TW201338828A - 氣體處理裝置 - Google Patents
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Abstract
[發明所欲解決之問題]為了提供一種氣體處理裝置，縱使氫等的可燃氣體以高濃度流入，仍能將包含其之各種處理對象氣體安全且確實地一起施以無害化。[解決問題之技術手段]一種氣體處理裝置(10)，在水槽(18)上豎設筒狀的反應器(12)，從位於該反應器(12)的上部之入口埠(28)供應處理對象氣體(F)，在前述反應器(12)的內部進行前述處理對象氣體(F)的熱分解後，從設置於前述反應器(12)的下部之排出口(12a)將熱分解處理後的排氣(G)排出，其特徵在於，前述反應器(12)，使其下端面開口，透過此下端開口(12b)導入經由前述水槽(18)內的水(W)中送來之氧化性氣體(A)。
Description
本發明係關於將包含對人體有害的氣體、地球暖化氣體、臭氧層破壞氣體等的氣體，特別是從半導體和液晶等的製造過程排出的氣體予以分解處理之裝置。
現在，作為製造、處理物品之工業過程，有各式各樣已被開發、實施，從各式各樣的工業過程排出的氣體(以下稱「處理對象氣體」)種類分成非常多。因此，按照從工業過程排出的處理對象氣體種類，分別使用各種的氣體處理方法及氣體處理裝置。
例如，舉半導體製造過程為例，是使用甲矽烷(SiH4)、氯氣、PFC(全氟化合物)等各種氣體，當處理對象氣體含有甲矽烷的情況，是採用熱分解式、燃燒式、吸附式或化學反應式等的處理裝置，當處理對象氣體含有氯氣的情況，是採用使用藥液之濕式、吸附式等的處理裝置。此外，當處理對象氣體含有PFC的情況，是採用觸媒式、熱反應式、熱分解式、燃燒式、電漿式的氣體處理裝置。
如此般如果對應於工業過程所排出的各種處理對象氣體而逐一準備氣體處理裝置的話，對使用者而言造成裝置管理變複雜且維修所需的時間及成本增加。結果會影響製品均成本而導致製品的成本競爭力降低。
於是，由於從工業過程排出的處理對象氣體大多可在高溫下進行熱分解，如果使用專利文獻1所示之熱分解式的氣體處理裝置，亦即在反應器內讓大氣壓電漿噴出，朝向該大氣壓電漿供應處理對象氣體而進行分解處理的裝置，至少能在高溫下熱分解的處理對象氣體不拘其種類都能在一個裝置進行分解處理。又在本說明書中，「大氣壓電漿」意指大氣壓條件下所生成的電漿，是包含熱電漿、微波電漿及火焰之廣義的電漿。
[專利文獻1]日本特開2000-334294號公報
如上述般，使用大氣壓電漿之熱分解式的氣體處理裝置，雖然汎用性非常高，但例如對於像磊晶、擴散、LPCVD(減壓CVD)、太陽電池的電漿CVD等之各製程所排出的處理對象氣體這種氫等的可燃性氣體(相對於氮流量為數%~數倍)以非常高濃度存在的情況，有適用上的問題。
亦即，如此般混合有高濃度的氫等的可燃性氣體之處理對象氣體，只要氧等的助燃性氣體以微量混入就會使燃燒、爆炸的環境齊備，非常危險。上述習知之使用大氣壓電漿的熱分解式氣體處理裝置，由於構成為使處理對象氣體和氧等的助燃性氣體在反應器內較接近的位置進行混合的構造，燃燒空間會從反應器內朝向供應處理對象氣體之
配管的上游反遡而有發生所謂「逆火」的危險性。
因此，本發明的所欲解決之主要問題，是為了提供一種氣體處理裝置，縱使氫等的可燃氣體以高濃度流入，仍能將包含其之各種處理對象氣體安全且確實地一起施以無害化。
本發明中的第1發明，是一種氣體處理裝置10，「在水槽18上豎設筒狀的反應器12，從位於該反應器12的上部之入口埠28供應處理對象氣體F，在前述反應器12的內部進行前述處理對象氣體F的熱分解後，從設置於前述反應器12的下部之排出口12a將熱分解處理後的排氣G排出，其特徵在於，前述反應器12，使其下端面開口，透過此下端開口12b導入經由前述水槽18內的水W中送來之氧化性氣體A」。
依據本發明，在朝排出口12a方向最遠離反應器12內的熱分解空間、且與排出口12a和水槽18的水W最接近之位置B，讓熱分解處理後的排氣G和氧化性氣體A(助燃性氣體)接觸，因此處理對象排氣F中的氫等的可燃性氣體不致發生逆火而能安全地燃燒，能將其等轉換成無害的不燃性氣體，例如可燃性氣體為氫的情況轉換成水(水蒸氣)，同時使可燃性氣體的濃度成為爆炸界限濃度以下。
此外，由於構成為使氧化性氣體A經由水槽18內的
水W中後導入反應器12，亦即將供應氧化性氣體A的配管之前端配設於水槽18內的水W中之構造，例如在反應器12內，縱使處理對象氣體F中的甲矽烷、TEOS、WF6等氧化而產生固態物的情況，也不用擔心該固態物會堵住氧化性氣體A的供應路徑。
又本發明的氣體處理裝置10較佳為「在前述反應器12設置將其內面用水W覆蓋之水供應手段16」。藉由如此般設置水供應手段16，能在反應器12的內面大致全體形成「濕潤壁」。因此，當伴隨處理對象氣體F而在反應器12內有固態成分進入的情況、當處理對象氣體F在反應器12內進行熱分解時伴生固態成分的情況，該等的固態成分在附著於反應器12內面之前會和覆蓋反應器12內面之水W接觸而溶解於該水W中，或和該水W一起流到反應器12外。因此，能防止進入反應器12內、或在反應器12內伴生之固態成分與反應器12內面接觸而發生附著、堆積。此外，藉由形成「濕潤壁」，能防止反應器12內面直接曝露於高溫，而能減緩該內面的劣化。
此外，本發明較佳為「設有將前述反應器12所排出的熱分解處理後的排氣G施以水洗之後段濕式洗淨器22」。本發明的氣體處理裝置10，由於在反應器12的排出口12a附近B進行可燃性氣體和氧化性氣體A的燃燒，剛離開反應器12後的排氣溫度會上昇。藉由在反應器12的後段設置後段濕式洗淨器22，能將成為高溫而從反應器12排出之熱分解處理後的排氣G馬上降溫至常溫
左右，且能將處理對象氣體F熱分解時所產生的水溶性成分、固態成分自排氣G中予以水洗除去，能使熱分解後的排氣G以更清淨的狀態往大氣中排出。
再者，本發明的氣體處理裝置10較佳為「可對應於前述排氣G的流量改變前述排出口12a的口徑，供應前述氧化性氣體A之氧化性氣體供應配管36的前端，配置在前述水槽18內的水W中，且安裝有起泡器44，可對應於前述氧化性氣體A的流量而使上述起泡器44在水W中的配設位置上下改變」。如此，能使反應器12內的無害化效率進一步提昇。
依據本發明可提供一種氣體處理裝置，縱使氫等的可燃氣體以高濃度流入，仍能將包含其之各種處理對象氣體安全且確實地一起施以無害化。
以下根據圖示的實施例來說明本發明。第1圖顯示本實施例的氣體處理裝置10概要之構造圖。如圖所示，本實施例之氣體處理裝置10，大略是由反應器12、電漿產生裝置14、水供應手段16、水槽18、氧化性氣體供應手段20及後段濕式洗淨器22等所構成。又在本實施例雖例示出作為熱源是使用電漿產生裝置14的情況，氣體處理裝置10所使用的熱源並不限定於此裝置，也能是未圖示
的火焰燃燒器、電熱加熱器等。
反應器12，是包圍電漿產生裝置14所產生的大氣壓電漿P和處理對象氣體F而在其內部將處理對象氣體F進行熱分解之裝置，具體而言是由圓筒狀的外筒12x及圓筒狀的內筒12y所構成之雙層管，該外筒12x，其兩端面封閉，被豎設於水槽18上；該內筒12y，被收容於外筒12x內側，直徑比外筒12x小且兩端面開放，其上端部配置成在與外筒12x之上端面間形成間隙，其下端部是貫穿外筒12x的下端面而延伸到水槽18內。
在該反應器12之外筒12x內周面和內筒12y外周面之間所形成的空間形成有水貯留部24，該水貯留部24是將沿著反應器12(更具體的說是內筒12y)的內面流過的水W暫時地貯留。
此外，在外筒12x的上端面，在其中心設有電漿噴射孔26，在該電漿噴射孔26的周邊設置一或複數個(第1圖所示的實施例為2個)入口埠28，在該入口埠28連結著，用來將各種工業過程所排出的處理對象氣體F導入反應器12內之入口導管30。
又在該入口導管30，可設置朝向處理對象氣體F噴水之前段濕式洗淨器(未圖示)。藉由設置這種洗淨器，當處理對象氣體F本身含有許多固態成分、水溶性成分的情況，在將處理對象氣體F供應給反應器12之前能從該處理對象氣體F中將固態成分、水溶性成分予以水洗除去，可減少反應器12所要處理之固態成分、水溶性成分的
量。
而且，在延伸到水槽18內之內筒12y的下部、亦即反應器12的下部(在本實施例的情況是在其側面)，設有將熱分解處理後的處理對象氣體F(亦即排氣G)從內筒12b之內側朝向外側排出之排出口12a。此外，如上述般，內筒12y的下端面是開放的而設有下端開口12b，透過該下端開口12b使水槽18的水W充滿到排出口12a附近。
在此，上述排出口12a如第2圖所示般，更佳為設置在使其下側的一部分與水W接觸的位置。如此，能讓排氣G和後述氧化性氣體A在水面附近更安全地進行反應。
此外，雖未圖示，上述排出口12a較佳為例如藉由開閉器機構等而使其口徑可對應於排氣G流量而改變。如此，縱使是排氣G流量較少的情況，仍能讓該排氣G和後述氧化性氣體A效率良好地接觸並反應。
電漿產生裝置14是用來生成高溫的大氣壓電漿P，係包含：內部具備電極之電漿炬14a、用來對電漿炬14a的電極施加電位之直流電源(未圖示)、以及對電漿炬14a供應作動氣體之作動氣體供應裝置(未圖示)等。其中，電漿炬14a安裝於外筒12x之上端外面中央部，藉此能從電漿噴射孔26朝向反應器12之內筒12y內部噴射大氣壓電漿P。
水供應手段16，是沿著內筒12y內面讓水W流過的
手段，在本實施例係包含：上述水貯留部24、用來連通水槽18和水貯留部24之水供應配管32、以及將水槽18所貯存的水W供應給水貯留部24之泵34。亦即，將水槽18的水W供應給水貯留部24，從內筒12y上端讓水W溢流，使其等發揮沿著內筒12y內面讓水W流過之水供應手段16的作用。
此外，在水供應配管32，使泵34之吐出側部分分歧而形成歧管32a，透過該歧管32a對於設置於水槽18的內部空間壁面之噴嘴32b供應水W，藉此朝向該水槽18的內部空間及內壁面讓噴淋水噴出。
水槽18，是用來貯留在上述水供應手段16循環的水W、及後述後段濕式洗淨器22所使用的新水NW，而在其內部空間讓藉由反應器12進行熱分解處理後的排氣G流通之密閉容器體，其內面是由耐熱及耐腐蝕性的材料所構成。在該水槽18設有冷卻器18a，在該冷卻器18a的內部讓冷卻水C循環而使水槽18內的水W保持既定溫度(本實施例的情況為30℃)。此外，水槽18內的水位被控制成不會比基準水面位置更高。
氧化性氣體供應手段20，是用來對反應器12的內部供應能幫助氫等的可燃性氣體燃燒(亦即成為助燃性氣體)之氧化性氣體A，大略包含：氧化性氣體供應配管36、朝向該氧化性氣體供應配管36的前端傳送氧化性氣體A之吹送機38、計測在氧化性氣體供應配管36內流通之氧化性氣體A的流量之流量計40、根據流量計40的計測值
調整在氧化性氣體供應配管36內流通之氧化性氣體A的流量之閥42。在此，本發明的「氧化性氣體A」是指讓其他物質點火或幫助燃燒的氣體，不單指氧氣單體，只要是含氧的氣體即可，其氧濃度沒有特別的限定，概念上也包含一般大氣。
此外，上述氧化性氣體供應配管36的前端，配設於水槽18內的水W中之反應器12的下端開口12b正下方的位置，在其前端裝設有起泡器44。因此，通過氧化性氣體供應配管36送來的氧化性氣體A，藉由安裝於該配管36前端之起泡器44形成微細氣泡後，從下端開口12b供應給反應器12的下部。如此般將氧化性氣體A經由起泡器44形成微細氣泡後供應給反應器12內，能讓該氧化性氣體A和熱分解處理後的排氣G效率良好地接觸。
在此，上述起泡器44如第2圖所示般，較佳為配置於反應器12的內筒12y內。如此，透過起泡器44所供應的氧化性氣體A能毫無遺漏地利用於與排氣G進行反應。
此外，該起泡器44較佳為，可對應於氧化性氣體A流量而使其在水W中的配設位置上下改變。如此，例如氧化性氣體A的供應量多而在起泡器44產生多量的泡，藉由該泡使內筒12y內產生水飛沫而對大氣壓電漿P造成影響的情況，可降低起泡器44的配設位置而使其離開水面，藉此可解決上述問題(水飛沫所造成之影響大氣壓電漿P)。結果，可效率良好地進行處理對象氣體的無害
化。
後段濕式洗淨器22，是將處理對象氣體F熱分解時所產生之水溶性成分、固態成分從排氣G中予以水洗除去的裝置，係具備：直管形的洗淨器本體22a、配設於洗淨器本體22a內之兩個噴嘴22b,22c、以及金屬絲網等所構成之噴霧捕集分離器22d。
該後段濕式洗淨器22，是與反應器12同樣地豎設於水槽18上面，使兩個噴嘴22b,22c所噴出的新水NW返回水槽18。
而且，後段濕式洗淨器22的頂部出口連接於排氣風扇46之吸入側，該排氣風扇46是用來將處理完畢的排氣G朝大氣中釋出，在該排氣風扇46之吐出側連接著排氣導管48。
又在本實施例之氣體處理裝置10，連接於反應器12的入口埠28之入口導管30和排氣風扇46之吸入側，是藉由常閉的旁通配管50連通，再者，在排氣風扇46的吸入側透過通氣閥52連接著大氣導入配管54，該大氣導入配管54是用來將大氣導入從反應器12排出之熱分解處理後的排氣G流路。
藉此，當反應器12內發生任何異常的情況，使原先將旁通配管50常閉之旁通閥56全開而讓處理對象氣體F流通於旁通配管50，並使通氣閥52全開而將多量的大氣導入排氣G流路，藉此能將處理對象氣體F稀釋到安全濃度後緊急排出。
使用第1圖所示的氣體處理裝置10將處理對象氣體F分解時，首先，雖未圖示出，是讓作動氣體供應裝置作動，一邊藉由質量流量控制手段控制流量一邊將作動氣體傳送給電漿炬14a。
接著，讓泵34作動，將水槽18所貯留的水W供應給反應器12的水貯留部24及設置於水槽18的內部空間之噴嘴32b。藉此，使水貯留部24內所充滿的水W從內筒12y的上端溢流到內筒12y內面，讓該溢流的水W沿著內筒12y的內面往圖中的下方流動而在內筒12y的內面大致全體形成所謂「濕潤壁」。形成「濕潤壁」的水W當中，除了藉由大氣壓電漿P的熱進行氣化的分量以外都返回水槽18，再度藉由泵34供應給反應器12等。此外，也開始進行朝後部濕式洗淨器22的噴嘴22b,22c之新水NW供應。
在內筒12y的內面形成「濕潤壁」之後，讓未圖示的直流電源作動，藉此在電漿炬14a的電極間施加電壓，從電漿噴射孔26噴出大氣壓電漿P。
接著，當反應器12內的溫度到達能將處理對象氣體F實施熱分解之既定設定溫度時，讓排氣風扇46作動。如此，使氣體處理裝置10的內部全體成為負壓，從處理對象氣體F產生源經由排氣導管(未圖示)供應的處理對象氣體F，依序經由入口導管30及入口埠28而導入反應器12的內部後，朝向大氣壓電漿P供應，利用該大氣壓電漿P的熱進行熱分解。
在此，當處理對象氣體F的種類例如為含有甲矽烷等的矽化合物的情況，處理對象氣體F熱分解時會生成二氧化矽(SiO2)等的固態成分。該固態成分具有在反應器的內筒表面容易附著堆積的性質，但在本實施例的氣體處理裝置10，藉由沿著內筒12y的內面讓水W流過而在內筒12y的內面大致全體形成「濕潤壁」，因此該固態成分在附著於內筒12y的內面之前，會和沿著內筒12y內面流過的水W接觸而溶解於該水W中，或和該水W一起從下端開口12b流到反應器12外。
接下來，利用大氣壓電漿P的熱進行熱分解處理後之排氣G，在與反應器12下部的排出口12a及水槽18的水W最接近之位置B，與經由水槽18的水W中供應給反應器12內之氧化性氣體A保持高溫狀態而接觸。藉此，使氫等的可燃性氣體燃燒，而轉換成水(水蒸氣)等無害的不燃性氣體。
從排出口12a往水槽18內部排出的排氣G，通過水槽18上面和水面之間所形成的空間，導入豎設於水槽18的上面之後段濕式洗淨器22。在該後段濕式洗淨器22，除了能將經由可燃性氣體和氧化性氣體A的燃燒而成為更高溫之熱分解處理後的排氣G馬上降溫至常溫左右，還能將處理對象氣體F進行熱分解時所產生的水溶性成分、固態成分從排氣G中予以水洗除去，而將熱分解後的排氣G以更清淨的狀態往大氣中排出。
而且，通過後段濕式洗淨器22後的排氣G，視情況
是在排氣風扇46的前方，與從大氣導入配管54透過通氣閥52導入的空氣混合後，透過排氣風扇46傳送給排氣導管48而往系統外釋出。
在此，使用本實施例的氣體處理裝置10實際進行處理對象氣體F的無害化處理的結果如下。亦即，電漿以直流電壓100V左右、直流電流60A始終放電。這時，作為作動氣體之氮氣流量為25L(升)/min.左右。
在此條件下，在兩個入口埠28分別導入處理對象氣體F，該處理對象氣體F是對於氮氣100L/min.讓2L/min.的SiH4及100L/min.的H2混合而構成，透過氧化性氣體供應手段20將作為氧化性氣體A之空氣以500L/min.的流量供應給反應器12內，進行熱分解處理。結果，在排氣風扇46的出口測定之SiH4濃度為未達檢出界限1ppm，H2濃度也未達檢出界限100ppm。此外，並未發生逆火等的異常燃燒，可安全地進行處理對象氣體F之無害化處理。
依據本實施例之氣體處理裝置10，在朝排出口12a方向最遠離反應器12內的熱分解空間、且與排出口12a和水槽18的水W最接近之位置B，讓熱分解處理後的排氣G和氧化性氣體A(助燃性氣體)接觸，因此處理對象排氣F中的氫等的可燃性氣體不致發生逆火而能安全地燃燒，能將其等轉換成無害的不燃性氣體，同時使可燃性氣體的濃度成為爆炸界限濃度以下。
此外，由於構成為使氧化性氣體A經由水槽18內的
水W中後導入反應器12、亦即將供應氧化性氣體A的配管之前端配設於水槽18內的水W中之構造，例如在反應器12內，縱使處理對象氣體F中的甲矽烷、TEOS、WF6等氧化而產生固態物的情況，也不用擔心該固態物會堵住氧化性氣體A的供應路徑。因此，可減輕維修的負擔，能使氣體處理裝置10進行長時間連續運轉。
又在上述實施例，作為大氣壓電漿P雖例示出使用熱電漿的情況，但作為該大氣壓電漿P也能使用微波電漿、火焰。
此外，在上述實施例雖例示出，讓反應器12的下端部沒入水槽18的水W中，有別於下端開口12b而在反應器12的下部側面設置排出口12a的情況，但亦可將反應器12的下端部配置於水面上，讓下端開口12b成為排出口12a。但在此情況，雖能使反應器12構造變簡單，但可燃性氣體和氧化性氣體A之接觸機率有若干降低之虞。
而且，本發明之氣體處理裝置，並不限定於來自半導體製程之處理對象氣體F，也能適用於來自LCD製程、MEMS製造過程之處理對象氣體F及冷媒用氟氯碳化物之分解處理等。
10‧‧‧氣體處理裝置
12‧‧‧反應器
12a‧‧‧排出口
12b‧‧‧下端開口
14‧‧‧電漿產生裝置
16‧‧‧水供應手段
18‧‧‧水槽
20‧‧‧氧化性氣體供應手段
22‧‧‧後段濕式洗淨器
28‧‧‧入口埠
30‧‧‧入口導管
46‧‧‧排氣風扇
48‧‧‧排氣導管
50‧‧‧旁通配管
52‧‧‧通氣閥
54‧‧‧大氣導入配管
56‧‧‧旁通閥
P‧‧‧大氣壓電漿
F‧‧‧處理對象氣體
G‧‧‧排氣
A‧‧‧氧化性氣體
第1圖顯示本發明的一實施例之氣體處理裝置的概略之構造圖。
第2圖顯示水槽內所配置的反應器之內筒下部周邊構
造之說明圖。
10‧‧‧氣體處理裝置
12‧‧‧反應器
12a‧‧‧排出口
12b‧‧‧下端開口
12x‧‧‧外筒
12y‧‧‧內筒
14‧‧‧電漿產生裝置
14a‧‧‧電漿炬
16‧‧‧水供應手段
18‧‧‧水槽
18a‧‧‧冷卻器
20‧‧‧氧化性氣體供應手段
22‧‧‧後段濕式洗淨器
22a‧‧‧洗淨器本體
22b、22c‧‧‧噴嘴
22d‧‧‧噴霧捕集分離器
24‧‧‧水貯留部
26‧‧‧電漿噴射孔
28‧‧‧入口埠
30‧‧‧入口導管
32‧‧‧水供應配管
32a‧‧‧歧管
32b‧‧‧噴嘴
34‧‧‧泵
36‧‧‧氧化性氣體供應配管
38‧‧‧吹送機
40‧‧‧流量計
42‧‧‧閥
44‧‧‧起泡器
46‧‧‧排氣風扇
48‧‧‧排氣導管
50‧‧‧旁通配管
52‧‧‧通氣閥
54‧‧‧大氣導入配管
56‧‧‧旁通閥
A‧‧‧氧化性氣體
C‧‧‧冷卻水
F‧‧‧處理對象氣體
G‧‧‧排氣
P‧‧‧大氣壓電漿
W‧‧‧水
NW‧‧‧新水
Claims (4)
- 一種氣體處理裝置，在水槽上豎設筒狀的反應器，從位於該反應器的上部之入口埠供應處理對象氣體，在前述反應器的內部進行前述處理對象氣體的熱分解後，從設置於前述反應器的下部之排出口將熱分解處理後的排氣排出，該氣體處理裝置之特徵在於，前述反應器，使其下端面開口，透過此下端開口導入經由前述水槽內的水中送來之氧化性氣體。
- 如申請專利範圍第1項所述之氣體處理裝置，其中，在前述反應器設置將其內面用水覆蓋之水供應手段。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之氣體處理裝置，其中，設有將前述反應器所排出之熱分解處理後的排氣施以水洗之後段濕式洗淨器。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之氣體處理裝置，其中，可對應於前述排氣的流量改變前述排出口的口徑，供應前述氧化性氣體之氧化性氣體供應配管的前端，配置在前述水槽內的水中，且安裝有起泡器，可對應於前述氧化性氣體的流量而使上述起泡器在水中的配設位置上下改變。
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