JP3209843B2 - 所定濃度のオゾン溶液を調整し備蓄する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば医療現場での
手指の殺菌消毒洗浄に使用するオゾン水（オゾンを溶解
させた水）などを製造する方法に関し、とくに、所定濃
度のオゾン溶液を調製し備蓄する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば医療現場での手指の殺菌消毒洗浄
としては、オゾン濃度が４ｐｐｍほどのオゾン水で３０
秒間ほど手洗いすることが、有効性および安全性の両面
で最適である。この条件の手洗いにより手指に残存する
細菌数はほぼ零になることが我々の研究によって明かに
なった。この目的ではｐｐｍオーダーでの狭い濃度範囲
のオゾン水が必要であり、この範囲を外れた薄すぎるオ
ゾン水や濃すぎるオゾン水は有効性や安全性などの諸面
で不適当である。

【０００３】この種の目的に合せてオゾン水を調製し備
蓄するには、水中オゾン濃度の厳密な制御管理が不可欠
となる。つまり、必要とする濃度をいつでも正確に保証
するオゾン水の調製備蓄方法が確立されなければ、オゾ
ン水を有効かつ安全に実用することができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、オゾン
が最高の殺菌消毒力を持つことが認知され、それを活用
して感染を防止することの有効性や必要性についての認
識が高まっている。しかしながら、所定濃度のオゾン水
を調製し備蓄する方法の実用化は著しく遅れている。そ
の理由は、水中オゾン濃度の制御技術の未熟に起因する
ところが大きい。

【０００５】低濃度の水中オゾン濃度を高精度に測定で
きる実用に適した計測機器が開発されれば、その計測値
を指標としたリアルタイム制御である一般的なフィード
バック制御方式により、オゾン水製造システムの濃度制
御を行うことはきわめて容易である。現代科学技術の水
準では、水中オゾン濃度を高精度に測定できる計測機器
の開発が不可能なわけではない。

【０００６】しかし現実には、前記のような数ｐｐｍ程
度のきわめて低濃度の水中オゾン濃度を高精度かつ再現
性よく迅速簡便に測定できる計測機器は、現時点まで実
用化の例を見いだすことができない。精度と正確性を常
時再現できて補正を必要とせず、しかも瞬時に測定でき
る高感度な計測機器を低価格で実現することは、現代の
技術水準でも極めて困難なのである。このような技術状
況のために、今日に至るまで水中オゾン濃度を自動制御
することは不可能な状態が続いてきた。

【０００７】所定濃度のオゾン水を調製し備蓄すること
は容易ではない。そのもう１つの理由はオゾンの化学的
性質にある。オゾンはきわめて活性の高い酸化剤であ
り、本質的に著しく不安定である。そのためオゾン水も
不安定であり、常温では１時間弱の半減期で水中オゾン
濃度が自発的に減衰する。またオゾンは水に溶解しにく
く、この性質と前記の自発的減衰現象とがあいまって、
常温での水中オゾン濃度の変動は大きく、その変動幅は
１０ｐｐｍにも達する。したがって所定濃度のオゾン水
を必要な期間備蓄しておくことは困難であった。

【０００８】この発明の目的は、前述したような水中オ
ゾン濃度を高精度に測定できる計測機器など、とくに高
度な技術的手段を開発したりすることなく、容易に実施
可能で実用的かつ経済的な技術的手段により、所定濃度
のオゾン溶液を調製し備蓄できるようにすることにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る所定濃度
のオゾン溶液を調製し備蓄する方法は、完全閉鎖型容器
にその上部にオゾン含有気体の気相空間を設けて溶媒と
なる液体を収容し、電解型オゾン発生器により安定した
オゾン濃度のオゾン含有気体を定常的に発生させ、前記
容器中で前記液体表面を常時一定圧力の前記オゾン含有
気体と接触させつつ前記容器内の前記液体と前記オゾン
含有気体とを継続的に撹拌し、かつ前記液体の温度を所
定値に維持することを特徴とするものである。

【００１０】

【作用】液体に気体を接触させて気体中の物質（溶質）
を液体に溶解させる場合において、液体と気体が充分に
撹拌混合されて、溶質を含む希薄溶液が気相と平衡にあ
るとすると、その濃度は、溶媒および溶質の物質と、液
相の温度と、気相の圧力と、気相内の溶質物質の分圧と
によって決まる固有の値をとる。溶質物質の分圧が一定
でも、溶液温度が低くなるほど濃度は増大する。溶液温
度が一定であれば、濃度は分圧に比例する。これはヘン
リーの法則としてよく知られている。

【００１１】この発明の基本となる考え方は、溶液中の
オゾン濃度を計測しながらオゾン濃度を所定値に制御す
るという困難なアプローチを放棄し、代わりに、溶液中
のオゾン濃度を決定づけるパラメータ（液相の温度、気
相の圧力とオゾン分圧）を制御することで所定濃度のオ
ゾン溶液を調製し備蓄しようとするものである。

【００１２】つまり本発明の方法においては、オゾン溶
液を調製し備蓄する容器として完全閉鎖型の容器を採用
し、この容器にその内容積に満たない量の水などの液体
を収容する。また、この容器に気体流通系を結合し、容
器内の余剰空間にオゾンと酸素などの混合気体を導入し
て導出する構成を採る。さらに、適当な手段により容器
内の液体と気体とを継続的に撹拌混合することで、液体
にオゾンを溶解させる。

【００１３】以上のような基本的な設備環境のもとで、
さらにつぎの条件を満たすように制御する。オゾンを所
定の割り合いで含んでいる前記混合気体を前記容器内に
継続的に流通させることで、容器内の気体圧力およびオ
ゾンの分圧を所定値に保つ。容器内の液体と気体が継続
的に撹拌混合されていれば、オゾンを含む溶液が気相と
平衡になる。平衡状態でのオゾン溶液の濃度は、気相の
オゾン分圧および液相の温度によって決まる固有の値を
とる。容器内の圧力およびオゾン分圧を所定値に保つこ
とはすでに述べた。この条件下で必要とするオゾン溶液
の濃度になる液相の温度を求め、その値に容器内が保た
れるように制御すれば、容器内のオゾン溶液は希望に濃
度に保たれる。このようにして、必要な濃度のオゾン溶
液を前記容器内において調製し備蓄することができる。

【００１４】たとえば電解法によれば安定した濃度（分
圧）のオゾン含有酸素ガスを定常的に発生させることが
できる。また、完全閉鎖型容器内の温度や圧力を所定値
に保つ制御は簡単であり、現代の技術水準では常識的な
実用技術である。このような簡便な制御技術を基盤とし
て、この発明によれば、容器内のオゾン溶液の濃度を希
望の値に調製し、長期間その濃度のオゾン溶液を容器内
に備蓄しておくことができる。しかも、簡単な間接的な
制御であるにも関わらず、液中オゾン濃度の精度および
再現性に優れている。

【００１５】

【発明の実施の形態】

＝＝＝オゾン含有酸素ガスの生成＝＝＝ よく知られているように、オゾンを生成する方法には放
電法と電解法の２種がある。放電法は安価であるが、高
電圧を必要とすること、窒素酸化物を発生しやすいこと
などの欠点があり、臨床分野での実用には安全性の面で
好ましくない。電解法は、高電圧が不要であり、窒素酸
化物を発生することがなく、臨床分野での実用に適して
いる。

【００１６】そこで、この発明の好適な実施形態として
は電解オゾン発生器を使用する。電解オゾン発生器の具
体的な仕様が決まれば、その能力によって決まる安定し
た濃度（分圧）のオゾン含有酸素ガスを定常的に発生さ
せることができる。ただし、電源投入直後はオゾン発生
量は少なく、漸次増加して約半時間後に定常状態に到達
し、以後は安定したガス発生が持続する。このため、濃
度制御には常時通電が必要になり、オゾン発生器の安定
度もこれより増大する。

【００１７】 ＝＝＝容器内での液体と気体の混合＝＝＝ この発明の方法では適当な完全閉鎖型の容器を使用す
る。その容器にその上部にオゾン含有気体の気相空間を
設けて溶媒となる適当な量の純水などを収容する。つま
り完全閉鎖型容器内において、溶媒となる液体表面にオ
ゾン含有酸素が常時接触している状態となる。

【００１８】またこの発明の方法では、前記完全閉鎖型
容器内の液体と気体を適当な手段により継続的に撹拌混
合する。これによりオゾンが液体に溶解し、時間の経過
とともにオゾン溶液が気相と平衡に達する。もちろん、
撹拌・溶解の効率を向上させることで、オゾン溶液の濃
度が気相と平衡するまでの時間を短縮する。

【００１９】なお、前記完全閉鎖型容器内で液体と気体
を撹拌混合するのにどのような手段を用いてもよいが、
本出願人らが先に開発した急速溶解方法（微細な液滴中
に気体を導入して気液を瞬間混合させる方法）を併用す
れば、平衡濃度への到達所要時間は大幅に短縮される。

【００２０】＝＝＝液中オゾン濃度の間接制御＝＝＝ 前述したように、前記電解オゾン発生器により安定した
濃度（分圧）のオゾン含有酸素ガスを定常的に発生させ
ることができる。また、前記容器中で前記液体表面を常
時一定圧力の前記オゾン含有気体と接触させつつ前記容
器内の前記液体と前記オゾン含有気体とを継続的に撹拌
し、かつ周知の適当な温度制御手段によって完全閉鎖型
容器内の溶液温度を所定値に維持する。この条件下で液
体と気体が継続的に撹拌混合されて、オゾン溶液が気相
と平衡する濃度に達する。その平衡状態での液中オゾン
濃度はある一定の値になる。

【００２１】そして、前記容器内の温度を高くすれば平
衡状態での液中オゾン濃度は低下し、反対に温度を低く
すれば平衡状態での液中オゾン濃度は上昇する。この温
度とオゾン濃度との関係から、温度を制御することで前
記容器内の液中オゾン濃度を間接的に制御することがで
き、ある範囲内では任意の濃度のオゾン溶液を前記容器
内において調製し備蓄することができる。

【００２２】つまり、液体中への気体の溶解度は、低温
になるほど増大する。故に溶液系の温度を低く設定する
と、溶液中に存在する気体濃度は増加し、常温では得ら
れない高濃度の液中気体溶液を容易に得る事ができる。
また逆に、液体系の温度を高めれば、低濃度液中気体溶
液を必要とする濃度で保管し、随時使用する事もでき
る。この液中気体溶液の平衡濃度は、気体の圧力・濃度
一定の条件下で、溶液系の温度のみに依存し、設定温度
に対応して当該溶液系の組成分子種に固有な一定値を示
す。

【００２３】＝＝＝実験例１＝＝＝ 以下のいくつかの実験例では、１時間０．４ｇのオゾン
を発生する同一の電解オゾン発生器を繰り返して使用
し、毎回オゾン発生能力の変化がない定常状態であるこ
とを確めた。また水中のオゾン溶存量の測定には、日本
薬局方に記載のＫＩ−澱粉による滴定法を用いた。

【００２４】オゾン水の製造には、同一の電解オゾン発
生器を同一条件で使用しても、製法による差異が顕著に
出現する。例えば、水温を２５℃に固定して飽和濃度を
測定すると、完全な開放型容器中では、１．５０ｐｐ
ｍ、半閉鎖型容器中では５．００ｐｐｍ、完全閉鎖型の
本発明方法では１４．２５ｐｐｍであった。

【００２５】次に、本発明方法で溶液系の設定温度を段
階的に下げて、各温度における飽和濃度を測定した。そ
の結果は下記の通りであった。

【００２６】温度の制御精度は各温度いずれも±０．１
℃以内、オゾン濃度は３回測定の平均値である。上記デ
ータは低温におけるオゾン濃度の顕著な増加を示してい
る。また、上記温度可変実験の各温度において、温度を
一定に維持し溶解撹拌を継続したまま５時間放置し、そ
の間のオゾン濃度経時変化を１時間毎に測定した。溶液
系の温度が２０℃以上の場合には濃度の変動幅は±３％
以内、５℃以下の場合では変動幅は±１％以内で、室温
付近の温度制御が比較的困難であることが示唆された。

【００２７】上記の低温で得た高濃度オゾン水は、希釈
により低濃度に調製できる。ビーカーなど通常容器中で
の希釈には計算値でよいが、長い流路を経過する希釈の
場合には流路中における濃度減衰を考慮して希釈倍率を
設定すれば良い。一般手洗い殺菌消毒の常用濃度４．０
０ｐｐｍへの希釈では誤差は±０．２ｐｐｍに収まり、
再現性は良好であった。

【００２８】上記の結果、従来法では到底不可能な領域
であり、これと対比して本発明方法が、優れた溶解
性、低温における溶存濃度の顕著な増大、飽和濃度
の安定持続の優れた性能を持つ事を明白に示し、実用器
への適用が可能である。

【００２９】＝＝＝実験例２＝＝＝ つぎに生理食塩水のオゾン化について説明する。従来
は、生理食塩水のオゾン化は不可能と言われてきたが、
本発明の方法を適用する事により、オゾン化可能である
事実が初めて明らかになった。飽和濃度の測定は前述と
同じく本発明の方法を適用運転中に測定し、半減期の測
定は運転中止後の濃度減衰を経時的に測定し、計算によ
り半減期の値を求めた。

【００３０】純水の場合と同様に、オゾンの飽和濃度は
水温に依存するが、その依存度は比較的小さい。すなわ
ち、室温では１０．３８ｐｐｍ、氷冷条件下では１６．
２９ｐｐｍである。ただし、半減期は極めて短く、室温
では半減期１１．２分で急激に減衰し、以後は１．０〜
１．２ｐｐｍ近傍を数時間持続する。氷冷条件下でも同
様に半減期は短くて急速に減衰するが、その後は７時間
以上にわたって３．０ｐｐｍ近傍を持続する点が異な
る。

【００３１】このように、半減期が著しく短いのが生理
食塩水の特徴であり、このために従来はオゾン化不能と
誤認されてきた事になる。本方法の場合には、溶解効率
が従来法に比べて格段に高いため、この事実が確認でき
た。飽和濃度は、本方法運転中には安定している。

【００３２】＝＝＝実験例３＝＝＝ つぎに緩衝溶液のオゾン化について説明する。緩衝溶液
は多種類あり、ここでは生物学領域で頻用されるリン酸
緩衝液のオゾン化についての実験例の一部を示す。この
リン酸緩衝液にも種類があり、ここでは Ｎａ_２ＨＰＯ_４（無水）…5.7ｇ，ＫＨ_２ＰＯ
_４（無水）…3.6ｇ；ｐＨ7.0 ＮａＣｌ…8.0ｇ，Ｋ
Ｃｌ…0.2ｇ，Ｎａ_２ＨＰＯ_４（無水）…1.15ｇ，ＫＨ
_２ＰＯ_４（無水）0.2ｇ；ｐＨ4.4 の２種について略述する。

【００３３】飽和濃度および半減期の測定は前例と同じ
方法による。 （１）緩衝液；室温では飽和濃度 ５．００ｐｐｍ、半
減期１．２２ｈｒ 氷冷では飽和濃度２８．２５ｐｐｍ、半減期１．２０ｈ
ｒ （２）緩衝液；室温では飽和濃度 ８．００ｐｐｍ、半
減期１２．７ｍｉｎ 氷冷では飽和濃度２２．２５ｐｐｍ、半減期２．３７ｈ
ｒ

【００３４】前記の緩衝液では室温での半減期が著し
く短く、この点はＮａＣｌ及びＫＣｌの添加のため生理
食塩水の場合に類似している。しかし、氷冷条件下では
前記の緩衝液より半減期は長い。いずれの緩衝液で
も、温度に関わらず、オゾン溶解によるｐＨ変化はほと
んど皆無であり、緩衝能力に変化はない。以上の知見
は、従来はオゾン化不能として測定例が見られず、本方
法を適用して初めて計測可能となったものである。な
お、本方法運転中には、飽和濃度の経時変化は認められ
ず、常時オゾン濃度一定の緩衝液を使用できる。

【００３５】以上の各実験例において、前述した電解オ
ゾン発生器と能力の違う発生器を使用すれば、前記各実
験例で記載した飽和濃度は異なる値を示す。例えば、オ
ゾン発生量が１時間０．８ｇの電解オゾン発生器を使用
すれば、飽和濃度は上記値より数十％増大する。これは
電解酸素中のオゾン濃度（分圧）が増加するためであ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明に
よれば、前述したような水中オゾン濃度を高精度に測定
できる計測機器など、とくに高度な技術的手段を開発し
たりすることなく、容易に実施可能で実用的かつ経済的
な技術的手段により、所定濃度のオゾン溶液を調製し備
蓄できる。つまり、必要とする濃度をいつでも正確に保
証する実用的なオゾン溶液調製備蓄方法が本発明によっ
て確立され、これにより医療現場での手指の殺菌消毒な
どにオゾン溶液を有効かつ安全に実用することができ、
細菌汚染・院内感染の防止および公衆衛生の向上に大き
く貢献できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01F 1/00 A61L 2/18 A61L 2/20 C02F 1/78

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 完全閉鎖型容器にその上部にオゾン含有
   気体の気相空間を設けて溶媒となる液体を収容し、 電解型オゾン発生器により安定したオゾン濃度のオゾン
   含有気体を定常的に発生させ、 前記容器中で前記液体表面を常時一定圧力の前記オゾン
   含有気体と接触させつつ前記容器内の前記液体と前記オ
   ゾン含有気体とを継続的に撹拌し、 かつ前記液体の温度を所定値に維持することを特徴とす
   る所定濃度のオゾン溶液を調製し備蓄する方法。