JP3769742B2

JP3769742B2 - オゾン発生装置の制御方法

Info

Publication number: JP3769742B2
Application number: JP29527795A
Authority: JP
Inventors: 昌己清水
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: JPH09142808A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン発生装置に係わり、更に詳しくは、オゾン発生装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パルプの漂白、水処理における殺菌や脱臭、下水処理における有機物の分解等に、従来の塩素等に代えて安全性の高いオゾンの利用が進められている。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が高いことにあり、この両方を一挙に解決する技術として、本願発明者等は、先に特願平５−３１３９５９号（発明の名称：「オゾン発生濃縮装置」）を提案した。
【０００３】
この装置は、図３に示すように酸素製造機１、オゾン発生器２、オゾン濃縮装置３、及び反応塔４からなり、酸素製造機１の窒素吸着塔５ａ，５ｂにより圧縮空気中の窒素が吸着されて酸素が製造され、この酸素がオゾン発生器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はシリカゲル等を充填した２つのオゾン吸着塔７ａ，７ｂからなり、生成したオゾンはその一方（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を介してオゾン発生器２に再循環され再利用される。他方の吸着塔（例えば７ｂ）では、窒素吸着塔５ａ，５ｂから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。この構成により、窒素吸着塔５ａ，５ｂとオゾン吸着塔７ａ，７ｂをそれぞれ交互に切り換えることにより、吸着と脱着を交互に行い、濃縮オゾンを反応塔４に連続的に供給するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した装置では、オゾン吸着塔７ａ，７ｂで吸着したオゾンをキャリアガス（窒素）で脱着して反応塔４に供給するが、脱着を完了して吸着に切り換えた際、吸着塔７ａ，７ｂに残存する窒素が、循環ライン８を介してオゾン発生器２に混入してしまう問題点があった。すなわち、窒素がオゾン発生器２に混入されると、オゾン発生と共にＮＯ_Xが発生し、これが反応塔４に供給される問題がある。
【０００５】
この問題を解決するために、本願発明者等は、オゾン吸着塔で脱着から吸着に切り換える際に、反応塔内のキャリアガスを反応塔側に流すパージ手段を設け、吸着塔内の窒素を含む残存ガスを、オゾン発生器又は吸着中の吸着塔からのガスで反応塔側にパージするオゾン発生濃縮装置を提案した（特願平６−２２０４９１号、未公開）。
【０００６】
この装置により、オゾン発生器又は吸着中の吸着塔からのガス（主成分は酸素）で反応塔側にパージするので、循環ライン８を介して窒素がオゾン発生器２に混入するおそれがなく、オゾン発生器におけるＮＯ_Xの発生を本質的に解決することができた。
【０００７】
しかし、この装置では、パージにより吸着塔内の窒素を完全に排出するためには、パージ時間を十分長くする必要があり、その間、吸着／脱着工程が停止するため稼働率が低下し、かつその間に高価な酸素を大量に消費する問題点があった。
また、上述した装置では、脱着工程において、時間の経過と共にオゾン濃度が低下してしまい、所望の濃度のオゾンガスを安定した流量で供給できない問題点があった。
【０００８】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、パージ時間を大幅に短縮、或いはなくすことができ、かつ酸素の消費量を低減できるオゾン発生装置の制御方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、オゾンガスの濃度と流量の両方を制御して、脱着工程において所定の濃度と流量のオゾンガスを安定して供給できるオゾン発生装置の制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
また、本発明によれば、酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器と、発生したオゾンを吸着剤に吸着させるオゾン吸着器と、オゾン吸着器にキャリアガスを供給して脱着したオゾンをキャリアガスと共に排出するオゾン排出ラインと、を備えたオゾン発生装置の制御方法において、キャリアガスとしてオゾンの排出に必要な少量の酸素を用い、オゾンをオゾン吸着器で脱着させ、脱着したオゾンをキャリアガスと共にオゾンタンクに貯蔵し、オゾンタンクに希釈ガスを供給して所望のオゾン濃度に制御する、ことを特徴とするオゾン発生装置の制御方法が提供される。
【００１０】
この方法によれば、脱着時に少量のキャリアガス（酸素）により、まず高濃度のオゾンガスを放出させ、次に希釈タンク（オゾンタンク）に導入し、希釈ガスで所定濃度に希釈するので、オゾンタンク内のオゾン濃度を常に所望の濃度にすることができる。また、脱着時にキャリアガスとして少量の酸素を用いるため、オゾン吸着器の内部に残存するガスは、吸着時と同じ酸素であり脱着後のパージ工程が不要となり、ただちに吸着工程に入ることができる。従って、吸着／脱着工程が停止するパージ時間がゼロになり、装置の稼働率を高めることができる。また、脱着時にキャリアガスとして使用する酸素の量を、オゾンの排出に必要な少量にすることにより、従来のパージ時間の間に消費した大量の酸素量を大幅に低減することができる。なお、キャリアガスとして使用した少量の酸素は、希釈ガス（窒素又は乾燥空気）で希釈されて、反応器に供給されるので、乾燥空気と同様にオゾンの効果を低下させるおそれがない。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態によれば、所望のオゾン濃度と流量から必要とするオゾン量を算出し、該オゾン量を脱着するようにオゾン吸着器の温度と圧力を制御する。この方法により、必要とするオゾン量だけを正確に脱着させることができ、安定した濃度と流量のオゾンガスを供給することができる。
【００１２】
更に、反応器にオゾンガスを供給するオゾン供給ラインの流量を制御する、ことが好ましい。この流量制御により、オゾン吸着器で脱着されたオゾン量や希釈ガスの流量に変動があっても、常に安定して所望の流量を反応器に供給することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明による制御方法を適用するオゾン発生装置の構成図である。この図において、オゾン発生装置は、酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器１０と、発生したオゾンを吸着剤に吸着させるオゾン吸着器１２と、オゾン吸着器１２にキャリアガスを供給して脱着したオゾンをキャリアガスと共に排出するオゾン排出ライン１４と、を備えている。また、オゾン発生器１０の出口とオゾン吸着器１２の入口を結ぶ吸着ライン１１ａには、ポンプ１３と切換弁１５ａが設けられ、オゾン吸着器１２の出口とオゾン発生器１１の入口を結ぶ再循環ライン１１ｂには切換弁１５ｂが設けられている。
【００１４】
オゾン排出ライン１４は、オゾン吸着器１２にキャリアガスを供給するキャリアガスライン１４ａと、オゾン吸着器１２から後述するオゾンタンク２０にオゾンガスを供給するオゾンガスライン１４ｂとからなる。キャリアガスライン１４ａには、切換弁１６ａ、流量調節弁１７ａ、及び流量制御器１８ａが設けられ、流量制御器１８ａによりキャリアガスライン１３ａの流量を検出し流量調節弁１７ａを制御するようになっており、このキャリアガスライン１４ａに、酸素供給源（図示せず）から必要な圧力の酸素が供給されている。
【００１５】
オゾンガスライン１４ｂには、切換弁１６ｂ、オゾン吸着器１２の温度を調節する温度調節器１７ｂ、オゾン吸着器１２の温度を検出して温度調節器１７ｂを制御する温度制御器１８ｂ、オゾン吸着器１２の圧力を調節する圧力調節器１７ｃ、オゾン吸着器１２の圧力を検出し圧力調節器１７ｃを制御する圧力制御器１８ｃ、及びオゾン吸着器１２を出たオゾンガスの濃度を検出する濃度検出器１８ｄ、が設けられている。
【００１６】
上述した構成により、吸着工程において、切換弁１６ａ，１６ｂを閉じ、切換弁１５ａ，１５ｂを開いて、酸素供給源（図示せず）から供給された酸素によりオゾン発生器１０でオゾンを発生させ、余剰酸素をオゾン発生器１０へ再循環させながら、オゾン吸着器１２内の吸着剤にオゾンを吸着させることができる。
【００１７】
図１のオゾン発生装置は更に、オゾンを消費する外部の反応器で必要とするオゾン量をオゾン吸着器１２で脱着させる脱着量制御装置１９と、脱着したオゾンをキャリアガスと共に貯蔵するオゾンタンク２０と、オゾンタンク２０に希釈ガスを供給する希釈ガスライン２２と、希釈ガスライン２２の流量を制御してオゾンタンク内のオゾン濃度を制御する希釈制御装置２４と、を備えている。
【００１８】
希釈ガスライン２２には、切換弁１６ｃ、流量調節弁１７ｅ、及び流量制御器１８ｅが設けられ、流量制御器１８ｅにより希釈ガスライン２２の流量を検出し流量調節弁１７ｅを制御するようになっており、この希釈ガスライン２２に必要な圧力の窒素が供給されている。なお、切換弁１６ｃは、吸着工程において、切換弁１６ａ，１６ｂと同時に閉じることが好ましい。
【００１９】
更に、オゾンタンク２０から反応器にオゾンガスを供給するオゾン供給ライン２３に流量を制御する流量調節弁１７ｆと、流量制御器１８ｆが設けられており、オゾン供給ライン２３の流量を制御するようになっている。また、オゾンタンク２０内のオゾン濃度を検出する濃度検出器１８ｇが設けられている。流量調節弁１７ｆによる流量制御により、オゾン吸着器１２で脱着されたオゾン量や希釈ガスの流量に変動があっても、常に安定して所望の流量を反応器に供給することができる。
【００２０】
脱着量制御装置１９は、反応器が要求する所望のオゾン濃度と流量から必要とするオゾン量を算出し、このオゾン量を脱着するように温度制御器１８ｂによりオゾン吸着器１２の温度を調節し、圧力制御器１８ｃにより圧力を制御するようになっている。この構成により、脱着量制御装置１９により、反応器２０が要求する必要なオゾン量を脱着させることができる。なお、脱着したオゾンガスの濃度は、濃度検出器１８ｄにより検出され、希釈制御装置２４による制御に用いられる。
【００２１】
また、この脱着量制御装置１９は、発生したオゾンをオゾン吸着器１２から排出してオゾンタンク２０に導入するために必要なキャリアガス（酸素）の流量を算出し、流量制御器１８ａによりこれを調節する。この酸素の流量は、オゾンの排出に必要な最小限の流量、或いはこれよりわずかに多い量とする。すなわち、キャリアガスとして使用する酸素は、必要最小限の少量とし、酸素の消費と後述する希釈ガスによる濃度調節を容易にするように設定するのがよい。この構成により、脱着時にキャリアガスとして使用する酸素の量を、従来のパージ時間中の消費量に比較して大幅に低減することができる。
【００２２】
次に本発明によるオゾン発生装置の制御方法を説明する。
まず、脱着量制御装置１９により、反応器で必要なオゾン濃度と流量から必要とするオゾン量を算出し、このオゾン量を脱着するように温度制御器１８ｂと圧力制御器１８ｃによりオゾン吸着器１２の温度と圧力を制御する。オゾン吸着器１２にはシリカゲル（好ましくは高純度シリカゲル）が充填されており、オゾン吸着器１２の圧力を上げ、温度を下げることによりオゾンを吸着させ、逆に圧力を下げ、温度を上げることによりオゾンを脱着させることができる。また、この圧力と温度の調節によりオゾンの脱着量を制御することができる。
【００２３】
次いで、流量制御器１８ａによりキャリアガスライン１４ａからキャリアガスとしてオゾンの排出に必要な少量の酸素を供給して、脱着したオゾンをキャリアガスと共にオゾンタンクに貯蔵する。同時に、濃度検出器１８ｇによりオゾンタンク２０内のオゾン濃度を検出し、かつオゾンタンク２０に希釈ガス（この図では窒素）を供給して所望のオゾン濃度に制御する。
【００２４】
希釈ガスの流量は、定常状態では、反応器で必要な流量から、オゾンの脱着量とキャリアガスを引いた量であるが、オゾンタンク２０内のオゾン濃度が安定しない場合には、濃度検出器１８ｇによりオゾンタンク２０内のオゾン濃度を検出し、これを所望の濃度になるように希釈ガスの流量を増減させて制御するのがよい。また、上述した制御により、反応器に供給されるオゾンガスの流量は、オゾンの脱着量とキャリアガス及び希釈ガスの総和として一義的に決まるが、負荷に変動がある場合には、オゾン濃度を制御するのがよい。
【００２５】
【実施例】
図２は、吸着剤としてシリカゲルを用いた場合の吸着・脱着試験結果の一例である。図２（Ａ）は、吸着工程におけるオゾン吸着器の出口におけるオゾン濃度の時間変化を示しており、この図から、温度が低いほど、オゾン吸着器の出口でオゾンが検出されるまでの時間が長く、大量にオゾンを吸着できることがわかる。例えば、吸着容量は、２５℃では約６〜７ｋｇ／ｍ³であるが、−１０℃では１２ｋｇ／ｍ³以上となり、低温ほど大量のオゾンを吸着することができる。
【００２６】
図２（Ｂ）は、脱着工程におけるオゾン濃度の時間変化を示しており、この図から、キャリアガスの流量が少ないほど高濃度のオゾンを長時間持続できることがわかる。従って、本発明のように、キャリアガスとしてオゾンの排出に必要な少量の酸素を用いることは、高濃度のオゾンを長時間持続する意味でも効果的である。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、上述した実施形態では、オゾン吸着器は１台であり、オゾンの吸着／脱着が間欠的に行われるが、本発明はこれに限定されず、２台以上のオゾン吸着器を用いて、実質的に連続運転してもよい。また、希釈ガスに窒素を用いているが、オゾンと反応しない他のガス（例えば乾燥空気）を用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
上述した本発明のオゾン発生装置の制御方法によれば、脱着時に少量のキャリアガス（酸素）により、まず高濃度のオゾンガスを放出させ、次に希釈タンク（オゾンタンク）に導入し、希釈ガスで所定濃度に希釈するので、オゾンタンク内のオゾン濃度を常に所望の濃度にすることができる。また、脱着時にキャリアガスとして少量の酸素を用いるため、オゾン吸着器の内部に残存するガスは、吸着時と同じ酸素であり脱着後のパージ工程が不要となり、ただちに吸着工程に入ることができる。従って、吸着／脱着工程が停止するパージ時間がゼロになり、装置の稼働率を高めることができる。また、脱着時にキャリアガスとして使用する酸素の量を、オゾンの排出に必要な少量にすることにより、従来のパージ時間の間に消費した大量の酸素量を大幅に低減することができる。更に、オゾン発生器に窒素が混入するおそれがなくなるため、吸着器にダメージを与えるＮＯｘの生成もなくなる。
【００２９】
また、所望のオゾン濃度と流量から必要とするオゾン量を算出し、該オゾン量を脱着するようにオゾン吸着器の温度と圧力を制御することにより、必要とするオゾン量だけを正確に脱着させることができ、ＮＯｘの生成がなくなり安定した濃度と流量のオゾンガスを供給することができる。
【００３０】
従って、本発明のオゾン発生装置の制御方法は、パージ時間を大幅に短縮、或いはなくすことができ、酸素の消費量を低減でき、かつオゾンガスの濃度と流量の両方を制御できる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を適用するオゾン発生装置の構成図である。
【図２】吸着剤としてシリカゲルを用いた場合の吸着・脱着試験結果の一例である。
【図３】本発明者等の先願にかかるオゾン発生装置の構成図である。
【符号の説明】
１０オゾン発生器
１２オゾン吸着器
１４オゾン排出ライン
１９脱着量制御装置
２０オゾンタンク
２２希釈ガスライン
２４希釈制御装置

Claims

酸素からオゾンを発生させるオゾン発生器と、発生したオゾンを吸着剤に吸着させるオゾン吸着器と、オゾン吸着器にキャリアガスを供給して脱着したオゾンをキャリアガスと共に排出するオゾン排出ラインと、を備えたオゾン発生装置の制御方法において、
キャリアガスとしてオゾンの排出に必要な少量の酸素を用い、オゾンをオゾン吸着器で脱着させ、脱着したオゾンをキャリアガスと共にオゾンタンクに貯蔵し、オゾンタンクに希釈ガスを供給して所望のオゾン濃度に制御する、ことを特徴とするオゾン発生装置の制御方法。
所望のオゾン濃度と流量から必要とするオゾン量を算出し、該オゾン量を脱着するようにオゾン吸着器の温度と圧力を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のオゾン発生装置の制御方法。
更に、反応器にオゾンガスを供給するオゾン供給ラインの流量を制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のオゾン発生装置の制御方法。