JP2001314739A

JP2001314739A - 気液溶解装置

Info

Publication number: JP2001314739A
Application number: JP2000136128A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kashiwabara; 弘栢原; Masaharu Higuchi; 雅晴樋口; Hiroshi Yoshida; 浩吉田
Original assignee: ISHIMORI SEISAKUSHO KK
Current assignee: ISHIMORI SEISAKUSHO KK
Priority date: 2000-05-09
Filing date: 2000-05-09
Publication date: 2001-11-13

Abstract

(57)【要約】【課題】オゾン水が不用のときでも、オゾン水を廃棄
することなく、常に一定濃度のオゾン水を自動的に安定
供給することができるオゾン水生成装置を提供する。【解決手段】エゼクタにオゾンガスと水とを送って混
合させた後、このオゾン水を気液分離槽で貯留し、該気
液分離槽で気体溶解液体中の非溶解余剰気体を分離した
後、上記気体溶解液体を所要の使用点へと送るように構
成されてなる気液溶解装置を技術的前提とし、上記気液
分離槽とエゼクタとを還流配管によって連通接続し、該
還流配管にはポンプを介装すると共に、該還流配管のポ
ンプ介装点よりも下流側に、上記オゾン水を使用点へと
送る送液配管を連通接続した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、エゼクタを用い
てオゾン等の気体を液体に吸収させて溶解させる気液溶
解装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、オゾン等の気体を液体に
吸収させて溶解させる手段としては、液体を入れた槽の
底部から気体を気泡として吹き込む散気方式と、液体の
流路に絞り部を形成して液体流路の圧力差で気体を液体
に溶解させるエゼクタ方式等の手段が公知であり、特
に、上記エゼクタ方式の場合、液体流路にエゼクタを取
り付けられ、散気方式のような槽が不要であることか
ら、より簡便な方式として広く用いられている。

【０００３】このエゼクタ方式の原理を、図３に基づい
て説明すると、水を送水路２の入口からエゼクタ１内部
へと送る場合、該送水路２の断面積Ａ₁により平均流速
ｑ₁で送り込まれた水は、該流路が該送水路２の途中か
ら徐々に縮径されて絞られているため、最小径部３で最
小の断面積Ａ₂となり、平均流速ｑ₂が最大となる。従っ
て、摩擦損失を考えないものとし、水の比重量をｒ、送
水路２の入口付近における圧力をｐ₁、最小径部３にお
ける圧力をｐ₂、重力の加速度をｇとすると、ｒ／２ｇ（ｑ₂ ²−ｑ₁ ²）＝ｐ₁−ｐ₂ なる関係式が成立する。尚、エゼクタ１の内部空間部５
は、最小径部３と連通しているため、該空間部５の圧力
はｐ₂と同じである。

【０００４】従って、上記エゼクタ１の上記空間部５内
にオゾンガスを導入すると、上記関係式の圧力差ｐ₁−
ｐ₂でオゾンガスは水に吸収される。このとき、最小径
部３から送水路２の出口４にかけて発生する激しい乱流
により、気体は水に混合して非常に細かい気泡となり、
その気液界面から水中にオゾンが物質移動してオゾン水
が生成される。

【０００５】このように、エゼクタ１の吸引力、即ち、
上記圧力差ｐ₁−ｐ₂は、送水路２の入口から注入される
液体の平均流速の二乗に関係していることから、流体の
流速が変化すれば、その吸引力も変化する。従って、安
定した濃度のオゾン水を得るためには、液体及び気体の
流体流量を一定に保持しなければならない、という課題
を上記従来のエゼクタ方式は有していた。

【０００６】このことは、例えば、オゾン水を常時必要
とはしないが間欠的に使用しなければならない設備にお
いては、送水路２への送水を停止してしまうとエゼクタ
１の吸引力がなくなるため、オゾンガスがエゼクタ１の
空間部５内に吸い込まれなくなる。このオゾンガスはオ
ゾン発生装置で生成されるが、酸素を原料として放電に
よりオゾンを発生させているが、このオゾンガスの流れ
が停止するとオゾンの発生量が変化し、次に水を送水路
２に流したときには、停止前のオゾンガス濃度と異なる
オゾンガスが水に混入されてしまい、安定した濃度のオ
ゾン水が得られなくなる、という課題を有していた。加
えて、上記従来のエゼクタ方式にあっては、エゼクタ１
の圧力差がなくなると、水が最小径部３から空間部５内
へと逆流してオゾンガスの流路に水が入り、次に水を送
水路２に流したときに、直ちにオゾンガスがエゼクタ１
内に流れなくなる、という課題も有していた。

【０００７】このような課題を解決するため、従来のエ
ゼクタを用いた気液溶解装置では、図４に示すように、
エゼクタ１を流れる水の流量を変えないために、オゾン
水の出口にバイパス流路を介装し、使用点でオゾン水の
使用を停止している間は、バイパス流路からオゾン水を
棄てる方法が採用されている。即ち、この従来の気液溶
解装置は、上記エゼクタ１の送水路２に連通接続された
送水配管６から水をエゼクタ１内部へと送ると共に、酸
素配管１９から送られる原料酸素を放電させてオゾンガ
スを生成するオゾン発生装置１８で製造されたオゾンを
オゾン配管２０を介してエゼクタ１へと送り、該エゼク
タ１で混合された気体溶解液体であるオゾン水１０は、
配管７を通じて気液分離装置８の水槽９へと送られ貯留
される。また、上記水槽９には、水槽９内のオゾン水１
０の水位を検知する水位検出器１１が配設されていると
共に、該水槽９には排気弁１２が配設されている。そし
て、余剰のオゾンが分離された安定濃度のオゾン水１０
は、水槽９の底部に連通接続された配管１３を通じて使
用点１６へと送られ、或は、該使用点１６の上流側に開
設された開閉弁１４が閉じているときには、上記配管１
３の中途部に連通接続されたバイパス配管１７を通じて
廃棄されるように構成されている。尚、図中符号１５
は、バイパス配管１７に介装されたバイパス開閉弁であ
る。

【０００８】このように構成された上記従来の気液溶解
装置にあっては、上記水槽９内には、エゼクタ１で生成
されたオゾン水１０及びオゾン気泡とが混合した状態で
導入され貯留されるため、該水槽９内で気泡と液とが分
離し、気泡は水面上に集められる。そして、水槽９内に
気泡が大量に貯留されると、水槽９内の圧力が上昇し水
位が押し下げられるため、これを上記水位検出器１１が
検出し、該水位検出器１１からの信号がＡ／Ｄ変換器
（図示せず）で変換された排気弁１２を開放作動させ、
余剰オゾンガスを大気中に放出するので、水位が上昇
し、該水位が原状レベルまで復帰すると、これを水位検
出器１１が再び検出して上記排気弁１２を閉じる。以上
の作動を繰り返すことで、水槽９内の水位は一定に保た
れる。

【０００９】そして、上記使用点１６でオゾン水１０を
使用している場合には、上記開閉弁１４は開いている
が、バイパス配管１７に介装されたバイパス開閉弁１５
は閉じられているが、使用点１６の開閉弁１４が閉じら
れ、バイパス配管１７のバイパス開閉弁１５が開いてい
るときには、オゾン水１０は廃棄される結果、この従来
の気液溶解装置では、オゾン水が不用の場合であって
も、オゾン発生装置の作動を停止させることなく一定濃
度のオゾン水を安定して供給することができるように構
成されていた。

【００１０】

【従来技術の課題】しかしながら、オゾン水が不用の場
合であっても、オゾン水を製造し続け、これを廃棄する
のでは、非常に非生産的で無駄であり、オゾン水使用設
備によっては、オゾン水を使用する時間よりもオゾン水
を必要としない時間の方が長くなる場合もあり、この場
合の棄てられるオゾン水の累積量は膨大であり、ランニ
ングコストも嵩む、という課題を有していた。

【００１１】この発明は、かかる現状に鑑み創案された
ものであって、その目的とするところは、オゾン水が不
用のときでも、オゾン水を廃棄することなく、常に一定
濃度のオゾン水を自動的に安定供給することができる気
液溶解装置を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明にあっては、エゼクタに気体
と液体とを送って混合させた後、この気体溶解液体を気
液分離槽で貯留し、該気液分離槽で気体溶解液体中の非
溶解余剰気体を分離した後、上記気体溶解液体を所要の
使用点へと送るように構成されてなる気液溶解装置を技
術的前提とし、上記気液分離槽とエゼクタとを還流配管
によって連通接続し、該還流配管にはポンプを介装する
と共に、該還流配管のポンプ介装点よりも下流側に、上
記気体溶解液体を使用点へと送る送液配管を連通接続し
たことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項２に記載の発明にあっては、
上記液体をエゼクタに送液する送液配管は、上記エゼク
タの出口側配管に可及的に近い部分に連通接続したこと
を特徴とするものである。

【００１４】さらに、請求項３に記載の発明にあって
は、上記送液配管に自動開閉弁を介装すると共に、上記
気液分離槽には水位検出器を配設し、該水位検出器は、
気液分離槽の検出水位に対応させて自動開閉弁を開閉す
るように構成したことを特徴とするものである。

【００１５】請求項４に記載の発明にあっては、上記ポ
ンプにおける上記気液分離槽とエゼクタとを連通接続す
る還流配管の流量を、前記使用点における気体溶解液体
の使用量の２倍以上、好ましくは３倍以上の水量となる
ように駆動制御したことを特徴とするものである。

【００１６】また、請求項５に記載の発明にあっては、
上記構成に加え、上記還流配管にバイパス配管を連通接
続し、該バイパス配管には、上記還流配管内を流れる気
体溶解液体中の成分濃度を計測する手段を介装すると共
に、前記エゼクタに気体を送る送気配管には自動開閉弁
を介装し、該自動開閉弁は、上記計測手段で計測された
成分濃度が一定となるように、上記計測手段に接続され
た制御装置を介して開閉制御するように構成したことを
特徴とするものである。

【００１７】さらに、請求項６に記載の発明にあって
は、この気液溶解装置を、オゾン水を生成するのに用い
たことを特徴とするものであるが、この発明にあっては
これに限定されるものではなく、請求項７に記載の発明
のように、二酸化炭素や窒素、酸素、空気、アンモニ
ア、塩素その他の水溶性ガスを溶解させるために用いて
もよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に示す実施の形態
例に基づき、この発明を詳細に説明する。

【００１９】図１は、この発明の実施の第１形態例に係
る気液溶解装置をオゾン水生成装置に適用した例を示し
ており、この形態例に係るオゾン生成装置で前記従来の
気液溶解装置（オゾン水生成装置）の構成と異なる点
は、第１に、自動開閉弁２２が介装された送水配管６を
配管７のエゼクタ出口側にできるだけ近づけて連通接続
した点と、第２に、水槽９とエゼクタ１とを還流配管２
３によって連通接続し、該還流配管２３にはポンプ２１
を介装した点と、第３に、上記還流配管２３のポンプ介
装点よりも下流側に、オゾン水１０を使用点１６へと送
る送液配管１３を連通接続した他は、他の構成・作用は
図４に示す気液溶解装置と同様であるので、図面には図
４で用いた符号と同一の符号を付して、その詳細な説明
をここでは省略する。勿論、この形態例で用いられるエ
ゼクタ１の構成・作用は、図３で説明したものと全く同
様である。尚、本形態例では、図４で示す排気弁１２は
用いていない。

【００２０】即ち、この形態例に係るオゾン水生成装置
にあっては、気液分離装置８の水槽９で気泡が分離され
たオゾン水１０は、水槽９の底部からポンプ２１で加圧
されて還流配管２３を経てエゼクタ１へと送水され、該
エゼクタ１で再びオゾンガスを吸引した後、配管７を通
じて水槽９へと再び戻される。また、使用点１６の自動
開閉弁１４が開いている状態では、上記還流配管２３を
流れるオゾン水１０は、配管１３を通じて上記使用点１
６へと供給される。

【００２１】さらに、この形態例に係るオゾン水生成装
置にあっては、上記気液分離装置８の水槽９内の水位が
低下すると、上記水位検出器１１の信号がＡ／Ｄ変換器
で変換されてマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等で構成さ
れてなる制御装置（図示せず）へと送られ、該制御装置
は、上記信号に対応して上記送水管６の自動開閉弁２２
を開いて水を上記配管７へと供給する。これにより、水
槽９内のオゾン水１０の水位が再び上昇し、適正水位と
なった時点で、上記水位検出器１１がこれを検知して上
記自動開閉弁２２を閉じるので、配管７への送水は停止
されるので、水槽９内のオゾン水１０の濃度を、許容範
囲の数値に保つことが可能となる。

【００２２】また、この形態例では、上記ポンプ２１に
おける上記気液分離槽８の水槽９とエゼクタ１とを連通
接続する還流配管２３を流れる水量を、前記使用点１６
におけるオゾン水１０の使用量の２倍以上、好ましくは
３倍以上の水量となるように駆動制御されている。

【００２３】さらに、この形態例では、送水管６を配管
７のエゼクタ出口側にできるだけ近づけた状態で連通接
続している。これは、エゼクタ１と水槽９とを連通接続
する配管７中に、上記エゼクタ１で混合されたオゾンガ
スが気泡として混在していることから、注入された水も
当然オゾンガスを吸収するため、水槽９中のオゾン水１
０のオゾン濃度の変動を小さく抑えることができるから
である。また、水の注入点を、この形態例では配管７の
エゼクタ出口側に設定したが、これは、例えば、水の注
入点をポンプ２１の出口側の還流配管２３に設定する
と、ポンプ２１の吐出圧力が非常に強いので、送水管６
に逆圧力が加わり、水が逆流する事故が発生するのを、
確実に防止するためである。

【００２４】この形態例に係るオゾン水生成装置は、以
上説明したように、使用点１６に置けるオゾン水１０の
使用を突然停止した場合であっても、生成されたオゾン
水は全てエゼクタ１から水槽９を経て再びエゼクタ１へ
と循環し、エゼクタ１ではその都度オゾンガスを水に吸
収させるため、循環オゾン水の濃度は上昇するが、予め
吸引されるオゾンガスの濃度と量をオゾン発生装置１８
に対して設定しておけば、オゾン水の供給停止期間中の
オゾン水の濃度上昇は、許容範囲内の使用に差し支えな
い程度に抑えることができる。

【００２５】図２は、この発明の実施の第２形態例に係
るオゾン水生成装置の概略的な構成を示しており、この
形態例において、前記第１形態例に係るオゾン水生成装
置と異なる構成は、上記オゾン発生装置１８とエゼクタ
１とを連通接続するオゾン配管２０に自動開閉弁２４を
介装すると共に、上記還流配管２３に介装されたポンプ
２１の上流側と下流側とを連通接続するバイパス配管２
５を連通接続し、該バイパス配管２５には、上記還流配
管２３内を流れるオゾン水１０のオゾン濃度を計測する
計測器２６を介装し、上記自動開閉弁２４は、上記計測
器２６で計測されたオゾン濃度が一定となるように、上
記計測器２６に接続された制御装置を介して開閉制御さ
れるように構成した他は、他の構成・作用は第１形態例
に係るオゾン水生成装置と全く同様であるので、図面に
は第１形態例で用いた符号と同一の符号を付して、その
詳細な説明をここでは省略する。

【００２６】前記したように、オゾン発生装置１８で
は、通常、酸素を原料として放電でオゾンを発生させる
が、一旦放電を停止すると、放電部の温度が下がってし
まうため、次に放電を再開したとしても、温度や放電電
流が安定するまでの立上り時間として、数分から数十分
を要するのに対して、本形態例では、原料ガスの供給を
停止して放電を続行させたとしても、放電部で発生する
オゾンは、該放電部に閉じ込められるため、放電による
オゾンの生成と、放電により分解して酸素となる工程が
繰り返されるのみであり、オゾンガスには大きな変化が
生じない。従って、上記自動開閉弁２４を開閉しても、
オゾン発生装置１８から供出されるオゾンガスの濃度に
変化は殆どなく、その結果、循環するオゾン水１０のオ
ゾン濃度を一定に保つことができる。

【００２７】尚、上記形態例では、この発明をオゾン水
生成装置に適用した場合を例にとり説明したが、この発
明はこれに限定されるものではなく、オゾン水生成以外
の二酸化炭素や窒素、酸素、空気、アンモニア、塩素そ
の他の水溶性ガスを溶解させる装置として用いることも
できる。

【００２８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、オゾン
水が不用のときでも、オゾン水を廃棄することなく、常
に一定濃度のオゾン水を自動的に安定供給することがで
きる。

【００２９】また、請求項２に記載の発明によれば、水
槽に直接液体を注入すると、水槽内の気体溶解液体中の
気体濃度の変動が大きくなるのに対して、エゼクタの出
口側にできるだけ近づけて液体を注入することで、エゼ
クタと水槽とを連通接続する配管中に、上記エゼクタで
混合された気体が気泡として混在しているので、注入さ
れた液体も気体を吸収するため、水槽中の気体溶解液体
の気体濃度の変動を小さく抑えることができる。水槽に
直接液体を注入すると、水槽内の気体溶解液体中の気体
濃度の変動が大きくなるのに対して、エゼクタの出口側
にできるだけ近づけて液体を注入することで、エゼクタ
と水槽とを連通接続する配管中に、上記エゼクタで混合
された気体が気泡として混在しているので、注入された
液体も気体を吸収するため、水槽中の気体溶解液体の気
体濃度の変動を小さく抑えることができる。

【００３０】また、請求項３に記載の発明によれば、上
記気液分離槽に配設された水位検出器により気液分離槽
の水位を検出して送液配管に介設された自動開閉弁を開
閉制御するように構成されているので、循環流路を流れ
る液体量を、水位を基準として一定液量となるように自
動調整することができ、気体溶融液体の気体濃度の変動
を低く抑えることができる。

【００３１】請求項４に記載の発明によれば、ポンプの
能力は、エゼクタに循環して流れる液体の流量を、使用
点に間欠的に流れる水量の２倍以上、好ましくは３倍以
上の能力と循環流路の圧力損失を賄える能力を有してい
ればよいため、それ程大容量のポンプを介装させる必要
もなく、設備コストを低く抑えることができる。

【００３２】また、請求項５に記載の発明によれば、気
体溶融液体中の気体濃度を計測し、この気体濃度測定値
に基づいて送気配管に介装された自動開閉弁の開閉をコ
ントロールするように構成したので、エゼクタで吸引さ
れる気体量をコントロールすることによって気体溶融液
体中の気体濃度を一定濃度に制御することができる。

【００３３】さらに、請求項６に記載の発明によれば、
この発明に係る気液溶解装置をオゾン水生成装置として
用いることで、間欠的にオゾン水を必要とする場合であ
っても、オゾン水を廃棄することなく、一定濃度のオゾ
ン水を必要な量だけ使用することができ、資源の無駄を
省くことができる。

【００３４】また、請求項７に記載の発明によれば、こ
の発明に係る気液溶解装置を、オゾン水生成以外の二酸
化炭素や窒素、酸素、空気、アンモニア、塩素その他の
水溶性ガスを溶解させる装置として用いることで、オゾ
ン水生成設備における効果と同様の効果を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の第１形態例に係るオゾン水生
成装置の概略的な構成を示す説明図である。

【図２】この発明の実施の第２形態例に係るオゾン水生
成装置の概略的な構成を示す説明図である。

【図３】エゼクタ方式の気液溶解システムを説明する原
理説明図である。

【図４】従来のオゾン水生成装置の概略的な構成を示す
説明図である。

【符号の説明】

１エゼクタ６送水管７，１３配管８気液分離装置９水槽１０オゾン水１１水位検出器１４，２２，２４自動開閉弁１６使用点１８オゾン発生装置２０オゾン配管２１ポンプ２３還流配管２５バイパス配管２６濃度計測器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉田浩東京都大田区東蒲田１丁目23番10号株式会社石森製作所内Ｆターム(参考） 4G035 AA02 AB20 AE13 4G037 BA01 BB01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エゼクタに気体と液体とを送って混合さ
せた後、この気体溶解液体を気液分離槽で貯留し、該気
液分離槽で気体溶解液体中の非溶解余剰気体を分離した
後、上記気体溶解液体を所要の使用点へと送るように構
成されてなる気液溶解装置において、上記気液分離槽と
エゼクタとを還流配管によって連通接続し、該還流配管
にはポンプを介装すると共に、該還流配管のポンプ介装
点よりも下流側に、上記気体溶解液体を使用点へと送る
送液配管を連通接続したことを特徴とする気液溶解装
置。
【請求項２】前記液体をエゼクタに送液する送液配管
は、前記エゼクタの出口側配管に可及的に近い部分に連
通接続されていることを特徴とする請求項１に記載の気
液溶解装置。
【請求項３】前記送液配管には自動開閉弁を介装する
と共に、前記気液分離槽には水位検出器を配設し、該水
位検出器は、気液分離槽の検出水位に対応させて自動開
閉弁を開閉することを特徴とする請求項１又は請求項２
のいずれかに記載の気液溶解装置。
【請求項４】前記ポンプは、前記気液分離槽とエゼク
タとを連通接続する還流配管の流量を、前記使用点にお
ける気体溶解液体の使用量の２倍以上、好ましくは３倍
以上の水量となるように駆動制御されることを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の気液溶解装
置。
【請求項５】前記還流配管にはバイパス配管を連通接
続し、該バイパス配管には、上記還流配管内を流れる気
体溶解液体中の成分濃度を計測する手段を介装すると共
に、前記エゼクタに気体を送る送気配管には自動開閉弁
を介装し、該自動開閉弁は、上記計測手段で計測された
成分濃度が一定となるように、上記計測手段に接続され
た制御装置を介して開閉制御されることを特徴とする請
求項１乃至請求項４のいずれかに記載の気液溶解装置。
【請求項６】前記気体は、オゾンであることを特徴と
する請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の気液溶解
装置。
【請求項７】前記気体は、二酸化炭素その他の水溶性
ガスであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のい
ずれかに記載の気液溶解装置。