JP4381318B2

JP4381318B2 - 有機ハロゲン化合物放電分解装置およびその方法

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Publication number: JP4381318B2
Application number: JP2005028173A
Authority: JP
Inventors: 辰史青井; 一郎山下; 哲哉池田; 英樹戸中; 郁夫中谷; 惠一堀
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2005-02-03
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005238228A

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２００２−１３６８６２号公報

この有機ハロゲン化合物放電分解装置は、図９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（下流側端板）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の上方には、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。

上記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）放電管内で熱プラズマを生成して有機ハロゲン化合物を分解する際に、熱プラズマの下流側に、分解副次生成物として水素化ハロゲンガス（ＨＦ）等の腐蝕性ガスが生成するので、熱プラズマ発生部の下流側の放電管が腐蝕損傷することがある。
（２）万が一、放電管が腐蝕損傷してガスが漏れた場合、キャビティ（空洞共振器）だけでなく大気側にも放電管内を流れるガスが流出してしまうため、放電管の周囲を損傷するだけでなく、他の電界強度が強い部分（例えばキャビティの下流側端板近傍）においても異常放電が発生する恐れがある。
（３）放電管内で生成した熱プラズマに向けて放電管の上流側から供給する初期ガスに反応ガスを大量に混合すると、熱プラズマ通過時に反応ガスが過分解してしまい、熱プラズマ通過後にＣＯ、ＮＯｘ等の有害ガスが大量発生してしまう。
また、プラズマ生成後の下流側に位置する放電管下端から反応ガスを別途混合すると、放電管上流側に逆流して熱プラズマ側に反応ガスが過剰に供給される場合がある。これにより、反応ガスの過分解が発生して放電管の腐食が生じる場合がある。
（４）上記特許文献１では、放電管はその上部のみで固定されているが、放電管下部については固定されておらず、放電管の固定が不充分となる構造となっている。特に大流量のガスを放電管内に流した場合、放電管が振動し、キャビティの下流側端板と放電管との間隔が変動し、この部分で電界強度が高くなり、局所放電が発生し、装置を損傷してしまう場合があった。

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、放電管の損傷によって放電管内を流れるガスが流出したとしても、大気側に影響を与えない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。

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、前記放電管と前記空洞共振器との間には、該放電管を囲繞するように、マイクロ波透過材料で形成されたマイクロ波透過管が設けられ、該マイクロ波透過管の下流端は、前記放電管の下流端と同等の位置とされていることを特徴とする。

何らかの理由により放電管が損傷して、放電管内を流れる有機ハロゲン化合物を含むガスが放電管外に流出したとしても、放電管の外側にマイクロ波透過管が配置されているので、マイクロ波透過管外に有機ハロゲン化合物を含むガスが流出することを抑えることができる。
「マイクロ波透過材料」としては、例えば、ガラス、窒化ケイ素、アルミナ、その他のセラミックス等が挙げられる。

さらに、前記マイクロ波透過管と前記放電管との間に、ガスを流すガス供給手段が設けられていることを特徴とする。

マイクロ波透過管と放電管との間にガスを流すこととしたので、熱プラズマが形成されて高温となった高温領域を冷却することができる。これにより、安定した通電運転が可能となるとともに、COやＮＯｘ等の有害ガスの発生を抑えることができる。
「冷却ガス」としては、放電管を冷却できるガスであれば良く、特に、有機ハロゲン化合物、酸素、空気、窒素、水蒸気等の反応ガスを用いれば、放電管下流端付近でこれら反応ガスと放電管内を流れるガスとを混合することができるので、有機ハロゲン化合物の分解効率を上げることができる。

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、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、前記放電管と前記空洞共振器との間には、該放電管を囲繞するように、マイクロ波透過材料で形成されたマイクロ波透過管が設けられ、該マイクロ波透過管の下流端は、前記放電管の下流端と同等の位置とされ、前記マイクロ波透過管と前記放電管との間に、ガスを流すことを特徴とする。

マイクロ波透過管と放電管との間にガスを流すこととしたので、熱プラズマが形成されて高温となった高温領域を冷却することができる。これにより、COやＮＯｘ等の有害ガスの発生を抑えることができる。
「ガス」として、有機ハロゲン化合物、酸素、空気、窒素、水蒸気等の反応ガスを用いれば、放電管下流端付近でこれら反応ガスと放電管内を流れるガスとを混合することができるので、有機ハロゲン化合物の分解効率を上げることができる。

本発明によれば、放電管の外側にマイクロ波透過管を配置することとしたので、放電管の損傷によって放電管内を流れるガスが流出したとしても、大気側に影響を与えるおそれが少ない。

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１参考例］
以下、本発明の第１参考例について、図１及び図２を用いて説明する。なお、図９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、本参考例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、本参考例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の下流端部を規定する下端板（下流側端板）２５ａを貫通して、反応管２にまで連通している。

図２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（下流側端板）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２５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４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。

本参考例に係る有機ハロゲン化合物放電分解装置は、図１に示すように、放電管４の下流端とキャビティ下端板２５ａとの距離Ｌ１（ｍ）は、次のように決定されている。
つまり、放電管４内を流れるガスの平均流速をｖ（ｍ／ｓ）とした場合、Ｌ１が０以上４．７×１０^−３・ｖ（ｍ）以下となるように、放電管の下流端の位置が設定されている。
ここで、但し、ｖ＝（被処理ガスの単位時間当りの供給量(m^３/s)）/（放電管４のガスが流れる流路断面積（m^２））である。

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（図示せず）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。
そして、アルゴンガス供給中に、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２７が初期生成される。

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。

その後、バルブ１８を閉じ、アルゴンガスの供給を停止する。
所定時間経過後、有機ハロゲン性ガスの分解運転を行う。

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２７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。

以上説明したように、本参考例に係る有機ハロゲン化合物放電分解装置は、放電管４の下流端とキャビティ下端板２５ａとの距離Ｌ１（ｍ）を、放電管４内を流れるガスの平均流速をｖ（ｍ／ｓ）とした場合、０以上４．７×１０^−３・ｖ（ｍ）以下となるように、放電管の下流端の位置を設定したので、分解副次生成物として生成される水素化ハロゲンガス（ＨＦ）などの腐蝕性ガスが生成される前に放電管４外に分解ガスを下流側に放出することができる。
これは、有機ハロゲン化合物は、数１０００℃以上の熱プラズマ中にて有機物原子（分子）とハロゲン原子分子に分解された後、温度がある程度低下した領域で水素化ハロゲンガス（ＨＦ）などが生成されるので、高温プラズマ領域が維持される範囲で放電管４の下流端を短くすることにより、放電管の存在領域に腐蝕性ガスが存在しないようにできる。これにより、放電管４の腐蝕損傷が抑制することが可能となる。
つまり、我々は、放電管の腐蝕損傷の抑制効果が期待できるキャビティ下端板２５ａと放電管下流端までの距離Ｌ１（ｍ）について、放電管内を流れる被処理ガスの平均供給流速ｖ（ｍ/ｓ）に対して、０以上４．７×１０^−３・ｖ（ｍ）以下の関係が成り立つ範囲が適正であること実験的に見出した。

（実施例１）
放電管４として外径φ15ｍｍ×内径φ10ｍｍ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＝20〜40SLM／0.2〜0.4SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、マイクロ波電力３ｋＷにてＣＦ_４ガス分解処理を１時間実施した。
ここで、放電管の終端位置を、キャビティ下端板２５ａから下側に30ｍｍの位置（Ｌ1＝5.9×10^-3ｖ〜1.2×10^-2ｖ相当）に設定した場合では、放電管４の下流端内面にＨＦ腐蝕による白濁痕が発生し、石英管が減肉し解け落ちる事象が確認されたが、放電管４の下流端位置を、キャビティ下端板２５ａから下側に5ｍｍの位置（Ｌ1＝5.9×10^-4ｖ〜1.2×10^-3ｖ相当）に設定した結果、放電管４に多少の白濁は認められるものの石英管の減肉は認められず、安定した分解処理を行うことができた。

［第２参考例］
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２参考例について図３を用いて説明する。なお、第１参考例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。
本参考例では、放電管４の下流端近傍に向けて反応ガスを吹き込む反応ガス吹き込み手段２３を備えている。反応ガス吹き込み手段２３には、バルブ２２が設けられており、図示しないコントローラの指示によって、反応ガスが供給されるようになっている。
反応ガスには、有機ハロゲン化合物の分解反応に用いられるガスが用いられ、例えば、有機ハロゲン化合物、酸素、空気、窒素、水蒸気などが挙げられる。

反応ガス吹き込み手段２３の吹き込み位置は、放電管４の下流端近傍とされている。具体的には、反応ガス吹き込み手段２３の吹き込み位置とキャビティ下端板２５ａとの距離Ｌ２（ｍ）を、放電管４内を流れるガスの平均流速をｖ（ｍ／ｓ）とした場合、０以上４．７×１０^−３・ｖ（ｍ）以下となるように設定されている。

このような構成としたので、吹き込む反応ガスの量を適宜調整することにより、熱プラズマ通過後に発生するＣＯやＮＯｘ等の有害ガスを減少させることができる。
また、熱プラズマが形成されて高温となった高温領域に反応ガス吹き込み手段２３によって反応ガスを吹き込むこととしたので、高温領域の温度管理が可能となり、高温領域で生成されるＣＯやＮＯｘ等の有害ガスを減少させることができる。
また、反応ガス吹き込み手段は、放電管４の外周から反応気体を旋回流として混合するように構成されている。これにより、反応ガスの混合を促進し均一な反応を行う事が出来る。

（実施例２）
放電管４として外径φ15ｍｍ×内径φ10ｍｍ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＝20〜40SLM／0.2〜0.4SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、マイクロ波電力３ｋＷにてＣＦ_４ガス分解処理を実施した。
ここで、キャビティ下端板から下側に2.5ｍｍの位置（Ｌ2＝2.9×10^-4ｖ〜5.9×10^-4ｖ相当）から、放電管４側に向かってφ3ｍｍの噴出孔×２箇所から空気を2SLM噴出させた結果、ＣＦ_４ガスの分解性能は約90％に維持したまま、処理後ガス中のＣＯ濃度を70ppmから10ppmに低減させることができた。

［第１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１実施形態について図４を用いて説明する。なお、第１参考例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。
本実施形態では、放電管４とキャビティ３との間に、放電管４を囲繞するようにマイクロ波透過材料で形成されたマイクロ波透過管２４が設けられている。
マイクロ波透過管２４は、マイクロ波電界を通すので、放電管４にマイクロ波電力を注入、放電させることができる。
「マイクロ波透過材料」としては、例えば、ガラス、窒化ケイ素、アルミナ、その他のセラミックス等が挙げられる。
そして、マイクロ波透過管２４と放電管４との間に、酸素、空気、窒素、水蒸気等の反応ガス（ガス）を流すガス供給手段７が設けられている。
また、マイクロ波透過管２４の下流端は、図５に示すように、放電管４の下流端と同等の位置とするのが好ましく、具体的には、マイクロ波透過管２４の下流端とキャビティ上端板２５ａとの距離Ｌ３を、０以上４．７×１０^−３・ｖ（ｍ）としている。

このように、放電管４を囲繞するようにマイクロ波透過管２４を設けたので、何らかの理由により放電管４が損傷して、放電管４内を流れる有機ハロゲン化合物を含むガスが放電管４外に流出したとしても、マイクロ波透過管２４外に有機ハロゲン化合物を含むガスが流出することを抑えることができる。
また、マイクロ波透過管２４と放電管４との間に反応ガスを流すこととしたので、熱プラズマが形成されて高温となった放電管４の高温領域を冷却することができる。これにより、安定した通電運転が可能となるとともに、COやＮＯｘ等の有害ガスの発生を抑えることができる。

（実施例３）
放電管として外径φ15ｍｍ×内径φ10ｍｍ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＝20〜40SLM／0.2〜0.4SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、マイクロ波電力３ｋＷにてＣＦ_４ガス分解処理を１時間実施した。
ここで、放電管４の終端位置を、キャビティ下端板２５ａから下方に10ｍｍの位置（Ｌ1＝1.2×10^-3ｖ〜2.4×10^-3ｖ相当）に、マイクロ波透過管２４の下流端をキャビティ下端板２５ａの下方8ｍｍの位置（Ｌ3＝9.4×10^-4ｖ〜1.9×10^-3ｖ相当）に設定し、かつ、放電管４とマイクロ波透過管２４との間から空気を2SLM噴出させた結果、ＣＦ_４ガスの分解性能を約90％に維持したまま、処理後ガス中のＣＯ濃度を10ppmにて安定した分解処理を行うことができた。

［第３参考例］
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３参考例について図６を用いて説明する。なお、第２参考例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。

本参考例では、放電管４の下流端直後に、放電管４の流路面積よりも大きな流路面積を有する拡大流路３０が設けられている。
このように、放電管４の下流端直後に拡大流路３０を設けることによって、拡大流路３０におけるガス流速が小さくなるので、拡大流路３０における動圧が放電管４内における動圧よりも小さくなり、結果として、拡大流路３０の全圧が放電管４内の全圧よりも小さくなる。これにより、拡大流路３０の下流側からガス供給装置１１によって吹き込まれた反応ガスや熱プラズマ通過後の未反応の反応ガスが、放電管４内に逆流してしまうことを抑制できる。したがって、放電管４内の熱プラズマ領域に過剰に反応ガスが供給されることがないので、放電管４内で腐食性ガスが生成されることが防止され、放電管４の腐食損傷を抑えることができる。
（実施例４）
放電管４として外径φ15ｍｍ×内径φ10ｍｍ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＝20〜40SLM／0.2〜0.4SLM／1〜10SLMの条件にて水蒸気を適量混合し、マイクロ波電力３ｋＷにてＣＦ_４ガス分解処理を１時間実施した。
ここで、放電管４の下流端を、キャビティ下端板２５ａから下に5ｍｍの位置（Ｌ1＝5.9×10^-4ｖ〜1.2×10^-3ｖ相当）に設定し、かつキャビティ下端板２５ａから下に2.5ｍｍの位置（Ｌ2＝2.9×10^-4ｖ〜5.9×10^-4ｖ相当）から、放電管４側に向かってφ3ｍｍの噴出孔×２箇所から空気を2SLM噴出させると共に、放電管４の出口下部に、φ30ｍｍ×長さ10ｍｍの拡大流路３０を設けた。その結果、ＣＦ_４ガスの分解性能を約90％に維持したまま、放電管４に白濁したＨＦ腐蝕痕は認められず、かつ処理後ガス中のＣＯ濃度を10ppmにて安定した分解処理を行うことができた。

［第４参考例］
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４参考例について図７を用いて説明する。なお、第１参考例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。
本参考例では、図示されていないが、放電管の上流側は上流固定手段によって装置本体に対して固定されている。
また、放電管４の下流側は、キャビティ下端板２５ａに形成された貫通孔の内周側に設置されるとともに絶縁材料で形成された絶縁ガイド（下流固定手段）２６によって、装置本体側に固定されている。
絶縁ガイド２６は、アルミナとシリカとからなる繊維状のセラミックスペーパとされている。

このように、放電管４の上流側および下流側の二箇所を固定することにより、放電管の軸あわせが確実になるとともに、強固に固定することができる。これにより、特に大流量を流したときに発生する放電管の振動を抑制することができる。
また、キャビティ下端板２５ａに絶縁ガイド２６を設けて放電管４の下流側を固定することとしたので、放電管４とキャビティ上端板２５ａとの距離が常に一定に保たれることになる。これにより、キャビティ下端板２５ａに電界強度の局所集中が防止されるので、この部分における異常放電が防止され、ひいては放電管４の損傷が防止される。
また、絶縁ガイド２６をキャビティ下端板２５ａに設けて一体としたので、他の位置で放電管４の下流側を固定する場合に比べて、コンパクトな構成で実現することができる。

（実施例５）
放電管４として外径φ15ｍｍ×内径φ10ｍｍ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、マイクロ波電力３〜５ｋＷにて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１時間実施した。
ここで、放電管４の下流端位置を、キャビティ下端板２５ａから下に5ｍｍの位置に設定し、かつキャビティ下端板２５ａと、その下部に同じ直径を有して設けられＳＵＳ金属フランジの間に、外径φ20ｍｍ×内径φ15ｍｍのリング状のセラミックスペーパを挟みこむ形で配置した。
その結果、Ｎ_２流量を40→80SLM増加させても安定した放電発生、分解処理を行う事が出来た。

なお、図８に示すように、放電管４の下流端近傍に向けて、有機ハロゲン化合物、酸素、空気、窒素、水蒸気等の反応ガスを吹き込む反応ガス吹き込み手段２３を、キャビティ下端板２５ａと一体化されたフランジに接続してもよい。
これにより、コンパクトな構成で反応ガスを放電管下流端近傍に吹き込むことができる。

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１参考例を示す概略図である。放電管およびキャビティ下端板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２参考例を示す概略図である。本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置の第１実施形態を示す概略図である。上記第１実施形態の変形例を示す概略図である。本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置の第３参考例を示す概略図である。本発明の有機ハロゲン化合物放電分解装置の第４参考例を示す概略図である。上記第４参考例の変形例を示す概略図である。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
２５ａキャビティ下端板

Claims

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、
前記放電管と前記空洞共振器との間には、該放電管を囲繞するように、マイクロ波透過材料で形成されたマイクロ波透過管が設けられ、
該マイクロ波透過管の下流端は、前記放電管の下流端と同等の位置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。
前記マイクロ波透過管と前記放電管との間に、ガスを流すガス供給手段が設けられてい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。
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、
前記放電管と前記空洞共振器との間には、該放電管を囲繞するように、マイクロ波透過材料で形成されたマイクロ波透過管が設けられ、
該マイクロ波透過管の下流端は、前記放電管の下流端と同等の位置とされ、
前記マイクロ波透過管と前記放電管との間に、ガスを流すことを特徴とする有機ハロゲン化合物放電分解方法。