JP2007007604A - 電子線照射装置 - Google Patents

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

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]
Ｈ_２Ｏ→Ｈ_２Ｏ^＊
Ｈ_２Ｏ^＊→Ｈ・＋・ＯＨ
Ｏ_２→Ｏ_２ ^＊
Ｏ_２ ^＊→Ｏ・＋・Ｏ
Ｏ_２＋Ｏ・→Ｏ_３
ここで、[化１]、[化２]において、例えば、ＡＢはＨ_２Ｓ、ＡはＨ、ＢはＳＨ、ＣはＨ_２Ｓ、Ｈ_２Ｏ、Ｏ_２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ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ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ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘ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。

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）（ＭｅＶｃｍ^２／ｇ）は、約２．２５９ＭｅＶ・ｃｍ^２／ｇとなる。又、チタンの密度は４．５１ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３×１２．５×１０^−４ｃｍ＝５．６４×１０^−３ｇ／ｃｍ^２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・ｃｍ^２／ｇ×５．６４×１０^−３ｇ／ｃｍ^２＝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・ｃｍ^２／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）（ＭｅＶｃｍ^２／ｇ）は、約３．０ＭｅＶ・ｃｍ^２／ｇとなる。又、空気の密度は１．３×１０^−３ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３×２ｃｍ＝２．６×１０^−３ｇ／ｃｍ^２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・ｃｍ^２／ｇ×２．６×１０^−３ｇ／ｃｍ^２＝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）（ＭｅＶｃｍ^２／ｇ）は、約３．０５ＭｅＶ・ｃｍ^２／ｇとなる。又、空気の密度は１．３×１０^−３ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３×２ｃｍ＝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・ｃｍ^２／ｇ×２．６×１０^−３ｇ／ｃｍ^２＝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。

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

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。

本発明の電子線照射装置の実施の形態の一例を示す側断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向矢視図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。 図１〜図４に示す電子線照射装置を用いた設備の処理フローを示す配置図である。 実験処理設備の処理フローを示す配置図である。 図５の実験処理設備を使用した硫化水素ガスの濃度を基に求めた硫化水素ガスの分解処理効率を示すグラフである。 従来の生物脱臭装置の処理フローを示す配置図である。 従来の電子線照射装置の実施の形態の一例を示す側断面図である。 図８のＩＸ−ＩＸ方向矢視図である。 図８のＸ−Ｘ方向矢視図である。 従来の電子線照射装置の他の例を示す側断面図である。 図８に示す電子線照射装置において、照射窓から離反するに従い、電子線のエネルギが減衰することを説明するためのガス処理チャンバ本体の模式図である。 電子線エネルギと電子線のチタンにおける質量阻止能の関係を示すグラフである。 電子線エネルギと電子線の空気中における質量阻止能の関係を示すグラフである。

符号の説明

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）

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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