JP2013094711A - オゾン液生成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 循環型オゾン液生成装置において、分離されたオゾンガスの湿度を下げるため、除湿器などの特別な機構を必要とせず、高効率でオゾンを発生させることが出来るオゾン液生成装置を提供する。
【解決手段】 オゾンガスを発生するオゾン発生器と、前記オゾンガスと液体を混合する気液混合器と、導入される気液混合液を気液分離する貯液槽と、オゾン発生器と気液混合器と貯液槽との間に気体を循環させる循環経路を備えるオゾン液発生装置であって、前記オゾン発生器のオゾン発生電極は、金属体円柱シャフトと誘電体の中空管とを同心円状に配置して構成された電極であることを特徴とする。
【選択図】図２
【解決手段】 オゾンガスを発生するオゾン発生器と、前記オゾンガスと液体を混合する気液混合器と、導入される気液混合液を気液分離する貯液槽と、オゾン発生器と気液混合器と貯液槽との間に気体を循環させる循環経路を備えるオゾン液発生装置であって、前記オゾン発生器のオゾン発生電極は、金属体円柱シャフトと誘電体の中空管とを同心円状に配置して構成された電極であることを特徴とする。
【選択図】図２
Description
本発明は、オゾン液を生成するオゾン液生成装置に関するものである。
従来、オゾン液生成装置は、オゾン発生器と気液混合器を備え、オゾン発生器で発生させたオゾンガスを水などの液体と混合させ、オゾン液を生成している。オゾン液生成装置には、大きく分けて非循環型と循環型がある。非循環型オゾン液生成装置は、オゾン発生器で発生させたオゾンガスを水などの液体と混合させ、オゾン液を生成するとともに、水などの液体に溶け込めずに残ったオゾンガスは、一旦保存槽などの密閉容器内部にストックされ、ガス分解してから外部に排出されるか、あるいはオゾンフィルタなどを通じて人体に影響がない程度のオゾン濃度にしてから外部に排出される。
一方、特許文献１に示されるような循環型のオゾン液生成装置は、オゾン液を生成した際に、水などの液体に溶け込めずに残ったオゾンガスを回収して、再度オゾン発生器に送り、この排オゾンガスを用いてさらに濃度の高いオゾンガスを生成する方式である。オゾン発生器で発生させた大部分のオゾンガスは、水に対して溶解しきれないため、非循環型オゾン液生成装置では、オゾン液生成の効率が悪かった点を、循環型とすることで、オゾンガスの利用効率を高めることが出来る。
図５は、特許文献１に示されたオゾン液生成装置５００の全体構成を示すブロック図である。オゾン発生器５０１と気液混合器５０２と気体と液体に気液分離する機能を有する密封タンク５０３と、密封タンク５０３とオゾン発生器５０１とを接続するガス返送路５０４とを備え、密封タンク５０３によって分離されたオゾンガスを、ガス返送路５０４を介して除湿器５０５を経由して、オゾン発生器５０１に供給する。このため、排ガスに含まれる未溶解のオゾンガスを再利用することが可能である。
また、一定時間、オゾン水の生成を続けると、気体が水に溶解してオゾン水生成装置の外部へ導出されるため、密封タンク５０３内の気体の体積が減少してしまう。そこで、密閉タンク５０３内の気体の減少量を検知できるレベルスイッチと、酸素ボンベからオゾン発生器５０１へ酸素の供給を制御する制御回路を設け、酸素の補充を行うことで、安定したオゾン水の生成を継続させている。
しかしながら、密封タンク５０３内で分離され、再利用のためにオゾンガス発生器に循環されるオゾンガスは、ガスの湿度が高く、オゾンガス発生器５０１の電極に水滴が付着することがある。この水滴の付着により、オゾンガス発生器５０１の電極の放電効率が低下するのを防ぐために、上記特許文献１に示されたオゾン液生成装置においては、図５に示すような除湿器５０５を設けているが、装置の構造が複雑になるとともに、コスト高となる。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、循環型オゾン液（＝オゾン水）生成装置において、分離されたオゾンガスの湿度を下げるための除湿器などの特別な機構を必要とせず、高効率でオゾンを発生させることが出来るオゾン液生成装置を提供することにある。
本発明に係るオゾン液発生装置は、オゾンガスを発生するオゾン発生手段と、前記オゾンガスと液体を混合し、オゾン液を生成する気液混合手段と、前記オゾン液を気液分離する貯液槽と、オゾン発生手段と気液混合手段と貯液槽との間に気体を循環させる循環経路を備えるオゾン液生成装置であって、前記オゾン発生手段のオゾン発生電極は、金属体円柱シャフトと誘電体の中空管とを同心円状に配置して構成された電極であることを特徴とする。
また、前記オゾン液生成装置は、除湿手段を有さないことを特徴としてもよい。また、前記金属体円柱シャフトは、その表面に耐オゾン性及び／または耐食性のコーティングを施していることを特徴としてもよい。また、前記コーティングに用いられる材料は、ガラス、酸化膜、フッ素のいずれかであることを特徴としてもよい。
本発明によれば、循環型オゾン液生成装置において、分離されたオゾンガスの湿度を下げるため、除湿器などの特別な機構を必要とせず、高効率でオゾンを発生させることが可能となる。
以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
図１は、本実施形態に係るオゾン液生成装置１００の概略図である。オゾン液生成装置１００には、オゾンガスを発生するオゾン発生器１０１と、液体とオゾンガスを混合する気液混合部１０２と、貯液槽１０３の気体導出口１１３から導出する気体の流動を制御する開閉制御手段１０４と、液体を貯液する貯液槽１０３とオゾン液生成装置１００の外部から気体を導入する気体導入手段１０５、そして、これら装置間に気体または液体を循環させるために、経路ａ、ｂ、ｃとからなる循環経路Ａが設けられている。
オゾン発生器１０１は、空気または酸素などの気体を導入する経路ａと接続された導入口１０６と、金属などの電極により形成され、導入された空気や酸素を材料にオゾンガスを発生するオゾン発生電極２と、オゾンガスを導出する導出口１０７を備えている。導入口１０６より導入された酸素または空気に含まれる酸素の一部などからオゾンガスが生成され、導出口１０７から導出される。オゾン発生電極２については後に詳述する。
気液混合部１０２は、オゾン液生成装置１００の外部から水などの液体を導入する導入口１０８と、経路ｂに接続され、オゾンガスや空気などの気体を導入する導入口１０９と、経路ｃと接続され、気体と液体を混合した気液混合体を導出する導出口１１０とを備えている。導入口１０８から導入された水などの液体は、導入口１０９から導入された空気やオゾンガスなどの気体と混合され、導出口１１０からオゾン液などの気液混合体として導出される。
ここで、気液混合体とは、液体に気体が溶解した液体、または、液体に気体が気泡として含まれた液体を示し、オゾン液とは、液体にオゾンガスが溶け込んだオゾン溶液または、液体にオゾンガスが気泡として混合されるオゾンバブル液が含まれる。また、オゾンガスが混合される液体は、水や農耕用の溶媒として利用される栽培養液や医療用の溶媒として利用される溶液などである。
貯液槽１０３は液体や気体が貯蔵できる密封可能な容器などからなる。経路ｃに接続され液体を導入する導入口１１１と、オゾン液生成装置１００の外部へ水やオゾン液などの液体を導出する排水口１１２と、経路ａに接続され、空気やオゾンガスなどの気体を導出する気体導出口１１３とを備える。
導入口１１１より導入された液体は、貯液槽１０３の下層に貯液され、上層に空気やオゾンガスなどの気体が貯蔵される。このように貯液槽１０３は、気体と液体を分離することが可能であり、気液分離手段としての役割を担う。ここで、密封可能な容器とは物理的に密封された空間ではなく、気体が液体により閉じ込められた空間をもつ容器が含まれる。容器内に気体を封止することができれば、常時、排水口１１２から水が導出されていても密封状態として表現する。貯液槽１０３の形状は、円筒や多角柱や多角錐や円錐形状などの一般的な形状に形成させてよい。
例えば、貯液槽１０３は、オゾン液を貯液槽１０３の導入口１１１から導入する場合、オゾン液に気泡として含まれていたオゾンガスや空気などの気体が幾分か分離され、貯液槽１０３の上層に貯蔵され、貯液槽１０３の下層に液体にオゾンガスが溶解したオゾン液が貯液される。また、気体導出口１１３は、貯液槽１０３に設けられた排水口１１２の位置より、重力方向に対して高い位置に設けられ、貯液槽１０３に貯液された液体の貯液量に応じて、開閉制御する開閉制御手段１０４が備えられている。気液分離されたオゾンガスは経路ａを通じて排出される。
開閉制御手段１０４は、一般的にタンクなどの貯液量が一定範囲に保つように自動的に調整する水位調整手段として役割を担い、貯液量が一定量より少ないときに弁が開状態となり、一定量を超えるときに弁が閉状態へと切り換わるように設計されている。このため、開閉制御手段１０４は、貯液槽１０３に貯液された貯液量が一定量を超えると気体導出口１１３が開状態から閉状態へ切り換わり、気体導出口１１３から気体が流出することを防ぎ、一定量を超える貯液槽１０３の貯液を防止する。
例えば、気液混合部１０２から液体を導入口１１１に導入し、時間の経過に伴い、徐々に貯液槽１０３に貯液される貯液量が増加する場合も、貯液槽１０３の貯液量を一定の範囲に調整することが可能であるため、気体導出口１１３から液体が溢れだすことを防止できる。なお、貯液槽１０３の形状は、円筒や多角柱や多角錐や円錐形状などの一般的な形状に形成させてよい。また、貯液槽１０３の大きさは設計に応じて、適宜、調整することが可能であり、配管の一部を広げて貯液槽を形成させても構わない。なお、図１の開閉制御手段１０４は貯液槽１０３の内部に設けられているが、循環経路Ａの気体導出口１１３と気体導入手段１０５との間の経路ａに配置されていても構わない。
循環経路Ａはホースやパイプなどからなる配管系から形成され、オゾン発生器１０１の導出口１０７と気液混合部１０２の導入口１０９との間を接続する経路ｂと、気液混合部１０２の導出口１１０と貯液槽１０３の導入口１１１との間を接続する経路ｃと、貯液槽１０３の気体導出口１１３とオゾン発生器１０１の導入口１０６との間を接続する経路ａから構成されている。経路ａは、その途中に開設して設けられた開設口１１４を備え、オゾン液生成装置１００の外部から内部への気体の導入を制御する気体導入手段１０５と接続されている。
気体導入手段１０５は、第１の逆止弁１１５が設けられた経路ｄにより構成され、経路ｄの一方は、経路ａの経路の途中に開設して設けられた開設口１１４と連通して接続され、もう一方は大気または酸素や空気を貯蔵したガスボンベなどと連通した外部口１１６が形成されている。ここで、逆止弁とは、気体や液体などの流体が流動する配管などに取り付けられ、流体がある方向から逆方向への流れを止めるための制御弁である。逆止弁が設けられた配管は流体を一方向にのみ流動させることが可能となる。このため、第１の逆止弁１１５が設けられた経路ｄは、外部口１１６から経路ｂへの一方向にのみ気体を流動させるため、循環経路から外部への気体の解放を防止する。
なお、気体導入手段１０５は、オゾン液生成装置１００の外部から内部へ気体の導入が可能な手段であればよく、開設口１１４に配管を介さず、逆止弁を備えた構成としても構わない。また、逆止弁の代わりにオゾン液生成器１００への導入を制御可能な開閉バルブや電子的に制御が可能な電磁バルブ等により構成してもよい。
また、配管ｄにはオゾンガスを還元する機能を有するオゾンフィルタ１１７を設けてもよい。オゾンフィルタ１１７はフィルタを通るオゾンガスを分解することが可能なため、万が一、第１の逆止弁１１５がオゾンガスに腐食されて破損した場合にも、オゾン液生成装置１００の内部のオゾンガスが外部空間に漏れ出すのを防ぎ、外部口１１６から気体を安全に開放することができる。なお、オゾンフィルタ１１７はオゾン分解触媒を格子状に構成した紙やアルミニウム付着させたものなど一般的なオゾンフィルタを配置する。
また、経路ａは貯液槽１０３の気体導出口１１３と開設口１１４との間に第２の逆止弁１１８を設けてもよい。第２の逆止弁１１８は、気体導出口１１３から開設口１１４へ向かって気体が流動するように設けられているため、外部口１１６から導入される気体が経路ａを介して貯液槽１０３の気体導出口１１３から侵入することを防止する。
図２は、本実施形態に係るオゾン発生電極２の概略図である。図２（ａ）は、オゾン発生電極２の長手方向の断面図と、これを電源に接続した図である。また、図２（ｂ）は、オゾン発性電極２を長手方向に垂直に切った断面図である。オゾン発生電極２は、オゾン発生器１０１に設けられ、内部電極管である金属体円柱シャフト２１と、外部電極管である誘電体中空管２３より構成される。金属体円柱シャフト２１の端面にはねじ止め用のタップが設けられ、このタップに導線２６の片方の端部を繋着し、導線２６のもう一方の端部を電源２７と接続している。あるいは、半田付けで金属体円柱シャフト２１と導線２７を直に接続する方法でも構わない。また、誘電体中空管２３と導線２６は、導線２６の片方の端部に板金状の部品を取り付け、これを誘電体中空管２３に掛着し、導線２６のもう一方の端部を電源２７と接続している。あるいは、半田付けで誘電体中空管２３と導線２７を直に接続する方法でも構わない。
金属体円柱シャフト２１は、円筒管形状であり、ＳＵＳ、アルミニウム、チタン、タングステン、あるいはこれらの合金により構成される。金属体円柱シャフト２１の外側表面には、耐オゾン性、耐食性のガラス、酸化膜、フッ素などにより保護膜２２が施されている。表面にこのようなコーティングを施すことにより、オゾンガスや水分による劣化を防ぐことが出来、オゾン発生電極２の長期使用が可能となる。
誘電体中空管２３は、金属体円柱シャフト２１の外周側にスペーサ（図示せず）によって形成される放電空間２４を介して平行に設置される内部が空洞の管状部材であり、ガラス、セラミック、マイカなどより構成される。誘電体中空管２２の外側表面には、ＳＵＳ、アルミニウム、チタン、タングステン、あるいはこれらの合金により皮膜２５が形成されている。
このように構成されたオゾン発生電極２では、金属体円柱シャフト２１と誘電体中空管２３との間の放電空間２４に酸素、あるいは空気などの原料ガスを供給し、両電極間に電源２７によって交流電圧（例えば、周波数７０００Ｈｚ、ピーク電圧１１ｋＶの高周波電圧）を印加すると放電空間２４に無声放電が発生し、オゾンガスが生成されることになる。放電空間２４は、表面に凹凸の無い金属体円柱シャフト２１と誘電体中空管２３の間に形成された断面略ドーナツ形状の空間であり、原料ガスが留まることなく、スムーズに流れる風路となっている。オゾン発生電極２をこのような形状とすることで、水分を多く含んだ湿度の高い気体が通過しても水滴を生じることが少なく、電極による放電を阻害されることがない。このため、従来必要であった除湿機構が不要となり、装置の簡素化、小型化を実現することが出来る。
以下、本発明に係るオゾン液生成装置１００を用いて、実際にオゾン液を生成する過程で、オゾンガスを循環させ、オゾン発生電極２を用いたオゾン発生器１０１より発生するオゾンガスの濃度を測定した。ここでは、乾燥気体でのオゾン濃度Ｘに対する高湿気体でのオゾン濃度Ｙの減少率を下記の式（１）にて算出した。
オゾン濃度の減少率＝（Ｘ−Ｙ）÷Ｘ ・・・式（１）
ここで、図３に示すように、比較例としてオゾン発生電極３ａ、３ｂを用いて、上記と同じ方法でオゾンガスを循環させ、オゾンガスの濃度を測定した。図３（ａ）に示すオゾン発生電極３ａは、内側電極管として金属体コイル３１を用いた以外はオゾン発生電極２と同じである。また、図３（ｂ）に示すオゾン発生電極３ｂは、対向電極方式であり、面状電極３２上に誘電体３３が積層され、誘電体３３の上面に線状電極３４が設けられている沿面放電式のオゾン発生電極である。
ここで、図３に示すように、比較例としてオゾン発生電極３ａ、３ｂを用いて、上記と同じ方法でオゾンガスを循環させ、オゾンガスの濃度を測定した。図３（ａ）に示すオゾン発生電極３ａは、内側電極管として金属体コイル３１を用いた以外はオゾン発生電極２と同じである。また、図３（ｂ）に示すオゾン発生電極３ｂは、対向電極方式であり、面状電極３２上に誘電体３３が積層され、誘電体３３の上面に線状電極３４が設けられている沿面放電式のオゾン発生電極である。
図４は、それぞれのオゾンガス濃度を測定し、上記式（１）にもとづいてオゾンガスの減少率を算出した結果である。本発明に係るオゾン発生電極２を用いた（イ）の構成では、空気の湿度による影響がまったく無かった。また、内側電極管に金属コイル３１を用いた（ロ）の構成では、７パーセントのオゾン濃度の減少が見られた。さらに、線状電極３４と面状電極３２を用いた（ハ）の構成では、２４パーセントのオゾン濃度の減少が見られた。
本発明に係るオゾン発生電極２を用いた（イ）の構成では、金属体円柱シャフト２１と誘電体中空管２３との間の放電空間２４は、その内壁に凹凸が無いため、原料ガスの通る風路に水滴がつきにくく、湿度の影響をほとんど受けなかった。（ロ）の構成においては、内部電極管である金属コイル３１は、表面積が多く形状が複雑なため、その表面を空気が通過する際に水滴を生じやすい。また、（ハ）の構成においては、線状電極と面状電極の境界部分の段差に水滴が生じやすい。このため、電極による放電が水分により阻害されやすいと考えられる。
この結果、金属体円柱シャフトと誘電体中空管を用いたオゾン発生電極２が湿度の高い気体に対してもオゾン濃度を低下させること無く、オゾンガスを発生させることが出来ることがわかった。このため、本発明に係るオゾン発生電極２を用いれば、循環型のオゾン液生成装置において、除湿機構を設ける必要がなく、装置の簡素化、小型化を実現することが出来る。
本発明に係るオゾン液生成装置は、従来からオゾン液の利用されている分野に用いられる循環型オゾン液生成装置に有効に利用することが出来る。
２ オゾン発生電極
２１ 金属体円柱シャフト
２２ 保護膜
２３ 誘電体中空管
２４ 放電空間
２５ 皮膜
２６ 導線
２７ 電源
１００ オゾン液生成装置
１０１ オゾン発生器
１０２ 気液混合部
１０３ 貯液槽
１０４ 開閉制御手段
１０５ 気体導入手段
１０６、１０８、１０９、１１１ 導入口
１０７、１１０ 導出口
１１２ 排水口
１１３ 気体導出口
１１４ 開設口
１１５ 第１の逆止弁
１１６ 外部口
１１７ オゾンフィルタ
１１８ 第２の逆止弁
２１ 金属体円柱シャフト
２２ 保護膜
２３ 誘電体中空管
２４ 放電空間
２５ 皮膜
２６ 導線
２７ 電源
１００ オゾン液生成装置
１０１ オゾン発生器
１０２ 気液混合部
１０３ 貯液槽
１０４ 開閉制御手段
１０５ 気体導入手段
１０６、１０８、１０９、１１１ 導入口
１０７、１１０ 導出口
１１２ 排水口
１１３ 気体導出口
１１４ 開設口
１１５ 第１の逆止弁
１１６ 外部口
１１７ オゾンフィルタ
１１８ 第２の逆止弁
Claims (4)
- オゾンガスを発生するオゾン発生手段と、
前記オゾンガスと液体を混合し、オゾン液を生成する気液混合手段と、
前記オゾン液を気液分離する貯液槽と、
オゾン発生手段と気液混合手段と貯液槽との間に気体を循環させる循環経路を備えるオゾン液生成装置であって、
前記オゾン発生手段のオゾン発生電極は、金属体円柱シャフトと誘電体の中空管とを同心円状に配置して構成された電極であることを特徴とするオゾン液生成装置。 - 前記オゾン液生成装置は、除湿手段を有さないことを特徴とする請求項１記載のオゾン液生成装置。
- 前記金属体円柱シャフトは、その表面に耐オゾン性及び／または耐食性のコーティングを施していることを特徴とする請求項１または請求項２記載のオゾン液生成装置。
- 前記コーティングに用いられる材料は、ガラス、酸化膜、フッ素のいずれかであることを特徴とする請求項３記載のオゾン液生成装置。
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