JP3766983B2 - オゾン発生濃縮装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、オゾナイザで発生したオゾンを酸化剤等として反応塔へ供給するオゾン発生濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルプ漂白は、世界的に塩素から酸素に変えられ、さらに最近はオゾンに変えられつつある。
【０００３】
オゾン漂白のメリットは、塩素のような漂白後の後処理を必要とせず、簡単であること、酸素より漂白力が強いことにある。しかしオゾン導入のデメリットは、酸素製造とオゾン製造のイニシャルコストとランニングコストの高さにある。
【０００４】
この両方を一挙に解決できる技術として、本発明者等は、特願平５−３１３９５９号（発明の名称：オゾン発生濃縮装置）を提案した。
【０００５】
この先願の発明は、図５に示すように酸素製造機１とオゾナイザ２とオゾン濃縮装置３と反応塔４とを接続したものからなる。酸素製造機１は、２つの窒素吸着塔５ａ，５ｂを有し、コンプレッサ６からの圧縮空気が窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれか一方に供給されて窒素が吸着されることで酸素が製造され、その酸素がオゾナイザ２に供給される。酸素はオゾナイザ２に供給され、そこで電離されてオゾンが生成される。オゾン濃縮装置３は、シリカゲルなどを充填した２つのオゾン吸着塔７ａ，７ｂからなる。オゾナイザ２で生成したオゾンは、吸着塔７ａ，７ｂのいずれか一方（例えば７ａ）に導入されて吸着され、残りの吸着されない酸素は、循環ライン８を介して再度オゾナイザ２の原料空気として、再利用される。他方の吸着塔７ｂでは、酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂより脱着された窒素がキャリアガスライン９より導入され、吸着された濃縮オゾンが脱着されて反応塔４に送られる。この酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂとオゾン濃縮装置３のオゾン吸着塔７ａ，７ｂとは、それぞれ交互に切り換えられて吸着と脱着のサイクルが繰り返され、濃縮オゾンが反応塔４に連続して供給されるようになっている。
【０００６】
この先願のオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザ２によるオゾン濃度は、最大で１０ｖｏｌ％であるが、吸着塔７ａ，７ｂで発生したオゾンを吸着することで、オゾン濃度を高めることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この先願の発明においては、オゾン吸着塔７ａ，７ｂで吸着したオゾンをキャリアガスで脱着して反応塔４に供給するが、脱着終了から吸着サイクルに切り換えた時、吸着塔７ａ，７ｂに残存する窒素が、オゾナイザ２から導入される酸素と共にライン８を介してオゾナイザ２に混入してしまう問題がある。
【０００８】
すなわち、窒素がオゾナイザ２に混入されると、オゾン発生と共にＮＯｘが発生し、これが反応塔４に供給される問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オゾン吸着塔で吸着と脱着を切り換えるにおいて、残存する窒素の影響をなくすことができるオゾン発生濃縮装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、コンプレッサと複数並列に接続した窒素吸着塔とからなる酸素製造機と、オゾナイザと、複数並列に接続したオゾン吸着塔からなるオゾン濃縮装置と、オゾンを使用する反応塔とを順次接続したオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザとオゾン濃縮装置の各オゾン吸着塔間に接続され、オゾナイザからのオゾンを所望のオゾン吸着塔に流す入口側オゾン吸着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、吸着中のオゾン吸着塔の未吸着の酸素を循環ラインを介してオゾナイザに再供給する出口側オゾン吸着切換手段と、酸素製造機の窒素吸着塔からの脱着窒素をキャリアガスとして上記オゾン吸着塔の入口側に供給するキャリアガス供給ラインと、そのキャリアガス供給ラインに接続され、オゾンを吸着したオゾン吸着塔の入口側にキャリアガスを流す入口側脱着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、脱着されたオゾンを反応塔に流す出口側脱着切換手段と、上記出口側オゾン吸着切換手段からオゾナイザに至る循環ラインに接続され、オゾン吸着塔を脱着から吸着に切換える際に、そのオゾン吸着塔に供給されたオゾナイザからのオゾンと共にそのオゾン吸着塔に残存する窒素を含むキャリアガスを反応塔側にパージするパージ手段とを備えたことを特徴とするオゾン発生濃縮装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、コンプレッサと複数並列に接続した窒素吸着塔とからなる酸素製造機と、オゾナイザと、複数並列に接続したオゾン吸着塔からなるオゾン濃縮装置と、オゾンを使用する反応塔とを順次接続したオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザとオゾン濃縮装置の各オゾン吸着塔間に接続され、オゾナイザからのオゾンを所望のオゾン吸着塔に流す入口側オゾン吸着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、吸着中のオゾン吸着塔の未吸着の酸素を循環ラインを介してオゾナイザに再供給する出口側オゾン吸着切換手段と、酸素製造機の窒素吸着塔からの脱着窒素をキャリアガスとして上記オゾン吸着塔の入口側に供給するキャリアガス供給ラインと、そのキャリアガス供給ラインに接続され、オゾンを吸着したオゾン吸着塔に、上記酸素製造機からのキャリアガスを流す入口側脱着切換手段と、脱着されたオゾンを反応塔に流す出口側脱着切換手段と、オゾン吸着塔を脱着から吸着に切換える時、そのオゾン吸着塔に、吸着中のオゾン吸着塔からの未吸着酸素を、又はオゾナイザからのオゾンを供給して、残存する窒素を含むキャリアガスを出口側脱着切換手段を介して反応塔側にパージするパージ手段とを備えたことを特徴とするオゾン発生濃縮装置である。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、脱着から吸着に切換える時には、脱着時に導入したキャリアガスが残存し、そのままオゾナイザからのオゾンを導入すると、窒素を含むキャリアガスがオゾナイザに戻る不具合があるが、脱着から吸着に切換える際に、パージ手段により、オゾナイザからの未反応の酸素や吸着を行っている吸着塔からの未反応の酸素の一部を導入して残存キャリアガスを反応塔に流すことで、オゾナイザに窒素が混入することがなくなり、パージが完了した後にオゾナイザからのオゾンを導入することで良好なオゾンの濃縮が行える。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例を示し、基本的には先願の発明と同じであり、図１で、符号１〜９は、図５に示した先願の発明とその機能が同一である。
【００１５】
図１において、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption ）などの酸素製造機１は、コンプレッサ６と、コンプレッサ６の吐出側に接続された窒素吸着塔５ａ，５ｂと、コンプレッサ６と窒素吸着塔５ａ，５ｂ間に接続され、圧縮された空気を窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれかに供給する圧縮空気切換手段１０と、窒素吸着塔５ａ，５ｂの吐出側に接続され、窒素を吸着して酸素を製造しているいずれか一方の吸着塔５ａ，５ｂからの酸素をオゾナイザ２に供給すると共に、窒素吸着後の他方の吸着塔５ａ，５ｂからの脱着窒素をキャリアガスライン９に流す四方弁１１とからなっている。
【００１６】
四方弁１１とオゾナイザ２間の酸素供給ライン１２には、酸素供給手段１３がバルブ１４を介して接続される。この酸素供給手段１３は、オゾン濃縮初期運転時に、酸素製造機１からの酸素供給量がシステム全体としての酸素量が満足するまでの間、不足の酸素を供給するようになっており、例えば液体酸素や高圧酸素ボンベ等からなっている。
【００１７】
オゾナイザ２は、高電圧が印加される絶縁電極体を有し、その絶縁電極体の周囲に形成される沿面放電領域や無声放電領域により酸素をオゾン化するようになっている。
【００１８】
オゾナイザ２の出口側には、循環用ポンプ１５が接続され、その吐出側に、オゾン濃縮装置３のオゾン吸着塔７ａ，７ｂのいずれかにオゾンを供給する入口側オゾン吸着切換手段１６Ａが接続される。また、オゾン吸着塔７ａ，７ｂの出口側には、吸着塔７ａ，７ｂで吸着されなかった未吸着酸素をライン８に戻す出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂが接続される。この入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂとで、オゾン吸着切換手段１６が構成され、オゾン吸着切換手段１６により、オゾナイザ２からのオゾンをオゾン吸着塔７ａ，７ｂのいずれかにオゾンを供給すると共に未吸着酸素をライン８を介してオゾナイザ２に再供給するようになっている。
【００１９】
ライン８には、オゾン吸着中のオゾン吸着塔７ａ，７ｂ内の圧力を設定値に保つレギュレータ１７が接続される。またオゾン濃縮装置３は、２つ以上のオゾン吸着塔７ａ，７ｂによるオゾン吸着・脱着切換、レギュレータ１７による圧力制御の他に、オゾン吸着塔７ａ，７ｂでの吸着と脱着を促進するため、吸着塔７ａ，７ｂを加熱・冷却するための熱交換装置１８を有する。オゾン吸着塔７ａ，７ｂは、シリカゲルなどが充填されて形成され、オゾン吸着時は、８ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力にされ、オゾン脱着時には、吸着塔７ａ，７ｂ内の圧力より十分に低い圧力まで下げられる。また、圧力の代わりに温度によっても吸脱着が行える。すなわちオゾン吸着時は、吸着塔を冷却し、オゾン脱着時は、吸着塔を常温に戻すことで実現することができる。また圧力、温度の両方で吸脱着してもよい。
【００２０】
キャリアガスライン９には、窒素吸着塔５ａ，５ｂからの窒素の一部を排気する排気バルブ１９、開閉バルブ２０、キャリアガスポンプ２１が接続され、キャリアガスライン９とオゾン吸着塔７ａ，７ｂ間に、入口側脱着切換手段２２Ａが接続され、キャリアガスライン９からのキャリアガスで、オゾン吸着塔７ａ，７ｂ内に吸着したオゾンを脱着するようになっている。
【００２１】
キャリアガスライン９には、乾燥空気供給手段２３が接続され、窒素吸着塔５ａ，５ｂからの窒素の他に乾燥空気供給手段２３からの空気をキャリアガスとしてオゾン吸着塔７ａ，７ｂに供給できるようになっている。
【００２２】
オゾン吸着塔７ａ，７ｂの出口側には、脱着されたオゾンを含むキャリアガスを反応塔４側に供給する出口側脱着切換手段２２Ｂが接続される。
【００２３】
入口側脱着切換手段２２Ａと出口側脱着切換手段２２Ｂとは連動して動作され脱着切換手段２２を構成する。
【００２４】
出口側脱着切換手段２２Ｂと反応塔４間には、バッファタンク２４、オゾン供給ポンプ２５、開閉バルブ２６が接続される。
【００２５】
さて、本発明においては、脱着切換手段２２で、オゾン吸着塔７ａ，７ｂのいずれかが脱着サイクルとなり、その脱着サイクルが完了してオゾン吸着切換手段１６により吸着サイクルに切換られる時に、パージ手段３０によりパージサイクルして吸着塔７ａ，７ｂ内のキャリアガスをパージした後、吸着サイクルに切換えるようにしたものである。
【００２６】
このパージ手段３０は、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと、出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂと、ライン８に接続したパージバルブ３１からなる。パージバルブ３１は、常時はライン８を導通状態にし、パージサイクルの時に出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂからの窒素を含むガスをパージライン３２を介してバッファタンク２４に流すようになっている。
【００２７】
次に実施例の作用を述べる。
【００２８】
酸素製造機１は、圧縮空気切換手段１０にて、コンプレッサ６からの乾燥圧縮空気を窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれか一方に供給し、そこで窒素を吸着して酸素が製造され、その酸素がオゾナイザ２に供給される。酸素は、オゾナイザ２内に形成される沿面放電領域や無声放電領域を通過することでオゾンが生成され、オゾン濃縮装置３に導入される。
【００２９】
オゾン吸着切換手段１６の入口側オゾン吸着切換手段１６Ａは、オゾナイザ２からの酸素を含むオゾンを、例えば一方のオゾン吸着塔７ａに流し、また出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂは、そのオゾン吸着塔７ａで吸着されなかった酸素をライン８に流してオゾナイザ２に再供給するように流路を切換える。
【００３０】
このようにしてオゾナイザ２で生成されたオゾンは吸着塔７ａに吸着されると共に吸着されない酸素がライン８を介して再度オゾナイザ２に再供給されることで、窒素あるいはＮＯｘを含まないオゾンを濃縮できる。
【００３１】
この一方の吸着塔７ａでの吸着中、他方の吸着塔７ｂには、酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれかより脱着された窒素が、四方弁１１を通じ、キャリアガスとしてライン９より入口側脱着切換手段２２Ａを介して導入される。
【００３２】
吸着塔７ｂ内で、吸着された濃縮オゾンは、キャリアガスにより脱着されて出口側脱着切換手段２２Ｂを介してバッファタンク２４に送られ、そのタンク２４より反応塔４に送られる。この脱着サイクルで、吸着塔７ｂ内の圧力又は温度を制御することで所定の濃度のオゾンを連続的に脱着して反応塔４側に供給することができる。
【００３３】
この吸着サイクルと脱着サイクルとは、オゾン吸着切換手段１６と脱着切換手段２２とにより交互に切り換えられてオゾン吸着塔７ａ，７ｂが交互に吸着と脱着とを繰り返し、濃縮オゾンが順次製造されると共に反応塔４に連続して供給されるようになっている。
【００３４】
さて本発明においては、オゾン脱着サイクルから吸着サイクルに切換える際に、パージ手段３０により、脱着完了の吸着塔７ａ，７ｂに残存する窒素を、ライン８に流さずにバッファタンク２４側に流すようにしたものである。
【００３５】
先ず、例えば他方の吸着塔７ｂの脱着が完了した時、吸着サイクルに切換えるが、同時にパージサイクルに切換える。すなわち、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａの切換で、オゾナイザ２からの酸素を含むオゾンを、脱着が完了した他方の吸着塔７ｂに流し、出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂも吸着塔７ｂ内のガスを循環ライン８に流すようになし、同時にライン８に接続したパージバルブ３１を切換えて、ライン８に流れる窒素を含むガスをパージライン３２を介してバッファタンク２４に流すように制御する。
【００３６】
また、一方の吸着の完了した吸着塔７ａは、吸着完了と同時に脱着サイクルに切換える。
【００３７】
このように脱着サイクルと吸着サイクル間にパージサイクルを設けることで、脱着が完了した直後、吸着塔７ａ，７ｂに残存するキャリアガス中の窒素がライン８を介してオゾナイザ２側に流すことがなくなり、窒素を流しても支障のない反応塔４側にオゾンと共にパージすることができる。
【００３８】
パージサイクルで吸着塔７ａ，７ｂ内の窒素のパージが完了した後は、パージ手段３０のパージバルブ３１を切換えて、ライン８を導通状態にして吸着サイクルとし、オゾナイザ２からのオゾンの吸着を行う。
【００３９】
このオゾン濃縮装置において、運転初期には、酸素製造機１での酸素供給量が十分でなく、またオゾン濃度も十分なものが得られないため、酸素製造機１での酸素製造と同時に酸素供給手段１３よりオゾナイザ２に酸素を供給し、また出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂを直接閉じるか、開閉バルブ２６を閉じておき、ライン８のレギュレータ１７での圧力が所定値（例えば８ｋｇ／ｃｍ2 ）に達した時に、オゾナイザ２を動作してシステムを運転するようにする。
【００４０】
図２は、本発明の他の実施例を示し、パージ手段３０を変形したものである。
【００４１】
図１の実施例においては、脱着後にパージサイクルに切換える際に、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂとを切換え、吸着サイクルの開始にパージバルブ３１にてパージサイクルとなるように制御したが、図２の例では、吸着が完了（或いはその直前）しても、直ちに切換えずにそのままの状態に保ち、キャリアガスライン９からのキャリアガスの供給を停止し、吸着完了直前の吸着塔７ａ（又は７ｂ）からの未吸着の酸素を、脱着の終えた吸着塔７ｂ（又は７ａ）に供給するようにしたものである。
【００４２】
すなわち、ライン８には、吸着中の吸着塔７ａ，７ｂからの未吸着酸素を分岐する主パージバルブ３５が接続され、その主パージバルブ３５が酸素ライン３６を介して入口側脱着切換手段２２Ａと吸着塔７ａ，７ｂを結ぶライン３７ａ，３７ｂに副パージバルブ３８ａ，３８ｂを介して接続されて構成される。
【００４３】
脱着完了後の吸着塔７ａ（又は７ｂ）内のキャリアガスをパージする際、吸着サイクルとなっている吸着塔７ｂ（又は７ａ）からの酸素を、主パージバルブ３５から酸素ライン３６を介し、副パージバルブ３８ａ（又は３８ｂ）を介して吸着塔７ａ（又は７ｂ）に導入し、その酸素で窒素を含むキャリアガスを出口側脱着切換手段２２Ｂを介して反応塔４側にパージする。
【００４４】
このパージサイクルが完了したならば、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂとを切換えて、パージの終えた吸着塔７ａ（又は７ｂ）を吸着サイクルに、また他方の吸着塔７ｂ（又は７ａ）を脱着サイクルとする。
【００４５】
図３は、本発明のさらに他の実施例を示し、オゾン濃縮装置３を３台並列接続した吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃで構成したものであり、また図４はその各吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃの吸着サイクル・脱着サイクル・パージサイクルのタイムチャートを示したものである。
【００４６】
吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃの入口側には、入口側オゾン吸着切換手段４１ａ，４１ｂ，４１ｃが接続され、出口側とライン８を結んで出口側オゾン吸着切換手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃが接続されてオゾン吸着切換手段４０が構成される。
【００４７】
キャリアガスライン９は、入口側オゾン吸着切換手段４１ａ，４１ｂ，４１ｃと吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃ間の各ライン４３ａ，４３ｂ，４３ｃに接続されると共にその間に入口側脱着切換手段４４ａ，４４ｂ，４４ｃが接続され、吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃの出口側とバッファタンク２４間に出口側脱着切換手段４５ａ，４５ｂ，４５ｃが接続されて脱着切換手段４６が構成される。またパージ手段４７は、入口側オゾン吸着切換手段４１ａ，４１ｂ，４１ｃと出口側脱着切換手段４５ａ，４５ｂ，４５ｃとで形成される。
【００４８】
次に図４により、各サイクルにおけるオゾン吸着切換手段４０，脱着切換手段４６，パージ手段４７の切換を説明する。
【００４９】
図４のタイムチャートで、吸着塔７ａを、オゾン吸着サイクル、オゾン脱着サイクル、窒素パージサイクルに切換える場合について説明する。
【００５０】
オゾン吸着サイクル：
入口側オゾン吸着切換手段４１ａと出口側オゾン吸着切換手段４２ａが導通状態で、入口側脱着切換手段４４ａと出口側脱着切換手段４５ａが非導通状態にされ、オゾナイザ２からのオゾンが吸着塔７ａに吸着され、未吸着の酸素が循環ライン８を介してオゾナイザ２に再供給される。
【００５１】
オゾン脱着サイクル：
入口側オゾン吸着切換手段４１ａと出口側オゾン吸着切換手段４２ａを非導通状態とし、入口側脱着切換手段４４ａと出口側脱着切換手段４５ａを導通状態にして、キャリアガスライン９からの窒素を含むキャリアガスを入口側脱着切換手段４４ａを介して吸着塔７ａに導入して吸着したオゾンを脱着させて出口側脱着切換手段４５ａより反応塔４側に供給する。
【００５２】
パージサイクル：
吸着塔７ａのオゾン脱着サイクルを終了し、入口側脱着切換手段４４ａを閉じ、吸着塔７ｂを吸着サイクルに切換えるべく入口側オゾン吸着切換手段４１ｂと出口側オゾン吸着切換手段４２ｂを導通状態にするのに合せて吸着塔７ａ側の入口側オゾン吸着切換手段４１ａを導通状態にし、出口側オゾン吸着切換手段４２ａを非導通状態にし、かつ出口側脱着切換手段４５ａを導通状態に保ちながらオゾナイザ２からオゾンの一部を導入して吸着塔７ａ内に残存しているキャリアガス中の窒素をオゾンを含む酸素で出口側脱着切換手段４５ａを介して反応塔側にパージする。このパージサイクルは、オゾン吸着やオゾン脱着サイクルと違って、吸着塔７内の窒素をパージさせるだけなので、他のサイクルに比べて短時間で済む。またパージサイクルが終了しても他の吸着塔７ｂ，７ｃはオゾン吸着・脱着中なので、次のオゾン吸着に切換えるまで停止しておくが、その間に吸着サイクルに切換えるために、吸着塔７ａを冷却しておいてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、脱着から吸着に切換える際に、パージ手段により、オゾナイザからの未反応の酸素や吸着を行っている吸着塔からの未反応の酸素の一部を導入して残存キャリアガスを反応塔に流すことで、オゾナイザに窒素が混入することがなくなり、パージが完了した後にオゾナイザからのオゾンを導入することで良好なオゾンの濃縮が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図４】図３の各吸着塔のサイクルタイムチャートを示す図である。
【図５】先願の発明を説明する図である。
【符号の説明】
１ 酸素製造機
２ オゾナイザ
３ オゾン濃縮装置
４ 反応塔
７ａ，７ｂ オゾン吸着塔
２２ 脱着切換手段
３０ パージ手段
【産業上の利用分野】
本発明は、オゾナイザで発生したオゾンを酸化剤等として反応塔へ供給するオゾン発生濃縮装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルプ漂白は、世界的に塩素から酸素に変えられ、さらに最近はオゾンに変えられつつある。
【０００３】
オゾン漂白のメリットは、塩素のような漂白後の後処理を必要とせず、簡単であること、酸素より漂白力が強いことにある。しかしオゾン導入のデメリットは、酸素製造とオゾン製造のイニシャルコストとランニングコストの高さにある。
【０００４】
この両方を一挙に解決できる技術として、本発明者等は、特願平５−３１３９５９号（発明の名称：オゾン発生濃縮装置）を提案した。
【０００５】
この先願の発明は、図５に示すように酸素製造機１とオゾナイザ２とオゾン濃縮装置３と反応塔４とを接続したものからなる。酸素製造機１は、２つの窒素吸着塔５ａ，５ｂを有し、コンプレッサ６からの圧縮空気が窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれか一方に供給されて窒素が吸着されることで酸素が製造され、その酸素がオゾナイザ２に供給される。酸素はオゾナイザ２に供給され、そこで電離されてオゾンが生成される。オゾン濃縮装置３は、シリカゲルなどを充填した２つのオゾン吸着塔７ａ，７ｂからなる。オゾナイザ２で生成したオゾンは、吸着塔７ａ，７ｂのいずれか一方（例えば７ａ）に導入されて吸着され、残りの吸着されない酸素は、循環ライン８を介して再度オゾナイザ２の原料空気として、再利用される。他方の吸着塔７ｂでは、酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂより脱着された窒素がキャリアガスライン９より導入され、吸着された濃縮オゾンが脱着されて反応塔４に送られる。この酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂとオゾン濃縮装置３のオゾン吸着塔７ａ，７ｂとは、それぞれ交互に切り換えられて吸着と脱着のサイクルが繰り返され、濃縮オゾンが反応塔４に連続して供給されるようになっている。
【０００６】
この先願のオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザ２によるオゾン濃度は、最大で１０ｖｏｌ％であるが、吸着塔７ａ，７ｂで発生したオゾンを吸着することで、オゾン濃度を高めることが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この先願の発明においては、オゾン吸着塔７ａ，７ｂで吸着したオゾンをキャリアガスで脱着して反応塔４に供給するが、脱着終了から吸着サイクルに切り換えた時、吸着塔７ａ，７ｂに残存する窒素が、オゾナイザ２から導入される酸素と共にライン８を介してオゾナイザ２に混入してしまう問題がある。
【０００８】
すなわち、窒素がオゾナイザ２に混入されると、オゾン発生と共にＮＯｘが発生し、これが反応塔４に供給される問題がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、オゾン吸着塔で吸着と脱着を切り換えるにおいて、残存する窒素の影響をなくすことができるオゾン発生濃縮装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、コンプレッサと複数並列に接続した窒素吸着塔とからなる酸素製造機と、オゾナイザと、複数並列に接続したオゾン吸着塔からなるオゾン濃縮装置と、オゾンを使用する反応塔とを順次接続したオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザとオゾン濃縮装置の各オゾン吸着塔間に接続され、オゾナイザからのオゾンを所望のオゾン吸着塔に流す入口側オゾン吸着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、吸着中のオゾン吸着塔の未吸着の酸素を循環ラインを介してオゾナイザに再供給する出口側オゾン吸着切換手段と、酸素製造機の窒素吸着塔からの脱着窒素をキャリアガスとして上記オゾン吸着塔の入口側に供給するキャリアガス供給ラインと、そのキャリアガス供給ラインに接続され、オゾンを吸着したオゾン吸着塔の入口側にキャリアガスを流す入口側脱着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、脱着されたオゾンを反応塔に流す出口側脱着切換手段と、上記出口側オゾン吸着切換手段からオゾナイザに至る循環ラインに接続され、オゾン吸着塔を脱着から吸着に切換える際に、そのオゾン吸着塔に供給されたオゾナイザからのオゾンと共にそのオゾン吸着塔に残存する窒素を含むキャリアガスを反応塔側にパージするパージ手段とを備えたことを特徴とするオゾン発生濃縮装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、コンプレッサと複数並列に接続した窒素吸着塔とからなる酸素製造機と、オゾナイザと、複数並列に接続したオゾン吸着塔からなるオゾン濃縮装置と、オゾンを使用する反応塔とを順次接続したオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザとオゾン濃縮装置の各オゾン吸着塔間に接続され、オゾナイザからのオゾンを所望のオゾン吸着塔に流す入口側オゾン吸着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、吸着中のオゾン吸着塔の未吸着の酸素を循環ラインを介してオゾナイザに再供給する出口側オゾン吸着切換手段と、酸素製造機の窒素吸着塔からの脱着窒素をキャリアガスとして上記オゾン吸着塔の入口側に供給するキャリアガス供給ラインと、そのキャリアガス供給ラインに接続され、オゾンを吸着したオゾン吸着塔に、上記酸素製造機からのキャリアガスを流す入口側脱着切換手段と、脱着されたオゾンを反応塔に流す出口側脱着切換手段と、オゾン吸着塔を脱着から吸着に切換える時、そのオゾン吸着塔に、吸着中のオゾン吸着塔からの未吸着酸素を、又はオゾナイザからのオゾンを供給して、残存する窒素を含むキャリアガスを出口側脱着切換手段を介して反応塔側にパージするパージ手段とを備えたことを特徴とするオゾン発生濃縮装置である。
【００１２】
【作用】
上記構成によれば、脱着から吸着に切換える時には、脱着時に導入したキャリアガスが残存し、そのままオゾナイザからのオゾンを導入すると、窒素を含むキャリアガスがオゾナイザに戻る不具合があるが、脱着から吸着に切換える際に、パージ手段により、オゾナイザからの未反応の酸素や吸着を行っている吸着塔からの未反応の酸素の一部を導入して残存キャリアガスを反応塔に流すことで、オゾナイザに窒素が混入することがなくなり、パージが完了した後にオゾナイザからのオゾンを導入することで良好なオゾンの濃縮が行える。
【００１３】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例を示し、基本的には先願の発明と同じであり、図１で、符号１〜９は、図５に示した先願の発明とその機能が同一である。
【００１５】
図１において、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption ）などの酸素製造機１は、コンプレッサ６と、コンプレッサ６の吐出側に接続された窒素吸着塔５ａ，５ｂと、コンプレッサ６と窒素吸着塔５ａ，５ｂ間に接続され、圧縮された空気を窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれかに供給する圧縮空気切換手段１０と、窒素吸着塔５ａ，５ｂの吐出側に接続され、窒素を吸着して酸素を製造しているいずれか一方の吸着塔５ａ，５ｂからの酸素をオゾナイザ２に供給すると共に、窒素吸着後の他方の吸着塔５ａ，５ｂからの脱着窒素をキャリアガスライン９に流す四方弁１１とからなっている。
【００１６】
四方弁１１とオゾナイザ２間の酸素供給ライン１２には、酸素供給手段１３がバルブ１４を介して接続される。この酸素供給手段１３は、オゾン濃縮初期運転時に、酸素製造機１からの酸素供給量がシステム全体としての酸素量が満足するまでの間、不足の酸素を供給するようになっており、例えば液体酸素や高圧酸素ボンベ等からなっている。
【００１７】
オゾナイザ２は、高電圧が印加される絶縁電極体を有し、その絶縁電極体の周囲に形成される沿面放電領域や無声放電領域により酸素をオゾン化するようになっている。
【００１８】
オゾナイザ２の出口側には、循環用ポンプ１５が接続され、その吐出側に、オゾン濃縮装置３のオゾン吸着塔７ａ，７ｂのいずれかにオゾンを供給する入口側オゾン吸着切換手段１６Ａが接続される。また、オゾン吸着塔７ａ，７ｂの出口側には、吸着塔７ａ，７ｂで吸着されなかった未吸着酸素をライン８に戻す出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂが接続される。この入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂとで、オゾン吸着切換手段１６が構成され、オゾン吸着切換手段１６により、オゾナイザ２からのオゾンをオゾン吸着塔７ａ，７ｂのいずれかにオゾンを供給すると共に未吸着酸素をライン８を介してオゾナイザ２に再供給するようになっている。
【００１９】
ライン８には、オゾン吸着中のオゾン吸着塔７ａ，７ｂ内の圧力を設定値に保つレギュレータ１７が接続される。またオゾン濃縮装置３は、２つ以上のオゾン吸着塔７ａ，７ｂによるオゾン吸着・脱着切換、レギュレータ１７による圧力制御の他に、オゾン吸着塔７ａ，７ｂでの吸着と脱着を促進するため、吸着塔７ａ，７ｂを加熱・冷却するための熱交換装置１８を有する。オゾン吸着塔７ａ，７ｂは、シリカゲルなどが充填されて形成され、オゾン吸着時は、８ｋｇ／ｃｍ2 程度の圧力にされ、オゾン脱着時には、吸着塔７ａ，７ｂ内の圧力より十分に低い圧力まで下げられる。また、圧力の代わりに温度によっても吸脱着が行える。すなわちオゾン吸着時は、吸着塔を冷却し、オゾン脱着時は、吸着塔を常温に戻すことで実現することができる。また圧力、温度の両方で吸脱着してもよい。
【００２０】
キャリアガスライン９には、窒素吸着塔５ａ，５ｂからの窒素の一部を排気する排気バルブ１９、開閉バルブ２０、キャリアガスポンプ２１が接続され、キャリアガスライン９とオゾン吸着塔７ａ，７ｂ間に、入口側脱着切換手段２２Ａが接続され、キャリアガスライン９からのキャリアガスで、オゾン吸着塔７ａ，７ｂ内に吸着したオゾンを脱着するようになっている。
【００２１】
キャリアガスライン９には、乾燥空気供給手段２３が接続され、窒素吸着塔５ａ，５ｂからの窒素の他に乾燥空気供給手段２３からの空気をキャリアガスとしてオゾン吸着塔７ａ，７ｂに供給できるようになっている。
【００２２】
オゾン吸着塔７ａ，７ｂの出口側には、脱着されたオゾンを含むキャリアガスを反応塔４側に供給する出口側脱着切換手段２２Ｂが接続される。
【００２３】
入口側脱着切換手段２２Ａと出口側脱着切換手段２２Ｂとは連動して動作され脱着切換手段２２を構成する。
【００２４】
出口側脱着切換手段２２Ｂと反応塔４間には、バッファタンク２４、オゾン供給ポンプ２５、開閉バルブ２６が接続される。
【００２５】
さて、本発明においては、脱着切換手段２２で、オゾン吸着塔７ａ，７ｂのいずれかが脱着サイクルとなり、その脱着サイクルが完了してオゾン吸着切換手段１６により吸着サイクルに切換られる時に、パージ手段３０によりパージサイクルして吸着塔７ａ，７ｂ内のキャリアガスをパージした後、吸着サイクルに切換えるようにしたものである。
【００２６】
このパージ手段３０は、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと、出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂと、ライン８に接続したパージバルブ３１からなる。パージバルブ３１は、常時はライン８を導通状態にし、パージサイクルの時に出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂからの窒素を含むガスをパージライン３２を介してバッファタンク２４に流すようになっている。
【００２７】
次に実施例の作用を述べる。
【００２８】
酸素製造機１は、圧縮空気切換手段１０にて、コンプレッサ６からの乾燥圧縮空気を窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれか一方に供給し、そこで窒素を吸着して酸素が製造され、その酸素がオゾナイザ２に供給される。酸素は、オゾナイザ２内に形成される沿面放電領域や無声放電領域を通過することでオゾンが生成され、オゾン濃縮装置３に導入される。
【００２９】
オゾン吸着切換手段１６の入口側オゾン吸着切換手段１６Ａは、オゾナイザ２からの酸素を含むオゾンを、例えば一方のオゾン吸着塔７ａに流し、また出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂは、そのオゾン吸着塔７ａで吸着されなかった酸素をライン８に流してオゾナイザ２に再供給するように流路を切換える。
【００３０】
このようにしてオゾナイザ２で生成されたオゾンは吸着塔７ａに吸着されると共に吸着されない酸素がライン８を介して再度オゾナイザ２に再供給されることで、窒素あるいはＮＯｘを含まないオゾンを濃縮できる。
【００３１】
この一方の吸着塔７ａでの吸着中、他方の吸着塔７ｂには、酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂのいずれかより脱着された窒素が、四方弁１１を通じ、キャリアガスとしてライン９より入口側脱着切換手段２２Ａを介して導入される。
【００３２】
吸着塔７ｂ内で、吸着された濃縮オゾンは、キャリアガスにより脱着されて出口側脱着切換手段２２Ｂを介してバッファタンク２４に送られ、そのタンク２４より反応塔４に送られる。この脱着サイクルで、吸着塔７ｂ内の圧力又は温度を制御することで所定の濃度のオゾンを連続的に脱着して反応塔４側に供給することができる。
【００３３】
この吸着サイクルと脱着サイクルとは、オゾン吸着切換手段１６と脱着切換手段２２とにより交互に切り換えられてオゾン吸着塔７ａ，７ｂが交互に吸着と脱着とを繰り返し、濃縮オゾンが順次製造されると共に反応塔４に連続して供給されるようになっている。
【００３４】
さて本発明においては、オゾン脱着サイクルから吸着サイクルに切換える際に、パージ手段３０により、脱着完了の吸着塔７ａ，７ｂに残存する窒素を、ライン８に流さずにバッファタンク２４側に流すようにしたものである。
【００３５】
先ず、例えば他方の吸着塔７ｂの脱着が完了した時、吸着サイクルに切換えるが、同時にパージサイクルに切換える。すなわち、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａの切換で、オゾナイザ２からの酸素を含むオゾンを、脱着が完了した他方の吸着塔７ｂに流し、出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂも吸着塔７ｂ内のガスを循環ライン８に流すようになし、同時にライン８に接続したパージバルブ３１を切換えて、ライン８に流れる窒素を含むガスをパージライン３２を介してバッファタンク２４に流すように制御する。
【００３６】
また、一方の吸着の完了した吸着塔７ａは、吸着完了と同時に脱着サイクルに切換える。
【００３７】
このように脱着サイクルと吸着サイクル間にパージサイクルを設けることで、脱着が完了した直後、吸着塔７ａ，７ｂに残存するキャリアガス中の窒素がライン８を介してオゾナイザ２側に流すことがなくなり、窒素を流しても支障のない反応塔４側にオゾンと共にパージすることができる。
【００３８】
パージサイクルで吸着塔７ａ，７ｂ内の窒素のパージが完了した後は、パージ手段３０のパージバルブ３１を切換えて、ライン８を導通状態にして吸着サイクルとし、オゾナイザ２からのオゾンの吸着を行う。
【００３９】
このオゾン濃縮装置において、運転初期には、酸素製造機１での酸素供給量が十分でなく、またオゾン濃度も十分なものが得られないため、酸素製造機１での酸素製造と同時に酸素供給手段１３よりオゾナイザ２に酸素を供給し、また出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂを直接閉じるか、開閉バルブ２６を閉じておき、ライン８のレギュレータ１７での圧力が所定値（例えば８ｋｇ／ｃｍ2 ）に達した時に、オゾナイザ２を動作してシステムを運転するようにする。
【００４０】
図２は、本発明の他の実施例を示し、パージ手段３０を変形したものである。
【００４１】
図１の実施例においては、脱着後にパージサイクルに切換える際に、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂとを切換え、吸着サイクルの開始にパージバルブ３１にてパージサイクルとなるように制御したが、図２の例では、吸着が完了（或いはその直前）しても、直ちに切換えずにそのままの状態に保ち、キャリアガスライン９からのキャリアガスの供給を停止し、吸着完了直前の吸着塔７ａ（又は７ｂ）からの未吸着の酸素を、脱着の終えた吸着塔７ｂ（又は７ａ）に供給するようにしたものである。
【００４２】
すなわち、ライン８には、吸着中の吸着塔７ａ，７ｂからの未吸着酸素を分岐する主パージバルブ３５が接続され、その主パージバルブ３５が酸素ライン３６を介して入口側脱着切換手段２２Ａと吸着塔７ａ，７ｂを結ぶライン３７ａ，３７ｂに副パージバルブ３８ａ，３８ｂを介して接続されて構成される。
【００４３】
脱着完了後の吸着塔７ａ（又は７ｂ）内のキャリアガスをパージする際、吸着サイクルとなっている吸着塔７ｂ（又は７ａ）からの酸素を、主パージバルブ３５から酸素ライン３６を介し、副パージバルブ３８ａ（又は３８ｂ）を介して吸着塔７ａ（又は７ｂ）に導入し、その酸素で窒素を含むキャリアガスを出口側脱着切換手段２２Ｂを介して反応塔４側にパージする。
【００４４】
このパージサイクルが完了したならば、入口側オゾン吸着切換手段１６Ａと出口側オゾン吸着切換手段１６Ｂとを切換えて、パージの終えた吸着塔７ａ（又は７ｂ）を吸着サイクルに、また他方の吸着塔７ｂ（又は７ａ）を脱着サイクルとする。
【００４５】
図３は、本発明のさらに他の実施例を示し、オゾン濃縮装置３を３台並列接続した吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃで構成したものであり、また図４はその各吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃの吸着サイクル・脱着サイクル・パージサイクルのタイムチャートを示したものである。
【００４６】
吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃの入口側には、入口側オゾン吸着切換手段４１ａ，４１ｂ，４１ｃが接続され、出口側とライン８を結んで出口側オゾン吸着切換手段４２ａ，４２ｂ，４２ｃが接続されてオゾン吸着切換手段４０が構成される。
【００４７】
キャリアガスライン９は、入口側オゾン吸着切換手段４１ａ，４１ｂ，４１ｃと吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃ間の各ライン４３ａ，４３ｂ，４３ｃに接続されると共にその間に入口側脱着切換手段４４ａ，４４ｂ，４４ｃが接続され、吸着塔７ａ，７ｂ，７ｃの出口側とバッファタンク２４間に出口側脱着切換手段４５ａ，４５ｂ，４５ｃが接続されて脱着切換手段４６が構成される。またパージ手段４７は、入口側オゾン吸着切換手段４１ａ，４１ｂ，４１ｃと出口側脱着切換手段４５ａ，４５ｂ，４５ｃとで形成される。
【００４８】
次に図４により、各サイクルにおけるオゾン吸着切換手段４０，脱着切換手段４６，パージ手段４７の切換を説明する。
【００４９】
図４のタイムチャートで、吸着塔７ａを、オゾン吸着サイクル、オゾン脱着サイクル、窒素パージサイクルに切換える場合について説明する。
【００５０】
オゾン吸着サイクル：
入口側オゾン吸着切換手段４１ａと出口側オゾン吸着切換手段４２ａが導通状態で、入口側脱着切換手段４４ａと出口側脱着切換手段４５ａが非導通状態にされ、オゾナイザ２からのオゾンが吸着塔７ａに吸着され、未吸着の酸素が循環ライン８を介してオゾナイザ２に再供給される。
【００５１】
オゾン脱着サイクル：
入口側オゾン吸着切換手段４１ａと出口側オゾン吸着切換手段４２ａを非導通状態とし、入口側脱着切換手段４４ａと出口側脱着切換手段４５ａを導通状態にして、キャリアガスライン９からの窒素を含むキャリアガスを入口側脱着切換手段４４ａを介して吸着塔７ａに導入して吸着したオゾンを脱着させて出口側脱着切換手段４５ａより反応塔４側に供給する。
【００５２】
パージサイクル：
吸着塔７ａのオゾン脱着サイクルを終了し、入口側脱着切換手段４４ａを閉じ、吸着塔７ｂを吸着サイクルに切換えるべく入口側オゾン吸着切換手段４１ｂと出口側オゾン吸着切換手段４２ｂを導通状態にするのに合せて吸着塔７ａ側の入口側オゾン吸着切換手段４１ａを導通状態にし、出口側オゾン吸着切換手段４２ａを非導通状態にし、かつ出口側脱着切換手段４５ａを導通状態に保ちながらオゾナイザ２からオゾンの一部を導入して吸着塔７ａ内に残存しているキャリアガス中の窒素をオゾンを含む酸素で出口側脱着切換手段４５ａを介して反応塔側にパージする。このパージサイクルは、オゾン吸着やオゾン脱着サイクルと違って、吸着塔７内の窒素をパージさせるだけなので、他のサイクルに比べて短時間で済む。またパージサイクルが終了しても他の吸着塔７ｂ，７ｃはオゾン吸着・脱着中なので、次のオゾン吸着に切換えるまで停止しておくが、その間に吸着サイクルに切換えるために、吸着塔７ａを冷却しておいてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、脱着から吸着に切換える際に、パージ手段により、オゾナイザからの未反応の酸素や吸着を行っている吸着塔からの未反応の酸素の一部を導入して残存キャリアガスを反応塔に流すことで、オゾナイザに窒素が混入することがなくなり、パージが完了した後にオゾナイザからのオゾンを導入することで良好なオゾンの濃縮が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図である。
【図３】本発明のさらに他の実施例を示す図である。
【図４】図３の各吸着塔のサイクルタイムチャートを示す図である。
【図５】先願の発明を説明する図である。
【符号の説明】
１ 酸素製造機
２ オゾナイザ
３ オゾン濃縮装置
４ 反応塔
７ａ，７ｂ オゾン吸着塔
２２ 脱着切換手段
３０ パージ手段
Claims (2)
- コンプレッサと複数並列に接続した窒素吸着塔とからなる酸素製造機と、オゾナイザと、複数並列に接続したオゾン吸着塔からなるオゾン濃縮装置と、オゾンを使用する反応塔とを順次接続したオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザとオゾン濃縮装置の各オゾン吸着塔間に接続され、オゾナイザからのオゾンを所望のオゾン吸着塔に流す入口側オゾン吸着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、吸着中のオゾン吸着塔の未吸着の酸素を循環ラインを介してオゾナイザに再供給する出口側オゾン吸着切換手段と、酸素製造機の窒素吸着塔からの脱着窒素をキャリアガスとして上記オゾン吸着塔の入口側に供給するキャリアガス供給ラインと、そのキャリアガス供給ラインに接続され、オゾンを吸着したオゾン吸着塔の入口側にキャリアガスを流す入口側脱着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、脱着されたオゾンを反応塔に流す出口側脱着切換手段と、上記出口側オゾン吸着切換手段からオゾナイザに至る循環ラインに接続され、オゾン吸着塔を脱着から吸着に切換える際に、そのオゾン吸着塔に供給されたオゾナイザからのオゾンと共にそのオゾン吸着塔に残存する窒素を含むキャリアガスを反応塔側にパージするパージ手段とを備えたことを特徴とするオゾン発生濃縮装置。
- コンプレッサと複数並列に接続した窒素吸着塔とからなる酸素製造機と、オゾナイザと、複数並列に接続したオゾン吸着塔からなるオゾン濃縮装置と、オゾンを使用する反応塔とを順次接続したオゾン発生濃縮装置において、オゾナイザとオゾン濃縮装置の各オゾン吸着塔間に接続され、オゾナイザからのオゾンを所望のオゾン吸着塔に流す入口側オゾン吸着切換手段と、各オゾン吸着塔の出口側に接続され、吸着中のオゾン吸着塔の未吸着の酸素を循環ラインを介してオゾナイザに再供給する出口側オゾン吸着切換手段と、酸素製造機の窒素吸着塔からの脱着窒素をキャリアガスとして上記オゾン吸着塔の入口側に供給するキャリアガス供給ラインと、そのキャリアガス供給ラインに接続され、オゾンを吸着したオゾン吸着塔に、上記酸素製造機からのキャリアガスを流す入口側脱着切換手段と、脱着されたオゾンを反応塔に流す出口側脱着切換手段と、オゾン吸着塔を脱着から吸着に切換える時、そのオゾン吸着塔に、吸着中のオゾン吸着塔からの未吸着酸素を、又はオゾナイザからのオゾンを供給して、残存する窒素を含むキャリアガスを出口側脱着切換手段を介して反応塔側にパージするパージ手段とを備えたことを特徴とするオゾン発生濃縮装置。
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