JP4260600B2

JP4260600B2 - 排ガス処理装置およびこれを用いた排ガス処理方法

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Publication number: JP4260600B2
Application number: JP2003358179A
Authority: JP
Inventors: 吉則高田
Original assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: TWI241216B; TW200520838A; JP2005118716A

Description

本発明は、半導体製造装置からの排ガスに含まれる有害成分の除去などに適用することのできる排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。

現在の半導体製造産業では、シリコンウエハに対するドライエッチング工程やチャンバクリーニング工程などにおいて、エッチングガスとして、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，ＳＦ₆，Ｃｌ₂，ＢＣｌ₃，ＨＣｌ，ＨＢｒ，ＣｌＦ₃などの各種ガスが使用されている。そして、これらエッチングガスが使用される工程において半導体製造装置から排出されるガスには、未反応エッチングガスや、エッチング処理にて生ずる反応生成物（ＨＦ，ＳｉＦ₄，ＳｉＣｌ₄など）が含まれている。これら排ガス成分は有害である場合が多いため、半導体製造装置からの排ガスについては、大気中に放出する前に有害成分を除去しなければならない。

半導体製造装置からの排ガスに含まれる有害成分を除去するための排ガス処理装置としては、例えば「ロータリアトマイザ」と呼称される微細気泡発生装置が知られている。この微細気泡発生装置では、所定の吸収液（水や水性薬液）中で排ガスを微細に気泡化することにより排ガスを吸収液に効率よく接触させ、その結果、排ガス中の有害成分が当該吸収液にて吸収または加水分解される。

従来の微細気泡発生装置は、液槽内の吸収液中に配設される回転インペラ、および、回転インペラ上方にて起立して配設される吸気管を備える。吸気管は、吸収液中にて回転インペラに対向する開放下端を有し、上端付近には排ガス導入管が接続されている。回転インペラを駆動するための駆動部は、例えば吸気管の上方に配設され、吸気管の内部を貫通してその下端が回転インペラに連結されている回転軸を介して、回転インペラを回転駆動する。回転インペラは、吸気管内に負圧が生ずるように回転する。このような、いわゆる上部駆動式の微細気泡発生装置については、例えば下記の特許文献１および特許文献２に記載されている。

このような構成を有する微細気泡発生装置による排ガス処理においては、回転インペラが高速回転することにより吸気管内に所望の負圧が発生される。この負圧により、半導体製造装置からの排ガスが、排ガス導入管を介して吸気管内に吸引される。吸引された排ガスは、吸気管の開放下端から吸収液中に供給される。排ガスは、具体的には、吸気管の開放下端から、回転インペラの回転により吸収液中に生ずる渦流に従って放射旋回状に、微細気泡として吸収液中に分散される。このようにして吸収液中で排ガスを微細に気泡化することにより、吸収液に対して排ガスを効率よく接触させることができる。その結果、排ガス中の有害成分は当該吸収液にて効率的に吸収または加水分解されることとなる。

このような排ガス処理が施される排ガスには、水分の存在下で固体を生ずる成分が含まれている場合がある。例えばＳｉＦ₄は、水分の存在下において下記の反応式（１）に従ってＳｉＯ₂（固体）を生成する。また、ＢＣｌ₃は、水分の存在下において下記の反応式（２）に従ってＢ₂Ｏ₃（固体）を生成する。

微細気泡発生装置の稼動時には、吸気管の開放下端（吸引ガス出口）は激しい渦流状の吸収液と常に接触する。そのため、装置稼動時には、吸収液の一部は、吸収液中における吸気管の開放下端から巻き上がり、或いは跳ね上って、吸気管の内面に付着する。吸収液が付着した吸気管の内面には、例えば上記反応式（１），（２）に従って生成したＳｉＯ₂およびＢ₂Ｏ₃などが、固形物として固着することとなる。固形物の固着量が増えてくると、吸気管内での排ガスの流通が妨げられ、遂には吸気管が閉塞されてしまう場合がある。

上述した従来の上部駆動式微細気泡発生装置では、吸気管の上方に配設されている駆動部と吸気管の下方にて液中に配設されている回転インペラとを連結する回転軸が吸気管の中を貫通しているため、吸気管内に吸引された排ガスの通路は、吸気管内にて回転軸周囲に限られ、比較的狭い。したがって、特に従来の上部駆動式微細気泡発生装置においては、水分と反応して固体が生成し易い成分が排ガス中に存在すると、排ガスの通路が閉塞されるという問題は生じ易い。

微細気泡発生装置の吸気管内に生ずる固形物を除去するための技術については、例えば下記の特許文献３に記載されている。特許文献３に記載されている微細気泡発生装置は、円形の外周部を有して吸気管内を上下に移動可能な固形物掻き落とし部材を具備する。この固形物掻き落とし部材は、装置による排ガス処理時において吸気管内を上下動して、吸気管の内面に固着した固形物を掻き落とすように構成されている。

しかしながら、このような固形物掻き落とし部材による固形物除去方法では、吸気管の内面から掻き取られた固形物が掻き落とし部材に付着して、固形物を吸収液へと掻き落とせない場合がある。また、吸気管内に付着した固形物が堅固であると、掻き落とし作業の過程において、固形物掻き落とし部材が当該堅固な固形物堆積部で掛止されてしまい、その結果、固形物除去の作業を適切に実行することができない場合がある。これらの場合、微細気泡発生装置を長時間稼動すると、吸気管内で固形物が不当に成長し、吸気管内の排ガス通路が閉塞されるという問題は生じ得る。

一方、単に固形物除去という観点だけに着目すれば、固形物堆積部が一定以上に成長した段階で微細気泡発生装置の動作を停止し、吸気管等の保守を行えばよい。しかしながら、この場合には、排ガス処理を中断させなければならず、排ガス処理の連続性が確保されず、処理効率が著しく低下する。
特開昭６１−３５８３２号公報特開２００１−２５６５１号公報特開２００１−２５９３５９号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、排ガス処理の連続性を確保しつつ、吸気管の内面に固着する固形物（ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃など）の成長を適切に抑制することのできる排ガス処理装置、および、排ガス処理方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の側面によると、吸収液中に配設される回転インペラと、当該回転インペラに対向する開放下端および当該開放下端より上位に位置する排ガス導入口を有する吸気管と、当該吸気管の内部に生じる固形物を除去するための除去手段とを備え、前記回転インペラが回転駆動することにより、前記吸気管内に負圧が生じて前記排ガス導入口を介して当該吸気管内に排ガスが吸引され、且つ、吸引された排ガスが微細気泡として前記吸収液中に分散される、排ガス処理装置であって、前記吸気管の内部はその長手方向に延びる仕切部材により複数の吸気通路に分割されており、前記排ガス導入口および前記除去手段は各吸気通路ごとに設けられており、各排ガス導入口を介して各吸気通路に選択的に排ガスを導入するための切換手段が設けられていることを特徴とする、排ガス処理装置が提供される。

微細気泡発生装置として構成されている排ガス処理装置の回転インペラは、吸収液（水または水性薬液）の液面下で、例えば数千ｒｐｍほどの高速で回転する。そのため、吸収液の一部は、液中にて開口している吸気管の開放下端から巻き上がり、或いは跳ね上り、吸気管における開放下端近傍の内面に付着する。この内面に付着した水分と排ガス中の一部の成分とが反応して生成した固形物（ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃など）は、吸気管の内壁や仕切部材の表面に固着する。この固形物は、固形物表面への水分の付着および更なる固形物の生成を経て、吸気管断面の中心方向へと更に成長する傾向にある。

本発明の第１の側面に係る排ガス処理装置によると、切換手段により、少なくとも１つの吸気通路では排ガス導入を行い、他の吸気通路では排ガス導入を行わないように制御することが可能である。また、排ガス導入が行われていない吸気通路では、排ガス導入が行われている吸気通路における排ガス導入と並行して、除去手段による固形物の除去を行うことが可能である。したがって、排ガス導入が行われている吸気通路における吸気管の内面や仕切部材の表面に固着する固形物の量が所定量に達した段階において、この固形物の固着が進行した吸気通路への排ガス導入を停止し、固形物の除去が完了した吸気通路への排ガス導入を開始するとともに、固形物の固着が進行した吸気通路では、除去手段による固形物の除去を開始するという切り換え操作を切換手段によって繰り返し行うことにより、吸気管を閉塞に至らしめずに、より長時間、装置を連続運転させることが可能となる。

本発明の第１の側面における好ましい実施の形態では、切換手段は、排ガス導入口に接続された複数の弁と、当該各弁を開閉するための制御装置とを有している。このような構成によると、弁の開閉制御により、排ガス導入すべき吸気通路を選択することが可能となる。

本発明の一つの実施形態によれば、除去手段は、吸気管の内面および／または前記仕切部材の表面を水洗するための水洗手段を有している。このような構成によると、水圧および水の持つ溶解力を利用して固形物の除去を行うことが可能となる。

本発明の他の実施形態によれば、除去手段は、前記吸気管の内面および／または前記仕切部材の表面に沿って駆動する掻取手段を有している。このような構成によると、吸気管の内面や仕切部材の表面に固着する固形物を、機械的な掻取作業により物理的に除去することが可能となる。したがって、吸気管の内面や仕切部材の表面に固着する固形物が水に比較的溶け難い成分で構成されたものであっても固形物の除去を充分に行うことが可能となる。なお、上述の水洗手段と掻取手段とは、併用してもよい。

好ましくは、各吸気通路に窒素ガスなどの不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段をさらに備えている。このような構成によると、特に水洗手段により固形物の除去を行う際に、吸気管の内面や仕切部材の表面に付着して残留する水分を、乾燥あるいは除去することが可能となる。したがって、排ガス導入を行う前に吸気通路内に残留する水分を乾燥あるいは除去することにより、残留する水分と排ガス中の一部の成分とが反応することに起因する新たな固形物の生成を抑制することが可能となる。

本発明の第２の側面によると、本発明の第１の側面に係る排ガス処理装置を用いる排ガス処理方法が提供される。この方法は、前記回転インペラを回転駆動した状態において、いずれかの吸気通路に排ガスを選択的に導入する一方、排ガスが導入されていない他の吸気通路については、除去手段により内部に生じる固形物を除去することを特徴としている。

このような方法によると、排ガス処理装置の吸気管の内部における固形物の成長を適切に抑制しつつ、排ガスに含まれる有害成分を除去するための排ガス処理を連続的に継続することが可能となる。したがって、本方法によると、排ガス処理装置の運転を長時間継続しても、固形物の除去のために排ガス処理を中断する必要はない。また、本方法を採用することにより、排ガスの発生源である半導体製造装置などの運転を長時間連続的に行うことが可能となり、当該半導体製造装置などを安定操業することが可能となる。

本発明のその他の利点および特徴については、以下に行う発明の実施形態の説明から、より明らかとなるであろう。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る排ガス処理装置Ｘ１の概略構成図である。排ガス処理装置Ｘ１は、吸収液槽Ｔ１と、気液分離槽Ｔ２と、吸気管１１と、回転インペラ１２と、軸封装置１３と、駆動部１４と、水洗装置１５と、切換手段１６とを具備し、例えば半導体製造装置から排出される排ガスＡに含まれる有害成分を除去するための微細気泡発生装置として構成されたものである。

吸収液槽Ｔ１は吸収液Ｌを受容するためのものである。吸収液Ｌは、処理目的の排ガスＡに応じて種類が選択され、例えば、水や、水を含有する所定の薬液である。薬液としては、所定のｐＨに調節されたアルカリ水溶液や酸性水溶液が採用される場合がある。吸収液槽Ｔ１への吸収液Ｌの供給は、供給口Ｔ１ａを介して行われる。

気液分離槽Ｔ２は、排ガス処理装置Ｘ１から排出される液体およびガスが一時的に貯留ないし通過する部位であり、吸収液槽Ｔ１と連通している。気液分離槽Ｔ２には、液体排出管１９Ａおよびガス排出管１９Ｂが接続されている。

吸気管１１は、円筒形状を有して図中上下方向に起立するように配設されており、吸気管１１の内部に第１吸気通路ＫＬ１および第２吸気通路ＫＬ２を形成するための仕切板１１０と、吸収液Ｌ中にて下方に開口する開放下端１１１と、吸収液槽Ｔ１の外部に位置する排ガス導入口１１２，１１３および不活性ガス導入口１１４，１１５とを有する。仕切板１１０は、吸気管１１の内部に図中上下方向（吸気管１１の長手方向）に起立するように設けられており、図２に示すように、各吸気通路ＫＬ１，ＫＬ２の断面形状が半月状となるように吸気管１１の内部を２つに分割している。排ガス導入口１１２，１１３には、排ガスＡを導入するための排ガス導入管１１６，１１７が接続され、不活性ガス導入口１１４，１１５には、不活性ガスＢを導入するための不活性ガス導入管１１８，１１９が接続されている。また、吸気管１１は、吸収液槽Ｔ１の底から所定の高さに開放下端１１１が位置するように、当該吸収液槽Ｔ１に固定されている。吸気管１１の内径Ｄ１は例えば４０〜１００ｍｍであり、吸収液槽Ｔ１の底からの開放下端１１１の高さＤ２は例えば２００〜３００ｍｍである。なお、両排ガス導入管１１６，１１７は、図外の排ガス発生源（例えば、半導体製造装置）に接続されているが、その配管様式としては、排ガス導入管１１６，１１７をそのまま個別に排ガス発生源に接続させてもよいし、排ガス発生源から１本の共通の導入管を延ばして、その途中から両排ガス導入管１１６，１１７に分岐させるようにしてもよい。

回転インペラ１２は、回転駆動することにより吸気管１１内に所望の負圧を発生させるためのものであり、吸収液Ｌ中にて吸気管１１の開放下端１１１に対向するように配設されている。回転インペラ１２および開放下端１１１の間の離隔距離Ｄ３は、例えば３〜３０ｍｍである。

回転インペラ１２は、例えば、上端または上下両端が閉じた円筒形状を有する本体部１２０と、当該本体部１２０の上面側にて本体部１２０の回転軸心に対して放射状に設けられた複数の主翼１２１と、本体部１２０の側面にて本体部１２０の回転軸心に対して放射状に設けられた複数の副翼１２２とを備える。本発明では、このような回転インペラ１２に代えて、上下両端が開口する円筒形状を有する本体部と、当該本体部の内部に本体部の回転軸心に対して放射状に設けられた複数の翼と、を備える回転インペラを採用してもよい。

このような回転インペラ１２は回転軸１７に対して固定され、当該回転軸１７は軸封装置１３を介して回転軸１８と連結されている。軸封装置１３は、吸収液槽Ｔ１からの液漏れを防ぎつつ回転軸１７，１８の回転動を実現するためのものであり、公知の構成を有して吸収液槽Ｔ１の底部に嵌設されている。

駆動部１４は、回転インペラ１２を回転駆動するためのものであり、吸収液槽Ｔ１の下方に配設されている。駆動部１４は、回転軸１７，１８を介して回転インペラ１２に機械的に連結されている。駆動部１４は、例えばモータや歯車類から構成されている。

固形物を除去するための除去手段としての水洗装置１５は、一端部が図外の水供給源に接続され、他端部が各吸気通路ＫＬ１，ＫＬ２に引き込まれている水供給配管１５０，１５１と、各水供給配管１５０，１５１の他端部に設けられているスプレイノズル１５２，１５３とを備えており、図示しない水供給源から供給される水Ｗを各吸気通路ＫＬ１，ＫＬ２における吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面にスプレイして固形物を除去するためのものである。

切換手段１６は、各排ガス導入管１１６，１１７、各不活性ガス導入管１１８，１１９、および、水供給配管１５０，１５１のそれぞれに設けられている弁１６０〜１６５と、各弁１６０〜１６５の開閉を制御するための制御装置１６６とを含んで構成されている。

以下、図１を参照して、排ガス処理装置Ｘ１の作用について説明する。

まず、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６０，１６５を開き、弁１６１〜１６４を閉じるように制御した上で、排ガス処理装置Ｘ１を稼動させる。

排ガス処理装置Ｘ１の稼動時においては、吸収液槽Ｔ１が所定量の吸収液Ｌを受容している状態において、駆動部１４が作動して、回転インペラ１２が高速回転する。回転速度は、例えば１０００〜３０００ｒｐｍである。回転インペラ１２の高速回転により、吸気管１１の内部には負圧が生じる。この負圧が駆動力となり、図外の半導体製造装置から排出された排ガスＡは、排ガス導入管１１６を流通して排ガス導入口１１２から吸気管１１の第１吸気通路ＫＬ１に吸引される。吸引された排ガスＡは、吸気管１１の開放下端１１１から吸収液Ｌ中に供給される。具体的には、排ガスＡは、吸気管１１の開放下端１１１から、回転インペラ１２の回転により吸収液Ｌ中に生ずる渦流に従って放射旋回状に、微細気泡として吸収液Ｌ中に分散される。このようにして吸収液Ｌ中で排ガスＡを微細に気泡化することにより、吸収液Ｌに対して排ガスＡを効率よく接触させることができる。その結果、排ガスＡ中の一部の成分は吸収液Ｌにて効率的に吸収または加水分解されることとなる。そのため、吸収液槽Ｔ１に受容されている吸収液Ｌには、排ガスＡに由来する化学物質が溶解または分散している。

吸収液槽Ｔ１には、新しい吸収液Ｌが一定の供給速度で供給口Ｔ１ａから補充される。これにより、吸収液槽Ｔ１に貯留されている吸収液Ｌは、一定の流入速度で気液分離槽Ｔ２にオーバーフローする。また、吸収液Ｌにて吸収や加水分解されずに気体状態を維持する排ガス成分など（ガスＡ’）も、吸収液Ｌから脱した後に気液分離槽Ｔ２へと流入する。気液分離槽Ｔ２に流入した吸収液ＬおよびガスＡ’は、各々、液体排出管１９Ａおよびガス排出管１９Ｂを介して装置外に排出される。吸収液Ｌは、例えば廃液処理装置に送られて所定の処理を経る。ガスＡ’は、例えば大気中に放出される。

排ガス処理装置Ｘ１によるこのような排ガス処理においては、回転インペラ１２が吸収液Ｌの液面下で高速回転するため、吸収液Ｌの一部は、液中にて開口している吸気管１１の開放下端１１１から巻き上がり、或いは跳ね上り、吸気管１１における開放下端１１１近傍の内面や仕切板１１０の表面に付着する。吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に付着した水分と排ガスＡ中の一部の成分とが反応して生成する固形物（ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃など）は、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に固着する。この固形物は、固形物表面への水分の付着および更なる固形物の生成を経て、吸気管断面の中心方向へと更に成長する傾向にある。

一方、第２吸気通路ＫＬ２においては、排ガスＡの導入が行われず、水供給配管１５１およびスプレイノズル１５３を介して図外の水供給源から供給される水Ｗが吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面にスプレイされる。このスプレイされた水Ｗは、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に沿って流下し、固形物を洗い落とし或いは溶解除去する。

次に、排ガス処理装置Ｘ１は稼動させたまま、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６５を閉じ、弁１６３を開くように制御する。これにより、第２吸気通路ＫＬ２における水洗は終了するとともに、不活性ガス導入管１１９を介して不活性ガスＢを供給することにより、第２吸気通路ＫＬ２側の吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面を乾燥させる。

次に、第１吸気通路ＫＬ１における吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に固着する固形物が所定量に達したら、排ガス処理装置Ｘ１は稼動させたまま、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６０，１６３を閉じ、弁１６１，１６４を開くように制御する。これにより、回転インペラ１２の高速回転による負圧が駆動力となり、排ガスＡは、排ガス導入管１１７を流通して排ガス導入口１１３から吸気管１１の第２吸気通路ＫＬ２に吸引される。吸引された排ガスＡは、吸気管１１の開放下端１１１から吸収液Ｌ中に供給され、第１吸気通路ＫＬ１を介して吸引される場合と同様の処理が行われる。一方、第１吸気通路ＫＬ１においては、排ガスＡの導入が行われず、水供給配管１５０およびスプレイノズル１５２を介して図外の水供給源から供給される水Ｗが吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面にスプレイされる。このスプレイされた水Ｗは、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に沿って流下し、固形物を洗い落とし或いは溶解除去する。

次に、排ガス処理装置Ｘ１は稼動させたまま、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６４を閉じ、弁１６２を開くように制御する。これにより、第１吸気通路ＫＬ１における水洗は終了するとともに、不活性ガス導入管１１８を介して不活性ガスＢを供給することにより、第１吸気通路ＫＬ１側の吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面を乾燥させる。

次に、第１吸気通路ＫＬ２における吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に固着する固形物が所定量に達したら、排ガス処理装置Ｘ１は稼動させたまま、切換手段１６の制御装置１６６により、再び弁１６１，１６２を閉じ、弁１６０，１６５を開くように制御する。以上の操作を繰り返し行う。

このように、排ガス処理装置Ｘ１によると、一方の吸気通路を介して排ガスＡを供給することにより行う排ガス処理と並行して、他方の吸気通路における吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に固着する固形物（ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃など）の除去を行うことができる。したがって、排ガス処理装置Ｘ１は、切換手段１６によって排ガス処理を行う吸気通路と固形物除去を行う吸気通路とを適切に切り換えることにより、長時間の連続稼動を良好に実行することが可能である。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る排ガス処理装置Ｘ２の概略構成図である。排ガス処理装置Ｘ２は、吸収液槽Ｔ１と、気液分離槽Ｔ２と、吸気管１１と、回転インペラ１２と、軸封装置１３と、駆動部１４と、掻取機構２５と、切換手段１６と、を具備し、例えば半導体製造装置から排出される排ガスＡに含まれる有害成分を除去するための微細気泡発生装置として構成されたものである。排ガス処理装置Ｘ２は、排ガス処理装置Ｘ１と同様の吸収液槽Ｔ１、気液分離槽Ｔ２、吸気管１１、回転インペラ１２、軸封装置１３、駆動部１４、切換手段１６を具備する。

掻取機構２５は、図３に示すように、掻取治具２５０と、シール機構２５１とを備えており、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に沿って、掻取治具２５０をシール機構２５１で摺動させつつ図中上下方向に移動させることにより、固形物を掻取って除去するためのものである。掻取治具２５０の掻取部２５０ａの形状は、固形物を適切に除去することが可能な形状であればよく、図面に現れているような形状には限られない。シール機構２５１は、吸気管１１からのガス漏れを防ぎつつ、掻取治具２５０の摺動を実現するためのものであり、公知の構成を有して吸気管１１の上端部に嵌設されている。

排ガス処理装置Ｘ２によると、水洗装置１５に代えて掻取機構２５により固形物の除去を行うようにした以外は排ガス処理装置Ｘ１と同様に、半導体製造装置からの排ガスＡに対する排ガス処理が行われる。

以上、本発明の具体的な実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。例えば、仕切板１１０によって吸気管１１の内部を３つ以上に仕切るようにしてもよい。また、不活性ガスＢは、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面に付着した水の乾燥にのみ用いられているが、各吸気通路ＫＬ１，ＫＬ２に常に供給するようにしてもよい。このようにすると、半導体製造装置側、あるいは排ガス処理装置Ｘ１，Ｘ２側にトラブルが発生しても吸収液Ｌが半導体製造装置側に逆流するのを防ぐことが可能となる。

次に、本発明の実施例について比較例とともに説明する。

〔排ガス処理装置の構成〕
図１に示す概略構成を有する本実施例の排ガス処理装置Ｘ１（微細気泡発生装置）を用意した。本実施例の排ガス処理装置Ｘ１においては、吸気管１１（全長９６０ｍｍ，内径〔Ｄ１〕６０ｍｍ，塩化ビニル製〔透明〕）における開放下端１１１の、吸収液槽Ｔ１（内径４００ｍｍ）の底からの高さＤ２を２２５ｍｍとした。吸収液槽Ｔ１には、底から液面までの高さが７８５ｍｍとなるように吸収液Ｌとしての水を入れた。そのため、吸気管１１の開放下端１１１は、水面からの深さ５６０ｍｍに位置することとなった。回転インペラ１２としては、本体部１２０の直径が１２０ｍｍであり、且つ、ポリテトラフルオロエチレン製の主翼１２１および副翼１２２を有するものを採用した。当該回転インペラ１２と開放下端１１１との離隔距離Ｄ３は３ｍｍとした。

〔排ガス処理〕
本実施例の排ガス処理装置Ｘ１を使用して、所定の混合ガスに対して模擬的な排ガス処理を行った。使用した混合ガスは、半導体製造装置から排出される排ガスの組成を想定して、各種ガス（濃度既知）を混合して実験室的に調製されたものである。具体的には、当該混合ガスは、２．５ＳＬＭのＢＣｌ₃、１．０ＳＬＭのＣｌ₂、および１００ＳＬＭのＮ₂を混合して調製した。ＳＬＭ（Standard Liter per Minute）は、室温かつ１気圧におけるガス流量の単位（リットル／分）である。

排ガス処理においては、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６０，１６５を開き、弁１６１〜１６４を閉じるように制御した上で、回転インペラ１２を約１５００ｒｐｍで回転駆動した。この高速回転により生じる負圧を利用して、排ガス導入管１１６および排ガス導入口１１２を介して混合ガスを第１吸気通路ＫＬ１に導入した。導入された混合ガスは、吸気管１１の開放下端１１１（吸引ガス出口）から、激しい渦流状の水流に従って放射旋回状に、微細気泡として水中に分散された。一方、第２吸気通路ＫＬ２において、水供給配管１５１およびスプレイノズル１５３を介して水を５リットル／分の流量で５分間噴射し、固形物を溶解除去した。水洗後、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６５を閉じ、弁１６３を開くように制御し、第２吸気通路ＫＬ２に不活性ガス導入管１１９および不活性ガス導入口１１５を介して不活性ガスＢを通気させ、残留している水を乾燥させた。この不活性ガスＢによる乾燥は、第１吸気通路ＫＬ１から第２吸気通路ＫＬ２への排ガス導入の切換操作を行うまでの間、不活性ガスＢを５リットル／分の流量で第２吸気通路ＫＬ２に供給することにより行った。排ガス処理開始から４時間後、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６０，１６３を閉じ、弁１６１，１６４を開くように制御する（第１吸気通路ＫＬ１から第２吸気通路ＫＬ２への排ガス導入の切換操作）。この切り換え操作後、閉塞に至らない程度に固形物が固着した第１吸気通路ＫＬ１において、水供給配管１５０およびスプレイノズル１５２を介して水を５リットル／分の流量で５分間噴射し、固形物を溶解除去した。水洗後、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６４を閉じ、弁１６２を開くように制御し、第１吸気通路ＫＬ１に不活性ガス導入管１１８および不活性ガス導入口１１４を介して不活性ガスＢを通気させ、残留している水を乾燥させた。この不活性ガスＢによる乾燥は、第２吸気通路ＫＬ２から第１吸気通路ＫＬ１への排ガス導入の切換操作を行うまでの間、不活性ガスＢを５リットル／分の流量で第１吸気通路ＫＬ１に供給することにより行った。第１吸気通路ＫＬ１から第２吸気通路ＫＬ２への排ガス導入の切換操作から４時間後、切換手段１６の制御装置１６６により、弁１６１，１６２を閉じ、弁１６０，１６５を開くように制御する（第２吸気通路ＫＬ２から第１吸気通路ＫＬ１への排ガス導入の切換操作）。以後、同様の切換操作を繰り返し行った。なお、排ガス処理中は、吸収液Ｌとしての水を５リットル／分の流量で吸収液槽Ｔ１に補給し続けた。

このような排ガス処理を行う排ガス処理装置Ｘ１を９６時間連続運転し、その後、吸気管１１内の固形物の付着状態を目視により観察した。その結果、９６時間連続運転後には、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面には固形物の付着はなく、混合ガスの処理を行うのに支障をきたすような固形物の付着や成長は認められなかった。

比較例

仕切板１１０を設けず、吸気管１１を２つに分割していないことと、水洗装置１５を設けていないこと以外は実施例１と同一の構成を有する排ガス処理装置を用意した。本比較例の排ガス処理装置を使用して、実施例１と同様にして排ガス処理を行ったところ、約５時間の連続運転で、開放下端１１１の上方１００〜１５０ｍｍ付近にて吸気管１１の内面に固形物の付着が顕著となり、吸気管１１は略閉塞されてしまった。

〔排ガス処理装置の構成〕
水洗装置１５に代えて掻取機構２５が設けられている以外は実施例１の排ガス処理装置Ｘ１と同一の構成を有する排ガス処理装置Ｘ２を用意した。

〔排ガス処理〕
本実施例の排ガス処理装置Ｘ２を使用して、２．５ＳＬＭのＢＣｌ₃に代えて１．０ＳＬＭのＳｉＦ₄を混合した以外は実施例１において使用した混合ガスと同様の組成を有する混合ガスに対して模擬的な排ガス処理を行った。

排ガス処理においては、水供給配管１５０，１５１およびスプレイノズル１５２，１５３を介して水を５リットル／分の流量で５分間噴射する固形物除去操作に代えて、掻取治具２５０を固形物が固着している範囲で上下方向に手動で３回往復動させる固形物除去操作を行った以外は、実施例１と同様の操作を行った。

このような排ガス処理を行う排ガス処理装置Ｘ２を９６時間連続運転し、その後、吸気管１１内の固形物の付着状態を目視により観察した。その結果、９６時間連続運転後には、吸気管１１の内面や仕切板１１０の表面には固形物の付着はなく、混合ガスの処理を行うのに支障をきたすような固形物の付着や成長は認められなかった。

本発明に係る排ガス処理装置によると、排ガス処理に際し、吸気管の内面に固着する固形物（ＳｉＯ₂やＢ₂Ｏ₃など）の成長を適切に抑制することができる。また、本排ガス処理装置は、排ガス処理と固形物除去操作とを並行して行うことができる。このような排ガス処理装置は、長時間の連続稼動を実行するうえで好適である。

本発明の第１の実施形態に係る排ガス処理装置の概略構成図である。図１の線II−IIに沿った断面図である。本発明の第２の実施形態に係る排ガス処理装置の概略構成図である。

符号の説明

Ｘ１，Ｘ２排ガス処理装置
Ｔ１吸収液槽
Ｔ２気液分離槽
Ａ排ガス
Ｂ不活性ガス
Ｌ吸収液
Ｗ水
ＫＬ１，ＫＬ２吸気通路
１１吸気管
１２回転インペラ
１３軸封装置
１４駆動部
１５水洗装置（除去手段）
１６切換手段
２５掻取機構（除去手段）
１１０仕切板（仕切部材）
１１２，１１３排ガス導入口
１６０〜１６５弁

Claims

吸収液中に配設される回転インペラと、当該回転インペラに対向する開放下端および当該開放下端より上位に位置する排ガス導入口を有する吸気管と、当該吸気管の内部に生じる固形物を除去するための除去手段とを備え、前記回転インペラが回転駆動することにより、前記吸気管内に負圧が生じて前記排ガス導入口を介して当該吸気管内に排ガスが吸引され、且つ、吸引された排ガスが微細気泡として前記吸収液中に分散される、排ガス処理装置であって、前記吸気管の内部はその長手方向に延びる仕切部材により複数の吸気通路に分割されており、前記排ガス導入口および前記除去手段は各吸気通路ごとに設けられており、各排ガス導入口を介して各吸気通路に選択的に排ガスを導入するための切換手段が設けられていることを特徴とする、排ガス処理装置。
前記切換手段は、前記排ガス導入口に接続された複数の弁と、当該各弁を開閉するための制御装置とを有する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記除去手段は、前記吸気管の内面および／または前記仕切部材の表面を水洗するための水洗手段を有する、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
前記除去手段は、前記吸気管の内面および／または前記仕切部材の表面に沿って駆動する掻取手段を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の排ガス処理装置。
前記吸気通路に不活性ガスを供給するための不活性ガス供給手段をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載の排ガス処理装置。
請求項１から５のいずれか１つに記載の排ガス処理装置を用いる排ガス処理方法であって、前記回転インペラを回転駆動した状態において、いずれかの吸気通路に排ガスを選択的に導入する一方、排ガスが導入されていない他の吸気通路については、前記除去手段により内部に生じる固形物を除去することを特徴とする、排ガス処理方法。