(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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２と、溶液貯留槽２の底部側に設けられ、被処理ガスを気泡Ｐとして溶液中に導入するガス導入孔３と、ガス導入孔３に被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路５と、ガス導入孔３で被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段６と、溶液貯留槽２の上部側に設けられ、有害成分が除去された気体成分を溶液貯留槽２の外側に排出するガス排出口４とを備える無害化処理装置１を採用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
気密な内部空間内に、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、
前記溶液貯留槽の底部側に設けられ、被処理ガスを気泡として前記溶液中に導入するガス導入孔と、
前記ガス導入孔に前記被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路と、
前記ガス導入孔で前記被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
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、を備える、無害化処理装置。
【請求項２】
前記ガス導入孔の孔径が、０．０１〜２．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の無害化処理装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生手段が、高電圧電源と、高電圧電極と、接地電極と、を有し、
前記高電圧電極と前記接地電極とが前記ガス導入孔を挟んで対向配置されている、請求項１又は２に記載の無害化処理装置。
【請求項４】
前記高電圧電源が、高周波電源であり、
前記高周波電源の周波数をｆ（単位Ｈｚ）、前記ガス導入孔の直径をｒ（単位μｍ）とした際に、下記式（１）の関係を満たす、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。
ｆ＜１×１０１４×ｒ−２  ・・・（１）
【請求項５】
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方法であって、
狭小な空間に被処理ガスを供給し、前記空間において前記被処理ガスをプラズマ状態とする、第１ステップと、
前記被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、溶液の中を気泡状態で通過させて、前記有害ガス成分を前記溶液に溶存させる、第２ステップと、
前記有害成分が除去された気体成分を前記溶液から取り出す、第３ステップと、を含む、無害化処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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／ＣＣｌ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ５Ｃｌなど）、ハイドロクロロフルオロカーボン（＝ＨＣＦＣ／ＣＨＣｌＦ２、ＣＨ３ＣＣｌＦ２など）、ハイドロフルオロカーボン（＝ＨＦＣ／ＣＨ２Ｆ２、Ｃ２ＨＦ５など）、ハロン（ＣＢｒＣｌＦ２、ＣＢｒＦ３など）、パーフルオロカーボン（ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６など）、ＣＣｌ４、ＣＨ３Ｃｌ、ＳＦ６、ＮＦ３等が広く使用されている。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
ところで、一般的に、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６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。
【０００７】
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、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
図４に、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する従来の無害化処理装置１０１を示す。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、図４に示すように同一の装置内で処理できる構成にすることで、ＣＦ４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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１３―０１５２３２号公報
【特許文献２】再公表ＷＯ２００８／０９３４４２号公報
【特許文献３】特許第４８９５６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
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。
【００１６】
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、
気密な内部空間内に、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、
前記溶液貯留槽の底部側に設けられ、被処理ガスを気泡として前記溶液中に導入するガス導入孔と、
前記ガス導入孔に前記被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路と、
前記ガス導入孔で前記被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段と、
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、を備える、無害化処理装置である。
【００１７】
請求項２に係る発明は、前記ガス導入孔の孔径が、０．０１〜２．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の無害化処理装置である。
【００１８】
請求項３に係る発明は、前記プラズマ発生手段が、高電圧電源と、高電圧電極と、接地電極と、を有し、
前記高電圧電極と前記接地電極とが前記ガス導入孔を挟んで対向配置されている、請求項１又は２に記載の無害化処理装置である。
【００１９】
請求項４に係る発明は、前記高電圧電源が、高周波電源であり、
前記高周波電源の周波数をｆ（単位Ｈｚ）、前記ガス導入孔の半径をｒ（単位μｍ）とした際に、下記式（１）の関係を満たす、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。
ｆ＜１×１０１４×ｒ−２  ・・・（１）
【００２０】
請求項５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方法であって、
狭小な空間に被処理ガスを供給し、前記空間において前記被処理ガスをプラズマ状態とする、第１ステップと、
前記被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、溶液の中を気泡状態で通過させて、前記有害ガス成分を前記溶液に溶存させる、第２ステップと、
前記有害成分が除去された気体成分を前記溶液から取り出す、第３ステップと、を含む、無害化処理方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、プラズマ発生手段により、ガス導入孔において被処理ガスをプラズマ化するため、少ないエネルギーで、被処理ガス中の有害ガス成分を少量ずつ確実に分解してプラズマ化することができる。
また、上記ガス導入孔が溶液貯留槽の底部側に設けられており、プラズマ化された被処理ガスを気泡として上記溶液貯留槽内の溶液中に直ぐに導入するため、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を抑制することができる。したがって、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、被処理ガスを分解するガス導入孔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させて設けているため、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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本発明を適用した第３の実施形態である無害化処理装置を示す構成図である。
【図４】従来の無害化処理装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
＜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の底面２ａに設けられたガス導入孔３と、上記溶液貯留槽２の上面２ｂに設けられたガス排出口４と、上記ガス導入孔３に被処理ガスを供給する被処理ガス供給経路５と、上記ガス導入孔３で被処理ガスをプラズマ化するプラズマ発生手段６と、を備えて、概略構成されている。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
溶液貯留槽２は、気密な内部空間を有し、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、筒状の容器である。溶液貯留槽２としては、図１に示すように、底面２ａと上面２ｂと外周面２ｃとから構成される円筒状の容器を例示することができるが、特にこの構成に限定されるものではない。例えば、図１に示す底面２ａ、上面２ｂ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。
【００２９】
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。
【００３０】
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（Ｈ２Ｏ）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。
【００３１】
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。
【００３２】
ガス導入孔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ために、溶液貯留槽２の底面２ａに設けられた狭小な空間を有する開口部である。このガス導入孔３の溶液貯留槽２内の溶液層２Ａに面した部分の形状（すなわち、開口面の形状）は、特に限定されるものではないが、被処理ガスを均一な大きさの気泡Ｐとするために円形とすることが好ましい。また、底面２ａを構成する部材にある程度の厚さがある場合には、この底面２ａを貫通する貫通孔内の空間を含めて、ガス導入孔３という。さらに、底面２ａを貫通する貫通孔と連続するように、絶縁板７及び電極６Ａ，６Ｂを貫通する開口部が設けられている場合には、これらの開口部内の空間も含めて、ガス導入孔３という。
【００３３】
また、ガス導入孔３の孔径（直径）は、溶液中での気泡Ｐの挙動、気液界面反応、プラズマ放電条件を勘案し、最適な装置条件を選択することができる。具体的には、ガス導入孔３の孔径は０．０１〜２．０ｍｍの範囲とすることが好ましく、０．１〜０．５ｍｍの範囲とすることがより好ましい。
【００３４】
ここで、ガス導入孔３の孔径を０．０１ｍｍ未満にすると、パッシェンの法則からも明らかなように、電源電圧を非常に高くすることが求められ、装置設計が困難になるために好ましくない。一方、孔径を２．０ｍｍ超にすると、表面張力が不足して溶液がガス導入孔３内に垂れてきて、溶液を保持できなくなるだけでなく、電極部６Ａ，６Ｂが濡れて漏電したり、電極が劣化したりするおそれがあるため、好ましくない。
【００３５】
ガス導入孔３は、図１に示すように、溶液貯留槽２の底面２ａの中央に設けられているため、溶液中での気泡Ｐの挙動は安定し、溶液層２Ａの高さ方向の全域で十分に気液界面反応をさせることができる。ここで、ガス導入孔３の位置は、一例であって、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位置であれば、これに限定されるものではない。ガス導入孔３の位置は、具体的には、溶液層２Ａが存在する高さまで設けることが可能であるが、溶液中の移動距離を確保させるために溶液貯留槽２の下部側に設けることが好ましく、底面に設けることがより好ましい。
【００３６】
また、ガス導入孔３は、図１には、底面２ａに一つ設けた例が示されているが、これに限定されるものではなく、複数設けてもよい。ガス導入孔３を複数設けることによって、被処理ガスの無害化処理の効率を向上させることができる。また、ガス導入孔３を複数設ける場合には、溶液中での気泡Ｐの挙動や気液界面反応の効率等を考慮したレイアウト（間隔、配置）を適宜選択することが好ましい。
【００３７】
ガス排出口４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２ｂに設けられた排気口である。このように、溶液貯留槽２の下部側にガス導入孔３が、上部側にガス排出口３がそれぞれ設けられているため、無害化処理装置１は、ガス導入孔３から被処理ガスを気泡状態で溶液貯留槽２内の溶液中に導入し、ガス排出口４から有害ガス成分が除去された気体成分を溶液貯留槽２の外側に排出することができる。
【００３８】
なお、図１中に示すガス排出口４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４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４の大きさ、ガス排出口４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４には、開閉弁を設けてもよい。
【００３９】
被処理ガス供給経路５は、ガス導入孔３に被処理ガスを供給するために、被処理ガスの発生源からガス導入孔３の間にわたって設けられている。これにより、被処理ガスの発生源にて生成した被処理ガスは、被処理ガス供給経路５を経由してガス導入孔３に送通され、ガス導入孔３を介して溶液貯留槽２内の溶液中に導入される。
【００４０】
被処理ガス供給経路５は、図１に示すように、被処理ガス供給管５Ａと、被処理ガス貯留槽５Ｂと、から概略構成されている。
【００４１】
被処理ガス供給管５Ａは、図示略の被処理ガスの供給源と被処理ガス貯留槽５Ｂとの間にわたって設けられており、被処理ガス発生源から被処理ガスを被処理ガス貯留槽５Ｂ内に供給する経路である。被処理ガス供給管５Ａの材質は、被処理ガスによって腐食しない材質であれば、特に限定されるものではない。具体的には、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）などのフッ素樹脂を用いることができる。
【００４２】
また、被処理ガス供給管５Ａには、流量調整バルブ５ａが設けられており、被処理ガス貯留槽５Ｂ、あるいはガス導入孔３に供給する被処理ガスの流量を調整可能とされている。ここで、被処理ガスの流量については、水中での気泡の挙動、気液界面反応、プラズマ放電条件を勘案し、最適な装置条件を選択することができる。具体的には、例えば、ガス導入孔３の一つ当たりの被処理ガスの流量が、１〜１０００ｍｌ／ｍｉｎの範囲となるように調整することが好ましい。半導体製造に使われるエッチング装置を例にすると、プロセスガス流量が数十ｍｌ／ｍｉｎであり、プロセスチャンバを真空排気するポンプの下流側では少なくとも１０００ｍｌ／ｍｉｎを超えるガスが排出される。つまり、１つのガス導入孔当たりの被処理ガス流量が１ｍｌ／ｍｉｎ未満の場合、ガス導入孔を1０００個以上設ける必要があることを意味し、装置の大型化やプラズマ発生手段の複雑化を招いてしまう。一方、１０００ｍｌ／ｍｉｎを超える被処理ガスを１つのガス導入孔で処理する場合、ガス導入孔の直径が０．２ｍｍであっても、ガス導入孔を通過する被処理ガスの平均流速が５００ｍ／ｓを超えるため、安定なプラズマ放電および十分な気液接触をさせることが困難になる。
【００４３】
被処理ガス貯留槽５Ｂは、図１に示すように、溶液貯留槽２の下方であって、ガス導入孔３と被処理ガス供給管５Ａとの間に設けられている。また、被処理ガス貯留槽５Ｂ内の空間とガス導入孔３内の空間とは連通されている。これにより、被処理ガス貯留槽５Ｂ内に貯留された被処理ガスを、ガス導入孔３を介して、溶液貯留槽２の下方から溶液層２Ａ（溶液中）に導入することができる。
【００４４】
被処理ガス貯留槽５Ｂは、気密な内部空間を有し、その内部空間内に被処理ガスを貯留する筒状の容器である。また、被処理ガス貯留槽５Ｂの形状は特に限定されるものではないが、図１に示すように、溶液貯留槽２の底面２ａを上面として共有する形状とすることが好ましい。このような構成とすることにより、例えば、ガス導入孔３を溶液貯留槽２の底面２ａに複数設けた場合であっても、これらの全てのガス導入孔３に同時に被処理ガスを供給することができる。
【００４５】
被処理ガス貯留槽５Ｂ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、被処理ガス貯留槽５Ｂ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）などのフッ素樹脂を用いることができる。
【００４６】
なお、被処理ガス供給経路５の構成は、一例であって、これに限定されるものではない。例えば、被処理ガス供給管５Ａに図示略の水槽を設けて、この水槽内で被処理ガスをバブリングしてからガス導入孔３に供給する構成としてもよい。これにより、被処理ガスをガス導入孔３に供給する前に加湿することができるため、ガス導入孔３でプラズマ化された際に、バブリング同伴された水（Ｈ２Ｏ）に含まれる水素原子が、被処理ガス中に含まれるハロゲン原子と容易に衝突し、不純物の除去効率を高めることができる。
【００４７】
また、被処理ガス供給経路５は、被処理ガス供給管５Ａのみで構成してもよい。被処理ガス貯留槽５Ｂを省略して、被処理ガス供給管５Ａの先端を直接ガス導入孔３に接続することにより、無害化処理装置１をより小型化することができる。
【００４８】
プラズマ発生手段６は、ガス導入孔３において被処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ装置である。本実施形態の無害化処理装置１では、プラズマ発生手段は、図１に示すように、高電圧電極６Ａと、接地電極６Ｂと、高電圧電源６Ｃと、を有して概略構成されている。
【００４９】
高電圧電極６Ａと設置電極６Ｂとは、図１に示すように、ガス導入孔３を挟んで対向配置されている。このように配置された高電圧電極６Ａと設置電極６Ｂとの間で放電させることにより、ガス導入孔３において被処理ガスをプラズマ化することができる。換言すると、ガス導入孔３がプラズマ放電部となり、ガス導入孔３の狭小な空間において被処理ガス中の有害ガス成分が分解される。
【００５０】
また、高電圧電極６Ａ及び設置電極６Ｂは、放電部となる部分以外の表面が、石英、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セラミックスといった素材の絶縁部材によって保護されている。具体的には、図１に示すように、高圧電極６Ａと設置電極６Ｂとは、一対の絶縁板７，７によって上下から挟み込まれて周囲を被覆されており、ガス導入孔３内においてのみ、電極が露出されている。これにより、被処理ガス貯留槽５Ｂ内の被処理ガスと電極６Ａ，６Ｂとは接触することがなく、ガス導入孔３に供給された被処理ガスのみプラズマ化される。このように、ガス導入孔３の狭小な空間のみをプラズマ放電部として、プラズマ処理する領域を限定しているので、ガス導入孔３に供給された被処理ガス中の有害ガス成分を確実にプラズマ状態とすることができる。
【００５１】
高電圧電源６Ｃの種類としては、特に限定されるものではなく、直流電源および交流電源のいずれも用いることができる。また、高電圧電源６Ｃの種類に応じて、高電圧電極６Ａ及び設置電極６Ｂの電極形状を選択してもよいし、整合回路を設けてもよい。
【００５２】
高電圧電源６Ｃの出力は、電源周波数、電極間距離及び被処理ガス流量等の条件によって異なるが、ガス導入孔３（すなわち、放電部）一つ当たりの出力が、１Ｗ〜５００Ｗの範囲で設定することが望ましい。ここで、電源出力が低すぎると十分な分解効率を得られないために好ましくない。一方、電源出力が高すぎると放電部（すなわち、ガス導入孔３）が高温となり、電極の劣化や溶液の過度な蒸発を招いてしまうために好ましくない。
【００５３】
ところで、被処理ガスに含有される有害ガス成分が、例えば、パーフルオロカーボン等の特に難分解性の成分である場合には、この難分解性の有害ガス成分を分解するために高密度プラズマを生成する必要が生じる。このような高密度プラズマとしては、具体的には、プラズマ密度が１×１０９（個／ｃｍ３）以上であることが求められる。また、電源の周波数が高いほど、電磁波がプラズマ内に侵入できる深さ（表皮深さ）が小さくなることが知られており、プラズマ密度が高いほどその影響は顕著であることも知られている。
【００５４】
そこで、本実施形態の無害化処理装置１では、高電圧電源６Ｃが高周波電源であり、プラズマ密度が１×１０９（個／ｃｍ３）以上の高密度プラズマが求められる場合には、その周波数をｆ（単位Ｈｚ）、ガス導入孔３の直径をｒ（単位μｍ）とした際に、下記式（１）の関係を満たす周波数ｆを選択することを特徴とする。
ｆ＜１×１０１４×ｒ−２  ・・・（１）
【００５５】
高電圧電源６Ｃの電源周波数を上記式（１）の関係を満たす周波数ｆとすることにより、ガス導入孔３の孔径（すなわち、放電部の電極間距離）ｒに対して、プラズマ密度が１×１０９（個／ｃｍ３）以上の高密度プラズマが生成されていても、十分な電磁波を供給し続けることができる。
【００５６】
なお、本実施形態の無害化処理装置１では、ガス導入孔３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。
【００５７】
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、狭小な空間に被処理ガスを供給し、上記空間において被処理ガスをプラズマ状態とする段階（第１ステップ）と、被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、溶液の中を気泡状態で通過させて、上記有害ガス成分を上記溶液に溶存させる段階（第２ステップ）と、有害成分が除去された気体成分を上記溶液から取り出す段階（第３ステップ）と、を含んで、概略構成されている。
【００５８】
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、被処理ガス供給経路５を経由してガス導入孔３に供給する。このとき、流量調整バルブ５ａの開度を調整することにより、ガス導入孔３の一つ当たりの被処理ガスの流量が、１〜１０００ｍｌ／ｍｉｎの範囲となるように調整する。
【００５９】
また、被処理ガスの供給を開始すると同時に、プラズマ発生手段６の高電圧電源６Ｃの電源を入れて、ガス導入孔３を挟んで対向配置された高電圧電極６Ａと設置電極６Ｂとの間で放電させる。これにより、ガス導入孔３がプラズマ放電部となり、ガス導入孔３の狭小な空間において被処理ガス中の有害ガス成分が分解される（すなわち、被処理ガスがプラズマ状態となる）。この際、高電圧電源６Ｃの出力は、ガス導入孔３（すなわち、放電部）一つ当たりの出力が、１Ｗ〜５００Ｗの範囲に設定する。
【００６０】
次に、被処理ガス中の有害ガス成分をプラズマ状態としたまま、ガス導入孔３から溶液貯留槽２Ｂ内の溶液中に気泡状態で導入する。溶液中に導入された気泡状態の被処理ガスは、溶液と気液接触する。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。
【００６１】
ここで、有害ガス成分はプラズマ状態で直ちに溶液中に導入されるため、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。
【００６２】
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４から溶液貯留槽２の外側に排出する。
【００６３】
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、プラズマ発生手段６により、ガス導入孔３において被処理ガスをプラズマ化するため、被処理ガス中の有害ガス成分を少量ずつ確実に分解してプラズマ化することができる。また、上記ガス導入孔３が溶液貯留槽２の底面２ａに設けられており、プラズマ化された被処理ガスを気泡Ｐとして上記溶液貯留槽２内の溶液中にすぐに導入することができるため、副生成物等が生成することなく、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。
【００６４】
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、被処理ガスを分解するガス導入孔３（分解部）と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）とを近接して設置するため、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、小型化が可能である。
【００６５】
＜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。
【００６６】
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実施形態の除害装置１の構成に、除害性能監視モニタ８と、ガス流量制御器９とを加えた構成となっている。
【００６７】
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、高電圧電源６Ｃ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。
【００６８】
また、除害性能監視モニタ８は、回線ＴＬ１によって高電圧電源６Ｃ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、高電圧電源６Ｃ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、高電圧電源６Ｃ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。
【００６９】
ガス流量制御器９は、ガス導入孔３における被処理ガスの流量を安定させるために、被処理ガス供給経路５に設けられている。ガス流量制御器９の位置は特に限定されるものではないが、被処理ガス供給管５Ａに設けることが好ましく、流量調整バルブ５ａの一次側（上流側）に設けることがより好ましい。
【００７０】
また、ガス流量制御器９は、図２に示すように、回線ＴＬ２によって除害性能監視モニタ８と電気的に接続されており、除害性能監視モニタ８から回線ＴＬ２を介して制御信号を受け取ることができる。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とガス流量制御器９とを連動させて、ガス導入孔３における被処理ガスの流量を調整することができるため、除害性能を安定化させることができる。
【００７１】
＜第３の実施形態＞
次に、本発明を適用した第３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３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。
【００７２】
ところで、無害化処理装置では、無害化処理を行うことで、溶液中に有害ガス成分の一部が溶存する。例えば、パーフルオロカーボンを無害化処理した場合には、溶液中にフッ素が溶け込んでいく。そして、溶液中の溶存フッ素濃度が高くなると、溶液の有害ガス成分処理能力が低下するため、溶液を定期的に全量入れ替えるか、適宜少量ずつ置換させるか、を行う必要がある。
【００７３】
そこで、本実施形態の無害化処理装置３１は、図３に示すように、第１実施形態の除害装置１を構成する溶液貯留槽２に換えて、溶液追加口１０Ａ及び溶液排出口１０Ｂを有する溶液貯留槽３２と、有害成分溶存濃度監視モニタ１１と、溶液追加量制御器１２と、を備えた構成となっている。これにより、有害ガス成分の処理能力が低下した溶液を適宜少量ずつ置換させること可能となっている。
【００７４】
溶液貯留槽３２には、有害ガス成分が溶存することにより処理能力が低下した溶液を適宜少量ずつ更新するために、新しい溶液を溶液貯留槽３２に供給する溶液追加口１０Ａと、処理能力が低下した溶液の一部を溶液貯留槽３２から排出する溶液排出口１０Ｂと、が設けられている。ここで、溶液追加口１０Ａは、溶液貯留槽３２の側面３２ｃの下部側に設けられており、溶液排出口１０Ｂは、側面３２ｃの上部側に設けられている。また、溶液追加口１０Ａには、溶液供給経路１３が接続されている。
【００７５】
なお、溶液排出口１０Ｂを設けることにより、溶液貯留槽３２の内部空間は、溶液排出口１０Ｂが設けられた高さ未満が溶液層３２Ａとなり、溶液排出口１０Ｂが設けられた高さ以上が気体層３２Ｂとなる。
【００７６】
有害成分溶存濃度監視モニタ１１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３２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１１は、溶液貯留槽３２内の液体層３２Ａ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。
【００７７】
溶液追加量制御器１２は、溶液供給経路１３に設けられている。また、溶液追加量制御器１２は、図３に示すように、回線ＴＬ３によって有害成分溶存濃度監視モニタ１１と電気的に接続されており、有害成分溶存濃度監視モニタ１１から回線ＴＬ３を介して制御信号を受け取ることができる。本実施形態の無害化処理装置３１によれば、有害成分溶存濃度監視モニタ１１と、これに連動する溶液追加量制御器１２とを備えているため、溶液貯留槽３２内の溶液を随時少量ずつ置換させる場合であっても、適切な置換を行うことが可能となる。
【００７８】
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４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。
【００７９】
また、上述した第１〜第３実施形態の無害化処理装置１，２１，３１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〜第３実施形態の無害化処理装置１，２１，３１のいずれの装置を適用してもよい。
【００８０】
なお、本発明の上記第１〜第３実施形態では、溶液貯留槽２，３２と被処理ガス貯留槽５Ｂとを別の部材で構成する例を説明したが、これに限定されるものではなく、溶液貯留槽２，３２と被処理ガス貯留槽５Ｂとが一体化した、一つの部材で構成してもよい。
【００８１】
ここで、溶液貯留槽と被処理ガス貯留槽とを別部材で構成する場合と、一部材で構成する場合との対応について、第１実施形態の無害化処理装置１を例にして説明する。具体的には、先ず、溶液貯留槽２と被処理ガス貯留槽５Ｂとが一体化した水槽等の容器を無害化処理装置本体（以下、単に「本体」という）とする。この本体の内部には、本体の内部空間を上下に分割された２つの空間とするための仕切り部材が設けられており、この仕切り部材が、溶液貯留槽２の底面２ａに対応する。
【００８２】
本体の内部空間のうち、上部空間には溶液層と気体層とが設けられ、この上部空間が溶液貯留槽２の内部空間に対応する。一方、下部空間は被処理ガス層となり、この下部空間が被処理ガス貯留槽５Ｂの内部空間に対応する。そして、上記仕切り部材には、上部空間と下部空間とを連通するように孔が設けられ、この孔が、第１実施形態の無害化処理装置１のガス導入孔３に対応する。また、本体の下部側にはガス導入口が設けられ、このガス導入口が、第１実施形態における被処理ガス貯留槽５Ｂと被処理ガス供給管５Ａとの接続部に対応する。さらに、本体の上部側には、第１実施形態におけるガス排出口４に対応するガス排出口が設けられる。
【００８３】
したがって、溶液貯留槽２と被処理ガス貯留槽５Ｂとが一体化した無害化処理装置本体を有する無害化処理装置では、ガス供給口から本体の下部に被処理ガスが供給され、本体によって被処理ガス中の有害ガス成分が除害される。そして、無害化された被処理ガスが、本体の上部に設けられたガス排出口から本体の外側へと排出される。
【００８４】
以下に、具体的な実施例を示す。
（実施例１）
図１に示す構成の無害化処理装置を用い、ヘリウム（Ｈｅ）中に三フッ化窒素（ＮＦ３）を１％含むガスを被処理ガスとして、三フッ化窒素を分解処理する実験を行った。なお、無害化処理装置のガス導入孔の直径は０．３ｍｍ、放電のための電源は２４Ｖ直流電源とした。また、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。
【００８５】
被処理ガスの流量：２００ｓｃｃｍ、電源出力：５０Ｗ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４１％であった。
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）÷（ガス導入孔を通過した被分解成分の流量）］×１００
【００８６】
一方、被処理ガスの流量を１００ｓｃｃｍおよび５００ｓｃｃｍにした際の分解効率は、それぞれ４９％および２７％であった。これにより、被処理ガスの流量が多いほど分解効率が低くなることを確認した。
同様に、被処理ガスの流量を２００ｓｃｃｍとしたまま、電源出力を３０Ｗおよび５００Ｗとした際の分解効率は、それぞれ２５％および６０％であった。ただし、電源出力を５００Ｗとした条件の場合には、放電部の温度上昇が原因で、分解処理時間とともに水の量が減少しており、適宜水を追加する必要があった。
【００８７】
また、被処理ガスの流量：２００ｓｃｃｍ、電源出力：５０Ｗの条件で放電させ、溶液を通過した無害化処理後のガスを回収し、再度、同じ条件でガス導入孔から回収したガスを導入したところ、分解効率は５５％であった。本結果は、２段階の無害化処理が、トータル分解効率を７３％（１段階だけの場合は４１％）に向上させたことを意味しており、除害効率改善に非常に有効であることを確認した。
【００８８】
（実施例２）
図１に示す構成の無害化処理装置を用い、アルゴン中に六フッ化エタン（Ｃ２Ｆ６）を０．５％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、ガス導入孔の直径は０．２ｍｍ、放電のための電源は２ＭＨｚ高周波電源とした。また、溶液は純水とし、ガス導入孔から水面までの高さは１０ｃｍとした。
【００８９】
被処理ガスの流量：１００ｓｃｃｍ、電源出力：１００Ｗ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３０％であった。
【００９０】
ここで、被処理ガスを、図１中に示されない水槽の中でバブリングさせ、加湿した状態でガス導入孔に導入すると、上述した同条件での六フッ化エタンの分解効率は４５％となった。更に電源出力を３００Ｗとした条件では、分解効率は５５％となった。
【００９１】
（実施例３）
図１に示す構成の無害化処理装置を用い、窒素中に塩化メチル（ＣＨ３Ｃｌ）を１０％含むガスを被処理ガスとし、塩化メチルを分解処理する実験を行った。なお、ガス導入孔の直径は０．０５ｍｍとし、放電のための電源は２．４５ＧＨｚマイクロ波電源とした。また、マイクロ波の供給にあたっては、銅線での給電では表皮効果に伴う送電ロスが多いため、導波路を使用した。また、溶液は純水とし、ガス導入孔から水面までの高さは１０ｃｍとした。
【００９２】
被処理ガスの流量：５０ｓｃｃｍ、電源出力：３００Ｗの条件で放電させた際のプラズマ状態は良好であり、塩化メチルの分解効率は７５％であった。
【００９３】
ここで、ガス導入孔の直径のみを変えて、分解効率の変化を確認した。ガス導入孔の直径を０．１ｍｍおよび０．２ｍｍとした場合には、分解効率が７０〜７５％であった。これに対して、ガス導入孔の直径を０．４ｍｍ、０．５ｍｍと大きくした場合には、分解効率が徐々に低下し、０．５ｍｍの条件では分解効率が６０％となった。
【符号の説明】
【００９４】
１，２１，３１・・・無害化処理装置
２，３２・・・溶液貯留槽
２ａ，３２ａ・・・底面
２ｂ，３２ｂ・・・上面
３・・・ガス導入孔
４・・・ガス排出口
５・・・被処理ガス供給手段
５Ａ・・・被処理ガス供給管
５Ｂ・・・被処理ガス供給槽
６・・・プラズマ発生手段
６Ａ・・・高電圧電極
６Ｂ・・・接地電極
６Ｃ・・・高電圧電源
７・・・絶縁板（絶縁部材）
８・・・除害性能監視モニタ
９・・・ガス流量制御器
１０Ａ・・・溶液追加口
１０Ｂ・・・溶液排出口
１１・・・有害成分溶存濃度監視モニタ
１２・・・溶液追加量制御器
【図１】
2014188497.tif 000003
【図２】
2014188497.tif 000004
【図３】
2014188497.tif 000005
【図４】
2014188497.tif 000006