气体处理装置及气体处理方法

专利名称：：气体处理装置及气体处理方法
技术领域：
：本发明涉及对含有对人体有害的气体、使地球变暖的气体、臭氧层破坏气体的气体，特别是从半导体、液晶等的制造工艺中排出的气体进行分解处理的装置及其方法。
背景技术：
：在半导体、液晶等的制造工艺中，使用各种氟化合物气体作为清洁气、蚀刻气体等。这种氟化合物被称作"PFCs等"，其代表性例子，可以举出CF4、C2F"C3F8、C4F8、CsF8等全氟烃，CHF3等氢氟烃及SF6、NF3等无机含氟化合物等。而且，半导体、液晶等的制造工艺中使用的各种PFCs等，与用作载气、净化气体等的N2、Ar或用作添加气体的02、H2、冊3、C仏等一起作为排气被排出。其中，上述排气中PFCs等所占的比例与N2、Ar等其他气体相比很少，但该PFCs等的地球变暖系数(GWP)与C02相比非常大，为数千~数万倍，大气寿命与CO,相比，也长达数千数万年，即使向大气中少量排放，其影响甚大。另外，以C仏、(^6为代表的全氟烃，已知由于C-F键稳定(键能大到130kcal/mol)，不易分解。因此，进行了从排气中除去使用过的PFCs等的各种技术的开发。作为釆用热分解对含有这种难分解性PFCs等的气体(下面简称"处理对象气体")除害的技术，如图9所示，提出了在等离子体焰炬l的电极la、lb之间送给工作气体G，同时在电极la、lb之间外加放电电压从而向反应器2内喷出大气压等离子体P，向该大气压等离子体P供给处理对象气体F从而使处理对象气体F热分解的等离子体分解机3(例如，参见专利文献1)。对于该采用了大气压等离子体P的等离子体分解机3，通过使用氮气作为工作气体G，大气压等离子体P的温度达到约为数千~数万。C左右(这种情况下，大气压等离子体P的气氛温度也达到数千匸)的超高温，能够瞬时将处理对象气体，特别是全氟烃等难分解性处理对象气体F热分解而除害。而且，含有从等离子体分解机3排出的热分解后的处理对象气体F和工作气体G的高温排气R，通过在等离子体分解机3后紧接着的湿式涤气器(未图示)中接受水的喷射，在除去排气R中含有的粉粒的同时，利用该水的蒸发潜热等进行排气R的冷却。[专利文献l]特开2000-334294号公报(图2)
发明内容但是，对于上述现有技术，用作工作气体的氮与排气中的氧结合，产生称作热NOx的氮氧化物(N0x)。特别是使来自等离子体分解机3的排气R在高温下直接通入湿式涤气器时，由于排气R具有的热，喷射至排气R的水被分解为氢与氧，进而该氧与作为工作气体G的氮反应，产生氮氧化物。当然，如果高温的工作气体G与供给大气压等离子体P之前处理对象气体F中含有的氧(水中含有的氧也同样)接触，则与全部氮氧化物的产生有关，但通过如上所述通过湿式涤气器，存在排气R中的氧浓度快速上升，氮氧化物的产生量变得极多的问题。因此，对于该现有技术，在后工序中必须将氮氧化物进一步从排气R中除去，效率非常差。本发明针对该现有技术的问题点进行开发。因此，本发明的课题在于提供使用以氮作为工作气体的等离子体焰炬，不副产氮氧化物，并且与现有例相比能够高效地将处理对象气体热分解的气体处理装置。权利要求1中记载的发明涉及气体处理装置10，其具备围绕大气压等离子体P及向大气压等离子体P供给的处理对象气体F，其内部具有进行处理对象气体F的热分解的反应器22，使用氮气作为工作气体G的等离子体分解机12;以及在含有从等离子体分解机12排出的热分解后的处理对象气体F与工作气体G的排气R中不混入氧或水分的状态下，将排气R冷却到至少不生成氮氧化物的温度的冷却部14。在本发明中，含有有害气体、可燃气体、地球变暖气体、臭氧层破坏气体等的处理对象气体F，在等离子体分解机12中被工作气体G(氮气)的高温等离子体流热分解。另外，含有从等离子体分解机12排出的热分解后的处理对象气体F与工作气体G的高温排气R，从等离子体分解机12排出后，在不与氧或水分接触的情况下，被冷却部14冷却至不生成氮氧化物的温度。(应予说明，上述"氧或水分，，不包括在将处理对象气体F供给等离子体分解机12前处理对象气体F本身含有的氧或水分，或处理对象气体F被供给大气压等离子体P前添加至处理对象气体F中的氧或水分)。因此，能够使温度高的氮与氧接触的机会显著降低，使氮氧化物的副产极小化。权利要求2中记载的发明，其特征在于，在权利要求l中记载的气体处理装置10中，冷却部14具有热交换器72。应予说明，在本说明书中，所谓"热交换器"，是指低温侧介质与高温侧介质不直接接触的形式的热交换器。权利要求3中记载的发明，其特征在于，在权利要求1或2记载的气体处理装置10中，反应器22具有由外管46及内管48构成的双重管结构，大气压等离子体P在内管48的内侧形成，外管46设置有将处理对象气体F导入外管46与内管48之间的空间S的处理对象气体导入口50，内管48设置有将通过空间S后的处理对象气体F向大气压等离子体P吹入的处理对象气体送给口52。在本发明中，反应器22具有双重管结构，同时处理对象气体F通过外管46及内管48之间的空间S后，送给大气压等离子体P。因此，能够介由内管48向通过空间S的处理对象气体F供给反应器22内部的热，能够将送给大气压等离子体P的处理对象气体F进行预热。另外，能够在高温的排气R与比排气R低温的处理对象气体F之间进行热交换，将送给大气压等离子体P的处理对象气体F的预热与排气R的冷却同时进行。权利要求4中记载的发明，其特征在于，在权利要求3记载的气体处理装置10中，还具有喷嘴60，该喷嘴60向空间S、或处理对象气体送给口52至少供给水分、氬或氨的任一种。在本发明中，向外管46及内管48之间的空间S、或处理对象气体送给口52供给作为分解助剂A的水分、氬或氨的任何一种。因此，当供给水分时，能够在处理对象气体F与高温的工作气体G混合前将水分混合到处理对象气体F中，使水分产生的处理对象气体F的分解反应在处理对象气体F与工作气体G混合前开始，能够抑制氮氧化物的副产，同时提高处理对象气体F的分解效率。另外，将作为分解助剂A的氢或氨向预热过的处理对象气体F供给时，没有将成为氮氧化物产生原因的氧导入反应器，故不用担心助长氮氧化物的副产，能够提高处理对象气体F的分解效率。权利要求5中记载的发明，其特征在于，在权利要求1~4任一项记栽的气体处理装置10中，反应器22设置有检测反应器22内的温度的温度检测装置58，等离子体分解机12设置有质量流量控制装置38，其根据温度检测装置58检测的温度检测值来控制送给大气压等离子体P的工作气体G的量。大气压等离子体P,通过改变工作气体G的送给量，可以调节其输出(具体地是喷出量、温度)。因此，本发明中，因设置有检测反应器22内温度的温度检测装置58，同时设置有质量流量控制装置38，其根据温度检测装置58的温度检测值来增减送给大气压等离子体P的工作气体G的量，故能够控制大气压等离子体P的输出以使反应器22内的温度达到规定值。即，当反应器22内的温度高于规定值时，能够降低工作气体G的送给量从而使大气压等离子体P的输出降低，反之，当反应器22内的温度低于规定值时，能够增加工作气体G的送给量，使大气压等离子体P的输出上升。因此，例如，当进行设定使反应器22内的温度达到难分解性全氟烃容易热分解的规定温度(约1300r以上的温度)时，根据用温度检测装置58检测的反应器22内的温度，质量流量控制装置38工作，使送给大气压等离子体P的工作气体G的量增减，调节大气压等离子体P的输出。其结果，反应器22内的温度长时间被保持在设定温度，能够在反应器22内确实地对处理对象气体F除害。另外，由于没有恒定地将反应器22暴露于当大气压等离子体P的输出极大化时产生的超高温的热，故能够极力延迟这些部件因超高温的热而损伤。根据权利要求1所涉及的发明，含有工作气体与热分解后的处理对象气体的高温排气，从等离子体分解机排出后，在冷却部在不与氧或水分接触的状态下被冷却至不生成氮氧化物的温度，故能够使温度高的氮与氧接触的机会显著降低，使氮氧化物的副产极小化。另外，根据权利要求3所涉及的发明，反应器由双重管构成，在排气R与处理对象气体F之间进行热交换，故可以将送给大气压等离子体的处理对象气体充分预热，同时能够冷却热分解后的高温排气。因此，能够降低大气压等离子体的输出，同时能够确实且高效地热分解大流量的处理对象气体而除害，另外，能够降低热分解后的排气在冷却部的冷却负担。另夕卜，根据权利要求4所涉及的发明，能够抑制氮氧化物的产生，同时促进处理对象气体的分解。此外，根据权利要求5所涉及的发明，能够确实地分解处理对象气体而除害，同时能够长时间稳定地连续运转。如上所述，根据本发明，能够提供使氮氧化物的副产降低至极小，而且能够分解处理对象气体的气体处理装置。图l是表示本发明中一实施例的气体处理装置的构成图。图2是表示本发明中一实施例的电源单元的电路图。图3是表示本发明中一实施例的质量流量控制装置的构成图。图4是表示本发明中一实施例的等离子体分解机的构成图。图5是图4中V-V线断面图。图6是表示本发明中一实施例的热交换器主体的构成图(部分断面图)。图7是表示具有电力控制装置的实施例的图。图8是表示本发明中一实施例的电力控制装置的构成图。图9是表示现有的等离子体分解机的图。[符号说明〗A:分解助剂C:冷却水F:处理对象气体G:工作气体Ll:流量设定信号L2:温度检测信号P:大气压等离子体R:排气S:空间10:气体处理装置12:等离子体分解机14:冷却部16:等离子体焰炬16a:焰炬体16b:阳极(电极)16c:阴极(电极)16d:等离子体发生室16e:等离子体喷出孔16f:工作气体送给口18:电源单元20:工作气体送给单元20a:贮藏罐20b:工作气体送给配管22:反应器23:分解助剂送给单元24:后流电源26:整流器28:直流滤波器30:变流器32:变压器34:整流器36:直流滤波器38:质量流量控制装置40:流量传感器42:控制阀44:比较控制电路46:外管48:内管50:处理对象气体导入口52:处理对象气体送给口54:台阶部56:耐火壁58:温度检测装置58a:热电偶58b:控制器62:配管64:流量计66:流量调节阀68:停止阀70:排气导入导管72:热交换器74:排气排出管76:耐火材料77:箱78:传热管80:板82:冷却水入口孔84:冷却水导入管86:冷却水出口孑L88:冷却水排出管90:耐火材料92:电力控制装置94:电流检测器96:电流设定装置98:标准电压输出装置100:比较放大器具体实施方式下面，按照图示实施例说明本发明。图l是表示本实施例所涉及的气体处理装置10的概略情况的构成图。如该图所示，本实施例的气体处理装置10大体上由等离子体分解机12与冷却部14构成。等离子体分解机12采用高温的大气压等离子体将处理对象气体F热分解，由等离子体焰炬16、电源单元18、工作气体送给单元20、反应器22及分解助剂送给单元23等构成。等离子体焰炬16生成高温的大气压等离子体P，具有由黄铜等金属材料构成、上下两面开口的短筒状焰炬体16a。在该焰炬体16a的顶端连接设置有阳极16b，在其内部安装了棒状的阴极16c。阳极16b由铜或鵠等具有高导电性的高熔点金属构成，为内部凹设有等离子体发生室16d的圆筒状喷嘴。在该阳极16b的下面中心部贯穿设置有等离子体喷出孔16e，其使等离子体发生室16d内生成的大气压等离子体P喷出，在阳极16b侧面的上部设置了工作气体送给口16f。阴极16c为棒状构件，其由铜等具有高导电性的高熔点金属构成的主体部、和由混入了钍或镧的钨构成并且其外径向顶端缩径成纺锤状的顶端部构成。该阴极16c的顶端部分配设于凹设于阳极16b内的等离子体发生室16d。再者，在阳极16b与阴极16c之间，介由焰炬体16a，安装四氟乙烯树脂、陶瓷等绝缘材料(未图示)，使在其间不通电(短路)。另外，在阳极16b及阴极16c的内部设置有冷却水流通路(未图示)，冷却这些构件。然后，在上述构成的阳极16b及阴极16c上连接外加规定的放电电压从而在阳极16b与阴极16c之间产生电弧的电源单元18。电源单元18，在上述阳极16b及阴极16c上外加规定的放电电压而生成等离子体电弧，具体如图2所示，交流电源24用整流器26进行全波整流，用平滑电抗线圏28a及平滑电容器28b构成的直流滤波器28进行平滑加以直流化后，釆用用IGBT、晶体管等转换元件使其高频转换的变流器30，将该直流变换成高频交流，将该高频交流用变压器32变压至规定的电压后，再用整流器34进行整流，用由平滑电抗器36a及平滑电容器36b构成的直流滤波器36进行平滑，供给直流，该所谓转换方式的直流电源装置是优选的。工作气体送给单元20(参见图1)，将作为工作气体G使用的氮气送给到阳极16b的等离子体发生室16d内，具有贮藏工作气体G的贮藏罐20a和将该贮藏罐20a与设置在阳极16b的工作气体送给口16f连通的工作气体送给配管20b。在本实施例的等离子体分解机12中，在工作气体送给配管20b上安装了质量流量控制装置38。该质量流量控制装置38，控制通过工作气体送给配管2Ob送给到等离子体发生室16d内的工作气体G的量。具体如图3所示，具有测定流过传感器管路(未图示)内的工作气体G的质量流量，将其测定值作为流量信号输出的流量传感器40;由控制工作气体送给配管20b内工作气体G的流通量的电磁阀构成的控制阀42;将流量传感器40的流量信号与后述的温度检测装置58输出的流量设定信号Ll进行比较，对控制阀42输出控制电流以使两者达到相等的比较控制电路44。反应器22，具有由具备外管46及内管48的双重管构成的主体22a(参见图4)。构成该主体22a的外管46及内管48，是由SUS304、乂、久^口4(注册商标)等具有耐腐蚀性的金属材料形成的直管型构件，通过将它们的长度方向两端部互相连接，在外管46及内管48之间形成规定的空间S。再者，构成主体22a的材料，当考虑内管48的内面与空间S之间的热传导性时，如上所述金属材料是适合的，例如，当处理对象气体F的腐蚀性极强、对耐腐蚀性的金属材料也腐蚀时，主体22a可由可浇铸的材料(castable)、陶瓷等材料构成。即，构成主体22a的材料并不限于金属材料。另外，在外管46的下部(即离等离子体焰炬16最远的端部)，贯穿设置处理对象气体导入口50，其用于将从半导体制造装置等排出的处理对象气体F导入空间S,在内管48的上部(即离等离子体焰炬16最近的端部)，贯穿设置多个处理对象气体送给口52(参见图5)，其用来将导入空间S内的处理对象气体F向大气压等离子体P以螺旋状吹入。因此，处理对象气体F,在外管46及内管48之间的空间S从下向上(即从大气压等离子体P的下游侧向上游侧)通过后，送给到大气压等离子体P。然后，在主体22a上，在与向内部喷出的大气压等离子体P的下游侧前端对应的位置上设置台阶部54,通过台阶部54使与上侧的大气压等离子体P对面部分L中的外管46及内管48的直径扩大，同时在该扩径部分L中的内管48的内面，可更换地嵌插有由可浇铸的材料构成、具有与扩径部分L中的内管48的内径大致相等的外径的圆筒状耐火壁56。该反应器22，上端连接在等离子体焰炬16的大气压等离子体P喷出侧，下端设置的开口22b成为了包含在反应器22内被分解处理的处理对象气体F与工作气体G的排气R的排出端。另外，在围绕大气压等离子体P及处理对象气体F的该反应器22中，其内部空间形成被高温的大气压等离子体P加热的高温区域。而且，在本实施例中，在该反应器22中安装了检测反应器22内温度的温度检测装置58。温度检测装置58，如图l所示，由以下部件构成连通反应器22的内表面侧与外表面侧而安装的，检测反应器22的内面与大气压等离子体P的间隙(即上述高温区域)温度的1个或多个热电偶58a;对热电偶58a及质量流量控制装置38加以电连接，向质量流量控制装置38输出规定的信号(本实施例中为"流量设定信号L1")以使从热电偶58a输入的温度检测信号L2与预先设定的设定温度一致的控制器58b。分解助剂送给单元23,如图4所示，是用于将水分、氩及氨等处理对象气体F的分解助剂A送给反应器22的单元，由以下部件构成安装在外管46的内面并向空间S开口的、由SUS304等金属形成的喷嘴60;向喷嘴60导入分解助剂A的配管62;安装在配管62上的流量计64;安装在喷嘴60与流量计64之间的配管上的流量调节阀66及停止阀68。由此，将分解助剂A导入配管62，使停止阀68全开后，边观察流量计64边操作流量调节阀66，从而能够将规定流量的分解助剂A送给到空间S。冷却部14，如图l所示，接受从反应器22的开口22b排出的高温的排气R，夺取排气R具有的热，将排气R冷却到至少不生成氮氧化物的温度，在本实施例中，大体上由排气导入导管70、热交换器72与排气排出导管74构成。排气导入导管70，是一端与反应器22的开口22b连接，另一端与热交换器72连接的导管，内面由耐火材料76作衬里。当然，耐火材料76也可以是耐火材料与隔热材料的层合材料。另外，耐火材料等的材质，根据排气R的性质来选择耐热性、耐磨耗性优异的材质。热交换器72，如图6所示，具有近似长方体状的箱77;为使设置在箱77具有的l个面(图6中的左侧面)上的多个开口O与对着该面的另一面(图6中的右侧面)上设置的开口O连通而在箱77的内部安装的多个传热管78;在与传热管78正交的方向上将箱77的内侧分隔的多个板80;在箱77(本实施例中为图6中的上面)上设置的、与用于将冷却水C导入箱77内部的冷却水入口孔82连接的冷却水导入管84;与用于将冷却水C从箱77内部排出的冷却水出口孔86连接的冷却水排出管88。另外，多块板80，如图6所示，以一端与箱77内部的上面连接，另一端从箱77内部的下面分离的状态安装，以及以一端与箱77内部的上面分离，另一端与箱77内部的下面连接的状态安装，这样地交替配置。再者，在本实施例中，考虑到耐腐蚀性，传热管78使用〃久f口4(注册商标)，但只要是具有适应于排气R性质的耐腐蚀性及耐热性的材质，也可以使用其他材质。另外，热交换器72的能力，只要将规定的排气R冷却至比作为氮氧化物生成温度下限的约500'C低的温度即可。此时，优选用尽量短的时间冷却排气R的温度(即急冷)。排气排出导管74，如图1所示，是一端与热交换器72连接，另一端与未图示的另一排气处理装置等连接的导管。再者，在本实施例中，排气排出导管74的内面用耐火材料90作为衬里，耐火材料等的材质，可根据从热交换器72排出的排气R的温度设定、排气R的性质，选择耐热性、耐磨耗性优异的材质。另外，当排气R的温度充分低时，也可以省略耐火材料90作为衬里。因此，冷却部14，在氧或水分不接触从等离子体分解机12排出的排气R的情况下，能够将排气R冷却至不生成氮氧化物的温度。(应予说明，上述"氧或水分"，不包括在将处理对象气体F供给到等离子体分解机12前处理对象气体F本身含有的氧或水分、或将处理对象气体F给予大气压等离子体P前对处理对象气体F添加的氧或水分。例如，从喷嘴60添加至处理对象气体F的水分不包括在上述"氧或水分"中)。其次，采用本实施例涉及的气体处理装置IO对处理对象气体F除害时，首先，打开未图示的等离子体分解机12的电源，使温度检测装置58工作，将温度检测装置58的控制器58b的设定温度设定在处理对象气体F容易热分解的规定温度，同时使质量流量控制装置38工作，将工作气体G送给到等离子体发生室16d内。另外，向热交换器72开始供给冷却水C。接着，使电源单元18工作，同时打开等离子体分解机12的大气压等离子体点火开关(未图示)，在等离子体焰炬16的电极16b、16c之间外加电压，从等离子体喷出孔16e喷出大气压等离子体P。其中，如大气压等离子体P刚喷出后那样，当用热电偶58a测定的反应器22内的温度低于设定温度时，从温度检测装置58的控制器58b对质量流量控制装置38的比较控制电路44给予使工作气体G的送给量增加的规定的流量设定信号Ll。于是，在比较控制电路44中将该流量设定信号Ll与流量传感器40的流量信号进行比较，从该比较控制电路44对控制阀42给予规定的控制电流以使两者相等(具体地说，如增加工作气体G的送给量那样)。其结果，打开控制阀42，向等离子体发生室16d内增加工作气体G的送给量，大气压等离子体P的输出上升，反应器22内急速升温。接着，当温度检测装置58检测的反应器22内的温度达到规定的设定温度时，围绕大气压等离子体P以螺旋状供给处理对象气体F。另外，同时将分解助剂A从喷嘴60供给到空间S，开始处理对象气体F的分解。含有在内管48的内侧分解的处理对象气体F与工作气体G的排气R，从反应器22的开口22b排出后，流过冷却部14的排气导入导管70,从热交换器72的侧面设置的开口O导入传热管78的内部。然后，排气R通过传热管78的内部时，排气R具有的热通过传热管78而给予冷却水C。此时，从冷却水入口孔82导入的冷却水C，在被板80分隔的箱77的内部蛇行，流过后从冷却水出口孔86排出。因此，采用本实施例的热交换器72，冷却水C与传热管78的接触机会增大，因此能高效地冷却排气R。如上所述，排气R被冷却到至少不生成氮氧化物的温度后，从热交换器72排出，通过排气排出导管74，被给予未图示的另一排气处理装置等。因此，含有从等离子体分解机12排出的处理对象气体F及工作气体G的高温排气R，从等离子体分解机12排出后，在不与氧及水分接触的情况下，在冷却部14中被冷却至不生成氮氧化物的温度。因此，不存在温度高的氮与氧结合的机会，在没有副产氮氧化物的情况下能够将处理对象气体F热分解。另外，按照本实施例，反应器22由双重管构成，同时在外管46的下部设置处理对象气体导入口50，在内管48的上部设置处理对象气体送给口52，故处理对象气体F在外管46与内管48之间的空间S从下向上流过后，送给到大气压等离子体P。此时，反应器22内部的热介由内管48被给予流过空间S的处理对象气体F，将送给大气压等离子体P的处理对象气体F预热。具体地说，使反应器22内的设定温度为IIO(TC~1300'C范围的规定温度时，能够使通过空间S从处理对象气体送给口52向大气压等离子体P送给的处理对象气体F的温度升温至约800-IOOO'C左右。再者，处理对象气体导入口50与处理对象气体送给口52的位置关系，只要能使处理对象气体F流过空间S而充分预热，并不限于本实施例的方案，其他方案也可。另外，在反应器22内面的与大气压等离子体P对面的位置设置由可浇铸的材料构成的耐火壁56,因此能够防止大气压等离子体P引起的反应器22的热老化，提高反应器22的耐久性，同时在反应器22的耐火壁56的下游侧，高温的排气R与低温的处理对象气体F之间能够充分地热交换。另外，通过在反应器22设置台阶部54，能够使通过外管46与内管48之间的空间S的处理对象气体F的流动产生湍流，在空间S的滞留时间延长，因此能够更有效地对送给大气压等离子体P的处理对象气体F进行预热。另外，由于安装了可更换的耐火壁56，即使因大气压等离子体P的热而使耐火壁56发生热老化，可以只将该部分更换，能够缩短维修保养时的停止时间，提高气体处理装置10的工作效率。另外，由于高温的排气R与低温的处理对象气体F之间进行热交换，故能够使送给大气压等离子体P的处理对象气体F的预热与排气R的冷却同时进行。因此，也可以降低后段的冷却部14承担的排气R的冷却负担。另外，将如上所述预热的处理对象气体F从处理对象气体送给口52导入至内管48的内侧前，将从喷嘴60供给的分解助剂A添加到处理对象气体F中。即，当添加水分作为分解助剂A时，产生如下的反应。CF4+2H20—C02+4HF[化2]SF6+3H20—S03+6HF其中，向外管46与内管48之间的空间S、或处理对象气体送给口52供给作为分解助剂A的水分，因此在处理对象气体F与高温的工作气体G混合前能够将水分混合到处理对象气体F中。借此，能够使水分引起的处理对象气体F的分解反应在处理对象气体F与工作气体G混合前开始，能够在抑制氮氧化物的副产的同时提高处理对象气体F的分解效率。即，处理对象气体F，通过在外管46与内管48之间的空间S流过，接受反应器22内部的热而被预热。当对该预热过的处理对象气体F添加作为分解助剂A的水分时，[化l]、[化2]所示的分解反应几乎与添加水分同时产生。因此，处理对象气体F与工作气体G混合时，水分中含有的氧已经与处理对象气体F中含有的碳、硫反应而变成化学上稳定的C02、S03，能够抑制工作气体G中含有的高温的氮与氧反应而生成氮氧化物。另一方面，当供给氢及氨作为分解助剂A时，产生如下的反应。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，当对预热过的处理对象气体F添加作为分解助剂A的氢或氨时，与没有预热处理对象气体F时相比，[化3]~[化6]所示的分解反应容易发生。另外，即使添加氢或氨，成为氮氧化物产生原因的氧也不会导入反应器，不用担心助长氮氧化物的副产，能够提高处理对象气体F的分解效率。另外，在本实施例中，喷嘴60由SUS304等金属形成。借此，在使用水作为分解助剂A时送给喷嘴60的水，在喷嘴60内部流过时从在喷嘴60外侧流过的预热过的处理对象气体F接受热，从喷嘴60排出时气化而变成水蒸汽。因此，不必设置用于使作为分解助剂A的水气化的特别的装置。另外，例如，在处理0.5L/min的CF4时应添加的水量为0.8g/min(水蒸汽则为1L/min)左右，水的气化所需的热量与预热到800~1000。C左右的处理对象气体F具有的热量相比是微量的，因此即使在水的气化中采用处理对象气体F具有的热也无问题。另外，即使仅预热处理对象气体F，低温分解性的处理对象气体F也被分解，所以能够对全氟烃这样的难分解性的处理对象气体F高效地给予热能。因此，即使将大气压等离子体P的输出降低而将反应器22内的温度设定在IIOO'C~1300'C的范围时，也能够使难分解性的处理对象气体F充分分解，同时也可以处理大流量的处理对象气体F。另外，通过如上所述降低大气压等离子体P的输出，能够延迟等离子体焰炬16、反应器22的热老化引起的损伤。另外，本实施例的等离子体分解机12中，在检测反应器22内的温度的同时，根据该温度检测值使送给等离子体焰炬16的工作气体G的量增减，控制大气压等离子体P的输出以使反应器22内的温度达到规定值。即，当反应器22内的温度比规定值高时，减少工作气体G的送给量，使大气压等离子体P的输出降低，反之，当反应器22内的温度比规定值低时，增加工作气体G的送给量，使大气压等离子体P的输出上升。因此，当使反应器22内的温度如上所述达到能够使难分解性的全氟烃容易热分解的规定温度(约1300t:以上并且不损坏反应器22的温度)进行设定时，根据温度检测装置58检测的反应器22内的温度，质量流量控制装置38工作，增减工作气体G的送给量，调节大气压等离子体P的输出。其结果，将反应器22内的温度长时间保持在设定温度，能够确实地对含难分解性的全氟烃的各种PFCs等在反应器22内除害。另外，由于没有将等离子体焰炬16、反应器22恒定地暴露在大气压等离子体P的输出达到极大时产生的超高温的热中，故能够极力延迟这些构件因超高温的热而受损伤。再者，在上述实施例中，记载了冷却部14中使用热交换器72的例子，但只要冷却部14在排气R中不混入氧或水分的状态下，能够将排气R冷却到至少不生成氮氧化物的温度，也可以釆用例如使排气R通过长的导管内侧，对该导管的外侧进行水冷的其他方法。另外，冷却部14中的低温侧介质，可以如上述实施例那样使用水(水冷)，也可以使用气体(空冷)、油(油冷)。另外，在上述实施例中，示出了在反应器22的规定位置设置台阶部54，在台阶部54的上方设置耐火壁56的情况，可以不设置该台阶部54而使反应器22的主体22a成为直管，仅在其全部内周面或上方侧设置耐火壁56。但是，当在反应器22的全部内周面设置耐火壁56时，通过空间S的处理对象气体F的预热效果降低。另外，在上述实施例中，作为反应器22，示出了由双重管构成的情况，但也可以使反应器22为三重管以上的多重管(未图示)，在介由管壁在径向互相邻接的密闭空间中流动的处理对象气体F彼此对流，并且喷出至反应器22内的大气压等离子体P的喷出方向与最接近反应器22内部的密闭空间中流动的处理对象气体F的流动方向对流。即，只要使最接近反应器22的内部的双重管部分中大气压等离子体P的喷出方向与该双重管部分的密闭空间中流动的处理对象气体F的流通方向对流，流过其外侧的处理对象气体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，能够更有效地将通过反应器22的管壁向外部扩散的热利用于处理对象气体F的预热。另外，在上述实施例中，如图1所示，示出了将等离子体焰炬16与反应器22上下配置，在垂直方向喷出大气压等离子体P的情况，但也可以将等离子体焰炬16与反应器22配置在水平方向，同时使大气压等离子体P在水平方向喷出。另外，在上述实施例中，作为大气压等离子体P的发生装置，使用利用直流电弧放电的装置，但只要是能发生大气压等离子体P的装置，并不限于此，可以采用微波等离子体等热等离子体。另外，在采用大气压等离子体P分解时，通过预先调节处理对象气体F以使形成还原气氛，由于氧与氮的反应被抑制，故可进一步抑制氮氧化物的产生。另外，当处理对象气体F中不含与水反应的气体时，从喷嘴60添加的水直接与工作气体G接触，可成为氮氧化物的产生原因。因此，可以进行如下控制检测处理对象气体F中是否含有与水反应的气体而当不含该气体时，关闭停止阀68从而停止添加水，当含该气体时，打开停止阀68，进行水的添加。另外，作为给予质量流量控制装置38的比较控制电路44的流量设定信号Ll，可代替温度检测装置58输出的可变信号而给予使工作气体G的送给量恒定的规定信号，同时如图7所示，可新设置控制电源单元18输出的电力的电力控制装置92，将温度检测装置58输出的信号作为电流切换信号给予该电力控制装置92。电力控制装置92，用于使电源单元18输出的电力可变，具有电流检测器94及电流设定装置96。电流检测器94由变流器(CT)等构成，检测电源单元18输出的电流，输出与该检测电流值对应的规定电压。电流设定装置96，如图8所示，由可变式的标准电压输出装置98(在本实施例中为电位器)及比较放大器100构成，将电流检测器94输出的电压与标准电压输出装置98输出的标准电压用比较放大器100进行比较、放大，向电源单元18的变流器30输出规定的电流设定信号，借此，对变流器30进行可变操作。其中，标准电压输出装置98通过配线，被从温度检测装置58给出的电流切换信号自动切换。另外，当使用电位器作为标准电压输出装置98时，电流设定装置96产生的变流器30的可变操作成为机械控制，但作为标准电压输出装置98，可以使用基于从温度检测装置58给出的电流切换信号而输出规定的模拟电压的D/A组件(未图示)，使电流设定装置96产生的变流器30的可变操作成为线性的连续控制。另外，可以设置检测反应器22内的温度的温度检测装置58，在工作气体送给单元20中设置质量流量控制装置38,其基于温度检测装置58检测的温度检测值控制送给等离子体发生室16d内的工作气体G的量，同时在电源单元18中安装电力控制装置92，其基于温度检测装置58检测的温度检测值控制供给等离子体焰炬16的电极16b、16c的电力量。另外，由于本装置是用于分解氟化化合物等气体，冷却分解后的排气并排出的装置，故必须对排出气体除害。由于被排出的气体主要是HF、C02、S03、N2等，故主要的有害气体HF、S03可采用酸性气体的吸附剂、水涤气器等吸收去除。在本发明涉及的气体处理装置的后段即使采用湿式涤气器，从本发明所涉及的气体处理装置10排出的排气R的温度也充分降低，由于氮的活性下降，故不产生氮氧化物。因此，在本发明所涉及的气体处理装置的后段用于进行这种吸收除害的装置种类未作限制。再者，作为上述湿式涤气器中使用的水，适宜使用从上述实施例的热交换器72中排出的温度高的冷却水C。这是因为温度高的水的分子运动活跃，通过将该水喷雾至排气R中，能够提高排气R的洗涤效率。另外，本装置除氟化化合物以外，只要是能够热分解的气体，任何气体的处理中均可以采用。[实施例]釆用本实施例所涉及的气体处理装置10进行了处理对象气体F的热分解。作为气体处理装置10的运转条件，将温度检测装置58的控制器58b的温度设定值定在1200X:。另外，等离子体的直流电压为100V左右，使直流电流为60A恒定。其结果，作为工作气体G的氮气的流量，达到约20L(升)/min左右。另外，流向热交换器72的冷却水C以10L/min流过20X:的冷却水，连续冷却。因此，从热交换器72排出的排气R的温度为50°C。在上述条件下，为了处理在80L/min的氮中含100cc/min的CF4的处理对象气体F，采用下列4种方法进行分解处理。首先，不添加分解助剂A进行处理对象气体F的处理。此时，CF4的分解率为90%，热交换器72的出口的氮氧化物浓度为NO、冊2均小于检测极限lppm。其次，将作为分解助剂A的氢气3L/min从喷嘴60添加至处理对象气体F中。氢气的流量用流量计64确认，同时进行流量调节阀66的操作。此时，CF4的分解率为99%,热交换器72的出口的氮氧化物浓度为NO、冊2均小于检测极限的lppm。另外，将作为分解助剂A的氨气2L/min从喷嘴60添加至处理对象气体F中。此时的CF4的分解率为99%,热交换器72的出口的氮氧化物浓度为NO、N02均小于检测极限的lppm。另外，从喷嘴60以0.2g/min供给水。此时，CF4的分解率为99%,热交换器72的出口的氮氧化物浓度为N0是20ppm，N02是lppm。釆用现有技术(等离子体分解机3后紧接着连接湿式涤气器)时，产生数千ppm的氮氧化物，采用本发明所涉及的气体处理装置10，能够使氮氧化物的产生极少。权利要求1.气体处理装置，其具有围绕大气压等离子体及向上述大气压等离子体供给的处理对象气体，其内部具有进行上述处理对象气体的热分解的反应器，使用氮气作为工作气体的等离子体分解机；和在含有从上述等离子体分解机排出的热分解后的上述处理对象气体和上述工作气体的排气中不混入氧或水分的状态下，将上述排气冷却到至少不生成氮氧化物的温度的冷却部。2.权利要求1所述的气体处理装置，其特征在于，上述冷却部具有热交换器。3.权利要求1或2所述的气体处理装置，其特征在于，上述反应器具有由外管及内管构成的双重管结构，上述大气压等离子体在上述内管的内侧形成，上述外管设置有处理对象气体导入口，其将上述处理对象气体导入上述外管及上述内管之间的空间，上述内管设置有处理对象气体送给口，其将流过上述空间后的上述处理对象气体向上述大气压等离子体吹入。4.权利要求3所述的气体处理装置，其特征在于，还具有喷嘴，该喷嘴向上述空间或上述处理对象气体送给口至少供给水分、氢或氦的任l种。5.权利要求1~4任一项所述的气体处理装置，其特征在于，上述反应器设置有检测上述反应器内的温度的温度检测装置，上述等离子体分解机设置有质量流量控制装置，其根据上述温度检测装置检测的温度检测值来控制送给上述大气压等离子体的上述工作气体的量。6.权利要求1~5任一项所述的气体处理装置，其特征在于，上述处理对象气体为氟化化合物。7.气体处理方法，其中向使用氮气作为工作气体的大气压等离子体供给处理对象气体，使上述处理对象气体热分解，在含热分解过的上述处理对象气体与上述工作气体的排气中不混入氧及水分的状态下，将上述排气冷却至至少不生成氮氧化物的温度。全文摘要本发明提供一种气体处理装置，其采用将氮用作工作气体的大气压等离子体，能够热分解处理对象气体而不副产氮氧化物。对于围绕大气压等离子体P及向大气压等离子体P供给的处理对象气体F、其内部具有进行处理对象气体F的热分解的反应器22、使用氮气作为工作气体G的等离子体分解机12，设置在含有从等离子体分解机12排出的热分解后的处理对象气体F与工作气体G的排气R中不混入氧和水分的状态下，将排气R冷却到至少不生成氮氧化物的温度的冷却部14，从而制成解决了上述课题的气体处理装置10。文档编号B01J19/08GK101224406SQ200710100810公开日2008年7月23日申请日期2007年4月18日优先权日2007年1月15日发明者今村启志,加藤利明,后藤清一申请人:康肯科技股份有限公司