JP6385771B2 - オゾンハイドレートを用いたオゾン発生方法及びその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、低温で安定して長期保存可能な高濃度オゾンハイドレートを用いてオゾンを発生するためのオゾンハイドレートを用いたオゾン発生方法及びその装置に関するものである。
従来、高濃度のオゾンを得るために、オゾンハイドレートを製造することが提案（特許文献１）されているが、オゾンハイドレートの生成条件には、１３ＭＰａ以上の高圧、−２５℃以下の低温条件で、オゾンと水とを接触させる必要があるため、大量にオゾンハイドレートを製造することは困難であった。
本出願人は、二酸化炭素（ＣＯ2）を補助ゲスト剤として低温の水とオゾン（Ｏ3）を混合することにより、オゾンと二酸化炭素のハイドレートを２〜３ＭＰａ、温度約０℃で生成させるオゾンハイドレートの製造方法を提案した（特許文献２、３）。
この提案では、オゾンハイドレートを生成する際に二酸化炭素の混合比により、オゾンハイドレート生成圧力を下げることができ、単位体積当たりの氷中の保有オゾン濃度を２００００ｐｐｍ以上に飛躍的に高めることができ、また二酸化炭素を約７０ｍａｓｓ％含むオゾン混合ガスを、約０℃の低温水でオゾンハイドレートの生成熱を冷却することにより、比較的低圧力（２〜３ＭＰａ）でハイドレートを生成できるメリットがある。
このオゾンハイドレートは、大気圧下でも、約−２０℃以下の過冷却状態で保存することで、オゾンが分解せずに長期保存が可能となり、また大気圧下で、−５℃にすると、オゾンハイドレートが分解してオゾン殺菌が可能となる。
ところで、製造したオゾンハイドレートを利用してオゾン殺菌する際に、粉末状で、−２５℃で貯蔵されているオゾンハイドレートを用いてオゾンを発生させた場合、発生するオゾン濃度が高いため、これを、人体等などにできるだけ悪影響のない濃度に調整する必要がある。
しかし、オゾンハイドレートは、温度が高くなるとその半減期が短くなり、分解して消滅するため、単にオゾンハイドレートを昇温して分解し、これを空気で希釈しただけでは、適正なオゾン濃度に調整することはできない。
上述のようにオゾンハイドレートは、含有オゾン濃度が、２００００ｐｐｍ以上（通常２ｍａｓｓ％程度）であり、これに対してオゾンガス殺菌で使用するオゾン濃度は３ｐｐｍ程度である。オゾンハイドレートを適正な空気（或いはガス）で押し出して、粉末状で処理対象物に散布して、大気或いは散布された地面の熱により徐々にハイドレートを熱分解して、所望濃度のオゾンを安定して連続的に発生させることが困難である。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オゾンハイドレートを用いて所望濃度のオゾンを安全に連続して発生させることが可能なオゾンハイドレートを用いたオゾン発生方法及びその装置を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、オゾンハイドレートと粉末状氷を混合し、この混合物をキャリアガスと混合しつつ押し出して需要先に散布し、その散布したオゾンハイドレートを分解させてオゾンを持続的に発生させることを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン発生方法である。
また本発明は、オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物を貯蔵する混合物タンクと、搬送用の圧縮キャリアガスを供給する圧縮キャリアガス供給装置と、前記混合物タンク内のオゾンハイドレートと粉末状氷混合物が導入されると共に前記圧縮キャリアガス供給装置からの圧縮キャリアガスが供給され、オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物と圧縮キャリアガスとを混合して需要先に供給して散布するためのオゾンハイドレート混合機と、を備え、前記需要先において、散布したオゾンハイドレートを分解させてオゾンを持続的に発生させることを特徴とするオゾン発生装置である。
前記混合物タンク内には、オゾンハイドレートが貯蔵され、その混合物タンクに粉末状氷タンクが接続され、粉末状氷タンクの氷が前記混合物タンク内に供給されると共にオゾンハイドレートと混合され、前記需要先に供給する全オゾン量に見合ったオゾンハイドレートと氷の混合物とされるのが好ましい。
本発明によれば、オゾンハイドレートと予め粉末状氷とオゾン量が所望となるように混合し、これをキャリアガスを用いて需要先に粉末状で散布することで、散布対象物情で大気或いは地熱等からの入熱で徐々に、持続的に分解して、所望濃度のオゾンを発生できるという優れた効果を発揮するものである。
また、粉末状氷の混合により単位体積当たりのオゾン含有量を適正な濃度に調整すると共に、オゾンハイドレートの粉末量を増やすことにより、散布面積を広くできる。
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
先ず本発明で利用する高濃度オゾンハイドレートについて説明する。
高濃度オゾンハイドレートの製造は、上述した特許文献２、３で提案したようにキセノンや二酸化炭素を補助ガスとし、オゾンをゲストガスとし、２〜３ＭＰａ、約０℃の水と接触させることで製造できる。
また、本出願人は、粉末状の氷と二酸化炭素とオゾンガスとを接触させることで、高濃度オゾンハイドレートとすることを開発した。この高濃度オゾンハイドレートは、液分を含まない粉末状であり、特許文献２、３と同様に高濃度オゾンハイドレートとして使用できる。
さて、図１は、オゾンハイドレートを用いたオゾン発生装置を示したものである。
オゾンハイドレートを用いたオゾン発生装置は、オゾンハイドレートから所望のオゾンを発生させるためにオゾンハイドレートに所望の氷を混合するためのオゾンハイドレートと氷の混合物タンク１０と、混合物タンク１０に粉末状氷を供給するための粉末状氷タンク１１と、粉末状氷タンク１１からのオゾンハイドレートと空気等のキャリアガスとを混合して需要先１３に供給するためのオゾンハイドレート混合機１２とから構成される。
混合物タンク１０と粉末状氷タンク１１とは二重殻タンクで構成され、内外槽間が真空断熱或いは内外槽間に保冷材が充填されて構成されている。
オゾンハイドレートと氷の混合物タンク１０には、コンテナ内の殺菌やオゾンの地上散布に要する全オゾン量に等しい量かそれ以上のオゾン含有量を有するオゾンハイドレートが封入されている。この場合、上述のように生成されるオゾンハイドレートのオゾン濃度は、２．２３ｍａｓｓ％であり、このオゾンハイドレートを予め粉末状の氷と１０〜５０倍の割合で予め混合して貯蔵しておく。
このオゾンハイドレートと粉末状の氷との混合は、混合物タンク１０に粉末状氷タンク１１内の氷を氷払出しポンプ１４にてライン１５からバルブ１６を介して粉末状氷を混合物タンク１０に供給し、オゾンハイドレートと氷との混合比を調整しておく。この調整は、オゾンを発生している間に混合しても或いは予め混合しておいてもよい。この所望の混合比に予め混合した後は、粉末状氷タンク１１はオゾン発生時に、混合物タンク１０から取り外しておいてもよい。
混合物タンク１０と粉末状氷タンク１１には、液化炭酸ガスライン１７が接続される。液化炭酸ガスライン１７には液化炭酸ガスボンベ１８が接続され、液化炭酸ガスボンベ１８からの液化炭酸ガスが圧力調整弁１９にて−２５℃の温度となるように圧力調整され後、それぞれバルブ２０、２１にて混合物タンク１０と粉末状氷タンク１１に供給されるようになっている。
液化炭酸ガスボンベ１８、混合物タンク１０、粉末状氷タンク１１には、圧力計ＰＧが設けられ、その各圧力に基づいて圧力調整弁１９、バルブ２０、２１、氷払出しポンプ１４が制御される。
混合物タンク１０内のオゾンハイドレートと氷との混合物は、ハイドレート撹拌兼払出しポンプ２４にてバルブ２６を介して払出し管２５にてオゾンハイドレート混合機１２に供給される。払出し管２５は、ハイドレート混合機１２内にその下端が突出するように設けられ、その下端が、後述するキャリアガスから伝熱しやすいようにして、下端に氷が付着しないようにされる。
オゾンハイドレート混合機１２には、キャリアガス供給ライン２７が接続される。キャリアガス供給ライン２７は、圧縮キャリアガス供給装置２８に接続され、圧縮キャリアガス供給装置２８から空気（低湿空気）や二酸化炭素、窒素などのキャリアガスがキャリアガス供給ライン２７に供給されると共にそのキャリアガスが、オゾンハイドレート混合機１２に供給され、オゾンハイドレートと氷との混合物がキャリアガスと共に需要先１３に散布して供給（又は噴射）されるようになっている。
圧縮キャリアガス供給装置２８からオゾンハイドレート混合機１２に至るキャリアガス供給ライン２７には、上流側バルブ２９、圧縮キャリアガスドラム３０、圧力調整弁３１、下流側バルブ３２が接続される。また圧縮キャリアガス供給装置２８と上流側バルブ２９との間、圧縮キャリアガスドラム３０、圧力調整弁３１と下流側バルブ３２との間には、キャリアガスの圧力を検出する圧力計ＰＧが接続される。
次に本発明のオゾンハイドレートを用いたオゾン発生方法を説明する。
先ず、混合物タンク１０には、オゾン濃度２．２３ｍａｓｓ％のオゾンハイドレート或いは濃度２．２３ｍａｓｓ％のハイドレートに粉末状氷を予め混合したオゾンハイドレートと粉末状氷の混合物が貯蔵される。このオゾンハイドレートに粉末状氷を混合する際に、オゾンハイドレートを予めペレット状に成型しておき、このペレット状のオゾンハイドレートを混合物タンク１０に何錠投入したかで、粉末状氷との混合比を簡単に設定することができる。
次に、混合物タンク１０内のオゾンハイドレートと粉末状氷の混合物に含まれる全オゾン量を所望の値とすべく粉末状氷タンク１１から氷払出しポンプ１４にて、氷が混合物タンク１０に供給される。この際、液化炭酸ガスボンベ１８から液化炭酸ガスライン１７にて液化二酸化炭素が、混合物タンク１０、粉末状氷タンク１１内に供給されてそのタンク内温度が−２５℃となるようにされる。
混合物タンク１０では、払出し管２５のバルブ２６を閉じ、ハイドレート撹拌兼払出しポンプ２４を駆動することで、オゾンハイドレートと粉末状氷を撹拌混合する。
オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物は、バルブ２６を介してハイドレート撹拌兼払出しポンプ２４にて払出し管２５から、オゾンハイドレート混合機１２に供給される。またオゾンハイドレート混合機１２には、圧縮キャリアガス供給装置２８からの圧縮キャリアガスが供給され、導入されたオゾンハイドレートと粉末状氷の混合物と、圧縮キャリアガスが混合撹拌されて需要先１３に散布などにて供給される。
この際、圧縮キャリアガスが保有する熱容量で、オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物が融解されないようにキャリアガス量を調整し、散布後に、オゾンハイドレートが徐々に分解されてオゾンが発生する。このオゾン濃度は、オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物の比と、混合物とキャリアガスとの比を調整することで所望のオゾン濃度とすることができる。よって所望のオゾン濃度のオゾンを、粉末状で需要先１３に連続して供給して散布することが可能となる。
この需要先１３の散布対象としては、鶏舎、牛舎やその周辺のオゾンハイドレート散布による殺菌、コンテナ内へのオゾンハイドレート散布などがあり、従来の薬剤散布に変えた種々のオゾン散布が行える。
次に、コンテナ内に本発明を適用したときのオゾン発生を説明する。
この場合、コンテナ内に散布するオゾンハイドレートと粉末状氷から発生するオゾンは、濃度３ｐｐｍとした例で説明する。
オゾンハイドレートと風量：
（１）オゾンハイドレート分解量とオゾン含有空気量（又はオゾンガス量）で発生するオゾン全量と処理できる量
オゾンハイドレート（オゾンハイドレートを粉末状氷で５０倍に希釈）
オゾンハイドレート量（ｋｇ／ｈ） １
含有Ｏ3量（ｋｇ／ｈ） ０．０００４５
Ｏ3含有量（ｍａｓｓ％） ０．０４４６
同 （ｐｐｍ） ４４６．０
max2.23mass%に対してのＯ3率 ０．０２００
噴射圧力（ＭＰａ） ０．３０１
温度（℃） ２０
ハイドレート融解熱（ｋｃａｌ／ｋｇ） ｌ１９
浄化に使用できる空気量（ｋｇ／ｈ） １４９
（Ｎｍ3／ｈ） １１６
浄化に使用できる混合Ｏ3率（ｐｐｍ） ３
（２）殺菌対象としてのコンテナ
コンテナ寸法（内部）
長さＬ（ｍ） ５．９２６
幅Ｗ（ｍ） ２．３４９
高さ（Ｈ） ２．３８２
体積（ｍ3） ３３
処理コンテナ数（個） １．７５
オゾン含有空気供給回数 ２
コンテナ１個に要するＯ3ハイドレート量（ｇ／１個） ５７１
粉末状Ｏ3ハイドレート（ｃｃ／１個） １，０３８
粉末空間率（％） ５０
ハイドレートペレットサイズ（円筒）と使用個数
直径（ｃｍ） ２
長さ（ｃｍ） ３．５
個数（個／ｈ） ４７
オゾンハイドレートと風量：
（１）オゾンハイドレート分解量とオゾン含有空気量（又はオゾンガス量）で発生するオゾン全量と処理できる量
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個数（個／ｈ） ４７
このように、３３ｍ3のコンテナを３ｐｐｍ濃度で、オゾン殺菌するには、４７個のハイドレートペレットを用いればよく、オゾン殺菌の際に、この錠剤化し−２５℃で長期保存したハイドレートペレットを、オゾンハイドレートと氷の混合物タンク１０に投入するだけで、安全にオゾンハイドレートを分解し、需要先のコンテナのオゾン殺菌が行える。
１０ 混合物タンク
１１ 粉末状氷タンク
１２ オゾンハイドレート混合機
１３ 需要先
２８ 圧縮キャリアガス供給装置
１１ 粉末状氷タンク
１２ オゾンハイドレート混合機
１３ 需要先
２８ 圧縮キャリアガス供給装置
Claims (3)
- オゾンハイドレートと粉末状氷を混合し、この混合物をキャリアガスと混合しつつ押し出して需要先に散布し、その散布したオゾンハイドレートを分解させてオゾンを持続的に発生させることを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン発生方法。
- オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物を貯蔵する混合物タンクと、
搬送用の圧縮キャリアガスを供給する圧縮キャリアガス供給装置と、
前記混合物タンク内のオゾンハイドレートと粉末状氷混合物が導入されると共に前記圧縮キャリアガス供給装置からの圧縮キャリアガスが供給され、オゾンハイドレートと粉末状氷の混合物と圧縮キャリアガスとを混合して需要先に供給して散布するためのオゾンハイドレート混合機と、を備え、
前記需要先において、散布したオゾンハイドレートを分解させてオゾンを持続的に発生させることを特徴とするオゾン発生装置。 - 前記混合物タンク内には、オゾンハイドレートが貯蔵され、その混合物タンクに粉末状氷タンクが接続され、粉末状氷タンクの氷が前記混合物タンク内に供給されると共にオゾンハイドレートと混合され、前記需要先に供給する全オゾン量に見合ったオゾンハイドレートと氷の混合物とされる請求項２記載のオゾン発生装置。
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