TW202216272A - 氣體處理爐及使用其之廢氣處理裝置 - Google Patents

氣體處理爐及使用其之廢氣處理裝置 Download PDF

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Abstract

本發明的氣體處理爐(10)係包含：在內部填充有電熱體之加熱器主體(12)、及貫穿該加熱器主體(12)之管狀的氣體流路(14)。又係具備：塊狀的加熱器主體(12)、複數列的氣體流路(14)及集管箱(16)，上述塊狀的加熱器主體(12)，是朝上下方向延伸，且在內部填充有電熱體；上述複數列的氣體流路(14)，是上下貫穿上述加熱器主體(12)的內部之氣體流路(14)，且在俯視下，是在前後方向上相連設置或延伸設置且在左右方向上互相平行；上述集管箱(16)，是安裝在上述加熱器主體(12)的上端部，且透過在其內部所形成的連通空間(16a)讓上述氣體流路(14)彼此互相連通。

Description

氣體處理爐及使用其之廢氣處理裝置
本發明係關於適用於包含例如PFCs(全氟化合物)等的難分解性廢氣的無害化處理之氣體處理爐、以及使用該氣體處理爐之廢氣處理裝置。
現在，作為製造物品、處理物品之工業程序，已有各式各樣被開發並被實施，從如此般各式各樣的工業程序排出之氣體(以下稱為「處理對象廢氣」)的種類也非常多樣化。因此，根據工業程序所排出之處理對象廢氣的種類，分別使用不同種類的廢氣處理方法及廢氣處理裝置。
其中，使用電熱器之電熱氧化分解式的廢氣處理方法，作為半導體製造程序中的廢氣處理方法乃是現在最普及的分解處理方法，在處理對象廢氣(無害化對象氣體)的分解處理時易於控制處理工序，能夠將處理對象廢氣安全地分解處理。特別是在使用了電熱器之加熱分解裝置(氣體處理爐)的前後設置濕式洗滌器之廢氣處理裝置，按照半導體製造中之各式各樣的條件，不管是處理對象廢氣中之哪個無害化對象成分，都能無害化處理成TLV[Threshold Limit Value;曝露界限]以下的濃度(例如，參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平7-323211號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，在2015年9月的聯合國高峰會通過「2030永續發展議程」，從此之後，關於往後之能源的有效率的利用等進行了種種的議論、檢討。在這樣的狀況下，作為加熱時的能源會消耗比較大量的電力之上述以往的具備有電熱氧化分解式的氣體處理爐之廢氣處理裝置也是，可預想其節約能源、節省空間的需求會日益提高。
因此，本發明所欲解決之主要問題是為了提供一種氣體處理爐，其仍舊保有以往之電熱氧化分解式的氣體處理爐的優點，可小型化，能減少電力消耗量而謀求能量之有效率的利用，並提供使用該氣體處理爐之廢氣處理裝置。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述目的，本發明是例如圖1所示般，將氣體處理爐如以下般構成。 亦即，其特徵在於係包含：在內部填充有電熱體之加熱器主體12、及貫穿該加熱器主體12之管狀的氣體流路14。
本發明可發揮例如以下的作用。 氣體處理爐係包含：在內部填充有電熱體之加熱器主體12、及貫穿該加熱器主體12之管狀的氣體流路14，只要按照在氣體流路14流通之作為熱處理對象之氣體的流量來設定氣體流路14之口徑及其長度，就能將電熱體產生的熱全部通通賦予流過該氣體流路14的氣體。又不是像以往的氣體處理爐那樣在爐內設置加熱器主體，而是構成為在加熱器主體12內設置氣體流路14，加熱器主體12本身發揮「爐」的功能，因此可將氣體處理爐整體的尺寸顯著小型化。
本發明能以上述(圖1)的氣體處理爐為基礎，例如圖2~3所示般構成。 亦即係具備：塊狀的加熱器主體12、複數列的氣體流路14及集管箱16，塊狀的加熱器主體12，是朝上下方向延伸，且在內部填充有電熱體；複數列的氣體流路14，是上下貫穿該加熱器主體12的內部之氣體流路14，且在俯視下，是在前後方向上相連設置或延伸設置且在左右方向上互相平行；集管箱16，是安裝在上述加熱器主體12的上端部，且透過在其內部所形成的連通空間16a讓上述氣體流路14彼此互相連通。
此發明例如可發揮以下的作用。 上下貫穿加熱器主體12的內部之氣體流路14，在俯視下，是在前後方向上相連設置或延伸設置，且以在左右方向上互相平行的方設置複數列，因此分別對於流過多數條氣體流路14之處理對象氣體，可將電熱體產生的熱全部通通賦予。特別是，當氣體流路14是由俯視下呈正圓形的細管所形成的情況，或是俯視下形成為細長的狹縫狀的情況，其作用變得更顯著。此外，不是像以往的氣體處理爐那樣在爐內設置加熱器主體，而是構成為在加熱器主體12內設置氣體流路14，加熱器主體12本身發揮「爐」的功能，因此可將氣體處理爐整體的尺寸顯著小型化。
本發明較佳為，除了上述各構成以外，還設有：用於除去在前述氣體流路14內堆積的粉塵之粉塵除去手段18。 在此情況，可防止作為處理對象的氣體所帶進來的粉塵、加熱處理所產生的副產物之粉塵將氣體流路14阻塞，而能夠長時間連續運轉。
本發明之第2發明是使用上述氣體處理爐之廢氣處理裝置，其特徵在於，係具備：上述任一個氣體處理爐、入口洗滌器20或出口洗滌器22之至少一方，入口洗滌器20係將朝上述氣體處理爐導入的處理對象之廢氣E事先洗滌，出口洗滌器22係將在上述氣體處理爐熱分解後的廢氣E實施冷卻及洗滌。 [發明之效果]
依據本發明可提供一種氣體處理爐，不是像以往之電熱氧化分解式的氣體處理爐那樣將爐內利用加熱器等的加熱手段加熱，而是構成為在加熱手段本身設置用於將氣體加熱之氣體流路，其仍舊保有以往之電熱氧化分解式的氣體處理爐的優點，可小型化，能減少電力消耗量而謀求能量之有效率的利用，並提供使用該氣體處理爐之廢氣處理裝置。
以下，針對本發明的氣體處理爐及使用其之廢氣處理裝置的實施形態，參照圖式做說明。 圖1係顯示本發明的氣體處理爐10之最基本的形態(第1實施形態)的概略之剖面圖。如圖1所示般，本發明的氣體處理爐10係具備：加熱器主體12、以及貫穿該加熱器主體12之管狀的氣體流路14。
加熱器主體12，是例如由包含不鏽鋼、赫史特合金(Hastelloy，Haynes公司之註冊商標)之金屬等的高耐熱材料、或是可澆鑄耐火材等的耐火物等所構成，且是在殼體的內部填充電熱體而構成，該殼體是形成為將氣體流路14的外周遍及大致其全長而圍繞。作為該電熱體，例如可列舉：鎳鉻合金線、坎塔爾(Kanthal，Sandvik AB公司之註冊商標)線等的金屬線所構成之物，或是碳化矽(SiC)、二矽化鉬(MoSi 2)、鉻化鑭(LaCrO 3)等的陶瓷所構成之物等，可按照作為氣體處理爐10所需的溫度(熱量)等而適宜地選擇。 又雖未圖示出，該加熱器主體12中之電熱體的端部，是從殼體之長度方向端部側面等往外部拉出而與電源裝置(未圖示)連接。
氣體流路14，是例如由包含不鏽鋼、赫史特合金(Haynes公司之註冊商標)之金屬等的高耐熱材料、或是可澆鑄耐火材等的耐火物等所構成，且是在其內部讓熱處理對象的氣體流過之管狀構件。在圖1的實施形態，該氣體流路14之寬度方向剖面形狀成為正圓形，其口徑及長度是按照在氣體流路14流通之作為熱處理對象之氣體的流量而適宜地設定。例如，當將圖1所示之氣體處理爐10運用於半導體製造裝置所排出之廢氣E之無害化處理的情況，較佳為將氣體流路14的口徑設定在80mm~150mm的範圍，將其長度設定在700mm~800mm的範圍。
在如以上般構成之本實施形態的氣體處理爐10，只要按照在氣體流路14流通之作為熱處理對象的氣體的種類來選擇加熱器主體12所採用之電熱體，並按照作為熱處理對象之氣體的流量來設定氣體流路14之口徑和長度，就能將電熱體產生的熱全部通通賦予流過該氣體流路14的氣體。
又雖未圖示出，在上述氣體流路14，如後述般，較佳為設置用於將在其內部附著、堆積的粉塵等刮掉之粉塵除去手段。 又圖1的實施形態，雖是顯示以讓廢氣E等之作為熱處理對象的氣體沿水平方向流通的方式配設氣體流路14的情況，但氣體處理爐10中之作為熱處理對象的氣體之流通方向並不限定於此，例如以讓該氣體沿上下方向流通的方式配設氣體流路14亦可。
接下來，將本發明的一實施形態之廢氣處理裝置X藉由圖2及圖3做說明。 圖2係顯示本發明的第2實施形態之使用氣體處理爐10之廢氣處理裝置X的概略。該廢氣處理裝置X，係將從未圖示的排出源排出之廢氣E予以無害化處理的裝置，大致是由氣體處理爐10、入口洗滌器20及出口洗滌器22所構成。 又該廢氣處理裝置X，作為處理對象之廢氣E的種類沒有特別的限定，特別適用於將像從半導體製造裝置排出之PFCs(全氟化合物)、矽甲烷 (SiH 4)、氯系氣體等那樣其排放標準被制定之難分解性的廢氣E實施無害化處理。因此，以下，關於該廢氣處理裝置X，是以運用於從半導體製造裝置排出之廢氣E的無害化處理之裝置來做說明。
氣體處理爐10，係將半導體製造程序等所排出之廢氣E中之有害的無害化對象氣體使用電熱氧化分解式進行熱分解的裝置，其係具備加熱器主體12、氣體流路14及集管箱16。
加熱器主體12具有塊狀的本體殼體24，該本體殼體24是將例如包含不鏽鋼、赫史特合金(Haynes公司之註冊商標)之金屬等的高耐熱材料形成為方筒形狀且是朝上下方向延伸。在該本體殼體24的內部，雖未圖示出，係布滿(填充)由鎳鉻合金線、坎塔爾(Sandvik AB公司之註冊商標)線等的金屬線、或是碳化矽(SiC)、二矽化鉬(MoSi 2)、鉻化鑭(LaCrO 3)等的陶瓷所構成之電熱體。又該電熱體的間隙是用陶瓷粉末填滿，藉此謀求在本體殼體24內部之熱傳導提升。 又雖未圖示出，電熱體的端部是從本體殼體24之下表面或側面等往外部拉出而與電源裝置連接。 而且，在該本體殼體24，上下貫穿其內部之氣體流路14設置有複數條。
氣體流路14，是與本體殼體24同樣的，由例如包含不鏽鋼、赫史特合金(Haynes公司之註冊商標)之金屬等的高耐熱材料所區劃而成，如圖3所示般，是由俯視下呈正圓形的細管所形成。藉由如此般使氣體流路14成為俯視下呈正圓形，氣體處理爐10運轉時等的熱應力不致集中在氣體流路14管壁之某個特定的部位而能讓其分散，因此可有效抑制氣體流路14的變形等。 又該氣體流路14，係將在俯視下同一形狀者在前後方向上相連設置，且將如此般相連設置的氣體流路14以在左右方向上互相平行的方式設置複數列(圖示實施形態的情況雖是4列，但亦可為2列或3列，亦可為5列以上)。而且，在設置有氣體流路14之本體殼體24的上端部安裝集管箱16。
集管箱16，是與本體殼體24等同樣的，由例如包含不鏽鋼、赫史特合金(Haynes公司之註冊商標)之金屬等的高耐熱材料所形成，且是下表面形成有開口之矩形的容器體。藉由將該集管箱16安裝在本體殼體24的上端部，透過形成於集管箱16的內部之連通空間16a讓氣體流路14彼此互相連通。又在圖2之實施形態的情況，該連通空間16a是發揮氣體處理空間的功能。
在圖2所示的實施形態之氣體處理爐10的情況，氣體流路14設有4列，其中，圖的左側之2列成為將處理對象的廢氣E送往連通空間16a之流路，圖的右側之2列成為用於將經由連通空間16a的廢氣E從氣體處理爐10排出之流路。因此，在本體殼體24的底面，上述左側2列的氣體流路14之下端開口成為氣體導入口14a，上述右側2列的氣體流路14之下端開口成為氣體排出口14b。 又在上述氣體導入口14a連接著用於將廢氣E送往連通空間16a內之流入配管系統26的前端(上游端)，該流入配管系統26之下游端連接於半導體製造裝置等的廢氣產生源；在氣體排出口14b連接著排出配管系統28的後端(下游端)，該排出配管系統28是用於將在氣體處理爐10內熱分解後之處理完畢的廢氣E往大氣中排出。
又在本體殼體24的頂面之從左起第2列的氣體流路14和從右起第2列的氣體流路14之間設置：用於讓送往連通空間16a之廢氣E的滯留時間增加之分隔壁30。
再者，在集管箱16內之各氣體流路14的正上方設置粉塵除去手段18。粉塵除去手段18係由軸部18a及安裝於該軸部18a的前端之刷具18b所構成，可在氣體流路14內進退自如地移動，而用於將在該氣體流路14內附著、堆積的粉塵等刮掉。又該粉塵除去手段18並不限定於上述者，亦可為例如採用噴氣(air blow)方式等。
在此，在本實施形態的氣體處理爐10，雖未圖示出，係安裝有例如用於偵測連通空間16a的溫度之由熱電偶等構成之溫度計測手段，並將該溫度計測手段所偵測出的溫度資料(溫度信號)透過信號線送往由CPU[Central Processing Unit；中央處理裝置]、記憶體、輸入裝置及顯示裝置等所構成之控制手段。又在該控制手段也連接著上述電源裝置。 又該氣體處理爐10的表面，因應需要，是被覆由隔熱材、耐火材等所構成之爐套(jacket)。關於這點，在上述第1實施形態的氣體處理爐10也是同樣的。 而且，如以上般構成之本實施形態的氣體處理爐10，係豎立設置在後述的貯槽32上。
入口洗滌器20，係用於將導入氣體處理爐10之廢氣E所含的粉塵、水溶性成分等除去，且包含直管型的洗滌器本體20a、噴嘴20b及填充材20c。噴嘴20b係設置在該洗滌器本體20a內部的頂部附近，用於將水等的藥液呈噴霧狀噴灑；填充材20c係用於促進噴嘴20b所噴灑的藥液和廢氣E之氣液接觸。 該入口洗滌器20係設置在流入配管系統26的中途，且豎立設置在用於貯留水等的藥液之貯槽32上。 而且，在噴嘴20b和貯槽32之間設置循環泵34，藉此將貯槽32內的貯留藥液朝噴嘴20b揚升。
出口洗滌器22，係用於將通過了氣體處理爐10之熱分解後的廢氣E冷卻，並將熱分解所產生的副產物之粉塵、水溶性成分等最終從廢氣E中除去，且包含直管型的洗滌器本體22a、朝下的噴嘴22b及填充材22c。噴嘴22b係設置在該洗滌器本體22a內部的頂部附近，以與廢氣E流通方向相對向的方式從上方將水等的藥液進行噴霧；填充材22c係用於促進噴嘴22b所噴灑的藥液和廢氣E之氣液接觸。 該出口洗滌器22係設置在排出配管系統28的中途，且豎立設置在用於貯留水等的藥液之貯槽32上。 又與上述入口洗滌器20同樣的，在圖示的實施形態，係在噴嘴22b和貯槽32之間設置循環泵34，藉此將貯槽32內的貯留藥液朝噴嘴22b揚升，但亦可構成為，對於該噴嘴22b，不是供給貯槽32內的貯留藥液，而是供給新水等的新藥液。
而且，在出口洗滌器22之頂部出口附近的排出配管系統28上，連接著用於將處理完畢的廢氣E朝大氣中排放之排氣風扇36。
又在本實施形態的廢氣處理裝置X中之除了氣體處理爐10以外的其他部分，為了避免起因於廢氣E所含、或藉由該廢氣E的分解所產生之氫氟酸等的腐蝕性成分所造成的腐蝕，係施加有基於聚氯乙烯、聚乙烯、不飽和聚酯樹脂及氟樹脂等之耐蝕性的裏襯(lining)、塗布。
接下來，在使用如以上般構成之廢氣處理裝置X來進行廢氣E的無害化處理時，首先，將廢氣處理裝置X的運轉開關(未圖示)開啟(ON)而讓氣體處理爐10的電熱體動作，開始進行氣體處理爐10內的加熱。 接著，當連通空間16a內的溫度到達在800℃~1400℃的範圍內之對應於處理對象的廢氣E種類之既定溫度時，讓排氣風扇36動作，開始朝廢氣處理裝置X將廢氣E導入。如此，廢氣E依序通過入口洗滌器20、氣體處理爐10及出口洗滌器22，使廢氣E中的無害化對象成分無害化。又藉由未圖示的控制手段，以使連通空間16a內的溫度保持既定溫度的方式控制供應給氣體處理爐10的電熱體之電力量。
依據本實施形態的廢氣處理裝置X，氣體處理爐10中之上下貫穿加熱器主體12的內部之氣體流路14，是由俯視呈正圓形的細管所形成，因此對於流過氣體流路14之處理對象的氣體全體，能將電熱體產生的熱全部通通都賦予。又該氣體流路14，在俯視下，以在左右方向上互相平行的方式形成為4列，在流入側及流出側分別具有2列，因此能讓可進行熱處理的氣體流量增加。
又依據本實施形態的廢氣處理裝置X，係具備入口洗滌器20及出口洗滌器22，可將朝氣體處理爐10導入的廢氣E事先洗滌而防止流入配管系統26的阻塞等，能更穩定地將氣體處理爐10連續運轉，且能讓熱分解後之處理完畢的廢氣E之潔淨度提高。
又上述圖2及圖3所示的實施形態，可如以下般變更。 亦即，在上述第2實施形態的氣體處理爐10，作為氣體流路14，雖顯示將俯視形成為正圓形的細管在前後方向上相連設置的情況，但該氣體流路14亦可為例如圖4所示般，在俯視下形成為朝前後方向延伸設置之細長的狹縫狀，且將狹縫狀之同一形狀延伸設置之氣體流路14以在左右方向上互相平行的方式設置複數列(圖4之實施形態的情況為4列)。在將氣體流路14形成為這種形狀的情況，就氣體處理爐10運轉時等之熱應力分散性能的觀點而言，雖比上述俯視下形成為正圓形的情況差，但變成能夠將氣體處理爐10經濟且高效率地製造。
又在上述第2實施形態的氣體處理爐10，雖顯示將加熱器主體12之本體殼體24形成為方筒形狀的情況，但本體殼體24的形狀並不限定於此，例如圖5所示般，該本體殼體24是與氣體流路14同樣地由俯視下呈正圓形的圓筒體所形成亦可。如此，本體殼體24本身也能讓氣體處理爐10運轉時等之熱應力的分散性能提高。
再者，在上述實施形態的廢氣處理裝置X，氣體處理爐10的氣體流路14構成為，在俯視下，以在左右方向上互相平行的方式形成有4列，且在往連通空間16a的流入側及從連通空間16a的流出側分別形成有2列，但加熱器主體12內之氣體流路並不限定於此，例如按照處理對象之氣體的性狀等，亦可構成為，將處理對象的氣體直接朝集管箱16之連通空間16a內供給，讓該氣體在整體氣體流路14以一次通過(one-pass)的方式通過(流下)。
此外，在上述實施形態的廢氣處理裝置X，雖顯示具備入口洗滌器20和出口洗滌器22雙方的情況，但按照要處理之廢氣E的種類，亦可為具備其等之任一方。又雖顯示將入口洗滌器20及出口洗滌器22豎立設置在貯槽32上的情況，但亦可構成為，將入口洗滌器20及出口洗滌器22和貯槽32以分離的方式配設，將兩者用配管連接，藉此將來自各洗滌器20,22的排水送往貯槽32。 [產業利用性]
本發明的廢氣處理裝置，可將各式各樣的種類之處理對象的廢氣確實地熱分解，處理效率極高且安全性非常優異，又能夠小型化，不僅是上述半導體製造程序所排出之廢氣的熱分解處理，還能利用在化學工廠中之廢氣的加熱處理等之所有工業程序所排出之廢氣的分解處理。又本發明的氣體處理爐，不僅是廢氣的熱分解處理，還能利用在工業程序中之各種氣體的熱處理。
10:氣體處理爐 12:加熱器主體 14:氣體流路 16:集管箱 16a:連通空間 18:粉塵除去手段 20:入口洗滌器 22:出口洗滌器 E:廢氣 X:廢氣處理裝置
[圖1]係顯示本發明的氣體處理爐之最基本的形態(第1實施形態)之概略的剖面圖。 [圖2]係顯示本發明的第2實施形態之使用氣體處理爐之廢氣處理裝置的概略之說明圖。 [圖3]係圖2中的X-X’線切斷端面圖(省略內部構造)。 [圖4]係本發明的其他實施形態(第3實施形態)之氣體處理爐之水平方向切斷端面圖(省略內部構造)。 [圖5]係本發明的其他實施形態(第4實施形態)之氣體處理爐之水平方向切斷端面圖(省略內部構造)。
10:氣體處理爐
12:加熱器主體
14:氣體流路
E:廢氣

Claims (8)

  1. 一種氣體處理爐，係包含： 在內部填充有電熱體之加熱器主體(12)、及 貫穿該加熱器主體(12)之管狀的氣體流路(14)。
  2. 一種氣體處理爐，係具備：塊狀的加熱器主體(12)、複數列的氣體流路(14)及集管箱(16)， 上述塊狀的加熱器主體(12)，是朝上下方向延伸，且在內部填充有電熱體； 上述複數列的氣體流路(14)，是上下貫穿上述加熱器主體(12)的內部之氣體流路(14)，且在俯視下，是在前後方向上相連設置或延伸設置且在左右方向上互相平行； 上述集管箱(16)，是安裝在上述加熱器主體(12)的上端部，且透過在其內部所形成的連通空間(16a)讓上述氣體流路(14)彼此互相連通。
  3. 如請求項1或2所述之氣體處理爐，其中， 前述氣體流路(14)係由俯視下呈正圓形的細管所形成。
  4. 如請求項1或2所述之氣體處理爐，其中， 前述氣體流路(14)係在俯視下形成為細長的狹縫狀。
  5. 如請求項1或2所述之氣體處理爐， 其係設有：用於將在前述氣體流路(14)內堆積的粉塵除去之粉塵除去手段(18)。
  6. 如請求項3所述之氣體處理爐， 其係設有：用於將在前述氣體流路(14)內堆積的粉塵除去之粉塵除去手段(18)。
  7. 如請求項4所述之氣體處理爐， 其係設有：用於將在前述氣體流路(14)內堆積的粉塵除去之粉塵除去手段(18)。
  8. 一種廢氣處理裝置，係具備：如請求項1至7之任一項所述之氣體處理爐、以及入口洗滌器(20)或出口洗滌器(22)之至少一方， 上述入口洗滌器(20)係將朝上述氣體處理爐導入的處理對象之廢氣(E)事先洗滌， 上述出口洗滌器(22)係將在上述氣體處理爐熱分解後的廢氣(E)實施冷卻及洗滌。
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