【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、バーナ部より前記燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎に前記バーナ部内壁面に開口する排ガス流入管から流入した可燃性排ガスを導入して、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、
前記排ガス流入管に該排ガス流入管内を流れる可燃性排ガスの流速を促進させる流速促進手段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、
前記流速促進手段は前記排ガス流入管内を流れる可燃性排ガスの流速を該可燃性排ガスの燃焼速度以上と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、
前記流速促進手段は、前記排ガス流入管の所定部分に管径の小さい細管部又はオリフィスを設け、該細管部又はオリフィスの内径を該細管部又はオリフィスを通る可燃性排ガスの流速が該可燃性排ガスの燃焼速度以上になるように設定した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、
前記流速促進手段は、前記排ガス流入管の流入口のフランジと該流入口に前記排ガスを供給する排ガス供給管端部のフランジを連結する結合機構部に設けられ、該結合機構部は両フランジの間に中心部にオリフィス孔を形成した板状部材を介在させ、両フランジの外周縁部を締め付けるクランプ部材からなり、該オリフィス孔の内径を、オリフィスを通る可燃性排ガスの流速が該可燃性排ガスの燃焼速度以上になるように設定したことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１つに記載の燃焼式排ガス処理装置において、
前記燃焼火炎がバーナ部内で旋回流を形成し、該旋回流は外周側に分布している自由渦と、内周側に分布する強制渦からなり、前記排ガス流入管の前記バーナ部内壁面開口の半径方向の位置を該自由渦域に設けたことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項６】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、該燃焼火炎に前記バーナ部内壁面に開口する排ガス流入管から流入した可燃性排ガスを導入して、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、
前記排ガス流入管を該排ガス流入管の前記バーナ部内壁面開口から吐出される排ガスが前記バーナ部及び前記燃焼室内で斜め下方に向かう旋回流を形成するように前記バーナ部に取り付けた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、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可燃性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、この火炎により有害可燃性排ガスを導入して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、排ガスが可燃性であるため、該可燃性排ガスをバーナ部へ導入する排ガス流入管に逆火が発生し、機器が破壊する等の危険があった。また、このような燃焼式排ガス処理装置において、有害可燃性排ガスを加熱し、効率よく酸化分解するためには、バーナ部及び燃焼室に流れ込んだ排ガスは他の燃焼ガスと良く混合し、燃焼室内に排ガスが留まる時間を長くし、且つ加熱し易い構造であることが望ましい。従来、この種の燃焼式排ガス処理装置は排ガスの滞留時間や加熱対策に充分満足できるものではなかった。
【０００４】
【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、排ガス流入管に逆火が発生することなく、排ガスが助燃ガスと効率よく混合され、燃焼室内の排ガスの滞留時間が長く、且つ加熱し易い構造で、有害可燃性排ガスを効率良く加熱・酸化分解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。
【０００５】
【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、バーナ部より燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎にバーナ部内壁面に開口する排ガス流入管から流入した可燃性排ガスを導入して、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、排ガス流入管に該排ガス流入管内を流れる可燃性排ガスの流速を促進させる流速促進手段を設けたことを特徴とする。
【０００６】
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、流速促進手段は排ガス流入管内を流れる可燃性排ガスの流速を該可燃性排ガスの燃焼速度以上とすることを特徴とする。
【０００７】
上記のように、排ガス流入管内を流れる可燃性排ガスの流速を該可燃性排ガスの燃焼速度以上とする流速促進手段を設けることにより、排ガス流入管へのバックファイアー、即ち逆火を防止できる。
【０００８】
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、流速促進手段は、排ガス流入管の所定部分に管径の小さい細管部又はオリフィスを設け、該細管部又はオリフィスの内径を、該細管部又はオリフィスを通る可燃性排ガスの流速が該可燃性排ガスの燃焼速度以上になるように設定したことを特徴とする。
【０００９】
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、流速促進手段は、排ガス流入管の流入口のフランジと該流入口に排ガスを供給する排ガス供給管端部のフランジを連結する結合機構部に設けられ、結合機構部は両フランジの間に中心部にオリフィス孔を形成した板状部材を介在させ、両フランジの外周縁部を締め付けるクランプ部材からなり、該オリフィス孔の内径を、オリフィスを通る可燃性排ガスの流速が該可燃性排ガスの燃焼速度以上になるように設定したことを特徴とする。
【００１０】
上記のように、流速促進手段を排ガス流入管内の流入口のフランジと排ガス供給管端部のフランジを連結する結合機構部の両フランジの間に中心部にオリフィス孔を形成した板状部材を介在させた構成とするので、既存の燃焼式排ガス処理装置の構造を何等変更することなく、排ガス流入管へのバックファイアー、即ち逆火を防止できる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の燃焼式排ガス処理装置において、燃焼火炎がバーナ部内で旋回流を形成し、該旋回流は外周側に分布している自由渦と、内周側に分布する強制渦からなり、排ガス流入管のバーナ部内壁面開口の半径方向の位置を該自由渦域に設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記のように、排ガス流入管のバーナ部内壁面開口の半径方向の位置を該自由渦域に設けたことにより、バーナ部に流入した排ガスは助燃ガスの燃焼ガスと良く混合され、排ガスの加熱・酸化分解を促進させることになる。
【００１３】
請求項６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、バーナ部より燃焼室に向けて燃焼火炎を形成し、該燃焼火炎にバーナ部内壁面に開口する排ガス流入管から流入した可燃性排ガスを導入して、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、排ガス流入管を該排ガス流入管のバーナ部内壁面開口から吐出される排ガスがバーナ部及び燃焼室内で斜め下方に向かう旋回流を形成するようにバーナ部に取り付けたことを特徴とする。
【００１４】
上記のように排ガス流入管を該排ガス流入管のバーナ部内壁面開口から吐出される排ガスがバーナ部及び燃焼室内で斜め下方に向かう旋回流を形成するようにしたので、燃焼室内に排ガスが留まる時間（滞留時間）が長くなり、排ガスが加熱され易くなると共に、排ガスと他の燃焼ガスとの混合が促進され、排ガスの加熱・酸化分解が効率よく行われる。
【００１５】
【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及び図２は本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の構成を示す図で、図１は縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。燃焼式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３１、排出部３２とを備えている。冷却部３１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。
【００１６】
バーナ部１０は、燃焼室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、例えば水素と酸素の混合ガスからなる助燃ガスを保持する助燃ガス室１５が形成されている。これら空気室１４及び助燃ガス室１５は図示しない空気源、ガス源に連通されている。ここで、助燃ガスとしては、水素と酸素の混合ガスの他に、プロパン、都市ガス等が用いられる。
【００１７】
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。該排ガス流入管１６の先端部に後に詳述するように、内部を流れる排ガスＧ１の流速を速めるための径の小さい細管部１６ａを設けている。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。
【００１８】
空気ノズル１７は図２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。
【００１９】
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が周方向に均等配置されて設けられている。
【００２０】
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２４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２５で区画されている。この内壁２５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２５と外側容器２４の間の空間２６に、多孔質セラミック製の断熱材２７が挿入されている。この外側容器２４には、空間２６にパージ用の空気を導入するパージ空気導入管２８が接続されている。
【００２１】
燃焼室２０には、火炎を検出するためのＵＶセンサ２９と、バーナ部１０の点火を行うパイロットバーナ３０が設けられている。燃焼室２０の下部には、冷却部３１を介して排出部３２が周方向に等間隔に設けられており、このノズル３３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３２の側壁には処理済の排ガスを排出する排気管３４が、底部にはノズル３３より噴射された水を排出する排水ポート３５が設けられている。
【００２２】
上記構成の燃焼式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３０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。この排ガスの噴出は排ガス流入管１６の先端部に細管部１６ａが形成されているため、この部分で排ガスの流速が速くなって保炎部１１に噴出することになる。
【００２３】
図３はバーナ部１０の詳細を示す図である。上記排ガス流入管１６の先端部に細管部１６ａを形成し、排ガスＧ１の流速を速めるのは、排ガス流入管１６へのバックファイアー、即ち逆火を防ぐためである。従って、細管部１６ａの内径ｄは、該細管部１６ａ内を流れる排ガスＧ１の流速が該排ガスＧ１の燃焼速度以上になるように設定する。具体的には、同一条件で燃焼速度が最も速い水素（Ｈ2）ガスが流入することを想定し、水素ガスの空気中での燃焼速度２．５〜２．８ｍ／ｓよりも流速が速くなるように細管部１６ａの内径ｄを設定する。
【００２４】
細管部１６ａの内径ｄの例としては、排ガスＧ１の流速が最も遅くなる流量、即ち最低流入排ガス流量によって決まり、２０ｌ／ｍｉｎならｄ≒１２．３ｍｍ以下、４０ｌ／ｍｉｎならｄ≒１７．４ｍｍ以下となる。但し、必要以上に細くすると流入管の圧力損失が大きくなるので、排ガス流入管１６の圧力損失の許容値（場合によって異なる）以下となるように、細管部１６ａの内径及び長さを設定すべきである。
【００２５】
排ガス流入管１６への逆火を防ぐためには、上記のように細管部を設ける代わりに、図４に示すように排ガス流入管１６内にオリフィス１６ｂを設け、該オリフィス１６ｂを通る排ガスＧ１の流速を該排ガスの燃焼速度以上になるようにしてもよい。オリフィス１６ｂの内径の設定方法は上記と同様である。
【００２６】
上記細管部１６ａ又はオリフィス１６ｂは、排ガス流入管１６の１箇所に設ける。但し、排ガス流入管１６への逆火発生時にその範囲を減らすために、該細管部１６ａ又はオリフィス１６ｂは保炎部１１の直前、即ち排ガス流入管１６が円筒体１２の頂部内壁面に開口する開口部の直前に設ける。
【００２７】
オリフィス１６ｂを設ける位置は上記のように、排ガス流入管１６内に限定されるものではなく、図５に示すように、排ガス流入管１６と該排ガス流入管１６に排ガスを供給する排ガス供給管３６を結合する結合機構部３７の内部にオリフィス孔３８を設けるようにしてもよい。図６及び図７は結合機構部３７の詳細構造を示す図で、図６は組立状態、図７は各構成部品を分解した状態を示す。
【００２８】
結合機構部３７は、排ガス流入管１６の流入口部フランジ１６−１と排ガス供給管３６の端部フランジ３６−１の外周縁部を締め付けるクランプ部材３７−１と、円形の板状部材３７−２を具備する。クランプ部材３７−１は２個の円弧状の挟持部材３７−１ａ、３７−１ｂの一端がヒンジ機構３７−１ｃで回動自在に結合され、ボルト・蝶ナット３７−３で両挟持部材３７−１ａ、３７−１ｂを締め付けることができる構成となっている。板状部材３７−２はフランジ１６−１とフランジ３６−１の間に介在できる径を有するリング状部材３７−２ａとその内径を塞ぐ円板状部材３７−２ｂが一体になった形状で、その中心部にオリフィス孔３８が形成された構成である。
【００２９】
上記構成部品を有する、結合機構部３７において、排ガス流入管１６のフランジ１６−１と排ガス供給管３６のフランジ３６−１の間に板状部材３７−２を介在させて互いに当接させ、フランジ１６−１とフランジ３６−１の外周縁部をクランプ部材３７−１で締め付けることにより、フランジ１６−１とフランジ３６−１は板状部材３７−２のリング状部材３７−２ａを介して気密状態で結合され、且つ排ガス流入管１６と排ガス供給管３６はオリフィス孔３８を介して連通する。従って、このオリフィス孔３８の内径を該オリフィス３７−２ｃを通る排ガスＧ１の流速が該排ガスＧ１の燃焼速度以上に設定することにより、排ガス供給管３６への逆火を防止できる。
【００３０】
この場合でも、逆火発生時にその範囲を減らすために、排ガス流入管１６の長さはできるだけ短いほうがよい。このように排ガス流入管１６と排ガス供給管３６を結合する結合機構部３７の内部にオリフィス孔３８を設けるようにすることにより、既存の燃焼式排ガス処理装置の構成を何等変更することなく、容易に逆火防止対策を施すことが可能となる。
【００３１】
上記燃焼式排ガス処理装置のバーナ部１０の保炎部１１に旋回流が形成されている場合、その旋回流の分布は図８に示すように、保炎部１１の外周側に分布している自由渦（角速度が変化する渦）領域Ｃと、その内周側に分布している強制渦（角速度が一定の渦）領域Ｂに分かれる。その流速Ｖと保炎部１１の中心Ｏから半径方向の距離ｒとの関係は、図９に示すようになる。ここで、排ガス流入管１６のバーナ部１０の頂部内壁面に開口する開口部１６ｃの半径方向位置を図８に示すように自由渦領域Ｃに設けることにより、該開口部１６ｃから流入する排ガスと他の燃焼ガス等との混合がなされる。即ち、自由渦領域は角速度が変化するため、剪断力が発生し混合が促進する。
【００３２】
図１０及び図１１は本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の構成を示す図で、図１０は図１１のＥ−Ｅ縦断面図、図１１は図１０のＤ−Ｄ断面図である。図１０及び図１１において、図１及び図２と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。本燃焼式排ガス処理装置が図１及び図２に示す構成の燃焼式排ガス処理装置と異なる点は、排ガス流入管１６をそのバーナ部１０の円筒体１２の内壁面開口部１６ｄから吐出される排ガスがバーナ部１０及び燃焼室２０内で斜め下方に向かう旋回流を形成するように、バーナ部１０の頂部に取り付けた点である。
【００３３】
上記のように排ガス流入管１６をその内壁面開口部１６ｄから吐出される排ガスがバーナ部１０及び燃焼室２０内で斜め下方に向かう旋回流を形成することにより、燃焼室内に排ガスが留まる時間（滞留時間）が長くなり、排ガスが加熱され易くなると共に、排ガスと他の燃焼ガスとの混合が促進され、排ガスの加熱・酸化分解が効率よく行われる。
【００３４】
また、燃焼室２０の内壁から熱を放出する構成のもの（例えば、内壁中にヒータを設けた構成のもの、内壁面に設けられた火炎孔から火炎を発する構成のもの、内壁全面から火炎を発する構成のもの）では、有害な排ガスが旋回流となることにより、燃焼室壁面付近に排ガスの流れが集中し、排ガスの加熱作用が増加するから、排ガスの加熱・酸化分解が効率よく行われる。
【００３５】
なお、上記バーナ部１０及び燃焼室２０の構成は一例であり、本願発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部及び燃焼室の構成はこれに限定されるものではない。
【００３６】
【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。
【００３７】
請求項１乃至３に記載の発明によれば、排ガス流入管に排ガス流入管内を流れる可燃性排ガスの流速を該可燃性排ガスの燃焼速度以上とするオリフィス又は細管部等の流速促進手段を設けることにより、排ガス流入管へのバックファイアー、即ち逆火を防止できる。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、流速促進手段を排ガス流入管内の流入口のフランジと排ガス供給管端部のフランジを連結する結合機構部の両フランジの間に中心部にオリフィス孔を形成した板状部材を介在させた構成とするので、既存の燃焼式排ガス処理装置の構造を何等変更することなく、排ガス流入管へのバックファイアー、即ち逆火を防止できる。
【００３９】
請求項５に記載の発明によれば、排ガス流入管のバーナ部内壁面開口の半径方向の位置を自由渦域に設けたことにより、バーナ部に流入した排ガスは助燃ガスの燃焼ガスと良く混合され、排ガスの加熱・酸化分解を促進させることになる。
【００４０】
請求項６に記載の発明によれば、排ガス流入管を該排ガス流入管のバーナ部内壁面に開口する開口部から吐出される排ガスがバーナ部及び燃焼室内で斜め下方に向かう旋回流を形成するようにしたので、燃焼室内に排ガスが留まる時間（滞留時間）が長くなり、排ガスが加熱され易くなると共に、排ガスと他の燃焼ガスとの混合が促進され、排ガスの加熱・酸化分解が効率よく行われる。
【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構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部部分の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部部分の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置のバーナ部部分の構成例を示す断面図である。
【図６】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の排ガス流入管と排ガス供給管の結合機構部の構成を示す一部切断斜視図である。
【図７】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の排ガス流入管と排ガス供給管の結合機構部の分解斜視図である。
【図８】燃焼式排ガス処理装置のバーナ部の保炎部内旋回流渦の分布状態を示す図である。
【図９】燃焼式排ガス処理装置のバーナ部の保炎部内旋回流渦の速度と分布状態を示す図である。
【図１０】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の構成を示す横断面図（図１１のＥ−Ｅ断面）である。
【図１１】本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の構成を示す横断面図（図１０のＤ−Ｄ断面）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
１６ａ        細管部
１６ｂ        オリフィス
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          外側容器
２５          内壁
２６          空間
２７          断熱材
２８          パージ空気導入管
２９          ＵＶセンサ
３０          パイロットバーナ
３１          冷却部
３２          排出部
３３          ノズル
３４          排気管
３５          排水ポート
３６          排ガス供給管
３７          結合機構部
３８          オリフィス孔