特開 2024-155737 排ガス処理装置および排ガス処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024155737

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】排ガス処理装置および排ガス処理方法

(51)【国際特許分類】

   F23M 5/08 20060101AFI20241024BHJP

   F23G 7/06 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

F23M5/08 A

F23G7/06 D ZAB

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024031883

(22)【出願日】2024-03-04

(31)【優先権主張番号】P 2023068439

(32)【優先日】2023-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 一知

(72)【発明者】

【氏名】細谷 和正

(72)【発明者】

【氏名】中条 貴幸

(72)【発明者】

【氏名】京谷 敬史

【テーマコード（参考）】

3K078

【Ｆターム（参考）】

3K078AA05

3K078BA20

3K078BA26

3K078BA29

3K078CA12

3K078CA17

(57)【要約】

【課題】本発明は、筒体への副生成物の付着、および腐食性ガスと筒体との接触を防止し、かつ排ガスを効率的に処理することができる排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供する。
【解決手段】排ガス処理装置１は、排ガスを処理するための排ガス処理装置１であって、熱を生成する熱生成装置５を備えた熱生成部２と、熱生成部２に接続され、熱により排ガスを熱処理する熱処理部３を備え、熱処理部３は、排ガスの流路Ｆを形成する筒体２０と、筒体２０内に水を供給して筒体の内面に水膜を形成する水供給構造体３０を有し、筒体２０は、直径が広がる径拡大部２１を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排ガスを処理するための排ガス処理装置であって、
熱を生成する熱生成装置を備えた熱生成部と、
前記熱生成部に接続され、前記熱により前記排ガスを熱処理する熱処理部を備え、
前記熱処理部は、
前記排ガスの流路を形成する筒体と、
前記筒体内に水を供給して前記筒体の内面に水膜を形成する水供給構造体を有し、
前記筒体は、直径が広がる径拡大部を有する、排ガス処理装置。

【請求項2】

前記径拡大部は、下方に向かって直径が徐々に広がる形状を有している、請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項3】

前記筒体は、前記径拡大部の上端に接続された小径直管部をさらに有する、請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項4】

前記径拡大部の内面は、粗面加工により形成された粗面であり、
前記径拡大部の内面は、前記水膜が前記径拡大部の内面の全体に形成される滑落角を有する、請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項5】

前記筒体は、前記径拡大部の下端に接続された大径直管部をさらに有する、請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項6】

前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有し、前記径縮小部は前記大径直管部の下端に接続されている、請求項５に記載の排ガス処理装置。

【請求項7】

前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有し、前記径縮小部は前記径拡大部の下端に接続されている、請求項１に記載の排ガス処理装置。

【請求項8】

排ガスを処理する排ガス処理方法であって、
熱生成部により発生した熱を筒体内で前記排ガスと混合させることで、前記排ガスを処理し、
前記排ガスの処理中に、前記筒体内に水を供給して前記筒体の内面に水膜を形成し、
前記筒体は、直径が広がる径拡大部を有しており、前記排ガスの処理中に、前記径拡大部の内面の全体には前記水膜が形成されている、排ガス処理方法。

【請求項9】

前記径拡大部は、下方に向かって直径が徐々に広がる形状を有している、請求項８に記載の排ガス処理方法。

【請求項10】

前記筒体は、前記径拡大部の上端に接続された小径直管部をさらに有しており、前記排ガスの処理中に、前記小径直管部の内面の全体には前記水膜が形成されている、請求項８に記載の排ガス処理方法。

【請求項11】

前記径拡大部の内面は、粗面加工により形成された粗面であり、
前記径拡大部の内面は、前記水膜が前記径拡大部の内面の全体に形成される滑落角を有する、請求項８に記載の排ガス処理方法。

【請求項12】

前記筒体は、前記径拡大部の下端に接続された大径直管部をさらに有しており、前記排ガスの処理中に、前記大径直管部の内面の全体には前記水膜が形成されている、請求項８に記載の排ガス処理方法。

【請求項13】

前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有しており、前記径縮小部は前記大径直管部の下端に接続されており、前記排ガスの処理中に、前記径縮小部の内面の全体には前記水膜が形成されている、請求項１２に記載の排ガス処理方法。

【請求項14】

前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有しており、前記径縮小部は前記径拡大部の下端に接続されており、前記排ガスの処理中に、前記径縮小部の内面の全体には前記水膜が形成されている、請求項８に記載の排ガス処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体デバイス、液晶、ＬＥＤ等を製造する製造装置等から排出される排ガスを無害化処理する排ガス処理装置および排ガス処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス、液晶パネル、ＬＥＤ等を製造する半導体製造プロセスにおいては、真空にされたプロセスチャンバ内にプロセスガスを導入してエッチング処理やＣＶＤ処理等の各種処理を行っている。プロセスチャンバ、およびプロセスチャンバに接続されている排気系機器は、クリーニングガスを流すことにより定期的に洗浄されている。これらプロセスガスやクリーニングガス等の排ガスは、シラン系ガス、ハロゲンガス、ＰＦＣガス等を含み、人体に悪影響を及ぼすことや、地球温暖化の原因になる等の地球環境に悪影響を及ぼすことがあり、大気にそのまま放出することができない。そこで、これらの排ガスは、半導体製造装置の下流側に設置された排ガス処理装置によって無害化処理された後に大気に放出されている。

【0003】

排ガス処理装置は、排ガスの流路を形成する筒体内で、熱・酸化分解処理により排ガスを無害化するように構成されている。このような排ガス処理装置では、排ガスを熱処理する際の副生成物として発生した多量の粉塵（主としてＳｉＯ_２）が筒体内に付着して、堆積することがある。また、フッ素系や塩素系の腐食性ガスが含まれる場合、腐食性ミストにより、筒体の内壁面が腐食されることがある。そこで、筒体の内壁面に水膜を形成することにより、筒体への副生成物の付着、および筒体の内面への腐食性ガスの接触を防止する排ガス処理装置が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００８－１６１８６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

近年の半導体ウェハの大型化、微細化に伴って、半導体製造装置から排出される排ガスの量が増加している。したがって、排ガスを効率的に処理するために、排ガス処理装置の筒体を大容量化すること、および筒体内で排ガスと熱（例えば、火炎、熱プラズマジェットなど）を十分に混合させて、排ガスの熱・酸化分解反応を促進することが求められている。

【0006】

そこで、本発明は、筒体への副生成物の付着、および腐食性ガス、および腐食性ミストと筒体との接触を防止し、かつ排ガスを効率的に処理することができる排ガス処理装置および排ガス処理方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一態様では、排ガスを処理するための排ガス処理装置であって、熱を生成する熱生成装置を備えた熱生成部と、前記熱生成部に接続され、前記熱により前記排ガスを熱処理する熱処理部を備え、前記熱処理部は、前記排ガスの流路を形成する筒体と、前記筒体内に水を供給して前記筒体の内面に水膜を形成する水供給構造体を有し、前記筒体は、直径が広がる径拡大部を有する、排ガス処理装置が提供される。
一態様では、前記径拡大部は、下方に向かって直径が徐々に広がる形状を有している。
一態様では、前記筒体は、前記径拡大部の上端に接続された小径直管部をさらに有する。
一態様では、前記径拡大部の内面は、粗面加工により形成された粗面であり、前記径拡大部の内面は、前記水膜が前記径拡大部の内面の全体に形成される滑落角を有する。

【0008】

一態様では、前記筒体は、前記径拡大部の下端に接続された大径直管部をさらに有する。
一態様では、前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有し、前記径縮小部は前記大径直管部の下端に接続されている。
一態様では、前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有し、前記径縮小部は前記径拡大部の下端に接続されている。

【0009】

一態様では、排ガスを処理する排ガス処理方法であって、熱生成部により発生した熱を筒体内で前記排ガスと混合させることで、前記排ガスを処理し、前記排ガスの処理中に、前記筒体内に水を供給して前記筒体の内面に水膜を形成し、前記筒体は、直径が広がる径拡大部を有しており、前記排ガスの処理中に、前記径拡大部の内面の全体には前記水膜が形成されている、排ガス処理方法が提供される。
一態様では、前記径拡大部は、下方に向かって直径が徐々に広がる形状を有している。
一態様では、前記筒体は、前記径拡大部の上端に接続された小径直管部をさらに有しており、前記排ガスの処理中に、前記小径直管部の内面の全体には前記水膜が形成されている。
一態様では、前記径拡大部の内面は、粗面加工により形成された粗面であり、前記径拡大部の内面は、前記水膜が前記径拡大部の内面の全体に形成される滑落角を有する。

【0010】

一態様では、前記筒体は、前記径拡大部の下端に接続された大径直管部をさらに有しており、前記排ガスの処理中に、前記大径直管部の内面の全体には前記水膜が形成されている。
一態様では、前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有しており、前記径縮小部は前記大径直管部の下端に接続されており、前記排ガスの処理中に、前記径縮小部の内面の全体には前記水膜が形成されている。
一態様では、前記筒体は、下方に向かって直径が徐々に縮小する径縮小部をさらに有しており、前記径縮小部は前記径拡大部の下端に接続されており、前記排ガスの処理中に、前記径縮小部の内面の全体には前記水膜が形成されている。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、筒体の内面に水膜を形成して、筒体への副生成物の付着、および腐食性ガスと筒体との接触を防止することができる。また、径拡大部を有する筒体は、半径方向に排ガスの流路を拡大することができるため、多くの排ガスを処理できる。また、排ガスが径拡大部を通過するときに乱流を形成し、同時に熱（火炎、プラズマなど）が径拡大部内で拡散することで、排ガスと熱が十分に混合される。したがって、径拡大部内で排ガスを効率的に処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】排ガス処理装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。

【図2】図１のＡ－Ａ線断面図である。

【図3】図１のＢ－Ｂ線断面図である。

【図4】図１のＣ－Ｃ線断面図である。

【図5】図１のＤ－Ｄ線断面図である。

【図6】排ガス処理装置の他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図7】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図8】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図9】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す拡大断面図である。

【図10】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す拡大断面図である。

【図11】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図12】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図13】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【図14】排ガス処理装置のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、排ガス処理装置１の一実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態の排ガス処理装置１は、半導体デバイス、液晶、ＬＥＤ等を製造する製造装置等から排出される排ガスを熱により無害化処理するための装置である。排ガスの例としては、シランガス（ＳｉＨ_４）、ハロゲン系のガス（ＮＦ_３，ＣｌＦ_３，ＳＦ_６，ＣＨＦ_３，Ｃ_２Ｆ_６，ＣＦ_４）等の有害可燃ガスを含むガスが挙げられる。排ガス処理装置１の例としては、燃焼式排ガス処理装置、熱プラズマ式排ガス処理装置、およびヒータ式排ガス処理装置が挙げられる。

【0014】

排ガス処理装置１は、熱を生成する熱生成装置５を備えた熱生成部２と、熱により排ガスを熱処理する熱処理部（反応部）３を備えている。本実施形態では、排ガス処理装置１は燃焼式排ガス処理装置であり、熱生成装置５は火炎を生成する燃焼バーナーである。ただし、熱生成部２の構成は、排ガスを処理するための熱を生成することができる限りにおいて、以下に説明する本実施形態に限られない。例えば、熱生成装置５は、プラズマを発生するプラズマ発生器や、電気ヒータなどの他の熱源であってもよい。

【0015】

熱生成部２は、熱生成装置５の下方に位置する円筒形状の排ガス導入部６を有している。熱生成部２は、熱生成装置５が位置する上端で閉塞されており、排ガス導入部６の下端に開口部６ａを有している。熱生成部２は、熱生成装置５に燃料を供給する燃料供給ノズル７と、空気を供給する空気供給ノズル８を備えている。熱生成装置（燃焼バーナー）５は、燃料供給ノズル７から供給された燃料と、空気供給ノズル８から供給された空気により点火され、火炎を生成するように構成されている。

【0016】

熱生成部２は、排ガス導入部６内に排ガス（被処理ガス）を吹き込む排ガス用ノズル１０、燃料（燃料ガス）を吹き込む燃料用ノズル１１、および支燃性ガス（酸素含有ガス）を吹き込む支燃性ガス用ノズル１２を備えている。排ガス用ノズル１０、燃料用ノズル１１、および支燃性ガス用ノズル１２は、排ガス導入部６に連結されている。図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。図２に示すように、本実施形態の熱生成部２は、４つの排ガス用ノズル１０を備えている。排ガス用ノズル１０は、熱生成部２の内周面の接線方向に向けて排ガスが吹き込まれるように配置されている。

【0017】

図３は、図１のＢ－Ｂ線断面図である。図３に示すように、本実施形態の熱生成部２は、２つの燃料用ノズル１１、および２つの支燃性ガス用ノズル１２を備えている。燃料用ノズル１１は、排ガス導入部６の内周面の接線方向に向けて燃料が吹き込まれるように配置されており、支燃性ガス用ノズル１２は、排ガス導入部６の内周面の接線方向に向けて支燃性ガスが吹き込まれるように配置されている。本実施形態では、熱生成部２は、４つの排ガス用ノズル１０、２つの燃料用ノズル１１、および２つの支燃性ガス用ノズル１２を備えているが、排ガス用ノズル１０、燃料用ノズル１１、および支燃性ガス用ノズル１２の数は本実施形態に限定されない。例えば、熱生成部２は、単一の排ガス用ノズル１０、単一の燃料用ノズル１１、および単一の支燃性ガス用ノズル１２を備えてもよい。

【0018】

本実施形態では、排ガス用ノズル１０と、燃料用ノズル１１および支燃性ガス用ノズル１２が熱生成部２の軸方向においてずれて配置されているが、排ガス用ノズル１０、燃料用ノズル１１、および支燃性ガス用ノズル１２の配置は本実施形態に限定されない。例えば、排ガス用ノズル１０、燃料用ノズル１１、および支燃性ガス用ノズル１２は、熱生成部２の軸線に直交する同一平面上に配置されてもよい。

【0019】

一実施形態では、排ガス用ノズル１０、燃料用ノズル１１、および支燃性ガス用ノズル１２から、熱生成部２の排ガス導入部６に吹き込まれる排ガス、燃料、および支燃性ガスの流速は、熱生成装置５で生成された火炎の燃焼速度以上である。排ガス導入部６の内周面の接線方向に向けて、火炎の燃焼速度以上の流速で排ガス、燃料、および支燃性ガスが吹き込まれると、排ガス導入部６の内周面から浮いた三種混合の円筒状混合火炎が形成される。円筒状混合火炎は熱生成部２の軸方向に沿って形成される。

【0020】

三種のガスを共に接線方向に吹き込むことで、旋回遠心力により円筒状混合火炎の外側は温度が低く重い未燃の三種混合ガス、内側は温度が高く軽い三種混合の燃焼後ガスの分布が形成される。したがって、円筒状混合火炎は、温度の低い未燃の三種混合ガスに覆われた自己断熱された状態となるため、放熱による温度低下がなく、燃焼効率の高いガス処理が行われる。また、排ガスは通常Ｎ_２ガス等により希釈されて排ガス導入部６へ流入するので、このＮ_２ガスを含む排ガスを燃料と支燃性ガスと混焼することで、緩慢な燃焼となり、局所的な高温部が形成されないため、ＮＯｘの発生が抑制される。

【0021】

図１に示すように、熱処理部３は、その上端を閉塞する円環状の蓋プレート１８と、排ガスの流路Ｆを形成する筒体２０と、筒体２０の内面に水膜を形成する水供給構造体３０を備えている。熱処理部３は、熱生成部２に接続されている。より具体的には、熱処理部３の蓋プレート１８は、熱生成部２の排ガス導入部６の外面に接続されている。排ガス導入部６の開口部６ａは、筒体２０内に位置しており、排ガス導入部６内で形成された排ガスを含む混合火炎は、排ガス導入部６の開口部６ａから筒体２０内に流れ込む。

【0022】

一実施形態では、排ガス用ノズル１０、燃料用ノズル１１、および支燃性ガス用ノズル１２から、熱生成部２の排ガス導入部６に吹き込まれる排ガス、燃料、および支燃性ガスの流量は、排ガス導入部６内の空気比が約０．５となり、かつ筒体２０内の空気比が１以上となるように設定される。排ガス導入部６内の空気比を約０．５（すなわち、酸欠状態）とすることで、排ガスの熱処理の副生成物として発生する粉塵（主としてＳｉＯ_２）が排ガス導入部６の内面に付着することを防止できる。また、筒体２０内の空気比を１以上とすることで、筒体２０内で排ガスの熱処理が十分に進行する。

【0023】

筒体２０は、直径が広がる径拡大部２１を有している。本実施形態の径拡大部２１は、下方に向かって直径が徐々に広がる形状を有している。径拡大部２１の下端の直径φ２は、上端の直径φ１よりも大きい。径拡大部２１の内面は、円錐台形を有する。径拡大部２１を有する筒体２０は、半径方向に排ガスの流路Ｆを拡大することができるため、多くの排ガスを処理できる。また、熱生成部２の排ガス導入部６から筒体２０内に流れ込んだ排ガスは、径拡大部２１内で乱流を形成し、同時に火炎は径拡大部２１の直径の広がりに沿って拡散火炎を形成する。排ガスと拡散火炎は径拡大部２１内で十分に混合される。したがって、排ガスを効率的に処理することができる。

【0024】

水供給構造体３０は、筒体２０の上部に連結されている。水供給構造体３０は、筒体２０の内面に水膜を形成するための水を供給するスリットノズル３３ａを有する水溜め部３３と、水溜め部３３に水を供給する水供給ポート３２を備えている。水供給ポート３２は、水溜め部３３の外周面に連結されており、水溜め部３３内に水を供給するように構成されている。本実施形態の水溜め部３３は、筒体２０の上端よりも半径方向内側に位置している。

【0025】

図４は、図１のＣ－Ｃ線断面図である。水溜め部３３は、矩形状の断面を有する円環状の中空構造を有している。本実施形態では、水供給構造体３０は、４つの水供給ポート３２を備えており、水溜め部３３の内周面の接線方向に向けて水が供給されるように配置されている。水溜め部３３の内部には、水供給ポート３２から供給された水の流路が形成されている。水溜め部３３は、その底部に環状のスリットノズル３３ａを有している。スリットノズル３３ａは、水溜め部３３の底部の外周部に位置しており、筒体２０の内面の上端に沿って延びている。

【0026】

水供給ポート３２から、水溜め部３３の内周面の接線方向に向けて噴出された水は、水溜め部３３の内周面に沿って流れて、旋回流を形成する。水溜め部３３内の水は、旋回流が形成されたままスリットノズル３３ａから流出して、筒体２０の内面に沿って斜め下方に流れ落ちていき、排ガスの処理中に筒体２０の内面に水膜を形成する。旋回流が形成された水は、半径方向外側に向かって遠心力が働くため、直径が広がる径拡大部２１においても水膜が途切れる（剥がれる）ことなく、筒体２０の内面の全体に水膜を形成することができる。

【0027】

本実施形態では、４つの水供給ポート３２が設けられているが、水溜め部３３内に水の旋回流を形成することができる限りにおいて、水供給ポート３２の数は本実施形態に限定されない。例えば、２つの水供給ポート３２が設けられてもよいし、あるいは単一の水供給ポート３２が設けられてもよい。

【0028】

発明者らの実験によれば、径拡大部２１の内面に形成される水膜の途切れやすさは、図１に示す径拡大部２１の内面の鉛直方向に対する角度θ、および水供給ポート３２から供給される水の流量に依存することが分かった。具体的には、径拡大部２１の角度θが大きくなるほど、水膜が途切れやすくなり、水供給ポート３２から供給される水の流量が少なくなるほど水膜が途切れやすくなる。径拡大部２１の角度θ、および水供給ポート３２から供給される水の流量は、径拡大部２１の内面の全体において水膜が途切れないように、適正に設定される。一実施形態では、径拡大部２１の内面の角度θは、１５度～１０５度である。一実施形態では、径拡大部２１の内面の角度θは、３０度～８０度である。角度θが３０度～８０度では、径拡大部２１の直径が急拡大することにより、径拡大部２１の内面上を流れる水の流速が重力により加速して、径拡大部２１の内面への水膜の形成を促進し、かつ径拡大部２１内に流れ込んだ排ガスの乱流の形成を促進することができる。

【0029】

筒体２０を構成する材料の例としては、金属（例えば、ステンレス鋼）、および樹脂（例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ））が挙げられる。本実施形態の径拡大部２１の内面は、粗面加工により形成された粗面である。粗面加工の例としては、ブラスト加工が挙げられる。この粗面加工により径拡大部２１の内面への水の付着性が向上し、均一な水膜を径拡大部２１の内面の全体に形成することができる。

【0030】

粗面加工された径拡大部２１の内面は、水膜が径拡大部２１の内面の全体に形成される滑落角を有する。滑落角とは、水平な試料の表面上に液滴を滴下して、試料を徐々に傾けたときに、液滴が滑り出すときの試料の傾斜角度であり、試料の表面における液滴の滑りやすさを示す指標である。径拡大部２１の内面の滑落角が大きいほど、水膜は下方に流れにくくなり（径拡大部２１の内面に保持されやすくなり）、水膜は破れにくい。結果として、均一な水膜を筒体２０の内面の全体に形成することができる。一実施形態では、径拡大部２１の内面は、その滑落角を最大化する粗面加工により形成された粗面であってもよい。

【0031】

一実施形態では、径拡大部２１を構成する材料が、水膜が径拡大部２１の内面の全体に形成される滑落角を有する場合、径拡大部２１の内面に粗面加工が施されなくてもよい。

【0032】

図１に示すように、熱処理部３は、蓋プレート１８と水供給構造体３０の間に配置され、熱処理部３内にパージガスを供給するパージガス供給部４０をさらに備えている。図５は、図１のＤ－Ｄ線断面図である。パージガス供給部４０は、その内側に位置する環状溝４１と、環状溝４１にパージガスを供給するパージガス供給流路４２を有している。環状溝４１は、その下端において開口しており、熱処理部３内の排ガスの流路Ｆに連通している。環状溝４１は、排ガス導入部６と水溜め部３３との間に位置している。すなわち、環状溝４１は、排ガス導入部６の半径方向外側に位置しており、かつ水溜め部３３の半径方向内側に位置している。

【0033】

本実施形態では、パージガス供給部４０は、２つのパージガス供給流路４２を備えており、環状溝４１の外周側の面の接線方向に向けてパージガスが供給されるように配置されている。パージガス供給流路４２から環状溝４１に供給されたパージガスは、環状溝４１の全周に充満して、環状溝４１の下端の全周から下方に円環状に噴出される。パージガスの例としては、空気、窒素ガス、および酸素ガスと空気の混合気体が挙げられる。

【0034】

本実施形態では、２つのパージガス供給流路４２が設けられているが、環状溝４１内にパージガスを充満させることができる限りにおいて、パージガス供給流路４２の数は本実施形態に限定されない。例えば、単一のパージガス供給流路４２が設けられてもよい。一実施形態では、パージガス供給部４０は、蓋プレート１８と一体に構成されてもよい。

【0035】

排ガスにジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）のように、加水分解により固形物を生成する水反応性物質が含まれる場合、水溜め部３３のスリットノズル３３ａから流出した水が、熱処理部３内の上部（本実施形態では、水溜め部３３の外面）に付着すると、固形物が付着成長して排ガスの流路Ｆを閉塞させることがある。これは、熱処理部３内の上部では、熱・酸化分解処理が完了していないジクロロシランが多く存在するためである。

【0036】

パージガス供給流路４２からパージガスを適正な流量で吹き込むことで、熱処理部３内の上部（本実施形態では、水溜め部３３の外面）を覆うパージガスの下向きの流れが形成される。パージガスが放出される環状溝４１の直径は、径拡大部２１の上端の直径φ１よりも小さく、環状溝４１の開口面積を小さくできるので、環状溝４１から下方に放出されるパージガスの流速を大きくすることができる。このようなパージガスの下向きの流れは、熱処理部３内の上部（本実施形態では、水溜め部３３の外面）が濡れることを防止し、固形物の付着を防止できるため、排ガスの流路Ｆの閉塞を防ぐことができる。一実施形態では、排ガスに水反応性物質が含まれない場合、排ガス処理装置１は、パージガス供給部４０を備えなくてもよい。

【0037】

図６は、排ガス処理装置１の他の実施形態を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の筒体２０は、径拡大部２１の下端に接続された大径直管部２２をさらに有している。大径直管部２２は、円筒形状を有しており、径拡大部２１の下端の直径φ２に等しい直径を有する。大径直管部２２の「大径」は、ある具体的な数値よりも大きい直径を大径直管部２２が有することを意味せず、大径直管部２２が径拡大部２１の上端の直径φ１よりも相対的に大きい直径を有することを意味する。本実施形態では、上述した水膜は、排ガスの処理中に、径拡大部２１および大径直管部２２の内面の全体に形成される。一実施形態では、大径直管部２２の内面は、粗面加工により形成された粗面であってもよい。

【0038】

本実施形態では、熱生成部２の排ガス導入部６から筒体２０内に流れ込んだ排ガスは、径拡大部２１内で乱流を形成しながら、火炎は径拡大部２１の直径の広がりに沿って拡散火炎を形成し、大径直管部２２まで延びる。本実施形態の筒体２０は、大径直管部２２において排ガスの流路Ｆが軸方向にさらに延びているため、多くの排ガスを処理できる。したがって、多くの排ガスを効率的に処理することができる。

【0039】

図７は、排ガス処理装置１のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図６を参照して説明した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の筒体２０は、大径直管部２２の下端に接続された径縮小部２３をさらに有している。径縮小部２３は、下方に向かって直径が徐々に縮小しており、径縮小部２３の下端の直径φ３は、上端の直径φ２よりも小さい。一実施形態では、径縮小部２３の下端の直径φ３は、径拡大部２１の上端の直径φ１と同じである。径縮小部２３の内面は、逆円錐台形を有する。本実施形態では、上述した水膜は、排ガスの処理中、径拡大部２１、大径直管部２２、および径縮小部２３の内面の全体に形成される。一実施形態では、大径直管部２２および径縮小部２３の内面は、粗面加工により形成された粗面であってもよい。

【0040】

本実施形態の筒体２０は、径縮小部２３において排ガスの流路Ｆが軸方向にさらに延びているため、多くの排ガスを処理できる。また、図７に示すように、熱生成部２の排ガス導入部６から筒体２０内に流れ込んだ排ガスは、径拡大部２１内で乱流を形成しながら、火炎は径拡大部２１の直径の広がりに沿って拡散火炎を形成する。排ガスは、径縮小部２３の内面上の水膜に衝突して上昇流を形成するため、排ガスと火炎が十分に混合される。したがって、多くの排ガスを効率的に処理することができる。

【0041】

図示しないが、径縮小部２３の下端に、径拡大部２１と大径直管部２２と径縮小部２３の組み合わせがさらに連結されてもよい。

【0042】

一実施形態では、図８に示すように、筒体２０は、大径直管部２２を有することなく、径縮小部２３が径拡大部２１の下端に接続されてもよい。本実施形態では、上述した水膜は、排ガスの処理中に、径拡大部２１および径縮小部２３の内面の全体に形成される。図示しないが、径縮小部２３の下端に、径拡大部２１と径縮小部２３の組み合わせがさらに連結されてもよい。

【0043】

図９は、排ガス処理装置１のさらに他の実施形態を模式的に示す拡大断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図６を参照して説明した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、径拡大部２１の内面の鉛直方向に対する角度θは、９０度である。径拡大部２１の一端は、水供給構造体３０の水溜め部３３に接続されており、他端は、大径直管部２２の上端に接続されている。径拡大部２１は、水溜め部３３から鉛直方向に対して垂直に延びており、水溜め部３３から大径直管部２２に向かって直径が広がっている。一実施形態では、筒体２０は、大径直管部２２の下端に接続された径縮小部２３をさらに有してもよい。

【0044】

水溜め部３３内の水は、旋回流が形成されたままスリットノズル３３ａから流出して、径拡大部２１の内面に沿って半径方向外側に広がり、大径直管部２２の内面に沿って流れ落ちる。旋回流が形成された水は、半径方向外側に向かって遠心力が働くため、直径が広がる径拡大部２１においても水膜が途切れる（剥がれる）ことなく、筒体２０の内面の全体に水膜を形成することができる。

【0045】

一実施形態では、図９に示すように、径拡大部２１の水溜め部３３との接続部である第１接続部２１ａ、および径拡大部２１の大径直管部２２との接続部である第２接続部２１ｂは、湾曲してもよい。第１接続部２１ａおよび第２接続部２１ｂが湾曲していることにより、第１接続部２１ａおよび第２接続部２１ｂにおいて水の流れが乱れて、水はねが生じることを防止することができる。第１接続部２１ａおよび第２接続部２１ｂの湾曲形状の曲率は、水はねが生じないように、適正に設定される。第１接続部２１ａの湾曲形状の曲率と第２接続部２１ｂの湾曲形状の曲率は、異なっていてもよい。

【0046】

図１０は、排ガス処理装置１のさらに他の実施形態を模式的に示す拡大断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図９を参照して説明した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態では、径拡大部２１は、上方に向かって直径が徐々に広がる形状を有している。径拡大部２１の内面の鉛直方向に対する角度θは、１０５度である。

【0047】

水溜め部３３内の水は、旋回流が形成されたままスリットノズル３３ａから流出して、径拡大部２１の内面に沿って半径方向外側に広がり、大径直管部２２の内面に沿って流れ落ちる。旋回流が形成された水は、半径方向外側に向かって遠心力が働くため、上方に向かって直径が徐々に広がる径拡大部２１においても水膜が途切れる（剥がれる）ことなく、筒体２０の内面の全体に水膜を形成することができる。

【0048】

水供給ポート３２から供給される水の流量は、径拡大部２１の半径方向の幅Ｗ、径拡大部２１の内面の表面粗さなどに応じて、径拡大部２１の内面の全体において水膜が途切れないように、適正に設定される。例えば、径拡大部２１の半径方向の幅Ｗが４５ｍｍであり、かつ径拡大部２１の内面の算術平均粗さ（Ｒａ）が１６μｍの場合、水供給ポート３２から供給される水の流量は、１０Ｌ／ｍｉｎ以上に設定される。

【0049】

一実施形態では、図１０に示すように、径拡大部２１の水溜め部３３との接続部である第１接続部２１ａ、および径拡大部２１の大径直管部２２との接続部である第２接続部２１ｂは、湾曲してもよい。第１接続部２１ａおよび第２接続部２１ｂが湾曲していることにより、第１接続部２１ａおよび第２接続部２１ｂにおいて水の流れが乱れて、水はねが生じることを防止することができる。第１接続部２１ａおよび第２接続部２１ｂの湾曲形状の曲率は、水はねが生じないように、適正に設定される。第１接続部２１ａの湾曲形状の曲率と第２接続部２１ｂの湾曲形状の曲率は、異なっていてもよい。

【0050】

図１１は、排ガス処理装置１のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１乃至図５を参照して説明した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の筒体２０は、径拡大部２１の上端に接続された小径直管部２４を有している。小径直管部２４は、円筒形状を有しており、径拡大部２１の上端の直径φ１に等しい直径を有する。小径直管部２４の「小径」は、ある具体的な数値よりも小さい直径を小径直管部２４が有することを意味せず、小径直管部２４が径拡大部２１の下端の直径φ２よりも相対的に小さい直径を有することを意味する。

【0051】

本実施形態では、熱生成部２の排ガス導入部６から筒体２０内に流れ込んだ排ガスは、小径直管部２４から径拡大部２１に流れ、径拡大部２１内で乱流を形成する。火炎は径拡大部２１の直径の広がりに沿って拡散火炎を形成する。本実施形態の筒体２０は、径拡大部２１において排ガスの流路Ｆが半径方向外側に広がっているため、多くの排ガスを処理できる。したがって、多くの排ガスを効率的に処理することができる。

【0052】

本実施形態では、水供給構造体３０の水溜め部３３は、筒体２０の上端の半径方向外側に位置している。本実施形態の水溜め部３３は、上述した環状のスリットノズル３３ａを有していない。代わりに、水溜め部３３は、その内周壁を構成する環状の堰３３ｂを有している。堰３３ｂの上端と水溜め部３３の上面との間には、水溜め部３３の全周に亘って隙間３３ｃが形成されている。堰３３ｂの下端は、小径直管部２４の上端に接続されている。一実施形態では、図１１に示すように、堰３３ｂは、小径直管部２４の上部と一体に構成されてもよい。

【0053】

水供給ポート３２から水溜め部３３に供給された水は、水溜め部３３内を満たし、堰３３ｂの上端よりも液面が上昇すると、堰３３ｂを超えて隙間３３ｃから流出する。隙間３３ｃから流出した水は、小径直管部２４の内面の全周に沿って下方に流れ落ちていき、小径直管部２４の内面に水膜を形成する。小径直管部２４の内面上を下方に流れる水は、重力により加速するため、直径が広がる径拡大部２１においても水膜が途切れる（剥がれる）ことなく、排ガスの処理中に筒体２０の内面の全体に水膜を形成することができる。

【0054】

本実施形態においても、径拡大部２１の角度θ、および水供給ポート３２から供給される水の流量は、径拡大部２１の内面の全体において水膜が途切れないように、適正に設定される。

【0055】

本実施形態では、パージガス供給流路４２からパージガスを適正な流量で吹き込むことで、熱処理部３内の上部（本実施形態では、水溜め部３３の隙間３３ｃの周辺）を覆うパージガスの下向きの流れが形成される。パージガスが放出される環状溝４１の直径は、小径直管部２４の直径よりも小さく、環状溝４１の開口面積を小さくできるので、環状溝４１から下方に放出されるパージガスの流速を大きくすることができる。このようなパージガスの下向きの流れは、熱処理部３内の上部（本実施形態では、水溜め部３３の隙間３３ｃの周辺）が濡れることを防止し、固形物の付着を防止できるため、排ガスの流路Ｆの閉塞を防ぐことができる。一実施形態では、排ガスに水反応性物質が含まれない場合、排ガス処理装置１は、パージガス供給部４０を備えなくてもよい。

【0056】

図１２は、排ガス処理装置１のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１１を参照して説明した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態の筒体２０は、径拡大部２１の下端に接続された大径直管部２２をさらに有している。大径直管部２２は、円筒形状を有しており、径拡大部２１の下端の直径φ２に等しい直径を有する。本実施形態では、上述した水膜は、排ガスの処理中に、小径直管部２４、径拡大部２１、および大径直管部２２の内面の全体に形成される。一実施形態では、大径直管部２２の内面は、粗面加工により形成された粗面であってもよい。

【0057】

本実施形態では、熱生成部２の排ガス導入部６から筒体２０内に流れ込んだ排ガスは、小径直管部２４から径拡大部２１に流れ、径拡大部２１内で乱流を形成する。火炎は径拡大部２１の直径の広がりに沿って拡散火炎を形成し、大径直管部２２まで延びる。本実施形態の筒体２０は、大径直管部２２において排ガスの流路Ｆが軸方向にさらに延びているため、多くの排ガスを処理できる。したがって、多くの排ガスを効率的に処理することができる。

【0058】

図１３は、排ガス処理装置１のさらに他の実施形態を模式的に示す断面図である。特に説明しない本実施形態の構成は、図１２を参照して説明した実施形態と同様であるので、その重複する説明を省略する。

【0059】

本実施形態の筒体２０は、大径直管部２２の下端に接続された径縮小部２３をさらに有している。径縮小部２３は、下方に向かって直径が徐々に縮小しており、径縮小部２３の下端の直径φ３は、上端の直径φ２よりも小さい。一実施形態では、径縮小部２３の下端の直径φ３は、径拡大部２１の上端の直径φ１と同じである。径縮小部２３の内面は、逆円錐台形を有する。本実施形態では、上述した水膜は、排ガスの処理中に、小径直管部２４、径拡大部２１、大径直管部２２、および径縮小部２３の内面の全体に形成される。一実施形態では、大径直管部２２および径縮小部２３の内面は、粗面加工により形成された粗面であってもよい。

【0060】

本実施形態の筒体２０は、大径直管部２２および径縮小部２３において排ガスの流路Ｆが軸方向にさらに延びているため、多くの排ガスを処理できる。また、図１３に示すように、熱生成部２の排ガス導入部６から筒体２０内に流れ込んだ排ガスは、小径直管部２４から径拡大部２１に流れ、径拡大部２１内で乱流を形成する。火炎は径拡大部２１の直径の広がりに沿って拡散火炎を形成する。排ガスは、径縮小部２３の内面上の水膜に衝突して上昇流を形成するため、排ガスと火炎が十分に混合される。したがって、多くの排ガスを効率的に処理することができる。

【0061】

図示しないが、径縮小部２３の下端に、小径直管部２４、径拡大部２１、大径直管部２２、および径縮小部２３の組み合わせがさらに連結されてもよい。

【0062】

一実施形態では、図１４に示すように、筒体２０は、大径直管部２２を有することなく、径縮小部２３が径拡大部２１の下端に接続されてもよい。本実施形態では、上述した水膜は、小径直管部２４、径拡大部２１、および径縮小部２３の内面の全体に形成される。図示しないが、径縮小部２３の下端に、小径直管部２４、径拡大部２１、および径縮小部２３の組み合わせがさらに連結されてもよい。

【0063】

一実施形態では、図１１乃至図１４に示す排ガス処理装置１に図１乃至図１０を参照して説明した実施形態の水供給構造３０を適用してもよい。この場合、水供給構造３０の水溜め部３３内の水は、スリットノズル３３ａから流出して小径直管部２４の内面に沿って流れ落ち、筒体２０の内面の全体に水膜が形成される。

【0064】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0065】

１ 排ガス処理装置
２ 熱生成部
３ 熱処理部（反応部）
５ 熱生成装置
６ 排ガス導入部
６ａ 開口部
７ 燃料供給ノズル
８ 空気供給ノズル
１０ 排ガス用ノズル
１１ 燃料用ノズル
１２ 支燃性ガス用ノズル
１８ 蓋プレート
２０ 筒体
２１ 径拡大部
２２ 大径直管部
２３ 径縮小部
２４ 小径直管部
３０ 水供給構造体
３２ 水供給ポート
３３ 水溜め部
３３ａ スリットノズル
３３ｂ 堰
３３ｃ 隙間
４０ パージガス供給部
４１ 環状溝
４２ パージガス供給流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】