(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを燃焼分解して処理する燃焼処理室と、燃料ガスと支燃ガスを予め混合した混合気を供給して火炎を前記燃焼処理室内に形成するメインバーナと、前記燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、前記混合気を燃焼範囲内に調整して前記メインバーナに供給し、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記混合気を燃焼範囲外に調整して前記メインバーナに供給するようにしたことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項２】
前記支燃ガス中の酸素成分比を変えることにより、前記混合気を燃焼範囲内又は燃焼範囲外に調整することを特徴とする請求項１に記載の燃焼式排ガス処理装置。
【請求項３】
前記支燃ガスは、酸素又は空気であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼式排ガス処理装置。
【請求項４】
燃料と酸素と空気を供給して排ガスを燃焼分解して処理する燃焼処理室と、該燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、燃料ガスと酸素を予混合して前記燃焼処理室へ供給し、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、燃料ガスと空気を予混合して前記燃焼処理室へ供給し、
前記スクレーパの非動作時と前記スクレーパの掻き取り動作時とで、酸素と空気を切り替えて燃料ガスと予混合して前記燃焼処理室へ供給するようにしたことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項５】
燃料と酸素と空気を供給して排ガスを燃焼分解して処理する燃焼処理室と、該燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時と前記スクレーパの掻き取り動作時とで、前記燃焼処理室への酸素と空気の供給箇所を切り替えるようにし、
前記燃焼処理室は、燃料を供給して火炎を前記燃焼処理室内に形成するメインバーナと、前記燃焼処理室内に気体を噴出して旋回流を形成するノズルとを備え、
前記スクレーパの非動作時に、燃料と酸素を前記メインバーナに供給して火炎を前記燃焼処理室内に形成し、空気を前記ノズルに供給して前記燃焼処理室内に旋回流を形成し、
前記スクレーパの掻き取り動作時に、燃料と空気とを前記メインバーナに供給するとともに空気および酸素を前記ノズルに供給して前記燃焼処理室内で燃料を燃焼させて火炎を形成したことを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項６】
燃料と酸素と空気を供給して排ガスを燃焼分解する燃焼処理室と、該燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、
前記燃焼処理室は、排ガスの処理開始時に点火するパイロットバーナと、排ガスを燃焼分解して処理する処理中に火炎を維持するメインバーナを備え、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、前記メインバーナから燃料を前記燃焼処理室に供給するとともに前記パイロットバーナの燃焼を停止し、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記メインバーナから燃料を前記燃焼処理室に供給するとともに前記パイロットバーナの燃焼を維持することを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項７】
前記燃料を前記パイロットバーナに供給する系路にエジェクタ機構を設けたことを特徴とする請求項６に記載の燃焼式排ガス処理装置。
【請求項８】
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、前記メインバーナから燃料と酸素を前記燃焼処理室に供給し、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記メインバーナから燃料と空気を前記燃焼処理室に供給することを特徴とする請求項６に記載の燃焼式排ガス処理装置。
【請求項９】
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記メインバーナとは異なる場所から酸素を前記燃焼処理室に供給することを特徴とする請求項８に記載の燃焼式排ガス処理装置。
【請求項１０】
排ガスを燃焼分解して処理する円筒状の燃焼処理室と、該燃焼処理室に面して形成された排ガス流入口と、該燃焼処理室の側面に形成された燃料の供給口および支燃ガスの供給口と、前記燃焼処理室の内壁に付着する固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、
前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中に前記スクレーパを動作させて上下に駆動することにより、前記スクレーパは前記燃料の供給口を横切って該燃料の供給口の近傍の固形物を掻き取り、
前記スクレーパは、燃料ガス又は燃料を供給して前記燃焼処理室内に火炎を形成するバーナ部の内壁に付着した固形物を掻き取り、
前記スクレーパの非動作時には、前記スクレーパは前記燃料の供給口および支燃ガスの供給口とは離間した場所に退避し、
前記バーナ部の下方に位置して排ガスを燃焼分解して処理する燃焼室の内壁に付着した固形物を掻き取る第２のスクレーパを備えることを特徴とする燃焼式排ガス処理装置。
【請求項１１】
前記第２のスクレーパは、非動作時に、前記燃焼室の下方にあって排ガスを冷却する冷却部の待機位置に退避していることを特徴とする請求項１０に記載の燃焼式排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シラン系ガス（ＳｉＨ４，ＴＥＯＳ等）、ハロゲン系ガス（ＮＦ３，ＣｌＦ３，ＳＦ６，ＣＨＦ３等）、ＰＦＣ（ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６等）などを含む排ガスを燃焼分解して処理し無害化するための燃焼式排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体、液晶、太陽電池等の製造過程からシラン系ガスやＰＦＣガスなどを含む排ガスが排出されるが、このような排ガスは、そのままでは人体に悪影響を及ぼしたり、地球温暖化の原因になる等の地球環境に悪影響を及ぼすので、大気に放出することは好ましくない。そこで、これらの排ガスを燃焼式排ガス処理装置に導いて、燃焼による酸化無害化処理を行うことが一般に行われている。この処理方法としては、燃料ガスを用いて炉内に火炎を形成し、この火炎により排ガスを燃焼させるようにしたものが広く採用されている。
【０００３】
このような燃焼式排ガス処理装置において、シラン（ＳｉＨ４）を含む排ガスを燃焼処理（酸化処理）すると、以下の反応式で表されるようにシリカ（ＳｉＯ２）が生成される。
ＳｉＨ４＋２Ｏ２  →  ＳｉＯ２＋２Ｈ２Ｏ
生成されたシリカ（ＳｉＯ２）は粉末状で燃焼処理室の内壁に付着して次第に堆積していく。そのため、燃焼処理室内に付着、堆積したシリカを含む粉体固形物を定期的に除去する必要があり、排ガス処理装置には固形物を燃焼処理室の壁面から掻き取って除去するためのスクレーパが設置されている。
この種のスクレーパを備えた排ガス処理装置は、例えば、特開２００６−２７５３０７号公報、特開平１１−１９３９１６号公報などに記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７５３０７号公報
【特許文献２】特開平１１−１９３９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した排ガス処理装置は、半導体、液晶、太陽電池等の製造装置の下流側に接続されるが、排ガス処理装置がメンテナンス又は故障で停止すると、この排ガス処理装置に接続されたＣＶＤ等の製造装置も停止しなければならない。一旦、製造装置が停止すると再立ち上げに時間がかかり、製造ラインのスループットも落ちるため、排ガス処理装置は長時間連続運転できることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、上述した従来の排ガス処理装置においては、燃焼処理室内にシリカ等の固形物が付着、堆積した場合、通常、燃料ガスおよび排ガスの供給を停止して排ガスの燃焼処理を一旦停止した状態でスクレーパを駆動し、固形物を燃焼処理室の壁面から掻き取って除去することが行われていた。これは、排ガスの燃焼処理中にスクレーパを駆動すると、スクレーパが燃料ガスの燃焼雰囲気中および排ガスの燃焼雰囲気中を移動することになり、燃料ガスの燃焼および排ガスの燃焼に悪影響を及ぼし、燃焼を安全かつ安定した状態で維持することが難しいと考えられていたためである。特に、燃焼処理室の内周壁に、燃料ガスあるいは燃料ガスと酸素の混合気を噴出し、燃焼火炎を燃焼処理室に向けて形成するメインバーナが設置されている形式の排ガス処理装置にあっては、メインバーナが稼働している最中にスクレーパがメインバーナ部を横切ることになってメインバーナの燃焼火炎に多大な影響を与えることになると考えられていた。
【０００７】
本発明者らは、メインバーナの手前（上流側）に燃料ガスと酸素を予め混合する予混合器を備えた形式の排ガス処理装置を連続運転し、排ガスの燃焼処理中にスクレーパを動作させて燃焼処理室の内周壁に堆積したシリカ（ＳｉＯ２）等の固形物を掻き取って除去する工程を繰り返し行った結果、排ガスの燃焼処理中にスクレーパを動作させると、メインバーナ配管（メインバーナと予混合器を接続する配管）へ逆火してしまう場合があることを見出した。その理由は、メインバーナから燃料ガスと酸素の混合気を供給しているので、スクレーパの動作によりメインバーナのノズル近辺の動圧変動などのために、ノズルからの混合気の吹き出し流速が不均一となり、メインバーナ配管へ逆火が起こると考えられる。
【０００８】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、燃焼処理室の内壁に付着する固形物を掻き取るスクレーパを排ガスの燃焼処理中に駆動して、燃焼処理室の内壁から固形物を除去することにより装置の長時間の連続運転を可能とする燃焼式排ガス処理装置を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、燃焼処理室の内壁に付着する固形物を掻き取るスクレーパを排ガスの燃焼処理中に駆動して、スクレーパがメインバーナ部を横切っても、メインバーナ配管に逆火が起こることがない燃焼式排ガス処理装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、排ガスを燃焼分解して処理する燃焼処理室と、燃料ガスと支燃ガスを予め混合した混合気を供給して火炎を前記燃焼処理室内に形成するメインバーナと、前記燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、前記混合気を燃焼範囲内に調整して前記メインバーナに供給し、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記混合気を燃焼範囲外に調整して前記メインバーナに供給するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの非動作時には、燃料ガスと支燃ガスとを予混合した混合気を燃焼範囲内に調整してメインバーナに供給する。メインバーナに供給された混合気は燃焼範囲内にあるため、メインバーナから吹き出されるときに燃焼して火炎を形成し、メインバーナの火炎により燃焼処理室に導入された排ガスを燃焼させて処理する。この場合、支燃ガスには、例えば、酸素を使用する。排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの掻き取り動作時には、燃料ガスと支燃ガスとを予混合した混合気を燃焼範囲外に調整してメインバーナに供給する。メインバーナに供給される混合気は酸素が不足して燃焼範囲外にあるため、メインバーナから吹き出されるときには燃焼しない。このように、メインバーナおよびメインバーナ配管内にある混合気を燃焼範囲外とすることにより、メインバーナおよびメインバーナ配管内への逆火を防止することができる。そして、メインバーナから吹き出した燃焼範囲外にある混合気は、別途供給された酸素や空気等と混合して燃焼範囲内となって火炎を形成し、この火炎により燃焼処理室に導入された排ガスを燃焼させて処理する。この場合、支燃ガスには、例えば、空気を使用する。
【００１１】
ここで、燃料ガスには、都市ガス、天然ガス、プロパン等を用いる。支燃ガスとは、可燃物の燃焼を助けるガスとして、本発明では、酸素、空気等の酸素源を含むガスをいう。
燃料ガスと支燃ガスの混合気は、燃料ガスの濃度が薄すぎても濃すぎても燃焼できなくなる。燃焼できる混合気に含まれる燃料ガスの濃度の限界を燃焼限界という。燃料ガスの濃度の薄い方の燃焼限界を下限界、濃い方の燃焼限界を上限界といい、燃料ガスの濃度がこの下限界と上限界の範囲にあるとき燃料ガスは燃焼し、この濃度範囲を燃焼範囲という。この燃焼範囲に含まれない範囲を燃焼範囲外という。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記支燃ガス中の酸素成分比を変えることにより、前記混合気を燃焼範囲内又は燃焼範囲外に調整する。
本発明によれば、支燃ガス中の酸素成分比を１００％又はその近傍、すなわち、支燃ガスを酸素とし、支燃ガスとある一定量の燃料ガスとの流量混合比を燃焼範囲内に設定する。ここで、支燃ガス中の酸素成分比を２１％、すなわち支燃ガスを空気とすることにより、燃料ガスと支燃ガスの流量混合比を変えずに混合気を燃焼範囲外に調整することができる。
【００１３】
本発明の好ましい態様は、前記支燃ガスは、酸素又は空気であることを特徴とする。
前記支燃ガスを酸素とすることにより、前記混合気を燃焼範囲内に調整することができる。また、前記支燃ガスを空気とすることにより、前記混合気を燃焼範囲外に調整することができる。
【００１４】
本発明の第２の態様は、燃料と酸素と空気を供給して排ガスを燃焼分解して処理する燃焼処理室と、該燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、燃料ガスと酸素を予混合して前記燃焼処理室へ供給し、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、燃料ガスと空気を予混合して前記燃焼処理室へ供給し、前記スクレーパの非動作時と前記スクレーパの掻き取り動作時とで、酸素と空気を切り替えて燃料ガスと予混合して前記燃焼処理室へ供給するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
本発明の第２の態様によれば、排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの非動作時には、例えば、メインバーナに燃料と酸素とを供給して火炎を形成し、燃焼処理室に旋回流を供給するためのノズルに空気を供給する。排ガスはメインバーナの火炎と混合して燃焼する。排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの掻き取り動作時には、例えば、メインバーナに燃料と空気とを供給し、燃焼処理室に旋回流を形成するためのノズルに空気に加えて酸素を供給する。メインバーナから吹き出した燃料は、メインバーナに供給された空気および旋回流用ノズルに供給された酸素と混合して燃焼して火炎を形成する。排ガスはこの火炎と混合して燃焼する。
【００１６】
本発明の好ましい態様は、燃料と酸素と空気を供給して排ガスを燃焼分解して処理する燃焼処理室と、該燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時と前記スクレーパの掻き取り動作時とで、前記燃焼処理室への酸素と空気の供給箇所を切り替えるようにし、前記燃焼処理室は、燃料を供給して火炎を前記燃焼処理室内に形成するメインバーナと、前記燃焼処理室内に気体を噴出して旋回流を形成するノズルとを備え、前記スクレーパの非動作時に、燃料と酸素を前記メインバーナに供給して火炎を前記燃焼処理室内に形成し、空気を前記ノズルに供給して前記燃焼処理室内に旋回流を形成し、前記スクレーパの掻き取り動作時に、燃料と空気とを前記メインバーナに供給するとともに空気および酸素を前記ノズルに供給して前記燃焼処理室内で燃料を燃焼させて火炎を形成したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の第３の態様は、燃料と酸素と空気を供給して排ガスを燃焼分解する燃焼処理室と、該燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、前記燃焼処理室は、排ガスの処理開始時に点火するパイロットバーナと、排ガスを燃焼分解して処理する処理中に火炎を維持するメインバーナを備え、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、前記メインバーナから燃料を前記燃焼処理室に供給するとともに前記パイロットバーナの燃焼を停止し、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記メインバーナから燃料を前記燃焼処理室に供給するとともに前記パイロットバーナの燃焼を維持することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、排ガスの処理開始時に始動用として使用するパイロットバーナを排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの掻き取り動作中に点火しておくことにより、スクレーパの動作中における失火を防止することができる。
【００１９】
本発明の好ましい態様は、前記燃料を前記パイロットバーナに供給する系路にエジェクタ機構を設けたことを特徴とする。
本発明によれば、始動用のパイロットバーナの燃料供給系路にエジェクタ機構を設置してパイロットバーナから吹き出す燃料の圧力を高めることにより、パイロットバーナ火炎が圧力変動の影響を受けにくくなり、パイロットバーナ火炎を安定させることができる。したがって、スクレーパの動作中に、燃焼処理室内で失火が起こることを防止することができる。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの非動作時には、前記メインバーナから燃料と酸素を前記燃焼処理室に供給し、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記メインバーナから燃料と空気を前記燃焼処理室に供給することを特徴とする。
本発明によれば、排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの非動作時には、メインバーナから燃料と酸素とを燃焼処理室に供給して火炎を形成する。排ガスはメインバーナの火炎により燃焼する。排ガスを燃焼分解して処理する処理中であってスクレーパの掻き取り動作時には、メインバーナに燃料と空気とを燃焼処理室に供給する。メインバーナから吹き出した燃料は、メインバーナから吹き出した空気および別途供給された支燃ガスと混合して燃焼し、火炎を形成する。排ガスはこの火炎により燃焼する。
【００２１】
本発明の好ましい態様は、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、前記メインバーナとは異なる場所から酸素を前記燃焼処理室に供給することを特徴とする。
本発明によれば、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって前記スクレーパの掻き取り動作時には、メインバーナとは異なる場所から酸素を燃焼処理室に供給することにより、メインバーナから吹き出した燃料は、メインバーナとは異なる場所から供給された酸素と混合して燃焼し、火炎を形成する。排ガスはこの火炎により燃焼する。
【００２２】
本発明において、前記メインバーナからは燃料と酸素を予め混合した状態で前記燃焼処理室に供給することができる。また、前記メインバーナからは燃料と空気を予め混合した状態で前記燃焼処理室に供給することができる。
【００２３】
本発明の第４の態様によれば、排ガスを燃焼分解して処理する円筒状の燃焼処理室と、該燃焼処理室に面して形成された排ガス流入口と、該燃焼処理室の側面に形成された燃料の供給口および支燃ガスの供給口と、前記燃焼処理室の内壁に付着する固形物を掻き取るスクレーパを備えた燃焼式排ガス処理装置において、前記排ガスを燃焼分解して処理する処理中に前記スクレーパを動作させて上下に駆動することにより、前記スクレーパは前記燃料の供給口を横切って該燃料の供給口の近傍の固形物を掻き取り、前記スクレーパは、燃料ガス又は燃料を供給して前記燃焼処理室内に火炎を形成するバーナ部の内壁に付着した固形物を掻き取り、前記スクレーパの非動作時には、前記スクレーパは前記燃料の供給口および支燃ガスの供給口とは離間した場所に退避し、前記バーナ部の下方に位置して排ガスを燃焼分解して処理する燃焼室の内壁に付着した固形物を掻き取る第２のスクレーパを備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の第４の態様によれば、排ガスを燃焼分解して処理している間に、所定のタイミングでスクレーパを動作させて上下に駆動し、燃焼処理室の燃料の供給口がある部分の内壁面に付着した固形物を掻き取ることができる。このように、排ガスの燃焼分解を行っている間にも固形物を除去することにより、排ガス処理装置の長時間の連続運転が可能となる。
【００２５】
前記スクレーパは、非動作時に、前記バーナ部の天板部に隣接した待機位置に退避している。
本発明の好ましい態様は、前記第２のスクレーパは、非動作時に、前記燃焼室の下方にあって排ガスを冷却する冷却部の待機位置に退避していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、以下に列挙する効果を奏する。
（１）排ガスを燃焼分解して処理している間に、燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパを動作させて燃焼処理室の内壁から固形物を除去することにより、装置の長時間の連続運転が可能となる。
（２）排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパの動作時に、燃料ガスと支燃ガスを予め混合した混合気を燃焼範囲外に調整してメインバーナに供給することにより、メインバーナおよびメインバーナ配管への逆火を防止することができる。
（３）排ガスを燃焼分解して処理する処理中であって燃焼処理室の内壁に付着した固形物を掻き取るスクレーパの動作時に、始動用のパイロットバーナに点火して燃焼処理室内に種火を供給することにより、スクレーパ動作中における燃焼処理室内の失火を防止することができる。
（４）始動用のパイロットバーナの燃料供給系路にエジェクタ機構を設置してパイロットバーナから吹き出す燃料の圧力を高めることにより、パイロットバーナ火炎が圧力変動の影響を受けにくくなり、パイロットバーナ火炎を安定させることができる。したがって、スクレーパの動作中に、燃焼処理室内で失火が起こることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の燃焼式排ガス処理装置の燃焼処理室の構成例を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明にかかる燃焼式排ガス処理装置の全体構成を示す概略図である。
【図３】図３は、図２に示すエジェクタの詳細構造を示す断面図である。
【図４】図４は、エジェクタ機構およびマスフローコントローラを備えた燃焼式排ガス処理装置を示す概略図である。
【図５】図５は、２つのスクレーパと燃焼処理室との関係を示す模式的断面図である。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、上下のスクレーパを示す斜視図であり、図６（ａ）は第１のスクレーパを図５のVIA方向から見た斜視図であり、図６（ｂ）は第２のスクレーパを図５のVIB方向から見た斜視図である。
【図７】図７は、第２のスクレーパの動作の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明に係る燃焼式排ガス処理装置の実施形態について図１乃至図７を参照して説明する。なお、図１乃至図７において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
図１は、本発明の燃焼式排ガス処理装置の燃焼処理室の構成例を示す模式的断面図である。燃焼処理室１は、全体として円筒状の容器として構成され、上部のバーナ部２と、下部の燃焼室３とから構成されている。なお、図１においては、燃焼室３の下方にある冷却部などは図示を省略している。
【００２９】
バーナ部２は、バーナにより火炎を形成して排ガスを燃焼させる空間Ｓを形成する有底の円筒体１１と、この円筒体１１から所定間隔離間して設置され円筒体１１を包囲するように設けられた外筒１２とを有している。そして、円筒体１１と外筒１２との間には、燃焼用空気を保持する空気室１９と、燃料ガス（燃料）と支燃ガス（たとえば酸素）との混合気を保持する混合気室２０が形成されている。空気室１９と混合気室２０は、空気供給源とエジェクタにそれぞれに連通されている（後述する）。円筒体１１の天板部（頂部）には、例えば半導体製造装置から排出されたシラン（ＳｉＨ４）等を含む排ガスＧ１を前記空間Ｓに導入する排ガス導入管１４が接続されている。
【００３０】
円筒体１１には、空気室１９と空間Ｓを連通する複数の空気ノズル１５と、混合気室２０と空間Ｓを連通する複数のノズル１６からなるメインバーナＭＢとが設けられている。空気ノズル１５は、円筒体１１の接線方向に対して所定角度をもって延びており、空間Ｓ内に旋回流を形成するように空気を吹き出すようになっている。メインバーナＭＢの各ノズル１６も同様に、円筒体１１の接線方向に対して所定角度をもって延びており、空間Ｓ内に旋回流を形成するように混合気を吹き出すようになっている。空気ノズル１５およびメインバーナＭＢ用のノズル１６は、円筒体１１の円周方向に所定の間隔を置いて配置されている。
【００３１】
燃焼室３は、バーナ部２の後段でバーナ部２で形成された火炎を保持して排ガスを燃焼させる空間であり、バーナ部２と連続するように配置された内筒２１により区画形成されている。内筒２１の外側には、内筒２１を囲むように円筒状の外筒２２が設置されている。内筒２１は繊維強化セラミックによって形成されており、外筒２２はＳＵＳ等の金属によって形成されている。繊維強化セラミックは、セラミックスで形成した繊維を織って布にし、これにバインダ入りのセラミックスを塗布し、これを筒状に形成して固化したもので、通常、セラミック繊維を複数枚重ねて層状にする。また、内筒２１と外筒２２の間の空間に、多孔質セラミック製の断熱材２３が挿入されている。多孔質セラミック製の断熱材２３は、セラミックで繊維を形成しこれを成形吸引器で形成し、内筒２１と外筒２２の空間の形状に適合するようにしたものを用いることができる。
【００３２】
断熱材２３および内筒２１を形成するセラミックの材料としては、例えば純度が８０〜９０．７％のアルミナや、Ｓｉ系のもの等が挙げられる。フッ素を含む排ガスを処理する場合には、この排ガスに対して高い耐腐食性を有するアルミナを用いることが望ましい。バーナ部２の円筒体１１の天板部（頂部）には、火炎を検出するための２つのＵＶセンサ２５と、バーナ部２の点火を行うパイロットバーナＰＢとが設けられている。ＵＶセンサ２５は、形成される火炎を斜めから検出するために、円筒体１１の頂部に対して傾けて配置されている。これは、火炎がバーナ部２内では旋回流を形成し、径方向に対して火炎が短くなるためである。ＵＶセンサをバーナ部２の内周面側に設置した場合には、シラン（ＳｉＨ４）等を処理するとＳｉＯ２等の固形物がバーナ部２の内周面に付着し、ＵＶセンサが火炎を検出できなくなる恐れがあるが、このようにＵＶセンサ２５をバーナ部２の天板部（頂部）に取りつけることより、固形物付着により火炎が検出できなくなるという問題を回避できる。また、難分解性のＰＦＣガスを処理するためには、１３００℃以上の高温が必要となるため、配管が熱により腐食する恐れがあるが、上述したようにＵＶセンサ２５およびパイロットバーナＰＢをバーナ部２の天板部に取りつけることにより、このような高熱による腐食を回避できる。
【００３３】
また、バーナ部２内には、スクレーパ３０が上下動可能に配置されている。スクレーパ３０は、概略円筒状のスクレーパ本体３０ａと、スクレーパ本体３０ａから上方に延びる棒状のアーム３０ｂとからなり、略円筒状のスクレーパ本体３０ａの下端に鋸歯状の掻き取り部３０ｃが形成されている。棒状のアーム３０ｂは円筒体１１および外筒１２を貫通して上方に延びており、アーム３０ｂの上部には、エアシリンダ３１が連結されている。そして、エアシリンダ３１を作動させることにより、スクレーパ３０が下降し、バーナ部２の内壁面、すなわち、内筒体１１の内周面に堆積したシリカ（ＳｉＯ２）を含む固形物を掻き取ることができるようになっている。なお、エアシリンダ３１は外筒１２の天板部（頂部）に固定されている。
【００３４】
一方、燃焼室３内には、第２のスクレーパ４０が上下動可能に配置されている。第２のスクレーパ４０は、概略円筒状のスクレーパ本体４０ａと、スクレーパ本体４０ａから下方に延びる棒状のアーム４０ｂとからなり、略円筒状のスクレーパ本体４０ａの上端に鋸歯状の掻き取り部４０ｃが形成されている。棒状のアーム４０ｂは、燃焼処理室１の下方にある冷却部（図示せず）を貫通して外部に延び、図示されないエアシリンダに連結されている。そして、エアシリンダを作動させることにより、第２のスクレーパ４０が上昇し、燃焼室３の内壁面、すなわち、内筒２１の内周面に堆積したシリカ（ＳｉＯ２）を含む固形物を掻き取ることができるようになっている。なお、燃焼室３の内壁面に堆積する固形物は、バーナ部２の内壁面に堆積する固形物よりも軟らかくて掻き取り易いため、スクレーパ４０においては掻き取り部４０ｃに鋸歯を設けず平坦な形態にしてもよい。
【００３５】
次に、上記燃焼処理室１における動作について説明する。
先ず、燃料ガス（燃料）と支燃ガス（たとえば酸素）との混合気は、混合気室２０内に導かれて保持され、円筒体１１に形成された複数のノズル１６からなるメインバーナＭＢから空間Ｓに向けて旋回流を作り出すように吹き出される。そして、パイロットバーナＰＢにより点火されると、円筒体１１の内周面に火炎の旋回流（旋回炎）を形成する。
ここで、混合気は旋回炎を形成するが、旋回炎は広い当量比の範囲にわたって安定して燃焼できる特徴を有している。すなわち、旋回炎は強く旋回しているため、火炎相互に熱とラジカルを供給し合い、保炎性が高くなる。そのため、通常であれば、未燃ガスを発生したり消炎するような小さな当量比においても、未燃ガスが発生することなく、また、当量比１付近においても、振動燃焼を誘発することなく安定して燃焼させることができる。
【００３６】
一方、処理すべき排ガスＧ１は、円筒体１１の天板部の下面に開口する排ガス導入管１４から前記空間Ｓに向けて噴出する。この噴出された排ガスＧ１は混合気の旋回炎と混合して燃焼するが、この際、混合気がメインバーナＭＢから、すなわちメインバーナＭＢを構成する円周方向の全てのノズル１６から下流の一方向に強く旋回するように吹き出されているため、混合気の全てが火炎と充分に混合して、排ガスの燃焼効率は非常に高くなる。
【００３７】
また、複数のノズル１６からなるメインバーナＭＢからの火炎は旋回して噴射されるが、空気ノズル１５から噴出された空気も旋回しているため、この空気流が火炎と混合して火炎の旋回流を一層加速して強い旋回炎を形成する。このように旋回炎を形成すると、旋回の中心部の気流の圧力が低下して、中心部に、火炎の先方から排ガス導入管１４およびメインバーナＭＢに向けて逆流する自己循環流が発生し、この循環流がメインバーナＭＢからの火炎および燃焼ガスと混合してＮＯｘの生成を抑制する。
空気ノズル１５から噴出する空気に含まれる酸素を与え、２次酸化炎を形成する。この酸化炎により排ガスを酸化分解する。
【００３８】
なお、メインバーナＭＢを構成する複数のノズル１６は、上から見た場合、円筒体１１の接線方向に開口し、かつ鉛直面内では斜め下方に開口するように複数設けるようにしても、火炎はバーナ部２の下流へ向かって螺旋状の旋回流を形成する。
【００３９】
バーナ部２内で形成された火炎の旋回流は、燃焼室３内でも保持され、バーナ部２内で燃焼しきれなかった排ガスを予備的または補助的に燃焼させる。燃焼室３においては、内筒２１を構成するセラミックスが耐熱性および耐食性に優れており、熱や腐食による消耗が少ないばかりではなく、セラミックスが繊維に強化されているので熱応力による割れも防止され、長期にわたって使用が可能である。しかも、金属の場合のような触媒効果がないために燃焼室３が高温になってもサーマルＮＯｘの発生が抑制される。ハロゲン系のガスを分解処理しても、それに伴い生成するハロゲンガス（ＨＣｌ、ＨＦ等）による内筒２１の高温下での腐食やエッチングが抑制される。
【００４０】
ケイ素成分を含むガスの燃焼を続けると、バーナ部２および燃焼室３の内壁に副生成物であるシリカが堆積する。下方へ向かう旋回流が形成されているため、特に空気ノズル１５やメインバーナＭＢのノズル１６の下方で、堆積シリカが中心部へ向かって成長し、排ガスの流れが遮られることがある。これらの固形堆積物を除去するために、燃焼処理室１において、上述したように排ガスの燃焼処理、すなわち排ガスの燃焼分解を行っている間に、所定のタイミングでエアシリンダ３１を作動させてスクレーパ３０を駆動し、バーナ部２の内壁面、すなわち円筒体１１の内周面に堆積したシリカ（ＳｉＯ２）を含む固形堆積物を掻き取る。このように、排ガスの燃焼分解を行っている間にも固形堆積物を除去することにより、排ガス処理装置の長時間の連続運転が可能となる。このとき、スクレーパ本体３０ａは、メインバーナＭＢを構成する各ノズル１６を横切ることになる。この場合、メインバーナＭＢから燃料ガスと酸素の混合気をバーナ部２内に供給していると、〔発明が解決しようとする課題〕の項において説明したように、メインバーナＭＢのノズル１６近辺の動圧変動などのために、ノズル１６からの混合気の吹き出し流速が不均一となり、メインバーナ配管へ逆火が起こる場合がある。
【００４１】
そこで、本発明は、排ガスを燃焼処理（燃焼分解）している間にスクレーパ３０を駆動してもメインバーナＭＢ及びメインバーナ配管へ逆火が起こることがないように、以下の手段を講じている。
バーナ部２におけるスクレーパ３０の動作時に、メインバーナＭＢに供給する燃料ガスと支燃ガスの混合気を燃焼範囲外に調整する。
燃料ガスと支燃ガスの混合気は、燃料ガスの濃度が薄すぎても濃すぎても燃焼できなくなる。燃焼できる混合気に含まれる燃料ガスの濃度の限界を燃焼限界という。燃料ガスの濃度の薄い方の燃焼限界を下限界、濃い方の燃焼限界を上限界といい、燃料ガスの濃度がこの下限界と上限界の範囲にあるとき燃料ガスは燃焼し、この濃度範囲を燃焼範囲という。この燃焼範囲に含まれない範囲を燃焼範囲外という。
【００４２】
燃料ガスと支燃ガスの混合気の組成が燃焼範囲内にあるときは、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管に逆火が起こる場合がある。燃焼範囲外の組成で混合気をメインバーナＭＢに供給することにより、逆火が起こらなくなる。
【００４３】
上述したように燃焼範囲においては逆火が起こる場合があるので、混合気の組成を燃焼範囲外の組成にする必要がある。混合気の組成と燃焼範囲（燃焼範囲外）との関係を燃料ガスをプロパンとした場合で考えてみる。支燃ガスが酸素の場合、混合気に対するプロパン成分％が、燃焼の下限界は２％で、上限界は４０％であるが、支燃ガスを空気とした場合、混合気に対するプロパン成分％が、燃焼の下限界は２％で上限界は１０％であることが知られている。混合気に対するプロパン成分％の燃焼範囲が、酸素を支燃ガスとした場合と比較して、空気を支燃ガスとした場合には燃焼範囲が狭くなる。例えば燃料ガスがプロパンで、プロパン／（プロパン＋支燃ガス）＝１５％の場合、支燃ガスがＯ２の場合は燃焼範囲内となるが、支燃ガスが空気の場合は燃焼範囲外となる。
【００４４】
なお、燃料ガス（燃料）が都市ガス、天然ガス等の他のガスの場合には、プロパンが燃焼ガスである場合と同様の手法により混合気の燃焼範囲外を求めればよい。すなわち、燃料ガスと支燃ガス（酸素と空気）の混合気の組成と燃焼範囲（燃焼範囲外）の関係をもとに調整することができる。
【００４５】
上述した理論に基づき、排ガスの燃焼処理中であってスクレーパ３０の動作時に、メインバーナＭＢに供給する燃料ガスと支燃ガスの混合気を燃焼範囲外に調整する。しかしながら、メインバーナＭＢに供給する燃料ガスと支燃ガスの混合気を燃焼範囲外に調整すると、以下のような新たな課題が生じてくる。
１）混合気の着火性が良好であること
燃焼範囲外にある燃料ガスと支燃ガスの混合気をメインバーナＭＢから吹き出した後に混合気が直ちに着火する必要がある。すなわち、混合気の着火性が良好である必要がある。
２）混合気が完全燃焼するための十分な酸素を供給すること
燃焼範囲外にある混合気には、酸素が不足しているため、混合気をメインバーナＭＢから吹き出した後に混合気が完全燃焼するように酸素を補う必要がある。
３）火炎保持性が通常運転時と同等であること
混合気がメインバーナＭＢから吹き出して形成された火炎の火炎保持性が通常運転時（スクレーパを動作させていない通常の排ガス処理時）と同等であることが必要である。
【００４６】
上記課題１）〜３）を解決するために、本発明は、以下の手段を講じている。
（１）処理される排ガスが燃焼し難いガス（ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６等のＰＦＣガス）の場合
i）通常運転時（スクレーパを動作させていない通常の排ガス処理時）には、燃料ガスと酸素とを予混合した混合気をメインバーナＭＢからバーナ部２内に供給する。混合気は燃焼範囲内にある。そして、空気ノズル１５からは空気をバーナ部２内に供給して旋回流を形成する。
ii）スクレーパ動作中は、燃料ガスと空気とを予混合した混合気をメインバーナＭＢからバーナ部２内に供給する。この場合、混合気は燃焼範囲外にあるため、不足する酸素（Ｏ２）は旋回流を形成するための空気ノズル１５から供給する。すなわち、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管内にある混合気を燃焼範囲外とすることにより、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管内への逆火を防止する。そして、混合気の着火性、火炎保持性を確保するとともに排ガスの処理性能を下げないために、不足する酸素を補うために空気ノズル１５に酸素を別途供給して空気ノズル１５から酸素をバーナ部２内に供給する。この場合、空気ノズル１５から空気もバーナ部２内に供給して旋回流を形成する。このように、不足する酸素を補充することにより、通常運転時とスクレーパ動作中とにおいて、全体として燃焼処理室１に供給する排ガス、燃料ガス、酸素、空気の流量比率は、変えないようにする。
【００４７】
（２）処理される排ガスが燃焼し易いガス（ＳｉＨ４などのシラン系ガス）の場合
i）通常運転時（スクレーパを動作させていない通常の排ガス処理時）には、燃料ガスと酸素とを予混合した混合気をメインバーナＭＢからバーナ部２内に供給する。混合気は燃焼範囲内にある。そして、空気ノズル１５からは空気をバーナ部２内に供給して旋回流を形成する。
ii）スクレーパ動作中は、燃料ガスと空気とを予混合した混合気をメインバーナＭＢからバーナ部２内に供給する。この場合、混合気は燃焼範囲外にあるが、排ガスが燃焼し易いガスであるため、空気ノズル１５から酸素を補充する必要がなく、空気ノズル１５からは、通常運転時と同様に、空気をバーナ部２内に供給して旋回流を形成する。メインバーナＭＢから吹き出した混合気は、空気ノズル１５から供給された空気と混合して燃焼範囲内となって燃焼する。
【００４８】
（３）処理される排ガスの種類に拘らず、スクレーパ動作中は、種火をパイロットバーナにより供給する。これにより、スクレーパ動作中におけるバーナ部２内の失火を防止することができる。
【００４９】
次に、上記手段（１）〜（３）を備えた燃焼式排ガス処理装置の全体構成について図２を参照して説明する。
図２に示すように、バーナ部２の混合気室２０は混合気供給管２６によってエジェクタ（予混合器）５０に接続されている。そして、エジェクタ５０には、燃料ガス供給ラインＬ１と酸素供給ラインＬ２とが接続されている。燃料ガス供給ラインＬ１には、エジェクタ５０から上流側に向かって開閉弁Ｖ１１、マスフローコントローラＭＦＣ１、圧力調整弁Ｖ１２が順次設置されており、燃料ガス供給ラインＬ１の上流端は燃料ガス供給源（燃料供給源）に接続されている。酸素供給ラインＬ２には、エジェクタ５０から上流側に向かって開閉弁Ｖ２１、マスフローコントローラＭＦＣ２、開閉弁Ｖ２２、圧力調整弁Ｖ２３が順次設置されており、酸素供給ラインＬ２の上流端は酸素供給源に接続されている。
【００５０】
また、バーナ部２の空気室１９には、空気供給ラインＬ３が接続されている。空気供給ラインＬ３には、空気室１９から上流側に向かって開閉弁Ｖ３１，Ｖ３２、流量センサＦＳ１、圧力調整弁Ｖ３３、ヘッダーＲ１が順次設置されており、空気供給ラインＬ３の上流端は空気供給源に接続されている。パイロットバーナＰＢには、パイロットバーナ用空気供給ラインＬ４が接続されている。パイロットバーナ用空気供給ラインＬ４には、パイロットバーナＰＢから上流側に向かって開閉弁Ｖ４１、流量センサＦＳ２、圧力調整弁Ｖ４２、ヘッダーＲ１が順次設置されている。圧力調整弁Ｖ３３，Ｖ４２は、空気供給源から供給される空気の圧力を２段階、一次空気用の圧力（たとえば０．３７ＭＰａ）とパイロットバーナ用の圧力（たとえば０．４５ＭＰａ）とに調整できるように設定されている。
【００５１】
前記パイロットバーナＰＢには、パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５が接続されている。パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５には、パイロットバーナＰＢから上流側に向かって開閉弁Ｖ５１、流量計ＦＩ１が順次設置されている。そして、パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５の上流端は燃料ガス供給ラインＬ１に接続されている。
【００５２】
一方、酸素供給ラインＬ２から分岐して酸素供給バイパスラインＢＰ１が設置されており、酸素供給バイパスラインＢＰ１の下流端は空気供給ラインＬ３に接続されている。なお、酸素供給バイパスラインＢＰ１は、酸素供給ラインＬ２における酸素供給源と制御弁Ｖ２３とを結ぶ管路部分から分岐し、空気供給ラインＬ３における開閉弁Ｖ３１と空気室１９とを結ぶ管路部分に接続されている。酸素供給バイパスラインＢＰ１には、上流側から下流側に向かって圧力調整弁Ｖ６１、流量計ＦＩ２、開閉弁Ｖ６２、逆止弁Ｖ６３が順次設置されている。さらに、空気供給ラインＬ３から分岐して空気供給バイパスラインＢＰ２が設置されており、空気供給バイパスラインＢＰ２には開閉弁Ｖ８１が設置されている。そして、空気供給バイパスラインＢＰ２の下流端は酸素供給ラインＬ２に接続されている。なお、空気供給バイパスラインＢＰ２は、空気供給ラインＬ３における流量センサＦＳ１と開閉弁Ｖ３１とを結ぶ管路部分から分岐し、酸素供給ラインＬ２における開閉弁Ｖ２２とマスフローコントローラＭＦＣ２とを結ぶ管路部分に接続されている。
【００５３】
図３は、図２に示すエジェクタ５０の詳細構造を示す断面図である。図３に示すように、エジェクタ５０は、支燃ガス（たとえば酸素）が噴出するノズル部１０１と、ディフューザ１０２ａを内部に有したディフューザ部１０２とから構成されている。ノズル部１０１には酸素供給ラインＬ２が接続されており、ディフューザ部１０２には燃料ガス供給ラインＬ１と混合気供給管２６とが接続されている。エジェクタ５０においては、支燃ガス（たとえば酸素）がノズル部１０１から高速で噴出すると、ディフューザ１０２ａの圧力が低下するので、燃料ガス供給ラインＬ１から燃料ガスを吸い込み、燃料ガスと支燃ガス（たとえば酸素）が予混合され、ディフューザ１０２ａに連なる拡張部１０３で減速増圧し、燃料ガスと支燃ガスの混合気が混合気供給管２６へ吐き出される。
【００５４】
次に、図２に示すように構成された燃焼式排ガス処理装置における排ガス処理工程について説明する。
（１）処理される排ガスが燃焼し難いガスの場合
i）通常運転時（スクレーパを動作させていない通常の排ガス処理時）には、燃料ガス供給源から燃料ガスを燃料ガス供給ラインＬ１を介してエジェクタ５０に供給し、酸素供給源から酸素を酸素供給ラインＬ２を介してエジェクタ５０に供給する。このとき、マスフローコントローラＭＦＣ１により燃料ガスの質量流量が正確に制御され、所望の流量の燃料ガスをエジェクタ５０に供給することができる。また、マスフローコントローラＭＦＣ２により酸素の質量流量が正確に制御され、所望の流量の酸素をエジェクタ５０に供給することができる。エジェクタ５０により、燃料ガスと酸素とを予混合し、混合気を混合気供給管２６を介して混合気室２０に供給し、メインバーナＭＢからバーナ部２内に混合気を吹き出す。混合気は燃焼範囲内にあるため、メインバーナＭＢから吹き出されるときに燃焼して火炎の旋回流（旋回炎）を形成する。空気ノズル１５から噴射された空気も旋回しているため、この空気流がメインバーナＭＢの火炎と混合して火炎の旋回流を一層加速して強い旋回炎を形成する。
一方、処理すべき排ガスＧ１は排ガス導入管１４からバーナ部２内に供給され、混合気の旋回炎と混合して燃焼する。バーナ部２内で形成された火炎の旋回流（旋回炎）は、燃焼室３内でも保持され、バーナ部２内で燃焼しきれなかった排ガスを予備的または補助的に燃焼させる。
【００５５】
ii）スクレーパ動作中は、燃料ガス供給源から燃料ガスを燃料ガス供給ラインＬ１を介してエジェクタ５０に供給し、空気供給源から空気を空気供給ラインＬ３から分岐した空気供給バイパスラインＢＰ２を介してエジェクタ５０に供給する。このとき、マスフローコントローラＭＦＣ１により燃料ガスの質量流量が正確に制御され、所望の流量の燃料ガスをエジェクタ５０に供給することができる。また、マスフローコントローラＭＦＣ２により空気の質量流量が正確に制御され、所望の流量の空気をエジェクタ５０に供給することができる。エジェクタ５０により、燃料ガスと空気とを予混合し、混合気を混合気供給管２６を介して混合気室２０に供給し、メインバーナＭＢからバーナ部２内に混合気を吹き出す。混合気は酸素が不足して燃焼範囲外にあるため、メインバーナＭＢから吹き出されるときには燃焼しない。このように、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管内にある混合気を燃焼範囲外とすることにより、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管内への逆火を防止する。そして、混合気の着火性、火炎保持性を確保するとともに排ガスの処理性能を下げないために、不足する酸素を補う。そのため、酸素供給源から酸素を酸素供給バイパスラインＢＰ１を介して空気ノズル１５に供給する。空気ノズル１５に供給する酸素の流量は、流量計ＦＩ２により計測して調整する。このとき、空気ノズル１５に、空気供給ラインＬ３を介して空気も同時に供給する。空気ノズル１５に供給される空気の流量は、流量センサＦＳ１により計測して調整する。こうして、空気ノズル１５から酸素と空気の混合ガスが噴出され、バーナ部２内に混合ガスの旋回流が形成されてメインバーナＭＢから吹き出された混合気（燃料ガスと空気の混合気）と混合される。その結果、燃料ガスと酸素と空気の混合気が燃焼範囲内となり、直ちに燃焼して火炎を形成する。
一方、処理すべき排ガスＧ１は排ガス導入管１４からバーナ部２内に供給され、混合気の旋回炎と混合して燃焼する。バーナ部２内で形成された火炎の旋回流（旋回炎）は、燃焼室３内でも保持され、バーナ部２内で燃焼しきれなかった排ガスを予備的または補助的に燃焼させる。
【００５６】
なお、空気予混合（燃料ガスと空気の予混合）は、スクレーパ４０を動作させる前に行い、スクレーパ４０の動作後にも続行する。すなわち、空気予混合は、スクレーパ４０の動作の前の所定時間、スクレーパ４０の動作中、およびスクレーパ４０の動作後の所定時間行う。スクレーパ４０は、エアシリンダ４１（図１参照）を作動させることにより、待機位置（図２の実線で示す位置）からバーナ部２の下端のやや下方位置（図２の点線で示す位置）まで下降した後に上昇する。
【００５７】
（２）処理される排ガスが燃焼し易いガスの場合
i）通常運転時（スクレーパを動作させていない通常の排ガス処理時）には、燃料ガス供給源から燃料ガスを燃料ガス供給ラインＬ１を介してエジェクタ５０に供給し、酸素供給源から酸素を酸素供給ラインＬ２を介してエジェクタ５０に供給する。このとき、マスフローコントローラＭＦＣ１により燃料ガスの質量流量が正確に制御され、所望の流量の燃料ガスをエジェクタ５０に供給することができる。また、マスフローコントローラＭＦＣ２により酸素の質量流量が正確に制御され、所望の流量の酸素をエジェクタ５０に供給することができる。エジェクタ５０により、燃料ガスと酸素とを予混合し、混合気を混合気供給管２６を介して混合気室２０に供給し、メインバーナＭＢからバーナ部２内に混合気を吹き出す。混合気は燃焼範囲内にあるため、メインバーナＭＢから吹き出されるときに燃焼して火炎の旋回流（旋回炎）を形成する。空気ノズル１５から噴射された空気も旋回しているため、この空気流がメインバーナＭＢの火炎と混合して火炎の旋回流を一層加速して強い旋回炎を形成する。
一方、処理すべき排ガスＧ１は排ガス導入管１４からバーナ部２内に供給され、混合気の旋回炎と混合して燃焼する。バーナ部２内で形成された火炎の旋回流（旋回炎）は、燃焼室３内でも保持され、バーナ部２内で燃焼しきれなかった排ガスを予備的または補助的に燃焼させる。
【００５８】
ii）スクレーパ動作中は、燃料ガス供給源から燃料ガスを燃料ガス供給ラインＬ１を介してエジェクタ５０に供給し、空気供給源から空気を空気供給ラインＬ３から分岐した空気供給バイパスラインＢＰ２を介してエジェクタ５０に供給する。このとき、マスフローコントローラＭＦＣ１により燃料ガスの質量流量が正確に制御され、所望の流量の燃料ガスをエジェクタ５０に供給することができる。また、マスフローコントローラＭＦＣ２により空気の質量流量が正確に制御され、所望の流量の空気をエジェクタ５０に供給することができる。エジェクタ５０により、燃料ガスと空気とを予混合し、混合気を混合気供給管２６を介して混合気室２０に供給し、メインバーナＭＢからバーナ部２内に混合気を吹き出す。混合気は酸素が不足して燃焼範囲外にあるため、メインバーナＭＢから吹き出されるときには燃焼しない。このように、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管内にある混合気を燃焼範囲外とすることにより、メインバーナＭＢおよびメインバーナ配管内への逆火を防止する。排ガスが燃焼し易いガスであるため、空気ノズル１５から酸素を補充する必要はなく、空気ノズル１５からは、通常運転時と同様に、空気をバーナ部２内に供給する。したがって、空気ノズル１５から空気が噴出され、バーナ部２内に空気の旋回流が形成されてメインバーナＭＢから吹き出された混合気（燃料ガスと空気の混合気）と混合される。その結果、混合気に酸素が補充されて燃焼範囲内となり、直ちに燃焼して火炎を形成する。
一方、処理すべき排ガスＧ１は排ガス導入管１４からバーナ部２内に供給され、混合気の旋回炎と混合して燃焼する。バーナ部２内で形成された火炎の旋回流（旋回炎）は、燃焼室３内でも保持され、バーナ部２内で燃焼しきれなかった排ガスを予備的または補助的に燃焼させる。スクレーパ４０の動作は（１）で説明したとおりである。
【００５９】
（３）処理される排ガスが燃焼し難い場合と燃焼し易い場合のいずれの場合にも、排ガスの燃焼処理中であってスクレーパ４０の動作中は、燃料ガス供給源から燃料ガスをパイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５を介してパイロットバーナＰＢに供給する。すなわち、処理される排ガスの種類に拘らず、スクレーパ動作中は、種火をパイロットバーナにより供給する。これにより、スクレーパ動作中における失火を防止することができる。
なお、排ガス処理装置の始動時にパイロットバーナＰＢを点火することは、従来の排ガス処理装置と同様である。
【００６０】
本発明者らは、図２に示すように構成された燃焼式排ガス処理装置における排ガス処理工程を繰り返し行った結果、スクレーパの動作中に、パイロットバーナＰＢの種火が消失し、バーナ部２内で失火が起こる場合があることを見出した。
本発明者らは、種々の実験を行うとともに実験結果の解析を進めた結果、パイロットバーナＰＢには、燃料ガス供給源の供給圧（例えば、２．８ｋＰａ）のみにより燃料が供給されるため、パイロットバーナ火炎はバーナ以降の圧力変動の影響を受け易く、火炎が消失して失火の原因となることを究明した。これに対して、メインバーナＭＢにおいては、燃料ガスはエジェクタで吸引されているため、圧力変動の影響を受けにくいことも究明した。
【００６１】
そこで、本発明は、パイロットバーナ火炎を安定化し、失火を防止するために、以下の手段を講じている。
（１）パイロットバーナに燃料ガスを供給する系路にエジェクタ機構を設置する。
（２）パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインにマスフローコントローラを設置する。
【００６２】
次に、上記手段（１）（２）を備えた燃焼式排ガス処理装置について図４を参照して説明する。
図４に示す燃焼式排ガス処理装置は、図２に示す燃焼式排ガス処理装置に、エジェクタ機構を追加するとともにパイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５にマスフローコントローラを設置したものである。
【００６３】
図４に示すように、パイロットバーナＰＢはパイロットバーナ用エジェクタ７０に接続されている。そして、パイロットバーナ用エジェクタ７０には、パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５と空気供給ラインＬ６とが接続されている。パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５には、パイロットバーナ用エジェクタ７０から上流側に向かって開閉弁Ｖ５１、マスフローコントローラＭＦＣ３が順次設置されている。パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５の上流端は燃料ガス供給ラインＬ１に接続されている。空気供給ラインＬ６には、パイロットバーナ用エジェクタ７０から上流側に向かって開閉弁Ｖ７１、流量コントローラＦＩＣ、圧力調整弁Ｖ７２が順次設置されている。パイロットバーナ用エジェクタ７０は、図３に示すエジェクタ５０と同様の構造であるため、図示は省略する。図４に示す燃焼式排ガス処理装置におけるその他の構成は、図２に示す燃焼式排ガス処理装置と同様である。
【００６４】
図４に示す燃焼式排ガス処理装置においては、空気供給源から空気を空気供給ラインＬ６を介してパイロットバーナ用エジェクタ７０に供給し、燃料ガス供給源から燃料ガスをパイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５を介してパイロットバーナ用エジェクタ７０に供給する。パイロットバーナ用エジェクタ７０において、空気を高速で噴出することにより負圧を発生させ燃料ガスを引き込む。燃料ガス供給源の元圧は、例えば２．８ｋＰａ程度と低いが、燃料ガスはパイロットバーナ用エジェクタ７０にて昇圧されるため、パイロットバーナ用エジェクタ７０から吐出されてパイロットバーナＰＢに供給される燃料ガスは、例えば、２０ｋＰａ程度の高い圧力になる。そのため、パイロットバーナ火炎はバーナ以降の圧力変動の影響を受けにくくなる。これと併行して、マスフローコントローラＭＦＣ３により燃料ガスの質量流量を正確に制御してパイロットバーナＰＢに所望の質量流量の燃料ガスを供給することができる。また、パイロットバーナ用エジェクタ７０に供給される空気の流量は、流量コントローラＦＩＣにより正確に制御され、パイロットバーナ用エジェクタ７０において所望の負圧を形成できる。
【００６５】
このように、パイロットバーナＰＢに燃料ガスを供給する系路にエジェクタ機構を設置することによりパイロットバーナＰＢから噴出する燃料ガスの圧力を高めるとともに、パイロットバーナ用燃料ガス供給ラインＬ５にマスフローコントローラＭＦＣ３を設置することによりパイロットバーナＰＢに所望の質量流量の燃料ガスを正確に供給することができ、パイロットバーナ火炎を安定させることができる。したがって、スクレーパ４０の動作中に、パイロットバーナ火炎が消失することなく、バーナ部２内で失火が起こることを防止することができる。
【００６６】
次に、本発明の燃焼式排ガス処理装置における２つのスクレーパ３０，４０について図５乃至図７を参照して説明する。
図５は、２つのスクレーパ３０，４０と燃焼処理室１との関係を示す模式的断面図である。図５に示すように、バーナ部２内には、スクレーパ３０が上下動可能に配置されている。スクレーパ３０は、概略円筒状のスクレーパ本体３０ａと、スクレーパ本体３０ａから上方に延びる棒状のアーム３０ｂとからなり、略円筒状のスクレーパ本体３０ａの下端に鋸歯状の掻き取り部３０ｃが形成されている。棒状のアーム３０ｂの上部には、エアシリンダ３１（図１参照）が連結されており、エアシリンダ３１を作動させることによりスクレーパ３０が下降し、バーナ部２の内壁面に堆積したシリカ（ＳｉＯ２）を含む固形物を掻き取ることができるようになっている。
【００６７】
また、燃焼室３内には、第２のスクレーパ４０が上下動可能に配置されている。第２のスクレーパ４０は、概略円筒状のスクレーパ本体４０ａと、スクレーパ本体４０ａから下方に延びる棒状のアーム４０ｂとからなり、略円筒状のスクレーパ本体４０ａの上端に鋸歯状の掻き取り部４０ｃが形成されている。棒状のアーム４０ｂは、燃焼処理室１の下方にある冷却部４を貫通して外部に延び、図示されないエアシリンダに連結されている。そして、エアシリンダを作動させることにより第２のスクレーパ４０が上昇し、燃焼室３の内壁面に堆積したシリカ（ＳｉＯ２）を含む固形物を掻き取ることができるようになっている。なお、スクレーパ４０においては、上述したように、掻き取り部４０ｃに鋸歯を設けず平坦な形態にしてもよい。
【００６８】
図５に示すように、スクレーパ３０は、バーナ部２の天板近傍の待機位置からバーナ部２の下端のやや下方位置まで下降した後に上昇する一往復で一回の動作が終了する。この一回の動作は約１０秒に設定されている。スクレーパ３０の運転頻度は、例えば、１５分に１回などに設定する。これに対して、第２のスクレーパ４０は、燃焼室３の下方の冷却部４内の待機位置から燃焼室３の所定位置まで上昇した後に下降する一往復を行った後、前記待機位置から再度上昇して前回の上昇位置より高い位置まで上昇した後に下降する一往復を行う等の複数回の往復運動で一回の動作が終了する。スクレーパ４０の運転頻度は、スクレーパ３０の運転頻度よりも低く設定されている。スクレーパ３０およびスクレーパ４０が途中で停止したまま放置されることがないように、スクレーパ本体３０ａおよびスクレーパ本体４０ａの各位置を検出する位置センサ（図示せず）が設置されている。
【００６９】
図５に示すように、燃焼室３の下方には冷却部４が設置されている。冷却部４には、複数のノズル５３が周方向に間隔を置いて設けられており、これらノズル５３から中心に向けて水をシャワー状に噴射することによって、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。また、冷却部４の下方には、冷却部４より排出された排水と排水中に捕捉された粒子等を貯留するトラップ５が設置されている。なお、冷却部４において冷却および洗浄された排ガスは、冷却部４の側壁から延設された排気ダクト６（図２参照）を介して装置外部に排出されるようになっている。
【００７０】
図６（ａ）および図６（ｂ）は、上下のスクレーパ３０，４０を示す斜視図である。図６（ａ）は、スクレーパ３０を図５のＶＩＡ方向から見た斜視図であり、図６（ｂ）は、第２のスクレーパ４０を図５のＶＩＢ方向から見た斜視図である。
図６（ａ）に示すように、スクレーパ３０は天板部を有した概略円筒状のスクレーパ本体３０ａを備え、スクレーパ本体３０ａには、シリカ等の固形物を掻き取るための鋸歯状の掻き取り部３０ｃが形成されている。そして、スクレーパ本体３０ａの天板部には、排ガス流入用の３つの開口ｈ１およびパイロットバーナ用の開口ｈ２が形成されている。
図６（ｂ）に示すように、スクレーパ４０はリング状のスクレーパ本体４０ａを備え、スクレーパ本体４０ａの上端には、シリカ等の固形物を掻き取るための掻き取り部４０ｃが形成されている。なお、図６（ｂ）に示す例においては、掻き取り部４０ｃは鋸歯状でなく平坦になっている。燃焼室３の内壁に付着したシリカを含む固形物は、バーナ部２の内壁に付着したシリカを含む固形物よりも軟らかくて掻き取り易いため、掻き取り部４０ｃは平坦な形態になっている。リング状のスクレーパ本体４０ａの中心部には、直径方向に延びるバー４０ｄが設けられており、バー４０ｄにアーム４０ｂ（図５参照）が固定されるようになっている。
【００７１】
図７は、第２のスクレーパ４０の動作の一例を示す模式図である。図７に示すように、スクレーパ４０は、燃焼室３の下方にある冷却部４の１次冷却シャワーの下方の待機位置（実線で示す）から燃焼室３内の所定位置（Ｌ，Ｍ，Ｈ）までの上下運動を３回行うように設定されている。すなわち、スクレーパ４０は、１回目にはＬまで上昇して元（待機位置）に戻り、２回目にはＭまで上昇して元に戻り、３回目にはＨまで上昇して元に戻る。これら３回の上下運動で一回のスクレーパ動作が終了するが、この動作時間は約２０秒に設定されている。
【００７２】
これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。特に、実施形態では燃料と酸素源を予め混合気室で混合してから混合気として供給する例を示したが、本発明は、請求項４乃至１０に記載されているように予混合式に限られず、広く燃焼式排ガス処理装置に適用できる。
【符号の説明】
【００７３】
１    燃焼処理室
２    バーナ部
３    燃焼室
４    冷却部
５    トラップ
６    排気ダクト
１１    円筒体
１２    外筒
１４    排ガス導入管
１５    空気ノズル
１６    ノズル
１９    空気室
２０    混合気室
２１    内筒
２２    外筒
２３    断熱材
２５    ＵＶセンサ
２６    混合気供給管
３０    スクレーパ
３０ａ  スクレーパ本体
３０ｂ  アーム
３０ｃ  掻き取り部
３１    エアシリンダ
４０    スクレーパ
４０ａ  スクレーパ本体
４０ｂ  アーム
４０ｃ  掻き取り部
４０ｄ  バー
５０    エジェクタ
７０    パイロットバーナ用エジェクタ
１０１  ノズル部
１０２  ディフューザ部
１０２ａ  ディフューザ
１０３  拡張部
ｈ１，ｈ２  開口
ＢＰ１  酸素供給バイパスライン
ＢＰ２  空気供給バイパスライン
ＦＩ１，ＦＩ２  流量計
ＦＩＣ  流量コントローラ
ＦＳ１，ＦＳ２  流量センサ
Ｇ１    排ガス
Ｌ１    燃料ガス供給ライン
Ｌ２    酸素供給ライン
Ｌ３  空気供給ライン
Ｌ４  パイロットバーナ用空気供給ライン
Ｌ５  パイロットバーナ用燃料ガス供給ライン
Ｌ６  空気供給ライン
ＭＢ    メインバーナ
ＭＦＣ１，ＭＦＣ２，ＭＦＣ３  マスフローコントローラ
Ｒ１  ヘッダー
ＰＢ  パイロットバーナ
Ｓ    空間
Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ２２，Ｖ３１，Ｖ３２，Ｖ４１，Ｖ５１，Ｖ６２，Ｖ７１，Ｖ８１  開閉弁
Ｖ１２，Ｖ２３，Ｖ３３，Ｖ４２，Ｖ６１，Ｖ７２  圧力調整弁
Ｖ６３  逆止弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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