JP2977852B2 - オゾン水発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、小型で安全にオゾン水を生成することので
きるオゾン発生装置に係わり、特に、高濃度のオゾン水
を生成することのできるオゾン水発生装置に関するもの
である。

「従来の技術」 オゾンは３個の酸素分子から構成されており、その酸
化力は地球上においてフッ素に次いで強力なものであ
る。更にオゾンの細菌力は塩素を上回るため、近年では
水処理のみでなく、排水処理や食品加工、空気の減菌等
に使用されている。また脱色力にも優れているので、上
水処理にも使用されている。オゾンは不安定な気体であ
って、空気中においては数十時間、水中においては数十
分で分解し酸素となる。従って塩素と異なり残留するこ
とがないので、今後の有力な減菌剤、脱臭、脱色剤とし
て注目されている。

またオゾンを水に溶解させたオゾン水は、溶存オゾン
量に応じて、病院の手術の際の殺菌用や歯科医院の口内
殺菌用に使用され、更に、野菜や魚介類の殺菌用等に広
く使用されている。そしてオゾン水は、一般殺菌や大腸
菌等の殺菌は勿論、ポリオウイルス等を不活性化するこ
とでも知られている。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながらオゾンは極めて不安定なため、継続的な
保存が不可能となり、使用場所の近傍にオゾン発生装置
を用意しなければならないという問題点があった。

更に産業用プラント用のオゾン水生成装置があるが、
大規模な容量で生成する産業用には適しているが、家庭
用に使用するにはあまりにも大型で不経済であるという
問題点があった。

また比較的小型のものとして酸素を有する空気中で無
声放電させる方式や、セラミック層に電極を形成し、そ
の沿面間で放電させる方式があるが、空気中で無声放電
させる方式は、設備が大規模でかつ高価になる為、小容
量の家庭用オゾン発生装置には不向きであった。更にセ
ラミック層に電極を形成し、その沿面間で放電させる方
式は、小型で安価に製造することができる方式である
が、発生容量が少なく、又放電面を絶えず清掃しなけれ
ば効率が低下するという深刻な問題点があった。また空
気中の温度の影響により、窒素酸化物（NO_X）が発生
し、この窒素酸化物が水と反応すると硝酸塩類等の有害
物が生成されてしまうという問題点があった。

従って、比較的小型で高濃度のオゾン水を生成するこ
とのできるオゾン水発生装置の出現が強く望まれてい
た。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、液体を貯
蔵するためのタンク体と、このタンク体に貯蔵された液
体に対して気泡を放出するための気泡発生手段と、この
気泡発生手段に対して気体を送出するための気体供給手
段と、この気体供給手段で供給される気体にオゾンを混
入させるためのオゾン発生手段とからなり、前記気体供
給手段が、起動開始後前記気泡発生手段に空気を送って
曝気を行ない、曝気を終了させた後は前記気泡発生手段
に送る空気量を減少させて求める濃度のオゾン混合空気
を気泡発生手段に圧送するように制御する制御手段を備
えたことを特徴としている。

更に本発明は、タンク体の上部に余剰のオゾンを吸収
するためのフィルタ部材を形成することも可能である。

そして本発明は、フィルタ部材を活性炭から構成し、
ポンプ手段には加圧式の手動ポンプを採用することもで
きる。

また本発明は、液体を貯蔵するためのタンク体と、こ
のタンク体に貯蔵された液体に対して気泡を放出するた
めの気泡発生手段と、この気泡発生手段に対して気体を
送出するための気体供給手段と、この気体供給手段で供
給される気体にオゾンを混入させるためのオゾン発生手
段とからなり、前記気体供給手段は、気体圧送手段と、
この気体圧送手段を駆動するための駆動手段とからなっ
ており、該駆動手段が間欠運転可能に構成することもで
きる。

また本発明の気泡発生手段は、複数の穴部が穿設され
気体供給手段を連結するための中空部材と、この中空部
材の少なくとも上部を覆う網部材とからなっており、こ
の網部材は曲率を有して形成されると共に、開口部が設
けられていることを特徴としている。

更に本発明の気泡発生手段は、気体供給手段に連結す
るための気体放出部と、この気体放出部の少なくとも上
面部に形成され、曲率を有する板部材と、この板部材に
形成された開口部と、この板部材に沿って取り付けら
れ、少なくとも前記開口部を覆う網部材とから構成する
こともできる。

そして本発明のオゾン発生手段は、低圧水銀放電灯
と、この低圧水銀放電灯を駆動するための駆動手段とか
ら構成することもできる。

「作用」 以上の様に構成された本発明は、オゾン発生手段がオ
ゾンを発生させ、気体供給手段が、オゾンが混入された
気体を気泡発生手段に送出する。そして気泡発生手段
が、タンク体に貯蔵された液体に対して気泡を放出させ
る。更にポンプ手段がタンク体内の液体を、くみ出すこ
とができる。そしてタンク体の上部に形成されたフィル
タ部材が余剰のオゾンを吸収することができる。更に、
気体供給手段に備えられた駆動手段を間欠運転すること
により、高濃度のオゾン水を生成することができる。

そして本発明は、気体供給手段から供給された気体
が、中空部材に穿設された穴部から気泡となって放出さ
れる。この気泡の内、比較的大きい気泡は上部の網部材
で滞留し成長を続ける。そしてこの滞留している気泡の
浮力が、網部材に形成された開口部にある水圧を上回っ
たとき、大きな気泡が開口部を通過して上方に放出され
る様になっている。

そして本発明は、気体放出部から発生した比較的大き
い気泡は、曲率を有する板部材に沿って取り付けられた
網部材で滞留し成長を続ける。そしてこの滞留している
気泡の浮力が、板部材に形成された開口部にある水圧を
上回ったとき、大きな気泡が開口部を通過して上方に放
出される様になっている。

また本発明のオゾン発生手段は、駆動手段が低圧水銀
放電灯を駆動させ、低圧水銀放電灯がオゾンを発生させ
ることができる。

「実施例」 本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第１図
に基づいてオゾン水発生ユニット１を説明する。オゾン
水発生ユニット１は、オゾン水発生装置に該当するもの
である。

オゾン水発生ユニット１は、収納筺体２と、気泡発生
手段３と、エアーポンプ４と、オゾン発生手段５と、タ
ンク体６と、手動ポンプ７と、フィルタ部材８と、制御
回路10とから構成されている。

収納筺体２は、気泡発生手段３やタンク体６を収納す
るものであり、プラスチック等の合成樹脂やステンレス
等の金属材料から構成されている。気泡発生手段３は、
タンク体６内に貯蔵された水に対して気泡を放出するた
めのものである。エアーポンプ４は気体供給手段に該当
するもので、オゾンが混合された空気を気泡発生手段３
に送出するためのものである。本実施例のエアーポンプ
４は、モータ41と偏心カム42とシリンダー43とから構成
されている。モータ41が回転すると、モータ41の回転軸
に取り付けられた偏心カム42が回転し、シリンダー43を
往復運動させるので、空気を圧送することができる。オ
ゾン発生手段５は、石英紫外線ランプを使用してオゾン
を発生させるものである。本実施例ではオゾン発生室51
を形成し、その中に石英紫外線ランプを装備する様にな
っている。

タンク体６は液体を貯蔵するためのもので、本実施例
では水道水を貯蔵する様に構成されている。手動ポンプ
７はポンプ手段に該当するものであり、タンク体６内の
オゾン水を汲み上げるためのものである。ポンプ手段は
本実施例の手動ポンプ７に限らず、電動ポンプ等の自動
ポンプ等を使用することも可能である。

フィルタ部材８は、タンク体６の水面から放出された
余剰のオゾンを吸収するためのもので、本実施例では、
活性炭を使用した触媒を開口部61に取り付けている。

制御回路10は、制御部101と電源コード102とスイッチ
103とトランス104とから構成されており、石英紫外線ラ
ンプ51の点滅や、モータ41を制御することができる。制
御部101はマイクロコンピュータを備えたプリント基板
から構成されている。

以上の様に構成された本実施例は制御回路10が起動さ
れると、オゾン発生手段５の石英紫外線ランプが点灯し
オゾンを発生させる。そしてモータ41が回転し、シリン
ダー43が往復運動を行うと、空気がチューブ44を介して
オゾン発生室51に送出する様になっている。オゾン発生
室51では、オゾンと空気とが混合され、混合気体はチュ
ーブ45を介してタンク体６内に設けられた気泡発生手段
３に送出される。

気体発生手段３からオゾンを含んだ気体が放出され、
液体にオゾンが溶け込む様になっている。そしてタンク
体６内のオゾン水は、押し下げ方式の手動ポンプ７を上
下に移動させることにより、ノズル71の先端からオゾン
水を取り出すことができる。

そしてタンク体６内のイオン水が不足した場合には、
タンク体６の上部に取り付けられた蓋体62を外して、水
道水を補充することができる。

更にタンク体６の一部には、開放部61が形成されてお
り、洗浄液に溶け込まず、浮上したオゾンを含む空気を
大気中に開放することができる。なお、開放部61に取り
付けられたフィルタ部材８により、過剰なオゾンが吸収
されオゾン特有の臭いが室内に拡散されない様になって
いる。

ここで、第２図に基づいて気泡発生手段３を詳細に説
明する。気泡発生手段３は、中空円筒部材31と、網部材
32と、外枠体33と、網部材32に形成された開口部34と、
側壁部材35とからなっている。中空円筒部材31には、外
周に複数の穴部311,311・・・が穿設されており、エア
ーポンプ４に連結するための連結部36が連設され、この
連結部36が側壁部材35から突出している。本実施例の中
空円筒部材31は円筒形状に形成されているが、円筒形状
に限らず、直方体等何れの形状に成形することができ
る。網部材32は、少なくとも中空円筒部材31の上部を覆
うと共に、曲率を有して形成されている。この網部材31
には開口部34が形成されており、大きく成長した気泡を
水中に放出することができる。この網部材32は何れの材
質でもよいが、ステンレス鋼を採用することが望まし
い。そして網部材32の外側には、開口331を有する外枠
部材33が配置される。

そして外枠部材33の中に網部材32を収納し、更に網部
材32の内側に中空円筒部材31を収納し、側壁部材35を側
部に固定することにより、気泡発生手段３を組み立てる
ことができる。

次に、この気泡発生手段３の作用を説明する。中空円
筒部材31に連設された連結部36とエアーポンプ４とを適
宜のホース部材で連結し、エアーポンプ４より気泡発生
手段３に対して気体を圧送する。中空円筒部材31に入っ
た気体は、複数の穴部311、311・・・から気泡となって
外部に流出する。この気泡の大きさは、表面張力、温
度、中空円筒部材31の形状等によって決定される。従っ
て、穴部の大きさと気泡の大きさは必ずしも等しいもの
でない。例えば、中空円筒部材31の穴部311、311・・の
直径を2.5mmとすれば、生成される気泡は、0.1mmから20
mm程度の種々の気泡となる。これらの気泡は分解した
り、互いに接触して合成成長したりしながら網部材32に
到達する。この網部材32のメッシュを例えば2.5〜3.0mm
程度とすると、微細な気泡は網部材32を通過して上方に
浮上するが、メッシュより大きく成長した気泡は、網部
材32に滞留し更に大きく成長しながら曲面を上昇する。
この際、気泡は超音波を発生させながら、種々の化合物
を分解する。ここで、網部材32に滞留している大きな気
泡は浮力を有するが、網部材32に形成された開口部34
（例えば、直径20mm程度）にかかる水圧より低い場合に
は、気泡は水圧に押されて開口部34を通過して上方に浮
上することはできない。しかしながら、気泡が成長して
浮力が増大し、開口部34にかかる水圧を上回ると、大き
な気泡は網部材32の開口部34を通り抜けて浮上する。こ
の際、滞留していた気泡の容量は、瞬時に開口部34を通
過するには過大である為、気泡は圧縮される。そして気
泡が網部材32を通過した直後に水圧とバランスが取れる
まで大きく膨張する。また開口部34は直径20mm程度であ
る為、大きな気泡は瞬間的に細分化された後、開口部34
を通過した後再び合成され、大きな気泡になる。この時
大きな気泡の上部にある水は、押し上げられるので旋回
流が発生する。この旋回流によりタンク室２内を撹拌さ
せることができる。そして、気泡が外枠体33の開口部33
1を通過すると、気泡の形状が整えられると共に、気泡
の突出力等を増幅させることができるという効果があ
る。

なお本実施例の気泡発生手段３は、複数の穴部311、3
11・・・を有する中空部材31を採用していたが、第３図
に示す様に穴部材311、311・・・を形成しない気泡発生
手段３を採用することもできる。この気泡発生手段３
は、気体放出部37と、この気体放出部37の上面に形成さ
れた第１の網部材38と、網部材32（第２の網部材に該当
する）と、外枠体33と、網部材32に形成された開口部34
と、側壁部材35とからなっている。気体放出部37は、エ
アーポンプ４に連設され、気体を水中に放出させるもの
である。この気体放出部37は、上面が開口している中空
部材であれば足り、矩形断面を有する気体放出部37を採
用することもできる。第１の網部材38は、気体放出部37
の上面開口部に取り付けるもので、気泡を発生させるこ
とができる。前記の気泡発生手段３の中空円筒部材31の
穴部311、311・・・と同様な機能を果たすものである。
この第１の網部材38は、穴部材の形成を行う必要がない
ので、製造コストを下げることができるという効果があ
る。なおその他の作用は、中空円筒部材31を使用した実
施例と同様であるので説明を省略する。

次に、オゾン発生手段５を第４図に基づいて説明す
る。オゾン発生手段５は、オゾン発生室51と、石英紫外
線ランプ52と、安定器53と、グローランプ54とからなっ
ている。オゾン発生室51は密閉された容器であり、内部
に石英紫外線ランプ52が設けられている。そして、この
オゾン発生室51には送入口55と送出口56とが形成され、
送入口55から送風された空気は、オゾンを混入されて送
出口56から送出される様になっている。石英紫外線ラン
プ52は、オゾンを発生させるためのもので、外管に透明
な石英管を使用した低圧水銀放電灯であり、内部の水銀
蒸気の放電から発生した短波長の紫外線（遠紫外線）
が、外管では殆ど吸収されず、全て外部に放射される様
に構成されている。特に、波長が185nmの石英紫外線ラ
ンプ52は、オゾン線と呼ばれる空気中でオゾンを発生さ
せる紫外線を発生させることができる。安定器53とグロ
ーランプ54とは、低圧水銀放電灯の駆動手段200に該当
する。この駆動手段200は、一般の蛍光灯の場合と同様
の働きをするものであり、石英紫外線ランプ52を起動さ
せると共に、起動後の放電電流を安定化させるものであ
る。なお、グローランプ54を使用せず、インバーターを
用いて石英紫外線ランプ52を駆動させることができる。
そして石英紫外線ランプ52は、窒素化合物を生成しない
ので極めて安全であるという効果がある。

次に制御回路10の動作を詳細に説明する。タンク体６
内に貯蔵された水道水には、塩素やクロロホルム、トリ
ハロメタン等が含有されているので、気泡発生手段３に
よる曝気により高速に除去しなければならない。ところ
で、塩素等の除去とエアーポンプ４の風量との関係は第
５図の様になる。更に、水中のオゾン濃度と気体中のオ
ゾン濃度は第６図の様になっている。従って高濃度のイ
オン水を生成するには、濃いオゾンガスを発生させ、こ
のイオンガスを水中に送り込むことが必要になる。本実
施例のオゾン水発生ユニット１は、起動開始後は、エア
ーポンプ４から大容量の空気を気泡発生手段３に送り、
塩素等の曝気を高速に行う。この時エアーポンプ４から
送られた空気はオゾン発生室51を通過し、気泡発生手段
３に送られるが、石英紫外線ランプ52から発生するオゾ
ン発生量は一定であるから放出される空気のオゾン濃度
は低くなることになる。

そこで、大容量の空気で曝気を終了させた後は、エア
ーポンプ４からの空気量を減少させ、高濃度のオゾン混
合空気を気泡発生手段３に圧送する必要がある。ところ
が、エアーポンプ４を駆動するモータ41は定速回転であ
り、風量を自由に調整することはできない。そこで、モ
ータ41を駆動する時間を第７図に示す様にして、平均的
な風量を変化させることとした。即ち高速曝気中（T₁）
では、定常回転でモータ41を連続回転し、オゾン水生成
期間では、T₂の間モータ41を停止させ、次のT₃だけモー
タ41を駆動させる。更にT₂の間モータ41を停止させると
いう間欠運転を行う。この結果、定格運転時（高速曝気
時）の風量をQ₁とすれば、オゾン水生成時の風量Q₂は下
記の様に表すことができる。

即ち、T₂とT₃を制御することにより、Q₂の値を任意に
設定することができる。本実施例では制御部101のマイ
クロコンピュータが、モータ41を制御することにより適
切なQ₂を維持する様に構成されている。

従って、本実施例のオゾン水発生ユニット１は、オゾ
ンを含む空気を気泡発生手段３により洗浄水に溶け込ま
せる構成を有するので、水道水中の残留塩素やトリハロ
メタン等を除去することができ、更に、オゾンにより殺
菌された水を使用することができるという効果がある。
オゾン水は、皮膚病や循環器系及び痔の治療に使用され
ており、洗顔等の洗浄液としては最も安全かつ最適と言
える。そしてオゾンは、水中で迅速に溶解し酸素に変化
するので、有害な残留物が生じる心配がないという効果
がある。更にオゾンは、酸素と比較して数倍多く水中に
溶け込む性質を持っている。従って活性化した高酸素水
となるので、人体の肌を活性化させることができるとい
う効果がある。

また本実施例は、塩素等の分解を行う曝気時にはエア
ーポンプ４が連続運転し、オゾン水生成時にはエアーポ
ンプ４が間欠運転するので、塩素等の分解は高速に実現
できる上、高濃度のオゾン水を生成することができると
いう効果がある。

「効果」 以上の様に構成された本発明は、液体を貯蔵するため
のタンク体と、このタンク体に貯蔵された液体に対して
気泡を放出するための気泡発生手段と、この気泡発生手
段に対して気体を送出するための気体供給手段と、この
気体供給手段で供給される気体にオゾンを混入させるた
めのオゾン発生手段とからなり、前記タンク体に貯蔵さ
れている液体を取り出すためのポンプ手段を備えている
ので、液体中の残留塩素やトリハロメタン等を除去する
ことができ、更に、オゾンにより殺菌された洗浄水等に
使用することができるという効果がある。そしてオゾン
水は、皮膚病や循環器系及び痔の治療にも使用されてい
るので、洗顔液としては最も安全かつ最適である。そし
てオゾンは、水中で迅速に溶解し酸素に変化するので、
有害な残留物が生じる心配がなく、活性化した高酸素水
により人体の肌を活性化させることができるという効果
がある 更に本発明は、タンク体の上部に余剰のオゾンを吸収
するためのフィルタ部材を形成することもできるので、
オゾン特有の臭いが室内に充満することがないという効
果がる。

そして本発明は、フィルタ部材を活性炭から構成し、
ポンプ手段には加圧式の手動ポンプを採用することもで
きるので、小型簡便なオゾン水発生装置を提供すること
ができるという効果がある。

また本発明は、液体を貯蔵するためのタンク体と、こ
のタンク体に貯蔵された液体に対して気泡を放出するた
めの気泡発生手段と、この気泡発生手段に対して気体を
送出するための気体供給手段と、この気体供給手段で供
給される気体にオゾンを混入させるためのオゾン発生手
段とからなり、前記気体供給手段は、気体圧送手段と、
この気体圧送手段を駆動するための駆動手段とからなっ
ており、該駆動手段が間欠運転可能に構成することもで
きるので、塩素等の分解を行う曝気時には気体供給手段
が連続運転し、オゾン水生成時には気体供給手段が間欠
運転するので、塩素等の分解は高速に実現できる上、高
濃度のオゾン水を生成することができるという卓越した
効果がある。

また本発明の気泡発生手段は、複数の穴部が穿設され
気体供給手段を連結するための中空部材と、この中空部
材の少なくとも上部を覆う網部材とからなっており、こ
の網部材は曲率を有して形成されると共に、開口部が設
けられているので、網部材の曲率面に気泡を滞留させる
ことができ、気泡の浮力が水圧を上回った時に、気泡を
瞬時に開口部から浮上させることができる。従って、開
口部通過時に気泡は圧縮され、通過後に再び膨張させる
ことができるので、塩素等の分解能力の優れた高エネル
ギの気泡を生成させることができるという卓越した効果
がある。そして気泡発生手段は、小さい気泡を合成成長
させて大きい気泡生成させるので、小型の気体供給手段
で足り、省エネルギ化を図ることができるという効果が
ある。

更に本発明の気泡発生手段は、気体供給手段に連結す
るための気体放出部と、この気体放出部の少なくとも上
面部に形成され、曲率を有する板部材と、この板部材に
形成された開口部と、この板部材に沿って取り付けら
れ、少なくとも前記開口部を覆う網部材とから構成され
ているので、板部材に沿って網部材を取り付けるだけで
曲面部が形成でき、構造が容易で安価な気泡発生手段を
提供することができる。

更に本発明のオゾン発生手段は、低圧水銀放電灯と、
低圧水銀放電灯を駆動するための駆動手段から構成され
ているので、有害な窒素酸化物を生成することなく、小
型で簡便なオゾン水発生装置を提供することができると
いう効果がある。

以上の様な本発明で生成されたオゾン水は、皮膚を活
性化させることができるので、女性の洗顔液として最適
である。更にオゾン水は、皮膚の洗浄、殺菌、うがいに
よる口内の殺菌、口臭の減少等にも効果的である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示すもので、第１図は本実施例の
オゾン水発生ユニットの構成を示す図であり、第２図及
び第３図は気泡発生手段の実施例を説明する図、第４図
はオゾン発生手段の実施例を説明する図、第５図は残留
塩素量と送風空気の関係を示す図、第６図は水中オゾン
濃度と気中オゾン濃度との関係を示す図であり、第７図
はエアーポンプの運転状況を説明する図である。 １……オゾン水発生ユニット ２……収納筺体 ３……気泡発生手段 ４……エアーポンプ ５……オゾン発生手段 ６……タンク体 ７……手動ポンプ ８……フィルタ部材 10……制御回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体を貯蔵するためのタンク体と、 このタンク体に貯蔵された液体に対して気泡を放出する
   ための気泡発生手段と、 この気泡発生手段に対して気体を送出するための気体供
   給手段と、 この気体供給手段で供給される気体にオゾンを混入させ
   るためのオゾン発生手段と、 前記気体供給手段が、起動開始後前記気泡発生手段に空
   気を送って曝気を行ない、曝気を終了させた後は前記気
   泡発生手段に送る空気量を減少させて求める濃度のオゾ
   ン混合空気を気泡発生手段に圧送するように制御する制
   御手段とを備えたことを特徴とするオゾン水発生装置。