(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却し液体オゾンと非凝縮気体とに分離する分離部と、この分離部により分離された前記液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、前記液体オゾンと前記非凝縮気体との分離境界面と前記気化部との間を液封する液封配管と、前記液封配管内に充填されて毛細管力を発現し前記気化部の入口を通して内部に進入する充填材と、を具備したオゾン濃縮装置において、
前記充填材は、前記液封配管の途中から充填されて前記気化部の入口を通して内部に進入することを特徴とするオゾン濃縮装置。
【請求項２】
前記液封配管は、前記充填材が充填されていない部分の管内断面積が、前記充填材が充填された部分の管内断面積より小さくされていることを特徴とする請求項１記載のオゾン濃縮装置。
【請求項３】
前記液封配管は、前記気化部の入口から下方に向かって延在し前記充填材が充填された充填部分と、
前記充填部分に連設され上流側に向かって上り勾配で傾斜する傾斜部分と、を有することを特徴とする請求項１又は２記載のオゾン濃縮装置。
【請求項４】
前記傾斜部分の下流側端部は、前記充填部分の側面に接続されることを特徴とする請求項３記載のオゾン濃縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンガスを濃縮するオゾン濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オゾンと酸素の混合ガスを、オゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離し、この分離された液体オゾンを気化部に導き加熱により気化して濃縮オゾンを得るオゾン濃縮装置が知られている。このようなオゾン濃縮装置では、気化部で万一オゾン分解が生じるとオゾン分解が連鎖して装置の破損を招く虞があるため、これを防止するオゾン濃縮装置が以下の特許文献１に開示されている。
【０００３】
この特許文献１に記載のオゾン濃縮装置は、液体オゾンと非凝縮気体とに分離する分離部から気化部へは液封配管で接続し、この液封配管内に毛細管力を発現する充填材を充填すると共に当該充填材を気化部の入口から内部に進入させる構成を採用することで、液体オゾンを充填材の毛細管力により良好に気化部内に導く一方で、気化部で万一オゾン分解が生じても、発生する熱を液封配管内では充填材の熱容量により吸収すると共に当該充填材により液体オゾンの量を低減し、これによりオゾン分解の連鎖を防止し、しかも、気化部の入口を、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面以上の高さとする構成を採用することで、液体オゾンの液面が気化部に進入しないようにし気化部内へは液体オゾンを充填材による毛細管力のみにより導くようにして気化部内での液体オゾンの量を極めて少なくし、これによりオゾン分解の連鎖を一層防止するようにしている。
【特許文献１】特開２００７−１９７２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、上記オゾン濃縮装置にあっては、気化部に対する加熱により、気化部内に進入した充填材から液体オゾンの蒸発が促進され濃縮オゾンを得ることができるが、一次的なもので、濃縮オゾンを安定して得られない。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、濃縮オゾンを安定して得られるオゾン濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここで、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特許文献１に記載のオゾン濃縮装置にあっては、液封配管内に充填された充填材による液体オゾンの流動に対する抵抗が大きく、毛細管力による液体オゾンの輸送は行われるがその輸送能力は低く、従って、気化部へ液体オゾンの供給が十分行われない結果、濃縮オゾンが安定して得られないことを見出した。
【０００７】
そこで、本発明によるオゾン濃縮装置は、オゾンガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却し液体オゾンと非凝縮気体とに分離する分離部と、この分離部により分離された液体オゾンを加熱して気化し濃縮オゾンを得る気化部と、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面と気化部との間を液封する液封配管と、液封配管内に充填されて毛細管力を発現し気化部の入口を通して内部に進入する充填材と、を具備したオゾン濃縮装置において、充填材は、液封配管の途中から充填されて気化部の入口を通して内部に進入することを特徴としている。
【０００８】
このようなオゾン濃縮装置によれば、充填材は、液封配管の全長では無く途中から充填されて気化部内に至るため、充填材の充填領域が従来に比して短くされ、充填材による液体オゾンの流動に対する抵抗が従来に比して小さくされて輸送能力が向上し、従って、気化部へ液体オゾンの供給が十分行われ、その結果、濃縮オゾンが安定して得られるようになる。
【０００９】
ここで、液封配管は、充填材が充填されていない部分の管内断面積が、充填材が充填された部分の管内断面積より小さくされているのが好ましい。このような構成を採用した場合、充填材が充填されていない部分にあっては、オゾン分解の際の熱が、接近する管壁に容易に逃がされてオゾン分解の連鎖が抑制されると共に、万一オゾン分解の連鎖が生じても装置破損の規模が小さくされる。
【００１０】
ところで、分離部で液体オゾンに液化する温度が低いほど多量の酸素が液体オゾンに含まれ、この液体オゾンは、液化したときの温度以下に保たれている限り液体のままであるが、液化したときの温度を上回ると酸素が気泡となる。従って、液封配管内で気泡が発生する場合があり、この気泡が充填材内で発生した場合には、当該気泡は充填材間隙より小さいため、充填材間隙を毛細管力により輸送されて気化部内に排除されるが、充填材が充填されていない部分にあっては、充填材間隙に対しては表面張力により進入することができず、管路内に蓄積して流路を閉塞してまう。
【００１１】
そこで、液封配管は、気化部の入口から下方に向かって延在し充填材が充填された充填部分と、充填部分に連設され上流側に向かって上り勾配で傾斜する傾斜部分と、を有する構成であるのが好ましい。このような構成を採用した場合、液封配管の傾斜部分にあっては、上流側に向かって上り勾配で傾斜しているため、この傾斜に従い気泡が上方に抜けて分離部の分離境界面から排除され、その結果、濃縮オゾンが一層安定して得られるようになる。また、気化部の入口から下方に向かって延在する充填部分に対する充填材の充填は容易であるため、充填材の充填ムラ（充填密度のムラ、充填材の捩れや捩れによる充填材組織の変形）が軽減され、品質管理が容易とされる。
【００１２】
また、傾斜部分の下流側端部は、充填部分の側面に接続されていると、傾斜部分で発生した気泡は、充填材が充填されている充填部分に入り込むこと無く、傾斜に従い上方に抜けて分離部の分離境界面から排除され、濃縮オゾンが一層安定して得られるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
このように本発明によれば、濃縮オゾンを安定して得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明によるオゾン濃縮装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１５】
図１は、本発明の第一実施形態に係るオゾン濃縮装置を備えた高濃度オゾンガス生成装置を示す構成図、図２は、図１中のオゾン濃縮装置の要部を示す構成図である。
【００１６】
図１に示すように、高濃度オゾンガス生成装置５００は、原料供給源１からの酸素又は空気をオゾナイザ２に導入しオゾンの体積比率が約１０％程度の低濃度のオゾンガスを生成して、このオゾンガスを導入配管３を通してクライオ冷凍機４及び気化部５を有するオゾン濃縮装置１００に導入し、当該オゾン濃縮装置１００において、先ず、クライオ冷凍機４によりオゾンガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して分離部６において液体オゾンと非凝縮気体とに分離し、この分離した非凝縮気体を上方に向かう気体配管７を通して排出する一方で、分離された液体オゾンを液封配管８に通し、この液封配管８により液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面Ａと気化部５との間の液封を図りながら、当該液封配管８内に充填されその端部が気化部５の入口５ａを通して内部に進入する充填材９のその毛細管力により気化部５内に少量ずつ導き、当該気化部５を加熱部１０により加熱することにより、液体オゾンを気化させて高濃度オゾンガスを得るというものである。
【００１７】
液封配管８は、図１及び図２に示すように、分離部６から下方に向かって鉛直に延在する上流側部分８ａと、この上流側部分８ａの底部に連設されて下流側に向かって水平に直線状に延在する中間部分８ｂと、気化部５の入口５ａから下方に向かって鉛直に延在しその底部の側面が中間部分８ｂの下流側端部に連設された下流側部分８ｃと、を有する構成とされ、オゾン分解の連鎖を防止すべく、伸延するクライオ冷凍機４により全体が覆われてオゾン沸点以下の温度まで冷却される構成とされている。また、液体オゾンの液面が気化部５内に進入せずに気化部５内へは液体オゾンを充填材９による毛細管力のみにより導くべく、気化部５の入口５ａは、液体オゾンと非凝縮気体との分離境界面Ａ以上の高さに設定されている。
【００１８】
充填材９は、例えば、ガラス濾紙やガラス繊維、或いは、セラミック微粒子を充填した多孔質材料を整形して成るもの等であり、内部に数十μｍ以下の微細な流路（毛細管流路）を形成する。
【００１９】
ここで、特に本実施形態においては、充填材９は、液封配管８の途中から充填されている。具体的には、充填材９は下流側部分８ｃのみに充填され、気化部５の入口５ａを通して内部に進入する構成とされている。
【００２０】
そして、本実施形態においては、液封配管８の充填材９が充填されていない部分である上流側部分８ａ及び中間部分８ｂの管内断面積が、液封配管８の充填材９が充填された部分である下流側部分８ｃの管内断面積より小さくされている。
【００２１】
このように構成された第一実施形態によれば、充填材９が液封配管８の全長では無く途中から充填されて気化部５内に至るため、充填材９の充填領域（下流側部分８ｃ）が従来に比して短くされ、充填材９による液体オゾンの流動に対する抵抗が従来に比して小さくされて輸送能力が向上する。従って、気化部５へ液体オゾンの供給が十分行われ、その結果、濃縮オゾンが安定して得られる。
【００２２】
また、液封配管８は、充填材が充填されていない上流側部分８ａ及び中間部分８ｂの管内断面積が、充填材が充填された下流側部分８ｃの管内断面積より小さくされているため、上流側部分８ａ及び中間部分８ｂにあっては、オゾン分解の際の熱が、接近する管壁に容易に逃がされてオゾン分解の連鎖が抑制されると共に、万一オゾン分解の連鎖が生じても装置破損の規模が小さくされている。
【００２３】
なお、充填材９が充填されていない上流側部分８ａ及び中間部分８ｂは、過度に細いと液体オゾンの流動の障害となるが、充填材９が充填された下流側部分８ｃの抵抗より十分小さい抵抗であれば、管路全体の抵抗は殆ど増えず、液体オゾンの流動の障害にはならない。因みに、上流側部分８ａ及び中間部分８ｂの管内断面積は、下流側部分８ｃの管内断面積の１／４〜１／１００程度とするのが好ましい。
【００２４】
ここで、分離部６で液体オゾンに液化する温度が低いほど多量の酸素が液体オゾンに含まれ、この液体オゾンは、液化したときの温度以下に保たれている限り液体のままであるが、液化したときの温度を上回ると酸素が気泡となる。従って、液封配管８内で気泡が発生する場合があり、この気泡が充填材９内で発生した場合には、当該気泡は充填材間隙より小さいため、充填材間隙を毛細管力により輸送されて気化部５内に排除されるが、充填材９が充填されていない中間部分８ｂにあっては、充填材間隙に対しては表面張力により進入することができず、管内に蓄積して流路を閉塞してしまう場合がある。以下の第二実施形態では、これに対処する。
【００２５】
図３は、本発明の第二実施形態に係るオゾン濃縮装置の要部を示す構成図である。
【００２６】
この第二実施形態のオゾン濃縮装置２００が第一実施形態のオゾン濃縮装置１００と違う点は、液封配管８に代えて、分離部６から下方に向かって鉛直に延在する上流側部分１８ａと、気化部５の入口５ａから下方に向かって鉛直に延在し充填材９が充填された充填部分１８ｃと、上流側部分１８ａの下部と充填部分１８ｃの下部に接続され上流側に向かって上り勾配で直線状に傾斜する傾斜部分１８ｂと、を有する液封配管１８を用いた点である。
【００２７】
そして、この液封配管１８にあっては、傾斜部分１８ｂの下流側端部が、充填部分１８ｃの下部側面１８ｄに接続されている。
【００２８】
なお、この第二実施形態にあっても、充填材が充填されていない上流側部分１８ａ及び傾斜部分１８ｂの管内断面積が、充填材が充填された充填部分１８ｃの管内断面積より小さくされている。
【００２９】
このように構成された第二実施形態によれば、液封配管１８が、気化部５の入口５ａから下方に向かって延在し充填材９が充填された充填部分１８ｃと、充填部分１８ｃに連設され上流側に向かって上り勾配で直線状に傾斜する傾斜部分１８ｂと、を有する構成とされているため、充填材９が充填されていない傾斜部分１８ｂで発生し、充填材間隙に対しては表面張力により進入することができない気泡は、傾斜部分１８ｂの傾斜に従い上方に抜けて分離部６の分離境界面Ａから排除され、その結果、濃縮オゾンが一層安定して得られる。
【００３０】
また、気化部５の入口５ａから下方に向かって延在する充填部分１８ｃに対する充填材９の充填は容易であるため、充填材９の充填ムラ（充填密度のムラ、充填材９の捩れや捩れによる充填材組織の変形）が軽減され、品質管理が容易とされている。
【００３１】
また、傾斜部分１８ｂの下流側端部が、充填部分１８ｃの側面１８ｄに接続されているため、傾斜部分１８ｂで発生した気泡は、充填材９が充填されている充填部分１８ｃに入り込むこと無く、傾斜に従い上方に抜けて分離部６の分離境界面Ａから排除され、濃縮オゾンが一層安定して得られる。
【００３２】
なお、傾斜部分１８ｂの下流側端部が、充填部分１８ｃの側面１８ｄに接続されずに、充填部分１８ｃの底面に例えばエルボやベンド等を介して接続される場合には、充填部分１８ｃに充填されている充填材９の下にさらにエルボやベンド等の下流側の端部が接続されることになるため、この下流側の端部側で発生した気泡は、これより上に配置されている充填部分１８ｃの充填材９に入り込めずに当該充填材９のすぐ下に蓄積してしまい、流路の閉塞を起こす虞がある。
【００３３】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に好ましいとして、液封配管８の下流側部分８ｃ、液封配管１８の充填部分１８ｃを、気化部５の入口５ａから下方に鉛直に延在する構成としているが、下方に傾斜していても良く、要は、気化部５の入口５ａから下方に向かって延在する構成であれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第一実施形態に係るオゾン濃縮装置を備えた高濃度オゾンガス生成装置を示す構成図である。
【図２】図１中のオゾン濃縮装置の要部を示す構成図である。
【図３】本発明の第二実施形態に係るオゾン濃縮装置の要部を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
５…気化部、５ａ…気化部入口、６…分離部、８，１８…液封配管、８ａ，８ｂ…液封配管の充填材が充填されていない部分、８ｃ…液封配管の充填材が充填された部分、１８ａ…液封配管の上流側部分（液封配管の充填材が充填されていない部分）、１８ｂ…液封配管の傾斜部分（液封配管の充填材が充填されていない部分）、１８ｃ…充填部分（液封配管の充填材が充填された部分）、１８ｄ…充填部分の側面、９…充填材、１００，２００…オゾン濃縮装置、５００…高濃度オゾンガス生成装置、Ａ…分離境界面。
【図１】
0005026335.tif 000002
【図２】
0005026335.tif 000003
【図３】
0005026335.tif 000004