JP2011132098A - Ozone gas concentrator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オゾナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを気液分離により濃縮するオゾンガス濃縮装置に関する。 The present invention relates to an ozone gas concentrator that concentrates ozone in an ozone-containing gas generated by an ozonizer by gas-liquid separation.
従来、オゾナイザで生成されたオゾン含有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オゾンガス濃縮装置が知られている。このようなオゾンガス濃縮装置では、気化器において液体オゾンを加熱して気化することにより、高濃度のオゾンガスを得ている。さらに、こうして得られた高濃度のオゾンガスは、希釈ガスによって希釈され、所望のオゾン濃度に調整される。 Conventionally, an ozone gas concentrator that cools an ozone-containing gas generated by an ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separates it into liquid ozone and non-condensable gas is known. In such an ozone gas concentrator, high-concentration ozone gas is obtained by heating and vaporizing liquid ozone in a vaporizer. Further, the high-concentration ozone gas obtained in this way is diluted with a dilution gas and adjusted to a desired ozone concentration.
例えば、特許文献1に記載の装置では、オゾナイザにおける放電電力による熱を利用して液体オゾンを気化し、気化により得られた高濃度のオゾンガスを空気と混合して希釈することにより、所望のオゾン濃度のオゾンガスを生成している。
For example, in the apparatus described in
ところで、液体オゾンの気化によって生じる高濃度のオゾンガス(以下、「気化オゾンガス」という)は、不安定な状態となり易い。例えば、気化オゾンガスに何らかの分解トリガーが侵入した場合、気化オゾンガスが自己分解すると共にその反応熱によって自己分解反応が連鎖し、急激な圧力上昇を引き起こす可能性がある。特許文献1に記載の装置では、このような気化オゾンガスの不安定化に対する対策が明らかにされていなかった。そのため、気化オゾンガスを空気によって希釈するにあたり、気化オゾンガスの不安定化を防止することが難しい場合があった。
By the way, high-concentration ozone gas (hereinafter referred to as “vaporized ozone gas”) generated by the vaporization of liquid ozone tends to be unstable. For example, when some kind of decomposition trigger enters the vaporized ozone gas, the vaporized ozone gas is self-decomposed and the self-decomposition reaction is chained by the reaction heat, which may cause a rapid pressure increase. In the apparatus described in
そこで本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、気化オゾンガスを希釈ガスによって希釈する際の、気化オゾンガスの不安定化を防止できるオゾン濃縮装置を提供することを目的とする。 Then, this invention is made | formed in view of such a situation, and it aims at providing the ozone concentrating apparatus which can prevent destabilization of vaporized ozone gas at the time of diluting vaporized ozone gas with dilution gas.
本発明は、オゾナイザで生成されたオゾン含有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液化分離部を備えたオゾン濃縮装置において、液化分離部により分離された液体オゾンを加熱して気化し気化オゾンガスを得る気化部と、気化部により得られた気化オゾンガスを希釈するための希釈ガスを冷却する冷却部と、を備えたことを特徴とする。 The present invention relates to an ozone concentrator equipped with a liquefaction separation unit that cools an ozone-containing gas generated by an ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separates it into liquid ozone and non-condensable gas. A vaporizing unit that heats ozone to vaporize and obtains vaporized ozone gas, and a cooling unit that cools a dilution gas for diluting the vaporized ozone gas obtained by the vaporizing unit are provided.
通常、気化部により気化された気化オゾンガスはオゾン沸点をやや上回る程度の低温の状態である。上記構成によれば、気化オゾンガスを希釈するための希釈ガスは冷却部によって冷却されているため、低温の気化オゾンガスが希釈ガスによって温められて不安定化することを防止できる。よって、気化オゾンガスを希釈ガスによって希釈する際の、気化オゾンガスの不安定化を防止できる。 Usually, the vaporized ozone gas vaporized by the vaporization part is in a low-temperature state that slightly exceeds the ozone boiling point. According to the above configuration, since the dilution gas for diluting the vaporized ozone gas is cooled by the cooling unit, the low temperature vaporized ozone gas can be prevented from being destabilized by being heated by the dilution gas. Therefore, the vaporized ozone gas can be prevented from becoming unstable when the vaporized ozone gas is diluted with the diluent gas.
さらに、気化部は、冷却部により冷却された希釈ガスを受け入れる希釈ガス導入部を有すると好適である。この構成によれば、希釈ガス導入部を通じて、冷却された希釈ガスが気化部に導入される。そのため、気化オゾンガスは気化部において速やかに希釈される。通常、オゾンガスのオゾン濃度が高いほど不安定化は起こり易い。高濃度の気化オゾンガスが気化部において速やかに希釈されることにより、気化オゾンガスの不安定化を好適に防止できる。 Furthermore, it is preferable that the vaporizing unit has a dilution gas introduction unit that receives the dilution gas cooled by the cooling unit. According to this configuration, the cooled dilution gas is introduced into the vaporization section through the dilution gas introduction section. Therefore, the vaporized ozone gas is quickly diluted in the vaporization section. Usually, the higher the ozone concentration of the ozone gas, the easier it is to destabilize. Since the high-concentration vaporized ozone gas is quickly diluted in the vaporization section, it is possible to suitably prevent the vaporized ozone gas from becoming unstable.
また、希釈ガス導入部は、液体オゾンが気化する気液界面に向けられた吹き出し口を有するノズルであると好適である。この構成によれば、希釈ガス導入部であるノズルの吹き出し口は液体オゾンが気化する気液界面に向けられているため、上記した気化オゾンガスの速やかな希釈が好適に実現される。その結果、気化部において高濃度の気化オゾンガスによって占められる領域が縮小され、気化オゾンガスの不安定化を一層好適に防止できる。 Moreover, it is suitable for a dilution gas introduction part that it is a nozzle which has a blower outlet directed to the gas-liquid interface which liquid ozone vaporizes. According to this configuration, since the nozzle outlet serving as the dilution gas introduction section is directed to the gas-liquid interface where the liquid ozone is vaporized, the above-described rapid dilution of the vaporized ozone gas is preferably realized. As a result, the area occupied by the high-concentration vaporized ozone gas in the vaporization part is reduced, and the vaporized ozone gas can be more preferably prevented from becoming unstable.
また、気化部は筒状の外壁を有し、ノズルは外壁に設けられ、吹き出し口からの吹き出し方向は、外壁の軸線方向に対して外壁の周方向に傾けられていると好適である。この構成によれば、希釈ガスは、外壁の軸線方向に対して外壁の周方向に傾いた方向に向けて吹き出し口から吹き出され、気化部において旋回流を生じさせる。これにより、気化オゾンガスの希釈を効率的に行うことができる。 In addition, it is preferable that the vaporizing portion has a cylindrical outer wall, the nozzle is provided on the outer wall, and the blowing direction from the blowing port is inclined in the circumferential direction of the outer wall with respect to the axial direction of the outer wall. According to this configuration, the dilution gas is blown out from the outlet in a direction inclined in the circumferential direction of the outer wall with respect to the axial direction of the outer wall, and a swirling flow is generated in the vaporizing section. Thereby, the vaporization ozone gas can be diluted efficiently.
また、気化部には、液体オゾンが気化する気液界面の上方近傍において、網状体が配置されていると好適である。この構成によれば、液体オゾンが気化する気液界面の上方近傍において気化オゾンガスの自己分解が発生した場合でも、気液界面の上方近傍に配置された網状体との熱交換により反応熱が吸収され、自己分解反応の連鎖を防止することができる。 In addition, it is preferable that a reticulate body is disposed in the vaporization portion in the vicinity of the upper part of the gas-liquid interface where liquid ozone is vaporized. According to this configuration, even when self-decomposition of vaporized ozone gas occurs near the upper part of the gas-liquid interface where liquid ozone vaporizes, the reaction heat is absorbed by heat exchange with the mesh body arranged near the upper part of the gas-liquid interface. And can prevent the chain of self-decomposing reaction.
本発明によれば、気化オゾンガスを希釈ガスによって希釈する際の、気化オゾンガスの不安定化を防止できる。 According to the present invention, it is possible to prevent the vaporized ozone gas from becoming unstable when the vaporized ozone gas is diluted with the diluent gas.
以下、本発明に係るオゾン濃縮装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明では、オゾン濃縮装置が電子部品洗浄装置に適用された場合を例に説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of an ozone concentrator according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where the ozone concentrating device is applied to an electronic component cleaning device will be described as an example. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
図1に示されるように、電子部品洗浄装置1は、オゾンガス生成装置73を用いて高濃度オゾンガスを生成し、この高濃度のオゾンガスから生成した高濃度のオゾン水を半導体ウエハ、液晶、太陽電池、有機EL、プリント基板などの電子部品の表面に向けて噴射して洗浄する装置である。電子部品洗浄装置1のオゾン水生成装置71は、濃縮オゾンガスを生成するオゾンガス生成装置73と、このオゾンガスを超純水に溶解させて高濃度オゾン水を生成する溶解部50と、を備えている。そして、電子部品洗浄装置1は、このオゾン水生成装置71と、オゾン水生成装置71で得られた高濃度オゾン水で電子部品の表面を洗浄する洗浄部70と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the electronic
更に、オゾンガス生成装置73は、オゾンガスを生成するオゾナイザ10と、オゾナイザ10で生成されたオゾン含有ガスを所定のオゾン濃度に濃縮する濃縮装置(オゾン濃縮装置)30と、を備えている。
The ozone
また、オゾンガス生成装置73は、酸素タンク3と、窒素タンク5とを備えている。オゾナイザ10には、酸素タンク3からラインL1を通じて酸素が供給される。また、ラインL1には、窒素タンク5からの窒素ガス供給ラインが合流しており、酸素ガスに微量の窒素ガスが混入されてオゾナイザ10に導入される。オゾナイザ10は、酸素ガスを原料として放電方式によりオゾン含有ガスを生成する。このオゾナイザ10では、10vol%程度の比較的低濃度のオゾン含有ガス(約90vol%の酸素ガスと約10vol%のオゾンガスとの混合気体)が生成される。また、原料の酸素ガスに微量混入された窒素ガスに起因して、オゾナイザ10で生成されたオゾン含有ガス(非濃縮オゾンガス)中には微量の窒素酸化物(NOx)ガスが含まれる。オゾナイザ10から送出される非濃縮オゾンガスは、ラインL2を通じて濃縮装置30に導入される。
The
濃縮装置30は、オゾナイザ10で生成される非濃縮オゾンガスを液化分離及び気化により高濃度に濃縮し、更に希釈して所定のオゾン濃度の濃縮オゾンガスを生成するものである。図2にも示されるように、濃縮装置30は、真空断熱チャンバ31内に設けられたNOx除去部32と、ガス冷却部33と、分離タンク34と、気化器(気化部)35と、熱交換器(冷却部)36と、を備えている。また、濃縮装置30は、真空断熱チャンバ31の外部に設けられた制御装置20を備えている。真空断熱チャンバ31は、排気ポンプ37によって真空引きされる。なお、ガス冷却部33及び分離タンク34によって、液化分離部42が構成される。
The concentrating
ラインL2からの非濃縮オゾンガスは、濃縮装置30のNOx除去部32に導入される。NOx除去部32は、導入された非濃縮オゾンガスを、NOxの凝固点以下にまで冷却して、NOxを固化させて捕捉し、非濃縮オゾンガスから分離除去する。NOxよりも凝固点が低い酸素及びオゾンは、気体の状態でNOx除去部32を通過し、ラインL31を通じてガス冷却部33に導入される。一方、NOx除去部32で捕捉されたNOxは、NOx除去部32の清掃運転時に昇温されて再び気化し、必要に応じてパージガス(例えば、酸素、窒素または非濃縮オゾンガスなど)に追い出されるようにしてラインL21から排ガスラインL20に排出される。なお、ラインL31とラインL21の流路の切り替えは、運転状態に合わせて適宜に実行される。
The non-concentrated ozone gas from the line L2 is introduced into the
ガス冷却部33では、NOx除去後の非濃縮オゾンガスを、オゾン沸点以下の温度まで冷却して、オゾンを凝縮させ、液化させる。この液体オゾンは、ラインL32を通じて分離タンク34に導入され、当該分離タンク34の下部に溜まる。一方、オゾンよりも沸点が低い酸素等は、凝縮されずに気体の状態でガス冷却部33及びラインL32を通過し、非凝縮気体として分離タンク34の上部に溜まる。分離タンク34上部に溜まる非凝縮気体は、主に酸素であり、ラインL33を通じて分離タンク34外に送出される。このようなガス冷却部33及び分離タンク34により、非濃縮オゾンガスは、液化オゾンと非凝縮気体とに分離される。
In the
前述のとおり、NOx除去部32とガス冷却部33においては、非濃縮オゾンガスの冷却のための低熱源が必要である。この濃縮装置30では、極低温の低熱源としてクライオポンプ38を備えている。クライオポンプ38のクライオヘッド38aは、真空断熱チャンバ31内部に挿入されており、クライオヘッド38aとNOx除去部32とが伝熱銅板39aで接続されている。また、クライオヘッド38aとガス冷却部33とが伝熱銅板39bで接続されている。この構成により、NOx除去部32とガス冷却部33とを、極低温に冷却することが可能となり、前述のNOx除去及びオゾン液化が実現される。
As described above, the
分離タンク34の底部には、U字管41の一端が接続されている。このU字管41の他端は、気化器35の底部の入口35aに接続されている。そして、分離タンク34内に溜まった液体オゾンは、U字管41内にも充填される。U字管41は、分離タンク34内の液体オゾンを気化器35に導くためのものであると共に、当該液体オゾンによって分離タンク34上部に溜まる酸素ガスと気化器35側とを液封するものである。U字管(管路)41によって分離タンク34と気化器35とは液封可能に連絡される。
One end of a
このU字管41内には、毛細管力を発現し、U字管41内の液体オゾンを気化器35内に導く充填材41aが充填されている。充填材41aは、例えば細かいシリカゲルやポーラスシリカが多数配置されてなるグラスファイバが用いられ、毛細管力を発現すべく密に構成されていると共に、気化器35の底部の入口35aを通して気化器35内に進入する構成とされている。この構成により、U字管41内の液体オゾンは、入口35aを通じて気化器35内に徐々に導入されていく。なお、この充填材41aとしては、グラスファイバに限定されるものではなく、例えば密に配置される細い金属材料や金網状の充填材等であっても良く、要は、毛細管力を発現する充填材であればよい。
The
気化器35は、U字管41からの液体オゾンを加熱して気化するためのものである。気化器35は、円筒状の外筒(外壁)81を有し、その下部は下細りの擂り鉢状である底板部82により閉じられており、底板部82の最下端には入口35aが設けられていると共に、外筒81の上部には濃縮オゾンガス出口35bが設けられている。この気化器35の入口35aは、分離タンク34における液体オゾンの液面以上の高さに位置する。この入口35aを通して内部に進入する充填材41aは、液体オゾンを毛細管力により気化器35内に送り込むべく、当該気化器35の底部内面に沿って広がるように配置されている。
The
気化器35内部に進入した充填材41aの上方には、加熱用のヒータ35cが設けられている。ヒータ35cは、気化器35の底部に供される液体オゾンを所定の温度(例えば160K程度)まで加熱して気化させる。前述のとおり、気化器35内には、酸素が分離除去された液体オゾンが導入されるので、加熱により気化される気化オゾンガスは、ほぼ100vol%の濃度である。
A
気化器35には、気化オゾンガスを希釈するための希釈用酸素ガス(希釈ガス)として、酸素タンク3からの酸素がラインL12を介して導入される。液体オゾンの気化で得られたほぼ濃度100vol%の気化オゾンガスは、ラインL12からの希釈用酸素ガスによって気化器35内で所定のオゾン濃度(例えば20〜90vol%)となるように希釈され、濃縮オゾンガス出口35b及びラインL3を通じて、濃縮オゾンガスとして送出される。
Oxygen from the
ここで、本実施形態に係る濃縮装置30にあっては、希釈用酸素ガスは、気化器35における気化温度程度にまで予め冷却される。希釈用酸素ガスが通過するラインL12は、気化器35よりも上流側で熱交換器36を通過している。熱交換器36では、分離タンク34からラインL33を通じて排出される排酸素ガスとラインL12の希釈用酸素ガスとの熱交換が行われる。これにより、希釈用酸素ガスは、熱交換器36で所定の温度(例えば160K程度)に冷却された後に気化器35内に導入される。なお、排酸素ガスは、熱交換器36から、ラインL23を通じて排ガスラインL20に排出される。
Here, in the concentrating
また、この気化オゾンガスの希釈において、制御装置20による濃度制御が行われる。ラインL12には、真空断熱チャンバ31の外部において、希釈用酸素ガスの流路を開閉するバルブ45が設けられ、ラインL3には、同じく真空断熱チャンバ31の外部において、濃縮オゾンガスの流路を開閉するバルブ46及び濃縮オゾンガスの濃度を計測するオゾン濃度計47が設けられている。制御装置20は、制御信号が送受信可能となるように有線または無線によって、バルブ45,46及びオゾン濃度計47に接続されている。制御装置20は、濃縮オゾンガスのオゾン濃度を示す信号をオゾン濃度計47から受信し、当該オゾン濃度が所望の濃度となるように、バルブ45,46の開閉を適宜制御する。
Further, in the dilution of the vaporized ozone gas, the concentration control by the
ラインL3から送出される濃縮オゾンガスは、溶解部50に導入される。また、この濃縮オゾンガスの一部の余剰分は、ラインL3から分岐したラインL25を通じて排ガスラインL20に排出される。また、ラインL3には、酸素タンク3からのラインL13も合流しており、ラインL3の濃縮オゾンガスは、ラインL13からの酸素ガスによっても必要に応じて希釈されて、溶解部50に導入される。なお、本実施形態では、ラインL12からの希釈用酸素ガスによって、気化器35内で気化オゾンガスを主体的に希釈するため、ラインL13を省略することも可能である。
The concentrated ozone gas delivered from the line L3 is introduced into the
図1に示されるように、溶解部50は、ラインL3から導入される濃縮オゾンガスとラインL11から導入される超純水とを接触させる溶解モジュールを備えている。溶解モジュールは、高分子膜、エジェクタ、マイクロリアクタなどオゾンガスを水に溶解させる装置をいう。この溶解モジュールにおいては、超純水に濃縮オゾンガスが溶解し、高濃度のオゾン水が生成される。なお、超純水に溶解されなかった余剰の濃縮オゾンガスは、ガスラインL27を通じて排ガスラインL20に排出される。一方、オゾン水は、ラインL4を通じて洗浄部70に導入される。
As shown in FIG. 1, the
洗浄部70は、ラインL4から導入したオゾン水を、ノズルから電子部品表面に向けて噴射する。このようなオゾン水の噴射によって、電子部品表面に形成されたレジストが洗浄除去される。すなわち、洗浄部70は、電子部品のレジスト除去の用途で用いられる。
The
なお、前述のように、電子部品洗浄装置1の各部で発生する不要なガス(ラインL21の排NOxガス、ラインL23の排酸素ガス、ラインL25の排オゾンガス、及びL27の排オゾンガス)は、すべて合流して排ガスラインL20を通過する。そして、このラインL20の不要ガスは、触媒分解装置7と排気ガス冷却器8とを通過し、排気ポンプ9によって系外に排出される。触媒分解装置7は、不要ガスを例えば活性炭などの触媒と接触させることにより、不要ガス中のオゾンガスを比較的無害な酸素ガスに分解する。排ガス冷却器8は、不要ガスを大気に排出する前に当該不要ガスの冷却を行う。
As described above, all unnecessary gases (exhaust NOx gas in the line L21, exhausted oxygen gas in the line L23, exhausted ozone gas in the line L25, and exhausted ozone gas in the L27) generated in each part of the electronic
次に、濃縮装置30の気化器35の詳細について、図3〜図6を参照しながら説明する。図3に示されるように、気化器35は、外側の円筒(外筒)81と内側の円筒(内筒)85とを備えた二重管構造になっている。外筒81は、軸線Aが鉛直方向に沿うように設置され、下部には充填材41aを支える底板部82が設けられている。内筒85は、外筒81と同心状となるように外筒81内に挿入されている。外筒81と内筒85とは、各上端部に設けられたフランジ83,84同士がシール部材95を介して重ね合わされ、締結部材(図示せず)で締結されることにより固定されている。内筒85の下端部は、伝熱板部86により閉じられている。外筒81と内筒85とにより挟まれた空間(図3では略U字状)が、気化器35の内部空間35dとして形成されている。
Next, the detail of the vaporizer |
内部空間35dの下部、すなわち底板部82と伝熱板部86との間には、前述したように液体オゾンを気化器35内に導く充填材41aが配置されている。内筒85の下端外周面には、外筒81の内径よりも一回り小さい外径を有する円環状のパンチングプレート87が溶接されている。充填材41aは、内筒85の下端に設けられた伝熱板部86及び伝熱板部86の周りに設けられたパンチングプレート87により押さえられている。パンチングプレート87等により押さえられた充填材41aの上端面に沿って、液化オゾンが気化する境界面である気液界面41bが形成される。ヒータ35cは伝熱板部86上に設置されており、伝熱板部86及びパンチングプレート87を介して液体オゾンを加熱する。パンチングプレート87には、複数の孔部87aが形成されている。
As described above, the
更に、外筒81において、パンチングプレート87の上方には、希釈用酸素ガスを内部空間35d内に導入するための希釈用酸素ガス入口35e,35fが設けられている。希釈用酸素ガス入口35e,35fは、外筒81の周方向を基準として正反対の位置に配置されている。酸素タンク3からのラインL12(図1及び図2参照)は2経路に分岐しており、一方のラインL12aは希釈用酸素ガス入口35eに、他方のラインL12bは希釈用酸素ガス入口35fに接続されている。
Further, in the
気化器35は、外筒81の内側において、ラインL12a,L12bのそれぞれに接続されたノズル(希釈ガス導入部)88,89を有している。各ノズル88,89は、熱交換器36により冷却された希釈用酸素ガスを気化器35内に受け入れるためのL字状の配管であり、その先端である吹き出し口88a,89aは、その下方に形成された気液界面41bに向けられている。より具体的には、図4に示されるように、吹き出し口88a,89aからの吹き出し方向D2は、外筒81の軸線Aに平行な軸線方向D1に対して外筒81の周方向Bに傾斜角θだけ傾けられている。ここでいう周方向Bは、外筒81の平面視における時計回りの方向である。また、吹き出し口88a,89aからの吹き出し方向D2は、ノズル88,89の先端部が延びる方向、すなわち配管の中心線の方向である。この傾斜角θは、20〜45°とすることが好ましい。
The
また、図3に示されるように、気液界面41bの上方近傍、すなわちパンチングプレート87上には、パンチングプレート87よりも外径が一回り小さい円環状の消火層(網状体)90が、ノズル88,89に対向するようにして配置されている。この消火層90は、気液界面41bから気化した気化オゾンガスが自己分解した場合に、熱交換によりその反応熱を吸収するためのものである。消火層90は、図6にも示されるように、目幅dの円環状の金網91が上下に多数重ねられた多層構造となっている。消火層90の目幅dは、気化オゾンガスの自己分解に起因するデトネーションを防止する観点から、0.2〜1.0mmとすることが好ましい。本実施形態では、消火層90の目幅dは、各層において均一になっている。なお、消火層90は、下層の金網の目幅dが小さく、上層に行くほど目幅dが大きくなるような構造であってもよい。また、消火層90は、多層構造である場合に限られず、一体構造であってもよい。
As shown in FIG. 3, an annular fire extinguishing layer (net-like body) 90 having an outer diameter slightly smaller than the punching
次に、上記構成を有する気化器35の作用について説明する。充填材41aにより気化器35の下部に導入された液化オゾンは、ヒータ35cによって加熱されて気液界面41bより気化し、気化オゾンガスとなる。気化オゾンガスはパンチングプレート87の孔部87a及びパンチングプレート87と外筒81のすき間を通って上昇する。ここで、熱交換器36により冷却され、ラインL12a,L12bを介して気化器35内に導入された希釈用酸素ガスは、内部空間35dにおいて旋回流を生じさせ、気化オゾンガスを速やかに希釈する。希釈用酸素ガスの流量は制御装置20によって制御されるため、濃縮オゾンガス出口35b及びラインL3を通じて、所定のオゾン濃度に調整された濃縮オゾンガスが溶解部50へと送出される。
Next, the operation of the
以上説明した本実施形態に係る濃縮装置30によれば、気化オゾンガスを希釈するための希釈ガスは熱交換器36によって冷却されているため、低温の気化オゾンガスが希釈用酸素ガスによって温められて不安定化することを防止できる。よって、気化オゾンガスを希釈用酸素ガスによって希釈する際の、気化オゾンガスの不安定化を防止できる。
According to the concentrating
また、ノズル88,89を通じて、冷却された希釈用酸素ガスが気化器35に導入されるため、気化オゾンガスは気化器35において速やかに希釈される。通常、オゾンガスのオゾン濃度が高いほど不安定化は起こり易いが、高濃度の気化オゾンガスが気化器35において速やかに希釈されることにより、気化オゾンガスの不安定化を好適に防止できる。
Further, since the cooled dilution oxygen gas is introduced into the
また、ノズル88,89の吹き出し口88a,89aは液体オゾンが気化する気液界面41bに向けられているため、上記した気化オゾンガスの速やかな希釈が好適に実現される。その結果、気化器35において高濃度の気化オゾンガスによって占められる領域が縮小され、気化オゾンガスの不安定化を一層好適に防止できる。
Further, since the
また、希釈用酸素ガスは、外筒81の軸線方向D1に対して外筒81の周方向Bに傾斜角θだけ傾いた方向に向けて吹き出し口88a,89aから吹き出され、気化器35において旋回流を生じさせる。これにより、気化オゾンガスの希釈を効率的に行うことができる。
Further, the oxygen gas for dilution is blown out from the blowing
また、液体オゾンが気化する気液界面41bの上方近傍において気化オゾンガスの自己分解が発生した場合でも、気液界面41bの上方近傍に配置された消火層90との熱交換により反応熱が吸収され、自己分解反応の連鎖を防止することができる。
Further, even when the self-decomposition of the vaporized ozone gas occurs near the gas-
従来の技術では、オゾン濃度が100vol%に近い気化オゾンガスを室温程度の希釈用酸素ガスによって希釈した場合、ヒートシックとなりオゾン分解トリガーとなり気化オゾンガスの自己分解を誘発するおそれがあった。本実施形態に係る濃縮装置30によれば、冷却された希釈用酸素ガスにより速やかに気化オゾンガスを希釈するため、このような気化オゾンガスの自己分解を防止できる。
In the prior art, when the vaporized ozone gas whose ozone concentration is close to 100 vol% is diluted with oxygen gas for dilution at about room temperature, there is a possibility that it becomes heatsick and becomes an ozone decomposition trigger and induces self-decomposition of the vaporized ozone gas. According to the concentrating
また、希釈用酸素ガスの冷却は、分離タンク34からの排酸素ガス(非凝縮気体)との熱交換により行っているため、クライオポンプ38の冷却エネルギーを必要とせず、クライオポンプ38を小型化できると共に省エネルギー化が図られる。更に、熱交換器36は真空断熱チャンバ31内に設けられるため、保冷用の断熱材を必要とせず、コンパクト化が図られる。
Further, since the dilution oxygen gas is cooled by exchanging heat with the exhaust oxygen gas (non-condensed gas) from the
更にまた、消火層90はノズル88,89に対向するように配置されるため、気化オゾンガスは、消火層90内を上昇しながら速やかに希釈され、消火層90を出た領域では所定のオゾン濃度にまで低下している。よって、気化オゾンガスの自己分解反応を防止できる。急激な自己分解反応が発生しても、消火層90の目幅dが小さく、デトネーション波が作る三重点のセル幅よりも小さいため、デトネーション波が伝播しなくなり、消火できる。
Furthermore, since the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、酸素タンク3からの酸素ガスを希釈ガスとして用いる場合について説明したが、分離タンク34からの排酸素ガスを希釈ガスとして利用してもよい。この場合、酸素タンク3の酸素ガスを節減できると共に、熱交換器36による冷却を省略し、ガス冷却部33を冷却部としても機能させることができる。また、希釈ガスは、酸素ガスを用いる場合に限られず、例えば窒素ガスを用いてもよく、それ以外の不活性ガスを用いてもよい。
The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the oxygen gas from the
また、上記実施形態では、液化分離部と気化部(気化器)とが分離した構成について説明したが、液化分離部と気化部が同一のチャンバで構成されている場合にも適用できる。更には、上記実施形態では、連続式でオゾン濃縮を行う場合について説明したが、単一のチャンバで液化と気化とを繰り返す所謂バッチ式のオゾン濃縮装置に適用することもできる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the structure which the liquefaction separation part and the vaporization part (vaporizer) isolate | separated, it is applicable also when the liquefaction separation part and the vaporization part are comprised by the same chamber. Furthermore, in the above-described embodiment, the case where ozone concentration is performed in a continuous manner has been described. However, the present invention can also be applied to a so-called batch-type ozone concentrator that repeats liquefaction and vaporization in a single chamber.
また、上記実施形態では、気化器35に希釈ガスを導入する場合について説明したが、希釈ガスは気化器35を出たラインL3に導入してもよく、気化器35とは別に後段に設けたバッファタンクに導入してもよい。また、上記実施形態では、希釈ガス導入部は2個のノズル88,89である場合について説明したが、1個または3個以上設けられてもよい。
In the above embodiment, the case where the dilution gas is introduced into the
10…オゾナイザ、30…濃縮装置(オゾン濃縮装置)、35…気化器(気化部)、36…熱交換器(冷却部)、41b…気液界面、42…液化分離部、81…外筒(外壁)、88,89…ノズル(希釈ガス導入部)、88a,89a…吹き出し口、90…消火層(網状体)、B…周方向、D1…軸線方向、D2…吹き出し方向。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記液化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気化オゾンガスを得る気化部と、
前記気化部により得られた前記気化オゾンガスを希釈するための希釈ガスを冷却する冷却部と、
を備えたことを特徴とするオゾン濃縮装置。 In an ozone concentrator equipped with a liquefaction separation unit that cools an ozone-containing gas generated by an ozonizer to a temperature below the boiling point of ozone and separates it into liquid ozone and non-condensable gas,
A vaporization unit that heats and vaporizes the liquid ozone separated by the liquefaction separation unit to obtain vaporized ozone gas;
A cooling unit for cooling a dilution gas for diluting the vaporized ozone gas obtained by the vaporization unit;
An ozone concentrating device comprising:
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JP2009295387A JP2011132098A (en) | 2009-12-25 | 2009-12-25 | Ozone gas concentrator |
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- 2009-12-25 JP JP2009295387A patent/JP2011132098A/en active Pending
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