JP2010270927A - 熱交換器及びそれを用いた排ガス除害装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な伝熱面積を確保しながらも、内部の清掃やメンテナンスを容易に行うことのできる熱交換器を提供する。
【解決手段】筒状の本体ケーシング１４と、本体ケーシング１４の内部空間１４ｅを高温側流体通流路３４および低温側流体通流路３２に分割するとともに、高温側流体通流路３４および低温側流体通流路３２内にそれぞれ突き出しており、内部にその突き出し方向とは反対面に開口する内側空間３７を有する中空突出部３６を備える伝熱板１６と、本体ケーシング１４の側壁１４ｃ、１４ｄにおける、中空突出部３６の内側空間３７に対応する位置に設けられた点検開口２８ａ、２８ｂ、および点検開口２８ａ、２８ｂをそれぞれ開閉する点検ハッチ１８ａ、１８ｂと、点検ハッチ１８ａ、１８ｂから中空突出部３６の内側空間３７に至り、点検開口２８ａ、２８ｂからそれぞれ挿脱可能に設けられた複数の整流板４２とを備えることにより、上記課題を解決した熱交換器１０を提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛇行した流路を持ち、十分な伝熱面積を確保しながらも、内部の清掃やメンテナンスを容易に行うことのできる熱交換器、およびそれを用い排ガス除害装置に関する。

熱交換器は、伝熱板によって互いに分割された、少なくとも２つの流路を有しており、一方の流路に低温の流体（気体あるいは液体、以下同じ。）を通流させるとともに、他方の流路に高温の流体を通流させることにより、高温の流体と低温の流体との間で熱の授受（伝熱）を行うものである。

このような熱交換器の性能は熱交換効率、すなわち伝熱効率で量られることから、例えば特許文献１に示すように、熱交換器内において、高温側流体の流路および／または低温側流体の流路を蛇行するように構成することにより、熱交換器全体をコンパクトにしつつ、伝熱面積を大きくするといった工夫がなされている。

特開昭６２−１３９９６号公報

しかしながら、高温側流体の流路および／または低温側流体の流路を蛇行するように構成すると、高温の流体あるいは低温の流体が、例えばある種の半導体排ガスのように粉塵を含んでいる場合、流れの方向が反転したときに遠心力によって当該流体から分離した粉塵が流路内に堆積していくことにより伝熱効率の低下や、その他当該流路の断面積を減少させる結果、流体が通流する際の圧力損失が大きくなって流量が減少して伝熱効率が低下するとともに、送風機（あるいはポンプ）の負担が大きくなる。

このような場合、熱交換器（あるいは熱交換器を用いた装置）の運転を停止して内部を清掃することになるが、蛇行した流路に溜まった粉塵を清掃するのは困難な作業であった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、流路を蛇行するように構成して十分な伝熱面積を確保しながらも、内部の清掃やメンテナンスを容易に行うことのできる熱交換器を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、
「筒状の本体ケーシング１４と、
前記本体ケーシング１４の内部空間１４ｅを高温側流体通流路３４および低温側流体通流路３２に分割するとともに、前記高温側流体通流路３４および前記低温側流体通流路３２内にそれぞれ突き出しており、内部にその突き出し方向とは反対面に開口する内側空間３７を有する中空突出部３６を備える伝熱板１６と、
前記本体ケーシング１４の側壁１４ｃ、１４ｄにおける、前記中空突出部３６の前記内側空間３７に対応する位置に設けられた点検開口２８ａ、２８ｂ、および前記点検開口２８ａ、２８ｂをそれぞれ開閉する点検ハッチ１８ａ、１８ｂと、
前記点検ハッチ１８ａ、１８ｂから前記中空突出部３６の前記内側空間３７に至り、前記点検開口２８ａ、２８ｂからそれぞれ挿脱可能に設けられた複数の整流板４２とを備えていることを特徴とする熱交換器１０」である。

本発明によれば、低温側流体通流路３２および高温側流体通流路３４に突き出した中空突出部３６の内側空間３７に、点検ハッチ１８ａ、１８ｂから前記中空突出部３６の内側空間３７に至る整流板４２を点検開口２８ａ、２８ｂから挿入することにより、整流板４２の両表面とそれらに対向する中空突出部３６の内表面との間にそれぞれ形成され、かつ、内側空間３７の奥部で互いに連通された、伝熱板１６に沿って蛇行する低温側流体通流路３２および高温側流体通流路３４が形成される。そして、これとともに整流板４２を挿脱可能に取り付けることにより、挿入時には中空突出部３６の内側空間３７を蛇行流路として伝熱板１６の表面積、すなわち伝熱面積を十分に確保しながらも、熱交換器１０の内部を清掃あるいはメンテナンスする際には整流板４２を点検開口２８ａ、２８ｂから取り外すことによって、整流板４２の挿入で蛇行流路とされていた前記内側空間３７を、開口面積の大きなセパレートされていない単なる中空部所として点検開口２８ａ、２８ｂに向けて開口させ、これにより点検ハッチ１８を介して前記内側空間３７内に溜まった粉塵の除去作業や伝熱板１６の損傷あるいは腐食具合等の点検作業を容易に行うことができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１の熱交換器１０に関し、「前記整流板４２は、前記点検ハッチ１８の内側面に取り付けられている」ことを特徴とする。

本発明によれば、熱交換器１０の内部を清掃あるいはメンテナンスする際、熱交換器１０の外側から、整流板４２が取り付けられた点検ハッチ１８を取り外すことにより、点検開口２８ａ、２８ｂの開放と整流板４２の取り外しを一度に行うことができるので、清掃やメンテナンス時の作業性を向上させることができる。

請求項３に記載した発明は、
「天面６８ｃを有し、底面が開口した筒状のハウジング６８、
前記ハウジング６８の内部を天面６８ｃ側で互いに連通された２つの空間６８ａ、６８ｂに仕切る仕切壁７４、及び
前記ハウジング６８内における天面６８ｃ側の温度を、処理対象ガスＦが熱分解される温度に加温する加熱手段７０を備える反応炉６０と、
前記ハウジング６８の底面に接続されており、前記低温側流体通流路３２が前記ハウジング６８内の一方の空間６８ａに連通されているとともに、前記高温側流体通流路３４が前記ハウジング６８内の他方の空間６８ｂに連通された、請求項１または２に記載の熱交換器１０とを備えていることを特徴とする排ガス除害装置１２」である。

本発明によれば、十分な伝熱面積を確保しつつ、内部の清掃やメンテナンスを容易に行うことのできる熱交換器を提供することができる。

（ａ）は本発明に係る熱交換器を示す断面図であり、（ｂ）はＸ−Ｘ矢視による端面図である。 本発明に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明に係る熱交換器に用いられる、整流板付きの点検ハッチを示す斜視図である。 本発明に係る熱交換器が適用された排ガス除害装置の概念図である。 （ａ）は本発明に係る熱交換器が適用された、他の排ガス除害装置の概念図であり、（ｂ）はバッフル形状の変形例を示す概念図である。

以下、本発明を図示実施例にしたがって説明する。本実施例の熱交換器１０は、図１の断面図および図２の斜視図に示すように、大略、本体ケーシング１４、伝熱板１６、点検ハッチ１８、整流板４２などで構成されている。

本体ケーシング１４は、ステンレス鋼に代表される耐腐食鋼で形成された（本体ケーシング１４以外の部材も特記しない限り同様の耐腐食鋼で形成されている。）角筒状体であり、その天面１４ａは、角パイプで「ロ」字状に形成された外枠１４ａ１と、外枠１４ａ１の内側を長手方向に２等分する角パイプ製の中桟１４ａ２とで構成されており、後述するように排ガス除害装置１２の反応炉６０の下端が接続されるようになっている。外枠１４ａ１は本体ケーシング１４の両側壁から若干内側に入った位置に設けられている。

また、本体ケーシング１４の底面１４ｂには低温側流体Ｌを本体ケーシング１４内に供給するための低温側流体導入配管２０が接続される低温側流体導入ダクト２２、および高温側流体Ｈを本体ケーシング１４内から排出するための高温側流体排出配管２４が接続される高温側流体排出ダクト２６が並設されている。

さらに、本体ケーシング１４の側壁１４ｃ、１４ｄ（図１中の左右側）には、それぞれ本体ケーシング１４の内部を点検するための点検開口２８ａ、２８ｂが設けられており、当該点検開口２８ａ、２８ｂには、点検ハッチ１８を取り付けるための点検ハッチ用フランジ３０ａ、３０ｂが取り付けられている。したがって、点検開口２８ａ、２８ｂは外枠１４ａ１から若干側に飛び出した角筒状を呈する本体ケーシング１４の側壁１４ｃ、１４ｄに設けられることになる。

伝熱板１６は、本体ケーシング１４の内部空間１４ｅを低温側流体通流路３２と高温側流体通流路３４とに分割する板材であり、高温側流体通流路３４および前記低温側流体通流路３２に向けて交互に突き出しており、この突き出し部分が中空突出部３６で、その内部にその突き出し方向とは反対の面に開口する内側空間３７を備えている。

また、伝熱板１６の上端は、本体ケーシング１４の天面１４ａを構成する中桟１４ａ２の下面に、その下端は、本体ケーシング１４の底面１４ｂに、それぞれ溶接等の手段によって接続されているとともに、伝熱板１６の幅Ｗ（図１（ｂ）を参照）は、本体ケーシング１４の内幅と等しく形成されており、伝熱板１６の幅方向端と本体ケーシング１４の幅方向内面とが溶接等に手段で接続されることにより、低温側流体通流路３２と高温側流体通流路３４とを完全に分割して熱交換器１０内で低温側流体Ｌと高温側流体Ｈとが混じり合わないようになっている。

なお、本実施例では、図示したように、伝熱板１６を折り曲げるようにして内側空間３７を有する中空突出部３６を形成しているが、フラットな板材にスリットを設け（当該スリットが開口になる）、板状部材を曲成して一端面に開口し内側空間を有する別パーツで形成された筒状の中空突出部３６の開口部分をスリットに合わせて接合することによって伝熱板１６を構成してもよい。折り曲げ形状は図にしたように内側空間３７の開口側と奥部とが同じ幅にしてもよいし、図示していないが開口側を広く奥部に向かって縦開口幅を次第に狭くするようにしても良い。

点検ハッチ１８ａ、１８ｂは、図３に示すように、矩形の板材であり、本体ケーシング１４の点検ハッチ用フランジ３０ａ、３０ｂの大きさに合わせて形成されている。本実施例において、点検ハッチ１８ａ、１８ｂは、それぞれその内側面に断熱材４４が取り付けられており、パッキンを介して点検ハッチ用フランジ３０ａ、３０ｂに対してボルトで留められるようになっているが、気密性を確保しつつ着脱が容易であれば他の方法で留めるようにしてもよい。

断熱材４４は、低温側流体通流路３２あるいは高温側流体通流路３４の熱が直接点検ハッチ１８に伝わることによって点検ハッチ１８が加熱されることに起因する火傷（特に高温側流体通流路３４に装着する場合）を防止するためのものである。この断熱材４４は、それぞれ厚さの異なる直方体状の断熱ボード４４ａ、４４ｂを２枚積層して構成されている。また、これらの断熱ボード４４ａ、４４ｂには、整流板４２の端部を挿入できる大きさの幅狭溝が設けられており、断熱性能が高く耐火性能の低い断熱ボード４４ａを点検ハッチ１８側に設け、断熱性能は劣るものの耐火性能の高い断熱ボード４４ｂをそれに重ねるようにして取り付けた後、断面がＬ字状に形成された断熱ボード押さえ４４ｃの一端を点検ハッチ１８に固定することにより、点検ハッチ１８から不所望に外れないようになっている。

そして点検ハッチ１８ａ、１８ｂを点検ハッチ用フランジ３０ａ、３０ｂ装着した時、点検開口２８ａ、２８ｂ内の点検ハッチ１８の断熱材４４と、これに対向する伝熱板１６の中空突出部３６の先端との間には所定の距離の隙間３８が形成されており、当該隙間３８を低温側流体Ｌや高温側流体Ｈが通流することになる。

また、断熱材４４の断面形状は点検ハッチ用フランジ３０の内側断面形状（即ち、点検開口２８ａ、２８ｂ）とほぼ一致するように形成されており、かつ、断熱材４４の厚さｄ１は筒状の点検開口２８ａ、２８ｂの奥行きｄ２とほぼ同一に形成されており、断熱材４４が点検開口２８ａ、２８ｂの内側にぴったりと嵌り込むようになっている。なお、断熱材４４は点検開口２８ａ、２８ｂの形状に応じた形状であればよく、また、１枚あるいは３枚以上の断熱ボードで構成してもよい。

整流板４２は矩形の板材であって、本実施例の場合はその一端が断熱ボード４４ａ、４４ｂに形成された整流板４２の端部挿入用の幅狭溝に差し込まれており、点検ハッチ１８ａ、１８ｂの内側面にそれぞれ溶接等の手段で固定されている。そして、本体ケーシング１４の側壁１４ｃ、１４ｄに設けられた点検開口２８ａ、２８ｂを通って伝熱板１６における中空突出部３６の内側空間３７にそれぞれ挿入されている。また、整流板４２の上面には、整流板４２の曲げ強度を高めるための補強リブ４６が点検ハッチ１８との接合位置から整流板４２の先端にかけて３本ずつ設けられている。

点検ハッチ１８に対する整流板４２の固定位置について詳述すると、低温側流体通流路３２側の整流板４２（つまり、図１中における左側の整流板４２）は、図中右側の高温側流体通流路３４に突き出した中空突出部３６の内側空間３７に挿入されており、また、高温側流体通流路３４側の整流板４２（図１中における右側の整流板４２）は、図中左側の低温側流体通流路３２に突き出した中空突出部３６の内側空間３７に挿入されている。この時、内側空間３７の奥部と整流板４２の挿入側先端との間に隙間が形成されており、内側空間３７内にて整流板４２を境にその上下両面に沿うように蛇行流路が形成される事になる。

また、図１（ｂ）に示すように、本体ケーシング１４における、整流板４２の両側端が摺接する側壁１４ｆ、１４ｇの内側面には、整流板４２を内側空間３７内に挿入したときの位置を規定するためのガイド用角棒が整流板受け部材４７として取り付けられており、この整流板受け部材４７と上述した補強リブ４６とによって、内側空間３７内に挿入された整流板４２の先端部が不所望に下方に撓むことを防止することができる。

なお、本実施例では、整流板４２を点検ハッチ１８に固定することによって一体化させているが、もちろん、整流板４２と点検ハッチ１８とを別々に形成してもよい。この場合、熱交換器１０内の清掃やメンテナンスの際には、先ず点検ハッチ１８を点検ハッチ用フランジ３０ａ、３０ｂから取り外した後、整流板４２を点検開口２８ａ、２８ｂから引き抜いて取り外すことになる。

このような熱交換器１０の適用例としての排ガス除害装置１２は、半導体製造装置（図示せず）からのデポジットガスやクリーニングガス等の、人体に有害なシラン（ＳｉＨ₄）や、地球温暖化の原因ガスであるパーフルオロメタン（ＣＦ₄）等のハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを熱分解処理するためのものであり、図４に示すように、大略、上記実施例に係る熱交換器１０、反応炉６０、水タンク６２、入口スクラバー６４、出口スクラバー６６、および排気ファン６７などで構成されている。

反応炉６０は、ハウジング６８と、加熱手段７０としての電気ヒータ７０で構成されている。

ハウジング６８は、耐火材や耐熱耐腐食鋼材およびこれらを組み合わせて形成された有蓋角筒状体であり（熱交換器１０の形状は、反応炉６０のハウジング６８の形状に応じて決められる。したがって、例えば、反応炉６０のハウジング６８が有蓋円筒状体であれば、熱交換器１０も円筒状体となる。）、その内部は仕切壁７４によって左右２つの空間６８ａ、６８ｂに仕切られている。また、仕切壁７４の上端とハウジング６８の内側天面６８ｃとの間に隙間が設けられていることから、左右２つの空間６８ａ、６８ｂはそれらの上部で互いに連通している。

また、この仕切壁７４の下端は、ハウジング６８の内側下端まで延びており、反応炉６０の下端を熱交換器１０の上面に載置したときに、熱交換器１０における本体ケーシング１４の天面１４ａを構成する中桟１４ａ２の上面に当接する位置に配設されている。

したがって、反応炉６０を熱交換器１０に載置したとき、熱交換器１０の低温側流体通流路３２と反応炉６０の図中左側の空間６８ａとが連通し、同様に熱交換器１０の高温側流体通流路３４と反応炉６０の図中右側の空間６８ｂとが連通することになる。

電熱ヒータ７０は、ハウジング６８の天面６８ｃからその内部空間６８ａ、６８ｂに挿設された、同内部空間６８ａ、６８ｂを処理対象ガスＦが熱分解可能な温度まで昇温させるためのヒータである。本実施例では４セットの電熱ヒータ７０が使用されているが、電熱ヒータ７０の数（および容量）はこれに限られるものではなく、処理対象ガスＦの処理量や内部空間６８ａ、６８ｂの設定温度（＝処理対象ガスＦの熱分解可能温度＋α）に応じて適宜設定される。また、加熱手段７０は電熱ヒータに限られるものではなく、燃料燃焼式バーナや大気圧プラズマを用いてもよい。

なお、反応炉６０のハウジング６８は、熱ロスの回避および火傷防止の観点から、所定の厚さの保温材７２で覆われている。

また、処理対象ガスＦが難熱分解性ガスを含んでいることから内部空間６８ａ、６８ｂの設定温度を高く設定する必要があり、熱分解の処理対象ガスＦをそのままで熱交換器１０に導入すると伝熱板１６等が熱による損傷を受けるおそれがある場合には、図５に示すように、反応炉６０の出口に、内部空間６８ｂを上下に区切るバッフル１５０を設けることにより、当該バッフル１５０によって区切られた内部空間６８ｂの下側を処理対象ガス冷却空間６８ｄとするとともに、当該処理対象ガス冷却空間６８ｄに外部からの空気Ａを導入する外部空気導入配管１５２を接続してもよい。バッフル１５０の中心部には、通流孔１５０ａが設けられており、処理対象ガスＦは、当該通流孔１５０ａを通って、内部空間６８ｂから処理対象ガス冷却空間６８ｄに移動できるようになっている。

このようにすれば、熱分解後の処理対象ガスＦに処理対象ガス冷却空間６８ｄで空気Ａを混入して温度を低下させたうえで熱交換器１０に導入することができるので、処理対象ガスＦの高熱による伝熱板１６等の損傷を回避することができる。

さらに言えば、バッフル１５０の図５中左側部分１５０ｂ（すなわち、反応炉６０のハウジング６８から延びる部分とは反対の部分）を、図５（ｂ）に示すように、ハウジング６８側に延ばすようにするのが好適である。このようにすれば、内部空間６８ｂから通流孔１５０ａを通過して処理対象ガス冷却空間６８ｄに流入する処理対象ガスＦが反応炉６０のハウジング６８側に一旦蛇行してから熱交換器１０の高温側流体通流路３４に向かうことから、外部空気導入配管１５２を通じてハウジング６８側壁から処理対象ガス冷却空間６８ｄに導入される空気Ａと、熱分解済みで高温の処理対象ガスＦとの混合を積極的に行うことができ、高温の処理対象ガスＦが直接熱交換器１０の伝熱板１６や整流板４２に接触して損傷を与える可能性を低減することができるからである。

水タンク６２は（図４）、入口スクラバー６４や出口スクラバー６６で噴射された水（あるいは薬液）、および処理対象ガスＦを熱分解したときに生成される水を回収し、再び利用するために貯留する内部空間を有する直方体状体であり、その天面６２ａには、入口スクラバー６４を接続するための入口スクラバー接続孔７６、熱交換器１０内の低温側流体通流路３２と水タンク６２の内部空間とを連通するための低温側流体導入配管２０が接続される低温側流体導入配管接続孔８０、熱交換器１０内の高温側流体通流路３４と水タンク６２の内部空間とを連通するための高温側流体排出配管２４が接続される高温側流体排出配管接続孔８４、および出口スクラバー６６を接続するための出口スクラバー接続孔８６が設けられている。

また、水タンク６２の内部空間は、低温側流体導入配管接続孔８０と高温側流体排出配管接続孔８４との間で天面６２ａから底面６２ｂに向けて延びる仕切板８８によって低温側空間６２ｃ（図中左側の空間）と高温側空間６２ｄ（図中右側の空間）とに分けられており、この仕切板８８の下端は、水タンク６２に貯留された水中に没しており、かつ、仕切板８８の下端と底面６２ｂとの間には隙間が設けられている。これにより、水タンク６２の内部において、熱交換器１０および反応炉６０に導入される前の処理対象ガスＦ（＝低温側流体Ｌ）と、反応炉６０で処理された後、熱交換器１０から排出された処理対象ガスＦ（＝高温側流体Ｈ）とが混ざり合うのを回避しつつ、水タンク６２内に貯留された水は仕切板８８で仕切られた両空間６２ｃ、６２ｄを自由に行き来することができる。

また、水タンク６２には、貯留した水を入口スクラバー６４や出口スクラバー６６に供給して噴射するための水循環ポンプ９０、貯留した水を外部へ排出するための排水ポンプ９１（図示していないが、排水ポンプ９１の代わりのオーバーフロー）、および水供給配管９２、さらには外部から市水Ｗを受け入れるための市水給水配管９４が設けられている。

本実施例では、出口スクラバー６６に向かう水供給配管９２に市水給水配管９４が接続されており、さらに、当該接続位置Ｐ１よりも上流側の水供給配管９２には逆流防止用のチェック弁９２ａが取り付けられているとともに、市水給水配管９４はバルブ９４ａが取り付けられている。これにより、バルブ９４ａを閉じて市水Ｗの供給を停止すると、水タンク６２からの水がチェック弁９２ａを介して出口スクラバー６６に供給され、バルブ９４ａを開けることによって市水Ｗを出口スクラバー６６に供給できるので、出口スクラバー６６に水タンク６２からの水あるいは市水Ｗを選択的に供給することができる。

入口スクラバー６４は、処理対象ガスＦ中に粉塵や水溶性ガスが含まれている場合に用いられる装置であり（換言すれば、処理対象ガスＦ中に粉塵や水溶性ガスがほとんど含まれていない場合には、入口スクラバー６４を設ける必要はない。）、円筒状（もちろん、角筒状等の他の形状でもよい。）の入口スクラバー本体９６と、入口スクラバー本体９６の内部に配設され、水供給配管９２が接続された水噴射ノズル９８と、一端が図示しない半導体製造装置に接続され、他端が入口スクラバー本体９６の天面に接続された処理対象ガス導入ダクト１００と、一端が入口スクラバー本体９６の底面に接続され、他端が水タンク６２の入口スクラバー接続孔７６に接続されたダクト１０２とを備えている。なお、噴射水と処理対象ガスＦとの気液接触効率を向上させるため、入口スクラバー本体９６内下部に充填材Ｊを充填してもよい。

出口スクラバー６６は、熱処理後の処理対象ガスＦ中に含まれる粉塵や水溶性ガスを除去するための装置であり、その底面が水タンク６２の出口スクラバー接続孔８６に接続された円筒状（もちろん、角筒状等の他の形状でもよい。）の出口スクラバー本体１０４と、出口スクラバー本体１０４の内部に配設され、水供給配管９２が接続された水噴射ノズル１０６と、一端が出口スクラバー本体１０４の天面に接続され、他端が排気ファン６７に接続された処理対象ガス排出ダクト１１０とを備えている。

排気ファン６７は、排ガス除害装置１２の内部を負圧に維持するとともに、出口スクラバー６６から排出された処理対象ガスＦを所定の排気先へ排出する送風機であり、ターボファンや軸流ファンといった任意の形式の送風機を使用することができる。

このような排ガス除害装置１２を用いてシラン（ＳｉＨ₄）を含む処理対象ガスＦを除害する手順について、特に熱交換器１０における作用効果を中心に説明する。

まず、排気ファン６７を稼働させて排ガス除害装置１２内部を負圧にするとともに、電熱ヒータ７０を稼働させて反応炉６０の内部を昇温させ、さらに水循環ポンプ９０を稼働させて水タンク６２内に貯留された水を入口スクラバー６４の水噴射ノズル９８および出口スクラバー６６の水噴射ノズル１０６から噴射させる（もちろん、市水Ｗを出口スクラバー６６の水噴射ノズル１０６から噴射させてもよい。）。

反応炉６０の内部温度が所定の温度（＝処理対象ガスＦの熱分解可能温度＋α）に達したことを確認した後、半導体製造装置から処理対象ガス導入ダクト１００を介して、処理対象ガスＦを入口スクラバー６４に導入する。

入口スクラバー６４に導入された処理対象ガスＦは水噴射ノズル９８からの噴射水を受け、処理対象ガスＦ中の粉塵や水溶性ガスが当該噴射水によって除去される。

入口スクラバー６４を通過した処理対象ガスＦはダクト１０２を通って水タンク６２の低温側空間６２ｃに導入され、水タンク６２内の水面と天面６２ａとの間を通流した後、低温側流体導入配管接続孔８０から低温側流体導入配管２０に入り熱交換器１０の低温側流体通流路３２に導入される。

低温側流体通流路３２を通流する処理対象ガスＦは、伝熱板１６に沿って蛇行しつつ、伝熱板１６を介して高温側流体通流路３４を通流する処理対象ガスＦからの熱を受けて昇温し（ただし、この段階では、処理対象ガスＦの熱分解温度までは昇温できない。）、熱交換器１０から反応炉６０の内部空間６８ａに導入される。内部空間６８ａは十分広く高さ方向も十分高いので、内部空間６８ａに導入された処理対象ガスＦは内部空間６８ａ内に十分拡散して反応炉６０の天面６８ｃ下に形成される燃焼分解処理空間に入る。

上記のように反応炉６０の内部空間６８ａに導入された処理対象ガスＦは、反応炉６０内を図中上方に通流しつつ燃焼分解処理空間において電熱ヒータ７０からの熱を受けて熱分解温度に達した後、熱分解されつつ仕切壁７４の上方で反転して内部空間６８ｂに入り、今度は反応炉６０内を図中下方に通流して熱交換器１０の高温側流体通流路３４に導入されるまでに熱分解が完了している。

このとき、前述のように処理対象ガスＦの流路は断面積の小さな低温側流体通流路３２から断面積の大きな内部空間６８ａの下部に流入して急拡大することから、処理対象ガスＦは内部空間６８ａにおいて急速に拡散し、さらに、電熱ヒータ７０が反応炉６０におけるハウジング６８の天面６８ｃから内部に挿設されていることにより、内部空間６８ａの下部に流入した処理対象ガスＦが電熱ヒータ７０の周囲の高温領域に到達するまでにある程度の時間を要することと相俟って、当該高温領域に到達したときの処理対象ガスＦは十分に拡散され均一化した状態で熱分解されることとなる。このため、濃度ムラに起因して一部の処理対象ガスＦが未分解のままで高温領域を通過する可能性を低減することができる。

さらに言えば、反応炉６０内の仕切壁７４の上端位置を電熱ヒータ７０の下端位置よりも上側に設定すること（つまり、仕切壁７４の上端位置を電熱ヒータ７０の周囲の高温領域内に設定すること）が好適である。これにより、処理対象ガスＦが仕切壁７４の上端面に沿って通流した場合であっても必ず高温領域を通過させることができるので、未分解の処理対象ガスＦが生じる可能性を極小化することができるからである。

熱交換器１０の高温側流体通流路３４に導入された処理対象ガスＦは、伝熱板１６を介して低温側流体通流路３２を通流する処理対象ガスＦに熱を奪われることによって温度低下した後、熱交換器１０から高温側流体排出ダクト２６および高温側流体排出配管２４を通って水タンク６２の高温側空間６２ｄに導入される。

水タンク６２の高温側空間６２ｄに導入された処理対象ガスＦは、水タンク６２内の水面と天面６２ａとの間を通流した後、出口スクラバー接続孔８６から出口スクラバー６６内に導入され、出口スクラバー６６で水噴射を受けることによって熱分解で生成された粉塵や水溶性ガスが除去される。そして、出口スクラバー６６から出た処理対象ガスＦは、排気ファン６７を介して所定の排出先へ排出される。

とりわけ、反応炉６０でシランを熱分解したとき、シランは処理対象ガスＦ中の酸素と下式のように反応し、ＳｉＯ₂（粉塵）が生成される。
ＳｉＨ₄＋２Ｏ₂→ＳｉＯ₂（粉塵）＋２Ｈ₂Ｏ

このように反応炉６０で生成された粉塵は、熱処理済みの処理対象ガスＦとともに熱交換器１０の高温側流体通流路３４に導入され、処理対象ガスＦが当該高温側流体通流路３４に沿って蛇行する際に伝熱板１６の中空突出部３６付近で流れの方向が反転したときに遠心力によって処理対象ガスＦから分離し、流路３４内に堆積していく。

高温側流体通流路３４への粉塵の堆積が進み、当該流路３４の断面積が減少していくと、処理対象ガスＦが流路３４を通流する際の圧力損失が大きくなることから流量が減少して伝熱効率が低下するとともに、排気ファン６７の負担が大きくなる。

このとき、本実施例の熱交換器１０では、高温側流体通流路３４に面した点検ハッチ１８を取り外すことにより、蛇行した高温側流体通流路３４を構成する複数の整流板４２を取り外して高温側流体通流路３４の断面積を一時的に拡大させることができる。このように流路３４の断面積を拡大させることにより、伝熱板１６の中空突出部３６内に溜まった粉塵の除去作業や伝熱板１６の損傷あるいは腐食具合等の点検作業を容易に行うことができる。もちろん、低温側流体通流路３２内の清掃や点検作業も、低温側流体通流路３２に面した点検ハッチ用フランジ３０ａに嵌め込まれた点検ハッチ１８を抜き出すことによって容易に行うことができる。

また、点検ハッチ１８の断熱材４４は、点検ハッチ用フランジ３０の内側にぴったりと嵌り込むように形成されているので、流路３２、３４に粉塵が堆積したとしても当該堆積位置は点検ハッチ用フランジ３０の外側端から十分に離間した位置となる。このため、清掃・点検のために点検ハッチ１８を取り外す際、内部に堆積した粉塵が不所望に流れ出るのを回避することができる。

なお、上述の排ガス除害装置１２は、入口スクラバー６４、水タンク６２、および出口スクラバー６６を備えた湿式除害装置を例にして説明したが、これらに代えて濾過式集塵器を用いた乾式除害装置にも熱交換器１０を適用することができる。

さらに、本実施例では、熱交換器１０を半導体製造装置からの処理対象ガスＦを除害するための排ガス除害装置１２に適用する例について説明したが、当該熱交換器１０はこれに限られず、粉塵を多く含む高温側流体Ｈおよび低温側流体Ｌ間の熱交換が求められるような装置であれば他の装置にも適用することができる。

１０…熱交換器
１２…排ガス除害装置
１４…本体ケーシング
１６…伝熱板
１８…点検ハッチ
２０…低温側流体導入配管
２２…低温側流体導入ダクト
２４…高温側流体排出配管
２６…高温側流体排出ダクト
２８ａ、２８ｂ…点検開口
３０…点検ハッチ用フランジ
３２…低温側流体通流路
３４…高温側流体通流路
３６…中空突出部
３７…内側空間
３８…隙間
４２…整流板
４４…断熱材
４６…補強リブ
４７…整流板受け部材
６０…反応炉
６２…水タンク
６４…入口スクラバー
６６…出口スクラバー
６７…排気ファン
６８…ハウジング
７０…加熱手段（電熱ヒータ）
７２…保温材
７４…仕切壁
７６…入口スクラバー接続孔
８０…低温側流体導入配管接続孔
８４…高温側流体排出配管接続孔
８６…出口スクラバー接続孔
８８…仕切板
９０…水循環ポンプ
９１…排水ポンプ
９２…水供給配管
９２ａ…チェック弁
９４…市水給水配管
９６…入口スクラバー本体
９８…水噴射ノズル
１００…処理対象ガス導入ダクト
１０２…ダクト
１０４…出口スクラバー本体
１０６…水噴射ノズル
１１０…処理対象ガス排出ダクト
１５０…バッフル
１５２…外部空気導入配管

Claims (3)

1. 筒状の本体ケーシングと、
   前記本体ケーシングの内部空間を高温側流体通流路および低温側流体通流路に分割するとともに、前記高温側流体通流路および前記低温側流体通流路内にそれぞれ突き出しており、内部にその突き出し方向とは反対面に開口する内側空間を有する中空突出部を備える伝熱板と、
   前記本体ケーシングの側壁における、前記中空突出部の前記内側空間に対応する位置に設けられた点検開口、および前記点検開口をそれぞれ開閉する点検ハッチと、
   前記点検ハッチから前記中空突出部の前記内側空間に至り、前記点検開口からそれぞれ挿脱可能に設けられた複数の整流板とを備えていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記整流板は、前記点検ハッチの内側面に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 天面を有し、底面が開口した筒状のハウジング、
   前記ハウジングの内部を天面側で互いに連通された２つの空間に仕切る仕切壁、及び
   前記ハウジング内における天面側の温度を、処理対象ガスが熱分解される温度に加温する加熱手段を備える反応炉と、
   前記ハウジングの底面に接続されており、前記低温側流体通流路が前記ハウジング内の一方の空間に連通されているとともに、前記高温側流体通流路が前記ハウジング内の他方の空間に連通された、請求項１または２に記載の熱交換器１０とを備えていることを特徴とする排ガス除害装置。
   

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