JP2843307B2 - オゾン濃縮装置及びオゾン濃縮方法 - Google Patents

オゾン濃縮装置及びオゾン濃縮方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン濃縮装置及
びオゾン濃縮方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、各種のオゾン濃縮装置があった。
例えば、オゾンと酸素を液化し、これを真空引きして酸
素を蒸発させ、高濃度の液体オゾンを生成するものがあ
った。さらには、オゾンと酸素の混合ガスを、オゾンと
酸素のそれぞれの凝縮点温度(162K,90K;於
1気圧)の中間の温度に保った室に導き、オゾンだけを
液化し、液化しない酸素を排出し、残った高濃度オゾン
を収集するものがあった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】オゾンは、特に高濃度
のオゾンは、気相状態、液相状態あるいは固相状態のう
ちのいずれの状態にあるかを問わず、熱、圧力などのほ
とんどの物理的な衝撃によって分解や爆発し、非常に不
安定な物質といえる。この点からすれば、オゾンをヒー
タで温度制御したり、真空引きによってオゾンに圧力変
化を与えるのは好ましくない。即ち、従来、オゾンの温
度制御を冷凍機に付随したヒータで行っていた。これは
一般的に行われている方法である。しかしながら、この
方法は、オゾンを中心にして考えれば、高濃度オゾンが
ある温度に落ち着こうとしているときに、ヒータによる
熱でそのバランスが崩されることになる。このように、
外部からの熱でバランスを崩すことは好ましくない。さ
らに、従来は、真空引きによって、余分な酸素ガスを蒸
発させて濃縮することも行われていた。つまり、高濃度
オゾンに圧力変化を与えていた。しかしながら、圧力変
化を、オゾンに、特に高濃度オゾンに与えることは好ま
しくない。
【0004】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的は、濃縮中のオゾンと酸素の混合物に圧力及び
温度の変化を与えることなく、物理的、化学的に安定し
た状態で濃縮可能とすることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の第1のものは、
オゾン液化室と、このオゾン液化室に原料オゾンガスを
供給する原料ガス導入管と、このオゾン液化室に前記原
料オゾンガスを液化するための液体酸素を供給する液体
酸素溜と、このオゾン液化室からガスを排出するための
ガス排出管と、このオゾン液化室の内部の温度に着目し
て、前記原料ガス導入管と前記ガス排出管のそれぞれの
流量を制御することにより、このオゾン液化室の温度
を、ここにおいて前記原料オゾンガスの液化が行われる
温度に制御する制御手段と、を備えるものとして構成す
る。
【0006】本発明の第2のものは、第1のものにおい
て、前記オゾン液化室の内部に設けられており、下端が
液体酸素に浸され、上方がその液体酸素から露出して、
前記原料オゾンガスと熱交換し、この室の内部を、下方
を液体酸素の温度にし、上方をそれよりも高い温度にす
る、熱交換器を、さらに備えるものとして構成する。
【0007】本発明の第3のものは、第1又は2のもの
において、前記制御手段は、前記オゾン液化室内に設け
られて、このオゾン液化室内の所定の位置の温度を検出
する温度センサを備えるものとして構成する。
【0008】本発明の第4のものは、第1乃至第3のも
のにおいて、前記原料ガス導入管の前記オゾン液化室へ
の開口はこの液化室の下方に設けられ、前記ガス排出管
の前記オゾン液化室への開口はこの液化室の上方に設け
られているものとして構成する。
【0009】本発明の第5のものは、液体酸素を含むオ
ゾン液化室に原料オゾンガスを導入してオゾンを液化
し、廃ガスを排出するに当たり、このオゾン液化室の所
定の位置の温度との関係で、原料オゾンガスの導入量と
ガスの排出量を制御するものとして構成する。
【0010】本発明の第6のものは、第5のものにおい
て、前記オゾン液化室内において、一端が液体酸素に浸
され、他端が露出した伝熱性の良好な熱交換器により、
この室内に、温度勾配のある状態を形成しつつ、原料オ
ゾンガスの液化を行うものとして構成する。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の一例の全体構成を
示すもので、図2は温度センサに基づく流入出量制御の
部分を説明するための図である。
【0012】図1において、3はオゾン液化室で、この
オゾン液化室3は通常、大気に対して断熱されている。
このオゾン液化室3は、冷凍機6で発生させた冷熱を、
サーマルアンカー5を通じて供給することにより予冷さ
れている。また、オゾン液化室3には、液体酸素溜11
に貯蔵されている液体酸素13を、調整可能な液体酸素
導入量調整バルブ10を介して、室内に導く機構が設け
てある。オゾン液化室3への原料オゾンガスの供給は、
原料ガス導入管1及び原料ガス導入量調整バルブ2を用
いて行う。オゾン液化室3からの、濃縮後の不要なガス
の排出は、ガス排出管9及びガス排出量調整バルブ8を
用いて行う。また、特に緊急時などにおけるオゾン液化
室3内の圧力調整のためのバルブとして、圧力調整弁7
が設けられている。オゾン液化室3内には、オゾン液化
室3、液体酸素VS原料オゾンガスの熱交換の効率を上
げ、濃縮に最適な温度条件を作るための熱交換器4が設
置されている。熱交換器4の形状としては、原料ガスと
の接触面をかせぐ、温度勾配が適切に、かつ一様に発生
する、ガス通過時の圧力損失を小さくする、等の理由か
ら、板状の金属(SUS316等)が適している。さら
には、この板状の金属に穴を開ける、フィン状の構成に
する、ハニカム状にする、等の、表面積を広げた各種の
ものとできる。
【0013】オゾン液化室3内の温度は、冷凍機による
冷熱や、周囲からの入熱、原料ガスからの入熱のバラン
ス等によって決まる。この事を利用して、オゾン液化室
3内の温度を、原料ガス導入量調整バルブ2、ガス排出
量調整バルブ8を調整することで行う。
【0014】冷凍機6によって原料オゾンガス液化に適
した温度(90K強)に予冷されたオゾン液化室3に、
液体酸素溜11から、液体酸素導入量調整バルブ10を
調整することで供給される液体酸素13を導く。この事
で、オゾン液化室3の底部の温度は、酸素の沸点である
90Kに落ち着く。オゾン液化室3の上部は、冷凍機よ
り遠いので、温度は90Kより高くなる。原料ガス導入
管1を通じて、ガスを全く流していない状態ならば、時
間経過に伴い、オゾン液化室3上部は90K近くまで冷
却され、この時のオゾン液化室3内の温度勾配は少な
い。
【0015】この状態で原料ガス導入量調整バルブ2を
調整することで、原料ガス導入管1を通じてオゾン原料
ガスをオゾン液化室3に導入する。また、ガス排出量調
整バルブ8を調整することで、ガス排出管9を通じて排
出を行う。オゾン液化室3内に原料ガス導入管1を通じ
てガスを導入すると、特にオゾン液化室3上部の温度が
上昇する。オゾン液化室3下部には液体酸素があるため
に下部の温度上昇はほとんどない。この状態では、オゾ
ン液化室3内には、下部の90Kから、上部の例えば1
30K位まで、温度勾配が生じている。原料ガス導入管
1からの原料ガス導入量が多いほどオゾン液化室3上部
の温度は上昇する。原料ガス導入量調整バルブ2及びガ
ス排出量調整バルブ8の調整によって、オゾン液化室3
内のガス通過量を適切に保つと、オゾン液化室3内の気
相部分は、オゾンの選択液化に適した温度勾配の状態に
保たれる。この状態を続けることで、ヒータによる制御
に頼らない、しかも、オゾン濃縮に最適な温度条件に保
つことが出来る。
【0016】図2は、上記のような最適な温度条件の状
態を保つために、オゾン液化室3内に設置した温度セン
サ15とそれにつながるシステム部分を示す。この温度
センサ15で検出した温度によって、原料ガス導入量調
整バルブ2及びガス排出量調整バルブ8の開度を調整す
る。保持する温度条件を高めに設定すると、液化ガス中
のオゾン濃度を高く、温度条件が低めであると、オゾン
濃度を低くできる。図ではこれらの情報を、あらかじめ
コンピュータ14にインプットしておき、自動制御する
例を示している。
【0017】このような本発明の実施例によれば、以下
のような各種の利点が得られる。 (1) 温度制御にヒータを用いないようにしたので、オゾ
ンに対して外部からの熱の出入りの変化が無く、オゾン
に対して与える物理的インパクトが少ない。 (2) 液体オゾン・酸素混合物と、供給される原料ガスの
中間の温度に温度を保つようにしたので、流量制御のみ
で、オゾン濃縮に最適な温度に、自動的に保つことがで
きる。 (3) 流量制御を連続して行い得るようにしたので、液体
オゾン蓄積量増加などの履歴による温度の変化を防止で
きる。 (4) ヒータを存在させないようにしたので、ヒータの異
常発熱による温度上昇・圧力上昇などの危険が回避でき
る。 (5) 圧力変化無しにオゾンの濃縮が可能である。
【0018】
【発明の効果】このように、本発明によれば、濃縮を行
う室の温度制御をヒータによる制御ではなく、流量コン
トロールによる制御としたので、濃縮中のオゾンと酸素
の混合物に圧力、温度の変化を与えることなく、物理
的、化学的に安定した状態で濃縮を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の全体構成図
【図2】流量制御系の一例を特に示す構成図
【符号の説明】
1 原料ガス導入管 2 原料ガス導入量調整バルブ 3 オゾン液化室 4 熱交換器 5 サーマルアンカー 6 冷凍機 7 圧力調整弁 8 ガス排出量調整バルブ 9 ガス排出管 10 液体酸素導入量調整バルブ 11 液体酸素溜 12 液体酸素+液体オゾン 13 液体酸素 14 コンピュータ 15 温度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01B 13/10 F25J 3/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】オゾン液化室と、 このオゾン液化室に原料オゾンガスを供給する原料ガス
    導入管と、 このオゾン液化室に前記原料オゾンガスを液化するため
    の液体酸素を供給する液体酸素溜と、 このオゾン液化室からガスを排出するためのガス排出管
    と、 このオゾン液化室の内部の温度に着目して、前記原料ガ
    ス導入管と前記ガス排出管のそれぞれの流量を制御する
    ことにより、このオゾン液化室の温度を、ここにおいて
    前記原料オゾンガスの液化が行われる温度に制御する制
    御手段と、を備えることを特徴とする、オゾン濃縮装
    置。
  2. 【請求項2】前記オゾン液化室の内部に設けられてお
    り、下端が液体酸素に浸され、上方がその液体酸素から
    露出して、前記原料オゾンガスと熱交換し、この室の内
    部を、下方を液体酸素の温度にし、上方をそれよりも高
    い温度にする、熱交換器を、さらに備える、請求項1の
    オゾン濃縮装置。
  3. 【請求項3】前記制御手段は、前記オゾン液化室内に設
    けられて、このオゾン液化室内の所定の位置の温度を検
    出する温度センサを備える、請求項1又は2のオゾン濃
    縮装置。
  4. 【請求項4】前記原料ガス導入管の前記オゾン液化室へ
    の開口はこの液化室の下方に設けられ、前記ガス排出管
    の前記オゾン液化室への開口はこの液化室の上方に設け
    られている、請求項1乃至3の1つのオゾン濃縮装置。
  5. 【請求項5】液体酸素を含むオゾン液化室に原料オゾン
    ガスを導入してオゾンを液化し、廃ガスを排出するに当
    たり、このオゾン液化室の所定の位置の温度との関係
    で、原料オゾンガスの導入量とガスの排出量を制御する
    ことを特徴とする、オゾン濃縮方法。
  6. 【請求項6】前記オゾン液化室内において、一端が液体
    酸素に浸され、他端が露出した伝熱性の良好な熱交換器
    により、この室内に、温度勾配のある状態を形成しつ
    つ、原料オゾンガスの液化を行う、請求項5のオゾン濃
    縮方法。
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JP4653025B2 (ja) * 2006-06-27 2011-03-16 住友重機械工業株式会社 オゾン濃縮装置
JP5470949B2 (ja) * 2009-03-23 2014-04-16 株式会社明電舎 液体オゾン蓄積制御方法及びその装置
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