JP3490843B2 - 排ガス燃焼方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造工場等
の反応炉から排出されるシランガス等の排ガスを酸化し
て無害なガスとして排出する際に使用される排ガス燃焼
方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造工場等の反応炉から排出され
るシランガス等の排ガスは毒性が高く、特にシランガス
は空気に触れると発火する性質がある。そこで、排ガス
を燃焼室内に配設されたバーナーノズル先端より排出す
る際に、空気を送り燃焼させて酸化することで、無害な
ガスとして燃焼室から排出することが従来から行われて
いる。

【０００３】ところが、シランガスが燃焼すると大量の
シリカ（ＳｉＯ₂）が生成する。このシリカは微細な粉
体であり、通常のバーナーノズルを用いて処理したので
はノズル細孔部にこの粉体が詰まって燃焼不良の原因と
なる。

【０００４】そこで、従来よりノズル先端の詰まりを防
止した技術が種々提案されている。その一例を図５に示
す。このノズル２０は、シランガス導入管２１と、その
外側に設けられた純燃料ガス噴出管２２と、その外側に
設けられた燃料ガスと空気との混合ガス噴出管２３と、
を有する三重管構造とされ、シランガス導入管２１より
導入されるシランガスを、混合ガス噴出管２３より噴出
される混合ガスにより形成される火炎と接触させること
で燃焼させ、かつ両者の間に純燃料ガス噴出管２２より
噴出される燃料ガスの燃焼カーテンを形成し、それによ
ってシランガス導入管２１の先端付近でシランガスが燃
焼することを防止してシリカがノズル先端に付着するこ
とを防いでいる。しかし、このような構成のノズルで
は、燃焼用空気量が少ないために不完全燃焼が発生する
可能性があり、かつ、低濃度のシランガスが充分に除害
されないおそれがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記欠点を解
消するためになされたものであり、その目的とするとこ
ろは、ノズル先端が詰まって燃焼効率が低下するという
ことがなく、しかも低濃度の排ガスでも充分に処理する
ことができる排ガス燃焼方法及びその装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の排ガスの燃焼方
法は、燃焼室に接続された排ガス燃焼ノズルを用いて、
排ガスを燃焼する方法であって、該排ガス燃焼ノズル
は、排ガス導入ノズルと、その外側に設けられた第１の
燃焼用ノズルと、その外側に設けられた第２の燃焼用ノ
ズルと、さらにその外側に設けられた空気供給用ノズル
と、を有し、該第１の燃焼用ノズルから噴出される第１
の燃焼炎はノズル噴出部においては還元炎であり、該第
２の燃焼用ノズルから噴出される第２の燃焼炎は実質的
に完全燃焼炎であり、そのことにより上記目的が達成さ
れる。

【０００７】好適な実施態様においては、前記排ガス用
ノズルから排ガスを流速１〜８ｍ／ｓで導入し、前記第
１の燃焼用ノズルから燃料ガス：空気の混合（重量）比
が１：５〜１：１０で混合された第１の混合ガスを流速
３〜５ｍ／ｓで噴出して還元火炎を形成し、前記第２の
燃焼用ノズルから燃料ガス：空気の混合（重量）比が
１：１４〜１：１６で混合された第２の混合ガスを流速
５〜７ｍ／ｓで噴出して完全燃焼炎を形成することが好
ましい。

【０００８】さらに好適な実施態様においては、前記第
１の燃焼用ノズルからの第１の燃焼炎によって排ガス用
ノズルから導入された排ガスの周囲に酸素欠乏燃焼域
（還元域）が形成されることが好ましい。

【０００９】本発明の排ガス燃焼装置は、燃焼室に排ガ
ス燃焼ノズルを接続してなる排ガス燃焼装置であって、
該排ガス燃焼ノズルは、中心部に設けられた排ガス用ノ
ズルと、その外側に設けられ、排ガス用ノズルの周囲に
酸素欠乏燃焼域を形成し得る環状の第１の燃焼用ノズル
と、その外側に設けられた多数の小径ノズルよりなる第
２の燃焼用ノズルと、さらにその外側に設けられた空気
供給用ノズルと、を有し、そのことにより上記目的が達
成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図３に本発明の排ガス燃焼装置の
概略図を示す。この排ガス燃焼装置は、略円筒状に形成
された燃焼室２を有し、その燃焼室２の上部に排ガス燃
焼ノズル１が取り付けられている。該ノズル１には、排
ガス導入管３、第１の混合ガス導入管４、第２の混合ガ
ス導入管５および空気導入管６がそれぞれ接続されてい
る。排ガス燃焼ノズル１部分で燃焼した排ガスは、燃焼
室２の下方へ排出され、外部より吸込された空気８と希
釈された後、ブロワー（図示せず）の吸引により排気路
９を通って装置外へ送られるようになっている。そし
て、燃焼によって生成したシリカ等の燃焼生成物は外部
から吸込された空気と共に排気路９を通って装置外へ排
出される。

【００１１】上記排ガス燃焼ノズル１は、図１および図
２に示すように、中央に位置する排ガス用ノズル１１
と、その外側に設けられた環状の第１の燃焼用ノズル１
２と、その外側周囲に設けられた第２の燃焼用ノズル１
３と、さらにその外側に設けられた空気供給用ノズル１
４と、を有する。排ガス用ノズル１１は円筒状に形成さ
れ、上記排ガス導入管３に接続されて、シランガス等の
排ガスがここから下方へ向けて導入される。例えば、排
ガスの場合は、排ガス用ノズル１１から導入される排ガ
スの流速は１〜８ｍ／ｓが好ましい。このように排ガス
の流速を比較的速くすることで、シリカ等のシランガス
の燃焼生成物が排ガス用ノズル１１先端に付着すること
を有効に防止することができる。

【００１２】上記第１の燃焼用ノズル１２は、上記第１
の混合ガス導入管４に接続され、第１の混合ガスが第１
の燃焼用ノズル１２より噴出される。ここで第１の燃焼
炎としては酸素欠乏燃焼を行うもので、例えば、燃料ガ
ス：空気の混合（重量）比を１：５〜１：１０（完全燃
焼時は１：１５）とするのが好ましく、このような酸素
欠乏燃焼で還元燃焼域をつくる。第１の混合ガスの流速
範囲は、３〜５ｍ／ｓが好ましい。

【００１３】上記第２の燃焼用ノズル１３は、第１の燃
焼用ノズル１２の周囲に適宜間隔を置いて配置された複
数の小径ノズルで形成することができる。該小径ノズル
の形状としては例えば、円形、楕円形等とすることがで
きる。第２の燃焼用ノズル１３は、上記第２の混合ガス
導入管５に接続されている。第２の燃焼用ノズル１３よ
り噴出される第２の燃焼炎は、いわゆるパイロット炎で
ある。その混合ガスとしては、燃料ガス：空気の混合
（重量）比を１：１４〜１：１６として完全燃焼を行
い、装置の安定運転を維持するものである。混合ガスの
流速範囲は５〜７ｍ／ｓが好ましく、装置運転中の安定
燃焼を維持するための流速とされている。

【００１４】上記空気供給用ノズル１４は、第２の燃焼
用ノズル１３の周囲に適宜間隔を置いて配置された複数
のノズルで形成することができる。ノズルの形状として
は例えば、円形、楕円形、長孔等とすることができる。
該空気供給用ノズル１４は、上記空気導入管６と接続さ
れ、ここから充分な燃焼用空気を噴出して燃焼範囲にお
ける完全燃焼のための酸素を供給するものである。な
お、図中ａは還元燃焼域を示し、ｂは完全燃焼域を示
す。

【００１５】次に、作用を説明する。

【００１６】排ガス燃焼装置の排ガス燃焼ノズル１に設
けられた排ガス用ノズル１１からシランガス等の排ガス
が導入され、第１の燃焼用ノズル１２から酸素欠乏状態
の第１の燃焼炎が噴出され、第２の燃焼用ノズルにおい
てパイロット炎が常時燃焼しており、さらに空気供給用
ノズル１４から、充分な空気が供給されると、図１に示
したように、第１の燃焼用ノズル１２から噴射される第
１の燃焼炎は、還元炎であるため、この部分で排ガスが
燃焼することがなく、シランガスの燃焼生成物であるシ
リカが、排ガス用ノズル１１の先端部、第１および第２
の燃焼用ノズル１２、１３の先端部等に付着して詰まり
を生じることがない。他方、第２の燃焼用ノズル１３で
は理論空気量と混合された燃料ガスにより装置運転中の
安定した炎の状態を維持（失火が発生しない）し、空気
供給用ノズル１４からの充分な燃焼空気により、第１の
燃焼ノズルからの混合ガスの未燃ガス及びシランガス等
の排ガスは完全燃焼される。

【００１７】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。

【００１８】図４に示すように、燃焼ノズル１は、排ガ
ス用ノズル１１と、環状の第１の燃焼用ノズル１２と、
第２の燃焼用ノズル１３と、空気供給用ノズル１４と、
を有する。排ガス用ノズル１１の先端は、第１の燃焼用
ノズル１２および第２の燃焼用ノズル１３の先端より下
方へ突出されている。第２の燃焼用ノズル１３は傾斜面
１６を有し、該傾斜面１６に設けられたノズルによって
構成されている。空気供給用ノズル１４も内向きの傾斜
面１７を有し、この傾斜面１７に設けられたノズルによ
って構成されている。このノズルの位置はほぼ排ガス用
ノズル１１の先端部１１ａとほぼ同じかやや下方に位置
する。

【００１９】このような構成のノズル１において、排ガ
ス用ノズル１１から濃度約０．５〜１００％のシランガ
スを流速１〜８ｍ／ｓで導入し、第１の燃焼用ノズル１
２から第１の混合ガス（燃料ガス：空気の混合比が重量
比で１：１０である）を流速３ｍ／ｓで噴出し、第２の
燃焼用ノズル１３から第２の混合ガス（燃料ガス：空気
の混合比が重量比で１：１５である）を流速７ｍ／ｓで
噴出し、空気供給用ノズル１４から充分な空気を噴出す
ることで、シランガスを燃焼させた。燃焼を１５日間行
った結果、各ノズルへのシリカの付着は見られなかっ
た。また、燃焼室２内の温度は２５０〜４００℃であっ
た。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、排ガス燃焼ノズル部を
４層の構造とし、排ガス用ノズル付近では還元炎カーテ
ンによりシランガスの燃焼を抑え、排ガス用ノズルから
離れた部分で還元炎によって得られる高温度及び燃焼用
空気によりシランガスを完全燃焼させることによって、
シランガスの濃度に関係なくシランガスを完全燃焼させ
て除去することができる。上記還元燃焼域では、シラン
ガスが燃焼しないため、シランガスの燃焼生成物である
シリカが、排ガス用ノズルの先端部やパイロットガス用
ノズルである第２燃焼管、メインガス用ノズルである第
１燃焼用ノズルの先端部に付着することがない。

【００２１】また、パイロットガスは理論空気量と混合
された燃料ガスによる完全燃焼炎が供給されているため
に、着火源となるパイロット炎は常に安定燃焼が維持で
きるため装置の安全運転が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用される排ガス燃焼ノズルの一実施
例の断面図である。

【図２】本発明に使用される排ガス燃焼ノズルの一実施
例を示す図であり、（ａ）はその断面の模式図、（ｂ）
はその底面の模式図である。

【図３】本発明の排ガス燃焼装置の一実施例の概略図で
ある。

【図４】本発明に使用される排ガス燃焼ノズルの他の実
施例の断面図である。

【図５】従来の排ガス燃焼ノズルを示す図であり、
（ａ）はその断面の模式図、（ｂ）はその底面の模式図
である。

【符号の説明】 １ 排ガス燃焼ノズル ２ 燃焼室 １１ 排ガス用ノズル １２ 第１の燃焼用ノズル １３ 第２の燃焼用ノズル １４ 空気供給用ノズル

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−68414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−279014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−84019（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−21993（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−167625（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−134414（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−108532（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−87519（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23G 7/06 B01D 53/34

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室に接続された排ガス燃焼ノズルを
   用いて、排ガスを燃焼する方法であって、 該排ガス燃焼ノズルは、排ガス用ノズルと、その外側に
   設けられた第１の燃焼用ノズルと、その外側に設けられ
   た第２の燃焼用ノズルと、さらにその外側に設けられた
   空気供給用ノズルと、を有し、該第１の燃焼用ノズルか
   ら噴出される第１の燃焼炎は還元炎であり、該第２の燃
   焼用ノズルから噴出される第２の燃焼炎は実質的に完全
   燃焼炎である排ガスの燃焼方法。
2. 【請求項２】 前記排ガス用ノズルから排ガスを流速１
   〜８ｍ／ｓで導入し、前記第１の燃焼用ノズルから燃料
   ガス：空気の混合（重量）比が１：３〜１：１０で混合
   された第１の混合ガスを流速３〜５ｍ／ｓで噴出して還
   元火炎を形成し、前記第２の燃焼用ノズルから燃料ガ
   ス：空気の混合（重量）比が１：１４〜１：１６で混合
   された第２の混合ガスを流速５〜７ｍ／ｓで噴出して完
   全燃焼炎を形成する請求項１記載の排ガスの燃焼方法。
3. 【請求項３】 前記第１の燃焼用ノズルからの第１の燃
   焼炎によって排ガス用ノズルから燃焼室に導入された排
   ガスの周囲に酸素欠乏燃焼域が形成される請求項１また
   は２記載の排ガスの燃焼方法。
4. 【請求項４】 燃焼室に排ガス燃焼ノズルを接続してな
   る排ガス燃焼装置であって、 該排ガス燃焼ノズルは、中心部に設けられた排ガス用ノ
   ズルと、その外側に設けられ、排ガス用ノズルの周囲に
   酸素欠乏燃焼域を形成し得る環状の第１の燃焼用ノズル
   と、その外側に設けられた多数の小径ノズルよりなる第
   ２の燃焼用ノズルと、さらにその外側に設けられた空気
   供給用ノズルと、を有する排ガス燃焼装置。