JP4673673B2 - オゾン水製造装置、オゾン水製造装置を用いた洗浄装置及びオゾン水製造装置を用いた水質改善装置 - Google Patents

Description

この発明は、オゾン水製造装置、オゾン水製造装置を用いた洗浄装置及びオゾン水製造装置を用いた水質改善装置に関するものである。

従来から、オゾンガスを水に溶かし込んだ所謂オゾン水を製造するオゾン水製造装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。オゾンガスは、塩素に比べて強い酸化力、殺菌力、脱臭・脱色作用を有していることが知られているが、近年、このオゾンガスを溶かし込んだオゾン水を、例えば、脱臭、殺菌、環境改善などの目的でスーパーマーケットのバックヤード（食品加工作業所）や、水産加工業の現場等に散布したり、さらには、従来の塩素消毒に代えて、浄水場やプール等の水に混合して水質改善を図ったりしている。
特開２０００−１５３１３９号公報

しかしながら、上述したオゾン水製造装置は、一般に、水槽内の水をオゾンガスでバブリングしてオゾンガスを水に溶かし込んでいるため、オゾン水の製造効率や濃度を向上すべくバブリングの泡を細かくしたとしても、この泡が上昇する過程において泡同士が互いに結合して大きな泡を形成してしまうため、水とオゾンガスとの接触面積の向上が困難であるという課題がある。
また、オゾン水中に溶け込んだオゾンガスは通常２０〜３０分程度で消滅してしまうため、常にオゾンガスによるバブリングを行っていない限り、すぐにオゾン水を利用することができないという課題がある。

そこで、この発明は、オゾン水の製造効率や濃度を向上させることが可能になり、必要な時に即座にオゾン水を得ることができるオゾン水製造装置と、このオゾン水製造装置を用いた洗浄装置、並びに、前記オゾン水製造装置を用いた水質改善装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、オゾン発生装置（例えば、実施の形態におけるオゾン発生装置３７）から供給されるオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を製造するオゾン水製造装置において、前記オゾン発生装置から供給されたオゾンガス雰囲気中に微粒子化した水を噴射する微粒子化手段（例えば、実施の形態におけるノズル本体１９、ノズル本体５３、第１混合室１６、第２混合室１７）を設け、該微粒子化手段は、可撓性の噴射チューブ（例えば、実施の形態における噴射チューブ２４）と該噴射チューブを囲むガイド（例えば、実施の形態におけるガイド２５）とを備え、該ガイド内にオゾンガスを導入するオゾンガス導入口（例えば、実施の形態におけるオゾン導入口４０）を設け、前記噴射チューブの噴射方向にオゾンガスと水とを混合する混合室（例えば、実施の形態における端部３０、チャンバー５４）を設け、該混合室に網状部材（例えば、実施の形態における網３２）で仕切られた開口部（例えば、実施の形態における開口３１，５７）を設け、前記噴射チューブの内周側に水と気体とを混合した気液混合体を高圧で通過させて前記噴射チューブから噴出させることで、前記噴射チューブを前記ガイドの内周に沿って旋回させながら前記気液混合体を噴射することを特徴とする。
このように構成することで、オゾンガス雰囲気中に微粒子化した水を通過させて、水とオゾンガスとの接触面積を大幅に向上させることができるため、少量の水で高濃度のオゾン水を瞬時に生成することができる。

また、気液混合体を可撓性の噴射チューブから噴射する際、反作用によって噴射チューブがガイドに沿って旋回して噴射位置をずらすことができる。

さらに、ガイド内に導入されたオゾンガスがガイドに沿って流動するため、噴射ノズルの噴射口付近にオゾンガス雰囲気を容易に形成することができる。

そして、噴射ノズルの噴射口付近におけるオゾンガスの拡散を抑制することができ、さらに、網状部材によって、外部から空気や水がガイド内に浸入するのを防止することができるため、噴射口付近のオゾンガスの濃度を高い状態に維持することができる。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のオゾン水製造装置を用いた洗浄装置であって、前記オゾン水を被洗浄物に向けて噴射することを特徴とする。
このように構成することで、オゾン水を生成すると同時に、この生成したオゾン水を被洗浄物に直接的に衝突させることができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載のオゾン水製造装置を用いた水質改善装置であって、前記微粒子化手段を水中に挿入してオゾン水を供給することを特徴とする。
このように構成することで、高濃度のオゾン水を、例えばプールや公衆浴場等の循環水に供給することができる。

請求項１に記載した発明によれば、オゾンガス雰囲気中に微粒子化した水を通過させて、水とオゾンガスとの接触面積を大幅に向上させることができるため、少量の水で高濃度のオゾン水を瞬時に生成することができ、したがって、オゾン水の製造効率を向上させることができる効果がある。

また、気液混合体を可撓性の噴射チューブから噴射する際、反作用によって噴射チューブがガイドに沿って旋回して噴射位置をずらすことで、より細かい霧状の水を得ることができ、したがって、更なる製造効率を向上させることができる効果がある。

さらに、ガイド内に導入されたオゾンガスがガイドに沿って流動するため、噴射ノズルの噴射口付近にオゾンガス雰囲気を容易に形成することができ、したがって、従来と比較してオゾンガスの使用量を削減することができる効果がある。

そして、噴射ノズルの噴射口付近におけるオゾンガスの拡散を抑制することができ、さらに、網状部材によって、外部から空気や水がガイド内に浸入するのを防止することができるため、噴射口付近のオゾンガスの濃度を高い状態に維持することができ、したがって、オゾン水濃度の向上を図ることができる効果がある。

請求項２に記載した発明によれば、オゾン水を生成すると同時に、この生成したオゾン水を被洗浄物に直接的に衝突させることができるため、オゾン水の有する消毒、殺菌作用等に加え、洗浄作用を付加することができる効果がある。

請求項３に記載した発明によれば、高濃度のオゾン水を、例えばプールや公衆浴場等の循環水に供給することで、容易に水質の改善を図ることができる。

次に、この発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第１の実施の形態では、オゾン水を生成するとともに、このオゾン水を被洗浄物に向けて噴射する洗浄装置を例に説明する。
図１に示すように、洗浄装置１は、作業者が手に持って被洗浄物に対してオゾン水を噴射する洗浄ガンと、この洗浄ガンに空気、水、オゾンガスを供給する気液供給装置とを備えている。

図１に示すように、洗浄装置１は、作業者がレバー操作を行うことによってオゾン水を噴射する洗浄ガン２と、この洗浄ガン２に空気、水、オゾンガスを供給する気液供給装置３とを備えている。気液供給装置３は、水を貯める貯水タンク５と、この貯水タンク５の水を圧送するポンプ６とを備えている。そして、この気液供給装置３には圧縮空気を圧送するエアコンプレッサ４が接続されており、エアコンプレッサ４は、この入口に空気の導入口であるエアフィルタ７が接続され、さらに、出口に噴射ガン２の気液混合室８に設けられた気体用ノズル９が気体流路１０を介して接続されている。このエアコンプレッサ４と気液混合室８との間には洗浄ガン２のレバー１１を操作することによって開閉する図示しない開閉弁が介装されている。なお、前記貯水タンク５の水はオゾンガスを溶解させるため、純度の高いものを用いるのが好ましい。

ポンプ６は、その入口に吸込流路１２ａが接続されており、この吸込流路１２ａの一端は貯水タンク内に挿入されている。また、ポンプ６の出口には流体流路１２を介して気液混合室８の液体用ノズル１３が接続されており、これらポンプ６と気液混合室８との間には、ハンドル部１４の回動により流体流路１２を全開から全閉まで任意の開度に調整可能な調整弁１５が介装されている。なお、図示都合上、図１では気体流路１０も調整弁１５を経由しているが、流体流路１２のみ調整弁によって開閉可能になっている。

気液混合室８は、水と圧縮空気とを混合させて気液混合体を生成する第１混合室（微粒子化手段）１６と第２混合室（微粒子化手段）１７とで構成されており、この気液混合室８の出口ポート１８にはノズル本体（微粒子化手段）１９が螺合されている。第１混合室１６は流体流路１２と気体流路１０とを介して圧送されてきた水と圧縮空気とを最初に衝突・混合させるものであり、先細に絞られて突出する気体用ノズル９と、同じく先細に絞られて突出する液体用ノズル１３とを備え、これらの噴射方向、即ちこれらのノズル開口部の延長線が一点で合流するように配置されている。そして、この第１混合室１６で生成された気液混合体が気液流路２０を介して第２混合室１７へと送られるようになっている。

第２混合室１７は、上流路２１、中流路２２、下流路２３の３本の流路が分岐して形成されており、さらに、再びこれら上流路２１、中流路２２、下流路２３が一点で合流するように形成されている。具体的には、上流路２１、中流路２２、下流路２３は、上流路２１の出口部２１ａの延長線と下流路２３の出口部２３ａの延長線とが同一直線上になるように対向配置され、さらに、先細に絞られた中流路２２の出口部２２ａの延長線がこれに直交するように配置されている。なお、上流路２１、下流路２３が中流路２２に対してそれぞれ４５度程度の角度をなして合流するようにしてもよい。

これにより、第１混合室１６において、気体用ノズル９と液体用ノズル１３とから噴射した水と圧縮空気とを一点で衝突させて気液混合体を生成し、さらに、第２混合室１７において、第１混合室１６で生成した気液混合体を３つの上流路２１、中流路２２、下流路２３に分岐し、これらを再び合流させる際に衝突させて、第１混合室１６で生成した気液混合体の水の粒子をさらに細かい粒子にすることができる。

ノズル本体１９は、気液混合室８に連通する可撓性の円筒体からなる噴射チューブ２４と、この噴射チューブ２４の径方向外側に大径側が先端側に位置するように配置されるコーン状のガイド２５と、噴射チューブ２４およびガイド２５を支持する支持部２６とを備えている。このノズル本体１９は、全体が例えばナイロン・テフロン（登録商標）・ポリウレタン・ポリプロピレン当の合成樹脂の可撓性材料で一定肉厚に形成された円筒体からなるチューブ本体２７を有しており、このチューブ本体２７は、一端部において支持部２６に固定されている。このチューブ本体２７の噴出穴２８は１〜３ｍｍ程度の内径を有している。

また、噴射チューブ２４は、チューブ本体２７を内側に嵌合させた状態でこのチューブ本体２７に対し固定される重量部２９を複数有している。これら重量部２９は金属・カーボン・セラミックスや、ナイロン・テフロン（登録商標）・ポリウレタン・ポリプロピレン等の合成樹脂で形成される。

これら重量部２９はそれぞれが互いに重量を異ならせており、チューブ本体２７の軸線方向における配設ピッチも不等ピッチとされている。重量部２９は軸線方向における両端側が中央側よりも小径となる太鼓型をなしている。これら重量部２９は噴射チューブ２４の旋回を効率よく行わせるために重みを持たせるとともに、噴射チューブ２４がガイド２５に沿って旋回する際にガイド２５に接触する部分となり、チューブ本体２７の摩耗を防止するためのものである。

なお、噴射チューブ２４において、重量部２９が設けられる部分の外径に対して重量部２９が設けられない部分の外径を大きくすることによって重量部２９の軸線方向のずれを防止することができる。例えば、重量部２９が設けられる部分の外径を最小とし、重量部が設けられない部分をその外径が重量部２９から離れるほど大径となり、隣り合う重量部２９との間の中間位置で最大となる太鼓型としても良い。

ガイド２５は、可撓性のほとんどない合成樹脂からなるもので、一端側が小径とされ他端側に位置するほど大径となるコーン状（いわゆるラッパ型）をなしている。そして、コーン状の端部（混合室）３０は、前述したチューブ本体２７の噴射口よりも噴射方向に延出するように形成され、このガイド２５の端部と噴射ノズルの噴射口との間に空間部４２を形成するべくクリアランスｃ１が設定されている。なお、噴射チューブ２４の摺動抵抗を小さくするためにガイド２５の少なくとも内面をステンレス等の金属材料やセラミックス等で形成しても良い。このガイド２５は、内側に噴射チューブ２４の基端部を同軸に配置した状態で小径側において支持部２６に固定される。

ガイド２５の開口３１には、ガイド２５の内部に外部からの水や塵埃などの浸入防止のために網（網状部材）３２が設けられている。この網３２は、開口３１の横断面形状に対応した円形に形成されており、この周縁に固定しろが設けられている。そして、網３２は、開口３１を塞ぐように配置され、その固定しろがコーン状のガイド２５の端部３０の周壁の外側に接するようにホットシュリンク３３で固定されている。また、この網３２の外側表面には撥水性のガラスコーティング液が塗布され、チューブ本体２７の噴射軌跡を除く中心部分に円盤状の蓋３４がビス３５によって固定されている。

ところで、前述した気液供給装置３は、気体流路１０から流路３６を介して分岐接続されたオゾン発生装置３７を有している。このオゾン発生装置３７は、この電源電圧を昇圧して得た高電圧を電極間に印加して気中放電を発生させることによって、この電極間を流過する空気中の酸素をオゾンガスへと変異させるものである。このオゾン発生装置３７で生成するオゾンガスの濃度は、オゾン発生装置３７に流入する空気量を流路３６の途中に設けられた流量調整弁３８を用いて調節することで可変となっている。具体的には、オゾン発生装置３７に流入する空気流入量を増加させるとオゾンガスの濃度が減少し、一方、空気流入量を減少させるとオゾンガスの濃度が増加する。

オゾン発生装置３７によって生成されたオゾンガスは、オゾン流路３９を介してガイド２５のオゾン導入口（オゾンガス導入口）４０へ導かれる。このオゾン導入口４０は、ガイド２５の小径側の周壁に形成されており、ここに雌コネクタ４１が羅合されている。この雌コネクタは、オゾン流路３９の端部に設けられた雄コネクタ（図示せず）に係合するためのものであり、これら雄コネクタと雌コネクタ４１によってオゾン流路３９がガイド２５に対して着脱自在となっている。

以上の構成の第１の実施の形態の洗浄装置の作動について説明する。
まず、貯水タンク５に水を導入した状態で、ポンプ６とエアコンプレッサ４とを作動させる。すると、貯水タンク５内の水が加圧されて流体流路１２を介して圧送されるとともに、空気が加圧されて気体流路１０を介して圧送される。つまり、加圧された水が流体流路１２を介して第１混合室１６に導かれ、同様に加圧された空気が気体流路１０を介して第１混合室１６に導かれることになり、第１混合室１６において気体用ノズルと液体用ノズルとによってこれら流体流路１２と気体流路１０とを合流させて、水と空気とを混合する。

水に圧縮空気が混合されることで、水が細かい粒になり、この細かい粒の水を含む気液混合体が、第２混合室１７に導入される。そして、気液混合体は、分岐する三つの上流路２１、中流路２２、下流路２３にそれぞれ分岐され、これら三つの上流路２１、中流路２２、下流路２３を流過した後、再び合流させられ互いに衝突し合って水の粒がさらに微粒子化されて噴射チューブ２４に送られる。この噴射チューブ２４を気液混合体が通過する際には、噴射圧力の反作用で噴射チューブがコーン状のガイドに沿って高速で旋回することとなり、高速で噴射位置がずらされることで、噴射された水の粒子同士が結合し難くなり、この結果、さらに水の微粒子化が促進される。

一方、気液供給装置３のオゾン発生装置３７を作動させると、このオゾン発生装置３７で生成されたオゾンガスがオゾン流路３９を介して、ガイド２５の内部に導入され、ガイド２５の内部および噴射チューブ２４の噴射方向に位置する空間部４２にオゾンガスの雰囲気が形成される。これにより、噴射チューブ２４から噴射された水の微粒子は、空間部４２を通過する際にオゾンガスと接触し、オゾンガスが溶解してオゾン水となる。さらに、このオゾン水は噴射チューブ２４から噴射される際の圧力でガイド２５の開口３１に取り付けられた網３２を通過して外部に飛び出し、被洗浄物に衝突する。

ここで、必要に応じて調整弁１５を調整すると、圧縮空気の流量に対する水の流量を調整することになり、水の粒の状態を所望の状態に調整できるようになるが、空気の流量に対して水の流量は極端に少なくなるように設定される。

以上に述べたように、第１の実施の形態によれば、空間部４２のオゾンガスの雰囲気中に微粒子化した水を通過させることで、水とオゾンガスとの接触面積を大幅に向上させることができるため、少量の水で高濃度のオゾン水を瞬時に生成することができ、この結果、オゾン水の製造効率を向上させることができる。

また、気液混合体を可撓性の噴射チューブ２４から噴射する際に、この噴射時の反作用によって噴射チューブ２４がガイド２５に沿って高速で旋回し、噴射された水の粒同士が結合するのを抑制することができるため、より細かい霧状の水を得ることができ、この結果、更なる製造効率を向上させることができる。
そして、オゾン導入口４０からガイド内に導入されたオゾンガスがガイド２５に沿って移動するため、噴射チューブ２４の噴射口近傍にオゾンガス雰囲気を容易に形成することができ、この結果、従来と比較してオゾンガスの使用量を大幅に削減することができる効果がある。

さらに、空間部４２を形成することで、噴射チューブ２４の噴射口付近におけるオゾンガスの拡散を抑制することができ、さらに、網３２によって、ガイド２５の外部から空気や水がガイド２５の内部に浸入するのを防止することができるため、噴射チューブ２４の噴射口近傍、すなわち、空間部４２のオゾン濃度を高い状態に維持することができ、この結果、オゾン水濃度の向上を図ることができる。

また、オゾン水を生成するのと同時に、この生成したオゾン水を噴射チューブ２４から噴射する際の圧力で被洗浄物に直接的に衝突させることができるため、オゾン水の有する消毒、殺菌作用等に加え、衝突による洗浄作用を付加することができる。

次に、図２に基づいて第２の実施の形態を説明する。この第２の実施の形態は、プール等の循環水中にオゾン水を供給する水質改善装置であり、前述した第１の実施の形態の洗浄装置とノズル本体の構成が異なるだけであるため、同一部分に同一符号を付して説明し、第１の実施の形態と重複する説明を省略する。なお、図示都合上、図２では気液混合室よりも下流側の構成のみを示す。

図２に示すように、水質改善装置５０は、第一の実施の形態と同様に、気液混合室８を備えている。この気液混合室８の出口には、一端側にＬ字状の継ぎ手５１を備えた連結挿入管５２を介してノズル本体５３が接続されている。この連結挿入管５２は金属製のパイプであり、ノズル本体（微粒子化手段）５３を水中に挿入する際にノズル本体５３を支持する機能と、ノズル本体に気液混合体を供給する流路としての機能とを有している。

ガイド２５は、このガイド２５の内部に配置された噴射チューブ２４と長さが略同一に設定され、一端側が小径とされ他端側に位置するほど大径となるコーン状をなしている。そして、ガイド２５の小径側となる周壁には、第１の実施の形態と同様に、オゾン導入口が形成されており、この導入口に、第１の実施の形態と同様に、雌コネクタ４１が螺合され、ここにオゾン流路３９が接続されている。

また、このガイド２５の大径側の開口周縁には、噴射チューブ２４の噴射方向に沿う筒状のチャンバー（混合室）５４がビス５５によってガイド２５の周壁に固定され、このチャンバー５４の固定部分にシール剤（図示せず）によって防水処理が施されている。チャンバー５４の開口５７には、周縁に固定しろが設定された円形の網５６が配置され、この網５６の固定しろがホットシュリンク３３でチャンバー５４の周壁に固定されている。そして、チャンバー５４の端部と噴射チューブ２４の噴射口との間には空間５８を形成するべくクリアランスｃ２が設定されている。この第２の実施の形態では、水中にオゾン水を供給すればよいため、前述した第１の実施の形態のクリアランスｃ１よりもクリアランスｃ２は大きく設定され、より長い時間、水の粒子がオゾンガスと接触できるように設定されている。

ここで、この網５６は、ノズル本体５３を水中に沈めた時にガイド内への水が浸入しないように撥水性のガラスコーティング剤が外側表面に塗布され、大気中で使用する第一の実施の形態の網３２よりも網目が細かく設定されている。なお、通常の作動時には、ガイド２５の内部、チャンバー５４の内部の圧力が外部の水圧よりも高い状態となるため、生成されたオゾン水は網５６から外部に押し出されることとなる。

したがって、上述した第２の実施の形態によれば、ガイド２５のオゾン導入口４０から導入されたオゾンガスがチャンバー５４内の空間５８に導かれ、細かい網目を有した網５６によって外部へ流出するまでの時間を稼ぐことができるため、噴射チューブ２４の噴射方向に位置する空間５８のオゾンガスの濃度が低下するのを抑制することができ、そして、この空間５８に微粒子化された水を通過させることで、高濃度のオゾン水を効率よく生成することが可能となる。また、チャンバー５４の外部には生成されたオゾン水の他にオゾンガス自体も押し出されることとなるため、この押し出されたオゾンガスも外部の水に溶解するという相乗効果によって効率よく水質改善を行うことができる。

そして、必要とする時に消毒、殺菌作用を有した高濃度のオゾン水を即座に得ることができるため、例えば、プール、公衆浴場の循環水中又は浄水場などの水中にノズル本体５３を沈めて装置を作動させるだけで容易に水質を改善することができる。

尚、この発明は上述した各実施の形態に限られるものではなく、例えば、ガイドの大径側周壁、チャンバーの周壁、気液混合室にオゾンガス導入口を形成して、これらの内部にオゾンガスを導入するようにしても良い。また、第１混合室へ導入される圧縮空気オゾンガスを圧縮したものに換えても良い。

本発明の第１の実施の形態における洗浄装置の全体構成図である。 本発明の第２の実施の形態における水質改善装置の全体構成図である。

符号の説明

１６ 第１混合室（微粒子化手段）
１７ 第２混合室（微粒子化手段）
１９，５３ ノズル本体（微粒子化手段）
２４ 噴射チューブ
２５ ガイド
３０ 端部（混合室）
３１，５７ 開口
３２ 網（網状部材）
３７ オゾン発生装置
４０ オゾン導入口（オゾンガス導入口）
５４ チャンバー（混合室）

Claims (3)

1. オゾン発生装置から供給されるオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を製造するオゾン水製造装置において、
   オゾンガスの雰囲気中に微粒子化した水を噴射する微粒子化手段を設け、
   該微粒子化手段は、可撓性の噴射チューブと該噴射チューブを囲むガイドとを備え、
   該ガイド内にオゾンガスを導入するオゾンガス導入口を設け、前記噴射チューブの噴射方向にオゾンガスと水とを混合する混合室を設け、該混合室に網状部材で仕切られた開口部を設け、前記噴射チューブの内周側に水と気体とを混合した気液混合体を高圧で通過させて前記噴射チューブから噴出させることで、前記噴射チューブを前記ガイドの内周に沿って旋回させながら前記気液混合体を噴射することを特徴とするオゾン水製造装置。
2. 請求項１に記載のオゾン水製造装置を用いた洗浄装置であって、前記オゾン水を被洗浄物に向けて噴射することを特徴とする洗浄装置。
3. 請求項１に記載のオゾン水製造装置を用いた水質改善装置であって、前記微粒子化手段を水中に挿入してオゾン水を供給することを特徴とする水質改善装置。

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