JP2020083701A - Ozone hydrate production device and method of producing ozone hydrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オゾンハイドレートを製造するオゾンハイドレート製造装置、および、オゾンハイドレートの製造方法に関する。 The present invention relates to an ozone hydrate production apparatus for producing ozone hydrate and a method for producing ozone hydrate.
近年、食品、容器、室内等の殺菌にオゾンハイドレートを利用することが検討されている。オゾンハイドレートは、オゾンを含む原料ガスと原料水とを混合し、所定の温度に冷却することによって製造される。 In recent years, the use of ozone hydrate for sterilization of foods, containers, rooms, etc. has been studied. Ozone hydrate is produced by mixing a raw material gas containing ozone and raw material water and cooling the mixture to a predetermined temperature.
また、オゾンハイドレートを効率よく製造する技術として、オゾンおよび二酸化炭素を含む原料ガスを原料水と混合させるオゾンハイドレート製造装置が開発されている(例えば、特許文献1)。 Further, as a technique for efficiently producing ozone hydrate, an ozone hydrate production apparatus for mixing a raw material gas containing ozone and carbon dioxide with raw material water has been developed (for example, Patent Document 1).
上記オゾンハイドレート製造装置では、製造時間の経過に伴って、装置内にオゾンハイドレートが堆積する。そうすると、装置を構成する配管等の流路が狭くなり、原料水等の流量が低下する。このため、原料ガスの供給量、原料ガスと原料水との混合物の温度、および、装置内の圧力が同一の条件で運転されていても、製造されるオゾンハイドレート中のオゾンの濃度が安定しないという課題がある。 In the above-mentioned ozone hydrate manufacturing apparatus, ozone hydrate accumulates in the apparatus as the manufacturing time elapses. Then, the flow paths such as the pipes constituting the device are narrowed, and the flow rate of the raw material water is reduced. Therefore, even if the supply amount of the raw material gas, the temperature of the mixture of the raw material gas and the raw material water, and the pressure inside the apparatus are the same, the ozone concentration in the produced ozone hydrate is stable. There is a problem not to do.
本発明は、このような課題に鑑み、目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造することが可能なオゾンハイドレート製造装置、および、オゾンハイドレートの製造方法を提供することを目的としている。 In view of such a problem, the present invention has an object to provide an ozone hydrate manufacturing apparatus capable of manufacturing an ozone hydrate having a target ozone concentration, and an ozone hydrate manufacturing method.
上記課題を解決するために、本発明のオゾンハイドレート製造装置は、原料水が循環する循環路と、循環路に設けられ、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスおよび原料水を混合する気液混合部と、気液混合部に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、循環路に設けられ、原料水を冷却する冷却部と、循環路に設けられ、オゾンハイドレートと、未反応ガスと、原料水とを貯留する貯留部と、循環路、気液混合部、冷却部、および、貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力を調整する圧力調整部と、気液混合部に供給される原料ガスの組成を測定する組成測定部と、気液混合部に供給される原料ガスの流量を測定するガス流量測定部と、冷却部による冷却温度を測定する温度測定部と、循環路、気液混合部、冷却部、および、貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力を測定する圧力測定部と、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、原料ガス供給部、冷却部、および、圧力調整部のうち、少なくともいずれか1を制御する制御部と、を備える。 In order to solve the above problems, an ozone hydrate manufacturing apparatus of the present invention is a gas-liquid that mixes a raw material gas containing ozone and an auxiliary gas and a raw material water, which is provided in the circulation path for circulating the raw material water. A mixing section, a raw material gas supply section for supplying a raw material gas to the gas-liquid mixing section, a cooling section provided in the circulation path for cooling the raw material water, and a circulation path provided with ozone hydrate and unreacted gas. A storage unit for storing the raw material water, a pressure adjusting unit for adjusting the pressure of at least one of the circulation path, the gas-liquid mixing unit, the cooling unit, and the storage unit, and the gas-liquid mixing unit. A composition measuring section for measuring the composition of the raw material gas, a gas flow rate measuring section for measuring the flow rate of the raw material gas supplied to the gas-liquid mixing section, a temperature measuring section for measuring the cooling temperature by the cooling section, a circulation path, Based on the composition of the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, and the pressure, a pressure measuring portion that measures the pressure of at least one of the gas-liquid mixing portion, the cooling portion, and the storage portion, And a control unit that controls at least one of the supply unit, the cooling unit, and the pressure adjusting unit.
また、オゾンハイドレート製造装置は、循環路を流れる原料水の流量を測定する水流量測定部を備え、制御部は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に加えて、原料水の流量に基づいて、原料ガス供給部、冷却部、および、圧力調整部のうち、少なくともいずれか1を制御してもよい。 Further, the ozone hydrate manufacturing apparatus is provided with a water flow rate measuring unit that measures the flow rate of the raw material water flowing through the circulation path, and the control unit adds the composition of the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, and the pressure to At least one of the raw material gas supply unit, the cooling unit, and the pressure adjusting unit may be controlled based on the flow rate of the raw material water.
上記課題を解決するために、本発明のオゾンハイドレートの製造方法は、原料水が循環する循環路に設けられた気液混合部に供給される、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスの組成を測定する工程と、気液混合部に供給される原料ガスの流量を測定する工程と、循環路に設けられ、原料水を冷却する冷却部による冷却温度を測定する工程と、循環路、気液混合部、冷却部、ならびに、循環路に設けられ、オゾンハイドレート、未反応ガス、および、原料水を貯留する貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力を測定する工程と、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、循環路、気液混合部、冷却部、および、貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力、気液混合部に供給される原料ガスの組成、ならびに、冷却部のうち、少なくともいずれか1を制御する工程と、を含む。 In order to solve the above problems, the method for producing ozone hydrate according to the present invention is a composition of a raw material gas containing ozone and an auxiliary gas, which is supplied to a gas-liquid mixing section provided in a circulation path in which raw material water circulates. And a step of measuring the flow rate of the raw material gas supplied to the gas-liquid mixing section, a step of measuring the cooling temperature by the cooling section provided in the circulation path for cooling the raw material water, the circulation path, the gas A step of measuring the pressure of at least one of the liquid mixing section, the cooling section, and the storage section that is provided in the circulation path and stores ozone hydrate, unreacted gas, and raw material water; Based on the composition, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, and the pressure, the pressure of at least one of the circulation path, the gas-liquid mixing section, the cooling section, and the storage section, and the raw material supplied to the gas-liquid mixing section. Controlling the composition of the gas and at least one of the cooling parts.
本発明によれば、目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造することが可能となる。 According to the present invention, it becomes possible to manufacture an ozone hydrate having a target ozone concentration.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In this specification and the drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals to omit redundant description, and elements not directly related to the present invention are omitted. To do.
図1は、本実施形態にかかるオゾンハイドレート製造装置100の概略的な構成を説明する図である。図1に示すように、オゾンハイドレート製造装置100は、循環路110と、貯留部120と、圧力調整部122と、循環水ポンプ130と、気液混合部140と、第1冷却部150と、ハイドレートポンプ160と、第2冷却部162と、補給水供給部170と、原料ガス供給部180と、組成測定部190と、ガス流量測定部192と、温度測定部194と、圧力測定部196と、水流量測定部198と、制御部200とを含む。なお、図1中、実線の矢印は、ガス、液体、および、固体の流れを示し、破線の矢印は、信号の流れを示す。また、本実施形態では、補助ガスとして二酸化炭素を採用する場合を例に挙げて説明する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an ozone
循環路110は、少なくとも原料水が循環する流路である。循環路110は、貯留部120外に配される環形状の配管で構成される。循環路110は、貯留部120の鉛直下部(原料水が収容される箇所)に接続される。
The
貯留部120は、循環路110に設けられる。貯留部120は、例えば、断熱材で被覆された円筒形状の容器で構成される。貯留部120は、後述する第1冷却部150において生成されたハイドレート(オゾンハイドレート、酸素ハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、および、オゾン−二酸化炭素ハイドレート)、原料水、および、未反応ガスを貯留する。なお、オゾンハイドレートは、ゲスト分子としてオゾンが包接されたハイドレートである。酸素ハイドレートは、ゲスト分子として酸素が包接されたハイドレートである。二酸化炭素ハイドレートは、ゲスト分子として二酸化炭素が包接されたハイドレートである。オゾン−二酸化炭素ハイドレートは、ゲスト分子としてオゾンおよび二酸化炭素が包接されたハイドレートである。
The
循環水ポンプ130は、循環路110に設けられる。循環水ポンプ130は、貯留部120側に吸入口が接続され、後述する気液混合部140側に吐出口が接続される。循環水ポンプ130は、制御部200による制御処理に応じて駆動される。循環水ポンプ130が駆動されると、貯留部120に貯留された原料水は、循環路110および貯留部120を循環する。
The circulating
気液混合部140は、循環路110における循環水ポンプ130の吐出側に設けられる。気液混合部140は、後述する原料ガス供給部180から供給される原料ガス(オゾン、酸素、および、二酸化炭素)と、循環水ポンプ130から供給された原料水とを混合する。気液混合部140は、例えば、液相(原料水)において原料ガスの気泡(マイクロバブル)が実質的に均等に分布するようなミキサーで構成される。
The gas-
第1冷却部150(冷却部)は、循環路110における気液混合部140と貯留部120との間に設けられる。第1冷却部150には、気液混合部140によって原料ガスが混合(溶解)された原料水(以下、「混合水」と称する場合がある)が供給される。第1冷却部150は、例えば、シェルアンドチューブや二重管型の熱交換器であり、R−404A等の冷却媒体によって混合水を冷却する。第1冷却部150は、オゾンハイドレートの生成圧力条件におけるオゾンハイドレートの生成温度条件(例えば、272K(−1℃)〜275K(2℃)程度)まで混合水を冷却する。これにより、第1冷却部150において、ハイドレートが生成されることになる。なお、オゾンハイドレートの生成圧力条件(飽和圧力条件)は、例えば、1.2MPa〜3.5MPaである。
The first cooling unit 150 (cooling unit) is provided between the gas-
また、本実施形態では、補助ガスとして二酸化炭素が原料ガスに含まれている。二酸化炭素は、オゾンハイドレートの生成反応を促進する促進物質として機能する。二酸化炭素を原料ガスに含ませてオゾンハイドレートを生成することにより、オゾンハイドレートの生成圧力を低減させたり、生成温度を高くしたりすることが可能となる。これにより、気液混合部140、後続の機器および配管等の設計圧力を低減することができる。したがって、オゾンハイドレート製造装置100は、原料ガスの昇圧や気液混合部140、後続の機器および配管等に要するコストを削減することが可能となる。
Further, in the present embodiment, carbon dioxide is contained in the raw material gas as an auxiliary gas. Carbon dioxide functions as a promoter that promotes the reaction of ozone hydrate formation. By generating carbon dioxide by including carbon dioxide in the raw material gas, it is possible to reduce the generation pressure of ozone hydrate and increase the generation temperature. As a result, the design pressure of the gas-
また、気液混合部140は、反応に適した気泡径の状態でオゾンと水とを接触させている。これにより、極小バブルによるバブル内の異常昇圧を回避することが可能となる。したがって、異常昇圧に伴う温度上昇によるオゾンの減衰を防止することができる。さらに、ハイドレートの微細化を防止できるため、貯留部120において分離し易いハイドレートを生成することが可能となる。
Further, the gas-
こうして、第1冷却部150において生成されたハイドレートは、貯留部120へ送出される。なお、ハイドレートの生成反応は、原料水と気泡(マイクロバブル)との混合接触によって行われる。このため、ハイドレートの生成反応時間は、気泡の表面積と水との混合状態によって異なるが、例えば、気泡径が100μm〜200μmでは、約80%の収率で5〜15秒程度である。したがって、第1冷却部150のみならず、混合水が第1冷却部150から貯留部120へ送出される間にもハイドレートが生成される。
In this way, the hydrate generated in the
また、第1冷却部150におけるガス中のオゾン濃度が、オゾンハイドレートの生成濃度条件未満となると、オゾンハイドレートの生成反応は進行しなくなる。このため、オゾンハイドレートの生成濃度条件未満となった未反応ガスは、ハイドレート、および、原料水とともに、混合物となって貯留部120に送出される。
Further, when the ozone concentration in the gas in the
そして、貯留部120は、ハイドレートの生成をさらに行うとともに、混合物を、ハイドレート、未反応ガス、および、原料水へと分離する。ハイドレートの比重は1.15程度であり、原料水の比重1.0程度よりも大きい。したがって、比重差によって、ハイドレートは、貯留部120の底部に沈降し、ガスである未反応ガスは、貯留部120の上部の気相部に滞留することとなる。つまり、混合物を貯留部120に導入して静置するだけで、比重差によってハイドレート、未反応ガス、および、原料水に分離することができる。
Then, the
なお、本実施形態のオゾンハイドレート製造装置100は、混合物が貯留部120の接線方向に噴射されて導入される。これにより、オゾンハイドレート製造装置100は、混合物を貯留部120内で旋回させ、ハイドレートの結晶を凝集させて分離しやすくし、分離効率を向上することができる。また、オゾンハイドレート製造装置100は、未反応ガスの気泡と水との接触効率を向上させることができ、貯留部120におけるハイドレートの生成効率を向上すせることが可能となる。
In addition, in the ozone
このようにして、貯留部120によって分離されたハイドレートは、ハイドレートポンプ160により、第2冷却部162に送出される。そして、第2冷却部162において、ハイドレートは、長期間保存したときの減衰率を低減するために、−25℃程度まで冷却される。第2冷却部162によって冷却されたハイドレートは、貯蔵部において貯蔵される。
In this way, the hydrate separated by the
また、ハイドレートポンプ160に導入されるハイドレートに随伴される原料水は、約60質量%〜約90質量%であり、ハイドレートに随伴された原料水は、ハイドレートポンプ160によって、例えば30質量%程度まで減水される。こうして、ハイドレートポンプ160によって分離された分離水は、バルブ164を介して循環路110に導入される。
Further, the raw material water accompanying the hydrate introduced into the
一方、貯留部120によって分離された原料水は、上記分離水とともに循環水ポンプ130によって循環路110を循環することとなる。また、貯留部120によって分離された未反応ガスは、配管122a、圧力調整部122を通じて外部(例えば、デオゾナイザ)に排気される。
On the other hand, the raw material water separated by the
圧力調整部122は、開度が変更可能な弁で構成される。圧力調整部122は、貯留部120の上部に接続された配管122aに設けられる。圧力調整部122は、制御部200によって、貯留部120内の気相(未反応ガス)の圧力が所定の目標圧力に維持されるように開度が調整される。
The
補給水供給部170は、ハイドレートの生成によって減少した分(結晶水分)の水(補給水)を循環路110に供給する。これにより、貯留部120において、未反応ガス中の原料ガスを吸収して回収することができる。
The makeup
原料ガス供給部180は、気液混合部140に原料ガスを供給する。図2は、原料ガス供給部180の概略的な構成を説明する図である。図2に示すように、原料ガス供給部180は、オゾン発生器250と、オゾン供給管252と、流量調整弁254と、補助ガス供給源260と、補助ガス供給管262と、流量調整弁264と、原料ガス供給管270とを含む。なお、図2中、実線の矢印は、ガスの流れを示し、破線の矢印は、信号の流れを示す。
The raw material
オゾン発生器250は、例えば、オゾナイザである。オゾン発生器250には、不図示の酸素供給源(例えば、酸素ボンベ、PSA(Pressure Swing Adsorption)装置等)から酸素が供給される。そして、オゾン発生器250において、放電環境下に酸素が曝されることにより、オゾンを含むガス(例えば、10質量%以上、0.4MPa程度)が生成される。オゾン発生器250において生成されたオゾンおよび酸素を含むガス(以下、単に「オゾン」と称する)は、オゾン供給管252、および、原料ガス供給管270を通じて気液混合部140に供給される。
The
オゾン供給管252は、オゾン発生器250と原料ガス供給管270とを接続する。流量調整弁254は、オゾン供給管252に設けられる。流量調整弁254は、開度が変更可能な弁である。
The
補助ガス供給源260は、二酸化炭素(補助ガス)の供給源である。補助ガス供給源260は、例えば、液化二酸化炭素ボンベ等の二酸化炭素を貯留する容器である。補助ガス供給源260に貯留された二酸化炭素は、補助ガス供給管262、および、原料ガス供給管270を通じて気液混合部140に供給される。
The auxiliary
補助ガス供給管262は、補助ガス供給源260と原料ガス供給管270とを接続する。流量調整弁264は、補助ガス供給管262に設けられる。流量調整弁264は、開度が変更可能な弁である。
The auxiliary
図1に戻って説明すると、組成測定部190は、原料ガス供給管270に設けられる。組成測定部190は、原料ガス供給管270を通過する原料ガスの組成を測定する。つまり、組成測定部190は、気液混合部140に供給される原料ガスの組成を測定する。組成測定部190は、例えば、ガスクロマトグラフ分析計である。
Returning to FIG. 1, the
ガス流量測定部192は、原料ガス供給管270に設けられる。ガス流量測定部192は、原料ガス供給管270を通過する原料ガスの流量を測定する。つまり、ガス流量測定部192は、気液混合部140に供給される原料ガスの流量を測定する。ガス流量測定部192は、流量計である。
The gas flow
温度測定部194は、第1冷却部150による混合水の冷却温度を測定する。具体的に説明すると、温度測定部194は、循環路110における気液混合部140と第1冷却部150との間に設けられた温度計と、循環路110における第1冷却部150と貯留部120との間に設けられた温度計とを含む。温度測定部194は、両温度計の測定値に基づき、第1冷却部150による混合水の冷却温度を導出する。つまり、温度測定部194は、第1冷却部150と貯留部120との間を流れる混合水の温度と、気液混合部140と第1冷却部150との間を流れる混合水の温度との差分を冷却温度として導出する。
The
圧力測定部196は、貯留部120内の圧力を測定する。具体的に説明すると、圧力測定部196は、貯留部120内の気相の圧力を測定する。
The
水流量測定部198は、循環路110を流れる原料水の流量を測定する。本実施形態において、水流量測定部198は、循環路110のうち、貯留部120から循環水ポンプ130までの間を流れる原料水の流量を測定する。水流量測定部198は、流量計である。
The water flow
制御部200は、CPU(中央処理装置)を含む半導体集積回路で構成される。制御部200は、ROM(Read Only Memory:読み出し専用メモリ)からCPU自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部200は、ワークエリアとしてのRAM(Random Access Memory:読み書き可能なメモリ)や他の電子回路と協働してオゾンハイドレート製造装置100全体を管理および制御する。
The
本実施形態において、制御部200は、不図示のメモリに保持された推定関数を参照し、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量に基づき、原料ガス供給部180を構成する流量調整弁254、264、第1冷却部150、および、圧力調整部122のうち、少なくともいずれか1を制御する。
In the present embodiment, the
推定関数は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量と、製造されたハイドレート中のオゾン濃度とが関連付けられたものである。推定関数は、原料ガスの組成の実測値(実験値)、原料ガスの流量の実測値、冷却温度の実測値、圧力の実測値、および、原料水の流量の実測値と、製造されたハイドレート中のオゾン濃度の実測値とを統計分析することで作成される。なお、統計分析は、例えば、重回帰分析である。また、推定関数は、統計分析に加えて、物理的モデル(例えば、熱力学)を用いて作成されてもよい。 The estimation function associates the composition of the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, the pressure, and the flow rate of the raw material water with the ozone concentration in the produced hydrate. The estimation function is the measured value of the composition of the raw material gas (experimental value), the measured value of the raw material gas flow rate, the measured value of the cooling temperature, the measured value of the pressure, the measured value of the raw material water flow rate, and the manufactured hide. It is created by statistically analyzing the measured value of ozone concentration in the rate. The statistical analysis is, for example, multiple regression analysis. The estimation function may be created using a physical model (for example, thermodynamics) in addition to the statistical analysis.
例えば、制御部200は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、第1冷却部150を制御して、冷却温度を低下させる。一方、制御部200は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、第1冷却部150を制御して、冷却温度を上昇させる。
For example, when the estimated value of the ozone concentration in the hydrate derived by referring to the estimation function is less than the lower limit value of the target range, the
また、制御部200は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、原料ガス供給部180を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を増加させる。具体的に説明すると、制御部200は、流量調整弁254の開度を大きくしたり、流量調整弁264の開度を小さくしたりする。一方、制御部200は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、原料ガス供給部180を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を低下させる。具体的に説明すると、制御部200は、流量調整弁254の開度を小さくしたり、流量調整弁264の開度を大きくしたりする。
Further, when the estimated value of the ozone concentration in the hydrate, which is derived by referring to the estimation function, is less than the lower limit value of the target range, the
また、制御部200は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、圧力調整部122の開度を小さくして、循環路110、貯留部120、気液混合部140、第1冷却部150の圧力を上昇させる。一方、制御部200は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、圧力調整部122の開度を大きくして、循環路110、貯留部120、気液混合部140、第1冷却部150の圧力を低下させる。
In addition, when the estimated value of the ozone concentration in the hydrate derived by referring to the estimation function is less than the lower limit value of the target range, the
[オゾンハイドレートの製造方法]
続いて、オゾンハイドレート製造装置100を用いたオゾンハイドレートの製造方法について説明する。初期状態において、制御部200は、気液混合部140に供給する原料ガスの流量が所定の供給流量となり、原料ガスの組成が所定の組成となるように、流量調整弁254、264の開度を調整する。また、制御部200は、循環路110を循環する原料水の流量が所定の循環流量となるように、循環水ポンプ130を制御する。さらに、制御部200は、第1冷却部150による冷却温度が所定の温度となるように第1冷却部150を運転させる。また、制御部200は、貯留部120の圧力が所定の圧力となるように圧力調整部122の開度を調整する。
[Method for producing ozone hydrate]
Next, a method for manufacturing ozone hydrate using the ozone
こうして、少なくとも原料水が循環路110を循環し、気液混合部140によって原料水および原料ガスが混合され、第1冷却部150によって混合水(原料水および原料ガス)が冷却される。これにより、オゾンハイドレート製造装置100において、オゾンハイドレート、酸素ハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、および、オゾン−二酸化炭素ハイドレートが生成される。生成されたハイドレート(オゾンハイドレート、酸素ハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、および、オゾン−二酸化炭素ハイドレート)と、未反応ガスと、原料水との混合物は、貯留部120に貯留される。混合物は、貯留部120において、ハイドレートと、未反応ガスと、原料水とに気固液分離される。
In this way, at least the raw material water circulates in the
そして、本実施形態において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって濃度調整処理が繰り返し遂行される。 Then, in the present embodiment, the density adjustment processing is repeatedly performed by an interrupt that occurs at predetermined time intervals.
図3は、本実施形態にかかるオゾンハイドレート製造装置100による濃度調整処理の流れを説明するフローチャートである。図3に示すように、本実施形態にかかる濃度調整処理は、組成測定工程S110と、ガス流量測定工程S120と、冷却温度測定工程S130と、圧力測定工程S140と、水流量測定工程S150と、推定値導出工程S160と、判定工程S170と、調整工程S180とを含む。以下、各工程について詳述する。
FIG. 3 is a flowchart illustrating the flow of concentration adjustment processing by the ozone
[組成測定工程S110]
組成測定部190は、気液混合部140に供給される原料ガスの組成を測定する。
[Composition measuring step S110]
The
[ガス流量測定工程S120]
ガス流量測定部192は、気液混合部140に供給される原料ガスの流量を測定する。
[Gas flow rate measuring step S120]
The gas flow
[冷却温度測定工程S130]
温度測定部194は、第1冷却部150による混合水の冷却温度を測定する。
[Cooling temperature measuring step S130]
The
[圧力測定工程S140]
圧力測定部196は、貯留部120内の圧力を測定する。
[Pressure measurement step S140]
The
[水流量測定工程S150]
水流量測定部198は、循環路110を流れる原料水の流量を測定する。
[Water flow rate measuring step S150]
The water flow
[推定値導出工程S160]
制御部200は、メモリに保持された推定関数を参照し、組成測定工程S110で測定された原料ガスの組成、ガス流量測定工程S120で測定された原料ガスの流量、冷却温度測定工程S130で測定された冷却温度、圧力測定工程S140で測定された圧力、および、水流量測定工程S150で測定された原料水の流量に基づき、ハイドレート中のオゾン濃度を推定する。
[Estimated value derivation step S160]
The
[判定工程S170]
制御部200は、推定値導出工程S160で導出されたオゾン濃度の推定値が目標範囲内であるか否かを判定する。その結果、推定値が目標範囲内であると判定した場合に(S170におけるYES)、制御部200は、当該濃度調整処理を終了する。一方、推定値が目標範囲外であると判定した場合に(S170におけるNO)、制御部200は、調整工程S180に処理を移す。
[Determination Step S170]
The
[調整工程S180]
制御部200は、オゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、第1冷却部150を制御して、冷却温度を低下させたり、原料ガス供給部180を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を増加させたり、圧力調整部122の開度を小さくして、循環路110、貯留部120、気液混合部140、第1冷却部150の圧力を上昇させたりする。
[Adjustment step S180]
When the estimated value of the ozone concentration is less than the lower limit value of the target range, the
一方、制御部200は、オゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、第1冷却部150を制御して、冷却温度を上昇させたり、原料ガス供給部180を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を低下させたり、圧力調整部122の開度を大きくして、循環路110、貯留部120、気液混合部140、第1冷却部150の圧力を低下させたりする。
On the other hand, when the estimated value of the ozone concentration exceeds the upper limit value of the target range, the
以上説明したように、本実施形態のオゾンハイドレート製造装置100およびオゾンハイドレートの製造方法は、推定関数を参照して、ハイドレート中のオゾン濃度を推定することができる。これにより、ハイドレートを溶解させ、滴定によってオゾン濃度を直接測定する従来技術と比較して、迅速(リアルタイム)にハイドレート中のオゾン濃度を推定することが可能となる。
As described above, the ozone
また、制御部200は、推定したオゾン濃度に基づいて、原料ガス供給部180、第1冷却部150、および、圧力調整部122のうち、少なくともいずれか1を制御するため、目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造することができる。
Further, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such embodiments. It is obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the claims, and it should be understood that these also belong to the technical scope of the present invention. To be done.
例えば、上記実施形態において、圧力調整部122が、貯留部120の圧力を調整する構成を例に挙げた。しかし、圧力調整部122は、循環路110、気液混合部140、および、貯留部120のうち、少なくともいずれか1の圧力を調整すればよい。例えば、圧力調整部122は、循環路110または気液混合部140の圧力を調整してもよい。
For example, in the above-described embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態において、オゾンハイドレート製造装置100が、水流量測定部198を備える構成を例に挙げた。しかし、水流量測定部198は、必須の構成ではない。水流量測定部198を備えない場合、制御部200は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力を入力値とする。
Further, in the above-described embodiment, the configuration in which the ozone
また、上記実施形態において、制御部200が、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量を入力値とする場合を例に挙げた。しかし、制御部200は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量に加えて、未反応ガス(配管122aから排気された未反応ガス)の組成や、気液混合部140の構造(スパージャー細孔径や、気液ミキサの構造)を入力値としてもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the
また、上記実施形態において、制御部200が、原料ガス供給部180、第1冷却部150、および、圧力調整部122のうち、少なくともいずれか1を制御対象とする場合を例に挙げた。しかし、制御部200は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、推定値が目標範囲内となるように循環水ポンプ130を制御してもよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the
また、上記実施形態において、補助ガスとして二酸化炭素を原料ガスに含ませる場合を例に挙げて説明した。しかし、補助ガスは、オゾンハイドレートの生成を促進させるガスであれば、種類に限定はない。例えば、補助ガスとしてキセノンを原料ガスに含ませてもよい。 Further, in the above embodiment, the case where carbon dioxide is included in the raw material gas as the auxiliary gas has been described as an example. However, the type of the auxiliary gas is not limited as long as it is a gas that promotes the production of ozone hydrate. For example, xenon may be included in the raw material gas as an auxiliary gas.
また、上記実施形態において、気液混合部140の下流側に第1冷却部150が設けられたオゾンハイドレート製造装置100について説明した。しかし、気液混合部140と第1冷却部150との位置関係に限定はない。図4は、変形例のオゾンハイドレート製造装置300の概略的な構成を説明する図である。図4に示すように、オゾンハイドレート製造装置300は、第1冷却部150の下流側に気液混合部140を備えてもよい。
Further, in the above embodiment, the ozone
なお、本明細書の濃度調整処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。 It should be noted that each step of the density adjustment processing in the present specification does not necessarily have to be processed in time series in the order described as a flowchart, and may include processing in parallel or by a subroutine.
本発明は、オゾンハイドレート製造装置、および、オゾンハイドレートの製造方法に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the ozone hydrate manufacturing apparatus and the manufacturing method of an ozone hydrate.
100、300 オゾンハイドレート製造装置
110 循環路
120 貯留部
122 圧力調整部
140 気液混合部
150 第1冷却部(冷却部)
180 原料ガス供給部
190 組成測定部
192 ガス流量測定部
194 温度測定部
196 圧力測定部
198 水流量測定部
200 制御部
100, 300 Ozone
150 First cooling unit (cooling unit)
180 Raw Material
Claims (3)
前記循環路に設けられ、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスおよび前記原料水を混合する気液混合部と、
前記気液混合部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記循環路に設けられ、前記原料水を冷却する冷却部と、
前記循環路に設けられ、オゾンハイドレートと、未反応ガスと、前記原料水とを貯留する貯留部と、
前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、および、前記貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力を調整する圧力調整部と、
前記気液混合部に供給される前記原料ガスの組成を測定する組成測定部と、
前記気液混合部に供給される前記原料ガスの流量を測定するガス流量測定部と、
前記冷却部による冷却温度を測定する温度測定部と、
前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、および、前記貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力を測定する圧力測定部と、
前記原料ガスの組成、前記原料ガスの流量、前記冷却温度、および、前記圧力に基づき、前記原料ガス供給部、前記冷却部、および、前記圧力調整部のうち、少なくともいずれか1を制御する制御部と、
を備えるオゾンハイドレート製造装置。 A circulation path through which raw material water circulates,
A gas-liquid mixing section which is provided in the circulation path and which mixes a raw material gas containing ozone and an auxiliary gas and the raw material water,
A source gas supply unit for supplying the source gas to the gas-liquid mixing unit,
A cooling unit which is provided in the circulation path and cools the raw water;
A storage unit that is provided in the circulation path and stores ozone hydrate, unreacted gas, and the raw material water,
A pressure adjusting unit that adjusts the pressure of at least one of the circulation path, the gas-liquid mixing unit, the cooling unit, and the storage unit;
A composition measuring unit for measuring the composition of the raw material gas supplied to the gas-liquid mixing unit,
A gas flow rate measuring section for measuring a flow rate of the raw material gas supplied to the gas-liquid mixing section;
A temperature measuring unit for measuring a cooling temperature by the cooling unit,
A pressure measuring unit that measures the pressure of at least one of the circulation path, the gas-liquid mixing unit, the cooling unit, and the storage unit;
Control for controlling at least one of the raw material gas supply unit, the cooling unit, and the pressure adjusting unit based on the composition of the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, and the pressure. Department,
Ozone hydrate manufacturing apparatus equipped with.
前記制御部は、前記原料ガスの組成、前記原料ガスの流量、前記冷却温度、および、前記圧力に加えて、前記原料水の流量に基づいて、前記原料ガス供給部、前記冷却部、および、前記圧力調整部のうち、少なくともいずれか1を制御する請求項1に記載のオゾンハイドレート製造装置。 A water flow rate measuring unit for measuring the flow rate of the raw material water flowing through the circulation path,
The control unit, in addition to the composition of the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, and the pressure, based on the flow rate of the raw material water, the raw material gas supply unit, the cooling unit, and, The ozone hydrate manufacturing apparatus according to claim 1, wherein at least one of the pressure adjusting units is controlled.
前記気液混合部に供給される前記原料ガスの流量を測定する工程と、
前記循環路に設けられ、前記原料水を冷却する冷却部による冷却温度を測定する工程と、
前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、ならびに、前記循環路に設けられ、オゾンハイドレート、未反応ガス、および、前記原料水を貯留する貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力を測定する工程と、
前記原料ガスの組成、前記原料ガスの流量、前記冷却温度、および、前記圧力に基づき、前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、および、前記貯留部のうち、少なくともいずれか1の圧力、前記気液混合部に供給される原料ガスの組成、ならびに、前記冷却部のうち、少なくともいずれか1を制御する工程と、
を含むオゾンハイドレートの製造方法。 A step of measuring the composition of a raw material gas containing ozone and an auxiliary gas, which is supplied to a gas-liquid mixing section provided in a circulation path in which the raw material water circulates,
Measuring the flow rate of the raw material gas supplied to the gas-liquid mixing section,
A step of measuring a cooling temperature by a cooling unit which is provided in the circulation path and cools the raw material water;
The pressure of at least one of the circulation path, the gas-liquid mixing section, the cooling section, and a storage section which is provided in the circulation path and stores ozone hydrate, unreacted gas, and the raw material water. And the step of measuring
Based on the composition of the raw material gas, the flow rate of the raw material gas, the cooling temperature, and the pressure, at least one of the circulation path, the gas-liquid mixing section, the cooling section, and the storage section Controlling the pressure, the composition of the source gas supplied to the gas-liquid mixing section, and at least one of the cooling sections;
A method for producing an ozone hydrate containing:
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