JP2001110595A

JP2001110595A - アークプラズマ発生方法並びに物質処理方法及び装置

Info

Publication number: JP2001110595A
Application number: JP28381699A
Authority: JP
Inventors: Ryoda Sato; 亮拿佐藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 1999-10-05
Publication date: 2001-04-20

Abstract

(57)【要約】【目的】非移行性の交流アークプラズマであるマルチ
アークプラズマにより有害物質を無害化処理する際の処
理効率を高める。【構成】マルチアークプラズマを発生させるために複
数本の電極棒１ａ，１ｂ，１ｃに印加される多相交流電
圧に高電圧パルス及び／又はマイクロ波を重畳する。少
ない投入エネルギーでマルチアークプラズマが強化さ
れ、マルチアークプラズマによる処理効率が上がる。マ
ルチアークプラズマにより処理される被処理物質にマイ
クロ波を照射する。少ない投入エネルギーでマルチアー
クプラズマによる処理効率が上がる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の物質を無害
化処理するのに適したアークプラズマの発生方法、並び
にそのアークプラズマを用いた各種物質の処理方法及び
処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＰＣＢ、ダイオキシン、重金属等
の難分解性物質による土壌、ヘドロ、液体、気体等の汚
染が大きな問題となっており、この汚染は現在も急速に
進み続けている。従って、これら汚染物質の無害化処理
は、地球的規模で急ぎ進めなければならない重要課題で
ある。しかしながら、難分解性物質で汚染された各種汚
染物質の無害化処理は、当然のことながら非常に困難で
ある。

【０００３】この困難を解消する技術として最近、大き
な注目を集めているのが、本出願人が開発したマルチア
ークである。従来のマルチアークの発生原理を図１３
（ａ）〜（ｃ）に示す。マルチアークを発生させるため
には、図１３（ａ）に示すように、先端を所定の間隔で
突き合わせて中心線の周囲に対称的に配置した複数本の
電極棒１ａ，１ｂ，１ｂを用いる。そして、電極棒１
ａ，１ｂ，１ｂにトランス２を介して位相が異なる電圧
を印加する。これにより、複数本の電極棒１ａ，１ｂ，
１ｂから非移行性アークが発生する。

【０００４】このマルチアークは、超高温のプラズマを
伴う他、強力な回転磁界、電磁振動を伴い、更に紫外線
等の各種波動エネルギー等も伴う。このため、このマル
チアークプラズマを各種汚染物質に照射することによ
り、汚染物質中のＰＣＢ、ダイオキシン、重金属等の難
分解性物質が複合的なエネルギー作用により分子レベル
で効率よく分解し無害化される。

【０００５】即ち、電極棒１ａ，１ｂ，１ｂに印加され
る印加電圧は、通常は図１３（ｂ）に示すように、電極
棒１ａ，１ｂ，１ｂの数（通常３の倍数）に応じた多相
交流電圧（通常３相交流電圧）である。このため、マル
チアークプラズマは、図１３（ｃ）に示すように、通常
の対極を必要とする直流の移行性プラズマと比べて、エ
ネルギーがその合成により多大となり、しかも直流のよ
うに安定し、強大なプラズマを発生させることができる
と共に、強力な回転磁界、電磁振動、紫外線等の各種波
動エネルギーを発生させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
環境汚染は急速に進んでおり、これに伴い、各種汚染物
質を大量に処理する必要が生じた。その結果、マルチア
ークプラズマと言えども、処理施設は非常に大きくな
り、その数も非常に多く必要となる。このため、マルチ
アークプラズマによる物質処理効率を更に向上させる必
要が生じた。

【０００７】本発明はかかる事情に鑑みて創案されたも
のであり、物質処理効率に優れたマルチアークプラズマ
を発生できるアークプラズマ発生方法を提供することを
第１の目的とする。また、本発明の第２の目的は、マル
チアークプラズマによる処理効率を簡単に向上させるで
きる物質処理方法及び装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明にかかるアークプラズマ発生方法は、
先端を所定の間隔で突き合わせて中心線の周囲に対称的
に配置した複数本の電極棒に位相が異なる電圧を印加し
て、複数本の電極棒から非移行性のアークプラズマを発
生させるアークプラズマ発生方法において、前記アーク
プラズマに高電圧パルス成分及び／又はマイクロ波成分
を付加する構成とする。

【０００９】アークプラズマに高電圧パルス成分及び／
又はマイクロ波成分を付加するための具体的手段として
は、複数本の電極棒に印加される電圧、好ましくはアー
ク発生用多相交流電圧の各相に、高電圧パルス及び／又
はマイクロ波を重畳させるのがよい。高電圧パルスは、
例えばコンデンサ放電やトランスにより発生させること
ができ、これらを複合的に使用することもできる。

【００１０】本発明にかかるアークプラズマ発生方法に
よると、少ない投入エネルギーでマルチアークプラズマ
のもつエネルギーが飛躍的に向上し、マルチアークプラ
ズマによる物質処理効率が大幅に向上する。

【００１１】即ち、マルチアークプラズマによる物質処
理効率は、電極棒に印加される電圧の波高と過渡特性に
影響される。例えば、電極印加電圧に高電圧パルスを重
畳させると、印加電圧の波高が高くなり、物質処理効率
が上がる。高電圧パルスが最大電圧に達した後、波尾を
徐々に低下させると、各相毎の回転磁界のエネルギーが
増し、高電圧パルスはこの面からも物質処理効率を高め
る。マイクロ波は２４５０ＭＨｚで物質に同期共振作用
を引き起こす。これらのパワーがマルチアークプラズマ
のパワーに重畳され、原子レベル・分子レベルの結合分
離が起こることにより、物質処理効率が高められる。

【００１２】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明にかかる物質処理方法は、先端を所定の間隔で突
き合わせて中心線の周囲に対称的に配置した複数本の電
極棒に位相が異なる電圧を印加して、複数本の電極棒か
ら非移行性のアークプラズマを発生させ、そのアークプ
ラズマを物質に照射して物質を処理する物質処理方法に
おいて、前記物質にマイクロ波を照射するものである。

【００１３】また、本発明にかかる物質処理装置は、先
端を所定の間隔で突き合わせて中心線の周囲に対称的に
配置した複数本の電極棒に位相が異なる電圧を印加し
て、複数本の電極棒から非移行性のアークプラズマを発
生させ、そのアークプラズマを物質に照射するプラズマ
照射手段と、前記物質にマイクロ波を照射するマイクロ
波照射手段とを備えたものである。

【００１４】本発明にかかる物質処理方法及び装置で
は、マルチアークプラズマによる被処理物質にマイクロ
波が照射されることにより、少ない投入エネルギーで物
質処理能力が効果的に向上する。

【００１５】即ち、マルチアークプラズマによる物質処
理効率を向上させるための具体的手段として、本発明に
かかるアークプラズマ発生方法は、マルチアークプラズ
マの発生段階で高電圧パルス及び／又はマイクロ波を付
加して、プラズマそのものエネルギーを増強するのに対
し、本発明にかかる物質処理方法及び装置は、処理段階
で被処理物にマイクロ波を付加的に照射して、総合的な
処理エネルギーを効率的に増強するものである。

【００１６】そして、両者を組み合わせるならば、特に
優れた物質処理効率が得られることは言うまでもない。
なお、本発明にかかる物質処理方法及び装置で用いられ
るマイクロ波は回転場にして照射するのが好ましく、そ
の回転場を移動させるのが更に好ましい。

【００１７】マルチアークプラズマを物質処理に使用す
ることの効能を列記すると以下の通りである。マルチア
ークプラズマ発生段階での高電圧パルス及び／又はマイ
クロ波の使用、物質処理段階でのマイクロ波の使用、更
にはこれらの併用は、以下に記載する効能を飛躍的に高
め、産業上多大の効果を奏するものである。

【００１８】第１に、放射性物質をコンクリートや金属
で封入した固形廃棄物の容器ぐるみの無害化処理を可能
にするだけでなく、これら全てを溶融したものを微細化
して健康に良い商品として再生できる。

【００１９】第２に、放射能汚染した冷却水等の液体の
無害化処理を可能にする。液体分を全て蒸発させ、残渣
を全て溶融微細化して健康に良い商品に転化できる。

【００２０】第３に、原子力発電所の冷却工程で繁殖す
る貝類、クラゲ等の無害化処理と商品化を可能にする。

【００２１】第４に、原子力発電所での事故で発生する
汚染水や汚染物の処理再生を可能にする。

【００２２】第５に、水を水素と酸素に分解し、発電そ
の他への利用を可能にする。

【００２３】第６に、メッキ汚泥、現像廃液、農薬汚染
水、埋立地の有害排水、ヘドロ、その他の工業的汚染物
質を処理再生できる。

【００２４】第７に、ダイオキシン、ＰＣＢ等の難分解
性毒性物質及びこれによる各種汚染物質を処理再生でき
る。

【００２５】第８に、チタン、モリブデン等の直接精錬
の他、従来分離不可能であったトリウム等の純粋取り出
しを可能にする。

【００２６】第９に、廃油、廃棄物から製造された固形
燃料、その他の有機物の燃料ガス化及びこれによる新種
発電を可能する。

【００２７】第１０に、病院や各種生物実験で生じる生
物学的及び化学的な汚染物質の無害化処理を可能にす
る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１はアークプラズマ発生方法に使
用されるアーク発生回路の基本構成図、図２（ａ）は同
アーク発生回路に使用されるパルス発生回路の構成図、
（ｂ）は同パルス発生回路を使用したときの印加電圧の
波形図、（ｃ）は同パルス発生回路を使用したときの合
成エネルギーの波形図である。

【００２９】本実施形態にかかるアークプラズマ発生方
法では、図１に示すように、先端を所定の間隔で突き合
わせて中心線の周囲に対称的に配置した複数本の電極棒
１ａ，１ｂ，１ｃが使用される。各電極棒は炭素棒であ
る。電極棒１ａ，１ｂ，１ｃにはトランス２を介して位
相が異なる多相交流電圧が印加される。ここで、トラン
ス２の１次側の各相コイル２ａ，２ｂ，２ｃには、パル
ス発生回路３ａ，３ｂ，３ｃがそれぞれ組み合わされて
いる。

【００３０】各パルス発生回路は、図２（ａ）に示すよ
うに、トランスＴで昇圧した２０００Ｖ程度の高電圧で
コンデンサＣを充電し、それをスイッチ回路Ｓの作動に
より１／１０００秒以下の短時間で放電することによ
り、高電圧パルスＰを所定周期で発生させる構成であ
る。

【００３１】このような構成のパルス発生回路３ａ，３
ｂ，３ｃをトランス２の１次側の各相コイル２ａ，２
ｂ，２ｃに組み合わせることにより、電極棒１ａ，１
ｂ，１ｃに印加される印加電圧は、図２（ｂ）に示すよ
うに、本来の多相交流電圧の各相に所定周期で高電圧パ
ルスＰが重畳された合成波となる。

【００３２】その結果、電極棒１ａ，１ｂ，１ｃから発
生するマルチアークプラズマは、図２（ｃ）に示すよう
に、本来の平滑な合成エネルギーにパルスエネルギーが
重畳されたものになる。このようなマルチアークプラズ
マが高い物質処理効率を示すことは前述した通りであ
る。

【００３３】図３（ａ）は別のパルス発生回路の構成
図、（ｂ）は同パルス発生回路を使用したときの印加電
圧の波形図、（ｃ）は同パルス発生回路を使用したとき
の合成エネルギーの波形図である。

【００３４】前述の実施形態では、パルス発生回路３
ａ，３ｂ，３ｃとして、コンデンサ放電によるものを使
用したが、図３（ａ）に示すように、スイッチＳ１，Ｓ
２によりトランスＴを操作して瞬間的に高電圧パルスＰ
を発生せるものでもよい。

【００３５】このような高電圧パルスＰを本来の多相交
流電圧に重畳することによっても、前述の実施形態と同
様に、マルチアークプラズマによる物質処理効率を向上
させることができる〔図３（ｂ）（ｃ）参照〕。

【００３６】図４（ａ）はパルス発生回路に代わるマイ
クロ波発生回路の構成図、（ｂ）は同マイクロ波発生回
路を使用したときの印加電圧の波形図、（ｃ）は同マイ
クロ波発生回路を使用したときの合成エネルギーの波形
図である。

【００３７】前述の２つの実施形態では、多相交流電圧
に高電圧パルスを重畳したが、図４（ａ）に示すマイク
ロ波発生回路をトランス２の１次側の各相コイル２ａ，
２ｂ，２ｃに組み合わせることもできる。こうすると、
電極棒１ａ，１ｂ，１ｃに印加される印加電圧は、図４
（ｂ）に示すように、本来の多相交流電圧の各相にマイ
クロ波Ｍが重畳された合成波となる。

【００３８】その結果、電極棒１ａ，１ｂ，１ｃから発
生するマルチアークプラズマは、図４（ｃ）に示すよう
に、本来の平滑な合成エネルギーにマイクロ波エネルギ
ーが重畳されたものになる。このようなマルチアークプ
ラズマが高い物質処理効率を示すことも前述の通りであ
る。

【００３９】なお、マイクロ波発生回路は、図４（ａ）
では、マグネトロンＭＴを利用する周知構成のものとさ
れているが、これに限定されないことは言うまでもな
い。

【００４０】前述の３つの実施形態では、本来の印加電
圧である多相交流電圧に高電圧パルスＰ又はマイクロ波
Ｍを選択的に重畳したが、図５（ａ）（ｂ）に示すよう
に、高電圧パルスＰ及びマイクロ波Ｍの両方を重畳する
ことも可能である。高電圧パルスＰはコンデンサパルス
とトランスパルスを組み合わせたものがよい。これらの
場合、エネルギー的にもそれぞれのエネルギーが重畳さ
れ、物質処理効率が特に向上する。パルス発生回路及び
マイクロ波発生回路は、これまでの例ではトランス２の
１次側の各相コイル２ａ，２ｂ，２ｃに組み合わせた
が、２次側の各相コイルに組み合わせてもよい。

【００４１】以上、本発明の実施形態をアークプラズマ
発生方法について説明したが、次に、被処理物へのマイ
クロ波の直接照射についての実施形態を説明する。

【００４２】図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の実施形
態にかかる物質処理方法及び装置で使用されるマイクロ
波照射機構の説明図である。

【００４３】本発明にかかる物質処理方法及び装置で
は、被処理物にマルチアークプラズマと共にマイクロ波
が直接照射される。その結果、マイクロ波による加熱作
用により、マルチアークプラズマによる物質処理効率が
向上する。

【００４４】ここで、マイクロ波は通常は或る１点に照
射され、１次元的な作用のみを発揮するが、図６（ａ）
に示すように、複数本のマイクロ波発射トーチ４ａ，４
ｂ，４ｃを一組とするトーチ群４′を使用して、マルチ
アークの如き回転場を形成することにより、超微視的に
は螺旋状のパワーとして時間的、空間的に多次元の作用
が発揮され、物質処理効率が一層向上する。

【００４５】マイクロ波の回転場を形成するためには、
マルチアークと同様、複数本のマイクロ波発射トーチ４
ａ，４ｂ，４ｃで各マイクロ波の位相をずらせる。マイ
クロ波発射トーチ４ａ，４ｂ，４ｃの本数も、マルチア
ークの場合と同様、３又はその倍数が好ましい。マイク
ロ波発射トーチ４ａ，４ｂ，４ｃの配置形態は、回転場
形成の点からは中心線の周囲に対称的に配置するのが好
ましい。なお、マイクロ波発射トーチ４ａ，４ｂ，４ｃ
は導波管により構成されている。

【００４６】複数本のマイクロ波発射トーチ４ａ，４
ｂ，４ｃを組み合わせたトーチ群４′を使用してマイク
ロ波の回転場を形成する技術は以上のように物質処理に
非常に有効であるが、図６（ｂ）（ｃ）に示すように、
そのトーチ群４′を複数組み合わせて回転させることに
より、物質処理効率は更に向上する。図６（ｂ）では、
複数本のトーチ群４′，４′，４′は回転方向に配列さ
れている。この場合は、エネルギーの重畳的作用が期待
できる。図６（ｃ）では、複数本のトーチ群４′，
４′，４′は回転方向に直角な半径方向に配列されてい
る。この場合は、エネルギー作用の領域を拡大できる。
つまり、前者は強力なエネルギーを必要とするときに有
効であり、後者は影響範囲を広げるのに有効である。

【００４７】以下に物質処理方法及び装置についての実
施形態を説明する。

【００４８】図７は本発明の実施形態にかかる物質処理
装置の概略構成図、図８は図７のＡ−Ａ線矢示図、図９
は図７のＢ−Ｂ線矢示図、図１０は図７のＣ−Ｃ線矢示
図である。

【００４９】本実施形態にかかる物質処理装置は、図７
に示すように、液体ＰＣＢ等の難分解性物質からなる第
１被処理物Ｘと、ＰＣＢ等の難分解性物質により汚染さ
れた汚染土壌等の第２被処理物Ｙとを、マルチアークプ
ラズマとマイクロ波との組み合わせにより効率的に無害
化処理するものである。

【００５０】この物質処理装置は、第１被処理物Ｘを処
理する第１処理部１０と、第２被処理物Ｙを処理する第
２処理部２０と、第２処理部２０へ第２被処理物Ｙを導
入する第１導管３０と、第２処理部２０で処理を終えた
処理物を排出する第２導管４０と、最終の処理物を収容
する最終収容部５０と、第１処理部１０で生じたガスを
燃料ガスとして第２処理部２０に導く第３導管６０とを
備えている。

【００５１】第１処理部１０は、第１被処理物Ｘを収容
するルツボ１５と、ルツボ１５内の第１被処理物Ｘにマ
ルチアークプラズマを照射するために設けられた複数本
の電極棒１１，１１・・と、同じくルツボ１５内の第１
被処理物Ｘにマイクロ波を照射するために設けられた複
数本のマイクロ波発射トーチ１４，１４・・とを備えて
いる。

【００５２】炭素棒からなる複数本の電極棒１１，１１
・・は、ルツボ１５内の第１被処理物Ｘに上方から対向
するように、所定の間隔で先端を突き合わせて中心線の
周囲に傾斜配置されている。これらの電極棒１１，１１
・・には、電極棒１１，１１・・の本数に対応した本来
の多相交流電圧に高電圧パルス及び又はマイクロ波が重
畳された合成波が印加される。これにより、電極棒１
１，１１・・は下方へ強力なマルチアークプラズマを発
生し、これをルツボ１５内の第１被処理物Ｘに上方から
照射する。

【００５３】複数本のマイクロ波発射トーチ１４，１４
・・は、図８に示すように、３本を一組として電極棒１
１，１１・・の各間に配置され、且つルツボ１５内の第
１被処理物Ｘに上方から対向するように傾斜配置されて
いる。３本１組のマイクロ波発射トーチ１４，１４・・
は、各マイクロ波（２４５０ＭＨｚ）の位相を１２０°
ずらすことによりマイクロ波の回転場を形成し、これを
ルツボ１５内の第１被処理物Ｘに上方から照射する。

【００５４】第２処理部２０に第２被処理物Ｙを導入す
る第１導管３０は、モータで駆動される螺旋羽根状の搬
送機３５を内部に備えている。第１導管３０の上半部に
は、図９に示すように、複数本のマイクロ波発射トーチ
３４，３４・・が取付けられている。複数本のマイクロ
波発射トーチ３４，３４・・は、３本１組でマイクロ波
の回転場を形成し、これを第１導管３０内を搬送される
第２被処理物Ｙに照射して、第２被処理物Ｙを予備加熱
する。

【００５５】第２処理部２０は、当該処理部内に導入さ
れた第２被処理物Ｙに上方からマルチアークプラズマを
照射する複数本の電極棒２１，２１・・と、同第２被処
理物Ｙに上方からマイクロ波を照射する複数本のマイク
ロ波発射トーチ２４，２４・・とを備えている。

【００５６】複数本の電極棒２１，２１・・は、第１処
理部１０に設けられた複数本の電極棒１１，１１・・と
同様の構成であり、高電圧パルス及び／又はマイクロ波
が重畳された多相交流電圧を印加されることにより、強
力なマルチアークプラズマを発生し、第２処理部２０内
の第２被処理物Ｙに照射する。複数本のマイクロ波発射
トーチ２４，２４・・も、第１処理部１０に設けられた
複数本のマイクロ波発射トーチ１４，１４・・と同様
に、第２処理部２０内の第２被処理物Ｙにマイクロ波を
回転場として照射する。

【００５７】第２処理部２０と最終容器５０を繋ぐ第２
導管４０は、第２処理部２０で生じた溶融状態の処理物
を自重で最終容器５０に導けるように傾斜管となってい
る。第２導管４０には、複数本のマイクロ波発射トーチ
４４，４４・・と、複数本の電極棒４１，４１・・とが
設けられている。複数本のマイクロ波発射トーチ４４，
４４・・も、他のマイクロ波発射トーチと同様、第２導
管４０内を流動する処理物にマイクロ波を回転場にして
上方から照射する。複数本の電極棒４１，４１・・も、
他の電極棒と同様、高電圧パルス及び／又はマイクロ波
が重畳された多相交流電圧を印加されることにより、強
力なマルチアークプラズマを第２導管４０内の処理物に
上方から照射する。

【００５８】第１処理部１０と第２処理部２０を繋ぐ第
３導管６０は、上方に凸の曲管部を中間部に有し、第１
処理部１０で発生するガスを第２処理部２０に上方から
供給する構造になっている。第３導管６０には、複数本
のマイクロ波発射トーチ６４，６４・・が、第１処理部
１０の真上に位置して設けられている。マイクロ波発射
トーチ６４，６４・・は、図１０に示すように、第３導
管６０内を通過する高温ガスにマイクロ波を効率的に照
射するために放射状に設けられ、且つ回転場を形成する
構成になっている。

【００５９】次に、本実施形態にかかる物質処理装置を
用いた物質処理方法について具体的に説明する。

【００６０】第１処理部１０では、ルツボ１５内に収容
された液体ＰＣＢ等の第１被処理物Ｘが、複数本の電極
棒１１，１１・・から発生するマルチアークプラズマに
より高温熱処理され、ガス化する。マルチアークプラズ
マは、前述した通り、超高温、強力な回転磁界、電磁振
動、更に紫外線等の各種波動エネルギー等を伴い、ＰＣ
Ｂ、ダイオキシン、重金属等の難分解性物質について
も、複合的なエネルギー作用により分子レベルで効率よ
く分解し無害化する。

【００６１】しかも、マルチアークプラズマは、高電圧
パルス及び／又はマイクロ波が重畳された多相交流電圧
により発生し、これまでのマルチアークプラズマよりエ
ネルギーレベルが高い。更に、このハイパワーのマルチ
アークプラズマに加え、複数本のマイクロ波発射トーチ
１４，１４・・から発射されたマイクロ波によって、ル
ツボ１５内の第１被処理物Ｘが重畳的に処理される。こ
れらのため、第１処理部１０での無害化処理効率は非常
に高いものになる。

【００６２】第１処理部１０での無害化処理に伴い、高
温の無害ガスが発生する。この無害ガスは、第３導管６
０を通って第２処理部２０に送られる。このとき、無害
ガスはマイクロ波発射トーチ６４，６４・・から発射さ
れるマイクロ波の回転場によってもう一度処理され、無
害性を高められて第２処理部２０に送られる。

【００６３】第２処理部２０では、第１導管３０により
導入された汚染土壌等の第２被処理物Ｙが、複数本の電
極棒２１，２１・・から発生するマルチアークプラズマ
により高温熱処理され、溶融される。このマルチアーク
プラズマも、高電圧パルス及び／又はマイクロ波が重畳
された多相交流電圧により発生したものであり、しか
も、複数本のマイクロ波発射トーチ２４，２４・・から
発射されるマイクロ波の回転場と組み合わされている。
その上、第２処理部２０に導入される第２被処理物Ｙ
は、第１導管３０で複数本のマイクロ波発射トーチ３
４，３４・・から発射されるマイクロ波の回転場により
予備加熱されている。これらのため、第２被処理物Ｙ内
に含まれる難分解性物質も第１被処理物Ｘと同様、極め
て効率よく分解され無害化される。

【００６４】加えて、第２処理部２０には、第１処理部
１０での無害化処理に伴って発生した高温の無害ガスが
第３導管６０を通って供給される。この無害ガスは、第
２処理部２０内でマルチアークプラズマを通過し、この
とき燃焼してマルチアークプラズマの火勢を強めるの
で、有効な燃料ガスとなる。つまり、第１処理部１０で
の無害化処理に伴って発生した高温の無害ガスが、第２
処理部２０でのマルチアークプラズマの燃料ガスとして
利用される。

【００６５】第２処理部２０での高温熱処理によって生
じた溶融物は、第２導管４０を通って最終容器５０に送
られるが、このときも、マイクロ波発射トーチ４４，４
４・・により形成されたマイクロ波の回転場と、複数本
の電極棒４１，４１・・で発生したマルチアークプラズ
マとによる処理が行われるため、その無害性が一層向上
する。即ち、今までの作用点に１方向から付加される波
動的影響が、ここでは回転場と螺旋場の波動パワーとな
って作用を増加する。

【００６６】最終容器５０内に収容された溶融状態の最
終処理物は、これらのパワーが重畳されたマルチアーク
プラズマ及びマイクロ波で完全無害化されており、廃棄
処分して問題ないだけでなく、溶融セラミックや溶融金
属を金型処理することによって各種有益物の製造にも利
用可能である。

【００６７】即ち、本実施形態にかかる物質処理装置、
及びこれを用いた物資処理方法によれば、ＰＣＢ、ダイ
オキシン、重金属等の難分解性物質や、これらに汚染さ
れた土壌等の汚染物質が、高い効率で無害化処理され、
しかも有益物として再利用されるのである。

【００６８】なお、上記実施形態では、第１処理部１０
での無害化処理に伴って発生した高温の無害ガスを第２
処理部２０でのマルチアークプラズマの燃料ガスとして
利用したが、産業廃棄物から再生した固形燃料を燃焼さ
せたときに発生するガスを利用してもよい。固形燃料に
マルチアークプラズマを照射することにより、その固形
燃料はダイオキシンの発生を防ぎつつ熱エネルギーとし
て利用できる。また、生ゴミや都市ゴミを燃やしたとき
に生じるガスを燃料ガスとして利用することもできる。
これらの燃料ガスをマルチアークプラズマの中に通過さ
せるとき、同時に廃油又は廃油と水を混ぜたものをマル
チアークプラズマ中に霧状に噴射してもよい。

【００６９】また、マルチアークプラズマを発生させる
ための電極棒は、使用中、赤熱する。水や廃油をこの赤
熱した電極棒に吹きつけることにより、これら瞬時に気
化してマルチアークプラズマ内に供給され、いずれも燃
料となってマルチアークプラズマの火勢を増す。つま
り、使用中の電極棒の赤熱を利用することにより、この
冷却を兼ねて水や廃油を気化する手間を省くことができ
る。なお、この激しい高温と振動パワーの中で、これま
で活動できなかった触媒の効果も多く引き出されるの
で、これらの廃棄物の処理再生に効果を上げる触媒の投
入も非常に効果的である。

【００７０】図１１は本発明の実施形態にかかる別の物
質処理装置の概略構成図、図１２は図１１のＤ−Ｄ線矢
示図である。

【００７１】本実施形態にかかる物質処理装置は、放射
性汚染物質をコンクリートや金属等で密封した放射性固
形廃棄物からなる第３被処理物Ｚをマルチアークプラズ
マとマイクロ波により容器ごと無害化処理するものであ
る。この物質処理装置は、図１１に示すように、気密性
の炉体７０と、炉体７０内に配置されて第３被処理物Ｚ
を収容する可動式のルツボ８０とを備えている。

【００７２】炉体７０は、図１２に示すように、複数本
の電極棒７１，７１・・と、複数本のマイクロ波発射ト
ーチ７４，７４・・とを上部に備えている。複数本の電
極棒７１，７１・・は、３本を１組としてその複数組を
中心回りに配置した構成になっている。各組３本の電極
棒７１，７１，７１は、高電圧パルス及び／又はマイク
ロ波が重畳された多相交流電圧を印加され、これによっ
て発生させたマルチアークプラズマをルツボ８０内の第
３被処理物Ｚに照射する。

【００７３】複数本のマイクロ波発射トーチ７４，７４
・・は、３本を１組としてその複数組を中心回り、より
具体的には隣接する電極組の間に配置した構成になって
いる。各組３本のマイクロ波発射トーチ７４，７４，７
４は、マイクロ波の回転場を形成し、これをルツボ８０
内の第３被処理物Ｚに照射する。

【００７４】ルツボ８０は、炉体７０の底部を貫通する
支持軸８１の上に取付けられている。支持軸８１は、ル
ツボ８０を回転させ且つ上昇させるために、周方向及び
軸方向に駆動される。

【００７５】本実施形態にかかる物質処理装置による
と、放射性固形廃棄物からなる第３被処理物Ｚが、マル
チアークプラズマ及びマイクロ波による処理で無害化さ
れる。マルチアークプラズマは、印加電圧に高電圧パル
ス及び／又はマイクロ波が重畳されており、マイクロ波
は回転場を形成している。このため、本実施形態でも高
い処理効率が得られる。

【００７６】マルチアークプラズマ及びマイクロ波の照
射により、ルツボ８０内の第３被処理物Ｚは上方から順
に溶融する。第３被処理物Ｚの溶融を放置すると、第３
被処理物Ｚの上面は複数本の電極棒７１，７１・・及び
複数本のマイクロ波発射トーチ７４，７４・・から遠ざ
かる。そこで、ルツボ８０は支持軸８１による駆動で回
転しながら上昇し、電極棒７１，７１・・及びマイクロ
波発射トーチ７４，７４・・までの距離を一体に保つ。
このため、第３被処理物Ｚの全量が完全無害化処理され
る。また、ルツボ８０の回転は、電極棒７１，７１・・
及びマイクロ波発射トーチ７４，７４・・を中心回りに
回転させるのと同じ効果を奏する。

【００７７】なお、高電圧パルス及び／又はマイクロ波
が重畳されたマルチアークプラズマの照射処理やマイク
ロ波の照射処理は、上記以外にも以下のような利用が可
能である。

【００７８】汚染した表土を表面からのパワー照射処理
により無害の土に再生できる。毒性の強い有機物質で汚
染されたものは、水中でマルチアークを発生させたとき
に製造されるマルチアークアーク水を散布することによ
り、解毒作用が更に高まる。汚染が深いときは例えば３
０ｃｍずつ地面を掘り返し、パワー照射処理とアーク水
散布処理を繰り返した後、処理後の土砂を埋め戻す。こ
れにより沖縄米軍基地のように数メートルの深さにわっ
たて汚染されている場所も栽培、土地造成等に利用でき
る。

【００７９】重油を含む海洋浮遊汚染物質もこのパワー
照射処理により無害化される上に、飼料、肥料等の有用
な資源となる。パワー照射装置を処理船に搭載すれば、
簡単である。

【００８０】最近、種々の菌に汚染された牛、豚、羊、
鶏等の家畜の処分が不十分で、これによる地球レベルで
の環境ホルモンの異常な悪化が問題にされているが、こ
のパワー照射処理によれば安全な大量処分が可能とな
り、処理した後のものは飼料、肥料等としての利用が可
能である。

【００８１】

【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の請求項１
に係るアークプラズマ発生方法は、マルチアークプラズ
マ中に高電圧パルス及び／又はマイクロ波を与えること
により、少ない投入エネルギーでアークプラズマのエネ
ルギーを効果的に増強し、そのアークプラズマによる物
質処理効率を高める。従って、同一予算内でより多くの
量の処理を可能にする。

【００８２】本発明の請求項２に係るアークプラズマ発
生方法は、高電圧パルス及び／又はマイクロ波を電極印
加電圧、好ましくは多相交流電圧の各相に重畳させるこ
とにより、アークプラズマのエネルギーを簡単に且つ効
率的に増強し、簡単な装置構成で特に高い物資処理効率
を得ることができる。

【００８３】本発明の請求項３に係る物質処理方法は、
マルチアークプラズマによる物質処理の段階でマイクロ
波を利用することにより、少ない投入エネルギーで処理
能力を効果的に増強し、そのアークプラズマによる物質
処理効率を高める。従って、同一予算内でより多くの量
の処理を可能にする。

【００８４】本発明の請求項４に係る物質処理方法は、
複数のマイクロ波発射トーチの使用により、マイクロ波
の回転場を形成して物質に照射するので、特に高い物資
処理効率を得ることができる。

【００８５】本発明の請求項５に係る物質処理方法は、
マルチアークプラズマとして、本発明の請求項１又は２
に係るアークプラズマ発生方法で発生させたアークプラ
ズマを使用するので、特に高い物資処理効率を得ること
ができる。

【００８６】本発明の請求項６に係る物質処理方法は、
有害物質の無害化処理を行うので、特に大きい社会的効
果を得ることができる。

【００８７】本発明の請求項７に係る物質処理装置は、
本発明の請求項３に係る物質処理方法と同様、マルチア
ークプラズマによる物質処理の段階でマイクロ波を利用
することにより、少ない投入エネルギーで処理能力を効
果的に増強し、そのアークプラズマによる物質処理効率
を高める。従って、同一予算内でより多くの量の処理を
可能にする。

【００８８】本発明の請求項８に係る物質処理装置は、
本発明の請求項４に係る物質処理方法と同様、複数のマ
イクロ波発射トーチの使用により、マイクロ波の回転場
を形成して物質に照射するので、特に高い物資処理効率
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるアークプラズマ発生
方法に使用されるアーク発生回路の基本構成図である。

【図２】（ａ）は同アーク発生回路に使用されるパルス
発生回路の構成図、（ｂ）は同パルス発生回路を使用し
たときの印加電圧の波形図、（ｃ）は同パルス発生回路
を使用したときの合成エネルギーの波形図である。

【図３】（ａ）は別のパルス発生回路の構成図、（ｂ）
は同パルス発生回路を使用したときの印加電圧の波形
図、（ｃ）は同パルス発生回路を使用したときの合成エ
ネルギーの波形図である。

【図４】（ａ）はパルス発生回路に代わるマイクロ波発
生回路の構成図、（ｂ）は同マイクロ波発生回路を使用
したときの印加電圧の波形図、（ｃ）は同マイクロ波発
生回路を使用したときの合成エネルギーの波形図であ
る。

【図５】（ａ）は高電圧パルスとマイクロ波を併用した
ときの印加電圧の波形図、（ｂ）はそのときの合成エネ
ルギーの波形図である。

【図６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の実施形態にかか
る物質処理方法及び装置で使用されるマイクロ波照射機
構の説明図である。

【図７】本発明の実施形態にかかる物質処理装置の概略
構成図である。

【図８】図７のＡ−Ａ線矢示図である。

【図９】図７のＢ−Ｂ線矢示図である。

【図１０】図７のＣ−Ｃ線矢示図である。

【図１１】本発明の実施形態にかかる別の物質処理装置
の概略構成図である。

【図１２】図１２は図１１のＤ−Ｄ線矢示図である。

【図１３】（ａ）は従来のアークプラズマ発生方法に使
用されるアーク発生回路の基本構成図、（ｂ）は同アー
ク発生回路を使用したときの印加電圧の波形図、（ｃ）
は同アーク発生回路を使用したときの合成エネルギーの
波形図である。

【符号の説明】

Ａ第１被処理物Ｂ第２被処理物Ｚ第３被処理物１ａ，１ｂ，１ｃ電極棒２トランス３ａ，３ｂ，３ｃパルス発生回路４ａ，４ｂ，４ｃマイクロ波発射トーチ４′ トーチ群１０第１処理部１１電極棒１４マイクロ波発射トーチ１５ルツボ２０第２処理部２１電極棒２４マイクロ波発射トーチ３０第１導管３４マイクロ波発射トーチ３５搬送機４０第２導管４１電極棒４４マイクロ波発射トーチ５０最終容器６０第３導管６４マイクロ波発射トーチ７０炉体７１電極棒７４マイクロ波発射トーチ８０ルツボ８１支持軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】先端を所定の間隔で突き合わせて中心線
の周囲に対称的に配置した複数本の電極棒に位相が異な
る電圧を印加して、複数本の電極棒から非移行性のアー
クプラズマを発生させるアークプラズマ発生方法におい
て、前記アークプラズマに高電圧パルス成分及び／又は
マイクロ波成分を付加することを特徴とするアークプラ
ズマ発生方法。
【請求項２】アークプラズマに高電圧パルス成分及び
／又はマイクロ波成分を付加するために、複数本の電極
棒に印加される電圧に高電圧パルス及び／又はマイクロ
波を重畳させることを特徴とする請求項１に記載のアー
クプラズマ発生方法。
【請求項３】先端を所定の間隔で突き合わせて中心線
の周囲に対称的に配置した複数本の電極棒に位相が異な
る電圧を印加して、複数本の電極棒から非移行性のアー
クプラズマを発生させ、そのアークプラズマを物質に照
射して物質を処理する物質処理方法において、前記物質
にマイクロ波を照射することを特徴とする物質処理方
法。
【請求項４】前記マイクロ波は、複数のマイクロ波発
射トーチの使用により回転場を形成することを特徴とす
る請求項３に記載の物質処理方法。
【請求項５】前記アークプラズマは、請求項１又は２
に記載のアークプラズマ発生方法により発生させたアー
クプラズマであることを特徴とする請求項３又は４に記
載の物質処理方法。
【請求項６】前記アークプラズマ及びマイクロ波の照
射により前記物質を無害化処理することを特徴とする請
求項３、４又は５に記載の物質処理方法。
【請求項７】先端を所定の間隔で突き合わせて中心線
の周囲に対称的に配置した複数本の電極棒に位相が異な
る電圧を印加して、複数本の電極棒から非移行性のアー
クプラズマを発生させ、そのアークプラズマを物質に照
射するプラズマ照射手段と、前記物質にマイクロ波を照
射するマイクロ波照射手段とを備えたことを特徴とする
物質処理装置。
【請求項８】前記マイクロ波照射手段は、複数のマイ
クロ波発射トーチによりマイクロ波の回転場を形成して
前記物質に照射することを特徴とする請求項７に記載の
物質処理装置。