專利名稱：電子束照射反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用電子束照射對象物體并改變其性質(zhì)的電子束照射反應(yīng)裝置。
電子束照射反應(yīng)裝置的典型實例為電子束氣體處理裝置，其中，如上所述的電子束照射到諸如鍋爐已燃氣的氣體上，此氣體包含氧化硫或氧化氮，或者上述電子束照射到諸如從涂漆箱排放的廢氣上，此氣體包含揮發(fā)性有機化合物，由此除去包含在前述氣體中的諸如氧化硫或氧化氮這樣的有害物質(zhì)。在此氣體處理裝置中，電子束照射器件的位置設(shè)置得使其掃描管的電子束釋放窗口與設(shè)置在電子束反應(yīng)器件(一般為廢氣管的一部分)側(cè)壁上的電子束接收窗口成一直線，此電子束反應(yīng)器件允許廢氣從中通過。電子束穿過電子束釋放窗口和電子束接收窗口照射到從反應(yīng)器件通過的氣體。
圖1示出常規(guī)電子束氣體處理裝置的實例，具體示出掃描管12的端部及其周圍的區(qū)域(與圖1相似的裝置在未經(jīng)審查的日本專利申請公開號51-96998的圖1、未經(jīng)審查的日本專利申請公開號52-37553的圖2、未經(jīng)審查的日本專利申請公開號52-149596的圖1、未經(jīng)審查的日本專利申請公開號53-75163的圖1和2、未經(jīng)審查的日本實用新型申請公開號55-107228的圖1、未經(jīng)審查的日本實用新型申請公開號63-168899的圖1和4、未經(jīng)審查的日本實用新型申請公開號63-168900的圖1和7以及未經(jīng)審查的日本專利申請公開號8-166498的圖5中公開)。
掃描管12包括在其端部形成的電子束釋放窗口13。凸緣36沿著掃描管12端部的外周形成。金屬窗口箔14固定地夾在凸緣36和夾板16之間，用于保持掃描管12的內(nèi)部真空。
另一方面，其中有被電子束照射的氣體穿過的電子束反應(yīng)裝置(在處理鍋爐廢氣的情況下為廢氣管)18包括在其側(cè)壁上形成的電子束接收窗口15，窗口15用于接收電子束。(輔助)金屬窗口箔34借助夾板53和56形成，以便密閉電子束接收窗口。
電子束通過金屬窗口箔14和34照射進電子束反應(yīng)器件。如上所述，金屬窗口箔吸收電子束的能量并被加熱，從而必需把金屬窗口箔冷卻到箔強度不發(fā)生下降的溫度。因此，在此裝置中，冷卻氣體噴嘴元件51和57設(shè)置在金屬窗口箔14和34之間，噴嘴元件51和57包括用于把冷卻氣體吹到各個金屬窗口箔上的氣縫(或吹孔)52和58。
然而在此情況下，已吹到金屬窗口箔14和34上的冷卻氣體擴散進環(huán)境中，就產(chǎn)生以下問題。亦即，當冷卻氣體穿過電子束通過的區(qū)域時接收電子束的照射。當空氣用作冷卻氣體時，因電子束的照射，產(chǎn)生對人體有害并對金屬性材料造成腐蝕的臭氧和氧化氮。當例如氮氣的惰性氣體用作冷卻氣體時，盡管可在冷卻氣體中防止產(chǎn)生臭氧和氧化氮，但使用后的惰性氣體需經(jīng)過處理。這在經(jīng)濟上是非常不利的。
圖2示出常規(guī)電子束氣體處理裝置的另一實例(與圖2相似的裝置在未經(jīng)審查的日本專利申請公開號8-166497的圖3和5以及在未經(jīng)審查的日本專利申請公開號9-171098的圖5中公開)。圖2裝置的布置基本上與圖1裝置的相同，不同地是冷卻氣體噴嘴組件發(fā)生改變。與圖1相同的元件分配相同的參考號，并省略其解釋。
在此裝置中，為了解決上述問題，冷卻氣體噴嘴組件由用于基本金屬窗口箔14的冷卻氣體噴嘴元件61、用于輔助金屬窗口箔34的冷卻氣體噴嘴元件67以及廢氣管狀通道65和69整體地形成，廢氣管狀通道65和69布置得面向各個噴嘴元件的氣縫62和68。因而，冷卻氣體經(jīng)過與大氣密閉開的管狀通道被提供和排放。
采用此種布置，已通過電子束通道區(qū)域的冷卻氣體不擴散進大氣中并能重復(fù)利用。因此，當空氣用作冷卻氣體時，有可能把從排氣孔再利用的冷卻氣體引入到器件中，在此氣體是無害的。進而，還有可能以循環(huán)方式使用諸如氮氣的惰性氣體作為冷卻氣體。
圖3示出常規(guī)電子束氣體處理裝置的另一實例(與圖3相似的裝置在未經(jīng)審查的日本專利申請公開號52-37553的圖4、未經(jīng)審查的日本專利申請公開號52-149596的圖2、未經(jīng)審查的日本專利申請公開號53-21397的圖3和4、未經(jīng)審查的日本專利申請公開號53-46598的圖2、未經(jīng)審查的日本實用新型申請公開號5-30800的圖1和圖3、以及未經(jīng)審查的日本實用新型申請公開號6-51900的圖2中公開)。
在圖3的裝置中，與圖2情況相似，可密封的空間在基本金屬窗口箔14和輔助金屬窗口箔34之間形成。然而，在圖3的裝置中，單個冷卻噴嘴元件71和單個廢氣管狀通道73在可密封空間的一側(cè)上布置得互相毗鄰。已通過冷卻噴嘴元件71的縫72吹到基本金屬窗口箔上的冷卻氣體在可密封空間的另一側(cè)轉(zhuǎn)向并返回到廢氣管狀通道73而排出。
然而，在圖2和圖3裝置的情況下，產(chǎn)生下列問題。
作為電子束反應(yīng)器件的廢氣管和電子束照射器件分別設(shè)置在不同的基礎(chǔ)元件上。電子束照射器件的掃描管12通過冷卻氣體噴嘴組件剛性連接到廢氣管的側(cè)壁，此冷卻氣體噴嘴組件包括冷卻噴嘴元件61和67或單個冷卻噴嘴元件71。因此，過大的應(yīng)力有可能作用到掃描管12和廢氣管側(cè)壁之間的連接部分。結(jié)果，金屬窗口箔不能通過夾板固定到掃描管端部的外周上的凸緣，從而不能維持掃描管內(nèi)的真空。在極端情況下，金屬窗口箔移位并被迫進入掃描管，從而導(dǎo)致箔的破裂。
具體地，在常規(guī)電子束照射反應(yīng)裝置中，從降低電子束在金屬窗口箔的能量損失、降低吹入冷卻空氣的能量和簡化冷卻氣體噴嘴組件結(jié)構(gòu)的觀點出發(fā)，優(yōu)選省略輔助金屬窗口箔并僅使用基本金屬窗口箔。然而在此種布置中，當基本金屬窗口箔發(fā)生破裂時，廢氣進入需要保持真空條件的電子束發(fā)生器的掃描管中，并有可能發(fā)生嚴重的污染或損壞。因此，已經(jīng)考慮到，僅使用基本金屬窗口箔難以實現(xiàn)電子束照射反應(yīng)裝置。
也就是說，根據(jù)本發(fā)明，提供一種電子束照射反應(yīng)裝置，其中包括在其端部包括電子束釋放窗口的電子束照射器件，此電子束照射器件用于在掃描條件下釋放電子束，此電子束釋放窗口具有遍布窗口的用于維持內(nèi)部真空的基本金屬窗口箔；用于接收被電子束照射的氣體的電子束反應(yīng)器件，此電子束反應(yīng)器件包括在其側(cè)壁形成的用于接收來自電子束照射器件的電子束的電子束接收窗口；包括吹孔的冷卻氣體噴嘴組件，此吹孔用于把冷卻氣體吹到金屬窗口箔；以及在電子束照射器件端部和電子束反應(yīng)器件側(cè)壁上的電子束接收窗口周緣部分之間連接的撓性圓柱密閉元件，此撓性圓柱密閉元件用于防止冷卻氣體在端部和側(cè)壁之間泄漏到外面。
在此裝置中，電子束照射器件和電子束反應(yīng)器件之間不作剛性連接。因此，在這些器件的連接部分不作用過大的載荷。進而，此連接部分被撓性圓柱元件覆蓋，從而被電子束照射的冷卻氣體不會擴散到外面。
具體地，冷卻氣體噴嘴組件在電子束照射器件的端部設(shè)置，并且撓性圓柱密閉元件在冷卻氣體噴嘴組件的外圍部分和所述側(cè)壁上電子束接收窗口的周緣部分之間連接。
更具體地，電子束接收窗口的尺寸制造得比電子束掃描通路周緣的尺寸更大，并且作為整體的冷卻氣體噴嘴組件以環(huán)狀形成以便環(huán)繞允許電子束通過的掃描通路，此冷卻氣體噴嘴組件的位置設(shè)置得基本上占據(jù)電子束接收窗口。
優(yōu)選地，設(shè)置保護元件以便防止反向散射的電子碰撞到撓性圓柱密閉元件上，此反向散射的電子在電子束反應(yīng)器件中當照射電子束時產(chǎn)生。進而，借助可去除的夾板，在電子束釋放窗口的周緣以可密封的方式固定基本金屬窗口箔，冷卻氣體噴嘴組件包括可去除部分，此可去除部分設(shè)置得在它本身和夾板之間形成冷卻氣體吹孔，通過移去此可去除部分和移去夾板，此金屬窗口箔能被更換。
進一步地，優(yōu)選吹到基本金屬窗口箔的冷卻氣體的水分含量等于或高于氣體中細微粉末的臨界濕度，這些細微粉末在基本金屬窗口箔的與氣體接觸的表面上淀積。其原因如下所述。當將被電子束照射反應(yīng)裝置處理的物體是包含氧化硫或氧化氮的廢氣時，由于反應(yīng)器件中電子束的照射，硫酸銨或硝酸銨的細微粉末可作為由氧化硫或氧化衍生的副產(chǎn)品形成。這些粉末有可能在金屬窗口箔上淀積。因此，其水分含量等于或高于臨界濕度的冷卻氣體吹到金屬窗口箔上，從而在此箔上淀積的細微粉末吸收冷卻氣體中的水分并易于從金屬窗口箔上剝落。
基于相同的目的，冷卻氣體可包含水滴。然而，當冷卻氣體中的水滴包含懸浮固體或水溶性物質(zhì)并碰撞到已通過電子束照射而被加熱的金屬窗口箔上時，由于水分的蒸發(fā)，懸浮固體或水溶性物質(zhì)被烘干和固化，并且可固定到金屬窗口箔。為防止出現(xiàn)此問題，優(yōu)選冷卻氣體中所包含的水滴包括純水，其水滴例如通過噴射純水進入冷卻氣體而獲得。
進一步地，在本發(fā)明中，可作這些的布置，使作為整體的冷卻氣體噴嘴組件以環(huán)狀形成，以便環(huán)繞用于電子束通道的掃描通路，并且包括在電子束反應(yīng)器件的一側(cè)在冷卻氣體噴嘴組件端面上設(shè)置的輔助金屬窗口箔，以便遍布掃描通路；用于把冷卻氣體吹到基本和輔助金屬窗口箔的吹孔；以及用于把吹入的冷卻氣體排放到外面的排氣孔。在此情況下，有可能具有這樣的布置，使冷卻氣體噴嘴組件包括用于把冷卻氣體分別吹到基本和輔助金屬窗口箔的第一和第二吹孔；用于分別從外面接收冷卻氣體并把此氣體輸送到第一和第二吹孔的第一和第二接收孔；以及把從第一和第二吹孔吹到第一和第二金屬窗口箔的冷卻氣體分別排放到外面的第一和第二排氣孔。


圖1為常規(guī)電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖2為另一常規(guī)電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖3為又一常規(guī)電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖4為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖5為示出在本發(fā)明電子束照射反應(yīng)裝置中所用的撓性圓柱密閉元件布置的示意圖。
圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖7為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖8為根據(jù)本發(fā)明第四實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖9為根據(jù)本發(fā)明第五實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖10為在圖9電子束照射反應(yīng)裝置中所用的循環(huán)水型冷卻器件的橫截面視圖。
圖11為根據(jù)本發(fā)明第六實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖12為根據(jù)本發(fā)明第七實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分在電子束照射方向上的橫截面視圖。
圖13為根據(jù)本發(fā)明第八實施例的電子束照射反應(yīng)裝置一部分的橫截面視圖。
圖14為在圖13裝置中所用的冷卻氣體噴嘴元件的分解橫截面視圖。圖14a示出雙流體噴嘴而圖14b示出連接到雙流體噴嘴的冷卻氣體噴嘴。
圖4示出在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電子束照射反應(yīng)裝置中的掃描管12[連接到電子束照射器件(未示出)的電子加速器]、以及掃描管12與電子束反應(yīng)器件(或廢氣管)18之間的連接部分。如圖4所示，在掃描管12端部的電子束釋放窗口13與在電子束反應(yīng)器件18側(cè)壁上形成的電子束接收窗口15成一直線。環(huán)狀凸緣26沿著掃描管12端部的外周設(shè)置。通過在環(huán)狀凸緣26和夾板16之間牢固地夾住金屬窗口箔14的周緣，金屬窗口箔14遍布電子束釋放窗口13上面。冷卻氣體噴嘴組件27用螺栓固定到環(huán)狀凸緣26，該組件包括具有氣縫(或吹孔)28的冷卻氣體噴嘴元件，該元件用于把冷卻氣體吹到金屬窗口箔14上。除了使用螺栓之外，冷卻氣體噴嘴組件27還可用焊接或粘附來固定，只要能以密閉條件固定就行。
撓性圓柱密閉元件23在冷卻氣體噴嘴組件27的外環(huán)部分27a和廢氣管側(cè)壁上的電子束接收窗口15的周緣18a之間密閉性地連接，冷卻氣體噴嘴組件27從環(huán)狀凸緣26的周緣向外延伸。撓性圓柱密閉元件23由諸如布或橡膠的有機材料形成。撓性圓柱密閉元件23防止空氣或氣體從冷卻氣體噴嘴組件和廢氣管泄漏或從外面進入它們內(nèi)部。在此裝置中，在掃描管和廢氣管之間不作剛性連接。因此，在掃描管和廢氣管之間的連接部分能移動以適應(yīng)掃描管和廢氣管之間的位移，從而防止在連接部分產(chǎn)生過大的應(yīng)力并防止氣體或空氣的泄漏，而在上述常規(guī)裝置中會產(chǎn)生過大的應(yīng)力。
如附圖所示，在此電子束照射反應(yīng)裝置中，在電子束反應(yīng)器件側(cè)壁上形成的電子束接收窗口15的尺寸制作得比確定電子束通路(亦即為了照射目的電子束在其中穿過的通道)所必需的尺寸更大。冷卻氣體噴嘴組件27的設(shè)置方式為基本上占據(jù)電子束接收窗口。進而，在此電子束照射反應(yīng)裝置中，保護蓋板20沿著電子束接收窗口15的周緣18a設(shè)置。這可避免后述情況出現(xiàn)，即照射到廢氣管內(nèi)廢氣上的電子束被反射和散射，并碰撞到撓性圓柱密閉元件23上，由此使撓性圓柱密閉元件23降質(zhì)。
圖5為撓性圓柱密閉元件23示例性實例一部分的橫截面視圖。也就是說，在此實例中，撓性圓柱密閉元件包括由涂敷有乙烯丙烯(EPDM)橡膠的玻璃纖維形成的波紋管23a。撓性圓柱密閉元件在冷卻氣體噴嘴組件的外環(huán)部分27a和電子束接收窗口的周緣18a之間連接。參考號23c代表夾板；23b和23f為墊圈；23g為螺帽；23h為螺栓。保護蓋板20固定在撓性圓柱密閉元件23和電子束接收窗口的周緣18a之間。夾板23c連接到支架23d。通過延伸穿過支架23d的螺栓/螺帽組件23e，調(diào)節(jié)掃描管12和電子束反應(yīng)器件18之間的距離。
圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電子束照射反應(yīng)裝置30一部分的橫截面視圖。與圖4中電子束照射反應(yīng)裝置相同的元件分配與圖4中所用的相同的參考號，并省略對它們的解釋。此實施例的裝置在冷卻氣體噴嘴組件方面(亦即，與其有關(guān)的冷卻頭和元件)不同于圖4中的裝置。也就是說，在圖6的裝置中，冷卻氣體噴嘴組件32包括用于冷卻基本金屬窗口箔14的第一冷卻氣體噴嘴元件32＇、用于冷卻輔助金屬窗口箔34的第二冷卻氣體噴嘴元件32″、以及用于排放來自各個噴嘴元件的冷卻氣體的廢氣管狀通道32c和32d，其中，基本金屬窗口箔14密封掃描管12的電子束釋放窗口13，輔助金屬窗口箔34密封電子束接收窗口15。輔助金屬窗口箔34牢固地夾在夾板31和31a之間，并固定到冷卻氣體噴嘴組件。電子束接收窗口15的周緣由夾板31和31a確定(與冷卻氣體噴嘴組件成為一個整體)。也就是說，在此電子束照射反應(yīng)裝置中，掃描管12、基本金屬窗口箔14、冷卻氣體噴嘴組件32和輔助金屬窗口箔34形成為一個整體。
在圖4的情況下，撓性圓柱密閉元件23在冷卻氣體噴嘴組件的外環(huán)部分32a和廢氣管的電子束接收窗口15的周緣18a之間連接，由此防止冷卻氣體或廢氣從掃描管和廢氣管之間的連接部分泄漏或從外面進入其中。
圖7為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電子束照射反應(yīng)裝置40一部分的橫截面視圖。
如圖7所示，電子束照射反應(yīng)裝置40的布置基本上與圖4裝置的相同，但區(qū)別在于冷卻氣體噴嘴組件42的末端部分46以可去除的方式連接到冷卻氣體噴嘴組件42的其它部分，其中末端部分46在它本身和夾板16之間形成氣縫44。此種布置制作得容易更換金屬窗口箔。也就是說，更換金屬窗口箔14的操作包括以下步驟從電子束反應(yīng)器件18移去撓性圓柱密閉元件23；移去電子束照射器件或電子束反應(yīng)器件，由此保證工作空間；移去冷卻氣體噴嘴組件42的末端部分46；移去夾板16；以及更換金屬窗口箔14。因此，不需要移去冷卻氣體噴嘴組件42和掃描管12，并且更換易于進行。
在上述實施例中，設(shè)置一門(未示出)，以便在移去撓性圓柱密閉元件23時電子束接收窗口被密閉地覆蓋。借助此門，有可能在撓性圓柱密閉元件23從電子束反應(yīng)器件18移去時，防止電子束反應(yīng)器件18中所包含的氣體泄漏。
如上所述，從能量效率的觀點出發(fā)，諸如圖4和圖7中所示使用單個金屬窗口箔的電子束照射-反應(yīng)裝置優(yōu)于圖6中所示使用兩個金屬窗口箔的電子束照射-反應(yīng)裝置。然而，單個金屬窗口箔與待處理的廢氣直接接觸。因此，廢氣中所包含的硫酸銨或硝酸銨微粒在金屬窗口箔表面上淀積。(為了處理包含氧化氮或氧化硫的廢氣，可把氨注入到此氣體中。當所注入的氨與這些氧化物結(jié)合時形成微粒)在此情況下，就產(chǎn)生了后述問題，如因淀積物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)而引起金屬窗口箔破裂。
圖8-14示出包括用于解決上述問題的裝置的電子束照射-反應(yīng)裝置，所包括的裝置基本上適于設(shè)定由冷卻氣體噴嘴組件吹到金屬窗口箔的冷卻氣體(或冷卻空氣)的濕度，以使此濕度達到等于或高于在金屬窗口箔上所淀積的細微粉末的臨界濕度。在這，臨界濕度指在此濕度時固體物質(zhì)開始吸收環(huán)境空氣中的水分從而開始潮解。當其濕度等于或高于臨界濕度的冷卻氣體吹到其上淀積有硫酸銨或硝酸銨細微粉末的金屬窗口箔表面上時，此細微粉末吸收冷卻氣體中的水分，溶解并互相結(jié)合，由此形成大粒徑顆粒，因而降低其粘附強度。結(jié)果，這些顆粒容易被冷卻氣體從金屬窗口箔上剝落。硫酸銨或硝酸銨的臨界濕度的實例在下表中示出。

在本發(fā)明實施例的裝置中，當冷卻氣體以100-200m/s的速率吹入時，冷卻氣體噴嘴元件內(nèi)的冷卻氣體壓力變?yōu)?0-20kPa。當冷卻氣體從氣體吹孔吹入時，冷卻氣體經(jīng)受絕熱膨脹，其溫度下降10℃到幾十℃。從而，冷卻氣體中所包含的水分冷凝并形成水的微滴。當包含水微滴的冷卻氣體碰撞到金屬窗口箔上時，在此箔上淀積的細微粉末部分溶解并變成具有大粒徑的固體，這些固體容易被冷卻氣體吹落。
除了利用絕熱膨脹所形成的水滴以外，此種效果也可通過噴射純水到冷卻氣體中來實現(xiàn)，對于冷卻氣體，不必連續(xù)不斷地把含水分的空氣吹到金屬窗口箔上。例如，有可能在噴嘴中設(shè)置用于把蒸汽引入到冷卻空氣中的閥門，打開和關(guān)閉此閥門以便以交替的方式吹入含水分的空氣和其濕度小于臨界濕度的空氣(以下稱作“干燥空氣”)。在此情況下，盡管當吹入干燥空氣時細微粉末在金屬窗口箔上淀積，但是在被淀積的細微粉末的量增加到對金屬窗口箔產(chǎn)生不利影響的水平之前，通過從干燥空氣切換到含水分的空氣，有可能防止對金屬窗口箔的損壞。通過在電子束反應(yīng)器件中在冷卻氣體吹孔周圍設(shè)置噴水嘴并在冷卻氣體中摻入由噴水嘴噴射的水，可以產(chǎn)生含水分的空氣。從在冷卻氣體中有效摻入被噴射水的觀點出發(fā)，優(yōu)選在與冷卻氣體吹孔盡可能近的位置設(shè)置噴水嘴。從防止噴水嘴被電子束照射的角度考慮，還優(yōu)選在電子束反應(yīng)器件中被電子束照射的區(qū)域之外設(shè)置噴水嘴。進而，可在冷卻氣體噴嘴元件中設(shè)置用于提供空氣和水的雙流體(水/空氣)噴嘴。通過改變空氣流量與水流量的比例(氣體/液體比)，調(diào)節(jié)冷卻空氣中的水分含量。氣體/液體比優(yōu)選在50-1000Nm3/L的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過使冷卻氣體噴嘴元件形成為雙管結(jié)構(gòu)，雙流體噴嘴可以制造得更緊湊。
通過在冷卻氣體管或冷卻氣體噴嘴元件中設(shè)置用于在空氣和水滴之間形成直接接觸的氣體-液體接觸器件，也可產(chǎn)生含水分的空氣。對于氣體-液體接觸器件，可以使用在空氣和循環(huán)冷卻水之間形成直接接觸的循環(huán)水型冷卻器件。在循環(huán)水型冷卻器件中，通過調(diào)節(jié)循環(huán)冷卻水流量L(L/h)與空氣流量G(Nm3/h)的比例L/G(L/Nm3)，可以調(diào)節(jié)冷卻空氣中的水分含量。比例L/G優(yōu)選在0.1-5(L/Nm3)的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。具體地，當比例L/G(L/Nm3)設(shè)定為1或更大時，水滴可包含在冷卻氣體中，從而可以顯著地實現(xiàn)防止細微粉末淀積的效果。含水分的空氣和干燥空氣也可通過循環(huán)冷卻水泵的ON/OFF(接通/切斷)操作來切換。
另一方面，即使當細微粉末的淀積可以防止時，如果廢氣具有高濃度的氧化硫或氧化氮并具有高腐蝕性效果，由于廢氣本身的腐蝕效果，有可能發(fā)生對金屬窗口箔的腐蝕。作為一種防范措施，優(yōu)選在金屬窗口箔的與氣體接觸的表面上進行抗腐蝕處理?？垢g處理可包括后述步驟，即用例如鈀這樣的鉑類貴金屬層涂敷由鈦或鈦合金制作的金屬窗口箔的與氣體接觸的表面。作為替代方案，通過在冷卻氣體中添加氨由此在金屬窗口箔周圍產(chǎn)生堿性氣氛并中和冷卻氣體中的氧化硫或氧化氮，可抑制金屬窗口箔的腐蝕。
圖8、9、11、12和13示出具有上述用于抑制金屬窗口腐蝕的布置的電子束廢氣處理裝置。圖10為在圖9裝置中所用的循環(huán)水型冷卻器件的放大橫截面視圖。圖14a示出雙流體噴嘴，而圖14b示出與雙流體噴嘴連接的冷卻氣體噴嘴元件。
在這些附圖中，參考符號C代表冷卻氣體；G為廢氣；M為被噴射的水(圖11)；S為蒸汽；以及W為循環(huán)水。參考號12代表電子加速器的掃描管；14為金屬窗口箔；16為夾板；18為電子束反應(yīng)器件(廢氣管)；23為撓性圓柱密閉元件；27為冷卻氣體噴嘴組件；28為氣縫(冷卻氣體吹孔)；70為冷卻氣體風(fēng)機；72為冷卻氣體管；74為蒸汽注射孔；76為蒸汽閥；78為循環(huán)水型冷卻器件(圖10)；80為循環(huán)冷卻水泵(圖10)；82為噴水嘴(圖11)；84為閥門；以及86為水噴射泵。
以下，描述根據(jù)這些電子束照射反應(yīng)裝置的實例。
在圖8的電子束照射反應(yīng)裝置中，以500kV加速電壓和15mA束電流產(chǎn)生的電子束，從電子加速器的掃描管12通過由鈦制成的且厚度為50μm的金屬窗口箔14，照射到電子束反應(yīng)器件18內(nèi)的1500Nm3/h的廢氣中。此廢氣溫度為60℃并包含1500ppm的氧化硫。(這些條件與以下對于其它電子束照射反應(yīng)裝置所描述的實例相同。)為了冷卻金屬窗口箔14，冷卻氣體從冷卻氣體噴嘴組件27的氣縫28以400Nm3/h流量吹出。冷卻氣體溫度設(shè)定為60℃。通過改變蒸汽閥76的開孔程度，從蒸汽注射孔74注入的蒸汽S的流量在10-100升/h的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，此蒸汽注射孔74在冷卻氣體管72中形成。從而，含水分的空氣(濕度等于或高于臨界濕度的空氣)得以產(chǎn)生并從氣縫28以大約100-200m/s的速率吹到金屬窗口箔14上。結(jié)果，細微粉末的淀積為零或可忽略不計。金屬窗口箔在操作開始后1000小時沒有發(fā)生損壞，不過當只有干燥空氣吹到金屬窗口箔上時，金屬窗口箔在操作開始后大約100小時破裂。
在圖9電子束照射反應(yīng)裝置中，在冷卻氣體管72中設(shè)置用于使空氣與循環(huán)冷卻水W接觸的循環(huán)水型冷卻器件78。依靠冷卻氣體風(fēng)機70，從空氣流進口輸送溫度為60℃的空氣到循環(huán)水型冷卻器件中，同時，循環(huán)冷卻水W從循環(huán)冷卻水泵80以7-15升/h的流量提供。在循環(huán)水型冷卻器件中空氣與循環(huán)冷卻水接觸，由此形成含水分的空氣，而且以大約100-200m/s的速率從氣縫28吹到金屬窗口箔14上。結(jié)果，細微粉末的淀積為零或可忽略不計。金屬窗口箔在操作開始后1000小時沒有發(fā)生損壞。
在圖11電子束照射反應(yīng)裝置中，在冷卻氣體管72中設(shè)置噴水嘴82。水從水噴射泵86輸送到噴水嘴82并且噴射到冷卻氣體管72中。在此水噴射器件中，通過在10-100升/h的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)噴射到冷卻空氣中的水量而調(diào)節(jié)水分含量。因而，產(chǎn)生包含水滴的冷卻氣體，并以大約100-200m/s速率從氣縫28吹到金屬窗口箔14上。結(jié)果，細微粉末的淀積為零或可忽略不計。金屬窗口箔在操作開始后1000小時沒有發(fā)生損壞。
在圖12電子束照射反應(yīng)裝置中，在氣縫28的附近設(shè)置噴水嘴82。被噴射水的壓力設(shè)定為0.3MPa，空氣壓力設(shè)定為0.4MPa，并且被噴射的水量設(shè)定為20-200升/h。被噴射的水摻入到以大約100-200m/s的速率從氣縫28吹到金屬窗口箔14上的冷卻氣體中。結(jié)果，細微粉末的淀積為零或可忽略不計。金屬窗口箔在操作開始后1000小時沒有發(fā)生損壞。
在圖13電子束照射反應(yīng)裝置中，使用冷卻氣體壓縮機92以取代冷卻氣體風(fēng)機70。進而，冷卻氣體噴嘴元件具有雙管結(jié)構(gòu)，并且水從水噴射泵(未示出)輸送到內(nèi)部供水管90。在設(shè)置在冷卻氣體噴嘴元件末端的噴水嘴82的氣體-液體混合室中，水混合進冷卻氣體中。隨后，包含水微滴的冷卻氣體從噴嘴的末端吹到金屬窗口箔上。在雙流體噴嘴82中，被噴射水的壓力設(shè)定為0.3MPa，空氣壓力設(shè)定為0.4MPa，并且被噴射的水量在20-200升/h的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)或在以氣體/液體比為單位的50-1000Nm3/L的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。結(jié)果，細微粉末的淀積為零或可忽略不計。金屬窗口箔在操作開始后1000小時沒有發(fā)生損壞。
圖14(a)為圖13裝置中的雙流體噴嘴82的橫截面視圖，而圖14(b)為冷卻氣體噴嘴的橫截面視圖。具有雙管結(jié)構(gòu)的冷卻氣體噴嘴與雙流體噴嘴82在螺紋24處連接。水W和冷卻氣體C分別通過雙管結(jié)構(gòu)的內(nèi)管和外管，并且在雙流體噴嘴82的氣體-液體混合室96中混合，并從末端嘴98的注射孔吹出。
在圖8-11的裝置中，冷卻氣體的濕度基本上設(shè)定為等于或高于臨界濕度的水平。實際上，在許多情況下，冷卻氣體剛從噴嘴組件注入就經(jīng)受絕熱膨脹，由此形成水微滴。在相同的裝置中，水分一開始就以足以形成水微滴的量輸送到冷卻氣體。
如上所述，在本發(fā)明中，其中電子束反應(yīng)器件包括將被電子束照射的物體，并與電子加速器通過撓性圓柱密閉元件連接。有可能防止吹到金屬窗口箔的冷卻氣體以及待處理的廢氣泄漏到外部環(huán)境中，而不會在電子束反應(yīng)器件和電子加速器之間作用過大的應(yīng)力。
通過把作為冷卻氣體的高水分含量的空氣吹到金屬窗口箔上，還有可能防止待處理氣體如廢氣中所包含的細微粉末在金屬窗口箔上淀積。
因此，根據(jù)本發(fā)明，已有可能提供一種即使在省略輔助金屬窗口箔而只使用基本金屬窗口箔時也能安全操作的電子束照射反應(yīng)裝置，與具有基本和輔助金屬窗口箔的裝置相比，本裝置在生產(chǎn)和操作中都是經(jīng)濟的。
權(quán)利要求
1.一種電子束照射反應(yīng)裝置，其中包括在掃描條件下用于釋放電子束的電子束照射器件，此電子束照射器件包括設(shè)置有電子束釋放窗口的端部，此電子束釋放窗口具有遍布此窗口上用于維持內(nèi)部真空的基本金屬窗口箔；用于接收將被電子束照射的氣體的電子束反應(yīng)器件，此電子束反應(yīng)器件包括設(shè)置有電子束接收窗口的側(cè)壁，此電子束接收窗口用于接收來自電子束照射器件的電子束；包括吹孔的冷卻氣體噴嘴組件，此吹孔用于把冷卻氣體吹到金屬窗口箔；以及在電子束照射器件端部和電子束反應(yīng)器件側(cè)壁上的電子束接收窗口周緣部分之間連接的撓性圓柱密閉元件，此撓性圓柱密閉元件用于防止冷卻氣體在端部和側(cè)壁之間泄漏到外面。
2.如權(quán)利要求1所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，在電子束照射器件的端部設(shè)置冷卻氣體噴嘴組件，并且撓性圓柱密閉元件在冷卻氣體噴嘴組件的外圍部分和所述側(cè)壁上電子束接收窗口的周緣部分之間連接。
3.如權(quán)利要求2所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，電子束接收窗口的尺寸制造得比電子束通路周緣的尺寸更大，并且作為整體的冷卻氣體噴嘴組件以環(huán)狀形成以便環(huán)繞電子束通路，此冷卻氣體噴嘴組件基本上占據(jù)電子束接收窗口。
4.如權(quán)利要求3所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，設(shè)置保護元件以便防止反向散射的電子碰撞到撓性圓柱密閉元件上，此反向散射的電子在電子束反應(yīng)器件中當照射電子束時產(chǎn)生。
5.如權(quán)利要求4所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，借助可去除的夾板，在電子束釋放窗口的周緣以可密封的方式固定基本金屬窗口箔，冷卻氣體噴嘴組件包括可去除部分，此可去除部分設(shè)置得在它本身和夾板之間形成冷卻氣體吹孔，通過移去此可去除部分和移去夾板，此金屬窗口箔能被更換。
6.如權(quán)利要求1-5任一項所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，進一步包括適于把水分以一定量輸送到由冷卻氣體噴嘴組件吹入的冷卻氣體中的裝置，此量使得此冷卻氣體的濕度變得等于或高于氣體中細微粉末的臨界濕度，這些細微粉末在基本金屬窗口箔的與氣體接觸的表面上淀積。
7.如權(quán)利要求1-5任一項所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，進一步包括用于提供冷卻氣體的裝置，此冷卻氣體與水滴一起由冷卻氣體噴嘴組件吹入。
8.如權(quán)利要求3所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，冷卻氣體噴嘴組件包括在電子束反應(yīng)器件一側(cè)在冷卻氣體噴嘴組件端面上設(shè)置的輔助金屬窗口箔，以便遍布電子束通路；用于把冷卻氣體吹到基本和輔助金屬窗口箔的吹孔；以及用于把吹入的冷卻氣體排放到外面的排氣孔。
9.如權(quán)利要求3所述的電子束照射反應(yīng)裝置，其中，冷卻氣體噴嘴組件包括在具有窗口的電子束反應(yīng)器件的一側(cè)上設(shè)置的端面，此窗口包括遍布窗口上的輔助金屬窗口箔；用于把冷卻氣體分別吹到基本和輔助金屬窗口箔的第一和第二吹孔；用于分別從外面接收冷卻氣體并把氣體輸送到第一和第二吹孔的第一和第二接收孔；以及把從第一和第二吹孔吹到第一和第二金屬窗口箔的冷卻氣體分別排放到外面的第一和第二排氣孔。
全文摘要
一種用于把電子束照射到待處理物體如廢氣上并由此改變廢氣物理性質(zhì)的電子束照射反應(yīng)裝置,其中,在環(huán)繞掃描管(12)端部的部分和電子束反應(yīng)器件(18)側(cè)壁內(nèi)電子束接收窗口的周緣部分(18a)之間設(shè)置撓性圓柱密閉元件(23),以便連接掃描管(12)和此側(cè)壁并且密封此反應(yīng)器件。結(jié)果,在此連接部分不產(chǎn)生過大的應(yīng)力,而且不需要輔助金屬窗口箔,待處理物體也不會泄漏到外面。
文檔編號B01D53/32GK1340200SQ00803618
公開日2002年3月13日 申請日期2000年1月11日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月11日
發(fā)明者土居祥孝, 野本正雄, 林和昭, 井筒政弘, 影山喜治, 岡本恭一 申請人:株式會社荏原制作所