JP2019055402A - オゾン水生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価にオゾン水を生成することのできるオゾン水生成方法を提供する。【解決手段】まず、液相を０．０７ＭＰａ以上かつ０．３ＭＰａ以下に加圧してバブル生成ノズル３０１に供給することにより、液相に含まれる溶存酸素ガスから、気泡径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下の酸素キャビテーションバブルを生成する。次に、液相にＵＶランプ１０５から波長１８５ｎｍの紫外線を照射するとともに、液相を螺旋反射体１０１で混合する。これにより、酸素キャビテーションバブルからオゾンマイクロバブルが生成され、さらに、オゾンマイクロバブルが収縮し、液相に溶解して、オゾン水が生成される。【選択図】図１

Description

本発明はオゾン水生成方法に関するものである。

例えば特開２０００−２４８３９２号公報（特許文献１）には、電解ガス発生装置の陽極室の出口に気液分離フィルターを設け、気液分離フィルターにより気体と液体を分離するとともに、オゾンガス中に含まれる同伴水を除去する技術が記載されている。

また、特開２０１２−００１８０６号公報（特許文献２）には、例えば導電基体にステンレス鋼のＳＵＳ４３０を用い、絶縁被膜にステンレス鋼に固有な不動態被膜を用いることにより、オゾンなどの酸化物質が生成できる技術が記載されている。

特開２０００−２４８３９２号公報 特開２０１２−００１８０６号公報

従来、オゾン水を生成する際には、酸素ガスの供給が必要であり、さらに、オゾン発生器およびガス溶解器も必要となる。このため、オゾン水生成装置の価格が高くなり、これに伴い、生成されるオゾン水の価格が高くなるという課題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、まず、液相を０．０７ＭＰａ以上かつ０．３ＭＰａ以下に加圧してバブル生成ノズルに供給することにより、液相に含まれる溶存酸素ガスを析出させて、気泡径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下の酸素キャビテーションバブルを生成する。次に、酸素キャビテーションバブルを含む液相に波長１８５ｎｍの紫外線を照射して、酸素キャビテーションバブルからオゾンマイクロバブルを生成し、さらに、オゾンマイクロバブルをその収縮により液相に溶解させて、オゾン水を生成する。

一実施の形態によれば、安価にオゾン水を生成することができる。

実施の形態によるオゾン水生成装置を模式的に示す構造図である。 実施の形態によるオゾン水生成装置に備わる螺旋反射体およびＵＶ（ultraviolet）ランプを示す斜視図である。 実施の形態によるバブル生成ノズルを用いて生成された酸素キャビテーションバブルの相対粒子量と粒子径との関係を示すグラフ図である。 実施の形態による液相中の溶存オゾン濃度と液相の循環時間との関係を示すグラフ図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。

また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
（実施の形態）
《オゾン水生成装置》

本実施の形態によるオゾン水生成装置について、図１および図２を用いて説明する。図１は、本実施の形態によるオゾン水生成装置を模式的に示す構造図である。図２は、本実施の形態によるオゾン水生成装置に備わる螺旋反射体およびＵＶランプを示す斜視図である。

オゾン水生成装置ＯＧＭは、ＵＶ発生装置ＵＶＭ、螺旋反射体１０１、液相供給装置ＬＳＭ、バブル生成装置ＢＧＭおよび収納容器２０１により構成される。
１．ＵＶ発生装置

図１に示すように、ＵＶ発生装置ＵＶＭは、ＵＶランプ１０５を備えており、ＵＶランプ１０５は合成石英管１０４に収納されている。ＵＶランプ１０５から波長１８５ｎｍの紫外線が照射される。ＵＶランプ１０５は、例えばアマルガムランプの２３０Ｖ仕様であり、波長１８５ｎｍの紫外線を照射することができる。電圧１００Ｖを昇圧した２３０ＶがＵＶランプ１０５の安定器に供給される。ＵＶランプ１０５へ印加される電圧は、例えばＵＶ電源６０１から配線で供給される。合成石英管１０４は、ＵＶランプ１０５からの波長１８５ｎｍの紫外線を通過させることができる。
２．螺旋反射体

図１および図２に示すように、螺旋反射体１０１は、２重螺旋状に形成された右螺旋状体と左螺旋状体とから構成される。右螺旋状体と左螺旋状体とは、接合面を９０度ずらして接合されている。また、螺旋反射体１０１の外周は、筒状の筒状体１０２により覆われており、螺旋反射体１０１の上側（液相が排出される側）および下側（液相が供給される側）はそれぞれ、円板状の円板状体１０３により覆われている。

すなわち、螺旋反射体１０１は、筒状体１０２、筒状体１０２の上側（液相が排出される側）に設けられた円板状体１０３、筒状体１０２の上側と対向する筒状体１０２の下側（液相が供給される側）に設けられた円板状体１０３、および合成石英管１０４によって囲まれているとも言える。なお、本実施の形態では、円板状体１０３を筒状体１０２の上側および下側にそれぞれ１つ設けたが、これに限定されるものではない。

螺旋反射体１０１は、ステンレス製であり、反射率を高めるための鏡面処理が施されている。螺旋反射体１０１の板厚は、例えば０．３ｍｍ以上かつ２ｍｍ以下である。螺旋反射体１０１は、金属製であることが望ましいが、これに限定されるものではない。

円板状体１０３の中心部には、丸穴が開口しており、丸穴にＵＶ発生装置ＵＶＭ（ＵＶランプ１０５が収納された合成石英管１０４）が挿入されている。そして、ＵＶ発生装置ＵＶＭの周囲に螺旋反射体１０１が設けられている。

さらに、ＵＶ発生装置ＵＶＭおよび螺旋反射体１０１は、樹脂および金属からなる収納容器２０１に収納されて、水封されている。

螺旋反射体１０１は、前述したように、２重螺旋状に形成された右螺旋状体と左螺旋状体とから構成され、右螺旋状体と左螺旋状体とは接合面を９０度ずらして接合されている。これにより、螺旋反射体１０１に液相を供給すると、右螺旋状体と左螺旋状体との接合面において液相は２分割に分流されるが、すぐに合流し、さらに、合流した液相は２分割に分流されて流れ方向が変換されるので、液相は十分に混合されるとともに、紫外線に接触することができる。
３．液相供給装置

図１に示すように、液相供給装置ＬＳＭは、例えばポンプ４０１から構成される。このポンプ４０１を用いて、貯留槽５０１に蓄えられた液相は加圧されて、バブル生成装置ＢＧＭへ供給される。液相は、例えば０．０７ＭＰａ以上かつ０．３ＭＰａ以下で加圧される。ポンプ４０１は、自給式であることが望ましいが、これに限定されるものではない。
４．バブル生成装置

図１に示すように、バブル生成装置ＢＧＭは、例えばバブル生成ノズル３０１から構成される。このバブル生成ノズル３０１は、ポンプ４０１の液相の吐出側であって、収納容器２０１の液入口２０２に配置される。例えば０．０７ＭＰａ以上かつ０．３ＭＰａ以下に加圧された液相をバブル生成ノズル３０１へ供給する。これにより、キャビテーション現象（空洞現象）を利用して液相に含まれる溶存酸素ガスが析出して、気泡径が、例えば１μｍ以上かつ１００μｍ以下の酸素キャビテーションバブルが生成される。酸素キャビテーションバブルの気泡径は、１μｍ以上かつ１００μｍ以下が適切な範囲と考えられる（他の条件によってはこの範囲に限定されないことはもとよりである）。また、好適な範囲としては１μｍ以上かつ５０μｍ以下が考えられるが、さらに５μｍ以上かつ４０μｍ以下の範囲が最も好適であると考えられる。
５．収納容器

図１に示すように、収納容器２０１は、螺旋反射体１０１およびＵＶ発生装置ＵＶＭを収納し、これらを水封する。収納容器２０１は、樹脂および金属からなり、筒状体１０２の下側（螺旋反射体１０１の下側）に液入口２０２が設けられ、筒状体１０２の上側（螺旋反射体１０１の上側）に液出口２０３が設けられている。貯留槽５０１に蓄えられた液相が液入口２０２から収納容器２０１内へ供給され、収納容器２０１内の液相が液出口２０３から排出される。

収納容器２０１とＵＶ発生装置ＵＶＭとの間には、螺旋反射体１０１が設けられているので、収納容器２０１の内面には直接紫外線は照射され難い。収納容器２０１の材質は、特に限定されるものではない。
《オゾン水生成方法》

本実施の形態によるオゾン水生成方法を図１、図３および図４を用いて説明する。図３は、本実施の形態によるバブル生成ノズルを用いて生成された酸素キャビテーションバブルの相対粒子量と粒子径との関係を示すグラフ図である。図４は、本実施の形態による液相中の溶存オゾン濃度と液相の循環時間との関係を示すグラフ図である。

図１に示すように、本実施の形態によるオゾン水生成方法では、ＵＶ発生装置ＵＶＭ、螺旋反射体１０１およびバブル生成装置ＢＧＭが収納された収納容器２０１へ、貯留槽５０１に蓄えられた液相を供給する。これにより、液相に含まれる溶存酸素ガスから酸素キャビテーションバブルが生成され、さらに、その酸素キャビテーションバブルを含む液相に紫外線が照射されて、オゾンマイクロバブルが生成され、そのオゾンマイクロバブルが収縮して、液相に溶解することでオゾン水が生成される。

具体的には、貯留槽５０１に蓄えられている液相は、ポンプ４０１で吸い込まれ、加圧されて、収納容器２０１の液入口２０２に配置されたバブル生成装置ＢＧＭ、例えばバブル生成ノズル３０１へ供給される。バブル生成ノズル３０１において、キャビテーション現象を利用して、液相に含まれる溶存酸素ガスから、気泡径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下の酸素キャビテーションバブルが生成される。続いて、酸素キャビテーションバブルを含む液相は、紫外線が照射されるとともに、螺旋反射体１０１で混合される。これにより、酸素キャビテーションバブルからオゾンマイクロバブルが生成される。さらに、オゾンマイクロバブルが収縮して、液相に溶解することによりオゾン水が生成される。その後、オゾン水となった液相は、収納容器２０１の液出口２０３から排出される。

図３は、本実施の形態によるバブル生成ノズルを用いて生成された酸素キャビテーションバブルの粒子径の分布を示している。

バブル生成ノズル３０１において生成された酸素キャビテーションバブルの気泡径は、ミクロン（μｍ）オーダであり、その大多数は１μｍ以上かつ１００μｍ以下の範囲に含まれる。一実施例によれば、図３に示すように、バブル生成ノズル３０１において生成された酸素キャビテーションバブルの気泡径は、１０μｍ以上かつ１００μｍ以下程度となり、気泡径の平均値は、約３３μｍとなった。

ところで、気泡径が５０μｍよりも大きいオゾンマイクロバブルは収縮しにくい。このため、気泡径が５０μｍよりも大きいオゾンマイクロバブルの多くは液相に溶解しにくく、収納容器２０１の流出口２０３からそのまま排出されてしまう。これに対して、気泡径が５０μｍ以下のオゾンマイクロバブルは収縮しやすい。このため、気泡径が５０μｍ以下のオゾンマイクロバブルの多くが液相に溶解して、オゾン水が生成される。従って、オゾン水の生成には、気泡径が５０μｍ以下のオゾンマイクロバブル、すなわち、気泡径が５０μｍ以下の酸素キャビテーションバブルが好ましい。

一実施例によれば、図３に示すように、全体の酸素キャビテーションバブルの粒子量に対する、気泡径が５０μｍ以下の酸素キャビテーションバブルの粒子量は約８３％となった。この場合、約８３％の酸素キャビテーションバブルは、紫外線の照射によりオゾンマイクロバブルとなり、収縮して、液相に溶解するので、オゾン水の生成に寄与することになる。一方、残りの約１７％の酸素キャビテーションバブルは、紫外線の照射によりオゾンマイクロバブルとなっても収縮せず、そのまま大気へ放出されるので、オゾン水の生成には寄与しないことになる。

なお、酸素バブルの気泡径が１μｍよりも小さい酸素バブル、所謂ナノバブル（ウルトラファインバブルとも言う）は、微小であるにもかかわらず気泡が安定して液相に溶解せず、半年から１年間も液相に残存することがある。このため、オゾンナノバブルよりもマイクロバブルを用いてオゾン水を生成することが好ましい。

以上のことから、酸素キャビテーションバブルの気泡径は、１μｍ以上かつ１００μｍ以下が適切な範囲と考えられるが、好適な範囲としては１μｍ以上かつ５０μｍ以下が考えられ、さらに最も好適な範囲としては５μｍ以上かつ４０μｍ以下が考えられる。

図４は、本実施の形態によるオゾン水生成方法を用いて、循環により貯留槽に蓄えられた液相の溶存オゾン濃度の時間変化を示している。図１に示すように、収納容器２０１の液出口２０３から排出された液相は、貯留槽５０１へ排出され、さらに、貯留槽５０１に蓄えられた液相が液入口２０２から収納容器２０１内に供給されてオゾン水を生成する。すなわち、貯留槽５０１に蓄えられた液相がオゾン水生成装置ＯＧＭ内を循環している。ＵＶランプ１０５の照射強度は１５０μＷ／ｃｍ^２である。液相の循環流量は６リットル／分である。

図４に示すように、液相の循環を始めて６分後に、液相の溶存オゾン濃度は０．２２ｍｇ／Ｌとなった。

なお、本実施の形態で使用したＵＶランプ１０５は、アマルガムランプの２３０Ｖ仕様であり、波長２５４ｎｍの紫外線および波長１８５ｎｍの紫外線を同時に照射することができる。

アマルガムランプの２３０Ｖ仕様のＵＶランプ１０５は、２５．５Ｗにおいて、波長１８５ｎｍの紫外線が５．５Ｗで約２２％、波長２５４ｎｍの紫外線が２０Ｗで約７８％である。オゾン生成には波長１８５ｎｍの紫外線が有効であり、波長１８５ｎｍの紫外線の占有率が高いほど、オゾン生成能力は向上する。

このように、本実施の形態によるオゾン水生成方法によれば、バブル生成装置ＢＧＭ、例えばバブル生成ノズル３０１を用いて生成させた、気泡径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下の酸素キャビテーションバブルを含む液相に、波長１８５ｎｍの紫外線を照射する。これによって、酸素キャビテーションバブルからオゾンマイクロバブルが生成され、オゾンマイクロバブルが収縮し、液相に溶解することによって、オゾン水が生成される。従って、酸素ガスの供給、オゾン発生器およびガス溶解器を用いることなく、液相（海水および水）からオゾン水を生成することができるので、安価にオゾン水を生成することができる。

本実施の形態によるオゾン水生成方法は、例えば養殖および水耕栽培の殺菌に適用することができる。特に、本実施の形態によるオゾン水生成方法を養殖の殺菌に適用した場合は、酸素ガスの供給、オゾン発生器およびガス溶解器を用いることなく、海水および水に溶存した酸素ガスをオゾン水の生成に利用することができるので、養殖の殺菌装置の価格を安くすることができる。また、オゾン濃度の低いオゾン水を利用することができるので、養殖魚などへの悪影響が少なく、さらに大気へのオゾンガスの放出がほとんどなく安全である。また、ナノ領域の気泡径のオゾンキャビティーションバブルを連続して介在させることによって、養殖魚などの成長促進が期待できる。

さらに、本実施の形態によるオゾン水生成方法は、例えば食品産業、水産業および医薬品などの液相中に溶存酸素があるオゾン処理あるいは液状食品の溶存酸素を利用したオゾン殺菌などに適用することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１０１ 螺旋反射体
１０２ 筒状体
１０３ 円板状体
１０４ 合成石英管
１０５ ＵＶランプ
２０１ 収納容器
２０２ 液入口
２０３ 液出口
３０１ バブル生成ノズル
４０１ ポンプ
５０１ 貯留槽
６０１ ＵＶ電源
ＢＧＭ バブル生成装置
ＬＳＭ 液相供給装置
ＯＧＭ オゾン水生成装置
ＵＶＭ ＵＶ発生装置

Claims (5)

1. （ａ）加圧された液相が、バブル生成装置を介して収納容器へ供給されて、前記液相に含まれる溶存酸素ガスから、気泡径が１μｍ以上かつ１００μｍ以下の酸素キャビテーションバブルが前記収納容器内に生成される工程、
   （ｂ）前記（ａ）工程の後、前記収納容器内で、前記酸素キャビテーションバブルを含む液相に波長１８５ｎｍの紫外線が照射されて、前記酸素キャビテーションバブルからオゾンマイクロバブルが生成される工程、
   （ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記オゾンマイクロバブルが収縮し、液相に溶解して、オゾン水が生成される工程、
   を有する、オゾン水生成方法。
2. 請求項１記載のオゾン水生成方法において、
   前記酸素キャビテーションバブルの気泡径は、１μｍ以上かつ５０μｍ以下である、オゾン水生成方法。
3. 請求項１記載のオゾン水生成方法において、
   前記酸素キャビテーションバブルの気泡径は、５μｍ以上かつ４０μｍ以下である、オゾン水生成方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン水生成方法において、
   前記（ａ）工程では、前記液相は、０．０７ＭＰａ以上かつ０．３ＭＰａ以下に加圧されて前記バブル生成装置へ供給されることにより、前記酸素キャビテーションバブルが生成される、オゾン水生成方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のオゾン水生成方法において、
   前記（ｂ）工程では、前記酸素キャビテーションバブルを含む液相を螺旋反射体で混合しながら、前記酸素キャビテーションバブルを含む液相に前記紫外線が照射され、
   前記螺旋反射体は、右螺旋状体と左螺旋状体とから構成され、前記右螺旋状体と前記左螺旋状体との接合面は９０度ずれて接合されている、オゾン水生成方法。