JP5811749B2

JP5811749B2 - オゾン発生装置

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Publication number: JP5811749B2
Application number: JP2011217522A
Authority: JP
Inventors: 武芳江口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: JP2013075797A

Description

本発明はオゾンを発生するオゾン発生装置に関する。

従来から、医療機器や上下水の殺菌等でオゾンが利用されている。また、脱臭装置としてもオゾンが利用されることもある。このように利用されるオゾンは、オゾン発生装置によって発生させている。

オゾン発生装置は、従来は室内に設置されて利用されるのが一般的であったが、近年では、その利用分野も広がり、屋外等の温度や湿度の管理が難しい場所で利用することもある。例えば、自動車に利用するオゾン発生装置が挙げられる。また、自動車に利用するオゾン発生装置は、省スペースかつ省エネルギーが重視される（例えば、特許文献１参照）。

オゾン発生装置では、反応器内にガスを供給し、放電を発生してオゾンを発生するものがあるが、反応器内を除湿する必要がある。すなわち、反応器内に湿気がある場合、オゾン発生のために放電を発生しても、湿気がない場合と比較すると、オゾンの発生量は著しく低下する。また、湿気が残存した状態で放電を続けた場合、電解質が反応器内で析出し、電極間の短絡等、反応器の破損の原因につながるおそれもある。

湿気による弊害を防止するため、オゾン発生装置では、除湿手段で除湿したガスを反応器に供給し、この乾燥ガスを反応器内に流通させることで反応器を乾燥状態に保つことができる。このように、オゾン発生装置が動作中は、反応器内に常時、乾燥ガスが流通されるため、反応器内に湿気が溜まることは少ない。

一方、オゾン発生装置を停止させた場合には、除湿手段からの乾燥ガスの流通も停止し、外部から反応器内に湿気が流入することもある。流入した湿気は乾燥ガス等が流通されるまで排出されにくい。また、除湿手段は、停止していた場合には、動作が開始しても十分な除湿能力が発揮されるまでに時間を要する。したがって、起動直後のオゾン発生装置では、除湿手段による除湿が不十分な湿気を含むガスが反応器に供給されることがある。このような場合、反応器でオゾンが十分に発生できなかった。

特開２００６−２１５９２号公報

上述したように、従来のオゾン発生装置では、起動後、速やかに必要量のオゾンを発生することが困難であった。

上記課題に鑑み、起動後、速やかに必要量のオゾンの発生が可能なオゾン発生装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、中空糸膜ユニットで構成され、コンプレッサを介して供給されるガスを連続的に除湿可能な第１除湿手段と、シリカゲル含む除湿剤で構成され、前記コンプレッサを介して供給される所定量のガスを除湿する第２除湿手段と、
前記第１除湿手段または第２除湿手段で除湿されたガスが供給され、オゾンを発生させる反応器と、オゾン発生装置の起動から所定期間では、前記第１除湿手段から排出される乾燥ガスを前記反応器に供給せずに前記第２除湿手段から排出される乾燥ガスを前記反応器に供給し、起動から所定期間経過後には、前記第１除湿手段から排出される乾燥ガスを前記反応器に供給させるとともに前記コンプレッサから前記第２除湿手段へのガスの供給を停止させるように制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、除湿能力が低下した前記第２除湿手段を加温して再生する加温手段を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、起動後、速やかにオゾンを発生することができる。

第１実施形態に係るオゾン発生装置について説明する図である。図１のオゾン発生装置の中空糸膜ユニットについて説明する図である。第２実施形態に係るオゾン発生装置について説明する図である。図３のオゾン発生装置における動作を説明する図である。第２実施形態に係るオゾン発生装置について説明する図である。

以下に、本発明のオゾン発生装置の各実施形態について説明する。以下の各実施形態についての説明において、同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。例えば、実施形態に係るオゾン発生装置は、自動車に設置されるＮＯｘ除去のためのオゾンを発生する装置である。ＮＯｘ除去のためのオゾン発生装置の場合、オゾン発生装置は、自動車のエンジンの運転の開始に合わせて、動作が開始する。

〈第１実施形態〉
図１に示すように、第１実施形態に係るオゾン発生装置１ａは、オゾン発生に使用するガスが供給されて埃等を除去するエアフィルタ１１と、エアフィルタ１１を通過したガスに圧力を加えるコンプレッサ１２と、コンプレッサ１２で圧力が加えられたガスを除湿する除湿部１３ａと、除湿部１３ａで除湿されたガスを利用してオゾンを発生させる反応器１４と、エアフィルタ１１、コンプレッサ１２、除湿部（除湿手段）１３ａ及び反応器１４とが内部に配置される筺体１５とを備えている。オゾン発生装置１ａはその他、除湿部１３ａから排出される水分を排出する排水手段や、内部を冷却する冷却手段、各手段を動作させる為の電力を供給する電源、電源と各手段を接続するケーブル等を備えているが、それらについては図１では図示を省略している。

このオゾン発生装置１ａには、ラインＬａ１を介して空気等のオゾンの発生に利用されるガスが供給される。このオゾン発生装置１ａに供給されるガスには、埃等が含まれているため、エアフィルタ１１を通過させる。エアフィルタ１１で埃や塵等が除去されたガスは、ラインＬａ２を介してコンプレッサ１２に供給されて、圧力が加えられた後にラインＬａ３を介して除湿部１３ａに供給される。

除湿部（除湿手段）１３ａには、ラインＬａ３を介して供給される湿気（水分）を含むガスを除湿し、湿気が除かれたガスをラインＬａ４を介して排出する中空糸膜ユニット１３１と、ラインＬａ３に設置されるバルブＢａ１及びラインＬａ４に設置されるバルブＢａ２の開閉を制御する制御手段１３２とを備えている。

この中空糸膜ユニット１３１は、一般的な中空糸膜を備えるものである。この中空糸膜ユニット１３１では、例えば、図２に示すように、中空糸膜ユニット１３１内に備えられる膜（中空糸膜）１３１ａの間をラインＬａ３から供給されるガスを通過させる。膜１３１ａは、図２に示すように、湿気が通過できるように構成されており、湿気は膜１３１ａ外に排出され、湿気が除かれたガスのみが通過する。したがって、中空糸膜ユニット１３１からラインＬａ４に排出するガスは、湿気の含まない乾燥したガスである。ここで、膜１３１ａの間を通過するガスは、コンプレッサ１２で加えられた圧力によって膜１３１ａの間を通過することができる。

中空糸膜ユニット１３１の膜１３１ａの表面に水分が多く存在するときには、除湿効率が低下する。したがって、中空糸膜ユニット１３１では、湿気を排気するラインＬを備え、膜１３１ａの表面に出た溜まった水分を除去するために常に乾燥したガスを供給して中空糸膜ユニット１３１内の湿気をラインＬを介して外部にパージする必要がある。このラインＬには、バルブＢａ４を備えている。また、中空糸膜ユニット１３１内に水分が溜まることを防止するため、制御手段１３２は、除湿部１３ａが停止中、すなわちオゾン発生装置１ａが停止中にはバルブＢａ１、バルブＢａ２及びＢａ４を閉状態にする。なお、除湿部１３ａが動作中、すなわちオゾン発生装置１ａが動作中にはガスが除湿部１３ａを通過し、反応器１４に供給される必要があるため、制御手段１３２は、バルブＢａ１及びバルブＢａ２を開状態にする。また、中空糸膜ユニット１３１から湿気を排出するため、バルブＢａ４も開状態にする。

なお、ここでは、除湿部１３ａが備える除湿手段の一例として中空糸膜ユニット１３１を用いて説明したが、中空糸膜ユニット１３１に代えて、連続的に除湿が可能な他の除湿手段を利用してもよい。例えば、エアコンを利用した除湿手段を利用することが考えられるが、軽量、小型、かつ消費エネルギーが少ないものを利用することが望ましい。

反応器１４は、ラインＬａ４を介して除湿部１３ａで除湿されたガスが供給されると、オゾンを発生させて、オゾンを含むガスをラインＬ５ａを介して排出する。図１に示すように、反応器１４と接続されるラインＬａ５にもバルブＢａ３が設置されている。除湿部１３ａの制御手段１３２は、オゾン発生装置１ａが動作中にはガスが通過するようにバルブＢａ３を開状態に制御するが、オゾン発生装置１ａが停止した際には湿気が反応器１４やラインＬａ４，Ｌａ５に混入しないようにバルブＢａ３を閉状態にする。

筺体１５の形状や材質は限定しないが、埃、塵、湿気等が内部に入らないように密閉されていることが好ましい。

上述したように、第１実施形態に係るオゾン発生装置１ａでは、動作中には各ラインＬａ３，Ｌａ４，Ｌａ５に設置されるバルブＢａ１，Ｂａ２，Ｂａ３を開状態にしてガスを通過させるとともに、ラインＬに設置されるバルブＢａ４を開状態にして湿気を排出するが、停止中には各バルブＢａ１，Ｂａ２，Ｂａ３，Ｂａ４を閉状態にして湿気が内部に混入しないようにする。したがって、オゾン発生装置１ａの停止中における除湿部１３ａや反応器１４、これらを接続するラインＬａ３，Ｌａ４，Ｌａ５への湿気の進入を防止することができるため、動作開始後、速やかにオゾンの発生を開始することができる。

〈第２実施形態〉
図３に示すように、第２実施形態に係るオゾン発生装置１ｂは、図１を用いて上述した第１実施形態に係るオゾン発生装置１ａと比較して、除湿部１３ａに代えて除湿部１３ｂを備えている点で異なる。

除湿部（除湿手段）１３ｂは、中空糸膜ユニット（第１除湿手段）１３１と制御手段１３２に加え、中空糸膜ユニット１３１とは別の除湿手段であるシリカゲルユニット（第２除湿手段）１３３と、シリカゲルユニット１３３を加温するヒータ１３４を備えている。

中空糸膜ユニット１３１は、連続して除湿が可能であるが、起動後、直ちに除湿能力を発揮することが困難であり、除湿可能となるまでに時間を要する。これに対し、シリカゲルユニット１３３は、除湿材であるシリカゲルを内部に備えており、このシリカゲルによって湿気を含むガスから湿気を吸収して乾燥したガスを送り出すことができる。

中空糸膜ユニット１３１が連続して除湿処理が可能であるのに対し、シリカゲルユニット１３３は、除湿処理の後、シリカゲルの再生処理をしなければ除湿処理ができなくなる。すなわち、シリカゲルは所定量の湿気を吸収すると、それを超える湿気（水分）を吸収することができなくなるため、ヒータ１３４で加温してシリカゲルを再生する必要がある。

したがって、オゾン発生装置１ｂの除湿部１３ａは、中空糸膜ユニット１３１による除湿能力が発揮されるまでの間には、シリカゲルユニット１３３で除湿されたガスを反応器１４に送出する。一方、中空糸膜ユニット１３１による除湿が可能となると、シリカゲルユニット１３３で除湿されたガスの反応器１４への送出を終了して中空糸膜ユニット１３１によって除湿されたガスを反応器１４へ送出する。

なお、ヒータ１３４は、シリカゲルユニット１３３を加温することができればよく、シリカゲルユニット１３３用のヒータ１３４として独立して設置される以外に、オゾン発生装置１ｂ内で発熱機能を有する手段を応用してもよい。

具体的には、オゾン発生装置１ｂでは、起動後の所定期間、制御手段１３２によって、バルブＢｂ１，Ｂｂ２，Ｂｂ４，Ｂｂ５，Ｂｂ７を開に制御し、バルブＢｂ３，Ｂｂ６は閉に制御する。これにより、図４（ａ）に示すように、コンプレッサ１２から供給されるガスは、中空糸膜ユニット１３１及びシリカゲルユニット１３３に供給されるとともに、中空糸膜ユニット１３１内の湿気は、ラインＬを介して排出される。オゾン発生装置１ｂの起動開始から所定期間は中空糸膜ユニット１３１で除湿されたガスはオゾン発生装置１ｂの外に排気され、シリカゲルユニット１３３で除湿されたガスが反応器１４へ送出される。なお、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、ガスが流れている部分を太線矢印で示す。

起動後の所定期間とは、例えば、中空糸膜ユニット１３１の除湿能力が発揮されるようになるまでの期間や、シリカゲルユニット１３３の除湿能力が低下するまでの期間である。この所定期間は予め定めておいてもよい。または、オゾン発生装置１ｂの使用場所によって除湿部１３に供給されるガスに含まれる湿度も異なるため、除湿部１３内に湿度センサ等を備え、センサで測定される湿度に応じて決定してもよい。

オゾン発生装置１ｂの起動開始から所定期間経過後、制御手段１３２は、バルブＢｂ３を開に制御し、バルブＢｂ２，Ｂｂ４，Ｂｂ５を閉に制御する。このとき、バルブＢｂ１，Ｂｂ７は開の状態であり、バルブＢｂ６も閉の状態が継続されている。これにより、図４（ｂ）に示すように、コンプレッサ１２から供給されるガスは中空糸膜ユニット１３１にのみ供給され、中空糸膜ユニット１３１で除湿されたガスが反応器１４へ送出される。また、中空糸膜ユニット１３１内の湿気もラインＬを介して中空糸膜ユニット１３１から排出される。

また、オゾン発生装置１ｂが停止されると、停止から所定期間後の間、制御手段１３２は、バルブＢｂ２，Ｂｂ６を開に制御し、バルブＢｂ３を閉に制御する。このときバルブＢｂ１，Ｂｂ７は開の状態であり、バルブＢｂ４，５も閉の状態が継続されている。これにより、図４（ｃ）に示すように、コンプレッサ１２から供給されるガスは中空糸膜ユニット１３１とシリカゲルユニット１３３へ供給される。また、全ての動作が終了すると、制御手段１３２は、バルブＢｂ１，Ｂｂ２，Ｂｂ６，Ｂｂ７も閉に制御して封止し、中空糸膜ユニット１３１及びシリカゲルユニット１３３への不要な湿気の進入を防止する。

中空糸膜ユニット１３１で除湿されたガスは、中空糸膜ユニット１３１へ循環されて、膜１３１ａの表面に溜まった水分を除去してラインＬを介して湿気を外部にパージするために利用される。また、シリカゲルユニット１３３へは、必要量のガスが供給され、ヒータ１３４によってシリカゲルユニット１３３を加温し、シリカゲルを再生する。その後、中空糸膜ユニット１３１内の湿気が排気され、シリカゲルユニット１３３内のシリカゲルが再生されると、制御手段１３２は、バルブＢｂ１，Ｂｂ２，Ｂｂ６，Ｂｂ７を閉に制御し、中空糸膜ユニット１３１やシリカゲルユニット１３３内に不要な湿気が進入するのを防止し、次のオゾン発生装置１ｂの起動まで待機する。ここで、中空糸膜ユニット１３１のパージのタイミングは、中空糸膜ユニット１３１の除湿能力が発揮できるようになった後や、シリカゲルユニット１３３の除湿能力が低下した後など、所定のタイミングである。また、シリカゲルユニット１３３の加温のタイミングは、中空糸膜ユニット１３１が除湿能力を発揮した後など、所定のタイミングである。中空糸膜ユニット１３１のパージ及びシリカゲルユニット１３３の加温は、予め定められる所定期間の経過後に終了させてもよい。または、除湿部１３内に湿度センサ等を備え、センサで測定される湿度に応じて決定してもよい。さらに、中空糸膜ユニット１３１のパージの終了とシリカゲルユニット１３３の加温の終了はそれぞれ独立させることができる。

なお、図４では、中空糸膜ユニット１３１のパージはオゾン発生装置１ｂの動作の停止後に行なっているが、中空糸膜ユニット１３１のパージ処理は、オゾン発生装置１ｂの起動後、中空糸膜ユニット１３１の除湿能力が発揮されるようになった後に行なってもよい。

また、図４では、オゾン発生装置１ｂの動作の停止後にシリカゲルユニット１３３をヒータ１３４で加温して再生しているが、シリカゲルユニット１３３の再生処理は、起動から所定期間が経過して中空糸膜ユニット１３１で除湿されたガスが反応器１４へ供給されるようになったタイミングで行っても良い。

なお、シリカゲルユニット１３３は、シリカゲル等を利用した除湿手段に加え、除湿したガスを所定量貯留するエアタンク等を備えていてもよい。また、上述の例では、中空糸膜ユニット１３１とシリカゲルユニット１３３を用いた例で説明したが、中空糸膜ユニット１３１は連続して除湿可能な構成であればよく、シリカゲルユニット１３３は起動後直ちに除湿可能な構成であればよい。例えば、中空糸膜ユニット１３１に代えて、エアコンを利用した除湿手段を利用することが考えられる。また、シリカゲルユニット１３３に代えて、炭化カルシウムを利用した除湿手段を利用することが考えられる。

上述したように、第２実施形態に係るオゾン発生装置１ｂでは、中空糸膜ユニット１３１による除湿能力が発揮されるまでの間はシリカゲルユニット１３３を利用して除湿されたガスが反応器１４へ供給される。したがって、オゾン発生装置１ｂの開始後、速やかにオゾンの発生を開始することができる。また、オゾン発生装置１ｂの停止中にはバルブＢｂ１，Ｂｂ２，Ｂｂ３，Ｂｂ４，Ｂｂ５，Ｂｂ６，Ｂｂ７を閉状態にして湿気の進入を防止することで、動作開始後、速やかにオゾンの発生を開始することができる。

〈第３実施形態〉
図５に示すように、第３実施形態に係るオゾン発生装置１ｃは、図１を用いて上述した第１実施形態に係るオゾン発生装置１ａと比較して、除湿部１３ａに代えて複数の除湿部（除湿手段、第１除湿部、第２除湿部）１６，１８とエアタンク１７とを備えている点で異なる。

第１除湿部１６及び第２除湿部１８は、例えば中空糸膜ユニット等の供給されるガスを除湿する装置である。また、エアタンク１７は、供給されるガスを一定量貯留することができる装置であり、新たなガスが供給されることで、内部から貯留されるガスが排出される。

このオゾン発生装置１ｃは、第１除湿部１６で除湿されたガスが一旦エアタンク１７で貯留された後、第２除湿部１８で再度除湿される。すなわち、第２除湿部１８に供給されるガスは、第１除湿部１６で除湿されたガスであるため、通常は、湿気が含まれていないか、含まれているとしても反応器１４等に影響しない程度の微量の湿気しか含まれていない。また、第２除湿部１８で除湿されるガスの一部は反応器１４に供給されずに、エアタンク１７に循環される。

一方で、オゾン発生装置１ｃの起動直後は、第１除湿部１６の除湿能力は十分に発揮されない。この起動直後に第２除湿部１８に供給されるのは、エアタンク１７で貯留される過去に第１除湿部１６で除湿されたガスである。したがって、起動直後に第２除湿部１８の除湿能力が十分に発揮されないとしても、供給されるガスに湿気は含まれていないため、反応器１４に供給しても問題は生じない。

上述したように、第３実施形態に係るオゾン発生装置１ｃでは、一度第１除湿部１６で除湿したガスをエアタンク１７に貯留し、再び第２除湿部１８で除湿している。したがって、除湿部１６，１８の除湿能力が発揮されるまでは過去に除湿されたガスでオゾンを発生させることができる。

以上、各実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。

１ａ，１ｂ，１ｃ…オゾン発生装置
１１…エアフィルタ
１２…コンプレッサ
１３ａ，１３ｂ…除湿部（除湿手段）
１３１…中空糸膜ユニット（第１除湿手段）
１３１ａ…膜
１３２…制御手段
１３３…シリカゲルユニット（第２除湿手段）
１３４…ヒータ
１４…反応器
１５…筺体
１６…第１除湿部
１７…エアタンク
１８…第２除湿部

Claims

中空糸膜ユニットで構成され、コンプレッサを介して供給されるガスを連続的に除湿可能な第１除湿手段と、
シリカゲル含む除湿剤で構成され、前記コンプレッサを介して供給される所定量のガスを除湿する第２除湿手段と、
前記第１除湿手段または第２除湿手段で除湿されたガスが供給され、オゾンを発生させる反応器と、
オゾン発生装置の起動から所定期間では、前記第１除湿手段から排出される乾燥ガスを前記反応器に供給せずに前記第２除湿手段から排出される乾燥ガスを前記反応器に供給し、起動から所定期間経過後には、前記第１除湿手段から排出される乾燥ガスを前記反応器に供給させるとともに前記コンプレッサから前記第２除湿手段へのガスの供給を停止させるように制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするオゾン発生装置。
除湿能力が低下した前記第２除湿手段を加温して再生する加温手段を設けた
ことを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。