JP2008174449A - オゾン製造装置およびオゾン製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン貯蔵時に使用するエネルギーを低減できるとともに、オゾン注入をできるだけ先鋭化する（高濃度のオゾンを短時間で取り出す）ことにより、経済的でオキシダントなどの副生成物の生成の少ないオゾン製造装置を提供する。
【解決手段】オゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、オゾン発生器で生成したオゾン化酸素からオゾンを吸着貯留する吸脱着塔と、吸脱着塔内の排気を行なう排気装置と、吸脱着塔と排気装置をつなぐ配管上に備え付けられている停止弁と、吸着貯留したオゾンを脱着して供給する水流エジェクタからなるオゾン製造装置。脱着開始直前に排気装置を稼動させて吸脱着塔内の酸素ガスをあらかじめ排出する酸素ガス排出手段を備える。
【選択図】図４

Description

本発明はオゾン製造装置およびオゾン製造方法に関する。さらに詳しくは、オゾンを連続的に製造して吸着貯留し、必要なときにこれを脱着（分離）させて供給するオゾン製造装置に関する。

発電所や化学工業などには多量の冷却水が使用されているが、用水中の微生物や藻類によってスライム障害が発生して管路の閉塞や熱交換率の低下が起こる。この種の防止対策として高濃度のオゾン水の適用が考えられる。高濃度のオゾン水を生成するためには、大容量のオゾン発生器を用いて生成するよりも、小型で小容量のオゾン発生器を用いて、生成したオゾンを吸着剤に長期間にわたって蓄積し、この蓄積したオゾンを必要に応じて吸着剤から取り出し、高濃度のオゾン水を生成する、いわゆる間歇オゾン製造方式が設備費および運転費の点から有利である。

かかるオゾン製造方式を用いたオゾン製造装置として、たとえば図１０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、吸脱着塔５３と、冷熱源５４と、加熱源５５と、水流エジェクタ５６と、切替弁５７ａ〜５７ｇとからなるものがある。吸脱着塔５３は二重筒になっており、その内筒はオゾン吸着剤が充填されており、外筒は熱媒体が充填されている。なお、オゾン吸着剤には、たとえばシリカゲルが用いられ、熱媒体にはエチレングリコールやアルコール類が使用される。また、前記循環ブロア５２、オゾン発生器５０および吸脱着塔５３は、この順に１つの循環系を構成している。

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貯留工程と脱着工程の２工程がある。

初めにオゾンの吸着貯留工程について説明する。酸素供給源５１より循環系内に常時一定圧力になるように酸素を供給する。このときの圧力は通常１．５ｋｇ／ｃｍ²に維持されている。切替弁５７ｃおよび５７ｄを開き、循環ブロア５２より循環系内に酸素を流通し、循環させると、オゾン発生器５０の放電空間を通過するあいだに、酸素の一部がオゾンに変換されてオゾン化酸素となる。このオゾン化酸素は吸脱着塔５３へ送られる。吸脱着塔５３内のオゾン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に戻される。オゾンに変換され、吸着された酸素量は酸素供給源５１より補充される。このとき、オゾン吸着剤の温度は、オゾン吸着量が温度により大きく変化するため、冷熱源５４により−３０℃以下に冷却されている。すなわち、温度が低下するとオゾン吸着量は増加し、逆に上昇するとオゾンの吸着量は減少する。したがって、オゾンを脱着するときは加熱源５５により吸着剤の温度を上昇させる。

吸脱着塔５３の吸着剤がオゾンを飽和吸着量近くまで吸着すると脱着工程に移行する。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が稼働を停止し、切替弁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が稼働を始めて切替弁５７ｅ〜５７ｇが開く。このとき、吸着剤に吸着貯留されていたオゾンが脱着し易いように加熱源５５より熱が加えられ吸着剤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。このように脱着工程が終了すると再び初期の吸着工程に移行して連続的に運転が繰り返される。

スライム付着防止においては高いオゾン濃度で短時間に処理することが重要である。言い換えれば、脱着オゾンの最大ピーク濃度が重要である。しかしながら、図１０に示す従来の装置では、オゾン脱着濃度は脱着時間の経過と共に低下するので、オゾン水の濃度を安定化することはできず、一定濃度以上が一定時間必要な使用条件のばあいには、オゾンを効率的に使用できないという問題点がある。すなわち、スライム防止に用いるばあい、吸着貯留しているオゾンの全てを短時間に脱着してパルス状に注入することはできず、脱着オゾン濃度はピーク濃度に達したのち、比較的長い時間、スライム付着防止には効果の小さい低濃度のオゾンが脱着されてしまい、先に述べたばあいと同様、経済的でないばかりか、海水系に適用するばあいには、魚貝類に悪影響を及ぼすオキシダントを生成する惧れがある。また、オゾンを吸着する際には吸着剤を冷却し、オゾンを脱着する際には吸着剤を加熱するので、オゾン貯蔵時に多大なエネルギーを消費するという問題がある。

これに対し、オゾンを脱着供給する管路に切換弁と流路抵抗からなるバイパス回路を設けるようにした間歇オゾン供給装置がある（特公平２−２８４号公報参照）。しかしながら、かかる供給装置では、オゾン水の濃度を常時平均的に保つことができるが、より高濃度のオゾン水を生成しにくい。

一方、大容量のオゾンを発生させるために、内筒の中に吸着剤を昇温するための蛇管を配置させた間歇オゾン供給装置がある（特公昭６０−３４４８４号公報参照）。しかしながら、かかる供給装置では、脱着直前に吸脱着塔内にはオゾン発生器からの酸素含有ガス（酸素濃度８０ｗｔ％以上）が残っており、また、加熱だけで脱着させるため操作に長時間を要し、この間のオゾンの分解量も多いという問題点があり、貯留しているオゾンを短時間に効率よく脱着させることはできず、脱着工程の後半では低濃度のオゾンが脱着されてしまい、パルス状に注入しにくいという問題点があった。

本発明は、叙上の事情に鑑み、オゾン貯蔵時に使用するエネルギーを低減できるとともに、オゾン注入をできるだけ先鋭化、すなわち、貯留しているオゾンをできるだけ高濃度で短時間に取り出すことにより、経済的でオキシダントなどの副生成物の生成の少ないオゾン製造装置を提供することを目的とする。

本発明にかかわるオゾン製造装置は、オゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、オゾン発生器で生成したオゾン化酸素からオゾンを吸着貯留する吸脱着塔と、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からなるオゾン製造装置であって、脱着開始時に前記吸脱着塔内のガスを排気する排気手段と、前記排気手段と前記吸脱着塔を連結する配管上に設けられた停止弁とを備えてなることを特徴とする。

前記吸脱着塔の温度を上げる加熱源を備えてなることが好ましい。

前記排気手段で排出したガスを蓄えるタンクを備えてなることが好ましい。

本発明のオゾン製造方法は、オゾン発生器でオゾンを製造するオゾン製造工程と、前記オゾン発生器で生成したオゾン化酸素からオゾンを吸脱着塔に吸着貯留するオゾン吸着工程と、前記吸脱着塔に吸着貯留したオゾンをオゾン脱着手段により脱着するオゾン脱着工程からなるオゾン製造方法において、前記オゾン脱着工程に入る前に前記吸脱着塔内のガスを排気するガス排気工程を実施することを特徴とする。

前記ガス排気工程を実施した後に、前記吸脱着塔内の温度を上げる昇温工程を設け、前記昇温工程後に前記オゾン脱着工程を実施することが好ましい。

前記ガス排気工程を実施した後に、タンクにオゾン含有ガスを貯留するガス貯留工程を設け、前記ガス貯留工程後に前記オゾン脱着工程を実施することが好ましい。

前記ガス排気工程を実施した後に、吸脱着塔の温度を上げる昇温工程を設け、前記昇温工程後にタンクにオゾン含有ガスを貯留するガス貯留工程を設け、前記ガス貯留工程後にオゾン脱着工程を実施することが好ましい。

請求項１の発明におけるオゾン製造装置は、脱着開始時に、まず、吸脱着塔内のガスを排気し、ついで吸着剤を昇温または吸脱着塔内を減圧して吸着しているオゾンを脱着させるようにしたので、吸着工程が終了したのちに吸脱着塔内に残っている酸素ガスを前もって取り除くことができ、脱着オゾン濃度を先鋭化させ、経済的で処理効果が大きく、かつ、海水系に適用するばあいにもオキシダントの生成を抑えることができるという効果がある。

請求項３の発明におけるオゾン製造装置は、脱着させたオゾンを一時的にタンクに貯め、脱着オゾン濃度を平滑化するようにしたので、従来の装置のような脱着工程後半のスライム付着防止効果が小さい脱着オゾンの低濃度化がなくなり、経済的で処理効果が大きく、かつ、海水系に適用するばあいにもオキシダントの生成を抑えることができるという効果がある。

参考例１．
図１は参考例１におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図１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、吸脱着塔４と、冷熱源５と、加熱源６と、オゾン脱着手段である水流エジェクタ７と、切換弁８ａ〜８ｇと、オゾンを貯留する吸脱着塔４に酸素ガスを供給する酸素ガス供給手段であるタンク９と、酸素ガス供給タンク９から吸脱着塔４に供給される酸素ガス量を調節する酸素ガス流量調節手段である調節器１０とからなる。吸脱着塔４は二重筒になっており、その内筒はオゾン吸着剤が充填されており、外筒は熱媒体が充填されている。この、オゾン吸着剤には、たとえば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、活性アルミナやフルオロカーボンを含浸させた多孔質材料などが用いられ、熱媒体にはエチレングリコールやアルコール類が用いられる。また、前記循環ブロア３、オゾン発生器１および吸脱着塔４は、この順に１つの循環系を構成している。

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。

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。切換弁８ａ〜８ｄ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ったのち、このオゾン化酸素は吸脱着塔４へ搬送される。吸脱着塔４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８ｃ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、オゾン吸着剤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、通常冷却温度は冷熱源５により−４０℃以下にされている。また、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、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。

吸脱着塔４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および冷熱源５が稼動を停止し、切換弁８ａ〜８ｄが閉じる。そののち、水流エジェクタ７が稼動を始めて切換弁８ｆ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６により、数分間で分離できる１０℃以上の熱が加えられ吸着剤の温度を上昇させる。それと同時に、酸素ガス供給タンク９から酸素ガス流量調節器１０を介して吸脱着塔４に酸素ガスが供給される。これにより、吸脱着塔４内の吸着剤であるシリカゲルの表面では、供給された酸素が吸着されて、すでに吸着しているオゾンが脱着する、いわゆるガス置換現象が生じ、オゾンを高濃度に含んだガスが水流エジェクタ７に吸引される。一定時間、たとえばスライム付着などを行なうときは、５分間程度のあいだ、この状態を継続し、処理が終了すると、切換弁８ｅ、８ｇが閉じ、そののち、酸素ガス供給タンク９からの酸素供給が停止し、水流エジェクタ７が稼働を停止する。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、吸脱着塔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。また、予め吸着時間を設定しておき、時間経過に合わせて脱着工程に移るようにしてもよい。

前記オゾン脱着時に供給する酸素ガスは、吸脱着塔４からオゾンが吸引される側と反対側の位置から供給される。すなわち、吸脱着塔４の下部からオゾンが吸引されるばあいには、酸素ガスは吸脱着塔４の上部から供給される。このようにすることにより、効率的に酸素とオゾンの置換を行なうことができ、高濃度のオゾンを供給することができる。また、脱着時の酸素供給量は吸着剤の充填量によって異なるが、吸脱着塔４の出口で酸素が完全にオゾンと置換するように、酸素ガス供給量を酸素ガス流量調節器１０により調節すると、最も高濃度のオゾンガスを供給することができる。言い換えれば、酸素ガス供給量を調節することにより、任意の濃度で任意の量のオゾンを一定時間に投入することができ、効率的なオゾン注入ができる。

以上のように、一定時間のあいだ、高濃度のオゾンをパルス状に注入することができるため、スライム付着防止を効率よく行なうことができるとともに、スライム付着防止に影響を与えない低濃度のオゾンの注入を防止でき、無意味なオゾンの消費を低減することができる。また、吸着剤の昇温工程を省いても、高濃度のオゾンを注入することができるので、加熱源をなくすことができると同時に、昇温に使用するエネルギーを低減することができ、経済的なオゾン製造装置をうることができる。

なお、本参考例では、切換弁８ｆが閉じ、そののち、酸素ガス供給タンク９からの酸素供給が停止し、水流エジェクタ７が稼働を停止する脱着停止フローのばあいについて示したが、酸素ガス供給タンク９からの酸素供給が停止し、そののち、切換弁８ｆが閉じ、水流エジェクタ７が稼働を停止する脱着停止フローにしても水流エジェクタ７の駆動に用いる水が吸脱着塔４に浸入することを防止できる。

また、本参考例では、オゾン脱着時に供給する酸素ガスの温度について言及しなかったが、酸素ガスの温度は冷却されているオゾン吸着剤と同レベルの温度にする方が、オゾン吸着剤を再び冷却する際に必要な電力を少なくできるという点で好ましい。しかし、貯蔵したオゾンを一度に高濃度で脱着できるという点では、オゾン吸着剤よりも高い温度の酸素ガスを供給する方が好ましい。すなわち、温度制御していない室温レベルの温度の酸素ガスを供給することにより、オゾンを効率よく脱着することができる。

参考例２．
図２は本参考例２におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図２において、前記参考例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。

本参考例では、ガス制御手段である、吸脱着塔４内の圧力を測定する圧力センサ２１と、酸素ガス供給タンク９から吸脱着塔４に供給される酸素ガスの供給圧力を調節する圧力調節器２２と、水流エジェクタ７に吸引されるオゾンガス流量を調節する流量制御器２３と、圧力センサ２１からの信号を受けて圧力調節器２２、流量制御器２３および酸素ガス流量調節器１０の動作を制御する圧力用コントローラ２４を備えている。

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。オゾンを吸着する動作については参考例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

吸脱着塔４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および冷熱源５が稼動を停止し、切換弁８ａ〜８ｄが閉じる。そののち、水流エジェクタ７が稼動を始めて切換弁８ｅ〜８ｇ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６により、数分間で脱着分離できる１０℃以上の熱が加えられ吸着剤の温度を上昇させる。それと同時に、酸素ガス供給タンク９から酸素ガス流量調節器１０を介して吸脱着塔４に酸素ガスが供給される。一定時間のあいだ、オゾン注入を行ない、処理が終了すると、切換弁８ｆが閉じ、そののち、酸素ガス供給タンク９からの酸素供給が停止し、水流エジェクタ７が稼働を停止する。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。

オゾン脱着時には、吸脱着塔４内の圧力を低くする方が、酸素との置換によって脱離したオゾンが再び吸着する量を低減することができる。つまり、吸脱着塔４内が負圧状態となる大気圧以下にする方がオゾンの再吸着量を低減することができる。したがって、吸脱着塔４内に一定量の酸素ガスが供給されるのを維持しながら、できるだけ吸脱着塔４内の圧力を低くすることができるように、圧力センサ２１からの電気信号を受けた圧力用コントローラ２４が圧力調節器２２、流量制御器２３、酸素ガス流量調節器１０の動作を制御する。すなわち、圧力調節器２２により供給される酸素ガスの圧力を低くするとともに、酸素ガス供給量をオゾンガス脱着量よりも小さくすることにより、効率的にオゾンを脱着することができる。

このように、本参考例では、圧力調節器２２により供給される酸素ガスの圧力を低くするとともに、酸素ガス供給量をオゾンガス脱着量よりも小さくすることにより、オゾン脱着時に吸脱着塔４内の圧力を大気圧以下にすることができ、オゾンの再吸着量を低減できるために、一定時間のあいだ、高濃度のオゾンをパルス状に注入することができ、スライム付着防止を効率的に行なうことができる。また、脱着時に使用する酸素ガスを少なくすることができ、オゾン注入を経済的に行なうことができる。

本参考例では、圧力センサ２１の取り付け位置について言及しなかったが、圧力センサ２１はオゾンが水流エジェクタ７によって吸引される位置から最も離れた位置に装着するようにした方がよい。これにより、吸脱着塔４内の吸着剤全体を大気圧以下に保つことができ、オゾン脱着を効率的に行なうことができる。また、酸素ガス流量調節器１０の下流側に装着するようにしても同等の効果がえられる。さらに、複数の圧力センサ２１を利用して精密な制御を行なうようにしてもよい。

参考例３．
図３は参考例３におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図３において、前記参考例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。

本参考例では、吸脱着塔４内の温度を測定する温度センサ３１と、温度センサ３１からの信号を受けて、冷熱源５の動作を制御する温度用コントローラ３２とからなる温度制御手段を備えている。

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。オゾンを吸着する動作については参考例１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

吸脱着塔４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８ａ〜８ｄが閉じる。そののち、水流エジェクタ７が稼動を始めて切換弁８ｆが開く。このとき、酸素ガス供給タンク９から酸素ガス流量調節器１０を介して吸脱着塔４に酸素ガスが供給される。一定時間のあいだ、オゾン注入を行ない、処理が終了すると、切換弁８ｆが閉じ、そののち、酸素ガス供給タンク９からの酸素供給が停止し、水流エジェクタ７が稼働を停止する。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。

オゾン脱着時には、酸素の吸着による発熱量よりもオゾンの脱着による吸熱量の方が大きくなることから、オゾン吸着剤であるシリカゲルの温度は脱着時一旦低下する。しかし、吸脱着塔４からの放熱などにより、シリカゲルの温度は再び上昇する。このように脱着工程では酸素の吸着、オゾンの脱着、吸脱着塔の放熱によって温度が変化する。このため、吸脱着塔４内の温度を吸着貯留時の温度に保つように、温度センサ３１から温度用コントローラ３２に電気信号が送られ、温度用コントローラ３２は冷熱源５に稼働停止信号を送る。すなわち、本参考例では脱着工程か吸着工程かにかかわらず、吸脱着塔４内の温度がオゾンを吸着する際の温度になるよう冷熱源５は稼働停止を繰り返す。

このように、本参考例では、脱着時に吸脱着塔を昇温せず、吸着時と同一温度で脱着させるので昇温、冷却に必要なエネルギーを低減でき、さらに温度センサ３１を用いて吸脱着塔４内の温度をきめ細かく管理することにより、冷熱源５を稼働するのに必要なエネルギーを低減できるので、運転経費を低減することができる。

なお、本参考例では、温度センサ３１の取り付け位置について言及しなかったが、温度センサ３１はオゾン吸着時にオゾン化酸素が供給される位置から最も近い位置に装着するようにした方がよい。これにより、オゾンの吸着を効率的にすることができる。また、複数の温度センサ３１を利用して精密な制御を行なうようにしてもよい。

前記参考例１でも述べたように、貯蔵したオゾンを一度に高濃度で脱着できるという点で、オゾン吸着剤よりも高い温度の酸素ガスを供給する方が好ましい。すなわち、温度制御していない室温レベルの温度の酸素ガスを供給することにより、オゾンを効率よく脱着することができる。また、脱着初期には温度制御していない酸素ガスでオゾンを脱着し、一旦低下した吸着剤の温度が再び吸着時温度に達したときに、吸着剤の温度と同レベルに冷却した酸素ガスを流すようにしても良い。これにより、オゾン脱着時に吸脱着塔から奪われる熱量を最小限にすることができ、効率的なオゾン脱着ができる。さらに本実施の形態では、加熱源を備えないばあいの例を示したが、加熱源を備え、冷熱源と併用して、脱着工程の吸脱着塔の温度を吸着貯留時の温度に保つことが可能である。

実施の形態４．
図４は実施の形態４におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図４において、前記参考例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。

本実施の形態では、排気手段である、吸脱着塔４内の排気を行なう排気装置４１と、吸脱着塔４と排気装置４１をつなぐ配管４３上に備え付けられている停止弁４２を備えている。

つぎに動作について説明する。吸着工程が終了した直後の吸脱着塔４内には、まだオゾン発生器１からオゾン化酸素が供給され、オゾンが吸着剤に吸着された残りの酸素ガスが残留しているため、高濃度のオゾンをシリカゲルから脱着分離することができても残留酸素ガスで希釈されてしまい、脱着オゾン濃度を先鋭化（高濃度のオゾンを短時間に吸脱着塔４から取り出すこと）することができない。

本実施の形態では、脱着工程が終わると直ぐに排気装置４１を一定時間動作させ、停止弁４２を開けて吸脱着塔４内に残存する酸素ガスを排出する。ついで、加熱源６を動作させて吸着剤を昇温したのち、または水流エジェクタ７を動作させたのち、吸脱着塔４内を減圧し、吸着しているオゾンを脱着させる。または吸着剤を昇温後に水流エジェクタ７を動作させて脱着させるようにしてもよい。

このように、脱着開始直前に排気装置４１を稼動させて吸脱着塔４内の酸素ガスをあらかじめ排出するので、脱着オゾン濃度を高濃度にすることができるとともに、先鋭化することができる。

また、排気装置４１で排気したのち、少量の酸素を吸脱着塔４に送り込むことも効果的である。すなわち、切替弁８ｃ〜８ｄのいずれか一方、または両者を操作して酸素供給源２より少量の酸素を吸脱着塔４に供給する。

吸着工程の最後に吸脱着塔４に供給されたオゾン化酸素のうち、吸着されなかった酸素を予め排気装置４１で排出しているので、吸脱着塔４内は吸着していたオゾンが脱着しているが、ここに少量の酸素を混ぜると、それまでオゾン雰囲気の所に酸素が混入してくるので、吸着剤に対するオゾンの吸着平衡が乱れ、吸着しているオゾンの脱着速度が増加する。

本実施の形態では、吸脱着塔４内のガス排気したのち、吸脱着塔４内に少量の酸素を注入することにより、吸着しているオゾンを一気に脱着させるので、脱着オゾン濃度を高濃度にすることができるとともに、先鋭化することができる。

なお、本実施の形態では、吸脱着塔４からのガスをそのまま大気中に排出しているが、オゾン分解塔に導いて触媒などによりオゾンを分解してから、排出するようにすれば、より安全性の高い装置となる。

参考例５．
図５は参考例５におけるオゾン供給装置を示す構成図であり、図５において、前記参考例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。

５１は排気装置４１により排出されたガスを一時的に貯留するタンク、５２は切替弁である。また、排気装置４１、タンク５１、切替弁５２、吸脱着塔４、切替弁８ｆと水流エジェクタ７を接続する配管５３に備え付けられている。

つぎに動作について説明する。吸着工程が終了すると加熱源６により吸脱着塔４内のオゾン吸着剤を加熱して吸着剤に吸着していたオゾンを脱着させる。このとき、脱着初期は脱着速度も大きく濃度も高いが、時間経過とともに急速に脱着速度、脱着オゾン濃度とも減少する。このため、本参考例では、脱着工程に入って加熱源６を動作させ、吸着剤を昇温して吸着剤に吸着貯留しているオゾンを高濃度に脱着させたのち、切替弁５２は閉の状態で切替弁８ｆを開き、排気装置４１を動作させて、吸脱着塔４内に脱着し、貯留している高濃度のオゾンガスをタンク５１に一時的に貯留する。ついで切替弁８ｆを閉じ、排気装置４１を停止させたのち、水流エジェクタ７を動作させ、切替弁５２を開いてタンク５１内に一時的に貯留したオゾンを水流エジェクタ７に導き、水中に分散し、溶解してオゾン水として使用箇所に送る。

以上のように本参考例では、脱着工程の初期に脱着する高濃度のオゾンを一時的にタンクに貯め、脱着オゾン濃度を平滑化して水流エジェクタ７に供給するので、従来の装置のような脱着工程後半のスライム付着防止効果は小さい脱着オゾンの低濃度化がなくなるという効果がある。

なお、本実施の形態では、排気装置４１を設置し、吸脱着塔４内を減圧して脱着を促進させる例を説明したが、吸脱着塔４内の吸着剤を加熱源６によりさらに昇温するだけでも高濃度にオゾンを脱着させることができるので、排気装置４１を省いてもほぼ同等の効果がえられる。

実施の形態６．
図６は実施の形態６におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図６において、６１は切替弁であり、タンク５１からの配管５４に取り付けられている。その他は前記実施の形態５と同様である。

つぎに動作について説明する。吸着工程が終了した直後の吸脱着塔４内には、まだオゾン発生器１からオゾン化酸素が供給され、オゾンが吸着剤に吸着された残りの酸素ガスが残留している。このため、脱着工程が終わると直ぐに切替弁８ｆ、６１を開き、排気装置４１を一定時間動作させ、吸脱着塔４内に残存する酸素ガスを排出する。こののち、切替弁８ｆ、６１を閉じ、排気装置４１を停止させる。ついで加熱源６を動作させ吸着剤を加熱し、吸脱着塔４内の吸着剤に吸着しているオゾンを高濃度に脱着させる。そののち、切替弁５２、６１は閉の状態のままで切替弁８ｆを開き、排気装置４１を動作させて、吸脱着塔４内に脱着し貯留している高濃度のオゾンガスをタンク５１に一時的に貯留する。ついで切替弁８ｆを閉じ、排気装置４１を停止させたのち、水流エジェクタ７を動作させ、切替弁５２を開いてタンク５１内に一時的に貯留したオゾンを水流エジェクタ７に導き、水中に分散し、溶解してオゾン水として使用箇所に送る。

このように、脱着開始時に排気装置４１を稼動させて吸脱着塔４内の酸素ガスを排出するので、脱着オゾン濃度を高濃度にすることができ、先鋭化することができるとともに、脱着工程の初期に脱着する高濃度のオゾンを一時的にタンクに貯め、脱着オゾン濃度を平滑化して水流エジェクタ７に供給するので、従来の装置のような脱着工程後半のスライム付着防止効果は小さい脱着オゾンの低濃度化がなくなるという効果がある。

なお、本実施の形態では、吸脱着塔４からのガスをそのまま大気中に排出しているが、前記実施の形態４と同様、排出ガスをオゾン分解塔に導いて触媒などによりオゾンを分解してから、排出するようにすれば、より安全性の高い装置となる。

また、排気装置４１を設置し、吸脱着塔４内を減圧して脱着を促進させる例を説明したが、吸脱着塔４内の吸着剤を加熱源６によりさらに昇温するだけでも高濃度にオゾンを脱着させることができるので、排気装置４１を省いてもほぼ同等の効果がえられる。

参考例７．
図７は参考例７におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図７において、７１は制御回路、７２は設定器、７３は配管７４に取り付けられたオゾン濃度計である。Ｓ１、Ｓ２およびＳ３は信号線であり、それぞれオゾン濃度計７３と制御回路７１、設定器７２と制御回路７１および切替弁８ｆと制御回路７１を接続している。

つぎに動作について説明する。まず図８に従来の装置における脱着オゾン濃度の時間変化を示す。図８に示すように、かかる装置では、脱着開始後、脱着オゾン濃度は急激に上昇して最大濃度となり、そののち、減少するというパターンを呈する。前述したように、スライム付着防止においては、高いオゾン濃度で短時間に処理すること、言い換えれば、脱着オゾンの最大ピーク濃度が重要である。したがって、脱着工程初期の脱着オゾン濃度が高い時間帯は良好な処理が行なえるが、後半の時間帯はスライム付着防止には、効果の小さい低濃度のオゾンが脱着されてしまい、処理効果は小さく経済的でないばかりか、海水系に適用するばあいには、魚貝類に悪影響を及ぼすオキシダントが生成する惧れがある。つまり、図８に示すように、脱着オゾン濃度が最大ピークを迎えたのち、効果的に処理できる濃度として予め設定していた脱着オゾン濃度まで減少した時点、すなわち、脱着オゾン濃度がＣまで低下した時点で、脱着を停止すれば経済的でオキシダントの生成もない効率的な処理が行なえることになる。

本参考例では、脱着オゾン濃度をオゾン濃度計７３で計測し、信号線Ｓ１を介してこの信号を制御回路７１に供給する。制御回路７１では、別途設定器７２で設定され信号線Ｓ２を介して制御回路７１に供給される設定値とを比較して、脱着オゾン濃度の計測値が最大ピークを迎えたのち、設定濃度まで低下した時点で、信号線Ｓ３を介して切替弁８ｆに信号を送り、切替弁８ｆを閉じる。

このように、本参考例では、脱着オゾンガス濃度を計測するオゾン濃度計を設け、脱着時のオゾンガス濃度を計測しながら、脱着オゾン濃度が最大ピーク値となったのち、徐々に低下していく過程で、脱着オゾン濃度の計測値が予め定めた値まで低下したときに制御回路から脱着停止の制御信号を出して脱着を停止するので、従来の装置のような脱着工程後半のスライム付着防止効果が小さい脱着オゾンの低濃度化を防ぐことができる。このため、脱着オゾン濃度を高く保ち、経済的で処理効果が大きく、かつ、海水系に適用するばあいにもオキシダントの生成を抑えることができるという効果がある。

参考例８．
図９は本発明の参考例８におけるオゾン製造装置を示す構成図である。図９において、オゾン濃度計７３は水流エジェクタ７の下流側の予め定めた地点に設置され、信号線Ｓ１はこのオゾン濃度計７３と制御回路７１とを接続している。その他は前記参考例７と同様である。

つぎに動作について説明する。図９の装置の動作は前記参考例７とほぼ同様である。すなわち、本参考例では、脱着オゾン濃度を水流エジェクタ７の下流側の予め定めた地点で水に溶存しているオゾン濃度として、オゾン濃度計７３で計測し、信号線Ｓ１を介してこの信号を制御回路７１に供給する。制御回路７１では、別途設定器７２で設定され信号線Ｓ２を介して制御回路７１に供給される設定値とを比較して、脱着オゾン濃度の計測値が最大ピークを迎えたのち、設定濃度まで低下した時点で、信号線Ｓ３を介して切替弁８ｆに信号を送り、切替弁８ｆを閉じる。

このように、本参考例では、前記参考例７と同様、従来の装置のような脱着工程後半のスライム付着防止効果が小さい脱着オゾンの低濃度化を防ぐことができるため、脱着オゾン濃度を高く保ち、経済的で処理効果が大きく、かつ、海水系に適用するばあいにもオキシダントの生成を抑えることができるという効果がある。

また、スライム障害の原因となる用水中の微生物や藻類は水温や用水の汚濁度合いによって繁殖スピードが異なり、またオゾンの反応速度も変動するため、水温の季節的な変動や用水の汚濁度合の変動によって必要となるオゾン量も変化する。本参考例では、水中の溶存オゾン濃度を計測して脱着オゾンを制御するため、前記適用水の環境条件などが変化したばあいでも、オゾンの過不足を生じることなく、経済的で効率的な処理を行なうことができる。

参考例１にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 参考例２にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 参考例３にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 実施の形態４にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 参考例５にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 実施の形態６にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 参考例７にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 脱着オゾン濃度の経時変化特性を示す定性図である。 参考例８にかかわるオゾン製造装置を示す構成図である。 従来のオゾン製造装置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 吸脱着塔、５ 冷熱源、６ 加熱源、７ 水流エジェクタ、８ａ〜８ｇ 切替弁、９ 酸素ガス供給タンク、１０ 酸素ガス流量調節器、２１ 圧力センサ、２２ 圧力調節器、２３ 流量制御器、２４ 圧力用コントローラ、３１ 温度センサ、３２ 温度用コントローラ、４１ 排気装置、４２ 停止弁、５１ タンク、５２ 切替弁、５３ 配管、５４ 配管 ６１ 切替弁、７１ 制御回路、７２ 設定器、７３ オゾン濃度計、７４ 配管、Ｓ１〜Ｓ３ 信号線。

Claims (7)

1. オゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、オゾン発生器で生成したオゾン化酸素からオゾンを吸着貯留する吸脱着塔と、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からなるオゾン製造装置であって、
   脱着開始時に前記吸脱着塔内のガスを排気する排気手段と、前記排気手段と前記吸脱着塔を連結する配管上に設けられた停止弁と
   を備えてなることを特徴とするオゾン製造装置。
2. 前記吸脱着塔の温度を上げる加熱源を備えてなることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
3. 前記排気手段で排出したガスを蓄えるタンクを備えてなることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン製造装置。
4. オゾン発生器でオゾンを製造するオゾン製造工程と、前記オゾン発生器で生成したオゾン化酸素からオゾンを吸脱着塔に吸着貯留するオゾン吸着工程と、前記吸脱着塔に吸着貯留したオゾンをオゾン脱着手段により脱着するオゾン脱着工程からなるオゾン製造方法において、
   前記オゾン脱着工程に入る前に前記吸脱着塔内のガスを排気するガス排気工程を実施することを特徴とするオゾン製造方法。
5. 前記ガス排気工程を実施した後に、前記吸脱着塔内の温度を上げる昇温工程を設け、前記昇温工程後に前記オゾン脱着工程を実施することを特徴とする請求項４記載のオゾン製造方法。
6. 前記ガス排気工程を実施した後に、タンクにオゾン含有ガスを貯留するガス貯留工程を設け、前記ガス貯留工程後に前記オゾン脱着工程を実施することを特徴とする請求項４または５記載のオゾン製造方法。
7. 前記ガス排気工程を実施した後に、吸脱着塔の温度を上げる昇温工程を設け、前記昇温工程後にタンクにオゾン含有ガスを貯留するガス貯留工程を設け、前記ガス貯留工程後にオゾン脱着工程を実施することを特徴とする請求項４記載のオゾン製造方法。

Images