專利名稱：電子束氣體處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子束氣體處理裝置，尤其涉及用于將電子束照射到處理氣體中，并進行除去、降低氣體中的有害物質(zhì)，例如被排出的氣體中的NOx、SOx的處理的合適的電子束氣體處理裝置。
以往，作為對從火力發(fā)電廠所排出的氣體的處理，使用了進行廢氣的脫硫、脫硝的電子束氣體處理裝置。該電子束氣體處理裝置是通過具備以下的裝置而構(gòu)成的，這些裝置是，配置在導入作為被處理對象的廢氣的大氣氣體室的反應室中的3個差動排氣室，鄰接并配置在外側(cè)的差動排氣室的電子束室，以及通過引出電極將電子束照射在電子束室內(nèi)的電子束源，并且由電子束源產(chǎn)生的電子束通過引出電極、電子束室、各差動排氣室就會照射到反應室內(nèi)的排出氣體中。電子束室和各差動排氣室內(nèi)的排出氣體通過旋轉(zhuǎn)泵等真空泵被排氣，各室內(nèi)保持一定的真空度。另外，各差動排氣室內(nèi)配置了磁場透鏡，導入各差動排氣室內(nèi)的電子束通過各磁場透鏡聚焦，從而電子束就會聚焦在反應室內(nèi)的指定位置。通過將電子束室以及各差動排氣室內(nèi)的真空度保持在指定的值，就能夠使電子束的軌道保持為直線。此外，通過改變配置在電子束源中的燈絲的電流以及用于在電子束源內(nèi)產(chǎn)生電弧放電的電弧電源的電流值，或電子束源內(nèi)的氣體壓力，或者改變加在引出電極上的加速電壓，就能調(diào)整電子束的強度。
在以往技術(shù)中，由于備置了多個差動排氣室，因而能增大電子束的射束直徑，但對于各差動排氣室必須設置真空泵，從而使構(gòu)造變得復雜。此外，由于配置在各差動排氣室中的磁場透鏡被固定，因此，當增大射束電流時，若改變燈絲電流、電弧電流或氣體壓力，或者改變電子束的加速電壓，則電子束的聚焦度發(fā)生變化，不能使電子束導入到反應室內(nèi)的指定位置。另外，由于從電子束室產(chǎn)生的電子束被平行地射出，因此，若要射出多個電子束，就不得不使電子束源大型化。
本發(fā)明的目的在于，提供即使以簡單結(jié)構(gòu)也能將電子束聚焦在處理氣體中的指定位置的電子束氣體處理裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明的電子束氣體處理裝置的特征在于，具備以下裝置，具有入口和出口的真空容器；抽空真空容器內(nèi)的氣體的排氣裝置；生成電子束后射入到真空容器的入口的電子束發(fā)生裝置；將入射到真空容器的入口的電子束進行聚焦的第1電子束聚焦裝置；以及將由第1電子束聚焦裝置聚焦的電子束進行聚焦并從出口射入到處理氣體中的第2電子束聚焦裝置。
此外，第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置還分別具備根據(jù)電場強度改變電子束的焦點位置的靜電透鏡或根據(jù)磁場強度改變電子束的焦點位置的磁場透鏡。
第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置還具有根據(jù)焦點位置調(diào)整裝置的調(diào)整分別調(diào)整靜電透鏡或磁場透鏡的位置的透鏡位置調(diào)整裝置。
若根據(jù)上述的裝置，由于做到了將電子束導入到單一的真空容器內(nèi)，通過第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置使真空容器內(nèi)的電子束聚焦，并將聚焦了的電子束照射到處理氣體中，因而即使是簡單的結(jié)構(gòu)，也能使電子束聚焦在處理氣體中的指定位置。另外，由于做到了根據(jù)燈絲電流值、電弧放電的電流值、氣體壓力或加速電壓值調(diào)整靜電透鏡的電場強度或磁場透鏡的磁場強度，或調(diào)整靜電透鏡或磁場透鏡的位置，因而能夠按照處理氣體中有害物質(zhì)的濃度進行有效的氣體處理。
圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的電子束氣體處理裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示本發(fā)明的另一實施例的電子束氣體處理裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。
以下，根據(jù)


本發(fā)明的一個實施例。
圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的電子束氣體處理裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，電子束氣體處理裝置具備了燈絲型電子源10，控制單元(控制系統(tǒng))12、真空容器14，以及真空泵16，電子源10被配置在真空容器14的一端，導管18連接在真空容器14的另一端。
電子源10包含貯存用于生成等離子體的氣體的氣體容器20，并做到在該氣體容器20內(nèi)通過氣閥24導入氬氣等氣體22。在氣體容器20的壁上設置了用于測量氣體容器20內(nèi)的真空度的真空計26的同時，還設置了電流引入端子28，30。由真空計26所測量的測量值被輸入到控制單元12。在電流引入端子28、30上連接燈絲32的同時還連接燈絲電源34。在電流引入端子30和氣體容器20的壁上還分別連接電弧電源36。將燈絲電源34、電弧電源36分別連接到控制單元12，從而根據(jù)來自控制單元12的命令調(diào)整各電源的電流值。若來自燈絲電源34的電流供給燈絲32，則從燈絲32放出熱電子。若再通過電弧電源36調(diào)整電弧電流，則在燈絲32和氣體容器20的壁之間產(chǎn)生電弧放電，并在氣體容器20內(nèi)生成等離子體。另外，氣體容器20的一個壁表面由一個加速電極38構(gòu)成，并大致在該加速電極38的中心部分形成用于排出氣體容器20內(nèi)的電子的開口40。加速電極38被連接到加速電源42，通過加速電極38使從開口40漏出的電子加速，并導入真空容器14內(nèi)。與該加速電極38對置地設置了一個引出電極44。
引出電極44通過絕緣凸緣46與加速電極38連接，并構(gòu)成真空容器14的一個壁表面。大致在該引出電極44的中央部分形成用于入射來自開口40的電子的入口48。即電子源10構(gòu)成將在氣體容器20內(nèi)產(chǎn)生的電子作為電子束入射到真空容器14的入口48的電子束發(fā)生裝置。此外，在電子源10中，有關(guān)氣體管道和用于取入等離子體的磁鐵、水冷卻套管等被省略。
在真空容器14中，與入口48相對置地形成一個出口50，在連結(jié)入口48和出口50的電子束傳輸路徑上配置了第1透鏡52和第2透鏡54。該真空容器14做到通過真空泵16的動作將真空容器14內(nèi)的氣體抽空、并保持一定的真空度。第1透鏡52和第2透鏡54分別配置成能沿著電子束傳送路徑移動，第1透鏡52通過電流引入端子56連接到透鏡用的電源58，第2透鏡54通過電流引入端子60被連接到透鏡用的電源62。各透鏡用的電源58、62分別連接到控制單元12，做到根據(jù)來自控制單元的命令調(diào)整各電源58、62的電流或電壓。第1透鏡52和第2透鏡54例如是由具備空心線圈或鐵心線圈的磁場透鏡、或者由具備包含電子束傳輸孔的多個電極板的靜電透鏡(電場透鏡)所構(gòu)成。即，做到了磁場透鏡能夠按照磁場強度改變電子束的焦點位置，靜電透鏡能按照電場強度改變電子束的焦點位置。并且被導入真空容器14內(nèi)的電子束64在通過第1透鏡52被聚焦的同時，通過第2透鏡54被聚焦。這時，做到電子束64通過第1透鏡52形成平行射束，并通過第2透鏡54聚焦在導管18內(nèi)的指定位置。即，做成為第1透鏡52、透鏡用的電源58、控制單元12構(gòu)成第1電子束聚焦裝置和焦點距離調(diào)整裝置，第2透鏡54、透鏡用的電源62、控制單元12構(gòu)成第2電子束聚焦裝置和焦點距離調(diào)整裝置。
另一方面，將例如從火力發(fā)電廠排出的排氣氣體作為處理氣體66導入到導管18中，若電子束64被照射在處理氣體66中，則在處理氣體66中形成電子云68。即，若電子束64被照射在處理氣體66中，則電子束64的分布變成擴展為云狀的狀態(tài)。并且若電子束64被照射在處理氣體66中，則電子束64通過與處理氣體66的分子碰撞，生成化學活性物質(zhì)(游離基)。若在該物質(zhì)中添加氨，就能夠生成硫酸銨或硝酸銨等肥料，并降低排氣中的SOx、NOx。
下面，將說明本實施例的作用。
此處，例如由于暫時增加了作為處理對象的處理氣體66中的NOx的濃度，因此要考慮增大電子束64的電流值的情況。這時，或者增大燈絲32的電流值，或者增大電弧電源36的電流，或者通過氣閥24的調(diào)整，增大容器20內(nèi)的氣體壓力。若增大電子束64的電流值，則在引出電極44的等離子體外殼形狀發(fā)生變化，并且電子束64的發(fā)散角也變化(增大)。而且，不僅電子束64的發(fā)散角增大，其聚焦性也降低。這時，若將對第1透鏡52和第2透鏡54的控制維持在同一條件，就不能使電子束64聚焦在指定的位置。因此，在本實施例中，決定根據(jù)燈絲32的電流值。因此，在本實施例中，決定根據(jù)燈絲32的電流值、電弧電流的電流值、或氣體壓力由來自控制單元12的命令控制第1透鏡52和第2透鏡54的狀態(tài)。
更準確地說，通過控制單元12監(jiān)視作為氣體壓力調(diào)整器的氣閥24的狀態(tài)、燈絲電源34的燈絲電流、電弧電源36的電弧電流、氣閥24的開度，并根據(jù)燈絲電流值、電弧電流值或氣體壓力增大第1透鏡52和第2透鏡54的磁場強度或電場強度，縮短各透鏡的焦點距離。此外，為了獲得如前所述那樣相同直徑或恒定直徑的平行電子束，通過移動裝置(圖示中被省略)使第1透鏡52的位置移向引出電極44一側(cè)。另外，在通過縮短第2透鏡54的焦點距離，防止電子束64的聚焦直徑的增大的同時，通過移動裝置(圖示中被省略)使第2透鏡54的位置靠近出口50的一側(cè)。若實行這樣的控制，即使在增大電子束64的電流值時，也能夠?qū)㈦娮邮?4聚焦在處理氣體66中的指定位置。再者，在減小電子束64的電流值時，根據(jù)燈絲電流值、電弧電流值或氣體壓力使第1透鏡52和第2透鏡54的磁場強度或電場強度減小，并伸長各透鏡的焦點距離。此外，為了獲得相同直徑或恒定直徑的平行電子束，可以將第1透鏡52的位置變更到離開引出電極44的方向，使第2透鏡54的位置變更到離開出口50的方向。
另一方面，在增大加速電壓并增大NOx的處理數(shù)量時，也增大第1透鏡52和第2透鏡54的磁場強度或電場強度，進行縮短各透鏡的焦點距離的控制。再者，這時，第1透鏡52和第2透鏡54的位置不變，只調(diào)整焦點距離，就能將電子束64的直徑維持在相同的直徑上，同時能防止電子束64的聚焦直徑的增大。
在本實施例中，由于做到了使用真空泵16使單一的真空容器14內(nèi)保持真空，同時在真空容器14內(nèi)配置2個透鏡52、54，通過各透鏡使電子束64聚焦，因此，能力圖使結(jié)構(gòu)簡化，同時，使電子束64聚焦在處理氣體66中的指定位置。此外，由于做到了根據(jù)電子束64的電流值和加速電壓控制透鏡52、54的焦點距離和位置，因而能夠概括處理氣體66中的有害物質(zhì)例如NOx、SOx的濃度進行有效的氣體處理。
在所述的實施例中，作為電子源10，記述了有關(guān)使用了應用燈絲32的桶型(bucket type)電子源10的情況，但作為電子源，可以使用加速從加熱了的固體物質(zhì)中射出的熱電子的燈絲型電子源，以及使用將微波射入氣體中生成等離子的微波電子源。關(guān)于這些電子源，與所述實施例一樣，通過控制透鏡52、54的焦點距離和位置，不管電子束的電流值如何，都能將電子束保持為恒定直徑的平行射束。同時，能防止電子束的聚焦直徑的增大。再者，在微波型電子源的場合，根據(jù)微波的注入功率就會控制透鏡52、54的焦點距離和位置。
在所述的實施例中，作為第1透鏡52，可以使用磁場透鏡和電場透鏡，但作為第2透鏡54，與其使用靜電透鏡不如使用磁場透鏡，那么就能夠使電子束64聚焦，而與從出口50的處理氣體66的流入所引起的電絕緣強度的降低無關(guān)。
下面，根據(jù)圖2說明使用多條電子束時的實施例。
在本實施例中，為了生成3條電子束64a、64b、64c，在加速電極38形成開口40a、40b、40c，同時，在引出電極44形成3個入口48a、48b、48c。此外，在真空容器14的導管18一側(cè)的壁面上形成3個出口50a、50b、50c。此外，第1透鏡52a、第2透鏡54a分別具有線圈或電極板以便分別使電子束64a、64b、64c聚焦。此外，在形成開口40a～40c、入口48a～48c時，它們的位置和形狀通過考慮以下各點進行設定。即，為了減小第2透鏡54a的各個磁場透鏡之間的影響，做到隨著離開電子源10而增大電子束64a、64b、64c之間的距離。此外，在從電子源10到第2透鏡54a之間，做到電子束64a～64c中任意2條電子束的軌道形成的的角度大于0度而小于90度。若設定各電子束軌道形成的角度大于0度小于90度，則用多個磁場透鏡分別構(gòu)成第1透鏡52a和第2透鏡54a時，就能消除相鄰磁場透鏡的影響，同時，能夠防止由入射到導管18中的電子束所形成的電子云68a、68b、68c的相互重疊，進行有效的氣體處理。亦即，通過用電子束64a～64c均勻地照射到導管18內(nèi)部，就能夠有效地進行氣體處理。
另外，在本實施例中，由于暫時增大了氣體中的NOx濃度，在增大電子束的電流值場合等方面，與所述實施例相同，根據(jù)燈絲電流值、電弧電流值、氣體壓力也使第1透鏡52a、和第2透鏡54a的磁場強度或電場強度增大，并縮短焦點距離，同時，通過使第1透鏡52a移向引出電極44一側(cè)，使第2透鏡54a移向出口50a～50c一側(cè)，就能夠使電子束64a～64c變?yōu)橄嗤睆降钠叫猩涫?，同時，能夠防止照射在氣體中的電子束64a～64c的聚焦直徑的增大。
在本實施例中，若使用靜電透鏡作為第1透鏡52a，則由于通過配置多塊開多個孔的電極板能夠獲得多條平行電子束，因此，比使用磁場透鏡作為第1透鏡52a更能夠力圖使成本降低。另一方面，作為第2透鏡54a，與其使用空心線圈不如使用鐵心線圈，若作為鐵心使用相對磁導率為10000以上的鐵心，由于能減小各磁場透鏡之間的磁場影響，因而能夠容易地使電子束64a～64c聚焦。
在本實施例中，記述了有關(guān)使用3條電子束的情況，但作為電子束的條數(shù)，也能使本發(fā)明透用于2條或3條以上的電子束。
作為在所述各實施例中的電子束氣體處理裝置的應用例子，通過在含氧的處理氣體中射入電子束，因而能有效地生成臭氧。
另外，作為所述各實施例中的電子束氣體處理裝置的應用例子，能夠用于激光振蕩。即，在反射率不同的一對共振器反射鏡，例如100％的反射共振器反射鏡和50％的反射共振器反射鏡之間，通過配置構(gòu)成氣體貯存室的容器、在氣體貯存室內(nèi)貯存氦氣、氬氣、氖氣、氙氣、碳酸氣、氫氣、氮氣或氧氣中至少1種氣體或2種以上的混合氣體，并在氣體貯存室內(nèi)射入電子束，就能有效地進行激光振蕩。
如以上說明的那樣，若根據(jù)本發(fā)明，由于做到了在單一的真空容器內(nèi)導入電子束，并通過2個系統(tǒng)的電子束聚焦裝置使真空容器內(nèi)的電子束聚焦，因而就能夠力圖使結(jié)構(gòu)簡化。此外，由于做到了根據(jù)電子束的電流值和加速電壓控制2個系統(tǒng)的透鏡的焦點距離和位置，就能夠根據(jù)處理氣體中的有害物質(zhì)的濃度有效地進行氣體處理。
權(quán)利要求
1.一種電子束氣體處理裝置包括具有入口和出口的真空容器；將真空容器內(nèi)的氣體抽真空的排氣裝置；生成電子束并射入到真空容器的入口的電子束發(fā)生裝置；將入射到真空容器的入口的電子束聚焦的第1電子束聚焦裝置；以及將通過第1電子束聚焦裝置聚焦的電子束聚焦后從出口射出到處理氣體中的第2電子束聚焦裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置，其中第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置分別具備根據(jù)電場強度改變電子束的焦點位置的靜電透鏡，或者根據(jù)磁場強度改變電子束的焦點位置的磁場透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置，其中電子束發(fā)生裝置作為電子源它包含具有與真空容器的入口連通的開口、并貯存用于生成等離子體的氣體的氣體容器；配置在氣體容器內(nèi)，并放出熱電子的燈絲；調(diào)整燈絲的電流的燈絲電源；在燈絲和氣體容器的壁之間產(chǎn)生電弧放電的電弧電源；以及調(diào)整氣體容器內(nèi)的氣體壓力的氣體壓力調(diào)整器，其中第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置包含根據(jù)燈絲電流值、電弧放電的電流值以及氣體容器內(nèi)的氣體壓力之中至少1個值分別調(diào)整靜電透鏡的電場強度或磁場透鏡的磁場強度的焦點距離調(diào)整裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置，其中電子束發(fā)生裝置包含加速由被加熱的固體物質(zhì)射出的熱電子的燈絲型電子源和加速由燈絲型電子源發(fā)生的電子束的加速電源，并且其中第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置包含根據(jù)燈絲型電子源的射束電流值和加速電源的加速電壓之中至少1個值分別調(diào)整靜電透鏡的電場強度或磁場透鏡的磁場強度的焦點距離調(diào)整裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置，其中電子束發(fā)生裝置包含使用微波生成等離子體的微波電子源，以及加速從微波電子源中發(fā)生的電子束的加速電源，并且其中第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置包含根據(jù)微波電子源的射束電流值和加速電源的加速電壓之中至少1個值分別調(diào)整靜電透鏡的電場強度或磁場透鏡的磁場強度的焦點距離調(diào)整裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的電子束氣體處理裝置，其中第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置包含根據(jù)焦點位置調(diào)整裝置的調(diào)整分別調(diào)整靜電透鏡或磁場透鏡的位置的透鏡位置調(diào)整裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置，其中在第1電子束聚焦裝置中使用靜電透鏡，而在第2電子束聚焦裝置中使用磁場透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置，其中在真空容器中分別形成多個入口和出口，在各入口中入射來自電子束發(fā)生裝置的電子束，從各出口將電子束射出到處理氣體中，各入口的形狀和位置使得隨著各電子束離開各入口各電子束相互之間的距離變大，并且第1電子束聚焦裝置和第2電子束聚焦裝置分別使多條電子束聚焦。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電子束氣體處理裝置，其中設定經(jīng)過真空容器從電子束發(fā)生裝置入射到第1電子束聚焦裝置的多條電子束軌道形成的角度大于0度而小于90度。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或9的電子束氣體處理裝置，其中在磁場透鏡中使用鐵心線圈，并將該鐵心的相對磁導率設定為大于10000。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置適用于將電子束入射到含氧的處理氣體中并生成臭氧。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的電子束氣體處理裝置適用于將電子束入射到含有有害物質(zhì)的處理氣體中并減少氣體中的有害物質(zhì)。
全文摘要
真空泵16使真空容器14內(nèi)保持真空,透鏡52、54將電子束64聚焦,再將電子束64照射在處理氣體66中。當隨著處理氣體中的NOx濃度的增加而增大電子束的電流值時,根據(jù)燈絲32的電流值、電弧電源36的電流值、以及氣體容器20內(nèi)的氣體壓力增大透鏡52、54的磁場強度或電場強度從而縮短焦點距離,使透鏡52向引出電極44一側(cè)移動,使透鏡54向?qū)Ч?8一側(cè)移動,形成恒定直徑的平行電子束,并防止電子束的聚焦直徑的增大。
文檔編號B01D53/74GK1192384SQ9810400
公開日1998年9月9日 申請日期1998年1月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月31日
發(fā)明者關(guān)博文, 白形弘文, 堀康郎, 塩野繁男 申請人:株式會社日立制作所