CN1192384A

CN1192384A - 电子束气体处理装置

Info

Publication number: CN1192384A
Application number: CN98104001A
Authority: CN
Inventors: 关博文; 白形弘文; 堀康郎; 塩野繁男
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 1998-09-09
Also published as: EP0856349A3; US5939026A; EP0856349A2; JPH10216460A

Abstract

真空泵16使真空容器14内保持真空,透镜52、54将电子束64聚焦,再将电子束64照射在处理气体66中。当随着处理气体中的NOx浓度的增加而增大电子束的电流值时,根据灯丝32的电流值、电弧电源36的电流值、以及气体容器20内的气体压力增大透镜52、54的磁场强度或电场强度从而缩短焦点距离,使透镜52向引出电极44一侧移动,使透镜54向导管18一侧移动,形成恒定直径的平行电子束,并防止电子束的聚焦直径的增大。

Description

电子束气体处理装置

本发明涉及电子束气体处理装置，尤其涉及用于将电子束照射到处理气体中，并进行除去、降低气体中的有害物质，例如被排出的气体中的NO_x、SO_x的处理的合适的电子束气体处理装置。

以往，作为对从火力发电厂所排出的气体的处理，使用了进行废气的脱硫、脱硝的电子束气体处理装置。该电子束气体处理装置是通过具备以下的装置而构成的，这些装置是，配置在导入作为被处理对象的废气的大气气体室的反应室中的3个差动排气室，邻接并配置在外侧的差动排气室的电子束室，以及通过引出电极将电子束照射在电子束室内的电子束源，并且由电子束源产生的电子束通过引出电极、电子束室、各差动排气室就会照射到反应室内的排出气体中。电子束室和各差动排气室内的排出气体通过旋转泵等真空泵被排气，各室内保持一定的真空度。另外，各差动排气室内配置了磁场透镜，导入各差动排气室内的电子束通过各磁场透镜聚焦，从而电子束就会聚焦在反应室内的指定位置。通过将电子束室以及各差动排气室内的真空度保持在指定的值，就能够使电子束的轨道保持为直线。此外，通过改变配置在电子束源中的灯丝的电流以及用于在电子束源内产生电弧放电的电弧电源的电流值，或电子束源内的气体压力，或者改变加在引出电极上的加速电压，就能调整电子束的强度。

在以往技术中，由于备置了多个差动排气室，因而能增大电子束的射束直径，但对于各差动排气室必须设置真空泵，从而使构造变得复杂。此外，由于配置在各差动排气室中的磁场透镜被固定，因此，当增大射束电流时，若改变灯丝电流、电弧电流或气体压力，或者改变电子束的加速电压，则电子束的聚焦度发生变化，不能使电子束导入到反应室内的指定位置。另外，由于从电子束室产生的电子束被平行地射出，因此，若要射出多个电子束，就不得不使电子束源大型化。

本发明的目的在于，提供即使以简单结构也能将电子束聚焦在处理气体中的指定位置的电子束气体处理装置。

为达到上述目的，本发明的电子束气体处理装置的特征在于，具备以下装置，具有入口和出口的真空容器；抽空真空容器内的气体的排气装置；生成电子束后射入到真空容器的入口的电子束发生装置；将入射到真空容器的入口的电子束进行聚焦的第1电子束聚焦装置；以及将由第1电子束聚焦装置聚焦的电子束进行聚焦并从出***入到处理气体中的第2电子束聚焦装置。

此外，第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置还分别具备根据电场强度改变电子束的焦点位置的静电透镜或根据磁场强度改变电子束的焦点位置的磁场透镜。

第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置还具有根据焦点位置调整装置的调整分别调整静电透镜或磁场透镜的位置的透镜位置调整装置。

若根据上述的装置，由于做到了将电子束导入到单一的真空容器内，通过第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置使真空容器内的电子束聚焦，并将聚焦了的电子束照射到处理气体中，因而即使是简单的结构，也能使电子束聚焦在处理气体中的指定位置。另外，由于做到了根据灯丝电流值、电弧放电的电流值、气体压力或加速电压值调整静电透镜的电场强度或磁场透镜的磁场强度，或调整静电透镜或磁场透镜的位置，因而能够按照处理气体中有害物质的浓度进行有效的气体处理。

图1是表示本发明的一个实施例的电子束气体处理装置的整体结构图。

图2是表示本发明的另一实施例的电子束气体处理装置的整体结构图。

以下，根据附图说明本发明的一个实施例。

图1是表示本发明的一个实施例的电子束气体处理装置的整体结构图。在图1中，电子束气体处理装置具备了灯丝型电子源10，控制单元(控制***)12、真空容器14，以及真空泵16，电子源10被配置在真空容器14的一端，导管18连接在真空容器14的另一端。

电子源10包含贮存用于生成等离子体的气体的气体容器20，并做到在该气体容器20内通过气阀24导入氩气等气体22。在气体容器20的壁上设置了用于测量气体容器20内的真空度的真空计26的同时，还设置了电流引入端子28，30。由真空计26所测量的测量值被输入到控制单元12。在电流引入端子28、30上连接灯丝32的同时还连接灯丝电源34。在电流引入端子30和气体容器20的壁上还分别连接电弧电源36。将灯丝电源34、电弧电源36分别连接到控制单元12，从而根据来自控制单元12的命令调整各电源的电流值。若来自灯丝电源34的电流供给灯丝32，则从灯丝32放出热电子。若再通过电弧电源36调整电弧电流，则在灯丝32和气体容器20的壁之间产生电弧放电，并在气体容器20内生成等离子体。另外，气体容器20的一个壁表面由一个加速电极38构成，并大致在该加速电极38的中心部分形成用于排出气体容器20内的电子的开口40。加速电极38被连接到加速电源42，通过加速电极38使从开口40漏出的电子加速，并导入真空容器14内。与该加速电极38对置地设置了一个引出电极44。

引出电极44通过绝缘凸缘46与加速电极38连接，并构成真空容器14的一个壁表面。大致在该引出电极44的中央部分形成用于入射来自开口40的电子的入口48。即电子源10构成将在气体容器20内产生的电子作为电子束入射到真空容器14的入口48的电子束发生装置。此外，在电子源10中，有关气体管道和用于取入等离子体的磁铁、水冷却套管等被省略。

在真空容器14中，与入口48相对置地形成一个出口50，在连结入口48和出口50的电子束传输路径上配置了第1透镜52和第2透镜54。该真空容器14做到通过真空泵16的动作将真空容器14内的气体抽空、并保持一定的真空度。第1透镜52和第2透镜54分别配置成能沿着电子束传送路径移动，第1透镜52通过电流引入端子56连接到透镜用的电源58，第2透镜54通过电流引入端子60被连接到透镜用的电源62。各透镜用的电源58、62分别连接到控制单元12，做到根据来自控制单元的命令调整各电源58、62的电流或电压。第1透镜52和第2透镜54例如是由具备空心线圈或铁心线圈的磁场透镜、或者由具备包含电子束传输孔的多个电极板的静电透镜(电场透镜)所构成。即，做到了磁场透镜能够按照磁场强度改变电子束的焦点位置，静电透镜能按照电场强度改变电子束的焦点位置。并且被导入真空容器14内的电子束64在通过第1透镜52被聚焦的同时，通过第2透镜54被聚焦。这时，做到电子束64通过第1透镜52形成平行射束，并通过第2透镜54聚焦在导管18内的指定位置。即，做成为第1透镜52、透镜用的电源58、控制单元12构成第1电子束聚焦装置和焦点距离调整装置，第2透镜54、透镜用的电源62、控制单元12构成第2电子束聚焦装置和焦点距离调整装置。

另一方面，将例如从火力发电厂排出的排气气体作为处理气体66导入到导管18中，若电子束64被照射在处理气体66中，则在处理气体66中形成电子云68。即，若电子束64被照射在处理气体66中，则电子束64的分布变成扩展为云状的状态。并且若电子束64被照射在处理气体66中，则电子束64通过与处理气体66的分子碰撞，生成化学活性物质(游离基)。若在该物质中添加氨，就能够生成硫酸铵或硝酸铵等肥料，并降低排气中的SO_x、NO_x。

下面，将说明本实施例的作用。

此处，例如由于暂时增加了作为处理对象的处理气体66中的NO_x的浓度，因此要考虑增大电子束64的电流值的情况。这时，或者增大灯丝32的电流值，或者增大电弧电源36的电流，或者通过气阀24的调整，增大容器20内的气体压力。若增大电子束64的电流值，则在引出电极44的等离子体外壳形状发生变化，并且电子束64的发散角也变化(增大)。而且，不仅电子束64的发散角增大，其聚焦性也降低。这时，若将对第1透镜52和第2透镜54的控制维持在同一条件，就不能使电子束64聚焦在指定的位置。因此，在本实施例中，决定根据灯丝32的电流值。因此，在本实施例中，决定根据灯丝32的电流值、电弧电流的电流值、或气体压力由来自控制单元12的命令控制第1透镜52和第2透镜54的状态。

更准确地说，通过控制单元12监视作为气体压力调整器的气阀24的状态、灯丝电源34的灯丝电流、电弧电源36的电弧电流、气阀24的开度，并根据灯丝电流值、电弧电流值或气体压力增大第1透镜52和第2透镜54的磁场强度或电场强度，缩短各透镜的焦点距离。此外，为了获得如前所述那样相同直径或恒定直径的平行电子束，通过移动装置(图示中被省略)使第1透镜52的位置移向引出电极44一侧。另外，在通过缩短第2透镜54的焦点距离，防止电子束64的聚焦直径的增大的同时，通过移动装置(图示中被省略)使第2透镜54的位置靠近出口50的一侧。若实行这样的控制，即使在增大电子束64的电流值时，也能够将电子束64聚焦在处理气体66中的指定位置。再者，在减小电子束64的电流值时，根据灯丝电流值、电弧电流值或气体压力使第1透镜52和第2透镜54的磁场强度或电场强度减小，并伸长各透镜的焦点距离。此外，为了获得相同直径或恒定直径的平行电子束，可以将第1透镜52的位置变更到离开引出电极44的方向，使第2透镜54的位置变更到离开出口50的方向。

另一方面，在增大加速电压并增大NO_x的处理数量时，也增大第1透镜52和第2透镜54的磁场强度或电场强度，进行缩短各透镜的焦点距离的控制。再者，这时，第1透镜52和第2透镜54的位置不变，只调整焦点距离，就能将电子束64的直径维持在相同的直径上，同时能防止电子束64的聚焦直径的增大。

在本实施例中，由于做到了使用真空泵16使单一的真空容器14内保持真空，同时在真空容器14内配置2个透镜52、54，通过各透镜使电子束64聚焦，因此，能力图使结构简化，同时，使电子束64聚焦在处理气体66中的指定位置。此外，由于做到了根据电子束64的电流值和加速电压控制透镜52、54的焦点距离和位置，因而能够概括处理气体66中的有害物质例如NO_x、SO_x的浓度进行有效的气体处理。

在所述的实施例中，作为电子源10，记述了有关使用了应用灯丝32的桶型(bucket type)电子源10的情况，但作为电子源，可以使用加速从加热了的固体物质中射出的热电子的灯丝型电子源，以及使用将微波射入气体中生成等离子的微波电子源。关于这些电子源，与所述实施例一样，通过控制透镜52、54的焦点距离和位置，不管电子束的电流值如何，都能将电子束保持为恒定直径的平行射束。同时，能防止电子束的聚焦直径的增大。再者，在微波型电子源的场合，根据微波的注入功率就会控制透镜52、54的焦点距离和位置。

在所述的实施例中，作为第1透镜52，可以使用磁场透镜和电场透镜，但作为第2透镜54，与其使用静电透镜不如使用磁场透镜，那么就能够使电子束64聚焦，而与从出口50的处理气体66的流入所引起的电绝缘强度的降低无关。

下面，根据图2说明使用多条电子束时的实施例。

在本实施例中，为了生成3条电子束64a、64b、64c，在加速电极38形成开口40a、40b、40c，同时，在引出电极44形成3个入口48a、48b、48c。此外，在真空容器14的导管18一侧的壁面上形成3个出口50a、50b、50c。此外，第1透镜52a、第2透镜54a分别具有线圈或电极板以便分别使电子束64a、64b、64c聚焦。此外，在形成开口40a～40c、入口48a～48c时，它们的位置和形状通过考虑以下各点进行设定。即，为了减小第2透镜54a的各个磁场透镜之间的影响，做到随着离开电子源10而增大电子束64a、64b、64c之间的距离。此外，在从电子源10到第2透镜54a之间，做到电子束64a～64c中任意2条电子束的轨道形成的的角度大于0度而小于90度。若设定各电子束轨道形成的角度大于0度小于90度，则用多个磁场透镜分别构成第1透镜52a和第2透镜54a时，就能消除相邻磁场透镜的影响，同时，能够防止由入射到导管18中的电子束所形成的电子云68a、68b、68c的相互重叠，进行有效的气体处理。亦即，通过用电子束64a～64c均匀地照射到导管18内部，就能够有效地进行气体处理。

另外，在本实施例中，由于暂时增大了气体中的NO_x浓度，在增大电子束的电流值场合等方面，与所述实施例相同，根据灯丝电流值、电弧电流值、气体压力也使第1透镜52a、和第2透镜54a的磁场强度或电场强度增大，并缩短焦点距离，同时，通过使第1透镜52a移向引出电极44一侧，使第2透镜54a移向出口50a～50c一侧，就能够使电子束64a～64c变为相同直径的平行射束，同时，能够防止照射在气体中的电子束64a～64c的聚焦直径的增大。

在本实施例中，若使用静电透镜作为第1透镜52a，则由于通过配置多块开多个孔的电极板能够获得多条平行电子束，因此，比使用磁场透镜作为第1透镜52a更能够力图使成本降低。另一方面，作为第2透镜54a，与其使用空心线圈不如使用铁心线圈，若作为铁心使用相对磁导率为10000以上的铁心，由于能减小各磁场透镜之间的磁场影响，因而能够容易地使电子束64a～64c聚焦。

在本实施例中，记述了有关使用3条电子束的情况，但作为电子束的条数，也能使本发明透用于2条或3条以上的电子束。

作为在所述各实施例中的电子束气体处理装置的应用例子，通过在含氧的处理气体中射入电子束，因而能有效地生成臭氧。

另外，作为所述各实施例中的电子束气体处理装置的应用例子，能够用于激光振荡。即，在反射率不同的一对共振器反射镜，例如100％的反射共振器反射镜和50％的反射共振器反射镜之间，通过配置构成气体贮存室的容器、在气体贮存室内贮存氦气、氩气、氖气、氙气、碳酸气、氢气、氮气或氧气中至少1种气体或2种以上的混合气体，并在气体贮存室***入电子束，就能有效地进行激光振荡。

如以上说明的那样，若根据本发明，由于做到了在单一的真空容器内导入电子束，并通过2个***的电子束聚焦装置使真空容器内的电子束聚焦，因而就能够力图使结构简化。此外，由于做到了根据电子束的电流值和加速电压控制2个***的透镜的焦点距离和位置，就能够根据处理气体中的有害物质的浓度有效地进行气体处理。

Claims

1.一种电子束气体处理装置包括：具有入口和出口的真空容器；将真空容器内的气体抽真空的排气装置；生成电子束并射入到真空容器的入口的电子束发生装置；将入射到真空容器的入口的电子束聚焦的第1电子束聚焦装置；以及将通过第1电子束聚焦装置聚焦的电子束聚焦后从出***出到处理气体中的第2电子束聚焦装置。

2.根据权利要求1的电子束气体处理装置，其中第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置分别具备根据电场强度改变电子束的焦点位置的静电透镜，或者根据磁场强度改变电子束的焦点位置的磁场透镜。

3.根据权利要求1的电子束气体处理装置，其中电子束发生装置作为电子源它包含具有与真空容器的入口连通的开口、并贮存用于生成等离子体的气体的气体容器；配置在气体容器内，并放出热电子的灯丝；调整灯丝的电流的灯丝电源；在灯丝和气体容器的壁之间产生电弧放电的电弧电源；以及调整气体容器内的气体压力的气体压力调整器，其中第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置包含根据灯丝电流值、电弧放电的电流值以及气体容器内的气体压力之中至少1个值分别调整静电透镜的电场强度或磁场透镜的磁场强度的焦点距离调整装置。

4.根据权利要求1的电子束气体处理装置，其中电子束发生装置包含加速由被加热的固体物质射出的热电子的灯丝型电子源和加速由灯丝型电子源发生的电子束的加速电源，并且其中第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置包含根据灯丝型电子源的射束电流值和加速电源的加速电压之中至少1个值分别调整静电透镜的电场强度或磁场透镜的磁场强度的焦点距离调整装置。

5.根据权利要求1的电子束气体处理装置，其中电子束发生装置包含使用微波生成等离子体的微波电子源，以及加速从微波电子源中发生的电子束的加速电源，并且其中第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置包含根据微波电子源的射束电流值和加速电源的加速电压之中至少1个值分别调整静电透镜的电场强度或磁场透镜的磁场强度的焦点距离调整装置。

6.根据权利要求2的电子束气体处理装置，其中第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置包含根据焦点位置调整装置的调整分别调整静电透镜或磁场透镜的位置的透镜位置调整装置。

7.根据权利要求1的电子束气体处理装置，其中在第1电子束聚焦装置中使用静电透镜，而在第2电子束聚焦装置中使用磁场透镜。

8.根据权利要求1的电子束气体处理装置，其中在真空容器中分别形成多个入口和出口，在各入口中入射来自电子束发生装置的电子束，从各出口将电子束射出到处理气体中，各入口的形状和位置使得随着各电子束离开各入口各电子束相互之间的距离变大，并且第1电子束聚焦装置和第2电子束聚焦装置分别使多条电子束聚焦。

9.根据权利要求8的电子束气体处理装置，其中设定经过真空容器从电子束发生装置入射到第1电子束聚焦装置的多条电子束轨道形成的角度大于0度而小于90度。

10.根据权利要求2或9的电子束气体处理装置，其中在磁场透镜中使用铁心线圈，并将该铁心的相对磁导率设定为大于10000。

11.根据权利要求1的电子束气体处理装置适用于将电子束入射到含氧的处理气体中并生成臭氧。

12.根据权利要求1的电子束气体处理装置适用于将电子束入射到含有有害物质的处理气体中并减少气体中的有害物质。