JP3670451B2 - オゾン供給装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はオゾン供給装置に関する。さらに詳しくは、電力を使用してオゾンを製造貯蔵し、貯蔵したオゾンを一定の割合で連続的に、または間歇的にオゾン消費物体に供給できるオゾン供給装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、オゾンを一次的に貯蔵する間歇オゾン供給装置として、図15に示すように、オゾン発生器50と、酸素供給源51と、循環ブロア52と、生成したオゾンを一次的に貯留する吸脱着塔53と、該吸脱着塔53を冷却する冷熱源54と、前記吸脱着塔53を加熱する加熱源55と、前記吸脱着塔53からオゾンを減圧吸引して取り出す水流エジェクタ56と、切換弁群57a〜57gとからなるものがある。そして、前記吸脱着塔53は、図16に示すように、二重筒になっており、そのうち内筒58の内部にはオゾン吸着剤59が充填されているとともに、螺旋状の加熱用伝熱管60が備えられている(特公平60−34484号公報参照)。また、内筒58の外面には冷媒が流れる冷却用配管61が螺旋状に巻かれている。一方、外筒62内には熱媒体62が充填されている。また、吸着剤59は一般にシリカゲルが用いられ、熱媒体62はエチレングリコールやアルコール類が使用される。なお、53aは熱媒体62の入口であり、53bは熱媒体62の出口である。また、前記循環ブロア52、オゾン発生器50、吸脱着塔53の順に一つの循環系を構成している。
【0003】
つぎに動作について説明する。この動作にはオゾンの吸着動作および脱着動作の2つの動作がある。
【0004】
最初に吸着動作について説明する。酸素供給源51より循環系内が常時一定圧力になるように酸素を入口53cから供給する。このときの圧力は通常1.5kg/cm2に維持されている。切換弁57cと57dが開いた状態で、循環ブロア52により循環系内に酸素を流通させると、オゾン発生器50の放電空隙中を通過するあいだに無声放電により酸素の一部がオゾンに変換されてオゾン化酸素になり、このオゾン化酸素は吸脱着塔53へ搬送される。吸脱着塔53内の吸着剤は、オゾンを選択的に吸着し、残りの酸素は切換弁57cを介して循環ブロア52に返送される。オゾンとして消費された酸素は酸素供給源51より補充される。このとき、オゾン吸着剤の温度は冷熱源54により、−30℃以下に冷却されている。これは吸着剤のオゾン吸着量が温度により大きく変化することによる。すなわち温度を低下させると、オゾン吸着量は増加し、逆に温度が上昇するとオゾンの吸着量は減少するからである。したがって、オゾンを吸着するときは吸着剤を冷却し、オゾンを脱着するときは吸着剤の温度を上昇させる。
【0005】
オゾン吸脱着塔53の吸着剤がオゾン飽和吸着量近くまで吸着するとつぎに脱着動作へ移行する。脱着動作では、オゾン発生器50、循環ブロア52および冷熱源54が稼動を停止し、切換弁57a〜57dが閉じる。そののち、加熱源55および水流エジェクタ56が稼動を始めて切換弁57e〜57gが開く。このとき吸着剤に吸着されていたオゾンが脱着し易いように、加熱源55より入口53aから注入された熱媒体62の熱が内筒58の内側と外側の両面から加えられ、吸着剤59の温度を上昇させる。そして水流エジェクタ56で吸脱着塔53内のオゾンを出口53dへ一気に減圧吸引し、水流エジェクタ56内で水中に分散し、溶解してオゾン水として使用箇所に送られる。このとき、減圧吸引することによる吸脱着塔53内の到達圧力は絶対圧で約0.1kg/cm2となる。このように、脱着期間が終了すると、再び初期の吸着動作へと移行して連続的に運転が繰り返される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の間歇オゾン供給装置では、大容量のオゾンを蓄えるためにシリカゲルの充填量を増大させると、シリカゲルを冷却するのに必要な時間が増大し、効率的にオゾンを蓄えることができなく、また、オゾン吸脱着塔の据え付け数を増大させると、設置面積が増大したり、装置の運用が複雑になるなどの問題点がある。また、加熱源と冷熱源を別個に備え付けているために、装置が複雑になるとともに、吸脱着塔内のシリカゲルのメンテナンスが困難になるなどの問題点がある。
【0007】
本発明は、叙上の事情に鑑み、オゾン吸着剤を冷却するのに必要な時間を短縮し、効率的にオゾンを貯蔵できるとともに、コンパクトにできるオゾン供給装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明にかかわるオゾン供給装置は、原料酸素からオゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、前記オゾン化酸素からオゾンを吸着貯留し、かつ、このオゾンを脱着する吸脱着装置と、吸着貯留したオゾンを脱着して供給するオゾン脱着手段とを有し、前記吸脱着装置によりオゾンが吸着されたのち酸素を前記オゾン発生器へ戻し、前記吸脱着装置からオゾンを脱着供給するオゾン供給装置であって、前記吸脱着装置が、吸着剤が充填された複数の円錐管状のオゾン吸脱着管と、温度媒体が充填されている液体貯留部からなり、前記複数のオゾン吸脱着管の外周囲壁面に前記温度媒体が接触するように前記液体貯留部が設けられることを特徴としている。
また、請求項2の発明にかかわるオゾン供給装置は、原料酸素からオゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、前記オゾン化酸素からオゾンを吸着貯留し、かつ、このオゾンを脱着する吸脱着装置と、吸着貯留したオゾンを脱着して供給するオゾン脱着手段とを有し、前記吸脱着装置によりオゾンが吸着されたのち酸素を前記オゾン発生器へ戻し、前記吸脱着装置からオゾンを脱着供給するオゾン供給装置であって、前記吸脱着装置が、吸着剤が充填された複数の円錐管状のオゾン吸脱着管と、温度媒体が充填されている液体貯留部からなり、前記複数のオゾン吸脱着管の外周囲壁面に前記温度媒体が接触するように前記液体貯留部が設けられ、オゾン吸着時には、前記オゾン吸脱着管の中心点と表面までの平均距離よりも前記オゾン吸脱着管内においてオゾン化酸素が流れる距離が長くなるとともに、オゾン脱着時には、前記オゾン吸脱着管の中心点と表面までの平均距離よりも前記オゾン吸脱着管内においてオゾン化酸素が流れる距離が短くなるようにオゾン化酸素流路が設けられていることを特徴としている。
【0012】
また請求項3の発明にかかわるオゾン供給装置は、オゾン吸脱着管に充填する吸着剤がオゾン吸脱着管の形状に対応した一体型で、かつ、多孔質であるようにしたものである。
【0013】
また請求項4の発明にかかわるオゾン供給装置は、ガスを封入できるガス封入容器内に前記吸脱着装置を装備するとともに、ガス封入容器内のガス圧力を調整できる圧力調整手段を設けるようにしたものである。
【0014】
また請求項5の発明にかかわるオゾン供給装置は、前記ガス封入容器内のガス圧力をオゾン貯蔵時には真空圧にするようにしたものである。
【0017】
また請求項6の発明にかかわるオゾン供給装置は、前記吸脱着装置内の温度を調整する温度調節装置と、吸脱着装置内の温度を測定する温度計測器を設けるようにしたものである。
【0018】
さらに請求項7の発明にかかわるオゾン供給装置は、オゾン脱着終了後に温度調節手段により吸脱着装置を加熱するようにしたものである。
【0019】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1にかかわるオゾン供給装置を示す構成図であり、図2はオゾン吸脱着装置の詳細図である。図1〜2に示すように、オゾン化酸素を生成するオゾン発生器1と、酸素供給源2と、循環ブロア3と、生成したオゾンを一次的に貯留する吸脱着装置4と、該吸脱着装置4内の外筒5の内部である液体貯留部に充填される温度媒体6の温度を調節する温度調節装置7と、オゾン脱着手段である水流エジェクタ8と、切換弁9a〜9eからなる。そして前記吸脱着装置4の外筒5の内部には、複数備え付けられたオゾン貯留部である吸脱着管10があり、その吸脱着管10の内部には、オゾン吸着剤11が充填されている。また前記吸脱着管10の外周表面には、吸着剤11の温度を調節する温度媒体6が流れている。吸着剤11には、オゾンと接触したときの分解率が低いものを選ぶことが望ましく、シリカゲルまたは活性アルミナやフルオロカーボンなどを含浸させた多孔質材料などが用いられ、温度媒体6には、エチレングリコールやアルコール類が使用される。なお、4aは温度媒体の入口、4bは温度媒体の出口であり、また4cはオゾン化酸素の入口、4dはオゾン化酸素の出口である。
【0020】
つぎに動作について説明する。この動作にはオゾンを吸着する動作およびオゾンを脱着する動作の2つの動作がある。
【0021】
最初に吸着動作について説明する。酸素供給源2より循環系内が常時一定圧力、たとえば1.5kg/cm2になるように酸素を供給する。このとき、循環系内の圧力を高くするほど、オゾンを効率的に蓄えることができる。しかし、オゾン発生効率やオゾン貯蔵効率を考えると、過度に循環系内の圧力を高くすることは、オゾン貯蔵時の消費電力を増大させることになり、最大でも5kg/cm2程度に維持することが望ましい。切換弁9cと9dが開いた状態で、循環ブロア3により循環系内に酸素を流通させると、オゾン発生器1の放電空隙中を通過する間に無声放電により酸素の一部がオゾンに変換されてオゾン化酸素になり、このオゾン化酸素は吸脱着管10へ搬送される。吸脱着管10内の吸着剤11は、オゾンを選択的に吸着し、残りの酸素は切換弁9cを介して循環ブロア3に返送される。オゾンとして消費された酸素は酸素供給源2より補充される。このとき、吸着剤11は冷却するほどオゾンの吸着容量が増えるという性質を有することから、通常冷却温度は温度調節装置7により温度媒体6が−40℃以下にされている。
【0022】
吸脱着管10内の吸着剤がオゾン飽和吸着量近くまで吸着するとつぎに脱着動作へ移行する。脱着動作では、オゾン発生器1、循環ブロア3が稼動を停止し、切換弁9a〜9dが閉じる。そののち、水流エジェクタ8が稼動を始めて切換弁9eが開く。このとき吸着剤に吸着されていたオゾンが脱着し易いように、温度調節装置7により温度媒体6が温められるとともに、温度媒体6が吸脱着管10の外側から加えられ、吸着剤11の温度を上昇させる。そして水流エジェクタ8で吸脱着装置4内のオゾンを減圧吸引し、水流エジェクタ8内で水中に分散し、溶解してオゾン水として使用箇所に送られる。このとき、減圧吸引することによる吸脱着管10内の到達圧力は絶対圧で約0.1kg/cm2になる。このように脱着期間が終了すると、再び初期の吸着動作へと移行して連続的に運転が繰り返される。なお、吸脱着装置4から設定された濃度のオゾンが漏れ出したときに、脱着動作に移るようにしてもよい。
【0023】
図3は吸脱着装置のI−I断面図である。図3に示すように、外筒5の内部に吸着剤11が充填された複数の吸脱着管10を装備することにより、オゾンを外筒5の小さなスペースに効率よく吸着することができる。
【0024】
図4は吸脱着管の半径と吸着剤が充填された吸脱着管の中心部の温度が目標設定温度(T1=−20℃、T2=−40℃、T3=−60℃およびT4=−80℃)に達するまでの時間の関係を示したものである。図4に示すように、吸脱着管の半径が大きくなるほど、冷却時間が指数関数的に増加していくことがわかる。これにより、オゾンを効率よく貯蔵するには、吸脱着管の半径をできるだけ低下させることが重要であることがわかる。また、目標設定温度の違いによる冷却時間の差は小さく、冷却時間はほぼ吸脱着管の半径に依存することがわかる。したがって、オゾンの供給を一日一回ととすると、冷却時間は多くても24時間未満に設定しなければならないから、吸脱着管の半径は12cm以下にすることが望ましい。
【0025】
図5は吸脱着管の半径と外筒に占める吸着剤の充填部の占有面積比率の関係を示したものである。このように、吸脱着管の半径が20cmから10cm位までは、半径が小さくなるほど占有面積比率が大きくなるが、10cmよりさらに半径が小さくなると、吸脱着管の肉厚の影響により、占有面積比率が小さくなることがわかる。したがって、シリカゲルの充填量を確保するには、吸脱着管の半径は5〜20cmにすることが望ましい。
【0026】
図4〜5の関係から、オゾンを効率的に貯蔵するには、吸脱着管の半径は5〜10cm程度にすることが望ましいと考えられる。これにより、吸脱着装置の構造を簡素化できるとともに、吸脱着装置の製造コストを低減できる。また、吸脱着管自体を取り外すことが可能であるため、シリカゲルの交換が容易になり、メンテナンスの向上を図ることができる。
【0027】
なお、本実施の形態では、脱着時に温度調節装置7により温度媒体6を温めるばあいについて説明したが、温度調節装置7を停止し、温度媒体6の温度制御を止めて、水流エジェクタ8で吸脱着装置4内のオゾンを減圧吸引することによりオゾンを脱着させるようにしてもよい。これにより、脱着時に必要とするエネルギーを低減することができるようになり、省電力型のオゾン供給装置をうることができる。
【0028】
また、本実施の形態では、脱着時に水流エジェクタ8を用いるばあいについて説明したが、ガスエジェクタや吸引ポンプを使用しても同様の効果がえられる。
【0029】
実施の形態2.
前記実施の形態1では、吸脱着管10を円筒形状とし、複数の吸脱着管10を外筒5に装備するばあいについて説明したが、図6に示すように、吸脱着管20を円錐台形形状とし、吸脱着管20の広口側と狭口側が交互に並ぶように装備できる。また、図7は本実施の形態の吸脱着装置21のII−II断面図である。本実施の形態の吸脱着装置21では、オゾン吸着時には、冷却された温度媒体6が入口21aから出口21bに流通されており、オゾン化酸素は入口21cを通りオゾン貯蔵装置21の底部にある狭口側から吸脱着管20に流入し、天井部にある広口側から放出され、再び天井部にある狭口側から吸脱着管20に流入し、底面部の出口21dから放出される。このようにして吸着させると、オゾン化ガスの入口21c側付近では中心部まで吸着剤を先に冷却でき、またオゾン化ガスの出口21d側では空塔速度(オゾン化ガスが吸脱着管内を移動する速度)を遅くできるために、オゾンを効率的に吸着させることができる。
【0030】
一方、オゾン脱着時には、前記オゾン化ガスの流れとは逆に、貯蔵されたオゾンは広口側から狭口側に流れるようにして取り出す。この際、吸着時のばあいと同様、各吸脱着管20を直列につなげるようにして脱着してもよいし、直列につなげずに、すなわち、上部にある狭口と広口を分離し(狭口を閉じて)、上部に設けたガス吸引口からまずオゾンを取り出し、その後下部にあるガス吸引口からオゾンを取り出すことにより、脱着するようにしてもよい。このようにして脱着させることにより、オゾンが再吸着する量を少なくすることができる。なお、前記直列につなげない構造により、さらに吸着剤とオゾンの接触量を減らすことができるため、この低減効果を増大できる。
【0031】
実施の形態3.
図8は本発明の実施の形態3にかかわるオゾン供給装置の主要部分であるオゾンの吸脱着装置30を示す構成図である。図8において、31は生成したオゾンを一次的に吸着する吸着剤、32は吸着剤31を貯留する内筒、33は内筒32内に含まれているオゾン吸着剤31の温度を調節する温度媒体、34は温度媒体33が流れる外筒、35はオゾン脱着時にオゾン化酸素が流れるオゾン流路管、36はオゾン流路管35の外側に密着して取り付けられている流路カバー、37はオゾン流路管35を回転させるモータ、38は吸着剤を支持するメッシュである。図9は吸脱着装置30のIII−III断面図である。図9に示すように、脱着時には、モータ37によりオゾン流路管35を回転させることにより、流路カバー36に設けられた開口部36aとオゾン流路管35に設けられた開口部35aが合致し、内筒32の中心部にあるオゾン流路管35の開口部35aに向かってオゾン化酸素は流れる。
【0032】
つぎに動作について説明する。この動作にはオゾンを吸着する動作およびオゾンを脱着する動作の2つの動作がある。しかし、オゾン化酸素が吸脱着装置30の入口30cに到達するまでの動作については前記実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0033】
吸脱着装置30に到達したオゾン化酸素は、底面側の入口30cから吸脱着装置30内に導入される。吸脱着装置30の内部に供給されたオゾン化酸素はメッシュ38を通過して吸着剤31に供給される。この際、オゾン流路管35の開口部35aは流路カバー36によって閉じられているので、オゾン化酸素がオゾン流路管35の開口部35aを通過して吸着剤31に供給されることはない。吸着されなかった酸素ガスは上部の出口30dから放出され、図1に示すように、切換弁9cを介して循環ブロア3に返送されるとともに、オゾンとして消費された酸素は酸素供給源2より補充される。また、温度媒体33が入口30aから出口30bに流れることにより、吸着剤31は−40℃以下に冷却されている。
【0034】
内筒32内の吸着剤31がオゾン飽和吸着量近くまで吸着するとつぎに脱着動作へ移行する。脱着動作では、オゾン発生器1、循環ブロア3および温度調節装置7が稼動を停止し、切換弁9a〜9dが閉じる。そして、モータ37によりオゾン流路管35が回転し、流路カバー36によって閉じられていたオゾン流路管35の開口部35aは開状態になる。そののち、水流エジェクタ8が稼動を始めて切換弁9eが開く。内筒32内の圧力が低下すると、内筒32内の吸着剤31に吸着していたオゾンは、流路カバー36に設けられた開口部36aとオゾン流路管35に設けられた開口部35aが合致することにより、オゾン流路管35に設けられた開口部35aからオゾン流路管35に流れ込んで、水流エジェクタ8内で水中に分散し、溶解してオゾン水として使用箇所に送られる。このとき、減圧吸引することによる内筒32内の到達圧力は絶対圧で約0.1kg/cm2となる。このように脱着期間が終了すると、再び初期の吸着動作へと移行して連続的に運転が繰り返される。
【0035】
なお、吸脱着装置30から設定された濃度のオゾンが漏れ出したときに、脱着動作に移るようにしてもよい。また、吸着剤31に吸着されていたオゾンが脱着し易いように、温度調節装置7により温度媒体33が温めるようにして、オゾンを脱着するようにしても良い。さらに前記水流エジェクタ8に代えて、ガスエジェクタや吸引ポンプを使用してオゾンを吸引脱着してもよい。
【0036】
通常、吸脱着装置30は設置面積をできるだけ小さくするために、直径よりも高さが長い円柱構造にしている。本実施の形態で説明したように、吸着時には、高さ方向にオゾン化酸素を流すようにし、脱着時には半径方向にオゾン化酸素が流れるようにすることにより、吸着時には、オゾンが吸着破過する(漏れだしてくる)時間を遅くできるとともに、脱着時には脱着したオゾンが吸着剤に再吸着する量を低減できる。すなわち、オゾン吸着時にはオゾン貯留部の中心点と表面までの平均距離よりもオゾン化酸素が流れる距離を長くし、オゾン脱着時にはオゾン貯留部の中心点と表面までの平均距離よりオゾン化酸素が流れる距離が短くなるようにすることにより、効率的にオゾンを吸着できるとともに、効率的にオゾンを脱着することができる。
【0037】
実施の形態4.
図10は本発明の実施の形態4にかかわるオゾン供給装置の主要部分である吸脱着装置40を示す構成図である。図10において、41は生成したオゾンを一次的に吸着する吸着剤、42は吸着剤41を貯留する吸脱着管、43は吸脱着管42内に含まれているオゾン吸着剤41の温度を調節する温度媒体、44は温度媒体43が流れる外筒、45は温度媒体が流れる外筒41からの熱放散を防止し、ガスを封入できる封入容器である断熱容器、46は断熱容器45内のガス圧力を調整する圧力調節手段である調節器である。本実施の形態における吸脱着装置40は前記断熱容器45内に装備されている。
【0038】
つぎに動作について説明する。この動作にはオゾンを吸着する動作およびオゾンを脱着する動作の2つの動作がある。しかし、オゾン化酸素が吸脱着装置40の入口40cに到達するまでの動作については実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【0039】
吸脱着装置40に到達したオゾン化酸素は、底面側の入口40cから吸脱着装置40内に導入される。この際、断熱容器45内の圧力は圧力調節器45により真空状態(10-4torr以下)にされ、吸脱着管42内の吸着剤41は温度調節装置7によって温度調節された温度媒体43によって温度調節されている。そののち、吸脱着装置40の内部に供給されたオゾン化酸素は吸脱着管42内の吸着剤41に供給される。吸着されなかった酸素ガスは上部の出口40dから放出され、切換弁9cを介して循環ブロア3に返送される。オゾンとして消費された酸素は酸素供給源2より補充される。
【0040】
吸脱着管42内の吸着剤41がオゾン飽和吸着量近くまで吸着するとつぎに脱着動作へ移行する。脱着動作ではオゾン発生器1、循環ブロア3および温度調節装置7が稼動を停止し、切換弁9a〜9dが閉じる。そして、圧力調節器46により断熱容器45内の圧力が上昇する。この際、断熱容器45内の圧力はできるだけ高くするほうがよいが、耐圧性能を上げると製造コストが上昇するため、断熱容器内の圧力は2〜3kg/cm2程度にするほうがよい。そののち、エジェクタ8で吸脱着装置4内のオゾンを減圧吸引し、水流エジェクタ8内で水中に分散し、溶解してオゾン水として使用箇所に送られる。このとき、減圧吸引することによる吸脱着管42内の到達圧力は絶対圧で約0.1kg/cm2になる。このように脱着期間が終了すると、再び初期の吸着動作へと移行して連続的に運転が繰り返される。なお、吸脱着装置40から設定された濃度のオゾンが漏れ出したときに、脱着動作に移るようにすることができる。
【0041】
本実施の形態により、吸着時には外筒44からの熱放散量を低減でき、吸着剤41を効率的に冷却できるとともに、脱着時には外筒44からの熱放散を促進でき、吸着剤41の温度を効率よく上昇できるので、従来の装置と比べて省エネルギー型のオゾン供給装置をうることができる。
【0042】
本実施の形態では、吸脱着管41が複数装備されているばあいについて説明したが、単数のばあいでも同様の効果がえられる。また、水流エジェクタの代わりにガスエジェクタや吸引ポンプを使用しても同様の効果がえられる。また、本実施の形態では、脱着時に断熱容器45内の圧力を2〜3kg/cm2程度にする例を説明したが、圧力調節器を停止して大気圧に戻すようにすることもできる。このばあい、熱放散効率は若干低下するが、断熱容器45を加圧するための圧力調節器46を省くことができ、オゾン供給装置を低コストで製作できる。
【0043】
実施の形態5.
図11は本発明の実施の形態5によるオゾン供給装置を示す構成図である。図11において、前記実施の形態1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
【0044】
本実施の形態では、吸脱着装置4内の温度を調節する温度調節装置51と、吸脱着装置4内の吸着剤の温度を測定する接触型または非接触型の温度計測器である温度センサ52が設けられている。なお、本実施の形態では、温度センサ51は温度媒体の入口4a付近にあり、かつ、吸脱着管10内の壁面近くにある吸着剤11の温度を測定できるものとする。
【0045】
つぎに動作について説明する。この動作にはオゾンを吸着する動作およびオゾンを脱着する動作の2つの動作がある。しかし、吸脱着装置4へのオゾン化酸素の供給および吸脱着装置4からのオゾン化酸素の放出についての動作については前記実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略し、吸着時および脱着時の吸脱着装置4の温度制御方法について説明する。
【0046】
最初に吸着時の温度制御方法について説明する。オゾン吸着時には吸着剤の温度を短時間に低下させることが重要となる。まず温度媒体の設定温度を吸着剤が最終的に到達しなければならない目標温度、たとえば設定温度が−60℃のばあい、−60℃よりも低い−70℃に設定する。そしてその温度媒体を温度媒体の入口4aから吸脱着装置4に供給する。温度センサ51により壁面付近の吸着剤の温度を監視しておき、その温度が設定温度に達したとき、温度媒体の温度を数℃単位で目標温度に近づけるように設定する。この操作を繰り返すことにより、最終的には温度媒体の温度は目標温度に設定される。このような温度制御を行なうことにより、吸着剤の温度を短時間に冷却することができる。
【0047】
図12は冷却時間と半径12cmの吸脱着管の中心部に存在する吸着剤、たとえばシリカゲルの冷却温度の関係を示したものである。このように初期に温度媒体の温度を−60℃の目標温度(Ts1=−60℃)に下げるほど、また、温度媒体の温度をできるだけ細かく変えて−60℃の目標温度に近づけていくほど(Ts2=−66℃→−60℃、Ts3=−72℃→−66℃→−60℃、Ts4=−78℃→−72℃→−66℃→−60℃)、冷却時間を短くできることが認められる。これにより、オゾンを効率よく貯蔵するには、温度媒体の温度をできるだけ低下させるとともに、温度媒体の温度を細かく変更していくことが重要であることがわかる。しかし、温度媒体の冷却温度とCOP(成績係数;冷却能力と消費エネルギーの熱量換算値との比)の関係は図13に示されるように、冷却温度が下がるほど冷却に要するエネルギーが増加し、また、低温にするほど、大きな冷却能力を要する温度調節装置7を装備する必要がある。
【0048】
したがって、吸着剤が最終的に到達しなければならない目標温度にもよるが、温度調節装置7で消費する電力を少なくする観点からして、COPが0.5以下で温度調節装置7を運転することは望ましくない。よって、温度媒体の温度は最低でも−70℃とする方がよい。
【0049】
つぎに脱着時の温度制御方法について説明する。なお、脱着時のばあい、オゾンの供給方法によりオゾン脱着方法は異なるが、ここでは温度制御を用いるばあいについて説明する。
【0050】
まず温度媒体の温度を吸着剤が最終的に到達しなければならない目標温度、たとえば設定温度が−60℃のばあい、−60℃よりも低い−70℃に設定する。その温度媒体を温度媒体の入口4aから吸脱着装置4に供給する。温度センサ51により壁面付近の吸着剤の温度を監視しておき、その温度が設定温度に達したとき、温度媒体の温度を数℃単位で目標温度に近づけるように設定する。この操作を繰り返すことにより、最終的には温度媒体の温度は目標温度に設定される。このような温度制御を行なうことにより、吸着剤の温度を短時間に加熱できるとともに、オゾンの急激な脱着を防ぐことができるようになる。
【0051】
最後に温度センサ52の取り付け位置について説明する。本実施の形態では、吸着時、脱着時にかかわらず、吸着剤の温度をできるだけ省エネルギーで、かつ、短時間に目標温度に到達させるようにしている。したがって、吸着時には目標温度よりも吸着剤の温度を低くすることはエネルギー的に問題があるため、最も早く吸着剤の温度が温度媒体の温度になる場所に温度センサ52を取り付ける方がよい。すなわち、温度センサ52は吸脱着装置の温度媒体の入口4a付近で、かつ、温度媒体に最も近い吸脱着管の周辺部に設置することが望ましい。また、脱着時にはできるだけ迅速に吸着剤の温度を上昇させる必要があるため、最も早く吸着剤の温度が温度媒体の温度になる場所に温度センサ52を取り付ける方がよい。すなわち、吸着時と同様、温度センサ52は吸脱着装置の温度媒体の流入口4a付近で、かつ、温度媒体に最も近い吸脱着管の周辺部に設置することが望ましい。
【0052】
なお、吸脱着装置4内に備え付けられている複数の吸脱着管の形状が全て同じであるばあい、温度センサ52は代表的な吸脱着管10に備え付けるだけで良い。しかし、複数の吸脱着管10に温度センサ52を取り付けて、複数管理するようにしてもよい。ただし、このばあい、吸脱着管10の温度制御を精密に行なうことができるといった効果を有するが、温度センサ52が増加することや制御機構が複雑になることにより、コストが増大する。
【0053】
本実施の形態では、実施の形態1に示した構造の吸脱着装置4に温度センサ52を備え付けたばあいについて説明したが、実施の形態2〜4に示した構造の吸脱着装置4に温度センサ52を装着して同様の効果がえられる。
【0054】
実施の形態6.
図14は本発明の実施の形態6におけるオゾン供給装置を示す構成図である。図14において、前記実施の形態1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
【0055】
61はオゾン循環ラインL1内からガスを吸引するガス吸引手段、62は純度の高い酸素ガスを精製する酸素精製器、63は精製した酸素ガスを一時的に貯蔵するガス貯留タンク、64a、64bはメインループ(オゾン循環ラインL1)とサブループ(分岐ラインL2)の切換弁である。
【0056】
つぎに動作について説明する。吸脱着装置4へのオゾン化酸素の供給および吸脱着装置4からのオゾン化酸素の放出についての動作については前記実施の形態1と同様であるため、ここでは説明を省略し、吸脱着装置4からのオゾン供給が終了したのちの動作について説明する。
【0057】
オゾン脱着が終了すると、切換弁9eと64aが閉じられる。そののち、切換弁9dが開くとともに、切換弁64bが開に切り替わる。温度媒体は温度調節装置7によってオゾン脱着時よりもさらに温度が高められる。これにより、吸着剤の温度が高くなり、吸着剤に残存吸着している物質が脱離を開始する。この際、ガス吸引手段61が稼働しはじめ、吸脱着装置4内の残存物質が酸素精製器62に吸引される。そして、酸素精製器62で精製された酸素ガスがガス貯留タンク63に送られる。ガス貯留タンク63に蓄えられた酸素は再び吸着動作に移行したときに使用される。
【0058】
これにより、吸着剤に吸着していて、オゾンが吸着する際に弊害となる物質を取り除くことができ、効率的にオゾンを貯蔵することができる。また、吸着剤に残存している酸素を再利用でき、酸素使用量を低減することができる。
【0059】
本実施の形態では、ガス吸引手段61とガス貯留タンク63のあいだに酸素精製器62を備えた例を説明したが、酸素精製器62を省き、酸素の再利用だけを行なうようにすることもできる。
【0060】
実施の形態7.
前記実施の形態1〜6では、吸着剤が粒状のものを使用したばあいについて示したが、吸脱着管10、円錐状吸脱着管20や内筒32の内部形状に相当する一体型シリカゲルを使用するようにしてもよい。
【0061】
つぎに一体型シリカゲルの製造方法について述べる。ほうケイ酸ナトリウム系ガラスを吸脱着管10の内部形状に成形する。そして、軟化点以下で徐々に冷却する。そののち、強酸で処理すると、酸化ホウ素の相が溶解し、一体型で多孔質のシリカゲル(多孔質体)が製造できる。
【0062】
これにより、オゾンの吸着効率を低減させずに吸着剤を一体化でき、吸着剤の交換を容易にすることができる。
【0063】
【発明の効果】
以上のように、請求項1の発明によれば、オゾン吸着装置を吸着剤が充填された複数のオゾン吸脱着管と温度媒体が充填された液体貯留部とから構成されるようにしたので、オゾン吸着部を短時間に冷却できるとともに、オゾンを効率良く貯蔵でき、かつ、吸脱着装置をコンパクト化できる。また、請求項1の発明によれば、オゾン貯留部の形状を円錐管状としたので、オゾン吸着部を短時間に冷却できるとともに、オゾンを効率良く貯蔵でき、かつ、吸脱着装置をコンパクト化することができる効果がある。
【0065】
また請求項2の発明によれば、オゾン吸着時にはオゾン吸脱着管の中心点と表面までの平均距離よりもオゾン吸脱着管内においてオゾン化酸素が流れる距離が長くなるようにし、オゾン脱着時にはオゾン吸脱着管の中心点と表面までの平均距離よりもオゾン吸脱着管内においてオゾン化酸素が流れる距離が短くなるようなオゾン化酸素流路を設けるようにしたので、オゾンを効率良く貯蔵でき、かつ、吸着および脱着時におけるオゾンのロスを少なくすることができる。
【0067】
また請求項3の発明によれば、オゾン吸脱着管に充填する吸着剤がオゾン吸脱着管の形状に対応した一体形で、かつ、多孔質であるようにしたので、オゾン吸着剤の交換などのメンテナンスを簡単に行なうことができる効果がある。
【0068】
また請求項4の発明によれば、ガスを封入できるガス封入容器内に吸脱着装置を装備するとともに、ガス封入容器内のガス圧力を調整できる圧力調整手段を設けるようにしたので、オゾン貯蔵時に消費する電力を低減できるとともに、オゾンの脱着を迅速に行なうことができ、かつオゾン貯蔵部の構造を簡易にできる。
【0069】
また請求項5の発明によれば、ガス封入容器内のガス圧力をオゾン貯蔵時には真空圧にするようにしたので、オゾン貯蔵時に消費する電力を低減できる。
【0072】
また請求項6の発明によれば、吸脱着装置内の温度を調整する温度調節手段を設けるようにしたので、オゾン吸着を短時間に行なうことができるとともに、オゾンを吸着貯蔵する際に用いる電力を低減できる。
【0073】
さらに請求項7の発明によれば、オゾン脱着終了後に温度調節手段により吸脱着装置を加熱するようにしたので、吸着剤のオゾン貯蔵効率を維持できるとともに、酸素の使用量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1にかかわるオゾン供給装置を示す構成図である。
【図2】 本発明の実施の形態1にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。
【図3】 本発明の実施の形態1にかかわるオゾン吸脱着装置のI−I断面を示す断面図である。
【図4】 吸脱着管半径と冷却時間との関係を示す図である。
【図5】 吸脱着管半径と吸着剤充填部占有面積率との関係を示す表図である。
【図6】 本発明明の実施の形態2にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。
【図7】 本発明の実施の形態2にかかわるオゾン吸脱着装置のII−II断面を示す断面図である。
【図8】 本発明の実施の形態3にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。
【図9】 本発明の実施の形態3にかかわるオゾン吸脱着装置のIII−III断面を示す断面図である。
【図10】 本発明明の実施の形態4にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。
【図11】 本発明の実施の形態5にかかわるオゾン供給装置を示す構成図である。
【図12】 冷却時間と冷却温度との関係を示す図である。
【図13】 冷却温度とCOPとの関係を示す図である。
【図14】 本発明の実施の形態6にかかわるオゾン供給装置を示す構成図である。
【図15】 従来の間歇オゾン供給装置を示す構成図である。
【図16】 従来の間歇オゾン供給装置のオゾン吸着部を示す構成図である。
【符号の説明】
1 オゾン発生器、2 酸素供給源、3 循環ブロア、4 吸脱着装置、5 外筒、6 温度媒体、7 温度調節装置、8 水流エジェクタ、9a〜9e 切換弁、10 吸脱着管、11 吸着剤、20 吸脱着管、21 吸脱着装置、30 吸脱着装置、31 吸着剤、32 内筒、33 温度媒体、34 外筒、35 オゾン流路管、36 流路カバー、37 モータ、38 メッシュ、40吸脱着装置、41 吸着剤、42 吸脱着管、43 温度媒体、44 外筒、45 断熱容器、46 圧力調節器、51 温度調節装置 52 温度センサ、61 ガス吸引手段、62 酸素精製器、63 ガス貯留タンク、64 切換弁。
Claims (7)
- 原料酸素からオゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、前記オゾン化酸素からオゾンを吸着貯留し、かつ、このオゾンを脱着する吸脱着装置と、
吸着貯留したオゾンを脱着して供給するオゾン脱着手段
とを有し、
前記吸脱着装置によりオゾンが吸着されたのち酸素を前記オゾン発生器へ戻し、前記吸脱着装置からオゾンを脱着供給するオゾン供給装置であって、
前記吸脱着装置が、吸着剤が充填された複数の円錐管状のオゾン吸脱着管と、温度媒体が充填されている液体貯留部からなり、
前記複数のオゾン吸脱着管の外周囲壁面に前記温度媒体が接触するように前記液体貯留部が設けられることを特徴とするオゾン供給装置。 - 原料酸素からオゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、前記オゾン化酸素からオゾンを吸着貯留し、かつ、このオゾンを脱着する吸脱着装置と、
吸着貯留したオゾンを脱着して供給するオゾン脱着手段
とを有し、
前記吸脱着装置によりオゾンが吸着されたのち酸素を前記オゾン発生器へ戻し、前記吸脱着装置からオゾンを脱着供給するオゾン供給装置であって、
前記吸脱着装置が、吸着剤が充填された複数のオゾン吸脱着管と、温度媒体が充填されている液体貯留部からなり、
前記複数のオゾン吸脱着管の外周囲壁面に前記温度媒体が接触するように前記液体貯留部が設けられ、
オゾン吸着時には、前記オゾン吸脱着管の中心点と表面までの平均距離よりも前記オゾン吸脱着管内においてオゾン化酸素が流れる距離が長くなるとともに、オゾン脱着時には、前記オゾン吸脱着管の中心点と表面までの平均距離よりも前記オゾン吸脱着管内においてオゾン化酸素が流れる距離が短くなるようにオゾン化酸素流路が設けられている
ことを特徴とするオゾン供給装置。 - 前記オゾン吸脱着管に充填する吸着剤がオゾン吸脱着管の形状に対応した一体型で、かつ、多孔質である請求項1または2記載のオゾン供給装置。
- ガスを封入できるガス封入容器内に前記吸脱着装置を装備するとともに、ガス封入容器内のガス圧力を調整できる圧力調整手段が設けられてなる請求項1、2または3記載のオゾン供給装置。
- 前記ガス封入容器内のガス圧力をオゾン貯蔵時には真空圧にすることを特徴とする請求項4記載のオゾン供給装置。
- 前記吸脱着装置内の温度を調整する温度調節装置と、吸脱着装置内の温度を測定する温度計測器が設けられてなる請求項1、2、3、4または5記載のオゾン供給装置。
- オゾン脱着終了後に前記温度調節装置により前記吸脱着装置を加熱する請求項6記載のオゾン供給装置。
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