JP5013036B2 - ホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法及びホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホルムアルデヒド含有ガス（主成分は空気）を浄化処理するホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法及びホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置に関する。

従来から、食品容器製造工場（以下単に工場とも称する。）などでは、定期的に工場内の容器製造室など無菌室の滅菌のためにホルムアルデヒド薫蒸を行っている。このホルムアルデヒド薫蒸に使用するホルムアルデヒドは人体に有害あるため、ホルムアルデヒド薫蒸後、作業者が無菌室内に立ち入るには、その無菌室内のホルムアルデヒドの濃度を人体に無害な程度にまで下げる必要がある。このホルムアルデヒドの無害化には、従来は、図７に示す燃焼触媒装置が使用されている。

無菌室１００内をホルムアルデヒド薫蒸した後、燃焼触媒装置１０を稼動させると、矢印Ａに示す方向から薫蒸後のガスが取り入れられ、浄化処理されたガスが矢印Ｂに示す方向に排出される。無菌室１００内のホルムアルデヒドは、燃焼触媒装置１０内を循環して除々に分解処理され、やがて無菌室１００内のホルムアルデヒドの濃度は人体に無害な程度にまで低下する。
実用新案登録第３０７５５８７号公報 特開２００４−１６３０５５号公報

しかしながら、上述した従来の燃焼触媒装置は、分解処理が進んで、無菌室内のホルムアルデヒドの濃度が低下するに伴い、ホルムアルデヒドの触媒への吸着効率が低下し、分解効率が悪くなる。このため、従来の装置では、人体に無害なホルムアルデヒド濃度にまで、ホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理するのに時間がかかるという問題があった。例えば、無菌室の容積が約１８００ｍ^３である場合、浄化処理が終わるまでに、約２４時間から４８時間を要し、浄化処理のための時間が長いので、従来の装置では、工場の稼動率を上げることができないという問題がある。

本発明は上記事情に基づいてなされたものであり、ホルムアルデヒド含有ガスを短時間で浄化処理することができるホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法及びホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するための本発明にかかるホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法は、電子ビームを最大出力の条件で使用するのが妥当であり、そのためには、密閉空間内をホルムアルデヒド薫蒸により滅菌処理した後に、密閉空間内に清浄外気を取り入れながら密閉空間内からホルムアルデヒド含有ガスを吸引し、吸引したホルムアルデヒド含有ガス中のホルムアルデヒドの濃度に応じて、前記濃度が高いときには少量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを流し、またホルムアルデヒドの濃度が低いときには大量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを流して電子線を照射することにより前記ホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理することを特徴とする。

上記の目的を達成するための本発明にかかるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置は、密閉空間内をホルムアルデヒド薫蒸により滅菌処理した後に、密閉空間内に清浄外気を取り入れながら密閉空間からホルムアルデヒド含有ガスを吸引する吸引手段と、前記吸引手段が吸引する前記ホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射する電子線照射手段と、前記ホルムアルデヒド含有ガス中のホルムアルデヒドの濃度を検知する濃度検知手段と、前記濃度検知手段が検知した前記ホルムアルデヒドの濃度に応じて、前記濃度が高いときには少量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを吸引するように、また前記濃度が低いときには大量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを吸引するように前記吸引手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、電子線照射手段（例えば電子線照射装置。以下では、電子線照射装置と称する。これは加速した電子を空気に照射することにより空気中の有機物を分解する装置。なお、本特許では、照射に必要な照射容器も含めて電子線照射装置と呼ぶ。）の出力を最大（一定）にして、ホルムアルデヒド含有ガス中のホルムアルデヒドの濃度に応じて、それに流すホルムアルデヒド含有ガスの量を制御することにより、従来の装置に比べて、短時間にホルムアルデヒドを分解処理することができる。特に、清浄外気の流入装置及び、排気装置が設置されている無菌室等では、既存のガス流量コントロール装置を用いて、電子線照射装置を既存の配管内に敷設させるだけで、目標としている処理の短時間化を行うことができる。

以下に、図面を参照して、本願に係る発明を実施するための最良の形態について説明する。
［第１実施形態］ 図１は本発明の第１実施形態であるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置の概略図である。図１に示すように本発明の第１実施形態であるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置１は、ホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射して浄化処理する電子線照射装置２０と、密閉空間である食品容器製造工場内の無菌の製造室（以下、単に無菌室とも称する。）１００内のホルムアルデヒド含有ガスを吸引して電子線照射装置２０に流すと同時に、無菌室１００内にフィルター１０１を介して外気を取入れるためのブロワ（吸引手段）４０と、無菌室１００内のホルムアルデヒドの濃度を検知するための濃度計５０と、濃度計５０からのホルムアルデヒドの濃度情報に応じてブロワ４０の回転数を制御して、電子線照射装置２０に流すホルムアルデヒド含有ガスの流量を調節する制御部６０と、を備えている。なお、フィルター１０１は、塵埃や菌を除去するためのものであって、例えばヘパフィルターである。

電子線照射装置２０は、ホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射する照射容器２１と、電子線を発生する電子線発生装置２２とを備えている。電子線照射装置２０としては、流量線量積が約２．８０×１０⁴[kGy・m³/h]となるもの、例えば、岩崎電気株式会社製の加速電圧３００ｋＶ、最大電流値４０ｍＡの電子線発生装置（型式ＥＣ３００／４５／４０ｍＡ）などが使用出来る。なお、照射容器２１は、照射容器の深さが、電子の最大飛程とほぼ等しいものを使用する。

次に、本実施形態の工程について説明する。無菌室１００内のホルムアルデヒド薫蒸が終わると、本実施形態の装置によるホルムアルデヒドの分解処理が開始される。まず、無菌室１００内に設置された濃度計５０により、無菌室１００内のホルムアルデヒドの濃度を検出し、その結果が制御部６０に送られる。制御部６０は、濃度計５０のホルムアルデヒドの濃度情報に応じて、濃度が高いときには、電子線照射装置２０に少量のホルムアルデヒド含有ガスを流すように、また、ホルムアルデヒドの濃度が薄いときには、電子線照射装置２０に大量のホルムアルデヒド含有ガスを流すように、ブロワ４０のモータの回転数を制御する。

ホルマリンガスはホルムアルデヒドとメタノールが混在するガスのことであり、ホルムアルデヒド薫蒸に一般的に用いられている。薫蒸後、無菌室内部のホルムアルデヒド含有ガスを一定流量で取り出して浄化処理する場合、初期の段階では、ホルムアルデヒドの濃度は濃いが、処理が進むにしたがってホルムアルデヒドの濃度が薄くなる。この場合では、処理の最初から最後まで、同じ量のホルムアルデヒド含有ガスを電子線照射装置に流すと、分解処理の進行に伴って、分解処理効率に差が生じる。すなわち、最初の濃度を処理できる電子線照射装置の運転条件で処理を行うと、濃度が薄くなるにしたがい、過剰の電子線を照射することとなる。これに対して、本実施形態は、電子線照射装置を一定出力で稼動させ、ホルムアルデヒドの濃度に応じて、流すホルムアルデヒド含有ガスの量を制御する、具体的には、低濃度になるほど多くすることにより、必要最低限の電子線照射量を与えることができ、かつ有害なホルムアルデヒドを確実に一酸化炭素と二酸化炭素に分解処理して外部に排出することができる。すなわち、電子線照射装置の能力を最大限に活用して、短時間でホルムアルデヒドを分解除去して、外部に放出することができる。なお、電子線照射装置の出力を一定としたことにより、調整が不要で、電子線照射装置自体の制御が容易となる。

次に、本実施形態の装置について、ホルムアルデヒド含有ガスの浄化に要する処理時間を与える。後述する方程式の係数を算出するために、次の実験を行った。高濃度（ホルムアルデヒド濃度：約１２００ppmv）と、低濃度（ホルムアルデヒド濃度：約５００ppmv）のホルムアルデヒド含有ガスを調製し、１０ L/minで電子線照射容器に導き照射することにより、電子線照射により与えられる吸収線量とホルムアルデヒド濃度の関係を調べた。その結果を図２に示す。図２では、横軸に吸収線量（kGy）を、縦軸にホルムアルデヒド濃度（ppmv）を示す。これより、濃度１２３２ppmvのホルムアルデヒドを１０ppmvまで分解するのに約８０ｋＧｙの吸収線量が必要であることが分かった。

また、濃度約１２００ppmvのホルムアルデヒドを５００、１６０、４５、１０ppmvにするのに必要な吸収線量がそれぞれ、実験結果より、１０、２０、４０、７７kＧｙであり、また、約５００ppmvのホルムアルデヒドを２５０、１６０、８０、１０ppmvにするのに、それぞれ５、１０、２０、３５kＧｙ必要である。
無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度をＣ_E、この濃度をC_O-Terまで減少させるのに必要な吸収線量をＤ_O-Ter とし、必要な吸収線量Ｄ_O-Terと照射後のホルムアルデヒド濃度C_O-Terとの関係式を求めると、
Ｃ_O-Ter （Ｄ_O-Ter）=(3.18×Ｄ_O-Ter／Ｃ_E+0.03)^-2.04-10 ・・・(Ａ)
という近似式が得られた。

無菌室１００内でホルムアルデヒド薫蒸を行った後、清浄外気を無菌室内に導きながら、ブロワ４０で無菌室内のホルムアルデヒド含有ガスを吸引し、そのホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射するとする。
無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度が１５００ppmvの場合は、１０ppmvまで分解するのに必要な吸収線量は、式(Ａ)よりＤ_O-Ter =９０kＧｙであるが、処理を始め、無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度が低下すると、１０ppmvまで分解するのに必要な吸収線量も低下する。式(Ａ)から分かるように、無菌室内のホルムアルデヒド濃度と分解に必要な吸収線量は比例の関係にある。

次に、電子線照射により与えられる吸収線量とガスの流量の関係について述べる。電子線照射装置の出力を一定の条件下では、吸収線量と照射容器に流すガスの流量は反比例の関係にある。
したがって、電子線照射装置の出力を一定にして、無菌室１００内のホルムアルデヒドを分解する場合、無菌室内のホルムアルデヒド濃度とガスの流量は、反比例の関係となる。
しかし、照射容器に流すことが出来るガスの流量は、ブロワ４０の最大吸引能力以下なので、ブロワ４０の最大吸引能力及び分解処理後の濃度によっては、部屋内のホルムアルデヒドの濃度が低下しても、吸引するガスの流量を一定（＝最大吸引能力）にして、処理を行う場合がある。つまり、ホルムアルデヒド濃度と流量の反比例の関係を維持できなくなる。

ガスの吸引流量が大きくなり、ブロワの最大能力となる瞬間、言い換えると濃度と流量の反比例を維持できる場合と維持できなくなる場合の境界を境界条件と呼ぶ。境界条件はブロワの最大能力等によって変化するが、このことを示すため、境界条件の濃度（＝Ｃ_B）を求め、次に処理時間（＝t_B）を、下記に定義するパラメータを使った形で表記する。

浄化処理開始前の無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度をＣ_E[ppmv]、これをＣ_O-Terまで減少させるのに必要な吸収線量をＤ_O-Terとする。浄化処理時間ｔ[h]におけるホルムアルデヒド濃度をＣ(t)[ppmv]、無菌室容積をＶ[m³]、ブロワの最大吸引流量をＢ[m³/h］、ある時間でのブロワの処理流量をＦ(t) [m³/h］、無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度をＣ_Eから人体に無害な程度の濃度Ｃ_I-Terに減少させるまで、電子線照射による浄化処理を行うものとする。(Ｃ(t)、Ｆ(t)は、それぞれＣ、Ｆが時間の関数であることを表す。)
照射容器は、深さが、電子の最大飛程とほぼ等しいものを使用し、最大出力の条件で電子線照射装置を稼動させた場合に、流量線量積はＷ[kGy・m³/h]となる。
なお、浄化処理時間ｔ[h]において、人体に無害な程度の濃度Ｃ_I-Terに減少させるのに必要な線量を、Ｄ(t)[kGy]とする。式(Ａ)から分かるように、無菌室内のホルムアルデヒド濃度と分解に必要な吸収線量は比例の関係にあり、定義から初期濃度のときのＤ(t)はＤ_O-Terであるので、Ｄ(t)＝Ｄ_O-Ter×Ｃ(t)／Ｃ_Eである。

無菌室１００内のホルムアルデヒド（以下、ＨＣＨＯとも表記する。）の濃度変化量は、
（無菌室内から出て行くＨＣＨＯ量）／（無菌室容積）であり、室内の濃度変化：dＣ(t)/dtは、あるときの無菌室１００内のホルムアルデヒドの濃度がＣ(t)[ppmv]，そのときの流量がＦ(t)[m³/h］，無菌室容積がＶ[m³]であるので、
dＣ(t)/dt＝-Ｃ(t)×Ｆ(t)/Ｖ （１）
となる。

電子線照射装置の出力を一定にして、無菌室１００内のホルムアルデヒドを分解する場合、無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度Ｃ(t)とガスの吸引流量Ｆ(t)は、反比例の関係となるので、Ｃ(t)×Ｆ(t)は一定である。
これは、t＝０のときにも成り立ち、t＝０のときの流量をＦ_Eとすると
Ｃ(t)×Ｆ(t)＝Ｃ_E×Ｆ_E＝Ｃ_E×Ｗ / Ｄ_O-Ter （２）
ここでＦ_Eは、t＝０のときの「流量線量積／吸収線量」で求められる。これを（１）に代入すると、
dＣ(t)/dt＝−(Ｃ_E×Ｗ) /(Ｄ_O-Ter×Ｖ)
（上式の右辺は定数）
この微分方程式を解くと
Ｃ(t)=-{(Ｃ_E×Ｗ)/(Ｄ_O-Ter×Ｖ)}×t＋Ｃ_E （∵ｔ=０のときＣ(t)= Ｃ_E） （３）
ここで、境界条件のときの無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度Ｃ_Bを求める。
Ｆ(t)＝Ｂを（２）に代入すると、
Ｃ_B×Ｂ＝Ｃ_E×Ｗ/Ｄ_O-Ter
Ｃ_B＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｂ)
（３）にＣ(t)= Ｃ_Bを代入すると、
ｔ_B＝(Ｄ_0-Ter×Ｂ−Ｗ)×Ｖ／(Ｗ×Ｂ)

上記のように境界条件が求まったので、次に、ホルムアルデヒド含有ガスの
吸引流量Ｆ(t)がＦ(t)＝Ｗ／Ｄ(t)またはＦ(t)＝Ｂで表わされる関係式を
上記のパラメータによってもう一度表記し、ブロワの最大吸引能力によっては、場合分けが必要であることを示す。

無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度がＣ_I-Ter（処理終了時）となったときの、時刻をt＝t_I-Terとすると、０≦t_I-Ter≦t_B＝(Ｄ_0-Ter×Ｂ−Ｗ)×Ｖ／(Ｗ×Ｂ)となる場合は（濃度Ｃ_I-TerがＣ_E≧Ｃ_I-Ter≧Ｃ_B ＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｂ)の場合は）、境界条件に到達する前に処理を終了することが出来、分解開始から分解を終了する時間まで常に、処理流量Ｆ(t)は、Ｆ(t)＝Ｗ／Ｄ(t)＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｃ(t))の条件でガスを吸引することが出来る。
処理途中で、境界条件に到達し、密閉空間内から吸引するガスの流量がブロワの最大吸引能力となり、途中からホルムアルデヒド濃度と流量の反比例の関係を維持できなくなる場合、０≦t_B＝(Ｄ_0-Ter×Ｂ−Ｗ)×Ｖ／(Ｗ×Ｂ)≦t_I-Ter（濃度Ｃ_I-TerがＣ_E≧Ｃ_B ＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｂ)≧Ｃ_I-Ter）を満たす。
境界条件に到達するまでは、時刻tは、０≦t≦t_B＝(Ｄ_0-Ter×Ｂ−Ｗ)×Ｖ／(Ｗ×Ｂ)（濃度Ｃ(ｔ)がＣ_E≧Ｃ(ｔ)≧Ｃ_B ＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｂ)の範囲にあり、このとき吸引流量Ｆ(t)は、Ｆ(t)＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｃ(t))となる。

境界条件に到達した後、時刻tは、０＜t_B＝(Ｄ_0-Ter×Ｂ−Ｗ)×Ｖ／(Ｗ×Ｂ) ≦t≦t_I-Ter（濃度Ｃ(ｔ)がＣ_B ＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｂ)≧Ｃ(ｔ)≧Ｃ_I-Ter）の範囲にあり、吸引流量は、Ｆ(t)＝Ｂとなる。
ここで、Ｃ_I-TerとＣ_B ＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｂ)を比較すると、ブロワの最大吸引能力Ｂの値が小さいと、境界条件Ｃ_Bの方がより大きくなってしまい、処理途中に境界条件に到達し、境界条件前後で流量の制御方法を変える必要があるということがわかる。

［シミュレーションの方法］ 今、無菌室１００内のホルムアルデヒドの初期濃度１５００ppmv，無菌室の容積１８００m³，電子線照射装置２０を加速電圧３００kV，最大電流値４０mAの条件で、無菌室内に清浄な外気を入れながら１パス処理（電子線を一回照射する処理）を行いホルムアルデヒド濃度を１０ppmvにして排出する。前述の通り、式(Ａ)の関係から、分解処理前のホルムアルデヒド濃度Ｃ_Eが１５００ppmv、分解処理後のホルムアルデヒド濃度Ｃ_O-Terが１０ppmvの場合、必要な吸収線量は、９０ｋGyである。１５００ppmvの無菌室１００内の濃度を１０ppmv（＝Ｃ_I-Ter）（９９%分解）にするために必要な処理時間の推定を異なる最大吸引能力のブロワを用いた場合について、シミュレーションを行った。
このガスに電子線が必ず照射されるようにガスを流通させたとき、電子線照射装置の流量線量積は２．８０×１０^４[kGy・m³/h]とする。前記密閉空間内の前記ホルムアルデヒド含有ガスを最大吸引能力Ｂ[m³/h]の吸引手段により吸引すると共に前記密閉空間内に清浄な外気を取り入れ、ある処理時間t[h]のときの前記密閉空間内のホルムアルデヒドの濃度をＣ(t)[ppmv]とする。

上記の仮定をしたときに、境界条件に到達する前に処理が終了し、ホルムアルデヒド濃度と流量の反比例の関係を維持できる場合（ａ）と処理途中で境界条件に到達し、途中で反比例の関係を維持できなくなる場合（ｂ）の、それぞれの流量範囲は、
（ａ）の場合の流量
Ｆ(t)は、（２）式の関係を用いて求めることが出来、
Ｆ(t)＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter ×Ｃ(t))≦ＢのＷ、Ｄ_O-Ter、Ｃ_EにＷ＝２．８０×１０^４、Ｄ_O-Ter＝９０、Ｃ_E＝１５００を代入し、
Ｆ(t)＝4.69×10⁵ ／Ｃ(t)≦Ｂ
（ｂ）の場合の流量
F(t)=B

（ａ）ガスの処理流量がブロワの最大吸引能力未満の場合（Ｆ(t)＝4.69×10⁵／Ｃ(t)＜Ｂ）
無菌室１００内のホルムアルデヒド濃度は、
Ｃ(t)=-{Ｃ_E×Ｗ/(Ｄ_O-Ter×Ｖ)}×t＋Ｃ_E
（３）式のＣ_E、Ｗ、Ｄ_O-Ter、ＶにＣ_E＝１５００、Ｗ＝２．８０×１０^４、Ｄ_O-Ter＝９０、Ｖ＝１８００を代入し、
Ｃ(t)=-２６０×t＋１５００
Ｃ_I-TerがＦ(t)＝4.69×10⁵／Ｃ_I-Ter＜Ｂを満たす場合は、無菌室内のホルムアルデヒド濃度が人体に無害な程度の濃度Ｃ_I-Terに低下するまでの処理時間tを算出することができる。

（ｂ）ガスの処理流量がブロワの最大吸引能力の場合（Ｆ(t)=Ｂ）
処理流量の計算値がブロワの最大吸引能力となった場合は、Ｆ(t)=Ｂ＝一定（ブロワ最大吸引能力）より、上述の式dＣ(t)／dt＝-Ｃ(t)×Ｆ(t)／Ｖは、
dＣ(t)／dt＝-Ｃ(t)×Ｂ／Ｖとなり
(1／Ｃ(t))・(dＣ(t)／dt)＝−Ｂ／Ｖ
(1／Ｃ(t))・dＣ(t)＝(−Ｂ／Ｖ）・dt ・・・（４）
となる。この式（４）の両辺を積分すると、

次に、この定数Ｃ₂の値を求める。
式（５）は、境界条件でも成り立つ。
Ｃ_B、t_Bの値を求めるために、Ｃ_E＝１５００、Ｗ＝２．８０×１０^４、Ｄ_O-Ter＝９０、Ｖ＝１８００を代入すると、
Ｃ_B＝(Ｃ_E×Ｗ)／(Ｄ_0-Ter×Ｂ)＝4.69×10⁵／Ｂ
t_B＝(Ｄ_0-Ter×Ｂ−Ｗ)×Ｖ／(Ｗ×Ｂ)＝((90×Ｂ-2.80×10⁴)×1800)／(2.80×10⁴ ×Ｂ)
これらを式（５）に代入して、Ｃ₂を求め、さらにＣ(t)を求めると、

となる。

この式（６）により、C_I-TerがＦ(t)＝4.69×10⁵／Ｃ_I-Ter＜Ｂを満たさない場合、言い換えるとホルムアルデヒド濃度と流量の反比例の関係を途中で維持できなくなる場合の無菌室内のホルムアルデヒド濃度が人体に無害な程度の濃度C_I-Terに低下するまでの処理時間tを算出することができる。

（ｃ）まとめ
上記（ａ）,（ｂ）に示すように、ホルムアルデヒドの濃度と流量の反比例の関係処が維持できる場合と維持できない場合で、濃度算出式が異なる。その算出式が変わる時はＦ(t)＝Ｂの時点（境界条件）である。ブロワの能力によって、濃度と処理時間の関係は、以下の(1)，(2)に分けられる。

(1)濃度Ｃ(t)がＣ_E≧Ｃ(t)≧4.69×10⁵／Ｂ≧10が成立する場合、すなわちガスの処理流量がブロワの最大吸引能力未満の場合は、
Ｆ(t)＝4.69×10⁵／Ｃ(t)
であり
Ｃ(t)=-２６０×t＋１５００
となる。

(2) 濃度Ｃ(t)がＣ(t)＜4.69×10⁵／Ｂのとき、すなわちガスの処理流量がブロワの最大吸引能力の場合は、
Ｆ(t)=Ｂとなり
Ｃ(t)は

［シミュレーション計算結果］ 上記計算式（３）及び（６）を用いて各ブロワの最大能力毎に処理時間tを算出した結果を図３の表１に示す。表１よりブロアの最大吸引能力が３０００m³/hで処理した場合、従来の燃焼触媒方式に比べて４〜８倍の速さでホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理することができる。

また、各ブロワの最大吸引能力別にホルムアルデヒド濃度と処理時間の関係を図４に示す。図４では、横軸に処理時間t[h]を、縦軸にホルムアルデヒド濃度Ｃ(t) [ppmv]を示している。また図４では、ブロワの最大吸引能力Ｂが１０００m³/hと、２０００m³/hと、３０００m³/hの３つの場合について示している。例えば、ブロワの最大吸引能力Ｂが１０００m³/hの場合（太い実線）、４７０ppmv付近でそれまで直線だったグラフが曲線に変わる点（これを境界点と呼ぶ。）Ｐが存在する。この境界点ＰがＦ(t)＝Ｂとなる点である。ブロワの最大吸引能力Ｂが１０００m³/hの場合、ホルムアルデヒド濃度Ｃ(t)が４７０ppmvより大きければ、（ａ）の式（３）、一方、ホルムアルデヒド濃度Ｃ(t)が４７０ppmv以下であるときには、（ｂ）の式（６）を用いて処理時間ｔを算出する。ブロワの最大吸引能力Ｂが２０００m³/hの場合（太い点線）や、ブロワの最大吸引能力Ｂが３０００m³/hの場合（細い実線）も同様に、境界点の時よりホルムアルデヒド濃度が大きければ（ａ）の式（３）、小さい場合は、（ｂ）の式（６）をそれぞれ用いて処理時間tを算出する。なお、ブロワの最大吸引能力Ｂが変わると、境界点Ｐの位置が変わる。

以上から、本実施形態によれば、電子線照射装置を最大出力の固定条件で運転しながら、薫蒸直後のホルムアルデヒドの濃度が高いときには、電子線照射装置に流すガスの量を小さくし、処理が進み、ホルムアルデヒドの濃度が低くなったときには、電子線照射装置に流すガスの量を増やすことにより、濃度が変化するホルムアルデヒドを常に一定量、効率よく短時間で分解することができる。またホルムアルデヒドの分解処理途中で、その濃度変化に追従させて電子線照射装置の出力を変える必要はないので、電子線照射装置自体の制御が容易となる。

さらに、上記の本実施形態によれば、ホルムアルデヒド含有ガスを電子線照射装置に一度通過させるだけで、ホルムアルデヒドを分解除去することができるので、ホルムアルデヒド含有ガスを複数回通過（循環）させて浄化処理する従来の燃焼触媒装置に比べて短時間でホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理することができる。

［第２実施形態］ 図５は、本発明の第２実施形態であるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置の概略図である。図５に示すように本発明の第２実施形態であるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置１ａは、高濃度のホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理するための循環式の燃焼触媒装置１０と、燃焼触媒装置１０により濃度が低下されたホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射して浄化処理する電子線照射装置２０と、主として電子線の照射により生成された中間生成物である蟻酸等を水で除去するための水処理装置３０と、密閉空間である無菌室１００内のホルムアルデヒド含有ガスを吸引して電子線照射装置２０に流すと同時に、無菌室１００内に清浄外気を取り入れるためのブロワ（吸引手段）４０と、無菌室１００内のホルムアルデヒドの濃度を検知するための濃度計５０と、濃度計５０からのホルムアルデヒドの濃度情報に応じてブロワ４０の回転数を制御して、電子線照射装置２０に流すホルムアルデヒド含有ガスの流量を制御する制御部６０と、を全て備えている。

本実施形態が第１実施形態と異なるのは、本実施形態では、密閉空間である無菌室１００内に燃焼触媒装置１０を設け、その無菌室１００の後段に電子線照射装置２０，水処理装置３０の順に設けた点である。その他の点は、第１実施形態のものと同様である。したがって、第２実施形態において、第１実施形態のものと同一の機能を有するものには、同一の符号或いは対応する符号を付することにより、その詳細な説明を省略する。

燃焼触媒装置１０としては、既知のものを使用することができる。したがって、この燃焼触媒装置１０の詳細な説明は省略する。無菌室内のホルムアルデヒドが高濃度のときには、ホルムアルデヒドの触媒への吸着効率が高いので、燃焼触媒装置１０により効率よくホルムアルデヒドを分解することができる。水処理装置３０は、主として電子線の照射により生成された中間生成物である蟻酸等を水で除去するものである。

図６は、ホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射したときの吸収線量に対するホルムアルデヒドや中間生成物の濃度を示す図である。図６は、パラホルムアルデヒド（ 純度９９．８％ ）を気化させて、５００ppmvのホルムアルデヒドを含む空気を調製し、これを流速１０L/min、吸収線量５〜１００kGyで１MeVの電子線照射を行った結果を示すものである。電子線照射によりホルムアルデヒドを分解する工程は、図６から分かるように、吸収線量が１０kGyまでは、ホルムアルデヒドの濃度減少に伴って、蟻酸及び一酸化炭素の濃度が急激に増加し、それ以上の吸収線量では、ホルムアルデヒド及び蟻酸の濃度の減少と、それに伴う一酸化炭素及び二酸化炭素の濃度の増加という二段階反応となっている。この中間生成物のうち、蟻酸は刺激性の強い物質であるので、外部に排出することはできない。一方、蟻酸は、水に容易に溶解するので、電子線照射後のガスを、例えばシャワー状に水を散水する水処理装置３０に通すことにより、効率よく蟻酸を除去することができる。

また、ホルムアルデヒド薫蒸を行うときの薬剤として用いられているホルマリン水溶液には、ホルムアルデヒドの他に安定剤としてメタノールも加えられている。このメタノールは電子線照射により分解できるが、ホルムアルデヒドほど効率よく分解することはできない。また、メタノールは、水に容易に溶解する。このため、水処理装置３０で、メタノールを除去することもできる。なお、メタノールを除去するためだけであれば、水処理装置は電子線照射装置の前段に配置することも可能である。

次に、本実施形態の工程について説明する。本実施形態の工程は、基本的には、第１実施形態のものと同じである。したがって、ここでは、本実施形態に特有の工程について説明する。ホルムアルデヒド薫蒸後の無菌室１００内のホルムアルデヒド含有ガスは、まず、高濃度のホルムアルデヒドの分解処理を得意とする燃焼触媒装置１０に送られ、ここで触媒によりホルムアルデヒドを分解処理し、高濃度のホルムアルデヒド含有ガスを低濃度のホルムアルデヒド含有ガスとする。その後、ホルムアルデヒド含有ガスは、低濃度のホルムアルデヒド含有ガスを浄化するのが得意な電子線照射装置２０に送られ、電子線によりホルムアルデヒドが分解除去される。更に、電子線照射装置２０で電子線により浄化処理されたガスは、水処理装置３０に送られ、ここで、蟻酸等の水溶性の物質が除去されて、外部に放出される。

上記の本実施形態によれば、高濃度のホルムアルデヒドを燃焼触媒装置で効率よく分解処理し、濃度が低くなったホルムアルデヒドを電子線の照射により効率よく分解処理し、さらに蟻酸等の水溶性の物質を水処理装置で除去することにより、各装置の長所を生かして薫蒸後のホルムアルデヒド含有ガスの浄化処理を、従来の装置より短時間で行うことができる。しかも、無菌室内に燃焼触媒装置及び電子線照射装置の後段に水処理装置を併設することにより、電子線照射装置だけでホルムアルデヒドを分解処理する第１実施形態のものに比べて、電子線照射装置を小型化することができる。その他の作用・効果は、第１実施形態のものと同様である。

尚、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態では、水処理装置を電子線照射装置の後段に配置する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、水処理装置は、電子線照射装置の前段に配置してもよい。

また、上記の本実施形態では、電子線照射装置として、流量線量積が2.80×10⁴[kGy・m³/h]のものを使用するとしたが、本発明は、これに限定されるものではない。

また、上記の本実施形態では、密閉空間が食品容器製造工場の無菌室である場合について説明したが、密閉空間は研究所の無菌室等であってもよい。

また、上記の本実施形態では、薫蒸後のホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理する場合について説明したが、本発明は処理対象として空気を主成分とするホルムアルデヒドを含むガスであればよく、薫蒸後のホルムアルデヒド含有ガスの分解に限定されるものではない。

また、上記の本実施形態では、電子線照射装置を無菌室外に設置する場合について説明したが、電子線照射装置は無菌室内に配置するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明のホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法及び分解装置によれば、ホルムアルデヒドの濃度に応じて、電子線照射装置に流すガスの量を制御することにより、電子線照射装置を最大出力の固定条件で使用して、従来の装置に比べて、極めて短時間でホルムアルデヒドを分解処理することができる。したがって、本発明は、食品容器製造工場の無菌室等におけるホルムアルデヒド薫蒸後のホルムアルデヒドを分解する分解装置等に適用することができる。

図１は本発明の第１実施形態であるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置の概略図である。 図２は高濃度（ホルムアルデヒド濃度：約１２００ppmv）及び、低濃度（ホルムアルデヒド濃度：約５００ppmv）のホルムアルデヒドガスを用いて、電子線の照射による吸収線量と分解率の関係を調べた結果を示す図である。 図３は各ブロアの最大吸引能力毎に処理時間tを算出した結果を示す表である。 図４は各ブロアの最大吸引能力別に処理時間tとホルムアルデヒド濃度Ｃ(t)の関係を示す図である。 図５は本発明の第２実施形態であるホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置の概略図である。 図６はホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射したときの吸収線量に対するホルムアルデヒドや中間生成物の濃度を示す図である。 図７はホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理する従来の燃焼触媒装置を説明するための概略図である。

符号の説明

１，１ａ ホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置
１０ 燃焼触媒装置
２０ 電子線照射装置
３０ 水処理装置
４０ ブロワ
５０ 濃度計
６０ 制御部
１００ 無菌室

Claims (11)

1. 密閉空間内をホルムアルデヒド薫蒸により滅菌処理した後に、前記密閉空間内に清浄外気を取り入れながら前記密閉空間内からホルムアルデヒド含有ガスを吸引し、吸引したホルムアルデヒド含有ガス中のホルムアルデヒドの濃度に応じて、前記濃度が高いときには少量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを流し、またホルムアルデヒドの濃度が低いときには大量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを流して電子線を照射することにより前記ホルムアルデヒド含有ガスを浄化処理することを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法。
2. 請求項１に記載の発明において、前記ホルムアルデヒド含有ガスに照射する電子線の照射量を一定とし、電子線を照射される前記ホルムアルデヒド含有ガスの流量m³/h］と吸収線量［kGy］の積を流量線量積Ｗ[kGy・m³/h]とし、
   前記密閉空間内の前記ホルムアルデヒド含有ガスを前記吸引手段により吸引しながら、前記密閉空間内に清浄な外気を取り入れ、ある処理時間t[h]のときの前記密閉空間内のホルムアルデヒドの濃度Ｃ(t)を人体に無害な程度まで低減するのに必要な吸収線量をＤ(t)[kGy]とすると、前記吸引手段により前記密閉空間から吸引する前記ホルムアルデヒド含有ガスの流量Ｆ(t) [m³/h]をＦ(t)＝Ｗ／Ｄ(t)、
   ただし、Ｄ(t)は、浄化処理開始前の前記密閉空間内のホルムアルデヒドの濃度をＣ_E、この濃度を人体に無害な程度まで低減するのに必要な吸収線量をＤ_O-Ter[kGy]とすると、Ｄ(t)＝Ｄ_O-Ter×Ｃ(t)／Ｃ_E 、
   とすることを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法。
3. 請求項２に記載の発明において、前記吸引手段の最大吸引能力が低いか、または前記必要な吸収線量Ｄ(t)[kGy]が低く、前記流量Ｆ(t)でガスを吸引することが出来ないときには、吸引流量が大きくなり前記吸引手段の最大吸引能力となる瞬間を境界条件とし、前記境界条件到達後は、前記吸引手段の最大吸引流量をＢ[m³/h]とすると、前記吸引手段により前記密閉空間から吸引する前記ホルムアルデヒド含有ガスの流量Ｆ(t)をＦ(t)＝Ｂとすること特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の発明において、前記密閉空間内をホルムアルデヒド薫蒸により滅菌処理した後に、前記密閉空間内で燃焼触媒を用いた循環式の分解装置を稼動させると共に、前記密閉空間内に清浄外気を取り入れながら前記密閉空間内から吸引したホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射することを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、前記電子線を照射する工程の後に、電子線照射後のガスに含まれる中間生成物を水で除去するための水処理工程を設けたことを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化方法。
6. 密閉空間内をホルムアルデヒド薫蒸により滅菌処理した後に、前記密閉空間内に清浄外気を取り入れながら前記密閉空間からホルムアルデヒド含有ガスを吸引する吸引手段と、前記吸引手段が吸引する前記ホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射する電子線照射手段と、前記ホルムアルデヒド含有ガス中のホルムアルデヒドの濃度を検知する濃度検知手段と、前記濃度検知手段が検知した前記ホルムアルデヒドの濃度に応じて、前記濃度が高いときには少量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを吸引するように、また前記ホルムアルデヒドの濃度が低いときには大量の前記ホルムアルデヒド含有ガスを吸引するように前記吸引手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置。
7. 請求項６に記載の発明において、前記ホルムアルデヒド含有ガスに照射する電子線の照射量を一定とし、電子線を照射される前記ホルムアルデヒド含有ガスの流量m³/h］と吸収線量［kGy］の積を流量線量積Ｗ[kGy・m³/h]とし、
   前記密閉空間内の前記ホルムアルデヒド含有ガスを前記吸引手段により吸引しながら、前記密閉空間内に清浄な外気を取り入れ、ある処理時間t[h]のときの前記密閉空間内のホルムアルデヒドの濃度Ｃ(t)を人体に無害な程度まで低減するのに必要な吸収線量をＤ(t)[kGy]とすると、前記吸引手段により前記密閉空間から吸引する前記ホルムアルデヒド含有ガスの流量Ｆ(t) [m³/h]をＦ(t)＝Ｗ／Ｄ(t)、
   ただし、Ｄ(t)は、浄化処理開始前の前記密閉空間内のホルムアルデヒドの濃度をＣ_E、この濃度を人体に無害な程度まで低減するのに必要な吸収線量をＤ_O-Ter[kGy]とすると、Ｄ(t)＝Ｄ_O-Ter×Ｃ(t)／Ｃ_E 、
   とすることを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置。
8. 請求項７に記載の発明において、前記吸引手段の最大吸引能力が低いか、または前記必要な吸収線量Ｄ(t)[kGy]が低く、前記流量Ｆ(t)でガスを吸引することが出来ないときには、吸引流量が大きくなり前記吸引手段の最大吸引能力となる瞬間を境界条件とし、前記境界条件到達後は、前記吸引手段の最大吸引流量をＢ[m³/h]とすると、前記吸引手段により前記密閉空間から吸引する前記ホルムアルデヒド含有ガスの流量Ｆ(t)をＦ(t)＝Ｂとすること特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置。
9. 請求項６乃至８の何れかに記載の発明において、前記密閉空間内に燃焼触媒を用いた循環式の分解装置を配置し、前記密閉空間内をホルムアルデヒド薫蒸により滅菌処理した後に、前記燃焼触媒を用いた循環式の分解装置を稼動させると共に、前記密閉空間内に清浄外気を取り入れながら前記密閉空間内から吸引したホルムアルデヒド含有ガスに電子線を照射することを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置。
10. 請求項６乃至９の何れかに記載の発明において、前記ホルムアルデヒド含有ガス中にメタノールが共存する場合には、前記電子線照射手段の前段又は後段に、前記ホルムアルデヒド含有ガス中にホルムアルデヒドと共存するメタノールを水で除去するための水処理装置を設けたことを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置。
11. 請求項６乃至１０の何れかに記載の発明において、前記電子線照射手段の後段に、電子線照射後のガスに含まれる中間生成物を水で除去するための水処理装置を設けたことを特徴とするホルムアルデヒド含有ガスの浄化装置。

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