(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素設備と無声放電方式のオゾン発生装置を組合せ、酸素設備から供給される高純度の酸素ガスをオゾン発生装置に導いてオゾン化するオゾン発生設備であり、酸素設備の酸素供給口とオゾン発生装置のガス導入口との間にガス導管を配管し、該ガス導管を通じて酸素ガスをオゾン発生装置に供給するオゾン発生設備において、
前記酸素設備と前記オゾン発生装置のガス導入口との間の前記ガス導管を非金属材料の管としたことを特徴とするオゾン発生設備。
【請求項２】
酸素設備と無声放電方式のオゾン発生装置を組合せ、酸素設備から供給される高純度の酸素ガスをオゾン発生装置に導いてオゾン化するオゾン発生設備であり、酸素設備の酸素供給口とオゾン発生装置のガス導入口との間にガス導管を配管し、該ガス導管を通じて酸素ガスをオゾン発生装置に供給するオゾン発生設備において、
前記酸素設備と前記オゾン発生装置のガス導入口との間の前記ガス導管を金属管としてその内面を非金属材料で被覆したことを特徴とするオゾン発生設備。
【請求項３】
請求項１または２記載のオゾン発生設備において、ガス導管の非金属材料が、フッ素系樹脂，ビニール樹脂，ポリアミド系樹脂のいずれかであることを特徴とするオゾン発生設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、上下水処理やパルプ漂白処理などに用いる高濃度オゾンを得るオゾン発生設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾン発生設備は、オゾンが持つ殺菌・脱色・脱臭力を利用して上下水処理施設，パルプ漂白処理施設などにおいて広く使用されている。
次に、従来におけるオゾン発生設備を図３，図４で説明する。
すなわち、オゾン発生設備は図３のシステム図で示すように、酸素設備Ａとオゾン発生装置Ｂとを組合せ、両者の間にステンレス鋼管のガス導管Ｃを配管した構成になる。
【０００３】
ここで、酸素設備Ａは液体酸素を入れたデュワー瓶Ａ-1と、液体酸素を気化させるエバポレータＡ-2を備えており、液化酸素を気化して高純度の酸素ガス（通常９９．９９％）に変える。そして、この酸素設備Ａで得た高純度の酸素ガス（原料ガス）をガス導管Ｃを通じてオゾン発生装置Ｂに送り込み、該装置内の放電管に流して無声放電によりオゾンを生成させる。
なお、酸素設備Ａとして、前記した液体酸素設備の代わりに図示のように酸素ボンベＡ-3をガス導管Ｃに接続し、酸素ボンベＡ-3から高純度の酸素ガスを直接供給する場合もある。
【０００４】
次に、オゾン発生装置の一例を図４(a),(b) に示す。なお、図示例のオゾン発生装置は、本発明と同一出願人より先に特開平９−３１５８０３として提案したものである。図において、１はオゾン発生装置の本体胴部であり、その両端開口部はパッキン１７を介して側板２，３で閉塞された構成になり、周面には原料ガス入口７，オゾン化ガス出口８，および冷却水の入口９，出口１０が開口している。
【０００５】
また、胴部１の内部には左右１対の仕切板５，６が互いに間隔を設けられおり、この仕切板５，６の間を貫通して多数本のオゾン発生管１１が架設されている。このオゾン発生管１１は、接地電極としての円筒状の金属管１１ａと、該金属管１１ａの内面側にライニングによって形成されたガラス誘電体層１１ｂと、誘電体層１１ｂを含む接地電極１１の内側にほぼ一様なギャップ長を持つ放電ギャップ１２を隔てて対向する円筒形の高電圧電極１３とからなり、高電圧電極１３はその端部から引出したリード線１４，およびブッシング１５を介して外部の高周波電源１６に接続されている。
【０００６】
また、オゾン発生管１１の金属管１１ａの外周側には仕切板４，５との間にウオータジャケット４が画成され、ここに冷却水循環ライン１９から冷却水入口９，出口１０を通じて冷却水（イオン交換水）を流すようにしている。また、高電圧電極１３に対しては、冷却水循環ライン１９に介装したマニホールド２４から分岐する導水パイプ２４を電極管に接続して冷却水を流すようにしている。なお、２０は冷却水の送水ポンプ、２１は二次冷却水で冷却する熱交換器である。
かかる構成で、原料ガス入口８から送り込んだ原料ガス（酸素ガス）は、オゾン発生管１１の開口端から放電ギャップ１２に流れ込んでオゾン化され、ガス出口８から流出する。
【０００７】
なお、ガス出口８の下流には図示しない排気バルブが装着されており、この排気バルブの弁開度を調整することによって、オゾン発生装置の胴内における酸素を含む原料ガスはその圧力が例えば０．１８ＭＰａ程度に調節されている。
このような圧力に調整された酸素ガスを流した状態で、オゾン発生管１１の金属管（接地電極）１１ａと高電圧電極１３との間に高周波電源１６から供給された高周波電圧を印加すると無声放電が発生し、高純度の酸素ガスがオゾン化されて高濃度のオゾンが生成することは周知の通りである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した従来のオゾン発生設備では、原料ガスとして純度９９．９９％レベルの液体酸素を気化した酸素ガスを使用して長時間連続して運転すると、運転時間の経過とともにオゾン発生装置で生成するオゾンの濃度が徐々に低下するといった問題がある。
この現象は原料ガスである酸素純度が高くなると顕著に現れる。しかも、オゾン発生設備の稼働中にオゾン濃度が低下すると、オゾンの持つ殺菌，脱色，脱臭能力が弱まって需要先の上下水処理，パルプ漂白処理などに支障を来すことになる。
【０００９】
そこで、発明者等は前記現象の原因を究明したところ、その原因には次記のことが関与していることが判明した。
すなわち、無声放電方式でオゾンを生成すると、次式(1）〜(3）で表すように反応性の高い活性酸素（式(1）のＯ2 * , 式(2) のＯ* ）が生じる。
Ｏ2 + ｅ  →  ｅ +  Ｏ2 *     …………(1)
Ｏ2 * + ｅ→  ｅ +  Ｏ +  Ｏ* …………(2)
Ｏ  + Ｏ2 ＋  Ｍ→  Ｏ3 + Ｍ  …………(3)
【００１０】
しかも、オゾン発生装置を長時間連続して運転すると、前記の活性酸素が電極表面に吸着され、この活性酸素と放電により生じたオゾンが反応する。これにより、次式(4) 〜(6) で表すようにオゾンは酸素分子, あるいは酸素原子に分解され、これが原因でオゾン発生装置から取り出すオゾンの濃度を低下させる。
Ｏ3  +  Ｏ2 * →  Ｏ +  ２Ｏ2 …………(4)
Ｏ3  +  Ｏ*   →  Ｏ2 + ２Ｏ2 …………(5)
Ｏ3  +  Ｏ2 - →  Ｏ3 - + Ｏ2 …………(6)
【００１１】
一方、発明者等は前記したオゾンの濃度低下，およびその対策に関する研究で、オゾン発生装置に送り込む酸素ガスに微量な窒素ガス（または空気）を混入することによりオゾン濃度の低下が防げることを見い出し、特願平１１−３５４６５０号として先に提案している。
すなわち、次式(7) 〜(8) のように酸素に微量の窒素を混入してオゾン発生装置の電極間に送り込むこと、窒素分子が放電によって励起され、これが酸素分子と反応して窒素酸化物（ＮＯX ）の一群が生じるとともに、この窒素酸化物と活性酸素が反応する。
【００１２】
しかも  窒素酸化物と活性酸素はオゾンと活性酸素との反応よりも早く反応して活性酸素を酸素分子あるいは酸素原子に分解する。これにより式(9) 〜(10)で表すように、活性酸素はオゾンと反応する以前にＮＯX 反応し、その結果としてオゾンの活性酸素による分解が抑制される。
Ｎ2  +  ｅ  →  ２Ｎ* + ｅ  …………(7)
Ｎ*  +  Ｏ2 →  ＮＯ  + Ｏ  …………(8)
ＮＯ +  Ｏ* →  ＮＯ  + Ｏ2 …………(9)
ＮＯ +  Ｏ2 * →ＮＯ2 + Ｏ  …………(10)
【００１３】
また、発明者は前述のように酸素ガスへの微量な窒素ガスの混入が活性酸素によるオゾン分解の抑制に寄与することを基礎に、オゾン発生設備の原料ガス配管系についてその材料を見直す研究を進めたところ、図３における酸素設備Ａとオゾン発生装置Ｂとを結ぶガス導管Ｃの材質が、オゾン発生装置Ｂで生成したオゾン濃度の低下に関わり合っていることが判った。
【００１４】
すなわち、ガス導管Ｃが従来より一般に使われているステンレス鋼のチューブであると、オゾン発生装置Ｂで生成しオゾンの濃度が運転時間の経過ととも低下するが、このステンレス鋼のチューブを別な材質で作られたチューブに置き換えて実験を行ったところ、ガス導管の材質によっては長時間連続運転してもオゾン濃度が殆ど低下しないことを見い出した。
【００１５】
そこで、本発明は、前記の研究で得た知見を基に、酸素設備とオゾン発生装置とを結ぶガス導管の材質を適正に選定し、オゾン発生装置を長時間継続して運転した場合でも運転初期に得られるオゾン濃度を安定よく維持できるようにしたオゾン発生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、酸素設備と無声放電方式のオゾン発生装置を組合せ、酸素設備から供給される高純度の酸素ガスをオゾン発生装置に導いてオゾン化するオゾン発生設備であり、酸素設備の酸素供給口とオゾン発生装置のガス入口との間にガス導管を配管し、該ガス導管を通じて酸素ガスをオゾン発生装置に供給するオゾン発生設備において、
（１）前記酸素設備と前記オゾン発生装置のガス導入口との間の前記ガス導管を非金属材料の管とする（請求項１）。
（２）前記酸素設備と前記オゾン発生装置のガス導入口との間の前記ガス導管を金属管としてその内面を非金属材料で被覆する（請求項２）。
（３）前項（１）, （２）において、前記酸素設備と前記オゾン発生装置のガス導入口との間の前記ガス導管の非金属材料にフッ素系樹脂，ビニール樹脂，ポリアミド系樹脂のいずれかを使用する（請求項３）。
【００１７】
上記のようにガス導管に、フッ素系樹脂，ビニール樹脂，あるいはポリアミド系樹脂などの非金属材料で作られた管、もしくは金属管の内面を前記材料で被覆したものを採用することにより、オゾン発生装置を長時間連続運転してもオゾン濃度は初期運転時の濃度を安定に維持することが実験結果から確認されている。
【００１８】
すなわち、ガス導管の非金属材料に吸着されている窒素ガスが微量ずつ放出してガス導管を通流する高純度の酸素ガス中に混入し、後段のオゾン発生装置に送り込まれ、これにより先記した提案（特願平１１−３５４６５０）と同様に窒素分子が放電により励起し、酸素分子と反応して窒素酸化物が生じるとともに、この窒素酸化物と活性酸素とが反応して活性酸素を酸素分子あるいは酸素原子に分解し、オゾンの活性酸素による分解が抑制されるものと推測される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１(a) 〜(c) の実施例に基づいて説明する。なお、実施例の図中で図３に対応する部材には同じ符号を付してその説明は省略する。
すなわち、実施例のオゾン発生設備は基本的に図３と同様であるが、酸素設備Ａの酸素供給口とオゾン発生装置Ｂのガス導入口との間に配管したガス導管Ｃについて、図１(b) に示す実施例ではガス導管Ｃに非金属材料であるフッ素樹脂管Ｃ-1を採用している。
【００２０】
ここで、図１(a) におけるガス導管Ｃに、フッ素樹脂管Ｃ-1を採用した場合と、その比較例として図３(b) に示したステンレス鋼管を採用した場合とについて、発明者が行った実験の結果を図２に示す。図２はオゾン発生装置Ｂの放電時間（運転時間）とオゾン発生装置の出口側で計測した生成オゾンの濃度との推移を表している。なお、フッ素樹脂管Ｃ-1は、肉厚約１ｍｍ，外径６〜１０ｍｍのチューブを採用した。
【００２１】
この特性図から明らかなように  、ガス導管Ｃにステンレス鋼管を採用した場合には運転時間の経過とともにオゾン濃度が低下している（運転初期では２００ｇ／Ｎｍ3であったオゾン濃度が運転時間４時間半を経過した後には、１００ｇ／Ｎｍ3程度に低下している）のに対して、ガス導管Ｃにフッ素樹脂管Ｃ-1を採用した場合にはオゾン濃度の低下が殆ど見られず、運転初期に得られたオゾン濃度をそのまま安定よく維持していることが判る。
【００２２】
なお、図示実施例ではガス導管Ｃとしてフッ素樹脂管を示したが、ほかにビニール樹脂、あるいはポリアミド系樹脂などの高分子材料で作られたものを採用しても同等な効果が得られることが実験で確認されている。
また、図１(c)はガス導管Ｃの別な実施例を示すものであり、この実施例ではステンレス鋼管Ｃ-2の内周面を肉厚１ｍｍ程度のフッ素樹脂Ｃ-3で被覆している。この実施例においても、図１(b)のフッ素樹脂管Ｃ-1と同様な効果の得られることが実験で確認されている。
【００２３】
なお、ステンレス鋼管Ｃ-2の内面を被覆する非金属材料には、フッ素樹脂のほかに、ビニール樹脂、あるいはポリアミド系樹脂を採用しても同等な効果が得られる。この実施例は規模の大きなオゾン発生設備でその配管系にも十分な機械的強度が必要な場合に有効である。
なお、オゾン発生装置Ｂの出口側配管の材質は、オゾン濃度の安定性に影響しないことが実験で確認されている。
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、酸素設備と後段の無声放電式のオゾン発生装置との間に配管した酸素ガス供給用のガス導管に、従来のステンレス鋼管に代えてフッ素樹脂，あるいはビニール樹脂、ポリアミド系樹脂の非金属材料で作られた管、もしくは鋼管の内面を前記と同じ非金属材料で覆った管を採用することにより、オゾン発生装置のオゾン生成過程で放電により生成した活性酸素によるオゾン分解を抑制できて、長時間連続運転した場合でも安定した濃度のオゾンガスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例によるオゾン発生設備を示し、(a)はシステム図、(b),(c)はそれぞれ本発明の請求項１，２に対応するガス導管の断面拡大図
【図２】オゾン発生装置の実験データを基に本発明と従来例とを対比して表したオゾン濃度と放電時間との関係を表す特性図
【図３】従来におけるオゾン発生設備を示し、(a)はシステム図、(b）は(a)図におけるガス導管の断面拡大図
【図４】図３の設備に採用されるオゾン発生装置を示し、(a)は装置全体の断面図、(b)は(a)図における高電圧電極部の断面図
【符号の説明】
Ａ酸素設備
Ｂオゾン発生装置
Ｃガス導管
Ｃ-1フッ素樹脂管
Ｃ-2ステンレス鋼管
Ｃ-3フッ素樹脂（被覆層）
【図１】
0004157923.tif 000002
【図２】
0004157923.tif 000003
【図３】
0004157923.tif 000004
【図４】
0004157923.tif 000005