(57)【要約】【課題】筒体の内面に対する粉塵の付着を防ぐことができ、且つ除害効率を向上させるようにした交流電界による排ガス処理装置の燃焼炉を提供する。【解決手段】排ガスを高温にして燃焼或いは分解して排気する排ガス処理装置の燃焼炉Ａであって、一方側の端部が閉鎖され、他方側の端部が開放された導電性を有する筒体１と、筒体の閉鎖された端部側に配置された排ガスの供給口９と、筒体の閉鎖された端部側に配置されたバーナー８と、筒体に接続された交流電源１０とを有する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを高温にして燃焼或いは分解して排気する排ガス処理装置の燃焼炉であって、
一方側の端部が閉鎖され、他方側の端部が開放された導電性を有する筒体と、
前記筒体の閉鎖された端部側に配置された排ガスの供給口と、
前記筒体の閉鎖された端部側に配置されたバーナーと、
前記筒体に接続された交流電源と、
を有することを特徴とする交流電界による排ガス処理装置の燃焼炉。
【請求項２】
前記筒体が接地されていることを特徴とする請求項１に記載した交流電界による排ガス処理装置の燃焼炉。
【請求項３】
前記筒体の外周には超音波振動素子を装着した外筒が配置されており、該超音波素子によって前記筒体に震動が付与されることを特徴とする請求項１又は２に記載した交流電界による排ガス処理装置の燃焼炉。
【請求項４】
前記筒体の外周面に磁場発生部材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載した交流電界による排ガス処理装置の燃焼炉。
【請求項５】
前記筒体は起立して配置されており、上端部が閉鎖されると共に下端部が開放され、且つ閉鎖された上端部の略中心に前記バーナーが配置されると共に該バーナーを中心とする複数の位置に前記排ガスの供給口が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載した交流電界による排ガス処理装置の燃焼炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体の製造工程から排出された排ガスを燃焼或いは熱分解させて除害する交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程から、シラン（SiH4）、ジシラン（Si2H6）、ジボラン（B2H6）、ホスフィン（PH3）、アルシン（AsH3）、三フッ化窒素(NF3)等の毒性を有する排ガスや、四フッ化炭素(CF4)や六フッ化硫黄（SF6）等に代表されるフッ化物等の地球環境に悪影響を与える排ガスが排出されることが知られている。そして、このような排ガスは大気への放出に際して予め除害することが要求されている。
【０００３】
このため、上記の如き排ガスを燃焼させて除害した後、大気へ放出することで上記要求を満足させることが出来る有毒性排ガスの処理方法及び装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された難燃性物質処理バーナーは、一端が閉塞壁によって閉塞された燃焼筒体を有しており、この閉塞壁に複数の燃焼バーナーを火炎が燃焼筒体の中心軸線上のほぼ同じ点で収束できるように取り付けると共に、難燃性物質を含む排ガスを軸線の延長が火炎の収束点の近傍又は下流側で交わるように設けられている。この技術では、高い燃焼分解効率を発揮することができ、排ガスを完全に無害化することができる。
【０００４】
排ガスの燃焼に伴って生じた排ガスに含まれた金属成分からなる粉塵が燃焼室の内面に付着して成長し、排ガスの円滑な燃焼と排出を妨げるという問題が生じている。この問題を解決するために、例えば特許文献２に記載された排ガスの処理装置が提案されている。特許文献２に記載された排ガスの処理装置は、燃焼室の内面に沿って周方向に移動して該内面に付着した固形物を剥離するスクレーパを設けたものである。特許文献２に記載された排ガスの処理装置では、適宜スクレーパを回転させることで、燃焼室の内面に付着した粉塵を掻き落とすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５２８１４１号公報
【特許文献２】特開２００６−２７５３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１、２に記載された発明を利用することで、半導体の製造工程から排出された排ガスを除害すると共に、燃焼室の内面に付着した粉塵を掻き落とすことができる。しかし、常により装置の小型化、より構造の簡略化、よりメンテナンス周期改善、などの改善を求められている。
【０００７】
このため、より燃焼室の内面に対する粉塵の付着を防ぐことができる排ガスの処理装置の開発が要求されているのが実情である。
【０００８】
本発明の目的は、内面に対する粉塵の付着を防ぐことができ、且つ除害効率を向上させるようにした交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明に係る交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉は、排ガスを高温にして燃焼或いは分解して排気する排ガス処理装置の燃焼炉であって、一方側の端部が閉鎖され、他方側の端部が開放された導電性を有する筒体と、前記筒体の閉鎖された端部側に配置された排ガスの供給口と、前記筒体の閉鎖された端部側に配置されたバーナーと、前記筒体に接続された交流電源と、を有するものである。
【００１０】
上記交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉に於いて、前記筒体が接地されているが好ましい。
【００１１】
また、上記何れかの交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉に於いて、前記筒体の外周には超音波振動素子を装着した外筒が配置されており、該超音波素子によって前記筒体に震動が付与されることが好ましい。
【００１２】
また、上記何れかの交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉に於いて、前記筒体の外周面に超音波発振部材が配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る交流電界による有害性排ガス処理装置の燃焼炉（以下単に「燃焼炉」という）では、導電性を有する筒体の閉鎖された端部側にバーナーと、排ガスの供給口が配置されており、燃焼した排ガスは閉鎖された端部側から開放された端部に向かって略直線的に流れる。このとき、燃焼した排ガスはプラズマ化しており、燃焼に伴って生じた粉塵はイオン化している。このため、イオン化した粉塵が筒体の内面に付着することがある。しかし、排ガスの燃焼を停止させたときに筒体に電界を作用させることで、イオン化して筒体の内面に付着した粉塵を除電することができる。そして、除電された粉塵は速やかに筒体の内面から離脱し、この結果、粉塵の内面への付着を防ぐことができる。
【００１４】
また、筒体を接地しておくことで、イオン化した粉塵が筒体の内面に付着しても除電して落下させることができ、これにより、筒体内面に対する粉塵の付着を防ぐことができる。
【００１５】
また、筒体に超音波振動を付与することで、筒体の内面に粉塵が付着したとしても、該内面から離脱させることができ、これにより、粉塵の筒体内面への付着を防ぐことができる。
【００１６】
更に、筒体の外周面に配置された磁場発生部材によって筒体に磁場を作用させることで、プラズマ化した排ガスを外筒体の内部で螺旋状に流動させることができる。従って、排ガスを筒体の内部に於ける高温域に長く捕らえておくことができ、除害効率を高めることができる。また、排ガスを筒体の内部径より小さな径でプラズマ化した排ガスを螺旋状運動することにより筒体の内部に付着する粉塵量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例に係る燃焼炉の構成を説明する模式図である。
【図２】本実施例に係る燃焼炉を利用した排ガス処理装置の要部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る燃焼炉について説明する。本発明に係る燃焼炉は、半導体の製造装置や液晶パネルの製造装置から排出された有害成分を含む排ガスを、熱分解或いは燃焼させて除害する交流電界による有害性排ガス処理装置（以下「排ガス処理装置」という）に用いられるものである。
【００１９】
特に、排ガスの燃焼に伴って生じた粉塵が燃焼炉を構成する筒体の内面に対して付着するのを防ぎ、或いは粉塵が付着したとしても固形化することなく離脱させるようにしたものである。また、筒体に磁場を作用させることで、燃焼してプラズマ化した排ガスを螺旋状に旋回させ、これにより高温域に於ける流れの距離を長くして燃焼に伴う除害を進めるようにしたものである。また、旋回する径を内筒１ｂの内部径より小さな径にすることにより筒体の内部に付着する粉塵量を低減したものである。
【００２０】
本発明に於いて、筒体は導電性を有しており、一方側の端部が閉鎖され、他方側の端部が開放されている。導電性を有する筒体には交流電源が接続され、接地されている。また、筒体には超音波振動素子による振動が付与されている。
【００２１】
また、筒体の閉鎖された端部にバーナーと排ガスの供給口が配置され、この端部から開放された端部に向けてバーナーによる燃焼ガスや排ガスが流れ、この流れの過程で排ガスの燃焼により除害することが可能である。更に、排ガスの燃焼に伴ってイオン化した粉塵を除電して筒体に対する付着を防ぎ、且つ筒体を振動させて付着した粉塵を落下させることが可能である。
【００２２】
導電性を有する筒体は材質を限定するものではない。しかし、筒体は高温に晒されるため、導電性を有し且つ高温に耐えることが可能な金属或いは導電性セラミックスなどから選択することが好ましい。また、筒体の内面は排ガスの燃焼に伴って生じた粉塵が付着する虞があるため、滑らかな面であることが好ましく、特に鏡面であることが好ましい。
【００２３】
筒体の閉鎖された端部に配置されたバーナーは、燃料ガスと支燃ガスを混合させて燃焼させるものである。燃料ガスとして特に限定するものではないが、メタンガスを好ましく使用することが可能である。また支燃ガスも特に限定するものではなく、空気や酸素を使用することが可能である。しかし、支燃ガスとして酸素を使用すると燃焼温度を高くすることが可能で且つ燃料ガスの消費を軽減することが可能であり好ましい。
【００２４】
また、端部に配置すべきバーナーの位置及び数も限定するものではなく、筒体の中心軸に一致させた位置に１本のバーナー、或いは筒体の中心軸を中心とする円周上に複数本のバーナーを配置することが可能である。特に、円周上に複数のバーナーを配置した場合、夫々のバーナーを中心軸側に傾斜させて該中心軸上で交差させるようにすることが好ましい。
【００２５】
筒体の閉鎖された端部に配置された排ガスの供給口の位置は数も限定するものではなく、筒体の中心軸に一致させた位置に１本の供給口、或いは筒体の中心軸を中心とする円周上に複数本の供給口を配置することが可能である。特に、円周上に複数の供給口を配置した場合、夫々の供給口を中心軸側に傾斜させて該中心軸上で交差させるようにすることが好ましい。
【００２６】
筒体に接続される交流電源は周波数などを限定するものではなく、通常の商用電源を利用することが可能である。そして、排ガスの燃焼を停止させた後、交流電源によって筒体に電界を作用させることで、筒体の内面に付着した粉塵を除電して付着を解除して離脱させることが可能である。
【００２７】
また、筒体を接地することで、イオン化して筒体の内面に付着した粉塵を付着と同時に除電することが可能となる。このため、排ガスの燃焼に伴って生じたイオン化した粉塵が筒体の内面に付着した場合でも、粉塵を除電して速やかに付着を解除して離脱させることが可能である。
【００２８】
筒体に接続した超音波発振素子の仕様については限定するものではなく、筒体に振動を付与し得るものであれば良い。この超音波発振素子によって筒体を振動させることで、筒体に付着した粉塵を落下させることが可能である。
【００２９】
筒体の外周面に配置される磁場発生部材として、特に材質や構造を限定するものではなく、筒体の外周面に巻き回した磁場コイル又は筒体の外周面の所定位置に配置した永久磁石を用いることが可能である。
【００３０】
筒体は１本の筒によって構成しても良く、径の異なる複数本の筒を用い、径の大きい筒の内部に径の小さい筒を嵌装した多重体として構成しても良い。筒体を多重体とした場合、内装された内筒を導電体とすると共に外筒の間に隙間を形成しておくことが好ましく、この隙間には窒素ガスなどの気体を封入しておくことが好ましい。
【００３１】
筒体は横向きに配置しても良く、縦向きに配置しても良い。しかし、粉塵の自然落下のしやすさを考慮すると、縦向きであることが好ましい。筒体を縦向きに設置することで、排ガスの燃焼に伴ってイオン化し除電された粉塵、或いは筒体に付着し振動により剥離した粉塵、が円滑に落下することが可能となる。
【００３２】
次に、本実施例に係る燃焼炉Ａについて図１の模式図を用いて説明する。
【００３３】
本実施例に於いて、筒体１は外筒１ａと、導電性を有する内筒１ｂと、による二重構造として構成されると共に縦向きに設置されている。筒体１の上端部は閉塞部材３によって閉塞されており、下端部は開放されている。開放された下端部には、排気筒４が配置されており、この排気筒４によって除害された排ガスを後工程（水スクラバ１５）に排気し得るように構成されている。そして、外筒１ａと内筒１ｂとの間に隙間５が構成され、該隙間５には窒素ガスが封入されている。
【００３４】
上記の如く、筒体１は閉塞部材３と排気筒４とによって挟持された構造となっており、閉塞部材３及び筒体１との接続部分に配置されたシール材６ａによって気密が保持されている。シール材６ｂによって筒体１と槽入口排気ポート２１との接続部分の気密が保持される。シール材６ｃによって槽入口排気ポート２１と槽入口フランジ２２との接続部分の気密が保持される。外筒１ａと内筒１ｂとの間に隙間５が構成され、該隙間５には窒素ガスが封入されている。気体（封入された窒素ガス）に依る熱伝導は小さく、筒体１は高い断熱性を有しており、内筒１ｂ内の温度を保持することが可能である。
【００３５】
閉塞部材３には筒体１の中心軸１ｃと一致させてバーナー８が配置されており、該バーナー８に燃料ガス配管８ａと支燃ガス配管８ｂが接続されている。そして、燃料ガス配管８ａは図示しないメタンガス供給源と接続され、支燃ガス配管８ｂは図示しない酸素ガス供給源と接続されている。
【００３６】
従って、各ガスの供給源から予め設定された流量のメタンガスと酸素ガスが供給され、バーナー８で混合して燃焼することが可能である。特に、支燃ガスとして酸素ガスを利用することで、高い火炎温度を実現することが可能となり、供給された排ガスを高温域で燃焼或いは分解させて除害することが可能である。
【００３７】
閉塞部材３のバーナー８を中心とする円周上に排ガスの供給口となる複数の排ガスノズル９が配置されている。各排ガスノズル９は、予め設定された角度で筒体１の中心軸１ｃに向かって、互いに略同じ位置で交差し得るように傾斜して配置されている。また、各排ガスノズル９には図示しない排ガスの供給源と接続された排ガス配管９ａが接続されている。
【００３８】
筒体１を構成する内筒１ｂに交流電源１０が接続されており、該内筒１ｂに電界を作用させることが可能なように構成されている。この交流電源は燃焼炉Ａによる排ガスの燃焼を停止させる際に作動させて内筒１ｂに電界を作用させるものであり、内筒１ｂに電界を作用させることで、内面に付着した粉塵を除電して離脱させることが可能である。
【００３９】
また、筒体１の内筒１ｂは接地１１が接続されており、該内筒１ｂに付着した粉塵を除電し得るように構成されている。
【００４０】
筒体１の外筒１ａに超音波発振素子１２が取り付けられており、内筒１ｂに超音波振動を付与することで、隙間５に封入した窒素ガスを介して内筒１ｂを振動させるように構成されている。
【００４１】
筒体１を構成する外筒１ａの外周面に磁場コイル１３が巻回された状態で配置されている。磁場コイル１３は図示しない電源に接続されており、該磁場コイル１３に通電することによって、筒体１の長手方向への磁場を発生させることが可能である。
【００４２】
次に、上記の如く構成された燃焼炉Ａに於ける除害作用について説明する。
【００４３】
先ず、内筒１ｂに接続した交流電源１０を作動させることなく、外筒１ａに取り付けた超音波振動素子１２を作動させて内筒１ｂを振動させ、外筒１ａの外周面に配置した磁場コイル１３に通電して磁場を形成する。そして、バーナー８からメタンガスと酸素ガスの混合ガスを噴射させて燃焼させると共に排ガスノズル９から排ガスを供給する。バーナー８からの混合ガスの燃焼に伴って排ガスが燃焼してプラズマ（荷電粒子）化し、イオン化した粉塵が発生する。
【００４４】
燃焼してプラズマ化した排ガスは、磁場の影響を受けて螺旋状に旋回しつつ筒体１の閉塞部材３側から排気筒４に向かって流れる。
【００４５】
磁場中の荷電粒子の運動は、荷電粒子の進む方向と磁場の方向が同じ場合、初期の状態を維持して進行する。また、荷電粒子が磁場に垂直に入射した場合、ローレンツ力の作用により荷電粒子は等速円運動を行う。しかし、排ガスノズル９が筒体１の中心軸１ｃに対して傾斜していることや、バーナー８による火炎の影響を受けて燃焼してプラズマ化した排ガスが磁場の方向と同じ方向となることはない。また、プラズマ化した排ガスは排ガスノズル９からの噴射速度に応じた速度を有しているため、磁場に対する垂直成分に基づく等速円運動と、磁場に対する同方向の成分に基づく等速直線運動とが合成された螺旋運動をとることとなる。
【００４６】
従って、プラズマ化した排ガスは筒体１の内部を、閉塞部材３側から排気筒４側にかけて螺旋状に進んで行くため、排ガスの進行距離は筒体１の長さよりも充分に大きくなり、バーナー８による火炎の影響を長時間受けることとなる。このため、筒体１の長さを大きくすることなく、排ガスを除害することが可能となる。即ち、燃焼炉Ａに於ける除害効率を向上することが可能となる。また、旋回する径を内筒１ｂの内部径より小さな径にすることにより筒体の内部に付着する粉塵量を低減したものである。
【００４７】
燃焼してプラズマ化した排ガスは、磁場の影響を受けて内筒１ｂの中心軸１ｃに集中している。しかし、排ガスの燃焼に伴って発生したイオン化した粉塵は、内筒１ｂの内部を落下してゆくものの、螺旋状に旋回するプラズマ化した排ガスの影響を受けて該内筒１ｂの内面に接近して付着することがある。このとき、内筒１ｂに粉塵が付着したとしても、該内筒１ｂが接地１１されているため除電され、付着を防ぐことが可能となる。
【００４８】
更に、内筒１ｂに超音波振動素子１２により振動が生じているため、内筒１ｂに付着して除電された粉塵を速やかに内面から離脱させることが可能となる。そして、内筒１ｂの内面に付着することのない粉塵は、燃焼した排ガスの流れと共に排気筒４から後工程に排気される。
【００４９】
特に、燃焼炉Ａによる排ガスの燃焼を停止した後、交流電源１０を作動して内筒１ｂに電界を作用させることで、該内筒１ｂにイオン化した粉塵が付着していたとしても、除電することが可能となる。そして、付着していた粉塵は除電させることによって付着力が減少し、速やかに内筒１ｂの内面から離脱することが可能となる。
【００５０】
次に、上記の如き燃焼炉Ａを利用した排ガス処置装置Ｂの構成について図２の模式図を用いて簡単に説明する。
【００５１】
燃焼炉Ａを構成する筒体１の下方に配置された排気筒４には、水スクラバ１５と連通した燃焼ガス通路１６が接続している。この燃焼ガス通路１６は、筒体１と水スクラバ１５とを接続し、且つ予め設定された範囲で昇降するものの、該範囲内で略一定の水位を保持し得るように水を貯留した槽１７に形成されている。
【００５２】
水スクラバ１５は、燃焼した排ガスに含まれた粉塵成分やガス成分を除去するためのものであり、槽１７を介して燃焼炉Ａと一体的に構成されている。この水スクラバ１５、槽１７の上部に配置された筒１８からなり、該筒１８の下方に燃焼ガス通路１６に接続した開口１８ａが形成され、上方に排出口１８ｂが形成されている。また、筒１８の内部には、濾過部材１９、水切部材２０が配置されている。
【００５３】
水スクラバ１５の排出口１８ｂには図示しない吸引部材が接続されており、該吸引部材によって発生した負圧が水スクラバ１５の排出口１８ｂを介して、燃焼炉Ａに作用するように構成されている。
【００５４】
上記の如く構成された排ガス処理装置Ｂでは、水スクラバ１５の濾過部材１９に水を供給して水膜を形成して、吸引部材を稼働させると、この吸引部材の稼働に伴って、水スクラバ１５、燃焼炉Ａの内部が負圧となり、これらを通して一連のガス通路が形成される。
【００５５】
そして、筒体１ではバーナー８からメタンガス及び酸素ガスが燃焼した火炎が形成されると共に、排ガスノズル９から排ガスが供給される。バーナー８に形成された火炎によって、排ガスの有害成分が燃焼、或いは熱分解によって除害されつつ螺旋状に排気筒４を通って水スクラバ１５に供給される。排ガスの燃焼、熱分解によって生じた粉塵成分は槽１７に落下する。
【００５６】
水スクラバ１５では、高温の燃焼ガスを濾過部材１９に形成された水膜を通過させることで洗浄する。そして、除害され且つ冷却された排ガスは、水スクラバ１５の排出口１８ｂから吸引部材を経て大気に排出される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明に係る燃焼炉は、半導体等の製造工程から排出された排ガスを除害する際に利用して有利である。
【符号の説明】
【００５８】
Ａ              燃焼炉
Ｂ              排ガス処理装置
１              筒体
１ａ            外筒
１ｂ            内筒
１ｃ            中心軸
３              閉塞部材
４              排気筒
５              隙間
６ａ、６ｂ、６ｃシール材
８              バーナー
８ａ            燃料ガス配管
８ｂ            支燃性ガス配管
９              排ガスノズル
９ａ            排ガス配管
１０            交流電源
１１            接地
１２            超音波振動素子
１３            磁場コイル
１５            水スクラバ
１６            燃焼ガス通路
１７            槽
１８            筒
１８ａ          開口
１８ｂ          排出口
１９            濾過部材
２０            水切部材
２１            槽入口排気ポート
２２            槽入口フランジ
【図１】
2020034180.tif 000003
【図２】
2020034180.tif 000004