JP4535558B2

JP4535558B2 - 燃焼式排ガス処理装置

Info

Publication number: JP4535558B2
Application number: JP2000098534A
Authority: JP
Inventors: 信昭渡辺; 敏彦若林; 靖福田; 一行尾崎; 和信渋谷
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001280629A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程等において排出される可燃性ガス、有毒性ガス、或いは環境への影響が大きいガスを分解除害するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程から排出されるガスには、ＳｉＨ４等の多くの種類の有害なガス成分が含まれている。このような成分を含む排ガスは有害な排ガス成分を除去した後でなければ大気中に放出することができないことから、排ガスは排ガス処理装置を通して処理した後に大気中に放出することが行われている。
【０００３】
かかる排ガス処理装置は、有害ガスを発生する半導体製造装置にできる限り近い場所に設置することが望ましい。
しかし、半導体製造装置はクリーンルーム内に設けられており、設置スペースに限界があるので、排ガス処理装置は小型化が要求される。
【０００４】
又、排ガス成分には異なる種類の排ガス成分が含まれている上に、各排ガス成分はそれぞれ分解温度が異なるので、一台の排ガス処理装置で異なる分解温度の排ガス成分を処理することも要求される。具体的には、半導体の成膜プロセスにおいて使用される代表的なガス成分であるＳｉＨ４は反応性が強いので、燃焼しやすく爆発する危険性があるのに対し、半導体のクリーニングやエッチング等に使用されるＰＦＣｓは化学的に安定で反応性に乏しく、これらの分解温度は大きく異なる。
【０００５】
本発明者等は、このような点に鑑み、小型且つ高分解性能の燃焼式排ガス処理装置を得るために、特願平８−１０３２５７号公報において、図７に示すように、排ガス流路を中心として同心円状に排ガス流路と燃料ガス流路が環状に配されると共に、所定構造の固定案内羽根と自由回転羽根が設けられている燃焼ノズル７１と、外筒７２と内筒７３とからなる燃焼筒７４を使用して、内筒７３の底部に設けた孔７５から燃焼用の二次空気を供給し、内筒７３の側面部に設けた孔７６から冷却用の空気を導入し、燃焼用の二次空気と冷却用空気の流量を、内筒の底部に設けた孔７５と側面部に設けた孔７６の開口面面積比によって調節する燃焼式排ガス処理装置７０を提案した。
【０００６】
更に、本発明者等は、特願平１０−９２６２９号公報において、ＳｉＨ４の燃焼分解によって発生する粉末が付着することを防止することを目的として、図８に示す、内筒８１が複数の分割された筒状部材８１ａの集合体から構成され、更に上側の筒状部材８１ａが下側の筒状部材８１ａを覆うように重ね合わされ、上下の筒状部材８１ａの重ね合わせ部において、上側の筒状部材８１ａの内面側と下側の筒状部材８１ａの外面側との間に隙間８２が形成されている燃焼式排ガス処理装置８０を提案した。
【０００７】
図７に示す態様の装置により、排ガスがＳｉＨ₄ 等の成分とＣ₂ Ｆ₆ 等の難燃性成分とを同時に含む場合でも、同一のノズルによってノズル付近への酸化物粉末の付着を防止しながら難燃性成分を効率良く燃焼分解することが可能となり、小型化にも成功した。
【０００８】
又、図８に示す態様の装置により、ＳｉＨ₄ 量の多い排ガスを処理する場合であっても、内筒の内壁面へＳｉＯ₂ 粉末が堆積することを効果的に防止することが可能になった。
【０００９】
ところが、近年、地球温暖化係数が高く環境への影響が大きい排ガス成分であるＰＦＣｓが問題となっている。ＰＦＣｓとは、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，Ｃ３Ｆ８，ＳＦ６，ＮＦ３，ＣＨＦ３の６種類のガスをいい、地球温暖化係数が高く環境への影響が大きい成分である。
【００１０】
ＰＦＣｓは、化学的に安定で分解が困難な上に、種類ごとに分解温度が異なるガスである。図９，図１０は、本発明者等が測定したＰＦＣｓの分解性を表すグラフである。図９は、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＳＦ６の温度と分解性能の関係を表し、図１０はＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＳＦ６，ＮＦ３，ＣＨＦ３各１リットル／ｍｉｎに都市ガス１３Ａを１６リットル／ｍｉｎで供給した場合の希釈窒素量と分解性能の関係を表す。
図９，図１０からＰＦＣｓは各種類ごとに必用とする分解温度が異なり、ＣＦ４が最も分解温度が高く分解が困難であることが判る。
【００１１】
かかるＰＦＣｓを、前記図７，図８に示す態様の燃焼式排ガス処理装置を使用して分解除去する場合は、対象とする排ガス成分ごとに分解温度が異なるので、半導体製造工程の同一の排気口から複数の性質の異なる排ガス成分が排出される場合には、対象とする排ガス成分の種類に応じて複数の装置を設け、排気される対象に応じて処理を行なう装置を切り替える手段を設けなければならなかった。その結果、排ガス処理装置の設置スペースが広大なものとなり、切り替える作業も煩雑なものとならざるをえなかった。
【００１２】
かかる場合、排ガス処理装置の小型化、設置スペースの縮小化を目的として、同一の装置で異なる排ガス成分を処理しようとすると、対象とする排ガス成分ごとに分解性能が異なるので、分解しにくい排ガス成分を処理する場合は多量の燃料を使用して分解性能を向上させなければならなかった。
【００１３】
しかしながら、地球温暖化防止会議（ＣＯＰ３）において議定書が採択される等、近年の地球温暖化防止の観点から、燃焼に伴って発生する二酸化炭素の放出量を削減する必要があり、燃料の消費量を抑えるためには、装置の分解性能を向上させることが要求されるようになった。
【００１４】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたもので、一台の装置であっても各種のＰＦＣｓを分解除去することができると共に、燃料の消費量が少ない燃焼式排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃焼式排ガス処理装置は、外筒と大気の導入手段が設けられている内筒とからなる燃焼筒と、前記内筒内の底部に設けられ且つ排ガス流路と該排ガス流路の周囲に同心円状に配された燃料ガス供給路とを有する排ガス燃焼ノズルとを備えた燃焼式排ガス処理装置であって、燃料ガス供給路の開口部において形成される火炎に対して大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを吹込む導入パイプ又は導入ノズルからなる支燃性ガス吹込み手段と、排ガス中の除去成分に応じて、支燃性ガスを切替えて供給する制御機構とを備え、且つ、該導入パイプ又は導入ノズルが、該内筒に支燃性ガス吹込み方向と排ガス流路方向との角度Θが９０°〜６０°となるように設けられている、ことを特徴とする。
【００１６】
前記大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスは、圧縮空気、圧縮酸素富化空気、又は圧縮酸素であることが好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の燃焼式排ガス処理装置の一例を、図１，図２，図３に基づいて説明する。図１は本発明の燃焼式排ガス処理装置の一例を示す縦断面図、図２は図１の燃焼ノズル付近を示す拡大縦断面図、図３は排ガス燃焼ノズルの開口部における燃料ガスの燃焼状態の一例を示す部分拡大斜視図である。
【００２３】
図１において、１は燃焼式排ガス処理装置（以下、「排ガス処理装置」という。）を、２は外筒を、３は内筒を、４は燃焼筒を、５は内筒を構成する筒状部材を、６は筒状部材５と筒状部材５との間に設けられた隙間を、７は排ガス燃焼ノズル（以下、「燃焼ノズル」という。）を、９は支燃性ガスを内筒３の内部に供給するための導管を、１０は導管９と内筒３との間に設けられた導入パイプを、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは導管９に設けられた各支燃性ガスの切替弁を、１１は切替弁の総称を、１２は支燃性ガスを選択的に供給する制御機構の操作パネルを、１３は切替弁１１と操作パネル１２とを結ぶ電気の配線をそれぞれ示す。
【００２４】
図１において、Ａは燃焼完了部を、Ｂは冷却部をそれぞれ示す。
【００２５】
図２において、２１は排ガス流路を、２２は燃料ガス供給路を、２３は燃料ガス供給口を、２４は燃料ガス供給路２２の上端面を、２５は火炎をそれぞれ示す。
【００２６】
図３において、３１は支燃性ガスの流れを示す。
【００２７】
図１に示す態様の本発明の排ガス処理装置１は、外筒２と内筒３とからなる燃焼筒４と、燃焼ノズル７と、支燃性ガスを内筒３の内部に供給するための導管９とを備える。
【００２８】
前記燃焼ノズル７は、図２に示すように、管状の排ガス流路２１と排ガス流路２１の周囲に同心円状に配された管状の燃料ガス供給路２２とを有し、燃料ガス供給路２２の上端面２４には、複数の燃料ガス供給口２３が排ガス流路２１の開口端部を囲むように開口している。又、燃料ガス供給路２２の上端面２４は排ガス流路２１側に向かって下方に傾斜するように、即ち水平方向に対して傾き角βをもつように設けられているので、燃料ガスは各燃料ガス供給口２３から排ガス流路２１の中心方向に向って噴出する。
【００２９】
燃焼ノズル７の先端部はこのように構成されているので、各燃料ガス供給口２３から噴出した燃料ガスは、排ガス流路２１の開口端部を囲む複数の分散した火炎２５を形成すると共に、それぞれの火炎２５は排ガス流路２１の開口部の中心方向に向かい、火炎２５が排ガス流路２１の開口部を覆うような状態となる。従って、排ガス流路２１の開口部から放出される排ガスは、個々の火炎２５の高温部分に確実に曝され、排ガス中の被除去成分が加熱されて燃焼し分解するのに充分な熱量が与えられる。
【００３０】
尚、燃料ガス供給路２２を通って供給される燃料ガスには、予め大気等の支燃性ガスを混合しておくことが好ましい。かかる燃料ガスを用いると、後述するように、火炎２５の外部から更に支燃性ガスを供給することにより、排ガス中の難燃性成分を効率良く燃焼分解することができる。
【００３１】
燃料ガス供給路２２の上端面２４の傾き角βは、火炎２５の安定性等を考慮すると３０度程度が好ましい。但し、火炎２５の高温部分が排ガスの処理に有効に利用できさえすれば、他の角度であっても適宜選択することができる。
【００３２】
燃料ガス供給口２３の開口形状は、スリット状、円形状、楕円形状等の任意の形状とすることができる。燃料ガス供給口２３の配置は、燃料供給量の変化による火炎２５の立ち消えや、逆火等を防止して火炎２５を安定させる観点からは、スリット状で一列に配列することが好ましい。但し、二列以上に配置することもできる。
【００３３】
また各燃料ガス供給口２３相互の間隔は、排ガス流路２１の開口部の口径や、燃料ガス供給口２３の数に応じて適宜選択しなければならないが、通常は１〜１０ｍｍの間隔とすることが好ましい。この範囲であれば、隣接する火炎２５同士が重なることによって、火炎２５の高温部分を有効に利用することができる。
【００３４】
本発明の排ガス処理装置１においては、燃焼ノズル７は図１に示すように、外筒２と内筒３とからなる燃焼筒４の内部において、内筒３の底部に設けられている。
本発明の排ガス処理装置１はこのように燃焼筒４が二重構造として構成されていると共に燃焼ノズル７が内筒３の底部に設けられているので、内筒３内部に必要な量の大気のみを供給することができる。従って、燃焼ノズル７の開口部に形成される火炎２５に大気が過剰に供給されることによる火炎２５の乱れや温度低下を防ぎ、排ガス中の被除去成分の燃焼効率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
前記内筒３には、大気の導入手段が設けられている。該導入手段を通じて火炎２５に大気を供給することにより、排ガス中の被除去成分の燃焼分解を完了させ、更に被除去成分が除去された排ガスを冷却することができる。
【００３６】
前記内筒３に設けられている大気の導入手段としては、例えば、内筒３を複数の筒状部材５によって構成し、各筒状部材５を、重ね合わせ部に隙間が形成されるように上方に順次重ね合わせる構成を採用することができる。かかる構成の場合は、上下の筒状部材５を重ね合わせるに際し、上側の筒状部材５が下側の筒状部材５を覆うように重ね合わせると、上下の筒状部材５の重ね合わせ部において、上側の筒状部材５の内面側と下側の筒状部材５の外面側との間に隙間６が形成されるので、この隙間６から内筒３の内壁面に沿って大気を導入することができる。
【００３７】
このように内筒３の内壁面の長手方向に沿って、内筒３内に大気を導入すると、内筒３内壁にＳｉＯ₂ 等の粉末が付着するのを防止するとともに、排ガス中の被除去成分の燃焼分解を完了させることができる。
【００３８】
隙間６の大きさ、隙間６の数（即ち、内筒３を幾つの筒状部材５で構成するか）等に特に制約はないが、隙間６の内筒内面側における開口部６ａの総面積：Ａ₁ と、燃焼筒４の排気部４ａの開口面積：Ａ₂ との間に、Ａ₁ ／Ａ₂ ＝１．５〜０．５なる関係が成り立つように隙間６を構成することが好ましい。特に、Ａ₁ ／Ａ₂ が略１となるようにすることが好ましい。このように構成すると、ＳｉＯ₂ 等の粉末の付着を確実に防止するとともに、排ガス中に含まれている難燃性の被除去成分の燃焼分解率をより高めることができる。
【００３９】
但し、本発明における内筒３を構成する手段は、筒状部材５を重ね合わせる方法に限定されない。例えば、図７に示すように、内筒３の側壁に複数の大気取入れ口を設ける手段を採用することもできる。
【００４０】
内筒３には、大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを内筒３の内部に供給するための導管９が設けられている。このように構成すると、火炎２５に外部から適量の支燃性ガスを供給することができるので、火炎２５の燃焼効率を高めることができる。即ち、予め支燃性ガスが混合された燃料ガスによって形成される火炎２５に、更に支燃性ガスを供給することにより火炎２５の燃焼を促進し、排ガス中の被除去成分が難燃性成分であっても効率良く燃焼させることができる。
【００４１】
大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスは、通常は８〜１６本の内径１ｍｍ程度の導管９を用いて、火炎２５に対して均等に供給される。但し、本発明においては、導管９の径や本数に制限はない。
【００４２】
導管９を通って内筒３内部に供給される支燃性ガスは、大気圧以上でありさえすれば制限はないが、通常は約１．５×１０⁵Ｐａの圧力に設定されて用いられる。
かかる圧力を有する支燃性ガスを内筒３の内部に導入し、火炎２５に対して供給すると、支燃性ガスの噴出速度が増大し支燃性ガスの熱伝達率が大きくなるので、燃焼効率が向上しＰＦＣｓ等の難燃性成分であっても燃焼分解することができる。尚、導管９は支燃性ガスの圧力に耐え得る材料からなり、耐え得る構造であることを要する。
【００４３】
本発明における大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスは、圧縮空気、圧縮酸素富化空気、又は圧縮酸素であることが好ましい。これらの支燃性ガスを用いると、従来のメタンやプロパン等の燃料ガスと、支燃性ガスとしての大気の組み合わせでは燃焼分解することができなかったＰＦＣｓ等を効率良く燃焼分解することができる。又、支燃性ガスとして大気圧以上の圧力を有する圧縮酸素富化空気や圧縮酸素を用いると、ＰＦＣｓの中でも特に燃焼分解することが困難なＰＦＣｓであっても分解することができる。
但し、本発明の支燃性ガスは圧縮空気、圧縮酸素富化空気、圧縮酸素に限定するものではなく、ＰＦＣｓ等の燃焼分解させることが困難な排ガス成分の燃焼を促進することさえできれば、いかなるガスでも用いることができる。
【００４４】
尚、燃料ガスとしては、水素、メタン、プロパン、ブタン、エチレン、天然ガス、都市ガス或いはこれらの混合ガスが用いられる。
【００４５】
本発明の排ガス処理装置１においては、支燃性ガス吹込み方向と排ガス流路方向との角度Θ（以下、「導入角度Θ」という。）が９０゜〜６０゜となるように、火炎２５に対し支燃性ガスを噴出する手段を内筒に設けることが好ましく、導入角度Θが９０゜〜７０゜となるように設けることがより好ましい。
導入角度Θが６０゜未満の場合は、排ガス中の難燃性成分の燃焼効率が悪くなり、難燃性成分を充分に除去できなくなる。導入角度Θが９０゜を超えると、燃焼条件の変化に対して火炎２５の安定性がなくなり、しかも燃焼ノズル７先端が異常に加熱して安全上の問題が生ずる。
【００４６】
導入角度Θが９０゜〜６０゜となるように支燃性ガスを噴出する具体的な手段は、図１、図２に示すように、導入パイプ１０を内筒３と導管９との間に設けたり、導入ノズルを内筒３に取り付けて支燃性ガスを導入角度Θが９０゜〜６０゜となるように噴出させることが好ましい。尚、導入パイプ１０や導入ノズルは支燃性ガスの圧力に耐え得るものであることを要する。
このようにすると、導入角度Θが９０゜〜６０゜の範囲内で支燃性ガスを火炎２５に対し容易に吹込むことができるので、排ガス中の難燃性除去成分を特に効率良く燃焼させることができる。
【００４７】
但し、本発明は、導入角度Θが９０゜〜６０゜となるように支燃性ガスを噴出する手段として、導入パイプ又は導入ノズルを内筒に設けることに限定するものではなく、他の手段を採用することもできる。
【００４８】
本発明の排ガス処理装置１は、図１に示すように、大気圧以上の圧力を有する異なる支燃性ガスを内筒３内部に切替えて供給する制御機構を備えていることが好ましい。
該制御機構は、例えば図１に示すように、各種の支燃性ガスを輸送する配管途中に設けた切替弁１１と、必要とする支燃性ガスを選択できる操作パネル１２と、切替弁１１と操作パネル１２とを結ぶ電気の配線とから構成することができる。
このような制御機構を備えていると、操作パネル１２を操作して切替弁１１ａ，１１ｂ，１１ｃを切り替えることにより、目的とする排ガス中の除去成分の特性に適した支燃性ガスを容易に選択し切替えて供給できるので、１台の排ガス処理装置で多様な難燃性の排ガス成分を処理することができる。
【００４９】
切替弁１１は、排ガス処理装置本体に組み込むこともできれば、排ガス処理装置本体に隣接して設けることもできれば、クリーンルームの外に設けることもできる。
但し、図１に示す制御機構は、一例にすぎない。従って、電気を用いずに機械的に構成することもできる。
【００５０】
本発明の燃焼式排ガス処理方法は、例えば、図１，図２に示す態様の排ガス処理装置１を用いて行なわれる。
本発明の方法においては、外筒２と内筒３とを有する燃焼筒４の内筒３の底部において、排ガス流路２１から内筒３内に排ガスが供給される。又、燃料ガス供給路２２から、燃料ガスが排ガス流路２１を囲むように供給されて、燃料ガス供給路２２の開口部において排ガス流路２１を囲むように火炎２５が形成される。
かかる方法によれば、燃料ガス供給路２２の開口部において火炎２５を安定して形成することができる。
尚、燃料ガスには予め支燃性ガスを混合しておくことが好ましい。
【００５１】
本発明の方法においては、火炎２５に大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを供給することによって火炎２５の燃焼が促進され、排ガス中の難燃性除去成分が燃焼分解される。本発明の方法はかかる構成を採用しているので、燃焼効率が増大しＰＦＣｓ等の難燃性成分であっても燃焼分解することができる。
【００５２】
支燃性ガスが大気圧以上の圧力を有することを必要とするのは、支燃性ガスの圧力が大きくなると支燃性ガスの速度が大きくなり、支燃性ガスの速度が大きくなると支燃性ガスの熱伝達率が大きくなることによる。即ち、熱伝達率αは、式（１）に示すように支燃性ガスの流速Ｕの１／２乗に比例することから、支燃性ガスの噴出速度Ｕが大きくなると支燃性ガスの熱伝達率αが大きくなるので、火炎２５の温度が同一であっても排ガス中の難燃性成分の燃焼効率が増大する。
【００５３】
【数１】
α ∝ Ｕ^0.5 （１）
【００５４】
尚、式（１）は、ヌッセルト数Ｎｕとプラントル数Ｐｒとレイノルズ数Ｒｅとの間に式（２）に示す関係が成り立ち、ヌッセルト数Ｎｕと熱伝達率αと代表長さχとガス伝達率λとの間に式（３）に示す関係が成り立ち、更にレイノルズ数Ｒｅとガスの流速Ｕと代表長さχとガスの動粘性係数νとの間に式（４）に示す関係が成り立つことから求められる。
【００５５】
【数２】
Ｎｕ＝０．５３５×Ｐｒ^0.4×Ｒｅ^0.5 （２）
【数３】
Ｎｕ＝（α×χ）／λ （３）
【数４】
Ｒｅ＝（Ｕ×χ）／ν （４）
【００５６】
本発明者等が大気圧以上の支燃性ガスを用いて、支燃性ガスの噴出速度を大きくすることにより、ＰＦＣｓ等の排ガス中の難燃性成分の燃焼効率を向上させるという考え方に到達したのは、排ガスを加熱する能力は前記火炎２５の形成と酸素等の支燃性ガスの流れという二つの要因が重要であることを見出したことによるものである。
【００５７】
又、本発明者等は、火炎２５の形成は排ガス燃焼ノズル７の先端部の構造を前提として、燃料ガスの供給量と燃料ガスに予め混合される支燃性ガスの比率によって定まり、支燃性ガスの流れ、即ち支燃性ガスの流量及び流速を変えると難燃性成分の燃焼効率が大きく変化することも見出した。
【００５８】
本発明者等は、更に、火炎２５への支燃性ガスの供給は、支燃性ガス吹込み方向と排ガス流路方向との角度Θが９０゜〜６０゜となるように支燃性ガスを吹き込むことが好ましいことも見出した。かかる方法により、支燃性ガスを火炎に対して吹込むと、化学的に安定で燃焼することが困難な難燃性除去成分であっても容易に分解できる
【００５９】
本発明の方法においては、次に、図１に示す燃焼完了部Ａにおいて内筒３から大気を導入することによって、排ガス中の難燃性成分が更に分解される。このように難燃性成分を燃焼することにより、難燃性除去成分の燃焼が完了する。
【００６０】
被除去成分が燃焼分解により除去された排ガスは、次に、図１に示す冷却部Ｂにおいて内筒３から大気を導入することによって冷却される。このように冷却された排ガスは、温度が速やかに低下するので安全な状態で大気中に放出することができる。
【００６１】
本発明の方法においては、例えば前記制御手段を用いて、排ガス中の除去成分の分解特性に対応した異なる支燃性ガスを切替えて供給することが好ましい。かかる方法によれば、１台の排ガス処理装置で多様な難燃性の排ガス成分を処理することができる。
【００６２】
本発明の排ガス処理装置、排ガス処理方法が対象とする排ガスは、可燃性成分や有毒成分を含むもの、或いは環境保護の観点から大気中に排出する際に除去したり濃度を低減させる必要のある成分等を含む排ガスである。具体的には半導体を製造する際の各種の工程において排出される、ＳｉＨ₄ 、ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ 、ＧｅＨ₄ 、Ｂ₂ Ｈ₆ 、ＡｓＨ₃ 、ＰＨ₃ 、ＮＦ₃ 、又はＣ₂ Ｆ₆ 等を含むガスが挙げられ、特に前記ＰＦＣｓに対して有効である。
【００６３】
【実施例】
以下、実施例、比較例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
【００６４】
実施例１
図１に示す形状の内筒を有する排ガス処理装置（隙間の内筒内面側における開口部の総面積：Ａ₁ ＝７８．５ｃｍ² 、燃焼筒の排気部開口面積：Ａ₂ ＝７８．５ｃｍ² 、Ａ₁ ／Ａ₂ ＝１）を用い、排ガスとしてＮＦ３１リットル／分を窒素（２０〜３００リットル／分の範囲で変化させた）で希釈したものを燃焼ノズルに供給し、燃料ガスとして都市ガス１３Ａを１６リットル／分で燃焼ノズルに供給し、支燃性ガスとして１．５×１０⁵Ｐａの圧縮空気を導入角度Θ＝７５°で供給してＮＦ３を燃焼分解し、燃焼後のＮＦ３の残存率を測定した。測定結果を図４に示す。
【００６５】
比較例１
図８に示す態様の排ガス処理装置を使用し、支燃性ガスとして大気をそのまま用いた以外は、実施例１と同様にＮＦ３の残存率を測定した。測定結果を図４に示す。
【００６６】
実施例２，３
実施例１と同様の排ガス処理装置を用い、排ガスとしてＣ２Ｆ６１リットル／分を窒素（２０〜２００リットル／分の範囲で変化させた）で希釈したものを燃焼ノズルに供給し、燃料ガスとして都市ガス１３Ａを１６リットル／分で燃焼ノズルに供給し、支燃性ガスとして実施例２の場合は１．５×１０⁵Ｐａの酸素を導入角度Θ＝７５°で供給し、実施例３の場合は１．５×１０⁵Ｐａの圧縮空気を導入角度Θ＝７５°で供給してＣ２Ｆ６を燃焼分解し、燃焼後のＣ２Ｆ６分解率を測定した。測定結果を図５に示す。
【００６７】
比較例２
図８に示す態様の排ガス処理装置を使用し、支燃性ガスとして大気をそのまま用いた以外は、実施例２と同様に分解率を測定した。測定結果を図５に示す。
【００６８】
実施例４，５
実施例１と同様の排ガス処理装置を用い、排ガスとしてＣＦ４１リットル／分を窒素（２０〜５０リットル／分の範囲で変化させた）で希釈したものを燃焼ノズルに供給し、燃料ガスとして都市ガス１３Ａを１６リットル／分で燃焼ノズルに供給し、支燃性ガスとして実施例４の場合は１．５×１０⁵Ｐａの酸素を導入角度Θ＝７５°で供給し、実施例５の場合は１．５×１０⁵Ｐａの圧縮空気を導入角度Θ＝７５°で供給してＣＦ４を燃焼分解し、燃焼後のＣＦ４の分解率を測定した。測定結果を図５に示す。
【００６９】
比較例３
図８に示す態様の排ガス処理装置を使用し、支燃性ガスとして大気をそのまま用いた以外は、実施例４と同様にＣＦ４の分解率を測定した。測定結果を図５に示す。
【００７０】
実施例６
図１に示す装置を使用し、排ガスとしてＮＦ３１リットル／分を３００リットル／分の窒素で希釈したものを燃焼ノズルに供給し、燃料ガスとしてプロパン１０リットル／分に対し空気比０．７の空気を含む混合ガスを燃焼ノズルに供給し、支燃性ガスとして圧縮空気を５０リットル／分、供給圧力１．５×１０⁵Ｐａで供給し、導入角度Θを９０゜〜４０゜の範囲で変化させて、導入角度ΘとＮＦ３の分解率の関係を測定した。結果を図６に示す。
【００７１】
図４から、排ガス中の難燃性成分がＮＦ３の場合、燃料ガスの供給量が同一であっても、支燃性ガスとして大気を使用すると、希釈窒素の流量が１００リットル／分でＮＦ３の排出濃度がＴＬＶ−ＴＷＡに達するのに対し、支燃性ガスとして圧縮空気を使用すると燃焼効率が向上し、希釈窒素の流量が２００リットル／分でＮＦ３の排出濃度がＴＬＶ−ＴＷＡに達することが判る。
尚、ＴＬＶ−ＴＷＡ（Threshold Limit Value-Time Weighed Average）とは、労働時間が毎日８時間、毎週４０時間の条件下で連日繰返し曝露されても大多数の労働者が健康上の悪影響を受けることがない許容濃度である。
【００７２】
図５から、支燃性ガスとして大気を使用する場合に比較して、支燃性ガスとして圧縮空気、圧縮酸素を使用すると、Ｃ２Ｆ６の分解効率が遥かに優れていることが判る。
【００７３】
図５から、支燃性ガスとして圧縮酸素を使用すると、ＰＦＣｓの中でも特に化学的に安定で分解が困難なＣＦ４であっても分解できることがわかる。
【００７４】
又、図５から、排ガス中の難燃性成分に対応して支燃性ガスを選択する必要があることもわかる。従って、本発明の排ガス処理装置を使用すれば、燃焼分解処理の対象となる難燃性成分に対応する支燃性ガスを容易に選択できるので、１台の排ガス処理装置で複数の難燃性成分を処理できることも判る。
【００７５】
図６から、支燃性ガスの導入角度Θが９０゜〜６０゜の場合、難燃性成分の燃焼分解効率が優れていることが判る。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃焼式排ガス処理装置は、外筒と内筒からなる燃焼筒とを有し、排ガス燃焼ノズルが燃焼筒の内筒内の底部に設けらており、内筒には大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを内筒内に供給する手段が設けられているので、化学的に安定で燃焼することが困難なＰＦＣｓを容易に分解できる。
【００７７】
本発明においては、大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスとして、圧縮空気、圧縮酸素富化空気、又は圧縮酸素を用いるとＰＦＣｓ等の難燃性成分であっても燃焼分解することができる。特に、支燃性ガスとして大気圧以上の圧力を有する圧縮酸素を用いると、ＰＦＣｓの中でも特に分解が困難なＣＦ４であっても分解できる。
【００７８】
本発明の燃焼式排ガス処理装置においては、支燃性ガス吹込み方向と排ガス流路方向との角度Θが９０゜〜６０゜となるように、燃料ガス供給路の開口部において形成される火炎に対し、支燃性ガスを吹込む支燃性ガス吹込み手段が内筒に設けられていると、化学的に安定で燃焼することが困難なＰＦＣｓであっても更に容易に分解できる。
【００７９】
本発明の燃焼式排ガス処理装置においては、導入パイプ又は導入ノズルを内筒に設ける手段により支燃性ガスを吹込むという構成を採用すると、支燃性ガス吹込み方向と排ガス流路方向との角度Θが９０゜〜６０゜となるように支燃性ガスを容易に吹込むことができる。
【００８０】
本発明の燃焼式排ガス処理装置が、排ガス中の除去成分に応じて支燃性ガスを切替えて供給する制御機構を備えていると、燃焼分解処理の対象となる難燃性成分の分解特性に応じた支燃性ガスを切替えて導入できるので、１台の排ガス処理装置で複数の難燃性成分を容易に処理できる。
【００８１】
本発明の燃焼式排ガス処理方法は、外筒と内筒とを有する燃焼筒の内筒の底部において、排ガス流路から内筒内に排ガスを供給し、燃料ガス供給路から燃料ガスを排ガス流路を囲むように供給して、燃料ガス供給路の開口部において排ガス流路を囲むように火炎を形成し、該火炎に大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを吹き込むことによって火炎の燃焼を促進して排ガス中の難燃性除去成分を燃焼分解し、次に大気を導入して排ガス中の難燃性除去成分の分解を完了させ、次に大気を導入して排ガスを冷却した後、排ガスを大気中に放出する。従って、本発明の方法によれば、化学的に安定で燃焼することが困難なＰＦＣｓであっても容易に分解できる。
【００８２】
本発明の燃焼式排ガス処理方法においては、大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスとして、圧縮空気、圧縮酸素富化空気、又は圧縮酸素を用いると化学的に安定で燃焼することが困難なＰＦＣｓを容易に分解できる。特に、支燃性ガスとして大気圧以上の圧力を有する圧縮酸素を用いると、ＰＦＣｓの中でも特に分解が困難なＣＦ４であっても分解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃焼式排ガス処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明の燃焼ノズル付近の一例を示す縦断面図である。
【図３】本発明の排ガス燃焼ノズルの開口部における燃料ガスの燃焼状態の一例を示す部分拡大斜視図である。
【図４】ＮＦ３の残存率と支燃性ガスとの関係を表すグラフである。
【図５】Ｃ２Ｆ６及びＣＦ４の分解率と支燃性ガスとの関係を表すグラフである。
【図６】導入角度ΘとＮＦ３の分解率との関係を表すグラフである。
【図７】従来の燃焼式排ガス処理装置の一例を示す縦断面図である。
【図８】従来の燃焼式排ガス処理装置の他の例を示す縦断面図である。
【図９】ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＳＦ６についての温度と分解性能の関係を表すグラフである。
【図１０】ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＳＦ６，ＮＦ３，ＣＨＦ３についての希釈窒素量と分解性能の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１排ガス処理装置
２外筒
３内筒
４燃焼筒
７燃焼ノズル
９導管
１０導入パイプ
１１切替弁
１２制御機構の操作パネル
１３切替弁１１と操作パネル１２とを結ぶ電気の配線
２１排ガス流路
２２燃料ガス供給路
２３燃料ガス供給口
２５火炎

Claims

外筒と大気の導入手段が設けられている内筒とからなる燃焼筒と、
前記内筒内の底部に設けられ且つ排ガス流路と該排ガス流路の周囲に同心円状に配された燃料ガス供給路とを有する排ガス燃焼ノズルとを備えた燃焼式排ガス処理装置であって、
燃料ガス供給路の開口部において形成される火炎に対して大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスを吹込む導入パイプ又は導入ノズルからなる支燃性ガス吹込み手段と、排ガス中の除去成分に応じて、支燃性ガスを切替えて供給する制御機構とを備え、
且つ、該導入パイプ又は導入ノズルが、該内筒に支燃性ガス吹込み方向と排ガス流路方向との角度Θが９０°〜６０°となるように設けられている、ことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
大気圧以上の圧力を有する支燃性ガスが、圧縮空気、圧縮酸素富化空気、又は圧縮酸素であることを特徴とする請求項１記載の燃焼式排ガス処理装置。