(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着筒Ｔの一端から原料ガスＧ０を導入して吸着筒Ｔを加圧し、原料ガスＧ０に含有される窒素及び水分を吸着筒Ｔに収容した吸着剤に吸着させ、吸着筒Ｔの他端から酸素濃縮ガスＧ１を導出する吸着工程と、
吸着筒Ｔを減圧して前記吸着剤から窒素及び水分を脱着させ、脱着した窒素及び水分を含有する窒素富化ガスＧ２を吸着筒Ｔの外部へ排出し、前記吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、を繰り返し行うことにより、
吸着筒Ｔの前記他端に接続したガス流路αを通じて製品ガスＧ３を装置外部へ取り出すことができるようにした酸素ガス発生装置であって、
ガス流路αにおける所定箇所Ａと、吸着筒Ｔの前記一端と前記他端との間における所定箇所Ｂと、がガス流路βで接続され、
吸着工程の際に前記吸着剤に水分を吸着されて原料ガスＧ０よりも露点温度の低下した窒素含有ガスＧ４を吸着筒Ｔにおける所定箇所Ｂから導出し、
所定箇所Ｂから導出された窒素含有ガスＧ４と、吸着筒Ｔの前記他端から導出された酸素濃縮ガスＧ１と、を所定箇所Ａで混合して混合ガスＧ５とし、
混合ガスＧ５を製品ガスＧ３として装置外部へ取り出すことができるようにしたことを特徴とする酸素ガス発生装置。
【請求項２】
製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３が０．００５〜０．１である請求項１記載の酸素ガス発生装置。
【請求項３】
吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１が０．１〜０．９に設定された請求項１又は２記載の酸素ガス発生装置。
【請求項４】
吸着筒Ｔの所定箇所Ｂから取り出された窒素含有ガスＧ４を一時的に貯留するための窒素含有ガス用バッファタンクがガス流路βに設けられた請求項１〜３いずれか記載の酸素ガス発生装置。
【請求項５】
製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３を検出するための製品ガス取出流量検出手段がガス流路αに設けられ、
所定箇所Ａで酸素濃縮ガスＧ１に混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を制御するための窒素含有ガス流量制御手段がガス流路βに設けられ、
製品ガス取出流量検出手段が検出した製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に応じて窒素含有ガス流量制御手段が制御される請求項１〜４いずれか記載の酸素ガス発生装置。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載の酸素ガス発生装置を組み込んだ放電式オゾンガス発生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素濃度の高まった酸素濃縮ガスを発生するための酸素ガス発生装置と、この酸素ガス発生装置を組み込んだ放電式オゾンガス発生システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
誘電体を挟んで配された一対の電極間に酸素含有ガスを流しながら高い交流電圧を印加すると、火花を伴わない放電（無声放電）が電極間に生じ、オゾンガスが発生することが知られている。この放電現象を利用したオゾンガス発生装置は、放電式オゾンガス発生装置（放電式オゾナイザ）と呼ばれており、高濃度のオゾンガスを発生できるものとして知られている。放電式オゾンガス発生装置は、近年の性能向上に呼応して、広く利用されるようになってきている。
【０００３】
放電式オゾンガス発生装置において、電極間に流す酸素含有ガスの供給源は特に限定されない。例えば、酸素ガス発生装置で発生した酸素濃縮ガスを用いることもある。放電式オゾンガス発生装置で高濃度のオゾンガスを得るためには、電極間に流す酸素含有ガスの酸素濃度をある程度高く維持する必要があるものの、あまり高くしすぎると、得られるオゾンガスのオゾン濃度が時間の経過とともに低下して回復しなくなるという不具合が生じる。
【０００４】
放電式オゾンガス発生装置の電極間に流す酸素含有ガスの酸素濃度が高すぎると、得られるオゾンガスのオゾン濃度が経時的に低下する原因は未だ分かっていないが、この現象の発生を抑えるための有効な対策は既に知られている。例えば、電極間に流される酸素含有ガスに適量の窒素を添加すると、得られるオゾンガスのオゾン濃度の経時的な低下が抑えられ、オゾンガスのオゾン濃度をより高い水準で保つことができるようになることが知られている（例えば、特許文献１と特許文献２を参照）。
【０００５】
また、放電式オゾンガス発生装置において、発生するオゾンガスのオゾン濃度が高い場合には、電極間に流す酸素含有ガスの窒素濃度が、発生するオゾンガスのオゾン濃度に大きく影響するようになることも知られている。このため、オゾンガスのオゾン濃度を高い領域で精度良く保つためには、電極間に流す酸素含有ガスの窒素濃度を精度良く調整する必要がある。
【０００６】
このような実状に鑑みてか、これまでには、電極間に流す酸素含有ガスの窒素濃度を精度良く調整するための工夫も提案されている。例えば、電極間に流す酸素含有ガスの窒素濃度を可能な限り低下させ、該酸素含有ガスの窒素濃度を実質的に０ｇ／ｍ３としてから、窒素を添加することも行われている（例えば、特許文献３を参照）。これにより、酸素含有ガスの窒素濃度のバラツキを少なくすることが可能になる。
【０００７】
このように、放電式オゾンガス発生装置の電極間に流す酸素含有ガスに適量の窒素を添加する技術は、浄水処理施設や下水処理施設における水処理や、紙パルプの漂白など、高濃度のオゾンガスが要求される用途でその需要を伸ばしつつある。しかし、これらの技術はいずれも、液体窒素タンクや窒素ガス発生装置など、窒素の供給源を別途設ける必要があり、装置の設置スペースが増大するという欠点があった。また、液体窒素タンクに液体窒素を補充したり、窒素ガス発生装置に使用した吸着剤を交換したりする必要があるなど、そのメンテナンスに掛かる手間も多くなるという欠点もあった。
【０００８】
【特許文献１】特開平０１−２８２１０４号公報
【特許文献２】特開平０１−２９８００３号公報
【特許文献３】特開２００１−１８０９１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、液体窒素ボンベや窒素ガス発生装置などを別途用いることなく、放電式オゾンガス発生装置における一対の電極間に流すための酸素含有ガスとして好適に利用することのできる酸素濃縮ガス（露点温度が低く、かつ適量の窒素を含有する酸素濃縮ガス）を効率的に発生することのできる酸素ガス発生装置を提供するものである。また、この酸素ガス発生装置を組み込んだ放電式オゾンガス発生システムを提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、吸着筒Ｔの一端から原料ガスＧ０を導入して吸着筒Ｔを加圧し、原料ガスＧ０に含有される窒素及び水分を吸着筒Ｔに収容した吸着剤に吸着させ、吸着筒Ｔの他端から酸素濃縮ガスＧ１を導出する吸着工程と、吸着筒Ｔを減圧して前記吸着剤から窒素及び水分を脱着させ、脱着した窒素及び水分を含有する窒素富化ガスＧ２を吸着筒Ｔの外部へ排出し、前記吸着剤の吸着能を再生する再生工程と、を繰り返し行うことにより、吸着筒Ｔの前記他端に接続したガス流路αを通じて製品ガスＧ３を装置外部へ取り出すことができるようにした酸素ガス発生装置であって、ガス流路αにおける所定箇所Ａと、吸着筒Ｔの前記一端と前記他端との間における所定箇所Ｂとが、ガス流路βで接続され、吸着工程の際に前記吸着剤に水分を吸着されて原料ガスＧ０よりも露点温度の低下した窒素含有ガスＧ４を吸着筒Ｔにおける所定箇所Ｂから導出し、所定箇所Ｂから導出された窒素含有ガスＧ４と、吸着筒Ｔの前記他端から導出された酸素濃縮ガスＧ１と、を所定箇所Ａで混合して混合ガスＧ５とし、混合ガスＧ５を製品ガスＧ３として装置外部へ取り出すことができるようにしたことを特徴とする酸素ガス発生装置を提供することによって解決される。
【００１１】
ここで、「吸着剤」とは、原料ガスＧ０に含有される各成分のうち、酸素よりも窒素及び水分を選択的に吸着することのできる吸着剤のことをいい、必ずしも窒素と水分のみを吸着する吸着剤を意味しない。また、「ガス流路（ガス流路αやガス流路βなど）」とは、管状に形成された部分だけでなく、該部分に接続された、弁、流量制御機器、計測機器、タンク又はフィルタなどの各種機器をも含む概念であるものとする。例えば、「所定箇所Ａと所定箇所Ｂとをガス流路βで接続」と表記した場合には、所定箇所Ａと所定箇所Ｂとを直接的に（管状に形成された部分だけで）接続する場合だけでなく、所定箇所Ａと所定箇所Ｂとを間接的に（前記各種機器を介在させて）接続する場合をも含むものとする。
【００１２】
これにより、液体窒素ボンベや窒素ガス発生装置などを別途用いることなく、放電式オゾンガス発生装置における一対の電極間に流すための酸素含有ガスとして好適に利用することのできる酸素濃縮ガス（露点温度が低く、かつ適量の窒素を含有する酸素濃縮ガス）を効率的に発生することのできる酸素ガス発生装置を提供することが可能になる。したがって、放電式オゾンガス発生装置を用いるオゾンガス発生機構を簡素化して低コストなものとするだけでなく、液体窒素ボンベへの液体窒素の補充や液体窒素ボンベの交換などの手間を要せず、メンテナンスが容易なオゾンガス発生機構を構築することも可能になる。
【００１３】
製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３は、製品ガスＧ３の用途や、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３や、所定箇所Ｂを吸着筒Ｔにおけるどの場所に設けるか（窒素含有ガスＧ４に含有される窒素濃度）などによっても異なり、とくに限定されないが、通常、０．００５〜０．１に設定される。これにより、本発明の酸素ガス発生装置で発生した製品ガスＧ３の窒素濃度を適切な範囲に保ちやすくすることが可能になる。
【００１４】
所定箇所Ｂを吸着筒Ｔにおけるどの場所に設けるかは、製品ガスＧ３の用途（吸着筒Ｔから導出される窒素含有ガスＧ４に要求される窒素濃度や露点温度）や、前記吸着剤の種類や量などによっても異なり、とくに限定されないが、吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１が０．１〜０．９となる位置に設定される。これにより、所定箇所Ｂから導出される窒素含有ガスＧ４の露点温度（湿度）と、窒素濃度を適切な範囲に保ちやすくすることが可能になる。
【００１５】
本発明の酸素ガス発生装置において、吸着筒Ｔの所定箇所Ｂから取り出された窒素含有ガスＧ４を一時的に貯留するための窒素含有ガス用バッファタンクをガス流路βに設けることも好ましい。これにより、所定箇所Ａで酸素濃縮ガスＧ１に混合する窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を安定させることが容易になる。したがって、酸素濃縮ガスＧ１と窒素含有ガスＧ４との混合比を高い精度で調整することが可能になり、製品ガスＧ３に含有される窒素濃度をより正確に制御することが可能になる。
【００１６】
製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３は、常に一定の値となるようにしてもよいが、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が変化する場合などには、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に応じて比Ｑ４／Ｑ３を変化させると好ましい。製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が少ない場合には、吸着筒Ｔの前記他端から導出される酸素濃縮ガスＧ１に含有される窒素濃度がかなり低く（一般的な酸素ガス発生装置においては、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３を規定流量の１／１０以下まで絞ると、製品ガスＧ３に含有される窒素濃度はほぼ０容量％となる。）、酸素濃縮ガスＧ１に窒素含有ガスＧ４を添加する必要性が大きくなるのに対して、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が多い場合には、吸着筒Ｔの前記他端から導出される酸素濃縮ガスＧ１に元々ある程度の窒素が含有されるようになり、酸素濃縮ガスＧ１に窒素含有ガスＧ４を添加する必要性が小さくなるからである。
【００１７】
具体的には、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３を検出するための製品ガス取出流量検出手段をガス流路αに設け、所定箇所Ａで酸素濃縮ガスＧ１に混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を制御するための窒素含有ガス流量制御手段をガス流路βに設け、製品ガス取出流量検出手段が検出した製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に応じて窒素含有ガス流量制御手段が制御されるようにすると好ましい。これにより、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３にかかわらず、製品ガスＧ３に含有される窒素濃度を安定させることが可能になる。
【００１８】
また、上記課題は、本発明の酸素ガス発生装置を組み込んだ放電式オゾンガス発生システムを提供することによっても解決される。これにより、浄水処理施設や下水処理施設における水処理や、紙パルプの漂白など、高濃度のオゾンガスが要求される用途にも好適に使用することの可能な高濃度のオゾンガスを安定して得ることが可能になる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によって、液体窒素ボンベや窒素ガス発生装置などを別途用いることなく、放電式オゾンガス発生装置における一対の電極間に流すための酸素含有ガスとして好適に利用することのできる酸素濃縮ガス（露点温度が低く、かつ適量の窒素を含有する酸素濃縮ガス）を効率的に発生することのできる酸素ガス発生装置を提供することが可能になる。また、この酸素ガス発生装置を組み込んだ放電式オゾンガス発生システムを提供することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の酸素ガス発生装置の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。図１は、本発明の酸素ガス発生装置の好適な実施態様を示したシステムフロー図である。図２は、図１における吸着筒Ｔの周辺を示した拡大図である。
【００２１】
１．酸素ガス発生装置の全体構成
本発明の酸素ガス発生装置は、圧力変動吸着式（ＰＳＡ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｗｉｎｇ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）方式）のものとなっており、吸着工程と再生工程とを繰り返し行うことにより、酸素濃度が高まって露点温度が低下した酸素ガス（製品ガスＧ３）を発生するものとなっている。
【００２２】
吸着工程は、吸着筒Ｔの一端から原料ガスＧ０を導入して吸着筒Ｔを加圧し、原料ガスＧ０に含有される窒素及び水分を吸着筒Ｔに収容した吸着剤に選択的に吸着させ、吸着筒Ｔの他端から酸素濃縮ガスＧ１を導出することにより行われるようになっている。本実施態様の酸素ガス発生装置において、原料ガスＧ０は、図示省略の原料ガス加圧手段（コンプレッサーなど）で予め圧縮された状態で原料ガス取入口ＩＮ１から装置内部に取り入れられるようになっている。吸着工程で発生した製品ガスＧ３は、吸着筒Ｔの前記他端に接続したガス流路αを通って製品ガス取出口ＯＵＴ２から装置外部へ取り出されるようになっている。
【００２３】
図１において、ガス流路αは、それぞれの吸着筒Ｔの上端（前記他端）を始点として第六電磁弁ＳＶ６又は第七電磁弁ＳＶ７を通って合流した後、酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１と第二フィルタＳＴＲ２と第九電磁弁ＳＶ９と第一減圧弁ＲＤＶ１と第二減圧弁ＲＤＶ２と第二グローブ弁ＭＶ２と流量計ＦＬＭとを通り、製品ガス取出口ＯＵＴ２に達するまでの極太線によって表した部分となっている。
【００２４】
一方、再生工程は、吸着筒Ｔを減圧して前記吸着剤から窒素及び水分を選択的に脱着させ、脱着した窒素及び水分を含有する窒素富化ガスＧ２を吸着筒Ｔの外部へ排出し、前記吸着剤の吸着能を再生することにより行われるようになっている。本実施態様の酸素ガス発生装置において、窒素富化ガスＧ２は、吸着筒Ｔの前記一端に接続されたサイレンサ（窒素富化ガス排出口）ＳＬから装置外部へと排出されるようになっている。
【００２５】
また、ガス流路αにおける所定箇所Ａと、吸着筒Ｔの前記一端と前記他端との間における所定箇所Ｂは、ガス流路βで接続されており、吸着工程の際に前記吸着剤に窒素及び水分を選択的に吸着されて原料ガスＧ０よりも露点温度の低下した窒素含有ガスＧ４を吸着筒Ｔにおける所定箇所Ｂから導出することができるようになっている。
【００２６】
図１において、ガス流路βは、それぞれの吸着筒Ｔの中間部（所定箇所Ｂ１又は所定箇所Ｂ２）を始点として逆止弁ＣＫ１又は逆止弁ＣＫ２を通って合流した後、窒素含有ガス用バッファタンクＢＴ２と第十電磁弁ＳＶ１０と第三減圧弁ＲＤＶ３と第二オリフィスＯＲＦ２と第六ボール弁ＢＶ６とを通り、所定箇所Ａに達するまでの太線によって表した部分となっている。
【００２７】
所定箇所Ｂから導出された窒素含有ガスＧ４は、吸着筒Ｔの前記他端から導出されてガス流路αを流れる酸素濃縮ガスＧ１と所定箇所Ａで混合されて混合ガスＧ５となり、製品ガスＧ３として装置外部へ取り出されるようになっている。
【００２８】
２．吸着筒Ｔ
吸着筒Ｔは、原料ガスＧ０に含有される窒素を吸着除去するための場所となっている。吸着筒Ｔの本数はとくに限定されないが、通常、２本以上とされる。本実施態様の酸素ガス発生装置において、吸着筒Ｔは、並列に配された第一吸着筒Ｔ１と第二吸着筒Ｔ２とで構成している。このため、一方の吸着筒Ｔ（例えば第一吸着筒Ｔ１）で吸着工程を行っている間に、他方の吸着筒Ｔ（例えば第二吸着筒Ｔ２）で再生工程を行うことができるようになっており、酸素濃縮ガスＧ１を連続的に生成することも可能になっている。
【００２９】
本実施態様の酸素ガス発生装置において、吸着工程と再生工程の切り替えは、第一電磁弁ＳＶ１から第八電磁弁ＳＶ８までの８つの電磁弁ＳＶ１〜ＳＶ８の開閉を制御することにより、行われるようになっている。より具体的に説明すると、第一吸着筒Ｔ１の吸着工程は、第二吸着筒Ｔ２の再生工程と同時に行われ、第二電磁弁ＳＶ２と第五電磁弁ＳＶ５と第六電磁弁ＳＶ６とを開いて、第一電磁弁ＳＶ１と第三電磁弁ＳＶ３と第四電磁弁ＳＶ４と第七電磁弁ＳＶ７と第八電磁弁ＳＶ８とを閉じることにより行われる。
【００３０】
一方、第一吸着筒Ｔ１の再生工程は、第二吸着筒Ｔ２の吸着工程と同時に行われ、第三電磁弁ＳＶ３と第四電磁弁ＳＶ４と第七電磁弁ＳＶ７とを開いて、第一電磁弁ＳＶ１と第二電磁弁ＳＶ２と第五電磁弁ＳＶ５と第六電磁弁ＳＶ６と第八電磁弁ＳＶ８とを閉じることにより行われる。第一電磁弁ＳＶ１は、いわゆる下部均圧弁として機能するものとなっており、吸着工程と再生工程を切り替える際に開くように制御される。また、第八電磁弁ＳＶ８は、いわゆる上部均圧弁として機能するものとなっており、吸着工程と再生工程を切り替える際に開くように制御される。
【００３１】
吸着筒Ｔの容量は、酸素ガス発生装置の規模（製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値）や、吸着筒Ｔの本数や、前記吸着剤の種類などによっても異なり、とくに限定されない。製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値が５００リットル／分程度と酸素ガス発生装置の規模が比較的大きく、吸着筒Ｔを同一形状の第一吸着筒Ｔ１と第二吸着筒Ｔ２とで構成し、前記吸着剤として合成ゼオライトを用いる場合には、吸着筒Ｔの１本当たりの容量は、通常、５００〜７００リットルに設定される。本実施態様の酸素ガス発生装置において、第一吸着筒Ｔ１と第二吸着筒Ｔ２はいずれも、内径６０ｃｍ、高さ２２０ｃｍの円筒状となっており、それぞれの容量はいずれも約６００リットルとなっている。
【００３２】
３．吸着剤
吸着筒Ｔには、酸素よりも窒素及び水分を選択的に吸着する吸着剤が収容されている。前記吸着剤は、１種類のみを用いてもよいし、複数種類を組み合わせて用いてもよい。複数種類の吸着剤を用いる場合には、混合して用いてもよいし、吸着筒Ｔの内部を複数の室に区切って、それぞれの室に異なる種類の吸着剤を収容するようにしてもよい。例えば、吸着筒Ｔの内部を前記一端寄りの水分吸着室と前記他端寄りの窒素吸着室とに区切り、主として水分を吸着する吸着剤（活性アルミナ、シリカゲル、ゼオライト、活性炭などの水分吸着剤）を水分吸着室に収容し、主として窒素を吸着する吸着剤（合成ゼオライトなどの窒素吸着剤）を窒素吸着室に収容するなどといった態様も考えられる。これにより、窒素吸着剤の性能の低下を防止することが可能になる。
【００３３】
本実施態様の酸素ガス発生装置においては、前記吸着剤として、窒素と水分の両方を選択的に吸着しうる（酸素はあまり吸着せずに窒素と水分をよく吸着する）１種類の吸着剤のみを用いている。このような吸着剤としては、Ａ型ゼオライトやＸ型ゼオライトなどの合成ゼオライトが例示される。なかでも、Ｘ型ゼオライトは優れた窒素吸着能を発揮するために好ましい。本実施態様の酸素ガス発生装置においては、前記吸着剤としてＸ型ゼオライトを用いている。
【００３４】
吸着筒Ｔに収容する前記吸着剤の量は、酸素ガス発生装置の規模（製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値）や、吸着筒Ｔの本数及び容量や、前記吸着剤の種類などによっても異なり、とくに限定されない。本実施態様の酸素ガス発生装置のように、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値が５００リットル／分程度と酸素ガス発生装置の規模が比較的大きく、吸着筒Ｔが第一吸着筒Ｔ１（容量約６００リットル）と第二吸着筒Ｔ２（容量約６００リットル）とで構成され、前記吸着剤としてＸ型ゼオライトを用いる場合には、通常、それぞれの吸着筒Ｔに前記吸着剤を２４０〜４８０ｋｇずつ収容する。本実施態様の酸素ガス発生装置においては、それぞれの吸着筒Ｔに前記吸着剤を約３６０ｋｇずつ収容しており、吸着筒Ｔの内部は前記一端から前記他端までの全体に亘って前記吸着剤が詰まった状態となっている。
【００３５】
４．所定箇所Ｂ
窒素含有ガスＧ４を導出するための所定箇所Ｂを吸着筒Ｔにおけるどの場所に設けるかは、製品ガスＧ３の用途（吸着筒Ｔから導出される窒素含有ガスＧ４に要求される窒素濃度や露点温度）や、前記吸着剤の種類や量などによっても異なり、とくに限定されない。しかし、吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１（図２を参照）に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２（図２を参照）の比Ｌ２／Ｌ１が小さすぎると（所定箇所Ｂが吸着筒Ｔの前記一端に近すぎると）、所定箇所Ｂから導出される窒素含有ガスＧ４の露点温度が低下していないおそれがある。このため、比Ｌ２／Ｌ１は、通常、０．１以上とされる。
【００３６】
本実施態様の酸素ガス発生装置のように、窒素含有ガスＧ４の露点温度を−５０℃以下とすることが要求され、それぞれの吸着筒Ｔに前記吸着剤としてＸ型ゼオライトを約３６０ｋｇずつ収容し、吸着筒Ｔの内部における前記一端から前記他端までの全体に亘って前記吸着剤が詰まった状態とする場合には、吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は、０．２以上とすると好ましく、０．２５以上とするとより好ましい。
【００３７】
一方、吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１が大きすぎると（所定箇所Ｂが吸着筒Ｔの前記他端に近すぎると）、前記吸着剤に大部分の窒素が吸着されて、所定箇所Ｂから導出される窒素含有ガスＧ４の窒素濃度が低くなりすぎるおそれがある。このため、比Ｌ２／Ｌ１は、通常、０．９以下とされる。
【００３８】
本実施態様の酸素ガス発生装置のように、窒素含有ガスＧ４の窒素濃度を１０容量％以上確保し、それぞれの吸着筒Ｔに前記吸着剤としてＸ型ゼオライトを約３６０ｋｇずつ収容し、吸着筒Ｔの内部における前記一端から前記他端までの全体に亘って前記吸着剤が詰まった状態とする場合には、吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は、０．８以下とすると好ましく、０．７５以下とするとより好ましい。
【００３９】
本実施態様の酸素ガス発生装置において、吸着筒Ｔの前記一端から前記他端までのガスの流れ方向に沿った長さＬ１に対する吸着筒Ｔの前記一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は、約０．５に設定している。この場合における所定箇所Ｂから導出される窒素含有ガスＧ４の窒素濃度は、約３５．５容量％（酸素濃度が約６０容量％でアルゴン濃度が約４．５容量％）となっており、その露点温度は−５０℃以下となっている。
【００４０】
５．酸素濃縮ガス用バッファタンク
本実施態様の酸素ガス発生装置において、ガス流路αには、吸着筒Ｔで生成された酸素濃縮ガスＧ１を一時的に貯留するための酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１を設けている。これにより、酸素濃縮ガスＧ１の流量を安定させることが容易になる。
【００４１】
酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１は、所定箇所Ａよりも下流側に設けてもよいが、この場合には、所定箇所Ａでの圧力変動が大きくなって、酸素濃縮ガスＧ１と窒素含有ガスＧ４との混合比を高い精度で制御することが困難になるおそれがある。このため、本実施態様の酸素ガス発生装置において、酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１は、所定箇所Ａよりも上流側のガス流路αに設けている。
【００４２】
酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１の容量は、酸素ガス発生装置の規模（製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値）や、酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１の本数などによっても異なり、とくに限定されない。製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値が５００リットル／分程度と酸素ガス発生装置の規模が比較的大きく、酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１が１本のみである場合には、通常、５００〜７００リットルに設定される。本実施態様の酸素ガス発生装置において、酸素濃縮ガス用バッファタンクＢＴ１の容量は約６００リットルとなっている。
【００４３】
６．窒素含有ガス貯留用バッファタンク
本実施態様の酸素ガス発生装置においては、吸着筒Ｔの所定箇所Ｂから取り出された窒素含有ガスＧ４を一時的に貯留するための窒素含有ガス貯留用バッファタンクＢＴ２がガス流路βに設けられている。このため、所定箇所Ａで酸素濃縮ガスＧ１に混合する窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を安定させることが可能となっている。
【００４４】
窒素含有ガス貯留用バッファタンクＢＴ２の容量は、酸素ガス発生装置の規模（製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値）などによっても異なり、とくに限定されない。製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の最大値が５００リットル／分程度と酸素ガス発生装置の規模が比較的大きい場合には、通常、１〜１０リットルに設定される。本実施態様の酸素ガス発生装置において、窒素含有ガス貯留用バッファタンクＢＴ２の容量は約３リットルとなっている。
【００４５】
７．製品ガスＧ３と窒素含有ガスＧ４の流量比
製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３は、製品ガスＧ３の用途や、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３や、所定箇所Ｂを吸着筒Ｔにおけるどの場所に設けるか（窒素含有ガスＧ４に含有される窒素濃度）などによっても異なり、とくに限定されない。しかし、製品ガスＧ３を放電式オゾンガス発生装置の原料ガスとして利用する場合には、比Ｑ４／Ｑ３を小さくしすぎると、製品ガスＧ３に適量の窒素ガスを添加することができなくなり、発生するオゾンガスのオゾン濃度を高く維持できなくなるおそれがある。このため、製品ガスＧ３を放電式オゾンガス発生装置に原料ガスとして供給する場合には、製品ガスＧ３に含有されるべき所望の窒素濃度から逆算して比Ｑ４／Ｑ３を設定するとよい。比Ｑ４／Ｑ３は、通常、０．００５以上とされる。比Ｑ４／Ｑ３は、０．０１以上に設定することが多く、実際には、０．０１５以上に設定することが多い。
【００４６】
一方、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３を大きくしすぎると、吸着筒Ｔでの酸素濃縮の効率が低下し、吸着筒Ｔの前記他端から導出される酸素濃縮ガスＧ１の酸素濃度が低下するおそれがある。また、製品ガスＧ３の窒素濃度が高くなりすぎて、製品ガスＧ３を放電式オゾンガス発生装置に原料ガスとして供給するような場合には、発生するオゾンガスのオゾン濃度を高く維持できなくなるおそれがある。このため、比Ｑ４／Ｑ３は、通常、０．１以下とされる。比Ｑ４／Ｑ３は、０．０５以下であると好ましく、０．０３以下であるとより好ましい。本実施態様の酸素ガス発生装置において、比Ｑ４／Ｑ３は、約０．０２としている。
【００４７】
製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３の調節方法は、とくに限定されない。本実施態様の酸素ガス発生装置においては、ガス流路βにおける第三減圧弁ＲＤＶ３と第六ボール弁ＢＶ６との間に配した第二オリフィスＯＲＦ２のオリフィス径を選択することによって比Ｑ４／Ｑ３を調節している。第二オリフィスのオリフィス径をｒとすると、流量Ｑ４は、下記式１によって与えられる。
【数１】
0005001205.tif 000002
【００４８】
ここで、πは円周率である。また、ＶＰＧ６は、第一減圧弁ＲＤＶ１の二次側の圧力であり、第六圧力計ＰＧ６によって検知される圧力である。さらに、ＶＰＧ８は、第三減圧弁ＲＤＶ３の二次側の圧力であり、第八圧力計ＰＧ８によって検知される圧力である。上記式１を本実施態様の酸素ガス発生装置（圧力ＶＰＧ６が０．２ＭＰａ、圧力ＶＰＧ８が０．２５ＭＰａ、窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４が１０Ｌ／分）に当てはめて第二オリフィスＯＲＦ２のオリフィス径ｒを計算すると約０．６６ｍｍとなる。
【００４９】
８．その他
ところで、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に対する所定箇所Ａで混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４の比Ｑ４／Ｑ３は、常に一定の値となるようにしてもよいが、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が変化する場合などには、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に応じて比Ｑ４／Ｑ３を変化させることも好ましい。製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が少ない場合には、吸着筒Ｔの前記他端から導出される酸素濃縮ガスＧ１に含有される窒素濃度がかなり低く（一般的な酸素ガス発生装置においては、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３を規定流量の１／１０以下まで絞ると、製品ガスＧ３に含有される窒素濃度はほぼ０容量％となる。）、酸素濃縮ガスＧ１に窒素含有ガスＧ４を添加する必要性が大きくなるのに対して、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が多い場合には、吸着筒Ｔの前記他端から導出される酸素濃縮ガスＧ１に元々ある程度の窒素が含有されるようになり、酸素濃縮ガスＧ１に窒素含有ガスＧ４を添加する必要性が小さくなるからである。
【００５０】
具体的には、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３を検出するための製品ガス取出流量検出手段ＦＬＭをガス流路αに設け、所定箇所Ａで酸素濃縮ガスＧ１に混合される窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を制御するための窒素含有ガス流量制御手段をガス流路βに設け、製品ガス取出流量検出手段が検出した製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３に応じて窒素含有ガス流量制御手段が制御されるようにすると好ましい。これにより、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３にかかわらず、製品ガスＧ３に含有される窒素濃度を安定させることが可能になる。
【００５１】
製品ガス取出流量検出手段ＦＬＭは、ガス流路αを流れる製品ガスＧ３の流量を検出できるものであればとくに限定されない。製品ガス取出流量検出手段は、流量計のように、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の実際の値を検出するものだけでなく、ポジショナーなど、製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の設定値を検出するものであってもよい。製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３の信頼性を考慮すると、前者の方が好ましい。本実施態様の酸素ガス発生装置においては、ガス流路αにおける製品ガス取出口ＯＵＴ２の直前に設けた流量計を製品ガス取出流量検出手段ＦＬＭとして用いている。
【００５２】
また、窒素含有ガス流量制御手段は、ガス流路βを流れる窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を制御できるものであればとくに限定されない。窒素含有ガス流量制御手段は、窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を連続的に変化させるものであってもよいし、窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を離散的に変化させるもの（例えば、窒素含有ガスＧ４を流すか流さないか、窒素含有ガスＧ４の流量Ｑ４を二値的にしか変化させることができないもの）であってもよい。
【００５３】
コストパフォーマンスを考慮するならば、弁開度を二値的に変化させることのできる電磁弁を窒素含有ガス流量制御手段として用いると好ましい。本実施態様の酸素ガス発生装置においては、ガス流路βにおける窒素含有ガス用バッファタンクＢＴ２と第三減圧弁ＲＤＶ３との間に設けた第十電磁弁ＳＶ１０を窒素含有ガス流量制御手段として用いている。
【００５４】
本実施態様の酸素ガス発生装置は、製品ガス取出流量検出手段ＦＬＭが検知した製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が所定値（Ｑ６とする）以上となった場合には、第十電磁弁（窒素含有ガス流量制御手段）ＳＶ１０を閉じてガス流路βを遮断することにより、酸素濃縮ガスＧ１がそのまま製品ガスＧ３として取り出されるようにし、製品ガス取出流量検出手段ＦＬＭが検知した製品ガスＧ３の取出流量Ｑ３が所定値Ｑ６以下となった場合には、第十電磁弁（窒素含有ガス流量制御手段）ＳＶ１０を開いてガス流路βを導通することにより、混合ガスＧ５が製品ガスＧ３として取り出されるようにしたものとなっている。所定値Ｑ６をどの程度に設定するかはとくに限定されないが、通常、３００〜５００リットル／分に設定され、本実施態様の酸素ガス発生装置において、所定値Ｑ６は４００リットル／分としている。
【００５５】
９．用途
本発明の酸素ガス発生装置は、その用途をとくに限定されるものではないが、放電式オゾンガス発生装置に原料ガス（放電式オゾンガス発生装置における一対の電極間に流す酸素含有ガス）を供給するものとして好適である。本発明の酸素ガス発生装置は、放電式オゾンガス発生システムに組み込むものとして好適である。この放電式オゾンガス発生システムにより得たオゾンガスは、浄水処理施設や下水処理施設における水処理や、紙パルプの漂白など、高濃度のオゾンガスが要求される用途であっても、好適に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の酸素ガス発生装置の好適な実施態様を示したシステムフロー図である。
【図２】図１における吸着筒Ｔの周辺を示した拡大図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ａ  ガス流路αにおける所定箇所
Ｂ  ガス流路βにおける所定箇所
ＢＴ１  酸素濃縮ガス用バッファタンク
ＢＴ２  窒素含有ガス用バッファタンク
ＢＶ１  第一ボール弁
ＢＶ２  第二ボール弁
ＢＶ３  第三ボール弁
ＢＶ４  第四ボール弁
ＢＶ５  第五ボール弁
ＢＶ６  第六ボール弁
ＢＶ７  第七ボール弁
ＣＫ１  第一逆止弁
ＣＫ２  第二逆止弁
ＦＬＭ  流量計（製品ガス取出流量検出手段）
Ｇ０  原料ガス
Ｇ１  酸素濃縮ガス
Ｇ２  窒素富化ガス
Ｇ３  製品ガス
Ｇ４  窒素含有ガス
Ｇ５  混合ガス
ＩＮ１  原料ガス取入口
Ｌ１  吸着筒Ｔの一端から他端までのガスの流れ方向に沿った長さ
Ｌ２  吸着筒Ｔの一端から所定箇所Ｂまでのガスの流れ方向に沿った長さ
ＭＶ１  第一グローブ弁
ＭＶ２  第二グローブ弁
ＯＲＦ１  第一オリフィス
ＯＲＦ２  第二オリフィス
ＯＵＴ１  ドレン排出口
ＯＵＴ２  製品ガス取出口
ＰＧ１  第一圧力計
ＰＧ２  第二圧力計
ＰＧ３  第三圧力計
ＰＧ４  第四圧力計
ＰＧ５  第五圧力計
ＰＧ６  第六圧力計
ＰＧ７  第七圧力計
ＰＧ８  第八圧力計
ＰＳ    圧力スイッチ
ＲＤＶ１  第一減圧弁
ＲＤＶ２  第二減圧弁
ＲＤＶ３  第三減圧弁
ＳＬ  サイレンサ（窒素富化ガス排出口）
ＳＴＲ１  第一フィルタ
ＳＴＲ２  第二フィルタ
ＳＶ１  第一電磁弁（下部均圧弁）
ＳＶ２  第二電磁弁
ＳＶ３  第三電磁弁
ＳＶ４  第四電磁弁
ＳＶ５  第五電磁弁
ＳＶ６  第六電磁弁
ＳＶ７  第七電磁弁
ＳＶ８  第八電磁弁（上部均圧弁）
ＳＶ９  第九電磁弁
ＳＶ１０  第十電磁弁（窒素含有ガス流量制御手段）
Ｔ  吸着筒
Ｔ１  第一吸着筒
Ｔ２  第二吸着筒
α  ガス流路
α１  ガス流路
α２  ガス流路
β  ガス流路
β１  ガス流路
β２  ガス流路
【図１】
0005001205.tif 000003
【図２】
0005001205.tif 000004