特許 5904063 ガス活性化装置および窒素酸化物処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5904063

(24)【登録日】2016年3月25日

(45)【発行日】2016年4月13日

(54)【発明の名称】ガス活性化装置および窒素酸化物処理装置

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/56 20060101AFI20160331BHJP

   B01J 19/12 20060101ALN20160331BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/56 300

   !B01J19/12 CZAB

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-196903(P2012-196903)

(22)【出願日】2012年9月7日

(65)【公開番号】特開2014-50796(P2014-50796A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年3月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102212

【氏名又は名称】ウシオ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078754

【弁理士】

【氏名又は名称】大井 正彦

(72)【発明者】

【氏名】羽生 智行

(72)【発明者】

【氏名】吉原 啓太

【審査官】 金 公彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０７６０３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０１１６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１１４４６５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／３４−５３／７３

Ｂ０１Ｄ ５３／７４−５３／８５

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９６

Ｂ０１Ｊ １０／００−１２／０２

Ｂ０１Ｊ １４／００−１９／３２

Ｃ０１Ｂ ３／００− ６／３４

Ｂ０１Ｊ ４／００− ７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水平方向に伸びるように配置されたガス流路管と、当該ガス流路管の管軸に沿って配置された棒状の紫外線ランプと、当該紫外線ランプに給電する給電装置とを備え、当該ガス流路管内を流通するアンモニアガスに当該紫外線ランプからの光を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置において、
前記ガス流路管の下方に熱源が配置されていることを特徴とするガス活性化装置。

【請求項2】

前記給電装置における給電動作中に発熱する部材が前記熱源として兼用されるものであることを特徴とする請求項１に記載のガス活性化装置。

【請求項3】

前記ガス流路管と前記熱源との間に、熱拡散板が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス活性化装置。

【請求項4】

前記熱拡散板は、前記紫外線ランプの管軸方向に伸び、当該熱拡散板における紫外線ランプの管軸方向の長さが、紫外線ランプの発光長よりも大きいことを特徴とする請求項３に記載のガス活性化装置。

【請求項5】

請求項１〜請求項４のいずれかに記載のガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置からの活性化ガスが窒素酸化物を含む被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器が設けられていることを特徴とする窒素酸化物処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンモニアガスに紫外線を照射する構成のガス活性化装置および窒素酸化物処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、焼却炉などから排出される排ガス中の窒素酸化物を還元処理する窒素酸化物処理装置としては、ガス流路管と、棒状の紫外線ランプと、当該紫外線ランプに給電するための給電装置とを有するガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置において、ガス流路管内を流通するアンモニアガスに紫外線を照射することによって生成されるアンモニアラジカルを利用して還元処理を行う構成のものが開示されている（例えば特許文献１参照）。
この窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置によってアンモニアラジカルを含む活性化ガスを得、得られた活性化ガスを還元剤として用い、窒素酸化物を含む排ガスに混入させることにより、当該活性化ガス中のアンモニアラジカルと当該排ガス中の窒素酸化物とが反応して当該窒素酸化物が還元処理される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−７６０３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、このような窒素酸化物処理装置においては、以下のような問題があることが判明した。
窒素酸化物処置装置のガス活性化装置においては、ガス流路管内の紫外線ランプからの光（紫外線）が照射される領域（以下、「ランプ光照射領域」ともいう。）において、流通するガスが、紫外線ランプが点灯することによって生じる熱によって加熱される。そして、その紫外線ランプからの熱は、熱対流が生じることに起因して主として重力方向上方側に伝達されるため、重力方向の上方側と下方側とにおいて温度差が生じ、管断面内における径方向の温度分布が不均一となる。このようにランプ光照射領域の温度分布が不均一となった場合には、アンモニアガスを高い効率で活性化することができなくなり、そのため、ガス活性化装置からの活性化ガスを還元剤として用いる窒素酸化物処理装置の還元処理の効率、すなわち脱硝率が低下してしまう。

【0005】

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、アンモニアガスを高い効率で活性化することのできるガス活性化装置を提供することにある。
また本発明の他の目的は、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することのできる窒素酸化物処理装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のガス活性化装置は、水平方向に伸びるように配置されたガス流路管と、当該ガス流路管の管軸に沿って配置された棒状の紫外線ランプと、当該紫外線ランプに給電する給電装置とを備え、当該ガス流路管内を流通するアンモニアガスに当該紫外線ランプからの光を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置において、
前記ガス流路管の下方に熱源が配置されていることを特徴とする。

【0007】

本発明のガス活性化装置においては、前記給電装置における給電動作中に発熱する部材が前記熱源として兼用されるものであることが好ましい。

【0008】

本発明のガス活性化装置においては、前記ガス流路管と前記熱源との間に、熱拡散板が設けられていることが好ましい。
また、前記熱拡散板は、前記紫外線ランプの管軸方向に伸び、当該熱拡散板における紫外線ランプの管軸方向の長さが、紫外線ランプの発光長よりも大きいことが好ましい。

【0009】

本発明の窒素酸化物処理装置は、前記のガス活性化装置を備え、当該ガス活性化装置からの活性化ガスが窒素酸化物を含む被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器が設けられていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明のガス活性化装置によれば、水平方向に伸びるように配置されたガス流路管の下方に熱源が配置されており、ガス流路管の管軸に沿って配置された紫外線ランプからの光（紫外線）が照射される、当該ガス流路管内のランプ光照射領域を流通するガスは、紫外線ランプが点灯することによって生じる熱によって加熱されるだけでなく、熱源によっても加熱される。そのため、ランプ光照射領域の管断面内における径方向の温度分布に高い均一性が得られることから、アンモニアガスを高い効率で活性化することができる。

【0011】

本発明の窒素酸化物処理装置は、水平方向に伸びるように配置されたガス流路管の下方に熱源が配置されてなる構成のガス活性化装置を備えている。そして、このガス活性化装置は、ガス流路管内におけるランプ光照射領域を流通するガスが、紫外線ランプが点灯することによって生じる熱によって加熱されるだけでなく、熱源によっても加熱されるものであるため、当該ランプ光照射領域の管断面内における径方向の温度分布に高い均一性が得られることから、アンモニアガスを高い効率で活性化することができる。従って、本発明の窒素酸化物処理装置によれば、ガス活性化装置がアンモニアガスを高い効率で活性化することのできるものであるため、このガス活性化装置から得られる活性化ガスを還元剤として用いて被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理することにより、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の窒素酸化物処理装置の一例における構成の概略を示す説明用模式図である。

【図2】図１の窒素酸化物処理装置を構成するガス活性化装置におけるガス活性化ユニットの構成の一例を示す説明図である。

【図3】図２のガス活性化装置に用いられる紫外線ランプの構成の一例を示す説明図である。

【図4】本発明のガス活性化装置の構成の他の例を示す説明図である。

【図5】本発明のガス活性化装置の構成の更に他の例を示す説明図である。

【図6】本発明のガス活性化装置の構成のまた更に他の例を示す説明図である。

【図7】実験例１において用いた本発明に係るガス活性化装置の構成を示す説明図である。

【図8】図７のガス活性化装置における温度測定点の位置を、ガス流路管のランプ光照射領域における管軸方向中心部断面において示す説明図である。

【図9】実験例１において用いた比較用のガス活性化装置の構成を示す説明図である。

【図10】実験例１に係る脱硝率と、ガス流路管における重力方向上方側および重力方向下方側の温度差との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明のガス活性化装置および窒素酸化物処理装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の窒素酸化物処理装置の一例における構成の概略を示す説明用模式図であり、図２は、図１の窒素酸化物処理装置を構成するガス活性化装置におけるガス活性化ユニットの構成の一例を示す説明図である。
窒素酸化物処置装置は、窒素酸化物を含む被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理するたための装置であり、アンモニアガスに紫外線を照射することによって活性化ガスを得るガス活性化装置３０を備えている。この窒素酸化物処理装置には、ガス活性化装置３０と共に、ガス活性化装置３０からの活性化ガスが被処理ガスに混合されて当該被処理ガス中の窒素酸化物が還元処理される反応器２０と、ガス活性化装置３０にアンモニアガスを供給するためのガス供給手段１０とが設けられている。
反応器２０は、一端（図１における下端）に例えば焼却炉、燃焼炉または内部機関などの被処理ガス発生源が接続される被処理ガス導入口（図示せず）が形成され、他端（図１における上端）に被処理ガス排出口（図示せず）が形成されており、導管２２を介してガス活性化装置３０に接続されたガス流路管よりなるものである。
また、ガス供給手段１０は、アンモニアガス供給源１１およびキャリアガス供給源１２の各々に導管１３，１４を介して接続されたガス混合部１５を有しており、このガス混合部１５において混合されたアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガス（以下、「被活性化ガス」ともいう。）を、導管１６を介してガス活性化装置３０に供給するものである。
このガス供給手段１０には、アンモニア供給源１１とガス混合部１５とを接続する導管１３によって形成されるアンモニアガス流路に、アンモニアガス用流量計１８が設けられている。また、キャリアガス供給源１２とガス混合部１５とを接続する導管１４によって形成されるキャリアガス流路には、キャリアガス用流量計１９が設けられている。

【0014】

ガス活性化装置３０は、複数のガス活性化ユニット４０と、複数のガス活性化ユニット４０の各々にガス供給手段１０からの被活性化ガスを分岐管３３を介して分配するためのガス分配部３２と、複数のガス活性化ユニット４０からの活性化ガスを分岐管３５を介して集気するための集気部３４とを備えている。
複数のガス活性化ユニット４０は、各々、水平方向に直線状に伸びるように配置された、円筒状のガス流路管（以下、「アンモニアガス流路管」ともう。）４１と、アンモニアガス流路管４１の内部に管軸に沿って配置された円柱棒状の紫外線ランプ５０とを備えてなるものである。また、複数のガス活性化ユニット４０は、アンモニアガス流路管４１の管軸が互いに平行になるように等間隔で並列に配置されている。
また、ガス分配部３２は、導管１６を介してガス供給手段１０に接続されており、集気部３４は、導管２２を介して反応器２０に接続されている。
このガス活性化装置３０においては、ガス活性化ユニット４０とガス分配部３２とを接続する分岐管３３によって形成される被活性化ガス流路に、各々、被活性化ガス用流量計３８が設けられている。

【0015】

ガス活性化ユニット４０において、アンモニアガス流路管４１は、例えばステンレスなどの高い熱伝導性を有する金属よりなるものであり、両端が閉塞部材４２によって閉塞されている。このアンモニアガス流路管４１の内部には、両端が閉塞部材４５によって閉塞された円筒状のランプ配置管４４が配設されており、このランプ配置管４４は、アンモニアガス流路管４１の内径より小さい外径を有すると共に閉塞部材４２，４２間の離間距離よりも小さな全長を有している。また、ランプ配置管４４は、アンモニアガス流路管４１内において、当該ランプ配置管４４の管軸がアンモニアガス流路管４１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されている。
また、アンモニアガス流路管４１には、一方（図１および図２における左方）の閉塞部材４２の中央部に、ガス導入口４３Ａが形成され、他方（図１および図２における右方）の閉塞部材４２の中央部に、ガス排出口４３Ｂが形成されており、このアンモニアガス流路管４１とランプ配置管４４との間によってガス流路が形成されている。

【0016】

ランプ配置管４４には、紫外線を透過する、例えば円管状の石英ガラス管よりなる紫外線透過窓４６が設けられている。また、ランプ配置管４４の内部には、紫外線透過窓４６を構成する石英ガラス管内に、発光領域が位置するようにして紫外線ランプ５０が配設されている。
この紫外線ランプ５０は、ランプ配置管４４の内径よりも小さい外径を有すると共に閉塞部材４５，４５間の離間距離よりも小さな全長を有しており、ランプ配置管４４の内部において、当該紫外線ランプ５０の管軸（ランプ中心軸）がランプ配置管４４の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されている。すなわち、紫外線ランプ５０は、管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管４１の管軸と一致し、アンモニアガス流路管４１において形成されるガス流路に囲まれるように配設されている。

【0017】

そして、ガス活性化ユニット４０においては、アンモニアガス流路管４１の下方（図２における下方）、すなわち水平方向に伸びるアンモニアガス流路管４１の重力方向の下方に、当該アンモニアガス流路管４１と離間して、紫外線ランプ５０に給電する給電装置６０が配置されている。この給電装置６０は、紫外線透過窓４６およびアンモニアガス流路管４１の管壁を介して、紫外線ランプ５０の発光領域と対向するように配置されている。
給電装置６０としては、紫外線ランプ５０に対する給電動作中に発熱する部材（以下、「発熱部材」ともいう。）を有する電源回路を備えてなるものが用いられ、この給電装置６０における発熱部材により、熱源が構成されている。このように、給電装置６０における発熱部材は、熱源として兼用されている。
この図の例において、給電装置６０は、ガス活性化装置３０を構成する複数の紫外線ランプ５０に共通のものである。また、この給電装置６０において、発熱部材は、複数のガス活性化ユニット４０の並列する方向（図１における上下方向であって図２における紙面に垂直な方向であり、以下「ユニット並列方向」ともいう。）の長さが、複数のガス活性化ユニット４０が並列されている領域におけるユニット並列方向の長さよりも大きく、また、紫外線ランプ５０の管軸方向の長さ（図２における左右方向の長さ）が、紫外線ランプ５０の発光長よりも小さいものである。そして、ガス活性化装置３０を構成するすべてのガス活性化ユニット４０の直下に発熱部材が位置されるように配置されている。すなわち、給電装置６０を構成する発熱部材は、紫外線ランプ５０の管軸方向には短尺であるものの、ユニット並列方向に長尺なものであり、複数のガス活性化ユニット４０に共通の熱源とされている。
なお、図１においては、説明の便宜上、給電装置６０をアンモニアガス流路管４１の下方に示していない。

【0018】

給電装置６０の電気回路において、熱源を構成する発熱部材としては、例えば電源トランス、降圧チョッパ、フルブリッジインバータなどが挙げられる。

【0019】

紫外線ランプ５０としては、アンモニアにおけるＮ−Ｈ結合を切断し得るエネルギーを有する紫外線を放射するものであればよいが、アンモニアの光吸収波長が２２０ｎｍ以下であることから、波長が２２０ｎｍ以下の紫外線を放射するものであることが好ましい。
波長が２２０ｎｍ以下の紫外線を放射するランプとしては、例えばキセノンエキシマランプ（波長１７２ｎｍ，波長１４６ｎｍ）、低圧水銀ランプ（波長１８５ｎｍ）およびエキシマ蛍光ランプなどが挙げられる。
ここに、エキシマ蛍光ランプの具体例としては、発光ガスとしてキセノンガスが封入された発光管の内面に、一般式（Ｌａ_1-x ，Ｐｒ_x ）ＰＯ₄ （但し、ｘは０．０２〜０．０４である）で表される蛍光体を含有する蛍光体層が形成されたもの（波長２００〜２６０ｎｍ）が挙げられる。

【0020】

紫外線ランプ５０の好ましい具体例としてはキセノンエキシマランプが挙げられる。
キセノンエキシマランプとしては、例えば図３に示すような構成のものがある。
図３のキセノンエキシマランプは、例えば石英ガラスなどの紫外線を透過する材料によって構成され、両端が封止された円筒状の発光管５１を備えている。この発光管５１の内部には、他端（図３における右端）が封止され、一端（図３における左端）が発光管５１の金属箔５６が埋設されている封止部（以下、「金属箔埋設封止部」ともいう。）５２に溶着された内側管５４が、発光管５１の管軸に沿って設けられている。また、この内側管５４と発光管５１の間に形成された空間にキセノンガスが封入されている。そして、内側管５４の内部には、コイル状の内部電極５５が、内側管５４の内周面に沿って管軸方向に伸びるように配設されており、その内部電極５５は金属箔５６に電気的に接続されている。この金属箔５６には、金属箔埋設封止部５２の外端面から外方に突出する外部リード５７が電気的に接続されている。また、発光管５１の外周面には、網状の外部電極５８が設けられている。そして、内部電極５５と外部電極５８とが、内側管５４の管壁、内側管５４の外周面と発光管５１の内周面との間の空間および発光管５１の管壁を介して対向する領域において、発光領域が形成されている。
このエキシマランプは、内部電極５５が金属箔５６および外部リード５７を介して高周波電源（図示せず）に接続され、外部電極５８が接地されており、給電によって生じるエキシマ放電によって波長１７２ｎｍの紫外線を得るものである。

【0021】

また、ガス活性化ユニット４０においては、図２に示されているように、アンモニアガス流路管４１と給電装置６０における発熱部材（熱源）との間に、熱拡散板６５が設けられていることが好ましい。
この図の例において、熱拡散板６５は、上方（図２における上方）に開口を有する箱状の支持部材６６により、当該支持部材６６の開口縁部に、熱拡散板６５の周縁部が係合されることによって支持されており、アンモニアガス流路管４１と離間して固定されている。また、支持部材６６と熱拡散板６５とによって区画された空間には、給電装置６０が配置されており、この給電装置６０と熱拡散板６５とは離間した状態とされている。

【0022】

また、熱拡散板６５は、紫外線ランプ５０の管軸方向に伸び、当該熱拡散板６０における紫外線ランプ５０の管軸方向の長さ（以下、「ランプ管軸方向長さ」ともいう。）が、紫外線ランプ５０の発光長よりも大きいことが好ましい。
この図の例においては、熱拡散板６５は、複数のガス活性化ユニット４０に共通の矩形状平板よりなり、ランプ管軸方向長さが、アンモニアガス流路管４１の管軸方向の長さよりも大きいものである。また、この熱拡散板６５におけるユニット並列方向の長さは、複数のガス活性化ユニット４０が並列されている領域におけるユニット並列方向の長さよりも大きいものである。

【0023】

熱拡散板６５の材質の具体例としては、例えばステンレスなどの高い熱伝導性を有する金属が挙げられる。

【0024】

ガス供給手段１０を構成するアンモニアガス供給源１１においては、当該アンモニア供給源１１からアンモニアガスを供給することができれば、アンモニアの貯蔵状態は、気体状態（アンモニアガス）であってもよく、液体状態（液体アンモニア）であってもよい。
また、キャリアガス供給源１２から供給されるキャリアガスとしては、紫外線ランプ５０から放射される光の吸収が小さくて不活性であるものであれば、種々のガスを用いることができる。具体的には、例えばアルゴンガス、ネオンガス、キセノンガスおよびクリプトンガス等の希ガス、窒素ガスなどの不活性ガスなどを用いることができるが、安価に入手することができる点で、窒素ガスを用いることが好ましい。

【0025】

このような構成の窒素酸化物処理装置においては、焼却炉、燃焼炉または内燃機関などの被処理ガス発生源から排出された被処理ガス（図１において矢印Ｇ１で示す。）が、被処理ガス導入口を介して反応器２０内に供給される。
一方、アンモニア供給源１１から導管１３を介してアンモニアガスが供給されると共に、キャリアガス供給源１２から導管１４を介してキャリアガスが供給されることにより、ガス混合部１５においてアンモニアガスとキャリアガスとが混合される。更に、ガス混合部１５から導管１６を介してアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスよりなる被活性化ガスがガス活性化装置３０に供給される。
そして、ガス活性化装置３０においては、ガス分配部３２および分岐管３３を介して複数のガス活性化ユニット４０の各々に被活性化ガスが供給され、これらの複数のガス活性化ユニット４０の各々において、紫外線放射ランプ５０からの光（紫外線）が、紫外線透過窓４６を介してアンモニアガス流路管４１内に供給された被活性化ガスに照射されることにより、被活性化ガスを構成するアンモニアガスから、例えばＮＨ₂ ラジカル、ＮＨラジカル、Ｎラジカルなどのラジカルや、Ｎ⁺ イオン、ＮＨ⁺ イオン、ＮＨ₂ ⁺ イオン、ＮＨ₃ ⁺ イオンなどのイオンを含む活性化ガスが生成される。このようにして、複数のガス活性化ユニット４０の各々において得られた活性化ガスが、分岐管３５を介して集気部３４に導入される。
そして、反応器２０に、集気部３４から導管２２を介して活性化ガスが供給され、当該反応器２０内において、被処理ガスに活性化ガスが混合されることにより、被処理ガス中の窒素酸化物が活性化ガスによって還元処理される。その後、処理済ガス（図１において矢印Ｇ２で示す）が被処理ガス排出口から反応器２０の外部に排出される。

【0026】

而して、この窒素酸化物処理装置のガス活性化装置３０においては、アンモニアガス流路管４１の下方に、給電装置６０における発熱部材（熱源）が配置されていることから、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域を流通する被活性化ガスは、紫外線ランプ５０が点灯することによって生じる熱によって加熱されるだけでなく、給電装置６０の給電動作によって発熱部材において生じる熱によっても加熱される。
そして、ランプ光照射領域において、被活性化ガスが、紫外線ランプ５０からの熱と、給電装置６０における発熱部材からの熱によって加熱されることによれば、紫外線ランプ５０からの熱が主として重力方向上方側（図２における上方側）に対流熱伝達される。一方、発熱部材からの熱は、熱拡散板６５に対流熱伝達され、この熱拡散板６５から、熱拡散板６５とアンモニアガス流路管４１との間に存在する大気およびアンモニアガス流路管４１の管壁を介して、当該ランプ光照射領域の重力方向下方側（図２における下方側）に伝達される。従って、後述の実験例からも明らかなように、ランプ光照射領域においては、重力方向の上方側と下方側とに大きな温度差が生じることがなく、よって管断面内における径方向の温度分布に高い均一性が得られることから、アンモニアガスを高い効率で活性化することができる。
仮に、ランプ光照射領域において、被活性化ガスが、紫外線ランプ５０からの熱のみによって加熱される場合においては、後述の実験例から明らかなように、紫外線ランプ５０からの熱が主として重力方向上方側に対流熱伝達されることから、重力方向上方側の温度が重力方向下方側の温度に比して高くなって大きな温度差が生じてしまい、それに起因してアンモニアガスを高い効率で活性化することができない。

【0027】

このように、窒素酸化物処理装置においては、ガス活性化装置３０がアンモニアガスを高い効率で活性化することのできるものであるため、このガス活性化装置３０から得られる活性化ガスを還元剤として用い、反応器２０内において被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理することにより、被処理ガス中の窒素酸化物を高い効率で処理することができる。

【0028】

また、ガス活性化装置３０においては、アンモニアガス流路管４１と給電装置６０における発熱部材（熱源）との間に熱拡散板６５が設けられており、しかもその熱拡散板６５のランプ管軸方向長さが、紫外線ランプ５０の発光長よりも大きいことから、当該発熱部材のランプ管軸方向の長さが紫外線ランプ５０の発光長よりも小さくても、この発熱部材からの熱を、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域の管軸方向全域に、均一に伝達することができる。従って、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域の管軸方向全域において、重力方向の上方側と下方側とにおいて大きな温度差が生じることが抑制されることから、一層高い効率でアンモニアガスを活性化することができる。

【0029】

以上、本発明について、具体的には本発明のガス活性化装置および窒素酸化物処理装置について具体的に説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、ガス活性化装置は、簡素化および小型化を図る観点からは、熱源が給電装置における発熱部材からなることが好ましいが、熱源が給電装置とは別途に設けられている構成（図５および図６参照）のものであってもよい。
また、ガス活性化装置は、熱拡散板が設けられていない構成（図６参照）を有するのものであってもよい。

【0030】

また、ガス活性化装置においては、紫外線ランプは、ガス流路管の管軸に沿って配置、すなわち当該紫外線ランプの管軸（ランプ中心軸）がガス流路管の管軸と一致または略一致し、当該ガス流路管によって形成されるガス流路に囲まれるように配置されていればよく、例えば、ガス活性化装置がアンモニアガス流路管の内部にランプ配置管が設けられておらず、紫外線ランプが被活性化ガスと接触する構成（図４〜図６参照）のものであってもよい。また、ガス流路管が、外側管と内側管とが同軸上に配置され、両端部において接合されてなる構成の二重管状のものであり、当該二重管状のガス流路管における例えば石英ガラスなどよりなる内側管内に、ガス流路管の管軸（外側管および内側管の管軸）に沿って紫外線ランプが配置された構成のものであってもよい。
更に、ガス活性化装置は、ガス活性化ユニットを１つのみ有する構成のものであってもよい。

【0031】

本発明のガス活性化装置の他の実施の形態の具体例としては、図４〜図６に示すようなガス活性化装置が挙げられる。
これらの図４〜図６に係るガス活性化装置においても、図１および図２に係るガス活性化装置３０と同様に、アンモニアガスを高い効率で活性化することができる。

【0032】

図４のガス活性化装置７０は、アンモニアガス流路管４１内においてランプ配置管が設けられておらず、紫外線ランプ５０が被活性化ガスと接触する構成であること以外は、図１および図２に係るガス活性化装置３０と同様の構成を有するものである。
このガス活性化装置７０のアンモニアガス流路管４１の内部において、紫外線ランプ５０は、当該紫外線ランプ５０の管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管４１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されており、アンモニアガス流路管４１と紫外線ランプ５０との間にガス流路が形成されている。

【0033】

図５のガス活性化装置７５は、熱源が給電装置６０とは別途に設けられていると共に、アンモニアガス流通管４１内にランプ配置管が設けられていないこと以外は、図１および図２に係るガス活性化装置３０と同様の構成を有するものである。すなわち、図５のガス活性化装置７５は、図４に係るガス活性化装置７０において、支持部材６６と熱拡散板６５とによって区画された空間に、給電装置６０に代えて熱源専用部材７６が設けられており、また、給電装置６０がアンモニアガス流路管４１の下方以外の位置に配置されていること以外は、図４に係るガス活性化装置７０と同様の構成を有するものである。
このガス活性化装置７５において、熱源専用部材７６としては、例えばヒーター、あるいは焼却炉からの排熱を利用したヒートパイプなどが用いられる。

【0034】

このガス活性化装置７５においては、熱源専用部材７６は、当該熱源専用部材７６におけるランプ管軸方向長さが紫外線ランプ５０の発光長よりも小さいものである。しかしながら、熱源専用部材７６とアンモニアガス流路管４１との間に、熱拡散板６５が設けられており、しかも熱拡散板６５のランプ管軸方向長さが紫外線ランプ５０の発光長よりも大きいことから、熱源専用部材７６からの熱を、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域の管軸方向全域に、均一に伝達することができる。従って、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域の管軸方向全域において、重力方向の上方側と下方側とにおいて大きな温度差が生じることが抑制される。

【0035】

図６のガス活性化装置８０は、熱源が給電装置６０とは別途に設けられていること、アンモニアガス流路管４１内にランプ配置管が設けられていないこと、および熱拡散板が設けられていないこと以外は、図１および図２に係るガス活性化装置３０と同様の構成を有するものである。すなわち、ガス活性化装置８０は、熱拡散板および当該熱拡散板を支持するための支持部材が設けられておらず、また熱源専用部材８１が、当該熱源専用部材８１におけるランプ管軸方向長さが紫外線ランプ５０のランプ長さよりも大きいものであること以外は、図５のガス活性化装置７５と同様の構成を有するものである。

【0036】

このガス活性化装置８０においては、熱源専用部材８１におけるランプ管軸方向長さが紫外線ランプ５０の発光長よりも大きいことから、熱拡散板が設けられていなくとも、熱源専用部材８１からの熱を、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域の管軸方向全域に、均一に伝達することができる。従って、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域の管軸方向全域において、重力方向の上方側と下方側とにおいて大きな温度差が生じることが抑制される。

【0037】

以下、本発明の実験例について説明する。

【0038】

〔実験例１〕
（本発明に係る窒素酸化物処理装置による窒素酸化物の還元処理）
図７に示すような構成のガス活性化装置（以下、「ガス活性化装置（１）」ともいう。）を備え、ガス活性化装置（１）にアンモニアガスとキャリアガスとの混合ガスよりなる被処理ガスを供給するためのガス供給手段と、ガス活性化装置（１）からの活性化ガスを被処理ガスに混合することによって当該被処理ガス中の窒素酸化物を還元処理するための反応器とが設けられなる窒素酸化物処理装置（以下、「処理装置（１）ともいう。」を作製した。

【0039】

処理装置（１）を構成するガス活性化装置（１）は、一端（図７における左端）にガス導入口４３Ａを有し、他端（図７における右端）にガス排出口４３Ｂを有する円筒状のアンモニアガス流路管４１と、このアンモニアガス流路管４１の内部に、当該アンモニアガス流路管４１の管軸に沿って設けられた円柱棒状の紫外線ランプ５０と、紫外線ランプ５０に給電するための給電装置６０とを備えてなるものである。なお、給電装置６０は、アンモニアガス流路管４１の下方以外の場所に配置されている。
また、アンモニアガス流路管４１の下方（図７における下方）には、ステンレス製の矩形状平板よりなる熱拡散板９１が、箱状の支持部材９２に支持されてアンモニアガス流路管４１と離間して設けられている。また、支持部材９２と熱拡散板９１とによって区画された空間には、ヒーターよりなる長尺な熱源専用部材９３が、熱拡散板９１およびアンモニアガス流路管４１の管壁を介して紫外線ランプ５０と対向するようにして当該熱拡散板９１と離間して配設されている。
このガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ５０は、アンモニアガス流路管４１の内部において、当該紫外線ランプ５０の管軸（ランプ中心軸）がアンモニアガス流路管４１の管軸と一致するように支持部材（図示せず）によって支持されて配設されている。
また、ガス活性化装置（１）には、図８に示すように、アンモニアガス流路管４１におけるランプ光照射領域（紫外線ランプ５０）を包囲する部分の外周面上の管軸方向中心部に係る上部Ａ（以下、「温度測定点Ａ」ともいう。）、側部Ｂ（以下、「温度測定点Ｂ」ともいう。）、下部Ｃ（以下、「温度測定点Ｃ」ともいう。）、側部Ｄ（以下、「温度測定点Ｄ」ともいう。）と、アンモニアガス流路管４１内における紫外線ランプ５０に近接する領域の管軸方向中心部に係る紫外線ランプ５０の上方部Ｅ（以下、「温度測定点Ｅ」ともいう。）とに、各々、熱電対が配置されている。
なお、温度測定点Ａ、温度測定点Ｂ、温度測定点Ｃおよび温度測定点Ｄは、アンモニアガス流路管４１の外周面上において等間隔で配置されている。

【0040】

ここに、ガス活性化装置（１）において、アンモニアガス流路管４１は、全長が１１００ｍｍであって、内径が５５ｍｍのステンレス製のものである。
紫外線ランプ５０は、キセノンエキシマランプであり、石英ガラス製の発光管を備え、ランプの長さが１０００ｍｍであって発光長が８００ｍｍであり、ランプ直径が２０ｍｍのものである。
熱源を構成する熱源専用部材９３は、紫外線ランプ５０の管軸方向の長さ（図７における左右方向の長さ）が９００ｍｍであって、紫外線ランプ５０の管軸に垂直な方向の長さ（図７における紙面に垂直な方向の長さ）が８００ｍｍであるのものである。
また、熱拡散板９１は、紫外線ランプ５０の管軸方向の長さ（図７における左右方向の長さ）が１２００ｍｍであって、紫外線ランプ５０の管軸に垂直な方向の長さ（図７における紙面に垂直な方向の長さ）が８５０ｍｍであって、厚みが３ｍｍのステンレス製のものである。
また、ガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ５０が、出力１００％の条件で点灯されることにより、アンモニアガス流路管４１の内周面における照度が５０ｍＷ／ｃｍ² とされる。

【0041】

処理装置（１）において、ガス供給手段は、アンモニアガス供給源およびキャリアガス供給源の各々が導管を介して接続されたガス混合部を有しており、このガス混合部に接続された導管９４を介してガス活性化装置（１）に接続されている。
また、反応器は、導管９５を介してガス活性化装置（１）に接続された、一端に被処理ガス導入口を有すると共に、他端に被処理ガス排出口を有する被処理ガス流路管よりなるものである。この反応器における被処理ガス排出口には、排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定するための濃度測定装置が設けられている。

【0042】

作製した処理装置（１）において、キャリアガスとして窒素ガスを用い、この窒素ガスとアンモニアガスとを、アンモニアガス濃度が３体積％であって窒素ガス濃度が９７体積％となるように混合した混合ガスをガス活性化装置（１）に供給する被活性化ガスとした。
また、窒素酸化物濃度が５００ｐｐｍのガスを被処理ガスとした。
そして、処理装置（１）を動作させ、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定すると共に、温度測定点Ａ、温度測定点Ｂ、温度測定点Ｃ、温度測定点Ｄおよび温度測定点Ｅにおける温度を測定した。
ここに、処置装置（１）の動作中、ガス活性化装置（１）においては、紫外線ランプ５０を出力１００％の条件で点灯し、被活性化ガスを、アンモニアガス流路管４１内における流量が１５Ｌ／ｍｉｎとなるように流速７．３ｍ／ｍｉｎで供給すると共に、温度測定点Ａの温度と温度測定点Ｃの温度との差（以下、「上下温度差」ともいう。）が、２０℃、１５℃および５℃となるように、熱源専用部材９３の設定温度を調整した。また、反応器には、被処理ガスを流量８５，０００Ｌ／ｍｉｎで供給した。

【0043】

また、得られた反応器からの処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から、下記の数式（１）に基づいて脱硝率を算出した。
算出された脱硝率の値を、各温度測定点において測定された温度測定値と共に表１に示す。

【0044】

【数1】

【0045】

（比較用窒素酸化物処理装置によるによる窒素酸化物の還元処理）
処理装置（１）において、ガス活性化装置（１）に代えて、図９に示すような熱源専用部材および当該熱源専用部材を支持するための支持部材が設けられていない構成を有するガス活性化装置（以下、「比較用ガス活性化装置（１）」ともいう。）を備えてなること以外は当該処理装置（１）と同様の構成を有する窒素酸化物処理装置（以下、「比較用処理装置（１）」ともいう。）を作製した。
比較用処理装置（１）において、比較用ガス活性化装置（１）は、熱源専用部材および当該熱源専用部材を支持するための支持部材が設けられていないこと以外は、ガス活性化装置（１）と同様の構成を有するものである。

【0046】

作製した比較用処理装置（１）を窒素酸化物処理装置（１）と同様の条件、具体的には、比較用ガス活性化装置（１）において紫外線ランプ５０を出力１００％の条件で点灯すると共にアンモニアガス濃度が３体積％であって窒素ガス濃度が９７体積％である被活性化ガスを流速７．３ｍ／ｍｉｎで供給し、また、反応器に窒素酸化物濃度が５００ｐｐｍである被処理ガスを流量８５，０００Ｌ／ｍｉｎで供給する処理条件（以下、「実験用処理条件」ともいう。）によって動作させ、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定すると共に、温度測定点Ａ、温度測定点Ｂ、温度測定点Ｃ、温度測定点Ｄおよび温度測定点Ｅにおける温度を測定した。また、得られた反応器からの処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。
算出された脱硝率の値を、各温度測定点において測定された温度測定値と共に表１に示す。

【0047】

【表1】

【0048】

表１において、「Δ（Ａ−Ｃ）」は、温度測定点Ａの温度と温度測定点Ｃの温度との差（上下温度差）を示す。
また、「条件（１）」とは、上下温度差が２０℃となるように熱源専用部材９３の設定温度を調整した場合を示し、「条件（２）」とは、上下温度差が１５℃となるように熱源専用部材９３の設定温度を調整した場合を示し、「条件（３）」とは、上下温度差が５℃となるように熱源専用部材９３の設定温度を調整した場合を示す。

【0049】

また、表１の結果に基づいて、上下温度差と、脱硝率との関係を確認した。結果を図１０に示す。

【0050】

（実験例２）
実験例１において作製した比較用処理装置（１）を、温度測定点Ｅの温度が２２０℃となるように紫外線ランプ５０の点灯条件を調整したこと以外は実験例１に係る実験用処理条件と同様の条件で動作させ、反応器から排出される処理済みガスにおける窒素酸化物濃度を測定すると共に、温度測定点Ａ、温度測定点Ｂ、温度測定点Ｃ、温度測定点Ｄおよび温度測定点Ｅにおける温度を測定し、また、得られた反応器からの処理済みガス中の窒素酸化物濃度の測定値から脱硝率を算出した。
脱硝率は８５％であり、温度測定点Ａの温度は１３７℃であって上下温度差は３７℃であった。
ここに、比較用処理装置（１）において、温度測定点Ｅの温度が２２０℃となる紫外線ランプ５０の点灯条件によれば、実験用処理条件に係る紫外線ランプ５０の点灯条件に比してランプ出力が１０％高くなった。

【0051】

以上の実験例１および実験例２の結果から、本発明に係るガス活性化装置（１）においては、アンモニアガス流路管４１の下方に熱源専用部材９３（熱源）が配置されていることから、アンモニアガス流路管４１において、上下温度差が小さくなってランプ光照射領域の管断面における径方向の温度分布の均一化が図られ、また、アンモニアガス流路管４１内の温度が高くなることが明らかとなった。そして、ガス活性化装置（１）に係る上下温度差が小さくなるに従って、脱硝率が大きくなることが明らかとなった。
一方、比較用処理装置（１）においては、比較用ガス活性化装置（１）の紫外線ランプ５０の出力を大きくすることによってアンモニアガス流路管４１内の温度を高くすることができるものの、上下温度差を小さくすることはできず、むしろ上下温度差が大きくなり、アンモニアガス流路管４１のランプ光照射領域の管断面内における径方向の温度分布の均一化を図ることができないことが明らかとなった。
また、比較用ガス活性化装置（１）の紫外線ランプ５０の出力を大きくすることによって脱硝率を大きくすることができるものの、その脱硝率は、紫外線ランプからの光量（紫外線放射量）が大きくなっているにも拘わらず、本発明に係る処理装置（１）に比して小さいことから明らかとなった。この結果から、アンモニアガス流路管内の温度が高くなることによる脱硝率の向上効果は、温度分布の均一化を図ることによる脱硝率の向上効果よりも極めて小さいものであることが理解される。
従って、紫外線ランプがアンモニアガス流路管の管軸に沿って配置されてなる構成のガス活性化装置においては、アンモニアガス流路管の下方に熱源を配置し、アンモニアガス流路管におけるランプ光照射領域の管断面における径方向の温度分布の均一化を図ることにより、アンモニアガスの活性化効率を効果的に向上させることができ、その結果、このような構成のガス活性化装置を備えた窒素酸化物処理装置において、高い脱硝率が得られることが確認された。

【0052】

ここに、アンモニアガス流路管の下方に熱源を配置し、アンモニアガス流路管におけるランプ光照射領域の管断面における径方向の温度分布の均一化を図ることによってアンモニアガスの活性化効率を向上することができる理由は、以下のように推測される。
アンモニアガスに紫外線を照射することによれば、アンモニアが紫外線を吸収することによってアンモニアラジカルが生成されて活性化が図られる。そして、アンモニアによる紫外線（光）の吸収は、ランベルト・ベールの法則によれば、アンモニア密度が高くなるに従って吸収される紫外線の量が指数関数的に増加する、すなわちアンモニア密度が低くなるに従って吸収される紫外線の量が指数関数的に減少する。
そして、このランベルト・ベールの法則を前提に考えれば、アンモニアガス流路管の下方に熱源を配置することにより、アンモニアガス流路管４１のランプ光照射領域のアンモニア密度が高くなると共に均一化が図られるため、アンモニアに吸収される紫外線の量が大きくなる。
従って、アンモニアに吸収される紫外線の量が大きくなるため、アンモニアガスから生成されるアンモニアラジカルが増加すると推測される。

【符号の説明】

【0053】

１０ ガス供給手段
１１ アンモニアガス供給源
１２ キャリアガス供給源
１３，１４ 導管
１５ ガス混合部
１６ 導管
１８ アンモニアガス用流量計
１９ キャリアガス用流量計
２０ 反応器
２２ 導管
３０ ガス活性化装置
３２ ガス分配部
３３ 分岐管
３４ 集気部
３５ 分岐管
３８ 被活性化ガス用流量計
４０ ガス活性化ユニット
４１ ガス流路管
４２ 閉塞部材
４３Ａ ガス導入口
４３Ｂ ガス排出口
４４ ランプ配置管
４５ 閉塞部材
４６ 紫外線照射窓
５０ 紫外線ランプ
５１ 発光管
５２ 封止部
５４ 内側管
５５ 内部電極
５６ 金属箔
５７ 外部リード
５８ 外部電極
６０ 給電装置
６５ 熱拡散板
６６ 支持部材
７０ ガス活性化装置
７５ ガス活性化装置
７６ 熱源専用部材
８０ ガス活性化装置
８１ 熱源専用部材
９１ 熱拡散板
９２ 支持部材
９３ 熱源専用部材
９４，９５ 導管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】