JP7448893B2 - ガス分解装置及びガス分解方法 - Google Patents
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Description
主たる発光波長が160nm以上200nm未満に属する第一光を、前記配管の内部に照射する第一光源と、
主たる発光波長が200nm以上411nm未満に属する第二光を、前記配管の内部に照射する第二光源と、を備え、
前記第一光源と前記第二光源は、前記第二光の少なくとも一部が、前記第一光の少なくとも一部と重なり合うように配置され、前記一酸化二窒素を分解する。
前記配管は、前記第二光が前記配管を透過する透過領域を備えても構わない。第一光源を配管の内部に配置すると、第一光源が出射する第一光が配管を透過しなくてよいため、配管に使用可能な材料の選択肢を広げられる。
第一光源から、主たる発光波長が160nm以上200nm未満に属する第一光を、前記チャンバに照射し、
第二光源から、主たる発光波長が200nm以上411nm未満に属する第二光を、前記第二光の少なくとも一部が前記第一光の少なくとも一部と重なり合うように、前記チャンバに照射し、前記一酸化二窒素を分解する。
図1Aは、ガス分解装置の一実施形態を示す図である。図1Bは図1AのS1-S1線断面図である。ガス分解装置10は、チャンバ2と、主たる発光波長が160nm以上200nm未満に属する第一光L1を出射する第一光源1と、主たる発光波長が200nm以上411nm未満に属する第二光L2を出射する第二光源8と、を含む。本明細書において、第一光源1より出射される第一光L1は、第一光源1から外に向かう実線の矢印で例示されている。そして、第二光源8より出射される第二光L2は、第二光源8から外に向かう破線の矢印で例示されている。
被処理ガスについて説明する。被処理ガスであるガスG1はO2とN2Oとを含む。
第一光L1によるN2O分解メカニズムについて説明する。N2Oの分解方法には、紫外光による直接分解と、紫外光により生成されたO(1D)による間接分解とが存在する。
N2O+hν(≦340nm) → N2+O(1D) …(1)
N2O+O(1D) → O2+N2 …(2)
N2O+O(1D) → NO+NO …(3)
O2+hν(≦175nm) → O(3P)+O(1D) …(4)
O3+hν(≦411nm) → O(1D)+O2 …(5)
N2O+hν(≦340nm) → N2+O(1D) …(1)
O2+hν(≦175nm) → O(3P)+O(1D) …(4)
O2+hν(≦242nm) → O(3P)+O(3P) …(6)
O(1D)+M → O(3P)+M …(7)
O2+O(3P)+M → O3+M …(8)
(3)式によってNOが生成されることを上述した。(3)式の反応により生成されたNOは、チャンバ2内で、以下の(9)式又は(10)式の反応が行われる。(9)式及び(10)式により、NOは、二酸化窒素(以下、「NO2」と表記することがある。)に変換される。他方で、NO2は、以下の(11)式により、酸素原子Oと反応して、NOを生成する。(11)式に含まれる酸素原子OはO(1D)とO(3P)の両方が含まれる。
NO+O(3P) → NO2 …(9)
NO+O3+M → NO2+O2+M …(10)
NO2+O → NO+O2 …(11)
本発明者は、411nm以下の第二光L2を照射することで、(5)式の反応を増やすことを見出した。これにより、N2Oの分解に必要なO(1D)が増える。さらに、O(1D)が増えることで、(7)式及び(8)式を経てO3が増える。これにより、NOxサイクル反応で消失する酸素原子O及びO3を補うことができる。以下に(5)式、(7)式及び(8)式を再掲する。
O3+hν(≦411nm) → O(1D)+O2 …(5)
O(1D)+M → O(3P)+M …(7)
O2+O(3P)+M → O3+M …(8)
ガス分解装置10の使用方法を説明する。一酸化二窒素は、人及び動物の排泄物、農畜産場、並びにバイオマス若しくはゴミの排気ガスから多く排出される。そのため、一酸化二窒素は、上記したように、下水道もしくは浄化槽で排出される他に、バイオマス若しくは生ゴミを微生物によって発酵させる過程により排出される。その結果、一酸化二窒素は、バイオマス工場もしくはごみ処理場の排水管、排水槽、排気管及び排気槽等に存在する。微生物は二酸化炭素もまた放出している。しかしながら、下水道又は浄化槽の場合には、大量の空気で曝気する処理により、ほぼ空気中の濃度(約21vol%)に近い濃度の酸素と大量の水が含まれる。
上記実施形態の第一変形例を示す。以下に、上記実施形態と異なる事項を中心に説明し、上記実施形態と共通する事項についてはその記載を省略する。後述する第二変形例についても同様である。
図4Aは第二変形例のガス分解装置30を示す。図4Bは、図4AのS3-S3線断面図である。図4Aに示されるように、ガス分解装置20は、配管状のチャンバ2の流路方向に沿って、第一光源(1a,1b,1c)と第二光源(8a,8b,8c)とが、交互に配置されている。図4Aでは、第一光源1bと第二光源(8a,8b)についてのみ、第一光L1の光線束と第二光L2の光線束を例示している。各光線束は拡散するので、第一光源1bの第一光L1の光線束は、隣接する第二光源(8a,8b)の第二光L2の光線束と重なり合う。図示していないが、他の光源(1a,1c,8c)についても、同様に、隣接する光源の光線束と重なり合う。
ガス分解装置: 図1Aに示されるガス分解装置10を使用した。
ガスG1の組成: N2Oを100ppm、H2Oを100ppm混合した空気
ガスG1の流量: 1L/min
チャンバ2: 内径が38mmの円筒配管を使用した。
第一光源1: 発光管の内径が26mm、有効発光長が800mmのエキシマランプ(主たるピーク波長が172nm)を使用した。
第一光源1の照度: 72mW/cm2と設定した。
第二光源8: 有効発光長が800mmの低圧水銀灯(主たるピーク波長が254nm)を使用した。図1Bに示されるように、4つの第二光源8が4方向から配管の中心に向かって照射する配置であり、第二光L2の大部分が第一光L1と重なり合う配置である。
第二光源8の照度: 600mW/cm2と設定した。
条件S2(第二光L2のみ)の場合は、O3が生成されていない。これは、第一光L1がないため、O3の生成がなく、(5)式の反応が起こらずN2Oを分解するためのO(1D)が生成されないので、N2Oが分解されないものと推察される。
条件S3(第一光L1+第二光L2)の場合は、条件S1(第一光L1のみ)の場合に比べて、O3とN2Oの含有量が減って、N2O分解量が1.6倍に増えている。これは、O3が分解されてN2Oを分解するためのO(1D)が増え、その結果より多くのN2Oが分解されたものと推察される。
1i :(第一光源の)内部
2 :チャンバ
2a :第一チャンバ
2b :第二チャンバ
3i :(チャンバに供給する)ガス供給口
3o :(チャンバから排出される)ガス排出口
5 :制御部
8,8a,8b,8c,8d,8e,8f:第二光源
10,20,30:ガス分解装置
G1 :(チャンバに供給される)ガス
G2 :(チャンバから排出される)ガス
L1 :第一光
L2 :第二光
Claims (5)
- 酸素及び一酸化二窒素を含む被処理ガスを通流させる配管と、
主たる発光波長が160nm以上200nm未満に属する第一光を、前記配管の内部に照射する第一光源と、
主たる発光波長が200nm以上411nm未満に属する第二光を、前記配管の内部に照射する第二光源と、を備え、
前記第一光源と前記第二光源は、前記第二光の少なくとも一部が、前記第一光の少なくとも一部と重なり合うように配置され、前記一酸化二窒素を分解することを特徴とする、ガス分解装置。 - 前記第一光源が前記配管の内部に配置され、前記第二光源が前記配管の外部に配置され、
前記配管は、前記第二光が前記配管を透過する透過領域を備えることを特徴とする、請求項1に記載のガス分解装置。 - 前記被処理ガスが、前記第一光の被照射空間と前記第二光の被照射空間内で層流を形成し得る、請求項1に記載のガス分解装置。
- 前記第一光源はエキシマランプであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のガス分解装置。
- 酸素及び一酸化二窒素を含む被処理ガスをチャンバに流しながら、
第一光源から、主たる発光波長が160nm以上200nm未満に属する第一光を、前記チャンバに照射し、
第二光源から、主たる発光波長が200nm以上411nm未満に属する第二光を、前記第二光の少なくとも一部が前記第一光の少なくとも一部と重なり合うように、前記チャンバに照射し、前記一酸化二窒素を分解することを特徴とする、ガス分解方法。
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