(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極との間にプラズマを発生させ、該プラズマの周囲を被覆する反応管を設置し、反応管の周囲に冷却ジャケットを設けるとともに、該反応管に被処理物としての排ガスと水蒸気とを導入して分解処理するプラズマ処理装置において、前記上部電極が多孔体からなり、該上部電極に、反応管の周囲に設けた冷却ジャケットに貯留され、電極の発熱により蒸発することにより反応管に水蒸気を導入し、電極を冷却する電解液からなる液体を、毛細管現象により浸潤するように冷却ジャケットと上部電極とを液体がしみ込む綿状のものを詰めた配管によって冷却ジャケットより上方位置で繋いで供給する液体供給機構を設けたことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記電極が、炭化珪素又は炭素を焼結して形成した気孔率が５０〜８０％の多孔体からなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に関し、特に、簡易な構造で効果的に電極を冷却し、電極の寿命を大幅に伸ばすことができるプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電極間に発生するプラズマを利用して排ガスに含まれる有害物質を分解、処理するプラズマ処理装置が提案されている。
このようなプラズマ処理装置において、プラズマを発する上部電極の冷却方法は一般的に内部冷却が主流であるが、内部冷却を行うためには上部電極に複雑な加工を施す必要がある。
また、現状は内部冷却でも冷却が追い付かず、上部電極の短寿命がほとんどのプラズマ処理装置のボトルネックになっている。
【０００３】
一方、排ガス処理装置に関しては、除害効率向上又は耐食性向上のために水蒸気を添加しているケースが多いが、その場合、別途水蒸気導入機構を設けるようにしている。
また、本件出願人は、先に、上部電極を水噴霧により冷却する方法（特願２００７−２９１７５）を提案しているが、実際にプラズマが立っている状態で上部電極に水噴霧を行うと、プラズマの生成状態が不安定になることがあった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来のプラズマ処理装置の有する問題点に鑑み、簡易な構造で効果的に電極を冷却し、電極の寿命を大幅に伸ばすことができるプラズマ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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明のプラズマ処理装置は、上部電極と下部電極との間にプラズマを発生させ、該プラズマの周囲を被覆する反応管を設置し、反応管の周囲に冷却ジャケットを設けるとともに、該反応管に被処理物としての排ガスと水蒸気とを導入して分解処理するプラズマ処理装置において、前記上部電極が多孔体からなり、該上部電極に、反応管の周囲に設けた冷却ジャケットに貯留され、電極の発熱により蒸発することにより反応管に水蒸気を導入し、電極を冷却する電解液からなる液体を、毛細管現象により浸潤するように冷却ジャケットと上部電極とを液体がしみ込む綿状のものを詰めた配管によって冷却ジャケットより上方位置で繋いで供給する液体供給機構を設けたことを特徴とする。
この場合において、前記電極を、炭化珪素又は炭素を焼結して形成した気孔率が５０〜８０％の多孔体から構成することができる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のプラズマ処理装置によれば、電極間にプラズマを発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理装置において、電極に液体を浸潤するように供給する液体供給機構を設けることから、プラズマの点火により電極が発熱すると電極の液体が蒸発し、それと同時にタンクから電極に液体が供給され、これが順次繰り返されることで電極を冷却し、電極の寿命を大幅に伸ばすことができる。
また、従来のように内部冷却を行うためには電極に複雑な加工を施す必要があるが、本発明のプラズマ処理装置であれば、冷却のための電極加工は必要がなく、電極自体も任意の形状を選択することができる。
【０００７】
さらに、電極が多孔体からなり、液体供給機構が電極自体に液体を供給することにより、容易に液体を浸潤するように供給することができる。
【０００８】
また、液体供給機構が、毛細管現象により多孔体からなる電極に液体を供給することにより、液体が蒸発した多孔体からなる電極に自動的に液体を供給することができる。
【０００９】
また、液体に電解液を用いることにより、電極の電導度を高めてプラズマの生成状態を安定させることができる。
【００１０】
また、プラズマの周囲を被覆する反応管を設置するとともに、該反応管に排ガスを導入して分解することにより、プラズマ処理装置による排ガス処理において、電極の冷却と同時に液体が蒸発することにより反応管へ水蒸気が供給され、排ガスの分解反応を促進されるとともに、電極の周囲が水蒸気でカバーされることで、電極の性能低下を引き起こす絶縁性生成物の付着を防止し、メンテナンスフリーの長時間連続運転をすることができる。
この場合、従来のような水蒸気導入機構を設ける必要がなく、また、電極に水噴霧する方法に比較し、プラズマの生成状態を安定させることができる。
【００１１】
また、反応管の周囲に冷却ジャケットを設け、液体供給機構が、該冷却ジャケットから多孔体からなる電極に液体を供給することにより、液体供給機構の液体タンクを省略することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明のプラズマ処理装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１に、プラズマ処理装置の第１参考例を示す。
このプラズマ処理装置は、上下に対向する上部電極１（高圧電極）と下部電極２（接地電極）との間にプラズマ３を発生させて、被処理物を処理するもので、プラズマ３の周囲を被覆するように反応管４を設置するとともに、該反応管４に排ガス（図示省略）を導入し、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プラズマ３により分解処理するようにしている。
【００１４】
そして、このプラズマ処理装置は、上部電極１を一定の気孔率を有し、好ましくは、気孔が連続した多孔体で構成するようにし、液体供給機構６が電極自体に液体を供給することにより、液体を浸潤するように供給するようにしている。
具体的には、上部電極１と液体タンク６１とを、液体がしたたり落ちない程度のクリアランス（このクリアランスは、上部電極１を気孔が連続した多孔体で構成した場合には、上部電極１と液体タンク６１との間にシール部材（図示省略）を配設することにより実質的になくすようにしてもよい。）で連結している。
【００１５】
上部電極１を構成する多孔体（ポーラス材料）としては、炭化珪素（ＳｉＣ）や炭素（Ｃ）を焼結して形成したもの等を好適に用いることができ、例えば、製造時に気孔率を５０〜８０％の範囲で調整することができる。
このように、上部電極１を多孔体で構成し、液体供給機構６が電極１自体に液体を供給することにより、容易に液体を浸潤するように供給することができる。
【００１６】
液体供給機構６から供給する液体としては、通常の水（純水を含む。）等の液体のほか、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮＨ４Ｃｌ、ＮａＯＨ等の電解質を溶解した電解液を用いることができ、特に、液体として電解液を用いることにより、電極の電導度を高めてプラズマの生成状態を安定させることができる。
【００１７】
また、図２（実施例）に示すように、液体供給機構６が、毛細管現象によりこの上部電極１に液体を供給することもでき、これにより、液体が蒸発した多孔体の上部電極１に自動的に液体を供給することができる。
本実施例では、反応管４の周囲に冷却ジャケット７を設けるとともに、この冷却ジャケット７と上部電極１とを液体がしみ込む綿状のものを詰めた配管６２で繋ぎ、冷却ジャケット７を液体供給機構６の液体タンクとしている。
これにより、液体供給機構６の液体タンクを省略することができる。
なお、冷却ジャケット７は、装置本体とは絶縁するようにしておく。
【００１８】
かくして、本実施例のプラズマ処理装置は、電極間にプラズマ３を発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理装置において、上部電極１を多孔体で形成するとともに、該多孔体の上部電極１に液体を浸潤するように供給する液体供給機構６を設けることから、プラズマ３の点火により上部電極１が発熱すると浸潤した液体が蒸発し、それと同時に液体タンク６１から上部電極１に液体が供給され、これが順次繰り返されることで上部電極１を冷却し、上部電極１の寿命を大幅に伸ばすことができる。
また、従来のように内部冷却を行うためには上部電極１に複雑な加工を施す必要があるが、本実施例のプラズマ処理装置であれば、冷却のための電極加工は必要がなく、上部電極自体も任意の形状を選択することができる。
【００１９】
また、液体供給機構６が、毛細管現象により多孔体からなる電極１に液体を供給することにより、液体が蒸発した多孔体の上部電極１に自動的に液体を供給することができる。
【００２０】
また、プラズマ３の周囲を被覆する反応管４を設置するとともに、該反応管４に排ガスを導入して分解することにより、プラズマ処理装置による排ガス処理において、上部電極１の冷却と同時に液体が蒸発することにより反応管４へ水蒸気が供給され、排ガスの分解反応を促進されるとともに、上部電極１の周囲を水蒸気でカバーすることで、上部電極１の性能低下を引き起こす絶縁性生成物の付着を防止し、メンテナンスフリーの長時間連続運転をすることができる。
この場合、従来のような水蒸気導入機構を設ける必要がなく、また、上部電極１に水噴霧する方法に比較し、プラズマ３の生成状態を安定させることができる。
【００２１】
図３に、プラズマ処理装置の第２参考例を示す。
このプラズマ処理装置は、上下に対向する上部電極１（高圧電極）と下部電極２（接地電極）との間にプラズマ３を発生させて、被処理物を処理するもので、プラズマ３の周囲を被覆するように反応管４を設置するとともに、該反応管４に排ガス（図示省略）を導入し、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プラズマ３により分解処理するようにしている。
【００２２】
そして、このプラズマ処理装置は、上部電極１の外周面を吸液性を有するシート材５で巻回するとともに、該シート材５に浸潤するように液体を供給する液体供給機構６を設けている。
具体的には、図３に示すように、上部電極１の外周面に吸液性の布５１を貼り付け、布５１と液体タンク６１とを、液体がしたたり落ちない程度のクリアランスで連結している。
あるいは、図４に示すように、上部電極１と液体タンク６１を離し、その間を液体がしみ込む綿状のものを詰めた配管６２で繋ぎ、毛細管現象を利用した、配管６２の内径と液体タンク６１の位置関係でシート材５への液体の供給量をコントロールすることができる。
なお、液体タンク６１は、装置本体とは絶縁するようにしておく。
【００２３】
シート材５は、グラスウールやロックウール等の耐熱性のものを使用することが好ましいが、上部電極１の温度はそれほど高温にならないため、通常の天然繊維や合成繊維からなる布や不織布等を使用することもでき、材質は特に限定されない。
【００２４】
液体供給機構６から供給する液体としては、通常の水（純水を含む。）等の液体のほか、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮＨ４Ｃｌ、ＮａＯＨ等の電解質を溶解した電解液を用いることができ、特に、液体として電解液を用いることにより、電極の電導度を高めてプラズマの生成状態を安定させることができる。
【００２５】
この状態でプラズマ３を点火させると、上部電極１が発熱することで布５１にしみ込んだ液体が蒸発する。それと同時に液体タンク６１から布５１に液体がしみ込む形で供給される。これが順次繰り返されることで上部電極１が冷却され、上部電極１の寿命が大幅に伸びる。
冷却のために液体を意図的に導入するのではなく、液体がある状態（上部電極が液体で濡れている状態）にしておいて、上部電極自体の発熱で蒸発した液体が自然と自動供給されるようにする。
これにより、上部電極１の冷却が必要なときに必要なだけ行え、ポンプやノズルといったものが不要であるため、機械的にもシンプルにすることができる。
【００２６】
図３に示すプラズマ処理装置を用い、運転の実験を行った。
その結果、プラズマ３の着火性及び着火後の安定性ともに問題はなかった。
さらに、運転後の上部電極１の重量測定の結果、このプラズマ処理装置は、他の冷却方式と比べて上部電極１の重量減少率が著しく小さいことが分かった。
下記表１に、その実験結果を示す。
なお、上部電極１と下部電極２にはタングステン電極を使用し、下部電極２は液体に浸漬することにより冷却をしている。
【００２７】
【表１】
0005236357.tif 000002
【００２８】
かくして、本参考例のプラズマ処理装置は、電極間にプラズマ３を発生させ、被処理物を処理するプラズマ処理装置において、上部電極１を吸液性を有するシート材５で巻回するとともに、該シート材５に液体を浸潤するように供給する液体供給機構６を設けることから、プラズマ３の点火により上部電極１が発熱するとシート材５の液体が蒸発し、それと同時に液体タンク６１からシート材５に液体が供給され、これが順次繰り返されることで上部電極１を冷却し、上部電極１の寿命を大幅に伸ばすことができる。
また、従来のように内部冷却を行うためには上部電極１に複雑な加工を施す必要があるが、本参考例のプラズマ処理装置であれば、冷却のための電極加工は必要がなく、上部電極自体も任意の形状を選択することができる。
【００２９】
また、液体供給機構６が、毛細管現象によりシート材５に液体を供給することにより、液体が蒸発したシート材５に自動的に液体を供給することができる。
【００３０】
また、プラズマ３の周囲を被覆する反応管４を設置するとともに、該反応管４に排ガスを導入して分解することにより、プラズマ処理装置による排ガス処理において、上部電極１の冷却と同時に液体が蒸発することにより反応管４へ水蒸気が供給され、排ガスの分解反応を促進されるとともに、上部電極１の周囲を水蒸気でカバーすることで、上部電極１の性能低下を引き起こす絶縁性生成物の付着を防止し、メンテナンスフリーの長時間連続運転をすることができる。
この場合、従来のような水蒸気導入機構を設ける必要がなく、また、上部電極１に水噴霧する方法に比較し、プラズマ３の生成状態を安定させることができる。
【００３１】
以上、本発明のプラズマ処理装置について、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。
例えば、下部電極を吸液性を有するシート材で巻回するとともに、該シート材に液体を浸潤するように供給する液体供給機構を設けることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のプラズマ処理装置は、簡易な構造で効果的に電極を冷却し、電極の寿命を大幅に伸ばすという特性を有することから、例えば、プラズマ処理を用いる排ガス処理装置やワークの表面改質処理装置、繊維の浄化装置等に広く好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】プラズマ処理装置の第１参考例を示す断面図である。
【図２】冷却ジャケットを液体タンクとした本発明のプラズマ処理装置の実施例を示す断面図である。
【図３】プラズマ処理装置の第２参考例を示す断面図である。
【図４】液体供給機構の変形参考例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１    上部電極
２    下部電極
３    プラズマ
４    反応管
５    シート材
５１  布
６    液体供給機構
６１  液体タンク
６２  配管
７    冷却ジャケット
【図１】
0005236357.tif 000003
【図２】
0005236357.tif 000004
【図３】
0005236357.tif 000005
【図４】
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