JP2006327911A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸着剤の交換時期を予め予測し、劣化する前に新しい吸着剤に交換できるオゾン発生装置を提供する。
【解決手段】 オゾン発生装置１は、高濃度のオゾンを供給できる高濃度モードと、低濃度のオゾンを供給できる低濃度モードとの設定が可能である。そして、低濃度モードで長期間運転させる場合は、運転中の吸着剤３０の劣化を予め予測するために、吸着剤３０の限界処理空気量Ｐから、設定された運転期間Ｔ中に、酸素濃縮装置２の送風ポンプ２７を稼働できる稼働可能時間を算出して稼働させる。これにより、吸着剤３０の劣化を予め予測できるので、運転期間Ｔが過ぎる頃に、吸着剤３０の入れ替えを行えば、入れ替え時期が遅れて、濃縮酸素の濃度が低下したり、濃縮酸素中に窒素や水分が残存して、ノックス及びその後の硝酸等が発生することを防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オゾン発生装置に関し、詳細には濃縮酸素を原料としてオゾンを発生するオゾン発生装置に関する。

従来、オゾン発生装置によって生成されるオゾンは、一般に食品や、医療、工業等の幅広い分野において、有機物の除去、殺菌、滅菌、脱色及び脱臭等に用いられている。そして、特にオゾン濃度の高いものは、工業分野である半導体のシリコンウェハー洗浄や、酸化処理等に利用されている。このオゾン発生装置は、外気を取り込んで濃縮酸素を生成する酸素濃縮装置と、該酸素濃縮装置によって生成された濃縮酸素を原料としてオゾンを生成するオゾン発生器とを内蔵している。

一方、このオゾン発生装置に内蔵された酸素濃縮装置には、例えば、ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式と、ＴＳＡ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式とがある。ＰＳＡ方式は、圧力スイング吸着方式ともいい、吸着剤を充填した吸着塔に加圧されたガスを供給し特定の気体（例えば、窒素、水分）を吸着剤に吸着させる吸着過程及び、吸着塔を減圧して吸着した気体を吸着剤から脱離し吸着剤を再生する脱離過程を繰り返して行う吸着方法である。一方、ＴＳＡ方式は、温度スイング吸着方式ともいい、吸着剤を充填した吸着塔に低温のガスを供給し特定の気体（例えば、窒素、水分）を吸着剤に吸着させる吸着過程及び、吸着塔を加熱して吸着した気体を吸着剤から脱離し吸着剤を再生する脱離過程を繰り返して行う吸着方法である。

このような酸素濃縮装置では、吸着塔内の吸着剤が劣化すると、濃縮酸素の濃度が低下するばかりか、濃縮酸素中に窒素や水分が残存してしまう。そのため、ノックス（ＮＯｘ）及びその後の硝酸等の発生を招き、特に食品工場における安全性を損なう結果となる。したがって、酸素濃縮装置内の吸着剤の劣化に伴うその取替え作業は、専ら過去のデータによる吸着剤の耐久時間を目安に実行されていた。しかし、吸着塔中に充填された吸着剤の耐久性は必ずしも一定したものではないため、例えば、酸素抽出装置（酸素濃縮装置）内に湿度センサーや酸素濃度センサーを設け、所定条件（酸素濃度及び湿度）を満たさない場合には、酸素抽出装置のコンプレッサーを停止させることができる酸素抽出装置を備えたオゾン発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平８−１９８６０２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のオゾン発生装置では、各種センサ類を酸素抽出装置に設けているので、センサ分の設備コストが高くなる問題点があった。また、各センサが故障した場合は、酸素濃度の低下や、水分の残存等が起こっても、それらを検出することができないため、ノックス及びその後の硝酸等の発生を招く問題点があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、吸着剤の交換時期を予め予測し、劣化する前に新しい吸着剤に交換できるオゾン発生装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係るオゾン発生装置は、空気を原料として乾燥した濃縮酸素を生成する濃縮酸素生成手段と、当該濃縮酸素生成手段によって生成された濃縮酸素を原料としてオゾンを発生するオゾン発生器とを備えたオゾン発生装置であって、前記濃縮酸素生成手段は、空気を吸引するポンプと、当該ポンプから吸引された空気中の窒素及び水分を吸着する吸着剤を保持する吸着剤保持手段と、前記ポンプの稼働を制御するポンプ稼働制御手段と、前記ポンプの稼働時間を設定するポンプ稼働時間設定手段とを備え、前記ポンプ稼働時間設定手段は、所定流量の空気で、前記吸着剤の寿命を所定期間持続させるために、当該所定期間中の１日に稼働できる前記ポンプの稼働可能時間を設定する場合において、第１に、前記ポンプを連続して稼働させた場合の前記吸着剤で生成できる濃縮酸素の限界生成量を、前記所定期間の日数で除することによって、１日に生成できる濃縮酸素量を算出し、第２に、１日に生成できる前記濃縮酸素量より算出した前記所定流量で１日に稼働できる時間を前記ポンプの稼働可能時間として設定し、前記ポンプ稼働制御手段は、前記ポンプ稼働時間設定手段によって設定された前記ポンプの稼働可能時間だけ前記ポンプを稼働させることを特徴とする。

また、請求項２に係るオゾン発生装置は、請求項１に記載の発明の構成に加え、前記所定期間中において、前記ポンプを、日毎に所定周期で所定時間繰り返して稼働させる場合に、前記ポンプの稼働可能時間に基づいて前記所定時間を調整するポンプ稼働時間調整手段を備え、前記ポンプ稼働時間調整手段は、１日における前記ポンプの総稼働時間が、１日に稼働できる前記ポンプの総稼働可能時間よりも短くなるように前記所定時間を調整することを特徴とする。

また、請求項３に係るオゾン発生装置によれば、請求項１又は２に記載の発明の構成に加え、前記オゾン発生器で発生したオゾンを配管を介して外部に供給するオゾン供給口と、前記オゾン発生器で発生したオゾンを希釈するための希釈空気を前記配管に供給する希釈ポンプとを備えている。

請求項１に係るオゾン発生装置によれば、ポンプ稼働時間設定手段が、吸着剤の寿命に基づいてポンプの稼働時間を設定し、ポンプ稼働制御手段がその設定された稼働時間に基づいてポンプの稼働を制御するので、吸着剤保持手段に保持された吸着剤の吸着効果を所定期間持続させることができる。例えば、前記所定期間中の１日に稼働できるポンプの稼働可能時間を設定する場合に、ポンプ稼働時間設定手段は、まず、ポンプを連続して稼働させた場合の吸着剤で生成できる濃縮酸素の限界生成量を所定期間の日数で除することによって、１日に生成できる濃縮酸素量を算出する。第２に、１日に生成できる濃縮酸素量より算出した所定流量で１日に稼働できる時間を前記ポンプの稼働可能時間として設定する。そして、ポンプ稼働制御手段が、ポンプ稼働時間設定手段によって設定されたポンプの稼働可能時間にポンプを稼働させることにより、吸着剤の吸着効果を所定期間持続させることができる。したがって、吸着剤が劣化する前に新しい吸着剤に交換することができる。

また、請求項２に係るオゾン発生装置によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、ポンプ稼働時間調整手段は、１日におけるポンプの総稼働時間が、１日におけるポンプの総稼働可能時間よりも短くなるように所定時間を調整する。これにより、ポンプを日毎に所定周期で所定時間繰り返して稼働させても、所定期間中は吸着剤の吸着効果を維持することができる。

また、請求項３に係るオゾン発生装置によれば、請求項１又は２に記載の発明の効果に加え、希釈ポンプの空気の送り込み圧により、オゾン発生器で発生したオゾンをオゾン供給口まで送り込むことができる。これにより、ポンプにかかる負荷が軽減され、ポンプの稼働時間を短縮することができる。さらに、ポンプの稼働時間が短縮されるため、吸着剤の使用時間を抑制できるので、吸着剤の吸着効果を長く維持することができる。

以下、本発明の実施形態であるオゾン発生装置１について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のオゾン発生装置１とクリーンルーム７との関係を示したブロック図であり、図２は、コントローラ９の制御動作を示すフローチャートであり、図３は、送風ポンプ稼働可能時間設定処理のフローチャートであり、図４は、希釈ポンプ、送風ポンプ及びオゾン発生器のタイミングチャートであり、図５は、第１部位と第２部位の各容積と、第１部位と第２部位を流れる特定ガス（空気、濃縮酸素及びオゾン）の各部位における流通時間との関係を示した表である。

なお、本実施形態のオゾン発生装置１は、図１に示すように、例えば、食品工場や、精密機械工場等におけるクリーンルーム７等に設置されるものである。そして、このオゾン発生装置１は、クリーンルーム７の天井に設けられた複数の吹出口４０（図１では５個）から室内に向かってオゾン吹き出して、クリーンルーム７内を殺菌及び脱臭するものである。

はじめに、本実施形態であるオゾン発生装置１の概略構成について説明する。図１に示すように、オゾン発生装置１は、外気を吸引して濃縮酸素を生成する酸素濃縮装置２と、該酸素濃縮装置２の出口（図示外）に接続され、濃縮酸素が流れる配管１５と、該配管１５の下流側の端部に接続され、濃縮酸素を原料にしてオゾンを生成するオゾン発生器３と、該オゾン発生器３の出口（図示外）に接続されるとともに、クリーンルーム７の天井まで延設され、希釈されたオゾンが流れる配管１６と、該配管１６の下流側の分岐した各端部に各々接続されるとともに、クリーンルーム７の天井に設けられ、オゾンを室内に吹き出す複数の吹出口４０と、配管１６の途中に設けられた連結部４３に一端部が接続された配管１７と、該配管１７の他端部に接続され、配管１６に向かって希釈空気を吹き込む希釈ポンプ４と、オゾン発生器３に接続され、該オゾン発生器３に高電圧を印加する高電圧発生回路１１と、酸素濃縮装置２及びオゾン発生器３等の動作を制御するコントローラ９とを備えている。さらに、コントローラ９には、オゾン発生装置１を操作するスイッチパネル１０と、漏電時に運転を停止させるための漏電ブレーカ３８が接続されている。なお、図１に示す吹出口４０が、「オゾン供給口」に相当する。

また、配管１５の途中には、酸素濃縮装置２で生成された濃縮酸素の逆流を防止する逆支弁２９が設けられている。さらに、配管１６における連結部４３よりも上流側には、オゾン発生器３で生成されたオゾンの逆流を防止する逆支弁３０が設けられている。一方、配管１６における連結部４３よりも下流側には、配管１６の開閉を行う電磁弁３２が設けられている。そして、電磁弁３２はコントローラ９に接続され、その開閉動作は、コントローラ９によって制御されている。また、配管１７の途中にも、希釈ポンプ４から吹き込まれる希釈空気の逆流を防止する逆支弁３１が設けられている。以下、オゾン発生装置１の各構成装置について順に説明する。

まず、酸素濃縮装置２について説明する。この酸素濃縮装置２は、ＴＳＡ方式の酸素濃縮装置である。図１に示すように、この酸素濃縮装置２は、送風ポンプ２７の送風によって吸引された外気（空気）中から窒素と水分とを吸着して、乾燥した濃縮酸素を生成する吸着部２０と、該吸着部２０で生成された濃縮酸素を、後述する複数の配管を介して、オゾン発生器３に向かって送風する送風ポンプ２７と、吸着部２０を構成する吸着塔２１，２２内の吸着剤３０，３０内に空気を送風する再生ポンプ２６とを備えている。さらに、吸着塔２１及び送風ポンプ２７の間を連結する配管２３，３３からなる流路と、吸着塔２２及び再生ポンプ２６の間を連結する配管２４，３４からなる流路との間に介設され、互いの流路を途中で切り換える５ポート電磁弁２５を備えている。なお、図１に示す酸素濃縮装置２が、「濃縮酸素生成手段」に相当する。

次に、吸着部２０について説明する。図１に示すように、この吸着部２０は、円筒状の吸着塔２１と吸着塔２２とで構成されている。そして、吸着塔２１，２２の塔内には、空気中から窒素と水分とを選択吸着する吸着剤３０がそれぞれ充填されている。なお、この吸着剤３０の一例としてはシリカゲルが挙げられるが、これ以外でも空気から窒素もしくは水分の一方もしくは両方を吸着する性質を有するものであれば適用可能である。さらに、吸着塔２１の内側には、平板状の発熱板２１ａが設けられ、該発熱板２１ａは、吸着塔２１の外側にある加熱電源２１ｂに接続されている。また、吸着塔２２の内側にも、発熱板２１ａと同じ発熱板２２ａが設けられ、該発熱板２２ａは、吸着塔２２の外側にある加熱電源２２ｂに接続されている。そして、これら発熱板２１ａ，２２ａが各々発熱することによって、吸着塔２１，２２内の吸着剤３０，３０が加熱され、選択吸着された窒素、水分が脱離するようになっている。また、加熱電源２１ｂ，２２ｂは、共にコントローラ９に接続されている。そして、コントローラ９が、加熱電源２１ｂ，２２ｂを制御することによって、発熱板２１ａ，２２ａの発熱のタイミングが調整されている。また、酸素濃縮装置２には、吸着剤３０による吸着過程時に、吸着剤３０を冷やすためのガスを供給するための低温ガス供給装置（図示外）が設けられている。

また、吸着塔２１，２２の各天面には、塔内に空気を給気したり、塔内の空気を外側に排気したりするための複数の給気・排気孔（図示外）が設けられている。一方、吸着塔２１，２２の各底部には、濃縮酸素の出口用の濃縮酸素出口孔（図示外）が設けられている。また、濃縮酸素出口孔（図示外）には、再生ポンプ２６から送風される再生用の空気が吹き込まれるようにもなっている。なお、図１に示す吸着塔２１，２２が、「吸着剤保持手段」に相当する。

次に、５ポート電磁弁２５について説明する。図１に示す５ポート電磁弁２５は、周知の５ポート電磁弁であり、２つの入口（図示外）と２つの出口（図示外）とを備え、各入口と出口とが繋がった２本の流路を内蔵している。そして、その内部に設けられたソレノイド（図示外）の駆動により、２つの流路を互いにクロスして切り換えるものである。そして、本実施形態の５ポート電磁弁２５の一方の入口側には、吸着塔２１の濃縮酸素出口孔に一端部が接続された配管２３の他端部が接続され、他方の入口側には、吸着塔２２の濃縮酸素出口孔に一端部が接続された配管２４の他端部が接続されている。一方、５ポート電磁弁２５の一方の出口側には、送風ポンプ２７の入口に一端部が接続された配管３３の他端部が接続され、他方の出口側には、再生ポンプ２６の出口に一端部が接続された配管３４の他端部が接続されている。

ここで、５ポート電磁弁２５による流路の切換動作について説明する。図１に示すように、５ポート電磁弁２５の内部では、通常、配管２３と配管３３とが互いに連通し、配管２４と配管３４とが互いに連通する第１の流路状態となっている。そして、５ポート電磁弁２５の内部のソレノイド（図示外）が駆動すると、配管２３と配管３４とが互いに連通し、配管２４と配管３３とが互いに連通する第２の流路状態となる。また、ソレノイドは、コントローラ９に接続されているため、ソレノイドによる第１の流路状態と第２の流路状態との切換動作は、コントローラ９によって制御されている。

次に、再生ポンプ２６について説明する。再生ポンプ２６は、吸着塔２１，２２内に空気を送り込み、吸着塔２１，２２内の脱離過程で脱離された窒素、水分を含む空気を、給気・排気孔（図示外）から排気させるためのポンプである。この再生ポンプ２６は、配管３４と、５ポート電磁弁２５と、配管２３又は配管２４を介して、吸着塔２１及び吸着塔２２の何れかに空気を送り込む。また、再生ポンプ２６は、コントローラ９に接続され、吸着塔２１，２２内の吸着剤３０，３０の再生時に稼働するように制御されている。

次に、送風ポンプ２７について説明する。送風ポンプ２７は、吸着部２０で生成された濃縮酸素を、配管１５を介してオゾン発生器３に向かって送風するとともに、濃縮酸素の原料となる空気を、吸着部２０の吸着塔２１，２２の複数の給気・排気孔（図示外）から吸入するためのポンプである。そして、送風ポンプ２７は、コントローラ９に接続されているため、送風ポンプ２７の稼働は、コントローラ９によって制御されている。そして、このコントローラ９による送風ポンプ２７の稼働の制御が、本発明の特徴となっている。なお、図１に示す送風ポンプ２７が、「ポンプ」に相当する。

次に、上記構成からなる酸素濃縮装置２の動作について説明する。図１に示すように、５ポート電磁弁２５が第１の流路状態に設定されている場合、吸着塔２１では、空気中の窒素及び水分を吸着する吸着過程が行われる。まず、送風ポンプ２７が稼働すると、吸着塔２１の天面の給気・排気孔（図示外）から空気が塔内に取り込まれる。次いで、低温ガス供給装置（図示外）によって吸着塔２１内に低温ガスが供給される。すると、塔内に供給された空気中の窒素及び水分が冷やされて、塔内の吸着剤３０に選択吸着される。このとき、吸着塔２１内には、酸素だけが残存するため濃縮酸素が生成される。そして、送風ポンプ２７は稼働しているので、吸着塔２１内に生成された濃縮酸素は、配管２３、５ポート電磁弁２５、配管３３を介してオゾン発生器３に向かって吹き出される。こうして、吸着塔２１による吸着過程が行われる。

一方、吸着塔２２では、吸着剤３０に選択吸着された窒素及び水分を脱離する脱離過程が行われる。先の段階での吸着過程により、吸着剤３０に吸着された窒素及び水分を脱離するため、まず、発熱板２２ａが発熱する。すると、低温下で吸着剤３０に選択吸着された窒素及び水分は、加熱されることによって脱離される。そして、再生ポンプ２６によって送風される空気が、配管３４、５ポート電磁弁２５及び配管２４を介して、吸着塔２２内に吹き込まれる。これにより、吸着剤３０から脱離された窒素及び水分は、吸着塔２２の天面の給気・排気孔（図示外）から押し出されて塔外に排気される。以上の一連の動作によって吸着塔２２による脱離過程が行われる。

次いで、コントローラ９の制御により、５ポート電磁弁２５が第１の流路状態から第２の流路状態に切り替わる。そして、第２の流路状態では、第１の流路状態とは逆に、吸着塔２１では脱離過程が行われ、吸着塔２２では吸着過程が行われる。このように、上記切換動作が繰り返し実行されることによって、酸素濃縮装置２は、吸着剤３０を再生しつつ、濃縮酸素を継続して生成し、外部に供給することができる。また、一方の吸着塔２１（２２）の脱離過程にかかる時間分のロスを、他方の吸着塔２２（２１）で補うことができるので、濃縮酸素を連続的に、かつ効率的に生成することができる。

次に、スイッチパネル１０について説明する。図１に示すように、このスイッチパネル１０は、設定画面等が表示される液晶部１０ａと、オゾン発生装置１の動作を設定するための設定部１０ｂとが設けられている。さらに、この設定部１０ｂには、オゾン発生装置１の電源スイッチ１００ａ、オゾン発生装置１の稼働を指示する稼働スイッチ１００ｂ、後述する低濃度モードを設定する低濃度モード設定スイッチ１００ｃ、オゾン発生装置１の動作条件等を入力するためのキーボード１００ｄ等が設けられている。そして、このスイッチパネル１０はコントローラ９に接続されている。これにより、コントローラ９は、スイッチパネル１０の設定部１０ｂで入力設定されたオゾン発生装置１の動作条件にしたがって、各種装置の制御が行われるようになっている。

次に、オゾン発生器３について説明する。図１に示すオゾン発生器３は、周知のオゾン発生器であり、配管１５からオゾン発生器３に供給される濃縮酸素を原料として、オゾンを発生するものである。このオゾン発生器３は、濃縮酸素が通過する流路（図示外）と、該流路に配設された２枚からなる電極板（図示外）とを備えている。そして、２枚の電極板の間に高電圧が印加されることによって、濃縮酸素からオゾンが生成するように構成されている。また、このオゾン発生器３には、２枚の電極板の間に高電圧を印加する高電圧発生回路１１が接続され、該高電圧発生回路１１は、コントローラ９に接続されている。そして、コントローラ９は、高電圧発生回路１１を制御することによって、電圧を印加する時間を調整することによって、オゾン発生器３におけるオゾン発生量を調整することができる。なお、オゾン発生量の調整は、これに限らず、印加電圧の高さを制御することによって、オゾン発生器３におけるオゾン発生量を調整してもよい。

次に、希釈ポンプ４について説明する。図１に示す希釈ポンプ４は、配管１７を介して、配管１６の連結部４３に連結され、常時稼働するものである。そして、希釈ポンプ４から送り出される希釈空気は、配管１６内のオゾンに直接吹き込まれる。そして、配管１６内を流れるオゾンが希釈され、希釈ポンプ４の吹き込み圧によって、希釈されたオゾンをクリーンルーム７の吹出口４０まで送り込むことができる。これにより、送風ポンプ２７の稼働時間を短縮することができ、吸着剤３０の使用時間を短縮することができる。また、希釈ポンプ４は、コントローラ９に接続され、稼働スイッチ１００ｂがオンされている場合は常時稼働するようになっている。

次に、上記構成からなるオゾン発生装置１で設定される運転モードについて説明する。本実施形態のオゾン発生装置１の運転モードには、「高濃度モード」と「低濃度モード」との２つモードがある。「高濃度モード」とは、クリーンルーム７内を高濃度オゾンで燻蒸する際に設定される。例えば、高濃度モード時の運転では、スイッチパネル１０の稼働スイッチ１００ｂがオンされてからオフされるまでの間は、希釈ポンプ４、送風ポンプ２７及びオゾン発生器３を連続して稼働させる。この高濃度モードは、クリーンルーム７内を短期間で燻蒸し、室内を殺菌する場合に使用される。

一方、「低濃度モード」とは、クリーンルーム７内を低濃度オゾンで燻蒸する際に設定される。そして、低濃度モードの運転では、スイッチパネル１０の稼働スイッチ１００ｂがオンされてからオフされるまでの間は、希釈ポンプ４を継続して稼働させ、送風ポンプ２７及びオゾン発生器３は、設定部１０ｂのキーボード１００ｄで設定されたオゾン発生装置１の動作条件に基づいて、間欠的に繰り返し稼働させる。この低濃度モードは、クリーンルーム７内を長期間連続して燻蒸し、室内を一定濃度のオゾン状態に保持する場合に使用される。

そして、低濃度モードでは、オゾン発生装置１を長期間連続して稼働させるため、運転期間を予め設定し、該運転期間が過ぎるまで、吸着剤３０の吸着効果を維持させるように、送風ポンプ２７の稼働時間を制御することができる。即ち、運転期間中における送風ポンプ２７の１日の稼働可能時間ｘ１を算出し、その稼働可能時間ｘ１に基づいて送風ポンプ２７を稼働させることができる。そして、この低濃度モード時のコントローラ９の処理動作が本発明の特徴となっている。

次に、コントローラ９による制御動作について、図２，図３のフローチャートと、図４のタイミングチャートとを参照して説明する。はじめに、スイッチパネル１０の電源スイッチ１００ａがオンされると、オゾン発生装置１の初期設定がなされる（Ｓ１）。続いて、スイッチパネル１０の低濃度モード設定スイッチ１００ｃがオンされたか否かが判断される（Ｓ２）。ここで、低濃度モード設定スイッチ１００ｃがオンされていない場合は（Ｓ２：ＮＯ）、自動的に高濃度モードが設定される（Ｓ３）。そして、高濃度モードが設定された状態（Ｓ３）で、クリーンルーム７へのオゾン供給を開始させる稼働スイッチ１００ｂがオンされたか否かが判断される（Ｓ４）。ここで、稼働スイッチ１００ｂがオンされない場合（Ｓ４：ＮＯ）は、Ｓ２に戻り、再び低濃度モード設定スイッチ１００ｃがオンされたか否かが判断される。

そして、高濃度モードが設定された状態で、稼働スイッチ１００ｂがオンされた場合（Ｓ４：ＹＥＳ）は、まず、希釈ポンプ４が稼働する（Ｓ５）。次いで、送風ポンプ２７が稼働し（Ｓ６）、次いで、オゾン発生器３が稼働する（Ｓ７）。このとき、オゾン発生器３では、オゾン発生器３内の２枚の電極板（図示外）に、高電圧発生回路１１から高電圧が印加される。そして、オゾン発生器３内の流路内には、濃縮酸素が通過するので、連続してオゾンが生成する。ここで、希釈ポンプ４は、送風ポンプ２７及びオゾン発生器３の何れよりも先に稼働させている。これは、クリーンルーム７へのオゾン吹き込み開始時に、オゾン発生器３から生成された高濃度オゾンが、直接クリーンルーム７内に突然吹き込まれるのを防止するためである。こうして、オゾン発生器３で生成されたオゾンは、希釈ポンプ４によって供給された希釈空気によって配管１６内で希釈されてから、吹出口４０からクリーンルーム７内にオゾンが随時吹き込まれ、クリーンルーム７内は高濃度オゾンで燻蒸される。

続いて、クリーンルーム７にオゾンが供給されている間に、スイッチパネル１０の稼働スイッチ１００ｂがオフされたか否かが判断される（Ｓ８）。そして、稼働スイッチ１００ｂがまだオフされていない場合（Ｓ８：ＮＯ）は、Ｓ５に戻り、稼働スイッチ１００ｂがオフされるまでは、希釈ポンプ４、送風ポンプ２７及びオゾン発生器３を稼働させ、オゾンを供給し続ける。さらに、稼働スイッチ１００ｂがオフされた場合（Ｓ８：ＹＥＳ）は、オゾン発生器３が停止され（Ｓ１７）、続いて送風ポンプ２７が停止され（Ｓ１８）、最後に希釈ポンプ１９が停止される（Ｓ１９）。こうして、高濃度モードでのオゾン供給動作が終了する。そして、クリーンルーム７内は高濃度オゾンで燻蒸され、クリーンルーム７内の殺菌及び脱臭が完了する。

一方、低濃度モード設定スイッチ１００ｃがオンされた場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、利用者は低濃度のオゾンでクリーンルーム７内を長期間燻蒸させたいと考えている。そこで、低濃度モードが設定される（Ｓ９）。次いで、スイッチパネル１０の設定部１０ｂにおいて、オゾン発生装置１の動作条件が入力されたか否かが判断される（Ｓ１０）。なお、ここでいうオゾン発生装置１の動作条件で設定される項目は、以下の通りである。
・オゾン発生装置１を連続運転させる運転期間：Ｔ
・吸着塔２１（２２）内に充填された吸着剤３０が処理できる限界処理空気量：Ｐ
・オゾン発生装置１内を流れる特定ガス（空気、濃縮酸素、オゾン）の流量：Ｆ
・１日中で繰り返される周期時間：Ｒ
※なお、運転期間Ｔは、吸着剤３０の吸着効果を維持させたい目標期間として設定される。
※また、運転期間Ｔが、「所定期間」に相当し、限界処理空気量Ｐが、「吸着剤の寿命」に相当し、流量Ｆが、「所定流量」に相当し、周期時間Ｒが、「所定周期」に相当する。

以上項目を予め算出しておき、算出されたＴ、Ｐ、Ｆ、Ｒをスイッチパネル１０のキーボード１００ｄによって入力する。そして、設定部１０ｂから、オゾン発生装置１の動作条件の各項目が入力されていない場合（Ｓ１０：ＮＯ）は、Ｓ２に戻り、処理が繰り返される。

そして、スイッチパネル１０の設定部１０ｂに、オゾン発生装置１の動作条件の各項目が入力された場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）は、「送風ポンプ稼働可能時間設定処理」が実行される（Ｓ１１）。この送風ポンプ稼働時間設定処理では、運転期間Ｔ中に、流量Ｆで送風ポンプ２７を稼働させる場合において、吸着剤３０の限界処理空気量Ｐに基づいて、１日の内で繰り返される周期時間Ｒ毎に、送風ポンプ２７を稼働できる時間を求める。そして、その時間を周期時間Ｒ毎の稼働可能時間ｘ２として設定するものである。なお、図２に示すＳ１１の動作をするコントローラ９が、「ポンプ稼働時間設定手段」に相当する。

ここで、送風ポンプ稼働可能時間設定処理（Ｓ１１）について、図３のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の説明において、上記設定項目が以下の数値に各々設定された場合について説明する。
・Ｔ：１年間、Ｐ：９６０Ｌ、Ｆ：４Ｌ／分、Ｒ：１０秒
※なお、吸着塔２１（２２）内に充填される一回分の吸着剤３０の再生可能回数は４００回とする。

はじめに、１年間に生成できる濃縮酸素量が算出される（Ｓ２１）。本実施形態の酸素濃縮装置２の吸着部２０は、２個の吸着塔２１，２２を備えているので、
９６０（Ｌ）×４００（回）×２（個）＝７６８０００（Ｌ）
となる。よって、１年間に生成できる濃縮酸素量は、７６８０００（Ｌ）となる。

次いで、１日に稼働できる送風ポンプ２７の稼働可能時間ｘ１が算出される（Ｓ２２）。まず、１日に処理できる空気量は、
７６８０００（Ｌ）／３６５（日）＝２１０４．１（Ｌ）
である。したがって、４Ｌ／分の流量で、送風ポンプ２７を２４時間（１日）に使用できる稼働可能時間ｘ１は、
ｘ１＝２１０４．１／（４×６０）≒８．８（時間）
となる。なお、稼働可能時間ｘ１が、「前記ポンプの稼働可能時間」に相当する。

次いで、送風ポンプ２７の周期時間毎（１０秒毎）に稼働できる稼働可能時間ｘ２が、以下の式で算出される（Ｓ２３）。
（ｘ２×６）／６０×（６０×２４）＜８．８（時間） （※ｘ２は整数）
この式より、
ｘ２＜３．７（秒）
となり、ｘ２＝３（秒）が算出される。なお、図３に示すＳ２３の動作を行うコントローラ９が、「ポンプ稼働時間調整手段」に相当し、稼働可能時間ｘ２が、「所定時間」に相当する。

こうして、上記算出結果に基づき、４（Ｌ／分）の流量で、送風ポンプ２７を１０秒毎に３秒間稼働させる条件が設定され（Ｓ２４）、図２に示すメインプログラムに戻る。

次に、図２のフローチャートに示すように、スイッチパネル１０の稼働スイッチ１００ｂがオンされたか否かが判断される（Ｓ１２）。また、稼働スイッチ１００ｂがオンされない場合（Ｓ１２：ＮＯ）は、Ｓ２に戻り、再び低濃度モードの設定の判断がなされる。そして、図４に示すように、ｔ１タイミングで、稼働スイッチ１００ｂがオンされると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、希釈ポンプ４が稼働し（Ｓ１３）、第１周期が開始される。次いで、ｔ２タイミングで、送風ポンプ２７が、図２のフローチャートに示すＳ１１で設定された送風ポンプ２７の稼働条件にしたがって稼働を開始する（Ｓ１４）。ここでは、上記設定により、ｔ１タイミング〜ｔ６タイミングまでの周期時間１０秒中に、送風ポンプ２７を４Ｌ／分の流量で、ｔ２タイミング〜ｔ５タイミングまでの稼働可能時間である３秒間稼働させる。なお、図２に示すＳ１４の動作を行うコントローラ９が、「ポンプ稼働制御手段」に相当する。

一方、オゾン発生器３は、この送風ポンプ２７の稼働する３秒以内に、ｔ３〜ｔ４の所定時間だけパルス的に稼働してオゾンを発生させる（Ｓ１５）。なお、このオゾン発生器３を稼働させる所定時間は、利用者が希望するオゾン濃度に合わせて、高電圧発生回路１１を制御することによって調整される。例えば、オゾン濃度を高くする場合は、オゾン発生器３を稼働させる所定時間を長くすればよく、その反対にオゾン濃度の低くする場合は、オゾン発生器３を稼働させる所定時間を短くすればよい。次いで、送風ポンプ２７が稼働を開始してから３秒経過したら（ｔ５タイミング）、それと同時に送風ポンプ２７の稼働を一旦停止させる。そして、ｔ１タイミングから１０秒が経過したｔ６タイミングで、第１周期が終了し、次に第２周期が開始される。そして、第２周期でも同様の処理がなされ、ｔ７タイミングで第２周期が終了する。それ以降の周期も、第１，第２周期と同様の動作が繰り返される。

このように、送風ポンプ２７が稼働する３秒以内に、オゾン発生器３がパルス的に稼働するので、オゾン発生器３が稼働する際、オゾン発生器３には、常に濃縮酸素が供給されている。したがって、オゾンを効率的かつ安定して生成することができる。

続いて、図２に示すように、スイッチパネル１０の稼働スイッチ１００ｂがオフされたか否かが判断される（Ｓ１６）。そして、稼働スイッチ１００ｂがまだオフされていない場合（Ｓ１６：ＮＯ）は、Ｓ１３に戻り、引き続き低濃度オゾンをそのまま発生し続ける。また、稼働スイッチ１００ｂがオフされた場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）は、まず、オゾン発生器３が停止される（Ｓ１７）。次いで、送風ポンプ２７が停止され（Ｓ１８）、最後に、希釈ポンプ４が停止される。（Ｓ１９）こうして、上記一連の制御動作が終了する。なお、希釈ポンプ４を最後に停止させるのは、送風ポンプ２７の停止時に、配管１６内に強酸性のオゾンが残存すると、配管１６の内壁面が腐食してしまうので、希釈ポンプ４による希釈空気を送風させてから終了させるためである。

このように、スイッチパネル１０の設定部１０ｂで設定された条件から、送風ポンプ２７の周期時間毎における稼働可能時間ｘ２を定め、その稼働可能時間ｘ２に送風ポンプ２７を稼働させれば、吸着剤３０，３０は、設定された運転期間１年で劣化することが予め予測できる。これにより、送風ポンプ２７の低濃度モードによる運転開始時から１年経過した頃に、吸着塔２１，２２内に充填された吸着剤３０，３０を新しい吸着剤３０，３０に入れ替えれば、吸着剤３０，３０が劣化して濃縮酸素の濃度が低下したり、濃縮酸素中に窒素や水分が残存して、ノックス及びその後の硝酸等が発生したりすることを事前に防止することができる。

次に、オゾン発生装置１の配管設計と、送風ポンプ２７の稼働可能時間ｘ２との関係について説明する。図１に示す送風ポンプ２７の稼働可能時間ｘ２は、オゾン発生装置１の構造中の流路を、特定ガス（空気、濃縮酸素、オゾン）が所定流量（Ｌ／分）で通過するために必要な時間以上に設定される必要がある。そこで、まず、オゾン発生装置１の構造内の流路を２つの部位に分けて説明する。
・第１部位：酸素濃縮装置２の吸着塔２１（又は２２）の空気入口孔（図示外）〜オゾン発生器３のオゾン出口（図示外）まで
・第２部位：オゾン発生器３のオゾン出口（図示外）〜配管１６の連結部４３まで
※なお、第１部位及び第２部位を通過する特定ガス（空気、濃縮酸素、オゾン）の流量は、４Ｌ／分とする。

図５に示すように、オゾン発生装置１における第１部位の容積は、９７．４×１０^−３（Ｌ）であり、第２部位の容積は、１．２×１０^−３（Ｌ）であった。そして、特定ガスが第１部位を通過するのに要した通過時間は、１．４６（秒）であり、第２部位を通過するのに要した通過時間は、０．０２（秒）であった。したがって、送風ポンプ２７によって吸引された空気が、第１部位と第２部位とを通過する時間は、１．４６＋０．０２＝１．４８（秒）となる。よって、送風ポンプ２７を４Ｌ／分で、１．４８秒間以上稼働させれば、第１部位の吸着塔２１（又は２２）の給気・排気孔（図示外）から流入した空気は、連結部４３を通過することができる。これにより、吸着塔２１（２２）に流入した空気は、１．４８秒後には、オゾンとして全て連結部４３を通過するので、効率良くオゾンを生成することができる。そして、上記した低濃度モード動作時における送風ポンプ稼働可能時間設定処理（Ｓ１１）では、送風ポンプ２７の稼働可能時間ｘ２は３秒と算出されたが、３秒＞１．４８秒となりこれを満たす。したがって、効率良くオゾンを生成することができる。

以上説明したように、本実施形態のオゾン発生装置１は、高濃度のオゾンを供給できる「高濃度モード」と、低濃度のオゾンを供給できる「低濃度モード」との設定が可能である。そして、低濃度モードで長期間運転させる場合は、運転中の吸着剤３０の劣化を予め予測するために、吸着剤３０の限界処理空気量Ｐから、設定された運転期間Ｔ中に、酸素濃縮装置２の送風ポンプ２７を稼働できる稼働可能時間を算出して稼働させる点に特徴を有する。これにより、吸着剤３０の劣化を予め予測することができるので、運転期間Ｔが過ぎる頃に、古い吸着剤３０を新しい吸着剤３０に入れ替えれば、入れ替え時期が遅れて、濃縮酸素の濃度が低下したり、濃縮酸素中に窒素や水分が残存して、ノックス及びその後の硝酸等が発生したりすることを事前に防止することができる。

なお、本発明は、上記の各実施形態に限定されることなく、各種の変形が可能である。例えば、吸着部２０を、送風ポンプ２７とオゾン発生器３の間の配管１５に設けてもよい。

また、希釈ポンプ４を省略し、送風ポンプ２７だけで、オゾンをクリーンルーム７に供給してもよい。

さらに、本実施形態のオゾン発生装置１で生成されたオゾンを、イジェクターを介して、水道水に混合させ、オゾン水製造装置に利用してもよい。

また、オゾン濃度の調整は、オゾン発生器３の高電圧発生回路１１による印加電圧や、印加時間を調整するのではなく、希釈ポンプ４による希釈空気のポンプ圧や、稼働時間の調整によって行ってもよい。

本発明のオゾン発生装置は、オゾンを発生させるオゾン発生装置に限らず、オゾン水を発生するオゾン水製造装置にも適用可能である。

本実施形態のオゾン発生装置１とクリーンルーム７との関係を示したブロック図である。 コントローラ９の制御動作を示すフローチャートである。 送風ポンプ稼働可能時間設定処理のフローチャートである。 希釈ポンプ、送風ポンプ及びオゾン発生器のタイミングチャートである。 第１部位と第２部位の各容積と、第１部位と第２部位を流れる特定ガス（空気、濃縮酸素及びオゾン）の各部位における流通時間との関係を示した表である。

符号の説明

１ オゾン発生装置
２ 酸素濃縮装置
３ オゾン発生器
４ 希釈ポンプ
９ コントローラ
１６ 配管
２１ 吸着塔
２２ 吸着塔
２３ 配管
３０ 吸着剤
Ｆ 流量
Ｐ 限界処理空気量
Ｒ 周期時間
Ｔ 運転期間
ｘ１ 稼働可能時間
ｘ２ 稼働可能時間

Claims (3)

1. 空気を原料として乾燥した濃縮酸素を生成する濃縮酸素生成手段と、当該濃縮酸素生成手段によって生成された濃縮酸素を原料としてオゾンを発生するオゾン発生器とを備えたオゾン発生装置であって、
   前記濃縮酸素生成手段は、
   空気を吸引するポンプと、
   当該ポンプから吸引された空気中の窒素及び水分を吸着する吸着剤を保持する吸着剤保持手段と、
   前記ポンプの稼働を制御するポンプ稼働制御手段と、
   前記ポンプの稼働時間を設定するポンプ稼働時間設定手段と
   を備え、
   前記ポンプ稼働時間設定手段は、
   所定流量の空気で、前記吸着剤の寿命を所定期間持続させるために、当該所定期間中の１日に稼働できる前記ポンプの稼働可能時間を設定する場合において、
   第１に、前記ポンプを連続して稼働させた場合の前記吸着剤で生成できる濃縮酸素の限界生成量を、前記所定期間の日数で除することによって、１日に生成できる濃縮酸素量を算出し、
   第２に、１日に生成できる前記濃縮酸素量より算出した前記所定流量で１日に稼働できる時間を前記ポンプの稼働可能時間として設定し、
   前記ポンプ稼働制御手段は、前記ポンプ稼働時間設定手段によって設定された前記ポンプの稼働可能時間だけ前記ポンプを稼働させることを特徴とするオゾン発生装置。
2. 前記所定期間中において、前記ポンプを、日毎に所定周期で所定時間繰り返して稼働させる場合に、前記ポンプの稼働可能時間に基づいて前記所定時間を調整するポンプ稼働時間調整手段を備え、
   前記ポンプ稼働時間調整手段は、
   １日における前記ポンプの総稼働時間が、１日に稼働できる前記ポンプの総稼働可能時間よりも短くなるように前記所定時間を調整することを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置。
3. 前記オゾン発生器で発生したオゾンを配管を介して外部に供給するオゾン供給口と、
   前記オゾン発生器で発生したオゾンを希釈するための希釈空気を前記配管に供給する希釈ポンプと
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン発生装置。
   
   

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