JP6086229B2

JP6086229B2 - 無害化処理装置

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Publication number: JP6086229B2
Application number: JP2013069031A
Authority: JP
Inventors: 克昌鈴木
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: JP2014188498A

Description

本発明は、被処理ガス中の有害ガス成分を除害する、無害化処理装置及び無害化処理方法に関するものである。

冷媒ガスや半導体製造プロセスガスとして、クロロフルオロカーボン（＝ＣＦＣ／ＣＣｌ_２Ｆ_２、Ｃ_２Ｆ_５Ｃｌなど）、ハイドロクロロフルオロカーボン（＝ＨＣＦＣ／ＣＨＣｌＦ_２、ＣＨ_３ＣＣｌＦ_２など）、ハイドロフルオロカーボン（＝ＨＦＣ／ＣＨ_２Ｆ_２、Ｃ_２ＨＦ_５など）、ハロン（ＣＢｒＣｌＦ_２、ＣＢｒＦ_３など）、パーフルオロカーボン（ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６など）、ＣＣｌ_４、ＣＨ_３Ｃｌ、ＳＦ_６、ＮＦ_３等が広く使用されている。

これらのガスは、工業上重要なガスである一方で、オゾン層破壊や地球温暖化の原因物質、毒性ガスでもあるため、大気放出を極力抑制することが求められている。例えば、自動車やクーラーなどが経年劣化などの理由で廃棄される際には、使用された冷媒ガスの回収と無害化処理が行われる。

また、これらのガスは、ハロゲン原子（Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒなど）を含有することを特徴としており、原子間結合エネルギーが比較的大きく、安定な分子である。従って、その無害化処理にあたっては、燃焼、高温、プラズマあるいは光などのエネルギーを与えて分解するとともに、水やアルカリ化合物などでハロゲン原子を化学反応処理する必要がある。

具体的には、例えば、半導体製造装置のプロセス排ガスの場合であれば、乾式除害装置（触媒＋吸着剤）や、燃焼またはプラズマによる分解装置（分解部）と湿式スクラバー装置との併用などが用いられている。ここで、湿式スクラバー装置とは、被処理ガスに噴霧状の水を吹き付ける装置であり、分解部で高温化したガスの冷却、分解生成したハロゲン原子などの不安定な水溶性物質の除去、などを目的として使用される。

ところで、一般的に、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６などの非常に安定な分子を無害化処理する場合には、比較的高い除害性能が得られる後者の手段（すなわち、分解装置と湿式スクラバー装置との併用）が活用されている。

しかしながら、分解部で生成された不安定なハロゲン原子は、周辺に存在するカーボンなどと容易に反応するため、分解部と湿式スクラバー部との距離が離れていると、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＳＦ_６などを容易に再生成し、期待する除害効率が得られないという課題があった。その対策として、特許文献１から３に開示されているように、分解部と湿式スクラバー部との距離を近接させる構成が報告されている。

具体的には、特許文献１は、半導体製造装置の排気ガス中のシランやフッ素化物を分解除去する燃焼式排ガス処理装置に関する発明である。この特許文献１には、１０００℃程度の燃焼炉で被除去成分を分解する分解部と、シャワーノズルから霧状の水を散布する湿式スクラバー部とを、同一装置内に設ける構成が示されている。

また、特許文献２は、工業プロセスから排出されたシランやＰＦＣを分解除去する大気圧プラズマ式ガス処理装置に関する発明である。この特許文献２には、大気圧プラズマ生成部で被除去成分を分解する分解部と、分解生成した水溶性成分および固形成分を処理する後段湿式スクラバーとを、同一装置内に設ける構成が示されている。

ところで、特許文献１及び特許文献２のように、従来別々の装置で行っていた分解処理と湿式スクラバー処理とを、同一の装置内で処理できる構成にすることで、ＣＦ_４などの副生成を予防する効果があることは出願人らの研究でも明らかになっている。一方で、上述の燃焼部や大気圧プラズマ部は、１０００℃近い高温になるため、湿式スクラバーを近接させるには限界があり、装置が大型化してしまうという課題があった。

また、特許文献３は、活性種の寿命を考慮して、プラズマ部で生成された活性種が失活する前に安定化処理することを目的とした発明である。この特許文献３には、プラズマ発生装置と多孔質酸化カルシウム剤充填筒とを直列に配置して、被処理ガスを１００〜５０００Ｐａ程度の減圧条件で通気する除害装置、並びにプラズマ発生装置で被処理ガスをプラズマ化するとともに、プラズマ部で分解生成された不安定なフッ素成分を多孔質酸化カルシウムとの化学反応で除去する除害方法が開示されている。

特許文献３に開示された方法では、減圧雰囲気下での処理が重要であるため、湿式スクラバーの代わりに多孔質酸化カルシウム剤を使用している。しかしながら、特許文献３に開示された方法では、排気量の大きなドライポンプが必要であるといった課題や、多孔質酸化カルシウム剤の交換に手間がかかるといった課題が依然として残っていた。

特開２０１３―０１５２３２号公報再公表ＷＯ２００８／０９３４４２号公報特許第４８９５６１２号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、被処理ガス中の有害ガス成分を高効率で分解除去可能であるとともに、小型化が可能な無害化処理装置及び無害化処理方法を提供することを課題とする。

上述したように、高い除害効率を維持するとともに副生成物の生成を抑制するためには、有害ガス成分の分解部と湿式スクラバー部とを近接させることが有効である。そこで、本願発明者らは、鋭意検討した結果、被処理ガスをプラズマ状態としたまま、溶液（水あるいはアルカリ溶液）の中を通過させて回収（除去）する方法を見出して、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、以下の構成を備える。
請求項１に係る発明は、有害ガス成分を含有する被処理ガス中から前記有害ガス成分を除去して無害化する装置であって、
内部空間内に、被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液を貯留する溶液貯留槽と、
前記被処理ガスを当該被処理ガスの気泡と前記溶液とが混合された状態で前記溶液貯留槽内の溶液中に導入する気泡形成部と、
前記溶液貯留槽内の前記溶液中に設けられ、前記気泡をプラズマ化させる電磁界印加部と、
前記電磁界印加部にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、
前記溶液貯留槽の上部側に設けられ、前記有害成分が除去された気体成分を当該溶液貯留槽の外側に排出するガス排出口と、を備え、
前記電磁界印加部は、誘電体材料からなる円筒状の二重管であり、前記二重管の外管と内管との間の空間に前記マイクロ波供給手段からマイクロ波が供給されるとともに、前記内管の内側に前記気泡が導入される、無害化処理装置である。

請求項２に係る発明は、前記気泡の直径が、１０〜２００μｍの範囲である、請求項１に記載の無害化処理装置である。

請求項３に係る発明は、前記マイクロ波供給手段が、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、前記電磁界印加部に隣接して設けられ、当該電磁界印加部を介して前記気泡にマイクロ波を照射する導波管と、前記マイクロ波発生装置で生成したマイクロ波を前記導波管に供給する導波路と、を有する、請求項１又は２に記載の無害化処理装置である。

請求項４に係る発明は、前記電磁界印加部が、基端に対して先端が水平に対して鉛直方向上側に１０〜３０度の範囲で傾斜されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無害化処理装置である。

請求項５に係る発明は、前記溶液貯留槽の上部側であって、前記ガス排出口よりも下方に、溶液排出口を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無害化処理装置である。

本発明によれば、気泡形成部で形成した被処理ガスの気泡をマイクロ波によってプラズマ化するため、被処理ガス中の有害ガス成分を確実にプラズマ化することができる。また、溶液貯留槽内に電磁界印加部を設けて、被処理ガスの気泡のプラズマ化を溶液貯留槽内で行うため、プラズマ化された有害ガス成分が副生成物を生成することなく、被処理ガス中の有害ガス成分を溶液中に溶存させて確実に除去することができる。さらに、本発明は、被処理ガスをプラズマ化する電磁界印加部と被処理ガス中の有害成分を除去する溶液貯留槽とを近接して設けているため、被処理ガス中の有害ガス成分を高効率で分解除去できるとともに、小型化が可能な無害化処理装置及び無害化処理方法を提供することができる。

本発明を適用した第１の実施形態である無害化処理装置を示す構成図である。本発明を適用した第２の実施形態である無害化処理装置を示す構成図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である無害化処理装置について、これを用いた無害化処理方法とあわせて、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

＜第１の実施形態＞
先ず、本発明を適用した一実施形態である無害化処理装置の構成について、図１を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の無害化処理装置１は、有害ガス成分を含有する被処理ガス中から有害ガス成分を除去して無害化する装置であって、溶液貯留槽２と、上記溶液貯留槽２の外側に設けられたバブラー（気泡形成部）３と、上記溶液貯留槽２内の溶液中に設けられたスロットアンテナ（電磁界印加部）４と、上記スロットアンテナ４にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段５と、上記溶液貯留槽２の上面に設けられたガス排出口６と、を備えて、概略構成されている。

本実施形態の無害化処理装置１は、有害ガス成分を含有する被処理ガスを処理対象とするものである。被処理ガスとしては、特に限定されるものではないが、具体的には、プラズマエッチング装置等の半導体製造装置を真空排気するドライポンプからの排出ガス、自動車やエアコン等の使用済み冷媒充填容器内の残存ガス、使用済み高圧ガス容器内の残存ガス等を例示することができる。

被処理ガス中の有害ガス成分は、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ドライポンプからの排出ガスに含まれる、パーフルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス及びこれらが分解した副生成ガス等が挙げられる。また、使用済み冷媒充填容器内の残存ガスに含まれる、クロロフルオロカーボンやハイドロクロロフルオロカーボン等も有害ガス成分として挙げられる。

なお、被処理ガス中には、有害ガス成分以外の他の成分が含まれていてもよい。上記他の成分としては、具体的には、例えば、ドライポンプ部で追加される希釈用窒素ガスや、腐食防止用窒素ガス等が挙げられる。

溶液貯留槽２は、内部空間を有し、その内部空間内に被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液を貯留する容器である。溶液貯留槽２としては、図１に示すように、筒状の容器を例示することができるが、形状はこれに限定されるものではない。例えば、上面及び底面は、平面で構成されているが、曲面で構成されていてもよい。

溶液貯留槽２の大きさ（容積）は、特に限定されるものではなく、被処理ガスの処理量や所望の処理能力、設置するスペースの大きさ等によって適宜選択することが可能である。
また、溶液貯留槽２の材質は、耐食性を有する材質であれば、特に限定されるものではない。好ましい材質としては、例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ、ハステロイ、チタンなどの耐食性金属、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂が挙げられる。

溶液貯留槽２の内部空間内に貯留する溶液は、被処理ガス中に含まれる有害ガス成分を溶存させることが可能な液体であれば、特に限定されるものではない。すなわち、有害ガス成分の種類に応じて、適宜選択することが好ましい。特に、有害ガス成分がフッ素原子（Ｆ）、塩素原子（Ｃｌ）、ブロム原子（Ｂｒ）及びヨウ素原子（Ｉ）のいずれか一つ以上の原子を含む場合には、水（Ｈ_２Ｏ）等の中性溶液や、水酸化バリウム水溶液、炭酸水素ナトリウム溶液、水酸化カルシウム水溶液及びアンモニア水等のアルカリ性溶液を選択することが好ましい。

溶液貯留槽２の内部空間内への溶液の貯留量は、特に限定されるものではなく、被処理ガスの処理量や、溶液貯留槽の容積等に応じて、適宜選択することが可能である。ここで、溶液貯留槽２は、内部空間内を全て溶液で満たすのではなく、図１に示すように、溶液からなる溶液層２Ａの上方に、気体層２Ｂが設けられるようにすることが好ましい。溶解貯留槽２の内部空間内に気体層２Ｂを設けることにより、溶液層２Ａを通過した気体成分を溶解貯留槽２の外側に排出する前に、気体層２Ｂに留めることができる。このため、溶液層２Ａにおいて被処理ガス中の有害ガス成分の除去が不十分であった場合でも、溶解貯留槽２の外側に直接排出されることを防ぐことができる。

バブラー３は、図１に示すように、被処理ガスの気泡Ｐと溶液とが混合された気泡含有流体を、溶液貯留槽２内の溶液層２Ａに導入するための気泡形成部材である。

このバブラー３には、バブラー３に供給する被処理ガス供給管３ａと、溶液貯留槽２内の溶液と同一の溶液をバブラー３に供給する溶液供給管３ｂと、被処理ガスの気泡Ｐと溶液との混合液である気泡含有流体をバブラー３から溶液貯留槽２内の溶液中に導入する気泡導入管３ｃと、が接続されている。また、気泡導入管３ｃは、バブラー３と溶液貯留槽２との間に設けられており、その一端がバブラー３の排出口に接続されるとともに、他端が溶液貯留槽２の下部側に接続されている。

これにより、バブラー３は、被処理ガスと溶液とから、被処理ガスの気泡Ｐと溶液との混合液である気泡含有流体を生成するとともに、生成したこの気泡含有流体を溶液貯留槽２の下部側から当該溶液貯留槽２内の溶液層２Ａに導入することができる。換言すると、バブラー３は、被処理ガスを気泡Ｐとして溶液貯留槽２内の溶液中に導入することができる。

バブラー３を通過した被処理ガスは、粒径１０〜２００μｍの範囲の気泡（以下、「マイクロバブル」ということがある）として溶液貯留槽２内の溶液中に導入することが好ましい。

ここで、本実施形態の無害化処理装置１において、被処理ガスをマイクロバブルにする理由は、マイクロバブルがほぼ球形の単一粒であることに起因するものである。すなわち、被処理ガスをマイクロバブルとすることにより、溶液中での上昇速度を遅くすることができ、処理するガス流量あたりの気液接触頻度を増やすことができるためである。

また、マイクロバブルの溶液中での上昇速度は、このマイクロバブルが単一球形気泡であることから、浮力と重力とストークス抵抗とのバランスより求めることができる。具体的には、溶液を水、気泡を空気として算出すると、粒径が１００μｍの気泡の上昇速度は５．４ｍｍ／ｓである。

同様の計算に基づいて気泡粒径が１０μｍの場合を算出すると、気泡が１０ｍｍ上方の水面に到達するまでの時間は１９０秒と算出される。同粒径１０μｍの気泡の場合、気泡内でのガス拡散に必要な時間は数十マイクロ秒であり、前記水面への到達時間１９０秒よりも十分に短い、すなわち、溶液内通過中に気液界面衝突が十分に繰り返されることになる。

一方で、気泡が水面に到達するまでの時間が長いということは、被処理ガスの処理流量が制限されるということにも繋がる。例えば、被処理ガスを３００ｓｃｃｍ処理する場合、気泡粒径１０μｍを維持できていると仮定すると、常時、１Ｌもの処理ガスが溶液中に存在することになる。溶液中の気泡濃度が高くなれば、気泡間での衝突が起こり、気泡粒径が大きくなるため、溶液量を増やすことが必要となる。つまり、溶液中気泡の実際の粒径が大きくなってしまったり、粒径を維持するために装置が大型化してしまったりするため、バブラーで形成する気泡粒径を１０μｍ以下にすることは実効的な効果を有さない。

同様に、気泡粒径が１ｍｍの場合は、気泡が１０ｍｍ上方の水面に到達するまでの時間が０．０２秒、気泡内ガス拡散所要時間が０．３秒と算出され、気液界面衝突が十分には行われないと考えられる。また、気泡粒径が２００μｍ以上の場合で、水面への到達時間と気泡内ガス拡散所要時間とがほぼ同じとなることから、気泡粒径は２００μｍ以下とすることが望ましい。

なお、バブラー３は、上述したようなマイクロバブルを形成できるものであれば、特に限定されるものではない。バブラー３としては、具体的には、例えば、従来公知の発生方式から適宜選定することができる。また、市販のバブラー（マイクロバブル発生装置）を使用してもよい。

スロットアンテナ４は、溶液中において被処理ガスの気泡Ｐにマイクロ波を照射してプラズマ化させる部材（すなわち、電磁界印加部材）である。このスロットアンテナ４は、溶液貯留槽２内の溶液中で後述する導波管５Ｂに隣接されて設けられている。また、スロットアンテナ４の基端４ａは、溶液貯留槽２の周壁の内側であって、上述した気泡導入管３ｃの接続位置の上方を覆うように接続されている。一方、スロットアンテナ４の先端４ｂは、溶液貯留槽２の周壁から中心方向に向けて、略中央付近まで延伸されて設けられている。

スロットアンテナ４は、図１に示すように、下面４Ａが溶液との接触面（すなわち、マイクロ波照射面）となっている。また、下面（接触面）４Ａには、図示略の誘電体材料からなる薄膜が設けられている。したがって、気泡をプラズマ化するには、スロットアンテナ４、上記薄膜を経由して、溶液中の気泡Ｐにマイクロ波を照射することとなる。

本実施形態の無害化処理装置１では、スロットアンテナ４のマイクロ波照射面（下面４Ａ）側にマイクロバブルが供給されていればよい。このため、電磁界印加部であるスロットアンテナ４の下面（すなわち、接触面）４Ａの形状は、平面であっても良いし、曲面であってもよい。さらに、スロットアンテナ４の下面（接触面）４Ａが凹面であれば、マイクロバルブに対するマイクロ波の供給効率が高くなる、すなわち気泡Ｐ内の有害成分の分解効率が高くなるために好ましい。

なお、バブラー３から溶液貯留槽２内に導入された気泡Ｐが、よどみなくスロットアンテナ４に沿って流れるためには、気泡Ｐの導入側よりも溶液中央側の方が、鉛直方向で高い位置にあることが望ましい。すなわち、スロットアンテナ４は、基端４ａに対して先端４ｂが水平に対して鉛直方向上側に１０〜３０度の範囲で傾斜されていることが好ましい。

ここで、スロットアンテナ４の傾斜角度が１０度未満の場合、気泡Ｐの上昇速度からもわかる通り、気泡Ｐの流れが遅く、傾ける効果が得られないために好ましくない。一方、スロットアンテナ４の傾斜角度が３０度を超えると、気泡Ｐがスロットアンテナ４のマイクロ波照射面の近傍に集中しにくくなり、プラズマ化される気泡の数（効率）が低くなってしまうために好ましくない。

また、バブラー３から溶液貯留槽２内に導入された気泡Ｐが、よどみなくスロットアンテナ４に沿って流れるためには、図１に示すように、流路制御板７を設けることが好ましい。この流路制御板７は、気泡Ｐを含む流体の流路を挟んでスロットアンテナ４と対向配置されている。この流路制御板７は、その基端７ａが溶液貯留槽２の周壁の内側であって、気泡導入管３ｃの接続位置の下方に接続されている。一方、先端７ｂは、スロットアンテナ４と同様に、溶液貯留槽２の周壁から中心方向に向けて、略中央付近まで延伸されて設けられている。

また、流路制御板７の形状は、平面であっても良いし、曲面であってもよい。なお、スロットアンテナ４の下面（接触面）４Ａが凹面であれば、流路制御板７の上面は凸面とすることが好ましい。さらに、スロットアンテナ４が傾斜されている場合は、流路制御板７も同じ傾斜角度とすることが好ましい。

マイクロ波供給手段５は、マイクロ波を発生させ、スロットアンテナ４にマイクロ波を供給する手段である。本実施形態の無害化処理装置１では、図１に示すように、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置５Ａと、スロットアンテナ４に隣接して設けられ、当該スロットアンテナ４を介して気泡Ｐにマイクロ波を照射する導波管５Ｂと、マイクロ波発生装置５Ａで生成したマイクロ波を導波管５Ｂに供給する導波路５Ｃと、を有して概略構成されている。

マイクロ波供給手段５としては、一般的なマイクロ波表面プラズマを形成できる構成であれば、特に限定されるものではない。

また、マイクロ波発生放置５Ａにおいて、マイクロ波の周波数及び出力条件は、被処理ガスの物性等に応じて、適宜選択することができる。最も市販品が多い２．４５ＧＨｚ帯の電源を採用することで、コスト面でも大きなメリットを得ることができる。出力条件は、被処理ガス種や流量によっても異なるが、装置の大型化を避ける観点から３０００Ｗ以下の範囲で設定することが望ましい。

ガス排出口６は、被処理ガス中に含まれる有害ガス成分を除去した後の無害化された気体成分を溶液貯留槽２の外側に排出するために、溶液貯留槽２の上面に設けられた排気口である。なお、図１中に示すガス排出口６の位置は、一例であって、無害化された上記気体成分を溶液貯留槽２の外側に排出できる位置であれば、これに限定されるものではない。ガス排出口６の位置は、具体的には溶液貯留槽２の上部側であって、溶液貯留槽２内の気体層２Ｂと連通される位置に設けることが好ましい。また、ガス排出口６の大きさ、ガス排出口６の設置数は、特に限定されるものではなく、適宜選択してもよい。さらに、ガス排出口６には、開閉弁を設けてもよい。

なお、本実施形態の無害化処理装置１では、スロットアンテナ４が有害ガス成分の分解部を構成し、溶液貯留槽２が有害ガス成分の回収（除去）部を構成することになる。

次に、上述した無害化処理装置１を用いた本実施形態の無害化処理方法について、図１を参照しながら説明する。
本実施形態の無害化処理方法は、有害ガス成分を含有する被処理ガスの気泡を形成して、前記気泡を被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液中に導入する工程と、溶液中で気泡にマイクロ波を供給して、当該気泡をプラズマ化する工程と、溶液中を気泡状態で通過させて、有害ガス成分を溶液に溶存させる工程と、有害成分が除去された気体成分を溶液中から取り出す工程と、を含んで、概略構成されている。

具体的には、先ず、図示略の被処理ガス発生源にて生成した被処理ガスを、被処理ガス供給管３ａを経由してバブラー３に供給する。また、溶液供給管３ｂから溶液をバブラー３に供給する。そして、バブラー３の運転を開始して、被処理ガスと溶液とから、被処理ガスの気泡Ｐと溶液との混合液である気泡含有流体を生成する。そして、生成したこの気泡含有流体を溶液貯留槽２の下部側から当該溶液貯留槽２内の溶液層２Ａに導入する。すなわち、粒径１０〜２００μｍの気泡（マイクロバブル）Ｐとして溶液貯留槽２内の溶液中に導入する。

また、被処理ガスの供給を開始すると同時に、マイクロ波発生装置５Ａの運転を開始して、マイクロ波を発生させる。マイクロ波発生装置５Ａの条件としては、マイクロ波の周波数を例えば２．４５ＧＨｚ、出力を例えば２０００Ｗに設定する。なお、発生したマイクロ波は、マイクロ波発生装置５Ａから導波路５Ｃ、導波管５Ｂを経由して、スロットアンテナ４に供給される。

次に、バブラー３によって溶液貯留槽２内に導入されたマイクロバブルは、スロットアンテナ４の下面４Ａに沿って溶液中を進行するとともに、このスロットアンテナ４でプラズマ化される。

次いで、プラズマ化されたマイクロバブルは、溶液貯留槽２内の溶液中で気液界面反応を生じながら溶液層２Ａを上昇する。そして、気液接触を繰り返して溶液層２Ａ内を上昇していく間に、被処理ガス中の有害ガス成分が溶液中に溶存されるため、被処理ガス中の有害ガス成分が除害されて無害化される。

ここで、有害ガス成分は溶液中でプラズマ化されるため、分解された有害ガス成分が再結合等することなく、溶液中に効果的に吸収される。

次に、溶液層２Ａを通過することにより、有害成分が除去された気体成分（すなわち、無害化された被処理ガス）は、溶液層２Ａの上方に設けられた気体層２Ｂ内に排出されて当該気体層２Ｂを構成する。次いで、有害成分が除去された気体成分を含んで構成される気体層２Ｂをガス排出口６から溶液貯留槽２の外側に排出する。

以上説明したように、本実施形態の無害化処理装置１及び無害化処理方法によれば、バブラー３で形成した被処理ガスの気泡（マイクロバブル）Ｐをマイクロ波によってプラズマ化するため、被処理ガス中の有害ガス成分を確実にプラズマ化することができる。

また、溶液貯留槽２内にスロットアンテナ４を設けて、被処理ガスの気泡Ｐのプラズマ化を溶液貯留槽２内で行うため、有害ガス成分が副生成物等を生成することなく、被処理ガス中の有害ガス成分を溶液中に溶存させて確実に除去することができる。

さらに、本実施形態の無害化処理装置１及び無害化処理方法によれば、被処理ガス中の有害成分を除去する溶液貯留槽２（除去、回収部）の内側に、被処理ガスの気泡Ｐにマイクロ波を照射して分解するスロットアンテナ４を設置するため、被処理ガス中の有害ガス成分を高効率で分解除去できるとともに、装置の小型化が可能となる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明を適用した第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態の無害化処理装置１及び無害化処理方法とは異なる構成となっている。このため、図２を用いて本実施形態の無害化処理装置及び無害化処理方法について説明する。したがって、本実施形態の無害化処理装及び無害化処理方法については、第１の実施形態と同一の構成部分については同じ符号を付すると共に説明を省略する。

本実施形態の無害化処理装置２１は、図２に示すように、第１実施形態のスロットアンテナ４を電磁界印加部材２４に換えるとともに、第１実施形態の無害化処理装置１の構成に、除害性能監視モニタ８、溶液排出口２ａ及び有害成分溶存濃度監視モニタ９を加えた構成となっている。

電磁界印加部材２４は、図２に示すように、外管２４ａと内管２４ｂとを有する円筒状の二重管である。この電磁界印加部材（二重管）２４は、例えば、石英、アルミナ、セラミックスといった誘電体材料によって構成されている。この電磁界印加部材２４は、溶液貯留槽２内の溶液中で導波管５Ｂに隣接されて設けられている。これにより、導波管５Ｂから供給されたマイクロ波は、外管２４ａと内管２４ｂとの間の空隙部を進行する。また、電磁界印加部材２４の基端は、溶液貯留槽２に気泡導入管３ｃが接続された個所が内管２４ｂの内側となるように（すなわち、気泡導入管３ｃの接続箇所を内管２４ｂで覆うように）溶液貯留槽２の周壁の内側に密着した状態で接続されている。このため、バブラー３によって生成された気泡含有流体は、気泡導入管３ｃから内管２４ｂの内側へと供給される。一方、電磁界印加部材２４の先端は、溶液貯留槽２の周壁から中心方向に向けて、略中央付近まで延伸されて設けられている。なお、電磁界印加部材２４は、第実施形態のスロットアンテナ４と同様に、基端に対して先端が、水平に対して鉛直方向上側に１０〜３０度の範囲で傾斜されていることが好ましい。

このように、誘電体製であって円筒の二重管構造の電磁界印加部材２４は、導波管５Ｂから供給されたマイクロ波が外管２４ａと内管２４ｂとの間の空隙部を進行するとともに、内管２４ｂの内側にマイクロバブルが供給される構造であるため、より効果的に気泡Ｐをプラズマ化することができる。

除害性能監視モニタ８は、無害化処理後のガス中（気体中）に含まれる有害ガス成分の濃度を監視するために、溶液貯留槽２に設けられている。具体的には、除害性能監視モニタ８は、溶液貯留槽２内の気体層２Ｂ中の成分を連続的又は間欠的に測定、分析し、気体層２Ｂ中に残存する有害ガス成分濃度が基準値以下であるかを監視する。これによって、マイクロ波発生装置５Ａの出力が十分であるか不十分化であるかをリアルタイムで判断することができる。さらには、無害化処理が不十分な気体成分の、装置外部への放出を防ぐことができる。

また、除害性能監視モニタ８は、回線ＴＬ１によってマイクロ波発生装置５Ａと電気的に接続されているため、除害性能監視モニタ８から回線ＴＬ１を介して、マイクロ波発生装置５Ａに出力信号を送ることができる。本実施形態の無害化処理装置２１によれば、除害性能監視モニタ８の指示値に連動して、マイクロ波発生装置５Ａの出力を制御することによって、被処理ガスの無害化処理を確実に行うとともに、消費電力の最適化を図ることも可能である。

溶液排出口２ａは、溶液貯留槽２内の溶液を当該溶液貯留槽２の外側に排出するために、溶液貯留槽２の上部側であって、ガス排出口６よりも下方に設けられている。なお、溶液貯留槽２に溶液排出口２ａを設けることにより、溶液貯留槽２の内部空間は、溶液排出口２ａが設けられた高さ未満が溶液層２Ａとなり、溶液排出口２ａが設けられた高さ以上が気体層２Ｂとなる。

有害成分溶存濃度監視モニタ９は、溶液中に溶存した有害成分の濃度を監視するために、溶液貯留槽２に設けられている。具体的には、有害成分溶存濃度監視モニタ９は、溶液貯留槽２内の液体層２Ａ中の成分を連続的又は間欠的に測定、分析する。これによって、溶液入れ替え時期を判断することが可能となる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した第２実施形態の無害化処理装置２１において、ガス排出口６に、除害性能監視モニタ８の指示値に連動して動作するガス排出経路切替手段が設けられていてもよい。これにより、除害性能監視モニタ８によって無害化処理後の気体層２Ｂ中に残存する有害ガス成分濃度が基準値を超えたことを検出した際に、ガス排出経路を切り替えることができるため、当該気体成分の装置外部への放出を確実に防ぐことができる。

また、上述した第１及び第２実施形態の無害化処理装置１，２１の下流側（二次側）に、１以上の無害化処理装置を設ける構成としてもよい。このように、２以上の無害化処理装置を直列に接続して、前段の無害化処理装置によって無害化処理されたガス（気体）を新たな被処理ガスとし、再度、後段の無害化処理装置によって無害化処理することにより、被処理ガスに含有する有害ガス成分をより確実に除害することができる。なお、前段及び後段の無害化処理装置としては、上述した第１及び第２実施形態の無害化処理装置１，２１のいずれの装置を適用してもよい。

以下に、具体的な実施例を示す。
（実施例１）
図１の構成を有する無害化処理装置を用いて、三フッ化窒素（ＮＦ_３）を分解処理する実験を行った。バブラーとしては、市販のナフロンバブラー（松浦製作所製、気泡径：５〜１００μｍ）を使用した。バブラーから導入された気泡含有流体は、幅５０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、長さ１００ｍｍの角柱流路を通過して、直径２００ｍｍの溶液槽内に導入された。前記角柱の上面側は、スロットアンテナ構造になっており、気泡にマイクロ波を照射できる構造となっている。マイクロ波発生装置は、２．４５ＧＨｚマイクロ波を発生し、最大１．５ｋＷで出力できるマグネトロンとした。なお、溶液は純水とし、ガス導入孔から水面までの高さは２０ｃｍとした。

被処理ガス流量１０ｓｃｃｍ、電源出力５００Ｗの条件で放電させた際のプラズマ状態は良好であり、三フッ化窒素の分解効率は８７％であった。また、流量を５０ｓｃｃｍまで増やしても８０％以上の分解効率が得られた。
ここで、分解効率は、下記式によって算出した。
（分解効率）＝１００−［（溶液を通過した被分解成分の流量）÷（気泡形成部を通過した被分解成分の流量）］×１００

（実施例２）
図１の構成を有する無害化処理装置を用いて、窒素中に六フッ化エタン（Ｃ_２Ｆ_６）を１０％含むガスを被処理ガスとし、六フッ化エタンを分解処理する実験を行った。なお、バブラー、流体導入部、溶液槽及びマイクロ波発生装置の条件は、実施例１と同じとした。

被処理ガス流量１００ｓｃｃｍ、電源出力１０００Ｗの条件で放電させた際のプラズマ状態は良好であり、六フッ化エタンの分解効率は８１％であった。

１，２１・・・無害化処理装置
２・・・溶液貯留槽
２ａ・・・溶液排出口
２Ａ・・・溶液層
２Ｂ・・・気体層
３・・・バブラー（気泡形成部）
４・・・スロットアンテナ（電磁界印加部）
４Ａ・・・下面（接触面、マイクロ波照射面）
５・・・マイクロ波供給手段
５Ａ・・・マイクロ波発生装置
５Ｂ・・・導波管
５Ｃ・・・導波路
６・・・ガス排出口
７・・・流路制御板
８・・・除害性能監視モニタ
９・・・有害成分溶存濃度監視モニタ
２４・・・電磁界印加部材（二重管）

Claims

有害ガス成分を含有する被処理ガス中から前記有害ガス成分を除去して無害化する装置であって、
内部空間内に、被処理ガス中の有害ガス成分を溶存させる溶液を貯留する溶液貯留槽と、
前記被処理ガスを当該被処理ガスの気泡と前記溶液とが混合された状態で前記溶液貯留槽内の溶液中に導入する気泡形成部と、
前記溶液貯留槽内の前記溶液中に設けられ、前記気泡をプラズマ化させる電磁界印加部と、
前記電磁界印加部にマイクロ波を供給するマイクロ波供給手段と、
前記溶液貯留槽の上部側に設けられ、前記有害成分が除去された気体成分を当該溶液貯留槽の外側に排出するガス排出口と、を備え、
前記電磁界印加部は、誘電体材料からなる円筒状の二重管であり、前記二重管の外管と内管との間の空間に前記マイクロ波供給手段からマイクロ波が供給されるとともに、前記内管の内側に前記気泡が導入される、無害化処理装置。
前記気泡の直径が、１０〜２００μｍの範囲である、請求項１に記載の無害化処理装置。
前記マイクロ波供給手段が、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生装置と、前記電磁界印加部に隣接して設けられ、当該電磁界印加部を介して前記気泡にマイクロ波を照射する導波管と、前記マイクロ波発生装置で生成したマイクロ波を前記導波管に供給する導波路と、を有する、請求項１又は２に記載の無害化処理装置。
前記電磁界印加部は、基端に対して先端が、水平に対して鉛直方向上側に１０〜３０度の範囲で傾斜されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無害化処理装置。
前記溶液貯留槽の上部側であって、前記ガス排出口よりも下方に、溶液排出口を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無害化処理装置。