(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で固体のデカボランを加熱してデカボランガスを得て真空容器に注入後、そのガスを分解して真空容器内をボロンで蒸着被覆処理し、
ボロン蒸着後に不要となったデカボランガスや未反応のデカボランガスを、金属製筒にその下方から上方に向かって、順次、過マンガン酸カリウム及び水酸化カリウムで構成される顆粒状の酸化剤/硫酸銅を主成分とする顆粒状のモニター剤/前記酸化剤と同じ酸化剤が充填される酸化処理筒中をその下方から上方に通過させることにより、マンガン化合物等の安定な物質にデカボランガスを酸化処理し、
その酸化処理筒のモニター剤が充填された位置にガラス製の点検窓を設けてデカボランガスがモニター剤に反応して変色する様を監視し、
前記酸化処理筒の下部に充填配置された酸化剤の能力が低下した際にモニター剤の上部に充填配置された酸化剤によりデカボランガスを処理できるようにし、
更に窒素ガスをキャリアガスとして酸化処理筒に圧送し、酸化処理されたガスを窒素ガスとともにブレークモニターに引き込んで排ガス濃度を監視することを特徴とするデカボランガスの酸化処理法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、デカボランガスの酸化処理法に関するものである。さらに、詳しくは、本発明は、ボロンコーティング技術の一種としてのボロン化処理（ボロナイゼーション）である。核融合装置においては、真空容器内をボロンで蒸着被覆（ボロンコーティング）をするために、ボロン化処理を実施している。
【０００２】
その場合のボロン化処理は、常温で固体で、取扱いが容易なデカボラン（水素化硼素化合物の一種）を加熱してデカボランガスを得て、そのガスを真空容器内に注入した後、グロー放電によりデカボランガスを分解してボロン化処理を実施している。その際に、ボロン化処理時の未反応のデカボランガスや不要となったデカボランガスは、排気処置を介して排気され、過マンガン酸カリウム及び水酸化カリウムの顆粒状の酸化剤を充填したステンレス製充填筒の中に窒素等のキャリアガスといっしょに通過させられることにより、マンガン化合物等（酸化マンガン、硼素酸カリウム、水及び水素の安定な物質）にデカボランガスを酸化し、未反応のデカボランガスや不要となったデカボランガス（排ガス）をＴＬＶ値（長時間にわたる暴露の許容値）以下にするために、このデカボランガスの酸化処理法が行われている。
【０００３】
【従来の技術】
従来より、ボロンコーティング法としては、ジボラン等の水素化ボロン化合物（化学材料ガス）を用い、真空容器等に一定圧力供給してグロー放電や化学蒸気蒸着によるものが知られている。ジボラン等の水素化ボロン化合物（化学材料ガス）を用いたグロー放電や化学蒸気蒸着によるボロンコーティング後の未反応ガスや不要ガスは、専用排気設備を介して不活性ガス（窒素ガス等）による希釈法、処理剤注入スクラバー法、燃焼法、物理吸着法等により処理されていた。
【０００４】
グロー放電や化学蒸気蒸着（薄膜形成法）によるボロンコーティング後の排ガスには、ボロンコーティング技術の進歩とともに、供給時のガス状態で排気されることが少なくなり、活性度の高い化学粒子（励起された原子、分子及び反応生成物等）が多く含まれるようになってきた。そのため、不活性ガスによる希釈法、処理剤注入スクラバー法、燃焼法、物理吸着法等では完全に処理できなくなり、化学吸着方式を用いて、化学的に吸着除去し、クリーンな排ガス処理を実施している。
【０００５】
化学吸着方式は、酸化剤を主成分として、化学材料ガスと反応させることにより酸化処理を行い、安定な物質に処理するもので、処理可能な主な化学材料ガスは、常温で気体で存在するジボラン（Ｂ２Ｈ６）、シラン（ＳｉＨ４）、ホスフィン（ＰＨ３）、アルシン（ＡｓＨ３）、セレン化水素（Ｈ２Ｓｅ）、四フッ化水素（ＳｉＦ４）、三フッ化ホウ素（ＢＦ３）、フッ化水素（ＨＦ）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、塩化水素（ＨＣｌ）、塩素（Ｃｌ２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）、ジクロルシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）、フッ素（Ｆ２）等の気体類であり、デカボランのように常温で固体の物質の利用やデカボランを加熱して気化状態にし、デカボランガスとして利用する施設がなかったため、デカボランガス適用の処理法が確立しておらず、排ガス処理剤及び処理装置等が存在していなかったため、安全なデカボランガス処理法がなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、デカボランがジボランと同じ水素化ボロン類に属し、デカボラン１分子がジボラン５分子に相当することから、不活性ガス（窒素ガス等）による希釈法、処理剤注入スクラバー法、燃焼法、物理吸着法等では安全な処理ができないことから、化学吸着方式によりデカボランガスやボロン反応生成物（活性度の高い粒子）等を、安全で安定な物質に転換処理し、デカボランを用いたグロー放電や化学蒸気蒸着（プラズマＣＶＤ）によるボロンコーティング等の薄膜形成法後の排ガス濃度を減少させてクリーンにするものである。
【０００７】
また、不活性ガス（窒素ガス等）による希釈法、処置剤注入スクラバー法、燃焼法、物理吸着法等は、処理装置の寿命等を確認することができなかったので、その反応状況を監視できるようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、ステンレス製の充填筒に、主酸化剤となる過マンガン酸カリウムと反応を促進させる水酸化カリウムで構成する酸化剤を通気性がよいように顆粒状態で充填し、合せて、デカボランガスと酸化剤の酸化反応状態が確認できるように硫酸銅を主成分とする顆粒状のモニター剤を酸化剤と混合しないようにステンレス製の網（ステンレスメッシュ）で仕切って充填し、点検窓（モニター窓）からモニター剤が変色するのを観察することにより、デカボランガスの酸化反応が行われていることを監視ができるように、これらを充填するものである。
【０００９】
酸化剤は、デカボランガスと反応した場合、反応熱を生じるため、その部分はステンレス製筒で覆われるようにしているため、点検窓から監視できない構造になっている。ステンレス製充填筒への充填順位は、酸化剤／モニター剤／酸化剤とし、その場合ボロン化処理中の排ガス処理の残時間が予測できるような配置構造にしているとともに、反応が一気に進まないことを応用して酸化剤の残量を確認して設備を安全に停止できるような充填構造にしている。
【００１０】
排気ガスは、ステンレス製充填筒の下方から上方に向って酸化剤と反応が進行し、酸化反応によりマンガン化合物（酸化マンガン、硼素酸カリウム等）が生成される。安定なガス状物質（水素ガス等）は、充填筒内を通過して安全に大気放出できる構造にしている。
【００１１】
以上のように、ステンレス製の充填筒に過マンガン酸カリウムと水酸化カリウムの酸化剤及び硫酸銅のモニター剤を混合しないように充填し、その中をデカボランガス等の排ガスを通過させることにより、マンガン化合物等の安定物質に酸化処理して排出できることからなる、デカボランガスの酸化処理法を提供している。
【００１２】
【作用】
本発明は、デカボランガスの酸化処理法において、たとえば、ボロン化処理（ボロナイゼーション）時に不要となったデカボランガスや未反応デカボランガスを安全に処理する場合、それらのガスを排気するポンプ等の出口側と接続して、通気性をよくするために顆粒状にした酸化剤、モニター剤を充填したステンレス製充填筒内に導き、デカボランガスや反応デカボランガスを酸化剤と化学反応させることにより、酸化マンガンや硼素酸カリウム等の化合物ににして酸化処理するとともに、安定なガスに転換処理して大気放出するものである。筒内の酸化剤は、デカボランガスと反応すると発熱するため、耐熱、耐腐食に優れたステンレス製充填筒内で処理できるように酸化剤、モニター剤を区分け充填することができる。
【００１３】
また、デカボランガスと酸化剤の酸化処理状況は、点検窓部に充填されているモニター剤の変色作用により、充填筒の下方より進行するデカボランガスと酸化剤の酸化処理状況（酸化剤の交換時期）に基づいて監視される。
【００１４】
【実施例】
以下に、図面にそって実施例を示し、本発明のデカボランガスの酸化処理法について、さらに、詳しく説明する。
【００１５】
従来の処理は、不活性ガス（窒素ガス等）による希釈法、処理剤注入スクラバー法、燃焼法及び物理吸着法等により対象ガスを燃したり、物理的吸着する等により処理していた。デカボランガスのような活性度の高い粒子は、それらの方式では排出ガスをクリーンにすることができない。そこで、デカボランガスのような活性度の高い粒子は化学的に吸着除去（酸化処理）する化学吸着方式によりクリーンな排ガスを実現できる。
【００１６】
第１図は、デカボランガスの酸化処理法としてステンレス製充填筒に酸化剤等を充填した略図を示したものである。ステンレス製充填筒は、下方からガス溜、ステンレスメッシュ、酸化剤、ステンレスメッシュ、モニター剤、ステンレスメッシュ、酸化剤、グラスウール及び閉止フランジの順の充填構造になっている。ステンレスメッシュは酸化剤の混合、混入防止、グラスウールは酸化剤の暴れ防止の役目を果たしている。この例において、ボロナイゼーション等により、排出されたデカボランガス等は、ステンレス製充填筒の下方に配置される排ガス入口からガス溜に入り、ステンレスメッシュを介して、酸化剤、ステンレスメッシュ、モニター剤、ステンレスメッシュ、酸化剤、グラスウール、そして、排ガス出口の順に上昇（デカボランガスの比重は１より小さいことを利用）して処理される。酸化剤は、処理済みのものは廃棄物として処分することができるように、充填筒の閉止フランジより酸化剤等を入出できる構造にしている。また、デカボランガスの処理量により、酸化剤の量を可変できるようにステンレス製の充填等を連結フランジにより接続したり、複数の連結が可能な構造にしている。
【００１７】
第２図は、酸化処理反応した場合の一例を示すものである。酸化剤が充填されたステンレス製の充填筒に入ったデカボランガス等は、酸化剤と酸化反応してマンガン化合物等の固体状で安定な物質に変化するとともに、水素等の気体状で安定な物質に変化する。気体状の物質は、酸化剤の間隙を通過して出口より排出される。下方より反応が進行し、酸化剤が反応してデカボランガス等を処理できなくなると、マンガン化合物等が蓄積して酸化剤の能力がなくなる。酸化剤の能力がなくなると、モニター剤とデカボランガスが反応して変色して、酸化剤の交換時期等を視覚に知らせる。
【００１８】
その様は、点検窓より監視することができる。酸化剤の能力が低下した場合、ボロン化処理等を急停止できないことから、その設備を安全停止まで、モニター剤の上部に充填配置されている酸化剤によりその排ガスを処理できるようにしている。
【００１９】
デカボランガス（Ｂ１０Ｈ１４）と酸化剤（過マンガン酸カリウム：ＫＭｎＯ４、水酸化カリウム：ＫＯＨ）が反応した場合の化学式を以下に示します。
【００２０】
Ｂ１０Ｈ１４＋６ＫＭｎＯ４＋３６ＫＯＨ→６Ｋ２ＭｎＯ４＋１０Ｋ３ＢＯ３＋６Ｈ２Ｏ＋１９Ｈ２・・・▲１▼
２Ｂ１０Ｈ１４＋３０Ｋ２ＭｎＯ４＋Ｈ２→１５Ｍｎ２Ｏ３＋２０Ｋ３ＢＯ３＋１５Ｈ２Ｏ・・・▲２▼
デカボランガスと酸化剤の反応は、▲１▼、▲２▼の２種の反応が起こり、途中生成物も発生する。これらの反応は、最終的に以下の化学式で示されるように、酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）、硼素酸カリウム（Ｋ３ＢＯ３）、水（Ｈ２Ｏ）及び水素（Ｈ２）の安定物質に処理される。
【００２１】
７Ｂ１０Ｈ１４＋３０ＫＭｎＯ４＋１８０ＫＯＨ→１５Ｍｎ２Ｏ３＋７０Ｋ３ＢＯ３＋４５Ｈ２Ｏ＋９４Ｈ２・・・▲３▼
また、モニター剤である硫酸銅（ＣｕＳＯ４）は、通常、淡青色をしているが、デカボランガスと反応すると茶褐色に変色する。
【００２２】
第３図は、本発明のデカボランガスの酸化処理法により、酸化剤等を充填した充填筒をボロナイゼーションに用いる場合に、ボロン化処理設備に除害装置ＤＦＬとして利用した場合の概要を示したものである。この場合、ボロン化処理設備は、原料容器ＭＣ、マスフロ−コントローラＦＣ、ゲートバルブＧＶ、ニューマチックバルブＶ、ターボ分子ポンプＴＭＰ、油回転ポンプＲＰ及び除害装置ＤＦＬ（１）等からなるデカボランガス供給系と、ゲートバルブ、ニューマチックバルブ、ターボ分子ポンプ、油回転ポンプ、及び除害装置ＤＦＬ（２）等からなるデカボラン専用排気系とから構成される。なお、ＲＧＡは四重極質量分析計であり、Ｇ１〜Ｇ４はガス漏洩検知器であり、又点線で囲まれた領域は加熱範囲を示すものである。
【００２３】
ボロナイゼーションは、デカボランガス供給系よりヘリウムガス及びデカボランガスをグロー電極を備えた真空容器等に注入し、それをグロー放電により分解して、ボロン膜を生成するものである。そのとき、デカボラン専用排気系にはデカボランガスの未反応ガスが、デカボランガス供給系からは真空容器等に注入停止により生じた不要デカボランガスが排出される。これらのガスは、有害性があるため除害装置により安全に処理され、大気放出される。
【００２４】
第４図は、本発明のデカボランガスの酸化処理法による酸化剤等を充填した充填筒に窒素ガスをキャリアガスとして用い、排ガス濃度を監視（確認）できるように、隔膜電極法を用いたブレークモニターを組合わせた場合（除害装置）のフロー図を示したものである。除害装置は、一定流量、または、圧力の窒素ガスをブレークモニターと酸化剤等が充填された充填筒に圧送し、排ガス入口から入ってきたデカボランガスが酸化剤と反応し、その酸化処理された気体等を窒素ガスといっしょにブレークモニターに引き込み、圧送された窒素ガスと比較してガス濃度を検出する。異常がある場合（ＴＬＶ値以上）は、警報出力する。その比較ガスは、排ガス出口より放出される。また、装置の不使用時及び反応物質の保管時に排ガス出入口のバルブにより密封できるシステムになっている。
【００２５】
【発明の効果】
以上、詳しく説明したとおり、本発明のデカボランの酸化処理法は、デカボランを用いたボロンコーティング時に生じる排ガスを過マンガン酸カリウムと水酸化カリウムをステンレス製の充填筒に充填し、その中にデカボランガスを通気させて化学的に反応させ、酸化処理して安全な固体、又は気体の物質に処理することが可能となった。また、その酸化反応状況を充填筒の点検窓より監視できるため、酸化剤の交換時期等が把握でき、合せて、酸化処理された安全な固体等は、廃棄物として安全に処分できることが可能となった。
【００２６】
また、本発明は、デカボランガスに限らず、水素化硼素類にも転用可能と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化剤を用いたデカボランガスの酸化処理法によりステンレス製充填筒に酸化剤等を充填したときの図を示したものである。
【図２】デカボランガスを充填筒内の酸化剤で酸化処理反応した場合の図を示したものである。
【図３】デカボランガスの酸化処理法による、酸化剤等を充填した充填筒をボロナイゼーションに用いる場合に、ボロン化処理設備において除害装置として利用した場合の図を示したものである。
【図４】デカボランガスの酸化処理法による、酸化剤等を充填した充填筒に窒素ガスをキャリアガスとし、排ガス濃度を監視（確認）できるように隔膜電極法を用いたブレークモニターを組合わせた除害装置のフロー図を示したものである。
【符号の説明】
Ｖ−１：排ガス入口第１弁
Ｖ−２：排ガス入口第２弁
Ｖ−３：処理ガス出口弁
Ｐ−１：圧力計元弁
Ｐ１：  圧力計
Ｎ−１：窒素ガス入口第１弁
Ｎ−２：窒素ガス入口第２弁
ＣＫ−１：逆止弁
ＰＲ−１：第１減圧弁
ＦＭ−１：流量計
ＰＲ−２：第２減圧弁
ＮＶ−１：流量調節弁
Ｓ−１：ブレイクモニター入口弁
Ｓ−２：ブレイクモニター出口弁
ＧＦ−１：ガスフィルター
【図１】
0003554390.tif 000002
【図２】
0003554390.tif 000003
【図３】
0003554390.tif 000004
【図４】
0003554390.tif 000005