JP3109664B2 - 有害ガス浄化装置 - Google Patents

有害ガス浄化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば動力発生機
関、産業施設又は焼却炉等から排出される排気ガスを浄
化する、殊に電子ビームを用いて排気ガスを解離して排
気ガスに含まれる有害成分を無害成分に変換する有害ガ
ス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような有害ガス浄化装置及び方法と
しては、産業施設等で排出される排気ガスは多種にわた
り、これら排気ガス中に含まれる各種の有害成分を低減
するに際して、強力な運動エネルギー状態の電子ビーム
を発生し、この電子ビームを排気ガスに照射すること
で、この排気ガスに含まれる有害成分を無害成分に変換
するようにした。
【０００３】では、このような電子ビームを照射するこ
とで排気ガスに含まれる有害成分を処理する、従来の有
害ガス浄化方法としては、韓国特許公開第９６−２１１
１２号公報に開示された電子ビーム照射排気ガス処理方
法及び処理装置がある。
【０００４】このような有害ガス浄化装置及びその方法
としては、硫酸化物（ＳＯｘ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）
が主に含まれる排気ガスにアンモニアを添加した後、電
子ビームを照射して硫酸化物及び窒素酸化物をそれぞれ
硫酸アンモニウムと窒酸アンモニウムとに変化させるこ
とで、排気ガスから有害成分である硫酸化物や窒素酸化
物を除去するようにしている。
【０００５】また、米国特許第４，９１５，９１６号に
はアンモニアを使用しない電子ビームによる有害ガス浄
化装置及びその方法が開示されている。
【０００６】この有害ガス浄化方法及びその方法として
は、排気ガスの一部に電子ビームを照射することで排気
ガスに含まれた酸素と水とを解離し、発生基酸素［Ｏ］
又はＯＨ−ラジカルのような活性基を生成し、これをさ
らに残りの排気ガスと反応させてＮＯｘとＳＯｘを粉塵
又は霧等の形態に変換した後、集塵装置に捕集して除去
するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記韓
国特許公開第９６−２１１１２号公報の有害ガス浄化装
置及びその方法によれば、有害成分を除去するのにアン
モニアガスを使用するため、電子ビームが排気ガスに対
して一様に作用しないと反応が不完全となり、アンモニ
アを排出してしまい、却って有害となる、さらにアンモ
ニアガスと排気ガスとを混合する別途装置が必要となる
といった問題点があった。
【０００８】また、上記米国特許第４，９１５，９１６
号の有害ガス浄化装置及びその方法によれば、電子ビー
ム照射領域と反応領域とが分離して、有害物質の除去効
率が劣り、装置の規模が大きくなるといった問題点があ
った。
【０００９】このように上述した従来の電子ビームによ
る有害ガス浄化装置及びその方法によれば、電子ビーム
の照射領域が排気ガスの通路全体に及ばなく、電子ビー
ムの密度が低いために、処理速度及び処理効率が劣ると
いった問題点があった。
【００１０】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、アンモニ
アのような別途媒介物質を必要とせず、さらには装置が
小型でありながらも、電子ビーム照射領域及び排気ガス
の反応領域が同一で効率の高い有害ガス浄化装置及び有
害ガス浄化方法を提供することにある。
【００１１】本発明の他の目的とするところは、有害ガ
スの通路全体に高密度の電子ビームを照射し、処理効率
が高く、かつ処理速度の速い有害ガス浄化装置及び有害
ガス浄化方法を提供することにある。
【００１２】
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の有害ガス浄化装置は、排気ガスの通路中に基
体レーザーと電子ビームを照射して排気ガス中の有害物
質を低減させる有害ガス浄化装置において、外側には中
空形の板材からなる複数個の電子ビーム放出セルが積層
され、内側には円筒形の電子ビームポールが備えられ、
前記複数個の電子ビーム放出セルと前記電子ビームポー
ルとの間に排気ガスの通路が形成され、前記排気ガスの
通路には前記電子ビーム放出セルから前記電子ビームポ
ールに気体レーザーと電子ビームが照射される反応領域
が形成される反応ユニットと、前記電子ビームポールに
供給される高周波高圧が発生される高周波高圧発生ユニ
ットと、前記高周波高圧を前記電子ビームポールに供給
し、前記反応ユニットが固定支持されるエネルギー供給
ユニットと、が含まれ、前記各電子ビーム放出セルはそ
の外周部が円形を成し、内周部には三角形の電極の頂点
がそれぞれ前記電子ビーム放出セルの中心に向かう状態
で放射状に連続して複数個形成されると共に、前記各電
子ビーム放出セルのうち互いに上下に隣接した一対の電
子ビーム放出セルに対応する前記電極が円周方向に１０
°〜１５°互いにずれるように積層され、前記電子ビー
ムポールは円筒形の壁面に長手方向の反応ホールが前記
各電極に対向するように撚れて長手方向に螺旋状に形成
されていることを特徴とする。
【００１４】本発明の好適な実施形態では、前記エネル
ギー供給ユニットは、前記電子ビームポールと連結する
中央フレームと、この中央フレームを取り囲みながら、
前記電子ビーム放出セルと連結するケースと、前記中央
フレームとケースとの絶縁状態を保ちながら、中央フレ
ームとケースとを連結し、中央フレームに高周波電圧信
号を供給する結合部材とを有することを特徴とする。
【００１５】本発明のさらに好適な実施形態では、前記
ガス通路の反応領域に所定量の圧縮空気を供給する圧縮
空気供給ユニットを具備したことを特徴とする。
【００１６】本発明のさらに好適な実施形態では、前記
反応ユニットを固定支持し、前記高周波高圧発生ユニッ
トからの高周波高圧信号を反応ユニットに供給するエネ
ルギー供給ユニットを具備し、前記圧縮空気供給ユニッ
トからの圧縮空気は、このエネルギー供給ユニットを介
して反応ユニットに供給することを特徴とする。
【００１７】
【００１８】
【００１９】また、本発明の有害ガス浄化装置に使用さ
れる高周波高圧発生ユニットは、排気ガスに含まれる有
害成分を無害成分に変換する電子ビームを発生させるた
めの高周波高圧信号を発生する高周波高圧ユニットにあ
って、交流電圧供給用第１、第２及び第３の１次巻線
と、これら１次巻線にそれぞれ関わる第１、第２及び第
３の２次巻線とを備える昇圧器と、前記第１の１次巻線
の両端間には、直列接続されたキャパシタと抵抗器とを
有する第１の入力発振回路と、前記第２の１次巻線に接
続されたトリガダイオードを有する第２の入力発振回路
と、前記第３の１次巻線に接続され、入力発振信号を生
成する第３の入力発振回路と、前記第１の２次巻線に接
続され、高圧の直流出力信号を生成する第１の出力端
と、前記第２の２次巻線に接続され、ピーク間の幅が入
力発振信号より大きいパルス信号を生成する第２の出力
端とを備え、前記第１の出力端、第２の出力端及び第３
の２次巻線の出力が相互結合されて高周波高圧信号を生
成するようにした。
【００２０】
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を示す有害ガス浄化装置について説明する。
【００２２】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置は、
商用交流電圧を利用して低消費電力で気体レーザー及び
電子ビームの発生に要する連続性を備えた高周波高圧を
発生させる高周波高圧発生ユニット（図６参照）と、こ
れら気体レーザー及び電子ビームを発生して、これら気
体レーザー及び電子ビームを有害ガスに照射すること
で、この有害ガスに化学反応を発生させる反応ユニット
（図１乃至図５参照）と、前記高周波高圧発生ユニット
から反応ユニットに高周波高圧信号を供給し、反応ユニ
ットを構造的に支持するエネルギー供給ユニット（図１
３乃至図１５参照）との３種のユニットで構成する。
【００２３】尚、気体レーザーとは、高レベルの電子ビ
ームをガスに照射して刺激を与えることで発生するもの
であり、いわば、高レベルの電子ビーム発生に伴って付
帯的に発生するものである。
【００２４】先ず、図１乃至図５を参照して本実施の形
態に示す有害ガス浄化装置の反応ユニットについて説明
する。図１は本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の反
応器１０の斜視図である。
【００２５】図１に示す反応器１０は、エネルギー供給
ユニット２００の上段及び下段にそれぞれ三つの反応ユ
ニット１００が連結されていることを示している。尚、
このような反応器１０は、一つのエネルギー供給ユニッ
ト２００の上段又は下段にのみ一つ以上の反応ユニット
１００を連結することができるものである。
【００２６】図２は各反応ユニット１００の内部構成を
詳細に示す一部破断した状態を示す斜視図である。
【００２７】図２に示すように反応ユニット１００は、
複数個の電子ビーム放出セル１１０が積層された電子ビ
ーム放出セル組立体と、その内部空間に配置された電子
ビームポール１２０とで構成されている。
【００２８】図３は各電子ビーム放出セル１１０を示し
た斜視図である。この電子ビーム放出セル１１０は、円
形状の板材を穿孔することで、外周部１１３を円形と
し、内周部には複数個の三角形の電極１１１が円周方向
に連続して形成されている。
【００２９】また、この電子ビーム放出セル１１０に
は、外周部１１３から中心側に離隔された位置に、例え
ばボルトで締結することで、各電子ビーム放出セル１１
０を積層固定するための孔１１５が形成されている。図
４(ａ)は電子ビーム放出セル１１０の積層構造である電
子ビーム放出セル組立体１１０ａを示す平面図、図４
（ｂ）は電子ビーム放出セル組立体１１０ａを示す側面
図である。
【００３０】図４（ａ）に示す電子ビーム放出セル組立
体１１０ａは、一つの電極１１１に対して、下方の電子
ビーム放出セル１１０の隣接した電極１１１が円周方向
で若干離隔される状態に積層され、図４（ａ）に示すよ
うな平面図から見たとき、上下の電極１１１が互いに重
なり合わないようになっている。
【００３１】つまり、この電子ビーム放出セル組立体１
１０ａは、その上下に隣接した電極１１１が互いに重な
り合わないようにすることで、これら電極１１１同士で
螺旋状を構成するようにしている。
【００３２】また、各電子ビーム放出セル１１０は、上
下に隣接した電極１１１が触れ合わないようにスペーサ
板１５０によって互いに離隔され、電子ビーム放出セル
１１０の孔１１５とスペーサ板１５０の孔１５１と連通
するように組み立てられている。
【００３３】図５は反応ユニット１００を構成する電子
ビームポール１２０の斜視図である。
【００３４】この電子ビームポール１２０には、円筒形
状の壁面１２１の上下段にフランジ面１２３を設け、こ
のフランジ面１２３には複数個の電子ビームポール１２
０を互いに連結するための締結孔１２７が形成してあ
る。
【００３５】さらに、壁面１２１には、電子ビーム放出
セル１１０の各電極１１１に対向する位置に反応ホール
１２５が形成してある。この反応ホール１２５は、壁面
１２１の上下方向に長く形成されていて、電子ビーム放
出セル１１０の電極１１１が積層された状態で上下に隣
接した電極１１１同士が螺旋状をなすため、反応ホール
１２５も、これに対向して対応する螺旋状を成してい
る。
【００３６】尚、このような螺旋の角度は、後述するよ
うに、１０゜〜１５゜の範囲が高密度の気体レーザー及
び電子ビームを生成するのに有利であるので、積層され
る電子ビーム放出セル１１０の枚数と、各電子ビーム放
出セル１１０の電極１１１の数と円周方向に離隔された
角度を、これに合わせて設定することができる。
【００３７】図６は本実施の形態に示す有害ガス浄化装
置に適合した高周波高圧信号を生成するための高周波高
圧発生ユニット３００内部の概略構成を示す回路であ
る。図７（ａ）及び図７（ｂ）は高周波高圧発生ユニッ
ト３００の出力電圧（ＯＵＴ）を示す波形である。図８
乃至図１０は当該高周波高圧発生ユニット３００の第
１、第２及び第３出力電圧（ＯＵＴ１，ＯＵＴ２，ＯＵ
Ｔ３）を示す波形である。
【００３８】図６に示す高周波高圧発生ユニット３００
は、昇圧器（Ｔ）の１次側には三つの入力発振回路が接
続されている。
【００３９】第１の入力発振回路３１０には、第１の入
力電圧（ＶＩＮ１）が入力され、キャパシタＣ１、抵抗
器ＲＦ１及びコイルＬ１が設けられている。図６に示し
たキャパシタＣ１、抵抗器ＲＦ１、コイルＬ１は発振機
能を行うと同時に雑音を抑え、コイルＬ４から安定した
出力を得るために設けられている。
【００４０】第２の入力発振回路３２０は、コイルＬ
２、キャパシタＣ２及びトリガダイオードＴ１からなる
一種の発振回路で、第２の入力電圧（ＶＩＮ２）が入力
される。尚、トリガダイオードＴ１は、双方向性トリガ
ダイオードであって、一定値以上の入力電圧（ＶＩＮ
２）のみ通過させて発振時間を調節し、図９に示した周
期的なスパイク波形を第２の出力電圧（ＯＵＴ２）に持
たせることができる。
【００４１】第１及び第２の入力発振回路３１０、３２
０のキャパシタＣ１、Ｃ２としては、例えば入力電圧の
２．５〜３倍の内圧を有するマイラキャパシタ（Myler
Capacitor）を使用すれば、優れた内圧容量特性が得ら
れる。
【００４２】前記キャパシタＣ１及びＣ２は、１μＦ以
下の容量を維持しなければならず、外装は絶縁ケースで
構成し、かつエポキシで成形する。なお、抵抗器ＲＦ１
は、キャパシタＣ１の充放電時定数を構成し、全体高周
波高圧発生ユニットとの整合をとるために可変抵抗とす
る必要があり、抵抗値は１ＫΩ以下にし、温度変化の幅
が小さいセラミック抵抗器を使用する。
【００４３】第３の入力発振回路３３０には、第３の入
力電圧（ＶＩＮ３）が入力され、中性点Ｇ１を取るため
のキャパシタＣ４とＣ５が接続されている。コイルＬ３
には、スイッチングトランジスタＱ１のコレクタが接続
され、トランジスタＱ１のエミッタとアースとの間には
抵抗器Ｒｃが接続されている。トランジスタＱ１のベー
スにはキャパシタＣ３を介して抵抗器ＲＦ２及びＲＦ３
が接続されている。
【００４４】尚、抵抗器ＲＦ２は、キャパシタＣ３の充
放電時定数を構成し、システムとの整合を図るために可
変抵抗にする必要があり、抵抗値は１ＫΩ以下にし、温
度変化の幅の小さいセラミック抵抗器を使用する。ま
た、抵抗器ＲＦ３及びＲｃは、トランジスタＱ１の増幅
率と保護用抵抗であり、キャパシタＣ３は、結合容量キ
ャパシタである。
【００４５】また、第３の入力発振回路３３０のトラン
ジスタＱ１は、例えばＮＰＮバイポーラトランジスタで
あって、抵抗器ＲＦ３にバイアス電圧以上がかかる時に
のみ、ターンオンされて発振信号を作り出す。トランジ
スタＱ１は、−４０〜８０℃の温度特性を有するものが
良く、放熱設計をしなければならない。なお、トランジ
スタＱ１は図１の高周波高圧発生ユニット３００が使用
される環境に適合した規格の使用温度と保存温度特性と
を有するものを選択し、高速スイッチングと低損失のト
ランジスタが望ましい。
【００４６】中性点Ｇ１は、図１０に示した第３の出力
波形（ＯＵＴ３）の電位が０Ｖを中心にして振動するよ
うにするもので、中性点Ｇ１の両端に連結されているキ
ャパシタＣ４及びＣ５は、例えば、セラミック系列の素
子で内圧が３０００Ｖ以上、１０００〜２０００ｐＦ以
下の静電容量を有するものが良い。
【００４７】第１〜第３の入力発振回路３１０、３２
０、３３０の入力電圧（ＶＩＮ１〜ＶＩＮ３）は１００
〜２００Ｖの単相交流であり、スライダックスを使用し
て可変的に供給することもできる。入力電圧（ＶＩＮ１
〜ＶＩＮ３）の周波数は５０〜６０Ｈｚである。入力電
圧の電圧変動率と周波数偏差のために、特性の歪みが生
じることを防止するために、キャパシタＣ１、Ｃ２、Ｃ
３を可変キャパシタ（バリコン）にすることもできるの
で、所望の入力周波数に同調されるようにする。
【００４８】各入力発振回路３１０、３２０、３３０の
コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３は、昇圧器（Ｔ）の１次巻線を
構成し、コイルＬ４、Ｌ５、Ｌ6は昇圧器（Ｔ）の２次
巻線を構成し、各々の出力端と連結されている。ここで
注目すべき点は、２次巻線を構成するコイルＬ４〜Ｌ６
は一方が接地されているということである。これらコイ
ルＬ１〜Ｌ６の内電圧強度は、例えば３０００Ｖで１０
分間耐えなければならず、巻取時に絶縁被覆が損傷され
なければならない。
【００４９】１次巻線コイルＬ１、Ｌ２、Ｌ３としては
１種絶縁コイルを使用し、劣化及び老朽化を防ぐために
広幅に巻き取る。２次巻線コイルＬ４〜Ｌ６も１種絶縁
コイルを使用し、Ｌ６は電流生成よりはピーク値の高圧
生成を主な目的にするため、Ｌ４とＬ５よりも直径の小
さい絶縁コイルで構成し、その巻線の数を５倍以上にし
て製作することによって、高圧出力（ＯＵＴ１、ＯＵＴ
２）の高電圧が逆流しないようにする。なお、コイルを
巻くために、セクションボビンを使用すれば良いが、ボ
ビンにコイルを巻く時には信頼性を高めるために、１筒
当り３００回以下の巻線となるようにすることが重要で
ある。
【００５０】１筒当り３００回以上巻くと、巻線層間の
漏れ損失によって電位差があまりにも大きくなって劣化
により損傷され易い。また、システムに強いインパルス
が生じる場合は、このインパルスとリング波形の雑音等
によって昇圧器（Ｔ）が劣化・損傷されることがある。
また、この部分には熱硬化性エポキシ樹脂で絶縁充電す
る方が良いが、熱硬化性エポキシ樹脂の代わりに常温硬
化樹脂を使用する場合には、絶縁樹脂に含まれる硬化剤
添加物によって磁場が漏れることもある。
【００５１】このような磁場漏れが発生する場合には、
動作電圧には異常がないが、システム全体の運営におい
て一部ガスの低減効率が落ちる現象の主な原因となり得
るので、昇圧器は成形作業時にも全体絶縁充電部分の５
０％程度で１次に真空脱包後、完全熱硬化乾燥した後、
２次に５０％の絶縁成形を完成しなければならず、急激
な硬化作業は避ける。
【００５２】昇圧器（Ｔ）の鉄心としてはケイ素鋼板を
使用するのが良く、ニッケルクロム鋼板を使用すること
もできる。また、この鉄心には錆や水分浸透を防止する
ために絶縁ワニスを含浸させて外装する。鉄心は、厚さ
が０.８mmで、放熱効果が優れ、初期磁化性に優れた材
料を使用する。
【００５３】なお、昇圧器（Ｔ）は、その鉄心から熱が
発生して電流供給が不規則になるという問題がある。こ
のような問題を解消するために、鉄心外装に放熱器（図
示せず）を設け、その外部には適当な直径の配管を数回
巻いて管内に冷却水を流して鉄心を冷却させることによ
り、パルス電流を安定させる。
【００５４】この配管は、銅配管を使用するのがパルス
電流の安定化において有利で、非磁化または絶縁性配管
は、熱伝導性やパルス電流の安定化に不利であることが
わかる。
【００５５】２次巻線コイルＬ４には、例えば、３段の
平滑回路ＨＤ１・ＨＣ１、ＨＤ２・ＨＣ２、ＨＤ３・Ｈ
Ｃ３を有する第１の出力端３４０が接続されている。
【００５６】各平滑回路は、例えば、高圧整流ダイオー
ドＨＤ１、ＨＤ２、ＨＤ３と、キャパシタＨＣ１、ＨＣ
２、ＨＣ３で構成されている。コイルＬ４にかかった交
流は平滑回路を経ながら整流・平滑され、図８に示した
直流波形を第１の出力電圧（ＯＵＴ１）として出力す
る。
【００５７】前記高圧整流ダイオードＨＤ１〜ＨＤ３
は、出力対比１２０％の内圧特性を有する高圧整流ダイ
オードである。キャパシタＨＣ１〜ＨＣ３は、その内圧
が例えば１０ｋＶ以上で、キャパシタの容量値はＨＣ１
＜ＨＣ２＜ＨＣ３にする。特に、キャパシタＨＣ３は、
安全を考慮して１０〜１５ｋＶの範囲で使用することが
望ましい。
【００５８】第１の出力端３４０による出力電圧（ＯＵ
Ｔ１）は、図８に示した波形を有する整流された直流高
圧波形であってＶＰＤが１０〜１２ｋＶで、キャパシタ
ＨＣ３の内圧を高める場合には、より安定した直流高圧
が得られる。
【００５９】２次巻線コイルＬ５には二つの平滑回路、
即ちＨＤ４、ＨＤ５、ＨＣ４及びＨＤ６、ＨＣ５とイン
ピーダンス整合のための整合コイルＬｍを有する第２の
出力端３５０が接続されている。
【００６０】ダイオードＨＤ４〜ＨＤ６は高圧整流ダイ
オードで、出力対比１２０％の内圧特性を有する。ダイ
オードＨＤ４、ＨＤ５は高圧ダイオードの電流を高めて
逆方向に電流が流れることを防ぐ。キャパシタＨＣ４、
ＨＣ５は同一な内圧特性と同一な静電容量値を有するこ
とが良く、容量値が互いに異なる場合には、キャパシタ
により漏れ電流が増加する。
【００６１】第２の出力端３５０からの出力電圧（ＯＵ
Ｔ２）の波形は図９に示したように、一定の電圧だけオ
フセットされた周期的なスパイク波形となる。この２次
電流はダイオードＨＤ４、ＨＤ５によって決まる。
【００６２】第３の出力電圧（ＯＵＴ３）の波形は、２
次巻線コイルＬ６から直に出力されるが、例えば、図１
０に示したようなリング波形で出力される。リング波形
は最大ピーク値Ｖｐの後にスパイク波形が後続するが、
この波形においてスパイク波形は無視でき、重要な点は
ピーク値Ｖｐである。このピーク値Ｖｐは１０〜２０ｋ
Ｖに設定され、電極で電子ビームを発生させて加速さ
せ、これによって気体レーザーが発生される反応ユニッ
ト１００の重要な特性値の変数であり、この値は反応ユ
ニット１００内の電気的絶縁定数とも一致させなければ
ならない。
【００６３】上記３つの出力電圧（ＯＵＴ１〜ＯＵＴ
３）は、抵抗器Ｒｘ及びキャパシタＣｘとマッチングさ
れ、最終出力電圧（ＯＵＴ）として出力されてシステム
にエネルギーを供給する。
【００６４】抵抗器Ｒｘは、反応ユニット１００と高周
波高圧発生ユニット３００との間の過度充電を防止する
ためのもので、抵抗値は５００〜7００ＭΩとすれば良
い。尚、抵抗値が7００ＭΩを超える場合には、測定装
備が静電気現象によって損傷する虞があるので、その抵
抗値５００〜7００ＭΩとするのが望ましい。
【００６５】図６に示した高周波高圧発生ユニット３０
０の出力電圧（ＯＵＴ）は、図７（ａ）及び図７（ｂ）
に示すような出力波形を有し、出力電圧（ＯＵＴ）をμ
秒（１０−６秒）単位の時間軸で表現したものを図７
（ａ）に示し、出力電圧（ＯＵＴ）をｍ秒（１０−３
秒）単位の時間軸で表現したものを図７（ｂ）に示す。
【００６６】かかる出力電圧（ＯＵＴ）を従来の技術に
よる電子ビームエネルギー供給ユニットの出力波形と比
較するために、従来の出力波形を図１２（a）（μ秒単
位の時間軸使用）と図１２（b）（ｍ秒単位の時間軸使
用）に示した。
【００６７】二つの出力波形を比較してみれば、従来の
出力波形は０Ｖを基準にしてＶｐだけ振動する波形であ
るが、本発明による出力波形（ＯＵＴ）は、図７（ａ）
に示したように、第１の出力電圧（ＯＵＴ１）の直流電
圧（ＶＰＤ）だけ上昇（＝ＤＣオフセット）された状態
でスパイクが周期的に現れる波形であることがわかる。
【００６８】一方、図１１に示したように、第１の出力
電圧（ＯＵＴ１）及び第３の出力電圧（ＯＵＴ３）を合
わせた場合も、第１の出力電圧（ＯＵＴ１）の電圧値
（ＶＰＤ）だけ上昇された波形を得ることができるが、
これは本発明が目的とする連続性電子ビームを得るには
電圧が不安定でかつ弱いため、第２の出力電圧（ＯＵＴ
２）の波形がさらに合わせられて生成される最終出力電
圧（ＯＵＴ）を使用して光パルスを作る。
【００６９】上記のような構成の高周波高圧発生ユニッ
ト３００で発生した波形の最終出力電圧（ＯＵＴ）は本
発明によるエネルギー供給ユニット２００を通じて反応
ユニット１００に供給される。エネルギー供給ユニット
２００は、反応ユニット１００に高周波高圧を供給する
だけでなく、反応ユニット１００の電子ビーム放出セル
組立体１１０ａと電子ビームポール１２０とを互いに結
合させる役割も果す。
【００７０】では、次に、このようなエネルギー供給ユ
ニット２００を図１３乃至図１５に基づいて説明する。
図１３はエネルギー供給ユニット２００を示す斜視図で
ある。
【００７１】このエネルギー供給ユニット２００は、反
応ユニット１００の電子ビームポール１２０と連結する
中央フレーム２１０と、この中央フレーム２１０を取り
囲みながら電子ビーム放出セル組立体１１０ａと結合す
るケース２２０と、前記中央フレーム２１０とケース２
２０とを絶縁状態で結合し、中央フレーム２１０に高周
波高圧発生ユニット３００からの高周波高圧信号が供給
されるように電気的に導通する結合部材２３０とで構成
する。
【００７２】このようなエネルギー供給ユニット２００
の構成が容易に示されるように、図１４には、このエネ
ルギー供給ユニットのケース２２０が一部破断した状態
で示されている。
【００７３】図１４において中央フレーム２１０は、反
応ユニット１００の電子ビームポール１２０と同一直径
の円筒形状壁面２１１と、フランジ面２１３とを有し、
このフランジ面２１３には電子ビームポール１２０のフ
ランジ面１２７と連結するための締結孔２１５が形成し
てある。
【００７４】また、ケース２２０は上段面と下段面とが
開放されたボックス形状であり、上段面と下段面との周
りにフランジ面２２３が形成され、このフランジ面２２
３にそれぞれ蓋部（図示せず）が締結孔２２５で締結さ
れる。
【００７５】この蓋部は、外側に電子ビーム放出セル１
１０が結合され、内側には中央フレーム２１０と電子ビ
ームポール１２０が貫通され、有害ガスが流通できるよ
うに切開された板材で構成する。
【００７６】また、ケース２２０には両側面から外側に
円筒状に延びた丸い円筒部２２７が形成されており、こ
の円筒部２２７の両側面には、さらに円筒状に延びた絶
縁端子取付部２２９が形成されている。
【００７７】さらに、前記結合部材２３０には、中央で
中央フレーム２１０に導電状態で結合された中心軸２３
１と、この中心軸２３１の両端に直交状態で結合された
補強軸２３２と、中心部が両補強軸２３２の両端に取付
けられ、周りがケース２２０の円筒部２２７側面に結合
された絶縁性材質の複数個の絶縁端子２３３と、ケース
２２０の円筒部２２７の端部に絶縁状態で取付けられ、
中心軸２３１に導電状態で連結されて高周波高圧発生ユ
ニット３００から供給された高周波電圧信号が電子ビー
ムポール１２０に供給されるようにするエネルギー入力
端子２４０が具備されている。
【００７８】図１５はエネルギー入力端子２４０を示す
斜視図である。
【００７９】このエネルギー入力端子２４０には、図１
５に示すように、ケース２２０の円筒部２２７の端部に
取付けられる絶縁性材質で、円板形状のベース板２４１
と、このベース板２４１と高周波高圧発生ユニット３０
０から引出される導線（図示せず）の絶縁状態を良好に
する絶縁パイプ２４５が具備されている。
【００８０】また、このエネルギー入力端子２４０には
反応ユニット１００に圧縮空気を供給するポート２４３
が設けられており、このポート２４３を介して供給され
た空気はベース板２４１と絶縁パイプ２４５との間に設
けられた空隙を通じて供給される。
【００８１】では、本実施の形態に示す有害ガス浄化装
置の有害ガスを浄化する過程について説明する。
【００８２】先ず、高周波高圧発生ユニット３００にお
いて、本発明の有害ガス浄化装置に要する気体レーザー
と電子ビームを発生するための高圧の高周波高圧信号を
発生させる過程と、ここで発生された高周波高圧信号を
反応ユニット１００に供給し、気体レーザー及び電子ビ
ームを発生する過程を説明し、最後に、このように発生
された気体レーザー及び電子ビームによって排気ガス中
の有害成分が低減される過程を説明する。
【００８３】図６に示す高周波高圧発生ユニット３００
は、第１〜第３の入力発振回路３１０、３２０、３３０
に入力信号（ＶＩＮ１〜ＶＩＮ３）として周波数５０〜
６０Ｈｚ、１００〜２００Ｖの単相交流が入力され、第
１の入力発振回路３１０、第２の入力発振回路３２０、
第３の入力発振回路３３０でそれぞれ発振が行われる。
【００８４】第１〜第３の入力発振回路３１０、３２
０、３３０で夫々発振されたパルスは昇圧器（Ｔ）でそ
れぞれ昇圧される。
【００８５】この昇圧器（Ｔ）の２次巻線コイルＬ４に
かかった高圧は、第１の出力端３４０の平滑回路を経な
がら整流・平滑され、図８に示した直流高圧波形が第１
の出力電圧（ＯＵＴ１）として出力される。
【００８６】２次巻線コイルＬ５にかかった高圧は、二
つの平滑回路、即ちＨＤ４、ＨＤ５、ＨＣ４及びＨＤ
６、ＨＣ５とインピーダンス整合のための整合コイルＬ
ｍを有する第２の出力端３５０を経て、図９に示した周
期的なスパイク波形が第２の出力電圧（ＯＵＴ２）とし
て出力される。
【００８７】第３の出力電圧（ＯＵＴ３）は、図１０に
示したリング波形で２次巻線コイルＬ６から直に出力さ
れる。このような三つの出力電圧（ＯＵＴ１〜ＯＵＴ
３）は、抵抗器Ｒｘ及びキャパシタＣｘとマッチングさ
れ、最終的な波形の出力電圧（ＯＵＴ）として出力され
る。
【００８８】図６に示した高周波高圧発生ユニット３０
０の出力電圧（ＯＵＴ）は、図７（ａ）と図７（ｂ）に
示したように、周期が１０ｎｓ程度で非常に短く、電圧
が１０ｋＶ以上の高周波高圧である。
【００８９】このような高圧の高周波エネルギーは、絶
縁高圧ケーブルによってエネルギー供給ユニット２００
を経て反応ユニット１００の電子ビームポール１２０に
印加される。
【００９０】前述のような過程により電子ビームポール
１２０と電子ビーム放出セル１１０の電極１１１との間
に電磁場が形成され、電子ビーム放出セル１１１の電極
１１１から電子ビームポール１２０の反応ホール１２５
に電子ビームが照射される。
【００９１】このような電子ビームは、図７（ａ）に示
したように、常時１０ｋＶ以上の直流静電気力現象の維
持された状態でパルスが印加されるため、コヒーレンス
のレーザービームが同時に発生するようになる。
【００９２】さらに、図９に示したように、電子ビーム
放出セル１１０の電極１１１の積層状態に応じて、反応
ホール１２５の捻れによって前述のビームの幅が拡張さ
れ、入射波から新たなコヒーレンスのレーザービームが
拡張され照射される。
【００９３】一方、前述したような構成の反応ユニット
１００を電気的機能に沿って概略的に示すと、図１８の
ように置換えられる。図１８のような反応ユニット１０
０内で、一つの電極１１１と電子ビームポール１２０は
一つのキャパシタと見ることができるので、図１８の右
側の回路図の如く表現できる。
【００９４】このように反応ユニット１００は、複数個
のキャパシタＣ１乃至Ｃｎが並列で接続されているの
で、その作動時に酷い騒音が発生する。このような騒音
は、排気ガスの流れに応じて外部に放出される。
【００９５】しかし、図１に示したように反応ユニット
１００は、連結器１４０と排気ガスの流出入口１３０と
が連結されることにより、流入された排気ガスが反応ユ
ニット１００、連結器１４０及び流出入口１３０を経な
がら膨張と収縮とを繰り返す過程で、装置全体が吸音材
の役割を果して、騒音を小さく抑えることができる。
【００９６】図４（ａ）に示したように、このような気
体レーザー及び電子ビームの照射状態を反応ユニット１
００の上段面から見ると、各電極１１１から反応ホール
１２５に数本の電子ビームが放出されるように見られ、
これは電極１１１と電子ビームポール１２０との間の領
域（以下、「反応領域」という）に数千メッシュ（ｍｅ
ｓｈ）に相当する網の形態で気体レーザー及び電子ビー
ムが照射されることになる。また、この反応領域の中心
部分には白色波現象が見られ、強いイオン風が発生し、
電流流れの逆方向から左側に、即ち図４（ａ）の反時計
回り方向に強い回折風が発生するようになる。
【００９７】このように形成された反応領域に窒素酸化
物（ＮＯｘ）、硫酸化物（ＳＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）
のような有害成分を含有する排気ガスが流入されると、
高密度の電子ビームによって排気ガス成分が解離される
ことにより酸化／還元反応を通じて有害物質が除去され
ることがわかった。
【００９８】例えば反応領域にＮＯｘが流入された場合
は、電子ビームによって結果的にＮ2とＯ2が排出される
ことを実験で確認した。なお、ディーゼル機関のような
排気ガス中にＮＯｘとＨＣが多量に含まれている場合
は、これらの混合ガスを浄化可能な性能を持たなければ
ならないので、これに対して低減試験を施してみた。
【００９９】すると、ＮＯｘの除去に関連する酸化性ラ
ジカルは、主にＯ、ＨＯ2、ＯＨであり、その他にオゾ
ン（Ｏ3）がＮＯｘの酸化に寄与することもわかった。
【０１００】オゾンは電子ビーム現象の反応ユニット１
００内で酸素（Ｏ2）の解離によって発生基酸素（Ｏ）
と共に発生する有害成分であってＮＯｘの除去に寄与
し、大部分が大気に放出されずに、電子ビーム放出セル
１１１と電子ビームポール１２０とに少量吸着されてい
る炭素成分に吸着された。
【０１０１】なお、硫酸化物（ＳＯｘ）の場合にも、Ｓ
Ｏｘ→Ｓ＋［Ｏ］ｘの解離反応によって解離され除去さ
れる。
【０１０２】また、窒素の解離によって発生した単原子
窒素（Ｎ）もＮＯｘの除去に影響を及ぼす。即ち、Ｎ＋
ＮＯｘ→Ｎ2＋Ｏｘの反応が起こる。
【０１０３】しかし、窒素（Ｎ）の場合は、ＮはＯＨ、
ＨＯ2、Ｏ2と反応してＮＯを生成するので、ＮＯｘの効
果的な除去のためには反応領域に圧縮空気を流入するこ
とが有利であるという事実がわかった。
【０１０４】即ち、排気ガスの外に、別途の圧縮空気を
流入することによって圧縮空気中の水分が解離（Ｈ2Ｏ
→Ｈ2＋ ＋２［Ｏ］）されて反応が促進された。圧縮
空気は、図１５に示したエネルギー供給端子２４０の圧
縮空気入力ポート２４３を介して反応ユニット１００に
流入される。
【０１０５】また、上記のような有害ガス浄化装置は、
図１７に示すように、一つの高周波高圧発生ユニット３
００と一つのエネルギー供給ユニット２００に複数個の
反応ユニット１００をエネルギー供給ユニット２００の
上段と下段に取付けて使用するようにしても良い。
【０１０６】図１７に示す有害ガス浄化装置において
は、中央にエネルギー供給ユニット２００を配置し、そ
の上段と下段とにそれぞれ三つの反応ユニット１００を
結合させている。
【０１０７】この有害ガス浄化装置においては、有害ガ
スがＡ位置から流入されて、浄化されたガスがＢ位置か
ら排出される。Ａ位置とＢ位置との間で有害ガスは電子
ビーム放出セル１１０と電子ビームポール１２０との間
の電子ビームが照射される反応領域を通過しながら有害
成分が除去される。
【０１０８】ところで、このような流れは非常に高速で
あるが、前述したように、反応ユニット１００内の気体
レーザー及び電子ビームは、その密度が非常に高く、反
応ユニット１００が円形なので、排気ガスの通路中、気
体レーザーと電子ビームが照射されない領域がないた
め、有害ガスが未反応状態で、この装置を通過すること
はない。
【０１０９】また、排気ガスが高速で反応領域を通過す
るにしても、本発明による気体レーザー及び電子ビーム
は、非常に短い波長で照射されるので、Ａ位置からＢ位
置へ移動する間に、排気ガス中の有害成分を必ず気体レ
ーザー及び電子ビームに露出されて反応が起こるように
なる。
【０１１０】このような構成の有害ガス浄化装置は、車
両のように少量の排気システムに一つのみを装着するこ
ともでき、図１９に示したように、焼却炉に複数個のユ
ニットが直列で連結された反応器１０を複数個並列で連
結して使用することによって処理効率と処理容量を容易
に増大させることができる。
【０１１１】一方、本発明の有害ガス浄化装置及び方法
によれば、気体レーザー及び電子ビームを有害ガスに照
射することで、その成分が解離されて種々の反応が起こ
りかつ促進されるので、このような装置と方法は多様な
分野に利用することができる。
【０１１２】例えば、焼却炉、産業施設、各種動力発生
機関等から発生する排気ガスの処理に使用できることは
勿論、空気浄化、脱臭等の機能をするので、生活空間、
産業施設、トンネルのような地下空間で空気清浄器とし
ても利用できる。
【０１１３】また、オゾンの発生機能を有するので、殺
菌及び滅菌装置としても利用でき、医療機器及び酸素発
生装置または食品衛生処理装置としても利用できる。そ
の他にも集中冷暖房施設用浄化装置と廃水処理装置また
は地下埋立用の廃棄物処理装置、ＶＯＣ処理装置、人工
降雨装置または各種台所用装置等の各種分野に応用でき
るということは、本発明の技術分野の当業者にとっては
自明である。
【０１１４】前述したように構成された本発明の有害ガ
ス浄化装置及び方法を利用して排気ガスを処理し、その
低減効率の性能を評価する実験を行った結果、下記の
（表１）のような結果を得た。この時、有害ガス浄化装
置１０の高周波高圧発生ユニット３００に供給された電
流は、ＡＣ１００Ｖ、４００ｍＡであった。
【０１１５】
【表１】 なお、排気ガスに含まれ、生体物に大変有害なダイオキ
シンのように、その組成や化学的な構造が正確に知られ
ていない未確認物質が本発明による有害ガス浄化装置に
より分解できるかをも動物実験で間接的に確認してみ
た。
【０１１６】先ず、ゴミや廃タイヤの燃焼により発生し
たガスを集め蒸溜水に溶解させて、この濃縮液１００ｃ
ｃを魚の入っている１０リットル容積の金魚鉢に入れて
みた。その結果、すべての魚が数分後に死んでしまっ
た。しかし、前述した燃焼ガスを本発明の装置を通過さ
せて処理し、その濃縮液を同様に、金魚鉢に入れた結
果、魚が何等の異常なく、繁殖していくことが確認され
た。
【０１１７】上記のように、直接的な低減率の測定及び
生物体を用いた間接実験の結果からみて、本発明の有害
ガス浄化装置によって排気ガス中の有害物質が相当量除
去されるのに優れた効果があることがわかった。
【０１１８】また、本発明によれば、小型装置でありな
がらも高密度の気体レーザーと電子ビームを発生させる
ことにより、運搬と設置が容易で、小型自動車等にも安
い費用で取付けることができる有害ガス浄化装置を提供
することができる。
【０１１９】さらに、本発明の有害ガス浄化装置は、複
数個の反応ユニット１００を直列で連結してその処理効
率を簡単に高めることができ、並列で連結して大容量の
排気ガス排出機関または大型の焼却炉にも簡単に適用す
ることができる。
【０１２０】
【発明の効果】上記のように構成された本発明によれ
ば、電子ビーム照射領域および排気ガス反応領域を同一
として、ガス通路全体に高密度の電子ビームを照射する
ことができるようにしたので、アンモニアのような別途
媒介物質を使用することなく、さらには装置の小型化を
図ることができると共に、有害成分除去に関わる処理効
率及び処理速度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す有害ガス浄化装置で
ある反応器の外観を示す斜視図である。
【図２】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の反応ユ
ニットの一部を破断した斜視図である。
【図３】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の電子ビ
ーム放出セルを示す斜視図である。
【図４】（ａ）本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の
電子ビーム放出セル組立体を示す平面図である。 （ｂ）同側面図。
【図５】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の電子ビ
ームポールを示す斜視図である。
【図６】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の高周波
高圧発生ユニットの概略構成を示す回路図である。
【図７】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の高周波
高圧発生ユニットの出力電圧を示す説明図である。 （ａ）μｓｅｃ単位 （ｂ）ｍｓｅｃ単位
【図８】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の高周波
高圧発生ユニットにおける第１出力直流高圧の波形図で
ある。
【図９】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の高周波
高圧発生ユニットにおける第２出力直流電圧の波形図で
ある。
【図１０】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の高周
波高圧発生ユニットにおける第３出力直流電圧の波形図
である。
【図１１】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の高周
波高圧発生ユニットにおける高周波高圧出力の波形図で
ある。
【図１２】従来の技術による高周波高圧発生ユニットか
ら出力される高周波高圧の説明図である。 （ａ）μｓｅｃ単位 （ｂ）ｍｓｅｃ単位
【図１３】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置のエネ
ルギー供給ユニットを示す斜視図である。
【図１４】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置のエネ
ルギー供給ユニットの一部を破断した状態を示す斜視図
である。
【図１５】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置のエネ
ルギー供給端子を示す斜視図である。
【図１６】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置におけ
る電子ビーム放出セルの電極及び電子ビームポールの反
応ホール間の作用を説明するための斜視図である。
【図１７】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の一部
を断面した断面図である。
【図１８】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置の電子
ビーム放出セルを電気回路に置換した説明図である。
【図１９】本実施の形態に示す有害ガス浄化装置を適用
した焼却炉を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０ 反応器 １００ 反応ユニット １１０ 電子ビーム放出セル １２０ 電子ビームポール １３０ 流出入口 １４０ 連結器 ２００ エネルギー供給ユニット ２１０ 中央フレーム ２２０ ケース ２３０ 結合部材 ２４０ エネルギー入力端子 ３００ 高周波高圧発生ユニット ３１０ 第１の入力発振回路 ３２０ 第２の入力発振回路 ３３０ 第３の入力発振回路 ３４０ 第１の出力端 ３５０ 第２の出力端
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−251026（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−119374（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−7231（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−14921（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/32 A62D 3/00 B01J 19/00 - 19/32 H02M 5/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 排気ガスの通路中に気体レーザーと電子
    ビームを照射して排気ガス中の有害物質を低減させる有
    害ガス浄化装置において、 外側には中空形の板材からなる複数個の電子ビーム放出
    セルが積層され、内側には円筒形の電子ビームポールが
    備えられ、前記複数個の電子ビーム放出セルと前記電子
    ビームポールとの間に排気ガスの通路が形成され、前記
    排気ガスの通路には前記電子ビーム放出セルから前記電
    子ビームポールに気体レーザーと電子ビームが照射され
    る反応領域が形成される反応ユニットと、 前記電子ビームポールに供給される高周波高圧が発生さ
    れる高周波高圧発生ユニットと、 前記高周波高圧を前記電子ビームポールに供給し、前記
    反応ユニットが固定支持されるエネルギー供給ユニット
    と、 が含まれ、 前記各電子ビーム放出セルはその外周部が円形をなし、
    内周部には三角形の電極の頂点がそれぞれ前記電子ビー
    ム放出セルの中心に向かう状態で放射状に連続して複数
    個形成されると共に、前記各電子ビーム放出セルのうち
    互いに上下に隣接した一対の電子ビーム放出セルに対応
    する前記電極が円周方向に１０°〜１５°互いにずれる
    ように積層され、 前記電子ビームポールは円筒形の壁面に長手方向の反応
    ホールが前記各電極に対向するように撚れて長手方向に
    螺旋状に形成されていることを特徴とする有害ガス浄化
    装置。
  2. 【請求項２】 前記エネルギー供給ユニットは、 前記電子ビームポールと連結する中央フレームと、 この中央フレームを取り囲みながら、前記電子ビーム放
    出セルと連結するケースと、 前記中央フレームとケースとの絶縁状態を保ちながら、
    中央フレームとケースとを連結し、中央フレームに高周
    波電圧信号を供給する結合部材とを有することを特徴と
    する請求項１記載の有害ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 前記ガス通路の反応領域に所定量の圧縮
    空気を供給する圧縮空気供給ユニットを具備したことを
    特徴とする請求項１記載の有害ガス浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記反応ユニットを固定支持し、前記高
    周波高圧発生ユニットからの高周波高圧信号を反応ユニ
    ットに供給するエネルギー供給ユニットを具備し、 前記圧縮空気供給ユニットからの圧縮空気は、このエネ
    ルギー供給ユニットを介して反応ユニットに供給するこ
    とを特徴とする請求項３記載の有害ガス浄化装置。
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