JP2749495B2 - 高濃度オゾン水製造方法及び高濃度オゾン水製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液相オゾン利用ための
半減期の長い高濃度のオゾン水の製造方法及び製造装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】オゾン（Ｏ3 ）は、化学的に不安定で、
通常、空気中でも水中でも数秒〜数十分で酸素（Ｏ2 ）
に戻る性質を有しており、特に菌やカビ、藻などの微生
物あるいは悪臭を発する有機物に触れると、瞬間的に酸
素に戻る。オゾンは、この酸素に戻る時に強い酸化力を
持ち、その酸化力は天然元素中ではフッ素に次ぎ塩素の
７倍もあり、酸化スピードは塩素の約３０００倍といわ
れている。

【０００３】このような理由から、オゾンは、殺菌、脱
臭、脱色などの目的に、上下水道や廃水処理などの水処
理分野、超精密ドライ洗浄やクリーンルーム殺菌などの
半導体分野、空気やフィルタの脱臭、殺菌など空調分
野、塗装や接着前の酸化などの表面処理分野、ゴム・プ
ラスチックや電気接点の劣化試験など酸化力を利用した
材料試験分野、手術用器具の殺菌や医療廃棄物の殺菌、
脱臭などの医療分野など、大規模の産業に限らず、中小
規模の産業や、家庭用などにて広範囲、多岐にわたって
利用されている。

【０００４】このオゾンの利用形態には、オゾンガス、
即ち気相オゾンを利用する場合と、水中にオゾンガスを
溶け込ませた液相オゾンを利用する二つの場合があり、
いずれの場合も、オゾンの強力な殺菌、脱臭、脱色力を
利用することは同じである。

【０００５】気相オゾンも液相オゾンもその用途分野は
上述したように広範囲にわたっており、特に液相オゾン
は、表１に示されているように、殺菌、脱臭及び脱色
等、上下水の浄化に使われるほか、養魚・畜産及び食品
加工などに利用されている。

【０００６】

【表１】 オゾン水を生成（製造）する方法としては、オゾン−水
接触反応槽（オゾン反応槽）の底部に、直径３０ｍｍ、
気孔径４５〜５０μ程度の球形グラスフィルタか、筒形
の多孔質セラミック製オゾンガス散気管を設置し、これ
にオゾン発生器（オゾナイザ）によって生成されたオゾ
ンガスを送り、水中にオゾンガス気泡を送り込むことに
より気液反応させてオゾン水を作る方法が従来よりよく
知られており、このオゾン水の製造方法は多くの分野で
最も一般的に多く用いられている。

【０００７】ところで、気泡中から単位時間に水中に溶
解するオゾン量は式（１）で表わされる。

【０００８】 ＱZ ＝ＫL ａ（ＫＣG −ＣL ） …（１） ここで ＱZ ：単位時間中に溶解するオゾン量（ｇ） ＫL ：総括物質移動係数 ａ ：水中に存在する全気泡の表面積（ｍ2 ） Ｋ ：オゾンガスの水に対する分配係数 ＣG ：オゾンガス濃度（ｇ／ｍ3 ） ＣL ：水中のオゾン濃度（ｇ／ｍ3 ） 式（１）から解るように、ある条件にてオゾン水を生成
している時には、総括物質移動係数ＫL 、オゾンガスの
水に対する分配係数Ｋは変化しないから、オゾン水生成
の重要なパラメータは水中に存在する全気泡の表面積ａ
である。

【０００９】この全気泡の表面積ａは、気泡径、気泡の
上昇速度、反応槽の水深などで決まり、オゾンの溶解効
率を高くするためには、気泡径を小さく、反応槽の水
深、または密閉した反応槽内の水圧を大きくすることが
必要である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の如き従
来のオゾン水の製造方法では、反応槽の水深を大きくし
たり、反応槽内の水圧を大きくすると、反応槽の底部に
設置した球形グラスフィルタや散気管に送るオゾンガス
の圧力を高くする必要が生じ、この圧力の増大に応じて
オゾンガス圧送のための動力が大きくなるから、実用上
は、反応槽の水深は数ｍが限度で、それ以上大きくでき
ない。このように反応槽内の水深は必要動力の経済性と
いう見地から限界があり、この条件によってオゾンガス
の水に対する溶解量は制約されてしまう。

【００１１】気液接触によるオゾンの水に対する溶解に
於いては、気液接触する表面積の増大の観点から、気泡
径が小さいほど好ましいが、一般に使用されている球形
グラスフィルタや散気管から放出される気泡の平均泡径
は約３ｍｍ程度であり、球形グラスフィルタや散気管で
は、これより小さい平均気泡径を得ることが非常に困難
である。また、球形グラスフィルタや散水管以外の原理
からなる気泡発生装置も使われているが、これにおいて
も気泡の平均気泡径は２〜３ｍｍ程度であり、それ以下
の気泡径のものは非常に少ない。したがって、発生気泡
群のうち大部分の気泡は反応槽内を垂直方向に直線的に
上昇するのみで、上昇の間に水中に溶解するオゾン量は
少なく、大部分は水中を上昇して空中に散逸する。これ
では、ある目標時間内に効率よく高濃度のオゾン水を製
造することができない。

【００１２】これらのことから、従来は高濃度のオゾン
水を経済的に製造することが困難であり、このことがオ
ゾン水の実用的な、換言すれば商業的な有効利用範囲を
妨げている。

【００１３】オゾン水の有効利用を妨げているもう一つ
の大きな問題点は、水中オゾンの半減期が気相オゾンの
半減期に比べて桁違いに短いということである。水中オ
ゾンの半減期は、常温の中性の水で数十分程度とされ、
水のｐＨや温度、水中に介在している微量の有機物や無
機物により、その半減期はさらに短くなり、極端な場合
には秒単位のこともある。これは、水中の溶存オゾンが
これらの不純物を酸化するのに消耗してしまうからであ
る。したがって、このような場合には、目的のオゾン水
濃度を得るためには予め多量のオゾンを水中に溶け込ま
せる必要が生じてくる。

【００１４】上述の如き事象に対処して水中オゾンの半
減期が長いオゾン水を得るためは、理論的には不純物が
殆んど存在しない純水または超純水を原料水として用い
ればよい訳であるが、しかし、この場合は、原料水コス
トからしてオゾン水の製造コストが高くなる。このため
医療器の殺菌などコストが高くてもよい場合は別とし
て、例えば食品加工場内の洗浄、野菜の洗浄殺菌などの
生鮮食品の製造分野、浄水場の殺菌、脱臭などの上水処
理分野などに於いては、もっと低コストのオゾン水でな
ければ、コスト面から考えて使用できない。

【００１５】これらの問題に対して、オゾン水の半減期
に影響を及ぼす諸因子の研究が従来より種々なされてい
るが、オゾン水の半減期を、例えば４〜５時間、あるい
はそれ以上に延長することができるコストの安い原料水
とこれを用いたオゾン水の生成条件、すなわち実用でき
る低コストのオゾン水製造技術は未だ確立されていな
い。

【００１６】本発明は、従来のオゾン水の製造に於ける
上述の如き問題点に着目してなされたものであり、経済
性よく、高濃度で、半減期が長い利用価値が高いオゾン
水を製造する方法、およびその製造方法の実施に使用す
るオゾン水製造装置を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、液体ノズルとガスノズルとを有するエゼク
タ式ガスノズルを用い、オゾン反応槽内の原料用水をポ
ンプ手段により吸入加圧してこれを前記エゼクタ式ガス
ノズルの噴射用水として循環式に使用し、前記エゼクタ
式ガスノズルの液体ノズルよりオゾン反応槽内の原料用
水中に前記噴射用水を噴出し、当該噴射用水の噴流によ
る負圧によりオゾンガスを吸引してオゾンガスを微細気
泡状態にて前記ガスノズルより原料用水中に噴出させ、
当該オゾンガスによる微細気泡と原料用水との間の気液
反応によりオゾンを原料用水中に溶解せしめることによ
り高濃度オゾン水を製造することを特徴とする高濃度オ
ゾン水製造方法によって達成される。

【００１８】本発明による高濃度オゾン水製造方法は、
前記オゾン反応槽として密閉構造の圧力槽を使用し、こ
のオゾン反応槽の上方気相部にオゾンガスを導入して槽
内圧力を高め、オゾン反応槽内の原料用水の水圧を０〜
３Ｋｇｆ／ｃｍ² Ｇに設定することが好ましい。

【００１９】また本発明による高濃度オゾン水製造方法
は、ｐＨ値が２〜５．５の酸性電解水、ｐＨ値が７の中
性蒸溜水または脱イオン水の何れかを原料用水として用
い、この原料用水の水温を３〜１５℃に保つことが好ま
しい。

【００２０】また本発明による高濃度オゾン水製造方法
は、オゾンガスの原料ガスとして、乾燥空気または純酸
素を用いるが、純酸素を用いることがより好ましい。

【００２１】また上述の目的を達成するために、発明に
よる高濃度オゾン水製造装置は、原料用水を貯容する密
閉構造のオゾン反応槽と、前記オゾン反応槽に噴射用水
を噴出し当該噴射用水の噴流による負圧によりオゾンガ
スを吸引してこれを前記オゾン反応槽内の原料用水中に
気泡として供給するエゼクタ式ガスノズルと、前記オゾ
ン反応槽内の原料用水を吸入加圧してこれを噴射用水と
して前記エゼクタ式ガスノズルに圧送する噴射用水圧送
ポンプとを有していることを特徴としている。

【００２２】本発明による高濃度オゾン水製造装置は、
上述の構成に加えて、前記オゾン反応槽の上方気相部に
オゾンガスを導入するオゾンガス導入手段と、前記オゾ
ン反応槽の上方気相部の圧力を制御する圧力制御装置と
を有していてよい。

【００２３】本発明による高濃度オゾン水製造装置は、
さらに前記オゾン反応槽内の原料用水の冷却を行う原料
用水冷却装置を有していてよい。

【００２４】

【作用】本発明による高濃度オゾン水製造方法によれ
ば、エゼクタ式ガスノズルを用いてオゾンガスを微細気
泡として原料用水中に噴出させるから、原料用水中に送
り込むオゾンガス気泡群の８０％以上が直径１０〜２０
０μｍ、そして全気泡群の平均直径が５０〜１５０μｍ
程度の極微細気泡が原料用水中に安定かつ連続的に発生
存在する状態が得られ、オゾンガスと原料用水との気液
接触表面積が激増することになり、しかもオゾン反応槽
１内に於ける気液反応中の原料用水を加圧してこれをエ
ゼクタ式ガスノズルの噴射用水として循環式に使用する
ことにより気液反応中の原料用水中へのオゾンの溶解が
促進される。

【００２５】またこの気液接触によるオゾン水製造方法
に於いては、オゾン反応槽の上方気相部に対するオゾン
ガス導入により槽内圧力が高められ、オゾン反応槽内の
原料用水の水圧が高くなることよってもオゾンガスの原
料用水に対する溶解度（濃度）が向上する。

【００２６】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２７】図１及び図２は本発明によるオゾン水製造
装置の一実施例を示している。このオゾン水製造装置は
オゾン反応反応槽１を有している。オゾン反応槽１は、
密閉構造の圧力槽により構成され、図示の実施例に於い
ては円形横断面の円柱状をなしている。なお、オゾン反
応槽１は円形横断面円柱状以外の任意の形状構造のもの
であってもよい。

【００２８】オゾン反応槽１の槽上部には途中に送水開
閉弁（流量制御弁）５を有する原料用水供給管７が接続
されており、原料用水供給管７は電解水、蒸溜水、脱イ
オン水の何れかよりなる原料用水Ａを送水開閉弁（流量
制御弁）５の開閉に応じてオゾン反応槽１内に供給す
る。これによりオゾン反応槽１内には一定量の原料用水
Ａが充填される。

【００２９】オゾン反応槽１の底部近傍にはオゾン水出
口をなす吐出口８が設けられている。吐出口８には途中
に開閉弁１１を有するオゾン水送出管１２が接続されて
おり、オゾン水送出管１２はオゾン反応槽１内にて気液
反応を完了して所定の濃度になったオゾン水の取り出し
を行う。

【００３０】オゾン反応槽１内には熱交換器１４が配置
されている。熱交換器１４は、冷凍機１５と接続されて
冷却媒体を循環供給され、オゾン反応槽１内の原料用水
Ａの冷却を行う。これによりオゾン反応槽１内の原料用
水Ａの温度が定量的に制御され、この温度制御によって
オゾン反応槽１内の原料用水Ａの温度は、不凍で、１５
℃以下、より好ましくは６〜１０℃前後の範囲内の計画
値に設定される。オゾン反応槽１内の原料用水Ａの温度
は温度計１６により監視される。

【００３１】オゾン反応槽１の周壁部の底部近傍には、
図２に示されているように、エゼクタ式ガスノズル１７
が、これのガスノズル先端から噴出する噴流ジェットに
よって槽内の原料用水Ａを旋回させるような姿勢位置、
即ちオゾン反応槽１の槽周壁に対して概ね接線方向に噴
射を行うような取付方向姿勢をもって各槽毎に１個また
は複数個、図示の実施例では２個装着されている。

【００３２】エゼクタ式ガスノズル１７は噴射用水圧送
管２２によって噴射用水圧送ポンプ１９の吐出ポートに
接続されている。噴射用水圧送ポンプ１９は吸入ポート
を噴射用水吸入管２１によりオゾン反応槽１の底部周壁
面に設けられた原料用水吸入口２０に接続されている。
原料用水吸入口２０にはフィルタ４０が装着されてい
る。

【００３３】噴射用水圧送ポンプ１９は、原料用水送出
口２０より、オゾン反応槽１内に於ける気液反応中の原
料用水Ａを、噴射用水として開閉弁４１を介して吸引
し、これを加圧して噴射用水圧送管２２へ圧送する。噴
射用水圧送管２２の途中には噴射用水流量制御弁２３、
微少流流量計２４、圧力計２５、温度計２６が接続され
ている。

【００３４】なお、これより以降、噴射用水としての原
料用水Ａはこれと同一の符号を付して噴射用水Ａと称す
る。

【００３５】流量制御弁２３は可変絞り式の通常の流量
制御弁であってよく、これは、手動操作、あるいはアク
チュエータを用いて遠隔操作され、噴射用水圧送管２２
を流れる噴射用水Ａの流量を定量的に制御（換言すれば
可変設定）する。この流量制御弁２３により設定される
噴射用水Ａの流量は微少流量計２４により監視される。

【００３６】噴射用水流量制御弁２３よりエゼクタ式ガ
スノズル１７側の噴射用水圧送管２２には、これにより
分岐して余剰の原料用水Ａをオゾン反応槽１に戻すため
の噴射用水還流管２７が接続され、噴射用水還流管２７
の途中には噴射用水圧力制御弁２８が取り付けられてい
る。

【００３７】噴射用水圧力制御弁２８は、リリーフ圧を
定量的に可変設定できる設定圧可変型のリリーフ弁であ
ってよく、エゼクタ式ガスノズル１７に圧送する噴射用
水Ａの圧力を定量的に制御する。噴射用水Ａの圧力、温
度は圧力計２５、温度計２６により監視される。

【００３８】これを要するに、図１のバッチ式のオゾン
水製造装置は、噴射用水としてオゾン反応槽１内に於け
る気液反応中の原料用水Ａを用い、これを循環式に使用
する閉回路方式のものであり、オゾン反応槽１内に於け
る気液反応中の原料用水Ａが噴射用水圧送ポンプ１９を
通過する際にポンプ作用により加圧されることにより、
気液反応中の原料用水Ａ中へのオゾンの溶解が促進さ
れ、オゾン水のオゾン濃度を向上させる効果がある。

【００３９】次に図３、図４を用いてエゼクタ式ガスノ
ズル１７について説明する。エゼクタ式ガスノズル１７
は特平公１−３３２１１号公報（特許第１５４９０６１
号）に示されているエゼクタ式ガスノズルと等価の構造
のものである。

【００４０】エゼクタ式ガスノズル１７はノズル本体５
７を有しており、ノズル本体５７には噴射用水圧送管２
２を接続されて噴射用水を圧送する噴射用水通路５９が
形成されている。ノズル本体５７の先端側には液体ノズ
ル部材６１が着脱可能に嵌合装着されており、液体ノズ
ル部材６１の先端部にはノズル本体５７の先端面中心部
より前方へ突出してノズル細管６５が精密嵌合により固
定装着されている。

【００４１】ノズル細管６５に形成された液体噴孔６３
は、噴射用水通路５９と連通しており、噴射用水通路５
９より噴射用水として原料用水Ａが圧送されて、これを
前方へ噴出するようになっている。この場合、ノズル細
管６５の外径ｄ1 は０．６〜１．６ｍｍ、内径ｄ2 、即
ち液体噴孔６３の口径は０．３〜１．２ｍｍ程度であっ
てよい。

【００４２】ノズル本体５７には吸引ガス通路６７が形
成されており、吸引ガス通路６７は一端にてニップル６
９によりオゾンガス吸引管２９と接続されている。ノズ
ル本体５７の円筒部外周にはノズル取付フランジ部７２
を有する筒状のアウタケース７３がＯリング７５により
気密状態にて嵌合装着されている。吸引ガス通路６７は
他端にてノズル本体５７とアウタケース７３との間に形
成された環状通路７６に連通している。環状通路７６
は、ノズル本体５７の液体ノズル部材装着部の周りに形
成されてノズル本体５７の先端面に開口した複数個の吸
引ガス通路７７の各々と連通している。

【００４３】ノズル本体５７の先端部外周には、ガスノ
ズル位置決め用のスペーサリング８１とシムリング８３
がＯリング７９により気密に着脱可能に嵌合装着され、
更にキャップ状のガスノズル部材８５が交換可能にねじ
係合により固定装着されている。ノズル本体５７の先端
面とガスノズル部材８５との間には吸引ガス通路７７と
連通関係にある吸引ガス室８６が形成されており、この
吸引ガス室８６の中心部にノズル細管６５がこれを横切
って延在している。

【００４４】ガスノズル部材８５の先端部中央には吸引
ガス室８６よりガスノズル部材８５の先端面に開口した
ガス噴孔８７が形成されている。ガス噴孔８７は、ノズ
ル細管６５の外側にこれと同心に形成され、液体噴孔６
３の軸心と同心位置にて液体噴孔６３よりの液体噴出方
向に沿って延在する平行通路部８９を備えている。この
平行通路部８９の長さＬは１〜６ｍｍ程度に設定され、
内径ｄg は０．８〜２．０ｍｍ程度に設定されてよい
（図４参照）。

【００４５】上述の如き寸法設定によりノズル細管６５
の外周面と平行通路部８９の内周面との間にガスリング
層が形成され、このガスリング厚さδg は（ｄg −ｄ1
）／２により決まり、これは０．１〜０．２ｍｍの範
囲に設定される。また平行通路部８９の始端に対するノ
ズル細管６５の先端の相対位置ΔＬは０〜−６ｍｍ程度
に設定され、この調整は厚さが異なったシムリング８３
の交換により行われる。

【００４６】なお、ΔＬの値が負であることは、ノズル
細管６５の先端が、図４に於いて平行通路部８９始端の
左側に位置することを意味し、ΔＬの値が正であること
は、ノズル細管６５先端が平行通路部８９始端の右側に
位置することを意味する。

【００４７】上述のオゾンガス吸引管２９は、エゼクタ
式ガスノズル１７に吸引されるオゾンガスを生成するオ
ゾナイザ（オゾンガス発生器）３３と連結されている。

【００４８】なお、図２の場合は、オゾン反応槽１が複
数個配置され、これに対してオゾン発生器であるオゾナ
イザ３３は、一つだけ設けられ、複数個のオゾン反応槽
１にて共用される。

【００４９】オゾナイザ３３はガス入口側を原料ガス供
給管３６によってボンベ３４に接続されている。オゾナ
イザ３３に供給するオゾンガスの生成用の原料ガスはボ
ンベ３４に充填された乾燥空気または純酸素であり、こ
れらの原料ガスは減圧弁３５により大気圧またはオゾン
反応槽１内の原料用水Ａの設定圧力程度にまで減圧され
て原料ガス供給管３６によってオゾナイザ３３に供給さ
れる。

【００５０】なお、原料ガス供給管３６には、原料ガス
の圧力、流量を監視する圧力計３７、流量計３８が接続
されている。

【００５１】オゾナイザ３３はガス出口側を生成オゾン
ガス送出管４５によりオゾンガス分配器４６に接続さ
れ、オゾンガス分配器４６にはオゾンガスをエゼクタ式
ガスノズル１７に分配するオゾンガス吸引管２９とオゾ
ンガスをオゾン反応槽１内の原料用水Ａの上部水面とオ
ゾン反応槽１の上部天井壁部との間に形成されている気
相のオゾンガス圧力室２に分配する生成オゾンガス導入
管４７とが各々接続されている。

【００５２】オゾナイザ３３で生成されたオゾンガス
は、生成オゾンガス送出管４５を経てオゾンガス分配器
４６に入り、ここから微少流量可変絞りを有する吸引ガ
ス微少流量制御弁３９により流量を定量制御され、オゾ
ンガス吸引管２９によってエゼクタ式ガスノズル１７に
供給される。

【００５３】オゾンガス分配器４６に入った生成オゾン
ガスのうち、オゾンガス吸引管２９を通ってエゼクタ式
ガスノズル１７に供給された生成オゾンガスを差し引い
た残余の生成オゾンガスは、オゾンガス分配器４６から
分流して生成オゾンガス導入管４７を通ってオゾン反応
槽１内のオゾンガス圧力室２内に送り込まれ、オゾン反
応槽１内の原料用水Ａを加圧する。生成オゾンガス導入
管４７の途中にはオゾンガス圧力室２内に生成オゾンガ
スを選択的に供給するための開閉弁４８が設けられてい
る。

【００５４】オゾン反応槽１の上部にはオゾンガス圧力
室２と連通してオゾンガスブリード管５０が取り付けら
れており、オゾンガスブリード管５０にはオゾンガス自
動圧力調整弁４９とオゾンキラー５１とが設けられてい
る。

【００５５】オゾンガス自動圧力調整弁４９はオゾンガ
ス圧力室２内のオゾンガスの圧力がオゾン反応槽１内の
原料用水Ａの設定圧力と等しくなるよう開弁してブリー
ドによりオゾンガス圧力室２内のオゾンガス圧力を調整
する。

【００５６】オゾンキラー５１は、活性炭などの触媒、
あるいはその他の原理からなるオゾンキラーであり、有
害なオゾンガスを無害な酸素に変換する。

【００５７】なお、オゾンガス圧力室２内の圧力は圧力
計１８により監視される。

【００５８】次に上述の如き構成よりなるオゾン水製造
装置の作用について説明する。

【００５９】オゾン水の製造を行うに際しては、噴射用
水圧送ポンプ１９が運転され、これによりオゾン反応槽
１内の原料水が吸入加圧され、噴射用水Ａとして噴射用
水圧送管２２へ圧送される。噴射用水Ａは噴射用水流量
制御弁２３により流量を制御される。また噴射用水圧力
制御弁２８が噴射用水Ａの圧力に応じて開弁し、余剰の
噴射用水Ａは噴射用水還流管２７を通ってオゾン反応槽
１内に戻される。これより噴射用水圧送管２２の噴射用
水Ａの圧力が噴射用水圧力制御弁２８のリリーフ圧に応
じて調整される。

【００６０】これによってエゼクタ式ガスノズル１７の
液体通路５９には、噴射用水流量制御弁２３により流量
を制御され、また噴射用水圧力制御弁２８により圧力を
調整された噴射用水Ａが連続的に圧送される。従ってエ
ゼクタ式ガスノズル１７の液体通路５９に供給される噴
射用水Ａの流量は噴射用水流量制御弁２３の流量設定値
に応じて定量的に可変設定され、またこの噴射用水Ａの
圧力は噴射用水圧力制御弁２８の設定リリーフ圧に応じ
て定量的に可変設定されることになる。

【００６１】エゼクタ式ガスノズル１７の液体通路５９
に供給された噴射用水Ａは液体ノズル部材６１内を通過
してノズル細管６５の液体噴孔６３よりガス噴孔８７へ
向けて高速噴出される。この噴射用水Ａの噴流束の外周
部には噴射用水Ａの噴出流速に応じて負圧が発生し、こ
れによりオゾナイザ３３により生成されたオゾンガスが
吸引ガス微少流量制御弁３９により流量を定量的に計量
されつつ吸引ガス室８６に入る。この吸引ガス室８６に
入ったオゾンガスは、図５に模式的に示されているよう
に噴射用水Ａの噴流束の外周部に沿ってガス噴孔８７の
平行部通路８９内に吸い込まれ、噴射用水Ａの噴流によ
りＣ点で剪断されて微細な気泡となって噴射用水Ａによ
る噴流ジェットと共にオゾン反応槽１内の原料用水Ａ中
へ噴出する。

【００６２】なお、図５は、上記したオゾンガスの微細
気泡発生のメカニズムを、上述のエゼクタ式ガスノズル
１７と同一構造の可視化実験用エゼクタ式ガスノズルに
て顕微鏡観察し、また超高速写真撮影により観察した結
果を模式的に示したものである。

【００６３】図２に示したような複数個のオゾン反応槽
１内で各々生成するオゾン水の溶存オゾン水濃度の最高
値、すなわち最高到達濃度を同一とする場合には、オゾ
ンガス圧力室２内のオゾンガス圧力（オゾン反応槽１内
の原料用水Ａの圧力）が各オゾン反応槽１にて互いに同
一となるよう、オゾンガス圧力調整弁４９の設定圧力値
を同一とし、またそれぞれのオゾンガス吸引管２９を通
ってエゼクタ式ガスノズル１７に供給する吸引オゾンガ
ス流量が各オゾン反応槽１にて互いに同一となるよう、
吸引オゾンガス微少流量制御弁３９の開度を調整する。

【００６４】各オゾン反応槽１内で生成されるオゾン水
の溶存オゾン水の最高到達濃度が各オゾン反応槽１間で
それぞれ異っている場合には、それぞれのオゾン反応槽
１のオゾンガス圧力室２内のオゾンガス圧力をオゾンガ
ス圧力調整弁４９の設定圧力値、すなわちオゾンガス反
応槽１内の原料用水Ａの設定圧力値を目的に合わせて調
整し、さらにオゾンガス配分管４６からオゾンガス吸引
管２９を通ってエゼクタ式ガスノズル１７に供給する吸
引オゾンガス流量を、吸引オゾンガス微少流量制御弁３
９の開度を変更して、オゾンガス反応槽１内に送り込む
オゾンガス気泡流量を目的に合わせて調整する。

【００６５】オゾナイザ３３のオゾンガス発生量（ｇ／
ｈ）は、オゾナイザを通過する原料ガス流量（Ｎｌ／ｍ
ｉｎ）が増加すると急増するが、流量がある値に達する
と頭打ちになり、以後流量を増加してもオゾンガス発生
量は増加しない。一方、オゾナイザ３３で生成されるオ
ゾンガスの濃度（ｐｐｍ）も原料ガス流量の増加に伴っ
て急増するが、普通、このオゾンガス濃度はオゾンガス
発生量が最大に達する以前に最大濃度となり、以後は原
料ガス流量の増加に伴って急減する。

【００６６】オゾンガス吸引管２９を通ってエゼクタ式
ガスノズル１７に吸引され、噴流ジェットとともにオゾ
ン反応槽１内に送り込まれるオゾンガス気泡、すなわち
吸引オゾンガス流量は、ノズルガス細管６５の液体噴孔
６３よりガス噴孔８７へ向けて高速噴出する噴流ジェッ
トの速度の増加に伴って増加する。

【００６７】しかし、この吸引ガス流量は、液体噴孔６
３より噴出する噴射用水Ａの物性値、特にその表面張力
の大小によって変化する。噴射用水Ａの流量と吸引ガス
流量との比、すなわち流量比は、噴射用水Ａが表面張力
の大きい水の場合には、噴流ジェットの速度が４０〜５
０ｍ／ｓｅｃの状態にて２００％前後と大きいが、噴射
用水Ａが水でなく表面張力の小さい食用油の場合では、
噴流ジェット速度が３０〜４０ｍ／ｓｅｃの状態でおお
よそ３０％前後と少い。

【００６８】したがって、オゾナイザ３３の大きさ容量
は、オゾンガス発生量最大を優先するか、または生成オ
ゾンガス濃度最大を優先するか、のいずれを採るかによ
って選び方が相違する。設計上、いずれを優先するかが
決まれば、後はエゼクタ式ガスノズル３７の数と、噴射
用水Ａの種類によって吸引ガスの必要流量が決まるの
で、オゾナイザ３３の大きさ容量は、吸引ガス必要流量
に対して若干の余裕を持たせて決定すればよい。

【００６９】ノズル細管６５の液体噴孔６３よりガス噴
孔８７に向けて高速噴出された噴射用水Ａによる噴流ジ
ェットは、図５の模式図が示しているように、その表面
と吸引ガス室８６に入ったオゾンガスとの間に働く粘性
力によってガス噴孔８７の平行部通路８９内に、吸引ガ
ス室８６内のオゾンガスを引きずり込む。その吸引オゾ
ンガス流が噴流ジェットとの間に先細りの三角形状とな
って挾まれ、その先端部のＣ点で噴流ジェットと吸引オ
ゾンガス流の相対運動の速度差によってオゾンガス流が
剪断されて第一次の極微細気泡となる。

【００７０】この第一次の極微細気泡群の一部は、ガス
噴孔８７からオゾン反応槽１内の原料用水Ａ中に噴流ジ
ェットともに、その噴流ジェットの運動量エネルギが消
滅するまでの距離だけ突入し、その終端部付近に発生し
た噴流ジェット乱流発生部分に巻き込まれ、ここで合体
成長して、第一次極微細気泡群より大きい直径の第二次
微細気泡群となる。したがって、第一次及び第二次の微
細気泡群の平均直径は、第一次極微細気泡群のそれより
大きくなる。

【００７１】この第二次微細気泡群の発生は、吸引オゾ
ンガス微少流量制御弁３９の開度を絞り、オゾンガス吸
引管２９を通ってエゼクタ式ガスノズル１７に吸引され
るオゾンガス量を減少制御することによって防止するこ
とができる。

【００７２】すなわちエゼクタ式ガスノズル１７に吸引
されるオゾンガス吸引量を減少させると、その減少量に
応じて、ガス噴孔８７から噴出した噴射用水Ａの噴流ジ
ェットとともに、オゾン反応槽内の原料用水Ａに噴出し
た第一次極微細気泡群の噴流ジェットの終端部付近の乱
流発生部分に到達し、この乱流発生部分に巻き込まれて
合体成長した第二次微細気泡群の発生量が少くなって行
く。

【００７３】したがって、吸引オゾンガス微少流量制御
弁３９の開度を一層絞り込んで、エゼクタ式ガスノズル
１７のオゾンガス吸引量がより少なくなると、第一次極
微細気泡群は、噴流ジェットの終端乱流発生部分に到達
することなく、それ以前に噴流ジェットから離れてオゾ
ン反応槽内の原料用水Ａ中に分散浮遊して、第二次微細
気泡群の発生は皆無となる。したがって、吸引オゾンガ
ス微少流量制御弁３９の開度を微少絞り込み制御するこ
とによって、平均気泡径がおおよそで５０μｍとから１
２０μｍといった第一次極微細気泡群の発生のみに定量
制御することが可能となる。

【００７４】上述の如くエゼクタ式ガスノズル１７より
原料用水Ａ中に送り込むオゾンガスの微細気泡は、その
気泡群の８０％以上が直径１０〜２００μｍで、全気泡
群の平均直径が５０〜１５０μｍ程度の極微細気泡とな
り、このオゾンガスの極微細気泡が原料用水Ａ中に安定
かつ連続して供給されることにより、オゾン反応槽１内
に於けるオゾンガスと原料用水Ａとの気液接触表面積が
激増することになる。

【００７５】これにより、上述の式（１）に於ける全気
泡の表面積ａが激増し、単位時間中に原料用水Ａ中に溶
解するオゾン量Ｑz が全気泡表面積ａの増加に応じて増
大するようになる。

【００７６】この極微細気泡の平均直径が１５０μｍで
あるとすると、多孔質のセラミック製などの散気管から
得られる平均直径が約３ｍｍ程度の気泡の場合に対して
表面積が４００倍、同じく１００μｍの場合には９００
倍となり、前述した式（１）から理解されるように単位
時間に原料用水Ａ中に溶解するオゾン量Ｑz は従来技術
のそれに対して比較にならないほど桁違いに大きいもの
となる。そのため，散気管に圧送するオゾンガス流量に
比較してエゼクタ式ガスノズル１７から原料用水Ａ中に
極微細気泡として噴出させる吸引ガス流量を大巾に減少
させても、少い時間でより高濃度のオゾン水を効率的に
製造できるようになる。 この場合、エゼクタ式ガスノ
ズル１７のノズル細管６５からオゾン反応槽１内の原料
用水Ａ中に噴出する噴射用水Ａの噴流ジェットの速度が
２０〜５０ｍ／ｓｅｃになるよう、噴射用水Ａの圧力
を、噴射用水圧送ポンプ１９の吐出圧と噴射用水圧力制
御弁２８の設定圧より５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 前後の範
囲内で調整する。この噴射用水Ａの圧力調整は、気体の
圧力制御に比して容易にできるので、オゾン反応槽１内
の原料用水Ａの水圧が高くても２０〜５０ｍ／ｓｅｃの
噴出速度は容易に得られ、加圧された原料用水Ａ中にも
極微細気泡を安定かつ連続的に大量発生させることがで
きる。

【００７７】これに対し、反応槽の底部に複数個設置し
た多孔質のセラミック製散気管による従来法の場合は、
反応槽内の水圧が散気管に直接作用するので、圧送オゾ
ンガス圧をその水圧に打ち勝つだけ高くする必要があ
り、コンプレッサ動力が、エゼクタ式ガスノズルの場合
と比較にならないほど大きいものになる。

【００７８】反応槽内での原料用水に対するオゾンガス
の溶解量を大きくするためには、上述のように層内水圧
を０〜３ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲内で高くすることが望ま
しいので、気泡径が多孔質のセラミック製散気管による
場合に比して比較にならないほど小さく、しかも２０〜
５０ｍ／ｓｅｃの液体噴出速度が槽内水圧に関係なく得
られるエゼクタ式ガスノズルによる極微細気泡を利用す
る本発明の方法は、従来の方法と比較して非常に優れて
いることが理解されよう。

【００７９】次に高濃度オゾン水の生成及びその半減期
と、これに影響を及ぼす諸因子との相互関係を実験的研
究で明らかにし、これらの実験結果から、溶存オゾン水
の最高到達濃度が数ｐｐｍ以上で、その半減期が５時間
以上のオゾン水の生成条件を決定する。

【００８０】半減期の長い高濃度オゾン水の生成に影響
を及ぼす諸因子を列挙すると下記である。

【００８１】(1) 原料ガスの種類…乾燥空気、純酸素 (2) 原料用水の種類…水道水、蒸溜水、脱イオン水、電
解水など (3) 原料用水の温度 (4) 原料用水のｐＨ値 (5) 原料用水の圧力 (6) 噴射用水圧送ポンプ１９内での循環原料用水Ａの加
圧力の大きさ (7) 原料用水Ａ中に溶解せずオゾンガス圧力室２に溜っ
た浮上オゾンガスの分圧の大きさ ［実験１］原料用水の種類が溶存オゾンの最高到達濃度
及び半減期に及ぼす影響を調べ、最適の原料用水を決定
するため下記の条件で実験を行った。

【００８２】 (1) 原料ガス …乾燥空気 (2) エゼクタ式ガスノズルからの液体噴出圧力…Ｐl ＝５ｋｇｆ／ｃｍ2 (3) 吸引オゾンガス流量 …Ｑg ＝２５０ｍｌ／ｍｉｎ (4) 吸引オゾンガス濃度 …Ｇg ＝３５００ｐｐｍ (5) 原料用水の水槽容量 …Ｌ＝３０ｌ (6) 噴射用水流量 …Ｑl ＝３００ｍｌ／ｍｉｎ (7) エゼクタ式ガスノズル使用条件 A）ノズル外径／内径 …ｄ1 ／ｄ2 ＝０．８／０．５９ｍｍ B）ガス噴孔内径 …ｄg ＝１．０ｍｍ C）ガス噴孔平行通路部の長さ …Ｌ＝３ｍｍ D）ガスリング厚さ（ｄg −ｄ1 ）／２ …δg ＝０．１ｍｍ E）ガス噴孔部始端とノズル細管先端との距離 …ΔＬ＝−４ｍｍ (8) 原料用水の加圧、すなわちオゾンガス圧力室２の圧力 …Ｐ＝０（大気圧開放） 表２は、実験条件のそれぞれの原料用水について、溶存
オゾン濃度と時間の関係を調べ、得られた全ての実験結
果を解析・検討した成果を一覧表にして示したものであ
る。

【００８３】

【表２】 以上の実験結果から、半減期の望ましい最低基準を５時
間とし、この基準を満足する原料用水とその水温及びｐ
Ｈ値を求めると下記となる。

【００８４】水温１３℃、ｐＨ値３及び５の電解水…半
減期ｔh がほぼ６．５時間 水温１３℃、ｐＨ値７の蒸溜水 …半減期ｔh がほ
ぼ１１時間 水温１３℃、ｐＨ値７の脱イオン水 …半減期ｔh がほ
ぼ１４．７時間 オゾンガスの原料用水中への溶解度に関しては、一定の
温度においては、一定量の液体に溶ける気体の質量は気
体の圧力に比例する、というヘンリーの法則が存在す
る。また、あるオゾン濃度（Ｙ）をもつ空気の曝気によ
って水中（蒸溜水）に溶解される溶解量（Ｃ）は、圧力
が一定ならば水温（Ｔw ）の関数として以下の式（２）
で表される。

【００８５】 Ｃ＝｛０．６０４（１＋Ｔw ／２７３）Ｙ｝／（１＋
０．０６３Ｔw ）…（２） これらの理論によると、原料用水中へのオゾンの溶解度
は気体の圧力、すなわち気泡を送り込むオゾン反応槽内
の原料用水の水圧に比例して大となり、圧力が一定なら
ば原料用水の温度が低いほど大となるということが理解
できる。

【００８６】表２の実験結果が示しているように、乾燥
空気を原料とした場合の生成オゾン水の最高到達濃度は
１ｐｐｍ前後である。しかし、上述のヘンリーの法則に
したがって、オゾンガス配分管４６から分岐している生
成オゾンガス導入管４７から、生成オゾンガスの一部を
オゾンガス圧力室２内に送り込んでオゾン反応槽１内の
原料用水Ａを加圧すれば、生成オゾンガスの最高到達濃
度は大巾に向上し、２ｐｐｍまたはそれ以上に達するで
あろうことは容易に推定できる。

【００８７】そこで、乾燥空気を原料ガスとした場合の
表２の実験結果と、これらの理論を勘案し、半減期が５
時間以上という条件を達成する、半減期に影響を及ぼす
諸因子、すなわち原料用水の種類、ｐＨ値、水温及び水
圧の生成標準値を示せば表３のようになる。

【００８８】

【表３】 なお、表３のうち、蒸溜水及び脱イオン水は、医療機器
の滅菌、半導体工場の原料、加工水の殺菌など、オゾン
水のコスト高を許容する分野に使用し、一般的な殺菌、
脱臭、脱色などにはｐＨ値２．５〜５前後の電解水を原
料用水として使用する。

【００８９】オゾン水の使用例は表１に示してあるが、
このうちオゾンの食品分野への利用を更に詳しく見る
と、それは表４の通りである。

【００９０】

【表４】 この表４から分かるようにオゾン水の主たる利用分野は
微生物の殺菌である。そこで、オゾン水の殺菌力とその
水中オゾン濃度との関係を調べると、それは表５の通り
である。

【００９１】

【表５】 この表５から理解できるように、水中オゾン濃度が１ｐ
ｐｍあると、殆どの菌及びウイルスは接触時間が僅かに
５秒、すなわち即死の状態で、１００％死滅することが
わかる。したがって、オゾン水を作る場合、半減期の５
時間以上が過ぎても、このような滅菌効果を発揮できる
ようにするためには、生成オゾン水の濃度を２ｐｐｍ以
上にすることが望ましいということになる。さらに、１
０時間経過した後でもオゾン水濃度が１〜１．５ｐｐｍ
程度であることを要求条件とする場合には、生成オゾン
水濃度は最低でも３〜５ｐｐｍは必要となってくるであ
ろう。したがって、このような高濃度オゾン水を安定し
て生成するためには、原料ガスは乾燥空気より純酸素と
した方がようということになる。

【００９２】そこで、以降の実験では、原料ガスを純酸
素とし、前述した半減期の長い高濃度オゾン水の生成に
影響を及ぼす諸因子の(1) 〜(7) のうち、(4) 原料用水
のｐＨ値、(5) 原料用水の圧力、(6) 噴射用水の圧送ポ
ンプ内での加圧力の大きさ、(7) オゾンガス圧力室内で
のオゾンガス分圧などの諸因子について行った実験結果
について検討する。

【００９３】［実験２］原料用水のｐＨ値が高濃度オゾ
ン水の生成及びその半減期に及ぼす影響を調べる。

【００９４】電解水製造装置を用いて生成したｐＨ２〜
９の４段階の電解水を用いて、表６に示す実験条件で、
電解水のｐＨ値が生成オゾン水濃度及び半減期に及ぼす
影響を調べた。

【００９５】

【表６】 図６及び図７に示す実験結果が示しているように、電解
水のｐＨ値を低く、酸性度を強くすると、溶存オゾンの
最高到達（平衡）濃度ＣLm （ｐｐｍ）が上昇し、その
半減期ｔh （ｍｉｎ）も大巾に長くなる。すなわち、ｐ
Ｈ値が２．５の場合には、原料用水の水温が２０℃と高
いにもかかわらず、表７の実験結果が示しているよう
に、最高到達濃度ＣLm は５ｐｐｍを超え、その半減期
も約１０時間であった。

【００９６】

【表７】 この実験結果から、原料用水として電解水を用いた場合
には、低いｐＨ値すなわち酸性度の高い電解水ほど高濃
度のオゾン水を生成し、しかもその半減期を大巾に延長
する効果をもたらすことが証明された。

【００９７】そして、低ｐＨ値の電解水はオゾン水濃度
の半減期を大巾に延長するという上述の実験結果は、上
述の乾燥空気を原料ガスとした場合の実験１における表
２の実験結果と完全に一致している。

【００９８】［実験３］原料用水の圧力がオゾン水の溶
存濃度増大及びその半減期延長効果に及ぼす影響を調べ
る。

【００９９】この実験では溶媒の原料用水は水道水を用
い、水槽内圧力ＰL を０，０．５及び１．０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 Ｇの三種類に変化させて実験を行った。オゾン反応
槽１内の水量、水温Ｔｗ及び液体噴出圧力ＰL や吸引ガ
ス流量Ｑg などエゼクタ式ガスノズル１７の設定条件な
どは、表６に示した実験２の場合と同一である。また、
原料用水の圧力は、ＰL ＝０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの場合は
生成オゾンガス導入管４７に取付けられた開閉弁４８を
閉じ、オゾン反応槽１の天井壁部（上蓋部）を取外し、
０．５及び１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇの場合には、この上
蓋部を取付けた状態で開閉弁４８を開き、オゾンガス配
分管４６から生成オゾンガスの一部を分流させてオゾン
ガス圧力室２内に送り込み、オゾン反応槽１内の原料用
水Ａを加圧する。その圧力は、オゾンガス排出管５０に
取付けられたオゾンガス自動圧力調整弁４９の設定圧力
を０．５及び１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇに設定して調整
し、実験を行った。

【０１００】図８及び表８に示す実験結果が示している
ように、オゾン反応槽１の上部に設けたオゾンガス圧力
室２内に送り込まれた生成オゾンガスの圧力を高めるこ
とにより、溶存オゾン濃度は上昇し、原料用水として２
０℃の水道水を用いたにもかかわらず、溶存オゾン水の
最高到達濃度は５ｐｐｍを超え、かなり高濃度のオゾン
水を生成できることがわかった。また、半減期も僅かで
はあるが、水槽内の原料用水を加圧することにより延長
されることもわかった。

【０１０１】しかし、水槽内の原料用水を加圧すること
は、原料用水の溶存オゾン水濃度を増大させる効果は大
きいが、その半減期の延長にはそれほど大きい影響を及
ぼさないことが分った。

【０１０２】

【表８】 ［実験４］循環原料用水の圧送ポンプ内加圧が溶存オゾ
ン水濃度増大及びその半減期延長効果に及ぼす影響を調
べる。

【０１０３】

【表９】 表９の実験条件が示しているように、エゼクタ式ガスノ
ズル１７からの液体噴出量ＱL および吸引オゾンガス流
量Ｑg を一定に保ち、噴射用水還流管２７を経てオゾン
反応槽１内に還流されるバイパス流量ＱB を変化させる
ことにより、圧送ポンプ１９内の通過流量（ＱL ＋ＱB
）を変化させて、溶存オゾン水濃度の変化を調べた。
また、エゼクタ式ガスノズル１７からの圧縮された噴射
用水の溶存オゾン水濃度の向上効果を調べるために、エ
ゼクタ式ガスノズル１７から噴射用水をオゾン反応槽内
に噴出させた場合とさせない場合についても比較した。

【０１０４】図９及び表１０の実験結果が示しているよ
うに、ＱL ＝０、ＱB ＝３００ｍｌ／ｍｉｎの平衡オゾ
ン水濃度は０．６０ｐｐｍと最低で、その反対のＱL ＝
３００ｍｌ／ｍｉｎ、ＱB ＝０ｍｌ／ｍｉｎ、すなわち
バイパス流量を０とし、圧送ポンプ流量の全部をエゼク
タ式ガスノズル１７から噴出させた場合の溶存オゾン水
の最高到達濃度は１．６０ｐｐｍと増加した。

【０１０５】しかし圧送ポンプ流量を６００ｍｌ／ｍｉ
ｎと倍増し、それを二分してＱL ＝３００ｍｌ／ｍｉ
ｎ、ＱB ＝３００ｍｌ／ｍｉｎとした場合の最高到達濃
度は３．２０ｐｐｍと急増した。これは、水槽内に浮遊
しているオゾンガスの微細気泡が圧送ポンプ１９内に吸
い込まれた際、ポンプ内で加圧されて溶解したからであ
る。しかし、原料用水の圧送ポンプ内加圧は、溶存オゾ
ン水濃度の半減期延長にはあまり効果がない。

【０１０６】

【表１０】 ［実験５］オゾンガス圧力室２内のオゾンガス分圧が溶
存オゾン水濃度及びその半減期に及ぼす影響を調べた。

【０１０７】実験は、エゼクタ式ガスノズル１７の噴射
用水還流管２７に流れるバイパス流量をＱB ＝０ｍｌ／
ｍｉｎとし、原料用水の圧送ポンプ１９の圧送ポンプ流
量、すなわちエゼクタ式ガスノズル１７からの液体噴出
流量をＱL ＝３００ｍｌ／ｍｉｎと一定にし、オゾン反
応槽１の上部のオゾンガス圧力室２内のオゾンガス濃度
を、１０００〜６０００ｐｐｍの間３段階に調整設定
し、オゾンガス排出管５０に取付けられたオゾンガス自
動圧力調整弁４９を開放状態、すなわちオゾンガス圧力
室２内の圧力を大気圧に保って行った。水温、水量、水
槽内圧力など、上記以外の条件は、表９に示した実験４
の条件と全く同一である。

【０１０８】なお、図１０に示したオゾンガス分圧のＰ
o3＝０→０．４ＫＰａ（４×１０^-3ｋｇｆ／ｃｍ2 ）と
は、水槽上部のオゾンガス圧力室２内に、予めオゾンガ
スを送り込まずに、エゼクタ式ガスノズル１７からオゾ
ン反応槽内に吹き込まれたオゾンガスの微細気泡が、原
料用水Ａ中に溶解しないで上昇浮上し、それがオゾンガ
ス圧力室２内に溜ることにより、オゾンガス分圧が徐々
に上昇したことを意味している。そして、オゾンガス濃
度Ｃg ＝０→４０００ｐｐｍは、この分圧の上昇変化に
対応したものである。

【０１０９】図１０及び表１１の実験結果が示している
ように、オゾンガス圧力室２内のオゾンガス分圧が高い
ほど溶存オゾン水濃度が高く、その最高濃度到達時間も
短い、また、その半減期も長くなっている。しかし、オ
ゾンガス分圧を大きくすることは、実験４の圧送ポンプ
内加圧の場合と同様に、溶存オゾン水の最高到達濃度を
増大させる効果を期待するもので、その半減期を延長す
るための重要因子ではない。

【０１１０】

【表１１】 以上の実験１から実験５までの各実験から、溶存オゾン
水の最高到達濃度及び半減期の延長に好影響を及ぼす因
子についてまとめると下記である。

【０１１１】(1) オゾンガス原料…原料に酸素ガスを用
いることにより、乾燥空気を用いる場合の２〜３倍のオ
ゾンガス濃度が得られ、溶存オゾン水の最高到達濃度は
上昇する。

【０１１２】(2) 原料用水の水温…水温を低くすること
は最高到達濃度の上昇及び半減期の延長に効果的であ
る。

【０１１３】(3) 原料用水のｐＨ値…溶媒のｐＨ値を低
くすることは最高到達濃度の上昇及び半減期の延長に極
めて効果的である。ｐＨ２．５については水温が２０℃
であったにも拘らず、最高到達濃度は５ｐｐｍを超え、
半減期も約１０時間であった。

【０１１４】(4) 水槽内圧力…水槽内を加圧することに
よりオゾンガス分圧が上昇し、オゾン水の最高到達濃度
は上昇する。実験では水道水を用いたにも拘らず、最高
到達濃度は５ｐｐｍを超え、かなり高濃度のオゾン水を
得ることができた。半減期についても水槽内を加圧する
ことにより延長される。

【０１１５】［実験６］ （総合試験）以上の実験結果に基づいて、溶存オゾン水
の最高到達濃度の上昇及びその半減期の延長に好影響を
及ぼす諸因子に対して、溶媒、すなわち原料用水として
水温Ｔw ＝１２℃、ｐＨ値が２．８の電解水を用い、表
１２に示したように、オゾン反応槽１の上部のオゾンガ
ス圧力室２内のオゾンガス圧がＰL ＝１．０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 Ｇとなるよう、オゾンガスブリード管５０上に取付
けられたオゾンガス自動圧力調整弁４９の設定圧力を調
整して実験を行った。

【０１１６】

【表１２】 実験は（Ａ）及び（Ｂ）の二つに分けて行った。（Ａ）
の実験は、原料用水の溶存オゾン水濃度が１４．０ｐｐ
ｍの最高到達濃度に達したのを確認した後（それまでの
間１０分間隔で濃度測定した）、噴射用水圧送ポンプ１
９の電源を切ってエゼクタ式ガスノズル１７からの噴出
用水及び吸引ガスの原料用水Ａ中への噴出作業を停止
し、同時に吸引ガス微少流量制御弁３９を閉にする。

【０１１７】以後、生成オゾンガス配分管４６内に入っ
た生成オゾンガスは、生成オゾンガス導入管４７からオ
ゾン反応槽１の上方のオゾンガス圧力室２に送り込まれ
るが、オゾンガスブリード管５０に取付けられたオゾン
ガス自動圧力調整弁４９は、１．０ｋｇｆ／ｃｍ2 Ｇに
設定されているので、圧力室２内の圧力はこの１ｋｇｆ
／ｃｍ2 Ｇに保たれ、その生成オゾンガスの圧力で原料
用水Ａを加圧し続ける。図１１の溶存オゾン水濃度の時
系列変化を示している（Ａ）曲線は、このようにして行
った実験結果を示したものである。

【０１１８】

【表１３】 オゾン水の自己分解すなわちその溶存濃度は、時間とと
もに指数関数的に減少し、その半減期ｔh は式（３）で
求められる。

【０１１９】 ｔh ＝ｌｎ２／Ｋ＝０．６９３／Ｋ …（３） 式（３）のＫは反応速度定数と呼ばれるもので、図１１
の最高オゾン水濃度の１４．０ｐｐｍを過ぎた後の指数
関数的に時間とともに減少していく溶存オゾン水濃度の
対数値を縦軸にとったものと経過時間との関係を表わす
直線の傾きを調べてＫ値を決定し、この値を式（３）に
代入してｔh を計算で求めるのである。表１３の（Ａ）
実験の半減期の６５時間は、実験時間が非常に長くなる
ので、図１１から分かるように２０時間の実験データに
基づいて上述の方法でＫ値を決定、これを式（３）に代
入して求めたものである。

【０１２０】（Ｂ）実験は、図１１において、原料用水
Ａの溶存オゾン水濃度が１４．０ｐｐｍという最高到達
濃度に達した後、図１のオゾン水製造装置の全部の運転
を停止して、オゾン水生成作業を止める。そして、オゾ
ン反応槽１の上方のオゾン圧力室２内の圧力を開放にし
て大気圧とし、その状態で生成したオゾン水の溶存濃度
が時間とともに指数関数的に減少していく時の溶存オゾ
ン水濃度を時系列的に測定し、この測定値から上述の要
領でＫ値を決定し、この値を式（３）に代入して半減期
ｔh を算出して求めるのである。

【０１２１】ところが、図１１の実験結果が示している
ように、溶存オゾン水が実験開始後１８０分経過後に１
４．０ｐｐｍの最高濃度に達した時点で、（Ｂ）実験に
着手したが、着手してから６０分後に、実験終了までに
長時間を必要とする（Ａ）実験の方に切り換えた。その
ため、実験終了後の段階で（Ｂ）実験の測定値からでは
誤差を伴う推定Ｋ値しか求めることができないことがわ
かった。

【０１２２】そこで、より正確な推定Ｋ値を求めるた
め、原料用水のｐＨ値が高濃オゾン水の生成及びその半
減期に及ぼす影響を調べた実験２の中の温度Ｔｗ＝２０
℃、ｐＨ値＝２．５の電解水についての実験が、（Ｂ）
実験の条件とほぼ同一であることに着目し、図６に示す
ｐＨ値が２．５の場合の時間とともに指数関数的に減少
して行く溶存オゾン水濃度の時系列的変化の傾向を
（Ｂ）実験の２４０分以降に適用し、オゾン水濃度の対
数値と時間との直線関係をグラフ上に求め、この直線の
傾きからＫ値をＫ＝１．１４×１０^-3と推定決定し、こ
れを式（３）に代入して半減期ｔh ＝６０８分を推定算
出した。

【０１２３】いずれにしても、図１１及び表１３の実験
結果が示しているように、（Ａ）実験の場合の半減期は
ｔh ＝６５時間という、従来からの技術では到底達成で
きない長時間である。それは１４．０ｐｐｍの最高到達
濃度に達した後、オゾン反応槽１内の生成オゾン水中の
オゾン（０3 ）の自己分解で、溶存オゾン水濃度が時間
の経過とともに指数関数的に減少していくのであるが、
オゾン反応槽１の上方のオゾンガス圧力室２内に送り込
まれた生成オゾンガスがその圧力の作用でオゾン反応槽
１内の生成オゾン水中に溶解し、Ｏ3 の自己分解による
減少分を補充しているからである。

【０１２４】また、（Ｂ）実験の場合は、生成オゾン水
中にＯ3 の自己分解作用で溶存オゾン水濃度は指数関数
的傾向をもって時系列的に漸減していくが、その半減期
は約１０時間強という長時間である。そして、半減期時
点での溶存オゾン水濃度はなお７．０ｐｐｍという高濃
度で、さらにその半減期すなわち２０時間経過後の溶存
オゾン水濃度でも３．５ｐｐｍであり、滅菌、脱臭、脱
色の作用効果を十分に発揮できる実用上有用な濃度を保
持していることが分かる。

【０１２５】以上の説明より明らかなように乾燥空気を
原料ガスとした場合、生成オゾン水の最高到達濃度が２
〜４ｐｐｍで半減期が５時間以上となり、また純酸素を
原料ガスとした場合には最高到達濃度が４〜１４ｐｐｍ
で半減期が８時間以上、特別の半減期延長対策を講じら
れれば、半減期が約１０時間と従来の既成概念を飛び越
えて伸長し、殺菌、脱臭、脱色（表１、表１４参照）に
有用な高濃度で長半減期のオゾン水が製造される。

【０１２６】また、実験１から実験６の実験結果をまと
めた表１４が示しているように、最高到達濃度及び半減
期に影響を及ぼす諸因子を組み合わせることにより、生
成オゾン水の最高到達濃度及びその半減期がある一定の
目標値になるよう制御することができる。例えば、生成
オゾン水の最高到達濃度は５〜６ｐｐｍ程度でよいが、
半減期は１０時間以上のオゾン水を生成したいとか、半
減期は５〜６時間でよいが、生成オゾン水の最高到達濃
度は１０ｐｐｍ以上にしたい、といったような場合があ
る。それぞれ、表２に示した最高到達濃度の増大効果を
持つ諸因子及び半減期延長効果を有している諸因子のう
ちから、複数個の因子を選び、実験によってそれら諸因
子の定量値を決定すれば、目的のオゾン水を自由に製造
することができる。

【０１２７】一般的には、オゾン水濃度が１ｐｐｍ前後
であれば、表１及び４から分かるように、殆どの利用分
野において、殺菌、脱臭、脱色の効力を発揮することが
できるので、乾燥空気を原料ガスとした濃度が２〜４ｐ
ｐｍの生成オゾン水でも、半減期の５時間が経過しても
十分利用できることが分かる。特に、原料ガスを純酸素
にした場合には、半減期の５時間が経過した後でもオゾ
ン水濃度として数ｐｐｍ以上の値が期待できるので、表
４に示した食品分野などに特に多い細菌及びウイルス等
の滅菌を１００％行うことができる。

【０１２８】

【表１４】 また、表１４の高濃度オゾン水及び長半減期間オゾン水
の生成条件から容易に理解できるように、原料用水を蒸
溜水または脱イオン水とした場合、１０時間以上と半減
期間が非常に長い高濃度オゾン水を製造することができ
る。原料用水が蒸溜水または脱イオン水よりなる生成イ
オン水は、原料用水の製造コストが電解水のそれに比し
て高いので、その用途は限定されるが、医療機器類の完
全滅菌、医療廃棄物の滅菌、脱臭、半導体製造分野にお
ける洗浄用水の殺菌、浄化等、コストより半減期間が非
常に長い高濃度オゾン水という特長とその効果に重点を
置く分野にて利用価値がある。

【０１２９】低コスト、大量生産という見地からすれ
ば、ｐＨ値が２〜５．５の電解酸性水を原料用水とした
高濃度オゾン水が最も利用価値がある。原料用水が乾燥
空気の場合は２〜４ｐｐｍで半減期間が５時間以上、原
料用水を純酸素とした場合４ｐｐｍ以上、半減期間８時
間以上の高濃度オゾン水を容易に製造できるから、それ
らの半減期間とその時点でのオゾン水濃度に注意した管
理を行えば、表１に示した全ての利用分野で有効利用で
きる。その製造装置は図１及び図２に示したバッチ方式
のオゾン水製造装置が最適であるが、連続オゾン水製造
装置で連続生産することも可能である。

【０１３０】図１及び図２に示したオゾン水製造装置で
は、複数個のオゾン反応槽１を使って、溶存オゾン濃度
が同一の高濃度オゾン水を、同時に大量生産できる。ま
た、それぞれのオゾン反応槽１内で、溶存オゾン濃度が
それぞれ異った高濃度オゾン水も製造することができ
る。

【０１３１】このオゾン反応槽１の大きさ容量は、高濃
度オゾン水の必要量に合わせて自由に決定することがで
きる。表１２に示した実験条件で行った総合実験では、
図１１の実験結果が示しているように、溶存オゾン水濃
度は実験開始後１８０分経過した時点で最高到達濃度の
１４．０ｐｐｍに達している。この時のエゼクタ式ガス
ノズル１７からの液体噴出圧力及び吸引ガス流量はそれ
ぞれＰL ＝５ｋｇｆ／ｃｍ2 、Ｑg ＝５００ｍｌ／ｍｉ
ｎであった。ＰL とＱG の関係を確かめるため、同じ条
件でＰL ＝１０ｋｇｆ／ｃｍ2 と２倍に上げたときのＱ
g は約２．２倍の１１００ｍｌ／ｍｉｎ余と急増した。
このことから、別の実験結果と合わせ考えると、ＰL を
８〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 に上げれば、１２０〜１５０分
で最高平衡濃度の１４．０ｐｐｍに達するであろうこと
は容易に理解できる。

【０１３２】表１２の実験条件が示しているように、本
実験のオゾン反応槽１の電解水容量は３０リットルで、
Ｑg ＝５００ｍｌ／ｍｉｎである。これを単位体積のリ
ットル当りに換算すると、１６．７ｍｌ／（ｍｉｎ・
ｌ）である。したがって、上述のＰL を上げたときのＱ
g の増加を合わせ考えるならば、この設計標準値を２０
ｍｌ／（ｍｉｎ・ｌ）と設定すれば、図１とともに説明
したように、第二次の微細気泡群の発生を最小限度に止
めるためには吸引オゾンガス微少流量制御弁３９の開度
を絞り込んで、Ｑg を定量制御しても十分であると考え
る。

【０１３３】とすると、オゾン反応槽１の容量を２００
リットルとした場合、第一次及び第二次微細気泡群発生
を許容した場合の吸引オゾンガス流量はＱ_g ＝１０００
ｍｌ／ｍｉｎとなりエゼクタ式ガスノズル１７の所要個
数は合計４個となる。

【０１３４】また、吸引オゾンガス微少流量制御弁３９
の開度を絞って、第二次微細気泡群の発生を無くし、平
均気泡径が１００μｍ前後と小さくなる第一次微細気泡
群のみを発生させるため、Ｑ_g ＝７００ｍｌ／ｍｉｎと
した場合には、エゼクタ式ガスノズル１７の合計所要個
数は５．７個すなわち６個でよいということになる。し
たがって、いま２００リットルのオゾン反応槽１をドラ
ム缶の寸法に置き換えて考えるならば、前者の場合は槽
の下方部にノズルを上下２個づつ、後者の場合には上下
３個づつ等角度間隔に配列すればよいということにな
る。このようにして、オゾン反応槽１の設計は、その容
量と寸法が定まれば、エゼクタ式ガスノズル１７の所要
個数とその配列は容易に決定できることになる。

【０１３５】実験６の総合実験では表１２に示してある
ように、オゾナイザ３３に供給する酸素流量はＱl ＝
２．０ｌ／ｍｉｎで、生成されるオゾンガス濃度がＣg
＝６０００ｐｐｍの空冷式円筒型セラミックオゾナイザ
を使用した。このタイプのオゾナイザは、消費電力が少
く経済性、信頼性に優れているので従来から広く用いら
れているからである。これは、いわゆる無声放電型オゾ
ナイザである。しかし最近では、体積放電型とか高純度
アルミナセラミックを使った沿面放電型といった新しい
高性能オゾナイザが開発され、実用化されている。ま
た、原料ガスを酸素とする場合、本実験では研究室的実
験なので純酸素ボンベを使用したが、実用的には圧縮空
気から低温の高濃度酸素を連続生産する酸素富化機が開
発されている。したがって、最近のオゾナイザは、酸素
を原料ガスとした場合、数万ｐｐｍという高濃のオゾン
ガスを連続生成することが可能となっている。もちろ
ん、オゾン水を作る場合、５倍の濃度のオゾンガスを使
ったから、生成されるオゾン水の濃度も５倍になるとい
う訳ではない。原料用水の種類、温度、圧力などの諸因
子の影響を受けるので、原料用水中に溶解するオゾン
量、すなわち生成される溶存オゾン水濃度には限界があ
る。しかし、これら諸因子の条件を同一としてオゾン水
を製造しようとする場合には、オゾナイザで生成するオ
ゾンガス濃度の高低は、製造されるオゾン水の最高到達
濃度、あるいは最高到達時間に影響を及ぼすことは明ら
かである。

【０１３６】このような見地から実験６の実験結果を見
直すならば、例えばオゾナイザとしてより高性能の高純
度アルミナセラミック製の沿面放電型のオゾナイザを使
用すれば、実験で得られた最高到達濃度のＣLm ＝１
４．０ｐｐｍはもっと高濃度になるであろう。また、最
高到達濃度を１４．０ｐｐｍと同じにしたとすれば、そ
の最高濃度到達時間の１８０分は、例えば９０分とか１
２０分といったように短縮されるであろうことは想像に
難くない。さらに、原料ガスを純酸素からコストの安い
乾燥空気にすることの可能性も生じてくる。

【０１３７】以上に於ては、本発明を特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能で
あることは当業者にとって明らかであろう。

【０１３８】

【発明の効果】以上の説明から理解されるごとく、本発
明による高濃度オゾン水製造方法および高濃度オゾン水
製造装置によれば、原料用水を、ＰＨ値が３程度以上か
つ５．５程度以下の酸性水から構成すると共に、その温
度を２０°Ｃ程度以下に維持したため、水中オゾンの半
減期を長時間に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるオゾン水製造装置の一実施例を示
すブロック線図である。

【図２】本発明によるオゾン水製造装置に用いられるオ
ゾン反応槽の一実施例を示す概略平面図である。

【図３】本発明によるオゾン水製造装置に用いられるエ
ゼクタ式ガスノズルの一実施例を示す縦断面図である。

【図４】本発明によるオゾン水製造装置に用いられるエ
ゼクタ式ガスノズルの噴孔部を拡大して示す縦断面図で
ある。

【図５】エゼクタ式ガスノズルによるオゾンガスの微細
気泡発生のメカニズムを模式的に示す説明図である。

【図６】電解水のｐＨ値に対する溶存オゾン水濃度と時
間の関係を示すグラフである。

【図７】電解水のｐＨ値とオゾン水野最高到達濃度及び
半減期の関係を示すグラフである。

【図８】原料用水の圧力に対する溶存オゾン水濃度と時
間との関係を示すグラフである。

【図９】原料用水のポンプ内加圧が溶存オゾン水濃度に
及ぼす影響を示すグラフである。

【図１０】オゾンガス分圧が溶存オゾン水濃度に及ぼす
影響を示すグラフである。

【図１１】総合実験における溶存オゾン水濃度の経時変
化とその半減期を示すグラフである。

【符号の説明】

１ オゾン反応反応槽 １４ 熱交換器 １７ エゼクタ式ガスノズル １９ 噴射用水圧送ポンプ ３３ オゾナイタ ４７ 生成オゾンガス導入管

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−72993（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−330926（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−90981（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−22356（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−53437（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−7528（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−122337（ＪＰ，Ｕ)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体ノズルとガスノズルとを有するエゼ
   クタ式ガスノズルを用い、前記液体ノズルからオゾン反
   応槽内の原料用水中に噴射用水を噴出し、当該噴射用水
   の噴流による負圧によりオゾンガスを吸引してオゾンガ
   スを微細気泡状態にて前記ガスノズルより原料用水中に
   噴出させ、前記オゾンガスを原料用水中に溶解せしめる
   高濃度オゾン水製造方法にして、 前記エゼクタ式ガスノズルを、前記噴出流が前記オゾン
   反応槽の原料用水を旋回させるような取付角度で前記オ
   ゾン反応槽に取り付け、 前記液体ノズルからの液体の噴出速度を２０〜５０ｍ／
   秒に設定し、 前記原料用水を、ＰＨ値が２以上かつ５．５以下の酸性
   水から構成し、その温度を２０°Ｃ以下に維持すること
   を特徴とする高濃度オゾン水製造方法。
2. 【請求項２】 前記原料水の温度を１５°Ｃ以下に維持
   することを特徴とする請求項１に記載の高濃度オゾン水
   製造方法。
3. 【請求項３】 前記原料用水を０．５ｋｇｆ／ｃｍ² 以
   上の圧力に加圧維持することを特徴とする請求項１に記
   載の高濃度オゾン水製造方法。
4. 【請求項４】 前記エゼクタ式ガスノズルは、 内径がｄｇ＝０．８〜２．０ｍｍで長さがＬ＝１〜６ｍ
   ｍの平行通路部（８９）を形成するガスノズル（８５）
   と、 内径がｄ2 ＝０．３〜１．２ｍｍを有すると共に、外径
   は、前記平行通路部（８９）の内周面との間に、厚さδ
   ｇ＝０．１〜０．２ｍｍのガスリング層を形成する大き
   さを有し、かつ、前記平行通路部（８９）の始端に対し
   て先端部をΔＬ＝０〜−６ｍｍの位置に配置した液体ノ
   ズル（６３）と、 を備えて構成されることを特徴とする請求項３に記載の
   高濃度オゾン水製造方法。
5. 【請求項５】 前記ガスノズル（８５）へ供給されるガ
   ス流量を微少流量制御弁（３９）で調整することを特徴
   とする請求項４に記載の高濃度オゾン水製造方法。
6. 【請求項６】 前記酸性水は、電解水であることを特徴
   とする請求項１に記載の高濃度オゾン水製造方法。
7. 【請求項７】 原料用水を貯容する密閉構造のオゾン反
   応槽（１）と、 前記オゾン反応槽（１）に噴射用水を噴出し当該噴射用
   水の噴流による負圧によりオゾンガスを吸引してこれを
   前記オゾン反応槽（１）の原料用水中に微細気泡として
   供給するエゼクタ式ガスノズル（１７）と、 前記エゼクタ式ガスノズル（１７）に対して高圧で噴射
   用水を供給する高圧ポンプ（１９）と、 を備えた高濃度オゾン水製造装置にして、 前記エゼクタ式ガスノズルは、前記噴出流が前記オゾン
   反応槽の原料用水を旋回させるような取付角度で前記オ
   ゾン反応槽に取り付けられ、 前記液体ノズルからの液体の噴出速度は、２０〜５０ｍ
   ／秒に設定され、 前記原料用水は、ＰＨ値が２以上かつ５．５以下の酸性
   水からなり、かつ、 前記原料用水の温度を２０°Ｃ以下に維持する冷却装置
   （１４、１５）を備えてなることを特徴とする高濃度オ
   ゾン水製造装置。
8. 【請求項８】 前記原料水の温度を１５°Ｃ以下に維持
   することを特徴とする請求項８に記載の高濃度オゾン水
   製造装置。
9. 【請求項９】 前記原料用水を０．５ｋｇｆ／ｃｍ²以
   上の圧力に加圧維持する加圧維持手段を備えることを特
   徴とする請求項７に記載の高濃度オゾン水製造装置。
10. 【請求項１０】 前記エゼクタ式ガスノズルは、 内径がｄｇ＝０．８〜２．０ｍｍで長さがＬ＝１〜６ｍ
    ｍの平行通路部（８９）を形成するガスノズル（８５）
    と、 内径がｄ２＝０．３〜１．２ｍｍを有すると共に外径
    は、前記平行通路部（８９）の内周面との間に、厚さδ
    ｇ＝０．１〜０．２ｍｍのガスリング層を形成する大き
    さを有し、かつ、前記平行通路部（８９）の始端に対し
    て先端部をΔＬ＝０〜−６ｍｍの位置に配置した液体ノ
    ズル（６３）と、 を備えて構成されることを特徴とする請求項９に記載の
    高濃度オゾン水製造装置。
11. 【請求項１１】 前記ガスノズル（８５）へ供給される
    ガス流量を微少流量制御弁（９１）で調整することを特
    徴とする請求項１０に記載の高濃度オゾン水製造装置。
12. 【請求項１２】 前記酸性水は、電解水であることを特
    徴とする請求項７に記載の高濃度オゾン水製造装置。
13. 【請求項１３】 オゾンガス発生器（３３）と、 前記オゾンガス発生器（３３）からのオゾンガスを前記
    ガスノズル（８５）及び前記オゾン反応槽（１）へ分配
    するオゾンガス分配器（４６）と、 オゾン反応槽へ原料用水を供給するオゾン水供給回路
    （５、７）と、 オゾン反応槽で生成したオゾン水を外部へ取り出すオゾ
    ン水送出回路（１１、１２）とを備えた請求項８に記載
    の高濃度オゾン水製造装置。