JP2014517767A - オゾンによる傷口消毒装置およびそのリーク試験手順 - Google Patents

Abstract

本発明は、オゾンを製造する装置および方法の改良に関する。本装置は、差圧インジェクタ、差圧インジェクタを通して水性流体を循環させる手段と、プログラム可能な制御手段とを備える。オゾン発生器が酸素運搬導管を介して酸素源との接続のために備えられ、第１の弁手段が酸素運搬導管内に配置される。オゾン発生器は、オゾン運搬導管を介して差圧インジェクタに流体接続される。圧力監視手段が、オゾン発生器と第１の弁手段との間に配置され、制御手段に圧力測定値を提供する。弁手段および流体循環手段は、酸素およびオゾン運搬導管内で負圧を生成するように操作可能であり、圧力測定値が制御手段によって使用されて酸素およびオゾン運搬導管の完全性が判断される。

Description

本発明は、オゾンを生成する装置および方法の改良に関する。

オゾンは地球の大気中で発見された強力な酸化気体である。オゾンは、酸素の流れを高電圧電気放電またはＵＶランプを通過させることによって製造可能である。オゾンを水に溶かして酸化溶液を調製することが可能であり、この酸化溶液は、様々な面を処置するための殺生物剤として用いることが可能である。オゾンは、種々の方法で水に溶かすこと可能だが、最も一般的には、気泡散気装置、またはベンチュリインジェクタと呼ばれることが多い差圧インジェクタを介して水に溶かすことが可能である。差圧インジェクタは、流体がそれらを通して流れるときに、真空を作り出す。この真空の大きさは、インジェクタの流入口および流出口圧力に依存する。差圧インジェクタを使用してオゾンガスを流体に取り込み、またオゾン物質移動効率は真空に関係している。高濃度オゾン水溶液（約２０ｐｐｍ）を迅速に生成するためには、差圧インジェクタが確実にその最適物質移動効率で動作するようにすることが必要となる。

オゾン発生器には、オゾンガスに変換される酸素が供給される。酸素は、乾燥空気源あるいは缶やボンベなどの専用の酸素供給源から得ることができる。固定容量のボンベまたは缶を使用する場合、オゾン発生器へ運搬される酸素の圧力を調整しなければならない。小さい消耗型の固定容量缶では、酸素運搬時の圧力変化が連続的であるとともに高速であるため、オゾン発生器への供給には持続的な調整が必要となる。

オゾンは、職業曝露限界値０．１ｐｐｍを有する有毒ガスである。オゾン発生器は、数万ｐｐｍ単位の濃度の気体状オゾンを生成することができる。オゾン発生器によって生成されたオゾンガスが呼吸可能な大気中に漏れるのを確実に防止することが重要となる。

ベンチュリインジェクタなどの差圧インジェクタは、流体中にオゾンを取り込むための手段としてオゾン水発生システムにおいてよく利用されている。以下にいくつか例を挙げる。

特許文献１には、オゾン発生手段と、ベンチュリインジェクタと、酸素源と、流体と、ベンチュリインジェクタを通して流体を圧送する手段とを組み合わせたシステムが開示されている。インジェクタを通る流体の流れによりオゾン発生器の下流の負圧が作り出される。

特許文献２には、固定容積ボンベからオゾン発生器への酸素の供給を監視する圧力計を用いたオゾンによる食品洗浄システムが開示されている。このシステムはまたオゾン発生器の下流の圧力を制御し、ベンチュリインジェクタへのオゾンガスの供給を調整する手段を有する。このシステムは、インジェクタの物質移動効率を測定し、計算し、最適化する手段を備えていない。このシステムは、オゾン発生器上流（を通る）圧力を調整する手段を備えていない。

特許文献３には、記載最大濃度が１４ｐｐｍである「高濃度オゾン水溶液」を製造するための装置が開示されている。このシステムは、オゾン発生器への圧力を監視し制御するための手段を備えた酸素源ボンベを提示している。

特許文献４には、水の流れがベンチュリインジェクタ内の負圧を発生させるという概念が開示されている。負圧はスイッチによって検出され、オゾン発生器を駆動させるが、それによってオゾンが流水へ運搬される。

特許文献５には、オゾンガスが確実に大気に漏れ出さないようにするために負圧を活用したオゾンによる洗濯システムが開示されている。

特許文献６には、差圧インジェクタと、酸素源と、オゾン発生器の上流の酸素源からの圧力を制御するための手段とを含む、表面除染用のオゾン利用システムが開示されている。

特許文献７には、摩擦を利用して流体を加熱するための方法が開示されている。流体は閉ループ内を循環している。ただし、この発明では、オリフィスを使用することが、差圧インジェクタに対する流体の流量制御の補助にはなっていない。

特許文献８には、オリフィスを通る流体のキャビテーションを利用して流体内に高温高圧を引き起こして流体を殺菌する方法が開示されている。このオリフィスは、差圧インジェクタに関する多機能利用を提供していない。

米国特許第５，１５１，２５０号明細書 米国特許第６，０８６，８３３号明細書 米国特許第５，４３１，８６１号明細書 台湾特許出願公開第２００４２７４２８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０３０２１３９号明細書 国際公開第２００４／１０３４５２号明細書 米国特許出願公開第２００５／００６１５１２号明細書 中国特許出願公開第１５５７２３０号明細書

本発明の一つの目的は、発生する負圧の大きさを特定し、差圧インジェクタにオゾンを供給するオゾン発生器へ運搬する酸素量を制御することによって差圧インジェクタの物質移動効率を最適化することによって高濃度オゾン水溶液の迅速な生成を可能にする方法および装置を提供することである。さらなる目的は、酸素源ボンベ内の圧力変化を補償しながら、オゾンガスの大気中への放出がないことを確実にしようとすることである。

したがって、本発明は、高濃度オゾン水を生成する装置であって、差圧インジェクタと、差圧インジェクタを通して液体を循環させる手段と、プログラム可能な制御手段と、酸素運搬導管を介して酸素源に接続しているオゾン発生器と、酸素運搬導管内に位置する第１の弁手段と、オゾン運搬導管であって、このオゾン運搬導管を介してオゾン発生器が差圧インインジェクタに流体接続するオゾン運搬導管と、オゾン運搬導管内に位置する第２の弁手段と、オゾン発生器と第１の弁手段との間に位置し、制御手段に圧力測定値を提供する圧力監視手段と、を備える装置を提供し、本装置においては、弁手段および流体循環手段は、酸素運搬導管とオゾン運搬導管において負圧を生成するように操作可能であり、圧力測定値は、制御手段によって酸素運搬導管とオゾン運搬導管の完全性を判断するのに使用される。

オゾン発生器を起動する前に第１の弁手段が閉じられ第２の弁手段が開けられた状態で流体循環手段を起動したときに到達すべき最小負圧で制御手段をプログラムしてもよい。

オゾンの流体への取り込みを最大化するべく、オゾン発生器から差圧インジェクタへオゾンを運搬する最適圧設定点を決定するために所定期間において測定された最大負圧値を使用するように制御手段がプログラムされていることが望ましい。

第１の弁手段は、最適圧設定点を制御するのに使用できる電磁比例弁であるのが望ましい。

比例電磁弁は、圧力監視手段からの圧力測定値に基づく制御ループを用いて、酸素運搬ラインへの酸素の流れを調節するために使用されるのが望ましい。

本装置は、望ましくは、酸素源として固定容量容器をさらに備える。格納手段は、差圧噴射器を通して循環される流体を格納するために設けられているのが望ましい。

本発明は、さらに、高濃度オゾン水を生成する方法であって、差圧インジェクタを通して加圧された流体を流体回路において循環させることによって流体回路における負圧を生成するステップと、負圧を測定するステップと、オゾンガスの流体への取り込みを最大化するべく、オゾン発生器を介して差圧インジェクタへオゾンを運搬するための最適圧設定点を決定するために、測定された最大負圧を使用するステップと、を含む方法を提供し、本方法において、測定された負圧は流体回路における運搬ラインの完全性を判断するのに使用されるのが望ましい。

望ましくは、最適設定点は、オゾンガスの大気中への放出を防ぐために周囲圧力未満である。

電磁比例弁が、望ましくは最適圧設定点を制御するために使用される。

電磁比例弁が、望ましくは、測定圧力に基づく制御ループを用いてオゾン発生器への酸素の流れを調整するために使用される。

このように、本発明は、高濃度のオゾンガスを生成し、次いで差圧インジェクタを使用してそのガスを流体に取り込む方法という課題を解決し、その結果高濃度オゾン水溶液が得られるが、差圧インジェクタの引き込み真空は、差圧インジェクタを通して流体を押し進めるポンプ手段によって生成される圧力に依存しており、ポンプ手段が変化しやすいという問題がある。本発明は、さらに、オゾンガスが大気中に漏れないことを確実にするために、オゾンガス運搬ラインの完全性を監視しながら上述の問題を解決する。

本発明の実施により、インジェクタの上流または下流の圧力を変化させることができる流体ラインにおいて差圧インジェクタを用いて高濃度オゾン水溶液を製造することが可能になる。流体圧力の変化によって、オゾンガスから流体へ物質移動効率を変化させる、差圧インジェクタによって作られた真空が変化する。インジェクタへの吸引口／ガス注入口が完全に制限された状態で、流体は、監視および記録可能な所定の負圧を生成しながら差圧インジェクタを通って移動する。オゾンの物質移動を最大にして高濃度オゾン水溶液を可能な限り迅速に生成するために、計算アルゴリズムを使用して差圧インジェクタによって生成された負圧に基づく最適なオゾンガス送出圧力を計算する。オゾンガス送出圧力は、圧力変換器に連結された電磁比例弁によって制御される。大気に対して負圧の状態を維持するように最適オゾンガス送出圧力をさらに制御して、オゾンガスの大気への漏出が起こらないようにする。オゾンガス送出圧力の制御によって、少量の固定量酸素源をオゾン発生器の供給源として使用することが可能になる。固定容量ボンベ内の圧力は時間とともに減少するため、電磁比例弁は、オゾンの物質移動の最適圧力で酸素分配ラインを維持するように調整する。

本発明の好適な実施形態の概略図である。 多機能オリフィスを組み込んだ本発明の別の実施形態の概略図である。

例示した添付の図面を参照して本発明の一実施形態を以下に説明する。

本開示は、ある特定の市販の差圧インジェクタに基づいている。したがって、記載されたすべてのタイミングおよび値は、このインジェクタの使用に関する。しかし、本発明の原理は、このインジェクタの使用に限定されるものではなく、より大きいまたはより小さい差圧インジェクタに適用することができる。

図１は、高濃度オゾン水流体を生成するために使用することができる装置１０の一構成を示す図である。望ましくは精製水である適した流体源が接触タンク１１内に収容され、流体がポンプ１２によって導管１４を介して接触タンク１１から引き出される。流体は、差圧インジェクタ１３を通って導かれ、導管１５を介して接触タンク１１に戻る。

弁１６は、インジェクタ１３の吸引口とオゾン発生器１８とを接続する導管１７内に配置されている。オゾン発生器１８は、オープンフロー構造を有し、導管１９によって比例制御弁２０に連結されている。圧力変換器２１は、オゾン発生器１８と比例制御弁２０との間の導管１９内に配置されている。酸素缶２２は、比例制御弁２０の反対側の導管１９の端部に接続されている。

使用時には、比例制御弁２０が閉じられ、弁１６が開かれると、導管１７、１９で負圧が生成される。

バルブ１６が開かれると、カウントダウンタイマーが起動するが、カウントダウンは１０秒程度の短時間である。タイマー周期によって、インジェクタ１３と比例弁２０の間の導管１７、１９において一貫性のある負圧の形成が可能になる。負圧は、圧力変換器２１によって監視され、カウントダウンタイマーが終了すると、コントローラが安定化された値を記録する。

また、コントローラは、到達しなければならない最小負圧値を用いてプログラムされる。最小値が達成できないと、プロセスが中断して、さらに／あるいは、アラームまたは警告がオペレータに与えられる。最小負圧値により、導管１７、１９の漏れが確実になくなる。漏れが存在する場合には、実質的な負圧を生成することができず、空気が引き込まれて、オゾンガスの漏れが防止される。

安定化された負圧値は、インジェクタ１３を通る流体の流れによって生成された最大または「デッドヘッド（最大可能）」負圧と、これに対応する酸素ガスライン圧であって、オゾンガスの最適な物質移動／取り込みを生成してそれにより所定時間内で最高オゾン水濃度を生成するために必要となる酸素ガスライン圧と、を関連付ける計算において、コントローラによって使用される。

計算によって、インジェクタ１３によって生成され安定化された負圧に必要な最適な酸素ガスライン圧が決定される。次に、酸素ガスが酸素缶２２から出るのを可能にするべく比例制御弁２０が開けられる。

比例制御弁２０は、圧力変換器２１からのフィードバックに基づく制御ループを用いて算出された最適ガスライン圧を達成するようにコントローラによって制御される。酸素ライン圧が最適点で安定すると、オゾン発生器１８がオンに切り替えられ、オゾン発生器１８を通って流れる酸素ガスからオゾンを生成する。オゾンガスは、インジェクタ１３によって流体中に取り込まれる。

酸素ガスが酸素缶２２から出るため、缶２２内の圧力は減少し、酸素ライン内の圧力が変化する。最適酸素ライン圧設定点を維持するために、圧力変化は圧力変換器２１によって監視され、比例制御弁２０はコントローラによって調節される。

コントローラが式を用いて最適酸素ライン圧設定点を決定した時点で、計算された数字に基づいて高圧および低圧アラーム設定点が設定される。例えば、計算された最適設定点が８００ミリバール（絶対）だった場合、高レベル圧力アラームは８１０ミリバールで、低レベル圧力アラームは７９０ミリバールとなる。万一、酸素ライン内の圧力がこれらの値の外に移動した場合には、本システムは操作および／またはアラームを中断する。これらのアラーム設定点によって、本システムは、酸素／オゾンガス分配ライン内またはオゾン発生器内のあらゆる漏れや、または差圧インジェクタ１３への水流内での不具合を検出することが可能になる。

オゾン処理フェーズが完了すると、オゾン発生器１８がオフにされ、比例制御弁２０と弁１６が閉じられ、ポンプ１２がオフになる。

図１は、接触タンク１１の流体ループを使用した本発明の望ましい実施形態を示している。この実施形態は、高濃度の溶液を生成することができるため望ましい。しかしながら、本発明は、ライン上（ｏｎ−ｌｉｎｅ）のシステムにも適用可能である。このようなシステムでは、導管１４、１５は、原料流体供給源とオゾン処理された流体を使用するシステムとにそれぞれ接続されている。

水道水の圧力などにおいて生じる圧力スパイクまたはディップに起因したり、あるいはポンプ電圧変化に起因したりする圧力変動を最小化または除去するために、差圧インジェクタの上流にフロー平滑化装置として機能するオリフィスを配置することが可能である。インジェクタへの流れを平滑化することにより、真空圧力の変動が低減され、酸素ライン比例制御弁によって加えられる必要のある変化が最小化される。オリフィスは、また、本システム内の流体を所定温度に加熱するために使用することができる。差圧インジェクタへのガス注入口を閉じた状態で、流体がオリフィスを通って移動する。

図２は、多機能オリフィス２３および温度監視装置２４を備えた、拡大された図１の装置１０を示す。オリフィス２３は、差圧インジェクタ１３への流体の流れを平滑化することにより、ポンプ１２の性能の変化の影響を最小限にするように機能する。このようなポンプ性能のばらつきは、電圧供給源の変化または機械的摩耗によって生じることがある。オゾン水濃度を注意深く制御しなければならないような用途、あるいは、オゾン水が塗布される面が温度感受性を有するような用途においては、温度監視手段２４が流体の温度を測定する。温度が所要のオゾン処理前温度未満である場合には、ポンプ１２をオンにして、流体はオリフィス２３を通って移動し、そこで摩擦によって加熱される。バルブ１６が閉じられ、流体はインジェクタ１３を通過して、ここではさらにより小さい温度変化が流体に対して与えられる。流体はタンク１１に戻り、温度監視装置２４が所定温度の達成を検知するまでループを再循環し続ける。

流れを制限し平滑にするオリフィスの使用により、再循環する流体の非電気加熱が生じる。

オリフィスプレートの多機能的使用は、インジェクタ上流のあらゆる圧力変動の影響を最小限に抑えるとともに非電気の摩擦による流体加熱手段としても機能する。流体の加熱は生成されたオゾン水の濃度を制御するのに有益になりうる。水中のオゾンの溶解度は温度に依存し、したがって、流体温度を制御することでオゾン水濃度の制御が改善される。液体を加熱すると、最大可能オゾン水濃度が減少する。しかし、人間の皮膚などの表面にとって過度に冷たい殺生物性溶液は悪影響があるため、流体を加熱する必要がある。

Claims (12)

1. 高濃度オゾン水を生成する装置であって、
   差圧インジェクタと、
   前記差圧インジェクタを通して液体を循環させる手段と、
   プログラム可能な制御手段と、
   酸素運搬導管を介して酸素源に接続しているオゾン発生器と、
   前記酸素運搬導管内に位置する第１の弁手段と、
   オゾン運搬導管であって、このオゾン運搬導管を介して前記オゾン発生器が前記差圧インインジェクタに流体接続するオゾン運搬導管と、
   前記オゾン運搬導管内に位置する第２の弁手段と、
   前記オゾン発生器と前記第１の弁手段との間に位置し、前記制御手段に圧力測定値を提供する圧力監視手段と、を備え
   前記弁手段および前記流体循環手段は、前記酸素運搬導管と前記オゾン運搬導管において負圧を生成するように操作可能であり、
   前記制御手段は、前記両方の導管に確実に漏れがないようにするために、前記圧力測定値が到達しなければならない最小負圧を用いてプログラムされることを特徴とする装置。
2. 前記オゾン発生器を起動する前に、前記第１の弁手段が閉じられ前記第２の弁手段が開けられた状態で前記流体循環手段を起動したときに、前記圧力測定値が前記最小負圧に到達しなければならないことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. オゾンの前記流体への取り込みを最大化するべく、前記オゾン発生器から前記差圧インジェクタへオゾンを運搬する最適圧設定点を決定するために、所定期間において測定された最大負圧値を使用するように前記制御手段がプログラムされていることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
4. 前記第１の弁手段が電磁比例弁であることを特徴とする、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記制御手段は、前記電磁比例弁を調節して前記最適圧設定点を制御するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記制御手段は、前記電磁比例弁を調節して、前記圧力監視手段からの圧力測定結果に基づく制御ループを使用して前記酸素運搬ライン内へ酸素の流れを調整するようにプログラムされていることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
7. 前記酸素源として固定容量容器をさらに備える、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記差圧インジェクタを通して循環する流体を格納する格納手段をさらに備える、前述の請求項のいずれか１項に記載の装置。
9. 高濃度オゾン水を生成する方法であって、
   加圧された流体を、流体回路内の差圧インジェクタを通して加圧された流体を前記流体回路において循環させることによって前記流体回路における負圧を生成するステップと、
   前記負圧を測定するステップと、
   オゾンガスの前記流体への取り込みを最大化するべく、オゾン発生器を介して前記差圧インジェクタへオゾンを運搬するための最適圧設定点を決定するために、測定された最大負圧を使用するステップと、を含み、
   前記測定された負圧は、運搬ラインからの漏れがないことを確実にするために最小負圧に到達しなければならないことを特徴とする、方法。
10. 前記最適圧力設定点は、オゾンガスの大気中への放出を防ぐために周囲圧力未満であることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 電磁比例弁を使用して前記最適圧力設定点を制御すること特徴とする、請求項９または請求項１０に記載の方法。
12. 電磁比例弁を使用して、前記測定圧力に基づく制御ループを用いて前記オゾン発生器への酸素の流れを調整することを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
    

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