JP5562088B2

JP5562088B2 - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JP5562088B2
Application number: JP2010073256A
Authority: JP
Inventors: 元青海; 洋幸武田; 大輔松本
Original assignee: Koyo Thermo Systems Co Ltd
Current assignee: JTEKT Thermo Systems Corp
Priority date: 2010-03-26
Filing date: 2010-03-26
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-03-26
Also published as: JP2011202935A

Description

本発明は、排ガス処理装置に関する。

半導体ウエハ等に対して熱処理を施す炉から排出される排ガスには、バインダ揮発物、フラックス成分等の環境負荷物質が含まれており、このような排ガスをそのまま外部環境に排出した場合には、環境負荷が大きくなる。したがって、前記排ガスは、外部環境に排出する前に、環境負荷物質を除去する処理が施されている。

例えば、リフロー炉から排出される排ガスを処理する装置として、炉内で発生したフラックス成分を含むヒュームを排出する排出管に接続された金属製の管体と、この管体の外周を覆う断熱材と、前記管体の内部に配設された電熱ヒータとを備え、前記管体の内部で、前記電熱ヒータによって排ガスを加熱することにより、当該排ガス中の除去対象物を分解又は燃焼させる処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１記載の前記処理装置は、電熱ヒータに排ガスを直接接触させて当該排ガスを加熱するものであるため、排ガスの加熱にむらが生じやすい。

また、セラミック焼成炉から排出される排ガスを処理する装置として、加熱室の内部に排ガスを供給するガス供給管を当該加熱室の内部の一端側に配し、このガス供給管の下流側に、複数のヒータを所定間隔毎に配置するとともに、前記ヒータと交互に、排ガスの加熱室内での滞留時間を長くする滞留板を配設した処理装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この処理装置によれば、ヒータによって排ガスを十分に加熱することができるので、排ガス中の除去対象物を完全燃焼させることができる。しかしながら、この処理装置は、加熱室の内部に滞留板が配設されているため、装置の大型化を招き、しかも、排ガスの流れが遅く処理効率が低いという欠点がある。

特開２０００−２５２６２１号公報特開平７−１２３２２号公報

これに対し、加熱効率の向上及び装置のコンパクト化を図るために、図５に示されるように、排ガス処理装置において、排ガスを加熱するチャンバー１０２の外周側にヒータ１０３を設け、チャンバー１０２全体を加熱することによって、チャンバー１０２の内部を流れる排ガスを加熱することが考えられる。しかしながら、図５に示される処理装置１０１では、チャンバー１０２が中空状とされており、加熱されたチャンバー１０２の内周面と排ガスとが接触する面積が小さいため、加熱効率が低く、排ガスを十分に燃焼させることができる目的温度まで加熱できないおそれがある。また、かかる排ガス処理装置において、目的温度まで加熱することができるようにするためには、ヒータ１０３を大型化するか、又はチャンバー１０２の長手方向の寸法を大きくする必要があり、結果として、装置の大型化を招く。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、排ガスの加熱効率及び処理効率が高く、装置の小型化が可能な排ガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明の排ガス処理装置は、除去対象物を含む排ガスを加熱し、当該除去対象物を燃焼させて除去する排ガス処理装置であって、前記排ガスを内部に導入して当該排ガス中の除去対象物を燃焼させるチャンバーと、前記チャンバーの外部に設けられ、前記チャンバーを加熱する加熱手段とを備え、前記チャンバーが、前記排ガスを一端側から導入して他端側から排出する中空筒状のチャンバー本体と、このチャンバー本体の内部に当該チャンバー本体の軸方向に沿って配置され、前記排ガスとチャンバー本体内の加熱雰囲気との熱交換を促進させる複数本の管体とを有し、前記管体が、第１の外径を有する複数の第１管体と、この第１の外径よりも小径の複数の第２管体とからなり、前記複数の第１管体が前記チャンバー本体の周方向に沿って配置され、かつ前記複数の第２管体が前記第１管体の列の外側又は内側において、チャンバー本体の周方向に沿って配置されていることを特徴としている。

本発明の排ガス処理装置は、チャンバー本体の内部に複数本の管体を配設することによって、排ガスと接触して当該排ガスを加熱する部位の表面積を大きくすることができる。このため、加熱手段によって、チャンバー本体及び複数本の長尺物が加熱された状態で、排ガスとチャンバー本体内の加熱雰囲気との熱交換が促進される。したがって、本発明の排ガス処理装置によれば、排ガスを効率よく加熱し、排ガス中の除去対象物を効率よく燃焼させることができるとともに、大型の加熱手段を用いなくてもよいので、装置の小型化を図ることができる。

本発明の排ガス処理装置では、隣り合う管体同士の隙間及び複数本の管体内の双方に排ガスを流すことができるので、排ガスと管体とが接触する表面積をさらに大きくすることができる。したがって、本発明の排ガス処理装置によれば、排ガスとチャンバー本体内の加熱雰囲気との熱交換を一層促進することができ、排ガスの加熱効率を一層向上させることができる。

また、本発明の排ガス処理装置では、前記加熱手段が遠赤外線ヒータであり、前記管体がセラミックス製であることが好ましい。セラミックス製の管体は、排ガス中に含まれるバインダ等の有機物成分に吸収されやすい遠赤外線の良好な放射体として機能するので、排ガス中の有機物成分の熱分解を促進する。したがって、かかる構成を採用した本発明の排ガス処理装置によれば、排ガスの処理効率をより一層向上させることができる。

本発明の排ガス処理装置では、前記管体が、第１の外径を有する複数の第１管体と、この第１の外径よりも小径の複数の第２管体とからなり、前記複数の第１管体が前記チャンバー本体の周方向に沿って配置され、かつ前記複数の第２管体が前記第１管体の列の外側又は内側において、チャンバー本体の周方向に沿って配置されている。従って、官体をチャンバー本体の内部に規則的にバランスよく配置することができるので、排ガスの加熱むらが生じにくい。
また、互いに異なる外径を有する複数本の第１管体及び第２管体をチャンバー本体の周方向に沿って配置することによって、所定断面寸法のチャンバー本体内に収納することができる管体の数を増やすことができ、これにより、排ガスと接触する管体の表面積を大きくすることができる。
したがって、本発明の排ガス処理装置によれば、排ガスとチャンバー本体内の加熱雰囲気との熱交換を一層促進することができ、排ガスの加熱効率を一層向上させることができる。
また、前記チャンバー本体の内部に、当該チャンバー本体の軸心に沿って配置された支持軸と、この支持軸の軸方向に所定の間隔で当該支持軸に取り付けられた複数の仕切り部とが設けられ、各仕切り部は前記支持軸に対して放射状に等間隔で取り付けられた複数の仕切り板からなっており、隣接する仕切り板の間それぞれに前記第１管体及び第２管体が同一本数ずつ配設されていることが好ましい。これにより、チャンバー本体の内部における規則的、かつバランスのよい管体の配置を安定して維持することができる。

本発明の排ガス処理装置は、排ガスの加熱効率及び処理効率が高く、しかも、装置の小型化を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る排ガス処理装置の断面説明図である。図１に示される排ガス処理装置の排ガス導入側の側面説明図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。実施例１に係る排ガス処理装置のモデル機の断面説明図である。管状チャンバー内を流れる排ガスを加熱する排ガス処理装置の断面説明図である。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の排ガス処理装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る排ガス処理装置の断面説明図である。なお、本実施の形態では、バインダやフラックスを含む塗膜等の配置を表面に有する半導体ウエハを焼成等する焼成炉から排出されるバインダ揮発物を含む排ガスを処理する装置を例に挙げて説明する。

図１に示されるように、排ガス処理装置１は、排ガスを内部に導入して当該排ガス中の除去対象物であるバインダ揮発物を燃焼させるチャンバー２と、チャンバー２を加熱する加熱手段としての遠赤外線ヒータ４とを備えている。
この排ガス処理装置１では、チャンバー２の外周を覆うように遠赤外線ヒータ４が設置されている。この遠赤外線ヒータ４により、チャンバー２の内部に導入された排ガスを７００〜８００℃程度に加熱し、排ガス中のバインダ揮発物を燃焼させ、除去する。

チャンバー２は、焼成炉から排出された排ガスを一端側（図１において右側端）から導入して他端側から排出する中空筒状のチャンバー本体３と、このチャンバー本体３の内部に当該チャンバー本体３の軸方向に沿って配置された長尺物としての複数本のセラミックス製の管体５とを有している。
このように、チャンバー本体３の内部に複数本の管体５を配置することで、排ガスと管体５とが接触する表面積を大きくしている。また、長尺物として管体を採用することで、隣り合う管体５相互の隙間及び各管体５内の双方に排ガスが流れるようにしている。これにより、排ガスと管体５とが接触する表面積をより大きくすることができる。したがって、排ガスとチャンバー本体内の加熱雰囲気との熱交換を促進させることができ、排ガスの加熱効率を向上させることができる。

本実施の形態では、管体５として、セラミックス製の管体が用いられている。セラミックス製の管体は、排ガス中に含まれるバインダ等の有機物成分に吸収されやすい遠赤外線の良好な放射体として機能するので、排ガス中の有機物成分の熱分解を促進する。したがって、排ガス処理装置１によれば、排ガスの処理効率をより一層向上させることができる。

チャンバー本体３の軸方向両端側には、フランジ部６ａ，６ｂが形成されている。上流側のフランジ部６ａの端面には、ボルト孔９が複数形成されており（図２参照）、焼成炉から排出された排ガスをチャンバー本体３の内部に導入する導入管２１をボルトで固定して取り付けることができるようになっている。同様に、下流側のフランジ部６ｂの端面にもボルト孔（図示せず）が複数形成されており、排ガス処理装置１で処理された処理ガスを外部環境に排出する排出管３１をボルトで固定して取り付けることができるようになっている。

チャンバー本体３の内部には、当該チャンバー本体３の軸心に沿って配置された棒状の支持軸７ａと、この支持軸７ａの軸方向に所定の間隔で支持軸７ａに取り付けられた複数の仕切り部７ｂとが設けられている（図１〜３参照）。各仕切り部７ｂは、支持軸７ａに対して放射状に等間隔で取り付けられた複数の仕切り板７ｃからなっている。このように支持軸７ａから放射状に延びる仕切り板７ｃによって、管体５の周方向への移動が規制されている。
隣接する仕切り板７ｃの間のスペースには、１本の管体５ａ（第１管体）とこの管体５ａよりも外径が小さい２本の管体５ｂ（第２管体）とが配設されている。チャンバー本体３の周方向においては、複数本の管体５ａそれぞれがほぼ等間隔で配置され、かつ複数本の管体５ｂそれぞれがほぼ等間隔で配置されている。また、管体５ｂは、ほぼ円形に配置された管体５ａの列よりも外側に配置されている（図２、図３参照）。
このように、チャンバー本体３の内部に管体５が規則的にバランスよく配置されているので、排ガスの加熱に際してむらが生じにくくなっている。

チャンバー本体３の内部においては、ワイヤ７ｄによって前記複数本の管体５ａ，５ｂ同士が結束されている。これにより、前記複数本の管体５ａ，５ｂが、チャンバー本体３の径方向外方に向かって移動することを防止することができ、これら複数本の管体５ａ，５ｂ及び支持軸７ａを一体物としてチャンバー本体３の内部に容易に挿入し、配設することができる。なお、図２においては、８は、かかる一体物をチャンバー本体３の一端側（図１において左側）から当該チャンバー本体３内に挿入したときに、前記一体物の先端が当接するストッパである。

遠赤外線ヒータ４は、断熱材と一体に形成されている。これにより、前記断熱材によって排ガス処理装置１の外部への熱の放散を防ぐことができるので、遠赤外線ヒータ４により供給される熱を効率よく排ガスの加熱に用いることができる。したがって、排ガスの加熱効率を向上させることができ、しかも、排ガスの加熱に要するエネルギーの消費量を低減させることができる。

なお、本発明においては、排ガスは、プリント回路基板等に対してはんだリフロー処理を施すためのリフロー炉から排出される排ガス等の種々の排ガスであってもよい。また、本発明では、処理に際し触媒を用いないため、触媒を用いて処理することができない物質を含む排ガスを処理することもできる。
また、本発明においては、長尺物として、前記管体５の代わりに棒体を用いてもよい。

つぎに、本発明の排ガス処理装置により奏される効果について、モデルチャンバーを用いて検証する。

（実施例１）
図４に示されるように、鋼管１３（鋼管１Ｂ、外径３４ｍｍ、内径２５．４ｍｍ）の内部に、５本のＳＵＳチューブ１５（外径９．５２ｍｍ）を設置し、実施例１のモデルチャンバーを得た。

（比較例１）
鋼管１３（鋼管１Ｂ、外径３４ｍｍ、内径２５．４ｍｍ）を、比較例１のモデルチャンバーとした。

（試験例１）
実施例１のモデルチャンバーの一端側より、モデルチャンバーの内部に表１に示される流量で室温（２０℃）のガスを流しながら、ヒータ設定温度１０００℃の条件で当該モデルチャンバーを加熱し、モデルチャンバーのガス排出口におけるガスの温度（出口温度）を測定した。つぎに、前記出口温度とモデルチャンバーに導入する前のガスの温度とから、ガスの上昇温度［Δｔ_A（℃）〕を算出した。また、実施例１のモデルチャンバーの代わりに、比較例１のモデルチャンバーを用いたことを除き、前記と同様にして、モデルチャンバーのガス排出口におけるガスの温度（出口温度）を測定した。つぎに、前記出口温度とモデルチャンバーに導入する前のガスの温度とから、ガスの上昇温度［Δｔ_B（℃）〕を算出した。前記Δｔ_A及びΔｔ_Bを用い、Δｔ_A／Δｔ_Bを算出した。これらの結果を表１に示す。

表１に示された結果から、ガスの流量が１００Ｌ／ｍｉｎ、１５０Ｌ／ｍｉｎ及び２００Ｌ／ｍｉｎのいずれの場合であっても、実施例１のモデルチャンバーによれば、出口温度が排ガス中の除去対象物を燃焼させるのに適した７００℃以上となっていることがわかる。また、ガスの流量が１００Ｌ／ｍｉｎ、１５０Ｌ／ｍｉｎ及び２００Ｌ／ｍｉｎのいずれの場合であっても、Δｔ_A／Δｔ_Bが１．７以上であり、実施例１のモデルチャンバーによる排ガスの加熱効率は、比較例１のモデルチャンバーによる排ガスの加熱効率と比べて、約２倍（１．７倍以上）向上していることがわかる。
したがって、これらの結果から、排ガス処理装置１のように、チャンバー本体３の内部に複数の管体５を設けることにより、排ガス中の除去対象物を燃焼させるのに十分な温度にまで排ガスを加熱することができ、しかも、加熱効率を向上させることができることがわかる。

（試験例２）
リフロー炉の下流に、実施例１のモデルチャンバーを接続し、モデルチャンバーの一端側より、モデルチャンバーの内部に、流量１４００Ｌ／ｍｉｎで６６．６℃のガスを流しながら、ヒータ設定温度９００℃の条件でモデルチャンバーを加熱し、モデルチャンバーのガス排出口におけるガスの温度（出口温度）を測定した。つぎに、出口温度とモデルチャンバーに導入する前のガスの温度とから、ガスの上昇温度［Δｔ（℃）〕を算出した。これらの結果を表２に示す。

表２に示された結果から、実施例１のモデルチャンバーによれば、出口温度が排ガス中の除去対象物を燃焼させるのに適した７００℃以上となっていることがわかる。したがって、排ガス処理装置１のように、チャンバー本体３の内部に複数の管体５を設けることにより、排ガス中の除去対象物を燃焼させるのに十分な温度にまで排ガスを加熱することができることがわかる。また、ヒータ設定温度９００℃の条件でΔｔが６５２．５℃となっていることから、排ガス処理装置１のように、チャンバー本体３の内部に複数の管体５を設けた実施例１のモデルチャンバーは、加熱効率に優れることがわかる。

なお、本発明の排ガス処理装置は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。
例えば、前述した実施の形態では、チャンバー内部に配設される管体としてセラミックス製の管体を用いるが、ＳＵＳ３１０Ｓやインコネル（商品名）製の管体を用いることもできる。
また、前述した実施の形態では、管径が異なる２種類の管体を用いているが、３種類以上の管体を用いることもできるし、また、１種類の管体だけを用いることもできる。
さらに、前述した実施の形態では、大径の第１管体を内側に配設し、小径の第２管体を外側に配設しているが、この逆であってもよい。
また、管体の数や、各仕切り部における仕切り板の数も、チャンバーの内径や管体の外径等に応じ適宜選定することができ、前述した実施の形態に限定されるものではない。

１排ガス処理装置
２チャンバー
３チャンバー本体
４加熱手段（遠赤外線ヒータ）
５長尺物（管体）
５ａ長尺物（第１管体）
５ｂ長尺物（第２管体）
７ａ支持軸
７ｂ仕切り部
７ｃ仕切り板

Claims

除去対象物を含む排ガスを加熱し、当該除去対象物を燃焼させて除去する排ガス処理装置であって、
前記排ガスを内部に導入して当該排ガス中の除去対象物を燃焼させるチャンバーと、
前記チャンバーの外部に設けられ、前記チャンバーを加熱する加熱手段と
を備え、
前記チャンバーが、
前記排ガスを一端側から導入して他端側から排出する中空筒状のチャンバー本体と、
このチャンバー本体の内部に当該チャンバー本体の軸方向に沿って配置され、前記排ガスとチャンバー本体内の加熱雰囲気との熱交換を促進させる複数本の管体とを有し、
前記管体が、第１の外径を有する複数の第１管体と、この第１の外径よりも小径の複数の第２管体とからなり、前記複数の第１管体が前記チャンバー本体の周方向に沿って配置され、かつ前記複数の第２管体が前記第１管体の列の外側又は内側において、チャンバー本体の周方向に沿って配置されていることを特徴とする排ガス処理装置。
前記チャンバー本体の内部に、当該チャンバー本体の軸心に沿って配置された支持軸と、この支持軸の軸方向に所定の間隔で当該支持軸に取り付けられた複数の仕切り部とが設けられており、各仕切り部は前記支持軸に対して放射状に等間隔で取り付けられた複数の仕切り板からなっており、隣接する仕切り板の間それぞれに前記第１管体及び第２管体が同一本数ずつ配設されている請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記加熱手段が遠赤外線ヒータである請求項１又は２に記載の排ガス処理装置。
前記管体がセラミックス製である請求項１ないし３のいずれかに記載の排ガス処理装置。