(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の円筒型処理容器、処理容器の軸方向上端に配された電気絶縁性の窓、処理容器の外の前記の窓の近傍に配された高周波電磁界発生用の高周波誘導コイル、処理容器内に前記の窓に対向して配された被処理物搭載用の処理皿、処理容器内を減圧状態とする減圧手段、処理容器内に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入口、前記の高周波誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源を備え、処理皿に被処理物を搭載し、減圧手段による減圧操作およびガス導入口からのガス導入操作によって処理容器内を所定のガス雰囲気とし、高周波電源より供給された高周波電流を高周波誘導コイルに通電して電磁界作用によって誘導結合型プラズマを発生させ、酸素ガスのプラズマ化により生じた活性酸素原子を作用させて被処理物を灰化減容するプラズマ処理装置において、
前記のガス導入口が、窓の下端と処理皿の上端との間の高さに位置する円筒型
処理容器の内壁に、円周上に均等に配置して複数個備えられ、
前記のガス導入口のうちの一部が、ガス導入方向が円筒型処理容器の周方向へと向かう周方向成分を持つように形成され、その他のガス導入口が、ガス導入方向が円筒型処理容器の中心軸方向へと向かうように形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記のガス導入口のうちの少なくとも１個が、ガス導入方向が円筒型処理容器の軸方向上端に配された電気絶縁性の窓の方向へと向かう成分を持つように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記のガス導入口が、上下方向の幅に比べて水平方向の幅の大きい偏平状の開口を持つように形成されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記のガス導入口が、その深部より開口に近づくにしたがってガスの流路面積が増大する広がり管の形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イオン交換樹脂等の廃棄物の減容処理装置に係わり、特に酸素含有
雰囲気中のプラズマにより生じる活性酸素原子を利用して灰化減容処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来のこの種のプラズマ処理装置の基本構成例を模式的に示した断面図である。本処理装置は、特開平１０−２３２３００号公報に記載されているイオン交換樹脂を対象とした減容処理装置であり、廃棄物のイオン交換樹脂３を搭載した処理皿４を内蔵する円筒状の反応容器２２の上部にドーム形状に形成された放電容器２１が配され、このドーム形状の窓の外側にドーム形状の高周波誘導コイル７Ａが巻装されている。反応容器２２の円筒状側面の上端部には酸素あるいは酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入口５が備えられ、また、反応容器２２の円筒状側面の下方には排気ポンプ２３を連結した排気配管２４が配されている。
【０００３】
本構成においては、排気ポンプ２３により減圧し、ガス導入口５より酸素あるいは酸素を含む複数のガスを導入して、反応容器２２および放電容器２１の内部を減圧酸素含有雰囲気とし、高周波電源６より高周波誘導コイル７Ａへ高周波電流を供給して放電容器２１の内部に高周波放電を形成することによって活性酸素が生成される。生成された活性酸素は、反応容器２２内の処理皿４に搭載された廃棄物のイオン交換樹脂３へと作用し、これを灰化減容処理する。
【０００４】
図９は、この種のプラズマ処理装置の他の基本構成例を模式的に示した断面図である。本処理装置は、特願平１０−２８４０６４号公報に記載されているイオン交換樹脂を対象とした減容処理装置であり、廃棄物のイオン交換樹脂３を搭載した処理皿４を内蔵する円筒状の処理容器２の上面に電気絶縁物よりなる平板状の窓１１が設けられ、この窓１１の上部には高周波電源６に接続された高周波誘導コイル７が巻装されている。処理容器２の円筒状側面の下端部には酸素または酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入口５が備えられ、また、処理容器２の円筒状側面の上方には排気口８が配され、図示しない減圧ポンプに連結されている。処理皿４は、移動機構１０によって鉛直方向に移動可能に組み込まれた移動ステージ９の上に置載されている。
【０００５】
本構成では、移動ステージ９の高さ方向の位置を調整することによって、処理皿４に搭載された被処理物のイオン交換樹脂３を、その性状に合わせて減容処理することができる。すなわち、温度耐性が大きくプラズマによる加熱で熱分解しにくい樹脂の場合には、移動ステージ９を相対的に上方に配置してイオン交換樹脂３をプラズマ１の領域に近づけ、積極的に活性酸素に暴露して処理効率を上げる方法が採られ、これにより不活性酸化物の生成が抑えられる。また、キレート材を多量に含む場合や温度耐性の低い樹脂の場合には、移動ステージ９を相対的に下方に配置し、イオン交換樹脂３をプラズマ１の領域から遠ざけてプラズマ１による加熱を抑制することにより、熱分解ガスの多量発生を抑え、活性酸素粒子不足による不完全酸化物生成に起因するタール等の生成を効果的に低減させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとく、この種のプラズマ処理装置においては、活性酸素を被処理物に作用させて灰化減容処理を行っている。したがって、ガス導入口５より導入された酸素がプラズマ生成領域に到達して活性酸素粒子が生成され、本活性酸素粒子が被処理物との反応領域へと到達する必要がある。このため、図８に示した従来例では、反応容器２２の上端の一端に設けられたガス導入口５より酸素あるいは酸素を含むガスを導入し、反応容器２２の下端の他端に設けられた排気配管２４より排気する構成が採られ、また、図９に示した例では、処理容器２の下端に設けられたガス導入口５より酸素あるいは酸素を含むガスを導入し、処理容器２の上端に設けられた排気口８より排気する構成が採られている。
【０００７】
しかしながら、前述のように、イオン交換樹脂３等の被処理物の場合には、加熱によって熱分解ガスを多量に発生するので、この熱分解ガスを完全に酸化させるためには、この熱分解ガスに見合った相当量の酸素をさらに供給する必要がある。被処理物のイオン交換樹脂３は、粒径が数ｍｍ以下、比重が１〜２程度であるので、上記の構成においては、多量に発生した熱分解ガスを酸化させるために酸素ガスの流量を増大させると、容器内部での流速が増大し、樹脂の限界摩擦速度を超えて樹脂の移動が生じ、ついには飛散してしまうという事態に至る可能性が大きくなる。
【０００８】
本発明の目的は、プラズマによる活性酸素が樹脂等の被処理物との反応領域、
さらには被処理物の処理に伴って生じる熱分解ガスとの反応領域に効率的に導かれ、被処理物の飛散を生じることなく被処理物ならびに熱分解ガスが効果的に処理されるプラズマ処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明においては、
金属製の円筒型処理容器、処理容器の軸方向上端に配された電気絶縁性の窓、
処理容器の外の前記の窓の近傍に配された高周波電磁界発生用の高周波誘導コイル、処理容器内に前記の窓に対向して配された被処理物搭載用の処理皿、処理容器内を減圧状態とする減圧手段、処理容器内に酸素または酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入口、前記の高周波誘導コイルに高周波電流を供給する高周波電源を備え、処理皿に被処理物を搭載し、減圧手段による減圧操作およびガス導入口からのガス導入操作によって処理容器内を所定のガス雰囲気とし、高周波電源より供給された高周波電流を高周波誘導コイルに通電して電磁界作用によって誘導結合型プラズマを発生させ、酸素ガスのプラズマ化により生じた活性酸素原子を作用させて被処理物を灰化減容するプラズマ処理装置において、
（１）第一の参考手段として、上記のガス導入口を、窓の下端と処理皿の上端との間の高さに位置する円筒型処理容器の内壁に、円周上に均等に配置して複数個備えることとする。
【００１０】
（２）また、第二の参考手段として、上記の（１）において、ガス導入方向が円筒型処理容器の周方向へと向かう周方向成分を持つようにガス導入口を形成することとする。
（３）また、本発明によれば、上記の（１）において、ガス導入口のうちの一部を、ガス導入方向が円筒型処理容器の周方向へと向かう周方向成分を持つように形成し、その他のガス導入口を、そのガス導入方向が円筒型処理容器の中心軸方向へと向かうように形成することとする。
【００１１】
（４）また、上記の（３）において、少なくとも１個のガス導入口を、ガス導入方向が円筒型処理容器の軸方向上端に配された電気絶縁性の窓の方向へと向かう成分を持つように形成することとする。
（５）また、上記の（３）〜（４）において、上下方向の幅に比べて水平方向の幅の大きい偏平状の開口を持つようにガス導入口を形成することとする。
【００１２】
（６）また、上記の（３）〜（５）において、その深部より開口に近づくにしたがってガスの流路面積が増大する広がり管の形状にガス導入口を形成することとする。
上記（１）のごとく、高周波誘導コイルによる誘導結合型プラズマが生じる窓の下側の被処理物が搭載される処理皿の上部に位置する処理容器の内壁にガス導入口を配置することとすれば、酸素または酸素を含むガスを効果的にプラズマ生成領域に供給することができるので効率的に活性酸素が形成され、被処理物の灰化減容処理が行われる。特に、ガス導入口を処理容器の内壁に円周上に均等に配置して複数個備えれば、反応ガスを各ガス導入口から容器内部へ均等に供給できることとなり、個々のガス導入口からのガスの流速を大きくしなくとも全体として多量のガスを供給できる。したがって、従来例で認められた過大な流速による被処理物の飛散を生じることなく、多量のガスの供給による効率的な灰化減容処理が可能となる。
【００１３】
また、上記の（２）のごとくとすれば、ガス導入口から導入されたガスの処理皿部分に到達するまでの距離が長くなり、流れが広がるので、処理皿部分でのガス流速が低下する。したがって、被処理物の飛散の抑制に効果的である。
また、上記の（３）の本発明のごとくとすれば、上記（１）のごとく酸素または酸素を含むガスを効果的にプラズマ生成領域に供給することができ、かつ、上記の（２）のごとく被処理物の飛散を抑制して多量に供給できることとなるので、速い処理速度で灰化減容処理できることとなる。
【００１４】
また、上記の（４）のごとくとすれば、導入されたガスはより確実にプラズマ生成領域に供給されるとともに、上記の（３）と同様にガスの流れが広がるので、処理皿部分でのガス流速が低下し、被処理物の飛散が抑制される。
さらに上記の（５）あるいは（６）のごとく構成すれば、ガス導入口から導入されるガスはガス導入口の出口で広がりをもつこととなり、ガス流速がより抑制されるので、被処理物の飛散の防止に効果的である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＜参考例１＞
図１は、本発明の参考手段１に記載のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ1 −Ｙ1 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ1 −Ｘ1 面の断面図である。本プラズマ処理装置は図９に示した従来の構成例を基に形成されたもので、図１（ａ）に見られるように、酸素または酸素を含む複数のガスを導入するためのガス導入口５が円筒型処理容器２の内壁の電気絶縁性の窓１１の下端と被処理物３を搭載した処理皿４の上端との間の高さに配され、かつ図１（ｂ）に見られるように、複数のガス導入口５が処理容器２の中心部へとガスが供給されるように円周上に均等に配置されているのが特徴である。
【００１６】
したがって本参考例の構成においては、酸素または酸素を含むガスが集中的にプラズマ生成領域に供給されるので効率的に活性酸素が形成され、被処理物の灰化減容処理が効果的に行われる。また、図１（ｂ）に見られるように８個のガス導入口５を備えているので、従来のようにガス導入口が１個の場合に比べて導入されるガスの流速が大幅に低く抑えられる。したがって、例えば処理容器２の内部を 1000 Paに保持して 8 L/min（０℃，1.013 ×105 Pa換算）の酸素を導入する場合、ガス導入口５が直径４mmの円形の場合には、各ガス導入口５での流速は16.8 m/s となるので、処理皿４に搭載した被処理物３へと吹き付けるガスの流速が低く抑えられ、被処理物３の飛散を生じることなく処理を行うことができる。
【００１７】
＜参考例２＞
図２は、本発明の参考手段２に記載のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ2 −Ｙ2 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ2 −Ｘ2 面の断面図である。本参考例の構成の参考例１の構成との相違点は、図２（ｂ）に見られるように、円筒型処理容器２の内壁の周上に均等に配された複数のガス導入口５を通して供給されるガスが処理容器２の中心方向に対して周方向に一定の傾斜を備えて供給されるように、各ガス導入口５の出口方向が設定されている点にある。
【００１８】
本構成においては、導入されたガスのガス導入口５から処理皿４の部分に到達するまでの距離が長くなり、ガスの流れが広がるので、被処理物３の部分に到達時のガス流速が低下する。したがって、被処理物３の飛散が効果的に抑制されることとなる。
＜実施例１＞
図３は、本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ3 −Ｙ3 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ3 −Ｘ3 面の断面図である。本実施例の構成の特徴は、円筒型処理容器２の内壁の周上に、実施例１と同様に処理容器２の中心部へとガスが供給されるように配されたガス導入口５と、実施例２と同様に処理容器２の中心方向に対して周方向に一定の傾斜を備えてガスが供給されるように配されたガス導入口５が、交互に、かつ、均等に配されている点にある。
【００１９】
本構成においては、参考例１と同様に酸素または酸素を含むガスが集中的にプラズマ生成領域に供給されるとともに、参考例２と同様に被処理物３の飛散が効果的に抑制され、被処理物の灰化減容処理が効果的に行われる。
＜実施例２＞
図４は、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置の構成例を模式的に示す縦断面図である。本構成の特徴は、参考例１，２、実施例１と同様に円筒型処理容器２の内壁の電気絶縁性の窓１１の下端と被処理物３を搭載した処理皿４の上端との間の高さに配された８個のガス導入口５のガス導入方向が、円筒型処理容器２の軸方向上端に配された電気絶縁性の窓１１の方向へと向かう成分を持つように形成されている点にある。
【００２０】
したがって、本構成においては、ガス導入口５から導入されたガスが誘導結合型プラズマが生じる窓１１の下側へと導かれるので、効果的に活性酸素が形成され、灰化、減容処理が行われるとともに、参考例２と同様に導入口５から処理皿４の部分に到達するまでの距離が長くなるので、ガスの流れが広がり、被処理物３の部分に到達時のガス流速が低下する。したがって、被処理物３の飛散が抑制される。
【００２１】
＜実施例３＞
図５は、本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置の他の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ4 −Ｏ−Ｙ4 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ4 −Ｘ4 面の断面図である。本実施例の構成の特徴は、円筒型処理容器２の内壁の周上に、処理容器２の中心軸方向への成分と上端に配された電気絶縁性の窓１１の方向への成分を持つようにガスが供給されるガス導入口５と、参考例２と同様に処理容器２の中心方向に対して周方向に一定の傾斜を備えてガスが供給されるガス導入口５が、交互に、かつ、均等に配されている点にある。
【００２２】
本構成は、実施例１の装置の長所と実施例２の装置の長所を兼ね備えるので、
被処理物３の飛散を効果的に抑制して被処理物の灰化減容処理を効果的に行うプラズマ処理装置として好適である。
＜実施例４＞
図６は、本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置に用いられるガス導入口の構成を示す模式図である。本図は、図１〜５のごとく円筒型処理容器２の内壁の電気絶縁性の窓１１の下端と被処理物３を搭載した処理皿４の上端との間の高さに配した複数のガス導入口５の一つを処理容器２の内側より見た平面図であり、処理容器２の内面のガス導入口５の開口部を、高さ方向の幅Ａに比べて水平方向の幅Ｂが広い偏平型の開口部に形成し、開口部の面積を大きくした点が特徴である。
【００２３】
このようにガス導入口５の開口部の面積を大きくすれば、導入口５から処理容器２の内部へと導入されるガスの導入口５での流速が低下するので、被処理物の飛散の抑制に有効である。
なお、ガス導入口５の開口部の高さ方向の幅Ａを大きくすれば開口部の面積も増大し、ガスの導入口５での流速が低下することとなるが、円筒型処理容器の内部の電気絶縁性の窓の下端と被処理物３を搭載した処理皿４の上端との間に効果的にガスを導くには幅Ａは所定の範囲内に抑える必要があるので、図６のごとく高さ方向の幅Ａに比べて水平方向の幅Ｂが広い偏平型の開口部とすることが有効である。
【００２４】
＜実施例５＞
図７は、本発明の請求項４に記載のプラズマ処理装置に用いられるガス導入口の構成を示す模式図である。本図は、図１〜５のごとく電気絶縁性の窓１１の下端と被処理物３を搭載した処理皿４の上端との間の高さにある円筒型処理容器２の壁面に配された複数のガス導入口５のうちの一つの水平方向の断面を示したもので、図の右側が処理容器２の外側、図の左側が処理容器２の内側である。本実施例の特徴は、ガス導入口５が、処理容器２の外側（幅Ｂ１）より内側（幅Ｂ２）へと内部に行くにしたがって流路の広がる構造に構成されている点にある。
【００２５】
したがって本構成においても、実施例４と同様に、導入口５から処理容器２の内部へと導入されるガスの導入口５での流速が低下するので、被処理物の飛散の抑制に有効である。
なお、上述の実施例においては、処理容器２の軸方向上端に電気絶縁性の平板状の窓１１を配した構成のプラズマ処理装置として例示したが、電気絶縁性の窓は平板状である必要はなく、図８に示した従来例の構成のごとくドーム状に形成された電気絶縁性の窓を有するものでもよい。また、上述の実施例１〜３では８個の導入口５が等分に配置されているものとして図示されているが、本発明の原理よりみて８個に限定されるものでないことは図示するまでもない。
【００２６】
【発明の効果】
上述のごとく、本発明によれば、プラズマ処理装置を請求項１〜４に記載のごとく構成することとしたので、
処理容器内に導入された酸素がプラズマ生成領域へと効果的に送られ、プラズマによる活性酸素が樹脂等の被処理物との反応領域、さらには被処理物の処理に伴って生じる熱分解ガスとの反応領域に効率的に導かれ、被処理物ならびに熱分解ガスが効果的に処理されるプラズマ処理装置が得られるとともに、被処理物に加わるガスの圧力が効果的に抑制されて、被処理物の飛散を生じることなく運転できるプラズマ処理装置が得られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考手段１に記載のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ1 −Ｙ1 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ1 −Ｘ1 面の断面図
【図２】  本発明の参考手段２に記載のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ2 −Ｙ2 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ2 −Ｘ2 面の断面図
【図３】  本発明の請求項１に記載のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ3 −Ｙ3 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ3 −Ｘ3 面の断面図
【図４】  本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置の構成例を模式的に示す縦断面図
【図５】  本発明の請求項２に記載のプラズマ処理装置の他の構成例を模式的に示す模式図で、（ａ）は（ｂ）のＹ4 −Ｏ−Ｙ4 面の縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ4 −Ｘ4 面の断面図
【図６】  本発明の請求項３に記載のプラズマ処理装置に用いられるガス導入口の構成を示す模式図
【図７】  本発明の請求項４に記載のプラズマ処理装置に用いられるガス導入口の構成を示す模式図
【図８】  従来のこの種のプラズマ処理装置の基本構成例を模式的に示した断面図
【図９】  従来のこの種のプラズマ処理装置の他の基本構成例を模式的に示した断面図
【符号の説明】
１    プラズマ
２    処理容器
３    被処理物（イオン交換樹脂）
４    処理皿
５    ガス導入口
６    高周波電源
７    高周波誘導コイル
８    排気口
９    移動ステージ
１０    移動機構
１１    窓
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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