【手続補正書】
【提出日】平成16年3月16日(2004.3.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】燃焼式排ガス処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】バーナ部と、該バーナ部の下流側に燃焼室を備え、前記バーナ部に助燃ガスを供給し、該バーナ部より前記燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎に排ガスを導入して、該排ガスを酸化分解させる燃焼式排ガス処理装置において、
前記燃焼火炎を検出するＵＶセンサを設けたことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項２】請求項１に記載の燃焼式排ガス処理装置において、
前記バーナ部壁の前記燃焼火炎の上流側に該燃焼火炎を直視できる管又は孔を設け、前記ＵＶセンサは該管又は孔を通して前記燃焼火炎を検出することを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項３】請求項２に記載の燃焼式排ガス処理装置において、
前記燃焼火炎を直視できる管又は孔と前記ＵＶセンサの接続部にＵＶ透光部材を配置して該ＵＶセンサを前記バーナ部内雰囲気から遮断し、該管又は孔内の該ＵＶ透光部材からバーナ部側にパージ気体を流すことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項４】請求項２に記載の燃焼式排ガス処理装置において、
前記燃焼火炎を直視できる管又は孔の反バーナ部側端部を閉塞し、該管又は孔内の燃焼火炎からの光を光ファイバを介して前記ＵＶセンサに伝送することを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項５】バーナ部と、該バーナ部の下流側に燃焼室を備え、前記バーナ部に助燃ガスを供給し、該バーナ部より前記燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎に排ガスを導入して、該排ガスを酸化分解させる燃焼式排ガス処理装置において、
前記バーナ部への助燃ガスの供給は、該バーナ部内壁面に開口する複数のノズル口を通して行うことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項６】請求項５に記載の燃焼式排ガス処理装置において、
前記ノズル口は３個以上接近してノズル口群を形成していることを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項７】請求項６に記載の燃焼式排ガス処理装置において、
前記ノズル口群から噴射される助燃ガス噴射速度を火炎の伝播速度より速くすることを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシランガス（ＳｉＨ4）、或いはハロゲン系ガス（ＮＦ3、ＣｌＦ3、ＳＦ6、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、ＣＦ4等）を含む有害可燃性、若しくは難分解性の排ガスを燃焼処理するための燃焼式排ガス処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような燃焼式排ガス処理装置は、バーナ部と、該バーナ部の下流側に燃焼室を備え、バーナ部に助燃ガスを供給し、該助燃ガスを燃焼させて火炎を形成し、この火炎により排ガスを燃焼させるように構成されている。助燃ガスには、水素ガス、都市ガス、プロパンガス等を燃料ガスとして用い、酸化剤としては酸素若しくは空気が通常使用されている。
【０００３】
上記のような燃焼式排ガス処理装置において、燃焼火炎の着火確認方法としてＵＶ（ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ＝紫外線）センサを用いて燃焼火炎を検知し着火を確認している。ところが、このＵＶセンサを用いて燃焼火炎を検知する方法は、排ガス処理時のダスト等の副生成物が採光口を塞ぐという問題があった。また、上記ＵＶセンサで燃焼火炎を検知する方法は、特に火炎の燃焼部内壁での反射光を検知する場合、ＵＶ吸収特性をもつ副生成物が反応部の内壁に付着すると、反射していたＵＶ光が全て吸収されるため火炎を検知できないという問題もあった。また、反応部が高温となるため、採光口が高温による溶融腐食により、閉塞するという問題もあった。
【０００４】
また、上記のような燃焼式排ガス処理装置において、バーナ部への助燃ガスの供給は、該バーナ部内壁面に開口するノズル口を通して行い、火炎は該ノズル口から噴射される助燃ガスが燃焼することにより形成されるが、バーナ部内に導入される排ガス流入量の変動により、火炎が吹き消えるという問題があった。また、助燃ガスを供給する燃料配管等に逆火が発生するという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、ＵＶセンサで常に燃焼火炎が存否を正確に検知できる燃焼式排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
また、バーナ部内に導入される排ガス流入量の変動により、火炎が吹き消えることなく、安定した燃焼火炎を形成でき、助燃ガス供給配管への逆火の危険も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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、バーナ部と、該バーナ部の下流側に燃焼室を備え、バーナ部に助燃ガスを供給し、該バーナ部より燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎に排ガスを導入して、該排ガスを酸化分解させる燃焼式排ガス処理装置において、燃焼火炎を検出するＵＶセンサを設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記のように燃焼火炎を検出するＵＶセンサを設けたことにより、バーナ部より燃焼室に向けて形成される燃焼火炎の状態を監視できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃焼式排ガス処理装置において、バーナ部壁の燃焼火炎の上流側に該燃焼火炎を直視できる管又は孔を設け、ＵＶセンサは該管又は孔を通して燃焼火炎を検出することを特徴とする。
【００１０】
上記のように燃焼火炎の下流側ではなく、上流側に燃焼火炎を直視できる管又は孔を設けることにより、排ガス処理時のダスト等の副生成物が採光口を塞いで、ＵＶセンサが燃焼火炎を検知できないという問題は起きない。また、管又は孔を通して燃焼火炎を直視しているため、ＵＶ吸収特性を持つ副生成物が反応部内に付着しても、採光の妨害になることはなく、ＵＶセンサが燃焼火炎を検知するのに支障とならない。また、バーナ部側壁の比較的低温である燃焼火炎の上流側に該燃焼火炎を直視できる管又は孔を設けることにより、採光口部が高温による溶融や腐食により、閉塞することもなくなる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃焼式排ガス処理装置において、燃焼火炎を直視できる管又は孔とＵＶセンサの接続部にＵＶ透光部材を配置して該ＵＶセンサをバーナ部内雰囲気から遮断し、該管又は孔内の該ＵＶ透光部材からバーナ部側にパージ気体を流すことを特徴とする。
【００１２】
上記のように管又は孔と接続部にＵＶ透光部材を配置して該ＵＶセンサをバーナ部内雰囲気から遮断し、該管又は孔内の該ＵＶ透光部材からバーナ部側にパージ気体を流すことにより、副生成物等により採光口が塞がれるという問題はなくなる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の燃焼式排ガス処理装置において、燃焼火炎を直視できる管又は孔の反バーナ部側端部を閉塞し、該管又は孔内の燃焼火炎からの光を光ファイバを介してＵＶセンサに伝送することを特徴とする。
【００１４】
上記のように管又は孔内の燃焼火炎からの光を光ファイバを介してＵＶセンサに伝送するので、スペースや耐熱性の問題等により管又は孔の反バーナ部側端部にＵＶセンサを設置できない場合等に、ＵＶセンサをスペースや耐熱性の問題のない場所に設置することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、バーナ部と、該バーナ部の下流側に燃焼室を備え、バーナ部に助燃ガスを供給し、該バーナ部より燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎に排ガスを導入して、該排ガスを酸化分解させる燃焼式排ガス処理装置において、バーナ部への助燃ガスの供給は、該バーナ部内壁面に開口する複数のノズル口を通して行うことを特徴とする。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の燃焼式排ガス処理装置において、ノズル口は３個以上接近してノズル口群を形成していることを特徴とする。
【００１７】
上記のように、ノズル口を３個以上の開口群で構成するので、バーナ部内に導入する排ガス流入量が変動しても燃焼火炎の吹き消え等を防止することができる。また、火炎の伝播速度の遅い炭素系の燃料ガスを助燃ガスに使用する場合は、ノズル口は６個以上の開口群で構成することにより、排ガス流入量が変動しても燃焼火炎の吹き消え等を防止することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の燃焼式排ガス処理装置において、ノズル口群から噴射される助燃ガス噴射速度を火炎の伝播速度より速くすることを特徴とする。
【００１９】
上記のようにノズル口から噴射される助燃ガス噴射速度を火炎の伝播速度より速くすることにより、助燃ガス供給配管等への逆火を防止できる。火炎の伝播速度は助燃ガスの燃料ガスの種類、予混合する空気又は酸素の混合比、ノズル口の形状や配置等により決まり、この助燃ガス噴射速度は助燃ガスの供給圧力やノズル口群の総断面積によって決まるから、これらを考慮して、助燃ガスの噴射速度が火炎の伝播速度より速くなるようにノズル口群の総開口断面積等を設定する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部の構成を示す図である。バーナ部１０は、下方に位置する燃焼室２０に向かって開口する保炎部１１を形成する円筒体１２と、該円筒体１２の周囲を所定間隔離れて包囲する外筒１３とを有しており、円筒体１２と外筒１３との間には、燃焼用空気を保持する空気室１４と、助熱ガス室１５が形成されている。空気室１４は図示しない空気源に接続され、助燃ガス室１５は助燃ガス供給配管（図示せず）を通して助燃ガス供給源に接続されている。
【００２１】
保炎部１１の上側を覆う円筒体１２の頂部には、半導体製造装置や液晶パネル製造装置等から排出される有害で且つ可燃性の排ガスＧ１を導入するための排ガス流入管１６が接続されている。また、円筒体１２には空気室１４と保炎部１１を連通する空気ノズル１７と、助燃ガス室１５と保炎部１１を連通する複数の助燃ガスノズル１８が設けられている。
【００２２】
空気ノズル１７は後で、詳述するように、保炎部１１内に旋回流を形成するように吹出すようになっている。助燃ガスノズル１８も同様に、保炎部１１に旋回流を形成するように助燃ガスを吹出すようになっている。空気ノズル１７、助燃ガスノズル１８は円筒体１２の円周方向に均等に配置されている。
【００２３】
保炎部１１と燃焼室２０の境界部の周囲には、保炎部１１の開口部を囲むように２次空気室２１が形成されており、該２次空気室２１は２次空気を供給するための空気源（図示せず）に連通している。２次空気室２１と燃焼室２０との間を区画する仕切板２２には、燃焼室２０の内部に排ガスを酸化させるための２次空気を吹出す２次空気ノズル２３が周方向に均等に配置されて設けられている。又、空間２１に冷却媒体を流して冷却構造とする。冷却媒体には水等を使用する。これにより円筒体１２の開口部に形成される火炎により加熱された円筒体１２を冷却する。
【００２４】
バーナ部１０の壁部となる円筒体１２と外筒１３を貫通して、助燃ガスノズル１８から噴射される助燃ガスが燃焼して形成される燃焼火炎２４を直視できる火炎直視管２５が設けられている。該火炎直視管２５は図示するように、燃焼火炎２４の上流側に設けられ、該火炎直視管２５の反バーナ部側端部に燃焼火炎２４を検知するＵＶセンサ２６を設けている。
【００２５】
上記のように火炎直視管２５を燃焼火炎２４の下流側ではなく、上流側に設けることにより、排ガス処理時のダスト等の副生成物が火炎直視管２５の採光口を塞いで、ＵＶセンサ２６が燃焼火炎２４を検知できないということはなくなる。また、火炎直視管２５を通して燃焼火炎２４を直視しているため、ＵＶ吸収特性を持つ副生成物が反応部内（主に燃焼室２０内）に付着しても、採光の妨害になることはなく、ＵＶセンサ２６は燃焼火炎２４を検知することができる。また、バーナ部１０の壁部の比較的低温である燃焼火炎２４の上流側に火炎直視管２５を設けることにより、採光口部が高温により溶融したり腐食して、閉塞することもなくなる。
【００２６】
図２は本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の火炎直視管の別の取り付け構成例を示す図である。なお、図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。また、他の図面においても同様とする。図示するように、火炎直視管２５とＵＶセンサ２６の接続部２７にＵＶを透光する石英ガラス板２８を配置し、該石英ガラス板２８と接続部２７との間にシール部材２９を介在させて、ＵＶセンサ２６をバーナ部１０の内部雰囲気から遮断する。そして該火炎直視管２５にパージガス導入管３０を接続し、火炎直視管２５内にパージガスＰＧ（例えば、空気）を流すようにしている。
【００２７】
上記のように火炎直視管２５とＵＶセンサ２６の接続部２７に石英ガラス板２８を配置し、ＵＶセンサ２６をバーナ部１０の内部雰囲気から遮断し、該火炎直視管２５にパージガスＰＧを流すことにより、火炎直視管２５の採光口が副生成物等により塞がれるということはなくなる。なお、石英ガラス板２８はバーナ部１０の内圧に耐え得るだけの厚さを有している。また、シール部材２９には耐熱パッキンを用いる。
【００２８】
図３は本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の火炎直視管の別の取り付け構成例を示す図である。図示するように、火炎直視管２５の反バーナ部側端部を閉塞し、該火炎直視管２５にパージガス導入管３０を接続しパージガス（ＰＧ）を流すことができるようにすると共に、火炎直視管２５内の燃焼火炎２４からの光を光ファイバ３１を介してＵＶセンサ２６に伝送するようにしている。
【００２９】
上記のように火炎直視管２５内の燃焼火炎２４からの光を光ファイバ３１を介してＵＶセンサ２６に伝送するので、スペースや耐熱性の問題等により火炎直視管２５の反バーナ部側端部にＵＶセンサ２６を設置できない場合等に、ＵＶセンサ２６をスペースや耐熱性の問題のない場所に設置することができる。なお、上記例では、バーナ部１０の側壁が円筒体１２と外筒１３で構成され、その間に空気室１４が存在するので、これらを貫通させて火炎直視管２５を設けたが、バーナ部１０の側壁が１枚で構成されている場合は、該側壁の燃焼火炎２４の上流側に火炎直視用の孔を設け、ここにＵＶセンサを取り付けてもよい。
【００３０】
図４は本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部の構成例を示す図である。図示するように、バーナ部の円筒体１２の内壁面には空気ノズル１７の開口（空気噴射口）１７ａが複数個（図では５個）上下方向に直列に配置されてなる空気ノズル開口群３３が円周方向で等間隔に形成されている。また、空気ノズル開口群３３の下方には助燃ガスノズル１８の開口（助燃ガス噴射口）１８ａが複数個（図では３個）集まって（接近して）なる助燃ガスノズル開口群３４が円周方向に等間隔で配置されている。なお、助燃ガスノズル開口群３４を構成する助燃ガスノズル１８の開口１８ａは３個に限定されものではなく、３個以上であればよい。
【００３１】
助燃ガスノズル開口群３４を構成する個々の助燃ガスノズル１８の開口１８ａから噴射され助燃ガスが燃焼して燃焼火炎２４（図１参照）が形成される。即ち、各開口１８ａは火炎形成口となる。この開口１８ａが個々に離散して配置されている場合は、バーナ部１０内に導入する排ガスＧ１の流入量変動により、燃焼火炎２４が吹き消される場合がある。ここでは、上記のように助燃ガスノズル開口群３４を構成する助燃ガスノズル１８の開口１８ａの数を３個以上とすることにより、バーナ部１０内に導入する排ガスＧ１の流入量が変動しても燃焼火炎の吹き消え等を防止することができる。
【００３２】
また、火炎の伝播速度の遅い炭素系の燃料ガス（都市ガス、プロパンガス等）を助燃ガスの燃料ガスに使用する場合は、助燃ガスノズル開口群３４を構成する助燃ガスノズル１８の開口１８ａは、図５に示すように６個以上とすることにより、互いの開口１８ａから助燃ガスが噴射され、火力が増強されるから、排ガス流入量が変動しても燃焼火炎の吹き消え等を防止することができる。
【００３３】
また、助燃ガス室１５及び該助燃ガス室１５に助燃ガスを供給する助燃ガス配管への逆火を防止するため、助燃ガスノズル開口群３４から噴射される助燃ガスの噴射速度を火炎の伝播速度より速くする。この火炎の伝播速度は助燃ガスの燃料ガスの種類、予混合する空気又は酸素の混合比、助燃ガスノズル開口群３４の形状や配置等により決まる。また、助燃ガス噴射速度は助燃ガスの供給圧力（ここでは助燃ガス室１５の内圧）や助燃ガスノズル開口群３４の総開口断面積によって決まる。これらを考慮して、助燃ガス噴射速度が火炎の伝播速度より速くなるように助燃ガスノズル開口群３４の総開口断面積等を設定する。
【００３４】
次に、本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の全体構成例及びその動作について説明する。図６及び図７は排ガス処理装置の構成例を示す図で、図６は縦断面図、図７は図６のＡ−Ａ断面図である。排ガス処理装置は全体として円筒状の密閉容器として構成され、上段のバーナ部１０と、中段の燃焼室（燃焼反応部）２０と、下段に冷却部４０、排出部４１とを備えている。冷却部４０の冷却媒体としては、例えば水等の液体や空気等の気体を用いる。
【００３５】
空気ノズル１７は図７に示すように、円筒体１２の接線方向に対して所定の角度をもって延びており、保炎部１１内に旋回流を形成するように吹出すようになっている。助燃ガスノズル１８も同様に、円筒体１２の接線方向に対して所定の角度を持って延びており、保炎部１１に旋回流を形成するように助燃ガスを吹出すようになっている。空気ノズル１７、助燃ガスノズル１８は円筒体１２の円周方向に均等に配置されている。
【００３６】
燃焼室２０は，バーナ部１０の後段で排ガスを酸化分解させる空間であり、金属等から形成された気密な筒状の外側容器３５の内部に保炎部１１と連続するように配置された円筒状の内壁３６で区画されている。この内壁３６は、例えば繊維強化セラミックによって形成されている。また、内壁３６と外側容器３５の間の空間３７’に、多孔質セラミック製の断熱材３７が挿入されている。この外側容器３５には、空間３７’にパージ用の空気を導入するパージ空気導入管３８が接続されている。
【００３７】
燃焼室２０の下部にある冷却部４０には下縁部に複数のノズル４２が周方向に等間隔に設けられており、このノズル４２から中心に向けて水を噴射することによって水カーテンを形成して、排ガスの冷却と排ガス中の粒子の捕捉とを行うようになっている。排出部４１の側壁には処理済の排ガスを排出する排気管４３が、底部にはノズル４２より噴射された水を排出する排水ポート４４が設けられている。
【００３８】
上記構成の排ガス処理装置において、助燃ガス室１５の助燃ガスを助燃ガスノズル１８を通して保炎部１１に向けて旋回流を作り出す。そして、パイロットバーナ３９により点火されると、円筒体（円筒）１２内に旋回する燃焼火炎を形成する。一方、処理すべき排ガスＧ１は、円筒体１２の頂部内壁面に開口する排ガス流入管１６から保炎部１１に向けて噴出する。この噴出された排ガスＧ１は助燃ガスの旋回流と混合して燃焼し、更に燃焼室２０を通って加熱分解して除害処理され、ノズル４２からの水カーテンにより冷却され、排気管４３から排出される。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００４０】
請求項１に記載の発明によれば、ＵＶセンサを設けたことにより、バーナ部より燃焼室に向けて形成される燃焼火炎の状態を監視できる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、燃焼火炎の上流側に燃焼火炎を直視できる管又は孔を設けることにより、排ガス処理時のダスト等の副生成物が採光口を塞いだり、ＵＶ吸収特性を持つ副生成物が反応部内に付着しても採光の妨害になることはなく、ＵＶセンサは燃焼火炎の存否を正しく検知することができる。また、バーナ部側壁の比較的低温である燃焼火炎の上流側に該燃焼火炎を直視できる管又は孔を設けることにより、採光口部が高温により溶融したり腐食して、閉塞することもない。
【００４２】
請求項３に記載の発明によれば、管又は孔と接続部にＵＶ透光部材を配置して該ＵＶセンサをバーナ部内雰囲気から遮断し、該管又は孔内の該ＵＶ透光部材からバーナ部側にパージ気体を流すことにより、副生成物等により採光口が塞がれるということはなくなる。
【００４３】
請求項４に記載の発明によれば、管又は孔内の燃焼火炎からの光を光ファイバを介してＵＶセンサに伝送するので、スペースや耐熱性の問題等により管又は孔の反バーナ部側端部にＵＶセンサを設置できない場合等に、ＵＶセンサをスペースや耐熱性の問題のない場所に設置することができる。
【００４４】
請求項５及び６に記載の発明によれば、３個以上接近してノズル口群を形成するので、バーナ部内に導入する排ガス流入量が変動しても燃焼火炎の吹き消え等を防止することができる。
【００４５】
請求項７に記載の発明によれば、ノズル口から噴射される助燃ガス噴射速度を火炎の伝播速度より速くすることにより、助燃ガス供給配管への逆火を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部の構成例を示す図である。
【図２】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の火炎直視管の取り付け構成例を示す図である。
【図３】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の火炎直視管の取り付け構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部の構成例を示す図である。
【図５】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の助燃ガスノズル開口群の構成例を示す図である。
【図６】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の全体構成例を示す図である。
【図７】図６のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１０        バーナ部
１１        保炎部
１２        円筒体
１３        外筒
１４        空気室
１５        助燃ガス室
１６        排ガス流入管
１７        空気ノズル
１８        助燃ガスノズル
２０        燃焼室
２１        ２次空気室
２２        仕切板
２３        ２次空気ノズル
２４        燃焼火炎
２５        火炎直視管
２６        ＵＶセンサ
２７        接続部
２８        石英ガラス板
２９        シール部材
３０        パージガス導入管
３１        光ファイバ
３３        空気ノズル開口群
３４        助燃ガスノズル開口群
３５        外側容器
３６        内壁
３７        断熱材
３７’      空間
３８        パージ空気導入管
３９        パイロットバーナ
４０        冷却部
４１        排出部
４２        ノズル
４３        排気管
４４        排水ポート