JP4284260B2

JP4284260B2 - オゾン発生装置

Info

Publication number: JP4284260B2
Application number: JP2004283512A
Authority: JP
Inventors: 林伸次小; 晶紀波多野
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2004-09-29
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP2006096600A

Description

本発明は、少なくとも酸素を含有するガスに紫外線を照射してオゾンを発生させるオゾン発生装置に関する。

上下水道水の殺菌、消毒、脱色、工業用水の脱臭、脱色、パルプの漂白、あるいは医療機器の殺菌等を行うために、非常に酸化力の大きい物質であるオゾンが用いられる。このようなオゾンを発生させるオゾン発生装置としては、例えば電極間に高電圧を印加して気体中に放電させる無声放電方式によるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１２６００３号公報

しかしながら、無声放電によりオゾンを発生させるオゾン発生装置においては、気体中に含まれる窒素と酸素により有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）が副生成物として生成されてしまう。この窒素酸化物は空気中の水分と反応し硝酸に変化するため、オゾン発生装置により発生したオゾンを利用する設備の内部の樹脂や金属を腐食させるという問題がある。

本発明は、このような点を考慮してなされたものであって、酸素を含有するガスに紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させることにより、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害な副生成物を含まないオゾンを発生させることができるオゾン発生装置を提供することを目的とする。
また、オゾンの生成においてオゾン分解速度を小さくすることができ、酸素を含有するガスから所望の量のオゾンを発生させることができるオゾン発生装置を提供することを目的とする。
また、十分な量の紫外線を発生させることができるオゾン発生装置を提供することを目的とする。

本発明は、酸素を含有するガスを供給するガス供給器と紫外線を発生させる紫外線光源とを備え、ガス供給器から送られたガスに紫外線光源からの紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させるオゾン生成部を有するオゾン発生器を備えたことを特徴とするオゾン発生装置である。
このようなオゾン発生装置によれば、オゾン発生器において、酸素を含有するガスに紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させているので、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害な副生成物を含まないオゾンを発生させることができる。

本発明のオゾン発生装置においては、オゾン発生器の紫外線光源が紫外線ランプであることが好ましい。
このようなオゾン発生装置においては、紫外線ランプは少なくともオゾンを生成する波長を有する紫外線と、オゾンを分解する波長を有する紫外線とを発生させるものであり、オゾンを生成する波長を有する紫外線によってオゾンが生成されるオゾン生成速度が、オゾンを分解する波長を有する紫外線によってオゾンが分解されるオゾン分解速度よりも大きくなるよう、紫外線ランプ内のガス混合比、圧力、放電入力のうち少なくともいずれか一つが調整されることが好ましい。
また、紫外線ランプは少なくともオゾンを生成する波長を有する紫外線と、オゾンを分解する波長を有する紫外線とを発生させるものであり、オゾンを分解する波長を有する紫外線がガス供給器から送られたガスに照射されることを抑止するフィルターが、オゾン発生器の紫外線光源の出口側に設けられていることが好ましい。
このようなオゾン発生装置によれば、オゾン生成部において、酸素を含有するガスに対して主にオゾンを生成する波長を有する紫外線が照射され、オゾンを分解する波長を有する紫外線がこのガスに照射されることを抑制することができるので、オゾンの生成においてオゾン分解速度を小さくすることができ、酸素を含有するガスから所望の量のオゾンを発生させることができる。
このようなオゾン発生装置においては、紫外線ランプは水銀ランプまたはエキシマランプであることが好ましい。

本発明のオゾン発生装置においては、オゾン発生器の紫外線光源は、電子線励起光源またはＬＥＤ光源であることが好ましい。

本発明のオゾン発生装置においては、ガス供給器が４００℃以上のガスを供給する場合もしくはオゾン発生器の下流側でガス温度が４００℃以上になるべき場合において、ガス供給器とオゾン発生器との間に、ガス供給器から送られるガスを４００℃以下に冷却するガス冷却器を設けたことが好ましい。
あるいは、ガス供給器は、４００℃以下のガスを供給するものであることが好ましい。
このようなオゾン発生装置によれば、オゾン生成部において、酸素を含有するガスの温度が４００℃以下となっているので、このガスから生成されたオゾンが熱分解を行うオゾン分解速度を小さくすることができ、酸素を含有するガスから所望の量のオゾンを発生させることができる。
また、このようなオゾン発生装置においては、４００℃以下に冷却されたガスが紫外線光源に送られて熱交換が行われることにより、オゾン発生器の紫外線光源が冷却されることが好ましい。
あるいは、オゾン発生器の紫外線光源に、冷却媒体を送り熱交換を行うことにより紫外線光源を冷却する紫外線光源冷却器が設けられていることが好ましい。
このようなオゾン発生装置によれば、オゾン発生器の紫外線光源が冷却されているので、この紫外線光源がオゾン生成部内を冷却することができ、また、紫外線光源は十分な量の紫外線を発生させることができる。

本発明のオゾン発生装置においては、オゾン発生器の紫外線光源は水銀ランプであり、この水銀ランプの表面温度が１０〜５０℃の範囲内となるよう冷却する冷却手段が更に設けられていることが好ましい。
あるいは、本発明のオゾン発生装置においては、オゾン発生器の紫外線光源はエキシマランプであり、このエキシマランプの表面温度が１００℃以下となるよう冷却する冷却手段が更に設けられていることが好ましい。
このようなオゾン発生装置によれば、紫外線光源は十分な量の紫外線を発生させることができる。

本発明のオゾン発生装置によれば、オゾン発生器において、酸素を含有するガスに紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させているので、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害な副生成物を含まないオゾンを発生させることができる。
また、本発明の他のオゾン発生装置によれば、オゾン生成部において、酸素を含有するガスに対して主にオゾンを生成する波長を有する紫外線が照射され、オゾンを分解する波長を有する紫外線がこのガスに照射されることを抑制することができ、あるいはまた、酸素を含有するガスを冷却してオゾンの熱分解を抑制することができるので、オゾンの生成においてオゾン分解速度を小さくすることができ、このため酸素を含有するガスから所望の量のオゾンを発生させることができる。
さらに、本発明の他のオゾン発生装置によれば、紫外線光源を冷却してその表面温度を所望の温度とすることができ、このため十分な量の紫外線を発生させることができる。

本発明の実施の形態によるオゾン発生装置について図１乃至図４を用いて説明する。
ここで図１は、本実施の形態によるオゾン発生装置の構成図であり、図２は、オゾン発生装置における、酸素を含有するガスの温度（℃）とオゾン分解速度（ｃｍ^３／ｓｅｃ）との一般的な関係を示すグラフであり、図３は、オゾン発生装置の紫外線光源が水銀ランプである場合における、紫外線光源の表面温度（℃）と紫外線相対出力量（％）との一般的な関係を示すグラフであり、図４は、オゾン発生装置の紫外線光源がエキシマランプである場合における、紫外線光源の表面温度（℃）と紫外線相対出力量（％）との一般的な関係を示すグラフである。

オゾン発生装置は、図１に示すように、少なくとも酸素を含有するガスを４００℃以上の温度で供給するガス供給器１１と、ガス供給器１１から送られるガスの除湿を行う除湿器１２と、除湿器１２から送られる４００℃以上のガスを冷却するガス冷却器１３と、ガス冷却器１３から送られるガスに紫外線を照射してオゾンを発生させるオゾン発生器１４とを備えている。

除湿器１２は、前述のようにガス供給器１１から送られるガスの除湿を行うものであり、ガス中の水蒸気を予め取り除いておくことにより、ガス冷却器１３内またはオゾン発生器１４内でガス中の水蒸気が結露することを抑止するようになっている。

ガス冷却器１３は、除湿器１２から送られる４００℃以上のガスを熱交換により４００℃以下に冷却するものである。なお、除湿器１２から送られるガスを４００℃以下に冷却するガス冷却器１３を設けることなく、ガス供給器１１により予め４００℃以下に設定されたガスを供給してもよい。

オゾン発生器１４は、紫外線を発生させる紫外線ランプ１５ａからなる紫外線光源１５と、紫外線光源１５に隣接して設けられ、ガス冷却器１３から送られるガスに紫外線光源１５からの紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させるオゾン生成部１６とを有している。

紫外線光源１５の紫外線ランプ１５ａは、例えば少なくともオゾンを生成する波長を有する紫外線と、オゾンを分解する波長を有する紫外線とを発生させるものである。
このような紫外線光源１５の紫外線ランプ１５ａとしては、例えば水銀ランプまたはエキシマランプが用いられる。
紫外線ランプ１５ａが水銀ランプである場合には、この紫外線ランプ１５ａは波長が約１８５ｎｍ付近でありオゾンを生成する紫外線と、波長が約２５４ｎｍ付近でありオゾンを分解する紫外線とを発生させるようになっている。
また、紫外線ランプ１５ａがエキシマランプである場合には、例えばキセノン、クリプトン、アルゴンを励起媒質とした場合に、それぞれ波長が１７２ｎｍ、１４６ｎｍ、１２６ｎｍの紫外線を発生させるようになっている。

紫外線光源１５の紫外線ランプ１５ａにおいては、オゾンを生成する波長を有する紫外線によってオゾンが生成されるオゾン生成速度が、オゾンを分解する波長を有する紫外線によってオゾンが分解されるオゾン分解速度よりも大きくなるよう、この紫外線ランプ１５ａ内のガス混合比、圧力、放電出力のうち少なくともいずれか一つが調整されるようになっている。
また、図１に示すように、オゾン発生器１４のうち紫外線光源１５の出口側に、オゾンを分解する波長を有する紫外線がオゾン生成部１６内のガスに照射されることを抑止するフィルター１７が設けられている。

オゾン発生器１４の紫外線光源１５としては、上述の紫外線ランプ１５ａ以外にも、例えばガス媒体、液体もしくは固体に電子線を照射して紫外線を発生させる電子線励起光源、あるいは波長が４００ｎｍ以下の紫外線を発生させるＬＥＤ光源を用いることができる。

また、オゾン発生器１４の紫外線光源１５には、この紫外線光源１５に冷却媒体を送り熱交換を行うことにより紫外線光源１５を例えば４００℃以下に冷却する紫外線光源冷却器１８が接続されている。冷却媒体としては、例えば冷却水、フロリナート等の液体または紫外線の吸収が少ない窒素、アルゴン等の気体が用いられる。
この紫外線光源冷却器１８を、紫外線光源１５以外にも、例えばオゾン生成部１６に接続し、このオゾン生成部１６に冷却媒体を送って熱交換によりオゾン生成部１６内を冷却してもよい。また、紫外線光源冷却器１８を、ガス供給器１１とオゾン発生器１４との間を接続する配管１９の外周に接続し、この配管１９の外周に冷却媒体を送って熱交換により配管１９内を冷却してもよい。
あるいは、紫外線光源１５を冷却する紫外線光源冷却器１８を設ける代わりに、前述のようにガス冷却器１３により４００℃以下に冷却されたガスを紫外線光源１５に送って、紫外線光源１５をこの冷却されたガスにより例えば４００℃以下に冷却してもよい。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。

図１に示すように、まず、ガス供給器１１から酸素を含有するガスが供給され、この供給されたガスは除湿器１２に送られる。除湿器１２においてこのガス中の水蒸気が除去され、ガス冷却器１３にこの除湿されたガスが送られる。ガス冷却器１３において、除湿器１２から送られたガスが熱交換により４００℃以下に冷却される。
なお、前述のように、ガス冷却器１３において酸素を含有する４００℃以上のガスを４００℃以下に冷却する代わりに、ガス供給器１１から予め４００℃以下に冷却されたガスを供給してもよい。

次に、ガス冷却器１３から送られたガスはオゾン発生器１４のオゾン生成部１６に送られて、このオゾン生成部１６を冷却する。一方、オゾン発生器１４の紫外線光源１５には、紫外線光源冷却器１８から冷却媒体が送られ、この冷却媒体により紫外線光源１５を例えば４００℃以下に冷却することができる。
ところで、ガス冷却器１３により４００℃以下に冷却したガスをオゾン生成部１６に送るだけでなく紫外線光源１５に送ることにより、この紫外線光源１５を例えば４００℃以下に冷却することもできる。

また、紫外線光源冷却器１８から紫外線光源１５に冷却媒体を送ることにより紫外線光源１５を冷却する場合、この冷却された紫外線光源１５によってオゾン生成部１６を冷却することもできる。

また、紫外線光源１５の紫外線ランプ１５ａから紫外線が発生し、この紫外線がオゾン生成部１６内のガスに照射されることによって、ガス中の酸素が紫外線を吸収してオゾンが発生する。
より具体的に説明すると、紫外線ランプ１５ａは少なくともオゾンを生成する波長を有する紫外線と、オゾンを分解する波長を有する紫外線とを発生させる。
ここで、オゾンを生成する波長を有する紫外線によってオゾンが生成されるオゾン生成速度が、オゾンを分解する波長を有する紫外線によってオゾンが分解されるオゾン分解速度よりも大きくなるよう、紫外線ランプ１５ａ内のガス混合比、圧力、放電入力のうち少なくともいずれか一つが調整されている。このため、オゾンを分解する波長を有する紫外線がオゾン生成部１６内のガスに照射されることを抑制することができ、オゾンの生成においてオゾン分解速度を小さくすることができる。
また、オゾンを分解する波長を有する紫外線をガスに照射することを抑止するためのフィルター１７が、オゾン発生器１４の紫外線光源１５の出口側に設けられているので、同様に、オゾンを分解する波長を有する紫外線がオゾン生成部１６内のガスに照射されることを抑制することができ、オゾンの生成においてオゾン分解速度を小さくすることができる。以上のことから、オゾン生成部１６において酸素を含有するガスから所望の量のオゾンを発生させることができる。

図２は、オゾン発生装置における酸素を含有するガスの温度（℃）とオゾン分解速度（ｃｍ^３／ｓｅｃ）との一般的な関係を示すグラフである。図２に示すように、オゾン発生装置におけるガスの温度が４００℃を超えている場合には、生成されたオゾンが熱分解を行うのでオゾン分解速度が大きくなる。このためオゾン発生装置において生成されるオゾンの量が減少してしまう。
本発明によれば、オゾン生成部１６内には、ガス冷却器１３によって４００℃以下に冷却されたガスが供給され、あるいは予めガス供給器１１から４００℃以下のガスが供給されるので、図２のグラフに示すように生成されたオゾンが熱分解を行うことを抑止することができる。

図３は、オゾン発生装置の紫外線光源が水銀ランプである場合における、紫外線光源の表面温度（℃）と紫外線相対出力量（％）との一般的な関係を示すグラフである。本発明において、例えばオゾン発生器１４の紫外線光源１５に紫外線光源冷却器１８から冷却媒体を送ることにより紫外線光源１５を冷却するか、またはガス冷却器１３により十分に冷却されたガスを紫外線光源１５に送って紫外線光源１５を冷却するか、あるいは他の冷却手段により紫外線光源１５を冷却して、この紫外線光源１５を表面温度が１０〜５０℃の範囲内となるよう冷却している場合には、図３のグラフから、紫外線光源１５は十分な量の紫外線を発生させることができることがわかる。このため本発明において、紫外線光源１５の表面温度が２５〜４５℃の範囲内となるよう紫外線光源１５を冷却することがより好ましく、３０〜４０℃の範囲内となるよう紫外線光源を冷却することが更に好ましい。

図４は、オゾン発生装置の紫外線光源がエキシマランプである場合における、紫外線光源の表面温度（℃）と紫外線相対出力量（％）との一般的な関係を示すグラフである。本発明において、例えばオゾン発生器１４の紫外線光源１５に紫外線光源冷却器１８から冷却媒体を送ることにより紫外線光源１５を冷却するか、またはガス冷却器１３により十分に冷却されたガスを紫外線光源１５に送って紫外線光源１５を冷却するか、あるいは他の冷却手段により紫外線光源１５を冷却して、この紫外線光源１５を表面温度が１００℃以下となるよう冷却している場合には、図４のグラフから、紫外線光源１５は十分な量の紫外線を発生させることができることがわかる。このため本発明において、紫外線光源１５の表面温度が９０℃以下となるよう紫外線光源１５を冷却することがより好ましく、８０℃以下となるよう紫外線光源を冷却することが更に好ましい。

本実施の形態のオゾン発生装置によれば、オゾン発生器１４において、酸素を含有するガスに紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させているので、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害な副生成物を含まないオゾンを発生させることができる。

また、本実施の形態のオゾン発生装置によれば、オゾン生成部１６において、酸素を含有するガスに対して主にオゾンを生成する波長を有する紫外線が照射され、オゾンを分解する波長を有する紫外線がこのガスに照射されることを抑制することができ、あるいはまた、酸素を含有するガスを冷却してオゾンの熱分解を抑制することができるので、オゾンの生成においてオゾン分解速度を小さくすることができ、このため酸素を含有するガスから所望の量のオゾンを発生させることができる。

さらに、本実施の形態のオゾン発生装置によれば、紫外線光源１５を冷却してその表面温度を所望の温度とすることができ、このため十分な量の紫外線を発生させることができる。

本実施の形態によるオゾン発生装置の構成図である。オゾン発生装置における酸素を含有するガスの温度（℃）とオゾン分解速度（ｃｍ^３／ｓｅｃ）との一般的な関係を示すグラフである。オゾン発生装置の紫外線光源が水銀ランプである場合における、紫外線光源の表面温度（℃）と紫外線相対出力量（％）との一般的な関係を示すグラフである。オゾン発生装置の紫外線光源がエキシマランプである場合における、紫外線光源の表面温度（℃）と紫外線相対出力量（％）との一般的な関係を示すグラフである。

符号の説明

１１ガス供給器
１２除湿器
１３ガス冷却器
１４オゾン発生器
１５紫外線光源
１５ａ紫外線ランプ
１６オゾン生成部
１７フィルター
１８紫外線光源冷却器

Claims

酸素を含有するガスを供給するガス供給器と紫外線を発生させる紫外線光源とを備え、ガス供給器から送られたガスに紫外線光源からの紫外線を照射して、このガス中の酸素に紫外線を吸収させることによってオゾンを発生させるオゾン生成部を有するオゾン発生器を備え、ガス供給器とオゾン発生器との間に、ガス供給器から送られる４００℃以上のガスを４００℃以下に冷却するガス冷却器を設けたことを特徴とするオゾン発生装置。
４００℃以下に冷却された前記ガスが紫外線光源に送られて熱交換が行われることにより、オゾン発生器の紫外線光源が冷却されることを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
オゾン発生器の紫外線光源に、冷却媒体を送り熱交換を行うことにより紫外線光源を冷却する紫外線光源冷却器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。
オゾン発生器の紫外線光源は水銀ランプであり、この水銀ランプの表面温度が１０〜５０℃の範囲内となるよう冷却する冷却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。
オゾン発生器の紫外線光源はエキシマランプであり、このエキシマランプの表面温度が１００℃以下となるよう冷却する冷却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。