(57)【要約】【課題】  オゾン含有気体のオゾン熱分解に要する消費エネルギの低減が得られるオゾン熱分解装置を提供する。【解決手段】  熱交換部１４と、加熱部１５と、シリカゲル２５が充填された充填部１１と、加熱部１５を加熱すると共に充填部１１を一定温度に保持する加熱用ヒータ２１と、充填部１１に連通し熱交換部１４を貫通する連通管１８を備え、熱交換部１４から加熱部１５に誘導されたオゾン含有気体を加熱用ヒータ２１によって１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱し、かつ１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持された充填部１５を通過することによってオゾンを熱分解すると共に、連通管１８を通過するオゾン除去済気体によって熱交換部１４内のオゾン含有気体を予め加熱する。【選択図】  図１
2005246256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾン含有気体中のオゾンを熱分解するオゾン熱分解装置において、
オゾン含有気体入口に連通する熱交換部と、
該熱交換部に連通する加熱部と、
該加熱部に連通しかつ粒状のシリカゲル、ゼオライト、多孔質ガラス、多孔質セラミック或いは多孔質金属結晶体のいずれかが充填された充填部と、
上記加熱部を１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱すると共に充填部を１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持する加熱手段と、
一端が上記充填部に連通し上記熱交換部内を貫通して他端がオゾン除去済気体出口に連通する連通管とを備え、
上記オゾン含有気体入口から上記熱交換部を介して加熱部に供給されたオゾン含有気体を上記加熱手段によって１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱し、該加熱されたオゾン含有気体が１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持された上記該充填部を通過することによってオゾンが熱分解し、オゾン除去済気体が上記連通管を介してオゾン除去済気体出口から排出されると共に、連通管を流通するオゾン除去済気体によって熱交換部内のオゾン含有気体を加熱することを特徴とするオゾン熱分解装置。
【請求項２】
上記熱交換部内を迷路状に区画すると共に上記連通管と結合するバッフルプレートを有することを特徴とする請求項１に記載のオゾン熱分解装置。
【請求項３】
上記オゾン含有気体入口が設けられた容器内に上記充填部が設けられ、該充填部によって上記容器内を上記熱交換部と加熱部に区画したことを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン熱分解装置。
【請求項４】
上記熱交換部に隣接して上記連通管の他端に連通すると共に上記オゾン除去済気体出口が設けられた貯留タンクが配置されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のオゾン熱分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン含有気体中のオゾンを熱分解するオゾン熱分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、上下水道の殺菌、廃水処理、加工食品や医療器具の殺菌や洗浄、脱臭等に広くオゾン含有気体、即ちオゾンガスが多く使用される。ここで、オゾンガスは、高濃度のものはその強い酸化力によって生体にも種々の作用をし、視力障害を起こしたり呼吸器に刺激症状があらわれる原因となることがある。そこで、水に溶け込まなかったり、反応しなかった余剰のオゾンを酸素に分解して排出する必要がある。
【０００３】
従来のオゾン処理には熱分解装置が広く使用されている。この種の熱分解装置としては、例えば、図３に示すようにヒータ配線がセラミック内に埋設された円筒状のセラミックヒータ１０１と、このセラミックヒータ１０１の外周を囲うように設けられたステンレススチール材からなる有底円筒状のケース体１０２とを備え、そのケース本体１０２を貫通してセラミックヒータ１０１の中心部にガス注入管１０３を挿入し、ケース本体１０２にガス吐出口１０４を設ける。そして、ガス注入管１０３から注入されたオゾンガスは、セラミックヒータ１０１の中心部の環状の空間と、セラミックヒータ１０１の外周とケース本体１０２とによって形成される環状の空隙とを通過してガス吐出口１０４から排出される間にオゾンガスがセラミックヒータ１０１によって５００℃程度に加熱されてオゾンが熱分解するオゾン分解用セラミックヒータユニット１００が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、図４に示すように被処理水が貯留されたオゾン接触槽１１１から排出されたオゾンガスを熱分解装置１１２に供給するオゾンガス供給路１１３に除湿部１１４を設け、オゾンガス供給路１１３からのオゾンガスを熱処理装置１１２で５００℃程度に加熱してオゾンを分解し、その分解後の高温ガスを湿潤状態の除湿部１１４に供給して吸着材を再生させる排オゾンガス処理装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１８００３７号公報
【特許文献２】特開２００１−１９０９３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示されたオゾン分解用セラミックヒータユニット１００によると、オゾンガスはセラミックからなるセラミックヒータ１０１の表面に沿って流れ、オゾンガスがヒータ配線に接触することなくヒータ配線の腐食が阻止されて耐久性が向上する。
【０００７】
しかし、オゾンガスをセラミックヒータ１０１によって５００℃程度の高温に加熱して熱分解することから、その加熱に多大な電気エネルギを消費することが懸念される。また、５００℃程度の高温に加熱されるセラミックヒータ１０１を保持する部材等周辺部材の耐熱性も要求される。
【０００８】
また、特許文献２に開示される排オゾンガス処理装置によると、熱分解装置１１２へオゾンガスを供給するオゾンガス供給路１１３に除湿部１１４を設けると共に、熱分解装置１１２から排出される分解後の高温ガスを除湿部１１４に供給して吸着材を再生することで、熱分解装置１１２に供給されるオゾンガスを予め除湿して熱分解装置１１２でオゾンを分解するために要する消費エネルギを抑制することができる。
【０００９】
しかし、熱分解装置１１２で５００℃程度の高温に加熱してオゾンを熱分解することから、その熱分解に多大の電気エネルギを要することが懸念されと共に、耐熱性も要求される。
【００１０】
ここで、本発明者等は、鋭意研究及び実験の結果、シリカゲル、ゼオライト、多孔質ガラス、多孔質セラミック或いは多孔質金属焼結体の存在下においてオゾンを熱分解することで、その熱分解における加熱温度を低減できることを見いだした。
【００１１】
従って、かかる点に鑑みなされた本発明の目的は、オゾン含有気体のオゾン熱分解に要する加熱温度の低減を図ると共に、消費エネルギの低減が得られるオゾン熱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】
【００１２】
上記目的を達成する請求項１に記載のオゾン熱分解装置の発明は、オゾン含有気体中のオゾンを熱分解するオゾン熱分解装置において、オゾン含有気体入口に連通する熱交換部と、該熱交換部に連通する加熱部と、該加熱部に連通しかつ粒状のシリカゲル、ゼオライト、多孔質ガラス、多孔質セラミック或いは多孔質金属結晶体のいずれかが充填された充填部と、上記加熱部を１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱すると共に充填部を１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持する加熱手段と、一端が上記充填部に連通し上記熱交換部内を貫通して他端がオゾン除去済気体出口に連通する連通管とを備え、上記オゾン含有気体入口から上記熱交換部を介して加熱部に供給されたオゾン含有気体を上記加熱手段によって１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱し、該加熱されたオゾン含有気体が１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持された上記該充填部を通過することによってオゾンが熱分解し、オゾン除去済気体が上記連通管を介してオゾン除去済気体出口から排出されると共に、連通管を流通するオゾン除去済気体によって熱交換部内のオゾン含有気体を加熱することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１のオゾン熱分解装置において、上記熱交換部内を迷路状に区画すると共に上記連通管と結合するバッフルプレートを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２のオゾン熱分解装置において、上記オゾン含有気体入口が設けられた容器内に上記充填部が設けられ、該充填部によって上記容器内を上記熱交換部と加熱部に区画したことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかのオゾン熱分解装置において、上記熱交換部に隣接して上記連通管の他端に連通すると共に上記オゾン除去済気体出口が設けられた貯留タンクが配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によると、オゾン含有気体入口から熱交換部に注入されたオゾン含有気体を連通管を流通するオゾン除去済気体によって予め加熱し、この予め加熱されたオゾン含有気体を加熱部によって１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱し、この加熱されたオゾン含有気体を粒状のシリカゲル、ゼオライト、多孔質ガラス、多孔質セラミック或いは多孔質金属結晶体のいずれかが充填されて１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持された充填内を通過させ、この充填部内を通過する間にオゾンを熱分解熱することから、従来のオゾン熱分解に５００℃程度の温度を要したのに比べオゾン熱分解に要する温度を極めて低く設定でき、オゾン熱分解に要する消費エネルギの大幅な削減ができる。
【００１７】
請求項２の発明によると、連通路に結合すると共に熱交換部内を迷路状に区画するバッフルプレートを配置することによって伝熱面積が確保でき、かつ熱交換部内におけるオゾン含有気体の滞留時間が確保できてオゾン含有気体の予熱が良好に行える。
【００１８】
請求項３の発明によると、単一の容器内を充填部によって熱交換部と加熱部に区画する簡単な構成によって充填部、熱交換部及び加熱部が形成できる。
【００１９】
請求項４の発明によると、熱交換部に隣接してオゾン除去済気体を貯留する貯留タンクを配置することによって、貯留タンク内に貯留された高温のオゾン除去済気体によっても熱交換部内のオゾン含有気体を予熱することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図１及び図２を参照してオゾン熱分解装置の実施の形態を説明する。
【００２１】
図１は、オゾン熱分解装置１の概略を示す断面図である。オゾン熱分解装置１は、オゾン含有気体、即ちオゾンガスに対して優れた対腐食性を有するステンレススチール材からなる上下方向に連続する筒状の筒部３と、この筒部３の上方及び下方の開口部をそれぞれ密閉する上面部４及び底面部５とによって形成された上下方向に長い中空状の容器２を有している。筒部３の側面下部にオゾン含有気体入口７を有する導管６が連通している。また、底面部５の下方に有底筒状の貯留タンク８が連続形成され、貯留タンク８の側面にオゾン除去済気体出口９が連通している。
【００２２】
容器２内の上部に側部１２及び底部１３によって形成された有底筒状の充填部１１が設けられている。この充填部１１によって容器２内を下方の熱交換部１４と上方の加熱部１５に区画すると共に、充填部１１の側部１２と容器２の筒部３とによって熱交換部１４と加熱部１５とを連通する連通路１６を形成している。即ち、単一の容器２内を充填部１１によって熱交換部１４と加熱部１５に区画する簡単な構成によって充填部１１、熱交換部１４及び加熱部１５が容器２内に形成できる。
【００２３】
容器２の筒部３及び底面部５と充填部１１の底部１３によって形成された中空状の熱交換部１４内は、オゾン含有気体入口７から熱交換部１４内に注入されたオゾンガスを熱交換部１４内に滞留する時間を確保するために水平方向の延在する複数のバッフルプレート１７によって迷路状に区画されている。
【００２４】
充填部１１の底部１３と底面部５の間には一端が充填部１１内に連通し他端が底面部５を介して貯留タンク８に連通する複数の連通管１８が熱交換部１４内を貫通して設けられている。この充填部１１の底部１３と底面部５との間に掛け渡された複数の連通管１８は、それぞれのバッフルプレート１７を貫通するすると共に伝熱可能に結合されている。バッフルプレート１７及び連通管１８は、オゾンガスに対して優れた対腐食性を有すると共に伝熱性に優れたステンレススチール材によって形成されている。
【００２５】
充填部１１の上方に形成された加熱部１５内に、加熱手段となる赤外線ヒータ等の加熱用ヒータ２１が配設されている。なお２２は加熱用ヒータ２１の端子ボックスである。更に、充填部１１の温度を検知する温度検知手段として熱電対２３が配設されている。熱電対２３は上面部４を貫通して温度検知部となる先端２３ａが充填部１１内に設定されている。
【００２６】
この熱電対２３による温度検知に基づいて図示しない制御手段によって加熱用ヒータ２１の出力を制御して予め設定された温度に加熱部１５を加熱すると共に充填部１１の温度を一定に保持する。即ち、本実施の形態では熱電対２３による温度検知に基づいて加熱用ヒータ２１の出力を制御して加熱部１５の温度を１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱すると共に、充填部１１を１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持する。
【００２７】
充填部１１内の下部範囲には、微細かつ多数の空孔を有する多孔質で大きな表面積が確保できる粒状、例えば径が３ｍｍ〜４ｍｍのシリカゲル２５が充填されている。
【００２８】
図１に矢印で示すように、オゾンガスをオゾン含有気体入口７から導管６を介して容器２に形成された熱交換部１４の下部に連続注入する。熱交換部１４の下部に注入されたオゾンガスは、各バッフルプレート１７に沿って誘導されて蛇行つつ緩やかに熱交換部１４内を上昇し、連通路１６から加熱部１５に供給される。
【００２９】
加熱部１５に供給されたオゾンガスは、加熱用ヒータ２１によって例えば１００℃〜３５０℃の範囲に加熱される。加熱されたオゾンガスは、加熱部１５に連続形成されてシリカゲル２５が充填された充填部１１内を通過し、連通管１８に送られる。この時、充填部１１を通過するオゾンガスは、シリカゲル２５の存在下で加熱用ヒータ２１によって１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に保持され、オゾンが酸素に熱分解されてオゾン除去済気体となり、連通管１８を経由して貯留タンク８に送られ、貯留タンク８で冷却してからオゾン除去済気体出口９を介して大気中に放出される。
【００３０】
ここで、１００℃〜３５０℃に加熱保持され、充填部１１を通過してオゾンが熱分解された高温のオゾン除去済気体は、熱交換部１４に配設された連通管１８内を流通する間に連通管１８を加熱すると共に、連通管１８と結合する各バッフルプレート１７を加熱する。一方、オゾン含有気体入口７から熱交換部１４の下部に連続注入されたオゾンガスは、十分な熱伝達面積が確保された各バッフルプレート１７に沿って誘導されて緩やかに熱交換部１４内を上昇しつつ連通管１８及びバッフルプレート１７によって加熱される。更に、熱交換部１４に隣接して配置された貯留タンク８内に滞留する高温のオゾン除去済気体によって底面部５を介して熱交換部１４内のオゾンガスを加熱する。
【００３１】
このようにして加熱部１５を介して充填部１１に供給されるオゾンガスを、予め熱交換部１４において加熱することによって、加熱用ヒータ２１によってオゾンガスを加熱するのに要する電気エネルギの消費を抑制することができると共に、効率的なオゾンの熱分解が行われる。
【００３２】
また、シリカゲル２５に代えて充填部１１内に、微細かつ多数の空孔を有する多孔質で大きな表面積が確保できる粒状のゼオライトを充填することもできる。
【００３３】
図２は、このように構成されたオゾン熱分解装置１におけるオゾン分解能力を示す一次反応常数を、充填部１１にシリカゲル２５を充填したケース１と、充填部１４にゼオライトを充填したケース２と、充填部１１に充填物を充填しない空の状態のケース３に対して取得した実験結果を示すものである。
【００３４】
ここで、一次反応速度常数は、処理対象のオゾンガスのオゾン含有気体入口７における入口オゾン濃度とオゾン除去済気体出口９におけるオゾン除去済気体の出口オゾン濃度の比の自然対数をオゾンガス含有気体入口７からオゾン除去済気体出口９までの気体滞留時間で除した値であり、一般に濃度に比例した速度で進行する化学反応速度を表すために用いられる指標である。
【００３５】
図２によれば、充填部１１にシリカゲルを充填したケース１は、充填部１１に充填物を充填しないケース３に対して５倍以上の一次反応速度常数を有し、充填部１１にゼオライトを充填したケース２では、更にシリカゲルを充填したケース１以上の一次反応速度常数を有することが確認できる。更に、従来オゾンの熱分解には５００℃程度の高温が必要であったのに対し、１００℃〜３５０℃の温度範囲で実用的なオゾン熱分解が可能であることが確認できる。
【００３６】
また、例えば、図１に示すオゾン熱分解装置１によって、流量３Ｎｍ３／ｍｉｎで供給される温度５０℃のオゾンガスを５ｋＷの加熱用ヒータ２１で２７５℃まで加熱してオゾンを熱分解すると、仮に熱交換部１４がなければオゾンガスを２７５℃まで昇温のために１５ｋＷ程度の電気エネルギが必要であるが、約１０ｍ２の伝熱面積を有する連通管１８及びバッフルプレート１７を介して熱回収して予めオゾンガスを加熱することによって加熱用ヒータ２１による消費エネルギが３分の１程度に削減することができる。
【００３７】
従って、本実施の形態によると、加熱部１５によってオゾンガスを１００℃〜３５０℃の範囲の一定温度に加熱し、この加熱されたオゾンガスをシリカゲル或いはゼオライトが充填され１００℃〜３５０℃の温度範囲に保温された充填１１内を通過させ、この充填部１１内を通過する間にオゾンを熱分解熱することから、従来のオゾン熱分解に５００℃程度の温度が必要であったのに比べオゾン熱分解に要する温度を極めて低く設定でき、オゾン熱分解に要する電気エネルギの大幅な削減が得られ、消費エネルギの低減が達成できる。また、オゾン熱分解に要する温度の低下に伴って容器２等のオゾン分解装置１に使用される構成部材の耐久性が向上する。
【００３８】
特に、予め充填部１１を通過してオゾンが熱分解された高温のオゾン除去済気体を熱交換部１４に配設された連通管１８内を流通させて、連通管１８及び熱交換部１４内におけるオゾンガスの流路を迷路状に形成してオゾンガスの滞留時間を確保するバッフルプレート１７を介して加熱することによってオゾンガスの予熱が良好に行われ、加熱用ヒータ２１によってオゾンガスを加熱するのに要する消費エネルギを抑制することができると共に、充填部１１における効率的なオゾンの熱分解が行われる。
【００３９】
また、オゾン熱分解装置１が、中空状の容器２内をシリカゲル２５やゼオライトが充填された充填部１１によって熱交換部１４と加熱部１５に区画し、加熱部１５内に加熱用ヒータ２１を配置し、かつ熱交換部１４内に連通管１８を配置する簡単な構造であり、設備コストの低減が期待できる。
【００４０】
なお、充填１１内に充填する充填物としては、シリカゲルやゼオライトに代えて多孔質ガラス、多孔質セラミック或いは多孔質金属焼結体を使用することによっても、１００℃〜３５０℃の温度範囲で実用的なオゾン熱分解が可能である。
【００４１】
これら、シリカゲル、ゼオライト、多孔質ガラス、多孔質セラミック、多孔質金属焼結体等は人体に影響する毒性がなく、長期間の使用により劣化した際の交換に際しは、毒性の伴わない産業廃棄物として処理することができ、その処分にあたっては環境に影響するここが極めて少ないものである。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施の形態では温度検出手段として熱電対を用いたが、サーミスタを使用することのできる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第実施の形態に係わるオゾン熱分解装置の概略を示す断面図である。
【図２】一次反応速度常数の比較説明図である。
【図３】従来の排オゾンガス処理装置の説明図である。
【図４】従来のオゾン分解用セラミックヒータユニットの説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      オゾン熱分解装置
２      容器
６      導管
７      オゾン含有気体入口
８      貯留タンク
９      オゾン除去済気体出口
１１    充填部
１４    熱交換部
１５    加熱部
１６    連通路
１７    バッフルプレート
１８    連通管
２１    加熱用ヒータ（加熱手段）
２５      シリカゲル
【図１】
2005246256.tif 000003
【図２】
2005246256.tif 000004
【図３】
2005246256.tif 000005
【図４】
2005246256.tif 000006