JPH06117620A - 爆轟波分解装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 長尺の爆轟波管の一端に、燃料ガスと酸素ガ
スとを、混合器において混合して成る爆轟性混合ガスを
導入する管路が接続され、当該爆轟波管の他端には、フ
ロン等の難分解性被分解ガスを供給する管路が接続さ
れ、弁駆動用制御手段により、爆轟性混合ガス供給弁
と、被分解ガス供給弁と、点火プラグの点火と、排気管
路の排気弁を自動操作して、分解装置を構成する。 【効果】 爆轟波管の一端側から爆轟性混合ガスに点火
・爆轟させて、他端側の未混合のフロン等を熱分解さ
せ、連続的バッチ操作により、フロン等の難分解性有毒
のガスを完全に分解無害化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人体など生体や環境に
有毒又は有害な難分解性ガスを爆轟波により効率的に分
解させるための爆轟波分解装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハロゲン化物の中で、フロンガスは、化
学的・熱的に安定であり、生体に対して無害であること
から従来から、熱媒体として、また溶媒として、あるい
は消火剤として広く使用されてきたが、近年に至り、大
気中に放散されると、電離層のオゾンを破壊して、太陽
紫外線の地球表面の照射による環境や人体への影響が懸
念され、その製造・使用が規制されつつある。

【０００３】フロンなどクロロフルオロカーボン類以外
にも、熱的化学的に安定な気体状のハロゲン化物には、
例えば五フッ化砒素や三フッ化硼素などがあり、しかも
これらは、人体に対して直接に有毒性を示すものである
が、分解して完全に無害化するのは一般に困難であっ
た。

【０００４】本出願人は、既に、爆轟波を利用した有害
物質の無害化分解方法を別願にて提案しているが、この
爆轟法は、長管の爆轟波管の一端から爆轟性の混合ガス
を充填し、他端側からフロンガスなど被分解ガスを充填
して、管内を封入し、爆轟ガス側から点火して、爆轟を
起こさせて、高温高圧の爆轟波と衝撃波によって被分解
ガスを完全に分解させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】爆轟波分解法は、フロ
ンなど難分解性のハロゲン化物ガスの分解効率が９９．
９％以上と極めて高く、かつこれら被分解ガスに対する
可燃性ガスなど燃料の燃費が少なくて経済的に優れた方
法である。

【０００６】この爆轟法は、基本的にはバッチ式の方法
であり、爆轟性ガス及び被分解性ガスの充填と爆轟によ
る生成ガスの排出との工程を繰り返して連続的に分解処
理を行う必要がある。この場合に、分解処理量を増加さ
せるには、被分解ガスの分解効率を低下させることな
く、バッチ式の連続工程を高速化する必要がある。

【０００７】本発明は、多量の難分解性有害ガスを連続
的に分解して無害化させるに適した爆轟波分解装置を提
供することを目的としたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段とその作用】本発明の爆轟
波分解装置は、長尺耐圧性爆轟波管と、その一端側内側
に配置された点火器と、当該一端側に爆轟ガス導入弁を
介して接続された爆轟ガス導入管路と、当該爆轟波管の
他端側に被分解ガス導入弁を介して接続された被分解ガ
ス導入管路と、当該爆轟波管に排気弁を介して接続され
た排気管路と、可燃性ガス及び支燃性ガスを所望の爆轟
組成に混合して爆轟ガス導入管路に供給する混合器と、
上記導入弁と排気弁とを開閉操作しかつ点火器を点火制
御する制御手段と、から構成されたもので、当該制御手
段部が、上記導入弁の開閉と、点火器の点火と排気弁の
開閉を一連して繰り返すようにしたことを特徴とするも
のである。

【０００９】爆轟波管には、一端側に爆轟ガス管路から
爆轟ガスが供給され、他端側には被分解ガス管路から被
分解ガスが供給されるが、爆轟波管が長尺とされている
ので、両ガスは管内で混合することが少なく、また爆轟
ガス導入管路近くに点火器を設けるので、点火により爆
轟波が爆轟ガス内を管軸方向に急速に進行して、他端側
の被分解ガスを瞬時に３０００℃もの高温の爆轟波面に
より分解させる。爆轟波管は、内径１０〜１００ｍｍ程
度で、管長は内径の数十倍の長さとされる。

【００１０】爆轟ガスは、可燃性ガスと支燃性ガスとの
混合ガスであり、点火により爆轟を生じるガスである。
この爆轟ガスは、可燃性ガス、例えば水素、メタン、ア
セチレン、プロパンガスと、支燃性ガス、例えば空気、
特に好ましくは酸素ガスと、を混合器において、所定の
爆轟組成に混合して調整される。混合器からの導入管路
は導入弁を介して、爆轟波管の一端側に接続されてい
る。

【００１１】被分解ガスは、難分解性で、かつ生体又は
環境に有毒有害なハロゲン化物ガスを対象とされる。例
えば、フロンなどのクロロフルオロカーボン類や五フッ
化砒素、三フッ化硼素、三フッ化窒素、三塩化リン、五
フッ化リン、四フッ化硫黄、その他六フッ化硫黄などで
ある。

【００１２】また、被分解ガスは、上記難分解性ガス
に、有毒な水素化物、例えば半導体製造工程で出るアル
シン、ジボラン、ゲルマン、ホスフィン、シラン、水素
化セレンなどを含有したガスを対象にする。

【００１３】これらの被分解ガスは、導入弁を介して、
爆轟波管の爆轟ガス導入管路の接続側端部と反対側の端
部に接続された管路により管内に供給される。

【００１４】爆轟波管には、排気管路が接続され、排気
管路は排気弁を経由して、通常は排気ポンプに接続され
ている。排気ポンプから反応生成物を除去する排気ガス
処理装置に接続された排気管は大気中に放出できるよう
にされている。

【００１５】本発明の爆轟波分解装置は、導入弁・排気
弁の操作及び点火器の点火を自動制御するための制御手
段を備えており、制御手段により、爆轟ガス管路の導入
弁を開けて所定量の当該混合ガスを充填した後、当該導
入弁を閉止し、次に被分解ガス管路の導入弁を開けて、
所定量の被分解ガスを充填し、当該導入弁を閉止し、次
いで点火器、例えば、電気ギャップに通電して点火によ
り、爆轟ガスに着火させ、次いで、排気弁を開けて爆轟
後の排ガスを吸引排気し、管内排気後に排気弁を閉止す
る。この工程を１サイクルとして、連続的に爆轟分解処
理を行う。

【００１６】制御手段には、電気制御回路を利用し、あ
らかじめ設定された条件に従って、電磁弁の導入弁・排
気弁を開閉する電気制御方式が採用できる。電気制御回
路は、上記導入弁排気弁や点火の操作手順を定める論理
回路と弁開通時間を規制する弁操作回路から成るもので
あればよく、例えば、予め操作手順を設定記憶させたマ
イクロコンピューターも利用できる。

【００１７】機械的制御方式として、上記導入弁排気弁
をカム駆動弁とし、モータの回転軸に回転数制御可能に
接続された回転軸に回転カムを固定して、カムの回転に
より、弁操作及び点火を行うものである。各カム駆動弁
及び点火栓点火用スイッチを作動させる各カムの移相角
を調節して、上記導入弁排気弁や点火の操作手順を定
め、且つそのカム面の形状を調製して、ガスの導入量と
排気量を規制する。また、回転軸の回転数を制御して、
処理工程のサイクル数を調整する。

【００１８】爆轟波管への爆轟ガスの供給量と、被分解
ガスの供給量は、各導入弁の開通時間によっても制御さ
れるが、爆轟波管に圧力センサを取付け、圧力センサか
らの圧力信号をもって、制御手段をフィードバック制御
することにより、各導入弁の開通を制御することもでき
る。この場合、爆轟ガス充填時の圧力増分と被分解ガス
充填時の圧力増分との比をもって、両ガスの供給量の比
を定める。

【００１９】爆轟波管の充填ガス圧は、１〜１０気圧程
度を選ぶが、１気圧程度の操業では、上記排気ポンプに
減圧ポンプを利用して、排気時には管内圧力を充分に低
下させる。高圧操業では、分解処理能力が向上するので
好ましい。

【００２０】爆轟波管は、特に高圧操業では、耐圧容器
とし、連続操業による発熱のため高温となるので、爆轟
波管を二重管として、水冷する。しかしながら、連続操
業下では、分解生成ガスの爆轟波管内温度は、水分の露
点温度以上、特に、２００℃程度に調整するのが、生成
物の水分が管内に凝結滞留させないので、都合が良い。

【００２１】爆轟波管は、水平に設置されてもよいが、
好ましくは被分解ガス管路が接続された管端部を下方に
して概ね垂直に立設するのがよい。爆轟ガスの比重に比
較して被分解ガスであるハロゲン化物含有ガスの比重は
大きいので、爆轟波管の下方に充填されたハロゲン化物
含有ガスは、上方の爆轟ガスと混合し難いからである。
爆轟波管を垂直に設置する利点は、爆轟ガスが希釈され
ないから、可燃性ガスに対する被分解ガスの量の比、即
ち、燃料比を大きくすることができること、及び爆轟ガ
スと被分解混合ガスとをほぼ同時に爆轟波管に充填で
き、従って高速操業を可能にすることにある。

【００２２】分解処理量を高めるため、爆轟波管を数本
並設して、各爆轟波管の導入弁を経由した爆轟ガス管路
は、一管に収束して混合器に接続され、同様に被分解ガ
ス管路は被分解ガス源に、排気管路は排気ポンプに接続
されて分解装置が形成される。

【００２３】

【実施例】本発明の爆轟波分解装置の実施例を、図面に
基づき、以下に説明する。

【００２４】図１は、電気制御方式の爆轟波分解装置を
示すが、爆轟波管１は、装置枠組（不図示）に立設され
た竪型で、例示すれば、外径６０．５ｍｍ、内径４３．
１ｍｍ、長さ１０００ｍｍのステンレス鋼管（ＳＵＳ３
１６）を両端封じて形成されている。

【００２５】爆轟波管１の上端面には、電気火花発生用
の点火プラグ６が内装され、上端部側面の管壁には、爆
轟ガス導入管２が接続されている。また、爆轟波管１の
下端部側面の管壁には、被分解ガス導入管３が接続さ
れ、さらに下端面には、排気管４が接続されている。

【００２６】爆轟ガスは、アセチレンガス、天然ガス又
はプロパンガスなどの可燃性ガスと、酸素ガス等の支燃
性ガスとの混合ガスを使用する。

【００２７】可燃性ガス源２７と支燃性ガス源２８とか
らのガスは、混合器２１において、爆轟可能な組成範囲
に混合されて所定圧力の下で、混合ガス導入管路２に供
給され、混合ガスは、電磁式の混合ガス導入弁２０を経
由して、爆轟波管１内に導入される。

【００２８】他方、廃棄分解すべきハロゲン化物ガスな
ど被分解ガスは、被分解ガス源として所定の容器３９な
どに保管されるが、被分解ガスは、加圧用コンプレッサ
ーで昇圧されるか又は、減圧弁で降圧されて、一定圧力
の下で電磁式の導入弁３０を経由し、被分解ガス導入管
路３から爆轟波管１内に導入される。

【００２９】排気管路４は、電磁排気弁４０を経て、排
気ポンプ４８に接続され、排気ガスの処理のためにガス
吸収塔４１に導かれ、大気中に放散される。もっとも図
２に示すように、排気ポンプ４８は、ガス吸収塔４１の
出口側に接続してもよい。

【００３０】図２は、本装置のシステム図であるが、本
装置の制御手段は、マイクロコンピューター９を利用し
て弁操作と点火プラグの点火を自動的に行うものであ
る。

【００３１】爆轟波管１に取着された圧力センサー７
は、Ａ／Ｄ変換器７１を経て、コンピューター９に接続
されて、管内圧力を示す圧力信号がコンピューター９に
入力される。

【００３２】コンピューター９には、爆轟ガス導入弁２
０、被分解ガス導入弁３０、排気弁４０の各電磁弁を開
閉制御する弁駆動回路９２，９３，９４が接続されてお
り、また、点火プラグ６に接続された点火回路９６が接
続されており、コンピューター９からの駆動信号出力に
より各電磁弁の開閉と点火プラグ６の点火を行う。

【００３３】そこで、あらかじめ設定されたプログラム
に従い爆轟ガス導入弁２０のみを一定時間開けて、爆轟
波管１内に混合ガスを導入して弁を閉止し、次いで被分
解ガス導入弁３０を一定時間開通して、被分解ガスを導
入した後弁を閉止し、管内を密閉して点火プラグを点火
して爆轟させ、その生成ガスを排気弁を開けて下工程の
吸収塔４１に送出され、排気ポンプ４８により大気中に
放散される。さらに、排気弁４０を閉止して、以上の工
程を繰り返す。

【００３４】図３には、爆轟処理過程の各弁の操作と爆
轟波管内圧力の推移が示してある。

【００３５】爆轟ガスと被分解ガスの爆轟波管１内への
導入量は、コンピューター９が爆轟波管１の圧力センサ
ー７からの圧力信号を、設定値と比較して管内圧力が設
定圧力に等しくなるように、各弁の駆動回路を閉止制御
することによって行う。

【００３６】図４には、本装置に使用する混合器２１の
一例を配管系統図で示している。可燃性ガス源２７から
の可燃性ガスと、支燃性ガス源２８からの可燃性ガスと
は、混合管２２内で混合して、爆轟ガス管路２に供給さ
れるが、可燃性ガスは、定差圧弁２４により支燃性ガス
の圧力より一定の差圧に調整され、次の比例注入弁２３
により、支燃性ガスの圧力と等圧で設定混合比に流量調
整される。本例の混合器２１は、混合器出口側負荷が変
動しても、即ち、爆轟ガス導入弁２０の開閉の繰り返し
があっても、混合比が変動しないという特徴があり、本
装置に好都合である。

【００３７】爆轟ガスについては、アセチレンガスと酸
素ガスとの混合ガスを使用する例では、その混合割合が
アセチレン４〜９０モル％の範囲で爆轟するが、好まし
くは完全燃焼組成に近い範囲を適当に選択する。この場
合、本装置では１ｋｇのフロン１１３を分解処理するの
に、一例を挙げれば、アセチレン０．０７０ｋｇ、酸素
０．３４０ｋｇ程度となる。この量以上の爆轟性の混合
ガスによって、フロンは分解効率９９．９９％以上が確
実に実現できる。

【００３８】上記実施例は、爆轟波管内の圧力測定から
のフィードバック制御により、爆轟ガスの供給量及び被
分解性ガスの供給量を定めたが、圧力測定によらず、コ
ンピューターにより、あらかじめ弁開通時間を設定し
て、弁開通時間を制御する方法も、特に高速処理には、
好都合である。

【００３９】また、上記実施例は、爆轟ガスの導入と被
分解ガスの導入を順序付けたが、両ガスを同時に導入さ
れてもよい。特に爆轟波管を垂直に立設した装置では、
比重の大きいフロンガスなど被分解ガスが爆轟波管の下
端側に滞留するので、爆轟ガスと混合する頻度が少ない
から同時供給も可能である。

【００４０】爆轟生成ガスは、吸収塔４１に送られる
が、この吸収塔４１としては、例えば、アルカリ水溶液
吸収法と活性炭による吸着法を組み合わせたものが採用
できる。排気ガスは、爆轟ガスの燃焼生成物と、ハロゲ
ン化物の分解生成ガスが含まれ、この中に含まれるフッ
素、塩素、フッ化水素、塩化水素は吸収塔４１によって
除去される。

【００４１】図５は、機械制御方式の連続爆轟波分解装
置の概略図を示す。機械的制御方式は、爆轟ガス導入弁
２０などの導入弁２０，３０と排気弁４０にカム駆動弁
を使用し、モータ８０の減速軸に接続された回転軸８に
回転カム２０５，４０５，３０５を取着して、回転カム
面に当接するカムフォロアー２０４，４０４，３０４を
介して、弁支軸２０２，４０２，３０２を往復移動させ
て、弁開閉を行うものである。また、点火プラグ６に供
給する高圧の電圧の導通制御は、当該回転軸８に固定さ
れた回転カム６０５により作動するスイッチ６０４の導
通により行う。

【００４２】爆轟ガスの導入、被分解ガスの導入、点火
及び排気の各過程の順位は、各対応カム２０５，４０
５，３０５，６０５の位相角によりあらかじめ設定して
おき、各ガスの供給量は、カム形状により定め、回転軸
の可変回転速度と、各導入ガス圧力を調整することによ
り、分解処理周期を調整することができる。

【００４３】機械的制御方式においても、図１及び図４
に示した、排気ガス処理の装置及び爆轟ガス用混合器２
１を利用することができる。

【００４４】特に多数本の爆轟波管を利用するには、図
６に示したように、共通の回転軸８回りに爆轟波管１
ａ，１ｂ，１ｃを多数配置して、共通の回転カム２０
５，６０５，４０５，３０５をもって、各爆轟波管のカ
ム駆動弁を開閉するようにする。このような配置では、
共通の混合器２１からの混合ガス流はほぼ連続流とな
り、また共通の吸収塔への排気ガス流も同様に連続流と
なるので、制御処理が容易となる。例えば、混合器から
の混合ガスを流量調整弁を設けて流量制御とし、同様に
被分解ガスも流量制御にすることができる。

【００４５】以上述べた爆轟波分解装置に供給されるフ
ロンガス等難分解性のガス状ハロゲン化物は、純粋なも
のでなくても、窒素その他不燃性ガスや空気などに混合
された使用済みのものであっても、使用できるが、好ま
しくは事前に濃縮装置により濃縮したものが、処理コス
トの低減によい。

【００４６】

【発明の効果】爆轟波管に爆轟ガスと被分解ガスとを供
給し、爆轟した生成ガスを排気する工程を弁操作によっ
て制御して、連続処理を可能としたので、人体や環境に
有毒・有害な難分解のハロゲン化物ガスの多量無害化処
理をすることができ、半導体産業などで多量に使用され
るこれら物質を安全かつ迅速に処理することができ、公
害の予防の観点から極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】爆轟波分解装置の概要図。

【図２】爆轟波分解装置の配管系統図と、電気的制御手
段のブロックダイヤグラム。

【図３】爆轟波分解装置の連続運転中の弁開閉操作と爆
轟波管内圧変化のタイムチャート。

【図４】混合器の配管系統図。

【図５】機械的制御手段による爆轟波分解装置の断面
図。

【図６】機械的制御手段により多数の爆轟波管を制御す
る爆轟波分解装置の断面図。

【符号の説明】

１ 爆轟波管 ２ 爆轟ガス導入管路 ２０ 爆轟ガス導入弁 ２０５ 回転カム ２１ 混合器 ３ 被分解ガス導入管路 ３０ 被分解ガス導入弁 ３０５ 回転カム ４ 排気管路 ４０ 排気弁 ４０５ 回転カム ４８ 排気ポンプ ６ 点火プラグ ６０４ 点火用接点 ７ 圧力センサ ８ 回転軸 ９ マイクロコンピュター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 嘉雄 大阪市北区堂山町１番５号 高圧ガス工業 株式会社内 (72)発明者 丸目 博健 大阪市北区堂山町１番５号 高圧ガス工業 株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長尺耐圧性爆轟波管と、その一端側内側
   に配置された点火器と、当該一端側に爆轟ガス導入弁を
   介して接続された爆轟ガス導入管路と、当該爆轟波管の
   他端側に被分解ガス導入弁を介して接続された被分解ガ
   ス導入管路と、当該爆轟波管に排気弁を介して接続され
   た排気管路と、可燃性ガス及び支燃性ガスを所望の爆轟
   組成に混合して爆轟ガス導入管路に供給する混合器と、
   上記導入弁と排気弁とを開閉操作しかつ点火器を点火制
   御する制御手段とから成り、 当該被分解ガスが、難分解性のガス状ハロゲン化物であ
   って、 当該制御手段が、上記導入弁の開閉と点火器の点火と排
   気弁の開閉とを一連して繰り返すようにしたことを特徴
   とする爆轟波分解装置。
2. 【請求項２】 上記爆轟波管が、当該爆轟波管の上記被
   分解ガス導入管側端部を下方に向けて、概ね垂直に立設
   されて成る請求項１記載の爆轟波分解装置。
3. 【請求項３】 上記排出管は、排気ポンプを介して、分
   解生成ガス吸収装置に接続されている請求項１記載の爆
   轟波分解装置。
4. 【請求項４】 上記導入弁及び排気弁が電磁弁であっ
   て、上記制御手段が、予め設定された手順に従い、当該
   電磁弁を開閉操作し、かつ点火器を着火させて、爆轟ガ
   スの導入と、被分解ガスの導入と、点火器の点火と、排
   気とを一工程とする操作を繰り返し行う電気制御回路で
   ある請求項１記載の爆轟波分解装置。
5. 【請求項５】 上記導入弁及び排気弁が、カム駆動弁で
   あって、上記制御手段は、モータ軸に回転数制御可能に
   接続された回転軸に固定された回転カムによってカム駆
   動弁が作動され、当該回転軸のカムによって開閉するス
   イッチが上記点火器に電気的に接続されて成り、 当該回転軸の回転により、爆轟ガスの導入と被分解ガス
   の導入と点火器の点火と排気とを一工程とする操作を繰
   り返し行うようにした請求項１記載の爆轟波分解装置。