JP2008194674A - ガス処理装置およびガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒素を作動ガスとして使用する大気圧プラズマを用いて、窒素酸化物を副生することなく処理対象ガスを熱分解することのできるガス処理装置を提供する。
【解決手段】大気圧プラズマＰおよび大気圧プラズマＰに向けて供給される処理対象ガスＦを囲繞し、その内部にて処理対象ガスＦの熱分解を行う反応器２２を有し、窒素ガスを作動ガスＧとして使用するプラズマ分解機１２に対して、プラズマ分解機１２から排出された処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む排ガスＲに酸素および水分が混入しない状態で、排ガスＲを少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却する冷却部１３を設けることにより、上記課題を解決したガス処理装置１０とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体に有害なガス、地球温暖化ガス、オゾン層破壊ガスを含むガス、特に半導体や液晶等の製造プロセスから排出されるガスを分解処理する装置およびその方法に関する。

半導体や液晶等の製造プロセスでは、クリーニングガスやエッチングガスなどとして様々な種類のフッ素化合物のガスが使用されている。このようなフッ素化合物は「ＰＦＣs等」と称されており、代表的なものとして、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈などのパーフルオロカーボン、ＣＨＦ₃などのハイドロフルオロカーボンおよびＳＦ₆やＮＦ₃などの無機含フッ素化合物等が挙げられる。

そして、半導体や液晶等の製造プロセスで使用された様々な種類のＰＦＣs等は、キャリアガスやパージガス等として使用されたＮ₂やＡｒ或いは添加ガスとして使用されたＯ₂、Ｈ₂やＮＨ₃、ＣＨ₄などと共に排ガスとして排出される。

ここで、前記排ガスにおけるＰＦＣs等の占める割合はＮ₂やＡｒなどの他のガスに比べてわずかではあるが、このＰＦＣs等は地球温暖化係数(ＧＷＰ)がＣＯ₂に比べて数千〜数万倍と非常に大きく、大気寿命もＣＯ₂に比べて数千〜数万年と長いことから、大気中へ少量排出した場合であっても、その影響は甚大なものとなる。さらに、ＣＦ₄やＣ₂Ｆ₆を代表とするパーフルオロカーボンはＣ−Ｆ結合が安定であるため(結合エネルギーが１３０kcal/molと大きく)、分解が容易でないことが知られている。このため、使用済みとなったＰＦＣs等を排ガス中から除害する様々な技術の開発が行われている。

このような難分解性のＰＦＣs等（以下、「処理対象物」という。）を含むガス(以下、単に「処理対象ガス」という。)を熱分解して除害する技術として、図９に示すように、プラズマトーチ１の電極１ａ、１ｂ間に作動ガスＧを送給すると共に、電極１ａ、１ｂ間に放電電圧を印加して反応器２内に大気圧プラズマＰを噴出させ、この大気圧プラズマＰに向けて処理対象ガスＦを供給して処理対象ガスＦを熱分解するプラズマ分解機３が提案されている(例えば、特許文献１参照。)。

この大気圧プラズマＰを用いたプラズマ分解機３では、作動ガスＧとして窒素ガスを用いることにより、大気圧プラズマＰの温度が概ね数千〜数万℃前後(この場合、大気圧プラズマＰの雰囲気温度も数千℃となる)の超高温となり、処理対象ガス、とりわけパーフルオロカーボンなどの難分解性の処理対象ガスＦを瞬時に熱分解して除害することができる。

そして、プラズマ分解機３から排出された熱分解後の処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む高温の排ガスＲは、プラズマ分解機３の直後に接続された湿式スクラバー（図示せず）において水の噴射を受けることにより、排ガスＲ中に含まれた粉じんが除去されるとともに、当該水の蒸発潜熱などによる排ガスＲの冷却が行われている。
特開２０００−３３４２９４号公報（第２図）

しかしながら、上述のような従来の技術では、作動ガスＧとして用いられた窒素と排ガス中の酸素とが結合することにより、サーマルＮＯｘと呼ばれる窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生する。特に、プラズマ分解機３からの排ガスＲを高温のまま湿式スクラバーに通すと、排ガスＲが有する熱により、排ガスＲに噴射された水が水素と酸素とに分離し、さらに当該酸素が作動ガスＧである窒素と反応して窒素酸化物が発生する。もちろん、高温の作動ガスＧと、予め処理対象ガスＦ中に含まれる酸素（水に含まれる酸素も同じ）とが接触すれば、すべて窒素酸化物の発生につながってしまうが、上述のように湿式スクラバーを通すことによって排ガスＲ中の酸素濃度が急上昇し、窒素酸化物の発生量が極めて多くなるという問題があった。

このため、かかる従来の熱分解技術では、後工程において、さらに窒素酸化物を排ガスＲ中から除害しなければならず、非常に効率が悪かった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の課題は、窒素を作動ガスとして使用するプラズマ分解機を用いて、窒素酸化物を副生することなく、しかも従来例に比べて効率的に処理対象ガスを熱分解することのできるガス処理装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、「大気圧プラズマＰおよび大気圧プラズマＰに向けて供給される処理対象ガスＦを囲繞し、その内部にて処理対象ガスＦの熱分解を行う反応器２２を有し、窒素ガスを作動ガスＧとして使用するプラズマ分解機１２、およびプラズマ分解機１２から排出された熱分解後の処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む排ガスＲに酸素または水分が混入しない状態で、排ガスＲを少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却する冷却部１３を備えるガス処理装置１０」である。

この発明では、有害ガスや可燃ガス、地球温暖化ガス、オゾン層破壊ガスなどを含む処理対象ガスＦはプラズマ分解機１２において作動ガスＧ（窒素ガス）の高温プラズマ流により熱分解される。また、プラズマ分解機１２から排出された処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む高温の排ガスＲは、プラズマ分解機１２から排出された後、酸素または水分と接触することなく冷却部１３によって窒素酸化物が生成しない温度まで冷却される。（なお、前記「酸素または水分」には、処理対象ガスＦがプラズマ分解機１２に供給される前において処理対象ガスＦそのものに含まれていた酸素または水分、あるいは処理対象ガスＦが大気圧プラズマＰに与えられるまでに処理対象ガスＦに加えられた酸素または水分は含まれない。）したがって、温度の高い窒素と酸素とが接触する機会を著しく低減させることができ、窒素酸化物の副生を極小化することができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のガス処理装置１０に関し、「冷却部１３は、熱交換器７２を備えている」ことを特徴とする。

なお、本明細書において「熱交換器」とは、低温側媒体と高温側媒体とが直接的に接触することのない形式の熱交換器をいう。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載のガス処理装置１０に関し、「処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして水分を送給する分解助剤送給ユニット２３を備えている」ことを特徴とする。

この発明では、処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして水分を送給しており、処理対象ガスＦ中の処理対象物を、単に大気圧プラズマＰの熱で熱分解するだけでなく、当該水分が分解することによって生じた水素と反応させることで、より効率的に分解することができる。

請求項４に記載した発明は、請求項１または２に記載のガス処理装置１０に関し、「処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして水素またはアンモニアを送給する分解助剤送給ユニット２３を備えている」ことを特徴とする。

この発明では、処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして水素またはアンモニアを送給しており、処理対象ガスＦ中の処理対象物を、単に大気圧プラズマＰの熱で熱分解するだけでなく、請求項３に記載の発明と同様に、当該水素あるいはアンモニアが分解することによって生じた水素と反応させることで、より効率的に分解することができる。

請求項５に記載した発明は、請求項３または４に記載のガス処理装置１０に関し、「分解助剤送給ユニット２３は、分解助剤Ａを処理対象ガスＦに送給する配管６２と、配管６２内を通流する分解助剤Ａの流量を調整する流量調整手段６６と、処理対象ガスＦ中の処理対象物の流量信号Ｓ１に基づいて流量調整手段６６に分解助剤Ａの流量信号Ｓ２を出力する流量制御手段６９とを有する」ことを特徴とする。

この発明によれば、処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして供給される水分、水素あるいはアンモニアの流量は、半導体製造装置などから出力される処理対象ガスＦ中の処理対象物の流量信号Ｓ１に基づき、流量制御手段６９および流量調整手段６６によって処理対象物の分解に必要な流量に調整される。したがって、処理対象物の流量に対して分解助剤Ａの流量が少なくなり、処理対象ガスＦの分解効率が低くなるのを回避できる。また、水分を分解助剤Ａとして用いる場合には、処理対象物の流量に対して水分の流量が多くなることにより余剰の水分が生じ、この余剰の水分に由来する酸素が反応器２２の内部で高温の作動ガスＧ（窒素）と反応し、窒素酸化物（ＮＯｘ）が副生することも回避できる。

請求項６に記載した発明は、請求項５に記載のガス処理装置１０に関し、「反応器２２は外管４６および大気圧プラズマＰを囲繞する内管４８で構成された二重管構造を有しており、外管４６には、処理対象ガスＦを外管４６と内管４８との間の空間Ｓに導入する処理対象ガス導入口５０が設けられており、内管４８には、空間Ｓを通流した後の処理対象ガスＦを大気圧プラズマＰに向けて吹き込む処理対象ガス送給口５２が設けられている」ことを特徴とするものである。

この発明では、反応器２２が二重管構成を有しているとともに、処理対象ガスＦは、外管４６と内管４８との間の空間Ｓを通流した後、大気圧プラズマＰに送給される。このため、空間Ｓを通流する処理対象ガスＦに内管４８を介して反応器２２内部の熱が与えられるようになり、大気圧プラズマＰに送給する処理対象ガスＦを予熱することができる。さらに、高温の排ガスＲと排ガスＲよりも低い温度の処理対象ガスＦとの間で熱交換が行なわれるようになり、大気圧プラズマＰに送給する処理対象ガスＦの予熱と排ガスＲの冷却とを同時に実行することができる。

請求項７に記載した発明は、請求項６に記載のガス処理装置１０に関し、「分解助剤Ａは、外管４６と内管４８との間の空間Ｓまたは処理対象ガス送給口５２に供給される」ことを特徴とする。

この発明では、外管４６と内管４８との間の空間Ｓまたは処理対象ガス送給口５２に分解助剤Ａを送給しており、処理対象ガスＦが高温の作動ガスＧと混ざる前に分解助剤Ａを当該処理対象ガスＦに混合することができる。したがって、例えば分解助剤Ａとして水分を用いた場合、水分による処理対象ガスＦの分解反応を処理対象ガスＦが作動ガスＧと混ざる前に開始させることができ、窒素酸化物の副生を抑えつつ、処理対象ガスＦの分解効率を高めることができる。

請求項８に記載した発明は、請求項６または７に記載のガス処理装置１０に関し、「プラズマ分解機１２に供給される処理対象ガスＦを水洗する入口スクラバー１４、および冷却部１３で冷却された排ガスＲを水洗する出口スクラバー１５を備えている」ことを特徴とする。

この発明によれば、ガス処理装置１０に供給される処理対象ガスＦを水洗する入口スクラバー１４を備えているので、処理対象ガスＦに含まれている固形成分や水溶性成分を処理対象ガスＦがプラズマ分解機１２に供給される前に予め除去しておくことができる。

また、冷却部１３で冷却された排ガスＲを水洗する出口スクラバー１５を備えているので、排ガスＲに含まれている固形成分や水溶性成分を除去し、より清浄な排ガスＲとしてガス処理装置１０から排出することができる。また、出口スクラバー１５で水洗されるのは、冷却部１３で冷却された排ガスＲ、つまり、窒素酸化物が生成しない温度まで冷却された排ガスＲであるから、出口スクラバー１５において噴射された水に由来する酸素によって窒素酸化物が不所望に副生されるおそれはない。

請求項９に記載した発明は、請求項８に記載のガス処理装置１０に関し、「入口スクラバー１４は、処理対象ガスＦに向けて水Ｗを噴射する水噴射ノズル１０２と、水噴射ノズル１０２に水Ｗを供給する水供給装置１０４と、処理対象ガスＦ中の処理対象物の流量信号Ｓ１に基づき、処理対象物の流量がゼロのときは水供給装置１０４を停止させ、処理対象物の流量がゼロより大きいときは水供給装置１０４を作動させる水供給制御手段１０６とを有する」ことを特徴とする。

この発明によれば、入口スクラバー１４の水噴射ノズル１０２に水Ｗを供給する水供給装置１０４は、処理対象物の流量がゼロのとき、水供給制御手段１０６によって停止されるようになっている。このため、処理対象物がゼロであるにもかかわらず入口スクラバー１４で水Ｗが噴射されることにより、処理対象ガスＦ中に混入した水Ｗが反応器２２において熱分解され、当該水Ｗに由来する酸素と高温の作動ガスＧとが反応して窒素酸化物が副生されるのを回避することができる。

請求項１０に記載した発明は、請求項６ないし９のいずれかに記載のガス処理装置１０に関し、「プラズマ分解機１２は、内部で発生させた大気圧プラズマＰを反応器２２に供給するプラズマ発生装置１６を備えている」ことを特徴とする。

この発明において、大気圧プラズマＰは、プラズマ発生装置１６の内部で発生した後、反応器２２内に供給される。これに対し、処理対象ガスＦは、反応器２２の内管４８に設けられた処理対象ガス導入口５０を通って内管４８の内側に与えられる。つまり、処理対象ガスＦはプラズマ発生装置１６の内部を通過しないので、プラズマ発生装置１６の内部で大気圧プラズマＰと処理対象ガスＦとが接触するのを回避することができる。

したがって、本発明によれば、窒素酸化物の副生量を極小化することができる。すなわち、大気圧プラズマＰと酸素を含む処理対象ガスＦとが接触する際の温度が高いほど、窒素酸化物が副生される可能性は高くなるが、この発明に係るプラズマ分解機１２は反応器２２とは別にプラズマ発生装置１６を備えているので、最も高温となる「大気圧プラズマＰが発生する部分」を処理対象ガスＦが供給される反応器２２から離隔することができ、この最も高温となる部分に酸素を含む処理対象ガスＦが入ることを防止することができる。

また、処理対象ガスＦはプラズマ発生装置１６内を通過しないので、大気圧プラズマＰを発生させる電極１６ｂ、１６ｃなどが処理対象ガスＦと接触して腐食するおそれがない。

請求項１１に記載した発明は、請求項１ないし１０のいずれかに記載のガス処理装置１０に関し、「反応器２２には反応器２２内の温度を検出する温度検出手段５８が設けられており、プラズマ分解機１２には、温度検出手段５８が検出した温度検出値に応じて大気圧プラズマＰに送給する作動ガスＧの量を制御する質量流量制御手段３８が設けられている」ことを特徴とするものである。

大気圧プラズマＰは、作動ガスＧの送給量を変更することによって、その出力(具体的には噴出量や温度)を調節することが可能である。そこで、本発明では、反応器２２内の温度を検出する温度検出手段５８が設けられているとともに、温度検出手段５８による温度検出値に応じて大気圧プラズマＰに送給する作動ガスＧの量を増減させる質量流量制御手段３８が設けられているので、反応器２２内の温度が所定の値となるように大気圧プラズマＰの出力を制御することができる。つまり、反応器２２内の温度が所定値より高くなると作動ガスＧの送給量を低らして大気圧プラズマＰの出力を低下させ、逆に、反応器２２内の温度が所定値より低くなると作動ガスＧの送給量を増やして大気圧プラズマＰの出力を上昇させることができる。

このため、例えば、反応器２２内の温度が難分解性のパーフルオロカーボンを容易に熱分解できる所定の温度(概ね１３００℃以上の温度)となるように設定すると、温度検出手段５８にて検出された反応器２２内の温度に応じて質量流量制御手段３８が作動して大気圧プラズマＰに送給される作動ガスＧの量が増減され、大気圧プラズマＰの出力が調節される。この結果、反応器２２内の温度は常に設定温度に保持され、処理対象ガスＦを反応器２２内にて確実に除害することができる。また、反応器２２は大気圧プラズマＰの出力が極大化した際に生じる超高温の熱に定常的に曝されることがないため、これらの部材が超高温の熱によって損傷するのを極力遅延させることができる。

本発明によれば、作動ガスと熱分解後の処理対象ガスとを含む高温の排ガスは、プラズマ分解機から排出された後、冷却部において酸素または水分と接触することのない状態で窒素酸化物が生成しない温度に冷却されるので、温度の高い窒素と酸素とが接触する機会を著しく低減させることができ、窒素酸化物の副生を極小化することができる。

また、請求項３および４に係る発明によれば、窒素酸化物の発生を抑制しつつ処理対象ガスの分解を高くすることができる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、反応器が二重管で構成され、排ガスＲと処理対象ガスＦとの間で熱交換が行われるので、大気圧プラズマに送給する処理対象ガスを十分に予熱することが可能であり、同時に熱分解後の高温の排ガスを冷却することができる。したがって、大気圧プラズマの出力を低減できると共に、大流量の処理対象ガスを確実にかつ効率的に熱分解して除害することができ、さらに熱分解後の排ガスの冷却部における冷却負担を低減することができる。

以上のように、本発明によれば、窒素酸化物の副生を極めて小さくしつつ、処理対象ガスを分解することのできるガス処理装置を提供することができる。

以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本実施例に係るガス処理装置１０の概要を示した構成図である。この図が示すように、本実施例のガス処理装置１０は、大略、プラズマ分解機１２と冷却部１３と入口スクラバー１４と出口スクラバー１５とで構成されている。

プラズマ分解機１２は、高温の大気圧プラズマＰを用いて処理対象ガスＦを熱分解するものであり、プラズマ発生装置１６、電源ユニット１８、作動ガス送給ユニット２０、反応器２２および分解助剤送給ユニット２３などで構成されている。

プラズマ発生装置１６は、高温の大気圧プラズマＰをその内部で発生させるものであり、黄銅などの金属材料からなり、上下両面が開口した短筒状のトーチボディ１６ａを有する。このトーチボディ１６ａの先端にはアノード１６ｂが連設されており、その内部には棒状のカソード１６ｃが取着されている。

アノード１６ｂは、銅またはタングステンなどの高い導電性を有する高融点金属で構成され、内部にプラズマ発生室１６ｄが凹設された円筒状のノズルである。このアノード１６ｂの下面中心部にはプラズマ発生室１６ｄ内で生成した大気圧プラズマＰを噴出させるプラズマ噴出孔１６ｅが貫設されており、アノード１６ｂ側面の上部には作動ガス送給口１６ｆが設けられている。

カソード１６ｃは、銅などの高い導電性を有する高融点金属からなる本体部と、トリウム或いはランタンを混入させたタングステンからなり、先端に向けてその外径が紡錘状に縮径した先端部とで構成された棒状の部材である。このカソード１６ｃの先端部分は、アノード１６ｂ内に凹設されたプラズマ発生室１６ｄに配設されている。

なお、アノード１６ｂとカソード１６ｃとの間には、トーチボディ１６ａを介してこれらの間で通電(短絡)しないように四フッ化エチレン樹脂やセラミックなどの絶縁材料(図示せず)が介装されている。また、アノード１６ｂおよびカソード１６ｃの内部には、冷却水通流路(図示せず)が設けられており、これらの部材を冷却するようにしている。

そして、以上のように構成されたアノード１６ｂおよびカソード１６ｃには、所定の放電電圧を印加してアノード１６ｂとカソード１６ｃとの間にアークを生起する電源ユニット１８が接続されている。

電源ユニット１８は、上述したアノード１６ｂおよびカソード１６ｃに所定の放電電圧を印加してプラズマアークを生起させるものであり、具体的には図２に示すように、交流電源２４を整流器２６で全波整流し、平滑リアクトル２８ａおよび平滑コンデンサ２８ｂにて構成された直流フィルタ２８で平滑して直流化した後、この直流をＩＧＢＴ、トランジスタ等のスイッチング素子で高周波スイッチングさせるインバータ３０により高周波交流に変換し、この高周波交流を変圧器３２で所定の電圧に変圧後、再び整流器３４で整流し、平滑リアクトル３６ａおよび平滑コンデンサ３６ｂにて構成された直流フィルタ３６で平滑して直流を供給する、いわゆるスイッチング方式の直流電源装置が好適である。

作動ガス送給ユニット２０（図１参照）は、アノード１６ｂのプラズマ発生室１６ｄ内に作動ガスＧとして用いられる窒素ガスを送給するものであり、作動ガスＧを貯蔵する貯蔵タンク２０ａと、この貯蔵タンク２０ａとアノード１６ｂに設けられた作動ガス送給口１６ｆとを連通する作動ガス送給配管２０ｂとを有する。

ところで、本実施例のプラズマ分解機１２には、作動ガス送給配管２０ｂに質量流量制御手段３８が取付けられている。この質量流量制御手段３８は、作動ガス送給配管２０ｂを介してプラズマ発生室１６ｄ内に送給する作動ガスＧの量を制御するものである。具体的には、図３に示すように、センサ管路(図示せず)内を流れる作動ガスＧの質量流量を測定し、その測定値を流量信号として出力する流量センサ４０と、作動ガス送給配管２０ｂ内の作動ガスＧの通流量を制御する電磁弁にて構成されたコントロールバルブ４２と、流量センサ４０の流量信号と後述する温度検出手段５８の出力する流量設定信号Ｌ１とを比較し、両者が等しくなるようにコントロールバルブ４２に対して制御電流を出力する比較制御回路４４とを具備する。

反応器２２は、図４に示すように、外管４６および内管４８を備える二重管で構成された本体２２ａを有する。この本体２２ａを構成する外管４６および内管４８は、ＳＵＳ３０４やハステロイ（登録商標）などの耐蝕性を有する金属材料で形成された直管型の部材であり、これらの長手方向両端部を互いに連結することによって外管４６と内管４８との間に所定の空間Ｓが形成されている。なお、本体２２ａを構成する材料は、内管４８の内面と空間Ｓとの間の熱伝導性を考慮した場合、上述したように金属材料が好適であるが、例えば、処理対象ガスＦの腐蝕性が極めて強く、耐蝕性の金属材料をも腐蝕するような場合には、本体２２ａをキャスタブルやセラミックなどの材料で構成するようにしてもよい。つまり、本体２２ａを構成する材料は金属材料に限定されるものではない。

また、外管４６の下部(すなわちプラズマ発生装置１６から最も離間した端部)には、半導体製造装置などから排出される処理対象ガスＦを空間Ｓに導入するための処理対象ガス導入口５０が貫設されており、内管４８の上部(すなわちプラズマ発生装置１６に最も近接した端部)には、空間Ｓ内に導入した処理対象ガスＦを大気圧プラズマＰに向けてスパイラル状に吹き込む複数の処理対象ガス送給口５２が貫設されている(図５参照)。このため、処理対象ガスＦは、外管４６と内管４８との間の空間Ｓを下から上(すなわち大気圧プラズマＰの下流側から上流側)に向けて通流した後、大気圧プラズマＰに送給されることとなる。

そして、本体２２ａには、内部に噴出させた大気圧プラズマＰの下流側先端に対応する位置に段部５４が設けられており、段部５４より上側の大気圧プラズマＰに対面する部分Ｌにおける外管４６および内管４８の径が拡大されると共に、当該拡径部分Ｌにおける内管４８の内面には、キャスタブルからなり拡径部分Ｌにおける内管４８の内径と略同等の外径を有する円筒状の耐火壁５６が交換可能に嵌挿されている。

この反応器２２は上端がプラズマ発生装置１６の大気圧プラズマＰ噴出側に連結されており、下端に設けられた開口２２ｂが反応器２２内で分解処理した処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む排ガスＲの排出端となっている。

また、大気圧プラズマＰならびに処理対象ガスＦを囲繞するこの反応器２２では、その内部空間に、高温の大気圧プラズマＰによって温められた高温領域が形成されることになる。そして、本実施例では、この反応器２２に、反応器２２内の温度を検出する温度検出手段５８が取り付けられている。

温度検出手段５８は、図１に示すように、反応器２２の内表面側と外表面側とを連通するようにして取り付けられ、反応器２２の内面と大気圧プラズマＰとの隙間(すなわち上述した高温領域)の温度を検出する１または複数の熱電対５８ａと、熱電対５８ａおよび質量流量制御手段３８に対して電気的に接続され、熱電対５８ａから入力される温度検出信号Ｌ２が予め設定する設定温度と一致するように質量流量制御手段３８に所定の信号(本実施例の場合は「流量設定信号Ｌ１」)を出力するコントローラ５８ｂとで構成されている。

分解助剤送給ユニット２３は、図４に示すように、処理対象ガスＦの分解助剤Ａである水分を反応器２２に送給するためのユニットであり、外管４６の内面に取り付けられて空間Ｓに開口する、ＳＵＳ３０４などの金属で形成されたノズル６０と、ノズル６０に分解助剤Ａを導く配管６２と、配管６２に取り付けられた流量計６４と、ノズル６０と流量計６４との間の配管に取り付けられた、流量調整手段６６としての流量調整バルブ６６と、ストップバルブ６８と、流量調整バルブ６６に対して電気的に接続され、図示しない半導体製造装置から出力された、処理対象ガスＦ中の処理対象物の流量信号Ｓ１に基づいて処理対象ガスＦ中の処理対象物の分解に必要な量の流量信号Ｓ２を流量調整バルブ６６に出力する流量制御手段６９とで構成されている。なお、「処理対象ガスＦ中の処理対象物の分解に必要な量」とは、添加した水分の全てが処理対象物の分解に使用される量のことを意味する。

冷却部１３は、図１に示すように、反応器２２の開口２２ｂから排出された高温の排ガスＲを受け入れ、排ガスＲが有する熱を奪って、排ガスＲを少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却するものであり、本実施例では、排ガス導入ダクト７０と、熱交換器７２と、排ガス排出ダクト７４とで大略構成されている。

排ガス導入ダクト７０は、一端が反応器２２の開口２２ｂに接続され、他端が熱交換器７２に接続されたダクトであり、その内面は耐火材７６でライニングされている。もちろん、耐火材７６は、耐火材と断熱材との積層材であってもよい。また、耐火材等の材質は、排ガスＲの性質に応じて耐熱性や耐摩耗性に優れた材質が選択される。

熱交換器７２は、図６に示すように、略直方体状のケーシング７７と、ケーシング７７が有する１の面（図６中の左側面）に設けられた複数の開口Ｏと当該面に対向する他の面（図６中の右側面）に設けられた開口Ｏとを連通するようにしてケーシング７７の内部に取り付けられた複数の伝熱管７８と、伝熱管７８に直交する向きにケーシング７７の内側を仕切る複数のプレート８０と、ケーシング７７（本実施例では図６中の上面）に設けられた、冷却水Ｃをケーシング７７の内部に導入するための冷却水入口孔８２に接続された冷却水導入管８４と、冷却水Ｃをケーシング７７の内部から排出するための冷却水出口孔８６にそれぞれ接続された冷却水排出管８８とを有している。

また、複数のプレート８０は、一端がケーシング７７内部の上面と接続され、他端がケーシング７７内部の下面から離間した状態で取り付けられている複数のプレート８０ａと、一端がケーシング７７内部の上面から離間し、他端がケーシング７７内部の下面に接続された状態で取り付けられている複数のプレート８０ｂとが互いに交互に配設されることにより構成されている。

なお、本実施例では、耐腐食性を考慮して伝熱管７８にハステロイを使用しているが、排ガスＲの性質に応じた耐腐食性および耐熱性を有する材質であれば、他の材質を用いてもよい。また、熱交換器７２の能力は所定の排ガスＲを窒素酸化物生成温度下限である５００℃程度よりも低い温度まで冷却できればよい。その際、排ガスＲの温度をできるだけ短い時間で冷却（つまり、急冷）できるようにすることが好ましい。

排ガス排出ダクト７４は、図１に示すように、一端が熱交換器７２に接続され、他端が出口スクラバー１５に接続されたダクトである。なお、本実施例では、排ガス排出ダクト７４の内面は耐火材でライニングされていないが、熱交換器７２から排出された排ガスＲの温度設定や排ガスＲの性質に応じて耐熱性や耐摩耗性に優れた耐火材などでライニングしてもよい。

このように、冷却部１３は、プラズマ分解機１２から排出された排ガスＲに酸素または水分が接触することなく、窒素酸化物が生成しない温度まで排ガスＲを冷却できるようになっている。（なお、前記「酸素または水分」には、処理対象ガスＦがプラズマ分解機１２に供給される前において処理対象ガスＦそのものに含まれていた酸素または水分、あるいは処理対象ガスＦが大気圧プラズマＰに与えられるまでに処理対象ガスＦに加えられた酸素または水分は含まれない。例えば、ノズル６０から処理対象ガスＦに添加される水分は、前記「酸素または水分」には含まれない。）

入口スクラバー１４は、図示しない半導体製造装置などから供給される処理対象ガスＦに水Ｗを噴霧することにより、処理対象ガスＦ中に含まれる固形成分や水溶性成分を水洗除去するものであり、半導体製造装置などに接続された入口ダクト９０と、水洗された後の処理対象ガスＦを処理対象ガス導入口５０に導く出口ダクト９２と、入口スクラバー本体９４と、処理対象ガスＦに水Ｗを噴霧する水噴射手段９５とを有している。

入口スクラバー本体９４は、プラズマ分解機１２の近傍に立設された中空の円柱状体であり、その下部に入口ダクト９０が接続された入口ダクト接続孔９６が設けられており、その上端部に出口ダクト９２が接続された出口ダクト接続孔９８が設けられている。また、入口スクラバー本体９４の底部は、水噴射手段９５で噴射する水Ｗを貯留するための水貯留槽１００となっている。

水噴射手段９５は、処理対象ガスＦに向けて水Ｗを噴射する水噴射ノズル１０２と、水噴射ノズル１０２に水Ｗを供給する水供給装置１０４と、水供給制御手段１０６とを有している。

水噴射ノズル１０２は、入口スクラバー本体９４の内部に配設されたスプレーノズル１０２ａと、一端が入口スクラバー本体９４の下端側部に貫設され、他端がスプレーノズル１０２ａに接続された配管１０２ｂとで構成されており、水貯留槽１００とスプレーノズル１０２ａとは配管１０２ｂを介して連通されている。

水供給装置１０４は、水貯留槽１００に貯留された水Ｗをスプレーノズル１０２ａまで汲み上げるためのポンプであって配管１０２ｂに取り付けられており、水供給制御手段１０６からの停止信号Ｓ３によって水Ｗの汲み上げを停止し、作動信号Ｓ４によって水Ｗの汲み上げを行う。

水供給制御手段１０６は、水供給装置１０４に停止信号Ｓ３あるいは作動信号Ｓ４を出力する手段であり、具体的には、処理対象ガスＦ中の処理対象物の流量信号Ｓ１を受け、処理対象物の流量がゼロのときは水供給装置１０４へ停止信号Ｓ３を出力し、処理対象物の流量がゼロより大きいときは水供給装置１０４の作動信号Ｓ４を出力する。

出口ダクト９２には、入口スクラバー本体９４から排出された処理対象ガスＦ中に含まれるミスト（気化していない粒子状の水Ｗ）を捕捉し、当該ミストが反応器２２に不所望に流入するのを防止するためのフィルタ１０７が取り付けられている。

出口スクラバー１５は、冷却部１３で冷却された排ガスＲ中に含まれる固形成分や水溶性成分を水洗除去するものであり、排ガス排出ダクト７４に接続された入口ダクト１０８と、水洗された後の排ガスＲをガス処理装置１０の外に導く出口ダクト１１０と、出口スクラバー本体１１２と、排ガスＲに水Ｗを噴霧する水噴射手段１１４とを有している。

出口スクラバー本体１１２は、プラズマ分解機１２の側方に立設された中空の円柱状体であり、その下側部に入口ダクト１０８が接続される入口ダクト接続孔１１６が設けられており、その上端側部に出口ダクト１１０が接続される出口ダクト接続孔１１８が設けられている。また、出口スクラバー本体１１２の底部は、水噴射手段１１４で噴射する水Ｗを貯留するための水貯留槽１２０となっている。

水噴射手段１１４は、排ガスＲに向けて水Ｗを噴射する水噴射ノズル１２２と、水噴射ノズル１２２に水Ｗを供給する水供給装置１２４とで構成されている。

水噴射ノズル１２２は、出口スクラバー本体１１２の内部に配設されたスプレーノズル１２２ａと、一端が出口スクラバー本体１１２の下端側部に貫設され、他端がスプレーノズル１２２ａに接続された配管１２２ｂとで構成されており、水貯留槽１２０とスプレーノズル１１２ａとが配管１２２ｂを介して連通されている。

水供給装置１２４は、水貯留槽１２０に貯留された水Ｗをスプレーノズル１２２ａまで汲み上げるためのポンプであり、配管１２２ｂに取り付けられている。

本実施例に係るガス処理装置１０を用いて処理対象ガスＦを除害する際には、まず、図示しないプラズマ分解機１２の電源をオンにして、コントローラ５８ｂの設定温度を処理対象ガスＦが容易に熱分解する所定の温度に設定した温度検出手段５８を作動させると共に、質量流量制御手段３８を作動させてプラズマ発生室１６ｄ内に作動ガスＧを送給する。また、冷却部１３への冷却水Ｃの供給および出口スクラバー１５の水供給装置１２４を作動させてスプレーノズル１２２ａからの水噴射を開始する。

続いて、電源ユニット１８を作動させると共に、プラズマ分解機１２の大気圧プラズマ点火スイッチ(図示せず)をオンにしてプラズマ発生装置１６の電極１６ｂ、１６ｃ間に電圧を印加し、プラズマ噴出孔１６ｅから大気圧プラズマＰを噴出させる。

ここで、大気圧プラズマＰ噴出直後のように、熱電対５８ａにて計測される反応器２２内の温度が設定温度よりも低い場合、温度検出手段５８のコントローラ５８ｂから質量流量制御手段３８の比較制御回路４４に対して作動ガスＧの送給量を増やすよう所定の流量設定信号Ｌ１が与えられる。すると、比較制御回路４４においてこの流量設定信号Ｌ１と流量センサ４０の流量信号とが比較され、この比較制御回路４４からコントロールバルブ４２に対して両者が等しくなるように(具体的には、作動ガスＧの送給量を増やすように)所定の制御電流が与えられる。この結果、コントロールバルブ４２が開操作されてプラズマ発生室１６ｄ内への作動ガスＧの送給量が増やされ、大気圧プラズマＰの出力が上昇し、反応器２２内が急速に昇温するようになる。

続いて、温度検出手段５８にて検出される反応器２２内の温度が所定の設定温度に達したところで、半導体製造装置などから処理対象ガスＦを入口スクラバー１４に供給する。

入口スクラバー１４へ処理対象ガスＦの供給が開始される直前には、水供給制御手段１０６に出力される流量信号Ｓ１がゼロより大きくなり、水供給制御手段１０６から水供給装置１０４に作動信号Ｓ４が出力され、水供給装置１０４が作動を開始することにより、水貯留槽１００に貯留された水Ｗがスプレーノズル１０２ａから噴射される。

入口スクラバー１４で水洗された処理対象ガスＦは、出口ダクト９２および処理対象ガス導入口５０を介して反応器２２に導入され、大気圧プラズマＰを囲繞するようにしてスパイラル状に供給される。また、同時に分解助剤Ａがノズル６０から空間Ｓに供給され、処理対象ガスＦの分解が開始される（なお、分解助剤Ａの働きについては後述する。）。

内管４８の内側で分解された処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む排ガスＲは、反応器２２の開口２２ｂから排出された後、冷却部１３の排ガス導入ダクト７０を通流し、熱交換器７２の側面に設けられた開口Ｏから伝熱管７８の内部に導入される。そして、排ガスＲが伝熱管７８の内部を通過する際、排ガスＲの有する熱が伝熱管７８を介して冷却水Ｃに与えられる。このとき、冷却水入口孔８２から導入された冷却水Ｃは、プレート８０により仕切られたケーシング７７の内部を蛇行して通流した後に冷却水出口孔８６から排出される。したがって、本実施例の冷却部１３によれば、冷却水Ｃが伝熱管７８と接触する機会が増大するので、排ガスＲを効率的に冷却することができる。

このようにして、排ガスＲは、少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却された後、熱交換器７２から排出され、排ガス排出ダクト７４を通って出口スクラバー１５に与えられる。

出口スクラバー１５に与えられた排ガスＲは、スプレーノズル１２２ａから噴射された水Ｗによって水洗された後、出口ダクト１１０を通ってガス処理装置１０の外に導かれる。

本実施例のガス処理装置１０によれば、プラズマ分解機１２から排出された処理対象ガスＦと作動ガスＧとを含む高温の排ガスＲは、プラズマ分解機１２から排出された後、酸素および水分と接触することなく冷却部１３によって窒素酸化物が生成しない温度まで冷却される。したがって、温度の高い窒素と酸素とが結合する機会がなく、窒素酸化物を副生することなく処理対象ガスＦを熱分解することができる。

また、詳しくは後述するが、処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして水分を送給しているので、処理対象ガスＦ中の処理対象物を、単に大気圧プラズマＰの熱で熱分解するだけでなく、当該水分に含まれる水素と反応させることで、より効率的に分解することができる。

また、処理対象ガスＦに分解助剤Ａとして供給される水分の流量は、半導体製造装置などから出力される、処理対象ガスＦ中の処理対象物の流量信号Ｓ１に基づき、流量制御手段６９および流量調整手段６６によって処理対象物の分解に必要な流量に調整される。したがって、処理対象物の流量に対して水分の流量が少なくなり、処理対象ガスＦの分解効率が低くなるのを回避できる。また、処理対象物の流量に対して水分の流量が多くなることにより余剰の水分が生じ、この余剰の水分に由来する酸素が反応器２２の内部で高温の作動ガスＧ（窒素）と反応し、窒素酸化物（ＮＯｘ）が副生するのも回避できる。

また、本実施例によれば、反応器２２が二重管で構成されると共に、外管４６の下部に処理対象ガス導入口５０が設けられ、内管４８の上部に処理対象ガス送給口５２が設けられているので、処理対象ガスＦは、外管４６と内管４８との間の空間Ｓを下から上に向けて通流した後、大気圧プラズマＰに送給される。この際、空間Ｓを通流する処理対象ガスＦに内管４８を介して反応器２２内部の熱が与えられるようになり、大気圧プラズマＰに送給する処理対象ガスＦが予熱される。具体的には、反応器２２内の設定温度を１１００℃〜１３００℃の範囲の所定温度とした場合、空間Ｓを通過して処理対象ガス送給口５２から大気圧プラズマＰに向けて送給される処理対象ガスＦの温度を、概ね８００〜１０００℃程度まで昇温させることができる。なお、処理対象ガス導入口５０と、処理対象ガス送給口５２との位置関係は、処理対象ガスＦが空間Ｓを通流して十分に予熱されることが可能であれば、本実施例の態様に限られず、他の態様であってもよい。

また、反応器２２内面の大気圧プラズマＰに対面する位置にキャスタブルからなる耐火壁５６が設けられているので、大気圧プラズマＰによる反応器２２の熱劣化を防止して反応器２２の耐久性を向上させることができると共に、反応器２２の耐火壁５６よりも下流側では、高温の排ガスＲと低温の処理対象ガスＦとの間で十分に熱交換することができる。また、反応器２２に段部５４を設けることによって、外管４６と内管４８との間の空間Ｓを通流する処理対象ガスＦの流れに乱流を生じさせ、空間Ｓでの滞留時間を長くすることができるので、大気圧プラズマＰに送給する処理対象ガスＦをより効果的に予熱することができる。さらに、耐火壁５６が交換可能に取り付けられているので、大気圧プラズマＰの熱で耐火壁５６が熱劣化したとしても、この部分だけを交換すればよく、メンテナンス時の停止時間を短縮してガス処理装置１０の稼働率を向上させることができる。

また、高温の排ガスＲと低温の処理対象ガスＦとの間で熱交換が行なわれるので、大気圧プラズマＰに送給する処理対象ガスＦの予熱と排ガスＲの冷却とを同時に実行することができる。このため、後段の冷却部１３が担う排ガスＲの冷却負担を低減することも可能となる。

また、このように予熱された処理対象ガスＦが処理対象ガス送給口５２から内管４８の内側に導入される前に、ノズル６０から供給された水分（分解助剤Ａ）が処理対象ガスＦに添加されると、以下のような反応が生じる。
［化１］
ＣＦ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋４ＨＦ
［化２］
ＳＦ₆＋３Ｈ₂Ｏ→ＳＯ₃＋６ＨＦ

ここで、外管４６と内管４８との間の空間Ｓに分解助剤Ａである水蒸気を供給しているので、処理対象ガスＦが高温の作動ガスＧと混ざる前に水蒸気を処理対象ガスＦに混合することができる。したがって、水蒸気による処理対象ガスＦの分解反応を処理対象ガスＦが作動ガスＧと混ざる前に開始させることができ、窒素酸化物の副生を抑えつつ、処理対象ガスＦの分解効率を高めることができる。

つまり、処理対象ガスＦは、外管４６と内管４８との間の空間Ｓを通流することにより反応器２２内部の熱を受けて予熱される。この予熱された処理対象ガスＦに対して分解助剤Ａとしての水蒸気を添加すると、［化１］や［化２］に示した分解反応は水蒸気が添加されるのとほぼ同時に生じる。このため、処理対象ガスＦが作動ガスＧと混ざる際、水蒸気に含まれていた酸素は、すでに処理対象ガスＦに含まれる炭素や硫黄と反応して化学的に安定なＣＯ₂やＳＯ₃となっており、作動ガスＧに含まれる高温の窒素と酸素とが反応して窒素酸化物が発生するのを抑制することができる。なお、分解助剤Ａを処理対象ガス送給口５２に供給しても同様の効果を得ることができる。

また、本実施例では、ノズル６０は、ＳＵＳ３０４などの金属で形成されている。これにより、分解助剤Ａとして水を用いる場合においてノズル６０に送給された水は、ノズル６０の内部を通流する際にノズル６０の外側を流れる、予熱された処理対象ガスＦからの熱を受け、ノズル６０から排出されるときには気化して水蒸気になっている。したがって、分解助剤Ａとしての水を気化するための特別な装置を設ける必要がない。また、例えば、０．５L/minのＣＦ₄を処理する場合に添加すべき水の量は、０．８g/min（水蒸気ならば１L/min）程度であることから、水の気化に要する熱量は、８００〜１０００℃程度まで予熱された処理対象ガスＦが有する熱量に比べて微量であることから、水の気化熱に処理対象ガスＦが有する熱を用いても問題は生じない。

また、本実施例に係るガス処理装置１０は、ガス処理装置１０に供給される処理対象ガスＦを水洗する入口スクラバー１４を備えているので、処理対象ガスＦに含まれている固形成分や水溶性成分を処理対象ガスＦがプラズマ分解機１２に供給される前に予め除去しておくことができる。また、入口スクラバー１４の水噴射ノズル１０２に水Ｗを通流させる水供給装置１０４は、処理対象物の流量がゼロのとき、水供給制御手段１０６からの停止信号Ｓ３を受けて停止するようになっている。このため、処理対象物がゼロであるにもかかわらず入口スクラバー１４で水Ｗが噴射されることにより、処理対象ガスＦ中に混入した水Ｗが反応器２２において熱分解され、当該水Ｗに由来する酸素と高温の作動ガスＧとが反応して窒素酸化物が副生されるのを回避することができる。

また、ガス処理装置１０は、冷却部１３で冷却された排ガスＲを水洗する出口スクラバー１５を備えているので、排ガスＲに含まれている固形成分や水溶性成分を除去し、より清浄な排ガスＲとしてガス処理装置１０から排出することができる。なお、出口スクラバーで水洗されるのは、冷却部で冷却された排ガス、つまり、窒素酸化物が生成しない温度まで冷却された排ガスの排ガスであるから、出口スクラバーにおいて噴射された水に由来する酸素によって窒素酸化物が不所望に副生されるおそれはない。なお、上記湿式スクラバーで使用する水として、冷却部１３から排出された温度の高い冷却水Ｃを用いることが好適である。温度の高い水は分子運動が活発であり、この水を排ガスＲに噴霧することにより、排ガスＲの洗浄効率を向上させることができるからである。

また、大気圧プラズマＰは、プラズマ発生装置１６の内部で発生した後、反応器２２内に供給される。これに対し、処理対象ガスＦは、反応器２２の内管４８に設けられた処理対象ガス導入口５０を通って内管４８の内側に与えられる。つまり、処理対象ガスＦはプラズマ発生装置１６の内部を通過しないので、プラズマ発生装置１６の内部で大気圧プラズマＰと処理対象ガスＦとが接触するのを回避することができる。

したがって、ガス処理装置１０によれば、窒素酸化物の副生量を極小化することができる。すなわち、大気圧プラズマＰと酸素を含む処理対象ガスＦとが接触する際の温度が高いほど、窒素酸化物が副生される可能性は高くなるが、この発明に係るプラズマ分解機１２は反応器２２とは別にプラズマ発生装置１６を備えているので、最も高温となる「大気圧プラズマＰが発生する部分」を処理対象ガスＦが供給される反応器２２から離隔することができ、この最も高温となる部分に酸素を含む処理対象ガスＦが入ることを防止することができる。

また、処理対象ガスＦはプラズマ発生装置１６内を通過しないので、大気圧プラズマＰを発生させる電極１６ｂ、１６ｃなどが処理対象ガスＦと接触して腐食するおそれがない。

また、単に処理対象ガスＦを予熱するだけでも低温分解性の処理対象ガスＦは分解されてしまうので、パーフルオロカーボンのような難分解性の処理対象ガスＦに対して効率的に熱エネルギーを与えることができる。したがって、大気圧プラズマＰの出力を低減して反応器２２内の温度を１１００℃〜１３００℃の範囲に設定した場合であっても、難分解性の処理対象ガスＦを十分に分解することができるとともに、大流量の処理対象ガスＦを処理することも可能となる。また、このように大気圧プラズマＰの出力を低減することによって、プラズマ発生装置１６や反応器２２の熱劣化による損傷を遅延させることができる。

さらに、本実施例のプラズマ分解機１２では、反応器２２内の温度を検出すると共に、この温度検出値に応じてプラズマ発生装置１６に送給する作動ガスＧの量を増減させ、反応器２２内の温度が所定の値となるように大気圧プラズマＰの出力を制御している。つまり、反応器２２内の温度が所定値より高くなると作動ガスＧの送給量を減らして大気圧プラズマＰの出力を低下させ、逆に、反応器２２内の温度が所定値より低くなると作動ガスＧの送給量を増やして大気圧プラズマＰの出力を上昇させるようにしている。

このため、反応器２２内の温度が上述のように難分解性のパーフルオロカーボンを容易に熱分解できる所定の温度(概ね１３００℃以上でかつ反応器２２にダメージを与えないような温度)となるように設定すると、温度検出手段５８にて検出された反応器２２内の温度に応じて質量流量制御手段３８が作動して作動ガスＧの送給量が増減され、大気圧プラズマＰの出力が調節される。この結果、反応器２２内の温度は常に設定温度に保持され、難分解性のパーフルオロカーボンを含むあらゆる種類のＰＦＣs等（処理対象物）を反応器２２内にて確実に除害することができる。また、プラズマ発生装置１６や反応器２２は大気圧プラズマＰの出力が極大化した際に生じる超高温の熱に定常的に曝されることがないため、これらの部材が超高温の熱によって損傷するのを極力遅延させることができる。

本実施例に係るガス処理装置１０を用いて処理対象ガスＦの熱分解を行った。ガス処理装置１０の運転条件として、温度検出手段５８のコントローラ５８ｂにおける温度設定値は１２００℃とした。また、プラズマの直流電圧は１００Ｖ程度で直流電流を６０Ａで一定とした。この結果、作動ガスＧとしての窒素ガスの流量は、ほぼ２０L（リットル）/min程度となった。また、熱交換器７２への冷却水Ｃは２０℃のものを１０L/minで流通し、冷却を続けた。ちなみに、熱交換器７２から排出された排ガスＲの温度は５０℃であった。

このような条件の下で８０L/minの窒素に１００cc/minのＣＦ₄を含む処理対象ガスＦを処理するため、４通りの方法で分解処理を行った。

まず、分解助剤Ａを添加せずに処理対象ガスＦの処理を行った。このとき、ＣＦ₄の分解率は９０％で熱交換器７２の出口における窒素酸化物の濃度はＮＯ、ＮＯ₂ともに検知限界の１ppm未満であった。

次に、分解助剤Ａとして水素ガス３L/minをノズル６０から処理対象ガスＦに添加した。水素ガスの流量は流量計６４で確認しつつ、流量調整バルブ６６を操作して行った。このとき、ＣＦ₄の分解率は９９％で熱交換器７２の出口における窒素酸化物の濃度はＮＯ、ＮＯ₂ともに検知限界の１ppm未満であった。

また、分解助剤Ａとしてアンモニアガス２L/minをノズル６０から処理対象ガスＦに添加した。そのときのＣＦ₄の分解率は９９％、熱交換器７２の出口における窒素酸化物の濃度はＮＯ、ＮＯ₂ともに検知限界の１ppm未満であった。

さらに、水をノズル６０から０．２cc/min供給した。このとき、ＣＦ₄の分解率は９９％で熱交換器７２の出口における窒素酸化物の濃度はＮＯが２０ppm、ＮＯ₂が１ppmであった。

従来の技術（プラズマ分解機３の直後に湿式スクラバーを接続する場合）では、数千ppmの窒素酸化物が発生していたことから、本発明に係るガス処理装置１０によれば、窒素酸化物の発生を極めて少なくすることができることがわかる。

なお、上述の実施例では、冷却部１３において熱交換器７２を使用する例を記載したが、冷却部１３は、排ガスＲに酸素または水分が混入しない状態で、排ガスＲを少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却することができるものであれば、例えば、長いダクトの内側に排ガスＲを通流させて、該ダクトの外側を水冷するような他の方法によるものであってもよい。また、冷却部１３における低温側媒体には、上述の実施例のように水を用いてもよいし（水冷）、気体（空冷）や油（油冷）を用いてもよい。

また、上述の実施例では、反応器２２の所定位置に段部５４を設け、段部５４より上方に耐火壁５６を設ける場合を示したが、このような段部５４を設けずに反応器２２の本体２２ａをストレートな管とし、その内周面全面或いは上方側のみに耐火壁５６を設けるようにしてもよい。但し、反応器２２の内周面全面に耐火壁５６を設けた場合には、空間Ｓを通る処理対象ガスＦの予熱効果は低下する。

また、上述の実施例では、反応器２２として二重管で構成されているものを示したが、反応器２２を三重管以上の多重管とし(図示せず)、管壁を介して径方向にて互いに隣接する密閉空間を通流する処理対象ガスＦ同士が向流し、且つ反応器２２内に噴出させた大気圧プラズマＰの噴出方向と反応器２２内部に最も近い密閉空間を通流する処理対象ガスＦの通流方向とが向流するようにしてもよい。つまり、反応器２２の内部に最も近い二重管部分において大気圧プラズマＰの噴出方向と当該二重管部分の密閉空間を通流する処理対象ガスＦの通流方向とが向流するようにしていれば、その外側を通流する処理対象ガスＦの流路はいかなるものであってもよい。なお、上述したように三重管以上の多重管を用いれば、反応器２２の管壁を通して外部へと放散される熱をより効果的に処理対象ガスＦの予熱に利用することができる。

また、上述の実施例では、図１に示すように、プラズマ発生装置１６と反応器２２とを上下に配設して大気圧プラズマＰを垂直方向に噴出させる場合を示したが、プラズマ発生装置１６と反応器２２とを水平方向に配設すると共に、大気圧プラズマＰを水平方向に噴出させるようにしてもよい。

また、本実施例では、大気圧プラズマＰを発生させる装置として、直流アーク放電を利用するものを用いているが、大気圧プラズマＰを発生させることができるものであれば、これに限られず、マイクロ波プラズマなどの熱プラズマを用いることができる。

また、大気圧プラズマＰによる分解の際に還元雰囲気となるように処理対象ガスＦを調整しておくことにより、酸素と窒素との反応が抑制されるので窒素酸化物の発生をさらに抑制することができる。

また、水分の替わりに、水素あるいはアンモニアを分解助剤Ａとして供給してもよい。水素あるいはアンモニアを分解助剤Ａとして供給すると以下のような反応が生じる。
［化３］
ＣＦ₄＋４Ｈ₂→ＣＨ₄＋４ＨＦ
［化４］
ＳＦ₆＋４Ｈ₂→Ｈ₂Ｓ＋６ＨＦ
［化５］
３ＣＦ₄＋８ＮＨ₃→３ＣＨ₄＋４Ｎ₂＋１２ＨＦ
［化６］
３ＳＦ₆＋８ＮＨ₃→３Ｈ₂Ｓ＋４Ｎ₂＋１８ＨＦ

つまり、予熱された処理対象ガスＦに対して分解助剤Ａとしての水素あるいはアンモニアを添加すると、処理対象ガスＦが予熱されていない場合に比べて［化３］ないし［化６］に示した分解反応が発生し易い。また、水素またはアンモニアを添加しても窒素酸化物が発生する原因となる酸素を反応器に導入することにはならず、窒素酸化物の副生を助長する心配なく、処理対象ガスＦの分解効率を高めることができる。

また、処理対象ガスＦに水と反応するガスが含まれていない場合、ノズル６０から添加された水はそのまま作動ガスＧと接触して窒素酸化物の発生原因となりうる。そこで、処理対象ガスＦに水と反応するガスが含まれているか否かを検知するようにして当該ガスが含まれていないときはストップバルブ６８を閉じて水の添加を停止し、当該ガスが含まれているときはストップバルブ６８を開けて水の添加を行うといった制御をすればよい。

また、質量流量制御手段３８の比較制御回路４４に与える流量設定信号Ｌ１として、温度検出手段５８が出力する可変の信号に替えて作動ガスＧの送給量を一定にするような所定の信号を与えるとともに、図７に示すように、新たに電源ユニット１８が出力する電力を制御する電力制御手段１２６を設け、この電力制御手段１２６に温度検出手段５８が出力する信号を電流切替信号として与えるようにしてもよい。

電力制御手段１２６は、電源ユニット１８の出力する電力を可変させるためのものであり、電流検出器１２８と電流設定手段１３０とを有する。

電流検出器１２８は、カレントトランス(ＣＴ)などで構成され、電源ユニット１８の出力電流を検出して当該検出電流値に対応した所定の電圧を出力するものである。

電流設定手段１３０は、図８に示すように、可変式の基準電圧出力手段１３２(本実施例の場合はボリューム)および比較増幅器１３４で構成されており、電流検出器１２８が出力する電圧と基準電圧出力手段１３２が出力する基準電圧とを比較増幅器１３４で比較・増幅し、電源ユニット１８のインバータ３０に向けて所定の電流設定信号を出力し、これによりインバータ３０を可変操作するものである。ここで、基準電圧出力手段１３２は、配線を介して温度検出手段５８から与えられる電流切替信号によって自動的に切替えられるようになっている。また、基準電圧出力手段１３２としてボリュームを用いた場合には、電流設定手段１３０によるインバータ３０の可変操作が機械的な制御になるが、基準電圧出力手段１３２として温度検出手段５８から与えられる電流切替信号に基づいて所定のアナログ電圧を出力するＤ／Ａモジュール(図示せず)を用い、電流設定手段１３０によるインバータ３０の可変操作をリニアな連続制御とするようにしてもよい。

また、反応器２２内の温度を検出する温度検出手段５８を設け、作動ガス送給ユニット２０には温度検出手段５８が検出した温度検出値に基づきプラズマ発生室１６ｄ内に送給する作動ガスＧの量を制御する質量流量制御手段３８を設けるとともに、電源ユニット１８には温度検出手段５８が検出した温度検出値に基づきプラズマ発生装置１６の電極１６ｂ、１６ｃに供給する電力量を制御する電力制御手段１２６を取付けるようにしてもよい。

さらに、本実施例では、入口スクラバー１４と出口スクラバー１５とを別々に設けているが、１つの水貯留槽の上部に入口スクラバー本体９４および出口スクラバー本体１１２を立設して水貯留槽を共通化してもよい。このとき、入口スクラバー本体９４の内部と出口スクラバー本体１１２の内部とが互いに直接連通しないように隔壁などを設ける必要があることはいうまでもない。

また、本装置は、フッ化化合物以外にも、熱分解することのできるガスであれば、どのようなガスの処理にも用いることができる。

また、入口スクラバー１４や出口スクラバー１５において噴射する水Ｗに、処理対象ガスＦ中に含まれる固形成分や水溶性成分の水洗に適した薬剤を添加するようにしてもよい。

本発明における一実施例のガス処理装置を示す構成図である。 本発明における一実施例の電源ユニットを示す回路図である。 本発明における一実施例の質量流量制御手段を示す構成図である。 本発明における一実施例のプラズマ分解機を示す構成図である。 図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 本発明における一実施例の熱交換器本体を示す構成図である。 電力制御手段を備える実施例を示す図である。 本発明における一実施例の電力制御手段を示す構成図である。 従来のプラズマ分解機を示す図である。

符号の説明

Ａ… 分解助剤
Ｃ… 冷却水
Ｆ… 処理対象ガス
Ｇ… 作動ガス
Ｌ１… 流量設定信号
Ｌ２… 温度検出信号
Ｓ１、Ｓ２… 流量信号
Ｓ３… 停止信号
Ｓ４… 作動信号
Ｐ… 大気圧プラズマ
Ｒ… 排ガス
Ｓ… 空間
１０… ガス処理装置
１２… プラズマ分解機
１３… 冷却部
１４… 入口スクラバー
１５… 出口スクラバー
１６… プラズマ発生装置
１６ａ… トーチボディ
１６ｂ… アノード（電極）
１６ｃ… カソード（電極）
１６ｄ… プラズマ発生室
１６ｅ… プラズマ噴出孔
１６ｆ… 作動ガス送給口
１８… 電源ユニット
２０… 作動ガス送給ユニット
２０ａ… 貯蔵タンク
２０ｂ… 作動ガス送給配管
２２… 反応器
２３… 分解助剤送給ユニット
２４… 交流電源
２６… 整流器
２８… 直流フィルタ
３０… インバータ
３２… 変圧器
３４… 整流器
３６… 直流フィルタ
３８… 質量流量制御手段
４０… 流量センサ
４２… コントロールバルブ
４４… 比較制御回路
４６… 外管
４８… 内管
５０… 処理対象ガス導入口
５２… 処理対象ガス送給口
５４… 段部
５６… 耐火壁
５８… 温度検出手段
５８ａ… 熱電対
５８ｂ… コントローラ
６０… ノズル
６２… 配管
６４… 流量計
６６… 流量調整手段（流量調整バルブ）
６８… ストップバルブ
６９… 流量制御手段
７０… 排ガス導入ダクト
７２… 熱交換器
７４… 排ガス排出ダクト
７６… 耐火材
７７… ケーシング
７８… 伝熱管
８０… プレート
８２… 冷却水入口孔
８４… 冷却水導入管
８６… 冷却水出口孔
８８… 冷却水排出管
９０… 入口ダクト
９２… 出口ダクト
９４… 入口スクラバー本体
９５… 水噴射手段
９６… 入口ダクト接続孔
９８… 出口ダクト接続孔
１００… 水貯留槽
１０２… 水噴射ノズル
１０２ａ… スプレーノズル
１０２ｂ… 配管
１０４… 水供給装置
１０６… 水供給制御手段
１０７… フィルタ
１０８… 入口ダクト
１１０… 出口ダクト
１１２… 出口スクラバー本体
１１４… 水噴射手段
１１６… 入口ダクト接続孔
１１８… 出口ダクト接続孔
１２０… 水貯留槽
１２２… 水噴射ノズル
１２２ａ… スプレーノズル
１２２ｂ… 配管
１２４… 水供給装置
１２６… 電力制御手段
１２８… 電流検出器
１３０… 電流設定手段
１３２… 基準電圧出力手段
１３４… 比較増幅器

Claims (13)

1. 大気圧プラズマおよび前記大気圧プラズマに向けて供給される処理対象ガスを囲繞し、その内部にて前記処理対象ガスの熱分解を行う反応器を有し、窒素ガスを作動ガスとして使用するプラズマ分解機、および
   前記プラズマ分解機から排出された熱分解後の前記処理対象ガスと前記作動ガスとを含む排ガスに酸素または水分が混入しない状態で、前記排ガスを少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却する冷却部を備えるガス処理装置。
2. 前記冷却部は、熱交換器を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のガス処理装置。
3. 前記処理対象ガスに分解助剤として水分を送給する分解助剤送給ユニットを備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のガス処理装置。
4. 前記処理対象ガスに分解助剤として水素またはアンモニアを送給する分解助剤送給ユニットを備えていることを特徴とする、請求項１または２に記載のガス処理装置。
5. 前記分解助剤送給ユニットは、前記分解助剤を前記処理対象ガスに送給する配管と、前記配管内を通流する前記分解助剤の流量を調整する流量調整手段と、前記処理対象ガス中の処理対象物の流量信号に基づいて前記流量調整手段に前記処理対象物の流量に応じた前記分解助剤の流量信号を出力する流量制御手段とを有することを特徴とする、請求項３または４に記載のガス処理装置。
6. 前記反応器は外管および前記大気圧プラズマを囲繞する内管で構成された二重管構造を有しており、
   前記外管には、前記処理対象ガスを前記外管と前記内管との間の空間に導入する処理対象ガス導入口が設けられており、
   前記内管には、前記空間を通流した後の前記処理対象ガスを前記大気圧プラズマに向けて吹き込む処理対象ガス送給口が設けられていることを特徴とする、請求項５に記載のガス処理装置。
7. 前記分解助剤は、前記外管と前記内管との間の前記空間または前記処理対象ガス送給口に供給されることを特徴とする、請求項６に記載のガス処理装置。
8. 前記プラズマ分解機に供給された前記処理対象ガスを水洗する入口スクラバー、および
   前記冷却部で冷却された前記排ガスを水洗する出口スクラバーを備えていることを特徴とする、請求項６または７に記載のガス処理装置。
9. 前記入口スクラバーは、前記処理対象ガスに向けて水を噴射する水噴射ノズルと、前記水噴射ノズルに前記水を供給する水供給装置と、前記処理対象ガス中の前記処理対象物の前記流量信号に基づき、前記処理対象物の流量がゼロのときは前記水供給装置を停止させ、前記処理対象物の流量がゼロより大きいときは前記水供給装置を作動させる水供給制御手段とを有することを特徴とする、請求項８に記載のガス処理装置。
10. 前記プラズマ分解機は、内部で発生させた前記大気圧プラズマを前記反応器に供給するプラズマ発生装置を備えていることを特徴とする、請求項６ないし９のいずれかに記載のガス処理装置。
11. 前記反応器には前記反応器内の温度を検出する温度検出手段が設けられており、
    前記プラズマ分解機には、前記温度検出手段が検出した温度検出値に応じて、前記大気圧プラズマに送給する前記作動ガスの量を制御する質量流量制御手段が設けられていることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のガス処理装置。
12. 前記処理対象ガスがフッ化化合物であることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のガス処理装置。
13. 窒素ガスを作動ガスとして使用する大気圧プラズマに処理対象ガスを供給して前記処理対象ガスを熱分解し、
    熱分解された前記処理対象ガスと前記作動ガスとを含む排ガスに酸素および水分が混入しない状態で、前記排ガスを少なくとも窒素酸化物が生成しない温度まで冷却するガス処理方法。