JP2004521733A - 高出力オゾン処理装置 - Google Patents

Abstract

第一導管および第一導管にオゾンを導入する通路を含んでいる水のオゾン処理装置が開示されている。上部、第一導管に接続された注入口、および排出口を有する第二導管が提供されている。第三導管は上部および第二導管の排出口に隣接して下向きに延びる縦型部分を含む。第三導管は第二導管の下方に排出口を持つ下部を含む。第二導管の排出口は、第三導管の上部から第三導管の排出口までの距離の１／３以下の地点に位置する。第二導管の排出口の上方で第三導管を第一導管に接続する通路が提供される。この通路は第二導管内の水流に比べて第三導管内の水流が少なくなるようなサイズで提供され、ガスの水への溶解を増加させるために第二導管の排出口から排出されたガスが第三導管の縦型部分を通って上昇するための手段を提供する。水および未溶解ガスの流れが第二導管の排出口から第三導管の排出口までの距離の少なくとも半分の地点に達するような十分な力で水を第二導管の排出口から推進させるポンプが提供されている。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は水をオゾン処理する装置および方法に関し、特に飲料水および製氷に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン処理によって水から有害物質を取り除くことができることは長年周知であった。しかしながら、水から大量の未反応オゾンを排出させることなく水の浄化のためにオゾンを水に溶解させようとする際の問題点があり、そのためオゾンを浪費し、人体に影響を及ぼす可能性を生じる。
【０００３】
この目的のために、液体をガス、充填ベッド（ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ）、気泡プレートあるいは篩塔、最後にガス気泡を液体に分散させる装置に分散する噴霧塔を含む４タイプのガス液体接触器が使用されてきた。
【０００４】
数多くの装置が工業用に設計されてきたが、連続して水を浄化するのに比較的小型の装置が必要とされるような店内製氷器あるいは家庭用浄水器等に関する利用法にはあまり適していない。
【０００５】
液体およびガスを含む処理のためのループ型反応装置の使用は、米国特許第３、５６２、３４９号（Ｐａｗｌｏｓｋｉ）等に記述されている。この特許では、液体は装置上部のガス排出口を含む注入口および排出口を有する閉鎖ループ内をポンプによって循環する。
【０００６】
米国特許第４、２５２、６５４号（Ｌｅｉｔｚｋｅ）は、特に水のオゾン処理に関する。この特許では、ループ内を循環する水は処理のために分離した経路に分岐される。水流全体の一部のみがループ内の１経路のみでオゾン処理される。充填カラムを使用して水の一部を上部から噴射させる。
【０００７】
米国特許第３、９４５、９１８号（Ｋｉｒｋ）は、水をループ内で循環させることによってオゾン処理する別装置を記述している。水とオゾンを混合させ、また水流に対するオゾンの逆流を形成するための乱流ゾーンが提供されている。
【０００８】
本発明者による米国特許第５、１７４、９０５号は、従来技術と比較すると大幅に改良されたオゾン処理装置を開示している。しかしながら、このオゾン処理装置の効果はその中を流れる最大水量によって限られる。水量制限は複数の要因によることが判明している。要因の一つは、第一導管から第二導管に水を転流させるリストリクタの構造である。別要因は、水流が増加しすぎた場合に第二導管より排出される水が水に含まれるオゾン超過分と共に装置より排出されたことである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ゆえに、本発明の１目的は、従来技術による類似サイズの装置に比べて非常に大量の水流を処理できる改良型オゾン処理装置を提供することである。
【００１０】
本発明の別目的は、装置からの超過オゾン排出をより良く制御できる改良型オゾン処理装置を提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる別目的は、従来技術の装置に比べてさらに滑らかな層流を提供する改良型オゾン処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、第一導管および第一導管にオゾンを導入する通路を含む水のオゾン処理装置が本発明の１特徴によって提供されている。第二導管は上部、第一導管に接続した注入口、および排出口を有する。第三導管は上部、および第二導管の排出口に隣接して下に延びる縦型部分を有する。第三導管は第二導管の排出口の下方に排出口を備えた下部を有する。第二導管の排出口上方で通路は、第三導管を第一導管に接続する。通路は第二導管内の水量より第三導管の水量を少なくするサイズで提供され、第二導管の排出口から排出されるオゾンに第三導管の縦型部分を通って上昇する手段を提供してオゾンの水への溶解を増加させる。ポンプは水および溶解オゾン流を第二導管の排出口から押し出す十分なパワーを持つ。そのため、その流れは未溶解オゾンが上へ移動する前に第二導管排出口から第三導管の排出口までの距離の少なくとも中間地点までは到達するが、第二導管の排出口から第三導管の排出口までの距離を超えることはない。
【００１３】
装置は水を第一導管から第二導管へ転流させるためのリストリクタを含んでよい。第一導管は第二導管に接続した肘部を含んでいる。第一導管の肘部は内側半径を持つ曲線状内部を含む。リストリクタは第一導管の肘部の内部と整合する曲線状内部を持ち、内側半径に隣接する第一導管肘部の内部と共に滑らかな湾曲部を形成する。
【００１４】
好適には、装置は第二導管の排出口付近からポンプまで延びる導管でループを形成する。ループの上部付近にガス排出口を提供することができる。本発明の好適な形態では、第二導管は第三導管の内側に位置する。
【００１５】
本発明の別特徴によると、水のオゾン処理装置はオゾンを導入するための通路を有する第一導管を含む。第二導管は第一導管に接続した注入口、および排出口を有する。第三導管は、第一および第二導管の上方に上部を有する。第三導管は上部に隣接した横型部分、および上部から下へ延びる縦型部分を有する。
【００１６】
第三導管を第一導管に接続する通路が提供される。通路は第二導管内の水流より第三導管内の水流を少なくするサイズで提供され、第二導管の排出口から排出されるオゾンに第三導管の縦型部分に沿って上昇する手段を提供してオゾンの水への溶解を増加させる。導管内で水を循環させるポンプ手段が提供されている。第三導管の上部のオゾン排出弁は、それに隣接するオゾン蓄積によって開く。たとえば、オゾン排出弁は浮揚物を有する浮揚機構を含むことができ、浮揚物が降下するとオゾン排出弁は開く。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、従来技術に比較して大きな利点を提供する。第二導管の排出口を第三導管の排出口のかなり上方に配置することによって、循環速度は著しく増加する。これによって、オゾン処理能力は従来技術に比べて大幅に向上する。通常タイプの従来の装置で循環速度が増加していたら、未溶解オゾンは第三導管の排出口を通ってポンプに戻され、キャビテーション、およびそれに付随するポンプの機能不全が引き起こされただろう。第二導管の排出口の位置が従来技術よりも上方であるため、水および溶解オゾンの流れが下へ移動する際の十分なスペースが提供され、それによってオゾンは第三導管の排出口に到達する前に上へ浮上できる。
【００１８】
浮揚物によって作動するオゾン排出弁の使用により、従来技術の装置のいくつかで発生し得る未溶解オゾンの装置上部における不適切な蓄積が避けられる。超過オゾンは活性炭あるいはそれに似た効用を持つ物質によって破壊され、自動的に排出される。
【００１９】
上述のように、リストリクタは、好適には第一導管の肘部に整合する曲線状内部を有し、内側半径に隣接した第一導管肘部の内部と共に滑らかな湾曲部を形成する。この構造によってリストリクタは流れる層流をさらに滑らかにし、ゆえに循環能力は大幅に増加する。循環能力が増加することによって、オゾン処理能力は大幅に増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１は水のオゾン処理装置１０を示している。装置は連続的ループ１２形状であり、相互連結した複数の異なる導管によって成る。使用する素材にはオゾン抵抗性金属あるいはプラスチックが適切である。この好適実施例では、ループ１２は第一縦側面１４、第二縦側面１６、横型下部１８および横型上部２０を有する。別方法として、下部および／あるいは上部はスロープ状でもよい。ループの下部には循環ポンプ２２が提供され、導管２３によって第一導管２６の肘部２４とフランジ２８、３０において接続されている。この例では、導管２３はポンプ２２の一部である。この例ではＧｒｕｎｄｆｏｓＵＰ−１５−４２ＳＦポンプが使用されているが、オゾンによる腐食に抵抗性を持つ別ポンプで代用できる。第一導管２６はフランジ３０から側面１４の上部の縮径部３２まで延びる。肘部２４の上方の第一導管下部は、上方の導管部分より小さい直径を持つパイプの全長で成るベンチュリ管３４を含む。
【００２１】
ベンチュリ管の上に位置するオゾン注入器３６によって、オゾンはループ１２内の水に注入される。この特定実施例では３／４インチＭａｚｚｅｉ５８４注入器が使用されているが、流速などの要因に応じて別タイプを代用できる。拡張接続部３８はベンチュリ管をパイプ４０に接続させ、パイプの上方は前述の通りベンチュリ管よりも大きい直径を有する。有孔プレート４２は、拡張接続部３８の上方のパイプ４０内部を横切って延びる。プレート４２は複数の開口部４４を有する。
【００２２】
パイプ４０の上部に接続された肘部４６は、ループ側面１４をその上部２０に接続する。縮径部３２は肘部の上端部内に配置され、漏斗状の内部を有する。縮径部は肘部の内部にフィットしており、肘部をより小さな直径を持つ第二導管４８に接続する。しかしながら、図２が示すように、縮径部３２内には通路５０が提供され、第三導管５２の内部と連通している。この実施例では、通路５０に隣接した類似の筒状通路が提供されている（図示せず）。導管５２は導管４８から隔てられ、それに沿って延びる。
【００２３】
縮径部３２は、肘部４６の内側肩部４７に隣接している。縮径部は内側半径において肘部の曲線状内面４９と整合する曲線状内面３３を有する。表面４９と表面３３との間に滑らかな連続的湾曲が提供される。それによって肘部４６から導管４８への液体の流れは従来技術より滑らかになり、装置を流れる最大水量を著しく増加させる。
【００２４】
縮径部の小さい方の端部５３から内側に向かって延びるソケット５１が提供されている。導管４８はソケット内部に肩部５５でぴったりとフィットする。縮径部の表面３３が導管４８の内面５７．１に整合するため、ここでもより滑らかな層流が提供される。
【００２５】
導管５２は、肘部内部の表面５９と縮径部表面６３との間の環状スペース６１内にフィットする。導管５２は縮径部の肩部６５に隣接している。
【００２６】
第二導管４８はループの上部２０を横切って、導管の縦型部分５６に接続された肘部５４まで延びる。第二導管は、縦型部分５６の下部に開口端部５８を有して第二導管の排出口を形成する。
【００２７】
第三導管５２は、図１のように第三導管の縦型部分６２に接続され、第二導管の肘部５４に沿って延びる肘部６０を有する。縦型部分６２は第二導管の排出口５８の下方まで延びており、第三導管の下部を形成する縮径部６４に接続されている。
【００２８】
第二導管の排出口５８は縮径部６４の排出口６７のかなり上方に位置している。この例では、排出口５８は肘部６０の下端部の上方に位置する。排出口５８の位置は別実施例で変更可能である。しかしながら、通常は肘部５４の排出口端部７１と肘部６０の下端部６９との間で位置変更する。
【００２９】
ループ１２は内側１３および外側１５を有する。この実施例では、肘部５４の排出口端部７１は第三導管の肘部に対して、中心からループ内側１３寄りに移動されている。両方の肘部５４、６０は、ループ内部に隣接する内部側面５５、６７を有する。これによって、肘部５４の外部側面５７と肘部６０の外部側面７５との間に気泡７７で示すようにガスが通る広い通路７３が形成される。そのため、この気泡の通行は第二導管４８に妨げられない。
【００３０】
ポンプ２２は、排出口５８から排出された水が矢印７５のように第三導管の縦型部分６２を下へ流されるような十分に高い出力を有する。未溶解のガス気泡を含む水流は縦型部分６２内で循環する前に排出口６７に近づくが、到達することはない。ゆえに、未溶解ガス気泡を含む水はループ内で再循環されないため、ポンプのキャビテーションが発生する可能性はない。その代わり、矢印７５．１が示すように水が第三導管の縦型部分６２を下方へ流れる際にガスはガスと水の混合物から分離し、気泡７７で示すように未溶解ガスは縦方向に上昇できる。排出口５８からの未溶解ガスを含んだ水流は、ポイント１５０まで下方へ推進される。このポイントの位置は、流速等に応じて別実施例で変更できる。しかしながら、それは縮径部６４の排出口６７にできるだけ近く、未溶解ガスが直接的に排出口の外まで推進されずに提供される必要がある。通常は、ポイント１５０は第二導管の排出口５８から第三導管の一部を形成する縮径部６４の排出口６７までの距離の少なくとも中間地点に位置する。しかしながら、このポイントは第二導管の排出口から縮径部上の第三導管の排出口までの距離を超えた位置であってはならない。
【００３１】
第三導管５２内のループ上部２０に開口部６６が提供される。開口部６６は、装置から排出されるガスの排出口として機能するオフガス制御装置６８と連通している。この実施例では、開口部６６は内側ネジ溝を有する。ねじ込みプラグ９１は開口部内でフィットする。肘部９３はプラグに接続される。また、肘部は開口部９７を備えた導管９５に接続される。この実施例では、開口部は０．０２４インチである。ソレノイド１０１によって制御される弁９９は、導管に沿って配置される。ソレノイド弁は浮揚物１０３によって制御される。浮揚物は磁石１０７を含み、軸１０９上を縦方向にスライドできる。リードスイッチ１１１は磁石が隣接すると作動する。第三導管の開口部６６に隣接した領域がガスで満たされると、浮揚物は降下してリードスイッチを作動させ、また通常は閉まっているソレノイド弁９９を開いて蓄積したガスを流出させる。超過オゾンが排出されると、浮揚物は上昇し、弁は再び閉まる。
【００３２】
縮径部６４は、Ｔ型継ぎ手７０の上部のＴ型継ぎ手第一注入口７１に接続されている。未処理水用の導管７４に接続されたＴ型継ぎ手の下部に第二注入口７２が提供されている。この実施例で提供されている導管７４は、圧力制御装置７６および注入口ソレノイド７８を有する。Ｔ型継ぎ手７０の側面には未処理水用の排出口導管８６に接続された排出口８４が提供される。排出口８２はポンプ２２上のフランジ９４に接続したフランジ９２を有しており、それによりループは閉じる。
【００３３】
図３ではいくつかの付加的構成要素を示している。この図では図１の開口部９７に接続された活性炭を含むオゾン破壊装置１５０を示している。活性炭の代わりに別素材を使用できる。図はまた、導管１５４によってオゾン注入器３６に接続されたオゾン発生器１５２も示している。導管は、装置の電源を切った時に水流がオゾン発生器に逆流することを防ぐソレノイド弁１５６を通って延びる。
全体に使用される素材は、オゾンによる腐食あるいは劣化に抵抗性を持たなければならない。Ｐ．Ｖ．Ｃ．、ＡＢＳプラスチックあるいは３１６ステンレス鋼は適切であるが、アルミニウム、真鍮、鋼鉄、ナイロン、ネオプレン、ポリ四フッ化エチレン、およびモネルは不適切である。
操作と方法
被処理水は作動中に典型的には矢印９２が示すように水源から装置の導管７４に導入される。未処理水は導管７４を通り、Ｔ型継ぎ手７０によってポンプ２２の方へ流される。ポンプはまず水を矢印９５のようにベンチュリ管３４の方へ送水することで、水をループ１２内で循環させる。オゾンは矢印９６が示すようにオゾン注入器３６を介してベンチュリ管３４内の水に加えられる。ベンチュリ管の上方で、水とオゾンはオゾンを小さい泡に割って水に溶解させる役割を持つプレート４２内の開口部４４に通される。
【００３４】
肘部４６を過ぎると、ループは第二導管４８および第三導管５２で成る２つの分流に枝分かれする。縮径部３２は肘部４６からの水およびオゾン流の大部分を小さい方の導管４８に流す。矢印１００で示されるこの流れは、第三導管の縦型部分６２を下へ流れていく。
【００３５】
縮径部３２内の通路５０は、図２の矢印１０４で示すように水流を第三導管と第二導管との間にあるスペース内の第三導管５２に通過させる。この水流は通路５０を通過する水量単位のみで送られるため、導管４８内の水に比べると低い線速度で第二導管の排出口５８まで流れる。
【００３６】
水が第二導管の排出口５８から排出される時、通常は未溶解の気体オゾンをまだ含んでいる。水を引き続き浄化し、また安全面の理由から排出前の処理を必要とするオゾンの廃棄を避けるため、このオゾンをさらに水に溶解させることが望ましい。オゾンが排出口５８から排出されると、その勢いによって未溶解ガス気泡を含む水流はポイント１５０まで流される。ガスは水よりもずっと軽量であるため、ポイント１５０に到達後に気泡７７で示されるように第三導管５２の縦型部分６２に含まれる液柱を上昇する。第三導管内での水流に対するこのオゾンの逆流は、第三導管内の上向きの矢印１０８でさらに示されている。分子酸素を有する空気およびオゾンを含むガスは、上方へ移動する。未溶解ガスは最終的にループ上部に到達し、上述のように浮揚物１０３が降下すると開口部６６を通って装置から流出する。ガスが第二導管の排出口５８から上に向かって排出口６６まで移動する際、さらなるオゾンが水に溶解する。
【００３７】
第三導管内の水および第二導管の水は、矢印１１２で示すように下方へ移動して第二導管からの水流と合流し、矢印１００が示すようにＴ型継ぎ手７０に入る。続いて水の大部分あるいは全ては、ループ内を再循環させられる。しかしながら、矢印１２０が示している小量の水は、必要に応じて排出口導管８６へ流される。これは、被処理水のみが供給されるようにシステム内の被処理水の量を制限する開口部を備えた弁（図示せず）によって制御される。ゆえに、大部分の水は導管８７を通ってループ内を再循環させられ、浄化水の必要量に達するまで引き続き処理される。この実施例では、導管８７はポンプ２２の一部である。連続して水を浄化する必要がある場合には、矢印１２０が示すように導管８６から小量の水のみが取り出される。ループ内に導入される未処理水の量は、ループの容量が満たされた後は導管８６から流出する処理済みの水量と等しい。
【００３８】
上記の詳述は例示のためのみであり、以下の「請求の範囲」によって制限される本発明の範囲から外れることなく修正が付加できることは当業者にとって明白であろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、本発明による水のオゾン処理装置を一部断面図で示した概略側面図である。
【図２】図２はリストリクタ、およびそれに隣接する第一、第二および第三導管の拡大部分断面図である。
【図３】図３は装置の側面図である。

Claims (11)

1. 水をオゾン処理する装置であって、
   第一導管と、
   該第一導管にオゾンを導入させる通路と、
   前記第一導管に接続した注入口、および排出口を有する第二導管と、
   上部と、該上部に隣接した横型部分と、前記上部から下へ延びる縦型部分と、前記横型部分に接続した上端部および前記縦型部分に接続した下端部を持つ肘部とを有する第三導管であって、前記肘部の下方に排出口を有する下部を持ち、前記第三導管の前記上部と前記肘部の前記下端部との間に前記第二導管の前記排出口が位置している第三導管と、
   前記第三導管を前記第一導管に接続し、前記第二導管内の水流に比べて前記第三導管内の水流が少なくなるようなサイズで提供され、前記第二導管の前記排出口から排出されるオゾンが前記第三導管の前記縦型部分を通って上昇するための手段を提供して前記オゾンの水への溶解を増加させる通路と、
   水および未溶解ガスの流れを、前記未溶解ガスが上へ浮上する前に前記流れが前記第二導管の前記排出口から前記第三導管の前記排出口までの距離の少なくとも半分の地点に達するが、前記第二導管の前記排出口から前記第三導管の前記排出口までの距離を超えないように流す十分な推進力を有するポンプと、
   を含むことを特徴とする装置。
2. 第二導管はその上部に隣接する横型部分および下へ延びる排出口端部を有する肘部を含み、前記第二導管の排出口は前記第二導管の前記肘部の前記排出口端部に隣接していることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 第三導管をポンプに接続する第四導管および前記ポンプを第一導管に接続する第五導管を含み、そのようにして導管が内側および外側を持つループを形成することを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 第二導管の肘部の排出口端部は、第三導管の肘部に対してループの内側の方へ移動されることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 両方の肘部はループ内部に隣接した内部側面を有することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 水を第一導管から第二導管へ流させるリストリクタを含み、前記第一導管は前記第二導管に接続した肘部を含み、前記第一導管の前期肘部は内側半径を持つ曲線状内部を持ち、前記リストリクタは前記第一導管の前記肘部の前記内部と整合する曲線状内部を有して前記内側半径に隣接する前記第一導管の前記肘部の前記内部と共に滑らかな湾曲部を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 第三導管の上部に隣接し、前記第三導管内の浮揚物によって制御される弁およびガスの蓄積による前記浮揚物の降下を検出し、前記浮揚物が降下した際に前記弁を開くために前記弁に動作可能なように接続されたセンサーを含むガス排出機構を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 水をオゾン処理する装置であって、
   第一導管と、
   該第一導管にオゾンを導入する通路と、
   前記第一導管に接続した注入口、および排出口を有する第二導管と、
   前記第一導管および前記第二導管の上方の上部、該上部に隣接した横型部分、前記上部から下へ延びる縦型部分および前記縦型部分内の排出口を含む第三導管と、
   前記第三導管を前記第一導管に接続し、前記第二導管内の水流に比べて前記第三導管内の水流が少なくなるようなサイズで提供され、前記第二導管の前記排出口から排出されるガスに前記第三導管の前記縦型部分を通って上昇する手段を提供して前記ガスの水への溶解を増加させる通路と、
   前記導管内で水を推進させる手段と、
   隣接するオゾン蓄積によって開く前記第三導管の前記上部のガス排出弁と、
   を含むことを特徴とする装置。
9. オゾン排出弁は浮揚物を有する浮揚機構を含み、前記浮揚物が降下すると開くことを特徴とする請求項８記載の装置。
10. オゾン破壊装置はガス排出弁に接続されていることを特徴とする請求項９記載の装置。
11. オゾン破壊装置は活性炭を含んでいることを特徴する請求項１０記載の装置。