JP4711281B2 - オゾン水生成装置とオゾン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、本発明は、高濃度で溶存率の高いオゾン水を製造することができる用途に使用される、オゾン生成装置とオゾン水生成装置に関する。

従来、オゾンガスは、殺菌装置、脱臭装置、漂白装置、浄水装置等に広く利用されている。オゾンガスを生成するには高電圧による放電を発生させる。（特許文献１）しかし、空気中で放電を発生させると、オゾンとともにＮＯＸを発生させるおそれがある。そこで、空気から酸素ガスを発生させ、その酸素ガスを放電によりオゾンガスにするという製法が検討されているが、コスト等の様々な問題があって、実用的なものはまだ十分市場に供給されていない。先行技術には下記のようなものがある。
特開平８−２８３００５ 特表２０００−５１６８５４ 特開平８−２８３００５ 実用新案登録第３０４８０２３号

ところで、上記のような従来技術には、次のような解決すべき課題があった。
本発明者等は、概略して次のような構成のオゾン水発生装置を開発した。この装置は、例えば、既知の酸素発生装置（特許文献２）のように圧縮空気を送り込んで酸素を分離抽出し、この酸素を既知のオゾン発生装置（特許文献３）のような放電装置に導いてオゾン化する。そのオゾンを、既知の気体液体混合装置（特許文献４）を改良したものに供給して、高濃度のオゾン水を連続的に製造することに成功した。この装置は、持ち運びもできるように小型軽量化することができ、医療用、食材や食器等の洗浄用、水槽中の水の浄化用等に需要が見込まれる。

しかしながら、様々な環境でこのオゾン水製造装置の運転試験を行ったところ、環境変化によってオゾン水濃度にばらつきが生じることが判明した。特に、気体液体混合装置（特許文献４）等を用いた場合は、他の装置では得られないほど高濃度のオゾン水を製造することができるが、使用環境に左右されやすいという問題があった。
本発明は、使用環境に左右されず、安定した高濃度のオゾン水を製造することができる、オゾン生成装置やオゾン水生成装置を提供することを目的とする。

本発明の各実施例においては、それぞれ次のような構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
大気を圧縮して圧縮空気を送り出すコンプレッサと、このコンプレッサの出力する圧縮空気を、圧縮状態のまま冷却フィンに衝突させて、結露させてから排出する冷却部と、冷却器から排出された圧縮空気を圧縮状態のまま加熱して排出する加熱部と、この加熱部の出力する圧縮空気を受け入れて、酸素以外のガスを除去して酸素ガスを発生させる酸素発生部と、この酸素発生部で発生した酸素を放電領域に供給して、オゾンを発生させるオゾン発生部と、このオゾン発生装置で発生したオゾンをベンチュリ管内に吸引して水と混合するオゾン水生成部とを備えたことを特徴とするオゾン水生成装置。

コンプレッサでは、酸素発生部に供給するのに適する圧力の圧縮空気を生成する。この圧縮空気を冷却部で圧縮状態のまま冷却し、その後加熱部で再加熱する。冷却部で冷却フィンに衝突させて結露させることで、圧縮空気から一定量以上の水分が除去される。その後、加熱部で加熱されることにより、圧縮空気は、酸素発生部で結露しない程度のほぼ一定の含水量の乾燥空気となる。さらに温度も適温になる。また、空気中に含まれる様々な多くの不純物が、この工程で除去される。酸素発生部では各部の汚染や水分の付着が防止され、濃度と温度の安定した酸素ガスが出力される。この除湿された一定濃度の酸素ガスがオゾン発生部へ供給される。従って、効率よくオゾンガスが発生し、濃度の安定したオゾン水が製造できる。

〈構成２〉
構成１記載のオゾン水生成装置において、上記冷却部と加熱部はペルチェ素子からなり、上記冷却フィンはペルチェ素子の低温側に設けられ、上記加熱部はペルチェ素子の高温側に設けられたことを特徴とするオゾン水生成装置。

ペルチェ素子は、駆動電流によって熱エネルギーを低温側から高温側に運ぶ。低温側で冷却された圧縮空気を高温側に送ることにより、除湿のために冷却された圧縮空気を適温まで上昇させる。このとき、除湿される圧縮空気は、ペルチェ素子の低温側に熱を与えて高温側で熱を奪う作用をする、ペルチェ素子を効率良く動作させることができる。また、ペルチェ素子を閉じた空間内で動作させることにより、圧縮空気を圧縮状態のまま除湿して、適温に調整することができる。

〈構成３〉
構成１記載のオゾン水生成装置において、上記加熱部から排出される圧搾空気の温度を測定する温度センサが設けられ、この温度センサの測定する温度が予め定めた一定の温度になるように、上記ペルチェ素子の駆動電流を制御する、温度制御装置が設けられていることを特徴とするオゾン水生成装置。

ペルチェ素子を用いて、除湿と同時に圧縮空気の温度制御ができる。

〈構成４〉
構成１記載のオゾン水生成装置において、冷却部から加熱部に対して熱エネルギを運搬するヒートパイプ型熱交換機を、上記冷却部と加熱部に配置したことを特徴とするオゾン水生成装置。

ペルチェ素子以外にも、冷却部から加熱部に対して熱エネルギを運搬するヒートパイプ型熱交換機を用いれば、圧縮空気により低温側を加熱して高温側を冷却することで、効率良く動作をさせることが可能である。

〈構成５〉
構成１乃至３のいずれかに記載のオゾン水生成装置において、上記冷却部は、ペルチェ素子の低温側に接触して圧縮空気を導入するための流路を有する伝熱体ブロックからなる第１冷却部と、上記伝熱体ブロックの下面に連結され、冷却フィンと冷却フィンを包囲する筒とからなり、上記流路の出口から排出される圧縮空気を上記冷却フィンに衝突させるための流路を形成する第２冷却部と、上記室壁最下部に設けられ、上記冷却フィン表面で結露した水分を受け入れて貯留し、間欠的に開放されるドレインバルブから当該水分を排出するドレイン機構を備えたことを特徴とするオゾン水生成装置。

第１冷却部で予備冷却をして、第２冷却部で圧縮空気の流路を冷却フィンに衝突するように制限するので、圧縮空気が効率よく冷却されて、冷却フィン上で結露を生じる。また、結露により生じた水分をいったん水処理部に貯留して、間欠的に開放されるドレインバルブから排出するようにしたので、第２冷却部内での圧縮空気の圧力を一定以上に維持することができる。

〈構成６〉
構成５記載のオゾン水生成装置において、上記第１冷却部は、上記コンプレッサから第１冷却部へ圧縮空気を導入する第１の流路と、上記第２冷却部で上記冷却フィンに衝突した圧縮空気を案内して排出する第２の流路を備えたことを特徴とするオゾン水生成装置。

配管やバルブ脱着が確実にできる強度の高い伝熱ブロックに、第１の流路と第２の流路を形成した。伝熱ブロックに配管やバルブを付けるほうが、第２の冷却部の室壁に配管やバルブを取り付けるよりも機械強度を高めることができる。

〈構成７〉
構成５または６記載のオゾン水生成装置において、上記加熱部は、ペルチェ素子の高温側に接触し、ヒートシンクを接続した伝熱体ブロックであって、上記第２冷却部から排出される圧縮空気を導入するための第３の流路を有するものからなることを特徴とするオゾン水生成装置。

第３の流路は、ヒートシンクを接続した高温側の電熱体ブロックに設けられているから、冷却された圧縮空気を圧縮状態のまま加熱することができる。

〈構成８〉
構成５乃至７のいずれかに記載のオゾン水生成装置において、上記上記加熱部は、ペルチェ素子の高温側に接触し、ヒートシンクを接続した伝熱体ブロックであって、このヒートシンクを冷却するファンと、当該ヒートシンクとの間に配置され、上記第１冷却部に入力する前の圧縮空気を受け入れて予備冷却するラジエータでを配置したことを特徴とするオゾン水生成装置。

〈構成９〉
構成１乃至８のいずれかに記載のオゾン水生成装置において、オゾン発生部は、樹脂ブロックと導体プレートとを重ね合わせて、その間に形成した扁平な放電領域中に扁平な網状電極を配置してなり、樹脂ブロックには酸素発生部に接続されて酸素を受け入れる吸気孔と、生成したオゾンと酸素の混合気を前記オゾン水生成部に向けて排出する排気孔とが設けられ、吸気孔と放電領域とは微細孔群により連結され、排気孔と放電領域とは微細孔群により連結されていることを特徴とするオゾン水生成装置。

扁平な放電領域中に扁平な網状電極を配置して微細孔群を通じて酸素を供給し、微細孔群を通じて生成したオゾンと酸素を排出するようにしたので、効率よくオゾンが生成できる。

第１冷却部の冷却効率を高めるために、圧縮空気をラジエータで予備冷却する。
〈構成１０〉
大気を圧縮して圧縮空気を送り出すコンプレッサと、このコンプレッサの出力する圧縮空気を、圧縮状態のまま除湿する除湿部と、この除湿部の出力する圧縮空気を受け入れて、酸素以外のガスを除去して酸素ガスを発生させる酸素発生部と、この酸素発生部で発生した酸素を放電領域に供給して、オゾンを発生させるオゾン発生部とを備え、このオゾン発生部は、樹脂ブロックと導体プレートとを重ね合わせて、その間に形成した扁平な放電領域中に扁平な網状電極を配置してなり、上記樹脂ブロックには前記酸素発生部に接続されて酸素を受け入れる吸気孔と、生成したオゾンと酸素の混合気を前記オゾン水生成部に向けて排出する排気孔とが設けられ、吸気孔と放電領域とは微細孔群により連結され、排気孔と放電領域とは微細孔群により連結されていることを特徴とするオゾン生成装置。

上記の装置の主要部は、オゾン水生成装置に限定されず、各種の用途に使用されるオゾン生成装置としても機能する。

以下、本発明の実施の形態を実施例ごとに詳細に説明する。
図１は、本発明のオゾン水生成装置実施例を示すシステムブロック図である。
図のシステムは、エアフィルタ１２とコンプレッサ１４と除湿部１８と酸素発生部２０とオゾン水生成部２４とを備える。エアフィルタ１２を通じて大気中から取り入れた空気は、コンプレッサ１４で圧縮空気１６とされ、除湿部１８において除湿される。これが酸素発生部２０に供給されて酸素濃縮処理が行われる。取り出された酸素は、オゾン発生部２２でオゾン化され、オゾン水生成部２４で水と混合される。

酸素発生部２０には、特許文献２の装置を使用し、圧縮空気１６を供給してフィルタを用いて酸素以外のガスを除去し、濃縮した酸素ガスをとり出す。オゾン発生部２２は、酸素発生部２０で発生した酸素を放電領域に供給して、酸素ガス中で高圧放電をさせて、酸素ガスをオゾン化する。気体液体混合装置には、特許文献４の装置を使用した。ベンチュリ管に水を供給して、管径の最も細くなったノズル部分近傍ににオゾンガスを吸引するようにして供給する。これにより水とオゾンガスを爆発的に混合して、きわめて高濃度の安定性の良いオゾン水２６が生成される。

図の基板等は、このようなシステムを制御する。ここには、プラグ２８とブレーカ３０と端子台３２とＤＣ電源部３４とトランス３６と電子式除湿器基板３８と酸素濃度基板５６といった制御機構が設けられている。装置の駆動電力は、プラグ２８とブレーカ３０と端子台３２を通じて、ＤＣ電源部３４やトランス３６に受け入れられる。電子式除湿器基板３８は、トランス３６から供給する電力で駆動される。酸素濃度基板５６は、ＤＣ電源部３４から供給される電力で駆動される。

除湿部１８は、ペルチェ素子４０と、予冷部４２と第１冷却部４４と第２冷却部４６と加熱部４８とを備える。除湿処理により生じた水は、ドレインバルブ５０から排出される。加熱部４８から出力された圧縮空気１６は圧力分岐部５２を経て、酸素濃度基板５６の圧力センサ５８と酸素発生部２０に供給される。圧力分岐部５２には、温度センサ５４が取り付けられており、電子式除湿器基板３８では、圧力分岐部５２を通じて出力される圧縮空気１６の温度を一定に保持するようにペルチェ素子４０の駆動電力を制御している。

酸素発生部２０により生成された酸素は、検査分岐部６４から検査バルブ６２を通じて酸素センサ６０に供給される。ここで酸素濃度が測定され、適切な濃度の酸素が酸素出力バルブ６６を通じてオゾン発生部２２に供給される。オゾン水生成部２４では、オゾン発生部２２から受け入れたオゾンと水栓６８を通じて受け入れた水とを混合する。出来上がったオゾン水２６は、排出バルブ７０を通じて排出されて蓄積される。

図２は、上記の除湿部１８の全体像を示す側面図である。また、図３は図２の装置の右側面図である。
この除湿部１８は、上部フレーム８２と下部フレーム８４を備える。上部フレーム８２には、風冷ファン８６が固定ネジ８８により固定されている。この風冷ファン８６は、ヒートシンク９２を冷却するためのものである。また、風冷ファン８６とヒートシンク９２との間に、ラジエータ９０が挟み込まれている。ラジエータ９０には、コンプレッサ１４から送り込まれた圧縮空気１６を予備冷却する機能が設けられている。

下部フレーム８４の内部には、ペルチェ素子４０や上部伝熱体ブロック１０６や下部伝熱体ブロック１０８が設けられている。下部伝熱体ブロック１０８には第１の流路１１０や第２の流路１１２が設けられ、第１冷却部４４を構成している。上部伝熱体ブロック１０６には第３の流路１１４が設けられて、加熱部４８を構成している。下部伝熱体ブロック１０８の下側の内筒１１９や外筒１１８は第２冷却部４６である。

パイプ９８は、第１の流路１１０にパイプ９４から排出された圧縮空気１６を供給するためのものである。また、パイプ９６は、第２の流路１１２から排出された圧縮空気１６をパイプ１００を通じて加熱部４８に供給するためのものである。パイプ１００は、第３の流路１１４に圧縮空気１６を供給するためのものである。パイプ１０１は、除湿部１８の下部にたまった水を排出するためのものである。リード線１０２とリード線１０４は、ペルチェ素子４０を駆動するための電流を供給するリード線である。

下部フレーム８４の内部機構はあとで図５を用いて説明する。なお、図３に示すように、固定ネジ８８と固定ネジ８９により固定された風冷ファン８６は、ラジエータ９０とヒートシンク９２を強制冷却する。ラジエータ９０には、パイプ９５を通じてコンプレッサ１４で出力された圧縮空気１６が流れ込む。この予備冷却がされた圧縮空気１６はパイプ９４を通じてパイプ９８に供給される。また、パイプ１００から第３の流路１１４に入力した圧縮空気１６はパイプ９９から排出されて酸素発生部２０に向かう。

図４（ａ）は予冷部４２の側面図、（ｂ）はその平面図である。
図に示すように、ラジエータ９０は入力側パイプ１３１と出力側パイプ１３２の間を多数の放熱パイプ１３３で連結した構成をしている。入力側パイプ１３１の一端に接続されたパイプ９５にはコンプレッサ１４から圧縮空気１６が入力する。その圧縮空気１６は、放熱パイプ１３３を通過する間に冷却され、出力側パイプ１３２に接続されたパイプ９４からパイプ９８へ向けて排出される。なお、入力側パイプ１３１には、封止栓１３６が装着され、出力側パイプ１３２には封止栓１３５が装着されている。

この図のようなラジエータ９０を、ヒートシンク９２を冷却する風冷ファン８６で冷却することで、第１冷却部４４に入力する前の圧縮空気１６を受け入れて圧縮空気１６を予備冷却する。一般に、ラジエータ９０は、長い１本のパイプを蛇行させて構成する。しかしながら、圧縮空気１６を圧縮状態のまま除湿するので、流体抵抗の低い構造が好ましい。そこで、この実施例では、実質流路断面が広くなるように、多数の放熱パイプ１３３で入力側パイプ１３１と出力側パイプ１３２の間を連結する構造を採用した。

図５の（ａ）は下部フレーム８４の上面図、（ｂ）は内部機構を示す側面図である。
図の上部伝熱体ブロック１０６には、圧縮空気１６を除湿後に所定温度に加熱するための第３の流路１１４が設けられている。すでに説明したように、パイプ１００にはパイプ９６から除湿後の圧縮空気１６が供給され、第３の流路１１４に送り込まれる。第３の流路１１４を通過した圧縮空気１６はパイプ９９を経て酸素発生部２０に送り出される。上部伝熱体ブロック１０６と下部伝熱体ブロック１０８との間には、ペルチェ素子１０９が挟み込まれている。下部伝熱体ブロック１０８と上部伝熱体ブロック１０６とは、支柱１１６で連結されている。なお、支柱１１６は、底板１１７により床などに直立支持されている。

図６は、下部伝熱体ブロック１０８の上面図、（ｂ）はその下側に設けられた機構の一部切断側面図である。
下部伝熱体ブロック１０８には、図のように第１の流路１１０と第２の流路１１２とが設けられている。上部伝熱体ブロック１０６のすぐ下側には、円筒状の外筒１１８と内筒１１９が固定されている。なお、この図面では、外筒１１８と内筒１１９のみをその中心軸を通る垂直面で切断した。

外筒１１８の内部には、内筒１１９が同軸的に配置されている。また、内筒１１９の内部には、円板状の冷却フィン１２０が多段配置されている。また、外筒１１８の最下部には、中央が最も低くなった皿状のドレイン機構１２４が設けられている。第１の流路１１０から入力した圧縮空気１６は、内筒１１９の内部に送り込まれ、内筒１１９の内壁と冷却フィン１２０との間の狭い隙間を通じて下側に流れる。

圧縮空気１６に含まれた水分は、冷却フィン１２０に接触して結露し水滴になる。この水滴は、下方に落下してドレイン機構１２４に溜まる。外筒１１８の内部は加圧されているので、ドレイン機構１２４に接続したパイプ１０１を常時開放しておくわけにはいかない。従って、例えば、一定時間おきに間欠的に、図１に示したドレインバルブ５０が開放されて、水分の排出が行われるようにするとよい。

一方、水分を除去された圧縮空気１６は、第２の流路１１２を通じて外側に流れ出す。このように、下部伝熱体ブロック１０８の中に、第１の流路１１０と第２の流路１１２を設け、その下側に外筒１１８や内筒１１９を一体化したので、高い機密性を有し、圧縮空気１６を圧縮状態のまま除湿することができる。なお、この実施例では、下部伝熱体ブロック１０８に外筒１１８をオーリング１０７等を用いて気密固定したが、溶接等でさらに強固に一体化してもよい。

冷却された圧縮空気１６は、第２の流路１１２を通じて排出される。この圧縮空気１６は、図５に示すように、パイプ１００を通じて上部伝熱体ブロック１０６に流れ込む。上部伝熱体ブロック１０６の中では、第３の流路１１４で圧縮空気１６が十分に加熱され、外気温に近い最適温度になる。以上の構成により、下部伝熱体ブロック１０８側で冷却された圧縮空気１６が上部伝熱体ブロック１０６側で再び暖められるため、熱エネルギーがペルチェ素子１０９の高熱側に戻され、効率が高められる。こうして、高い効率で圧縮空気１６の除湿処理ができる。

以上の装置では、冷却部をペルチェ素子４０の低温側に配置し、加熱部をペルチェ素子の高温側に配置して、圧縮空気１６の冷却と除湿と再加熱を行うようにした。ここで、図１に示したように、加熱部から排出される圧縮空気１６の温度を測定する温度センサ５４を設け、温度センサ５４の測定する温度が予め定めた一定の温度になるように、電子式除湿器基板３８で、ペルチェ素子４０の駆動電流を制御すると、酸素発生部２０に対して、最適な温度と湿度の圧縮空気１６を供給できる。また、ペルチェ素子４０を最大効率で駆動することができる。

なお、この実施例では、ペルチェ素子４０を使用して圧縮空気１６の冷却とは除湿をしたが、冷却部から加熱部に対して熱エネルギを運搬する、既知のヒートパイプ型熱交換機に置き換えても差し支えない。また、上記の実施例では、冷却部は、ペルチェ素子４０の低温側に接触して圧縮空気１６を導入するための流路を有する伝熱体ブロックからなる第１冷却部と、伝熱体ブロックの下面に連結され、冷却フィン１２０と、冷却フィン１２０を包囲する内筒１１９とからなり、流路の出口から排出される圧縮空気１６を冷却フィン１２０に衝突させるための流路を形成する第２冷却部を備える。この冷却フィン１２０や内筒１１９は円形でも方形でも構わない。

以上のように、除湿部に設けられた上部伝熱体ブロック１０６や下部伝熱体ブロック１０８を利用して、第１冷却部と再加熱のための加熱部を設けるので、複雑な配管無しで、圧縮空気１６を圧縮状態のまま除湿することができる。また、下部伝熱体ブロック１０８に、円筒形の外筒１１８や内筒１１９からなる第２冷却部を一体に固定すると、さらに配管が簡素化されて、強度の高い経済的な除湿部を実現できる。

圧力分岐部５２に温度センサ５４を設けて圧力分岐部５２から酸素発生部２０に送られる圧縮空気１６の温度を適温に制御することにより、除湿部１８を除湿処理に必要最小限の電力で駆動制御することができる。なお、実際には、コンプレッサ１４の出力する圧縮空気１６の温度は摂氏６０度〜８０度ほどになる。除湿部１８の予冷部４２ではこれを摂氏４０度程度に冷却する。その後除湿をして再加熱して加熱部４８から出力される圧縮空気１６の温度を、室温程度にするとよい。従って、外気温に応じてペルチェ素子４０の駆動電力を増減し、温度センサ５４の検出温度を室温付近に維持する。

以上説明をしたオゾン水生成装置において、上記の例における酸素発生部２０は、例えば、ゼオライトにより窒素を吸着させて酸素を濃縮して取り出す工程で、１平方センチメートル当たり、２〜５ｋｇ重程度の圧力の圧縮空気１６の供給を要求する。即ち、本発明は、こうした圧縮空気１６の供給を必要とするような流体抵抗の大きな酸素発生部２０を使用する設備に好適する。例えば、湿度の高い室内で酸素発生部２０を単独で運転すると、ゼオライトの部分で結露を生じて、性能が劣化し、出力酸素濃度が安定しなくなる。除湿部１８は、これを防止するのに十分な乾燥空気を四季を通じて供給することができる。

また、酸素を受け入れて、放電方式でオゾンを発生させるオゾン発生部２２では、入力する酸素の温度と湿度が重要になる。温度が高くなったり、湿度が高くなると、オゾン発生量が急激に減少する。即ち、酸素がオゾン化する率が減少する。本発明の装置では、酸素発生部２０とオゾン発生部２２とを接続して、除湿部１８から、乾燥し加圧された温度の安定した酸素を酸素発生部２０を通じてオゾン発生部２２に供給するので、安定した収率で酸素を連続的にオゾン化することができる。

酸素発生部２０から出力される酸素は、圧縮状態を保持している。一方、上記の例におけるオゾン水生成部２４は、ベンチュリ管中央部を水流を用いて減圧し、そこにオゾンを吸引して水と混合する。即ち、オゾン発生部２２の入り口は加圧された状態で、出口は減圧された状態である。以下の構成のオゾン発生部２２はこの関係を利用して、効率良くオゾンを生成する。

図７は、オゾン発生部２２の具体的な構成を示す分解斜視図である。
図のように、このオゾン発生部２２は、樹脂ブロック１４２と導体プレート１５２とをボルト１５８やナット１４０により一体化したものである。導体プレート１５２は、例えば、ステンレス板からなる。導体プレート１５２の上面に設けられた絶縁体基板１５４上には、網状電極１５０が形成されている。絶縁体基板１５４は、セラミック板等からなる。網状電極１５０は、エッチングやスパッタリングで形成された電気良導体の網である。

樹脂ブロック１４２は、耐熱性樹脂ブロックからなる。挟圧板１４６は、導体プレート１５２とともに樹脂ブロック１４２を強く挟み付けて、両者を密着させて、両者の間に形成される放電空間を密閉する。この構造にすると、気密を保つために一般的に使用されるゴムパッキング等を必要としない。オゾンは活性が強いため、ゴムパッキング等を劣化させてしまうおそれがある。そこで、樹脂ブロック１４２と導体プレート１５２とを直接平坦な面で接触させ、挟圧板１４６とボルト１５８等により強い圧力で両者を密着させるようにした。

以上の目的を達成するために、放電用の網状電極１５０を樹脂ブロック１４２と導体プレート１５２の間に閉じこめる。樹脂ブロック１４２は、耐熱性と耐オゾン性に優れ、電気特性が良く、化学的に安定で、シール性が良い樹脂からなることが望ましい。テトラフロロエチレン等のフッソ系樹脂であれば、パッキング等にも使用されているから、樹脂ブロック１４２と導体プレート１５２とを平坦な面で密着させれば、気密性を保持するためのゴム板等のシール材は不要である。また、部品点数が少なく、シールすべき面が一平面に限定されているので、シールのための構造が単純化できるという効果もある。

放電用の網状電極１５０は、樹脂ブロック１４２と導体プレート１５２の間に閉じこめられる。網状電極１５０のコーナー部分には、電極ピン１４８と樹脂スリーブを立設させた。スプリング状の電極ピン１４８は、樹脂ブロック１４２の上壁に埋め込まれたターミナル１４４の下端と電気的に接触する。ターミナル１４４は、高圧電源の正極に接続する。導体プレート１５２は高圧電源の負極に接続する。こうして、網状電極１５０の上方の空間にコロナ放電を発生させる。導体プレート１５２の下面には図示しないヒートシンクを取り付けて、放電による温度上昇を抑える。水冷でも空冷でもよい。なお、樹脂スリーブ１４９は、電極ピン１４８をオゾンによる腐食から保護するために、電極ピン１４８の周りを包囲している。樹脂ブロック１４２と同一の材料とする。このように、図の構造のオゾン発生部２２は電気接続機構も簡潔で堅牢なものになっている。

図８は、上記のオゾン発生部２２の横断面図と平面図である。
図８（ａ）は、（ｃ）の矢印Ａ−Ａで示した部分の横断面図、図８（ｂ）は、（ｃ）の矢印Ｂ−Ｂで示した部分の横断面図である。図の（ａ）に示すように、樹脂ブロック１４２の左右には、吸気孔１６０と排気孔１６２が樹脂ブロック１４２を横断するように設けられている。また、樹脂ブロック１４２と導体プレート１５２の間には、扁平な放電領域１６８が形成されている。吸気孔１６０と排気孔１６２の下面には、これらと放電領域１６８とを接続するように、多数の微細孔１６４が設けられている。

樹脂ブロック１４２は例えば、一辺が１０から１５ｃｍ程度、厚みが５ｃｍ程度のフッソ樹脂ブロックである。吸気孔１６０と排気孔１６２は樹脂ブロック１４２を切削して形成した、例えば、直径６〜１０ｍｍ程度の孔である。ここに、直径１ｍｍ程度の微細孔１６４を１０〜２０本形成する。絶縁体基板１５４上には、上面解放状態で数ｍｍ度の高さのコロナ放電が生じる。放電領域１６８は、絶縁体基板１５４の上面に形成された約１〜２ミリの高さの空隙である。網状電極１５０は絶縁体基板１５４の上面に形成されており、放電領域１６８に対応した扁平な構造をしている。

吸気孔１６０から入力した酸素は、微細孔１６４を通じて放電領域１６８に進入し、絶縁体基板１５４の上を通過して排気孔１６２に達する。放電領域１６８のほぼ全体にわたって、絶縁体基板１５４上の網状電極１５０によるコロナ放電が生じているので、放電領域１６８を通過する酸素は効率よくオゾン化される。また、図の（ｃ）に示すように、吸気孔１６０に入力した酸素が微細孔１６４によって放電領域１６８全体に分流するので、放電領域１６８全体を有効に均一に使用することができる。放電領域１６８の高さは、網状電極１５０により生じたコロナ放電の高さとほぼ同程度が好ましい。コロナ放電の高さの２倍以上高さがあると、オゾンの収率が急激に悪くなる。コロナ放電が生じていない部分を通り抜けた酸素はオゾン化されないからである。

実際に、既存の比較的効率の良いオゾン発生装置でも、供給した酸素の２０％程度しかオゾン化することができないが、上記の構成のオゾン発生部２２によれば、供給した酸素の４０％以上をオゾン化することができた。なお、ここで、吸気孔１６０には高い圧力の酸素が流入する。この酸素は、微細孔１６４を通じて放電領域１６８に流入する。このとき、酸素は、ゆっくりと放電領域１６８の中を広がって移動し、再び微細孔１６４から排気孔１６２を通じて排出される。この流れを円滑化するように、微細孔１６４のサイズや数を選定するとよい。

上記の微細孔１６４によって、酸素は、狭い扁平な放電領域１６８全体に、均一に分散するように流れ込む。従って、平面状の電極であって、その表面近傍にコロナ放電を発生させるタイプのものの上方に、万遍なく酸素を供給することができる。また、生成されたオゾンは、同様の微細孔１６４を通じて排気孔１６２側に排出されるから、放電領域１６８内部のオゾンの流れも分散して偏りが少ない。即ち、いずれのオゾンも非常に均一な環境で生成されて出力され、安定な濃度管理が可能になる。例えば、酸素の経路長を長くしてオゾンの収率を高める方法が知られているが、ある程度以上経路長が長くなると、せっかく生成されたオゾンがもとに戻ってしまうといった現象も生じる。酸素が放電領域を通過する経路長を最適にとり、薄く扁平な放電空間に分散させて酸素を送り込むことで、最適かつ最高の収率を得ることができる。

しかも、上記の構造により、吸気孔１６０から排気孔１６２に達するまでの酸素の流体抵抗が十分に高くなるから、排気孔１６２が減圧雰囲気に接続されても、吸気孔１６０の上流側の加圧雰囲気に影響を及ぼさない。即ち、加圧された高濃度の酸素が吸気孔１６０から流入して、放電領域１６８内でコロナ放電雰囲気を通過して、効率よくオゾン化され、その後排気孔１６２から出るときに減圧されてオゾン水生成部２４側に吸引されることで、高濃度のオゾン水製造システムが実現する。また、加圧された室温程度の温度の酸素が放電領域１６８内を流れ続けるので、放電領域１６８内が十分に冷却されて、放電による温度上昇に起因する各部の劣化損傷を防止できるという効果がある。

上記のようなオゾン発生部２２は、例えば、複数台を並列に接続して使用すると、大量のオゾンを一気に製造する装置となる。また、図１に示したシステムを構成する除湿部１８や酸素発生部２０やオゾン発生部２２やオゾン水生成部２４は、いずれもコンパクトにユニット化をすることができるから、適宜自由に並列接続して使用することができる。従って、設備の規模の自由度が大きい。また、この種の装置は、例えば、病院とか、プールとか、運転の長時間停止や全面停止が許されない場所に設備されることが多い。装置各部をユニット化し、並列接続をして運転すると、一部のユニットが故障したりメンテナンスのために取り外されても、並列接続された他の何台かのユニットが動作していれば、全体として機能を維持できるという効果がある。

本発明のオゾン水生成装置実施例を示すシステムブロック図である。 上記の除湿部１８の全体像を示す側面図である。 図２の装置の右側面図である。 （ａ）は予冷部４２の側面図、（ｂ）はその平面図である。 （ａ）は下部フレーム８４の上面図、（ｂ）は内部機構を示す側面図である。 下部伝熱体ブロック１０８の上面図、（ｂ）はその下側に設けられた機構の一部切断側面図である。 オゾン発生部２２の具体的な構成を示す分解斜視図である。 （ａ）はオゾン発生部２２のＡ−Ａ横断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ横断面図、（ｃ）は平面図である。

符号の説明

１２ エアフィルタ
１４ コンプレッサ
１６ 圧縮空気
１８ 除湿部
２０ 酸素発生部
２２ オゾン発生部
２４ オゾン水生成部
２６ オゾン水
２８ プラグ
３０ ブレーカ
３２ 端子台
３４ ＤＣ電源部
３６ トランス
３８ 電子式除湿器基板
４０ ペルチェ素子
４２ 予冷部
４４ 第１冷却部
４６ 第２冷却部
４８ 加熱部
５０ ドレインバルブ
５２ 圧力分岐部
５４ 温度センサ
５６ 酸素濃度基板
５８ 圧力センサ
６０ 酸素センサ
６２ 検査バルブ
６４ 検査分岐部
６６ 酸素出力バルブ
６８ 水栓
７０ 排出バルブ

Claims (1)

1. 大気を圧縮して圧縮空気を送り出すコンプレッサと、
   このコンプレッサの出力する圧縮空気を圧縮状態のまま除湿する除湿部と、
   この除湿部の出力する圧縮空気を受け入れて、酸素以外のガスを除去して酸素ガスを発生させる酸素発生部と、
   この酸素発生部で発生した酸素ガスを放電領域に供給して、オゾンを発生させるオゾン発生部と、
   このオゾン発生部で発生したオゾンをベンチュリ管内に吸引して水と混合するオゾン水生成部とを備え、
   前記除湿部は、前記コンプレッサの出力する圧縮空気の冷却を行う冷却部と、この冷却部から排出された圧縮空気を圧縮状態のまま加熱して排出する加熱部とを備え、
   前記冷却部には、前記圧縮空気を冷却する冷却フィンと、前記圧縮空気が前記冷却フィンに接触して結露した水滴を溜めるドレイン機構と、このドレイン機構から一定時間おきに間欠的に水分を排出するドレインバルブとが設けられ、
   前記オゾン発生部は、耐熱性と耐オゾン性を有する樹脂ブロックと導体プレートとを直接平坦な面で接触させ、両者を密着させて、両者の間に形成される放電領域を密閉し、網状電極を、前記導体プレート上の絶縁体基板の上面に形成し、前記網状電極を、前記樹脂ブロックと前記導体プレートの間に閉じこめて、前記網状電極を高圧電源の正極に接続し、前記導体プレートを高圧電源の負極に接続して、前記網状電極の上方の空間にコロナ放電を発生させるものであって、
   前記樹脂ブロックには、この樹脂ブロックを切削して形成した吸気孔と排気孔が樹脂ブロックを横断するように設けられ、前記吸気孔と排気孔には、これらと前記放電領域とを接続するように、前記圧縮空気を均一に分流する多数の微細孔が設けられ、
   前記樹脂ブロックと導体プレートの間に形成された扁平な放電空間は、前記吸気孔の微細孔から流入した加圧された前記酸素ガスが通過して前記排気孔の微細孔から排出されるための経路を構成するものであって、前記放電領域は、前記網状電極により生じたコロナ放電の高さの２倍に満たない高さの空隙を形成し、
   前記微細孔から前記排気孔を通じて排出されたオゾン化された酸素ガスは、前記ベンチュリ管に供給されるように構成されたことを特徴とするオゾン水生成装置。

Images