(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンハイドレートを水に供給してオゾン水を製造するに際して、水に供給する噴射ノズルの周囲を乾燥圧縮空気でシールドしながら水に供給し、そのオゾンハイドレートを水中で分解させると共に水中にオゾンを溶解させてオゾン水とすることを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造方法。
【請求項２】
オゾンハイドレートを貯蔵するハイドレートタンクと、
前記ハイドレートタンク内のオゾンハイドレートを払い出す払出ポンプと、
オゾンハイドレートを導入すると共に導入された水と混合してオゾン水を製造するためのオゾンハイドレート混合槽と、
前記払出ポンプに接続されオゾンハイドレート混合槽にオゾンハイドレートを噴射する噴射ノズル有し、その噴射ノズルの外周を覆い、前記噴射ノズルの周囲を乾燥空気で覆ってシールドするための空気シールドノズルを有するハイドレートノズルと
を備えたことを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造装置。
【請求項３】
前記オゾンハイドレート混合槽は、溶解水が、下向流で流れる下端が開口した下降槽と下降槽からの水を上向流で流れる上昇槽とに区画され、前記下降槽の上部に逆円錐台状の遮水ロートが設けられ、その遮水ロートの外周に位置した前記下降槽に水供給ラインが接続されると共に遮水ロートの上方に位置した前記下降槽に前記ハイドレートノズルが設けられ、前記上昇槽の側面上部にオゾン水を需要先に供給するためのオゾン水ラインが接続される請求項２記載のオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温で安定して長期保存可能な高濃度オゾンハイドレートを用いてオゾンを発生し、そのオゾンで殺菌などの処理を行うためのオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高濃度のオゾンを得るために、オゾンハイドレートを製造することが提案（特許文献１）されているが、オゾンハイドレートの生成条件には、１３ＭＰａ以上の高圧、−２５℃以下の低温条件で、オゾンと水とを接触させる必要があるため、大量にオゾンハイドレートを製造することは困難であった。
【０００３】
本出願人は、二酸化炭素（ＣＯ2）を補助ゲスト剤として低温の水とオゾン（Ｏ3）を混合することにより、オゾンと二酸化炭素のハイドレートを２〜３ＭＰａ、温度約０〜２℃で生成させるオゾンハイドレートの製造方法を提案した（特許文献２、３）。
【０００４】
この提案では、オゾンハイドレートを生成する際に、オゾンに二酸化炭素を約７０ｍａｓｓ％含ませた混合ガスを用いることで、オゾンハイドレート生成圧力を下げることができ、単位体積当たりの氷中の保有オゾン濃度を２００００ｐｐｍ以上に飛躍的に高めることができ、また約０℃の低温水でオゾンハイドレートの生成熱を冷却することにより、比較的低圧力（２〜３ＭＰａ）でハイドレートを生成できるメリットがある。
【０００５】
このオゾンハイドレートは、大気圧下でも、約−２０℃以下の過冷却状態で保存することで、オゾンが分解せずに長期保存が可能となり、また大気圧下で、０℃以上にすると、オゾンハイドレートが分解してオゾンガスとなるため、これを水と混合して殺菌用のオゾンやオゾン水とすることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１０８８１号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６８４１３号公報
【特許文献３】特開２０１２−２４０９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、オゾンハイドレートは−２５℃と低温であり、このオゾンハイドレートをノズルなどで水に供給して混合しようとすると、ノズル周りの水が氷着してしまい、連続してノズルから水に供給することが困難となる。
【０００８】
氷着を防止するためには、オゾンハイドレートを空気に混ぜて空気の熱でオゾンハイドレートを分解し、その発生したオゾンを水中に注入すればオゾン水とすることが可能であるが、オゾンハイドレートは、温度が高くなるとその半減期が短くなり、分解して消滅するため、空気と混合して分解させ、発生したオゾンを水に混入したのでは、発生するオゾンが水に溶解しがたい窒素、酸素などの不活性ガスにキャリアされるためオゾンの溶解率が低下する。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オゾンハイドレートを直接水と混合させて所望濃度のオゾン水を発生させてオゾン殺菌などの処理が行えるオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明は、噴射ノズルからオゾンハイドレートを水に供給してオゾン水を製造するに際して、前記噴射ノズルの周囲を乾燥圧縮空気でシールドしながらオゾンハイドレートを水に供給し、そのオゾンハイドレートを水中で分解させると共に水中にオゾンを溶解させてオゾン水とすることを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造方法である。
【００１１】
また本発明は、オゾンハイドレートを貯蔵するハイドレートタンクと、前記ハイドレートタンク内のオゾンハイドレートを払い出す払出ポンプと、オゾンハイドレートを導入すると共に導入された水と混合してオゾン水を製造するためのオゾンハイドレート混合槽と、前記払出ポンプに接続されオゾンハイドレート混合槽にオゾンハイドレートを噴射する噴射ノズル有し、その噴射ノズルの外周を覆い、前記噴射ノズルの周囲を乾燥空気で覆ってシールドするための空気シールドノズルを有するハイドレートノズルとを備えたことを特徴とするオゾンハイドレートを用いたオゾン水製造装置である。
【００１２】
前記オゾンハイドレート混合槽は、溶解水が、下向流で流れる下端が開口した下降槽と下降槽からの水を上向流で流れる上昇槽とに区画され、前記下降槽の上部に逆円錐台状の遮水ロートが設けられ、その遮水ロートの外周に位置した前記下降槽に水供給ラインが接続されると共に遮水ロートの上方に位置した前記下降槽に前記ハイドレートノズルが設けられ、前記上昇槽の側面上部にオゾン水を需要先に供給するためのオゾン水ラインが接続されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、オゾンハイドレートを水に供給してオゾン水を製造する際にオゾンハイドレートを噴射する噴射ノズルを乾燥空気でシールドして水に供給することで、噴射ノズルの氷着を防止することができ、安定してオゾン水を製造できるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示した需要先としての汚水処理装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
先ず本発明で利用する高濃度オゾンハイドレートについて説明する。
【００１７】
高濃度オゾンハイドレートの製造は、上述した特許文献２、３で提案したようにキセノンや二酸化炭素を補助ガスとし、オゾンをゲストガスとし、２〜３ＭＰａ、約０℃の水と接触させることで製造できる。
【００１８】
この高濃度オゾンハイドレートは、液分を含まない粉末状であり、これにより高濃度オゾンハイドレートを用いてオゾンを発生させることを可能とした。
【００１９】
さて、図１は、オゾンハイドレートを用いたオゾン水製造装置を示したものである。
【００２０】
オゾンハイドレートを用いたオゾン水製造装置は、オゾンハイドレートを貯蔵するオゾンハイドレートタンク１０と、オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートを払い出す払出ポンプ１１と、オゾンハイドレートを導入すると共に導入された水と混合してオゾン水を製造するためのオゾンハイドレート混合槽１２と、払出ポンプ１１から払い出されるオゾンハイドレートを、オゾンハイドレート混合槽１２内の水に供給すると共に、そのオゾンハイドレートの周囲を乾燥空気で覆って吹き出すための空気シールドノズルを有するハイドレートノズル１３とで構成される。
【００２１】
オゾンハイドレートタンク１０は二重殻タンクで構成され、内外槽間が真空断熱或いは内外槽間に保冷材が充填されて構成されている。
【００２２】
オゾンハイドレートタンク１０には、上述のように生成されたオゾン濃度２．２３ｍａｓｓ％のオゾンハイドレートが貯蔵される。
【００２３】
オゾンハイドレートタンク１０内のオゾンハイドレートは、オゾンハイドレートタンク１０に設けた払出しポンプ１１にて払い出される。この払出ポンプ１１は駆動モータがインバータにて回転数可変に制御され、払い出すオゾンハイドレート量を調節できるようになっている。
【００２４】
ハイドレートノズル１３は、二重管構造であり、払出ポンプ１１に接続され、下端にオゾンハイドレート混合槽１２にオゾンハイドレートを噴射する噴射ノズル１４Ｎを備えたオゾンハイドレート供給管１４と、その噴射ノズル１４Ｎの外周を覆い、噴射ノズル１４Ｎの周囲を乾燥空気で覆って吹き出すための空気シールドノズル１５とから構成される。
【００２５】
オゾンハイドレート供給管１４には、バルブ１６が接続され、その下端の噴射ノズル１４Ｎを覆う空気シールドノズル１５には、乾燥空気供給ライン１７を介して圧縮空気供給装置１８が接続される。圧縮空気供給装置１８は、プラントで使用されている計装空気（露点−４０℃）を発生する計装空気圧縮装置などを用いる。乾燥空気供給ライン１７には、圧力計１９が接続される共に圧力計１９で空気シールドノズル１５に供給する乾燥空気（計装用乾燥空気）の圧力を調整する圧力調整弁２０が接続される。
【００２６】
オゾンハイドレート混合槽１２は、槽本体２１内に下端が開口した内筒２２が設けられ、その内筒２２に導入された水が下向流で流れる下降槽２３と、下降槽２３からの水が上向流で流れる上昇槽２４とに区画される。
【００２７】
下降槽２３を形成する内筒２２の上部には、逆円錐台状の遮水ロート２５が設けられ、その遮水ロート２５の外周に位置した内筒２２に水供給ライン２６が接続されると共に遮水ロート２５の上方に位置した内筒２２にハイドレートノズル１３が設けられ、上昇槽２４側の槽本体２１の側面上部にオゾン水を需要先３０に供給するためのオゾン水ライン２７が接続される。
【００２８】
水供給ライン２６にはポンプ３１が接続され、その吐出側に流量計３２が接続されると共に流量計３２の検出値に基づいて流量を制御する流量調整弁２９が接続される。
【００２９】
内筒２２には、その内筒２２と遮水ロート２５の外周間のオゾンを含む空気を排出するガス排出ライン３３が接続され、そのガス排出ライン３３が需要先３０に供給されるようになっている。また内筒２２には、その内筒２２内の液位を検出する液面計３４が設けられ、その液面計３４で、ガス排出ライン３３に接続した排出圧力調整弁３５を制御するようにされる。
【００３０】
オゾンハイドレート混合槽１２には製造されるオゾン水の濃度を検出する分析計３６が設けられる。この分析計３６には、オゾン濃度の検出値と流量計３２からの検出流量値と基づいて製造するオゾン水のオゾン濃度が設定値となるように、払出ポンプ１１での払出量を制御するようになっている。
【００３１】
次に、オゾンハイドレートを用いたオゾン水製造方法を説明する。
【００３２】
オゾンハイドレートは、オゾンハイドレートタンク１０から払出ポンプ１１で払い出される。払出量は、ポンプ３１の吐出量に対応した量を、払出ポンプ１１の駆動モータＭの回転数を制御してオゾンハイドレート混合槽１２に設置されているハイドレートノズル１３に払い出す。
【００３３】
ハイドレートノズル１３は、払出ポンプ１１から払い出されたオゾンハイドレートを、オゾンハイドレート供給管１４下端の噴射ノズル１４Ｎからオゾンハイドレート混合槽１２の下降槽２３に噴射して供給する。この際、オゾンハイドレートは−２５℃で噴射されるために噴射ノズル１４Ｎに氷が付着して噴射ノズル１４Ｎを塞ぐ可能性がある。これを防止するために、空気シールドノズル１５から脱湿された空気を通して噴射ノズル１４Ｎを包み込むように乾燥空気を噴射して、噴射ノズル１４Ｎと、噴射されたオゾンハイドレートをシールドする。この脱湿空気シールド膜により周囲の湿気のある空気からオゾンハイドレートが供給ノズルに氷着するのを防止する。
【００３４】
脱湿空気は、ノズル保護用なので、乾燥空気供給ライン１７から、一定流量で少量流れるようにする。
【００３５】
ハイドレートノズル１３からのオゾンハイドレートと乾燥空気は、下降槽２３に遮水ロート２５内に噴射される。これにより遮水ロート２５の外周の水から隔離されてハイドレートノズル１３が、水に触れることがなく、さらに凍結から保護される。遮水ロート２５の外周は温度が高いオゾン溶解水の中に曝されているので、大きい熱伝達となり、遮水ロート２５内の空気は温められるので、氷結が防止される。
【００３６】
遮水ロート２５内に噴射されたオゾンハイドレートと乾燥空気は、水供給ライン２６から下降槽２３に供給される水と共に下向流となって降下し、その間にオゾンハイドレートが分解してオゾンとされると共に水に溶解されてオゾン水となる。
【００３７】
この遮水ロート２５の下部先端は絞られ、噴射したオゾンハイドレートと空気の混合流体が、水が遮水ロート２５内のハイドレートノズル１３の部分に浸入しない速度（約０．５Ｍｍ／ｓ以上）で、吹き出すようにする。従って、空気シールドノズル１５から空気が供給される限り循環水の供給ノズルへの浸入はない。
【００３８】
下降槽２３に吹き出した空気は、遮水ロート２５と内筒２２間の空間にオゾンハイドレートから分離して溜まる。溜まった空気は、液面計３４と排出圧力調整弁３５にて、一定液面になるように制御する。排出空気はオゾンが含まれているので、ガス排出ライン３３から需要先３０に放出する。
【００３９】
遮水ロート２５下で空気から分離したオゾンハイドレートは、下降槽２３内の水に落下して比重差で下方に沈下しながら周囲の水から受熱して分解してオゾンガスを発生する。比重は水１に対してオゾンハイドレートは１．０９である。循環水の圧力は通常約０．３〜０．４ＭＰａＡと考えられるので、常温でも殆どのオゾンガスは水に吸収され高濃度のオゾン水となる。
【００４０】
オゾンハイドレート混合槽１２は、下降槽２３と上昇槽２４の２層構造とされるため、オゾンハイドレートは主に上昇槽２４で分解され、発生したオゾンガスが、下降槽２３から上昇槽２４に流れる間に水に均一に混合されてオゾンが溶解する。
【００４１】
下降槽２３の内筒２２は、下降速度が、約５〜６ｍでは乱流となるぐらいの円筒形としてオゾンハイドレートが水とよく混ざるようにする。
【００４２】
オゾン濃度は、分析計３６にて分析され、払出ポンプ１１の容量を調整して設定値を維持するようにする。
【００４３】
また循環水量が変動したときにもその流量に対応したオゾン払出ポンプの容量を制御する。
【００４４】
図２は、需要先３０としての汚水処理装置４０を示したものである。
【００４５】
この汚水処理装置４０は、オゾン処理水槽４１に、図１で説明したオゾンハイドレート混合槽１２からオゾン水ライン２７からのオゾン水を噴出するオゾン水噴出管４２が設置され、そのオゾン水噴出管４２に、図１で説明したオゾン水ライン２７が接続される。
【００４６】
オゾン処理水槽４１には、処理水４４が流入し、その処理水４４をオゾン水噴出管４２から噴射したオゾン水でオゾン殺菌処理し、オゾン処理後は、オゾン処理水槽４１から浄化水４５として排出する。また処理水を浮上したオゾンを含む空気はデオゾナイザ４６にてオゾンが分解されて排気される。
【００４７】
浄化水４５の一部は循環ライン４７にて、オゾンハイドレート混合槽１２に水を供給するポンプ３１の吸込口に戻してオゾンの溶解水として循環使用する。
【００４８】
次に、図２に示した汚水処理での具体例を説明する。
（１）汚染水の処理ケース
オゾンハイドレート量（ｋｇ／ｈ）                   １０００
ハイドレート＋遊離水量（ｋｇ／ｈ）                 １４２９
遊離水率（ｍａｓｓ％）                     ３０
含有Ｏ3量（ｋｇ／ｈ）                              ２２．３
Ｏ3含有量（ｍａｓｓ％）                  ２．２３
オゾン許容溶解量（ｇ／Ｈ2Ｏｍ3）                     ５４７
圧力（ＭＰａ）                           ０．４
温度（℃）                                  ２０
必要オゾン溶解水量（ｔ／ｈ）                         ４．１
ハイドレート融解熱（ｋｃａｌ／ｋｇ）                  ｌ１９
ハイドレート量融解水量（ｔ／ｈ）                      ＞８０
温度差（℃）                                ２
浄化できる水量（ｔ／ｈ）                          １１１３９
混合Ｏ3率（ｐｐｍ）                             ２
このように、毎時約１１３９トンの汚染水を処理するには、オゾンハイドレートは１０００ｋｇで済み、汚染水処理に従来では不可能であったオゾン殺菌が可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１０  オゾンハイドレートタンク
１１  払出ポンプ
１２  オゾンハイドレート混合槽
１３  ハイドレートノズル
１４Ｎ  噴射ノズル
１５  空気シールドノズル
【図１】
0006352130.tif 000002
【図２】
0006352130.tif 000003