(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧縮源に接続された流入口に一端が開口して他端が貫通流出口に開口する中空糸膜を有し、かつ前記中空糸膜を透過した気体を流出する透過流出口を有し、前記流入口から流入した空気中の酸素の濃度を高めて前記透過流出口から流出し、前記貫通流出口から残りの気体を流出するメンブレンフィルタと、
前記透過流出口に接続されてここから流出する気体を案内する透過気体供給管と、
前記貫通流出口に接続されてここから流出する気体を案内する貫通気体供給管と、
前記透過気体供給管により案内された気体を放電電極に接続する位置と、前記貫通気体供給管を前記放電電極に接続する位置とに切換作動する流路切換手段と、
前記透過気体供給管に設けられ、前記中空糸膜の外側を負圧に設定して前記透過流出口から流出する気体を吸引し、かつ前記中空糸膜の外側に圧力変動に基づく衝撃力を加える真空ポンプとを有し、
前記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電極に供給してイオンを含む気体を発生させ、前記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電極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、前記真空ポンプをピストンポンプと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流入口に一端が開口して他端が貫通流出口に開口する中空糸膜を有し、かつ前記中空糸膜を透過した気体を流出する透過流出口を有し、前記流入口から流入した空気中の酸素の濃度を高めて前記透過流出口から流出し、前記貫通流出口から残りの気体を流出するメンブレンフィルタと、前記透過流出口に接続されてここから流出する気体を案内する透過気体供給管と、前記貫通流出口に接続されてここから流出する気体を案内する貫通気体供給管と、前記透過気体供給管により案内された気体を放電電極に接続する位置と、前記貫通気体供給配管を前記放電電極に接続する位置とに切換作動する流路切換手段と、前記透過気体供給管に設けられ、前記中空糸膜の外側を負圧に設定して前記透過流出口から流出する気体を吸引し、かつ前記中空糸膜の外側に圧力変動に基づく衝撃力を加える真空ポンプとを有し、前記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電極に供給してイオンを含む気体を発生させ、前記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電極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。前記真空ポンプをピストンポンプとしても良い。
【０００８】
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には、中空糸膜の外側の雰囲気の圧力を負圧に設定する真空ポンプにより、衝撃力が加えられるので、透過気体の透過量を増加させることができ、放電電極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。
【０００９】
【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。
【００１０】
図１〜図３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、こ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はメンブレンフィルタ１４の流入口１５に接続されている。
【００１１】
図２はメンブレンフィルタ１４の内部構造を示す断面図であり、メンブレンフィルタ１４は一端に流入口１５が設けられ、他端に貫通流出口１７が設けられた容器２１を有し、この容器２１の側壁部には２つの透過流出口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。なお、メンブレンフィルタ１４には２つの貫通流出口１６が設けられているが、それを１つとしても良い。
【００１２】
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１４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、透過流出口１６からは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高くなった残りの気体が流出することになる。
【００１３】
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。
【００１４】
メンブレンフィルタ１４の透過流出口１６には透過気体供給管３１が接続されており、貫通流出口１７には貫通気体供給管３３が接続されている。透過気体供給管３１には、メンブレンフィルタ１４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の負圧側が透過気体供給管３１の吸入側３１ａにより透過流出口１６に接続され、正圧側には透過気体供給管３１の吐出側３１ｂが接続されている。
【００１５】
透過気体供給管３１と貫通気体供給管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。
【００１６】
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。
【００１７】
放電装置４０の気体流入口４１には透過気体供給管３１と貫通気体供給管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、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から流出することになる。
【００１８】
これに対して、切換弁３５を作動させて、透過気体供給管３１を放電装置４０に接続すると、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から流出する。
【００１９】
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。
【００２０】
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には供給配管３７，３８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いる。
【００２１】
したがって、図１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り、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。
【００２２】
これに対して、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には供給配管３８を介して貫通流出口１７が接続された状態となり、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ノズル部５１に噴出される気体によって吸入されて排気ポート５２から外部に排出される。
【００２３】
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。
【００２４】
このように、大気中の空気から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。
【００２５】
図３は真空ポンプ３４の具体的構造を示す図であり、この真空ポンプ３４は透過気体供給管３１の吸入側３１ａに接続される吸引ポート６１と、吐出側３１ｂに接続される吐出ポート６２とが設けられたシリンダ６３を有し、このシリンダ６３の中には、モータ６４によって往復動するピストン６５が往復動自在に設けられている。シリンダ６３には、ピストン６５が図３において下側に向けて移動する吸引動作時に吸引ポート６１を開き、逆方向に移動する吐出動作時に吸引ポート６１を閉じるリードバルブ６６と、ピストン６５の吸引動作時に吐出ポート６２を閉じて、吐出動作時に吐出ポート６２を開くリードバルブ６７とが設けられている。
【００２６】
ピストン６５の吸引動作によって透過気体供給管３１の吸入側３１ａが負圧となると、図３（Ａ）に示すように負圧波Ａが容器２１内の中空糸膜２２の外側の空間に伝播されて、その空間は負圧状態つまり真空状態となり、中空糸膜２２内の空気中の酸素がその側壁を透過して透過気体供給管３１内には濃酸素の気体が流出することになる。
【００２７】
一方、ピストン６５が吐出動作すると、吸引側のリードバルブ６６が閉じられて透過気体供給管３１の吸入側３１ａ内の圧力が変動して、図３（Ｂ）に示すように、反射波Ｂがメンブレンフィルタ１４の容器２１に伝播されることになる。これにより、容器２１内の中空糸膜２２には圧力変動による衝撃力が加えられることになり、この衝撃力によって中空糸膜２２の側壁を透過する気体の量が増加する。
【００２８】
真空ポンプ３４は、図３に示すように、単一のピストン６５を有するタイプであり、吸引気体に脈動が発生することから、中空糸膜２２に対して周期的に反射波や圧力変動に基づく衝撃力が加えられることになる。比較実験によると、脈動の少ないタイプの複数のピストンを有する真空ポンプやロータリ式の真空ポンプを用いた場合と、図３に示すピストン式の真空ポンプを用いた場合とを比較したところ、真空圧力を同一としても脈動が大きくなる単一ピストン式の真空ポンプを用いた方が中空糸膜２２からの透過気体の流量が大きくなることが判明した。したがって、メンブレンフィルタ１４の容器２１内に圧力変動を起こさせるようにすると、他のタイプの真空ポンプでも透過気体の流量を増加させることができる。
【００２９】
図４は本発明の他のタイプのオゾンおよびイオンの発生装置であり、この図においては図１に示された部材と共通する部材には同一の符号が付されている。
【００３０】
この装置は、前述したメンブレンフィルタ１４と同一の構造の３つの一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃと、これと同一構造の３つの二次側のメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃとを有している。一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃの貫通流出口１７は、二次側のメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃの流入口２５に接続されており、二次側のメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃの貫通流出口２７は貫通気体供給管３３により切換弁３５に接続されている。二次側のメンブレンフィルタ２４ａ〜２４ｃの透過流出口２６は透過気体供給管３２によってディフューザ５１のノズル部５１に接続されている。
【００３１】
この場合には、一次側と二次側の二段階のメンブレンフィルタを有するとともに、二段階のそれぞれは複数のメンブレンフィルタを有しているので、透過される濃酸素の気体と濃窒素の気体のいずれもその濃度を、図１に示す場合よりも高くすることができるとともに、全体の流量を増加することができる。この場合にも、真空ポンプ３４によって一次側のメンブレンフィルタ１４ａ〜１４ｃ内の中空糸膜２２に対して負圧波Ａと反射波Ｂとの圧力変動による衝撃力が加えられるので、透過する気体の流量を増加させることができる。
【００３２】
なお、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、二次側の貫通気体供給管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。また、図４に示す場合にも、それぞれのメンブレンフィルタ１４ａ〜２４ｃの貫通流出口１６，２６を図１に示す場合と同様に複数個設けるようにしても良い。
【００３３】
前記それぞれの実施の形態において、切換弁３５を設けることなく、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、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、図４に示す場合に、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、メンブレンフィルタ内の中空糸膜には、中空糸膜の外側の領域を負圧にする真空ポンプによって衝撃力が加えられるので、透過気体の流量を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】図１に示されたメンブレンフィルタの内部構造を示す断面図である。
【図３】図１の真空ポンプの一例を示す断面図であり、（Ａ）はポンプの吸引動作を示し、（Ｂ）はポンプの吐出動作を示す。
【図４】本発明の他の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。
【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
１５        流入口
１６        透過流出口
１７        貫通流出口
２１        容器
２２        中空糸膜
２３        端板部
２４        メンブレンフィルタ
２５        流入口
２６        透過流出口
２７        貫通流出口
３０        可変絞り弁
３１        透過気体供給管
３２        透過気体供給管
３３        貫通気体供給管
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
６１        吸引ポート
６２        吐出ポート
６３        シリンダ
６４        モータ
６５        ピストン
６６，６７    リードバルブ
【図１】
0003943251.tif 000002
【図２】
0003943251.tif 000003
【図３】
0003943251.tif 000004
【図４】
0003943251.tif 000005