(57)【要約】【課題】エネルギの消費量を著しく増大させたり、処理の絶対量を低下させることなく、簡易な方法及び構造で、プラズマによって行う排ガスの処理効率を向上することができるようにした排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置を提供すること。【解決手段】反応管１内に導入した排ガスを、反応管１内に発生させたプラズマにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管１内に磁場を発生させることにより、反応管１内に発生したプラズマの状態を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス処理装置のプラズマ放電部に磁場を発生させることにより、プラズマ放電部に発生したプラズマの状態を制御するようにしたことを特徴とする排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法。
【請求項２】
プラズマ放電部の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すことによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法。
【請求項３】
プラズマ放電部の外周部に磁石を配設することによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法。
【請求項４】
反応管内に導入した排ガスを、反応管内に発生させたプラズマにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管内に磁場を発生させることにより、反応管内に発生したプラズマの状態を制御するようにしたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項５】
反応管の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すことによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
反応管の外周部に磁石を配設することによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置に関し、特に、磁場を発生させることによってプラズマの状態を制御することにより、プラズマを用いて行う排ガスの処理効率を向上することができるようにした排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造等で発生する排ガスの処理工程等において、プラズマを用いた排ガス処理装置が提案され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この排ガス処理装置において、処理する排ガスの分解効率を上げる方法として、（１）プラズマ長（放電距離）を長くする方法、（２）排ガスを導入する反応管の径を小さくする方法、（３）排ガスを反応管に対して接線方向から導入することにより旋回流を起こさせる方法等がある。
【０００４】
しかしながら、（１）のプラズマ長（放電距離）を長くする方法は、処理能力自体を高めるもので、処理効率は上がる反面、エネルギの消費量が増大するという問題があった。
また、（２）の反応管の径を小さくする方法は、プラズマと排ガスの接触効率が上がるため処理効率は上がる反面、処理の絶対量が減少し、また、反応管の管壁とプラズマが接近するため反応管が損傷を受けやすく、装置の耐久性の点で問題があった。
また、（３）の排ガスを反応管に対して接線方向から導入する方法は、プラズマと排ガスの接触効率が上がるため処理効率は上がるが、反応管の排ガスの導入部の構造が複雑になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９４５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来のプラズマを用いた排ガス処理装置の有する問題点に鑑み、エネルギの消費量を著しく増大させたり、処理の絶対量を低下させることなく、簡易な方法及び構造で、プラズマによって行う排ガスの処理効率を向上することができるようにした排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法は、排ガス処理装置のプラズマ放電部に磁場を発生させることにより、プラズマ放電部に発生したプラズマの状態を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
この場合において、プラズマ放電部の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すことによってプラズマ放電部に磁場を発生させるようにしたり、プラズマ放電部の外周部に磁石を配設することによってプラズマ放電部に磁場を発生させるようにすることができる。
【０００９】
また、同じ目的を達成するため、本発明の排ガス処理装置は、反応管内に導入した排ガスを、反応管内に発生させたプラズマにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管内に磁場を発生させることにより、反応管内に発生したプラズマの状態を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
この場合において、反応管の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すことによって磁場を発生させるようにしたり、反応管の外周部に磁石を配設することによって磁場を発生させるようにすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置によれば、プラズマ放電部（プラズマ放電部である反応管内）に磁場を発生させることにより、プラズマ放電部（プラズマ放電部である反応管内）に発生したプラズマの状態を制御することによって、より具体的には、磁場の作用によってプラズマを形成している電子や荷電粒子にローレンツ力が働き、また、電子や荷電粒子の散乱を防止して、プラズマの状態を制御することができ、これにより、有効に使用されずに消費されるプラズマのロスを減少させ、エネルギの消費量を著しく増大させたり、処理の絶対量を低下させることなく、簡易な方法及び構造で、プラズマによって行う排ガスの処理効率を向上することができる。
【００１２】
また、磁場の発生は、プラズマ放電部（プラズマ放電部である反応管）の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すようにしたり、プラズマ放電部（プラズマ放電部である反応管）の外周部に磁石を配設するという、簡易な方法及び構造で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法を用いた排ガス処理装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】上部電極の変形実施例を示す断面図である。
【図３】下部電極の変形実施例を示す断面図である。
【図４】本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法の原理図で、反応管（及び／又は水冷ジャケット）の外周部に配設したコイルに電源装置から電流を流す方式を示す図である。
【図５】本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法の原理図で、（ａ）は反応管（及び／又は水冷ジャケット）の外周部に配設したコイルに電源装置から電流を流す方式を、（ｂ）は反応管（及び／又は水冷ジャケット）の外周部に環状の磁石を配設した方式を、（ｃ）は反応管（及び／又は水冷ジャケット）の外周部に棒状又はシート状の磁石を配設した方式を示す図である。
【図６】本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法の原理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に、排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法を用いた排ガス処理装置の一実施例を示す。
【００１６】
この排ガス処理装置は、大気圧下で電極間に発生するプラズマを利用して、例えば、ＣＦ４やＳＦ６等のＰＦＣガスのような排ガスに含まれる有害物質を分解し、処理するものである。
【００１７】
そして、この排ガス処理装置は、排ガスＧを導入するプラズマ放電部を構成する反応管１と、反応管１の上部側で気中に配設された上部電極２と、反応管１の下部側に配設された下部電極３とを備え、電極２、３間に電流の経路を形成して、反応管１内にプラズマＰを発生させるようにしている。
【００１８】
この場合において、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する噴霧ノズル４（本実施例においては、上部電極２が電解質溶液を噴霧する噴霧ノズル４を兼ねるようにしている。）を配設することができ、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧することにより、反応管１内にプラズマを安定して発生させることができるようにしている。
【００１９】
反応管１は、縦置きされた筒体からなり、酸化アルミニウム、ムライト（酸化アルミニウムと二酸化ケイ素の化合物）、石英、ジルコニア等のセラミックや塩化ビニル樹脂等の合成樹脂等の耐熱材料で構成されている。
反応管１は空冷でもよいが、本実施例では、プラズマ発生時には反応管１を冷却し、プラズマ停止時には水Ｈを反応管１の内部に溢流して洗浄する水冷ジャケット１１を反応管１の周囲に設けている。
水冷ジャケット１１の水Ｈは、プラズマ発生時には、水冷ジャケット１１の下部より導入されるとともに、オーバーフローライン１２から水槽６へ流れ、さらに、オーバーフローライン６２より排出される。なお、水Ｈとしては、新水を用いてもよいし、排水を循環させてもよい。
また、プラズマ停止時は、オーバーフローライン１２のバルブ１３を閉じることにより、水Ｈを反応管１の内部に溢流して洗浄する。
なお、排ガスＧは、反応管１の上部開口部から導入され、プラズマＰにより有害物質が分解された後、 反応管１の下部開口部から排出される。
【００２０】
上部電極２は、ステンレス、ハステロイ、タングステン、ＳｉＣ等の導電性材料からなり、反応管１の上部開口部で気中に配設されており、電源装置５から高圧電流が印加される。そして、上部電極２と下部電極３は、どちらがプラスでもマイナスでもよい。
【００２１】
この場合において、上部電極２には、以下の構成のものを採用することができる。
（１）上部電極２が電解質溶液を噴霧する噴霧ノズル４を兼ねるようにしたもの（本実施例）
（１’）上部電極２と、電解質溶液を噴霧する噴霧ノズル４とを個別に配設するようにしたもの（図２（ａ））
（２）上部電極２の内部を冷却のための水Ｈが流れるようにしたもの（図２（ｂ））
（３）上部電極２の外部に冷却及び防食のための水を噴霧する噴霧ノズル４Ａを配設するようにしたもの（図２（ｃ））
（４）上部電極２の外部に冷却及び防食のためのシールドガス（不活性ガス）Ｇａを流すようにしたもの（図２（ｄ））
これにより、高温にさらされる上部電極２を効率的に冷却するとともに腐食を防ぎ、上部電極２が消耗することを防止することができるとともに、噴霧した冷却及び防食のための水Ｈは、スクラバーとして、排ガスＧの冷却や溶解、粉体の除去などの目的にも用いることができる。
【００２２】
下部電極３は、ステンレス、ハステロイ、タングステン、ＳｉＣ等の導電性材料からなり、反応管１の下方で、冷却及び防食のための水を噴霧するスクラバーノズルを兼ねるように形成されている。
下部電極３によって噴霧された冷却及び防食のための水Ｈは、水槽６からオーバーフローライン６２を介して排出される。なお、冷却及び防食のための水Ｈとしては、新水を用いてもよいし、排水を循環させてもよし、アンモニア水等の薬液を用いてもよい。
【００２３】
この場合において、下部電極３には、以下の構成のものを採用することができる。
（５）下部電極３を冷却及び防食のための水を噴霧するノズル状に形成するようにしたもの（本実施例）
（６）下部電極３を冷却及び防食のための水Ｈが溢流する形状に形成するようにしたもの（図３（ａ））
（７）下部電極３の内部を冷却のための水Ｈが流れるようにしたもの（図３（ｂ））
（８）下部電極３の外部に冷却及び防食のための水を噴霧するスクラバーノズル６４を配設するようにしたもの（図３（ｃ））
（９）下部電極３を水槽６内に水没させるようにしたもの（図３（ｄ））
これにより、高温にさらされる下部電極３を効率的に冷却するとともに腐食を防ぎ、下部電極３が消耗することを防止することができるとともに、噴霧した冷却及び防食のための水Ｈは、スクラバーとして、排ガスＧの冷却や溶解、粉体の除去などの目的にも用いることができる。
【００２４】
なお、本実施例において、上部電極２を兼ねた噴霧ノズル４は、反応管１の上部開口部に配設されており、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する。
この噴霧ノズル４による電解質溶液Ｄの噴霧は、プラズマＰの点火後に止めてもよいし、噴霧し続けてもよい。
電解質溶液Ｄの噴霧は、上部電極２と下部電極３の間に電流の経路を形成することができ、これにより、プラズマＰの発生を容易にすることができる。
なお、電解質溶液Ｄとしては、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮＨ４Ｃｌ、ＮａＯＨ等の電解質を溶解した溶液を用いることができ、特に、アルカリ性の電解質溶液を使用することにより、酸性の排ガスを中和することができる。
【００２５】
そして、本実施例の排ガス処理装置においては、図１、図４及び図５（ａ）に示すように、排ガスＧを導入するプラズマ放電部を構成する反応管１及び（／又は）水冷ジャケット１１の外周部（本明細書において、包括的にプラズマ放電部の外周部又は反応管１の外周部という場合がある。）に、磁場発生手段７として、コイル７１を配設し、このコイル７１に電源装置７２から電流（特に限定されるものではないが、本実施例においては、直流電流）を流すことによって、プラズマ放電部（プラズマ放電部である反応管１内）に磁場（特に限定されるものではないが、本実施例においては、磁力線が上部電極２から下部電極３へ向く磁場）を発生させるようにする。
ここで、磁場発生手段７としてのコイル７１は、プラズマ放電部を構成する反応管１及び水冷ジャケット１１のいずれか一方の外周部に配設するようにすることもできる。
これにより、プラズマ放電部を構成する反応管１内に発生したプラズマＰの状態を制御することによって、より具体的には、磁場の作用によってプラズマＰを形成している荷電粒子にローレンツ力が働き、また、電子や荷電粒子の散乱を防止して、プラズマＰの状態を制御することができ、有効に使用されずに消費されるプラズマＰのロスを減少させ、エネルギの消費量を著しく増大させたり、処理の絶対量を低下させることなく、プラズマＰによって行う排ガスの処理効率を向上することができる。
【００２６】
上記作用を、図６を用いて説明する。
磁力線と電子の流れ方向との角度をθとすると、電子及び反応管１内の粒子（中性粒子以外）にローレンツ力が働き、その力Ｆは下記の式（１）で表される。
Ｆ＝ｑ（Ｅ＋ｖ×Ｂｓｉｎθ）  ・・・  （１）
ここで、Ｅは電界、ｑは電荷量、ｖは粒子の速度である。
θ＝０°の領域（反応管１の中央領域）では、Ｆ＝０となり、ローレンツ力は働かないが、電子やその他の荷電粒子が図６の垂直方向（反応管１内の中心）からずれて散乱しようとすると、Ｆが働くため、散乱が抑制されます。
これにより、この領域では、反応管１へ衝突して消失するプラズマのロスを最小限にすることができる。
一方、θ≠０°の領域（反応管１の端部領域）では、ローレンツ力がｖとＢの両方に垂直力方向（ベクトルでいえばｖとＢの外積）に働く結果、垂直方向の運動エネルギは、これを保持したまま荷電粒子のサイクロトロン運動（スピン運動）へ変化する。
これにより、この領域では、プラズマ密度が高く、この領域を通過する排ガスＧは、磁場がない状態に比べて、熱電子や励起された荷電粒子への衝突確率が高くなるため、処理効率（分解効率）が向上することとなる。
【００２７】
なお、磁場発生手段７には、本実施例に示す、排ガスＧを導入するプラズマ放電部を構成する反応管１（及び／又は水冷ジャケット１１）の外周部に配設したコイル７１に電源装置７２から電流を流す方式のほか、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すように、反応管１（及び／又は水冷ジャケット１１）の外周部に環状の磁石７３や棒状又はシート状の磁石７４を配設する方式を採用することもできる。
【実施例】
【００２８】
図１に示すように、排ガスＧを導入するプラズマ放電部を構成する反応管１及び水冷ジャケット１１の外周部に、磁場発生手段７として、コイル７１を配設し、このコイル７１に電源装置７２から電流（直流電流）を流すことによって、磁場（磁力線が上部電極２から下部電極３へ向く磁場）を発生させるようにし、排ガスＧとしてＣＦ４を分解するようにした。
その結果を、表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示すように、コイル７１に流す電流値を大きくするほど、ＣＦ４の分解率が上がることを確認した。
【００３１】
以上、本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置は、エネルギの消費量を著しく増大させたり、処理の絶対量を低下させることなく、簡易な方法及び構造で、プラズマによって行う排ガスの処理効率を向上することができるという特性を有していることから、上記実施例に記載したとおり、排ガス処理の用途に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１    反応管（プラズマ放電部）
１１  水冷ジャケット
１２  オーバーフローライン
１３  バルブ
２    上部電極
３    下部電極
４    噴霧ノズル
５    電源装置
６    水槽
７    磁場発生手段
７１  コイル
７２  電源装置
７３  磁石
７４  磁石
Ｇ    排ガス
Ｄ    電解質溶液
Ｐ    プラズマ
Ｈ    水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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