JP2001017843A

JP2001017843A - オゾン水生成装置

Info

Publication number: JP2001017843A
Application number: JP11193981A
Authority: JP
Inventors: Seiji Notomi; 誠治納富
Original assignee: NIPPON NATURE ROMAN KK
Current assignee: NIPPON NATURE ROMAN KK
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2001-01-23

Abstract

(57)【要約】【解決手段】装置各部の動作を制御する制御部は、ポ
ンプ１３を動作させてエアを容器５中の原料水２０に供
給して、原料水２０の温度がほぼ収束するまで曝気する
第１工程と、この第１工程終了後、ポンプ１３とオゾン
発生器１６とを動作させて、エアによりオゾン発生器１
６の発生するオゾンを原料水２０中に送り込む第２工程
とを順に実行する【効果】簡単な制御で、濃度や品質の安定したオゾン
水を必要な量だけ自動的に生成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オゾン水生成装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、健康的な快適な生活を送るため
に我々が利用している薬剤には、使用に際して注意を必
要とするものが多い。喉の殺菌のためにうがいをする液
には、所定量の消毒薬が含まれている。うがい薬ばかり
でなく口臭予防ための口腔洗浄液にも、殺菌のための消
毒液が含まれる。ところがこの種の消毒液は適切な濃度
以上では若干の毒性があり、誤って飲み込んだ場合には
治療処置が必要になる場合もある。

【０００３】また、例えば、入浴が自由に出来ない病人
や老人のために、肌を蒸しタオル等で拭う介護が行われ
る。しかしながら、蒸しタオルで拭いただけでは肌の汚
れは十分に除去されず、肌を清潔に保つことが難しい。
そこで、消毒液を使用することが考えられるが、肌に対
する刺激が強過ぎて肌を痛めてしまうおそれもある。従
って、消毒液は十分に薄い安全な濃度に調整され、注意
深く使用するように管理されている。また、医師の監督
の下でのみ使用することを認められるものも多い。

【０００４】一方、水にオゾンを溶かしたオゾン水は、
酸素原子ラジカルによる殺菌効果があることが知られて
いる（特開平１−２３１９９１号公報、特開平３−２６
７１９６号公報）。しかも、水に溶け込むオゾンの濃度
には限界があり、人体に有害な濃度を越えることはな
い。また、水中の酸素原子ラジカルはそのまま放置する
と短時間で活性を無くし、速やかに自動的に無害化する
という特徴もある。即ち、オゾン水は人体に無害で安全
な消毒液として利用できる。

【０００５】しかしながら、水に溶け込んだ酸素原子ラ
ジカルが適当な活性を有する間に使用をしなければ消毒
効果が無いから、これを家庭で使用するには、オゾン水
を製造後ただちに使用できるような簡便な設備が必要で
ある。特開平３−２６７１９６号公報にはこうしたオゾ
ン水を生成するための装置が紹介されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、家庭でうが
いに使用したり肌に付けるためのオゾン水を生成する装
置には、簡単な制御で濃度や品質の安定したものを必要
な量だけ自動的に生成する機能が要求される。また、利
用者が手近にある水を指定された容器にセットしたと
き、その水質や水温に左右されることなく、一定の品質
のオゾン水を自動的に生成できることが好ましい。さら
に、オゾン水を自動的に生成する工程における制御を簡
潔にして、高価な部品を使用することなく低価格な装置
にすることが望まれる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は以上の点を解決
するため次の構成を採用する。〈構成１〉エアを供給するポンプと、オゾン発生器と、
原料水を収容する容器と、上記ポンプと上記オゾン発生
器とを含む装置各部の動作を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、上記ポンプを動作させて上記エアを上記
容器中の原料水に供給して、上記原料水の温度が適正値
にほぼ収束するまで曝気する第１工程と、この第１工程
終了後、上記ポンプと上記オゾン発生器とを動作させ
て、上記エアによりオゾン発生器の発生するオゾンを上
記原料水中に送り込んで曝気する第２工程とを順に実行
するように装置を制御することを特徴とするオゾン水生
成装置。

【０００８】〈構成２〉エアを供給するポンプと、オゾ
ン発生器と、原料水を収容する容器と、上記ポンプと上
記オゾン発生器とを含む装置各部の動作を制御する制御
部とを備え、上記制御部は、上記ポンプを動作させて上
記エアを上記容器中の原料水に供給して、曝気する第１
工程と、この第１工程終了後、上記ポンプと上記オゾン
発生器とを動作させて、上記エアによりオゾン発生器の
発生するオゾンを上記原料水中に送り込み、少なくとも
上記原料水の温度がほぼ適正値に収束するまで曝気を継
続する第２工程とを順に実行するように装置を制御する
ことを特徴とするオゾン水生成装置。

【０００９】〈構成３〉構成１または２に記載のオゾン
水生成装置において、容器は、本体ケースとは独立し本
体ケースと分離することができ、制御部は、本体ケース
と容器の間の情報伝達なしに各工程を制御することを特
徴とするオゾン水生成装置。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
例を用いて説明する。〈装置の概略構造〉図1に、本発明のオゾン水生成装置
外観図と、内部機構図を示す。図１（ａ）はオゾン水生
成装置の外観図である。図の装置は、本体ケース１とオ
ゾン水を収容する容器５とから構成される。本体ケース
１には、電源ランプ２とオゾン発生ランプ３と電源スイ
ッチ４とが取り付けられている。また、本体ケース１の
側面から伸びるホース６は、ノズル７を介して容器５と
連結されている。電源ランプ２は、電源スイッチ４をオ
ンすると点灯するスイッチである。オゾン発生ランプ３
は、オゾン発生中に点灯するランプである。電源ランプ
２とオゾン発生ランプ３には、例えば発光ダイオードが
使用される。ホース６は本体ケース１の内部で発生させ
たオゾンを容器５に送り込むためのもので、例えばシリ
コンチューブが使用される。容器５は、原料水を注入し
たり生成されたオゾン水を取り出すために、着脱可能な
キャップ８を備える。また、オゾン水を収容するための
容器５を大小様々なものに交換できるように、ホース６
の先が着脱可能なノズル７により容器５に接続できるよ
う構成されている。

【００１１】図１（ｂ）はオゾン水生成装置の内部機構
図である。（ａ）に示した本体ケース１の内部には、図
のホース６の左側に示すような機構が収納されている。
即ち、本体ケース１の内部には、吸気孔１１、エアフィ
ルタ１２、ポンプ１３、逆止弁１４、ＵＶランプ１５、
オゾン発生器１６、逆止弁１７が収納されている。吸気
孔１１は、外気を取り入れるための開口である。エアフ
ィルタ１２は、吸気孔１１から取り入れた外気中のゴミ
等を除去するためのものである。ポンプ１３は、電動式
の可変速モータ等により構成される。逆止弁１４と逆止
弁１７とは、エアの逆流防止のための弁である。

【００１２】オゾン発生器１６中のオゾンは、ポンプ１
３を動作させることによりホース６方向へ送られるが、
何らかの原因でエアが逆流するとオゾンがポンプ側に流
れ込み、その活性により腐食を促進するおそれがある。
そこで、逆止弁１４と逆止弁１７によりこの方向のエア
の流れを阻止している。もちろん逆止弁はいずれか一方
のみでも足りる。ＵＶランプはオゾン発生器１６中に収
納されて、殺菌灯等に使用されているオゾン発生用のラ
ンプである。

【００１３】（ｂ）に示した容器５の内部には、図のホ
ース６の右側に示すような機構が収納されている。即
ち、容器５の内部には、曝気槽１９、気泡発生器２１、
活性炭フィルタ２２、排気孔２３が収納されている。曝
気槽１９には利用者が予め原料水２０を注入しておく。
気泡発生器２１は、ホース６から供給されたエアやオゾ
ン混じりのエアを原料水２０中に吹き込んで原料水と十
分に接触させる機能を持つ。

【００１４】本発明では、この気泡発生器２１を用いて
大量のエアを原料水に接触させ、原料水の浄化処理と温
度制御を行う。その後オゾン混じりのエアを原料水に接
触させて原料水にオゾンを溶け込ませる。なお、この気
泡発生器２１には、例えば特開平３−２６７１９６号公
報に紹介されたような構造のものが適する。活性炭フィ
ルタ２２は、原料水２０に溶け込まなかったオゾンを無
害化して排気孔２３から排出するためのもので、例えば
（ａ）の容器５のキャップ８の内部に収納されている。

【００１５】図２はオゾン水生成装置の制御回路ブロッ
ク図である。この装置は、例えばマイクロプロセッサを
搭載した制御部１０によりその動作を制御される。この
制御部１０には、電源スイッチ４、ポンプ１３、ＵＶラ
ンプ１５、電源ランプ２、オゾン発生ランプ３が接続さ
れている。制御部１０の内部には、図示しないプロセッ
サの動作用プログラムを格納するためのメモリや各種の
インタフェースが含まれるが、既知のハードウエアをそ
のまま使用すれば足りるので、その説明を省略する。ま
た、上記のポンプ１３は誘導モータで駆動し、ＡＣ（交
流）電源を受け入れて、パルス幅制御（ＰＷＭ）による
可変速制御を行えばよい。さらに、家庭電気器具に広く
使用されている交直変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）を
使用して、例えばＤＣ１２Ｖの電源を本体ケースに供給
するようにしてもよい。この場合には、ポンプを直流モ
ータで駆動し、スイッチング素子等により、可変速制御
を行えばよい。また、直流式にすれば、自動車バッテリ
ーから電源を供給する事ができ、アウトドアでの使用も
可能になる。

【００１６】〈装置の具体的な動作〉以上の構成の装置
は、次のように動作する。図３はオゾン水生成装置の動
作タイミングチャートである。横軸は時間の経過を示
す。図の（ａ）は電源スイッチ４の動作タイミングを示
す。ハイレベルがオン、ロウレベルがオフである。図の
（ｂ）はポンプ１３の動作タイミングを示す。ロウレベ
ルがオフで、強とあるのが高速モード、弱とあるのが低
速モードである。（ｃ）はＵＶランプ１５の動作タイミ
ングを示す。ハイレベルがオン、ロウレベルがオフであ
る。

【００１７】本発明のオゾン水生成装置は、時刻ｔ１か
ら時刻ｔ２までの第１工程と、時刻ｔ２から時刻ｔ３ま
での第２工程と、時刻ｔ３以降の保存工程によりオゾン
水を生成する。第１工程では、ＵＶランプ１５は点灯さ
せないで、ポンプを所定時間以上高速モードで動作させ
て曝気を行う。水の浄化と温度調整のためである。第２
工程では、ＵＶランプ１５を点灯させてオゾンを含むエ
アを容器５に送り込む。この工程でオゾンを原料水に溶
け込ませる。高濃度のオゾン混じりのエアを容器５に送
り込むために、ポンプを低速モードで動作させる。目的
とする濃度のオゾン水が生成された後は、利用者がオゾ
ン水を容器５から取り出すまでオゾン濃度を維持するた
めの保存工程を実行する。以下各工程の詳細な動作を説
明する。

【００１８】〈原料水の浄化と温度調整〉第１工程で
は、オゾン水の原料となる水の浄化と温度調整を行う。
予め一定量の水を容器５に収納して自動的にオゾン水を
生成しようとする装置では、一定の条件でオゾンを注入
したとき、一定の品質のオゾン水が生成されるように、
一定の化学的性質を持つ水を原料にすることが望まし
い。特に、原料水中に不純物が含まれていては好ましく
ない。

【００１９】ところが、家庭等でこのオゾン水生成装置
を使用する場合、利用者がどのような性質の水を汲んで
容器５に注入するか分からない。原料が水道水の場合に
は、トリハロメタンのような塩素系有害物質が含まれて
いる。原料が地下水や井戸水の場合、トリクロロエチレ
ンのような有害物質が含まれている。これらの含有量は
微量であるが、オゾン水生成前に除去することが望まし
い。そこで、水にオゾンを注入する前に、エアポンプを
所定時間動作させることにより、原料となる水の浄化を
行う。こうした有害物質を水中から排除するために、高
い風量で高速曝気する技術が（特開平３−２６７１９６
号公報）に紹介されている。

【００２０】一方、オゾンを水に溶解させる場合には、
気体の溶解度を表すヘンリーの法則が適用される。ヘン
リーの法則によれば、オゾンの溶解度は温度の上昇とと
もに小さくなる。さらに、一定の温度ではオゾンの溶解
度はオゾンの分圧が大きくなるとともに大きくなる。図
２に示したオゾン水生成装置は、一定の濃度（一定の分
圧）のオゾンを原料水２０に連続的に供給する機能を持
つ。しかし、原料として利用者が用意する水は、水道
水、井戸水、ミネラルウオーターというように、様々で
あり、その温度にはバラツキがある。

【００２１】そこで、本発明では、原料水の浄化処理に
加えて、さらに一定時間以上原料水中に一定温度の空気
を供給して、水温を適正値に収束させるように調整す
る。この温度調整により、一定量の原料水に一定の濃度
のオゾン混じりのエアを注入すれば、一定の濃度のオゾ
ン水が生成できる条件が整う。エアコンの普及した今
日、一般家庭の室温はほぼ２０度前後で、水温に比べて
バラツキが少ない。従って、例えば室温の空気を供給し
て水温を室温に近付けることで、水温をほぼ一定の範囲
に温度調整することができる。なお、実験によれば、こ
のような調整のためには、有害成分を排出するための高
速曝気よりもさらに長い時間の曝気が必要になる。

【００２２】図４は原料水の浄化処理と温度調整の説明
図である。（ａ）のグラフの縦軸は原料水に含まれるト
リハロメタンの濃度を示す。（ｂ）の縦軸は原料水の温
度を示す。図のグラフの横軸は時間を示し（ａ）と
（ｂ）とは同一のスケールで表示してある。

【００２３】図に示すように、原料水の曝気により、
（ａ）に示すトリハロメタンの濃度は時間とともに減少
する。時刻ｔ１と時刻ｔ２の中間程度で、トリハロメタ
ンの濃度が当初の３分の１に減少し、浄化の目的はほぼ
達成される。同様にして原料水の曝気により、（ｂ）に
示すように、原料水の温度は、当初室温より高い場合も
室温より低い場合も、時間とともに室温に近い一定の温
度に収束する。時刻ｔ２と時刻ｔ３の中間程度で原料水
の温度調整の目的がほぼ達成される。

【００２４】例えば、水道水１リットルに毎分４００ｍ
ｌ（ミリリットル）のエアを２分間吹き込むと水道水を
十分に浄化できる。また、さらに１〜３分間程度の曝気
を行うと原料水の温度を収束させることができる。な
お、原料水の温度調整のために吹き込むエアは必ずしも
室温でなくてよい。ヒーターを用いてエアを温めてもよ
いし、ペルチェ素子のような半導体冷却素子を用いて冷
却したエアを用いてもよい。原料水の温度とエアの温度
との差が大きいときは温度調整のための曝気時間はより
長くなる。

【００２５】いずれの場合にも、本発明のように曝気に
よる温度調整は、全て本体ケース側で制御できる。本体
ケースとは独立し、本体ケースと分離することができる
容器側には、ヒータやその他の能動部品および温度セン
サ等を設ける必要が無い。即ち、本体ケースと容器の間
の情報伝達なしに各工程を制御するので、容器の構造が
簡単になる。容器を複数用意してもコストが著しく上昇
することがない。容器が本体ケースと分離することがで
きるので、例えば原料水の収容量の異なる複数の容器
を、オゾン水の使用目的や量に応じて適当に交換しなが
ら利用することができる。例えば、化粧水としてオゾン
水を使用する場合には、図１に示したような少量用容器
を使い、うがい用としてオゾン水を使用する場合には、
もっと大きな容器を使用するとよい。

【００２６】〈オゾン注入工程〉第２工程では、第１工
程で浄化と温度調整をした水にオゾンを注入する。図２
に示した曝気槽１９に注入するオゾンガス濃度は、ＵＶ
ランプ１５の単位時間あたりのオゾン発生量と、ポンプ
１３による送気量によって計算出来る。このオゾンガス
濃度と、第１工程で調整された水の温度と水量と、オゾ
ンの水に対する吸収係数と、生成後のオゾン水の要求濃
度とから、送気量と送気時間の最適値が計算できる。例
えばＵＶランプ１５が毎時間５ミリグラムのオゾンを発
生するとき、オゾン水濃度を０．１ｐｐｍにするには、
エアポンプによるガス流量を毎分２１０ｍｌにするとよ
い。

【００２７】第１工程で適正値に水の温度調整が行われ
ていれば、第２工程は、一定の送気量と送気時間の制御
により終了する。原料水が多ければ長時間、少なければ
短時間の送気時間を選定する。例えば、各容器に収容す
る原料水の量がそれぞれ一定に決められているとき、利
用者が何種類かある容器のうちいずれかを選択すると、
原料水の量は確定する。一つの容器に水量を示す目盛り
が付けられていて水量を選択できる場合には、利用者が
水量を選択をしたとき原料水の量は確定する。

【００２８】原料水の量が確定すると、その結果は、利
用者が図２に示した水量選択ボタン２５を操作すること
により制御部１０に認識させる。制御部１０が水量を認
識すると、その結果は水量表示部２６に表示される。さ
らに、制御部１０は、例えば水量と曝気時間との関係を
示すテーブルデータを参照して、曝気時間を選択する。
このテーブルデータは、先に説明した要領で計算を行っ
た結果や、実験により最適化した結果に基づいて予め作
成され、制御部１０中の図示しない不揮発性メモリ中に
記憶される。

【００２９】以上のように、第１工程を経ることによ
り、第２工程で一定の濃度のオゾン水を生成するための
制御が簡潔になる。従って、自動的に不純物の無い最適
な濃度のオゾン水を利用者に提供することが可能にな
る。なお、第２工程においても、一定の温度のエアを所
定時間原料水中に吹き込み続けるので、原料水の温度を
一定の温度に収束させる効果がある。従って、第１工程
は、原料水の温度が適正値に収束する前に終了し、第２
工程を少なくとも原料水の温度が適正値に収束するまで
実行することが好ましい。これにより第２工程終了後に
予定した濃度のオゾン水が得られる。

【００３０】〈保存工程〉第２工程が終了し、オゾン発
生ランプ３が消灯していれば、利用者はいつでも容器５
から生成されたオゾン水を取り出すことができる。オゾ
ン水が生成された後、直ちに利用者がオゾン水を容器５
から取り出して使用すれば、保存工程は不要である。し
かしながら、利用者が必ずしもオゾン水生成装置の前で
待機しているとは限らない。生成されたオゾン水をその
まま容器5の中に放置すると、オゾン水中でＯ₃からＯ₂
＋０への変化が始まる。このため、オゾン濃度は次第に
薄くなる。

【００３１】そこで、保存工程では、オゾン水濃度が適
正値に保たれるように、減少したオゾンを補充する。即
ち、図3に示したようにポンプ13を間欠運転する。図５
は保存工程におけるオゾン水の濃度とポンプの運転状態
を説明する説明図である。図のグラフの横軸は時間、縦
軸はオゾン水濃度を示す。

【００３２】図に示すように、オゾン水の濃度は放置す
ると次第に薄くなる。そこで、ポンプがオンし、新たに
一定量のオゾンをオゾン水に補充して、濃度を処置に戻
す。濃度が初期値に戻るとポンプは停止して、再びオゾ
ン濃度がある程度低下するまで待機する。なお、このる
もれ工程は、第２工程の終了後１０分〜２０分で終了
させる。利用者がこの間に容器５から適正値の濃度のオ
ゾン水をいつでもとりだすことができるようにするため
である。また、放置された場合には、あまり長時間保存
動作を継続させるのは不経済であるから自動的に保存動
作を停止させてしまう。なお、図１（ｂ）に示した容器
の排気孔２３に逆止弁等を設ければ、ある程度長時間容
器内部のオゾン濃度を高く保持できるので、濃度の低下
速度を送らせることができる。

【００３３】図２に示した制御部１０は、第２工程でオ
ゾン水の濃度と原料水の量を記憶している。保存工程で
の待機時間とオゾン補充時間との関係は予めテーブルメ
モリ等に記憶させておくことができる。図３に示した第
１工程から保存工程までの制御シーケンスを原料水の量
に応じて設定しておけば、上記の制御は容易に実現す
る。

【発明の効果】以上説明した本発明のオゾン水生成装置
によれば、第１工程、第２工程、第３工程のような簡単
な制御で、濃度や品質の安定したオゾン水を必要な量だ
け自動的に生成することができる。しかも、第１工程
で、原料水の浄化処理と温度調整を行うようにしたの
で、利用者が手近にある水を容器にセットしたとき、そ
の水質や水温に左右されることなく、一定の品質のオゾ
ン水を自動的に生成できる。さらに、主としてエアポン
プのオンオフ制御により第１工程、第２工程や第３工程
を実行できるので、全体として高価な部品を使用するこ
となく低価格な装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）はオゾン水生成装置の外観図で、（ｂ）
はオゾン水生成装置の内部機構図である。

【図２】オゾン水生成装置の制御回路ブロック図であ
る。

【図３】オゾン水生成装置の動作タイミングチャートで
ある。

【図４】原料水の浄化処理と温度調整の説明図である。

【図５】保存工程におけるオゾン水の濃度とポンプの運
転状態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１本体ケース５容器６ホース１３ポンプ１６オゾン発生器１９曝気槽２０原料水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エアを供給するポンプと、オゾン発生器
と、原料水を収容する容器と、前記ポンプと前記オゾン
発生器とを含む装置各部の動作を制御する制御部とを備
え、前記制御部は、前記ポンプを動作させて前記エアを前記容器中の原料水
に供給して、前記原料水の温度が適正値にほぼ収束する
まで曝気する第１工程と、この第１工程終了後、前記ポ
ンプと前記オゾン発生器とを動作させて、前記エアによ
りオゾン発生器の発生するオゾンを前記原料水中に送り
込んで曝気する第２工程とを順に実行するように装置を
制御することを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】エアを供給するポンプと、オゾン発生器
と、原料水を収容する容器と、前記ポンプと前記オゾン
発生器とを含む装置各部の動作を制御する制御部とを備
え、前記制御部は、前記ポンプを動作させて前記エアを前記容器中の原料水
に供給して、曝気する第１工程と、この第１工程終了
後、前記ポンプと前記オゾン発生器とを動作させて、前
記エアによりオゾン発生器の発生するオゾンを前記原料
水中に送り込み、少なくとも前記原料水の温度がほぼ適
正値に収束するまで曝気を継続する第２工程とを順に実
行するように装置を制御することを特徴とするオゾン水
生成装置。
【請求項３】請求項１または２に記載のオゾン水生成
装置において、容器は、本体ケースとは独立し本体ケースと分離するこ
とができ、制御部は、本体ケースと容器の間の情報伝達
なしに各工程を制御することを特徴とするオゾン水生成
装置。