JP2000290004A - オゾン供給装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン使用設備におけるオゾン使用量が変動
してオゾン発生器の能力を超えた場合でも、所定濃度で
オゾンを連続的に供給することができるオゾン供給装置
及び方法を提供する。 【解決手段】 オゾン発生器１１とオゾン使用設備１４
との間の経路に、冷却状態でオゾンを吸着し、加熱状態
でオゾンを脱着するオゾン吸着器１３を設けるととも
に、オゾン発生器１１で発生したオゾン含有ガスを前記
オゾン吸着器１３を通さずに前記オゾン使用設備１４に
供給するオゾン供給経路２１を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン供給装置及
び方法に関し、詳しくは、パルプの漂白や水処理等のオ
ゾン使用設備、特に、オゾン使用量が変動するオゾン使
用設備に、所定量かつ所定濃度のオゾンを連続的に供給
するための装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンは、時間とともに分解する性質を
有しているため、オゾンを利用する場合には、オゾンを
使用する設備の近くにオゾン発生器を設置し、オゾン使
用量と同量のオゾンを発生させて供給することが一般に
行われており、通常は、オゾン使用設備における最大オ
ゾン使用量に対応した能力のオゾン発生器を設置するよ
うにしている。

【０００３】また、間欠的にオゾン発生器の発生能力以
上のオゾンを使用する設備の場合は、オゾン発生器とオ
ゾン使用設備との間にオゾン吸着器を直列に設置してオ
ゾンを吸着させておき、オゾン発生器の能力を超えるオ
ゾン量が要求されたときには、オゾン吸着器を加熱して
オゾンを脱着させることにより不足分のオゾンを補給す
るようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のように
オゾン吸着器を直列に設けた場合は、装置の立ち上げ時
に、オゾン吸着器にオゾンを吸着させておく必要があ
り、この間はオゾン使用設備にほとんどオゾンが供給さ
れない状態になってしまうため、オゾン供給装置の運転
開始からオゾン使用設備へのオゾン供給開始までに長時
間を必要としていた。また、オゾン発生器で発生したオ
ゾン含有ガスが常時オゾン吸着器を通過することになる
ため、オゾンを吸着状態に保持するための冷熱がオゾン
含有ガスによって持ち出されてしまうという問題もあっ
た。

【０００５】そこで本発明は、オゾンを連続的に使用す
る設備にオゾンを供給する際に、一時的にオゾン発生器
の能力以上のオゾン量が求められる場合でも、迅速に不
足分のオゾンを補給することができ、装置の立ち上げ時
間の短縮も図れるオゾン供給装置及び方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のオゾン供給装置は、オゾン発生器で発生し
たオゾン含有ガスをオゾン使用設備に供給するオゾン供
給装置において、前記オゾン発生器とオゾン使用設備と
の間の経路に、冷却状態でオゾンを吸着し、加熱状態で
オゾンを脱着するオゾン吸着器を設けるとともに、オゾ
ン発生器で発生したオゾン含有ガスを前記オゾン吸着器
を通さずに前記オゾン使用設備に供給するオゾン供給経
路を設けたことを特徴としている。さらに、前記オゾン
吸着器は、前記オゾン供給経路とオゾン吸着器入口部と
をそれぞれ接続するオゾン吸着経路及び脱着オゾン供給
経路と、オゾン吸着器出口部に接続したキャリアガス導
入経路とを備えていることを特徴としている。

【０００７】また、本発明のオゾン供給方法は、オゾン
発生器で発生したオゾン含有ガスをオゾン使用設備に供
給する方法において、オゾン使用設備のオゾン使用量よ
りもオゾン発生器のオゾン発生量が多いときには、余剰
となるオゾン含有ガスを冷却したオゾン吸着器に導入し
てオゾンを吸着させることにより所定量のオゾンをオゾ
ン使用設備に供給し、オゾン使用設備のオゾン使用量が
オゾン発生器のオゾン発生量よりも多いときには、オゾ
ン吸着器からオゾンを脱着させ、該脱着オゾンを前記オ
ゾン含有ガスに加えることにより所定量かつ所定濃度の
オゾンをオゾン使用設備に供給することを特徴とし、さ
らに、前記オゾン吸着器がオゾンで飽和した状態で、オ
ゾン使用設備のオゾン使用量がオゾン発生器のオゾン発
生能力よりも少なくなったときには、オゾン発生器のオ
ゾン発生量を減少させることを特徴としている。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のオゾン供給装置
の一形態例を示す系統図である。このオゾン供給装置
は、オゾンを発生させるオゾン発生器１１と、該オゾン
発生器１１にオゾン原料となる酸素含有ガスを供給する
酸素供給源１２と、オゾン発生器１１で発生したオゾン
を含むガス（オゾン含有ガス）中のオゾンを吸着するオ
ゾン吸着器１３と、オゾン発生器１１とオゾン使用設備
１４とを、オゾン吸着器１３を通さずに接続するオゾン
供給経路２１と、オゾン供給経路２１のオゾン発生器側
経路２１ａから分岐してオゾン吸着器１３の入口部１３
ａに接続するオゾン吸着経路２２と、オゾン吸着器１３
の入口部１３ａからオゾン供給経路２１のオゾン使用設
備側経路２１ｂに合流する脱着オゾン供給経路２３と、
オゾン吸着器１３の出口部１３ｂに接続したキャリアガ
ス導入経路２４とを備えている。

【０００９】また、オゾン吸着器１３には、該オゾン吸
着器１３内に充填したオゾン吸着剤を冷却するための冷
凍機１５と加熱するためのヒーター１６とが設けられて
おり、内部には、冷却状態でオゾンを吸着し、加熱状態
でオゾンを脱着するシリカゲル等の吸着剤が充填されて
いる。

【００１０】さらに、オゾン吸着器１３の出口部１３ｂ
には、オゾン吸着運転時にオゾン吸着器１３から排出さ
れるガスを、ポンプ１７を介してオゾン発生器入口経路
２５に戻すための循環経路２６と、オゾン発生器１１に
戻さずに排気するための排気経路２７と、オゾン吸着器
１３が破過してオゾンを含むガスが排出された際に、破
過したオゾンを前記オゾン使用設備側経路２１ｂに導入
するための破過オゾン導入経路２８とが設けられてい
る。

【００１１】上記各経路には、ガスの流れを切換えた
り、流量（オゾン量）を制御したりするための弁や測定
器、制御器がそれぞれ所定の位置に設けられている。な
お、本形態例では、オゾン吸着経路２２に窒素酸化物
（ＮＯｘ）除去装置１８を設け、オゾン原料として窒素
を含むガスを使用した際に生成するＮＯｘを除去するよ
うにしている。

【００１２】以下、オゾンを供給する運転操作に基づい
て説明する。まず、装置仕様として、オゾン使用設備１
４は、平均オゾン消費量が毎時１２０ｇであり、最大毎
時１８０ｇと最小毎時８０ｇとの間で使用量が変動する
ものとし、オゾン発生器１１は、オゾン濃度１０重量％
で最大毎時１２０ｇのオゾンを発生できる能力を有する
ものとし、オゾン吸着器１３には、低温でオゾンを吸着
するシリカゲルを４ｋｇ充填し、−５０℃で１２０ｇ以
上のオゾンを吸着できるものとしている。また、オゾン
原料には酸素ガスを使用している。

【００１３】通常の運転状態では、１２００ｇ／ｈの酸
素ガスがオゾン発生器１１に供給され、その１０％がオ
ゾンとなる。すなわち、オゾン発生器１１は、１２００
ｇ／ｈの酸素ガスを原料として１２０ｇ／ｈのオゾンを
発生させるように運転されており、オゾン発生器１１か
らは、１２０ｇ／ｈのオゾンを含むオゾン含有酸素が１
２００ｇ／ｈで発生する。オゾンの発生量は、オゾン発
生器１１の出口部に設けられた濃度制御器（Ｃ１）３１
により制御されており、このとき、オゾン発生器１１
は、最大負荷で運転されている。

【００１４】また、各経路の弁は、オゾン供給経路２１
の供給弁４１，４２が開状態で、他の弁は閉状態となっ
ている。したがって、オゾン発生器１１を導出したオゾ
ン含有ガスは、オゾン供給経路２１のオゾン発生器側経
路２１ａからオゾン吸着器１３をバイパスするバイパス
経路２１ｃを経てオゾン使用設備側経路２１ｂに流れ、
オゾン使用設備側経路２１ｂからオゾン使用設備１４に
供給される。

【００１５】オゾン使用設備１４のオゾン使用量が減少
して、例えば１００ｇ／ｈになると、バイパス経路２１
ｃに設けられた流量指示調節計（ＦＩＣ１）３２が流量
調節弁３２Ｖを調節してオゾン供給経路２１を流れるオ
ゾン含有酸素の流量を１０００ｇ／ｈに減量するととも
に、吸着器入口弁４３，４４や吸着器出口弁４５，４６
が開き、２００ｇ／ｈのオゾン含有酸素がオゾン吸着経
路２２を通り、窒素酸化物除去装置１８を経てオゾン吸
着器１３に供給される。

【００１６】オゾン吸着器１３に流入したオゾン含有酸
素に含まれるオゾンは、冷凍機１５により冷却されてい
るシリガゲルに吸着されてオゾン吸着器１３内に保持さ
れ、酸素ガスのみがオゾン吸着器１３から流出する。こ
の酸素ガスの流出量は、オゾン吸着経路２２に設けられ
た流量指示調節計（ＦＩＣ２）３３が循環経路２６に設
けられた流量調節弁３３Ｖを調節することにより行わ
れ、オゾン供給経路２１からオゾン使用設備１４に供給
するオゾン含有酸素の流量と、オゾン吸着器１３に送ら
れるオゾン含有酸素の流量とが、合計で１２００ｇ／ｈ
になるように制御される。

【００１７】循環経路２６の酸素ガスは、ポンプ１７に
よってオゾン発生器１１の上流に循環し、オゾン原料と
して再利用される。なお、オゾン吸着後の酸素ガスを他
の設備で利用できる場合は、ポンプ１７及び循環経路２
６を省略することができる。また、排気経路２７の排気
弁４７を開いて排出することもできる。

【００１８】オゾン吸着器１３へのオゾン含有酸素の導
入が続いてオゾン吸着器１３が破過すると、オゾン吸着
器１３の出口部に設けられたオゾン濃度計（Ｃ２）３４
がオゾンの流出を検知し、弁４６を閉じて破過オゾン導
入経路２８の導入弁４８を開き、破過したオゾン吸着器
１３から流出したオゾン含有酸素をオゾン使用設備側経
路２１ｂに導入してオゾン使用設備１４に供給する。同
時に、オゾン使用設備１４へのオゾン供給量が１００ｇ
／ｈになるようにオゾン発生器１１の負荷が調節され
る。

【００１９】このとき、破過したオゾン吸着器１３への
オゾン含有酸素の導入を止めるようにしてもよいが、微
量のオゾン含有酸素、例えばオゾン発生量の１％程度を
オゾン吸着器１３に流しておくことにより、オゾン吸着
器１３からオゾンを供給する際のオゾン濃度安定までの
時間を短縮することができる。また、オゾン吸着器１３
から流出したオゾン含有酸素は、微量であるため、オゾ
ン分解器を通して排出してもよく、破過オゾン導入経路
２８からオゾン使用設備側経路２１ｂのオゾン含有酸素
に合流させてもよい。

【００２０】オゾン使用設備１４のオゾン使用量が１２
０ｇ／ｈを超えた場合は、オゾン発生器１１を最大負荷
で運転し、流量指示調節計（ＦＩＣ１）３２で流量調節
弁３２Ｖのオゾン含有酸素流量を１２００ｇ／ｈに制御
するとともに、吸着器入口弁４３，４４及び吸着器出口
弁４５を閉じ、脱着オゾン供給経路２３のオゾン補給弁
４９，５０及びキャリアガス導入経路２４のキャリアガ
ス導入弁５１を開く。これにより、オゾン吸着器１３に
吸着保持されていたオゾンが、キャリアガス導入経路２
４から導入されるキャリアガスに同伴されてオゾン吸着
器１３から流出し、脱着オゾン供給経路２３を通ってオ
ゾン使用設備側経路２１ｂのオゾン含有酸素に合流し、
オゾン使用設備１４に供給される。

【００２１】このとき、オゾン吸着器１３から流出する
ガス中のオゾン濃度は、温度指示調節計（ＴＩＣ）３５
がヒーター１６を操作してシリカゲルの温度を調節する
ことにより、シリカゲルからのオゾンの脱着量を制御
し、オゾン吸着器１３の入口部に設けられたオゾン濃度
計（Ｃ３）３６の指示が１０重量％になるようにする。
また、オゾン吸着器１３から補給するオゾン量は、脱着
オゾン供給経路２３に設けられた流量指示調節計（ＦＩ
Ｃ３）３７で流量調節弁３７Ｖを調節することにより行
われる。例えば、オゾン使用設備１４のオゾン使用量が
１８０ｇ／ｈの場合は、流量指示調節計（ＦＩＣ１）３
２がオゾン１２０ｇ／ｈ（全流量は１２００ｇ／ｈ）の
設定になっているので、流量指示調節計（ＦＩＣ３）３
７は、オゾン６０ｇ／ｈ（全流量は６００ｇ／ｈ）の設
定となる。

【００２２】なお、各濃度制御器のサンプルガスは、オ
ゾン分解器を通して排出してもよいが、オゾン供給経路
２１に戻す経路を設けてオゾン使用設備１４に供給する
こともできる。

【００２３】図２は、オゾン使用設備１４でのオゾン使
用量が変動した場合のオゾン使用量（一点鎖線）と、オ
ゾン発生器１１のオゾン発生量（実線）と、オゾン吸着
器１３のオゾン保持量（破線）との経時変化の一例を示
すものである。各経路におけるオゾン量、酸素量は、図
１に丸印で示すＡ〜Ｆの点における量である。

【００２４】まず、スタートの経過時間０では、オゾン
使用設備１４のオゾン使用量が１００ｇ／ｈ（Ｆ点）、
オゾン発生量が１２０ｇ／ｈ（Ｂ点）となっている。し
たがって、オゾン発生量とオゾン使用量との差の２０ｇ
／ｈ（Ｃ点）のオゾンがオゾン吸着器１３に送られて吸
着し、オゾン保持量が２０ｇ／ｈの割合で次第に増加す
る。

【００２５】経過時間ａでオゾン使用量が８０ｇ／ｈに
減少すると、オゾン吸着器１３へ送られるオゾン量が４
０ｇ／ｈに増加するので、オゾン保持量が急速に増加す
る。経過時間ｂでオゾン使用量が１２０ｇ／ｈに増加す
ると、オゾン発生器１１で発生したオゾンの全量がオゾ
ン使用設備１４に供給されるので、オゾン吸着器１３へ
のオゾン供給が停止し、オゾン吸着器１３のオゾン保持
量は変化しない。

【００２６】経過時間ｃでオゾン使用設備１４のオゾン
使用量が１８０ｇ／ｈに増加すると、オゾン発生器１１
から供給されるオゾン量が１２０ｇ／ｈ（Ｄ点）である
から、オゾン吸着器１３から６０ｇ／ｈ（Ｅ点）のオゾ
ンを脱着させて補給することになるため、オゾン吸着器
１３内のオゾン保持量が急激に減少する。経過時間ｄで
オゾン使用量が１４０ｇ／ｈに変更されると、オゾン吸
着器１３からのオゾン補給量が２０ｇ／ｈに減少するの
で、オゾン保持量の減少は緩やかになる。

【００２７】経過時間ｅでオゾン使用量が１２０ｇ／ｈ
になると、オゾン発生量とオゾン使用量とが等しくな
り、オゾン吸着器１３へのオゾンの供給が停止するた
め、オゾン保持量は変化しない。経過時間ｆでオゾン使
用量が１００ｇ／ｈになると、オゾン吸着器１３へのオ
ゾンの流入が再開されるので、オゾン保持量が２０ｇ／
ｈの割合で次第に増加する。さらに、経過時間ｇでオゾ
ン使用量が８０ｇ／ｈになると、オゾン吸着器１３への
オゾン供給量が４０ｇ／ｈになるのでオゾン保持量が急
速に増加する。経過時間ｈでは、オゾン使用量が８０ｇ
／ｈの状態でオゾン保持量が破過点の１２０ｇとなった
ため、無駄なオゾンの発生を避けるため、酸素供給量
（Ａ点）を減らしてオゾン発生器１１の負荷をオゾン発
生量が８０ｇ／ｈになるように軽減している。

【００２８】経過時間ｉでは、オゾン使用量が１６０ｇ
／ｈに増加したので、オゾン発生器１１を最大負荷とし
てオゾン発生量を１２０ｇ／ｈに増加させるとともに、
オゾン吸着器１３から４０ｇ／ｈのオゾンの補給を行
い、オゾン供給量を１６０ｇ／ｈする。したがって、オ
ゾン吸着器１３のオゾン保持量は４０ｇ／ｈの割合で減
少する。経過時間ｊでオゾン使用量が１２０ｇ／ｈに戻
ると、オゾン発生器１１のオゾン発生量を１２０ｇ／ｈ
に保ったまま、オゾン吸着器１３からのオゾンの補給を
停止する。

【００２９】このように、図２の斜線部に示す量の余剰
オゾンをオゾン吸着器１３に供給してオゾンを吸着保持
させる段階と、図２の網掛け部に示す量のオゾンを脱着
させて補給する段階とを、オゾン使用設備１４における
オゾン使用量の変動に応じて行うことにより、オゾンの
最大発生能力が１２０ｇ／ｈのオゾン発生器１１で、最
大オゾン使用量１８０ｇ／ｈのオゾン使用設備１４に対
応することができる。

【００３０】したがって、最大オゾン使用量に対するオ
ゾン発生器１１の能力を小さくすることができるととも
に、オゾン発生器１１の負荷変動を小さくできるので、
効率の良い運転が可能となる。

【００３１】さらに、オゾン吸着器１３を流れるガス量
は、オゾン発生器１１で発生したオゾン含有ガスの一部
であるから、発生したオゾン含有ガスの全量をオゾン吸
着器に導入する従来の装置に比べて冷熱の持ち出し量を
大幅に低減することができる。また、オゾン吸着器１３
の入口部に設置する窒素酸化物除去装置１８の小型化も
図れる。

【００３２】しかも、オゾン吸着器１３がオゾンを保持
していない状態でも、オゾン発生器１１で発生したオゾ
ンをそのままオゾン使用設備１４に供給することができ
るので、装置の立ち上げ時間を大幅に短縮することがで
きる。また、何らかの原因でオゾン発生器１１のオゾン
発生量が減少したときでも、オゾン吸着器１３からオゾ
ン使用設備１４で必要とする量のオゾンを供給すること
ができる。

【００３３】さらに、一時的に高圧あるいは高濃度のオ
ゾンが必要な場合は、オゾン発生器１１を止めて弁４
２，４４，４５を閉じた状態で、弁４９，５０，５１を
開き、キャリアガス導入経路２４から所定圧力のキャリ
アガスを所定流量で導入するとともに、ヒーター１６に
よりオゾン吸着剤の温度を調節して所定量のオゾンを脱
着させることにより、圧縮機を使用することなく、所定
圧力、所定濃度のオゾン含有ガスをオゾン使用設備１４
に供給することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
オゾン使用設備におけるオゾン使用量が変動してオゾン
発生器の能力を超えた場合でも、所定濃度でオゾンを連
続的に供給することができ、最大オゾン使用量に対して
能力の小さなオゾン発生器を使用することができる。さ
らに、装置の立ち上げ時間の短縮や、冷熱の持ち出し量
の低減、窒素酸化物除去装置のような付帯設備の小型化
も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のオゾン供給装置の一形態例を示す系
統図である。

【図２】 オゾン使用量、オゾン発生量及びオゾン保持
量の経時変化の一例を示す図である。

【符号の説明】

１１…オゾン発生器、１２…酸素供給源、１３…オゾン
吸着器、１４…オゾン使用設備、１５…冷凍機、１６…
ヒーター、１７…ポンプ、１８…窒素酸化物除去装置、
２１…オゾン供給経路、２２…オゾン吸着経路、２３…
脱着オゾン供給経路、２４…キャリアガス導入経路、２
５…オゾン発生器入口経路、２６…循環経路、２７…排
気経路、２８…破過オゾン導入経路、３１…濃度制御
器、３２，３３…流量指示調節計、３２Ｖ，３３Ｖ…流
量調節弁、３４…オゾン濃度計、３５…温度指示調節
計、３６…オゾン濃度計、３７…流量指示調節計、３７
Ｖ…流量調節弁、４１，４２…供給弁、４３，４４…吸
着器入口弁、４５，４６…吸着器出口弁、４７…排気
弁、４８…導入弁、４９，５０…オゾン補給弁、５１…
キャリアガス導入弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩本 一帆 東京都港区西新橋１−16−７ 日本酸素株 式会社内 Ｆターム(参考） 4D012 BA01 CA20 CB12 CD04 CD05 CE01 CE03 CF02 CF08 CH10 CJ05 4G042 AA07 CB15 CB21 CE04

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オゾン発生器で発生したオゾン含有ガス
   をオゾン使用設備に供給するオゾン供給装置において、
   前記オゾン発生器とオゾン使用設備との間の経路に、冷
   却状態でオゾンを吸着し、加熱状態でオゾンを脱着する
   オゾン吸着器を設けるとともに、オゾン発生器で発生し
   たオゾン含有ガスを前記オゾン吸着器を通さずに前記オ
   ゾン使用設備に供給するオゾン供給経路を設けたことを
   特徴とするオゾン供給装置。
2. 【請求項２】 前記オゾン吸着器は、前記オゾン供給経
   路とオゾン吸着器入口部とをそれぞれ接続するオゾン吸
   着経路及び脱着オゾン供給経路と、オゾン吸着器出口部
   に接続したキャリアガス導入経路とを備えていることを
   特徴とする請求項１記載のオゾン供給装置。
3. 【請求項３】 オゾン発生器で発生したオゾン含有ガス
   をオゾン使用設備に供給する方法において、オゾン使用
   設備のオゾン使用量よりもオゾン発生器のオゾン発生量
   が多いときには、余剰となるオゾン含有ガスを冷却した
   オゾン吸着器に導入してオゾンを吸着させることにより
   所定量のオゾンをオゾン使用設備に供給し、オゾン使用
   設備のオゾン使用量がオゾン発生器のオゾン発生量より
   も多いときには、オゾン吸着器からオゾンを脱着させ、
   該脱着オゾンを前記オゾン含有ガスに加えることによ
   り、所定量かつ所定濃度のオゾンをオゾン使用設備に供
   給することを特徴とするオゾン供給方法。
4. 【請求項４】 前記オゾン吸着器がオゾンで飽和した状
   態で、オゾン使用設備のオゾン使用量がオゾン発生器の
   オゾン発生能力よりも少なくなったときには、オゾン発
   生器のオゾン発生量を減少させることを特徴とする請求
   項３記載のオゾン供給方法。