JPS6012962B2 - オゾン水製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は高濃度のオゾン水を製造するオゾン製造装置
に関するものである。

オゾンは実用的な物質としてはふつ素に次ぐ酸化力を有
しており、かつ、反応後の生成物が無害な酸素であるた
め、オゾンを水中に溶解させオゾン水として酸化や漂白
など広い用途に用いられている。

特に、高濃度のオゾン水は反応速度が速く、例えばパル
プの漂白など化学プラントにおいて選択的な酸化反応を
目的とする酸化剤としてその効果を発揮している。上記
のような、高濃度のオゾンが溶解された高濃度オゾン水
はいるいるな分野で要求されてはいるものの工業的に製
造する装置では知られているものがなく、わずかに実験
室的規模による装置が存在するに過ぎない。

この実験室的装置は液体オゾンを得た後、これを気化し
高濃度オゾン気体として水中に溶解させる方法である。
しかしながら、極めて爆発性に富む液体オゾンや高濃度
のオゾン気体を上述のような方法で取扱うことは、工業
的規模で大量に製造するには危険が大きすぎて現実的で
はない。０ 従釆、オゾン水を工業的に製造する装置と
して、第１図にその構成を示すものが提案されている。

この装置は酸素リサイクルによりオゾンを発生させるオ
ゾン水製造装置で、比較的高濃度のオゾン水を得るのに
通したものである。図におし、て、１は原料酸素源、２
はオゾン発生器、３はこのオゾン発生器２に原料酸素を
搬送するプロア、４１，４２はオゾン吸着剤（例えばシ
リカゲル）を充填したオゾン吸脱着装層、５は熱交換器
、６は例えば空気のようなオゾン脱着気体源、７は気体
冷却器、８１〜８８はオゾン吸脱着装層４１，４２に設
けられた切換弁、９は気液接触装置である。次に動作に
ついて説明する。

ブロア３により原料酸素源１から供Ｖ給された酸素は、
オゾン発生器２内を通過するとき無声放電によって一部
がオゾンに変換されオゾン化酸素となる。このオゾン化
酸素は熱交換器５に送られ、オゾン吸脱着装贋４１から
送られるオゾン分離吸着後の冷却酸素と熱交換して冷却
され、さらに気体冷却器７で所定の温度まで冷却されて
切換弁８１を経てオゾン吸脱着装暦４１に入る。オゾン
吸脱着装層４１内に入った上記オゾン化酸素はこの中に
充填されている吸着剤によりオゾンだけが選択的に吸着
され、残りの酸素は功襖弁８３を介してブロア３に返送
される。また、このときオゾンとして吸着消費された酸
素に見合う量の酸素が原料酸素源１から補充されて、上
記残りの酸素とともにオゾン発生器２に供給される。一
方、オゾン吸脱着装層４２では、上記オゾン吸脱着装層
４１でオゾンの吸着動作を行なっている間に、オゾン脱
着気体源６からオゾン脱着気体が切換弁８８を経て導入
され、前の動作で吸着されているオゾンを脱着し、オゾ
ン化気体として取り出すオゾン脱着動作を行なっている
。

オゾン吸脱着装層４１内の吸着剤がオゾンを飽和近くま
で吸着すると切換弁８１，８３，８６，８８が閉じ、同
時に切換弁８２，８４，８５，８７が開いて、それまで
オゾン吸着動作をしていたオゾン吸脱着装層４１がオゾ
ン脱着動作を、またオゾン脱着動作をしていたオゾン吸
脱着装層４２がオゾン吸着動作を行なう。

このような二つのオゾン吸脱着装瞳４１，４２が交互に
オゾン吸着動作とオゾン脱着動作を繰り返すことにより
連続的にオゾンが発生されてオゾン発生装置としての機
能を果している。このようにして脱着されたオゾンはオ
ゾン脱着気体とともに切換弁８２又は８６を経て、気液
接触装置９に搬送され、オゾンを水中に溶解させオゾン
水として使用個所に送られる。

上記のオゾン水製造装置は、オゾン脱着時にオゾン脱看
気体が低温に冷却された吸着剤中を通過する際に含有す
る水蒸気の一部が吸着剤に吸着され、オゾンの吸着容量
を低下させる原因となる。

従って、この欠点を防止するためには脱着気体の十分な
乾燥が必要で、気体の乾燥にかなりの動力を要している
。また、オゾン水中のオゾン濃度は気液接触装置９に導
入される脱着気体中のオゾン濃度に支配され、数１０汐
′めｎ以上の高濃度オゾン水を製造するためには第２図
に示されるように水温２０℃において、脱着気体を空気
とした気相中のオゾン濃度が１仇れ％程度以上であるこ
とが必要となる。しかし、従来の上記万法では脱着気体
中のオゾン濃度は最大１肌ｔ％程度までであり、２０〜
３０夕／のｎ以上の高濃度オゾン水を製造することはで
きない。このため、オゾン吸脱着装層を加溢して脱着オ
ゾン量を多くするとともに脱看気体量を極めて少なくし
てオゾンを高濃度オゾン化気体として得る方法も考えら
れるが常圧下では２肌ｔ％以上のオゾン化気体は不安定
で急激な分解、ひいては爆発を生ずる危険性が高く、実
現性に乏しい。上記のように従来のオゾン水製造装置で
は高濃度オゾン水を安全に効率よく製造することは困難
であった。この発明は上記のような欠点を除去するため
になされたもので、高濃度オゾン水を安全に、かつ低価
格で製造することができるオゾン水製造装置を提供する
ことを目的としている。

以下、この発明の−実施例を第３図について説明する。

図において、第１図と同一符号は同一又は相当部分を示
しているので説明を省略する。１０は一般に知られてい
る水封じ形ポンプである。

次に動作について説明する。原料酸素源１から供Ｖ給さ
れた酸素は、オゾン発生器２内で一部がオゾンに交換さ
れ、この変換されたオゾン化酸素が熱交換器６、及び気
体冷却器７で冷却されて功換弁８１を経てオゾン吸脱着
装贋４１に導入される。上記オゾン化酸素はオゾン吸脱
着装瞳４１内の吸着剤によってオゾンだけが吸着されて
残りの酸素が切換弁８３を介して熱交換器５、ブロァ３
を経て、オゾン発生器２に返送される。また、オゾンに
変換して消費された酸素量は原料酸素源１から補充され
る。オゾン吸脱着装贋４１内の吸着剤がオゾンを飽和近
くまで吸着すると、切換弁８１，８３，８６が閉じると
同時に切襖弁８２，８５，８７が開いてオゾン吸脱着装
直４１がオゾン脱着動作に、また他のオゾン吸脱着装直
４２がオゾン吸着動作に切り換えられる。このオゾン吸
着動作と、オゾン脱着動作は交互に行なわれている。と
ころで、この装置におけるオゾン脱着動作を説明すると
、功換弁８２または８６を開くことにより吸脱着装直４
１または４２内が水封じ形ポンプ１０で減圧され、脱着
気体を通ずることなくオゾンが吸引脱着される。

さらに、オゾンはこのポンプ１０内の水により回転羽根
間に封入されて真空引きされるので、その大部分は気体
を回転羽根間に封入するための水に溶解することとなり
、この封入用の水がオゾン水としてポンプ１０から取り
出され、使用個所に送られる。なお、このオゾン水の取
り出しについては、一般に水封じ形ポンプにおいて水の
補給、あるいは水の冷却などの目的で設けられている水
循環系路を使用することで実現できる。

上記のようにこの装置ではオゾンの脱着に脱着気体を使
用することなく、水封じ形ポンプで減圧吸引し、直接水
中に分散させることにより１０〜５切れ％に達する高濃
度オゾン化気体を水中に分散溶解させることができる。

従って、生成するオゾン水は第２図に示すオゾン水系の
平衡図から明らかなように３０タ′めｎ〜２０タ′ｔｏ
ｎの高濃度オゾン水を連続的に得ることができる。なお
、オゾン濃度が１０〜５冊ｔ％のオゾン化気体は常圧下
では極めて不安定であるが、この装置では水封じ形ポン
プの減圧吸引により−２０〜一７仇ネＨｇの低圧力下で
行なわれるためオゾンの密度は常圧下における３〜１肌
ｔ％のオゾン濃度に相当し、前述したようなオゾンの分
解、あるいは爆発の危険性は全くない。さらに、脱着気
体を使用していないために、上記脱着気体の乾燥や圧送
等の動力が不要となり、オゾン水製造のコストは従来の
ものより軽減される。第４図はこの発明の他の実施例を
示したもので、上記第３図に示した実施例と異なるとこ
ろは、オゾン吸脱着装層４１，４２内にそれぞれ伝熱体
１１１，１１２を設け、オゾン吸着動作時には冷熱源１
２からポンプ１３１及び流路切換弁Ｉ４１．１４２を介
して冷却媒体を流して吸着剤の冷却を、またオゾン脱着
動作時には温熱源１５からポンプ１３２及び流離切換弁
１４３，１４４を介して加熱媒体を流してオゾン吸脱着
装鷹４２の加熱を行なうようにした点である。

一般に吸着剤の温度の上下によりオゾンの吸着能力は変
化する。

従って、上記のようにオゾンの吸着時に冷却することに
より少量の吸着剤、すなわち、小さなオゾン吸脱着装贋
で多量のオゾンが吸着され、また、オゾンの脱着時に加
熱することにより脱着流体を通じなくても吸着剤から容
易に、かつ短時間で高濃度オゾンが脱着することになる
。なお、オゾン吸脱着装層の吸着剤はロ母熱が小さく、
加熱、冷却のための消費動力はわずかでよいので実用的
効果は大きい。さらに、冷凍サイクルを冷熱源に用いる
場合には、この冷凍サイクルの凝縮器からの廃熱を縞熱
源として利用することにより、動力の増加を抑制するこ
とができる。

なお、オゾン吸着動作からオゾン脱着動作への移行時に
おけるオゾン吸脱着装層内の気相中のオゾン濃度は、オ
ゾン発生器から送入されたオゾン化酸素であるためたか
だか４Ｍ％であり、大部分は原料気体の酸素である。

従って、上記動作の切換え直後は水封じ形ポンプ内に吸
引される気体中には原料の酸素が含まれているためオゾ
ン濃度が急激に減少して水中のオゾン濃度が大きく変動
し、かつ、必要以上に酸素の消費を増加させることにな
る。このような欠点は、第５図に示す実施例のようにオ
ゾン吸脱着装直４１，４２，４３からそれぞれ切換弁８
２１，８２２，８２３を介して減圧吸引ポンプ１６とオ
ゾン発生器２とを接続し、オゾン吸着動作からオゾン脱
着動作に移行する間、減圧吸引ポンプ１６によってオゾ
ン吸脱着装層４１，４２，４３内の酸素を主成分とする
気体を減圧吸引して回収する酸素回収動作を行なうこと
により容易に解消することができる。また、オゾン吸脱
着装道から高濃度のオゾン化気体を減圧吸引して直接水
中に分散溶解させる方法としては、水封じ形ポンプに代
えて水流ェジェクターを用い、このェジェクション効果
によって吸引させることも原理的には可能であるが、水
ェジェクターでは高度の低圧状態とすることはできず、
かつ同量の気体を減圧吸引するための動力が水封じ形ポ
ンプに比し数倍にも達して実用的ではない。

以上のようにこの発明はオゾンの脱着動作に脱着気体を
使用することなく減圧により吸引し直接水中に分散させ
ているので、高濃度オゾン水が得られ、かつ、これらの
動作が低圧力下で行なわれるのでオゾンの分解や爆発の
危険がなく、さらに、水封じ形ポンプに要する動力は脱
着気体の乾燥や圧送等に要する動力に比して格段に小さ
いのでオゾン水の製造価格を廉価なものにすることがで
きる。

なお、上記実施例では酸素リサイクルのものを説明した
が、原料は空気としてもよく、また、原料気体をリサイ
クルさせないオゾン発生装置にも適用できるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従釆のオゾン水製造装置の構成図、第２図は気
相中のオゾン濃度と水中オゾン濃度との関係を示す図、
第３図はこの発明の一実施例を示す構成図、第４図、第
５図はこの発明の実施例を示す構成図である。 図において、１は原料酸素源、２はオゾン発生器、３は
ブロア、４１，４２，４３はオゾン吸脱着装魔、５は熱
交換器、７は気体冷却器、８１〜８７は切換弁、１０は
水封じ形ポンプ、１１１，１１２は伝熱体、１２は冷熱
源、１３１，１３２はポンプ、１５は温熱源である。 なお、図中、同一符号は同一又は相当部分を示している
。第１図第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸素を成分として含む原料気体からオゾン化気体を
   生成するオゾン発生器と、上記オゾン化気体からオゾン
   を吸着し、かつ、この吸着されたオゾンを脱着しうるオ
   ゾン吸脱着装置とを有し、吸脱着装置で脱着されたオゾ
   ンを水中に溶解させてオゾン水を製造する装置において
   、上記オゾン吸脱着装置に吸着されたオゾンを水封じ形
   ポンプによる減圧吸引によって、脱着し、かつ、ポンプ
   内の水にオゾンを溶解させることによりオゾン水を生成
   することを特徴とするオゾン水製造装置。 ２ オゾン吸脱着装置が複数個設けられ、いくつかのオ
   ゾン吸脱着装置がオゾン吸着動作をする間に、他のオゾ
   ン吸脱着装置はオゾン脱着動作をし、かつ、これらの動
   作を交互に行うオゾン吸脱着装置である特許請求の範囲
   第１項記載のオゾン水製造装置。 ３ オゾン吸脱着装置の内部は、オゾン吸着時には低温
   に保たれ、オゾン脱着時には高温に保たれることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載のオゾン水
   製造装置。