【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、イオン状物質、例えば有害物質を放電などのエネルギーの付与により分解した際に生じる有害物質のイオン状分解生成物を他の気体分子から分離するための分離方法並びに分離装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近時、産業の発展や生活レベルの向上によりＮＯX 、ＳＯX 、フロン、ダイオキシンなどの有害物質の発生量は増大の一途を辿っており、その一方で生活環境の保護の機運も益々高まりつつある。かかる実情から、発生した有害物質の効果的且つ実用的な処理技術の開発が焦眉の問題となっている。
【０００３】
有害物質の処理技術に関しては、従来から種々の提案がなされている。その処理の一般的な方法では、有害物質にエネルギーを付与してそれを分解し、分解生成物を化学的に無害化処理している。例えば特開平１０−２８８３６号公報に開示された処理方法はその一例であって、そこでは有害物質の一種であるフロンを放電プラズマにより分解した後、塩化水素、フッ化水素、二酸化炭素などの分解生成物を水酸化カルシュウム水溶液中に強制的に注入して中和処理する。しかしこの処理方法は、分解生成物の中和処理のために大きな中和槽が必要であるために処理装置が必然的に大型化して処理装置が高価となり、しかもそれの設置に広い場所が必要となるなどの問題がある。
【０００４】
一般的に有害物質を放電、紫外線照射、加熱などのエネルギーの付与により分解した場合、分解生成物は程度の差はあるものの概してプラズマ状となる。本発明者の研究によれば、プラズマ中では有害物質からの分解生成物は陽イオンや陰イオンなどのイオン状物質の形態で存在し、このために比較的短時間の内に他の陰イオンや陽イオンと再結合して元の、あるいは他の有害物質に変化して処理効率が低下することが明らかとなった。さらに続く研究から、処理効率を高めるには上記のイオン状分解生成物を他の気体から素早く分離し回収することが肝要であって、かかる素早い分離には分離用ノズルの採用が頗る有用なることが判明した。
【０００５】
なお上記の分離用ノズルは、ウラン濃縮のためのノズル法において採用されているそれと基本的に同じ構造および機能を有するものであり、それまたはそれの改良形による物質の分離方法は、特開昭５６−１２１６１６号公報、特開昭５６−１４１８２１号公報、特開昭６３−２９７２０２号公報などに開示されてもいる。しかしそれら先行技術は、いずれも専ら非イオン状物質の分離に関するものであってイオン状物質の分離に付いての技術ではなく、況んやイオン状物質をそれが有害物質に変化する前に分離し回収し得ることに付いて何ら教えるところがない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかして本発明が解決しようとする課題は、前記した近時における要求、即ち発生した有害物質の効果的且つ実用的な処理技術の開発、並びに従来技術の問題に鑑みて、大きな中和槽などが不要な、小型にしてしかも高効率でイオン状物質を分離回収し得る新規なイオン状物質の分離方法並びに分離装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるイオン状物質の分離方法は、(1) 気体中に含まれるイオン状物質を、イオン状物質が非イオン状物質に変化する前に、物質間の質量差を利用して質量の異なる物質を分離する分離用ノズルにより他の気体分子から分離し回収するものである。
【０００８】
(2) 上記(1) において、イオン状物質を、少なくとも一対の電極を互いに平行に且つ当該イオン状物質の進行方向に対して垂直に配置した電極室内に導入し、一対の電極に電圧を印加してイオン状物質の当該進行方向の運動エネルギーを低減し、電極室から電極に平行な方向に差動排気して分離用ノズルに供給するものである。
【０００９】
(3) 上記(2) において、一対の電極に絶対値が等しく符号が異なる電圧を印加するものである。
【００１０】
(4) 上記(1) および(2) において、イオン状物質は、有害物質にエネルギーを付与して得た有害物質のイオン状分解生成物である。
【００１１】
(5) 上記(1) および(2) において、イオン状物質は、固体物質をアブレーションして得たプラズマである。
【００１２】
さらに本発明によるイオン状物質の分離装置は、 (6)イオン状物質を含む気体を得るための反応室、この反応室に隣接し、また少なくとも一対の電極を互いに平行に且つイオン状物質の進行方向に対して垂直に配置した電極室、一対の電極に電圧を印加する電源、物質間の質量差を利用して質量の異なる物質を分離する分離用ノズル、イオン状物質を電極室から差動排気して分離用ノズルに供給するポンプ、および分離したイオン状物質を回収する回収装置とを備えたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明のイオン状物質の分離装置についての実施の形態の一部断面を示す概略的な正面図であり、図２は図１における電極室２を中心とした部分の拡大正面断面図であり、図３は図１における分離用ノズル３０１の拡大正面断面図である。なお図１に示す分離装置は、イオン状物質の分離のみならず、有害物質の処理装置として特に有用である。
【００１４】
図１〜図３において、１は有害物質の分解室、２は分解室１に隣接する電極室、３は分離用ノズル、４は分離用ノズル３の一方の排出路３６の出口に設置されたイオン状物質の回収手段、５は分離用ノズル３の他方の排出路３７の出口に設置されたイオン状物質の回収手段、６は真空ポンプ、７は有害物質を含むガスを充填したボンベ、８は連結管部分８１〜８３からなる連結管である。図１において、電極室２のみ断面図で示す。
【００１５】
電極室２は、分解室１に開口する窓２１１を有する負極２１と負極２１に対して平行に設置された正極２２とを有し、且つ両極はＸ軸方向（分解室１から移行して来るイオン状物質の進行方向、図２参照）に対して垂直に電極室２の側壁面上にそれぞれ設置されている。負極２１と正極２２とは電源２４の負極端子と正極端子にそれぞれ接続されており、電極室２の外壁２５は電源２４の中性点に接続され且つアースされている。
【００１６】
分離用ノズル３は、分離用ノズル３０１、分離用ノズル３０２、および分離用ノズル３０３の３基からなり、３基とも同じ構造であって同じガス分離機能を有し、当該３基は図１に示す通りに連結管８を介してカスケード状に接続配置されている。
分離用ノズル３の構造を、分離用ノズル３０１を代表にとり図３により詳細に説明すると、分離用ノズル３０１は、被分離ガスのガス受入れ口３１、凹面部３２、ノズル縁３３、凹面部３２の一部の表面とノズル縁３３の外壁面との間に形成されたノズル部３４、ガス分離隔壁３５、ノズル縁３３とガス分離隔壁３５との間に形成された軽質量ガスの排出路３６、およびガス分離隔壁３５と凹面部３２の一部の表面との間に形成された重質量ガスの排出路３７とからなる。
【００１７】
分離用ノズル３０１のガス受入れ口３１は、電極室２の天井に設けられた排出口２３と連結管部分８１にて接続されており、排出路３６は回収手段４を介して分離用ノズル３０３に、また排出路３７は回収手段５を介して分離用ノズル３０２にそれぞれ接続されている。分離用ノズル３０２、３０３の各排出路３６はイオン状物質の回収手段４を介して、また分離用ノズル３０２、３０３の各排出路３７はイオン状物質の回収手段５を介して、いずれも連結管部分８２にて真空ポンプ６の吸気口６１に接続されており、真空ポンプ６の排気口６２は連結管部分８３にて分解室１に接続されている。
【００１８】
なお本発明で使用する分離用ノズル３として、前記した特開昭５６−１２１６１６号公報、特開昭５６−１４１８２１号公報、特開昭６３−２９７２０２号公報に開示されているそれらを採用することができる。
【００１９】
つぎに図１〜図３に示す分離装置によるイオン状物質の分離機構を説明する。ボンベ７からＮＯX 、ＳＯX 、フロン、ダイオキシンなどの有害物質を含むガスを分解室１に供給し、そこでエネルギーの付与を行って有害物質を分解する。エネルギーの付与方法は、放電、紫外線照射、加熱、あるいはその他の任意の方法であってよい。要は、有害物質を分解するに必要な量のエネルギーを付与し得ればよい。有害物質は、どの方法で分解されても程度の差はあるもののイオン状の分解生成物を含むプラズマ状態になる。これは、物質の解離エネルギーと電離エネルギーがどちらも同程度（約２０ｅＶ以下）であるためである。本発明においては、分離されるべきイオン状分解生成物は正、負のいずれのイオンあってもよい。なお一般的には分解生成物は、自由電子と結び付いて負イオンを形成することも有り得るが、分解のためのエネルギーが外部から継続して加えられる場合は軌道電子を剥ぎ取られて正イオンになることが多い。
【００２０】
一般的に、イオン状物質が数ｋｅＶの運動エネルギーを保持した状態で固体に衝突すると、当該固体の内部に入り込んでしまう現象が生じる。分解室１内のイオン状分解生成物もある方向に数ｋｅＶ以上の運動エネルギーを保持している場合があって、分解室１内のガスを直接分離用ノズル３０１のガス受入れ口３１に供給すると、その数ｋｅＶ以上の運動エネルギーを保持する方向に飛散して分離用ノズル３０１のいずれかの部分に衝突したイオン状分解生成物の成分はその衝突個所内に入り込んでしまって当該ノズルによる分離ができなくなる。
これに対して図１に示す本発明の実施の形態では、分解室１内のガスを分離用ノズル３０１のガス受入れ口３１に供給する前に電極室２内に導いて進行方向（Ｘ方向）の運動エネルギーを低減乃至消滅せしめる。
【００２１】
即ち、イオン状分解生成物を含む分解室１内のガスを電極室２の外壁２５に設けられた貫通孔２６および負極２１の窓２１１を通過させて電極室２内に移す。この際、イオン状分解生成物が正イオンである場合は電極２１に負の電圧−ＰｋＶを印加すればよい。一方、電極２２に電極２１と同じ大きさで逆極性の電圧＋ＰｋＶを印加しておく。いまイオン状分解生成物がａ価の場合、Ｘ方向でのイオン状分解生成物が持つ運動エネルギーはａＰｋｅＶとなるが、電極２２に電極２１と同じ大きさで逆極性の電圧が印加されているために−ａＰｋｅＶの力を受ける。この結果、図２に示すように、イオン状分解生成物は矢印Ａで示す様に電極間を往復するが、漸次その運動エネルギーを消費して極く短時間でＸ方向の運動エネルギーを失うに至る。
電圧（Ｐの絶対値）の大きさは、イオン状分解生成物の種類、質量などにより多少異なるが一般的には１〜１０ｋＶ程度でよく、その際の電流量は少ないので本発明の装置の全体の構成上から考慮して利用し易い電圧を印加すればよい。
【００２２】
イオン状分解生成物がＸ方向の運動エネルギーを失うと、それはイオン状ではあっても電極室２から以降の移動に関しては電気的に中性の物質と同様に挙動し、真空ポンプ６による差動排気によりＹ方向に移動してガス受入れ口３１に到り、その結果、図１の矢印Ｂで示す物質流が生じる。なおイオン状分解生成物がＸ方向の運動エネルギーを失えば、イオン状分解生成物を電極室２から任意の方向に排出してもよいが、Ｘ方向に排出した場合には実際問題としてイオン状分解生成物の一部が未だその方向に比較的大きい運動エネルギーを保持した状態で排出される可能性があるので、本発明ではＸ方向と直交する方向、即ちＹ方向あるいはそれに近い方向にに排出することが好ましい。
【００２３】
電極室２における室内圧力、差動排気のための圧力差、真空ポンプ６の到達真空度などは、図１の装置全体の規模、分解対象たる有害物質の種類などにより異なるが、一般的には、電極室２における室内圧力は１００Ｐａ程度以下が好ましく、各分離用ノズル３０１〜３０３におけるガス受入れ口３１と回収手段４または５との間は少なくとも１桁程度の圧力差があればよい。また真空ポンプ６の到達真空度は、図１の装置のように分離用ノズルが二段カスケード構成の場合には連結管８の圧損を考慮して０．１Ｐａあるいはそれ以下とすることが好ましい。かかる真空度を得るための真空ポンプ６としては、例えばロータリーポンプと油拡散ポンプやターボ分子ポンプとの組み合わが好ましい。
【００２４】
電極室２から分離用ノズル３０１の受入れ口３１に供給されたイオン状分解生成物を含む被分離ガスは、湾曲したノズル部３４を通過することにより遠心力が付与され、質量差に基づく遠心力の差によって移行方向に分散が生じ、ガス分離隔壁３５により分けられて軽質量のガス成分は主として排出路３６の方に、重質量のガス成分は主として排出路３７の方にそれぞれ分離移行する。有害物質からのイオン状分解生成物は、被分離ガス中にあって他のガスと比較して軽質量かまたは重質量である。よって軽質量である場合には排出路３６の方に、また重質量である場合には排出路３７の方に分離移行する。ノズル部３４のノズル縁３３の最先端３３１と凹面部３２との間隔ｄ1 およびガス分離隔壁３５の最先端３５１と凹面部３２との間隔ｄ2 はイオン状分解生成物の質量により異なるが、ＮＯX 、ＳＯX 、フロン、ダイオキシンなどの有害物質からのイオン状分解生成物に対しては、それぞれ１〜１０ｍｍ程度および０．５〜５ｍｍ程度が適当である。
【００２５】
排出路３６の方に分離移行したイオン状分解生成物は回収手段４により、また排出路３７の方に分離移行したイオン状分解生成物は回収手段５により、それぞれ捕獲回収される。多くの場合、イオン状分解生成物は、個々の構成原子単位で回収することができる。回収手段４、５によるイオン状分解生成物の捕獲は、本発明においては種々の方法を採用してよく、例えばモレキュラーシーブによる吸着、磁場によるトラップ、さらには電場で再加速して固体内部へ入り込ませて吸蔵させるもよい。
【００２６】
有害物質からのイオン状分解生成物は、通常、質量の異なる複数成分からなっている。したがって分離用ノズル３０１の排出路３６と回収手段４を経由した被分離ガスを分離用ノズル３０３に、また分離用ノズル３０１の排出路３７と回収手段５を経由した被分離ガスを分離用ノズル３０２にそれぞれ供給して再分離並びに再捕獲回収することが好ましい。かくすると、質量の異なるイオン状分解生成物を各成分毎に分離回収することが出来る。
【００２７】
本発明において、電極室２および３基の分離用ノズルにおけるイオン状分解生成物の滞留時間は、通常１００ｍ秒以下の極く短時間であるので、イオン状分解生成物の大部分は非イオン化する前に分離回収される。しかし、極く一部のイオン状分解生成物はその間に非イオン化したり、あるいは分解室１での有害物質の分解が不十分となって未分解物が電極室２以下に移行することも有り得る。それらの非イオン化物や未分解物は、真空ポンプ６からの排気ガス中に残存するので、当該排気ガスを連結管部分８３を介して分解室１に戻してボンベ７から供給された有害物質と一緒に分解し、分離回収することが好ましい。
【００２８】
本発明は、有害物質のイオン状分解生成物の分離のみならず、分解室１内で各種の固体に大電流イオンビームなど用いてアブレーション（蒸発）させて得られるプラズマの分離に適用することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は以上説明した通り、気体中に含まれるイオン状物質を、イオン状物質が非イオン状物質に変化する前に他の気体分子から分離し回収するので、イオン状物質が他の陰イオンや陽イオンと再結合して元の、あるいは他の有害物質に変化することが実質的に防止される。その際、イオン状物質の分離手段として、物質間の質量差を利用して質量の異なる物質を互いに分離する分離用ノズルを使用することにより高速で所望の分離を行うことができる。分離用ノズルは小型であり、分離したイオン状物質も吸着などの小型の回収手段にて回収可能であるので、本発明の分離装置の全体を小型にし得て、かくして本発明の課題を解決することができる。
【００３０】
一般的にイオン状物質は、高運動エネルギーを有したままで分離用ノズルに供給されると、高運動エネルギーを有する方向で分離用ノズル壁に衝突したときには当該壁内に入り込んで分離の効率が低下することがある。これに対して本発明の好ましい態様においては、イオン状物質を他の気体分子から分離するに先立って、電極室内でのイオン状物質の進行方向の運動エネルギーを低減乃至消滅せしめ、ついで差動排気して分離用ノズルに供給する。かくすると、差動排気にて移動するときの運動エネルギーは小さく、したがって分離用ノズルに供給されても上記の壁内に入り込むことが防止あるいは軽度となって分離用ノズルによる分離の効率が向上する。
【００３１】
近時においては、産業の発展や生活レベルの向上によりＮＯX 、ＳＯX 、フロン、ダイオキシン等の有害物質の発生量は増大の一途を辿っており、その一方で生活環境の保護の機運も益々高まりつつあって発生した有害物質の効果的且つ実用的な処理技術の開発が焦眉の問題となっているが、本発明は有害物質の効果的な処理に特に顕著な効果を発揮するので、近時におけるかかる問題に応えることができる。
【００３２】
さらに本発明は、固体に大電流イオンビームなど用いてアブレーションさせて得られるプラズマの分離にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のイオン状物質の分離装置についての実施の形態の一部断面を示す概略的な正面図である。
【図２】 図１の電極室２を中心とした部分の拡大正面断面図である。
【図３】 図１の分離用ノズル３０１の拡大正面断面図である。
【符号の説明】
１ 有害物質の分解室、２ 電極室、３ 分離用ノズル、
４ イオン状物質の回収手段、５ イオン状物質の回収手段、
６ 真空ポンプ、７ ボンベ、８ 連結管。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a separation method and a separation apparatus for separating an ionic substance, for example, an ionic decomposition product of a toxic substance generated when a toxic substance is decomposed by applying energy such as electric discharge from other gas molecules. is there.
[0002]
[Prior art]
Recently, NO X by improving the development and living standards of industry, SO X, Freon, the amount of harmful substances such as dioxins are steadily increasing, momentum protection while living environment increasingly growing is there. Under such circumstances, the development of effective and practical treatment techniques for the generated harmful substances has become a serious problem.
[0003]
Various proposals have been made regarding the processing technology for harmful substances. In the general method of the treatment, energy is imparted to a harmful substance to decompose it, and the decomposition product is chemically detoxified. For example, the treatment method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-28836 is an example, in which chlorofluorocarbon, hydrogen fluoride, carbon dioxide and the like are decomposed after decomposing flon, which is a kind of harmful substance, by discharge plasma. The product is forcibly injected into an aqueous solution of calcium hydroxide and neutralized. However, this treatment method requires a large neutralization tank for the neutralization treatment of the decomposition products, so that the treatment apparatus is inevitably increased in size and expensive, and a large space is required for the installation. There are problems such as becoming.
[0004]
In general, when a harmful substance is decomposed by applying energy such as electric discharge, ultraviolet irradiation, and heating, the decomposition product is generally in a plasma form to some extent. According to the inventor's research, decomposition products from harmful substances exist in the form of ionic substances such as cations and anions in plasma, and other anions in a relatively short time. It became clear that the treatment efficiency was lowered by recombining with cation and cation and changing to original or other harmful substances. From further research, it is important to quickly separate and recover the above ionic decomposition products from other gases in order to increase the processing efficiency, and the use of a separation nozzle is very useful for such rapid separation. There was found.
[0005]
The separation nozzle has basically the same structure and function as that employed in the nozzle method for uranium enrichment. No. 56-121616, JP-A-56-141821, JP-A-63-297202, and the like. However, these prior arts are all related to the separation of non-ionic substances and are not related to the separation of ionic substances. Instead, the ionic substances are separated before they turn into harmful substances. And there is no teaching about what can be recovered.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that, in view of the above-mentioned recent requirements, that is, the development of effective and practical treatment technology for the generated harmful substances, and the problems of the prior art, a large neutralization tank, etc. It is an object of the present invention to provide a novel ionic substance separation method and separation apparatus that can reduce the ionic substance in a small size and with high efficiency.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The method for separating an ionic substance according to the present invention is as follows: (1) Before the ionic substance contained in the gas changes to a non-ionic substance, the mass differs using the mass difference between the substances. The substance is separated and collected from other gas molecules by a separation nozzle for separating the substance.
[0008]
(2) In the above (1), the ionic substance is introduced into an electrode chamber in which at least a pair of electrodes are arranged parallel to each other and perpendicular to the traveling direction of the ionic substance, and a voltage is applied to the pair of electrodes. Thus, the kinetic energy of the ionic substance in the traveling direction is reduced, and differential evacuation is performed in a direction parallel to the electrode from the electrode chamber and supplied to the separation nozzle.
[0009]
(3) In the above (2), voltages having the same absolute value and different signs are applied to the pair of electrodes.
[0010]
(4) In the above (1) and (2), the ionic substance is an ionic decomposition product of the harmful substance obtained by applying energy to the harmful substance.
[0011]
(5) In the above (1) and (2), the ionic substance is a plasma obtained by ablating a solid substance.
[0012]
The ionic substance separation device according to the present invention further comprises: (6) a reaction chamber for obtaining a gas containing the ionic substance, adjacent to the reaction chamber, and at least a pair of electrodes parallel to each other and the ionic substance traveling. An electrode chamber arranged perpendicular to the direction, a power source that applies a voltage to a pair of electrodes, a separation nozzle that separates substances having different masses using the mass difference between the substances, and an ionic substance that is differential from the electrode chamber A pump for exhausting and supplying to the separation nozzle and a recovery device for recovering the separated ionic substance are provided.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic front view showing a partial cross-section of an embodiment of the ionic substance separation device of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged front cross-sectional view of a portion centering on an electrode chamber 2 in FIG. FIG. 3 is an enlarged front sectional view of the separation nozzle 301 in FIG. The separation apparatus shown in FIG. 1 is particularly useful not only for the separation of ionic substances but also as a harmful substance treatment apparatus.
[0014]
1 to 3, 1 is a decomposition chamber for harmful substances, 2 is an electrode chamber adjacent to the decomposition chamber 1, 3 is a separation nozzle, 4 is installed at the outlet of one discharge path 36 of the separation nozzle 3. Ionic substance collecting means 5, ionic substance collecting means installed at the outlet of the other discharge passage 37 of the separation nozzle 3, 6 a vacuum pump, 7 a cylinder filled with a gas containing harmful substances, 8 Is a connecting pipe composed of connecting pipe portions 81-83. In FIG. 1, only the electrode chamber 2 is shown in a sectional view.
[0015]
The electrode chamber 2 has a negative electrode 21 having a window 211 opened to the decomposition chamber 1 and a positive electrode 22 installed in parallel to the negative electrode 21, and both electrodes move in the X-axis direction (from the decomposition chamber 1 They are installed on the side wall surface of the electrode chamber 2 perpendicular to the traveling direction of the ionic substance (see FIG. 2). The negative electrode 21 and the positive electrode 22 are respectively connected to the negative electrode terminal and the positive electrode terminal of the power source 24, and the outer wall 25 of the electrode chamber 2 is connected to the neutral point of the power source 24 and grounded.
[0016]
The separation nozzle 3 is composed of three units, a separation nozzle 301, a separation nozzle 302, and a separation nozzle 303, all of which have the same structure and the same gas separation function. As shown, they are connected and arranged in a cascade manner via the connecting pipe 8.
The structure of the separation nozzle 3 will be described in detail with reference to FIG. 3 with the separation nozzle 301 as a representative. The separation nozzle 301 includes a gas receiving port 31 for the gas to be separated, a concave surface portion 32, a nozzle edge 33, and a concave surface portion 32. A nozzle portion 34 formed between a part of the surface and the outer wall surface of the nozzle edge 33, a gas separation partition wall 35, a light mass gas discharge path 36 formed between the nozzle edge 33 and the gas separation partition wall 35, And a heavy mass gas discharge path 37 formed between the gas separation partition wall 35 and a part of the surface of the concave surface portion 32.
[0017]
The gas receiving port 31 of the separation nozzle 301 is connected to the discharge port 23 provided in the ceiling of the electrode chamber 2 by a connecting pipe portion 81, and the discharge path 36 is connected to the separation nozzle 303 via the recovery means 4. The discharge passage 37 is connected to the separation nozzle 302 via the recovery means 5. Each discharge path 36 of the separation nozzles 302 and 303 is connected via the ionic substance recovery means 4, and each discharge path 37 of the separation nozzles 302 and 303 is connected via the ionic substance recovery means 5. A pipe portion 82 is connected to the intake port 61 of the vacuum pump 6, and the exhaust port 62 of the vacuum pump 6 is connected to the decomposition chamber 1 at a connecting pipe portion 83.
[0018]
As the separation nozzle 3 used in the present invention, those disclosed in the above-mentioned JP-A-56-121616, JP-A-56-141821, and JP-A-63-297202 should be adopted. Can do.
[0019]
Next, the separation mechanism of the ionic substance by the separation apparatus shown in FIGS. Gas containing harmful substances such as NO x , SO x , chlorofluorocarbon and dioxin is supplied from the cylinder 7 to the decomposition chamber 1 where energy is applied to decompose the harmful substances. The energy application method may be discharge, ultraviolet irradiation, heating, or any other method. In short, it suffices if the amount of energy necessary to decompose harmful substances can be imparted. Although it is decomposed | disassembled by any method, a harmful substance will be in the plasma state containing an ionic decomposition product to some extent. This is because the dissociation energy and ionization energy of the substance are approximately the same (about 20 eV or less). In the present invention, the ionic decomposition product to be separated may be either positive or negative ions. In general, decomposition products may combine with free electrons to form negative ions. However, when energy for decomposition is continuously applied from the outside, orbital electrons are stripped off and converted to positive ions. Often becomes.
[0020]
In general, when an ionic substance collides with a solid while maintaining a kinetic energy of several keV, a phenomenon of entering the solid occurs. In some cases, ionic decomposition products in the decomposition chamber 1 may also hold kinetic energy of several keV or more in a certain direction, and when the gas in the decomposition chamber 1 is supplied directly to the gas receiving port 31 of the separation nozzle 301. The component of the ionic decomposition product scattered in the direction of holding the kinetic energy of several keV or more and colliding with any part of the separation nozzle 301 enters the collision portion and is separated by the nozzle. become unable.
On the other hand, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the gas in the decomposition chamber 1 is introduced into the electrode chamber 2 before being supplied to the gas receiving port 31 of the separation nozzle 301, and the traveling direction (X direction). Reduce or eliminate the kinetic energy.
[0021]
That is, the gas in the decomposition chamber 1 containing ionic decomposition products passes through the through-hole 26 provided in the outer wall 25 of the electrode chamber 2 and the window 211 of the negative electrode 21 and is transferred into the electrode chamber 2. At this time, when the ionic decomposition product is a positive ion, a negative voltage −PkV may be applied to the electrode 21. On the other hand, a voltage + PkV having the same magnitude as that of the electrode 21 and having a reverse polarity is applied to the electrode 22. If the ionic decomposition product is a-valent, the kinetic energy of the ionic decomposition product in the X direction is aPkeV, but a voltage having the same magnitude as that of the electrode 21 and having a reverse polarity is applied to the electrode 22. In order to receive -aPkeV force. As a result, as shown in FIG. 2, the ionic decomposition products reciprocate between the electrodes as indicated by the arrow A. However, the kinetic energy is gradually consumed and the kinetic energy in the X direction is lost in a very short time. It reaches.
The magnitude of the voltage (absolute value of P) varies somewhat depending on the type and mass of the ionic decomposition product, but generally it may be about 1 to 10 kV, and the amount of current at that time is small. A voltage that is easy to use may be applied in consideration of the overall configuration.
[0022]
When the ionic decomposition product loses the kinetic energy in the X direction, even if it is ionic, it behaves in the same way as an electrically neutral substance with respect to the subsequent movement from the electrode chamber 2, and is differentially generated by the vacuum pump 6. The exhaust gas moves in the Y direction and reaches the gas receiving port 31. As a result, a material flow indicated by an arrow B in FIG. 1 is generated. If the ionic decomposition product loses kinetic energy in the X direction, the ionic decomposition product may be discharged from the electrode chamber 2 in an arbitrary direction. Since some of the decomposition products may still be discharged with relatively large kinetic energy in that direction, the present invention discharges in a direction perpendicular to the X direction, that is, in the Y direction or a direction close thereto. It is preferable to do.
[0023]
The chamber pressure in the electrode chamber 2, the pressure difference for differential pumping, the ultimate vacuum level of the vacuum pump 6 and the like vary depending on the scale of the entire apparatus in FIG. 1, the type of harmful substances to be decomposed, etc. The chamber pressure in the electrode chamber 2 is preferably about 100 Pa or less, and it is sufficient that there is a pressure difference of at least about one digit between the gas receiving port 31 and the recovery means 4 or 5 in each of the separation nozzles 301 to 303. The ultimate vacuum of the vacuum pump 6 is preferably 0.1 Pa or less in consideration of the pressure loss of the connecting pipe 8 when the separation nozzle has a two-stage cascade configuration as in the apparatus of FIG. As the vacuum pump 6 for obtaining such a degree of vacuum, for example, a combination of a rotary pump and an oil diffusion pump or a turbo molecular pump is preferable.
[0024]
The gas to be separated including the ionic decomposition product supplied from the electrode chamber 2 to the receiving port 31 of the separation nozzle 301 is given a centrifugal force by passing through the curved nozzle portion 34, and the centrifugal force based on the mass difference. Due to this difference, dispersion occurs in the transfer direction, and the gas components separated by the gas separation partition 35 are separated and transferred mainly to the discharge path 36 and the heavy mass gas components are mainly transferred to the discharge path 37. The ionic decomposition product from the harmful substance is in the gas to be separated and has a light mass or a heavy mass as compared with other gases. Therefore, when the mass is light, the separation path 36 is separated, and when the mass is heavy, the separation path 37 is separated. While distance d2 between the cutting edge 351 and the concave portion 32 of the spacing d1 and gas separating partitions 35 between the leading edge 331 and the concave portion 32 of the nozzle edge 33 of the nozzle portion 34 varies with the ion mass-like decomposition products, NO X About 1 to 10 mm and about 0.5 to 5 mm are appropriate for ionic decomposition products from harmful substances such as SO x , chlorofluorocarbon and dioxin, respectively.
[0025]
The ionic decomposition products separated and transferred toward the discharge path 36 are captured and recovered by the recovery means 4, and the ionic decomposition products separated and transferred toward the discharge path 37 are captured and recovered by the recovery means 5. In many cases, ionic decomposition products can be recovered in units of individual constituent atoms. In the present invention, various methods may be used for capturing the ionic decomposition products by the recovery means 4 and 5, for example, adsorption by molecular sieve, trapping by a magnetic field, and further reacceleration by an electric field to enter the solid. It may be occluded.
[0026]
The ionic decomposition products from harmful substances are usually composed of a plurality of components having different masses. Accordingly, the gas to be separated that has passed through the discharge path 36 and the recovery means 4 of the separation nozzle 301 is supplied to the separation nozzle 303, and the gas to be separated that has passed the discharge path 37 of the separation nozzle 301 and the recovery means 5 is supplied to the separation nozzle 302. It is preferable to supply each of them to re-separation and re-capture recovery. Thus, ionic decomposition products having different masses can be separated and recovered for each component.
[0027]
In the present invention, the residence time of the ionic decomposition product in the electrode chambers 2 and 3 separation nozzles is usually a very short time of 100 ms or less, so that most of the ionic decomposition product is non-ionized. It is separated and recovered before. However, a very small part of the ionic decomposition products may be deionized in the meantime, or the decomposition of harmful substances in the decomposition chamber 1 may be insufficient, and the undecomposed product may move below the electrode chamber 2. . Since these non-ionized substances and undecomposed substances remain in the exhaust gas from the vacuum pump 6, the exhaust gas is returned to the decomposition chamber 1 through the connecting pipe portion 83 and the harmful substances supplied from the cylinder 7. It is preferable to decompose together and separate and recover.
[0028]
The present invention can be applied not only to the separation of ionic decomposition products of harmful substances, but also to the separation of plasma obtained by ablating (evaporating) various solids in the decomposition chamber 1 using a high-current ion beam or the like. Is possible.
[0029]
【The invention's effect】
As described above, the present invention separates and recovers the ionic substance contained in the gas from other gas molecules before the ionic substance changes to a non-ionic substance. Recombination with cation and cation is substantially prevented from changing to the original or other harmful substances. In that case, desired separation can be performed at a high speed by using a separation nozzle that separates substances having different masses from each other by utilizing a mass difference between the substances as the ionic substance separation means. Since the separation nozzle is small and the separated ionic substance can be recovered by a small recovery means such as adsorption, the entire separation device of the present invention can be made small, thus solving the problems of the present invention. be able to.
[0030]
In general, when an ionic substance is supplied to a separation nozzle while having a high kinetic energy, when it collides with the separation nozzle wall in a direction having a high kinetic energy, it enters the wall and the separation efficiency is increased. May decrease. In contrast, in a preferred embodiment of the present invention, the kinetic energy in the traveling direction of the ionic substance in the electrode chamber is reduced or eliminated before the ionic substance is separated from other gas molecules, and then the differential exhaust is performed. And supplied to the separation nozzle. In this way, the kinetic energy when moving by differential exhaust is small, so even if it is supplied to the separation nozzle, it is prevented from entering the wall or becomes light and the separation efficiency by the separation nozzle is improved. .
[0031]
Recently, the amount of harmful substances such as NO x , SO x , chlorofluorocarbons, and dioxins has been increasing due to the development of industry and the improvement of living standards. The development of effective and practical treatment techniques for harmful substances that have been growing has become a serious problem, but the present invention exhibits a particularly remarkable effect on the effective treatment of harmful substances. It can respond to such problems in time.
[0032]
Furthermore, the present invention can be applied to the separation of plasma obtained by ablating a solid using a high-current ion beam or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic front view showing a partial cross section of an embodiment of an apparatus for separating an ionic substance of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged front cross-sectional view of a portion centering on an electrode chamber 2 of FIG.
3 is an enlarged front sectional view of the separation nozzle 301 of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Toxic substance decomposition chamber, 2 electrode chamber, 3 separation nozzle,
4 means for collecting ionic substances, 5 means for collecting ionic substances,
6 Vacuum pump, 7 cylinder, 8 connecting pipe.
