JP6309877B2 - 排ガス処理装置 - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス処理装置に関し、詳しくは、トーチ部で発生させたプラズマジェットによって排ガス中の有害成分を処理する排ガス処理装置に関する。
各種電子デバイスの製造設備からは、温暖化係数が大きなフッ素化合物や塩素化合物を含む排ガスが排出されるため、排ガスを大気中に放出する前に、フッ素化合物や塩素化合物を熱分解させる必要がある。フッ素化合物や塩素化合物を熱分解させる排ガス処理装置として、近年は、燃焼式に比べて高温が得られるプラズマジェットを利用した排ガス処理装置が注目されている（例えば、特許文献１参照。）。反応部を高温の雰囲気から保護するため、反応部を耐火材で形成したり、反応部を内管と外管とで二重構造とし、内管と外管との間に被処理ガスを流して内管を冷却したりすることが行われている（例えば、特許文献２，３参照。）。
しかし、反応部を耐火物で形成した場合は、フッ素化合物が熱分解したフッ素やフッ化水素によって耐火物が減肉するため、長期連続使用は不可能であった。また、反応部を形成する内管を被処理ガスで冷却する場合は、輻射熱などで外管の温度が上昇すると、被処理ガス中のフッ素化合物や塩素化合物の一部が分解して外管が腐食することがあるため、この場合も長期連続使用が不可能であった。さらに、１０００℃以上の高温になるため、複数の部材の接続部を完全にシールすることが困難であり、接続部から外部に排ガスが漏洩するおそれもあった。
そこで本発明は、１０００℃以上の温度で有害成分を熱分解させるプラズマジェット方式を採用した排ガス処理装置において、長期連続使用を可能としながら有害成分の外部への漏洩を防止することができる構造を有する排ガス処理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、本発明の排ガス処理装置は、トーチ部で発生させたプラズマジェットによって排ガス中の有害成分を処理する排ガス処理装置において、前記プラズマジェットを発生させるトーチ部と、該トーチ部を天板の中央に設けたプラズマジェット噴射口の下方に配置した反応筒とを備え、該反応筒は、前記トーチ部の軸線上に軸線を有する反応管と、該反応管の外周に配置された内管と、該内管の外周に配置された外管とを有し、前記反応管の内部に反応室を、前記反応管と前記内管との間に被処理ガス導入室を、前記内管と前記外管との間にパージガス導入室を、それぞれ設けた三重管構造で形成し、前記反応管の下部を前記反応筒の底板を貫通させて処理ガス導出部とし、前記反応管の上端部に、被処理ガス導入室から反応室に被処理ガスを流入させる被処理ガス流入部を設け、前記内管の下部に、被処理ガス導入室に被処理ガスを導入する被処理ガス導入部を設けるとともに、前記外管に、パージガス導入室にパージガスを導入するパージガス導入部を設けたことを特徴としている。
さらに、本発明の排ガス処理装置は、前記被処理ガス導入部が、前記被処理ガス導入室に内管の接線方向から前記被処理ガス導入室内に導入すること、前記反応管が、ニッケル合金又はセラミックスで形成されていることを特徴としている。
本発明の排ガス処理装置によれば、内管下部の被処理ガス導入部から被処理ガス導入室に導入された被処理ガスは、上方の被処理ガス流入部に向かって流れる間に、反応管を冷却するとともに、被処理ガス自身は昇温して予熱された状態となる。これにより、反応管が過度に温度上昇することを抑えることができるとともに、予熱された被処理ガスが反応室内に流入するので、プラズマジェットの温度低下を抑えて反応効率を向上させることができる。特に、被処理ガスを内管の接線方向から被処理ガス導入室内に導入することにより、被処理ガスは、被処理ガス導入室内を旋回流となって上昇するので、反応管の冷却効率や被処理ガスの予熱効率を向上させることができる。
さらに、パージガスを導入するパージガス導入室で被処理ガス導入室の外周を覆うことにより、被処理ガス導入室の被処理ガスが外部に漏洩することを防止でき、反応筒を構成する各部材間に隙間が発生しても、パージガス導入室内のパージガスが隙間から被処理ガス導入室内へ流入することにより、被処理ガスの漏洩を確実に防止できる。
図１は、本発明の排ガス処理装置の一形態例を示す説明図であって、本形態例に示す排ガス処理装置１０は、トーチ部１１と反応筒２１とを備えており、トーチ部１１は、周知の非移行型のプラズマジェットトーチが用いられ、支持板１２で支持されている。トーチ部１１には、作動ガスを導入する作動ガス導入経路１３と、冷却水を流通させる冷却水経路１４とが設けられており、支持板１２には、トーチ部１１からプラズマジェットＰを噴出するノズル１１ａの出口部に、トーチ部１１の軸線に向かって径方向から適宜なガスを吹き付けてプラズマジェットＰのエネルギー密度を調整するためのガス噴出部１５が設けられている。
反応筒２１は、反応管２２と、該反応管２２の外周に配置された内管２３と、該内管２３の外周に配置された外管２４とを有する三重管構造であって、上部には、中央にプラズマジェット噴出孔２５ａを有する天板２５が設けられ、下部には、前記反応管２２の貫通部２６ａ，２７ａを有する内部底板２６及び外部底板２７が設けられている。反応筒２１における前記反応管２２の内部には反応室２８が形成され、前記反応管２２と前記内管２３との間で天板２５と内部底板２６との間には被処理ガス導入室２９が形成され、前記内管２３と前記外管２４との間で天板２５と外部底板２７との間にはパージガス導入室３０が形成されている。また、前記外管２４は、天板２５の外周より上方に延出しており、外管上端のフランジ２４ａに前記支持板１２の外周部が固着されている。
前記反応管２２は、ニッケル合金又は耐熱用のアルミナや窒化ケイ素等のセラミックスで形成されたものであって、前記貫通部２６ａ，２７ａに固着されており、外部底板２７から下方に延出した処理ガス導出部２２ａに処理ガス排出経路（図示せず）が接続されている。また、反応管２２の上端と天板２５の下面との間には、被処理ガス導入室２９から反応室２８に被処理ガスを流入させる被処理ガス流入部３１が設けられている。
内管２３の下部に設けられた被処理ガス導入部２３ａには、外管２４を貫通した被処理ガス導入管３２が接続されている。被処理ガス導入部２３ａは、内管２３の接線方向から被処理ガス導入室２９内に被処理ガスを導入する状態で設けられている。これにより、被処理ガス導入室２９内に導入された被処理ガスは、被処理ガス導入室２９の下部から反応管２２の周囲を螺旋状に回って流れながら、上部の被処理ガス流入部３１に向かって上昇する状態となる。
さらに、外管２４の下部には、円筒状の管固着部３３が突設されており、該管固着部３３の端面板３３ａを貫通した状態で前記被処理ガス導入管３２が固着されている。また、管固着部３３の周面には、パージガス導入室３０にパージガスを導入するためのパージガス導入部となるパージガス導入経路３４が接続されている。
このように形成された排ガス処理装置を用いて被処理ガス、例えば電子デバイスの製造設備からの排ガス中のフッ素化合物や塩素化合物を除害処理する際には、トーチ部１１では、冷却水経路１４によって冷却水を流通させ、作動ガス導入経路１３から作動ガスを導入し、ガス噴出部１５から圧縮空気や不活性ガスを噴出させた状態で、陰極、陽極間に所定の高電圧を印加することにより、あらかじめ設定された状態のプラズマジェットを発生させ、天板２５のプラズマジェット噴出孔２５ａを通して反応筒２１内にプラズマジェットＰを噴出させる。一方、反応筒２１では、パージガス導入経路３４からパージガス導入室３０にパージガスを導入した状態で、被処理ガス導入管３２から被処理ガス導入部２３ａを介して被処理ガス導入室２９内に被処理ガスを導入する。
被処理ガス導入室２９内を螺旋を描きながら上昇する被処理ガスは、反応筒２１の外周面に接触することにより、反応筒２１を冷却するとともに、被処理ガス自身は昇温して予熱された状態となり、反応管２２の上端の被処理ガス流入部３１を通って反応室２８に吸い込まれる。反応室２８に流入した被処理ガスに含まれるフッ素化合物や塩素化合物は、プラズマジェットＰによって高温に加熱されることにより熱分解し、後処理が容易なフッ素やフッ化水素、塩素や塩化水素になる。
このとき、被処理ガスを内管２３の接線方向に導入し、被処理ガス導入室２９内で螺旋を描くように流すことにより、被処理ガスと反応管２２との接触時間を長くすることができ、反応管２２の冷却効率や被処理ガスの予熱効果を向上させることができる。また、反応管２２を前記ニッケル合金やセラミックスで形成することにより、高温耐性を向上できるとともに、生成したフッ素やフッ化水素などによる腐食にも耐えることができ、反応管２２を長期連続使用することが可能となる。
そして、被処理ガス導入室２９を形成する内管２３の周囲を外管２４で覆ってパージガス導入室３０を形成し、このパージガス導入室３０に窒素などのパージガスを導入することにより、高温のために確実にシールすることが困難な反応筒構成部材の接合部、例えば、内管２３の上下両端部などに隙間が生じたとしても、この隙間を通ってパージガス導入室３０から被処理ガス導入室２９にパージガスが流入することにより、被処理ガス導入室２９から被処理ガスが外部に漏洩することを防止できる。また、装置最外層となる外管２４が高温になることがなくなり、安全性の向上も図れる。
これにより、反応筒２１を構成する各部材の接合部に特殊なシール構造を採用する必要がなくなり、断熱構造も不要となるので、反応筒２１の製作が容易となり、製造コストの低減を図ることができる。
なお、反応筒の材質は、反応管を含めて任意に選択することができ、被処理ガス導入室への被処理ガスの導入状態も、被処理ガスの流量などの条件に応じて適宜設定することができる。また、底板は１枚構造としてもよい。
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。比較例としては、図２に示す構造の排ガス処理装置５０を使用した。この排ガス処理装置５０は、前記形態例と同一構造のトーチ部１１を二重管構造の反応筒５１に設けたものである。反応筒５１は、前記形態例と同一構造の反応管５２と、該反応管５２の外周に配置された外管５３と、底板５４とで形成され、外管５３の上端が天板を兼ねる支持板に接合されている。反応管５２の内部には反応室５５が形成され、反応管５２と外管５３との間で支持板１２と底板５４との間には被処理ガス導入室５６が形成されている。反応管５２の下部は、底板５４の中央を貫通しており、処理ガス排出経路（図示せず）が接続されている。また、外管５３の下部には、被処理ガス導入管５７が接続されている。
実施例及び比較例の各排ガス処理装置において、プラズマ出力を１５ｋＷにそれぞれ設定し、被処理ガスとしてＣＦ４を毎分１Ｌで導入するとともに、窒素ガスの流量を変化させて導入した。窒素ガスの導入量とＣＦ４の残存率との関係を測定した結果を図３に示す。この結果から、パージガス導入室３０による断熱効果の向上などによって処理効率が向上していることがわかる。
また、被処理ガスを、毎分１ＬのＣｌ２と、毎分１００Ｌの窒素ガスとの混合ガスとし、１０時間連続して稼働した後の装置内部の状態を調査した。その結果、比較例の排ガス処理装置５０では、外管５３の内面にピンホールの発生が認められたが、実施例の排ガス処理装置１０では、装置内部の損傷はまったく認められなかった。さらに、実施例の排ガス処理装置１０は、１００時間連続して稼働させた後も、装置内部に異常は認められなかった。
１０…排ガス処理装置、１１…トーチ部、１１ａ…ノズル、１２…支持板、１３…作動ガス導入経路、１４…冷却水経路、１５…ガス噴出部、２１…反応筒、２２…反応管、２２ａ…処理ガス導出部、２３…内管、２３ａ…被処理ガス導入部、２４…外管、２４ａ…フランジ、２５…天板、２５ａ…プラズマジェット噴出孔、２６…内部底板、２６ａ…貫通部、２７…外部底板、２７ａ…貫通部、２８…反応室、２９…被処理ガス導入室、３０…パージガス導入室、３１…被処理ガス流入部、３２…被処理ガス導入管、３３…管固着部、３３ａ…端面板、３４…パージガス導入経路、５０…排ガス処理装置、５１…反応筒、５２…反応管、５３…外管、５４…底板、５５…反応室、５６…被処理ガス導入室、５７…被処理ガス導入管、Ｐ…プラズマジェット
Claims (3)
- トーチ部で発生させたプラズマジェットによって排ガス中の有害成分を処理する排ガス処理装置に置いて、前記プラズマジェットを発生させるトーチ部と、該トーチ部を天板の中央に設けたプラズマジェット噴射口の下方に配置した反応筒とを備え、該反応筒は、前記トーチ部の軸線上に軸線を有する反応管と、該反応管の外周に配置された内管と、該内管の外周に配置された外管とを有し、前記反応管の内部に反応室を、前記反応管と前記内管との間に被処理ガス導入室を、前記内管と前記外管との間にパージガス導入室を、それぞれ設けた三重管構造で形成し、前記反応管の下部を前記反応筒の底板を貫通させて処理ガス導出部とし、前記反応管の上端部に、被処理ガス導入室から反応室に被処理ガスを流入させる被処理ガス流入部を設け、前記内管の下部に、被処理ガス導入室に被処理ガスを導入する被処理ガス導入部を設けるとともに、前記外管に、パージガス導入室にパージガスを導入するパージガス導入部を設けたことを特徴とする排ガス処理装置。
- 前記被処理ガス導入部は、前記被処理ガス導入室に内管の接線方向から前記被処理ガス導入室内に導入することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
- 前記反応管は、ニッケル合金又はセラミックスで形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス処理装置。
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