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JP3828083B2 - Exhaust gas treatment equipment - Google Patents
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JP3828083B2 - Exhaust gas treatment equipment - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置等から排出される排ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させる排ガス処理装置に関するものであり、特に可燃性ガスが水素(H2)のときに好適に用いられる。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造装置や液晶製造装置などの製造装置から排出され排ガスには、危険な可燃性ガスが含まれていることが多いので、そのまま大気に放出することはできない。そこで、排ガス処理装置を使って、大気放出前に可燃性ガスを熱源で燃焼させることが行なわれている。従来、排ガス処理装置には、熱源の種類に応じて、単一熱源による着火・燃焼方式(例えば、特許文献1参照)と、電気スパークの着火、燃焼方式(例えば、特許文献2参照)とがある。
【0003】
図2は単一熱源による着火、燃焼方式を示す。単一熱源による燃焼処理装置の構成は次の通りである。可燃性ガス導入管8、排気管11、及び空気取込口12が設けられた燃焼室14内に、単一熱源13が設けられる。単一熱源13は、金属製で熱を全周に伝えるケース15と、このケース15内に配設されて電気エネルギーを熱エネルギーに変換する電熱材としての電熱ヒータ16と、熱源13の温度を検知する熱電対5と、ケース15内の空間を埋める絶縁物質17とから構成される。燃焼室14の外に設けられた温度コントローラ7によって、熱電対5で検知した熱源13の温度が所定温度に維持されるように、電熱ヒータ16への電力が制御される。
【0004】
排気管11からの吸引により空気取込口12から大気(空気)が燃焼室14内に取り込まれ、燃焼室14内には空気が常時流れている状態にある。そこに着火用ガス配管24から、制御された流量の水素(H2)ガスを流し、単一熱源13の熱エネルギーにより大気中の酸素と反応させて水素を着火させる。着火後、可燃性ガス導入管8から排ガスを燃焼室14内に流して大気中の酸素と混合させ、着火による口火及び熱源の熱エネルギーにより、排ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させ、排ガスの燃焼処理を行なう。燃焼されたガスは、排気管11から排出される。
【0005】
このような単一熱源方式では、排ガスを構成する可燃性ガスと非可燃性ガスのうち、可燃性ガスの混合比が高い場合は、可燃性ガスが十分に燃焼するので可燃性ガスの残留濃度は低い値を示すが、混合比が低い場合は、ほとんど未燃焼であるので残留濃度が高い値を示し、未燃焼ガスは、そのまま排気管11から排出されてしまう。また、単一熱源であるため、電熱ヒータ16が断線した場合、熱源13への熱供給が停止されて、着火、燃焼が出来なくなる。さらに、高温燃焼による熱源13の周壁の劣化や、高温燃焼による反応熱でケース15内の電熱ヒータ16が断線し易く、使用温度範囲が制限される。
【0006】
図3は電気スパークの着火、燃焼方式を示す。基本的構成は、図2に示す単一熱源による着火、燃焼方式と同じである。異なる点は、着火・燃焼を電熱ヒータではなく、電気スパークで行わせる点である。電気スパークの構成は、電圧を高める昇圧トランス29にバーナ電極28、28が接続され、高電圧によりスパークさせるというものである。
【0007】
空気が常時流れている燃焼室14内に着火用ガス配管24から水素(H2)ガスを流し、電気的スパークのエネルギーにより大気中の酸素と反応させて水素を着火させる。着火後、可燃性ガス導入管8から排ガスを燃焼室14内に流して大気中の酸素と混合させ、着火による炎10により、排ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させ、排ガスの燃焼処理を行なう。
【0008】
ところが、着火出来ない時に電気スパークが繰り返しスパークしてしまい、着火した時に可燃性ガスの濃度が異常に高い濃度に達していれば、不具合が発生する場合がある。また、バーナ電極28の劣化によって確実に電気スパークされず着火できないこともある。また、燃焼により生じる炎10は、排気管11の圧力によってふらつき、燃焼効率が不安定になる。さらに、この場合も単一熱源による方式と同様に、燃焼領域が可燃性ガス導入管の導出口の1箇所であり、空気中の酸素が過剰に存在する場合には、低濃度の可燃性ガスの燃焼処理効率が悪いという問題がある。
【0009】
単一熱源方式、及び電気スパーク方式は、安全な燃焼を行なうために、必ず図2、及び図3に示すように着火用のガス設備を必要とする。着火ガスとして通常は水素(H2)を用いる。着火用のガス設備の構成は、燃焼室14に着火用ガス配管24を接続して、この着火用ガス配管24を通した水素(H2)ガスを燃焼室14に供給する。そのために、手動弁18を介して配管24内を流す水素(H2)ガスに含まれている不純物をフィルタ19で取り除き、圧力計21を目視で監視しながら水素(H2)ガス圧力を手動レギュレータ20でコントロールし、さらにエアバルブ22を介してマスフローコントローラ23で流量制御する必要がある。このように、単一熱源方式、又は、電気スパーク方式では、必ず着火用のガス設備が必要となる為に設備費がかかる。
【0010】
【特許文献1】
特開平7−323211号公報
【0011】
【特許文献2】
特開平6−129627号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術には次のような問題点があった。単一熱源方式は、断線による熱供給停止をしてしまい着火、燃焼が出来ない問題がある。また、電気スパークの方式は、確実に電気スパークされず着火できないことがあった。さらに、単一熱源と電気スパークとに共通するが、着火用のガス設備が必要であるために設備費がかかる。
【0013】
本発明の課題は、熱源として電熱ヒータを用いながら、上述した従来技術の問題点を解消して、断線が生じても着火・燃焼が可能で、また、確実に着火させることが可能で、さらに着火用のガス設備を必要としない排ガス処理装置を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、電熱材を有する2個以上の熱源を備え、これらの熱源に外部から直接空気を供給し、これらの熱源のエネルギーを合わせて排ガス中に含まれる可燃性ガスを着火・燃焼させ、これらの熱源のうち少なくとも1個の熱源のエネルギーで前記可燃性ガスの燃焼を継続できるようにしたことを特徴とする排ガス処理方法である。2個以上の熱源で着火と燃焼を共用できるので、専用の着火設備が不要となり、また、熱源を多重化したので1個の熱源が断線しても、他の熱源で燃焼を継続できる。さらに、熱源に外部から直接空気を供給するので可燃性ガスの燃焼効率をより高めることができる。
【0015】
第2の発明は、排ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させる燃焼室と、燃焼室内に可燃性ガスを含む排ガスを導入する可燃性ガス導入管と、燃焼室内を排気する排気管と、前記可燃性ガス導入管の導出口に連通した筒状の第1熱源部と、筒状の第1熱源部に設けられた第1電熱材と、前記第1熱源部の筒内に挿入されて、筒状の第1熱源部との間にガス流路を形成する第2熱源部と、第2熱源部に設けられた第2電熱材と、前記燃焼室の外部と前記ガス流路とを連通してガス流路内に空気を取り込む第1空気取込路と、前記燃焼室の外部と前記第1熱源部の筒口近傍とを連通して筒口近傍に空気を取り込む第2空気取込路と、前記第1熱源部の温度を検知する第1温度検知器と、前記第2熱源部の温度を検知する第2温度検知器と、第1熱源部及び第2熱源部が設定温度になるように、第1温度検知器及び第2温度検知器の検知温度に基づいて、第1電熱材及び第2電熱材へ供給する電力を制御する制御手段とを備えた排ガス処理装置である。
【0016】
2個以上の熱源で着火と燃焼を共用できるので、専用の着火設備が不要となり構成を簡素化できる。また、熱源を多重化して、電熱材に供給する電力を制御部により個別に制御するようにしたので、1個の熱源が断線しても、他の熱源で燃焼を継続できる。可燃性ガスは空気取込口から取込まれた空気と混合されて熱源の熱により燃焼室内で着火・燃焼して、燃焼後は排気ガスとして排気管から排気される。第1熱源部及び第2熱源部の熱エネルギーを合わせて与えられた可燃性ガスはガス流路内で空気と混合されてガス流路内で燃焼するが、空気孔から導入される空気量では酸素濃度が不十分で燃焼しきれなかった濃度の高い可燃性ガスは、ガス流路内よりも酸素濃度の高い燃焼室内の第1熱源部及び第2熱源部の上方で燃焼する。第1熱源部と第2熱源部の温度を個別に検知することができる。第1温度検知器及び第2温度検知器の検知温度に基づいて第1電熱材及び第2電熱材に供給する電力を制御するので、設定温度を維持することができる。さらに、熱源に外部から直接空気を供給するので可燃性ガスの燃焼効率をより高めることができる。
【0017】
第3の発明は、第2の発明において、前記燃焼室に、前記可燃性ガス導入管、第1空気取込路、第2空気取込路を一体的に設けた排ガス処理装置である。燃焼室に、可燃性ガス導入管、第1空気取込路、第2空気取込路を一体的に設けると構成の一層の簡素化を図ることができる。
【0018】
第4の発明は、第2又は第3の発明において、筒状の第1熱源部と第2熱源部との隙間が2〜20mmである排ガス処理装置である。ガス流路の隙間は、2〜20mmの範囲が燃焼を有効にするために適当である。
【0019】
第5の発明は、第2又は第3の発明において、筒状に第1熱源部の全長が30〜300mmである排ガス処理装置である。全長は、30〜300mmの範囲が適当である。
【0020】
第6の発明は、第2又は第3の発明において、第1熱源部及び第2熱源部の設定温度が略800℃である排ガス処理装置である。略800℃が最も燃焼効率が高く安定する。
【0021】
第7の発明は、第2又は第3の発明において、前記排ガスの可燃性ガスと不燃性ガスとの混合ガス流量が5〜200L/minである排ガス処理装置である。混合ガス流量は5〜200L/minの範囲が適当である。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
【0023】
図1は本発明の排ガス処理装置を示す。排ガス処理装置は、排ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させる燃焼室1と、燃焼室1内に2個以上設けられて、可燃性ガスを着火させるとともに燃焼させるための熱エネルギーを放出する熱源30と、熱源30の温度を検知する温度検知手段(図示せず)と、検知温度に基づいて熱源30を制御する制御部としての温度コントローラ7とを備える。
【0024】
燃焼室1は、例えばステンレスなどの耐熱性部材で構成され、内部で可燃性ガスを燃焼させるようになっている。燃焼室1の下部から燃焼室内に可燃性ガス導入管8が挿入されて、燃焼室1内に可燃性ガスを含む排ガスを導入するようになっている。可燃性ガス導入管8は図示例では垂直部8aと水平部8bとを有し、その垂直部8aの上部が燃焼室1内に挿入され、その水平部8bが図示しない半導体製造装置の排気口と連結され、半導体製造装置から排出される可燃性ガスを含む排ガスを燃焼室1内に導入するようになっている。ここで、半導体製造装置から排出される可燃性ガスとして、例えば、H2ガスが挙げられる。
【0025】
燃焼室1の上部に排気管11が設けられ、可燃性ガスを燃焼した後の排気ガスを排気管11から大気中に放出するようになっている。
【0026】
燃焼室1の上部内側壁にこれを覆う冷却ユニット9が設けられ、燃焼により炎10に晒されて加熱される内側壁を冷却できるようになっている。冷却ユニット9は、例えば水等の冷媒を循環させて壁面を冷却する冷却ジャケットで構成しても、または単に断熱材を内側壁にコーティングするだけで構成してもよい。なお、冷却ユニット9は燃焼室の全周内壁、または外壁に設けてもよい。
【0027】
多重熱源30は、セラミック等の耐熱性部材からなる2個以上の熱源部2、3から構成される。ここでは、第1の熱源部2と第2の熱源部3とから構成され、同軸の2重熱源構造としている。
【0028】
外側に配置される第1の熱源部2は、可燃性ガス導入管8と同径の円筒状をしており、可燃性ガス導入管8の直上に設けられ、導出口8cと連通している。筒状の第1熱源部2の部内には、電熱材としての第1電熱ヒータ(図示せず)が設けられ、第1熱源部2を加熱できるようになっている。第1電熱ヒータを筒体の内部に設けるには、筒内に電熱ヒータを埋め込むか、または第1熱源部2内に空洞を形成し、その空洞内に電熱ヒータを配設するようにしてもよい。電熱ヒータはこれに供給する電力量によって第1熱源部2の温度をコントロールできるようになっている。ここで、電熱ヒータは、例えばカンタル線で構成される。
【0029】
内側に配置される第2の熱源部3は、棒状ないし円柱状(以下、単に棒状という)をしており、第1熱源部2の筒内から、これに連通している可燃性ガス導入管8の垂直部8aにわたって挿入され、筒状第1熱源部2及び可燃性ガス導入管8の垂直部8aとの間にガスを流す円筒形のガス流路27を形成している。第2熱源部3の上端は第1熱源部の筒口3aから少しはみ出すように配置しても、はみ出さずに同じ高さにしても、あるいは引っ込めてもよく、下端は可燃性ガス導入管8の垂直部8aから管外に取り出すようにしている。棒状の第2熱源部3の部内には、第1電熱ヒータと同様の第2電熱ヒータ(図示せず)が設けられ、第2熱源部3を加熱できるようになっている。第2電熱ヒータを棒内に設けるには、棒内に電熱ヒータを埋め込むか、または第2熱源部3内に空洞を形成し、その空洞内に電熱ヒータを配設するようにしてもよい。棒状の第2熱源部3の発熱部は、第2熱源部3の全長としてもよいが、少なくとも第1熱源部2と重なっている上部だけでよい。この場合、電熱ヒータは、第2熱源部3の上部にのみ配設すればよく、上部のみが実質的な第2熱源部3を構成する。
【0030】
また、燃焼室1の下部に、低濃度可燃性ガスの燃焼に必要な支燃性ガスとしての空気中の酸素を補給する低濃度用空気取込路4が管状に設けられる。この低濃度用空気取込路4は、燃焼室1の外部と、第1熱源部2及び第2熱源部3との間に形成されたガス流路27とを連通し、燃焼室1の外部から低濃度用空気取込路4を介して大気を、直接ガス流路27内に取り込んで、可燃性ガス導入管8を通ってガス流路27に導入される排気ガスと混合するようになっている。この排気ガスとの混合を容易にするために、低濃度用空気取込路4は燃焼室1の周壁に沿って複数本設けるようにする。複数本の低濃度用空気取込路4から補給される酸素の補給量は、合計で0.5m3/minである。
【0031】
第1熱源部2の内周壁と第2熱源部3の外周壁の間のガス流路27に流れる可燃性ガスの圧力は、低濃度用空気取込路4の外周圧力より低くなるために、空気が第1熱源部2の内周壁と第2熱源部3の外周壁とのガス流路27内に引き込まれ、ガス流路27内を流れる。
【0032】
また、第1熱源部2の外周に、高濃度可燃性ガスの燃焼に必要な空気中の酸素を補給する高濃度用空気取込路12が管状に設けられる。この高濃度用空気取込路12は、燃焼室1の外部と、燃焼室1内部の筒状第1熱源部2の導出口2a近傍とを連通する。高濃度用空気取込路12は、第1熱源部2の筒外壁に沿い、筒外壁とは離間して立ち上がるよう構成することによって、第1熱源部2の燃焼室1壁への断熱も兼ねている。燃焼室1の外部から高濃度用空気取込路12を介して直接導出口2aの近傍に大気を取り込んで、可燃性ガス導入管8を通って導出口2aから出てくる高濃度可燃性ガスと混合するようになっている。また、高濃度用空気取込路12の取出口28aから出てくる空気と高濃度可燃性ガスとが確実に混合できるようにするために、上流から下流に向けて取込路28を絞って流速を速くしている。また、この高濃度可燃性ガスとの混合を容易にするために、高濃度用空気取込路12は燃焼室1の周壁に沿って複数設けるようにする。高濃度用空気取込路12から補給する酸素の補給量は、合計で2.5m3/minである。
【0033】
このように2重熱源30は、低濃度用と高濃度用の二段の空気取込路4、28を有する。
【0034】
温度検知器(図示せず)は、第1熱源部2の温度を検知する第1温度検知器と、第2熱源部3の温度を検知する第2温度検知器とから構成される。第1温度検知器及び第2温度検知器は、例えば熱電対で構成されて、それぞれ第1熱源部2内及び第2熱源部3内に埋め込まれる。
第1熱源部2の第1電熱ヒータに電力を供給する2本の電源ケーブル6a、6bは筒状の第1熱源部2の上部と下部とから引き出されて燃焼室1の下部を通して温度コントローラ7に接続される。第2熱源部3の第2電熱ヒータに電力を供給する2本の電源ケーブル26a、26bは、共に第2熱源部3の下端から引き出されて温度コントローラ7に接続される。
【0035】
第1温度検知器の温度検知信号を伝えるケーブル5aは、第1熱源部2内に埋め込んだ熱電対から引き出し燃焼室1の下部を通して温度コントローラ7に接続される。第2温度検知器の温度検知信号を伝える信号ケーブル25aは棒状第2熱源部3の下端から引き出して温度コントローラ7に接続される。
【0036】
温度コントローラ7は、第1熱源部2及び第2熱源部3が設定温度になるように、第1温度検知器及び第2温度検知器の検知温度に基づいて、第1電熱ヒータ及び第2電熱ヒータへの電力を制御するようになっている。
【0037】
以下、この排ガス処理装置の動作について説明する。
【0038】
排気管11に設けた図示しない排気設備などのガス吸引手段により、燃焼室1内の雰囲気を排気管11から吸引して、燃焼室1の下部に設けた低濃度用空気取込路4と高濃度用空気取込路12との両方の取込路から燃焼室1内に大気を取り込むことにより、燃焼室1内を常時大気が個々の補給量で流れるようにする。
【0039】
第1熱源部2及び第2熱源部3の各電熱ヒータに電流を流し、温度コントローラ7による制御によって、第1熱源部2及び第2熱源部3を前述した設定温度になるように加熱する。加熱温度は、第1熱源部2及び第2熱源部3間に形成されるガス流路27を流れる混合ガスが、水素などの着火ガスを必要とすることなく、可燃性ガス導入管8から導入される可燃性ガスが直接着火するのに十分な温度とする。
【0040】
加熱後、可燃性ガス導入管8のバルブ(図示せず)を開いて、図示しない半導体製造装置の排気口と可燃性ガス導入管8とを連通させて、半導体製造装置から排出される排ガスを可燃性ガス導入管8に導入する。ガス流路27を上昇してくる排気ガスは、途中で、ガス流路27に設けた低濃度用空気取込路4から引き込まれる空気と混合されて、温度コントローラ7によって温度コントロールされた2重熱源30の合せた熱エネルギーにより加熱されたガス流路27を通過する際、可燃性ガスが確実に熱源部2、3に触れるため、燃焼温度に高められる。このため、ガス着火用の設備を別個に要することなく、可燃性ガスはガス流路27内で燃焼反応が起き、着火して燃焼する。可燃性ガスは、2重熱源30による高熱エネルギーと低濃度用空気取込路4から入る空気の酸素とにより燃焼するので、排気ガスに含まれ可燃性ガスが低濃度でも効率良く燃焼できる。
【0041】
濃度の高い可燃性ガスは、低濃度用空気取込路4からガス流路27内に取り込まれる酸素だけでは反応できず、未燃ガスとして第1熱源部2の導出口2aから出てくるが、その導出口2a近傍には、高濃度用空気取込路12から燃焼室1内に取り込まれた十分な空気が存在しているため、濃度の高い可燃性ガスは空気と十分に混合される。しかも、導出口2a近傍では、第1熱源部2及び第2熱源部3によって高温になっているばかりか、ガス流路27内の燃焼してガス流路口から出る炎10によっても加熱されているため、濃度の高い可燃性ガスであっても容易に燃焼することになる。
【0042】
可燃性ガス導入管8から燃焼室1内に導入する排ガスの可燃性ガスと不燃性ガスとの混合ガス流量は、5〜200L/minの範囲が適当である。混合ガス流量が5L/min未満であると、燃焼効率が悪い。逆に200L/minを超えると不完全燃焼するため好ましくない。
【0043】
この燃焼による炎10の熱によって、燃焼室1の上部内側壁は、高温に晒されるが、実施の形態では、上部内側壁に冷却ユニット9を設けているので、冷却ユニット9が熱を遮断して内側壁が高温に晒されるのを防ぐために、燃焼室1の側壁は熱から有効に保護される。
【0044】
燃焼によって発生した高温排ガスや当初から排ガス中に含まれていた非可燃性ガス、そして余剰の空気は、排気管11から大気中に放出される。
【0045】
ここで、筒状の第1熱源部2と棒状の第2熱源部3との隙間は2〜20mmの範囲が適当である。隙間が2mm未満の場合には、通気抵抗が大きくなり空気が十分に取り込まれず燃焼が不完全になる。逆に20mmを超えると、圧力差が生じなくなって空気が流路内に取り込まれなくなり、燃焼反応しなくなる。
【0046】
また、筒状の第1熱源部2の全長は30〜300mmの範囲が適当である。全長が30mm未満の場合には、ガス流路を通過する空気の加熱が不十分であるので、燃焼が不完全になる。また300mmを超える長さに見合ったヒータを構成することは難しい。
【0047】
また、第1熱源部2及び第2熱源部3の設定温度は略800℃が最も燃焼効率が高く安定する。
【0048】
また、排ガスの可燃性ガスH2と不燃性ガスN2との混合ガス流量は5〜200L/minの範囲が適当である。この範囲であれば安定した燃焼反応を実現できるからである。
【0049】
上述したように実施の形態によれば、2重熱源30で高温加熱される狭いガス流路27内で新鮮な外気を低濃度用空気取込路4から燃焼室1の外部から直接取り込み、取り込んだ空気と混合して燃焼させるようにしたので、水素などの支燃性ガスを用いる着火装置なしで、ダイレクトに排ガス中に含まれる可燃性ガスを有効に着火、燃焼させることができる。したがって、大気以外の支燃性ガスや着火装置が不要となるので、装置構成を大幅に簡素化できる。また、高濃度用空気取込路12は、第1熱源部2の筒外壁に沿って立ち上がるよう構成しているので、多重熱源30から燃焼室1壁へ放射される熱エネルギーを遮断することができ、燃焼室1の周壁の劣化を有効に防止できる。
【0050】
また、熱源を、独立して電力制御できる2重熱源30としたので、単一熱源方式と異なり、一方の熱源が断線しても、残った他方の熱源で熱供給ができるので、燃焼を継続できる。したがって、熱源に一部に断線が生じても、未燃ガスは生じず、危険な未燃ガスが排気管11から大気中に放出されることを有効に防止できる。
【0051】
また、熱源30を、内部にガス流路27を形成した2重熱源構造としたので、燃焼領域がガス流路27と熱源30上部との二ヶ所に設けられることになり、一方のガス流路27では濃度の低い可燃性ガスを燃焼でき、他方の熱源30上部では濃度の高い可燃性ガスを燃焼させることができる。したがって、可燃性ガス濃度にかかわらず、排ガス中に含まれる可燃性ガスを有効に燃焼させることができる。
【0052】
また、2重熱源30による燃焼炎から燃焼室周壁に放射される高熱を冷却ユニット9で遮断するようにしたので、燃焼室1を高温から有効に保護することができる。また、熱源30は断熱材となるセラミックで構成されているので、従来の単一熱源方式と異なり、熱源中に設けられた電熱ヒータが断線しずらく、使用温度範囲も限定されるということもなくなり、上限は前述したように1000℃まで可能である。
【0053】
特に、電気スパークの方式では、着火した時に可燃性ガスの濃度が高濃度に達していれば、不具合現象が発生する問題があったが、実施の形態では、着火を確実に行うことができるので、そのような問題は生じなくなる。また、バーナ電極を用いないので、電極の劣化によって電気スパークされず着火できないというような不具合も生じなくなる。さらに、たとえ排気管11の圧力によって熱源30上部で形成されている炎10がふらついても、上述したように炎10が出ている1箇所のみで燃焼しているのではなく、他の箇所であるガス流路内でも可燃性ガスは燃焼しているので、燃焼効率も安定する。
【0054】
図4に、実施の形態の2重熱源、従来例の単一熱源を用いて、H2ガスとN2ガスの混合ガスを燃焼処理したときの燃焼効率データを比較して示し、参考までに燃焼処理しないときの未処理データも示した。横軸は可燃性ガス導入管8から可燃性ガス導入方向に流した水素(H2)と窒素(N2)の混合比(H2/(H2+N2)%)を示し、縦軸は排気管部で測定したH2残留濃度(ppm)を示している。
【0055】
ここで、2重熱源では、
筒状の第1熱源部と棒状の第2熱源部との隙間:4mm
筒状の第1熱源部の全長:80mm
第1熱源部及び第2熱源部の設定温度:900℃
排ガスの可燃性ガスH2と不燃性ガスN2との混合ガス流量:90L/min
また、単一熱源では、熱源部の温度は900℃である。
【0056】
単一熱源の時は、H2残留濃度は、混合比30%以上の混合ガスでは十分に燃焼するので低い値だが、30%未満の低い混合比の場合は、ほとんど未燃焼となるので高い値を示し、そのまま未燃焼ガスは排気管11から排出されてしまう。したがって低濃度H2の燃焼処理効率が悪く安全性の問題があった。これに対して、2重熱源の時は、H2残留濃度のピークは、混合比10%付近となり、高効率で燃焼させることができる。H2残留濃度が単一熱源において2000ppmであったが、2重熱源は200ppmと単一熱源より1/10に低下し燃焼効率が著しく向上した。したがって、低濃度H2の燃焼処理効率が良好となり安全性の問題は解消された。
【0057】
なお、実施の形態では、熱源を2重熱源で構成したが、多重熱源で構成してもよい。例えば、第1熱源部2の筒内に挿入される第2熱源部3の本数を1本ではなく、2本以上配設することにより多重化しても、あるいは第1熱源部2の筒を2本以上同軸的に配設することにより多重化してもよい。また、熱源30を構成する一方の第1熱源部2の形状を円筒形としたが、筒状第1熱源部2の形状は六角形または八角形などの多角形で構成してもよい。
【0058】
また、実施の形態では低・高濃度用空気取込路4、28は、燃焼室1に配管状に設けたが、それらの補給量が同じであれば、空気取込路4、28は配管状に限られず、例えば、燃焼室1の周囲に沿って連通する筒状の取込路として構成してもよい。この場合、燃焼室1、可燃性ガス導入管8、及び低・高濃度用空気取込路4、28を一体的に構成するようにしてもよい。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、二重熱源構造にすることにより片方が断線による機能停止をした場合でも、もう片方の熱源が機能を継続できる。また、可燃性ガス及び空気が確実に熱源部に触れることにより、より確実に着火及びより高効率な燃焼ができる。さらに、着火用のガス設備を必要としないため、装置を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態による多重熱源を用いた排ガス処理装置を示し、(a)は正断面図、(b)は側面図である。
【図2】従来例の単一熱源を用いた排ガス処理装置の部分断面図である。
【図3】従来例の電気スパークを用いた排ガス処理装置の説明図であって、(a)は部分正断面図、(b)は部分側断面図である。
【図4】単一熱源と2重熱源とによる燃焼効率を比較したH2残留濃度特性図である。
【符号の説明】
1 燃焼室
2 第1の熱源部
3 第2の熱源部
4 低濃度用空気取込路
7 温度コントローラ(制御部)
8 可燃性ガス導入管
8c 可燃性ガス導入管の導出口
10 炎
11 排気管
12 高濃度用空気取込路
30 2重熱源
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas treating apparatus of Ru by combusting combustible gas contained in exhaust gas discharged from a semiconductor manufacturing device or the like, is suitably used especially when the combustible gas is hydrogen (H 2) .
[0002]
[Prior art]
Since exhaust gas discharged from a manufacturing apparatus such as a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus often contains a dangerous combustible gas, it cannot be released into the atmosphere as it is. In view of this, combustible gas is burned by a heat source before being released into the atmosphere using an exhaust gas treatment device. Conventionally, according to the type of the heat source, the exhaust gas treatment apparatus has an ignition / combustion system (for example, see Patent Document 1) using a single heat source and an ignition / combustion system for an electric spark (for example, see Patent Document 2). is there.
[0003]
FIG. 2 shows an ignition and combustion system using a single heat source. The configuration of the combustion processing apparatus using a single heat source is as follows. A single heat source 13 is provided in the combustion chamber 14 provided with the combustible gas introduction pipe 8, the exhaust pipe 11, and the air intake port 12. The single heat source 13 is a case 15 made of metal that transmits heat to the entire circumference, an electric heater 16 that is arranged in the case 15 and converts electric energy into heat energy, and the temperature of the heat source 13. It comprises a thermocouple 5 to be detected and an insulating material 17 that fills the space in the case 15. Electric power to the electric heater 16 is controlled by the temperature controller 7 provided outside the combustion chamber 14 so that the temperature of the heat source 13 detected by the thermocouple 5 is maintained at a predetermined temperature.
[0004]
Air (air) is taken into the combustion chamber 14 from the air intake port 12 by suction from the exhaust pipe 11, and air is constantly flowing into the combustion chamber 14. A hydrogen (H 2 ) gas having a controlled flow rate is supplied from the ignition gas pipe 24 and reacted with oxygen in the atmosphere by the thermal energy of the single heat source 13 to ignite hydrogen. After ignition, the exhaust gas flows from the combustible gas introduction pipe 8 into the combustion chamber 14 and is mixed with oxygen in the atmosphere, and the combustible gas contained in the exhaust gas is combusted by the ignition and the heat energy of the heat source. The combustion process is performed. The burned gas is discharged from the exhaust pipe 11.
[0005]
In such a single heat source method, when the mixing ratio of the combustible gas is high among the combustible gas and the non-combustible gas constituting the exhaust gas, the residual concentration of the combustible gas is sufficiently combusted. Shows a low value, but when the mixing ratio is low, it is almost unburned, so the residual concentration shows a high value, and the unburned gas is discharged from the exhaust pipe 11 as it is. Moreover, since it is a single heat source, when the electric heater 16 is disconnected, the heat supply to the heat source 13 is stopped, and ignition and combustion cannot be performed. Further, the peripheral wall of the heat source 13 due to high-temperature combustion and the electric heater 16 in the case 15 are easily disconnected due to reaction heat due to high-temperature combustion, and the operating temperature range is limited.
[0006]
FIG. 3 shows the ignition and combustion method of the electric spark. The basic configuration is the same as the ignition and combustion method using a single heat source shown in FIG. The difference is that ignition / combustion is performed not by an electric heater but by an electric spark. The configuration of the electric spark is such that the burner electrodes 28 and 28 are connected to a step-up transformer 29 for increasing the voltage, and a spark is generated by a high voltage.
[0007]
Hydrogen (H 2 ) gas is caused to flow from the ignition gas pipe 24 into the combustion chamber 14 in which air is constantly flowing, and hydrogen is ignited by reacting with oxygen in the atmosphere by the electric spark energy. After ignition, the exhaust gas flows from the combustible gas introduction pipe 8 into the combustion chamber 14 and is mixed with oxygen in the atmosphere. The combustible gas contained in the exhaust gas is combusted by the flame 10 by ignition, and the exhaust gas is burned. Do.
[0008]
However, when the ignition cannot be ignited, the electric spark repeatedly sparks, and if the flammable gas concentration reaches an abnormally high concentration when ignited, a problem may occur. Further, the burner electrode 28 may not be ignited due to deterioration of the burner electrode 28 and may not ignite. Further, the flame 10 generated by the combustion fluctuates due to the pressure of the exhaust pipe 11, and the combustion efficiency becomes unstable. Further, in this case as well, as in the method using a single heat source, the combustion region is one of the outlets of the combustible gas introduction pipe, and when oxygen in the air is excessive, a low concentration combustible gas is used. There is a problem that the combustion treatment efficiency is poor.
[0009]
The single heat source method and the electric spark method require an ignition gas facility as shown in FIGS. 2 and 3 in order to perform safe combustion. Usually, hydrogen (H 2 ) is used as the ignition gas. In the configuration of the ignition gas equipment, an ignition gas pipe 24 is connected to the combustion chamber 14, and hydrogen (H 2 ) gas passing through the ignition gas pipe 24 is supplied to the combustion chamber 14. For this purpose, impurities contained in hydrogen (H 2 ) gas flowing through the pipe 24 via the manual valve 18 are removed by a filter 19 and the pressure of the pressure gauge 21 is visually monitored to manually adjust the hydrogen (H 2 ) gas pressure. It is necessary to control by the regulator 20 and to control the flow rate by the mass flow controller 23 via the air valve 22. Thus, in the single heat source method or the electric spark method, a gas facility for ignition is always required, so that the equipment cost is increased.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-323211
[Patent Document 2]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-129627
[Problems to be solved by the invention]
The prior art described above has the following problems. The single heat source method has a problem that the heat supply is stopped due to disconnection and ignition and combustion cannot be performed. In addition, the electric spark system may not be able to ignite without being reliably sparked. Furthermore, although it is common to a single heat source and an electric spark, a gas facility for ignition is required, so that an equipment cost is required.
[0013]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art while using an electric heater as a heat source, and can be ignited and burned even if a disconnection occurs, and can be ignited reliably. that do not require gas installations for ignition is to provide an exhaust gas treatment apparatus.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
1st invention is equipped with two or more heat sources which have an electric heating material, supplies air directly to these heat sources from the outside, and ignites and burns the combustible gas contained in exhaust gas combining the energy of these heat sources And the combustion of the combustible gas can be continued with the energy of at least one of these heat sources. Since ignition and combustion can be shared by two or more heat sources, a dedicated ignition facility is not required, and since the heat sources are multiplexed, even if one heat source is disconnected, combustion can be continued with other heat sources. Furthermore, since air is directly supplied to the heat source from the outside, the combustion efficiency of the combustible gas can be further increased.
[0015]
The second invention includes a combustion chamber for burning a combustible gas contained in exhaust gas, a combustible gas introduction pipe for introducing exhaust gas containing a combustible gas into the combustion chamber, an exhaust pipe for exhausting the combustion chamber, A cylindrical first heat source part communicating with the outlet of the combustible gas introduction pipe, a first electric heating material provided in the cylindrical first heat source part, and inserted into the cylinder of the first heat source part, A second heat source part that forms a gas flow path with the cylindrical first heat source part, a second electric heating material provided in the second heat source part, the outside of the combustion chamber, and the gas flow path communicate with each other. A first air intake passage that takes air into the gas flow path, and a second air intake passage that connects the outside of the combustion chamber and the vicinity of the cylinder port of the first heat source unit to take air into the vicinity of the cylinder opening, The first temperature detector for detecting the temperature of the first heat source unit, the second temperature detector for detecting the temperature of the second heat source unit, and the first heat source And as the second heat source is the set temperature, the control means based on the temperature detected by the first temperature detector and second temperature detector, and controls the power supplied to the first electrical heating member and the second electrical heating member Is an exhaust gas treatment apparatus.
[0016]
Since ignition and combustion can be shared by two or more heat sources, a dedicated ignition facility is not required and the configuration can be simplified. In addition, since the heat source is multiplexed and the power supplied to the electric heating material is individually controlled by the control unit, even if one heat source is disconnected, combustion can be continued with another heat source. The combustible gas is mixed with the air taken in from the air intake, ignited and burned in the combustion chamber by the heat of the heat source, and exhausted as exhaust gas from the exhaust pipe after combustion. The combustible gas given by combining the heat energy of the first heat source part and the second heat source part is mixed with air in the gas flow path and burned in the gas flow path. However, in the amount of air introduced from the air hole, The highly combustible gas that cannot be burned due to insufficient oxygen concentration burns above the first heat source part and the second heat source part in the combustion chamber having a higher oxygen concentration than in the gas flow path. The temperature of the first heat source unit and the second heat source unit can be individually detected. Since the electric power supplied to the first electric heating material and the second electric heating material is controlled based on the detected temperatures of the first temperature detector and the second temperature detector, the set temperature can be maintained. Furthermore, since air is directly supplied to the heat source from the outside, the combustion efficiency of the combustible gas can be further increased.
[0017]
A third invention is the exhaust gas processing apparatus according to the second invention, wherein the combustible gas introduction pipe, the first air intake passage, and the second air intake passage are integrally provided in the combustion chamber. If the combustible gas introduction pipe, the first air intake path, and the second air intake path are integrally provided in the combustion chamber, the configuration can be further simplified.
[0018]
A fourth invention is the exhaust gas processing apparatus according to the second or third invention, wherein a gap between the cylindrical first heat source part and the second heat source part is 2 to 20 mm. A gap of 2 to 20 mm is appropriate for the gas flow passage to make combustion effective.
[0019]
A fifth invention is the exhaust gas treatment apparatus according to the second or third invention, wherein the first heat source section has a cylindrical shape with an overall length of 30 to 300 mm. The total length is suitably in the range of 30 to 300 mm.
[0020]
A sixth invention is the exhaust gas processing apparatus according to the second or third invention, wherein the set temperature of the first heat source unit and the second heat source unit is approximately 800 ° C. About 800 ° C. has the highest combustion efficiency and is stable.
[0021]
A seventh invention is the exhaust gas processing apparatus according to the second or third invention, wherein a mixed gas flow rate of the combustible gas and the non-combustible gas of the exhaust gas is 5 to 200 L / min. The mixed gas flow rate is suitably in the range of 5 to 200 L / min.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0023]
FIG. 1 shows an exhaust gas treatment apparatus of the present invention. The exhaust gas treatment apparatus includes a combustion chamber 1 that combusts a combustible gas contained in exhaust gas, and two or more heat chambers that are provided in the combustion chamber 1 to ignite the combustible gas and to release thermal energy for combustion. 30, temperature detection means (not shown) for detecting the temperature of the heat source 30, and a temperature controller 7 as a control unit for controlling the heat source 30 based on the detected temperature.
[0024]
The combustion chamber 1 is made of a heat-resistant member such as stainless steel and burns combustible gas inside. A combustible gas introduction pipe 8 is inserted into the combustion chamber from the lower part of the combustion chamber 1 to introduce exhaust gas containing a combustible gas into the combustion chamber 1. In the illustrated example, the combustible gas introduction pipe 8 has a vertical portion 8a and a horizontal portion 8b. The upper portion of the vertical portion 8a is inserted into the combustion chamber 1, and the horizontal portion 8b is an exhaust port of a semiconductor manufacturing apparatus (not shown). The exhaust gas containing the combustible gas discharged from the semiconductor manufacturing apparatus is introduced into the combustion chamber 1. Here, as the combustible gas discharged from a semiconductor manufacturing device, eg, H 2 gas.
[0025]
An exhaust pipe 11 is provided in the upper part of the combustion chamber 1, and exhaust gas after burning combustible gas is released from the exhaust pipe 11 into the atmosphere.
[0026]
A cooling unit 9 that covers the upper inner wall of the combustion chamber 1 is provided so that the inner wall that is heated by being exposed to the flame 10 by combustion can be cooled. The cooling unit 9 may be configured by a cooling jacket that cools the wall surface by circulating a coolant such as water, or may be configured by simply coating the inner wall with a heat insulating material. The cooling unit 9 may be provided on the entire inner wall or outer wall of the combustion chamber.
[0027]
The multiple heat source 30 includes two or more heat source parts 2 and 3 made of a heat resistant member such as ceramic. Here, the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3 are configured to have a coaxial double heat source structure.
[0028]
The first heat source section 2 arranged outside has a cylindrical shape with the same diameter as the combustible gas introduction pipe 8, is provided directly above the combustible gas introduction pipe 8, and communicates with the outlet 8c. . A first electric heater (not shown) as an electric heating material is provided in the cylindrical first heat source unit 2 so that the first heat source unit 2 can be heated. In order to provide the first electric heater inside the cylinder, the electric heater is embedded in the cylinder, or a cavity is formed in the first heat source section 2, and the electric heater is arranged in the cavity. Good. The electric heater can control the temperature of the first heat source unit 2 by the amount of electric power supplied thereto. Here, the electric heater is composed of, for example, a Kanthal wire.
[0029]
The second heat source section 3 disposed on the inside has a rod shape or a columnar shape (hereinafter simply referred to as a rod shape), and a combustible gas introduction pipe communicated with the first heat source section 2 from within the cylinder. A cylindrical gas flow path 27 is formed between the cylindrical first heat source unit 2 and the vertical part 8a of the combustible gas introduction pipe 8. The upper end of the second heat source unit 3 may be arranged so as to protrude slightly from the cylindrical port 3a of the first heat source unit, or may be set to the same height without protruding, or may be retracted, and the lower end thereof is a combustible gas introduction pipe 8 The vertical portion 8a is taken out of the tube. A second electric heater (not shown) similar to the first electric heater is provided in the rod-shaped second heat source unit 3 so that the second heat source unit 3 can be heated. In order to provide the second electric heater in the rod, the electric heater may be embedded in the rod, or a cavity may be formed in the second heat source unit 3, and the electric heater may be disposed in the cavity. The heat generating part of the rod-like second heat source part 3 may be the entire length of the second heat source part 3, but only the upper part overlapping at least the first heat source part 2 is sufficient. In this case, the electric heater may be disposed only on the upper part of the second heat source unit 3, and only the upper part constitutes the substantial second heat source unit 3.
[0030]
In addition, a low concentration air intake passage 4 for replenishing oxygen in the air as a combustion-supporting gas necessary for combustion of the low concentration combustible gas is provided in the lower part of the combustion chamber 1 in a tubular shape. The low-concentration air intake path 4 communicates the outside of the combustion chamber 1 with a gas flow path 27 formed between the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3, and the outside of the combustion chamber 1. Then, the air is directly taken into the gas passage 27 through the low concentration air intake passage 4 and mixed with the exhaust gas introduced into the gas passage 27 through the combustible gas introduction pipe 8. ing. In order to facilitate mixing with the exhaust gas, a plurality of low concentration air intake passages 4 are provided along the peripheral wall of the combustion chamber 1. The total amount of oxygen supplied from the plurality of low-concentration air intake paths 4 is 0.5 m 3 / min.
[0031]
Since the pressure of the combustible gas flowing in the gas flow path 27 between the inner peripheral wall of the first heat source part 2 and the outer peripheral wall of the second heat source part 3 is lower than the outer peripheral pressure of the low concentration air intake path 4, Air is drawn into the gas channel 27 between the inner peripheral wall of the first heat source unit 2 and the outer peripheral wall of the second heat source unit 3, and flows through the gas channel 27.
[0032]
A high-concentration air intake passage 12 that replenishes oxygen in the air necessary for combustion of the high-concentration combustible gas is provided in a tubular shape on the outer periphery of the first heat source unit 2. The high concentration air intake path 12 communicates the outside of the combustion chamber 1 and the vicinity of the outlet 2 a of the cylindrical first heat source 2 inside the combustion chamber 1. The high-concentration air intake path 12 is configured to stand along the outer wall of the first heat source unit 2 so as to be separated from the outer wall of the first heat source, thereby also serving as heat insulation for the wall of the combustion chamber 1 of the first heat source unit 2. ing. High concentration flammable gas which takes in the atmosphere directly from the outside of the combustion chamber 1 through the high concentration air intake passage 12 to the vicinity of the outlet 2a and exits from the outlet 2a through the combustible gas introduction pipe 8 Is supposed to be mixed with. Further, in order to ensure that the air coming out from the outlet 28a of the high concentration air intake passage 12 and the high concentration combustible gas can be mixed, the intake passage 28 is narrowed from upstream to downstream. The flow rate is increased. In order to facilitate mixing with the high-concentration combustible gas, a plurality of high-concentration air intake passages 12 are provided along the peripheral wall of the combustion chamber 1. The total amount of oxygen supplied from the high-concentration air intake passage 12 is 2.5 m 3 / min.
[0033]
As described above, the double heat source 30 includes the two-stage air intake passages 4 and 28 for low concentration and high concentration.
[0034]
The temperature detector (not shown) includes a first temperature detector that detects the temperature of the first heat source unit 2 and a second temperature detector that detects the temperature of the second heat source unit 3. The first temperature detector and the second temperature detector are composed of, for example, a thermocouple, and are embedded in the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3, respectively.
Two power cables 6 a and 6 b for supplying electric power to the first electric heater of the first heat source unit 2 are drawn out from the upper and lower portions of the cylindrical first heat source unit 2 and are passed through the lower part of the combustion chamber 1 through the temperature controller 7. Connected to. The two power cables 26 a and 26 b that supply power to the second electric heater of the second heat source unit 3 are both drawn from the lower end of the second heat source unit 3 and connected to the temperature controller 7.
[0035]
A cable 5 a for transmitting a temperature detection signal of the first temperature detector is drawn from a thermocouple embedded in the first heat source unit 2 and connected to the temperature controller 7 through the lower part of the combustion chamber 1. A signal cable 25 a for transmitting a temperature detection signal of the second temperature detector is drawn from the lower end of the rod-like second heat source unit 3 and connected to the temperature controller 7.
[0036]
The temperature controller 7 includes a first electric heater and a second electric heat based on the detected temperatures of the first temperature detector and the second temperature detector so that the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3 reach a set temperature. The power to the heater is controlled.
[0037]
Hereinafter, the operation of the exhaust gas treatment apparatus will be described.
[0038]
An atmosphere in the combustion chamber 1 is sucked from the exhaust pipe 11 by gas suction means such as an exhaust facility (not shown) provided in the exhaust pipe 11, and the low concentration air intake passage 4 provided in the lower part of the combustion chamber 1 and the high By taking the atmosphere into the combustion chamber 1 from both the intake passages 12 and the concentration air intake passage 12, the atmosphere always flows in the combustion chamber 1 with individual replenishment amounts.
[0039]
An electric current is passed through the electric heaters of the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3, and the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3 are heated to the set temperature described above under the control of the temperature controller 7. As for the heating temperature, the mixed gas flowing through the gas flow path 27 formed between the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3 is introduced from the combustible gas introduction pipe 8 without requiring an ignition gas such as hydrogen. The temperature should be sufficient for the combustible gas to be ignited directly.
[0040]
After the heating, the valve (not shown) of the combustible gas introduction pipe 8 is opened, and the exhaust port of the semiconductor manufacturing apparatus (not shown) and the combustible gas introduction pipe 8 are communicated with each other so that the exhaust gas discharged from the semiconductor manufacturing apparatus It introduces into the combustible gas introduction pipe 8. The exhaust gas rising up the gas flow path 27 is mixed with the air drawn in from the low concentration air intake path 4 provided in the gas flow path 27 on the way, and the temperature is controlled by the temperature controller 7 to be doubled. When passing through the gas flow path 27 heated by the combined heat energy of the heat source 30, the combustible gas reliably touches the heat source portions 2 and 3, and thus the combustion temperature is raised. For this reason, the combustible gas undergoes a combustion reaction in the gas flow path 27 and ignites and burns without requiring a separate gas ignition facility. The combustible gas is combusted by the high heat energy from the double heat source 30 and the oxygen of the air entering from the low concentration air intake passage 4, so that the combustible gas contained in the exhaust gas can be combusted efficiently even at a low concentration.
[0041]
The highly combustible gas cannot react only with oxygen taken into the gas flow path 27 from the low concentration air intake path 4 and comes out from the outlet 2a of the first heat source section 2 as unburned gas. In the vicinity of the outlet 2a, there is sufficient air taken into the combustion chamber 1 from the high-concentration air intake path 12, so that the highly combustible gas is sufficiently mixed with the air. . Moreover, in the vicinity of the outlet 2a, the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3 are not only high in temperature but also heated by the flame 10 that burns in the gas flow path 27 and exits from the gas flow path port. Therefore, even a highly combustible gas is easily burned.
[0042]
The flow rate of the mixed gas of the combustible gas and the incombustible gas of the exhaust gas introduced into the combustion chamber 1 from the combustible gas introduction pipe 8 is suitably in the range of 5 to 200 L / min. When the mixed gas flow rate is less than 5 L / min, the combustion efficiency is poor. Conversely, if it exceeds 200 L / min, incomplete combustion is not preferable.
[0043]
Although the upper inner wall of the combustion chamber 1 is exposed to a high temperature due to the heat of the flame 10 due to the combustion, in the embodiment, the cooling unit 9 blocks the heat because the cooling unit 9 is provided on the upper inner wall. In order to prevent the inner wall from being exposed to high temperature, the side wall of the combustion chamber 1 is effectively protected from heat.
[0044]
High-temperature exhaust gas generated by combustion, non-combustible gas contained in the exhaust gas from the beginning, and excess air are released into the atmosphere from the exhaust pipe 11.
[0045]
Here, the gap between the cylindrical first heat source part 2 and the rod-like second heat source part 3 is suitably in the range of 2 to 20 mm. If the gap is less than 2 mm, the ventilation resistance increases, and air is not sufficiently taken in, resulting in incomplete combustion. On the other hand, if it exceeds 20 mm, a pressure difference does not occur and air is not taken into the flow path, and the combustion reaction does not occur.
[0046]
Moreover, the range of 30-300 mm is suitable for the full length of the cylindrical 1st heat-source part 2. As shown in FIG. When the total length is less than 30 mm, the air passing through the gas flow path is insufficiently heated, and thus combustion is incomplete. In addition, it is difficult to configure a heater commensurate with a length exceeding 300 mm.
[0047]
In addition, the set temperature of the first heat source unit 2 and the second heat source unit 3 is about 800 ° C. and has the highest combustion efficiency and is stable.
[0048]
Further, the flow rate of the mixed gas of the combustible gas H 2 and noncombustible gas of N 2 gas is preferably in the range of 5~200L / min. This is because a stable combustion reaction can be realized within this range.
[0049]
As described above, according to the embodiment, fresh outside air is directly taken in from the outside of the combustion chamber 1 through the low concentration air intake passage 4 in the narrow gas passage 27 heated at a high temperature by the double heat source 30. Since it is mixed with air and combusted, the combustible gas contained in the exhaust gas can be directly ignited and combusted directly without an ignition device using a combustion-supporting gas such as hydrogen. Therefore, since a combustion-supporting gas other than the atmosphere and an ignition device are not required, the device configuration can be greatly simplified. Moreover, since the high concentration air intake path 12 is configured to rise along the cylindrical outer wall of the first heat source section 2, it can block the thermal energy radiated from the multiple heat source 30 to the combustion chamber 1 wall. And the deterioration of the peripheral wall of the combustion chamber 1 can be effectively prevented.
[0050]
In addition, since the heat source is a double heat source 30 that can control power independently, unlike the single heat source method, even if one of the heat sources is disconnected, heat can be supplied with the other heat source, so combustion continues. it can. Therefore, even if the heat source is partially disconnected, unburned gas is not generated, and it is possible to effectively prevent dangerous unburned gas from being released from the exhaust pipe 11 into the atmosphere.
[0051]
In addition, since the heat source 30 has a double heat source structure in which the gas flow path 27 is formed inside, the combustion region is provided at two locations of the gas flow path 27 and the upper part of the heat source 30, and one gas flow path is provided. In 27, combustible gas with a low concentration can be combusted, and combustible gas with a high concentration can be combusted on the other heat source 30 upper part. Therefore, the combustible gas contained in the exhaust gas can be burned effectively regardless of the combustible gas concentration.
[0052]
In addition, since the high heat radiated from the combustion flame by the double heat source 30 to the combustion chamber peripheral wall is cut off by the cooling unit 9, the combustion chamber 1 can be effectively protected from high temperature. Moreover, since the heat source 30 is made of ceramic as a heat insulating material, unlike the conventional single heat source method, the electric heater provided in the heat source is difficult to break, and the operating temperature range is also limited. The upper limit can be up to 1000 ° C. as described above.
[0053]
In particular, in the electric spark method, if the concentration of the combustible gas reaches a high concentration when ignited, there is a problem that a malfunction phenomenon occurs. In the embodiment, however, ignition can be performed reliably. Such a problem will not occur. Further, since the burner electrode is not used, there is no problem that the electrode cannot be ignited and not ignited due to deterioration of the electrode. Furthermore, even if the flame 10 formed at the upper part of the heat source 30 fluctuates due to the pressure of the exhaust pipe 11, it does not burn at one place where the flame 10 is emitted as described above, but at other places. Since the combustible gas is combusted even in a certain gas flow path, the combustion efficiency is also stabilized.
[0054]
FIG. 4 shows a comparison of combustion efficiency data when a mixed gas of H 2 gas and N 2 gas is combusted using the dual heat source of the embodiment and the single heat source of the conventional example. Unprocessed data is also shown when no combustion treatment is performed. The horizontal axis indicates the mixing ratio (H 2 / (H 2 + N 2 )%) of hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) flowing from the combustible gas introduction pipe 8 in the direction of introducing the combustible gas. H 2 residual concentration (ppm) measured at the exhaust pipe is shown.
[0055]
Here, in the double heat source,
Gap between the cylindrical first heat source part and the rod-like second heat source part: 4 mm
Total length of the cylindrical first heat source part: 80 mm
Set temperature of the first heat source part and the second heat source part: 900 ° C.
Flow rate of mixed gas of combustible gas H 2 and non-combustible gas N 2 of exhaust gas: 90 L / min
In the single heat source, the temperature of the heat source section is 900 ° C.
[0056]
In the case of a single heat source, the H 2 residual concentration is low because it is sufficiently combusted with a mixed gas with a mixing ratio of 30% or more, but it is almost unburned with a low mixing ratio of less than 30%. The unburned gas is discharged from the exhaust pipe 11 as it is. Therefore, the combustion treatment efficiency of low concentration H 2 is poor and there is a problem of safety. On the other hand, in the case of a double heat source, the peak of H 2 residual concentration is around 10% of the mixing ratio and can be burned with high efficiency. Although the H 2 residual concentration was 2000 ppm in the single heat source, the double heat source was reduced to 200 ppm, 1/10 of the single heat source, and the combustion efficiency was remarkably improved. Therefore, the combustion treatment efficiency of the low concentration H 2 is improved and the safety problem is solved.
[0057]
In the embodiment, the heat source is configured with a double heat source, but may be configured with multiple heat sources. For example, the number of the second heat source units 3 inserted into the cylinder of the first heat source unit 2 may be multiplexed by arranging two or more instead of one, or two tubes of the first heat source unit 2 may be arranged. Multiple lines may be arranged by coaxial arrangement. Moreover, although the shape of one 1st heat-source part 2 which comprises the heat source 30 was made into the cylindrical shape, you may comprise the shape of the cylindrical 1st heat-source part 2 with polygons, such as a hexagon or an octagon.
[0058]
In the embodiment, the low- and high-concentration air intake passages 4 and 28 are provided in the combustion chamber 1 in a pipe shape. However, if the replenishment amount is the same, the air intake passages 4 and 28 are the pipes. For example, it may be configured as a cylindrical intake passage communicating along the periphery of the combustion chamber 1. In this case, the combustion chamber 1, the combustible gas introduction pipe 8, and the low and high concentration air intake passages 4 and 28 may be configured integrally.
[0059]
【The invention's effect】
According to the present invention, even if one of the two heat sources is stopped due to a disconnection, the other heat source can continue to function. Further, when the combustible gas and air reliably touch the heat source part, ignition and more efficient combustion can be performed more reliably. Furthermore, since no gas equipment for ignition is required, the apparatus can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an exhaust gas treatment apparatus using a multiple heat source according to an embodiment, wherein (a) is a front sectional view and (b) is a side view.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of an exhaust gas treatment apparatus using a conventional single heat source.
FIGS. 3A and 3B are explanatory views of a conventional exhaust gas treatment apparatus using an electric spark, in which FIG. 3A is a partial front sectional view, and FIG. 3B is a partial side sectional view.
FIG. 4 is a H 2 residual concentration characteristic chart comparing combustion efficiencies of a single heat source and a double heat source.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion chamber 2 1st heat-source part 3 2nd heat-source part 4 Low concentration air intake path 7 Temperature controller (control part)
8 Combustible gas introduction pipe 8c Outlet of the combustible gas introduction pipe 10 Flame 11 Exhaust pipe 12 High concentration air intake path 30 Double heat source

Claims (2)

排ガス中に含まれる可燃性ガスを燃焼させるための燃焼室と、A combustion chamber for burning the combustible gas contained in the exhaust gas;
燃焼室内に可燃性ガスを含む排ガスを導入する可燃性ガス導入管と、  A combustible gas introduction pipe for introducing exhaust gas containing combustible gas into the combustion chamber;
燃焼室内を排気する排気管と、  An exhaust pipe for exhausting the combustion chamber;
前記可燃性ガス導入管の導出口に連通した筒状の第1熱源部と、  A cylindrical first heat source connected to the outlet of the combustible gas introduction pipe;
前記第1熱源部の筒内に挿入されて、筒状の第1熱源部との間にガス流路を形成する第2熱源部と、  A second heat source part that is inserted into the cylinder of the first heat source part to form a gas flow path between the first heat source part and the cylindrical first heat source part;
前記燃焼室の外部と前記ガス流路とを連通してガス流路内に空気を取り込む第1空気取込路と、  A first air intake path that communicates the outside of the combustion chamber and the gas flow path to take air into the gas flow path;
前記燃焼室の外部と前記第1熱源部の筒口近傍とを連通して当該筒口近傍に空気を取り込む第2空気取込路と、  A second air intake passage that communicates the outside of the combustion chamber and the vicinity of the cylinder port of the first heat source unit to take air into the vicinity of the cylinder port;
第1熱源部及び第2熱源部が設定温度になるように電力を制御する制御手段と  Control means for controlling electric power so that the first heat source unit and the second heat source unit are at a set temperature;
を備えた排ガス処理装置。An exhaust gas treatment apparatus comprising:
前記燃焼室に、前記可燃性ガス導入管、第1空気取込路、第2空気取込路を一体的に設けた請求項1に記載の排ガス処理装置。The exhaust gas treatment apparatus according to claim 1, wherein the combustible gas introduction pipe, the first air intake path, and the second air intake path are integrally provided in the combustion chamber.
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