JP2008523348A - 電気エネルギーと化石エネルギーを混合使用して排気ガスを処理する方法及びこのためのガススクラバー - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ガス処理効率を向上させることはもちろんエネルギー効率も向上させて二酸化炭素の排出を減らすことができる排気ガス処理方法及びガススクラバーを提供する。
本発明はまた、バーニングチャンバー内部の腐蝕を防止することができるガススクラバーを提供する。
本発明はまた、バーニングチャンバー内部に流入される処理ガスと燃料が效率的に混合することができるガススクラバーを提供する。
本発明はまた、バーニングチャンバーの廃熱を再使用して熱效率を向上させることができるガススクラバーを提供する。
本発明はさらに、一つのガススクラバーが作動を中止した場合にもガス処理を続けることができるガススクラバーを提供する。
【解決手段】本発明は電気エネルギーと化石エネルギーを混合使用するバーニング方式によるガス処理方法及びこれを実行するためのガススクラバーに関する。本発明による方法はバーニング段階を含んで、この段階は電気ヒーターを用いてバーニングチャンバー内の温度を所定温度以上に加熱する段階と；バーニングチャンバー内の温度が所定温度以上に感知されれば、燃焼ガスと点火燃料を注入して点火フレームを生成する段階と；点火フレームが感知されれば処理されるガスと共に主燃料を注入してメインフレームを生成してガスを燃焼する段階と；で構成されることを特徴とする。
また、これを実行するためのガススクラバーのバーニングチャンバーは、処理ガス燃焼室を形成する内部ケーシングと；燃焼室に処理ガスを流入する少なくとも一つ以上のガス流入口と；燃焼室に空気を流入する空気流入口；及び内部ケーシングの周りに設置されて電源供給線を介して電力源につながる電気ヒーターと；を含む。燃焼室には、内部温度が所定の温度以上に上がれば点火燃料をチャンバー内に注入する点火燃料ポート、点火燃料注入による火花を感知する点火センサ及び点火センサに点火フレームが感知されれば多量の燃料を投入する主燃料ポートが具備される。
このように構成される本発明のガス処理方法及びガススクラバーは電気エネルギーと化石エネルギーを共に用いてエネルギー効率とガス処理効率を同時に向上させて、二酸化炭素の排出量も減らすことができる利点がある。
【選択図】図３

Description

本発明は排気ガス、特に半導体製造工程時発生する発火性ガス及び有毒性ガスを含む排気ガスを浄化処理する方法及びガススクラバー（Ｇａｓ Ｓｃｒｕｂｂｅｒ）に関する。

このようなガスの処理方法は水を利用して排気ガスを洗浄及び冷却するウェッティング（ｗｅｔｔｉｎｇ）方式、排気ガスを燃焼処理するバーニング（ｂｕｒｎｉｎｇ）方式、ウェッティング方式とバーニング方式を結合した混合方式に大別される。

特に、半導体製造工程で使われるＰＦＣガスは赤外線を吸収することによって地球の気候変化と地球温暖化を起こす温室効果を発生させるのでＰＦＣガスの排出を抑制するためにバーニング方式を利用するスクラバーのうちでも直火式スクラバー（ｄｉｒｅｃｔ ｂｕｒｎｉｎｇ ｔｙｐｅ ｓｃｒｕｂｂｅｒ）が注目されている。これは燃料（ＬＮＧあるいはＬＰＧ）燃焼により発生する高い熱エネルギーで一部処理しにくいＰＦＣガスを熱分解する方式である。しかし従来使われる直火式ガススクラバーは高い熱エネルギーを必要とする一部ＰＦＣガス（ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６等）の処理のために多量のＬＮＧあるいはＬＰＧ等の化石燃料を燃焼させることによって、ガス処理効率性は向上するがエネルギー効率は相当に落ちて二酸化炭素の排出が大きいという短所があった。

したがって、本発明の目的はガス処理効率を向上させることはもちろんエネルギー効率も向上させて二酸化炭素の排出を減らすことができる排気ガス処理方法及びガススクラバーを提供することにある。

本発明の他の目的はバーニングチャンバー内部の腐蝕を防止することができるガススクラバーを提供することにある。

本発明のまた他の目的はバーニングチャンバー内部に流入される処理ガスと燃料が效率的に混合することができるガススクラバーを提供することにある。

本発明のまた他の目的はバーニングチャンバーの廃熱を再使用して熱效率を向上させることができるガススクラバーを提供することにある。

本発明のまた他の目的は一つのガススクラバーが作動を中止した場合にもガス処理を続けることができるガススクラバーを提供することにある。

前記のような目的は本発明による電気エネルギーと化石エネルギーを共に用いる排気ガス処理方法及びこのためのガススクラバーによって達成される。

本発明による方法において、電気ヒーター等による電気エネルギーの使用とＬＮＧあるいはＬＰＧ等の化石燃料の使用量組合は処理ガスの成分と処理環境等によって適切に調節することができる。

本発明による半導体製造過程で排出するガス処理方法はバーニング段階を含んで、前記バーニング段階は、電気ヒーターを用いてバーニングチャンバー内の温度を所定温度以上に加熱する段階、バーニングチャンバー内の温度が所定温度以上に感知されれば、燃焼空気と点火燃料を注入して点火フレームを生成する段階、前記点火フレームが感知されれば処理されるガスと共に主燃料を注入してメインフレームを生成してガスを燃焼する段階と；で構成される。

また、このような方法を実行するための本発明によるガススクラバーに具備されるバーニングチャンバーは、処理ガス燃焼室を形成する内部ケーシング、燃焼室に処理ガスを流入する少なくとも一つ以上のガス流入口、燃焼室に空気を流入する空気流入口及び内部ケーシングの周りに設置されて電源供給線を介して電力源につながる電気ヒーターを含む。前記燃焼室には、内部温度が所定の温度以上に上がれば点火燃料をチャンバー内に注入する点火燃料ポート、点火燃料注入による火花を感知する点火センサ及び前記点火センサに点火フレームが感知されれば多量の燃料を投入する主燃料ポートが具備される。

望ましくは、前記電気ヒーターの周りには断熱材が具備されることができる。

また、前記バーニングチャンバーの外廓には外部ケーシングが具備されて、外部ケーシングと内部ケーシングの間には空間を分割する中間ケーシングが長さ方向に設置されることができる。この場合、中間ケーシングと内部ケーシング間に前記電気ヒーターが設置されて、外部ケーシングと中間ケーシング間に前記断熱材が内蔵される。

望ましくは前記燃焼室には主燃料投入による火花を感知するメインフレームセンサが具備されることができる。

前記内部ケーシング内面にはニッケル素材で形成される腐蝕防止ジャケットがさらに具備されることができる。

また、前記腐蝕防止ジャケットの上端部分には流入する処理ガスに乱流を形成して燃料との混合を促進するためにジャケットの一部を切開して所定の角度に折り曲げて形成された少なくとも一つ以上の乱流形成翼が具備されることができる。

望ましくは、処理ガスがバーニングチャンバー内に流入する以前に燃料と混合することができるように前記主燃料ポートがガス流入口に連結されることができる。

また、前記バーニングチャンバーの上段にはチャンバー内の熱が前記センサ上部に伝えられないように遮断するために常温の空気が流入する熱交換ジャケットを備えることができて、廃熱を再使用できるように熱交換ジャケットを通過した空気は前記空気流入口に移送されるようにすることができる。

前記バーニングチャンバーの上段と熱交換ジャケット間にはガスケットを備えることができる。

このようなガススクラバーは一つのハウジング内に２台以上設けることもできる。

本発明によるガス処理方法はバーニング方式を利用するにおいて、電気エネルギーと化石エネルギーを共に用いるのでエネルギー効率とガス処理効率を同時に向上させることができる長所がある。

また、本発明によるガススクラバーはこのような混合式バーニング処理が可能なように構成されたバーニングチャンバーを用いて少ない燃料でガス処理効率を向上させることができ、二酸化炭素の排出も減少させることができる利点がある。

本発明のガススクラバーはまた内部ケーシング内面にニッケル素材で形成された交換可能な腐蝕防止ジャケットを備えて燃焼室内部の腐蝕を防止してバーニングチャンバーの寿命を延長することができる。

そして、燃料注入口がガス流入口に連結されて燃焼室内部には乱流形成翼が具備されて燃料とガスの混合を促進することによって燃焼効率を向上させることができる。

バーニングチャンバーの上段には熱交換ジャケットが具備されて熱放出を遮断して廃熱を再使用することによって熱效率を向上させることができる。

また、本発明のガススクラバーは一つのハウジング内に２台以上の装備が設置されることができて一つのスクラバーが作動上問題が発生して停止してもガス処理が中断されなくて他のスクラバーを作動して連続的にガス処理が可能である。

以下、本発明を添付した図面を参照した実施形態を通じてさらに詳細に説明する。

図１は本発明によるガス処理方法のバーニング段階を概略的に示したフローチャートである。すなわち、本発明によるガス処理方法のバーニング段階では、まず電気ヒーターを用いてバーニングチャンバーを加熱して（１１０）、設定された温度以上になれば（１２０）、燃焼空気と点火燃料を注入して（１３０）点火フレームを生成する。点火フレームが感知されれば（１４０）主燃料を注入して（１５０）ガスを高熱処理する。点火燃料注入による点火フレームまたは主燃料注入によるメインフレームの感知に失敗する場合（１４０ａ、１５０ａ、１６０ａ）には燃料注入を中断してバイパスさせる（１４０ｂ、１５０ｂ、１６０ｂ）。

図２は本発明の一実施形態によるガススクラバーの斜視図である。本実施形態のガススクラバーはバーニング方式とウェッティング方式の混合型ガススクラバーである。すなわち、図２に示したように本実施形態のガススクラバー１はバーニングチャンバー１０とウェッティングチャンバー１００を含む。そのうち特にバーニングチャンバーが本発明の特徴部である故、図３はこのようなバーニングチャンバーの一部切断斜視図を示したものであって、図４はバーニングチャンバーの断面図、図５は平面図である。

図示したようにバーニングチャンバー１０は内部ケーシング１１が処理ガス燃焼室１２を形成し、燃焼室１２には処理ガスを流入する少なくとも一つ以上のガス流入口１７と空気を流入する空気流入口１９が具備される。

前記内部ケーシング１１の周りには電気ヒーター１３が設置され、この電気ヒーター１３は電源供給線１５を介して外部電力源（図示せず）に連結される。また、電気ヒーター１３の周りには断熱材１４が具備される。この時、バーニングチャンバー１０の外廓には外部ケーシング２１が具備されて、外部ケーシング２１と内部ケーシング１１の間には空間を分割する中間ケーシング２２が長さ方向に設置されて、前記電気ヒーター１３は中間ケーシング２２と内部ケーシング１１間に、前記断熱材１４は外部ケーシング２１と中間ケーシング２２間に内蔵される。
すなわち、バーニングチャンバー１０は外廓から外部ケーシング２１、断熱材１４、中間ケーシング２２、電気ヒーター１３、内部ケーシング１１順に配列される。

このような構成によって燃焼室１２は電気ヒーター１３によって加熱される。この時、断熱材１４が熱発散を遮断して電気ヒーターの熱效率を向上させる。

前記内部ケーシング１１には点火燃料ポート２３と主燃料ポート２５及び点火センサ２４が具備される。

内部ケーシング１１の側部に具備される点火燃料ポート２３は電気ヒーター１３の加熱によって燃焼室１２が所定の温度（燃料の着火温度以上）、例えば約６００℃以上に昇温されれば少量の燃料（ＬＮＧあるいはＬＰＧ）を注入する。燃焼室１２内の温度は側部に設置された温度測定手段３０によって測定されることができる。ここで電気ヒーター１３による加熱温度は処理ガスの成分または処理環境によって適切に設定されることができる。

燃焼室１２の上部には点火センサ２４が具備され、これは点火燃料ポート２３を介して注入された少量の燃料燃焼による火花を感知する。前記センサはＵＶセンサであることが望ましいが、他の方式のセンサが使われることもできる。

点火センサ２４に火花が感知されれば主燃料ポート２５を介して多量の燃料が投入される。主燃料ポート２５はガス流入口１７に連通するように連結することが望ましく、これは処理ガスが燃焼室１２内に流入する前に燃料と混合するようにして燃焼効率を向上させる。

また燃焼室１２の上部には主燃料燃焼による火花を感知するメインフレームセンサ２６が具備され、これは主燃料注入による燃焼が円滑に起きているかを感知するためである。

このような構成により電気エネルギーで所定の温度に昇温させた後化石燃料を燃焼して高熱でガスを処理することによって、少量の燃料で高いガス処理効率を得ることができて二酸化炭素の排出も減少させることができる。また、別途の点火源が使われないので簡単な構成で点火が容易な利点がある。

内部ケーシング１１の内面には燃焼による腐蝕を防止するためのジャケット（ｊａｃｋｅｔ）２７が具備される。このジャケット２７はニッケル素材で形成されることが望ましく、例えば固定ピン２８等でケーシング内に固定されて交換が可能である。これによってバーニングチャンバーの寿命を延長することができる。

腐蝕防止ジャケット２７の上端部分には少なくとも一つ以上の乱流形成翼２９が形成されることが望ましい。この翼２９はジャケット２７の一部を切開して所定の角度に折り曲げて形成されることができ、これは流入する処理ガスと燃料に乱流を形成して混合を促進して燃焼効率を向上させる。

また、前記バーニングチャンバー１０の上段にはチャンバー１２内の高熱が前記ＵＶセンサ２４、２６上部に伝えられないように遮断するために熱交換ジャケット３１が具備される。熱交換ジャケット３１に常温の空気が流入して熱を吸収して燃焼室１２内の高熱が上部に直接伝えられるのを阻んでくれて、このように加熱した空気は燃焼室１２に通じる空気流入口１９に移送されてガス燃焼に使われることができる（図３の矢印参照）。すなわち、燃焼に使われる空気を熱交換ジャケットで廃熱を用いて予熱することによってエネルギー効率を向上させることができる。

前記バーニングチャンバー１０の上段と熱交換ジャケット３１間にはガスケット（ｇａｓｋｅｔ）３３が具備されて空気流出を防ぐことが出来るように燃焼室を密閉する。

前記のように構成される本実施形態のガススクラバーの作用をよく見る。

まず、電気ヒーター１３を稼動して燃焼室１２内の温度を所定の温度で加熱する。温度測定手段３０により測定された燃焼室温度が設定された温度に至れば点火燃料ポートを通じて少量の燃料を注入する。点火燃料が注入されれば即時点火フレームが形成され、点火フレームＵＶセンサがこれを感知する。点火フレームＵＶセンサの信号により主燃料ポートを介して多量の燃料が注入されてメインフレームが形成される。この時主燃料は処理ガスと混合した状態で燃焼室内に流入して、乱流形成翼により燃料とガスはさらに均等に混合して燃焼する。これと同時に常温の空気は熱交換ジャケットを経ながら予熱されたままで燃焼室に供給されて燃焼に使われる。また、主燃料フレーム形成と共にメインフレームＵＶセンサがこれを感知して燃焼進行状態を確認することができる。

図６は本発明による他の実施形態を示したものであって、前記実施形態によるバーニングチャンバーを具備したガススクラバー２台が一つのハウジング内に設置されている。このようなガススクラバーはそのうち一つのスクラバーが作動上問題が発生して停止しても他の一つのスクラバーを作動して連続的にガスを処理することができる。

以上では本発明の望ましい実施形態に対して示してまた説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されなくて、請求範囲で請求する本発明の要旨を外れることがなく該発明が属する分野で通常の知識を有する者ならば誰でも多様な変形実施が可能なことはもちろんであって、そのような変形は請求範囲記載の範囲内にあるようになる。

本発明によるガス処理方法のバーニング段階を概略的に示したフローチャートである。 本発明によるガススクラバーの一実施形態を示した斜視図である。 図２のガススクラバーのバーニングチャンバーの一部切断斜視図である。 図３のバーニングチャンバーの断面図である。 図３のバーニングチャンバーの平面図である。 本発明によるガススクラバーの他の実施形態の正面図である。

Claims (12)

1. 電気エネルギーと化石エネルギーを共に用いており、その使用量は処理ガスの成分と処理環境によって調節することを特徴とする半導体製造過程で排出するガスの処理方法。
2. 半導体製造過程で排出するガスを燃焼処理するバーニング段階を含むガス処理方法において、前記バーニング段階は：
   電気ヒーターを用いてバーニングチャンバー内の温度を所定温度以上に加熱する段階と；
   バーニングチャンバー内の温度が所定温度以上に感知されれば、燃焼空気と点火燃料を注入して点火フレームを生成する段階と；
   前記点火フレームが感知されれば処理されるガスと共に主燃料を注入してメインフレームを生成してガスを燃焼する段階と；で構成されることを特徴とする排気ガス処理方法。
3. バーニングチャンバーを含むガススクラバーにおいて、前記バーニングチャンバーは、
   処理ガス燃焼室を形成する内部ケーシングと；
   前記燃焼室に処理ガスを流入する少なくとも一つ以上のガス流入口と；
   前記燃焼室に空気を流入する空気流入口；及び
   前記内部ケーシングの周りに設置されて電源供給線を介して電力源につながる電気ヒーターと；を含んで、
   前記燃焼室には、内部温度が所定の温度以上に上がれば点火燃料をチャンバー内に注入する点火燃料ポート、点火燃料注入による火花を感知する点火センサ及び前記点火センサに点火フレームが感知されれば多量の燃料を投入する主燃料ポートが具備されることを特徴とする混合式バーニングチャンバーを具備するガススクラバー。
4. 前記電気ヒーターの周りには断熱材が具備されることを特徴とする請求項３に記載のガススクラバー。
5. 前記バーニングチャンバーの外廓には外部ケーシングが具備されて、
   前記外部ケーシングと内部ケーシングの間には空間を分割する中間ケーシングが長さ方向に設置されて、
   前記中間ケーシングと内部ケーシング間に前記電気ヒーターが設置されて、
   前記外部ケーシングと中間ケーシング間に前記断熱材が内蔵されることを特徴とする請求項４に記載のガススクラバー。
6. 前記燃焼室には前記主燃料投入による火花を感知するメインフレームセンサが具備されることを特徴とする請求項３に記載のガススクラバー。
7. 処理ガスが燃焼室内に流入する以前に燃料と混合することができるように前記主燃料ポートがガス流入口に連結されることを特徴とする請求項３に記載のガススクラバー。
8. 前記内部ケーシングの内面にはニッケル素材で形成された腐蝕防止ジャケットが分離可能に装着されることを特徴とする請求項３に記載のガススクラバー。
9. 前記腐蝕防止ジャケットの上端部分には流入する処理ガスに乱流を形成して燃料との混合を促進するためにジャケットの一部を切開して所定の角度に折り曲げて形成された少なくとも一つ以上の乱流形成翼が具備されることを特徴とする請求項８に記載のガススクラバー。
10. 前記バーニングチャンバーの上段にはチャンバー内の熱が前記センサ上部に伝えられないように遮断するために常温の空気が流入する熱交換ジャケットが具備されて、前記熱交換ジャケットを通過した空気は前記空気流入口に移送されることを特徴とする請求項３に記載のガススクラバー。
11. 前記バーニングチャンバーの上段と熱交換ジャケット間には密閉のためのガスケットが具備されることを特徴とする請求項１０に記載のガススクラバー。
12. 一つのハウジング内に前記ガススクラバーが２台以上設置されることを特徴とする請求項３ないし１１のうちいずれか一つの項に記載のガススクラバー。

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