(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加水分解性の成分ガスを含む排ガスを、内部の高湿度雰囲気で加水分解処理する水処理装置の水処理タンクの排ガス導入部に設置される排ガス導入ノズルにおいて、
導入した排ガスをその第１噴出口から前記水処理タンク内の高湿度雰囲気内に噴出する内管と、
前記内管の前記第１噴出口の外周を取り巻くように配設され、前記第１噴出口から噴出された排ガスの周囲を取り巻くように不活性ガスを噴出し、前記排ガスの周囲に不活性ガスカーテンを形成する第２噴出口を有する外管とで構成され、
前記外管の第２噴出口の第２開口端は、前記内管の第１噴出口の第１開口端より排ガスの噴出方向に突き出すように構成され、
前記第１開口端に向かう前記内管の第１ノズル部と、前記外管に穿設され、前記第１ノズル部が挿入されている第２ノズル部との間の隙間が入口から出口まで同じ幅、或いは先に行くほど次第に狭くなるように形成されていることを特徴とする排ガス導入ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載された排ガス導入ノズルにおいて、
外管の第２噴出口の周囲に、前記不活性ガスカーテンに沿って微細水滴又は水蒸気を噴出する第３噴出口を有する水分噴出ノズルが更に設けられていることを特徴とする排ガス導入ノズル。
【請求項３】
請求項２に記載の排ガス導入ノズルにおいて、
前記外管の第２噴出口の第２開口端は、前記水分噴出ノズルの第３噴出口の第３開口端より排ガスの噴出方向に突出するように構成されていることを特徴とする排ガス導入ノズル。
【請求項４】
不活性ガスカーテンの噴出速度が排ガスの噴出速度と同じか、或いは不活性ガスカーテンの噴出速度の方が速いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス導入ノズル。
【請求項５】
半導体製造装置から送られてきた排ガスを加水分解して加水分解性のガス成分を除去し、水処理された水洗排ガスを次工程に送り出す水処理装置において、
請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス導入ノズルと、
前記排ガス導入ノズルがその排ガス導入部に装着された水処理タンクと、
前記水処理タンク内に設けられ、前記内管の第１噴出口に向けて設けられ、水蒸気を噴出する上向きのノズル口を有する蒸気配管と、
水処理タンクから次工程に接続され、水処理された水洗排ガスを次工程に送り出す排気管とで構成されたことを特徴とする水処理装置。
【請求項６】
底部に循環用の水を湛えた水槽と、
水槽の天井部に立設され、内部が高湿度雰囲気に保たれた水処理タンクと、
前記水処理タンクの排ガス導入部に装着され、半導体製造装置から送られてきた排ガスを前記水処理タンク内に吹き込む請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス導入ノズルと、
水槽の天井部に立設され、水処理タンクで水洗された水洗排ガスを導入し、内部の熱分解ゾーンで熱分解する熱分解塔と、
水槽の天井部に立設され、熱分解された熱分解排ガスを洗浄して有害物質を除去して大気放出排ガスとし、該大気放出排ガスを大気放出する出口スクラバとで構成されたことを特徴とする排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスから排出される、加水分解性の成分ガスや粉塵を含む排ガスの、熱分解工程の前段階である水処理工程において使用される排ガス導入ノズルの改良、及び該ノズルを使用した水処理装置及び排ガス処理装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排ガスは、半導体、液晶等の電子回路素子の製造工程、特にクリーニング、エッチング工程において発生する排ガスで、その成分の大半(概ね９０％以上)は窒素で構成され、残部にＮＦ３、ＣＦ４、或いはＣ２Ｆ６などのように地球温暖化係数が二酸化炭素よりも遥かに大きいＰＦＣガス（パーフルオロカーボンガス）を含んでいる。このような排ガスを大気放出するには事前にこれら有害成分ガスを熱分解して無害化しなければならない。
処が、水分が極く少ない環境下で上記有害成分ガスを熱分解したとしても非常に再結合しやすく、最終的には低い分解率しか得られない。それ故、再結合を阻むには水分の存在が不可欠になるとされている。【０００３】
この排ガスの中には、例えば、フッ化タングステン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、フッ化珪素など加水分解性の成分ガスを含んでいることがある。加えて多量の粉塵も含まれていることもある。この加水分解性の成分ガスは水と反応して固形の加水分解生成物（三酸化タングステンや酸化ケイ素）を形成する。この加水分解性の成分ガスが排ガスに伴われて、水の存在が不可欠な熱分解ゾーンに流入すると、前記固形の加水分解生成物が発生してこれが堆積して熱分解ゾーンを閉塞する。
また、多量の粉塵が熱分解ゾーンに入り込むとこれが堆積して同様に熱分解ゾーンを閉塞する。【０００４】
そこで、加水分解性の成分ガスや粉塵が熱分解ゾーンに入り込まないようにするため、これらを事前に除去する装置として特許文献１（図６）に示すような排ガス処理装置Ｙが提案された。【０００５】
この排ガス処理装置Ｙは、水槽１５０、該水槽１５０の上に立設された入口スクラバ１１０と出口スクラバ１４０、及び入口スクラバ１１０と出口スクラバ１４０の間にて該水槽１５０の上に立設され、内部に熱分解ゾーン１２６を有する熱分解塔１２５とで構成されている。【０００６】
水槽１５０は、底部に循環用の水Ｍが湛えられ、該水Ｍと天井部との間が水洗排ガスＨ１の第１流通路、熱分解排ガスＨ２の第２流通路となっており、第１流通路との第２流通路との間に隔壁１５１が設けられている。【０００７】
入口スクラバ１１０は、その頂部に排ガスＨを内部に導入するための通常のノズル１００が設置され、その直下に下向きのスプレーノズル１１２を有するシャワー配管１１１が設置され、更にその下に気液接触促進用の充填材層１１５が設置されている。入口スクラバ１１０の底部は水槽１５０の第１流通路に開口している。【０００８】
熱分解塔１２５は第１流通路に開口している排ガス導入管１２７、該排ガス導入管１２７の周囲を取り巻くように設けられ、熱分解ゾーン１２６をその内部に形成する塔本体１２８、及び熱分解ゾーン１２６に設置されたヒータ１２９とで構成される。塔本体１２８の底部は第２流通路に開口している。【０００９】
そしてＣＶＤ成膜装置のような半導体製造装置Ｓから排出された排ガスＨは、排ガス導入配管１２０を通り、ノズル１００から入口スクラバ１１０内に吹き込まれる。入口スクラバ１１０内ではノズル１００の噴出口１０１に噴出された微細水滴が当たらないようにスプレーノズル１１２から下向きに循環用の水Ｍが散布されている。
排ガスＨ内に含まれている加水分解性の成分ガスの一部は、散布されている水Ｍに接触して加水分解され、固形反応生成物を生成して次工程である熱分解の前に除去される。粉塵の大半も同時に捕集除去される。そして、その下の充填材層１１５の通過中に残りの加水分解性の成分ガスや粉塵が充填材の表面を流れ落ちる水と気−液接触してそのほとんどが除去され、水洗排ガスＨ１として多量の水分と共に熱分解ゾーン１２６に送られる。【００１０】
熱分解ゾーン１２６では水分が存在する環境でＰＦＣを含むが、加水分解性の成分ガスや粉塵がかなりの程度除去された状態の水洗排ガスＨ１を熱分解する。なお、この熱分解排ガスＨ２は熱分解ゾーン１２６の出口側に連通するように設けられた出口スクラバ１４０で、前記熱分解排ガスＨ２の洗浄と大気放出可能な温度までの冷却が行われ大気放出排ガスＨ３として大気放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平７−３２３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
処が、上記のような従来の排ガス熱分解装置Ｙの入口スクラバ１１０では、排ガス導入用のノズル１００の噴出口１０１に微細水滴が当たらないようにスプレーノズル１１２を下向きに散布するなどの工夫をしたにも拘わらず、該ノズル１００や、排ガス導入配管１２０内（特に、ノズル１００との接続部分１２１）が詰まるという問題が生じた。これは入口スクラバ１１０内の水分が該ノズル１００や排ガス導入配管１２０を流れる排ガスＨ内を逆拡散（図６の２点鎖線で示す、排ガスＨの流れの逆方向）し、該ノズル１００や排ガス導入配管１２０内を流れている排ガスＨの加水分解性の成分ガスと反応し、ノズル１００の排ガスＨが噴出する噴出口１０１や排ガス導入配管１２０内に反応生成物を堆積させたためであることが分かった。【００１３】
そこで、ノズル１００を流れる排ガスＨの流速を熱分解可能な範囲の上限まで高めてみたが、上記の閉塞問題を解消することができなかった。これは、排ガスＨの流れに比べて上流側に向かう「水の逆拡散」が予想以上に速かったためである。
その結果、従来装置Ｙでは、詰まったノズル１００や、排ガス導入配管１２０の頻繁な交換を余儀なくされた。
なお、入口スクラバ１１０では排ガスＨと散布された水Ｍとの気−液接触が高い頻度で発生させることが好ましいが、上記のように上向きの散布ではノズル１００に微細水滴が付着して上記閉塞を促進するため、下向きの散布しかできなかった。この下向きの散布ではノズル１００近傍での気液接触が起こらず、その分、充填材層１１５を厚くせざるを得なかった。【００１４】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その解決課題の第１は排ガス処理装置の水処理装置に於いて用いられる、水分の逆拡散を確実に防止できて固形反応物の詰まりを確実になくすことができる排ガス導入ノズルを提供することであり、第２にはこの排ガス導入ノズルを用いた、加水分解性の成分ガスや粉塵の除去効率の高い水処理装置、更にはそのような機能を持つ排ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明（実施形態１の排ガス導入ノズル１：図３）は二重管である。
加水分解性の成分ガスを含む排ガスＨを、内部の高湿度雰囲気で加水分解処理する水処理装置Ａの水処理タンク２０の排ガス導入部２２に設置される排ガス導入ノズル１において、
導入した排ガスＨをその第１噴出口２ｆから前記水処理タンク２０内の高湿度雰囲気内に噴出する内管２と、
前記内管２の前記第１噴出口２ｆの外周を取り巻くように配設され、前記第１噴出口２ｆから噴出された排ガスＨの周囲を取り巻くように不活性ガスＦを噴出し、前記排ガスＨの周囲に不活性ガスカーテンＦ１を形成する第２噴出口５ｆを有する外管５とで構成され、
前記外管５の第２噴出口５ｆの第２開口端５ｋは、前記内管２の第１噴出口２ｆの第１開口端２ｋより排ガスＨの噴出方向に突き出すように構成され、
前記第１開口端２ｋに向かう前記内管２の第１ノズル部２ａと、前記外管５に穿設され、前記第１ノズル部２ａが挿入されている第２ノズル部５ａとの間の隙間Ｔ１が入口から出口まで同じ幅、或いは先に行くほど次第に狭くなるように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
これにより内管２の第１噴出口２ｆから高湿度雰囲気に噴き出される排ガスＨは、その全周において前記第１噴出口２ｆから或る距離だけ離れた範囲まで不活性ガスカーテンＦ１に包まれて周囲の高湿度雰囲気（水分）から隔離される。そして、前記或る距離だけ離れた地点より先で、排ガスＨと不活性ガスカーテンＦ１とは、その流速の低下に連れて互いに混ざり合い、更に前記高湿度雰囲気内に拡散してその水分と接触し加水分解される。
この時、不活性ガスＦと混ざり合った地点に水分が存在していたとしても、この領域では排ガスＨは不活性ガスＦで希釈されているので、前記第１噴出口２ｆから噴射されている排ガスＨを伝って前記第１噴出口２ｆに向かう「水の逆拡散」は生じない。
加えて、内管２の第１噴出口２ｆの近傍では、不活性ガスカーテンＦ１の働きで完全に遮断されて排ガスＨは周囲の高湿度雰囲気と接触することがなく、この部分からも内管２の第１噴出口２ｆに加水分解生成物が付着するようなことがない。
ここで「高湿度雰囲気」とは、水処理タンク２０内の水分と排ガスＨとが気液接触する空間Ｋのことである。【００１７】
請求項２に記載の発明（実施形態２の導入ノズル１：図４）は、
請求項１に記載された排ガス導入ノズル１において、
外管５の第２噴出口５ｆの周囲に、前記不活性ガスカーテンＦ１に沿って微細水滴又は水蒸気Ｍを噴出する第３噴出口１０ｆ（１０ｆ’）を有する水分噴出ノズル１０が更に設けられていることを特徴とする。【００１８】
水分噴出ノズル１０の第３噴出口１０ｆは、外管５の周囲を同心円状に取り巻くように設けられて三重管（図５（ａ））を形成する。変形例として、単に１乃至複数の水分噴出ノズル孔１０ｆ’を外管５の周囲に配置してもよい（図５（ｂ））。
第３噴出口１０ｆ（１０ｆ’）から出た微細水滴又は水蒸気Ｍ（以下、微細水滴、水蒸気或いは循環用の水など、加水分解用の水を総称して、「水等」言うことがある。）は、不活性ガスカーテンＦ１の外側に沿って噴出するが、第１噴出口２ｆから或る離れた位置で不活性ガスカーテンＦ１や排ガスＨと混ざり合い、この領域で排ガスＨと接触してこれを加水分解する。この領域は第１噴出口２ｆから十分離れていること、不活性ガスカーテンＦ１で遮蔽されていること、排ガスＨが不活性ガスＦで希釈されているので、上記同様「水の逆拡散」は生じない。【００２２】
請求項３は、請求項２に記載の排ガス導入ノズル１（図４（ａ））において、
前記外管５の第２噴出口５ｆの第２開口端５ｋは、前記水分噴出ノズル１０の第３噴出口１０ｆの第３開口端１０ｋより排ガスＨの噴出方向に突出するように構成されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項４は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、不活性ガスカーテンＦ１の噴出速度が排ガスＨの噴出速度と同じか、或いは不活性ガスカーテンＦ１の噴出速度の方が速く設定されていることを特徴とする。
【００２６】
不活性ガスカーテンＦ１の噴出速度が速くなる程、不活性ガスカーテンＦ１の排ガスＨの遮蔽距離が長くなり、且つ遮蔽効果が強くなる。その結果、内管２の第１噴出口２ｆへの反応生成物の付着をよりよく妨げることになる。また、不活性ガスＦの使用量も減る。【００２７】
請求項５は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明を装備した独立型の水処理装置Ａに関するものである（図１）。即ち、
半導体製造装置Ｓから送られてきた排ガスＨを加水分解して加水分解性のガス成分を除去し、水処理された水洗排ガスＨ１を次工程に送り出す水処理装置Ａにおいて、
請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス導入ノズル１と、
前記排ガス導入ノズル１がその排ガス導入部２２に装着された水処理タンク２０と、
前記水処理タンク２０内に設けられ、前記内管２の第１噴出口２ｆに向けて設けられ、水蒸気Ｍを噴出するノズル口２１ａを有する蒸気配管２１と、
水処理タンク２０から次工程に接続され、水処理された水洗排ガスＨ１を次工程に送り出す排気管２６とで構成されたことを特徴とする。
【００２８】
この独立型の水処理装置Ａでは、第１噴出口２ｆから噴出した排ガスＨは、不活性ガスカーテンＦ１で包まれ、且つ上記のように第１噴出口２ｆから所定距離だけ離れた噴出先で不活性ガスＦにて希釈されているので、蒸気配管２１のノズル口２１ａを第１噴出口２ｆ方向に向けて設け、ノズル口２１ａから水蒸気Ｍが噴出させたとしても該水蒸気Ｍがノズル口２１ａまで到達することがないし、「水の逆拡散」もない。その結果、第１噴出口２ｆの直下において、加水分解性の成分ガスを加水分解処理することが出来、水処理タンク２０をその分、短く出来る。また、水処理装置Ａが独立型であるので、既存の排ガス処理装置に個別に設置することも可能である。【００２９】
請求項６は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明（排ガス導入ノズル１）を装備した水処理装置Ａを一体的に有する排ガス処理装置Ｘに関するものである（図２）。
底部に循環用の水Ｍを湛えた水槽４０と、
水槽４０の天井部４１に立設され、内部が高湿度雰囲気に保たれた水処理タンク２０と、
前記水処理タンク２０の排ガス導入部２２に装着され、半導体製造装置Ｓから送られてきた排ガスＨを前記水処理タンク２０内に吹き込む請求項１〜５のいずれかに記載の排ガス導入ノズル１と、
水槽４０の天井部４１に立設され、水処理タンク２０で水洗された水洗排ガスＨ１を導入し、内部の熱分解ゾーン５６で熱分解する熱分解塔５０と、
水槽４０の天井部４１に立設され、熱分解された熱分解排ガスＨ２を洗浄し、有害物質を除去して大気放出排ガスＨ３とし、該大気放出排ガスＨ３を大気放出する出口スクラバ６０とで構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
以上から、本装置Ｘや水処理装置Ａに用いられる本発明ノズル１は、内管２の第１噴出口２ｆから噴出される排ガスＨの周囲に不活性ガスカーテンＦ１を設けることになるので、上記のように「水の逆拡散」を阻害する。その結果、第１噴出口２ｆは勿論、排ガス導入配管８内に加水分解生成物が付着することがなく、長時間使用でも当該部分に詰まりが生じない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の独立型水処理装置を含む排ガス処理設備のフロー図である。
【図２】本発明の非独立型水処理装置を含む排ガス処理設備のフロー図である。
【図３】（ａ）図１の排ガス導入ノズルの実施形態１の断面図、（ｂ）該ノズルの噴出口の他の例の断面図である。
【図４】（ａ）図１の排ガス導入ノズルの実施形態２の断面図、（ｂ）該ノズルの噴出口の他の例の断面図である。
【図５】（ａ）図４の排ガス導入ノズルを下からの見た図、（ｂ）その変形例である。
【図６】従来例の排ガス処理設備のフロー図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本発明の独立型の水処理装置Ａを装備した排ガス処理装置Ｘ（第１実施例）で、図２は非独立型の水処理装置Ａを装備した排ガス処理装置Ｘ（第２実施例）である。これらは半導体製造プロセスで用いられる装置で、例えば、ＣＶＤ成膜装置Ｓから排出された排ガスＨを真空ポンプＶで吸引して排ガス処理装置Ｘに送り、熱分解して無害化し、大気放出する設備である。【００３３】
第１実施例の排ガス処理装置Ｘは、独立の水処理装置Ａ、出口スクラバ６０が設置された熱分解装置Ｂとで構成されている。水処理装置Ａに組み込まれる排ガス導入ノズル１は、図３の二重管と、図４、図５（ａ）の三重管（或いはその変形例：図５（ｂ））がある。まず、本発明の排ガス処理装置Ｘとして、図１について説明し、排ガス導入ノズル１は二重管に付いて説明する。然る後、三重管（及びその変形例）に付いて説明する。最後に図２の水処理装置Ａが一体化された排ガス処理装置Ｘを説明する。【００３４】
下記実施例の説明では煩雑さを避けるため第２実施例では、第１実施例と異なる部分を中心に説明し、同じ作用を示す部分は同じ符号を付すると共にその説明を第２実施例の説明として援用する。【００３５】
図１の排ガス処理装置Ｘの概略は、例えば、ＣＶＤ成膜装置Ｓからの排ガスＨを真空ポンプＶで吸引し、該真空ポンプＶと水処理装置Ａとを繋ぐ排ガス導入配管８で排ガスＨを水処理装置Ａに送り込む。水処理装置Ａでは、排ガスＨに含まれる加水分解性の成分ガスを加水分解して固形の加水分解生成物として、供給された水等（加水分解用のスプレー水や加熱水蒸気）Ｍと共に除去する。同時に排ガスＨに伴って送り込まれた粉塵も同様に水洗除去する。また、塩素等、水溶性ガスが含まれている場合には、これも同時に水等Ｍで除去する。【００３６】
加水分解性の成分ガスや粉塵などが除去された水洗排ガスＨ１は、排気管２６によって熱分解塔５０に送り込まれ、ここで熱分解された後、隣接する出口側のスクラバ６０に送られ、熱分解後の熱分解排ガスＨ２を洗浄した後、無害の大気放出排ガスＨ３として大気放出される。【００３７】
本発明の水処理装置Ａは上記のように半導体製造プロセスの、例えばＣＶＤ成膜装置Ｓから排出される様々な排ガスＨの内、加水分解性の成分ガス（更には水溶性の成分ガス）を含む排ガスＨを加熱分解処置に先立って除去し、加水分解生成物による内部詰まりを生じることなく、排ガスＨを効率よく処理することができる装置である。【００３８】
水処理装置Ａは、排ガス導入ノズル１と入口側の充填材層２５が内部に設けられた水処理タンク２０、水分供給部３０、蒸気配管２１、及び排気管２６とで概略構成されている。
水処理タンク２０は、中空容器で頂部の排ガス導入部２２に排ガス導入ノズル１が設置されており、底部に循環用の水Ｍが貯留されている。
循環水用の水Ｍより上の空間部分、より正確に言えば、充填材層２５を含み、充填材層２５より上の空間部分が気液接触空間Ｋで、排ガス導入ノズル１の下方に蒸気配管２１が設置されている。蒸気配管２１には工場の蒸気供給配管（図示せず）が接続され、蒸気配管２１に加熱水蒸気を供給している。
蒸気配管２１の下、或いは横に並べて入口側のスプレー配管２３が設置されている。
蒸気配管２１には上向きのノズル口２１ａが排ガス導入ノズル１を挟むようにその両側に配置され、排ガス導入ノズル１の両側でノズル口２１ａから加熱水蒸気が上向きに噴出するようになっている。
入口側のスプレー配管２３には下向きのノズル口２３ｂが設けられている。この下向きのノズル口２３ｂは排ガス導入ノズル１の直下に配置され、この下向きのノズル口２３ｂから放射状に微細なスプレー水滴Ｍが下方に降り注ぐようになっている。【００３９】
入口側のスプレー配管２３の下方にはプラスチック又はセラミック或いはガラス製の充填物（例えば、テラレット（登録商標）やラシヒリング）が充填された充填物層２５が設けられている。【００４０】
充填物層２５の下方の空間には、この空間から引き出され、後述する熱分解搭５０の水洗排ガス導入部５３に至る排気管２６が設けられている。この排気管２６は充填物層２５の下方の空間に開口している。そしてこの排気管２６は、図１の場合、循環用の水Ｍを通って水処理タンク２０の側面から外に引き出され、熱分解搭５０の水洗排ガス導入部５３に接続されている。（勿論、循環用の水Ｍを通らず、直接、水処理タンク２０の側面から外に引き出すようにしてもよい。）
この実施例の排気管２６の入口開口２７は、循環用の水Ｍの水面から上方に伸び、充填物層２５の直下にて充填物層２５の下面に向かって開口している。【００４１】
入口側のスプレー配管２３には、水処理タンク２０の底部から立ち上げられ、水分供給部３０を構成する入口側の揚水配管３１が接続されている。この入口側の揚水配管３１には入口側の揚水ポンプ３４が設置され、水処理タンク２０の底部に溜まった循環用の水Ｍを入口側のスプレー配管２３に供給している。更に、水処理タンク２０の底部には循環水用のＭの水位を維持するためのオーバーフロー配管３７が設置されている。【００４２】
排ガス導入ノズル１の実施形態１は、図３に示すような二重管ノズルであり、実施形態２は、図４、図５（ａ）に示す三重管ノズル、又は図５（ｂ）に示すその変形例などがある。まず、実施形態１に付いて説明し、次に実施形態２に付いて説明する。説明の重複を避けるため、実施形態２では実施形態１と相違する部分を中心に説明し、省略した部分は実施形態１の説明を援用する。実施形態１と実施形態２では、同じ部材は同一符号を付す。【００４３】
排ガス導入ノズル１の実施形態１は、内管２、外管５とで構成された二重管である。内管２は、図の実施形態では、排ガス導入用の内管本体２ｈとその上部外面に被せられた鞘管４とで構成されている。内管本体２及び外管５は高価な耐腐食性に優れたＮｉ基の超合金（例えば、インコネルやハステロイ（いずれも登録商標）や、ＳＵＳ３１６Ｌのような高耐食性ステンレス鋼、或いは耐熱耐食性樹脂（例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂））で形成され、鞘管４は通常の耐食性を有する金属材料（例えば、ＳＵＳ３０４のようなステンレス鋼）で形成されている。勿論、鞘管４を排ガス導入用の内管本体２ｈに一体化できる。【００４４】
排ガス導入用の内管本体２ｈの入口部分２ｂは、排ガス導入配管８に出口に接続されている。内管本体２ｈの断面形状は、その入口部分２ｂが中間部分２ｅまで太い円形直管状に形成されている。中間部分２ｅは、出口部分２ｇに向かってその内径が漸減するように絞られている。出口部分２ｇの内面形状は、入口部分２ｂより細い内径の変わらない直管形に形成されている。この出口部分２ｇの先端開口が第１噴出口２ｆであり、その端面が第１開口端２ｋである。（なお、図示していないが、出口部分２ｇは中間部分２ｅと同じテーパで先端の第１開口端まで先細りにしてもよい。）
そして内管本体２ｈの外面は入口側端面から中段部分まで直管形に形成され、中段部分から先端の第１開口端２ｋまで同じテーパで先細りに形成されている。従って、図の場合、内管本体２ｈの出口部分２ｇでは第１開口端２ｋに向かって次第にその厚みが薄くなる。この部分（第１開口端２ｋとその近傍）に反応生成物や粉塵が付着堆積しないように、ナイフエッジ状に形成しておくことが好ましい。なお、内管本体２ｈの外径が第１開口端２ｋに向かって漸減する部分が第１ノズル部２ａである。【００４５】
外管５は、上面中央に開口する円筒状の収納凹部５ｂが形成されており、この収納凹部５ｂの中央から下方に向けて先細り（ロート状）のノズル孔が穿設されている。このノズル孔が穿設されている部分が第２ノズル部５ａで、その下面開口に至るその外面は、ノズル孔と同じテーパで形成されている。前記下面開口を第２開口端５ｋとする。【００４６】
上記収納凹部５ｂ内に内管２が上から挿入され、内管本体２ｈの第１ノズル部２ａが外管５の第２ノズル部５ａ内に挿入されている。そして、鞘管４のフランジ部が外管５の上面に気密状態で取り付けられている。
内管本体２ｈの第１ノズル部２ａの外周面２ｒと外管５の第２ノズル部５ａの内周面との間に全周に亙って均等な隙間Ｔ１が形成される。隙間Ｔ１のリング状の先端開口が第２噴出口５ｆである。
なお、ここでは該隙間Ｔ１は入口から出口（第２噴出口５ｆ）まで同じ幅となっているが、不活性ガスＦの噴出速度を高めるために、先端に行くほど次第に狭くなるようにしてもよい。
そして外管５の上部側面には不活性ガス供給配管６が接続され、収納凹部５ｂの内面と内管本体２ｈの外面との間に形成されたガス溜まり７に連通している。ガス溜まり７は第２噴出口５ｆに至る隙間Ｔ１に連通している。【００４７】
第１開口端２ｋと第２開口端５ｋとの位置関係であるが、図３（ａ）の円で囲んだ部分のように、第２開口端５ｋが第１開口端２ｋより排ガス噴出方向に突き出すように位置させる。突き出し代をＷ１で示す。
図３（ｂ）は図３（ａ）の他の例で、前記円からの引き出し線で示す円内の図のように前記第１開口端２ｋと第２開口端５ｋとを同じ高さ（面一）にした例である。「水の逆拡散」を防ぐには突き出し代Ｗ１が長い方が好ましい。しかし、図３（ｂ）のように突き出し代Ｗ１がゼロの場合でも、後述する不活性ガスカーテンＦ１の遮蔽力が十分であれば、「水の逆拡散」を防ぐことが出来る。【００４８】
熱分解装置Ｂは、水槽４０、熱分解塔５０及び出口側のスクラバ６０とで構成されている。
熱分解塔５０と出口側のスクラバ６０は、水槽４０の上に並置して立設されている。熱分解塔５０には前記水処理装置Ａから伸びた排気管２６に連結しており、水洗された水洗排ガスＨ１が導入される。水槽４０の底部には循環水Ｍが貯留されており、オーバーフロー配管４２により一定の水位に保たれ、給水管４５によりオーバーフローで流出した水Ｍと同じ新しい水Ｍが供給されている。【００４９】
熱分解塔５０と出口側のスクラバ６０の底部は水槽４０に開口しており、熱分解塔５０の底部と出口側のスクラバ６０の底部は水槽４０の天井部４１と循環用の水Ｍとの間の空間で連通している。【００５０】
熱分解塔５０は大気圧プラズマを利用した水洗排ガスＨ１の熱分解処理装置で、塔本体５２、前記塔本体５２の頂部に設置され、前記塔本体５２の内部に向かって高温のプラズマジェットＰを生成する非移行型のプラズマジェットトーチ５１と、前記塔本体５２の上端外周を取り囲むように設置されたリング状の空間で、水処理装置Ａの排気管２６の出口が、その側面に接続された水洗排ガス導入部５３とで構成されている。【００５１】
プラズマジェットトーチ５１は、内部にプラズマ発生室（図示せず）を有し、プラズマジェットトーチ５１の下面中心部にはプラズマ発生室内で生成したプラズマジェットＰを噴出させるプラズマジェット噴出孔（図示せず）が設けられている。プラズマジェットトーチ５１の側面上部には必要に応じて窒素ガスのような作動ガス送給配管（図示せず）が設けられている。【００５２】
水洗排ガス導入部５３内部空間は周方向全周に亘って水洗排ガス流路５３ａが形成されており、排気管２６の出口より供給された水洗排ガスＨ１が内部の排ガス流路５３ａを回流するようになっている。排ガス流路５３ａには、上記プラズマジェットＰの噴出部分に対して接線方向に開口した開口部（図示せず）を有する。【００５３】
水洗排ガス導入部５３の下端開口部には、セラミックなどの耐熱性材料からなり、底部が水槽４０に開口する直管型の塔本体５２が取り付けられている。この塔本体５２は、プラズマジェットＰと吹き込まれた水洗排ガスＨ１とを囲繞し、その内部（熱分解ゾーン５６）にて水洗排ガスＨ１の熱分解を行うもので、外面は断熱材（図示せず）で覆われている。そして、塔本体５２の上端外周部分には水溜部５５が設けられており、塔本体５２の上端から水がオーバーフローして塔本体５２の内周面全面に水壁５７を形成している。水溜部５５にはオーバーフロー分の水が外部から供給されている。【００５４】
水槽４０には中空直方体のような部材で、その天井部４１には前記熱分解塔５０と後述する出口スクラバ６０とが並んで立設されている。水槽４０は、底部に循環用の水Ｍが湛えられ、該水Ｍと天井部４１との間が熱分解排ガスＨ２の流通路となっている。そして内部の水位を一定に保つオーバーフロー配管４２が設置されている。【００５５】
出口側のスクラバ６０は、いわゆる湿式のスクラバであり、その概略構造を説明すると、水槽４０の天井部４１に立設された直管型のスクラバ本体６０ａと、出口側の揚水配管６１とその途中に設けられた出口側の揚水ポンプ６４、前記揚水配管６１に接続され、スクラバ本体６０ａの内部の頂部近傍に設置された出口側のスプレー配管６３、該スプレー配管６３に設置され、アルカリ液、酸性液或いは水や蒸気等の薬液Ｍを加熱蒸気状態にして下向きに散布する出口側のノズル口６３ａと、出口側のノズル口６３ａの下方に設置された気液接触のための出口側の充填材層６５と、スクラバ本体６０ａの頂部に設置された排気ブロア６７及び該排気ブロア６７に設置された大気放出用排気管６８で構成されている。散布された前記薬液Ｍは水槽４０に収納されるようになっている。【００５６】
次に図１の排ガス処理装置Ｘにおける排ガス導入ノズル１の作用に付いて説明する。排ガス導入ノズル１の不活性ガス供給配管６に不活性ガスＦ（例えば、窒素ガスやアルゴンガス）を供給する。供給された不活性ガスＦはガス溜まり７を通って内管本体２ｈの第１ノズル部２ａの外周面２ｒと外管５の第２ノズル部５ａの内周面との間の隙間Ｔ１を通り先端の第２噴出口２ｆから不活性ガスＦが円筒状に噴き出す。この噴き出し部分を不活性ガスカーテンＦ１とする。この不活性ガスＦは排ガスＨの導入前から供給されている。【００５７】
ここで、隙間Ｔ２の形状を先細りの円錐形としたのは、外管５の第２噴出口５ｆから噴き出される不活性ガスＦの流速を高めるようにし、少ない不活性ガスＦの使用量で十分な遮蔽機能を持つ不活性ガスカーテンＦ１を形成するためである。この観点から言えば、排ガス導入用の内管本体２ｈの第１ノズル部２ａの外周面２ｒのテーパ角度に対して外管５の第２ノズル部５ａの内周面のテーパ角度を大きくして、両者の間に形成される隙間Ｔ１を先端側に行くほど狭くするようにしてもよい。
また、不活性ガスカーテンＦ１の流速を後述する排ガスＨの流速と同じとするか、不活性ガスカーテンＦ１の流速の方を速くしてもよい。不活性ガスカーテンＦ１の流速を速くするほど、不活性ガスカーテンＦ１が長く伸び、排ガスＨに対するシールド効果が向上する。この点は図４の場合も同様である。【００５８】
またこの時、入口側の揚水配管３１の揚水ポンプ３４も作動し、循環用の水Ｍを揚水し、入口側のスプレー配管２３に供給する。これにより、下向きのノズル口２３ｂから水Ｍが細かい水滴となって下方に向けて傘のように散布される。
蒸気配管２１の上向きのノズル口２１ａからは排ガス導入ノズル１の両側で加熱水蒸気Ｍが噴き上げられる。【００５９】
そしてプラズマジェットトーチ５１の制御部(図示せず)の電源をオンにすると、大気圧下で超高温(約１０、０００℃前後)のガス流すなわち非移行型のプラズマジェットＰが生成され、プラズマジェット噴出孔からこのプラズマジェットＰが塔本体５２内に噴出する。続いて、プラズマジェットＰを生成した後、真空ポンプＶを介してＣＶＤ成膜装置のような半導体製造装置Ｓから排出された排ガスＨを水処理装置Ａ内に導入する。【００６０】
排ガスＨの導入は排ガス導入ノズル１を通じて行われる。導入された排ガスＨは排ガス導入用の内管本体２ｈを通り、中間部分２ｅで絞られ、流速を増して出口部分２ｇから細い円柱状の気流となって円筒状で流れる不活性ガスカーテンＦ１内に噴き出される（図３（ａ））。【００６１】
この不活性ガスカーテンＦ１は、第１ノズル部２ａの外周面２ｒに沿って先細りの細い円錐状の気流となって噴き出す。この先細りの不活性ガスカーテンＦ１は、排ガスＨの全周を遮蔽しつつある程度の距離だけ排ガスＨを絞り込むようにして下方に流れる。そして不活性ガスカーテンＦ１の流速が次第に落ち、排ガスＨと接触して排ガスＨと混ざり合い、排ガスＨを希釈する。この領域を混合領域Ｒとする。
この混合領域Ｒには上向きのノズル口２１ａから噴き上げられた加熱水蒸気Ｍが入り込み、加水分解性の成分ガスと接触してこれを加水分解し、微細な固形反応生成物を生じる。排ガスＨ中に粉塵が含まれている場合、同時に加熱水蒸気に捕集される。【００６２】
この混合領域Ｒでは上記のように排ガスＨは希釈されているので、「水の逆拡散力」は弱く、この混合領域Ｒから内管２の第１ノズル部２ａの第１噴出口２ｆまで「水分」は到達しない。前記第１噴出口２ｆからこの混合領域Ｒまでは上記のように不活性ガスカーテンＦ１によって遮蔽されているので、やはり前記第１噴出口２ｆまで、その周囲の「水分」は到達しない。その結果、第１噴出口２ｆに加水分解生成物の付着が生じない。【００６３】
図３（ａ）に示すように、外管５の第２開口端５ｋが突き出し代Ｗ１だけ第１開口端２ｋから突き出していると、突き出し代Ｗ１が不活性ガスカーテンＦ１の噴き出し長さに加算され、その分だけ排ガスＨにシールド効果が増す。
一方この時点では、出口スクラバ６０に設置された排気ブロア６７が稼働されている。これにより、水処理装置Ａから熱分解塔５０を通り、出口スクラバ６０に向けて排ガスが流れるようになっている。水処理タンク２０内ではこの気流に乗り、上記のように微細水滴と加熱水蒸気に捕集された微細な固形反応生成物や粉塵は上記微細水滴や加熱水蒸気と共に落下する。【００６４】
そして排ガスＨは水処理タンク２０内の水等Ｍと気液接触を繰り返しながら入口側の充填材層２５に至る。入口側の充填材層２５では、ポーラスな充填材の内部表面や空隙内を水等Ｍが流れ、排ガスＨと気液接触を繰り返しながら充填材層２５を通過する。
これにより水処理タンク２０内で加水分解性の成分ガスの除去や粉塵の捕集がほぼ行われ、水等Ｍは充填材層２５から水処理タンク２０の底部に溜まった循環用の水Ｍに滴下し、ガス分は正常な水洗排ガスＨ１となって、次工程である熱分解塔５０に送られる。
熱分解塔５０では、加水分解性の成分ガスが除去されているので、詰まりを生じることなく、水分の存在下で排ガスＨの高効率な熱分解が熱分解塔５０内で行われる。【００６５】
ここで熱分解された熱分解排ガスＨ２は出口スクラバ６０に送られ、十分に洗浄されると共に大気放出可能な温度まで下げられ、排気ブロア６７にて大気放出される。【００６６】
次ぎに、図４に示す実施形態２の排ガス導入ノズル１について説明する。この排ガス導入ノズル１は三重管で、外管５の第２ノズル部５ａを水分噴出ノズル１０が取り巻くように設けられている。
水分噴出ノズル１０には、第２ノズル部５ａの周囲全周を取り巻くように第３ノズル部１０ａが設けられている。第３ノズル部１０ａは、外管５の第２ノズル部５ａと同じテーパで形成された先細り円錐形に形成されており、外管５の第２ノズル部５ａの外周面５ｒと第３ノズル部１０ａの内周面との間に水分噴出用の隙間Ｔ２が第２ノズル部５ａの外周面全周に亙って形成されている。
この隙間Ｔ２は、水溜まり１７を経て水分供給配管１６に接続されている。図４では水分供給配管１６は外管５の側面に接続され、外管５に設けられた通水路を通って水溜まり１７に繋がっているが、図５（ｂ）に示すような個別の水噴出ノズル１０に接続するようにしてもよい。【００６７】
この三重管の排ガス導入ノズル１の第１・２・３開口端２ｋ・５ｋ・１０ｋは、図４（ｂ）のように一致する位置に形成された場合と、図４（ａ）のように不一致の場合がある。不一致の場合、第１・２開口端２ｋ・５ｋの関係は実施形態１と同じで、第２開口端５ｆが第１開口端２ｋより突き出している。第３開口端１０ｋは、第２開口端５ｋより後退しており、その後退距離をＷ２で表す。【００６８】
この三重管の排ガス導入ノズル１の作用について説明する。この場合は、第１・２噴出口２ｆ・５ｆから噴出する排ガスＨと不活性ガスカーテンＦ１は記述の通りである。そして上記隙間Ｔ２の先端の第３噴出口１０ｆから、その内側の不活性ガスカーテンＦ１の周囲を取り巻くように、そしてこの不活性ガスカーテンＦ１と平行に加水分解用の水分（加熱蒸気或いは微細水滴）Ｍが噴出する。この隙間Ｔ２と不活性ガスカーテンＦ１の形成用の隙間Ｔ１とは平行なので、第１噴出口２ｆからある距離だけ離れた位置まで隙間Ｔ２から噴出された加水分解用の水等Ｍは不活性ガスカーテンＦ１と平行に噴出し、その範囲内では不活性ガスカーテンＦ１を突き破って内側の排ガスＨに接触することがない。【００６９】
ここで、第３開口端１０ｋが第２開口端５ｋより上方に後退している場合（図４（ａ））、少なくともその後退距離Ｗ２分だけ不活性ガスカーテンＦ１は外側ノズル５ａでシールドされる。
図４（ｂ）のように、第３開口端１０ｋと第２開口端５ｋとが同じ位置に存在する場合でも、不活性ガスカーテンＦ１の流速が速くてシールド効果が十分であれば、加水分解用の水等Ｍによってシールドが破られるようなことはない。
加水分解用の水等Ｍが、加熱水蒸気であれば、微細水滴に比べて不活性ガスカーテンＦ１を突破する力は弱く、より不活性ガスカーテンＦ１のシールド効果は高くなる。【００７０】
図４（ｄ）は、図４（ｃ）の加水分解用の水等Ｍを噴出させるためのリング状の隙間Ｔ２に代えて複数のノズル孔１０ｆ’を設けた例である。この複数のノズル孔１０ｆ’から加水分解用の水等Ｍが上記のように噴出される。【００７１】
そして加水分解用の水等Ｍが上記のように隙間Ｔ２の第３噴出口１０ｆ（或いはノズル孔１０ｆ’）から不活性ガスカーテンＦ１に平行に噴出されると、流速の下落と共にある一定の距離の処で不活性ガスカーテンＦ１と排ガス１と混じり合い、この混合領域Ｒで上記に述べたように排ガスＨ中の加水分解性のガス成分は加水分解されて反応生成物を発生し、加水分解用の水等Ｍと共に落下する。
以上のような独立型の水処理装置Ａは、単独で既存設備に設置できるというメリットがある。【００７２】
これに対して、図２は排ガス処理装置Ｘに水処理装置Ａが組み込まれた非独立型である。排ガス導入ノズル１は、排ガス処理装置Ｘに一体的に組み込まれた水処理装置Ａに設置され、加熱分解処理の前段階で加水分解性の成分ガスや、粉塵の除去が行われる。装置Ｘの作用としては既述の通りである。
【符号の説明】
【００７３】
Ａ：水処理装置、Ｂ：熱分解装置、Ｆ：不活性ガス、Ｆ１：不活性ガスカーテン、Ｈ：排ガス、Ｈ１：水洗排ガス、Ｈ２：熱分解排ガス、Ｈ３：大気放出排ガス、Ｋ：気液接触空間、Ｍ：水等（スプレー水滴、微細水滴、加熱水蒸気、循環用の水、薬液）、Ｐ：プラズマジェット、Ｒ：混合領域、Ｓ：半導体製造装置（半導体成膜装置）、Ｔ１：活性ガスカーテンの形成用の隙間、Ｔ２：水等（スプレー膵液、加熱水蒸気）噴出用の隙間、Ｖ：真空ポンプ、Ｗ１：第１・第２開口端間の突き出し代、Ｗ２：第２・第３開口端間の後退距離、Ｘ：本発明の排ガス処理装置、Ｙ：従来の排ガス処理装置、１：排ガス導入ノズル、２：内管、２ａ：第１ノズル部、２ｂ：入口部分、２ｅ：中間部分、２ｆ：第１噴出口、２ｇ：出口部分、２ｈ：内管本体、２ｋ：第１開口端、２ｒ：第１ノズル部の外周面、４：鞘管、５：外管、５ａ：第２ノズル部、５ｂ：収納凹部、５ｆ：第２噴出口、５ｋ：第２開口端、５ｒ：第２ノズル部の外周面、６：不活性ガス供給配管、７：ガス溜まり、８：排ガス導入配管、１０：水分噴出ノズル、１０ａ：第３ノズル部、１０ｆ：第３噴出口、１０ｆ’：水分噴出ノズル孔、１０ｋ：第３開口端、１６：水分供給配管、１７：水溜まり、２０：水処理タンク、２１：蒸気配管、２１ａ：上向きのノズル口、２２：排ガス導入部、２３：入口側のスプレー配管、２３ｂ：下向きのノズル口、２５：入口側の充填材層、２６：排気管、２７：入口開口、３０：水分供給部、３１：入口側の揚水配管、３４：入口側の揚水ポンプ、３７：オーバーフロー配管、４０：水槽、４１：天井部、４２：オーバーフロー配管、４５：給水管、５０：熱分解塔、５１：プラズマジェットトーチ、５２：塔本体、５３：水洗排ガス導入部、５３ａ：排ガス流路、５５：水溜部、５６：熱分解ゾーン、５７：水壁、６０：出口スクラバ、６０ａ：スクラバ本体、６１：出口側の揚水配管、６３：出口側のスプレー配管、６３ａ：ノズル口、６４：出口側の揚水ポンプ、６５：出口側の充填材層、６７：排気ブロア、６８：大気放出用排気管、１００：従来のノズル、１０１：噴出口、１１０：入口スクラバ、１１１：シャワー配管、１１２：スプレーノズル、１１５：充填材層、１２０：排ガス導入配管、１２１：排ガス導入ノズル接続部分、１２５：熱分解塔、１２６：熱分解ゾーン、１２７：排ガス導入管、１２８：塔本体、１２９：ヒータ、１４０：出口スクラバ、１５０：水槽、１５１：隔壁。
【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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