JP2010249509A - 排ガス処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】配管内壁面に付着したダストを確実に除去でき、クリーニングガスの噴射を行う場合もクリーニングガス量が少なくて済む排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】排ガスを酸化分解する排ガス処理装置用ダスト除去装置であって、シャフト５７にダスト掻き取り部材５６を取りつけ、ダスト掻き取り部材５６を、排ガスを酸化分解する空間３０の内壁に対して往復動させることにより、空間３０の内壁に付着したダストを掻き落とす。
【選択図】図１３

Description

本発明は、燃焼処理した場合ダストを発生し易い排ガスを処理する排ガス処理装置に関するものである。例えばシランガス（ＳｉＨ４）、或いはハロゲン系ガス（ＮＦ３，ＣｌＦ３，ＳＦ６，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４等）を含む有害可燃性、若しくは難分解性の排ガスを燃焼処理するための燃焼式の排ガス処理装置に関するものである。
燃焼処理するとダストを発生し易い排ガスには、半導体製造装置や液晶パネル製造装置からの例えばシラン（ＳｉＨ４）やジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等の有害可燃性ガスが有る。また、難分解性の地球温暖化ガス（ＰＦＣｓ）を含むガスがあるが、これらの排ガスは、そのままでは人体に悪影響を及ぼしたり、地球環境が変化するので大気に放出することが出来ない。そこでこれらの排ガスを除害装置に導いて、燃焼による酸化無害化処理を行なうことが一般に行われている。この処理方法としては、助燃ガスを用いて炉内に火炎を形成し、この火炎により排ガスを燃焼させるようにしたものが広く採用されている。
このような燃焼式排ガス処理装置において、助燃ガスは、水素、都市ガス、ＬＰＧ等を燃料ガスとして用い、酸化剤としては酸素若しくは空気が通常使用されており、この装置の運転費用は、これらの燃焼ガスや酸化剤の消費に伴うコストが大半を占めている。そこで、少ない助燃ガスによって如何に多くの有害排ガスを高効率のもとで分解するかが、この種の装置の性能を評価する尺度の一つになっている。
従来の前記燃焼式の排ガス処理装置に使用される燃焼器の一般的な構成を図２７及び図２８に示す。これは、バーナ部１０１と該バーナ部１０１の後段で排ガスを加熱酸化分解させる燃焼反応部（燃焼室）１０２とを備えている。バーナ部１０１は、燃焼反応部１０２の天井中心部に開口した燃焼反応部１０２内に処理すべき排ガスＧ１を導入する排ガス用ノズル１０３と、この排ガス用ノズル１０３の外周部に開口して燃焼反応部１０２内に助燃ガスＧ２を導入する複数の助燃ガス用ノズル１０４とを有しており、燃焼反応部１０２の下端には燃焼ガス出口１０５が一体に連接されている。これによって、前記助燃ガス用ノズル１０４から噴出される助燃ガスＧ２で環状に並んで形成される火炎の中心部に排ガスＧ１を通過させ、この通過の際に排ガスＧ１を火炎と混合させて燃焼させて、この燃焼後の燃焼ガスを燃焼ガス出口１０５から外部に排出するようになっている。
ここに、燃焼反応部１０２は、一般にステンレス系等の金属製の筒状の炉体１０６の内壁面１０６ａで区画形成されており、この炉体１０６の外周面に、必要に応じて、熱遮断用の断熱材を設置したり、或いは水冷する構造を採用していた。
一方、現在、地球温暖化の要因とされているフルオロカーボン系等のガスを分解処理する方法としては、高温環境における加熱分解式若しくはプラズマ中での分解が主流となっている。これらの手法を用いるために、ヒータ等の加熱装置やプラズマ発生装置及び安全装置等を制御する複雑な制御機構を備えた分解処理設備において、加熱プラズマ生成のために膨大なエネルギーを付与してフルオロカーボン系のガスの分解処理を行っている。
しかしながら、図２７及び図２８に示すような従来例においては、燃焼反応部１０２が金属製の炉体１０６で構成されていて、燃焼火炎形成時（運転時）に１３００℃以上の高温雰囲気に曝されるため、炉体１０６の消耗が激しく、長時間の運転に耐えることが出来なかった。特に、この装置でハロゲン系のガスを分解処理する際には、処理反応後に生成ハロゲンガス（ＨＣｌ、ＨＦ等）により炉体が高温下でエッチングや腐食を受け、激しく消耗する。
このように炉体１０６が短時間で消耗すると、これを頻繁に交換する必要が生じ設備コストが高くなる。さらに、金属製の炉体が消耗すると周囲の構造物（断熱材、水冷容器等）まで消耗が進む危険性が生じるため、炉体の消耗度合いを頻繁に分解し点検する必要があり、設備として稼動率を著しく低下させ、運転コストの増大を招いてしまう。
さらに、燃焼反応部１０２内の燃焼火炎で金属製の炉体１０６の内壁面が高温に熱せられるため、金属の触媒効果によって、サーマルＮＯｘの生成が助長されてしまう。例えば、半導体産業設備内におけるこの種の排ガス燃焼設備は、一般にクリーンルーム内に設置することを前提としており、設備の小型化を図る必要があるが、ＮＯｘが多量に生成されると、これを処理する専用の処理機構を別途備える必要が生じて、結果的に小型化することができない。
また、上記のように燃焼火炎を形成する燃焼器では、バーナ部１０１の下端に火炎が形成される結果、ステンレス鋼材等からなるバーナ部１０１の開口部近傍の温度が上昇し、バーナ部１０１に供給する助燃ガスＧ２が引火爆発するなどの危険があった。
また、半導体ディバイスの製造工程、特にＣＶＤ工程等で使用されるＳｉＨ４のように加熱分解式の排ガス処理装置で無害化するとＳｉＯ２等のダストを発生するガスある。このようなダストは排ガスとともに流れ配管等の内壁面に付着し、排気圧損を大きくするという問題がある。このダストの配管等の内壁面への付着の防止方法として、従来、クリーニングガスによる吹き払い方法、間欠手動掻き取り装置による掻き取る方法、多孔質内壁よりクリーニングガスを常時流すことによるダストの付着を防止する方法があった。
クリーニングガスによる吹き払い方法は、配管の周方向全域に固定ノズルを設け、常時若しくは間欠的にクリーニングガスを噴出させてダストを除去する方法である。この方法はノズルの場所がダストの付着位置から離れていると、ダスト除去効果が下がってしまうという問題があり、効果が下がらないように多量のクリーニングガスを流すと、クリーニングガス自体のコストが掛かるだけでなく、多量のガスが流れることにより圧損を少なくするために配管を太くしなければならないという問題があった。
間欠手動掻き取り装置による掻き取り方法は、ダストが大きく成長してから掻き取りを行うことになるため、掻き取った大きなダストの塊を貯めて置くタンクが必用となる。
また、多孔質内壁よりクリーニングガスを常時流すことによる付着防止では、ダスト付着を防ぐため内壁からのクリーニングガスの流速を配管内全体で維持しようとすると、多量のクリーニングガスを流さなければならず、多量のガス流れによる圧損を少なくするため、配管を太くしなければならないという問題がある。
また、クリーニングガス自体のコストがかかったり、除害装置から排出されたガスを建物内から建物外に排気するためのダクト等の設備も大きくしなければならないという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、配管内壁面に付着したダストを確実に除去でき、クリーニングガスの噴射を行う場合もクリーニングガス量が少なくて済む排ガス処理装置を提供することを目的とする。
また、高温に曝される燃焼反応部を構成する内壁の消耗を抑えて寿命を向上させ、設備コストと稼動効率を向上させると共に、ＮＯｘの発生を抑制することができる排ガス処理装置を提供することを目的とする。
また、燃焼バーナーの開口部近傍の火炎による温度の上昇を抑え、助燃ガスの爆発等の危険のない排ガス処理装置を提供することを目的とする。
本発明の排ガス処理装置用ダスト除去装置は、排ガスを酸化分解する排ガス処理装置用ダスト除去装置であって、シャフトにダスト掻き取り部材を取りつけ、前記ダスト掻き取り部材を、排ガスを酸化分解する空間の内壁に対して往復動させることにより、前記空間の内壁に付着したダストを掻き落とすことを特徴とするものである。
前記掻き取り部材は、前記排ガスを酸化分解する空間内を上下動することを特徴とする。
前記掻き取り部材は、前記シャフトを中心に連続的又は周期的に揺動又は回転することを特徴とする。
前記掻き取り部材には、前記排ガス処理装置内に流入する排ガスの流れを阻害しないような孔が形成されていることを特徴とする。
前記掻き取り部材は、前記排ガス処理装置内の旋回流を阻害しない退避位置に退避可能であることを特徴とする。
前記掻き取り部材が、退避位置まで退避した際に、前記孔は、前記排ガス処理装置の排ガス導入管の開口部に対応して位置し、かつ前記排ガス導入管の開口よりも大きい孔であることを特徴とする。
ダスト量検出手段で前記内壁に付着したダスト量を検出し、その付着量が所定量となったら前記シャフトを上下動させるか、前記排ガス処理装置の運転時間が所定時間経過したら前記シャフトを上下動させることを特徴とする。
本発明の排ガス処理装置は、上記ダスト除去装置を備えている。
本発明の好ましい態様によれば、バーナ部と、該バーナ部の下流側に設けた燃焼室とを備え、バーナ部より燃焼室に向けて燃焼炎を形成し、該燃焼炎に排ガスを導入して、該排ガスを酸化分解させる排ガス処理装置において、燃焼室は繊維強化セラミックス製の内壁で形成されるので、内壁の熱や腐食による消耗が少なく、熱応力による割れの発生も減少し、装置の寿命が向上し、設備コストと稼動率を向上させることができると共に、内壁が触媒効果を発揮しないのでサーマルＮＯｘの発生が抑制され、環境の維持と処理機器の簡略化を図ることができる。また、内壁と外側容器の間の空間を前記燃焼室の圧力より高い圧力のパージガス雰囲気に維持するので、燃焼室内の有害ガスが外部に漏れることを防止できる。
また、排ガス処理装置において、バーナ部は、頂部が閉塞し下部が開口した筒状体を具備し、該筒状体の頂部に排ガス導入口を設けると共に、側壁の所定の位置に空気ノズルを設け、開口近傍の側壁に助燃ガスノズルを設け、排ガス導入口より導入された排ガスと空気ノズルから吹き出された空気を混合すると共に、助燃ノズルから吹き出された助燃ガスに着火し、開口下方に向かって燃焼炎を形成するように構成し、助燃ガスノズルに燃料ガスを導入する助燃ガス導入部を冷却する冷却手段を設けたことにより、助燃ガス導入部が火炎により加熱されても温度上昇を助燃ガスの発火点以下に抑えるから、助燃ガスの爆発等のする危険がなくなる。
また、排ガス処理装置において、バーナ部及び／又は燃焼室内壁に付着したダストの除去又はダストを付着しないようにするダスト除去手段を設け、排ガス処理装置長時間運転を可能にした。
ダストを多く含むガス体が流れる配管内壁に付着するダストを除去するダスト除去装置であって、配管内に配置され主軸に配管長手方向に伸びる棒状の掻き取り部材を取り付けた構成の掻き取り機構と、該掻き取り機構の主軸を掻き取り部材が配管内面に接触し又は微小な間隔をおいて内周方向に移動するよう支持する支持機構と、該掻き取り機構を主軸を中心に連続的又は周期的に揺動又は回転させる駆動機構を具備する。従って、配管外部から主軸及び掻き取り部材の中空を通して、掻き取り部材の先端又は該表面の多数の孔又はスリットからクリーニングガスを吹き出すことにより、掻き取り部材の届かない配管内のダストを除去できるだけでなく、掻き取り機構自身に付着するダストも除去することが可能となる。
また、排ガス処理装置は、バーナ部は、頂部閉塞し下部が開口した筒状体を具備し、該筒状体の頂部に排ガス導入口を設けると共に、側壁の所定の位置に空気ノズルを設け、開口近傍の側壁に助燃ガスノズルを設け、空気ノズルは助燃ノズルから噴射された助燃ガスの着火を促進し、開口下方に向かって形成された燃焼炎に、旋回空気流を下方に向かって吹き付けるように構成したので、バーナ部内壁にダストが付着し難くなる。
また、排ガス処理装置において、バーナ部は、頂部閉塞し下部が開口した筒状体を具備し、該筒状体の頂部に排ガス導入口を設けると共に、側壁の所定の位置に空気ノズルを設け、開口近傍の側壁に助燃ガスノズルを設け、排ガス導入口及び筒状体の内径は燃焼室に向かって徐々に大きくなっている。これにより、バーナ部内に直角のような角部がなくなり、ノズル部の内壁にダストが付着しにくくなる。
また、バーナ部と、該バーナ部の下流側に設けた燃焼室と、該燃焼室の下流側に設けた燃焼ガス冷却部とを一体的に設けて排ガス処理装置を構成し、バーナ部には排ガスを導入する排ガス導入口と、空気を導入し旋回流を発生させる空気ノズルとを設け、燃焼ガス冷却部には燃焼室から流入する排ガスを冷却し、該排ガス中のダストを捕捉するための液体を噴霧する液体噴霧ノズルと、該排ガスを排出するための排気管と、液体噴霧ノズルで噴霧された液体を排液するための排液管とを設けた。排ガス処理装置をこのように構成することにより、排ガスの分解処理と、排ガス導入口から導入される排ガス中のダストやＨＣｌやＨＦを噴霧ノズルから噴霧される液体に効率良く捕捉・吸収させることができる。
本発明に係る排ガス処理装置の排ガス燃焼器の構成を示す図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 図３の矢視Ａ図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 図５の矢視Ｄ図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 図７の矢視Ｅ図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 図９の矢視Ｆ図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 図１１の冷却ジャケットの外観図である。 本発明に係る排ガス処理装置のダスト除去装置の構成例を示す図である。 図１３の掻き取り板の平面図である。 本発明に係る排ガス処理装置のダスト除去装置の構成例を示す面である。 図１５のＩＩ−ＩＩ断面矢視図である。 本発明に係る排ガス処理装置のダスト除去装置の構成例を示す面である。 図１７のＩＩＩ−ＩＩＩ断面矢視図である。 本発明に係る配管内のダスト除去装置の構成例を示す図である。 本発明に係る排ガス処理装置内のダスト除去装置の構成例を示す図である。 本発明に係る配管内のダスト除去装置の構成例を示す図である。 本発明に係る配管内のダスト除去装置の構成例を示す図である。 本発明に係る配管内のダスト除去装置の構成例を示す図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 図２４の矢視Ｌ図である。 本発明に係る排ガス処理装置のバーナー部の構成例を示す図である。 従来の排ガス処理装置の構成例を示す図である。 図２７のＩＶ−ＩＶ断面矢視図である。
図１及び図２は本発明に係る排ガス処理装置の排ガス燃焼器の構成を示す図で、図１は縦断面図、図２は図１のＩ−Ｉ断面図である。本排ガス燃焼器は、全体として円筒状の密閉容器として構成され、上段のバーナ部１０と、中段の燃焼室（燃焼反応部）３０とからなり、下段に冷却部５１、排出部５２とを備えている。冷却部５１の冷却媒体としては、例えば水等の液体や空気等の気体を用いる。
バーナ部１０は、燃焼室３０に向かって開口する保炎部１８を形成する円筒体１１と、この円筒体１１の周囲を所定間隔離間して包囲する外筒１２とを有しており、円筒体１１と外筒１２との間には、燃焼用空気を保持する空気室１９と、例えば水素と酸素の予混合気等の助燃ガスを保持する助燃ガス室２０が形成されている。これら空気室１９及び助燃ガス室２０は図示しない空気源、ガス源に連通されている。ここで助燃ガスには、水素、プロパン、都市ガス等を用いる。保炎部１８の上側を覆う円筒体１１の頂部には、例えば半導体製造装置から排出されたシラン（ＳｉＨ４）等を含む排ガスＧ１を保炎部１８に導入する排ガス導入管１４が接続されている。
円筒体１１には、空気室１９と保炎部１８を連通する複数の空気ノズル１５と、助燃ガス室２０と保炎部１８を連通する複数の助燃ガスノズル１６が設けられている。空気ノズル１５は図２に示すように、円筒体１１の接線方向に対して所定角度をもって延びており、保炎部１８内に旋回流を形成するように空気を吹き出すようになっている。助燃ガスノズル１６も同様に、円筒体１１の接線方向に対して所定角度をもって延びており、保炎部１８内に旋回流を形成するように助燃ガスを吹き出すようになっている。空気ノズル１５、助燃ガスノズル１６は円筒体１１の円周方向に均等に配置されている。
保炎部１８と燃焼室３０の境界部の周囲には、保炎部１８の開口部を囲むように２次空気室３１が形成されており、該２次空気室は２次空気を供給するための空気源（図示せず）に連通している。２次空気室３１と助燃室３０との間を区画する仕切板３２には、燃焼室３０の内部に排ガスを酸化させるための２次空気を吹き出す２次空気ノズル３３が周方向に均等配置されて設けられている。
燃焼室３０は、バーナ部１０の後段で排ガスを酸化分解させる空間であり、金属等から形成された気密な筒状の外側容器３４の内部に、保炎部１８と連続するように配置された円筒状の内壁３５で区画形成されている。この内壁３５は、後述するように、繊維強化セラミックによって形成されている。また、内壁３５と外側容器３４の間の空間３６に、多孔質セラミック製の断熱材３７が挿入されている。この外側容器３４には、空間３６にパージ用の空気を導入するパージ空気導入管４０が接続されている。
内壁３５を構成する繊維強化セラミックは、セラミックスで形成した繊維を織って布にし、これにバインダ入りのセラミックスを塗布し、これを筒状に形成して固化したもので、通常、セラミック繊維を複数枚重ねて層状にする。このように、セラミック自体をセラミック繊維で強化することにより、機械的強度、高温強度を向上させることができる。これにより内壁３５が燃焼に伴って高温に曝され、熱応力が作用した場合でも、割れの発生を軽減させることができる。また、燃焼処理に伴って生成するハロゲンガスのような腐食性のガスによってもエッチングや腐食がされにくい。従って、長期の耐用期間を得ることができる。一方、多孔質セラミック製の断熱材３７は、セラミックで繊維を形成しこれを成形吸引器で形成し、空間３６の形状に適合するようにしたものを用いることができる。
断熱材３７及び内壁３５はセラミックの材料としては、例えば純度が８０〜９９．７％のアルミナや、Ｓｉ系のもの等が挙げられる。フッ素を含むガスを処理する場合には、この排ガスに対して高い耐腐食性を有するアルミナを用いることが望ましい。内壁３５用の繊維強化セラミックスとして、アルミナ連続繊維を用いると、耐熱性、耐風速性、耐摩耗性が高く、大きな熱衝撃、温度勾配に耐えるものとなる。
燃焼室３０には、火炎を検出するためのＵＶセンサ３８と、バーナ部１０の点火を行うパイロットバーナ３９が設けられている。なお、ＵＶセンサ３８及びパイロットバーナ３９は、図３に示すように、円筒体１１の頂部（バーナ部１０の天板）に取りつけても良いよい。ＵＶセンサ３４は形成される火炎を斜めから検出するため、円筒体１１の頂部に対して傾けて配置する。これは火炎が燃焼室３０では、旋回流を形成し、径方向に対して火炎が短くなるためである。シラン（ＳｉＨ４）等を処理するとＳｉＯ２のダストが燃焼室３０の内壁面に付着し、ＵＶセンサ３８が火炎を検出できなくなるが、このようにＵＶセンサ３８をバーナ部１０の天板に取りつけることより、ダスト付着により火炎が検出できなくなるという問題を回避できる。また、難分解性の地球温暖化ガス（ＰＦＣｓ）を処理するためには、１３００℃以上の高温が必要となるため、配管が熱により腐食するが、上記のようにＵＶセンサ３８及びパイロットバーナ３９をバーナ部１０の天板に取りつけることにより、このような高熱による腐食を回避できる。
燃焼室３０の下部には、冷却される冷却部５１を介して排出部５２が設けられている。冷却部５１には、下縁部に複数のノズル５３が周方向に等間隔に設けられており、このノズル５３から中心に向けて水を噴射することによって水のカーテンを形成して、排ガスの冷却と排ガス中の粒子の捕促とを行うようになっている。排出部５２の側壁には処理済みの排ガスを排気する排気管５４が、底部にはノズル５３より噴射された水を排出する排水ポート５５が設けられている。
次に上記実施の形態の排ガス処理装置の動作について説明する。先ず、助燃ガスは、助燃ガス室２０内に導かれ保持され、円筒体（内筒）１１の内周面に設けられた助燃ガスノズル１６から保炎部１８に向けて旋回流を作り出すように吹き出される。そして、パイロットバーナ３９により点火されると、円筒体（内筒）１１の内周面に旋回炎を形成する。
ここで、助燃ガスは旋回炎を形成するが、旋回炎は広い当量比の範囲にわたって安定して燃焼できる特徴を備えている。即ち、強く旋回しているために火炎相互に熱とラジカルを供給し合い、保炎性が高くなる。そのため、通常であれば未燃ガスを発生したり消炎するような小さな当量比においても未燃ガスが発生することなく、また、当量比１付近においても振動燃焼を誘発することなく安定して燃焼させることができる。
一方、処理すべき排ガスＧ１は、円筒体１１の頂部の下面に開口する排ガス導入管１４から保炎部１８に向けて噴出する。この噴出された排ガスＧ１は助燃ガスの旋回流と混合して燃焼するが、この際、助燃ガスが円周方向の全ての助燃ノズルから下流の一方向に強く旋回するように吹き出されているため、助燃ガスの全てが火炎と充分に混合して、排ガスの燃焼効率は非常に高くなる。
また、助燃ガスはその発火温度を超える温度以上に過熱すると、助燃ガスに酸化剤が含まれている場合には、助燃用ガス室２０内で燃焼を開始する場合があるため、その発火温度を超えないように冷却する必要がある。更に、本発明者等の研究により、旋回炎は円筒体１１及び助燃用ガス室２０内の助燃ガスを加熱することがわかった。そのため、安定した燃焼を継続するためには、円筒体１１の構成材料の耐熱温度を超えないように冷却する必要がある。前記空気のズル１５から保円炎部１８に噴射される旋回空気流は助燃用ガス室２０を冷却する作用を有する。
更にまた、助燃ガスノズル１６からの火炎は旋回して噴射されるが、空気ノズル１５から噴射された空気も旋回しているため、この空気流が火炎と混合して火炎の旋回流を一層加速して強い旋回流を形成する。旋回炎を形成すると旋回の中心部の気流の圧力が低下して、中心部に、火炎の先方から排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１０に向けて逆流する自己循環流が発生し、この循環流が助燃ガスノズル１６からの火炎及び燃焼ガスと混合してＮＯｘの生成を抑制する。或いは助燃ガスとして予混合気を使用し助燃ガスの当量比を小さくしても低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
また、助燃ガスノズル１６からの火炎は強く旋回しているため、この旋回流がシランガス等のように燃焼によりダストを生成するガスを対象とする場合、燃焼して生成されるシリカ（ＳｉＯ２）が排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１６に付着するのを防ぐ作用をする。即ち、シラン（ＳｉＨ４）等が燃焼すると、粉末状のシリカ（ＳｉＯ２）が生成されるが、このシリカ（ＳｉＯ２）が排ガス導入管１４や助燃ガスノズル１６の付近に付着すると、助燃ガスの噴き出し量を減らしたり、噴き出し方向を変えたりして、吹き出しを不安定にすることがある。このような状況になると、ガスの吹き出しが静定せず、安定な燃焼が不可能となる。
本実施の形態にあっては、助燃ガスノズル１６の旋回炎があるため、この旋回炎により排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１６の先端部にも速い流れが発生して、この流れが排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１６の先端部をクリーニングする作用をなし、生成した粉末のシリカ（ＳｉＯ２）が排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１６の先端部に付着するのを防ぐ働きをする。この効果は空気噴射ノズル１５からの旋回空気流があることにより、一層、顕著となる。
更に、この効果は排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１６の先端部だけにとどまらない。つまり、火炎が燃焼室３０内部で旋回していることから、燃焼室３０の壁表面にも速い流れが発生して燃焼室３０の壁をクリーニングして、この表面に付着したシリカ（ＳｉＯ２）を除去する働きをする。このように、旋回流により、排ガス導入管１４及び助燃ガスノズル１６の先端部及び燃焼室３０の壁面に付着したシリカ（ＳｉＯ２）をセルフクリーニングすることにより、この表面に付着したシリカ（ＳｉＯ２）を除去する働きをする。
一例として、供給する助燃ガスを酸化剤を含んだ予混合気とし、この予混合気の燃焼ガスに対する酸化剤の混合比を化学量論値で求める酸化剤混合比より少なくした燃料過濃予混合気とし、これを助燃ガスノズル１６から旋回噴射して、保温部１８の内部に一次旋回流還元炎を形成する。この還元炎と排ガス導入管１４からの排ガスを接触させて、排ガスとりわけＰＦＣｓ系の排ガスを還元分解する。
次に、空気ノズル１５及び２次空気ノズル３３から噴射する空気から化学量論値以上の充分な酸素を与えられ、酸素過剰な状態として２次酸化炎を形成する。この酸化炎により排ガスを酸化分解する。そして、排ガスは還元炎と酸化炎の２段の火炎に曝されて、火炎と接触時間を長くして高温滞留時間を延ばすことができる。ここで、ＰＦＣｓ系の排ガスは雰囲気温度を高くして、その状態を長く維持すれば分解できる特性を有する。このように、排ガスは酸化・還元の異なる２段の火炎に曝され、しかも、火炎による高温状態を延ばすことによって、排ガス、とりわけＰＦＣｓ系のガスを完全に分解することができる。
助燃ガスノズル１６を保炎部１８の斜め下流に向けて助燃ガスを旋回流を形成して吹き出すように構成したため、助燃ガスノズル１６から吹き出した火炎は保炎部１８の下流に向けて螺旋状の旋回流を形成する。したがって、旋回流が円筒体１１の内側を流れる際の旋回長が、助燃ガスを水平に吹き出した場合より短くなって、火炎が円筒体１１の内壁面を加熱する領域が狭くなり、旋回流による円筒体１１の内側の周壁の加熱と温度上昇が抑制される。
これにより、円筒体１１の構成材料の耐熱寿命を延ばすことができる。また、空気ノズル１５からの冷却空気量を少なくでき、冷却による火炎の温度の低下を抑制し、高温状態を維持して、ハロゲン系、特にフルオロカーボンを含んだ排ガスの分解効率を向上できる。また、助燃ガスノズル１６は、上から見た場合、円筒体１１の接線方向に開口し、かつ鉛直面内では斜め下方に開口するように複数設けるようにしても、火炎が保炎部１８の下流へ向かって螺旋状の旋回流を形成することが可能である。
また、本実施の形態では、２次空気ノズル３３は下方に向けてあるが、円筒体１１の中心方向に向けて噴射するようにしてもよく、また、２次空気ノズル３３を該ノズルから噴射される空気が燃焼室内部で旋回流を形成するように設けることも考えられる。これにより、燃焼処理したガス冷却及び燃焼室３０外への排出、さらには燃焼室３０の壁面に付着するシリカ（ＳｉＯ２）の除去をより効果的に行うことができる。この場合のノズルの設け方は前述の助燃ガスノズル１６と同様である。
また、円筒体１１の頂部に空気噴射ノズルを設け、必要に応じてこの空気噴射ノズルから保炎部１８に空気を供給して酸素濃度を増大させることにより、燃焼性を向上することもできる。
また、前記助燃ガスノズル１６より下流の保炎部１８の周壁を延伸して２次燃焼用の空気孔をさらに設け、保炎部１８に１次燃焼の還元炎と空気による２次燃焼の酸化炎を形成して、排ガスＧ１とりわけハロゲン系、特にフルオロカーボンを含むガスの分解率を向上させることができる。この場合、前述した理由により、この空気孔は保炎部１８に向けて旋回流を形成するように噴射するのが好ましい。また、円筒体１１の中心方向に向けて噴射して、還元炎による１次燃焼後の排ガスとの間に乱れを起こして混合するようにしてもよい。
また、火炎は上方から下方に吹き出す例を示しているが、水平方向に噴出するようにした火炎に適用してもよい。また、助燃ガスとしては水素と酸素の予混合気に限定されることなく、水素、都市ガス及びＬＰＧ等の燃料ガス、若しくは都市ガス、ＬＰＧと酸素、空気若しくは酸素富化空気との予混合気でもよいことは勿論である。
一実施例としては、次の通りである。
処理対象ガス；ＣＦ４
還元炎中の還元分解反応としては、
ＣＦ４＋Ｈ２→ＣＨｍＦｎ＋ＨＦ＋Ｆ２ （ｍ，ｎは０〜４）
さらに酸化分解反応としては、
ＣＨｍＦｎ＋Ｏ２→ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ
燃焼室３０においては、内壁を構成するセラミックスが耐熱性及び耐食性に優れており、熱や腐食による消耗が少ないばかりではなく、繊維に強化されているもので熱応力による割れも防止され、長期に渡って使用が可能である。しかも、金属の場合のような触媒効果がないために燃焼室３０が高温になってもサーマルＮＯｘの発生が抑制される。ハロゲン系のガスを分解処理しても、それに伴い生成するハロゲンガス（ＨＣｌ、ＨＦ等）による内壁３５の高温下での腐食やエッチングが抑制される。
特に、アルミナを素材とする繊維強化セラミックスを用いる場合には、通常の運転条件下（６００〜１３００℃）での熱伝導率が、０．６５〜０．８８（Ｗ／ｍ．Ｋ）程度であり、ステンレス系金属の平均熱伝導率＝０．００１７（Ｗ／ｍ．Ｋ）程度に対して、数百倍程度高い。従って、熱応力による割れが一層少なくなる。また、内壁３５の外周に多孔質セラミックス製の断熱材３７が配置されているので、ステンレス系金属製の従来の内壁使用時よりもさらに熱損失量を低減させることができる。このことは、Ｓｉ系等、他のセラミックスを使用しても同様である。
パージ空気導入管４０からは、パージ用の空気が外側容器３４と内壁３５の間の空間３６内に燃焼室１２の圧力よりやや高い程度の圧力で導入される。この空気は内壁３５やその端部の微細な隙間から燃焼室３０内に噴出し、燃焼ガスや排ガスと混合して排出部５２から外部に排出される。これにより、燃焼室３０内の有害で腐食性を有するガスが外側容器３４から外部に漏洩することが防止することができる。
また、上記のように燃焼室３０の内壁３５をセラミックスで作成することによって触媒作用を防止して低ＮＯｘ化を図っている。さらに、助燃ガスの当量比を小さくすればさらなる低ＮＯｘ燃焼が可能となる。
セラミックス製の内壁を用いた燃焼器の場合のＮＯｘの生成量を、ステンレス製の内壁を用いた燃焼器の場合と比較した結果を以下に示す。燃焼器の形式等の条件は双方とも同じである。
燃焼温度：１３００℃以上
処理するガス：Ｎ２ガス
排出ガスのＮＯｘ濃度
セラミックス製の内壁：２５ｐｐｍ
ステンレス製の内壁：数１００〜数１０００ｐｐｍ
図３及び図４は本発明の排ガス処理装置のバーナー部の他の構成例を示す図で、図３は縦断面図、図４は図３の矢視Ａ図である。同図において、図１及び図２と同じ符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。また、他の図面においても同様とする。本バーナ部１０は円筒体１１の外周部に助燃ガス室２０に隣接して冷却ジャケット２１を設けている。該冷却ジャケット２１には冷却媒体を供給している。該冷却ジャケット２１に冷却媒体を供給することにより、該冷却ジャケット２１は開口部に形成される火炎により加熱された円筒体１１を冷却する。冷却媒体には、温度差のあるものならばよく、水等の液体や空気等の気体を用いる。
また、パイロットバーナ部３９は、円筒体１１の頂部（バーナ部１０の天板）に所定の角度で傾斜させて設けている。これは助燃ガスノズル１６から噴射される助燃ガス（火炎）は径方向に対して短くなるため、パイロットバーナは所定の角度傾斜させて設けた方がよい。
図１に示す燃焼器の燃焼バーナ部１０においては、円筒体１１の内部温度は４００℃まで上昇していたが、特に水冷の場合、本バーナ部１０では７０℃に低下する。従って、助燃ガス室２０に保持された助燃ガスが引火して爆発する危険はなくなる。但し、前述の２次空気ノズルがなくなるため、その空気は空気ノズル１５から１次空気を増やすか若しくは予混合のＯ２量を増やして対処する。なお、ここでは空気ノズル１５を斜め下方を向くように設け、斜め下方に旋回空気流を形成するようにしているが、空気ノズル１５を図１に示すように、水平にもうけ、水平の旋回空気流を形成するようにしてもよいことは当然である。
上記のように、バーナ部１０を冷却構造とすることにより、円筒体１１の温度は低下するが、難分解性ガスであるＣ２Ｆ６（このガスは地球温暖化係数がＣＯ２の１０，０００倍と言われ、地球温暖化対策としては１００％分解されることが要望されている）の処理能力は８０％から４１％に低下した。これはバーナ部１０の温度が低下し、それにより火炎温度の低下が影響しているためと考えられる。そこで、加熱され高温となる爆発の危険がある助燃ガスノズル１６に助燃ガスを導入する燃料ガス導入部を効果的に冷却できるバーナ部の構成を以下に説明する。
図５及び図６は本発明に係る排ガス処理装置のバーナ部の他の構成例を示す図で、図５は縦断面図、図６は図５の矢視Ｄ図である。本バーナ部１０は円筒体１１の上部外周に空気室２２を設け、更に下部外周には冷却ジャケット２４と助燃ガス室２３と冷却ジャケット２４を同心円状に設けている。そして円筒体１１の内周壁には空気室２２に連通する空気ノズル１５が設けられ、助燃ガス室２３の下面には該助燃ガス室２３に連通する助燃ガスノズル１６を設けている。
助燃ガスノズル１６からの助燃ガスは矢印Ｂに示すように、円筒体１１の開口下方の中心部に向かって又は斜め下方に且つ旋回流となるように噴射される。また、空気ノズル１５から噴射される空気は矢印Ｃに示すように、円筒体１１内で旋回する旋回流となる。
上記構成のバーナ部１０において、円筒体１１内に導入された処理ガスＧ１は空気ノズル１５からの旋回空気流と混合されると共に、助燃ガスノズル１６からバーナ部１０の下方に噴射される助燃ガスと混合され、着火により火炎が円筒体１１の開口下方に向かって形成される。この時助燃ガス室２３は両側から冷却ジャケット２４で冷却されることになり、温度は低く抑えられる。また、火炎は円筒体１１から下方に形成されるので、円筒体１１の温度低下は火炎に大きな影響を与えない。
図７及び図８は本発明に係る排ガス処理装置のバーナ部の他の構成例を示す図で、図７は縦断面図、図８は図７の矢視Ｅ図である。本バーナ部１０が図５及び図６に示すバーナ部１０と異なる点は、円筒体１１の外周に設けた冷却ジャケット２４内に助燃ガス室２３を設け、該助燃ガス室２３の周囲を冷却媒体で囲んでいる。また、助燃ガス室２３の下面には該助燃ガス室２３に連通する助燃ガスノズル１６が設けられている。
助燃ガスノズル１６からの助燃ガスは矢印Ｂに示すように、円筒体１１の開口下方の中心部に向かって又は斜め下方に且つ旋回流となるように噴射される点、及び空気ノズル１５から噴射される空気は矢印Ｃに示すように、円筒体１１内で旋回する旋回流となる点は図５及び図６に示すバーナ部１０と同一である。
上記構成のバーナ部１０において、円筒体１１内に導入された処理すべき排ガスＧ１は空気ノズルからの旋回空気流と混合されると共に、助燃ガスノズル１６からバーナ部１０の下方に噴射される助燃ガスと混合され、着火により火炎が円筒体１１の開口下方に向かって形成される。この時助燃ガス室２３は外周を冷却ジャケット２４内の冷却媒体で囲まれているから、助燃ガス室２３は冷却され温度は低く抑えられる。また、火炎は円筒体１１から下方に形成されるので、図５及び図６に示すバーナ部１０と同様、円筒体１１の温度低下は火炎に大きな影響を与えない。
図９及び図１０は本発明に係る排ガス処理装置のバーナ部の他の構成例を示す図で、図９は縦断面図、図１０は図９の矢視Ｆ図である。本バーナ部１０が図５及び図６に示すバーナ部１０と異なる点は、円筒体１１の下部外周に形成された冷却ジャケット２４内に円筒状の助燃ガス室２５を配置している点である。該円筒状の助燃ガス室２５は先端に助燃ガスノズル１６が設けられ、該助燃ガスノズル１６が下方になるように傾斜させて冷却ジャケット２４を貫通して配置されている。
助燃ガスノズル１６からの助燃ガスは矢印Ｂに示すように、円筒体１１の開口下方の中心部に向かって又は斜め下方に且つ旋回流となるように噴射される、及び空気ノズル１５から噴射される空気は矢印Ｃに示すように、円筒体１１内で旋回する旋回流となる点は、図５及び図６に示すバーナ部１０と略同一である。
上記構成のバーナ部において、円筒体１１内に導入された処理すべき排ガスＧ１は空気ノズル１５からの旋回空気流と混合されると共に、助燃ガスノズル１６からバーナ部１０の下方に噴射された燃料ガスと混合され、着火により火炎が円筒体１１の開口下方に向かって形成される。この時円筒状の助燃ガス室２５は外周を冷却ジャケット２４内の水で囲まれているから、冷却され温度は低く抑えられる。また、火炎は円筒体１１から下方に形成されるので、図５及び図６に示すバーナ部１０と同様、円筒体１１の温度低下は火炎に大きな影響を与えない。
図１１及び図１２は本発明に係る排ガス処理装置のバーナ部の他の構成例を示す図で、図１１は縦断面図、図１２は冷却ジャケット２６の外観図である。本バーナ部１０が図５及び図６に示すバーナ部１０と異なる点は、円筒体１１の下部外周に冷却ジャケット２６が設けられ、該冷却ジャケット２６内に円筒状の助燃ガス室２７が配置されている点である。該円筒状の助燃ガス室２７の先端には円筒体１１の開口下方に向かって傾斜し、内周面の接線方向に対して所定の角度を有する助燃ガスノズル１６が設けられている。
助燃ガスノズル１６から噴射される助燃ガスは矢印Ｂに示すように、円筒体１１の開口下方の中心部に向かって又は斜め下方に且つ旋回流となるように噴射される。また、空気ノズル１５から噴射される空気は図５及び図６に示すバーナ部１０と同様、円筒体１１内に旋回するようになっている。
上記構成のバーナ部１０において、円筒体１１内に導入された処理ガスは空気ノズル１５からの旋回空気流と混合されると共に、助燃ガスノズル１６からバーナ部１０の下方に噴射される助燃ガスと混合され、着火により火炎が円筒体１１の開口下方に向かって形成される。この時助燃ガス室２７は外周を冷却ジャケット２１の冷却水で囲まれているので、冷却され温度は低く抑えられる。また、火炎は円筒体１１から下方に形成されるので、図５及び図６のバーナ部１０と同様、円筒体１１の温度低下は火炎に大きな影響を与えない。
ＳｉＨ４等を含む排ガスのように、燃焼器で加熱分解し無害化するとＳｉＯ２等のダストが発生し、該ダストがバーナ部１０の円筒体１１の内壁や燃焼室３０の内壁及び燃焼室以降の配管内壁に付着し、排気圧損を大きくするという問題を起こすガスがある。そこで本発明の排ガス処理装置の排ガス燃焼器にはその内壁に付着したダストを除去するダスト除去装置を設けている。
図１３はダスト除去装置の構成例を示す図である。図示するように、ダスト除去装置はバーナ部１０と燃焼室３０に渡って上下動するシャフト５７の先端に取り付けた掻き取り板５６を設け、該掻き取り板５６を上下動させることにより、バーナ部１０及び燃焼室３０の内壁面に付着したダストを掻き落とす。掻き取り板５６には図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、排ガス導入管１４の開口より大きい円孔５６ａ又は線形孔５６ｂが形成されている。これにより、掻き取り板５６を最上部（図１３の実線の位置）の退避位置まで上昇させた場合、孔５６ａが排ガス導入管１４の開口部に対応して位置し、該排ガス導入管１４からバーナ部１０内（円筒体１１内）に流入する排ガスの流れを阻害しないようになっている。また、掻き取り板５６をこの退避位置まで上昇させたとき、空気ノズル１５及び助燃ガスノズル１６から吹き出した空気の旋回流及び助燃ガスの旋回流を阻害しないようになっている。
燃焼室３０の下端には燃焼室３０で燃焼した排ガスを冷却すると共に、掻き取り板５６で掻き落されたダストを受ける冷却受部４４が設けられており、該冷却受部４４の下端には閉止バルブ４５が取りつけられ、該閉止バルブ４５の下端にはクランプ４６を介してダスト収容タンク４７が取り付けられている。また、冷却受部４４には排気管５４、排水ポート５２が設けられている。また、ダスト収容タンク４７にはバルブＶ１を介してＵトラップ５８が接続され、該ＵトラップにはバルブＶ２を介して排水管５９が接続されている。
上記構成のダスト除去装置において、バーナ部１０及び燃焼室３０の内壁面に所定量のダストが付着したことを検出したら、手動又は自動的にシャフト５７を上下動させ、掻き取り板５６でこの付着したダストを冷却受部４４に掻き落とす。冷却受部４４にはバルブＶ３を開けて排水ポート５２により、排水しながらダストを溜め、ダストが所定量になったら、閉止バルブ４５を開いてダストをダスト収容タンク４７に入れる。それから、閉止バルブ４５を閉じてバルブＶ１、Ｖ２を開いてダスト収容タンク４７内の排水をＵトラップ５８を経て排水管５９を通して排水する。ここでＵトラップ５８を設ける理由は、直接排水管５９で排水すると、同時に有害ガスも排出されてしまうためである。
なお、ダストの掻き取りは付着したダスト量を何らかの検出手段（例えば、燃焼室３０の圧力を検出する圧力センサ、燃焼室３０の壁面温度を検出する温度センサ、内壁面に付着するダスト量をモニタするモニター装置）で検出し、その付着量が所定量となったらシャフト５７を自動的に上下動させて、ダストを掻き取るようにしてもよいし、またタイマーを設け、所定の運転時間が経過したらシャフト５７を上下動させて、ダストを掻き取るようにしてもよい。また、上記掻き取り板５６等をセラミックス等の耐食、耐熱材質で製作する。
また、ダスト収容タンク４７に図示は省略するが、内部に溜まったダストの量を確認するための透明な覗窓や、所定量のダストが溜まったことを検知する光電センサ等のダスト検知センサ及びダスト収容タンク４７に水を供給する給水管が設けられており、ダスト収容タンク４７内に所定量のダストが溜まったら、閉止バルブ４５を閉じ、バルブＶ１、Ｖ２を開いて、上記給水管よりダスト収容タンク４７内に水を流してダストを流すことにより、ダスト収容タンク４７内のダストをＵトラップ５８を通して流すようにしてもよい。
また、排水ポート５２を設けることなく、閉止バルブ４５、バルブＶ１、Ｖ２を開放して冷却部４４から、水とダストをダスト収容タンク４７に投入し、水をＵトラップ５８を通して排水するようにしてもよい。
また、図１３の構成例では、掻き取り板５６がバーナ部１０から燃焼室３０にかけて上下動するようになっているが、図１５に示すようにバーナ部１０のみを上下動するようにしてもよい。また、退避位置もバーナ部１０の上部に限定されるものではなく、例えばシャフト５７を上下動させる駆動機構を燃焼室３０又は冷却受部４４の下方に設け、退避位置を燃焼室３０の底部でもよい。
図１５はダスト除去装置の他の構成例を示す図である。図示するように、ダスト除去装置は、バーナ部１０の内部には、図１３に示すようなシャフト５７の先端に掻き取り板５６を設けた構成の掻き取り装置を配置し、該シャフト５７の上下動により内壁に付着したダストを掻き取るように構成している。また、燃焼室３０の上部にはリング状の空気室４１を設け、該空気室４１の下面からには図１６に示すように、多数の空気噴射ノズル４２を設けている。該空気噴射ノズル４２から空気を燃焼室３０の壁面に沿って下方又は斜め下方に吹き付けることにより、燃焼室３０の内壁面に付着したダストを吹き飛ばす。また、上方から下方に流れる空気流の層を形成し、この空気流の層により、内壁面へのダストの付着を阻止する。
燃焼室３０の下端には図示は省略するが、図１３と同じく冷却受部４４等が設けられている。なお、シャフト５７の上下動は図１３のダスト除去装置と同様、手動、自動、タイマーによる所定運転時間経過毎に行うようにする。
なお、上記例では、バーナ部１０の内壁に付着したダストをシャフト５７に掻き取板５６で掻き落すようにし、燃焼室３０の内壁面に沿って空気を吹き付け、付着したダストを吹き飛ばすか、又は空気流層を形成してダストの付着を阻止するように構成したが、バーナ部１０と燃焼室３０にわたってその内壁面に沿って空気流層を形成し、ダストの付着を防止するようにしてもよい。
また、空気噴射ノズル４２からの空気吹き付けを断続的に行うことにより、最小の吹き付け空気量で内壁面に付着したダストを除去できる。
図１７及び図１８はダスト除去装置の他の構成例を示す図で、図１７は燃焼室の縦断面図、図１８は図１７のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。内壁３５を多孔質体（例えば球粒フィルタ、多孔質セラミックス、耐熱性板材に多数の細孔を穿ったもの）で構成すると共に、該多孔質体からなる内壁３５と外側容器３４の間にそれぞれ独立した複数の環状の空気室３６’を設けている。各空気室は空気源に接続され、該空気源から圧縮空気を供給することにより、内壁３５の多孔から燃焼室３０内に均一に空気が吹き出される。この空気の吹き出しにより、内壁に付着したダストの除去又はダストの内壁３５への付着を均一に阻止する。
上記構成のダスト除去装置において、内壁３５の多孔からの空気（Ａｉｒ）の吹き出しは、排ガス処理装置の運転中継続して吹き出すようにしても良いが、場合によっては内壁に所定量のダストが付着した場合、前述した検出手段で検出し、空気を吹き出し、付着したダストを除去するようにしてもよい。また、所定の時間経過毎に空気を吹き出しても良い。
図１９はダストを含むガスが流れる場合、配管内壁に付着するダストを除去するダスト除去装置の構成例を示す縦断面図である。図示するように、ダスト除去装置は、主軸６２の長手方向に延びる２本の棒状の掻き取り部材６３を取付けた構成の掻き取り機構を、ダストを含む排ガスＧ３が流れる配管６１内に配置している。該掻き取り機構の主軸６２を掻き取り部材６３が配管６１の内面に接触し又は微小な間隙をおいて位置するように支持すると共に、シール作用を有する支持シール機構６４と、該掻き取り機構を主軸６２を中心に連続的又は周期的に揺動（一定角度の回転往復運動）又は回転させる駆動機構６５を具備する。
上記主軸６２と掻き取り部材６３はそれぞれ中空のパイプで、互いの中空は連通し、ロータリジョイント等の継手６６を介してクリーニングガスＧ４が主軸６２の中空及び掻き取り部材６３の中空を通って、掻き取り部材６３の先端（上端）から配管６１内に噴出されるようになっている。配管６１の下端にはダスト受部６７が設けられ、該ダスト受部６７の内壁面には水を噴射する水噴射ノズル６９が設けられ、ダスト受部６７の底部には排水管７０が設けられている。
上記構成のダスト除去装置において、配管６１内に流入するダストを含むガスＧ３は排気管６８を通って排出されるが、ダストは配管６１内に付着する。駆動機構６５により、該掻き取り機構を主軸６２を中心に連続的又は周期的に揺動又は回転させると、配管６１の内壁に付着したダストは掻き取り部材６３により掻き取られダスト受部６７に落下する。このとき掻き取り部材６３の先端から空気等のクリーニングガスＧ４を連続的又は間欠的に噴射することにより、掻き取り部材６３の届かない範囲のダストも除去できる。
この方法で除去されたダストは細かいままダスト受部６７に落ちるため、この部分に水噴射ノズル６９から水を噴射すればダストは詰まることなく、排水管７０から外部に排出される。排ガスＧ１が腐食性のガスの場合は、クリーニングガスＧ４にアンモニアガスを混合すれば、配管６１の内表面を中和して腐食の進行を食い止めることができる。
図２０は図１９に示す構成のダスト除去装置を排ガス処理装置の排ガス燃焼器に設けた場合の構成例を示す図である。図示するように、半導体製造設備からの排ガスＧ１が流れ込む燃焼室３０内に主軸７２の長手方向に延びる２本の棒状の掻き取り部材７３を取り付けた構成の掻き取り機構と、該掻き取り機構の主軸７２を掻き取り部材７３が燃焼室３０の内面に接触し又は微小な間隔をおいて内周方向に移動するように支持すると共にシール作用を有する支持シール機構７４と、該掻き取機構を主軸７２を中心に連続的又は周期的に揺動又は回転さる駆動機構７５を具備する。
また、ロータリジョイント等の継手７６を介してクリーニングガスＧ４が主軸７２の中空および掻き取り部材７３の中空を通って、掻き取部材７３の上端から燃焼室３０を構成する配管７１内に噴出されるようになっている。燃焼室３０の内壁面の上部バーナ部１０にはバーナー８１が設けられ、燃焼室３０の下端には冷却受部７７が設けられ、該冷却受部７７の側部には排気口７８が設けられている。また、冷却受部７７の内壁状面には水を噴射する水噴射ノズル７９が設けられている。また、下端部には冷却受部７７の内部に連通する排水口８０が設けられている。
半導体製造設備等からの排ガスＧ１はバーナー８１で形成された火炎により加熱され、無害化され高濃度のダストを含む高温の排ガスとなる。バーナー８１で形成される火炎８２の温度は２０００℃程度に達するため、火炎８２に直接物体が当ると殆どの物質は溶融してしまうと考えられる。このため、バーナー８１の直後の燃焼室３０内壁面温度は２０００℃より低いので、ダストが付着して閉塞を起こし易い。また、バーナ部８１の周辺も同様である。
上記の環境下で、駆動機構７５で掻き取り機構を主軸７２を中心に回転又は揺動させると該掻き取り部材７３により、燃焼室３０の内壁面に付着したダストを直接掻き取ることができ、ダストの付着による閉塞を防止できる。また、火炎８２が当るため掻き取部材７３が挿入できない範囲においても、クリーニングガスＧ４をロータリージョイント等の継手７６を通して供給し、掻き取り部材の上端から吹き出すことにより、内壁面に付着したダストを除去できる。
上記火炎８２により加熱燃焼した排ガスＧ１は冷却受部７７に流入し、水噴射ノズル７９から噴射される水により冷却され、排気口７８から排出されると共に、掻き取られたダストを含む水は排水口８０から排出される。
図２１は上記掻き取り機構の主軸７２と掻き取り部材７３の他の構成例を示す図である。本掻き取り機構は図示するように、掻き取り部材７３の外周面に内部の中空部に連通する小さい孔７３ａを多数設けている。図１４のロータリージョイント等の継手７６を介して主軸７２及び掻き取り部材７３の中空を通してクリーニングガスＧ４を供給することにより、該クリーニングガスＧ４は該孔７３ａを通して燃焼室３０の内壁に吹きつけられると共に、掻き取り部材７３の上端からも吹き出される。これにより、掻き取り部材７３と燃焼室３０の内壁面との隙間ｄの範囲に付着したダストも、吹き払いにより除去することが可能となる。
図２２は主軸７２と掻き取り部材７３からなる掻き取り機構の他の構成例を示す図である。本掻き取り機構は図示するように、掻き取り部材７３や主軸７２の全表面に中空部に連通する小さい孔、７３ａ、７２ａを多数設けている。このような構成とすることにより、主軸７２及び掻き取り部材７３の中空部にクリーニングガスＧ４を導入することにより、掻き取り部材７３と燃焼室３０の内壁面の間の間隙の範囲内に、ダストを吹き払いにより除去することが可能となる。また、主軸７２及び掻き取り部材７３自身に付着するダストも吹き払い除去することが可能となる。
なお、図２１及び図２２に示す実施形態例では、主軸７２や掻き取り部材７３の表面に中空部に連通する多数の孔７２ａ、７３ａを設けているが、この孔７２ａ、７３ａに替えて中空部に連通するスリットを設けても良い。また、図１５及び図１６の掻き取り機構の構成は、図１９の主軸６２及び掻き取り部材６３から構成される掻き取り機構にも当然適用出きる。
また、掻き取り機構の掻き取り部材７３は、２本に限定されるものではなく、図２３に示すように、主軸７２に３本の掻き取り部材１３を設けるようにしてもよく、更には３本以上であってもよい。また、図１９の場合も主軸６２に３本以上の掻き取り部材を設けて掻き取り機構を構成してもよい。
上記掻き取り部材７３の本数を３本以上とすることにより、掻き取り機構の一回転当りのダスト掻き取り回数が増え、ダスト濃度が濃い場合の対応が可能である。また、掻き取り機構が一定角度の回転往復運動をする場合、その揺動角度を少なくしても、全ての領域のダストを掻き取ることができる。但し、掻き取り部材７３を極端に多くすると掻き取り機構自体へのダスト付着により、燃焼室３０を閉塞してしまう恐れがある。
なお、図示は省略するが、図２０乃至図２３に示す構成の掻き取り機構を図１に示す排ガス処理用燃焼器内に取りつけバーナ部１０及び燃焼室３０の内壁に付着したダストを除去するようにして構成してもよい。
図１９乃至図２３に示す構成のダスト除去装置において、配管６１、保炎部１０、燃焼室３０に流入するガスＧ１やガスＧ３はダストだけでなく、配管６１、保炎部１０、燃焼室３０の内壁を腐食などの作用により侵食する可能性のある成分を含んでいる場合、クリーニングガスＧ４にその作用を中和する性質を持つガスを導入する（例えば、酸性ガスの流入に対して、アンモニア等のアルカリ性ガスを導入する）と、クリーニングガスＧ４の及ぶ範囲において、配管の侵食作用を抑制することができる。
図２４及び図２５は本発明の排ガス処理装置のバーナー部の他の構成例を示す図で、図２４は縦断面図、図２５は図２４の矢視Ｌ図である。本バーナ部１０は、例えば図３及び図４のバーナ部１０に比較し、保炎部１８の高さ寸法Ｈを小さくし、更に空気ノズル１５と助燃ガスノズル１６の間の間隔Ｉを小さくしている。即ち、空気ノズル１５の空気吹き出し口を助燃ガスノズル１６の助燃ガス吹き出し口にできるだけ近づけている。また、空気ノズル１５から吹き出される空気が円筒体１１の内壁面の接線に極力接近するように、空気ノズル１５の中心線と内壁面の接線の間隔Ｊを小さくしている。
このように保炎部１８の高さ寸法Ｈを小さくし、空気ノズル１５と助燃ガスノズル１６の間の間隔Ｉを小さくすることにより、空気吹出口と、助燃ガス吹出口の谷間での流れの滞留を無くし、保炎部１８の内壁面に付着又は付着しようとするダストを空気流により吹き飛し、該内壁面に付着することを極力防止する。
また、旋回ノズル１５から吹き出す空気が円筒体１１の内壁面の接線に接近しているので、円筒体１１の内壁面近くでの流れの滞留を防止し、内壁面にダストが付着しにくくなる。
また、空気ノズル１５から吹き出される空気の流れが水平より下流側に傾斜するように、空気ノズル１５を設けた。空気ノズル１５の水平面に対する傾斜角度θ１を３０°程度にしたとき、助燃ガスノズル１６の付近のダスト付着防止効果が大きい。また、空気ノズル１５はその吹出口が円筒体１１の内壁面の円周方向に均等に開口するように多数個設け、吹き払い効果の高い吹き出し直後の流速の速い空気流が内壁面全体に行き渡るようにしている。
空気ノズル１５水平方向の空気導入角度θ２は、θ２＝３６０°／ｎとする。ここでｎは円周方向に配置した空気ノズル１５の数で３以上の整数を示す。特に、空気ノズルの数ｎは４、８、１２、１６、２４で良い結果を得た。
保炎部１８の高さ寸法Ｈに対する内径Ｋの比（Ｈ／Ｋ）を従来は５０ｍｍ／８０ｍｍであったのに対して、ここでは１５ｍｍ／８０ｍｍとしている。また、下側の空気ノズル１５と上側の助燃ガスノズル１６との間の間隔Ｉを従来は２６ｍｍであったのに対して、ここでは１６ｍｍとしている。内径Ｋが増減しても間隔Ｉは一定である。また、空気ノズル１５の中心線と該中心線に平行な内壁面の接線の間隔Ｊを従来は１５ｍｍであったのに対してここでは５ｍｍとしている。
図２６は本発明の排ガス処理装置のバーナー部の他の構成例を示す縦断面図である。本バーナ部１０は図示するように、排ガス導入管１４の開口部１４ａの内径が下方に向かって徐々に大きくなり、更に円筒体１１の内径も下方に向かって徐々に大きくなっている。これにより、排ガス導入管１４の開口部１４ａ及び円筒体１１の内部に直角のような角度部がなくなる。また、排ガス導入管１４の開口部１４ａの間にも逆円錐台状の突出部１１ａを設けてもよい。
通常、バーナ部１０におけるダストの付着部分は角部や空気や排ガスの滞留する部分に付着する。ここでは上記のように排ガス導入管１４の開口部１４ａ、及び円筒体１１の内部に直角のような角度部がなくなり、また、排ガス導入管１４の間に排ガスの滞留部がなくなるので、内壁面にダストが付着しにくくなる。
以上説明したように、本発明によれば、バーナ部及び／又は燃焼室内壁に付着したダストの除去又はダストを付着しないようにするダスト除去手段を設けたので、バーナ部及び／又は燃焼室内をダストで閉塞させることなく、排ガス処理装置の長時間運転が可能となる。
また、本発明によれば、配管内に配置された掻き取り機構で、連続的又は周期的に揺動又は回転させることにより、配管内に付着するダストは除去され、配管内の排気を圧損が少なく流すことができる。
また、本発明によれば、掻き取り部材及び主軸は中空のパイプからなり、配管外部から主軸及び掻き取り部材の中空を通して、掻き取り部材の先端又は該表面の多数の孔又はスリットからクリーニングガスを吹き出すことにより、掻き取り部材の届かない配管内のダストを除去できるだけでなく、掻き取り機構自身に付着するダストも除去することが可能となる。また、配管内を高温ガスが流れる場合は、クリーニングガスの冷却効果により装置自身の耐久性も向上する。
また、本発明によれば、空気ノズルは開口下方に向かって形成された燃焼炎に旋回空気流を下方に向かって吹き付けるように構成した空気ノズルとしたので、ノズル部の内壁にダストの付着しにくい、排ガス処理装置となる。
また、本発明によれば、排ガス導入口及び筒状体の内径は燃焼室に向かって徐々に大きくなっているので、バーナ部内に直角のような角部がなくなり、ノズル部の内壁にダストの付着しにくい、排ガス処理装置となる。
また、本発明の一態様によれば、バーナ部の助燃ガスノズルに助燃ガスを導入する助燃ガス導入部を冷却する冷却手段を設けたので、助燃ガス導入部が火炎により加熱されても温度上昇を助燃ガスの発火点以下に抑えるから、助燃ガスの爆発等のする危険がなくなる。
また、本発明の一態様によれば、火炎が直接冷却ジャケットに接触しないため、冷却媒体による火炎の熱量の持ち去りが少なくなり、多くの熱量を排ガス処理に用いることができる。
また、本発明の一態様によれば、コンパクトで、且つ効率よく有害可燃性ガスや難分解性ガスを含む排ガスを処理できる排ガス処理装置を提供できる。

Claims (8)

  1. 排ガスを酸化分解する排ガス処理装置用ダスト除去装置であって、
    シャフトにダスト掻き取り部材を取りつけ、前記ダスト掻き取り部材を、排ガスを酸化分解する空間の内壁に対して往復動させることにより、前記空間の内壁に付着したダストを掻き落とすことを特徴とする排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  2. 前記掻き取り部材は、前記排ガスを酸化分解する空間内を上下動することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  3. 前記掻き取り部材は、前記シャフトを中心に連続的又は周期的に揺動又は回転することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  4. 前記掻き取り部材には、前記排ガス処理装置内に流入する排ガスの流れを阻害しないような孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  5. 前記掻き取り部材は、前記排ガス処理装置内の旋回流を阻害しない退避位置に退避可能であることを特徴とする請求項１又は４に記載の排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  6. 前記掻き取り部材が、退避位置まで退避した際に、前記孔は、前記排ガス処理装置の排ガス導入管の開口部に対応して位置し、かつ前記排ガス導入管の開口よりも大きい孔であることを特徴とする請求項４に記載の排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  7. ダスト量検出手段で前記内壁に付着したダスト量を検出し、その付着量が所定量となったら前記シャフトを上下動させるか、前記排ガス処理装置の運転時間が所定時間経過したら前記シャフトを上下動させることを特徴とする請求項１、４乃至６のいずれか一項に記載の排ガス処理装置用ダスト除去装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載のダスト除去装置を備えた排ガス処理装置。
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