(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単でありながら、プロセス排ガス導入ポートから燃焼筒体の内に送り込まれるフロン系難分解物質とシラン系物質を含むプロセス排ガスを、シラン系物質の燃焼分解で生じる粉体を壁面に付着させることなく燃焼分解で無害化処理できる分解処理装置を提供する。【解決手段】可燃性ガスを燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１の方向に噴出する可燃性ガスノズル３６と、可燃性ガスノズルの内側に位置し支燃性ガスを燃焼筒体１０の内周面に垂直方向で衝突するように噴出する支燃性ガスノズル３５を備える。燃焼ガスおよび支燃性ガスが燃焼筒体１０の内周壁に沿って１０ｍ／ｓ程度以上の速度で流下するように支燃性ガス量を制御することで、シラン系物質が燃焼分解されるときに生じた粉体は壁面に付着することなく、下流に飛翔していく。燃焼筒体１０の内の温度を１０００℃程度以上となるようにすることで、フロン系難分解物質の燃焼分解も進行する。【選択図】図４
2013160456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に閉鎖壁を持つ燃焼筒体と、前記燃焼筒体の前記閉鎖壁に設けられた火炎形成手段と、前記燃焼筒体の前記閉鎖壁またはその近傍に設けられ前記燃焼筒体内に難分解物質を含むプロセス排ガスを導入するプロセス排ガス導入ポートと、を少なくとも備える難分解物質の分解処理装置であって、
前記火炎形成手段は、前記燃焼筒体内へ可燃性ガスを噴出する複数個の可燃性ガスノズルと、前記燃焼筒体内へ支燃性ガスを噴出する複数個の支燃性ガスノズルとを備え、前記複数個の可燃性ガスノズルは前記燃焼筒体の中心軸線の周囲に位置しかつ可燃性ガスを前記燃焼筒体の中心軸線に沿う方向に噴出するようにされており、前記複数個の支燃性ガスノズルは前記可燃性ガスノズルの内側において前記中心軸線の周囲に位置しかつ前記可燃性ガスノズルから噴出する可燃性ガスの流れに直交する方向に支燃性ガスを噴出するようにされていることを特徴とする難分解物質の分解処理装置。
【請求項２】
前記可燃性ガスノズルと前記支燃性ガスノズルは中心軸線の周囲に互い違いになるように位置していることを特徴とする請求項１に記載の難分解物質の分解処理装置。
【請求項３】
前記燃焼筒体の中心軸線に沿う方向に支燃性ガスを噴出する第２の支燃性ガスノズルをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の難分解物質の分解処理装置。
【請求項４】
前記プロセス排ガス導入ポートは前記閉鎖壁の前記支燃性ガスノズルより内側領域に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の難分解物質の分解処理装置。
【請求項５】
前記プロセス排ガス導入ポートは前記閉鎖壁の前記支燃性ガスノズルより外側領域に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の難分解物質の分解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は難分解物質およびシラン系物質を燃焼により分解処理する装置に関し、特に、半導体製造工程、液晶製造工程あるいは太陽電池製造工程の気体処理工程等で排出されるプロセス排ガスに含まれる、フロン系の難分解物質（ＰＦＣ、ＣＦ４、ＳＦ６、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、ＣＨＦ３、ＮＦ３等）と、シラン系物質（ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、ＳｉＦ４等）を同時に高効率で燃焼により分解処理するのに好適な分解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程、液晶製造工程あるいは太陽電池製造工程の気体処理工程等においては、一般に工程ごとに異なる特性のガス、例えばＰＦＣのようなフロン系物質を含むフロン系ガス、あるいはＳｉＨ４のようなシラン系物質を含むシラン系ガスが使用される。フロン系物質は難分解性であるとともに地球温暖化効果が取分け高い物質であり、またシラン系物質は可燃性、自然性、毒性を有する有害な物質であり、各工程で排出されるプロセス排ガスに対してこれら物質を無害化する処理を施した後、大気に放出することが行われる。
【０００３】
フロン系難分解物質の燃焼分解処理には１０００〜１５００℃程度の高温度環境を必要とする。一方、シラン系物質は易燃性あるいは常温下、空気中でも自然発火する自燃性であり、フロン系難分解物質と比較して低い温度で燃焼による分解処理が可能であるが、燃焼生成物として、ＳｉＯ２の粉体（シリカ粉）が生成されるのを避けられない。そのために、主にフロン系難分解物質の燃焼分解処理を行うために開発された分解処理装置を、シラン系物質を多く含むプロセス排ガスの処理に用いると、発生する粉体が燃焼塔内のあらゆる部位に堆積してしまい、最終的には目詰まりを起こして熱源であるバーナの失火を引き起こしたり、粉体の堆積が成長して燃焼塔内を閉塞させる原因となる。粉体の堆積を抑制するため、または堆積した粉体を掻き落とすための手段を講じると、後述の通り、結果として燃焼温度を高くできない。すなわちシラン系物質の処理を主眼として燃焼処理温度を下げると、フロン系難分解物質の分解効率が低下する。そのことから、フロン系難分解物質の燃焼分解処理とシラン系物質の燃焼分解処理は、それぞれ専用の分解処理装置を用いて行うことが望ましい。
【０００４】
先行技術では、燃焼分解処理により粉体が形成される排ガスの処理装置において、生成した粉体を処理装置から排除するために、特別の手段を講じるようにした排ガス処理装置が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、燃焼室の内壁全面から空気等のガスを噴出させ、生成した粉体が燃焼室の壁面に堆積するのを防止し、堆積した場合でも容易に除去できるようにしている。特許文献２では、円筒状燃焼器の内壁の接線方向にバーナや空気の取り込み口を設けて内壁面に沿う旋回流を起こし、それにより粉体が壁面に堆積するのを防止している。特許文献３では、粉体を掻き取る冶具（スクレイパー）を備え、この冶具を動かして、燃焼器内に付着した粉体を除去するようにしている。特許文献４では、燃焼器の内側に水を流通させて水膜を形成することで、粉体の成長を防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−５４５３４号公報
【特許文献２】特開２００４−６９２６９号公報
【特許文献３】特開２００８−３９２８０号公報
【特許文献４】特開２００８−１６１８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１〜４に記載される手段を、フロン系物質を含むプロセス排ガスとシラン系物質を含むプロセス排ガスの双方を燃焼分解処理しようとする装置に用いようとすると、それぞれ解決すべき課題が生じる。特許文献１に記載のように、燃焼室の内壁全面から空気等のガスを噴出させる手段を採用すると、燃焼室内の温度が低下する恐れがあり、フロン系の難分解物質の分解効率を上げるのが困難となる。特許文献２に記載のように、燃焼室の内壁面に沿う旋回流を起こすようにすると、高温域に接触しないプロセス排ガスの流れが発生しやすくなり、やはりフロン系の難分解物質の分解効率が上がらなくなる。特許文献３に記載のように、粉体を掻き取るために金属製の冶具（スクレイパー）を備える態様では、冶具がフロン系難分解物質の燃焼分解処理温度である１０００〜１５００℃程度の高温度環境に耐えられない場合が起こり得る。その場合、金属製の冶具が溶断あるいは溶け落ちたりして粉体の掻き取りに支障が生じる恐れがある。なおこの治具（スクレイパー）は高温に耐えるセラミック材で形成することも考えられるが、材質が脆くなり粉体を掻き取る強度が得られない。特許文献４に記載のように、燃焼器の内側に水を流通させて水膜を形成する手段を採用すると、当然に燃焼器内に高温領域が形成し難くなり、やはりフロン系の難分解物質の分解効率が上がらない恐れがある。
【０００８】
また、いずれの手段を採用するとしても、構造的に極めて複雑なものとなり、製造コストが高騰するとともに、メンテナンスが容易でなく、分解処理装置を長時間安定して運転することが困難となる。
【０００９】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、装置としての構成が極めて簡素化されており製造コストを低減できまたメンテナンスも容易でありながら、フロン系難分解物質を含むプロセス排ガスおよびシラン系物質を含むプロセス排ガスの双方を、同時にかつ効果的に燃焼分解により無害化処理することのできる難分解物質の分解処理装置を提供すること課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく多くの実験を行うことにより、フロン系難分解物質を燃焼分解できる１０００〜１５００℃程度の高温度環境を形成できる燃焼筒体内に、シラン系物質を含むプロセス排ガスをプロセス排ガス導入ポートから投入したときに、投入から短時間でシラン系物質は燃焼分解されてＳｉＯ２の粉体が形成されるが、燃焼筒体の内周面に沿って燃焼筒体の中心軸線方向に１０ｍ／ｓ程度の下流に向かう気流を生じさせることにより、形成された粉体は燃焼筒体の内周面に付着・堆積することなく、気流とともに燃焼筒体外に排出できることを知った。このＳｉＯ２が付着・堆積しなくなる気流の速度は、シラン系物質を含むプロセス排ガスの使用状況にもよるが、例えば、特開２００３−３４０２２６号公報の図４に示される例では、７ｍ／ｓ以上とされており、この文献と比較しても本発明での１０ｍ／ｓ程度は十分な流速と考えられる。
【００１１】
また、シミュレーションによる解析により、燃焼筒体の閉鎖壁に設けた火炎形成手段を形成する可燃性ガスノズルと支燃性ガスノズルの位置および配置関係を特定することにより、燃焼筒体の上流位置における内周面に、燃焼筒体の中心軸線方向に１０ｍ／ｓ程度以上の下流に向かう気流を形成でき、その状態で燃焼筒体内には、フロン系難分解物質を燃焼分解できる１０００〜１５００℃程度の高温度環境を形成できることを確認した。本発明は、上記の知見および確認した事項に基づいてなされている。
【００１２】
すなわち、本発明による難分解物質の分解処理装置は、一端に閉鎖壁を持つ燃焼筒体と、前記燃焼筒体の前記閉鎖壁に設けられた火炎形成手段と、前記燃焼筒体の前記閉鎖壁またはその近傍に設けられ前記燃焼筒体内に難分解物質を含むプロセス排ガスを導入するプロセス排ガス導入ポートと、を少なくとも備える難分解物質の分解処理装置であって、前記火炎形成手段は、前記燃焼筒体内へ可燃性ガスを噴出する複数個の可燃性ガスノズルと、前記燃焼筒体内へ支燃性ガスを噴出する複数個の支燃性ガスノズルとを備え、前記複数個の可燃性ガスノズルは前記燃焼筒体の中心軸線の周囲に位置し、かつ可燃性ガスを前記燃焼筒体の中心軸線に沿う方向に噴出するようにされており、前記複数個の支燃性ガスノズルは前記可燃性ガスノズルの内側において中心軸線の周囲に位置し、前記可燃性ガスノズルから噴出する可燃性ガスの流れに直交する方向に支燃性ガスを噴出するようにされてことを特徴とする。
【００１３】
本発明による難分解物質の分解処理装置では、支燃性ガスノズルから噴出する支燃性ガスは燃焼筒体の内周壁にほぼ垂直な角度で衝突する。燃焼筒体内には可燃性ガスノズルから燃焼筒体の中心軸線に沿う方向に可燃性ガスが噴出しており、その影響を受けて、衝突後の支燃性ガスは下流側に早い速度で流下する。燃焼筒体の内径および支燃性ガスの支燃性ガスノズルからの噴射速度を実験的にあるいはシミュレーションによる解析により設定することにより、１０ｍ／ｓ程度以上の下流に向かう気流を形成することができる。
【００１４】
また、火炎形成手段の燃焼条件を適宜設定することにより、燃焼筒体の内周面に沿って、さらに燃焼筒体内に１０００〜１５００℃程度の高温度環境を形成することができる。それにより、プロセス排ガス導入ポートからのプロセス排ガスがフロン系難分解物質を含む場合でも、確実に燃焼分解による無害化を行うことができる。
【００１５】
その状態下で、シラン系物質を含むプロセス排ガスが燃焼筒体内に流入する場合、あるいは、継続処理していたプロセス排ガス中にフロン系難分解物質に加えてシラン系物質が含まれるようになった場合に、シラン系物質は分解温度が低くまた自燃性を備える場合もあることから、流入後、直ちに燃焼分解処理が進行する。そして、同時に、ＳｉＯ２の粉体が生成される。しかし、燃焼筒の上流位置には、前記したように１０ｍ／ｓ程度以上の下流に向かう気流が、支燃性ガスによりあるいは可燃性ガスと支燃性ガスが燃焼反応した後の燃焼ガスにより形成されており、生成したＳｉＯ２の粉体が燃焼筒体の内周壁に付着することはなく、下流に向けて迅速に排出される。そのために、生成した粉体が燃焼筒体内に付着・堆積することに起因するバーナや燃焼筒体内のトラブルを確実に回避できる。
【００１６】
本発明による難分解物質の分解処理装置では、シラン系物質が燃焼分解処理されるときに発生する粉体が燃焼筒体の内周壁に付着しないようにするための特別の手段を備えない。構造的には、難分解物質を燃焼分解処理するのに必要となる燃焼火炎を形成するための火炎形成手段を構成する可燃性ガスノズルと支燃性ガスノズルが、燃焼筒体の閉鎖壁に近傍に存在するだけであり、可燃性ガスノズルと支燃性ガスノズルの向きを上記した特定の方向に設定したことで、解決すべき課題を解決している。そのために、難分解物質の分解処理装置として、その全体構成は極めて単純なものであり、製造コストを低減できると共に、事後のメンテナンスも極めて容易である。
【００１７】
また、本発明による難分解物質の分解処理装置では、燃焼筒体内に粉体を掻き取る冶具（スクレイパー）を配置する必要はなく、１０００〜１５００℃程度の高温度環境としても、金属製の冶具が破壊するというような格別の問題は生じない。さらに、燃焼筒体内には、被処理ガスであるプロセス排ガスと可燃性ガス及び支燃性ガス以外は入り込まないので、他の外的要因によって、燃焼筒体内の温度が低下することはなく、また、燃焼筒体内のガス流線が乱されることもない。そのために、所期どおりの高温の処理環境を燃焼筒体内に形成しかつ維持することができるので、高い分解処理を達成することができる。さらに、前記ガス流線は、基本的に燃焼筒体の内壁に沿って下流に向かうシンプルな流れとなり、また燃焼筒体の中心部へは循環流も期待できるので、プロセス排ガスが高温領域をすり抜けるのを確実に回避することが可能であり、特にフロン系難分解物質を含むプロセス排ガスの分解効率が向上する。
【００１８】
本発明による難分解物質の分解処理装置の好ましい態様では、前記可燃性ガスノズルと前記支燃性ガスノズルは燃焼筒体の中心軸線の周囲に互い違いになるように位置していることを特徴とする。この態様では、噴出直後の可燃性ガスに支燃性ガスが衝突するのを回避することができ、火炎の安定性を確保できる。
【００１９】
本発明による難分解物質の分解処理装置の他の態様では、前記燃焼筒体の中心部に、中心軸線に沿う方向に支燃性ガスを噴出する第２の支燃性ガスノズルをさらに備えることを特徴とする。この態様では燃焼筒体内により多くの支燃性ガスを供給しやすくなることから、可燃性ガスの燃焼範囲をより広く設定することが可能となり、また燃焼筒体内でガス流線の自由度を大きくできることから、被処理ガスであるプロセス排ガスの全体量やそこに含まれる難分解物質の量に応じた適切な燃焼場を燃焼筒体内に形成しやすくなる。
【００２０】
本発明による難分解物質の分解処理装置において、プロセス排ガスの導入ポートの数と取り付け位置は、支燃性ガスが燃焼筒体の内周壁に衝突する領域の近傍であることを条件に、任意であってよい。一態様では、前記プロセス排ガス導入ポートは、前記閉鎖壁の前記支燃性ガスノズルより内側領域に配置されていることを特徴とする。他の態様では、前記プロセス排ガス導入ポートは、前記閉鎖壁の前記支燃性ガスノズルより外側領域に好ましくは２個以上配置されていることを特徴とする。また、他の態様では、好ましくは２個以上のプロセス排ガス導入ポートが、前記閉鎖壁に近接した燃焼筒体の周囲壁に配置されていることを特徴とする。２個以上のプロセス排ガス導入ポートを配置する場合には、異なる作業場所からの異なる複数の成分のプロセス排ガスを、プロセス排ガスの予混合による危険性を排除した状態で、燃焼筒体内で安全に処理することが可能となる。
【００２１】
本発明による難分解物質の分解処理装置において、可燃性ガスには、１３Ａと呼ばれる都市ガス、ＬＰＧ、メタン、水素等が挙げられる。支燃性ガスには、空気、純酸素、酸素富化空気等が挙げられる。したがって、燃焼も、純酸素燃焼であってもよく、酸素富化燃焼であってもよい。いずれの場合にも、支燃性ガスの衝突によって燃焼筒体の周囲壁に所望の速度の気体の流れを得るためには、少なくとも可燃性ガス噴出流速＜支燃性ガス流速であることが必要となる。また可燃性ガスと支燃性ガスの体積比は、燃焼反応の化学当量より、メタン：空気なら１：１０程度、メタン：酸素なら１：２程度、ＬＰＧ：空気なら１：２５程度、ＬＰＧ：酸素なら１：２５程度、水素：空気なら２：５程度とする必要があり、より燃焼反応を完全にするためには、この体積比より支燃性ガスを若干多くするのが望ましい。これらの関係を満足することで所期の目的を達成することができる。
【００２２】
なお、可燃性ガスノズルと支燃性ガスノズルの数と口径は、上記の可燃性ガスと支燃性ガスの噴出流速と噴出体積の関係を満たしていれば任意に設定することができる。
【００２３】
さらに、第２の支燃性ガスノズルを備える場合は、支燃性ガスノズルと第２の支燃性ガスノズルが同じ支燃性ガス供給配管上にあるので、支燃性ガスの噴出流速と噴出体積を優先に、第２の支燃性ガスノズルの数と口径を任意に設定することが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による難分解物質の分解処理装置によれば、装置としての構成が極めて簡素化されていて製造コストを低減でき、またメンテナンスも容易でありながら、フロン系難分解物質を含むプロセス排ガスおよびシラン系物質を含むプロセス排ガスの双方を、分解によって生じる粉体（ＳｉＯ２）の付着のない状態で、同時にかつ効果的に燃焼分解により無害化処理することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による難分解物質の分解処理装置の一形態の全体を断面で示す図。
【図２】分解処理装置の閉鎖壁近傍を燃焼筒体の一部を除去して示す斜視図。
【図３】分解処理装置の閉鎖壁近傍を燃焼筒体の中心軸線に垂直な断面で示す図。
【図４】分解処理装置を図３のａ−ａ線に沿う断面で示す図。
【図５】分解処理装置の他の形態を示す図１に相当する図。
【図６】分解処理装置のさらに他の形態を示す図１に相当する図。
【図７】シミュレーションでモデルとした分解処理装置の各寸法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の形態に基づき説明する。
［第１の実施の形態］
図１〜図４は、本発明による難分解物質の分解処理装置の第１の形態を示している。この分解処理装置Ａ１は、燃焼筒体１０と、該燃焼筒体１０の一方端を閉鎖する閉鎖壁２０とを備え、閉鎖壁２０には、火炎形成手段３０とプロセス排ガス導入ポート４０が取り付けられている。
【００２７】
燃焼筒体１０は円筒状の筒体であり、内部は１６００℃程度の高温に耐えることのできるセラミック耐火材（キャスタブル）で形成されている。燃焼筒体１０の一方端は前記閉鎖壁２０により閉鎖されており、他方端は開放している。閉鎖壁２０も燃焼筒体１０と同じ材料で作られている。図示の例では、閉鎖壁２０は燃焼筒体１０の端部に留めネジ１１により固定されているが、両者に水平フランジを設け、該フランジ同士を適宜の固定手段で一体に固定するようにしてもよい。
【００２８】
閉鎖壁２０には、閉鎖壁２０を燃焼筒体１０の端部に固定したときに、燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１と同じ中心線を持つようにして第１の円孔２１が形成されており、該第１の円孔２１の外側には、適数（図では４個）の第２の円孔２２が形成されている。図１に示すように、第１の円孔２１には火炎形成手段３０が差し込み状態で固定・封着され、各第２の円孔２２にはプロセス排ガス導入ポート４０が取り付けられる。
【００２９】
火炎形成手段３０は、中心軸線Ｌ２を同じくする共に円筒状の内管３１と外管３２とからなる二重管構造の部材であり、外管３２の外径は、前記した閉鎖壁２０に形成した第１の円孔２１の直径とほぼ等しい。前記内管３１の上端側および下端側は閉鎖されており、外管３２の上端側および下端側も閉鎖されている。そして、外管３２の閉鎖された下端３３は、内管３１の閉鎖された下端３４よりも上位に位置している。内管３１の前記外管３２の下端３３の位置よりも下方に延出した周側壁には、図３によく示すように、２個以上（図示のものでは８個）の第１の開口３５が中心軸線Ｌ２に直交しかつ放射方向に形成されており、外管３２の下端３３の閉鎖面には、内管３１の周側壁に形成した第１の開口３５、３５の間に位置するようにして、中心軸線Ｌ２と同じ方向に、２個以上（図示のものでは８個）第２の開口３６が形成されている。
【００３０】
火炎形成手段３０は、その中心軸線Ｌ２を燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１と一致させた姿勢で、前記閉鎖壁２０に形成した第１の円孔２１に差し込まれ、適宜の手段により固定・封着される。固定した状態で、外管３２の下端３３である閉鎖面は、閉鎖壁２０の下面位置と同じかそれよりも下位に位置するようにされ、その状態で、外管３２の下端閉鎖面３３に形成した第２の開口３６は、中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と同じ方向を向いている。その状態で、内管３１の周側壁に形成した第１の開口３５は、中心軸線Ｌ１（Ｌ２）と直交する方向、すなわち燃焼筒体１０の内周面に垂直な方向を向いている。
【００３１】
上記のようにして火炎形成手段３０を燃焼筒体１０の一方端を閉鎖する閉鎖壁２０に取り付けた状態で、前記内管３１内には支燃性ガス（例えば空気または純酸素など）が送り込まれ、送り込まれた支燃性ガスは内管３１の周側壁に形成した第１の開口３５から噴出する。すなわち、第１の開口３５は支燃性ガスノズルとして機能する。また、外管３２内には可燃性ガス（例えば都市ガス１３Ａ）が送り込まれ、送り込まれた可燃性ガスは外管３２の閉鎖面に形成した第２の開口３６から噴出する。すなわち、第２の開口３６は可燃性ガスノズルとして機能する。
【００３２】
換言すれば、複数個（図示のものでは８個）の可燃性ガスノズル（第２の開口３６）は燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１の周囲に位置しており、可燃性ガスは燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１に沿う方向に噴出される。また、複数個（図示のものでは８個）の支燃性ガスノズル（第１の開口３５）は可燃性ガスノズル（第２の開口３６）の内側において燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１の周囲に位置しており、支燃性ガスは可燃性ガスノズル（第２の開口３６）から噴出する可燃性ガスの流れに直交する方向に噴出される。そして、噴出した支燃性ガスは、燃焼筒体１０の内周面に垂直な方向で衝突する。
【００３３】
なお、図示しないが、内管３１の閉鎖された下端３４に、燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１に沿う方向の開口を形成して、そこからも支燃性ガスを噴出させることもできる。この場合には、前記内管３１の閉鎖された下端３４に形成した開口は、第２の支燃性ガスノズルとして機能する。この態様では、前記の支燃性ガスノズルと第２の支燃性ガスノズルとを同じ支燃性ガス供給配管上に設け、支燃性ガスノズルから噴出する支燃性ガスと第２の支燃性ガスノズルから噴出する第２の支燃性ガスとを、お互いの増減がトレードオフ関係になることようにすると共に、支燃性ガスノズルから噴出する支燃性ガスの噴出流速と噴出体積を優先に、第２の支燃性ガスノズルの数と口径を設定することが望ましい。
【００３４】
前記した４つの第２の円孔２２のそれぞれには、異なった処理装置からのプロセス排ガスを導入する４つの前記プロセス排ガス導入ポート４０が取り付けられる。また、前記閉鎖壁２０には、図示しないが、従来知られた点火手段が設けられる。
【００３５】
プロセス排ガスの燃焼処理に際して、可燃性ガスノズル（第２の開口３６）から例えば都市ガスが、支燃性ガスノズル（第１の開口３５）から例えば空気が、燃焼筒体１０内に供給される。なお、それぞれの供給量は処理しようとするプロセス排ガスの量や種類を基礎として、計算により求めることができる。支燃性ガスノズル（第１の開口３５）からの空気は、燃焼筒体１０の内周面に垂直な方向で衝突する。衝突して内周面に沿って流下するときの速度は、支燃性ガスの供給圧力と体積および支燃性ガスノズル（第１の開口３５）の口径によって求めることができる。好ましくは、衝突するときの速度が１０ｍ／ｓ程度以上となるように、それらの値を設定する。
【００３６】
可燃性ガスは支燃性ガスと混合して燃焼を開始する。そして、燃焼ガス（燃焼火炎）および燃焼に参加しなかった支燃性ガスは、燃焼筒体１０の内周面に沿ってシンプルなガス流線となり、燃焼筒体１０の中心軸線Ｌ１の方向に早い速度で流下する。その過程で、燃焼は本格化し、燃焼筒体１０の内周面に沿って高温領域が形成される。支燃性ガスと可燃性ガスの供給条件を設定することで、１０００〜１５００℃程度の高温度環境を容易に形成することができる。それと同時に、燃焼筒体１０の中心部には循環流も発生するので、プロセス排ガス導入ポート４０から流入するプロセス排ガスが前記した１０００〜１５００℃程度の高温領域をすり抜けて流下するのを確実に回避することができる。
【００３７】
また、図示のものでは、支燃性ガスノズル（第１の開口３５）と可燃性ガスノズル（第２の開口３６）は放射方向には重畳しないようにして形成されているので、支燃性ガスと可燃性ガスとがノズルから吹き出した直後に衝突することはなく、燃焼筒体１０の内周壁近傍で混合して着火するので、吹き飛びによる失火を防止でき、燃焼安定性も向上する。
【００３８】
そのような燃焼状態の下で、シラン系物質を含むプロセス排ガスが燃焼筒体１０内に流入する場合、あるいは、継続処理していたプロセス排ガス中にフロン系難分解物質に加えてシラン系物質が含まれるようになった場合に、前記したように、シラン系物質は分解温度が低いことから、燃焼筒体１０に流入した後、直ちに燃焼分解処理が進行してＳｉＯ２の粉体が生成される。しかし、前記のよう、燃焼筒１０の上流位置には１０ｍ／ｓ程度以上の下流に向かう気流が形成されており、生成したＳｉＯ２の粉体は燃焼筒体１０の内周壁に付着することはなく、下流に向けて迅速に排出される。それにより、生成した粉体が燃焼筒体１０内に付着することで目詰まりを起こして熱源であるバーナの失火を引き起こしたり、粉体の堆積が成長して燃焼筒１０内を閉塞する等のトラブルを確実に回避することできる。
【００３９】
［第２の実施の形態］
図５は、本発明による難分解物質の分解処理装置の第２の形態を示している。この分解処理装置Ａ２は、１本のプロセス排ガス導入ポート４０が、火炎形成手段３０を構成する前記内管３１内を貫通して燃焼筒体１０内に開放しており、閉鎖壁２０には第２の円孔２２が形成されていない点で、図１〜図４に示した分解処理装置Ａ１と相違している。また、この形態では、第２の支燃性ガスノズルは設けない。他の構成は分解処理装置Ａ１のものと同じであり、同じ符号を付して、説明は省略する。この形態でも、燃焼筒体１０内に形成される燃焼火炎の状態は、分解処理装置Ａ１の場合と同じであり、同等の難分解物質の分解効果と粉体の付着・堆積を抑制する効果が得られる。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図６は、本発明による難分解物質の分解処理装置の第３の形態を示している。この分解処理装置Ａ３は、さらに２個以上のプロセス排ガス導入ポート４０が、閉鎖壁２０に近接した燃焼筒体１０の周囲壁に配置されている点で、図５に示した分解処理装置Ａ２と相違している。他の構成は分解処理装置Ａ２のものと同じであり、同じ符号を付して、説明は省略する。この形態でも、燃焼筒体１０内に形成される燃焼火炎の状態は、分解処理装置Ａ１の場合と同じであり、同等の難分解物質の分解効果と粉体の付着・堆積を抑制する効果が得られる。なお、図６に示す分解処理装置Ａ３において、内管３１内を貫通するプロセス排ガス導入ポート４０を省略することもできる。
【００４１】
［シミュレーションによる検証］
次に、本発明者らが行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションでは、図１〜図４に示した形態の分解処理装置Ａ１をモデルとした。ただし、内管３１の閉鎖された下端３４にも空気吹き出し口（直径７．７ｍｍ）を第２の支燃性ガスノズルとして設けた。各部材の寸法は、図８に示すように、燃焼筒体１０の内周壁部の直径ｄ１＝１６５ｍｍ、プロセス排ガス導入ポート４０の直径ｄ２＝４１．２ｍｍ、対向するプロセス排ガス導入ポート４０、４０の中心間の距離ｄ３＝１１１．６ｍｍ、内管３１の閉鎖された下端３４の直径＝３４．４ｍｍ、外管３２の閉鎖された下端３３の直径＝４０ｍｍ、外管３２の閉鎖された下端３３から内管３１の閉鎖された下端３４までの距離＝１５．５ｍｍ、内管３１の周側壁に形成した第１の開口３５（支燃性ガスノズル）の直径ｄ４＝７．７ｍｍ、外管３２の下端閉鎖面に形成した第２の開口３６（可燃性ガスノズル）の直径ｄ５＝３ｍｍ、とした。また、燃焼筒体１０の内周面で形成される燃焼室の長さを７００ｍｍとした。
【００４２】
可燃性ガスを都市ガス１３Ａとし流量５０（Ｌ／ｍｉｎ）とした。支燃性ガスを空気とし流量６００（Ｌ／ｍｉｎ）とした。また、プロセス排ガスに相当する希釈ガスとしてＮ２単独ガスを用い、流量５００（Ｌ／ｍｉｎ）とした。解析コードは、汎用３次元熱流体解析コードＦｌｕｅｎｔ６．３をＮＥＣ社製ＰＣクラスター上で使用した。流れは３次元非圧縮性の乱流を仮定し、一定流量の場合について、燃焼と輻射を考慮した解析を実施した。
【００４３】
その結果、燃焼筒体１０の内周面に沿ってシンプルなガス流線（火炎の流れ）が形成されることを確認し、内周面から中心部への循環流も発生することが確認できた。また、閉鎖した上流端からほぼ４０ｃｍ程度のところまでは、１０ｍ／ｓ以上の流速が確保できることを確認した。さらに、燃焼筒体１０の内周面で形成される燃焼室内には、１０００℃以上の温度環境が形成されることも確認できた。
【００４４】
上記のシミュレーション結果から、本発明による分解処理装置を用いて、フロン系の難分解物質を含むプロセス排ガス、シラン系物質を含むプロセス排ガス、およびその双方を含むプロセス排ガスの燃焼分解処理を行うことにより、双方の燃焼による無害化が可能となり、同時に、シラン系物質が燃焼分解されてＳｉＯ２の粉体が形成されても、それを燃焼室の壁面等に付着・堆積させることなく、燃焼分解処理を継続して行うことが可能となることがわかる。
【００４５】
［燃焼実験による検証］
図１〜図４に示した難分解物質の分解処理装置Ａであって、シミュレーションでの装置寸法と同じにした分解処理装置を用いて、模擬的に作成したフロンを含むプロセス排ガスの燃焼分解処理の実験を行った。実験条件とフロン分解率を表１に示した。フロン系の難分解物質としてＣ２Ｆ６およびＳＦ６を用いた。希釈ガスとして窒素Ｎ２を用いた。実験では、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６の分解率を（１−［出口のフロン量］／［入口のフロン量］）×１００で計算し、それを「フロン分解率」とした。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
前記実験１は前記したシミュレーションとほぼ同じ条件で行っているが、９８％という高いフロン分解率が得られている。分解のしやすさは、Ｃ２Ｆ６（８００〜１０００℃程度）＜ＳＦ６（１２００℃程度）（※分解温度は推定）であり、燃焼筒体内には１２００℃を超える温度環境が形成されていたと推測される。シラン系物質は添加しなかったが、シラン系物質はフロン系物質よりも分解しやすい物質であり、当然に分解されるものと解される。また、実験では、燃焼筒体１０の内周面での流速は測定しなかったが、シミュレーションと実験とで、可燃性ガスと支燃性ガスの流量比はほぼ同じであり、シミュレーションによって１０ｍ／ｓ以上の流速が確保できることが確認されているので、この実験例において、シラン系物質が燃焼分解されてＳｉＯ２の粉体が形成されても、それを燃焼室の壁面等に付着させることなく、燃焼筒体から排出できることは明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
Ａ…難分解物質の分解処理装置、
Ｌ１…燃焼筒体の中心軸線、
Ｌ２…火炎形成手段の中心軸線、
１０…燃焼筒体、
２０…閉鎖壁、
３０…火炎形成手段、
３１…内管、
３２…外管、
３３…外管の閉鎖された下端、
３４…内管の閉鎖された下端、
３５…第１の開口（支燃性ガスノズル）、
３６…第２の開口（可燃性ガスノズル）、
４０…プロセス排ガス導入ポート。
【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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