JP6196481B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排ガス処理技術に関する。
例えば、半導体産業では、半導体製造工程において排出される有害ガス、例えば、シラン（ＳｉＨ４）ガス、ハロゲン系（ＮＦ３，ＣｌＦ３，ＳＦ６，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４等）ガスが燃焼処理される。燃焼処理された排ガスには、処理対象ガスの成分によって燃焼副生成物として固体成分（例えば、ＳｉＯ２）や酸性成分(ＨＦ，ＨＣｌ等)が含まれる。これらを排ガスから除去するために、排ガスが洗浄される。洗浄の方式としては、ファンスクラバやスプレー塔などが知られている。
かかる燃焼式排ガス処理装置では、高温（例えば、１７００℃）の燃焼ガスの冷却や洗浄を行うために、多量の水を必要とする。かかる多量の水を工業用水や水道水の供給のみによって賄うと、水供給に係るランニングコストが増大し、しいては、排水処理コストの増大をも招くことになる。このため、水を循環使用するとともに、循環水と冷却液とで熱交換する熱交換器によって循環水を冷却する技術が開発されている（例えば、下記の特許文献１，２）。
特開２００８−１６１８６１号公報 特開２００９−１８２９０号公報
しかしながら、熱交換器の設置は、排ガス処理装置の設置スペースの増大を招くことになる。このため、熱交換器を設置しない場合と比べて設置スペースを増大させることなく、循環水を冷却するための熱交換器を設置し、省水量化を図ることが求められる。また、ガスに含まれる特定の成分（例えば、ハロゲン系ガス）が循環水中に溶解し、循環中に濃縮されると、循環水の酸性濃度が上昇する。このため、循環水による熱交換器等の腐食を抑制することが求められる。さらに、冷却液や循環水の外部への漏洩のリスクを低減することが望ましい。また、熱交換器の一般的な課題として、熱交換効率の向上が求められ、排ガス処理装置の一般的な課題として、メンテナンスの負担軽減が求められる。これらの問題は、燃焼式排ガス処理装置に限らず、熱エネルギーを利用して排ガスを処理し、処理された排ガスを循環水によって冷却する種々の排ガス処理装置に共通する。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
本発明の第１の形態は、排ガス処理装置として提供される。この排ガス処理装置は、熱エネルギーを利用して排ガスを処理する排ガス処理部であって、処理された排ガスを、液体を使用して冷却する排ガス処理部と、液体を循環液として循環路内を循環させる循環部と、循環液を冷却するための熱交換チューブであって、熱交換チューブの内部に流れる冷却液と、熱交換チューブの外部に流れる循環液との間で熱交換を行う熱交換チューブと、循環液を貯留する循環液貯留部とを備える。熱交換チューブは、循環液貯留部の内部の少なくとも一部に確保された熱交換チューブ設置空間に配置される。
かかる排ガス処理装置によれば、熱交換チューブは、循環液の循環路の内部に設けられるので、熱交換器用の設置スペースを別途確保する必要がない。したがって、排ガス処理装置の設置スペースを増大さることなく、排ガス処理に必要な水量を低減できる。しかも、万が一、冷却液が熱交換チューブから漏洩したとしても、冷却液が循環液の循環路内に漏洩するに過ぎず、冷却液が外部（系外）に漏洩することがない。また、熱交換チューブが循環液の循環路の外部に設けられる場合に必要となる循環液を熱交換器に導くための配管が不要になるので、循環液用の配管の延長距離を短くできるとともに、配管の接続箇所を低減できる。このため、循環液の漏洩リスクを低減できる。さらに、比較的大きなスペースに熱交換チューブを設置できるので、伝熱面積を大きく確保でき、熱交換効率を高めやすい。
本発明の第２の形態として、第１の形態において、熱交換チューブは、冷却液が循環液と反対の方向に流れるように構成されていてもよい。かかる形態によれば、熱交換効率を向上できる。
本発明の第３の形態として、第１または第２の形態において、熱交換チューブは、熱交換チューブの内部を流れる冷却液と、循環液貯留部を流れる循環液との間で熱交換を行ってもよい。かかる形態によれば、循環液貯留部の壁面が熱交換器のケーシングを兼ねた構成を有する。換言すれば、熱交換チューブと循環液貯留部とが熱交換器を構成する。したがって、熱交換ユニットを循環液貯留部に配置する場合と比べて、装置構成を簡略化できる。
本発明の第４の形態として、第３の形態において、熱交換チューブ設置空間は、循環液が蛇行して流れる蛇行流路として形成されていてもよい。熱交換チューブは、蛇行流路に沿って配置されてもよい。かかる形態によれば、小さな設置スペース内で熱交換チューブの伝熱面積を大きくできるとともに、循環水が伝熱面に接触する時間を長くすることができる。その結果、熱交換効率を高めることができる。
本発明の第５の形態として、第１または第２の形態において、排ガス処理装置は、さらに、熱交換チューブを内部に収容する循環液管であって、熱交換チューブと循環液管との間に循環液を流通させるための循環液管を備えていてもよい。熱交換チューブは、熱交換チューブの内部を流れる冷却液と、循環液貯留部から循環液管に流入した循環液との間で熱交換を行ってもよい。循環液管は、循環液が蛇行して流れる蛇行流路として形成されていてもよい。かかる形態によれば、第４の形態と同様の効果を奏する。しかも、熱交換チューブ設置空間を蛇行流路として形成する必要がないので、循環液貯留部の構成を簡略化できる。
本発明の第６の形態として、第１ないし第５のいずれかの形態において、熱交換チューブは、複数のチューブがプレート状に配列されて構成されるチューブ群を複数有していてもよい。複数のチューブ群は、相互に離間して熱交換チューブ設置空間に配置されてもよい。熱交換チューブ設置空間は、複数のチューブ群によって仕切られて、循環液が蛇行して流れる蛇行流路として形成されてもよい。かかる形態によれば、第５の形態と同様の効果を奏する。
本発明の第７形態として、第１ないし第６のいずれかの形態において、排ガス処理装置は、さらに、排ガス処理部で使用された循環液をろ過するフィルタを備えていてもよい。熱交換チューブ設置空間には、フィルタを透過した循環液が導かれてもよい。かかる形態によれば、排ガス処理部において循環液に固体成分が含有されても、当該固体成分がフィルタによって除去された循環液が熱交換チューブ設置空間に導かれる。したがって、固体
成分が熱交換チューブの伝熱面に付着することを抑制できる。その結果、熱交換チューブの熱交換効率の低下を抑制できるとともに、熱交換チューブのメンテナンス（清掃）負荷を低減できる。
本発明の第８の形態として、第１ないし第７のいずれかの形態において、循環液貯留部は、少なくとも一部分が、仕切壁によって上下方向に仕切られた２以上の室であって、隣り合う室同士が連通する２以上の室を有していてもよい。熱交換チューブ設置空間は、２以上の室のうちの一部の室に確保されていてもよい。かかる形態によれば、循環液貯留部の容量を立体的に有効利用できるので、熱交換チューブの設置自由度が向上する。
本発明の第９の形態として、第１ないし第８のいずれかの形態において、熱交換チューブは、樹脂材料を含んで形成されてもよい。かかる形態によれば、排ガス中の酸性ガスが循環液に溶解する場合に、酸性の循環液によって熱交換チューブが腐食することを抑制できる。
本発明の第１０の形態として、第１ないし第９のいずれかの形態において、循環液貯留部は、堰によって、第１室と第２室とに分離されていてもよい。排ガス処理部で使用される液体のうちの、排ガスの流通経路の上流側で使用された液体が第１室に流入し、排ガスの流通経路の下流側で使用された液体が第２室に流入してもよい。第２室には、第１室から堰を越えてオーバフローして循環液が流入してもよい。熱交換チューブ設置空間は、第２室に確保されてもよい。排ガスの流通経路の上流側で使用された循環液には、相対的に多量の固体成分が含まれるが、かかる形態によれば、当該固体成分は、第１室に沈殿するので、第２室に設けられる熱交換チューブの伝熱面に固体成分が付着することを抑制できる。
本発明の第１１の形態として、第７の形態を少なくとも含む第１０の形態において、第１室には、フィルタとしての第１のフィルタが設けられていてもよい。第１室に流入した液体は、第１のフィルタを透過した後に、第２室に流入してもよい。かかる形態によれば、第１室に貯留された循環液に含まれる固体成分が第２室に移動することがいっそう抑制され、その結果、熱交換チューブの伝熱面に固体成分が付着することをいっそう抑制できる。
本発明の第１２の形態として、第７の形態を少なくとも含む第１０または第１１の形態において、第２室の上方には、フィルタとしての第２のフィルタが設けられていてもよい。排ガスの流通経路の下流側で使用された液体は、第２のフィルタを透過した後に、第２室に流入してもよい。かかる形態によれば、排ガスの流通経路の下流側で使用された液体に固体成分が含有されても、当該固体成分は、第２のフィルタで捕捉されるので、熱交換チューブの伝熱面に固体成分が付着することを抑制できる。
本発明の第１実施例としての排ガス処理装置の概略構成を示す説明図である。 循環水貯留部を模式的に示す正面図である。 熱交換チューブ設置空間の内部構成を模式的に示す説明図である。 熱交換チューブの構成を示す説明図である。 第２実施例としての排ガス処理装置の構成の一部分を示す説明図である。 第３実施例としての排ガス処理装置の構成の一部分を示す説明図である。
Ａ．第１実施例：
図１は、第１実施例としての排ガス処理装置１０の概略構成を示す。本実施例では、排
ガス処理装置１０は、半導体製造工程において排出される排ガスを、大気に放出する前に処理する装置である。排ガス処理装置１０は、排ガス処理部１５と、循環部７０と、熱交換部８０とを備える。排ガス処理部１５は、燃焼処理部２０と、冷却部３０と、洗浄部４０とを備えており、循環水Ｗ１用を使用して、排ガス処理を行う。循環水Ｗ１は、単なる水であってもよいし、所定の添加物（例えば、酸性ガスを中和するアルカリ剤）が添加された水であってもよい。循環部７０は、循環水貯留部５０と、循環配管７１，７３と、循環ポンプ７２とを備えており、循環水Ｗ１を循環させる。熱交換部８０は、循環水Ｗ１と冷却水Ｗ５との熱交換を行う。
燃焼処理部２０は、上方から流入した排ガスを、別途供給される空気および助燃ガスと混合し、排ガスを燃焼して、下方に導く。燃焼温度は、例えば、１，７００℃である。この燃焼処理部２０は、水流フランジ部２１と、燃焼室２２とを備える。燃焼室２２は、排ガスを所定時間滞留させるための容積を有しており、ここで排ガスが完全燃焼される。かかる排ガスの燃焼によって、固体成分（ＳｉＯ２等）や酸性ガスが燃焼副生成物として生成される。
本実施例では、燃焼室２２の内壁面２３には、水流フランジ部２１から供給される循環水Ｗ１によって、水膜が形成される。これにより、内壁面２３が高温化することを抑制できるので、比較的安価な材料で内壁面２３を形成でき、アルミナ系などガラスセラミックス材料等の高価な耐熱材料を使用する必要がない。また、内壁面２３が排ガスと接触することが抑制されるので、内壁面２３の腐食を抑制できる。内壁面２３は、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）等の耐熱性および耐食性を有する樹脂材料でコーティングされていてもよい。こうすれば、循環水Ｗ１に酸性ガスが溶解しても、酸性の循環水Ｗ１によって内壁面２３が腐食することを抑制できる。内壁面２３に固体成分が付着しにくくなり、燃焼室２２の清掃手間を低減できる。
燃焼処理部２０において燃焼処理された排ガスは、燃焼処理部２０の下部に接続された冷却部３０に導かれる。冷却部３０では、ノズル３１によって噴霧された循環水Ｗ１によって、排ガスが冷却される。冷却部３０において冷却された排ガスは、洗浄部４０に導かれる。冷却部３０において噴霧された循環水Ｗ１の一部は、蒸発して排ガスに含まれるが、循環水Ｗ１の大部分は、冷却部３０の底面を流れて、燃焼室２２に流入し、その後、後述する第１室５２に流入する。
洗浄部４０は、本実施例では、複数のノズル４１を備えた洗浄塔（スプレー塔）として構成される。ノズル４１から噴霧される循環水Ｗ１によって、排ガス中に含まれる固体成分や酸性ガスが捕捉される。ただし、洗浄部４０の形式は、特に限定するものではなく、湿式洗浄を行う任意の形式、例えば、ファンスクラバとすることができる。湿式洗浄された排ガスは、洗浄部４０の上方から排出される。洗浄部４０の下方には、第２のフィルタ４３が設けられており、ノズル４１から噴霧された循環水Ｗ１は、第２のフィルタ４３を透過して、下方に移動する。
循環水貯留部５０は、循環水Ｗ１を貯留するタンクである。循環水貯留部５０は、任意の構造体とすることができ、例えば、コンクリートで築造された水槽であってもよいし、樹脂製の容器であってもよい。循環水貯留部５０は、その内部空間を２分割する堰５１を備えている。循環水貯留部５０は、堰５１によって、第１室５２と第２室５３とに分離される。第１室５２は、燃焼処理部２０の直下に配置されており、第２室５３は、洗浄部４０の直下に配置されている。
燃焼処理部２０において水膜を形成した循環水Ｗ１は、そのまま下方に移動して、第１室５２に流入し、貯留される。水膜を形成した循環水Ｗ１には、燃焼処理部２０における
副生成物としての固体成分（粉塵）が多量に含まれる。また、比較的大型の固体成分は、自重によって、第１室５２に落下する。第１室５２では、循環水Ｗ１に含まれる固体成分が沈殿する。また、第１室５２には、堰５１の近傍に第１のフィルタ５４が設けられている。堰５１に貯留された循環水Ｗ１の高さが堰５１の高さを超えると、第１のフィルタ５４を透過した循環水Ｗ１が堰５１を越えてオーバフローし、第２室５３に流入する。このため、第１室５２の水位ＬＶ１は、第２室５３の水位ＬＶ２よりも高くなっている。上述の説明からも明らかなように、第１室５２に貯留される循環水Ｗ１に含まれる固体成分は、その大半が沈殿によって除去され、さらに、残りのほとんどが第１のフィルタ５４によって除去された後に、第２室５３に流入する。堰５１は、第１のフィルタ５４のろ過負荷、換言すれば、清掃頻度を低減する効果がある。なお、第１室５２の側面には、開閉可能な点検窓を設けてもよい。こうすれば、固体成分の沈殿状況や第１のフィルタ５４の付着状況を確認できると共に、必要に応じて容易に清掃できる。
第２室５３には、第１室５２からの流入水の他に、洗浄部４０で噴霧された循環水Ｗ１、すなわち、第２のフィルタ４３を透過した循環水Ｗ１が流入する。洗浄部４０で噴霧された循環水Ｗ１は、排ガス中の固体成分を捕捉するので、当該循環水Ｗ１には、固体成分が含まれる。この固体成分の大半は、第２のフィルタ４３によって捕捉される。第２室５３に貯留された循環水Ｗ１は、第２室５３の内部に配置された熱交換チューブ８２（詳細は後述）によって冷却された後、循環路、すなわち、循環水Ｗ１を流通または一次貯留するための空間としての循環水貯留部５０および循環配管７１，７３を介して、再び、燃焼処理部２０、冷却部３０および洗浄部４０に供給される。図１では、燃焼処理部２０に供給される循環水Ｗ１を循環水Ｗ２として、洗浄部４０に供給される循環水Ｗ１を循環水Ｗ３として示している。なお、第２室５３の側面には、開閉可能な点検窓を設けてもよい。こうすれば、第２のフィルタ４３の付着状況および清掃作業や、熱交換チューブ８２の設置、交換、清掃作業等を行いやすい。
このように循環使用される循環水Ｗ１は、供給口７４から補給水Ｗ４（例えば、工業用水や水道水）が連続的または間欠的に補給される。かかる補給水Ｗ４の補給によって、循環水Ｗ１を冷却できる。また、循環水Ｗ１には、排ガス中に含まれる酸性ガスが溶解し、その濃度は循環水Ｗ１の循環によって徐々に上昇していくが、補給水Ｗ４の補給によれば、循環水Ｗ１の酸性濃度の上昇を抑制できる。循環水Ｗ１は、排出口７５を介して、連続的または間欠的にその一部が排出される。これによっても、循環水Ｗ１の酸性ガスの濃度が過剰に上昇することが防止される。
熱交換部８０は、冷却配管８１，８３と、冷却配管８１，８３の間に配置された熱交換チューブ８２とを備えている。熱交換部８０は、循環ポンプ（図示省略）によって、冷却水Ｗ５を循環させる。熱交換チューブ８２は、上述の通り、第２室５３の内部の水位ＬＶ２よりも低い位置に配置されている。熱交換チューブ８２の内部に冷却水Ｗ５が流れることによって、冷却水Ｗ５と、熱交換チューブ８２の外部（第２室５３）を流れる循環水Ｗ１との間で熱交換が行われる。これによって、循環水Ｗ１は冷却される。
図２は、循環水貯留部５０の断面構成を模式的に示す。図示するように、第１室５２には、燃焼処理部２０の下端部に接続される燃焼部接続短管２４が挿入されている。第１室５２の底部には、固体成分が沈殿するための沈殿スペース５５が確保されている。
第２室５３は、その内部空間を上下に仕切る仕切壁５６を有している。この仕切壁５６によって、第２室５３は、上側の貯留室５７と、下側の熱交換チューブ設置空間６０とに仕切られる。貯留室５７は、主に、循環水Ｗ１の貯留を目的としており、熱交換チューブ設置空間６０は、主に、熱交換チューブ８２の設置を目的としている。貯留室５７と熱交換チューブ設置空間６０とは、連通穴５８によって連通しており、循環水Ｗ１は、連通穴
５８を介して、貯留室５７から熱交換チューブ設置空間６０に流入する。第２室５３には、洗浄部４０の下端部に接続される洗浄部接続短管４４が挿入されている。このように第２室５３を仕切ることによって、第２室５３の容量を立体的に有効利用できるので、熱交換チューブ８２の設置自由度が向上する。なお、第２室５３は、上下に３室以上に仕切られていてもよい。この場合、熱交換チューブ設置空間６０は、３室以上の室のうちの一部の任意の室に確保されていてもよい。
また、貯留室５７には、水位計５９が設けられている。本実施例では、水位計５９によって検出される水位が所定以上に高くなった場合には、排ガス処理装置１０を制御する制御部（図示省略）によって、冷却水Ｗ５の熱交換チューブ８２への供給が停止される。かかる構成によれば、万が一、冷却水Ｗ５が熱交換チューブ８２から漏洩して、水位ＬＶ２が上昇しても、循環水Ｗ１が循環水貯留部５０から溢れ出すことがない。冷却水Ｗ５が熱交換チューブ８２から漏洩した場合には、水位ＬＶ２の上昇速度は、通常時の水位変動時のそれよりも速くなるので、制御部は、水位計５９の検出結果をモニタリングして、その変化速度から、循環水Ｗ１の漏洩を検知してもよい。
図３は、循環水貯留部５０の平面構成を模式的に示す。図３において、第２室５３に対応する領域は、熱交換チューブ設置空間６０として示している。図示するように、熱交換チューブ設置空間６０には、３つの仕切壁６１，６２，６３が設けられており、循環水Ｗ１の流れ方向が平面上で３回折り返される蛇行流路として形成されている。熱交換チューブ８２は、この蛇行流路に沿って配置されている。かかる構成によれば、小さな設置スペース内で熱交換チューブ８２の伝熱面積を大きくできるとともに、循環水が熱交換チューブ８２の伝熱面に接触する時間を長くすることができる。その結果、熱交換効率を高めることができる。また、循環水Ｗ１の流路断面積が小さくなって、流速が増大することや、循環水Ｗ１が蛇行することによって、循環水Ｗ１の流れが乱流となり、熱交換効率が向上する。
また、図３に示すように、本実施例では、熱交換チューブ８２の内部を流れる冷却水Ｗ５と、熱交換チューブ８２の外部を流れる循環水Ｗ１とは、反対方向に流通される。このように、熱交換する２つの流体を対向流とすることによって、熱交換効率を高めることができる。
図４は、熱交換チューブ８２の概略構成を示す。熱交換チューブ８２は、本実施例では、多管チューブ式であり、図４（ａ）に示すように、複数のチューブ８４とチューブ溶着部８５とを備えている。チューブ８４の内部には、冷却水Ｗ５が流通する。本実施例では、チューブ８４は、ＰＦＡによって形成されている。このため、チューブ８４の外部（熱交換チューブ設置空間６０）に酸性の循環水Ｗ１が流通しても、チューブ８４の腐食が好適に抑制される。また、ＰＦＡによれば、チューブ８４の概評面への固体成分の付着も抑制される。こうすれば、チューブ８４の交換や清掃の頻度を著しく低減することができ、メンテナンスに係るコストや手間を低減できる。チューブ８４の材料は、ＰＦＡに限らず、所定の耐腐食性、伝熱性、耐熱性、耐圧性を有する任意の樹脂材料を含んでいればよく、例えば、樹脂材料は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）であってもよい。また、チューブ８４は、その外面がＰＦＡ等でコーティングされた金属製のチューブとしてもよい。こうしてもある程度の耐食性を確保できる。
チューブ溶着部８５には、複数の貫通穴８６が形成されている。ここでは、貫通穴８６の数は、チューブ８４の数に等しい。この貫通穴８６の各々には、チューブ８４が１対１の対応関係で挿入され、チューブ８４の各々は、チューブ溶着部８５に溶着されている。かかるチューブ溶着部８５は、チューブ８４の両端に設けられる。これによって、図４（ｂ）に示すように、チューブ８４の間には、隙間８７が形成される。かかる構成によれば
、隙間８７に循環水Ｗ１が入り込むことによって、熱交換効率を向上できる。しかも、チューブ溶着部８５によって循環水Ｗ１の流れが乱流になるので、熱交換効率を高めることができる。また、２つのチューブ溶着部８５の間には、複数のチューブ分散板が設けられる。チューブ分散板には、複数の貫通穴が設けられており、これらの貫通穴の各々には、チューブ８４が１体１の対応関係で挿入される。かかるチューブ分散板によれば、チューブ８４の延長に亘って隙間８７を好適に確保でき、チューブ溶着部８５と同様の効果を奏する。
チューブ８４は、できるだけ小口径のものを多数束ねて使用することが望ましい。こうすれば、熱交換チューブ８２の容積を増大させることなく、伝熱面積を増大できる。また、熱交換効率を高めるために、チューブ８４の肉厚は、できるだけ小さい方が望ましい。本実施例では、チューブ８４には、一般に市販されているＰＦＡチューブよりも薄肉のものを使用している。本実施例のように、複数のチューブ８４を使用する構成とすれば、チューブ８４の数を変更することによって、熱交換チューブ８２の能力を変更することもできる。例えば、規格化したチューブ８４を量産しておき、排ガス処理装置１０の熱負荷に応じて、使用するチューブ８４の数を変えれば、幅広い排ガス処理条件に柔軟に対応することが可能である。
かかる複数のチューブ８４を束ねるチューブ溶着部８５は、カブラにねじ込んで接続され、このカプラは、冷却配管８１，８３に接続される。なお、接続形態は、特に限定するものではなく、例えば、チューブ溶着部８５とカプラとがフランジ構造を有し、これらがフランジ接続されてもよい。
上述した排ガス処理装置１０によれば、熱交換チューブ８２が循環水貯留部５０（より具体的には、第２室５３）の内部に設けられるので、熱交換チューブ８２用の設置スペースを別途確保する必要がない。したがって、排ガス処理装置１０の設置スペースを増大さることなく、排ガス処理に必要な水量を低減できる。さらに、循環水貯留部５０は、比較的大きなスペースを有するので、伝熱面積を大きく確保でき、熱交換効率を高めやすい。しかも、万が一、冷却水Ｗ５が熱交換チューブ８２から漏洩したとしても、冷却水Ｗ５が循環水Ｗ１の循環路内に漏洩するに過ぎず、冷却水Ｗ５が外部（系外）に漏洩することがない。また、熱交換チューブ８２が循環水Ｗ１の循環路の外部に設けられる場合に必要となる循環水Ｗ１を熱交換チューブ８２に導くための配管が不要になるので、循環水Ｗ１用の配管の延長距離を短くできるとともに、配管の接続箇所を低減できる。このため、酸性の循環水Ｗ１の漏洩リスクを低減できる。
また、排ガス処理装置１０によれば、循環水貯留部５０の壁面が熱交換器のケーシングを兼ねた構成を有している。換言すれば、熱交換チューブ８２と循環水貯留部５０とが熱交換器を構成する。したがって、既成の熱交換ユニットを循環水貯留部５０に配置する場合と比べて、排ガス処理装置１０の装置構成を簡略化できる。
また、排ガス処理装置１０によれば、金属よりも耐食性に優れるが、伝熱性に劣る樹脂材料を熱交換チューブ８２に使用する一方で、熱交換チューブ８２および熱交換チューブ設置空間６０の上述した種々の構成によって、熱交換チューブ８２の熱交換効率を高めることで、耐食性と伝熱性との両立を可能にしている。
さらに、排ガス処理装置１０によれば、第２のフィルタ４３、堰５１および第１のフィルタ５４によって固体成分が概ね除去された循環水Ｗ１が熱交換チューブ８２に導かれるので、固体成分が熱交換チューブ８２の伝熱面に付着することを抑制できる。その結果、熱交換チューブ８２の熱交換効率の低下を抑制できるとともに、熱交換チューブ８２の清掃負荷を低減できる。
Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例としての排ガス処理装置の構成の一部分を示す。図５において、第１実施例（図１）と同一の構成要素については、図１と同一の符号を付している。第２実施例の排ガス処理装置は、第１実施例の熱交換チューブ８２に代えて、熱交換器２８２を備えている点が第１実施例と異なっており、その他の点については、第１実施例と同様である。以下、第１実施例と異なる点について説明する。熱交換器２８２は、熱交換チューブ８２と循環水管２８８とを備えている。循環水管２８８の内部には、熱交換チューブ８２が収容される。循環水管２８８は、蛇行流路を形成するように水平方向に湾曲した形状を有しており、熱交換チューブ８２も循環水管２８８に追従した形状を有している。循環水管２８８は、循環ポンプ７２の吸込口に接続される。なお、循環水管２８８の形状は、特に限定されるものではなく、鉛直方向に延びて形成された渦巻き形状であってもよい。また、循環水管２８８は、内部に仕切構造を備えることによって、その内部に蛇行流路が形成されてもよい。
循環水貯留部５０に貯留された循環水Ｗ１は、循環水管２８８の内部に流入し、熱交換チューブ８２の内部を流れる冷却水Ｗ５との間で熱交換した後、循環ポンプ７２に吸引される。かかる構成は、簡易的なシェルアンドチューブ方式と見なすことができる。かかる構成によれば、熱交換チューブ設置空間６０に仕切壁６１〜６３を設けずに、第１実施例と同様の効果を奏する。つまり、熱交換チューブ設置空間６０の構造を簡略化できる。また、熱交換器２８２を循環水貯留部５０内に設置する際には、循環水貯留部５０の外部において、循環水管２８８の中に熱交換チューブ８２を設置した後、これらを循環水貯留部５０内に設置できる。したがって、循環水貯留部５０の内部での作業が少なくなり、設置作業を容易にすることができる。
Ｃ．第３実施例：
図６は、第３実施例としての排ガス処理装置の構成の一部分を示す。第３実施例の排ガス処理装置は、第１実施例の熱交換チューブ８２に代えて、第１のチューブ群３８４ａと、第２のチューブ群３８４ｂと、ヘッダ管３８１ａ，３８２ａ，３８１ｂ，３８２ｂとを備えている点が第１実施例と異なっており、その他の点については、第１実施例と同様である。以下、第１実施例と異なる点について説明する。ヘッダ管３８１ａ，３８２ａは、第１のチューブ群３８４ａの端部と接続されている。同様に、ヘッダ管３８１ｂ，３８２ｂは、第２のチューブ群３８４ｂの端部と接続されている。
ヘッダ管３８１ａに導入された冷却水Ｗ５は、ヘッダ管３８１ａを介して、第１のチューブ群３８４ａ内を流通し、ヘッダ管３８２ａに流入する。ヘッダ管３８２ａに流入した冷却水Ｗ５は、ヘッダ管３８２ｂに流入した後、第２のチューブ群３８４ｂ内を流通し、ヘッダ管３８１ｂに流入する。第１のチューブ群３８４ａおよび第２のチューブ群３８４ｂは、それぞれ、複数のチューブがプレート状に配列されて構成される。図６では、各チューブは、隙間を空けて配列されているように図示しているが、実際は、ほぼ隙間がない状態で配列されている。
かかる第１のチューブ群３８４ａおよび第２のチューブ群３８４ｂは、相互に離間して設けられており、その結果、循環水貯留部５０（熱交換チューブ設置空間６０）は、第１のチューブ群３８４ａおよび第２のチューブ群３８４ｂによって仕切られ、循環水Ｗ１の蛇行流路が形成されている。かかる構成によれば、熱交換チューブ設置空間６０に仕切壁６１〜６３を設けずに、第１実施例と同様の効果を奏する。つまり、熱交換チューブ設置空間６０の構造を簡略化できる。しかも、第１実施例の熱交換チューブ８２と比べて、循環水Ｗ１の循環路の幅を狭くできる。その結果、第１のチューブ群３８４ａおよび第２のチューブ群３８４ｂの設置の自由度が向上する。また、循環水Ｗ１の流速が増大し、循環
水Ｗ１が乱流となるため、より効率的な熱交換が可能である。なお、第１のチューブ群３８４ａおよび第２のチューブ群３８４ｂは、相互に独立して、その内部に冷却水Ｗ５を流通させるものであってもよい。また、チューブ群は、２以上設けられていればよく、例えば、３つ設けられていてもよい。
Ｃ．変形例：
Ｃ−１．変形例１：
循環水Ｗ１の循環路内には、温度センサが設けられていてもよい。温度センサによって、循環水Ｗ１の温度を監視すれば、熱交換チューブ８２に微細な固体成分が付着し、熱交換効率が低下することを検知できる。その結果、作業員は、熱交換チューブ８２のメンテナンス（清掃等）のタイミングを好適に判断することができ、また、排ガス処理装置１０の安全性が向上する。
Ｃ−２．変形例２：
上述した実施例は、熱エネルギーを利用して排ガスを処理し、処理された排ガスを循環水によって冷却する種々の排ガス処理装置に適用可能であり、例えば、燃焼式、触媒式、プラズマ式の排ガス処理装置に提供可能である。
以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。例えば、洗浄部４０で噴霧された循環水Ｗ１を、冷却部３０を介して第１室５２に流入させる場合や、排ガスに含まれる固体成分が少ない場合には、第２のフィルタ４３は、省略してもよい。また、熱交換器８２に求められる熱交換効率によっては、熱交換効率を向上するための種々の構成の少なくとも一部を省略してもよい。また、循環水貯留部５０が堰５１を備えていない場合には、循環水貯留部５０は、その全体が、上下に仕切られてもよい。
１０…排ガス処理装置
１５…排ガス処理部
２０…燃焼処理部
２１…水流フランジ部
２２…燃焼室
２３…内壁面
２４…燃焼部接続短管
３０…冷却部
３１…ノズル
４０…洗浄部
４１…ノズル
４３…第２のフィルタ
４４…洗浄部接続短管
５０…循環水貯留部
５１…堰
５２…第１室
５３…第２室
５４…第１のフィルタ
５５…沈殿スペース
５６…仕切壁
５７…貯留室
５８…連通穴
５９…水位計
６０…熱交換チューブ設置空間
６１〜６３…仕切壁
７０…循環部
７１，７３…循環配管
７２…循環ポンプ
７４…供給口
７５…排出口
８０…熱交換部
８１…冷却配管
８２…熱交換チューブ
８４…チューブ
８５…チューブ溶着部
８６…貫通穴
８７…隙間
２８２…熱交換器
２８８…循環水管
３８４ａ…第１のチューブ群
３８４ｂ…第２のチューブ群
３８１ａ，３８２ａ，３８１ｂ，３８２ｂ…ヘッダ管
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３…循環水
Ｗ４…補給水
Ｗ５…冷却水
ＬＶ１，ＬＶ２…水位

Claims (10)

  1. 排ガス処理装置であって、
    熱エネルギーを利用して排ガスを処理する排ガス処理部であって、処理された排ガスを、液体を使用して冷却する排ガス処理部と、
    前記液体を循環液として循環路内を循環させる循環部と、
    前記循環液を冷却するための熱交換チューブであって、該熱交換チューブの内部に流れる冷却液と、該熱交換チューブの外部に流れる前記循環液との間で熱交換を行う熱交換チューブと、
    前記循環液を貯留する循環液貯留部と
    を備え、
    前記熱交換チューブは、前記循環液貯留部の内部の少なくとも一部に確保された熱交換チューブ設置空間に配置され、
    さらに、前記排ガス処理部で使用された前記循環液をろ過するフィルタを備え、
    前記熱交換チューブ設置空間には、前記フィルタを透過した前記循環液が導かれ、
    前記循環液貯留部は、堰によって、第１室と第２室とに分離されており、
    前記排ガス処理部で使用される前記液体のうちの、前記排ガスの流通経路の上流側で使用された前記液体が前記第１室に流入し、前記排ガスの前記流通経路の下流側で使用された前記液体が前記第２室に流入し、
    前記第２室には、前記第１室から前記堰を越えてオーバフローして前記循環液が流入し、
    前記熱交換チューブ設置空間は、前記第２室に確保され、
    前記第１室には、前記フィルタとしての第１のフィルタが設けられ、
    前記第１室に流入した前記液体は、前記第１のフィルタを透過した後に、前記第２室に流入する
    排ガス処理装置。
  2. 排ガス処理装置であって、
    熱エネルギーを利用して排ガスを処理する排ガス処理部であって、処理された排ガスを
    、液体を使用して冷却する排ガス処理部と、
    前記液体を循環液として循環路内を循環させる循環部と、
    前記循環液を冷却するための熱交換チューブであって、該熱交換チューブの内部に流れる冷却液と、該熱交換チューブの外部に流れる前記循環液との間で熱交換を行う熱交換チューブと、
    前記循環液を貯留する循環液貯留部と
    を備え、
    前記熱交換チューブは、前記循環液貯留部の内部の少なくとも一部に確保された熱交換チューブ設置空間に配置される、
    さらに、前記排ガス処理部で使用された前記循環液をろ過するフィルタを備え、
    前記熱交換チューブ設置空間には、前記フィルタを透過した前記循環液が導かれ、
    前記循環液貯留部は、堰によって、第１室と第２室とに分離されており、
    前記排ガス処理部で使用される前記液体のうちの、前記排ガスの流通経路の上流側で使用された前記液体が前記第１室に流入し、前記排ガスの前記流通経路の下流側で使用された前記液体が前記第２室に流入し、
    前記第２室には、前記第１室から前記堰を越えてオーバフローして前記循環液が流入し、
    前記熱交換チューブ設置空間は、前記第２室に確保され、
    前記第２室の上方には、前記フィルタとしての第２のフィルタが設けられ、
    前記排ガスの前記流通経路の前記下流側で使用された前記液体は、前記第２のフィルタを透過した後に、前記第２室に流入する
    排ガス処理装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の排ガス処理装置であって、
    前記熱交換チューブは、前記冷却液が前記循環液と反対の方向に流れるように構成された
    排ガス処理装置。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置であって、
    前記熱交換チューブは、該熱交換チューブの内部を流れる前記冷却液と、前記循環液貯留部を流れる前記循環液との間で熱交換を行う
    排ガス処理装置。
  5. 請求項４に記載の排ガス処理装置であって、
    前記熱交換チューブ設置空間は、前記循環液が蛇行して流れる蛇行流路として形成されており、
    前記熱交換チューブは、前記蛇行流路に沿って配置される
    排ガス処理装置。
  6. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置であって、
    さらに、前記熱交換チューブを内部に収容する循環液管であって、前記熱交換チューブと前記循環液管との間に前記循環液を流通させるための循環液管を備え、
    前記熱交換チューブは、該熱交換チューブの内部を流れる前記冷却液と、前記循環液貯留部から前記循環液管に流入した前記循環液との間で熱交換を行い、
    前記循環液管は、前記循環液が蛇行して流れる蛇行流路として形成されている
    排ガス処理装置。
  7. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の排ガス処理装置であって、
    前記熱交換チューブは、複数のチューブがプレート状に配列されて構成されるチューブ群を複数有しており、
    前記複数のチューブ群は、相互に離間して前記熱交換チューブ設置空間に配置され、
    前記熱交換チューブ設置空間は、前記複数のチューブ群によって仕切られて、前記循環液が蛇行して流れる蛇行流路として形成される
    排ガス処理装置。
  8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の排ガス処理装置であって、
    前記循環液貯留部は、少なくとも一部分が、仕切壁によって上下方向に仕切られた２以上の室であって、隣り合う室同士が連通する２以上の室を有し、
    前記熱交換チューブ設置空間は、前記２以上の室のうちの一部の室に確保された
    排ガス処理装置。
  9. 請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の排ガス処理装置であって、
    前記熱交換チューブは、樹脂材料を含んで形成される
    排ガス処理装置。
  10. 請求項２に記載の排ガス処理装置であって、
    前記第１室には、前記フィルタとしての第１のフィルタが設けられ、
    前記第１室に流入した前記液体は、前記第１のフィルタを透過した後に、前記第２室に流入する
    排ガス処理装置。
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