特表 2024-533574 ガス冷却装置を備えるガス処理設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-12

(54)【発明の名称】ガス冷却装置を備えるガス処理設備

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/70 20060101AFI20240905BHJP

   B01D 53/75 20060101ALI20240905BHJP

   B01D 53/76 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

B01D53/70

B01D53/75 ZAB

B01D53/76

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024516911

(86)(22)【出願日】2022-08-23

(85)【翻訳文提出日】2024-03-15

(86)【国際出願番号】 IB2022057866

(87)【国際公開番号】W WO2023042011

(87)【国際公開日】2023-03-23

(31)【優先権主張番号】2113240.2

(32)【優先日】2021-09-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522069345

【氏名又は名称】シーエスケイ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100144451

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 博子

(74)【代理人】

【識別番号】100171675

【弁理士】

【氏名又は名称】丹澤 一成

(72)【発明者】

【氏名】チェ ユン ス

(72)【発明者】

【氏名】コ チャン キュ

(72)【発明者】

【氏名】リ ピル－ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】チャ チュン－ルン

(72)【発明者】

【氏名】リ ジョン－クン

(72)【発明者】

【氏名】キム ジュ ハ

(72)【発明者】

【氏名】シン ヒュン－ア

【テーマコード（参考）】

4D002

【Ｆターム（参考）】

4D002AA01

4D002AA18

4D002AA19

4D002AA22

4D002AA23

4D002AA24

4D002AA26

4D002AA27

4D002AA28

4D002AB01

4D002AC10

4D002BA02

4D002BA05

4D002BA07

4D002BA13

4D002BA14

4D002CA01

4D002CA13

4D002DA02

4D002DA03

4D002DA12

4D002DA26

4D002DA35

4D002EA03

4D002GA01

4D002GA02

4D002GA03

4D002GB03

4D002GB20

4D002HA03

4D002HA08

4D002HA10

(57)【要約】

ガス冷却装置を備えるガス処理設備が提供される。本発明の一実施形態によれば、排ガスが流れる通路を提供する流路１００と、流路１００を通過する排ガスを熱分解するための熱分解ユニット２００と、熱分解ユニット２００を通過した排ガスを所定の温度まで冷却するためのクエンチャー３００と、流路１００と連通する冷却チャンバ５００と、を備え、クエンチャー３００を通過した排ガスは、冷却チャンバ５００に導入され、冷却チャンバ５００は、内部に冷却用固形物を収容するようになっている、ガス処理設備１が提供される。本発明は、冷却用固形物を用いて排ガスを冷却して出口ダクトでの結露の発生を防止するという有利な効果を得ることができ、その結果、ガス処理設備の運転効率が向上し、半導体製造プロセスの効率が向上する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスを処理するための設備であって、
排ガスが流れる通路を提供する流路と、
前記流路を通過する前記排ガスを熱分解するための熱分解ユニットと、
前記熱分解ユニットを通過した前記排ガスを所定の温度まで冷却するためのクエンチャーと、
前記流路と連通する冷却チャンバと、
を備え
前記クエンチャーを通過した前記排ガスは、前記冷却チャンバに導入され、前記冷却チャンバは、内部に冷却用固形物を収容するようになっている、設備。

【請求項2】

前記冷却チャンバ内に前記冷却用固形物を供給する供給ユニットをさらに備え、
前記供給ユニットは、
前記冷却チャンバ内に供給される前記冷却用固形物を貯蔵し、前記冷却チャンバと連通する少なくとも１つの連通穴を備える貯蔵区画と、
前記貯蔵区画に収容された前記冷却用固形物が前記冷却チャンバ内へ移動するのを選択的に許容するように構成された開閉部と、
を備える、請求項１に記載の設備。

【請求項3】

前記排ガスが前記連通穴を通って前記貯蔵区画内に導入されるのを防止するために、前記貯蔵区画内にパージガスを供給することができるパージユニットをさらに備える、請求項２に記載の設備。

【請求項4】

前記連通穴が開放されて前記収納区画に収容された前記冷却用固形物が前記連通穴を通過することを可能にする開放位置と、前記連通穴が閉鎖される閉鎖位置とのいずれかに前記開閉部を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記開閉部が前記閉鎖位置にある場合に、前記パージガスが前記貯蔵区画内に供給されないように前記パージユニットを制御することができる、請求項３に記載の設備。

【請求項5】

前記供給ユニットは、前記冷却チャンバよりも上方に配置され、
前記冷却チャンバは、前記流路の下流に配置されている、請求項２に記載の設備。

【請求項6】

少なくとも１つの貫通孔が前記冷却チャンバの下部に形成されており、前記貫通孔は、前記流路と連通し、前記冷却チャンバ内に残存する水は、前記貫通孔を通って前記冷却チャンバから排出される、請求項５に記載の設備。

【請求項7】

前記冷却チャンバの上部と連通する出口をさらに備え、前記冷却チャンバを通過した前記排ガスは、前記出口に導入されるようになっている、請求項２に記載の設備。

【請求項8】

前記出口の温度及び前記出口を通過する前記排ガスの温度を測定するための検出ユニットと、
前記出口を流れる前記排ガスの温度が前記出口の温度よりも高く、前記出口の温度と前記出口を流れる前記排ガスの温度との間の温度差が所定値以上である場合に、前記冷却チャンバ内に前記冷却用固形物を供給するように前記供給ユニットを制御する制御装置と、
を備える、請求項７に記載の設備。

【請求項9】

前記冷却チャンバに収容された前記冷却用固形物の量を測定するための検出ユニットと、
前記検出ユニットにより測定された前記冷却用固形物の量が予め入力された閾値未満である場合に、前記冷却用固形物を前記冷却チャンバに供給するように前記供給ユニットを制御する制御装置と、
を備える、請求項２に記載の設備。

【請求項10】

内部に水を収容する水槽をさらに備え、
前記流路の少なくとも一部が、前記水槽の内部を通って延びており、
前記クエンチャー及び前記冷却チャンバは、前記水槽の外側で、前記流路の一方側及び他方側にそれぞれ配置されている、
請求項１に記載の設備。

【請求項11】

前記水槽は、前記冷却チャンバから排出される水を内部に収容し、
前記設備は、前記水槽に収容された水を前記クエンチャーに導くように構成されたポンプをさらに備える、請求項１０に記載の設備。

【請求項12】

前記冷却チャンバは、前記冷却チャンバの内部をその外部から断熱するための断熱材を備える、請求項１に記載の設備。

【請求項13】

前記排ガスが前記冷却チャンバの中に導入される部分の温度は２５℃から４０℃の範囲内であり、前記冷却チャンバの内部の温度は０℃から１５℃の範囲内であり、前記排ガスが前記冷却チャンバから排出される部分の温度は１５℃から２５℃の範囲内である、請求項１に記載の設備。

【請求項14】

前記冷却用固形物は、氷及びドライアイスのうちの１又は２以上を含む、請求項１に記載の設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ガス冷却装置を備えるガス処理設備に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、半導体製造プロセス、ＬＣＤ、ＯＬＥＤ等のディスプレイ製造プロセス、太陽電池製造プロセス等の各種産業における製造プロセスでは、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）、ＰＦＣ（パーフルオロ化合物）等を含む排ガスが発生する。特に、半導体製造プロセスにおける半導体エッチングプロセスでは、多くの排ガスが発生する。

【0003】

一方、半導体又はディスプレイの製造プロセスで発生する排ガスには、分解されにくく地球温暖化及び環境汚染の原因となる、地球温暖化を促進するガスが含まれている。例えば、ＰＦＣは温室効果の主な原因のうちの１つであり、分解されにくいため、大気中に排出される前にガス処理設備を通じて処理する必要がある。

【0004】

従来技術で知られているガス処理設備は、高温のプラズマ又は火炎を用いて排ガスを熱分解して処理し、このように熱分解された排ガスは、特定の冷却プロセスを経て大気と連通する排出ダクトから排出される。加えて、ガス処理設備は、出口ダクトでの結露の発生を防止するために、冷却された排ガスと出口ダクトとの間の温度差を減少させるための熱交換器を含む。

【0005】

しかしながら、ガス処理設備のガス冷却装置を半導体製造プロセスで使用すると、半導体製造プロセス中に粉体も生じる。この粉体は、熱交換器に形成された通路を閉塞し、結果として、通路内の排ガスの流れを妨害する。その結果、ガス処理設備は、熱交換器の流路の詰まりを解消するために熱交換器を洗浄するための追加のプロセスを実行するが、これは半導体製造プロセスの効率を低下させる原因となっている。

【0006】

さらに、プラズマ及び火炎を用いて排ガスを熱分解するガス処理設備では、酸性ガスが発生し、この発生した酸性ガスは熱交換器を腐食させる。このような腐食を回避するために、熱交換器はコーティングすることができる。しかし、コーティングにより熱交換器の伝熱速度が低下し、最終的には排ガスの冷却効率が低下する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従って、出口ダクトでの結露及び／又は腐食の発生を防止し、半導体製造プロセスの効率を向上させ、排ガスの処理効率を向上させることができる、ガス冷却装置を備える改良されたガス処理設備に対するニーズがある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態は、上述した背景に鑑みて提案されたものであり、出口ダクトでの結露の発生を防止するために、冷却プロセスを受けた排ガスと出口ダクトとの間の温度差を低減することが可能なガス冷却装置を備えるガス処理設備を提供する。

【0009】

さらに、本発明の一実施形態は、排ガスが排出される出口ダクトの腐食を防止し、ダクトの詰まりを防止することができるガス冷却装置を備えるガス処理設備を提供する。

【0010】

さらに、本発明の一実施形態は、粉体に関連する熱交換器の追加の洗浄プロセス又は耐腐食性を考慮する必要がない、ガス冷却装置を備えるガス処理設備を提供する。

【0011】

さらに、本発明の一実施形態は、排ガスの処理効率を向上させることができるガス冷却装置を備える、ガス処理設備を提供する。

【0012】

本発明の一態様によれば、ガス処理設備が提供され、この設備は、排ガスが流れる通路を提供する流路と、流路を通過する排ガスを熱分解するための熱分解ユニットと、熱分解ユニットを通過した排ガスを所定の温度に冷却するためのクエンチャーと、流路と連通する冷却チャンバと、を備え、クエンチャーを通過した排ガスは、冷却チャンバに導入され、冷却チャンバは、内部に冷却用固形物を収容するようになっている。

【0013】

別の態様では、冷却チャンバ内に冷却用固形物を供給するための供給ユニットをさらに備えることができるガス処理設備が提供され、供給ユニットは、冷却チャンバ内に供給される冷却用固形物を貯蔵し、冷却チャンバと連通する少なくとも１つの連通穴を備える貯蔵区画と、貯蔵区画に収容された冷却用固形物が冷却チャンバ内に移動するのを選択的に許容するように構成された開閉部と、を備える。

【0014】

別の態様では、排ガスが連通穴を通って貯蔵区画内に導入されるのを防止するために、貯蔵区画内にパージガスを供給することができるパージユニットをさらに備えることができる、ガス処理設備が提供される。

【0015】

別の態様では、連通穴が開放されて貯蔵区画に収容された冷却用固形物が連通穴を通過することを可能にする開放位置と、連通穴が閉鎖される閉鎖位置とのいずれかに開閉部を制御する制御装置をさらに備えることができ、制御装置は、開閉部が閉鎖位置にある場合に、パージガスが貯蔵区画内に供給されないようにパージユニットを制御することができる、ガス処理設備が提供される。

【0016】

別の態様では、供給ユニットは、冷却チャンバよりも上方に配置することができ、冷却チャンバは、流路の下流に配置されている、ガス処理設備が提供される。

【0017】

別の態様では、少なくとも１つの貫通孔を冷却チャンバの下部に形成することができ、貫通孔は、流路と連通し、冷却チャンバに残存する水は、貫通孔を通って冷却チャンバから排出される、ガス処理設備が提供される。

【0018】

別の態様では、冷却チャンバと連通する出口をさらに備えることができ、冷却チャンバを通過した排ガスは、出口に導入されるようになっている、ガス処理設備が提供される。

【0019】

別の態様では、出口の温度及び出口を流れる排ガスの温度を測定するための検出ユニットと、出口を流れる排ガスの温度が出口の温度よりも高く、出口の温度と出口を流れる排ガスの温度との間の温度差が所定値以上である場合に、冷却チャンバ内に冷却用固形物を供給するように供給ユニットを制御する制御装置と、をさらに備えることができる、ガス処理設備が提供される。

【0020】

別の態様では、冷却チャンバに収容された冷却用固形物の量を測定するための検出ユニットと、検出ユニットによって測定された冷却用固形物の量が予め入力された閾値未満である場合に、冷却用固形物を冷却チャンバに供給するように供給ユニットを制御する制御装置をさらに備えることができる、ガス処理設備が提供される。

【0021】

別の態様では、内部に水を収容する水槽をさらに備え、流路の少なくとも一部が水槽の内部を通って延び、クエンチャー及び冷却チャンバは、水槽の外側で流路の一方側及び他方側にそれぞれ配置することができる、ガス処理設備が提供される。

【0022】

別の態様において、水槽は、冷却チャンバから排出された水を内部に収容することができ、設備は、水槽に収容された水をクエンチャーに導くように構成されたポンプをさらに備えることができる、ガス処理設備が提供される。

【0023】

別の態様では、冷却チャンバは、冷却チャンバの内部をその外部から断熱するための断熱材を備えることができる、ガス処理設備が提供される。

【0024】

別の態様では、排ガスが冷却チャンバに導入される部分の温度が２５℃から４０℃の範囲内であり、冷却チャンバの内部の温度が０℃から１５℃の範囲内であり、排ガスが冷却チャンバから排出される部分の温度が１５℃から２５℃の範囲内である、ガス処理設備が提供される。

【0025】

別の態様では、冷却用固形物が氷及びドライアイスのうちの１又は２以上を含むことができる、ガス処理設備が提供される。

【0026】

本発明の一実施形態は、出口での結露の発生を防止するために、冷却プロセスを受けた排ガスと出口との間の温度差を低減させるという有利な効果をもたらすことができる。

【0027】

さらに、本発明の一実施形態は、排ガスの出口が腐食する及び／又は詰まるのを防止するという有利な効果をもたらすことができる。

【0028】

さらに、本発明の一実施形態は、追加の洗浄プロセスを必要とせず、先行する製造プロセスで発生する粉末に関連する耐食性を考慮する必要がないという有利な効果をもたらすことができる。

【0029】

さらに、本発明の一実施形態は、排ガスの処理効率を向上させるという有利な効果をもたらすことができる。

【0030】

さらに、本発明の一実施形態は、ガス処理設備の運転効率を向上させて半導体製造プロセスの効率を向上させるという有利な効果をもたらすことができる。

【0031】

本開示の目的及び特徴は、添付の図面と併せて与えられる以下の実施形態の説明から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明の第１の実施形態によるガス処理設備の概略構成を示す斜視図である。

【図2】図１に示すガス処理設備を示す正面図である。

【図3】図２に示すガス処理設備における排ガスの流路を示す。

【図4】図１に示すガス処理設備のガス冷却装置の概略構成を示す斜視図である。

【図5】図４に示す開閉部が開放位置に移動した状態を示す。

【図6】図３に示す経路を流れる排ガスの温度及び湿度を示すグラフである。

【図7】本発明の第１の実施形態によるガス処理設備を概略的に示すブロック図である。

【図8】本発明の第２の実施形態によるガス処理設備の概略構成を示す正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、本発明の技術概念を実施するための具体的な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

【0034】

さらに、本発明を説明する際に、本技術分野で公知の特定の特徴又は機能に関する詳細な説明は、本発明の要旨を曖昧にすると考えられる場合には省略される場合がある。

【0035】

本明細書で使用される場合、要素が別の要素に「流れる」、「排出される」、「導入される」、又は「結合される」という文言は、その要素が他の要素に直接流れる、排出される、導入される、又は結合されること、又は、その間に１又は２以上の中間部分が存在することのいずれかを意味する場合があることを理解されたい。

【0036】

本明細書で使用される用語は、本発明の具体的な実施形態を説明することのみを意図するものであり、開示された本発明の概念を限定するものではない。単数形の表現は、文脈上別段の表示がない限り、対応する複数形の表現をカバーするために使用される。

【0037】

本明細書で使用される場合、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」又は「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」という用語は、特定の特性、領域、本質、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素を特定するものであるが、他の特性、領域、本質、ステップ、動作、要素、構成要素及び／又は場所（ｇｒｏｕｎｄ）の存在又は追加を排除するものではない。

【0038】

さらに、本明細書で使用される場合、上方向、下方向、及びその派生語などの方向表現は、図面に示される方向を参照して説明され、方向が変更された場合は異なる表現となる場合がある。一方、本明細書で使用される上下方向は、図１から５に示す上下方向を意味する場合がある。

【0039】

本発明の第１の実施形態によるガス冷却装置を備えるガス処理設備１は、例えば、半導体製造プロセス、ＬＣＤ又はＯＬＥＤ等のディスプレイ製造プロセス、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）又は太陽電池製造プロセス等の各種産業における製造プロセスで発生する排ガスの冷却及び分解等のガス処理プロセスを行う。本発明のガス冷却装置を備えるガス処理設備１の用途は、これらに限定されるものではなく、本発明のガス冷却装置を備えるガス処理設備１は、腐食性ガス及びダストが発生する様々な産業で使用することができる。排ガスとしては、例えば、ＢＣｌ₃、Ｃｌ₂、Ｆ₂、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＨＦ等の酸性ガス、又は、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、ＳＦ₆等のＰＦＣガスを挙げることができ、これらは半導体製造プロセス中のウエハ表面のエッチングに使用することができる。さらに、排ガスは、化学気相成長（ＣＶＤ）中の洗浄プロセスで使用されるＮＦ₃、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈等のＰＦＣガスとすることができる。さらに、排ガスは、ＳｉＨ₄、ＷＦ₆、ＰＨ₃、ＳｉＨ₄Ｃｌ₂、ＴＥＯＳガス等の化学気相成長で使用されるガスが酸化されて発生するダストを含むことができる。本明細書で使用される場合、産業界で発生する排ガスは、ダスト、粉体、ＰＦＣガスのうちの１又は２以上を含むガスを意味すると理解することができる。

【0040】

以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態によるガス処理設備１を詳細に説明する。

【0041】

図１を参照すると、ガス処理設備１は、排ガスを高温で熱分解し、熱分解された排ガスを冷却して外部に排出する。本明細書で使用される場合、ガス冷却装置を備えるガス処理設備１は、単にガス処理設備１と呼ばれる場合がある。ガス処理設備１は、スクラバー１０及び出口２０を備えることができる。

【0042】

図２を参照すると、スクラバー１０は、エッチング中又は化学蒸着中に発生した排ガスを熱分解し、熱分解された排ガスを出口２０から外部に排出する。スクラバー１０は、流路１００、熱分解ユニット２００、クエンチャー３００、洗浄ユニット４００、冷却チャンバ５００、供給ユニット６００と、パージユニット７００、水槽８００、検出ユニット９００、及び制御装置１０００を備えることができる。

【0043】

流路１００は、排ガスが流れる通路を提供する。流路１００の一端は、エッチング又は化学蒸着が行われる装置に接続されている。本明細書で使用される場合、流路１００の上流とは、流路１００のエッチング又は化学蒸着が行われる装置に接続された側を指すと理解できる。さらに、流路１００の反対側は、冷却チャンバ５００に接続されている。本明細書で使用される場合、流路１００の下流とは、冷却チャンバ５００に接続された流路１００の反対側を指すと理解できる。流路１００は、熱分解ユニット２００、クエンチャー３００及び洗浄ユニットで処理された排ガスを冷却チャンバ５００に導く。

【0044】

一方、流路１００は、その少なくとも一部が水槽８００の内部を通って延在するように延びることができる。さらに、流路１００の両端は水槽８００の外側に配置される。水槽８００内に配置された流路１００の部分には、複数の孔（図示せず）を形成することができる。例えば、流路１００に導入された水は、複数の孔を通って水槽８００に排出することができる。また、実施形態による図面は、Ｕ字形状を有する流路１００の例を示すが、本発明はこれに限定されない。

【0045】

さらに、流路１００は、熱分解領域Ｓ１、急冷領域Ｓ２、及び洗浄領域Ｓ３を含むことができる。

【0046】

熱分解領域Ｓ１は、流路１００の複数の内部領域のうち、熱分解ユニット２００によって排ガスが熱分解される領域として定義される。

【0047】

急冷領域Ｓ２は、流路１００の内部領域のうち、クエンチャー３００によって排ガスが冷却される領域として定義される。加えて、クエンチャー３００を通過した排ガスは、第１の冷却温度を有する。

【0048】

また、洗浄領域Ｓ３は、流路１００の内部領域のうち、洗浄ユニット４００によって排ガスが洗浄される領域として定義される。さらに、洗浄領域Ｓ３を通過した排ガスは、第１の冷却温度よりも低い第２の冷却温度を有する。

【0049】

図３を参照すると、熱分解領域Ｓ１、急冷領域Ｓ２及び洗浄領域Ｓ３は、流路１００が延びる方向に沿って順次形成することができる。例えば、流路１００に導入された排ガスは、熱分解領域Ｓ１、急冷領域Ｓ２及び洗浄領域Ｓ３を順次通過して冷却チャンバ５００に流れることができる。

【0050】

熱分解ユニット２００は、熱分解領域Ｓ１を通過する排ガスの熱分解を行う。熱分解ユニット２００は、高温のプラズマ又は高温の火炎を用いて排ガスを熱分解する。熱分解ユニット２００によって熱分解された排ガスは、急冷領域Ｓ２に向かって流れる。

【0051】

クエンチャー３００は、急冷領域Ｓ２を通過する排ガスを所定の温度まで冷却する。クエンチャー３００は、急冷領域Ｓ２に水を噴射して排ガスを冷却することができる。換言すれば、クエンチャー３００は、高温の排ガスに水を噴射することによって、排ガスを急速に冷却することができる。例えば、クエンチャー３００は、ノズルを用いて、低温で高圧の水を排ガスに向けて噴射することができる。加えて、クエンチャー３００には、水槽８００から水を供給することができる。例えば、冷却チャンバ５００内の固形物から融解した水は、水槽８００に排出することができ、クエンチャー３００は、水槽８００に収容された水を用いて排ガスを冷却することができる。クエンチャー３００によって特定の温度まで冷却された排ガスは、洗浄領域Ｓ３に向かって流れる。さらに、クエンチャー３００は、水槽８００の外側に配置された流路１００の部分に配置することができる。

【0052】

洗浄ユニット４００は、洗浄領域Ｓ３を通過する排ガスを洗浄し、さらに排ガスを冷却する。洗浄ユニット４００は、排ガスを洗浄するために、排ガスに含まれる水溶性ガスを洗浄液に吸収させるように排ガスと洗浄液とを接触させることができる。例えば、水溶性ガスは、Ｈ₂ＳＯ₄、ＨＦ及びＨＣｌのうちの１又は２以上を含むことができ、洗浄液は、水と、ＮａＯＨ、ＫＯＨ及びＨ₂ＳＯ₄のうちの１又は２以上との混合液とすることができる。洗浄ユニット４００によって洗浄された排ガスは、冷却チャンバ５００に向かって流れる。

【0053】

冷却チャンバ５００は、その中に冷却用固形物を収容し、冷却チャンバ５００に導入された排ガスが冷却されるようになっている。本明細書で使用される場合、冷却用固形物は氷として説明されるが、これに限定されるものではない。冷却用固形物は、排ガスを冷却することができる氷、ドライアイス等の、何らかの低温の固形物とすることができる。さらに、氷は、一般に知られている形状、例えば、球体、立方体、スライス状又は多面体で提供することができる。冷却チャンバ５００は、その内部と外部とを断熱するための断熱材を備えることができる。すなわち、冷却チャンバ５００は、内部に収容された氷が溶けないように、断熱材を用いて外部から断熱することができる。氷は、供給ユニット６００から冷却チャンバ５００に供給することができる。

【0054】

冷却チャンバ５００は、排ガスが冷却チャンバ５００に導入されるように、流路１００と連通することができる。冷却チャンバ５００は、流路１００の上側で流路１００と連通し、流路１００の下流側に配置することができる。換言すれば、流路１００は、冷却チャンバ５００の下側で冷却チャンバ５００に接続することができる。一方、冷却チャンバ５００及びクエンチャー３００は、流路１００の反対側にそれぞれ配置することができる。例えば、冷却チャンバ５００及びクエンチャー３００は、水槽８００の外側に配置された流路１００の異なる端部にそれぞれ配置することができる。冷却チャンバ５００の下部には、少なくとも１つの貫通孔５１０を形成することができる。

【0055】

貫通孔５１０は、流路１００と連通することができ、冷却チャンバ５００に残存する水が貫通孔５１０を通って冷却チャンバ５００から排出されるように冷却チャンバ５００に形成されている。例えば、流路１００を通過した排ガスは、貫通孔５１０を通って冷却チャンバ５００に導入することができる。加えて、冷却チャンバ５００に収容された氷が融解すると、氷から融解した水は、貫通孔５１０を通って流路１００に導入することができる。

【0056】

一方、冷却チャンバ５００は、排ガスが６０℃以下の流入温度で冷却チャンバ５００に導入され、排ガスが流入温度よりも低い流出温度で冷却チャンバ５００から排出されるように構成することができる。例えば、冷却チャンバ５００は、排ガスが洗浄ユニット４００から冷却チャンバ５００に導入される部分での温度が２５℃から４０℃の範囲内であり、冷却チャンバ５００内の温度が０℃から１５℃の範囲内であり、排ガスが冷却チャンバ５００から出口２０へ排出される部分の温度が１５℃から２５℃の範囲内であるように構成することができる。さらに、冷却チャンバ５００を通過した排ガスは、第２の冷却温度よりも低い第３の冷却温度を有する。

【0057】

図４及び５を参照すると、供給ユニット６００は氷を製造し、製造した氷を冷却チャンバ５００に供給する。供給ユニット６００は、冷却チャンバ５００の上側に配置することができる。さらに、供給ユニット６００の動作は、制御装置１０００によって制御することができる。本明細書で使用される場合、供給ユニット６００は、冷却用固形物のための供給ユニット６００を指す場合がある。供給ユニット６００は、冷却チャンバ５００と組み合わせて、ガス冷却装置（５００、６００）を形成することができる。供給ユニット６００は、固形物製造部６１０、貯蔵区画６２０、及び開閉部６３０を備えることができる。

【0058】

図７を参照すると、固形物製造部６１０は、冷媒と熱交換することにより氷を製造する。例えば、固形物製造部６１０は、空冷式又は水冷式の製氷機とすることができ、圧縮機６１１、凝縮器６１２、膨張弁６１３、及び熱交換器６１４を含むことができる。さらに、固形物製造部６１０は、圧縮機６１１、凝縮器６１２、膨張弁６１３及び熱交換器６１４を循環する冷媒を利用して氷を製造することができる。固形物製造部６１０には、氷を製造するために外部から水を供給することができる。さらに、固形物製造部６１０で製造された氷は、貯蔵区画６２０に移送することができる。

【0059】

貯蔵区画６２０は、冷却チャンバ５００に供給される氷を事前に貯蔵する。換言すれば、氷が製造されると、貯蔵区画６２０は、氷を冷却チャンバ５００に移送される前に一時的に貯蔵する。さらに、貯蔵区画６２０には、貯蔵区画６２０に収容された氷が通過する少なくとも１つの連通穴６２１を形成することができる。本明細書で使用される場合、貯蔵区画６２０は、冷却用固形物の貯蔵区画を指す場合がある。連通穴６２１は、開閉部６３０によって選択的に開閉することができる。

【0060】

開閉部６３０は、収納室６２０に収容された氷が冷却チャンバ５００内に移動することを選択的に許容するように構成されている。開閉部６３０は、閉鎖位置と開放位置のいずれかになるように構成されている。本明細書で使用される場合、閉鎖位置とは、開閉部６３０が連通穴６２１を閉鎖し、貯蔵区画６２０に収容された氷が連通穴６２１を通過できない位置を意味する（図４参照）。さらに、本明細書で使用される場合、開放位置とは、開閉部６３０が連通穴６２１を開放し、貯蔵区画６２０に収容された氷が連通穴６２１を通過することを許容する位置を意味する（図５参照）。

【0061】

パージユニット７００は、排ガスが連通穴６２１を通って貯留区画６２０に導入されることを防止する。パージユニット７００は、排ガスが貯蔵区画６２０に流入するのを防止するために、貯蔵区画６２０にパージガスを供給することができる。例えば、パージガスは、窒素（Ｎ₂）、アルゴン（Ａｒ）及びネオン（Ｎｅ）のうちの１又は２以上を含むことができる。

【0062】

水槽８００は、流路１００から排出された水を内部に収容する。例えば、冷却チャンバ５００の溶けた氷からの水は、冷却チャンバ５００から流路１００を通って水槽８００に排出することができる。加えて、クエンチャー３００及び洗浄ユニット４００によって流路１００に導入された水は、流路１００を通って水槽８００に排出することができる。

【0063】

一方、スクラバー１０は、水槽８００に収容された水をクエンチャー３００に導くためのポンプ８１０をさらに備えることができる。水槽８００に貯蔵された水は、ポンプ８１０を用いてクエンチャー３００に移送することができる。

【0064】

検出ユニット９００は、冷却チャンバ５００に収容された氷の量を測定する。例えば、検出ユニット９００は、冷却チャンバ５００に収容された氷の体積、高さ、重量等のうちの１又は２以上を測定することができる。検出ユニット９００によって測定されたこの氷の量は、制御装置１０００に送ることができる。別の例として、検出ユニット９００は、出口２０の温度及び出口２０を通過する排ガスの温度を測定することができる。すなわち、検出ユニット９００は、出口２０を通過する排ガスの温度及び出口２０の温度の各々を測定することができる。検出ユニット９００によって測定されたこれらの温度値は、制御装置１０００に送ることができる。一方、検出ユニット９００は、例えば、荷重計、測距センサ、体積計及び温度センサのうちの１又は２以上を含むことができる。

【0065】

制御装置１０００は、熱分解ユニット２００、クエンチャー３００、洗浄ユニット４００、供給ユニット６００及びパージユニット７００を制御する。制御装置１０００は、マイクロプロセッサ、センサ等の計測デバイス、及びメモリを含む操作デバイスによって実施することができ、その実施方法については当業者にとって自明であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。

【0066】

制御装置１０００は、冷却チャンバ５００に収容された氷の量に基づいて、供給ユニット６００の動作を制御することができる。例えば、制御装置１０００は、冷却チャンバ５００に収容された氷の量が予め入力された閾値未満である場合に、氷を製造するように固形物製造部６１０を制御することができる。さらに、制御装置１０００は、冷却チャンバ５００に収容された氷の量が予め入力された閾値未満である場合に、開閉部６３０が開放位置になるように制御することができる。制御装置１０００は、冷却チャンバ５００に収容された氷の量を検出ユニット９００から受け取ることができる。

【0067】

さらに、制御装置１０００は、出口２０と出口２０を通過する排ガスとの温度差に基づいて、供給ユニット６００を制御することができる。例えば、制御装置１０００は、出口２０を通過する排ガスの温度が出口の温度よりも高く、その間の温度差が所定値以上である場合に、氷を製造するように供給ユニット６００を制御することができる。加えて、制御装置１０００は、出口２０を通過する排ガスの温度が出口の温度よりも高く、その間の温度差が所定値以上である場合に、開閉部６３０が開放位置になるように制御することができる。制御装置１０００は、出口２０の温度と出口２０を通過する排ガスの温度のそれぞれを検出ユニット９００から受け取ることができる。

【0068】

一方、制御装置１０００は、パージユニット７００を制御して、貯蔵区画６２０の中にパージガスを供給する。例えば、制御装置１０００は、排ガスが貯蔵区画６２０に導入されるのを防止するために、パージユニット７００を作動させることができる。別の例として、制御装置１０００は、開閉部６３０が閉鎖位置にある場合に、パージガスが貯蔵区画に供給されないように、パージユニット７００の作動を停止することができる。

【0069】

以下、本発明の第１の実施形態によるガス処理設備１の動作及び効果について、図３、図６及び図７を参照して説明する。

【0070】

ガス処理設備１は、産業プロセスで発生する排ガスの熱分解を行う。さらに、ガス処理設備１は、熱分解された排ガスを所定の温度まで冷却した後、外部に排出する。ガス処理設備１は、熱分解領域Ｓ１を通過する排ガスを、高温のプラズマ又は高温の火炎を用いて熱分解する（図３の１参照）。この段階では、熱分解領域Ｓ１を通過する排ガスは高温であり、相対湿度が低い乾燥ガスである（図６の１参照）。

【0071】

その後、ガス処理設備１は、特定の温度に冷却されたガスを用いて、急冷領域Ｓ２を通過する排ガスを第１の冷却温度まで冷却する。さらに、ガス処理設備１は、洗浄領域Ｓ３に水を噴射して洗浄領域Ｓ３を通過する排ガスを洗浄し、排ガスを第２の冷却温度まで冷却する（図３の２参照）。この段階では、洗浄領域Ｓ３を通過する排ガスは高温であり、過飽和ガスである（図６の２参照）。

【0072】

一方、ガス処理設備１は、冷却チャンバ５００を通過する排ガスを、氷を用いて第３の冷却温度まで冷却する（図３の３参照）。この段階では、冷却チャンバ５００を通過する排ガスは低温であり、過飽和ガスである（図６の３参照）。従って、冷却チャンバ５００内で結露が発生し、冷却チャンバ５００を通過する排ガスが凝縮する。つまり、凝縮は冷却チャンバ５００内で発生し、出口２０では発生しない。

【0073】

冷却チャンバ５００を通過した排ガスは、出口２０から外部に排出される（図３の４参照）。この段階では、出口２０から外部に排出される排ガスは、温度が低く、相対湿度が低い乾燥ガスである（図６の４参照）。

【0074】

本発明の第１の実施形態によるガス処理設備１では、洗浄ユニット４００を通過した排ガス４００は、直接出口２０へ流れず、冷却チャンバ５００を通って出口２０へ流れる。

【0075】

排ガスは冷却チャンバ５００で冷却されるため、冷却チャンバ５００を通過した排ガスの温度と出口２０の温度との間の温度差は、洗浄ユニット４００を通過した排ガスの温度と出口２０の温度との間の温度差よりも小さくなる。すなわち、排ガスが、出口２０ではなく冷却チャンバ５００内で凝縮されることにより、出口２０の腐食を防止する効果が得られる。さらに、内部の結露により出口２０に生じる凝縮水が出口２０で粉体と凝集して発生する出口２０の詰まりを防止することもできる。

【0076】

加えて、本発明の第１の実施形態によるガス処理設備１は、熱交換器の代わりに冷却チャンバ５００を含む。その結果、設備設計時に、熱交換器及び／又は耐腐食性熱交換器の洗浄プロセスを考慮する必要がない。

【0077】

従って、ガス処理設備１は、排ガスの処理効率が向上するという効果をもたらす。

【0078】

一方、本発明の第２の実施形態によれば、ガス処理設備１は、電気集塵装置１１００及び気液分離ユニット１２００をさらに備えることができる。以下、図８を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、上述の実施形態との相違点を中心に説明し、同一の要素及び参照数字は、上述の実施形態の説明を参照することができる。

【0079】

電気集塵装置１１００は、洗浄ユニット４００で洗浄された排ガスに含まれる粉体及びダストを除去する。例えば、電気集塵装置１１００は、コロナ放電を引き起こし、排ガス中の粉体及びダストを帯電させて捕捉することができる。

【0080】

気液分離ユニット１２００は、冷却チャンバ５００から排出された水が電気集塵装置１１００に導入されることを防止する。さらに、気液分離ユニット１２００は、冷却チャンバ５００から排出される水をその中に収容するが、冷却チャンバ５００に向かって流れる排ガスがそこを通過するのを可能にする。気液分離ユニット１２００は、１又は２以上のリザーバ１２１０と、１又は２以上の分離器１２２０とを備えることができる。

【0081】

リザーバ１２１０は、冷却チャンバ５００から排出された水をその中に収容する。複数のリザーバ１２１０を設けることができ、複数のリザーバ１２１０は、上下方向に対して直交する方向に互いに離隔して配置することができる。

【0082】

分離器１２２０は、冷却チャンバ５００から排出された水をリザーバ１２１０に導く。さらに、分離器１２２０は、冷却チャンバ５００から排出された水が電気集塵装置１１００に導入されるのを防止する。分離器１２２０は、リザーバ１２１０の上方に配置することができる。

【0083】

現在開示されている実施形態は、全ての点で例示的なものであって制限的なものではないと見なされ、本明細書に開示されている技術概念に従って最も広い範囲を有すると解釈されるべきである。上述した実施形態は、様々な形態で具体化することができる。さらに、上述した実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、又は変更することができ、開示された実施形態に対するこれらの様々な修正及び代替が本発明の範囲に含まれることは明らかである。

【符号の説明】

【0084】

１ ガス処理設備
１０ スクラバー
２０ 出口
１００ 流路
２００ 熱分解ユニット
３００ クエンチャー
４００ 洗浄ユニット
５００ 冷却チャンバ
５１０ 貫通孔
６００ 供給ユニット
６１０ 固形物製造部
６２０ 貯蔵区画
６２１ 連通穴
６３０ 開閉部
７００ パージユニット
８００ 水槽
９００ 検出ユニット
１０００ 制御装置
１１００ 電気集塵装置
１２００ 気液分離ユニット
１２１０ リザーバ
１２２０ 分離器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【国際調査報告】