(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボデーの一端面からボデー他端側へ向って延び且つ下流端寄り部分で徐々に流路断面が縮小する空気流路と、該空気流路の下流端からボデー他端側へ向って延び且つ空気流路の下流端に等しい流路断面を有するスロートと、前記の空気流路並びにスロートよりも長い全長を有してスロートの下流端からボデーの他端面へ貫通し且つスロートに対する流路断面積比を２に設定した混合気流路と、ボデーの外側面から混合気流路の上流端近傍へ向って延びるオゾン流路と、該オゾン流路の下流端から混合気流路の上流端近傍へ連通するオゾン注入口とを備え、前記の空気流路、スロート、混合気流路が同軸に位置するように構成し、空気流路に圧縮空気流を吐出する空気圧縮機を接続して圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ２の圧縮空気流が供給されるようにし、オゾン流路にオゾン流を吐出するオゾン発生器を接続して圧力が１ｋｇ／ｃｍ２よりも低いオゾン流が供給されるようにしたことを特徴とする空気オゾン混合器。
【請求項２】
ボデーの一端面からボデー他端側へ向って延び且つ下流端寄り部分で徐々に流路断面が縮小する空気流路と、該空気流路の下流端からボデー他端側へ向って延び且つ空気流路の下流端に等しい流路断面を有するスロートと、前記の空気流路並びにスロートよりも長い全長を有してスロートの下流端からボデーの他端面へ貫通し且つスロートに対する流路断面積比を２に設定した混合気流路と、ボデーの外側面から混合気流路の上流端近傍へ向って延びるオゾン流路と、該オゾン流路の下流端から混合気流路の上流端近傍へ連通するオゾン注入口とを備え、前記の空気流路、スロート、混合気流路が同軸に位置するように構成した空気オゾン混合器を有し、空気オゾン混合器の空気流路に圧縮空気流を吐出する空気圧縮機を接続して圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ２の圧縮空気流が供給されるようにし、空気オゾン混合器のオゾン流路にオゾン流を吐出するオゾン発生器を接続して圧力が１ｋｇ／ｃｍ２よりも低いオゾン流が供給されるようにし、気体と水とを混合して噴霧する霧化ノズルに、空気オゾン混合器の混合気流路及び水供給手段を接続したことを特徴とするオゾンフォグ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は空気オゾン混合器及びオゾンフォグ発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
家庭から排出される生活排水や事業所から排出される産業排水は、下水道を介して排水処理施設に集められ、種々の処理が行われて浄化された後、河川や海に放流されている。
【０００３】
一方、排水処理施設に集められた汚水の臭気の拡散を抑止するために種々の脱臭装置が用いられている。
【０００４】
図４は登録実用新案公報第３００２３１８号に開示されたオゾン脱臭装置を適用した排水処理施設の一例を示すもので、この排水処理施設は、上部が開口した形状の処理槽構成体１と、該処理槽構成体１の上部に設置された蓋体２と、該蓋体２を上下方向に貫通し且つ中間部分に排気ファン３を有する排気筒４とを備えている。
【０００５】
処理槽構成体１は、蓋体２が地表近傍に位置するように、地中に埋め込まれており、処理槽構成体１の内部には、前処理槽５、調整槽６、曝気槽７が形成されている。
【０００６】
前処理槽５には、外部からの処理すべき汚水が比較的大きなごみを取り除くためのスクリーン８を介して流入するようになっている。
【０００７】
前処理槽５において処理が行われた汚水は、該前処理槽５に下水処理施設の外部から新たに汚水が流入することにより、前処理槽５と調整槽６との間の堰部を越えて調整槽６へ流れ込み、また、調整槽６において処理が行われた汚水は、該調整槽６に前処理槽５から新たに汚水が流入することにより、調整槽６と曝気槽７との間の堰部を越えて曝気槽７に流れ込むようになっている。
【０００８】
更に、前処理槽５、調整槽６、曝気槽７において種々の処理が行われて、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）等の値が法律、条令等で規定される基準値以下に浄化された汚水は、ポンプ（図示せず）により曝気槽７から汲み上げられ、河川や海に放流されるようになっている。
【０００９】
オゾン脱臭装置は、空気を濾過して空気中に混在する粉塵等を取り除くフィルタボックス９と、該フィルタボックス９により濾過された空気を加圧及び減圧して酸素（Ｏ2）を抽出する酸素発生器１０と、該酸素発生器１０より送出される酸素に高電圧を印加してオゾン（Ｏ3）を生成するオゾン発生器１１と、空気を吸引して吐出する送風機１２と、上流端寄り部分が蓋体２に上方に位置し且つ下流端寄り部分が蓋体２の下方に位置するように前記の蓋体２を貫通する吐出管１３と、該吐出管１３の下流端寄り部分に接続されて蓋体２と処理槽構成体１とにより囲まれる空間１４に連通する複数の分岐管１５とを備えている。
【００１０】
上記のフィルタボックス９、酸素発生器１０、オゾン発生器１１、送風機１２は、処理槽構成体１の外部に配置されており、オゾン発生器１１のオゾン吐出口及び送風機１２の空気吐出口は、吐出管１３の上流端寄り部分に接続されている。
【００１１】
図４に示す排水処理施設では、酸素発生器１０、オゾン発生器１１、送風機１２を作動させると、オゾン発生器１１により生成されるオゾン及び送風機１２から吐出される空気の混合流が、吐出管１３、分岐管１５を経て蓋体２と処理槽構成体１とで囲まれた空間１４に流入する。
【００１２】
この混合流に含まれているオゾンによって、前処理槽５、調整槽６、曝気槽７において処理すべき汚水から発散される硫化水素（Ｈ2Ｓ）、アンモニア（ＮＨ3）等の臭気成分が酸化すると、臭気の低減が図られることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、大気中におけるオゾンの半減期は約１３時間程度であり、排水処理施設の内部において先に述べたように汚水から発散される臭気成分がオゾンによって酸化される反応速度はあまり速くなく、また、アンモニアはオゾンとの反応に要する時間が長く、限られた時間内では反応が充分に行われない。
【００１４】
これらの事由により、図４に示す排水処理施設においては、汚水から発散される臭気成分がオゾンによって充分に酸化されずに、未反応のオゾンとともに排気筒４から外部へ放出され、排水処理施設の外部へ臭気が拡散することがある。
【００１５】
また、オゾンと水とを霧化ノズルにより混合噴霧して、オゾンよりも高活性なヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）を生成させ、このヒドロキシラジカルで臭気成分を酸化させるようにした臭気除去が提案されているが、オゾン発生器１１のようなオゾン発生手段から吐出されるオゾン流の圧力は、１ｋｇ／ｃｍ2よりも低く、オゾン発生手段から吐出されるオゾン流だけでは霧化ノズルから水を噴霧することができず、よって、ヒドロキシラジカルが生成されない。
【００１６】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、オゾンと水とを混合噴霧する霧化ノズルに対する噴霧圧力を確保できるようにし、臭気を効率よく取り除くことを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載した空気オゾン混合器では、ボデーの一端面からボデー他端側へ向って延び且つ下流端寄り部分で徐々に流路断面が縮小する空気流路と、該空気流路の下流端からボデー他端側へ向って延び且つ空気流路の下流端に等しい流路断面を有するスロートと、前記の空気流路並びにスロートよりも長い全長を有してスロートの下流端からボデーの他端面へ貫通し且つスロートに対する流路断面積比を２に設定した混合気流路と、ボデーの外側面から混合気流路の上流端近傍へ向って延びるオゾン流路と、該オゾン流路の下流端から混合気流路の上流端近傍へ連通するオゾン注入口とを備え、前記の空気流路、スロート、混合気流路が同軸に位置するように構成し、空気流路に圧縮空気流を吐出する空気圧縮機を接続して圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ２の圧縮空気流が供給されるようにし、オゾン流路にオゾン流を吐出するオゾン発生器を接続して圧力が１ｋｇ／ｃｍ２よりも低いオゾン流が供給されるようにしている。
【００１９】
本発明の請求項２に記載したオゾンフォグ発生装置では、ボデーの一端面からボデー他端側へ向って延び且つ下流端寄り部分で徐々に流路断面が縮小する空気流路と、該空気流路の下流端からボデー他端側へ向って延び且つ空気流路の下流端に等しい流路断面を有するスロートと、前記の空気流路並びにスロートよりも長い全長を有してスロートの下流端からボデーの他端面へ貫通し且つスロートに対する流路断面積比を２に設定した混合気流路と、ボデーの外側面から混合気流路の上流端近傍へ向って延びるオゾン流路と、該オゾン流路の下流端から混合気流路の上流端近傍へ連通するオゾン注入口とを備え、前記の空気流路、スロート、混合気流路が同軸に位置するように構成した空気オゾン混合器を有し、空気オゾン混合器の空気流路に圧縮空気流を吐出する空気圧縮機を接続して圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ２の圧縮空気流が供給されるようにし、空気オゾン混合器のオゾン流路にオゾン流を吐出するオゾン発生器を接続して圧力が１ｋｇ／ｃｍ２よりも低いオゾン流が供給されるようにし、気体と水とを混合して噴霧する霧化ノズルに、空気オゾン混合器の混合気流路及び水供給手段を接続している。
【００２０】
本発明の請求項１に記載した空気オゾン混合器においては、超音速流れが流通する混合気流路を細長く形成して、混合気流路の下流側寄り部分で超音速流れに生じる衝撃波や超音速流れの膨張波に起因した混合気流路の上流端近傍部分の圧力上昇を抑止し、また、オゾン注入口を混合気流路の上流端近傍部分に連通させて、混合気流路の下流寄り部分の気流流通状態の影響を受けることなく、高圧の圧縮空気流に低圧のオゾン流を混入させ、空気とオゾンとの混合流の圧力を大きく低下させずに、該混合流を混合気流路の外部へ吐出する。
【００２１】
本発明の請求項２に記載したオゾンフォグ発生装置においては、オゾン発生器から送出される低圧のオゾン流と空気圧縮機から送出される高圧の圧縮空気流とを空気オゾン混合器によって混合し、該空気オゾン混合器から送出される空気とオゾンとの混合流、及び水供給手段から送出される水流を霧化ノズルによって混合噴霧して、オゾンと微細水粒の水分子とから高活性なヒドロキシラジカルを生成する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２３】
図１は本発明の空気オゾン混合器の実施の形態の一例を示すもので、この空気オゾン混合器のボデー１６には、ボデー１６の一端面からボデー他端側へ向って延び且つ下流端寄り部分で徐々に流路断面が縮小する空気流路１７と、該空気流路１７の下流端からボデー他端側へ向って延び且つ空気流路１７の下流端に等しい流路断面を有するスロート１８と、前記空気流路１７並びにスロート１８よりも長い全長を有してスロート１８の下流端からボデー１６の他端面へ貫通し且つスロートに対する流路断面積比を２に設定した混合気流路１９と、ボデー１６の外側面から混合気流路１９の上流端近傍へ向って延び且つボデー中心寄り部分で流路断面が小さくなるオゾン流路２０と、該オゾン流路２０の下流端から混合気流路１９の上流端近傍へ連通するオゾン注入口２１とが穿設されており、ボデー１６は、金属素材の機械加工、あるいは精密金属鋳造によって形成されている。
【００２４】
図１に示す空気オゾン混合器によって空気とオゾンとを混合する際には、空気流路１７に対して、空気圧縮機から吐出される圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ2の圧縮空気流を供給し、オゾン流路２０に対して、オゾン発生手段から吐出される圧力が１ｋｇ／ｃｍ2よりも低いオゾン流を供給する。
【００２５】
空気流路１７に供給した圧縮空気流は、空気流路１７からスロート１８へ流入する際に圧縮され、スロート１８を経て混合気流路１９を流通する際に膨張し、該混合気流路１９を下流側へ向って超音速で流通しようとする。
【００２６】
オゾン流路２０に供給したオゾン流は、混合気流路１９を流通する圧縮空気流の膨張に起因する圧力低下に伴い、オゾン流路２０からオゾン注入口２１を経て混合気流路１９の上流端近傍部分へ吸引され、空気とオゾンとの混合流が混合気流路１９を下流側へ向って流通することになる。
【００２７】
このように、図１に示す空気オゾン混合器では、超音速流れが流通する混合気流路１９の全長を、混合気流路１９を一般的なラバルノズルに比べて細長く形成しているので、混合気流路１９の下流側寄り部分で超音速流れに生じる衝撃波や超音速流れの膨張波に起因した混合気流路１９の上流端近傍部分の圧力上昇が抑止される。
【００２８】
また、オゾン注入口２１を混合気流路１９の上流端近傍部分に連通させているので、混合気流路１９の下流寄り部分の気流流通状態の影響を受けることなく、圧力が３〜５ｋｇ／ｃｍ2程度の圧縮空気流に圧力が１ｋｇ／ｃｍ2よりも低いオゾン流が混入し、空気とオゾンとの混合流の圧力を大きく低下させずに、該混合流を混合気流路１９から空気オゾン混合器の外部へ吐出させることができ、よって、オゾンと水とを混合噴霧する霧化ノズルに対する噴霧圧力を確保することが可能になる。
【００２９】
表１は、スロート１８の流路断面積Ａ0に対する混合気流路１９の流路断面積Ａ3の面積比Ａ3／Ａ0と、空気流路１７の上流端における圧縮空気流の圧力Ｐ1、オゾン流路２０におけるオゾン流の圧力Ｐ2、混合気流路１９の下流端における空気とオゾンとの混合流の圧力Ｐ3、混合気流路１９の下流端における空気とオゾンとの混合流のマッハ数Ｍとの関係を計測によって求めたものである。
【００３０】
【表１】
0004066468.tif 000002
【００３１】
一般に、オゾン発生器からオゾンを連続吐出させる際の吐出圧は、シール部の性能などによって０．５ｋｇ／ｃｍ２以下に制限され、また、霧化ノズルから水を噴霧させる際には、１．５ｋｇ／ｃｍ２程度の霧化吐出圧力の気流を必要とするので、スロート１８に対する混合気流路１９の流路断面積比Ａ3／Ａ0は、２に設定することが望ましい。
【００３２】
図２及び図３は本発明のオゾンフォグ発生装置の実施の形態の一例を示すもので、図中、符号２５で示される空気オゾン混合器は、図１に示すものと同一に構成されている。
【００３３】
このオゾンフォグ発生装置は、空気を加圧及び減圧して酸素（Ｏ2）を抽出する酸素発生器２２と、該酸素発生器２２より送出される酸素からオゾン（Ｏ3）を生成してオゾン流を吐出するオゾン発生器２３と、空気を圧縮して圧縮空気流を吐出する空気圧縮機２４と、該空気圧縮機２４から送出される圧縮空気流とオゾン発生器２３から送出されるオゾン流とを混合して空気とオゾンとの混合流を吐出する空気オゾン混合器２５と、水貯留槽（図示せず）に貯留されている水を吸引して吐出する給水ポンプ２６と、空気オゾン混合器２５から送出される空気とオゾンとの混合流及び給水ポンプ２６から送出される水を混合して噴霧する複数の霧化ノズル（２流体ノズル）２７とを備えている。
【００３４】
上記の酸素発生器２２、オゾン発生器２３、空気圧縮機２４、空気オゾン混合器２５、給水ポンプ２６は、排水処理槽２８の外部に配置され、また、霧化ノズル２７は、排水処理槽２８の内部上方に配置されている。
【００３５】
霧化ノズル２７は、図３に示すように、気体流路２９を有する気体流通部３０と、該気体流通部３０の下流端寄り部分の外周面のまわりに渦流室３１を形成するように気体流通部３０に対して一体的に形成され且つ下流端寄り部分に噴霧口３２を有する渦流室形成部３３と、該渦流室形成部３３に対して一体的に形成され且つ渦流室３１に連通する液体流路３４を有する液体流通部３５とによって構成されている。
【００３６】
オゾン発生器２３のオゾン吐出口には、オゾン供給管３６を介して空気オゾン混合器２５のオゾン流路２０（図１参照）が接続され、空気圧縮機２４の圧縮空気吐出口には、空気供給管３７を介して空気オゾン混合器２５の空気流路１７（図１参照）が接続されている。
【００３７】
また、空気オゾン混合器２５の混合気流路１９（図１参照）には、空気オゾン供給管３８を介してそれぞれの霧化ノズル２７の気体流路２９（図３参照）が接続され、給水ポンプ２６の水吐出口には、給水管３９を介してそれぞれの霧化ノズル２７の液体流路３４（図３参照）が接続されている。
【００３８】
なお、オゾン発生器２３には、酸素に対する無声放電によりオゾンを生成するもの、酸素に対する沿面放電によりオゾンを生成するもの、酸素に対する紫外線照射によりオゾンを生成するもののいずれをも適用することができる。
【００３９】
以下、図２及び図３に示すオゾンフォグ発生装置の作動を説明する。
【００４０】
排水処理槽２８における汚水の浄化処理にあたって、排水処理槽２８の内部の汚水から発散される硫化水素（Ｈ2Ｓ）、アンモニア（ＮＨ3）等の臭気成分を取り除く際には、酸素発生器２２、オゾン発生器２３、空気圧縮機２４、給水ポンプ２６を作動させる。
【００４１】
オゾン発生器２３は、酸素発生器２２が抽出した酸素からオゾンを生成して、圧力が０．５ｋｇ／ｃｍ2程度のオゾン流を吐出し、空気圧縮機２４は、空気を圧縮して圧力が４ｋｇ／ｃｍ2程度の圧縮空気流を吐出し、給水ポンプ２６は水貯留槽より吸引して水流を吐出する。
【００４２】
空気圧縮機２４から吐出される圧縮空気流は、空気供給管３７を経て空気オゾン混合器２５の空気流路１７（図１参照）に流入し、また、オゾン発生器２３から吐出されるオゾン流は、オゾン供給管３６を経て空気オゾン混合器２５のオゾン流路２０（図１参照）に流入し、先に述べたように、空気オゾン混合器２５の混合気流路１９（図１参照）から圧力が１．５ｋｇ／ｃｍ2程度の空気とオゾンとの混合流が吐出される。
【００４３】
この空気とオゾンとの混合流は、空気オゾン供給管３８を経て霧化ノズル２７の気体流路２９に流入し、また、給水ポンプ２６が吐出する水流は、霧化ノズル２７の液体流路３４に流入し、該液体流路３４から渦流室３１へ流れ込んで旋回力が付与された水流に対して、気体流路２９からの空気とオゾンとの混合流が吹き付けられ、霧化ノズル２７の噴霧口３２より排水処理槽２８の内部へオゾンと微細水粒とが混ざり合ったオゾンフォグが噴霧され、該オゾンフォグによって排水処理槽２８に貯留されている汚水の液面が覆われる。
【００４４】
このとき、霧化ノズル２７の渦流室３１の内部でオゾンと水とが接触することにより、高活性なヒドロキシラジカル（ＯＨラジカル）が生成されるとともに、霧化ノズル２７から噴霧され且つ排水処理槽２８の内部を浮遊するオゾンと微細水粒の水分子とが反応して、ヒドロキシラジカルが継続的に生成され、これにより得られたヒドロキシラジカル及びオゾンフォグに含まれているオゾンによって、排水処理槽２８において処理すべき汚水から発散される硫化水素、アンモニア等が酸化し、また、オゾンフォグに含まれている微細水粒にアンモニア等が溶け込んで排水処理槽２８に滴下して、排水処理槽２８の脱臭が行われる。
【００４５】
上記のヒドロキシラジカルは、高活性であるので、ヒドロキシラジカルによって臭気成分が酸化する速度は、オゾンによって臭気成分が酸化する速度よりも速く、また、オゾンがヒドロキシラジカルの生成原料となるので、排水処理槽２８の外部へ放出される空気に臭気成分や未反応のオゾンが含まれることがなく、排水処理槽２８の外部へ臭気が拡散することがない。
【００４６】
なお、本発明の空気オゾン混合器及びオゾンフォグ発生装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、酸素発生器を用いずに水電解によりオゾンを生成するオゾン発生器等を適用すること、給水ポンプを用いずに水道管を止め弁を介して送水管に接続した構成とすること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の空気オゾン混合器及びオゾンフォグ発生装置では、下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００４８】
（１）本発明の請求項１に記載の空気オゾン混合器においては、超音速流れが流通する混合気流路を細長く形成して、混合気流路の下流側寄り部分で超音速流れに生じる衝撃波や超音速流れの膨張波に起因した混合気流路の上流端近傍部分の圧力上昇を抑止し、また、オゾン注入口を混合気流路の上流端近傍部分に連通させて、混合気流路の下流寄り部分の気流流通状態の影響を受けることなく、高圧の圧縮空気流に低圧のオゾン流を混入させ、空気とオゾンとの混合流の圧力を大きく低下させずに、該混合流を混合気流路の外部へ吐出するので、オゾンと水とを混合噴霧する霧化ノズルに対する噴霧圧力を確保することが可能になる。
【００４９】
（２）本発明の請求項２に記載したオゾンフォグ発生装置においては、オゾン発生器から送出される低圧のオゾン流と空気圧縮機から送出される高圧の圧縮空気流とを空気オゾン混合器によって混合し、該空気オゾン混合器から送出される空気とオゾンとの混合流、及び水供給手段から送出される水流を霧化ノズルによって混合噴霧して、オゾンと微細水粒の水分子とから高活性なヒドロキシラジカルを生成するので、脱臭対象から発散される臭気成分が短時間で確実に酸化するとともに、微細水粒にアンモニアが溶け込み、脱臭対象からの未反応の臭気成分やオゾンが拡散しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空気オゾン混合器の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のオゾンフォグ発生装置の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図３】図２における霧化ノズルを示す断面図である。
【図４】従来のオゾン脱臭装置の一例を適用した排水処理施設を示す概念図である。
【符号の説明】
１６  ボデー
１７  空気流路
１８  スロート
１９  混合気流路
２０  オゾン流路
２１  オゾン注入口
２３  オゾン発生器
２４  空気圧縮機
２５  空気オゾン混合器
２６  給水ポンプ（水供給手段）
２７  霧化ノズル
【図１】
0004066468.tif 000003
【図２】
0004066468.tif 000004
【図３】
0004066468.tif 000005
【図４】
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