(57)【要約】【課題】加熱分解方式のオゾン分解装置において、熱エネルギーの高い効率化を実現できるオゾン分解装置を提供することにある。【解決手段】加熱処理によりオゾンガスを分解するオゾン分解処理装置において、ヒータ２による加熱処理後の第２のオゾンガス１２０を通過させる通路を設けて、加熱処理前の第１のオゾンガス１００の滞留時間を長くする構造を有する熱交換器１を備えたオゾン分解処理装置に関する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱処理によりオゾンを分解するオゾン分解装置において、
前記加熱処理を行なうためのヒータと、
前記ヒータに接続し、前記ヒータに加熱処理前の第１のオゾンガスを送出するための第１の送出手段及び前記ヒータにより加熱処理された後の第２のオゾンガスを外部に送出するための第２の送出手段を有し、前記第１のオゾンガスと前記第２のオゾンガス間の熱交換機能を有し、前記第１の送出手段により送出される前記第１のオゾンガスの滞留時間が前記第２の送出手段により送出される前記第２のオゾンガスの滞留時間よりも長い時間になるような構造を備えた熱交換器と
を具備したことを特徴とするオゾン分解装置。
【請求項２】
前記熱交換器は、前記第１の送出手段には前記第１のオゾンガスの流速を減速させるための遮蔽物が配置されている構造であることを特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項３】
前記ヒータに接続し、当該ヒータから送出された前記第２のオゾンガスを滞留させる滞留容器を有し、
前記第２のオゾンガスは前記滞留容器で滞留した後に前記第２の送出手段に送られる構造であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項４】
少なくとも前記ヒータ及び前記熱交換器を１つの筐体に収納する構造であることを特徴とする請求項１または請求項３のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項５】
前記熱交換器に接続し、前記第１のオゾンガスから水分を除去して前記第１の送出手段に送るミストトラップを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項６】
前記熱交換器において、
前記第１の送出手段は、前記第１のオゾンガスを送出するための配管を含み、当該配管が大気と接する構造であり、
前記第２の送出手段は、前記第２のオゾンガスを送出するための配管を含み、当該配管が大気と接しない構造であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項７】
前記第２の送出手段の出口部に接続し、当該第２の送出手段から送出される第２のオゾンガスを処理するためのオゾン分解触媒手段を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項８】
少なくとも前記ヒータ、前記熱交換器及び前記オゾン分解触媒手段を１つの筐体に収納する構造であることを特徴とする請求項７に記載のオゾン分解装置。
【請求項９】
前記第１のオゾンガスを下方から前記熱交換器の前記第１の送出手段に送り込み、
前記第１の送出手段から送出された前記第１のオゾンガスを下方から前記ヒータに送り込み、
前記ヒータから送出された前記第２のオゾンガスを下方から前記滞留容器に送り込み、
前記第２のオゾンガスを前記滞留容器から前記熱交換器の前記第２の送出手段に送り込むような構造であることを特徴とする請求項３に記載のオゾン分解装置。
【請求項１０】
前記熱交換器において、
前記第２の送出手段のガス入口部は、前記第１の送出手段のガス出口部の近傍に配置されて、
前記第２の送出手段のガス出口部は、前記第１の送出手段のガス入口部の近傍に配置されている構造であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項１１】
前記熱交換器において、
前記第１の送出手段は、前記第２の送出手段に含まれる配管の断面積より大きい断面積を有する配管を含むことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば浄水処理等で用いられるオゾン処理後の余剰オゾンまたは排オゾンを分解処理するためのオゾン分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下水道の殺菌，脱臭，脱色等の浄水処理、工業（産業）排水の脱臭，脱色等の処理、パルプ漂白、及び医療機器の殺菌等で使用されるオゾン処理において、当該処理後の余剰オゾンまたは排オゾンを分解処理するためのオゾン分解装置が周知である。
【０００３】
オゾン分解装置は、余剰オゾンまたは排オゾンを活性炭や触媒等を通過させて化学反応による分解を行なう方式と、加熱分解を行なう方式とに大別される。化学反応による分解方式は、活性炭や触媒には寿命があり、定期的に交換を要する。この際、活性炭や触媒を産業廃棄物として処分しなければならない。
【０００４】
一方、加熱分解方式は、熱分解処理に要する熱エネルギーをできるだけ減少させるための効率化が課題である。従来、加熱分解方式のオゾン分解装置において、熱エネルギーの効率化を図るための改善案が提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。
【特許文献１】特開２００１−１９０９３０号公報
【特許文献２】特開平８−３２３１４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
化学反応による分解方式は活性炭や触媒の交換を要するため、オゾン分解装置の運用上の問題が大きい。また、先行技術文献で提案されている加熱分解方式のオゾン分解装置では、熱エネルギーの効率化が必ずしも十分ではない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、加熱分解方式のオゾン分解装置において、熱エネルギーの高い効率化を実現できるオゾン分解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の観点は、ヒータ及び熱交換器を有するオゾン分解処理装置において、熱交換器にヒータによる加熱処理後のガスを通過させる通路を設けて、加熱処理前のオゾンガスの滞留時間を長くすることにより、ヒータに送り込む前に加熱することにより、ヒータの消費電力の低減と、全体的な分解処理効率の向上を図るオゾン分解処理装置である。
【０００８】
本発明の観点に従ったオゾン分解装置は、加熱処理を行なうためのヒータと、前記ヒータに接続し、前記ヒータに加熱処理前の第１のオゾンガスを送出するための第１の送出手段及び前記ヒータにより加熱処理された後の第２のオゾンガスを外部に送出するための第２の送出手段を有し、当該第１の送出手段により送出される前記第１のオゾンガスの滞留時間が前記第２の送出手段により送出される前記第２のオゾンガスの滞留時間よりも長い時間になるような構造を備えた熱交換器とを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ヒータによる加熱処理前に熱交換を利用した予備的な加熱処理を実現することにより、結果として、ヒータの消費電力を低減し、熱エネルギーの高効率化を図ることが可能なオゾン分解処理装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図である。
【００１２】
即ち、本装置は、図１に示すように、熱交換器１と、熱分解処理用のヒータ２とが直列に接続された構造である。熱交換器１は、分解処理対象の余剰オゾンガスまたは排オゾンガス（以下第１のオゾンガスと表記する）１００を導入するための１次側入口３を有し、当該１次側入口３に接続される第１の配管（第１の送出手段）１０を有する。
【００１３】
第１の配管１０は、ヒータ２の入口に接続された１次側出口４を有し、後述する予備加熱されたオゾンガス１１０をヒータ２に送り込む。
【００１４】
熱交換器１は、第１の配管１０の内部を、ヒータ２で加熱処理された後のオゾンガス（以下第２のオゾンガスと表記する）１２０を通過させるための第２の配管（第２の送出手段）１１を有する。第２のオゾンガス１２０は、加熱分解によりオゾン濃度が低下したオゾンガスである。
【００１５】
ヒータ２は、熱交換器１から送られた第１のオゾンガス（予備加熱されたオゾンガス）１１０を加熱処理し、配管２０を経由して熱交換器１の２次側入口５に送り込む。
【００１６】
熱交換器１の第２の配管は、２次側入口５から送り込まれた第２のオゾンガス１２０を外部に排出するための２次側出口６と接続している。
【００１７】
（第１の実施形態の作用効果）
本実施形態のオゾン分解装置において、分解対象の第１のオゾンガス１００が熱交換器１の１次側入口３から導入されると、第１の配管１０を経由して、熱交換器１の１次側出口４からヒータ２に送出される。ヒータ２で加熱処理がなされた後の第２のオゾンガス１２０は、配管２０及び２次側入口５を経由して、熱交換器１の第２の配管１１に送り込まれる。
【００１８】
第２の配管１１を通過する第２のオゾンガス１２０は、ヒータ２で加熱されているため、第１の配管１０を通過している第１のオゾンガス１００に熱１２１を放出することになる。即ち、第２のオゾンガス１２０は、第１のオゾンガス１００との熱交換で、相対的に低温状態に変化しながら、熱交換器１の２次側出口６から外部に排出される。
【００１９】
換言すれば、第１の配管１０を通過している第１のオゾンガス１００は、加熱されている第２のオゾンガス１２０との熱交換により、ヒータ２に送り込まれる前に予備加熱される。この予備加熱されたオゾンガス１１０が、熱交換器１の１次側出口４からヒータ２に送出される。
【００２０】
ここで、熱交換器１では、第１の配管１０を通過しているオゾン濃度の高い第１のオゾンガス１００の滞留時間Ｔ１が、第２の配管１１を通過し、相対的にオゾン濃度の低い第２のオゾンガス１２０の滞留時間Ｔ２より長くなる構造により、第１のオゾンガス１００に対して熱交換による予備加熱の効率が向上させることができる。換言すれば、熱交換による熱回収効率が向上するため、効率的に予備加熱されたオゾンガス１１０が、ヒータ２に送り込まれる。
【００２１】
このような構造を実現するためには、第１の配管１０の容積を、相対的に第２の配管１１の容積より大きくする。また、図１に示すように、第１の配管１０の内部に、例えばステンレス材などの遮蔽板１０Ａを千鳥状に配置させる。この遮蔽板１０Ａにより、第１のオゾンガス１００の流速が抑制されて、滞留時間Ｔ１が相対的に長くなる。
【００２２】
以上要するに本実施形態のオゾン分解装置であれば、効率的な熱交換により予備加熱されたオゾンガス１１０がヒータ２に送り込まれるため、ヒータ２での加熱分解処理に必要な加熱量を相対的に減少させることが可能となる。従って、ヒータ２の消費電力を節約し、結果としてヒータ２からの放熱量を減少できるため、熱エネルギー効率を向上させることができる。
【００２３】
また、第２のオゾンガス１２０は、熱交換で相対的に低温状態に変化しながら、熱交換器１の２次側出口６から外部に排出されるため、大気中への放熱量を抑制することができる。従って、熱エネルギー放出による環境負荷を抑制し、かつ、効率的な熱エネルギーを利用した有効なオゾン分解処理を実現することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を示す図である。
【００２５】
本実施形態のオゾン分解装置は、ヒータ２の出口側の配管２０に接続し、かつ熱交換器１の２次側入口５と接続された滞留容器７を有する構成である。なお、図１と同一要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００２６】
（第２の実施形態の作用効果）
分解対象の第１のオゾンガス１００が熱交換器１の１次側入口３から導入されると、第１の配管１０を経由して、熱交換器１の１次側出口４からヒータ２に送出される。ヒータ２で加熱処理がなされた後の第２のオゾンガス１２０は、配管２０を経由して、滞留容器７に送り込まれる。
【００２７】
即ち、ヒータ２で加熱された第２のオゾンガス１２０は、滞留容器７において高温のガス状態である時間だけ滞留した後に、配管７０を経由して熱交換器１の２次側入口５から熱交換器１の第２の配管１１に送り込まれる。これから後の作用は、前述の第１の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００２８】
以上要するに本実施形態のオゾン分解装置であれば、ヒータ２で加熱された第２のオゾンガス１２０は、滞留容器７において高温のガス状態で滞留する。従って、滞留容器７において、オゾンガスが熱と反応する時間が稼げるため、結果として、ヒータ２での熱エネルギーを節約し、低熱エネルギーによる高効率でのオゾン分解処理を実現することができる。なお、熱交換器１での作用効果は、前述の第１の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００２９】
（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を示す図である。
【００３０】
本実施形態のオゾン分解装置は、熱交換器１、ヒータ２及び滞留容器７を１つの金属製の筐体（ボックス）８に収納した構成である。なお、図１及び図２と同一要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３１】
（第３の実施形態の作用効果）
本実施形態のオゾン分解装置であれば、熱交換器１、ヒータ２及び滞留容器７を一体的なコンパクトな装置として、移動や取り付けなどの取り扱いが容易となる。また、熱交換器１、ヒータ２及び滞留容器７からの自然放熱による熱損失を減少できるため、熱エネルギー効率の高いオゾン分解処理が可能となる。
【００３２】
なお、熱交換器１及び滞留容器７での作用効果は、前述の第１の実施形態及び第２の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００３３】
（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を示す図である。
【００３４】
本実施形態のオゾン分解装置は、熱交換器１の１次側入口３に接続されたミストトラップ（除湿器）９を有する構成である。なお、図１と同一要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
（第４の実施形態の作用効果）
本実施形態では、分解対象の第１のオゾンガス１００は、ミストトラップ９を経由して、熱交換器１の１次側入口３に導入される。従って、水分を含む第１のオゾンガス１００は、ミストトラップ９において水分が除去（除湿）された後に、熱交換器１に送られる。
【００３６】
従って、熱交換器１及びヒータ２では、第１のオゾンガス１００に含まれる水分を加熱量だけ節約できるため、結果として、熱エネルギーを節約し、低熱エネルギーによる高効率でのオゾン分解処理を実現することができる。なお、熱交換器１での作用効果は、前述の第１の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００３７】
（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に関するオゾン分解装置での熱交換器の構成を示す図である。
【００３８】
本実施形態の熱交換器１は、１次側の第１の配管１０が大気と接触する外側容器として構成されて、２次側の第２の配管１１が当該第１の配管１０の内側に配置される構成である。
【００３９】
なお、ヒータ２及び熱交換器１との接続に関係する構造は、前述の第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。また、滞留容器７またはミストトラップ９を有する構成の場合には、熱交換器１との接続に関係する構造は、前述の第２の実施形態または第４の実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００４０】
（第５の実施形態の作用効果）
本実施形態では、ヒータ２によって加熱された後の第２のオゾンガス１２０は、熱交換器１の内側を通過するため、大気へのガスの放熱を抑制できる。一方、１次側の第１の配管１０が大気と接触しているため、第２の配管１１との温度差が大きくなり、熱交換率が高くなる。
【００４１】
また、１次側の第１の配管１０の断面積を、相対的に２次側の第２の配管１１の断面積よりも大きくすることで、第１の配管１０での第１のオゾンガス１００（１１０）の滞留時間を長くでき、結果として熱交換効率を向上させることができる。
【００４２】
さらに、熱交換器１の２次側の第２のオゾンガス１２０の流れ方向を、同熱交換器１の１次側の第１のオゾンガス１００（１１０）の流れ方向に対して逆向きにすることで、結果として熱交換効率を向上させることができる。
【００４３】
なお、熱交換器１やヒータ２での作用効果は、前述の第１の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００４４】
（第６の実施形態）
図６は、第６の実施形態に関するオゾン分解装置での熱交換器の構成を示す図である。
【００４５】
本実施形態の熱交換器１は、前記の第５の実施形態での１次側の第１の配管１０の内部には、第１のオゾンガスの流速を制限するための例えばステンレス材などの遮蔽板１０Ａが千鳥状に配置された構造である。この遮蔽板１０Ａにより、第１のオゾンガス１００の流速が抑制されて、２次側の第２の配管１１を通過する第２のオゾンガス１２０と比較して、滞留時間が相対的に長くなる。なお、熱交換器１やヒータ２での作用効果は、前述の第１の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００４６】
（第７の実施形態）
図７は、第７の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を示す図である。
【００４７】
本実施形態のオゾン分解装置は、熱交換器１の２次側出口６に接続されたオゾン分解触媒器１２を有する構成である。なお、図１と同一要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００４８】
（第７の実施形態の作用効果）
本実施形態では、分解対象の第１のオゾンガス１００が熱交換器１の１次側入口３から導入されると、第１の配管１０を経由して、熱交換器１の１次側出口４からヒータ２に送出される。ヒータ２で加熱処理がなされた後の第２のオゾンガス１２０は、配管２０を経由して、熱交換器１の２次側入口５から第２の配管１１に送り込まれる。
【００４９】
さらに、第２のオゾンガス１２０は、第１のオゾンガス１００との熱交換をしながら、２次側出口６を経由してオゾン分解触媒器１２に送出される。
【００５０】
以上要するに本実施形態では、加熱分解されて、オゾン濃度が低下した第２のオゾンガス１２０は、最終段においてオゾン分解触媒器１２で、さらに低濃度に分解される。従って、熱エネルギーを増大させることなく、確実にオゾンガスを効果的に分解処理することが可能となる。なお、熱交換器１やヒータ２での作用効果は、前述の第１の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００５１】
（第８の実施形態）
図８は、第８の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を示す図である。
【００５２】
本実施形態のオゾン分解装置は、熱交換器１、ヒータ２及びオゾン分解触媒器１２を１つの金属製の筐体（ボックス）８に収納した構成である。なお、図１及び図７と同一要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５３】
（第８の実施形態の作用効果）
本実施形態のオゾン分解装置であれば、熱交換器１、ヒータ２及びオゾン分解触媒器１２を一体的なコンパクトな装置として、移動や取り付けなどの取り扱いが容易となる。また、熱交換器１、ヒータ２及びオゾン分解触媒器１２からの自然放熱による熱損失を減少できるため、熱エネルギー効率の高いオゾン分解処理が可能となる。
【００５４】
なお、熱交換器１及びオゾン分解触媒器１２での作用効果は、前述の第１の実施形態及び第７の実施形態と同様のため説明を省略する。
【００５５】
（第９の実施形態）
図９は、第９の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を示す図である。
【００５６】
本実施形態のオゾン分解装置は、熱交換器１と、ヒータ２と、滞留容器７を有し、分解対象の第１のオゾンガス１００（１１０）を重力に対して上向きに流すように構成されたものである。なお、図２と同一要素については、同一符号を付して説明を省略する。
【００５７】
（第９の実施形態の作用効果）
分解対象の第１のオゾンガス１００を、熱交換器１の１次側入口３から重力に対して下方向から導入させる。さらに、第１の配管１０を経由して、熱交換器１の１次側出口４から、予備加熱された第１のオゾンガス１１０を、下方向からヒータ２に送出される。そして、ヒータ２で加熱処理がなされた後の第２のオゾンガス１２０を、配管２０を経由して、下方向から滞留容器７に送り込む。
【００５８】
このようなオゾンガスを下から上昇させる構造であれば、比重の重いオゾンガス１００，１１０，１２０の滞留時間を相対的に長くすることができる。このため、熱交換器１やヒータ２での加熱効率を向上させることが可能となり、確実に熱反応させることができる。従って、結果として低濃度にまでオゾンガスを分解することが可能となる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【図２】第２の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【図３】第３の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【図４】第４の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【図５】第５の実施形態に関する熱交換器の構成を説明するための図。
【図６】第６の実施形態に関する熱交換器の構成を説明するための図。
【図７】第７の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【図８】第８の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【図９】第９の実施形態に関するオゾン分解装置の構成を説明するための図。
【符号の説明】
【００６１】
１…熱交換器、２…ヒータ、７…滞留容器、８…筐体（ボックス）、
９…ミストトラップ（除湿器）、１０…第１の配管（第１の送出手段）、
１０Ａ…遮蔽板、１１…第２の配管（第２の送出手段）、１２…オゾン分解触媒器、
１００…第１のオゾンガス（１１０）、１２０…第２のオゾンガス。
【図１】
2006000774.tif 000003
【図２】
2006000774.tif 000004
【図３】
2006000774.tif 000005
【図４】
2006000774.tif 000006
【図５】
2006000774.tif 000007
【図６】
2006000774.tif 000008
【図７】
2006000774.tif 000009
【図８】
2006000774.tif 000010
【図９】
2006000774.tif 000011