JP2002263480A

JP2002263480A - オゾン貯蔵装置設計および運用システム

Info

Publication number: JP2002263480A
Application number: JP2001060039A
Authority: JP
Inventors: Akira Murai; 昭村井
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2001-03-05
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2002-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾン貯蔵装置の設計およびオゾン貯蔵・放
出の操作性を向上させることを課題とする。【解決手段】複数の理論段および各段における濃度差
比例分により算出される理論値を、該理論値の濃度差比
例分および時間軸の調節により、オゾン吸着剤を充填し
た小型モデルに近似し、オゾン吸着剤を充填したオゾン
貯蔵装置の吸脱着特性を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾンの吸脱着特
性を確定し、オゾン貯蔵装置の設計ならびにオゾンの貯
蔵操作を容易に行うための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、環境に対する人々の関心が高まっ
ており、特に、生活に密接に関係する水に対する人々の
関心は大きいものである。そして、高度な水の処理方法
が検討されている。ここにおいて、環境ホルモンなど
の、難分解性の有機物をも分解する水処理手段としてオ
ゾン分解が注目されている。この分野において、発明者
等は、特許第３０５１１０７号、特許第３０５１１０８
号、特許第３０５１１０９号、特許第３１３８４４９
号、特許第３１３８４５０号等のオゾンによる水処理の
効率化を行うための技術を開発したものである。

【０００３】オゾンは、殺菌、洗浄、酸化漂白などの分
野で広く使用されるものであるが、分解しやすく、ボン
ベ等に充填して貯蔵することができない。このため、オ
ゾン発生装置を使用現場に設置して、発生したオゾンを
直接使用する方式がとられている。オゾン発生装置とし
ては、無声放電オゾン発生装置、紫外線ランプを用いた
オゾン発生装置、水電解オゾン発生装置等のものが知ら
れているが、いずれも多くの電力を必要とするものであ
る。また、これらの方式では、発生するオゾンの濃度お
よび量に限界があり、水処理の必要量に対応しにくいも
のである。さらに、オゾン発生には、多くの電力が必要
となることから、特に、日中に多くの生活排水の処理を
行う下水処理にオゾンを用いる場合には、電力需要の多
い日中に、オゾンを発生すべく、多くの電力が必要とな
る。

【０００４】そこで、吸着剤などを用いて、オゾンを貯
蔵するオゾン貯蔵装置が利用されている。電力需要の少
ない夜間にオゾンを生成し、吸着剤を充填した容器に貯
蔵することにより、電力需要の平準化を図れるものであ
る。なお、従来のオゾンの貯留方法としては、オゾン吸
着剤を充填したオゾン貯蔵容器に、オゾンを低温下で加
圧充填する方法がとられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】まず、オゾン発生装置
により発生したオゾンを直接使用する方式では、前述の
如く、電力需要の大きな日中に多くの電力を必要とし、
電力需要に与える影響が大きい。また、発生するオゾン
の濃度より量に限界があり、水処理の必要量に対応しに
くいものである。そして、オゾンを低温下で加圧充填す
る方法においては、オゾンを低温まで冷却しながら加圧
し、シリカゲルの充填されたオゾン貯蔵容器に、供給す
るには、多くの電力を必要とするものであり、効率的で
はない。また、加圧されたオゾンは反応性が増し、オゾ
ン貯蔵容器の耐久性が問題となる可能性がある。さらに
は、加圧に伴い、必要とされる設備が大がかりになり、
作業従事者も増えるなど、維持管理コストがかかる。ま
た、設備を配置するために、大きな配置空間を必要とす
るものである。このため、オゾン貯留装置を普及させる
場合には多くの問題点が残っていた。そこで、この問題
点を解決する方法として、発明者等は、既に一定圧、一
定温での貯蔵脱着が可能であることを発見し、実用化す
るに至った。

【０００６】そして、オゾン貯蔵設備を設計するときに
は、小型モデルでの実験を行い、次に大体の大きさを決
定した後、実規模モデルでの実験を行い、データを解析
し、実際の装置の大きさ、長さ等を決定する。その後、
実際の大きさのオゾン貯蔵装置を作成して特性を確認す
るものであり、オゾン貯蔵装置の性能は、実物を作成し
テストするまで解らない状態である。すなわち、試行錯
誤により、オゾン貯蔵装置の性能を確保する必要があ
り、多大な時間と費用が必要となるものである。そし
て、供給するオゾン量およびオゾン濃度の制御が困難で
ある。

【０００７】また、新しい特性の吸着剤を、オゾン貯蔵
装置に利用する際には、該新しい吸着剤を充填したオゾ
ン貯蔵装置にオゾンを貯蔵および放出させ、試験データ
を蓄積し、該オゾン貯蔵装置の制御に用いる必要があ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】オゾン貯蔵設備の特性決
定には、供給ガス量、供給ガス濃度、格納容器の形状
（断面積と長さ）、シリカゲルの特性（細孔分布等）、
シリカゲル温度という多くの要素があり、実際の装置製
造には、多くの実験が必要である。しかし、この特性を
コンピュータプログラムによりシミュレートすることに
より、実験手間と費用を省き、オゾン貯蔵設備の設計時
の効率化と低コスト化を図れるものである。本発明の発
明者等は、オゾン吸着のメカニズムの解明を行うととも
に、オゾン貯蔵装置において、特許第３０９１１９１
号、特許３０６９１００号の特許を取得したものであ
る。そして、このオゾン吸着のメカニズムにより、実際
の現象に近似可能であり、実用的なシミュレーションを
行うことが可能となったものである。さらに、オゾン貯
蔵装置においては、供給必要オゾン量、およびオゾン濃
度を調節する必要があり、本発明の運用システムを用い
ることに、オゾンの調節操作を容易に行うことができる
ものである。

【０００９】次に、オゾン貯蔵装置における、オゾン貯
蔵の理論について説明する。貯蔵オゾン量については、
オゾン貯蔵量がファントホッフの式に従うものである。
このことから、必要な貯蔵装置の大きさおよびシリカゲ
ル量が決定されるものである。そして、オゾンの吸着メ
カニズムに沿ったシミュレーションを行うことにより、
オゾン吸着剤の特性に応じたシリカゲルのオゾン貯蔵装
置を設計することができ、実際のオゾン貯蔵装置の特性
を容易に予測できるものである。次に、シミュレーショ
ンの手法について説明する。シミュレーションの手法と
しては、一定の数の層を有する理論段層を仮想的に作成
し、該理論段層における吸着および脱着のデータを演算
処理し、得られたデータを実際のオゾン貯蔵装置に対応
させるものである。まず、オゾン貯蔵装置の小型モデル
により、実験を行う。そして、これにより得られた結果
を、シミュレーションモデルに適応させるものである。
これにより、シミュレーションモデルに適応させること
により、オゾンの吸脱着特性を知ることができ、オゾン
貯蔵装置の構築を容易にするものである。

【００１０】次に、本シミュレーションに用いられる理
論構成について説明する。はじめに、吸着量の決定にお
いては、ラングミュアの理論を用いるものである。ラン
グミュアは単分子層で吸着するときの吸着等温式を次の
ようにして導いた。固体表面には、分子または原子が吸
着する部位があり、これを吸着サイトと呼ぶ。このサイ
トは、かならずしも表面全体に一様に存在するとは限ら
ず、表面の一部に不均一にしか存在しないこともある。
この場合には、表面全体に吸着するのではなく、表面の
一部にしかない特定サイトだけに吸着する。これを特異
吸着という。

【００１１】吸着平衡では、吸着サイトに入る毎秒あた
りの分子数、つまり吸着速度は吸着サイトから毎秒でる
分子数、すなわち脱着速度と等しい。まず、吸着速度を
求めることにする。気体の示す圧力は、多数の気体分子
の壁への衝突運動によって生じる。気体分子運動論によ
れば、Ｔを絶対温度、ｐを気体の圧力、Ｍを気体の分子
数、Ｒを気体定数とすれば、表面１cm² に衝突する気体
分子のモル数μは次のようになる。

【数１】ここで、表面に衝突する分子がすべて吸着するのではな
く、衝突した分子の一部が表面に吸着すると考え、その
割合をαとする。一般的には、αは１に近い。従って、
気体の吸着速度ｖａは、αμに比例する。また、ｖａは
分子が吸着していない空のサイトの割合θ₀にも比例す
る。従って、ｋａを定数とすれば、吸着速度ｖａは次式
で表される。

【数２】一方、脱着速度ｖｄは吸着している分子の数に比例する
ので、分子が入っているサイトの割合をθとすると、脱
着速度は次式で表される。

【数３】吸着平行では、吸着速度ｖａと脱着速度ｖｄが等しいの
で、式（２）と式（３）より、次式が得られる。ここ
で、θ₀＋θ＝０なので、式（３）は、

【数４】となる。いま、１cm²の表面にあるサイト数をＮ₀とす
る。吸着が単分子層で起こり、２分子層以上吸着しない
ので、吸着分子数は、サイト数Ｎ₀を越えることはな
い。また、１cm²の表面に吸着している分子数をＮとす
ると、θ＝Ｎ／Ｎ₀となる。これと、式（１）を式
（４）に代入すると、次式が得られる。

【数５】ここで、Ｎ＝Ａ、ｋａα／ｋｄ（２πＭＲＴ）^1/2＝
ａ、Ｎ₀＝ｂとおくと、式（５）は、

【数６】となる。この式は、ラングミュアの単分子吸着等温式と
呼ばれる。定数ｂは全吸着サイト数であり、飽和吸着量
に相当する。ラングミュア式は統計熱力学、熱力学、質
量作用の法則、絶対反応速度論などを用いても導き出さ
れ、定数ａの物理的意味が明らかにされている。例え
ば、定数ａは次のように表される。

【数７】ここで、脱着エネルギーＥｄは吸着の活性化エネルギー
と吸着エネルギーの和であるから、吸着の活性化エネル
ギーが吸着エネルギーに比べ小さい時は、定数ａは吸着
エネルギーを反映する。定数ａが大きくなるに従い、吸
着相互作用が大きくなり、等温線の低圧部での立ちあが
りが大きくなる。ａｐ＜＜１の時、ラングミュアの式は
ヘンリーの式となる。ヘンリーの吸着式は、吸着量Ａと
平衡圧ｐが原点を通る直線関係になるときは、吸着式
は、

【数８】で表される。ここで、ｋは定数である。以上のことか
ら、オゾンのシリカゲルへの吸脱着量は、シリカゲル１
粒あたり数秒以上を要して変化していることから、ヘン
リー式（Ａ＝ｋｐ）に従い、完全平衡する状態まで、シ
ミュレーションすることとする。

【００１２】次に、吸着速度について説明する。まず、
平面への吸着速度式について説明する。吸着量と時間の
関係を表す吸着速度式は数多く提出されているが、ラン
グミュアは吸着速度を最初に扱った人であり、彼の導い
た定圧下における速度式は次の形である。

【数９】ここで、ｔは時間、ｖは吸着量、ｖｓは飽和吸着量、ｖ
ｅは平衡吸着量、ｋ₁、ｋ₂は吸着、脱着の速度定数であ
る。φ＝ｋ₁＋ｋ₂とおき、式（９）を積分すると次のよ
うになる。

【数１０】本式が成立するのは、吸着される分子が何の妨害も受け
ず、直接吸着サイトに衝突する場合、例えば、平滑面
（主として金属面）へ種々のガスの物理吸着や活性化吸
着の場合だけである。このような吸着では吸着平衡成立
に要する時間はおよそ１０^-5〜１０^-10秒であり、実用
的には瞬間的に吸着がおこると考えてよい。

【００１３】次に、多孔性吸着剤への吸着速度について
説明する。等温条件下における多孔性吸着剤への吸着過
程は三つの過程に分けて考えることができる。一つ目の
過程は、流体境膜と呼ばれる粒子表面に付着した薄い流
体の層を通しての分子拡散と考えられる。二つ目の過程
は、拡散が主体であり、細孔内の気相での拡散（細孔拡
散）と細孔の壁に吸着された分子が吸着状態のままで、
壁の表面を拡散する表面拡散とがある。そして、三つ目
の過程は、細孔内の吸着サイトへの吸着である。吸着速
度はこれら三つの吸着過程における各拡散速度によって
支配される。

【００１４】通常の物理吸着では、三つ目の過程である
真の吸着速度は迅速であり、細孔表面の各点において吸
着質濃度と吸着量の間には平衡状態が成立していると考
えられる。従って、総括的な吸着速度は一つ目の過程と
二つ目の過程によって決定される。流体境膜における物
質移動について説明する。流体境膜における吸着質分子
の移動速度Ｎ[ｇ/ｓ]は、

【数１１】によって与えられる。ここでは、ｋ_fは物質移動係数[cm
／ｓ] 、Ａは粒子の外表面積[cm²] 、Ｃは流体中におけ
る吸着質濃度[ｇ/cm³]、ｃ_iは粒子表面における吸着質
濃度 [ｇ/cm³]である。この式より、流体境膜における
吸着物質の移動速度は、吸着質濃度差に比例することが
分かる。

【００１５】次に、細孔拡散について説明する。毛細管
内の拡散ついて考える。毛細管径が拡散分子の平均自由
工程よりも十分大きいときは、通常の分子拡散がおこ
り、逆に小さい時は、クヌーセン拡散が支配的になる。
中間領域では両拡散がともに作用する遷移域となる。ク
ヌーセン拡散領域では、毛細管の単位断面積当たりの拡
散速度Ｎ_A[ｇ/cm²]は濃度勾配に比例し、次の式のよう
になる。

【数１２】ここで、Ｃ_Aは吸着質濃度[ｇ/cm³]、ｘは拡散距離[c
m]、Ｄ_KAはクヌーセン拡散係数[cm²/ｓ]であり、ｒを毛
細管半径[cm]、Ｔを温度[Ｋ]、Ｍ_Aを吸着質の分子量と
すれば、次式で表される。

【数１３】分子拡散領域においては、拡散速度は次式で表される。

【数１４】ここで、Ｄ_ABは分子拡散係数であり、Ａ、Ｂ二成分系で
は次のチャップマン−エンスコの式から推算できる。

【数１５】ここで、Ｄ_ABは全圧[atm]、σ_AB＝（σ_A−σ_B）／２は
衝突半径[Å]、Ωは二分子間の相互エネルギーの関数で
ある。遷移域における拡散係数Ｄ_Nは次のボサンキ式か
ら計算できる。

【数１６】以上のことから、細孔拡散による吸着質物質の移動速度
は、吸着質濃度差に比例することが分かる。

【００１６】次に、表面拡散について説明する。物理吸
着した分子と細孔表面との結合はあまり強くなく、表面
濃度を減少させる方向に表面上を二次元的に移動する。
表面拡散量は吸着量の勾配を推進力にとると次のように
表される。

【数１７】ここで、Ｎ_ASは表面拡散速度[ｇ/cm²・ｓ]、Ｄ_sは表面
拡散係数[cm²/ｓ]、ρ_sは粒子の見かけ密度[ｇ/cm³]、
ｖは吸着量[ｇ／ｇ粒子]、ｘは拡散距離[cm]である。こ
こで吸着量は、吸着質濃度に比例することから、表面拡
散による吸着物質の移動速度は吸着質濃度差に比例する
ことが分かる。以上のことから、吸着質物質の吸脱着速
度は、吸着質物質の濃度差に比例する。これらの条件を
満足するコンピュータ・シミュレーションを作成し、こ
のシミュレーションにより、供給ガス量、供給ガス濃
度、格納容器の形状（断面積と長さ）、シリカゲルの特
性（細孔分布等）、シリカゲル温度により吸脱着特性が
決定できることを見出したものである。

【００１７】すなわち、本発明は、請求項１に記載のご
とく、オゾン貯蔵装置の吸脱着特性を決定するオゾン貯
蔵装置設計システムであって、複数の理論段および各段
における濃度差比例分により算出される理論値を用い
て、オゾン貯蔵装置の吸脱着特性を決定するものであ
る。

【００１８】そして、請求項２に記載のごとく、オゾン
貯蔵装置の吸脱着特性を決定するオゾン貯蔵装置設計シ
ステムであって、複数の理論段および各段における濃度
差比例分により算出される理論値を、該理論値の濃度差
比例分および時間軸の調節により、オゾン吸着剤を充填
した小型モデルに近似し、オゾン吸着剤を充填したオゾ
ン貯蔵装置の吸脱着特性を決定するものである。

【００１９】さらに、請求項３に示すごとく、小型モデ
ルにおいて測定した結果を、複数個の理論段における濃
度差比例分の吸着および脱着特性に対応させ、得られた
シリカゲルの特性を、通信網により接続されたプラント
に配信し、該シリカゲルを使用するオゾン貯蔵装置の運
用を行うものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明は、夜間電力等の安価な電
力を使用してオゾンを発生させ、オゾンを吸着貯蔵する
ものであり、オゾンを使用する際には、酸素ガスの供給
によりオゾンを取り出す、効率的で取扱いの容易なオゾ
ン貯蔵装置および貯蔵方法である。そして、オゾンの貯
蔵に用いる吸着剤を充填する容器をコンパクトかつ使い
勝手の良い形状に構成するとともに、オゾンの吸着効率
と放出の効率を向上させるオゾン貯蔵装置および貯蔵方
法である。

【００２１】以下に本発明の実施形態について説明す
る。まず、オゾンを使用する水処理装置およびオゾン貯
蔵装置の構成について説明する。図１はオゾンを用いた
水処理装置の全体構成を示す模式図、図２はオゾン貯蔵
装置の構成を示す概略図である。

【００２２】水処理装置の全体構成について説明する。
本実施例において、水処理装置１は河川などの雑水を浄
化するものである。水処理装置１は一次処理部２、二次
処理部３、三次処理部４、流量測定部５およびオゾン処
理部７により構成され、各部は配管により接続され、被
処理水が各処理部に順次流入する構成になっている。

【００２３】一次処理部２に導入された被処理水は、固
形物や微細な浮遊物、油脂の分離除去等が行われ二次処
理部３へと送られる。二次処理部３に導入された被処理
水は、微生物により含有される有機物が分解、安定化さ
れる。三次処理部４に導入された被処理水は凝集剤等が
加えられ、リン等物質が凝集沈殿させて除去される。

【００２４】三次処理部４において処理された水は、流
量測定部５に導入され、流量測定部５において被処理水
の水量が測定される。そして、被処理水の量に応じて、
被処理水中に酸化分解を促進するための触媒が添加され
る。すなわち、流量測定部５においては水量が測定され
るとともに、触媒が添加される。触媒が添加され被処理
水はこの後に、オゾン処理部７に導入され、被処理水に
オゾンの散気が行われ、オゾンによる被処理水の浄化が
行われる。このように、流量測定部５において適量の触
媒が加えられ、オゾン処理が行われるため、オゾンの処
理力を十分に発揮できるとともに、オゾンによる浄化の
効率を向上できる。

【００２５】オゾン貯蔵装置の構成について、図２を用
いて説明する。オゾン貯蔵装置１０を用いることによ
り、深夜電力等により発生させたオゾンを貯蔵し、昼間
の水処理装置１の稼動時に貯蔵したオゾンを前記水処理
装置１のオゾン処理部７に供給することができ、電力の
平準化を行えるものである。オゾン貯蔵改質装置１０は
前記水処理装置１のオゾン処理部７の反応槽にオゾンを
供給するオゾンを貯蔵するためのものである。オゾン貯
蔵装置１０において、オゾナイザ１１に酸素が導入され
る。ここにおいて、オゾナイザ１１に酸素を供給する酸
素供給源１２としては、酸素ボンベおよび液体酸素装置
を用いることが可能である。オゾナイザ１１により生成
されたオゾンはオゾンモニタ１３および流量計１４を介
して貯蔵設備１５に供給される。

【００２６】貯蔵設備１５内にはシリカゲルが充填され
ており、該シリカゲルは低温（約−１７°Ｃ）に冷却さ
れている。貯蔵設備１５より放出されたオゾンは、前記
オゾン処理部７の反応槽１６に導入される構成になって
おり、反応槽１６より排出される残存オゾンの濃度はオ
ゾンモニタ１７により監視されている。また、オゾンモ
ニタ１７を介したオゾンはオゾン分解器１８により分解
無害化されて外部に排出されるものである。上記オゾナ
イザ１１は制御装置１９により制御されるものである。
すなわち、オゾナイザ１１により発生したオゾンは貯蔵
設備１５において貯蔵され、反応槽１６に供給されるも
のである。該反応槽１６において、水処理が行われるも
のである。

【００２７】次に本実施例における、オゾンの貯蔵改質
方法について説明する。酸素供給源１２より酸素がオゾ
ナイザ１１に供給され、オゾナイザ１１により生成した
オゾンは貯蔵設備１５に導入される。そして、貯蔵設備
１５内に配設された吸着剤によりオゾンが吸着されるも
のである。例えば、オゾンの供給圧力は１〜１．５気圧
程度とし、貯蔵設備１５のシリカゲルを約−１７°Ｃに
冷却して、オゾンの吸蔵を行うことができるものであ
る。すなわち、ほぼ常圧において、オゾンを貯蔵設備１
５に供給するものである。オゾンを貯蔵設備１５内の吸
着剤に供給することにより、吸着剤にオゾンが選択的に
吸着される。これにより、オゾンを貯蔵設備１５に貯蔵
できるものである。オゾンを略常圧において貯蔵可能で
あるため、圧力に対する防護手段を軽減できるため、装
置の構成を簡便かつ小さく構成でき、装置の操作性を向
上できるものである。

【００２８】次に、オゾンを取り出す際の手順について
説明する。吸着剤よりオゾンを取り出す際には、前記の
手段によりオゾンを吸着した吸着剤に酸素供給源１２よ
り酸素を供給することにより、吸着剤中のオゾンを酸素
供給源１２より取り出すことができるものである。この
ため、装置にかかる温度差を低減でき、装置の耐久性を
向上できる。また、装置の構成を簡便かつ小さく構成で
き、装置の操作性を向上できるものである。

【００２９】そして、上記のオゾン貯蔵装置の設計およ
び、運用のためのに、オゾン特性をシミュレーションに
より得るものである。そして、該オゾンのシミュレーシ
ョンによって得られてオゾン処理装置設計の特性に応じ
て操作することにより、オゾンの貯蔵および放出を、効
率的に行うものである。

【００３０】図３はオゾン吸着特性の決定の流れを示す
図である。図３を用いて、上記のオゾン吸着特性の決定
構成について説明する。はじめに、オゾン吸着剤の特性
を調べるべく、オゾン貯蔵装置の小型モデルにより、オ
ゾン吸脱着実験が行われる。オゾン貯蔵装置の小型モデ
ル内には、実際のオゾン貯蔵装置に利用するシリカゲル
などのオゾン吸着剤が充填されるものである。そして、
該オゾン吸着剤について、オゾンの吸着脱着特性が測定
されるものである。

【００３１】例えば、オゾン貯蔵装置の小型モデルとし
て、全長３０cmの筒状容器にシリカゲルを充填したもの
を構成し、該小型モデルのオゾン吸着および脱着特性を
測定することにより、実験データを得ることができるも
のである。測定データとしては、オゾン貯蔵装置に供給
するオゾン濃度および、小型モデルのオゾン供給側とは
反対側におけるオゾン濃度を時間と共に計測するもので
ある。同様に貯蔵したオゾンの排出特性においては、パ
ージガスの供給速度とオゾン排出側におけるオゾン濃度
を時間に沿って計測するものである。オゾン貯蔵装置の
小型モデルを用いた実験のデータは、情報記憶媒体に保
持され、この後のシミュレーションに利用されるもので
ある。

【００３２】そして、小型モデルを用いた実験データ
は、コンピュータに取り込まれ、後に比較の対象とされ
るものである。コンピュータにおいては、理論段層のモ
デルにより計算された、オゾン吸脱着特性のモデル情報
が保持されているものである。そして、実験における吸
着時のデータと、理論モデルによる吸着データとを比較
し、理論データが実験データに近似するように理論モデ
ルの吸着データのパラメータを調節するものである。ま
た、同様に、実験における脱着時のデータと、理論モデ
ルによる脱着データにおいて、理論モデルの脱着データ
のパラメータを調節するものである。この後に、吸脱着
特性による確認が行われる。そして、吸脱着において、
実験データと、シミュレーションデータとが合致するこ
とが確認されるものである。

【００３３】次に、理論モデルについて説明する。図４
はオゾン貯蔵装置の理論の一例を示す図である。オゾン
貯蔵装置は図４に示すごとく、複数の段に分かれてお
り、それぞれの段において、オゾンの吸脱着を行うもの
である。図４においては、貯蔵装置を２０段に分割して
いるものである。まず、一段目より、酸素とオゾンが供
給されるとする。オゾンは、オゾン吸着剤に吸着され、
酸素が情報に抜けて行く構成となる。しかし、オゾンの
すべてが吸着するものではなく、オゾン貯蔵装置に供給
されたオゾンの内の一部が吸着し、残りは、次の段に供
給されるものである。例えば、供給されたオゾンの内の
８０％が一段目において吸着し、残りのオゾンの２０％
が二段目に進むとする。そして、二段目においては、供
給されたオゾンの濃度差の８０％が吸着するため、はじ
めに供給されたオゾンの１６％が二段目に吸着されるも
のである。このような吸着がオゾン貯蔵装置において繰
り返されることにより、オゾンが貯蔵装置全体に貯蔵さ
れるものである。なお、上述のオゾン貯蔵装置の理論モ
デルにおいて、貯蔵装置の段数を増やすことにより、よ
り精度の高いシミュレーションを行うことができるもの
である。

【００３４】オゾンの脱着においても同様に、オゾン貯
蔵装置を複数の段に分割し、該オゾン貯蔵装置に酸素を
供給する。一段目に酸素が供給されることにより、一段
目の一定割合のオゾンが脱着する。例えば、酸素が供給
され、一段目において、５０％のオゾンが吸着剤より放
出され、オゾン濃度が５０％になるとすると、二段目に
おいて、オゾン濃度５０％に対して、オゾンの放出がな
される。この際には、オゾン濃度差５０に対して５０％
のオゾンが放出され、二段目においては２５％のオゾン
が放出されることとなる。このような放出が繰り返され
ることにより、オゾン貯蔵装置に蓄えられたオゾンが放
出されるものである。この様にして得られたオゾン貯蔵
装置の理論値を利用して、実測されたオゾン吸着剤の特
性を決定するものである。

【００３５】図５はオゾン吸着の理論値と実測値を示す
図であり、図６はオゾン脱着の理論値と実測値を示す図
である。図５および図６に示すごとく、黒塗りの四角は
小型モデルの実測値であり、白抜きのひし形は理論値を
示すものである。図５および図６において、縦軸はオゾ
ン濃度を示すものであり、横軸は時間軸を示すものであ
る。本発明においては、オゾン吸着剤の性質を決定する
ためには、図５および図６に示すごとく、実測値に対し
て理論値を近づけるものである。そして、この際に変更
したパラメータの値により、オゾン吸着剤の特性を決定
するものである。

【００３６】理論値は、供給ガス量、供給ガス濃度、お
よび各段における濃度差比例分が設定されているもので
ある。実測値に対する理論値の近似においては、理論値
における濃度差比例分と、時間軸の調整がパラメータと
なるものである。すなわち、実測値に沿うように、理論
値の濃度差比例分と、時間軸を伸長、短縮、平行移動等
をさせ、実測値の濃度変化を理論値の濃度変化に合われ
るものである。これにより、実測されたオゾン吸着剤の
特性を決定することができるものである。図７は実測値
と理論値との吸脱着特性による確認構成を示す図であ
る。図７に示すごとく、吸着段階および脱着段階におい
て、それぞれ理論値を実測値に近づけたものが、実際の
測定結果に吸脱着過程と一致するかの確認が行われるも
のである。理論値のパラメータを実測値に近づけた後
に、オゾン貯蔵における実測値との確認を行うことによ
り、オゾン貯蔵特性の信頼性を向上できるものである。
これにより、オゾン貯蔵特性を確実に把握することがで
き、オゾン貯蔵装置の設計を容易に行い、オゾン貯蔵お
よび放出の制御を操作できるものである。

【００３７】次に、実際のオゾン貯蔵装置への適応手法
について説明する。前記シミュレーションは小型モデル
の実測値を、直列に複数個配置した理論段に対応させる
ものである。そして、小型モデルを理論段数に対応する
複数の段により構成されていると仮定し、各段の特性を
算出するものである。なお、小型モデルにおいて、各段
は均等な特性を有するものとするものである。実際のオ
ゾン貯蔵装置への適応においては、該オゾン貯蔵装置
が、小型モデルにいて算出された段の何段分に相当する
かにより、行うものである。すなわち、小型モデルの全
長が３０cmであり、対応させた理論段数が２０段であっ
た場合に、１．５cmが一つの段に相当する。そして、実
際のオゾン貯蔵装置の全長が１５０cmである場合には、
段数を１００としてシミュレーションを行うものであ
る。このようなシミュレーションにより、オゾンの貯蔵
特性を得ることができるため、１箇所において、オゾン
の実測を行い、シミュレーションとの対比により、オゾ
ンの特性を確認することができるものである。

【００３８】図８は、オゾン貯蔵特性の解析および特性
情報の配信構成を示す図である。吸着剤について、オゾ
ン貯蔵特性の実測を行うとともに、このデータを、コン
ピュータ２０を使用して入力する。次にコンピュータ２
１を使用し、該吸着剤の特性をシミュレーションにより
決定する。これにより、オゾンの吸脱着操作における挙
動を認識することができる。そして、シミュレーション
の結果を、コンピュータなどの記憶装置に保持させるこ
とにより、オゾン吸脱着特性を、通信網等を介して、他
のオゾン吸脱着操作を行う施設などに配信することがで
きるものである。すなわち、吸着剤のオゾン吸脱着特性
をサーバ２２に保持することにより、該サーバ２２に通
信網などにより接続された端末２３・２３・・におい
て、該吸着剤を用いたオゾン貯蔵装置の運用を行うこと
ができるものである。端末２３より、オゾン貯蔵装置に
おける、貯蔵容器の全長等の情報を、サーバ２２に送信
することにより、該サーバ２２において、指定されたオ
ゾン吸着剤を当該オゾン貯蔵装置に使用した場合の、吸
脱着時における操作特性を算出し、該算出結果を端末２
３に配信することができるものである。これにより、設
備の簡素化を行うとともに、オゾン貯蔵操作の統一化を
容易に行うことができ、オゾンの貯蔵操作における信頼
性を向上できるものである。

【００３９】さらに、端末２３において、希望するオゾ
ン貯蔵の特性が得られるように、オゾン吸着剤を選択す
ることも容易に行えるものである。端末２３において、
指定したオゾン貯蔵装置の吸脱着特性に合うオゾン吸着
剤を、サーバ２２に保持されるオゾン吸着剤より検索す
ることができる。これは、オゾン貯蔵装置の全長などの
情報と、希望するオゾン貯蔵特性より、希望されるオゾ
ン吸着剤の特性を算出し、該吸着特性に近いものをサー
バ２２において、検索するものである。サーバ２２にお
いて、多くのオゾン吸着剤の特性を保持させておくこと
により、前述のごとく、オゾン貯蔵装置の特性に応じ
て、オゾン吸着剤の検索を行うことができるものであ
る。これにより、オゾン貯蔵装置の運用を効率的に行う
ことができるものである。そして、オゾン貯蔵剤の特性
を１箇所において管理可能であり、オゾン貯蔵装置の集
中管理を用意に行うことができるものである。

【００４０】

【発明の効果】請求項１に記載のごとく、オゾン貯蔵装
置の吸脱着特性を決定するオゾン貯蔵装置設計システム
であって、複数の理論段および各段における濃度差比例
分により算出される理論値を用いて、オゾン貯蔵装置の
吸脱着特性を決定するので、オゾン貯蔵装置の特性を容
易に決定することができ、オゾン貯蔵装置の製作にかか
る労力を軽減できるものである。

【００４１】請求項２に記載のごとく、オゾン貯蔵装置
の吸脱着特性を決定するオゾン貯蔵装置設計システムで
あって、複数の理論段および各段における濃度差比例分
により算出される理論値を、該理論値の濃度差比例分お
よび時間軸の調節により、オゾン吸着剤を充填した小型
モデルに近似し、オゾン吸着剤を充填したオゾン貯蔵装
置の吸脱着特性を決定するので、オゾン貯蔵装置の特性
を容易に決定することができ、オゾン貯蔵装置の製作に
かかる労力を軽減でき、容易な構成により、オゾン貯蔵
装置の特性を、高い信頼性で決定できる。

【００４２】請求項３に記載のごとく、小型モデルにお
いて測定した結果を、複数個の理論段における濃度差比
例分の吸着および脱着特性に対応させ、得られたシリカ
ゲルの特性を、通信網により接続されたプラントに配信
し、該シリカゲルを使用するオゾン貯蔵装置の運用を行
うので、オゾン貯蔵装置の運用管理を、一箇所におい
て、集中的に行うことができるものである。これによ
り、オゾン貯蔵装置の運用を効率的に行うことができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】オゾンを用いた水処理装置の全体構成を示す模
式図。

【図２】オゾン貯蔵装置の構成を示す概略図。

【図３】オゾン吸着特性の決定の流れを示す図。

【図４】ゾン貯蔵装置の理論の一例を示す図。

【図５】オゾン吸着の理論値と実測値を示す図。

【図６】オゾン脱着の理論値と実測値を示す図。

【図７】実測値と理論値との吸脱着特性による確認構成
を示す図。

【図８】オゾン貯蔵特性の解析および特性情報の配信構
成を示す図。

【符号の説明】

１水処理装置２一次処理部３二次処理部４三次処理部５流量測定部７オゾン処理部１０オゾン貯蔵装置１１オゾナイザ１２酸素供給源１３オゾンモニタ１４流量計１５貯蔵設備１６反応槽１７オゾンモニタ１８オゾン分解器１９制御装置２０コンピュータ２１コンピュータ２２サーバ２３端末

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オゾン貯蔵装置の吸脱着特性を決定する
オゾン貯蔵装置設計システムであって、直列に配設され
る複数個の理論段および各段における濃度差比例分によ
り算出される理論値を用いて、オゾン貯蔵装置の吸脱着
特性を決定することを特徴とするオゾン貯蔵装置設計シ
ステム。
【請求項２】オゾン貯蔵装置の吸脱着特性を決定する
オゾン貯蔵装置設計システムであって、複数個の理論段
および各段における濃度差比例分により算出される理論
値を、該理論値の濃度差比例分および時間軸の調節によ
り、オゾン吸着剤を充填した小型モデルに近似し、オゾ
ン吸着剤を充填したオゾン貯蔵装置の吸脱着特性を決定
することを特徴とするオゾン貯蔵装置設計システム。
【請求項３】小型モデルにおいて測定した結果を、複
数個の理論段における濃度差比例分の吸着および脱着特
性に対応させ、得られたシリカゲルの特性を、通信網に
より接続されたプラントに配信し、該シリカゲルを使用
するオゾン貯蔵装置の運用を行うことを特徴とするオゾ
ン貯蔵装置運用システム。