JP2020157292A

JP2020157292A - オゾン水噴出装置

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Publication number: JP2020157292A
Application number: JP2020039832A
Authority: JP
Inventors: 哲也阿野; Tetsuya Ano
Original assignee: Hakuto Co Ltd
Current assignee: Hakuto Co Ltd
Priority date: 2019-03-22
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2020-10-01
Anticipated expiration: 2040-03-09
Also published as: JP7023305B2

Abstract

【課題】高濃度のオゾン水を製造でき、製造したオゾン水を十分に噴出可能なオゾン水噴出装置を提供する。【解決手段】オゾン水噴出装置であって、原料水を収容する容器２１と、前記原料水を電気分解して、オゾン水を生成する電気分解ユニット２２と、前記オゾン水を噴出する噴出ノズル２６と、前記オゾン水を前記噴出ノズルに輸送する送液ポンプ２５と、前記送液ポンプと前記噴出ノズルとの間の流路に設けられ、前記オゾン水が充満することなく流通する内部空間４１を有する気液混合部４０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、オゾン水噴出装置に関する。

現在、工業用、民生用などの幅広い分野において、除菌、殺菌及び消臭対策のニーズが高まっている。このような状況下において、オゾン水は、食品を取扱う現場や医療現場において、塩素系材料と同等以上の除菌及び殺菌効果を有し、人体に対する安全性が高く、環境に対する負荷が低いため、注目されている。

例えば、特許文献１には、オゾン発生源から発生したオゾンガスを水道水に溶解してオゾン水を製造する、オゾン水製造装置が開示されている。特許文献１に開示されている装置には、オゾンガスの水道水への溶解を促進する簡易ミキサが設けられている。簡易ミキサは、ビーズ状の粒子が充填された通路管である。通路管に充填された粒子の隙間を水道水とオゾンガスが流れることにより、水道水とオゾンガスとの接触面積が拡大し、接触時間も長くなる。これにより、水道水へのオゾンガスの溶解量が向上する。

また、特許文献２には電池で駆動する、持ち運び可能な小型のオゾン水スプレーが開示されている。ハンディで小型のオゾン水スプレーは、医療現場やクリーンルーム等での素材、器具、手指の除菌、殺菌用の利用が期待されている。

特開２００４−２２３４４１号公報特開２００６−３４６２０３号公報

しかし、本発明者の試験結果によれば、特許文献２のオゾン水スプレーでは、オゾンは液中に充分に溶存することはなく、大部分はオゾンガスの状態で噴射されることが分かった。このため、使用目的であるオゾン水の生成効率が低く、高濃度のオゾン水を噴射できない。また、オゾンガスは日本国内では産業衛生学会において許容濃度０．１ｐｐｍ、米国ではＦＤＡ（アメリカ合衆国食料医薬品局）において許容濃度０．０５ｐｐｍの基準が設けられており、低濃度での濃度管理が必要である。このため、オゾンガスの噴出が多い場合、人体に対する安全性が懸念される。

また、特許文献１で提案されている簡易ミキサは、圧力損失が大きいため、オゾン水を十分に噴出できなくなる虞がある。それ故、このような簡易ミキサを小型のオゾン水スプレーに用いるには、ハイパワーの送液ポンプが必要となる。

本発明は、上記課題を解決するものであり、内部にオゾンを発生する機能を備え、十分なオゾンが溶存したオゾン水を容易に噴出できるオゾン水噴出装置（オゾン水スプレー）を提供することを目的とする。

本発明の態様に従えば、オゾン水噴出装置であって、原料水を収容する容器と、前記原料水を電気分解して、オゾン水を生成する電気分解ユニットと、前記オゾン水を噴出する噴出ノズルと、前記オゾン水を前記噴出ノズルに輸送する送液ポンプと、前記送液ポンプと前記噴出ノズルとの間の流路に設けられ、前記オゾン水が充満することなく流通する内部空間を有する気液混合部と、を有するオゾン水噴出装置が提供される。

前記内部空間には、前記送液ポンプから前記オゾン水が流入する流入口と、前記噴出ノズルに向かって前記オゾン水が流出する流出口とが形成され、前記内部空間の頂部が、前記流入口の頂部よりも上方にあってもよい。前記流入口における、前記流入口の底部から前記内部空間の頂部までの高さ（Ｈ）の、前記流入口の底部から前記流入口の頂部までの高さ（ｈ）に対する比率（Ｈ／ｈ）が、１．１〜４．０であってもよい。前記流路の延在方向における、前記内部空間の長さの最大値（Ｄ）の、前記流入口の底部から前記流入口の頂部までの高さ（ｈ）に対する比率（Ｄ／ｈ）が、０．１〜３．０であってもよい。前記流入口における、前記流入口の底部から前記内部空間の頂部までの高さ（Ｈ）の、前記流路の延在方向における、前記内部空間の長さの最大値（Ｄ）に対する比率（Ｈ／Ｄ）が、０．３〜４０であってもよい。前記内部空間が、前記流路に直交する方向延びる略円柱状の形状であってもよい。

前記オゾン水噴出装置は、その内部に、前記流路に直交して下方に延びる分岐流路を有する分岐部と、前記分岐流路に設けられ、前記流路内の圧力が所定圧力以上になると開放され、所定圧力未満となると閉塞される圧力開放弁と、を更に有し、前記分岐流路と前記内部空間が連通していてもよい。前記気液混合部と前記分岐部が一体に成形されていてもよい。前記オゾン水噴出装置は、前記圧力開放弁と前記容器とを連結する回収流路を更に有し、前記オゾン水が、前記圧力開放弁から前記回収流路を介して前記容器に回収されてもよい。また、前記噴出ノズルが、前記オゾン水を噴霧可能であってもよい。

本発明のオゾン水噴出装置は、内部にオゾンを発生する機能を備え、十分なオゾンが溶存したオゾン水を容易に噴出できる。

図１は、実施形態のオゾン水噴出装置の概略図である。図２は、実施形態のオゾン水噴出装置が備える、気液混合部及び圧力開放弁の概略断面図である。図３は、実施形態のオゾン水噴出装置の気液混合部をオゾン水が流通する様子を示す模式図である。図４は、実施形態のオゾン水噴出装置の別の例の概略図である。

［オゾン水噴出装置の構成］
本実施形態のオゾン水噴出装置（オゾン水スプレー）１００は、図１に示すように、原料水を収容する容器（略円筒形状のボトル）２１と、原料水を電気分解して、オゾン水を生成する電気分解ユニット２２と、オゾン水を噴出する噴出ノズル２６と、オゾン水を噴出ノズル２６に輸送する送液ポンプ２５と、送液ポンプ２５と噴出ノズル２６との間の流路３５ａに設けられた気液混合部４０とから、主に構成される。本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、ハンディタイプの小型装置であり、噴出ノズル２６が取り付けられたスプレー筐体２４内に、噴出ノズル２６以外の上記構成物が収容されている。

スプレー筐体２４は、略円筒形状で内部に容器２１が収容される収容部２４Ａと、収容部２４Ａの上方に設けられ、収容部２４Ａよりも縮径されている把持部２４Ｂと、把持部２４Ｂの上方に設けられ、噴出ノズル２６が取り付けられたヘッド部２４Ｃを有する。使用者は、把持部２４Ｂを握ることにより、容易に手でオゾン水噴出装置１００を把持して使用できる。送液ポンプ２５及び気液混合部４０は、ヘッド部２４Ｃ内に収容されている。噴出ノズル２６と送液ポンプ２５とは、内部に流路３５ａが形成された接続配管３４により連結され、流路３５ａの途中に気液混合部４０が設けられている。電気分解ユニット２２と、送液ポンプ２５とは、内部に流路３５ｂが形成された接続配管３４により連結されている。

図１において、オゾン水噴出装置１００は、水平面９０（鉛直方向に対して垂直な面）に載置されているものとする。図１に、鉛直方向と平行な上下方向を矢印で示す。本願明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、オゾン水噴出装置１００を水平面に載置したときの、鉛直方向と平行な上下方向における「上方」及び「下方」を意味する。噴出ノズル２６、送液ポンプ２５及び気液混合部４０は、容器２１に対して上方に配置され、容器２１は、噴出ノズル２６、送液ポンプ２５及び気液混合部４０に対して、下方に配置される。また、オゾン水噴出装置１００において、電気分解ユニット２２で生成したオゾン水は、電気分解ユニット２２から噴出ノズル２６へ向かって流れる。したがって、電気分解ユニット２２から噴出ノズル２６までの間のある地点において、電気分解ユニット２２側を「上流」、噴出ノズル２６側を「下流」と記載する場合がある。

容器２１は、原料水を収容する容器であり、スプレー筐体２４に固定された容器でもよいし、着脱が可能なカートリッジ式の容器であってもよい。カートリッジ式の容器は、スプレー筐体２４から取り外して原料水を注水した後、取り付けて使用できるため、便利であり好ましい。容器２１は、樹脂、金属、ガラス、セラミック等、様々な材質のものを用いることができ、特に限定はされないが、持ち運びの観点からは、より軽量な樹脂性が好ましい。

本実施形態では、容器２１として、以下に説明するカートリッジ式の樹脂製の容器を用いる。容器２１は、上端に縮径された開口部２１ａが設けられており、開口部２１ａは蓋２１ｂによってネジ構造により開閉可能とされている。蓋２１ｂはパッキン３９に挿入することによって、スプレー筐体２４の収容部２４Ａ内部に容器２１と共に固定される。また、容器２１の底は底蓋２７によって覆われており、これによってスプレー筐体２４内に収められている。底蓋２７は図示しないロック機構によって開閉可能とされている。

電気分解ユニット２２は、容器２１内に収容される原料水を電気分解して、オゾンと電解液を発生させる機構であれば特に限定されず、汎用のものを用いることができる。

本実施形態では、以下に説明する電気分解ユニット２２を用いる。本実施形態の電気分解ユニット２２は、最下端に原料水を取り入れる吸水口２８を有する略円筒形状の細長いユニットカバー２２ａと、その内部に収容される電解モジュール３０と、ユニットカバー２２ａ内において吸水口２８と電解モジュール３０との間に配置される逆止弁２９とを有する。電解モジュール３０は、原料水を電気分解するときに、酸素ガス及びオゾンガスが発生する陽極（不図示）と、水素ガスが発生する陰極（不図示）を有する。電解モジュール３０は、更に、陰極と陽極との間にイオン交換膜から成る隔膜（不図示）を設けてもよい。隔膜を設けることで、陰極、陽極で生成した物質が、反対の電極で消費されることを防止すると共に、電気伝導率が低い純水等を原料水として用いた場合でも、電解を速やかに進行させることができる。電気分解ユニット２２において、発生したオゾンの一部は電解液に溶解して、オゾン水が生成する。そして、オゾン水とオゾンガス等とを含む気液混合物が、電気分解ユニット２２の下流に流出する。電解モジュール３０としては、例えば、デノラ・ペルメレック（株）社製のスパイラル電極等、市販の電解モジュールを用いてもよい。

電気分解ユニット２２は、容器２１の蓋２１ｂに脱着可能に取り付けられる。電気分解ユニット２２の、吸水口２８が形成されている下端は、容器２１内に配置され、上端は蓋２１ｂから上方に突出する。また、電気分解ユニット２２は、スプレー筐体２４に設置されたリチウムイオン電池３１に回路基板３２を介して接続されている。回路基板３２は、リチウムイオン電池３１から電気分解ユニット２２へ印可される電圧を制御する。電気分解ユニット２２への電圧印加のＯＮ-ＯＦＦは、スプレー筐体２４の把持部２４Ｂに取り付けられた電源スイッチ３３によって切り替えられる。

噴出ノズル２６は、オゾン水を噴出可能なノズルであれば、特に限定されず、汎用のものを用いることができる。噴出ノズルは、ストレート水流を噴出するノズルであってもよいし、霧（ミスト）を噴霧するノズルであってもよいし、これらを切り替えられるノズルであってもよい。また、噴出ノズル２６の接液部の材質はオゾンに不活性な材料であれば、金属、セラミックス、樹脂等、特に限定はされない。

送液ポンプ２５は、オゾン水を噴出ノズルに送液可能な送液ポンプであれば、特に限定されず、汎用のものを用いることができる。送液ポンプの種類は、オゾン水を安定して連続的に噴出するために、無脈動ポンプが好ましい。また、送液ポンプ２５の接液部の材質は、オゾンに不活性な材料であれば金属、セラミックス、樹脂等、特に限定はされない。

流路３５ａ及び３５ｂを形成する材料は、オゾンに不活性な材料であれば、金属、セラミックス、樹脂等、特に限定はされない。

気液混合部４０は、送液ポンプ２５と噴出ノズル２６との間の、第１方向に延びる流路３５ａに設けられ、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を促進する。オゾンガスの溶解及び分散が促進されるメカニズムについては後述する。図２に示すように、気液混合部４０は内部空間４１を有する。本実施形態において、内部空間４１は、流路３５ａに直交する方向（図２に矢印で示す、第１方向に直交する第２方向）に延びる略円柱状の形状である。内部空間４１には、送液ポンプ２５からオゾン水が流入する流入口４２と、噴出ノズル２６に向かってオゾン水が流出する流出口４３とが形成されている。オゾン水を噴出ノズル２６から噴出するとき、オゾン水は、流入口４２から流出口４３に向って、即ち、図２及び図３において右から左に向って内部空間４１内を流通する。図３にオゾン水の流通方向を矢印で示す。内部空間４１の頂部４１ａは、流入口４２の頂部４２ａよりも上方にあり（高く）、これにより、内部空間上部４１ｂを創出している。即ち、内部空間４１は、流入口の頂部４２ａよりも上方にある空間（内部空間上部）４１ｂと、流入口の頂部４２ａよりも下方にあり、流入口４２と同じ高さの空間（流路空間）４１ｃとを有する。図３に示すように、オゾン水５０は、内部空間４１、特に、内部空間上部４１ｂを充満することなく内部空間４１内を流通できる。内部空間４１の上方には、オゾンガス８０が分離し、オゾンガス８０とオゾン水５０との気液界面５０ａが形成される。尚、流入口４２と流出口４３の大きさは同一であってもよいし、異なってもよい。本実施形態では、流出口４３を流入口４２より小さくする。流出口４３及びそれに続く噴出ノズル２６までの流路３５ａを細くすることで、噴出ノズル２６へ送られるオゾン水の圧力が高まり、効率的に噴出できる。

流入口４２における、流入口の底部４２ｂから内部空間の頂部４１ａまでの高さＨの、流入口の底部４２ｂから流入口の頂部４２ａまでの高さｈに対する比率Ｈ／ｈは、例えば、１．１〜４．０であり、好ましくは、１．５〜３．０であり、更により好ましくは、２．０〜３．０である。比率Ｈ／ｈが上記範囲の下限値以上であれば、内部空間４１内にオゾンガス８０が存在するスペースが十分に確保でき、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。また、例えば、使用者がオゾン水噴出装置１００を図１に示す状態から傾けて使用したとしても、比率Ｈ／ｈが上記範囲の下限値以上であれば、流入口の高さｈに対して内部空間の高さＨが十分に高いため、オゾン水５０は、内部空間４１を充満することなく流通できる。これにより、使用者がオゾン水噴出装置１００を傾けて使用しても、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を促進できる。また、比率Ｈ／ｈが上記範囲の上限値以下であれば、内部空間４１の容積が大きくなり過ぎず、内部空間４１内にオゾン水と共に存在するオゾンガスの圧力を高められる。これにより、気液界面５０ａにおけるオゾン水５０とオゾンガス８０との接触効率がより高まり、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。

内部空間上部４１ｂの容積は、例えば、０．０２ｍｍ^３〜５７５ｍｍ^３であり、１０ｍｍ^３〜１００ｍｍ^３が好ましい。内部空間上部４１ｂの容積がこの範囲の下限値以上であれば、内部空間４１内にオゾンガス８０が存在するスペースが十分に確保でき、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。また、内部空間上部４１ｂの容積が上記範囲の上限値以下であれば、内部空間上部４１ｂ内にオゾン水と共に存在するオゾンガスの圧力を高められ、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。

また、流路３５ａの延在方向（図２に示す、第１方向）における、内部空間４１の長さの最大値Ｄの、流入口の底部４２ｂから流入口の頂部４２ａまでの高さｈに対する比率Ｄ／ｈは、例えば、０．１〜３．０であり、好ましくは、０．２〜２．０である。比率Ｄ／ｈが上記範囲の下限値以上であれば、オゾンガス８０とオゾン水５０との気液界面５０ａの面積を十分に広くでき、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。また、比率Ｄ／ｈが上記範囲の上限値以下であれば、内部空間４１の容積が大きくなり過ぎず、内部空間４１内にオゾン水と共に存在するオゾンガスの圧力を高められる。これにより、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。

また、流入口４２における、流入口の底部４２ｂから内部空間４１の頂部４１ａまでの高さＨの、流路３５ａの延在方向（図２に示す、第１方向）における、内部空間４２の長さの最大値Ｄに対する比率Ｈ／Ｄは、例えば、０．３〜４０であり、好ましくは、０．５〜１５である。比率Ｈ／Ｄが上記範囲内であれば、オゾンガス８０とオゾン水５０との気液界面５０ａの面積と、内部空間４１の容積とを共に適当な大きさとすることができ、これにより、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。

気液混合部４０における、高さＨ、高さｈ及び内部空間４２の長さの最大値Ｄの大きさは特に限定されず、比率Ｈ／ｈ、比率Ｄ／ｈ、比率Ｈ／Ｄが上述した好ましい範囲内となるように、適宜、設計できる。オゾン水噴出装置１００がハンディタイプの小型装置であることを鑑みた場合、例えば、高さＨは、２．７〜１２ｍｍであってよく、高さｈは、０．２〜５．０ｍｍであってよく、内部空間４２の長さの最大値Ｄは、０．２５〜９ｍｍであってもよい。

図３に示すようにオゾン水５０が内部空間４１内を流通するとき、オゾンガス８０とオゾン水５０との気液界面５０ａの面積は、例えば、０．１〜６４ｍｍ^２であり、好ましくは、０．３〜２９ｍｍ^２であってもよい。気液界面５０ａの面積が上記範囲の下限値以上であれば、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。気液界面５０ａの面積が上記範囲の上限値以下であれば、内部空間４１の容積が大きくなり過ぎず、内部空間４１内にオゾン水と共に存在するオゾンガスの圧力を高められる。これにより、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進できる。

本実施形態において、「流入口の底部４２ｂから流入口の頂部４２ａまでの高さｈ」は、図２に示す第２方向における高さ（長さ）であり、流入口４２が円形であるとき、その直径に等しい。また、「流入口４２における、流入口の底部４２ｂから内部空間の頂部４１ａまでの高さＨ」は、図２に示す第２方向における高さ（長さ）であり、流入口の底部４２ｂから略円柱状の内部空間４１の上方の底面までの高さであり、また、内部空間上部４１ｂの高さと流路空間４１ｃの高さとの合計である。「内部空間４１の長さの最大値Ｄ」は、略円柱状の内部空間４１の底面の直径に等しい。また、オゾンガス８０とオゾン水５０との気液界面５０ａの面積は、気液界面５０ａが水平面９０（図１参照）に平行な場合、略円柱状の内部空間４１の水平面９０と平行な断面の断面積に等しい。また、気液混合部４０の接液部の材質は、オゾンに不活性な材料であれば金属、セラミックス、樹脂等、特に限定はされない。

オゾン水噴出装置１００は、更に、流路３５ａ内の圧力が所定圧力以上になると開放され、所定圧力未満となると閉塞される圧力開放弁（リリーフ弁）６０を有してもよい。流路３５ａ内は、オゾン水と共に、オゾン水に溶解していないオゾンガスも流通する。圧力開放弁６０を設けることで、流路３５ａ内が所定圧力以上となることを防ぎ、オゾン水噴出装置１００の安全性を高められる。圧力開放弁６０の種類は特に限定されず、ボールチェックバルブ、スイングチェックバルブ、ウエハーチェックバルブ等の汎用のものを用いることができる。圧力開放弁の材質はオゾンに不活性な材料であれば金属、セラミックス、樹脂等、特に限定はされない。

本実施形態では、圧力開放弁６０として、ボール６０ａと、スプリング６０ｂとを含むボールチェックバルブを用いる。オゾン水噴出装置１００は、分岐部７０を有し、分岐部７０内には、流路３５ａに直交して下方に延びる分岐流路３５ｃが形成されている。即ち、分岐流路３５ｃは、流路３５ａから分岐して、第２方向において下方に延びている。圧力開放弁６０は、分岐部７０内の分岐流路３５ｃに設けられている。分岐流路３５ｃは、その流路径が縮小された縮径部３５ｄを有する。圧力開放弁６０は、縮径部３５ｄの下方に配置される。ボール６０ａは、スプリング６０ｂにより上方の縮径部３５ｄに向って付勢されている。流路３５ａの圧力が所定圧力未満のとき、縮径部３５ｄはボール６０ａにより閉塞されている。そして、流路３５ａの圧力が所定圧力以上になると、ボール６０ａは下方に移動し、縮径部３５ｄが開放される。

本実施形態において、気液混合部４０の内部空間４１と、圧力開放弁６０が設けられている分岐流路３５ｃとは連通している。これにより、圧力開放弁６０が所定圧力未満で開放されることを防止できる。このメカニズムについては、後述する。内部空間４１と、分岐流路３５ｃとは、第２方向に並んで配置されて、連通していることが好ましい。本実施形態では、内部空間４１及び分岐流路３５ｃは、共に略円柱状の形状であり、内部空間４１の中心軸Ｌと、分岐流路３５ｃの中心軸Ｍとは、同一軸上にある。内部空間４１の底面の直径と、分岐流路３５ｃの底面の直径とは、同一であっても、異なっていてもよい。本実施形態では、内部空間４１の直径と、分岐流路３５ｃとの直径とは略同一である。即ち、内部空間４１及び分岐流路３５ｃが、第２方向に延びる１つの略円柱状の形状を構成する。

また、気液混合部４０及び分岐部７０の材料及び製造方法は、特に限定されず、例えば、プラスチック、金属等の切削加工により製造してもよい。また、内部空間４１を有する気液混合部４０と、分岐流路３５ｃを有する分岐部７０は、例えば、樹脂により、一体に成形されていてもよい。即ち、気液混合部４０と分岐部７０とが、一体成形体であってもよい。これにより、部品点数の削減、省スペース化、及びコストの低減が図れる。

本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、図１に示すように、圧力開放弁６０と容器２１とを連結する回収流路３５ｅを更に有してもよい。これにより、圧力開放弁６０が開放されたとき、圧力開放弁６０から回収流路３５ｅを介してオゾン水を容器２１に回収できる。

また、本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、図１に示すように、不使用時には載置台３６に載置されてもよい。載置台３６内部には電磁誘導コイル３６ａが設けられている。さらに、底蓋２７内には電磁誘導コイル２７ａが載置台３６内の電磁誘導コイル３６ａに対面する位置で設けられている。電磁誘導コイル３６ａに接続されたプラグ３７を図示しないコンセントに差し込むことにより、電磁誘導によってリチウムイオン電池３１が充電される。また、スプレー筐体２４の側面にはＬＥＤ３８ａ、３８ｂ取り付けられており、電気分解によるオゾン水の生成中であるか否かの区別や、電池残量、電極交換サイン、電極クリーニングサインを示すことが可能とされている。

［オゾン水噴出装置の使用方法及び作用・効果］
次に、本実施形態のオゾン水噴出装置１００の使用方法及び作用・効果について説明する。使用者は、オゾン水噴出装置１００を手に持ち、底蓋２７のロック機構を外して底蓋２７を外し、容器２１を取り出す。そして、蓋２１ｂを外して精製水を注入し、蓋２１ｂを締めた後、再び容器２１を元の位置に設置し、底蓋２７を閉めてロック機構によってロックする。

原料水を充填した容器２１をセットした装置のスプレー筐体２４の把持部２４Ｂを把持し、噴出ノズル２６の噴出方向が殺菌しようとする部材に向かうようにした状態で、電源スイッチ３３を押してＯＮ状態とする。これにより、送液ポンプ２５が駆動し、吸水口２８から原料水が流入し、電気分解ユニット２２内に送液されるとともに、リチウムイオン電池３１から、回路基板３２を介して電気分解ユニット２２に電圧が印加される。電気分解ユニット２２に印加される電圧は、回路基板３２によって電極に所定の電流値が一定に流れるように制御される。これにより、電解モジュール３０で原料水が電気分解され、オゾン水とオゾンガスとを含む気液混合物が生成される。気液混合物は、電気分解ユニット２２の下流に設けられた気液混合部４０に流入する。

気液混合部４０では、気液混合物のオゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散が促進される。これにより、気液混合部４０から下流へ流出するオゾン水中のオゾン濃度は、気液混合部４０の上流から流入するオゾン水中のオゾン濃度と比べて高くなる。このメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。図３に示すように、気液混合部４０は、その内部にオゾン水５０が充満することなく流通する内部空間４１を有する。気液混合物が内部空間４１を通過するとき、内部空間４１の上方にオゾンガス８０が分離して、オゾンガス８０とオゾン水５０との気液界面５０ａが形成される。気液混合物が内部空間４１を通過するのに伴い、気液界面５０ａが激しく振動することが観察されている。これにより、気液界面５０ａでのオゾン水５０とオゾンガス８０との接触効率が高まり、オゾン水５０へのオゾンガス８０の溶解及び分散が促進すると推測される。尚、以上説明したメカニズムは推測であり、本発明を何ら限定するものではない。

こうして生成した高濃度のオゾン水は、噴出ノズル２６に送られ、噴出ノズル２６から噴出される。

以上説明した本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、気液混合部４０を設けることにより、小型の装置でありながら高濃度のオゾン水を製造でき、噴出ノズル２６から効率的に噴出できる。オゾン水噴出装置１００は、噴出するオゾン水のオゾン濃度を、気液混合部４０が設けられていない場合と比較して、例えば、約１．３倍〜約２倍、又は約１．５倍〜約２倍に増加させることができる。気液混合部４０において、オゾンガスのオゾン水への溶解及び分散が促進されるため、噴出ノズル２６から噴出されるオゾンガスの濃度を低減できる。これにより、人体に対する安全性が高まり、環境に対する負荷が低下する。また、気液混合部４０は、内部空間４１を有する簡易な構造であるため、圧力損失が小さい。このため、噴出ノズル２６から、効率よくオゾン水を噴出できる。特に、噴出用ノズル２６からオゾン水を噴霧する場合、本実施形態のオゾン水噴出装置１００は有用である。噴出用ノズル２６からオゾン水を噴霧する場合、高圧のオゾン水を噴出用ノズル２６に供給する必要がある。本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、十分な圧力を有するオゾン水を噴出用ノズル２６に送ることができるため、高濃度のオゾン水を噴霧可能である。

本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、更に、分岐流路３５ｃに圧力開放弁６０を設けてもよく、分岐流路３５ｃと内部空間４１とが連通してもよい。圧力開放弁６０を設けることで、オゾン水噴出装置１００の安全性を高められる。また、内部空間４１と分岐流路３５ｃとが連通することにより、圧力開放弁６０が所定圧力未満で開放されることを防止できる。このメカニズムは不明であるが、以下のように推測される。圧力開放弁６０が所定圧力未満で開放される原因の１つとして、原料水に少量含まれる混入物（コンタミネーション）が、圧力開放弁６０のボール６０ａと、分岐流路３５ｃの縮径部３５ｄとの隙間に詰まることが考えられる。この隙間に混入物が詰まるのみでは、圧力開放弁６０は開放されない。しかし、更に、この隙間に気液混合物に含まれるオゾンガス等の気体が入り込むと、隙間が広がり、圧力開放弁６０が所定圧力未満で開放されると考えられる。圧力開放弁６０が所定圧力未満で開放されると、十分な圧力を有するオゾン水を噴出用ノズル２６に送れなくなり、噴出ノズル２６から効率よくオゾン水を噴出できない。これに対して、本実施形態では、図３に示すように、分岐流路３５ｃと内部空間４１とを連通させる。これにより、気液混合物中のオゾンガス８０等の気体は、分離して内部空間４１の上方に移動する。内部空間４１より下方に存在する圧力開放弁６０近傍には、オゾン水５０のみが存在するため、ボール６０ａと縮径部３５ｄとの隙間にオゾンガス８０等の気体が入り込み難くなる。これにより、圧力開放弁６０が所定圧力未満で開放されることを防止できる。また、内部空間４１と、分岐流路３５ｃとが、第２方向に並んで配置されて連通されると、オゾンガス８０等の気体は内部空間４１の上方に移動し易くなるため、この効果は更に促進される。尚、以上説明したメカニズムは推測であり、本発明を何ら限定するものではない。

尚、以上説明した本実施形態のオゾン水噴出装置１００は、図１〜図３に示すように、流路３５ａの延びる第１方向は、鉛直方向に垂直である。即ち、流路３５ａは水平方向（水平面９０に平行な方向）に延在している。しかし、本実施形態はこれに限定されない。内部空間４１内をオゾン水が充満することなく流通できるのであれば、例えば、図４に示すオゾン水噴出装置２００ように、流路３５ａは水平方向に対して傾いていてもよい。また、以上説明した本実施形態では、気液混合部４０を１個設けたが、本実施形態はこれに限定されない。オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散を更に促進するために、気液混合部４０を複数個設けてもよい。また、以上説明した本実施形態では、気液混合部４０の内部空間４１の下方に分岐流路３５ｃ及び圧力開放弁６０が設けられているが、本実施形態はこれに限定されない。分岐流路３５ｃ及び圧力開放弁６０を伴わずに、内部空間４１のみが気液混合部４０に形成されていてもよい。

また、以上説明した本実施形態のオゾン水噴出装置１００では、図２に示すように、気液混合部４０の内部空間４１は略円柱状の形状であるが、本実施形態はこれに限定されない。内部空間４１をオゾン水が充満することなく流通することが可能であれば、その形状は限定されない。例えば、内部空間４１の形状は、立方体、台形、円錐、ピラミッド等の形状であってもよい。

次に、本発明の実施例について比較例と併せて説明する。尚、本発明は、下記の実施例及び比較例により限定及び制限されない。

[実施例１]
図１に示すオゾン水噴出装置１００を用いてオゾン水を噴出し、噴出したオゾン水中のオゾン濃度（以下、適宜「オゾン水濃度」と記載する）を測定した。

＜オゾン水噴出装置の気液混合部について＞
本実施例で用いたオゾン水噴出装置では、気液混合部の流入口における、流入口の底部から内部空間の頂部までの高さＨを３．３ｍｍ、流入口の底部から流入口の頂部までの高さｈを３ｍｍとした。したがって、比率Ｈ／ｈは、１．１であった。尚、流路の延在方向（図２に示す、第１方向）における、内部空間の長さの最大値Ｄは、４．３ｍｍとした。

＜オゾン水濃度の測定＞
水平面に対して略垂直に立てたガラス板に、ガラス板に対する垂直方向からオゾン水噴出装置を用いてオゾン水を噴出し、ガラス板を伝って落下するオゾン水を空のビーカー内に採取した。オゾン水噴出中はオゾン水がビーカー外に飛ばされない程度に横からエアーを流すことによってオゾンガスを吹き飛ばし、オゾンガス由来のオゾンがビーカー内に入ることを防止した。採取したオゾン水のオゾン濃度を分光光度計を用いて吸光光度分析法により定量した（吸収波長：２５８ｎｍ）。結果を表１に示す。併せて、高さＨ、高さｈ、比率Ｈ／ｈ、及び比較例のオゾン水濃度に対する各実施例のオゾン水濃度の割合を表２に示す。

尚、本実施例では、原料水としてイオン交換水を用い、０．６Ａの電流で原料水の電気分解を行い、スプレー速度を７０ｍＬ／ｍｉｎとしてオゾン水の噴出を行った。また、噴出液を受けるビーカーは事前に中性洗剤で洗った後、精製水で洗い、最後に噴出液で共洗いを充分行ってから上記測定を行った。

[実施例２〜６]
気液混合部における高さＨを表１に示す値に変更したオゾン水噴出装置を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、オゾン水噴出装置から噴出したオゾン水中のオゾン濃度（オゾン水濃度）を測定した。結果を表１に示す。

［比較例］
気液混合部における高さＨと高さｈを同じ大きさ（３ｍｍ）としたオゾン水噴出装置を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、オゾン水噴出装置から噴出したオゾン水中のオゾン濃度（オゾン水濃度）を測定した。結果を表１に示す。

表１に示すように、比率Ｈ／ｈが１を超える実施例１〜６（Ｈ／ｈ＝１．１〜４．０）は、オゾン水濃度が高く、中でも、比率Ｈ／ｈが１．５〜３である実施例２〜５は、オゾン水濃度が特に高かった。実施例１〜６のオゾン水濃度は、比率Ｈ／ｈが１である比較例のオゾン水濃度の１．３３〜２．０８倍であり、実施例２〜５のオゾン水濃度は、比較例のオゾン水濃度の１．７５〜２．０８倍であった。実施例１〜６では、気液混合部の内部空間をオゾン水が充満することなく流通し、これにより、オゾン水へのオゾンガスの溶解及び分散が促進されたと推測される。

一方、比較例では、気液混合部の高さＨと高さｈとが同じ大きさであるため（Ｈ／ｈ＝１）、気液混合部の内部空間をオゾン水が充満して流通し、このため、オゾン水濃度が低かったと推測される。

[実施例７〜１１]
気液混合部における高さＨを８．５ｍｍ、高さｈを３ｍｍとし、内部空間の長さの最大値Ｄを表２に示す値に変更したオゾン水噴出装置を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、オゾン水噴出装置から噴出したオゾン水中のオゾン濃度（オゾン水濃度）を測定した。結果を表２に示す。併せて、気液混合部の内部空間の長さの最大値Ｄ、高さｈ、比率Ｄ／ｈ、気液界面の面積（図３に示す気液界面５０ａの面積）、及び比較例のオゾン水濃度に対する各実施例のオゾン水濃度の割合を表２に示す。

表２に示すように、比率Ｄ／ｈが０．１〜３．０である実施例７〜１１は、オゾン水濃度が高く、中でも、比率Ｄ／ｈが０．２〜２．０である実施例８〜１０は、オゾン水濃度が特に高かった。実施例７〜１１のオゾン水濃度は、比較例のオゾン水濃度の１．３３〜１．９２倍であり、実施例８〜１０のオゾン水濃度は、比較例のオゾン水濃度の１．７５〜１．９２倍であった。

尚、オゾン水濃度が高い実施例７〜１１では、気液界面の面積が０．１〜６４ｍｍ^２の範囲内であり、オゾン水濃度が特に高い実施例８〜１０では、気液界面の面積が０．３〜２９ｍｍ^２の範囲内であった。

[実施例１２〜１６]
気液混合部における高さｈを３ｍｍとし、高さＨ及び内部空間の長さの最大値Ｄを表３に示す値に変更したオゾン水噴出装置を用いた以外は、実施例１と同様の方法により、オゾン水噴出装置から噴出したオゾン水中のオゾン濃度（オゾン水濃度）を測定した。結果を表３に示す。併せて、気液混合部の高さＨ、内部空間の長さの最大値Ｄ、比率Ｈ／Ｄ及び比較例のオゾン水濃度に対する各実施例のオゾン水濃度の割合を表３に示す。

表３に示すように、比率Ｈ／Ｄが０．３〜４０である実施例１２〜１６は、オゾン水濃度が高く、中でも、比率Ｈ／Ｄが０．５〜１５である実施例１３〜１５は、オゾン水濃度が特に高かった。実施例１２〜１６のオゾン水濃度は、比較例のオゾン水濃度の１．３３〜１．９２倍であり、実施例１３〜１５のオゾン水濃度は、比較例のオゾン水濃度の１．７５〜１．９２倍であった。

本発明のオゾン水噴出装置は、高濃度のオゾン水を製造でき、製造したオゾン水を十分に噴出可能である。オゾン水を噴出できるため、医療現場やクリーンルーム等での素材、器具や作業者の手指の消毒、除菌、殺菌に利用できる。本発明のオゾン水噴出装置が噴出する高濃度のオゾン水は、通常、アルコールが用いられる細菌及びウィルスの消毒、除菌、殺菌に用いることができ、更に、アルコールでは対応が難しいノロウィルスを代表とするノンエンベロープウイルスの消毒、除菌、殺菌も可能である。また、本発明のオゾン水噴出装置を用いた消毒、除菌、殺菌は、アルコール消毒等で問題となる手荒れが生じ難く、更に、アルコールにアレルギーを有する作業者、アルコールの使用が宗教上の禁忌である使用者も行うことができる。このように、本発明のオゾン水噴出装置は、新たな市場を開拓できる。

２１・・・容器、２２・・・電気分解ユニット、２４スプレー筐体、２５・・・送液ポンプ、２６・・・噴出ノズル、３５ａ，３５ｂ・・・流路、３５ｃ・・・分岐流路、４０・・・気液混合部、４１・・・内部空間、５０・・・オゾン水、５０ａ・・・気液界面、６０・・・圧力開放弁（リリーフ弁）、７０・・・分岐部、８０・・・オゾンガス、１００，２００・・・オゾン水噴出装置

Claims

オゾン水噴出装置であって、
原料水を収容する容器と、
前記原料水を電気分解して、オゾン水を生成する電気分解ユニットと、
前記オゾン水を噴出する噴出ノズルと、
前記オゾン水を前記噴出ノズルに輸送する送液ポンプと、
前記送液ポンプと前記噴出ノズルとの間の流路に設けられ、前記オゾン水が充満することなく流通する内部空間を有する気液混合部と、を有するオゾン水噴出装置。
前記内部空間には、前記送液ポンプから前記オゾン水が流入する流入口と、前記噴出ノズルに向かって前記オゾン水が流出する流出口とが形成され、
前記内部空間の頂部が、前記流入口の頂部よりも上方にある、請求項１に記載のオゾン水噴出装置。
前記流入口における、前記流入口の底部から前記内部空間の頂部までの高さ（Ｈ）の、前記流入口の底部から前記流入口の頂部までの高さ（ｈ）に対する比率（Ｈ／ｈ）が、１．１〜４．０である、請求項２に記載のオゾン水噴出装置。
前記流路の延在方向における、前記内部空間の長さの最大値（Ｄ）の、前記流入口の底部から前記流入口の頂部までの高さ（ｈ）に対する比率（Ｄ／ｈ）が、０．１〜３．０である、請求項２又は３に記載のオゾン水噴出装置。
前記流入口における、前記流入口の底部から前記内部空間の頂部までの高さ（Ｈ）の、前記流路の延在方向における、前記内部空間の長さの最大値（Ｄ）に対する比率（Ｈ／Ｄ）が、０．３〜４０である、請求項２〜４のいずれか一項に記載のオゾン水噴出装置。
前記内部空間が、前記流路に直交する方向延びる略円柱状の形状である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のオゾン水噴出装置。
前記オゾン水噴出装置は、
その内部に、前記流路に直交して下方に延びる分岐流路を有する分岐部と、
前記分岐流路に設けられ、前記流路内の圧力が所定圧力以上になると開放され、所定圧力未満となると閉塞される圧力開放弁と、を更に有し、
前記分岐流路と前記内部空間が連通している、請求項１〜６のいずれか一項に記載のオゾン水噴出装置。
前記気液混合部と前記分岐部が一体に成形されている、請求項７に記載のオゾン水噴出装置。
前記オゾン水噴出装置は、前記圧力開放弁と前記容器とを連結する回収流路を更に有し、
前記オゾン水が、前記圧力開放弁から前記回収流路を介して前記容器に回収される、請求項７又は８に記載のオゾン水噴出装置。
前記噴出ノズルが、前記オゾン水を噴霧可能である、請求項１〜９のいずれか一項に記載のオゾン水噴出装置。