(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスを冷却するガス冷却装置と、冷却された原料ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器と、該オゾン発生器を出たオゾン含有ガスの温度を検出する温度検出器と、前記オゾン含有ガスのオゾン濃度を検出する濃度検出器と、前記ガス冷却装置による原料ガスの冷却温度を制御する温度制御器とを有し、
該温度制御器は、前記温度検出器により検出した温度と前記濃度検出器により検出したオゾン濃度に基づいて、検出温度における発生限界オゾン濃度が、検出オゾン濃度より高くなるように前記ガス冷却装置を制御する、ことを特徴とする高濃度オゾン発生装置。
【請求項２】
前記ガス冷却装置は、内部に冷却された冷媒を保有する冷媒容器と、該冷媒内に位置し原料ガスが供給される伝熱管と、からなり、前記オゾン発生器は冷媒中に載置される、ことを特徴とする請求項１に記載の高濃度オゾン発生装置
【請求項３】
前記オゾン発生器は、直列に配置された複数のオゾナイザユニットであり、各オゾナイザユニットはそれぞれ中間冷却器を介して連結されている、ことを特徴とする請求項１に記載の高濃度オゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスから高濃度オゾンを発生させる高濃度オゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾン発生器２は、例えば図４に模式的に示す無声放電オゾナイザであり、空隙である放電ギャップ▲３▼を誘電体▲２▼（絶縁体）で挟み、その裏に導電性の電極▲１▼を設置した構成になっている。電極▲１▼に交流高電圧を印加し、電圧をコロナ開始電圧以上にすると放電ギャップ▲３▼にいわゆる無声放電が生じ、酸素又は空気を通すとオゾンが生成される。この無声放電は、誘電体▲２▼が放電の進展を抑制するため、電子温度は数万度（数ｅＶ）と高いが、分子温度はほほ室温に保たれたいわゆる低温プラズマである特徴がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したオゾン発生装置において、オゾン発生器２の電極は通常冷却水等で冷却されている。しかし、無声放電によりガスが加熱されるため、放電ギャップ中のガスは、注入エネルギと電極からの熱除去分とのバランスで決まるΔＴだけ温度上昇する。この温度上昇ΔＴにより、オゾン発生器における電力効率が低下し、オゾン濃度を効率よく高められなくなる問題点があった。
【０００４】
すなわち、放電ギャップ中のオゾンは、Ｏ＋Ｏ3 →２Ｏ2 ．．（式１）の反応で解離（熱分解）し、この反応の反応速度定数はｋ＝１．８×１０-11 ｅｘｐ（−２３００／Ｔ）．．（式２）で与えられるため、温度が高いほど熱分解反応が進み、一旦発生したオゾンが酸素に戻り、この結果、電力効率が低下し、オゾン濃度が低下することになる。
【０００５】
図５は、この関係を示す解析結果であり、横軸は注入エネルギー、縦軸はオゾン濃度を示している。この図から注入エネルギーが小さい（オゾン濃度が低い）領域Ｉでは注入エネルギーの増大と共にオゾン濃度は直線的に増加するが、更に濃度が高くなると、その増加割合は減少し、ついには飽和傾向となり、その温度における発生限界オゾン濃度となる。
【０００６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、オゾンの熱分解を抑制し、電力効率を高め、高濃度のオゾンを効率良く発生させることができる高濃度オゾン発生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、原料ガスを冷却するガス冷却装置と、冷却された原料ガスからオゾンを発生させるオゾン発生器と、該オゾン発生器を出たオゾン含有ガスの温度を検出する温度検出器と、前記オゾン含有ガスのオゾン濃度を検出する濃度検出器と、前記ガス冷却装置による原料ガスの冷却温度を制御する温度制御器とを有し、該温度制御器は、前記温度検出器により検出した温度と前記濃度検出器により検出したオゾン濃度に基づいて、検出温度における発生限界オゾン濃度が、検出オゾン濃度より高くなるように前記ガス冷却装置を制御する、ことを特徴とする高濃度オゾン発生装置が提供される。
【０００８】
上記本発明の構成によれば、原料ガスをオゾン発生器に導入する前にガス冷却器で冷却するのでオゾン発生効率を高めることができ、オゾン発生器内のガス温度上昇によるオゾンの熱分解反応を回避して電力効率を常に高く維持し、高濃度のオゾンを効率良く発生させることができる。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記ガス冷却装置は、内部に冷却された冷媒を保有する冷媒容器と、該冷媒内に位置し原料ガスが供給される伝熱管と、からなり、前記オゾン発生器は冷媒中に載置される。
この構成により、冷媒によりオゾン発生器自体も同一温度に冷却することができ、オゾン発生器自体の昇温によるオゾン発生効率の低下を抑えることができる。
【００１０】
また、別の好ましい実施形態によれば、前記オゾン発生器は、直列に配置された複数のオゾナイザユニットであり、各オゾナイザユニットはそれぞれ中間冷却器を介して連結されている。
この構成によれば、各オゾナイザユニットの運転により昇温された原料ガスを中間冷却器により再冷却することができ、すべてのオゾナイザユニットをほぼ同一温度に維持することができ、オゾン発生効率を高く維持したまま、オゾン発生器の大型化が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明の高濃度オゾン発生装置の第１実施形態を示す全体構成図である。この図において、高濃度オゾン発生装置１０は、原料ガス１１を冷却するガス冷却装置１４と、冷却された原料ガス１１からオゾンを発生させるオゾン発生器１６と、オゾン発生器内のガス温度を制御する温度制御器２０とを備えている。また、この図において、１２は、原料ガス１１として酸素ガスを発生させる酸素発生器、１７ａ，１７ｂはオゾン発生器１６を出たオゾン含有ガスの温度とオゾン濃度を検出する温度検出器と濃度検出器、１８は温度制御器２０からの指令信号によりガス冷却装置１４へ供給する冷媒温度を調節するチラーユニットである。
【００１３】
図１において、温度制御器２０には、温度検出器１７ａと濃度検出器１７ｂの検出信号が入力されるようになっており、この温度と濃度から、温度制御器２０によりオゾン発生器１６内のガス温度（すなわち検出温度）における発生限界オゾン濃度がガス発生器内のオゾン濃度（すなわち検出濃度）より高くなるように、ガス冷却装置により原料ガスを冷却するようになっている。濃度検出器１７ｂには、例えば紫外線吸収式オゾン濃度計を用いることができる。
【００１４】
この構成により、原料ガス１１をオゾン発生器１６に導入する前にガス冷却器１４で冷却するのでオゾン発生効率を高めることができるばかりでなく、その冷却温度を、オゾン発生器１６内のガス温度における発生限界オゾン濃度がガス発生器内のオゾン濃度より高くなるように制御するので、発生するオゾン濃度が常に発生限界オゾン濃度より低く維持され、図５に示した発生限界オゾン濃度近傍における電力効率の低下を回避して電力効率を常に高く維持し、高濃度のオゾンを効率良く発生させることができる。
【００１５】
なお、本発明において、温度検出器１７ａ及び濃度検出器１７ｂは不可欠ではなく、図５における温度と濃度の関係に基づき、所定の運転温度における発生限界オゾン濃度がガス発生器内のオゾン濃度より十分高くなるように、原料ガスを冷却してもよい。
また、原料ガスの冷却温度は、一般的には低いほどオゾン発生効率及び電力効率を高められるが、酸素の液化温度（約−１６２℃）よりは高くする必要がある。更に、図５に示した関係から、領域Ｉであれば注入エネルギーとオゾン濃度は直線関係にあるので、それ以上冷却しても電力効率は改善されず、かえって冷却のために全体の効率は低下する。従って、所望のオゾン発生効率が得られ、かつ領域Ｉにある範囲では、冷却温度を高めに制御するのがよい。
【００１６】
図２は、本発明の高濃度オゾン発生装置の別の実施形態を示す構成図であり、（Ａ）は冷媒冷却方式、（Ｂ）は中間冷却方式のものを示している。
図２（Ａ）において、ガス冷却装置１４は、内部に冷却された冷媒１３を保有する冷媒容器１４ａと、この冷媒内に位置し原料ガス１１が供給される伝熱管１４ｂとからなる。伝熱管１４ｂの一端は酸素発生器（図示せず）に連結され、他端（出口側）は冷媒中に載置されたオゾン発生器１６に連結されている。冷媒１３は、例えば、フロン等の冷媒であり、この冷媒１３はチラーユニット１８により温度制御器２０からの指令信号に応じて温度調節される。更に、この図において、１９はオゾン発生器１６の電源であり、温度制御器２０の指令により冷媒中にオゾン発生器１６に必要な電力を供給するようになっている。その他の構成は図１の第１実施形態と同様である。
【００１７】
この構成によっても、オゾン発生効率を高めることができるばかりでなく、電力効率を常に高く維持し、高濃度のオゾンを効率良く発生させることができる。
【００１８】
図２（Ｂ）において、オゾン発生器１６は、直列に配置された複数のオゾナイザユニット１６ａであり、各オゾナイザユニット１６ａはそれぞれ中間冷却器１５を介して連結されている。
この構成により、各オゾナイザユニット１６ａの運転により昇温された原料ガス１１を中間冷却器１５により再冷却することができ、すべてのオゾナイザユニット１６ａをほぼ同一温度に維持することができ、オゾン発生効率を高く維持したまま、オゾン発生器の大型化が可能となる。
【００１９】
図３は、参考例による高濃度オゾン発生装置を示す構成図である。この図において、本発明の高濃度オゾン発生装置１０は、液体酸素２１を保有する液体酸素容器２２と、この容器内に載置されたオゾン発生器１６とからなる。液体酸素２１は密閉容器である。また、その上部には、液体酸素容器２２の上部とオゾン発生器１６とを連通する供給配管２３が設けられ、液体酸素容器２２で発生した酸素ガス１１をオゾン発生器１６に直接供給するようになっている。
【００２０】
この構成によれば、液体酸素容器２２内にオゾン発生器１６が載置されており、かつオゾン発生器１６に供給されるガスが液体酸素容器で発生した酸素ガス１１なので、特別な制御装置を設けることなく、原料ガス（酸素ガス）とオゾン発生器自体を冷却保持することができ、オゾンの熱分解を抑制し、電力効率を高め、高濃度のオゾンを効率良く発生させることができる。
【００２１】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように、本発明の高濃度オゾン発生装置によれば、オゾンの熱分解を抑制し、電力効率を高め、高濃度のオゾンを効率良く発生させることができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高濃度オゾン発生装置の第１実施形態を示す全体構成図である。
【図２】本発明の高濃度オゾン発生装置の別の実施形態を示す構成図である。
【図３】  参考例による高濃度オゾン発生装置を示す構成図である。
【図４】無声放電オゾナイザの模式図である。
【図５】注入エネルギーとオゾン濃度の関係図である。
【符号の説明】
１  酸素製造機
２  オゾン発生器
３  オゾン濃縮装置
４  反応塔
５ａ，５ｂ  窒素吸着塔
７ａ，７ｂ  オゾン吸着塔
８  循環ライン
９  キャリアガスライン
１０  高濃度オゾン発生装置
１１  原料ガス（酸素ガス）
１２  酸素発生器
１３  冷媒
１４  ガス冷却装置
１４ａ  冷媒容器
１４ｂ  伝熱管
１５  中間冷却器
１６  オゾン発生器
１６ａ  オゾナイザユニット
１７ａ  温度検出器
１７ｂ  濃度検出器
１８  チラーユニット
１９  電源
２０  温度制御器
２１  液体酸素
２２  液体酸素容器
２３  供給配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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