JP4693448B2

JP4693448B2 - オゾン供給装置

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Publication number: JP4693448B2
Application number: JP2005069764A
Authority: JP
Inventors: 泰宏谷村; 淳二広辻; 繁樹中山; 久夫網谷; 裕弓削; 建樹小沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: JP2005219052A

Description

本発明はオゾン供給装置に関する。さらに詳しくは、電力を使用してオゾンを製造貯蔵し、貯蔵したオゾンを一定の割合で連続的に、または間歇的にオゾン消費物体に供給できるオゾン供給装置に関する。

従来より、オゾンを一次的に貯蔵する間歇オゾン供給装置として、図１５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、生成したオゾンを一次的に貯留する吸脱着塔５３と、該吸脱着塔５３を冷却する冷熱源５４と、前記吸脱着塔５３を加熱する加熱源５５と、前記吸脱着塔５３からオゾンを減圧吸引して取り出す水流エジェクタ５６と、切換弁群５７ａ〜５７ｇとからなるものがある。そして、前記吸脱着塔５３は、図１６に示すように、二重筒になっており、そのうち内筒５８の内部にはオゾン吸着剤５９が充填されているとともに、螺旋状の加熱用伝熱管６０が備えられている（特公平６０−３４４８４号公報参照）。また、内筒５８の外面には冷媒が流れる冷却用配管６１が螺旋状に巻かれている。一方、外筒６２内には熱媒体６２が充填されている。また、吸着剤５９は一般にシリカゲルが用いられ、熱媒体６２はエチレングリコールやアルコール類が使用される。なお、５３ａは熱媒体６２の入口であり、５３ｂは熱媒体６２の出口である。また、前記循環ブロア５２、オゾン発生器５０、吸脱着塔５３の順に一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動作および脱着動作の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５１より循環系内が常時一定圧力になるように酸素を入口５３ｃから供給する。このときの圧力は通常１．５ｋｇ／ｃｍ²に維持されている。切換弁５７ｃと５７ｄが開いた状態で、循環ブロア５２により循環系内に酸素を流通させると、オゾン発生器５０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り、このオゾン化酸素は吸脱着塔５３へ搬送される。吸脱着塔５３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５７ｃを介して循環ブロア５２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５１より補充される。このとき、オゾン吸着剤の温度は冷熱源５４により、−３０℃以下に冷却されている。これは吸着剤のオゾン吸着量が温度により大きく変化することによる。すなわち温度を低下させると、オゾン吸着量は増加し、逆に温度が上昇するとオゾンの吸着量は減少するからである。したがって、オゾンを吸着するときは吸着剤を冷却し、オゾンを脱着するときは吸着剤の温度を上昇させる。

オゾン吸脱着塔５３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５０、循環ブロア５２および冷熱源５４が稼動を停止し、切換弁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が稼動を始めて切換弁５７ｅ〜５７ｇ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５５より入口５３ａから注入された熱媒体６２の熱が内筒５８の内側と外側の両面から加えられ、吸着剤５９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内のオゾンを出口５３ｄへ一気に減圧吸引し、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。このとき、減圧吸引することによる吸脱着塔５３内の到達圧力は絶対圧で約０．１ｋｇ／ｃｍ²となる。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。

従来の間歇オゾン供給装置では、大容量のオゾンを蓄えるためにシリカゲルの充填量を増大させると、シリカゲルを冷却するのに必要な時間が増大し、効率的にオゾンを蓄えることができなく、また、オゾン吸脱着塔の据え付け数を増大させると、設置面積が増大したり、装置の運用が複雑になるなどの問題点がある。また、加熱源と冷熱源を別個に備え付けているために、装置が複雑になるとともに、吸脱着塔内のシリカゲルのメンテナンスが困難になるなどの問題点がある。

本発明は、叙上の事情に鑑み、オゾン吸着剤を冷却するのに必要な時間を短縮し、効率的にオゾンを貯蔵できるとともに、コンパクトにできるオゾン供給装置を提供することを目的とする。

また請求項１の発明にかかわるオゾン供給装置は、原料酸素からオゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、前記オゾン化酸素からオゾンを吸着貯留し、かつ、このオゾンを脱着する吸脱着装置と、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とを有し、前記吸脱着装置によりオゾンが吸着されたのち酸素を前記オゾン発生器へ戻し、前記吸脱着装置からオゾンを脱着供給するオゾン供給装置であって、前記吸脱着装置を、吸着剤が充填された複数の同形円筒管形状のオゾン吸着管と、温度媒体が充填されている液体貯留部と、オゾン流入口近傍で、かつ、温度媒体流入口近傍のオゾン吸着管の外壁面に備えられた温度センサとから構成され、前記オゾン吸着管の外周囲壁面に前記温度媒体が接触するように液体貯留部が設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項２の発明にかかわるオゾン供給装置は、目標設定温度に対して、温度媒体の温度を最初低く設定し、最終的に温度媒体の温度を目標設定温度にして、温度調整装置を制御する制御部を備えたことを特徴とするものである。

また請求項３の発明にかかわるオゾン供給装置は、ガス封入できるガス封入容器内に前記吸脱着装置を装備するとともに、ガス封入容器内のガス圧力を調整できる圧力調整手段が設けられてなるものである。

また請求項４の発明にかかわるオゾン供給装置は、前記ガス封入容器内のガス圧力をオゾン吸着時には真空圧にするものである。

また請求項１の発明によれば、温度媒体流入口近傍のオゾン吸着管の外壁面に温度センサを備えるようにしたので、オゾン吸着剤の交換などのメンテナンスを簡単に行なうことができる効果がある。

また請求項３の発明によれば、ガスを封入できるガス封入容器内に吸脱着装置を装備するとともに、ガス封入容器内のガス圧力を調整できる圧力調整手段を設けるようにしたので、オゾン貯蔵時に消費する電力を低減できるとともに、オゾンの脱着を迅速に行なうことができ、かつオゾン貯蔵部の構造を簡易にできる。

また請求項４の発明によれば、ガス封入容器内のガス圧力をオゾン貯蔵時には真空圧にするようにしたので、オゾン貯蔵時に消費する電力を低減できる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１にかかわるオゾン供給装置を示す構成図であり、図２はオゾン吸脱着装置の詳細図である。図１〜２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、生成したオゾンを一次的に貯留する吸脱着装置４と、該吸脱着装置４内の外筒５の内部である液体貯留部に充填される温度媒体６の温度を調節する温度調節装置７と、オゾン脱着手段である水流エジェクタ８と、切換弁９ａ〜９ｅからなる。そして前記吸脱着装置４の外筒５の内部には、複数備え付けられたオゾン貯留部である吸脱着管１０があり、その吸脱着管１０の内部には、オゾン吸着剤１１が充填されている。また前記吸脱着管１０の外周表面には、吸着剤１１の温度を調節する温度媒体６が流れている。吸着剤１１には、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、シリカゲルまたは活性アルミナやフルオロカーボンなどを含浸させた多孔質材料などが用いられ、温度媒体６には、エチレングリコールやアルコール類が使用される。なお、４ａは温度媒体の入口、４ｂは温度媒体の出口であり、また４ｃはオゾン化酸素の入口、４ｄはオゾン化酸素の出口である。

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。このとき、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、オゾン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。切換弁９ｃと９ｄ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間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り、このオゾン化酸素は吸脱着管１０へ搬送される。吸脱着管１０内の吸着剤１１は、オゾンを選択的に吸着し、残りの酸素は切換弁９ｃ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、吸着剤１１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、通常冷却温度は温度調節装置７により温度媒体６が−４０℃以下にされている。

吸脱着管１０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９ａ〜９ｄが閉じる。そののち、水流エジェクタ８が稼動を始めて切換弁９ｅ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、温度調節装置７により温度媒体６が温められるとともに、温度媒体６が吸脱着管１０の外側から加えられ、吸着剤１１の温度を上昇させる。そして水流エジェクタ８で吸脱着装置４内のオゾンを減圧吸引し、水流エジェクタ８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。このとき、減圧吸引することによる吸脱着管１０内の到達圧力は絶対圧で約０．１ｋｇ／ｃｍ²になる。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、吸脱着装置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。

図３は吸脱着装置のＩ−Ｉ断面図である。図３に示すように、外筒５の内部に吸着剤１１が充填された複数の吸脱着管１０を装備することにより、オゾンを外筒５の小さなスペースに効率よく吸着することができる。

図４は吸脱着管の半径と吸着剤が充填された吸脱着管の中心部の温度が目標設定温度（Ｔ１＝−２０℃、Ｔ２＝−４０℃、Ｔ３＝−６０℃およびＴ４＝−８０℃）に達するまでの時間の関係を示したものである。図４に示すように、吸脱着管の半径が大きくなるほど、冷却時間が指数関数的に増加していくことがわかる。これにより、オゾンを効率よく貯蔵するには、吸脱着管の半径をできるだけ低下させることが重要であることがわかる。また、目標設定温度の違いによる冷却時間の差は小さく、冷却時間はほぼ吸脱着管の半径に依存することがわかる。したがって、オゾンの供給を一日一回ととすると、冷却時間は多くても２４時間未満に設定しなければならないから、吸脱着管の半径は１２ｃｍ以下にすることが望ましい。

図５は吸脱着管の半径と外筒に占める吸着剤の充填部の占有面積比率の関係を示したものである。このように、吸脱着管の半径が２０ｃｍから１０ｃｍ位までは、半径が小さくなるほど占有面積比率が大きくなるが、１０ｃｍよりさらに半径が小さくなると、吸脱着管の肉厚の影響により、占有面積比率が小さくなることがわかる。したがって、シリカゲルの充填量を確保するには、吸脱着管の半径は５〜２０ｃｍにすることが望ましい。

図４〜５の関係から、オゾンを効率的に貯蔵するには、吸脱着管の半径は５〜１０ｃｍ程度にすることが望ましいと考えられる。これにより、吸脱着装置の構造を簡素化できるとともに、吸脱着装置の製造コストを低減できる。また、吸脱着管自体を取り外すことが可能であるため、シリカゲルの交換が容易になり、メンテナンスの向上を図ることができる。

なお、本実施の形態では、脱着時に温度調節装置７により温度媒体６を温めるばあいについて説明したが、温度調節装置７を停止し、温度媒体６の温度制御を止めて、水流エジェクタ８で吸脱着装置４内のオゾンを減圧吸引することによりオゾンを脱着させるようにしてもよい。これにより、脱着時に必要とするエネルギーを低減することができるようになり、省電力型のオゾン供給装置をうることができる。

また、本実施の形態では、脱着時に水流エジェクタ８を用いるばあいについて説明したが、ガスエジェクタや吸引ポンプを使用しても同様の効果がえられる。

実施の形態２．
前記実施の形態１では、吸脱着管１０を円筒形状とし、複数の吸脱着管１０を外筒５に装備するばあいについて説明したが、図６に示すように、吸脱着管２０を円錐台形形状とし、吸脱着管２０の広口側と狭口側が交互に並ぶように装備できる。また、図７は本実施の形態の吸脱着装置２１のII−II断面図である。本実施の形態の吸脱着装置２１では、オゾン吸着時には、冷却された温度媒体６が入口２１ａから出口２１ｂに流通されており、オゾン化酸素は入口２１ｃを通りオゾン貯蔵装置２１の底部にある狭口側から吸脱着管２０に流入し、天井部にある広口側から放出され、再び天井部にある狭口側から吸脱着管２０に流入し、底面部の出口２１ｄから放出される。このようにして吸着させると、オゾン化ガスの入口２１ｃ側付近では中心部まで吸着剤を先に冷却でき、またオゾン化ガスの出口２１ｄ側では空塔速度（オゾン化ガスが吸脱着管内を移動する速度）を遅くできるために、オゾンを効率的に吸着させることができる。

一方、オゾン脱着時には、前記オゾン化ガスの流れとは逆に、貯蔵されたオゾンは広口側から狭口側に流れるようにして取り出す。この際、吸着時のばあいと同様、各吸脱着管２０を直列につなげるようにして脱着してもよいし、直列につなげずに、すなわち、上部にある狭口と広口を分離し（狭口を閉じて）、上部に設けたガス吸引口からまずオゾンを取り出し、その後下部にあるガス吸引口からオゾンを取り出すことにより、脱着するようにしてもよい。このようにして脱着させることにより、オゾンが再吸着する量を少なくすることができる。なお、前記直列につなげない構造により、さらに吸着剤とオゾンの接触量を減らすことができるため、この低減効果を増大できる。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３にかかわるオゾン供給装置の主要部分であるオゾンの吸脱着装置３０を示す構成図である。図８において、３１は生成したオゾンを一次的に吸着する吸着剤、３２は吸着剤３１を貯留する内筒、３３は内筒３２内に含まれているオゾン吸着剤３１の温度を調節する温度媒体、３４は温度媒体３３が流れる外筒、３５はオゾン脱着時にオゾン化酸素が流れるオゾン流路管、３６はオゾン流路管３５の外側に密着して取り付けられている流路カバー、３７はオゾン流路管３５を回転させるモータ、３８は吸着剤を支持するメッシュである。図９は吸脱着装置３０のIII−III断面図である。図９に示すように、脱着時には、モータ３７によりオゾン流路管３５を回転させることにより、流路カバー３６に設けられた開口部３６ａとオゾン流路管３５に設けられた開口部３５ａが合致し、内筒３２の中心部にあるオゾン流路管３５の開口部３５ａに向かってオゾン化酸素は流れる。

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。しかし、オゾン化酸素が吸脱着装置３０の入口３０ｃに到達するまでの動作については前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

吸脱着装置３０に到達したオゾン化酸素は、底面側の入口３０ｃから吸脱着装置３０内に導入される。吸脱着装置３０の内部に供給されたオゾン化酸素はメッシュ３８を通過して吸着剤３１に供給される。この際、オゾン流路管３５の開口部３５ａは流路カバー３６によって閉じられているので、オゾン化酸素がオゾン流路管３５の開口部３５ａを通過して吸着剤３１に供給されることはない。吸着されなかった酸素ガスは上部の出口３０ｄから放出され、図１に示すように、切換弁９ｃを介して循環ブロア３に返送されるとともに、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。また、温度媒体３３が入口３０ａから出口３０ｂに流れることにより、吸着剤３１は−４０℃以下に冷却されている。

内筒３２内の吸着剤３１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および温度調節装置７が稼動を停止し、切換弁９ａ〜９ｄが閉じる。そして、モータ３７によりオゾン流路管３５が回転し、流路カバー３６によって閉じられていたオゾン流路管３５の開口部３５ａは開状態になる。そののち、水流エジェクタ８が稼動を始めて切換弁９ｅが開く。内筒３２内の圧力が低下すると、内筒３２内の吸着剤３１に吸着していたオゾンは、流路カバー３６に設けられた開口部３６ａとオゾン流路管３５に設けられた開口部３５ａが合致することにより、オゾン流路管３５に設けられた開口部３５ａからオゾン流路管３５に流れ込んで、水流エジェクタ８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。このとき、減圧吸引することによる内筒３２内の到達圧力は絶対圧で約０．１ｋｇ／ｃｍ²となる。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、吸脱着装置３０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、吸着剤３１に吸着されていたオゾンが脱着し易いように、温度調節装置７により温度媒体３３が温めるようにして、オゾンを脱着するようにしても良い。さらに前記水流エジェクタ８に代えて、ガスエジェクタや吸引ポンプを使用してオゾンを吸引脱着してもよい。

通常、吸脱着装置３０は設置面積をできるだけ小さくするために、直径よりも高さが長い円柱構造にしている。本実施の形態で説明したように、吸着時には、高さ方向にオゾン化酸素を流すようにし、脱着時には半径方向にオゾン化酸素が流れるようにすることにより、吸着時には、オゾンが吸着破過する（漏れだしてくる）時間を遅くできるとともに、脱着時には脱着したオゾンが吸着剤に再吸着する量を低減できる。すなわち、オゾン吸着時にはオゾン貯留部の中心点と表面までの平均距離よりもオゾン化酸素が流れる距離を長くし、オゾン脱着時にはオゾン貯留部の中心点と表面までの平均距離よりオゾン化酸素が流れる距離が短くなるようにすることにより、効率的にオゾンを吸着できるとともに、効率的にオゾンを脱着することができる。

実施の形態４．
図１０は本発明の実施の形態４にかかわるオゾン供給装置の主要部分である吸脱着装置４０を示す構成図である。図１０において、４１は生成したオゾンを一次的に吸着する吸着剤、４２は吸着剤４１を貯留する吸脱着管、４３は吸脱着管４２内に含まれているオゾン吸着剤４１の温度を調節する温度媒体、４４は温度媒体４３が流れる外筒、４５は温度媒体が流れる外筒４１からの熱放散を防止し、ガスを封入できる封入容器である断熱容器、４６は断熱容器４５内のガス圧力を調整する圧力調節手段である調節器である。本実施の形態における吸脱着装置４０は前記断熱容器４５内に装備されている。

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。しかし、オゾン化酸素が吸脱着装置４０の入口４０ｃに到達するまでの動作については実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略する。

吸脱着装置４０に到達したオゾン化酸素は、底面側の入口４０ｃから吸脱着装置４０内に導入される。この際、断熱容器４５内の圧力は圧力調節器４５により真空状態（１０^-4ｔｏｒｒ以下）にされ、吸脱着管４２内の吸着剤４１は温度調節装置７によって温度調節された温度媒体４３によって温度調節されている。そののち、吸脱着装置４０の内部に供給されたオゾン化酸素は吸脱着管４２内の吸着剤４１に供給される。吸着されなかった酸素ガスは上部の出口４０ｄから放出され、切換弁９ｃ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。

吸脱着管４２内の吸着剤４１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および温度調節装置７が稼動を停止し、切換弁９ａ〜９ｄが閉じる。そして、圧力調節器４６により断熱容器４５内の圧力が上昇する。この際、断熱容器４５内の圧力はできるだけ高くするほうがよいが、耐圧性能を上げると製造コストが上昇するため、断熱容器内の圧力は２〜３ｋｇ／ｃｍ²程度にするほうがよい。そののち、エジェクタ８で吸脱着装置４内のオゾンを減圧吸引し、水流エジェクタ８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。このとき、減圧吸引することによる吸脱着管４２内の到達圧力は絶対圧で約０．１ｋｇ／ｃｍ²になる。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、吸脱着装置４０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することができる。

本実施の形態により、吸着時には外筒４４からの熱放散量を低減でき、吸着剤４１を効率的に冷却できるとともに、脱着時には外筒４４からの熱放散を促進でき、吸着剤４１の温度を効率よく上昇できるので、従来の装置と比べて省エネルギー型のオゾン供給装置をうることができる。

本実施の形態では、吸脱着管４１が複数装備されているばあいについて説明したが、単数のばあいでも同様の効果がえられる。また、水流エジェクタの代わりにガスエジェクタや吸引ポンプを使用しても同様の効果がえられる。また、本実施の形態では、脱着時に断熱容器４５内の圧力を２〜３ｋｇ／ｃｍ²程度にする例を説明したが、圧力調節器を停止して大気圧に戻すようにすることもできる。このばあい、熱放散効率は若干低下するが、断熱容器４５を加圧するための圧力調節器４６を省くことができ、オゾン供給装置を低コストで製作できる。

実施の形態５．
図１１は本発明の実施の形態５によるオゾン供給装置を示す構成図である。図１１において、前記実施の形態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、吸脱着装置４内の温度を調節する温度調節装置５１と、吸脱着装置４内の吸着剤の温度を測定する接触型または非接触型の温度計測器である温度センサ５２が設けられている。なお、本実施の形態では、温度センサ５２は温度媒体の入口４ａ付近にあり、かつ、吸脱着管１０内の壁面近くにある吸着剤１１の温度を測定できるものとする。

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。しかし、吸脱着装置４へのオゾン化酸素の供給および吸脱着装置４からのオゾン化酸素の放出についての動作については前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略し、吸着時および脱着時の吸脱着装置４の温度制御方法について説明する。

最初に吸着時の温度制御方法について説明する。オゾン吸着時には吸着剤の温度を短時間に低下させることが重要となる。まず温度媒体の設定温度を吸着剤が最終的に到達しなければならない目標温度、たとえば目標温度が−６０℃のばあい、−６０℃よりも低い−７０℃に設定する。そしてその温度媒体を温度媒体の入口４ａから吸脱着装置４に供給する。温度センサ５２により壁面付近の吸着剤の温度を監視しておき、その温度が設定温度に達したとき、温度媒体の温度を数℃単位で目標温度に近づけるように設定する。この操作を繰り返すことにより、最終的には温度媒体の温度は目標温度に設定される。このような温度制御を行なうことにより、吸着剤の温度を短時間に冷却することができる。

図１２は冷却時間と半径１２ｃｍの吸脱着管の中心部に存在する吸着剤、たとえばシリカゲルの冷却温度の関係を示したものである。このように初期に温度媒体の温度を−６０℃の目標温度（Ｔｓ１＝−６０℃）に下げるほど、また、温度媒体の温度をできるだけ細かく変えて−６０℃の目標温度に近づけていくほど（Ｔｓ２＝−６６℃→−６０℃、Ｔｓ３＝−７２℃→−６６℃→−６０℃、Ｔｓ４＝−７８℃→−７２℃→−６６℃→−６０℃）、冷却時間を短くできることが認められる。これにより、オゾンを効率よく貯蔵するには、温度媒体の温度をできるだけ低下させるとともに、温度媒体の温度を細かく変更していくことが重要であることがわかる。しかし、温度媒体の冷却温度とＣＯＰ（成績係数；冷却能力と消費エネルギーの熱量換算値との比）の関係は図１３に示されるように、冷却温度が下がるほど冷却に要するエネルギーが増加し、また、低温にするほど、大きな冷却能力を要する温度調節装置７を装備する必要がある。

したがって、吸着剤が最終的に到達しなければならない目標温度にもよるが、温度調節装置７で消費する電力を少なくする観点からして、ＣＯＰが０．５以下で温度調節装置７を運転することは望ましくない。よって、温度媒体の温度は最低でも−７０℃とする方がよい。

つぎに脱着時の温度制御方法について説明する。なお、脱着時のばあい、オゾンの供給方法によりオゾン脱着方法は異なるが、ここでは温度制御を用いるばあいについて説明する。

まず温度媒体の温度を吸着剤が最終的に到達しなければならない目標温度、たとえば設定温度が−６０℃のばあい、−６０℃よりも低い−７０℃に設定する。その温度媒体を温度媒体の入口４ａから吸脱着装置４に供給する。温度センサ５１により壁面付近の吸着剤の温度を監視しておき、その温度が設定温度に達したとき、温度媒体の温度を数℃単位で目標温度に近づけるように設定する。この操作を繰り返すことにより、最終的には温度媒体の温度は目標温度に設定される。このような温度制御を行なうことにより、吸着剤の温度を短時間に加熱できるとともに、オゾンの急激な脱着を防ぐことができるようになる。

最後に温度センサ５２の取り付け位置について説明する。本実施の形態では、吸着時、脱着時にかかわらず、吸着剤の温度をできるだけ省エネルギーで、かつ、短時間に目標温度に到達させるようにしている。したがって、吸着時には目標温度よりも吸着剤の温度を低くすることはエネルギー的に問題があるため、最も早く吸着剤の温度が温度媒体の温度になる場所に温度センサ５２を取り付ける方がよい。すなわち、温度センサ５２は吸脱着装置の温度媒体の入口４ａ付近で、かつ、温度媒体に最も近い吸脱着管の周辺部に設置することが望ましい。また、脱着時にはできるだけ迅速に吸着剤の温度を上昇させる必要があるため、最も早く吸着剤の温度が温度媒体の温度になる場所に温度センサ５２を取り付ける方がよい。すなわち、吸着時と同様、温度センサ５２は吸脱着装置の温度媒体の流入口４ａ付近で、かつ、温度媒体に最も近い吸脱着管の周辺部に設置することが望ましい。

なお、吸脱着装置４内に備え付けられている複数の吸脱着管の形状が全て同じであるばあい、温度センサ５２は代表的な吸脱着管１０に備え付けるだけで良い。しかし、複数の吸脱着管１０に温度センサ５２を取り付けて、複数管理するようにしてもよい。ただし、このばあい、吸脱着管１０の温度制御を精密に行なうことができるといった効果を有するが、温度センサ５２が増加することや制御機構が複雑になることにより、コストが増大する。

本実施の形態では、実施の形態１に示した構造の吸脱着装置４に温度センサ５２を備え付けたばあいについて説明したが、実施の形態２〜４に示した構造の吸脱着装置４に温度センサ５２を装着して同様の効果がえられる。

実施の形態６．
図１４は本発明の実施の形態６におけるオゾン供給装置を示す構成図である。図１４において、前記実施の形態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。

６１はオゾン循環ラインＬ１内からガスを吸引するガス吸引手段、６２は純度の高い酸素ガスを精製する酸素精製器、６３は精製した酸素ガスを一時的に貯蔵するガス貯留タンク、６４ａ、６４ｂはメインループ（オゾン循環ラインＬ１）とサブループ（分岐ラインＬ２）の切換弁である。

つぎに動作について説明する。吸脱着装置４へのオゾン化酸素の供給および吸脱着装置４からのオゾン化酸素の放出についての動作については前記実施の形態１と同様であるため、ここでは説明を省略し、吸脱着装置４からのオゾン供給が終了したのちの動作について説明する。

オゾン脱着が終了すると、切換弁９ｅと６４ａが閉じられる。そののち、切換弁９ｄが開くとともに、切換弁６４ｂが開に切り替わる。温度媒体は温度調節装置７によってオゾン脱着時よりもさらに温度が高められる。これにより、吸着剤の温度が高くなり、吸着剤に残存吸着している物質が脱離を開始する。この際、ガス吸引手段６１が稼働しはじめ、吸脱着装置４内の残存物質が酸素精製器６２に吸引される。そして、酸素精製器６２で精製された酸素ガスがガス貯留タンク６３に送られる。ガス貯留タンク６３に蓄えられた酸素は再び吸着動作に移行したときに使用される。

これにより、吸着剤に吸着していて、オゾンが吸着する際に弊害となる物質を取り除くことができ、効率的にオゾンを貯蔵することができる。また、吸着剤に残存している酸素を再利用でき、酸素使用量を低減することができる。

本実施の形態では、ガス吸引手段６１とガス貯留タンク６３のあいだに酸素精製器６２を備えた例を説明したが、酸素精製器６２を省き、酸素の再利用だけを行なうようにすることもできる。

実施の形態７．
前記実施の形態１〜６では、吸着剤が粒状のものを使用したばあいについて示したが、吸脱着管１０、円錐状吸脱着管２０や内筒３２の内部形状に相当する一体型シリカゲルを使用するようにしてもよい。

つぎに一体型シリカゲルの製造方法について述べる。ほうケイ酸ナトリウム系ガラスを吸脱着管１０の内部形状に成形する。そして、軟化点以下で徐々に冷却する。そののち、強酸で処理すると、酸化ホウ素の相が溶解し、一体型で多孔質のシリカゲル（多孔質体）が製造できる。

これにより、オゾンの吸着効率を低減させずに吸着剤を一体化でき、吸着剤の交換を容易にすることができる。

本発明の実施の形態１にかかわるオゾン供給装置を示す構成図である。本発明の実施の形態１にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。本発明の実施の形態１にかかわるオゾン吸脱着装置のＩ−Ｉ断面を示す断面図である。吸脱着管半径と冷却時間との関係を示す図である。吸脱着管半径と吸着剤充填部占有面積率との関係を示す表図である。本発明明の実施の形態２にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。本発明の実施の形態２にかかわるオゾン吸脱着装置のII−II断面を示す断面図である。本発明の実施の形態３にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。本発明の実施の形態３にかかわるオゾン吸脱着装置のIII−III断面を示す断面図である。本発明明の実施の形態４にかかわるオゾン吸脱着装置を示す構成図である。本発明の実施の形態５にかかわるオゾン供給装置を示す構成図である。冷却時間と冷却温度との関係を示す図である。冷却温度とＣＯＰとの関係を示す図である。本発明の実施の形態６にかかわるオゾン供給装置を示す構成図である。従来の間歇オゾン供給装置を示す構成図である。従来の間歇オゾン供給装置のオゾン吸着部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吸脱着装置、５外筒、
６温度媒体、７温度調節装置、８水流エジェクタ、９ａ〜９ｅ切換弁、
１０吸脱着管、１１吸着剤、２０吸脱着管、２１吸脱着装置、３０吸脱着装置、３１吸着剤、３２内筒、３３温度媒体、３４外筒、３５オゾン流路管、
３６流路カバー、３７モータ、３８メッシュ、４０吸脱着装置、４１吸着剤、４２吸脱着管、４３温度媒体、４４外筒、４５断熱容器、４６圧力調節器、
５１温度調節装置５２温度センサ、６１ガス吸引手段、６２酸素精製器、
６３ガス貯留タンク、６４切換弁。

Claims

原料酸素からオゾン化酸素を生成するオゾン発生器と、前記オゾン化酸素からオゾンを吸着貯留し、かつ、このオゾンを脱着する吸脱着装置と、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とを有し、前記吸脱着装置によりオゾンが吸着されたのち酸素を前記オゾン発生器へ戻し、前記吸脱着装置からオゾンを脱着供給するオゾン供給装置であって、前記吸脱着装置を、吸着剤が充填された複数の同形円筒管形状のオゾン吸着管と、温度媒体が充填されている液体貯留部と、オゾン流入口近傍で、かつ、温度媒体流入口近傍のオゾン吸着管の外壁面に備えられた温度センサとから構成され、前記オゾン吸着管の外周囲壁面に前記温度媒体が接触するように液体貯留部が設けられていることを特徴とするオゾン供給装置。
目標設定温度に対して、温度媒体の温度を最初低く設定し、最終的に温度媒体の温度を目標設定温度にして、温度調整装置を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のオゾン供給装置。
ガス封入できるガス封入容器内に前記吸脱着装置を装備するとともに、ガス封入容器内のガス圧力を調整できる圧力調整手段が設けられてなる請求項１記載のオゾン供給装置。
前記ガス封入容器内のガス圧力をオゾン吸着時には真空圧にすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン供給装置。