JP7325151B1 - 筒状加熱部と該筒状加熱部を備えた排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】金属構造物の高温での酸化による劣化と酸化異物の発生による短絡を防止するのはもとより、電熱ヒータと金属構造物との短絡を防止して電熱ヒータの寿命を大幅に伸ばすことが出来る排ガス処理装置の筒状加熱部を提供する。【解決手段】排ガス処理装置の筒状加熱部において、反応器への挿入基部に排ガス導入口が設けられ、排ガス処理空間に開放した被加熱排ガス出口が設けられた筒状加熱部は、金属製の内筒と金属製の外筒とを備えた二重構造の中空筒体、内筒を囲繞し且つ上下方向にて互いに間隔をあけて内筒と外筒との間のヒータ設置空間に設けられた複数の碍子、その碍子に取り付けられた電熱ヒータ、及び内筒に取着され、少なくとも碍子の下面を支持してヒータ設置空間の所定の高さ位置にて碍子を保持する板状又はブロック状の保持部材を具備する。碍子のうち最下段のものは、その荷重が電熱ヒータへと与えられる重石となっていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、工業プロセス等から排出される人体に有害なガスやオゾン層破壊ガスなどを熱分解処理する排ガス処理装置における筒状加熱部の改良に関し、更に前記筒状加熱部を備えた排ガス処理装置に係る。

物を製造したり、処理したりする工業プロセスでは様々な種類のガスが使用されている。このため、工業プロセスから排出されるガス(以下、「処理対象排ガス」という。)の種類も非常に多岐にわたっており、処理対象排ガスの種類に応じて、様々な種類の排ガス処理方法および排ガス処理システムが用いられている。

例えば、半導体製造プロセス一つを例にとっても、モノシラン(ＳｉＨ_４)、塩素ガス、ＰＦＣｓ(パーフルオロコンパウンド)など様々な種類のガスが使用されている。これらのガスは人体や地球環境に対して悪影響を及ぼすことから、何らかの手段によって分解或いは除去する必要があり、種々の処理方法が実用化されている。その代表例として、吸着式、湿式、電熱酸化分解式、火炎燃焼式などがあるが、各々長所と問題点とを有している。

このうち、火炎燃焼式は、処理対象排ガスの適用分野が広く(即ち、分解処理できる処理対象排ガスの種類が多い)、大風量処理が可能であるものの、稼働に当たっての安全性に不安を残している。というのも、火炎燃焼式は、基本的に燃焼にバーナーを使用し、その燃焼雰囲気に排ガスを導入して熱分解する方式であるので、何らかの原因により火炎消滅(失火)した場合には不安全な事態を招くことになる。また、火炎燃焼式のものは、ＣＯ_２やＮＯ_Ｘの排出も問題となる。

一方、電熱ヒータを用いる電熱酸化分解式は、半導体製造プロセスにおける排ガス処理方法として現在最も普及している分解処理方法であり、処理対象排ガスの分解処理に際して処理工程を制御しやすく、処理対象排ガスを安全に分解処理することができる。電熱ヒータを用いる排ガス処理システムとしては特許文献１に記載されたようなシステムがある。

国際公開２００８／０９６４６６号

特許文献１（段落番号００５６）に記載された排ガス処理システムの排ガス処理装置は、その反応器内の排ガス処理空間にて、導入された処理対象排ガスを熱分解するための筒状加熱部を備えている。この筒状加熱部は、金属製の内筒と外筒で構成された二重管の管壁間に発熱抵抗体であるニクロム線やカンタル（サンドビックＡＢ社登録商標）線などの電熱ヒータを螺旋状に巻回して配設すると共に、絶縁のために当該二重管の管壁間にセラミック粉末或いは耐火材を充填したものである。金属製の内筒と外筒は腐蝕性処理対象排ガス雰囲気から電熱ヒータを保護するためのものである。

この筒状加熱部は、反応器の内部中央に立設されており、筒状加熱部の底部の排ガス導入口から投入された処理対象排ガスがこの筒状加熱部の高温の内部空間を通り、その上端開口から反応器の天井付近に形成される高温の排ガス処理空間に放出されるようになっている。
処理対象排ガスは筒状加熱部の内部を通過する間、更には上記排ガス処理空間を通る間に周囲から高温（雰囲気温度で８００～１１５０℃）で加熱されて分解される。

このような高温を要求される筒状加熱部にあって、二重管に充填されたセラミック粉末或いは耐火材は熱容量が大きく、しかも金属に比べて熱伝導率が悪い。それ故、管壁から処理対象排ガスへの伝熱効率が悪い。上記のような高い温度を二重管の内・外壁面に発生させるには、上記雰囲気温度よりも遥かに高い温度（例えば、１４００℃に近い温度）が電熱ヒータに要求される。このような高温は電熱ヒータや金属製の内・外筒の表面酸化を促進させ、金属酸化物を堆積させる。金属酸化物の堆積や電熱ヒータの酸化は断線の１つの要因となる。

これに加えて、電熱ヒータから発した熱が電熱ヒータの周囲を取り巻く高温のセラミック粉末或いは耐火材によって電熱ヒータに反射され、この高温のセラミック粉末或いは耐火材からの放射熱が電熱ヒータの温度を制御温度以上に押し上げる。これも電熱ヒータの断線の要因となっていた。

また、上記高温は絶縁体であるセラミック粉末或いは耐火材の電気絶縁性を低下させる。これらの電気絶縁性の低下は電熱ヒータ駆動電流の漏電による電熱ヒータと装置構造物（金属製内筒や外筒）との短絡を発生させ、これも断線の要因となっており、これらがヒータ寿命に大きく影響していた。

本発明はこのような従来例の問題に鑑みてなされたもので、本発明の第１の目的は、金属構造物の高温での酸化による劣化と酸化異物の発生による短絡を防止するのはもとより、電熱ヒータと金属構造物との短絡を防止して電熱ヒータの寿命を大幅に伸ばすことが出来る排ガス処理装置の筒状加熱部を提供することにある。本発明の第２の目的は、前記筒状加熱部を備え、電熱ヒータの断線、漏電が大幅に抑制され、且つ熱効率に優れた排ガス処理装置を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、例えば、図１～図４に示すように、排ガス処理装置の筒状加熱部１４を、次のように構成した。
すなわち、内部に排ガス処理空間Ｓと、その排ガス処理空間Ｓで処理された排ガスＧの分解排ガス排出口１２とが設けられている反応器１０内に立設された排ガス処理装置１の筒状加熱部１４において、
上記の反応器１０への挿入基部に排ガス導入口１５が設けられ、上記の反応器１０への挿入端に上記の排ガス処理空間Ｓに開放した被加熱排ガス出口１６が設けられた上記の筒状加熱部１４は、金属製の内筒２１と金属製の外筒２２とを備えた二重構造の中空筒体２０、上記の内筒２１を囲繞し且つ上下方向にて互いに間隔をあけて上記の内筒２１と上記の外筒２２との間のヒータ設置空間Ｐに設けられた複数の碍子３０、その碍子３０に取り付けられた電熱ヒータＨ、及び上記の内筒２１に取着され、少なくとも上記の碍子３０の下面を支持して上記ヒータ設置空間Ｐの所定の高さ位置にて上記の碍子３０を保持する板状又はブロック状の保持部材４０を具備すると共に、上記の碍子３０のうち最下段のものは、その荷重が上記の電熱ヒータＨへと与えられる重石となっていることを特徴とする。

この発明では、碍子３０のうち最下段のものは、その荷重が電熱ヒータＨへと与えられ、重石として機能しているので、高熱を発すると同時に熱膨張によって長手方向に伸長する電熱ヒータＨが隣接する電熱ヒータＨや金属製の内筒２１や外筒２２などと接触して短絡するのを効果的に防ぐことができる。

本発明においては、複数設けられる前記の碍子３０の少なくとも一部が、円周方向に所定の間隔をあけて複数のヒータ保持孔３２ｈが穿設された大径リング状の上部本体３４と、上記のヒータ保持孔３２ｈに挿通される電熱ヒータＨに接触しない小径リング状の下部本体３５とを有し、その下部本体３５の上面に設けられた少なくとも３つの突起３５ｂと上記の上部本体３４の下面とが点もしくは線もしくは小面積の面で接触するように連設されると共に、下部本体３５の下面が前記の保持部材４０によって支持されるようにするのが好ましい。この場合、電熱ヒータＨからアース(グランド)までの抵抗値を極力大きくすることができ、高温で駆動する電熱ヒータＨの駆動電流が(内筒２１を介して)中空筒体２０更にはアースへと漏電するのを低減させることができる。

本発明においては、複数設けられる前記の碍子３０のうち、上部のものは隣接する碍子３０間の距離が大きくなるよう設置されると共に、隣接する碍子３０間の距離が大きくなるよう設置された上部では、前記の電熱ヒータＨをセラミックスパイプ６０で被覆することも考えられる。この場合、電熱ヒータＨ駆動時に最も温度が上がり碍子３０の電気絶縁性低下や中空筒体２０表面での酸化スケール発生などが起こり易い筒状加熱部１４の上部に配置する碍子３０を減らしているので、漏電や酸化スケールによるトラブルを低減させることができる。加えて、碍子３０の設置が減らされている筒状加熱部１４の上部では、電熱ヒータＨをセラミックスパイプ６０で被覆しているので、隣接する電熱ヒータＨ同士の接触を防ぐことができる。

また、本発明における第２の発明は、上述した筒状加熱部１４を搭載した排ガス処理装置１であって、例えば図１に示すように、次のように構成される。
内部に排ガス処理空間Ｓと、その排ガス処理空間Ｓで処理された排ガスＧの分解排ガス排出口１２が設けられている反応器１０と、その反応器１０内に立設された筒状加熱部１４とで構成された排ガス処理装置１において、
上記の反応器１０への挿入基部に排ガス導入口１５が設けられ、上記の反応器１０への挿入端に上記の排ガス処理空間Ｓに開放した被加熱排ガス出口１６が設けられた上記の筒状加熱部１４は、金属製の内筒２１と金属製の外筒２２とを備えた二重構造の中空筒体２０、上記の内筒２１を囲繞し且つ互いに間隔をあけて上記の内筒２１と上記の外筒２２との間のヒータ設置空間Ｐに設けられた複数の碍子３０、その碍子３０に取り付けられた電熱ヒータＨ、及び上記の内筒２１に取着され、上記の碍子３０を支持して上記のヒータ設置空間Ｐに保持する保持部材４０とで構成され、上記の碍子３０のうち最下段のものは、その荷重が上記の電熱ヒータＨへと与えられる重石となっていることを特徴とする。

本発明においては、複数設けられる前記の碍子３０の少なくとも一部が、円周方向に所定の間隔をあけて複数のヒータ保持孔３２ｈが穿設された大径リング状の上部本体３４と、上記のヒータ保持孔３２ｈに挿通される電熱ヒータＨの上下方向への移動を阻害しない小径リング状の下部本体３５とを有し、その下部本体３５の上面に設けられた少なくとも３つの突起３５ｂと上記の上部本体３４の下面とが点もしくは線で接触するように連設されると共に、下部本体３５の下面が前記の保持部材４０によって支持されるようにすることが考えられる。また、複数設けられる前記の碍子３０のうち、上部のものは隣接する碍子３０間の距離が大きくなるよう設置されると共に、隣接する碍子３０間の距離が大きくなるよう設置された上部では、前記の電熱ヒータＨをセラミックスパイプ６０で被覆するのが好ましい。

本発明によれば、電熱ヒータ同士或いは電熱ヒータと金属構造物(内筒及び／又は外筒)との短絡を防止して電熱ヒータの寿命を大幅に伸ばすことができる排ガス処理装置の筒状加熱部と、その筒状加熱部を備え、電熱ヒータの断線が大幅に抑制され、且つ熱効率に優れた排ガス処理装置と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処理システムの概略図である。 本発明における一実施形態の排ガス処理装置の筒状加熱部の要部拡大断面図である。 本発明における碍子の一例を示す正面図(上段)と平面図(下段)であり、図３Ａは突起の形状が四角錘状のものを示し、図３Ｂは突起の形状が半球状のものを示す。 本発明における他の実施形態(第２実施形態)の排ガス処理装置の筒状加熱部の要部拡大部分断面図である。 本発明における他の実施形態(第３実施形態)の排ガス処理装置の筒状加熱部の要部拡大部分断面図である。

以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は、本発明の排ガス処理装置１を用いた排ガス処理システムＸの一実施例を示す概略図で、工業プロセスから排出される処理対象排ガスＥを熱分解する装置である。本実施形態の排ガス処理システムＸは、大略、排ガス処理装置１、入口スクラバー２及び出口スクラバー５並びにその付帯設備で構成されている。
排ガス処理システムＸで使用可能な排ガス処理装置には、電熱酸化分解方式、火炎燃焼方式及び電熱酸化分解方式と火炎燃焼方式とを併用した併用方式などがあるが、本発明では電熱酸化分解方式の排ガス処理装置１が用いられる。その電熱酸化分解方式の排ガス処理装置１は、大略、反応器１０、筒状加熱部１４、及び薬液タンク１８で構成される。

入口スクラバー２は、排ガス処理装置１に導入する処理対象排ガスＥに含まれる粉塵や水溶性成分などを除去（液洗）するためのものであり、直管型の入口スクラバー本体２ａと、前記入口スクラバー本体２ａ内部の頂部近傍に設置され、水などの薬液Ｙを噴霧状にして撒布するスプレーノズル４とで構成されている。この入口スクラバー本体２ａの頂部には、排ガスダクト９２を介して半導体製造装置などの処理対象排ガス発生源(図示せず)に連通している。

上記入口スクラバー本体２ａは薬液タンク１８上に立設されており、その下端は薬液タンク１８内に貯留された薬液Ｙ内に浸漬されている。そして、スプレーノズル４と薬液タンク１８との間には循環ポンプ１９が設置されており、薬液タンク１８内の貯留薬液Ｙをスプレーノズル４に揚水するようになっている。また、入口スクラバー２の下端部分は排ガス送給配管３を介して筒状加熱部１４の排ガス導入口１５に繋がっている。

排ガス処理装置１は、工業プロセスから排出され、上記入口スクラバー２を通過した処理対象排ガスＥを電熱酸化分解式で熱分解する装置であり、大略、筒状加熱部１４、該筒状加熱部１４を内蔵した反応器１０及び薬液タンク１８で構成されている。

反応器１０は、少なくともその内面がキャスタブルなどの耐火性材料で構成され、内部に排ガス処理空間Ｓが形成され、図１に示すように、反応器１０の平面部分が天地を向くように薬液タンク１８上に立設される。この反応器１０は円筒状の容器で、その底部１１には筒状加熱部１４が取り付けられる開口が設けられ、該開口に取り付けられた筒状加熱部１４が底部１１から反応器１０の天井に向けて立設されている。そして該筒状加熱部１４に隣接して反応器１０の底部１１に分解排ガス排出口１２が設けられている。この分解排ガス排出口１２から導出された分解排ガス排出配管１３が薬液タンク１８の上面に接続され、薬液タンク１８内の上部空間介して出口スクラバー５に繋がっている。

そして、排ガス送給配管３と分解排ガス排出配管１３との間にはこれらを跨ぐように熱交換器５０が取り付けられており、筒状加熱部１４に導入する低温の処理対象排ガスＥと反応器１０で熱分解した処理後の高温の排ガスＧとの間で熱交換するようになっている。

筒状加熱部１４は、筒状加熱部１４の内部空間と反応器１０内部の排ガス処理空間Ｓを加熱する熱源である。なお、本実施例では筒状加熱部１４を円筒状に形成する場合を示しているが、この筒状加熱部１４の形状は両端が開口した筒状であれば如何なるものであってもよく、例えば角筒状等であってもよい。

上記の筒状加熱部１４は、既に述べたように、反応器１０の底部１１に設けられた開口から反応器１０の内部に挿入され、反応器１０の排ガス処理空間Ｓの中央に立設される。筒状加熱部１４の上端開口（被加熱排ガス出口１６）が反応器１０の天井面に近接し、最も高温となる領域に配置される。
この筒状加熱部１４は、図２に示すように、金属製の内筒２１、外筒２２、両者の間に設けられた天井板２４及び底板２３とで構成された二重構造の中空筒体２０、上記の内筒２１を囲繞し且つ互いに間隔をあけて内筒２１と外筒２２との間のヒータ設置空間Ｐに設けられた複数の碍子３０、その碍子３０に取り付けられた電熱ヒータＨ、及び、内筒２１に取着され、少なくとも上記の碍子３０の下面を支持して上記ヒータ設置空間Ｐの所定の高さ位置にて上記の碍子３０を保持する板状又はブロック状の保持部材４０とで構成されている。

図２の実施形態では、二重構造の中空筒体２０の内筒２１は、碍子３０に装着された電熱ヒータＨや温度センサ７０を底板２３に装着した状態で外筒２２の下面開口から挿脱出来るようになっている。（勿論、この中空筒体２０は挿脱式でなく、内筒２１、外筒２２、天井板２４及び底板２３の接合部分を溶接した一体化したものでも良い。）外筒２２に内筒２１を装着した状態ではヒータ設置空間Ｐは密閉される。
中空筒体２０の内筒２１、外筒２２、天井板２４及び底板２３は、高耐熱性及び高耐食性合金（例えば、ハステロイ、インコロイ、インコネル(いずれも登録商標)）で形成されている。

上記のように、中空筒体２０の上面開口は反応器１０の天井に向かって開放しており、排ガス処理空間Ｓに開放したこの上面開口が被加熱排ガス出口１６である。そして、下端には入口スクラバー２の出口から導出された排ガス送給配管３が繋がっており、この排ガス送給配管３の接続開口が排ガス導入口１５である。

既に述べたように二重構造の中空筒体２０の内筒２１及び外筒２２の間の空間はヒータ設置空間Ｐで、この空間に複数の碍子３０が上下に所定の間隔で設置されている。具体的には、複数設けられる碍子３０のうち、中空筒体２０の上部に設置されるのものは、隣接する碍子３０間の距離が大きくなるよう設置するのが好ましい。なぜなら、電熱ヒータＨを駆動させると中空筒体２０内のヒータ設置空間Ｐの温度分布は上部が相対的に高温となり、係る箇所に設置された碍子３０では電気絶縁性が相対的に低下するようになるからである。

碍子３０は、セラミックスや酸化マグネシウムなどで構成され、ヒータ設置空間Ｐ内において電熱ヒータＨを、電気絶縁性を持って保持する部材であり、その形状にはさまざまなものがある。
図２の実施形態の筒状加熱部１４では、この碍子３０のうち最下段以外のものは、ディスク状、即ち、平面視で平板リング状のセラミックス部材からなる上部本体３４と、その上部本体３４に連設される下部本体３５とで構成されている。また、最下段のものは上記の上部本体３４のみで構成されており、後述する保持部材４０で支持されていない。

上部本体３４は、その中心に内筒２１が挿通される中央孔３４ａが形成されており、該中央孔３４ａの周囲が一段と高くなっている。一段と高くなっている部分を円筒状段部３４ｂとし、その周囲の１段下がった円板状の部分をフランジ部３４ｃとする。図示しないがフランジ部３４ｃの周縁は全周にわたって円弧状に面取りして丸みを付与するのが好適である。また、フランジ部３４ｃには、中央孔３４ａと同じ中心を持つ同心円周上に均等に分布された複数のヒータ保持孔３２ｈが上下に貫通して穿設されている。

この上部本体３４の外径は、外筒２２の内径よりも小さく、内径は内筒２１よりも大きく設定されており、電熱ヒータＨを作動させた高温状態において、両者が接触しない大きさとなっている。また、上部本体３４の内周面(すなわち中央孔３４ａ)と内筒２１の外周面との間には隙間が設けられている。

下部本体３５は、上記の上部本体３４同様に、平面視で平面リング状のセラミックス部材で構成されており、その中心に内筒２１が挿通される中央孔３５ａが形成されると共に、その上面には少なくとも３つの突起３５ｂが設けられている。この突起３５ｂは、上部本体３４の下面と点もしくは線で接触して当該上部本体３４を下から支持するように設けられる。また、この突起３５ｂの形状は、上部本体３４の下面と点もしくは線もしくは小面積の面で接触できる形状であれば如何なるものであってもよく、例えば、図３Ａに示すように四角錘状のものや、図３Ｂに示すように半球状のもの等を挙げることができる。
なお、下部本体３５に設ける突起３５ｂの数は、３つ以上であれば如何なるものであってもよいが、碍子３０の電気絶縁性能を鑑みると３つが最も好適となる。

この下部本体３５の外径は、上部本体３４のヒータ保持孔３２ｈに挿通される電熱ヒータＨに接触しない小径のものとなっている。つまり、大径リング状の上部本体３４に対し、この下部本体３５は小径リング状に形成されている。また、下部本体３５の内周面(すなわち中央孔３５ａ)と内筒２１の外周面との間には隙間が設けられている。

電熱ヒータＨは、ニクロム線やカンタル線(カンタルはサンドビック社登録商標)などの金属線のほかに、例えばＳｉＣなどの発熱体を棒状或いはこれをＵ形に成形したもの等からなる長尺の発熱抵抗体であって、電流を流すことにより材料の種類等に応じて概ね８００℃～１４００℃程度まで昇温する。ここでは図２に示すように、Ｕ形に曲げられた電熱ヒータＨが、内筒２１の軸周りに互いに等しい間隔をあけて碍子３０のヒータ保持孔３２ｈに複数本設置されると共に、Ｎｉ(ニッケル)やカンタル線と同一の素材などの導電性と耐食性とに優れた材料で形成されたヒータ渡りプレートＨｗを介して電気的に直列にて接続される。そして、この電熱ヒータＨの長手方向端部(図２の実施形態では下端)に電源７５(図１参照)からの配線７５ａが接続されている。

保持部材４０は、内筒２１に溶接(取着)された板状又はブロック状の金属部材であり、碍子３０(図２の実施形態では下部本体３５)の下面を支持してその碍子３０をヒータ設置空間Ｐの所定の高さ位置にて保持する。この保持部材４０は、断面形状が直角三角形状(或いは楔状)に形成されており、内筒２１の外周回りにおいて互いに等間隔となるように少なくとも３箇所(勿論、３箇所以上でも良い)配置されている。そして、この保持部材４０の幅の狭い傾斜面で碍子３０を支持している。これにより、幅の狭い傾斜面の両辺が碍子３０の円弧状の内周面の稜線に２点で「点接触」することになり、保持部材４０と碍子３０との接触面積が極小化させる結果、漏電をより効果的に抑制できる。

この保持部材４０は、上述のような金属部材のみならず、電気抵抗値のより高い金属例えばニクロムやカンタル線等のようなヒータ線材料や電気抵抗値の高いセラミックス、酸化マグネシウムなどを用いるようにしてもよい。この場合、保持部材４０を内筒２１の外周面に取着する際には、上記のような溶接ではなく耐熱性に優れた無機接着剤を用いるのが好適である。
なお、図２の実施形態では、上述のように最下段の碍子３０を保持部材４０で支持していないが、この最下段の碍子３０と常時接触しない下方位置に保持部材４０を設置するようにしてもよい。

また、図２の実施形態では、上述のように碍子３０を下側から支える保持部材４０と同じ部材からなるストッパー部材４１が内筒２１に取り付けられている。このストッパー部材４１は、図２に示すように、装置設置後の常態において、碍子３０とは接触しないようにその碍子３０の上部に取着される。このストッパー部材４１も、断面形状が直角三角形状(或いは楔状)に形成されており、内筒２１の外周回りにおいて互いに等間隔となるように少なくとも３箇所（勿論、３箇所以上でも良い）配置されている。そして、このようなストッパー部材４１を取着することにより、碍子３０を介して電熱ヒータＨなどが取り付けられた内筒２１を倒伏させた状態で運搬する際などに、碍子３０が所定の位置から離脱するのを防止することができる。

薬液タンク１８は、上述したように入口スクラバー２に供給する薬液Ｙを貯留し、また、入口スクラバー２および出口スクラバー５から排出される薬液Ｙを回収するタンクである。この薬液タンク１８には、出口スクラバー５のスプレーノズル７にて噴霧された新しい薬液Ｙが常に供給されているので、所定量以上の薬液Ｙが貯留しないように余剰薬液Ｙをオーバーフローさせて排水処理装置（図示せず）へ送るようにしている。薬液タンク１８の天井面と貯留薬液Ｙとの間には空間がある。

なお、本実施例の排ガス処理システムＸにおける高温となる排ガス処理装置１を除く他の部分には、処理対象排ガスＥに含まれる、或いは当該ガスＥの分解によって生じるフッ酸などの腐食性成分による腐蝕から各部を守るため、塩化ビニル、ポリエチレン、不飽和ポリエステル樹脂およびフッ素樹脂などによる耐蝕性ライニングやコーティングが施されている。

出口スクラバー５は、処理対象排ガスＥを排ガス処理装置１で熱分解した際に副生する排ガスＧ中の粉塵や水溶性成分を最終的に除去(液洗)すると共に、当該排ガスＧを冷却するためのものであり、直管型のスクラバー本体５ａと、このスクラバー本体５ａ内にて垂直方向に間隔を隔てて複数(本実施例では４段)設置された穿孔プレート６と、最上部の穿孔プレート６の直上部に取り付けられ、排ガスＧの通流方向に対向するように上方から水などの薬液Ｙを噴霧する下向きのスプレーノズル７とで構成されている。

この出口スクラバー５は、水などの薬液Ｙを貯留する薬液タンク１８上に立設されており、下端が薬液タンク１８の上面に開放し、スプレーノズル７から噴霧された薬液Ｙが薬液タンク１８に送り込まれるようになっている。なお、スプレーノズル７には、上記のように薬液タンク１８内の循環薬液Ｙではなく、新水などの新しい薬液Ｙが供給されている。そして出口スクラバー５の頂部出口には処理済みの排ガスＧを大気中へ放出する排気ファン８に接続されている。

以上のように構成された排ガス処理システムＸおよび排ガス処理装置１の作用について説明する。まず、始めに排ガス処理装置１の運転スイッチ(図示せず)をオンにして筒状加熱部１４を作動させ、反応器１０内の加熱を開始する。続いて、筒状加熱部１４の熱により、反応器１０の内部空間の温度(本実施例では筒状加熱部１４の内部空間の温度や反応器１０の排ガス処理空間Ｓの温度)が処理対象排ガスＥの熱分解温度以上になると、排気ファン８を作動させて、排ガス処理システムＸへの処理対象排ガスＥの導入を開始する。すると、処理対象排ガスＥは、まず始めに入口スクラバー２に導入され、この入口スクラバー２内において水などの薬液Ｙで洗浄され、粉塵や水溶性成分などが除去される。

入口スクラバー２で薬洗された処理対象排ガスＥは、入口スクラバー２の下部から導出された排ガス送給配管３から排ガス導入口１５を通って筒状加熱部１４の内部空間に導かれ、当該電熱ヒータＨにより加熱され、高温となった内筒２１によって熱せられた内部空間の高温雰囲気によりその大部分が熱分解される。続いて、処理対象排ガスＥは筒状加熱部１４の先端開口(被加熱排ガス出口１６)から反応器１０の天井部分に位置する排ガス処理空間Ｓの高温領域内へと移動する。移動したガス流、すなわち未分解の処理対象排ガスＥを一部に含む高温のガス流は、この高温領域内で残留した未分解の処理対象排ガスＥの熱分解を進めながら、筒状加熱部１４の外周を包み込むようにして分解排ガス排出口１２へと移動し、有害成分が完全に分解された排ガスＧとなって分解排ガス排出配管１３及び薬液タンク１８の内部空間を通って出口スクラバー５に導入される。

そして、出口スクラバー５に導入された排ガスＧは、水などの薬液Ｙで洗浄され、粉塵や水溶性成分などが除去されると共に冷却された後、排気ファン８を介して系外（大気中）に放出される。

本実施形態の排ガス処理システムＸによれば、碍子３０のうち最下段のものは、その荷重が電熱ヒータＨへと与えられ、重石として機能しているので、高熱を発すると同時に熱膨張によって長手方向に伸長する電熱ヒータＨが隣接する電熱ヒータＨや金属製の内筒２１や外筒２２などと接触して短絡するのを効果的に防ぐことができる。加えて、複数設けられる碍子３０のうち最下段以外のものは、上述したように上部本体３４と下部本体３５とで構成され、下部本体３５の上面に設けられた少なくとも３つの突起３５ｂと上部本体３４の下面とが点接触するように連設され、さらに下部本体３５の下面が点接触する３つの保持部材４０によって支持されているので、電熱ヒータＨからアース(グランド)までの抵抗値を極力大きくすることができ、高温で駆動する電熱ヒータＨの駆動電流が(内筒２１を介して)中空筒体２０更にはアースへと漏電するのを低減させることができる。

次に、図４に示す第２実施形態の筒状加熱部１４について説明する。上述した図２の実施形態のものと異なる部分は、碍子３０の形状とセラミックスパイプ６０を備える点である。なお、これら以外の点については、上述した図２の実施形態と同じであるため、上記の図２の実施形態の説明を援用して本実施形態の説明に代える。

図４に示す第２実施形態では、碍子３０としていわゆる花型段付きのものを使用している。具体的には、この碍子３０は、ディスク状、即ち、平面視で平板リング状のセラミックス部材からなる本体３６を有する。この本体３６は、その中心に内筒２１が挿通される中央孔(図示せず)が形成されており、該中央孔の周囲が一段と高くなっている。一段と高くなっている部分を筒状段部３６ａとし、その周囲の１段下がった円板状の部分をフランジ部３６ｂとする。この碍子３０を平面視すると、筒状段部３６ａの形状は、フランジ部３６ｂの周縁を外接円とする平歯車形状となっており、その形状があたかも花弁のように見えることから、花型段付きの碍子３０と称される。
この碍子３０の筒状段部３６ａとフランジ部３６ｂには、図示しない中央孔と同じ中心を持つ同心円周上に均等に分布された複数のヒータ保持孔３２ｈが上下に貫通して穿設されている。このため、この碍子３０によって保持される電熱ヒータＨは、筒状段部３６ａに設けられたヒータ保持孔３２ｈとフランジ部３６ｂに設けられたヒータ保持孔３２ｈとを交互に通されることになる。

ここで、図４に示す第２実施形態では、最上段に配設される碍子３０と最下段に配設される碍子３０とは、２枚の花型段付きの碍子３０が、一方の碍子３０の筒状段部３６ａと他方の碍子３０のフランジ部３６ｂとが垂直方向で並ぶように重ね合わされて連設されると共に、最上段に配設される碍子３０と上から２段目に配設される碍子３０との間隔は、他段間のものに比べて大きくなるよう設置されている。また、最上段、上から２段目及び３段目の碍子３０(つまり、最下段のものを除く)は、保持部材４０によって中空筒体２０のヒータ設置空間Ｐ内における所定の高さ位置に位置決めされている。

そして、最上段の碍子３０と上から２段目の碍子３０とで挟まれた電熱ヒータＨ、すなわち、隣接する碍子３０間の距離が大きくなるよう設置された筒状加熱部１４の上部の電熱ヒータＨの内、上から２段目の碍子３０のフランジ部３６ｂのヒータ保持孔３２ｈに通されている電熱ヒータＨは、セラミックスパイプ６０で被覆されている。

この図４に示す第２実施形態の筒状加熱部１４によれば、電熱ヒータＨ駆動時に最も温度が上がり碍子３０の電気絶縁性低下や中空筒体２０表面での酸化スケール発生などが起こり易い筒状加熱部１４の上部に配置する碍子３０を減らしているので、漏電や酸化スケールによるトラブルを低減させることができる。加えて、碍子３０の設置が減らされている筒状加熱部１４上部の電熱ヒータＨをセラミックスパイプ６０で被覆しているので、隣接する電熱ヒータＨ同士が接触して短絡するのを効果的に防ぐことができる。なお、このセラミックスパイプ６０は、必要に応じて設けられるものであって、例えば、最下段の碍子３０の重し効果が十分に発揮されて電熱ヒータＨ同士の接触を有効に防ぐことができる等の場合には、このセラミックスパイプ６０を省略するようにしてもよい。

また、図４に示す第２実施形態では、最上段に配設される碍子３０と最下段に配設される碍子３０とについて、２枚の碍子３０を重ねて連設する場合を示したが、１つの碍子３０であっても最上段における短絡防止効果や、最下段における重し効果が十分に発揮される場合には、最上段の碍子３０および最下段の碍子３０をそれぞれ１つの碍子３０で構成するようにしてもよい。

次に、図５に示す第３実施形態の筒状加熱部１４について説明する。上述した第２実施形態のものと異なる部分は、碍子３０の形状が花型段付きのものでなく、いわゆる花型のものを用い、全ての段において、この花型の碍子３０を上下２段重ねで使用している点である。なお、これら以外の点については、上述した図４の第２実施形態と同じであるため、上記図４の第２実施形態の説明を援用して本実施形態の説明に代える。

図５に示す第３実施形態では、上述のように碍子３０としていわゆる花型のものを使用している。具体的にこの碍子３０は、平面視で平歯車形状に外周部の肉が盗まれたセラミックス部材からなる本体３７を有する。この本体３７は、その中心に内筒２１が挿通される中央孔(図示せず)が形成されており、外周部には周方向に突出片部３７ａと肉盗み部３７ｂとが交互に設けられている。このうち、突出片部３７ａのそれぞれには、図示しない中央孔と同じ中心を持つ同心円周上に均等に分布されたヒータ保持孔３２ｈが上下に貫通して穿設されている。以上のように形成された花形の碍子３０は上下方向にて突出片部３７ａ同士及び肉盗み部３７ｂ同士が重ならないように２枚一組で重ねて配設される。つまり、平面視で上の碍子３０の肉盗み部３７ｂから下の碍子３０の突出片部３７ａが視認できるように重ねられて配設されている。そして、周方向で隣接する突出片部３７ａのヒータ保持孔３２ｈと肉盗み部３７ｂのそれぞれに電熱ヒータＨが通されると共に、上から２段目の碍子３０の上側には、重ね合わされた下側の碍子３０の突出片部３７ａのヒータ保持孔３２ｈに通された電熱ヒータＨにセラミックスパイプ６０が取り付けられている。

この図５に示す第３実施形態の筒状加熱部１４によれば、上述の第２実施形態よりも漏電や酸化スケールによるトラブルをより一層低減させることができる。
なお、碍子３０上に堆積する酸化スケールによる短絡をより一層効果的に防止するためには、(図示しないが)碍子３０の本体３７における中央孔の周囲が一段と高くなるように段部を設けることも考えられる。

また、この第３実施形態においても、セラミックスパイプ６０は、必要に応じて設けられるものであって、例えば、最下段の碍子３０の重し効果が十分に発揮されて電熱ヒータＨ同士の接触を有効に防ぐことができる等の場合には、このセラミックスパイプ６０を省略するようにしてもよい。
さらに、最下段に配設される碍子３０について、２枚の碍子３０を重ねて連設する場合を示したが、１つの碍子３０でも重し効果を十分に発揮させることができる場合には、最下段の碍子３０を１つの碍子３０で構成するようにしてもよい。

１：排ガス処理装置，２：入口スクラバー，３：排ガス送給配管，５：出口スクラバー，８：排気ファン，１０：反応器，１２：分解排ガス排出口，１３：分解排ガス排出配管，１４：筒状加熱部，１５：排ガス導入口，１６：被加熱排ガス出口，１８：薬液タンク，２０：中空筒体，２１：内筒，２２：外筒，３０：碍子，３２ｈ：ヒータ保持孔，３４：上部本体，３５：下部本体，３５ｂ：突起，４０：保持部材，６０：セラミックスパイプ，Ｅ：処理対象排ガス，Ｇ：排ガス，Ｈ：電熱ヒータ，Ｈｗ：ヒータ渡りプレート，Ｐ：ヒータ設置空間，Ｓ：排ガス処理空間，Ｘ：排ガス処理システム，Ｙ：薬液．

Claims (6)

1. 内部に排ガス処理空間(Ｓ)と、その排ガス処理空間(Ｓ)で処理された排ガス(Ｇ)の分解排ガス排出口(１２)とが設けられている反応器(１０)内に立設された排ガス処理装置(１)の筒状加熱部において、
   上記の反応器(１０)への挿入基部に排ガス導入口(１５)が設けられ、上記の反応器(１０)への挿入端に上記の排ガス処理空間(Ｓ)に開放した被加熱排ガス出口(１６)が設けられた上記の筒状加熱部は、
   金属製の内筒(２１)と金属製の外筒(２２)とを備えた二重構造の中空筒体(２０)、
   上記の内筒(２１)を囲繞し且つ上下方向にて互いに間隔をあけて上記の内筒(２１)と上記の外筒(２２)との間のヒータ設置空間(Ｐ)に設けられた複数の碍子(３０)、
   その碍子(３０)に取り付けられた電熱ヒータ(Ｈ)、及び
   上記の内筒(２１)に取着され、少なくとも上記の碍子(３０)の下面を支持して上記ヒータ設置空間(Ｐ)の所定の高さ位置にて上記の碍子(３０)を保持する板状又はブロック状の保持部材(４０)を具備すると共に、
   上記の碍子(３０)のうち最下段のものは、その荷重が上記の電熱ヒータ(Ｈ)へと与えられる重石となっている、ことを特徴とする排ガス処理装置の筒状加熱部。
2. 請求項１に記載の排ガス処理装置の筒状加熱部において、
   複数設けられる前記の碍子(３０)の少なくとも一部は、
   円周方向に所定の間隔をあけて複数のヒータ保持孔(３２ｈ)が穿設された大径リング状の上部本体(３４)と、上記のヒータ保持孔(３２ｈ)に挿通される上記の電熱ヒータ(Ｈ)に接触しない小径リング状の下部本体(３５)とを有しており、
   その下部本体(３５)の上面に設けられた少なくとも３つの突起(３５ｂ)と上記の上部本体(３４)の下面とが点もしくは線で接触するように連設されると共に、
   上記の下部本体(３５)の下面が前記の保持部材(４０)によって支持される、ことを特徴とする排ガス処理装置の筒状加熱部。
3. 請求項１又は２に記載の排ガス処理装置の筒状加熱部において、
   複数設けられる前記の碍子(３０)のうち、上部のものは隣接する碍子(３０)間の距離が大きくなるよう設置されると共に、
   隣接する碍子(３０)間の距離が大きくなるよう設置された上部では、前記の電熱ヒータ(Ｈ)がセラミックスパイプ(６０)で被覆される、ことを特徴とする排ガス処理装置の筒状加熱部。
4. 内部に排ガス処理空間(Ｓ)と、その排ガス処理空間(Ｓ)で処理された排ガス(Ｇ)の分解排ガス排出口(１２)が設けられている反応器(１０)と、その反応器(１０)内に立設された筒状加熱部(１４)とで構成された排ガス処理装置において、
   上記の反応器(１０)への挿入基部に排ガス導入口(１５)が設けられ、上記の反応器(１０)への挿入端に上記の排ガス処理空間(Ｓ)に開放した被加熱排ガス出口(１６)が設けられた上記の筒状加熱部(１４)は、
   金属製の内筒(２１)と金属製の外筒(２２)とを備えた二重構造の中空筒体(２０)、上記の内筒(２１)を囲繞し且つ互いに間隔をあけて上記の内筒(２１)と上記の外筒(２２)との間のヒータ設置空間(Ｐ)に設けられた複数の碍子(３０)、その碍子(３０)に取り付けられた電熱ヒータ(Ｈ)、及び上記の内筒(２１)に取着され、上記の碍子(３０)を支持して上記のヒータ設置空間(Ｐ)に保持する保持部材(４０)とで構成され、
   上記の碍子(３０)のうち最下段のものは、その荷重が上記の電熱ヒータ(Ｈ)へと与えられる重石となっている、ことを特徴とする排ガス処理装置。
5. 請求項４に記載の排ガス処理装置において、
   複数設けられる前記の碍子(３０)の少なくとも一部は、
   円周方向に所定の間隔をあけて複数のヒータ保持孔(３２ｈ)が穿設された大径リング状の上部本体(３４)と、上記のヒータ保持孔(３２ｈ)に挿通される上記の電熱ヒータ(Ｈ)に接触しない小径リング状の下部本体(３５)とを有しており、
   その下部本体(３５)の上面に設けられた少なくとも３つの突起(３５ｂ)と上記の上部本体(３４)の下面とが点もしくは線もしくは小面積の面で接触するように連設されると共に、
   上記の下部本体(３５)の下面が前記の保持部材(４０)によって支持される、ことを特徴とする排ガス処理装置。
6. 請求項４又は５に記載の排ガス処理装置において、
   複数設けられる前記の碍子(３０)のうち、上部のものは隣接する碍子(３０)間の距離が大きくなるよう設置されると共に、
   隣接する碍子(３０)間の距離が大きくなるよう設置された上部では、前記の電熱ヒータ(Ｈ)がセラミックスパイプ(６０)で被覆される、ことを特徴とする排ガス処理装置。
   
   

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