(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮源に接続された一次側の流入口に一端が開口して他端が一次側の貫通流出口に開口する一次側の中空糸膜を有し、かつ前記一次側の中空糸膜を透過した気体を流出する一次側の透過流出口を有し、前記一次側の流入口から流入した空気中の酸素の濃度を高めて前記一次側の透過流出口から流出し、前記一次側の貫通流出口から残りの気体を流出する一次側のメンブレンフィルタと、
前記一次側のメンブレンフィルタの前記貫通流出口に接続された二次側の流入口に一端が開口して他端が二次側の貫通流出口に開口する二次側の中空糸膜を有し、かつ前記二次側の中空糸膜を透過した気体を流出する二次側の透過流出口を有し、前記二次側の流入口から流入した気体の酸素濃度を高めて前記二次側の透過流出口から流出し、前記二次側の貫通流出口から窒素濃度の高い気体を流出する二次側のメンブレンフィルタと、
前記一次側の透過流出口に接続されてここから流出する気体を吸引する真空ポンプが設けられた一次側の透過気体供給管と、
前記二次側の貫通流出口に接続された二次側の貫通気体供給配管を放電手段に接続する位置と、前記一次側の透過気体供給管を前記放電手段に接続する位置とに切換作動する流路切換手段とを有し、
前記二次側の貫通気体供給管を介して窒素濃度の高い気体を前記放電手段に供給してイオンを含む気体を発生させ、前記一次側の透過気体供給管を介して酸素濃度の高い気体を前記放電手段に供給してオゾンを含む気体を発生させるようにしたことを特徴とするオゾンおよびイオンの発生装置。
【請求項２】
請求項１記載のオゾンおよびイオンの発生装置において、気体を流出するノズル部、このノズル部に連通する吸入ポートが設けられたディフューザを有し、前記吸入ポートと前記放電手段の気体出口とを接続し、前記放電手段に流入しない気体を前記ノズル部に供給するようにしたことを特徴とするオゾンおよびイオンの発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオゾンを含む空気あるいはイオンを含む空気を発生させるオゾンおよびイオンの発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品を殺菌洗浄したり、食品の製造や梱包のための食品製造装置を殺菌洗浄したり、食品の包装容器ないし包装物を殺菌洗浄するために、物理的洗浄方式と化学的洗浄方式とがある。半導体装置や液晶基板の製造装置にあっては、同様の洗浄方式が用いられている。化学的洗浄方式としては殺菌剤を含む洗浄液を被洗浄物に吹き付ける方式があるが、食品や食品の包装容器そして半導体装置などには不適当であるため、オゾンを含む空気を被洗浄物に吹き付ける技術が開発されている。また、物理的洗浄方式には、被洗浄物に付着した異物を掻き取ったり、空気を吹き付けて異物を吹き飛ばす方式がある。
【０００３】
一方、半導体装置の製造にあっては、製造装置が帯電される場合があり、その帯電を除去する必要があり、帯電を防止するには製造装置をアースするようにしたり、イオンを含むガスを帯電防止のために吹き付けるようにしているが、イオン化されたガスを吹き付ける場合には、低コストで大量のイオン化されたガスが必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
オゾンを食品やその製造装置などの被洗浄物に吹き付けると、被洗浄物の表面に付着した細菌を殺菌することができることから、食品などの種々の被洗浄物の洗浄に利用されている。しかしながら、これまでに開発されたオゾン発生装置は、多量のオゾンを連続的に発生させることが困難であり、多量に発生させるには非常に高価な装置となる。また、洗浄物に対してノズルなどから連続的にオゾンを吹き付けるような場合には少量のオゾンしか発生できないと有効な洗浄を行うことができないという問題点がある。そのため、連続的に効率良くオゾンを発生させることが必要となっている。
【０００５】
一方、イオン化されたガスを帯電防止のために使用する場合にも、連続的に効率良くオゾンを発生させることが必要となっている。
【０００６】
本発明の目的は、連続的に効率良くオゾンあるいはイオンを含む気体を発生させることができるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のオゾンおよびイオンの発生装置は、空気圧縮源に接続された一次側の流入口に一端が開口して他端が一次側の貫通流出口に開口する一次側の中空糸膜を有し、かつ前記一次側の中空糸膜を透過した気体を流出する一次側の透過流出口を有し、前記一次側の流入口から流入した空気中の酸素の濃度を高めて前記一次側の透過流出口から流出し、前記一次側の貫通流出口から残りの気体を流出する一次側のメンブレンフィルタと、前記一次側のメンブレンフィルタの前記貫通流出口に接続された二次側の流入口に一端が開口して他端が二次側の貫通流出口に開口する二次側の中空糸膜を有し、かつ前記二次側の中空糸膜を透過した気体を流出する二次側の透過流出口を有し、前記二次側の流入口から流入した気体の酸素濃度を高めて前記二次側の透過流出口から流出し、前記二次側の貫通流出口から窒素濃度の高い気体を流出する二次側のメンブレンフィルタと、前記一次側の透過流出口に接続されてここから流出する気体を吸引する真空ポンプが設けられた一次側の透過気体供給管と、前記二次側の貫通流出口に接続された二次側の貫通気体供給配管を放電手段に接続する位置と、前記一次側の透過気体供給管を前記放電手段に接続する位置とに切換作動する流路切換手段とを有し、前記二次側の貫通気体供給管を介して窒素濃度の高い気体を前記放電手段に供給してイオンを含む気体を発生させ、前記一次側の透過気体供給管を介して酸素濃度の高い気体を前記放電手段に供給してオゾンを含む気体を発生させるようにしたことを特徴とする。
【０００８】
本発明のオゾンおよびイオンの発生装置は、気体を流出するノズル部、このノズル部に連通する吸入ポートが設けられたディフューザを有し、前記吸入ポートと前記放電手段の気体出口とを接続し、前記放電手段に流入しない気体を前記ノズル部に供給するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、大気中の空気から酸素を透過させる中空糸膜を有するメンブレンフィルタを用いて、中空糸膜を透過した酸素を案内する一次側の透過流出口に接続された一次側の透過気体供給管に真空ポンプを設けたので、一次側のメンブレンフィルタの長さを短くしても、効率的に高濃度の酸素を含む気体を得ることができる。大気中の空気を中空糸膜内に貫通させることにより、少ない通気抵抗のもとで、酸素が透過した残りの窒素濃度が高くなった気体を得ることができる。酸素濃度が高い気体を放電手段に案内することにより、オゾンを含む気体が発生し、窒素濃度が高い気体を放電手段に案内することにより、イオンを含む気体が発生する。
【００１０】
本発明にあっては、放電手段に案内する気体をディフューザの吸入ポートに接続し、他の気体をディフューザのノズル部に接続することにより、放電手段を通過する流体の流れを円滑にして、効率的にオゾンを含む気体やイオンを含む気体を所定の部位に噴出することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１および図２は本発明の一実施の形態であるオゾンおよびイオンの発生装置を示す配管図であり、その装置は大気中の空気を圧縮して吐出するポンプ１１を有し、ポンプ１１により加圧された空気を案内する空気供給管１２には、空気中の水分を除去するドライフィルタ１３が設けられている。この空気供給管１２は３つのつの一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃのそれぞれの一次側の流入口１５に接続されており、これらの３つの一次側のメンブレンフィルタは相互に並列となって空気供給管１２に接続されている。
【００１３】
一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃはそれぞれ同一の構造となっており、図３は１つの一次側のメンブレンフィルタ１４ａの内部構造を示す断面図である。
【００１４】
図３に示すように、メンブレンフィルタは一端に一次側の流入口１５が設けられ、他端に一次側の貫通流出口１７が設けられた容器２１を有し、この容器２１の側壁部には一次側の透過流出口１６が設けられている。この容器２１内に配置された多数本の中空糸膜２２はそれぞれ容器２１内の両端部内に設けられた端板部２３に保持されており、それぞれの中空糸膜２２の一端部は流入口１５に開口し、他端部は貫通流出口１７に開口している。図示する中空糸膜２２としては、多孔質膜あるいは非多孔質膜を素材として内部に貫通孔が形成されたものが使用されている。
【００１５】
大気中の空気はその約７８％が窒素ガスで、約２１％が酸素ガスであり、流入口１５からメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃ内に流入した空気は、それぞれの中空糸膜２２の一端部から他端部に向けて流れる過程で、それぞれの中空糸膜２２の側壁から主として酸素が透過され、一次側の透過流出口１６からは酸素濃度が約３６％程度となり、酸素濃度が大気中の空気よりも高くなった濃酸素の気体が流出し、一次側の貫通流出口１７からは大気中の空気から酸素が一部抽出されて窒素濃度が約８４％程度となり、窒素濃度が高くなった残りの気体が流出することになる。
【００１６】
このように、流入口１５から流入した大気中の空気は、それぞれの中空糸膜２２内を流れながら、その側壁部から主として酸素が透過されて、酸素濃度が高くなった濃酸素気体が透過流出口１６から流出され、窒素の濃度が高くなった残りの気体は貫通流出口１７から流出されることになる。
【００１７】
それぞれの透過流出口１６には一次側の透過気体供給管３１が接続されており、この中に流入される濃酸素の気体の流量を増加するために、３つの一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃが設けられているが、その数は任意の数に設定することができる。
【００１８】
それぞれのメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃの貫通流出口１７にはそれぞれ二次側のメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃの二次側の流入口２５が一次側の貫通気体供給管を介して接続されており、それぞれのメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃは、一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃと同一の構造となっている。したがって、それぞれのメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃは、一端に二次側の流入口２５が設けられ、他端に二次側の貫通流出口２７が設けられ、側壁部には二次側の透過流出口２６が設けられている。
【００１９】
それぞれの二次側のメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃには、貫通流出口１７から流出した気体が流入口２５から流入した後に、中空糸膜の側壁から主として酸素が透過されることになり、それぞれの透過通流出口２６に接続された二次側の透過気体供給管３２に透過気体が流出することになる。二次側のメンブレンフィルタ内に流入する気体の中の酸素濃度は一次側のメンブレンフィルタ内に流入する空気の中の酸素濃度よりも低いので、この透過気体供給管３２には一次側の透過気体供給管３１よりも酸素濃度が低い気体が流出されることになる。この透過気体供給管３２内を流れる気体は、酸素濃度が約１５％で、窒素濃度が約８４％となっている。これに対して、窒素の濃度は一次側のメンブレンフィルタの貫通流出口１７から流出する気体よりも二次側のメンブレンフィルタの貫通流出口２７から流出する気体の方が高くなり、たとえば、約９５％程度の窒素濃度を有する気体が流出される。
【００２０】
それぞれの貫通流出口１７には貫通気体供給管３３が接続されており、この中には窒素濃度が高くなった濃窒素気体が流出することになる。一次側の透過気体供給管３１には、それぞれのメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃ内における中空糸膜２２の側壁を透過して透過流出口１６から透過気体供給管３１内に流入する透過気体の量を増加させるために、真空ポンプ３４が設けられ、その真空ポンプ３４の負圧側が透過流出口１６に開口し、正圧側が透過気体供給管３１の下流側に開口している。
【００２１】
貫通流出口１７と流入口２５を接続するそれぞれの一次側の貫通気体供給管と、貫通気体供給管３３のそれぞれには流量を調整するための可変絞り弁３０が設けられている。これらの絞り３０によりメンブレンフィルタ１４ａ〜２４ｃ内の圧力を調整して流量を絞ることによって、酸素と窒素に分離する際における窒素側の濃度を調整することができる。流量を増やすと、メンブレンフィルタで分離できなかった酸素が貫通流出口側に流れることになって窒素濃度は高くならないので、絞り弁３０によってその流量を決定することができる。
【００２２】
全てのメンブレンフィルタを、図１および図２に二点鎖線で示すように、ケースなどにより覆うようにし、真空ポンプ３４の輻射熱によりメンブレンフィルタを加熱させて、中空糸膜をたとえば２５℃から３０℃程度に保持することによってフィルタにおける透過率を高めるようにしても良く、二点鎖線で示すケース内に真空ポンプ３４も配置するようにしても良い。
【００２３】
一次側の透過気体供給管３１と二次側の貫通気体供給管３３の下流側には、放電装置４０が配置されており、放電装置４０は気体流入口４１と気体流出口４２とが設けられた放電装置本体４３を有し、内部には放電電極４４が組み込まれている。
【００２４】
この放電装置４０内に酸素濃度の高い気体を供給した状態で放電電極４４に通電するとオゾンを含む気体が発生し、窒素濃度の高い気体を供給した状態で通電するとイオンを含む気体が発生することになる。オゾンを発生させる場合とイオンを発生させる場合に、放電装置４０内に供給される気体の温度を変化させる場合には、二点鎖線で示すケース内の温度を調整するようにしても良い。
【００２５】
放電装置４０の気体流入口４１には一次側の透過気体供給管３１と二次側の貫通気体供給管３３のいずれかを選択的に接続するために、切換弁３５が設けられている。図１はこの切換弁３５の作動により、透過気体供給管３１が放電装置４０に接続された状態を示し、この状態にあっては透過気体供給管３１により濃酸素の気体が放電装置４０に供給されることになり、放電装置４０によりオゾンを含む気体が気体流出口４２から流出される。
【００２６】
これに対して、図２は切換弁３５の作動により、二次側の貫通気体供給管３３が放電装置４０に接続された状態を示し、この状態にあっては貫通気体供給管３３により濃窒素の気体が放電装置４０に供給されることになり、放電装置４０によりイオンを含む気体が気体流出口４２から流出される。
【００２７】
放電装置４０に隣接してエジェクタと同一の原理のディフューザ５０が配置されており、このディフューザ５０は気体を流出するノズル部５１を有し、このノズル部５１とこれに対向する排気ポート５２との間には、拡散部５３と混合部５４が形成され、拡散部５３と混合部５４の間には吸入ポート５５が開口している。ノズル部５１から気体を噴出すると、拡散部５３から混合部５４に流れる気体のディフューザの機能により吸入ポート５５に流入する気体が引き込まれることになり、ディフューザ５０によって、吸入ポート５５に接続される配管内の流体が吸入される。
【００２８】
この吸入ポート５５に接続された吸引配管３６は放電装置４０の気体流出口４２に接続されている。ノズル部５１には二次側の透過気体供給管３２と供給配管３７，３８とが接続され、透過気体供給管３１と貫通流体供給管３３のそれぞれにより案内された気体のうち、切換弁３５の作動により放電装置４０に供給されなかった方の気体が２つの供給配管３７，３８の一方を介してノズル部５１に供給されるようになっており、透過気体供給管３２を通過した気体もノズル部５１に供給される。
【００２９】
したがって、図１に示すように、二次側の透過気体供給管３１を放電装置４０に接続する状態に切換弁３５が操作されたときには、ノズル部５１には透過気体供給管３２と、供給配管３８を介して貫通気体供給管３３とが接続された状態となり、ノズル部５１に噴出される気体によって吸入ポート５５に接続された放電装置４０内のオゾンを含む気体が吸入されて排気ポート５２から外部に排出される。このときには、ノズル部５１に噴出される気体の圧力は、吸入ポート５５に供給される気体の圧力よりも高くなるように絞り弁３０によって調整される。
【００３０】
これに対して、図２に示すように、貫通気体供給管３３を放電装置４０に接続する状態に切換弁３５が操作されたときには、ノズル部５１には供給配管３７を介して一次側の透過気体供給管３１が接続された状態となり、この透過気体供給管３１からノズル部５１に噴出された気体によって、吸入ポート５５に接続された放電装置４０内のイオンを含む気体が供給されて排気ポート５２から外部に排出される。このときにも、ノズル部５１に噴出される気体の圧力は、吸入ポート５５に供給される気体の圧力よりも高くなるように絞り弁３０によって調整される。
【００３１】
排気ポート５２に接続された配管により、所定の部位に対してオゾンを含む気体あるいはイオンを含む気体のいずれかが供給されるようになっている。
【００３２】
このように、大気中の空気から一次側と二次側のメンブレンフィルタによって濃度の高い酸素と濃度の高い窒素とに分離し、オゾンを含む気体を発生させるときには、酸素濃度の高い気体を放電装置４０に供給するようにして、その他の気体を真空発生のためにノズル部５１に供給する気体として利用する。一方、イオンを含む気体を発生させるときには、窒素濃度の高い気体を放電装置４０に供給するようにして、その他の気体を真空発生のためにノズル部５１に供給して真空を発生させることになる。
【００３３】
切換弁３５を設けることなく、一次側の透過気体供給管３１を放電装置４０に常に接続させるようにすれば、オゾンを発生するための装置となり、二次側の貫通気体供給管３３を放電装置に常に接続させるようにすれば、イオンを発生させるための装置となる。
【００３４】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３５】
たとえば、一次側と二次側のメンブレンフィルタの数のみならず、それぞれの段数をも図示するような一段だけでなく複数段とするようにしても良く、その場合には複数段となった一次側のメンブレンフィルタの透過流出口には一次側の透過気体供給管を接続するようにし、複数段となった二次側のメンブレンフィルタの二次側の貫通流出口には貫通気体供給管を接続するようにする。ディフューザ５０を使用することなく、ポンプによって所定の部位にイオンあるいはオゾンを含む気体を供給するようにしても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中空糸を設けたメンブレンフィルタにより簡単な構造で大気中の空気を酸素濃度の高い気体と窒素濃度が高い気体とに分離することができ、一方の気体を放電装置に案内して、オゾンを含む気体とイオンを含む気体の双方を選択的に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オゾンを発生させている状態における本発明の一実施の形態であるオゾンおよびイオンの発生装置を示す配管図である。
【図２】イオンを発生させている状態における本発明の一実施の形態であるオゾンおよびイオンの発生装置を示す配管図である。
【図３】メンブレンフィルタの内部構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１１        ポンプ
１２        空気供給管
１３        ドライフィルタ
１４        メンブレンフィルタ（一次側）
１５        流入口（一次側）
１６        透過流出口（一次側）
１７        貫通流出口（一次側）
２１        容器
２２        中空糸膜
２３        端板部
２４        メンブレンフィルタ（二次側）
２５        流入口（二次側）
２６        透過流出口（二次側）
２７        貫通流出口（二次側）
３０        可変絞り弁
３１        透過気体供給管（一次側）
３２        透過気体供給管（二次側）
３３        貫通気体供給管（二次側）
３４        真空ポンプ
３５        切換弁
３６        吸引配管
３７，３８    供給配管
４０        放電装置
４１        気体流入口
４２        気体流出口
４３        放電装置本体
４４        放電電極
５０        ディフューザ
５１        ノズル部
５２        排気ポート
５３        拡散部
５４        混合部
５５        吸入ポート
【図１】
0003970417.tif 000002
【図２】
0003970417.tif 000003
【図３】
0003970417.tif 000004