(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中の対象物質を加熱分解する処理筒を備えた排ガス処理装置において、
前記処理筒の内部は、中央部に配された第一区画と前記第一区画の周囲に配置された第二区画とに分割されており、
前記第一区画は、その一端に排ガス導入用の導入管が接続されると共に他端が前記第二区画の一端と連通し、かつ、その内部に排ガス加熱用の電気抵抗式のヒーターを有し、
前記第二区画は、その他端に排ガス排出用の排出管が接続され、かつ、その周囲に前記処理筒内部を加熱する電気抵抗式のサブヒーターが配設されており、
前記第二区画の内部に前記対象物質の加熱分解を促進する処理剤が充填されており、
前記対象物質が三フッ化窒素であり、前記処理剤の主成分がＦｅ２Ｏ３からなり、
前記処理筒又は前記導入管の内部に窒素ガスを導入する窒素導入管を備え、当該排ガス処理装置の運転初期に窒素を導入して前記処理筒内の昇温に寄与せしめると共に、当該排ガス処理装置の運転終了時に窒素を導入して前記処理筒内の降温に寄与せしめるようになっており、
前記排出管の下流側に接続され、前記処理筒内で生成された副生成物を除害する二次処理筒を備えている、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、各種装置から排出された排ガス中の対象物質を加熱分解して除害する排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造時には、有毒物質や三フッ化窒素(NF3)などの環境汚染のおそれのあるフルオロ化合物を含む排ガスが発生する。このため、このような排ガスが排出される場所には排ガス処理装置を設置して除害する必要があり、法令などによっても排ガス中の有害物質の許容濃度が規定されている。三フッ化窒素(NF3)などの環境汚染のおそれのあるフルオロ化合物は常温では非常に安定したガスであり、従来から、このような排ガス中の三フッ化窒素(NF3)などを加熱分解する排ガス処理装置があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
排ガス処理装置については、有害物質の除害能力の向上のほか、装置自体の取扱性の向上（小型化など）、除害に際して発生する反応生成物の取扱性の向上など、様々な改良が常に要望される。本発明は、このような要望に応え得るものであり、本発明の目的は、排ガス中の三フッ化窒素(NF3)などの環境汚染のおそれのあるフルオロ化合物を確実に除害することのできる排ガス処理装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、排ガス中の対象物質を加熱分解する処理筒を備えた排ガス処理装置であり、処理筒の内部は、中央部に配された第一区画と第一区画の周囲に配置された第二区画とに分割されており、第一区画は、その一端に排ガス導入用の導入管が接続されると共に他端が第二区画の一端と連通し、かつ、その内部に排ガス加熱用の熱源を有し、第二区画は、その他端に排ガス排出用の排出管が接続され、かつ、その周囲に処理筒内部を加熱する副熱源が配設されていることを特徴としている。
【０００５】
本発明によれば、上述した熱源によって第一区画内で排ガスを加熱し、さらにその後に上述した副熱源によって第二区画内で排ガスを加熱処理する。このため、より安定して排ガス中の対象物質を加熱分解することができ、排ガスの除害を確実に行うことができる。このとき、第一区画内の熱源による発熱は、第一区画内の排ガスの加熱だけに用いられるのではなく、第二区画内に対しても効率よく伝達されるので、加熱分解効率が向上する。また、第二区画の周囲に配置された副熱源は排ガスを加熱すると共に処理筒からの放熱を防止するので、この点からも熱的により効率よく加熱分解を行うことができる。さらに、処理筒の中央部に第一区画を配置し、かつ、この第一区画の周囲に第二区画を配置してあるので装置自体を小型化でき、装置の取扱性も向上する。
【０００６】
ここで、第二区画の内部に対象物質の加熱分解を促進する処理剤が充填されることが好ましい。このようにすれば、第一区画内で加熱され、充分に昇温された排気ガス中の有害物質を効率よく加熱分解することができ、より確実に排ガスの除害を行うことができる。
【０００７】
ここで、処理筒又は導入管の内部に窒素ガスを導入する窒素導入管をさらに備えていることが好ましい。この場合は、処理筒の運転初期に、処理筒に対して窒素を導入させて処理筒を排ガス処理に最適な温度まで昇温させることができ、その後の排ガスの導入と同時に効率の良い排ガス処理を行うことができる。また、運転終了時にも処理筒に対して窒素を導入させることによって、排ガス処理終了時に処理筒を徐々に冷却させることができる。
【０００８】
ここで、排出管の下流側に接続され、処理筒内で生成された副生成物を除害する二次処理筒をさらに備えていることが好ましい。この場合は、加熱分解によって生成される副生成物を二次処理筒によって無害化又は捕集することができ、排ガスをより確実に浄化することができる。
【０００９】
ここで、対象となる処理物質は、三フッ化窒素などのフルオロ化合物であり、第二区画内に充填された金属酸化物と接触させ、この部分で加熱分解を促進させることが好ましい。この場合、第一区画ではフルオロ化合物の加熱分解を抑制させた状態で排ガスをヒーターで加熱することが可能となり、分解ガスによるヒーターの損傷が低減され、連続運転が促進される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の排ガス処理装置の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
本実施形態の排ガス処理装置１は、図１に示されるように、筐体２内に主たる構成部分が収納されている。筐体２の内部には、この処理装置１の主要部分である処理筒３と二次処理筒４とが収納されている。また、筐体２の表面には、この処理装置１を制御するのに必要な操作部や表示部などを有する制御盤５が取り付けられている。
【００１２】
処理装置１には、排ガスの導入口６が設けられており、導入口６には、バルブV1及び逆止弁CV1が取り付けられている。導入管７の最も上流部には圧力センサ８が取り付けられており、導入される排ガスの圧力を検出している。圧力センサ８の検出結果は、制御盤５に表示される。導入管７は処理筒３に接続されており、処理筒３内にはこの導入管７によって排ガスが導入される。なお、導入管７上には、バルブV3が配設されている。
【００１３】
処理筒３は、図２に示されるように、その内部に第一区画３０１及び第二区画３０２とを有している。なお、図２においては、処理筒３上部が断面とされていない。第一区画３０１は、処理筒３の中心部に配設された内筒３０３内に形成されている。第一区画３０１の内部には電気抵抗式のヒーター３０４が配置されている。内筒３０３の上端（即ち、第一区画３０１の一端）には、上述した導入管７が接続されている。ヒーター３０４は、導入管７から導入される排気ガスを加熱する熱源として機能する。
【００１４】
ヒーター３０４は、内筒３０３の上部から挿入され、内筒３０３に対して金属ガスケットを介してボルト止めされている。このため、ヒーター３０４の交換などのメンテナンスが容易であり、取扱性に優れている。ヒーター３０４には、温度センサ３０５が取り付けられており、ヒーター３０４の異常過熱を検出すべくヒーター３０４の表面温度をモニターしている。
【００１５】
内筒３０３を取り囲むように外筒３０６が配設されており、内筒３０３の外表面と外筒３０６の内表面との間に、上述した第二区画３０２が形成されている。即ち、第二区画３０２は、第一区画３０１を取り囲むように筒状に形成されている。そして、第一区画３０１と第二区画３０２とは、内筒３０３及び外筒３０６の下側（即ち、第一区画３０１の他端側・第二区画３０２の一端側）で連通している。内筒３０３の下方には、第一区画３０１において加熱された排ガスの温度を検出する温度センサ（熱電対）３０７が取り付けられている。
【００１６】
外筒３０６の上端（即ち、第二区画３０２の他端）には、処理筒３から排ガスを排出させる排出管９が接続されている。また、外筒３０６の外表面には、サブヒーター３０８が取り付けられている。サブヒーター３０８は、第二区画３０２内での加熱分解が効率よく行われるように排ガスを加熱すると共に処理筒３からの放熱を防止する副熱源として機能している。さらに、温度センサ３１１によって検出された第二区画３０２内上部の温度に基づいて、処理剤の劣化が検出される。
【００１７】
温度センサ３０７によって検出された第一区画３０１通過後の排ガス温度に基づいてヒーター３０４がオン−オフ制御され、第二区画３０２に導入される排ガスの温度が加熱分解処理に最適な温度となるように維持している。また、温度センサ３１２によって検出された外筒３０６の表面温度に基づいてサブヒーター３０８がオン−オフ制御され、第二区画３０２からの放熱を防止しつつ第二区画３０２内の温度が加熱分解処理に最適な温度となるように維持している。
【００１８】
さらに、第二区画３０２内には、その上部、中央部、下部にそれぞれ温度センサ（熱電対）３０９，３１０，３１１が取り付けられている。これらの温度センサ３０９，３１０，３１１は制御盤５に接続されている。制御盤５には、サブヒーター３０８の表面温度を検出する温度センサ３１２や外筒３０６の表面温度を検出する温度センサ３１３なども接続されている。
【００１９】
外筒３０６の上部には、金属ガスケットを介して蓋体３１４がボルト止めされている。蓋体３１４によって密閉された第二区画３０２内には、排ガス中の三フッ化窒素(NF3)などの対象物質を加熱分解するためのペレット状の金属系処理剤（金属酸化物：ここでは、主成分がFe2O3で径が(4〜6φ×5〜10m/m)ペレットのものを使用）が充填される。また、外筒３０６のさらに外側には、処理筒３の上部から下部までを覆う断熱材付きのカバー３２１が取り付けられている。
【００２０】
処理筒３に接続された排出管９は、上述した二次処理筒４に接続されている。排出管９上には、処理筒３側から順に、冷却器１０及びバルブV4が配設されている。冷却器１０は、排出管９の外表面上に冷却フィンを設けて、処理筒３から排出された排ガスの熱を放熱させるものである。なお、冷却器１０の冷却フィンは排ガスの温度を所望の温度まで冷却するのに充分な放熱面積を有しているが、冷却器１０は強制冷却用のファンも有している。
【００２１】
冷却器１０の近傍には換気口１２が設置されている。換気口１２には、制御盤５による制御あるいは手動操作によって開閉するダンパーが設けられている。ここでは、冷却器１０からの放熱を筐体２の外部に効率よく排気するため、換気口１２は筐体２の上面に設けられている。
【００２２】
二次処理筒４は、常温乾式処理筒であり、詳述した処理筒３における加熱分解によって生じる副生成物、例えば、窒素酸化物(NOx)や、僅かに生成するフッ素ガス(F2)やフッ化水素(HF)を吸着除去する。二次処理筒４の内部には、上述した副生成物を除害するための処理剤が充填される。二次処理筒４には排気管１１が取り付けられており、有害物質を除害した後の排ガスは、この排気管１１から排出される。
【００２３】
また、本実施形態の処理装置１は、処理筒３（及びその下流側）に窒素ガス(N2)を供給する窒素導入管１３も備えている。窒素導入管１３は導入管７に対して接続されている。窒素導入管１３には、その上流側から圧力調整弁RG、逆止弁CV11が設置されており、その後二股に分岐されている。窒素導入管１３の分岐された部分は、それぞれ電磁弁SV1、手動弁NV1が設置され、再び一つにまとめられて流量計FI1を介して導入管７に接続している。なお、電磁弁SV1は、制御盤５に接続されており、制御盤５からの指令又は操作に基づいて制御される。
【００２４】
なお、窒素導入管１３上の逆止弁CV11と電磁弁SV1（手動弁NV1）との間から分岐する分岐管１４は、処理筒３の交換時に接続部の気密状態を確認するためのものである。この分岐管１４の上流側には、流量計FI11が配設されている。この処理装置１は、上述した配管以外のバイパス管や、各種機器を備えているが、これらについての詳しい説明は省略する。
【００２５】
次に、上述した処理装置１によって排ガス中の対象物質を除害する行程を説明する。なお、ここでは除害する対象物質が三フッ化窒素(NF3)である場合を例にして説明する。
【００２６】
まず、処理装置１の運転に際しては、上述した窒素導入管１３から窒素ガス(N2)を供給しつつ、ヒーター３０４及びサブヒーター３０８による加熱を始め、処理筒３が排ガス処理に適した所定の温度となるように予備運転を行う。このとき、窒素導入管１３から供給される窒素ガス(N2)は、圧力調整弁RGによって減圧された後、制御盤５からの制御によって制御される電磁弁SV1経由で導入管７に自動供給される。
【００２７】
処理筒３が排ガス処理に適した所定の温度となった後、電磁弁SV1が閉じられ、処理筒３に対して三フッ化窒素(NF3)を含む排ガスが導入管７を介して供給される。なお、窒素導入管１３上の手動弁NV1は、電磁弁SV1の開閉にかかわらず、僅かではあるが常に開かれており、常時少量の窒素ガス(N2)を処理筒３に対して供給し続けている。
【００２８】
導入管７を介して処理筒３に導入された排ガスは、まず、第一区画３０１内を通過する間にヒーター３０４によって加熱される。上述したように、第一区画３０１通過後の排ガス温度が300〜350℃（250℃以上であれば加熱分解可能）となるようにヒーター３０４が制御される。排ガスは三フッ化窒素(NF3)を加熱分解するのに適した温度となり、三フッ化窒素(NF3)は第一区画３０１に続く第二区画３０２内において、加熱分解を促進するための処理剤と接触し、加熱分解される。
【００２９】
このとき、第二区画３０２は、その内側からヒーター３０４の熱を受けると共に外側からサブヒーター３０８の熱を受けて効率よく三フッ化窒素(NF3)を加熱分解する。なお、三フッ化窒素(NF3)は、第二区画３０２内では、酸化金属と反応してフッ化金属と酸素(O2)、窒素ガス(N2)及び窒素酸化物(NOx)に加熱分解される。
【００３０】
即ち、三フッ化窒素(NF3)は固体のフッ化金属として処理される。固体のフッ化金属となるので、高温下でも安定しており、ガス化することもなく、その取扱も容易となる。また、温度制御は、ヒーター３０４とサブヒーター３０８との二つを用いて行っているため、温度分布が安定するという利点もある。
【００３１】
三フッ化窒素(NF3)が加熱分解された後の排ガスは、排出管９から排出され、冷却器１０によって温度が低下される。温度が低下された後の排ガスは、二次処理筒４に導入され、その内部で三フッ化窒素(NF3)の加熱分解時に発生した副生成物（上述した窒素酸化物(NOx)や僅かに発生するフッ化水素(HF)、フッ素ガス(F2)など）が除去される。二次処理筒４から排出される処理済みの排ガスは大気放出される。なお、排気管１１に接続された検出器１５によって排ガス中の三フッ化窒素(NF3)を検出しており、三フッ化窒素(NF3)が確実に加熱分解されたことを確認のためにモニターしている。
【００３２】
なお、上述した処理中に、処理筒３の異常過熱が検出された場合は、ヒーター３０４及びサブヒーター３０８が停止されると共に、電磁弁SV1が開放されて窒素ガス(N2)が処理筒３に対して供給される。これにより、処理筒３の温度が低下される。また、制御盤５は、各種センサの出力などに基づいて処理装置１が正常に機能しているか否かも監視しており、異常を感知した場合には、警報を発するなどの決められた制御を行う。
【００３３】
上述した処理装置１における温度監視は、以下の各温度に基づいている。それぞれ、上限値を超えたり、下限値未満となったりした場合は、異常を感知したことになる。
【表１】
0004545852.tif 000002
【００３４】
処理装置１を停止させる場合には、処理筒３への排ガスの導入を停止させ、窒素導入管１３を介して窒素ガス(N2)を処理筒３に対して供給する。窒素ガス(N2)を処理筒３に対して供給してしばらくしてから、ヒーター３０４及びサブヒーター３０８を停止する。その後、処理筒３に対する窒素ガス(N2)の供給をしばらく続け、処理筒３を徐々に冷却する。排ガスの供給停止と同時に処理筒３の運転を完全に停止させてしまうと、熱の逃げ場が無くなり、処理装置１に悪影響を与えることが懸念される。このように、窒素ガス(N2)を供給させることによって熱を逃がして徐々に冷却すれば、処理装置１に悪影響を与えることはない。なお、加熱条件・処理剤を換えることにより、同装置を用いて他のフルオロ化合物、例えば、CF4,C2F6の処理も可能となる
【００３５】
【発明の効果】
本発明の排ガス処理装置は、排ガス中の対象物質を加熱分解する処理筒を備えており、処理筒は、その内部が第一区画及び第二区画とに分割されており、第一区画は、その一端に排ガス導入用の導入管が接続されると共に他端が第二区画の一端と連通し、かつ、その内部に排ガス加熱用の熱源を有し、第二区画は、その他端に排ガス排出用の排出管が接続され、かつ、その内部に対象物質の加熱分解を促進する処理剤が充填されることを特徴としている。このため、本発明の排ガス処理装置によれば、第二区画で処理剤と接触させて加熱分解するにたる温度迄排ガスを第一区画で加熱し、第二区画で加熱分解させる為、第一区画内のヒーターが分解ガスにより腐食することを防止し、排ガス中のフルオロ化合物を確実に除害することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス処理装置の一実施形態の構成を示す構成図である。
【図２】図１に示す処理装置における処理筒を示す断面図である。
【符号の説明】
１…排ガス処理装置、３…処理筒、４…二次処理筒、７…導入管、８…排出管、１３…窒素導入管、３０１…第一区画、３０２…第二区画、３０４…ヒーター（熱源）、３０８…サブヒーター（副熱源）。
【図１】
0004545852.tif 000003
【図２】
0004545852.tif 000004