JP2022039527A - オゾン発生装置およびオゾン発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流路にエキシマランプを配置するオゾン発生装置において、有機物などを除去して効果的にオゾンを発生させる。【解決手段】オゾン発生装置１０において、エキシマランプ２０が流路管３０内に配置され、流路管３０の流入口３０Ａに送風機４０が配置される。エキシマランプ２０は、ランプ上流側部分で２７４ｎｍの紫外線を放射し、流路管３０に流入したガスに対して有機物などの不純物分解を先に行う。【選択図】図１

Description

本発明は、エキシマランプを備えたオゾン発生装置に関する。

エキシマランプなどの紫外線照射手段を備えたオゾン発生装置では、酸素を含むガスや液体に紫外線を照射することによってオゾンを発生させ、装置外部に放出する。オゾンは強い酸化作用があるため、殺菌処理、脱臭処理などに利用することができる。

オゾンを効率よく発生させるため、一方向に延びる流路管内にエキシマランプを配置し、流路管内の原料ガスの流速を調整するオゾン発生装置が知られている（特許文献１参照）。そこでは、流路管内のガスの流れが一様流となるように、軸流ファンを通じて流路管へガスを供給する。

特開２０１７－４３５１３号公報

紫外線照射対象であるガスや液体には、ウィルスや有機物など、オゾン発生の障害要因となるものが含まれることがある。特に、２００ｎｍ以下（１７２ｎｍなど）の波長域の紫外線を放射するエキシマランプの場合、紫外線が減衰して到達距離が短いため、エキシマランプ周囲を流れるガスや液体に対して効果的にオゾンを発生させることが難しい。

したがって、流路にエキシマランプを配置するオゾン発生装置において、有機物などを除去して効果的にオゾンを発生させることが求められる。

本発明の一態様であるオゾン発生装置は、紫外光照射対象である酸素を含む流体が流れる流路と、前記流路に配置される紫外線照射手段とを備える。例えば紫外線照射手段は、２００ｎｍ以下のピーク波長を有する第１の紫外光と、前記第１の紫外光より長波長域でピーク波長を有する第２の紫外光とを放射可能である。

本発明の紫外線照射手段はエキシマランプであり、例えば、エキシマランプは、エキシマランプが、前記第１の紫外光を放射するガスが封入される放電容器を備え、第１の紫外光を受けて前記第２の紫外光を発光する蛍光体を有する。

本発明では、エキシマランプが、前記流路の上流側から下流側へランプ周囲を流れる流体に対し、前記第１の紫外光よりも先に、前記第２の紫外光を照射する。ランプ周囲を流れる流体に対して第１の紫外光を第２の紫外光より先に照射する構成としては、様々な構成が可能である。

例えば、第２の紫外光の到達距離に対する紫外線強度比が、同じ到達距離に対して前記第１の紫外光と比べて大きい場合、第２の紫外光がランプ表面からより離れた距離のある地点で流体に照射することが可能であるため、第１の紫外光よりも先の照射となる。

一方、エキシマランプが、選択的に紫外線照射する構成も可能である。流路管の配置などによって、流路が、一方向に沿った流体の流れを形成している場合、エキシマランプが、前記流路に沿ったランプ中間位置より上流側の流体に対し、前記第２の紫外光を照射し、ランプ中間位置より下流側の流体に対し、前記第１の紫外光を照射することができる。

例えば、エキシマランプが、ランプ軸を前記流路に沿うようにして配置し、あるいは、ランプ軸を前記流路に垂直な方向に沿うようにして配置することができる。例えば、エキシマランプは、放電容器に関し、ランプ中央位置より上流側部分において、前記第１の紫外光を受けて前記第２の紫外光を発光する蛍光体が設ける構成にすればよい。

オゾン発生装置は、送風機など流路へ流体を供給する流体供給部を、流路において前記エキシマランプよりも上流側に配置した構成にすることが可能である。この場合、流体供給部が、少なくとも前記エキシマランプの周りに、非一様流の流れを形成することができる。

本発明の一態様であるオゾン発生方法は、紫外光照射対象である酸素を含む流体が流れる流路にエキシマランプを配置し、前記エキシマランプから、２００ｎｍ以下のピーク波長を有する第１の紫外光と、前記第１の紫外光より長波長域にピーク波長を有する第２の紫外光とを、流体に対して照射するオゾン発生方法であって、前記流路の上流側から下流側へランプ周囲を流れる流体に対し、前記第１の紫外光よりも先に、前記第２の紫外光を照射する。

本発明によれば、流路にエキシマランプを配置するオゾン発生装置において、有機物などを除去して効果的にオゾンを発生させることができる。

第１の実施形態であるオゾン発生装置の概略的構成図である。 エキシマランプの概略的内部構成図である。 第２の実施形態であるオゾン発生装置の概略的構成図である。

以下では、図面を参照して、本実施形態であるオゾン発生装置について説明する。図２は、エキシマランプの概略的内部構成図である。

図１は、第１の実施形態であるオゾン発生装置の概略的構成図である。

オゾン発生装置１０は、図示しないケーシング内に、エキシマランプ２０、流路管３０、送風機４０とを備える。酸素を含むガスが、流路管３０の一端（以下、流入口という）３０Ａに流入すると、エキシマランプ２０による紫外線照射によってオゾンが発生する。オゾンを含むガスは、流路管３０の他端（以下、流出口という）３０Ｂから流出し、装置外部へ放出される。これによって、装置外部の除菌、殺菌処理などを行うことが可能である。

流路管３０は、ここでは一方向に延びる管状部材で構成され、エキシマランプ２０は、そのランプ軸Ｅがガスの流れる方向に沿うように、流路管３０に対して同軸的に配置されている。エキシマランプ２０は、２００ｎｍ以下（例えば、１７２ｎｍ）のピーク波長を有する紫外線（第１の紫外光／第１の紫外線）を放射するとともに、それより長波長域（例えば、２７４ｎｍ）のピーク波長を有する紫外線（第２の紫外光／第２の紫外線）を放射する。流路管３０の流入口３０Ａには、軸流ファン形式の送風機４０が、流路管３０に対して同軸的に配置されている。

図２に示すように、エキシマランプ２０は、希ガスが封入された放電管（放電容器）２２を備え、放電管２２内には、箔状の内側電極２４が設けられ、柱状誘電体（石英ガラスなど）に被覆されている。また、放電管２２の外表面２２Ｓ１には、外側電極２６が設けられている。外側電極２６は、ここではランプ軸Ｅに沿って延びる複数の帯状電極で構成され、放電管２２の周方向に所定間隔をあけて配置されている。

放電管２２の内表面２２Ｓには、蛍光体Ｍが部分的に塗布されている。ここでは、流路管３０の管軸に対してエキシマランプ２０の中間位置を表すランプ中央ラインＣを境にして、蛍光体Ｍが内表面２２Ｓの上流側半分にのみ塗布されている。ただし、図２では、蛍光体Ｍの厚さを誇張して描いている。

エキシマランプ２０の内側電極２４、外側電極２６に対し電圧が印加されると、１７２ｎｍのピーク波長を有する紫外光（エキシマ光）が放射される。蛍光体Ｍは、１７２ｎｍにピーク波長を有する紫外光を受けると、２７４ｎｍの紫外光をランプ外に向けて発光する。そのため、エキシマランプ２０のランプ中央ラインＣより下流側半分で、１７２ｎｍをピーク波長とする紫外線（紫外光）が放射される一方、ランプ中央ラインＣより上流側半分では、２７４ｎｍのピーク波長を有する紫外線（紫外光）がランプ外へ放射される。

ウィルス、有機物などは、波長２００～３００ｎｍの範囲の紫外線を吸収し、その分解が促進される。したがって、流路管３０に流入したガスに含まれる有機物などは、エキシマランプ２０から放射される２７４ｎｍにピーク波長を有する紫外光によって先に分解される。なお、有機物の分解には２７４ｎｍにピーク波長を有する紫外光が適しているが、例えば２２８ｎｍや２６４ｎｍにピーク波長を有する紫外光でも良い。さらに、ガスに含まれる有機物の種類や、その有機物を分解する波長に応じて３２０ｎｍや３４４ｎｍにピーク波長を有する紫外光を用いることもできる。そして、有機物の分解されたガスには、エキシマランプ２０から放射される１７２ｎｍの紫外線が照射され、オゾンが発生する。

ここで、１７２ｎｍの紫外線は、２７４ｎｍの紫外線と比べて紫外線強度比が小さい。紫外線強度比は、紫外線が進行するにつれて減衰するときの紫外線到達地点における減衰比として表される。エキシマランプ２０の上流側半分から放射される２７４ｎｍの紫外線は、流路管３０の管壁３０Ｓまで光強度をほぼ維持したまま進行する。一方、１７２ｎｍの紫外線の到達距離は、エキシマランプ２０の表面２０Ｓから所定距離ｄの範囲に制限される。

図１では、２７４ｎｍの紫外線照射スペースと、１７２ｎｍの紫外線照射スペースとを、それぞれ符号Ｅ１、Ｅ２で表している。２７４ｎｍの紫外線が、流路管３０に流入するガス全体に対してランプ上流側で照射されることにより、流入ガスに含まれる有機物を効果的に分解することができる。

エキシマランプ２０の上流側に配置された送風機４０は、流路管３０内において、ガスの流れを非一様流に形成する。時間平均で流路方向の速度を表すことができない複雑な流れの状態を形成し、また、旋回流などの３次元的な流れをエキシマランプ２０の周囲に形成する。ちなみに、図１の矢印は、流路管３０の上流側から下流側へのガスの流れを単に示しているだけである。

そのため、エキシマランプ２０の周囲では、エキシマランプ２０の表面２０Ｓ付近と流路管３０の管壁３０Ｓ付近のガスが混合し、オゾン発生量に偏りがない均質なガスが流出口３０Ｂから流出する。このような非一様流であるガスの流れを流路管３０内に形成できるように、流路管３０の径Ｒ、送風機４０の風量などが定められている。

このように第１の実施形態によれば、オゾン発生装置１０において、エキシマランプ２０が流路管３０内に配置され、流路管３０の流入口３０Ａに送風機４０が配置される。エキシマランプ２０は、ランプ上流側部分で２７４ｎｍの紫外線を放射し、流路管３０に流入したガスに対して有機物などの不純物分解を先に行う。そして、エキシマランプ２０は、ランプ下流側部分で、不純物のないガスを対象に１７２ｎｍの紫外線を放射し、オゾンを効果的に発生させることができる。

エキシマランプ２０は、蛍光体Ｍによって有機物分解を目的とする紫外線を放射しているが、蛍光体Ｍをランプ上流側半分全体に渡って塗布する必要はなく、塗布しない部分を部分的に塗布する、あるいは、分散させて塗布するようにしてもよい。この場合、２７４ｎｍの紫外線の方がより遠くにまで到達するため、流路管３０に流入したランプ上流側のガスに対し、２７４ｎｍの紫外線が先に照射され、その後に１７２ｎｍの紫外線が照射されることになる。同様に、ランプ下流側部分に蛍光体Ｍを部分的に塗布してもよい。また、蛍光体を塗布以外の方法によってエキシマランプに設けてもよい。

流路管３０は、直状に延びる管状部材以外で構成することも可能であり、また、流路管のない流路の中にエキシマランプ２０を配置してもよい。オゾン発生装置１０は、ユニット構成に限定されず、殺菌処理装置、脱臭装置、空気清浄機などに組み込むことも可能である。ガス以外の粒や液体の含まれる液体を対象にしてオゾンを発生させることも可能である。

次に、図３を用いて第２の実施形態であるオゾン発生装置について説明する。第２の実施形態では、エキシマランプが流路管の管軸に垂直な方向に沿って配置されている。

図３は、第２の実施形態であるオゾン発生装置の概略的構成図である。

オゾン発生装置１０’は、エキシマランプ２０’、流路管３０’、送風機４０’を備え、送風機４０’は、流路管３０’の流入口３０’Ａに同軸配置されている。エキシマランプ２０’は、ランプ軸Ｅが流路管３０’の管軸に垂直な方向に沿うように、流路管３０’内に配置されている。したがって、エキシマランプ２０’のランプ中央ラインＣは、ランプ軸Ｅと同一線上にある。

エキシマランプ２０’の放電管２２’の内表面は、その上流側半分に蛍光体が塗布されている。したがって、エキシマランプ２０’は、ランプ中央ラインＣを境にして、２７４ｎｍの紫外線が上流側半分から放射され、１７２ｎｍの紫外線が下流側半分から放射される。

第１の実施形態と同様、２７４ｎｍの紫外線が流路管３０’に流入するガス全体に対して照射されることによって、有機物が効果的に分解される。また、送風機４０’が３次元的な流れを流路管３０’内に形成することにより、有機物の分解されたガスに対して１７２ｎｍの紫外線が効果的に照射され、オゾン発生量に偏りがない均質なガスが流出口３０’Ｂから流出する。

エキシマランプ２０は、ここでは単体で構成されているが、複数のエキシマランプを配置する構成にしてもよい。エキシマランプ２０のオゾンを発生させるための紫外線（エキシマ光）は、１７２ｎｍ以外のピーク波長を有する紫外線でもよく、酸素の吸収特性波長域である２００ｎｍ以下であればよい。また、有機物などを分解するために放射する紫外線についても、２７４ｎｍ以外のピーク波長を有する紫外線を適用することが可能であり、エキシマランプ２０の紫外線よりも波長域が大きく、例えば２００～３００ｎｍの範囲の紫外線を照射するようにすればよい。

１０ オゾン発生装置
２０ エキシマランプ
３０ 流路管
４０ 送風機（流体供給部）

Claims (9)

1. 紫外光照射対象である酸素を含む流体が流れる流路と、
   前記流路に配置される紫外線照射手段とを備え、
   前記紫外線照射手段が、２００ｎｍ以下のピーク波長を有する第１の紫外光と、前記第１の紫外光より長波長域でピーク波長を有する第２の紫外光とを放射可能であり、
   前記紫外線照射手段が、前記流路の上流側から下流側へランプ周囲を流れる流体に対し、前記第１の紫外光よりも先に、前記第２の紫外光を照射することを特徴とするオゾン発生装置。
2. 前記紫外線照射手段はエキシマランプであることを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 前記流路が、一方向に沿った流体の流れを形成し、
   前記エキシマランプが、前記流路に沿ったランプ中間位置より上流側の流体に対し、前記第２の紫外光を照射し、ランプ中間位置より下流側の流体に対し、前記第１の紫外光を照射することを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置。
4. 前記エキシマランプが、ランプ軸を前記流路に沿うようにして配置されていることを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
5. 前記エキシマランプが、ランプ軸を前記流路に垂直な方向に沿うようにして配置されていることを特徴とする請求項３に記載のオゾン発生装置。
6. 前記流路において前記エキシマランプよりも上流側に配置され、前記流路へ流体を供給する流体供給部をさらに備え、
   前記流体供給部が、少なくとも前記エキシマランプの周りに、非一様流の流れを形成することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のオゾン発生装置。
7. 前記エキシマランプが、前記第１の紫外光を放射するガスが封入される放電容器を有し、
   前記放電容器が、ランプ中央位置より上流側部分において、前記第１の紫外光を受けて前記第２の紫外光を発光する蛍光体を有することを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載のオゾン発生装置。
8. 前記第２の紫外光の到達距離に対する紫外線強度比が、前記第１の紫外光と比べて大きいことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のオゾン発生装置。
9. 紫外光照射対象である酸素を含む流体が流れる流路に紫外線照射手段を配置し、
   前記紫外線照射手段から、２００ｎｍ以下のピーク波長を有する第１の紫外光と、前記第１の紫外光より長波長域にピーク波長を有する第２の紫外光とを、流体に対して照射するオゾン発生方法であって、
   前記流路の上流側から下流側へランプ周囲を流れる流体に対し、前記第１の紫外光よりも先に、前記第２の紫外光を照射することを特徴とするオゾン発生方法。

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