JP4977376B2 - 高濃度オゾン水製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、高濃度のオゾンを水に溶解させて得られる高濃度オゾン水を製造する装置に関する。

オゾン（Ｏ_３）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（Ｏ_２）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。高濃度オゾンは、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。このような理由から、高濃度オゾンは、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排出物の殺菌、脱臭など医療分野など、規模の大小を問わず広範囲、多岐にわたって利用されている。

ところで、オゾンを水に溶解させて高濃度オゾン水を製造するものとして、例えば図７に示すもの（特許文献１参照）が知られている。それは、オゾンガスを発生するオゾンガス発生部１０と、水を貯蔵するタンク１１と、前記オゾンガス発生部１０から供給されるオゾンガスを前記タンク１１から供給される水に溶解させるオゾン溶解部１３とを備え、このオゾン溶解部１３は、複数の微細な溝状の流路（マイクロチャンネル）を有し、そのマイクロチャンネル内で高濃度オゾンガスを水に効率よく吸収させるマイクロリアクタを備える。また、前記オゾン溶解部１３の前段には、オゾンガスおよび水をそれぞれ加圧した状態で前記マイクロリアクタに供給する加圧ポンプ１２Ａ・１２Ｂを備え、前記オゾン溶解部１３の後段には、前記マイクロリアクタで生成したオゾン水を貯蔵するオゾン水貯蔵タンク１７と、オゾン溶解部１３で製造されたオゾン水の流量を調節して前記マイクロリアクタの内圧を調整する圧力調整弁１６Ａとを備える。
特開２００３−２１０９５６号公報

上記従来例では、 オゾンガス供給部が、オゾンガス発生装置１０と加圧ポンプ１２Ａとを備え、給水部が水を貯蔵するタンク１１と加圧ポンプ１２Ｂとを備えることから、高濃度オゾン水製造装置全体が大型化し、オゾン水を使用する地点、例えば半導体製造工場などのオゾン水消費現地において簡便にオゾン水を製造することができないという難点がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、従って本発明の目的は装置全体の小型化を図って、特にオゾン水を使用する地点で簡便にかつ低コストでオゾン水を製造することが可能な高濃度オゾン水製造装置を提供することである。

上述する目的の達成のためとして、本発明は、オゾンガスを供給するオゾンガス供給部１０と、水を供給する給水部１１と、前記オゾンガス供給部１０から供給されるオゾンガスを前記給水部１１から供給される水に溶解させるオゾン溶解部１３とを備える高濃度オゾン水製造装置において、前記オゾンガス供給部１０は、その内面をステンレス鋼で構成するとともに、その内表面を電解研磨して鏡面仕上げし、かつ、対酸素比５０％以上の高濃度オゾンガスを使用して不動態膜を形成したオゾンガス貯蔵容器１０Ａで構成し、当該オゾンガス貯蔵容器１０Ａに１００ｖｏｌ％近い濃度の濃縮オゾンガスを大気圧まで充填した後、炭酸ガスを含む希釈ガスを追加充填して形成した少なくとも５ｖｏｌ％以上の濃度のオゾンガスを供給するものであり、前記給水部１１は、ｐＨ７.３以下の水を供給することを特徴とするものである。

本発明では、前記オゾンガス供給部１０がその内面をオゾンガスで不動態化処理し、高濃度オゾンガスを貯蔵し得るオゾンガス貯蔵容器１０Ａで構成されることから、高濃度オゾン水製造装置全体を小型化することができる。しかも、高濃度オゾンガスを高圧で貯蔵できることにより、装置全体の小型化と相俟って、オゾン水を使用する地点で簡便にオゾン水を製造することができる。さらに、前記オゾンガス貯蔵容器１０Ａが希釈ガスとして炭酸ガスを含むことから、給水は僅かに酸性域にシフトし、ｐＨが低くなり、ｐＨが低くなる(酸性域)につれて高濃度のオゾン水が得られる。そして給水部からｐＨ７.３以下の水を供給するようにしていることと相俟ってオゾン水を若干高濃度側にシフトさせて簡便に製造することが可能である。この結果、オゾン水を使用する地点で簡便にかつ的確にオゾン水を製造することができるようになる。その上、前記オゾンガス貯蔵容器１０Ａが少なくとも５ｖｏｌ％以上の濃度のオゾンガスを供給するものであるから、オゾン水濃度はオゾンガス濃度が高くなるにつれて高濃度のオゾン水が得られる。従って、所望の高濃度オゾン水を簡便に製造できる。

以下、本発明の実施の形態を図１に示す本発明の一実施形態に係る高濃度オゾン水製造装置に基づいて説明する。図示の高濃度オゾン水製造装置1は、オゾンガスを供給するオゾンガス供給部１０と、水を供給する給水部１１と、供給ポンプ１２Ｂと、前記オゾンガス供給部１０から供給されるオゾンガスを前記給水部１１から供給される水に溶解させるオゾン溶解部１３と、圧力計１４A，１４Bと、温度計１５と、バルブ１６A，１６B，１６Cと、オゾン水貯蔵タンク１７と、接続管１７Aと、ステンレス製配管１８A，１８B，１８C，１８D，１８E，１８Fと、バルブ１９とを備える。

オゾンガス供給部１０は、高濃度オゾンガスを貯蔵する小型のオゾンガス貯蔵容器１０Ａで構成されていて、高濃度オゾン水製造装置１全体の小型化に大きく寄与している。このオゾンガス貯蔵容器１０Ａは、その容器内面をステンレス鋼で構成し、内表面を電解研磨して鏡面仕上げし、かつ、対酸素比５０％以上の高濃度オゾンガスを使用して不動態膜を形成した金属製の耐圧容器が好適な例として挙げられ、このような容器が使用されることから、該容器内面での高濃度オゾンガスの活性が抑制される。つまり、高濃度オゾンガスを高圧で貯蔵できる。オゾンガス貯蔵容器１０Ａに貯蔵される高濃度オゾンガスは、配管１８A，バルブ１９及び配管１８Cを経てオゾン溶解部１３に送り込まれるようになっている。

給水部１１は、オゾン水を製造するための水を貯蔵するタンクにより構成されて、ｐＨ７.３以下の水または蒸留水が所定量貯蔵される。この給水部１１の貯蔵水は、配管１８B，供給ポンプ１２Ｂ及び配管１８Dを経てオゾン溶解部１３に送り込まれるようになっている。

オゾン溶解部１３は、図示を省略しているが前掲の特許文献１等によって周知の構造であるマイクロリアクタと該リアクタを温度調節可能な所定温度に加温するためのヒーターとを備えていて、前記オゾンガス供給部１０から供給されるオゾンガス及び前記給水部１１から供給される水が、マイクロリアクタ内で混合し、オゾンガスが水に溶解してオゾン水が生成されるようになっている。そして、前記マイクロリアクタ内の圧力は配管１８Cに分岐接続してなる圧力計１４Aによって測定され、かつ所定圧力に調圧される。

オゾン水貯蔵タンク１７は、その流入口が配管１８E，バルブ１６A及び配管１８Fを直列に備える取入れ側配管路によって前記マイクロリアクタのオゾン水出口に接続され、また、流出口が接続管１７A及びバルブ１６Cを直列に備える取出し側配管路に接続されていて、マイクロリアクタで生成されたオゾン水を貯蔵すると共に、貯蔵しているオゾン水を前記取出し側配管路から流量調節可能に取出し得るようになっている。なお、圧力計１４Bはオゾン水貯蔵タンク１７内の圧力を測定するためのものであり、また、バルブ１６Bはオゾン水貯蔵タンク１７内に溜まったガスを抜くために設けられた開閉バルブである。

次いで、上記の構造に成る高濃度オゾン水製造装置1を用いて高濃度オゾン水を製造する手順について説明する。給水部１１としてのタンクに予めｐＨ７．３以下の水または蒸留水を貯留しておき、オゾンガス供給部１０におけるオゾンガス貯蔵容器１０Ａ内にオゾンガスを貯蔵しておく。供給ポンプ１２を駆動すると同時にバルブ１９を開弁して、タンク１１内の水とオゾンガス貯蔵容器１０Ａ内のオゾンガスとをオゾン溶解部１３に送り込ませて、該オゾン溶解部１３内にて加熱中のマイクロリアクタにおいて両者を混合させ、かくしてオゾンガスを水中に溶解させることでオゾン水が生成する。

ところで、オゾンガス貯蔵容器１０Ａ内にオゾンガスを充填するに当っては、先ず、１００ｖｏｌ％近い濃度の濃縮オゾンガスを大気圧までの低い圧力の下で充填し、次いで、所望の希釈ガスを追加して充填するように、二段階的な充填方法を採ることが好ましく、このようにしてオゾンガス貯蔵容器１０Ａから、少なくとも５ｖｏｌ％以上の濃度を持つオゾンガスをオゾン溶解部１３に供給し得るようにしている。この場合におけるオゾンガス充填圧力[MPa・G]とオゾン濃度[vol%]との関係は図２に示される通りであって、オゾンガスを約０.６MPa・G以下の低い充填圧の下でオゾンガス貯蔵容器１０Ａに貯蔵することが可能である。

上記のごとくオゾンガス貯蔵容器１０Ａに対して二段階的充填を行うに当って、追加充填に使用する前記希釈ガスとしては、炭酸ガスを含むガス、例えば炭酸ガス含有低濃度オゾンガスが好適な希釈ガス例の一つに挙げられるものであって、これは図３にオゾンガス圧力[MPa・G]とオゾン水濃度[ppm]の関係で示されるように、ＣＯ_２バランスにした場合のオゾン溶解量が、バランスガス圧力が同じ条件の下においてＯ_２（pＨ７.５）を含むものと比較したときに、明らかに増加することが実験の結果から分かっている。このことは、ＣＯ_２溶解によりｐＨが若干下がることによるためと考えられる。

一方、本発明の一実施の形態に関して、給水部１１の貯水用のタンクには、ｐＨ７.３以下の水を貯留してこの水をオゾン溶解部１３に供給するように構成することを要件としたものである。このことは図４に水のpＨとオゾン水濃度の関係で示されるように、オゾン水濃度 [ppm]が同じオゾンガス圧力[MPa]の下で、pＨ=９.１＜pＨ=７.３＜pＨ=３.４のようにpＨの低いほどオゾン溶解量は大きくなる結果が得られることに由来している。

また、本発明の今ひとつの実施の形態に関して、給水部１１の貯水用のタンクには、前述のｐＨ７.３以下の水に替えて蒸留水を貯留させるようにしてこの蒸留水をオゾン溶解部１３に供給するように構成することを要件としたものである。このことは図５に蒸留水と水道水との比較においてオゾン水濃度[ppm]・オゾンガス圧力[MPa・G]間の関係で示されるように、蒸留水を使用した方がオゾン溶解量は高いことが明らかとなっており、これはオゾン分解に寄与するＫ、Ｍgなどの含有量が少ないためと考えられるところに由来している。

図６はオゾンガスの溶解圧とオゾン水濃度の関係を実験で示すグラフである。このグラフは、オゾンガスの溶解圧を高めることにより、オゾン水濃度が高くなることを示している。また、このグラフによれば、オゾンガス貯蔵容器１０Ａ内のオゾンガス濃度のレベル（８％）で圧力を０.１MPa・G程度にすれば、確実に１００ppm超濃度のオゾン水を製造することが可能であることを推認できる。ただし、この場合の実験条件は以下の通りである。給水は１２℃の井戸水（ｐＨ６〜７）、オゾンガス貯蔵容器１０Ａ内のオゾン濃度は８％で弁１９で調圧して供給し、溶解時の気液接触時間は約1分、オゾン水の生成流量は１Ｌ／min．である。

以上説明した通り本発明によれば、高濃度オゾン水製造装置全体を小型化しかつ簡易な構造とすることができる。しかも、高濃度オゾンガスを比較的高圧で貯蔵できることにより、装置全体の小型化と相俟って、オゾン水を使用する地点で簡便にオゾン水を製造できるのである。

本発明に係る高濃度オゾン水製造装置の概要示構造図。 充填圧力とオゾン濃度との関係を示すグラフ。 バランスガス圧力とオゾン水濃度の関係を示すグラフ。 水のpＨとオゾン水濃度の関係を示すグラフ。 蒸留水とオゾン水濃度の関係を示すグラフ。 オゾンガスの溶解圧とオゾン水濃度の関係を示すグラフ。 従来例に係る濃度オゾン水製造装置の概要示構造図。

１…高濃度オゾン水製造装置、１０…オゾンガス供給部、１０Ａ…オゾンガス貯蔵容器、１１…給水部、１２Ｂ…供給ポンプ、１３…オゾン溶解部、１４A・１４B…圧力計、１５…温度計、１６A・１６B・１６C…バルブ、１７…オゾン水貯蔵タンク、１７A…接続管、１８A・１８B・１８C・１８D・１８E・１８F…ステンレス製配管、１９…バルブ。

Claims (1)

1. オゾンガスを供給するオゾンガス供給部(１０)と、水を供給する給水部(１１)と、前記オゾンガス供給部(１０)から供給されるオゾンガスを前記給水部(１１)から供給される水に溶解させるオゾン溶解部(１３)とを備える高濃度オゾン水製造装置において、
   前記オゾンガス供給部(１０)は、その内面をステンレス鋼で構成するとともに、その内表面を電解研磨して鏡面仕上げし、かつ、対酸素比５０％以上の高濃度オゾンガスを使用して不動態膜を形成したオゾンガス貯蔵容器(１０Ａ)で構成し、当該オゾンガス貯蔵容器(１０Ａ)に１００ｖｏｌ％近い濃度の濃縮オゾンガスを大気圧まで充填した後、炭酸ガスを含む希釈ガスを追加充填して形成した少なくとも５ｖｏｌ％以上の濃度のオゾンガスを供給するものであり、
   前記給水部(１１)は、ｐＨ７.３以下の水を供給することを特徴とする高濃度オゾン水製造装置。