JP6165654B2 - Ozone production equipment - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、オゾン製造装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to an ozone production apparatus.
従来、オゾンを発生させる装置として、オゾン発生器が用いられている。
オゾン発生器は、2つの電極間に位置する放電ギャップに原料酸素(オゾンの原料)を供給させた状態で、2つの電極間に高電圧を印加することで、放電ギャップに発生するバリア放電によりオゾン化ガス(オゾン)を生成する。
Conventionally, an ozone generator has been used as a device for generating ozone.
The ozone generator applies a high voltage between the two electrodes in a state where raw material oxygen (ozone raw material) is supplied to the discharge gap located between the two electrodes, thereby causing barrier discharge generated in the discharge gap. Ozonized gas (ozone) is generated.
従来、オゾン発生器では、低圧の条件を用いてオゾンの生成を行っていた。このため、200g/Nm3よりも高い濃度のオゾンを生成することが困難な可能性があった。 Conventionally, ozone generators generate ozone using low pressure conditions. For this reason, it may be difficult to generate ozone having a concentration higher than 200 g / Nm 3 .
本発明が解決しようとする課題は、高濃度のオゾンを生成することのできるオゾン製造装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an ozone production apparatus capable of generating high-concentration ozone.
実施形態のオゾン製造装置は、酸素供給部と、昇圧部と、オゾン生成装置と、PSA装置と、流量調整部と、第1の圧力計と、第2の圧力計と、制御装置と、を持つ。酸素供給部は、原料酸素を供給する。昇圧部は、前記酸素供給部から供給された前記原料酸素を昇圧する。オゾン生成装置は、前記昇圧部の後段に配置され、昇圧後の前記原料酸素からオゾンを生成させる。PSA装置は、前記オゾン生成装置の後段に配置され、昇圧後の前記原料酸素と前記オゾンとが混合された混合ガスから前記オゾンを分離する。流量調整部は、前記昇圧部の前段に配置され、該昇圧部に供給する前記原料酸素の流量を調整する。第1の圧力計は、前記オゾン生成装置の入口側に位置する前記原料酸素の圧力を測定する。第2の圧力計は、前記オゾン生成装置の出口側に位置する前記混合ガスの圧力を測定する。制御装置は、前記第1の圧力計が測定する第1の圧力と前記第2の圧力計が測定する第2の圧力との差が所定の閾値以下となるように前記流量調整部を制御する。 The ozone production apparatus according to the embodiment includes an oxygen supply unit, a boosting unit, an ozone generation device, a PSA device, a flow rate adjustment unit, a first pressure gauge, a second pressure gauge, and a control device. Have. The oxygen supply unit supplies raw material oxygen. The boosting unit boosts the source oxygen supplied from the oxygen supply unit. The ozone generating device is disposed at the subsequent stage of the pressure increasing unit, and generates ozone from the raw material oxygen after pressure increasing. The PSA device is disposed at a subsequent stage of the ozone generator, and separates the ozone from a mixed gas in which the raw material oxygen and the ozone after the pressure increase are mixed. The flow rate adjusting unit is arranged in front of the boosting unit and adjusts the flow rate of the raw material oxygen supplied to the boosting unit. The first pressure gauge measures the pressure of the raw material oxygen located on the inlet side of the ozone generator. The second pressure gauge measures the pressure of the mixed gas located on the outlet side of the ozone generator. The control device controls the flow rate adjusting unit so that a difference between the first pressure measured by the first pressure gauge and the second pressure measured by the second pressure gauge is equal to or less than a predetermined threshold value. .
以下、実施形態のオゾン製造装置を、図面を参照して説明する。
図1は、本実施形態のオゾン製造装置の概略構成を模式的に示す図である。
図1を参照するに、本実施形態のオゾン製造装置10は、酸素供給部11と、原料酸素供給ライン13と、オゾン生成装置15と、混合ガス供給ライン17と、昇圧部18と、流量調整部21と、制御装置22と、乾燥空気製造装置23と、乾燥空気供給ライン24と、PSA(Pressure Swing Adsorption(圧力変動吸着))装置26(以下、単に「PSA装置26」という)と、アルゴン除去装置28と、を有する。
Hereinafter, the ozone manufacturing apparatus of embodiment is demonstrated with reference to drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a schematic configuration of an ozone production apparatus according to the present embodiment.
Referring to FIG. 1, the
酸素供給部11は、原料酸素供給ライン13の一端と接続されている。酸素供給部11は、原料酸素供給ライン13、流量調整部21、及び昇圧部18を介して、オゾン生成装置15に原料酸素を供給する。
原料酸素としては、例えば、酸素ガスや液体酸素等を用いることができる。酸素供給部11としては、例えば、酸素ガスを供給する酸素ガス供給源、或いは液体酸素を供給する液体酸素供給源を用いることができる。
The
As source oxygen, for example, oxygen gas, liquid oxygen, or the like can be used. For example, an oxygen gas supply source that supplies oxygen gas or a liquid oxygen supply source that supplies liquid oxygen can be used as the
原料酸素供給ライン13は、その一端が酸素供給部11と接続され、他端がオゾン生成装置15と接続されている。原料酸素供給ライン13は、酸素供給部11から供給された原料酸素をオゾン生成装置15に供給する。
The raw material
図2は、本実施形態のオゾン製造装置を構成するオゾン生成装置の断面図である。図2において、X方向は、誘電体電極45の延在方向を示しており、Y方向は、X方向に直交する方向を示している。図2において、図1に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図1及び図2を参照するに、オゾン生成装置15は、耐圧容器41と、金属電極42と、冷却水収容部44と、誘電体電極45と、スペーサ47と、高圧給電端子51と、配線52と、高電圧電源53と、ヒューズ55と、第1の圧力計58と、第2の圧力計59と、を有する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an ozone generator that constitutes the ozone production apparatus of the present embodiment. In FIG. 2, the X direction indicates the extending direction of the
Referring to FIGS. 1 and 2, the
耐圧容器41は、耐圧容器本体61と、ガス導入口62と、ガス導出口64と、冷却水導入口65と、冷却水導出口67と、を有する。
耐圧容器本体61は、オゾンが生成されるオゾン生成空間を区画している。ガス導入口62は、昇圧部18側に位置する耐圧容器本体61の下部に設けられている。ガス導入口62は、原料酸素供給ライン13の他端と接続されている。ガス導入部62は、耐圧容器本体61内に原料酸素供給ライン13を介して供給される原料酸素を導入するための導入口である。
The
The pressure vessel
ガス導出口64は、誘電体電極45の後段に位置する耐圧容器本体61の下部に設けられている。ガス導出口64は、混合ガス供給ライン17の一端と接続されている。
ガス導出口64は、耐圧容器本体61内で生成されたオゾンと原料酸素とが混合された混合ガスを混合ガス供給ライン17に導出するための導出口である。
The
The gas lead-out
冷却水導入口65は、耐圧容器本体61のうち、冷却水収容部44に冷却水を導入可能な位置(具体的には、耐圧容器本体61の下部)に設けられている。冷却水導入口65は、冷却水収容部44に金属電極42を冷却するための冷却水を導入するための導入口である。
冷却水導出口67は、耐圧容器本体61のうち、冷却水収容部44から冷却水を導出可能な位置(具体的には、耐圧容器本体61の上部)に設けられている。冷却水導出口67は、冷却水収容部44から金属電極42の冷却に寄与した冷却水を導出するための導出口である。
上記耐圧容器41は、例えば、0.6MPa程度の圧力に耐え得ることが可能な構造(例えば、材質及び厚さ等)とされている。
The
The
The
金属電極42は、円筒状の部材であり、その中央部に中空部を有する。金属電極42は、該中空部がX方向に延在するように、耐圧容器本体61内に収容されている。
Y方向に位置する金属電極42の外周部は、冷却水導入口65、冷却水導出口67、及び冷却水収容部47を区画する耐圧容器本体61の内壁を囲むように、耐圧容器本体61の内壁と接続されている。金属電極42は、接地されている。
金属電極42としては、例えば、ステンレス管を用いることができる。
The
The outer peripheral portion of the
As the
冷却水収容部44は、金属電極42の内壁と、金属電極42の内壁で囲まれた耐圧容器本体61の内壁と、で区画された円筒状の空間である。冷却水収容部44には、冷却水循環装置(図示せず)から所定の温度に冷却された冷却水が供給される。
The cooling
誘電体電極45は、誘電部材71と、導電膜72と、を有する。誘電部材71は、一方の端が閉塞され、他方の端が開放端とされた円筒状の部材である。誘電部材71は、ガス導入口62側に開放端が位置するように、金属電極42の中空部に挿入されている。誘電部材71は、金属電極42では接触しないように、該中空部に配置されている。
誘電部材71は、金属電極42と導電膜72との間に配置された誘電体として機能する。誘電部材71としては、例えば、ステンレス膜を用いることができる。
導電膜72は、誘電部材71のうち、金属電極42で囲まれた部分の内面を覆うように配置されている。導電膜72としては、例えば、ステンレス膜を用いることができる。
The
The dielectric member 71 functions as a dielectric disposed between the
The conductive film 72 is disposed so as to cover the inner surface of the portion surrounded by the
スペーサ47は、誘電部材71と、誘電部材71と対向する金属電極42との隙間が所定の値となるように、誘電部材71の周囲に複数配置されている。
これにより、誘電部材71と金属電極42との間には、円筒状の空間である放電ギャップ48が形成されている。放電ギャップ48は、パルス放電される領域であり、該領域において、オゾンが生成される。
放電ギャップ48の値が小さいと、濃度の高いオゾンを高い収率で得ることができるが、放電ギャップ48の値が小さすぎると均一な間隔で放電ギャップ48を形成することが困難となる。また、放電ギャップ48の値が小さすぎると、放電ギャップ48を通過するガスの圧力損失が生じるため、放電ギャップ48の下限は、0.05mmとなる。
上記理由により、放電ギャップ48は、例えば、0.05〜0.4mmの範囲内で設定するとよい。
A plurality of
Thereby, a
If the value of the
For the above reason, the
高圧給電端子51は、ガス導入口62側に位置する導電膜72と接続されるように、誘電部材71内に配置されている。
配線52は、一端が高圧給電端子51と接続されており、他端が高電圧電源53と接続されている。
高電圧電源53は、耐圧容器41の外部に配置されている。高電圧電源53は、接地されると共に、ヒューズ55を介して、高圧給電端子51にパルス状の高電圧を印加可能な状態で接続されている。
ヒューズ55は、配線52のうち、耐圧容器41の外部に位置する部分に設けられている。
The high voltage
The
The high
The
第1の圧力計58は、耐圧容器41内のうち、ガス導入口62付近に位置する原料酸素の圧力を測定可能な位置に設けられている。第1の圧力計58は、制御装置22と電気的に接続されている。第1の圧力計58は、測定した圧力に関するデータ(以下、「第1の圧力データ」という)を制御装置22に送信する。
第2の圧力計59は、耐圧容器41内のうち、ガス導出口64付近に位置する混合ガス(オゾンと酸素とを含むガス)の圧力を測定可能な位置に設けられている。第2の圧力計59は、制御装置22と電気的に接続されている。第2の圧力計59は、測定した圧力に関するデータ(以下、「第2の圧力データ」という)を制御装置22に送信する。
第2の圧力計59が測定する圧力は、PSA装置26を構成する第1及び第2の吸着塔81,82の内圧と略等しい。
The
The
The pressure measured by the
上記構成とされたオゾン生成装置15では、放電キャップ48において放電中の電子が原料酸素に含まれる酸素分子と衝突することで生成される酸素原子が他の酸素分子と結合することで、オゾンが生成される。
そして、オゾン生成装置15内で生成されたオゾンと、原料である酸素と、が混合された混合ガスは、ガス導出口64を介して、混合ガス供給ライン17に導出される。
また、オゾン生成装置15では、原料酸素のうちの47%をオゾンにすることが可能である。
In the
The mixed gas in which the ozone generated in the
Moreover, in the ozone production |
混合ガス供給ライン17は、その一端がガス導出口64と接続されている。混合ガス供給ライン17は、PSA装置26にオゾンを含んだ混合ガスを供給する。
昇圧部18は、流量調整部21(具体的には、流量計21−2)とオゾン生成装置15との間に位置する原料酸素供給ライン13に設けられている。昇圧部18は、原料酸素供給ライン13により供給される原料酸素の圧力が所定の圧力となるように昇圧する。
昇圧部18により、所定の圧力に昇圧された原料酸素は、原料酸素供給ライン13及びガス導入口62を介して、オゾン生成装置15の耐圧容器本体61内に供給され、放電状態とされた放電ギャップ48を通過することで、その一部がオゾンとなる。
One end of the mixed gas supply line 17 is connected to the
The
The source oxygen boosted to a predetermined pressure by the
上記所定の圧力とは、オゾンを吸着後に、該オゾンを脱着させた際にPSA装置26から導出されるオゾンの濃度が280g/Nm3以上となる圧力のことをいう。
オゾン及び過酸化水素による水中の難分解物質分解に有効であるOHラジカルの濃度は、オゾンの濃度の2乗で生成される。従来のオゾンの濃度(例えば、200g/Nm3)に含まれるOHラジカルの濃度を2倍にするためには、オゾン濃度を√2(=1.4142)倍にする必要がある。つまり、従来のOHラジカルの2倍以上の濃度を得るためには、オゾンの濃度を280(=200×1.4142)g/Nm3以上にする必要がある。
The predetermined pressure refers to a pressure at which the ozone concentration derived from the
The concentration of OH radicals that are effective for decomposition of hardly decomposed substances in water by ozone and hydrogen peroxide is generated by the square of the concentration of ozone. In order to double the concentration of OH radicals contained in the conventional ozone concentration (for example, 200 g / Nm 3 ), it is necessary to increase the ozone concentration by √2 (= 1.4142). That is, in order to obtain a concentration twice or more that of the conventional OH radical, the concentration of ozone needs to be 280 (= 200 × 1.4142) g / Nm 3 or more.
オゾンの濃度が280g/Nm3以上となる上記所定の圧力は、例えば、放電ギャップ48が0.4mm以下の場合には、0.15〜0.46MPaの範囲内に設定するとよい。
このように、オゾン生成装置15の前段に昇圧部18を設け、放電ギャップ48が0.4mm以下の場合において、昇圧部18により、原料酸素の圧力を0.15〜0.46MPaの範囲内の圧力となるように昇圧することで、PSA装置26から導出されるオゾンの濃度を280g/Nm3以上にすることができる。
For example, when the
As described above, when the
なお、放電ギャップ48の値により、上記所定の圧力は異なる。具体的には、放電ギャップ48が0.05mmの場合には、例えば、原料酸素の圧力が0.11〜0.8MPaMPaの範囲内の圧力となるように昇圧することで、濃度が280g/Nm3以上とされたオゾンを得ることができる。
また、放電ギャップ48が0.1mmの場合には、例えば、原料酸素の圧力が0.12〜0.75MPaの範囲内の圧力となるように昇圧することで、濃度が280g/Nm3以上とされたオゾンを得ることができる。
また、先に説明したように、放電ギャップ48が0.4mmの場合には、例えば、原料酸素の圧力が0.15〜0.46MPaの範囲内の圧力となるように昇圧することで、濃度が280g/Nm3以上とされたオゾンを得ることができる。
The predetermined pressure varies depending on the value of the
Further, when the
In addition, as described above, when the
高濃度(280g/Nm3以上)のオゾンの自己分解により生成されるOHラジカルは、自然界に存在するフッ素の次に酸化力が高いため、難分解性有害物であるNDMA(N− ニトロソジメチルアミン)、MTBE(メチル−t−ブチルエーテル)、1,4ジオキサン、ダイオキシン、自然界に流出した薬等を分解可能である。
また、該OHラジカルは、半導体洗浄やパッシベーション膜に生成、原子炉の除染等の用途に適用可能である。
OH radicals generated by the self-decomposition of ozone at a high concentration (280 g / Nm 3 or more) have the highest oxidizing power next to fluorine that exists in nature. Therefore, NDMA (N-nitrosodimethylamine) is a hardly decomposable harmful substance. ), MTBE (methyl-t-butyl ether), 1,4 dioxane, dioxin, drugs spilled into nature and the like.
Further, the OH radical can be applied to applications such as semiconductor cleaning, passivation film generation, and reactor decontamination.
図3は、オゾンを含む混合ガスを第1の吸着塔に供給し、吸着時における第1の吸着塔内のガス圧を変化させたときの該ガス圧(MPa)と脱着オゾン濃度/吸着オゾン濃度(%)との関係を示す図(グラフ)である。
図3は、オゾン生成装置15の性能を含まない第1の吸着塔単体の性能を示している。吸着オゾン濃度は、第1の吸着塔81を構成する吸着剤122に吸着するオゾンの濃度を示している。また、脱着オゾン濃度は、第1の吸着塔81を構成する吸着剤122から脱着するオゾンの濃度を示している。
なお、PSA装置26を構成する第2の吸着塔82の性能も図3に示す第1の吸着塔81の性能と略等しい。
FIG. 3 shows the gas pressure (MPa) and desorbed ozone concentration / adsorbed ozone when the mixed gas containing ozone is supplied to the first adsorption tower and the gas pressure in the first adsorption tower is changed during adsorption. It is a figure (graph) which shows the relationship with density | concentration (%).
FIG. 3 shows the performance of the first adsorption tower alone that does not include the performance of the
The performance of the
酸素供給部11が供給する原料酸素が酸素ガスの場合、昇圧部18としては、例えば、酸素ガスの圧力を昇圧する昇圧ポンプを用いることができる。
図3に示すように、PSA装置26は、吸着時において、吸着塔内のガス圧が高くなると、オゾンの収率が向上する。そのため、昇圧部18として昇圧ポンプを用いる場合、オゾン生成装置15とPSA装置26との間に位置する混合ガス供給ライン17(言い換えれば、PSA装置26の直前)に該昇圧ポンプを配置することも考えられる。
When the raw material oxygen supplied by the
As shown in FIG. 3, in the
しかしながら、オゾン生成装置15とPSA装置26との間に昇圧ポンプを配置すると、混合ガス供給ライン17により供給される混合ガスに含まれるオゾンにより、昇圧ポンプが酸化されて破損してしまう。
したがって、図1にしめすように、昇圧部18となる昇圧ポンプの配設位置は、PSA装置26の直前ではなく、オゾンを生成するオゾン生成装置15の前段に配置するとよい。
However, if a booster pump is disposed between the
Therefore, as shown in FIG. 1, the position of the booster pump serving as the
酸素供給部11から供給される原料酸素が液体酸素の場合、昇圧部18は、液体酸素をガス化させる蒸発器を用いることができる。
このように、昇圧部18として蒸発器を設け、該蒸発器により、液体酸素をガス化させることで、原料酸素が所定の圧力となるように昇圧することができる。
When the raw material oxygen supplied from the
In this way, an evaporator is provided as the
図1を参照するに、流量調整部21は、自動バルブ21−1と、流量計21−2と、を有する。自動バルブ21−1は、酸素供給部11と昇圧部18との間に位置する原料酸素供給ライン13に設けられている。自動バルブ21−1は、制御装置22と電気的に接続されている。
Referring to FIG. 1, the flow rate adjustment unit 21 includes an automatic valve 21-1 and a flow meter 21-2. The automatic valve 21-1 is provided in the raw material
流量計21−2は、自動バルブ21−1と昇圧部18との間に位置する原料酸素供給ライン13に設けられている。流量計21−2は、制御装置22と電気的に接続されている。
流量計21−2は、自動バルブ21−1を経由した原料酸素の流量を測定し、制御装置22に、測定した流量に関するデータ(以下、「原料酸素流量データ」という)を送信する。
酸素供給部11が供給する原料酸素が酸素ガスの場合、流量計21−2としては、ガス測定用の流量計を用いる。酸素供給部11が供給する原料酸素が液体酸素の場合、流量計21−2としては、液体測定用の流量計を用いる。
The flow meter 21-2 is provided in the raw material
The flow meter 21-2 measures the flow rate of the raw material oxygen via the automatic valve 21-1 and transmits data relating to the measured flow rate (hereinafter referred to as “raw material oxygen flow rate data”) to the
When the raw material oxygen supplied by the
制御装置22は、記憶部22−1と、演算部22−2と、制御部22−3と、を有する。
記憶部22−1には、オゾン製造装置10を用いたオゾン生成及び回収処理を行うためのプログラム、第1の圧力計58が測定する第1の圧力と第2の圧力計59が測定する第2の圧力との差が所定の閾値(以下、「差圧閾値」という)以下となるように流量調整部21を制御するためのプログラム、及び差圧閾値に関するデータが格納されている。
The
The storage unit 22-1 includes a program for performing ozone generation and recovery processing using the
オゾン生成装置15の出口側のオゾン濃度が380g/Nm3、原料酸素の流量を0.07Nm3/h、オゾン生成装置15内の圧力を0.5MPa、放電ギャップが0.05mmとした場合、差圧閾値は、例えば、0.08MPaとすることができる。
また、上記条件において、放電ギャップを0.05mmから0.1mmに変更した場合、差圧閾値は、例えば、0.011MPaとすることができる。
また、上記条件において、放電ギャップを0.05mmから0.4mmに変更した場合、差圧閾値は、例えば、0.00017MPaとすることができる。
When the ozone concentration on the outlet side of the
Further, when the discharge gap is changed from 0.05 mm to 0.1 mm under the above conditions, the differential pressure threshold can be set to 0.011 MPa, for example.
In the above conditions, when the discharge gap is changed from 0.05 mm to 0.4 mm, the differential pressure threshold can be set to 0.00017 MPa, for example.
演算部22−2では、第1及び第2の圧力計58,59から送信される第1及び第2の圧力データから差圧を求め、該差圧が記憶部22−1に格納された差圧閾値以下になっているかどうかの判定を行い、その判定結果を制御部22−3に送信する。 In the calculation unit 22-2, a differential pressure is obtained from the first and second pressure data transmitted from the first and second pressure gauges 58 and 59, and the differential pressure is stored in the storage unit 22-1. It is determined whether or not it is equal to or lower than the pressure threshold value, and the determination result is transmitted to the control unit 22-3.
制御部22−3は、オゾン製造装置10の制御全般を行う。また、制御部22−3は、上記差圧が差圧閾値以下になっていない場合には、自動バルブ21−1の開度を調節して、上記差圧が差圧閾値以下となるように原料酸素の流量を調整する。
The control unit 22-3 performs overall control of the
なお、図1では、流量調整部21を自動で制御する場合を例に挙げて説明したが、自動バルブ21−1に替えて、手動バルブを設け、第1及び第2の圧力計58,59が測定する第1及び第2の圧力と、差圧閾値と、に基づいて、第1の圧力と第2の圧力との差が差圧閾値以下となるように、原料酸素の流量を調整してもよい。 In FIG. 1, the case where the flow rate adjusting unit 21 is automatically controlled has been described as an example. However, instead of the automatic valve 21-1, a manual valve is provided, and the first and second pressure gauges 58 and 59 are provided. The flow rate of the raw material oxygen is adjusted so that the difference between the first pressure and the second pressure is less than or equal to the differential pressure threshold based on the first and second pressures measured by May be.
このように、昇圧部18の前段に配置され、昇圧部18に供給する原料酸素の流量を調整する流量調整部21と、オゾン生成装置15の入口側に位置する原料酸素の圧力を測定する第1の圧力計58と、オゾン生成装置15の出口側に位置する混合ガス(原料酸素及びオゾンを含むガス)の圧力を測定する第2の圧力計59と、を有することにより、第1及び第2の圧力計58,59が測定する第1及び第2の圧力の差圧が差圧閾値以下なるように、酸素供給部11が供給する原料酸素の流量を調整することが可能となる。
これにより、オゾン生成装置15とPSA装置26との間に、別途、混合ガスの圧力を昇圧させるためのポンプが不要になると共に、高濃度のオゾンを効率良く生成及び回収することができる。
In this way, the flow rate adjusting unit 21 that is arranged in the preceding stage of the boosting
This eliminates the need for a separate pump for increasing the pressure of the mixed gas between the
乾燥空気製造装置23は、乾燥空気供給ライン24の一端と接続されている。乾燥空気製造装置23は、第1の吸着塔81の吸着剤122または第2の吸着塔82の吸着剤125に吸着したオゾンを脱着させる際に、乾燥空気供給ライン24を介して、第1の吸着塔81内または第2の吸着塔82内に乾燥空気を供給する。
乾燥空気供給ライン24は、原料酸素リサイクル用ライン92のうち、原料酸素リサイクル用ライン91から分岐した原料酸素リサイクル用ライン92の分岐位置とバルブ95との間に位置する部分と接続されている。
The dry
The dry
図1を参照するに、PSA装置26は、第1の吸着塔81と、第2の吸着塔82と、原料酸素供給用分岐ライン84,85と、バルブ87,88,94,95,97,104,105,111,112と、原料酸素リサイクル用ライン91,92と、乾燥空気供給用分岐ライン101,102と、オゾン回収ライン107,108と、を有する。
Referring to FIG. 1, the
第1及び第2の吸着塔81,82は、並列に接続されている。第1の吸着塔81は、第1の吸着塔本体121と、吸着剤122と、を有する。第1の吸着塔本体121は、その内部に吸着剤122を収容している。吸着剤122は、混合ガスに含まれるオゾンを選択的に吸着する。
吸着剤122としては、オゾンを吸着可能な吸着剤を用いる。具体的には、吸着剤122としては、例えば、ゼオライトを用いることができる。
The first and second adsorption towers 81 and 82 are connected in parallel. The
As the adsorbent 122, an adsorbent capable of adsorbing ozone is used. Specifically, as the adsorbent 122, for example, zeolite can be used.
第2の吸着塔82は、第2の吸着塔本体124と、吸着剤125と、を有する。第2の吸着塔本体124は、その内部に吸着剤125を収容している。吸着剤125は、混合ガスに含まれるオゾンを選択的に吸着する。吸着剤125としては、第1の吸着塔81を構成する吸着剤125と同様なものを用いることができる。
The
原料酸素供給用分岐ライン84,85は、混合ガス供給ライン17から分岐されたラインである。原料酸素供給用分岐ライン84は、吸着剤122に混合ガスを供給可能な状態で、第1の吸着塔81の底部と接続されている。原料酸素供給用分岐ライン85は、吸着剤125に混合ガスを供給可能な状態で、第2の吸着塔82の底部と接続されている。
The source oxygen
バルブ87は、原料酸素供給用分岐ライン84に設けられている。バルブ87が開くと、第1の吸着塔81内に混合ガスが供給され、バルブ87が閉じると、第1の吸着塔81内への混合ガスの供給が停止される。
バルブ88は、原料酸素供給用分岐ライン85に設けられている。バルブ88が開くと、第2の吸着塔82内に混合ガスが供給され、バルブ88が閉じると、第2の吸着塔82内への混合ガスの供給が停止される。
The
The valve 88 is provided in the
原料酸素リサイクル用ライン91は、一端が第1の吸着塔81の上端部と接続されており、他端が流量計21−2と昇圧部18との間に位置する原料酸素供給ライン13と接続されている。
原料酸素リサイクル用ライン91は、アルゴン除去装置28を介して、第1の吸着塔81を通過した原料酸素を昇圧部18に供給する。
原料酸素リサイクル用ライン92は、原料酸素リサイクル用ライン91から分岐されたラインであり、その端が第2の吸着塔82の上端部と接続されている。
原料酸素リサイクル用ライン92は、原料酸素リサイクル用ライン91の一部、及びアルゴン除去装置28を介して、第2の吸着塔82を通過した原料酸素を昇圧部18に供給する。
One end of the raw material
The raw material
The raw material
The raw material
バルブ94は、原料酸素リサイクル用ライン91に設けられている。バルブ94は、第1の吸着塔81がオゾンを吸着する際に開かれ、オゾンを脱着する際に閉じられる。バルブ94が開かれた状態では、アルゴン除去装置28に原料酸素が供給される。
バルブ95は、原料酸素リサイクル用ライン92に設けられている。バルブ95は、第2の吸着塔82がオゾンを吸着する際に開かれ、オゾンを脱着する際に閉じられる。バルブ95が開かれた状態では、アルゴン除去装置28に原料酸素が供給される。
The
The valve 95 is provided in the raw material
バルブ97は、乾燥空気供給ライン24に設けられている。バルブ97を閉じることで、原料酸素リサイクル用ライン92を介して、乾燥空気がオゾンの吸着処理をしている吸着塔(第1の吸着塔81または第2の吸着塔82)内に導入されることを防止できる。
The
乾燥空気供給用分岐ライン101は、バルブ97と乾燥空気製造装置23との間に位置する乾燥空気供給ラインから分岐されたラインである。乾燥空気供給用分岐ライン101の端は、バルブ94と第1の吸着塔81との間に位置する原料酸素リサイクル用ライン91と接続されている。
乾燥空気供給用分岐ライン102は、乾燥空気供給用分岐ライン101から分岐されたラインである。乾燥空気供給用分岐ライン102の端は、バルブ95と第2の吸着塔82との間に位置する原料酸素リサイクル用ライン92と接続されている。
The
The dry air
バルブ104は、乾燥空気供給用分岐ライン101に設けられている。バルブ104は、第1の吸着塔81がオゾンを吸着する際に閉じられ、オゾンを脱着する際に開かれる。バルブ94が開かれた状態では、第1の吸着塔81内に乾燥空気が供給される。
バルブ105は、乾燥空気供給用分岐ライン102に設けられている。バルブ105は、第2の吸着塔82がオゾンを吸着する際に閉じられ、オゾンを脱着する際に開かれる。バルブ105が開かれた状態では、第2の吸着塔82内に乾燥空気が供給される。
The
The
オゾン回収用ライン107は、第1の吸着塔81とバルブ87との間に位置する原料酸素供給用分岐ライン84から分岐されたラインである。オゾン回収用ライン107は、第1の吸着塔81の吸着剤122から脱着させたオゾンを回収する。
オゾン回収用ライン107のうち、オゾン回収用ライン108の接続位置よりも後段に位置する部分は、オゾン回収用ライン108介して、第2の吸着塔82の吸着剤125から脱着させたオゾンを回収する。
The
Of the
オゾン回収用ライン108は、バルブ88と第2の吸着塔82との間に位置する原料酸素供給用分岐ライン85から分岐されている。オゾン回収用ライン108の端は、オゾン回収用ライン107と接続されている。
オゾン回収用ライン108は、第2の吸着塔82の吸着剤125から脱着させたオゾンを回収するためのラインである。
The
The
バルブ111は、オゾン回収用ライン107の分岐位置とオゾン回収用ライン108の接続位置との間に位置するオゾン回収用ライン107に設けられている。
バルブ111は、第1の吸着塔81がオゾンを吸着する際に閉じられ、オゾンを脱着する際に開かれる。バルブ111が開かれた状態では、第1の吸着塔81内から脱着されたオゾンがオゾン回収用ライン107に供給される。
The
The
バルブ112は、オゾン回収用ライン108に設けられている。バルブ112は、第2の吸着塔82がオゾンを吸着する際に閉じられ、オゾンを脱着する際に開かれる。バルブ112が開かれた状態では、第2の吸着塔82内から脱着されたオゾンがオゾン回収用ライン108に供給される。
上記構成とされたPSA装置26としては、例えば、酸素PSA装置を用いることができる。
The
As the
このように、オゾンを選択的に吸着する吸着剤122,125を含む第1及び第2の吸着塔81,82を有するPSA装置26を用いて、オゾンを分離することで、一方の吸着塔でオゾンの吸着処理を行い、他方の吸着塔でオゾンの脱着処理を行うことが可能となるので、連続して高濃度のオゾンを分離及び回収することができる。
なお、図1では、PSA装置26を構成する吸着塔が2つの場合を例に挙げて説明したが、PSA装置26を構成する吸着塔の数は、複数であればよく、2つに限定されない。
Thus, by separating the ozone using the
In FIG. 1, the case where there are two adsorption towers constituting the
アルゴン除去装置28は、原料酸素リサイクル用ライン91と原料酸素供給ライン13とが接続される位置と、原料酸素リサイクル用ライン92の分岐位置と、の間に位置する原料酸素供給ライン13に設けられている。
アルゴン除去装置28は、第1及び第2の吸着塔81,82から供給される原料酸素に含まれるアルゴンを除去するための装置である。アルゴン除去装置28によりアルゴンが除去された原料酸素は、原料酸素リサイクル用ライン91及び原料酸素供給ライン13を介して、昇圧部18に供給される。
The
The
先に説明したように、オゾン生成装置15では、原料酸素のうちの47%をオゾンにすることが可能である。このため、原料酸素リサイクル用ライン91を介して、昇圧部18に供給される原料酸素の量を少なくすることが可能となる。よって、アルゴン除去装置28を駆動させるためのエネルギーを低減することができる。
As described above, in the
本実施形態のオゾン製造装置によれば、原料酸素を供給する酸素供給部11と、酸素供給部11から供給された原料酸素を昇圧する昇圧部18と、昇圧部18の後段に配置され、昇圧後の原料酸素からオゾンを生成させるオゾン生成装置15と、オゾン生成装置15の後段に配置され、昇圧後の原料酸素とオゾンとが混合された混合ガスからオゾンを分離するPSA装置26と、を有する。
これにより、オゾン生成装置15の前段において、原料酸素の圧力を昇圧させ、オゾン生成装置15を介して、該原料酸素の圧力と略等しい圧力とされた混合ガス(オゾンと原料酸素とを含むガス)を吸着塔(具体的には、第1の吸着塔81または第2の吸着塔82)に供給することが可能となる。
According to the ozone production apparatus of the present embodiment, the
As a result, the pressure of the raw material oxygen is increased in the previous stage of the
また、PSA装置26から導出されるオゾンの濃度が280g/Nm3以上となるように、混合ガスの圧力(具体的には、オゾン生成装置15を構成する第2の圧力計が測定する圧力)を調節することが可能となる。
したがって、従来の装置で取得される200g/Nm3の濃度のオゾンに含まれるOHラジカルの2倍以上の濃度を有する高濃度のオゾン(濃度が280g/Nm3以上とされたオゾン)を得ることができる。
さらに、オゾン生成装置15の前段に昇圧部18を配置させることで、オゾン生成装置15で生成されるオゾンにより、昇圧部18が酸化することを抑制できる。
Further, the pressure of the mixed gas (specifically, the pressure measured by the second pressure gauge constituting the ozone generator 15) so that the concentration of ozone derived from the
Therefore, to obtain high-concentration ozone (ozone whose concentration is 280 g / Nm 3 or more) having a concentration twice or more that of OH radicals contained in ozone with a concentration of 200 g / Nm 3 obtained by a conventional apparatus. Can do.
Furthermore, by arranging the
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、酸素供給部11から供給された原料酸素を昇圧する昇圧部18と、昇圧部18に昇圧された原料酸素からオゾンを生成させるオゾン生成装置15と、オゾン生成装置15の後段に配置され、昇圧後の原料酸素とオゾンとが混合された混合ガスからオゾンを分離するPSA装置26とを持つことにより、濃度が280g/Nm3以上とされた高濃度のオゾンを得ることができる。
According to at least one embodiment described above, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
以下、実施例について説明する。
(実施例1)
実施例1では、図1に示すオゾン製造装置10の構成に、さらに、2つのオゾン濃度分析装置(荏原実業株式会社製のオゾンモニタ(UVオゾンモニタ;モデル600))を設けた装置を用いた。
一方のオゾン濃度測定器は、ガス導出口64(図2参照)の近傍に位置する混合ガス供給ライン17を流れる混合ガスに含まれるオゾン濃度(言い換えれば、オゾン生成装置の出口のオゾン濃度)を分析可能な位置に配置させた。
他方のオゾン濃度測定器は、オゾン回収用ライン108の接続位置の後段に位置するオゾン回収用ライン107を流れるガスに含まれるオゾン濃度(言い換えれば、PSA装置の出口のオゾン濃度)を分析可能な位置に配置させた。
Examples will be described below.
Example 1
In Example 1, a device provided with two ozone concentration analyzers (an ozone monitor (UV ozone monitor; model 600) manufactured by Sugawara Jitsugyo Co., Ltd.) in addition to the configuration of the
One ozone concentration measuring device measures the ozone concentration (in other words, the ozone concentration at the outlet of the ozone generator) contained in the mixed gas flowing through the mixed gas supply line 17 located in the vicinity of the gas outlet 64 (see FIG. 2). It was placed at a position where it could be analyzed.
The other ozone concentration measuring device can analyze the ozone concentration (in other words, the ozone concentration at the outlet of the PSA device) contained in the gas flowing through the
図2に示すオゾン生成装置15としては、東芝試作の高気圧オゾン発生装置を用いた。オゾン発生装置15としては、平板型オゾン発生装置を用いた。該平板型オゾン発生装置の放電面積は、0.04m2とした。該平板型オゾン発生装置において、ガスは、電極周辺から中央に向って流れる。
高電圧電源53としては、2−5kHzでピーク電圧が13kVの交流電源を用いた。また、放電ギャップ48は、0.05mmとした。今回は、小型で検証用の平板型オゾン発生装置を用いたが、従来例にも示した同軸円筒型オゾン発生装置を用いてもよい。
As the
As the high
上記2つのオゾン濃度分析装置が設けられたオゾン製造装置10を用いて、第1の圧力計58が測定する第1の圧力と、第2の圧力計59が測定する第2の圧力と、の差が0.01MPa以内となるように、原料酸素である酸素ガスの流量を調節した上で、オゾン生成装置15により、オゾンを生成させた。このとき、一方のオゾン濃度測定器を用いて、オゾン生成装置15の出口のオゾン濃度を測定した。
A first pressure measured by the
次いで、第1の吸着塔81内のガス圧を0.2MPaとし、吸着剤122である室温動作ゼオライトにオゾンを吸着させた。
その後、0.5MPaの圧力で吸着剤122に吸着したオゾンを脱着させ、他方のオゾン濃度測定器を用いて、PSA装置26の出口のオゾン濃度を測定した。
この結果を図4に示す。図4は、実施例1の放電ギャップを0.05mmとしたときのオゾン吸着時の第1の吸着塔内のガス圧とオゾン濃度との関係を示す図(グラフ)である。
なお、図4に示す2つの曲線は、飽和オゾン濃度曲線と、PSA装置26の出口側のオゾン濃度曲線と、を示している。
Next, the gas pressure in the
Thereafter, ozone adsorbed on the adsorbent 122 at a pressure of 0.5 MPa was desorbed, and the ozone concentration at the outlet of the
The result is shown in FIG. FIG. 4 is a graph (graph) showing the relationship between the gas pressure in the first adsorption tower and the ozone concentration during ozone adsorption when the discharge gap in Example 1 is 0.05 mm.
Note that the two curves shown in FIG. 4 indicate a saturated ozone concentration curve and an ozone concentration curve on the outlet side of the
その後、オゾン吸着時の第1の吸着塔81内のガス圧を0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPaと順次変化させて、上記説明した第1の吸着塔81内のガス圧を0.2MPaにしたときと同様な試験を行い、各ガス圧のときのオゾン生成装置15の出口のオゾン濃度、及びPSA装置26の出口のオゾン濃度を測定した。この結果を図4に示す。
Thereafter, the gas pressure in the
図4を参照するに、放電ギャップ48が0.05mmの場合、PSA装置26の出口におけるオゾン濃度を280g/Nm3にするためには、吸着時における第1の吸着塔81内のガス圧を0.11〜0.8MPaにするとよいことが確認できた。
また、吸着時の第1の吸着塔81内のガス圧を0.4〜0.5MPaの範囲内とすることで、オゾン濃度を800g/Nm3まで高めることが可能であることが確認できた。
なお、第2の吸着塔82を用いて、同様な実験を行ったところ、同様な結果が得られた。
Referring to FIG. 4, when the
In addition, it was confirmed that the ozone concentration can be increased to 800 g / Nm 3 by setting the gas pressure in the
In addition, when a similar experiment was performed using the
(実施例2)
実施例2では、放電ギャップを0.1mmに変更したこと以外は、実施例1と同様な手法により、オゾン吸着時の第1の吸着塔81内のガス力を0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPaと順次変更させて、オゾン生成装置15の出口のオゾン濃度、及びPSA装置26の出口のオゾン濃度を測定した。この結果を図5に示す。
(Example 2)
In Example 2, except that the discharge gap was changed to 0.1 mm, the gas force in the
図5は、実施例2の放電ギャップを0.1mmとしたときのオゾン吸着時の第1の吸着塔内のガス圧とオゾン濃度との関係を示す図(グラフ)である。なお、図5に示す2つの曲線は、飽和オゾン濃度曲線と、PSA装置26の出口側のオゾン濃度曲線と、を示している。
図5を参照するに、放電ギャップ48が0.1mmの場合、PSA装置26の出口におけるオゾン濃度を280g/Nm3にするためには、第1の吸着塔81内の吸着時のガス圧を0.12〜0.75MPaの範囲内に設定するとよいことが確認できた。
また、吸着時の第1の吸着塔81内のガス圧を0.3〜0.4MPaの範囲内とすることで、オゾン濃度を600g/Nm3まで高めることができることが確認できた。
なお、第2の吸着塔82を用いて、同様な実験を行ったところ、上記説明した第1の吸着塔81と同様な結果が得られた。
FIG. 5 is a graph (graph) showing the relationship between the gas pressure in the first adsorption tower and the ozone concentration during ozone adsorption when the discharge gap in Example 2 is 0.1 mm. Note that the two curves shown in FIG. 5 indicate a saturated ozone concentration curve and an ozone concentration curve on the outlet side of the
Referring to FIG. 5, when the
It was also confirmed that the ozone concentration could be increased to 600 g / Nm 3 by setting the gas pressure in the
In addition, when the same experiment was conducted using the
(実施例3)
実施例3では、放電ギャップを0.4mmに変更したこと以外は、実施例1と同様な手法により、オゾン吸着時の第1の吸着塔81内のガス圧を0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa、0.8MPaと順次変更させて、オゾン生成装置15の出口のオゾン濃度、及びPSA装置26の出口のオゾン濃度を測定した。この結果を図6に示す。
(Example 3)
In Example 3, except that the discharge gap was changed to 0.4 mm, the gas pressure in the
図6は、実施例3の放電ギャップを0.4mmとしたときのオゾン吸着時の第1の吸着塔内のガス圧とオゾン濃度との関係を示す図(グラフ)である。なお、図6に示す2つの曲線は、飽和オゾン濃度曲線と、PSA装置26の出口側のオゾン濃度曲線と、を示している。
図6を参照するに、放電ギャップ48が0.4mmの場合、PSA装置26の出口におけるオゾン濃度を280g/Nm3にするためには、第1の吸着塔81内の吸着時のガス圧を0.15〜0.46MPaにするとよいことが確認できた。
また、吸着時の第1の吸着塔81内のガス圧を0.3MPaとすることで、オゾン濃度を400g/Nm3まで高めることが可能であることが確認できた。
なお、第2の吸着塔82を用いて、同様な実験を行ったところ、上記説明した第1の吸着塔81と同様な結果が得られた。
FIG. 6 is a graph (graph) showing the relationship between the gas pressure in the first adsorption tower and the ozone concentration during ozone adsorption when the discharge gap in Example 3 is 0.4 mm. Note that the two curves shown in FIG. 6 indicate a saturated ozone concentration curve and an ozone concentration curve on the outlet side of the
Referring to FIG. 6, when the
Further, it was confirmed that the ozone concentration could be increased to 400 g / Nm 3 by setting the gas pressure in the
In addition, when the same experiment was conducted using the
10…オゾン製造装置、11…酸素供給部、13…原料酸素供給ライン、15…オゾン生成装置、17…混合ガス供給ライン、18…昇圧部、21…流量調整部、21−1…自動バルブ、21−2…流量計、22…制御装置、22−1…記憶部、22−2…演算部、22−3…制御部、23…乾燥空気製造装置、24…乾燥空気供給ライン、26…PSA装置、28…アルゴン除去装置、41…耐圧容器、42…金属電極、44…冷却水収容部、45…誘電体電極、47…スペーサ、48…放電ギャップ、51…高圧給電端子、52…配線、53…高電圧電源、55…ヒューズ、58…第1の圧力計、59…第2の圧力計、61…耐圧容器本体、62…ガス導入口、64…ガス導出口、65…冷却水導入口、67…冷却水導出口、71…誘電部材、72…導電膜、81…第1の吸着塔、82…第2の吸着塔、84,85…原料酸素供給用分岐ライン、87,88,94,95,97,104,105,111,112…バルブ、91,92…原料酸素リサイクル用ライン、101,102…乾燥空気供給用分岐ライン、107,108…オゾン回収用ライン、121…第1の吸着塔本体、122,125…吸着剤、124…第2の吸着塔本体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記酸素供給部から供給された前記原料酸素を昇圧する昇圧部と、
前記昇圧部の後段に配置され、昇圧後の前記原料酸素からオゾンを生成させるオゾン生成装置と、
前記オゾン生成装置の後段に配置され、昇圧後の前記原料酸素と前記オゾンとが混合された混合ガスから前記オゾンを分離するPSA装置と、
前記昇圧部の前段に配置され、該昇圧部に供給する前記原料酸素の流量を調整する流量調整部と、
前記オゾン生成装置の入口側に位置する前記原料酸素の圧力を測定する第1の圧力計と、
前記オゾン生成装置の出口側に位置する前記混合ガスの圧力を測定する第2の圧力計と、
前記第1の圧力計が測定する第1の圧力と前記第2の圧力計が測定する第2の圧力との差が所定の閾値以下となるように前記流量調整部を制御する制御装置と、
を有するオゾン製造装置。 An oxygen supply unit for supplying raw material oxygen;
A booster that boosts the source oxygen supplied from the oxygen supplier;
An ozone generating device that is arranged at a subsequent stage of the boosting unit and generates ozone from the source oxygen after boosting;
A PSA device that is disposed downstream of the ozone generator and separates the ozone from a mixed gas in which the raw material oxygen and the ozone after pressure increase are mixed;
A flow rate adjusting unit that is arranged in front of the boosting unit and adjusts the flow rate of the raw material oxygen supplied to the boosting unit;
A first pressure gauge for measuring the pressure of the raw material oxygen located on the inlet side of the ozone generator;
A second pressure gauge for measuring the pressure of the mixed gas located on the outlet side of the ozone generator;
A control device for controlling the flow rate adjusting unit so that a difference between a first pressure measured by the first pressure gauge and a second pressure measured by the second pressure gauge is not more than a predetermined threshold;
Ozone production apparatus having
前記昇圧部は、前記酸素ガスの圧力を昇圧する昇圧ポンプである請求項1記載のオゾン製造装置。 The raw material oxygen is oxygen gas,
The booster is a booster pump to boost the pressure of the oxygen gas according to claim 1 Symbol placement of the ozone producing apparatus.
前記昇圧部は、前記液体酸素をガス化させる蒸発器である請求項1記載のオゾン製造装置。 The raw material oxygen is liquid oxygen,
The boosting unit according to claim 1 Symbol placement of the ozone producing apparatus of the liquid oxygen is a evaporator for gasification.
前記昇圧部は、前記PSA装置の吸着塔内の圧力が0.15〜0.46MPaの範囲内となるように、前記原料酸素を昇圧させる請求項1ないし3のうち、いずれか1項記載のオゾン製造装置。 The ozone generator has a discharge gap disposed between two electrodes and 0.4 mm or less,
The said pressurization part pressurizes the said raw material oxygen so that the pressure in the adsorption tower of the said PSA apparatus may be in the range of 0.15-0.46 Mpa, The any one of Claims 1 thru | or 3 Ozone production equipment.
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