(57)【要約】【課題】オゾンハイドレートを効率よく製造する。【解決手段】オゾンハイドレート製造装置１００は、二酸化炭素貯留部１３０に貯留された液化二酸化炭素を減圧させるフラッシュドラムと、減圧された液化二酸化炭素とオゾンとを熱交換してオゾンを冷却する第１冷却器と、第１冷却器によって冷却されたオゾンを圧縮する第１圧縮機とを有する複数の圧縮機ユニットと、フラッシュドラムから排出された二酸化炭素、および、第１冷却器から排出された二酸化炭素を圧縮する第２圧縮機と、第２圧縮機によって圧縮された二酸化炭素を冷却する第２冷却器と、圧縮機ユニットによって圧縮されたオゾン、第２冷却器によって冷却された二酸化炭素、および、水からオゾンハイドレートを生成するハイドレート生成部４００と、を備え、第１冷却器は、第１圧縮機による圧縮後のオゾンの温度が−２０℃以下となる所定温度までオゾンを冷却する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留部と、
前記二酸化炭素貯留部に貯留された液化二酸化炭素を所定の圧力に減圧させ、液化二酸化炭素の一部を気化させるフラッシュドラムと、
前記フラッシュドラムにおいて減圧された液化二酸化炭素とオゾンとを熱交換してオゾンを冷却する第１冷却器と、前記第１冷却器によって冷却されたオゾンを圧縮する第１圧縮機とを有する複数の圧縮機ユニットと、
前記フラッシュドラムから排出された二酸化炭素、および、前記第１冷却器から排出された二酸化炭素を圧縮する第２圧縮機と、
前記第２圧縮機によって圧縮された二酸化炭素を冷却する第２冷却器と、
前記圧縮機ユニットによって圧縮されたオゾン、前記第２冷却器によって冷却された二酸化炭素、および、水からオゾンハイドレートを生成するハイドレート生成部と、
を備え、
前記第１冷却器は、前記第１圧縮機による圧縮後のオゾンの温度が−２０℃以下となる所定温度までオゾンを冷却するオゾンハイドレート製造装置。
【請求項２】
前記第１冷却器において前記液化二酸化炭素が気化されるように、前記フラッシュドラムから前記第１冷却器に導入される液化二酸化炭素の量を制御する制御部を備える請求項１に記載のオゾンハイドレート製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、オゾンハイドレート製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、食品、容器、室内等の殺菌にオゾンハイドレートを利用することが検討されている。オゾンハイドレートは、オゾンを含む原料ガスと水とを混合し、所定の温度に冷却することによって製造される（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、オゾンハイドレートの生成圧力を低下させる技術において、補助剤として二酸化炭素を添加する技術が開発されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４０９０１号公報
【特許文献２】特開２０１６−１９９４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記二酸化炭素を添加してオゾンハイドレートを製造する技術において、オゾンハイドレートを効率よく製造する技術の開発が希求されている。
【０００６】
そこで、本開示は、このような課題に鑑み、オゾンハイドレートを効率よく製造することが可能なオゾンハイドレート製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るオゾンハイドレート製造装置は、液化二酸化炭素を貯留する二酸化炭素貯留部と、二酸化炭素貯留部に貯留された液化二酸化炭素を所定の圧力に減圧させ、液化二酸化炭素の一部を気化させるフラッシュドラムと、フラッシュドラムにおいて減圧された液化二酸化炭素とオゾンとを熱交換してオゾンを冷却する第１冷却器と、第１冷却器によって冷却されたオゾンを圧縮する第１圧縮機とを有する複数の圧縮機ユニットと、フラッシュドラムから排出された二酸化炭素、および、第１冷却器から排出された二酸化炭素を圧縮する第２圧縮機と、第２圧縮機によって圧縮された二酸化炭素を冷却する第２冷却器と、圧縮機ユニットによって圧縮されたオゾン、第２冷却器によって冷却された二酸化炭素、および、水からオゾンハイドレートを生成するハイドレート生成部と、を備え、第１冷却器は、第１圧縮機による圧縮後のオゾンの温度が−２０℃以下となる所定温度までオゾンを冷却する。
【０００８】
また、第１冷却器において液化二酸化炭素が気化されるように、フラッシュドラムから第１冷却器に導入される液化二酸化炭素の量を制御する制御部を備えてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、オゾンハイドレートを効率よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】オゾンハイドレート製造装置の概略的な構成を説明する図である。
【図２】ハイドレート生成部の概略的な構成を説明する図である。
【図３】圧縮ユニットの概略的な構成を説明する図である。
【図４】冷媒生成ユニットの概略的な構成を説明する図である。
【図５】フラッシュドラムの概略的な構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１２】
（オゾンハイドレート製造装置１００）
図１は、オゾンハイドレート製造装置１００の概略的な構成を説明する図である。図１に示すように、オゾンハイドレート製造装置１００は、オゾン発生器１１０と、圧縮ユニット２００と、オゾン貯留部１２０と、二酸化炭素貯留部１３０と、バッファドラム１４０と、冷媒生成ユニット３００と、ハイドレート生成部４００と、制御部５００とを含む。図１中、二酸化炭素の流れを実線の矢印で示し、オゾンの流れを破線の矢印で示す。また、図１中、オゾンおよび二酸化炭素の混合ガス（原料ガス）の流れを一点鎖線の矢印で示し、信号の流れを二点鎖線の矢印で示す。
【００１３】
オゾン発生器１１０は、例えば、オゾナイザである。オゾン発生器１１０には、不図示の酸素供給源（例えば、酸素ボンベ、ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorption）装置等）から酸素が供給される。そして、オゾン発生器１１０において、放電環境下に酸素が曝されることにより、オゾンを含むガス（例えば、１０質量％以上、０．４ＭＰａ程度）が生成される。オゾン発生器１１０において生成されたオゾンおよび酸素を含むガス（以下、単に「オゾン」と称する）は、圧縮ユニット２００に導入される。
【００１４】
圧縮ユニット２００は、オゾンを圧縮して、オゾンハイドレートの生成圧力（例えば、２．１ＭＰａ〜３．５ＭＰａ）まで昇圧する。圧縮ユニット２００の具体的な構成については後に詳述する。
【００１５】
オゾン貯留部１２０は、断熱容器である。オゾン貯留部１２０は、圧縮ユニット２００によって昇圧されたオゾンを一時的に貯留する。オゾン貯留部１２０は、例えば、オゾンを−２０℃以下で貯留する。オゾンハイドレート製造装置１００は、オゾン貯留部１２０を備える構成により、圧縮ユニット２００によって昇圧されたオゾンの脈動（流量の変動、および、圧力の変動）を吸収することができる。
【００１６】
オゾン送出管１２２は、オゾン貯留部１２０と、後述する二酸化炭素送出管１４４における流量調整弁１４４ａとハイドレート生成部４００との間とを接続する。オゾン貯留部１２０に貯留されたオゾンは、オゾン送出管１２２および二酸化炭素送出管１４４を通じてハイドレート生成部４００に送出される。ハイドレート生成部４００の具体的な構成については後に詳述する。
【００１７】
排気管１２４は、オゾン貯留部１２０と、デオゾナイザ１２４ｂとを接続する。排気管１２４には、安全弁１２４ａが設けられている。安全弁１２４ａは、オゾン貯留部１２０内の圧力が所定値を上回ると開弁する。排気管１２４および安全弁１２４ａを通じてオゾン貯留部１２０から排気されたオゾンは、デオゾナイザ１２４ｂによって分解される。
【００１８】
二酸化炭素貯留部１３０は、例えば、二酸化炭素ボンベである。二酸化炭素貯留部１３０は、例えば、３０℃の環境下において、４ＭＰａの液化二酸化炭素（液体の二酸化炭素）を貯留する。二酸化炭素貯留部１３０において貯留された液化二酸化炭素は、気化器１３４ａａおよび冷媒生成ユニット３００に供給される。
【００１９】
二酸化炭素貯留部１３０の上部には、ガス排出管１３２が接続されている。ガス排出管１３２は、二酸化炭素貯留部１３０とバッファドラム１４０とを接続する。ガス排出管１３２には、安全弁１３２ａが設けられている。
【００２０】
二酸化炭素貯留部１３０の下部には、液排出管１３４が接続されている。液排出管１３４は、２つに分岐され、一方の液排出管１３４ａは、ガス排出管１３２における安全弁１３２ａの上流側に接続される。液排出管１３４ａには、気化器１３４ａａおよび安全弁１３４ａｂが設けられている。気化器１３４ａａは、液化二酸化炭素と外気（空気）とで熱交換を行い、液化二酸化炭素を気化させる。気化器１３４ａａによって気化された二酸化炭素は、安全弁１３４ａｂを通じて、ガス排出管１３２に供給される。したがって、二酸化炭素貯留部１３０は、気化器１３４ａａおよび安全弁１３４ａｂによって、設定圧力より高圧に維持される。
【００２１】
また、他方の液排出管１３４ｂは、冷媒生成ユニット３００に接続される。冷媒生成ユニット３００の具体的な構成については後に詳述する。
【００２２】
ガス排出管１３２には、排気管１３６およびバイパス管１３８が接続されている。排気管１３６は、ガス排出管１３２における液排出管１３４ａの接続箇所と、安全弁１３２ａとの間に接続される。排気管１３６は、端部が大気開放されている。排気管１３６には、安全弁１３６ａが設けられている。
【００２３】
バイパス管１３８は、ガス排出管１３２における排気管１３６の接続箇所と安全弁１３２ａとの間と、ガス排出管１３２における安全弁１３２ａとバッファドラム１４０との間とを接続する。つまり、バイパス管１３８は、安全弁１３２ａを迂回する。バイパス管１３８には、圧力調整弁１３８ａが設けられる。
【００２４】
バッファドラム１４０は、断熱容器である。バッファドラム１４０は、二酸化炭素貯留部１３０から排出された二酸化炭素（気体）および冷媒生成ユニット３００から排出された二酸化炭素（気体）を一時的に貯留する。バッファドラム１４０の上部には、排気管１４２が接続される。排気管１４２は、端部が大気開放されている。排気管１４２には、安全弁１４２ａが設けられている。
【００２５】
二酸化炭素送出管１４４は、排気管１４２における安全弁１４２ａの上流側と、ハイドレート生成部４００とを接続する。二酸化炭素送出管１４４には、流量調整弁１４４ａが設けられる。バッファドラム１４０に貯留された二酸化炭素は、二酸化炭素送出管１４４を通じて、上記オゾンとともにハイドレート生成部４００に送出される。
【００２６】
制御部５００は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部５００は、ＲＯＭ（Read Only Memory：読み出し専用メモリ）からＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部５００は、ワークエリアとしてのＲＡＭ（Random Access Memory：読み書き可能なメモリ）や他の電子回路と協働してオゾンハイドレート製造装置１００全体を管理および制御する。
【００２７】
本実施形態において、制御部５００は、圧力調整弁１３８ａ、および、流量調整弁１４４ａの開度等を制御する。具体的に説明すると、制御部５００は、二酸化炭素送出管１４４の圧力が所定圧力となるように圧力調整弁１３８ａの開度を調整する。
【００２８】
また、制御部５００は、オゾン送出管１２２を通じてオゾン貯留部１２０から排出されるオゾンの量に応じて、流量調整弁１４４ａの開度を調整する。例えば、制御部５００は、ハイドレート生成部４００に供給される原料ガス中のオゾンと二酸化炭素とが、所定の割合（例えば、二酸化炭素が６０質量％）となるように、開度を調整する。
【００２９】
続いて、ハイドレート生成部４００、圧縮ユニット２００、および、冷媒生成ユニット３００をこの順で説明する。
【００３０】
（ハイドレート生成部４００）
図２は、ハイドレート生成部４００の概略的な構成を説明する図である。図２に示すように、ハイドレート生成部４００は、分離部４１０と、循環路４２０と、循環水ポンプ４２２と、気液混合部４３０と、冷却部４４０と、ハイドレートポンプ４５０と、ハイドレート冷却部４５２と、貯蔵部４５４と、補給水供給部４６０とを含む。図２中、ガス、液体、および、固体の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを二点鎖線の矢印で示す。
【００３１】
分離部４１０は、例えば、断熱材で被覆された円筒形状の容器で構成される。分離部４１０は、後述する冷却部４４０において生成されたハイドレート（オゾンハイドレートおよび二酸化炭素ハイドレート）および原料水を貯留する。
【００３２】
循環路４２０は、両端が分離部４１０に接続され、分離部外に配される環状の管である。循環路４２０は、分離部４１０における原料水が収容される箇所に接続される。
【００３３】
循環水ポンプ４２２は、循環路４２０に設けられる。循環水ポンプ４２２が駆動されると、分離部４１０に貯留された原料水は、循環路４２０および分離部４１０を循環することになる。
【００３４】
気液混合部４３０は、循環路４２０における循環水ポンプ４２２の吐出側に設けられる。気液混合部４３０は、オゾン貯留部１２０から供給されたオゾン、および、バッファドラム１４０から供給された二酸化炭素（以下、オゾンおよび二酸化炭素を纏めて「原料ガス」と称する）と、循環水ポンプ４２２から供給された原料水とを混合する。気液混合部４３０は、例えば、液相（原料水）において原料ガスの気泡（マイクロバブル）が実質的に均等に分布するようなミキサーで構成される。
【００３５】
冷却部４４０は、循環路４２０における気液混合部４３０と分離部４１０との間に設けられる。冷却部４４０には、気液混合部４３０によって原料ガスが混合された原料水（以下、「混合水」と称する）が供給される。冷却部４４０は、例えば、シェルアンドチューブ型の熱交換器であり、Ｒ−４０４Ａ等の冷却媒体によって混合水を冷却する。冷却部４４０は、制御部５００による制御指令に応じて、上記オゾンハイドレートの生成圧力条件におけるオゾンハイドレートの生成温度条件（例えば、２７２Ｋ（−１℃）〜２７５Ｋ（２℃）程度）まで混合水を冷却する。これにより、冷却部４４０において、オゾンハイドレートおよび二酸化炭素ハイドレート（以下、これらを纏めて単に「ハイドレート」と称する）が生成されることになる。
【００３６】
なお、本実施形態では、原料ガスに二酸化炭素が含まれている。二酸化炭素は、オゾンハイドレートの生成反応を促進する促進物質として機能する。二酸化炭素を原料ガスに含ませてオゾンハイドレートを生成することにより、オゾンハイドレートの生成圧を低減させたり、生成温度を高くしたりすることが可能となる。これにより、気液混合部４３０、後続の機器および配管等の設計圧力を低減したりすることができ、原料ガスの昇圧や気液混合部４３０、後続の機器および配管等に要するコストを削減することが可能となる。
【００３７】
また、気液混合部４３０は、反応に適した気泡径の状態でオゾンと水とを接触させている。これにより、極小バブルによるバブル内の異常昇圧を回避することが可能となる。したがって、異常昇圧に伴う温度上昇によるオゾンの減衰を防止することができる。さらに、ハイドレートの微細化を防止できるため、分離部４１０において分離し易いハイドレートを生成することが可能となる。
【００３８】
こうして、冷却部４４０において生成されたハイドレートは、分離部４１０へ送出される。なお、ハイドレートの生成反応は、原料水と気泡（マイクロバブル）との混合接触によって行われる。このため、ハイドレートの生成反応時間は、気泡の表面積と水との混合状態によって異なるが、例えば、気泡径が１００μｍ〜２００μｍでは、約８０％の収率で５〜１５秒程度である。したがって、冷却部４４０のみならず、冷却部４４０から分離部４１０へ送出される間にもハイドレートが生成される。
【００３９】
また、冷却部４４０におけるガス中のオゾン濃度が、オゾンハイドレートの生成濃度条件未満となると、オゾンハイドレートの生成反応は進行しなくなる。このため、オゾンハイドレートの生成濃度条件未満となった未反応ガスは、ハイドレート、原料水とともに、混合物となって分離部４１０に送出される。
【００４０】
そして、分離部４１０は、ハイドレートの生成をさらに行うとともに、混合物を、ハイドレート、未反応ガス、原料水に分離する。ハイドレートの比重は１．１５程度であり、原料水の比重１．０程度よりも大きい。したがって、比重差によって、ハイドレートは、分離部４１０の底部に沈降し、ガスである未反応ガスは、分離部４１０の上部の気相部に滞留することとなる。つまり、混合物を分離部４１０に導入して静置するだけで、比重差によってハイドレート、未反応ガス、原料水に分離することができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、混合物が分離部４１０の接線方向に噴射されて導入される。これにより、混合物を分離部４１０内で旋回させて、ハイドレートの結晶を凝集させて分離しやすくし、分離効率を向上させることができる。また、未反応ガスの気泡と水との接触効率を向上させることができ、分離部４１０におけるハイドレートの生成効率を向上させることが可能となる。
【００４２】
このようにして、分離部４１０によって分離されたハイドレートは、ハイドレートポンプ４５０により、ハイドレート冷却部４５２に送出される。そして、ハイドレート冷却部４５２において、ハイドレートは、長期間保存したときの減衰率を低減するために、−２５℃程度まで冷却される。ハイドレート冷却部４５２によって冷却されたハイドレートは、貯蔵部４５４において、貯蔵されることとなる。
【００４３】
また、ハイドレートポンプ４５０に導入されるハイドレートに随伴される原料水は、約６０質量％〜約９０質量％であり、ハイドレートは、ハイドレートポンプ４５０によって、例えば３０質量％程度まで減水される。こうして、ハイドレートポンプ４５０によって分離された分離水は、バルブ４５０ａを介して循環路４２０に導入される。
【００４４】
さらに、分離部４１０によって分離された原料水は、上記分離水とともに循環水ポンプ４２２によって循環路４２０を循環することとなる。また、分離部４１０によって分離された未反応ガスは、安全弁４１０ａを介してデオゾナイザ４１０ｂに排気される。
【００４５】
補給水供給部４６０は、ハイドレートの生成によって減少した分（結晶水分）の水（補給水）を循環路４２０に供給する。これにより、分離部４１０において、未反応ガス中の原料ガスを吸収して回収することができる。
【００４６】
（圧縮ユニット２００）
図３は、圧縮ユニット２００の概略的な構成を説明する図である。図３に示すように、圧縮ユニット２００は、複数（ここでは、４つ）の圧縮機ユニット２１０Ａ〜２１０Ｄと、冷媒供給管２２０、２２２、２２４と、流量調整弁２２２ｄ、２２４ａと、冷媒排出管２２６、２２８、２３０とを含む。なお、図３中、液化二酸化炭素の流れを実線の矢印で示し、気体の二酸化炭素の流れを破線の矢印で示す。また、図３中、オゾンの流れを一点鎖線の矢印で示し、信号の流れを二点鎖線の矢印で示す。
【００４７】
圧縮機ユニット２１０Ａは、第１冷却器２１２Ａと、オゾンガス吸入ドラム２１４と、第１圧縮機２１６Ａとを含む。第１冷却器２１２Ａは、オゾン発生器１１０によって生成されたオゾンを冷却する。オゾンガス吸入ドラム２１４は、断熱容器である。オゾンガス吸入ドラム２１４は、第１冷却器２１２Ａによって冷却されたオゾンを一時的に貯留する。オゾンガス吸入ドラム２１４には、排気管２１４ａが接続されている、排気管２１４ａは、オゾンガス吸入ドラム２１４とデオゾナイザ２１４ｃとを接続する。排気管２１４ａには、安全弁２１４ｂが設けられている。安全弁２１４ｂは、オゾンガス吸入ドラム２１４内の圧力が所定値を上回ると開弁する。排気管２１４ａおよび安全弁２１４ｂを通じてオゾンガス吸入ドラム２１４から排気されたオゾンは、デオゾナイザ２１４ｃによって分解される。第１圧縮機２１６Ａは、オゾンガス吸入ドラム２１４に貯留されたオゾンを所定の圧力に圧縮する。
【００４８】
圧縮機ユニット２１０Ｂは、第１冷却器２１２Ｂと、第１圧縮機２１６Ｂとを含む。第１冷却器２１２Ｂは、第１圧縮機２１６Ａによって圧縮されたオゾンを冷却する。第１圧縮機２１６Ｂは、第１冷却器２１２Ｂによって冷却されたオゾンを圧縮する。
【００４９】
圧縮機ユニット２１０Ｃは、第１冷却器２１２Ｃと、第１圧縮機２１６Ｃとを含む。第１冷却器２１２Ｃは、第１圧縮機２１６Ｂによって圧縮されたオゾンを冷却する。第１圧縮機２１６Ｃは、第１冷却器２１２Ｃによって冷却されたオゾンを圧縮する。
【００５０】
圧縮機ユニット２１０Ｄは、第１冷却器２１２Ｄと、第１圧縮機２１６Ｄとを含む。第１冷却器２１２Ｄは、第１圧縮機２１６Ｃによって圧縮されたオゾンを冷却する。第１圧縮機２１６Ｄは、第１冷却器２１２Ｄによって冷却されたオゾンを圧縮する。
【００５１】
冷媒供給管２２０は、後述する冷媒生成ユニット３００のフラッシュドラム３１０（図４参照）に接続される。冷媒供給管２２０は、冷媒供給管２２２と、冷媒供給管２２４とに分岐される。冷媒供給管２２２は、さらに冷媒供給管２２２ａ〜２２２ｃに分岐される。冷媒供給管２２２ａは、第１冷却器２１２Ｂの冷媒入口に接続される。冷媒供給管２２２ｂは、第１冷却器２１２Ｃの冷媒入口に接続される。冷媒供給管２２２ｃは、第１冷却器２１２Ｄの冷媒入口に接続される。流量調整弁２２２ｄは、冷媒供給管２２２における冷媒供給管２２２ｃの分岐箇所と冷媒供給管２２０との間に設けられる。冷媒供給管２２４は、第１冷却器２１２Ａの冷媒入口に接続される。流量調整弁２２４ａは、冷媒供給管２２４に設けられる。
【００５２】
冷媒排出管２２６ａは、第１冷却器２１２Ｂの冷媒出口と冷媒排出管２２６とを接続する。冷媒排出管２２６ｂは、第１冷却器２１２Ｃの冷媒出口と冷媒排出管２２６とを接続する。冷媒排出管２２６ｃは、第１冷却器２１２Ｄの冷媒出口と冷媒排出管２２６とを接続する。冷媒排出管２２６は、冷媒排出管２３０に接続される。逆止弁２２６ｄは、冷媒排出管２２６に設けられる。
【００５３】
冷媒排出管２２８は、第１冷却器２１２Ａの冷媒出口と冷媒排出管２３０とを接続する。冷媒排出管２３０は、後述する冷媒生成ユニット３００の二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０（図４参照）に接続される。
【００５４】
第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄには、冷媒供給管２２０、２２２、２２２ａ〜２２２ｃ、２２４を通じて、冷媒生成ユニット３００から約−５４℃の液化二酸化炭素が導入される。
【００５５】
そして、制御部５００は、第１冷却器２１２Ａが、第１圧縮機２１６Ａによる圧縮後のオゾンの温度（第１圧縮機２１６Ａの吐出温度）が−２０℃以下となるようにオゾンを冷却するべく、流量調整弁２２４ａの開度を調整する。同様に、制御部５００は、第１冷却器２１２Ｂが、第１圧縮機２１６Ｂによる圧縮後のオゾンの温度が−２０℃以下となるように、第１圧縮機２１６Ａによって圧縮（昇圧）されたオゾンを冷却し、第１冷却器２１２Ｃが、第１圧縮機２１６Ｃによる圧縮後のオゾンの温度が−２０℃以下となるように、第１圧縮機２１６Ｂによって圧縮（昇圧）されたオゾンを冷却し、第１冷却器２１２Ｄが、第１圧縮機２１６Ｄによる圧縮後のオゾンの温度が−２０℃以下となるように、第１圧縮機２１６Ｃによって圧縮（昇圧）されたオゾンを冷却するべく、流量調整弁２２２ｄの開度を調整する。
【００５６】
−２０℃以下の温度環境下では、オゾンの減衰率が極めて小さくなることが知られている。したがって、第１圧縮機２１６Ａ〜２１６Ｄによる圧縮の際に、オゾンの温度を−２０℃以下に維持することで、オゾンの分解を抑制しつつ、オゾンを圧縮（昇圧）することが可能となる。また、本実施形態において、冷媒として利用する液化二酸化炭素は約−５４℃であるため、第１圧縮機２１６Ａ〜２１６Ｄの吸入温度を−５２℃とし、第１圧縮機２１６Ａ〜２１６Ｄの吐出温度を−２０℃とすると、第１圧縮機２１６Ａ〜２１６Ｄ各々の圧縮比は約１．６となる。ここで、オゾン発生器１１０から供給されるオゾンの圧力が０．４ＭＰａであり、原料ガスの圧力を２．６ＭＰａとすると、第１圧縮機の数は４台となる。つまり、第１圧縮機の吸入温度（約−５２℃）と、吐出温度（−２０℃）とに基づいて、第１圧縮機の圧縮比を算出できる。そして、算出された圧縮比に基づいて、第１圧縮機の台数が決定される。
【００５７】
また、制御部５００は、オゾンガス吸入ドラム２１４に貯留されたオゾンの温度が所定の温度となるように、流量調整弁２２４ａの開度を調整する。
【００５８】
さらに、制御部５００は、第１冷却器２１２Ｂの冷媒出口（冷媒排出管２２６ａ）、第１冷却器２１２Ｃの冷媒出口（冷媒排出管２２６ｂ）、および、第１冷却器２１２Ｄの冷媒出口（冷媒排出管２２６ｃ）の二酸化炭素がすべて気体となるように流量調整弁２２２ｄの開度を調整する。具体的に説明すると、制御部５００は、冷媒排出管２２６を通過する二酸化炭素の温度が飽和温度（飽和蒸気の温度）以上となるように流量調整弁２２２ｄの開度を調整する。
【００５９】
これにより、第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄにおいて、液化二酸化炭素の潜熱でオゾンを冷却することができる。したがって、第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄは、顕熱でオゾンを冷却する場合と比較して、効率よくオゾンを冷却することが可能となる。
【００６０】
こうして、第１圧縮機２１６Ａ〜２１６Ｄによって圧縮されたオゾンは、オゾン貯留部１２０に供給される。また、冷媒排出管２２６ａ〜２２６ｃ、２２６、２２８、２３０を通じて第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄから排出された二酸化炭素（気体）は、冷媒生成ユニット３００の二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０に導入される。そして、冷媒生成ユニット３００に導入された二酸化炭素は、バッファドラム１４０に送出され、ハイドレート生成部４００で利用される。
【００６１】
このように、圧縮ユニット２００は、第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄを備えるため、オゾンを、冷却した後に、圧縮して昇圧する。これにより、オゾン発生器１１０で生成された常温のオゾンをそのまま圧縮した場合に、圧縮に伴って生じる熱によってオゾンが分解（減衰）してしまうという問題を回避することができる。
【００６２】
また、流量調整弁２２４ａを備える構成により、季節を問わず、オゾン発生器１１０によって生成されたオゾンを所定の温度（約−５２℃）に冷却することができる。
【００６３】
（冷媒生成ユニット３００）
図４は、冷媒生成ユニット３００の概略的な構成を説明する図である。図４に示すように、冷媒生成ユニット３００は、フラッシュドラム３１０と、二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０と、第２圧縮機３３０と、第２冷却器３４０とを含む。図４中、液化二酸化炭素の流れを実線の矢印で示し、気体の二酸化炭素を破線の矢印で示し、信号の流れを二点鎖線の矢印で示す。
【００６４】
フラッシュドラム３１０には、液排出管１３４ｂが接続される。フラッシュドラム３１０には、液排出管１３４ｂを通じて、二酸化炭素貯留部１３０から液化二酸化炭素が供給される。フラッシュドラム３１０は、二酸化炭素貯留部１３０に貯留された液化二酸化炭素を所定の圧力（以下、「フラッシュ圧力」と称する）に減圧させ、液化二酸化炭素の一部を気化させる。
【００６５】
図５は、フラッシュドラム３１０の概略的な構成を説明する図である。図５に示すように、フラッシュドラム３１０は、本体３１０ａと、流量調整弁３１２と、開閉部３１４と、揺動防止部３１６と、排気管３１８と、安全弁３１８ａとを含む。図５中、液化二酸化炭素の流れを実線の矢印で示し、気体の二酸化炭素を破線の矢印で示し、液面を一点鎖線で示す。
【００６６】
本体３１０ａは、中空の容器で構成される。二酸化炭素貯留部１３０に接続された液排出管１３４ｂの先端（開口）は、本体３１０ａ内に配される。
【００６７】
流量調整弁３１２は、液排出管１３４ｂにおける本体３１０ａ内に配される箇所に設けられる。流量調整弁３１２は、弁体の開度を調整する調整部３１２ａを有する。本実施形態において、調整部３１２ａは、鉛直上方に移動すると弁体を開方向に移動させ、鉛直下方に移動すると弁体を閉方向に移動させる。
【００６８】
開閉部３１４は、流量調整弁３１２の調整部３１２ａを鉛直上方に移動させたり、鉛直下方に移動させたりする。本実施形態において、開閉部３１４は、浮体３１４ａと、接続部３１４ｂとを含む。浮体３１４ａは、中空の球体である。浮体３１４ａは、少なくとも一部が本体３１０ａ内に貯留される液化二酸化炭素の液面（液化二酸化炭素と気体の二酸化炭素との界面）上に位置する。接続部３１４ｂは、棒部材である。接続部３１４ｂは、浮体３１４ａと流量調整弁３１２の調整部３１２ａとを接続する。接続部３１４ｂは、浮体３１４ａが鉛直上方に移動すると、調整部３１２ａを鉛直下方（閉方向）に移動させ、浮体３１４ａが鉛直下方に移動すると、調整部３１２ａを鉛直上方（開方向）に移動させる。つまり、開閉部３１４は、本体３１０ａ内の液化二酸化炭素の液面が高くなると、流量調整弁３１２の開度を小さくし、液面が低くなると、流量調整弁３１２の開度を大きくする。換言すれば、開閉部３１４は、本体３１０ａ内の液化二酸化炭素の液面が所定の高さに維持されるように流量調整弁３１２の開度を調整する。
【００６９】
揺動防止部３１６は、筒（例えば、円筒）である。揺動防止部３１６の上端は、気相中に位置（本体３１０ａの上面から離隔）し、下端は、液相中に位置（本体３１０ａの底面から離隔）する。揺動防止部３１６の内側に浮体３１４ａが収容される。揺動防止部３１６を備える構成により、液排出管１３４ｂから供給された液化二酸化炭素による液面の揺れが浮体３１４ａに直接伝達されてしまう事態を回避することができる。
【００７０】
また、本体３１０ａの上部には、排気管３１８が接続される。排気管３１８は、二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０に接続される。排気管３１８には、安全弁３１８ａが設けられている。安全弁３１８ａは、本体３１０ａ内の圧力がフラッシュ圧力を上回ると開弁する。したがって、本体３１０ａ内は、常時フラッシュ圧力に維持される。なお、フラッシュ圧力は、断熱膨張した液化二酸化炭素が固体になる温度（−５６．６℃）を上回る温度となる圧力であり、上記圧縮ユニット２００の第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄで必要な圧力よりも圧力損失分だけ高い圧力（例えば、１．２ＭＰａ）に設定される。
【００７１】
二酸化炭素貯留部１３０から本体３１０ａ内に供給された液化二酸化炭素は、フラッシュ圧力に減圧され、一部が気化するとともに、断熱膨張して温度が低下する。例えば、二酸化炭素貯留部１３０の温度が３０℃、圧力が４ＭＰａであり、フラッシュ圧力が１．２ＭＰａである場合、モリエル線図から算出されるフラッシュ率は、０．４（液体：気体＝４：６）であり、フラッシュドラム３１０における液化二酸化炭素の温度は、約−５４℃となる。
【００７２】
こうして、フラッシュドラム３１０において生成された低温の液化二酸化炭素は、冷媒として圧縮ユニット２００に供給される。また、フラッシュドラム３１０において生成された気体の二酸化炭素は、排気管３１８を通じて二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０に供給される。
【００７３】
このように、冷媒生成ユニット３００がフラッシュドラム３１０を備える構成により、季節に拘わらず、液化二酸化炭素の温度を一定にすることができる。したがって、上記圧縮ユニット２００において冷媒として利用する液化二酸化炭素の温度を一定に維持することが可能となる。これにより、圧縮ユニット２００における第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄによるオゾンの冷却を安定して行うことができる。
【００７４】
図４に戻って説明すると、二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０は、フラッシュドラム３１０において生成された気体の二酸化炭素および圧縮ユニット２００から排出された二酸化炭素を一時的に貯留する。接続管３２２は、二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０と第２圧縮機３３０の吸入側とを接続する。
【００７５】
第２圧縮機３３０は、二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０に貯留された二酸化炭素を所定の圧力に圧縮する。第２圧縮機３３０は、第２圧縮機３３０の吸入側（接続管３２２）の圧力に基づき、吐出圧が所定の圧力に維持されるように、モータ回転数またはバイパスの流量を制御する。接続管３３２は、第２圧縮機３３０の吐出側と第２冷却器３４０の入口とを接続する。
【００７６】
第２冷却器３４０は、第２圧縮機３３０によって圧縮された二酸化炭素を所定の温度（例えば、常温（２５℃））まで冷却する。接続管３４２は、第２冷却器３４０の出口とバッファドラム１４０とを接続する。したがって、第２冷却器３４０によって冷却された二酸化炭素は、接続管３４２を通じてバッファドラム１４０に供給される。
【００７７】
このように、二酸化炭素ガス吸入ドラム３２０に貯留された二酸化炭素、つまり、圧縮ユニット２００においてオゾンの冷却に用いた二酸化炭素をすべて原料ガスとして用いる（ハイドレート生成部４００に供給する）場合、原料ガス中の二酸化炭素の含有率は約５２質量％となる。ただし、原料ガス中のオゾンに対するオゾンハイドレートの変換率（回収率）、および、ハイドレート生成部４００において生成されるハイドレート中のオゾンハイドレートの割合を増加させるためには、原料ガス中の二酸化炭素の含有率を６０質量％程度とすることが望ましい。
【００７８】
そこで、バイパス管３５０を設け、原料ガス中の二酸化炭素の含有率を上昇させる。バイパス管３５０は、液排出管１３４ｂにおけるフラッシュドラム３１０（流量調整弁３１２）の上流側と接続管３４２とを接続する。流量調整弁３５２は、バイパス管３５０に設けられる。流量調整弁３５２は、制御部５００によって、バッファドラム１４０の温度が所定の温度（例えば、−２０℃）に維持されるように開度が調整される。流量調整弁３５２を備える構成により、バッファドラム１４０に貯留された二酸化炭素をオゾンと混合した際に、熱によるオゾンの分解速度の増大を防止することが可能となる。
【００７９】
以上説明したように、本実施形態のオゾンハイドレート製造装置１００は、原料ガス中に二酸化炭素を含有させるため、二酸化炭素を含有させない場合と比較して、オゾンハイドレートの生成反応を低圧で進行させることができる。これにより、オゾンの減衰率（減衰量）を低減することが可能となる。
【００８０】
また、オゾンハイドレート製造装置１００は、圧縮ユニット２００および冷媒生成ユニット３００を備えるため、オゾンの冷却に、原料ガスとして用いる液化二酸化炭素を利用することができる。つまり、オゾンを冷却するためだけに用いられる冷却器（冷媒）が不要となる。したがって、オゾンハイドレート製造装置１００は、オゾンハイドレートを効率よく製造することが可能となる。
【００８１】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
【００８２】
例えば、上記実施形態において、第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄがオゾンを−２０℃に冷却する場合を例に挙げて説明した。しかし、第１冷却器２１２Ａ〜２１２Ｄは、オゾンを−２０℃以下に冷却すればよく、例えば、−２５℃にオゾンを冷却してもよい。
【００８３】
また、上記実施形態において、揺動防止部３１６が筒である場合を例に挙げて説明した。しかし、揺動防止部３１６は、液面の揺動の浮体３１４ａへの伝達を抑制できれば、形状に限定はない。例えば、揺動防止部３１６は、液排出管１３４ｂの開口と、浮体３１４ａとの間に設けられ、液面を交差する板部材であってもよい。
【００８４】
また、上記実施形態において、流量調整弁３１２が本体３１０ａの内部空間に配される構成を例に挙げて説明した。しかし、流量調整弁３１２は、本体３１０ａ外に設けられてもよい。
【００８５】
また、上記実施形態において、開閉部３１４によって開度を調整される流量調整弁３１２を例に挙げて説明した。しかし、流量調整弁３１２は、液面を所定の高さに維持できればよく、電磁弁で構成されてもよい。
【００８６】
また、第１冷却器２１２Ｂ〜２１２Ｄの冷熱量は略等しいため、冷媒供給管２２２および冷媒排出管２２６の圧力損失を第１冷却器２１２Ｂ〜２１２Ｄ内の圧力損失の１／１０以下とし、冷媒供給管２２２ａ〜２２２ｃ各々に流量調整弁を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本開示は、オゾンハイドレート製造装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００８８】
１００  オゾンハイドレート製造装置
１３０  二酸化炭素貯留部
２１０Ａ  圧縮機ユニット
２１０Ｂ  圧縮機ユニット
２１０Ｃ  圧縮機ユニット
２１０Ｄ  圧縮機ユニット
２１２Ａ  第１冷却器
２１２Ｂ  第１冷却器
２１２Ｃ  第１冷却器
２１２Ｄ  第１冷却器
２１６Ａ  第１圧縮機
２１６Ｂ  第１圧縮機
２１６Ｃ  第１圧縮機
２１６Ｄ  第１圧縮機
３１０  フラッシュドラム
３３０  第２圧縮機
３４０  第２冷却器
４００  ハイドレート生成部
５００  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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