している、請求項２に記載のバーナー。
4. 前記排ガス導入管と、前記助燃ガス導入管との延在方向での相対位置が調整可能になっている、請求項１〜３のいずれかに記載のバーナー。
5. 前記燃焼筒と接続される側に向けて、前記助燃ガス導入管の端面、前記排ガス導入管の端面、および前記燃焼用ガス導入管の端面が順に突出するように配置される、請求項１〜４のいずれかに記載のバーナー。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のバーナーと、
   前記バーナーと接続され、内部で前記排ガスを燃焼させる燃焼筒とを備える、排ガス処理装置。
7. 請求項６に記載の排ガス処理装置を用いて、窒素元素を含むとともに窒素酸化物を還元する排ガスを、燃焼により除害する排ガス処理方法であって、
   前記排ガスを不完全燃焼させるために前記助燃ガス導入管と前記排ガス導入管との相対位置を調整する調整工程と、
   前記調整工程後に、前記排ガス導入管を介して導入される前記排ガスを、前記助燃ガス導入管を介して導入される前記助燃ガス、および前記燃焼用ガス導入管を介して導入される前記燃焼用ガスを用いて燃焼させる燃焼工程とを備える、排ガス処理方法。
8. 前記排ガスとして、アンモニア、アミン、およびヒドラジンの少なくとも１種を含むガスを用いる、請求項７に記載の排ガス処理方法。

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