JP3621946B1 - 有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 異常放電が発生することによって放電管等の装置に損傷を生じさせずに、安定した連続運転が可能な有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 有機ハロゲン化合物を含むガスにマイクロ波によりエネルギーを投入することによって熱プラズマを形成し、該熱プラズマ中で有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、着火された熱プラズマを分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さくするコントローラ１９を備えていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法に関するものである。

分子内にフッ素、塩素、臭素等を含んだフロン、トリクロロメタン、ハロン、ポリフルオロカーボン（ＰＦＣ）等の有機ハロゲン化合物は、冷媒、溶剤、消化剤、半導体エッチングプロセス等の幅広い用途に大量使用されており、産業分野における重要度が極めて高い。しかし、これら化合物の多くは未処理のまま、大気、土壌、水等の環境へ未処理のまま放出され、現在、発ガン性物質の生成、オゾン層破壊、地球温暖化等、環境に対して悪影響を及ぼす事が判明しており、環境保全の見地からこれら有機ハロゲン化合物の無害化処理を行う必要がある。

従来の有機ハロゲン化合物の処理方法として、主として高温での熱分解反応を利用したものが報告されている。この中で、プラズマ中で有機ハロゲン化合物を水蒸気と反応させ、二酸化炭素、塩化水素、フッ化水素に分解する処理方法であるプラズマ法について、マイクロ波を利用してプラズマを発生させるものが近年開発されている（特許文献１参照）。

特開２００１−２３２１８１号公報（段落［００１８］〜［００５２］、図１）

この有機ハロゲン化合物放電分解装置は、図１１に模式的に示す様に、アルカリ液９を収容する排ガス処理タンク１と、開口した下端部がアルカリ液９中に浸漬される吹込管８と、吹込管８の上方に接続された反応管２と、反応管２の上方に配置されたキャビティ（空洞共振器）３と、キャビティ３に囲繞されるとともにその下端が反応管２に連通する放電管４と、水平方向に延在しその一端部近傍において偏平導波管２８に連接される方形導波管５と、方形導波管５の他端に装着されるとともにマグネトロンを備えたマイクロ波電源６とを主として具備している。

キャビティ３は、二重管構造とされており、内側導体３ａと外側導体３ｂと下端板２５ａとによって空洞が形成されている。内側導体３ａは、下方に延在しており、マイクロ波を伝送するアンテナ３ｃとされている。

放電管４は、例えば石英ガラスで形成された二重管構造とされており、内管１２と外管４ｂとを備えている。内管１２の内部には中心軸線に沿って着火電極１３が配置されている。この着火電極１３には、高電圧パルス電源１４から数ｋＶの高電圧が供給されるようになっている。

反応管２は、有機ハロゲン化合物と水蒸気との分解反応が行われる部分である。この反応管２には、放電管４の終端（下端）に近接して酸素や空気等を供給するガス供給装置１１が、バルブ１７を介して接続されている。

上記構成の有機ハロゲン化合物放電分解装置では、放電管４にガス供給装置７から有機ハロゲン化合物を含むガス（以下「有機ハロゲン性ガス」という。）および水蒸気が供給される一方で、マイクロ波発電源６から発振されたマイクロ波が方形導波管５を介して偏平導波管２８に伝送される。
そして、放電管４内にガス供給装置１５からアルゴンガス（易放電ガス）を導入し（あるいは、バルブ２１を介して排気ポンプ２０にて放電管４内を減圧排気した後）、放電管４の内管１２中の着火電極１３に対し、高電圧パルス電源１４から数ｋＶの高電圧を印加し、スパーク放電により電子を供給した後、キャビティ３によって形成されたマイクロ波電界で放電を起こし、熱プラズマを形成する。そして、反応管２内で有機ハロゲン性ガスを熱プラズマにより分解する。

熱プラズマにより分解された有機ハロゲン性ガスは、水蒸気との分解反応により、酸性ガス（フッ化水素及び塩化水素など）に分解される。このガスは、吹込管８によりアルカリ液９中に導かれて中和されるとともに、炭酸ガス等を含む残りのガスは排気処理装置１０を経由し大気放出される。

しかしながら、従来の有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法では、以下の問題を有していた。
（１）アルゴンガス等の放電しやすい易放電ガスを用いて熱プラズマを着火する際のマイクロ波電力が分解運転時のマイクロ波電力と同等の出力とされていたため、放電開始時に異常放電が発生し放電管等の装置を損傷する場合があった。
（２）熱プラズマの着火を確実に行うため、アルゴンガス等の易放電ガスを用いて放電着火させる場合、着火時に易放電ガスがアンテナ３ｃやキャビティ３の下端板２５ａと放電管４との間である強電界領域に拡散し、異常放電が発生し装置を損傷する場合があった。
（３）アルゴンガス等の易放電ガスを用いない場合であっても、排気ポンプ２０にて放電管４内を減圧排気した場合には、アンテナ３ｃやキャビティ下端板２５ａと放電管４との間である強電界領域の圧力が低下し、放電着火しやすい条件となる。このような場合、この部位で異常放電が発生し装置を損傷する場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、異常放電が発生することによって放電管等の装置に損傷を生じさせずに、安定した連続運転が可能な有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる有機ハロゲン化合物放電分解装置は、有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さく、かつ前記放電管の下流端近傍の電界強度が熱プラズマを維持できる電界強度よりも小さくする供給エネルギー制御装置を備えていることを特徴とする。

供給エネルギー制御装置により、熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さくしたので、着火エネルギーを過剰に加えることがなく、放電管等の装置を異常放電によって損傷することがない。特に、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ等の放電しやすい易放電ガスを用いて着火する場合や、減圧雰囲気で着火する場合には、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーほどのエネルギーを投入する必要はない。最も好ましくは、着火に必要な最小限の投入エネルギーを着火エネルギーとして与えればよい。

また、前記供給エネルギー制御装置は、熱プラズマを着火した後、前記維持エネルギーまで投入エネルギーを漸次増加させることを特徴とする。
供給エネルギー制御装置により、投入エネルギーを漸次増加させることとしたので、電源からの整合状態の変化に起因するプラズマへの伝送電力の変化を抑えることができ、安定的な運転が実現される。

また、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置は、有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、前記放電管の下流端近傍に向けて難放電ガスを吹き込み、該放電管の下流側から流出したガスが該放電管の外周側に回り込むことを防止する難放電ガス吹き込み手段を備えていることを特徴とする。

難放電ガス吹き込み手段によって、放電管の下流端近傍に向けて難放電ガスを吹き込むこととしたので、放電管下流端から流出したガスが逆流ないし拡散して、放電管外周側に回り込むことがない。したがって、放電管を囲繞するように配置された空洞共振器と放電管外周との間といった、分解反応に寄与しない領域であって電界強度が大きくなりやすい領域に、放電管下流端から流出したガスが拡散することがないので、当該領域における異常放電が回避される。
ここで、「難放電ガス」とは、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ等の放電しやすい易放電ガスに比べて放電しにくいガスを意味し、例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、空気等が挙げられる。

また、前記熱プラズマを着火するために易放電ガスが前記放電管内に流される際に、前記難放電ガス吹き込み手段から難放電ガスを供給することを特徴とする。

熱プラズマを着火するために、放電しやすいＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ等の易放電ガスが放電管内に流される。易放電ガスは放電しやすいため、分解反応に寄与しない領域であっても、少しでも電界強度が大きい領域に流れ込むと、その部分で放電を起こしてしまう。そこで、易放電ガスを流す際には、難放電ガス吹き込み手段によって、分解反応に寄与しない領域であって電界強度が大きくなりやすい領域に易放電ガスが拡散しないように、難放電ガスを流すこととし、異常放電を抑止する。

また、前記熱プラズマを着火するために易放電ガスが前記放電管内に流される際に前記難放電ガス吹き込み手段から流される難放電ガスの流量を、有機ハロゲン化合物を含むガスを熱プラズマにより分解する分解運転時における難放電ガスの流量よりも多くしたことを特徴とする。

分解運転時よりも熱プラズマを着火するために易放電ガスを流すときの方が異常放電を起こしやすいので、易放電ガスを流すときの難放電ガスの流量を分解運転時の流量よりも多くした。また、分解運転時にも、難放電ガス吹き込み手段によって難放電ガスを流すこととしたので、有機ハロゲン化合物を含むガスが放電管外周側に拡散して異常放電してしまうことも防止される。

また、前記難放電ガスは、前記有機ハロゲン化合物を含むガスの分解反応に用いられるガスとされていることを特徴とする。

分解反応に用いられるガスを難放電ガスとして用いることとしたので、放電管下流端に供給された難放電ガスによっても分解反応が行われることになり、効率的に有機ハロゲン化合物の処理が行われる。
ここで、「有機ハロゲン化合物を含むガスの分解反応に用いられるガス」とは、例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、空気等が挙げられる。

また、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置は、有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、前記放電管の外径に対する前記空洞共振器の内径の比が、１７／１５以上とされていることを特徴とする。

前記放電管の外径に対する前記空洞共振器の内径の比を１７／１５以上として、放電管外周と導波管内周との距離を離すことにより、これらの間で電界強度が集中的に大きくなることを防ぐ。これにより、放電管と空洞共振器との間における異常放電が防止される。

また、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解方法は、有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解方法において、前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さく、かつ前記放電管の下流端近傍の電界強度が熱プラズマを維持できる電界強度よりも小さくしたことを特徴とする。

熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さくしたので、着火エネルギーを過剰に加えることがなく、放電管等の装置を損傷することがない。特に、Ａｒ等の放電しやすい易放電ガスを用いて放電着火して熱プラズマを形成する場合には、維持エネルギーほどのエネルギーを投入する必要はない。最も好ましくは、着火に必要な最小限の投入エネルギーを着火エネルギーとして与えればよい。

また、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解方法は、有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解方法において、前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、前記放電管の下流側から流出したガスが該放電管の外周側に回り込むことを防止するように、前記放電管の下流端近傍に向けて難放電ガスを吹き込むことを特徴とする。

放電管の下流端近傍に向けて難放電ガスを吹き込むことにより、放電管下流端から流出したガスが逆流ないし拡散して、放電管外周側に回り込むことがない。したがって、放電管を囲繞するように配置された空洞共振器と放電管外周との間といった、分解反応に寄与しない領域であって電界強度が大きくなりやすい領域に放電管下流端から流出したガスが拡散することがないので、当該領域で異常放電を引き起こすことがない。
ここで、「難放電ガス」とは、例えばＡｒ、Ｈｅ、Ｎｅ等の放電しやすいガスに比べて放電しにくいガスを意味し、例えば、酸素、窒素、二酸化炭素、空気等が挙げられる。

本発明によれば、異常放電が発生することによって放電管等の装置に損傷を生じさせずに、安定した連続運転が可能な有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法を提供することができる。

以下に、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図５を用いて説明する。なお、図１１を用いて説明した従来の有機ハロゲン化合物放電分解装置と同様の構成については同一符号を付し、場合によってはその説明を省略する。
図１には、本実施形態にかかる有機ハロゲン化合物放電分解装置の全体が示された概略図が示されている。
図１において、水平方向に延びる方形導波管５の始端部には、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマグネトロンを備えたマイクロ波電源６が設けられている。このマイクロ波電源６から発振されたマイクロ波は、方形導波管５によって、始端側から終端側に向けて伝送される。

方形導波管５には、その終端側で反射して始端側に戻ってきたマイクロ波を吸収することにより反射波の発振側（マイクロ波電源６）への影響を防止するアイソレータ（図示せず）と、複数の波動調整部材を各々出入りさせることにより電波の波動的な不整合量を調整して放電管４に電波を収束させるチューナ（図示せず）とが設けられている。

ここで、マイクロ波の発生動作について説明する。マイクロ波電源６は、内部に収容されたマグネトロンを駆動して所定周波数の電磁波を放射する。この電磁波の伝播現象は電磁波に関するマクスウェルの波動方程式を解くことによって特性が把握され、本実施形態の場合には伝播方向に電界成分を持たない電磁波ＴＥ波として伝播する。

方形導波管５の終端側には２重の管状導体からなる偏平導波管２８が設けられている。この偏平導波管２８の環状空洞には、方形導波管５を伝播する電磁波、管端で反射する電磁波のアンテナ３ｃによる結合作用により、進行方向に電界成分を持つＴＭ波が生じる。

電磁波の波動の伝播に関する２次以上の高調波に起因する微妙な調整はチューナ（図示せず）で調整される。

さて、図１に示すように、放電管４は内管１２と外管４ｂとから構成され、キャビティ（空洞共振器）３の中心軸に対して同軸となるように配置されている。空洞共振器３は、外側導体３ｂと、それよりも小径の内側導体３ａ（アンテナ３ｃ）とから構成され、方形導波管５の終端部近傍において当該方形導波管５に連通した状態で垂直方向に延びるように接続されている。内側導体３ａは、方形導波管５の上部に固定された状態で石英製の放電管４を囲繞しつつキャビティ３の下端壁２５ａに向けて延在している。

さらに、放電管４の内管１２の先端（下端）は、アンテナ３ｃの先端よりも所定の距離だけ内方に配されている。他方、放電管４は、キャビティ３の下端板２５ａを貫通して、反応管２にまで連通している。

図５には、放電管４、及びキャビティ３の位置関係が示されている。同図からわかるように、方形導波管５（図１参照）の終端に接続された偏平導波管２８の下方にキャビティ３が接続されている。キャビティ３は、内側導体３ａと外側導体３ｂとを備えている。内側導体３ａは、放電管４の外周に対して所定間隔を開けた状態で下方に延在しており、この下方に延在する部分がアンテナ３ｃとされている。外側導体３ｂの下方には、キャビティ３の下端を画成する下端板２５ａが設けられている。これら外側導体３ｂ及び下端板２５ａが内側導体３ａを囲うようにして内部に環状空洞部を形成している。

キャビティ３のアンテナ３ｃの内周には、放電管４が挿入されている。放電管４の外管４ｂは、キャビティ下端板２５ａを貫くように配置されている。
キャビティ３は、マイクロ波の空洞共振器として用いられるものである。このキャビティ３の下端板２５ａには、その中央部に貫通孔２５ｂが形成されており、この貫通孔２５ｂを貫くように放電管４が配置されている。
放電管４の外管４ｂの外周とキャビティ下端板２５ａの貫通孔２５ｂとの間には、微小な隙間が形成されており、この隙間を通ってガスが不可避的に拡散してしまう。したがって、放電管４の外管４ｂの下端（下流端）から流出したガスが拡散して、上記隙間を通り、キャビティ３の環状空洞部にガスが到達してしまうことがある。

一方、図１に示すように、有機ハロゲン化合物を含むガス、エア、および水蒸気は、被処理ガス供給装置７から、バルブ１６を介して放電管４の外管４ｂ内に供給されるようになっている。さらに、放電管４の外管４ｂ内には、アルゴンガス供給装置１５からバルブ１８を介してアルゴンガス（易放電ガス）が供給されるようになっている。

アルゴンガスは、熱プラズマを初期形成するために、熱プラズマの発生に先立って着火を容易にするために供給されるものである。なお、アルゴンガスに代えて、ヘリウム、ネオン等の希ガスを用いてもよい。

エアは、系内に残存する水分を除去して着火の安定性を高めるために、また、系内に残存するガスを排出するために供給される。水蒸気は、フロンガスの分解に用いられる。

反応管２の下端には、アルカリ溶液９に浸漬される吹込管８が設けられている。
排ガス処理タンク１は、有機ハロゲン化合物を分解した際に生成されて吹込管８から吹き出される酸性ガス（フッ化水素および塩化水素）を中和して無害化するために設けられたものであり、水に水酸化カルシウムを加えたアルカリ液９が収容されている。

上記構成の有機ハロゲン化合物放電分解装置の制御を行うためのコントローラ１９が設けられている。コントローラ１９は、被処理ガス供給装置７に設けられたバルブ１６、アルゴンガス供給装置１５に設けられたバルブ１８、及びガス供給装置１１に設けられたバルブ１７を制御する。
また、コントローラ１９は、高電圧パルス電源１４の動作を制御する。さらに、コントローラ１９は、マイクロ波電源６の動作を制御する。すなわち、コントローラ１９は、マイクロ波電源６の出力電力を制御することにより、熱プラズマに供給するエネルギーを制御する供給エネルギー制御装置としての機能を有している。

以上の構成からなる有機ハロゲン化合物放電分解装置において、有機ハロゲン化合物を分解する手順について説明する。バルブ１６，１７，１８の開閉動作および高電圧パルス電源１４の点火動作は、コントローラ１９によって制御される。
被処理ガスである有機ハロゲン性ガスや水蒸気を供給する前に、まず、系内に残留する水分の除去を目的として加熱されたエアを所定の時間供給することにより、分解装置の操業を開始する。

エア供給停止後、着火の安定性向上を目的として、バルブ１８を開き、アルゴンガスの供給を開始する（図２（ａ）参照）。
そして、アルゴンガス供給中に、コントローラ１９によりトリガー信号を発し（図２（ｄ）参照）、マイクロ波電源６を動作させてマイクロ波を発振して着火電極１３による着火を行う。これにより、熱プラズマが初期生成される。この際に投入する電力は低めに設定する。すなわち、着火に必要な電力程度を投入し、被処理ガス分解時に使用する電力（有機ハロゲン性ガスの分解性能を発揮する電力）よりも低い電力を供給する（図２（ｃ）参照）。

そして、被処理ガス供給装置７のバルブ１６を開けて、水蒸気およびフロンガスを放電管４内に供給し有機ハロゲン化合物の分解を行う（図２（ｂ）参照）。このときも、マイクロ波電源６から投入されるエネルギーは低いレベルのままとされている（図２（ｃ）参照）。

その後、バルブ１８を閉じ、アルゴンガスの供給を停止する（図２（ａ）参照）。
所定時間経過後、コントローラ１９の指令により、マイクロ波電源６から投入される電力を高く設定し、分解運転を行う。この電力レベルは、分解性能を発揮する熱プラズマとして維持するのに必要な電力以上であって、所望の分解処理量に応じて決定される。

分解運転中において、被処理ガスである有機ハロゲン性ガスは、放電管４内に形成された熱プラズマによって分解反応が促進され、反応管２において分解反応が行われる。反応管２では、ガス供給装置１１から酸素を含みガスが供給され、例えば一酸化炭素が二酸化炭素へと酸化される。
分解後の酸性ガスは、アルカリ液９へと導かれ、ここで中和される。炭酸ガス等を含む残りのガスは排気処理装置１０を経由し大気放出される。

分解運転の停止後は、安全性を確保することを目的として掃気ガスとしてのエアを所定時間供給し、残留酸性ガスをパージする。パージされた酸性ガスは排ガス処理タンク１内で中和される。その後、パージを停止して有機ハロゲン化合物放電分解装置の操業を終了する。

このように、本発明による有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法によれば、放電電力を制御するコントローラ１９を備え、着火時の電力を分解運転時の電力に対して低電力に制御することとしたので、電力に比例する放電分解装置内の電界強度を緩和調整する事が出来る。

また、着火時に、有機ハロゲン化合物の分解に寄与しない領域でありかつ電界強度が大きくなりやすいキャビティ３の下端板２５ａ領域やアンテナ３ｃ近傍の電界強度を、熱プラズマを維持出来る電界強度（以下「放電開始電界強度Ｅ₀」という。）よりも小さくし、且つ有機ハロゲン化合物の分解に寄与する放電管４の中央部の領域の電界強度が放電開始電界強度Ｅ₀よりも大きくなるように、着火時のマイクロ波電力をある低電力レベルに調整制御することにより、放電管４中央部の領域でのみ放電を開始・維持させることができる。

いったん放電が発生し、熱プラズマが放電管４内に分布存在すると、その状態で有機ハロゲン化合物の分解処理に必要な電力レベルにマイクロ波電力を増加させても、既に形成された熱プラズマに電力が集中するため、キャビティ下端板２５ａ領域やアンテナ３ｃ近傍の電界強度を上げることなく、放電管４中央のプラズマ存在領域の電界強度を増加させ、電力を集中させることができる。
以上により、本実施形態によれば、放電開始時の異常放電を抑止する事が可能となる。

（実施例１）
放電管４として外径φ15ｍｍ×内径φ12ｍｍの石英管を用い、着火時にＡｒガス（20〜40SLM）を流入してプラズマ着火させた後、Ｎ₂／ＣＦ₄／エア＝40〜80SLM／0.2〜0.8SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、ＣＦ_４ガス分解処理を行った。
まず、従来方法の通り、分解処理の設定マイクロ波電力である4〜6ｋＷの電力を着火初期から供給した。図３に従来方法によるマイクロ波電力の運転タイムチャート例を示す。このタイムチャートにて通電した結果、キャビティ下端板２５ａ領域の放電管４端にて異常放電が発生し、放電管４を損傷した。

次に、図２に示したように、本実施形態による運転方法を実施した。具体的には、着火時1.5〜2.5ｋＷにてプラズマ着火させ、その後4〜6ｋＷにする運転を行った。このような本実施形態による運転方法によれば、異常放電が発生することなく安定した分解処理を行うことが確認できた。

なお、着火後にマイクロ波電力を増加させると、熱プラズマからの熱放散やキャビティ３や伝送線路の微小な損失により装置温度が増加し、マイクロ波電源６からの整合状態が変化する。このため、急激な電力増加を行うと、熱プラズマへの伝送電力が変化する場合がある。また、マイクロ波電源６に使用されるマグネトロンは、駆動に際してヒータ予熱が必要であり、出力が安定するのに時間を要する。
従って、図４（ｃ）に示すように、着火後は電力を徐々に（５〜６０分程度）ランプ状に増加制御した方が好ましい。

［第２実施形態］
次に、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法にかかる第２実施形態について図６を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態にかかる有機ハロゲン化合物放電分解装置は、第１実施形態にかかる有機ハロゲン化合物放電分解装置に加えて、難放電ガス吹き込み手段２３が設けられている。すなわち、放電管４の下端（下流端）の外周に難放電ガスが供給されるように、難放電ガス吹き込み手段２３のノズルがキャビティ３の下方の側壁部に設置されている。このノズルは、吹き込まれた難放電ガスが放電管４の外周を旋回するように配置されている。難放電ガスの流量は、コントローラ１９によって制御されるバルブ２２によって調整される。難放電ガスとしては、易放電ガスとして用いられるアルゴンガスよりも放電し難いガスが選定され、例えば、酸素、窒素、空気等が挙げられる。これらのガスは、特にパージ用の難放電ガスとして放電分解に用いるガスを兼用しており、流量を増加させて使用する事により、特別な装置構成の変更、改造を伴う事なく、異常放電を抑止する事が可能となる点で好ましい。ただし、放電着火し難いガスであればよく、本発明の難放電ガスが酸素、窒素および空気に限定されるものではない。

このような本実施形態によれば、Ａｒ等の易放電ガスを用いて放電着火し、その後被処理ガスを導入してガス分解を行う方法を用いる場合であっても、難放電ガス吹き込み手段２３によって放電管４の下端に難放電ガスを供給することとしたので、分解反応に寄与しない領域でありかつ電界強度が大きくなりやすい領域（すなわちキャビティ下端板２５ａの貫通孔２５ｂ近傍およびアンテナ３ｃ近傍）に対して易放電ガスが拡散せずに難放電ガスにガス置換されることとなり、異常放電が起こりやすい領域に易放電ガスが到達することがない。これにより、異常放電を抑止することが可能となる。

特に着火時に、易放電ガスが分解反応に寄与しない領域でありかつ電界強度が大きくなりやすい領域に拡散しないので、易放電ガスが放電管４の所望領域に分布し易いため、異常放電の大きな抑止効果が得られることとなる。

なお、難放電ガス吹き込み手段２３によって吹き込まれる難放電ガスの流量は、着火時に多く流し、分解運転時にはより少なく流してもよい。これは、着火時に特に異常放電が発生しやすいからである。また、分解運転時にも難放電ガスを少量ながら流すことにより、異常放電が発生する可能性を可及的に防止することができる。

（実施例２）
放電管として外径φ15ｍｍ×内径φ12ｍｍの石英管を用い、着火時にＡｒガス（20〜40SLM）を流入してプラズマ着火させた後、Ｎ₂／ＣＦ₄／エア＝40〜80SLM／0.2〜0.8SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、ＣＦ_４ガス分解処理を行った。
着火の際に、難放電ガス吹き込み手段２３によって放電管４の外周から空気（難放電ガス）を供給する量をパラメータとして異常放電の発生の有無を調べた。
図７に、空気流量に対する異常放電発生領域特性を示す。同図では、反射電力が大きい場合に異常放電が発生していることを示している。この結果、ガス流量１０Ｌ／分以上で、異常放電なく分解処理を行う事が確認出来た。
なお、放電着火後、分解対象ガスを導入し易放電ガスの供給を停止した後、前述の窒素、空気などの難放電ガスの供給を停止しても、異常放電が発生しない事を確認した。

［第３実施形態］
次に、本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法にかかる第３実施形態について図８を用いて説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。

本実施形態にかかる有機ハロゲン化合物放電分解装置は、第１実施形態にかかる有機ハロゲン化合物放電分解装置に対して、放電管４と、アンテナ３ｃ及びキャビティ下端板２５ａの貫通孔２５ｂとの距離が離れている点で異なる。
すなわち、アンテナ３ｃ及びキャビティ下端板２５ａに形成された貫通孔２５ｂの直径Ｄ1を、放電管４の外径Ｄ2よりも大きくし、Ｄ１／Ｄ２≧１７／１５の関係が成り立つようにした。このように距離を離したので、分解に寄与しない領域でありかつ電界強度が大きくなりやすいキャビティ下端板２５ａ領域およびアンテナ３ｃ近傍での電界強度を、分解に寄与する放電管４中央部の領域よりも小さくすることができる。その結果、異常放電を抑止し、安定した分解放電を実現することができる。

外径φ15ｍｍ×内径φ12ｍｍの石英管を用いたキャビティ形状での電界分布解析構造例を図９に示す。ここで、解析出力として、（１）電界E１：プラズマが生成する放電管４内の軸中心位置の最大電界（以下「放電管中央部電界」という。）と、（２）電界E２：キャビティ下端板２５ａ近傍に形成された貫通孔２５ｂと放電管４外周との隙間の最大電界（以下「隙間部電界」という。）を出力した。

図１０に、アンテナ３ｃ及びキャビティ貫通孔２５ｂの直径Ｄ1と放電管４外径Ｄ2との比Ｄ1／Ｄ2に対する、放電管中央部電界強度に対する隙間部電界強度の比（E2／E1）の解析例を示す。
アンテナ３ｃ及びキャビティ貫通孔２５ｂの直径Ｄ1と放電管４外径Ｄ2との比Ｄ1／Ｄ2を大きくすることにより、放電管中央部電界強度に対する隙間部電界強度比は低下すると共に、その比を１７／15以上にする事により、E2／E1値が約1以下となり、隙間部電界強度は放電管中央部電界強度以下まで小さくなることがわかる。

（実施例３）
放電管として外径φ15ｍｍ×内径φ12ｍｍの石英管を用い、着火時にＡｒガス（20〜40SLM）を流入してプラズマ着火させた後、Ｎ₂／ＣＦ₄／エア＝40〜80SLM／0.2〜0.8SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、ＣＦ_４ガス分解処理を行った。アンテナ３ｃ及びキャビティ貫通孔２５ｂの直径Ｄ1を放電管４外径Ｄ2とほぼ同一（φ15ｍｍすなわちＤ1／Ｄ2＝1）とした構成の場合には、着火の際に異常放電が発生した。これに対して、アンテナ３ｃ及びキャビティ貫通孔２５ｂの直径Ｄ1をφ17ｍｍ又はφ20（すなわちＤ1／Ｄ2＝１７／１５又は２０／１５）とした構成の場合では、異常放電なく分解処理を行うことが確認できた。

なお、以上の各実施形態は、それぞれで本発明の作用効果を奏することはもちろんであるが、これに限らず、適宜各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態にかかる運転方法を示したタイムチャートである。 比較例を示したタイムチャートである。 第１実施形態の変形例を示したタイムチャートである。 放電管およびキャビティの位置関係を示した断面図である。 本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置の第２実施形態を示す概略図である。 本発明の第２実施形態の実験結果を示した図である。 本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置の第３実施形態を示す概略図である。 電界強度に関するシミュレーションの対象を示した図である。 電界強度に関するシミュレーション結果を示した図である。 従来の有機ハロゲン化合物放電分解装置を示した概略図である。

符号の説明

２ 反応管
３ キャビティ
３ｃ アンテナ
４ 放電管
６ マイクロ波電源
１９ コントローラ
２５ａ キャビティ下端板
２５ｂ 貫通孔

Claims (9)

1. 有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、
   該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、
   熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、
   前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、
   熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さく、かつ前記放電管の下流端近傍の電界強度が熱プラズマを維持できる電界強度よりも小さくする供給エネルギー制御装置を備えていることを特徴とする有機ハロゲン化合物放電分解装置。
2. 前記供給エネルギー制御装置は、熱プラズマを着火した後、前記維持エネルギーまで投入エネルギーを漸次増加させることを特徴とする請求項１記載の有機ハロゲン化合物放電分解装置。
3. 有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、
   該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、
   熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、
   前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、
   前記放電管の下流端近傍に向けて難放電ガスを吹き込み、該放電管の下流側から流出したガスが該放電管の外周側に回り込むことを防止する難放電ガス吹き込み手段を備えていることを特徴とする有機ハロゲン化合物放電分解装置。
4. 前記熱プラズマを着火するために易放電ガスが前記放電管内に流される際に、前記難放電ガス吹き込み手段から難放電ガスを供給することを特徴とする請求項３記載の有機ハロゲン化合物放電分解装置。
5. 前記熱プラズマを着火するために易放電ガスが前記放電管内に流される際に前記難放電ガス吹き込み手段から流される難放電ガスの流量を、有機ハロゲン化合物を含むガスを熱プラズマにより分解する分解運転時における難放電ガスの流量よりも多くしたことを特徴とする請求項４記載の有機ハロゲン化合物放電分解装置。
6. 前記難放電ガスは、前記有機ハロゲン化合物を含むガスの分解反応に用いられるガスとされていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の有機ハロゲン化合物放電分解装置。
7. 有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、
   該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、
   熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解装置において、
   前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、
   前記放電管の外径に対する前記空洞共振器の内径の比が、１７／１５以上とされていることを特徴とする有機ハロゲン化合物放電分解装置。
8. 有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、
   該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、
   熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解方法において、
   前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、
   熱プラズマを着火する際に投入する着火エネルギーを、有機ハロゲン化合物の分解性能を発揮する熱プラズマとして維持する維持エネルギーよりも小さく、かつ前記放電管の下流端近傍の電界強度が熱プラズマを維持できる電界強度よりも小さくしたことを特徴とする有機ハロゲン化合物放電分解方法。
9. 有機ハロゲン化合物を含むガスが流されるとともに、内部でマイクロ波による熱プラズマが形成される放電管と、
   該放電管を囲繞するように配置され、前記放電管の電界分布を決定する空洞共振器と、を備え、
   熱プラズマ中で前記放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を分解する有機ハロゲン化合物放電分解方法において、
   前記空洞共振器は、前記放電管の下流端近傍に位置し、
   前記放電管の下流側から流出したガスが該放電管の外周側に回り込むことを防止するように、前記放電管の下流端近傍に向けて難放電ガスを吹き込むことを特徴とする有機ハロゲン化合物放電分解方法。

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