排ガス除害装置
【課題】処理すべき処理対象ガス量に応じて省スペース化することのできる排ガス除害装置を提供する。
【解決手段】本発明の排ガス除害装置１０は、ハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて処理対象ガスＦの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスＧを熱分解排ガス排出孔３４から排出する反応炉１２と、反応炉１２が挿設されているとともに反応炉１２から排出された熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられており、熱分解排ガスＧを排気孔４４まで導くガス流路４６が内部に形成された装置本体１４とを備えており、ガス流路４６には、熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを熱分解排ガスＧから除去する反応材Ｘが充填されていることを特徴とする。
【解決手段】本発明の排ガス除害装置１０は、ハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて処理対象ガスＦの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスＧを熱分解排ガス排出孔３４から排出する反応炉１２と、反応炉１２が挿設されているとともに反応炉１２から排出された熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられており、熱分解排ガスＧを排気孔４４まで導くガス流路４６が内部に形成された装置本体１４とを備えており、ガス流路４６には、熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを熱分解排ガスＧから除去する反応材Ｘが充填されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハロゲン化合物を含む処理対象ガスを熱分解する反応炉と、該熱分解によって生じたハロゲン物質を吸着除去するガス流路とを一体化することにより省スペース化できるとともに、カートリッジ化して容易に交換できる一体型の排ガス除害装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶等の製造プロセスでは、クリーニングガスやエッチングガス等として様々な種類のハロゲン化合物を含むガスが使用されており、代表的なものとして、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8等のパーフルオロカーボン（フッ化炭素）、ＣＨＦ3等のハイドロフルオロカーボンおよびＳＦ6（六フッ化硫黄）やＮＦ3等のフッ素化合物やＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＨＢｒ等が挙げられる。
【０００３】
そして、上記製造プロセスで使用された様々な種類のハロゲン化合物を含むガスは、キャリアガスやパージガス等として使用されたＮ2やＡｒあるいは添加ガスとして使用されたＯ2、Ｈ2やＮＨ3、Ｎ2Ｏ等と共に処理対象ガスとして排出される。
【０００４】
例えば、上記処理対象ガスにおけるフッ素化合物の占める割合は、Ｎ2やＡｒ等のキャリアガスやパージガスに比べてわずかではあるが、フッ素化合物は地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大気中のＣＯ2に比べて数千〜数万倍と非常に大きく、大気寿命もＣＯ2に比べて数千〜数万年と長いことから、大気中へ少量排出した場合であっても、その影響は甚大なものとなる。このため、使用済みとなったフッ素化合物を処理対象ガス中から除害する様々な技術が開発されている。
【０００５】
フッ素化合物を処理対象ガス中から除害する技術のひとつとして、図５に示すように、フッ素化合物を高温で熱分解する熱分解炉２と、当該熱分解によって生成したフッ化水素を乾式反応させる乾式固定化炉３とを備えるフッ素含有ガス分解処理装置１が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このフッ素含有ガス分解処理装置１によれば、フッ素化合物を含む処理対象ガスＦが熱分解炉２において水素の存在下で熱分解されることにより、処理対象ガスＦ中のフッ素は水素と反応してフッ化水素となる。そして、フッ化水素を含んだ熱分解排ガスＧは、熱分解炉２から排出された後、ダクト４を介して、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）といった反応材が充填された乾式固定化炉３に導入され、熱分解排ガスＧ中のフッ化水素は当該反応材と反応することにより熱分解排ガスから除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１のフッ素含有ガス分解処理装置１は、処理風量が大きいため、上述のように熱分解炉２と乾式固定化炉３とが独立して設けられており、ダクト４が熱分解炉２の内部と乾式固定化炉３の内部とを互いに連通させている。処理すべき単位時間当たりの処理対象ガスＦの風量が前述のように比較的多い場合はともかく、当該処理対象ガスＦの風量が少ない場合には、狭いクリーンルーム内等では処理風量に対して装置形状が大きく、処理装置１の省スペース化という要望に応えることができない。
【０００９】
しかも、ダクト４を断熱構造にしたとしても、熱分解炉２から排出された高温の熱分解排ガスＧの温度がダクト４内を通流中にどうしても下がることから、乾式固定化炉３における反応材とフッ化水素との反応効率が低くなるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、処理すべき処理対象ガス量に応じた省スペース型装置とすることができるとともに、反応材による反応効率も最大限に高めることのできる排ガス除害装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載した発明は、「ハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスＦの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスＧを熱分解排ガス排出孔３４から排出する反応炉１２と、
前記反応炉１２が挿設されているとともに前記反応炉１２から排出された熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられ、且つ、前記熱分解排ガスＧを前記排気孔４４まで導くガス流路４６が内部に形成された装置本体１４とを備えており、
前記ガス流路４６には、前記熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスＧから除去する反応材Ｘが充填されていることを特徴とする排ガス除害装置１０」である。
【００１２】
この発明によれば、反応炉１２が装置本体１４に挿設されており、さらに、熱分解排ガスＧからハロゲンを除去する反応材Ｘが充填されたガス流路４６が反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４に続いて当該装置本体１４内に形成されていることから、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４から出た高温の熱分解排ガスＧは直接ガス流路４６に導入されて反応材Ｘによって固定されることになり、ダクト４なしで処理対象ガスＦに含まれるハロゲン化合物の除害を装置本体１４内で完了することができる。このようにすることで、狭いクリーンルーム内での省スペースに資することができる。
【００１３】
また、熱分解排ガスＧは、前述のように、反応炉１２から排出された直後の高温状態で、冷える間もなく、熱分解排ガス排出孔３４に続く、ガス流路４６に充填された反応材Ｘと接触することから、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質と反応材Ｘとの反応効率を高めることができる。
【００１４】
なお、本明細書において「ハロゲン物質」とは、反応炉１２でハロゲン化合物が熱分解されることによって生成される中間物質を意味しており、例えば、反応炉１２においてハロゲン化合物の水素化が行われる場合であれば、ハロゲン化水素が「ハロゲン物質」に該当することになる。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の排ガス除害装置１０に関し、「前記反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４は、前記反応炉１２の下面に設けられており、前記装置本体１４の前記ガス流炉４６は、内部に冷却水ＣＷが通流される冷却水通流路５２を有し、前記反応炉１２の下部を囲繞する有底円筒状の水冷壁３８で構成されている」ことを特徴とする。
【００１６】
この発明では、ガス流路４６は、反応炉１２の特に高温となる下部を囲繞する水冷壁３８で構成されているので、壁面は常に低温に保たれており、高温の熱分解排ガスＧがガス流路４６に導入されて充填反応材Ｘに接触し、含有ハロゲンの固定化とともに反応材Ｘが高温となっても水冷壁３８がその熱による損傷を受けて排ガス除害装置１０を停止しなければならないような事態を避けることができ、安定した運転を長期間行うことができる。
【００１７】
加えて、前述のように、有底円筒状の水冷壁３８が反応炉１２の特に高温となる下部を囲繞するように構成されていることから、反応炉１２の下部の反応材Ｘが水冷壁３８で包まれるようになって熱がこもることになり、反応炉１２から排出された直後の熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質は、水冷壁３８の内側に配置された反応材Ｘと高温で効率よく反応し、然る後、水冷壁３８の底部や反応炉１２の外周面と水冷壁３８の内周面との間等の長く延びたガス流路４６を通流しつつ水冷壁３８によって減温されるので（この間も効率は若干低下するものの、反応材Ｘとの反応は依然として行われている。）、排気孔４４に到達する段階では所定の排出先に排出できる程度まで熱分解排ガスＧを減温させることができる。したがって、本発明によれば、請求項１に記載した作用効果に加えて、熱交換器等といった熱分解排ガスＧを減温するための装置が不要となる。
【００１８】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した排ガス除害装置１０の変形例であり、「ハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスＦの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスＧを熱分解排ガス排出孔３４から排出する反応炉１２と、
前記反応炉１２が挿設されているとともに前記熱分解排ガスＧを通流させるガス流路４６が内部に形成された装置本体１４と、
前記熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられ、且つ、前記装置本体１４の外周部を覆うようにして前記ガス流路４６から排出された前記熱分解排ガスＧを前記排気孔４４へ導く外周排ガス通流路４０を備えており、
前記ガス流路４６には、前記熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスＧから除去する反応材Ｘが充填されている」ことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、外周排ガス通流路４０によって、ガス流路４６から排出された熱分解排ガスＧがガス流路４６の周囲を覆うことにより、外周排ガス通流路４０中の熱分解排ガスＧが断熱材の役割を果たすこととなる。このため、ガス流路４６内の熱が外部へ放散するのを回避してガス流路４６内の（とりわけ、装置本体１４の外周面に近い位置の）熱分解排ガスＧの温度が低くなりすぎてハロゲン物質と反応材Ｘとの反応効率が低下しすぎるのを回避できるので、装置本体１４内に充填された反応材Ｘを全てハロゲン物質との反応に効率よく寄与させることができる。
【００２０】
請求項４に記載した発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス除害装置１０に関し、「前記反応炉１２では、熱分解用の熱源として大気圧プラズマＰが用いられる」ことを特徴とする。
【００２１】
この発明では、プラズマ発生装置１８を熱分解用の熱源とし、最高温度点では１万℃を超える大気圧プラズマＰを用いることにより、電気ヒータ等の他の熱源を用いる場合に比べて排ガス除害装置１０をよりコンパクトにすることができる。
【００２２】
請求項５に記載した発明は、「請求項１ないし４のいずれかに記載の反応炉１２および装置本体１４をそれぞれ複数備えており、処理対象ガスＦを選択的にいずれかの前記反応炉１２に導入する処理対象ガス導入ダクト３２と、処理対象ガスＦが導入された前記装置本体１４から熱分解排ガスＧを排出する熱分解排ガス排出ダクト６２とがさらに設けられていることを特徴とする排ガス除害装置１０」である。
【００２３】
この発明に係る排ガス除害装置１０によれば、始めにいずれかの反応炉１２および装置本体１４のセットを用いて処理対象ガスＦの除害を行い、当該装置本体１４中の反応材Ｘのハロゲン除去能力が低下したり、反応炉１２が故障したりした場合に、他の反応炉１２および装置本体１４を再選択して処理対象ガスＦの除害を継続することができ、当該他の反応炉１２および装置本体１４が稼働中に、能力が低下した反応材Ｘの詰め替えや反応炉１２の修理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ダクトが不要となることから、省スペース化が可能となるとともに、ハロゲン物質と反応材との反応効率を高めることのできる排ガス除害装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一体型の排ガス除害装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一体型の排ガス除害装置における内部構造を破線で示した斜視図である。本図は、反応材を省略して描いている。
【図３】本発明の一体型の排ガス除害装置に関する他の実施例を示す概念図である。
【図４】本発明の一体型の排ガス除害装置に関する他の実施例を示す概念図である。
【図５】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図示実施例にしたがって説明する。図１は、本実施例の排ガス除害装置１０の概要を示した構成図であり、図２は、本実施例の排ガス除害装置１０の内部構造を示す斜視図である。これらの図が示すように、本実施例の排ガス除害装置１０は、大略、反応炉１２、装置本体１４、外周排ガス通流路４０、必要に応じて設けられる排気ファン１６などで構成されている。
【００２７】
反応炉１２は、プラズマ発生装置１８と、当該プラズマ発生装置１８で発生させた大気圧プラズマＰと処理対象ガスＦとを囲繞し、その内部にて処理対象ガスＦを熱分解する、下端面が開口された円筒状の内筒２０と、水冷ジャケット２２と、水供給装置２３とを備えており、装置本体１４の中央部に挿設されている。
【００２８】
プラズマ発生装置１８は、高温の大気圧プラズマＰを生成する電極を内部に備えるプラズマトーチ１８ａと、プラズマトーチ１８ａの電極に電位を印加する直流電源１８ｂと、プラズマトーチ１８ａに作動ガスを供給する作動ガス供給装置１８ｃとで構成されている。
【００２９】
プラズマトーチ１８ａは、内筒２０の上端面に設けられたプラズマ導入孔２４から内筒２０の内部に向けて大気圧プラズマＰを噴射できるように内筒２０の上端外面中央部に取り付けられている。
【００３０】
直流電源１８ｂは、プラズマトーチ１８ａの内部に設けられた一対の電極に所定の放電電圧を印加して電極間にプラズマアークを発生させるものである。本実施例では、いわゆるスイッチング方式の電源装置を使用している。
【００３１】
作動ガス供給装置１８ｃは、プラズマトーチ１８ａに窒素や水素、あるいはアルゴンなどの作動ガスを送給するものであり、作動ガスを貯蔵する貯蔵タンク（図示せず）、およびこの貯蔵タンクとプラズマトーチ１８ａとを連通する作動ガス供給配管２６と、当該作動ガス供給配管２６に取り付けられ、作動ガス供給配管２６を通じてプラズマトーチ１８ａに供給する作動ガスの量を一定に制御する質量流量制御手段２８とを備えている。
【００３２】
なお、本実施例では、上述のように、処理対象ガスＦを熱分解するための熱源として大気圧プラズマＰを使用しているが、熱源はもちろんこれに限られるものではなく、例えば、電気ヒータやバーナ等を使用してもよい。
【００３３】
内筒２０は、その上端面が閉塞され、下端面が開口された円筒状体であり、耐火材で形成されている。この耐火材の材質は、処理対象ガスＦの成分に合わせて適切なものが使用される。また、内筒２０は、水冷ジャケット２２によって常時冷却されるので、内筒２０を構成する耐火材の材質は、処理対象ガスＦを熱分解する際の温度（＝内筒２０の内部温度）と水冷ジャケット２２の冷却能力とを考慮した上で決定されることになる。
【００３４】
また、内筒２０の上端面には、その中心にプラズマ導入孔２４が設けられており、さらに内筒２０の外周面２０ａ上部には、内筒２０の内側に処理対象ガスＦを導入するための処理対象ガス導入孔３０が設けられている。この処理対象ガス導入孔３０には、半導体製造装置等（図示せず）から処理対象ガスＦを導入する処理対象ガス導入ダクト３２の一端が接続されている（処理対象ガス導入孔３０は、装置本体１４の内部に位置しているので、処理対象ガス導入ダクト３２の一端も装置本体１４の上面を貫通して該装置本体１４の内部に導入されている。）。なお、内筒２０の開口した下端面は、熱分解処理後の処理対象ガスＦ（＝熱分解排ガスＧ）を内筒２０の内側から排出する熱分解排ガス排出孔３４となっている。
【００３５】
なお、熱分解排ガス排出孔３４には、後述する反応材Ｘが不所望に内筒２０の内側に入り込まないように、セラミック製（もちろん、熱分解排ガスＧの高温に耐えられるのであれば、他の材質を用いてもよい。）の網３５が取り付けられている。また、網３５の目の大きさは、反応材Ｘの粒径よりも小さく設定されていることはいうまでもない。
【００３６】
水冷ジャケット２２は、内筒２０の外周面２０ａを覆うステンレス製の円筒状体であり、その内部に冷却水ＣＷを通水できるように冷却水通流路２２ａが形成されている。また、水冷ジャケット２２の処理対象ガス導入孔３０に対応する位置には、処理対象ガス導入ダクト３２が挿通される処理対象ガス導入ダクト挿通孔２２ｂが設けられている。
【００３７】
水供給装置２３は、一端が内筒２０の内側に連通され、他端が所定の水源に接続された、内筒２０の内側に水（もちろん、純水でもよい。）を供給するための水供給配管２３ａと、当該水供給配管２３ａに取り付けられ、水供給配管２３ａを通じて内筒２０の内側に供給する水の量を制御する水量制御手段２３ｂとを備えている。なお、後述するように、水供給装置２３で供給される水は、処理対象ガスＦ中のフッ素化合物を熱分解する際の水素源としての役割を有している。したがって、水に替えて水素やアンモニアガスを内筒２０の内側に供給してもよい。
【００３８】
装置本体１４は、ケーシング３６と、当該ケーシング３６の内部に配設された水冷壁３８と、反応材Ｘとを備えている。
【００３９】
ケーシング３６は、ステンレス鋼製の中空円柱状体であり、その上面３６ａの中央部には、反応炉１２を挿設するための反応炉挿設孔４２が設けられており、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４がケーシング３６の内側底面３６ｂから離間した状態で、内筒２０および水冷ジャケット２２がケーシング３６の内部に収容されている。また、ケーシング３６における上面３６ａ周縁部の外周排ガス通流路４０に対応する位置には、熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられており、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４から排出された熱分解排ガスＧは該排気孔４４に向けて通流することになる（以下、この熱分解排ガスＧが通流する流路を「ガス流路４６」という。）。
【００４０】
また、ケーシング３６の外側底面３６ｃには、排ガス除害装置１０の移動を容易にするための車輪４５が取り付けられており、他の配管やダクトをワンタッチカプラ等で脱着容易にすることで、排ガス除害装置１０自体をカートリッジ化して容易に交換することができるようになる。これにより、現場における大がかりな定期メンテナンスが不要となるとともに、反応材Ｘを交換する際に同時に反応炉１２（特に、プラズマ発生装置１８）のメンテナンスをすることができる。
【００４１】
水冷壁３８は、ケーシング３６内部のガス流路４６を形成する有底円筒状体であって筒状部４８と底板部５０とで構成されており、その内部には、冷却水ＣＷを通流させるための冷却水通流路５２が形成されている。また、水冷壁３８は、反応炉１２の内筒２０および水冷ジャケット２２の下部を囲繞し、かつ、ケーシング３６の外周縁部に形成された外周排ガス通流路４０から離間するようにして、その底部３８ａがケーシング３６の内側底面３６ｂに載置されている。
【００４２】
これにより、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４−水冷壁３８の内側底部３８ｂ−反応炉１２の水冷ジャケット２２の外周面と水冷壁３８の内周面との間−水冷壁３８の上端とケーシング３６の内側天面３６ｄとの間−水冷壁３８の外周面と外周排ガス通流路４０の内周面との間の順にガス流路４６が構成されており、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４から排出された熱分解排ガスＧは、水冷壁３８の内側底部３８ｂに向かった後、反転して、反応炉１２の水冷ジャケット２２の外周面と水冷壁３８の内周面との間を図中上向きに通流し、再度反転して、水冷壁３８の外周面と外周排ガス通流路４０の内周面との間を図中下向きに通流する。
【００４３】
水冷壁３８の冷却水通流路５２について詳述すると、水冷壁３８の筒状部４８における冷却水通流路５２は流路分割板５４によって内側部５２ａと外側部５２ｂとに分けられている。流路分割板５４の下端は水冷壁３８の底部３８ａに接続されているとともに、流路分割板５４の上端は水冷壁３８の天部３８ｃから離間しており、内側部５２ａと外側部５２ｂとは水冷壁３８の天部３８ｃで互いに連通している。また、内側部５２ａの下端部は、水冷壁３８の底板部５０内の冷却水通流路５２に連通されている。
【００４４】
また、筒状部４８における冷却水通流路５２の外側部５２ｂ下端には、外部から冷却水ＣＷを導入する冷却水導入管５５が接続されており、底板部５０の中央部には、冷却水ＣＷを冷却水通流路５２から外部に排出する冷却水排出管５６が接続されている。
【００４５】
これにより、冷却水導入管５５を介して筒状部４８における冷却水通流路５２の外側部５２ｂに導入された冷却水ＣＷは、該外側部５２ｂを図中上向きに通流した後、水冷壁３８の天部３８ｃで反転して内側部５２ａを図中下向きに通流し、底板部５０内の冷却水通流路５２の縁部から中央部に至り、その後、冷却水排出管５６を介して外部に排出される。本実施例では、反応炉１２の下部を水冷壁３８が囲繞するようになっているので、高温の熱分解排ガスＧに面する筒上部４８の内側部５２ａを通流する冷却水ＣＷの温度に比べて、相対的に低温の熱分解排ガスＧに面する外側部５２ｂを通流する冷却水ＣＷの温度が低くなるので、効率よく熱分解排ガスＧを減温することができる。
【００４６】
反応材Ｘは、ガス流路４６に充填された、熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応して当該ハロゲン物質中のハロゲンを前記熱分解排ガスＧから除去するものであり、本実施例では塊状の生石灰（ＣａＯ）が使用されている。もちろん、反応材Ｘはこれに限られず、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質と反応して固体のハロゲン化物を生成するものであればよく、例えば、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を使用してもよい。
【００４７】
また、反応材Ｘの粒径については、粒径が小さくなると、比表面積が大きくなることから反応効率が向上するものの、反応材Ｘ同士の隙間が小さくなることから熱分解排ガスＧがガス流路４６を通流しにくくなり、排気ファン１６による吸引圧力を高く設定しなければならず、逆に粒径を大きくすると、排気ファン１６の能力は低くて済むものの、反応材Ｘの比表面積が小さくなることから反応効率は低下することとなるため、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質濃度に基づいて最適な反応材Ｘの粒径を設定することになる。
【００４８】
外周排ガス通流路４０は、装置本体１４の外周部を覆うようにして装置本体１４の下方から上方にかけて螺旋状に巻回して（本実施例では、４回巻きになっている。）形成されたダクトである。
【００４９】
外周排ガス通流路４０の最下段には、ガス流路４６を通流してきた熱分解排ガスＧを外周排ガス通流路４０内に導入するための排ガス導入孔５８が設けられており、この排ガス導入孔５８には、反応材Ｘが外周排ガス通流路４０に入ってくるのを防止するため、反応材Ｘの粒径よりも小さな網目を有する反応材流入防止網６０が取り付けられている。
【００５０】
外周排ガス通流路４０の最上段は、ケーシング３６の上面３６ａの周縁部に設けられた排気孔４４を介して外部と連通されている。
【００５１】
なお、この外周排ガス通流路４０を設けることなく排ガス除害装置１０を構成することも可能であり、その場合には、図３に示すように、装置本体１４のケーシング３６に（図示するケースでは左下側面）排気孔４４が設けられることになる。
【００５２】
排気ファン１６（図１）は、必要に応じて設けられる、反応炉１２からガス流路４６および外周排ガス通流路４０を介して熱分解排ガスＧを誘引し、外部へ排出するためのファンであり、図１および２に示す本実施例では、一端が排気孔４４に接続され、他端が所定の排出先に接続された熱分解排ガス排出ダクト６２に取り付けられている。なお、排ガス除害装置１０の設置先のクリーンルーム内等において、既に排ガスを吸引する装置が設けられている場合には、排気ファン１６を設ける必要はなく、熱分解排ガス排出ダクト６２を直接、既設の排ガス吸引装置（図示せず）に接続すればよい。
【００５３】
次に、本実施例に係る排ガス除害装置１０を用いて処理対象ガスＦを分解する際には、まず作動ガス供給装置１８ｃを作動させ、質量流量制御手段２８によって流量を制御しつつ、作動ガスを貯蔵タンクからプラズマトーチ１８ａに送給する。そして、直流電源１８ｂを作動させることによってプラズマトーチ１８ａの電極間に電圧を印加し、プラズマ導入孔２４から大気圧プラズマＰを噴出させる。
【００５４】
大気圧プラズマＰが噴出されると同時に、反応炉１２内は処理対象ガスＦを熱分解可能な温度となるので、処理対象ガスＦの発生源から処理対象ガス導入ダクト３２を経由して供給される処理対象ガスＦを反応炉１２内に導入するとともに、水供給装置２３を用いて、反応炉１２の内筒２０内に水を供給する。導入された処理対象ガスＦは、大気圧プラズマＰの熱によって分解された後、水素（水供給装置２３で供給された水から分離したもの。）と結合する。なお、図示しないが、処理対象ガスＦ自体に含まれている固形成分や水溶性成分が多い場合は、反応炉１２に導入する前に、予め湿式スクラバー等によって処理対象ガスＦを水洗してもよい。
【００５５】
反応炉１２内で熱分解された後の熱分解排ガスＧは、熱分解排ガス排出孔３４から排出された後、ガス流路４６に導入される。ガス流路４６に導入された熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質は、ガス流路４６に充填された反応材Ｘと反応して固体のハロゲン化物となることにより、熱分解排ガスＧから取り除かれる。
【００５６】
例えば、処理対象ガスＦがフッ化物を含んでおり、反応材Ｘが生石灰である場合には、反応炉１２およびガス流路４６において、以下のような反応が生じる。
（反応炉において）
ＣＦ4＋２Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋４ＨＦ
（ガス流路において）
ＣａＯ＋２ＨＦ → ＣａＦ2＋Ｈ2Ｏ
また、反応材Ｘが消石灰である場合には、ガス流路４６における反応は以下のようになる。
Ｃａ（ＯＨ）2＋２ＨＦ → ＣａＦ2＋２Ｈ2Ｏ
【００５７】
ガス流路４６を通過して排ガス導入孔５８から外周排ガス通流路４０に導入された熱分解排ガスＧは（この段階で、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質は除去されている）、ケーシング３６の外周を螺旋状にまわりながら上部へ移動し、ケーシング３６の排気孔４４から熱分解排ガス排出ダクト６２に導入され、排気ファン１６を介して所定の排出先に排出される。
【００５８】
上記実施例では、１セットの反応炉１２や装置本体１４を用いた実施例について説明したが、１つの排ガス除害装置１０に複数セットの反応炉１２および装置本体１４等を用いることもできる。
【００５９】
このような排ガス除害装置１０の例として、図４に示すように、２セットの反応炉１２および装置本体１４を用いた場合について説明すると、排ガス除害装置１０の外部と接続される作動ガス供給配管２６、処理対象ガス導入ダクト３２、熱分解排ガス排出ダクト６２、水供給配管２３ａ、冷却水導入管５５および冷却水排出管５６は、排ガス除害装置１０内でそれぞれ分岐されており、個々のプラズマ発生装置１８や装置本体１４に接続されている（プラズマ発生装置１８の直流電源１８ｂも分岐されて個々のプラズマ発生装置１８に給電できるようになっている。）。また、分岐した後の配管やダクトにはそれぞれバルブ（２方向弁あるいは３方向弁）が取り付けられており、各排ガス除害装置１０を単独で稼働できるようになっている。
【００６０】
この排ガス除害装置１０によれば、まず始めにいずれか一方の反応炉１２および装置本体１４のセットを用いて処理対象ガスＦの除害を行い、一方の装置本体１４中の反応材Ｘのハロゲン除去能力が低下したり、一方の反応炉１２が故障したりした場合に、バルブを切り替えることによって他方の反応炉１２および装置本体１４を用いて処理対象ガスＦの除害を継続することができ、他方の反応炉１２および装置本体１４が稼働中に、一方の装置本体１４中の反応材Ｘの詰め替えや一方の反応炉１２の修理を行うことができる。
【００６１】
さらに、各バルブに電動機や油圧等による自動バルブを使用し、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質濃度をモニタリングしておくことにより、一方の反応炉１２や装置本体１４に問題が生じたことを検知したとき、直ちに他方の反応炉１２および装置本体１４を稼働させて、処理対象ガスＦの除害をダウンタイムなしに継続することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０…排ガス除害装置
１２…反応炉
１４…装置本体
１６…排気ファン
１８…プラズマ発生装置
１８ａ…プラズマトーチ
１８ｂ…直流電源
１８ｃ…作動ガス供給装置
２０…内筒
２２…水冷ジャケット
２３…水供給装置
２３ａ…水供給配管
２３ｂ…水量制御手段
２４…プラズマ導入孔
２６…作動ガス供給配管
２８…質量流量制御手段
３０…処理対象ガス導入孔
３２…処理対象ガス導入ダクト
３４…熱分解排ガス排出孔
３５…網
３６…ケーシング
３８…水冷壁
４０…外周排ガス通流路
４２…反応炉挿設孔
４４…排気孔
４５…車輪
４６…ガス流路
４８…（水冷壁の）筒状部
５０…（水冷壁の）底板部
５２…冷却水通流路
５４…流路分割板
５５…冷却水導入管
５６…冷却水排出管
５８…排ガス導入孔
６０…反応材流入防止網
６２…熱分解排ガス排出ダクト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ハロゲン化合物を含む処理対象ガスを熱分解する反応炉と、該熱分解によって生じたハロゲン物質を吸着除去するガス流路とを一体化することにより省スペース化できるとともに、カートリッジ化して容易に交換できる一体型の排ガス除害装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶等の製造プロセスでは、クリーニングガスやエッチングガス等として様々な種類のハロゲン化合物を含むガスが使用されており、代表的なものとして、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8等のパーフルオロカーボン（フッ化炭素）、ＣＨＦ3等のハイドロフルオロカーボンおよびＳＦ6（六フッ化硫黄）やＮＦ3等のフッ素化合物やＢＣｌ3、Ｃｌ2、ＨＢｒ等が挙げられる。
【０００３】
そして、上記製造プロセスで使用された様々な種類のハロゲン化合物を含むガスは、キャリアガスやパージガス等として使用されたＮ2やＡｒあるいは添加ガスとして使用されたＯ2、Ｈ2やＮＨ3、Ｎ2Ｏ等と共に処理対象ガスとして排出される。
【０００４】
例えば、上記処理対象ガスにおけるフッ素化合物の占める割合は、Ｎ2やＡｒ等のキャリアガスやパージガスに比べてわずかではあるが、フッ素化合物は地球温暖化係数（ＧＷＰ）が大気中のＣＯ2に比べて数千〜数万倍と非常に大きく、大気寿命もＣＯ2に比べて数千〜数万年と長いことから、大気中へ少量排出した場合であっても、その影響は甚大なものとなる。このため、使用済みとなったフッ素化合物を処理対象ガス中から除害する様々な技術が開発されている。
【０００５】
フッ素化合物を処理対象ガス中から除害する技術のひとつとして、図５に示すように、フッ素化合物を高温で熱分解する熱分解炉２と、当該熱分解によって生成したフッ化水素を乾式反応させる乾式固定化炉３とを備えるフッ素含有ガス分解処理装置１が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
このフッ素含有ガス分解処理装置１によれば、フッ素化合物を含む処理対象ガスＦが熱分解炉２において水素の存在下で熱分解されることにより、処理対象ガスＦ中のフッ素は水素と反応してフッ化水素となる。そして、フッ化水素を含んだ熱分解排ガスＧは、熱分解炉２から排出された後、ダクト４を介して、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）といった反応材が充填された乾式固定化炉３に導入され、熱分解排ガスＧ中のフッ化水素は当該反応材と反応することにより熱分解排ガスから除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−１２２７９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、特許文献１のフッ素含有ガス分解処理装置１は、処理風量が大きいため、上述のように熱分解炉２と乾式固定化炉３とが独立して設けられており、ダクト４が熱分解炉２の内部と乾式固定化炉３の内部とを互いに連通させている。処理すべき単位時間当たりの処理対象ガスＦの風量が前述のように比較的多い場合はともかく、当該処理対象ガスＦの風量が少ない場合には、狭いクリーンルーム内等では処理風量に対して装置形状が大きく、処理装置１の省スペース化という要望に応えることができない。
【０００９】
しかも、ダクト４を断熱構造にしたとしても、熱分解炉２から排出された高温の熱分解排ガスＧの温度がダクト４内を通流中にどうしても下がることから、乾式固定化炉３における反応材とフッ化水素との反応効率が低くなるという問題もあった。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、処理すべき処理対象ガス量に応じた省スペース型装置とすることができるとともに、反応材による反応効率も最大限に高めることのできる排ガス除害装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載した発明は、「ハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスＦの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスＧを熱分解排ガス排出孔３４から排出する反応炉１２と、
前記反応炉１２が挿設されているとともに前記反応炉１２から排出された熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられ、且つ、前記熱分解排ガスＧを前記排気孔４４まで導くガス流路４６が内部に形成された装置本体１４とを備えており、
前記ガス流路４６には、前記熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスＧから除去する反応材Ｘが充填されていることを特徴とする排ガス除害装置１０」である。
【００１２】
この発明によれば、反応炉１２が装置本体１４に挿設されており、さらに、熱分解排ガスＧからハロゲンを除去する反応材Ｘが充填されたガス流路４６が反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４に続いて当該装置本体１４内に形成されていることから、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４から出た高温の熱分解排ガスＧは直接ガス流路４６に導入されて反応材Ｘによって固定されることになり、ダクト４なしで処理対象ガスＦに含まれるハロゲン化合物の除害を装置本体１４内で完了することができる。このようにすることで、狭いクリーンルーム内での省スペースに資することができる。
【００１３】
また、熱分解排ガスＧは、前述のように、反応炉１２から排出された直後の高温状態で、冷える間もなく、熱分解排ガス排出孔３４に続く、ガス流路４６に充填された反応材Ｘと接触することから、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質と反応材Ｘとの反応効率を高めることができる。
【００１４】
なお、本明細書において「ハロゲン物質」とは、反応炉１２でハロゲン化合物が熱分解されることによって生成される中間物質を意味しており、例えば、反応炉１２においてハロゲン化合物の水素化が行われる場合であれば、ハロゲン化水素が「ハロゲン物質」に該当することになる。
【００１５】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載の排ガス除害装置１０に関し、「前記反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４は、前記反応炉１２の下面に設けられており、前記装置本体１４の前記ガス流炉４６は、内部に冷却水ＣＷが通流される冷却水通流路５２を有し、前記反応炉１２の下部を囲繞する有底円筒状の水冷壁３８で構成されている」ことを特徴とする。
【００１６】
この発明では、ガス流路４６は、反応炉１２の特に高温となる下部を囲繞する水冷壁３８で構成されているので、壁面は常に低温に保たれており、高温の熱分解排ガスＧがガス流路４６に導入されて充填反応材Ｘに接触し、含有ハロゲンの固定化とともに反応材Ｘが高温となっても水冷壁３８がその熱による損傷を受けて排ガス除害装置１０を停止しなければならないような事態を避けることができ、安定した運転を長期間行うことができる。
【００１７】
加えて、前述のように、有底円筒状の水冷壁３８が反応炉１２の特に高温となる下部を囲繞するように構成されていることから、反応炉１２の下部の反応材Ｘが水冷壁３８で包まれるようになって熱がこもることになり、反応炉１２から排出された直後の熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質は、水冷壁３８の内側に配置された反応材Ｘと高温で効率よく反応し、然る後、水冷壁３８の底部や反応炉１２の外周面と水冷壁３８の内周面との間等の長く延びたガス流路４６を通流しつつ水冷壁３８によって減温されるので（この間も効率は若干低下するものの、反応材Ｘとの反応は依然として行われている。）、排気孔４４に到達する段階では所定の排出先に排出できる程度まで熱分解排ガスＧを減温させることができる。したがって、本発明によれば、請求項１に記載した作用効果に加えて、熱交換器等といった熱分解排ガスＧを減温するための装置が不要となる。
【００１８】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した排ガス除害装置１０の変形例であり、「ハロゲン化合物を含む処理対象ガスＦを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスＦの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスＧを熱分解排ガス排出孔３４から排出する反応炉１２と、
前記反応炉１２が挿設されているとともに前記熱分解排ガスＧを通流させるガス流路４６が内部に形成された装置本体１４と、
前記熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられ、且つ、前記装置本体１４の外周部を覆うようにして前記ガス流路４６から排出された前記熱分解排ガスＧを前記排気孔４４へ導く外周排ガス通流路４０を備えており、
前記ガス流路４６には、前記熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスＧから除去する反応材Ｘが充填されている」ことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、外周排ガス通流路４０によって、ガス流路４６から排出された熱分解排ガスＧがガス流路４６の周囲を覆うことにより、外周排ガス通流路４０中の熱分解排ガスＧが断熱材の役割を果たすこととなる。このため、ガス流路４６内の熱が外部へ放散するのを回避してガス流路４６内の（とりわけ、装置本体１４の外周面に近い位置の）熱分解排ガスＧの温度が低くなりすぎてハロゲン物質と反応材Ｘとの反応効率が低下しすぎるのを回避できるので、装置本体１４内に充填された反応材Ｘを全てハロゲン物質との反応に効率よく寄与させることができる。
【００２０】
請求項４に記載した発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス除害装置１０に関し、「前記反応炉１２では、熱分解用の熱源として大気圧プラズマＰが用いられる」ことを特徴とする。
【００２１】
この発明では、プラズマ発生装置１８を熱分解用の熱源とし、最高温度点では１万℃を超える大気圧プラズマＰを用いることにより、電気ヒータ等の他の熱源を用いる場合に比べて排ガス除害装置１０をよりコンパクトにすることができる。
【００２２】
請求項５に記載した発明は、「請求項１ないし４のいずれかに記載の反応炉１２および装置本体１４をそれぞれ複数備えており、処理対象ガスＦを選択的にいずれかの前記反応炉１２に導入する処理対象ガス導入ダクト３２と、処理対象ガスＦが導入された前記装置本体１４から熱分解排ガスＧを排出する熱分解排ガス排出ダクト６２とがさらに設けられていることを特徴とする排ガス除害装置１０」である。
【００２３】
この発明に係る排ガス除害装置１０によれば、始めにいずれかの反応炉１２および装置本体１４のセットを用いて処理対象ガスＦの除害を行い、当該装置本体１４中の反応材Ｘのハロゲン除去能力が低下したり、反応炉１２が故障したりした場合に、他の反応炉１２および装置本体１４を再選択して処理対象ガスＦの除害を継続することができ、当該他の反応炉１２および装置本体１４が稼働中に、能力が低下した反応材Ｘの詰め替えや反応炉１２の修理を行うことができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ダクトが不要となることから、省スペース化が可能となるとともに、ハロゲン物質と反応材との反応効率を高めることのできる排ガス除害装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一体型の排ガス除害装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一体型の排ガス除害装置における内部構造を破線で示した斜視図である。本図は、反応材を省略して描いている。
【図３】本発明の一体型の排ガス除害装置に関する他の実施例を示す概念図である。
【図４】本発明の一体型の排ガス除害装置に関する他の実施例を示す概念図である。
【図５】従来技術を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を図示実施例にしたがって説明する。図１は、本実施例の排ガス除害装置１０の概要を示した構成図であり、図２は、本実施例の排ガス除害装置１０の内部構造を示す斜視図である。これらの図が示すように、本実施例の排ガス除害装置１０は、大略、反応炉１２、装置本体１４、外周排ガス通流路４０、必要に応じて設けられる排気ファン１６などで構成されている。
【００２７】
反応炉１２は、プラズマ発生装置１８と、当該プラズマ発生装置１８で発生させた大気圧プラズマＰと処理対象ガスＦとを囲繞し、その内部にて処理対象ガスＦを熱分解する、下端面が開口された円筒状の内筒２０と、水冷ジャケット２２と、水供給装置２３とを備えており、装置本体１４の中央部に挿設されている。
【００２８】
プラズマ発生装置１８は、高温の大気圧プラズマＰを生成する電極を内部に備えるプラズマトーチ１８ａと、プラズマトーチ１８ａの電極に電位を印加する直流電源１８ｂと、プラズマトーチ１８ａに作動ガスを供給する作動ガス供給装置１８ｃとで構成されている。
【００２９】
プラズマトーチ１８ａは、内筒２０の上端面に設けられたプラズマ導入孔２４から内筒２０の内部に向けて大気圧プラズマＰを噴射できるように内筒２０の上端外面中央部に取り付けられている。
【００３０】
直流電源１８ｂは、プラズマトーチ１８ａの内部に設けられた一対の電極に所定の放電電圧を印加して電極間にプラズマアークを発生させるものである。本実施例では、いわゆるスイッチング方式の電源装置を使用している。
【００３１】
作動ガス供給装置１８ｃは、プラズマトーチ１８ａに窒素や水素、あるいはアルゴンなどの作動ガスを送給するものであり、作動ガスを貯蔵する貯蔵タンク（図示せず）、およびこの貯蔵タンクとプラズマトーチ１８ａとを連通する作動ガス供給配管２６と、当該作動ガス供給配管２６に取り付けられ、作動ガス供給配管２６を通じてプラズマトーチ１８ａに供給する作動ガスの量を一定に制御する質量流量制御手段２８とを備えている。
【００３２】
なお、本実施例では、上述のように、処理対象ガスＦを熱分解するための熱源として大気圧プラズマＰを使用しているが、熱源はもちろんこれに限られるものではなく、例えば、電気ヒータやバーナ等を使用してもよい。
【００３３】
内筒２０は、その上端面が閉塞され、下端面が開口された円筒状体であり、耐火材で形成されている。この耐火材の材質は、処理対象ガスＦの成分に合わせて適切なものが使用される。また、内筒２０は、水冷ジャケット２２によって常時冷却されるので、内筒２０を構成する耐火材の材質は、処理対象ガスＦを熱分解する際の温度（＝内筒２０の内部温度）と水冷ジャケット２２の冷却能力とを考慮した上で決定されることになる。
【００３４】
また、内筒２０の上端面には、その中心にプラズマ導入孔２４が設けられており、さらに内筒２０の外周面２０ａ上部には、内筒２０の内側に処理対象ガスＦを導入するための処理対象ガス導入孔３０が設けられている。この処理対象ガス導入孔３０には、半導体製造装置等（図示せず）から処理対象ガスＦを導入する処理対象ガス導入ダクト３２の一端が接続されている（処理対象ガス導入孔３０は、装置本体１４の内部に位置しているので、処理対象ガス導入ダクト３２の一端も装置本体１４の上面を貫通して該装置本体１４の内部に導入されている。）。なお、内筒２０の開口した下端面は、熱分解処理後の処理対象ガスＦ（＝熱分解排ガスＧ）を内筒２０の内側から排出する熱分解排ガス排出孔３４となっている。
【００３５】
なお、熱分解排ガス排出孔３４には、後述する反応材Ｘが不所望に内筒２０の内側に入り込まないように、セラミック製（もちろん、熱分解排ガスＧの高温に耐えられるのであれば、他の材質を用いてもよい。）の網３５が取り付けられている。また、網３５の目の大きさは、反応材Ｘの粒径よりも小さく設定されていることはいうまでもない。
【００３６】
水冷ジャケット２２は、内筒２０の外周面２０ａを覆うステンレス製の円筒状体であり、その内部に冷却水ＣＷを通水できるように冷却水通流路２２ａが形成されている。また、水冷ジャケット２２の処理対象ガス導入孔３０に対応する位置には、処理対象ガス導入ダクト３２が挿通される処理対象ガス導入ダクト挿通孔２２ｂが設けられている。
【００３７】
水供給装置２３は、一端が内筒２０の内側に連通され、他端が所定の水源に接続された、内筒２０の内側に水（もちろん、純水でもよい。）を供給するための水供給配管２３ａと、当該水供給配管２３ａに取り付けられ、水供給配管２３ａを通じて内筒２０の内側に供給する水の量を制御する水量制御手段２３ｂとを備えている。なお、後述するように、水供給装置２３で供給される水は、処理対象ガスＦ中のフッ素化合物を熱分解する際の水素源としての役割を有している。したがって、水に替えて水素やアンモニアガスを内筒２０の内側に供給してもよい。
【００３８】
装置本体１４は、ケーシング３６と、当該ケーシング３６の内部に配設された水冷壁３８と、反応材Ｘとを備えている。
【００３９】
ケーシング３６は、ステンレス鋼製の中空円柱状体であり、その上面３６ａの中央部には、反応炉１２を挿設するための反応炉挿設孔４２が設けられており、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４がケーシング３６の内側底面３６ｂから離間した状態で、内筒２０および水冷ジャケット２２がケーシング３６の内部に収容されている。また、ケーシング３６における上面３６ａ周縁部の外周排ガス通流路４０に対応する位置には、熱分解排ガスＧを外部へ排出する排気孔４４が設けられており、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４から排出された熱分解排ガスＧは該排気孔４４に向けて通流することになる（以下、この熱分解排ガスＧが通流する流路を「ガス流路４６」という。）。
【００４０】
また、ケーシング３６の外側底面３６ｃには、排ガス除害装置１０の移動を容易にするための車輪４５が取り付けられており、他の配管やダクトをワンタッチカプラ等で脱着容易にすることで、排ガス除害装置１０自体をカートリッジ化して容易に交換することができるようになる。これにより、現場における大がかりな定期メンテナンスが不要となるとともに、反応材Ｘを交換する際に同時に反応炉１２（特に、プラズマ発生装置１８）のメンテナンスをすることができる。
【００４１】
水冷壁３８は、ケーシング３６内部のガス流路４６を形成する有底円筒状体であって筒状部４８と底板部５０とで構成されており、その内部には、冷却水ＣＷを通流させるための冷却水通流路５２が形成されている。また、水冷壁３８は、反応炉１２の内筒２０および水冷ジャケット２２の下部を囲繞し、かつ、ケーシング３６の外周縁部に形成された外周排ガス通流路４０から離間するようにして、その底部３８ａがケーシング３６の内側底面３６ｂに載置されている。
【００４２】
これにより、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４−水冷壁３８の内側底部３８ｂ−反応炉１２の水冷ジャケット２２の外周面と水冷壁３８の内周面との間−水冷壁３８の上端とケーシング３６の内側天面３６ｄとの間−水冷壁３８の外周面と外周排ガス通流路４０の内周面との間の順にガス流路４６が構成されており、反応炉１２の熱分解排ガス排出孔３４から排出された熱分解排ガスＧは、水冷壁３８の内側底部３８ｂに向かった後、反転して、反応炉１２の水冷ジャケット２２の外周面と水冷壁３８の内周面との間を図中上向きに通流し、再度反転して、水冷壁３８の外周面と外周排ガス通流路４０の内周面との間を図中下向きに通流する。
【００４３】
水冷壁３８の冷却水通流路５２について詳述すると、水冷壁３８の筒状部４８における冷却水通流路５２は流路分割板５４によって内側部５２ａと外側部５２ｂとに分けられている。流路分割板５４の下端は水冷壁３８の底部３８ａに接続されているとともに、流路分割板５４の上端は水冷壁３８の天部３８ｃから離間しており、内側部５２ａと外側部５２ｂとは水冷壁３８の天部３８ｃで互いに連通している。また、内側部５２ａの下端部は、水冷壁３８の底板部５０内の冷却水通流路５２に連通されている。
【００４４】
また、筒状部４８における冷却水通流路５２の外側部５２ｂ下端には、外部から冷却水ＣＷを導入する冷却水導入管５５が接続されており、底板部５０の中央部には、冷却水ＣＷを冷却水通流路５２から外部に排出する冷却水排出管５６が接続されている。
【００４５】
これにより、冷却水導入管５５を介して筒状部４８における冷却水通流路５２の外側部５２ｂに導入された冷却水ＣＷは、該外側部５２ｂを図中上向きに通流した後、水冷壁３８の天部３８ｃで反転して内側部５２ａを図中下向きに通流し、底板部５０内の冷却水通流路５２の縁部から中央部に至り、その後、冷却水排出管５６を介して外部に排出される。本実施例では、反応炉１２の下部を水冷壁３８が囲繞するようになっているので、高温の熱分解排ガスＧに面する筒上部４８の内側部５２ａを通流する冷却水ＣＷの温度に比べて、相対的に低温の熱分解排ガスＧに面する外側部５２ｂを通流する冷却水ＣＷの温度が低くなるので、効率よく熱分解排ガスＧを減温することができる。
【００４６】
反応材Ｘは、ガス流路４６に充填された、熱分解排ガスＧに含まれるハロゲン物質と反応して当該ハロゲン物質中のハロゲンを前記熱分解排ガスＧから除去するものであり、本実施例では塊状の生石灰（ＣａＯ）が使用されている。もちろん、反応材Ｘはこれに限られず、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質と反応して固体のハロゲン化物を生成するものであればよく、例えば、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）2）、炭酸水素ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）を使用してもよい。
【００４７】
また、反応材Ｘの粒径については、粒径が小さくなると、比表面積が大きくなることから反応効率が向上するものの、反応材Ｘ同士の隙間が小さくなることから熱分解排ガスＧがガス流路４６を通流しにくくなり、排気ファン１６による吸引圧力を高く設定しなければならず、逆に粒径を大きくすると、排気ファン１６の能力は低くて済むものの、反応材Ｘの比表面積が小さくなることから反応効率は低下することとなるため、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質濃度に基づいて最適な反応材Ｘの粒径を設定することになる。
【００４８】
外周排ガス通流路４０は、装置本体１４の外周部を覆うようにして装置本体１４の下方から上方にかけて螺旋状に巻回して（本実施例では、４回巻きになっている。）形成されたダクトである。
【００４９】
外周排ガス通流路４０の最下段には、ガス流路４６を通流してきた熱分解排ガスＧを外周排ガス通流路４０内に導入するための排ガス導入孔５８が設けられており、この排ガス導入孔５８には、反応材Ｘが外周排ガス通流路４０に入ってくるのを防止するため、反応材Ｘの粒径よりも小さな網目を有する反応材流入防止網６０が取り付けられている。
【００５０】
外周排ガス通流路４０の最上段は、ケーシング３６の上面３６ａの周縁部に設けられた排気孔４４を介して外部と連通されている。
【００５１】
なお、この外周排ガス通流路４０を設けることなく排ガス除害装置１０を構成することも可能であり、その場合には、図３に示すように、装置本体１４のケーシング３６に（図示するケースでは左下側面）排気孔４４が設けられることになる。
【００５２】
排気ファン１６（図１）は、必要に応じて設けられる、反応炉１２からガス流路４６および外周排ガス通流路４０を介して熱分解排ガスＧを誘引し、外部へ排出するためのファンであり、図１および２に示す本実施例では、一端が排気孔４４に接続され、他端が所定の排出先に接続された熱分解排ガス排出ダクト６２に取り付けられている。なお、排ガス除害装置１０の設置先のクリーンルーム内等において、既に排ガスを吸引する装置が設けられている場合には、排気ファン１６を設ける必要はなく、熱分解排ガス排出ダクト６２を直接、既設の排ガス吸引装置（図示せず）に接続すればよい。
【００５３】
次に、本実施例に係る排ガス除害装置１０を用いて処理対象ガスＦを分解する際には、まず作動ガス供給装置１８ｃを作動させ、質量流量制御手段２８によって流量を制御しつつ、作動ガスを貯蔵タンクからプラズマトーチ１８ａに送給する。そして、直流電源１８ｂを作動させることによってプラズマトーチ１８ａの電極間に電圧を印加し、プラズマ導入孔２４から大気圧プラズマＰを噴出させる。
【００５４】
大気圧プラズマＰが噴出されると同時に、反応炉１２内は処理対象ガスＦを熱分解可能な温度となるので、処理対象ガスＦの発生源から処理対象ガス導入ダクト３２を経由して供給される処理対象ガスＦを反応炉１２内に導入するとともに、水供給装置２３を用いて、反応炉１２の内筒２０内に水を供給する。導入された処理対象ガスＦは、大気圧プラズマＰの熱によって分解された後、水素（水供給装置２３で供給された水から分離したもの。）と結合する。なお、図示しないが、処理対象ガスＦ自体に含まれている固形成分や水溶性成分が多い場合は、反応炉１２に導入する前に、予め湿式スクラバー等によって処理対象ガスＦを水洗してもよい。
【００５５】
反応炉１２内で熱分解された後の熱分解排ガスＧは、熱分解排ガス排出孔３４から排出された後、ガス流路４６に導入される。ガス流路４６に導入された熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質は、ガス流路４６に充填された反応材Ｘと反応して固体のハロゲン化物となることにより、熱分解排ガスＧから取り除かれる。
【００５６】
例えば、処理対象ガスＦがフッ化物を含んでおり、反応材Ｘが生石灰である場合には、反応炉１２およびガス流路４６において、以下のような反応が生じる。
（反応炉において）
ＣＦ4＋２Ｈ2Ｏ → ＣＯ2＋４ＨＦ
（ガス流路において）
ＣａＯ＋２ＨＦ → ＣａＦ2＋Ｈ2Ｏ
また、反応材Ｘが消石灰である場合には、ガス流路４６における反応は以下のようになる。
Ｃａ（ＯＨ）2＋２ＨＦ → ＣａＦ2＋２Ｈ2Ｏ
【００５７】
ガス流路４６を通過して排ガス導入孔５８から外周排ガス通流路４０に導入された熱分解排ガスＧは（この段階で、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質は除去されている）、ケーシング３６の外周を螺旋状にまわりながら上部へ移動し、ケーシング３６の排気孔４４から熱分解排ガス排出ダクト６２に導入され、排気ファン１６を介して所定の排出先に排出される。
【００５８】
上記実施例では、１セットの反応炉１２や装置本体１４を用いた実施例について説明したが、１つの排ガス除害装置１０に複数セットの反応炉１２および装置本体１４等を用いることもできる。
【００５９】
このような排ガス除害装置１０の例として、図４に示すように、２セットの反応炉１２および装置本体１４を用いた場合について説明すると、排ガス除害装置１０の外部と接続される作動ガス供給配管２６、処理対象ガス導入ダクト３２、熱分解排ガス排出ダクト６２、水供給配管２３ａ、冷却水導入管５５および冷却水排出管５６は、排ガス除害装置１０内でそれぞれ分岐されており、個々のプラズマ発生装置１８や装置本体１４に接続されている（プラズマ発生装置１８の直流電源１８ｂも分岐されて個々のプラズマ発生装置１８に給電できるようになっている。）。また、分岐した後の配管やダクトにはそれぞれバルブ（２方向弁あるいは３方向弁）が取り付けられており、各排ガス除害装置１０を単独で稼働できるようになっている。
【００６０】
この排ガス除害装置１０によれば、まず始めにいずれか一方の反応炉１２および装置本体１４のセットを用いて処理対象ガスＦの除害を行い、一方の装置本体１４中の反応材Ｘのハロゲン除去能力が低下したり、一方の反応炉１２が故障したりした場合に、バルブを切り替えることによって他方の反応炉１２および装置本体１４を用いて処理対象ガスＦの除害を継続することができ、他方の反応炉１２および装置本体１４が稼働中に、一方の装置本体１４中の反応材Ｘの詰め替えや一方の反応炉１２の修理を行うことができる。
【００６１】
さらに、各バルブに電動機や油圧等による自動バルブを使用し、熱分解排ガスＧ中のハロゲン物質濃度をモニタリングしておくことにより、一方の反応炉１２や装置本体１４に問題が生じたことを検知したとき、直ちに他方の反応炉１２および装置本体１４を稼働させて、処理対象ガスＦの除害をダウンタイムなしに継続することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１０…排ガス除害装置
１２…反応炉
１４…装置本体
１６…排気ファン
１８…プラズマ発生装置
１８ａ…プラズマトーチ
１８ｂ…直流電源
１８ｃ…作動ガス供給装置
２０…内筒
２２…水冷ジャケット
２３…水供給装置
２３ａ…水供給配管
２３ｂ…水量制御手段
２４…プラズマ導入孔
２６…作動ガス供給配管
２８…質量流量制御手段
３０…処理対象ガス導入孔
３２…処理対象ガス導入ダクト
３４…熱分解排ガス排出孔
３５…網
３６…ケーシング
３８…水冷壁
４０…外周排ガス通流路
４２…反応炉挿設孔
４４…排気孔
４５…車輪
４６…ガス流路
４８…（水冷壁の）筒状部
５０…（水冷壁の）底板部
５２…冷却水通流路
５４…流路分割板
５５…冷却水導入管
５６…冷却水排出管
５８…排ガス導入孔
６０…反応材流入防止網
６２…熱分解排ガス排出ダクト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化合物を含む処理対象ガスを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスを熱分解排ガス排出孔から排出する反応炉と、
前記反応炉が挿設されているとともに前記反応炉から排出された熱分解排ガスを外部へ排出する排気孔が設けられ、且つ、前記熱分解排ガスを前記排気孔まで導くガス流路が内部に形成された装置本体とを備えており、
前記ガス流路には、前記熱分解排ガスに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスから除去する反応材が充填されていることを特徴とする排ガス除害装置。
【請求項２】
前記反応炉の熱分解排ガス排出孔は、前記反応炉の下面に設けられており、前記装置本体の前記ガス流炉は、内部に冷却水が通流される冷却水通流路を有し、前記反応炉の下部を囲繞する有底円筒状の水冷壁で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス除害装置。
【請求項３】
ハロゲン化合物を含む処理対象ガスを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスを熱分解排ガス排出孔から排出する反応炉と、
前記反応炉が挿設されているとともに前記熱分解排ガスを通流させるガス流路が内部に形成された装置本体と、
前記熱分解排ガスを外部へ排出する排気孔が設けられ、且つ、前記装置本体の外周部を覆うようにして前記ガス流路から排出された前記熱分解排ガスを前記排気孔へ導く外周排ガス通流路を備えており、
前記ガス流路には、前記熱分解排ガスに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスから除去する反応材が充填されていることを特徴とする排ガス除害装置。
【請求項４】
前記反応炉では、熱分解用の熱源として大気圧プラズマが用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス除害装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の反応炉および装置本体をそれぞれ複数備えており、処理対象ガスを選択的にいずれかの前記反応炉に導入する処理対象ガス導入ダクトと、処理対象ガスが導入された前記装置本体から熱分解排ガスを排出する熱分解排ガス排出ダクトとがさらに設けられていることを特徴とする排ガス除害装置。
【請求項１】
ハロゲン化合物を含む処理対象ガスを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスを熱分解排ガス排出孔から排出する反応炉と、
前記反応炉が挿設されているとともに前記反応炉から排出された熱分解排ガスを外部へ排出する排気孔が設けられ、且つ、前記熱分解排ガスを前記排気孔まで導くガス流路が内部に形成された装置本体とを備えており、
前記ガス流路には、前記熱分解排ガスに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスから除去する反応材が充填されていることを特徴とする排ガス除害装置。
【請求項２】
前記反応炉の熱分解排ガス排出孔は、前記反応炉の下面に設けられており、前記装置本体の前記ガス流炉は、内部に冷却水が通流される冷却水通流路を有し、前記反応炉の下部を囲繞する有底円筒状の水冷壁で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス除害装置。
【請求項３】
ハロゲン化合物を含む処理対象ガスを囲繞し、その内部における高温の熱分解領域にて前記処理対象ガスの熱分解を行い、熱分解した熱分解排ガスを熱分解排ガス排出孔から排出する反応炉と、
前記反応炉が挿設されているとともに前記熱分解排ガスを通流させるガス流路が内部に形成された装置本体と、
前記熱分解排ガスを外部へ排出する排気孔が設けられ、且つ、前記装置本体の外周部を覆うようにして前記ガス流路から排出された前記熱分解排ガスを前記排気孔へ導く外周排ガス通流路を備えており、
前記ガス流路には、前記熱分解排ガスに含まれるハロゲン物質と反応してハロゲンを前記熱分解排ガスから除去する反応材が充填されていることを特徴とする排ガス除害装置。
【請求項４】
前記反応炉では、熱分解用の熱源として大気圧プラズマが用いられることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス除害装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の反応炉および装置本体をそれぞれ複数備えており、処理対象ガスを選択的にいずれかの前記反応炉に導入する処理対象ガス導入ダクトと、処理対象ガスが導入された前記装置本体から熱分解排ガスを排出する熱分解排ガス排出ダクトとがさらに設けられていることを特徴とする排ガス除害装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４０５９５（Ｐ２０１０−２４０５９５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９３０６９（Ｐ２００９−９３０６９）
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（５９２０１０１０６）カンケンテクノ株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月７日（２００９．４．７）
【出願人】（５９２０１０１０６）カンケンテクノ株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
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