JP2005089238A

JP2005089238A - オゾン水生成装置

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Publication number: JP2005089238A
Application number: JP2003324661A
Authority: JP
Inventors: Masao Tsuchiya; 正夫土屋
Original assignee: Yamato Co Ltd
Current assignee: Yamato Co Ltd
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】原料空気を酸素透過高分子膜によって酸素濃度を高め、この高濃度の酸素富化空気をオゾン生成機に導入することにより、大量のオゾンガスを安定して生成し、このオゾンガスを原料水に混合させることによって安定したオゾン含有量を有するオゾン水を生成することが可能なオゾン水生成装置を提供する。
【解決手段】原料空気をオゾンガス生成機５に導入してオゾンガスを生成させ、オゾンガスと原料水とを混合機９により混合してオゾン水を生成するオゾン水生成装置は、酸素透過高分子膜４１に空気を透過させて酸素濃度を高めた酸素富化空気を得る酸素富化機４を備え、高濃度の酸素富化空気をオゾンガス生成機５に導入させてオゾン水のオゾン含有率を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電体の放電によりオゾンを発生させる方式のオゾン発生装置から得られるオゾンガスを原料水に混合してオゾン水を生成するオゾン水生成装置に関し、特にオゾン発生装置に対して高濃度の酸素を有する酸素富化空気を導入するオゾン水生成装置に関する。

従来から、オゾン水生成装置は各種用途に使用され、特に細菌の繁殖を抑制する必要がある食堂やレストラン、学校等の飲食関係、病院等の医療関係、あるいは、プール水の殺菌等において使用される水として、殺菌作用を付加したオゾン水が多用されるようになっている。このような用途に使用されるオゾン水生成装置は、一般に酸素を含有する空気を原料ガスとして、この空気中の酸素を放電体の放電によりオゾンガスを生成させ、このオゾンガスを水道水等の原料水に混合させることによってオゾン水を生成している。

一般的に使用されているオゾンガス発生装置は、放電体の放電によりオゾンガスを生成させることから、原料空気の温度および湿度によって生成効率が大きく変化することが知られている。つまり、原料空気の温度が高くなるに従ってオゾンガスの生成率が低下し、また、原料空気の湿度が高くなるに従って放電体の周囲に窒素酸化物が生成され、これが放電体に付着することによって放電効率が低下してオゾンガスの生成効率が低下する。特に、放電体の周囲に窒素酸化物が生成した場合には、これを除去することができないために、放電体を交換しなくてはならない問題が生ずる。しかし、窒素酸化物の生成は使用者に認識できないために、オゾン水生成装置から流出する水のオゾン含有量が著しく低下し、実質的に効果がない水であっても、正規のオゾン水と誤って認識して使用する重大な問題が生ずる。

このような問題は、特に食堂やレストラン等の厨房に発生し易い。即ち、調理のために火等の熱源を使用するために大量の水蒸気が発生することから、厨房室内は著しく高湿度になる。このような厨房内の空気を原料空気として使用した場合には、短時間に放電体へ窒素酸化物が生成することから、オゾンガスの生成は激減し、オゾン水として機能しないようになる。

上述した原料空気の湿度に起因する問題を解決するために、一般的には、例えばシリカゲル等の吸湿剤を用いて原料空気を除湿した後に、除湿後の原料空気をオゾン発生装置に供給してオゾンガスを生成させるようにしている。このような除湿手段は、シリカゲル等の吸湿剤の吸湿能力に一定の限界があることから、吸湿剤を頻繁に交換する必要がある。しかし、この交換作業を使用者が行うことは困難なために、交換時期を過ぎても放置してしまい、上述した問題が発生することが多々あった。

この問題を改善するために、適当な時期にシリカゲル等の吸湿剤の吸湿能力を回復させる機能を有するオゾン水生成装置も実用化されている。すなわち、吸湿剤によって原料空気を除湿する形式のオゾン水生成装置は、図７に示すように、フィルター１０１を介して取り込まれた原料空気１００は一対の除湿器１０３、１０４の一方に導入される。除湿器１０３、１０４は、内部にシリカゲルからなる除湿剤１０３ａ、１０４ａが備えられ、この除湿剤１０３ａ、１０４ａの内部を原料空気１００が流通することにより除湿される。このように除湿された原料空気１００は、オゾンガス発生装置１０５に供給される。オゾンガス発生装置１０５は、前述したように、内部に放電体１０５ａを備え、この放電体１０５ａに高圧電源装置１０６から高圧電源を加えて放電させることによりオゾンガスを生成させている。そして、このオゾンガスを注入部１０７に送り、原料水１０８にオゾンガスを混合させてオゾン水１０９を生成するようにしている。

除湿器１０３、１０４に備えられたシリカゲルによって原料空気１００が除湿され、吸湿能力に達したシリカゲルは、除湿器１０３、１０４内に設けたヒーター１０３ｂ、１０４ｂによって加熱することによって回復させる。このようにシリカゲルを回復させる間は原料空気１００の除湿機能を停止させるために一対の除湿器１０３、１０４が設けられ、この切換動作は原料空気１００の搬送流路中に直列に設けた各電磁弁１１０、１１１の切換操作によって行われる。なお、除湿器１０３、１０４内のヒーター１０３ｂ、１０４ｂや電磁弁１１０、１１１の切換操作等は、図示しないコントローラによって自動的に行われる。

このように、自動的に除湿器１０３、１０４内の除湿剤１０３ａ、１０４ａを回復させることによって除湿機能を延命させるようにしているが、ヒーター１０３ｂ、１０４ｂによって加熱された除湿剤１０３ａ、１０４ａにより原料空気１００が加熱されることから、オゾンガスの発生効率が低下する問題は依然として解消されない。そこで、被処理ガス（原料空気）を除湿し、且つ冷却可能な電子冷却の原理を利用した除湿器により除湿冷却された処理ガスからオゾンガスを生成させるオゾン発生機を備えたオゾン発生装置が特開平６−１２７９０４号公報（特許文献１）に示されている。すなわち、吸気口から冷却室に流入した被処理ガス（原料空気）を除湿器によって除湿冷却した後、被処理ガスをオゾン発生機の吸気口に供給することによりオゾンガスを生成している。このように、被処理ガスを冷却することによって、湿度と温度を低下させるので、オゾンガス生成効率を高めることが可能となる。

しかしながら、上述した特許文献１に開示されたオゾン発生装置を前述した厨房等の比較的高温多湿の環境下に設置した場合には、除湿器の能力の限界から所定の湿度と温度の被処理ガス（原料空気）を得ることができず、十分に機能を発揮できない。この結果、オゾン発生装置としての信頼性を著しく損なう問題が生ずる。必要な機能を向上させるためには、除湿器の能力を大きくしなければならず、必然的にコストが高くなると共に、多くの消費電力を必要とするため、市場および環境問題から求められるニーズに応えられない問題が残されている。

上述した特許文献１に示されているオゾン発生装置は、被処理ガス（原料空気）を外気から取り入れている。通常の外気における酸素濃度は約２１％程度であり、この外気を被処理ガスとして使用した場合には、オゾン発生機によるオゾンガスの生成量が少ない。そこで、上記被処理ガスの酸素濃度を高めて、オゾンガスの生成量を多くする方法が提案されている。例えば、特開平６−２４７１０号公報（特許文献２）には、コンプレッサにより外気から空気を吸引し、そこで圧縮された空気を空冷されている除湿器で冷却すると共に除湿して酸素富化器に入れ、窒素を吸着する吸着剤を納めた上記酸素富化器によって酸素濃度が高い酸素富化空気を得るようにしている。酸素富化空気は、冷却部が備えられたオゾン発生機の放電体に入れ、そこで交流高電圧による放電によりオゾンガスを生成してオゾン出口路管から送出している。

特許文献２に示される酸素富化器としては、通常ＰＳＡ（Pressure Swing Adsorpsin）法により高濃度の酸素を得るようにしている。ところが、ＰＳＡ法による酸素富化器は、周知のように、酸素を吸着する吸着剤を備えた第１および第２の吸着剤塔の第１吸着剤塔に圧縮空気を入れて酸素を吸着させ、第１吸着剤塔内に蓄えられ窒素を第２の吸着剤塔に移した後に、第１の吸着剤塔に吸着剤に吸着させた酸素を回収すると共に吸着剤を回復させ、次に、第２の吸着剤塔に圧縮空気を入れて酸素を吸着させて酸素を吸着させ、第２吸着剤塔内に蓄えられ窒素を第１の吸着剤塔に移した後に、第２の吸着剤塔に吸着剤に吸着させた酸素を回収することを繰り返し行うことによって、高濃度の酸素を得るようにしている。

しかしながら、ＰＳＡによる酸素富化器は、装置構成が複雑、かつ、大型になることから、必然的に装置の価格が高くなり、例えば、前述したレストラン等の厨房のような小規模な用途向けのオゾン水生成装置には適さない問題がある。

特開平６−１２７９０４号公報特開平６−２４７１０号公報

本発明が解決しようとする課題は、原料空気を酸素透過高分子膜によって酸素濃度を高め、この高濃度の酸素富化空気をオゾン生成機に導入することにより、大量のオゾンガスを安定して生成し、このオゾンガスを原料水に混合させることによって安定したオゾン含有量を有するオゾン水を生成することが可能なオゾン水生成装置を提供することにある。

上記課題を達成するため、請求項１の発明は、原料空気をオゾンガス生成機に導入してオゾンガスを生成せしめ、このオゾンガスと原料水とを混合機により混合してオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、空気を透過することにより酸素濃度を高めて酸素富化空気を得る酸素透過高分子膜と、この酸素透過高分子膜の一方側を減圧して酸素を透過させるポンプとを有する酸素富化機を備え、この酸素富化機によって高濃度の酸素富化空気を前記オゾンガス生成機に導入させるように構成したことを要旨とする。

また請求項２の発明は、前記酸素富化空気は、前記酸素透過高分子膜を透過することにより３０％以上酸素濃度を得て、前記オゾンガス生成機に導入するように構成したことを要旨とする。

さらに請求項３の発明は、酸素濃度を高めた前記酸素富化空気は、原料空気取込口と前記オゾンガス生成機との間に配設された除湿機によって除湿するように構成したことを要旨とする。

さらにまた請求項４の発明は、前記除湿機は、ペルチェ素子によって構成された冷却機によって除湿され、この冷却機は、冷却フィンと冷却室の内壁によって仕切られた長尺の冷却用通路が形成され、前記冷却フィンと前記ペルチェ素子の冷却部とを熱伝導させると共に、前記冷却用通路内に前記酸素富化空気を流通させるように構成したことを要旨とする。

また請求項５の発明は、前記除湿機は、冷却用通路が前記冷却フィンを螺旋状に形成することによって螺旋状に形成され、螺旋状の冷却用通路内に前記酸素富化空気を流通させるように構成したことを要旨とする。

また請求項６の発明は、前記冷却器は、送出口と、この送出口よりも下方に配設された取込口と、この取込口よりも下方に設置されたドレイン口を有し、前記冷却室内に結露した水分を下方のドレイン口から排出するように構成したことを要旨とする。

また請求項７の発明は、前記混合機は、前記原料水を噴射する噴射ノズルと、このノズルの近傍の側面から前記オゾンガスを注入する注入ノズルとを備え、前記噴射ノズルの噴射口付近に負圧域を形成して、この負圧域に前記オゾンガスを注入してオゾン水を生成するように構成したことを要旨とする。

本発明によれば、空気を透過することにより酸素濃度を高めて酸素富化空気を得る酸素透過高分子膜を有する酸素富化機によって、オゾンガス生成機に高濃度の酸素を有する酸素富化空気を導入するように構成したので、オゾンガス生成機のオゾンガス生成効率が高まり、多くのオゾンガスを安定して生成することが可能となる。さらに、酸素透過高分子膜によって高濃度の酸素が容易に得られるので、オゾン水生成装置を小型化すると共に、廉価にすることが可能となる。しかも、酸素透過高分子膜によって得られた酸素濃度の高い酸素富化空気を用いることによって、環境、季節等の温湿度の変化であってもオゾン生成機から所定量以上のオゾンガスを生成させることができるので、所定のオゾン含有量を有するオゾン水を安定して生成することが可能となる。

また、請求項２に記載の発明によれば、前記酸素富化空気の酸素濃度を、前記酸素透過高分子膜を透過することにより３０％以上としたので、オゾン生成機によって所定量以上のオゾンガスを生成させることができるので、所定のオゾン含有量を有するオゾン水を安定して生成することが可能となる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、酸素濃度が高められた酸素富化空気が、原料空気取込口とオゾンガス生成機との間に配設した除湿機によって除湿されるので、湿気によってオゾン生成機の放電体に生成される窒素酸化物が抑制され、オゾンガス生成機のオゾンガス生成効率を高めると共に長期間維持することが可能となる。

さらにまた、請求項４に記載の発明によれば、酸素富化空気を除湿する冷却器の冷却手段をペルチェ素子とし、さらに、冷却器内に冷却フィンと冷却室の内壁によって仕切られた長尺の冷却用通路を形成し、この冷却用通路内に酸素富化空気を流通させるので、冷却機自体を小型化しても効率よく酸素富化空気を冷却することが可能となる。

また、請求項５に記載の発明によれば、冷却機の冷却用通路を、冷却フィンによって螺旋状に形成しているので、螺旋状の冷却用通路内に酸素富化空気を流通させることによって、小型の冷却機であっても効率よく冷却することが可能となる。

また、請求項６に記載の発明によれば、冷却機の送出口を上方に形成し、ドレイン口を下方に形成することによって、冷却室内に結露した水分を下方のドレイン口から円滑に排出させることが可能となる。このとき、冷却用通路を螺旋状に形成することにより、結露した水分が斜面に沿って下降するので、効率よく排出することが可能となる。

また、請求項７に記載の発明によれば、混合機において、原料水を噴射ノズルによって噴射させ、この噴射によって形成される負圧域にオゾンガスを注入させることによりオゾン水を生成するので、負圧域によって原料水内のオゾンガス含有率を高めることが可能となる。前記噴射ノズルの噴射口付近に負圧域を形成して、この負圧域に前記オゾンガスを注入してオゾン水を生成することが可能となる。

オゾン水生成装置において、オゾン生成機に導入してオゾンガスを生成させる酸素富化空気の酸素濃度を、酸素透過高分子膜の透過によって高める。オゾン生成機は高濃度の酸素を有する酸素富化空気から高効率の状態でオゾンガスを大量に生成する。この大量のオゾンガスを原料水に注入して混合することにより、オゾン含有量が高められたオゾン水を安定して供給可能となる。これにより、必要量以上のオゾンガスが確保されることから、環境変化等に影響されずに、所定量のオゾンを含有するオゾン水を供給する。

図１は、本発明によるオゾン水生成装置の全体構成を示す構成図である。オゾン水生成装置１は、大別すると、オゾンガスを生成するためのガス生成経路と、オゾン水を生成するための水経路から構成されている。まず、ガス生成経路は、外気から原料空気を取り込む取込口２、原料空気の酸素濃度を高める酸素透過高分子膜４１を有する酸素富化機４、酸素富化機４によって高濃度の酸素を有する酸素富化空気の少なくとも湿度を所定値に調整するための除湿機３、酸素富化空気を経路内に搬送するための搬送ポンプ２８、酸素富化空気中の高濃度酸素を放電体５１の放電によりオゾンガスを生成させるオゾンガス生成装置５、これらの間に酸素富化空気を流通させる配管６、および、上記オゾンガス生成装置５の放電体５１に高電圧を印加するための高電圧電源７を備えている。図１において、上記ガス生成経路は点線の矢印で示している。

一方、実線の矢印で示す水経路は、原料水を取り込む取込口８、上記オゾンガス生成装置５によって生成されたオゾンガスを原料水に注入して混合することによりオゾン水を生成する混合機９、上記オゾン水によって上記原料空気を予備冷却する予備冷却機１０、予備冷却機１０を介してオゾン水を流出させる流出口１４、および、これら水経路に原料水またはオゾン水を流通させる配管１５を備えている。

上述したガス生成経路において、取込口２から取り込まれた外気の原料空気は、酸素富化機４によって酸素濃度が高められる。酸素富化機４は、酸素透過高分子膜４１と、この酸素透過高分子膜４１に原料空気中の酸素を透過させるように一方側を減圧するために減圧ポンプ４２を少なくとも有している。減圧ポンプ４２はモータ４３によって駆動されている。

酸素透過高分子膜４１は、空気中の窒素に比して酸素を選択的に効率よく透過できる機能性高分子膜素材であり、この種の空気から酸素を透過濃縮できる高分子膜（酸素透過膜）としては、第１に、シリコーン膜、シリコーンポリカーボネート膜が用いられる。このシリコーン系の高分子膜は、酸素透過選択性値（酸素透過係数／窒素透過係数の比）が約２であるが、透過係数が１０^−８〔ｃｍ^３（ＳＴＰ）・ｃｍ／ｃｍ^２・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ〕と大きいことから、３０％前後の酸素濃度の酸素富化空気を得ている。その他に、空気から酸素を透過濃縮できる高分子膜として、第２に、２種類以上のビニル芳香族アミン重合体、およびメソ−テトラキス（α，α，α，α−ｏ−ピバルアミドフェニル）ポルフィリナトコバルトからなる膜、あるいは、上記膜とは異なる他種類のビニル芳香族アミン重合体、およびメソ−テトラキス（α，α，α，α−ｏ−ピバルアミドフェニル）ポルフィリナトコバルトからなる膜を、上記膜に重ね合わせた複合高分子膜によって、酸素選択性値２０以上の高い選択性で酸素透過を行い、膜透過によって９０％以上の酸素濃度の酸素富化空気が得られる。さらに、第３に、高い酸素透過性と同時に水蒸気に対する高いバリヤー特性を備えた高分子膜として、四フッ化エチレンとフッ化ビニリデンコポリマーから形成され、隔膜の孔の寸法が０．００１５〜０．０３０μｍであり、体積空隙率が３５〜６０％としたフッ化ビニリデンポリマーをベースとする半透過性多孔質非対称隔膜がある。本発明において使用される酸素透過高分子膜４１としては、これらの空気から酸素を透過濃縮できる高分子膜（酸素透過膜）から適宜に選択して使用される。

上述した酸素透過高分子膜４１は、高分子膜の一方側を例えば真空ポンプ等の減圧ポンプ４２によって減圧することにより、高分子膜の他方側の空気中から酸素を選択的に透過するように構成している。因みに、酸素富化空気が得られる高分子膜の一方側は、−（マイナス）７４ｋＰａまで減圧される。

上記酸素透過高分子膜４１のうち、上述した第１の高分子膜として、シリコーン膜、シリコーンポリカーボネート膜は、空気中の窒素に対して約２．５倍の透過率である。この結果、高分子膜の一方側には、３２％の酸素濃度を有する酸素富化空気が得られる。ところが、この第１の高分子膜は、空気中の窒素に対して水蒸気の透過率が約２２倍であり、原料空気中の水蒸気が殆ど透過される。このため、第１の高分子膜を酸素透過高分子膜４１として使用する場合には、酸素富化空気を除湿するための除湿手段が必要となる。

酸素富化空気を除湿冷却するための除湿手段として、本発明においては、ペルチェ素子３１を冷却媒体として除湿する除湿機３が使用される。図４に示すように、このペルチェ素子３１の冷却側には除湿機３が配設されている。除湿機３は、筐体３２の内部に螺旋状の冷却用通路３３が形成されている。すなわち、筐体３２内の冷却室３４は略円筒状に形成され、この冷却室３４には、螺旋状の冷却フィン３５が内装されている。冷却フィン３５は、軸芯の周囲にフィンが螺旋状に突出形成され、フィンの頂部を結ぶ仮想の外径が略円柱状に形成されている。そして、冷却フィン３５の頂部を冷却室３４の内壁に接合することによって、冷却室３４の内部には、螺旋状の冷却フィン３５によって仕切られた冷却用通路３３が形成される。このように形成された冷却用通路３３は、螺旋状に形成していることから、冷却室３４の長さよりも約３倍の長尺に形成される。

上記冷却フィン３５および筐体３２は、熱伝導率が高い銅或いはアルミニウム等の金属材によって形成され、筐体３２の外面を上記ペルチェ素子３１の冷却側に接合することによって、筐体３２を介して冷却フィン３５が冷却される。

除湿機３は、図４に示すような縦型の姿勢で、後述する予備冷却室１１の内部に配設される。この姿勢において、筐体３２の上方端には酸素富化空気を送出するための送出口３６が設けられ、下方近傍には酸素富化空気を取り込むための取込口３７が設けられ、さらに、取込口３６の下方であって筐体３２の下方端にはドレイン口３８が設けられている。また、筐体３２は、断熱体３９によって被覆されていて、上記ペルチェ素子３１によって冷却された冷却室３４の内部を保冷している。

そして、酸素富化空気は取込口３７から冷却室３４に取り込まれ、ペルチェ素子３１により冷却された冷却用通路３３を流通して送出口３６から送出される。酸素富化空気は長尺に形成された冷却用通路３３を流通する間に、所定の温度に冷却されると共に除湿される。このとき、酸素富化空気内の水蒸気が冷却フィン３５に結露して水滴となり、螺旋状に形成された冷却フィン３５の斜面を下降し、やがて下方端のドレイン口３８に到達して外部に排出される。このように、冷却フィン３５を螺旋状に形成することによって、内部が結露しても水滴を常時排出させることができる。除湿機３によって除湿冷却した後に、送出口３５から送出された酸素富化空気は、オゾンガス生成装置５に導入される。

オゾンガス生成装置５は、酸素富化空気の湿度によってオゾンガスの生成効率が変化することが知られている。すなわち、酸素富化空気の湿度が高い場合には、前述したように、放電体５１に窒素酸化物が蓄積してオゾンガスの生成効率を低下させてしまう。このため、オゾンガス生成装置５に導入する酸素富化空気の温湿度管理が必要なことから、除湿機３とオゾンガス生成装置５との間には温度センサ１６が設けられている。そして、温度センサ１６の出力信号に基づいて、上記ペルチェ素子３１を制御することにより酸素富化空気がオゾンガス生成装置５にとって適温となるように設定している。

また、上記ペルチェ素子３１は、冷却側で冷却する一方、放熱側では熱が上昇することから、ペルチェ素子３１の放熱側を冷却する必要があり、本発明においては、原料水によって冷却するように構成されている。すなわち、上記ペルチェ素子３１の放熱側には、図４に示すように、冷却板１７が面接合されている。この冷却板１７のペルチェ素子３１に対応する位置には空洞部１７ａが形成され、この空洞部１７ａは固定板１８によって閉塞されている。固定板１８には、原料水を吸水する吸水口１９、および、排出口２０が設けられている。そして、吸水口１９は、原料水を取り込む取込口８から水量制限オリフィス２１を介して配管１５を分岐させた冷却水取入口２２に接続されている。また、排出口２０は、取込口８の近傍から分岐させた冷却水戻し口２３に接続されている。

そして、冷却水取入口２２から取り込まれた原料水は、吸水口１９から空洞部１７ａ内を経由して、排出口２０から冷却水戻し口２３に戻され、原料水が空洞部１７ａ内を流通する間にペルチェ素子３１から発せられる熱を吸収して、ペルチェ素子３１が効率的に動作する温度まで冷却する。このように、ペルチェ素子３１の冷却媒体として原料水を用いることにより、冷却手段を簡易な構成でしかも低コストにすることができる。

一方、上述したペルチェ素子３１を使用した除湿機３における冷却能力には限界を有している。この除湿機３が小型であっても高効率で作動させるために、除湿機３によって除湿冷却する酸素富化空気を、予備冷却機１０により予め冷却するように構成している。すなわち、酸素富化機４を経由して除湿機３の冷却室３３に取り込まれる酸素富化空気を、予備冷却機１０の予備冷却室１１内から取り込むように構成している。

予備冷却機１０は、混合機９の下流側であって、混合機９によって生成されたオゾン水を流出させる流出口１４に至るまでの間に設けられている。この予備冷却機１０は、図２および図３に示すように、配管１５をコイル状に巻回すことによって冷却部１２を構成している。つまり、冷却部１２は、コイル状に巻回すことによって配管１５の表面積を大きくしたヒートシンク部として機能させている。なお、冷却効率を高めるために、配管１５にフィンを設けてさらに表面積を大きくしても良い。また、冷却部１２の周囲は断熱材１３によってシールされた予備冷却室１１が形成されていて、この予備冷却室１１は上記冷却部１２によって冷却される。

このように、オゾン水が冷却部１２を流通することによって、予備冷却室１１の内部が冷却される。そして、前述したように、除湿機３を予備冷却室１１の内部に配設することにより、予備冷却室１１内の空気を酸素富化機４によって酸素富化空気とし、その後、除湿機３の冷却室３４に取り込む。この予備冷却室１１内の温度は、オゾン水の温度までである。通常の場合、原料水としては水道水が使用されることから、一般的に摂氏２０度前後の水道水を使用したときには、オゾン水の温度もおよそ摂氏２０度前後になる。従って、オゾン水によって冷却される予備冷却室１１内の温度は、最大で摂氏２０度前後であることから、除湿機３の冷却室３４に取り込まれる酸素富化空気の温度は、およそ摂氏２０度前後となる。

通常の水道水の温度は、季節によって大きく変化しない。このため、除湿機３に取り込まれる酸素富化空気の温度は、季節による温度変化、あるいは、厨房等の比較的高温多湿の環境など、設置場所の環境変化によって大きく変化することがない。この結果、除湿機３に与える負荷は季節や環境変化に影響されることなくほぼ一定となるので、除湿機３を最大効率で安定して作動させることが可能となる。

なお、上述した予備冷却機１０について、混合機９の下流側に設けてオゾン水を流通させるようにしたが、原料水の取込口８と混合機９との間に設けても良い。このように構成した場合には、原料水を流通させることによって予備冷却室１１の内部が冷却される。

次に、上述したように構成した第１の実施形態からなるオゾン水生成装置１の動作について説明する。搬送ポンプ２８によって予備冷却機１０の予備冷却室１１の内部から取り込まれた原料空気は、酸素富化機４の酸素透過高分子膜４１によって酸素富化空気が生成される。前述した第１のシリコーン膜、シリコーンポリカーボネート膜を使用した場合は、高分子膜の一方側に３２％の酸素濃度を有する酸素富化空気が得られる。この酸素富化空気は、除湿機３の冷却室３４に取り込まれる。酸素富化空気は予備冷却機１０によって、およそオゾン水の温度まで予め冷却されている。

予備冷却された酸素富化空気は、除湿機３の冷却室３４に取り込まれ、除湿機３に設けたペルチェ素子３１によって冷却された長尺の冷却用通路３３を流通することによって冷却されると共に除湿される。除湿機３によって除湿冷却された酸素富化空気は、温度が摂氏１度〜１０数度、湿度が４０％以下になり、後段のオゾンガス生成装置５によってオゾンガスを生成するために最適な温湿度に設定される。このとき、除湿機３に取り込まれる酸素富化空気の温度を予め下げているので、除湿機３の除湿冷却効率を向上することができる。

このように除湿冷却された酸素富化空気は、搬送ポンプ２８によってオゾンガス生成装置５に導入され、酸素富化空気からオゾンガスが生成される。オゾンガス生成装置５によって生成されるオゾンガスは、酸素富化空気の酸素濃度が３２％に高められているので、生成効率が高められ、高濃度のオゾンガスを得ることができる。搬送ポンプ２８とオゾンガス生成装置５との間には、逆止弁２４が介在され、酸素富化空気の逆流を防止している。オゾンガス生成装置５は周知であり、詳細な説明は省略するが、高電圧電源６によって放電体５１に高電圧を印加することにより放電させて、酸素富化空気中の酸素からオゾンガスを生成させている。オゾンガス生成装置５に導入される酸素富化空気中に窒素が含まれることにより、放電体５１が放電するときに窒素酸化物が生成され、放電体５１の電極に付着する。この現象は、湿度が高いほど生成され易いが、上述した酸素富化空気は、湿度を低下させているので、窒素酸化物の生成が大幅に抑制される。

オゾンガス生成装置５によって生成された高濃度のオゾンガスは、逆止弁２５を介して混合機９に送り込まれ、オゾン水が生成される。本発明において、混合機９は図５に示すように構成している。すなわち、混合機９の内部には、原料水を噴射するための噴射ノズル９１が配設されている。この噴射ノズル９１は、原料水が取り込まれる入口側よりも噴射口９１ａを細く形成することにより、噴射口９１ａから噴射される原料水の流速を高めている。

さらに、噴射ノズル９１の噴射口９１ａ付近には、オゾンガス生成装置５によって生成された高濃度のオゾンガスを注入するための注入口９２が配設されている。そして、噴射ノズル９１の噴射口９１ａから原料水を噴射すると、流速が高いとこから噴射口９１ａ付近の圧力が減少して負圧域９３が形成されてキャビテーションが起こる。負圧域９３は減圧されているために、オゾンガスを混合し易くなっているので、この部分に前述した高濃度のオゾンガスを注入することによって、原料水には多くのオゾンガスが混合して、含有率の高いオゾン水を生成することができる。このように生成されたオゾン水は、前述した予備冷却機１０を経由して流出口１４から流出される。

なお、ガス生成経路において、原料空気およびオゾンガスを流通させる搬送ポンプ２８を駆動するモータ２６、オゾンガス生成装置５に導入する原料空気の温度を検出する温度センサ１６、この温度センサ１６の検出信号に基づいて制御されるペルチェ素子３１、および、オゾンガス生成装置５の放電体５１に高電圧を供給する高電圧電源７は、コントローラ２７によって制御されている。また、コントローラ２７には表示装置２９が接続され、各種の動作状況を表示するようにしている。

図６は、本発明の第２の実施形態を示している。なお、図１と同じ符号は同じ構成を示し、その詳細な説明は省略する。酸素富化機４５の酸素透過高分子膜４６として使用される高分子膜として、第２に示した２種類以上のビニル芳香族アミン重合体、およびメソ−テトラキス（α，α，α，α−ｏ−ピバルアミドフェニル）ポルフィリナトコバルトからなる膜、あるいは、上記膜とは異なる他種類のビニル芳香族アミン重合体、およびメソ−テトラキス（α，α，α，α−ｏ−ピバルアミドフェニル）ポルフィリナトコバルトからなる膜を、上記膜に重ね合わせた複合高分子膜、あるいは、第３に示した四フッ化エチレンとフッ化ビニリデンコポリマーから形成され、隔膜の孔の寸法が０．００１５〜０．０３０μｍであり、体積空隙率が３５〜６０％としたフッ化ビニリデンポリマーをベースとする半透過性多孔質非対称隔膜は、原料空気中の酸素を選択的に透過し、水蒸気に対しては高いバリヤー特性を有することから、酸素富化空気の除湿を不要にすることが可能となる。

このことから、酸素富化機４５には、外気中に設けた取込口２から原料空気を直接取り込むようにしている。この原料空気は、酸素富化機４５の酸素透過高分子膜４６によって酸素濃度が９０％以上に高められる。この酸素透過高分子膜４６は、上述した第２または第３の高分子膜の何れか一方が使用されている。前述した実施例１と同様に、減圧ポンプ４２によって酸素透過高分子膜４６の一方側を減圧することにより、原料空気中の酸素を選択的に透過させるようにして、９０％以上の酸素濃度に高められた酸素富化空気を得ている。酸素富化空気は、前述した実施例１と同様に、搬送ポンプ２８によってオゾンガス生成装置５に導入され、酸素富化空気からオゾンガスが生成される。オゾンガス生成装置５によって生成されるオゾンガスは、酸素富化空気の酸素濃度が９０％以上に高められているので、生成効率がさらに高められ、高濃度のオゾンガスが生成される。また、酸素富化空気の酸素濃度が９０％以上のために窒素含有量が少なく、しかも、酸素透過高分子膜４６によって水蒸気も排除されているので、オゾンガス生成装置５の放電体５１には窒素酸化物が殆ど生成されないので、窒素酸化物の生成による経期的なオゾンガス生成効率の低下が著しく低下する。なお、上記酸素富化空気をオゾンガス生成装置５に導入するとき、オゾンガスの生成に最適な温度に調整する場合には、前述した除湿機３を介在させてもよい。

オゾンガス生成装置５によって生成された高濃度のオゾンガスは、前述した実施例１と同様に、逆止弁２５を介して混合機９に送り込まれてオゾン水が生成される。第２または第３の高分子膜を使用した酸素透過高分子膜４６によって、９０％以上の酸素濃度を有する酸素富化空気を原料ガスとして生成された高濃度のオゾンガスを原料水に注入して混合することにより、オゾン水のオゾン含有率をさらに高めることができる。このように生成されたオゾン水は、流出口１４から流出される。

本発明は、例えば、食堂やレストラン、あるいは学校等の厨房にて、各種食材の殺菌洗浄、病院等の医療関係における医療器具の殺菌洗浄、また、プール水の殺菌等において使用されるオゾン水を供給する装置に適用可能である。

本発明にかかるオゾン水生成装置の第１の実施形態を示す構成図である。本発明にかかるオゾン水生成装置の構成を示す上面図である。本発明にかかるオゾン水生成装置の構成を示す正面図である。本発明にかかる除湿機を示す断面図である。本発明にかかる混合機を示す断面図である。本発明にかかるオゾン水生成装置の第２の実施形態を示す構成図である。従来のオゾン水生成装置を示す構成図である。

符号の説明

１オゾン水生成装置
２取込口
３除湿機
４酸素富化機
４１酸素透過高分子膜
５オゾンガス生成装置
５１放電体
６配管（ガス生成経路用）
８取込口
９混合機
１０予備冷却機
１１予備冷却室
１２冷却部
１４流出口
１７冷却板
１７ａ空洞部
１９吸水口
２０排水口
２２冷却水取入口
２３冷却水戻し口
３１ペルチェ素子
３３冷却用通路
３４冷却室
３５冷却フィン
３６送出口
３７取込口
３８ドレイン口

Claims

原料空気をオゾンガス生成機に導入してオゾンガスを生成せしめ、このオゾンガスと原料水とを混合機により混合してオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、
空気を透過することにより酸素濃度を高めて酸素富化空気を得る酸素透過高分子膜と、この酸素透過高分子膜の一方側を減圧して酸素を透過させるポンプとを有する酸素富化機を備え、
この酸素富化機によって高濃度の酸素富化空気を前記オゾンガス生成機に導入したことを特徴とするオゾン水生成装置。
前記酸素富化空気は、前記酸素透過高分子膜を透過することにより３０％以上酸素濃度を得て、前記オゾンガス生成機に導入した請求項１に記載のオゾン水生成装置。
酸素濃度を高めた前記酸素富化空気は、原料空気取込口と前記オゾンガス生成機との間に配設された除湿機によって除湿した請求項１および２に記載のオゾン水生成装置。
前記除湿機は、ペルチェ素子によって構成された冷却機によって除湿され、この冷却機は、冷却フィンと冷却室の内壁によって仕切られた長尺の冷却用通路が形成され、前記冷却フィンと前記ペルチェ素子の冷却部とを熱伝導させると共に、前記冷却用通路に前記酸素富化空気を流通させた請求項３に記載のオゾン水生成装置。
前記除湿機は、冷却用通路が前記冷却フィンを螺旋状に形成することによって螺旋状に形成され、螺旋状の冷却用通路内に前記酸素富化空気を流通させた請求項４に記載のオゾン水生成装置。
前記除湿機は、送出口と、この送出口よりも下方に配設された取込口と、この取込口よりも下方に設置されたドレイン口を有し、前記冷却室内に結露した水分を下方のドレイン口から排出した請求項５に記載のオゾン水生成装置。
前記混合機は、前記原料水を噴射する噴射ノズルと、このノズルの近傍の側面から前記オゾンガスを注入する注入ノズルとを備え、前記噴射ノズルの噴射口付近に負圧域を形成して、この負圧域に前記オゾンガスを注入してオゾン水を生成する請求項１に記載のオゾン水生成装置。