(57)【要約】      （修正有）【課題】放電によるオゾン発生器と吸着による分離および酸素の回収、リサイクルを備えるオゾン発生システムにおいて、ＮＯxなどの望ましくない副生物を生じさせずに、効率よくオゾンを製造する方法と装置を提供する。【解決手段】オゾン発生器へ導入される酸素流に添加物質としてヘリウムを導入し、発生器の流出物を吸着プロセスへ導く。オゾンの発生及び回収プロセスを維持するのに必要とされる補給ヘリウムと酸素の量を減らすようにされる改良ＰＳＡサイクル。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（ａ）及び（ｂ）を含む方法：
（ａ）供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源に接続され、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％のヘリウムを含むこと、及び
（ｂ）該誘電プラズマオゾン発生器からオゾンを含む発生器流出物を製造すること。
【請求項２】
（ｃ）酸素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有する吸着剤を収容している第１の吸着剤容器を通して前記発生器流出物を供給すること、及び
（ｄ）該第１の吸着剤容器を通してスイープガスを供給し、そして該スイープガスとオゾンとを含む製品ガスを該吸着剤容器から抜き出すこと、
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ｃ）が更に、前記第１の吸着剤容器を出たガスを前記供給ガスラインと流体連通する回収ラインに送ることを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
（ｅ）前記スイープガス、及び／又は工程（ｄ）を実施している別の吸着剤容器からの製品ガスのうちの一部を、前記第１の吸着剤容器を通して供給し、そして前記第１の吸着剤容器を出たガスを前記回収ラインへ送ること、
を更に含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
工程（ｅ）を、工程（ｃ）の後且つ工程（ｄ）の前に実施することを更に含む、請求項３記載の方法。
【請求項６】
（ｆ）前記第１の吸着剤容器を通して洗浄ガスを供給し、そして前記第１の吸着剤容器を出たガスを前記回収ライン以外のラインを通して送給し、該洗浄ガスは酸素供給源からのガスからなること、
を更に含む、請求項３記載の方法。
【請求項７】
工程（ｆ）を工程（ｄ）の後に実施することを更に含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
工程（ｃ）〜（ｆ）を請求項５及び請求項７に記載した順番で繰り返すことからなる吸着サイクルを実施することを更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
工程（ａ）が、供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％のヘリウムを含むこと、を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
工程（ａ）が、供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は２〜５％のヘリウムを含むこと、を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
工程（ａ）が、供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％のヘリウムと０．２％以下の窒素を含むこと、を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
工程（ｄ）が、スイープガスを前記第１の吸着剤容器を通して供給し、そして該第１の吸着剤容器から該スイープガスとオゾンとを含む製品ガスを抜き出し、該パージガスは露点が−５７℃以下の周囲空気からなること、を更に含む、請求項２記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｆ）が、前記第１の吸着剤容器を出たガスを工程（ｄ）を実施している別の吸着剤容器へ供給することを更に含む、請求項６記載の方法。
【請求項１４】
次の（ａ）〜（ｃ）を含む方法：
（ａ）供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガス混合物は少なくとも９０％の酸素と少なくとも１％の希ガスとを含むこと、
（ｂ）該誘電プラズマオゾン発生器から少なくとも２％のオゾンを含む発生器流出物を製造すること、
（ｃ）それぞれの吸着剤容器が酸素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有する吸着剤を含んでいる、少なくとも１つの吸着剤容器のそれぞれにおいて、次の工程、すなわち、
（ｉ）吸着剤容器を通して上記発生器流出物を供給し、該吸着剤容器を出たガスを上記供給ガスラインと流体連通する回収ラインに送る工程、
（ｉｉ）該吸着剤容器を通してパージガスを供給し、そして該吸着剤容器を出たガスを該回収ラインを通して送給する工程、及び
（ｉｉｉ）該吸着剤容器を通してパージガスを供給し、そして該パージガスとオゾンとを含む製品ガスを該吸着剤容器から抜き出す工程、
を順番に繰り返し実施することを含む吸着サイクルを実施すること。
【請求項１５】
前記吸着サイクルが更に、工程（ｃ）（ｉｉｉ）の後且つ工程（ｃ）（ｉ）を繰り返す前に、前記少なくとも１つの吸着剤容器のおのおのにおいて次の工程、すなわち、
（ｉｖ）前記吸着剤容器を通して洗浄ガスを供給し、そして該吸着剤容器を出たガスを前記回収ライン以外のラインを通して送給し、該洗浄ガスは酸素供給源からのガスからなるものである工程、
を実施することを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
工程（ａ）が、
（ａ）供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％の希ガスを含み、この希ガスはヘリウムからなること、
を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
工程（ａ）が、
（ａ）供給ガス混合物を供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源とに接続していて、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％の希ガスと０．２％以下の窒素を含むこと、
を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｃ）が更に、工程（ｃ）（ｉ）〜（ｃ）（ｉｖ）を、少なくとも３つの吸着剤容器のおのおのにおいて順番に実施することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｃ）が更に、前記少なくとも３つの吸着剤容器のうちの少なくとも１つが常に工程（ｃ）（ｉｉｉ）を実施しているように、該少なくとも３つの吸着剤容器のおのおのにおいて工程（ｃ）（ｉ）〜（ｃ）（ｉｖ）をずらせて実施することを含む、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
オゾン発生器と、
供給ガス混合物を該オゾン発生器へ供給するのに適合した供給ガスラインと、
少なくとも９０％の酸素からなるガスを該供給ガスラインへ供給することができる酸素供給源と、
該供給ガスラインへヘリウムを供給することができるヘリウム供給源と、
該供給ガス混合物が少なくとも１％のヘリウムを含むように、該ヘリウム供給源から該供給ガスラインへのヘリウムの流量を操作して制御するよう設定される制御器と、
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
オゾンは、化学薬品生産、消毒、飲用水処理、空気浄化、布帛及び木材パルプの漂白、廃水処理、及び食品加工において使用される酸素の反応性三原子同素体である。これらの用途に使用されるオゾンのほとんどは、空気又は高純度酸素を供給ガスとして使用するコロナ放電システムによって製造される。オゾンはまた、紫外線の作用によって又は低温プラズマ発生器によって空気又は酸素から製造されることもある。
【０００２】
オゾンの大抵の大規模工業用途において、オゾン発生器供給ガスとしては高純度酸素が使用される。商業的なコロナ放電発生器での酸素からオゾンへの転化率は、典型的には４〜１３％であり、そして特定の用途では、結果として得られた酸素・オゾン混合物は、更なる処理を施さずに下流側の使用者に製品として直接提供される。未反応酸素のコストは、オゾンシステム運転コストの主要な部分を占めるので、多くの状況では、オゾン発生器への再循環のために、酸素・オゾン混合物から酸素を回収することが望ましい。これは、例えば圧力スイング吸着（ＰＳＡ）によって行われる。この圧力スイング吸着では、オゾン発生器の出口流からオゾンを選択的に吸着し、そして回収されたオゾンの減少した酸素をオゾン発生器へ再循環させる。吸着されたオゾンは、スイープガス、例えば空気又は窒素、によって脱着され、そしてオゾンとスイープガスとの混合物が下流側の使用者に製品として提供される。
【０００３】
オゾン・酸素ＰＳＡシステムはしばしば、酸素からオゾンを選択的に吸着するためにゼオライト吸着剤を使用する。ゼオライト吸着剤は、オゾンの分解を促進することがあり、そしてこのオゾン分解度は、オゾンのコストに不都合な影響を及ぼし、またオゾン消費プロセスの運転コストを高くするおそれがあることが知られている。オゾン分解度は、米国特許第５８１０９１０号明細書に記載されているように、予め吸着された成分、例えば水、二酸化炭素、アルゴン、又は六フッ化硫黄など、を含有するゼオライトを使用することにより、低減することができる。オゾンとは非反応性であるこれらの成分は、オゾン吸着の前に吸着剤に吸着される。
【０００４】
オゾンの発生のために低温プラズマ発生器を使用するオゾン・酸素ＰＳＡシステムでは、プラズマ放電を安定化させるのを目的として、多くの場合、酸素供給ガスに窒素を加える。あいにく、発生プロセスへ窒素を加えるのは、多くの場合、ＮＯxが生成する結果となり、オゾン・酸素ＰＳＡシステムに様々な有害な影響を及ぼしかねない。湿分が存在すると、ＮＯxは硝酸を生じさせ、これは非常に腐食性であり、そして例えばオゾン発生器のカソードを始めとする、システムの構成部品の有効寿命を短縮しかねない。その上、ＮＯxは、オゾン・酸素ＰＳＡシステムで用いられる多くのタイプの吸着剤に吸着し、そして「スイープ工程」（吸着剤からオゾンを取り出すための）で使用されるガスの容積が吸着したＮＯxを取り出すのにも十分でない場合には蓄積しかねない。吸着したＮＯxはまた、オゾンの分解に触媒作用を及ぼし、これが製造ガス流で回収できるオゾンの量を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５８１０９１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
低温プラズマオゾン発生のために安定性と効率とを、例えばＮＯxなどの望ましくない副生物を生じさせずに、向上させるための代替手段が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つの態様において、本発明は、（ａ）供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源に接続され、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％のヘリウムを含むこと、及び（ｂ）オゾンを含む発生器流出物を製造すること、を含む方法を含む。
【０００８】
もう１つの態様において、本発明は、
（ａ）供給ガスラインから誘電プラズマオゾン発生器を通して供給ガス混合物を供給し、該供給ガスラインは酸素供給源とヘリウム供給源に接続され、該酸素供給源は少なくとも９０％の酸素を含み、該供給ガス混合物は少なくとも１％の希ガスを含むこと、
（ｂ）少なくとも２％のオゾンを含む発生器流出物を製造すること、
（ｃ）それぞれの吸着剤容器が酸素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有する吸着剤を含んでいる、少なくとも１つの吸着剤容器のそれぞれにおいて、次の工程、すなわち、
（ｉ）吸着剤容器を通して上記発生器流出物を供給し、吸着剤容器を出たガスを供給ガスラインと流体連通する回収ラインに送る工程、及び
（ｉｉ）吸着剤容器を通してスイープガスを供給し、そして吸着剤容器を出たガスを回収ラインを通して送給する工程、及び
（ｉｉｉ）吸着剤容器を通してパージガスを供給し、そしてパージガスとオゾンとを含む製品ガスを吸着剤容器から抜き出す工程、
を順番に繰り返し実施することを含む吸着サイクルを実施すること、
を含む方法を含む。
【０００９】
更に別の態様において、本発明は、オゾン発生器と、供給ガス混合物をオゾン発生器へ供給するのに適合した供給ガスラインと、少なくとも９０％の酸素からなるガスを供給ガスラインへ供給することができる酸素供給源と、供給ガスラインへヘリウムを供給することができるヘリウム供給源と、供給ガス混合物が少なくとも１％のヘリウムを含むように、ヘリウム供給源から供給ガスラインへのヘリウムの流量を操作して制御するよう設定される制御器と、を含む装置を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の１つの実施形態のプロセスフロー図である。
【図２】異なる供給ガス混合物組成を使用した３つのオゾン発生試験からのデータを示す表である。
【図３】図１に示したＰＳＡオゾンシステムのためのシステムサイクルを示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、例えば誘電放電（低温プラズマ）オゾン発生器などのオゾン発生器へ導入される酸素流へ添加物質としてヘリウムを導入することを含み、発生器の流出物は酸素からオゾンを分離するための吸着プロセスへ導かれる。本発明は更に、オゾンの発生及び回収プロセスを維持するのに必要とされる補給ヘリウムと酸素の量を減らすようにされる、改良ＰＳＡサイクルを含む。
【００１２】
ここでは特に断りのない限り、明細書、図面、及び特許請求の範囲において特定された全ての百分率は、体積を基準としたものと理解すべきである。
【００１３】
特許請求の範囲では、記載した工程を特定するために、文字を使用する（例えば、（ａ）、（ｂ）及び（ｃ））。これらの文字は、方法の工程を参照するのを助けるために使用されるものであり、請求項において順序が具体的に記載されているのでない限り、請求項に記載した工程を実施する順序を示そうとするものではない。
【００１４】
図１を参照すると、ＰＳＡオゾンシステム１０が示されている。このシステム１０は、オゾンを発生させるオゾン発生サブシステム１１と、吸着サブシステム１３とを含む。吸着サブシステム１３は、オゾン発生プロセスの流出物からオゾンを分離し、そのオゾンを一時的に貯え、次いで工業プロセスで使用するために製品ガスライン２２を介してオゾンを移送する。
【００１５】
オゾン発生サブシステム１１は、供給ガスライン２４を介して供給ガス混合物をオゾン発生器１２に導入することにより、オゾンを発生させる。この実施形態では、オゾン発生器１２は誘電放電（低温プラズマ）オゾン発生器である。供給ガスライン２４の供給ガス混合物は好ましくは、本質的に酸素とヘリウムからなる。供給ガスライン２４は、酸素供給源１４に接続されており、酸素供給源１４は、少なくとも９０％の酸素、より好ましくは少なくとも９９％の酸素を含む空気を提供する。供給ガスライン２４は、ヘリウム供給源１６にも接続され、これは好ましくは、供給ガス混合物において少なくとも１％のヘリウム濃度、より好ましくは２〜５％のヘリウム濃度を維持する。供給ガス混合物はまた、再循環ライン２９からの再循環ガスを含む。好ましくは、供給ガス混合物では少なくとも９０％、より好ましくは少なくとも９５％の酸素濃度が維持される。再循環ガスの典型的な組成については、本明細書中で一層詳しく説明する。ライン２６を流れる、オゾン発生器１２からの発生器流出物は、本質的に酸素とヘリウムとオゾンからなる。典型的な誘電放電オゾン発生器は、供給ガス中の酸素の約４〜１３％をオゾンに変える。
【００１６】
この実施形態では、酸素とヘリウムは液化ガスタンクを介して供給される。あるいは、信頼性の高い酸素及びヘリウムの供給源を提供する任意の適切な手段を使用することもできる。酸素供給源は周囲空気よりも好ましい。と言うのは、周囲空気は酸素含有割合がより低く、かなりの量の窒素を含有しているからである。所望の供給ガス混合物組成を得るために、任意の好適な手段、例えば制御器及び調節可能な弁（図示せず）を使用して、酸素供給源１４、ヘリウム供給源１６、及び回収ライン２８からの流れを制御することができる。
【００１７】
本明細書においてより詳細に説明するように、回収ライン２８は、酸素とヘリウムの回収を可能にするために、ひいてはオゾン発生プロセスを維持するのに必要とされる補給酸素とヘリウムの量を低減するために設けられている。回収ライン２８は好ましくは圧縮機２０を含み、これはシステム１０全体にわたる圧力降下を補償し、そして再循環ライン２９の、ひいては供給ガスライン２４の、所望の圧力を維持する。
【００１８】
この実施形態では、供給ガス混合物は好ましくは、それがオゾン発生器１２に入るとき（すなわち供給ガスライン２４において）、０．２％以下の窒素を含有している。窒素レベルを監視するために、回収ライン２８は好ましくは、窒素センサ３４を含む。回収ライン２８はまた任意選択的に、弁３８を有するガス抜きライン３６を含んでおり、この弁を、回収ライン２８の窒素濃度が好ましいレベルを超えたならば回収ライン２８からガス抜きするために使用することができる。本明細書中でより詳細に説明するように、システムサイクルはまた、回収ライン２８に導入される窒素量を低減するのに適応している。
【００１９】
この実施形態では、吸着サブシステム１３は、３つの吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３を含んでおり、これらの容器のそれぞれが同様の吸着床を収容している。吸着剤は、酸素、窒素又はヘリウムに対するよりもオゾンに対して大きな吸着親和性を有している。ゼオライト吸着剤が一般に使用される。この実施形態におけるゼオライト吸着剤は、好ましくは、菱沸石、エリオナイト、モルデナイト、オフレタイト、ＺＳＭ−５、ＨＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１１、ＺＳＭ−１２、Ｌ−ゼオライト、フェリエライト、ベータゼオライト、Ｙ型ゼオライト、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。
【００２０】
スイープガスの供給源１８が設けられている。本明細書中でより詳細に説明するように、スイープガスは、吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３からオゾンを脱着して、それを最終的に使用する工業プロセスにオゾンを移送するために使用される。スイープガスは好ましくは周囲空気であり、そしてそれは圧縮し、−７０°Ｆ（−５７℃）以下の露点まで、より好ましくは−１００°Ｆ（−７３℃）以下の露点まで、乾燥されている。複数の弁Ｖ５０〜Ｖ６４とガスラインが設けられており、これらは、吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれを通るガスの流量を制御し、そして吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれからの流出物を本明細書に記載されたプロセス工程のそれぞれにおいて望まれるとおりに導くために使用される。
【００２１】
図２は、供給ガス混合物へのヘリウムの添加により動力の節約がなされ、そしてオゾンの発生に悪影響を及ぼすことはないことを確認するために行われた試験の結果を示している表である。これらの試験は、Ｗｅｄｅｓｃｏ  ＧＳＯ−５０オゾン発生器を使って行われた。３つの全ての試験について、オゾン発生器への供給ガス流量を１８スタンダードリットル／分（ｓｌｐｍ）に設定し、圧力を１．１７ｂａｒ（ゲージ）に設定した。オゾン発生器のための使用動力データ（比動力を計算するために使用した）を測定して、４分間の平均値を求めた。試験１では、供給ガス混合物は１００％酸素からなり、添加物質を含まなかった。試験２では、供給ガス混合物は９６．９％の酸素と３．１％の窒素からなり、その結果流出物中のオゾン濃度がわずかに高くなり、オゾン製造の非動力が低下した。試験３では、供給ガス混合物は９６．９％の酸素と３．１％のヘリウムからなり、その結果流出物中のオゾン濃度が試験１より高くなったが、試験２よりも低くなった。特に、ヘリウムを添加した結果として、非動力が試験１又は試験２より小さくなった。動力の節約がもっと大きくなるとオゾンの製造がより大規模になるものと期待される。
【００２２】
以下の段落では、各吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３の吸着サイクルの４つの好ましい段階をそれらの好ましい順番に説明する。システム１０の運転中、各容器Ｃ１〜Ｃ３は好ましくは、これらの段階をそれらの好ましい順番でもって、連続的に繰り返す。簡潔にするために、各段階について、対応する弁Ｖ５０〜Ｖ５２及びＶ５９〜Ｖ６０を使用して吸着剤容器Ｃ１に関連して説明する。言うまでもなく、それぞれの段階は、吸着剤容器Ｃ２、Ｃ３でも、それぞれの吸着剤容器について対応する弁を使用して、同じように実施される。例えば、オゾン供給段階が吸着剤容器Ｃ１で行われているときには、弁Ｖ５０及びＶ５９が開いている。オゾン供給段階が吸着剤容器Ｃ２で行われているときには、弁Ｖ５３及びＶ６１が開いている。これも言うまでもなく、以下の説明では、吸着剤容器における特定の段階の実施中に開いている弁について具体的に言及する。その吸着剤容器と関連する全ての他の弁は、説明している段階の実施中には閉じられていると想定することができる。弁の開閉は、任意の適合する手段、例えば制御器４０など、によって行うことができる。図面を簡単にするために、弁と制御器４０との接続は示していない。吸着サイクル工程とプロセス流量制御のために用いられる制御器の例は、プロセスの各工程の実施中に所望の流量を維持し弁を開閉するようプログラムされる、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）である。吸着剤容器周りの弁は、電気作動式のオンオフ弁、電磁弁が付属する空気作動式のオンオフ弁、電気作動式の制御弁、及び／又は制御電磁弁が付属する空気作動式の制御弁でよい。
【００２３】
〔オゾンの供給〕
オゾン供給段階の目的は、ライン２６の発生器流出物が吸着剤容器に流入するのを可能にし、そしてオゾンを吸着するのを可能にすることである。オゾン供給段階は、弁Ｖ５０を開くことにより吸着剤容器Ｃ１で実施される。この弁は、ライン２６の発生器流出物（本質的に酸素、ヘリウム及びオゾンからなる）が吸着剤容器Ｃ１に流入するのを可能にする。発生器流出物が吸着剤容器Ｃ１を通って流れると、オゾンが吸着剤に吸着される。弁Ｖ５９を開いて吸着剤容器Ｃ１からの流出物が回収ライン２８に流入するのを可能にすることによって、発生器流出物の非吸着成分（この実施形態では主に酸素とヘリウム）が好ましく回収される。
【００２４】
〔製品の洗浄〕
製品洗浄段階の目的は、オゾン供給段階に続き、その吸着剤容器で空気スイープ段階が行われる前に、吸着剤容器内に残っている酸素とヘリウムを再利用することである。これは、パージガスを吸着剤容器を通して供給する一方で、吸着剤容器からの流出物を回収ライン２８に導くことにより行われる。この実施形態では、製品洗浄段階は、空気スイープ段階にある別の吸着剤容器（この事例では、吸着剤容器Ｃ３）からの流出物のうちの一部をパージガスとして使用することにより、吸着剤容器Ｃ１で実施される。吸着剤容器Ｃ３での空気スイープ段階の実施中、弁Ｖ６４及びＶ５７は開いている。吸着剤容器Ｃ１で製品洗浄段階を開始するために、弁Ｖ５１及びＶ５９が開かれる。好ましくは、製品洗浄段階は、パージガスからの窒素が吸着剤容器Ｃ１の上部を「破過」し始めるまで実施され、そして相当量の窒素が回収ライン２８に入る直前（窒素センサ３４によって検出される）に停止されるべきである。あるいは、スイープガス１８を、この段階におけるパージガスとして使用してもよい（弁及び配管は示さず）。
【００２５】
〔空気スイープ〕
空気スイープ段階の目的は、オゾン供給段階の実施中に吸着されたオゾンを脱着し、そしてオゾン富化製品ガスを製品ガスライン２２に移送することである。製品ガスライン２２は、オゾンが最終的に使用される工業プロセスへ製品ガスを移送する。吸着剤容器Ｃ１では、空気スイープ段階は、弁Ｖ６０及びＶ５１を開き、スイープガス（この段階ではパージガスとしての役割を果たす）が吸着剤容器Ｃ１を流れ製品ガスライン２２を通って流出するようにすることによって行われる。この実施形態では、各吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３での空気スイープ段階の長さは、所望のシステムサイクル全体の長さが得られるように選択される。これについては下記でより詳しく検討する。
【００２６】
〔酸素の洗浄〕
酸素洗浄段階の目的は、オゾン供給段階の間にスイープガス（これは有意の量の窒素を含有している）を回収ライン２８へ抜き出さないように、空気スイープ段階の後で吸着剤容器からスイープガスをなくすことである。この実施形態では、酸素洗浄段階は弁Ｖ５２を開き、酸素がバイパスライン３０を介して吸着剤容器Ｃ１へ流入するのを可能にすることにより、吸着剤容器Ｃ１で行われる。バイパスライン３０は好ましくは、ヘリウムの損失を減らすために、再循環ライン２９とヘリウム供給源１６よりも上流で酸素供給源１４と接続する。好ましくは、酸素洗浄段階は吸着剤容器Ｃ１から窒素がほぼ完全に除去されるまで続けられる。酸素洗浄段階が短すぎると、オゾン供給段階を開始して流出物の流れを回収ライン２８へ切り換えたときに、好ましくなく高い濃度の窒素が回収ライン２８の窒素センサ３４によって検出される。
【００２７】
任意選択的に、酸素洗浄段階を実施している吸着剤容器からの流出物の全て又は一部を、別の塔のオゾン回収を助けるために、スイープガスと組み合わせてもよい。あるいは、それほど好ましくはないが、流出物をガス抜き口に導く（弁と配管は示していない）か、又は製品流２２に導く（弁と配管の構成は示していない）こともできる。
【００２８】
図３を参照すると、３つの吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３の吸着サイクルは、オゾン発生器１２の比較的定常状態の運転を可能にし製品ガス中のオゾン濃度の変動を低減するように、互いにずらされている。システムサイクルは、図３に示されている９つの工程からなる。それぞれの逐次的な工程の実施中に、吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３のうちの１つは、その吸着サイクルにおける次に続く段階に切りかわる。製品ガス中のオゾン濃度を安定化するために、システムサイクルの各工程中において吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３のうちの少なくとも１つが空気スイープ段階にあることが望ましい。
【００２９】
吸着剤容器Ｃ１〜Ｃ３のそれぞれのための全吸着サイクル時間は、好ましくは、製造ガスライン２２のオゾン濃度と、製品ガスのオゾン濃度の一貫性と、酸素とヘリウムの節約とのバランスをとるように選択される。相対的な言い方をすれば、吸着サイクル時間が長いと、再循環のための酸素とヘリウムの回収率が高くなるが、製品流におけるオゾン濃度が低くなるという犠牲を払うことになる。反対に、吸着サイクル時間が短いと、酸素と窒素の回収率が低くなるが、製品ガス中のオゾン濃度は高くなる。
【００３０】
別の実施形態では、ヘリウムの代わりに、ほかの添加物質（例えば、ほかの希ガスなど）を、供給ガス混合物へ導入することができる。更に、オゾン発生サブシステム１１を、ほかのタイプの吸着サブシステム、例えば真空スイング吸着システムなどとともに使用することができる。最後に、吸着サブシステム１３は任意の数の吸着剤容器を含むことができる。
【００３１】
上記のように、好ましい実施形態及びそれとは別の実施形態に関して発明を開示してきた。もちろんながら、本発明の意図された理念と範囲を逸脱することなしに、本発明の教示内容からの種々の変更、改変、及び修正が当業者によって考えられよう。本発明は、特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。
【図１】
2010195673.tif 000003
【図２】
2010195673.tif 000004
【図３】
2010195673.tif 000005
【外国語明細書】
2010195673000001.pdf