JP4954513B2 - 有害ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマによって有害ガスを分解し無害化する技術を用いた有害ガス処理装置に関するもので、特にプラズマを電極間で発生させ、簡単な構造で有害ガスの分解を行うことができるものを提供する。

プラズマを用いた有害ガス処理装置は電極間で放電を行い、電極間に低温プラズマを発生させ、プラズマによって有害ガスを分解させるものであるが、多種の有害ガスの浄化を行う能力があり、また省エネルギー効果が高くなるため種々のものが開発されている。

このようなプラズマを用いて有害ガスを処理する装置は、希薄なガスであっても効率良く分解できるものの開発が求められている。このような技術として例えば特許文献１に開示されたものがある。
特開２００１−３４０４４２号公報

特許文献１に開示されたものは希薄な有害ガスを吸着ロータによって濃縮し、その後プラズマ電極間を通すことによって、分解するようにしたものである。

しかし特許文献１に記載のものは、吸着ロータが必要で構造が複雑になるとともに、吸着ロータには吸着し難い有害ガスの処理には向かないという問題がある。例えば、ホルムアルデヒドやメタノール等の物質は水溶性であるため、親水性の吸着剤を使用すると空気中の湿気を吸着してしまい、上記物質の吸着が困難となる。

さらに特許文献１に記載のものは、特に重合性の高い有機物を含む有害ガスを分解する場合、プラズマによって重合した有害ガスが電極に付着し、電極を汚損してしまうという問題がある。このような電極を汚損し易い物質としては、トルエン、キシレン、スチレンなど非極性芳香族炭化水素が挙げられる。

電極にこのような物質の副生成物が付着すると、電極間のプラズマの発生が阻害され、有害ガスの分解能力が次第に低下する。このためこのような装置は、時々電極を分解し洗浄する必要がある。この分解・洗浄に伴い、装置の運転を停止させなければならないという問題がある。よって長時間の運転停止が不可能な場合には、電極のスペアを準備しておき、交互に洗浄と使用とを行う必要がある。

さらに洗浄に使った洗浄剤や洗浄水の処理を行わないと廃棄ができず、これに伴う費用と手間とが必要であるという問題がある。

本発明は、簡単な構造で多くの有害ガスを処理可能で、さらに電極が汚損した場合には簡単な操作でクリーニングを行うことが可能で、かつ洗浄剤や洗浄水を必要としない有害ガス処理装置を提供しようとするものである。

本件発明は以上のような課題を解決するため、金属を集成マイカで絶縁した電極の間に有害ガスを吸着する吸着剤を設けたもので、さらにプラズマを発生させながら酸素原子を含み常温で気体あるいは液体である有機物の蒸気を流す電極のクリーニング動作を行うようにした。

本発明の有害ガス処理装置は上記の如く構成したので、電極間に吸着剤を設けても、電極の金属は集成マイカで絶縁されているため、問題なくプラズマを発生させることができる。

そして吸着剤に吸着し易い有害ガスが電極間を通過する際には一旦吸着剤に吸着され、プラズマで分解されるため、有害ガスが希薄であっても効果的に分解することができる。

有害ガスが吸着剤に吸着し難い物質の場合、このような物質例えばホルムアルデヒドやメタノール或いはエチレン・オキシドなどは酸素原子を持っており、プラズマによって極めて容易に分解される。

また電極の後段にオゾン分解能力を有する触媒を設けたため、電極間で発生したオゾンが分解され、この分解に際して発生する活性酸素によってプラズマ分解されなかった物質や副生成物が分解される。

触媒を出る気体と電極に入る気体との間で熱交換を行うようにしたため、触媒を出たガスの熱で電極に入る気体の温度を上げることができる。このため電極に入る気体の相対湿度が下がり、プラズマの発生が容易になる。しかも電極を出る気体の温度も上昇し、触媒の作用が活性化される。

有害ガスを吸着剤に一旦吸着させた後、電極間にプラズマを発生させて有害ガスを分解するようにした場合、有害ガスが希薄であっても吸着剤に蓄積されることによって、実質的に濃縮され、プラズマによる分解が効果的に行われる。

電極間でプラズマを発生させた状態で、電極より出た気体を再び電極へ送るようにした場合、気体は複数回、電極を通過することになり分解率が高くなる。

さらに酸素原子を含み常温で気体あるいは液体である有機物（クリーニング剤）がプラズマで分解される際に、含まれる酸素原子によって電極に付着した有機物を酸化分解し、電極をクリーニングすることができる。

この際に電極を分解せずに、単にプラズマを発生させながらクリーニング剤を流すだけで、電極のクリーニングを行うことができる。よって洗浄液などを用いる必要がなく、洗浄液の処理の問題もない。

クリーニング剤としては分子量が小さく極性の強い物質が適するが、例えば廃棄対象のメタノール等を用いると、メタノールの廃棄処理とともにクリーニングを行うことができ、極めて合理的に有害ガス処理装置の運転を行うことができる。

さらに電極を分解することなくクリーニングを行うことができるため、クリーニングのために運転を停止する時間も短く、クリーニングのために電極を複数用意する必要がない。

本発明の請求項１に記載の発明は、電極と、電極の間にプラズマを発生させる高圧電源とを有し、電極の間に有害ガスを流すようにしたものであって、電極は金属を集成マイカで絶縁し、これを複数段積層して電極ユニットを構成し、電極の間に有害ガスを吸着する吸着剤を設けたものであるため、多くの種類の有害ガスを簡単な構造で分解できるという作用を有する。

以下本発明の有害ガス処理装置の実施例について図に沿って詳細に説明する。図１に本発明の有害ガス処理装置の電極の正面図、図２及び図３にその拡大図を示す。

つまり電極ユニット1は集成マイカ板よりなる一対の絶縁板２，２に挟まれて絶縁されたステンレス板などの電極導体３よりなる電極４を複数互い間隔を空けて積層された状態であり、さらに電極４の間に挿入された吸着体５を有している。

ここで集成マイカ板とは、マイカ（Mica＝雲母）の砕片をシリコン樹脂などのバインダで固めたもので、高い耐熱性と絶縁性を有する。

電極導体３は一端が絶縁板２，２より露出し、この露出部分に一対の導電線６,６が接続されている。また露出部分は複数の電極４で一つおきに交互に設けられている。従って導電線６，６を電極導体３の両端に上から下まで通し、交互に電極板８と一対の導電線６，６とを接続することによって、全ての電極導体３と一対の導電線６，６とを接続することができる。

一対の導電線６，６には１２Ｋｖ程度の電圧を有する高圧電源７が接続され、これによって電極４ともう一方の電極４との間にプラズマが発生する。

ここで図２及び図３に示すものは、吸着体５は波状に形成されたセラミックシートに疎水性ゼオライトなどの無機吸着剤が担持されたものである。図４に示す吸着体５は、形成されたセラミックシートと平らなセラミックシートとが組み合わされたものである。

図４に実施例１のフロー図を示す。有害ガス発生源１１は、例えば塗装ブースであり、塗料の溶剤であるトルエンやキシレンなどの有害ガスが発生している。あるいは有害ガス発生源１１は半導体ウェハーのマスク除去工程であったり、その他の有害ガスが発生する場所である。

ブロア１２の吸引口は有害ガス発生源１１に接続され、有害ガス発生源１１からガスを吸引する。ブロア１２の吐出口はプラズマ分解装置１３に接続されている。プラズマ分解装置１３の後段には触媒１４が設けられ、触媒１４を通った気体が大気放出される。ここで触媒１４は、活性炭やマンガン系などのオゾンを分解する能力を有するものである。

本発明の実施例１のものは上記のように構成され、以下その動作を説明する。半導体製造プラントなどの有害ガス発生源１１からの有害ガスがブロア１２の吸い込み口に導かれ、プラズマ分解装置１３内で発生したプラズマによって有害ガスが分解される。

プラズマ分解装置１３で発生したオゾンと未分解物あるいは分解副生成物とは触媒１４に送られる。触媒１４ではオゾンが分解され、酸素と活性酸素とになる。この活性酸素によって有害ガスの未分解物あるいは分解副生成物が酸化分解され無害なガスとなって大気へ放出される。

有害ガスの濃度が薄い場合、高圧電源７を運転したり停止したり交互に行い、消費エネルギーを少なくする。つまり高圧電源７の運転を停止した状態で吸着体５に有害ガスを吸着させ、有害ガスが十分に吸着されたら高圧電源７を運転状態にし、電極４間でプラズマを発生させて吸着体５に吸着された有害ガスを分解する。

図５に実施例２のフロー図を示す。この実施例２は上記実施例１のものに熱交換器１５を加えたものである。ここで熱交換器１５は２つの気体の通路を有し、その２つの通路間で熱交換を行うものである。

そしてブロア１２を出て、電極ユニット１を有するプラズマ分解装置１３に入る気体と、触媒１４を出た気体との間で熱交換を行うように構成されている。

これによって、プラズマ分解装置１３によって温度が上昇し、さらに触媒１４によって温度が上昇した気体と、ブロア１２を出てプラズマ分解装置１３に入る気体との間で熱交換が行われる。

つまりプラズマ分解装置１３に入る気体の温度が上昇する。これによって、プラズマ分解装置１３に入る気体の相対湿度が低下し、プラズマの発生が多くなる。さらに触媒１４に入る気体の温度も上昇するため、触媒１４が活性化し分解が促進される。

図６に実施例３のフロー図を示す。この実施例３は上記実施例１のものにバルブ１５，１６と循環路１７及び循環ブロア１８を加えたものである。この実施例３のものは、先ずバルブ１６を開けてブロア１２を短時間運転し、有害ガスをプラズマ分解装置１３に送る。

続いてバルブ１６を閉じ、バルブ１５を開け、ブロア１８を運転し、さらにプラズマ分解装置１３を運転しながらプラズマ分解装置１３と循環路１７間を循環させる。この循環によって有害ガスは次第に分解され無害化される。

有害ガスが十分分解された時に、バルブ１５を開けたままでバルブ１６を開け、ブロア１２及びブロア１８を短時間運転して循環路１７及びプラズマ分解装置１３内の無害化された気体を大気放出する。

図７に実施例４のフロー図を示す。この実施例４は上記実施例１のものにクリーニング剤タンク１９、気化装置２０及び切替バルブ２１を追加したものである。

クリーニング剤タンク１９はメタノール等のクリーニング剤を収納するもので、このクリーニング剤タンク１９からクリーニング剤が気化装置２０に供給される。気化装置２０はクリーニング剤タンク１９から供給されるメタノール等のクリーニング剤を気化させるもので、例えば超音波気化装置やヒータなどを有している。そして気化装置２０は切替バルブ２１を介してブロア１２の吸引口に接続されている。

通常の動作においては、半導体製造プラントなどの有害ガス発生源１１からの有害ガスがブロア１２の吸い込み口に導かれるように切替バルブ２１を操作しておく。すると有害ガス発生源１１からの有害ガスは、切替バルブ２１を介しブロア１２によってプラズマ分解装置１３へ送られる。

ここでプラズマ分解装置１３では電極４ともう一方の電極４との間にプラズマが発生しており、吸着体５に吸着された有害ガスの分子がプラズマによって分解される。

有害ガスの種類によっては、この分解に伴って重合反応も発生する。重合された分子は一般に分解の困難な物質であり、絶縁板７の表面に次第に堆積する。そして堆積が進むと堆積物は次第に炭化して行き、プラズマの発生を阻害する。

ここで切替バルブ２１を操作し、気化装置２０とブロア１２とが連通状態になるようにする。そしてクリーニング剤タンク１９から気化装置２０へメタノールなどのクリーニング剤を供給する。クリーニング剤は気化装置２０で気化され、ブロア１２によってプラズマ分解装置１３へと送られる。

気化されたクリーニング剤はプラズマ分解装置１３で容易に分解される。そして分解に伴って、その分子中の酸素原子を重合物へ与え、重合物が分解される。これによって電極９の表面に付着した重合物は除去される。

上記の例ではクリーニング剤としてメタノールを挙げたが、これ以外にエタノールなどが適する。出願人の試験では、溶解度パラメータが９．３のメチルエチルケトンでもクリーニング効果が十分に発揮されたが、溶解度パラメータがこれ以下の酢酸エチル（溶解度パラメータ９．１）あるいは酢酸ブチル（溶解度パラメータ８．５）ではクリーニング効果が十分に発揮されなかった。

この実施例ではクリーニング剤タンク１９から気化装置２０とを有する例を示したが、クリーニング剤として適した有機溶剤ガスが発生しているプラントがある場合には、そこから有機溶剤ガスをプラズマ分解装置１３へ流すようにすると、その有機溶剤ガスの処理と電極９のクリーニングとを同時に行うことができる。

以上の実施例では、クリーニング剤の供給を行うクリーニング・モードと有害ガスの分解を行う分解モードとを切り替えて行う例を示したが、分解モードの動作中にクリーニング剤を流すクリーニング・モードを平行して行うことも可能である。

本発明は、プラズマによって有害なガスを分解するとともに、その分解に伴う副生成物が電極に堆積した場合は、クリーニング剤をプラズマで分解することによって電極に堆積した副生成物を分解除去することができる有害ガス処理装置を提供する。

本発明の有害ガス処理装置の電極の正面図である。 図１の部分拡大図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の有害ガス処理装置の実施例１のフロー図である。 本発明の有害ガス処理装置の実施例２のフロー図である。 本発明の有害ガス処理装置の実施例３のフロー図である。 本発明の有害ガス処理装置の実施例４のフロー図である。

符号の説明

１ 電極ユニット
２ 絶縁板
３ 電極導体
４ 電極
５ 吸着体
６ 導電線
７ 高圧電源
７ 絶縁板
８ 電極板
１１ 有害ガス発生源
１２ ブロア
１３ プラズマ分解装置
１４ 触媒
１５ 熱交換器
１５，１６ バルブ
１７ 循環路
１８ 循環ブロア
１８ ブロア
１９ クリーニング剤タンク
２０ 気化装置
２１ 切替バルブ

Claims (3)

1. 電極と、前記電極の間にプラズマを発生させる電源とを有し、前記電極の間に有害ガスを流すようにしたものであって、電極は金属板を集成マイカで絶縁し、これを複数段積層して電極ユニットを構成し、前記電極の表面に堆積した有機物のクリーニングを行うクリーニング剤のタンクを設け、前記タンクから供給されたクリーニング剤を気化させる気化装置を設け、前記クリーニング剤として酸素原子を含み常温で液体である有機物を用い、前記電極に有機物が堆積した場合にプラズマを発生させながら酸素原子を含み常温で液体である有機物の蒸気を流してクリーニングするようにした有害ガス処理装置。
2. 酸素原子を含む有機物として溶解度パラメータが９．３以上のものである請求項１記載の有害ガス処理装置。
3. 酸素原子を含む有機物がメタノールである請求項１記載の有害ガス処理装置。

Images