(57)【要約】【課題】本発明は簡単な構造で冷却筒の小型化を図ると共に効率よく排ガス処理を行うことができ、装置全体の小型化を図れる排ガス処理装置を提供する。【解決手段】有害成分を加熱分解又は燃焼分解させる処理筒１１の下流側に冷却筒１３を連設し、該冷却筒１３の内面に処理筒１１から排出される高温排ガス中に冷却水を噴霧する噴霧ノズル１２を設ける。噴霧ノズル１２を保護部材１５に設けたノズル収容筒１５ａに収容し、該ノズル収容筒１５ａの開口端１５ｂを噴霧ノズル１２のノズル先端部１２ａより噴霧方向に突出させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害成分を加熱分解又は燃焼分解させる処理筒の下流側に冷却筒を連設し、該冷却筒の内面に前記処理筒から排出される高温排ガス中に冷却水を噴霧する噴霧ノズルを備えた排ガス処理装置において、前記噴霧ノズルの外周に、該噴霧ノズルを囲繞するカバー体を設けるとともに、該カバー体の先端を前記噴霧ノズルのノズル先端部より噴霧方向に突出させたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
有害成分を加熱分解又は燃焼分解させる処理筒の下流側に冷却筒を連設し、該冷却筒の内面に前記処理筒から排出される高温排ガス中に冷却水を噴霧する噴霧ノズルを備えた排ガス処理装置において、前記冷却筒の内面に開口したノズル収容筒を設け、該ノズル収容筒内に前記噴霧ノズルを収容するとともに、該噴霧ノズルのノズル先端部を前記ノズル収容筒の開口端よりノズル収容筒内部側に位置させたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項３】
前記噴霧ノズルは、噴霧水の粒子径が１００μｍ以下の一流体ノズルであることを特徴とする請求項１又は２記載の排ガス処理装置。
【請求項４】
前記冷却筒から排気筒に排出される二次排ガスに外気を混合させてから大気中に放出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記冷却筒の外面温度を測定して該冷却筒内のガス温度を推定するための放射温度計を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記冷却筒の内面に炭素を主成分とした保護層を設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理装置に関し、詳しくは、排ガス中に含まれる有害成分を加熱分解又は燃焼分解して無害化する燃焼式の排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
公害防止や環境保全の目的として、各種製造工程から排出される排ガスは、排ガス処理装置に導入され、排ガス中に含まれる有害成分、燃焼爆発性の成分や環境影響の大きい成分を除去又は低減させた状態で安全に大気に放出するようにしている。このような排ガス処理装置として、排ガスを燃焼処理することにより、排ガス中に含まれている有害成分を加熱分解又は燃焼分解させる燃焼分解式の排ガス処理装置が知られている。この燃焼分解式の排ガス処理装置は、一般に、排ガスを燃焼処理する処理筒と、該処理筒から排出される高温排ガス中に噴霧ノズルから冷却水を噴霧して高温排ガスを冷却する冷却筒とを備えている（例えば、特許文献１又は２参照。）。
【特許文献１】特開２００５−２９１６７５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２９２３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
燃焼分解式の排ガス処理装置の冷却筒に用いられる噴霧ノズルとしては、冷却効率向上の観点から噴霧水の完全蒸発時間を短縮するため、できるだけ粒径が小さい噴霧水が得られるものであることが望ましい。圧力微粒化式の一流体ノズルで１００μｍ以下の噴霧水が得られるものとしては、旋回流を用いる渦巻き噴射式の噴霧ノズルが知られている。しかし、この渦巻き噴射式の噴霧ノズルは、冷却水が回転一葉双曲線の液膜を形成してノズル先端から噴射され、噴霧水が中空円錐状の中空噴霧パターンを形成するため、流量分布が環状の外周部分に限られ、中心部分には液滴の噴霧が得られないことになり、ガスの冷却効率が十分といえず、装置の小型化の障害となっていた。さらに、中空噴霧パターンの場合は、冷却筒を小径にすると噴霧ノズルからの噴霧水が冷却筒の壁面に当たって蒸発するため、噴霧水と高温排ガスとの接触が不十分となり、冷却水によるガスの冷却効率が大幅に低下してしまう。このため、噴霧水が冷却筒の壁面に当たらないような大径の冷却筒を必要とし、冷却筒の大径化に伴って大量の冷却水も必要となっていた。
【０００４】
また、冷却筒の後段に充填塔を配置し、冷却筒で高温排ガスに大量の冷却水を噴霧ノズルから噴霧すると同時に、充填塔に充填した充填物の上部から冷却水を流下させ、充填物の表面で気液接触させることによりガス吸収と冷却とを同時に行う方式は、冷却筒の冷却水の噴霧は高温排ガスの一次冷却と筒内面の冷却保護とを意識したものであり、効率的な噴霧水の利用を意識したものではなかった。また、二次冷却として用いられている充填塔式のガス冷却塔は水の顕熱（１ｋｃａｌ／ｋｇ℃）を利用するものであり、水の蒸発熱（５９７．３ｋｃａｌ／ｋｇ）に比べると、その冷却性能に大きな差があった。また、最終的な排気温度を下げる場合には、飽和蒸気圧の関係から利用できる蒸発潜熱は限られており、顕熱を利用するために冷却に使用する水の量も多くなり、有害成分を吸収した水のランニングコストが大きな負担となっていた。また、排ガスが水分過飽和の状態になりやすく、排気ダクトで結露水が発生しやすいという問題もあった。
【０００５】
さらに、半導体製造工程からの排ガスの処理においては、取り扱うガスの危険性に対する配慮やガス消費箇所に近い場所で処理を行うことから、使用条件や設置場所の制約があり、排ガス処理装置の小型化が求められており、また、近年、環境配慮や温暖化防止の観点から、省エネルギー、高効率化の要求は高く、小型化を図った排ガス処理装置についても効率の良い各単位操作を実現させるための改良が必要とされていた。
【０００６】
そこで、本発明は簡単な構造で冷却筒の小型化を図ると共に効率よく排ガス処理を行うことができ、装置全体の小型化を図れる排ガス処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排ガス処理装置は、有害成分を加熱分解又は燃焼分解させる処理筒の下流側に冷却筒を連設し、該冷却筒の内面に前記処理筒から排出される高温排ガス中に冷却水を噴霧する噴霧ノズルを備えた排ガス処理装置において、前記噴霧ノズルの外周に、該噴霧ノズルを囲繞するカバー体を設けるとともに、該カバー体の先端を前記噴霧ノズルのノズル先端部より噴霧方向に突出させたことを特徴としている。
【０００８】
また、前記冷却筒の内面に開口したノズル収容筒を設け、該ノズル収容筒内に前記噴霧ノズルを収容するとともに、該噴霧ノズルのノズル先端部を前記ノズル収容筒の開口端よりノズル収容筒内部側に位置させても良い。
【０００９】
さらに、前記噴霧ノズルは、噴霧水の粒子径が１００μｍ以下の一流体ノズルであると好適で、前記冷却筒から排気筒に排出される二次排ガスに外気を混合させてから大気中に放出することもできる。
【００１０】
また、前記冷却筒の外面温度を測定して該冷却筒内のガス温度を推定するための放射温度計を備えていてもよく、前記冷却筒の内面に炭素を主成分とした保護層を設けることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排ガス処理装置によれば、噴霧ノズルを囲繞するカバー体の先端をノズル先端部より噴霧方向に突出させたり、あるいは、噴霧ノズルのノズル先端部をノズル収容筒の開口端より内部側に位置させたりすることにより、噴霧領域の外周部分の流れを制御してスプレーパターンを中実噴霧パターンとすることができ、小容積の冷却筒内で排ガスを効率良く冷却させることができる。また、噴霧水の粒子径を１００μｍ以下とすれば、水の蒸発による冷却を有効に利用して冷却効率を更に向上させることができる。
【００１２】
また、前記冷却筒から排出される二次排ガスに外気を混合させてから大気に放出することにより、排ガスを確実に冷却させることができるとともに、水分過飽和による結露の発生を防止することができる。さらに、冷却筒の外面温度を放射温度計で測定して内部のガス温度を推定することにより、燃焼や熱分解で生成した生成物の影響を受けることなくガス温度の変化を監視することができる。また、冷却筒の内面に炭素を主成分とした保護層を設けることにより、高温排ガス中に含まれる粉末状物質や生成物が冷却筒の壁面に付着することを防止できる。さらに、保護層は炭素を主成分としていることから、高温排ガスを長時間処理したり、ハロゲン系ガスを処理する場合でも冷却筒の耐食性を向上させることができる。また、保護層の厚さを考慮することにより、断熱性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１乃至図３は本発明の排ガス処理装置の一形態例を示す図で、図１は冷却筒の要部断面図、図２は冷却筒の要部拡大断面図、図３は排ガス処理装置の説明図である。この排ガス処理装置１０は燃焼式の排ガス処理装置で、半導体製造プロセスから排出される有害成分を含む排ガスを燃焼処理する処理筒１１と、該処理筒１１から排出される高温排ガス中に噴霧ノズル１２から冷却水を噴霧して高温排ガスを冷却する冷却筒１３と、該冷却筒１３から排出される二次排ガスに外気を混合させる混合器１４とを備えている。
【００１４】
処理筒１１は、円筒状の天井部中央に燃焼バーナ１１ａが設けられると共に、周壁内周には、空気導入口１１ｂから供給される空気を小通孔から噴出させることにより燃焼によって生成した生成物が周壁に付着することを防止するための多孔体１１ｃが設けられている。冷却筒１３は、処理筒１１の下部下流側に一体に連設され、冷却筒１３の上部周方向に複数の噴霧ノズル１２が配設されている。冷却筒１３の下部には連通管１３ａが設けられ、該連通管１３ａを介して冷却筒１３と混合器１４とが連通している。混合器１４は、下部に外気導入口１４ａが設けられ天井部に排気口１４ｂが設けられている。
【００１５】
冷却筒１３の内面には、冷却筒上部から噴霧ノズル１２の下方までを覆う保護材１５が設けられている。この保護材１５は、炭素を主成分とした材質、例えばＣＦＲＰ等で形成されており、冷却筒１３の内面を保護する保護層として機能する。冷却筒１３及び保護材１５には、前記噴霧ノズル１２を、冷却筒１３の径方向に向けて配置するための開口部１３ｂ及びノズル収容筒１５ａが設けられている。
【００１６】
噴霧ノズル１２は、圧力微粒化式の一流体ノズルで、粒子径が１００μｍ以下の噴霧水を得ることができる渦巻き噴射式のノズルが用いられている。この噴霧ノズル１２は、冷却筒１３の開口部１３ｂに挿通され、ノズル収容筒１５ａ内に収容された状態で設けられている。さらに、ノズル先端部１２ａは、ノズル収容筒１５ａの開口端１５ｂよりもノズル収容筒１５ａの内部側に寸法Ｘだけ引き込まれた位置に配置され、ノズル収容筒１５ａの内周面と噴霧ノズル１２の外周面との間には寸法Ｙの隙間が形成されている。
【００１７】
また、この排ガス処理装置１０には、冷却筒１３やこれに連続する連通管１３ａの外面温度を測定して内部のガス温度を推定するための放射温度計１６が設けられている。冷却筒１３や連通管１３ａの外面１３ｃにおける放射温度計１６の測定面には、放射温度計１６での測定効率を向上させるため、放射率略１．０となる処理、例えば塗料の塗布、表面処理が施されている。
【００１８】
このように形成された排ガス処理装置１０では、半導体製造プロセスから排出された有害成分を含む排ガスが、必要に応じて供給される燃料や酸素と共に燃焼バーナ１１ａで燃焼し、処理筒１１内の高温下で有害成分を加熱分解又は燃焼分解して無害化する。処理筒１１から冷却筒１３に流入した高温排ガスは、噴霧ノズル１２から噴霧される冷却水によって冷却され、冷却筒１３から連通管１３ａを経て混合器１４に流入する。混合器１４では、所定温度に冷却された高温排ガスと、外気導入口１４ａから流入する外気（大気）とが混合した後、排気口１４ｂから排気ダクト（図示せず）を通って大気中に放出される。
【００１９】
高温排ガスを噴霧ノズル１２からの噴霧水で冷却する際、噴霧ノズル１２のノズル先端部１２ａをノズル収容筒１５ａの開口端１５ｂよりノズル収容筒内部側に位置させ、ノズル収容筒１５ａの開口端１５ｂをノズル先端部１２ａより噴霧ノズル１２の噴霧方向に向けて突出させた状態としたことにより、噴霧ノズル１２の噴霧領域の特に外周部分の流れを制御することができ、スプレーパターンを中実噴霧パターンとすることができができる。これにより、従来の中空噴霧パターンのときの中空部分のガスのすり抜けがなくなり、また、噴霧半径を小さくできるので、冷却筒１３を小径化しても噴霧水が冷却筒の壁面に当たって蒸発することがなくなることから、高温排ガスを噴霧水により冷却する際の噴霧水と高温排ガスとの接触効率を向上させることができ、冷却効率を大幅に向上させることができる。したがって、小径、小容積の冷却筒１３で高温排ガスを効率よく冷却させることができ、装置の小型化を図れると共に、使用水量を削減することができ、ランニングコストの低減も図れる。
【００２０】
噴霧水の粒子径を１００μｍ以下とすることにより、水の蒸発潜熱による冷却を有効に利用して冷却効率を上げることができる。さらに、噴霧ノズル１２に対するノズル収容筒１５ａの開口端１５ｂの状態、すなわち、前記寸法Ｘや寸法Ｙを処理量等の条件に応じて最適な状態に設定することにより、高温排ガスの冷却をより効果的に行うことができ、噴霧ノズル１２を軸線方向に移動可能に設けるなどして寸法Ｘを調整可能としておくことにより、流量、スプレー角度、スプレー幅、流量密度分布等を容易に調整することができ、排ガスの処理条件に対応した噴霧パターンを容易に設定することができる。
【００２１】
また、冷却筒１３が金属製の場合でも、冷却筒１３の内面を、ＣＦＲＰ等の炭素を主成分とした保護材１５で覆うことにより、燃焼、熱分解の際に生成される二次生成物や、高温排ガス中に含まれる粉末状物質が冷却筒１３の内面に付着することを防止できる。さらに、高温排ガスを長時間処理したり、ハロゲン系ガスを処理する場合でも耐食性を向上させることができる。また、保護材１５の厚さを考慮することによって断熱性を向上させることができる。
【００２２】
冷却筒１３で冷却された二次排ガスを放出する際に、混合器１４で外気と混合することにより、二次排ガスを確実に冷却することができるとともに湿度も低くすることができるので、排気ダクト等での結露の発生を防止して大気中に安全に放出できる。
【００２３】
また、外面１３ｃの温度と内部のガス温度との関係を事前に把握しておけば、前記放射温度計１６で冷却筒１３の外面温度を測定することにより、内部のガス温度を推定することができ、生成物等の影響を受けることなくガス温度の変化を監視することができる。
【００２４】
図４は本発明の第２形態例を示す冷却筒の要部拡大断面図で、第１形態例と同様の構成要素を示すものには、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２５】
本形態例の冷却筒１３に設けられる複数の噴霧ノズル１２は、円筒状のカバー体１７の内部にそれぞれ収容された状態で、冷却筒１３の径方向に設けられている。カバー体１７の先端面１７ａは、ノズル先端部１２ａより寸法Ｘだけ噴霧方向に突出させた状態で設けられるとともに、ノズル先端部１２ａの外周面とカバー体１７の内周面との間には、寸法Ｙの隙間が形成されている。
【００２６】
図５は本発明の第３形態例を示す冷却筒の要部断面図である。本形態例に示す噴霧ノズル１２は、冷却筒１３の開口部１３ｂから外方に突出した状態で設けられた円筒状のノズル収容筒１８に収容されており、ノズル先端部１２ａが冷却筒１３の内面よりも冷却筒外側に引き込まれた状態で配置され、ノズル収容筒１８の開口端である前記開口部１３ｂをノズル先端部１２ａより噴霧方向に突出させるようにしている。また、処理筒１１と噴霧ノズル１２との間の冷却筒１３の上部内面１３ｄは大径に形成され、この上部内面１３ｄに炭素を主成分とした、例えばＣＦＲＰ等で形成された円筒状の保護材１９を設け、冷却前の高温の燃焼ガスが接触する部分を保護するようにしている。
【００２７】
なお、本発明の排ガス処理装置は、半導体製造プロセスから排出される排ガスを処理するものに限らず、各種施設から排出される有害成分を含んだ排ガスを処理するものなど、加熱式、燃焼式の排ガス処理装置に広く適用することができる。また、使用する噴霧ノズルに特に制限はないが、渦巻き噴射式の一流体ノズルが特に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１形態例を示す冷却筒の要部断面図である。
【図２】同じく冷却筒の要部拡大断面図である。
【図３】同じく排ガス処理装置の説明図である。
【図４】本発明の第２形態例を示す冷却筒の要部拡大断面図である。
【図５】本発明の第３形態例を示す冷却筒の要部断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０…排ガス処理装置、１１…処理筒、１１ａ…燃焼バーナー、１１ｂ…空気導入口、１１ｃ…多孔体、１２…噴霧ノズル、１２ａ…ノズル先端部、１３…冷却筒、１３ａ…連通管、１３ｂ…開口部、１３ｃ…外面、１３ｄ…上部内面、１４…混合器、１４ａ…外気導入口、１４ｂ…排気口、１５…保護材、１５ａ…ノズル収容筒、１５ｂ…開口端、１６…放射温度計、１７…カバー体、１７ａ…先端面、１８…ノズル収容筒、１９…保護材
【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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