(57)【要約】【課題】ケイ素の水素化物を含む気体中から、ケイ素の水素化物を効率よく除去することが可能なガス処理装置を提供する。【解決手段】内部に水を貯留することにより液相Ｓ２と気相Ｓ１とを有する容器２０と、容器２０内に水を供給する水導入管３０と、容器２０内にケイ素の水素化物を含む気体を供給する気体導入管４０と、水導入管３０から供給される水と気体導入管４０から供給されるケイ素の水素化物を含む気体と、から、直径１０μｍ以下の気泡を含む気泡流を形成し、上記気泡流を液相Ｓ２に噴射する気泡発生手段５０と、容器２０内の気相Ｓ１から回収した、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を、気泡発生手段５０に供給するための気体循環経路６０と、を備えていることを特徴とするガス処理装置１を選択する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素の水素化物を含む気体中からケイ素の水素化物を除去するガス処理装置であって、
内部に水を貯留することにより、液相と気相とを有する容器と、
前記容器内に水を供給する水導入管と、
前記容器内にケイ素の水素化物を含む気体を供給する気体導入管と、
前記水導入管から供給される水と、前記気体導入管から供給されるケイ素の水素化物を含む気体と、から、直径１０μｍ以下の気泡を含む、気泡流を形成し、前記気泡流を前記液相に噴射する気泡発生手段と、
前記容器内の前記気相から回収した、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を、前記気泡発生手段に供給するための気体循環経路と、を備えていることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記気泡発生手段が、前記気泡流の流れる方向に向けて前記気泡発生手段の内径が漸次縮小する漸縮部と、前記気泡流の流れる方向に向けて前記内径が漸次拡大する漸拡部と、前記漸縮部と前記漸拡部との境目に位置する喉部と、を含むベンチュリ構造部を有し、
前記喉部において、前記気泡流の流速が音速以上となることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
前記容器内の前記液相から回収した水を、前記水導入管に供給するための水循環経路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
ケイ素の水素化物を含む気体中からケイ素の水素化物を除去するガス処理方法であって、
ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を水と接触させて、前記気体中に含まれるケイ素の水素化物の一部を除去するとともに、
未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とするガス処理方法。
【請求項５】
前記気泡と接触した後の水に含まれる、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とする請求項４に記載のガス処理方法。
【請求項６】
ケイ素の水素化物を含む気体と水とを反応させて酸化ケイ素の微粉末を形成する装置であって、
内部に水を貯留することにより、液相と気相とを有する容器と、
前記容器内に水を供給する水導入管と、
前記容器内にケイ素の水素化物を含む気体を供給する気体導入管と、
前記水導入管から供給される水と、前記気体導入管から供給されるケイ素の水素化物を含む気体と、から、直径１０μｍ以下の気泡を含む、気泡流を形成し、前記気泡流を前記液相に噴射する気泡発生手段と、
前記容器内の前記液相の液面に浮遊した微粉末を回収するための排水口と、
前記容器内の前記気相から回収した、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を、前記気泡発生手段に供給するための気体循環経路と、を備えていることを特徴とする微粉末形成装置。
【請求項７】
前記容器内の前記液相から回収した水を、前記気泡発生手段に供給するための水循環経路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の微粉末形成装置。
【請求項８】
ケイ素の水素化物を含む気体と水を反応させて酸化ケイ素の微粉末を形成する方法であって、
ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を水と接触させて、前記気体中に含まれるケイ素の水素化物の一部を除去するとともに、
未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とする微粉末形成方法。
【請求項９】
前記気泡と接触した後の水に含まれる、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とする請求項８に記載の微粉末形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス処理装置、ガス処理方法、微粉末形成装置及び微粉末形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体、液晶パネル、及び太陽電池の製造工程において、モノシラン（ＳｉＨ４）等のケイ素の水素化物ガスが使用されている。ケイ素の水素化物ガスのような有毒ガスを使用する場合、使用済みのシリンダー（ボンベ）内にガスを再充填する際に、シリンダー内に残存した不要なガスを排出し、シリンダー内を空の状態にする。排出したガスは有毒ガスを含むため、有毒ガスを無害化するために除害化処理を施す必要がある。
【０００３】
ところで、ケイ素の水素化物であるモノシランは、水との反応性が低いため、下記式（Ａ）に示すような、モノシランと水とを反応させて酸化ケイ素と水素とを生成させることが困難である。そのため、モノシランを下記式（Ａ）の反応により無害化することは困難であり、問題となっている。
ＳｉＨ４  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ＳｉＯ２  ＋４Ｈ２  …（Ａ）
【０００４】
これに対して、特許文献１には、ケイ素の水素化物であるモノシランを含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡と水を接触させることで、上記式（Ａ）の反応を起こし、この反応によりモノシランを無害化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０３９５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されたガス処理装置では、気泡径１０μｍよりも大きな気泡も発生する場合がある。このような径の大きい気泡は、浮力が大きいため、内部のケイ素の水素化物が水と反応せずにそのまま浮上し、未反応ガスとして気相へ排出されるといった課題がある。ここで、「未反応ガス」とは、水と反応せずに残ったケイ素の水素化物のことである。
【０００７】
一方、気泡径１０μｍ以下の気泡であっても、その内部に未反応ガスを含有したまま水中を浮遊している場合があり、それらの気泡同士が凝集することで径が大きくなり、浮上して内部の未反応ガスを気相へ排出するおそれもある。
【０００８】
このように、特許文献１に開示されたモノシラン等のケイ素の水素化物の処理装置では、水と反応せずに残った未反応ガスが気相へ排出されていた。そのため、窒素などの不活性ガスで未反応ガスを希釈する必要があり、その結果、連続的なガス供給により大量の不活性ガスを消費するといった課題があった。そのため、ケイ素の水素化物を効率よく除去することが可能な方法が望まれていた。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ケイ素の水素化物を含む気体中から、ケイ素の水素化物を効率よく除去することが可能な、ガス処理装置及びガス処理方法を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、ケイ素の水素化物を含む気体中から酸化ケイ素の微粉末を効率よく生成することが可能な、微粉末形成装置及び微粉末形成方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、ケイ素の水素化物を含む気体中からケイ素の水素化物を除去するガス処理装置であって、内部に水を貯留することにより、液相と気相とを有する容器と、前記容器内に水を供給する水導入管と、前記容器内にケイ素の水素化物を含む気体を供給する気体導入管と、前記水導入管から供給される水と、前記気体導入管から供給されるケイ素の水素化物を含む気体と、から、直径１０μｍ以下の気泡を含む、気泡流を形成し、前記気泡流を前記液相に噴射する気泡発生手段と、前記容器内の前記気相から回収した、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を、前記気泡発生手段に供給するための気体循環経路と、を備えていることを特徴とするガス処理装置が提供される。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、前記気泡発生手段が、前記気泡流の流れる方向に向けて前記気泡発生手段の内径が漸次縮小する漸縮部と、前記気泡流の流れる方向に向けて前記内径が漸次拡大する漸拡部と、前記漸縮部と前記漸拡部との境目に位置する喉部と、を含むベンチュリ構造部を有し、前記喉部において、前記気泡流の流速が音速以上となることを特徴とする請求項１に記載のガス処理装置が提供される。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、前記容器内の前記液相から回収した水を、前記水導入管に供給するための水循環経路をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のガス処理装置が提供される。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、ケイ素の水素化物を含む気体中からケイ素の水素化物を除去するガス処理方法であって、ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を水と接触させて、前記気体中に含まれるケイ素の水素化物の一部を除去するとともに、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とするガス処理方法が提供される。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、前記気泡と接触した後の水に含まれる、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とする請求項４に記載のガス処理方法が提供される。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、ケイ素の水素化物を含む気体と水とを反応させて酸化ケイ素の微粉末を形成する装置であって、内部に水を貯留することにより、液相と気相とを有する容器と、前記容器内に水を供給する水導入管と、前記容器内にケイ素の水素化物を含む気体を供給する気体導入管と、前記水導入管から供給される水と、前記気体導入管から供給されるケイ素の水素化物を含む気体と、から、直径１０μｍ以下の気泡を含む、気泡流を形成し、前記気泡流を前記液相に噴射する気泡発生手段と、前記容器内の前記液相の液面に浮遊した微粉末を回収するための排水口と、前記容器内の前記気相から回収した、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を、前記気泡発生手段に供給するための気体循環経路と、を備えていることを特徴とする微粉末形成装置が提供される。
【００１７】
また、請求項７に係る発明は、前記容器内の前記液相から回収した水を、前記気泡発生手段に供給するための水循環経路をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の微粉末形成装置が提供される。
【００１８】
また、請求項８に係る発明は、ケイ素の水素化物を含む気体と水を反応させて酸化ケイ素の微粉末を形成する方法であって、ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を水と接触させて、前記気体中に含まれるケイ素の水素化物の一部を除去するとともに、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とする微粉末形成方法が提供される。
【００１９】
また、請求項９に係る発明は、前記気泡と接触した後の水に含まれる、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させることを特徴とする請求項８に記載の微粉末形成方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のガス処理装置によれば、容器内の気相から気体を回収し、気泡発生手段に供給するための気体循環経路を備える構成となっている。これにより、気相内の未反応ガスと水とを繰り返し接触させることができ、ケイ素の水素化物を効率よく除去することができる。その結果、気相内のケイ素の水素化物の濃度を排出規定濃度以下に低減することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。
【００２１】
また、本発明のガス処理方法によれば、未反応ガスを回収して、再び水と接触させる構成となっている。これにより、気相内の未反応ガスと水とを繰り返し接触させることができ、ケイ素の水素化物を効率よく除去することができる。その結果、気相内のケイ素の水素化物の濃度を排出規定濃度以下に低減することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。
【００２２】
また、本発明の微粉末形成装置によれば、容器内の液相の液面に浮遊した微粉末を回収するための排水口と、容器内の気相から気体を回収し、気泡発生手段に供給するための気体循環経路と、を備える構成となっている。これにより、気相内の未反応ガスを水と繰り返し接触させることができ、ケイ素の水素化物と水とを効率よく反応させることができる。その結果、酸化ケイ素の微粉末を効率的に形成させることができる。
【００２３】
また、本発明の微粉末形成方法によれば、未反応ガスを回収して、再び水と接触させる構成となっている。これにより、気相内の未反応ガスと水と繰り返し接触させることができ、ケイ素の水素化物と水とを効率よく反応させることができる。その結果、酸化ケイ素の微粉末を効率的に形成させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明を適用した一実施形態であるガス処理装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明を適用した一実施形態であるガス処理装置に用いるノズルにおけるベンチュリ構造部の拡大図である。
【図３】本発明を適用した一実施形態であるガス処理装置の他の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明を適用した一実施形態であるガス処理装置、ガス処理方法、微粉末形成装置及び微粉末形成方法について、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。
【００２６】
＜ガス処理装置＞
図１は、本発明を適用した一実施形態であるガス処理装置１の構成を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態のガス処理装置１は、容器２０と、水導入管３０と、気体導入管４０と、ノズル（気泡発生手段）５０と、気体循環経路６０と、水循環経路７０と、ポンプ８０と、を備えて概略構成されている。
【００２７】
本実施形態のガス処理装置１は、気体循環経路６０により、容器２０内の気相Ｓ１から気体を回収し、気体導入管４０に供給し、さらに、水循環経路７０により、容器２０内の液相Ｓ２から水を回収し、水導入管３０に供給することで、気相Ｓ１及び液相Ｓ２に残存する未反応ガスを水と繰り返し接触させ、ケイ素の水素化物を効率よく除去するための装置である。
【００２８】
（容器）
容器２０は、圧力測定装置２１と、液面測定装置２２と、排水管２３と、水補充管２４と、を有して概略構成されている。容器２０は、水を貯留し、ガス処理を行うための容器である。容器２０としては、その内部に水を貯留することが可能な容器であれば、特に限定されるものではないが、気泡と水との接触時間を長くすることが反応に寄与することを考慮した場合、保水量が大きいほど好ましい。
【００２９】
圧力測定装置２１は、容器２０の上面に設けられており、容器２０内の圧力を監視することができる。容器２０内の圧力は、液相Ｓ２から排出される未反応ガスにより高くなることがあり、容器２０内の圧力が所定の値よりも高くなった場合、開閉弁６１を開状態とすることにより、未反応ガスを気体循環経路６０に供給し、容器２０内の圧力を下げる。
【００３０】
液面測定装置２２は、容器２０の上面に設けられており、容器２０内の液相Ｓ２の液面を測定することができる。容器２０内の液相Ｓ２の水面が所定の位置よりも低くなった場合は、後述する水補充管２４により水を補充することで、容器２０内の液相Ｓ２の水面を所定の位置に維持することができる。
【００３１】
排水管２３は、容器２０の側面の上方に設けられた排水口２５を介して、容器２０と接続されている。排水管２３により、酸化ケイ素の微粉末をわずかな水とともに回収することができる。
【００３２】
排水管２３には開閉弁２６が設けられており、開閉弁２６の開閉状態を選択することにより、容器２０内からの水の排水を制御することができる。開閉弁２６としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ボール弁等を用いることができる。
【００３３】
水補充管２４は、容器２０の上面を貫通するようにして設けられている。水補充管２４により、容器２０内の液相Ｓ２の水面が所定の位置よりも低くなったときは、容器２０内に水を補充することができる。
【００３４】
水補充管２４には開閉弁２７が設けられており、開閉弁２７の開閉状態を選択することにより、容器２０内への水の補充を制御することができる。開閉弁２７としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ボール弁等を用いることができる。
【００３５】
（水導入管）
水導入管３０は、容器２０の側面を貫通するようにして設けられており、一端がノズル５０と接続されており、他端がポンプ８０を介して水循環経路７０と接続されている。水導入管３０により、ノズル５０に水を供給することができる。
【００３６】
水導入管３０には開閉弁３１が設けられており、開閉弁３１の開閉状態を選択することにより、ノズル５０内への水の供給を制御することができる。開閉弁３１としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ボール弁等を用いることができる。
【００３７】
（気体導入管）
気体導入管４０は、容器２０の側面を貫通するようにして設けられており、一端が水導入管３０とノズル５０との接続箇所の手前で、水導入管３０と接続されている。一方、他端からケイ素の水素化物を含む気体が供給される。気体導入管４０により、ケイ素の水素化物を含む気体を、水導入管３０に供給することができる。また、気体導入管４０と水導入管３０の交点において、気体導入管４０から供給される気体と、水導入管３０から供給される水とが混ざることにより、気液二相流が生成され、ノズル５０に供給される。
【００３８】
気体導入管４０には開閉弁４１が設けられており、開閉弁４１の開閉状態を選択することにより、ノズル５０内へのケイ素の水素化物を含む気体の供給を制御することができる。開閉弁４１としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、グローブ弁等を用いることができる。
【００３９】
また、気体導入管４０には流量制御装置４２が設けられており、流量制御装置４２により、ノズル５０内へ供給するケイ素の水素化物を含む気体の流量を制御することができる。
【００４０】
ここで、ケイ素の水素化物としては、例えば、モノシラン（ＳｉＨ４）、ジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）等が挙げられる。また、ケイ素の水素化物を含む気体としては、当該ケイ素の水素化物単体であってもよいし、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスによって希釈された混合ガスであってもよい。
【００４１】
（ノズル）
ノズル（気泡発生手段）５０は、水導入管３０の一端に接続されており、容器２０内の液相Ｓ２中に設けられている。ノズル５０により、ケイ素の水素化物を含む気体（気相Ｓ１から回収される未反応ガスも含む）と水との気液二相流から、ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を含む気泡流を発生させ、この気泡流を液相Ｓ２中に噴射することができる。なお、後述するベンチュリ構造部５１の喉部５４を通過する前の状態を「気液二相流」、喉部５４を通過した後の気泡発生状態を「気泡流」という。
【００４２】
ノズル５０は、ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下のマイクロバブル状あるいはナノバブル状の気泡を発生させるものであれば、特に限定されるものではない。このようなノズル５０としては、例えば、図２に示すように、流入側直管部５５と、ベンチュリ構造部５１と、流出側直管部５６とから構成されたノズルが挙げられる。
【００４３】
流入側直管部５５は、当該ノズル５０の流入側端部に設けられており、一端が水導入管３０と連接され、他端がベンチュリ構造部５１と連接されている。また、流出側直管部５６は、当該ノズル５０の流出側端部に設けられており、一端がベンチュリ構造部５１と連接され、他端が噴射口とされている。
【００４４】
ベンチュリ構造部５１は、上述の気泡流の流れる方向に向けてノズル５０の内径を漸次縮小する漸縮部５２と、上述の気泡流の流れる方向に向けて当該内径を漸次拡大する漸拡部５３と、漸縮部５２と漸拡部５３との境目に位置する喉部５４とを有している。
【００４５】
ここで、ベンチュリ構造部５１は、喉部５４において、ケイ素の水素化物を含む気体と水とが共に流れる気泡流の流速を音速以上となるように、その形状を最適化する。これにより、ノズル５０は、ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を発生させることが可能となり、本実施形態のガス処理装置１に適用することが可能となる。
【００４６】
喉部５４において気泡流の流速を音速以上とすることが可能なベンチュリ構造部５１としては、例えば、流入側直管部５５及び流出側直管部５６の管径が１６ｍｍである場合に、漸縮部５２の軸方向の長さが２０ｍｍ、漸拡部５３の軸方向の長さが９５．４ｍｍ、喉部５４の管径が６ｍｍとしたものが挙げられる（図２を参照）。なお、流入側直管部５５及び流出側直管部５６ならびにベンチュリ構造部５１の態様は、上記例に限定されるものではなく、管径、テーパ角度等を適宜最適化することができる。なお、気泡の発生メカニズムの詳細等については、上記特許文献１（特開２０１３−０３９５２１号公報）を参照されたい。
【００４７】
（気体循環経路）
気体循環経路６０は、開閉弁６１、６２と、ポンプ６３と、気体貯留槽６４と、ガス分析装置６５と、圧力測定装置６６と、圧力調整装置６７と、流量制御装置６８と、を有して概略構成されている。
【００４８】
気体循環経路６０は、一端が容器２０の上面を貫通するように設けられ、容器２０内の気相Ｓ１と接しており、他端が容器２０の側面を貫通するように設けられ、気体導入管４０を分岐するように接続されている。気体循環経路６０により、容器２０内の気相Ｓ１から未反応ガスを含む気体を回収し、気体導入管４０に供給することができる。
【００４９】
開閉弁６１は、気体循環経路６０において、ポンプ６３の一次側に設けられている。開閉弁６１の開閉状態を選択することにより、気相Ｓ１から気体循環経路６０への未反応ガスを含む気体の供給を制御することができる。また、開閉弁６２は、気体循環経路６０において、流量制御装置６８の二次側に設けられている。開閉弁６２の開閉状態を選択することにより、気体循環経路６０から気体導入管４０への未反応ガスを含む気体の供給を制御することができる。開閉弁６１、６２としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ボール弁等を用いることができる。
【００５０】
ポンプ６３は、気体循環経路６０において、開閉弁６１の二次側に設けられており、気相Ｓ１内の未反応ガスを含む気体を気体貯留槽６４に所定の圧力で供給することができる。ポンプ６３としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ポンプ６３から気体貯留槽６４に供給する際、最大流量５Ｌ／ｍｉｎで、ゲージ圧力３００ｋＰａ程度の能力有するもの等を好ましく用いることができる。
【００５１】
気体貯留槽６４は、気体循環経路６０において、ポンプ６３の二次側に設けられており、未反応ガスを含む気体を所定の圧力で貯留することができる。気体貯留槽６４としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ゲージ圧力３００ｋＰａで５Ｌ程度の容量があるもの等を用いることができる。
【００５２】
ガス分析装置６５は、気体貯留槽６４に設けられており、気体貯留槽６４内に貯留された気体中のケイ素の水素化物の濃度を分析することができる。ガス分析装置６５としては、対象ガスの排出可能濃度を十分に測定できる能力を有するものであれば、特に限定されないが、具体的には、例えば、モノシランの排出できる許容濃度は５ｐｐｍであり、これを十分に測定できる検出限界０．５ｐｐｍの分析装置等が好ましい。なお、ガス分析装置６５の排出口は、気体循環経路６０に接続されており、ガス分析装置６５にて分析された気体は、再び気体循環経路６０に供給される。
【００５３】
圧力測定装置６６は、気体貯留槽６４に設けられており、気体貯留槽６４内の圧力を測定することができる。気体貯留槽６４内の圧力が所定の値よりも高くなった場合は、圧力調整装置６７を制御することにより、気体貯留槽６４内を減圧する。
【００５４】
圧力調整装置６７は、気体循環経路６０において、気体貯留槽６４の二次側に設けられており、気体貯留槽６４内の圧力が所定の値よりも高くなった場合に、気体貯留槽６４内を減圧することができる。圧力調整装置６７としては、気体貯留槽６４内を減圧するための機能を有するものであれば、特に限定されないが、具体的には、例えば、気体導入管４０を介してノズル５０へ供給するために必要な圧力として圧力調整した値がゲージ圧２００ｋＰａ程度になるもの等が好ましい。
【００５５】
流量制御装置６８は、気体循環経路６０において、圧力調整装置６７の二次側に設けられており、気体導入管４０に供給するガスの流量を制御することができる。流量制御装置６８としては、ガスの流量を制御する機能を有するものであれば、特に限定されないが、具体的には、例えば、ノズル５０へ供給するために必要な流量として１Ｌ／ｍｉｎ程度になるもの等が好ましい。
【００５６】
（水循環経路）
水循環経路７０は、一端が容器２０の下面を貫通するように設けられ、容器２０内の液相Ｓ２と接しており、他端がポンプ８０を介して、水導入管３０と接続されている。水循環経路７０により、容器２０内の液相Ｓ２から水を回収し、水導入管３０に供給することができる。
【００５７】
水循環経路７０としては、所定の流量及び圧力で水を供給することができるものであれば、特に限定されるものではないが、気泡と水の接触時間が長い方が反応への寄与率が高いことを考慮すると、経路が長く、配管径が太い方が好ましい。具体的には、例えば、管内径が５〜３０ｍｍの範囲のもの等を用いることができる。
【００５８】
水循環経路７０には開閉弁７１が設けられており、開閉弁７１により、開閉弁７１の開閉状態を選択することにより、液相Ｓ２から水循環経路７０への水の供給を制御することができる。開閉弁７１としては、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ボール弁等を用いることができる。
【００５９】
（ポンプ）
ポンプ８０は、ポンプ８０の一次側で水循環経路７０と接続し、二次側で水導入管３０と接続するように設けられている。ポンプ８０により、所定の流量及び圧力の水を水循環経路７０から水導入管３０へ供給することができる。
【００６０】
ポンプ８０としては、所定の流量及び圧力で水を供給することができるものであれば、特に限定されるものではないが、具体的には、例えば、ノズル５０の流入側端部の管内径が１５ｍｍである場合に、流量が１０〜３０Ｌ／ｍｉｎで、流入側端部の圧力が１５０〜３５０ｋＰａであることが好ましい。
【００６１】
＜ガス処理方法＞
次に、上述したガス処理装置１を用いた本実施形態のガス処理方法を説明する。
本実施形態のガス処理方法は、ケイ素の水素化物を含む気体からなる直径１０μｍ以下の気泡を水と接触させて、気体中に含まれるケイ素の水素化物の一部を除去するとともに、未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させる方法と、気泡と接触した後の水に含まれる未反応のケイ素の水素化物を含む気体を回収して、再び水と接触させる方法を含むガス処理方法である。以下、除去対象であるケイ素の水素化物を含む気体が、１００％のモノシラン（ＳｉＨ４）である場合を例として説明する。
【００６２】
具体的には、先ず、開閉弁２７を開状態にすることにより、水補充管２４から水を容器２０に供給し、容器２０内に水を貯留する。これにより、容器２０内が気相Ｓ１と液相Ｓ２とに分かれる。次に、開閉弁７１を開状態にすることにより、液相Ｓ２から水を水循環経路７０に供給する。さらに、開閉弁３１を開状態にすることにより、水循環経路７０に供給された水を、ポンプ８０により所定の流量及び圧力に調整しながら、水導入管３０に供給する。
【００６３】
次に、開閉弁４１を開状態にすることにより、気体導入管４０からモノシランを、水導入管３０に供給する。なお、供給するモノシランの流量は流量制御装置４２により制御する。気体導入管４０と水導入管３０の交点において、気体導入管４０から供給されるモノシランと、水導入管３０から供給される水とを混合させることにより気液二相流を生成させ、これをノズル５０へ供給する。
【００６４】
次に、ノズル５０に供給された気液二相流を、ノズル５０が有するベンチュリ構造部５１に通すことにより、モノシランからなる直径１０μｍ以下の気泡を含む気泡流を生成させる。生成した気泡流を容器２０内の液相Ｓ２に噴射することにより、液相Ｓ２内で下記式（Ａ）の反応が起こる。なお、反応後の酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は液相Ｓ２の水面に浮遊し、水素（Ｈ２）は気相Ｓ１に排出される。この反応により、モノシランを除去することができる。
ＳｉＨ４  ＋  ２Ｈ２Ｏ  →  ＳｉＯ２  ＋４Ｈ２  …（Ａ）
【００６５】
ところで、ノズル５０から容器２０内の液相Ｓ２中に噴射される実際の気泡は、気泡径分布を持つ。そのため、１０μｍよりも大きな径をもつ気泡が発生するおそれもあり、このような大きな気泡では、上述した反応式（Ａ）の反応が進行しきれずに、液相Ｓ２内を浮上し、未反応ガスとして気相Ｓ１中に排出される。
【００６６】
そのため、本実施形態のガス処理方法では、気相Ｓ１中に排出された未反応ガスを回収し、再度水と接触させることにより、未反応のモノシラン（未反応ガス）を除去する。
具体的には、先ず、液相Ｓ２から排出された未反応ガスが増えたことにより、容器２０内の圧力が所定の値まで上昇したことを、圧力測定装置２１が検知する。容器２０内の圧力が所定の値まで上昇したことを検知したら、開閉弁６１を開状態とし、気相Ｓ１内の未反応ガスを含む気体を気体循環経路６０に供給する。次に、ポンプ６３により気体循環経路６０に供給された未反応ガスを含む気体を、一定の圧力に制御し、気体貯留槽６４に供給する。気体貯留槽６４内の圧力は、圧力測定装置６６により監視されており、圧力値が所定の値を超えたところで、開閉弁６２を開状態にすることにより、気体貯留槽６４に貯留されている未反応ガスを含む気体を、水導入管３０に再度供給する。供給の際、未反応ガスを含む気体とともに、気体導入管４０から供給されるモノシランも一緒に水導入管３０に供給される。気体導入管４０と水導入管３０の交点において、気体導入管４０から供給される気体と、水導入管３０から供給される水とを混合させることにより気液二相流を生成させ、これをノズル５０へ再度供給する。供給された未反応ガスは、ベンチュリ構造部５１により再び気泡流となって液相Ｓ２に噴射され、未反応ガスと水とを反応させることにより、未反応のモノシラン（未反応ガス）を除去することができる。
【００６７】
気体循環経路６０を経由して、気相Ｓ１中の未反応ガスを含む気体が回収されている間、気体導入管４０より供給されるモノシランは、圧力測定装置６６で監視された気相Ｓ１の圧力が、所定の値を超えるまで、供給が続けられる。その際、供給されるモノシランの量は、気体循環経路６０の流量制御装置６８とバランスをとりながら、流量制御装置６８で制御され、ノズル５０には常に音速以上の流速を確保できるガス量を供給することが好ましい。
【００６８】
なお、気体導入管４０より供給されるモノシランにより、圧力測定装置６６で監視された気相Ｓ１の圧力値が所定の値を超えた際は、開閉弁４１を閉じてモノシランの供給を停止する。一方、気体循環経路６０においては、気体導入管４０からのモノシランの供給が停止した後も、ポンプ６３の圧送により、気相Ｓ１中の未反応ガスを含む気体回収し、再びノズル５０に供給することを繰り返して、気相Ｓ１から回収した未反応のモノシラン（未反応ガス）の除去を促進する。
【００６９】
一方、ノズル５０から容器２０内の液相Ｓ２中に噴射される実際の気泡は、気泡径１０μｍ以下の小さな気泡であっても、気泡内のモノシランと水とが反応せずに、未反応ガスを含んだ状態で液相Ｓ２内を浮遊することもある。
【００７０】
本実施形態のガス処理方法では、水循環経路７０により、液相Ｓ２から水を回収し、ノズル５０へ供給しているため、液相Ｓ２中に浮遊する未反応ガス含む気泡を含んだ水を回収し、再度気泡流を生成させ、これを液相Ｓ２に噴射することにより、回収した水中に含まれる未反応のモノシラン（未反応ガス）を除去することができる。
【００７１】
上述したガス処理を行っている間、ガス分析装置６５により、気相Ｓ１から回収した気体中のモノシランの濃度の監視を行う。モノシランの濃度が例えば５ｐｐｍ以下になった際に、ポンプ６３を停止して、気相Ｓ１からの気体の回収を停止し、運転を終了する。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態のガス処理装置１によれば、容器２０内の気相Ｓ１から気体を回収し、ノズル（気泡発生手段）５０に供給するための気体循環経路６０を備える構成となっている。これにより、気相Ｓ１内の未反応ガスと水とを繰り返し接触させることができ、ケイ素の水素化物を効率よく除去することができる。その結果、気相Ｓ１内のケイ素の水素化物の濃度を排出規定濃度以下に低減することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。
【００７３】
また、本実施形態のガス処理装置１は、ノズル（気泡発生手段）５０がベンチュリ構造部５１を有し、喉部５４において、気泡流の流速が音速以上となる構成となっている。これにより、ケイ素の水素化物を含む気体を直径１０μｍ以下のマイクロバブル又はナノバブル（気泡）とすることができ、この気泡と水とを接触させることで、ケイ素の水素化物を効率的よく除去することができる。
【００７４】
また、本実施形態のガス処理装置１は、容器２０内の液相Ｓ２から水を回収し、水導入管３０に供給するための水循環経路７０をさらに備える構成となっている。これにより、液相Ｓ２から未反応ガスを含む水を回収し、再度気泡流を生成させ、水と接触させることにより、液相Ｓ２内のケイ素の水素化物を効率よく除去することができる。
【００７５】
次に、本実施形態のガス処理方法によれば、未反応ガスを回収して、再び水と接触させる構成となっている。これにより、気相Ｓ１内の未反応ガスと水とを繰り返し接触させることができ、ケイ素の水素化物を効率よく除去することができる。その結果、気相Ｓ１内のケイ素の水素化物の濃度を排出規定濃度以下に低減することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。
【００７６】
また、本実施形態のガス処理方法は、未反応ガスを含む水を回収し、回収した水中の未反応ガスを再度水と接触させる構成となっており、液相Ｓ２内のケイ素の水素化物を効率よく除去することができる。
【００７７】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述した実施形態のガス処理装置１では、水導入管３０と、ノズル５０と、ポンプ８０と、を一つずつ備える構成例について説明したが、図３に示すように、二つの水導入管１３０ａ、１３０ｂと、ノズル１５０ａ、１５０ｂと、ポンプ１８０ａ、１８０ｂと、を備えるガス処理装置１０１であってもよい。ガス処理装置１０１では、水導入管１３０ａと気体導入管１４０とが接続され、水導入管１３０ｂと気体循環経路１６０とが接続され、水循環経路１７０が分岐してそれぞれポンプ１８０ａとポンプ１８０ｂとに接続されている。
【００７８】
ガス処理装置１０１において、水循環経路１７０に設けられた開閉弁１７１、及び水導入管１３０ａ、１３０ｂにそれぞれ設けられた開閉弁１３１ａ、１３１ｂを開状態にし、ポンプ１８０ａ、１８０ｂを起動させることにより、液相Ｓ２の水をノズル１５０ａ、１５０ｂそれぞれに供給させながら、液相Ｓ２内の水を循環させることができる。
【００７９】
本実施形態のガス処理装置１０１によれば、流量制御装置４２、６８の流量制御をより簡易に行える効果があり、特に、小型装置から大型装置へ処理能力を増強する際に、既存構成を有効に活用でき、かつ処理能力を大きくしても、効率的にケイ素の水素化物を除去することができる。
【００８０】
また、上述した実施形態のガス処理装置１、１０１では、各圧力測定装置の測定値による各開閉弁の開閉状態の制御や、各流量制御装置の流量制御等はプログラマブルコンピューター（ＰＬＣ）などで演算制御されてもよいし、簡単なシーケンス回路で動作させてもよい。さらにはマスフローコントローラー（ＭＦＣ）に変えて、オリフィスなどを流量制御装置として、適量のガスを流せる系統の並列構成にする仕組みでもよい。
【００８１】
また、上述した実施形態のガス処理方法では、気泡流を発生させる運転順序としては、水循環経路７０より水を循環させて、そこに処理対象のガスを供給する方が、最初から除去効果を望めるので、処理時間の短縮が期待できる。仮に運転の初期段階で、気相Ｓ１の処理ガス濃度が規定以上の濃度になった場合には、間欠的に希釈ガスを導入するなどして、危険のない濃度まで希釈するのがよい。
【００８２】
なお、上記反応式（Ａ）は、例えばモノシラン等のケイ素の水素化物を含むガスを無害化する反応を示しているが、上記反応式（Ａ）に示す反応で生成した酸化ケイ素（ＳｉＯ２）は、形状が揃っており、また純度も高いものとなる。
【００８３】
そのため、本実施形態のガス処理装置１、１０１は、容器２０から液相Ｓ２の液面に浮遊する酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を取り出し、更に大きさを分球することにより、ナノシリカのような微粉末を形成する装置として用いることも可能である。
【００８４】
ナノシリカとしての取り出しは、液相Ｓ２の液面に浮遊する微粉末を、排水管２３より、わずかな水とともに容器２０より取り出し、水を蒸発させることにより行うことが可能である。また、本実施形態のガス処理装置１、１０１に供給するモノシラン等のケイ素の水素化物を含む気体を窒素、アルゴン、ヘリウム等のそれぞれ異なった表面張力を有する希釈ガスで希釈することにより、バブル径を変え、生成する酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の微粉末の径を制御することも可能である。
【００８５】
このように、本実施形態のガス処理装置１、１０１は、微粉末形成装置との側面を併せ持つ装置である。同様に、上述した実施形態のガス処理方法は、微粉末形成方法としての側面を併せ持つ方法である。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明を用いることにより、除害の際の不活性ガスによる希釈していた未反応ガスを無くすことができ、モノシランの無害化効率が非常に高くなる。また、形成された酸化ケイ素を微粉末として取り出すことができるため、当該微粉末の酸化ケイ素を有効に活用することもできる。
【符号の説明】
【００８７】
１、１０１  ガス処理装置
２０  容器
２１  圧力測定装置
２２  液面測定装置
２３  排水管
２４  水補充管
２５  排水口
２６、２７  開閉弁
３０、１３０ａ、１３０ｂ  水導入管
３１、１３１ａ、１３１ｂ  開閉弁
４０、１４０  気体導入管
４１  開閉弁
４２  流量制御装置
５０、１５０ａ、１５０ｂ  ノズル（気泡発生手段）
５１  ベンチュリ構造部
５２  漸縮部
５３  漸拡部
５４  喉部
５５  流入側直管部
５６  流出側直管部
６０、１６０  気体循環経路
６１、６２  開閉弁
６３  ポンプ
６４  気体貯留槽
６５  ガス分析装置
６６  圧力測定装置
６７  圧力調整装置
６８  流量制御装置
７０、１７０  水循環経路
７１、１７１  開閉弁
８０、１８０ａ、１８０ｂ  ポンプ
Ｓ１  気相
Ｓ２  液相
【図１】
2017164694.tif 000003
【図２】
2017164694.tif 000004
【図３】
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