CN110997556A - 臭氧气体利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种能实现系统结构的小型化的臭氧气体利用系统和实现环境负担的降低。并且，本发明具备具有生成臭氧气体(62)的臭氧产生装置(100)的执行臭氧利用处理的小规模的应用装置(200)。臭氧产生装置(100)包括：负载共振型高频升压变压器(13)，得到升压高频电压(72)；以及臭氧气体产生器(11)，接收升压高频电压(72)作为动作电压，从包含氧气的原料气体生成200g/m3以上的臭氧浓度的臭氧气体(62)。应用装置(200)在0.2MPa以上的压力环境下接收臭氧气体(62)。

Description

臭氧气体利用系统
技术领域
本发明涉及包括进行利用由臭氧气体产生处理装置产生的臭氧气体的臭氧利用处理的应用装置的实现了小规模化及高效率化的臭氧气体利用系统和实现了环境负担的减轻的进行利用臭氧气体的臭氧利用处理的应用装置。
背景技术
作为以往的臭氧产生技术，存在利用放电以高效率产生高浓度的臭氧气体的臭氧产生技术。在这样的利用放电的臭氧产生技术中，作为公开了将原料气体与放电面材料组合的技术的文献，例如可以举出专利文献1，作为公开了放电面材料技术的文献，例如可以举出专利文献2～专利文献6。
在专利文献1中，作为能够产生浓度200[g/m3]以上的高浓度臭氧的臭氧产生器，作为供给的原料气体使用在氧气中添加了0.1％至百分之几的氮气的气体。并且，由于微量添加的氮气通过放电而成为氮氧化物气体，该微量的氮氧化物气体具有起到催化剂作用而使大量的氧分子离解、生成高浓度的氧原子的能力。结果，通过经由该氮氧化物生成的高浓度的氧原子与氧分子的三体碰撞反应，能够产生高浓度的臭氧。
以往，作为市面销售的制品的臭氧产生装置的大半，被分类为专利文献1所示的通过在氧气中添加了0.1％以上(1000ppm)至百分之几(几万ppm)的氮气的原料气体产生臭氧的技术、和通过原料气体以外的放电面与氧的化学反应作用产生臭氧气体的技术的两种技术。在以往的臭氧产生装置中，主要采用前者的通过添加了微量的氮气的原料气体产生臭氧的技术，与通过放电而由所生成的电子的氧分子碰撞带来的氧原子离解量相比，通过氮气的催化剂作用生成的氧原子量(通过生成氮氧化物气体，借助由氮氧化物气体的放电光触媒反应和氮氧化物气体的化学反应带来的催化剂作用而生成氧原子的作用)非常多，利用占大半的氧原子量来产生高浓度的臭氧气体。
因而，市面销售的臭氧产生装置的大半的装置必须在原料气体中含有氮气，所以成为如果产生臭氧则随之生成与氮添加量的百分之几至百分之几十左右对应的几十ppm～几百ppm左右的二氧化氮和一氧化氮等NOx的装置，在以往的大半的臭氧产生装置中，使环境负担变高的NOx的除去对策是不充分的。
此外，在由专利文献2～专利文献6公开的技术中，表示了通过在放电面涂敷光触媒物质、不使原料气体含有氮气而生成较多的氧原子量、由此生成臭氧的装置及技术(无氮臭氧产生装置及无氮臭氧产生技术)，由于在原料气体中几乎不含有氮气而能够高效率地生成臭氧气体，所以具有能够实现在所产生的高浓度臭氧气体中几乎没有二氧化氮和一氧化氮等NOx的环境负担较小的臭氧产生装置的特征。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第3642572号公报
专利文献2：日本特许第4953814号公报
专利文献3：日本特许第5069800号公报
专利文献4：日本特许第4825314号公报
专利文献5：日本特许第4932037号公报
专利文献6：日本特许第5121944号公报
发明内容
发明要解决的课题
利用臭氧产生技术的臭氧产生装置最近正在逐渐普及，但是，由于臭氧产生装置的电气容量、臭氧产生容量及装置容积较大，所以存在供电源的确保、原料气体的确保及装置的设置场所确保等各种各样的困难的点，还没有被用到利用臭氧气体执行臭氧利用处理的许多应用装置中。
此外，许多市面销售的以往臭氧产生装置使用从在氧气中含有1％(10000ppm)左右的氮的原料气体产生臭氧气体的大型的放电式臭氧产生装置。由此，以往的臭氧产生装置在臭氧产生时，通过放电而生成与氮添加量的百分之几至百分之几十左右对应的几十ppm～几百ppm左右的二氧化氮和一氧化氮等NOx。因此，利用从以往的臭氧产生装置生成的臭氧气体等于利用含有NOx气体的臭氧气体，所以没有充分进行使环境负担变高的NOx的除去对策。
电气容量及臭氧产生容量大的臭氧产生装置是适合于以臭氧处理容量非常大规模的处理厂为目标的臭氧气体利用系统的装置。这样的规模比较大的臭氧产生装置其装置容积非常大，原料气体设备非常大，执行臭氧利用处理的应用装置的规模也大规模化。此外，由于臭氧产生装置的电气容量大，所以臭氧产生装置用的供电源的确保变难。因而，在规模比较大的臭氧产生装置中，不能做出包括容易在偏僻地方或孤岛处使用的小规模的利用臭氧气体的应用装置的臭氧气体利用系统。
此外，对于大型客船的水及集装箱船、油轮等船舶的压舱水，2004年度国际海事组织(IMO)使“压舱水管理条约”生效，规定了到2017年在包括首航的船的全部国际航海船舶中必须搭载通过水处理(杀灭/除菌)将使用的水及压舱水中的生物数处理为一定数量以下的装置，所以利用臭氧气体的小规模的水处理装置的需求变高。但是，在大型客船的水及集装箱船、油轮的压舱水的水处理等中，没有充分地实现采用小型的臭氧产生装置的水处理装置。
进而，利用臭氧气体的以往的应用装置使用由在氧气中含有1％(10000ppm)左右的氮的大型的放电式的臭氧产生装置产生的臭氧气体。即，以往的应用装置由于在臭氧产生时，通过放电产生与氮添加量的百分之几至百分之几十左右对应的几十ppm～几百ppm左右的二氧化氮和一氧化氮等NOx，利用包含NOx气体的臭氧气体，所以存在环境负担较高的NOx的除去对策不充分的问题。
近年来，作为工业活动及从汽车排出的环境负担物质，以作为地球温暖化的原因的温室效应气体(GHG)为首，硫氧化物(SOx)、烟尘、挥发性有机化合物(VOC)及氮氧化物(NOx)的排出量削减日益变得重要，对于臭氧产生装置，也希望设为减少臭氧气体中包含的NOx量的装置。
在本发明中，为了解决上述那样的问题，主要有以下两个目的(发明)：实现系统结构小型化的目的；更重要的是提供实现臭氧气体中包含的NOx量的减少(环境改善目的)的臭氧气体利用系统的目的。
用来解决课题的手段
有关本发明的臭氧气体利用系统具备：原料气体供给装置，供给包含氧气的原料气体；臭氧产生装置，从上述原料气体生成臭氧气体；以及应用装置，利用上述臭氧气体，执行从臭氧处理前物质得到臭氧处理后物质的臭氧利用处理；上述臭氧产生装置包括：逆变器电源，生成供给高频电压；共振型变压器部，将上述供给高频电压升压而得到升压高频电压；以及臭氧气体产生器，接收从上述共振型变压器部收到的上述升压高频电压作为动作电压，从上述原料气体生成200g/m3以上的臭氧浓度的上述臭氧气体；上述应用装置在0.2MPa以上的压力环境下接收上述臭氧气体。
发明效果
在本发明的臭氧气体利用系统中，由于应用装置以200g/m3以上的比较高的臭氧浓度接收臭氧气体，所以能够将臭氧气体供给量自身减小而实现装置结构的紧凑化。
进而，由于应用装置在0.2MPa以上的压力环境下从臭氧产生装置接收臭氧气体，所以能够实现臭氧利用处理的处理能力的提高。
本发明的目的、特征、场景及优点通过以下的详细的说明和附图会变得更清楚。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式的臭氧气体利用系统的结构的说明图。
图2是表示实施方式的臭氧气体利用系统的效果的曲线图。
图3是表示在图1中表示的臭氧产生装置的内部结构的说明图。
图4是表示在图3中表示的负载共振型高频升压变压器的内部构造的详细情况的说明图(其1)。
图5是表示在图3中表示的负载共振型高频升压变压器的内部构造的详细情况的说明图(其2)。
图6是表示在图1中表示的应用装置中的臭氧气体处理反应器的详细结构的说明图。
图7是表示在图1中表示的原料气体精制装置的详细情况的说明图。
图8是表示将在图1中表示的电源供给装置作为再生能量发电装置的结构例的说明图。
图9是表示臭氧气体利用系统的第1变形例的结构的框图。
图10是表示臭氧气体利用系统的第2变形例的结构的框图。
图11是示意地表示臭氧产生器的电极结构和臭氧浓度检测器的试验结构的说明图(其1)。
图12是示意地表示臭氧产生器的电极结构和臭氧浓度检测器的试验结构的说明图(其2)。
图13是表示将放电面材料用不动体绝缘体膜构成的试验用臭氧产生器I(图11)的臭氧浓度生成上升特性的曲线图。
图14是表示将放电面材料用光触媒绝缘膜构成的试验用臭氧产生器II(图12)使用高纯度氧气的臭氧浓度生成上升特性等的曲线图。
具体实施方式
<实施方式>
(基本结构)
图1是表示作为本发明的实施方式的臭氧气体利用系统的结构的说明图。图2是表示实施方式1的臭氧气体利用系统的效果的曲线图，具体而言，是表示臭氧产生装置100与应用装置200之间的注入的臭氧浓度与臭氧的水净化能力的关系的曲线图。图3是表示实施方式1的臭氧气体利用系统所使用的臭氧产生装置100的内部结构的说明图。图4及图5是表示在图3中表示的负载共振型高频升压变压器13的内部构造的详细情况的说明图，在图5中表示了变压器铸塑线圈132的构造，在图4中表示了除了变压器铸塑线圈132以外的构造。
图1所示的臭氧产生装置100将后述说明的臭氧产生器内的放电面材质设为特定的光触媒材质，从而成为能够产生不包含NOx气体的高浓度臭氧气体的无氮臭氧产生装置。即，无氮臭氧产生装置是即使使用未添加氮的氧气或99.99[％]以上的高纯度的氧气作为原料气体也能够取得高浓度的臭氧气体的小规模的臭氧产生装置。
如图1所示，实施方式1的臭氧气体利用系统作为主要构成部而包括臭氧产生装置100、应用装置200、原料气体精制装置300、电源供给装置400、排臭氧分解装置500及臭氧装置指示/状态显示部16。
应用装置200利用由臭氧产生装置100生成的臭氧气体62进行臭氧利用处理。臭氧利用处理是利用臭氧气体从臭氧处理前物质91得到臭氧处理后物质92的处理。
原料气体精制装置300是将纯度99.99[％]以上的氧气作为原料气体向臭氧产生装置100供给的原料供给系统的装置。
电源供给装置400将作为臭氧产生装置100的动作电源的供给电源70向臭氧产生装置100供给。
排臭氧分解装置500是接收在被应用装置200的臭氧利用处理利用之后排出的排臭氧气体63、对排臭氧气体63进行分解处理而得到已处理气体64的装置。
如图1所示，臭氧产生装置100作为主要构成部而包括臭氧产生器11、逆变器电源装置120及负载共振型高频升压变压器13。逆变器电源装置120是对臭氧产生器11进行高频电压的电气控制的装置，包括作为主电源结构的变换器/逆变器部12、和对变换器/逆变器部12供给的高频电压71(供给高频电压)进行控制的控制电路部14而构成。
从逆变器电源装置120的变换器/逆变器部12生成的高频电压71被负载共振型高频升压变压器13升压，作为升压高频电压72向臭氧产生器11施加。因而，臭氧产生器11以升压高频电压72为动作电压，进行臭氧气体产生处理，能够从作为原料气体的高纯度氧气61产生臭氧气体62。另外，臭氧装置指示/状态显示部16进行控制电路部14的控制内容的指示、控制状态的显示、监视。
应用装置200作为主要构成部而包括臭氧气体处理反应器21、臭氧浓度检测器81、传感器82及臭氧处理物质积蓄部22。
臭氧气体处理反应器21从臭氧产生装置100接收臭氧气体62，使用臭氧气体62，对作为臭氧处理前物质91的处理水通过臭氧进行水净化处理，得到臭氧处理后物质92(臭氧处理水)。这样，臭氧气体处理反应器21作为臭氧利用处理而执行水净化处理。
臭氧处理后物质92暂时地积蓄到臭氧处理物质积蓄部22中，最终作为活性炭处理水93输出。臭氧浓度检测器81检测臭氧气体62的浓度，传感器82检测臭氧处理后物质92的处理状态。
当取得图2的结果时，将处理箱体积设定为能够在向作为臭氧处理前物质91的处理水的臭氧注入率为3mg/L的一定的条件下、将臭氧气体处理反应器21具有的处理箱内的处理水与臭氧接触的时间即臭氧接触时间(臭氧滞留时间)确保为10min。图2表示了在上述设定下、从以往的臭氧产生装置及实施方式1的臭氧产生装置100分别注入的臭氧浓度(特性c1000、特性c2000)与伴随的由臭氧带来的水的净化能力(特性w1000、特性w2000)的比较结果。
在图2中，横轴是从臭氧产生装置供给的臭氧气体的注入流量(L/min)，在纵轴表示使用臭氧气体处理反应器21具有的处理箱进行的由臭氧气体带来的水的处理能力(m3/日)和注入臭氧浓度(g/m3)。
注入臭氧浓度特性c1000表示以往的臭氧产生装置的与臭氧气体流量对应的注入臭氧浓度特性，注入臭氧浓度特性c2000表示本实施方式的臭氧产生装置100的与臭氧气体流量对应的注入臭氧浓度特性。
此外，水净化能力特性w1000表示与从以往的臭氧产生装置供给的臭氧气体(臭氧气体流量)对应的以往的应用装置的水的净化能力特性，水净化能力特性w2000表示与从无氮臭氧产生装置100供给的臭氧气体(臭氧气体流量)对应的应用装置200的水的净化能力特性。
这样，图2是表示与供给到应用装置中的来自臭氧产生器的臭氧化气体注入气体流量对应的水的净化能力的特性的曲线图。
在图2中，注入臭氧浓度特性c1000表示以往的臭氧产生装置中的臭氧注入浓度，在以往的臭氧产生装置中，臭氧浓度通常呈现与注入臭氧气体流量对应地浓度从180g/m3下降到120g/m3的特性。
相对于此，本实施方式的臭氧产生装置100对于注入臭氧气体流量，能够在低流量时以臭氧浓度接近于约400g/m3的值供给，在大流量域(气体流量约65SLM(StandardLiter/Min(标准升/分钟))))时以200g/m3左右的臭氧注入浓度供给。如果将臭氧气体处理反应器21与以往机器在同样的设计条件下比较，则水的净化能力特性与水净化能力特性w1000相比能够提高到水净化能力特性w2000。
即，如果将使用臭氧气体的水的净化能力在一定条件下比较，则在本实施方式的臭氧产生装置100中，臭氧气体流量变小，并且能够使臭氧产生器11需要的电力量也变小。进而，在设计将滞留在臭氧气体处理反应器21中的臭氧时间固定为一定值(例如10min)的处理箱容积时，对应于臭氧气体注入流量变小，能够使处理箱容积也变小。
在图2中，作为一例，将水的净化能力设定为3000m3/日，在以往的臭氧产生器中，需要PA点的48L/min的臭氧气体流量。相对于此，如果使用本实施方式的臭氧产生装置100(臭氧产生器11)，则由于具有臭氧产生效率比以往的臭氧产生器高的能力，所以为PB点的21L/min，与以往相比，用约44％的臭氧气体流量就足够，相应地，能够使向臭氧产生器11投入的电力也变小。进而，如上述那样，如果使净化能力为一定，则如果臭氧气体注入流量下降，则相应地能够将应用装置200的臭氧气体处理反应器21的处理箱容积设为小的处理箱容积。
这样，臭氧产生装置100能够使注入臭氧浓度特性c2000比以往的臭氧产生装置的注入臭氧浓度特性c1000提高，相应地，能够实现臭氧产生装置100用的电力的节电化、应用装置200的臭氧气体处理反应器21的处理箱容积的小型化。
(臭氧产生器11)
在图3～图5中，表示了臭氧产生装置100的实现了小型化的臭氧产生器11的逆变器电源装置120和负载共振型高频升压变压器13的详细结构。
臭氧产生器11使用适合于臭氧生成机理的放电面材料，从而成为即使将不包含氮气的氧气作为原料气体也能够生成高浓度的臭氧气体的无氮臭氧产生器。此外，电介质阻挡放电产生的放电空间为了实现高电场放电而以0.4mm以下的间隙长实施短间隙化，并且在图4中虽然没有图示，但通过安装用来将放电面冷却的水冷却功能，实现了臭氧生成量大幅提高，成为能够以高效率产生臭氧的高浓度臭氧产生器。因而，该臭氧产生器11与以往型号的臭氧产生器(圆筒型臭氧产生器)相比，如上述那样实现短间隙放电，设为精心设计了单元的水冷构造的平板单元的多段层叠构造的臭氧产生器，从而成为产生器的容积为约1/3左右、取得的臭氧浓度为约2倍到3倍、向产生器供给的原料气体量和注入的放电电力量变小到1/2到1/3的小型臭氧产生器。
此外，逆变器电源装置120与以往的臭氧产生器用电源的动作频率数kHz左右相比，通过进行约5倍的高频化(十几kHz以上，至少10kHz以上)，将向臭氧产生器11施加的电压抑制得低，并且通过降低设置在逆变器电源装置120的输出部的负载共振型高频升压变压器13的变压器芯131的磁通量密度，能够减小变压器芯131的截面积，能够以比以往型号臭氧产生器的变压器小的结构实现负载共振型高频升压变压器13。
负载共振型高频升压变压器13的结构为图4及图5所示那样。在负载共振型高频升压变压器13中，为了将高频电压71(供给高频电压)升压而得到高频升压电压(高频高电压)72，变压器芯131是能够减少高频涡电流损失的非晶磁性体或铁氧体磁芯磁性体材料，为变压器的磁性体结构(磁性芯)。
如图4所示，磁性芯通过截面形状为E型的一对变压器芯131在中间夹插变压器填隙片133而形成磁路长。另一方面，如图5所示，变压器铸塑线圈132通过在作为1次线圈的1次绕线(v1)之上重叠卷绕作为2次线圈的2次绕线、再用一体化的铸塑树脂固定、将线圈间的空间用绝缘树脂覆盖，从而采取绝缘对策以使得不引起由各线圈间的高频电压带来的高频放电，构成为一体化的高频用的变压器铸塑线圈。通过将该铸塑出的1个高频用的变压器铸塑线圈132安装到图4的由一对变压器芯131形成的磁路长内部，形成高频升压用的变压器主体。即，变压器主体由变压器芯131、变压器铸塑线圈132及变压器填隙片133的组合构造构成。
进而，在该变压器主体中，还附加了以下的功能：通过在由变换器/逆变器部12控制的高频动作频率f下，使臭氧产生器11的负载电容C0和高频升压用的变压器主体自身拥有的励磁电感Lb成为共振的状态，在变压器主体中使负载的功率因数改善。这样，通过使负载共振型高频升压变压器13成为多功能化的变压器，不另外设置共振用电抗器，而仅由结构非常小的负载共振型高频升压变压器13n实现了共振化功能和高频高电压化功能。
具有该多功能的负载共振型高频升压变压器13为了与负载共振，为了调整为比以往的市面销售的通常的仅具有升压变压器功能的励磁电感小的励磁电感Lb，在一对变压器芯131间夹插变压器填隙片133。并且，为了将变压器芯131及变压器铸塑线圈132从图4中左右方向的两侧支承固定而设置一对变压器压板134，通过将一对变压器压板134间用螺栓固定，变压器芯131及变压器铸塑线圈132在一对变压器压板134、134的内部稳定性良好地固定。
进而，在图4的上下方向两侧设置用来对变压器主体发热出的损失进行风冷的变压器冷却空洞136空间，通过使冷却用的风69在变压器主体的周边流动，将变压器主体的发热冷却。从设置在构成臭氧产生装置100的金属壳体的组件面(未图示)的狭缝将风69吸入，使风69流到变压器冷却空洞136中，用风扇137排气，对于变压器主体(变压器芯131、变压器铸塑线圈132及变压器填隙片133)自身进行风冷的冷却。
并且，该负载共振型高频升压变压器13由于设置有变压器填隙片133，所以在由变压器填隙片133形成的空间部分中，磁通量的1部分存在泄漏到空间中的泄漏磁通量。该泄漏磁通量与臭氧产生装置100的壳体交链，从而在壳体100内流过涡电流，产生壳体发热，为了防止该壳体发热，设为在确保变压器冷却空洞136的同时、在变压器芯131周围的图中上下方向上用金属制的导电体磁屏蔽罩135覆盖的结构。
接着，参照图1，说明具有臭氧产生装置100和应用装置200的臭氧气体利用系统的动作。臭氧产生装置100通常作为原料气体供给源而使用市面销售的氧气罐。但是，作为偏僻地方或孤岛处的利用臭氧气体的处理装置(应用装置)或大型客船的上下水的水处理、或集装箱船、油轮的压舱水处理而利用臭氧气体时，难以进行市面销售的氧气罐的更换。
因此，在这里的一个实施例中，作为臭氧产生装置100而用无氮臭氧产生装置进行说明，所以作为原料气体供给源的原料气体精制装置300如在后面详述那样，采用将紧凑的氧供给源(氧制造装置)与从氧气中将氮去除的氧精制器组合的结构。
作为紧凑的氧供给源，例如可以考虑从空气中将氧气浓缩的氧PSA(PressureSwing Adsorption：变压吸附)方式、或从海水或河水中分解而取得氧气的小规模的氧生成器。作为将氧源中的氮量等去除而进行高纯度化的氧精制器，可以考虑催化剂式的小型的常温吸附式生成装置。并且，臭氧产生装置100将臭氧气体的吐出压力设为0.2MPa以上，在0.2MPa以上的压力环境下，产生臭氧浓度为200g/m3以上的高浓度的臭氧。
作为原料气体精制装置300，表示了将氧供给源(氧制造装置)与从氧气中将氮量去除的氧精制器组合的构造，但即使只是氧供给源(氧制造装置)，臭氧产生装置100也能够产生所需的臭氧气体。
此外，作为臭氧产生装置100的电源供给装置400，通常使用商用交流电源。但是，需要考虑作为偏僻地方或孤岛处的利用臭氧气体的处理装置(应用装置)或大型客船的上下水的水处理、或集装箱船、油轮的压舱水处理而利用臭氧气体的情况。
在此情况下，作为电源供给装置400，可以考虑利用来自发电几百W以上的小规模电源装置的基于太阳光、风力、地热、水力、波力、生物发电的小规模的可再生的能源(再生能量发电)的电气供给的结构。如果使用可再生的能源构成电源供给装置400，则在偏僻地方、孤岛或船等的任何场所，进行利用臭氧气体的小规模的水处理等的应用装置200都能够容易地工作，能够进行有效的利用。此外，臭氧产生装置100能够实现还能够降低作为环境负担的NOx气体的排出的小规模的臭氧气体利用系统。此外，作为电源供给装置400而利用再生能量发电，从而能够在能量的本地生产本地消费方面有效利用，通过使应用装置将污染水处理、赤潮处理、杀菌处理等作为臭氧利用处理执行，能够利用实施方式1的臭氧气体利用系统作为适合于各地域的环境改善系统。
关于臭氧产生装置100的小型化，通过选择适用于放电面的臭氧生成的材料，并在臭氧产生器11内将放电空间的间隙长设为0.2mm以下的短间隙，使臭氧生成量(生成效率)提高，通过将具有水冷的冷却功能(未图示)的电极薄地形成、设为将由电极、电介质形成的薄型放电单元多段层叠的构造，实现了非常紧凑化的装置结构的无氮的臭氧产生。
此外，图3所示的负载共振型高频升压变压器13产生将来自电源供给装置400的电气供给以逆变器电源装置120的变换器/逆变器部12高频化到几十kHz所得的高频电压71，将由负载共振型高频升压变压器13升压后的高频高电压的升压高频电压72向臭氧产生器11施加。
由于施加几十kHz左右的高频的升压高频电压72，通过降低用来使向臭氧产生器11投入规定放电电力Wd成为可能的从逆变器电源装置120输出的必要的高频电压71的电压值Vd，并使向负载共振型高频升压变压器13供给的电压成为更高频率f，能够与频率成比例地减小变压器芯131内的磁通量密度，能够减小变压器芯131的截面积，所以能够使变压器主体自身的容积变得紧凑。
此外，由于臭氧产生器11的负载由设为短间隙放电空间的臭氧产生器单元构成，所以负载阻抗由电容负载占大半，成为负载功率因数非常低的(约百分之几十以下)负载。因此，由于负载电容(kVA)相对于投入的有效电力变大，需要对应于负载电容使变压器主体自身大型化。为了防止与该负载电容对应的变压器主体的大型化，将负载共振型高频升压变压器13构成为具有使臭氧产生器11的负载电容C0和负载共振型高频升压变压器13自身拥有的励磁电感Lb共振的功能的多功能型。
通过将负载共振型高频升压变压器13做成多功能型，变压器主体能够将负载的无效电力回收，能够将变压器主体自身制作为具有几乎仅为有效电力的电力传递功能，所以该多功能型的负载共振型高频升压变压器13成为非常紧凑化的构造。
另外，作为因为负载功率因数非常低(约百分之几十以下)导致的臭氧产生器11的负载电容(kVA)相对于产生的投入电力变大的对策，以往采用在变压器的负载侧设置共振用电抗器、使该共振用电抗器和臭氧产生器11的负载电容C0共振的方式，但共振用电抗器自身很大，且在变压器以外设置共振电抗器、相应地需要2个变压器。
但是，在本实施方式的臭氧产生装置100中，由于将负载共振型高频升压变压器13如上述所示那样构成为多功能型，所以仅由负载共振型高频升压变压器13就发挥出负载侧的变压器的功能和共振功能，实现臭氧电源功能，能够构成非常小的构造的负载共振型高频升压变压器13，结果能够实现小型的臭氧产生器11。
紧凑化的负载共振型高频升压变压器13具有应解决的新问题。即，在几十kHz的高频动作频率下，为了使变压器自身的励磁电感Lb与负载电容C0共振，需要在变压器芯131的磁通量形成路中设置变压器填隙片133，所以存在在由变压器填隙片133形成的空间部分中磁通量的一部分泄漏到空间中的问题。
如果该泄漏磁通量与臭氧产生装置100的壳体交链，则在壳体100内产生涡电流发热(涡电流损失)。因此，为了将该涡电流发热抑制得较少，如果将设置的负载共振型高频升压变压器13的周围的空间隔开约40mm以上的间隔，则泄漏磁通量与壳体交链的磁通量被减弱。但是，必须将臭氧产生装置100的壳体设为使变压器13的周围的空间具有约40mm以上的间隔，存在臭氧产生装置100自身的壳体变大的问题。
为了消除该问题，将负载共振型高频升压变压器13设为将变压器芯131周围用电阻率非常低的铝材或铜材等金属制的导电体磁屏蔽罩135覆盖的结构。因此，通过导电体磁屏蔽罩135的存在，来自变压器填隙片133的泄漏磁通量与导电体磁屏蔽罩135交链而将在导电体磁屏蔽罩135内产生的涡电流损失抑制得非常小，从导电体磁屏蔽罩135朝向外部的泄漏磁通量减弱。这样，通过设置导电体磁屏蔽罩135，能够进行由泄漏磁通量带来的发热及磁屏蔽，所以臭氧产生装置100(臭氧产生器11)自身也能够小型化。
接着，参照图4及图5，说明具有多功能、实现小型化的负载共振型高频升压变压器13的内部结构。
负载共振型高频升压变压器13是从逆变器电源装置120向变压器铸塑线圈132的1次线圈的v1－v2间供给高频电压71、向2次线圈的HV－LV间输出与臭氧产生器11的负载对应而升压为高电压的动作频率f的升压高频电压72的构造。
因此，负载共振型高频升压变压器13如图4及图5所示，将2个E型磁性体的变压器芯131、变压器填隙片133、变压器的1次线圈和2次线圈重叠卷绕一体化所得的高频用的变压器铸塑线圈132作为变压器主体。
具体而言，在一对变压器芯131、131间，使上端部131t、131t间、中心端131c、131c间、下端部131b、131b间分别夹着变压器填隙片133而密接，通过以中心端131c为中心，将1次线圈及2次线圈卷绕到中心端131c、上部端131t间及中心端131c、下部端131b间的线圈形成空间中，构成由变压器芯131、变压器铸塑线圈132及变压器填隙片133构成的变压器主体。即，通过将变压器铸塑线圈132嵌入到一对E型的变压器芯131的内部，形成变压器主体。
并且，设置一对变压器压板134以从图4的左右方向的两侧推压一对变压器芯131的侧面，将一对变压器压板134、134间用未图示的螺栓固定。结果，变压器主体(变压器芯131、变压器铸塑线圈132及变压器填隙片133)被固定到一对变压器压板134、134间。
进而，从图4的上下方向的两侧将导电体磁屏蔽罩135固定到变压器压板134，该导电体磁屏蔽罩135一边在与变压器主体之间确保变压器冷却空洞136，一边防止来自变压器主体的泄漏磁通量带来的涡电流发热现象。
将负载共振型高频升压变压器13设为以高频动作频率f使臭氧产生器11的负载电容C0与变压器主体拥有的励磁电感Lb之间共振，能够实现负载的低功率因数的功率因数改善。因此，为了使与负载电容C0对应的变压器主体自身的励磁电感Lb匹配于共振电感值而设置变压器填隙片133，在1mm～5mm左右的范围中调整该填隙片厚度，以使得在与负载电容C0之间，励磁电感Lb成为共振电感值。
因此，在形成该变压器主体的变压器填隙片133的周围，产生变压器芯131的闭环的磁通量的一部分泄漏的磁通泄漏现象。因为由该磁通泄漏带来的涡电流发热现象，如果在距变压器主体为40mm以内存在构成无氮臭氧产生装置100的收容壳体的金属性的组件面，则由该泄漏磁通量在组件面内产生的涡电流带来的焦耳发热对收容壳体自身加热。
作为用来防止这样的臭氧产生装置100的收容壳体的组件面的发热的对策，在形成变压器主体的变压器填隙片133的周边，在图中上下设置具有导电性的金属性的导电体磁屏蔽罩135。
这样，由于导电体磁屏蔽罩135设置在变压器铸塑线圈132的周边，所以从变压器芯131的变压器填隙片133的形成部分泄漏的泄漏磁通量在导电体磁屏蔽罩135处交链。因而，在导电体磁屏蔽罩135内流过涡电流，但通过用铝或铜那样的导电率非常高的材料构成导电体磁屏蔽罩135，由该涡电流带来的焦耳发热变得非常小，能够使导电体磁屏蔽罩135自身的发热也极度下降。进而，即使使构成臭氧产生装置100的收容壳体的金属性的组件面接近变压器主体几mm左右，通过导电体磁屏蔽罩135的存在，该组件面也不再发热。
即，通过使从变压器主体泄漏的磁通量在导电体磁屏蔽罩135内作为涡电流流动，能够将穿过导电体磁屏蔽罩135而泄漏的磁通量密度极度地减弱。结果，导电体磁屏蔽罩135不仅能够间接地防止由泄漏磁通量现象带来的发热，还能够发挥某种程度的磁屏蔽效果。
进而，负载共振型高频升压变压器13自身由于向负载侧传递的电力的百分之几左右作为变压器铸塑线圈132的铜损、变压器芯131的铁损而发热，所以如果不将变压器主体自身冷却而搁置，则由于变压器主体的热容而成为高温。因此，需要使风以规定风量在变压器主体的周围流动，将变压器主体自身的百分之几的发热量用风冷冷却。因此，通过在导电体磁屏蔽罩135与变压器主体之间设置变压器冷却空洞136，使冷却用的风69流到变压器冷却空洞136中，能够进行适当的变压器主体的风冷。
在由图4表示的构造中，设为在导电体磁屏蔽罩135设置用来确保变压器冷却空洞136的缺口部分的结构，但也可以不是导电体磁屏蔽罩135，而是在变压器压板134面设置缺口等，设置设有相当于变压器冷却空洞136的空间的冷却构造。此外，在本实施方式中，表示了将负载共振型高频升压变压器13自身用风冷冷却的类型的、小型的多功能型的负载共振型高频升压变压器13，但如果对变压器压板134的面等进行水冷或使冷媒流过而进行冷却，也能够实现大致同等的小型的负载共振型高频升压变压器13，结果能够实现紧凑的臭氧产生器11。
此外，在由图4及图5表示的负载共振型高频升压变压器13中，表示了将1次线圈和2次线圈重叠卷绕的变压器铸塑线圈132、以及将变压器铸塑线圈132内置于E型的变压器芯131内部的外铁心(芯)型的变压器主体，但如果由区分1次线圈的铸塑线圈和2次线圈的铸塑线圈而在U型芯的两芯分别分离地设置1次线圈的铸塑线圈和2次线圈的铸塑线圈的内铁心(芯)型的变压器形成，也有同样的效果。
如果将外铁心型的变压器主体与内铁心型的变压器主体比较，则外铁心型的变压器主体构成变压器主体的变压器铸塑线圈132是1个，因此存在能够得到小型化的变压器主体、并且能够将变压器芯131的发热借助上述风冷容易地冷却的优点，是优选的。
这样，在本实施方式的臭氧产生装置100中，逆变器电源装置120生成至少10kHz以上的高频电压71，作为共振型变压器部的负载共振型高频升压变压器13具有从高频电压71得到升压高频电压72的变压器主体(变压器芯131、变压器铸塑线圈132及变压器填隙片133)。
通过将高频电压71及升压高频电压72设定为高频，能够将逆变器电源装置120及负载共振型高频升压变压器13实现各自的小型化，所以能够使臭氧产生装置100内的臭氧产生器11的装置结构紧凑化。
进而，在负载共振型高频升压变压器13中，由于使空间部分变大，所以与通常的变压器相比，泄漏磁通量变大。
所以，设置将变压器主体覆盖的作为金属制的罩部件的导电体磁屏蔽罩135，抑制屏蔽来自变压器的泄漏磁通量，以在与变压器主体之间确保作为冷却空间的变压器冷却空洞136，并且使得在负载共振型高频升压变压器13的外部没有因变压器主体的上述磁通泄漏造成的涡电流发热现象。
这样，由于负载共振型高频升压变压器13具有导电体磁屏蔽罩135，因此即使实现小型化，也能够有效地抑制包括涡电流发热的磁通泄漏现象向外部的影响。
除此以外，通过确保变压器冷却空洞136而设置导电体磁屏蔽罩135，使风69流向变压器冷却空洞136，能够将变压器主体自身的发热也有效地通过冷却除去。
通常经常采用的臭氧产生器是作为原料气体而使用干燥空气源、非高纯度氧的一般氧气源、或对氧气添加了微量的氮气的气体，利用电介质阻挡放电或沿面放电等的圆筒型的臭氧产生器。因此，当原料气体是干燥空气源时包含多达75％(750000ppm)的氮，与将氧气作为原料气体的臭氧产生器相比，臭氧产生量仅有约1/4以下的能力。在作为原料气体而使用干燥空气源的圆筒型的臭氧气体产生器中，由于包含大量氮气，所以输出的臭氧浓度也低，通常为几十g/m3左右，为了得到希望的臭氧产生量，不仅臭氧产生器变大，向臭氧产生器供给的电力量及原料气体量也有变大的趋向，利用臭氧气体执行臭氧利用处理的应用装置的装置结构也变大。
此外，在将原料气体设为非高纯度氧的一般氧气源的情况下，在氧气中包含微量的氮气，通常在原料气体中包含0.1％(1000ppm)～1％(10000ppm)的氮气。
通过我们的试验测量的结果可以认为，接收在氧气中包含1％的氮气的原料气体，通过电介质阻挡放电而生成几十PPM～几百PPM的NOx气体，该微量的NOx气体与电介质阻挡放电的化学反应的结果，生成了高浓度的臭氧。即，换言之，在由使用在氧气中包含1％的氮气的原料气体的臭氧产生器产生高浓度的臭氧的情况下，可知根据放电的电场强度，例如在150g/m3(70000PPM)的高浓度臭氧气体中会产生几十PPM～几百PPM的NOx气体。由此，在从在氧气中使用了1％的氮气的原料气体产生高浓度的臭氧气体的情况下，必然会输出也包含几十PPM～几百PPM的NOx浓度的被认为会使环境负担变高的NOx气体的臭氧气体。
这样的利用臭氧气体的应用装置能够有效地执行臭氧利用处理，处理效果充分，但另一方面，从臭氧产生装置也产生几百PPM的NOx浓度的气体，作为其副产物的NOx气体属于环境负担较高的物质，分解处理也较难，会混入到臭氧处理后物质中，或作为排出臭氧而向大气排出。此外，所生成的几十PPM～几百PPM的NOx浓度的气体与水分结合反应而成为硝酸(HNO3)。可以想到，该硝酸(HNO3)有可能促进金属的腐蚀使应用装置的寿命变短，或在臭氧利用处理是水清洗处理的情况下使处理后的水的卫生上的问题变高。
关于抑制了NOx产生的环境负担较小的无氮的臭氧产生的实现，作为原料气体采用不包含氮气的高纯度氧气是第1前提。
通常使用的臭氧产生装置以包含约1％左右(10000PPM左右)以上的氮气为前提，不能通过不包含氮气的氧气产生高浓度的臭氧气体。因此，其不是不产生NOx而确保规定量的臭氧产生量的臭氧产生器。
因而，在本实施方式使用的臭氧产生装置100中，通过将臭氧产生器内的放电面材料设为特定的光触媒材料，能够从不包含氮气的原料气体产生臭氧气体，特别是能够产生高浓度的臭氧气体，所以在实现环境负担较小的利用臭氧气体的臭氧气体利用系统上是不可或缺的。
进而，向通常使用的作为臭氧利用处理而执行水净化处理的应用装置供给的臭氧气体由于供给压力不到0.15MPa，臭氧浓度是几十g/m3至不到180g/m3，所以难以将应用装置制作得较小(参照图2)。
(应用装置200)
图6是表示在图1中表示的应用装置200的臭氧气体处理反应器21的详细结构的说明图。臭氧气体处理反应器21作为臭氧利用处理而使用臭氧气体执行水清洗处理。
作为臭氧处理前物质91的处理水从臭氧气体处理反应器21的下部注入，在对处理水执行水清洗处理之后，从上部将水清洗处理后的臭氧处理水作为臭氧处理后物质92排出。
在臭氧气体处理反应器21的底部分设置使臭氧气体成为一定压力P1的臭氧空间，向该臭氧空间供给由臭氧产生装置100生成的臭氧气体。在臭氧气体处理反应器21的底部分开设微细的孔成为散气管，供给的臭氧气体从该散气管在臭氧气体处理反应器21内的水部分作为无数的气泡而供给臭氧气体，通过气泡内的臭氧气体与处理水的接触执行水净化处理(包括臭氧氧化化学处理及臭氧杀菌处理的处理)，将作为臭氧处理前物质91的处理水净化而得到臭氧处理后物质92。
通常，处理水与臭氧气体的接触时间Tmin(分钟)，促进周围的水与气泡中包含的臭氧的氧化反应，该反应在实用上大约10min左右就是充分的，因此，臭氧气体处理反应器21进行的水净化处理的处理能力由向处理水供给的臭氧注入量(mg/L)、臭氧气体流量Q及臭氧气体处理反应器21的体积Vcm3决定。
在以往的水净化处理用的臭氧产生器中，向臭氧气体处理反应器21供给的供给压力不到0.15MPa，如由图2的注入臭氧浓度特性c1000表示的那样，臭氧浓度不到120g/m3～180g/m3，但在本实施方式的臭氧产生装置100中，由于使用臭氧产生器11，所以能够将臭氧浓度为200g/m3～400g/m3(参照注入臭氧浓度特性c2000)的高浓度臭氧气体向臭氧气体处理反应器21供给。
因而，产生了能够大幅减小供给规定量的臭氧气体所需的臭氧气体流量Q(例如，从图2的PA点变为PB点)的优点。由此，如果臭氧气体流量Q变小，则若将臭氧滞在时间10分钟设为一定，则能够使臭氧气体处理反应器21(内的处理箱用)的形成高度比以往结构低，并且能够使截面积也变小，所以具有能够减小处理箱容积而使臭氧气体处理反应器21变得更紧凑且能实现水净化处理能力的提高的优点。
此外，如果能够提高供给的臭氧气体压力P1，则只要用阀631使臭氧气体处理反应器21的排压P2变高，就能够使处理水内的气泡变小，产生进一步提高臭氧气体与处理水的接触反应的效果，实现臭氧气体处理反应器21的处理能力的提高，可以期待与图2所示的水净化能力特性w2000相比进一步使性能提升的效果。因而，优选的是设定为将臭氧气体压力P1设为0.2MPa以上的压力环境。
这样，构成本实施方式的臭氧气体利用系统的应用装置200由于以200g/m3以上的比较高的臭氧浓度接收臭氧气体，所以能够将臭氧气体供给量自身减小而实现装置结构的紧凑化。
进而，应用装置200由于在0.2MPa以上的臭氧气体压力P1的环境下从臭氧产生装置100接收臭氧气体，所以能够实现作为臭氧利用处理的水净化处理中的水净化能力的提高。
(原料气体精制装置300)
图7是表示与臭氧产生装置100组合使用的原料气体精制装置300的详细情况的说明图。通常作为原料气体的供给源而使用市面销售的氧罐，但为了成为利用领域为任意的臭氧气体利用系统，优选的是设为从大气中的空气或水制作氧气、将该气体的水分及氮气去除的结构。
如图7所示，作为原料气体供给装置的原料气体精制装置300表示了将大气的空气压缩而将氧气浓缩的氧PSA装置32与将从氧PSA装置32得到的浓缩的氧气变换为高纯度氧气的高纯度气体精制器33(氧精制器)的组合结构。优选的是氧PSA装置32及高纯度气体精制器33分别在可能的范围中采用电容小的装置。
氧PSA装置32作为从空气中取得氧气的氧提取装置发挥功能，高纯度气体精制器33作为从由氧PSA装置32取得的氧气进一步生成将氧气以外的微量的杂质去除的高纯度氧气的氧气精制机发挥功能。
这里，作为氧提取装置而表示了从大气的氧PSA装置32，但也可以代替氧PSA装置32而使用从水利用电解、催化剂作用来提取氧气的氧气制造装置。即，氧气制造装置作为从水取得氧气的氧提取装置发挥功能。
这样，在本实施方式的臭氧气体利用系统中使用的作为原料气体供给装置的原料气体精制装置300由氧PSA装置32及高纯度气体精制器33的组合构成，所以能够与利用领域无关地使用。
在小型的臭氧产生装置100中，如果能够由小流量的原料气体效率良好地产生臭氧(高浓度臭氧)气体，则实现利用该臭氧气体的应用装置的小型化，也能够使产生作为小流量的原料气体的氧气、将该氧气精制的原料气体精制装置300的装置结构变小，能够实现臭氧气体利用系统整体的小型化。
本实施方式的臭氧气体利用系统由于利用环境负担小的无NOx臭氧气体，所以说明了在原料气体精制装置300中设置作为氮除去装置的高纯度气体精制器33、使用小型化的臭氧产生器11的结构，但作为原料气体精制装置300，也可以仅为氧PSA装置32，与小型的臭氧产生器11组合。
(高浓度臭氧气体产生的机理的解析)
以往，虽然已明确放电中的电子能够得到一定程度的臭氧浓度，但关于能够生成超过100g/m3(46700ppm)那样的高浓度的臭氧气体的机理，虽然在现有技术文献中公开了各种各样的技术，但还不能说做出了正确的机理探究。
所以，在我们的试验中，为了解析能够产生由放电带来的高浓度的臭氧气体的机理，在使原料气体种类、放电面状态及放电面材质等试验条件可变的情况下，在图13及图14中进行了测量并分析了在图11及图12的电极与放电面材料结构(试验用臭氧产生器I、II)下的与向电极施加的电压[逆变器输出(INV.输出)]对应而生成的臭氧浓度的上升响应性。结果，再次验证了专利文献1～专利文献7的公开内容的正确性。另外，关于详细情况，作为图13、图14的测量结果的说明而在后面叙述。
图11及图12是示意地表示用来解析能够生成高浓度的臭氧气体的机理的由臭氧产生器的电极、放电面材料结构和臭氧浓度检测器构成的试验结构的说明图。
图11表示了将产生器内的放电面材料用不因放电光等产生化学变化的不动体绝缘体膜2104a构成的臭氧产生器的试验结构，图12表示由对放电光等进行光吸收、材料表面成为活化状态的光触媒绝缘膜2104b构成的臭氧产生器的试验结构。
在图11及图12中表示的Td(s)表示了由从臭氧产生器到臭氧浓度检测器81的气体配管体积和试验时的气体流量Q求出的臭氧浓度检测延迟时间。将根据输出信号(高电压交流电压)SA检测出的高电压的上升特性用图13、图14的输出信号(高电压交流电压)特性A表示。因此，在考察与输出信号(高电压交流电压)对应的浓度上升响应B的情况下，从由臭氧浓度检测器81测量出的浓度上升响应特性B(t)减去臭氧浓度检测延迟时间Td(s)后得到的浓度上升响应特性B(t－Td)表示臭氧产生器自身的臭氧浓度上升响应特性。即，将在图11、图12所示的放电面材料结构下的放电面状态的臭氧产生器自身的臭氧浓度上升响应特性B(t－Td)、和因气体种类和放电面材质的差异带来的臭氧产生器自身的臭氧浓度上升响应特性B(t－Td)用图13的B1、B2、B3及图14的B10、B20、B30表示。
将向图11及图12的臭氧产生器供给的条件如以下这样设定的情况下的特性是图13及图14的特性。作为原料气体，分别流过气体流量1L/min，投入向臭氧产生器注入的放电的输出500W，将注入的输出信号SA的上升响应性A和考虑了臭氧浓度检测延迟时间Td(s)的臭氧浓度上升特性B(t－Td)用对数时间轴进行了曲线图化。另外，以气体流量1L/min流过的情况下的从臭氧产生器用臭氧浓度检测器81进行浓度检测的臭氧浓度检测延迟时间Td(s)是4.16(s)。
图13是表示将放电面材料用不动体绝缘体膜2104a构成的臭氧产生器(图11)的臭氧浓度生成上升特性B1、B2、B3的曲线图。
图14是表示在将放电面材料用不动体绝缘体膜2104a构成的臭氧产生器(图11)中变更了气体种类的情况下的臭氧浓度生成上升特性B10、B20、以及将放电面材料用光触媒绝缘膜2104b构成的臭氧产生器(图12)的臭氧浓度生成上升特性B30的曲线图。
试验用臭氧产生器I如图11所示，高电位侧(H.V)的电极由高压电极2101构成，放电面由电介质2103构成，低电位侧(L.V)的电极由低压电极2102构成，放电面由不动体绝缘体膜2104a构成。并且，相互对置的放电面的电介质2103、不动体绝缘体膜2104a间成为放电空间2105。
另一方面，试验用臭氧产生器II如图12所示，高电位侧(H.V)的电极由高压电极2101构成，放电面由电介质2103构成，低电位侧(L.V)的电极由低压电极2102构成，放电面由光触媒绝缘膜2104b构成。并且，相互对置的放电面的电介质2103、光触媒绝缘膜2104b间成为放电空间2105。
在表示试验用臭氧产生器I、II的结构的图11及图12各自中，高电压交流电源1200向高压电极2101、低压电极2102间施加交流电压。因而，通过从高电压交流电源1200向高压电极2101与低压电极1202之间经由电介质2103施加交流电压，在放电空间2105中形成电介质阻挡放电。随之，通过向放电空间2105供给原料气体610而生成高浓度的臭氧气体62，向外部输出。
在配置管道中在从臭氧产生器经过了规定长度的配置处设置臭氧浓度检测器81，由该臭氧浓度检测器81检测在臭氧产生器内生成的高浓度的臭氧气体62的浓度作为臭氧浓度信号SB，能够检测高浓度的臭氧气体的上升响应性B。此外，检测用来生成臭氧的交流电压输出信号SA(高电压交流电压)作为输出信号A。将该输出信号A及臭氧浓度信号SB记入到能够以毫秒量级测量采样时间的存储记录仪中，严密地计测生成的臭氧浓度信号SB相对于输出信号A的浓度上升特性B。
因而，只要与根据输出信号SA检测出的输出信号(高电压交流电压)的阶跃响应信号A对应而用生成的臭氧浓度信号SB解析浓度上升响应特性B，则由臭氧生成导致的要素就变得明确，通过进行浓度的生成模拟结果和实测结果的考察，能够解析出能够生成高浓度臭氧的机理。
<观察高纯度氧气下的放电面的状态和臭氧产生关系的试验结果>
图13、图14中的特性A表示根据输出信号SA检测出的来自电源的施加电压的上升特性(％)。
图13的特性B1在试验用臭氧产生器I(图11)中，表示在初始放电面使高纯度氧气(氧+0％氮气)的原料气体流到试验用臭氧产生器I、施加了上升特性A的电压的情况下的臭氧浓度上升特性(所述的初始放电面，是制作时的放电面，表示一次也没有放电的原始的放电面)。
图13的特性B2表示在试验用臭氧产生器I(图11)中、在以对氧添加了微量的氮气的(氧+500ppm氮气)气体放电后的放电面、使高纯度氧气(氧+0％氮气)的原料气体流到试验用臭氧产生器I并施加了上升特性A的电压的情况下的臭氧浓度上升特性。
图13的特性B3表示在试验用臭氧产生器I(图11)中、在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面、再次使高纯度氧气(氧+0％氮气)的原料气体流到试验用臭氧产生器I并施加了上升特性A的电压的情况下的臭氧浓度上升特性。
如上述那样，在将放电面设为不动体绝缘体膜2104a的试验用臭氧产生器I中，使原料气体为高纯度氧气，在向产生器施加电压而使其放电的情况下，通过初期的放电面状态，在放电的约1000秒(约16.6分钟)左右的期间中，存在出现100g/m3～210g/m3左右的臭氧浓度的情况，但如果将放电长时间运转，则特性B1、B2呈现出浓度下降而渐进于特性B3的饱和浓度值12g/m3的特性。即，特性B1、B2的放电初期时的100g/m3～210g/m3左右的臭氧产生现象，表示了由于吸附于放电面的气体经由放电被释放、在原料气体的高纯度气体中混入微量的吸附于放电面的气体从而生成臭氧，如果持续约1000秒以上的放电，则不再有从放电面释放的氧以外的吸附气体的释放，通过实验确认了饱和浓度值为12g/m3。即，由特性B3表示的饱和浓度值12g/m3可以说是将放电面设为不动体绝缘体膜2104a的情况下的臭氧产生能力。该浓度值12g/m3的臭氧产生是臭氧以不受放电面的影响的效果的生成，该臭氧浓度12g/m3(臭氧浓度上升特性区域1000a)可以说是能够通过由电介质阻挡放电生成的电子与氧气的碰撞而生成的极限臭氧浓度。
<观察500ppm的氮气的添加和臭氧产生关系的试验结果>
特性B10表示在将放电面材料用不动体绝缘体膜2104a构成的试验用臭氧产生器I(图11)中、在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面、再次使对氧添加了微量的氮气的(氧+500ppm氮气)气体的原料气体流到试验用臭氧产生器I、施加了上升特性A的电压的情况下的臭氧浓度上升特性。
<观察18.4ppm的二氧化氮气体的添加和臭氧产生关系的试验结果>
特性B20表示在将放电面材料用不动体绝缘体膜2104a构成的试验用臭氧产生器I(图11)中、在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面、再次使对氧添加了微量的二氧化氮气体的(氧+18.4ppm氮气)气体的原料气体流到试验用臭氧产生器I、施加了上升特性A的电压的情况下的臭氧浓度上升特性。
<观察放电面材料(光触媒)与臭氧产生关系的试验结果>
特性B30表示在将放电面材料用光触媒绝缘膜2104b构成的试验用臭氧产生器II(图12)中、在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面、再次使高纯度氧气(氧+0％氮气)气体的原料气体流到试验用臭氧产生器I、施加了上升特性A的电压的情况下的臭氧浓度上升特性。
特性S0(双点划线)表示假定了仅通过由电介质阻挡放电产生的电子与氧气分子的碰撞就能够生成高浓度臭氧的情况下的臭氧浓度上升特性的设想特性。
此外，在图13、图14中表示的由单点划线框表示的特性(臭氧浓度上升特性区域1000a)是表示根据用试验用臭氧产生器I、II进行的实测试验的结果设想的由电子带来的臭氧浓度上升特性的区域，显然没有呈现上述的特性S0(双点划线)。
放电式的臭氧产生器被认为根据原料气体种类、放电面材料等导致生成的浓度(臭氧产生量)不同，为了验证能够生成高浓度的臭氧气体的机理，需要弄清是以怎样的起因生成臭氧气体的。为此，通过详细地以试验验证因原料气体种类、放电面材料的差异带来的相对于对臭氧产生器施加的输出的上升响应的生成的臭氧浓度的上升响应性，大致能够断定起因要素。在此基础上，通过对在先行技术的专利文献1～专利文献6中的特性数据及记载的解析事实进行再验证而变得更明确。
所以，我们在由图11及图12表示的放电面构造的试验用臭氧产生器I、II中，在将原料气体流量1L/min的条件和供给的电力500W的条件固定的条件下使下述的点可变，从而对从臭氧产生器生成的臭氧气体的臭氧浓度的上升响应性进行了调查。
(1)使用具有将放电面的材料设为电介质2103和不动体绝缘体膜2104a的放电面结构(图11)的试验用臭氧产生器I的试验。
臭氧浓度上升特性B1：作为确认试验，为了观察放电面状态和臭氧生成，不进行放电，在制作后仅进行清洗、干燥后立即得到的初始放电面，测量了高纯度氧(氧+0％N2气体)下的臭氧浓度上升特性。
臭氧浓度上升特性B2：作为确认试验，在氧+500ppmN2气体中，在一度产生了高浓度的臭氧的放电后的放电面状态下，测量了高纯度氧(氧+0％N2气体)下的臭氧浓度上升特性。
臭氧浓度上升特性B3：作为确认试验，在已通过高纯度氧气的放电将放电面充分地清洁的放电面状态下，测量了高纯度氧(氧+0％N2气体)下的臭氧浓度上升特性。
结果，得到了由图13表示那样的臭氧浓度上升特性B1～B3。
(2)使用具有将放电面的材料设为电介质2103和不动体绝缘体膜2104a的放电面结构(图12)的臭氧产生器的、观察气体种类的效果的试验。
作为气体种类的效果，特别在作为原料气体而采用对氧气添加了氮气的气体、用来得到通常的高浓度臭氧的试验用臭氧产生器I中，通常作为原料气体而使用对氧气添加了1％～2％的氮的原料气体，但为了观察氮的效果，1％～2％的氮添加过多，虽然具有臭氧产生量的稳定性，但不能使臭氧产生中的氮效果变得鲜明。因此，为了能够对臭氧气体产生中的氮效果更鲜明地进行量化评价，作为原料气体而采用对氧气添加了500ppmN2气体的微量的氮的(氧+500ppmN2)气体。此外，由于氮气在放电中生成微量的NOx气体，所以作为NOx气体的代表气体也采用了极微量添加了二氧化氮(NO2)气体的气体(氧+18.4ppmNO2)。
臭氧浓度上升特性B10：作为确认试验，在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面，再次测量使用氧+500ppmN2气体的原料气体下的臭氧臭氧浓度上升特性。
臭氧浓度上升特性B20：作为确认试验，在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面，再次测量使用氧+18.4ppmNO2的原料气体下的臭氧浓度上升特性。
臭氧浓度上升特性B30：作为确认试验，使用将放电面的材料设为电介质2103和光触媒绝缘膜2104b的放电面结构(图12)的试验用臭氧产生器II，在用高纯度氧气(氧+0％氮气)气体放电几小时后的放电面，再次测量使用高纯度氧(氧+0％N2气体)的原料气体下的臭氧浓度上升特性。
结果，得到了由图14表示那样的臭氧浓度上升特性B10～B30。
根据由图13表示的臭氧浓度上升特性B1可以确认，施加输出信号A(放电开始)后约1秒起，浓度开始上升，从放电开始起经过约10秒而达到最大浓度100g/m3(52000ppm)后，约100秒(16.7分)中浓度逐渐下降，最终浓度值仅得到12g/m3(5600ppm)的臭氧浓度。
根据该结果可以想到，由于得到了投入输出信号A后浓度以约10秒的非常慢的响应上升、并且在约1000秒中所生成的臭氧浓度下降完成的特性，所以臭氧气体的生成由附着(吸附)于放电面的气体导致。
即判断为，在从约1秒起到约1000秒(16.7分钟)中生成的臭氧气体由于放电面是初始放电面，通过放电，附着(吸附)于初始放电面的作为大气成分的水分及氮气由于放电的电子及离子碰撞而被敲出，由该被敲出的微量的气体和氧气的放电导致氧离解，生成了臭氧气体。
接着，根据由图13表示的臭氧浓度上升特性B2可以确认，在施加输出信号A(放电开始)后约1秒起浓度开始上升，从放电开始起约3秒间，维持12g/m3(5600ppm)的产生浓度，约30秒至50秒达到最大浓度210g/m3(103500ppm)后，在约1000秒(16.7分钟)中浓度逐渐下降，最终浓度值仅得到12g/m3(5600ppm)左右的臭氧浓度。
根据该结果可以想到，由于得到了投入输出信号A后浓度以约30秒的非常慢的响应上升、并且在约1000秒中所生成的臭氧浓度下降完成的特性，所以臭氧气体的生成由附着(吸附)于放电面的气体导致。即判断为，从约30秒起到约1000秒(16.7分钟)中生成的臭氧气体由于放电面在之前的放电工序中在包含氮气的气体中放电，所以在放电时生成的氮化合物气体通过放电而被打入到放电面，由于该被打入的氮化合物气体，通过放电，被打入到放电面的氮化合物气体通过放电的电子及离子碰撞而被敲出，由该被敲出的微量的氮化合物气体和氧气的放电导致氧离解，生成了臭氧气体。
进而，通过在图13中表示的臭氧浓度上升特性B3可以确认，在施加输出信号A(放电开始)后，在约1秒成为12g/m3(5600ppm)的浓度，但不能得到其以上的浓度。
根据该结果可知，如果是在初始放电面没有附着(吸附)大气或氮化合物气体的清洁的不动体绝缘膜的臭氧产生器，则仅能得到12g/m3(5600ppm)的臭氧浓度。进而，如果观察该12g/m3(5600ppm)的浓度的响应性，则相对于输出电压以约1秒的响应性生成臭氧，关于由放电中的电子带来的臭氧生成的响应性，在理论上认为通过放电以约10－5(s)离解为氧原子，通过离解的氧原子与氧气的三体碰撞生成臭氧的臭氧生成响应时间是约1(s)左右，所以通过该试验，明确了能够通过放电的电子生成臭氧气体的臭氧浓度是12g/m3(5600ppm)。
根据在图14中表示的使用氧+500ppmN2气体的原料气体的臭氧浓度上升特性B10可以确认以下的特性：在施加输出信号A(放电开始)后约1秒起，浓度开始上升，从放电开始起约40秒间，维持12g/m3(5600ppm)的产生浓度，从约40秒后浓度逐渐上升，以从放电开始起约3000秒(50分)的非常慢的响应性，以约100g/m3(52000ppm)左右的浓度饱和。
根据该结果，基于投入输出信号A后以非常慢的响应性得到约100g/m3(52000ppm)的高浓度推测，放电的输出和氮气自身未对高浓度臭氧生成做出贡献，根据臭氧浓度上升特性B10可以判断出，通过生成由包含氮的放电生成的氮氧化物气体，得到了约100g/m3(52000ppm)的高浓度。
另外，在图14中表示的臭氧浓度上升特性B10是对氧气添加了500ppmN2气体的微量的氮的(氧+500ppmN2)气体，虽然在图14中没有表示，但确认了只要逐渐增加向氧气添加的微量的氮量，得到高浓度的响应时间就会变短，并且通过添加了约1％的微量的氮的(氧+1％N2)气体，最大臭氧浓度也上升到279g/m3(130000ppm)。即可以判断，由于对高浓度臭氧生成做出贡献的氮氧化物气体使氮添加量上升到1％，通过放电而生成的氮氧化物气体也增加，结果生成的臭氧浓度也上升。
接着，根据在图14中表示的使用氧+18.4ppmNO2的原料气体的臭氧浓度上升特性B20可以确认，在施加输出信号SA(放电开始)后约1秒起，浓度开始上升，从放电开始起约2秒间，维持12g/m3(5600ppm)的产生浓度，从约2秒到30秒达到浓度312g/m3(145500ppm)后，能够生成浓度350g/m3(163000ppm)左右的高浓度的臭氧。
根据该结果可知，臭氧浓度上升特性B20由于原料气体中向氧气添加的二氧化氮量(18.4ppmNO2)与氮添加量(500ppmN2)相比非常少，臭氧浓度上升响应性快，并且如果考虑到能够生成高浓度的臭氧以及通过包含氮的放电而生成NOx气体，则导致高浓度的臭氧产生的气体，与氮气相比二氧化氮(NO2)可能性较大。此外，该推测是与在专利文献1～专利文献6中公开的技术内容也非常一致的事实。
进而，根据通过在图14中表示的设为光触媒绝缘膜2104b的放电面结构(图12)的试验用臭氧产生器II、并且使用高纯度氧(氧+0％N2气体)作为原料气体的臭氧浓度上升特性B30确认了，在施加输出信号A(放电开始)后约1秒，浓度上升，在约12秒，能够生成最大浓度350g/m3(163000ppm)的高浓度臭氧。
根据该结果证明了：即使臭氧浓度上升特性B30的原料气体是臭氧浓度上升特性B10、B20那样的不包含氮及二氧化氮的高纯度氧气，只要设为将放电面的材料设为电介质2103和光触媒绝缘膜2104b的放电面结构(图12)的试验用臭氧产生器II，就生成响应性比较快、高浓度的臭氧气体。
此外，图14的由双点划线表示的特性S0，是假定了通过由放电产生的电子将供给的氧气离解而生成350g/m3(163000ppm)的高浓度的臭氧气体的情况下的浓度上升特性。在此情况下，由于是由放电的电子碰撞带来的氧原子的离解，所以生成该氧原子的响应时间相对于输出是约10－5(s)，通过离解的氧原子与氧气的三体碰撞而生成臭氧的臭氧生成响应时间是约1(s)，所以立即达到超过350g/m3(163000ppm)的浓度。此外假定，如果是仅通过电子产生高浓度臭氧，则以比由放电带来的气体温度上升快的响应生成臭氧气体，所以在浓度的上升部，不需要由气体温度产生的臭氧的分解，结果，在浓度的上升部，如浓度变高的特性S0那样成为臭氧浓度过冲上升，成为以约3(s)收敛于规定浓度的特性。
如以上这样假定了能够以电子得到高浓度的情况的特性S0，成为在臭氧浓度上升特性B10～B30的试验结果中完全观察不到的结果。但是，被认为以约1秒的较快的响应生成臭氧的臭氧浓度是12g/m3(5600ppm)的特性。
如果根据上述的结果判断，则确认了由电子贡献的臭氧气体的生成的臭氧浓度是12g/m3(5600ppm)左右，可知没有生成臭氧浓度超过200g/m3那样的高浓度臭氧。通过这些试验，证明了在理论上未言明的情况。通过实验证明，生成高浓度臭氧的原因，是至少在放电中包含的二氧化氮(NO2)或放电面的光触媒材料起到了贡献。
如果作为以往的放电面材料而设为不锈钢材料面，则虽然被认为在放电面上形成不动体面而能取得高浓度臭氧，但如果将此次的结果在以下进行验证，则显然通过使放电面形成以Cr2O3或Fe2O3等为构成材料的光触媒绝缘膜2104b，臭氧生成能力上升，得到了高浓度的臭氧气体。
此外，放电形态也不是辉光放电那样的连续放电，而实现了经由电介质、并且在短间隙放电空间中的电介质阻挡放电。由于电介质阻挡放电是高电场放电，该放电具有无数的间歇放电形态，所以在放电期间中通过原料气体的二氧化氮或放电面材料(光触媒绝缘膜2104b)的效果，效率良好地促进了氧离解，可以认为被离解出的氧原子在该间歇放电形态的休止期间中起到了效率良好地生成臭氧气体的作用。结果可以判断，臭氧产生器11通过电介质阻挡放电，能够产生超过200g/m3(93333ppm)的高浓度的臭氧气体。
在上述考察下，具有本实施方式的臭氧产生装置100的臭氧气体利用系统才能够实现。
如以上这样，通过进行此次的浓度上升响应性的确认试验，找到作为生成高浓度的臭氧的原因的要素，由此有利于用来得到更高浓度的臭氧气体的气体种类及放电面材料的探寻，能够实现更小型的装置结构的臭氧产生装置100(臭氧产生器11)，结果面向利用臭氧气体的应用装置的市场扩大。
这样，通过采用在图12中表示那样的电极构造，臭氧产生器11即使从原料气体精制装置300接收到氮气的含有量不到0.1％的无氮(添加)的氧气作为原料气体，也能够将臭氧气体中包含的NOx的量抑制在不到几ppm而产生超过200g/m3的高浓度的臭氧气体。
在上述的再验证的基础上，通过在实现了小型化和原料气体的无氮化的臭氧产生器11的放电面涂敷特定的金属氧化物质即光触媒绝缘膜2104b，臭氧生成能力上升，实现了具有能取得高浓度的臭氧的臭氧产生器11的臭氧产生装置100。
这样，本实施方式的臭氧气体利用系统使用臭氧产生装置100的小型化技术设为小容量型，并且作为高纯度氧源而从存在于自然环境中的水及大气取得氧气，进而将原料气体精制装置300作为精制高纯度的氧的装置。
进而，作为电源供给装置400，为了构成发电几百W以上的小规模电源装置，设为基于太阳光、风力、地热、水力、波力、生物发电的小规模的可再生的能量发电的一部分的供电源，使能够在各种各样的地域或场所利用对于地球环境友好的利用臭氧的臭氧气体利用系统。
(电源供给装置400)
图8是表示将作为用来与臭氧产生装置100组合而使用的一个结构例的电源供给装置400作为再生能量发电装置的结构例的说明图。
如图8所示，电源供给装置400由再生能量发电单元部40a和发电电气控制部40b构成，再生能量发电单元部40a具有太阳电池模组阵列41，发电电气控制部40b包括电气保护BOX42、蓄电器43、集电盘44及电力变换器45而构成。
这样，再生能量发电单元部40a作为再生能量而具有太阳电池模组阵列41。发电电气控制部40b控制由再生能量发电单元部40a产生的电的聚集、积蓄，并将发电所得的电从直流源控制为商用交流源。
从1个太阳电池模组阵列41发电所得的电先经过发电电气控制部40b内的电气保护BOX42聚集到集电盘44。电气保护BOX42设置在再生能量发电单元部40a与发电电气控制部40b的蓄电器43之间。电气保护BOX42进行产生朝向再生能量发电单元部40a的雷时等、再生能量发电单元部40a的发热、短路、过电压时等的防止对策以及防倒流用的二极管装接等对于故障的安全断路。进而，来自再生能量发电单元部40a的电气发电量、单元温度等传感器信号和对电量的调整指令的信号也经由电气保护BOX42向发电电气控制部40b侧传递。由太阳电池模组阵列41发电并经由电气保护BOX42得到的电聚集到集电盘44，先由蓄电器43积蓄，之后由电力变换器45将直流源变换为交流的供给电源70，使发电所得的电成为供给电源70总是稳定地向外部供给。
这样，采用了作为再生能量发电源的太阳电池模组阵列41的电源供给装置400不仅产生电并向外部送电，还需要能够在发电的地域有效利用所谓的“地产地消”。所以，如果在各地域、偏僻地方、孤岛或隔离的大型船内，利用再生能量发电的一部分电产生无氮臭氧气体，能够作为各种各样的环境对策，作为大气污染、杀菌、上下水处理、赤潮对策而进行环境负担较小的臭氧气体的利用，则可以期待能实现希望的地域环境改善的效果。
这样，电源供给装置400利用搭载有作为可再生能源的太阳电池模组阵列41的再生能量发电单元部40，供给作为臭氧产生装置100的动作电源的供给电源70。
因此，本实施方式的臭氧气体利用系统在偏僻地方、孤岛或船等通常的电源利用较困难的场所，也能够由应用处理装置执行臭氧利用处理。
(第1变形例)
这里，对用来实现人的饮用水的上水净化、污水等的下水净化、池水的水净化和杀菌、用于水族馆的有机物处理及杀菌处理的小型的水环境改善处理等各种各样的水净化处理的臭氧气体利用系统的第1变形例进行说明。
图9是表示臭氧气体利用系统的第1变形例的结构的框图。在图9中，将来自凝聚沉淀槽20b的处理水作为臭氧处理前物质91。以下，参照图9，一边将与在图1～图8中表示的实施方式的基本结构同样的构成部的说明适当省略一边对第1变形例进行说明。
如图9所示，在药品混和槽20a中，用中和剂药品90a进行对于处理源水90的药品处理，然后，将在凝聚沉淀槽20b进行了悬浮物等的过滤的处理水作为臭氧处理前物质91，向应用装置200的臭氧气体处理反应器21注入。
在臭氧气体处理反应器21的下部，设有供给臭氧气体的臭氧空间，在臭氧空间中设有微细的孔(喷射器)，从该孔对臭氧气体处理反应器21的处理箱内的处理水作为臭氧气体气泡送入臭氧气体，通过使臭氧气体从处理水(臭氧处理前物质91)与臭氧气体气泡的接触面渗透，执行处理水中含有的有机物的氧化分解及杀菌等由臭氧气体进行的水净化处理。
并且，将水净化处理后的臭氧处理水作为臭氧处理后物质92向活性炭吸附处理槽23输出。在臭氧处理后物质92中，包括细微的分解物质及锰等重金属氧化金属物质，经过活性炭吸附处理槽23而成为活性炭处理水93，经过砂过滤槽24而成为完全过滤的砂过滤处理水94，先被储存到臭氧处理物质积蓄部22中，根据需要而作为完全处理水95供水并利用。
因而，本实施方式的臭氧气体利用系统由于作为处理物积蓄部而具有臭氧处理物质积蓄部22，所以在需要时能够利用臭氧处理后物质92。
如以上这样，用于水净化处理的臭氧气体量根据处理源水90而不同，在通常的处理水(上水)中以2～5mg/L、在脏污的排水(下水)中以5～10mg/L左右的臭氧(气体的)注入，进行通过臭氧水的水净化处理。例如，如果是5mg/L的臭氧注入，则用臭氧产生量30g/h的臭氧气体就足够，通过臭氧气体进行的水净化处理量以200m3/日进行，作为臭氧产生器11的电气容量，1kVA就足够，与以往的臭氧产生器相比，能够以1/2～1/3左右的小电气容量构成进行水净化处理的臭氧气体利用系统。
此外，作为原料气体的氧只要有3～10L/min左右的供给就足够，如果能够用比较小的氧PSA装置32和高纯度气体精制器33将氮气及水分量除去，则用非常小的装置结构的原料气体精制装置300就能够解决。
进而，电源供给装置400也能够以几kVA左右的小容量构成充分进行水净化处理的臭氧气体利用系统，所以如果使用再生能源利用电源供给装置400，则能够在偏僻地方或孤岛实现非常紧凑、进行降低了环境负担的水净化处理的臭氧气体利用系统。
如上述那样，臭氧气体利用系统的第1变形例作为应用装置200执行的臭氧利用处理而执行对于作为臭氧处理前物质91的处理水的水净化处理。
因此，第1变形例与以往的臭氧产生装置相比，能够使用1/2～1/3左右的小电气容量的臭氧产生装置100进行水净化处理。
(第2变形例)
以下，作为第2变形例说明作为大型客船的水处理或集装箱船、油轮的压舱水的水净化处理用的环境装置的臭氧气体利用系统。
关于大型客船的水处理或集装箱船、油轮的压舱水，在各港口混入到由船舶利用的水中的水生生物被散布到世界地域的港口，成为给该地域的环境、生物体系的破坏、健康及经济活动带来损害的状况。因此，在国际海事组织(IMO；International MaritimeOrganization)，从2004年起采用了“用于船舶压舱水及沉淀物的控制及管理的国际条约”，对于从2009年起动工的拥有不到5000m3的压舱箱的新造船，规定必须有压舱水的水净化处理设备，对于5000m3以上的新造船，规定从2012年起必须有压舱水的水净化处理设备。此外，对于大型客船也要求同等的水净化处理设备。
图10是表示使用臭氧产生装置100的臭氧气体利用系统的第2变形例的结构的说明图。第2变形例在集装箱船、油轮等船舶5内构建了臭氧气体利用系统。以下，参照图10，一边适当省略与在图1～图8中表示的实施方式的基本结构同样的构成部的说明一边对第2变形例进行说明。
在图10中，从压舱水输入口25经由操作阀27a供给海水作为处理源水90，进而，由压舱水用泵28经由药品混和槽20a从操作阀27d向作为臭氧处理物质积蓄部的压舱箱22B注入。
然后，将注入到压舱箱22B中的压舱水再次从操作阀27b向压舱水用泵28输入。然后，将操作阀27b设为闭状态，将操作阀27c设为开状态，从药品混和槽20a经由凝聚沉淀槽(过滤器)20b，作为臭氧处理前物质(处理水)91从操作阀27e向臭氧气体处理反应器21注入。并且，对臭氧处理前物质91施以水净化处理而得到的臭氧处理后物质92从臭氧气体处理反应器21的上部经由操作阀27f返回压舱箱22B。这样，在臭氧气体利用系统的第2变形例中，一边使积蓄在压舱箱22B中的压舱水循环一边进行水净化处理。
在臭氧气体处理反应器21的下部，设有供给臭氧气体的臭氧气体供给空间，在臭氧气体供给空间中设有微细的孔(喷射器)，从该孔对臭氧气体处理反应器21的处理箱内的处理水，作为臭氧气体气泡送入臭氧气体，通过使臭氧气体从处理水与臭氧气体气泡的接触面渗透，施以处理水中含有的有机物的氧化分解及杀菌等处理，进行通过臭氧气体的水净化处理。
通过结构比较小的氧PSA装置32和高纯度气体精制器33，将除去了氮气及水分量的高纯度氧气61作为原料气体向臭氧产生装置100供给。
通过设为使臭氧产生装置100的放电面为特定的光触媒的臭氧产生器，能够从高纯度氧气61产生几乎不包含NOx气体的臭氧气体62，通过将该臭氧气体62向臭氧气体处理反应器21的下部的臭氧空间供给，能够进行使用臭氧气体的水净化处理。另外，压舱水排水口26是用来将积蓄在压舱箱22B中的压舱水向船舶5的外部排水的排水口。
如以上这样，作为在集装箱船、油轮等船舶5中积蓄在压舱箱22B中的压舱水的臭氧水净化处理，实现了第2变形例的臭氧气体利用系统。
这样，具有使臭氧产生装置100的放电面为特定的光触媒的臭氧产生器的第2变形例的臭氧气体利用系统由于向臭氧产生器供给的原料气体采用由不包含氮气的高纯度氧气得到的几乎不包含NOx气体的臭氧气体62，执行积蓄在压舱箱22B中的压舱水的臭氧水净化处理，能够实现环境负担较小的臭氧水净化处理并使系统结构小型化到能够搭载到船舶5内的水平。
此外，在第2变形例中，表示了集装箱船、油轮等船舶5中的压舱水的水净化处理，但在大型客船内的上水或下水的臭氧处理中，通过采用使臭氧产生装置100的放电面为特定的光触媒的臭氧产生器而构建臭氧气体利用系统，也能够起到用几乎不包含NOx气体的臭氧气体62实现环境负担较小的臭氧水净化处理的效果。
进而，如果在各港口配备搭载有第2变形例的臭氧气体利用系统的专用的水处理船，由专用的水处理船执行集装箱船、油轮的压舱水的臭氧水净化处理，则能够在更短时间中将所处理的水向集装箱船、油轮供给。
如上述那样，臭氧气体利用系统的第2变形例作为由应用装置200执行的臭氧利用处理执行对作为臭氧处理前物质91的处理水的臭氧水净化处理，将该系统构建在船舶5内。
因此，第2变形例与以往的臭氧产生装置相比，能够使用1/2～1/3左右的小电气容量的臭氧产生装置100在船舶5内进行臭氧水净化处理。
进而，由于第2变形例作为积蓄臭氧处理后物质92的处理物积蓄部而具有压舱箱22B，所以能够在需要时利用臭氧处理后物质92。
除此以外，在第2变形例中，由于能够一边使压舱箱22B内的压舱水循环，一边反复用臭氧气体处理反应器21执行水净化处理，所以能够将压舱水稳定性良好地保持在一定的净化水平。
(第3变形例)
除了精制高纯度氧气的原料气体精制装置300以外，将作为再生能量发电装置的电源供给装置400与采用使放电面为特定的光触媒的臭氧产生器的臭氧产生装置100进一步组合，实现执行利用无NOx臭氧气体的水净化处理的臭氧气体利用系统，由此能够以非常小的规模实现小规模的海水的杀菌、赤潮处理及大气的杀菌。该臭氧气体利用系统由于利用环境负担较小的无NOx的臭氧气体，所以能够在各地域中利用，具有很大的有助于环境改善的效果。
这样，臭氧气体利用系统的第3变形例通过将以海水或大气作为臭氧处理前物质91的杀菌处理作为应用装置200的臭氧利用处理执行，能够使用比较紧凑的臭氧产生装置100实现海水的杀菌及大气的杀菌。
(其他)
执行水净化处理等作为臭氧利用处理的以往的应用装置由于装置规模大，所以产生臭氧气体的装置的供电量及用来产生臭氧气体的电源非常大。并且，以往的臭氧产生器使作为原料气体的空气源或在氧中包含1％(10000ppm)的氮气的气体通过放电产生臭氧气体，所以也生成NOx，在产生的臭氧气体中包含有害的NOx。
因此，不能实现减少作为环境负担的NOx气体、并且使供电量及用来产生臭氧气体的供给电源为规模较小的设备、以小电力有效地产生减少了NOx气体等有害的杂质气体的臭氧气体、具有进行利用该臭氧气体的小规模的水净化处理的应用装置的臭氧气体利用系统。
所以，本实施方式的臭氧气体利用系统使用臭氧产生装置100构建，所述臭氧产生装置100作为臭氧产生技术采用了将氮气的含有量不到0.1％的无氮的氧气作为原料气体产生高浓度的臭氧气体的无氮臭氧产生技术，采用使放电面为特定的光触媒的臭氧产生器，作为臭氧产生器用的电源技术采用利用了逆变器技术的高频臭氧电源，由此成为小型的臭氧产生器。
进而，本实施方式的臭氧气体利用系统的电源供给装置400通过利用基于太阳光、风力、地热、水力、波力、生物发电的小规模的电力供给源，并且设为采用使放电面为特定的光触媒的臭氧产生器的臭氧产生装置100，能够实现利用减少了作为环境负担的NOx气体的臭氧气体的小规模的系统(环境装置)。结果，本实施方式的臭氧气体利用系统在偏僻地方、孤岛或被隔离的大型客船或油轮等中，也能够进行各种各样的能够改善环境的利用臭氧的小规模的环境处理。
本实施方式的臭氧气体利用系统对作为构成要素的臭氧产生装置100施以了以下的精心设计。将臭氧产生器11用的升压高频电压72的频率高频化为10kHz以上。进而，在负载共振型高频升压变压器13中，经由冷却芯的变压器冷却空洞136将变压器芯131的周围用铝板等导电体磁屏蔽罩135包围，能够防止由变压器主体的泄漏磁通量带来的发热而以共振频率附近的固定频率投入规定电力。
此外，随着使臭氧产生装置100小型化，将作为包括利用臭氧气体的水净化处理的臭氧利用处理执行的以往的应用装置的规模较大的处理重新审视为小规模的装置规格，原料气体供给源也成为小规模的原料气体精制装置300，供电源成为利用再生能量电源的小规模容量的电源供给装置400。
这样，本实施方式的臭氧气体利用系统作为臭氧产生技术及电源技术而使用采用了小型化技术和无氮臭氧产生技术的臭氧产生器、以及利用基于太阳光、风力、地热、水力、波力、生物发电的小规模的电力供给源的电源供给装置400，并设为搭载有负载共振型高频升压变压器13的高频逆变器电源，由此能够构建减少了NOx气体的环境负担较小的臭氧气体利用系统。
结果，本实施方式的臭氧气体利用系统能够如第1变形例那样作为进行偏僻地方或孤岛处的水净化处理的系统利用，或如第2变形例那样作为进行油轮等的压舱水的水净化处理的系统利用，所以有望做成小规模的地域环境的环境改善处理装置。
进而，通过实现具有小型化的臭氧产生装置和进行臭氧利用处理的小规模的应用装置200的臭氧气体利用系统，还有在灾害时也能够容易地使用的效果。
详细地说明了本发明，但上述说明在全部的方面都是例示，本发明并不限定于此。应了解的是，能够不脱离本发明的范围而想到没有例示的无数的变形例。
标号说明
11 臭氧产生器
12 变换器/逆变器部
13 负载共振型高频升压变压器
21 臭氧气体处理反应器
22 臭氧处理物质积蓄部
22B 压舱箱
32 氧PSA装置
33 高纯度气体精制器
40a 再生能量发电单元部
41 太阳电池模组阵列
100 臭氧产生装置
131 变压器芯
132 变压器铸塑线圈
133 变压器填隙片
134 变压器压板
135 导电体磁屏蔽罩
200 应用装置
300 原料气体精制装置
400 电源供给装置
500 排臭氧分解装置

Claims (16)

1.一种臭氧气体利用系统，其特征在于，
具备：
原料气体供给装置(300)，供给包含氧气的原料气体；
臭氧产生装置(100)，从上述原料气体生成臭氧气体；以及
应用装置(200)，利用上述臭氧气体，执行从臭氧处理前物质(91)得到臭氧处理后物质(92)的臭氧利用处理；
上述臭氧产生装置包括：
逆变器电源(120)，生成供给高频电压；
共振型变压器部(13)，将上述供给高频电压升压而得到升压高频电压；以及
臭氧气体产生器(11)，接收从上述共振型变压器部收到的上述升压高频电压作为动作电压，从上述原料气体生成200g/m3以上的臭氧浓度的上述臭氧气体；
上述应用装置在0.2MPa以上的压力环境下接收上述臭氧气体。
2.如权利要求1所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述逆变器电源生成10kHz以上的高频的上述供给高频电压；
上述共振型变压器部具备：
变压器主体(131～133)，将上述供给高频电压升压而得到上述升压高频电压；以及
金属制的罩部件(135)，在与上述变压器主体之间确保冷却空间，并且将上述变压器主体覆盖，以免上述变压器主体的磁通泄漏给外部带来影响。
3.如权利要求1或2所述的臭氧气体利用系统，其中，
还具备供给上述臭氧产生装置用的动作电源的电源供给装置(400)；
上述电源供给装置利用可再生能源供给上述动作电源。
4.如权利要求1或2所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述原料气体供给装置包括从空气中或水中取得氧气的氧提取装置(32)。
5.如权利要求1或2所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述应用装置执行的上述臭氧利用处理包括对于作为上述臭氧处理前物质的水的水净化处理。
6.如权利要求5所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述臭氧处理前物质包括由船舶(5)利用的水。
7.如权利要求1或2所述的臭氧气体利用系统，其特征在于，
上述应用装置具有积蓄上述臭氧处理后物质的处理物积蓄部(22)。
8.如权利要求1或2所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述应用装置执行的上述臭氧利用处理包括将海水或大气作为上述臭氧处理前物质的杀菌处理。
9.一种臭氧气体利用系统，其特征在于，
具备：
原料气体供给装置(300)，供给包含氧气的原料气体；
臭氧产生装置(100)，从上述原料气体生成臭氧气体；以及
应用装置(200)，利用上述臭氧气体，执行从臭氧处理前物质(91)得到臭氧处理后物质(92)的臭氧利用处理；
上述臭氧产生装置包括：
逆变器电源(120)，生成供给高频电压；
共振型变压器部(13)，将上述供给高频电压升压而得到升压高频电压；以及
臭氧气体产生器(11)，接收从上述共振型变压器部收到的上述升压高频电压作为动作电压，从上述原料气体生成200g/m3以上的臭氧浓度的上述臭氧气体；
上述原料气体供给装置将氮气的含有量不到0.1％的氧气作为上述原料气体进行供给，上述臭氧气体产生器将光触媒材料作为放电面；
上述应用装置在0.2MPa以上的压力环境下接收上述臭氧气体。
10.如权利要求9所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述逆变器电源生成10kHz以上的高频的上述供给高频电压；
上述共振型变压器部具备：
变压器主体(131～133)，将上述供给高频电压升压而得到上述升压高频电压；以及
金属制的罩部件(135)，在与上述变压器主体之间确保冷却空间，并且将上述变压器主体覆盖，以免上述变压器主体的磁通泄漏给外部带来影响。
11.如权利要求9或10所述的臭氧气体利用系统，其中，
还具备供给上述臭氧产生装置用的动作电源的电源供给装置(400)；
上述电源供给装置利用可再生能源供给上述动作电源。
12.如权利要求9或10所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述原料气体供给装置包括：
氧提取装置(32)，从空气中或水中取得氧气；以及
氧气精制机(33)，从由上述氧提取装置得到的氧气生成高纯度的氧气作为上述原料气体。
13.如权利要求9或10所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述应用装置执行的上述臭氧利用处理包括对于作为上述臭氧处理前物质的水的水净化处理。
14.如权利要求13所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述臭氧处理前物质包括由船舶(5)利用的水。
15.如权利要求9或10所述的臭氧气体利用系统，其特征在于，
上述应用装置具有积蓄上述臭氧处理后物质的处理物积蓄部(22)。
16.如权利要求9或10所述的臭氧气体利用系统，其中，
上述应用装置执行的上述臭氧利用处理包括将海水或大气作为上述臭氧处理前物质的杀菌处理。
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