オゾン濃縮装置
【課題】固形の窒素酸化物などの不純物がオゾンを濃縮するオゾン分離部へ流入するのを効果的に防止できるオゾン濃縮装置を提供することを目的とする。
【解決手段】予備冷却部４４において、オゾンの凝固点よりも高温で、且つオゾン含有ガス中に含まれる窒素酸化物の凝固点よりも低温とするので、窒素酸化物は、予備冷却部４４で捕捉される。また、予備冷却部４４で捕捉できなかったり、一旦捕捉されたものが剥離飛散して予備冷却部４４から窒素酸化物の氷片（微粒子）として漏出した場合には、フィルタ部４５で捕捉されて除去されるので、オゾン分離部４３への窒素酸化物の侵入を効果的に防止できる。
【解決手段】予備冷却部４４において、オゾンの凝固点よりも高温で、且つオゾン含有ガス中に含まれる窒素酸化物の凝固点よりも低温とするので、窒素酸化物は、予備冷却部４４で捕捉される。また、予備冷却部４４で捕捉できなかったり、一旦捕捉されたものが剥離飛散して予備冷却部４４から窒素酸化物の氷片（微粒子）として漏出した場合には、フィルタ部４５で捕捉されて除去されるので、オゾン分離部４３への窒素酸化物の侵入を効果的に防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無声放電法などによって生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを濃縮するオゾン濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾンを発生させる方法としては、無声放電法や電解法などがあるが、工業的に大量のオゾンを生成する方法としては、無声放電法が普及している。無声放電とは、空気中または誘電体を挟んだ二つの電極間に、交流の高電圧を通電すると生じる放電現象である。そして無声放電法は、無声放電中に空気または、酸素を通過させ、放電プラズマ中のイオンを持つエネルギーによって酸素をオゾン化する方法である。
【０００３】
オゾンの用途は多伎にわたっており、工業用途、例えば、電子部品洗浄用のオゾン水として利用する場合には、高濃度のオゾンガスを生成する必要がある。オゾナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを濃縮して高濃度のオゾンガスを生成する装置については、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の装置は、無声放電方式によって生成したオゾンを沸点以下にまで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とを分離する冷却チャンバー（オゾン分離部）を備えている。また、無声放電方式にてオゾンを生成する場合には、原料となる酸素に加えて微量の窒素を混入する必要があり、この窒素は無声放電によって窒素酸化物となり、この窒素酸化物が液化チャンバーに達すると不具合を生じさせる虞がある。そのため、液化チャンバーの前段には、窒素酸化物を凝固させて捕捉するコールドトラップが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２８５８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コールドトラップに凝固した窒素酸化物が堆積した場合、振動や衝撃などの外的な要因によって堆積物が崩れ、飛散する可能性がある。従来の装置では、このような事象について何ら考慮されておらず、後段に設けられた液化チャンバーなどのオゾン分離部への窒素酸化物の侵入を効果的に防止することができなかった。
【０００６】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、固形の窒素酸化物などの不純物がオゾンを濃縮するオゾン分離部へ侵入するのを効果的に防止できるオゾン濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、オゾンナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを濃縮するオゾン分離部を備えたオゾン濃縮装置において、オゾン含有ガスは、オゾンよりも凝固点の高い不純物を含有し、オゾン含有ガスをオゾンの凝固点よりも高温で、且つ不純物の凝固点よりも低温とすることで不純物を凝固させて捕捉する冷却捕捉部と、冷却捕捉部とオゾン分離部との間に配置されると共に、冷却捕捉部を通過したオゾン含有ガス中の固形物を捕捉するフィルタ部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
オゾン含有ガス中に含まれる不純物のうち、オゾンよりも凝固点の高い窒素酸化物などの不純物は、冷却捕捉部で凝固し、付着するなどして捕捉される。冷却捕捉部で捕捉された不純物は、冷却捕捉部において堆積していくが、外的な作用によって部分的に崩れて飛散し、オゾン含有ガス中の微細な固形物となって後段に流出する可能性がある。しかしながら、上記構成では、不純物の微細な固形物が飛散したとしてもフィルタ部で捕捉されて除去されるので、オゾン分離部への窒素酸化物などの不純物の侵入を効果的に防止できる。
【０００９】
さらに、フィルタ部を冷却する冷却手段を更に備えると好適である。フィルタ部を配置する目的は、冷却捕捉部から飛散して流出した固形物を主体的に捕捉することである。フィルタ部の温度が上昇して不純物が気化してしまうと、フィルタ部での不純物の捕捉効率は低下する。しかしながら、上記構成によれば、冷却手段によってフィルタ部を不純物の凝固点以下にまで確実に冷却することができるので、フィルタ部での不純物の効果的な捕捉が可能になる。
【００１０】
さらに、冷却捕捉部を加熱して不純物を気化させる加熱手段と、冷却捕捉部及びフィルタ部に残留する不純物を追い出すパージガスを冷却捕捉部及びフィルタ部に供給するパージガス供給部と、パージガスによって追い出された不純物を排出する排出部と、を更に備えると好適である。冷却捕捉部の長期の使用によって機能が低下した場合には、冷却捕捉部を加熱することで冷却捕捉部で捕捉した不純物を気化させ、さらに、パージガス供給部によって冷却捕捉部にパージガスを供給することで、不純物を冷却捕捉部から追い出し、排出部から排出することができる。その結果として、冷却捕捉部の機能回復を効率よく実行することができる。
【００１１】
さらに、パージガス供給部は、パージガスとしてオゾナイザで生成されたオゾン含有ガスを供給すると好適である。冷却捕捉部の機能回復を図った後で復旧する際に、冷却捕捉部内に残留するパージガスがオゾン含有ガスであれば、復旧初期段階におけるオゾン濃縮の効率低下を抑制できる。
【００１２】
さらに、冷却捕捉部とフィルタ部との組み合わせからなる冷却ユニットを複数備え、複数の冷却ユニットは、それぞれ独立した経路を介してオゾナイザ及びオゾン分離部に接続されると共に、複数の冷却ユニットそれぞれの経路を切り替える冷却ユニット切替手段を備えると好適である。一の冷却ユニットでの連続した運転によって、その一の冷却ユニットの冷却捕捉部やフィルタ部の機能が低下した場合、冷却ユニット切替手段によって経路を切り替えることで、他の冷却ユニットに引き継いで連続した運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
【００１３】
また、一の冷却捕捉部に接続された複数のフィルタ部を備え、冷却捕捉部と複数のフィルタ部それぞれとを接続する経路を切り替えるフィルタ部切替手段を備えると好適である。一のフィルタ部を利用した連続運転によって、その一のフィルタ部の機能が低下した場合、フィルタ部切替手段によって経路を切り替えることで、他のフィルタ部に引き継いで連続運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
【００１４】
さらに、オゾン分離部は、オゾン含有ガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する液化分離部と、液化分離部により分離された液体オゾンを加熱して濃縮オゾンガスを得る気化部と、液化分離部と気化部とを液封可能に連絡する管路と、を有すると好適である。液化分離部と気化部とは液封を可能とする管路のみで接続されており、気化部で気化されることで減った分の液体オゾンが、液化分離部から管路を通じて気化部に供給される。その結果として、連続的に濃縮オゾンガスを生成できるようになり、例えば、一つのチャンバー内でのオゾンの液化分離と液体オゾンの気化とを間欠的に行う装置に比べて、濃縮オゾンガスの生成効率の向上に有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷却捕捉部から流出した窒素酸化物などの固形の不純物がオゾン濃縮部へ侵入するのを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子部品洗浄装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【図３】オゾン濃縮装置のＮＯＸ除去部を示す側面図である。
【図４】冷却捕捉部の先端部分を拡大して示す部分断面図である。
【図５】フィルタ部内に設置されたフィルタ本体の側断面図である。
【図６】フィルタ本体の平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】オゾン濃縮装置の運転状態を概略的に示す図であり、（ａ）は濃縮オゾンガスの生成運転を示す図であり、（ｂ）はＮＯＸ除去部の清掃運転を示す図である。
【図９】フィルタ部の有無による二窒素酸化物の除去率の違いを示すグラフである。
【図１０】本発明に第２実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【図１１】本発明に第３実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【図１２】本発明に第４実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るオゾン濃縮装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。ここで、まず、第１の実施形態に係るオゾン濃縮装置に関し、電子部品洗浄装置に適用された場合を例に説明する。
（電子部品洗浄装置）
【００１８】
図１に示されるように、電子部品洗浄装置１は、オゾンガス生成装置７３を用いて高濃度オゾンガスを生成し、この高濃度のオゾンガスから生成した高濃度のオゾン水を半導体ウエハ、液晶、太陽電池、有機ＥＬ、プリント基板などの電子部品の表面に向けて噴射して洗浄する装置である。オゾンガス生成装置７３は、オゾンガスを発生させるオゾナイザ１０と、オゾナイザ１０で発生したオゾン含有ガスを濃縮する濃縮部３０と、オゾナイザ１０の作動や濃縮部３０での流路の切り替えなどの制御を行う制御装置２０とを備えている。更に電子部品洗浄装置１のオゾン水生成装置７１は、濃縮オゾンガスを生成するオゾンガス生成装置７３と、このオゾンガスを超純水に溶解させて高濃度オゾン水を生成する溶解部５０と、を備えている。そして、洗浄装置１は、このオゾン水生成装置７１と、オゾン水生成装置７１で得られた高濃度オゾン水で電子部品の表面を洗浄する洗浄部７０と、を備えている。なお、本実施形態では、制御装置２０及び濃縮部３０によってオゾン濃縮装置８０Ａが構成される。
【００１９】
電子部品洗浄装置１は、酸素タンク３と、窒素タンク５とを備えている。オゾナイザ１０には、酸素タンク３からラインＬ１を通じて酸素が供給される。また、ラインＬ１には、窒素タンク５からの窒素ガス供給ラインが合流しており、酸素ガスに微量の窒素ガスが混入されてオゾナイザ１０に導入される。オゾナイザ１０は、酸素ガスを原料として放電方式（「無声放電方式」ともいう）によりオゾン含有ガスを生成する。このオゾナイザ１０では、１０vol％程度の比較的低濃度のオゾン含有ガス（約９０vol％の酸素ガスと約１０vol％のオゾンガスとの混合気体）が生成される。また、原料の酸素ガスに微量混入された窒素ガスに起因して、オゾナイザ１０で生成されたオゾン含有ガス（非濃縮オゾンガス）中には微量の窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスが含まれる。オゾナイザ１０から送出される非濃縮オゾンガスは、ラインＬ２を通じて濃縮部３０に導入される。
【００２０】
濃縮部３０は、オゾナイザ１０で生成される非濃縮オゾンガスを濃縮し、ほぼ１００vol％の高濃度のオゾンガス（濃縮オゾンガス）を生成するものである。図２にも示されるように、濃縮部３０は、真空断熱チャンバ３１内に設けられたＮＯｘ除去部３２と、ガス冷却部３３と、分離タンク３４と、気化器３５と、熱交換部３６と、を備えている。チャンバ３１は、排気ポンプ３７によって真空引きされる。なお、ガス冷却部３３及び分離タンク３４によって液化分離部４２が構成され、液化分離部４２及び気化器３５によってオゾン分離部４３が構成される。
【００２１】
ラインＬ２からの非濃縮オゾンガスは、濃縮部３０のＮＯｘ除去部３２に導入される。ＮＯｘ除去部３２は、導入された非濃縮オゾンガスを、ＮＯｘの凝固点以下にまで冷却して、ＮＯｘを固化させて捕捉し、非濃縮オゾンガスから分離除去する。ＮＯｘよりも凝固点が低い酸素及びオゾンは、気体の状態でＮＯｘ除去部３２を通過し、ラインＬ３１を通じてガス冷却部３３に導入される。一方、ＮＯｘ除去部３２で捕捉されたＮＯｘは、ＮＯｘ除去部３２の清掃運転時に昇温されて再び気化し、パージガス（例えば、酸素、窒素または非濃縮オゾンガスなど）に追い出されるようにしてラインＬ２１から排ガスラインＬ２０に排出される。なお、ラインＬ３１とラインＬ２１の流路の切り替えは、運転状態に合わせて適宜に実行される。
【００２２】
ガス冷却部３３では、ＮＯｘ除去後の非濃縮オゾンガスを、オゾンの融点以下にまで冷却して、オゾンを液化させる。この液体オゾンは、ラインＬ３２を通じて分離タンク３４に導入され、当該分離タンク３４の下部に溜まる。一方、オゾンよりも融点が低い酸素等は、気体の状態でガス冷却部３３及びラインＬ３２を通過し、分離タンク３４の上部に溜まる。分離タンク３４上部に溜まる気体は、主に酸素であり、ラインＬ３３を通じて分離タンク３４外に送出される。
【００２３】
前述のとおり、ＮＯｘ除去部３２とガス冷却部３３においては、非濃縮オゾンガスの冷却のための低熱源が必要である。この濃縮部３０では、極低温の低熱源としてクライオポンプ３８を備えている。クライオポンプ３８のクライオヘッド３８ａは、チャンバ３１内部に挿入されており、クライオヘッド３８ａとＮＯｘ除去部３２とが伝熱銅板３９ａで接続されている。また、クライオヘッド３８ａとガス冷却部３３とが伝熱銅板３９ｂで接続されている。この構成により、ＮＯｘ除去部３２とガス冷却部３３とを、極低温に冷却することが可能となり、前述のＮＯｘ除去及びオゾン液化が実現される。
【００２４】
分離タンク３４の底部には、Ｕ字管４１の一端が接続されている。このＵ字管４１の他端は、気化器３５の底部に接続されている。そして、分離タンク３４内に溜まった液体オゾンは、Ｕ字管４１内にも充填される。Ｕ字管４１は、分離タンク３４内の液体オゾンを気化部３５に導くためのものであると共に、当該液体オゾンによって分離タンク３４上部に溜まる酸素ガスと気化器３５側とを液封するものである。Ｕ字管（管路）４１によって分離タンク３４と気化器３５とは液封可能に連絡される。
【００２５】
このＵ字管４１内には、毛細管力を発現し、Ｕ字管４１内の液体オゾンを気化器３５内に導く充填材４１ａが充填されている。ここでは、充填材４１ａは金網状のものが用いられ、毛細管力を発現すべく密に構成されていると共に、気化器３５の底部の入口３５ａを通して気化器３５内に進入する構成とされている。この構成により、Ｕ字管４１内の液体オゾンは、入口３５ａを通じて気化器３５内に徐々に導入されていく。なお、この充填材４１ａとしては、金網状の充填材に限定されるものではなく、例えば密に配置される細い金属材料やガラス繊維、例えば多数配置される細かいシリカゲルやポーラスシリカ等であっても良く、要は、毛細管力を発現する充填材であればよい。
【００２６】
気化器３５は、Ｕ字管４１からの液体オゾンを気化するためのもので、円筒状の胴部を有し、下部が下細りの擂り鉢状に閉じられて下端に入口３５ａが設けられていると共に、上端にオゾンガス出口３５ｂが設けられている。この気化器３５の入口３５ａは、分離タンク３４における液体オゾンの液面以上の高さに位置する。この入口３５ａを通して内部に進入する金網状の充填材４１ａは、液体オゾンを毛細管力により気化器３５内に送り込むべく、当該気化器３５の底部内面に沿って広がるように配置されている。
【００２７】
気化器３５内部に進入した充填材４１ａの上方には、加熱用のヒータ３５ｃが設けられている。ヒータ３５ｃは、気化部３５の底部に供される液体オゾンを加熱して気化させる。前述のとおり、気化器３５内には、酸素が分離除去された液体オゾンが導入されるので、気化器３５内で気化されるオゾンは、ほぼ１００vol％の濃度である。また、気化器３５には、ラインＬ１２を介して、酸素タンク３からの酸素が希釈用酸素ガスとして導入される。液体オゾンの気化で得られたほぼ濃度１００vol％のオゾンは、ラインＬ１２からの希釈用酸素ガスによって気化器３５上部で適宜希釈され、オゾンガス出口３５ｂ及びラインＬ３を通じて、濃縮オゾンガスとして送出される。このラインＬ３の濃縮オゾンガスは、溶解部５０に導入される。また、この濃縮オゾンガスの一部の余剰分は、ラインＬ３から分岐したラインＬ２５を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。また、ラインＬ３には、酸素タンク３からのラインＬ１３も合流しており、ラインＬ３の濃縮オゾンガスは、ラインＬ１３からの酸素ガスによっても必要に応じて希釈されて、溶解部５０に導入される。なお、本実施形態では、気化器３５で得られたオゾンをラインＬ１２からの希釈用酸素ガスで主体的に希釈するため、ラインＬ１３を省略することも可能である。
【００２８】
なお、ラインＬ１２は、気化器３５よりも上流側で熱交換部３６を通過している。熱交換部３６では、分離タンク３４からラインＬ３３を通じて排出される排酸素ガスとラインＬ１２の希釈用酸素ガスとの熱交換が行われる。これにより、希釈用酸素ガスは、熱交換部３６で冷却され温度調整された後に気化器３５内に導入される。また排酸素ガスは、熱交換部３６から、ラインＬ２３を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。
【００２９】
図１に示すように、溶解部５０は、ラインＬ３から導入される濃縮オゾンガスとラインＬ１１から導入される超純水とを接触させる溶解モジュールを備えている。溶解モジュールは、高分子膜、エジェクタ、マイクロリアクタなどオゾンガスを水に溶解させる装置をいう。溶解モジュールにおいては、超純水に濃縮オゾンガスが溶解し、高濃度のオゾン水が生成される。なお、超純水に溶解されなかった余剰の濃縮オゾンガスは、ガスラインＬ２７を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。一方、オゾン水は、ラインＬ４を通じて洗浄部７０に導入される。
【００３０】
洗浄部７０は、ラインＬ４から導入したオゾン水を、ノズルから電子部品表面に向けて噴射する。このようなオゾン水の噴射によって、電子部品表面に形成されたレジストが洗浄除去される。すなわち、洗浄部７０は、電子部品のレジスト除去の用途で用いられる。
【００３１】
なお、前述のように、洗浄装置１の各部で発生する不要なガス（ラインＬ２１の排ＮＯｘガス、ラインＬ２３の排酸素ガス、ラインＬ２５の排オゾンガス、及びＬ２７の排オゾンガス）は、すべて合流して排ガスラインＬ２０を通過する。そして、このラインＬ２０の不要ガスは、触媒分解装置７と排ガス冷却器８とを通過し、排気ポンプ９によって系外に排出される。触媒分解装置７は、不要ガスを例えば活性炭などの触媒と接触させることにより、不要ガス中のオゾンガスを比較的無害な酸素ガスに分解する。排ガス冷却器８は、不要ガスを大気に排出する前に当該不要ガスの温度調整を行う。
（オゾン濃縮装置）
【００３２】
次に、オゾン濃縮装置８０Ａについて、濃縮部３０に設けられたＮＯＸ除去部３２を中心に更に詳しく説明する。オゾナイザ１０により放電方式（「無声放電方式」ともいう）でオゾン含有ガスを生成する場合、超高純度の酸素ガスを原料とするとオゾンの発生が不安定になる。そのため、微量（０．０５％〜０．１％程度）の窒素を添加してオゾンの発生量を安定化している。この時、オゾナイザ１０では、オゾンの発生と共に、微量の窒素酸化物ＮＯＸ（例えば、二窒素酸化物ＮＯ２）が発生し、また、超高純度の酸素ガスであってもごく微量の水蒸気を含んでいる可能性がある。窒素酸化物ＮＯＸや水蒸気などの不純物は後段の気化器３５に侵入すると不具合を引き起こす虞がある。そこで、本実施形態では、ＮＯＸ除去部３２によって、これらの不純物を除去している。
【００３３】
図３に示されるように、ＮＯＸ除去部３２は、オゾン含有ガス中の窒素酸化物や水蒸気などの不純物を凝固させ、固体として捕捉する予備冷却部（冷却捕捉部）４４と、予備冷却部４４から漏出する微粒子（固体化物）を捕捉するフィルタ部４５と、を備えている。なお、フィルタ部４５は、予備冷却部４４に隣接した後段に配置されているので、結果として、予備冷却部４４とオゾン分離部４３との間に配置された構成を実現している。
【００３４】
予備冷却部４４は（図４参照）、管群の冷却熱交換によってオゾン含有ガスを冷却する構造となっている。つまり、予備冷却部４４は、断面矩形で筒状の筐体部４４ａと、筐体部４４ａ内を横断するように配置された複数のトラップ部４４ｂと、を有する。筐体部４４ａは、ステンレス製であり、一方の端部が先細りの形状となってラインＬ２の管路に接続されている。また、筐体部４４ａの他方の端部には、下流側のフィルタ部４５がフランジ接続されるフランジ部４４ｃが設けられている。
【００３５】
図４に示されるように、トラップ部４４ｂは、ステンレス製のパイプ（以下、「冷却管」という）４４ｄと、冷却管４４ｄの内面に固定された銅棒４４ｅとを有している。銅棒４４ｅは、筐体部４４ａに沿って配置された伝熱銅板３９ａに伝熱可能に接続され、伝熱銅板３９ａは、クライオポンプ３８のクライオヘッド３８ａに接続されている（図２参照）。クライオポンプ３８の作動による冷熱は、伝熱銅板３９ａ及び銅棒４４ｅを介して冷却管４４ｄに伝えられ、その結果として冷却管４４ｄの表面は、オゾンの凝固点よりも高温で、且つ二窒素酸化物や水蒸気などの不純物の凝固点よりも低温（以下、「不純物凝固温度」という）となるような温度に保持されている。
【００３６】
複数のトラップ部４４ｂは、オゾン含有ガスの流れ方向に対してちどり状に配置されており、流れ方向の上流側から複数のトラップ部４４ｂを見た場合に、隣接するトラップ部４４ｂの冷却管４４ｄ同士の間隔（ピッチ）Ｄと冷却管４４ｄの外径ｄとの比は、Ｄ／ｄ＜２となっている。複数のトラップ部４４ｂは、例えば、筐体部４４ａの長手方向に沿って２０段〜５０段程度配置されている。
【００３７】
トラップ部４４ｂの冷却管４４ｄが不純物凝固温度に保持されているので、二窒素酸化物や水蒸気などの不純物は凝固し、小さな霜状の氷となって冷却管４４ｄの表面に付着堆積される。また、予備冷却部４４のトラップ部４４ｂはちどり状で、且つ多段に配置されているので、オゾン含有ガスのシートパスが生じ難い構造になっている。また、筐体部４４ａ内を流れるオゾン含有ガスの流速は、筐体部４４ａの断面当たり１ｍ／ｓ以下の低流速になっているため、不純物のほとんどはトラップ部４４ｂで捕捉される。
【００３８】
図３、図５〜図７に示されるように、予備冷却部４４の後段に配置されたフィルタ部４５は、予備冷却部４４の筐体部４４ａにフランジ接続されるフィルタケース４５ａと、フィルタケース４５ａ内に設置されたフルイフィルタ（以下、「フィルタ本体」という）４５ｂと、を備えている。フィルタケース４５ａはステンレス製の筐体であり、内部が、予備冷却部４４の筐体部４４ａ内に連通している。フィルタケース４５ａの外壁には、オゾン含有ガスの排出口となる排出管４５ｃが固定されており、フィルタ本体４５ｂを通過したオゾン含有ガスは、排出管４５ｃを通過してラインＬ２２に排出される。
【００３９】
フィルタケース４５ａの内側には、排出管４５ｃの上端が嵌め込まれて固定されるようにフィルタホルダ４５ｄが設置されており、フィルタホルダ４５ｄには、複数のフィルタ本体４５ｂが立設されている。フィルタホルダ４５ｄは、中空平板状のブロック体であり、排出管４５ｃはフィルタホルダ４５ｄの内部空間Ｓ１に連通している。フィルタホルダ４５ｄの裏面はフィルタケース４５ａの壁内面に接して固定されており、表面側には、フィルタ本体４５ｂの内部とフィルタホルダ４５ｄの内部空間Ｓ１とを連通する複数の流出孔４５ｅが形成されている。
【００４０】
フィルタ本体４５ｂは、逆Ｕ字状のステンレス製の枠部材４５ｆと、枠部材４５ｆを両側から挟むように設置された一対のメッシュ板４５ｇと、隣接する枠部材４５ｆ同士の間に配置されてメッシュ板４５ｇを支える押え板４５ｈとを有する。枠部材４５ｆは、両端部がフィルタホルダ４５ｄに固定されてフィルタホルダ４５ｄ上に立設されている。一対のメッシュ板４５ｇは両側から枠部材４５ｆを挟むように配置され、さらに、フィルタホルダ４５ｄ上の押え板４５ｈによって支えられている。メッシュ板４５ｇの目開きは２０μｍ〜１００μｍ程度であり、メッシュ板４５ｇを透過したオゾン含有ガスは（図７参照）、枠部材４５ｆ及び一対のメッシュ板４５ｇで囲まれた内側空間Ｓ２に一旦入り、フィルタホルダ４５ｄの流出孔４５ｅ、フィルタホルダ４５ｄの内部及び排出管４５ｃを通過して排出される。
【００４１】
ここで、フィルタ部４５を設ける意図について説明する。本実施形態に係るオゾン濃縮装置２０では、オゾン含有ガスのみを液化させ、液化した液体オゾンを気化器３５に移送して気化器３５で所定濃度の濃縮オゾンガスを生成する。このオゾン濃縮装置２０では、万が一、何らかの要因によって気化器３５内にオゾントリガーが侵入すると、濃縮オゾンガスは急激な自己分解反応を起し、その自己分解反応によって発生する熱で、オゾン分解反応が連鎖して急激な圧力上昇を引き起こす可能性がある。
【００４２】
一方で、オゾン含有ガス中には、上述のように窒素酸化物や水蒸気などの不純物が含まれており、これらの不純物は、一旦は、予備冷却部４４にて捕捉され、オゾン含有ガス中から分離除去される。しかしながら、予備冷却部４４で捕捉された固形の不純物の量が増え、トラップ部４４ｂでの堆積厚が大きくなった場合に、衝撃や振動などの外的な要因によって不純物の微粒子（微細な氷片）が剥離離散し、オゾン含有ガスの流れに随伴して予備冷却部４４から漏出する可能性がある。仮に、フィルタ部４５を設けていなければ、予備冷却部４４から漏出した不純物の微粒子は、後段のガス冷却部３３、分離タンク３４に侵入する。ガス冷却部３３や分離タンク３４では、−１５０℃〜−１６０℃程度の極低温でオゾンを液化するため、侵入した不純物は固体化する。すると、この不純物がオゾントリガーとなる可能性もある。
【００４３】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａによれば、フィルタ部４５を設けることで、例え予備冷却部４４から不純物が漏出したとしても、それらの不純物はフィルタ部４５で捕捉されるため、後段のガス冷却部３３や分離タンク３４への侵入を阻止することができる。その結果として、気化器３５での急激な圧力上昇を回避してオゾン濃縮装置８０Ａでの濃縮オゾンガスの安定した生成を実現し、運転時間の長時間化を図ることが可能になる。
【００４４】
なお、オゾン含有ガス中に含まれる不純物、例えば、二窒素酸化物の濃度は、窒素の添加率やオゾナイザ１０でのオゾン含有ガス当りの投入電力によって変化するが、通常は１０ｐｐｍ〜３０ｐｐｍ程度となる。この程度の微量の二窒素酸化物が凝固する場合、例えば、配管の外側をクライオポンプ等で冷却する予冷チャンバー構造を採用すると、非常に大きな予冷チャンバーを設ける必要が生じ、さらに、予冷チャンバー構造では、チャンバー内のオゾン含有ガスの流れによって不純物の微粒子が舞い上がり易い環境となってしまい、その結果として後段のガス冷却部３３や分離タンク３４に侵入し易くなってしまう。一方で、本実施形態に係る予備冷却部４４では、管群の冷却熱交換によってオゾン含有ガスを冷却する構造となっているため、小型化に有利であり、さらに、一旦、捕捉した不純物も剥離などの特段の事情が生じない限り、漏出し難い。
【００４５】
ＮＯＸ除去部３２の出口側、すなわち、フィルタ部４５の排出管４５ｃにはライン（管路）Ｌ２２が接続されている。ラインＬ２２には、フィルタ部４５のフィルタ本体４５ｂよりも目の細かなフィルタエレメントによって微粒子を除去する排ガスフィルタ部４６（図２参照）が設けられている。ラインＬ２２は、途中で分岐し、一方がラインＬ２１となり、他方がラインＬ３１となっている。ラインＬ２１には、流路を開閉するバルブ４７が設けられている。バルブ４７はチャンバー３１外に配置されている。また、ラインＬ３１には、流路を開閉するバルブ４８が設けられている。バルブ４８を開放する駆動モータ４９は、チャンバー３１の外に配置されている。
【００４６】
ＮＯＸ除去部３２の上流側と下流側とには、それぞれ温度センサーや圧力センサーなどの検出手段３２ａが配置されている。予備冷却部４４のトラップ部４４ｂに二窒素酸化物などの不純物が凝固して付着すると、トラップ部４４ｂのステンレス製冷却管４４ｄの伝熱効率が低下するため、検出手段３２ａで検出された温度によって、トラップ部４４ｂに付着した不純物除去（ＮＯＸ除去部３２の清掃）の必要性を判断することができる。また、トラップ部４４ｂに付着堆積した不純物の量が増えると上流側と下流側とでの圧力差が大きくなるため、検出手段３２ａで検出された圧力差によって目詰まりを判断でき、不純物除去（ＮＯＸ除去部３２の清掃）の必要性を判断することができる。
【００４７】
ＮＯＸ除去部３２の筐体部４４ａに沿って配置された伝熱銅板３９ａには、予備冷却部４４を加熱するヒータ（加熱手段）８１が接している。ヒータ８１が作動して伝熱銅板３９ａを加熱すると、トラップ部４４ｂの冷却管４４ｄは昇温され、捕捉していた不純物が気化する。このタイミングで必要に応じてパージガスを供給するとＮＯＸ除去部３２に残留する不純物は、パージガスによって追い出され、ＮＯＸ除去部３２の清掃を行うことができる。なお、パージガスは酸素ガス、窒素ガスを利用したり、またはオゾナイザを作動させてオゾン含有ガスを利用したりすることができる。
【００４８】
制御装置２０は、制御信号が送受信可能となるように有線または無線によってヒータ８１に接続されており、ヒータ８１の駆動及び停止を実行する。なお、制御装置２０は、ガス冷却部３３を加熱するヒータ８２にも制御信号が送受信可能となるように接続されている。また、制御装置２０は、検出手段３２ａに接続されており、検出手段３２ａで検出された温度や圧力を随時監視している。また、制御装置２０は、酸素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８３または窒素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８４にも制御信号が送受信可能となるように接続されており、濃縮オゾンガスの生成運転中またはＮＯＸ除去部３２の清掃運転中において適宜にバルブ８３，８４の開閉を制御する。
【００４９】
また、制御装置２０は、ラインＬ３１を開閉するバルブ４８の駆動モータ４９やラインＬ２１を開閉するバルブ４７にも、制御信号が送受信可能となるように有線または無線によって接続されており、ＮＯＸ除去部３２を清掃する際のパージガスが通過するラインＬ２１を開閉したり、また、オゾン含有ガスが通過するラインＬ３１を開閉したりして流路の切り替えを適宜に実行する。また、制御装置２０は、酸素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８３または窒素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８４にも制御信号が送受信可能となるように接続されており、濃縮オゾンガスの生成運転中またはＮＯＸ除去部３２の清掃運転中において適宜にバルブ８３，８４，４７，４８の開閉を行う。
【００５０】
次に、ＮＯＸ除去部３２の作用について図８を参照して説明する。図８は、オゾン濃縮装置８０Ａに関し、ＮＯＸ除去部３２を中心にして運転状態と各要素との関係を概略的に示す図であり、（ａ）は濃縮オゾンガスの生成運転を示す図であり、（ａ）はＮＯＸ除去部３２の清掃運転を示す図である。
【００５１】
図８（ａ）に示されるように、ラインＬ２からＮＯＸ除去部３２の予備冷却部４４に導入されたオゾン含有ガス中には、二窒素酸化物（ＮＯ２）や水蒸気などが不純物として含まれている。予備冷却部４４は、不純物凝固温度となるように維持されている。従って、オゾン含有ガスが予備冷却部４４を通過する場合、不純物は予備冷却部４４にて捕捉され、オゾンガスや酸素ガスは捕捉されずにそのまま通過し、後段のオゾン分離部４３に供給されて濃縮オゾンガスが生成される。
【００５２】
ここで例えば、不純物がＮＯＸ除去部３２で捕捉されずに漏出したり、また、ＮＯＸ除去部３２に衝撃や振動などの外的な要因が働き、予備冷却部４４で捕捉された不純物の微粒子が剥離して飛散し、予備冷却部４４から漏出したりした場合であっても、その微粒子はフィルタ部４５で捕捉される。従って、ＮＯＸ除去部３２からの微粒子の漏出を効果的に防止することができ、オゾン分離部４３への侵入を防ぐことができる。
【００５３】
長時間の運転を続けると、予備冷却部４４やフィルタ部４５で捕捉された不純物の量も増え、伝熱効率が低下したり、目詰まりが生じたりする。制御装置１０は、一定時間の経過後、または検出手段３２ａで検出された温度や圧力差の値を監視しており、所定の閾値を超えると、図８（ｂ）に示されるように、ＮＯＸ除去部３２の清掃運転に切り替える。具体的には、オゾナイザ１０の作動を停止させ、さらにラインＬ３１を閉鎖して代わりにラインＬ２１を開放する。さらに、ヒータ８１によってＮＯＸ除去部３２を加熱し、予備冷却部４４やフィルタ部４５で捕捉されている不純物を気化させる。次に、パージガスをＮＯＸ除去部３２内に供給してＮＯＸ除去部３２内に残留する不純物ガスをラインＬ２１に追い出す。
【００５４】
なお、パージガスとしては、オゾナイザ１０を作動してオゾン含有ガスを利用したり、または酸素ガスや窒素ガスを利用したりすることができる。ここで、パージガスとして酸素ガスを利用する場合には酸素タンク３がパージガス供給部に相当し、窒素ガスを利用する場合には窒素タンク５がパージガス供給部に相当し、オゾン含有ガスを利用する場合にはオゾナイザ１０がパージガス供給部に相当する。なお、ＮＯＸ除去部３２の清掃により、予備冷却部４４やフィルタ部４５の機能回復を図った後で復旧する場合、予備冷却部４４やフィルタ部４５内に残留するパージガスがオゾン含有ガスであれば、復旧初期段階におけるオゾン濃縮の効率低下を抑制できる。従って、復旧後の効率を考慮すると、パージガスとしてオゾン含有ガスを利用すると有利である。
【００５５】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａによれば、予備冷却部４４から不純物の微粒子（微細な固形物）が飛散したとしてもフィルタ部４５で捕捉されて除去されるので、オゾン分離部４３への窒素酸化物などの不純物の流入を効果的に防止できる。この効果を裏付ける実証実験の結果について図９を参照して説明する。
【００５６】
図９は、フィルタ部の有無による二窒素酸化物の除去率の違いを示すグラフであり、（ａ）はフィルタ部を設けることなく、予備冷却部のみを設けたＮＯＸ除去部（参考例）において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１０ｐｐｍ添加した場合を示す。また、図９（ｂ）は予備冷却部及びフィルタ部を設けたＮＯＸ除去部において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１０ｐｐｍ添加した場合を示し、（ｃ）は予備冷却部及びフィルタ部を設けたＮＯＸ除去部において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１００ｐｐｍ添加した場合を示し、（ｄ）は、予備冷却部は設けるが、フィルタ部を設けなかったＮＯＸ除去部（比較例）において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１００ｐｐｍ添加した場合を示す。また、図中のｇ１は、時間経過に伴うガス温度（Ｋ）を示すグラフであり、ｇ２は、ＮＯＸ除去部から漏出する二窒素酸化物の濃度をガス温度（Ｋ）に対応付けて示すグラフである。
【００５７】
図９（ａ）で示されるように、参考例では、例えば、ガス温度が２００（Ｋ）を越えると、漏出する二窒素酸化物の濃度は２０ｐｐｍ以上になっており、ガス温度が高ければ二窒素酸化物はフィルタ部を透過して流出することが観測された。また、図９（ｄ）で示されるように、比較例では、漏出する二窒素酸化物の濃度は極低温下（１２０Ｋ〜１３０Ｋ程度）でも４０ｐｐｍ以上になり、除去率が５０％前後であることが観測された。一方で、図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、本実施形態に係る各実施例では、極低温下において除去率が９５％以上であることが観測された。特に、図９（ｃ）で示す実施例では、予備冷却部から二窒素酸化物が漏出するように追加で１００ｐｐｍもの二窒素酸化物を添加しており、その場合であっても９５％以上の除去率を実現できているため、漏出した二窒素酸化物をフィルタ部で捕捉していることが推察された。
【００５８】
また、本実施形態では、クライオポンプ（冷却手段）３８に接続された伝熱銅板３９ａを介して、予備冷却部４４及びフィルタ部４５を冷却している。フィルタ部４５を配置する目的は、予備冷却部４４から飛散して流出した微粒子を主体的に捕捉することであるが、フィルタ部４５の温度が上昇して不純物が気化してしまうと、フィルタ部４５での不純物の捕捉効率は低下する。しかしながら、本実施形態によれば、クライオポンプ３８によってフィルタ部４５を不純物の凝固点以下にまで確実に冷却することができるので、フィルタ部４５での不純物の効果的な捕捉が可能になる。
【００５９】
また、本実施形態に係るオゾン分離部４３は、オゾン含有ガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する液化分離部４２と、液化分離部により分離された液体オゾンを加熱して濃縮オゾンガスを得る気化器３４と、液化分離部４２と気化器３４とを液封可能に連絡するＵ字管４１と、を有する。液化分離部４２と気化器３４とは液封を可能とするＵ字管（管路）４１のみで接続されており、気化器３４で気化されることで減った分の液体オゾンが、液化分離部４２からＵ字管４１を通じて気化器３４に供給される。その結果として、連続的に濃縮オゾンガスを生成できるようになり、例えば、一つのチャンバー内でのオゾンの液化分離と液体オゾンの気化とを間欠的に行う装置に比べて、濃縮オゾンガスの生成効率の向上に有効である。
（第２実施形態）
【００６０】
次に、図１０を参照して第２実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂについて説明する。なお、本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂは、第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の構成や部材などを備えているため、同一の構成や部材などには第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００６１】
オゾン濃縮装置８０Ｂは、複数、例えば二つのＮＯＸ除去部（冷却ユニット）９０Ａ，９０Ｂを備えている。第１のＮＯＸ除去部９０Ａと第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとは、それぞれ独立したライン（経路）Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂを介してオゾナイザ１０に接続されており、また、それぞれ独立したライン（経路）Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂを介してオゾン分離部４３に接続されている。また、第１のＮＯＸ除去部９０Ａと第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとは、それぞれ独立した排ガスライン（経路）Ｌ７Ａ，Ｌ７Ｂに接続されている。オゾナイザ１０と第１のＮＯＸ除去部９０Ａとを接続する上流側第１のラインＬ５Ａ、オゾナイザ１０と第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとを接続する上流側第２のラインＬ５Ｂ、第１のＮＯＸ除去部９０Ａとオゾン分離部４３とを接続する下流側第１のラインＬ６Ａ、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとオゾン分離部４３とを接続する下流側第２のラインＬ６Ｂ、第１のＮＯＸ除去部９０Ａに接続された第１の排ガスラインＬ７Ａ及び第２のＮＯＸ除去部９０Ｂに接続された第２の排ガスラインＬ７Ｂのそれぞれには、流路を開閉するバルブ９０ａ，９１ａ、９０ｂ，９１ｂ、９０ｃ，９１ｃが設けられている。制御装置２０は、各バルブ９０ａ〜９０ｃ、９１ａ〜９１ｃそれぞれに制御信号を送受信可能に接続されており、各バルブ９０ａ〜９０ｃ、９１ａ〜９１ｃの開閉を制御することで、第１のＮＯＸ除去部９０Ａ及び第２のＮＯＸ除去部９０Ｂそれぞれの経路を切り替える冷却ユニット切替手段として機能する。
【００６２】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂでは、制御装置２０が、例えば、オゾンナイザ１０、第１のＮＯＸ除去部９０Ａ及びオゾン分離部４３を連絡する第１の経路を最初に開放して濃縮オゾンガスを生成する。次に、一定時間の経過や検出手段での検出値に応じて経路切り替えの要否を判断し、必要であると判断した場合には、第１の経路を閉じ、オゾンナイザ１０、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂ及びオゾン分離部４３を連絡する第２の経路に切り替える。さらに、制御装置２０は、第１の排ガスラインＬ７Ａを開き、第１の経路に対しては第１のＮＯＸ除去部９０Ａを加熱して不純物を気化させ、窒素ガスなどのパージガスを第１の経路に供給して不純物ガスを第１の排ガスラインＬ７Ａに追い出す清掃運転を行う。次に、制御装置２０によって経路切り替えが必要であると判断された場合には、第２の経路を閉じ、第１の経路に切り替えると共に、第２の排ガスラインＬ７Ｂを開き、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂを加熱して不純物を気化させ、窒素ガスなどのパージガスを第２の経路に供給して不純物ガスを第２の排ガスラインＬ７Ｂに追い出す清掃運転を行う。
【００６３】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂでは、例えば、第１のＮＯＸ除去部９０Ａでの連続した濃縮オゾンガス生成運転によって、第１のＮＯＸ除去部９０Ａの予備冷却部４４やフィルタ部４５の機能が低下した場合、制御装置（冷却ユニット切替手段）２０によって経路を切り替えることで、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂに引き継いで連続した運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
（第３の実施形態）
【００６４】
次に、図１１を参照して第３実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｃについて説明する。なお、本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｃは、第２実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂと同一の構成や部材などを備えているため、同一の構成や部材などには第２実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂと同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００６５】
オゾン濃縮装置８０Ｃは、複数、例えば二つのＮＯＸ除去部（冷却ユニット）９０Ａ，９０Ｂを備えている。第１のＮＯＸ除去部９０Ａと第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとは、伝熱銅板３９ａを介してクライオポンプ３８に接続されており、さらに、伝熱の経路を切り替える伝熱切替部９１を備えている。伝熱切替部９１は、例えば、回転自在な構成によって物理的に伝熱銅板３９ａ，３９ａ同士の接点を切り替える構成とすることができる。
【００６６】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｃによれば、上述の第１及び第２の実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａ，８０Ｂと同様の効果を奏することができ、さらに、クライオポンプ３８での冷熱を二つのＮＯＸ除去部（冷却ユニット）９０Ａ，９０Ｂのいずれか一方に効果的に伝達することができる。
（第４の実施形態）
【００６７】
次に、図１２を参照して第４実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｄについて説明する。なお、本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｄは、第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の構成や部材などを備えているため、同一の構成や部材などには第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００６８】
オゾン濃縮装置８０Ｄは、一の予備冷却部９２に接続された複数、例えば、二つのフィルタ部９３Ａ，９３Ｂを備えている。予備冷却部９２、第１のフィルタ部９３Ａ及びオゾン分離部４３とは第１のライン（経路）Ｌ８Ａによって接続され、予備冷却部９２、第２のフィルタ部９３Ｂ及びオゾン分離部４３とは第２のライン（経路）Ｌ８Ｂによって接続されており、第１のラインＬ８Ａ及び第２のラインＬ８Ｂには、それぞれ流路を開放するバルブ９４，９５が設けられている。制御装置２０は、各バルブ９４，９５に制御信号を送受信可能に接続されており、各バルブ９４，９５の開閉を制御することにより、フィルタ部切替手段として機能する。なお、第１及び第２のフィルタ部９３Ａ，９３Ｂは、伝熱銅板３９ｃを介してクライオポンプ（冷却手段）３８のクライオヘッド（図示省略）に接続され、さらに、第１及び第２のフィルタ部９３Ａ，９３Ｂには、それぞれヒータ８１が設置されている。
【００６９】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置９０では、制御装置２０が、例えば、第１の経路を最初に開放して濃縮オゾンガスを生成する。次に、一定時間の経過や検出手段での検出値に応じて経路切り替えの要否を判断し、必要であると判断した場合には、第１の経路を閉じ、第２の経路を開いて濃縮オゾンガスの連続して生成する。
【００７０】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置によれば、上述の第１の実施形態に係るオゾン濃縮装置と同様の効果を奏することができる。さらに、第１のフィルタ部９３Ａを利用した連続運転によって、第１のフィルタ部９３Ａの機能が低下した場合、制御装置（フィルタ部切替手段）２０によって経路を切り替えることで、第２のフィルタ部９３Ｂに引き継いで連続運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
【００７１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、オゾン分離部の態様としては、オゾン含有ガスを冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する態様に限定されず、例えば、圧力や温度に応じてオゾンを選択的に吸着する触媒を用いてオゾンガスと他の気体（酸素ガス）とを分離する態様であってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、液化分離部と気化部（気化器）が分離した構成について説明したが、液化分離部と気化部が同一のチャンバで構成されている場合にも適用できる。更には、上記実施形態では、連続式でオゾン濃縮を行う場合について説明したが、単一のチャンバで液化と気化とを繰り返す所謂バッチ式のオゾン濃縮装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
３…酸素タンク（パージガス供給部）、５…窒素タンク（パージガス供給部）、１０…オゾナイザ、２０…制御装置（冷却ユニット切替手段、フィルタ部切替手段）、３２，９０Ａ，９０Ｂ…ＮＯＸ除去部（冷却ユニット）、３５…気化器（気化部）、３８…クライオポンプ、４１…Ｕ字管（管路）４２…液化分離部、４３…オゾン分離部、４４，９２…予備冷却部（冷却捕捉部）、４５，９３Ａ，９３Ｂ…フィルタ部、８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ…オゾン濃縮装置、８１…ヒータ（加熱手段）、Ｌ２１…ライン（不純物ガスの排出部）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無声放電法などによって生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを濃縮するオゾン濃縮装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾンを発生させる方法としては、無声放電法や電解法などがあるが、工業的に大量のオゾンを生成する方法としては、無声放電法が普及している。無声放電とは、空気中または誘電体を挟んだ二つの電極間に、交流の高電圧を通電すると生じる放電現象である。そして無声放電法は、無声放電中に空気または、酸素を通過させ、放電プラズマ中のイオンを持つエネルギーによって酸素をオゾン化する方法である。
【０００３】
オゾンの用途は多伎にわたっており、工業用途、例えば、電子部品洗浄用のオゾン水として利用する場合には、高濃度のオゾンガスを生成する必要がある。オゾナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを濃縮して高濃度のオゾンガスを生成する装置については、例えば、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の装置は、無声放電方式によって生成したオゾンを沸点以下にまで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とを分離する冷却チャンバー（オゾン分離部）を備えている。また、無声放電方式にてオゾンを生成する場合には、原料となる酸素に加えて微量の窒素を混入する必要があり、この窒素は無声放電によって窒素酸化物となり、この窒素酸化物が液化チャンバーに達すると不具合を生じさせる虞がある。そのため、液化チャンバーの前段には、窒素酸化物を凝固させて捕捉するコールドトラップが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２８５８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コールドトラップに凝固した窒素酸化物が堆積した場合、振動や衝撃などの外的な要因によって堆積物が崩れ、飛散する可能性がある。従来の装置では、このような事象について何ら考慮されておらず、後段に設けられた液化チャンバーなどのオゾン分離部への窒素酸化物の侵入を効果的に防止することができなかった。
【０００６】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、固形の窒素酸化物などの不純物がオゾンを濃縮するオゾン分離部へ侵入するのを効果的に防止できるオゾン濃縮装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、オゾンナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを濃縮するオゾン分離部を備えたオゾン濃縮装置において、オゾン含有ガスは、オゾンよりも凝固点の高い不純物を含有し、オゾン含有ガスをオゾンの凝固点よりも高温で、且つ不純物の凝固点よりも低温とすることで不純物を凝固させて捕捉する冷却捕捉部と、冷却捕捉部とオゾン分離部との間に配置されると共に、冷却捕捉部を通過したオゾン含有ガス中の固形物を捕捉するフィルタ部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
オゾン含有ガス中に含まれる不純物のうち、オゾンよりも凝固点の高い窒素酸化物などの不純物は、冷却捕捉部で凝固し、付着するなどして捕捉される。冷却捕捉部で捕捉された不純物は、冷却捕捉部において堆積していくが、外的な作用によって部分的に崩れて飛散し、オゾン含有ガス中の微細な固形物となって後段に流出する可能性がある。しかしながら、上記構成では、不純物の微細な固形物が飛散したとしてもフィルタ部で捕捉されて除去されるので、オゾン分離部への窒素酸化物などの不純物の侵入を効果的に防止できる。
【０００９】
さらに、フィルタ部を冷却する冷却手段を更に備えると好適である。フィルタ部を配置する目的は、冷却捕捉部から飛散して流出した固形物を主体的に捕捉することである。フィルタ部の温度が上昇して不純物が気化してしまうと、フィルタ部での不純物の捕捉効率は低下する。しかしながら、上記構成によれば、冷却手段によってフィルタ部を不純物の凝固点以下にまで確実に冷却することができるので、フィルタ部での不純物の効果的な捕捉が可能になる。
【００１０】
さらに、冷却捕捉部を加熱して不純物を気化させる加熱手段と、冷却捕捉部及びフィルタ部に残留する不純物を追い出すパージガスを冷却捕捉部及びフィルタ部に供給するパージガス供給部と、パージガスによって追い出された不純物を排出する排出部と、を更に備えると好適である。冷却捕捉部の長期の使用によって機能が低下した場合には、冷却捕捉部を加熱することで冷却捕捉部で捕捉した不純物を気化させ、さらに、パージガス供給部によって冷却捕捉部にパージガスを供給することで、不純物を冷却捕捉部から追い出し、排出部から排出することができる。その結果として、冷却捕捉部の機能回復を効率よく実行することができる。
【００１１】
さらに、パージガス供給部は、パージガスとしてオゾナイザで生成されたオゾン含有ガスを供給すると好適である。冷却捕捉部の機能回復を図った後で復旧する際に、冷却捕捉部内に残留するパージガスがオゾン含有ガスであれば、復旧初期段階におけるオゾン濃縮の効率低下を抑制できる。
【００１２】
さらに、冷却捕捉部とフィルタ部との組み合わせからなる冷却ユニットを複数備え、複数の冷却ユニットは、それぞれ独立した経路を介してオゾナイザ及びオゾン分離部に接続されると共に、複数の冷却ユニットそれぞれの経路を切り替える冷却ユニット切替手段を備えると好適である。一の冷却ユニットでの連続した運転によって、その一の冷却ユニットの冷却捕捉部やフィルタ部の機能が低下した場合、冷却ユニット切替手段によって経路を切り替えることで、他の冷却ユニットに引き継いで連続した運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
【００１３】
また、一の冷却捕捉部に接続された複数のフィルタ部を備え、冷却捕捉部と複数のフィルタ部それぞれとを接続する経路を切り替えるフィルタ部切替手段を備えると好適である。一のフィルタ部を利用した連続運転によって、その一のフィルタ部の機能が低下した場合、フィルタ部切替手段によって経路を切り替えることで、他のフィルタ部に引き継いで連続運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
【００１４】
さらに、オゾン分離部は、オゾン含有ガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する液化分離部と、液化分離部により分離された液体オゾンを加熱して濃縮オゾンガスを得る気化部と、液化分離部と気化部とを液封可能に連絡する管路と、を有すると好適である。液化分離部と気化部とは液封を可能とする管路のみで接続されており、気化部で気化されることで減った分の液体オゾンが、液化分離部から管路を通じて気化部に供給される。その結果として、連続的に濃縮オゾンガスを生成できるようになり、例えば、一つのチャンバー内でのオゾンの液化分離と液体オゾンの気化とを間欠的に行う装置に比べて、濃縮オゾンガスの生成効率の向上に有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、冷却捕捉部から流出した窒素酸化物などの固形の不純物がオゾン濃縮部へ侵入するのを効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】電子部品洗浄装置を概略的に示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【図３】オゾン濃縮装置のＮＯＸ除去部を示す側面図である。
【図４】冷却捕捉部の先端部分を拡大して示す部分断面図である。
【図５】フィルタ部内に設置されたフィルタ本体の側断面図である。
【図６】フィルタ本体の平面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面図である。
【図８】オゾン濃縮装置の運転状態を概略的に示す図であり、（ａ）は濃縮オゾンガスの生成運転を示す図であり、（ｂ）はＮＯＸ除去部の清掃運転を示す図である。
【図９】フィルタ部の有無による二窒素酸化物の除去率の違いを示すグラフである。
【図１０】本発明に第２実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【図１１】本発明に第３実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【図１２】本発明に第４実施形態に係るオゾン濃縮装置を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るオゾン濃縮装置の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。ここで、まず、第１の実施形態に係るオゾン濃縮装置に関し、電子部品洗浄装置に適用された場合を例に説明する。
（電子部品洗浄装置）
【００１８】
図１に示されるように、電子部品洗浄装置１は、オゾンガス生成装置７３を用いて高濃度オゾンガスを生成し、この高濃度のオゾンガスから生成した高濃度のオゾン水を半導体ウエハ、液晶、太陽電池、有機ＥＬ、プリント基板などの電子部品の表面に向けて噴射して洗浄する装置である。オゾンガス生成装置７３は、オゾンガスを発生させるオゾナイザ１０と、オゾナイザ１０で発生したオゾン含有ガスを濃縮する濃縮部３０と、オゾナイザ１０の作動や濃縮部３０での流路の切り替えなどの制御を行う制御装置２０とを備えている。更に電子部品洗浄装置１のオゾン水生成装置７１は、濃縮オゾンガスを生成するオゾンガス生成装置７３と、このオゾンガスを超純水に溶解させて高濃度オゾン水を生成する溶解部５０と、を備えている。そして、洗浄装置１は、このオゾン水生成装置７１と、オゾン水生成装置７１で得られた高濃度オゾン水で電子部品の表面を洗浄する洗浄部７０と、を備えている。なお、本実施形態では、制御装置２０及び濃縮部３０によってオゾン濃縮装置８０Ａが構成される。
【００１９】
電子部品洗浄装置１は、酸素タンク３と、窒素タンク５とを備えている。オゾナイザ１０には、酸素タンク３からラインＬ１を通じて酸素が供給される。また、ラインＬ１には、窒素タンク５からの窒素ガス供給ラインが合流しており、酸素ガスに微量の窒素ガスが混入されてオゾナイザ１０に導入される。オゾナイザ１０は、酸素ガスを原料として放電方式（「無声放電方式」ともいう）によりオゾン含有ガスを生成する。このオゾナイザ１０では、１０vol％程度の比較的低濃度のオゾン含有ガス（約９０vol％の酸素ガスと約１０vol％のオゾンガスとの混合気体）が生成される。また、原料の酸素ガスに微量混入された窒素ガスに起因して、オゾナイザ１０で生成されたオゾン含有ガス（非濃縮オゾンガス）中には微量の窒素酸化物（ＮＯｘ）ガスが含まれる。オゾナイザ１０から送出される非濃縮オゾンガスは、ラインＬ２を通じて濃縮部３０に導入される。
【００２０】
濃縮部３０は、オゾナイザ１０で生成される非濃縮オゾンガスを濃縮し、ほぼ１００vol％の高濃度のオゾンガス（濃縮オゾンガス）を生成するものである。図２にも示されるように、濃縮部３０は、真空断熱チャンバ３１内に設けられたＮＯｘ除去部３２と、ガス冷却部３３と、分離タンク３４と、気化器３５と、熱交換部３６と、を備えている。チャンバ３１は、排気ポンプ３７によって真空引きされる。なお、ガス冷却部３３及び分離タンク３４によって液化分離部４２が構成され、液化分離部４２及び気化器３５によってオゾン分離部４３が構成される。
【００２１】
ラインＬ２からの非濃縮オゾンガスは、濃縮部３０のＮＯｘ除去部３２に導入される。ＮＯｘ除去部３２は、導入された非濃縮オゾンガスを、ＮＯｘの凝固点以下にまで冷却して、ＮＯｘを固化させて捕捉し、非濃縮オゾンガスから分離除去する。ＮＯｘよりも凝固点が低い酸素及びオゾンは、気体の状態でＮＯｘ除去部３２を通過し、ラインＬ３１を通じてガス冷却部３３に導入される。一方、ＮＯｘ除去部３２で捕捉されたＮＯｘは、ＮＯｘ除去部３２の清掃運転時に昇温されて再び気化し、パージガス（例えば、酸素、窒素または非濃縮オゾンガスなど）に追い出されるようにしてラインＬ２１から排ガスラインＬ２０に排出される。なお、ラインＬ３１とラインＬ２１の流路の切り替えは、運転状態に合わせて適宜に実行される。
【００２２】
ガス冷却部３３では、ＮＯｘ除去後の非濃縮オゾンガスを、オゾンの融点以下にまで冷却して、オゾンを液化させる。この液体オゾンは、ラインＬ３２を通じて分離タンク３４に導入され、当該分離タンク３４の下部に溜まる。一方、オゾンよりも融点が低い酸素等は、気体の状態でガス冷却部３３及びラインＬ３２を通過し、分離タンク３４の上部に溜まる。分離タンク３４上部に溜まる気体は、主に酸素であり、ラインＬ３３を通じて分離タンク３４外に送出される。
【００２３】
前述のとおり、ＮＯｘ除去部３２とガス冷却部３３においては、非濃縮オゾンガスの冷却のための低熱源が必要である。この濃縮部３０では、極低温の低熱源としてクライオポンプ３８を備えている。クライオポンプ３８のクライオヘッド３８ａは、チャンバ３１内部に挿入されており、クライオヘッド３８ａとＮＯｘ除去部３２とが伝熱銅板３９ａで接続されている。また、クライオヘッド３８ａとガス冷却部３３とが伝熱銅板３９ｂで接続されている。この構成により、ＮＯｘ除去部３２とガス冷却部３３とを、極低温に冷却することが可能となり、前述のＮＯｘ除去及びオゾン液化が実現される。
【００２４】
分離タンク３４の底部には、Ｕ字管４１の一端が接続されている。このＵ字管４１の他端は、気化器３５の底部に接続されている。そして、分離タンク３４内に溜まった液体オゾンは、Ｕ字管４１内にも充填される。Ｕ字管４１は、分離タンク３４内の液体オゾンを気化部３５に導くためのものであると共に、当該液体オゾンによって分離タンク３４上部に溜まる酸素ガスと気化器３５側とを液封するものである。Ｕ字管（管路）４１によって分離タンク３４と気化器３５とは液封可能に連絡される。
【００２５】
このＵ字管４１内には、毛細管力を発現し、Ｕ字管４１内の液体オゾンを気化器３５内に導く充填材４１ａが充填されている。ここでは、充填材４１ａは金網状のものが用いられ、毛細管力を発現すべく密に構成されていると共に、気化器３５の底部の入口３５ａを通して気化器３５内に進入する構成とされている。この構成により、Ｕ字管４１内の液体オゾンは、入口３５ａを通じて気化器３５内に徐々に導入されていく。なお、この充填材４１ａとしては、金網状の充填材に限定されるものではなく、例えば密に配置される細い金属材料やガラス繊維、例えば多数配置される細かいシリカゲルやポーラスシリカ等であっても良く、要は、毛細管力を発現する充填材であればよい。
【００２６】
気化器３５は、Ｕ字管４１からの液体オゾンを気化するためのもので、円筒状の胴部を有し、下部が下細りの擂り鉢状に閉じられて下端に入口３５ａが設けられていると共に、上端にオゾンガス出口３５ｂが設けられている。この気化器３５の入口３５ａは、分離タンク３４における液体オゾンの液面以上の高さに位置する。この入口３５ａを通して内部に進入する金網状の充填材４１ａは、液体オゾンを毛細管力により気化器３５内に送り込むべく、当該気化器３５の底部内面に沿って広がるように配置されている。
【００２７】
気化器３５内部に進入した充填材４１ａの上方には、加熱用のヒータ３５ｃが設けられている。ヒータ３５ｃは、気化部３５の底部に供される液体オゾンを加熱して気化させる。前述のとおり、気化器３５内には、酸素が分離除去された液体オゾンが導入されるので、気化器３５内で気化されるオゾンは、ほぼ１００vol％の濃度である。また、気化器３５には、ラインＬ１２を介して、酸素タンク３からの酸素が希釈用酸素ガスとして導入される。液体オゾンの気化で得られたほぼ濃度１００vol％のオゾンは、ラインＬ１２からの希釈用酸素ガスによって気化器３５上部で適宜希釈され、オゾンガス出口３５ｂ及びラインＬ３を通じて、濃縮オゾンガスとして送出される。このラインＬ３の濃縮オゾンガスは、溶解部５０に導入される。また、この濃縮オゾンガスの一部の余剰分は、ラインＬ３から分岐したラインＬ２５を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。また、ラインＬ３には、酸素タンク３からのラインＬ１３も合流しており、ラインＬ３の濃縮オゾンガスは、ラインＬ１３からの酸素ガスによっても必要に応じて希釈されて、溶解部５０に導入される。なお、本実施形態では、気化器３５で得られたオゾンをラインＬ１２からの希釈用酸素ガスで主体的に希釈するため、ラインＬ１３を省略することも可能である。
【００２８】
なお、ラインＬ１２は、気化器３５よりも上流側で熱交換部３６を通過している。熱交換部３６では、分離タンク３４からラインＬ３３を通じて排出される排酸素ガスとラインＬ１２の希釈用酸素ガスとの熱交換が行われる。これにより、希釈用酸素ガスは、熱交換部３６で冷却され温度調整された後に気化器３５内に導入される。また排酸素ガスは、熱交換部３６から、ラインＬ２３を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。
【００２９】
図１に示すように、溶解部５０は、ラインＬ３から導入される濃縮オゾンガスとラインＬ１１から導入される超純水とを接触させる溶解モジュールを備えている。溶解モジュールは、高分子膜、エジェクタ、マイクロリアクタなどオゾンガスを水に溶解させる装置をいう。溶解モジュールにおいては、超純水に濃縮オゾンガスが溶解し、高濃度のオゾン水が生成される。なお、超純水に溶解されなかった余剰の濃縮オゾンガスは、ガスラインＬ２７を通じて排ガスラインＬ２０に排出される。一方、オゾン水は、ラインＬ４を通じて洗浄部７０に導入される。
【００３０】
洗浄部７０は、ラインＬ４から導入したオゾン水を、ノズルから電子部品表面に向けて噴射する。このようなオゾン水の噴射によって、電子部品表面に形成されたレジストが洗浄除去される。すなわち、洗浄部７０は、電子部品のレジスト除去の用途で用いられる。
【００３１】
なお、前述のように、洗浄装置１の各部で発生する不要なガス（ラインＬ２１の排ＮＯｘガス、ラインＬ２３の排酸素ガス、ラインＬ２５の排オゾンガス、及びＬ２７の排オゾンガス）は、すべて合流して排ガスラインＬ２０を通過する。そして、このラインＬ２０の不要ガスは、触媒分解装置７と排ガス冷却器８とを通過し、排気ポンプ９によって系外に排出される。触媒分解装置７は、不要ガスを例えば活性炭などの触媒と接触させることにより、不要ガス中のオゾンガスを比較的無害な酸素ガスに分解する。排ガス冷却器８は、不要ガスを大気に排出する前に当該不要ガスの温度調整を行う。
（オゾン濃縮装置）
【００３２】
次に、オゾン濃縮装置８０Ａについて、濃縮部３０に設けられたＮＯＸ除去部３２を中心に更に詳しく説明する。オゾナイザ１０により放電方式（「無声放電方式」ともいう）でオゾン含有ガスを生成する場合、超高純度の酸素ガスを原料とするとオゾンの発生が不安定になる。そのため、微量（０．０５％〜０．１％程度）の窒素を添加してオゾンの発生量を安定化している。この時、オゾナイザ１０では、オゾンの発生と共に、微量の窒素酸化物ＮＯＸ（例えば、二窒素酸化物ＮＯ２）が発生し、また、超高純度の酸素ガスであってもごく微量の水蒸気を含んでいる可能性がある。窒素酸化物ＮＯＸや水蒸気などの不純物は後段の気化器３５に侵入すると不具合を引き起こす虞がある。そこで、本実施形態では、ＮＯＸ除去部３２によって、これらの不純物を除去している。
【００３３】
図３に示されるように、ＮＯＸ除去部３２は、オゾン含有ガス中の窒素酸化物や水蒸気などの不純物を凝固させ、固体として捕捉する予備冷却部（冷却捕捉部）４４と、予備冷却部４４から漏出する微粒子（固体化物）を捕捉するフィルタ部４５と、を備えている。なお、フィルタ部４５は、予備冷却部４４に隣接した後段に配置されているので、結果として、予備冷却部４４とオゾン分離部４３との間に配置された構成を実現している。
【００３４】
予備冷却部４４は（図４参照）、管群の冷却熱交換によってオゾン含有ガスを冷却する構造となっている。つまり、予備冷却部４４は、断面矩形で筒状の筐体部４４ａと、筐体部４４ａ内を横断するように配置された複数のトラップ部４４ｂと、を有する。筐体部４４ａは、ステンレス製であり、一方の端部が先細りの形状となってラインＬ２の管路に接続されている。また、筐体部４４ａの他方の端部には、下流側のフィルタ部４５がフランジ接続されるフランジ部４４ｃが設けられている。
【００３５】
図４に示されるように、トラップ部４４ｂは、ステンレス製のパイプ（以下、「冷却管」という）４４ｄと、冷却管４４ｄの内面に固定された銅棒４４ｅとを有している。銅棒４４ｅは、筐体部４４ａに沿って配置された伝熱銅板３９ａに伝熱可能に接続され、伝熱銅板３９ａは、クライオポンプ３８のクライオヘッド３８ａに接続されている（図２参照）。クライオポンプ３８の作動による冷熱は、伝熱銅板３９ａ及び銅棒４４ｅを介して冷却管４４ｄに伝えられ、その結果として冷却管４４ｄの表面は、オゾンの凝固点よりも高温で、且つ二窒素酸化物や水蒸気などの不純物の凝固点よりも低温（以下、「不純物凝固温度」という）となるような温度に保持されている。
【００３６】
複数のトラップ部４４ｂは、オゾン含有ガスの流れ方向に対してちどり状に配置されており、流れ方向の上流側から複数のトラップ部４４ｂを見た場合に、隣接するトラップ部４４ｂの冷却管４４ｄ同士の間隔（ピッチ）Ｄと冷却管４４ｄの外径ｄとの比は、Ｄ／ｄ＜２となっている。複数のトラップ部４４ｂは、例えば、筐体部４４ａの長手方向に沿って２０段〜５０段程度配置されている。
【００３７】
トラップ部４４ｂの冷却管４４ｄが不純物凝固温度に保持されているので、二窒素酸化物や水蒸気などの不純物は凝固し、小さな霜状の氷となって冷却管４４ｄの表面に付着堆積される。また、予備冷却部４４のトラップ部４４ｂはちどり状で、且つ多段に配置されているので、オゾン含有ガスのシートパスが生じ難い構造になっている。また、筐体部４４ａ内を流れるオゾン含有ガスの流速は、筐体部４４ａの断面当たり１ｍ／ｓ以下の低流速になっているため、不純物のほとんどはトラップ部４４ｂで捕捉される。
【００３８】
図３、図５〜図７に示されるように、予備冷却部４４の後段に配置されたフィルタ部４５は、予備冷却部４４の筐体部４４ａにフランジ接続されるフィルタケース４５ａと、フィルタケース４５ａ内に設置されたフルイフィルタ（以下、「フィルタ本体」という）４５ｂと、を備えている。フィルタケース４５ａはステンレス製の筐体であり、内部が、予備冷却部４４の筐体部４４ａ内に連通している。フィルタケース４５ａの外壁には、オゾン含有ガスの排出口となる排出管４５ｃが固定されており、フィルタ本体４５ｂを通過したオゾン含有ガスは、排出管４５ｃを通過してラインＬ２２に排出される。
【００３９】
フィルタケース４５ａの内側には、排出管４５ｃの上端が嵌め込まれて固定されるようにフィルタホルダ４５ｄが設置されており、フィルタホルダ４５ｄには、複数のフィルタ本体４５ｂが立設されている。フィルタホルダ４５ｄは、中空平板状のブロック体であり、排出管４５ｃはフィルタホルダ４５ｄの内部空間Ｓ１に連通している。フィルタホルダ４５ｄの裏面はフィルタケース４５ａの壁内面に接して固定されており、表面側には、フィルタ本体４５ｂの内部とフィルタホルダ４５ｄの内部空間Ｓ１とを連通する複数の流出孔４５ｅが形成されている。
【００４０】
フィルタ本体４５ｂは、逆Ｕ字状のステンレス製の枠部材４５ｆと、枠部材４５ｆを両側から挟むように設置された一対のメッシュ板４５ｇと、隣接する枠部材４５ｆ同士の間に配置されてメッシュ板４５ｇを支える押え板４５ｈとを有する。枠部材４５ｆは、両端部がフィルタホルダ４５ｄに固定されてフィルタホルダ４５ｄ上に立設されている。一対のメッシュ板４５ｇは両側から枠部材４５ｆを挟むように配置され、さらに、フィルタホルダ４５ｄ上の押え板４５ｈによって支えられている。メッシュ板４５ｇの目開きは２０μｍ〜１００μｍ程度であり、メッシュ板４５ｇを透過したオゾン含有ガスは（図７参照）、枠部材４５ｆ及び一対のメッシュ板４５ｇで囲まれた内側空間Ｓ２に一旦入り、フィルタホルダ４５ｄの流出孔４５ｅ、フィルタホルダ４５ｄの内部及び排出管４５ｃを通過して排出される。
【００４１】
ここで、フィルタ部４５を設ける意図について説明する。本実施形態に係るオゾン濃縮装置２０では、オゾン含有ガスのみを液化させ、液化した液体オゾンを気化器３５に移送して気化器３５で所定濃度の濃縮オゾンガスを生成する。このオゾン濃縮装置２０では、万が一、何らかの要因によって気化器３５内にオゾントリガーが侵入すると、濃縮オゾンガスは急激な自己分解反応を起し、その自己分解反応によって発生する熱で、オゾン分解反応が連鎖して急激な圧力上昇を引き起こす可能性がある。
【００４２】
一方で、オゾン含有ガス中には、上述のように窒素酸化物や水蒸気などの不純物が含まれており、これらの不純物は、一旦は、予備冷却部４４にて捕捉され、オゾン含有ガス中から分離除去される。しかしながら、予備冷却部４４で捕捉された固形の不純物の量が増え、トラップ部４４ｂでの堆積厚が大きくなった場合に、衝撃や振動などの外的な要因によって不純物の微粒子（微細な氷片）が剥離離散し、オゾン含有ガスの流れに随伴して予備冷却部４４から漏出する可能性がある。仮に、フィルタ部４５を設けていなければ、予備冷却部４４から漏出した不純物の微粒子は、後段のガス冷却部３３、分離タンク３４に侵入する。ガス冷却部３３や分離タンク３４では、−１５０℃〜−１６０℃程度の極低温でオゾンを液化するため、侵入した不純物は固体化する。すると、この不純物がオゾントリガーとなる可能性もある。
【００４３】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａによれば、フィルタ部４５を設けることで、例え予備冷却部４４から不純物が漏出したとしても、それらの不純物はフィルタ部４５で捕捉されるため、後段のガス冷却部３３や分離タンク３４への侵入を阻止することができる。その結果として、気化器３５での急激な圧力上昇を回避してオゾン濃縮装置８０Ａでの濃縮オゾンガスの安定した生成を実現し、運転時間の長時間化を図ることが可能になる。
【００４４】
なお、オゾン含有ガス中に含まれる不純物、例えば、二窒素酸化物の濃度は、窒素の添加率やオゾナイザ１０でのオゾン含有ガス当りの投入電力によって変化するが、通常は１０ｐｐｍ〜３０ｐｐｍ程度となる。この程度の微量の二窒素酸化物が凝固する場合、例えば、配管の外側をクライオポンプ等で冷却する予冷チャンバー構造を採用すると、非常に大きな予冷チャンバーを設ける必要が生じ、さらに、予冷チャンバー構造では、チャンバー内のオゾン含有ガスの流れによって不純物の微粒子が舞い上がり易い環境となってしまい、その結果として後段のガス冷却部３３や分離タンク３４に侵入し易くなってしまう。一方で、本実施形態に係る予備冷却部４４では、管群の冷却熱交換によってオゾン含有ガスを冷却する構造となっているため、小型化に有利であり、さらに、一旦、捕捉した不純物も剥離などの特段の事情が生じない限り、漏出し難い。
【００４５】
ＮＯＸ除去部３２の出口側、すなわち、フィルタ部４５の排出管４５ｃにはライン（管路）Ｌ２２が接続されている。ラインＬ２２には、フィルタ部４５のフィルタ本体４５ｂよりも目の細かなフィルタエレメントによって微粒子を除去する排ガスフィルタ部４６（図２参照）が設けられている。ラインＬ２２は、途中で分岐し、一方がラインＬ２１となり、他方がラインＬ３１となっている。ラインＬ２１には、流路を開閉するバルブ４７が設けられている。バルブ４７はチャンバー３１外に配置されている。また、ラインＬ３１には、流路を開閉するバルブ４８が設けられている。バルブ４８を開放する駆動モータ４９は、チャンバー３１の外に配置されている。
【００４６】
ＮＯＸ除去部３２の上流側と下流側とには、それぞれ温度センサーや圧力センサーなどの検出手段３２ａが配置されている。予備冷却部４４のトラップ部４４ｂに二窒素酸化物などの不純物が凝固して付着すると、トラップ部４４ｂのステンレス製冷却管４４ｄの伝熱効率が低下するため、検出手段３２ａで検出された温度によって、トラップ部４４ｂに付着した不純物除去（ＮＯＸ除去部３２の清掃）の必要性を判断することができる。また、トラップ部４４ｂに付着堆積した不純物の量が増えると上流側と下流側とでの圧力差が大きくなるため、検出手段３２ａで検出された圧力差によって目詰まりを判断でき、不純物除去（ＮＯＸ除去部３２の清掃）の必要性を判断することができる。
【００４７】
ＮＯＸ除去部３２の筐体部４４ａに沿って配置された伝熱銅板３９ａには、予備冷却部４４を加熱するヒータ（加熱手段）８１が接している。ヒータ８１が作動して伝熱銅板３９ａを加熱すると、トラップ部４４ｂの冷却管４４ｄは昇温され、捕捉していた不純物が気化する。このタイミングで必要に応じてパージガスを供給するとＮＯＸ除去部３２に残留する不純物は、パージガスによって追い出され、ＮＯＸ除去部３２の清掃を行うことができる。なお、パージガスは酸素ガス、窒素ガスを利用したり、またはオゾナイザを作動させてオゾン含有ガスを利用したりすることができる。
【００４８】
制御装置２０は、制御信号が送受信可能となるように有線または無線によってヒータ８１に接続されており、ヒータ８１の駆動及び停止を実行する。なお、制御装置２０は、ガス冷却部３３を加熱するヒータ８２にも制御信号が送受信可能となるように接続されている。また、制御装置２０は、検出手段３２ａに接続されており、検出手段３２ａで検出された温度や圧力を随時監視している。また、制御装置２０は、酸素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８３または窒素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８４にも制御信号が送受信可能となるように接続されており、濃縮オゾンガスの生成運転中またはＮＯＸ除去部３２の清掃運転中において適宜にバルブ８３，８４の開閉を制御する。
【００４９】
また、制御装置２０は、ラインＬ３１を開閉するバルブ４８の駆動モータ４９やラインＬ２１を開閉するバルブ４７にも、制御信号が送受信可能となるように有線または無線によって接続されており、ＮＯＸ除去部３２を清掃する際のパージガスが通過するラインＬ２１を開閉したり、また、オゾン含有ガスが通過するラインＬ３１を開閉したりして流路の切り替えを適宜に実行する。また、制御装置２０は、酸素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８３または窒素ガスを供給する流路を開閉するバルブ８４にも制御信号が送受信可能となるように接続されており、濃縮オゾンガスの生成運転中またはＮＯＸ除去部３２の清掃運転中において適宜にバルブ８３，８４，４７，４８の開閉を行う。
【００５０】
次に、ＮＯＸ除去部３２の作用について図８を参照して説明する。図８は、オゾン濃縮装置８０Ａに関し、ＮＯＸ除去部３２を中心にして運転状態と各要素との関係を概略的に示す図であり、（ａ）は濃縮オゾンガスの生成運転を示す図であり、（ａ）はＮＯＸ除去部３２の清掃運転を示す図である。
【００５１】
図８（ａ）に示されるように、ラインＬ２からＮＯＸ除去部３２の予備冷却部４４に導入されたオゾン含有ガス中には、二窒素酸化物（ＮＯ２）や水蒸気などが不純物として含まれている。予備冷却部４４は、不純物凝固温度となるように維持されている。従って、オゾン含有ガスが予備冷却部４４を通過する場合、不純物は予備冷却部４４にて捕捉され、オゾンガスや酸素ガスは捕捉されずにそのまま通過し、後段のオゾン分離部４３に供給されて濃縮オゾンガスが生成される。
【００５２】
ここで例えば、不純物がＮＯＸ除去部３２で捕捉されずに漏出したり、また、ＮＯＸ除去部３２に衝撃や振動などの外的な要因が働き、予備冷却部４４で捕捉された不純物の微粒子が剥離して飛散し、予備冷却部４４から漏出したりした場合であっても、その微粒子はフィルタ部４５で捕捉される。従って、ＮＯＸ除去部３２からの微粒子の漏出を効果的に防止することができ、オゾン分離部４３への侵入を防ぐことができる。
【００５３】
長時間の運転を続けると、予備冷却部４４やフィルタ部４５で捕捉された不純物の量も増え、伝熱効率が低下したり、目詰まりが生じたりする。制御装置１０は、一定時間の経過後、または検出手段３２ａで検出された温度や圧力差の値を監視しており、所定の閾値を超えると、図８（ｂ）に示されるように、ＮＯＸ除去部３２の清掃運転に切り替える。具体的には、オゾナイザ１０の作動を停止させ、さらにラインＬ３１を閉鎖して代わりにラインＬ２１を開放する。さらに、ヒータ８１によってＮＯＸ除去部３２を加熱し、予備冷却部４４やフィルタ部４５で捕捉されている不純物を気化させる。次に、パージガスをＮＯＸ除去部３２内に供給してＮＯＸ除去部３２内に残留する不純物ガスをラインＬ２１に追い出す。
【００５４】
なお、パージガスとしては、オゾナイザ１０を作動してオゾン含有ガスを利用したり、または酸素ガスや窒素ガスを利用したりすることができる。ここで、パージガスとして酸素ガスを利用する場合には酸素タンク３がパージガス供給部に相当し、窒素ガスを利用する場合には窒素タンク５がパージガス供給部に相当し、オゾン含有ガスを利用する場合にはオゾナイザ１０がパージガス供給部に相当する。なお、ＮＯＸ除去部３２の清掃により、予備冷却部４４やフィルタ部４５の機能回復を図った後で復旧する場合、予備冷却部４４やフィルタ部４５内に残留するパージガスがオゾン含有ガスであれば、復旧初期段階におけるオゾン濃縮の効率低下を抑制できる。従って、復旧後の効率を考慮すると、パージガスとしてオゾン含有ガスを利用すると有利である。
【００５５】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａによれば、予備冷却部４４から不純物の微粒子（微細な固形物）が飛散したとしてもフィルタ部４５で捕捉されて除去されるので、オゾン分離部４３への窒素酸化物などの不純物の流入を効果的に防止できる。この効果を裏付ける実証実験の結果について図９を参照して説明する。
【００５６】
図９は、フィルタ部の有無による二窒素酸化物の除去率の違いを示すグラフであり、（ａ）はフィルタ部を設けることなく、予備冷却部のみを設けたＮＯＸ除去部（参考例）において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１０ｐｐｍ添加した場合を示す。また、図９（ｂ）は予備冷却部及びフィルタ部を設けたＮＯＸ除去部において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１０ｐｐｍ添加した場合を示し、（ｃ）は予備冷却部及びフィルタ部を設けたＮＯＸ除去部において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１００ｐｐｍ添加した場合を示し、（ｄ）は、予備冷却部は設けるが、フィルタ部を設けなかったＮＯＸ除去部（比較例）において、オゾン含有ガスに追加で二窒素酸化物を１００ｐｐｍ添加した場合を示す。また、図中のｇ１は、時間経過に伴うガス温度（Ｋ）を示すグラフであり、ｇ２は、ＮＯＸ除去部から漏出する二窒素酸化物の濃度をガス温度（Ｋ）に対応付けて示すグラフである。
【００５７】
図９（ａ）で示されるように、参考例では、例えば、ガス温度が２００（Ｋ）を越えると、漏出する二窒素酸化物の濃度は２０ｐｐｍ以上になっており、ガス温度が高ければ二窒素酸化物はフィルタ部を透過して流出することが観測された。また、図９（ｄ）で示されるように、比較例では、漏出する二窒素酸化物の濃度は極低温下（１２０Ｋ〜１３０Ｋ程度）でも４０ｐｐｍ以上になり、除去率が５０％前後であることが観測された。一方で、図９（ｂ），（ｃ）に示されるように、本実施形態に係る各実施例では、極低温下において除去率が９５％以上であることが観測された。特に、図９（ｃ）で示す実施例では、予備冷却部から二窒素酸化物が漏出するように追加で１００ｐｐｍもの二窒素酸化物を添加しており、その場合であっても９５％以上の除去率を実現できているため、漏出した二窒素酸化物をフィルタ部で捕捉していることが推察された。
【００５８】
また、本実施形態では、クライオポンプ（冷却手段）３８に接続された伝熱銅板３９ａを介して、予備冷却部４４及びフィルタ部４５を冷却している。フィルタ部４５を配置する目的は、予備冷却部４４から飛散して流出した微粒子を主体的に捕捉することであるが、フィルタ部４５の温度が上昇して不純物が気化してしまうと、フィルタ部４５での不純物の捕捉効率は低下する。しかしながら、本実施形態によれば、クライオポンプ３８によってフィルタ部４５を不純物の凝固点以下にまで確実に冷却することができるので、フィルタ部４５での不純物の効果的な捕捉が可能になる。
【００５９】
また、本実施形態に係るオゾン分離部４３は、オゾン含有ガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する液化分離部４２と、液化分離部により分離された液体オゾンを加熱して濃縮オゾンガスを得る気化器３４と、液化分離部４２と気化器３４とを液封可能に連絡するＵ字管４１と、を有する。液化分離部４２と気化器３４とは液封を可能とするＵ字管（管路）４１のみで接続されており、気化器３４で気化されることで減った分の液体オゾンが、液化分離部４２からＵ字管４１を通じて気化器３４に供給される。その結果として、連続的に濃縮オゾンガスを生成できるようになり、例えば、一つのチャンバー内でのオゾンの液化分離と液体オゾンの気化とを間欠的に行う装置に比べて、濃縮オゾンガスの生成効率の向上に有効である。
（第２実施形態）
【００６０】
次に、図１０を参照して第２実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂについて説明する。なお、本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂは、第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の構成や部材などを備えているため、同一の構成や部材などには第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００６１】
オゾン濃縮装置８０Ｂは、複数、例えば二つのＮＯＸ除去部（冷却ユニット）９０Ａ，９０Ｂを備えている。第１のＮＯＸ除去部９０Ａと第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとは、それぞれ独立したライン（経路）Ｌ５Ａ，Ｌ５Ｂを介してオゾナイザ１０に接続されており、また、それぞれ独立したライン（経路）Ｌ６Ａ，Ｌ６Ｂを介してオゾン分離部４３に接続されている。また、第１のＮＯＸ除去部９０Ａと第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとは、それぞれ独立した排ガスライン（経路）Ｌ７Ａ，Ｌ７Ｂに接続されている。オゾナイザ１０と第１のＮＯＸ除去部９０Ａとを接続する上流側第１のラインＬ５Ａ、オゾナイザ１０と第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとを接続する上流側第２のラインＬ５Ｂ、第１のＮＯＸ除去部９０Ａとオゾン分離部４３とを接続する下流側第１のラインＬ６Ａ、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとオゾン分離部４３とを接続する下流側第２のラインＬ６Ｂ、第１のＮＯＸ除去部９０Ａに接続された第１の排ガスラインＬ７Ａ及び第２のＮＯＸ除去部９０Ｂに接続された第２の排ガスラインＬ７Ｂのそれぞれには、流路を開閉するバルブ９０ａ，９１ａ、９０ｂ，９１ｂ、９０ｃ，９１ｃが設けられている。制御装置２０は、各バルブ９０ａ〜９０ｃ、９１ａ〜９１ｃそれぞれに制御信号を送受信可能に接続されており、各バルブ９０ａ〜９０ｃ、９１ａ〜９１ｃの開閉を制御することで、第１のＮＯＸ除去部９０Ａ及び第２のＮＯＸ除去部９０Ｂそれぞれの経路を切り替える冷却ユニット切替手段として機能する。
【００６２】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂでは、制御装置２０が、例えば、オゾンナイザ１０、第１のＮＯＸ除去部９０Ａ及びオゾン分離部４３を連絡する第１の経路を最初に開放して濃縮オゾンガスを生成する。次に、一定時間の経過や検出手段での検出値に応じて経路切り替えの要否を判断し、必要であると判断した場合には、第１の経路を閉じ、オゾンナイザ１０、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂ及びオゾン分離部４３を連絡する第２の経路に切り替える。さらに、制御装置２０は、第１の排ガスラインＬ７Ａを開き、第１の経路に対しては第１のＮＯＸ除去部９０Ａを加熱して不純物を気化させ、窒素ガスなどのパージガスを第１の経路に供給して不純物ガスを第１の排ガスラインＬ７Ａに追い出す清掃運転を行う。次に、制御装置２０によって経路切り替えが必要であると判断された場合には、第２の経路を閉じ、第１の経路に切り替えると共に、第２の排ガスラインＬ７Ｂを開き、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂを加熱して不純物を気化させ、窒素ガスなどのパージガスを第２の経路に供給して不純物ガスを第２の排ガスラインＬ７Ｂに追い出す清掃運転を行う。
【００６３】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂでは、例えば、第１のＮＯＸ除去部９０Ａでの連続した濃縮オゾンガス生成運転によって、第１のＮＯＸ除去部９０Ａの予備冷却部４４やフィルタ部４５の機能が低下した場合、制御装置（冷却ユニット切替手段）２０によって経路を切り替えることで、第２のＮＯＸ除去部９０Ｂに引き継いで連続した運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
（第３の実施形態）
【００６４】
次に、図１１を参照して第３実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｃについて説明する。なお、本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｃは、第２実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂと同一の構成や部材などを備えているため、同一の構成や部材などには第２実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｂと同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００６５】
オゾン濃縮装置８０Ｃは、複数、例えば二つのＮＯＸ除去部（冷却ユニット）９０Ａ，９０Ｂを備えている。第１のＮＯＸ除去部９０Ａと第２のＮＯＸ除去部９０Ｂとは、伝熱銅板３９ａを介してクライオポンプ３８に接続されており、さらに、伝熱の経路を切り替える伝熱切替部９１を備えている。伝熱切替部９１は、例えば、回転自在な構成によって物理的に伝熱銅板３９ａ，３９ａ同士の接点を切り替える構成とすることができる。
【００６６】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｃによれば、上述の第１及び第２の実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａ，８０Ｂと同様の効果を奏することができ、さらに、クライオポンプ３８での冷熱を二つのＮＯＸ除去部（冷却ユニット）９０Ａ，９０Ｂのいずれか一方に効果的に伝達することができる。
（第４の実施形態）
【００６７】
次に、図１２を参照して第４実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｄについて説明する。なお、本実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ｄは、第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の構成や部材などを備えているため、同一の構成や部材などには第１実施形態に係るオゾン濃縮装置８０Ａと同一の符号を付して詳細説明を省略する。
【００６８】
オゾン濃縮装置８０Ｄは、一の予備冷却部９２に接続された複数、例えば、二つのフィルタ部９３Ａ，９３Ｂを備えている。予備冷却部９２、第１のフィルタ部９３Ａ及びオゾン分離部４３とは第１のライン（経路）Ｌ８Ａによって接続され、予備冷却部９２、第２のフィルタ部９３Ｂ及びオゾン分離部４３とは第２のライン（経路）Ｌ８Ｂによって接続されており、第１のラインＬ８Ａ及び第２のラインＬ８Ｂには、それぞれ流路を開放するバルブ９４，９５が設けられている。制御装置２０は、各バルブ９４，９５に制御信号を送受信可能に接続されており、各バルブ９４，９５の開閉を制御することにより、フィルタ部切替手段として機能する。なお、第１及び第２のフィルタ部９３Ａ，９３Ｂは、伝熱銅板３９ｃを介してクライオポンプ（冷却手段）３８のクライオヘッド（図示省略）に接続され、さらに、第１及び第２のフィルタ部９３Ａ，９３Ｂには、それぞれヒータ８１が設置されている。
【００６９】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置９０では、制御装置２０が、例えば、第１の経路を最初に開放して濃縮オゾンガスを生成する。次に、一定時間の経過や検出手段での検出値に応じて経路切り替えの要否を判断し、必要であると判断した場合には、第１の経路を閉じ、第２の経路を開いて濃縮オゾンガスの連続して生成する。
【００７０】
本実施形態に係るオゾン濃縮装置によれば、上述の第１の実施形態に係るオゾン濃縮装置と同様の効果を奏することができる。さらに、第１のフィルタ部９３Ａを利用した連続運転によって、第１のフィルタ部９３Ａの機能が低下した場合、制御装置（フィルタ部切替手段）２０によって経路を切り替えることで、第２のフィルタ部９３Ｂに引き継いで連続運転が可能になり、効率的なオゾン濃縮が可能になる。
【００７１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、オゾン分離部の態様としては、オゾン含有ガスを冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する態様に限定されず、例えば、圧力や温度に応じてオゾンを選択的に吸着する触媒を用いてオゾンガスと他の気体（酸素ガス）とを分離する態様であってもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、液化分離部と気化部（気化器）が分離した構成について説明したが、液化分離部と気化部が同一のチャンバで構成されている場合にも適用できる。更には、上記実施形態では、連続式でオゾン濃縮を行う場合について説明したが、単一のチャンバで液化と気化とを繰り返す所謂バッチ式のオゾン濃縮装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
３…酸素タンク（パージガス供給部）、５…窒素タンク（パージガス供給部）、１０…オゾナイザ、２０…制御装置（冷却ユニット切替手段、フィルタ部切替手段）、３２，９０Ａ，９０Ｂ…ＮＯＸ除去部（冷却ユニット）、３５…気化器（気化部）、３８…クライオポンプ、４１…Ｕ字管（管路）４２…液化分離部、４３…オゾン分離部、４４，９２…予備冷却部（冷却捕捉部）、４５，９３Ａ，９３Ｂ…フィルタ部、８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ…オゾン濃縮装置、８１…ヒータ（加熱手段）、Ｌ２１…ライン（不純物ガスの排出部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを分離濃縮するオゾン分離部を備えたオゾン濃縮装置において、
前記オゾン含有ガスは、前記オゾンよりも凝固点の高い不純物を含有し、
前記オゾン含有ガスを前記オゾンの凝固点よりも高温で、且つ前記不純物の凝固点よりも低温とすることで前記不純物を凝固させて捕捉する冷却捕捉部と、
前記冷却捕捉部と前記オゾン分離部との間に配置されると共に、前記冷却捕捉部を通過した前記オゾン含有ガス中の固形物を捕捉するフィルタ部と、
を備えたことを特徴とするオゾン濃縮装置。
【請求項２】
前記フィルタ部を冷却する冷却手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載のオゾン濃縮装置。
【請求項３】
前記冷却捕捉部を加熱して前記不純物を気化させる加熱手段と、
前記冷却捕捉部及び前記フィルタ部に残留する前記不純物を追い出すパージガスを前記冷却捕捉部に供給するパージガス供給部と、
前記パージガスによって追い出された前記不純物を排出する排出部と、を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン濃縮装置。
【請求項４】
前記パージガス供給手段は、パージガスとして前記オゾナイザで生成されたオゾン含有ガスを供給することを特徴とする請求項３記載のオゾン濃縮装置。
【請求項５】
前記冷却捕捉部と前記フィルタ部との組み合わせからなる冷却ユニットを複数備え、複数の前記冷却ユニットは、それぞれ独立した経路を介して前記オゾナイザ及び前記オゾン分離部に接続されると共に、複数の前記冷却ユニットそれぞれの経路を切り替える冷却ユニット切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のオゾン濃縮装置。
【請求項６】
一の前記冷却捕捉部に接続された複数の前記フィルタ部を備え、前記冷却捕捉部と複数の前記フィルタ部それぞれとを接続する経路を切り替えるフィルタ部切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のオゾン濃縮装置。
【請求項７】
前記オゾン分離部は、
前記オゾン含有ガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する液化分離部と、
前記液化分離部により分離された前記液体オゾンを加熱して濃縮オゾンガスを得る気化部と、
前記液化分離部と前記気化部とを液封可能に連絡する管路と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のオゾン濃縮装置。
【請求項１】
オゾンナイザで生成されたオゾン含有ガス中のオゾンを分離濃縮するオゾン分離部を備えたオゾン濃縮装置において、
前記オゾン含有ガスは、前記オゾンよりも凝固点の高い不純物を含有し、
前記オゾン含有ガスを前記オゾンの凝固点よりも高温で、且つ前記不純物の凝固点よりも低温とすることで前記不純物を凝固させて捕捉する冷却捕捉部と、
前記冷却捕捉部と前記オゾン分離部との間に配置されると共に、前記冷却捕捉部を通過した前記オゾン含有ガス中の固形物を捕捉するフィルタ部と、
を備えたことを特徴とするオゾン濃縮装置。
【請求項２】
前記フィルタ部を冷却する冷却手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載のオゾン濃縮装置。
【請求項３】
前記冷却捕捉部を加熱して前記不純物を気化させる加熱手段と、
前記冷却捕捉部及び前記フィルタ部に残留する前記不純物を追い出すパージガスを前記冷却捕捉部に供給するパージガス供給部と、
前記パージガスによって追い出された前記不純物を排出する排出部と、を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載のオゾン濃縮装置。
【請求項４】
前記パージガス供給手段は、パージガスとして前記オゾナイザで生成されたオゾン含有ガスを供給することを特徴とする請求項３記載のオゾン濃縮装置。
【請求項５】
前記冷却捕捉部と前記フィルタ部との組み合わせからなる冷却ユニットを複数備え、複数の前記冷却ユニットは、それぞれ独立した経路を介して前記オゾナイザ及び前記オゾン分離部に接続されると共に、複数の前記冷却ユニットそれぞれの経路を切り替える冷却ユニット切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のオゾン濃縮装置。
【請求項６】
一の前記冷却捕捉部に接続された複数の前記フィルタ部を備え、前記冷却捕捉部と複数の前記フィルタ部それぞれとを接続する経路を切り替えるフィルタ部切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のオゾン濃縮装置。
【請求項７】
前記オゾン分離部は、
前記オゾン含有ガスをオゾン沸点以下の温度まで冷却して液体オゾンと非凝縮気体とに分離する液化分離部と、
前記液化分離部により分離された前記液体オゾンを加熱して濃縮オゾンガスを得る気化部と、
前記液化分離部と前記気化部とを液封可能に連絡する管路と、を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載のオゾン濃縮装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１３２０６４（Ｐ２０１１−１３２０６４Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９２７２１（Ｐ２００９−２９２７２１）
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２４日（２００９．１２．２４）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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