JP2010145038A - オゾン氷製造方法及びオゾン氷製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】紫外線照射時に氷が融けにくいオゾン氷製造方法を提供する。
【解決手段】酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法であって、前記氷に紫外線を照射する光源３として、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザを用い、前記氷に紫外線のみを照射するようにした。
【選択図】図１
【解決手段】酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法であって、前記氷に紫外線を照射する光源３として、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザを用い、前記氷に紫外線のみを照射するようにした。
【選択図】図１
Description
本発明は、氷中にオゾンガスを含むオゾン氷の製造方法及びオゾン氷製造装置に関するものである。
近年、鮮魚、野菜などの生鮮食料品を始めとする生ものを冷蔵すると共に、殺菌、消毒、消臭するために、氷中にオゾンガスを気泡として含むオゾン氷が使用されている。ここでオゾンガスは、自己分解して酸素となり２次汚染の心配がないことから、塩素系殺菌剤など他の殺菌剤の代替として注目を集めている。
従来のオゾン氷製造方法としては、例えば、オゾン水を冷却凍結することにより、オゾン氷を製造する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、この方法では、水中へのオゾン溶解度が低いことから、氷に含ませるオゾン濃度に限界がある。
また、オゾンガスを気泡として含む水を冷却凍結するか、あるいは氷粉体にオゾンガスを供給しながら圧縮することにより、オゾンガスを気泡として含むオゾン氷を製造する方法も提案されている。しかし、オゾンガスはより安定な酸素ガスへと分解するため、製造直後から時間の経過と共にオゾン濃度が低下してしまい、長距離輸送性、貯蔵安定性の観点から問題があった。
そこで、本発明者らは、図５に示すように、酸素ガスを気泡として含む氷５１を製造しておき、その氷５１に紫外線ランプ（例えば水銀灯）５２から紫外線（ＵＶ；UltraViolet）を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法を提案している。
これにより、使用直前に氷５１に紫外線を照射してオゾン氷を製造することができるため、時間の経過に伴うオゾン濃度の低下を抑制でき、長距離輸送性や貯蔵安定性を大幅に改善することが可能となる。また、オゾン氷を製造した後でも、使用に際して紫外線を照射することで、酸素ガスに分解したオゾンを再生することも可能となる。
しかしながら、上述のオゾン氷製造方法では、紫外線ランプ５２が照射する光に含まれる赤外線（ＩＲ；InfraRed）や可視光（ＶＩＳ；Visible light）の影響で、紫外線ランプ５２から紫外線を照射する際に氷５１が融けてしまうことがあった。
氷５１が融けてしまうのを抑制するために、氷５１への紫外線の照射を低温環境下で行うことも考えられるが、そのためには高価な冷却システムを導入する必要があり、コストの観点から好ましくない。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、紫外線照射時に氷が融けにくいオゾン氷製造方法及びオゾン氷製造装置を提供することにある。
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法であって、前記氷に紫外線を照射する光源として、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザを用い、前記氷に紫外線のみを照射するようにしたオゾン氷製造方法である。
また、本発明は、酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法であって、前記氷と紫外線を含む光を出射する光源との間に、前記光源からの光のうち紫外線のみを反射する反射ミラー、あるいは前記光源からの光のうち紫外線のみを透過するフィルタを設け、前記氷に、前記反射ミラーで反射された、あるいは前記フィルタを透過した紫外線のみを照射するようにしたオゾン氷製造方法である。
前記氷に照射される紫外線の波長が１３０〜２４２ｎｍであるとよい。
本発明は、酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する装置であって、前記氷に紫外線を照射する光源が、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザであるオゾン氷製造装置である。
本発明は、酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する装置であって、紫外線を含む光を出射する光源と、該光源からの光のうち紫外線のみを反射して前記氷に照射する反射ミラー、あるいは前記光源から出射された光のうち紫外線のみを透過して前記氷に照射するフィルタとを備えるオゾン氷製造装置である。
本発明によれば、紫外線照射時に氷が融けてしまうのを抑制できる。
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
図１は、第１の実施形態に係るオゾン氷製造装置の概略図である。
図１に示すように、オゾン氷製造装置１は、酸素ガスを気泡ａとして含む気泡含有氷２に光源３から紫外線（ＵＶ；UltraViolet）を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する装置である。
気泡含有氷２は、例えば、酸素ガスのマイクロバブルを混合した気泡含有水を冷却・凍結させるか、あるいは、氷粉体を密閉容器内に収容して該密閉容器内を減圧し、氷粉体に酸素ガス（あるいは酸素を含むガス）を供給しつつ圧縮することで、氷粉体を焼結させて形成される。
ここで、マイクロバブルとは、直径１００μｍ以下の微細な気泡である。このマイクロバブルを含む気泡含有水は、例えば、マイクロバブル発生器にて渦流（毎秒４００〜６００回転程度）に酸素ガスを巻き込み、これをファンなどにより切断・粉砕することで得られる。また、電解セルで水の電気分解を行うことにより、電解セルの陽極で酸素ガスのマイクロバブルを発生させて、気泡含有水を得るようにしてもよい。
マイクロバブルは浮力が小さいために上昇速度が遅く、長い間水中に滞留する。その結果、この気泡含有水を冷却・凍結することで、多くの気泡ａを含んだ気泡含有氷２を形成することができる。
また、気泡含有氷２の密度ρは、５５０〜９１０ｋｇ／ｍ3、好ましくは８３０〜８７０ｋｇ／ｍ3であるとよい。５５０ｋｇ／ｍ3ｋｇ以上となると氷粒子の充填と併せて空隙が閉じる（孤立した気泡が存在する）ようになるが、８３０ｋｇ／ｍ3未満では空隙が残る。一方、８７０ｋｇ／ｍ3を超えると気泡が少なすぎ、氷中の酸素ガスが少なくなるからである。
さて、第１の実施形態では、光源３として、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザを用いる。図１は、光源３として重水素ランプを用いた場合を示す。光源３には、光源３から出射された紫外線のうち、気泡含有氷２が配置された側と反対方向に出射された光を、気泡含有氷２側に反射する反射板４が設けられる。
光源３が気泡含有氷２に照射する紫外線の波長は、１３０〜２４２ｎｍ、好ましくは１８０〜２２０ｎｍであるとよい。
光源３が気泡含有氷２に照射する紫外線の波長は、１）酸素分子が酸素原子に解離すること、２）生成したオゾンガスが酸素ガスに分解しにくいこと、そして３）氷による吸収が小さいことの主に３点を考慮して決定する。
１）については、２４２ｎｍよりも短い波長の紫外線が酸素分子に照射されると、酸素原子へと解離する。
２）については、図３（出典：杉光英俊、“オゾンの基礎と応用”株式会社光琳出版、平成８年）に示すように、オゾンガス（Ｏ3）は波長２２０〜３００ｎｍにハートレー吸収帯という強い吸収帯を有するため、この波長範囲の光がオゾンガスに照射されると、オゾンガスの分解が卓越して生じる。つまり、紫外線照射によるオゾンガスの生成は、オゾンガスの分解との競合反応である。なお、波長２００ｎｍ以下では酸素分子の吸収係数が急激に増大し、特に１４０〜１７０ｎｍの波長領域では酸素分子による紫外線吸収がオゾンガスによる紫外線吸収を上回る。
３）については、図４（出典：V.F.Petrenko and R.W.Whitworth、“Physics of Ice”、Oxford Uni.Press、１９９９年）に示すように、氷は波長２００ｎｍ付近に吸収端があり、１８０ｎｍで吸収係数は１００ｍ-1程度となる。これよりも長い波長で吸収係数が小さいので氷による光の吸収の影響が小さい。
１）〜３）を考慮すると、酸素分子を酸素原子に解離し、生成したオゾンガスの分解を抑制する波長帯域、そして氷による紫外線の吸収が小さい波長である１８０〜２２０ｎｍの紫外線を気泡含有氷２に照射することが実用上は好ましい。
光源３として重水素ランプを用いる場合、１３０〜２４２ｎｍ、好ましくは１８０〜２２０ｎｍの波長範囲以外の紫外線を除去すべく、光源３と気泡含有氷２との間に当該波長の紫外線のみを反射する反射ミラー、あるいは当該波長の紫外線のみを透過するフィルタを設け、反射ミラーで反射された、あるいはフィルタを透過した紫外線のみを気泡含有氷２に照射するようにすることが好ましい。
光源３としてレーザを用いる場合、出射光の波長が１３０〜２４２ｎｍ、好ましくは１８０〜２２０ｎｍの範囲であるレーザ、例えば、ＡｒＦレーザ（波長１９３ｎｍ）などを用いるとよい。
第１の実施形態の作用を説明する。
第１の実施形態では、光源３として、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザを用い、気泡含有氷２に紫外線のみを照射してオゾン氷を製造している。
これにより、そもそも光源３から赤外線や可視光が出射されることがなくなるため、気泡含有氷２に紫外線を照射する際に、気泡含有氷２に赤外線や可視光が吸収されて気泡含有氷２が融けてしまうことを抑制できる。
また、第１の実施形態では、気泡含有氷２に照射する紫外線の波長を１３０〜２４２ｎｍ、好ましくは１８０〜２２０ｎｍとしている。これにより、照射した紫外線がオゾンや氷に吸収されることが抑制され、気泡含有氷２中の酸素を効率よくオゾン化することができる。
次に、第２の実施形態を説明する。
図２に示すように、第２の実施形態に係るオゾン氷製造装置２１は、光源２２と、光源２２から出射した光のうち、紫外線（ＵＶ）のみを反射して気泡含有氷２に照射する反射ミラー２３とを備える。
光源２２は、紫外線を含む光を出射するものであり、例えば、水銀灯である。光源２２から出射される光には、赤外線（ＩＲ；InfraRed）や可視光（ＶＩＳ；Visible light）が含まれていてもよい。
反射ミラー２３としては、光源２２からの光のうち１３０〜２４２ｎｍ、好ましくは１８０〜２２０ｎｍの波長の紫外線のみを反射するものを用いるとよい。
反射ミラー２３としては、例えば、波長１９３ｎｍの紫外線のみを反射する多層膜反射ミラーを用いるとよい。多層膜反射ミラーは、例えば、基板上にTiO2やZnO2等の高屈折率材料の薄膜層とSiO2等の低屈折率材料の薄膜層が交互に積層されて成る、特定の波長の光に対してのみ高い反射率が得られる光学素子である。
第２の実施形態では、光源２２から出射された光のうち紫外線のみを反射ミラー２３で反射し、反射ミラー２３で反射した紫外線のみを気泡含有氷２に照射するようにしている。
これにより、光源２２から出射される赤外線や可視光の影響を除去して、紫外線のみを気泡含有氷２に照射することができるため、気泡含有氷２が融けてしまうのを抑制できる。
第２の実施形態では、光源２２と気泡含有氷２との間に反射ミラー２３を設けて、反射ミラー２３で反射した紫外線を気泡含有氷２に照射するようにしたが、光源２２と気泡含有氷２との間に紫外線のみを透過するフィルタを設けて、フィルタを通過した紫外線を気泡含有氷２に照射するようにしてもよい。この場合、フィルタとしては、光源２２からの光のうち１３０〜２４２ｎｍ、好ましくは１８０〜２２０ｎｍの波長の紫外線のみを透過するフィルタ（バンドパスフィルタなど）を用いるのが好ましい。
また、気泡含有氷２を透過した紫外線を反射ミラーにより反射させ、再度、気泡含有氷２に照射して、紫外線の利用効率を高めることもよい。
上記実施形態では、酸素ガスを気泡として含む気泡含有氷２に紫外線を照射する場合を説明したが、酸素ガスを含むガス（例えば、空気など）を気泡として含む気泡含有氷に紫外線を照射するようにしてもよい。
１ オゾン氷製造装置
２ 気泡含有氷
３ 光源
４ 反射板
ａ 気泡
２ 気泡含有氷
３ 光源
４ 反射板
ａ 気泡
Claims (5)
- 酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法であって、
前記氷に紫外線を照射する光源として、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザを用い、前記氷に紫外線のみを照射するようにしたことを特徴とするオゾン氷製造方法。 - 酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する方法であって、
前記氷と紫外線を含む光を出射する光源との間に、前記光源からの光のうち紫外線のみを反射する反射ミラー、あるいは前記光源からの光のうち紫外線のみを透過するフィルタを設け、前記氷に、前記反射ミラーで反射された、あるいは前記フィルタを透過した紫外線のみを照射するようにしたことを特徴とするオゾン氷製造方法。 - 前記氷に照射される紫外線の波長が１３０〜２４２ｎｍである請求項１または２記載のオゾン氷製造方法。
- 酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する装置であって、
前記氷に紫外線を照射する光源が、紫外線のみを出射する重水素ランプ、あるいは単一波長の紫外線を出射するレーザであることを特徴とするオゾン氷製造装置。 - 酸素ガスを気泡として含む氷に紫外線を照射し、氷中の酸素ガスをオゾン化してオゾン氷を製造する装置であって、
紫外線を含む光を出射する光源と、該光源からの光のうち紫外線のみを反射して前記氷に照射する反射ミラー、あるいは前記光源から出射された光のうち紫外線のみを透過して前記氷に照射するフィルタとを備えることを特徴とするオゾン氷製造装置。
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