JP4094150B2

JP4094150B2 - 電解式オゾン発生装置の異常ガス検知装置

Info

Publication number: JP4094150B2
Application number: JP01556999A
Authority: JP
Inventors: 淳二水谷
Original assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Current assignee: Sasakura Engineering Co Ltd
Priority date: 1999-01-25
Filing date: 1999-01-25
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2019-01-25
Also published as: JP2000214115A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン発生装置の異常ガス検知装置に関し、特に少量のサンプルガスでも精度良く異常の有無を検知する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電解式オゾン発生装置では、陽極側から酸素及びオゾンが発生し陰極側からは水素が発生するが、分離膜の不良等の原因で反対極側にガスが混入することも起こり得る。このような異常ガスがある程度以上混入すると、水素と酸素との共存によって発火等の危険性がある。しかし、このような異常ガスを検出できる電解式オゾン発生装置は従来から知られていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
水素中の酸素及び酸素中の水素は、通常、サンプルガスを触媒充填層に流して通過させ、その入口と出口との温度差を測定することによって検出できると考えられる。しかしながら、オゾン発生装置では、発生ガスが多くても５０L/min 程度で通常５〜１０L/min 程度の少量であることから、発生ガスの損失を少なくする必要がある。そのため、サンプルガスとして供給できるガス量が少量になる。
【０００４】
その結果、サンプルガス中に反対極のガスが混入しても、このガスが触媒と反応して発生させる熱量は僅かである。その結果、触媒や容器の熱容量が相対的に大きくなり、サンプルガスの温度差が小さくなって異常ガスの有無を精度良く検知できない。
【０００５】
そこで本発明は、少量のサンプルガスでも確実に異常ガスを検知できるオゾン発生装置の異常ガス検知装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、オゾン発生装置の異常ガス検知装置が、電解式オゾン発生装置のオゾン及び酸素の発生部から発生したガスの一部分が導入されるガス入口と導入されたガスが出されるガス出口と前記ガス入口の側に形成された内部空間と前記ガス出口の側に形成され水素を含むガスが接触すると温度上昇する触媒が充填された触媒充填層とを備えた容器と、前記内部空間の温度と前記触媒充填層の部分の温度との温度差を検出可能な温度差検出手段と、該温度差検出手段が検出した前記温度差が所定値以上になると信号を発生させる信号発生部と、前記導入されるガスのうち前記オゾンが接触すると酸素に分解する触媒を備えたオゾン分解装置と，を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、上記に加えて、前記導入されるガスを冷却する冷却装置を有することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明を適用した電解式オゾン発生装置の異常ガス検知装置の全体構成及びそのオゾン発生装置の一例を示す。
本装置は、容器である触媒充填筒１、温度差検出手段としての入口側及び出口側温度センサ２及び３並びに計算部４１、信号発生部である出力部４２、等によって構成されている。又、本例ではオゾン分解装置であるオゾン分解器５及び冷却装置である冷却器６が設けられている。
【００１０】
触媒充填筒１は、電解式オゾン発生装置７のオゾン及び酸素の発生部である陽極７１から発生したガスの一部分がサンプルガスとして導入されるガス入口１１、導入されたガスが出されるガス出口１２、ガス入口の側に形成された内部空間１３、ガス出口の側に形成され水素を含むガスが接触すると温度上昇する触媒が充填された触媒充填層１４等を備えている。触媒としては、通常パラジウムが用いられる。
【００１１】
電解式オゾン発生装置７は、陽極板７３及び陰極板７４の間に陽極７１及び陰極７２並びにこれらの間を隔離している固体高分子電解質膜７５を設けることにより形成されている電解セル部７６、これに直流電流を供給ための直流電源発生部７７、気液分離タンク７８等によって構成されている。この装置では、循環される純水を電気分解することにより、通常の正常運転時には、陽極７１側から循環水と共に酸素及びオゾンが取り出され、陰極７２側からは水素が排出されるが、膜７５の不良時等には酸素側及び水素側に反対極性のガスが混入する可能性がある。このため、オゾン供給用の主ライン７ａに加えて、水素を検知するためのサンプルガスを流せるように分岐させた分岐ライン７ｂを設けている。このようなオゾンガス発生装置によれば、重量で１０〜１５％という極めて高濃度のオゾンガスを発生させることができる。
【００１２】
温度センサ２、３は、触媒充填筒１の内部空間１３と触媒充填層１４部分との温度差を検出するためのセンサであるが、本例ではそれぞれの温度検出端２１、３１をそれぞれ内部空間１３及び触媒充填層１４部分に挿入し、これらの部分の温度を別個に検出して計算部４１に送っている。
【００１３】
計算部４１及び出力部４２は、例えばマイコン等から成る水素検知器４として形成され、通常一体的に回路構成されている。計算部４１は、出入口温度センサ３、２が検出した出口側温度ｔ2 と入口側温度ｔ1 との差（ｔ2 −ｔ1 ）＝ｔを計算する。出力部４２は、この温度差ｔが所定値である設定温度差ｔｓ以上になると異常と判断して信号を発生させる。このｔｓは、酸素及びオゾン側に水素が混入したときに、誤検知することなくできるだけ少量の水素を検出できるように、例えば１．５℃程度に設定される。この温度は図３に示す如くほぼ１％の水素濃度に相当する。
【００１４】
なお、上記の例では出入口温度センサ３、２の測定値を別個に計算部４１に入れて温度差ｔを求めているが、温度差検出手段として例えば差動型熱電対を用いて、その冷接点側を入口側に、温接点側を出口側につないで直接温度差を測定する方法など、他の種々の方法を用いて温度差を測定することができる。
【００１５】
出力部４２の出力信号は、本例ではオゾン発生装置７の直流電源発生部７７に送られる。この信号により、交流電源又はこれから整流された直流電源が遮断され、オゾン発生装置の運転が停止される。なおこの出力信号は、通常本例のようにオゾン発生装置の自動停止に使用されるが、自動停止と共に又はこれに代えて、アラームランプやアラームベル等による機側又は遠隔警報として使用されてもよい。
【００１６】
オゾン分解器５は、オゾンが接触すると酸素に分解される触媒であるオゾン分解触媒層５１を備えていて、触媒充填筒１に供給されるサンプルガス中のオゾンを予め酸素に分解させておくための装置である。オゾン分解触媒としては二酸化マンガン等が使用される。
【００１７】
冷却器６は、触媒充填筒１に導入されるガスを予め冷却する装置であり、本例では、ガスが通過する本体部６１、これに貼り付けられた冷却用の平板６２、これを冷却するペルチェ素子を用いた電子冷却器６３、等によって構成されている。電子冷却器６３は、冷却フアン６３ａの他、図示しない熱電素子、放熱フイン等の内蔵された通常の構造のものであるが、通過ガスから除去される水分が凍結しないように温度センサによって運転制御されている。なお、冷却器６としては、冷水循環式のもの等他の適当なクーラーを用いることができる。
【００１８】
以上のようなオゾン発生装置の異常ガス検知装置は次のように運転されその作用効果を発揮する。
オゾン発生装置７が運転されると、正常時には陽極側から酸素及びオゾンが発生し、陰極側から水素が発生する。発生した陽極ガスのうちの９０％以上は主ライン7aに流され、５〜10％の少量のガスが分岐ライン7bに流される。主ライン７ａのガスではオゾンが利用される。即ち、直接又は高濃度オゾン水として、その殺菌作用や浄化作用によって例えばプール水の浄化や電子部品の洗浄等の種々の分野に利用される。
【００１９】
分岐ライン７ｂに流れたガスは、オゾン分解器５及び冷却器６を経由して水素検知用のサンプルガスとして触媒充填筒１に入れられる。オゾン分解器５では、ガス中のオゾンが酸素に分解される。その結果、ガスは全て酸素又はこれに加えて異常時に水素が混入したガスになる。このようにオゾンが予め分解されると、触媒充填筒１においてオゾンが触媒と接触し分解されて分解熱を発生させることがなく、混入した水素の発生熱に基づく温度上昇のみを検出でき、異常検知の精度を向上させることができる。又、触媒がオゾンによって酸化されないため、触媒の機能低下が防止され耐用期間が延長される。
【００２０】
冷却器６は、３０〜４０℃における飽和水蒸気を含んでいるオゾン発生装置の発生ガスを５〜１０℃程度まで冷却し、その露点を下げて含有する水蒸気分を大幅に低減させる。その結果、ガスは触媒充填層１４に入るまで及び入った時にある程度温度上昇することによって相対湿度が低下していて、触媒充填層１４の表面を濡らさなくなる。そして、触媒表面を良好な状態に維持し、水素混入量に対応して確実に発熱させることができる。
【００２１】
分岐ガスが触媒充填筒１に入ると、まず入口側温度センサ２によってｔ1 が検出され、続いて出口側温度センサ３によってｔ2 が検出される。ここで、入口側温度センサ２の検出端２１は導入されたサンプルガスが触媒充填層１４で反応する直前の温度を検出しているので、外気温度の影響等を受けることなく、ｔ2 との温度差を最も精度良く検出することができる。又、出口側温度センサ３も直接触媒充填層１４部分の温度を検出しているので、反応熱によって僅かに温度上昇していていも、その値を精度良く検出することができる。検出値が外気温度に影響されないことは勿論である。
【００２２】
入口、出口センサ２、３によって検出されたｔ1 、ｔ2 は水素検知器４の計算部４１に入れられて温度差ｔ＝ｔ2 −ｔ1 が計算され、設定温度差ｔｓと比較され、ｔ＞ｔｓになると、その結果が出力部４２から電気信号としてオゾン発生装置７の直流電源発生部７７に送られ、電源供給が遮断されてオゾン発生装置の運転が停止される。この場合、前記の如くｔ1 及びｔ2 が共に精度良く検出されるので、例えばｔｓ＝１．５℃として、１％程度の僅かな水素の混入を確実に検知し、安全性を確保することができる。
【００２３】
図４は本発明を適用した異常ガス検知装置の他の例を示す。
本例の装置は、図２に示すオゾン発生装置の陰極７２から排出される水素中に主として酸素が混入したときにこれを検知する装置である。この装置も図１の装置と同様であるが、オゾン分解器５を省略することができる。又、触媒充填層１４´には、酸素を含むガスが接触すると発熱する触媒として例えばパラジウムが充填されている。
【００２４】
水素中に酸素が存在する場合には、触媒の発熱による温度差ｔは図３（ｂ）のようになる。従って、例えば設定温度差ｔｓを２．５℃とし、１％程度の酸素が混入したときにオゾン発生装置７を停止させるようにする。この場合にも、正確な温度検出によって確実に異常ガスの混入を検知することができる。なお、図１の装置と図２の装置とは通常併設される。
【００２５】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、請求項１の発明においては、オゾン発生装置の異常ガス検知装置として触媒充填層を備えた容器と温度差検出手段と信号発生部とと設けてこれらが所定の機能を有するように構成するので、これらにより、電解式オゾン発生装置のオゾン及び酸素の発生部から発生したガスの一部分をサンプルガスとして容器のガス入口の側に形成された内部空間に入れ、ガス出口の側に形成され触媒充填筒の触媒と接触させて水素を含むガスが接触したときに温度上昇させ、例えば入口側温度ｔ1 及び出口側温度ｔ2 を検出し、温度差（ｔ2 −ｔ1 ）＝ｔを計算し、この差が所定値ｔｓ以上になると異常と判断して信号を発生させることができる。その結果、異常時にオゾン発生装置の運転を自動的に停止させたり、警報を発生させたり、これらの何れか又は双方を行うことによって異常ガス混入時の安全性を確保することができる。
【００２６】
この場合、入口／出口温度センサ等から成る温度差検出手段がそれぞれ同じ容器内の内部空間の温度と触媒充填層部分の温度との温度差を検出するので、外気の温度変動等に影響されることなく、触媒による温度上昇に基づく温度差だけを正確に検出することができる。その結果、少量の異常ガスであっても精度良く検知することができる。又、サンプルガス量を十分少ない量にして、オゾン供給量の割合を多くすることができる。従って、オゾンの高利用率を維持しつつ装置及び周辺環境の安全性を確保することができる。
【００２７】
又、上記に加えて、導入されるガスのうちオゾンが接触すると酸素に分解する触媒を備えたオゾン分解装置を設けるので、予めオゾンを酸素に分解することができる。その結果、触媒充填層においてオゾン分解熱が発生せず、水素のみによる温度差の検出精度を一層向上させることができる。
【００２９】
請求項２の発明においては、請求項１の発明に加えて、導入されるガスを冷却する冷却装置を設けるので、３０℃〜４０℃程度に高い温度になっていてその温度の飽和水蒸気を含んだサンプルガスを冷却し、飽和温度を下げて除湿することができる。その結果、サンプルガスが再吸熱することによって昇温したときに相対湿度が１００％以下に低下し、更にこのガスが触媒充填層において加熱されるため、ガスが乾いて触媒の表面を濡らすことがない。その結果、触媒の表面状態を良好に維持し、温度検出の一層の精度向上と触媒の耐用期間の延長を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した異常ガス検知装置の全体構成の一例を示す説明図であり、酸素及びオゾン中の水素を検知する例である。
【図２】上記異常ガス検知装置を適用できるオゾン発生装置の一例を示す断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ酸素中の水素及び水素中の酸素の混入割合と触媒への接触時に発生する温度差との関係を示すグラフである。
【図４】本発明を適用した異常ガス検知装置の全体構成の他の例を示す説明図であり、水素中の酸素を検知する例である。
【符号の説明】
１触媒充填筒（容器）
２、３入口側及び出口側温度センサ（温度差検出手段）
５オゾン分解器（オゾン分解装置）
６冷却器（冷却装置）
７電解式オゾン発生装置
１１ガス入口
１２ガス出口
１３内部空間
１４、１４´ 触媒充填層
４１計算部（温度差検出手段）
４２出力部（信号発生部）
７１陽極（オゾン及び酸素の発生部）
７２陰極（水素発生部）

Claims

電解式オゾン発生装置のオゾン及び酸素の発生部から発生したガスの一部分が導入されるガス入口と導入されたガスが出されるガス出口と前記ガス入口の側に形成された内部空間と前記ガス出口の側に形成され水素を含むガスが接触すると温度上昇する触媒が充填された触媒充填層とを備えた容器と、前記内部空間の温度と前記触媒充填層の部分の温度との温度差を検出可能な温度差検出手段と、該温度差検出手段が検出した前記温度差が所定値以上になると信号を発生させる信号発生部と、前記導入されるガスのうち前記オゾンが接触すると酸素に分解する触媒を備えたオゾン分解装置と，を有することを特徴とするオゾン発生装置の異常ガス検知装置。
前記導入されるガスを冷却する冷却装置を有することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置の異常ガス検知装置。