JP5952984B1 - 排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

処理対象排ガスの高温分解ガス成分を予熱することで、大風量の処理対象排ガスに対して小容量のプラズマ発生装置で対応可能にした新規な排ガス処理装置を提供しようとするものである。排ガス処理装置１０は、水分の存在下で、電気ヒータ１５又は熱交換器１７の少なくともいずれか一方からの熱で処理対象排ガスＦを予熱し、これに続く、大気圧プラズマＰによって排ガスＦを熱分解する。装置本体１１は、内部が加熱分解室Ｔとなっている。プラズマ発生装置１４は非移行型で、装置本体１１の天面部１１ａに設置されている。反応器１２は、円筒状で装置本体１１内に設置され、その上端開口１２ｉを該プラズマ発生装置１４のプラズマ噴出口１４ｆに向けて配設されている。水分供給部１８は装置本体１１の入口側に設けられている。電気ヒータ１５又は熱交換器１７の少なくともいずれか一方が第１空間Ｔ１に配置されている。

Description

本発明は、人体に有害なガス、地球温暖化ガス、オゾン層破壊ガス等を含むガス、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に関する。

現在、物を製造したり、処理したりする工業プロセスとして、多種多様のものが開発・実施されており、このような多種多様な工業プロセスから排出されるガス(以下、「処理対象排ガス」と云う。)の種類も非常に多岐に亘っている。このため、工業プロセスから排出される処理対象排ガスの種類に応じて、様々な種類のガス処理方法および排ガス処理装置が使い分けられている。

例えば、半導体製造プロセス一つを例にとっても、モノシラン（ＳｉＨ₄）、塩素ガス、ＰＦＣ(パーフルオロコンパウンド：ＣＦ₄、ＳＦ₆、Ｃ４Ｆ₈、ＮＦ₃、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、Ｃ₂Ｆ₆、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₃Ｆ₆、ＣＨ₂Ｆ₂、ＣＨＦ₃などで、地球温暖化係数（ＧＷＰ）がＣＯ₂に比べ数千から数万倍と非常に高く、大気寿命も数千から数万倍と非常に長いことから、地球環境に与える影響が大きい。)など様々な種類のガスが使用されており、処理対象排ガスにモノシランが含まれている場合には、熱分解式、燃焼式、吸着式あるいは化学反応式などの処理装置が用いられ、処理対象排ガスに塩素ガスが含まれている場合は、薬液を使った湿式や吸着式などの処理装置が用いられる。また、処理対象排ガスにＰＦＣが含まれている場合は、触媒式、熱反応式、熱分解式、燃焼式、プラズマ式の排ガス処理装置が用いられる。

このように工業プロセスから排出される様々な種類の処理対象排ガスに応じて排ガス処理装置を逐一準備すると、ユーザーにとって装置の管理が複雑になるとともに、メンテナンスに要する時間やコストが増大する。このことが結果的に製品のコストにはね返り、製品のコスト競争力の低下を招いていた。

そこで、工業プロセスから排出される処理対象排ガスには高温下で熱分解可能なものが多いことから、特許文献１に示すような熱分解式の排ガス処理装置、すなわち反応器内に大気圧プラズマを噴出させ、この大気圧プラズマに向けて処理対象排ガスを供給して分解処理する装置を用いれば、少なくとも高温下で熱分解可能な処理対象排ガスは、その種類にかかわらず１つの装置で分解処理できるようになる。なお、本明細書において、「大気圧プラズマ」とは、大気圧条件下で生成するプラズマのことであり、熱プラズマ、マイクロ波プラズマおよび火炎を含む広義のプラズマを意味する。

特開２０００−３３４２９４号公報

上述のように、大気圧プラズマを用いた熱分解式の排ガス処理装置は、１５００℃と言うような高温が簡単に得られるので、通常の８００〜９００℃で処理できるような低温で分解する排ガス成分は勿論、最も分解しにくいＰＦＣの熱分解も可能であって非常に汎用性が高いものである。一方、半導体製造装置は効率化を求めて大型化している。他方、現存の設備を集約化して大量の排ガスを1台の排ガス処理装置で処理することを求めている。とすれば、問題となるＰＦＣの風量も飛躍的に増大する。
これに対応することが求められている排ガス処理装置側では、当然、大気圧プラズマの処理能力の増強が求められることになる。
処が、現状では大気圧プラズマの処理能力は小さいため、ＰＦＣの流量が１００Ｌ／分（リットル毎分）以下と小さい場合は対応可能であるが、それ以上、特にＰＦＣの流量が２５０Ｌ／分以上に大きくなるとプラズマトーチに流す電流量もそれに合わせて大きくなり、ランニングコストが急増するだけでなくトーチ寿命が急減するという問題があって、要望に対応し切れていない。

そこで、この発明の主たる課題は、このような増大するＰＦＣを大量に含む処理対象排ガスに対して大気圧プラズマを主力としながら、送られて来る処理対象排ガスを大気圧プラズマの前段階で電気ヒータ或いは熱交換器（ヒートポンプも含む）のいずれか一方又は両方を併用することで、増大したＰＦＣを予熱し、予熱されたＰＦＣを分解温度まで大気圧プラズマで急速加熱することで予熱分のエネルギを節約し、プラズマトーチへの負荷を軽減することでＰＦＣを大量に含む大風量の処理対象排ガスにも対応できる新規な排ガス処理装置を提供しようとするものである。

請求項１の排ガス処理装置１０は、装置本体１１の内部において、水分の存在下で、電気ヒータ１５又は熱交換器１７の少なくともいずれか一方からの熱で外部から供給された処理対象排ガスＦを予熱し、これに続く、大気圧プラズマＰによって予熱された排ガスを熱分解する排ガス処理装置１０であって、
内部が加熱分解室Ｔとなっている装置本体１１と、
装置本体１１の天面部１１ａに設置された非移行型のプラズマ発生装置１４と、
装置本体１１内に設置され、その上端開口１２ｉを該プラズマ発生装置１４のプラズマ噴出口１４ｆに向けて配設され、内部が前記プラズマ発生装置１４からの大気圧プラズマＰによって処理対象排ガスＦの高温分解ガス成分を熱分解する第２空間Ｔ２となっている筒状の反応器１２と、
装置本体１１の入口側に設けられ、前記加熱分解室Ｔに水分を供給する水分供給部１８と、
装置本体１１の内周面と反応器１２の外周面との間の処理対象排ガスＦが供給される第１空間Ｔ１に配置された、電気ヒータ１５又は前記第２空間Ｔ２の熱を第１空間Ｔ１に運ぶ熱交換器１７の少なくともいずれか一方とで構成され、
前記反応器１２は、両端面開口した円筒状のもので中央部分が細く絞られ、細く絞られた中央の細径胴部１２ｂより上の部分が高温反応部１２ａ、下の部分が高温排気部１２ｃとなっており、
熱交換器１７は高温排気部１２ｃに設けられていることを特徴とする。

ＰＦＣのような高温分解ガス成分を主として含む処理対象排ガスＦの場合、まず、第１空間Ｔ１に設置された電気ヒータ１５、又は、大気圧プラズマＰによって高温に保たれた第２空間Ｔ２の高熱を熱交換器１７にて第１空間Ｔ１に運び、まず第１空間Ｔ１でこれを予熱し、続いて第２空間Ｔ２に吸引し、ここで大気圧プラズマＰにて熱分解することになる。この時、大気圧プラズマＰが処理すべき高温分解ガス成分の分解温度までに必要な熱量は前記予熱分だけ少なくなる。換言すれば、ＰＦＣのような高温分解ガスが大風量であったとしても、プラズマ発生装置１４に必要な容量は予熱分だけ軽減される。
また、処理対象排ガスＦには、ＰＦＣのような高温分解ガス成分だけでなく、低温分解ガス成分も含まれる場合があるが、この場合でも、まず、低温分解ガス成分を第１空間Ｔ１に設置された電気ヒータ１５、又は、熱交換器１７にて第１空間Ｔ１でこれを分解し、同時にＰＦＣのような高温分解ガスも第１空間Ｔ１の雰囲気温度まで予熱される。この結果、大気圧プラズマＰにて高温分解ガスを第２空間Ｔ２で上記のように熱分解する場合でもプラズマ発生装置１４に必要な容量は予熱分だけ軽減されることになる。
このように、処理対象排ガスＦの高温分解ガス成分が大風量になったとしても、大気圧プラズマＰが必要とされる容量は、従来からの小容量のもので足ることになる。なお、熱交換器１７には隔壁を介して高温気体と低温気体とを隣接させて通流させ、高温側から低温側に熱を移動させる形式のもののほか、熱媒体を用いて高温部分から低温部分へ 熱を移動させるヒートポンプのようなものも含まれる。本発明ではプラズマ発生装置１４は必須であるが、電気ヒータ１５と熱交換器１７はいずれか一方だけでもよいし、併用してもよい。

請求項２は、請求項１に記載の排ガス処理装置１０において、
水分供給部１８は、装置本体１１の入口側に設けられ、前記処理対象排ガスＦを水洗する前段湿式スクラバ１８Ａであることを特徴とする。この場合、低温の処理対象排ガスＦ内に粉塵等が含まれている場合、スクラバ１８Ａのスプレー水Ｗに捕集されて次の工程に向かう。同時に、熱分解に必要な水分が処理対象排ガスＦに補給されることになる。

請求項３は、請求項１に記載の排ガス処理装置１０において、
水分供給部１８は、装置本体１１の入口側に設けられ、装置本体１１に蒸気を供給する蒸気供給装置１８Ｂであることを特徴とする。この場合、低温の処理対象排ガスＦ内に粉塵等が含まれている場合、蒸気が粉塵に凝集してこれを捕集することになる。同時に、前述同様熱分解に必要な水分が処理対象排ガスＦに補給されることになる。

請求項４は、請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス処理装置１０において、
反応器１２の熱を第１空間Ｔ１内に放出するフィン１２ｆが反応器１２の外周面に設けられていることを特徴とする。

請求項５に記載の排ガス処理装置１０は、請求項１〜４において、
前記反応器１２から排出された処理済み排ガスＧを水洗する後段湿式スクラバ２２が更に設けられていることを特徴とする。

上述のように、本発明ではプラズマ発生装置１４に電気ヒータ１５或いは熱交換器１７のいずれか、またはその両方を並設することで、第１空間Ｔ１中において、処理対象排ガスＦ中のＰＦＣのような高温分解ガス成分の予熱がなされることになるので、プラズマ発生装置１４に対するその分の負荷が軽減されることになり、小容量のプラズマ発生装置１４で高温分解ガス成分の増大に対応することが出来る。
また、処理対象排ガスＦが低・高温分解ガス成分で構成される場合、８００〜１０００℃程度で分解するような低温熱分解ガス成分を電気ヒータ１５或いは熱交換器１７にて予め処理し、同時に最も分解しにくいＰＦＣのような成分をその雰囲気温度まで予熱する。これにより上記同様プラズマトーチ１４ａの処理能力を高めることなく、例えば、２５０Ｌ／分以上の大風量の排ガス処理も可能になった。

本発明の第１実施例の排ガス処理装置を示す構成図である。 図１のＸ−Ｘ断面矢視図である。 本発明の第２実施例の排ガス処理装置を示す構成図である。 図３のＸ−Ｘ断面矢視図である。本発明の他の実施例（スプレー式水供給）の排ガス処理装置を示す構成図である。 本発明の第３実施例の排ガス処理装置を示す構成図である。 本発明の第４実施例の排ガス処理装置を示す構成図である。 本発明の第５実施例の排ガス処理装置を示す構成図である。

以下、本発明を図示実施例にしたがって説明する。図１は第１実施例の排ガス処理装置１０の概要を示した構成図である。この図が示すように、本実施例の排ガス処理装置１０は、大略、装置本体１１、反応器１２、プラズマ発生装置１４、水分供給部１８、電気ヒータ１５及び熱交換器１７（図１では両者を設置した例が示されているが、少なくともいずれか一方が設置される。）、水タンク２０、後段湿式スクラバ２２などで構成されている。本明細書に於いて、機能の同じ構成部材は同じ番号で表し、簡略のために第２実施例以降は第１実施例で記載した内容を原則として援用し、その記載を省略する。図１に示す第１実施例では、電気ヒータ１５と熱交換器１７の両者が設置された例で説明するが、いずれか一方だけでもよい。

装置本体１１は、天面部１１ａが閉塞された円筒状の容器で、外周面が断熱材１３で覆われている。天面部１１ａにはプラズマ発生装置１４のプラズマトーチ１４ａが設置されており、そのプラズマ噴出口１４ｆは装置本体１１の天面部１１ａの中央から下方に向けて開口するように設置されている。装置本体１１の下部はドーナツ状に外周に膨らんでおり（勿論、該下部を膨らませることなく、装置本体１１をストレートな筒状としてもよい。）、この部分１１ｃ（以後、環状膨出部１１ｃという。）に水分を伴った処理対象排ガスＦの導入口１１ｉが設けられている。この装置本体１１は後述する水タンク２０の天面部２０ａの中央に立設されている。装置本体１１の内部中央には反応器１２が立設されており、反応器１２の下面開口である処理済み排ガスＧの排出口１２ｏが水タンク２０の天面部２０ａの中央に設けられた通孔を介して水タンク２０内に挿入されている。

反応器１２は装置本体１１の中心に沿って立設されており、この反応器１２の外周面と、装置本体１１の内周面との間のリング状の空間が第１空間Ｔ１で、反応器１２の内側が第２空間Ｔ２である。

装置本体１１の天面部１１ａから複数（ここでは４本）の電気ヒータ１５が垂設され、第１空間Ｔ１の上部に位置している。これに対して第２空間Ｔ２は反応器１２の内側で、第１空間Ｔ１の上端と第２空間Ｔ２の上端部分とが繋がっており、この第２空間Ｔ２の上端部分が電気ヒータ１５の加熱によって高温（例えば、８００〜９００℃或いは１０００℃近く）に保たれる。

反応器１２は、両端面開口した円筒状のもので中央部分が細く絞られている。この細く絞られている反応器１２の中央部分を細径胴部１２ｂとし、細径胴部１２ｂより上の部分を高温反応部１２ａ、下の部分を高温排気部１２ｃとする。反応器１２の上端開口１２ｉはプラズマ噴出口１４ｆに向かって開口するように設置されている。高温反応部１２ａ及び高温排気部１２ｃの内径は細径胴部１２ｂより内径が大に形成されている。そして高温反応部１２ａ内の空間を第２空間Ｔ２の高温反応空間Ｔ２１とし、高温排気部１２ｃ内の空間を高温排気空間Ｔ２２とする。高温反応部１２ａの内周面には耐火材１２ｔが厚く塗布されている。反応器１２自体は耐熱合金や厚肉の鋳鉄で形成されている。

高温反応部１２ａの細径胴部１２ｂにつながる底部は例えば回転楕円面或いは回転放物面のように円弧状に形成されている。一方、高温排気部１２ｃの外周面にはフィン１２ｆが多数一体的に突設されている。フィン１２ｆは高温排気部１２ｃの熱を第１空間Ｔ１に効率的に放熱するためのものであるが、必須ではなく必要に応じて設けられる。

熱交換器１７は、高温排気部１２ｃの熱を第１空間Ｔ１に移動させる装置であればどのようなものでもよいが、ここでは例えば多数の耐熱性パイプで構成され、高温排気部１２ｃに所定の間隔を明けて多列多段に穿設された多数の通孔に耐熱性パイプが挿通されたものである。耐熱性パイプの入口部分と出口部分は環状膨出部１１ｃに突出して開口おり、導入口１１ｉから環状膨出部１１ｃ内に導入された低温の処理対象排ガスＦの一部（或いは全部）を流通させ、高温排気部１２ｃ内を下方に流れる高温の処理済み排ガスＧによってこれを加熱するものである。一方、高温排気部１２ｃ内では高温の処理済み排ガスＧが耐熱性パイプの間を流れて耐熱性パイプ内を流れている低温の処理対象排ガスＦを加熱する。

環状膨出部１１ｃ内には図２に示すように装置本体１１と反応器１２との間に隔壁１１ｋが設けられており、低温の処理対象排ガスＦの一部（或いは全部）が導入口１１ｉ側の空間１１ｃ１から反対側の空間１１ｃ２に流れやすくなるようにしている。なお、低温の処理対象排ガスＦの全部を空間１１ｃ１から反対側の空間１１ｃ２に流す場合は、図示していないが導入口１１ｉ側の空間１１ｃ１と第１空間Ｔ１との境界を閉塞し、第１空間Ｔ１には反対側の空間１１ｃ２からのみ流入するようにすればよい。なお、熱交換器１７は上記のような構造に限られず、耐熱性パイプに代えてヒートポンプのようなものでもよい。その場合は、高温排気部１２ｃを下方に流れる高温の処理済み排ガスＧの熱を奪い、高温排気部１２ｃから第１空間Ｔ１に突き出している部分にその熱を輸送し、高温となった該突き出し部分に低温の処理対象排ガスＦが接触して加熱されることになる。

プラズマ発生装置１４は、高温の大気圧プラズマＰを生成する電極を内部に備えるプラズマトーチ１４ａと、プラズマトーチ１４ａの電極に電位を印加する直流電源（図示せず）と、プラズマトーチ１４ａに作動ガスを供給する作動ガス供給装置（図示せず）とで構成されている。プラズマトーチ１４ａは、プラズマ噴出口１４ｆから反応器１２の内部に向けて大気圧プラズマＰを噴射できるように装置本体１１の天面部１１ａの中央部に取り付けられている。

なお、直流電源は、プラズマトーチ１４ａの内部に設けられた一対の電極に所定の放電電圧を印加して電極間にプラズマアークを発生させるものである。本実施例では、いわゆるスイッチング方式の電源装置を使用している。

作動ガス供給装置は、プラズマトーチ１４ａに窒素や水素、あるいはアルゴンなどの作動ガスを送給するものであり、作動ガスを貯蔵する貯蔵タンク（図示せず）、およびこの貯蔵タンクとプラズマトーチ１４ａとを連通する作動ガス供給配管（図示せず）を有する。

本実施例の作動ガス供給装置には、作動ガス供給配管に質量流量制御手段が設けられている。この質量流量制御手段は、作動ガス供給配管を通じてプラズマトーチ１４ａに供給する作動ガスの量を一定に制御するものである。

水分供給部１８は、第１実施例では前段湿式スクラバ１８Ａが用いられる。以下、水分供給部１８は前段湿式スクラバ１８Ａとして説明する。前段湿式スクラバ１８Ａは、処理対象排ガス発生源（図示せず）に接続された排ガスダクト１９より供給される処理対象排ガスＦに水（即ち、水分）Ｗを噴霧して当該処理対象排ガスＦ中から固形成分や水溶性成分を水洗除去するものである。

直管形のスクラバ本体１８ａの上端が前記排ガスダクト１９に接続され、下端が水タンク２０の天面部２０ａの一方の端部に立設されている。スクラバ本体１８ａの下面は水タンク２０内に開口している。そして、スクラバ本体１８ａの下部側面には環状膨出部１１ｃの導入口１１ｉに接続されている排ガス導入管２８に接続されている。スクラバ本体１８ａ内部にはスプレーノズル１８ｂが設置され、揚水ポンプ３２にて水タンク２０から揚水された水（即ち、水分）Ｗ或いは薬液が噴霧されるようになっている。そして、スプレーノズル１８ｂと排ガス導入管２８との間に前記水Ｗと処理対象排ガスＦとの気−液接触を高めるための充填材１８ｃが充填されている。なお、水Ｗ或いは薬液の噴霧の代わりに水分を付与するために蒸気を供給してもよい。

また、必ずしも必要とするものではないが、本実施例では、前段湿式スクラバ１８Ａの揚水配管を分岐して第１空間Ｔ１に水Ｗ或いは薬液（或いは蒸気）の噴霧を行うスプレーノズル１１ｂが配置されている。こうすることにより第１空間Ｔ１に固形成分が付着・堆積するのを確実に防止することができる。図１ではスプレーノズル１１ｂは第１空間Ｔ１の中間に記載されているが、天面部１１ａに設け、第１、２空間Ｔ１、Ｔ２を洗浄できるようにしてもよい。また、スプレーノズル１１ｂは熱分解用の水分が不足する場合、これを補う役目もある。

水タンク２０は、反応器１２の内面に流す水Ｗなどを貯留する矩形箱状の水槽であり、この水タンク２０には、排水管４２が取り付けられている。内部には水或いは薬液が貯められており、水面より低い底部では連通するが、水タンク２０内を通過する処理対象排ガスＦと処理済み排ガスＧとが混じらないように隔壁２０ｂ、２０ｃが前段湿式スクラバ１８Ａ、装置本体１１及び後段湿式スクラバ２２の間に設けられている。

排水管４２は、水タンク２０の基準水面位置に対応する水タンク２０の壁面に接続されたパイプであり、基準水面位置における水タンク２０の水貯留容量を超える余剰水は、排水管４２を通って系外に排出される。したがって、水タンク２０内の水位は基準水面位置よりも高くならない。

後段湿式スクラバ２２は、処理対象排ガスＦを熱分解した際に発生する水溶性成分や固形成分を処理済み排ガスＧ中から水洗・除去する装置であり、直管形のスクラバ本体２２ａと、スクラバ本体２２ａ内に配設されたスプレーノズル２２ｂと、スプレーノズル２２ｂの下方に設置された充填材２２ｄ（或いはスクラバ本体２２ａ内部空間の全面を横切るように取り付けられた板状のパンチングメタルや網）とを有する。

この後段湿式スクラバ２２は、水タンク２０の天面部２０ａの他方の端部に立設されており、下面が水タンク２０内に向かって開口しており、スプレーノズル２２ｂから噴霧された水Ｗが、水タンク２０に戻されるようになっている。そして後段湿式スクラバ２２の下部側面には接続配管２１が接続されており、該接続配管２１は水タンク２０の反応器１２に繋がる空間に接続している。後段湿式スクラバ２２の頂部出口は、処理済みの排ガスＧを大気中へ放出する排気ファン３４を介して排気ダクト（図示せず）に接続されている。

次に、図１、２に示した排ガス処理装置１０を用いて処理対象排ガスＦを分解する場合に付いて説明する。まず作動ガス供給装置を作動させ、質量流量制御手段によって流量を制御しつつ、作動ガスを貯蔵タンクからプラズマトーチ１４ａに送給する。

そして、揚水ポンプ３２を作動させて水タンク２０に貯留された水Ｗを前段湿式スクラバ１８Ａおよび後段湿式スクラバ２２（必要があれば第１空間Ｔ１）に供給する。これにより、前段湿式スクラバ１８Ａで水洗された処理対象排ガスＦは、排ガス導入管２８を通って装置本体１１の環状膨出部１１ｃの導入口側空間１１ｃ１に入り、一部が熱交換器１７を通り（熱交換器１７の構造によっては全部が通り）、導入口１１ｉの反対側の空間１１ｃ２に移動し、この間、第１空間Ｔ１内の下部で熱交換により加熱される。

熱交換器１７の部分の温度は前述のように７００〜８００℃（場合によっては９００℃）に達するため、水分を伴ってこの部分に流れ込んできた処理対象排ガスＦの低温分解ガス成分は、ある程度、この部分で熱分解される。一方、高温分解ガス成分はここでは分解されず、雰囲気温度まで予熱される。

熱交換器１７を経た排ガスは第１空間Ｔ１において、反応器１２の周囲を回転しながら上昇するが、熱交換器１７の直上に設けられたフィン１２ｆに接触し、この部分でも未反応の低温分解ガス成分が分解される。そして、高温分解ガス成分はここでも分解されず、同様に雰囲気温度まで予熱される。フィン１２ｆは熱交換器１７より高温反応部１２ａに近いので、熱交換器１７より温度が高く、フィン１２ｆの間を流れる間により高い熱分解温度を有する排ガス成分が分解される。

このようにして熱交換器１７及びフィン１２ｆを経た排ガスＦは第１空間Ｔ１において、ある程度の（或いは殆んどの）低温分解ガス成分が分解されるが、第１空間Ｔ１の中段に設置されているスプレーノズル１１ｂによりスプレーされて、水Ｗ（或いは蒸気）が追加的に供給され、第１空間Ｔ１の上部に至る。

そして第１空間Ｔ１の上部において、処理対象排ガスＦの低温熱分解ガス成分の残留部分が電気ヒータ１５の熱で熱分解される。電気ヒータ１５による加熱は、第１空間Ｔ１の上部で８００〜９００℃、或いは１０００℃に達し、追加された水Ｗ（或いは蒸気）の存在の下、残留していた低温熱分解ガス成分の殆んど或いは全てがここで熱分解される。ＰＦＣのような高温熱分解ガス成分はここでは分解されず、予熱されて次の反応器１２迄持ち越される。なお、熱交換器１７やフィン１２ｆを使用する場合は、電気ヒータ１５の消費電力を大幅に抑えることが出来る。

第１空間Ｔ１では予熱された高温熱分解ガス成分と、これに混じり合った第１空間Ｔ１から持ち越された適量の水分とが共に反応器１２の上端から反応器１２の内部に吸引される。

反応器１２の高温反応部１２ａでは、その雰囲気温度が大気圧プラズマＰの噴出と同時に、高温熱分解ガス成分が熱分解可能な温度（１５００℃程度）となり、高温反応部１２ａの内部で完全に分解される。熱分解された排ガスは処理済み排ガスＧとして細径胴部１２ｂを流速を速めた状態で通過し、下部の高温排気部１２ｃに流入する。ここで、分解される高温分解ガス成分は予熱状態（例えば、８００〜９００℃或いは１０００℃近辺）で、この温度から高温熱分解ガス成分が熱分解可能な温度（１５００℃程度）まで昇温されるだけであるから、高温分解ガス成分が１００リットル毎分から２５０リットル毎分以上に増大しても、プラズマ発生装置１４の容量は小さくて足る。

高温排気部１２ｃでは高温の大気圧プラズマＰにより加熱分解された気体が流れているため、７００〜８００℃（場合によっては９００℃）程度の雰囲気温度を有する。前記熱交換器１７を構成する多数の耐熱パイプを介して冷たい処理対象排ガスＦがこの高温の雰囲気内を流れ、冷たい処理対象排ガスＦは雰囲気温度相当のかなり高い温度まで加熱され、前述のように低温熱分解ガス成分が熱分解される。仮に、７００〜８００℃（場合によっては９００℃）程度に達していなくとも、予熱分だけ、電気ヒータ１５やプラズマ発生装置１４の消費電力は下がることになる。

一方、熱交換器１７によって熱を奪われた高温排気部１２ｃの処理済み排ガスＧは、その分だけ低温（例えば、４００〜５００℃）となり水タンク２０内に流れ込む。水タンク２０内では留められている水Ｗに接触してこれを加熱し、大量の蒸気を生成しつつ接続配管２１を通って後段湿式スクラバ２２に送られる。

後段湿式スクラバ２２に導入された処理済排ガスＧはここで水洗される。これにより、処理済み排ガスＧ自体に含まれている固形成分や水溶性成分が水Ｗに吸着し或いは溶解することにより、当該処理済み排ガスＧ中から除去される。

処理対象排ガスＦの種類が例えばモノシランなどのケイ素化合物を含む場合、処理対象排ガスＦを熱分解すると二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等の固形成分が生成される。この固形成分は、装置本体１１や反応器１２の表面に付着・堆積する性質を持っているので、前述のように図示していないが装置本体１１の天面部１１ａに洗浄用のスプレーノズルを設けてこれらを洗浄するようにしてもよい。

後段湿式スクラバ２２を通過した排ガスＧは、（場合によっては）排気ファン３４の手前において、大気導入配管（図示せず）よりブリーザー弁（図示せず）を介して導入された空気が混入された後、排気ファン３４を介して排気ダクトに送給されて系外に放出される。

上記の熱分解は、第１、２空間Ｔ１、２の高温により形成された水蒸気Ｗはさらに熱を受けて酸素と水素とに解離する。このようにして生成された酸素および水素は、第１、２空間Ｔ１、Ｔ２内において処理対象排ガスＦと反応することにより、処理対象排ガスＦの分解に寄与する。

上記のプラズマ発生装置１４には大気圧プラズマＰを発生させることができればどのようなタイプのプラズマ発生装置１４を使用してもよいが、本実施例のように、プラズマ発生装置１４のプラズマトーチ１４ａに「非移行型」のプラズマトーチ（電極間で発生させたプラズマを所望の方向に噴射させるタイプのプラズマトーチ）を用いることが好適である。

第１実施例に係る排ガス処理装置１０を用いて処理対象排ガスＦの熱分解を行った場合、プラズマ形成に要する交流電流を４５〜７０Ａ（通常は５５〜６５Ａ）で、常時放電とした。前記交流電流は直流電流に変換されてプラズマ形成に使用される。このとき、作動ガスとしての窒素ガスの流量は、２５〜５３Ｌ／ｍｉｎ（リットル毎分）程度となった。

このような条件の下で、ＣＦ₄を含む２００、２５０、３００及び４００Ｌ／ｍｉｎ（リットル毎分）の処理対象排ガスＦを前段湿式スクラバ１８Ａに導入し、分解処理を行い、排気ファン３４の出口でＣＦ₄の濃度を測定した。いずれも９０％以上の除害率を達成した。

なお、ＰＦＣガスは酸化性ガスとして水を導入することにより、処理対象排ガスＦを以下のように分解することができる。
［化１］
ＣＦ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋４ＨＦ
［化２］
２Ｃ₂Ｆ₆＋６Ｈ₂Ｏ＋Ｏ₂→４ＣＯ₂＋１２ＨＦ
［化３］
２ＮＦ₃＋３Ｈ₂Ｏ→６ＨＦ＋ＮＯ＋ＮＯ₂
［化４］
ＳＦ₆＋４Ｈ₂Ｏ→Ｈ₂ＳＯ₄＋６ＨＦ

上記第１実施例では、電気ヒータ１５、熱交換器１７の両者を使用した場合を説明したが、電気ヒータ１５又は熱交換器１７だけとしても良い。熱交換器１７を使用する場合は、高温排気部１２ｃを流れ下る高温処理済排ガスＧの熱を一部回収できることから、電気ヒータ１５併用の場合は回収できた分だけ電気ヒータ１５の容量又は消費電力を下げることができるし、プラズマ発生装置１４でも前述のように予熱分だけ省エネルギができる。

電気ヒータ１５を使用しない場合は、作業開始時は少しの間だけ排ガスＦを供給せず、大気圧プラズマＰで反応器１２と熱交換器１７とを加熱し、熱交換器１７が排ガスＦの低温分解ガス成分の熱分解可能温度に達した時に排ガスＦを供給して上記の熱分解を開始することになる。省エネルギ効果は同様に得られる。

電気ヒータ１５を使用するが、熱交換器１７を使用しない場合は、その分だけ熱効率が低下し、電気ヒータ１５の容量或いは消費電力を増加させる必要がある。いずれの場合でも、高温排気部１２ｃに設置されたフィン１２ｆは高温排気部１２ｃを通る処理済排ガスＧの熱を回収することになるので、有効である。
なお、上記では排ガスＦは低・高温分解ガス成分で構成されている場合を中心に示したが、排ガスＦが高温分解ガス成分だけで構成されている場合も同様で、高温分解ガス成分が大幅に増大しても電気ヒータ１５或いは熱交換器１７で少なくとも予熱された分だけプラズマ発生装置１４の容量をセーブすることが出来、小さい容量のプラズマ発生装置１４で大風量のＰＦＣに対応することが出来る。この点は以下の実施例でも同様である。

次に、本発明に係る第２実施例について、図３〜５に基づいて説明する。図５は図３の導入口１１ｉが形成されている空間と、これに隣接する充填材１８ｃが充填されている空間の位置関係を理解しやすいように同一平面に並列に記載したもので、両者は同じものである。なお、第２及び３実施例（図６）でも電気ヒータ１５と熱交換器１７が併用されている例が示されているが、第１実施例と同様、いずれか一方だけでも良い。また、フィン１２ｆも同様で使用しなくてもよいが、使用すればそれだけ熱効率が向上する。

第２実施例は、上述した第１実施例と比較して、前段湿式スクラバ１８Ａが装置本体１１の環状膨出部１１ｃ内に収納されてコンパクト化されたものである。反応器１２の下部を取り囲む円筒状の隔壁１１ｄは下端部全周が水タンク２０内に浸漬されているため、後段湿式スクラバ２２に処理済み排ガスＧを流すための連通開口１１ｅが隔壁１１ｄに穿設されている。

なお、図４から分かるように、環状膨出部１１ｃは３分割され、導入口１１ｉが形成されている各空間に処理対象排ガスＦが導入され、隣接する各空間内の充填材１８ｃを下からそれぞれ通過し、第１空間Ｔ１の反応器１２の周囲にリング状に開口した入口部分Ｔｉで集合し、第１空間Ｔ１に至る。熱交換は第１実施例と同様である。充填材１８ｃが充填されている空間の上部にはスプレーノズル１８ｂが設置されている。それ以外の部分は第１実施例と同じである。なお、環状膨出部１１ｃが多数に分割され、導入口１１ｉも分割数だけ存在するので、１台の本装置１０に複数台の製造設備を接続できる。

第３実施例は、図６に示すように熱交換機能を反応器１２に持たせたものである。反応器１２を例えば厚肉の鋳鉄のようなもので作り、第１空間Ｔ１を螺旋状に上る排ガスＦを反応器１２に接触させて加熱し、伴った水分を水蒸気にする。それ以外は第１実施例と同じである。この場合は、厚肉の反応器１２が熱交換器の機能を持つことになる。

本発明に係る第４実施例は、図７に示すように、排ガスＦを装置本体１１の上部の環状膨出部１１ｃに導入し、ここで、旋回させて電気ヒータ１５に接触させることになる。それ故、上記実施例とは位置が異なるが、電気ヒータ１５への接触以前の通路が環状膨出部１１ｃになるので、環状膨出部１１ｃ内部が第１空間Ｔ１となる。それ以外は蒸気実施例と同じである。なお、この場合は、水分供給部１８として水の代わりに水蒸気を供給する水蒸気供給部１８ｂが設置されている。なお、第４実施例は排ガスＦを装置本体１１の上部から供給しているため、熱交換器の使用はできない。

Ｆ：処理対象排ガス、Ｇ：処理済み排ガス、Ｐ：大気圧プラズマ、Ｗ：水分（水又は水蒸気）、Ｔ：加熱分解室、Ｔ１：第１空間、Ｔ２１：高温反応空間、Ｔ２２：高温排気空間、Ｔｉ：第１空間の入口部分、Ｔ２：第２空間、１０：排ガス処理装置、１１：装置本体、１１ａ：天面部、１１ｂ：スプレーノズル、１１ｃ：環状膨出部、１１ｃ１：導入口側の空間、１１ｃ２：導入口の反対側の空間、１１ｄ：隔壁、１１ｉ：導入口、１１ｄ：隔壁、１１ｅ：連通開口、１１ｋ：隔壁、１２：反応器、１２ａ：高温反応部、１２ｂ：細径胴部、１２ｃ：高温排気部、１２ｆ：フィン、１２ｉ：上端開口、１２ｏ：排出口、１２ｔ：耐火材、１３：断熱材、１４：プラズマ発生装置、１４ａ：プラズマトーチ、１４ｆ：プラズマ噴出口、１５：電気ヒータ、１７：熱交換器、１８（１８Ａ）：水分供給部（前段湿式スクラバ）、１８（１８Ｂ）：水分供給部（蒸気供給装置）、１８ａ：スクラバ本体、１８ｂ：スプレーノズル、１８ｃ：充填材、１９：排ガスダクト、２０：水タンク、２０ａ：天面部、２０ｂ・２０ｃ：隔壁、２１：接続配管、２２：後段湿式スクラバ、２２ａ：スクラバ本体、２２ｂ：スプレーノズル、２２ｄ：充填材、２８：排ガス導入管、３２：揚水ポンプ、３４：排気ファン、４２：排水管。

Claims (5)

1. 装置本体内部において、水分の存在下で、電気ヒータ又は熱交換器の少なくともいずれか一方からの熱で外部から供給された処理対象排ガスを予熱し、これに続く、大気圧プラズマによって予熱された排ガスを熱分解する排ガス処理装置であって、
   内部が加熱分解室となっている装置本体と、
   装置本体の天面部に設置された非移行型のプラズマ発生装置と、
   装置本体内に設置され、その上端開口を該プラズマ発生装置のプラズマ噴出口に向けて配設され、内部が前記プラズマ発生装置からの大気圧プラズマによって処理対象排ガスの高温分解ガス成分を熱分解する第２空間となっている筒状の反応器と、
   装置本体の入口側に設けられ、前記加熱分解室に水分を供給する水分供給部と、
   装置本体の内周面と反応器の外周面との間の処理対象排ガスが供給される第１空間に配置された、電気ヒータ又は前記第２空間の熱を第１空間に運ぶ熱交換器の少なくともいずれか一方とで構成され、
   前記反応器は、両端面開口した円筒状のもので中央部分が細く絞られ、細く絞られた中央の細径胴部より上の部分が高温反応部、下の部分が高温排気部となっており、
   熱交換器は高温排気部に設けられていることを特徴とする排ガス処理装置。
2. 水分供給部は、装置本体の入口側に設けられ、前記処理対象排ガスを水洗する前段湿式スクラバであることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
3. 水分供給部は、装置本体の入口側に設けられ、装置本体に蒸気を供給する蒸気供給装置であることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
4. 反応器の熱を第１空間内放出するフィンが反応器の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排ガス処理装置。
5. 反応器から排出された処理済み排ガスを水洗する後段湿式スクラバが更に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排ガス処理装置。