WO2021014912A1 - ガス処理装置及びガス処理方法 - Google Patents

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WO2021014912A1
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敬祐 内藤
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ウシオ電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas treatment apparatus and a gas treatment method, and more particularly to an apparatus and a method for treating a gas to be treated including VOC.
  • Patent Document 1 describes a device that irradiates a cleaning container in which a cleaning solution containing ozone gas and titanium oxide is sprinkled with ultraviolet rays and allows garbage gas to pass through to deodorize.
  • Patent Document 2 describes that cleaning water is supplied to an ultraviolet irradiation space to facilitate the generation of hydroxyl radicals, and that chemical pollutants are efficiently decomposed and removed by ultraviolet irradiation.
  • the present inventor uses light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm, which belongs to the wavelength region of vacuum ultraviolet rays, which is different from the above patent documents, in order to decompose the gas to be treated containing VOC which is a chemical pollutant. Is under consideration.
  • An object of the present invention is to provide a gas treatment apparatus and a gas treatment method capable of efficiently treating a gas to be treated including VOC by using light having a main emission wavelength of 160 to 180 nm.
  • the gas treatment apparatus mixes a first gas containing VOC and oxygen and a second gas containing water vapor to obtain VOC, oxygen, and a gas to be treated containing water vapor of 9 g / m 3 or more.
  • the gas to be treated is a first gas containing VOC and oxygen (for example, air in which VOC is mixed)
  • oxygen for example, air in which VOC is mixed
  • the gas to be treated contains water, light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm is treated.
  • a large amount of hydroxyl radicals are generated by irradiating the gas. This reaction will be described later with reference to equations (1) to (5) in the section "Modes for Carrying Out the Invention".
  • the gas to be treated when the gas to be treated is moistened, it is preferably carried out under conditions in which the decomposition efficiency of VOC is particularly improved.
  • the present inventor irradiates the gas to be treated with light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm in a state where the second gas containing water vapor of 9 g / m 3 or more is contained in the gas to be treated. As a result, it has been found that the decomposition performance for VOC is particularly improved, and the present invention has been reached.
  • the gas treatment apparatus since water is supplied in the state of water vapor (gas), the probability that light comes into contact with water molecules increases, and hydroxyl radicals are likely to be generated. Then, since the gas to be treated contains water vapor of 9 g / m 3 or more, a large amount of VOC can be removed.
  • the gas treatment apparatus includes a second gas supply unit that supplies the second gas to the gas mixing space, and a second gas supply unit.
  • a water vapor amount detection unit that detects the amount of water vapor contained in the first gas
  • a control unit that adjusts the amount of water vapor contained in the second gas supplied from the second gas supply unit may be provided based on the detection result of the water vapor amount detection unit.
  • the amount of water vapor required for efficient VOC removal can be added to the second gas according to the amount of water vapor contained in the first gas.
  • the gas treatment method according to the present invention is a region within 10 mm from the light emitting surface of a light source that emits light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm from a gas to be treated containing VOC, oxygen, and water vapor of 9 g / m 3 or more.
  • a first gas containing VOC and oxygen and a second gas containing water vapor are mixed to generate the gas to be treated.
  • the gas generation step (c) may be provided.
  • a detection step for detecting the amount of water vapor contained in the first gas, and A water vapor amount adjusting step for adjusting the amount of water vapor contained in the second gas based on the amount of water vapor detected in the detection step may be provided.
  • the amount of water vapor required for efficient VOC removal can be added according to the amount of water vapor contained in the first gas.
  • the amount of water vapor contained in the gas to be treated guided to a region within 10 mm from the light emitting surface is preferably 20 g / m 3 or less. This facilitates the suppression of dew condensation on the gas to be treated and reduces the possibility of damaging the light source.
  • the VOC may contain toluene or formaldehyde.
  • a gas treatment device and gas treatment for supplying water in an efficient supply mode and supply amount when decomposing a gas to be treated containing VOCs using light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm, a gas treatment device and gas treatment for supplying water in an efficient supply mode and supply amount.
  • a method can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • It is a graph which superposed the emission spectrum of a xenon excimer lamp and the absorption spectrum of oxygen (O 2 ) and ozone (O 3 ).
  • It is a figure which shows the relationship between the distance from the light emitting surface of an excimer lamp, and the hydroxyl radical concentration.
  • the first embodiment it is a figure which shows the relationship between the amount of water vapor contained and the amount of VOC removal when the gas to be processed containing toluene is irradiated with light of 172 nm.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of a gas treatment device.
  • the gas processing device 10 shown in FIG. 1 has a housing 1 and a light source housed inside the housing 1.
  • An example of the light source is an excimer lamp 5 composed of a tube body extending in one direction.
  • the gas processing apparatus 10 refers to a gas containing VOCs (Volatile Organic Compounds) (hereinafter, referred to as “gas to be processed”) from a light source (corresponding to the excimer lamp 5 in FIG. It is a device having a function of decomposing VOCs by irradiating with ultraviolet rays).
  • VOC is a volatile organic compound that forms a gas at normal temperature and pressure, and is a causative substance of indoor air pollution and air pollution.
  • Representative substances of VOC include toluene, formaldehyde, xylene, benzene, methanol, isopropyl alcohol, acetone, methyl isobutyl ketone, ethyl acetate and the like.
  • the gas to be processed flows in the housing 1 in the direction of the arrow indicated by the broken line as a whole.
  • the gas to be treated contains water and oxygen in addition to VOC. The reason will be described later, but the water content contained in the gas to be treated exists as water vapor (gas), and the amount of water vapor contained in the gas to be treated is 9 g / m 3 or more.
  • the gas to be treated is produced by mixing a first gas G1 containing VOC and oxygen and a second gas G2 containing water vapor.
  • the second gas G2 is supplied from the second gas supply unit 2 through the flow path 2f into the flow of the first gas G1 passing through the housing 1, and the gas mixing space 3 (in FIG. 1). (Inside the broken line frame) of.
  • the first gas G1 is introduced from the first gas introduction section (not shown in FIG. 1).
  • the first gas introduction unit corresponds to an exhaust port of a chamber space such as a draft chamber.
  • a blower (not shown in FIG. 1) is arranged downstream of the gas treatment device 10. By driving and sucking the blower, the first gas G1 is introduced from the first gas introduction portion, and the first gas G1 flows in the housing 1.
  • the first gas G1 generally contains not only VOC but also oxygen in the atmosphere.
  • oxygen may be intentionally supplied to the VOCs to generate the first gas G1.
  • the atmosphere often contains water vapor
  • the first gas G1 often contains some water vapor.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the housing 1 is formed in a cylindrical shape.
  • the end 59 of the excimer lamp 5 is located in the center of the housing 1.
  • Four flow paths 2f for supplying the second gas G2 are formed at equal angular intervals so as to surround the housing 1. It is preferable that each flow path 2f is branched and connected from one second gas supply unit 2.
  • the second gas G2 is ejected from the ejection port 2p of each flow path 2f.
  • the ejected second gas G2 is mixed with the first gas G1 in the gas mixing space 3 to become a gas to be treated (G1 + G2). The reason will be described later, but the water vapor contained in the gas to be treated is 9 g / m 3 or more.
  • the gas to be treated is irradiated with light from the excimer lamp 5 in the gas treatment space 7 (inside the alternate long and short dash line frame in FIG. 1).
  • the gas treatment space 7 includes a length L 7 in the tube axis direction on the light emitting surface of the excimer lamp 5 and a separation distance W 7 which is the length from the light emitting surface of the excimer lamp 5 to the inner wall of the housing 1.
  • Excimer The reason will be described later, but the separation distance W 7 is within 10 mm. That is, the gas to be processed is guided to a region within 10 mm from the light emitting surface of the excimer lamp 5.
  • the excimer lamp 5 emits light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm.
  • Light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm is in a wavelength band called VUV (Vacuum Ultra Violet). It has a shorter wavelength than the conventionally known ultraviolet rays from a low-pressure mercury lamp (for example, light having a main peak wavelength of 185 nm).
  • a typical light source is an excimer lamp filled with a gas containing xenon (Xe), and the typical peak wavelength of the excimer lamp is approximately 172 nm. ..
  • the expression "light of 172 nm” may be used instead of "light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm", but the content of the present specification refers to "light of 172 nm".
  • the characteristics do not show any significant difference from the characteristics of "light with a main peak wavelength of 160-180 nm”. Therefore, the following description of "light of 172 nm” can be established for “light having a main peak wavelength of 160 to 180 nm”, and therefore, "light of 172 nm” described later has “light having a main peak wavelength of 160 to 180". It can be read as "light of 180 nm”.
  • the gas to be treated that has passed through the gas treatment space 7 is sent to the gas recovery tank as treated gas or released into the atmosphere.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
  • An excimer lamp 5 is arranged in the center of the cylindrical housing 1 along the central axis C of the cylinder of the housing.
  • a gas processing space 7 is formed between the light emitting surface of the excimer lamp 5 and the inner wall of the housing 1. An embodiment of the excimer lamp 5 is shown below.
  • the excimer lamp 5 exhibits a so-called single tube type structure. That is, on the tube 51 made of a dielectric such as synthetic quartz glass, the first electrode 52 arranged inside the tube 51 with a space 54 separated from the tube 51, and the outer wall surface of the tube 51. It has a second electrode 53, which is arranged.
  • the space 54 is filled with a discharge gas containing xenon.
  • the first electrode 52 includes the central axis C and extends along the extending direction of the central axis C.
  • the central axis C of the first electrode 52 may be the central axis of the cylindrical housing 1.
  • the second electrode 53 has, for example, a mesh shape or a linear shape.
  • the excimer lamp 5 may be a lamp having a so-called "double tube structure" in which the tube body is double-structured. Further, a lamp in which electrodes are arranged on both sides of a flat tube may be used. Further, a plurality of excimer lamps 5 may be arranged in series along the flow path of the gas to be treated or in parallel with the flow path of the gas to be treated.
  • the first gas G1 containing VOC and oxygen and the second gas G2 containing water vapor are mixed to be treated containing VOC, oxygen, and water vapor of 9 g / m 3 or more.
  • the generated gas to be treated was guided to a region within 10 mm from the light emitting surface of the excimer lamp 5 and irradiated with light of 172 nm. This is based on the findings obtained through the following verifications and experiments.
  • Equation (1) shows that light at 172 nm is absorbed by water to generate hydroxyl radicals.
  • the reaction of equation (1) itself can occur, for example, with light having a main peak wavelength of 185 nm. However, the reaction of Eq. (1) is much more likely to occur in 172 nm light than in 185 nm light, and 172 nm light produces a large amount of hydroxyl radicals.
  • the above equation (2) shows that light of 172 nm is absorbed by oxygen and O ( 1 D) is generated.
  • the emission spectrum of the xenon excimer lamp and the absorption spectrum of oxygen (O 2 ) and ozone (O 3 ) are superimposed and displayed.
  • the horizontal axis represents the wavelength
  • the left vertical axis represents the relative value of the light intensity of the excimer lamp
  • the right vertical axis represents the absorption coefficient of oxygen (O 2 ) and ozone (O 3 ).
  • the emitted light of the xenon excimer lamp contains a component of the wavelength band ⁇ 1 of 160 to 180 nm, and the amount of absorption by oxygen (O 2 ) in the light of this wavelength band ⁇ 1 is large, and the wavelength band.
  • Most of the light of ⁇ 1 is absorbed by the oxygen-containing gas to be processed, which flows in the vicinity of the excimer lamp.
  • light having a wavelength longer than 180 nm for example, light having a wavelength of 185 nm
  • oxygen (O 2 ) is absorbed by oxygen (O 2 ) in a small amount. This indicates that the reaction of Eq. (2) does not occur so much with light having a wavelength longer than 180 nm.
  • the O ( 1 D) produced by the formula (2) generates a hydroxyl radical by the reaction of the above formula (3). Therefore, light at 172 nm generates a large amount of hydroxyl radicals via equations (2) and (3).
  • ozone (O 3 ) is generated from O ( 3 P) and oxygen generated by the equation (2), and the generated ozone is irradiated with 172 nm light. It is shown to generate O ( 1 D). Then, hydroxyl radicals are generated from the generated O ( 1 D) and water by the equation (3). That is, O ( 3 P) generated by Eq. (2) indicates that hydroxyl radicals can be generated via ozone and O ( 1 D) in the presence of oxygen and water.
  • water vapor which has a large contact area with water molecules per unit space, that is, a high degree of dispersion of water molecules in the unit space
  • Gas is suitable for supply.
  • FIG. 5 shows the result of simulating the relationship between the distance from the light emitting surface of the excimer lamp and the concentration of hydroxyl radicals generated by irradiation with light of 172 nm.
  • Air This figure comprising (a) 2.6g / m 3, (b) 7.7g / m 3, the amount of water vapor (c) 12.9g / m 3 and (d) 18.0g / m 3, respectively It shows the concentration of hydroxyl radicals generated by light of 172 nm under the atmosphere of. From FIG. 5, in a region where the distance from the light emitting surface is relatively short, the larger the amount of water vapor, the higher the hydroxyl radical concentration.
  • the separation distance W 7 often enters the reachable region of light within 6 mm. If a large separation distance W 7 can be secured, the flow velocity of the gas to be treated passing through the gas treatment space 7 can be reduced, and as a result, a sufficient time can be secured for the photoreaction of the gas to be treated.
  • the separation distance W 7 is set within 10 mm. While suppressing the VOC passing away from the light emitting surface from passing through the gas treatment space 7 in an undecomposed state, the flow velocity of the gas to be treated passing through the gas treatment space 7 is reduced to reduce the flow velocity of the gas to be treated. Sufficient time can be secured for the photoreaction.
  • the first gas G1 containing VOC and oxygen is supplied with the second gas G2 containing 9 g / m 3 or more of water vapor, which is based on the findings obtained through the following experiments.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an experimental system of gas treatment.
  • the experimental system 100 includes a second gas supply unit 2, a gas mixing space 3, a first gas introduction unit 4, an excimer lamp 5, a gas treatment space 7, a blower 8, and a VOC detector 9.
  • the first gas G1 air containing VOC
  • the blower 8 By driving the blower 8, the first gas G1 (air containing VOC) is sucked into the gas mixing space 3 from the first gas introduction unit 4 through the flow path 4f.
  • the gas mixing space 3 is connected to the second gas supply unit 2 via the flow path 2f.
  • the second gas supply unit 2 includes, for example, a compressor 2a, a dehumidifying filter 2b, a pressure regulator 2c, a flow rate regulating valve 2v, and a humidifier 2e.
  • the compressor 2a takes in air in the atmosphere and compresses it.
  • the dehumidifying filter 2b the water contained in the compressed gas is removed.
  • the dehumidifying filter 2b may be a filter such as a membrane, or may be composed of a hygroscopic material space such as zeolite or silica gel.
  • a mechanism for cooling the gas and forcibly condensing it may be arranged to remove the moisture contained in the taken-in air.
  • the pressure and flow rate of the gas from which the water has been removed are adjusted by the pressure regulator 2c and the flow rate regulating valve 2v, and a desired amount of water vapor is added by the humidifier 2e. In this way, the amount of water vapor contained in the second gas G2 is controlled.
  • the compressor 2a takes in the atmosphere and compresses it, the gas supplied from the second gas supply unit 2 also contains oxygen in the atmosphere. In this way, the second gas G2 containing a required amount of water vapor in the air is sent to the gas mixing space 3 through the flow path 2f.
  • the VOC, the first gas G1 containing air (oxygen) and the second gas G2 containing water vapor are mixed to generate a gas to be processed.
  • the gas to be processed is sent to the gas processing space 7 after removing the unevenness of the gas flow velocity in the rectifying unit 6.
  • the gas mixing space 3 in the gas treatment device 10 is located immediately before the gas treatment space 7, whereas the gas mixing space 3 in the experimental system 100 is separated from the gas treatment space 7 and is between the two spaces. There is a difference that the rectifying unit 6 is sandwiched, but this difference does not bring about a difference in the amount of VOC removed.
  • the gas treatment space 7 was composed of a hollow housing of SUS304.
  • An excimer lamp 5 was arranged inside the housing as shown in FIG.
  • the excimer lamp 5 was an excimer lamp filled with a discharge gas containing xenon (light of 172 nm), and the length L 7 of the light-irradiated portion of the lamp in the tube axis direction was 130 mm.
  • the diameter of the tubular body 51 is 16 mm.
  • the separation distance W 7 was set to 10 mm.
  • the inverter input to the excimer lamp was 31.7W.
  • the supplied first gas G1 was air containing 10 ppm of toluene, and the experiment was conducted by changing the concentration of water vapor contained in the gas to be treated.
  • the gas flow rate of the first gas G1 was 20 L / min.
  • the VOC detector 9 After gas treatment of the gas to be treated in the gas treatment space 7, the VOC detector 9 detected the VOC concentration of the gas to be treated that passed through the gas treatment space 7.
  • a VOC densitometer Tiger manufactured by RIKEN Keiki Co., Ltd. was used as the VOC detector 9 for detecting the VOC concentration. Then, the VOC concentration is detected with the excimer lamp 5 emitting light, while the VOC concentration is detected with the excimer lamp 5 stopped emitting light. The difference between the two VOC concentrations is the amount of VOC removed by the excimer lamp 5.
  • a VOC detector different from the VOC detector 9 may be arranged on the upstream side of the gas treatment space 7, and the VOC removal amount may be calculated from the difference between the measured values of both detectors.
  • FIG. 7 shows VOC removal by irradiating the gas to be treated with light of 172 nm from the gas treatment space 7 in a state where the amount of water vapor contained in the gas to be treated containing toluene is different under the above experimental conditions. It is a graph of the relationship between the amount of water vapor contained and the amount of VOC removed when the amount is measured.
  • FIG. 8 shows the experimental results.
  • FIG. 8 shows the VOC removal amount measured by irradiating the gas to be treated with light of 172 nm from the gas treatment space 7 in a state where the amount of water vapor contained in the gas to be treated containing formaldehyde is different. It is a graph of the relationship between the amount of water vapor contained and the amount of VOC removed.
  • the gas treatment device 10 is supplied from the second gas supply unit 2 based on the detection results of the water vapor amount detection unit 11 for detecting the amount of water vapor contained in the first gas G1 containing VOC and oxygen and the water vapor amount detection unit 11. It has a control unit 12 for adjusting the amount of water vapor to be generated.
  • the water vapor amount detection unit 11 is provided on the inflow side of the first gas G1 of the gas treatment device 10 and is electrically connected to the control unit 12. ing.
  • the control unit 12 is electrically connected to the second gas supply unit 2.
  • the control unit 12 performs 9 g / m in order to perform efficient VOC removal. It is preferable to control the second gas supply unit 2 so as to supplement the amount of water vapor less than 3 .
  • An electronic hygrometer or the like is used for the water vapor amount detection unit 11.
  • the first gas G1 contains a water vapor amount of 9 g / m 3 or more, it is not necessary to supply the second gas G2 containing water vapor from the second gas supply unit 2. That is, in this case, only the first gas G1 may be irradiated with light to perform gas treatment.
  • the amount of water vapor contained in the gas to be treated when the amount of water vapor exceeds the saturated water vapor amount of the gas to be treated and the gas to be treated becomes dew condensation in the gas treatment space 7, hydroxyl radicals are less likely to be generated. Further, the gas to be treated flows so as to be in contact with the second electrode 53 of the excimer lamp 5 (see FIG. 3), but when the flowing gas to be treated condenses on the second electrode 53, it is locally between the electrodes. The excimer lamp 5 may be damaged by the concentrated discharge due to the change in the resistance value. Therefore, it is preferable that the amount of water vapor of the gas to be treated does not reach the saturated amount of water vapor so that the gas to be treated does not condense.
  • saturated water vapor amount at 23 ° C. is about normal temperature is 20.6 g / m 3
  • the amount of water vapor contained in the gas to be treated is 15 g / m 3 or less.
  • dew condensation may occur when the temperature of the gas to be treated is low.
  • the temperature of the gas to be treated is low, it is possible to suppress dew condensation on the gas to be treated by arranging a flow path of the gas to be treated near a heat source such as an excimer lamp or by arranging some simple heating mechanism. It is advisable to raise the temperature to a certain temperature (for example, 23 ° C.).
  • the relative humidity is preferably 80% or less.
  • the amount of water vapor contained in the first gas G1 exceeds 20 g / m 3 (or 15 g / m 3 ), or when the first gas G1 contains droplets such as mist, the flow path 4f Moisture contained in the VOC gas may be removed by arranging a dehumidifying filter, a space for a hygroscopic material such as zeolite or silica gel, or cooling the gas to forcibly condense dew.
  • FIG. 9 shows a third embodiment of the gas treatment apparatus.
  • the excimer lamp 25 of the gas treatment device 20 is composed of a circular tube having a diameter of 9 mm and a length of 14 mm in the longitudinal direction, and is arranged so that the longitudinal direction of the excimer lamp 25 extends in a direction orthogonal to the paper surface.
  • the separation distance W 7 exhibits 10 mm.
  • the inverter input to the excimer lamp 25 is 3W.
  • the amount of VOC removed was measured by irradiating the gas to be treated with light of 172 nm from the gas treatment space 7 in a state where the amount of water vapor contained in the gas to be treated was different.
  • the relationship between the amount of water vapor contained and the amount of VOC removed at that time is graphed.
  • the gas flow rate of the gas to be treated is 1 L per minute, and the gas to be treated containing 10 ppm of toluene is used.
  • FIG. 11 shows a fourth embodiment of the gas treatment apparatus.
  • the housing 1 is provided with a protrusion 15.
  • the distance W 15 from the light emitting surface of the excimer lamp 5 to the protrusion 15 is set to a size with high reachability of light (for example, within 6 mm). Since all the gas to be treated passes between the light emitting surface of the excimer lamp 5 and the protrusion 15, it is possible to reliably irradiate the entire amount of the gas to be treated with light.

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Abstract

主たるピーク波長が160~180nmの光を使用してVOCを含む被処理ガスを分解するにあたり、水分の効率的な供給態様及び供給量を明らかにし、当該供給態様及び供給量にて水分を供給するガス処理装置を提供する。 ガス処理装置は、VOC及び酸素を含む第一ガスと、水蒸気を含む第二ガスと、を混合して、9g/m以上の水蒸気を含む被処理ガスを生成するガス混合空間と、主たるピーク波長が160~180nmの光を放射する光源と、前記光源の光出射面から10mm以内の領域に前記被処理ガスを導き、前記領域に導かれた前記被処理ガスに対し前記光を照射するガス処理空間と、を備える。

Description

ガス処理装置及びガス処理方法
 この発明は、ガス処理装置及びガス処理方法に関し、特にVOCを含む被処理ガスを処理する装置及び方法に関する。
 近年、悪臭成分等の化学汚染物質を含むガスを紫外線で分解するガス処理装置が開発されている。このようなガス処理装置において、従来、ガス処理効率を高めるために水分を供給することが知られている。例えば、下記特許文献1には、オゾンガスと酸化チタンとを含む洗浄溶液が散水される洗浄容器内に紫外線を照射し、生ゴミガスを通過させて脱臭する装置が記載されている。下記特許文献2には、紫外線照射空間に洗浄水を供給し、ヒドロキシラジカルを生成し易くして、紫外線照射による化学汚染物質の分解除去を効率的に行うことが記載されている。
特開2002-143637号公報 特開2006-204683号公報
 本発明者は、化学汚染物質であるVOCを含む被処理ガスを分解するために、上記特許文献とは異なる、真空紫外線の波長領域に属する、主たるピーク波長が160~180nmの光を使用することを検討している。
 現時点において、主たる発光波長が160~180nmの光を用いてVOCを含む被処理気体に対する処理を効率的に行うことについての知見は得られていない。
 本発明は、主たる発光波長が160~180nmの光を用いて、VOCを含む被処理気体を効率的に処理することのできる、ガス処理装置及びガス処理方法を提供することを目的とする。
 本発明に係るガス処理装置は、VOC及び酸素を含む第一ガスと、水蒸気を含む第二ガスと、を混合して、VOC、酸素、及び9g/m以上の水蒸気を含む被処理ガスを生成するガス混合空間と、
 主たるピーク波長が160~180nmの光を放射する光源と、
 前記光源の光出射面から10mm以内の領域に前記被処理ガスを導き、前記領域に導かれた前記被処理ガスに対し前記光を照射するガス処理空間と、を備える。
 被処理ガスがVOC及び酸素を含む第一ガス(例えばVOCが混在された空気)である場合において、被処理ガスに水分が含まれる場合には、主たるピーク波長が160~180nmの光が被処理ガスに照射されることにより多量のヒドロキシラジカルが生成される。なお、この反応については、「発明を実施するための形態」の項において、(1)式~(5)式を参照して後述される。
 多量のヒドロキシラジカルが生成されると、被処理ガスに含まれるVOCに対する高い分解性能が実現できると考えられる。
 一方で、被処理ガスに対して水分を含ませるに際しては、VOCの分解効率が特に向上する条件下で行われるのが好ましい。本発明者は、鋭意研究の結果、9g/m以上の水蒸気を含む第二ガスを被処理ガスに含めた状態で、被処理ガスに対して主たるピーク波長が160~180nmの光を照射することで、VOCに対する分解性能が特に向上することを見出し、本発明に至ったものである。
 上記のガス処理装置によれば、水蒸気(気体)の状態で水分を供給するため、光が水分子と接触する確率が高まって、ヒドロキシラジカルが生成され易い。そして、被処理ガスが9g/m以上の水蒸気を含むことにより、多量のVOCを除去できる。
 さらに、前記ガス処理装置は、前記ガス混合空間に前記第二ガスを供給する第二ガス供給部と、
 前記第一ガスに含まれる水蒸気量を検出する水蒸気量検出部と、
 前記水蒸気量検出部の検出結果に基づいて、前記第二ガス供給部から供給する前記第二ガスに含まれる水蒸気量を調整する制御部と、を備えてもよい。
 上記のガス処理装置によれば、前記第一ガスに含まれている水蒸気量に応じて、効率的なVOC除去を行うために必要な量の水蒸気を前記第二ガスに追加できる。また、水蒸気を過剰に供給したときに発生し得る被処理ガスの結露を抑制でき、光源を損傷する可能性を低下させる。
 本発明に係るガス処理方法は、VOC、酸素、及び9g/m以上の水蒸気を含む被処理ガスを、主たるピーク波長が160~180nmの光を放射する光源の光出射面から10mm以内の領域に流入させる、流入ステップ(a)と、
 前記領域に流入させた前記被処理ガスに前記光を照射する、光照射ステップ(b)と、
を備える。
 上記のガス処理方法によれば、多量のヒドロキシラジカルが生成され、被処理ガスに含まれるVOCに対する高い分解性能が実現できる。そして、多量のVOCを除去できる。
 さらに、前記ガス処理方法は、前記光照射ステップ(b)の前に、VOC及び酸素を含む第一ガスと、水蒸気を含む第二ガスと、を混合して前記被処理ガスを生成する被処理ガス生成ステップ(c)を備えても構わない。
 さらに、被処理ガス生成ステップ(c)において、
 前記第一ガスに含まれる水蒸気量を検出する検出ステップと、
 前記検出ステップで検出した前記水蒸気量に基づいて、前記第二ガスに含まれる水蒸気の量を調整する水蒸気量調整ステップと、を備えても構わない。
 上記のガス処理方法によれば、前記第一ガスに含まれている水蒸気量に応じて、効率的なVOC除去を行うために必要な量の水蒸気を追加できる。また、水蒸気を過剰に供給したときに発生し得る被処理ガスの結露を抑制でき、光源を損傷する可能性を低下させる。
 光出射面から10mm以内の領域に導かれた被処理ガスに含まれる水蒸気は、20g/m以下であるとよい。これにより、被処理ガスの結露の抑制を容易にして、光源を損傷する可能性を低下させる。
 前記VOCはトルエン又はホルムアルデヒドを含んでいても構わない。
 上記構成によれば、主たるピーク波長が160~180nmの光を使用してVOCを含む被処理ガスを分解するにあたり、効率的な供給態様及び供給量にて水分を供給するガス処理装置及びガス処理方法を提供できる。
ガス処理装置の一実施形態を模式的に示す図である。 図1におけるA-A矢視断面図である。 図1におけるB-B矢視断面図である。 キセノンエキシマランプの発光スペクトルと、酸素(O)及びオゾン(O)の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。 エキシマランプの光出射面からの距離とヒドロキシラジカル濃度との関係を示す図である。 ガス処理の実験系を模式的に示す図である。 第1実施形態において、トルエンを含有する被処理ガスに対して172nmの光を照射したときの、含有水蒸気量とVOC除去量との関係を示す図である。 第1実施形態において、ホルムアルデヒドを含有する被処理ガスに対して172nmの光を照射したときの、含有水蒸気量とVOC除去量との関係を示す図である。 ガス処理装置の第3実施形態を示す図である。 第3実施形態における含有水蒸気量とVOC除去量との関係を示す図である。 ガス処理装置の第4実施形態が示す図である。
<第1実施形態>
[ガス処理装置の構成]
 本発明に係るガス処理装置の一実施形態につき、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。
 図1は、ガス処理装置の一実施形態を模式的に示す図である。図1に示すガス処理装置10は、筐体1と、筐体1の内側に収容された光源とを有する。光源には、一方向に延びる管体で構成されたエキシマランプ5が例示される。
 ガス処理装置10は、VOC(Volatile Organic Compounds)を含む気体(以下、「被処理ガス」と呼ぶ。)に対して、光源(図1におけるエキシマランプ5に対応する。)から所定波長の光(紫外線)を照射することで、VOCを分解する機能を有する装置である。VOCは、常温常圧においてガス状をなす揮発性有機化合物であり、室内空気汚染や大気汚染の原因物質である。VOCの代表的な物質としては、トルエン、ホルムアルデヒド、キシレン、ベンゼン、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル等が挙げられる。被処理ガスは、筐体1内を、総じて、破線で示された矢印の方向に流れる。
 被処理ガスは、VOCの他に水分及び酸素を含む。理由は後述するが、被処理ガスに含まれる水分は水蒸気(気体)として存在し、被処理ガスに含まれる水蒸気の量は9g/m以上である。被処理ガスは、VOC及び酸素を含む第一ガスG1と、水蒸気を含む第二ガスG2とを混合して生成される。本実施形態では、筐体1内を通る第一ガスG1の流れの中に、第二ガス供給部2から流路2fを介して第二ガスG2が供給され、ガス混合空間3(図1中の破線枠内)において混合される。
 第一ガスG1は、第一ガス導入部(図1では不図示)から導入される。第一ガス導入部は、例えば、ドラフトチャンバ等のチャンバ空間の排気口に対応する。ガス処理装置10の下流には、ブロワ(図1では不図示)が配置される。ブロワを駆動し吸引させることで、第一ガス導入部から第一ガスG1が導入され、筐体1内を第一ガスG1が流れる。
 ところで、ドラフトチャンバ等の空間は、大気の雰囲気下にあることが多い。そのため、第一ガスG1には、一般的に、VOCのみならず大気中の酸素が含まれる。ただし、大気の存在しない、又は酸素量の少ない特殊環境下で発生したVOCを分解除去する場合には、VOCに酸素を意図的に供給して第一ガスG1を生成しても構わない。また、大気中には水蒸気を含むことが多いから、第一ガスG1には多少の水蒸気を含んでいることが多い。
 第二ガスG2は、空気中に水蒸気を含んだ状態で供給される。図2は、図1におけるA-A矢視断面図である。筐体1は円筒状に形成されている。筐体1の中央に、エキシマランプ5の端部59が存在する。第二ガスG2を供給するための4本の流路2fが、筐体1を取り囲むように等角度間隔に形成されている。各流路2fは、ひとつの第二ガス供給部2から分岐されて接続されているとよい。各流路2fの噴出口2pから第二ガスG2が噴出する。噴出した第二ガスG2は、ガス混合空間3にて第一ガスG1と混合され、被処理ガス(G1+G2)になる。理由は後述するが、被処理ガスに含まれる水蒸気は9g/m以上である。
 被処理ガスは、ガス処理空間7(図1中の一点鎖線枠内)で、エキシマランプ5から光照射される。ガス処理空間7は、エキシマランプ5の光出射面における管軸方向の長さL、及びエキシマランプ5の光出射面から筐体1の内壁までの長さである離間距離Wを含む大きさを呈する。理由は後述するが、離間距離Wは、10mm以内である。つまり、被処理ガスはエキシマランプ5の光出射面から10mm以内の領域に導かれることになる。
 エキシマランプ5は、主たるピーク波長が160~180nmの光を放射する。主たるピーク波長が160~180nmの光は、VUV(Vacuum Ultra Violet;真空紫外光)と言われる波長帯域にある。従来より知られている低圧水銀灯による紫外線(例えば、主たるピーク波長が185nmの光)よりも短波長である。主たるピーク波長が160~180nmの光を発生させる光源のうち、代表的な光源がキセノン(Xe)を含むガスを封入したエキシマランプであり、当該エキシマランプの代表的なピーク波長は概ね172nmである。以降の記述では、「主たるピーク波長が160~180nmの光」に代えて、「172nmの光」という表現を使用することがあるが、本明細書の内容に関していえば、「172nmの光」の特性は、「主たるピーク波長が160~180nmの光」の特性との間に然したる相違を示さない。そのため、以降の「172nmの光」に関する記述は、「主たるピーク波長が160~180nmの光」についても成立し得るものであるから、後述する「172nmの光」は、「主たるピーク波長が160~180nmの光」と読み替えることができる。
 ガス処理空間7を通過した被処理ガスは、処理済みガスとしてガス回収槽に送られるか、大気中に放出される。
 図3は、図1におけるB-B矢視断面図である。円筒状の筐体1の中央に、該筐体の円筒の中心軸Cに沿ってエキシマランプ5が配されている。エキシマランプ5の光出射面と筐体1の内壁との間はガス処理空間7となる。エキシマランプ5の一実施形態を以下に示す。
 本実施形態では、エキシマランプ5はいわゆる一重管タイプと言われる構造を呈する。すなわち、合成石英ガラスなどの誘電体からなる管体51と、管体51の内側に、管体51から空間54を隔てて配設された第一電極52と、管体51の外側の壁面に配設された第二電極53と、を有する。空間54には、キセノンを含む放電用ガスが充填されている。第一電極52は中心軸Cを含み、かつ、中心軸Cの延びる方向に沿って延びている。第一電極52の中心軸Cは、円筒状の筐体1の中心軸であってもよい。第二電極53は、例えばメッシュ状又は線状を呈する。
 不図示の点灯電源から不図示の給電線を介して、第一電極52と第二電極53との間に、例えば50kHz~5MHz程度の高周波の交流電圧が印加されると、空間54に充填された放電用ガスの電子が励起されてエキシマ状態となり、この原子が基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる。エキシマ発光は、管体51を透過し、さらに、第二電極53の隙間を通過してガス処理空間7を流れる被処理ガスに放射される。
 エキシマランプ5は、管体が二重に構成された、いわゆる「二重管構造」を呈するランプでも構わない。また、扁平形状の管体の両側に電極を配設するランプでも構わない。また、複数のエキシマランプ5を、被処理ガスの流路に沿って直列に、又は被処理ガスの流路に対して並列に配置してもよい。
 上述したように、上記実施形態では、VOC及び酸素を含む第一ガスG1と、水蒸気を含む第二ガスG2とを混合して、VOC、酸素、及び9g/m以上の水蒸気を含む被処理ガスを生成する。生成した被処理ガスをエキシマランプ5の光出射面から10mm以内の領域に導いて、172nmの光を照射した。これは以下の検証及び実験を通じて得られた知見に基づくものである。
[検証]
 水分及び酸素は、VOCの分解作用を有するヒドロキシラジカルを生成するための原料である。その理由を以下の反応式にて示す。以下の反応式において、O(D)は反応性の高い酸素原子、・OHはヒドロキシラジカル、O(P)は基底状態のO原子、hνは、吸収される172nmの光のエネルギーを示す。
  hν+HO → ・OH+H     ・・・(1)
  hν+O → O(D)+O(P) ・・・(2)
  O(D)+HO → 2(・OH)     ・・・(3)
  O(P)+O+M → O+M      ・・・(4)
  hν+O+M →O(D)+O(P)・・・(5)
 上記(1)式は、172nmの光が水分に吸収されヒドロキシラジカルを生成することを示す。(1)式の反応自体は、例えば、主たるピーク波長が185nmの光でも起こり得る。しかしながら、185nmの光よりも172nmの光の方が(1)式の反応が遥かに起こり易く、172nmの光は多量のヒドロキシラジカルを生成する。
 上記(2)式は、172nmの光が酸素に吸収されO(D)が生成されることを示す。図4はキセノンエキシマランプの発光スペクトルと、酸素(O)及びオゾン(O)の吸収スペクトルとを重ねて表示している。図4において、横軸は波長を示し、左縦軸はエキシマランプの光強度の相対値を示し、右縦軸は、酸素(O)及びオゾン(O)の吸収係数を示す。図4に示されるように、キセノンエキシマランプの射出光は、160~180nmの波長帯λの成分を含み、この波長帯λの光における酸素(O)による吸収量は大きく、波長帯λの光の大部分は、当該エキシマランプの近傍を通流する、酸素を含む被処理ガスによって吸収されてしまう。反対に、180nmよりも長い波長の光(例えば185nmの光)は、酸素(O)による吸収量が小さい。これは、180nmよりも長い波長の光では、(2)式の反応があまり起こらないことを示す。
 (2)式で生成されたO(D)は、上記(3)式の反応によってヒドロキシラジカルを生成する。よって、172nmの光は、(2)式及び(3)式を経由して多量のヒドロキシラジカルを生成する。
 上記(4)式及び(5)式は、(2)式で生成されたO(P)と酸素からオゾン(O)を生成し、生成したオゾンに172nmの光を照射することで、O(D)を生成することを示している。そして、生成されたO(D)と水から(3)式によってヒドロキシラジカルが生成される。つまり、(2)式で生じたO(P)は、酸素と水分があれば、オゾンとO(D)を経由してヒドロキシラジカルを生成できることを示している。
 以上により、172nmの光を用いて、水分及び酸素から多量のヒドロキシラジカルを効率よく生成できる。
 次に、被処理ガスに含まれる水分について言及する。水分を供給するには、例えば、シャワーヘッドから噴出させる、又は液滴状態で噴霧させる、といった液体での供給や、水蒸気、すなわち、気体での供給などが考えられる。ここで、上記(1)式の反応を高めるには、172nmの光が水分子に接触する確率を高めることが望ましく、上記(3)式の反応を高めるには、O(D)が水分子に接触する確率を高めることが望ましい。そして、光やO(D)が水分子との接触確率を高めるためには、単位空間あたりの水分子との接触面積の大きい、つまり、単位空間における水分子の分散度合いの高い、水蒸気(気体)での供給が適している。
 以上により、VOC、酸素及び水蒸気を含む被処理ガスに172nmの光を照射することで多量のヒドロキシラジカルを生成し、VOCに対して高い分解除去能力を得ることができる。
 図5は、エキシマランプの光出射面からの距離と、172nmの光照射により生成されたヒドロキシラジカル濃度との関係をシミュレーションにより算出した結果である。この図は、(a)2.6g/m、(b)7.7g/m、(c)12.9g/m及び(d)18.0g/mの水蒸気量をそれぞれ含む空気の雰囲気下で、172nmの光により生成されるヒドロキシラジカルの濃度を示したものである。図5より、光出射面からの距離が比較的近い領域では、水蒸気量が多いほどヒドロキシラジカル濃度が高くなる。これは、水蒸気量が多くなるほど、雰囲気中の酸素分子及び水分子が増えて、172nmの光が酸素分子及び水分子に吸収され易くなることを表している。さらに、光出射面からの距離が近いほど、ヒドロキシラジカル濃度が高くなる。そして、光出射面からの距離が遠くなればなるほど、水蒸気量の差がヒドロキシラジカル濃度の差に寄与しなくなることが分かる。特に、光出射面からの距離が6mmを超えると、水蒸気量の多寡とは関係なくヒドロキシラジカル濃度が低くなる。これは、光出射面からの距離が6mmを超えると、酸素分子による172nmの光の吸収により光エネルギーを消失し、光出射面からの距離が6mmを超える領域に光が到達しないものと考えられる。
 ガス処理空間7における離間距離W(エキシマランプ5の光出射面から筐体1の内壁までの長さを表す。図1参照)をどの程度の大きさに設定するかは、重要な事項である。当初、図5の結果から、離間距離Wが6mmを超えると、172nmの光が到達しない領域が生じ、光出射面から離れたところを通過するVOCが、未分解のままガス処理空間7を通過するおそれがあると予想していた。
 ところが、鋭意研究の結果、離間距離Wが6mmを超えていても、離間距離Wが15mm以下ならば、光出射面から離れたところを通過するVOCが、未分解のままガス処理空間7を通過することを比較的抑制できることが判明した。その理由は、ガス処理空間7において、被処理ガスは、エキシマランプ5に平行に層流を呈して流れずに、乱流を呈して光射出面からの距離を変化させながら流れるためである。つまり、離間距離Wが15mm以下のガス処理空間7であれば、ガス処理空間7において離間距離Wが6mmを超える領域に存在する被処理ガスも、乱流により、ガス処理空間7内のどこかで、離間距離Wが6mm以内の光の到達する領域に入ることが多い。離間距離Wを大きく確保できると、ガス処理空間7を通る被処理ガスの流速を低下させることができ、その結果、被処理ガスの光反応に十分な時間を確保することができる。
 特に、離間距離Wを10mm以内に設定すると好ましい。光出射面から離れたところを通過するVOCが、未分解のままガス処理空間7を通過することを抑制しつつ、ガス処理空間7を通る被処理ガスの流速を低下させて、被処理ガスの光反応に十分な時間を確保することができる。
[実験]
 上記実施形態では、VOCと酸素を含む第一ガスG1に9g/m以上の水蒸気を含む第二ガスG2を供給しているが、これは以下の実験を通じて得られた知見に基づいている。
 図6は、ガス処理の実験系を模式的に示す図である。実験系100は、第二ガス供給部2、ガス混合空間3、第一ガス導入部4、エキシマランプ5、及びガス処理空間7、ブロワ8及びVOC検出器9を有する。ブロワ8を駆動することで、第一ガス導入部4から、第一ガスG1(VOCを含む空気)が、流路4fを通じてガス混合空間3に吸引される。
 ガス混合空間3は、流路2fを介して第二ガス供給部2に接続されている。第二ガス供給部2は、例えば、コンプレッサ2a、除湿フィルタ2b、圧力調整器2c、流量調整弁2v及び加湿器2eを有する。コンプレッサ2aが、大気中の空気等を取り入れて圧縮する。除湿フィルタ2bにおいて、圧縮されたガスに含まれる水分が除去される。除湿フィルタ2bは、メンブレンなどのフィルタでもよく、ゼオライトやシリカゲル等の吸湿材空間で構成してもよい。又は、除湿フィルタ2bに代えて、ガスを冷却し強制結露させる機構を配置して取り入れた空気に含まれる水分を除去してもよい。
 水分の除去されたガスは、圧力調整器2c及び流量調整弁2vにより圧力と流量が調節され、加湿器2eにて所望する量の水蒸気が加えられる。このようにして、第二ガスG2に含まれる水蒸気の量を制御する。なお、コンプレッサ2aが大気を取り入れ圧縮する場合には、第二ガス供給部2から供給される気体にも、大気中の酸素を含むことになる。こうして、空気中に所要量の水蒸気を含む第二ガスG2が、流路2fを通ってガス混合空間3に送られる。
 ガス混合空間3で、VOCと空気(酸素)を含む第一ガスG1と水蒸気を含む第二ガスG2とが混合され、被処理ガスが生成される。被処理ガスは、整流部6においてガス流速のムラを取り除いたうえで、ガス処理空間7に送られる。ガス処理装置10におけるガス混合空間3は、ガス処理空間7の直前に位置しているのに対し、実験系100におけるガス混合空間3は、ガス処理空間7と離れており、両空間の間に整流部6を挟んでいるという違いがあるが、この違いがVOC除去量に相違をもたらすことはない。
 実験条件に関して、ガス処理空間7は、SUS304の中空状の筐体で構成した。筐体の内部には、エキシマランプ5を図1に示されるように配置した。エキシマランプ5は、キセノンを含む放電用ガスが封入されたエキシマランプとし(172nmの光)、ランプの光照射部分の管軸方向の長さLを130mmとした。管体51の直径は16mmである。また、離間距離Wを10mmとした。エキシマランプへのインバーター入力は、31.7Wであった。供給される第一ガスG1はトルエンを10ppm含有する空気とし、被処理ガスに含まれる水蒸気の濃度を変更して実験を行った。第一ガスG1のガス流速は毎分20Lとした。
 被処理ガスをガス処理空間7でガス処理した後に、VOC検出器9で、ガス処理空間7を通過した被処理ガスのVOC濃度を検出した。VOC濃度を検出するためのVOC検出器9に理研計器株式会社のVOC濃度計Tigerを利用した。そして、エキシマランプ5を発光させた状態でVOC濃度を検出する一方、エキシマランプ5の発光を停止させた状態でVOC濃度を検出する。両VOC濃度の差分がエキシマランプ5によるVOC除去量になる。なお、VOC除去量は、ガス処理空間7の上流側にVOC検出器9とは別のVOC検出器を配し、両検出器の計測値の差分からVOC除去量を算出しても構わない。
 図7は、上記実験条件の下で、トルエンを含有する被処理ガスに含まれる水蒸気量を異ならせた状態で、ガス処理空間7から被処理ガスに対して172nmの光を照射させてVOC除去量を測定したときの、含有水蒸気量とVOC除去量との関係をグラフ化したものである。
 当初、水蒸気量の増加と共に、VOCに対して高い分解能を有するヒドロキシラジカル濃度が高くなるという図5の結果から、水蒸気量の増加と共にVOC除去量が上昇することを予想していた。しかしながら、実験をすると、図7に示されるように、水蒸気量が9g/m未満の場合には、水蒸気量の増加と共にVOC除去量が上昇するものの、水蒸気量が9g/m以上の場合には、水蒸気量が増加してもVOC除去量は増加しないという驚くべき実験結果が得られた。この理由として、本発明者は、水蒸気量が9g/m以上となると、ヒドロキシラジカルは増えるものの、ヒドロキシラジカル同士の自己結合も多く発生するようになり、ヒドロキシラジカル増加分がVOC除去に使用されないためと推察している。この実験結果より、効率的にVOCを除去するには、被処理ガスが9g/m以上の水蒸気を含むとよいことが分かった。
 次に、供給される第一ガスG1として、トルエンを10ppm含有する空気に代えて、ホルムアルデヒドを10ppm含有する空気を使用し、被処理ガスに含まれる水蒸気の濃度を変更して実験を行った。第一ガスG1のガス流速は毎分20Lとした。他の実験条件は上記と同様である。図8に実験結果を示す。図8は、ホルムアルデヒドを含有する被処理ガスに含まれる水蒸気量を異ならせた状態で、ガス処理空間7から被処理ガスに対して172nmの光を照射させてVOC除去量を測定したときの、含有水蒸気量とVOC除去量との関係をグラフ化したものである。その結果、図7(第一ガスG1として、トルエンを10ppm含有する空気を使用した実験結果)と同様に、水蒸気量が9g/m未満の場合には、水蒸気量の増加と共にVOC除去量が上昇するものの、水蒸気量が9g/m以上の場合には、水蒸気量が増加してもVOC除去量は増加しないという実験結果が得られた。これにより、9g/mという閾値はVOCの種類によって変化しないことがわかる。その理由は、172nmの光に対するヒドロキシラジカルの挙動についてはVOCの種類に影響されにくいためと考えられる。
<第2実施形態>
 第2実施形態において、下記に示す事項以外は第1実施形態と同様の構成であるため、共通した事項について記載を省略する。第3実施形態以降についても同様である。
 ガス処理装置10は、VOC及び酸素を含む第一ガスG1に含まれる水蒸気量を検出する水蒸気量検出部11と、水蒸気量検出部11の検出結果に基づいて、第二ガス供給部2から供給する水蒸気量を調整する制御部12と、を有する。図1で示したガス処理装置10を参照して説明すると、水蒸気量検出部11は、ガス処理装置10の第一ガスG1の流入側に設けられており、制御部12と電気的に接続されている。制御部12は、第二ガス供給部2と電気的に接続されている。水蒸気量検出部11が水蒸気量を検出した結果、第一ガスG1に含まれる水蒸気量が9g/mに満たないとき、制御部12が、効率的なVOC除去を行うために、9g/mに満たない分の水蒸気量を補うように、第二ガス供給部2を制御するとよい。なお、水蒸気量検出部11には、例えば電子式湿度計等が使用される。
 第一ガスG1に9g/m以上の水蒸気量が含まれている場合には、第二ガス供給部2から、水蒸気を含む第二ガスG2を供給する必要はない。つまり、この場合には、第一ガスG1のみに光を照射してガス処理を行えばよい。
 被処理ガスに含まれる水蒸気量について、水蒸気量が被処理ガスの飽和水蒸気量を超えて、被処理ガスがガス処理空間7内で結露するようになると、ヒドロキシラジカルが生成されにくくなる。また、被処理ガスはエキシマランプ5の第二電極53に接するように通流するが(図3参照)、通流する被処理ガスが第二電極53の上で結露すると、電極間の局所的な抵抗値変化による集中放電によって、エキシマランプ5が損傷する可能性がある。よって、被処理ガスが結露しないように、被処理ガスの水蒸気量が飽和水蒸気量に到達しないようにすることが好ましい。例えば常温付近である23℃における飽和水蒸気量が20.6g/mであることを踏まえると、被処理ガスに含まれる水蒸気量を20g/m以下にするとよい。好ましくは、被処理ガスに含まれる水蒸気量を15g/m以下にするとよい。
 もちろん、水蒸気量が20g/m以下又は15g/m以下であっても、被処理ガスの温度が低いときには結露することもある。被処理ガスの温度が低いときには、エキシマランプ等の熱源の近くに被処理ガスの流路を配置する、又は、何らかの簡素な加熱機構を配置することにより、被処理ガスを結露の抑制が可能となる温度(例えば、23℃)まで昇温するとよい。
 また、被処理ガスの結露リスクを考慮すると、相対湿度は80%以下であると好ましい。また、第一ガスG1に含まれる水蒸気量が、20g/m(又は15g/m)を超えている場合や、第一ガスG1がミスト等の液滴を含む場合には、流路4fの途中に除湿フィルタや、ゼオライトやシリカゲル等の吸湿材空間を配置したり、ガスを冷却して強制結露させたりすることで、VOCガスに含まれる水分を除去してもよい。
<第3実施形態>
 図9には、ガス処理装置の第3実施形態が示されている。ガス処理装置20のエキシマランプ25は、直径が9mm、長手方向の長さが14mmの円管体で構成され、エキシマランプ25の長手方向が紙面に直交する方向に延びるように配置されている。離間距離Wは10mmを呈する。エキシマランプ25へのインバーター入力は3Wである。
 図10は、上記実験条件の下で、被処理ガスに含まれる水蒸気量を異ならせた状態で、ガス処理空間7から被処理ガスに対して172nmの光を照射させてVOC除去量を測定したときの、含有水蒸気量とVOC除去量との関係をグラフ化したものである。なお、被処理ガスのガス流速は毎分1Lであり、トルエンを10ppm含有した被処理ガスを用いている。
 図10に示されるように、水蒸気量が9g/m未満の場合には水蒸気量の増加と共にVOC除去量が上昇するものの、水蒸気量が9g/m以上の場合には水蒸気量が増加してもVOC除去量は増加しないという、図7と同じ結果が得られた。図7と図10により、エキシマランプの配置、大きさ及び出力などが異なっていたとしても、被処理ガスの9g/m以上という、効率的なVOC除去を行うのに必要な水蒸気量は変化しないことが分かる。なお、VOC除去量を全体的に増やすには、エキシマランプの種類、寸法及び出力を変更したり、エキシマランプの数自体を増やしたりすることが有効である。
<第4実施形態>
 図11には、ガス処理装置の第4実施形態が示されている。本実施形態に係るガス処理装置30では、筐体1に突起部15を設けている。そして、エキシマランプ5の光出射面から突起部15までの間隔W15を、光の到達可能性の高い大きさ(例えば、6mm以内)に設定している。エキシマランプ5の光出射面から突起部15までの間を全ての被処理ガスが通過するので、被処理ガスの全量に対し確実に光照射できる。そして、このような突起部15を設けた場合には、突起部15以外におけるエキシマランプ5の光出射面から筐体1までの離間距離Wを、少なくとも一部の被処理ガスに光が到達しない大きさ(例えば、15mm超)に設定しても構わない。
 本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
1   :筐体
2   :第二ガス供給部
2a  :コンプレッサ
2b  :除湿フィルタ
2c  :圧力調整器
2e  :加湿器
2f  :流路
2p  :噴出口
2v  :流量調整弁
3   :ガス混合空間
4   :第一ガス導入部
4f  :流路
5,25:エキシマランプ
6   :整流部
7   :ガス処理空間
8   :ブロワ
9   :VOC検出器
10,20,30:ガス処理装置
11  :水蒸気量検出部
12  :制御部
15  :突起部
51  :管体
52  :第一電極
53  :第二電極
54  :(管体51と第一電極52との間の)空間
59  :端部
100 :実験系
G1  :第一ガス
G2  :第二ガス

Claims (9)

  1.  VOC及び酸素を含む第一ガスと、水蒸気を含む第二ガスと、を混合して、VOC、酸素、及び9g/m以上の水蒸気を含む被処理ガスを生成するガス混合空間と、
     主たるピーク波長が160~180nmの光を放射する光源と、
     前記光源の光出射面から10mm以内の領域に前記被処理ガスを導き、前記領域に導かれた前記被処理ガスに対し前記光を照射するガス処理空間と、を備えることを特徴とするガス処理装置。
  2.  前記ガス混合空間に前記第二ガスを供給する第二ガス供給部と、
     前記第一ガスに含まれる水蒸気量を検出する水蒸気量検出部と、
     前記水蒸気量検出部の検出結果に基づいて、前記第二ガス供給部から供給する前記第二ガスに含まれる水蒸気量を調整する制御部と、を備えることを特徴とする、請求項1に記載のガス処理装置。
  3.  前記被処理ガスに含まれる水蒸気は、20g/m以下であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のガス処理装置。
  4.  前記VOCはトルエン又はホルムアルデヒドを含むことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のガス処理装置。
  5.  VOC、酸素、及び9g/m以上の水蒸気を含む被処理ガスを、主たるピーク波長が160~180nmの光を放射する光源の光出射面から10mm以内の領域に流入させる、流入ステップ(a)と、
     前記領域に流入させた前記被処理ガスに前記光を照射する、光照射ステップ(b)と、
    を備えることを特徴とするガス処理方法。
  6.  前記光照射ステップ(b)の前に、VOC及び酸素を含む第一ガスと、水蒸気を含む第二ガスと、を混合して前記被処理ガスを生成する被処理ガス生成ステップ(c)、
    を備えることを特徴とする請求項5に記載のガス処理方法。
  7.  前記被処理ガス生成ステップ(c)において、
     前記第一ガスに含まれる水蒸気量を検出する検出ステップと、
     前記検出ステップで検出した前記水蒸気量に基づいて、前記第二ガスに含まれる水蒸気の量を調整する水蒸気量調整ステップと、を備えることを特徴とする、請求項6に記載のガス処理方法。
  8.  前記被処理ガスに含まれる水蒸気量は20g/m以下であることを特徴とする、請求項5乃至7のいずれか一項に記載のガス処理方法。
  9.  前記VOCはトルエン又はホルムアルデヒドを含むことを特徴とする、請求項5乃至8のいずれか一項に記載のガス処理方法。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07155543A (ja) * 1993-12-02 1995-06-20 Ebara Res Co Ltd 揮発性有機塩素化合物の処理方法及び装置
JP2002143637A (ja) 2000-11-13 2002-05-21 Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd 生ゴミガス脱臭方法とその装置
JP2005211289A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Midori Anzen Co Ltd 有害ガス除去装置及び有害ガス除去方法
JP2006204683A (ja) 2005-01-31 2006-08-10 River Seisakusho:Kk 化学汚染物質、特定悪臭成分や細菌類などの分解除去装置
JP2008043925A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Ushio Inc エキシマランプ装置
JP2011056191A (ja) * 2009-09-14 2011-03-24 Kyushu Univ 浮遊性有機化合物の分解方法および浮遊性有機化合物分解装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0725277Y2 (ja) * 1989-06-29 1995-06-07 中野 浩二 流体紫外線照射装置の整流板
JP2001185089A (ja) * 1999-12-28 2001-07-06 Quark Systems Co Ltd エキシマ照射装置
JP2001162240A (ja) * 1999-12-09 2001-06-19 Tokyo Cathode Laboratory Co Ltd 基板ドライ洗浄方法及び装置
JP5927074B2 (ja) * 2012-07-24 2016-05-25 国立大学法人岐阜大学 ガス処理方法およびガス処理装置
JP2016165014A (ja) * 2016-06-01 2016-09-08 ウシオ電機株式会社 デスミア処理装置およびデスミア処理方法
WO2019080981A2 (en) * 2017-10-24 2019-05-02 Infuser Ip Aps AIR TREATMENT SYSTEM AND METHOD OF USING SAID AIR TREATMENT SYSTEM
WO2019131124A1 (ja) * 2017-12-27 2019-07-04 ウシオ電機株式会社 気体処理装置
JP2020074870A (ja) * 2018-11-06 2020-05-21 ウシオ電機株式会社 気体処理装置
JP2021023708A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 ウシオ電機株式会社 ガス処理装置、ガス処理システム及びガス処理方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07155543A (ja) * 1993-12-02 1995-06-20 Ebara Res Co Ltd 揮発性有機塩素化合物の処理方法及び装置
JP2002143637A (ja) 2000-11-13 2002-05-21 Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd 生ゴミガス脱臭方法とその装置
JP2005211289A (ja) * 2004-01-29 2005-08-11 Midori Anzen Co Ltd 有害ガス除去装置及び有害ガス除去方法
JP2006204683A (ja) 2005-01-31 2006-08-10 River Seisakusho:Kk 化学汚染物質、特定悪臭成分や細菌類などの分解除去装置
JP2008043925A (ja) * 2006-08-21 2008-02-28 Ushio Inc エキシマランプ装置
JP2011056191A (ja) * 2009-09-14 2011-03-24 Kyushu Univ 浮遊性有機化合物の分解方法および浮遊性有機化合物分解装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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