JP5469281B2 - オゾン分解器 - Google Patents
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Description
そして、オゾンは、プール,水道,養殖場,トイレ・病院での殺菌や脱臭,食品加工場での環境殺菌,IC基板の洗浄等の様々な用途に利用することが期待されている。
一方、オゾンは、高濃度になると人体に有害であることから、種々の規格により、大気中でのオゾン許容値が定められている。
そこで高濃度のオゾンを殺菌,脱臭,洗浄に用いるときには、発生させたオゾンを分解するオゾン分解器を設置する必要がある。
下記特許文献1にはオゾンを用いた殺菌装置において、オゾンを外部にほとんど出さないようにしたものが提案されている。
そして、殺菌工程終了後に所定時間、殺菌室とオゾン処理室との間で空気を循環させ、有毒なオゾンを酸素に分解させることにより、オゾンを外部に放出することを防止している。
この消臭殺菌照明装置は、本体部と、蓋部と、これらを繋ぐ折畳み部及び本体部に設けられた紫外線光源部及びオゾン発生部を備えている。そして蓋部を本体部に対して開放することによりテント状空間部を形成し、テント状空間部で床面の汚れ面を覆って密閉し、テント状空間部内に紫外線光源部から消臭殺菌用紫外線を照射し、かつ、オゾン発生部からオゾンを充満して消臭殺菌を行うものである。
そして、消臭殺菌後のオゾンの無害化は、テント状空間内に酸素や水蒸気などのオゾン無害化物質を投入し、残留オゾンを酸素や霧状の水と混合することにより行うようにしている。
さらに、特許文献3には、活性炭を用いてオゾンを分解する方法が提案されている。
また、殺菌工程終了後の残留オゾンがオゾン分解触媒を短時間で通過してしまうと、オゾンの分解が十分に行われないので、殺菌室とオゾン処理室との間で長時間空気を循環させなくてはならないという欠点もある。さらに触媒法の場合は、触媒材料を定期的に交換する必要がある。
また、特許文献2に記載の消臭殺菌照明装置では、オゾンの無害化のために、オゾン無害化物質を投入する必要があり、処理が複雑になるという欠点がある。
さらに、特許文献3に記載のオゾン分解装置では、装置が簡単という長所があるものの、活性炭を用いてオゾンを分解しているため、分解するオゾン濃度が高くなると爆発の危険があるという欠点がある。
さらに、高濃度のオゾンを簡便な方法で分解することの出来るオゾン分解器を備えた殺菌装置を提供することを目的とする。
殺菌装置100は、図2に示すように、オーブンレンジのような形状をしており、正面に被殺菌物を出し入れするための開閉扉10と、種々のスイッチボタン20a〜20c、タイマ30及び表示ランプ40a〜40dとを備えている。
扉10には内部に収容される被殺菌物を目視するためのガラス窓12と、開閉扉10を開閉するための取っ手14とが設けられている。またこの開閉扉10には図示しないロック手段が設けられている。
殺菌室50の天井には、オゾン発生源として紫外線ランプ53と殺菌処理終了後に残留オゾンの分解処理を実行するための紫外線ランプ54とが設置され、殺菌室50の適宜位置には保護網55a,55bで覆われた撹拌ファン56a,56bが設置されている。また殺菌室50には、着脱自在の格子棚52を設け、被殺菌物51を載置するようにしてもよい。
また、殺菌室50の適宜位置にオゾン濃度を検出するためのセンサ55を設置する。
またコントローラ62は、スイッチボタン20a〜20c、タイマ30の操作に応答して撹拌ファン56a,56bや表示ランプ40a〜40dの制御を行ったり、センサ55からのオゾン濃度信号に応答して、開閉扉10のロックを解除するなどの制御を行う。
殺菌室50と制御室60とは分離壁58により完全に遮蔽されている。
一般に、ピーク波長が185nmで、波長域が10〜200nmの紫外線(VUV)はオゾン線と呼ばれ、脱臭と殺菌の効果のあるオゾンを発生させることが知られている。
これに対し、ピーク波長が254nmで波長域が200〜280nmの紫外線(UV−C)は殺菌線と呼ばれ、殺菌効果はあるが脱臭効果はなく、またオゾンを発生させることは出来ないことが知られている。そして紫外線(UV−C)は、オゾンに吸収されることも知られている。
なお、オゾン線のピーク波長185nm及び殺菌線のピーク波長254nmは代表的な値を示したもので、上記値より数nmの範囲内にある場合も含まれる。
<実験内容>
ステップ1:密閉チャンバ内でオゾン発生装置によりオゾンを発生させる。
ステップ2:オゾン発生装置を停止する。
ステップ3:密閉チャンバ内のオゾン濃度を測定する。
ステップ4:比較のために、自然消滅時のオゾン濃度を測定する。
<測定条件>
密閉チャンバ :300(w)×300(D)×400(H)
オゾン濃度センサ:MS70−MONTOR
UV光源 :GL−8(8W)
UV光源駆動回路:インバータ駆動(50kHz)
また図4は、実験結果を示したもので、経過時間に対するオゾン濃度の変化を示している。
図4からも明らかなように、残留オゾン濃度が10ppmから1ppmになる時間が、自然消滅による場合は、40分であるのに対し、紫外線(UV−C)を照射した場合には8分と、大幅に短縮されていることが分かる。
これに対し、紫外線ランプ53は、オゾン発生源として使用されるものであるから、ピーク波長が185nmで波長域が10〜200nmの紫外線(オゾン線)を発生させるものであればよく、また、オゾン線と殺菌線の両方の波長の紫外線を放射する、一般にオゾンランプと呼ばれるものであってもよい。
また紫外線ランプ53は、空気の紫外線照射によってオゾンを発生させるものであるが、空気中での放電を利用してオゾンを発生させるオゾン発生器と置換して用いることも可能である。
この殺菌装置は、予め初期設定が完了しており、紫外線ランプ53,54、撹拌ファン56a,56bはすべてOFFとなり、開閉扉10はロック解除されている。
殺菌を行うためには、正面の開閉扉10を開けて、殺菌室50内の格子棚52上に被殺菌物51を載置して、開閉扉10を閉め、スタートボタン20aを押す(ステップ90)。すると、コントローラ62は、図示しないロック手段によって開閉扉10をロックする(ステップ91)。これにより、誤って開閉扉10を開けてオゾンを外部に放出することが防止される。
紫外線ランプ53が点灯すると、殺菌室50内の空気はオゾンに変化していき、このオゾンを含む空気は、撹拌ファン56a,56bによって殺菌室50内で撹拌され、被殺菌物51はオゾンに曝露されて殺菌が行われる。この殺菌処理工程92では紫外線ランプ53による紫外線照射による殺菌も並行して行われる。殺菌に必要な時間は、被殺菌物51の種類と量によって異なり、予めタイマ30により設定しておく。
オゾン分解処理工程93では、コントローラ62は、紫外線ランプ53及び表示ランプ40aをOFFとし、撹拌ファン56a,56bはONのままとし、紫外線ランプ54と表示ランプ40bとをONとする。作業者は表示ランプ40bの点灯により、オゾン分解処理工程93中であると判る。
開閉扉10のロックが解除されると、表示ランプ40cをOFFとし、表示ランプ40dをONとする。作業者は、表示ランプ40dの点灯により、殺菌処理が終了した被殺菌物51を殺菌室50から取出すことができる。
終了工程94を終えると、殺菌装置100は初期設定95となる。
強制殺菌ボタン20cを押した場合、強制ストップボタン20bを押すまで、殺菌処理工程92を続けることになる。
またオゾンを分解するための紫外線ランプ54に替えて、ピーク波長が254nmの紫外線を発光する複数個のLEDを殺菌室50の内壁面に埋込むことで、よりコンパクトな殺菌装置とすることができる。
なお、上述の実施例においては、オゾン分解作用を有する紫外線ランプを殺菌室内に単独で設置してオゾン分解器として使用したが、紫外線ランプを封入容器内に設置したオゾン分解器を使用することにより、さらにオゾン分解性能を向上させることができる。
図6は本発明の殺菌装置に使用されるオゾン分解器200の内部構造を示す概観図である。図6aは横断面図,図6bは図6aのA−A’線での断面図である。
入口208と出口209とを有する円筒状の封入容器201内に紫外線ランプ202が端子台203a,203bに取り付けられて設置されている。紫外線ランプ202は上述の実施例で用いられたのと同じ、オゾン分解作用を有する波長域の紫外線、即ち、ピーク波長が254nmの200〜280nmの波長域の紫外線を入口208から出口209に向かって流入する流体に対して放射する。
出口209には入口208から流入するオゾンを含む流体を出口209に向かって移動させるための流動部材としてファン204が取付けられている。
この流体に紫外線ランプ202からの紫外線が照射されることによりオゾンが分解される。
封入容器201は、少なくともその内壁面が凹凸を有し、オゾン分解時に触媒として機能する金属で作製する。そのような金属としては、アルミニウム,銅,ニッケル,パラジウム,銀,錫,鉛,チタン,鉄,又はこれらの混合物が用いられる。また封入容器201としてプラスチックなどの非金属容器を用い、その内壁面にオゾン分解時に触媒として機能する上記金属を貼布するようにしても良い。なお、封入容器201の形状は円筒状に限定されるものではなく、角柱状としてもよい。
また、封入容器201には、その内部にオゾンを含む流体の進行を妨げる乱流板を流体の進行方向に対して封入容器201の内壁面との取付け角度が90°以上となるように取付けると良い。このような乱流板を一枚若しくは複数枚取付けることにより流体の進行速度が遅くなり、紫外線ランプ202からの紫外線に長時間曝されるためオゾンの分解がより促進される。
乱流板210としては種々の形状のものが考えられるが、図7bに示す乱流板210は、中央に紫外線ランプ202を通す穴を設けた円板で構成されている。
乱流板210の材質は特に限定されないが、オゾン分解時に触媒として機能する金属で作製するのが良い。
図8aに示す乱流板は中央に紫外線ランプ202を通す大径の穴2011を有するもので、流体は紫外線ランプ202の周辺の穴2011を通って流れる。
図8bに示す乱流板は、中央に紫外線ランプ202を通す紫外線ランプ202の外径と同じ径を持った穴を有し、周辺に流体を通す小径の穴2012を複数個設けている。
なお、封入容器に乱流板を複数枚設置する場合には、図9に示すように相隣る乱流板210A,210Bは異なるパターンを有する形状とすることで、より乱流の発生を促進することができる。
発明者等の行った検証実験の概要は以下の通りである。
なお、比較のため、自然分解によるオゾン濃度変化も測定した。
検証実験に用いたオゾン分解器,ポンプ及びオゾン濃度センサの仕様は以下の通りである。
<オゾン分解器>
UV光源 :GL−8(8W)
UV光源駆動回路:インバータ駆動(50kHz)
封入容器の材質 :アルミニウム
封入容器の寸法 :直径45mm,長さ390mmの円筒パイプ
<ポンプ>
ポンプ流量:4L/min
<オゾン濃度センサ>
MS70−MONTOR
オゾンを含む流体は封入容器201cの入口208cから流入され、封入容器201aの出口209aから流出される。
なお、図12の実施例では3つのオゾン分解器を直列接続しているが、分解するオゾンの濃度,オゾン量に合わせて適宜接続数を決めることが出来る。
図13は、実験結果を示す図である。なおこの実験に用いた個々のオゾン分解器は、10分経過後に、出口のオゾン濃度が10ppmとなるような特性を有している。
図13から明らかな通り、接続数が3以上となれば、10分経過後には出口のオゾン濃度はほゞ0となることが分かる。
封入容器201a,201b,201cの入口同士を接続ホース205で並列接続して共通の入口208からそれぞれの封入容器201a,201b,201cにオゾンを含む流体を流入し、それぞれの出口209a,209b,209cから流出する。なお並列接続の場合には、ファン204a,204b,204cはそれぞれの封入容器201a,201b,201cの出口209a,209b,209cに取付けられる。
このように複数のオゾン分解器を並列接続することにより、オゾンの分解処理能力を低下させることなく、オゾン分解時間を短縮することができる。
また、オゾン発生器とオゾン分解器の設置位置に関しては、図15aに示すように殺菌室内に設置することも可能であり、図15bに示すように殺菌室外に設置することも可能である。
20a〜20c スイッチボタン
30 タイマ
40a〜40d 表示ランプ
50 殺菌室
53 紫外線ランプ(オゾン発生源、第1の紫外線源)
54 紫外線ランプ(第2の紫外線源)
55 オゾン濃度センサ
56a,56b 撹拌ファン
57 遮光板
60 制御室
62 コントローラ
100 殺菌装置
200,600,700 オゾン分解器
201,201a,201b,201c 封入容器
202,202a,202b,202c 紫外線ランプ
203a,203b,203a1,203b1,203c1,203a2,203b2,203c2 端子台
204,204a,204b,204c ファン
205,205a,205b 接続ホース
208,208c 入口
209,209a 出口
210 乱流板
2011 大径の穴
2012 周辺の穴
300 オゾン発生器
400 ポンプ
500 オゾン濃度センサ
Claims (4)
- オゾンを用いて被殺菌物の殺菌処理を行う殺菌装置に設置されて使用され、前記殺菌処理の継続中及び終了後に残留オゾンを分解処理するオゾン分解器であって、前記オゾン分解器は、
入口と出口とを有する円筒状又は角柱状の封入容器と、
前記封入容器の長手方向に沿って、前記封入容器内に設置され、前記入口から流入するオゾンを含む流体に対してオゾン分解作用を有する波長域の紫外線を直接照射する紫外線光源と、
前記入口又は出口に取付けられ、前記流体を前記入口から前記出口に向かって移動させるファンと、
中央に前記紫外線光源の外径と同じ径を持ち、前記紫外線光源を通す穴と、周辺に前記流体を通す複数個の小径の穴とを有し、前記封入容器の内壁面に取付けられ、前記流体の進行速度を遅延させる乱流板と、から構成され、前記封入容器は、少なくともその内壁面が凹凸を有し、オゾン分解時に触媒として機能する金属で作製され、
前記乱流板は、前記封入容器内に複数枚設置され、相隣る乱流板同士は前記複数個の小径の穴のパターンが異なり、オゾン分解時に触媒として機能する金属で作製されることを特徴とするオゾン分解器。 - 前記波長域はピーク波長が254nmの200〜280nmの波長域であることを特徴とする請求項1に記載のオゾン分解器。
- 前記金属が、アルミニウム,銅,ニッケル,パラジウム,銀,錫,鉛,チタン,鉄,又はこれらの混合物であることを特徴とする請求項1に記載のオゾン分解器。
- 前記乱流板は、前記流体の進行方向に対して前記封入容器の内壁面との取付け角度が90°以上となるように取付けられていることを特徴とする請求項1に記載のオゾン分解器。
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