JP7370037B2 - オゾン生成装置およびオゾン生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、エキシマランプを用いたオゾン生成装置に関し、特に、オゾン濃度の調整に関する。

酸化力の強いオゾンを生成する方法として、大気など酸素を含む原料ガスに紫外線を照射することによってオゾンを生成させることができる。このように生成するオゾンの濃度を調整する方法としては、オゾン生成装置がオゾンを生成する時間を調整する方法と、オゾン生成装置に印加する電圧を変化させ、単位時間当たりのオゾン生成量を調整する方法と、オゾン生成装置が生成する単位時間当たりのオゾン生成量に対して、酸素を含む原料ガスの供給量を調整する方法とがある（特許文献１参照）。

オゾンを生成させる紫外線を照射する光源としては、例えば、エキシマランプが用いられる。エキシマランプから放射される波長２００ｎｍ以下の紫外線はオゾン生成効率がよく、オゾンを高濃度に含むガスを生成できる。しかし、高温や低流量で原料ガスが流れる領域にエキシマランプを配置した使用環境において、エキシマランプの表面温度が７０℃以上となると、紫外線照度が低下する（特許文献２参照）。さらに、過熱状態となったエキシマランプによってオゾンを含むガスが４０℃以上になると、オゾン分解が始まる（特許文献３参照）。

このように、使用環境に応じてエキシマランプの過熱やオゾン分解による影響を受けるため、オゾン生成量が異なる複数のエキシマランプを使用環境に応じて使い分けることによって、オゾン生成量を調整していた（特許文献４参照）。

特開２０１２－１５７４１２号公報 特開２００６－０９６６００号公報 特公昭３７－１７９４９号公報 特開２０１９－０４３７８６号公報

オゾン濃度は、エキシマランプから放射される紫外線照度に応じたオゾン生成だけでなく、原料ガスの温度や流量等の使用環境に応じて、紫外線照度の低下やオゾン分解に影響を受ける。そのため、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を抑制して、オゾン濃度を調整することが難しい。

したがって、様々な使用環境でも紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防ぐことのできるオゾン生成装置が求められる。

本発明は、エキシマランプを用いたオゾン生成装置であって、エキシマランプを点灯して照度低下する前に、エキシマランプを消灯することにより、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防いだオゾン生成装置とすることができる。

例えば、エキシマランプから紫外線が照射される酸素を含む流体の流量が１ｍ^３／ｍｉｎ以下であるオゾン生成装置であって、エキシマランプを点灯して表面温度が最大となる前に、エキシマランプを消灯することにより、特に高温や低流量での使用環境において、エキシマランプが過熱状態となって紫外線照射効率やオゾン生成効率が低下することを防いだオゾン生成装置とすることができる。

例えば、エキシマランプは、常時点灯としたときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上であって、エキシマランプを点灯してオゾン分解が活性となる前に、エキシマランプを消灯することにより、特に、オゾン生成量が大きくて発熱が大きいエキシマランプを配置した使用環境において、エキシマランプが過熱状態となってオゾン生成効率が低下することを防いだオゾン生成装置とすることができる。

更に、エキシマランプの点灯時間は、点灯を開始してからエキシマランプが放射する紫外線照度が点灯開始してから最大となる時間よりも長いときに、オゾン生成効率の低下の影響が大きく表れるので、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防ぐ効果が大きいオゾン生成装置とすることができる。

または、エキシマランプの点灯と消灯を繰り返すことで、生成されるオゾン濃度を調整するオゾン生成装置であって、点灯の時間は１ｓ（秒）以下で一定として、消灯の時間を変更することでオゾン濃度を調整することにより、低濃度のオゾン生成するときでも、オゾン濃度が安定した信頼性の高いオゾン生成装置とすることができる。

本発明によれば、常時点灯としたときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上のエキシマランプから紫外線が照射される酸素を含む流体の流量を１ｍ^３／ｍｉｎ以下として、エキシマランプの点灯と消灯とを繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成方法であって、エキシマランプによるオゾン生成の効率低下が開始する前に、エキシマランプを消灯することにより、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防いだオゾン生成方法とすることができる。

また、オゾン生成手段が配置されたオゾン生成部を酸素が含まれる流体を流量１ｍ^３／ｍｉｎ以下で流し、オゾン生成手段によるオゾン生成の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成方法であって、オゾン生成部の温度が上昇してオゾン分解が活性となる前に、オゾン生成手段によるオゾン生成を停止して、この停止の時間を変更してオゾン濃度を調整することで、オゾン生成効率の低下を防いだオゾン生成方法とすることができる。

本発明によれば、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防いだオゾン生成装置を提供することができる。

本発明によるオゾン生成装置の概略的構成図である。

図１は、本発明によるオゾン生成装置の概略的構成図である。オゾン生成装置１は、管状流路２、軸流ファン３、エキシマランプ４とを備える。

オゾン生成部を有する管状流路２は、原料ガス（被照射体）の流れる流路を形成する。原料ガスは、酸素を含むガスであり、ここでは空気が管状流路２内に流れ込むようになっている。

軸流ファン３は、管状流路２の流入口２Ａに対して同軸的に配置され、管状流路２（オゾン生成部）に沿った方向に移動する流体を供給する流体供給部である。軸流ファン３の運転を開始すると、周囲の空気が管状流路２に流れ込み、管状流路２に沿った方向に、原料ガスが流入口２Ａから排出口２Ｂに向けて流れる。

オゾン生成手段であるエキシマランプ４は、放電ガスが封入された管状の放電容器を有し、図示しない支持部材によって、放電容器の軸（ランプ軸）が管状流路２の軸と垂直となる向きで支持される。図示しない電源部による制御によって点灯し、紫外線（例えば１７２ｎｍ）を放射する。流入口２Ａ側から流入した酸素を含む原料ガスに紫外線が照射されるとオゾンが生じ、生成されたオゾンは排出口２Ｂ側へ排出して、脱臭、殺菌処理などに用いられる。

一般的に、エキシマランプの表面温度が約７０℃以上では、紫外線照度低下の影響が大きく表れる。そのため、高温や低流量で原料ガスが流れる領域に、オゾン生成量が大きくて発熱が大きいエキシマランプを配置した使用環境では、エキシマランプの点灯開始後に紫外線照度が最大（１００％）になった後に、エキシマランプの冷却が不十分となって過熱状態になると、紫外線照度が低下する。例えば、使用環境に応じた発熱と冷却のバランスによって、表面温度が８０℃に上昇して一定になると、波長１７２ｎｍの紫外線照度は９０％に低下して一定となる。

そのため、点灯を開始してから過熱状態となって照度低下が始まるまでの時間より前に、エキシマランプを消灯してオゾン濃度を調整することで、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防ぐとよい。更に好ましくは、過熱状態にならないとしても、点灯を開始してからエキシマランプの表面温度が最大となるまでの時間よりも前に、エキシマランプを消灯するとよい。

例えば、エキシマランプの点灯開始後に紫外線照度が最大（１００％）になった２分後に、点灯開始時に比べて９０％の紫外線照度に低下して安定点灯するエキシマランプにおいては、５分間の点灯と５分間の消灯を繰り返すよりも、１分間の点灯と１分間の消灯を繰り返す点滅サイクルとするとよい。また、このような点滅サイクルで、複数のランプを交代で点滅させるようにしてもよい。

エキシマランプから紫外線が照射される酸素を含む流体の流量が１ｍ^３／ｍｉｎ以下となる低流量での使用環境であっても、点灯を開始してからエキシマランプの表面温度が最大となるまでの時間より前に、エキシマランプを消灯してオゾン濃度を調整することにより、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防ぐことができる。

一般的に、紫外線照射によって生じたオゾンは、温度、相対湿度、流速が高くなると分解が促進され半減期は短くなる。温度によるオゾン分解は約４０℃に達すると始まり、約６０℃になると活発になる。

特に、常時点灯としたときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上の高濃度オゾンを生成できるエキシマランプは、紫外線照度が高く、それに伴う発熱も大きい。このような使用環境において、点灯して過熱状態となってオゾン分解が活性となる前に、エキシマランプを消灯してオゾン濃度を調整することにより、オゾン生成効率の低下を防ぐことができる。

エキシマランプを高周波で点灯開始すると、放射する紫外線の照度は瞬間的に最大となる。また、高周波点灯は、厳密には高周波で点滅している。このような短周期の点滅では、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下への影響が小さい。そのため、エキシマランプの点灯時間（点灯を開始してから消灯するまでの時間）は、点灯を開始してからエキシマランプが放射する紫外線照度が最大となる時間よりも長くするとよい。すなわち、エキシマランプの点灯を開始してから紫外線照度が最大となった一定時間の後に、エキシマランプを消灯することで、オゾン濃度を調整する。

上記のように、エキシマランプの点灯時間によって、オゾン濃度を調整できる。しかしながら、高濃度のオゾンを生成できるエキシマランプを用いたオゾン生成装置において、オゾン濃度を環境基準値０．１ｐｐｍ以下に調整するために、１ｓ（秒）以下の範囲でエキシマランプの点灯時間を調節することは、エキシマランプの点滅や、オゾン生成量の調整が不安定となる。

そこで、エキシマランプの点灯と消灯を繰り返すことで、生成されるオゾン濃度を調整するオゾン生成装置において、点灯の時間（点灯を持続する時間）は１秒以下で一定として、消灯の時間（消灯を持続する時間）を変更してオゾン濃度を調整することにより、低濃度のオゾン生成するときでも、オゾン濃度が安定した信頼性の高いオゾン生成装置とすることができる。

エキシマランプの点灯と消灯とを繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成方法において、酸素を含む流体が１ｍ^３／ｍｉｎ以下となる低流量で流れる領域に、常時点灯としたときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上となるエキシマランプを配置したときには、エキシマランプによるオゾン生成の効率低下が開始する前に、エキシマランプを消灯してオゾン濃度を調整することで、エキシマランプの冷却が不十分となって過熱状態となって、紫外線照射効率やオゾン生成効率の低下を防いだオゾン生成方法とすることができる。

また、オゾン生成手段によるオゾン生成の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成方法であって、オゾン生成手段が配置されたオゾン生成部を酸素が含まれる流体を流量１ｍ^３／ｍｉｎ以下で流した状態で、オゾン生成部の温度が上昇してオゾン分解が活性となる前に、オゾン生成手段によるオゾン生成を停止して、その停止の時間を変更してオゾン濃度を調整するオゾン生成方法とすることで、オゾン生成効率の低下を防いだオゾン生成方法とすることができる。

軸流ファンは、管状流路２の流出口２Ｂに対して同軸的に配置して、管状流路（オゾン生成部）に沿った方向に移動する流体を排出する流体排出部としてもよい。管状流路２には、複数のエキシマランプを配置しても良い。また、放電容器の軸（ランプ軸）が管状流路２の軸と平行となる向きで支持してもよい。

このように高濃度のオゾンが生成できる波長２００ｎｍ以下の紫外線を放射するエキシマランプ（紫外線照射手段）を比較的低流量で使用するときであっても、点灯時間を紫外線照度やオゾン分解の影響が顕著となる時間より短くすることで、紫外線照射効率やオゾン生成効率が低下することを抑制できる。また、点灯時間を一定とすることで、オゾン濃度の調整が安定し、信頼性の高いオゾン生成装置を提供できる。

１ オゾン生成装置
２ 管状流路（オゾン生成部）
３ 軸流ファン（流体供給部）
４ エキシマランプ（オゾン生成手段）

Claims (7)

1. 酸素を含む流体が流れ、エキシマランプの紫外線が照射されてオゾンを生成し、前記エキシマランプの点滅の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成装置であって、
   前記エキシマランプの点滅を開始してから表面温度の上昇により放射される紫外線の照度が低下して一定となるまでの時間より前に、前記エキシマランプの点滅を停止することを特徴とするオゾン生成装置。
2. 酸素を含む流体が流れ、エキシマランプの紫外線が照射されてオゾンを生成し、前記エキシマランプの点滅の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成装置であって、
   前記エキシマランプの点滅を開始してから放射される紫外線の照度が最大となった後に表面温度の上昇により紫外線の照度が９０％まで低下するまでの時間より前に、前記エキシマランプの点滅を停止することを特徴とするオゾン生成装置。
3. 前記流体が流量１ｍ ^３ ／ｍｉｎ以下で流れる領域に前記エキシマランプが配置され、前記エキシマランプの点滅を持続したときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上であり、前記エキシマランプの点滅を開始してから表面温度が７０℃となるまでの時間より前に、前記エキシマランプの点滅を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン生成装置。
4. エキシマランプから紫外線が照射される酸素を含む流体の流量が１ｍ^３／ｍｉｎ以下で流れ、前記エキシマランプの点滅の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成装置であって、
   前記エキシマランプの点滅を開始してから放射される紫外線の照度が最大となった後に表面温度が最大となるまでの時間より前に、前記エキシマランプの点滅を停止することを特徴とするオゾン生成装置。
5. 酸素を含む流体が流れ、エキシマランプの点滅を持続したときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上で、前記エキシマランプの点滅の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成装置であって、
   前記エキシマランプの点滅を開始してから放射される紫外線の照度が最大となった後に表面温度が７０℃となるまでの時間より前に、前記エキシマランプの点滅を停止することを特徴とするオゾン生成装置。
6. 点滅を持続したときのオゾン生成量が３ｍｇ／ｈ以上のエキシマランプから紫外線が照射される酸素を含む流体を流量１ｍ^３／ｍｉｎ以下で流し、前記エキシマランプの点滅の開始と停止とを繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成方法であって、
   前記エキシマランプの点滅を開始してから表面温度が７０℃となるまでの時間より前に、前記エキシマランプの点滅を停止することを特徴とするオゾン生成方法。
7. オゾン生成手段が配置されたオゾン生成部を酸素が含まれる流体を流量１ｍ^３／ｍｉｎ以下で流し、前記オゾン生成手段によるオゾン生成の開始と停止を繰り返すことでオゾン濃度を調整するオゾン生成方法であって、
   前記オゾン生成手段によるオゾン生成を開始してから前記オゾン生成部の温度が上昇して前記オゾン生成手段により生成されたオゾンを含む流体の温度が４０℃となるまでの時間より前に、前記オゾン生成手段によるオゾン生成を停止して、前記停止の時間を変更することでオゾン濃度を調整することを特徴とするオゾン生成方法。