(57)【要約】【課題】目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造する。【解決手段】オゾンハイドレート製造装置１００は、気液混合部１４０に供給される原料ガスの組成を測定する組成測定部１９０と、気液混合部１４０に供給される原料ガスの流量を測定するガス流量測定部１９２と、冷却部（第１冷却部１５０）による冷却温度を測定する温度測定部１９４と、循環路１１０、気液混合部１４０、冷却部、および、貯留部１２０のうち、少なくともいずれか１の圧力を測定する圧力測定部１９６と、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、原料ガス供給部１８０、冷却部、および、圧力調整部１２２のうち、少なくともいずれか１を制御する制御部２００と、を備える。【選択図】図１
2020083701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料水が循環する循環路と、
前記循環路に設けられ、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスおよび前記原料水を混合する気液混合部と、
前記気液混合部に前記原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記循環路に設けられ、前記原料水を冷却する冷却部と、
前記循環路に設けられ、オゾンハイドレートと、未反応ガスと、前記原料水とを貯留する貯留部と、
前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、および、前記貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力を調整する圧力調整部と、
前記気液混合部に供給される前記原料ガスの組成を測定する組成測定部と、
前記気液混合部に供給される前記原料ガスの流量を測定するガス流量測定部と、
前記冷却部による冷却温度を測定する温度測定部と、
前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、および、前記貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力を測定する圧力測定部と、
前記原料ガスの組成、前記原料ガスの流量、前記冷却温度、および、前記圧力に基づき、前記原料ガス供給部、前記冷却部、および、前記圧力調整部のうち、少なくともいずれか１を制御する制御部と、
を備えるオゾンハイドレート製造装置。
【請求項２】
前記循環路を流れる前記原料水の流量を測定する水流量測定部を備え、
前記制御部は、前記原料ガスの組成、前記原料ガスの流量、前記冷却温度、および、前記圧力に加えて、前記原料水の流量に基づいて、前記原料ガス供給部、前記冷却部、および、前記圧力調整部のうち、少なくともいずれか１を制御する請求項１に記載のオゾンハイドレート製造装置。
【請求項３】
原料水が循環する循環路に設けられた気液混合部に供給される、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスの組成を測定する工程と、
前記気液混合部に供給される前記原料ガスの流量を測定する工程と、
前記循環路に設けられ、前記原料水を冷却する冷却部による冷却温度を測定する工程と、
前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、ならびに、前記循環路に設けられ、オゾンハイドレート、未反応ガス、および、前記原料水を貯留する貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力を測定する工程と、
前記原料ガスの組成、前記原料ガスの流量、前記冷却温度、および、前記圧力に基づき、前記循環路、前記気液混合部、前記冷却部、および、前記貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力、前記気液混合部に供給される原料ガスの組成、ならびに、前記冷却部のうち、少なくともいずれか１を制御する工程と、
を含むオゾンハイドレートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾンハイドレートを製造するオゾンハイドレート製造装置、および、オゾンハイドレートの製造方法に関する。
【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原料水とを混合し、所定の温度に冷却することによって製造される。
【０００３】
また、オゾンハイドレートを効率よく製造する技術として、オゾンおよび二酸化炭素を含む原料ガスを原料水と混合させるオゾンハイドレート製造装置が開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２０４２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記オゾンハイドレート製造装置では、製造時間の経過に伴って、装置内にオゾンハイドレートが堆積する。そうすると、装置を構成する配管等の流路が狭くなり、原料水等の流量が低下する。このため、原料ガスの供給量、原料ガスと原料水との混合物の温度、および、装置内の圧力が同一の条件で運転されていても、製造されるオゾンハイドレート中のオゾンの濃度が安定しないという課題がある。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み、目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造することが可能なオゾンハイドレート製造装置、および、オゾンハイドレートの製造方法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、本発明のオゾンハイドレート製造装置は、原料水が循環する循環路と、循環路に設けられ、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスおよび原料水を混合する気液混合部と、気液混合部に原料ガスを供給する原料ガス供給部と、循環路に設けられ、原料水を冷却する冷却部と、循環路に設けられ、オゾンハイドレートと、未反応ガスと、原料水とを貯留する貯留部と、循環路、気液混合部、冷却部、および、貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力を調整する圧力調整部と、気液混合部に供給される原料ガスの組成を測定する組成測定部と、気液混合部に供給される原料ガスの流量を測定するガス流量測定部と、冷却部による冷却温度を測定する温度測定部と、循環路、気液混合部、冷却部、および、貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力を測定する圧力測定部と、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、原料ガス供給部、冷却部、および、圧力調整部のうち、少なくともいずれか１を制御する制御部と、を備える。
【０００８】
また、オゾンハイドレート製造装置は、循環路を流れる原料水の流量を測定する水流量測定部を備え、制御部は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に加えて、原料水の流量に基づいて、原料ガス供給部、冷却部、および、圧力調整部のうち、少なくともいずれか１を制御してもよい。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のオゾンハイドレートの製造方法は、原料水が循環する循環路に設けられた気液混合部に供給される、オゾンと補助ガスとを含む原料ガスの組成を測定する工程と、気液混合部に供給される原料ガスの流量を測定する工程と、循環路に設けられ、原料水を冷却する冷却部による冷却温度を測定する工程と、循環路、気液混合部、冷却部、ならびに、循環路に設けられ、オゾンハイドレート、未反応ガス、および、原料水を貯留する貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力を測定する工程と、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、循環路、気液混合部、冷却部、および、貯留部のうち、少なくともいずれか１の圧力、気液混合部に供給される原料ガスの組成、ならびに、冷却部のうち、少なくともいずれか１を制御する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態にかかる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】原料ガス供給部の概略的な構成を説明する図である。
【図３】本実施形態にかかるオゾンハイドレート製造装置による濃度調整処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】変形例の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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明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し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかる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、循環路１１０と、貯留部１２０と、圧力調整部１２２と、循環水ポンプ１３０と、気液混合部１４０と、第１冷却部１５０と、ハイドレートポンプ１６０と、第２冷却部１６２と、補給水供給部１７０と、原料ガス供給部１８０と、組成測定部１９０と、ガス流量測定部１９２と、温度測定部１９４と、圧力測定部１９６と、水流量測定部１９８と、制御部２００とを含む。なお、図１中、実線の矢印は、ガス、液体、および、固体の流れを示し、破線の矢印は、信号の流れを示す。また、本実施形態では、補助ガスとして二酸化炭素を採用する場合を例に挙げて説明する。
【００１４】
循環路１１０は、少なくとも原料水が循環する流路である。循環路１１０は、貯留部１２０外に配される環形状の配管で構成される。循環路１１０は、貯留部１２０の鉛直下部（原料水が収容される箇所）に接続される。
【００１５】
貯留部１２０は、循環路１１０に設けられる。貯留部１２０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。貯留部１２０は、後述する第１冷却部１５０において生成されたハイドレート（オゾンハイドレート、酸素ハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、および、オゾン−二酸化炭素ハイドレート）、原料水、および、未反応ガスを貯留する。なお、オゾンハイドレートは、ゲスト分子としてオゾンが包接されたハイドレートである。酸素ハイドレートは、ゲスト分子として酸素が包接されたハイドレートである。二酸化炭素ハイドレートは、ゲスト分子として二酸化炭素が包接されたハイドレートである。オゾン−二酸化炭素ハイドレートは、ゲスト分子としてオゾンおよび二酸化炭素が包接されたハイドレートである。
【００１６】
循環水ポンプ１３０は、循環路１１０に設けられる。循環水ポンプ１３０は、貯留部１２０側に吸入口が接続され、後述する気液混合部１４０側に吐出口が接続される。循環水ポンプ１３０は、制御部２００による制御処理に応じて駆動される。循環水ポンプ１３０が駆動されると、貯留部１２０に貯留された原料水は、循環路１１０および貯留部１２０を循環する。
【００１７】
気液混合部１４０は、循環路１１０における循環水ポンプ１３０の吐出側に設けられる。気液混合部１４０は、後述する原料ガス供給部１８０から供給される原料ガス（オゾン、酸素、および、二酸化炭素）と、循環水ポンプ１３０から供給された原料水とを混合する。気液混合部１４０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。
【００１８】
第１冷却部１５０（冷却部）は、循環路１１０における気液混合部１４０と貯留部１２０との間に設けられる。第１冷却部１５０には、気液混合部１４０によって原料ガスが混合（溶解）された原料水（以下、「混合水」と称する場合がある）が供給される。第１冷却部１５０は、例えば、シェルアンドチューブや二重管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。第１冷却部１５０は、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、第１冷却部１５０において、ハイドレートが生成されることになる。なお、オゾンハイドレートの生成圧力条件（飽和圧力条件）は、例えば、１．２ＭＰａ〜３．５ＭＰａである。
【００１９】
また、本実施形態では、補助ガスとして二酸化炭素が原料ガスに含まれている。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力を低減させたり、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１４０、後続の機器および配管等の設計圧力を低減することができる。したがって、オゾンハイドレート製造装置１００は、原料ガスの昇圧や気液混合部１４０、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。
【００２０】
また、気液混合部１４０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、貯留部１２０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。
【００２１】
こうして、第１冷却部１５０において生成されたハイドレートは、貯留部１２０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、第１冷却部１５０のみならず、混合水が第１冷却部１５０から貯留部１２０へ送出される間にもハイドレートが生成される。
【００２２】
また、第１冷却部１５０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、および、原料水とともに、混合物となって貯留部１２０に送出される。
【００２３】
そして、貯留部１２０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、および、原料水へと分離する。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、貯留部１２０の底部に沈降し、ガスである未反応ガスは、貯留部１２０の上部の気相部に滞留することとなる。つまり、混合物を貯留部１２０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、および、原料水に分離することができる。
【００２４】
なお、本実施形態のオゾンハイドレート製造装置１００は、混合物が貯留部１２０の接線方向に噴射されて導入される。これにより、オゾンハイドレート製造装置１００は、混合物を貯留部１２０内で旋回させ、ハイドレートの結晶を凝集させて分離しやすくし、分離効率を向上することができる。また、オゾンハイドレート製造装置１００は、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、貯留部１２０におけるハイドレートの生成効率を向上すせることが可能となる。
【００２５】
このようにして、貯留部１２０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１６０により、第２冷却部１６２に送出される。そして、第２冷却部１６２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。第２冷却部１６２によって冷却されたハイドレートは、貯蔵部において貯蔵される。
【００２６】
また、ハイドレートポンプ１６０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、ハイドレートに随伴された原料水は、ハイドレートポンプ１６０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１６０によって分離された分離水は、バルブ１６４を介して循環路１１０に導入される。
【００２７】
一方、貯留部１２０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１３０によって循環路１１０を循環することとなる。また、貯留部１２０によって分離された未反応ガスは、配管１２２ａ、圧力調整部１２２を通じて外部（例えば、デオゾナイザ）に排気される。
【００２８】
圧力調整部１２２は、開度が変更可能な弁で構成される。圧力調整部１２２は、貯留部１２０の上部に接続された配管１２２ａに設けられる。圧力調整部１２２は、制御部２００によって、貯留部１２０内の気相（未反応ガス）の圧力が所定の目標圧力に維持されるように開度が調整される。
【００２９】
補給水供給部１７０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１１０に供給する。これにより、貯留部１２０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。
【００３０】
原料ガス供給部１８０は、気液混合部１４０に原料ガスを供給する。図２は、原料ガス供給部１８０の概略的な構成を説明する図である。図２に示すように、原料ガス供給部１８０は、オゾン発生器２５０と、オゾン供給管２５２と、流量調整弁２５４と、補助ガス供給源２６０と、補助ガス供給管２６２と、流量調整弁２６４と、原料ガス供給管２７０とを含む。なお、図２中、実線の矢印は、ガスの流れを示し、破線の矢印は、信号の流れを示す。
【００３１】
オゾン発生器２５０は、例えば、オゾナイザである。オゾン発生器２５０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２５０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２５０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、オゾン供給管２５２、および、原料ガス供給管２７０を通じて気液混合部１４０に供給される。
【００３２】
オゾン供給管２５２は、オゾン発生器２５０と原料ガス供給管２７０とを接続する。流量調整弁２５４は、オゾン供給管２５２に設けられる。流量調整弁２５４は、開度が変更可能な弁である。
【００３３】
補助ガス供給源２６０は、二酸化炭素（補助ガス）の供給源である。補助ガス供給源２６０は、例えば、液化二酸化炭素ボンベ等の二酸化炭素を貯留する容器である。補助ガス供給源２６０に貯留された二酸化炭素は、補助ガス供給管２６２、および、原料ガス供給管２７０を通じて気液混合部１４０に供給される。
【００３４】
補助ガス供給管２６２は、補助ガス供給源２６０と原料ガス供給管２７０とを接続する。流量調整弁２６４は、補助ガス供給管２６２に設けられる。流量調整弁２６４は、開度が変更可能な弁である。
【００３５】
図１に戻って説明すると、組成測定部１９０は、原料ガス供給管２７０に設けられる。組成測定部１９０は、原料ガス供給管２７０を通過する原料ガスの組成を測定する。つまり、組成測定部１９０は、気液混合部１４０に供給される原料ガスの組成を測定する。組成測定部１９０は、例えば、ガスクロマトグラフ分析計である。
【００３６】
ガス流量測定部１９２は、原料ガス供給管２７０に設けられる。ガス流量測定部１９２は、原料ガス供給管２７０を通過する原料ガスの流量を測定する。つまり、ガス流量測定部１９２は、気液混合部１４０に供給される原料ガスの流量を測定する。ガス流量測定部１９２は、流量計である。
【００３７】
温度測定部１９４は、第１冷却部１５０による混合水の冷却温度を測定する。具体的に説明すると、温度測定部１９４は、循環路１１０における気液混合部１４０と第１冷却部１５０との間に設けられた温度計と、循環路１１０における第１冷却部１５０と貯留部１２０との間に設けられた温度計とを含む。温度測定部１９４は、両温度計の測定値に基づき、第１冷却部１５０による混合水の冷却温度を導出する。つまり、温度測定部１９４は、第１冷却部１５０と貯留部１２０との間を流れる混合水の温度と、気液混合部１４０と第１冷却部１５０との間を流れる混合水の温度との差分を冷却温度として導出する。
【００３８】
圧力測定部１９６は、貯留部１２０内の圧力を測定する。具体的に説明すると、圧力測定部１９６は、貯留部１２０内の気相の圧力を測定する。
【００３９】
水流量測定部１９８は、循環路１１０を流れる原料水の流量を測定する。本実施形態において、水流量測定部１９８は、循環路１１０のうち、貯留部１２０から循環水ポンプ１３０までの間を流れる原料水の流量を測定する。水流量測定部１９８は、流量計である。
【００４０】
制御部２００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２００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２００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。
【００４１】
本実施形態において、制御部２００は、不図示のメモリに保持された推定関数を参照し、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量に基づき、原料ガス供給部１８０を構成する流量調整弁２５４、２６４、第１冷却部１５０、および、圧力調整部１２２のうち、少なくともいずれか１を制御する。
【００４２】
推定関数は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量と、製造されたハイドレート中のオゾン濃度とが関連付けられたものである。推定関数は、原料ガスの組成の実測値（実験値）、原料ガスの流量の実測値、冷却温度の実測値、圧力の実測値、および、原料水の流量の実測値と、製造されたハイドレート中のオゾン濃度の実測値とを統計分析することで作成される。なお、統計分析は、例えば、重回帰分析である。また、推定関数は、統計分析に加えて、物理的モデル（例えば、熱力学）を用いて作成されてもよい。
【００４３】
例えば、制御部２００は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、第１冷却部１５０を制御して、冷却温度を低下させる。一方、制御部２００は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、第１冷却部１５０を制御して、冷却温度を上昇させる。
【００４４】
また、制御部２００は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、原料ガス供給部１８０を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を増加させる。具体的に説明すると、制御部２００は、流量調整弁２５４の開度を大きくしたり、流量調整弁２６４の開度を小さくしたりする。一方、制御部２００は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、原料ガス供給部１８０を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を低下させる。具体的に説明すると、制御部２００は、流量調整弁２５４の開度を小さくしたり、流量調整弁２６４の開度を大きくしたりする。
【００４５】
また、制御部２００は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、圧力調整部１２２の開度を小さくして、循環路１１０、貯留部１２０、気液混合部１４０、第１冷却部１５０の圧力を上昇させる。一方、制御部２００は、推定関数を参照して導かれたハイドレート中のオゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、圧力調整部１２２の開度を大きくして、循環路１１０、貯留部１２０、気液混合部１４０、第１冷却部１５０の圧力を低下させる。
【００４６】
［オゾンハイドレートの製造方法］
続いて、オゾンハイドレート製造装置１００を用いたオゾンハイドレートの製造方法について説明する。初期状態において、制御部２００は、気液混合部１４０に供給する原料ガスの流量が所定の供給流量となり、原料ガスの組成が所定の組成となるように、流量調整弁２５４、２６４の開度を調整する。また、制御部２００は、循環路１１０を循環する原料水の流量が所定の循環流量となるように、循環水ポンプ１３０を制御する。さらに、制御部２００は、第１冷却部１５０による冷却温度が所定の温度となるように第１冷却部１５０を運転させる。また、制御部２００は、貯留部１２０の圧力が所定の圧力となるように圧力調整部１２２の開度を調整する。
【００４７】
こうして、少なくとも原料水が循環路１１０を循環し、気液混合部１４０によって原料水および原料ガスが混合され、第１冷却部１５０によって混合水（原料水および原料ガス）が冷却される。これにより、オゾンハイドレート製造装置１００において、オゾンハイドレート、酸素ハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、および、オゾン−二酸化炭素ハイドレートが生成される。生成されたハイドレート（オゾンハイドレート、酸素ハイドレート、二酸化炭素ハイドレート、および、オゾン−二酸化炭素ハイドレート）と、未反応ガスと、原料水との混合物は、貯留部１２０に貯留される。混合物は、貯留部１２０において、ハイドレートと、未反応ガスと、原料水とに気固液分離される。
【００４８】
そして、本実施形態において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって濃度調整処理が繰り返し遂行される。
【００４９】
図３は、本実施形態にかかるオゾンハイドレート製造装置１００による濃度調整処理の流れを説明するフローチャートである。図３に示すように、本実施形態にかかる濃度調整処理は、組成測定工程Ｓ１１０と、ガス流量測定工程Ｓ１２０と、冷却温度測定工程Ｓ１３０と、圧力測定工程Ｓ１４０と、水流量測定工程Ｓ１５０と、推定値導出工程Ｓ１６０と、判定工程Ｓ１７０と、調整工程Ｓ１８０とを含む。以下、各工程について詳述する。
【００５０】
［組成測定工程Ｓ１１０］
組成測定部１９０は、気液混合部１４０に供給される原料ガスの組成を測定する。
【００５１】
［ガス流量測定工程Ｓ１２０］
ガス流量測定部１９２は、気液混合部１４０に供給される原料ガスの流量を測定する。
【００５２】
［冷却温度測定工程Ｓ１３０］
温度測定部１９４は、第１冷却部１５０による混合水の冷却温度を測定する。
【００５３】
［圧力測定工程Ｓ１４０］
圧力測定部１９６は、貯留部１２０内の圧力を測定する。
【００５４】
［水流量測定工程Ｓ１５０］
水流量測定部１９８は、循環路１１０を流れる原料水の流量を測定する。
【００５５】
［推定値導出工程Ｓ１６０］
制御部２００は、メモリに保持された推定関数を参照し、組成測定工程Ｓ１１０で測定された原料ガスの組成、ガス流量測定工程Ｓ１２０で測定された原料ガスの流量、冷却温度測定工程Ｓ１３０で測定された冷却温度、圧力測定工程Ｓ１４０で測定された圧力、および、水流量測定工程Ｓ１５０で測定された原料水の流量に基づき、ハイドレート中のオゾン濃度を推定する。
【００５６】
［判定工程Ｓ１７０］
制御部２００は、推定値導出工程Ｓ１６０で導出されたオゾン濃度の推定値が目標範囲内であるか否かを判定する。その結果、推定値が目標範囲内であると判定した場合に（Ｓ１７０におけるＹＥＳ）、制御部２００は、当該濃度調整処理を終了する。一方、推定値が目標範囲外であると判定した場合に（Ｓ１７０におけるＮＯ）、制御部２００は、調整工程Ｓ１８０に処理を移す。
【００５７】
［調整工程Ｓ１８０］
制御部２００は、オゾン濃度の推定値が、目標範囲の下限値未満になった場合、第１冷却部１５０を制御して、冷却温度を低下させたり、原料ガス供給部１８０を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を増加させたり、圧力調整部１２２の開度を小さくして、循環路１１０、貯留部１２０、気液混合部１４０、第１冷却部１５０の圧力を上昇させたりする。
【００５８】
一方、制御部２００は、オゾン濃度の推定値が、目標範囲の上限値を上回った場合、第１冷却部１５０を制御して、冷却温度を上昇させたり、原料ガス供給部１８０を制御して、原料ガス中のオゾン濃度を低下させたり、圧力調整部１２２の開度を大きくして、循環路１１０、貯留部１２０、気液混合部１４０、第１冷却部１５０の圧力を低下させたりする。
【００５９】
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およびオゾンハイドレートの製造方法は、推定関数を参照して、ハイドレート中のオゾン濃度を推定することができる。これにより、ハイドレートを溶解させ、滴定によってオゾン濃度を直接測定する従来技術と比較して、迅速（リアルタイム）にハイドレート中のオゾン濃度を推定することが可能となる。
【００６０】
また、制御部２００は、推定したオゾン濃度に基づいて、原料ガス供給部１８０、第１冷却部１５０、および、圧力調整部１２２のうち、少なくともいずれか１を制御するため、目標とするオゾン濃度のオゾンハイドレートを製造することができる。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる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発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６２】
例えば、上記実施形態において、圧力調整部１２２が、貯留部１２０の圧力を調整する構成を例に挙げた。しかし、圧力調整部１２２は、循環路１１０、気液混合部１４０、および、貯留部１２０のうち、少なくともいずれか１の圧力を調整すればよい。例えば、圧力調整部１２２は、循環路１１０または気液混合部１４０の圧力を調整してもよい。
【００６３】
また、上記実施形態において、オゾンハイドレート製造装置１００が、水流量測定部１９８を備える構成を例に挙げた。しかし、水流量測定部１９８は、必須の構成ではない。水流量測定部１９８を備えない場合、制御部２００は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力を入力値とする。
【００６４】
また、上記実施形態において、制御部２００が、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量を入力値とする場合を例に挙げた。しかし、制御部２００は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、圧力、および、原料水の流量に加えて、未反応ガス（配管１２２ａから排気された未反応ガス）の組成や、気液混合部１４０の構造（スパージャー細孔径や、気液ミキサの構造）を入力値としてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態において、制御部２００が、原料ガス供給部１８０、第１冷却部１５０、および、圧力調整部１２２のうち、少なくともいずれか１を制御対象とする場合を例に挙げた。しかし、制御部２００は、原料ガスの組成、原料ガスの流量、冷却温度、および、圧力に基づき、推定値が目標範囲内となるように循環水ポンプ１３０を制御してもよい。
【００６６】
また、上記実施形態において、補助ガスとして二酸化炭素を原料ガスに含ませる場合を例に挙げて説明した。しかし、補助ガスは、オゾンハイドレートの生成を促進させるガスであれば、種類に限定はない。例えば、補助ガスとしてキセノンを原料ガスに含ませてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態において、気液混合部１４０の下流側に第１冷却部１５０が設けられたオゾンハイドレート製造装置１００について説明した。しかし、気液混合部１４０と第１冷却部１５０との位置関係に限定はない。図４は、変形例のオゾンハイドレート製造装置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、オゾンハイドレート製造装置３００は、第１冷却部１５０の下流側に気液混合部１４０を備えてもよい。
【００６８】
なお、本明細書の濃度調整処理の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいはサブルーチンによる処理を含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、オゾンハイドレート製造装置、および、オゾンハイドレートの製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１００、３００  オゾンハイドレート製造装置
１１０  循環路
１２０  貯留部
１２２  圧力調整部
１４０  気液混合部 
１５０  第１冷却部（冷却部）
１８０  原料ガス供給部
１９０  組成測定部
１９２  ガス流量測定部
１９４  温度測定部
１９６  圧力測定部
１９８  水流量測定部
２００  制御部
【図１】
2020083701.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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