知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】
(24)【登録日】2024-03-05
(45)【発行日】2024-03-13
(54)【発明の名称】ガス分解装置及びガス分解方法
(51)【国際特許分類】
B01D 53/56 20060101AFI20240306BHJP
B01D 53/74 20060101ALI20240306BHJP
B01D 53/32 20060101ALI20240306BHJP
【ＦＩ】
B01D53/56 400
B01D53/74
B01D53/32 ZAB
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022123735
(22)【出願日】2022-08-03
(65)【公開番号】P2024021127
(43)【公開日】2024-02-16
【審査請求日】2023-12-04
【早期審査対象出願】
(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】110000729
【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】大塚 優一
(72)【発明者】
【氏名】鮫島 貴紀
【審査官】宮部 裕一
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１０８４８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２２／００４０３６３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開昭６３－１１１９３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－８８９６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２０９８９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】加茂 直大, ほか，真空紫外ランプ光照射によるN2Oの光分解に関する研究，分子科学討論会講演プログラム＆要旨，日本，2008年，Vol.2nd，4P055，インターネット:<URL ; http://molsci.center.ims.ac.jp/area/2008/bk2008/papers/4P055_w.pdf>
【文献】久野 清人, ほか，紫外線による一酸化二窒素及びメタンの分解に関する研究，下水道協会誌，日本，社団法人 日本下水道協会，2010年07月15日，Vol.47 ,No.573，P.129-134
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ０１Ｄ ５３／５６
Ｂ０１Ｄ ５３／３２
Ｂ０１Ｄ ５３／７４
Ｂ０１Ｊ １９／１２
Ａ６１Ｌ ９／２０
Ｆ０１Ｎ ３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
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。
【請求項2】
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。
【請求項3】
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。
【請求項4】
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。
【請求項5】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、ガス分解装置及びガス分解方法に関する。
【背景技術】
【0002】
産業革命以降、地球の平均気温が上昇しているために、地球温暖化対策は喫緊の課題となっている。地球温暖化の原因となる温室効果ガスとして、二酸化炭素、メタン、一酸化二窒素、フロンガス等が知られている。このガスの中で、二酸化炭素の排出量が一番多く、次いでメタンの排出量が多く、その次に、一酸化二窒素の排出量が多い。しかしながら、メタンの地球温暖化係数は二酸化炭素の地球温暖化係数の２５倍であり、一酸化二窒素の地球温暖化係数は二酸化炭素の地球温暖化係数の２９８倍であると報告されている。特に、一酸化二窒素の排出による地球温暖化の影響は無視できない。
【0003】
一酸化二窒素は、化学製品の製造等の工業活動及び廃棄物の燃焼によって多量に排出されるだけでなく、人及び畜産動物の排泄物の処理過程や農業からも多量に排出される。昨今、一酸化二窒素の濃度が上昇傾向にあることから、一酸化二窒素の濃度の上昇を抑え、又は、濃度を低下させることが、地球温暖化対策として期待されている。
【0004】
以前より、一酸化二窒素を分解するための方法として、高温燃焼方式と触媒方式が使われている。しかしながら、高温燃焼方式ではガスを燃焼させるために多量のエネルギーを必要とする。多量のエネルギーの確保に化石燃料を使用すると二酸化炭素の排出が増えるため、地球温暖化対策として効率的であるとはいえない。触媒方式においても、ガスを高温に加熱することを必要とする。さらに、触媒や還元剤に使用するアンモニアの調達が必要であり、処理後の排水処理問題もある。よって、触媒方式も効率的であるとはいえない。
【0005】
一酸化二窒素を化学変化させるための方法として、紫外光の照射により一酸化二窒素を酸化する方法が知られている。例えば、特許文献１には、一酸化二窒素を酸化してＮＯ又はＮＯ２を含む滅菌ガスを生成する滅菌装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１６－０８３１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、より簡易な構造又は方法で効率よく温室効果ガスを分解できる、ガス分解装置及びガス分解方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のガス分解装置は、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。
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。
【0009】
本明細書において、単に「酸素」と表記する場合の「酸素」は、「酸素分子」（以下、「Ｏ２」と表記することがある。）を意図する。詳細は後述するが、第一光は、一酸化二窒素（以下、「Ｎ２Ｏ」と表記することがある。）を直接分解するとともに、第一光の照射により生成された励起酸素原子（「一重項酸素」又は「Ｏ（１Ｄ）」と呼ばれることがある。以下、「Ｏ（１Ｄ）」と示すことがある。）が、Ｎ２Ｏを分解する。また、第一光より長波長の第二光を照射することにより、第一光の照射により副次的に生成されたオゾン（以下、「Ｏ３」と表記することがある。）から、Ｏ（１Ｄ）を生成する。生成されたＯ（１Ｄ）がＮ２Ｏの分解に利用される。つまり、第一光を照射することに加えて第二光を照射することにより、Ｎ２Ｏの分解を促進できる。よって、温室効果ガスを効率的に削減できる。地球温暖化対策として使用される前記ガス分解装置は、Ｎ２Ｏを酸化させて滅菌効果のあるＮＯ又はＮＯ２ガスを生成する特許文献１に記載の技術と、根本的に異なる技術思想を有する。
【0010】
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。
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。
【0011】
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ても構わない。層流を形成するためには、光源の表面と配管の内壁との間を流れる前記被処理ガスが衝突するような障害物ができるだけ小さく、又は、少ないとよい。被処理ガスが何らかの障害物への衝突を抑えることで、生成したオゾンの分解を防ぐ。
【0012】
前記第一光源はエキシマランプであっても構わない。前記エキシマ光の主たる波長は１７２ｎｍ又は１７２ｎｍ近傍であっても構わない。斯かるエキシマ光は、キセノンガスを発光管内に封入したキセノンエキシマランプを点灯させることにより得られる。エキシマランプは安定的に大量生産できる光源であり、高いコスト削減効果を有する。エキシマランプに供給される電力は制御部によって制御される。制御部は、エキシマランプの点灯及び消灯を制御する。
【0013】
本明細書において、「１７２ｎｍ近傍」とは、１７２ｎｍ±５ｎｍの範囲内の領域を指す。本明細書において、「主たる波長」とは、ある波長λに対して±１０ｎｍの波長域Ｚ(λ)を発光スペクトル上で規定した場合において、発光スペクトル内における全積分強度に対して４０％以上の積分強度を示す波長域Ｚ(λi)における、波長λiを指す。「主たる波長」の光を出射する光源が、キセノンエキシマランプのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ高い光強度を示す光源においては、通常は、光強度が相対的に最も高い波長（ピーク波長）を、主たる波長とみなして構わない。
【0014】
本発明のガス分解方法は、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。
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。
【0015】
前記配管又は前記チャンバは、５ｖｏｌ％以下の前記一酸化二窒素を含むガスが存在する空間に接続される接続口を有しても構わない。「５ｖｏｌ％以下の前記一酸化二窒素を含むガスが存在する空間」とは、例えば、下水道もしくは浄化槽、又は、バイオマス工場、ごみ処理場もしくは化学工場の排水管、排水槽、排気管及び排気槽である。一酸化二窒素が、５ｖｏｌ％以下の低濃度である場合でも、分解が可能である。なお、一酸化二窒素の濃度が５ｖｏｌ％を超える場合にも、分解が可能である。
【発明の効果】
【0016】
これにより、より簡易な構造又は方法で効率よく温室効果ガスを分解できる、ガス分解方法及びガス分解装置を提供できる。斯かるガス分解方法及びガス分解装置を提供することは、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
適宜、図面を参照しながら実施形態を説明する。なお、グラフを除く図面は、いずれも模式的に図示されたものであり、当該図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比と一致しておらず、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。
【0019】
［ガス分解装置の概要］
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。
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。
【0020】
第一光源１と第二光源８は、第二光Ｌ２の少なくとも一部が第一光Ｌ１の少なくとも一部と重なり合うように配置されている。これは、第一光Ｌ１による光化学反応と第二光Ｌ２による光化学反応が同じ場所で起こり得ることを表す。
【0021】
本実施形態では、第一光源１はチャンバ２の内部に配置され、第二光源８はチャンバ２の外部に配置されている。本実施形態では、複数の第二光源８が、チャンバ２を取り囲むように配置され、第一光源１に向かって第二光Ｌ２を出射する。チャンバ２は、第二光源８からの第二光Ｌ２が透過する透過領域を備えている。
【0022】
本実施形態において、チャンバ２は、ガス供給口３ｉとガス排出口３ｏを含む配管である。ガス供給口３ｉとガス排出口３ｏは、第一光源１を挟んで相互に対向するように配置されている。ガス供給口３ｉからチャンバ２にガスＧ１を供給し、通流している被処理ガスであるガスＧ１に、第一光Ｌ１及び第二光Ｌ２を照射し、光照射後のガスＧ２をガス排出口３ｏから排出する。これを連続的に行うことができる。第一光Ｌ１及び第二光Ｌ２が照射されるとき、ガスは、障害物に衝突して乱流を形成することなく、層流を保つと好ましい。これにより、第一光Ｌ１の照射により生じたオゾンが障害物の衝突により分解されることを防ぐ。
【0023】
第一光源１及び第二光源８は、それぞれ、制御部５と電気的に接続されている。電力が制御部５から第一光源１及び第二光源８に供給されることで、第一光源１及び第二光源８が点灯する。
【0024】
本実施形態において、第一光源１は、ピーク波長が１７２ｎｍのエキシマ光を出射するキセノンエキシマランプである。本実施形態のキセノンエキシマランプは、発光管の内部１ｉ（図１Ｂ参照）にキセノンガスが封入されている。本実施形態の発光管は円筒型である。しかしながら、発光管の形状は円筒型に限らない。また、第一光源１はキセノンエキシマランプに限らず、例えば、低圧水銀ランプでも構わない。第一光源１は、キセノン以外のガスが封入されたエキシマランプでも構わない。第一光源１は、ＬＥＤやＬＤ等の固体光源でも構わない。
【0025】
第一光Ｌ１はガスＧ１に吸収されやすく、第一光Ｌ１は遠くまで届かない。そのため、第一光源１の発光管の表面とチャンバ２の内壁との間隔Ｄ１（図１Ａ又は図１Ｂ参照）は、比較的狭い。間隔Ｄ１は、例えば、５０ｍｍ以下であるとよく、３０ｍｍ以下であると好ましい。間隔Ｄ１を光が減衰しすぎない適切な距離に設定することで、第一光Ｌ１に照射されずにチャンバ２を通り抜けるガスＧ１を減らすことができる。本実施形態において、チャンバ２は配管形状であるが、チャンバ２は配管形状でなくても構わない。
【0026】
本実施形態において、第二光源８は、ピーク波長が２５４ｎｍの紫外光を放射する低圧水銀ランプを使用している。しかしながら、第二光源８は、ＬＥＤやＬＤ等の固体光源でも構わないし、又は、エキシマ蛍光ランプでも構わない。
【0027】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、第一光源１及び第二光源８のうち、いずれか一方の光源をチャンバ２内部に配置する場合には、第一光源１をチャンバ２内部に配置するとよい。なぜなら、第一光源１の第一光Ｌ１は、第二光源８の第二光Ｌ２に比べて短波長であるため、第一光Ｌ１は、第二光Ｌ２よりチャンバ２の筐体を透過しにくいからである。第一光Ｌ１のチャンバ２の筐体の透過率を高めるには、チャンバ２の筐体の材料に、石英ガラス等、短波長の光でも透過率の高い材料を選択することが求められる。しかしながら、第一光源１をチャンバ２内部に配置すると、短波長の第一光Ｌ１がチャンバ２の筐体を透過しなくてよいため、チャンバ２の筐体に使用可能な材料の選択肢を広げられる。
【0028】
［被処理ガス］
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。
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。
【0029】
ガスＧ１に含まれるＯ２は、空気中に含まれるＯ２であってもよい。つまり、ガスＧ１は空気を含んでいてもよい。ガスＧ１が空気を含むとき、必然的に、窒素（Ｎ２）と、微量の二酸化炭素（ＣＯ２）を含むことになる。また、ガスＧ１は水（気体である水蒸気、又は、液体である霧状の水）を含んでいてもよい。
【0030】
［第一光によるＮ２Ｏのガス分解］
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。
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。
【0031】
Ｎ２Ｏの直接分解について説明する。３４０ｎｍ以下の波長の紫外光ｈν（≦３４０ｎｍ）がＮ２Ｏに照射されると、Ｎ２Ｏが分解されて、Ｎ２とＯ（１Ｄ）を生成する。これを（１）式に示す。
Ｎ２Ｏ＋ｈν（≦３４０ｎｍ） → Ｎ２＋Ｏ（１Ｄ） …（１）
Ｎ２Ｏ＋ｈν（≦３４０ｎｍ） → Ｎ２＋Ｏ（１Ｄ） …（１）
【0032】
（１）式の分解反応は、理論上、３４０ｎｍ以下の波長の紫外光により起こる。しかしながら、Ｎ２Ｏに対する２００ｎｍ以上の波長の光の吸収断面積は、小さいため、（１）式の分解反応には、吸収断面積の比較的大きい２００ｎｍ未満の波長の光を使用すると、より効率的である。
【0033】
次に、Ｎ２Ｏの間接分解について説明する。Ｏ（１Ｄ）は反応性の高い高活性物質である。紫外光により生成されたＯ（１Ｄ）がＮ２Ｏに接触すると、（２）式によりＯ２及びＮ２が生成されるか、又は、（３）式により一酸化窒素（以下、「ＮＯ」と表記することがある。）が生成される。
Ｎ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → Ｏ２＋Ｎ２ …（２）
Ｎ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → ＮＯ＋ＮＯ …（３）
Ｎ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → Ｏ２＋Ｎ２ …（２）
Ｎ２Ｏ＋Ｏ（１Ｄ） → ＮＯ＋ＮＯ …（３）
【0034】
（２）式及び（３）式の反応に必要なＯ（１Ｄ）は、（１）式によって生成される他に、以下の（４）式及び（５）式によっても生成される。なお、「ｈν（≦１７５ｎｍ）」は、１７５ｎｍ以下の紫外光を表し、「ｈν（≦４１１ｎｍ）」は、４１１ｎｍ以下の紫外光を表す。本明細書において、Ｏ（３Ｐ）は、基底状態の酸素原子（三重項酸素）を表す。
Ｏ２＋ｈν（≦１７５ｎｍ） → Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（１Ｄ） …（４）
Ｏ３＋ｈν（≦４１１ｎｍ） → Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ …（５）
Ｏ２＋ｈν（≦１７５ｎｍ） → Ｏ（３Ｐ）＋Ｏ（１Ｄ） …（４）
Ｏ３＋ｈν（≦４１１ｎｍ） → Ｏ（１Ｄ）＋Ｏ２ …（５）
【0035】
（５）式の反応に必要なＯ３は、以下の、（１），（４），（６），（７），（８）式の反応を経て生成される（（１）式及び（４）式は再掲される）。（６）式に関し、紫外光ｈνが２４２ｎｍ以下であれば、（６）式に示される反応が生じることを表す。（７）式及び（８）式に含まれる「Ｍ」は第三体を表す。
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）
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）
【0036】
以上で、紫外光ｈνによるＮ２Ｏの直接分解と、紫外光により生成されたＯ（１Ｄ）によるＮ２Ｏの間接分解を説明した。通常、直接分解と間接分解の両方が行われる。直接分解と間接分解が起こる比率は、ガスＧ１のガス組成によって異なる。
【0037】
［ＮＯｘサイクル反応］
（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）
（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）
【0038】
ＮＯからＮＯ２を生成する、特に（１０）式の反応と、ＮＯ２からＮＯを生成する(１１)式の反応は繰り返すことがある。これをＮＯｘサイクル反応という。本明細書において、ＮＯｘは、ＮＯとＮＯ２を含む概念である。ＮＯｘサイクル反応の過程で、Ｎ２Ｏの分解に必要な酸素原子Ｏ（（２）式参照）と、Ｏ（１Ｄ）の生成に必要なＯ３（（５）式参照）とを消費し続ける。よってＮＯｘサイクル反応が発生すると、酸素原子ＯとＯ３が消失し、Ｎ２Ｏの分解が妨げられる。
【0039】
［第二光によるオゾン分解］
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）
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）
【0040】
図２は紫外光照射波長に対する分子の吸収断面積を示す。図２のＲ１曲線（図２中の一点鎖線）は、Ｏ３の吸収断面積を表す。図２のＲ２曲線（図２中の実線）は、Ｏ２の吸収断面積を表す。図２より、２００ｎｍ以上の波長の紫外光のＯ３の吸収断面積は、２００ｎｍ未満の紫外光の吸収断面積より相対的に大きい。特に、２２０ｎｍ以上、かつ、２８０ｎｍ以下の波長の紫外光の吸収断面積は、１６０ｎｍ以上、かつ、２００ｎｍ未満の波長の紫外光の吸収断面積に比べて大きい。Ｏ３の吸収断面積が大きいと、（５）式の反応がより進みやすい。他方、Ｒ２曲線に見られるように、２００ｎｍ以上の波長の紫外光は、酸素の吸収断面積が小さく、空気中の酸素のような比較的高濃度酸素を含む被処理ガスであっても減衰しにくい。
【0041】
つまり、本発明者は、第二光源８からチャンバ２内に、主たる発光波長が２００ｎｍ以上４１１ｎｍ未満に属する第二光Ｌ２は、第一光Ｌ１に比べて、Ｏ３の分解（（５）式の反応）に好適であることを見出した。
【0042】
［ガス分解装置の使用方法］
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。
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。
【0043】
そこで、ガス分解装置１０のガス供給口３ｉを、下水道もしくは浄化槽、又は、バイオマス工場、ごみ処理場もしくは化学工場の排水管、排水槽、排気管及び排気槽等に接続する。被処理ガス中の一酸化二窒素の割合は、いずれも５ｖｏｌ％以下であることが多い。しかしながら、本発明の分解方法は、５ｖｏｌ％以下のような低濃度の被処理ガスであっても分解可能である。被処理ガスは、１ｖｏｌ％以下であってもよい。
【0044】
［第一変形例］
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。
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。
【0045】
図３Ａは第一変形例のガス分解装置２０を示す。図３Ｂは、図３ＡのＳ２－Ｓ２線断面図である。図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、ガス分解装置２０は、ガス流路が二つに分岐されて構成された、第一チャンバ２ａと第二チャンバ２ｂを備える。第一光源１は、第一チャンバ２ａ及び第二チャンバ２ｂの外に配置される。第一光源１が、チャンバ（２ａ，２ｂ）の外にあるので、第一光源１の保守点検及び交換が容易にできる。
【0046】
ガス分解装置２０では、第一チャンバ２ａと第二チャンバ２ｂが第一光源１を挟むように配置されている。第一光源１からの第一光Ｌ１を、第一チャンバ２ａと第二チャンバ２ｂの両方に導くことができる。本実施形態の、第一光源１、第一チャンバ２ａ及び第二チャンバ２ｂは、いずれも断面が矩形形状であり、長辺において第一光源１とチャンバ（２ａ，２ｂ）とが隣接する。これにより、チャンバ（２ａ，２ｂ）に到達する第一光Ｌ１の減衰量を抑えられる。
【0047】
本実施形態では、チャンバ（２ａ，２ｂ）は、第一光Ｌ１を透過する石英ガラス管で構成されている。しかしながら、チャンバ（２ａ，２ｂ）を構成する全ての筐体が紫外光透過材料で構成されていなくてもよい。少なくとも第一光Ｌ１を透過するべき部分が、石英ガラス等の紫外光透過材料で構成されているとよい。ガス分解装置２０は、ガス流路が三つ以上に分岐されて構成された、三つ以上のチャンバを備えていても構わない。
【0048】
第二光源８ａは、第一光源１と、第一チャンバ２ａを介して対向する位置に配置される。第二光源８ａから放射される第二光Ｌ２は、第一チャンバ２ａ内で第一光Ｌ１と重なり合う。同様に、第二光源８ｂも、第一光源１と、第二チャンバ２ｂを介して対向する位置に配置される。第二光源８ｂから放射される第二光Ｌ２は、第二チャンバ２ｂ内で第一光Ｌ１と重なり合う。
【0049】
［第二変形例］
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。
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。
【0050】
この変形例では、光源（１ａ，１ｂ，１ｃ，８ａ，８ｂ，８ｃ）の、チャンバ２を挟んだ反対側に、第一光源（１ｄ，１ｅ，１ｆ）と第二光源（８ｄ，８ｅ，８ｆ）とが、交互に配置されている。チャンバ２を挟んだ両側から第一光Ｌ１と第二光Ｌ２を照射できる。また、第一光源１（例えば、第一光源１ｂ）と第二光源８（例えば、第二光源８ｅ）がチャンバ２を挟んで対向配置されているので、互いに異なる側から出射された第一光Ｌ１と第二光Ｌ２が重なり合いやすい。
【0051】
以上で、ガス分解方法と、ガス分解装置の実施形態及びその変形例を説明した。上記実施形態及びその変形例は、本発明の一例を示すものにすぎず、本発明は、上記した実施形態及びその変形例に何ら限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上記の実施形態及び変形例に種々の変更又は改良を加えたり、上記実施形態又は変形例を組み合わせたりできる。
【実施例】
【0052】
以下の条件で、ガス分解シミュレーションを実施した。
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。
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。
【0053】
条件Ｓ１は第一光源１の第一光Ｌ１のみを照射した。条件Ｓ２は、第二光源８の第二光Ｌ２のみを照射した。条件Ｓ３は第一光源１の第一光Ｌ１と第二光源８の第二光Ｌ２の両方を照射した。条件Ｓ１、条件Ｓ２、及び条件Ｓ３の他の条件は、いずれも、上述した条件で共通している。
【0054】
表１に、各条件（Ｓ１～Ｓ３）について、チャンバ２から排出されるガスＧ２のＮ２Ｏ含有量及びＯ３含有量、及び、チャンバ２でのＮ２Ｏ分解量のシミュレーション結果を、チャンバ２に供給するガスＧ１のＮ２Ｏ含有量及びＯ３含有量とともに示す。
【0055】
【表1】
【0056】
表１より、以下のことが分かる。
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。
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。
【符号の説明】
【0057】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ：第一光源
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
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
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
