JP3558901B2 - 一定範囲濃度維持式オゾン水供給装置 - Google Patents

一定範囲濃度維持式オゾン水供給装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、オゾンを含むオゾン水を供給するためのオゾン水供給装置に関し、特にオゾン水濃度を一定範囲に維持する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
オゾンを溶解させた水は、殺菌力、脱臭力、有機物分解力等を持ち極めて有用であると共に、残留性がなく水道水と同様の方法で使用できるため、種々の分野で種々の用途に供されている。そして、その濃度は用途によって0.5ppm 程度から30ppm 程度まで広範囲にわたっている。一方、オゾン水を製造するためのオゾン発生装置としては、濃度の高いオゾンガスを発生できるものが望ましい。このようなオゾン発生装置としては、電解式のものが望ましいが、酸素発生装置や電極構造自体の改良により、最近では無声放電式の装置であってもある程度の高濃度オゾンガスを発生できるようになっているので、このような装置であってもよい。
【0003】
オゾンガスを水に溶解させる方法としては、エゼクタ方式や混気式ポンプによる方法が知られている。この場合、水への溶解度を高めるためにオゾンガスの濃度を高くすれば、飽和溶解度を40ppm 程度にも上げることができる。このような場合、一定量の水と一定量のオゾンガスとを接触させて例えば1ppm のオゾン水を供給できるようにすることは容易であるが、そのようにしたときに、使用するオゾン水量が減少すると、オゾン濃度が4〜5ppm にも上昇し、過剰濃度になって使用上不都合になるという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するには、溶存オゾン濃度を計測し、オゾン発生装置のオゾンガス発生量が自動的に減少するように制御することが考えられるが、そのような装置は構成が複雑でコストが高いという問題がある。そこで本発明は、簡単な構成で確実に作動し、オゾン濃度を実用可能な一定の変動範囲内に維持できるオゾン水供給装置を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、オゾンを含むオゾン水を供給するためのオゾン水供給装置において、
前記オゾン水を製造するための原料水を供給する原料水供給系と、これから分岐位置Aで分岐された後再び合流位置Bで合流される分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系であって前記原料水が分岐オゾン水になって通過するように設けられた分岐オゾン水製造系と、前記分岐原料水系に設けられ流量の二乗に比例する通過抵抗を発生させる第1流量制限器と、前記分岐オゾン水製造系に設けられ該分岐オゾン水製造系の流量が多くなれば前記分岐オゾン水の濃度が低くなり前記分岐オゾン水製造系の流量が少なくなれば前記分岐オゾン水の濃度が高くなる特性を持ち前記原料水を前記分岐オゾン水にするオゾン溶解槽及び流量の一乗に比例する通過抵抗を発生させる第2流量制限器と、前記オゾン溶解槽に一定濃度の高濃度オゾンを一定の流量で供給するオゾン発生装置と、を有し、前記分岐原料水系と前記分岐オゾン水製造系とは前記原料水が前記第1流量制限器を通過するときの圧力損失と前記第2流量制限器を通過するときの圧力損失とが同じになるように形成されている、ことを特徴とする。
【0006】
【発明の実施の形態】
図1は本発明を適用したオゾン水供給装置の構成例を示す。
本装置は、オゾン水を製造するための水を供給する原料水供給系1、これから分岐された後再び合流されて最終使用するオゾン水を供給する分岐原料水系2及び分岐オゾン水製造系3、分岐原料水系2に設けられた第1流量制限手段としての抵抗体21、分岐オゾン水製造系3に設けられたオゾン溶解槽31及び第2流量制限手段としての層流式流量制限器(以下「層流器」と略す)32、電解式のオゾン発生装置4、等を有する。
【0007】
原水供給系1は通常水道水ラインでよい。本例では、使用に便利なように減圧弁11及び逆止弁12を設け、その後流側の圧力を1kgf/cmGに保持している。オゾン水の供給先には、オゾン水を複数場所で使用可能なように4個の蛇口51〜54を設けている。
【0008】
抵抗体21は、流量のほぼ二乗に比例する通過抵抗を発生させるオリフィスやベンチュリー管等で構成される。本例では、定格流量が毎分60リットル(60L/mim )でそのときの圧力損失が0.3kgf/cmのものが使用されている。
【0009】
層流器32は、流量のほぼ一乗に比例する通過抵抗を発生させる構造のものであり、本例では、直径20mmで高さ100mmのエレメントを持つステンレス粉末焼結フィルターである。このフィルターは、定格流量が3L/mim 、差圧が0.3kgf/cm、公称ろ過精度が2μmのものである。このような層流器32によれば、その抵抗ΔPは、周知の式 ΔP=λ(L/d)(γv/2g)で表され、この中の管摩擦係数λは流れが層流のときにはほぼ64/Reになり、Reはρvd/μであるから、結局ΔP∝v、即ち抵抗が流量の一乗に比例することになる。なお、このような層流器としては、例えば多数のキャピラリーチューブやハニカム成形体又は焼結体等、流れが層流になって適当な差圧を形成できるものであればよい。
【0010】
電解式のオゾン発生装置4は、詳細図示を省略しているが、固体高分子電解質膜から成るイオン交換膜を挟んで陽極及び陰極を配設した本体部と純水等を溜める気液分離タンクとを備え、本体部と気液分離タンクとの間で純水を循環させつつ、電気分解によって発生した酸素及びこの中に高濃度で含まれるオゾンガスから成る混合ガスを気液分離タンク内で純水から分離させて取り出すように構成されている通常の構造のものである。これにより、200g/Nm程度以上の高濃度オゾンをオゾン溶解槽31に供給することができる。なお、オゾン水の用途によっては、無声放電式のオゾン発生装置も使用可能である。
【0011】
オゾン溶解槽31は、オゾン発生装置4で発生した高濃度オゾンガスを導入し、これを、減圧弁11で1kgf/cmGにされ更に層流器32で一次抵抗を付与された後の0.7kgf/cmG程度以上の圧力になっている器内でバブリングさせ、原料水中に溶解させて高濃度の分岐オゾン水を製造する。オゾン溶解槽31の頂部には、フロート式自動ガス抜き用の気液分離器31a及び排ガス中に残留しているオゾンを分解処理する排オゾン分解器31bが設けられている。
【0012】
図2は、このようなオゾン溶解槽の流量と溶解度従ってオゾン水濃度との関係の一例を示す。オゾン溶解槽は、一般的に、導入する原料水の流量が多ければオゾン水になったときの濃度が低くなり流量が少なければオゾン水濃度が高くなる特性を持つ。この例では、溶解されるオゾンガス濃度が220g/Nmのときに、原料水の流量を最大の1(100%)から例えば1/4を経て最小の1/16まで変えたときに、8ppm から24ppm を経て36ppm 程度に変化している。なお、図では最大量が3L/mim 及び6L/mim のときの値も表示している。
【0013】
以上のようなオゾン水供給装置では、使用すべきオゾン水量に対応して蛇口51〜54の使用個数を変えたときのオゾン水濃度は、次の式によって計算される。即ち、分岐原料水系2及び分岐オゾン水製造系3の流量をそれぞれQ及びq、抵抗体21及び層流器32の共に同じ値になる抵抗をΔP、分岐オゾン水流量q及び合流後の使用オゾン水流量(Q+q)の濃度をそれぞれd及びDとし、Q及びqの定格時の値をQ及びq、このときの共通の圧力損失をPとすると
ΔP=AQ、ここでA=P/Q
ΔP=Bq、 ここでB=P/q
従って、
q=Q/Q −−▲1▼
d=f(q)−−−−−−▲2▼
D=dq/(Q+q)−−▲3▼
【0014】
表1は、上式による本発明の使用オゾン水濃度Dの維持特性を分かり易くするために例示的にまとめたものである。即ち、通常のオゾン水の使用状態では、Dをdより十分小さくするので、qはQより十分小さくなることが多く、この表ではQをベースとしてこれをQの1/2及び1/4に減らしたとき、即ち蛇口で言えば4個使用状態からほぼ2個及び1個の使用状態に減らしたときの計算例を示している。なお、上式の特性から、qが相当大きくなった場合でも、Q又は(Q+q)を変化させたときの使用オゾン濃度Dの変化傾向は同様になる。
【0015】
【表1】
Figure 0003558901
【0016】
表2及び表3は、前記計算式において、それぞれ、Q=60L/mim 、q=3L/mim 及び6L/mim 、これらの場合の圧力損失P=0.3kgf/cmとしたときに、
ΔP=AQ、ここでA=0.3/60
ΔP=Bq、 ここでB=0.3/3及び0.3/6
従って、
q=Q/1200及びQ/600−−−−−▲1▼´
という数値例の式にしてD等を計算した表である。
【0017】
【表2】
Figure 0003558901
【0018】
【表3】
Figure 0003558901
【0019】
これらの計算結果によれば、qが比例定数をq/Q としてQの二乗に比例し、従ってQが1/2又は1/4になればqが1/4又は1/16になり、dがqに対して反比例的に変化し、従って図2のようにqが1/4又は1/16になればdが3倍又は4・5倍になり、Dは近似的にはd、q及び1/Qに比例するので、Qが1から1/2又は1/4になれば、結局Dは1からほぼ3/2=1.5又は4.5/4=1.125になり、従って実用上全く問題のない濃度変化範囲に維持されることが分かる。なお、このような使用オゾン水濃度Dはオゾン溶解槽の特性によって多少異なるが、その場合でも、Dを実用可能の濃度範囲に維持することができる。
【0020】
従って、このようなオゾン水供給装置によれば、蛇口51〜54の種々の使用状態において、全く制御や操作をすることなく、使用するオゾン水濃度を1〜1.5倍程度、例えば0.4ppm 〜0.6ppm 又は0.8ppm 〜1.2ppm 程度の範囲におさめることができ、実用上極めて便利になる。
【0021】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、原料水供給系から分岐され再び合流される分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系を設け、それぞれに流量のほぼ二乗に比例する通過抵抗を発生させる第1流量制限器及び流量のほぼ一乗に比例する通過抵抗を発生させる第2流量制限器とを設け、更に分岐オゾン水製造系にオゾン溶解槽を設けてこれにオゾン発生装置で高濃度オゾンを供給するように構成するので、分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系の圧力損失が共に同じになるため、分岐オゾン水製造系の流量が分岐原水系の流量の二乗に比例し、製造されるオゾン水濃度が水量に反比例的に変化し、更に合流後の使用オゾン水濃度が分岐オゾン水製造系の流量及びオゾン水濃度に比例し分岐原料水系の流量にほぼ反比例するため、結局使用オゾン水量が変化してもオゾン濃度の変化を実用可能な一定範囲に維持することができる。
【0022】
その結果、制御や操作をすることなく確実な作動の下に使用するオゾン水濃度を一定範囲内に維持でき、構成が簡単で安価で極めて実用性が高く便利なオゾン水供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用したオゾン水供給装置の構成例を示す説明図である。
【図2】上記装置に適用できるオゾン溶解槽の特性例を示す曲線図である。
【符号の説明】
1 原料水供給系
2 分岐原料水系
3 分岐オゾン水製造系
4 オゾン発生装置
21 抵抗体(第1流量制限器)
31 オゾン溶解槽
32 層流器、層流式流量制限器(第2流量制限器)

Claims (1)

  1. オゾンを含むオゾン水を供給するためのオゾン水供給装置において、
    前記オゾン水を製造するための原料水を供給する原料水供給系と、これから分岐位置Aで分岐された後再び合流位置Bで合流される分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系であって前記原料水が分岐オゾン水になって通過するように設けられた分岐オゾン水製造系と、前記分岐原料水系に設けられ流量の二乗に比例する通過抵抗を発生させる第1流量制限器と、前記分岐オゾン水製造系に設けられ該分岐オゾン水製造系の流量が多くなれば前記分岐オゾン水の濃度が低くなり前記分岐オゾン水製造系の流量が少なくなれば前記分岐オゾン水の濃度が高くなる特性を持ち前記原料水を前記分岐オゾン水にするオゾン溶解槽及び流量の一乗に比例する通過抵抗を発生させる第2流量制限器と、前記オゾン溶解槽に一定濃度の高濃度オゾンを一定の流量で供給するオゾン発生装置と、を有し、前記分岐原料水系と前記分岐オゾン水製造系とは前記原料水が前記第1流量制限器を通過するときの圧力損失と前記第2流量制限器を通過するときの圧力損失とが同じになるように形成されている、ことを特徴とするオゾン水供給装置。
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