(57)【要約】【課題】オゾンの分解を抑制しつつ、原料ガス（混合ガス）を昇圧する。【解決手段】オゾンハイドレート製造装置は、第１圧力かつ第１温度のオゾンを収容する収容槽（シリンダ２１２）と、第１温度より低温の第２温度の補助剤の気液混合物を収容槽（シリンダ２１２）に供給する補助剤供給部２２０と、収容槽（シリンダ２１２）の圧力が第１圧力を上回る第２圧力となるように補助剤供給部２２０を制御する制御部２８０と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１圧力かつ第１温度のオゾンを収容する収容槽と、
前記第１温度より低温の第２温度の補助剤の気液混合物を前記収容槽に供給する補助剤供給部と、
前記収容槽の圧力が前記第１圧力を上回る第２圧力となるように前記補助剤供給部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】
前記補助剤供給部によって前記気液混合物が前記収容槽に供給されることで、前記収容槽において生成される前記オゾンと前記補助剤との混合ガスの温度を測定する温度測定部を備え、
前記制御部は、前記温度測定部によって測定された前記混合ガスの温度に基づいて、前記補助剤供給部が供給する前記気液混合物中の液体の割合を調整する請求項１に記載のオゾンハイドレート製造装置。
【請求項３】
前記補助剤は、二酸化炭素である請求項１または２に記載のオゾンハイドレート製造装置。
【請求項４】
第１圧力かつ第１温度のオゾンを収容槽に収容する工程と、
前記第１温度より低温の第２温度の補助剤の気液混合物を前記収容槽に供給して前記第１圧力を上回る第２圧力となるように、前記オゾンと前記補助剤とを混合して混合ガスを生成する工程と、
を含むオゾンハイドレート製造方法。
【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およびオゾンハイドレート製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスハイドレートは、自体の体積の１２０倍以上のゲスト物質を包蔵することができるため、ガス包蔵性が高い物質として注目されている。
【０００３】
ガスハイドレートの製造技術として、ゲスト物質を含む原料ガスをポンプで昇圧するとともに、水を所定の圧力に圧縮した後に混合して、原料ガス中のゲスト物質を水に溶解させ、ゲスト物質が溶解された水を所定の温度に冷却してガスハイドレートを生成する技術が開発されている（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２００２−３５６６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、ゲスト物質としてオゾンを包接したオゾンハイドレートが、食品、容器、室内等の殺菌に利用されている。上記特許文献１の技術でオゾンハイドレートを製造する場合、オゾンを含む原料ガスを昇圧する際に、圧縮熱により原料ガスの温度が上昇してオゾンが分解してしまうという問題がある。
【０００６】
本開示は、このような課題に鑑み、オゾンの分解を抑制しつつ、原料ガスを昇圧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、本開示の一態様に係るオゾンハイドレート製造装置は、第１圧力かつ第１温度のオゾンを収容する収容槽と、第１温度より低温の第２温度の補助剤の気液混合物を収容槽に供給する補助剤供給部と、収容槽の圧力が第１圧力を上回る第２圧力となるように補助剤供給部を制御する制御部と、を備える。
【０００８】
また、補助剤供給部によって気液混合物が収容槽に供給されることで、収容槽において生成されるオゾンと補助剤との混合ガスの温度を測定する温度測定部を備え、制御部は、温度測定部によって測定された混合ガスの温度に基づいて、補助剤供給部が供給する気液混合物中の液体の割合を調整してもよい。
【０００９】
また、補助剤は、二酸化炭素であってもよい。
【００１０】
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方法は、第１圧力かつ第１温度のオゾンを収容槽に収容する工程と、第１温度より低温の第２温度の補助剤の気液混合物を収容槽に供給して第１圧力を上回る第２圧力となるように、オゾンと補助剤とを混合して混合ガスを生成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、オゾンの分解を抑制しつつ、原料ガスを昇圧することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【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】昇圧ユニットの具体的な構成を説明する図である。
【図３】オゾンハイドレート製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一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、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し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
（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、昇圧ユニット１１０と、ハイドレート製造ユニット１２０とを含んで構成される。
【００１５】
昇圧ユニット１１０は、オゾンおよび補助剤を含む原料ガス（混合ガスＧＧ）を昇圧する。昇圧ユニット１１０は、ハイドレート製造ユニット１２０で効率よくオゾンハイドレートを製造できる圧力に混合ガスＧＧを昇圧する。補助剤は、例えば、二酸化炭素である。
【００１６】
ハイドレート製造ユニット１２０は、昇圧ユニット１１０によって昇圧された混合ガスＧＧと水とを、所定の圧力、所定の温度環境下で混合してオゾンハイドレートＨＤを製造する。上記したように、混合ガスＧＧには、オゾンに加えて二酸化炭素（補助剤）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において促進剤として機能する。このため、混合ガスＧＧに二酸化炭素を混合することで、オゾンハイドレートＨＤの生成を促進することができる。なお、オゾンハイドレートＨＤの製造自体は、既存の様々な技術を利用することができるため、ここでは、詳細な説明を省略する。
【００１７】
このように、オゾンハイドレートＨＤを製造するためには、混合ガスＧＧを所定の圧力まで昇圧する必要がある。しかし、圧縮機で混合ガスＧＧを昇圧する従来技術では、圧縮の際に混合ガスＧＧの温度が上昇し、オゾンが分解してしまうという問題がある。
【００１８】
そこで、混合ガスＧＧをシリンダに供給した後、さらにシリンダに水を供給して、水で混合ガスＧＧを昇圧することが考えられる。この場合、オゾンの分解を抑制するために、シリンダを冷却する必要がある。しかし、シリンダは、水が凍結しない温度（０℃を上回る温度）までしか冷却できないため、昇圧の際のオゾンの分解率（減衰率）が２０モル％程度と高くなってしまう。また、シリンダ内においてオゾンハイドレートＨＤが生成されてしまうと、オゾンハイドレートＨＤによってシリンダが閉塞してしまう。このため、オゾンハイドレートＨＤが生成されない程度の低い圧力までしか混合ガスＧＧを昇圧できない。
【００１９】
そこで、本実施形態の昇圧ユニット１１０は、圧縮機や水を用いずに混合ガスＧＧを昇圧することで、オゾンの分解を抑制する。以下、昇圧ユニット１１０の具体的な構成について詳述する。
【００２０】
（昇圧ユニット１１０）
図２は、昇圧ユニット１１０の具体的な構成を説明する図である。なお、図２中、液体および気体の流れを実線の矢印で示し、信号の流れを破線の矢印で示す。図２に示すように、昇圧ユニット１１０は、昇圧装置２１０と、補助剤供給部２２０と、オゾン発生器２４０と、アキュムレータ２５０と、第１送出管２６０と、第２送出管２６２と、温度測定部２７０と、制御部２８０とを含む。
【００２１】
昇圧装置２１０は、シリンダ（収容槽）２１２と、ピストン２１４と、ピストンロッド２１６と、駆動部２１８とを含む。シリンダ２１２は、円筒形状である。シリンダ２１２は、不図示の保冷装置で保冷されている。ピストン２１４は、シリンダ２１２内に摺動自在に配される。シリンダ２１２の内部空間は、ピストン２１４によって第１チャンバ２１２ａと、第２チャンバ２１２ｂとに区画される。ピストンロッド２１６は、ピストン２１４と駆動部２１８とを接続する。ピストンロッド２１６は、シリンダ２１２を貫通する。
【００２２】
ピストンロッド２１６とシリンダ２１２、および、ピストンロッド２１６と駆動部２１８は、ラビリンス構造でシールされている。なお、シリンダ２１２と駆動部２１８との間には、ピストンロッド２１６を囲繞する不図示のチャンバが設けられている。チャンバには、シール部分から混合ガスＧＧ（オゾンおよび二酸化炭素）が漏出する。チャンバ内の混合ガスＧＧは空気でパージされ、パージされた混合ガスＧＧは不図示のデオゾナイザで分解された後、大気に放出される。
【００２３】
駆動部２１８は、ピストンロッド２１６を介して、ピストン２１４をシリンダ２１２の軸方向に往復動させる。駆動部２１８は、例えば、モータ、エア駆動装置、油圧駆動装置である。駆動部２１８は、後述するオゾン発生器２４０の製造能力を上回らない流量でオゾンが第１チャンバ２１２ａまたは第２チャンバ２１２ｂに供給される移動速度でピストン２１４（ピストンロッド２１６）を移動させる。
【００２４】
補助剤供給部２２０は、補助剤貯留部２２２と、液排出管２２４と、気体排出管２２６と、第１分配管２２８と、第２分配管２３０と、三方弁２３２と、加熱部２３４とを含む。
【００２５】
補助剤貯留部２２２は、補助剤（二酸化炭素）を気液混合状態で貯留する。補助剤貯留部２２２は、例えば、二酸化炭素ボンベで構成される。液排出管２２４は、補助剤貯留部２２２と三方弁２３２の入口とを接続する。液排出管２２４の端部開口は、補助剤貯留部２２２中の液体に浸漬される。液排出管２２４には、流量調整弁２２４ａが設けられる。気体排出管２２６は、補助剤貯留部２２２と三方弁２３２の入口とを接続する。気体排出管２２６の端部開口は、補助剤貯留部２２２中のヘッドスペースに配される。気体排出管２２６には、流量調整弁２２６ａが設けられる。
【００２６】
第１分配管２２８は、三方弁２３２の第１出口とシリンダ２１２の第１チャンバ２１２ａとを接続する。第１分配管２２８には、逆止弁２２８ａが設けられる。第２分配管２３０は、三方弁２３２の第２出口とシリンダ２１２の第２チャンバ２１２ｂとを接続する。第２分配管２３０には、逆止弁２３０ａが設けられる。
【００２７】
三方弁２３２は、入口から供給された二酸化炭素の気液混合物を第１分配管２２８または第２分配管２３０に送出する。
【００２８】
加熱部２３４は、液排出管２２４における流量調整弁２２４ａと三方弁２３２との間に設けられる。加熱部２３４は、液排出管２２４を通過する二酸化炭素の液を加熱する。加熱部２３４は、例えば、電気ヒータや熱交換器である。加熱部２３４が熱交換器である場合、熱媒体として不凍液やガスが用いられる。加熱部２３４は、気液混合物の温度を、後述するオゾン発生器２４０で生成されるオゾンの温度（第１温度）より低い、例えば、−２７℃〜−２０℃程度（第２温度）に加熱する。
【００２９】
オゾン発生器２４０には、不図示の酸素源（例えば、酸素ボンベ）から酸素が供給される。オゾン発生器２４０は、酸素中で放電させることでオゾンを生成する。オゾン発生器２４０によって生成されるオゾン（オゾン含有ガス）の圧力（第１圧力）は、例えば、０．４ＭＰａであり、温度（第１温度）は、例えば、常温（２０℃程度）である。
【００３０】
第１オゾン排出管２４２は、オゾン発生器２４０と、第１分配管２２８とを接続する。第１オゾン排出管２４２には、逆止弁２４２ａが設けられる。第２オゾン排出管２４４は、第１オゾン排出管２４２におけるアキュムレータ２５０と逆止弁２４２ａとの間から分岐され、第２分配管２３０に接続される。第２オゾン排出管２４４には、逆止弁２４４ａが設けられる。
【００３１】
アキュムレータ２５０は、第１オゾン排出管２４２におけるオゾン発生器２４０と逆止弁２４２ａとの間に接続される。アキュムレータ２５０は、オゾン発生器２４０で生成された余剰のオゾンを一時的に貯留する。アキュムレータ２５０は、例えば、ディスプレース（置換）式の縦型のベローズ型（ブラダ型）のアキュムレータである。アキュムレータ２５０は、不図示の冷却機器によって冷却される。これにより、アキュムレータ２５０に貯留されたオゾンの減衰を抑制することができる。
【００３２】
このように、第１チャンバ２１２ａ、第２チャンバ２１２ｂには、オゾンおよび二酸化炭素が供給される。なお、上記したように、二酸化炭素は気液混合物の状態で第１チャンバ２１２ａ、第２チャンバ２１２ｂに供給される。したがって、第１チャンバ２１２ａ、第２チャンバ２１２ｂにおいて、オゾンの熱で液体状態の二酸化炭素が気化（膨張）し、オゾンより高圧（第２圧力）の混合ガスＧＧ（例えば、二酸化炭素が４２モル％混合される場合、２．２ＭＰａ程度）が生成されることになる。つまり、オゾンが昇圧されることになる。また、オゾンを二酸化炭素の潜熱および顕熱で冷却するため、オゾンを高速で冷却することができる。これにより、オゾンの減衰率を１モル％程度に抑制することが可能となる。
【００３３】
第１送出管２６０は、シリンダ２１２の第１チャンバ２１２ａとハイドレート製造ユニット１２０とを接続する。第１送出管２６０には、逆止弁２６０ａが設けられている。第２送出管２６２は、シリンダ２１２の第２チャンバ２１２ｂと、第１送出管２６０における逆止弁２６０ａとハイドレート製造ユニット１２０との間を接続する。第２送出管２６２には、逆止弁２６２ａが設けられている。
【００３４】
温度測定部２７０は、シリンダ２１２（第１チャンバ２１２ａ、第２チャンバ２１２ｂ）から送出される混合ガスＧＧの温度を測定する。
【００３５】
制御部２８０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２８０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２８０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。本実施形態において、制御部２８０は、温度測定部２７０が測定した混合ガスＧＧの温度に基づいて、流量調整弁２２４ａ、２２６ａ、三方弁２３２、加熱部２３４、駆動部２１８を制御する。
【００３６】
（オゾンハイドレート製造方法）
続いて、上記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ＨＤ製造方法について説明する。図３は、オゾンハイドレートＨＤ製造方法の処理の流れを説明するフローチャートである。なお、図３では、第１チャンバ２１２ａにおける処理を示すが、第２チャンバ２１２ｂにおいても実質的に等しい処理が行われる。
【００３７】
初期状態において、流量調整弁２２４ａ、２２６ａは閉弁されており、駆動部２１８、加熱部２３４、オゾン発生器２４０は停止されている。そして、オゾンハイドレートＨＤの製造を開始する場合には、まず、制御部２８０は、オゾン発生器２４０の駆動を開始する。
【００３８】
図３に示すように、オゾンハイドレートＨＤ製造方法は、オゾン供給工程Ｓ１１０、第１判定工程Ｓ１２０、補助剤供給工程Ｓ１３０、第２判定工程Ｓ１４０、送出工程Ｓ１５０を含む。なお、詳しくは後述するが、第１チャンバ２１２ａにおいてオゾン供給工程Ｓ１１０、第１判定工程Ｓ１２０、補助剤供給工程Ｓ１３０、第２判定工程Ｓ１４０が遂行されている間、第２チャンバ２１２ｂにおいて送出工程Ｓ１５０が遂行される。また、第１チャンバ２１２ａにおいて送出工程Ｓ１５０が遂行されている間、第２チャンバ２１２ｂにおいてオゾン供給工程Ｓ１１０、第１判定工程Ｓ１２０、補助剤供給工程Ｓ１３０、第２判定工程Ｓ１４０が遂行される。
【００３９】
（オゾン供給工程Ｓ１１０）
制御部２８０は、第１チャンバ２１２ａにオゾンを供給する。具体的に説明すると、制御部２８０は、駆動部２１８を制御してピストン２１４を第２チャンバ２１２ｂの方向に移動させる。これにより、第１チャンバ２１２ａが負圧（０．４ＭＰａ未満）となり、オゾン発生器２４０で生成されたオゾンが、第１オゾン排出管２４２を通じて第１チャンバ２１２ａに供給される。
【００４０】
一方、第２チャンバ２１２ｂに貯留された混合ガスＧＧ（初期状態では大気）は、ピストン２１４の移動によって、第２チャンバ２１２ｂから押し出され、第２送出管２６２を通じてハイドレート製造ユニット１２０に送出される（送出工程Ｓ１５０）。
【００４１】
（第１判定工程Ｓ１２０）
制御部２８０は、ピストン２１４が所定位置に到達したか否かを判定する。所定位置に到達したと判定した場合には、補助剤供給工程Ｓ１３０に処理を移す。
【００４２】
（補助剤供給工程Ｓ１３０）
制御部２８０は、流量調整弁２２４ａ、２２６ａを開弁し、三方弁２３２を切り換えて、三方弁２３２の入口と第１出口とを接続する。これにより、二酸化炭素の気液混合物が第１チャンバ２１２ａに供給される。制御部２８０は、第１チャンバ２１２ａにおいて生成される混合ガスＧＧの圧力が所定の第２圧力となり、混合ガスＧＧ中の二酸化炭素の割合（分圧）が所定値となるように流量調整弁２２４ａ、２２６ａの開度を調整する。第２圧力は、ハイドレート製造ユニット１２０において効率よくオゾンハイドレートＨＤを生成できる混合ガスＧＧの圧力であり、例えば、２．２ＭＰａである。所定値は、ハイドレート製造ユニット１２０において効率よくオゾンハイドレートＨＤを生成できる二酸化炭素の割合であり、例えば、４２モル％である。
【００４３】
なお、制御部２８０は、温度測定部２７０が測定した混合ガスＧＧの温度が所定温度となるように、加熱部２３４を制御する。所定温度は、二酸化炭素の凝縮温度を上回り、ハイドレート製造ユニット１２０においてオゾンハイドレートＨＤを生成できる上限温度未満である。これにより、第１チャンバ２１２ａにおいてオゾンを冷却することで殆どすべての液体の二酸化炭素が気化するように、第１チャンバ２１２ａに供給される気液混合物中の液体の割合が調整される。
【００４４】
また、第１チャンバ２１２ａに二酸化炭素が供給されることにより、ピストン２１４がさらに移動し、第２チャンバ２１２ｂに貯留された混合ガスＧＧが第２チャンバ２１２ｂから押し出され、第２送出管２６２を通じてハイドレート製造ユニット１２０に送出される（送出工程Ｓ１５０）。
【００４５】
（第２判定工程Ｓ１４０）
制御部２８０は、第１チャンバ２１２ａの圧力が第２圧力に到達したか否かを判定する。第２圧力に到達したと判定した場合には、送出工程Ｓ１５０に処理を移す。
【００４６】
（送出工程Ｓ１５０）
制御部２８０は、駆動部２１８を制御してピストン２１４を第１チャンバ２１２ａの方向に移動させる。これにより、第１チャンバ２１２ａから混合ガスＧＧが押し出され、第１送出管２６０を通じてハイドレート製造ユニット１２０に送出される。
【００４７】
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およびこれを用いたオゾンハイドレート製造方法によれば、液体の二酸化炭素の潜熱および顕熱でオゾンを冷却しつつ、昇圧することができる。これにより、オゾンの分解を抑制しつつ、混合ガスＧＧを昇圧することが可能となる。
【００４８】
また、水で昇圧する従来技術とは異なり、水を使用しないため、混合ガスＧＧの温度を低くすることができる。
【００４９】
また、オゾン供給工程Ｓ１１０、補助剤供給工程Ｓ１３０、送出工程Ｓ１５０は、可能な限り短い時間であることが好ましい。例えば、オゾン供給工程Ｓ１１０は、０．９分、補助剤供給工程Ｓ１３０は、０．１分、送出工程Ｓ１５０は、１分（オゾン供給工程Ｓ１１０（０．９分）＋補助剤供給工程Ｓ１３０（０．１分））である。これにより、オゾンの減衰を抑制することができる。
【００５０】
また、昇圧装置２１０としてダブルアクション型の装置（ピストン２１４によって第１チャンバ２１２ａと第２チャンバ２１２ｂとが区画され、第１チャンバ２１２ａ、第２チャンバ２１２ｂそれぞれにオゾンおよび二酸化炭素が供給される）を採用したことにより、オゾン供給工程Ｓ１１０および補助剤供給工程Ｓ１３０と、送出工程Ｓ１５０とを並行して行うことができる。これにより、ハイドレート製造ユニット１２０に概ね連続して混合ガスＧＧを送出することが可能となる。
【００５１】
また、アキュムレータ２５０を備えることにより、補助剤供給工程Ｓ１３０を遂行している間に生成されたオゾンを一時的に貯留することができる。これにより、オゾン発生器２４０を連続運転することが可能となる。したがって、オゾン発生器２４０は安定してオゾンを生成することができる。
【００５２】
また、逆止弁２２８ａ、２３０ａ、２４２ａ、２４４ａ、２６０ａ、２６２ａは、プレート型の逆止弁を採用するとよい。これにより、逆止弁２２８ａ、２３０ａ、２４２ａ、２４４ａ、２６０ａ、２６２ａの取り付け容積を小さくすることができ、シリンダ２１２内の残留ガスの体積を少なくすることができる。したがって、シリンダ２１２におけるオゾンの減衰を抑制することが可能となる。
【００５３】
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技術的範囲に属するものと了解される。
【００５４】
例えば、上記実施形態において、シリンダ２１２の軸方向が鉛直方向である場合を例に挙げて説明した。しかし、シリンダ２１２の設置方向に限定はない。例えば、シリンダ２１２の軸方向が水平方向になるように（または、軸方向が傾斜するように）、シリンダ２１２を設置してもよい。
【００５５】
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１の昇圧ユニット１１０を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、昇圧ユニット１１０の数に限定はない。例えば、複数の昇圧ユニット１１０を備え、連続的に混合ガスＧＧを昇圧してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態において、補助剤として二酸化炭素を例に挙げて説明した。しかし、補助剤は、オゾンハイドレートの生成反応において促進剤として機能する物質であればよい。補助剤として、例えば、クリプトン、アルゴン、キセノンを利用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本開示は、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製造方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
Ｓ１１０  オゾン供給工程
Ｓ１３０  補助剤供給工程
１００  オゾンハイドレート製造装置
１１０  昇圧ユニット
１２０  ハイドレート製造ユニット
２１２  シリンダ（収容槽）
２２０  補助剤供給部
２７０  温度測定部
２８０  制御部
【図１】
2019094237.tif 000003
【図２】
2019094237.tif 000004
【図３】
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