CN101052460A - 臭氧水制造装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够以高浓度将臭氧气体溶解在原料水中，并且可以廉价制造的臭氧水制造装置。该装置通过设置使由臭氧气体产生部(110)所生成的臭氧气体和原料水接触的吸气器(120)，以及由连接在吸气器(120)上并在内部表面上交错地形成有凹部(131)和凸部(132)的管子(130)构成的气液溶解部，通过使臭氧气体和原料水的混合液在该管子(130)内流动使臭氧气体以高浓度溶解在原料水中。
Description
技术领域
本发明涉及使臭氧气体与原料水接触并溶解而生成臭氧水的臭氧水制造装置，具体来讲，涉及由在内部表面上交错地形成有凹部和凸部的管子构成了使臭氧气体溶解在水中的气液溶解部的臭氧水制造装置。
背景技术
众所周知，臭氧(化学式为O3)具有较强的氧化能力，对杀菌或去除异味极为有效，作为其利用方式，除了臭氧气体以外，还有使臭氧气体溶解在水中而生成的臭氧水。在医疗、食品等领域，臭氧水作为洗手用的清洁水使用或者用于医疗用设备、食品制造设备、餐具等的杀菌清洗等上。还有，由于臭氧不像氯气或次氯酸钠、过氧化氢等其它的杀菌剂或氧化剂那样有残留性，而且已知也有分解有害物质并使之无害化的作用，因此，环保问题越来越深刻地提到议事日程上的当前，其利用范围今后会越来越扩大。
臭氧水通过使由臭氧气体产生器所生成的臭氧气体接触并溶解在水中而生成。作为制造臭氧气体的方法，主要有无声放电法和电解法。无声放电法是在配置成平行平板状或同轴圆筒状的一对电极之间使含有氧气的气体流过并发生放电而产生臭氧气体的方法。作为利用无声放电法的臭氧气体产生器，例如有以如下方式构成的臭氧气体产生器：用固体电介体管覆盖双重结构的放电管的外侧，用电解质溶液或水密封这些放电管和固体电介体管之间，另一方面，用电解质溶液、水或空气冷却放电管内侧的管内部(参见专利文献1：日本特开2003-206108号公报)。另外，电解法是将一对电极夹着电解质膜放置在水中，在两极之间施加直流电压以产生水的电解，此时在产生氧气一侧与氧气一起产生臭氧的方法。作为利用电解法的臭氧气体产生器，例如有在固体聚合体电解质隔膜的两侧不仅配设使给水部接触电极面而设置的阳极和阴极一对电极，而且连接有对给水部补给水的导水部的臭氧气体产生器(参见专利文献2：日本特开平7-157301号公报)。
臭氧水制造装置通常具备如上所述的臭氧气体产生器和使由该臭氧气体产生器所生成的臭氧气体溶解在原料水中的气液溶解部而构成。作为气液溶解部，例如有利用：从水槽的下方吹入臭氧气体的吹泡法；在原料水的配管的一部分上设置狭窄部并在其内吹入臭氧气体的喷射法；用泵搅拌水和臭氧气体的搅拌法；以及使水流过多孔质膜，并使臭氧气体流过其外侧而使臭氧气体吸收在水中的隔膜溶解法等的气液溶解部。其中，通过喷射法就能简化装置的构成，因此，在成本方面和小型化方面都有利。
目前提出有具备在该喷射法上组合静音混合器而成的气液溶解部的臭氧水制造装置(参见专利文献3：日本注册实用新型第3100194号公报)。静音混合器将螺旋状地回转的多个叶片连接后设置在管内而构成，当两种以上的流体流过该管内部时，因多个叶片的存在使得两种以上的流体重复进行分割、混合，从而被搅拌混合。作为静音混合器例如有在气体或液体等流体所流过的筒状部件的内部配设有沿顺时针方向螺旋状地回转180°而形成为螺旋状的第一叶片部件和沿反时针方向螺旋状地回转180°而形成的第二叶片部件，并且在第一叶片部件和第二叶片部件之间的交接部上设有孔从而形成多个流体通道的静音混合器(参见专利文献4：日本专利第33392692号公报)。通过采用这种静音混合器，能够提高臭氧气体和原料水的混合效率。
然而，另一方面，由于静音混合器其制造工序较复杂，而且制造成本高，因此，采用该静音混合器的臭氧水制造装置比较昂贵。
发明内容
于是，本发明以提供具有与采用静音混合器的臭氧水制造装置匹敌的气液混合性能并且可以廉价制造的臭氧水制造装置作为其课题。
为了解决上述课题，本发明采用的第一方案的臭氧水制造装置，使臭氧气体溶解在原料水中而生成臭氧水，其特征在于，具备使由臭氧气体产生部所生成的臭氧气体和原料水接触的吸气器，以及由连接在该吸气器上并在内部表面上交错地形成有凹部和凸部的管子构成，且通过臭氧气体和原料水在该管子内流动使臭氧气体溶解在原料水中的气液溶解部。
即，第一方案所述的臭氧水制造装置，通过借助于吸气器使臭氧气体和原料水流入作为气液溶解部的管子内部，并使臭氧气体和原料水在管子内流动时与凹部及凸部冲突而形成紊流状态，从而使臭氧气体溶解在原料水中。由于将内部形成有凹部和凸部的管子作为气液溶解部使用，所以能够以比现有的静音混合器更低的成本得到同等的气液混合性能。
还有，本发明采用的第二方案的臭氧水制造装置在第一方案的基础上，其特征在于，管子其内部表面上交错地形成的多个凹部及凸部分别在轴长方向上连续而形成为螺旋形状。
由于通过使形成在管子内部的凹部和凸部分别在轴长方向上连续而形成为螺旋形状，使得臭氧气体和原料水在管子内一边沿凹部和凸部螺旋状地回转一边流动，因此，能够进一步提高溶解效率。
还有，本发明采用的第三方案的臭氧水制造装置在第一方案和第二方案的基础上，其特征在于，管子至少其内部表面由具有耐臭氧性的材质形成。
通过由具有耐臭氧性的材质形成管子的内部表面，能够防止因臭氧气体的接触而引起的管子的腐蚀劣化。
根据第一方案所述的臭氧水制造装置，通过使与吸气器连接的气液溶解部由在内部表面上交错地形成有凹部及凸部的管子形成，使得在吸气器中接触的臭氧气体和原料水在管子内流动时由凹部和凸部受到阻力而处于紊流状态，从而可使臭氧气体以高浓度溶解在原料水中。还有，由于以廉价可制作气液溶解部，因此，能够提供价廉且臭氧气体溶解性优良的臭氧水制造装置。
根据第二方案所述的臭氧水制造装置，由于在第一方案所述的臭氧水制造装置的效果的基础上，通过使形成在管子内部表面上的多个凹部及凸部分别在轴长方向上连续而形成为螺旋形状，使得臭氧气体和原料水更容易形成紊流状态，因此，能够进一步提高臭氧气体的溶解效率。
根据第三方案所述的臭氧水制造装置，由于将管子内部表面由具有耐臭氧性的材质形成，因而不易引起由与臭氧气体的接触而引起的腐蚀劣化，从而能够防止装置的故障，并且减少维修保养频度，因此，能够将运行成本控制在较低水平上。
附图说明
图1是涉及本实施例的臭氧水制造装置的简要流程图。
图2是作为构成涉及本实施例的臭氧水制造装置的气液溶解部的螺旋弹簧钢带套管的一部分切口俯视图。
图中：
100-臭氧水制造装置，120-吸气器，130-螺旋弹簧钢带套管。
具体实施方式
涉及本发明的臭氧水制造装置具有：臭氧气体产生部；吸气器；气液溶解部；以及气液分离部。
在臭氧气体产生部上可使用现有的臭氧气体产生器，例如可使用在配置成平行平板状或同轴圆筒状的一对电极之间使含有氧气的气体流过并发生放电而产生臭氧气体的无声放电式的臭氧气体产生器，以及将一对电极夹着电解质膜放置在水中，在两极之间施加直流电压以产生水的电解，此时在产生氧气一侧与氧气一起产生臭氧的电解式的臭氧气体产生器等。
吸气器用来使原料水和臭氧气体产生部所产生的臭氧气体接触。即，将吸气器连接在自来水等的原料水供给单元和臭氧气体产生部上，由伴随原料水通过吸气器而在吸气器内所产生的负压，能够使臭氧气体产生部所产生的臭氧气体导入吸气器内并与原料水接触。
此外，作为原料水，最好使用以过滤器过滤自来水而去除了铁锈、有机物、氯等的不纯物质的洁净水或以使用了反浸透膜(RO膜)等的净水器净化自来水而制得的纯净水、作为医疗用而销售的蒸馏水、灭菌精制水、注射用水等尽可能去除了不纯物质的水。
气液溶解部用来使在上述吸气器内与原料水接触的臭氧气体溶解在原料水中而生成臭氧水。气液溶解部使用在内部表面上形成有凹部和凸部的管子。作为内部表面的形状，例如可举出波纹状或凹部和凸部分别在轴长方向上连续而形成的螺旋状，其中，呈螺旋状的内部表面由于不会滞留臭氧气体和原料水且容易形成紊流状态，因此尤其理想。
对管子的内径不做特别限定，只要根据原料水的流量进行增减即可。另外，对管子的长度也不做特别限定，只要在50mm～1000mm的范围内即可，其中，最好是做成150mm。这是因为，若长度小于50mm，则不能得到具有充分的臭氧浓度的臭氧水，另一方面，若长度大于1000mm，则不能得到比长度为150mm时更高的臭氧水浓度。
另外，最好管子的至少内部表面由具有耐臭氧性的材质形成。这是因为，通过使内部表面由具有耐臭氧性的材质形成，不易产生管子的腐蚀劣化。作为具有耐臭氧性的材质例如可举出聚四氟乙烯树脂等氟化树脂或纯钛、陶瓷、玻璃等，可以用这些材质形成管子整体，也可以用这些材质对内部表面进行涂层处理。
还有，在臭氧水制造装置上最好设置储存气液溶解部所产生的臭氧水，并且分离未能在水中溶解的剩余的臭氧气体的气液分离部。在气液分离部中分离的剩余的臭氧气体通过连接在气液分离部上的臭氧气体处理部分解成氧气后向外部排出。这是因为，虽然臭氧气体对杀菌或去除异味极为有效，但由于高浓度的臭氧气体反过来对人体具有危险性，因此，这样做是为了防止由此引发事故。对于臭氧气体的处理方法，有活性炭分解法、催化剂法、热分解法等，可使用利用这些方法的现有的臭氧气体处理装置。
(实施例)
下面，根据附图说明本发明的实施方式。图1表示涉及本实施例的臭氧水制造装置100的简图。
臭氧水制造装置100具有：臭氧气体产生部110；吸气器120；螺旋弹簧钢带套管130；气液分离部140；臭氧气体处理部150；以及臭氧水输出部160。
臭氧气体产生部110连接在未图示的氧气瓶上，采用一边使由该氧气瓶供给的氧气在配置成平行平板状的一对电极之间流过一边施加交流高压而产生臭氧气体的无声放电式装置。该臭氧气体产生部连接在吸气器120上，所产生的臭氧气体流入吸气器120内。
吸气器120借助于未图示的过滤器连接在自来水管上，并且与上述臭氧气体产生部110连接，内部形成有由过滤器过滤了的纯净水流入的管道和与该管道连通的臭氧气体流入的管道。而且，由纯净水流入该吸气器120内时所产生的负压，臭氧气体被吸引并与纯净水混合。另外，吸气器120连接在将在下面详述的螺旋弹簧钢带套管130上，使得在吸气器120内混合了的臭氧气体和纯净水朝向螺旋弹簧钢带套管130流出。
螺旋弹簧钢带套管130其一端连接在吸气器120上，另一端连接在将在后面详述的气液分离部140上。图2表示作为配设在涉及本实施例的臭氧水制造装置上的气液溶解部的螺旋弹簧钢带套管130。如图2所示，螺旋弹簧钢带套管130在其内面交错地形成有多个凹部131和凸部132，再有，多个凹部131及凸部132分别在轴长方向上连续形成而采用螺旋结构。另外，螺旋弹簧钢带套管130由具有耐臭氧性的PTFE(聚四氟乙烯)形成。螺旋弹簧钢带套管130的内径及长度分别设定为10mm、150mm。
从吸气器120流出的臭氧气体和纯净水的混合液通过该螺旋弹簧钢带套管130内。此时，臭氧气体和纯净水的混合液与螺旋弹簧钢带套管130内的凹部131及凸部132冲突，同时，螺旋状地回转而处于紊流状态。这样，通过混合液处于紊流状态，能够使臭氧气体有效地溶解在纯净水中。
气液分离部140分离螺旋弹簧钢带套管130中所产生的臭氧水和未能在纯净水中溶解的剩余的臭氧气体，而且用来储存臭氧水。气液分离部140由从内部的底面垂直设置的隔板141分割成臭氧水流入部142和臭氧水储存部143两个室。在臭氧水流入部142上连接有螺旋弹簧钢带套管130，从而剩余的臭氧气体和臭氧水一起流入。另一方面，臭氧水储存部143用来储存在臭氧水流入部142中所去除臭氧气体后的臭氧水，连接在将臭氧水向外部输出的臭氧水输出部160上。此外，臭氧水流入部142和臭氧水储存部143在上方连通。
未能溶解在从螺旋弹簧钢带套管130流入到臭氧水流入部142内的臭氧水中的剩余的臭氧气体，在臭氧水流入部变成气泡后从臭氧水中分离，去除剩余的臭氧气体后的臭氧水储存在臭氧水储存部143上。然后，所储存的臭氧水由臭氧水输出部160通过未图示的开关的操作向外部输出。另一方面，从臭氧水中分离出来的剩余的臭氧气体，流入到臭氧气体处理部150中。本实施例中的臭氧气体处理部150采用将二氧化锰用作催化剂的所谓催化剂法。在该臭氧气体处理部150与二氧化锰接触了的臭氧气体变换为氧气向外部放出。
接着，测定了用本实施例的臭氧水制造装置100生成的臭氧水中的臭氧气体浓度。表1表示其测定结果。此外，测定条件设定成：给水量及给水压力分别为3.5L/min、0.15Mpa；氧气供给量及输出压力分别为1L/min、0.15Mpa；供给臭氧气体浓度及供给臭氧气体量分别为80g/Nm3、8g/h；臭氧水出水量及水温分别为3.5L/min、25℃，对臭氧水分三次取样后，测定了各自的臭氧气体浓度并求出了平均值。此外，在比较例1中，作为气液溶解部使用了内径为10mm、长度为150mm的直管，在比较例2中，作为气液溶解部使用了内径为10mm、长度为1000mm的直管。还有，在比较例3中，在气液溶解部上使用了静音混合器。
[表1]
| 臭氧水中的臭氧气体浓度(ppm) | ||||
| 第一次测定 | 第二次测定 | 第三次测定 | 平均 | |
| 实施例 | 7.87 | 8.19 | 8.22 | 8.09 |
| 比较例1 | 6.62 | 6.74 | 6.74 | 6.70 |
| 比较例2 | 6.54 | 6.73 | 6.92 | 6.73 |
| 比较例3 | 7.68 | 8.02 | 8.10 | 7.93 |
如表1所示，本实施例中的臭氧水中的臭氧气体浓度的平均值与比较例1相比多出了1.39ppm，与比较例2相比也多出了1.42ppm。还有，与使用了静音混合器的比较例3相比也示出了同等以上的值。从该试验结果得出了作为气液溶解部使用了螺旋弹簧钢带套管130的本实施例的臭氧水制造装置100具有非常优良的臭氧气体溶解性的结论。
这样，本实施例中的臭氧水制造装置100，通过采用螺旋弹簧钢带套管130作为气液溶解部，能够以廉价提供具有与现有的静音混合器匹敌的臭氧气体溶解效率的臭氧水制造装置100。
通过由在内部表面上交错地形成有凹部和凸部的管子构成与吸气器连接的气液溶解部，可生成含有高浓度的臭氧气体的臭氧水，并且能够以廉价制作装置，因此，能够应用于例如医疗处置或食品加工等领域中的设备、器具等杀菌清洁用途上。
Claims (3)
1.一种臭氧水制造装置，使臭氧气体溶解在原料水中而生成臭氧水，其特征在于，具备：
使由臭氧气体产生部所生成的臭氧气体和原料水接触的吸气器，以及
由连接在该吸气器上并在内部表面上交错地形成有凹部和凸部的管子构成，且通过臭氧气体和原料水在该管子内流动而使臭氧气体溶解在原料水中的气液溶解部。
2.根据权利要求1所述的臭氧水制造装置，其特征在于，
管子其内部表面上交错地形成的多个凹部及凸部分别在轴长方向上连续而形成为螺旋形状。
3.根据权利要求1或2所述的臭氧水制造装置，其特征在于，
管子至少其内部表面由具有耐臭氧性的材质形成。
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