JP3804042B2 - Electron beam irradiation device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、穀物、香辛料など粉粒体を殺菌処理する電子線照射装置の改良に関する。電子線照射装置は真空中で電子線を発生させ加速して窓箔を通して大気中に取り出し被処理物に照射する装置である。電子線の加速エネルギーは5MeV〜数十keVにわたる。被処理物や処理目的によって適当な加速エネルギーが異なる。
【0002】
例えば電線被覆の架橋反応の促進のために用いられる。高分子被膜の硬化にも電子線照射が利用される。印刷物、塗膜硬化にも有効である。医療器具、医療用材料の殺菌にも用いられる。これらは定型固体の被処理物に電子線を浴びせて何らかの反応を引き起こすものである。
【0003】
医療器具、材料の放射線による殺菌はコバルト60の放射線によって行われていたが、放射性物質は供給、輸送、保管などに細心の注意を払わなければならず使いやすい物でない。そこで医療材料など定型固体の殺菌に電子線照射装置が使われるようになってきた。
【0004】
電子線照射装置は電子線を発生・加速する部分と、これを被処理物に照射する部分からなっている。前者は高圧電源、フィラメント電源、真空チャンバ、フィラメント、加速電極等よりなり、真空チャンバ内において熱フィラメントから電子線を発生させ電圧を掛けて加速する。後者は、遮蔽筐体、搬送装置などよりなる。
【0005】
遮蔽筐体というのはX線を遮蔽するための重厚な箱体である。搬送装置は被処理物を遮蔽筐体入口から遮蔽筐体出口まで搬送し途中で電子線照射を受けるようにするものである。定型固体が被処理物の場合は搬送機構は無端周回コンベヤを用いる事が多い。電子線発生加速部分と被処理物の搬送経路の境界にあるのが電子線照射窓である。照射窓には窓箔が張ってあり、被処理物側の大気圧と、フィラメント側の真空を仕切っている。
【0006】
窓箔には気圧差が掛かるだけでなくて、電子線が通過することによって加熱される。電子線による加熱によって窓箔が破れないように窓箔は冷却水や冷却風によって強力に冷却される。冷却水の場合は窓箔を押さえる枠桟に冷却パイプを取り付けて真空側から冷やすようになっている。冷却風の場合は大気圧側から斜めに窓箔に吹き付けるようになっている。
【0007】
冷却風は乾燥空気を用いることもあるが窒素ガスを用いることもある。その理由は次のようである。電子線を固体に当てるのでX線が出る。X線は危険な放射線である。X線を遮蔽するために搬送系の全体を遮蔽筐体によって覆うのである。雰囲気が酸素を含む場合X線は酸素を酸化してオゾンを生ずる。冷却風として乾燥空気を使うとオゾンが発生する。オゾンも有害な気体であるのでガス排出系から強制排気する必要がある。被処理物自体がオゾンによって何らかの悪影響を受ける場合はオゾンの発生自体を抑制しなければならない。その場合は窒素ガスや希ガスを冷却風として強制的に吹き込むようにする。窒素ガスや希ガスならX線によってオゾンを発生する恐れはない。
【0008】
【従来の技術】
定型固体の処理に用いられていた電子線照射装置を穀物、香辛料の殺菌に利用しようという試みが本出願人らの手によって推進されている。小麦、米、大豆、大麦などの穀物や胡椒などの香辛料などは殺菌しないのが普通である。が、生で食べる可能性がある場合とか、輸入食材である場合殺菌することがある。穀物の殺虫には臭化メチルやエチレンオキサイドなどによる燻蒸を行うこともある。しかし化学薬品による処理は有毒ガスが残留する恐れもあり必ずしも安全でない。それに比べると電子線による処理は安全であって好ましい。電子線には殺菌作用があり、これを利用すれば良いはずである。コストの点で未だ問題はあるが、やがて克服されるであろう。
【0009】
コストの他にも穀物、香辛料の電子線処理には解決すべきいろいろな問題がある。一つは表面だけに薄く電子線を当てることが必要だ、ということである。小さい粒子であるから加速エネルギーを高めて粒子全体に電子線を貫通させるということは可能である。しかし内部に電子線を貫通させるとタンパク質や炭水化物を変性させ風味が低下する。好ましくないことである。それに細菌によって汚染されている可能性があるのは穀物などの粒子の表面だけである。だから表面だけに貫通力の弱い電子線を薄く当てることが望まれる。
【0010】
これは搬送系の問題になる。従来の定型固体を被処理物とする場合、搬送系として無端周回コンベヤが用いられてきた。一面だけに電子線を照射すればよいから静的な無端周回コンベヤで搬送すればよかった。しかし全表面に薄く電子線を当てる必要がある被処理物の場合、静的な搬送手段である無端周回コンベヤでは役に立たない。裏側に電子線を当てることができないからである。
【0011】
そこで本出願人等は振動コンベヤを搬送系に用いる、或いは風力搬送系を用いることを思い付いた。振動コンベヤは金属板よりなるトラフを斜め方向に振動させることによって粒子を前進させるコンベヤ装置である。振動トラフによって粒子が舞い上げられるから強く回転し全ての表面が電子線側を向く瞬間が必ずある。全面に薄く電子線を浴びることが可能になる。本出願人は例えば次のような提案をしている。
【0012】
(1)特願平10−142873号「電子線照射装置」は振動コンベヤで穀物を搬送する電子線照射装置を提案する。
【0013】
(2)特願平11−61327号「電子線照射装置と電子線照射方法及び被処理物」は風力によって被処理物粒子を持ち上げて搬送する風力コンベヤを持つ電子線照射装置を提案する。
【0014】
(3)特願2000−134640号「電子線照射装置」は振動コンベヤによる搬送系を持つ電子線照射装置を提案している。振動コンベヤの停止時の振幅が異常に大きくなるから振動コンベヤの高さを調整可能にして振動コンベヤが電子線発生機構部と衝突しないようにする。
【0015】
次の問題はオゾンの事である。先に窓箔が加熱されるから冷却風が必要だという事を説明した。酸素はX線によってオゾンになるからオゾン発生を嫌う場合は、冷却風に窒素ガス希ガスなどの不活性ガスを用いるということを述べた。雰囲気ガス中に酸素があってオゾンが発生すると強烈なオゾン臭が被処理物に付着する。穀物などにオゾン臭が付着しては食品にならない。ところが粒子状であるから、内部に入り組んだ空隙部を有し実効的な空洞部容積は広い。それに空隙部が狭いから表面に付着した空気は簡単には取れない。静的な状態に堆積した穀物に窒素ガスを吹き付けても表面をかするだけで、内部に含まれる空気を完全に置換することは困難である。穀物、香辛料など微粒子の表面に強く付着した空気をはぎ取るのは難しい。
【0016】
だから単に窓箔を冷却するという目的だけでなく、被処理物粒子から酸素を無理に剥取るためにも不活性ガスを被処理物に対して吹き付ける必要がある。酸素をはぎ取って周囲のガスを全部窒素ガスなどの不活性ガスによって置換しなければならない。だから冷却風のように窓箔の近くから窓箔に向けて吹き付けるとは限らない。そのためのガスは冷却風と区別するため、例えば酸素剥取りガスというように表現することができよう。オゾン発生を防止するための工夫は食品を電子線殺菌使用とする場合に不可欠のものである。本出願人はそのような工夫についても幾つかの提案をしている。
【0017】
(4)特願2000−134691号「電子線照射装置」は入口側のホッパに不活性ガスを吹き込み酸素を剥取るようにしている。この出願には発明者による空想の先願が記載されている。それは窓箔の近くから不活性ガス(窒素ガス、希ガス)を粒体に向けて吹き込み酸素を不活性ガスによって置換するというものである。ガスは被処理物入口や被処理物出口から外部に出るようになっている。広く開口した出口と入口から排出されるのであるからコンダクタンスが大きい。つまりガス消費量は膨大になる。それでは困るので、(4)は被処理物入口側、被処理物出口側をホッパとして粒体が滞留するようにし、入口側のホッパに側方から不活性ガスを導入するようにしている。被処理物は大量の酸素ガスを帯びているが入口側ホッパに滞留している間に不活性ガスによって酸素を剥取られて照射部に至り、ここで電子線処理を受けるようになっている。酸素を含んだガスは出口側ホッパから被処理物とともに排出されることになる。
【0018】
穀物、香辛料などの食材を電子線殺菌するため酸素剥取り用不活性ガスを導入するという従来技術は(4)以外にはないようである。本発明者の調査によっては発見できなかった。被処理物が食品でなく、殺菌が目的でないが、ガス流れに関する本出願人による電子線照射装置の先行技術がある。コ−ティング材、印刷インク、接着剤などを電子線によって硬化させるための技術である。
【0019】
(5)特開平9−262528号「電子線照射処理装置」は、紙、フィルム、金属などにコ−ティング、印刷、接着剤塗布した時にこれを硬化させるため、紙、フィルム、金属に電子線を当てる装置の改良を提案する。コ−ティング剤、インク、接着剤などの高分子材料に電子線を当てるとラジカルが生成し、これが硬化反応を推進する。酸素雰囲気であると折角できたラジカルが酸素と反応し硬化反応が著しく阻害される。これは困るので酸素を排除した窒素雰囲気で電子線照射する。照射窓の近傍下流側のガス吹込口から窒素ガスを吹き込み、照射窓近傍上流側のガス引き出し口からガスを引き出す。引き出した窒素ガスは印刷インク、有機溶剤などで汚染されている。引き出した使用済み窒素ガスは冷却水で冷やし、液体窒素のコールドトラップでガスを冷却固化して有機物(溶剤、インク、接着剤)等の成分を除去する。そして窒素ガスを再び電子線照射装置の照射窓下流側のガス吹込口から吹き込むようにする。ガスを循環使用するので窒素ガスを節約することができる、という訳である。
【0020】
しかし従来例(5)は粉粒体状の食材が被処理物でない。シートや板部材、紙など定型固体が被処理物である。酸素がラジカル反応を妨害するのを防ぐことが目的である。酸素がオゾンになると風味を損なうので酸素を排除するというのではない。
【0021】
【発明が解決しようとする課題】
従来例として挙げたものは不活性ガスを使い捨てるようになっている。高価な不活性ガス(窒素ガスや希ガス)の使用量が多くランニングコストが高価である。
これが最大の難点であるが、それ以外にもガス浪費の原因がある。
【0022】
従来例では入口開口、出口開口からのガスの大量の漏れが存在する。結局は絶えずガスを流し続けた状態とならざるをえない。これは入口、出口でのガスの逃げを防ぐものがないからである。
【0023】
粉粒体の場合、通常の無端周回コンベヤを使えないから振動コンベヤまたは風力搬送を行う。振動搬送を行う例の場合、トラフ振動によって周辺空気を吸い込む作用が顕著に働く。外部の空気を吸い込み易くて、通常の電子線照射装置に比べ酸素濃度が高くなる傾向がある。だから余計に酸素除去を完全にしなければならない。
【0024】
穀物や香辛料のような粒体、粉体を被処理物とする場合、実効的な空洞容積が大きく、穀物などに付随する持ち込み空気が多く、置換ガスが余分に必要である。大量の不活性ガスが必要になる。それだけ余計にガスに掛かるコストを引き下げる工夫が希求される。
【0025】
【課題を解決するための手段】
本発明は、粒状の食品を殺菌する電子線照射装置において、入口側ホッパと出口側ホッパを設け、オゾン発生を防止するための不活性ガスを、入口側ホッパと照射部下流から電子線照射装置に吹き込む。また入口側ホッパ直後の経路或いは入口側ホッパ直後及び出口側ホッパにおいて不活性ガスを引き出し酸素を除き不足分を補充し再び電子線照射装置に吹き込み不活性ガスを循環使用する。
【0026】
これは不活性ガスを引き出す点が入口側ホッパ近傍点だということと、入口側ホッパに不活性ガスを吹き込むという点、不活性ガスを循環使用するという点が優れて新規である。
【0027】
上に述べたものは照射部下流から不活性ガスを吹き入れるものであるが、それに加えて、入口側ホッパへも不活性ガスを吹き込むようにしてもよい。それは次のように表現できる。
【0028】
粒状の食品を殺菌する電子線照射装置において、オゾン発生を防止するため照射部下流及び入口側ホッパから不活性ガスを電子線照射装置に吹き込み、入口側ホッパと電子線照射装置を結ぶ経路及び出口側ホッパにおいて不活性ガスを引き出し酸素を除き不足分を補充し再び電子線照射装置に吹き込み、不活性ガスを循環使用する。
【0029】
これは不活性ガスを引き出す点が入口側ホッパ近傍点と出口側ホッパだという点、不活性ガスを吹き込む点が照射部下流点に加えて入口側ホッパだという点、不活性ガスを循環使用するという点が新規である。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明のガス循環型の電子線照射装置にするために、次の改良がなされなければならない。
(1)入口側に粉粒体被処理物を溜め電子線照射装置に供給するためのホッパを設ける(入口側ホッパと呼ぶ)。粉粒体が搬送系へ一挙に供給されると粒子が重なって下積みになった粉粒体には電子線が当たらないようになる。これではいけない。振動コンベヤのトラフに一層程度の厚みになるような速度で搬送系へ被処理物粒体を供給する必要がある。粉粒体の供給系として新規ではない。しかし、それらは飛び散りやすい被処理物粒体を飛散させず搬送系に乗せるためである。本発明では、入口側ホッパはガスの入口側への抜けを防ぐ役割もあり、その役割は新規である。
【0031】
(2)出口側に処理済みの粉粒体被処理物を溜め、外部へ粉粒体を適当な速度で排出するためのホッパを設ける(出口側ホッパと呼ぶ)。出口側ホッパは、ガスの出口側へのガス漏れを粉粒体自身の作用によって防ぐという目的もある。粉粒体処理において出口側にホッパを設けるのは前記の(4)特願2000−134691号以外にない。これも粉粒体排出を遅延させ、出口側からのガス漏れを防ぐものであった。
【0032】
(3)照射窓のすぐ下流側にガス吹込口を設ける。この下流側吹込口は通常の電子線照射装置にも設けられているものである。窒素ガスを照射窓のすぐ下流側から搬送系に吹き込む。このガスの殆どは上流側に流れて照射窓近傍での酸素を排除し、搬送系上流での酸素を取り去り、入口側ホッパから細い経路を落下する処理前粉粒体の隙間を抜けて頑固に張り付いている酸素を剥取る。このガスの流れが酸素置換のため最も重要である。
【0033】
(4)入口側ホッパの直後の搬送系直前の細い経路にガス排出口を設け、搬送系外部へ酸素含有ガスを排出する。従来の電子線照射装置では照射窓のすぐ上流にガス排出口を設けたものである。それだと照射窓直下だけで酸素を奪うことになり不完全である。ガス排出口が照射部より遥か上流にあるから、排出されるガスは、照射窓下流から照射窓上流、搬送系の上流、細径路などの広い範囲にある粉粒体から酸素を剥取ってしまう。つまり粒体との接触時間・接触長さが長いので、より完全に酸素置換できるようになるのである。
【0034】
(5)入口側ホッパの内部へ不活性ガスのガス吹込口を設ける。入口側ホッパの内部に停留している粉粒体の内部に不活性ガスを吹き込むから、粒体の空隙へ入り込んで付着酸素を奪い去り有効に酸素置換することができる。殆ど静止状態にある粉粒体の内部へガスを吹き込むのであるから不活性ガスの量が少なくても付着酸素を取り除くことができる。入口側ホッパでの酸素濃度が最も高いのであるから、入口側ホッパに不活性ガスを吹き込み酸素置換するというのは極めて有効である。酸素を含んだ不活性ガスは(4)の細径路のガス排出口が排除され照射窓まで持ち込まれない。入口側ホッパにある初期の段階で酸素を除くというのは甚だ優れた着想である。
【0035】
(6)出口側ホッパ或いは出口側ホッパに続く細径路にもガス排出口を設ける。ここからもガスの一部を排出する。先述のように出口側ホッパを設ける目的の一つは不活性ガスの出口からの漏れを防ぐためである。出口側からガスが排除されたのでは大量のガスが浪費されてしまう。ところが出口側ホッパで粉粒体を滞留させてもガスの一部は出口側ホッパにたまった粉粒体間隙内部に入り込む。それで出口側ホッパ内部のガスを排除しなければならない事もある。そのために出口側(出口側ホッパまたは出口側ホッパ近傍細径路)にもガス排出口を設けるのである。
【0036】
(7)入口側ホッパ近傍から排出された不活性ガスと出口側ホッパ近傍から排出された不活性ガスをコールドトラップを通して水分、不純物、酸素を除去する。乾燥した不活性ガスが得られる。
【0037】
(8)不足分の不活性ガスを追加して、乾燥不活性ガスを再び、照射部下流側のガス吹込口と、入口側ホッパのガス吹込口から吹き込む。このように循環使用ということが本発明の顕著な特徴である。不活性ガスは高価なガスであるから従来例のようにガスをそのまま空気中に飛散させていたのではガスコストが高くつく。それで本発明は一旦使用された不活性ガスをコールドトラップに通して再生して循環的に利用する。これによってガスに関するランニングコストを大幅に削減することができる。
【0038】
【実施例】
図1によって本発明の実施例にかかる電子線照射装置を説明する。これはエリア型(非走査型)の電子線照射装置を例示する。
【0039】
円筒形の真空チャンバ1の内部には同心のシールド電極2が設けられる。シールド電極2の中には平行フィラメント3がある。真空中において、フィラメント3には負電圧が印加されフィラメント電流が流される。電流によって加熱されてフィラメント3から熱電子が出る。これが負電圧によって加速されて電子線eとなる。真空チャンバ1の底部の開口部が照射窓4となる。これは電子線を大気中へ引き出すための窓である。真空と大気圧を仕切るために照射窓4には窓箔5が張ってある。窓箔5には先述のように適当な冷却機構が設けられる。照射窓4の直下には被処理物を搬送するための搬送機構6がある。この搬送機構6は先に述べたように粒子状の被処理物を回転させる必要があるから振動コンベヤ等が適する。ここでは振動源やトラフを支持するスプリングなどの図示を略した。
【0040】
横長の搬送機構であり被処理物である粉粒体Sは図中左から右へと搬送される。入口側ホッパ7から導入された被処理物が搬送機構6によって出口側ホッパ8まで運ばれ途中で電子線処理を受ける。照射窓4の近傍下流側には第2不活性ガス吹込口9が設けられる。ここから吹き込まれたガスは風向板10によって上流側に賦勢される。不活性ガスは照射窓下流側の第2不活性ガス吹込口9から上流側に進む。
【0041】
入口側ホッパ7が細径路11を経て搬送機構6の前方につながっている。入口側細径路11には不活性ガス排出口12が設けられる。不活性ガス吹込口9から上流側に進んできた不活性ガスは粉粒体に付着した酸素を奪い去って不活性ガス排出口12から外部へ出る。搬送機構6後方の出口側ホッパ8の細径路13にも不活性ガス排出口14が設けられる。これは処理済み粉粒体から不活性ガスを引き出すものである。ここで酸素を抜き出すというよりもガスをここから引き抜く事によって粉粒体の下降運動を調整加減することができる。粉粒体Sは細径路13の下端のロータリバルブ15を通って搬出コンベヤ16の上へ落下する。搬出コンベヤ16は処理済みの被処理物を適当な部位へ搬送してゆく。
【0042】
最も重要な不活性ガス吹込口は照射部17(照射窓4の直下)のすぐ下流に設けた第2不活性ガス吹込口9である。それだけでも良いのであるが、酸素除去をさらに完全にするためには、入口側ホッパ7の側方からも不活性ガス吹き込みを行うようにするとよい。
【0043】
この図では入口側ホッパ7の上方に第1の不活性ガス吹込口18を設けている。入口側ホッパについては、より下方の破線によって示した部位に第1の不活性ガス吹込口19を設けるようにしてもよい。これは択一的であって、いずれか一方にあれば良い。
【0044】
粉粒体Sは投入コンベヤ20によって電子線照射装置上部まで運ばれる。投入コンベヤ20から投入口21に粉粒体Sが落下しロータリバルブ22を経て入口側ホッパ7の中へ落下してゆく。粉粒体Sは入口側ホッパ7の内部に暫く滞留する。ロータリバルブ22は投入量を加減する。
【0045】
細径路11の不活性ガス排出口12と、細径路13の不活性ガス排出口14にはスクリーンメッシュ23、24が設けられる。スクリーンメッシュ23、24はガスを通し粉粒体Sを通さない。
【0046】
入口側ホッパ7の内部には不活性ガス吹込口18から不活性ガスが吹き込まれる。これは滞留している粉粒体の間隙を縫って進み酸素を擦り取ってゆく。酸素や水分を含んだ不活性ガスは細径路11の不活性ガス排出口12から引き出される。入口側ホッパ7の中での不活性ガスの流通によって酸素や水分、軽い不純物などが除かれる。
【0047】
入口側の不活性ガス排出口12から引き抜かれた不活性ガスは経路aを通り排出口流量調整バルブ25を経て経路bからブロワ26にいたる。出口側の不活性ガス排出口14から引き抜かれた不活性ガスは経路cを通り排出口流量調整バルブ27を経て経路dからブロワ26にいたる。ブロワ26は両方の不活性ガス排出口から排出された不活性ガスを纏めて圧力を与え経路を循環するようにする。
【0048】
不活性ガスはブロワ26から経路gを通りコールドトラップ28に入り、ここで液体窒素によって冷却される。トラップ面に水分、不純物などが捕獲される。それだけでなくて、ここで酸素もトラップされる。前記の従来例(5)もコールドトラップは印刷インク、接着剤等を捕獲して除去したのであるが、本発明のコールドトラップは水分、不純物、酸素を取り除く事が出来る。コールドトラップは液体窒素や液体ヘリウムによって容器壁面を冷やして蒸気圧を下げガス中の揮発成分、不純物などを除くものである。水分や軽い不純物(粉末)を除去できるのは当然である。
【0049】
酸素をどうして排除できるのか?液体窒素によって冷やすから容器の内面温度は液体窒素温度77Kまで下がっている。酸素の沸点は90Kである。であるから酸素も液化してコールドトラップ28の壁面に液滴として付着する。だから酸素も捕集できるのである。コールドトラップ28を通過したガスは純粋な不活性ガス(窒素ガス、希ガス)に戻っている。コールドトラップ28で純化精製されたガスは経路hを通り混合器29にいたる。新しい不活性ガスは経路p、流量調整バルブ32、経路iを経て混合器29に導かれる。先述のコールドトラップ28で再生されたガスは混合器29で新しい不活性ガスの補充を受ける。
【0050】
不活性ガスは経路jを通り、吹込口流量調整バルブ30を経て第2不活性ガス吹込口9から下流側搬送機構6に再度吹き込まれる。同時に吹込口流量調整バルブ31を経て第1不活性ガス吹込口18から入口側ホッパ7へと吹き込まれる。このように不活性ガスを浄化し循環使用する点が本発明の特徴である。
【0051】
循環使用するのであるが、経路は単一でない。ガスの出口はBとDの二つがある。ガスの入口はAとCの二つがある。だからブロワ26、コールドトラップ28、混合器29を含む経路f−26−g−28−h−29−jまでは共通であるがその前後では二つに分岐する。ブロワ26を心臓とみなせば、
B→26(B−a−25−b−f−26)
D→26(D−c−27−d−f−26)
の二つの静脈流が存在する。静脈流の流量は流量調整バルブ25、27によって自在に調整することができる。
【0052】
同様に
26→C(26−g−28−h−29−j−k−n−30−r−C)
26→A(26−g−28−h−29−j−k−l−31−m−A)
の二つの動脈流が存在することになる。動脈流の流れの大きさは流量調整バルブ30、31によって自由に制御することができる。
【0053】
いずれもコールドトラップで水分、酸素が除かれ再生され循環する。これらは電子線照射装置の外部でのガス流れを見たものである。電子線照射装置内部ではそれとは別の複雑なガス流れが形成される。内部を流れるガス流量も前記の流量調整バルブ25、27、30、31によって間接的に制御することができる。これらのガス流はそれぞれ異なった役割を持っている。
【0054】
(1)ガス流C→B
照射部17の下流から吹き込まれた不活性ガスが照射部17を通り粉粒体Sに接触しながら酸素を剥取ってゆき、入口側ホッパ7下の不活性ガス排出口12から排除される流れである。これが最も基本的なガスの流れである。照射窓4を下流側から上流側へと流れるから酸素が照射窓を通る事がないようにするのである。搬送系に落ちた粉粒体は一層程度の薄い層になっており不活性ガスとの接触は盛んであって付着酸素を取り除く作用は大きい。細径路11を遡るからここでも粒子の落下に逆らって粒子を分離して酸素や水分を取り除き易い。
【0055】
(2)ガス流A→B
第1不活性ガス吹込口18から入口側ホッパ7に吹き込まれた不活性ガスは堆積した静的な粉粒体の中へ潜り込んで細い経路を通過して付着した酸素、空気を取り込み細径路11を上から下へと流れ不活性ガス排出口12(B)から排除される。入口側ホッパ7には空気をたっぷりと含んだ粉粒体Sが存在するから、ここで空気を取り去り不活性ガスによって置き換えるということは有効である。照射窓より遥か以前に空気・酸素・水分を除去しようするものである。準備的なものであるが、ここで殆どの酸素を不活性ガスによって置き換えることができる。しかも入口側ホッパ7の内部にある被処理物Sは静止に近い状態であるからガス消費量が少なくても酸素置換効果は大きい。そして酸素や水分不純物を含むガスは第1の不活性ガス排出口12から出てゆき照射窓4、照射部17に至らない。
【0056】
(3)ガス流C→D
第2不活性ガス吹込口9から入ったガスは殆どが上流側へ遡行してゆく。風向板10はそれを賦勢する。上流側に流れて酸素が照射窓4に来るのを防ぐ。これは前記のC→Bの流れである。しかし一部のガスは出口側の不活性ガス排出口14から引き出される。この流れは酸素や水分除去のためというよりも、粉粒体の出口側ホッパでの流れを制御する一つの手段として有用である。出口側ホッパ8の細径路13の粉粒体の目詰まりを防止し粉粒体の降下速度を調整することができる。酸素を置換するという本来の目的からいえば第2不活性ガス排出口14(D)は省くこともできる。
【0057】
(4)ガス流A→D
第1不活性ガス吹込口18(A)から、入口側ホッパ7、搬送経路を通り出口側ホッパに至って第2不活性ガス排出口14(D)から排出されるというものである。しかしこのようなガスは殆どなくて、重要でない。このガス流が存在するということは酸素含有粉粒体が照射窓4の直下を通過する可能性があるということで望ましい事ではない。だからこの流れは殆どないと言える。
【0058】
ガス入口が2つ、ガス出口が2つあるから、ガス経路は4つあるが、このうち重要なのは前の二つ(1)C→Bと(2)A→Bである。もとより第2不活性ガス排出口14は酸素排除という点では役に立たない排出口であって、これはガス流の制御のためにある。この排出口14は省くこともできる。
【0059】
搬送機構6を振動コンベヤとした場合、振動に起因するポンプ作用によって入口側ホッパ7、出口側ホッパ8からガスを搬送路6経路中に吸引する場合がある。この際に、搬送経路中の酸素濃度を上昇させないように、
,V>V (1)
としておくことが好ましい。
【0060】
ここでVは入口側ホッパ7の容積、Vは出口側ホッパ8の容積、Vは搬送経路6の容積である。入口側ホッパ容積、出口側ホッパ容積(V,V)は搬送経路Vの緩衝層の役割を果たす。
【0061】
【発明の効果】
本発明においては、不活性ガス排出口12を入口側ホッパのすぐの直下(B点)に設けている。これが重要な点である。さらに入口側ホッパに不活性ガスの吹込口を設けている。これによって搬送系へ入る前の入口側ホッパにある被処理物から酸素を剥取って排除することができる。
【0062】
これだけでも被処理物に付着した酸素を排除できるのであるが、さらに照射窓より下流側(C)にも不活性ガス吹込口9を設けている。これによってC→Bのガス流を作り出し、被処理物Sから二重に酸素を排除するような念入りの構造となっている。
【0063】
さらに一度使用した不活性ガスを再生して循環使用するようにしている。これによってガスコストを削減することができる。液体窒素のコールドトラップを用いるので窒素より沸点が高い酸素を捕集することができる。
【0064】
入口側に入口側ホッパを設け被処理物を滞留させ入口側からの不活性ガスの逃げを防ぐようにしている。出口側に出口側ホッパを設け被処理物を滞留させ出口側からの不活性ガスの逃げを防ぐようにしている。不活性ガスの浪費を防ぎガスコストを大きく削減している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかる電子線照射装置の概略構成図。
【符号の説明】
1 真空チャンバ
2 シールド電極
3 フィラメント
4 照射窓
5 窓箔
6 搬送機構
7 入口側ホッパ
8 出口側ホッパ
9 第2不活性ガス吹込口
10 風向板
11 細径路
12 第1不活性ガス排出口
13 細径路
14 第2不活性ガス排出口
15 ロータリバルブ
16 搬出コンベヤ
17 照射部
18 第1不活性ガス吹込口
19 不活性ガス吹込口
20 投入コンベヤ
21 投入口
22 ロータリバルブ
23 スクリーンメッシュ
24 スクリーンメッシュ
25 排出口流量調整バルブ
26 ブロワ
27 排出口流量調整バルブ
28 コールドトラップ
29 混合器
30 吹込口流量調整バルブ
31 吹込口流量調整バルブ
32 流量調整バルブ
e 電子線
S 粉粒体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of an electron beam irradiation apparatus for sterilizing powder particles such as grains and spices. An electron beam irradiation apparatus is an apparatus that generates an electron beam in a vacuum, accelerates it, takes it out into the atmosphere through a window foil, and irradiates a workpiece. The acceleration energy of the electron beam ranges from 5 MeV to several tens keV. The appropriate acceleration energy varies depending on the object to be processed and the processing purpose.
[0002]
For example, it is used for promoting the cross-linking reaction of the wire coating. Electron beam irradiation is also used for curing the polymer coating. It is also effective for printed materials and coating film curing. It is also used for sterilization of medical instruments and medical materials. These are those that cause a certain reaction by exposing an electron beam to an object to be processed of a fixed solid.
[0003]
Sterilization of medical instruments and materials by radiation of cobalt 60 has been performed by radiation of cobalt 60, but radioactive materials are not easy to use because careful attention must be paid to supply, transportation and storage. Therefore, electron beam irradiation devices have come to be used to sterilize fixed solids such as medical materials.
[0004]
The electron beam irradiation apparatus includes a portion that generates and accelerates an electron beam and a portion that irradiates the object to be processed. The former consists of a high-voltage power source, a filament power source, a vacuum chamber, a filament, an acceleration electrode, and the like. In the vacuum chamber, an electron beam is generated from a hot filament and accelerated by applying a voltage. The latter includes a shielding housing, a transport device, and the like.
[0005]
The shielding case is a heavy box for shielding X-rays. The transport device transports an object to be processed from the shielding housing entrance to the shielding housing exit so as to receive electron beam irradiation on the way. When the fixed solid is an object to be processed, the transport mechanism often uses an endless conveyor. An electron beam irradiation window is at the boundary between the electron beam generation acceleration portion and the conveyance path of the workpiece. A window foil is stretched on the irradiation window to partition the atmospheric pressure on the workpiece side and the vacuum on the filament side.
[0006]
Not only does the window foil have a pressure difference, it is heated by the passage of an electron beam. The window foil is strongly cooled by cooling water or cooling air so that the window foil is not broken by heating with an electron beam. In the case of cooling water, a cooling pipe is attached to a frame that holds the window foil so that it is cooled from the vacuum side. In the case of cooling air, the window foil is blown obliquely from the atmospheric pressure side.
[0007]
The cooling air may be dry air or nitrogen gas. The reason is as follows. X-rays are emitted because an electron beam is applied to a solid. X-rays are dangerous radiation. In order to shield X-rays, the entire transport system is covered with a shielding housing. When the atmosphere contains oxygen, X-rays oxidize oxygen to produce ozone. When dry air is used as cooling air, ozone is generated. Since ozone is also a harmful gas, it is necessary to forcibly exhaust it from the gas exhaust system. If the workpiece itself is affected by ozone, the ozone generation itself must be suppressed. In that case, nitrogen gas or rare gas is forcibly blown as cooling air. If nitrogen gas or noble gas, there is no fear of generating ozone by X-ray.
[0008]
[Prior art]
Attempts to use the electron beam irradiation apparatus, which has been used for processing solid solids, for sterilization of grains and spices have been promoted by the present applicants. Grains such as wheat, rice, soybeans and barley, and spices such as pepper are usually not sterilized. May be sterilized if it can be eaten raw or if it is imported food. Grain insecticides may be fumigated with methyl bromide or ethylene oxide. However, chemical treatment is not always safe because toxic gases may remain. Compared with that, the treatment with the electron beam is safe and preferable. The electron beam has a bactericidal action and should be used. There are still problems in terms of cost, but they will eventually be overcome.
[0009]
In addition to cost, there are various problems to be solved in the electron beam processing of grains and spices. One is that it is necessary to apply a thin electron beam only to the surface. Since the particles are small, it is possible to increase the acceleration energy and penetrate the electron beam throughout the particles. However, if an electron beam penetrates inside, proteins and carbohydrates are denatured and the flavor is lowered. It is not preferable. In addition, only the surface of particles such as grains may be contaminated by bacteria. Therefore, it is desirable to apply a thin penetrating electron beam only to the surface.
[0010]
This becomes a problem of the transport system. In the case where a conventional fixed solid is used as an object to be processed, an endless circulating conveyor has been used as a transport system. Since it is sufficient to irradiate only one surface with an electron beam, it should have been transported by a static endless conveyor. However, in the case of an object to be processed in which it is necessary to apply a thin electron beam to the entire surface, an endless conveyor which is a static conveying means is not useful. This is because an electron beam cannot be applied to the back side.
[0011]
Accordingly, the present applicants have come up with the idea of using a vibrating conveyor for the conveying system or using a wind-powered conveying system. A vibrating conveyor is a conveyor device that advances particles by vibrating a trough made of a metal plate in an oblique direction. Because the particles are lifted by the vibration trough, there is always a moment when the surface rotates strongly and the entire surface faces the electron beam. The entire surface can be exposed to a thin electron beam. For example, the applicant has made the following proposal.
[0012]
(1) Japanese Patent Application No. 10-142873 “Electron Beam Irradiating Device” proposes an electron beam irradiating device for conveying grains by a vibrating conveyor.
[0013]
(2) Japanese Patent Application No. 11-61327 “Electron Beam Irradiation Device, Electron Beam Irradiation Method, and Object to be Processed” proposes an electron beam irradiation apparatus having a wind conveyor that lifts and conveys particles to be processed by wind force.
[0014]
(3) Japanese Patent Application No. 2000-134640 “Electron Beam Irradiation Device” proposes an electron beam irradiation device having a conveying system using a vibrating conveyor. Since the amplitude when the vibrating conveyor stops is abnormally large, the height of the vibrating conveyor can be adjusted so that the vibrating conveyor does not collide with the electron beam generating mechanism.
[0015]
The next problem is ozone. I explained that cooling air is necessary because the window foil is heated. Since oxygen is converted into ozone by X-rays, it is stated that an inert gas such as nitrogen gas noble gas is used as cooling air when ozone generation is disliked. When ozone is generated due to oxygen in the atmosphere gas, a strong ozone odor adheres to the object to be treated. If ozone odor adheres to grains, it does not become food. However, since it is in the form of particles, it has a void portion that is intertwined inside, and the effective cavity volume is wide. In addition, the air adhering to the surface cannot be easily removed because the gap is narrow. Even if nitrogen gas is blown onto grains that have been deposited in a static state, it is difficult to completely replace the air contained in the interior simply by scratching the surface. It is difficult to strip off air that is strongly attached to the surface of fine particles such as grains and spices.
[0016]
Therefore, it is necessary not only for the purpose of cooling the window foil but also for blowing an inert gas onto the object to be processed in order to forcefully remove oxygen from the object particles. Oxygen must be stripped off and all surrounding gas must be replaced with an inert gas such as nitrogen gas. Therefore, it is not always sprayed toward the window foil from near the window foil like cooling air. In order to distinguish the gas for cooling from the cooling air, it can be expressed as, for example, oxygen stripping gas. A device for preventing the generation of ozone is indispensable when food is used for electron beam sterilization. The present applicant has also made several proposals for such a device.
[0017]
(4) Japanese Patent Application No. 2000-134691 “Electron Beam Irradiator” blows an inert gas into a hopper on the inlet side to strip oxygen. In this application, a prior application of an imagination by the inventor is described. That is, an inert gas (nitrogen gas or noble gas) is blown toward the particles from the vicinity of the window foil to replace oxygen with the inert gas. The gas exits from the workpiece inlet and the workpiece outlet. The conductance is large because it is discharged from a wide open outlet and inlet. In other words, gas consumption is enormous. However, in (4), the particles are retained by using the workpiece inlet side and the workpiece outlet side as hoppers, and an inert gas is introduced from the side into the inlet hopper. The object to be processed has a large amount of oxygen gas, but the oxygen is stripped off by the inert gas while staying in the inlet hopper and reaches the irradiation part, where it is subjected to electron beam processing. . The gas containing oxygen is discharged from the outlet hopper together with the object to be processed.
[0018]
There seems to be no prior art other than (4) that introduces an inert gas for stripping oxygen in order to sterilize foodstuffs such as grains and spices with an electron beam. It was not found by the inventor's investigation. Although the object to be treated is not food and sterilization is not the purpose, there is a prior art of the electron beam irradiation apparatus by the present applicant regarding gas flow. This is a technique for curing a coating material, printing ink, adhesive, and the like with an electron beam.
[0019]
(5) Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-262528, “Electron Beam Irradiation Processing Device” uses an electron beam on paper, film, metal to cure the coating, printing, adhesive application on paper, film, metal, etc. We propose improvement of the device that applies When an electron beam is applied to a polymer material such as a coating agent, ink, adhesive, etc., radicals are generated, which promote the curing reaction. In an oxygen atmosphere, the radicals that can be broken react with oxygen to significantly inhibit the curing reaction. Since this is a problem, electron beam irradiation is performed in a nitrogen atmosphere excluding oxygen. Nitrogen gas is blown from the gas blowing port near the irradiation window and the gas is drawn from the gas drawing port near the irradiation window. The extracted nitrogen gas is contaminated with printing ink, organic solvent, and the like. The extracted used nitrogen gas is cooled with cooling water, and the gas is cooled and solidified with a cold trap of liquid nitrogen to remove components such as organic substances (solvent, ink, adhesive). Then, nitrogen gas is again blown from the gas blowing port on the downstream side of the irradiation window of the electron beam irradiation apparatus. Nitrogen gas can be saved because the gas is circulated.
[0020]
However, in the conventional example (5), the granular food is not a workpiece. A fixed solid such as a sheet, a plate member, or paper is an object to be processed. The purpose is to prevent oxygen from interfering with the radical reaction. If oxygen becomes ozone, the flavor is impaired, so oxygen is not excluded.
[0021]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example, the inert gas is disposable. The amount of expensive inert gas (nitrogen gas or rare gas) used is large, and the running cost is expensive.
This is the biggest difficulty, but there are other causes of gas waste.
[0022]
In the conventional example, there is a large amount of gas leakage from the inlet opening and the outlet opening. In the end, it must be in a state where gas is constantly flowing. This is because there is nothing to prevent gas escape at the inlet and outlet.
[0023]
In the case of granular materials, a normal endless conveyor cannot be used. In the case of carrying out vibration conveyance, the action of sucking in the surrounding air due to trough vibration works remarkably. It is easy to inhale external air, and there is a tendency that the oxygen concentration is higher than that of a normal electron beam irradiation apparatus. So extra oxygen removal must be done.
[0024]
When grains or powders such as cereals and spices are used as treatment objects, the effective cavity volume is large, the amount of air brought along with cereals is large, and an extra replacement gas is required. A large amount of inert gas is required. There is a need for a device that reduces the cost of gas.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an electron beam irradiation apparatus for sterilizing granular foods, wherein an inlet hopper and an outlet hopper are provided, and an inert gas for preventing ozone generation is supplied from the inlet hopper and the irradiation unit downstream from the electron beam irradiation apparatus. Infuse. Further, the inert gas is drawn out in the path immediately after the inlet hopper, or immediately after the inlet hopper and at the outlet hopper, oxygen is removed, the shortage is replenished, and the inert gas is circulated and used again.
[0026]
This is novel in that the point where the inert gas is drawn out is the vicinity of the inlet hopper, the inert gas is blown into the inlet hopper, and the inert gas is circulated and used.
[0027]
In the above, the inert gas is blown from the downstream of the irradiation unit, but in addition, the inert gas may be blown into the inlet hopper. It can be expressed as:
[0028]
In an electron beam irradiation device for sterilizing granular food, an inert gas is blown into the electron beam irradiation device downstream from the irradiation unit and from the inlet hopper to prevent generation of ozone, and a path and outlet connecting the inlet hopper and the electron beam irradiation device In the side hopper, the inert gas is drawn out, oxygen is removed, the deficiency is replenished, and blown again into the electron beam irradiation apparatus, and the inert gas is circulated and used.
[0029]
This is because the point where the inert gas is drawn out is the vicinity of the inlet hopper and the outlet hopper, the point where the inert gas is blown is the inlet hopper in addition to the irradiation unit downstream point, and the inert gas is circulated and used. This is new.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to make the gas circulation type electron beam irradiation apparatus of the present invention, the following improvements must be made.
(1) A hopper is provided on the inlet side to collect the granular material to be processed and supply it to the electron beam irradiation apparatus (referred to as an inlet-side hopper). When the powder particles are supplied to the transport system all at once, the particles are overlapped and stacked to prevent the electron beam from hitting. This should not be. It is necessary to supply the particles to be processed to the conveying system at such a speed that the thickness of the trough of the vibration conveyor is about one layer. It is not new as a supply system for powder and granular materials. However, they are for putting the processed material particles that are likely to be scattered on the transport system without being scattered. In the present invention, the inlet hopper also has a role of preventing the escape of gas to the inlet side, and its role is novel.
[0031]
(2) A treated pulverized material is collected on the outlet side, and a hopper for discharging the granular material to the outside at an appropriate speed is provided (referred to as an outlet-side hopper). The outlet hopper also has an object of preventing gas leakage to the gas outlet side by the action of the granular material itself. There is no other than the above (4) Japanese Patent Application No. 2000-134691 to provide a hopper on the outlet side in the powder processing. This also delayed the discharge of the granular material and prevented gas leakage from the outlet side.
[0032]
(3) A gas inlet is provided immediately downstream of the irradiation window. This downstream side blowing port is also provided in a normal electron beam irradiation apparatus. Nitrogen gas is blown into the transport system from the downstream side of the irradiation window. Most of this gas flows upstream, excludes oxygen in the vicinity of the irradiation window, removes oxygen upstream of the transport system, and stubbornly passes through the gaps in the pre-treatment powder particles that fall through a narrow path from the inlet hopper. Remove the sticking oxygen. This gas flow is most important for oxygen replacement.
[0033]
(4) A gas discharge port is provided in a narrow path immediately before the transfer system immediately after the inlet hopper to discharge the oxygen-containing gas to the outside of the transfer system. In the conventional electron beam irradiation apparatus, a gas discharge port is provided immediately upstream of the irradiation window. In that case, oxygen will be taken away just under the irradiation window, which is incomplete. Since the gas discharge port is far upstream from the irradiation unit, the discharged gas strips oxygen from the granular material in a wide range such as from the irradiation window downstream to the irradiation window upstream, the conveyance system upstream, and the narrow path. . In other words, since the contact time and the contact length with the granule are long, oxygen replacement can be performed more completely.
[0034]
(5) A gas blowing port for an inert gas is provided inside the inlet hopper. Since the inert gas is blown into the inside of the granular material staying inside the inlet hopper, it can enter the voids of the granular material to remove attached oxygen and effectively replace oxygen. Since the gas is blown into the inside of the granular material which is almost stationary, the attached oxygen can be removed even if the amount of the inert gas is small. Since the oxygen concentration in the inlet hopper is the highest, it is extremely effective to blow an inert gas into the inlet hopper and replace the oxygen. The inert gas containing oxygen is not brought into the irradiation window because the gas outlet of the narrow path (4) is eliminated. It is a very good idea to remove oxygen in the early stages of the inlet hopper.
[0035]
(6) A gas discharge port is also provided in the outlet hopper or the narrow path following the outlet hopper. Part of the gas is also discharged from here. As described above, one of the purposes of providing the outlet hopper is to prevent leakage of the inert gas from the outlet. If the gas is removed from the outlet side, a large amount of gas is wasted. However, even if the particles are retained in the outlet hopper, part of the gas enters the gap between the particles in the outlet hopper. Therefore, it may be necessary to eliminate the gas inside the outlet hopper. For this purpose, a gas discharge port is also provided on the outlet side (exit-side hopper or narrow path near the outlet-side hopper).
[0036]
(7) Water, impurities, and oxygen are removed from the inert gas discharged from the vicinity of the inlet hopper and the inert gas discharged from the vicinity of the outlet hopper through a cold trap. A dry inert gas is obtained.
[0037]
(8) A deficient inert gas is added, and the dry inert gas is again blown from the gas blowing port on the downstream side of the irradiation unit and the gas blowing port of the inlet hopper. Such circulation use is a remarkable feature of the present invention. Since the inert gas is an expensive gas, if the gas is directly scattered in the air as in the conventional example, the gas cost is high. Therefore, the present invention recycles the inert gas once used through a cold trap and uses it in a circulating manner. As a result, the running cost related to gas can be greatly reduced.
[0038]
【Example】
An electron beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This illustrates an area type (non-scanning type) electron beam irradiation apparatus.
[0039]
A concentric shield electrode 2 is provided inside the cylindrical vacuum chamber 1. There is a parallel filament 3 in the shield electrode 2. In vacuum, a negative voltage is applied to the filament 3 and a filament current flows. Heat electrons are emitted from the filament 3 by being heated by the electric current. This is accelerated by a negative voltage to become an electron beam e. The opening at the bottom of the vacuum chamber 1 serves as the irradiation window 4. This is a window for drawing an electron beam into the atmosphere. A window foil 5 is stretched on the irradiation window 4 to separate the vacuum from the atmospheric pressure. The window foil 5 is provided with an appropriate cooling mechanism as described above. Immediately below the irradiation window 4 is a transport mechanism 6 for transporting the workpiece. Since the transport mechanism 6 needs to rotate the particulate workpiece as described above, a vibrating conveyor or the like is suitable. Here, illustration of a vibration source and a spring for supporting the trough is omitted.
[0040]
The granular material S, which is a horizontally long transport mechanism and is a workpiece, is transported from left to right in the drawing. The workpiece introduced from the inlet hopper 7 is transported to the outlet hopper 8 by the transport mechanism 6 and undergoes electron beam processing in the middle. A second inert gas blowing port 9 is provided on the downstream side in the vicinity of the irradiation window 4. The gas blown from here is urged upstream by the wind direction plate 10. The inert gas travels upstream from the second inert gas inlet 9 on the downstream side of the irradiation window.
[0041]
The inlet hopper 7 is connected to the front of the transport mechanism 6 through the narrow path 11. The inlet side narrow path 11 is provided with an inert gas outlet 12. The inert gas that has traveled upstream from the inert gas inlet 9 takes away oxygen adhering to the powder and exits from the inert gas outlet 12 to the outside. An inert gas discharge port 14 is also provided in the narrow path 13 of the outlet hopper 8 at the rear of the transport mechanism 6. This draws an inert gas from the treated granule. Here, rather than extracting oxygen, the downward movement of the powder can be adjusted by extracting gas from here. The granular material S falls onto the carry-out conveyor 16 through the rotary valve 15 at the lower end of the narrow path 13. The carry-out conveyor 16 conveys the processed object to be processed to an appropriate part.
[0042]
The most important inert gas blowing port is the second inert gas blowing port 9 provided immediately downstream of the irradiation unit 17 (just below the irradiation window 4). However, in order to make oxygen removal even more complete, it is preferable to blow inert gas from the side of the inlet hopper 7.
[0043]
In this figure, a first inert gas inlet 18 is provided above the inlet hopper 7. About the inlet side hopper, you may make it provide the 1st inert gas blowing inlet 19 in the site | part shown with the lower broken line. This is an alternative and only needs to be in either one.
[0044]
The granular material S is conveyed to the upper part of the electron beam irradiation device by the input conveyor 20. The granular material S drops from the input conveyor 20 to the input port 21, and then drops into the inlet hopper 7 through the rotary valve 22. The powder S stays in the inlet hopper 7 for a while. The rotary valve 22 adjusts the input amount.
[0045]
Screen meshes 23 and 24 are provided at the inert gas outlet 12 of the narrow path 11 and the inert gas outlet 14 of the narrow path 13. The screen meshes 23 and 24 pass gas and do not pass the granular material S.
[0046]
An inert gas is blown into the inlet hopper 7 from an inert gas blowing port 18. This sews through the gaps between the staying powder and scrapes off oxygen. The inert gas containing oxygen and moisture is drawn out from the inert gas outlet 12 of the narrow path 11. Oxygen, moisture, light impurities, and the like are removed by the flow of the inert gas in the inlet hopper 7.
[0047]
The inert gas drawn out from the inert gas discharge port 12 on the inlet side passes through the path a, passes through the discharge port flow rate adjustment valve 25, and reaches the blower 26 from the path b. The inert gas drawn out from the inert gas discharge port 14 on the outlet side passes through the path c and passes through the discharge port flow rate adjustment valve 27 to the blower 26 from the path d. The blower 26 collects the inert gas discharged from both of the inert gas discharge ports and applies pressure to circulate through the path.
[0048]
The inert gas passes from the blower 26 through the path g and enters the cold trap 28 where it is cooled by liquid nitrogen. Moisture, impurities, etc. are trapped on the trap surface. Not only that, oxygen is also trapped here. In the conventional example (5), the cold trap captures and removes the printing ink, adhesive, etc., but the cold trap of the present invention can remove moisture, impurities, and oxygen. The cold trap cools the vessel wall surface with liquid nitrogen or liquid helium to lower the vapor pressure and remove volatile components and impurities in the gas. Naturally, moisture and light impurities (powder) can be removed.
[0049]
How can we eliminate oxygen? Since it cools with liquid nitrogen, the inner surface temperature of the container is lowered to a liquid nitrogen temperature of 77K. The boiling point of oxygen is 90K. Therefore, oxygen is also liquefied and adheres as droplets to the wall surface of the cold trap 28. So oxygen can also be collected. The gas that has passed through the cold trap 28 has returned to a pure inert gas (nitrogen gas, rare gas). The gas purified and purified by the cold trap 28 passes through the path h to the mixer 29. The new inert gas is guided to the mixer 29 via the path p, the flow rate adjusting valve 32, and the path i. The gas regenerated in the cold trap 28 is replenished with a new inert gas in the mixer 29.
[0050]
The inert gas passes through the path j, and is blown again into the downstream transport mechanism 6 from the second inert gas blowing port 9 via the blowing port flow rate adjustment valve 30. At the same time, the air is blown from the first inert gas blowing port 18 into the inlet hopper 7 through the blowing port flow rate adjusting valve 31. Thus, the feature of the present invention is that the inert gas is purified and circulated.
[0051]
Although it is used cyclically, the path is not single. There are two gas outlets, B and D. There are two gas inlets, A and C. Therefore, the path f-26-g-28-h-29-j including the blower 26, the cold trap 28, and the mixer 29 is common, but branches before and after that. If you consider the blower 26 as a heart,
B → 26 (B-a-25-b-f-26)
D → 26 (Dc-27-df-26)
There are two venous flows. The flow rate of the venous flow can be freely adjusted by the flow rate adjusting valves 25 and 27.
[0052]
As well
26-> C (26-g-28-h-29-j-kn-30-r-C)
26 → A (26-g-28-h-29-j-k-31-m-A)
There will be two arterial flows. The magnitude of the arterial flow can be freely controlled by the flow rate adjusting valves 30 and 31.
[0053]
In both cases, moisture and oxygen are removed from the cold trap and recycled. These are views of the gas flow outside the electron beam irradiation apparatus. A different complicated gas flow is formed inside the electron beam irradiation apparatus. The flow rate of the gas flowing inside can also be indirectly controlled by the flow rate adjusting valves 25, 27, 30, 31. Each of these gas streams has a different role.
[0054]
(1) Gas flow C → B
A flow in which the inert gas blown from the downstream of the irradiation unit 17 passes through the irradiation unit 17 and strips oxygen while coming into contact with the powder S, and is removed from the inert gas discharge port 12 below the inlet-side hopper 7. It is. This is the most basic gas flow. Since the irradiation window 4 flows from the downstream side to the upstream side, oxygen is prevented from passing through the irradiation window. The granular material that has fallen into the transport system is a thin layer of about one layer, and the contact with the inert gas is vigorous, and the action of removing adhering oxygen is great. Since it goes back through the narrow path 11, it is easy to remove the oxygen and moisture by separating the particles against the falling of the particles.
[0055]
(2) Gas flow A → B
The inert gas blown into the inlet-side hopper 7 from the first inert gas blow-in port 18 sinks into the accumulated static granular material, passes through the narrow path, takes in the attached oxygen and air, and takes the narrow path 11. From the top to the bottom and is removed from the inert gas outlet 12 (B). Since the granular material S containing plenty of air exists in the inlet-side hopper 7, it is effective to remove the air here and replace it with an inert gas. It is intended to remove air, oxygen and moisture long before the irradiation window. Although preliminary, most of the oxygen can be replaced here by an inert gas. Moreover, since the workpiece S inside the inlet hopper 7 is almost stationary, the oxygen replacement effect is great even if the gas consumption is small. Gas containing oxygen and moisture impurities exits from the first inert gas outlet 12 and does not reach the irradiation window 4 and the irradiation unit 17.
[0056]
(3) Gas flow C → D
Most of the gas that enters from the second inert gas inlet 9 goes back to the upstream side. The wind direction plate 10 biases it. It flows upstream and prevents oxygen from entering the irradiation window 4. This is the C → B flow described above. However, some gas is drawn out from the inert gas outlet 14 on the outlet side. This flow is useful as one means of controlling the flow of the granular material at the outlet hopper rather than removing oxygen and moisture. It is possible to prevent clogging of the granular material in the narrow passage 13 of the outlet hopper 8 and to adjust the descending speed of the granular material. For the original purpose of replacing oxygen, the second inert gas outlet 14 (D) can be omitted.
[0057]
(4) Gas flow A → D
From the first inert gas blowing port 18 (A), the inlet side hopper 7 passes through the transport path, reaches the outlet side hopper, and is discharged from the second inert gas discharge port 14 (D). However, there is almost no such gas and it is not important. The presence of this gas flow is not desirable because there is a possibility that the oxygen-containing granular material may pass directly under the irradiation window 4. So it can be said that there is almost no flow.
[0058]
Since there are two gas inlets and two gas outlets, there are four gas paths. Of these, the two most important are (1) C → B and (2) A → B. Naturally, the second inert gas outlet 14 is an outlet that is not useful in terms of oxygen exclusion, and is for gas flow control. The outlet 14 can be omitted.
[0059]
When the transport mechanism 6 is a vibrating conveyor, gas may be sucked into the path of the transport path 6 from the inlet-side hopper 7 and the outlet-side hopper 8 by a pump action caused by vibration. At this time, in order not to increase the oxygen concentration in the transport path,
V 1 , V 2 > V 3 (1)
It is preferable that
[0060]
Where V 1 Is the volume of the inlet hopper 7, V 2 Is the volume of the outlet hopper 8, V 3 Is the volume of the transport path 6. Inlet hopper volume, outlet hopper volume (V 1 , V 2 ) Is transport path V 3 Serves as a buffer layer.
[0061]
【The invention's effect】
In the present invention, the inert gas outlet 12 is provided immediately below the inlet hopper (point B). This is an important point. Further, an inert gas blowing port is provided in the inlet hopper. As a result, oxygen can be stripped and removed from the workpiece in the inlet hopper before entering the transport system.
[0062]
This alone can eliminate oxygen adhering to the object to be processed, but an inert gas inlet 9 is also provided on the downstream side (C) from the irradiation window. As a result, a gas flow of C → B is created, and the structure is such that oxygen is doubled from the workpiece S.
[0063]
Furthermore, the inert gas once used is regenerated and recycled. This can reduce the gas cost. Since a cold trap of liquid nitrogen is used, oxygen having a boiling point higher than that of nitrogen can be collected.
[0064]
An inlet hopper is provided on the inlet side to retain the object to be processed so as to prevent escape of the inert gas from the inlet side. An outlet hopper is provided on the outlet side to retain the object to be processed so as to prevent escape of the inert gas from the outlet side. The waste of inert gas is prevented and the gas cost is greatly reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electron beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Vacuum chamber
2 Shield electrode
3 Filament
4 Irradiation window
5 Window foil
6 Transport mechanism
7 Inlet hopper
8 Exit hopper
9 Second inert gas inlet
10 Wind direction board
11 Narrow path
12 First inert gas outlet
13 Narrow path
14 Second inert gas outlet
15 Rotary valve
16 Unloading conveyor
17 Irradiation part
18 First inert gas inlet
19 Inert gas inlet
20 Input conveyor
21 slot
22 Rotary valve
23 screen mesh
24 screen mesh
25 Discharge port flow adjustment valve
26 Blower
27 Discharge port flow adjustment valve
28 Cold Trap
29 Mixer
30 Blowing flow rate adjustment valve
31 Blowing flow rate adjustment valve
32 Flow control valve
e Electron beam
S powder

Claims (2)

粉粒体を投入し一時滞留する入口側ホッパと、処理済みの粉粒体を一時滞留する出口側ホッパと、入口側ホッパから出口側ホッパへと粉粒体を回転させながら搬送する搬送機構と、搬送機構の途中に設けられ粉粒体に電子線を照射する電子線照射部と、入口側ホッパに設けた第1の不活性ガス吹込口と、入口側ホッパの直後の経路に設けられた不活性ガス排出口と、搬送機構の照射窓の下流側に設けた第2の不活性ガス吹込口と、不活性ガス排出口から排出された不活性ガスから酸素を除去する機構と、不活性ガス排出口から不活性ガスを回収しこれに賦勢して不活性ガス吹込口に戻す循環機構とを含み、不活性ガスを循環使用することを特徴とする電子線照射装置。An inlet hopper for temporarily storing powder particles, an outlet hopper for temporarily storing processed powder particles, and a transport mechanism for rotating and conveying the powder particles from the inlet hopper to the outlet hopper An electron beam irradiation unit that irradiates the granular material with an electron beam, a first inert gas inlet provided in the inlet hopper, and a path immediately after the inlet hopper. An inert gas discharge port, a second inert gas blowing port provided downstream of the irradiation window of the transport mechanism, a mechanism for removing oxygen from the inert gas discharged from the inert gas discharge port, and an inert gas An electron beam irradiation apparatus comprising: a circulation mechanism that collects an inert gas from a gas discharge port, energizes the inert gas, and returns the inert gas to the inert gas blowing port, and circulates and uses the inert gas. 粉粒体を投入し一時滞留させる入口側ホッパと、処理済みの粉粒体を一時滞留する出口側ホッパと、入口側ホッパから出口側ホッパへと粉粒体を回転させながら搬送する搬送機構と、搬送機構の途中に設けられ粉粒体に電子線を照射する電子線照射部と、入口側ホッパに設けた第1の不活性ガス吹込口と、入口側ホッパの直後の経路に設けられた第1の不活性ガス排出口と、搬送機構の照射窓の下流側に設けた第2の不活性ガス吹込口と、出口側ホッパ又はそのの直後の経路に設けた第2の不活性ガス排出口と、不活性ガス排出口から排出された不活性ガスから酸素を除去する機構と、不活性ガス排出口から不活性ガスを回収しこれに賦勢して不活性ガス吹込口に戻す循環機構とを含み、不活性ガスを循環使用することを特徴とする電子線照射装置。An inlet-side hopper for charging and temporarily retaining the powder, an outlet-side hopper for temporarily retaining the processed powder, and a transport mechanism for transporting the powder while rotating from the inlet-side hopper to the outlet-side hopper An electron beam irradiation unit that irradiates the granular material with an electron beam, a first inert gas inlet provided in the inlet hopper, and a path immediately after the inlet hopper. A first inert gas outlet, a second inert gas inlet provided downstream of the irradiation window of the transport mechanism, and a second inert gas outlet provided in the outlet-side hopper or a path immediately after the outlet. A mechanism for removing oxygen from the inert gas discharged from the outlet and the inert gas outlet, and a circulation mechanism for recovering the inert gas from the inert gas outlet, energizing it, and returning it to the inert gas inlet An electron beam illumination characterized by circulating an inert gas Apparatus.
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