JP2017124345A

JP2017124345A - 排ガス除害装置

Info

Publication number: JP2017124345A
Application number: JP2016003365A
Authority: JP
Inventors: 今村　啓志; Keiji Imamura; 啓志今村
Original assignee: Kanken Techno Co Ltd
Current assignee: Kanken Techno Co Ltd
Priority date: 2016-01-12
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2017-07-20

Abstract

【課題】より少ない燃料消費で排ガス中のＰＦＣｓなどの難分解成分を効率よく加熱分解できる蓄熱式の排ガス除害装置を提供する。【解決手段】複数の蓄熱室(１８)と、上記蓄熱室(１８)の上端を連通すると共にその内部を加熱する加熱手段(２４)が設けられた燃焼室(２２)とで構成された熱分解炉(１２)、及び、排ガス供給ダクト(３０)を通じて供給される排ガス(Ｅ)を上記蓄熱室(１８)に対して一定時間間隔をおいて順次供給すると共に、上記排ガス(Ｅ)が供給されていない蓄熱室(１８)を通過して熱分解炉(１２)から排出される処理済みの排ガス(Ｅ)を処理ガス排気ダクト(３２)へと送給する排ガス給排機構１４を具備する。上記の蓄熱室(１８)には、その上部に配設された上記の蓄熱体(１６)とその下部に設けられた排ガス給排口(１９)との間に、上記排ガス(Ｅ)に対して洗浄水(Ｗ)を噴射するスプレーノズル(２０)が取り付けられる。【選択図】図１

Description

本発明は、主としてＰＦＣｓ(パーフルオロコンパウンド)などの難分解性排ガスの除害処理に好適な排ガス除害装置に関する。

より少ない燃料消費で排ガス中の有害物質を効率よく加熱分解処理(除害)することができる装置として、例えば下記の特許文献１に記載のような蓄熱式の排ガス除害装置が知られている。この蓄熱式の排ガス除害装置は、ハニカム状セラミックス製蓄熱体を有する蓄熱室を複数設け、その蓄熱室の一端を加熱手段を有する燃焼室に連通すると共に、他端を排ガス供給ダクトおよび処理ガス排気ダクトに開閉弁を介して連通し、排ガスの蓄熱室への供給と、前記燃焼室で有害成分を加熱分解した処理済みの排ガスの排気とを、前記開閉弁の駆動により前記各蓄熱室で順次切り換えながら実施する。

特開２００６−２５０３８４号公報

しかしながら、上記従来の蓄熱式排ガス除害装置には次のような問題がある。
すなわち、従来のこの種の除害装置は、主に、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のような比較的低温で処理ができ、副成物も酸化珪素の粉塵程度と言った排ガスの除害に用いられているが、ＰＦＣｓを主体とする半導体製造工程より排出される排ガスの除害処理には殆ど適用されていなかった。なぜなら、ＰＦＣｓを加熱分解した際に副成するフッ化水素（ＨＦ）は腐食性が非常に強いため、多量の排ガスを除害処理することで副成したフッ化水素ガスにより、処理済みの排ガスが通流する蓄熱室内部や配管系を腐食する虞があるからである。また、ＰＦＣｓ主体とした半導体排ガスは、除害装置に持ち込まれる粉塵の量が多い場合も有り、そのような場合には蓄熱体が目詰まりを起こし易くなるという問題も有った。

それゆえに、本発明の主たる課題は、より少ない燃料消費で排ガス中の有害成分、とりわけＰＦＣｓなどの難分解成分を効率よく加熱分解できる蓄熱式の排ガス除害装置を提供することである。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１及び図２に示すように、排ガス除害装置１０を次のように構成した。
蓄熱体１６を有する複数の蓄熱室１８と、上記蓄熱室１８の上端を連通すると共にその内部を加熱する加熱手段２４が設けられた燃焼室２２とで構成された熱分解炉１２、及び、排ガス供給ダクト３０を通じて供給される排ガスＥを上記蓄熱室１８に対して一定時間間隔をおいて順次供給すると共に、上記燃焼室２２で加熱分解された後、上記排ガスＥが供給されていない蓄熱室１８を通過して熱分解炉１２から排出される処理済みの排ガスＥを処理ガス排気ダクト３２へと送給する排ガス給排機構１４を具備する。
上記の蓄熱室１８には、その上部に配設された上記の蓄熱体１６とその下部に設けられた排ガス給排口１９との間に、上記排ガスＥに対して洗浄水Ｗを噴射するスプレーノズル２０が取り付けられる。

本発明は、例えば、次の作用を奏する。
蓄熱室１８の蓄熱体１６と排ガス給排口１９との間に、洗浄水Ｗを噴射するスプレーノズル２０が設けられているので、排ガス給排口１９を介して蓄熱室１８内へと供給される排ガスＥ及び燃焼室２２で加熱分解され排ガス給排口１９を介して蓄熱室１８から排出される排ガスＥは、共にスプレーノズル２０から噴射される洗浄水Ｗによって洗浄される。このため、粉塵を含んだ排ガスＥが蓄熱室１８へ導入された際には、洗浄水Ｗによって排ガスＥ中の粉塵が洗い流され、蓄熱体１６が目詰まりするのを著しく遅延させることができる。また、排ガスＥに含まれるＰＦＣｓの加熱分解によりフッ化水素が副成した場合には、排ガス給排口１９を通って蓄熱室１８から排出される前に、フッ化水素は洗浄水Ｗに吸着されフッ酸として洗浄水Ｗ中に回収されるので、（配管系である）排ガス給排機構１４の腐食を抑えることができる。

本発明には、上記各構成に加えて、例えば、図１及び２に示すように、前記蓄熱室１８の下端に前記スプレーノズル２０から噴射された洗浄水Ｗを集めて貯留する貯留槽３４を設けるのが好ましい。
この場合、貯留槽３４に蓄えられた洗浄水Ｗをスプレーノズル２０に戻して繰り返し再利用することができるようになる。

さらに、本発明は、後述する各実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。

本発明によれば、より少ない燃料消費で排ガス中の有害成分、とりわけＰＦＣｓなどの難分解成分を効率よく加熱分解できる蓄熱式の排ガス除害装置を提供することができる。

本発明における一実施形態の排ガス除害装置の概略を示す説明図である。図１の状態から排ガス給排機構を作動させて熱分解炉内での排ガスの通流方向を切り換えた状態を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図１及び図２によって説明する。
図１は、本発明の排ガス除害装置１０の概略を示すものである。この排ガス除害装置１０は、図示しない排出源より排出される排ガスＥを除害処理する装置であり、熱分解炉１２，排ガス給排機構１４で大略構成されている。
なお、この排ガス除害装置１０は、処理対象となる排ガスＥの種類を限定するものではないが、半導体製造装置から排出されたＰＦＣｓ(パーフルオロコンパウンド)，モノシラン（ＳｉＨ_４），塩素系ガスなどのようにその排出基準が定められている難分解性の排ガスＥを除害処理するのに特に好適である。したがって、以下では、この排ガス除害装置１０について、半導体製造装置から排出された排ガスＥの除害処理に用いるものを念頭に置いて説明する。
また、本明細書及び図面における各符号に関し、各部位を上位概念で示す場合にはアルファベットの枝番をつけずアラビア数字のみで示し、各部位を区別する必要がある場合（すなわち下位概念で示す場合）にはアルファベット小文字の枝番をアラビア数字に付して区別する。

熱分解炉１２は、排ガスＥを加熱分解するための装置であり、具体的には、例えばステンレスやハステロイ（ヘインズ社登録商標）と言った金属等の高耐熱材料を角筒形状或いは円筒形状に形成した本体ケーシング２６を有する。この本体ケーシング２６は、その軸が鉛直方向を向くように立設されており、その内部には、底面から高さ方向(鉛直方向)上部近傍まで隔壁２８が設けられている。つまり、熱分解炉１２は、その内部空間の下側が隔壁２８によって水平方向に二分されており、この隔壁２８によって水平方向に二分された空間が２つの蓄熱室１８ａ，１８ｂとなっている。なお、隔壁２８も上述した本体ケーシング２６と同様に、例えばステンレスやハステロイ（ヘインズ社登録商標）と言った金属等の高耐熱材料で形成されている。
また、隔壁２８よりも上側に形成される空間が、蓄熱室１８ａ，１８ｂの上端を連通する燃焼室２２となる。
さらに、隔壁２８よりも下側に形成される空間が、後述する貯留槽３４となる。

上記蓄熱室１８における内部空間の上部において排ガスＥの通流方向を横切るように配設される蓄熱体１６は、アルミナやコーディライト等と言ったセラミックからなるハニカム構造の固体蓄熱材である。図示実施形態のものでは、蓄熱室１８における排ガスＥの通流方向に蓄熱体１６が二段にて取り付けられている。

また、蓄熱室１８ａ，１８ｂの下部には、排ガス給排機構１４を介して蓄熱室１８ａ，１８ｂのそれぞれに排ガスＥを供給・排出するための排ガス給排口１９ａ，１９ｂが設けられる。
そして、蓄熱室１８ａ，１８ｂ内における蓄熱体１６と排ガス給排口１９ａ，１９ｂとの間の空間には、排ガスＥに対して洗浄水Ｗを下向きに噴射するスプレーノズル２０ａ，２０ｂが取り付けられる。なお、スプレーノズル２０から噴射される洗浄水Ｗは一般的な水道水や工業用水に限られるものではなく、必要に応じて、アルカリ液や酸性液などを噴射させるようにしてもよい。また、このスプレーノズル２０から噴射する洗浄水Ｗは常時新しいものを供給するようにしてもよいし、後述する貯留槽３４に蓄えられた洗浄水Ｗををリサイクル使用するものであってもよい。後者の場合、排ガス除害装置１０のランニングコストを低減させることができる。

上記の燃焼室２２には、その内部空間を加熱する熱源である加熱手段２４が取り付けられる。ここで、この加熱手段２４としては、燃焼室２２内を最大で１５００℃前後位まで昇温させることができるものが好ましく、例えば、電熱式ヒーター，火炎式バーナー，非移行型或いは移行型のプラズマトーチなどを好適に用いることができる。
なお、燃焼室２２の内壁面には、必要に応じて、耐火材で形成された内貼部材が貼設される。

貯留槽３４は、スプレーノズル２０から噴射された洗浄水Ｗが貯留する水槽である。図示実施形態では、この貯留槽３４の底と隔壁２８との間に空間が形成されると共に、貯留槽３４に貯留する洗浄水Ｗの液面が、隔壁２８の下端よりも高く、排ガス給排口１９よりも低い位置となるように制御されている。このため、各蓄熱室１８に貯留される洗浄水Ｗは互いに通流できるようになっている。
また、この貯留槽３４の底部には、貯留槽３４内部に溜まった洗浄水Ｗを排出する際に使用する移送配管３６の上流端が接続されており、この移送配管３６の途中には、液面調整などの際、必要に応じて開閉される常閉バルブ３８が取り付けられている。なお、貯留槽３４に貯留する洗浄水Ｗの液面調整は、このような常閉バルブ３８の開閉制御に限定されるものではなく、例えば、オーバーフロー管(図示せず)を用いたもの等であってもよい。
さらに、図示実施形態では、貯留槽３４の底面が上記の移送配管３６連結部分に向けて傾斜するように形成されている。こうすることで洗浄水Ｗと共に回収された粉塵などを効率よく貯留槽３４から排出することができるようになる。

排ガス給排機構１４は、排ガス供給ダクト３０を通じて供給される排ガスＥを複数の蓄熱室１８に対して一定時間間隔をおいて順次供給すると共に、上記燃焼室２２で加熱分解された後、上記排ガスＥが供給されていない蓄熱室１８を通過して熱分解炉１２から排出される処理済みの排ガスＥを処理ガス排気ダクト３２へと送給する配管系であり、第１〜第４の流体通路４０Ａ〜４０Ｄと、第１〜第４の開閉弁４２Ａ〜４２Ｄとで形成されている。

すなわち、上記排ガス給排機構１４は、一端が排ガス供給ダクト３０の下流端へ、また他端が熱分解炉１２の一方の蓄熱室１８下端の出入口側へ接続された第１流体通路４０Ａと，一端が熱分解炉１２の他方の蓄熱室１８下端の出入口側へ、また他端が処理ガス排気ダクト３２の上流端へ接続された第２流体通路４０Ｂと，第１流体通路４０Ａに介設された第１開閉弁４２Ａと，第２流体通路４０Ｂに介設された第２開閉弁４２Ｂと，一端が第１流体通路４０Ａの第１開閉弁４２Ａよりも上流部分に分岐状に接続されると共に他端が第２流体通路４０Ｂの第２開閉弁４２Ｂよりも上流部分に分岐状に接続された第３流体通路４０Ｃと，一端が第１流体通路４０Ａの第１開閉弁４２Ａよりも下流部分に分岐状に接続されると共に他端が第２流体通路４０Ｂの第２開閉弁４２Ｂよりも下流部分に分岐状に接続された第４流体通路４０Ｄと，第３流体通路４０Ｃに介設された第３開閉弁４２Ｃと，第４流体通路４０Ｄに介設された第４開閉弁４２Ｄとで大略構成されている。

上記の処理ガス排気ダクト３２には、排気ファン４８が接続されており、この排気ファン４８が稼働することによって排ガス除害装置１０の内部が常に大気圧よりも低い圧力（＝負圧）に保たれる。このため、熱分解処理前の排ガスＥや処理済みで排ガスＥなどが誤って排ガス除害装置１０から外部へ漏れ出すことがない。

なお、本実施形態の排ガス除害装置１０における熱分解炉１２の燃焼室２２内を除く他の部分には、排ガスＥに含まれる、或いは排ガスＥを分解することによって生じるフッ酸などの腐食性成分による腐食から各部を確実に守るため、塩化ビニル樹脂，ポリエチレン樹脂，不飽和ポリエステル樹脂及びフッ素樹脂などによる耐腐食性のライニングやコーティングを施すのが好ましい。

次に、以上のように構成された排ガス除害装置１０を用いて排ガスＥの除害処理を行う際には、まず始めに、排ガス除害装置１０の運転スイッチ(図示せず)をオンにして熱分解炉１２内の加熱手段２４を作動させ、熱分解炉１２内の加熱を開始する。続いて、燃焼室２２内の温度が当該排ガスＥに含まれる除害対象成分の熱分解温度に達すると、排気ファン４８を作動させ、排ガス除害装置１０への排ガスＥの導入を開始させる。また、同時にスプレーノズル２０からの洗浄水Ｗの噴射も開始させる。

ここで、排ガス除害装置１０への排ガスＥ導入開始時に、排ガス給排機構１４を図１の状態、すなわち、第１開閉弁４２Ａ及び第２開閉弁４２Ｂを開操作し、第３開閉弁４２Ｃ及び第４開閉弁４２Ｄを閉操作した状態にすると、排ガス供給ダクト３０を通じて供給される排ガスＥは、先ず第１流体通路４０Ａを通って蓄熱室１８ａへと導入され、ここで蓄熱体１６より熱を与えられて予熱された後、燃焼室２２へと送られる。そして、燃焼室２２で所定の処理対象成分が加熱分解されて処理済みと成った排ガスＥは、蓄熱室１８ｂを通り、蓄熱体１６と間で熱交換して冷却された後、第２流体通路４０Ｂを通過して処理ガス排気ダクト３２へと与えられる。その後、排気ファン４８を通過して大気中へと放出される。

続いて、上記排ガス除害装置１０の稼働開始から所定時間が経過すると、排ガス給排機構１４が図２の状態へと切り換わる。すなわち、第３開閉弁４２Ｃ及び第４開閉弁４２Ｄを開操作し、第１開閉弁４２Ａ及び第２開閉弁４２Ｂを閉操作した状態へと切り換わる。そうすると、排ガス供給ダクト３０を通じて供給される排ガスＥは、先ず第３流体通路４０Ｃを通って蓄熱室１８ｂへと導入され、そこで蓄熱体１６より熱を与えられて予熱された後、燃焼室２２へと送られる。そして、燃焼室２２で所定の処理対象成分が加熱分解されて処理済みと成った排ガスＥは、蓄熱室１８ａを通り、蓄熱体１６と間で熱交換して冷却された後、第４流体通路４０Ｄを通過して処理ガス排気ダクト３２へと与えられる。

以下、所定時間が経過すると、再び排ガス給排機構１４が作動して、図１の状態へと切り換わり、これ以降の排ガス除害装置１０稼働中は、所定時間間隔をおいて上述の動作が繰り返される。

本実施形態の排ガス除害装置１０によれば、蓄熱室１８の蓄熱体１６と排ガス給排口１９との間に、洗浄水Ｗを噴射するスプレーノズル２０が設けられているので、排ガス給排口１９を介して蓄熱室１８内へと供給される排ガスＥ及び燃焼室１８で加熱分解され排ガス給排口１９を介して蓄熱室１８から排出される排ガスＥは、共にスプレーノズル２０から噴射される洗浄水Ｗによって洗浄される。このため、粉塵を含んだ排ガスＥが蓄熱室１８へ導入された際には、洗浄水Ｗによって排ガスＥ中の粉塵が洗い流され、蓄熱体１６が目詰まりするのを著しく遅延させることができる。また、排ガスＥに含まれるＰＦＣｓの加熱分解により副成したフッ化水素は、排ガス給排口１９を通って蓄熱室１８から排出される前に、洗浄水Ｗに吸着されフッ酸として洗浄水Ｗ中に回収されるので、（配管系である）排ガス給排機構１４の腐食を抑えることができる。

また、上述のようなスプレーノズル２０を設けることにより、熱分解炉１２へ導入する前の排ガスＥを液洗する湿式の入口スクラバーや熱分解炉１２での熱分解後の排ガスＥを液洗する湿式の出口スクラバーが不要となり、排ガス除害装置１０をコンパクトにすることができる。

なお、上述の実施形態では、熱分解炉１２が２つの蓄熱室１８ａ，１８ｂで構成される場合を示したが、この蓄熱室１８は、本体ケーシング２６の軸回りに複数設けられるものであれば良く、３室以上設けるようにしてもよい。
ここで、熱分解炉１２に蓄熱室１８を３室以上設ける場合には、排ガス給排機構１４に設けられる開閉弁をロータリーバルブで構成して一本化するのが好ましい。このようにロータリーバルブを用いることで、排ガス除害装置１０をコンパクトで且つ弁トラブルの少ないものにすることができる。

１０…排ガス除害装置
１２…熱分解炉
１４…排ガス給排機構
１６…蓄熱体
１８…蓄熱室
１９…排ガス給排口
２０…スプレーノズル
２２…燃焼室
２４…加熱手段
３０…排ガス供給ダクト
３２…処理ガス排気ダクト
３４…貯留槽
Ｅ…排ガス
Ｗ…洗浄水

Claims

蓄熱体(１６)を有する複数の蓄熱室(１８)と、上記蓄熱室(１８)の上端を連通すると共にその内部を加熱する加熱手段(２４)が設けられた燃焼室(２２)とで構成された熱分解炉(１２)、及び、
排ガス供給ダクト(３０)を通じて供給される排ガス(Ｅ)を上記蓄熱室(１８)に対して一定時間間隔をおいて順次供給すると共に、上記燃焼室(２２)で加熱分解された後、上記排ガス(Ｅ)が供給されていない蓄熱室(１８)を通過して熱分解炉(１２)から排出される処理済みの排ガス(Ｅ)を処理ガス排気ダクト(３２)へと送給する排ガス給排機構(１４)を具備する排ガス除害装置であって、
上記の蓄熱室(１８)には、その上部に配設された上記の蓄熱体(１６)とその下部に設けられた排ガス給排口(１９)との間に、上記排ガス(Ｅ)に対して洗浄水(Ｗ)を噴射するスプレーノズル(２０)が取り付けられる、
ことを特徴とする排ガス除害装置。
請求項１の排ガス除害装置において、
前記蓄熱室(１８)の下端に前記スプレーノズル(２０)から噴射された洗浄水(Ｗ)を集めて貯留する貯留槽(３４)が設けられる、ことを特徴とする排ガス除害装置。