JP2013136017A - オゾン液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オゾン液生成装置において、オゾン液生成装置停止後、オゾン液排水の際のオゾン液タンク内の水位の低下によるオゾンガスの漏洩を防止するオゾン液生成装置を実現する。
【解決手段】 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気液分離手段と、前記気液分離手段の貯液量に応じて前記気液分離手段の気体導出口から導出する気体の流動を制御する開閉制御手段と、逆止弁を有し、外部からオゾン液生成装置に気体を導入する気体導入手段を備えたオゾン液生成装置において、前記逆止弁には、開弁圧が設定されており、前記開弁圧は、前記気液分離手段における排水口からオゾンガスが漏洩しない水位から排水口の水位までの水頭差以上であることを特徴とする。
【選択図】図１

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。

図５は特許文献１に示された非循環型のオゾン水生成器５００の概略図である。オゾン水生成器５００は、オゾン発生手段５０１で発生させたオゾンガスを水などの液体をオゾン混合溶解手段５０２と混合させ、オゾン水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、一旦オゾン水タンク５０３にストックされ、処理装置５０４に送られて、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。

図６は、該文献に示されたオゾン水生成器５００のオゾン水タンク５０３の断面図である。オゾン水タンク５０３は内部がセパレータ６０で上室６１と下室６２に分割され、セパレータ６０は、中央を下方に向かって円筒状に膨出させるとともに周面にスリット６３を形成した気液分離筒６４を有し、下室６２の上部にはオゾン混合水の流入口６５を下室６２の下部にはオゾン水排出口６６を配置し、上室６１の天井には余剰のオゾンガスを排出する排気口６７を設け、該排気口６７の下方には排気口６７を開閉する開閉機構６８が配置され、気液分離筒６４の内側にはオゾン水の水位の変動に対応して上昇、下降するフロート６９を配置し、上記開閉機構６８は上記フロート６９の上昇、下降に連動して上記排気口６７を開閉する。

一方、特許文献２に示されるような循環型のオゾン水生成装置は、オゾン水を生成した際に、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７は、特許文献１に示されたオゾン水生成装置７００の全体構成を示すブロック図である。オゾン水生成装置７００は、オゾン発生器７０１と気液混合器７０２と気体と液体に気液分離する機能を有する密封タンク７０３と、密封タンク７０３とオゾン発生器７０１とを接続するガス返送路７０４とを備え、密封タンク７０３によって分離されたオゾンガスを、ガス返送路７０４を介して除湿器７０５を経由して、オゾン発生器７０１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。

特開２００２−５２３０１号公報（平成１４年２月１９日公開） 特開平２−２０７８９２号公報（平成２年８月１７日公開）

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に示されるオゾン水生成器、及びオゾン水生成装置は、装置を停止した場合、オゾン発生器および気液混合器の動作が停止し、生成されたオゾン水の外部への排水のみが行われるため、オゾン水タンク内のオゾン水の水位が下がり続け、オゾン水の排水とともにオゾンガスも外部に排出されてしまう可能性があった。すなわち、有害なオゾンガスが何も処理されないまま外部に漏洩するという課題があった。

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、オゾン液（＝オゾン水）生成装置において、オゾン液生成装置停止後、オゾン液排水の際のオゾン液タンク内の水位の低下によるオゾンガスの漏洩を防止するオゾン液生成装置を提供するものである。

本発明に係るオゾン液生成装置は、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気液分離手段と、前記気液分離手段の貯液量に応じて前記気液分離手段の気体導出口から導出する気体の流動を制御する開閉制御手段と、逆止弁を有し、外部からオゾン液生成装置に気体を導入する気体導入手段を備えたオゾン液生成装置において、前記逆止弁には、開弁圧が設定されており、前記開弁圧は、前記気液分離手段における排水口からオゾンガスが漏洩しない水位から排水口の水位までの水頭差以上であることを特徴とする。

また、前記開弁圧が、前記開閉制御手段の動作水位からオゾン液生成装置の排水口の水位までの水頭差以上であることを特徴としてもよい。

また、前記オゾン液生成装置は、前記オゾン液の水位を検知する検知手段と、前記検知手段により検知された水位に基づいて前記逆止弁の開弁圧を制御する開弁圧制御手段を備えることを特徴とする。

また、前記オゾン液生成装置は、前記オゾン発生器と前記気液混合手段と前記気液分離手段との間に気体を循環させる循環経路を備えていてもよい。

本発明のオゾン液生成装置によれば、オゾン液生成装置停止後、オゾン液排水の際のオゾン液タンク内の水位の低下によるオゾンガスの漏洩を防止するオゾン液生成装置を実現することが可能となる。

実施形態に係るオゾン液生成装置の概略図である。 フロート弁を備えた貯液槽を示す図である 実施形態に係る逆止弁の一例を示した断面図である。 実施形態に係るオゾン液生成装置の概略図である。 従来技術におけるオゾン水生成器の概略図である。 従来技術におけるオゾン水生成器のオゾン水タンクの概略断面図である。 従来技術におけるオゾン水生成装置の概略図である。

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。

＜実施形態１＞
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。本実施形態では、循環型のオゾン液生成装置を例に挙げて説明するが、非循環型のオゾン液生成装置についても、適用が可能である。

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、液体とオゾンガスを混合する気液混合部１０２、液体を貯液する貯液槽１０３、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１０４、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。ここで、オゾン発生器１０１は、導入される空気や酸素などの気体からオゾンガスを生成する構成であれば、一般的なオゾン発生器を用いることが可能である。

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、気液分離手段である貯液槽１０３で、気体と液体に分離される。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。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。

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、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。

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１０４と接続されている。

気体導入手段１０４は、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経路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、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１０４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、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を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。

次に、貯液槽１０３に備えられた開閉制御手段としてのフロート弁について説明する。図２は、フロート弁１０５を備えた貯液槽１０３を示す図である。貯液槽１０３には、貯液槽１０３の液面に応じて気体導出口１１３の開閉制御が可能なフロート弁１０５が備えられている。ここでフロート弁とは、液体より比重の小さい物質からなる物体や中空の物体などが液体に浮く浮力を利用し、液体に浮かべた物体を上下させることで開閉状態を切り替える弁のことである。一般的にタンクなどに貯液された液体の液面を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の役割を担う。

フロート弁１０５は、フロート１０５１とフロートガイド１０５２とフロート栓１０５３から形成される。フロート１０５１は、貯液槽１０３に貯液された液体に浮かべられ、液面の高さに応じて上下し、液面の上昇に応じて上昇し、液面の下降に応じて下降する。フロート栓１０５３は、気体導出口１１３と接触し、流路を塞ぐ栓としての役割を果たす。

フロートガイド１０５２は、棒線状や平板状などに形成され、一端が貯液槽１０３の内壁に接続され、もう一端がフロート１０５１と接続されている。また、フロートガイド１０５２は、貯液槽１０３の内壁との接続点とフロート１０５１との接続点との間の接続間の一部または全面にフロート栓１０５３が設けられ、貯液槽１０３に貯液された液面の上昇に応じて、フロート１０５１が上昇し、フロート栓１０５３が気体導出口１１３を閉塞するように設けられている。

このため、貯液槽１０３に貯液された液体の水位が一定の水位より低いときは、気体導出口１１３は開状態となり、気体導出口１１３から気体が導出され、図１に示す循環経路Ａを気体が循環する。貯液槽１０３に液体が貯液され、一定の水位以上になったときは、気体導出口１１３はフロート栓１０５３により塞がれ、閉状態となり、図１に示す経路ａの気体の循環は止まり、外部口１１６から原料となる気体を吸い込み、経路ｄから経路ｂへ気体が導入される。このように、フロート弁１０５は、貯液槽１０３に貯液された液面が一定の高さを超えると気体導出口１１３を開状態から閉状態へと切り換えるため、気体導出口１１３から一定量を超える気体または液体の流出を防止するとともに、貯液槽１０３の気体量を一定の範囲内に制御することで、貯液水位を一定の範囲に保っている。

図３は、本実施形態に係る逆止弁１１５の一例を示した断面図である。逆止弁１１５は、気体導入手段１０４を構成する経路ｄに設けられる。逆止弁１１５は、例えば、円筒部１１５１、コイル１１５２、ボール１１５３よりなり、外部口１１６と連通する導入部１１５４、経路ａの経路の途中に設けられた開設口１１４と連通する導出部１１５５が設けられている。ボール１１５３は、図において矢印Ｘで示すコイル１１５２のバネ力により、導入部１１５４を塞いだ状態で設置されている。なお、逆止弁１１５は、図に示したようなコイルを用いたもの以外にゴム膜を用いたダイヤフラムなども使用可能である。

逆止弁１１５が設けられた経路は、流体を一方向にのみ流動させることが可能となる。外部口１１６から逆止弁１１５側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。オゾン液生成装置１００がオゾン液生成として稼働している間は、気体は図１で示す循環経路Ａに示された矢印方向に循環し、逆止弁１１５の働きで経路ａから経路ｄへ気体が流動することはない。逆止弁１１５には、ボール１１５３の下面が上向きに受ける力として、開弁圧Ｙが設定されている。貯液槽１０３の水位が上がり、フロート栓１０５３が気体導出口１１３を塞いだときは、開弁圧Ｙ以上の下向きの吸引圧が逆止弁１１５にかかり、外部口１１６から原料となる気体を吸い込むため、逆止弁１１５が開く。一方、貯液槽１０３の水位が下がると、フロート栓１０５３が気体導出口１１３を解放した状態となり、排水口１１２からの排水の力で逆止弁１１５に下向きの力がかかる。この下向きの力は、排水口１１２にかかる水頭差により決定される。開弁圧Ｙが水頭差より大きい場合は、逆止弁１１５は開かず閉じたままであるが、開弁圧Ｙが水頭差より小さい場合は、逆止弁１１５は開いてしまう。

図４は、オゾン液生成装置１００がオゾン液生成を停止した場合について、気体の流れを示したものである。導入口１０８からの液体の導入、オゾン発生器１０１によるオゾンガスの発生がすべて停止し、排水口１１２から水が流出する。その際、排水口１１２に存在する水による水頭差が発生する。ここで、開弁圧Ｙが水頭差より小さい場合、下向きの力が働き、逆止弁１１５が開く。このため、外部口１１６から外気が導入され、貯液槽１０３内に流入し、貯水槽１０３内の水位が下がり、貯液槽１０３内、及び循環経路Ａに残されたオゾンガスが図中点線矢印で示す方向に流動し、排水口１１２の方向に引き込まれ、結果としてオゾンガスが排水口から流出してしまうことが考えられる。

ここで、逆止弁１１５の開弁圧Ｙを貯液槽１０３におけるオゾン液の水位から、実際の排水口Ｑまでの水頭差以上の圧力と設定すると、水頭差との差分が上向きに働くため、外部口１１６から気体が経路ａに向かって侵入することがなく、水位が下がるのを停止することが可能となる。これにより、オゾン液と共にオゾンガスが外部に漏洩するのを防ぐことができる。

さらに好ましくは、開弁圧Ｙは、フロート弁１０５の動作水位Ｐからオゾン液生成装置の実際の排水口Ｑまでの水頭差Ｗ以上であることが望ましい。ここでフロート弁１０５の動作水位とは、貯液槽１０３の貯液量の変化に伴い、フロート栓１０５３が気体導出口１１３を塞ぎ始める、あるいは栓を開け始める水位のことである。水頭差は、フロート弁１０５が動作水位Ｐにあるときがもっとも大きくなり、この水頭差Ｗ以上の開弁圧とすることで、排水口１１２からオゾン液が流れ出すのを止めることができるので、水位を高い位置で保つことができ、オゾン液と共にオゾンガスが外部に漏洩するのを確実に防ぐことができる。

具体的には、図４におけるＰ−Ｑ間高さＷが５０ｃｍとした場合には、生じる水頭差は５ｋＰａであるため、使用する逆止弁１１５の開弁圧として５ｋＰａ以上のものを設定すればよい。

開弁圧の設定方法としては、図３に示すような逆止弁１１５の場合は、コイル１１５２のつぶし量（圧縮量）を調整する、コイル太さや材質を変更して違う強さのものにするなどの方法がある。また、ゴム膜を用いたダイヤフラムの場合は、弁圧の違うものに変更する。このような開弁圧の設定は人的に行ってもよいし、水頭差をセンサ（図示せず）などで感知し、それに応じて開弁圧を機械的に制御する方法でもかまわない。

このように、逆止弁の開弁圧を水頭差に基づき設定することにより、オゾン液生成装置において、オゾン液生成装置停止後、オゾン液排水の際の貯液槽内の水位の低下によるオゾンガスの漏洩を防止するオゾン液生成装置の実現が可能となる。

本発明に係るオゾン液生成装置は、従来からオゾン液が利用される分野に用いられるオゾン液生成装置に有効に利用することが出来る。

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 気体導入手段
１０５ フロート弁
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 逆止弁
１１６ 外部口
１１７ オゾンフィルタ
１０５１ フロート
１０５２ フロートガイド
１０５３ フロート栓
１１５１ 円筒部
１１５２ コイル
１１５３ ボール
１１５４ 導入部
１１５５ 導出部

Claims (4)

1. 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気液分離手段と、
   前記気液分離手段の貯液量に応じて前記気液分離手段の気体導出口から導出する気体の流動を制御する開閉制御手段と、
   逆止弁を有し、外部からオゾン液生成装置に気体を導入する気体導入手段を備えたオゾン液生成装置において、
   前記逆止弁には、開弁圧が設定されており、
   前記開弁圧は、前記気液分離手段における排水口からオゾンガスが漏洩しない水位から排水口の水位までの水頭差以上であることを特徴とするオゾン液生成装置。
2. 前記開弁圧が、前記開閉制御手段の動作水位からオゾン液生成装置の排水口の水位までの水頭差以上であることを特徴とする請求項１記載のオゾン液生成装置。
3. 前記オゾン液生成装置は、前記オゾン液の水位を検知する検知手段と、
   前記検知手段により検知された水位に基づいて前記逆止弁の開弁圧を制御する開弁圧制御手段を備え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。
4. 前記オゾン液生成装置は、前記オゾン発生器と前記気液混合手段と前記気液分離手段との間に気体を循環させる循環経路を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のオゾン液生成装置。