專利名稱：：氣體處理裝置及氣體處理方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及對含有對人體有害的氣體、使地球變暖的氣體、臭氧層破壞氣體的氣體，特別是從半導體、液晶等的制造工藝中排出的氣體進行分解處理的裝置及其方法。
背景技術：
：在半導體、液晶等的制造工藝中，使用各種氟化合物氣體作為清潔氣、蝕刻氣體等。這種氟化合物被稱作"PFCs等"，其代表性例子，可以舉出CF4、C2F"C3F8、C4F8、CsF8等全氟烴，CHF3等氫氟烴及SF6、NF3等無機含氟化合物等。而且，半導體、液晶等的制造工藝中使用的各種PFCs等，與用作載氣、凈化氣體等的N2、Ar或用作添加氣體的02、H2、冊3、C仏等一起作為排氣被排出。其中，上述排氣中PFCs等所占的比例與N2、Ar等其他氣體相比很少，但該PFCs等的地球變暖系數(GWP)與C02相比非常大，為數千~數萬倍，大氣壽命與CO,相比，也長達數千數萬年，即使向大氣中少量排放，其影響甚大。另外，以C仏、(^6為代表的全氟烴，已知由于C-F鍵穩(wěn)定(鍵能大到130kcal/mol)，不易分解。因此，進行了從排氣中除去使用過的PFCs等的各種技術的開發(fā)。作為釆用熱分解對含有這種難分解性PFCs等的氣體(下面簡稱"處理對象氣體")除害的技術，如圖9所示，提出了在等離子體焰炬l的電極la、lb之間送給工作氣體G，同時在電極la、lb之間外加放電電壓從而向反應器2內噴出大氣壓等離子體P，向該大氣壓等離子體P供給處理對象氣體F從而使處理對象氣體F熱分解的等離子體分解機3(例如，參見專利文獻1)。對于該采用了大氣壓等離子體P的等離子體分解機3，通過使用氮氣作為工作氣體G，大氣壓等離子體P的溫度達到約為數千~數萬。C左右(這種情況下，大氣壓等離子體P的氣氛溫度也達到數千匸)的超高溫，能夠瞬時將處理對象氣體，特別是全氟烴等難分解性處理對象氣體F熱分解而除害。而且，含有從等離子體分解機3排出的熱分解后的處理對象氣體F和工作氣體G的高溫排氣R，通過在等離子體分解機3后緊接著的濕式滌氣器(未圖示)中接受水的噴射，在除去排氣R中含有的粉粒的同時，利用該水的蒸發(fā)潛熱等進行排氣R的冷卻。[專利文獻l]特開2000-334294號公報(圖2)
發(fā)明內容但是，對于上述現有技術，用作工作氣體的氮與排氣中的氧結合，產生稱作熱NOx的氮氧化物(N0x)。特別是使來自等離子體分解機3的排氣R在高溫下直接通入濕式滌氣器時，由于排氣R具有的熱，噴射至排氣R的水被分解為氫與氧，進而該氧與作為工作氣體G的氮反應，產生氮氧化物。當然，如果高溫的工作氣體G與供給大氣壓等離子體P之前處理對象氣體F中含有的氧(水中含有的氧也同樣)接觸，則與全部氮氧化物的產生有關，但通過如上所述通過濕式滌氣器，存在排氣R中的氧濃度快速上升，氮氧化物的產生量變得極多的問題。因此，對于該現有技術，在后工序中必須將氮氧化物進一步從排氣R中除去，效率非常差。本發(fā)明針對該現有技術的問題點進行開發(fā)。因此，本發(fā)明的課題在于提供使用以氮作為工作氣體的等離子體焰炬，不副產氮氧化物，并且與現有例相比能夠高效地將處理對象氣體熱分解的氣體處理裝置。權利要求1中記載的發(fā)明涉及氣體處理裝置10，其具備圍繞大氣壓等離子體P及向大氣壓等離子體P供給的處理對象氣體F，其內部具有進行處理對象氣體F的熱分解的反應器22，使用氮氣作為工作氣體G的等離子體分解機12;以及在含有從等離子體分解機12排出的熱分解后的處理對象氣體F與工作氣體G的排氣R中不混入氧或水分的狀態(tài)下，將排氣R冷卻到至少不生成氮氧化物的溫度的冷卻部14。在本發(fā)明中，含有有害氣體、可燃氣體、地球變暖氣體、臭氧層破壞氣體等的處理對象氣體F，在等離子體分解機12中被工作氣體G(氮氣)的高溫等離子體流熱分解。另外，含有從等離子體分解機12排出的熱分解后的處理對象氣體F與工作氣體G的高溫排氣R，從等離子體分解機12排出后，在不與氧或水分接觸的情況下，被冷卻部14冷卻至不生成氮氧化物的溫度。(應予說明，上述"氧或水分，，不包括在將處理對象氣體F供給等離子體分解機12前處理對象氣體F本身含有的氧或水分，或處理對象氣體F被供給大氣壓等離子體P前添加至處理對象氣體F中的氧或水分)。因此，能夠使溫度高的氮與氧接觸的機會顯著降低，使氮氧化物的副產極小化。權利要求2中記載的發(fā)明，其特征在于，在權利要求l中記載的氣體處理裝置10中，冷卻部14具有熱交換器72。應予說明，在本說明書中，所謂"熱交換器"，是指低溫側介質與高溫側介質不直接接觸的形式的熱交換器。權利要求3中記載的發(fā)明，其特征在于，在權利要求1或2記載的氣體處理裝置10中，反應器22具有由外管46及內管48構成的雙重管結構，大氣壓等離子體P在內管48的內側形成，外管46設置有將處理對象氣體F導入外管46與內管48之間的空間S的處理對象氣體導入口50，內管48設置有將通過空間S后的處理對象氣體F向大氣壓等離子體P吹入的處理對象氣體送給口52。在本發(fā)明中，反應器22具有雙重管結構，同時處理對象氣體F通過外管46及內管48之間的空間S后，送給大氣壓等離子體P。因此，能夠介由內管48向通過空間S的處理對象氣體F供給反應器22內部的熱，能夠將送給大氣壓等離子體P的處理對象氣體F進行預熱。另外，能夠在高溫的排氣R與比排氣R低溫的處理對象氣體F之間進行熱交換，將送給大氣壓等離子體P的處理對象氣體F的預熱與排氣R的冷卻同時進行。權利要求4中記載的發(fā)明，其特征在于，在權利要求3記載的氣體處理裝置10中，還具有噴嘴60，該噴嘴60向空間S、或處理對象氣體送給口52至少供給水分、氬或氨的任一種。在本發(fā)明中，向外管46及內管48之間的空間S、或處理對象氣體送給口52供給作為分解助劑A的水分、氬或氨的任何一種。因此，當供給水分時，能夠在處理對象氣體F與高溫的工作氣體G混合前將水分混合到處理對象氣體F中，使水分產生的處理對象氣體F的分解反應在處理對象氣體F與工作氣體G混合前開始，能夠抑制氮氧化物的副產，同時提高處理對象氣體F的分解效率。另外，將作為分解助劑A的氫或氨向預熱過的處理對象氣體F供給時，沒有將成為氮氧化物產生原因的氧導入反應器，故不用擔心助長氮氧化物的副產，能夠提高處理對象氣體F的分解效率。權利要求5中記載的發(fā)明，其特征在于，在權利要求1~4任一項記栽的氣體處理裝置10中，反應器22設置有檢測反應器22內的溫度的溫度檢測裝置58，等離子體分解機12設置有質量流量控制裝置38，其根據溫度檢測裝置58檢測的溫度檢測值來控制送給大氣壓等離子體P的工作氣體G的量。大氣壓等離子體P,通過改變工作氣體G的送給量，可以調節(jié)其輸出(具體地是噴出量、溫度)。因此，本發(fā)明中，因設置有檢測反應器22內溫度的溫度檢測裝置58，同時設置有質量流量控制裝置38，其根據溫度檢測裝置58的溫度檢測值來增減送給大氣壓等離子體P的工作氣體G的量，故能夠控制大氣壓等離子體P的輸出以使反應器22內的溫度達到規(guī)定值。即，當反應器22內的溫度高于規(guī)定值時，能夠降低工作氣體G的送給量從而使大氣壓等離子體P的輸出降低，反之，當反應器22內的溫度低于規(guī)定值時，能夠增加工作氣體G的送給量，使大氣壓等離子體P的輸出上升。因此，例如，當進行設定使反應器22內的溫度達到難分解性全氟烴容易熱分解的規(guī)定溫度(約1300r以上的溫度)時，根據用溫度檢測裝置58檢測的反應器22內的溫度，質量流量控制裝置38工作，使送給大氣壓等離子體P的工作氣體G的量增減，調節(jié)大氣壓等離子體P的輸出。其結果，反應器22內的溫度長時間被保持在設定溫度，能夠在反應器22內確實地對處理對象氣體F除害。另外，由于沒有恒定地將反應器22暴露于當大氣壓等離子體P的輸出極大化時產生的超高溫的熱，故能夠極力延遲這些部件因超高溫的熱而損傷。根據權利要求1所涉及的發(fā)明，含有工作氣體與熱分解后的處理對象氣體的高溫排氣，從等離子體分解機排出后，在冷卻部在不與氧或水分接觸的狀態(tài)下被冷卻至不生成氮氧化物的溫度，故能夠使溫度高的氮與氧接觸的機會顯著降低，使氮氧化物的副產極小化。另外，根據權利要求3所涉及的發(fā)明，反應器由雙重管構成，在排氣R與處理對象氣體F之間進行熱交換，故可以將送給大氣壓等離子體的處理對象氣體充分預熱，同時能夠冷卻熱分解后的高溫排氣。因此，能夠降低大氣壓等離子體的輸出，同時能夠確實且高效地熱分解大流量的處理對象氣體而除害，另外，能夠降低熱分解后的排氣在冷卻部的冷卻負擔。另夕卜，根據權利要求4所涉及的發(fā)明，能夠抑制氮氧化物的產生，同時促進處理對象氣體的分解。此外，根據權利要求5所涉及的發(fā)明，能夠確實地分解處理對象氣體而除害，同時能夠長時間穩(wěn)定地連續(xù)運轉。如上所述，根據本發(fā)明，能夠提供使氮氧化物的副產降低至極小，而且能夠分解處理對象氣體的氣體處理裝置。圖l是表示本發(fā)明中一實施例的氣體處理裝置的構成圖。圖2是表示本發(fā)明中一實施例的電源單元的電路圖。圖3是表示本發(fā)明中一實施例的質量流量控制裝置的構成圖。圖4是表示本發(fā)明中一實施例的等離子體分解機的構成圖。圖5是圖4中V-V線斷面圖。圖6是表示本發(fā)明中一實施例的熱交換器主體的構成圖(部分斷面圖)。圖7是表示具有電力控制裝置的實施例的圖。圖8是表示本發(fā)明中一實施例的電力控制裝置的構成圖。圖9是表示現有的等離子體分解機的圖。[符號說明〗A:分解助劑C:冷卻水F:處理對象氣體G:工作氣體Ll:流量設定信號L2:溫度檢測信號P:大氣壓等離子體R:排氣S:空間10:氣體處理裝置12:等離子體分解機14:冷卻部16:等離子體焰炬16a:焰炬體16b:陽極(電極)16c:陰極(電極)16d:等離子體發(fā)生室16e:等離子體噴出孔16f:工作氣體送給口18:電源單元20:工作氣體送給單元20a:貯藏罐20b:工作氣體送給配管22:反應器23:分解助劑送給單元24:后流電源26:整流器28:直流濾波器30:變流器32:變壓器34:整流器36:直流濾波器38:質量流量控制裝置40:流量傳感器42:控制閥44:比較控制電路46:外管48:內管50:處理對象氣體導入口52:處理對象氣體送給口54:臺階部56:耐火壁58:溫度檢測裝置58a:熱電偶58b:控制器62:配管64:流量計66:流量調節(jié)閥68:停止閥70:排氣導入導管72:熱交換器74:排氣排出管76:耐火材料77:箱78:傳熱管80:板82:冷卻水入口孔84:冷卻水導入管86:冷卻水出口孑L88:冷卻水排出管90:耐火材料92:電力控制裝置94:電流檢測器96:電流設定裝置98:標準電壓輸出裝置100:比較放大器具體實施方式下面，按照圖示實施例說明本發(fā)明。圖l是表示本實施例所涉及的氣體處理裝置10的概略情況的構成圖。如該圖所示，本實施例的氣體處理裝置10大體上由等離子體分解機12與冷卻部14構成。等離子體分解機12采用高溫的大氣壓等離子體將處理對象氣體F熱分解，由等離子體焰炬16、電源單元18、工作氣體送給單元20、反應器22及分解助劑送給單元23等構成。等離子體焰炬16生成高溫的大氣壓等離子體P，具有由黃銅等金屬材料構成、上下兩面開口的短筒狀焰炬體16a。在該焰炬體16a的頂端連接設置有陽極16b，在其內部安裝了棒狀的陰極16c。陽極16b由銅或鵠等具有高導電性的高熔點金屬構成，為內部凹設有等離子體發(fā)生室16d的圓筒狀噴嘴。在該陽極16b的下面中心部貫穿設置有等離子體噴出孔16e，其使等離子體發(fā)生室16d內生成的大氣壓等離子體P噴出，在陽極16b側面的上部設置了工作氣體送給口16f。陰極16c為棒狀構件，其由銅等具有高導電性的高熔點金屬構成的主體部、和由混入了釷或鑭的鎢構成并且其外徑向頂端縮徑成紡錘狀的頂端部構成。該陰極16c的頂端部分配設于凹設于陽極16b內的等離子體發(fā)生室16d。再者，在陽極16b與陰極16c之間，介由焰炬體16a，安裝四氟乙烯樹脂、陶瓷等絕緣材料(未圖示)，使在其間不通電(短路)。另外，在陽極16b及陰極16c的內部設置有冷卻水流通路(未圖示)，冷卻這些構件。然后，在上述構成的陽極16b及陰極16c上連接外加規(guī)定的放電電壓從而在陽極16b與陰極16c之間產生電弧的電源單元18。電源單元18，在上述陽極16b及陰極16c上外加規(guī)定的放電電壓而生成等離子體電弧，具體如圖2所示，交流電源24用整流器26進行全波整流，用平滑電抗線圏28a及平滑電容器28b構成的直流濾波器28進行平滑加以直流化后，釆用用IGBT、晶體管等轉換元件使其高頻轉換的變流器30，將該直流變換成高頻交流，將該高頻交流用變壓器32變壓至規(guī)定的電壓后，再用整流器34進行整流，用由平滑電抗器36a及平滑電容器36b構成的直流濾波器36進行平滑，供給直流，該所謂轉換方式的直流電源裝置是優(yōu)選的。工作氣體送給單元20(參見圖1)，將作為工作氣體G使用的氮氣送給到陽極16b的等離子體發(fā)生室16d內，具有貯藏工作氣體G的貯藏罐20a和將該貯藏罐20a與設置在陽極16b的工作氣體送給口16f連通的工作氣體送給配管20b。在本實施例的等離子體分解機12中，在工作氣體送給配管20b上安裝了質量流量控制裝置38。該質量流量控制裝置38，控制通過工作氣體送給配管2Ob送給到等離子體發(fā)生室16d內的工作氣體G的量。具體如圖3所示，具有測定流過傳感器管路(未圖示)內的工作氣體G的質量流量，將其測定值作為流量信號輸出的流量傳感器40;由控制工作氣體送給配管20b內工作氣體G的流通量的電磁閥構成的控制閥42;將流量傳感器40的流量信號與后述的溫度檢測裝置58輸出的流量設定信號Ll進行比較，對控制閥42輸出控制電流以使兩者達到相等的比較控制電路44。反應器22，具有由具備外管46及內管48的雙重管構成的主體22a(參見圖4)。構成該主體22a的外管46及內管48，是由SUS304、乂、久^口4(注冊商標)等具有耐腐蝕性的金屬材料形成的直管型構件，通過將它們的長度方向兩端部互相連接，在外管46及內管48之間形成規(guī)定的空間S。再者，構成主體22a的材料，當考慮內管48的內面與空間S之間的熱傳導性時，如上所述金屬材料是適合的，例如，當處理對象氣體F的腐蝕性極強、對耐腐蝕性的金屬材料也腐蝕時，主體22a可由可澆鑄的材料(castable)、陶瓷等材料構成。即，構成主體22a的材料并不限于金屬材料。另外，在外管46的下部(即離等離子體焰炬16最遠的端部)，貫穿設置處理對象氣體導入口50，其用于將從半導體制造裝置等排出的處理對象氣體F導入空間S,在內管48的上部(即離等離子體焰炬16最近的端部)，貫穿設置多個處理對象氣體送給口52(參見圖5)，其用來將導入空間S內的處理對象氣體F向大氣壓等離子體P以螺旋狀吹入。因此，處理對象氣體F,在外管46及內管48之間的空間S從下向上(即從大氣壓等離子體P的下游側向上游側)通過后，送給到大氣壓等離子體P。然后，在主體22a上，在與向內部噴出的大氣壓等離子體P的下游側前端對應的位置上設置臺階部54,通過臺階部54使與上側的大氣壓等離子體P對面部分L中的外管46及內管48的直徑擴大，同時在該擴徑部分L中的內管48的內面，可更換地嵌插有由可澆鑄的材料構成、具有與擴徑部分L中的內管48的內徑大致相等的外徑的圓筒狀耐火壁56。該反應器22，上端連接在等離子體焰炬16的大氣壓等離子體P噴出側，下端設置的開口22b成為了包含在反應器22內被分解處理的處理對象氣體F與工作氣體G的排氣R的排出端。另外，在圍繞大氣壓等離子體P及處理對象氣體F的該反應器22中，其內部空間形成被高溫的大氣壓等離子體P加熱的高溫區(qū)域。而且，在本實施例中，在該反應器22中安裝了檢測反應器22內溫度的溫度檢測裝置58。溫度檢測裝置58，如圖l所示，由以下部件構成連通反應器22的內表面?zhèn)扰c外表面?zhèn)榷惭b的，檢測反應器22的內面與大氣壓等離子體P的間隙(即上述高溫區(qū)域)溫度的1個或多個熱電偶58a;對熱電偶58a及質量流量控制裝置38加以電連接，向質量流量控制裝置38輸出規(guī)定的信號(本實施例中為"流量設定信號L1")以使從熱電偶58a輸入的溫度檢測信號L2與預先設定的設定溫度一致的控制器58b。分解助劑送給單元23,如圖4所示，是用于將水分、氬及氨等處理對象氣體F的分解助劑A送給反應器22的單元，由以下部件構成安裝在外管46的內面并向空間S開口的、由SUS304等金屬形成的噴嘴60;向噴嘴60導入分解助劑A的配管62;安裝在配管62上的流量計64;安裝在噴嘴60與流量計64之間的配管上的流量調節(jié)閥66及停止閥68。由此，將分解助劑A導入配管62，使停止閥68全開后，邊觀察流量計64邊操作流量調節(jié)閥66，從而能夠將規(guī)定流量的分解助劑A送給到空間S。冷卻部14，如圖l所示，接受從反應器22的開口22b排出的高溫的排氣R，奪取排氣R具有的熱，將排氣R冷卻到至少不生成氮氧化物的溫度，在本實施例中，大體上由排氣導入導管70、熱交換器72與排氣排出導管74構成。排氣導入導管70，是一端與反應器22的開口22b連接，另一端與熱交換器72連接的導管，內面由耐火材料76作襯里。當然，耐火材料76也可以是耐火材料與隔熱材料的層合材料。另外，耐火材料等的材質，根據排氣R的性質來選擇耐熱性、耐磨耗性優(yōu)異的材質。熱交換器72，如圖6所示，具有近似長方體狀的箱77;為使設置在箱77具有的l個面(圖6中的左側面)上的多個開口O與對著該面的另一面(圖6中的右側面)上設置的開口O連通而在箱77的內部安裝的多個傳熱管78;在與傳熱管78正交的方向上將箱77的內側分隔的多個板80;在箱77(本實施例中為圖6中的上面)上設置的、與用于將冷卻水C導入箱77內部的冷卻水入口孔82連接的冷卻水導入管84;與用于將冷卻水C從箱77內部排出的冷卻水出口孔86連接的冷卻水排出管88。另外，多塊板80，如圖6所示，以一端與箱77內部的上面連接，另一端從箱77內部的下面分離的狀態(tài)安裝，以及以一端與箱77內部的上面分離，另一端與箱77內部的下面連接的狀態(tài)安裝，這樣地交替配置。再者，在本實施例中，考慮到耐腐蝕性，傳熱管78使用〃久f口4(注冊商標)，但只要是具有適應于排氣R性質的耐腐蝕性及耐熱性的材質，也可以使用其他材質。另外，熱交換器72的能力，只要將規(guī)定的排氣R冷卻至比作為氮氧化物生成溫度下限的約500'C低的溫度即可。此時，優(yōu)選用盡量短的時間冷卻排氣R的溫度(即急冷)。排氣排出導管74，如圖1所示，是一端與熱交換器72連接，另一端與未圖示的另一排氣處理裝置等連接的導管。再者，在本實施例中，排氣排出導管74的內面用耐火材料90作為襯里，耐火材料等的材質，可根據從熱交換器72排出的排氣R的溫度設定、排氣R的性質，選擇耐熱性、耐磨耗性優(yōu)異的材質。另外，當排氣R的溫度充分低時，也可以省略耐火材料90作為襯里。因此，冷卻部14，在氧或水分不接觸從等離子體分解機12排出的排氣R的情況下，能夠將排氣R冷卻至不生成氮氧化物的溫度。(應予說明，上述"氧或水分"，不包括在將處理對象氣體F供給到等離子體分解機12前處理對象氣體F本身含有的氧或水分、或將處理對象氣體F給予大氣壓等離子體P前對處理對象氣體F添加的氧或水分。例如，從噴嘴60添加至處理對象氣體F的水分不包括在上述"氧或水分"中)。其次，采用本實施例涉及的氣體處理裝置IO對處理對象氣體F除害時，首先，打開未圖示的等離子體分解機12的電源，使溫度檢測裝置58工作，將溫度檢測裝置58的控制器58b的設定溫度設定在處理對象氣體F容易熱分解的規(guī)定溫度，同時使質量流量控制裝置38工作，將工作氣體G送給到等離子體發(fā)生室16d內。另外，向熱交換器72開始供給冷卻水C。接著，使電源單元18工作，同時打開等離子體分解機12的大氣壓等離子體點火開關(未圖示)，在等離子體焰炬16的電極16b、16c之間外加電壓，從等離子體噴出孔16e噴出大氣壓等離子體P。其中，如大氣壓等離子體P剛噴出后那樣，當用熱電偶58a測定的反應器22內的溫度低于設定溫度時，從溫度檢測裝置58的控制器58b對質量流量控制裝置38的比較控制電路44給予使工作氣體G的送給量增加的規(guī)定的流量設定信號Ll。于是，在比較控制電路44中將該流量設定信號Ll與流量傳感器40的流量信號進行比較，從該比較控制電路44對控制閥42給予規(guī)定的控制電流以使兩者相等(具體地說，如增加工作氣體G的送給量那樣)。其結果，打開控制閥42，向等離子體發(fā)生室16d內增加工作氣體G的送給量，大氣壓等離子體P的輸出上升，反應器22內急速升溫。接著，當溫度檢測裝置58檢測的反應器22內的溫度達到規(guī)定的設定溫度時，圍繞大氣壓等離子體P以螺旋狀供給處理對象氣體F。另外，同時將分解助劑A從噴嘴60供給到空間S，開始處理對象氣體F的分解。含有在內管48的內側分解的處理對象氣體F與工作氣體G的排氣R，從反應器22的開口22b排出后，流過冷卻部14的排氣導入導管70,從熱交換器72的側面設置的開口O導入傳熱管78的內部。然后，排氣R通過傳熱管78的內部時，排氣R具有的熱通過傳熱管78而給予冷卻水C。此時，從冷卻水入口孔82導入的冷卻水C，在被板80分隔的箱77的內部蛇行，流過后從冷卻水出口孔86排出。因此，采用本實施例的熱交換器72，冷卻水C與傳熱管78的接觸機會增大，因此能高效地冷卻排氣R。如上所述，排氣R被冷卻到至少不生成氮氧化物的溫度后，從熱交換器72排出，通過排氣排出導管74，被給予未圖示的另一排氣處理裝置等。因此，含有從等離子體分解機12排出的處理對象氣體F及工作氣體G的高溫排氣R，從等離子體分解機12排出后，在不與氧及水分接觸的情況下，在冷卻部14中被冷卻至不生成氮氧化物的溫度。因此，不存在溫度高的氮與氧結合的機會，在沒有副產氮氧化物的情況下能夠將處理對象氣體F熱分解。另外，按照本實施例，反應器22由雙重管構成，同時在外管46的下部設置處理對象氣體導入口50，在內管48的上部設置處理對象氣體送給口52，故處理對象氣體F在外管46與內管48之間的空間S從下向上流過后，送給到大氣壓等離子體P。此時，反應器22內部的熱介由內管48被給予流過空間S的處理對象氣體F，將送給大氣壓等離子體P的處理對象氣體F預熱。具體地說，使反應器22內的設定溫度為IIO(TC~1300'C范圍的規(guī)定溫度時，能夠使通過空間S從處理對象氣體送給口52向大氣壓等離子體P送給的處理對象氣體F的溫度升溫至約800-IOOO'C左右。再者，處理對象氣體導入口50與處理對象氣體送給口52的位置關系，只要能使處理對象氣體F流過空間S而充分預熱，并不限于本實施例的方案，其他方案也可。另外，在反應器22內面的與大氣壓等離子體P對面的位置設置由可澆鑄的材料構成的耐火壁56,因此能夠防止大氣壓等離子體P引起的反應器22的熱老化，提高反應器22的耐久性，同時在反應器22的耐火壁56的下游側，高溫的排氣R與低溫的處理對象氣體F之間能夠充分地熱交換。另外，通過在反應器22設置臺階部54，能夠使通過外管46與內管48之間的空間S的處理對象氣體F的流動產生湍流，在空間S的滯留時間延長，因此能夠更有效地對送給大氣壓等離子體P的處理對象氣體F進行預熱。另外，由于安裝了可更換的耐火壁56，即使因大氣壓等離子體P的熱而使耐火壁56發(fā)生熱老化，可以只將該部分更換，能夠縮短維修保養(yǎng)時的停止時間，提高氣體處理裝置10的工作效率。另外，由于高溫的排氣R與低溫的處理對象氣體F之間進行熱交換，故能夠使送給大氣壓等離子體P的處理對象氣體F的預熱與排氣R的冷卻同時進行。因此，也可以降低后段的冷卻部14承擔的排氣R的冷卻負擔。另外，將如上所述預熱的處理對象氣體F從處理對象氣體送給口52導入至內管48的內側前，將從噴嘴60供給的分解助劑A添加到處理對象氣體F中。即，當添加水分作為分解助劑A時，產生如下的反應。CF4+2H20—C02+4HF[化2]SF6+3H20—S03+6HF其中，向外管46與內管48之間的空間S、或處理對象氣體送給口52供給作為分解助劑A的水分，因此在處理對象氣體F與高溫的工作氣體G混合前能夠將水分混合到處理對象氣體F中。借此，能夠使水分引起的處理對象氣體F的分解反應在處理對象氣體F與工作氣體G混合前開始，能夠在抑制氮氧化物的副產的同時提高處理對象氣體F的分解效率。即，處理對象氣體F，通過在外管46與內管48之間的空間S流過，接受反應器22內部的熱而被預熱。當對該預熱過的處理對象氣體F添加作為分解助劑A的水分時，[化l]、[化2]所示的分解反應幾乎與添加水分同時產生。因此，處理對象氣體F與工作氣體G混合時，水分中含有的氧已經與處理對象氣體F中含有的碳、硫反應而變成化學上穩(wěn)定的C02、S03，能夠抑制工作氣體G中含有的高溫的氮與氧反應而生成氮氧化物。另一方面，當供給氫及氨作為分解助劑A時，產生如下的反應。CF4+4H2—CH4+4HF[化4]SF6+4H2—H2S+6HF[化5〗3CF4+8NH3—3CH4+4N2+12HF[化6]3SF6+8NH3—3H2S+4N2+18HF即，當對預熱過的處理對象氣體F添加作為分解助劑A的氫或氨時，與沒有預熱處理對象氣體F時相比，[化3]~[化6]所示的分解反應容易發(fā)生。另外，即使添加氫或氨，成為氮氧化物產生原因的氧也不會導入反應器，不用擔心助長氮氧化物的副產，能夠提高處理對象氣體F的分解效率。另外，在本實施例中，噴嘴60由SUS304等金屬形成。借此，在使用水作為分解助劑A時送給噴嘴60的水，在噴嘴60內部流過時從在噴嘴60外側流過的預熱過的處理對象氣體F接受熱，從噴嘴60排出時氣化而變成水蒸汽。因此，不必設置用于使作為分解助劑A的水氣化的特別的裝置。另外，例如，在處理0.5L/min的CF4時應添加的水量為0.8g/min(水蒸汽則為1L/min)左右，水的氣化所需的熱量與預熱到800~1000。C左右的處理對象氣體F具有的熱量相比是微量的，因此即使在水的氣化中采用處理對象氣體F具有的熱也無問題。另外，即使僅預熱處理對象氣體F，低溫分解性的處理對象氣體F也被分解，所以能夠對全氟烴這樣的難分解性的處理對象氣體F高效地給予熱能。因此，即使將大氣壓等離子體P的輸出降低而將反應器22內的溫度設定在IIOO'C~1300'C的范圍時，也能夠使難分解性的處理對象氣體F充分分解，同時也可以處理大流量的處理對象氣體F。另外，通過如上所述降低大氣壓等離子體P的輸出，能夠延遲等離子體焰炬16、反應器22的熱老化引起的損傷。另外，本實施例的等離子體分解機12中，在檢測反應器22內的溫度的同時，根據該溫度檢測值使送給等離子體焰炬16的工作氣體G的量增減，控制大氣壓等離子體P的輸出以使反應器22內的溫度達到規(guī)定值。即，當反應器22內的溫度比規(guī)定值高時，減少工作氣體G的送給量，使大氣壓等離子體P的輸出降低，反之，當反應器22內的溫度比規(guī)定值低時，增加工作氣體G的送給量，使大氣壓等離子體P的輸出上升。因此，當使反應器22內的溫度如上所述達到能夠使難分解性的全氟烴容易熱分解的規(guī)定溫度(約1300t:以上并且不損壞反應器22的溫度)進行設定時，根據溫度檢測裝置58檢測的反應器22內的溫度，質量流量控制裝置38工作，增減工作氣體G的送給量，調節(jié)大氣壓等離子體P的輸出。其結果，將反應器22內的溫度長時間保持在設定溫度，能夠確實地對含難分解性的全氟烴的各種PFCs等在反應器22內除害。另外，由于沒有將等離子體焰炬16、反應器22恒定地暴露在大氣壓等離子體P的輸出達到極大時產生的超高溫的熱中，故能夠極力延遲這些構件因超高溫的熱而受損傷。再者，在上述實施例中，記載了冷卻部14中使用熱交換器72的例子，但只要冷卻部14在排氣R中不混入氧或水分的狀態(tài)下，能夠將排氣R冷卻到至少不生成氮氧化物的溫度，也可以釆用例如使排氣R通過長的導管內側，對該導管的外側進行水冷的其他方法。另外，冷卻部14中的低溫側介質，可以如上述實施例那樣使用水(水冷)，也可以使用氣體(空冷)、油(油冷)。另外，在上述實施例中，示出了在反應器22的規(guī)定位置設置臺階部54，在臺階部54的上方設置耐火壁56的情況，可以不設置該臺階部54而使反應器22的主體22a成為直管，僅在其全部內周面或上方側設置耐火壁56。但是，當在反應器22的全部內周面設置耐火壁56時，通過空間S的處理對象氣體F的預熱效果降低。另外，在上述實施例中，作為反應器22，示出了由雙重管構成的情況，但也可以使反應器22為三重管以上的多重管(未圖示)，在介由管壁在徑向互相鄰接的密閉空間中流動的處理對象氣體F彼此對流，并且噴出至反應器22內的大氣壓等離子體P的噴出方向與最接近反應器22內部的密閉空間中流動的處理對象氣體F的流動方向對流。即，只要使最接近反應器22的內部的雙重管部分中大氣壓等離子體P的噴出方向與該雙重管部分的密閉空間中流動的處理對象氣體F的流通方向對流，流過其外側的處理對象氣體F的流路不限。再者，如果如上所述采用三重管以上的多重管，能夠更有效地將通過反應器22的管壁向外部擴散的熱利用于處理對象氣體F的預熱。另外，在上述實施例中，如圖1所示，示出了將等離子體焰炬16與反應器22上下配置，在垂直方向噴出大氣壓等離子體P的情況，但也可以將等離子體焰炬16與反應器22配置在水平方向，同時使大氣壓等離子體P在水平方向噴出。另外，在上述實施例中，作為大氣壓等離子體P的發(fā)生裝置，使用利用直流電弧放電的裝置，但只要是能發(fā)生大氣壓等離子體P的裝置，并不限于此，可以采用微波等離子體等熱等離子體。另外，在采用大氣壓等離子體P分解時，通過預先調節(jié)處理對象氣體F以使形成還原氣氛，由于氧與氮的反應被抑制，故可進一步抑制氮氧化物的產生。另外，當處理對象氣體F中不含與水反應的氣體時，從噴嘴60添加的水直接與工作氣體G接觸，可成為氮氧化物的產生原因。因此，可以進行如下控制檢測處理對象氣體F中是否含有與水反應的氣體而當不含該氣體時，關閉停止閥68從而停止添加水，當含該氣體時，打開停止閥68，進行水的添加。另外，作為給予質量流量控制裝置38的比較控制電路44的流量設定信號Ll，可代替溫度檢測裝置58輸出的可變信號而給予使工作氣體G的送給量恒定的規(guī)定信號，同時如圖7所示，可新設置控制電源單元18輸出的電力的電力控制裝置92，將溫度檢測裝置58輸出的信號作為電流切換信號給予該電力控制裝置92。電力控制裝置92，用于使電源單元18輸出的電力可變，具有電流檢測器94及電流設定裝置96。電流檢測器94由變流器(CT)等構成，檢測電源單元18輸出的電流，輸出與該檢測電流值對應的規(guī)定電壓。電流設定裝置96，如圖8所示，由可變式的標準電壓輸出裝置98(在本實施例中為電位器)及比較放大器100構成，將電流檢測器94輸出的電壓與標準電壓輸出裝置98輸出的標準電壓用比較放大器100進行比較、放大，向電源單元18的變流器30輸出規(guī)定的電流設定信號，借此，對變流器30進行可變操作。其中，標準電壓輸出裝置98通過配線，被從溫度檢測裝置58給出的電流切換信號自動切換。另外，當使用電位器作為標準電壓輸出裝置98時，電流設定裝置96產生的變流器30的可變操作成為機械控制，但作為標準電壓輸出裝置98，可以使用基于從溫度檢測裝置58給出的電流切換信號而輸出規(guī)定的模擬電壓的D/A組件(未圖示)，使電流設定裝置96產生的變流器30的可變操作成為線性的連續(xù)控制。另外，可以設置檢測反應器22內的溫度的溫度檢測裝置58，在工作氣體送給單元20中設置質量流量控制裝置38,其基于溫度檢測裝置58檢測的溫度檢測值控制送給等離子體發(fā)生室16d內的工作氣體G的量，同時在電源單元18中安裝電力控制裝置92，其基于溫度檢測裝置58檢測的溫度檢測值控制供給等離子體焰炬16的電極16b、16c的電力量。另外，由于本裝置是用于分解氟化化合物等氣體，冷卻分解后的排氣并排出的裝置，故必須對排出氣體除害。由于被排出的氣體主要是HF、C02、S03、N2等，故主要的有害氣體HF、S03可采用酸性氣體的吸附劑、水滌氣器等吸收去除。在本發(fā)明涉及的氣體處理裝置的后段即使采用濕式滌氣器，從本發(fā)明所涉及的氣體處理裝置10排出的排氣R的溫度也充分降低，由于氮的活性下降，故不產生氮氧化物。因此，在本發(fā)明所涉及的氣體處理裝置的后段用于進行這種吸收除害的裝置種類未作限制。再者，作為上述濕式滌氣器中使用的水，適宜使用從上述實施例的熱交換器72中排出的溫度高的冷卻水C。這是因為溫度高的水的分子運動活躍，通過將該水噴霧至排氣R中，能夠提高排氣R的洗滌效率。另外，本裝置除氟化化合物以外，只要是能夠熱分解的氣體，任何氣體的處理中均可以采用。[實施例]釆用本實施例所涉及的氣體處理裝置10進行了處理對象氣體F的熱分解。作為氣體處理裝置10的運轉條件，將溫度檢測裝置58的控制器58b的溫度設定值定在1200X:。另外，等離子體的直流電壓為100V左右，使直流電流為60A恒定。其結果，作為工作氣體G的氮氣的流量，達到約20L(升)/min左右。另外，流向熱交換器72的冷卻水C以10L/min流過20X:的冷卻水，連續(xù)冷卻。因此，從熱交換器72排出的排氣R的溫度為50°C。在上述條件下，為了處理在80L/min的氮中含100cc/min的CF4的處理對象氣體F，采用下列4種方法進行分解處理。首先，不添加分解助劑A進行處理對象氣體F的處理。此時，CF4的分解率為90%，熱交換器72的出口的氮氧化物濃度為NO、冊2均小于檢測極限lppm。其次，將作為分解助劑A的氫氣3L/min從噴嘴60添加至處理對象氣體F中。氫氣的流量用流量計64確認，同時進行流量調節(jié)閥66的操作。此時，CF4的分解率為99%,熱交換器72的出口的氮氧化物濃度為NO、冊2均小于檢測極限的lppm。另外，將作為分解助劑A的氨氣2L/min從噴嘴60添加至處理對象氣體F中。此時的CF4的分解率為99%,熱交換器72的出口的氮氧化物濃度為NO、N02均小于檢測極限的lppm。另外，從噴嘴60以0.2g/min供給水。此時，CF4的分解率為99%,熱交換器72的出口的氮氧化物濃度為N0是20ppm，N02是lppm。釆用現有技術(等離子體分解機3后緊接著連接濕式滌氣器)時，產生數千ppm的氮氧化物，采用本發(fā)明所涉及的氣體處理裝置10，能夠使氮氧化物的產生極少。權利要求1.氣體處理裝置，其具有圍繞大氣壓等離子體及向上述大氣壓等離子體供給的處理對象氣體，其內部具有進行上述處理對象氣體的熱分解的反應器，使用氮氣作為工作氣體的等離子體分解機；和在含有從上述等離子體分解機排出的熱分解后的上述處理對象氣體和上述工作氣體的排氣中不混入氧或水分的狀態(tài)下，將上述排氣冷卻到至少不生成氮氧化物的溫度的冷卻部。2.權利要求1所述的氣體處理裝置，其特征在于，上述冷卻部具有熱交換器。3.權利要求1或2所述的氣體處理裝置，其特征在于，上述反應器具有由外管及內管構成的雙重管結構，上述大氣壓等離子體在上述內管的內側形成，上述外管設置有處理對象氣體導入口，其將上述處理對象氣體導入上述外管及上述內管之間的空間，上述內管設置有處理對象氣體送給口，其將流過上述空間后的上述處理對象氣體向上述大氣壓等離子體吹入。4.權利要求3所述的氣體處理裝置，其特征在于，還具有噴嘴，該噴嘴向上述空間或上述處理對象氣體送給口至少供給水分、氫或氦的任l種。5.權利要求1~4任一項所述的氣體處理裝置，其特征在于，上述反應器設置有檢測上述反應器內的溫度的溫度檢測裝置，上述等離子體分解機設置有質量流量控制裝置，其根據上述溫度檢測裝置檢測的溫度檢測值來控制送給上述大氣壓等離子體的上述工作氣體的量。6.權利要求1~5任一項所述的氣體處理裝置，其特征在于，上述處理對象氣體為氟化化合物。7.氣體處理方法，其中向使用氮氣作為工作氣體的大氣壓等離子體供給處理對象氣體，使上述處理對象氣體熱分解，在含熱分解過的上述處理對象氣體與上述工作氣體的排氣中不混入氧及水分的狀態(tài)下，將上述排氣冷卻至至少不生成氮氧化物的溫度。全文摘要本發(fā)明提供一種氣體處理裝置，其采用將氮用作工作氣體的大氣壓等離子體，能夠熱分解處理對象氣體而不副產氮氧化物。對于圍繞大氣壓等離子體P及向大氣壓等離子體P供給的處理對象氣體F、其內部具有進行處理對象氣體F的熱分解的反應器22、使用氮氣作為工作氣體G的等離子體分解機12，設置在含有從等離子體分解機12排出的熱分解后的處理對象氣體F與工作氣體G的排氣R中不混入氧和水分的狀態(tài)下，將排氣R冷卻到至少不生成氮氧化物的溫度的冷卻部14，從而制成解決了上述課題的氣體處理裝置10。文檔編號B01J19/08GK101224406SQ200710100810公開日2008年7月23日申請日期2007年4月18日優(yōu)先權日2007年1月15日發(fā)明者今村啟志,加藤利明,后藤清一申請人:康肯科技股份有限公司