JPH09142808A - オゾン発生装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 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、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２０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。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。

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７
ａ，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１
２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１６
ｂ、オゾン吸着器１２の温度を調節する温度調節器１７
ｂ、オゾン吸着器１２の温度を検出して温度調節器１７
ｂ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１８
ｃ、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１
２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１８
ｃ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１８
ｂ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、ＮＯ
ｘ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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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。
3. 【請求項３】 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。