DE112017004468T5 - Electron beam irradiation apparatus and method of using the same - Google Patents
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Abstract
Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (1) umfasst Folgendes: eine Vakuumkammer (2), in der an Elektronenstrahlgenerator (20) angeordnet ist; eine Vakuumdüse (3), die mit der mit ihr kommunizierenden Vakuumkammer (2) verbunden ist; und ein Emissionsfenster (5), das für die Vakuumdüse (3) bereitgestellt ist und über das ein Elektronenstrahl (E) aus dem Elektronenstrahlgenerator (20) nach außen emittiert wird. Ein Kühlmittelpfad, über den Kühlmittel geleitet wird, ist in der Vakuumdüse (3) ausgebildet. Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (1) umfasst eine Kühlmitteltemperatureinstelleinheit (7), die konfiguriert ist, um die Temperatur des zum Kühlmittelpfad geleiteten Kühlmittels einzustellen, um in der Umgebung von Nitratsalz (N), das auf der Oberfläche der Vakuumdüse (3) akkumuliert ist, eine relative Feuchtigkeit zu erreichen, bei der ein Zerfließen des Nitratsalzes (N) verhindert wird. An electron beam irradiation apparatus (1) comprises: a vacuum chamber (2) in which an electron beam generator (20) is disposed; a vacuum nozzle (3) connected to the vacuum chamber (2) communicating therewith; and an emission window (5) provided for the vacuum nozzle (3) and via which an electron beam (E) is emitted outwardly from the electron beam generator (20). A coolant path through which coolant is passed is formed in the vacuum nozzle (3). The electron beam irradiation apparatus (1) includes a coolant temperature adjusting unit (7) configured to adjust the temperature of the coolant path to the coolant path to be in the vicinity of nitrate salt (N) accumulated on the surface of the vacuum nozzle (3). to achieve a relative humidity, in which a flow of the nitrate salt (N) is prevented.
Description
Gebiet der TechnikField of engineering
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung derselben.The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus and a method of using the same.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, die einen Elektronenstrahl emittiert, wird häufig in verschiedenen Industriebereichen verwendet. Wenn sie zum Sterilisieren eines Behälters oder dergleichen durch Elektronenstrahl-Bestrahlung eingesetzt wird, sind keine Chemikalien erforderlich, weshalb kein Risiko hinsichtlich zurückbleibender Chemikalien besteht. Folglich ist die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung in entwickelten Ländern, wo Sicherheit ein Anliegen ist, weit verbreitet.An electron beam irradiation device that emits an electron beam is widely used in various industrial fields. When used to sterilize a container or the like by electron beam irradiation, no chemicals are required and there is no risk of remaining chemicals. Consequently, the electron beam irradiation device is widely used in developed countries where safety is a concern.
Bei einer typischen Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung reagiert ein emittierter Elektronenstrahl mit der Außenluft und erzeugt korrosives Gas, wie etwa Salpetersäuregas und Ozongas. Eine wichtige Herausforderung im Zusammenhang mit der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ist daher die Verhinderung von Korrosion. Wenn ein Behälter oder dergleichen durch Elektronenstrahl-Bestrahlung gereinigt wird, blättert ein bei der Korrosion erzeugtes Korrosionsmaterial von der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ab und fällt in den Behälter oder dergleichen, was zu unzulänglicher Sterilisierung führt. Die Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung muss daher oft unterbrochen werden, um das Korrosionsmaterial von der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung zu entfernen.In a typical electron beam irradiation device, an emitted electron beam reacts with the outside air and generates corrosive gas, such as nitric acid gas and ozone gas. An important challenge associated with the electron beam irradiation device is therefore the prevention of corrosion. When a container or the like is cleaned by electron beam irradiation, corrosion material generated by the corrosion peels off from the electron beam irradiation device and falls into the container or the like, resulting in insufficient sterilization. The use of the electron beam irradiation device must therefore often be interrupted to remove the corrosion material from the electron beam irradiation device.
Herkömmliche Offenbarungen schlagen vor, dass Taukondensation, die in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung auftritt, abgeführt wird, um eine Akkumulierung von Wasser aufgrund von Taukondensation zu verhindern, wodurch wiederum Korrosion verhindert wird (siehe beispielsweise Patentliteratur Nr. 1).Conventional disclosures suggest that dew condensation occurring in the electron beam irradiator is dissipated to prevent accumulation of water due to dew condensation, again preventing corrosion (see, for example, Patent Literature No. 1).
Quellenswell
Patentliteraturpatent literature
Patentliteratur Nr. 1: Japanisches offengelegtes Patent Nr. 2005-156285Patent Literature No. 1: Japanese Patent Laid-Open No. 2005-156285
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Technisches ProblemTechnical problem
Die in der Patentliteratur Nr. 1 offenbarte Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung berücksichtigt zwar Korrosion aufgrund von Taukondensation (tritt ein, wenn die relative Feuchtigkeit bei 100 % liegt), doch nicht Korrosion aufgrund von anderen Faktoren. Liegt beispielsweise die relative Feuchtigkeit in der Umgebung des Nitratsalzes, das aufgrund von Salpetersäuregas auf Metallteilen der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung akkumuliert ist, bei weniger als 100 %, übersteigt jedoch eine vordefinierte Feuchtigkeit, wird das Nitratsalz zu wässriger Lösung, indem es Wasser aus dem umgebenden Gas absorbiert, was als „Zerfließen“ bezeichnet wird. Diese wässrige Lösung besitzt eine extrem große Oxidierungskraft und fördert somit die Korrosion des Metalls in Kontakt mit der wässrigen Lösung. Aus diesem Grund kann die in der Patentliteratur Nr. 1 offenbarte Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung Korrosion bedauernswerterweise nicht ausreichend verhindern;Although the electron beam irradiation apparatus disclosed in Patent Literature No. 1 takes into account corrosion due to dew condensation (occurs when the relative humidity is 100%), it does not account for corrosion due to other factors. For example, if the relative humidity in the vicinity of the nitrate salt accumulated on metal parts of the electron beam irradiation apparatus due to nitric acid gas is less than 100% but exceeds a predefined humidity, the nitrate salt becomes aqueous solution by taking water from the surrounding gas absorb what is termed "deliquescence". This aqueous solution has an extremely high oxidizing power and thus promotes corrosion of the metal in contact with the aqueous solution. For this reason, the electron beam irradiation apparatus disclosed in Patent Literature No. 1 can not sufficiently prevent corrosion sufficiently;
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung bereitzustellen, deren Korrosion ausreichend verhindert werden kann.It is an object of the present invention to provide an electron beam irradiation apparatus, the corrosion of which can be sufficiently prevented.
Lösung des Problemsthe solution of the problem
Um das oben beschriebene Problem zu lösen, umfasst eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer ersten Erfindung Folgendes: eine Vakuumkammer, in der ein Elektronenstrahlgenerator angeordnet ist; ein Emissionsfenster, über das ein Elektronenstrahl aus dem Elektronenstrahlgenerator nach außen emittiert wird; und einen Kühlmittelpfad, über den Kühlmittel zum Kühlen des Emissionsfensters geleitet wird, wobei
die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ferner eine Kühlmitteltemperatureinstelleinheit, die konfiguriert ist, um die Temperatur des zum Kühlmittelpfad geleiteten Kühlmittels einzustellen, umfasst, um in der Umgebung von Nitratsalz, das auf einer Oberfläche in der Nähe des Kühlmittelpfads akkumuliert ist, eine relative Feuchtigkeit zu erreichen, bei der ein Zerfließen des Nitratsalzes verhindert wird.In order to solve the above-described problem, an electron beam irradiation apparatus according to a first invention includes: a vacuum chamber in which an electron beam generator is disposed; an emission window through which an electron beam is emitted to the outside from the electron beam generator; and a coolant path over which coolant is directed to cool the emission window, wherein
the electron beam irradiation apparatus further includes a coolant temperature adjusting unit configured to adjust the temperature of the coolant-flow-passing coolant to achieve relative humidity in the vicinity of nitrate salt accumulated on a surface near the coolant path the flow of the nitrate salt is prevented.
Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Erfindung ist eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der ersten Erfindung, ferner umfassend eine Vakuumdüse, die mit der mit ihr kommunizierenden Vakuumkammer verbunden ist, wobei
das Emissionsfenster für die Vakuumdüse bereitgestellt ist und
der Kühlmittelpfad in der Vakuumdüse ausgebildet ist.An electron beam irradiation apparatus according to a second invention is an electron beam irradiation apparatus according to the first invention, further comprising a vacuum nozzle connected to the vacuum chamber communicating therewith
the emission window is provided for the vacuum nozzle and
the coolant path is formed in the vacuum nozzle.
Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer dritten Erfindung ist die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Erfindung, wobei bei der Kühlmitteltemperatur, die durch die Kühlmitteltemperatureinstelleinheit eingestellt wird, die relative Feuchtigkeit in der Umgebung des Nitratsalzes, das auf der Oberfläche in der Nähe des Kühlmittelpfads akkumuliert ist, gleich oder weniger als 30 % ist.An electron beam irradiation apparatus according to a third invention is the electron beam irradiation apparatus according to the first or second invention, wherein at the coolant temperature set by the coolant temperature adjusting unit, the relative humidity in the vicinity of the nitrate salt accumulated on the surface near the coolant path is equal to or less than 30%.
Ein Verfahren zur Verwendung einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer vierten Erfindung ist ein Verfahren zur Verwendung einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der ersten oder zweiten Erfindung. Das Verfahren umfasst Folgendes:
- Vorab-Berechnen der Temperatur des zum Kühlmittelpfad geleiteten Kühlmittels, um in der Umgebung des Nitratsalzes, das auf der Oberfläche in der Nähe des Kühlmittelpfads akkumuliert ist, eine relative Feuchtigkeit zu erreichen, bei der ein Zerfließen des Nitratsalzes verhindert wird; und
- Einstellen der Temperatur des zum Kühlmittelpfad geleiteten Kühlmittels auf die berechnete Temperatur durch die Kühlmitteltemperatureinstelleinheit und anschließend Leiten des Kühlmittels zum Kühlmittelpfad.
- Precalculating the temperature of the coolant to the coolant path to reach a relative humidity in the vicinity of the nitrate salt accumulated on the surface in the vicinity of the coolant path, which prevents the nitrate salt from flowing away; and
- Adjusting the temperature of the coolant path to the coolant path to the calculated temperature by the coolant temperature adjustment unit, and then directing the coolant to the coolant path.
Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer fünften Erfindung umfasst Folgendes: eine Vakuumkammer, in der ein Elektronenstrahlgenerator angeordnet ist; ein Emissionsfenster, über das ein Elektronenstrahl aus dem Elektronenstrahlgenerator nach außen emittiert wird; und einen Kühlmittelpfad, über den Kühlmittel zum Kühlen des Emissionsfensters geleitet wird, wobei
die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung eine Kühlmitteltemperatureinstelleinheit umfasst, die konfiguriert ist, um die Temperatur des zum Kühlmittelpfad geleiteten Kühlmittels auf eine Temperatur einzustellen, bei der Nitratsalz, das auf einer Oberfläche in der Nähe des Kühlmittelpfads akkumuliert ist, sich durch Wärme auflöst.An electron beam irradiation apparatus according to a fifth invention comprises: a vacuum chamber in which an electron beam generator is disposed; an emission window through which an electron beam is emitted to the outside from the electron beam generator; and a coolant path over which coolant is directed to cool the emission window, wherein
the electron beam irradiation apparatus includes a coolant temperature adjusting unit configured to set the temperature of the coolant path to the coolant path to a temperature at which nitrate salt accumulated on a surface near the coolant path dissolves by heat.
Eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer sechsten Erfindung ist die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß der fünften Erfindung, wobei die Kühlmitteltemperatureinstelleinheit die Temperatur des Kühlmittels einstellt, um in der Umgebung des Nitratsalzes, das auf der Oberfläche in der Nähe des Kühlmittelpfads akkumuliert ist, eine relative Feuchtigkeit zu erreichen, bei der ein Zerfließen des Nitratsalzes verhindert wird.An electron beam irradiation apparatus according to a sixth invention is the electron beam irradiation apparatus according to the fifth invention, wherein the coolant temperature adjusting unit adjusts the temperature of the coolant to acquire a relative humidity in the vicinity of the nitrate salt accumulated on the surface in the vicinity of the coolant path reach, in which a flow of the nitrate salt is prevented.
Vorteilhafte Auswirkungen der ErfindungAdvantageous effects of the invention
Gemäß der oben beschriebenen Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung und einem Verfahren zur Verwendung desselben wird Nitratsalz, das auf einer Oberfläche in der Nähe eines Kühlmittelpfads akkumuliert ist, nicht zu wässriger Lösung, wodurch Korrosion erfolgreich verhindert werden kann.According to the above-described electron beam irradiation apparatus and a method of using the same, nitrate salt accumulated on a surface in the vicinity of a coolant path does not become an aqueous solution, whereby corrosion can be successfully prevented.
Figurenlistelist of figures
-
[
1 ]1 ist eine Längsquerschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.[1 ]1 Fig. 15 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of an electron beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention. -
[
2 ]2 ist eine vergrößerte Längsquerschnittsansicht, die eine Vakuumdüse zeigt, welche von der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung umfasst ist.[2 ]2 Fig. 15 is an enlarged longitudinal cross-sectional view showing a vacuum nozzle included in the electron beam irradiation apparatus. -
[
3 ]3 ist ein Diagramm, das das Ergebnis eines Experiments zur Berechnung einer relativen Feuchtigkeit, bei der Nitratsalz zerfließt, darstellt.[3 ]3 Figure 11 is a graph illustrating the result of an experiment to calculate a relative humidity at which nitrate salt deliquesces. -
[
4 ]4 ist ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen der Temperatur eines Kühlmittels, das einem in der Vakuumdüse ausgebildeten Kühlmittelpfad zugeführt wird, und der relativen Feuchtigkeit in der Umgebung der Oberfläche der Vakuumdüse zeigt.[4 ]4 FIG. 15 is a graph showing the relationship between the temperature of a coolant supplied to a coolant path formed in the vacuum nozzle and the relative humidity in the vicinity of the surface of the vacuum nozzle. -
[
5 ]5 ist eine Fotografie der Vakuumdüse nach kontinuierlicher Verwendung einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einem Beispiel für die vorliegende Erfindung.[5 ]5 Fig. 10 is a photograph of the vacuum nozzle after continuous use of an electron beam irradiation apparatus according to an example of the present invention. -
[
6 ]6 ist eine Fotografie, die5 entspricht, gemäß einem Vergleichsbeispiel.[6 ]6 is a photograph that5 corresponds, according to a comparative example. -
[
7 ]7 ist eine Längsquerschnittsansicht, die eine schematische Konfiguration einer Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.[7 ]7 Fig. 12 is a longitudinal cross-sectional view showing a schematic configuration of an electron beam irradiation apparatus according to another embodiment of the present invention. -
[
8 ]8 ist eine vergrößerte Längsquerschnittsansicht, die Teil D von7 zeigt.[8th ]8th is an enlarged longitudinal cross-sectional view, the part D of7 shows.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Es wird nun eine Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.An electron beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
Wie in
Das zur Beschleunigung des Elektronenstrahls E aus dem Elektronenstrahlgenerator
Die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Bei einer typischen Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung, wie in
Wenn die relative Feuchtigkeit in der Umgebung der Oberfläche der Vakuumdüse
Es soll nun eine Konfiguration des Kühlmittelpfads und seiner näheren Umgebung in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Wie in
Auf der Basisendseite des Kühlmittelpfads
Die Kühlmitteltemperatureinstelleinheit
Es soll nun ein Verfahren zur Verwendung der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Zur einfacheren Beschreibung wird davon ausgegangen, dass die Doppelschalenstruktur der von der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Die relative Feuchtigkeit, bei der auf der Oberfläche der Vakuumdüse
Auf der anderen Seite wird die Höchsttemperatur des dem Kühlmittelpfad
Gemäß der oben beschriebenen Konfiguration und dem Verwendungsverfahren wird das Emissionsfenster
Auf diese Weise wird gemäß der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Es sollen nun die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
- (1)
Die Außenschale 39 und dieInnenschale 38 der Vakuumdüse 3 waren aus Edelstahl hergestellt, und der Wärmeleitteil35 aus Kupfer.Das Emissionsfenster 5 war aus Titan hergestellt. Bei dem Kühlmittel handelte es sich um reines Wasser. - (2) Die Elektronenstrahl-
Bestrahlungsvorrichtung 1 wurde in einen Raum mit einerTemperatur von 30 °C und einer relativen Feuchtigkeitvon 40 % oder weniger gegeben. In dem Raum wurde Gas von der Oberseite zugeführt und von der Unterseite gesammelt, so dass das Gas im Raum konstant ausgetauscht wurde.
- (1) The
outer shell 39 and theinner shell 38 thevacuum nozzle 3 were made of stainless steel, and theheat conducting part 35 made of copper. Theemission window 5 was made of titanium. The coolant was pure water. - (2) The electron
beam irradiation device 1 was placed in a room having a temperature of 30 ° C and a relative humidity of 40% or less. In the room, gas was supplied from the top and collected from the bottom so that the gas in the room was constantly changed.
Beispielexample
Im vorliegenden Beispiel wurde die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Nach
[Vergleichsbeispiel][Comparative Example]
Im vorliegenden Vergleichsbeispiel wurde die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung verwendet, als die Temperatur des Kühlmittels bei 30 °C lag, was unter der oben beschriebenen Untergrenzentemperatur liegt.In the present comparative example, the electron beam irradiation apparatus was used when the temperature of the coolant was at 30 ° C, which is lower than the lower limit temperature described above.
Nach 91 Stunden der kontinuierlichen Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl E durch die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung wurde ein Bild der Seitenfläche des Vorderendteils der Vakuumdüse
Ein Vergleich zwischen dem Beispiel (
Auf diese Weise wurde die Korrosion der Vakuumdüse
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird Korrosion verhindert, indem die Temperatur des Kühlmittels so eingestellt wird, dass sie höher als in herkömmlichen Fällen ist, da „das Zerfließen des Nitratsalzes
Die Art des Kühlmittels wird in Bezug auf die oben beschriebene Ausführungsform nicht im Detail beschrieben, ist jedoch nicht in besonderer Weise eingeschränkt. Das Kühlmittel ist beispielsweise Wasser, wie etwa reines Wasser, wässrige Ethylenglykollösung oder Schutzgas, wie Stickstoffgas. Wenn das Kühlmittel Gas, wie etwa Schutzgas, ist, entspricht ein Teil zwischen der Quelle und dem Ziel der Gasströmung (der Teil, in dem das Gas strömt) dem „Kühlmittelpfad, der in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ausgebildet ist“. Mit anderen Worten, das Konzept des „Kühlmittelpfads, der in der Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ausgebildet ist“ bezieht sich nicht unbedingt nur auf einen Pfad, der von einem Element umgeben ist, sondern umfasst auch einen beliebigen Kühlmittelpfad, der von gar keinem Element umgeben ist.The type of the refrigerant will not be described in detail with respect to the embodiment described above, but it is not particularly limited. The refrigerant is, for example, water such as pure water, ethylene glycol aqueous solution or protective gas such as nitrogen gas. When the refrigerant is gas such as inert gas, a part between the source and the target of the gas flow (the part where the gas flows) corresponds to the "coolant path formed in the electron beam irradiation device". In other words, the concept of the "coolant path formed in the electron beam irradiation device" does not necessarily refer only to a path surrounded by an element, but also includes any coolant path that is not surrounded by any element.
In der oben beschriebenen Ausführungsform und dem obigen Beispiel umfasst die Elektronenstrahl-Bestrahlungsvorrichtung
Dank der Konfiguration und unter Verwendung des Verfahrens gemäß der anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das zum Kühlmittelpfad
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