JP2007007604A - 電子線照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガス中に含まれる物質が高濃度の硫化水素のような臭気物質である気体化合物の場合にも、低コスト且つ高効率で分解処理し得るようにした電子線照射装置を提供する。
【解決手段】チタン箔21aから成る照射窓21を通して電子線22が照射され、ガス処理チャンバ本体9c内を通過するガス10中の硫化水素のような臭気物質を分解処理するようにした電子線照射装置であって、ガス処理チャンバ本体9c内には、照射窓21の直下にガス流通方向へ沿う方向へ所定の間隔で2枚の邪魔板31,32を立設する。
【選択図】図1
【解決手段】チタン箔21aから成る照射窓21を通して電子線22が照射され、ガス処理チャンバ本体9c内を通過するガス10中の硫化水素のような臭気物質を分解処理するようにした電子線照射装置であって、ガス処理チャンバ本体9c内には、照射窓21の直下にガス流通方向へ沿う方向へ所定の間隔で2枚の邪魔板31,32を立設する。
【選択図】図1
Description
本発明は電子線照射装置に関する。
下水処理場、工場排水処理場等より発生する高濃度系硫化水素等の臭気物質については生物脱臭処理法による処理が一般的に用いられてきた。斯かる生物脱臭処理法を行なうための一般的な処理フローの装置配置を図7に示す。図中、1は内部や表面に微生物が生息しているスポンジやセラミック製の担体が充填された充填塔式の生物脱臭装置で、該生物脱臭装置1には、硫化水素等の臭気物質を含むガス2を供給し得るようになっていると共に、塔上部から散水用水3を散布したり、苛性ソーダ4を供給し得るようになっている。5は臭気物質を分解処理され脱臭されて生物脱臭装置1から送給されたガス6から、同伴された水分を除去するためのエリミネータ、7はエリミネータ5で水分を除去されたガス6を送給するためのファン、8は生物脱臭装置1で分解処理し切れなかった臭気物質を除去する活性炭吸着塔であり、脱臭されたガス6’は大気中に排出されるようになっている。
生物脱臭装置1にガス2を通過させると、ガス2中の硫化水素等の臭気物質は担体表面に付着した水分中に溶解、吸収、若しくは担体表面に吸着される。担体に捕捉された臭気物質は担体に生息する微生物によって酸化分解され酸化生成物となって無臭化される。酸化生成物の排出と、微生物の生育、維持に必要な水分補給のため生物脱臭装置1の塔上部より間欠的、或は連続的に散水用水3の散水が行なわれる。又、散水用水3を再生利用できるよう一定のpHに維持するため、必要な場合には生物脱臭装置1に苛性ソーダ4が供給されて中和が行われる。
一方、電子線照射法は、一般的にはキュアリング、滅菌処理等に使われているが、排ガス処理等の環境分野においては窒素酸化物、硫黄酸化物等の大気汚染物質の分解処理等の一部に実用化されているにすぎず、硫化水素等の臭気物質の分解処理には適用されていなかった。
上記従来の電子線照射法の装置配置の一例は図8〜図10に示されており、図8〜図10に示す電子線照射装置は非走査型(一般的には加速電圧300kV以下の装置に適用)といわれるもの(フィラメント幅を大きくしフィラメントから引き出された電子線をストレートに処理される対象物へ照射するもの)である。なお、以下の説明では、ガス10,10’が図8の直線ロに示すように直進する方向を「ガス流通方向へ沿う方向」という。
図8〜図10中、9は処理されるガス10が導入されて処理されるガス処理チャンバ、11はガス処理チャンバ9上に配置されて内部を真空に保持されるようにした断面矩形箱状で平面形状が円箱状の真空チャンバである。ガス処理チャンバ9は、幅が狭いガス入口側のダクト状部9a及びガス出口側のダクト状部9bと、ダクト状部9a,9bの、中間に位置する幅広形状のガス処理チャンバ本体9cを備えている(図10参照)。
ダクト状部9a,9bはガス処理チャンバ本体9c側でガス処理チャンバ本体9cに繋がるよう中途部から幅が広がる形状に形成され、又、ダクト状部9a,9bの高さは、ガス処理チャンバ本体9cの高さよりも低く形成されている。更に、ダクト状部9a側からガス処理チャンバ本体9cにかけては、ダクト状部9a内では幅方向へ一定間隔で配置され、ガス処理チャンバ本体9c内では、徐々に隣り合う幅間隔が広がるよう、整流板12が設けられている。
真空チャンバ11内の上部中心部には、高圧導入部である有底円筒部材13が収納されており、有底円筒部材13内の中心部近傍には、上端側が外部に突出し下端側が有底円筒部材13の底部近傍まで垂下する2本の高電圧導入ロッド14が配置されている。又、高電圧導入ロッド14は交流電源又は直流電源であるフィラメント電源15a及び直流電源である加速電源15bに接続されており、加速電源15bは照射窓21のチタン箔21aに連結されている。
更に、2本の高電圧導入ロッド14の下端には、高電圧伝導ロッド16a,16bを介して、外方側端部に円弧状部を備えた中空状のシールド電極17が設けられている。而して、高電圧伝導ロッド16aはシールド電極17に対し連結されて電位取りされており、高電圧伝導ロッド16bはシールド電極17に対し絶縁されている。なお、図8においては、フィラメント電源15aは交流電源を示している。
高電圧伝導ロッド16のロッド状部下端には、真空チャンバ11の幅方向へ延在すると共に、ガス流通方向へ沿う方向へ所定の間隔で配置された3組の広幅のタングステンフィラメント18が取付けられている。又、シールド電極17の下面には、タングステンフィラメント18の幅よりも若干広く(図9参照)且つ、ガス流通方向へ沿う方向においては、3組のタングステンフィラメント18の配置された長さよりも若干広くなるよう、孔部17aが形成され、該孔部17aには、当該孔部17aを塞いで孔部17a縁部に当接するよう、メッシュ状の加速電極19が設けられている。加速電極19をメッシュ状にしたのは、メッシュ開口部を電子が通過できるようにするためである。
真空チャンバ11の底部とガス処理チャンバ9におけるガス処理チャンバ本体9c上部の境界部には、シールド電極17に形成した孔部17aと幅及びガス流通方向へ沿う方向の長さが略同一の孔部20が、孔部17aの略直下に位置するよう形成され、孔部20には、当該孔部20を塞ぐがごとく、チタン箔21aを備えた照射窓21が設けられている。チタン箔21aは接地電極として作用できるようになっている。
図中、22は加速電極19から照射窓21に向けて照射された電子線、23は有底円筒部材13の下面に固定されてシールド電極17を支持する複数のサポート部材である。
図中、22は加速電極19から照射窓21に向けて照射された電子線、23は有底円筒部材13の下面に固定されてシールド電極17を支持する複数のサポート部材である。
図8〜図10に示す電子線照射装置においては、処理されるガス10はガス処理チャンバ9のダクト状部9aに導入されて整流板12により整流され、ガス処理チャンバ本体9c内に送給されて、当該ガス処理チャンバ本体9c内において図9の斜線イに示すように分散する。
而して、フィラメント電源15aから高電圧導入ロッド14、高電圧伝導ロッド16a,16bを介してタングステンフィラメント18に約30〜40Vの電圧が印加されることにより、タングステンフィラメント18からは熱電子が発生し、タングステンフィラメント18で発生した熱電子は、加速電源15bから印加される約150kVの高電圧により加速電極19とチタン箔21aとの間に生じた高電界により加速され、その結果、加速電極19から照射窓21に向けて高速の電子線22が照射され、照射窓21を透過した電子線22は、ガス処理チャンバ本体9cにおいてガス処理チャンバ9を流れるガス10と接触する。
このため、電子線22によりガス10中の臭気物質等の気体化合物が分解処理され、気体化合物が分解処理されて清浄化されたガス10’は下流側のダクト状部9bからガス処理チャンバ9外へ下流側へ向けて排出される。ガス処理チャンバ9内においては、ガス10,10’は側面視で図8の直線ロに示すごとく直進する。
電子線照射法としては、前記非走査型の他に走査型(一般的には加速電圧300kV以上の装置に適用)といわれるものがあり、図11に示されている。この走査型の電子線照射法に適用される装置は、ガス処理チャンバ9の上方に配置された真空チャンバ11、フィラメント電源15a、加速電源15b、タングステンフィラメント18、メッシュ状の加速電極19、チタン箔21aを備えた照射窓21を設けた点は、図8〜図10の非走査型と同じであるが、加速電極19と照射窓21との間に、上部が細首状で、高さ方向中間部から下方へ向けてガス流通方向へ沿う方向へ末広がりに開いたケーシング24を配設し、ケーシング24の細首状の部分にスキャンコイル25(偏向コイルと呼ばれており、磁界を作り電子線22を偏向させ向きを変えるためのコイル)を設けて電子線22を走査しその分布幅を広げるようにした点で、非走査型とは異なっている。
図11に示す電子線照射装置においても、処理されるガス10はガス処理チャンバ9に導入される。又、フィラメント電源15aからタングステンフィラメント18に電圧が印加されることによりタングステンフィラメント18からは熱電子が発生し、発生した熱電子は、加速電源15bから印加された高電圧によって加速電極19とチタン箔21aとの間に生じた高電界により加速される。その結果、加速電極19から照射窓21に向けて高速の電子線22が照射され、照射窓21を透過した電子線22は、ガス処理チャンバ9を流れるガス10と接触する。
このため、電子線22によりガス10中の臭気物質等の気体化合物が分解処理され、気体化合物が分解処理されて清浄化されたガス10’はガス処理チャンバ9外へ下流側へ向けて排出される。電子線22は、加速電極19から照射窓21へ向かう際に、スキャンコイル25により発生させられた磁界により偏向されて向きを変え、分布幅が広がって照射窓21へ向かう。
上記電子線照射装置においては、走査型においても非走査型においても、ガス10は反応部(非走査型の場合はガス処理チャンバ本体9c、走査型の場合はガス処理チャンバ9の照射窓21下部の部分)ではガス処理チャンバ9内部をストレートに通過する。
臭気物質処理については、電子線照射法と類似する技術として放電プラズマ法がある。而して、電子線照射法と放電プラズマ法の違いについては次の通りである。すなわち、電子線照射法は上述したように、放射線の一種である電子線をタングステンフィラメントから発生させて加速された電子を臭気物質と衝突させ直接的に分解する作用(直接作用)が主体と考えられ、副次的に大気成分(酸素、水分等)の励起・電離によりラジカル等を発生させ臭気物質等の気体化合物を間接的に分解する作用もある。
一方、放電プラズマ法は放電電極を臭気物質中に設置することにより非平衡プラズマの状態(電子エネルギが高く、イオン及び分子エネルギの低い状態)を作り、大気成分(酸素、水分等)を励起・電離させラジカル等を発生させ臭気物質を間接的に分解する作用(間接作用)が主体であり、プラズマ状態により電子エネルギも増加するが、臭気物質に対する直接作用の寄与度は電子線照射法と比べて小さいものと考えられる。
なお、電子線照射法による直接作用は[化1]で示され、放電プラズマ法による間接作用は[化2]で示される。
[化1]
AB+e→A+B+e
C+e→C*+e
AB+C*→A++B−+C++e
AB+hν→A+B
[化2]
H2O→H2O*
H2O*→H・+・OH
O2→O2 *
O2 *→O・+・O
O2+O・→O3
ここで、[化1]、[化2]において、例えば、ABはH2S、AはH、BはSH、CはH2S、H2O、O2等であり、eは電子、*は励起、hνは制動放射線、・はラジカルである。
[化1]
AB+e→A+B+e
C+e→C*+e
AB+C*→A++B−+C++e
AB+hν→A+B
[化2]
H2O→H2O*
H2O*→H・+・OH
O2→O2 *
O2 *→O・+・O
O2+O・→O3
ここで、[化1]、[化2]において、例えば、ABはH2S、AはH、BはSH、CはH2S、H2O、O2等であり、eは電子、*は励起、hνは制動放射線、・はラジカルである。
排ガスを処理する先行技術文献としては、例えば特許文献1、2、3がある。特許文献1においては、電子線によるNOX、SOX処理による硝安、硫安の生成効率を上げるため、電子線との反応器内において充填材(Al、Ti、C、Be等)を設置し、生産量を約1.4倍と増加させるようにしており、反応部に充填材を置き反応物の生成効率を上げるようにしている。
特許文献2においては電子線によるNOX、SOX処理において、その配管にステンレス等の反射面を設置して後方散乱させ、電子との反応効率を向上させるようにしたもので、反射材により電子との接触効率を上げて分解処理効率を向上させるようにしている。
特許文献3においては、カソードからアノードに電子線を集束させ、入射窓を1mmφとして、薄膜を設けず直接ボイラからの排ガスに電子線を照射して分解を行ない、これにより薄膜によるエネルギ損、X線の発生がなくなるようにしたもので、薄膜を設けないことで薄膜によるエネルギ損失を無くし、電子エネルギの損失を小さくして分解処理効率を上げるようにしている。
特開平8−257352号公報
特開平8−192026号公報
特開2003−4900号公報
しかしながら、図7の装置による高濃度系硫化水素に対する生物脱臭処理法においてはその分解処理効果は大きいものの、生物処理を主体としていることからその維持管理が難しく、イニシャルコスト、ランニングコストが割高となるという欠点があった。
一方、高濃度系硫化水素を電子線照射法及び放電プラズマ法により分解処理して比較する比較分解処理実験を行ったところ、同じ分解処理効果を得るのに放電プラズマ法の方が約2倍の投入エネルギを要した。このため放電プラズマ法はコスト面から電子線照射法と比べて割高となることが判明した。
ところで、図8〜図10及び図11に示す電子線照射装置における臭気物質と電子線22との接触反応は、反応部であるガス処理チャンバ本体9cにおいて行われる。しかしながら、一般的にガス処理チャンバ本体9cの内部においては上部から照射される電子線22のエネルギは照射距離が増加するに伴い減衰していく。
例えば図8〜図10に示す電子線照射装置においては、メッシュ状の加速電極19から照射される電子線22が150keVの場合、その内訳として、照射窓21を形成するチタン箔21a(厚さ12.5μm)自体の吸収により137.3keV、チタン箔21a下面100mm下部における減衰により97.0keVとなり、合計約35%のエネルギロスとなるため、ガス処理チャンバ本体9cの電子線22のエネルギ(電子線エネルギ)はガス処理チャンバ本体9cの上部(照射窓21のチタン箔21a下面)から下になるほど小さくなることが分かる(図12及び後述のエネルギ損失計算参照)。
このため従来のように、ガス処理チャンバ9内をストレートにガス10が通過する構造では、臭気物質を含むガス(原臭ガス)がエネルギ分布の低いガス処理チャンバ本体9c下部へも流れてしまい、この部分では臭気物質との反応効率が低く、特に高濃度の臭気物質の処理においては分解処理効率が低い結果となる。
ガス10中の臭気物質の分解処理効率を上げるため、ガス処理チャンバ本体9cの底面9’(図8参照)自体を、照射窓21の下部において、チタン箔21aの面下に近づける(照射窓21からのガス処理チャンバ本体9cの高さ寸法を小さくする)ことも考えられるが、この場合ガス処理チャンバ本体9cの底面9’が電子線22のより高いエネルギを受けることになり、その熱により温度上昇を受ける影響が大きくなるため、別途水冷等による冷却設備が必要となる。
なお、一般的には、ガスによる熱交換によりガス処理チャンバ本体9cの底面9’の冷却を考慮しているものの、ガス処理チャンバ本体9cの大きさについては60keV以下のエネルギしか受けないようその高さを設計している(図12及び後述のエネルギ損失計算書参照)。又、ガス処理チャンバ本体9cが受ける熱負荷を60keVまでとしたのはガス処理チャンバ9のコスト等を考慮し、ガス処理チャンバ9を一切の冷却なしでも使用可能にするためである。
ガス処理チャンバ本体9cの電子線22のエネルギはガス処理チャンバ本体9cの上部(照射窓21のチタン箔21a下面)から下になるほど小さくなることについて説明する。
例えば、照射窓21のチタン箔21aの厚さtを12.5μm、ガス処理チャンバ本体9cのチタン箔21a下面からガス処理チャンバ本体9cの底面9’迄のチャンバ高さH1を170mm、チタン箔21a上面における電子線22のエネルギEoを150keV(0.15Mev)とすると(図12参照)、チタン箔21a通過後の電子線エネルギEtは以下のようになる。
例えば、照射窓21のチタン箔21aの厚さtを12.5μm、ガス処理チャンバ本体9cのチタン箔21a下面からガス処理チャンバ本体9cの底面9’迄のチャンバ高さH1を170mm、チタン箔21a上面における電子線22のエネルギEoを150keV(0.15Mev)とすると(図12参照)、チタン箔21a通過後の電子線エネルギEtは以下のようになる。
すなわち、図13のグラフから、電子線エネルギが0.15MeVの場合、チタン箔21aのStopping Power(質量阻止能)(MeVcm2/g)は、約2.259MeV・cm2/gとなる。又、チタンの密度は4.51g/cm3であるため、厚さtが12.5μmの場合のチタン箔21aの単位面積当たりの質量Wtは、Wt=4.51g/cm3×12.5×10−4cm=5.64×10−3g/cm2となり、従ってチタン箔21aを通過する際のエネルギ損失は、Eloss.t=2.259MeV・cm2/g×5.64×10−3g/cm2=12.7keVとなる。従って、チタン箔21a通過後の電子線エネルギEt=150keV−12.7keV=137.3keVとなる。
なお、Stopping Powerは阻止能のことで、阻止能とは、物質中で単位長さ当たりに失うエネルギのことをいい、単位はMeV/cmが用いられるが、本計算では物質の密度ρで割った質量阻止能(MeV・cm2/g)を用いている。
チタン箔21aの下面における電子線エネルギEtは137.3keVであるため、チタン箔21aの下面から20mm下の位置aにおけるガス(空気)中の電子線エネルギEaは以下のようになる。
すなわち、図14のグラフから、電子線エネルギEtが137.3keVの場合、空気のStopping Power(質量阻止能)(MeVcm2/g)は、約3.0MeV・cm2/gとなる。又、空気の密度は1.3×10−3g/cm3であるため、空気層高さ20mmの位置aにおける空気の単位面積当たりの質量Waは、Wa=1.3×10−3g/cm3×2cm=2.6×10−3g/cm2となり、従ってチタン箔21a下面から20mm下の位置aまで下降する際の電子線22のエネルギ損失は、Eloss.a=3.0MeV・cm2/g×2.6×10−3g/cm2=7.8keVとなる。従って、チタン箔21a下面から20mm下の位置aにおける電子線エネルギEt=137.3keV−7.8keV=129.5keVとなる。
位置aの電子線エネルギEaは129.5keVであるため、位置aから20mm下の位置bにおけるガス中の電子線エネルギEbは上述と同様に計算して以下のようになる。
すなわち、図14のグラフから、電子線エネルギEaが129.5keVの場合、空気のStopping Power(質量阻止能)(MeVcm2/g)は、約3.05MeV・cm2/gとなる。又、空気の密度は1.3×10−3g/cm3であるため、空気層高さ20mmの位置bにおける空気の単位面積当たりの質量Wbは、Wb=1.3×10−3g/cm3×2cm=2.6×10−3g/cmとなり、従って、位置aから20mm下の位置bまで下降する際の電子線22のエネルギ損失は、Eloss.b=3.05MeV・cm2/g×2.6×10−3g/cm2=7.9keVとなる。従って、チタン箔21a下面から40mm下の位置bにおける電子線エネルギEb=129.5keV−7.9keV=121.6keVとなる。
すなわち、図14のグラフから、電子線エネルギEaが129.5keVの場合、空気のStopping Power(質量阻止能)(MeVcm2/g)は、約3.05MeV・cm2/gとなる。又、空気の密度は1.3×10−3g/cm3であるため、空気層高さ20mmの位置bにおける空気の単位面積当たりの質量Wbは、Wb=1.3×10−3g/cm3×2cm=2.6×10−3g/cmとなり、従って、位置aから20mm下の位置bまで下降する際の電子線22のエネルギ損失は、Eloss.b=3.05MeV・cm2/g×2.6×10−3g/cm2=7.9keVとなる。従って、チタン箔21a下面から40mm下の位置bにおける電子線エネルギEb=129.5keV−7.9keV=121.6keVとなる。
同様にして、夫々20mmずつ下の各位置における位置c、d、e、f、g、hの電子線エネルギEc、Ed、Ee、Ef、Eg、Eh、及び位置hよりも10mm下のガス処理チャンバ9の底面9’における電子線エネルギEiは次のようになる(計算式は省略)。
すなわち、チタン箔21a下面から60mm下の位置cにおける電子線エネルギEcはEc=113.5keVとなり、チタン箔21a下面から80mm下の位置dにおける電子線エネルギEdはEd=105.3keVとなり、チタン箔21a下面から100mm下の位置eにおける電子線エネルギEeはEc=97.0keVとなり、チタン箔21a下面から120mm下の位置fにおける電子線エネルギEfはEf=87.4keVとなり、チタン箔21a下面から140mm下の位置gにおける電子線エネルギEgはEg=77.0keVとなり、チタン箔21a下面から160mm下の位置hにおける電子線エネルギEhはEh=65.5keVとなり、チタン箔21a下面から170mm下の位置i(ガス処理チャンバ9の底面9’)における電子線エネルギEiはEi=59.1keVとなる。
而して、上記計算結果から、電子線照射装置においては電子線エネルギは照射距離が増加するに伴い減衰していくことが明白である。又、特許文献1、2、3の場合も、電子線エネルギは照射距離が増加するに伴い減衰していくことは、上記図8〜図10、図11に示す従来の電子線照射装置と同じであり、高濃度の硫化水素のような臭気物質である気体化合物の場合には高効率で分解処理することはできない。
本発明は斯かる実情に鑑み、ガス中に含まれる物質が高濃度の硫化水素のような臭気物質である気体化合物の場合にも、低コスト且つ高効率で分解処理し得るようにした電子線照射装置を提供することを目的としてなしたものである。
本発明の電子線照射装置は、ガス処理チャンバ本体のガス流通方向に沿う方向に対し略直行する方向における一面に、照射窓が設けられ、該照射窓を通して照射された電子線により、前記ガス処理チャンバ本体内を通過するガス中の臭気物質等の気体化合物を分解処理するようにした電子線照射装置であって、ガス処理チャンバ本体内には、邪魔板を設けて該邪魔板の先端部と照射窓との間にガスが流通する流路が形成されるよう構成したものである。
又、本発明の電子線照射装置においては、ガス流通方向へ沿う方向へ所定の間隔で2枚の邪魔板が設けられており、邪魔板は、照射窓のガス流通方向へ沿う方向における中心を基準として、ガス流通方向へ沿う方向へ対称的に配置されており、ガス処理チャンバ本体の照射窓側から離反した面から照射窓のガス処理チャンバ本体側の面までの寸法を100とした場合、邪魔板の照射窓側へ向けた突出量を65〜75の比率としており、ガス処理チャンバ本体のガス流通方向へ沿う方向の長さを100とした場合、邪魔板のガス流通方向へ沿う方向の間隔を45〜55の比率としており、照射窓はチタン箔を備えており、分解処理される気体化合物は硫化水素である。
本発明においては、硫化水素等の臭気物質を含む気体化合物は、ガス処理チャンバ本体内において、邪魔板に案内されて照射窓の下面側を流れるため、気体化合物には高いエネルギの電子線が照射され、気体化合物中の臭気物質が分解処理される。
本発明の電子線照射装置によれば、気体化合物中に含まれる物質が高濃度の硫化水素のような臭気物質の場合にも、低コスト且つ高効率で分解処理することができる、という優れた効果を奏し得る。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図8〜図10に示すものと同一の符号のものは同一のものを表わし、基本的な構成は図8〜図10に示す従来のものと略同様である。なお、以下の説明では、ガス10,10’がガス処理チャンバ9のダクト状部9a,9b内を進行する方向である、図1に示す線ニの水平部を「ガス流通方向へ沿う方向」という。
図1〜図4は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図8〜図10に示すものと同一の符号のものは同一のものを表わし、基本的な構成は図8〜図10に示す従来のものと略同様である。なお、以下の説明では、ガス10,10’がガス処理チャンバ9のダクト状部9a,9b内を進行する方向である、図1に示す線ニの水平部を「ガス流通方向へ沿う方向」という。
図1〜図3中、31,32はガス処理チャンバ本体9c内底面9’上に、照射窓21の直下に位置するよう立設された2枚の邪魔板である。邪魔板31,32は、ガス流通方向へ沿う方向へ所定の間隔を隔てて配置されており、且つ、照射窓21のガス流通方向へ沿う方向における中心部を基準として、ガス流通方向へ沿う方向へ対称的に配置されており、且つガス処理チャンバ本体9c内に内幅いっぱいに延在している。
ガス処理チャンバ本体9cの底面9’から照射窓21の下面までのチャンバ高さH1を100とした場合、邪魔板高さH2は65〜75の比率とし、ガス処理チャンバ本体9cのガス流通方向へ沿う方向における長さ(短辺長さ)L1を100とした場合、邪魔板31,32の間隔L2は45〜55の比率とする。
邪魔板31,32をこのような配置にしたのは、ガス処理チャンバ本体9c内部の電子線エネルギはガス処理チャンバ本体9c上部(照射窓21のチタン箔21a下面)から下になるほど小さくなるため、ガス処理チャンバ本体9c内のガス10の流路33を邪魔板31,32の上端と照射窓21のチタン箔21a下面との間に形成して電子線エネルギの高いチタン箔21a下面側に位置させ、ガスがエネルギの高い電子線22と接触するようにするためである。
又、チャンバ高さH1に対する邪魔板高さH2の比率を65〜75としたのは、高濃度系の硫化水素を高分解処理効率で処理するには、ガス処理チャンバ本体9c内のガスの平均流速を約3.6m/s〜4.0m/sとして、ガス処理チャンバ本体9cの短辺長さL1=0.143mの場合、ガス10と電子の接触時間を0.143/4〜0.143/3.6秒、すなわち、0.035秒〜0.04秒とするためである。
なお、発明者等は実験によりガスと電子の接触時間が約0.035秒以下であると接触時間が短いため分解処理効率が低下すること、又約0.04秒以上の場合邪魔板31,32の高さが低くなるため、電子線22の低エネルギ部を通過するガス10がより多くなり、分解処理効率が低下してしまうこと、といった知見を得ている。
更に、ガス処理チャンバ本体9cの短辺長さL1=100に対する邪魔板31,32の間隔L2の比率を45〜55にしたのは接触時間を約0.035秒〜0.04秒以下に保ちつつ、チタン箔21a(幅560mm×ガス流通方向へ沿う方向の長さ180mm)下面全面にガス10を一様に接触させるのに最適な間隔とするためである。
なお、発明者等は実験により、ガス処理チャンバ本体9cの短辺長さL1=100に対する邪魔板31,32の間隔L2の比率が45以下であると、ガス10がチタン箔21a下面までに流入していかなくなり(流体シミュレーションにより確認)分解処理効率が低下してしまうこと、また上記間隔L2の比率が55以上であると接触時間が0.035秒以下となり分解処理効率が低下してしまうという知見を得ている。
次に、上記した実施の形態の作動を説明する。
本図示例の電子線照射装置においては、処理されるガス10はガス処理チャンバ9に導入されて整流板12により整流され、ガス処理チャンバ本体9c内において図2の斜線ハに示すように、従来の装置よりも高い位置において狭い領域である流路33に分散する。
本図示例の電子線照射装置においては、処理されるガス10はガス処理チャンバ9に導入されて整流板12により整流され、ガス処理チャンバ本体9c内において図2の斜線ハに示すように、従来の装置よりも高い位置において狭い領域である流路33に分散する。
而して、フィラメント電源15aから高電圧導入ロッド14、高電圧伝導ロッド16a,16bを介してタングステンフィラメント18に約30〜40Vの電圧が印加されることにより、タングステンフィラメント18からは熱電子が発生し、タングステンフィラメント18で発生した熱電子は、加速電源15bから印加される約150kVの高電圧により加速電極19とチタン箔21aとの間に生じた高電界により加速され、その結果、加速電極19から照射窓21に向けて高速の電子線22が照射され、照射窓21を透過した電子線22は、ガス処理チャンバ本体9cにおいてガス処理チャンバ9を流れるガス10と接触する。このため、高濃度系硫化水素等の臭気物質といった気体化合物が分解処理され、清浄化されたガス10’は下流側へ排出される。
ガス処理チャンバ9内においては、ダクト状部9aを直進してきたガス10は、邪魔板31の上流側において曲折して上方へ流れ、邪魔板31の上端と照射窓21下面との間の流路33を通り直進し、曲折して下方へ流れ、ダクト状部9b内を直進する(図1の線ニ参照)。
本図示例によれば、ガス処理チャンバ9のダクト状部9aからガス処理チャンバ本体9cに導入されたガス10は高いエネルギの電子線22と接触できるため、高濃度系硫化水素等の臭気物質は高処理効率で分解されて清浄化されたガス10’となり、ダクト状部9bから後工程へ送給される。
図4には、図1〜図3に示す電子線照射装置を用いた処理設備を示す。図中、34は排水処理場35から送給された高濃度系硫化水素等の臭気物質を含むガス10中から水分を除去するためのミストセパレータ、36はミストセパレータ34から送給されたガスを処理するための電子線照射装置、37は電子線照射装置36から送給されたガス10’中から未分解臭気物質や電子線照射装置36で副生成したオゾン等を分解除去するための吸着・触媒塔、38は吸着・触媒塔37で清浄化されたガス10’を排気するためのファンである。
図4に示すように排水処理場35より発生した硫化水素等の臭気物質を含むガス10はミストセパレータ34を通ってミストを除去され、電子線照射装置36に導かれて硫化水素等の臭気物質である気体化合物が分解される。しかる後、吸着・触媒塔37によりその他の未分解臭気物質、及び副生成したオゾン等を分解除去されて清浄化されたガス10’となり、ファン38により排気される。
続いて、本発明の図示例の電子線照射装置のようにガス処理チャンバ本体に邪魔板が設けられている場合と、従来のようにガス処理チャンバ本体に邪魔板が設けられていない場合の硫化水素の分解処理効率の実験結果について、図5及び[表1]、[表2]、並びに図6により説明する。
図5は実験装置の配置を示し、図中、41はミストセパレータ等の前処理部、42は邪魔板が設けられているか、或は邪魔板が設けられていない電子線照射装置、43は標準ガスである硫化水素ガスを電子線照射装置42に注入するための硫化水素ガス注入手段、44は電子線照射装置42から送出されたガス中の硫化水素の濃度を測定するガス測定器、45はブロワ、46は後処理部である。
而して、実験では電子線照射装置42の加速電圧、ビーム電流を所定の値に条件設定すると共に、図5に示す実験装置の硫化化水素ガス注入手段43からラインに条件設定したガス流量となるよう原臭硫化水素ガスを注入し、注入した原臭硫化水素ガスを邪魔板のある場合と邪魔板のない場合について電子線照射装置42を用い処理し、設定した条件ごとに硫化水素分解処理後の硫化水素濃度をガス測定器44により測定した。なお、本実験では邪魔板ありの場合の原臭硫化水素濃度は45ppm、邪魔板なしの場合の原臭硫化水素濃度は44ppmである。
又、条件設定した加速電圧、ビーム電流、ガス流量を基に、[数1]を用いて硫化水素ガスの単位質量当たりに吸収されるエネルギである吸収線量を求めると共に、[数2]により分解処理効率を求めた。求めた分解処理効率を吸収線量に対応して表に示すと[表1]、[表2]のようになり、又、それをグラフに示すと図6に示すグラフに示される線図となる。
[表1]は邪魔板ありの場合、[表2]は邪魔板なしの場合を示す。又、図6のグラフにおいて、丸印は邪魔板ありの場合、黒四角の印は邪魔板なしの場合を示す。この[表1]、[表2]及び図6のグラフから邪魔板があると硫化水素の分解処理効率(%)が向上することが分かる。
[数1]
吸収線量=[1.6587×加速電圧−126.8]×ビーム電流÷ガス流量(kGy=k J/kg)
[数2]
分解処理効率={[(原臭硫化水素濃度)−(硫化水素分解処理後の硫化水素濃度)]/ (原臭硫化水素濃度)}×100
[数1]
吸収線量=[1.6587×加速電圧−126.8]×ビーム電流÷ガス流量(kGy=k J/kg)
[数2]
分解処理効率={[(原臭硫化水素濃度)−(硫化水素分解処理後の硫化水素濃度)]/ (原臭硫化水素濃度)}×100
本図示例では、高濃度系の硫化水素処理において放電プラズマ法に比較して直接作用の寄与度が大きく、低コストで分解処理効率が大きい、スキャンコイルを用いない非走査型の電子線照射装置とし、スキャンコイルを用いる走査型は使用しないものとしたが、その理由は以下の通りである。すなわち、本装置は最大で加速電圧150kVの低エネルギ装置であるため、図11に示す走査型とした場合、ガス流通方向端部では電子線が処理対象ガスと接触するまでの距離が大きくなりエネルギの減衰が大きくなる結果、ガス流通方向中央部と端部とでエネルギ分布がより不均一となり、スキャンコイルを設けない非走査型のほうが、均一なエネルギ分布をもつため、スキャンコイル等のコストアップ要素を付加するメリットがないことによる。
本図示例の電子線照射装置においては、ガス中に含まれる物質が高濃度の硫化水素のような臭気物質等の気体化合物の場合にも、低コスト且つ高効率で分解処理することができる。
なお、本発明の電子線照射装置においては、電子線を上方から下方へ向けて照射する場合について説明したが、水平方向に照射しても下方から上方へ向けて照射しても実施可能なこと、邪魔板は2枚設ける場合について説明したが1枚でも実施できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
9’ 底面
9c ガス処理チャンバ本体
10 ガス
10’ ガス
21 照射窓
21a チタン箔
22 電子線
31 邪魔板
32 邪魔板
33 流路
H1 チャンバ高さ(ガス処理チャンバ本体の照射窓側から離反した面から照射窓のガ ス処理チャンバ本体側の面までの寸法)
H2 邪魔板高さ(邪魔板の照射窓側へ向けた突出量)
L1 短辺長さ(ガス処理チャンバ本体のガス流通方向へ沿う方向の長さ)
L2 間隔(邪魔板のガス流通方向へ沿う方向の間隔)
9c ガス処理チャンバ本体
10 ガス
10’ ガス
21 照射窓
21a チタン箔
22 電子線
31 邪魔板
32 邪魔板
33 流路
H1 チャンバ高さ(ガス処理チャンバ本体の照射窓側から離反した面から照射窓のガ ス処理チャンバ本体側の面までの寸法)
H2 邪魔板高さ(邪魔板の照射窓側へ向けた突出量)
L1 短辺長さ(ガス処理チャンバ本体のガス流通方向へ沿う方向の長さ)
L2 間隔(邪魔板のガス流通方向へ沿う方向の間隔)
Claims (7)
- ガス処理チャンバ本体のガス流通方向へ沿う方向に対し略直行する方向における一面に、照射窓が設けられ、該照射窓を通して照射された電子線により、前記ガス処理チャンバ本体内を通過するガス中の臭気物質等の気体化合物を分解処理するようにした電子線照射装置であって、ガス処理チャンバ本体内には、邪魔板を設けて該邪魔板の先端部と照射窓との間にガスが流通する流路が形成されるよう構成したことを特徴とする電子線照射装置。
- ガス流通方向へ沿う方向へ所定の間隔で2枚の邪魔板を設けた請求項1記載の電子線照射装置。
- 邪魔板は、照射窓のガス流通方向へ沿う方向における中心を基準として、ガス流通方向へ沿う方向へ対称的に配置されている請求項2記載の電子線照射装置。
- ガス処理チャンバ本体の照射窓側から離反した面から照射窓のガス処理チャンバ本体側の面までの寸法を100とした場合、邪魔板の照射窓側へ向けた突出量を65〜75の比率とした請求項1乃至3の何れかに記載の電子線照射装置。
- ガス処理チャンバ本体のガス流通方向へ沿う方向の長さを100とした場合、邪魔板のガス流通方向へ沿う方向の間隔を45〜55の比率とした請求項2乃至4の何れかに記載の電子線照射装置。
- 照射窓はチタン箔を備えている請求項1乃至5の何れかに記載の電子線照射装置。
- 分解処理される気体化合物は硫化水素である請求項1乃至6の何れかに記載の電子線照射装置。
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JP2016512162A (ja) * | 2013-03-08 | 2016-04-25 | ザイレコ,インコーポレイテッド | プロセスガスの制御 |
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- 2005-07-01 JP JP2005193874A patent/JP2007007604A/ja active Pending
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