JP2004223441A

JP2004223441A - オゾン水製造装置

Info

Publication number: JP2004223441A
Application number: JP2003015797A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fuchigami; 英希渕上
Original assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】水道水の水圧のみを利用し、構造が簡単でオゾン溶解効率の高いオゾン水製造装置を提供すること。
【解決手段】水道水とオゾンガスを混合するアスピレータ４の下流側に簡易ミキサ７が接続される。簡易ミキサ７は屈曲して折り畳まれた通路管５からなり、その内部にはエッジの無い、かつオゾンガスのように酸化性の強い物質に耐えることができる材質によって作られたビーズ６が多数充填されている。ビーズ６の隙間によって形成された流路を気泡（オゾンガス）１２が流れることにより、気泡（オゾンガス）１２は分散、反転及び転換し、オゾンガスと水道水の接触面積が拡大し、接触時間も長くなる。従って、水道水中へのオゾンガス溶解量が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾン水製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、オゾン水は食品の殺菌及び鮮度保持又は医療用機械の殺菌など幅広い分野で利用され、より高濃度のオゾン水を安定して製造できるオゾン水製造装置が開発されている。このオゾン水の原料となるオゾンガスはオゾン発生器によって発生され、オゾン溶解器で原水に溶解されることによりオゾン水が生成される。高濃度のオゾン水を生成するためには、高濃度のオゾンガスを原水に効率よく溶解させることが最も重要である。このオゾンガスの溶解方法は大きく２つに分類され、外部からの力を利用せずにオゾンを原水に溶解する方法と外部からの力を利用してオゾンガスを原水に溶解する方法とがある。
【０００３】
前者は水道水の水流だけで気体と液体とを混合溶解する方法であり、アスピレータ等を使用した方法である。図６はアスピレータを使用した従来のオゾン水製造装置１０１のブロック図である。例えば図６に示すオゾン水製造装置１０１は、オゾン発生電源１０２の制御によりオゾン発生器１０３から発生されたオゾンガスをアスピレータ１０４により水道水に混合溶解してオゾン水を生成する。また、溶解しきれなかったオゾンガスをエアベント１０５で排オゾンとして分離し、余分な水分をドレンセパレータ１０６により排出して、排オゾン分解器１０７において排オゾンを分解するというものである。排オゾン分解器１０７は活性炭吸着分解法を用いて、吸着されたオゾンを活性炭と反応させ、二酸化炭素と反応熱を生成し、その反応熱によってオゾンガスが酸素に熱分解するものである。
【０００４】
また、後者にはスタティックミキサを利用してオゾンガスを溶解する方法や、水道水を満たした水槽内に粒状体を大量に充填し、そこへオゾンガスをポンプを用いて強制的に通過させて混合溶解させる方法等がある（例えば、特許文献１参照）。また、原水が流れる多孔質管を周囲から多数の粒状体が充填された層で覆い、その粒状体層にオゾンガスを通過させ、原水と接触させることにより、溶解させる方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
実開平５−２６１９７号公報
【特許文献２】
特開２００１−２９３３４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のオゾン水製造装置においては、オゾンガスの原水への溶解にアスピレータだけを用いた方法では溶解効率が低いため、大量に気体（オゾンガス）を発生させ、未溶解分の気体（排オゾン）を排オゾン分解器によって排気処理する必要があった。また、スタティックミキサ等を用いた方法では設備にコストがかかり、粒状体を用いた方法でもそれを通過させるためのポンプ等の設備が必要であった。以上の点から装置及び設備の大型化、構造の複雑化、コスト高等の課題が多い。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、水道水の水圧のみを利用し、構造が簡単でかつオゾン溶解効率の高いオゾン水製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載のオゾン水製造装置は、酸素を原料としてオゾンガスを発生するオゾン発生器と、当該オゾン発生器によって発生されたオゾンガスを原水と混合して溶解するアスピレータと、当該アスピレータの下流側に接続された管路と、原水とオゾンガスの接触時間を長くするために当該管路に充填された粒状体とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成のオゾン水製造装置では、オゾン発生器によって発生したオゾンガスをアスピレータにより原水と混合し、粒状体が充填された所定長を有する管路内を通過させるので、オゾンガスの気泡は粒状体に衝突して小さくなり、原水とオゾンガスとの接触面積を大きくすることができる。また、オゾンガスは管路内の粒状体によって形成された長く複雑に折れ曲がった流路を通過するので、原水との接触時間も長くなる。
【００１０】
請求項２に記載のオゾン水製造装置は、請求項１に記載のオゾン水製造装置の構成に加え、前記粒状体としてオゾンガスに対して不活性なビーズを用いたことを特徴とする。
【００１１】
この構成のオゾン水製造装置では、請求項１に記載の発明の作用に加え、管内に充填された粒状体はオゾンガスに対して不活性であるので、オゾンガスのような酸化性の強い物質に対しても変形及び変質しない。
【００１２】
請求項３に記載のオゾン水製造装置は、請求項２に記載のオゾン水製造装置の構成に加え、前記ビーズの直径は前記管路の内径に対して２８％〜８８％であることを特徴とする。
【００１３】
この構成のオゾン水製造装置では、請求項２に記載の発明の作用に加え、ビーズは管路の内径に対して２８％〜８８％であるので、そのビーズの隙間によって形成される液体の流路を長く、かつ複雑に曲げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１はオゾン水製造装置１の構成を示すブロック図である。図１に示すように、濃縮酸素を原料としてオゾンガスを発生するオゾン発生器３には、オゾン発生器３より発生したオゾンガスを通過させるオゾンガス供給管８が接続され、その下流側には供給されたオゾンガスを吸引するアスピレータ４が接続されている。さらにアスピレータ４の上流側には水道水が流入する原水供給管９が接続され、下流側にはオゾンガスと水道水の混合液が流出する連結管１０が接続され、さらに連結管１０の下流側には簡易ミキサ７が接続されている。また、簡易ミキサ７は連結管１０に接続された通路管５で構成され、屈曲して折り畳まれた通路管５にはビーズ６が多数充填されている。さらに、通路管５の出口側にはオゾン水が流出するオゾン水出口１１が接続されている。また、オゾン発生器３にはオゾン発生器３に電源を供給し、かつオゾンガス発生量を調節するオゾン発生電源２が接続されている。
【００１５】
次に、オゾンガスを発生するオゾン発生器３について図１を用いて説明する。このオゾン発生器３は、濃縮酸素を原料にして無声放電法によりオゾンガスを発生する。この無声放電法は、一対の電極間にガラスあるいはセラミックなどの誘電体をはさみ、原料ガス（酸素含有気体）を電極間に流しながら交流高電圧を印加し、オゾンガスを発生させる方法である。また、オゾン発生器３はオゾン発生電源２に接続されて電源が供給され、オゾン発生電源２はオゾン発生器３のオゾンガスの発生量を調節している。この装置では、アスピレータ４に原水供給管９を通じて流入する水道水の流量を４〜８Ｌ／分に設定しており、この範囲内においてはオゾン発生器３は一定濃度のオゾンガスを発生するようにオゾン発生電源２により制御されている。こうして発生したオゾンガスはアスピレータ４により吸引され、水道水と混合される。
【００１６】
次に、アスピレータ４について図１を用いて説明する。図１に示すように、水道水が原水供給管９を通じて、アスピレータ４に向かって流入する。このアスピレータ４内の水道水が流入する管路はアスピレータ４の中心に向かって内径を狭め、その先にはオゾンガスが吸引される管路と連通している。さらに、その下流側の水道水とオゾンガスの混合液が通過する管路はアスピレータ４の出口側に向かって内径が再び広くなり、連結管１０に接続される構造となっている。よって、アスピレータ４に向かって水道水が流入すると、管路の内径が狭くなった中心部分が加圧され、アスピレータ４の中心部分を通過した直後に水道水は一気に押し出されて噴出する。その噴出と同時にオゾン発生器３から、オゾンガス供給管８を通じてオゾンガスが吸引され、水道水と混合される仕組みとなっている。また、アスピレータ４から流出した水道水とオゾンガスとの混合液は連結管１０を通過し、簡易ミキサ７に供給されるようになっている。
【００１７】
次に、簡易ミキサ７について図１及び図２を用いて説明する。図２は図１の通路管５の水流方向に対して平行に切断した断面図であり、通路管５内のビーズ６の配列及び気泡（オゾンガス）１２の流れを示している。簡易ミキサ７は図６に示す従来のオゾン水製造装置１０１のアスピレータ１０４で混合溶解された液体をさらに効率よく溶解するための装置である。簡易ミキサ７には内径１３ｍｍからなる通路管５が屈曲して折り畳まれて形成され、管内には直径１０ｍｍ程の粒状体が多数充填されている。この粒状体は水流に対して抵抗の小さい形状で、かつオゾンガスのような酸化性の強い物質に対して変形及び変質しない材質であり、本装置においてはガラスビーズを使用している。また、後述するようにビーズ６の径は、通路管５の内径に対して２８％〜８８％の範囲、望ましくは約７０％に設定されているので、図２に示すように、ビーズ６は通路管５内を互い違いに配列されている。また、本装置において通路管５に使用している管の材質は、硬質ポリ塩化ビニルであり、オゾンガスのような酸化性の強い物質に対して変形及び変質しない材質であることが望ましい。
【００１８】
次に、ビーズ６が充填された通路管５内の水道水及び気泡（オゾンガス）１２の流れについて図１及び図２を用いて説明する。まず、連結管１０から通路管５に供給された気泡（オゾンガス）１２は図２の流れ−Ａに示すように、ビーズ６の球面に衝突し、ビーズ６を包むように流れが分散する（流れの分散）。次いで、分散した流れはビーズ６の隙間に沿って流れるので、流れ−Ｂに示すように流れが反転する（流れの反転）。さらに、通路管５に配列されたビーズ６同士にできる隙間の中には、流れ−Ｃに示すように部分的な淀みが発生するので気泡（オゾンガス）１２の流れは回転（転換）する（流れの転換）。
【００１９】
上記に説明した流れＡ、Ｂ及びＣについては、工業的に利用されるスタティックミキサの溶解の基本原理である「流れの分散」、「流れの反転」及び「流れの転換」に基づいており、簡易ミキサ７はこれらを簡易的に再現している。よって、気泡（オゾンガス）１２はビーズ６の隙間によって形成された流路を通過することにより、オゾンガスが水道水に溶解していく。
【００２０】
次に、簡易ミキサ７内を流れる気泡（オゾンガス）１２の水道水への溶解効果が向上する理由について図２を用いて説明する。まず、図２に示すＤのように、気泡（オゾンガス）１２はビーズ６に衝突して、砕かれて微細になり、ビーズ６の小さな隙間に沿って流れる。従って、微細化した泡は成長することなく流れるので、気泡（オゾンガス）１２の界面積、即ち気体と液体との接触面積を大きくすることができる。また、流れ−Ｅのように、気泡（オゾンガス）１２は通路管５内に互い違いに配列されたビーズ６の隙間を蛇行しながら流れるため、その流路は長く、オゾンガスと水道水との接触時間を長くすることができる。よって、簡易ミキサ内７は気体と液体との接触面積を大きくし、かつ接触時間を長くする働きを持つことから、液体（水道水）に対する気体（オゾンガス）の溶解効果が向上する。
【００２１】
次に、通路管５に充填するビーズ６の径について図３を用いて説明する。図３は、通路管５の内径に対するビーズ６の径の割合とオゾン水濃度上昇率との関係について表したグラフである。ここでオゾン水濃度上昇率は、通路管５にビーズ６が充填されていない時のオゾン水濃度を基準として算出し、水道水流量は３Ｌ／分と設定した。図３に示すように、通路管５の内径に対するビーズ６の径の割合が２８％未満の時は、オゾン水濃度上昇率はわずか１０％未満であった。これはビーズ６の径が通路管５の内径に対して非常に小さく、通路管５内にビーズ６が隙間なく充填されてしまい、流路を塞いでしまうためである。
【００２２】
さらに、通路管５の内径に対するビーズ６の径の割合が２８％以上になると、ビーズ６間に適度な隙間が形成されると同時に、長く複雑に折れ曲がった流路が形成される。従って、オゾンガスと水道水との接触時間が長くなり、オゾン水濃度上昇率は高くなる。また、図３に示すように、通路管５の内径に対するビーズ６の径の割合が約７０％の時に、最大約３６％のオゾン水濃度上昇率を得ることができた。しかし、通路管５の内径に対するビーズ６の径の割合が約７０％を越えると、ビーズ６間の隙間は徐々に拡大し、長く複雑な流路を形成することができなくなるので、オゾン水濃度上昇率は急激に低下した。以上のことから、通路管５の内径に対するビーズ径の割合を２８％〜８８％にした時は、ビーズ６を使用しない時に比べ１０％以上のオゾン水濃度上昇率を得ることがわかった。従って、ビーズ６の径は通路管５の内径に対して、２８％〜８８％の範囲であれば良く、望ましくは７０％が良い。
【００２３】
次に、通路管５の長さと充填されるビーズ６の効果について図４を用いて説明する。図４は通路管５の長さと生成されるオゾン水濃度との関係を（１）「ビーズ有り」、（２）「ビーズ無し」の２つの方法で示したグラフである。図４に示す（１）「ビーズ有り」は通路管５にビーズ６を詰めた場合を示し、（２）「ビーズ無し」は通路管５のみの場合を示している。また、通路管５は内径１３ｍｍの管を使用し、水道水流量は３Ｌ／分に設定した。まず、（２）「ビーズ無し」の場合では、図４に示すように管の長さが約１３０ｍｍまでは管の長さに比例してオゾン水濃度は上昇したが、通路管５の長さが約１３０ｍｍを越えるとオゾン水濃度は一定になり、それ以上は上昇しなかった。一方、（１）「ビーズ有り」の場合では、通路管５の長さが約１３０ｍｍまでは（２）「ビーズ無し」の場合と同じようにオゾン水濃度は上昇するが、さらに通路管５の長さが約１３０ｍｍを越えても、管の長さに比例してオゾン水濃度は上昇した。よって、ビーズの添加効果が顕著に現れるのは、通路管５の長さが約１３０ｍｍを越えてからであるので、即ち通路管５の長さを内径に対して約１０倍以上に設定すればビーズの添加効果を得られることになる。
【００２４】
次に水道水流量の違いによる簡易ミキサ７の効果について図５を用いて説明する。図５はオゾン水製造装置１の水道水流量とオゾン水濃度の関係を示したグラフであり、（１）「アスピレータのみ」、（２）「アスピレータと管のみ」、（３）「アスピレータと簡易ミキサ」の３つの方法についての結果を示している。また、この時のオゾン発生器３のオゾンガス発生量は３００ｐｐｍ、アスピレータによる吸引量は０．５Ｌ／分に設定した。図５において例えば、水道水流量が３Ｌ／分の場合、（１）ではオゾン水濃度は約０．０３ｍｇ／Ｌ、（２）ではオゾン水濃度は約０．１１ｍｇ／Ｌ、（３）ではオゾン水濃度は約０．１５ｍｇ／Ｌとなり、アスピレータ４に簡易ミキサ７を取り付けた方法が最も高い濃度のオゾン水を得ることができる。また、水道水流量が多く変化すると、（１）、（２）及び（３）で得られるオゾン水濃度は低下するが、（３）の方法が最もオゾンガスの溶解効果が高かった。
【００２５】
また、上記の結果に加えて、水道水流量の違いによるビーズ効果について（２）と（３）の結果を比較すると、例えば水道水流量３Ｌ／分の時はオゾン水濃度は３６％上昇、４Ｌ／分の時は３０％上昇、６Ｌ／分の時は２５％上昇、８Ｌ／分の時は１４％上昇した。これらの結果より、水道水流量が多くなるにつれ、ビーズ添加によるオゾン水濃度の上昇率は徐々に小さくなることがわかる。
【００２６】
また、図５においては、オゾン発生器３のオゾンガス発生量を３００ｐｐｍ、アスピレータ４による吸引量を０．５Ｌ／分として設定したので、水温２０度における飽和水中オゾン濃度は理論値で０．１７ｍｇ／Ｌとなる。ここで（３）で水道水流量が３Ｌ／分において０．１５ｍｇ／Ｌのオゾン水を生成することができたので、飽和水中オゾン濃度（理論値）から計算すると約８８％の溶解効率が得られたことになる。
【００２７】
以上説明したように、本実施のオゾン水製造装置１はオゾンガスを水道水に効率よく溶解させるために、ビーズ６が多数充填された通路管５からなる簡易ミキサ７を用いて、さらに水道水中へのオゾンガス溶解効果を向上させることができる。さて、通路管５に充填された粒状体の材質については、本実施の装置ではガラスビーズを用いたが、オゾンガスのような酸化性の強い物質に対して強い材質であれば変更可能である。また、粒状体の形状は粒状体の隙間が直接気泡（オゾンガス）１２の流路となるため、流れを妨げることのないエッジの無い略球状体であることが望ましい。また、通路管５の管の材質は、本装置においては硬質ポリ塩化ビニルを使用しているが、オゾンガスのような酸化性の強い物質に対して変形及び変質しない物質であれば変更可能である。さらに、簡易ミキサ７内の通路管５の状態であるが、つづら折り、らせん状等基本的に管の長さを確保できる構造であれば変更可能である。
【００２８】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、請求項１に記載のオゾン水製造装置によれば、アスピレータによって混合された原水とオゾンガスの混合液は、粒状体が充填された管路を通過するので、原水とオゾンガスの接触時間が長くなり、オゾンガスの溶解効率を上昇させることができる。従って、排オゾンが低減するので、排オゾン分解器等の装置が不要になり、装置全体を小型化することができる。また、オゾンガスを原水に効率よく溶解できるので、オゾン発生器のオゾンガス必要発生量を低減でき、運転コストを削減することも可能である。
【００２９】
請求項２に記載のオゾン水製造装置によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、管路に充填された粒状体にはオゾンガスに対して不活性なビーズを用いているので、酸化性の強い物質に対してビーズは変形及び変質することがない。
【００３０】
請求項３に記載のオゾン水製造装置によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、ビーズの直径を管路の内径に対して２８〜８８％にすることにより、管路内に長く、複雑に折れ曲がった流路を形成することができる。従って、原水とオゾンガスの接触時間が長くなり、原水に対するオゾンガス溶解効果を向上させ、高濃度のオゾン水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】オゾン水製造装置１の概略ブロック図である。
【図２】通路管５の拡大断面図である。
【図３】通路管５の内径に対するビーズ径とオゾン水濃度上昇率との関係を示したグラフである。
【図４】通路管５の長さとオゾン水濃度との関係を示したグラフである。
【図５】水道水流量とオゾン水濃度との関係を示したグラフである。
【図６】従来のオゾン水製造装置１０１の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１オゾン水製造装置
２オゾン発生電源
３オゾン発生器
４アスピレータ
５通路管
６ビーズ
７簡易ミキサ
８オゾンガス供給管
９原水供給管
１０連結管
１１オゾン水出口
１２気泡（オゾンガス）

Claims

酸素を原料としてオゾンガスを発生するオゾン発生器と、
当該オゾン発生器によって発生されたオゾンガスを原水と混合して溶解するアスピレータと、
当該アスピレータの下流側に接続された管路と、
原水とオゾンガスの接触時間を長くするために当該管路に充填された粒状体と
を備えたことを特徴とするオゾン水製造装置。
前記粒状体としてオゾンガスに対して不活性なビーズを用いたことを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造装置。
前記ビーズの直径は前記管路の内径に対して２８％〜８８％であることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水製造装置。