JP2015094511A

JP2015094511A - 燃焼除害装置

Info

Publication number: JP2015094511A
Application number: JP2013233844A
Authority: JP
Inventors: 悟石塚; Satoru Ishizuka; 隆折田; Takashi Orita; 和信渋谷; Kazunobu Shibuya; 信昭渡邊; Nobuaki Watanabe; 祐輔大石; Yusuke Oishi
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2013-11-12
Publication date: 2015-05-18

Abstract

【課題】不活性ガスで希釈された排ガス中の有害成分を効率よく除害処理できるとともに、有害成分と反応させるための酸素の供給も効果的に行うことができる燃焼除害装置を提供する。【解決手段】燃焼火炎で有害成分の除害処理を行う円筒状の燃焼室１１と、燃焼室の上流側中央部に設けられた排ガス導入部１２と、燃焼室の周壁外周を囲むリング状の燃焼用ガス導入室２２と、燃焼室の周壁を貫通した燃焼用ガス導入部２４と、燃焼用ガス導入室に燃焼用ガスを導入する燃焼用ガス導入経路２３とを備え、排ガス導入部は、燃焼室の内径より小さな内径の開口から燃焼室の軸線方向に排ガスを導入し、燃焼用ガス導入部は、燃焼室軸線方向に長いスリットから燃焼室の内周面の接線方向に向けて燃焼用ガスを導入し、燃焼用ガス導入室内には、燃焼用ガス導入経路と隣接する燃焼用ガス導入部との間に燃焼用ガス導入室を仕切る仕切板を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼除害装置に関し、詳しくは、半導体や液晶などの電子部品を製造する半導体製造工程から排気される排ガス中に含まれる燃焼爆発危険性や毒性危険性を有する成分、環境影響の大きい成分などの有害成分を燃焼火炎中で除害処理する燃焼除害装置に関する。

電子部品製造に使用されるガスをはじめとして、各種工業分野、医療分野で用いられるガスには、燃焼爆発危険性や毒性危険性を有するガス、環境影響の大きいガスなどが使用されており、また、各種ガスを使用中に反応したり、分解したりして発生する物質においても、燃焼爆発危険性や毒性危険性などを有することがあるため、これらのガスを使用する工程から排気される排ガスを大気に放出する前に、各種有害成分の除害処理を行う必要がある。排ガス中の有害成分を除害処理する手段とし、従来から、燃焼火炎中に排ガスを導入し、高温で反応させたり、分解させたりすることによって有害成分を除去することが行われている。近年は、燃焼火炎中に排ガスを導入して有害成分を除害処理する際に、燃焼火炎を燃焼筒内周面の接線方向に噴出させ、管状火炎を形成する方式が注目されている（例えば、特許文献１，２参照。）。また、バーナとして、ガスの流れ方向に、小径部、テーパ部、大径部を形成するとともに、小径部に燃料と酸素含有ガスとを供給し、大径部に、接線方向に温度調整ガスを吹き込む構造を有する管状火炎バーナが知られている（例えば、特許文献３参照。）。

特許第３３５８５２７号公報特許第４２９２９２６号公報特開２０１３−７９７３４号公報

しかし、半導体製造工程から排気される排ガスは、装置から真空ポンプで吸引して抜き出されることが多いため、真空ポンプの軸シールに用いている窒素ガスなどの不活性ガスが排ガス中に混入したり、さらに、有害成分によっては、取り扱いや配管経路の安全性を確保するため、排ガスを不活性ガスで希釈することが多く行われている。このため、燃焼火炎中に導入される排ガス中の有害成分濃度が、不活性ガスで希釈されて低濃度になっているだけでなく、有害成分に対する全体のガス量が多いことから、火炎の安定性が失われることがあった。また、有害成分の種類によっては、火炎を形成するための酸素に加えて、有害成分と反応させるための酸素を必要とすることがあった。さらに、前記管状火炎バーナは、小径の燃焼室では燃料と酸素含有ガスとを混合して燃焼させる際の燃焼性を確保し、大径部では希釈ガスを混合してバーナ先端から吐出される火炎（熱風）の温度調整を行うことを目的としているため、有害成分を除害処理する燃焼除害装置用の燃焼処理部としてそのまま使用することはできない。

そこで本発明は、不活性ガスで希釈された排ガス中の有害成分を効率よく除害処理できるとともに、有害成分と反応させるための酸素の供給も効果的に行うことができる燃焼除害装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の燃焼除害装置は、ガス中に含まれる有害成分を燃焼火炎中で除害処理する燃焼除害装置において、燃料と酸素含有ガスとを混合した燃焼用ガスを燃焼させた火炎で前記有害成分の除害処理を行う円筒状の燃焼室と、該燃焼室の上流側中央部に設けられた排ガス導入部と、前記燃焼室の周壁外周を囲むリング状の燃焼用ガス導入室と、前記燃焼室の周壁を貫通して燃焼用ガス導入室と燃焼室とを連通する燃焼用ガス導入部と、前記燃焼用ガス導入室内に前記燃焼用ガスを導入する燃焼用ガス導入経路とを備え、前記排ガス導入部は、前記燃焼室の内径より小さな内径の開口から前記燃焼室の軸線方向に前記排ガスを導入し、前記燃焼用ガス導入部は、燃焼室軸線方向に長いスリットから前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて燃焼用ガスを導入し、前記燃焼用ガス導入室内には、前記燃焼用ガス導入経路と該燃焼用ガス導入経路に隣接する前記燃焼用ガス導入部との間に、該燃焼用ガス導入室を仕切る仕切板が設けられていることを特徴としている。

さらに、本発明の燃焼除害装置は、前記燃焼用ガス導入部の燃焼用ガス導入室側に、前記燃焼用ガス導入室内の燃焼用ガスの流れ方向上流側に向かって延出した燃焼用ガスガイド部材を設けたことを特徴としている。

また、前記燃焼室の下流側に円筒状の後処理筒を連設し、該後処理筒は、前記燃焼室の軸線と同一直線状に軸線を有するとともに、前記燃焼室の内径より大きな内径を有する内筒と該内筒の外周を覆う外筒との二重構造で形成され、前記外筒は、該外筒と前記内筒との間に形成された空気導入室内に空気を導入する空気導入経路を備えるとともに、前記内筒は、前記空気導入室に導入された空気を内筒内に噴出する空気噴出部を備えていることを特徴としている。

さらに、前記燃焼室を、前記排ガス導入部を設けた上流側の第１燃焼室と、第１燃焼室の内径より大きな内径を有する下流側の第２燃焼室とで形成し、前記第１燃焼室には前記燃焼用ガス導入部を設けるとともに、前記第２燃焼室には、前記燃焼用ガス導入部の燃焼用ガス導入方向と同じ方向で、第２燃焼室周壁の内周面の接線方向に酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部を設けたことを特徴としている。

本発明の燃焼除害装置によれば、排ガスの流れの周囲を包むような管状火炎を確実に形成することができ、管状火炎によって排ガスを効果的に加熱して有害成分を効率よく除害処理することができる。また、燃焼室の周壁外周を囲む燃焼用ガス導入室を介して燃焼用ガス導入部から燃焼用ガスを燃焼室内に導入することにより、簡単な構造で各燃焼用ガス導入部から燃焼用ガスを燃焼室内に均等に導入することができる。さらに、燃焼用ガスガイド部材を設けることにより、燃焼室の周壁の肉厚を薄くしても、燃焼用ガスを燃焼室の内周面の接線方向に向けて導入することができる。また、燃焼室の下流側に後処理筒を連設することにより、除害処理で生成した固形物（粉末など）が除害装置内部に付着することを防止しながら燃焼後のガスを効率よく冷却できる。さらに、燃焼室を上流側の第１燃焼室と下流側の第２燃焼室とで形成し、第２燃焼室に酸素含有ガスを導入することにより、排ガス中に含まれる可燃性有害成分を燃焼させて除害することができる。

本発明の燃焼除害装置の一形態例を示す概略断面図である。燃焼用ガス導入室の一形態例を示す概略断面図である。ガスガイド部材の一形態例を示す概略断面図である。

図１に示す燃焼除害装置は、ガス流れ方向上流側の第１燃焼室２１及び該第１燃焼室２１の下流側に連設した第２燃焼室３１を有する円筒状の燃焼室１１と、該燃焼室１１の下流側に連設した円筒状の後処理筒４１とを同一軸線上に備えている。

第１燃焼室２１の上流側中央部には、処理対象となる排ガスを燃焼室１１内に導入する排ガス導入部１２が同一軸線上に設けられており、第１燃焼室２１の外周には、第１燃焼室２１の周壁外周を囲むリング状の燃焼用ガス導入室２２が設けられ、該燃焼用ガス導入室２２には、燃料と酸素含有ガスとを所定割合で混合した燃焼用ガスを燃焼用ガス導入室２２内に導入する燃焼用ガス導入経路２３が設けられている。

図２に示すように、第１燃焼室２１の周壁には、該周壁を貫通して燃焼用ガス導入室２２と第１燃焼室２１とを連通する複数の燃焼用ガス導入部２４，２４ａが周方向に等間隔で設けられている。この燃焼用ガス導入部２４，２４ａは、第１燃焼室２１における周方向の寸法が小さく、軸線方向の寸法が大きな軸線方向に細長いスリット形状に形成されており、各燃焼用ガス導入部２４，２４ａから第１燃焼室２１に導入する燃焼用ガスを、第１燃焼室２１の周壁内面の接線方向にそれぞれ同一方向で導入するように形成されている。

さらに、燃焼用ガス導入室２２の内部には、前記燃焼用ガス導入経路２３と該燃焼用ガス導入経路２３に隣接する前記燃焼用ガス導入部２４ａとの間に、該燃焼用ガス導入室２２を仕切る仕切板２５が設けられている。本形態例では、燃焼用ガス導入経路２３から導入する燃焼用ガスの導入方向を、前記燃焼用ガス導入部２４，２４ａから第１燃焼室２１に導入する燃焼用ガスの導入方向と同じ方向になるように、燃焼用ガス導入室２２の接線方向から燃焼用ガス導入室２２内に燃焼用ガスを導入するように燃焼用ガス導入経路２３を設けているので、仕切板２５の位置は、燃焼用ガス導入経路２３から導入されて燃焼用ガス導入室２２内を旋回する燃焼用ガスが、燃焼用ガス導入経路２３から新たに導入される燃焼用ガスと混合しない位置に設定されている。したがって、燃焼用ガス導入経路２３から燃焼用ガス導入室２２内に導入された燃焼用ガスは、燃焼用ガス導入室２２内を周回することなく、全量が燃焼用ガス導入部２４，２４ａを通って第１燃焼室２１に導入されることになる。

このような燃焼用ガス導入室２２を設けることにより、各燃焼用ガス導入部２４，２４ａの流入側の圧力を均等にすることができ、各燃焼用ガス導入部２４，２４ａから第１燃焼室２１内に導入する流量を均一にすることができる。したがって、各燃焼用ガス導入部２４，２４ａの流入側のそれぞれに、流量調節手段や圧力調整手段をそれぞれ備えた導入経路を設ける場合に比べて装置コストを大幅に低減することができる。

排ガス導入部１２は、第１燃焼室２１の内径より小さな開口径を有しており、第１燃焼室２１の一端の排ガス導入部１２の周囲には、円盤状の段部２６が形成されるとともに、段部２６の内周には、排ガス導入部１２の開口径と同一の内径を有する第１ガスガイドリング２７が設けられている。この第１ガスガイドリング２７の先端２７ａの軸線方向の位置は、前記燃焼用ガス導入部２４，２４ａの上流側開口縁２４ｂと同一位置乃至上流側開口縁２４ｂより下流側に僅かに突出した位置になるように設定されている。

第２燃焼室３１は、第１燃焼室２１の内径より大きな内径を有しており、第２燃焼室３１の外周には、第２燃焼室３１の周壁外周を囲むリング状の酸素含有ガス導入室３２が設けられ、該酸素含有ガス導入室３２には、酸素含有ガスを酸素含有ガス導入室３２内に導入する酸素含有ガス導入経路３３が設けられている。前記第１燃焼室２１と同様に、第２燃焼室３１の周壁には、該周壁を貫通して酸素含有ガス導入室３２と第２燃焼室３１とを連通する複数の酸素含有ガス導入部３４が周方向に等間隔で設けられている。この酸素含有ガス導入部３４は、第２燃焼室３１における周方向の寸法が小さく、軸線方向の寸法が大きな軸線方向に細長いスリット形状に形成されており、各酸素含有ガス導入部３４から第２燃焼室３１に導入する酸素含有ガスを、第２燃焼室３１の周壁内面の接線方向にそれぞれ同一方向で導入するように形成されている。また、酸素含有ガス導入室３２の内部には、前記燃焼用ガス導入室２２と同様の仕切板（図示せず）が設けられている。

第２燃焼室３１の上流側の第１燃焼室２１の下流端の周囲には、円盤状の段部３５が形成されるとともに、段部３５の内周には、第１燃焼室２１の内径と同一の内径を有する第２ガスガイドリング３６が設けられている。この第２ガスガイドリング３６の先端３６ａの軸線方向の位置は、前記酸素含有ガス導入部３４の上流側開口縁３４ａと同一位置乃至上流側開口縁３４ａより下流側に僅かに突出した位置になるように設定されている。

後処理筒４１は、前記第２燃焼室３１の内径より大きな内径を有する内筒４２と、該内筒４２の外周を覆う外筒４３との二重構造で形成されており、内筒４２と外筒４３との間には、空気導入室４４が区画形成されている。外筒４３には、空気導入室４４に空気を導入する空気導入部４５が設けられており、内筒４２は、空気導入室４４内の空気を内筒４２の略全体から内筒４２内に噴出する多数の空気噴出部４６を備えている。

このように形成した燃焼除害装置は、燃焼用ガス導入部２４，２４ａから導入された燃焼用ガスが燃焼した火炎が、排ガス導入部１２から第１燃焼室２１内に導入された排ガスの周囲を、螺旋状に包み込んだ層流状態の管状火炎を形成することにより、排ガスを安定した状態で加熱することができ、排ガス中に含まれている有害成分を効果的に加熱して熱分解することができる。そして、第１燃焼室２１の内径より大きな内径を有する第２燃焼室３１の酸素含有ガス導入部３４から噴出した酸素含有ガスは、第１燃焼室２１から第２燃焼室３１に流れ込んだ管状火炎の外周を螺旋状に周回する状態になるので、管状火炎の燃焼状態を乱すことなく、酸素含有ガス中の酸素を、管状火炎内を流れる排ガス中に導入することができ、高温に加熱されている燃焼性の有害成分と酸素とを反応させることができる。

したがって、燃焼には全く寄与しない不活性ガスで希釈された排ガス中に含まれる有害成分を、第１燃焼室２１で形成した管状火炎によって効率よく熱分解して除害処理できるとともに、燃焼性を有する有害成分量が多い場合でも、第２燃焼室３１に導入される酸素含有ガス中の酸素によって有害成分を酸化、燃焼させて効率よく除害処理することができる。また、除害処理で固形物が発生しても、酸素含有ガス導入部３４からの酸素含有ガスが第２燃焼室３１の内周面に沿って流れているため、第２燃焼室３１の内周面への固形物の付着を抑制することができる。

さらに、排ガス導入部１２の下流端に設けた第１ガスガイドリング２７の先端２７ａを第１燃焼室２１内に突出させておくことにより、導入される排ガスの流れを安定させて第１燃焼室２１内に拡がることを抑えることができ、第１燃焼室２１内でより確実に管状火炎を形成することができる。同様に、第１燃焼室２１の下流端に設けた第２ガスガイドリング３６の先端３６ａを第２燃焼室３１内に突出させておくことにより、第１燃焼室２１からの管状火炎が第２燃焼室３１内で拡がって流れが乱れることを抑えながら、第２燃焼室３１内に導入される酸素含有ガスを管状火炎の外周に沿って螺旋状に流れる状態にすることができ、排ガスの加熱状態を保ちながら酸素含有ガス中の酸素を排ガス中に拡散させることができる。

そして、第１燃焼室２１の外周に燃焼用ガス導入室２２を設けることにより、簡単な構造で燃焼用ガス導入経路２３からの燃焼用ガスの導入状態を安定した状態にすることができ、第１燃焼室２１で排ガスを包み込む管状火炎を確実に形成することができ、また、第２燃焼室３１の外周に酸素含有ガス導入室３２を設けることにより、第１燃焼室２１から第２燃焼室３１に流入する管状火炎の状態を乱すことなく、管状火炎の外周に酸素含有ガスを安定した状態で導入することができる。

また、第１燃焼室２１及び第２燃焼室３１を有する燃焼室１１の下流側に後処理筒４１を設け、内筒４２の空気噴出部４６から空気を噴出することにより、後処理筒４１から排出される処理ガスの温度を適度に冷却することができるとともに、有害成分の除害処理で固形物が発生するような場合でも、内筒４２の内周面に固形物が付着することを抑制でき、固形物を含んだ状態の処理ガスを装置外に円滑に導出することができ、装置内への固形物の付着に起因する運転状態の変化を生じることがなくなる。

図３は、前記燃焼用ガス導入部２４の燃焼用ガス導入室２２側に、燃焼用ガス導入室２２内の燃焼用ガスの流れ方向（矢印Ａ）の上流側に向かって延出した燃焼用ガスガイド部材２８を設けた例を示している。すなわち、燃焼用ガス導入室２２の周壁の厚さに対して、燃焼用ガス導入部２４におけるスリットの幅が広くなると、図３に矢印Ｂで示すように、燃焼用ガス導入室２２内の燃焼用ガスがスリットの内面に沿って流れずにスリットの外側開口から内側開口に短絡した状態で流れ、第１燃焼室２１の周壁内面の接線方向に燃焼用ガスを導入できなくなるおそれがある。

そこで、燃焼用ガスガイド部材２８を設けることで、燃焼用ガスガイド部材２８によってスリットの外側開口から内側開口に短絡する流れを防止することができ、矢印Ｃに示すように、燃焼用ガス導入部２４から第１燃焼室２１に導入する燃焼用ガスの流れを、第１燃焼室２１の周壁内面の接線方向に向けることができ、第１燃焼室２１内で管状火炎を確実に形成することが可能となる。

さらに、燃焼用ガス導入室２２の周壁の厚さが薄くても、周壁の厚さに対応した適宜な形状の燃焼用ガスガイド部材２８を設ければよいため、燃焼用ガス導入室２２の周壁を薄く形成することができ、材料費の削減や加工性の向上などを図ることができる。また、第２燃焼室３１における酸素含有ガス導入部３４にも同様のガスガイド部材を設けることができる。

なお、前記形態例の燃焼除害装置では、有害成分を含む各種組成の排ガスに対応するため、燃焼室を第１燃焼室と第２燃焼室とで形成するとともに、燃焼室の下流に後処理筒を連設した構造としたが、排ガス中に含まれる有害成分の種類により、第２燃焼室や後処理筒を省略することができる。

１１…燃焼室、１２…排ガス導入部、２１…第１燃焼室、２２…燃焼用ガス導入室、２３…燃焼用ガス導入経路、２４，２４ａ…燃焼用ガス導入部、２４ｂ…上流側開口縁、２５…仕切板、２６…段部、２７…第１ガスガイドリング、２７ａ…先端、２８…燃焼用ガスガイド部材、３１…第２燃焼室、３２…酸素含有ガス導入室、３３…酸素含有ガス導入経路、３４…酸素含有ガス導入部、３４ａ…上流側開口縁、３５…段部、３６…第２ガスガイドリング、３６ａ…先端、４１…後処理筒、４２…内筒、４３…外筒、４４…空気導入室、４５…空気導入部、４６…空気噴出部

Claims

ガス中に含まれる有害成分を燃焼火炎中で除害処理する燃焼除害装置において、燃料と酸素含有ガスとを混合した燃焼用ガスを燃焼させた火炎で前記有害成分の除害処理を行う円筒状の燃焼室と、該燃焼室の上流側中央部に設けられた排ガス導入部と、前記燃焼室の周壁外周を囲むリング状の燃焼用ガス導入室と、前記燃焼室の周壁を貫通して燃焼用ガス導入室と燃焼室とを連通する燃焼用ガス導入部と、前記燃焼用ガス導入室内に前記燃焼用ガスを導入する燃焼用ガス導入経路とを備え、前記排ガス導入部は、前記燃焼室の内径より小さな内径の開口から前記燃焼室の軸線方向に前記排ガスを導入し、前記燃焼用ガス導入部は、燃焼室軸線方向に長いスリットから前記燃焼室の内周面の接線方向に向けて燃焼用ガスを導入し、前記燃焼用ガス導入室内には、前記燃焼用ガス導入経路と該燃焼用ガス導入経路に隣接する前記燃焼用ガス導入部との間に、該燃焼用ガス導入室を仕切る仕切板が設けられていることを特徴とする燃焼除害装置。
前記燃焼用ガス導入部の燃焼用ガス導入室側に、前記燃焼用ガス導入室内の燃焼用ガスの流れ方向上流側に向かって延出した燃焼用ガスガイド部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃焼除害装置。
前記燃焼室の下流側に円筒状の後処理筒を連設し、該後処理筒は、前記燃焼室の軸線と同一直線状に軸線を有するとともに、前記燃焼室の内径より大きな内径を有する内筒と該内筒の外周を覆う外筒との二重構造で形成され、前記外筒は、該外筒と前記内筒との間に形成された空気導入室内に空気を導入する空気導入経路を備えるとともに、前記内筒は、前記空気導入室に導入された空気を内筒内に噴出する空気噴出部を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の燃焼除害装置。
前記燃焼室を、前記排ガス導入部を設けた上流側の第１燃焼室と、第１燃焼室の内径より大きな内径を有する下流側の第２燃焼室とで形成し、前記第１燃焼室には前記燃焼用ガス導入部を設けるとともに、前記第２燃焼室には、前記燃焼用ガス導入部の燃焼用ガス導入方向と同じ方向で、第２燃焼室周壁の内周面の接線方向に酸素含有ガスを導入する酸素含有ガス導入部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の燃焼除害装置。