(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾン発生器４と、該オゾン発生器４へ乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段２０を備えたオゾン発生装置において、前記乾燥空気供給手段２０は加圧空気供給源１と、その加圧空気供給源１からの空気中の水分を除去するための中空糸分離膜ユニット２２を備えた除湿装置２１を有し、中空糸分離膜ユニット２２に悪影響を及ぼす有害ガス成分を除去するため、加圧空気供給源１から除湿装置２１への空気供給路にイオン交換膜を用いた有害ガス除去装置４０を設けたことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
請求項１において、除湿装置２１は中空糸分離膜ユニット２２からオゾン発生器４へ乾燥空気を排出する管路ｅと、該管路ｅから分岐して中空糸分離膜ユニット２２の２次側に連通するパージ路ｊと、パージ路ｊに設けた流量調整手段２４と、流量調整手段２４を制御する制御装置５０を備え、前記制御装置５０は乾燥空気を排出する管路ｅの湿度が予め設定された範囲になるように流量調整手段２４を制御するように構成されていることを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、オゾン発生器４の取付部６０に除湿装置２１が組み込まれていることを特徴とするオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオゾン発生器と、それへの乾燥空気供給手段を備えたオゾン発生装置に関し、詳しくは乾燥空気供給手段が中空糸分離膜ユニットを備えた除湿装置を有することを特徴とするオゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業排水、上下水道、中水道などの水処理設備、またはし尿処理設備などにおいては、酸化力の強いオゾンガス（以下、単にオゾンという。）を利用した殺菌、脱臭、酸化分解などの処理プロセスを組み込むことが多い。通常、オゾンはオゾン発生器で空気を高電圧放電して生成するが、効率よくオゾンを発生させるためにはオゾン発生器へ供給する空気の露点（または乾燥度）を−６０℃以下にする必要がある。
【０００３】
図７は従来のオゾン発生装置のプロセスフロー図であり、図中ａ〜ｉは空気配管やオゾン配管などの管路である。オゾン発生装置は加圧空気を供給する加圧空気供給源１と、加圧空気供給源１から管路ａを経て供給される高温の加圧空気を冷却する空気冷却器２と、空気冷却器２から管路ｂを経て排出する加圧空気中の水分を除去して乾燥空気を得る除湿装置３と、除湿装置３から管路ｅを経て供給される乾燥空気に高電圧放電を行ってオゾンを生成するオゾン発生器４を備えている。
【０００４】
オゾン発生器４から排出するオゾンは管路ｆを経て冷却装置５に供給され、そこで冷却されて管路ｇを経て図示しない貯蔵設備または負荷設備に供給される。冷却装置５は冷却水によりオゾンを冷却するもので、冷却装置５には冷却水供給用の管路ｈとリターン用の管路ｉがそれぞれ接続される。
【０００５】
加圧空気供給源１は空気圧縮機６とバッファ用の空気槽７を有している。なお空気圧縮機６と空気槽７の間の管路に設けた電磁式開閉弁Ｖ１０は、空気圧縮機６を一時的に停止する場合などにおいて、遠隔操作で該管路を閉じるために設けられる。
一般に加圧空気供給源１から排出する加圧空気は断熱圧縮により昇温し、外気との温度差により供給路内に結露を発生し易くなる。そこで加圧空気供給源１の出口側に、例えばアフタークーラや冷凍式除湿機などにより構成される空気冷却器２を設ける。
【０００６】
加圧空気は空気冷却器２で冷却された際に、その水分の一部が凝縮により除去される。しかし空気冷却器２から排出する加圧空気の乾燥度は露点表示で高々−７℃〜−１７℃程度であり、そのままでは乾燥度が低くオゾン発生器４へは直接供給できない。そこで空気冷却器２の出口側に除湿装置３を設けて露点を−６０℃程度まで低下させている。
【０００７】
除湿装置３は従来から空気中の水分を活性アルミナやゼオライトなどの水分の吸着剤に吸着させて除去する吸着式除湿装置が採用されている。一般に除湿装置３は図示のように管路ｂに設けたプレフィルタ８と、プレフィルタ８の出口側に並列接続した２つの除湿塔９と、それら除湿塔９の出口側の管路ｄに設けたアフタフィルタ１０を少なくとも備えている。なおＶ１〜Ｖ９は遠隔操作可能な電磁式開閉弁、ＲＶは逆止弁である。
【０００８】
各除湿塔９内には前記水分の吸着剤が充填されている。除湿塔９の除湿操作を続けると内部に充填した吸着剤に次第に水分が蓄積し、最終的には水分の飽和状態になる。吸着剤に水分が蓄積すると水分の吸着性能（除湿性能）が低下し、水分の飽和状態になるとそれ以上の除湿機能は失われる。したがって、吸着剤がある程度水分を吸着した段階で、その水分を放出する再生操作が必要になる。
【０００９】
再生工程中に加圧空気の除湿操作が中断することを避けるため、２つの除湿塔９が設けられ、それらは電磁式開閉弁Ｖ１〜Ｖ９を設けた切換管路で交互に除湿工程と再生工程の切り換えができるようになっている。図示の状態は左側の除湿塔９が除湿工程、右側の除湿塔９が再生工程にあり、これらの切換操作は図示しない制御盤からの遠隔操作により行われる。なお再生工程にある右側の除湿塔９には、ブロワ１１からの送風を電気ヒータ１２で加熱して得られた再生用の温風が供給され、その温風による加熱再生が行われている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、吸着式の除湿装置は除湿塔の除湿工程と再生工程の切換操作のために多数の電磁式開閉弁と管路が必要になり、頻繁な作動によるそれらの寿命短縮が問題になる。そのためメンテナンスを頻繁に行う必要があり、運転コストも高くなるという問題がある。
また除湿塔にはかなり大量の吸着剤を充填する必要があるため、その外形寸法が大きくなる。さらに多くの周辺機器を設置する必要があるので装置全体が大型になり、それに応じて広い設置スペースの確保も必要になる。現在検討されているオゾン使用の各施設は、建屋を小さくするためオゾン発生装置の省スペース化が強く望まれている。
そこで本発明は、これらの問題を解決することを課題とし、そのための新しいオゾン発生装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成する本発明は、オゾン発生器と、該オゾン発生器への乾燥空気供給手段を備えたオゾン発生装置である。そして前記乾燥空気供給手段は加圧空気供給源と、その加圧空気供給源からの空気中の水分を除去するための中空糸分離膜ユニットを備えた除湿装置を有し、中空糸分離膜ユニットに悪影響を及ぼす有害ガス成分を除去するため、加圧空気供給源から除湿装置への空気供給路にイオン交換膜を用いた有害ガス除去装置を設けたものである（請求項１）。
【００１２】
上記オゾン発生装置における除湿装置は、中空糸分離膜ユニットからオゾン発生器へ乾燥空気を排出する管路と、該管路から分岐して中空糸分離膜ユニットの２次側に連通するパージ路と、パージ路に設けた流量調整手段と、流量調整手段を制御する制御装置を備え、前記制御装置は乾燥空気を排出する管路の湿度が予め設定された範囲になるように流量調整手段を制御するように構成できる（請求項２）。
【００１３】
上記いずれかのオゾン発生装置において、オゾン発生器の取付部に除湿装置を組み込むことができる（請求項３）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面により説明する。
図１は本発明に係るオゾン発生装置の第１の実施の形態を示すプロセスフロー図である。図１の実施の形態が従来装置として前述した図７と異なる部分は点線で囲まれた除湿装置２１のみで、そのほかは同様に構成される。従って同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
本実施の形態におけるオゾン発生装置は、オゾン発生器４と、そのオゾン発生器４へ乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段２０を主要構成としている。乾燥空気供給手段２０は加圧空気供給源１と、その加圧空気供給源１からの空気中の水分を除去する中空糸分離膜ユニット２２を備えた除湿装置２１を主要構成としている。
【００１６】
加圧空気供給源１は空気圧縮機６とその出口側に設けた空気槽７を有し、その出口側の管路ａに空気冷却器２が設けられ、その空気冷却器２の出口側の管路ｂが除湿装置２１に接続される。なお、空気圧縮機６の出口温度がそれ程上昇しない場合には空気冷却器２を省略することもできる。
【００１７】
除湿装置２１は、管路ｂに設けた電磁式開閉弁Ｖ１、プレフィルタ８及びオイルミストフィルタ２３と、オイルミストフィルタ２３の出口側に直列に接続した２つの中空糸分離膜ユニット２２と、中空糸分離膜ユニット２２で得られた乾燥空気を排出する管路ｅと、その管路ｅから分岐したパージ路ｊと、パージ路ｊに設けた電磁式開閉弁からなる流量調整手段２４と、管路ｅの湿度（相対湿度）を計測する接点付きの湿度検出器２５を備えている。なお相対湿度の代わりに露点もしくは乾燥度を検出するように構成した検出器を使用することもできる。なお、プレフィルタ８は管路ｂから供給される加圧空気中の塵埃もしくはゴミを除去し、オイルミストフィルタ２３は同じく加圧空気中のオイルミストを除去する目的で設けられる。
【００１８】
中空糸分離膜ユニット２２は、筒状の容器内に中空糸分離膜束を収容した中空糸分離膜モジュールを１本または複数本並列接続して構成される。気体の除湿に適した中空糸分離膜モジュールとしては、例えば宇部興産から市販の型式Ｃ１０Ｖ、ドイツのＢＥＫＯ社から市販の型式４０２０などがある。
【００１９】
図２は中空糸分離膜ユニット２２として１本の中空糸分離膜モジュール２６を使用した場合のパージ路ｊ等との接続図、図３は中空糸分離膜モジュール２６の断面図である。中空糸分離膜モジュール２６は円筒状の容器２７とその中に封入した中空糸型の分離膜２８と、容器２７の端部に連結した入口キャップ２９および出口キャップ３０を備えている。
【００２０】
分離膜２８の１次側３１（中空糸の内側）は入口キャップ２９と出口キャップ３０に連通し、入口キャップ２９に連通する管路ｂから供給される加圧気体の湿分は分離膜２８の水蒸気分圧差により生じる膜の浸透力によって１次側３１から２次側３２（中空糸の外側）に分離除去される。そして水分除去により得られた乾燥気体は管路ｅを経てオゾン発生器４に供給される。
【００２１】
分離膜２８で水分の分離を続けると２次側３２の湿度が次第に上昇するが、この湿度上昇の程度は供給気体の湿度や温度等によっても左右される。また分離膜２８における膜の浸透力は１次側３１と２次側３２の水蒸気分圧差に比例するので、分離膜２８の２次側３２の湿度が上昇すると水蒸気分圧差は小さくなって膜の浸透力が低下し、結果として中空糸分離膜モジュール２６の除湿性能は低下する。
【００２２】
そこで分離膜２８の２次側３２を乾燥気体でパージすることにより、その湿度を下げて除湿性能の低下を防止している。すなわち管路ｅから流出する乾燥気体の一部を流量調整手段２４で調整し、パージ路ｊからパージ供給口３３を経て分離膜２８の２次側３２に供給する。この乾燥気体は２次側３２を流通する間に滞留する水分を同伴してパージ排出口３４から外部に排出される。
【００２３】
次に図１の除湿装置２１による加圧空気の除湿操作について説明すると、先ず加圧空気供給源１の空気圧縮機６を運転し、発生した加圧空気を空気冷却器２で冷却する。冷却された加圧空気は管路ｂを経て除湿装置２１に供給される。除湿装置２１ではプレフィルタ８で塵埃を除去し、さらにオイルミストフィルタ２３で空気圧縮機６などから混入したオイルミストを除去する。
【００２４】
塵埃およびオイルミストを除去した清浄な加圧空気は、１段目の中空糸分離膜ユニット２２で除湿して例えば露点を−２０℃〜−３０℃程度まで低下させ、次いで２段目の中空糸分離膜ユニット２２で除湿して露点を−６０℃以下まで低下させた乾燥空気とする。連続運転する場合において、通常の大気状態であれば得られた乾燥空気量の１５〜２０％程度のパージ量を１段目および２段目の中空糸分離膜ユニットに供給することにより、露点−６０℃以下の乾燥空気を安定してオゾン発生器４に供給することができる。
【００２５】
オゾン発生器４へ供給する乾燥空気の露点は、管路ｅに設けた接点付きの湿度検出器２５により監視される。湿度検出器２５は管路ｅの湿度（露点）が予め設定された値より上昇したとき、すなわち何らかの原因で中空糸分離膜ユニット２２の除湿性能が低下したとき、該接点が閉じることによって流量調整手段２４である電磁式開閉弁が開となり、乾燥空気が１段目および２段目の中空糸分離膜ユニット２２（具体的にはそれを構成する各中空糸分離膜モジュール２６の２次側３２）に供給されてパージが行われる。
【００２６】
このパージ操作により中空糸分離膜ユニット２２の除湿性能が回復すると、湿度検出器２５の接点が開き、流量調整手段２４を閉じてパージを停止する。このようにして湿度検出器２５は管路ｅの湿度（もしくは露点）を予め設定した範囲に維持するよう流量調整手段２４を制御する。従ってこの湿度検出器２５は前述した本発明における制御装置（請求項３参照）の機能も有している。
【００２７】
図４は本発明に係るオゾン発生装置の他の実施の形態を示すプロセスフロー図である。本実施の形態は図１の実施の形態の変形例であり、図１における管路ｂの空気冷却器２が省略され、その代わりに管路ｂにはイオン交換膜を用いた有害ガス除去装置４０が設けられる。なおその他の構成と作用は図１の場合と同様なので重複する説明は省略する。
【００２８】
有害ガス除去装置４０は、加圧空気中に中空糸分離膜ユニット２２にとって有害なガスが含まれている場合にその有害ガスを除去するものである。本実施の形態では有害ガス除去装置４０が２つ並列に接続され、図示しない切換弁で交互にイオン交換工程と再生工程が切換できるように構成されている。
【００２９】
例えば本発明に係るオゾン発生装置が下水処理施設に設置される場合、加圧空気には硫化水素ガスや塩素ガスなどの有害ガスが混入する可能性がある。そのような場合に硫化水素ガスや塩素ガスをイオン交換により分離除去できるイオン交換膜を備えた有害ガス除去装置４０を設置することが望ましい。
【００３０】
図５は本発明に係るオゾン発生装置のさらに他の実施の形態を示すプロセスフロー図である。本実施の形態も図１の実施の形態の変形例であり、図１における管路ｂの空気冷却器２が省略され、除湿装置２１における中空糸分離膜ユニット２２は除湿能力の大きいものが１段だけ設けられる。さらに本実施の形態では、中空糸分離膜ユニット２２のパージ路ｊに設けた電磁式開閉弁からなる流量調整手段２４が制御装置５０により制御される。なお、その他の構成と作用は図１の場合と同様なので重複する説明は省略する。
【００３１】
中空糸分離膜ユニット２２から排出する乾燥空気の湿度（露点）は管路ｅに設けた湿度検出器２５で検出されるが、この湿度検出器２５は湿度変化に応じた電気出力を制御装置５０に伝送するように構成されている。制御装置５０には予め維持すべき湿度範囲が設定されており、例えば湿度検出器２５からの湿度検出値がその設定範囲より上昇したときは、流量調整手段２４を構成する電磁式開閉弁を開制御してパージを開始する。そしてパージ操作により湿度検出値が前記設定範囲内に復帰したときに、制御装置５０は流量調整手段２４を閉じてパージ操作を停止する。
【００３２】
このようなパージ量の制御は空気圧縮機６の稼働率を低下させる効果がある。例えばオゾン発生器４への乾燥空気流量が減少したときは、除湿装置２１の除湿能力に余裕が生じる。そのような場合も多量のパージを継続することは空気圧縮機６が非生産的な稼働率で運転していることになる。そのような場合には管路ｅの湿度も低下するので、前記のようにそれを検出してパージを停止することにより、空気圧縮機６の稼働率は低下し、エネルギー消費量が抑制される。
【００３３】
制御装置５０を設ける場合には、流量調整手段２４を空気圧駆動式または電気駆動式などの連続調整弁とすることができる。そのような連続調整弁は任意の開度に調整できるので、制御装置５０から出力される連続変化する制御信号によって、パージ量をきめ細かく調整することができる。なお、このような制御方式は図１または図４の実施の形態においても使用することができる。
【００３４】
図６は図１、図４または図５に示すオゾン発生装置の装置構成の１例を示す正面図である。オゾン発生器４は、基盤，フレームや架台などの取付部６０に複数の支持脚６１により取り付けられ、さらに該取付部６０に除湿装置２１も取り付けられて、装置全体をコンパクトに構成している。なお図６にはプレフィルタ８や湿度検出器２５などの周辺機器を省略して示している。
【００３５】
これまで説明した各実施の形態は、除湿装置２１に中空糸分離膜ユニット２２を備えた例であるが、必要に応じて中空糸分離膜ユニット２２と共に従来の吸着式除湿装置を設けることもできる。必要に応じて設けた吸着式除湿装置には、中空糸分離膜ユニット２２の補助的機能を果たすか、あるいは予備的機能を果たすことができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明に係るオゾン発生装置は、オゾンン発生器に乾燥空気を供給する乾燥空気供給手段として、加圧空気供給源と、その加圧空気供給源からの空気中の水分を除去するための中空糸分離膜ユニットを備えている。そのため吸着式の除湿装置を採用する従来方式のように、多数の電磁式開閉弁や温風発生手段などを設ける必要がなく、装置を小型化できると共に運転コストを低下させることが可能となる。さらに稼動部分が極めて少ないので装置の信頼性を高めることができ、実質的にメンテナンスフリーな装置構成を達成することができる。
【００３７】
しかも、加圧空気供給源から除湿装置への空気供給路にイオン交換膜を用いた有害ガス除去装置を設けたので、例えばオゾン発生装置が下水処理施設に設置される場合などにおいて、中空糸分離膜ユニットに悪影響を及ぼす硫化水素ガスや塩素ガスなどの有害ガス成分が加圧空気に混入しても、それらが除湿装置に入る前に除去することができ、それによってオゾン発生装置の信頼性をより高めることができる。
【００３８】
上記のオゾン発生装置における除湿装置は、中空糸分離膜ユニットからオゾン発生器へ乾燥空気を排出する管路と、該管路から分岐して中空糸分離膜ユニットの２次側に連通するパージ路と、パージ路に設けた流量調整手段と、流量調整手段を制御する制御装置を備え、前記制御装置は乾燥空気を排出する管路の湿度が予め設定された範囲になるように流量調整手段を制御するように構成できる。このように構成すると、例えばオゾン発生器４への乾燥空気流量が減少したときに、乾燥空気の湿度を検出してパージを停止することにより空気圧縮機の稼働率を低下させ、エネルギー消費量を抑制することができる。
【００３９】
上記いずれかのオゾン発生装置において、オゾン発生器の取付部に除湿装置を組み込むことができる。このように構成すると装置全体をよりコンパクトに構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るオゾン発生装置の第１の実施の形態を示すプロセスフロー図。
【図２】  図１に示す中空糸分離膜ユニット２２として、１本の中空糸分離膜モジュール２６を使用した場合のパージ路ｊ等との接続図。
【図３】  図２における中空糸分離膜モジュール２６の断面図。
【図４】  本発明に係るオゾン発生装置の他の実施の形態を示すプロセスフロー図。
【図５】  本発明に係るオゾン発生装置のさらに他の実施の形態を示すプロセスフロー図。
【図６】  図１、図４または図５に示すオゾン発生装置の装置構成の１例を示す正面図。
【図７】  従来のオゾン発生装置のプロセスフロー図。
【符号の説明】
１  加圧空気供給源
２  空気冷却器
３  除湿装置
４  オゾン発生器
５  冷却装置
６  空気圧縮機
７  空気槽
８  プレフィルタ
９  除湿塔
１０  アフタフィルタ
１１  ブロワ
１２  電気ヒータ
２０  乾燥空気供給手段
２１  除湿装置
２２  中空糸分離膜ユニット
２３  オイルミストフィルタ
２４  流量調整手段
２５  湿度検出器
２６  中空糸分離膜モジュール
２７  容器
２８  分離膜
２９  入口キャップ
３０  出口キャップ
３１  １次側（中空糸の内側）
３２  ２次側（中空糸の外側）
３３  パージ供給口
３４  パージ排出口
４０  有害ガス除去装置
５０  制御装置
６０  取付部
６１  支持脚
ａ〜ｉ  管路
ｊ  パージ路
Ｖ１〜Ｖ１０  電磁式開閉弁
ＲＶ  逆止弁
【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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【図６】
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【図７】
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