特許 7549296 気体処理方法、気体処理装置

(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】

(24)【登録日】2024-09-03

(45)【発行日】2024-09-11

(54)【発明の名称】気体処理方法、気体処理装置

(51)【国際特許分類】

   A61L 9/20 20060101AFI20240904BHJP

   H01J 65/00 20060101ALI20240904BHJP

   F24F 8/15 20210101ALI20240904BHJP

【ＦＩ】

A61L9/20

H01J65/00 B

F24F8/15

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021527701

(86)(22)【出願日】2020-06-24

(86)【国際出願番号】 JP2020024867

(87)【国際公開番号】W WO2020262478

(87)【国際公開日】2020-12-30

【審査請求日】2023-03-24

(31)【優先権主張番号】P 2019120975

(32)【優先日】2019-06-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】内藤 敬祐

【審査官】佐々木 典子

(56)【参考文献】

【文献】実開平０３－０６１９８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１４－５００８９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１０１２７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表平０９－５０９３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２９０６２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｌ ９／００－ ９／２２

Ｂ０１Ｄ ５３／３４－５３／９６

Ｈ０１Ｊ ６１／１６、６５／００

Ｆ２４Ｆ ７／００、 ８／００

Ｂ０１Ｊ １９／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＶＯＣに属する処理対象物質が空気に混在してなる被処理気体を処理空間内に通流させて前記被処理気体に対する処理を行う気体処理方法であって、
前記処理対象物質は、ホルムアルデヒド、トルエン、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、及び酢酸エチルからなる群に属する１種以上であり、
前記処理空間内には、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線を出射する光源が配置されており、
前記光源の光出射領域からの離間距離が１０ｍｍ以下の間隙を介して、０．３ｍ／ｓ以上、２３ｍ／ｓ以下の流速で前記被処理気体を通流させることを特徴とする、気体処理方法。

【請求項2】

前記光源は、Ｘｅを含む発光ガスが封入された管体を含むエキシマランプであることを特徴とする、請求項１に記載の気体処理方法。

【請求項3】

前記処理対象物質は、ホルムアルデヒド及びトルエンからなる群に属する少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の気体処理方法。

【請求項4】

処理空間内に、ＶＯＣに属する処理対象物質が空気に混在してなる被処理気体を通流させて前記被処理気体に対する処理を行う気体処理装置であって、
前記被処理気体を前記処理空間内に導入する吸気口と、
前記処理空間内で処理された前記被処理気体を排気する排気口と、
前記処理空間内に配置され、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線を出射する光源とを有し、
前記処理対象物質は、ホルムアルデヒド、トルエン、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、及び酢酸エチルからなる群に属する１種以上であり、
前記被処理気体は、前記光源の光出射領域からの離間距離が１０ｍｍ以下の間隙を介して、０．３ｍ／ｓ以上、２３ｍ／ｓ以下の流速で前記処理空間内を通流することを特徴とする、気体処理装置。

【請求項5】

前記光源は、Ｘｅを含む発光ガスが封入された管体を含むエキシマランプであることを特徴とする、請求項４に記載の気体処理装置。

【請求項6】

前記間隙を有して前記管体を取り囲むように、又は前記間隙を有して前記管体を挟み込むように配置された遮風部材を有することを特徴とする、請求項５に記載の気体処理装置。

【請求項7】

前記吸気口と前記排気口の間に配置された、前記被処理気体の流速を制御するブロアを有することを特徴とする、請求項４～６のいずれか１項に記載の気体処理装置。

【請求項8】

前記処理対象物質は、ホルムアルデヒド及びトルエンからなる群に属する少なくとも一種を含むことを特徴とする、請求項４～７のいずれか１項に記載の気体処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気体処理方法及び気体処理装置に関し、特に、ＶＯＣ（Volatile Organic Compounds：揮発性有機化合物）に属する処理対象物質を含む被処理気体に紫外線を照射することで処理を行う、気体処理方法及び気体処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ホルムアルデヒドの分解除去装置として、酸化触媒や光触媒を利用する技術が存在する（下記特許文献１，２参照）。

【0003】

ところで、下記特許文献３には、上記低圧水銀ランプよりも短波長である１７２ｎｍの光を放射する、キセノンエキシマランプが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００４－１６３０５５号公報

【文献】特開２０００－１０２５９６号公報

【文献】特開２００７－３３５３５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献３に記載されているような主たる発光波長が１８０ｎｍ以下の紫外線は、従来、半導体や液晶パネルの製造工程において、光洗浄や表面改質の用途で用いられており、窒素などの不活性ガス、清浄乾燥空気の雰囲気下で照射されることが想定されていた。

【0006】

近年、地球環境や人体に影響を及ぼす可能性があるガスが問題化されており、自動車や工場などにおける排ガスに対しては、一定の規制が設けられている。また、屋内においても、実験設備や医療現場など、特定の薬剤を利用する可能性がある場所においては、ＶＯＣの排出規制が設けられているところが多い。

【0007】

しかし、現時点において、主たる発光波長が１８０ｎｍ以下の紫外線を用いてＶＯＣを含む被処理気体に対する処理を行うことについての知見は得られていない。

【0008】

本発明は、主たる発光波長が１８０ｎｍ以下の紫外線を用いて、ＶＯＣを含む被処理気体を効率的に処理することのできる、気体処理方法及び気体処理装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、ＶＯＣに属する処理対象物質が空気に混在してなる被処理気体を処理空間内に通流させて前記被処理気体に対する処理を行う気体処理方法であって、
前記処理空間内には、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線を出射する光源が配置されており、
前記光源の光出射領域からの離間距離が１０ｍｍ以下の間隙を介して、２３ｍ／ｓ以下の流速で前記被処理気体を通流させることを特徴とする。

【0010】

「発明を実施するための形態」の項で後述されるように、本発明者の鋭意研究によれば、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線を被処理気体に対して照射する場合、被処理気体の流速が２３ｍ／ｓを超えると、流速が速くなるに連れて処理対象物質の分解性能が低下することが確認された。

【0011】

また、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線は、波長が短いため、酸素に吸収されやすい。このため、光源の光出射領域から１０ｍｍを超える箇所を通流する被処理気体に対しては紫外線がほとんど届かず、ＶＯＣがほとんど分解されないという事態が生じる。

【0012】

上記の方法によれば、被処理気体に含まれるＶＯＣに属する処理対象物質を効率的に分解することができる。

【0013】

なお、本明細書において、「主たる発光波長」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。例えば所定の発光ガスが封入されているエキシマランプなどのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ光強度を示す光源においては、通常は、相対強度が最も高い波長（主ピーク波長）をもって、主たる発光波長として構わない。

【0014】

上記の方法において、前記被処理気体の流速は０．３ｍ／ｓ以上としても構わない。

【0015】

被処理気体の流速を０．３ｍ／ｓ以上とすることで、処理空間内において被処理気体に乱流を生じさせることができる。これにより、被処理気体に対して光源からの紫外線が照射される時間が長くなり、処理対象物質の分解効率が高められる。

【0016】

前記処理対象物質は、ホルムアルデヒド及びトルエンからなる群に属する少なくとも一種を含むものとしても構わない。なお、処理対象物質としては、上記の例以外に、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、酢酸エチルなどが含まれていても構わない。

【0017】

本発明は、処理空間内に、ＶＯＣに属する処理対象物質が空気に混在してなる被処理気体を通流させて前記被処理気体に対する処理を行う気体処理装置であって、
前記被処理気体を前記処理空間内に導入する吸気口と、
前記処理空間内で処理された前記被処理気体を排気する排気口と、
前記処理空間内に配置され、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線を出射する光源とを有し、
前記被処理気体は、前記光源の光出射領域からの離間距離が１０ｍｍ以下の間隙を介して、２３ｍ／ｓ以下の流速で前記処理空間内を通流することを特徴とする。

【0018】

前記被処理気体の流速が０．３ｍ／ｓ以上であるものとしても構わない。

【0019】

被処理気体の流速を０．３ｍ／ｓ以上とすることで、処理空間内において被処理気体が乱流を生じるため、被処理気体が処理空間内に留まる時間が確保され、処理対象物質が分解するのに必要な時間にわたって、紫外線を照射させることができる。

【0020】

前記光源は、Ｘｅを含む発光ガスが封入された管体を含むエキシマランプであるものとしても構わない。この場合、光源からは主たる発光波長が１７２ｎｍの紫外線が照射される。

【0021】

前記気体処理装置は、前記間隙を有して前記管体を取り囲むように、又は前記間隙を有して前記管体を挟み込むように配置された遮風部材を有するものとしても構わない。

【0022】

前記気体処理装置は、前記吸気口と前記排気口の間に配置された、前記被処理気体の流速を制御するブロアを有するものとしても構わない。この場合、前記ブロアによって、被処理気体が２３ｍ／ｓ以下の流速で処理空間内に導入されるように制御される。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、被処理気体に含まれるＶＯＣに属する処理対象物質を効率的に分解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の気体処理装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。

【図2】エキシマランプの模式的な断面図である。

【図3】エキシマランプと遮風部材を方向ｄ１から見たときの模式的な平面図である。

【図4】Ｘｅを含む発光ガスが封入されたエキシマランプの発光スペクトルと、酸素（Ｏ₂）及びオゾン（Ｏ₃）の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。

【図5】遮風部材がない場合において、エキシマランプの表面からの距離と、被処理気体に含まれるヒドロキシラジカル（・ＯＨ）の濃度との関係を示すグラフである。

【図6】エキシマランプの別の模式的な断面図である。

【図7】エキシマランプの別の模式的な断面図である。

【図8】実験系の構成を模式的に示す図面である。

【図9】被処理気体の流速とＶＯＣ除去率との関係を示すグラフである。

【図10】本発明の気体処理装置の別施形態の構成を模式的に示す図面である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の気体処理装置及び気体処理方法の各実施形態について、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致していない。

【0026】

図１は、気体処理装置の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。気体処理装置１は、中空状の処理空間８を内蔵した筐体３を有する。筐体３は、吸気口５と、吸気口５に対して方向ｄ１に離間した位置に配置された排気口７とを有する。吸気口５から導入された被処理気体Ｇ１は、方向ｄ１に進行して処理空間８内で処理がされた後、処理済気体Ｇ２として排気口７から排気される。

【0027】

気体処理装置１は、ＶＯＣに属する処理対象物質が空気に混在してなる被処理気体Ｇ１に対して処理を行って、含有する処理対象物質の濃度を低下させた処理済気体Ｇ２に変換する。ＶＯＣに属する処理対象物質としては、ホルムアルデヒド、トルエン、メタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、アセトン、メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）、酢酸エチルなどが挙げられる。気体処理装置１は、これらの処理対象物質の１種類以上を含む空気を処理する目的で利用され得る。

【0028】

気体処理装置１は、処理空間８内に配置されたエキシマランプ１０を備える。図２は、エキシマランプ１０を方向ｄ１に直交する平面で切断したときの模式的な断面図である。

【0029】

エキシマランプ１０は、方向ｄ１に沿って延伸する管体１４を有する。より詳細には、この管体１４は、円筒形状を呈し外側に位置する外側管１４ａと、外側管１４ａの内側において外側管１４ａと同軸上に配置されており、外側管１４ａよりも内径が小さい円筒形状を呈した内側管１４ｂとを有する。いずれの管体１４（１４ａ，１４ｂ）も、合成石英ガラスなどの誘電体からなる。

【0030】

外側管１４ａと内側管１４ｂとは、共に方向ｄ１に係る端部において封止されており（不図示）、両者の間には方向ｄ１から見たときに円環形状を呈する発光空間が形成される。この発光空間内には、放電によってエキシマ分子を形成する発光ガス１３Ｇが封入されている。発光ガス１３Ｇのより詳細な一例としては、キセノン（Ｘｅ）とネオン（Ｎｅ）を所定の比率（例えば３：７）で混在させたガスからなり、更に酸素や水素を微量に含むものとしても構わない。

【0031】

図２に例示されたエキシマランプ１０は、外側管１４ａの外壁面上に配設された第一電極１１と、内側管１４ｂの内壁面上に配設された第二電極１２とを有する。第一電極１１は、メッシュ形状又は線形状を呈する。また、第二電極１２は膜形状を呈する。なお、第二電極１２についても、第一電極１１と同様にメッシュ形状又は線形状であっても構わない。

【0032】

なお、図１に示す例では、エキシマランプ１０は、方向ｄ１に係る端部にベース部１９を有する。このベース部１９は、ステアタイト、フォルステライト、サイアロン、アルミナなどのセラミックス材料（無機材料）からなり、管体１４の端部を固定する機能を有している。ベース部１９に設けられた孔部又はベース部１９の外縁を通じて、各電極（１１，１２）に接続される不図示の給電線が配設されている。

【0033】

エキシマランプ１０においては、不図示の点灯電源から給電線を介して第一電極１１と第二電極１２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、発光ガス１３Ｇに対して、管体１４を介して前記電圧が印加される。このとき、発光ガス１３Ｇが充填されている放電空間内で放電プラズマが生じ、発光ガス１３Ｇの原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。発光ガス１３Ｇとして、上述したキセノン（Ｘｅ）を含むガスを用いた場合には、このエキシマ発光は、１７２ｎｍ近傍にピーク波長を有する紫外線Ｌ１となる。

【0034】

本実施形態の気体処理装置１は、遮風部材２０を備える。図３は、エキシマランプ１０と遮風部材２０を方向ｄ１から見たときの模式的な平面図である。遮風部材２０は、中央付近に開口を有した遮風面２３を有する。エキシマランプ１０は、遮風部材２０の前記開口の内側に挿通されることで、エキシマランプ１０の光出射領域と遮風面２３との間に間隙２１が設けられる。この間隙２１は、１０ｍｍ以下であり、より好ましくは８ｍｍ以下である。一方で、間隙２１をあまりに細くすると、吸気口５から導入された被処理気体Ｇ１が遮風部材２０に衝突した後、後段に流入しにくくなり、処理能力が低下するおそれがあるため、間隙２１は２ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上とするのがより好ましい。

【0035】

なお、図２に示すエキシマランプ１０において、光出射領域とは、第一電極１１がメッシュ形状又は線形状を呈することで、第一電極１１に隠れずに露出された管体１４の壁面に対応する。

【0036】

図４は、Ｘｅを含む発光ガスが封入されたエキシマランプの発光スペクトルと、酸素（Ｏ₂）及びオゾン（Ｏ₃）の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。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（Ｏ₂）及びオゾン（Ｏ₃）の吸収係数を示す。

【0037】

エキシマランプ１０の発光ガスとしてＸｅを含むガスを用いる場合、図４に示されるように、エキシマランプ１０から出射される紫外線Ｌ１は、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上１８０ｎｍ未満の範囲内（以下、「第一波長帯λ₁」と呼ぶ）である。図４に示すように、この第一波長帯λ₁の光は、酸素（Ｏ₂）による吸収量が大きい。

【0038】

被処理気体Ｇ１に対して、エキシマランプ１０からの第一波長帯λ₁の紫外線Ｌ１が照射され、酸素（Ｏ₂）に吸収されると、以下の（１）式の反応が進行する。（１）式において、Ｏ（¹Ｄ）は、励起状態のＯ原子であり、高い反応性を示す。Ｏ（³Ｐ）は基底状態のＯ原子である。また、（１）式において、ｈν（λ₁）は、第一波長帯λ₁の光が吸収されていることを示す。
Ｏ₂ + ｈν（λ₁） → Ｏ（¹Ｄ） + Ｏ（³Ｐ） ‥‥（１）

【0039】

（１）式で生成されたＯ（³Ｐ）は、被処理気体Ｇ１に含まれる酸素（Ｏ₂）と反応して、（２）式に従ってオゾン（Ｏ₃）を生成する。
Ｏ（³Ｐ） + Ｏ₂ → Ｏ₃ ‥‥（２）

【0040】

また、高い反応性を示すＯ（¹Ｄ）の一部は、被処理気体Ｇ１に含まれる水分（Ｈ₂Ｏ）と反応して、（３）式に従ってヒドロキシラジカル（・ＯＨ）を生成する。
Ｏ（¹Ｄ） + Ｈ₂Ｏ → ・ＯＨ + ・ＯＨ ‥‥（３）

【0041】

上記反応により、高い反応性を示すＯ（¹Ｄ）やヒドロキシラジカル（・ＯＨ）が生成されることで、被処理気体Ｇ１内に含まれるＶＯＣに属する処理対象物質が効率的に分解される。

【0042】

一方で、図４を参照して上述したように、第一波長帯λ₁の紫外線Ｌ１は、酸素（Ｏ₂）による吸収量が大きい。このため、仮に、筐体３の内側に遮風部材２０が設けられていない場合、吸気口５から被処理気体Ｇ１を導入したとしても、エキシマランプ１０の近傍を通流する被処理気体Ｇ１に含まれる酸素によって紫外線Ｌ１が吸収される。この結果、エキシマランプ１０から離れた位置を通流する被処理気体Ｇ１に対しては高い光量を維持したまま紫外線Ｌ１を照射することができない。

【0043】

図５は、遮風部材２０を設けない筐体３内にエキシマランプ１０を配置して、エキシマランプ１０を発光させながら被処理気体Ｇ１を通流させた場合において、エキシマランプ１０の表面からの距離と、エキシマランプ１０から照射される紫外線Ｌ１の相対照度との関係をグラフ化したものである。詳細には、図５は、紫外線Ｌ１が透過する距離に関して指数関数的に減弱することを前提に、図４に示すエキシマランプ１０のスペクトルデータと酸素（Ｏ₂）の吸収係数、及び紫外線Ｌ１の透過する距離に基づいて、シミュレーションによって算定された結果に対応する。図５では、透過する距離が０の位置、すなわち、エキシマランプ１０の表面における紫外線Ｌ１の照度を１００％とし、各位置における相対照度がグラフ化されている。

【0044】

式（１）及び式（３）から、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）の生成量は、Ｏ（¹Ｄ）の量に比例し、そして、Ｏ（¹Ｄ）の量は、照射される光の量に比例することが分かる。つまり、図５は、エキシマランプ１０の表面、すなわち光出射領域からの距離と、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）の生成量との関係を示していることになる。図５によれば、エキシマランプ１０の表面（光出射領域）からの距離が遠ざかるに連れて、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）の濃度が低下していることが確認される。そして、エキシマランプ１０の表面（光出射領域）から１０ｍｍを超える程度に離れた場合には、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）の濃度が極めて低くなることが確認される。なお、図５によれば、被処理気体Ｇ１の湿度にかかわらず同様の傾向が示されること、及び、被処理気体Ｇ１の湿度が高いほどヒドロキシラジカル（・ＯＨ）の生成濃度が高められることが確認される。

【0045】

上述したように、本実施形態の気体処理装置１によれば、筐体３の内側に遮風部材２０が配置されているため、遮風部材２０によって被処理気体Ｇ１の通流領域が限定される。より詳細には、吸気口５から導入された被処理気体Ｇ１は、遮風面２３に衝突して進行方向が変更され、１０ｍｍ以下の間隙２１内を通流する。この結果、被処理気体Ｇ１をエキシマランプ１０の光出射領域の近傍に導くことができる。これにより、かかる領域に位置する被処理気体Ｇ１に対して高い割合でエキシマランプ１０の紫外線Ｌ１が照射されるため、高い反応性を示すＯ（¹Ｄ）や・ＯＨの生成確率が高められる。

【0046】

図１に示す気体処理装置１は、方向ｄ１に離間した位置に２枚の遮風部材２０を設けた構成としているが、遮風部材２０は３枚以上であっても構わないし、１枚であっても構わない。気体処理装置１が１枚の遮風部材２０を備える場合であっても、吸気口５から導入された被処理気体Ｇ１は、いったん間隙２１を通過した後に排気口７に向かって通流する。この結果、被処理気体Ｇ１は、一時的ではあるものの必ずエキシマランプ１０の光出射領域の近傍を通過するため、この通過時に紫外線Ｌ１が照射されることで高い反応性を示すＯ（¹Ｄ）や・ＯＨの生成確率が高められる。

【0047】

エキシマランプ１０は、図２の形状には限定されず、図６や図７に示す構造のものを用いても構わない。図６は、いわゆる「一重管構造」を呈したエキシマランプ１０を、方向ｄ１に直交する平面で切断したときの模式的な断面図である。図６に示すエキシマランプ１０は、図２に示すエキシマランプ１０とは異なり、１つの管体１４を有している。管体１４は、長手方向、すなわち方向ｄ１に係る端部において封止されており（不図示）、内側の空間内に発光ガス１３Ｇが封入される。そして、管体１４の内側（内部）には第二電極１２が配設され、管体１４の外壁面には、網目形状又は線形状の第一電極１１が配設される。

【0048】

図７は、いわゆる「扁平管構造」を呈したエキシマランプ１０を、図６にならって模式的に図示した断面図である。図７に示すエキシマランプ１０は、長手方向、すなわち方向ｄ１から見たときに矩形状を呈した１つの管体１４を有する。そして、エキシマランプ１０は、管体１４の一方の外表面に配置された第一電極１１と、管体１４の外表面であって第一電極１１と対向する位置に配置された第二電極１２とを有する。第一電極１１及び第二電極１２は、管体１４で発生した紫外線Ｌ１が管体１４の外側に出射することへの妨げにならないよう、いずれもメッシュ形状（網目形状）又は線形状を呈している。

【0049】

なお、エキシマランプ１０を方向ｄ１に直交する平面で切断したときの形状については、図２及び図６に示す円形や、図７に示す長方形には限定されず、種々の形状が採用され得る。

【0050】

気体処理装置１においては、エキシマランプ１０の光出射領域の近傍において、被処理気体Ｇ１を流速２３ｍ／ｓ以下で通流させることで、被処理気体Ｇ１に含まれるＶＯＣの分解効率が更に高められることが確認された。以下、実施例を参照して説明する。

【0051】

［実施例］
以下、実験データに基づいて説明する。図８は、気体処理装置１を模擬した実験系の構成を模式的に示す図面である。実験系２は、処理空間８を内蔵する筐体３と、筐体３に連結された導管（５１，５２，５３）を有する。ＶＯＣ生成器３０は、ＶＯＣを揮発させることで、空気にホルムアルデヒドが含有されてなる被処理気体Ｇ１を生成する。被処理気体Ｇ１は、吸気口５から導管５１に取り込まれ、導管５１内を通流した後に処理空間８に導かれる。被処理気体Ｇ１は、処理空間８内で紫外線Ｌ１が照射されることで処理された後、処理済気体Ｇ２として導管５２，５３を経て、排気口７から系外に排気される。

【0052】

導管５２には、処理空間８から排気された気体に含まれるＶＯＣの濃度を測定するためのＶＯＣ測定器４１が設けられている。また、導管５３内には、被処理気体Ｇ１の流速を制御するためのブロア４２が設けられている。

【0053】

図９は、ＶＯＣ生成器３０がＶＯＣとしてのホルムアルデヒドを生成する場合と、ＶＯＣとしてのトルエンを生成する場合の双方において、被処理気体Ｇ１の流速とＶＯＣ除去率との関係を示すグラフである。ＶＯＣ除去率Ｙ１とは、紫外線Ｌ１を照射する前に被処理気体Ｇ１に含まれるＶＯＣの含有濃度を基準濃度Ａ１とし、処理済気体Ｇ２に含まれるＶＯＣの含有濃度を処理後濃度Ａ２としたときにおいて、Ｙ１＝（Ａ１－Ａ２）／Ａ１で定義される値である。

【0054】

なお、基準濃度Ａ１は、エキシマランプ１０を不点灯状態として、吸気口５から被処理気体Ｇ１を通流させたときに、ＶＯＣ測定器４１で読み取られたＶＯＣの濃度が採用された。また、処理後濃度Ａ２は、エキシマランプ１０を点灯状態として同様に測定した値で採用された。

【0055】

実験系２の詳細な条件は以下の通りである。

【0056】

ＶＯＣをホルムアルデヒドとする場合、ＶＯＣ生成器３０によって、被処理気体Ｇ１に含まれるホルムアルデヒドの含有濃度が１５ｐｐｍとなるように設定された。また、ＶＯＣをトルエンとする場合、ＶＯＣ生成器３０によって、被処理気体Ｇ１に含まれるトルエンの含有濃度が１０ｐｐｍとなるように設定された。

【0057】

エキシマランプ１０は、図７に示す扁平管構造のものが採用された。具体的には、方向ｄ１から見たときの矩形部分が１１ｍｍ×２０ｍｍであり、方向ｄ１に係る長さが１４５ｍｍであった。

【0058】

遮風部材２０は、エキシマランプ１０の吸気口５側の端部から、方向ｄ１に関して１００ｍｍの箇所に設置された。遮風部材２０は、ＰＴＦＥなどのフッ素系樹脂で形成された板状部材であって、エキシマランプ１０の管体１４が挿通されると電極（１１，１２）から６ｍｍの間隙２１が確保されるように、開口が設けられていた。なお、図７において、管体１４の短手方向に係る端面と遮風部材２０との間に形成される間隙２１は、６ｍｍ以下であった。

【0059】

筐体３の通流部分の内径、導管（５２，５３）の内径は、いずれもΦ１００であった。

【0060】

被処理気体Ｇ１の流速は、熱線式風速計ｔｅｓｔｏ４２５（株式会社テストー製）によって測定された。なお、図９の横軸が示す流速の値は、上記方法によって測定された、Φ１００の導管５３内を流れる処理済気体Ｇ２の速度の値から、３ｍｍの間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の速度の値を演算によって算定した値が採用された。より具体的には、被処理気体Ｇ１（及び処理済気体Ｇ２）の流量Ｑは通流領域の断面積Ｓと流速ｖの積で規定され、流量Ｑが一定の元では断面積Ｓと流速ｖの積が一定であるため、流速ｖが測定された箇所における通流領域の断面積Ｓ１、測定された流速ｖ１、及び求めたい箇所の通流領域の断面積Ｓ２から、求めたい箇所の流速ｖ２が算定される。

【0061】

図９に示すグラフ上にプロットされた値は、以下の表１の通りである。

【0062】

【表1】

【0063】

驚くべきことに、図９によれば、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速が２３ｍ／ｓ以下の範囲では、ＶＯＣの除去率が略１００％であるのに対し、２３ｍ／ｓを超えると流速が速くなるに連れてＶＯＣの除去率が低下することが確認された。更に、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速が３５ｍ／ｓよりも速くなると、ＶＯＣの除去率の低下傾向が顕著になることが確認された。なお、この結果は、ＶＯＣの物質がホルムアルデヒドである場合も、トルエンである場合も同様であった。更に、エキシマランプ１０の構造を、図２に示す形状とした場合であっても、全く同じ結果が得られた。

【0064】

これは、被処理気体Ｇ１が間隙２１内を通過することで、エキシマランプ１０の光出射領域の近傍を通流するようにしても、その速度があまりに速いと、間隙２１を通過した後、直ちにエキシマランプ１０の光出射領域から離れた箇所に拡がってしまい、上述した（１）～（３）式の反応が充分に生じないためと考えられる。

【0065】

一方で、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速が２３ｍ／ｓ以下の範囲内であれば、上述した（１）～（３）式の反応が生じる時間の間、被処理気体Ｇ１をエキシマランプ１０の光出射領域の近傍に流すことができるため、ＶＯＣを効率的に分解できたものを考えられる。

【0066】

なお、同様の演算によれば、間隙２１の大きさを７ｍｍとしたときは、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速を８ｍ／ｓ以下とするのが好ましい。間隙２１の大きさを８ｍｍとしたときは、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速を６．７ｍ／ｓ以下とするのが好ましい。間隙２１の大きさを９ｍｍとしたときは、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速を５．７ｍ／ｓ以下とするのが好ましい。間隙２１の大きさを１０ｍｍとしたときは、間隙２１を通過する被処理気体Ｇ１の流速を５ｍ／ｓ以下とするのが好ましい。

【0067】

ところで、被処理気体Ｇ１の粘性係数をμ［Ｎ・ｓ／ｍ²］、配管の径をＬ［ｍ］、密度をρ［ｋｇ／ｍ³］、流速をｖ［ｍ／ｓ］とすると、レイノルズ数Ｒｅは、以下の（４）式で定義される。
Ｒｅ ＝ （ρ・ｖ・Ｌ）／μ ‥‥（４）

【0068】

ここで、レイノルズ数Ｒｅが２３００以上であるとき、流体は乱流であると判断される。ここで、Ｌの値として、導管（５２，５３）の内径Φ＝１００ｍｍを採用し、粘性係数μの値を１．８２×１０^-5［Ｐａ・ｓ］、密度ρの値を１．２０×１０^-3［ｇ／ｃｍ³］とすると、流速ｖ≧０．３２ｍ／ｓの場合に、被処理気体Ｇ１は導管（５２，５３）内で乱流を生じることが確認される。気体処理装置１は、Φ１００以上の一般的な導管と連結されて利用されることを想定すると、被処理気体Ｇ１の流速を０．３ｍ／ｓ以上とすることで、気体処理装置１内において被処理気体Ｇ１が乱流を生じやすくなる。この結果、被処理気体Ｇ１の多くを、エキシマランプ１０の光出射領域の近傍に通流させやすくなる。

【0069】

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

【0070】

〈１〉上記実施形態では、遮風部材２０が中央付近に開口を有する板状部材からなり、開口箇所に光源としてのエキシマランプ１０が挿通されることで、間隙２１を形成するものとした。しかし、開口を有しない複数枚の遮風部材２０を、エキシマランプ１０の管体１４を挟み込むように配置することで、遮風部材２０とエキシマランプ１０の光出射領域との間に形成される間隙２１を、１０ｍｍ以下にするものとしても構わない。

【0071】

〈２〉図１０に示すように、遮風部材２０を設けずに、筐体３の内側の開口領域を一部分において細くすることで、筐体３の内壁とエキシマランプ１０の光出射領域との間に形成される間隙２１を、１０ｍｍ以下にするものとしても構わない。

【0072】

この場合、上記（４）式においてＬ＝１０ｍｍとすると、被処理気体Ｇ１の流速を３．５ｍ／ｓ以上とすることで、気体処理装置１内において被処理気体Ｇ１が乱流を生じやすくなる。なお、Ｌ＝９ｍｍの場合には、被処理気体Ｇ１の流速を３．９ｍ／ｓ以上とすることで、気体処理装置１内において被処理気体Ｇ１が乱流を生じやすくなる。Ｌ＝８ｍｍの場合には、被処理気体Ｇ１の流速を４．４ｍ／ｓ以上とすることで、気体処理装置１内において被処理気体Ｇ１が乱流を生じやすくなる。Ｌ＝７ｍｍの場合には、被処理気体Ｇ１の流速を５ｍ／ｓ以上とすることで、気体処理装置１内において被処理気体Ｇ１が乱流を生じやすくなる。Ｌ＝６ｍｍの場合には、被処理気体Ｇ１の流速を５．８ｍ／ｓ以上とすることで、気体処理装置１内において被処理気体Ｇ１が乱流を生じやすくなる。

【0073】

〈３〉上記実施形態では、エキシマランプ１０の長手方向が被処理気体Ｇ１の通流方向ｄ１に一致する場合について説明したが、エキシマランプ１０の配置態様は任意である。

【0074】

更に、上記実施形態では、気体処理装置１が光源としてエキシマランプ１０を有する場合について説明したが、主たる発光波長が１６０ｎｍ以上、１８０ｎｍ以下の紫外線Ｌ１を発する限りにおいて、光源はエキシマランプ１０には限定されない。

【0075】

〈４〉図８を参照した実験系２では、ブロア４２によって被処理気体Ｇ１の流速を制御したが、間隙２１内を通流する被処理気体Ｇ１の流速を２３ｍ／ｓ以下にする方法は任意である。

【0076】

〈５〉図９及び表１によれば、被処理気体Ｇ１の流速が３５ｍ／ｓを超えると、更にＶＯＣ除去率が低下することが分かる。そして、被処理気体Ｇ１の流速を３５ｍ／ｓ以下とすると、ホルムアルデヒド及びトルエンの双方について、８０％以上の除去率が実現される。

【0077】

環境基準によっては、ＶＯＣを含む気体（ここでいう被処理気体Ｇ１）から８０％以上のＶＯＣを除去することができれば、ダクトから系外に排出することが許容される場合がある。このような場合には、被処理気体Ｇ１の流速を３５ｍ／ｓ以下に設定するものとしても構わない。無論、ＶＯＣの除去率を、８０％を超えて更に高める観点からは、被処理気体Ｇ１の流速を３１ｍ／ｓ以下とするのが好ましく、２３ｍ／ｓ以下とするのが特に好ましい。

【符号の説明】

【0078】

１ ： 気体処理装置
２ ： 実験系
３ ： 筐体
５ ： 吸気口
７ ： 排気口
８ ： 処理空間
１０ ： エキシマランプ
１１ ： 第一電極
１２ ： 第二電極
１３Ｇ ： 発光ガス
１４ ： 管体
１４ａ ： 外側管
１４ｂ ： 内側管
１９ ： ベース部
２０ ： 遮風部材
２１ ： 間隙
２３ ： 遮風面
３０ ： ＶＯＣ生成器
４１ ： ＶＯＣ測定器
４２ ： ブロア
５１，５２，５３ ： 導管
Ｌ１ ： 紫外線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】