JP3698691B2 - 排ガス供給方法とその逆火防止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製造装置から排出される爆発範囲(通常は爆発下限界以上であり、以下、爆発下限界以上として説明するが、爆発上限以下の場合も含まれる。)の高濃度可燃性成分及び場合によっては粉塵を含有する爆発性排ガスの除害処理において使用される排ガス供給方法とその逆火防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業界にあっては様々なガスを使用して数々の製品の製造を行っており、その副産物として排ガスが発生し、これを無害化（例えば高温加熱分解）する処置を処理装置にて行い、大気放出している。その中のいくつかの製造設備において、製造装置から排出される排ガスにはＨ₂を始め、ＳｉＨ₄のような広い濃度範囲における爆発性を有する可燃性成分含有排ガスが排出されることがあり、不適切な処理のために時には爆発事故を起こすことがある。
【０００３】
そこで、これまでに取られた処置の第１は、これら爆発性を有する可燃性成分を高濃度に含む排ガスに多量の窒素を製造装置の排気口において直ちに混入し、前記可燃性成分を爆発下限界以下に薄め、然る後、排ガス処理を行っていた。この方法では可燃性成分が爆発下限界以下に薄められるので非常に安全であるが、処理風量が製造装置から排出される排ガス量の何倍にも膨れ上がるので、排ガス処理装置の規模がそれだけ大きくなり、コスト高になるという問題があった。
【０００４】
そのために取られた第２の処置は、製造装置(1)と排ガス処理用処理装置(3)の間にメッシュのような逆火防止材(52)が充填された逆火防止装置(51)を設置し、排ガス処理装置(3)で排ガス(2)の熱分解に使用されている火炎が何らかの原因により製造装置(1)と排ガス処理装置(3)との間に設置された排ガス供給配管(2a)を通って製造装置(1)に逆火しないようにしていた(図６参照)。なお、製造装置(1)に逆火すると内部に引火性ガスが溜まっている製造装置(1)が爆発して大事故を引き起こすことになる。
【０００５】
ただ、排ガス(2)が気体成分のみで構成されている場合は、このような従来の逆火防止装置(51)も有効であるが、半導体製造装置のように排ガス(2)中に多量の粉塵を含むような場合には逆火防止材(52)が目詰まりを生じ頻繁なメンテナンスを行わねばならないという問題があった。なお、このような爆発性を有する可燃性成分を含む排ガス供給配管(2a)のメンテナンスは非常な危険を伴うものであり、出来る限りメンテナンスフリーとなるようにすることが好ましい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前述のような粉塵及び高濃度可燃性ガス含有排ガスの除害処理を行う場合において、メンテナンスフリーでしかも高濃度の可燃性ガスをそのまま安全に排ガス処理装置に供給することができ、逆火現象を生じない排ガスの供給方法と逆火防止装置を開発することをその解決課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の排ガス供給方法は粉塵を含まない爆発性排ガスの除害処理に関し、「製造装置(1)から排出された可燃性成分を含む爆発範囲(一般的には爆発下限界以上)の濃度の排ガス(2)を処理装置(3)で除害する方法において、製造装置(1)と処理装置(3)との間に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域(4)を通過させた後、水蒸気と共に処理装置(3)に排ガス(2)を供給する」事を特徴とする。また、「請求項２」は粉塵を含む場合で、「粉塵を含み、製造装置(1)から排出された可燃性成分を含む爆発範囲(一般的には爆発下限界以上)の濃度の排ガス(2)を処理装置(3)で除害する方法において、製造装置(1)と除害装置(3)との間に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域(4)を通過させた後、水蒸気と共に処理装置(3)に排ガス(2)を供給する」事を特徴とする。
【０００８】
いずれの場合においても、水蒸気が充満している水蒸気充満領域(4)内に至ると、排ガス(2)を構成する成分分子と水蒸気充満領域(4)内の水蒸気(即ち、水蒸気充満領域(4)内を浮遊している水分子)とが均一に混ざり合い、何らかの原因により排ガス供給配管(2a)中の排ガス(2)中に空気(正確には酸素)が混入したとしても排ガス(2)中の可燃性成分と混入した酸素との結合が水蒸気によって阻害され、且つ水蒸気による温度上昇抑制効果も加わって製造装置(1)から排ガス処理装置(3)に至る排ガス供給配管(2a)内での逆火発生を効果的に防止することができる。なお、逆火防止に水蒸気を使用しているので、実際上、排ガス中に粉塵が含まれていたとしても目詰まりを生じるような事がない。換言すれば、本発明方法は粉塵含有排ガスの逆火防止に特に有効である。
【０００９】
「請求項３」は「請求項１」に記載の無粉塵排ガスの除害処理を実施するための逆火防止装置(5)に関し「爆発範囲(一般的には爆発下限界以上)の濃度の可燃性成分を有する排ガス(2)を排出する製造装置(1)と前記排ガス(2)を除害する処理装置(3)との間に設けられ、前記排ガス(2)が通過する逆火防止装置(5)であって、内部の排ガス通過領域に、水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域(4)を設けた」事を特徴とする。これに対して、「請求項４」は「請求項２」に記載の粉塵含有排ガスの除害処理を実施するための逆火防止装置(5)に関し「粉塵を含み、爆発範囲(一般的には爆発下限界以上)の濃度の可燃性成分を有する排ガス(2)を排出する製造装置(1)と前記排ガス(2)を除害する処理装置(3)との間に設けられ、排ガス(2)が通過する逆火防止装置(5)であって、内部の排ガス通過領域に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域(4)を設けた」事を特徴とするものである。また、「請求項５」はこれらの更なる改良で「水蒸気充満領域(4)内に多孔質板(6c)又は螺旋板(6a)あるいは邪魔板(6b)など抵抗増加用中間部材(6)が設置されている」ことを特徴とする。
【００１０】
このように水蒸気充満領域(4)[即ち、逆火防止装置(5)の内部空間]内に螺旋板(6a)あるいは邪魔板(6b)などの抵抗増加用中間部材(6)が設置されていると、水蒸気充満領域(4)内で排ガス(2)と水蒸気とが攪拌されて十分に混ざり合うと共に水蒸気充満領域(4)内の通過時間が長くなって水蒸気による温度上昇抑制効果が向上し逆火防止効果を高めることができるという利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１に示す実施例１を用いて説明する。製造装置(1)は例えばＣＶＤのような半導体製造装置(勿論、これに限られず爆発性の可燃性成分を含む排ガスを排ガスとして排出するような装置は全て含まれる)で、半導体製造プロセスの排ガス(2)として、Ｈ₂やＳｉＨ₄など広範囲な濃度において爆発性を有する可燃性成分及び、場合によっては細かい多量の粉塵を伴う排ガス(2)を排出する。
【００１２】
排ガス処理装置(3)は図１に示す実施例１の場合、大略、排ガス分解処理塔(8)、後部スクラバ(9)、配線系、計器類、排気ファン(17)及び水槽(18)で構成されており、それぞれが配管や配線で接続されており、１つのコンパクトなキャビネット内に収納されている。
【００１３】
この製造装置(1)と排ガス処理装置(3)とは排ガス供給配管(2a)にて接続されており、その途中に逆火防止装置(5)が設置されている。逆火防止装置(5)は図１に示すように、円筒状の本体(10)、内部に収納された螺旋板(6a)、螺旋板(6a)の上方に設置され、本体(10)の内側面の全周から熱水を供給する熱水供給配管(12)、底部に設けられたタンク(13)、タンク(13)内の水を７０〜９０℃(勿論、１００℃の沸騰状態でもよい。)程度に加熱して水蒸気を形成するヒータ(14)、熱水供給配管(12)を介してタンク(13)内の水を側面開口(12a)まで揚水する揚水ポンプ(15)とで構成されている。ここで、「排ガス通過領域」とは、具体的には製造装置(1)と排ガス処理装置(3)とを連結する排ガス供給配管(2a)を指し、「水蒸気充満領域(4)」とは逆火防止装置(5)の内部を指す。
【００１４】
しかして、製造装置(1)から排出された、粉塵を含まない爆発下限界以上の濃度の可燃性成分を含む排ガス(2)は、逆火防止装置(5)の底部から本体内部に導入される。逆火防止装置(5)は排ガス処理装置(3)に接続されているので、排ガス処理装置(3)方向、即ち、図１の場合には底側から天井部に向かって螺旋板(6a)に沿って気流が螺旋状に流れている。
【００１５】
底部のタンク(13)内にはヒータ(14)が浸漬されておりタンク(13)内の水を例えば７０〜９０℃(或いは１００℃の沸騰状態)に加熱して逆火防止装置(5)内に大量の水蒸気を供給し、逆火防止装置(5)の内部空間である水蒸気充満領域(4)を水蒸気で満たしている。また、前記タンク(13)内の熱水は揚水ポンプ(15)により揚水されて、側面開口(12a)から逆火防止装置(5)内を内側面及び螺旋板(6a)に沿って流下し、その間、大量の蒸気を逆火防止装置(5)内に供給する。その結果、逆火防止装置(5)内は全体にわたって十分な量の水蒸気で満たされる事になる。
【００１６】
底部に導入された排ガス(2)は、前記大量の水蒸気と共に螺旋板(6a)に沿って螺旋状に上昇し且つこの間に十分に混合される。この状態で天井部から導出され、水蒸気と共に排ガス処理装置(3)の排ガス分解処理塔(8)に供給され、ここで熱分解される。
【００１７】
排ガス分解処理塔(8)内部の燃焼部分(8a)は、燃焼ヒータ(8b)により７００〜１３００℃程度の高温に保たれている(例えば、シラン；ＳｉＨ₄の場合、７００〜９００℃、ＮＦ₃の場合、９００〜１１００℃、ＷＦ₆の場合、７００〜９００℃)。そして、必要に応じて外部から排ガス分解処理塔(8)内に供給された酸素を含む外気にてこの部分(8a)に導入された排ガス(2)は確実に熱分解され、後部スクラバ(9)に送り出され、後部スクラバ(9)でスプレー(16)による温度低下(前記熱分解により粉塵が発生した場合には同時にその除去)が行われた後、排気ファン(17)により大気放出される。前記スプレー(16)への揚水は、底部の水をスプレー(16)へ供給する揚水ポンプ(19)によって行われる。
【００１８】
さて、前述のように排ガス分解処理塔(8)において、排ガス(2)は完全に熱分解されるのであるが、時には何らかの原因により空気(正確には酸素)が排ガス供給配管(2a)内に混入して逆火現象を発生するような状態になることがある。この時、逆火防止装置(5)を装備していないような場合、製造装置(1)と排ガス処理装置(3)を結ぶ排ガス供給配管(2a)を通じて排ガス処理装置(3)の燃焼部分(8a)の火炎が製造装置(1)内に流れ、内部に溜まっている可燃性ガスに引火して製造装置(1)内で爆発を起こす(特に、水素のように広い範囲で爆発範囲を有するものの場合には顕著である。)ことがあったが、本発明の逆火防止装置(5)ではたとえこのような状態になったとしても、前述のように水蒸気が可燃性成分分子と助燃性成分分子との間に入り込み、たとえ可燃性成分の濃度が爆発範囲内に踏み込んでいたとしても逆火現象を防止することが出来る。
【００１９】
なお、前記の場合、排ガス(2)は逆火防止装置(5)の底部から導入した場合を示したが、勿論、これに限られず、明細書記載の実施例において、排ガス(2)を逆火防止装置(5)の天井部から導入し、底部から導出するようにしてもよく、図１の場合には配管を(2a')で、排ガスを(2')で示した。
【００２０】
また、図１の実施例は粉塵を含まない排ガス(2)に適用する場合であるので、前部スクラバ(20)を省略し、機能的に類似する逆火防止装置(5)をその代用として使用した。このことは、前部スクラバ(20)に水蒸気を充填することで逆火防止装置(5)としての働きをさせることができることを意味している。いずれにせよ、排ガス分解処理塔(8)に供給される前に水蒸気が充填している水蒸気充満領域(4)を設置することが重要である。
【００２１】
これにより爆発下限界以上の高濃度の爆発性可燃性成分を含む排ガス(2)が逆火防止装置(5)に導入されると、前述のように本体(10)内部において完全に分子レベルで水蒸気と混ざり合い、たとえ排ガス(2)中に何らかの原因により酸素が混入したとしても酸素と可燃性成分との急激な酸化結合が妨げられ、爆発的燃焼現象を引き起こすことがない。換言すれば、このような状態になり、排ガス処理装置(3)と逆火防止装置(5)の出口との間で逆火現象が発生したとしても、この火炎は逆火防止装置(5)内で消し止められ、逆火防止装置(5)の入口に達することはない。
【００２２】
次に図２であるが、この場合は粉塵を大量に含む可燃性排ガス(2)の処理を行う点で図１の場合と相違する。この場合も基本的には図１と同一の装置で処理することができるが、ここでは逆火防止装置(5)と排ガス分解処理塔(8)との間に前部スクラバ(20)を設置している。前部スクラバ(20)内にはスプレー(22)が設置されており、底部の水を揚水してスプレー(22)に供給する揚水ポンプ(21)が設置されている。本実施例では逆火防止装置(5)である程度、排ガス(2)内の粉塵が除去されるが、なおその一部は排ガス(2)および水蒸気と共に前部スクラバ(20)内に入り、ここでスプレー(22)のシャワー水に接して捕集されることになる。それ以降の処理は実施例１と同じである。
【００２３】
また、本実施例の逆火防止装置(5)にあっては、前述同様、底部に導入された排ガス(2)は前記大量の水蒸気と共に螺旋板(6a)に沿って螺旋状に上昇し且つこの間に十分に混合され、この状態で天井部から導出され、排ガス処理装置(3)の排ガス分解処理塔(8)に供給されるのであるが、製造装置(1)から供給された排ガス(2)中には多量の粉塵が含まれているが、その一部は水蒸気に捕集されて螺旋板(6a)や逆火防止装置(5)の内面に付着する。粉塵が螺旋板(6a)や逆火防止装置(5)の内面に堆積して通気が悪くなると、揚水ポンプ(15)を作動させて側面開口(12a)から熱水「この熱水は水蒸気の供給源にもなる。」を流出させ内部を洗浄する。これにより内部に堆積した粉塵は洗い落とされ底部のタンク(13)に収納される。タンク(13)はオーバーフローと給水により常時一定の水質に保たれている。
【００２４】
図３は邪魔板(6b)を複数段使用した例であり、図４は内部に金網やパンチングメタルのような多孔質板(6c)を複数段設けた場合で、図１〜３の螺旋板(6a)や邪魔板(6b)の場合は、内部の排ガス通過路を長くして水蒸気との十分の混合図ることを目的としているのに対し、図４の多孔質板(6c)の場合は、多孔質板(6c)全体に水分が付着し、水分とガスとの接触を良好にさせることができる。それ故、粉塵の捕集効果が大きい。加えて、多孔質板(6c)そのものが逆火防止効果も有するので、前記水蒸気の逆火防止効果を協働してより優れた逆火防止効果を奏する。なお、粉塵による多孔質板(6c)の目詰まりも懸念されるが、側面開口(12a)から流下している熱水によって必要時に洗浄されるので、目詰まりしない。
【００２５】
図５は図４の実施例を使用して行った実験に基づく結果で、テストガスとして水素、空気および窒素を用いた。破線で示す最外側の三角形の範囲が従来の爆発範囲(イ)を示す。これに対して、供給する熱水の温度を４５℃とした場合、爆発範囲は１段内側の三角形で示される範囲(ロ)に縮小する。供給する熱水の温度を７５℃とした場合、爆発範囲は更に内側の三角形で示される範囲(ハ)に縮小する。供給する熱水の温度を９５℃とした場合、爆発範囲は最内側の三角形で示される範囲(ニ)に縮小する。これにより熱水の温度が上昇し、発生する水蒸気量が増加することにより、防爆＝逆火防止効果が向上する。
【００２６】
なお、明細書全体を通じていることであるが、水蒸気の供給は熱水によらず、ボイラーのような蒸気発生装置から直接供給するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は、製造装置と処理装置との間に排ガスが通過する水蒸気充満領域を設けているので、水蒸気充満領域内に至ると、排ガスを構成する成分分子と水蒸気とが均一に混ざり合い、可燃性成分分子と何らかの原因によって排ガス中に混入した酸素との結合が水蒸気によって阻害され、且つ水蒸気による温度上昇抑制効果により、排ガス中の可燃性成分の濃度が爆発下限界以上であっても、製造装置から排ガス処理装置に至る排ガス供給配管内での逆火発生を効果的に防止することができる。
【００２８】
加えて、水蒸気充満領域内に螺旋板あるいは邪魔板を設置する事で、排ガスと水蒸気とが攪拌されて十分に混ざり合うと共に排ガス通過領域の通過時間が長くなり、逆火防止効果を高めることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る逆火防止装置の第１実施例を含むフロー図
【図２】本発明に係る逆火防止装置の第２実施例を含むフロー図
【図３】本発明に係る逆火防止装置の第３実施例を含むフロー図
【図４】本発明に係る逆火防止装置の第４実施例を含むフロー図
【図５】本発明に係る逆火防止効果を示す三元グラフ
【図６】従来の逆火防止装置を含むフロー図
【符号の説明】
(1)製造装置
(2)排ガス
(3)処理装置
(4)水蒸気充満領域

Claims (5)

1. 製造装置から排出された可燃性成分を含む爆発範囲濃度の排ガスを処理装置で除害する方法において、
   製造装置と除害装置との間に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域を通過させた後、水蒸気と共に処理装置に前記排ガスを供給する事を特徴とする排ガス供給方法。
2. 製造装置から排出された爆発範囲濃度の可燃性成分と、粉塵を含む排ガスを処理装置で除害する方法において、
   製造装置と除害装置との間に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域を通過させた後、水蒸気と共に処理装置に前記排ガスを供給する事を特徴とする排ガス供給方法。
3. 爆発範囲濃度の可燃性成分を有する排ガスを排出する製造装置と前記排ガスを除害する処理装置との間に設けられ、前記排ガスが通過する逆火防止装置において、
   内部の排ガス通過領域に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域を設けた事を特徴とする逆火防止装置。
4. 粉塵を含み、爆発範囲濃度の可燃性成分を有する排ガスを排出する製造装置と前記排ガスを除害する処理装置との間に設けられ、前記排ガスが通過する逆火防止装置において、
   内部の排ガス通過領域に水を加熱して発生させた水蒸気が充満している水蒸気充満領域を設けた事を特徴とする逆火防止装置。
5. 水蒸気充満領域内に多孔質板又は螺旋板或いは邪魔板など抵抗増加用中間部材が設置されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の逆火防止装置。

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