JP5243657B1 - ミキシング装置及びミキシング装置の設置構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高濃度のオゾン水を高効率でかつ簡易に生成できるミキシング装置及びミキシング装置の設置構造を提供する。
【解決手段】配管９０内を流れる原料水にオゾンガスを供給してミキシングするミキシング装置１００はケーシング１０を備え、ケーシング１０には、その厚さ方向に貫通し、配管９０の一方の基端部９３に連結されて原料水が供給される原料水供給流路７と、原料水供給流路７に対向して設けられオゾンガスを供給するオゾン供給流路５と、原料水供給流路７及びオゾン供給流路５に連通し、原料水とオゾンガスをミキシングする混合流路４と、配管９０の他方の基端部９４及び混合流路４に連通して設けられ、混合流路４でミキシングにより得られたオゾン水を、再び配管９０に排出する排出流路８と、が形成されている。混合流路４内にはグレーチング材３２，３３が収容され、混合流路４は、ケーシング１０の厚さ方向に直交する平面方向に延在している。
【選択図】図３

Description

本発明は、ミキシング装置及びミキシング装置の設置構造に関する。

近年、オゾン水は食品の殺菌や悪臭ガスの脱臭などの用途に広範に使用されており、さらに医療や介護の分野で、数多い知見例が発表され始めている。また、半導体製造領域においても、超微細構造に対するオゾン酸化の特徴が認められ、オゾン水の使用が必須とされている。
このようなオゾン水の製法として、現在、産業用に普及しているオゾン水の製法は、大別して、酸素ガスを放電することによりオゾンガスを生成し、生成したオゾンガスを水に溶解させるガス溶解法、酸素ガスを電解によりオゾンガスを生成し、生成したオゾンガスを水に溶解させる電解ガス溶解法、陽イオン交換膜の両面に陽極電極及び陰極電極が設けられてなる触媒電極に原料水を直接接触させるとともに、陽極電極と陰極電極との間に直流電圧を印加して、オゾン水を生成させる直接電解法の３方式が実用されている。
放電式ガス溶解法は、具体的には、酸素を放電管に供給し、酸素が放電管内を通過する際に、放電管に高周波高電圧を印加することによって無数の放電が生じ、オゾンガスが発生するので、このオゾンガスを原料水（純水や水道水等）に混合させることによってオゾン水を生成させる方法である（例えば、特許文献１参照）
直接電解法とは、具体的には、陽イオン交換膜の一方の面に陽極を圧接させ、他方の面に陰極を圧接してなる触媒電極の電解面に原料水を直接接触させて、水の電気分解によりオゾン水を生成させる方法である（特許文献２参照）。

ところで、配管内の原料水にオゾンガスやオゾン水を供給して、ミキシングすることによってオゾン水を得る方法が知られている。
しかしながら、配管内の原料水は大流量であるため、大流量の配管内にオゾンガスを供給してミキシングすると、上記放電式ガス溶解法により得られるオゾンガスは低濃度のため、生成されるオゾン水も低濃度となり、高濃度のオゾン水を得ることができず、効率が悪い。
また、上記直接電解法により得られるオゾン水も低濃度のため、このような低濃度のオゾン水を大流量の配管内に供給してミキシングした場合も、生成されるオゾン水は低濃度となる。そのため、触媒電極を大きくして高濃度のオゾン水を生成した上で、配管内に供給することによって対応可能であるが、大きな触媒電極を使用することはコスト高となるとともにオゾン水生成装置が大型化するという問題がある。

特許第４２５６４５３号 特開平８−１３４６７８号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、配管内の原料水にオゾンガスやオゾン水を供給してミキシングすることによって、高濃度のオゾン水を高効率でかつ簡易に生成することができるミキシング装置及びミキシング装置の設置構造を提供することを目的としている。

請求項１の発明によれば、配管の中途部に設置されて、当該配管内を流れる原料水に対して、オゾンガスまたはオゾン水を供給してミキシングするミキシング装置であって、
前記配管の中途部に設置されるケーシングを備え、
前記ケーシングには、
当該ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の一方の基端部に連結され、当該配管内の原料水が供給される原料水供給流路と、
前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記原料水供給流路に対向して設けられ、オゾンガスまたはオゾン水を供給するオゾン供給流路と、
前記原料水供給流路及び前記オゾン供給流路に連通して設けられ、前記原料水供給流路に供給された原料水と、前記オゾン供給流路に供給されたオゾンガスまたはオゾン水とをミキシングして流す混合流路と、
前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の他方の基端部に連結されるとともに前記混合流路の下流側端部に連通して設けられ、前記混合流路でミキシングにより得られたオゾン水を、再び前記配管内に排出する排出流路と、が形成されており、
前記混合流路内に通水可能なグレーチング材が収容され、
前記混合流路は、前記ケーシングの厚さ方向に直交する平面方向に延在しており、
前記オゾン供給流路は、前記ケーシングに複数形成されており、
複数のオゾン供給流路のうち少なくとも１つが、前記原料水供給流路に対向して前記ケーシングに形成されていることを特徴とするミキシング装置が提供される。
請求項２の発明によれば、配管の中途部に設置されて、当該配管内を流れる原料水に対して、オゾンガスまたはオゾン水を供給してミキシングするミキシング装置であって、
前記配管の中途部に設置されるケーシングを備え、
前記ケーシングには、
当該ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の一方の基端部に連結され、当該配管内の原料水が供給される原料水供給流路と、
前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記原料水供給流路に対向して設けられ、オゾンガスまたはオゾン水を供給するオゾン供給流路と、
前記原料水供給流路及び前記オゾン供給流路に連通して設けられ、前記原料水供給流路に供給された原料水と、前記オゾン供給流路に供給されたオゾンガスまたはオゾン水とをミキシングして流す混合流路と、
前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の他方の基端部に連結されるとともに前記混合流路の下流側端部に連通して設けられ、前記混合流路でミキシングにより得られたオゾン水を、再び前記配管内に排出する排出流路と、が形成されており、
前記混合流路内に通水可能なグレーチング材が収容され、
前記混合流路は、前記ケーシングの厚さ方向に直交する平面方向に延在しており、
前記混合流路は、前記グレーチング材が収容される収容室と、前記収容室と前記原料水供給流路及び前記オゾン供給流路との間に配される混合供給流路と、前記収容室と前記排出流路との間に配される混合排出流路と、を備え、
前記収容室の径は、前記混合供給流路及び前記混合排出流路の径よりも大きいことを特徴とするミキシング装置が提供される。

請求項３の発明によれば、前記ケーシングの内部に、パッキン材を有し、
前記混合流路は、前記パッキン材に形成された流路によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のミキシング装置が提供される。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載のミキシング装置が、前記配管の複数個所において設置されており、
各ミキシング装置が、前記配管に対して直列となるように設置されていることを特徴とするミキシング装置の設置構造が提供される。

本発明によれば、配管内の原料水にオゾンガスやオゾン水を供給してミキシングすることによって、高濃度のオゾン水を高効率でかつ簡易に生成することができる。

本発明のミキシング装置の外観斜視図である。 図１に示すミキシング装置の分解斜視図である。 図２に示すミキシング装置の切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した際の矢視断面図である。 図１に示す第１パッキン材及び触媒電極の平面図である。 本発明で使用可能なオゾンガス発生器の概略図である。 本発明で使用可能なオゾン水生成セルの概略図である。 本発明のミキシング装置の設置構造を示した概略断面図である。 図３のＰ部分における、原料水と、オゾンガスとの正面衝突後、直交する方向に流れ込む状態を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
［ミキシング装置］
図１は、本発明のミキシング装置の外観斜視図、図２は、図１に示すミキシング装置の分解斜視図、図３は、図２に示すミキシング装置の切断線Ｉ−Ｉに沿って切断した際の矢視断面図である。
図１〜図３に示すように、本発明のミキシング装置１００は、配管９０の中途部に設置されて、当該配管９０内を流れる原料水に対して、オゾンガスまたはオゾン水を供給してミキシング（混合）しオゾン水を得る装置である。
配管９０を流れる原料水としては、水道水、精製水、蒸留水、ＲＯ水などが挙げられる。

ミキシング装置１００は、配管９０の中途部に設置されるケーシング１０を備えている。
ケーシング１０には、当該ケーシング１０の厚さ方向に貫通し、配管９０の中途部において、配管９０の一方の基端部９３に連結されて当該配管９０内の原料水が供給される原料水供給流路７と、ケーシング１０の厚さ方向に貫通し、原料水供給流路７に対向して設けられオゾンガスまたはオゾン水を供給するオゾン供給流路５と、原料水供給流路７及びオゾン供給流路５に連通して設けられ、原料水供給流路７に供給された原料水と、オゾン供給流路５に供給されたオゾンガスまたはオゾン水とをミキシングして流す混合流路４と、ケーシング１０の厚さ方向に貫通し、配管９０の中途部において、配管９０の他方の基端部９４に連結されるとともに混合流路４の下流側端部に連通して設けられ、混合流路４でミキシングにより得られたオゾン水を再び配管９０内に排出する排出流路８と、が形成されている。
さらに、混合流路４内には、原料水とオゾンガスまたはオゾン水とのミキシングを促進するためのグレーチング材３２，３３が配置されている。

ケーシング１０は、第１筐体１と、第１筐体１に重ね合わされる第２筐体２と、を備えている。
第１筐体１に、厚さ方向に貫通する貫通穴のオゾン供給流路５，６が形成され、第２筐体２に厚さ方向に貫通する貫通穴の原料水供給流路７が形成され、一方のオゾン供給流路５と原料水供給流路７とは、互いに対向する位置に配置されている。
また、第２筐体２には、厚さ方向に貫通する貫通穴の排出流路８が形成されている。
さらに、第１筐体１と第２筐体２とを重ね合わせることによって、その重ね合わせ面に当該重ね合わせ面と同一平面方向に延在する混合流路４が形成されている。この混合流路４に、オゾン供給流路５，６、原料水供給流路７及び排出流路８が連通している。すなわち、図３の符号Ｐ部分に示すように、オゾン供給流路５，６及び原料水供給流路７における流水方向と、混合流路４が形成された面とは、互いに直交している。

以下、各部材について、図２を参照して詳細に説明する。
＜第１筐体＞
第１筐体１は、最も外側に配置される第１狭持板１１と、第１狭持板１１の内側に配置される第１保持板１３と、第１狭持板１１及び第１保持板１３の間に配置される第１シート材１２と、第１保持板１３の内側に配置されて、グレーチング材３２が収容される第１パッキン材（水密材）１４と、から構成されている。

≪第１狭持板≫
第１狭持板１１は、円板状をなしており、例えば、プラスチック製とすることが好ましい。第１狭持板１１には、表裏面を貫通する貫通穴のオゾン供給流路１１１，１１２が形成されている。
これらオゾン供給流路１１１，１１２には、オゾンガスまたはオゾン水を供給するためのオゾン供給管９１，９２（図１、図３参照）が嵌め込まれるようになっている。
また、オゾン供給流路１１１，１１２の周囲には、複数のボルト貫通穴１１３が等間隔に形成されている。
なお、オゾン供給管９１，９２は、後述するオゾンガス発生器２００またはオゾン水生成セル３００に接続されている（図５、図６参照）。

≪第１保持板≫
第１保持板１３は、第１狭持板１１と平面視が同じ大きさの円板状をなしており、第１狭持板１１の厚さよりも薄くなっている。
第１保持板１３は、例えば、金属製とすること好ましい。
第１保持板１３には、第１狭持板１１のオゾン供給流路１１１，１１２に対応する位置に、それぞれオゾン供給流路１３１，１３２が形成されている。
また、これらオゾン供給流路１３１，１３２の周囲で、第１狭持板１１のボルト貫通穴１１３に対応する位置に、複数のボルト貫通穴１３３が等間隔に形成されている。

≪第１シート材≫
第１シート材１２は、第１狭持板１１と第１保持板１３との間に設けられ、第１狭持板１１及び第１保持板１３の間の水密性を確保するためのパッキンとして機能する。第１シート材１２は、第１狭持板１１及び第１保持板１３と平面視が同じ大きさの円板状をなしており、例えば、シリコン製とすることが好ましい。
また、第１シート材１２には、第１狭持板１１の２つのオゾン供給流路１１１，１１２に対応する位置にそれぞれオゾン供給流路１２１，１２２が形成されている。
また、これらオゾン供給流路１２１，１２２の周囲に複数のボルト貫通穴１２３が形成されている。

≪第１パッキン材≫
第１パッキン材１４は、第１保持板１３の内側に設けられて、第１狭持板１１及び第１保持板１３と平面視が同じ大きさの円板状をなしており、例えば、シリコン製とすることが好ましい。
図４に示すように、第１パッキン材１４には、混合流路１４０が形成されている。混合流路１４０は、第１パッキン材１４の中央に形成された２つの平面視矩形状の収容室１４４a，１４４bと、これら２つの収容室１４４a，１４４bを連結する混合連結流路１４５と、収容室１４４a，１４４bを形成する長手方向内壁面のうち、混合連結流路１４５とは反対側の端部（図４中、右側端部）の内壁面が切り欠かれることによって形成された混合供給流路１４１及び混合排出流路１４２と、を備えている。すなわち、混合供給流路１４１、収容室１４４a、混合連結流路１４５、収容室１４４b及び混合排出流路１４２が連通しており、これらによって混合流路１４０が構成されている。
なお、第１筐体１と第２筐体２とを重ね合わせた際に、収容室１４４a，１４４bと、後述する第２筐体２の収容室２４４a，２４４bとが互いに重なり合い、混合供給流路１４１と、第２筐体２の混合供給流路２４１とが互いに重なり合い、混合排出流路１４２と、第２筐体２の混合排出流路２４２とが互いに重なり合うようになっており、これによって１本の混合流路４が構成されている（図２、図３参照）。

収容室１４４a，１４４bには、グレーチング材３２がそれぞれ収容されている。
混合連結流路１４５は、収容室１４４a，１４４bを形成する内壁面のうち長手方向の内壁面で、図４中、左側端部の内壁面が切り欠かれることによって形成されている。また、混合連結流路１４５は、第１狭持板１１、第１シート材１２及び第１保持板１３に形成されたオゾン供給流路１１２，１２２，１３２に連通している。
混合連結流路１４５の径（幅）Ｈは、収容室１４４a，１４４bの径（幅）Ｎよりも小さくなっている。
ここで、混合連結流路１４５の径とは、流水方向に対して直交する方向の幅Ｈを言い、収容室１４４a，１４４bの径とは、混合連結流路１４５が形成される収容室１４４a，１４４bの長手方向の内壁面における幅Ｎを言う。
具体的に、混合連結流路１４５の径（幅）Ｈは、５〜１０ｍｍ程度が好ましい。収容室１４４a，１４４bの径（幅）Ｎは、３０〜４０ｍｍ程度が好ましい。なお、これらの径は、φ８６の第１パッキン材１４の場合である。

混合供給流路１４１及び混合排出流路１４２は、平面視円弧状をなしている。
混合供給流路１４１の一端部は、収容室１４４aの右側端部に連通している。混合供給流路１４１の他端部は、第１パッキン材１４上に第１保持板１３が重ね合わされることによって、第１狭持板１１、第１シート材１２及び第１保持板１３に形成されたオゾン供給流路１１１，１２１，１３１に連通するようになっている（図２参照）。
混合排出流路１４２の一端部は、収容室１４４bの右側端部に連通している。混合排出流路１４２の他端部は、第１パッキン材１４上に第１保持板１３が重ね合わされることによって当該混合排出流路１４２は塞がれるようになっている（図２参照）。

混合供給流路１４１，１４２は、平面視した際に、収容室１４４a，１４４bに対して鋭角となるように連通している。
詳細には、混合供給流路１４１を形成する内壁面に接する接線と、収容室１４４aを形成する長手方向内壁面に接する延長線のなす角度αが鋭角であり、具体的には５〜３０°程度が好ましい。なお、混合排出流路１４２と収容室１４４bにおける鋭角の好ましい範囲も、上記と同様である。

混合供給流路１４１及び混合排出流路１４２の径Ｌは、収容室１４４a，１４４bの径Ｎよりも小さく、オゾン供給流路１１１，１２１，１３１の径Ｋとほぼ同じ大きさとなっている。
ここで、混合供給流路１４１及び混合排出流路１４２の径とは、流水方向に対して直交する方向の幅Ｌを言い、収容室１４４a，１４４bの径とは、混合供給流路１４１及び混合排出流路１４２が形成される収容室１４４a，１４４bの内壁面における幅Ｎを言う。
具体的に、混合供給流路１４１及び混合排出流路１４２の径（幅）Ｌは、３〜５ｍｍ程度が好ましい。
収容室１４４a，１４４bの周囲には、複数のボルト貫通穴１４３が等間隔に形成されている。

＜第２筐体＞
第２筐体２は、最も外側に配置される第２狭持板２１と、第２狭持板２１の内側に配置される第２保持板２３と、第２狭持板２１及び第２保持板２３の間に配置される第２シート材２２と、第２保持板２３の内側に配置されて、グレーチング材３３が収容される第２パッキン材（水密材）２４と、から構成されている。

≪第２狭持板≫
第２狭持板２１は、円板状をなしており、例えば、プラスチック製とすることが好ましい。
第２狭持板２１には、表裏面を貫通する貫通穴の原料水供給流路２１１及び排出流路２１２が形成されている。
原料水供給流路２１１には、原料水が流れる配管９０の一方の基端部９３が嵌め込まれるようになっている。
排出流路２１２には、原料水とオゾンガスまたはオゾン水がミキシングされた後の混合水（オゾン水）を外部に排出するための配管９０の他方の基端部９４が嵌め込まれるようになっている。
これら原料水供給流路２１１及び排出流路２１２の周囲に複数のボルト貫通穴２１３が等間隔に形成されている。

≪第２保持板≫
第２保持板２３は、第２狭持板２１と平面視が同じ大きさの円板状をなしており、第２狭持板２１の厚さよりも薄くなっている。
第２保持板２３は、例えば、金属製とすることが好ましい。
第２保持板２３には、第２狭持板２１の原料水供給流路２１１及び排出流路２１２に対応する位置に、それぞれ原料水供給流路２３１及び排出流路２３２が形成されている。
また、これら原料水供給流路２３１及び排出流路２３２の周囲で、第２狭持板２１のボルト貫通穴２１３に対応する位置に、複数のボルト貫通穴２３３が等間隔に形成されている。

≪第２シート材≫
第２シート材２２は、第２狭持板２１と第２保持板２３との間に設けられ、第２狭持板２１及び第２保持板２３の間の水密性を確保するためのパッキンとして機能する。第２シート材２２は、第２狭持板２１及び第２保持板２３と平面視が同じ大きさの円板状をなしており、例えば、シリコン製とすることが好ましい。
また、第２シート材２２には、第２狭持板２１の原料水供給流路２１１及び排出流路２１２に対応する位置にそれぞれ原料水供給流路２２１及び排出流路２２２が形成されている。
また、原料水供給流路２２１及び排出流路２２２の周囲に複数のボルト貫通穴２２３が形成されている。

≪第２パッキン材≫
第２パッキン材２４は、第２保持板２３の内側に設けられて、第１狭持板２１及び第１保持板２３よりも小さな円板状をなしており、例えば、シリコン製とすることが好ましい。
第２パッキン材２４には、混合流路２４０が形成されている。混合流路２４０は、２つの平面視矩形状の収容室２４４a，２４４bと、これら２つの収容室２４４a，２４４bを連結する混合連結流路２４５と、混合供給流路２４１及び混合排出流路２４２と、を備えている。すなわち、混合供給流路２４１、収容室２４４a、混合連結流路２４５、収容室２４４b及び混合排出流路２４２が連通して混合流路２４０が構成されている。
収容室２４４a，２４４bには、グレーチング材３３がそれぞれ収容されている。
混合連結流路２４５の径（幅）は、収容室２４４a，２４４bの径（幅）よりも小さくなっている。

混合供給流路２４１及び混合排出流路２４２は、平面視円弧状をなしている。
混合供給流路２４１の一端部は、収容室２４４aの右側端部に連通し、他端部は、第２狭持板２１、第２シート材２２及び第２保持板２３に形成された原料水供給流路２１１，２２１，２３１に連通している。
混合排出流路２４２の一端部は、収容室２４４a，２４４bの右側端部に連通し、他端部は、第２狭持板２１、第２シート材２２及び第２保持板２３に形成された排出流路２１２，２２２，２３２に連通している。

また、混合供給流路２４１及び混合排出流路２４２は、平面視した際に、収容室２４４a，２４４bに対して鋭角となるように連通している。鋭角となるように連通する点については、上述した混合供給流路１４１の場合と同様である。
混合供給流路２４１及び混合排出流路２４２の径（幅）は、収容室２４４a，２４４bの径（幅）よりも小さく、原料水供給流路２１１，２２１，２３１及び排出流路２１２，２２２，２３２の径（幅）とほぼ同じ大きさとなっている。

混合連結流路２４５、混合供給流路２４１及び混合排出流路２４２の径（幅）、収容室２４４a，２４４bの径（幅）の定義及び好ましい範囲については、上述の第１筐体１の場合と同様である。

第２パッキン材２４の周囲には、リング状部材２５が設けられている。リング状部材２５には、複数のボルト貫通穴２５３が等間隔に形成されている。
リング状部材２５は、例えば、シリコン製とすることが好ましい。
リング状部材２５の内部に第２パッキン材２４が嵌めこまれるようになっており、リング状部材２５の内部に第２パッキン材２４を嵌め込んだ状態の平面視の大きさが、第１パッキン材１４と同じ大きさとなっている。

≪グレーチング材≫
グレーチング材３２，３３は、平面視矩形状をなしており、第１パッキン材１４に形成された２つの収容室１４４a，１４４b及び第２パッキン材２４に形成された２つの収容室２４２a，２４２bにそれぞれ配置される大きさとなっている。
グレーチング材３２，３３は、鋼材を格子状に組み付けて形成されたものであり、通水可能となっている。このようなグレーチング材３２，３３に、原料水とオゾンガスまたはオゾン水が衝突することによって、細かな乱流が生じ、原料水とオゾンガスまたはオゾン水とがより攪拌されて確実に混合される。
また、グレーチング材３２，３３としては、白金、金またはその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。被覆処理としては、例えばメッキや熱着等により行うことができる。

ミキシング装置１００を組み立てる手順としては、図２に示すように、下側の部材から順に、第２狭持板２１、第２シート材２２、第２保持板２３、リング部材２５及び第２パッキン材２４を重ね合わせていき、さらに、第２パッキン材２４に形成された収容室２４４a，２４４bにグレーチング材３３を収容し、さらに、第１パッキン材１４を重ね合わせる。第１パッキン材１４に形成された収容室１４４a，１４４bにグレーチング材３２を収容し、さらに、第１保持板１３、第１シート材１２及び第１狭持板１１を重ね合わせる。
最後に、各部材に形成されたボルト貫通穴１１３，１２３，１３３，１４３，２１３，２２３，２３３，２５３にボルトＭを挿入して締結することによって圧接されて、ミキシング装置１００が組み立てられる。
なお、上記のミキシング装置１００の組み立て手順では、図２において、下側の部材から順に重ね合わせるとしたが、これに限らず、図２において上側の部材から順に部材を重ね合わせても良い。

なお、図２の符号中、カッコ書きの数字は、組み立てた際に形成される流路の符号を示している。
以上のようにして組み立てられたミキシング装置１００では、第１狭持板１１、第１シート材１２及び第１保持板１３に形成された一方のオゾン供給流路１１１，１２１，１３１が、互いに連通して一本のオゾン供給流路５とされる。このオゾン供給流路５は、第１パッキン材１４の混合供給流路１４１及び第２パッキン材の混合供給流路２４１に連通している。
また、第１狭持板１１、第１シート材１２及び第１保持板１３に形成された他方のオゾン供給流路１１２，１２２，１３２が、互いに連通して一本のオゾン供給流路６とされる。このオゾン供給流路６は、第１パッキン材１４の混合連通流路１４５に連通している。

同様にして、第２狭持板２１、第２シート材２２及び第２保持板２３に形成された原料水供給流路２１１，２２１，２３１が、互いに連通して一本の原料水供給流路７とされる。この原料水供給流路７は、第２パッキン材２４の混合供給流路２４１及び第１パッキン材１４の混合供給流路１４１に連通している。したがって、原料水供給流路７とオゾン供給流路５とは互いに対向する位置に配されている。
また、第２狭持板２１、第２シート材２２及び第２保持板２３に形成された排出流路２１２，２２２，２３２が、互いに連通して一本の排出流路８とされる。この排出流路８は、第２パッキン材２４の混合排出流路２４２及び第１パッキン材１４の混合排出流路１４２に連通している。

さらに、第１筐体１と第２筐体２とが重ね合わされて、第１パッキン材１４の混合流路１４０と、第２パッキン材２４の混合流路２４０とが重なり合い、１本の混合流路４が構成されている。
このように混合流路４に対して、２つのオゾン供給流路５，６、原料水供給流路７及び排出流路８が連通しているので、オゾン供給流路５から供給されたオゾンガスまたはオゾン水と、原料水供給流路７から供給された原料水とが、始めに正面衝突するとともに、混合流路４内を流れてグレーチング材３２，３３によってさらに攪拌され、排出流路８からオゾン水となって排出される。また、混合流路４内では、もう一つのオゾン供給流路６からオゾンガスまたはオゾン水がさらに供給され、より高濃度のオゾン水とされる。

次に、オゾン供給流路５，６に供給するオゾンガスまたはオゾン水を生成する装置について説明する。

［オゾンガス発生器］
図５は、オゾンガス発生器の概略図である。
オゾンガスを生成する装置としては、放電式のオゾンガス発生器２００を使用することができる。
オゾンガス発生器２００は、少なくとも酸素ガスを放電管に供給して、放電管に高電圧を印加することによってオゾンガスを発生する放電式オゾンガス発生器である。すなわち、オゾンガス発生器２００は、酸素供給部２０１、バルブ調整機器２０２、オゾンガス発生部９３、電源装置２０４及び制御部２０５を備えている。

酸素供給部２０１は、例えば、酸素ボンベや酸素生成装置等であり、バルブ調整機器２０２に接続されている。
バルブ調整機器２０２は、オゾンガス発生部２０３に接続されており、開閉動作によって酸素供給部２０１からオゾンガス発生部２０３へ酸素を供給したり、供給量を調整するようになっている。バルブ調整機器２０２としては、例えば、電磁弁や電動式ボールバルブ等が挙げられる。
バルブ調整機器２０２は、制御部２０５に電気的に接続され、制御部２０５によって、開閉動作やオゾンガス発生部２０３への酸素供給量が制御されている。具体的には、図示しない流量計及び圧力計がバルブ調整機器２０２に設けられており、これら流量計及び圧力計に基づいて、制御部２０５はバルブ調整機器２０２の開閉動作及び酸素供給量を制御している。

オゾンガス発生部２０３は、酸素供給部２０１から供給された酸素を放電によって、オゾンガスを発生させるものである。具体的には、酸素ガスを放電管（図示しない）内に通過させるとともに、放電管に高周波高電圧を印加することによって、オゾンガスを発生させる。オゾンガス発生部２０３は、放電管に高周波高電圧を印加するための、電源装置２０４が接続されている。電源装置２０４は、制御部２０５に電気的に接続され、制御部２０５によって周波数及び印加電圧（パルス制御（ＰＷＭ））の制御が行われている。

また、オゾンガス発生部２０３は、逆止弁２０６及びオゾン供給管９１，９２を介して、ミキシング装置２００のオゾン供給流路５，６に連結されており、ミキシング装置２００の混合流路４内にオゾンガスを送り込むようになっている。
そして、混合流路４内で、オゾンガス発生器２００から供給されたオゾンガスと、原料水供給流路７から送り込まれた原料水とがミキシングされ、オゾン水とされる。
なお、ミキシング装置１００でミキシングされることによって、主にオゾン水が得られるが、その他に、原料水に溶解しない酸素と残留オゾンとの混合ガス（廃ガス）が得られる。この混合ガスは、ミキシング装置１００より下流側の配管９０に設置された気液分離器（図示しない）によって、オゾン水と分離される。
さらに、気液分離器によって分離された廃ガスは、気液分離器に接続された廃ガス分解器（図示しない）によって、無害化され大気中に排出されるようになっている。

［オゾン水生成セル］
図６は、オゾン水生成セルの概略図である。
オゾン供給流路５，６に供給するオゾン水を生成する装置としては、直接電解式のオゾン水生成セル３００を使用することができる。
オゾン生成セル３００は、原料水が供給されるセル本体３１０内に触媒電極３２０を配置して構成したものであり、触媒電極３２０に直流電圧を印加することによって陽極電極３２２側にオゾン気泡を発生させて、そのオゾン気泡を水に溶解させることによりオゾン水を生成する直接電解式のオゾン水生成セルである。

セル本体３１０は、上下に長尺でその上下両端が閉塞された直方体状をなしている。セル本体３１０の下面に、セル本体３１０内に原料水を供給するための供給流路３１１a，３１１bが設けられ、セル本体３１０の上面にセル本体３１０内で生成された陽極電極３２２側のオゾン水及び陰極電極３２３側の陰極水を排出するための排出流路３１２a，３１２bが設けられている。
２つの供給流路３１１a，３１１bの間のセル本体３１０の内壁面には、後述する陽イオン交換膜３２１の下端部が挿入される挿入孔３１４が形成され、２つの排出流路３１２a，３１２bの間のセル本体３１０の内壁面にも、陽イオン交換膜３２１の上端部が挿入される挿入孔３１３が形成されている。
セル本体３１０内には、供給流路３１１a，３１１bから原料水が供給され、供給流路３１１a，３１１bから排出流路３１２a，３１２bへと水流が発生している。

陽極電極３２２及び陰極電極３２３の供給流路３１１a，３１１bの上流側は、原料水供給部３３０に接続されている。原料水供給部３３０としては、水道栓や、水道水や純水等の原料水が貯留されたタンク及びタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプ等からなるものが挙げられる。

陽極電極３２２の排出流路３１２aの下流側は、逆止弁３６０及びオゾン供給管９１，９２（図３参照）を介して、ミキシング装置１００のオゾン供給流路５，６に連結されており、オゾン供給流路５，６内に、オゾン水生成セル３００で生成したオゾン水を送り込むようになっている。

触媒電極３２０は、セル本体３１０内の略中央部に配置されて、陽イオン交換膜３２１と、陽イオン交換膜３２１の両面のうち一方の面に圧接された陽極電極３２２と、他方の面に圧接された陰極電極３２３とを備えている。
陽イオン交換膜３２１は、上端部が挿入孔３１３に嵌め込まれ、下端部が挿入孔３１４に嵌め込まれて固定されている。さらに、セル本体３１０の内壁面のうち陽極電極３２２側を向く面には凹部が形成されて、この凹部内に陽極電極３２２を保持する保持板３１５が取り付けられて、陽極電極３２２が保持板３１５に保持されている。同様に、セル本体３１０の内壁面のうち陰極電極３２３側を向く面にも凹部が形成されて、この凹部内に陰極電極３２３を保持する保持板３１６が取り付けられ、陰極電極３２３が保持板３１６に保持されている。
このように、セル本体３１０内に陽イオン交換膜３２１と、陽極電極３２２及び陰極電極３２３とを配置することにより、陽イオン交換膜３２１によって陽極電極３２２側と陰極電極３２３側が分離され、陽イオン交換膜３２１の外周をセル本体３１０に固定でき、原料水、オゾン水並びに陰極水などが外部に漏れないように密閉されている。また、保持板３１５，３１６によって陽極電極３２２及び陰極電極３２３が陽イオン交換膜３２１側に適度に圧接されている。そして、供給流路３１１a，３１１bから供給された原料水がそれぞれ陽極電極３２２と陰極電極３２３に連続的に接触するようになっている。
また、陽極電極３２２と陰極電極３２３との間には、電源装置３４０の出力端３２４が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、陽極電極３２２及び陰極電極３２３は、各電極３２２，３２３に導線を介して電源装置３４０に連結されている。印加する直流電圧は、例えば６〜１５ボルトが好ましい。

陽イオン交換膜３２１としては、従来公知のものを使用することができ、発生するオゾンに耐久性の強いフッ素系陽イオン交換膜を使用することができ、例えば厚さ１００〜３００μｍが好ましい。

陽極電極３２２は、陽イオン交換膜３２１を全面的に覆い隠すように密着されるものではなく、多数の通孔を設けて、陽イオン交換膜３２１に接触部と非接触部とを有して重ねられている。すなわち、陽極電極３２２はグレーチング状又はパンチングメタル状とすることが好ましい。なお、図６では陽極電極３２２がグレーチング状の場合を示している。具体的に、グレーチング状とは線材を溶接した格子状で、パンチングメタル状とは金属板に多数の通孔を形成した多孔板状である。

陽極電極３２２としては、オゾン発生触媒機能を有する材料を使用する。具体的には、安定性が良い点で、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。また、シリコンウェハにダイヤモンドを成膜したものを使用しても良い。
ダイヤモンド成膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法や熱フェラメントＣＶＤ法によって成膜することができる。

このようにグレーチング状の陽極電極３２２とすることによって、陽極電極３２２を構成する部材の交点部位が尖って外面に突出し、水流と接触して渦流を生じ、陽極電極３２２で発生したオゾンの微泡を巻き込んで溶解を早めることができる。

陰極電極３２３としては、オゾン発生触媒機能を有する金属を使用する。具体的には、安定性が良い点で、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。また、シリコンウェハにダイヤモンド成膜したものを使用しても良い。
ダイヤモンド成膜は、上述と同様にプラズマＣＶＤ法や熱フェラメントＣＶＤ法によって成膜することができる。
また、陰極電極３２３も陽極電極３２２と同様にグレーチング状とすることが好ましく、特に、陰極電極３２３は陽極電極３２２よりも目の粗さが粗くなるように形成されていることが好ましい。
以上の陽イオン交換膜３２１、陽極電極３２２及び陰極電極３２３は平板状に形成されて触媒電極３２０とされている。触媒電極３２０はセル本体３１０内の保持板３１５，３１６で圧接保持されている。

以上のように、本発明のミキシング装置１００によれば、ケーシング１０を備え、ケーシング１０には、当該ケーシング１０の厚さ方向に貫通する原料水供給流路７と、原料水供給流路７に対向して設けられたオゾン供給流路５と、混合流路６と、排出流路８と、が形成されており、混合流路４内にはグレーチング材３２，３３が収容され、混合流路４は、ケーシング１０の厚さ方向に直交する平面方向に延在しているので、まず、互いに対向する原料水供給流路７及びオゾン供給流路５から供給された原料水とオゾンガスまたはオゾン水とが、障害物が無い状態で正面衝突する。このとき、原料水とオゾンガスまたはオゾン水との接触面積が大きくなることから、大部分の原料水及びオゾンガスまたはオゾン水が混合される。また、この正面衝突後、流れを変えて、原料水供給流路７及びオゾン供給流路５から、ケーシング１０の厚さ方向に直交する平面方向に延在する混合流路４内へと流れ込む。すなわち、図３のＰ部分に示すように、流水方向が、側面視において鉛直方向から水平方向に急激に変化するので、大きな回転渦流が発生し、この際にも、原料水及びオゾンガスまたはオゾン水が混合される。
なお、図８は、図３のＰ部分における、原料水Ｌ１と、オゾンガスＧとの正面衝突後オゾン水Ｌ２とされ、直交する方向に流れ込む状態を示した模式図であり、この図８に示すように、まず、原料水Ｌ１とオゾンガスＧとは、障害物が無い状態で正面衝突する。その際に大部分の原料水Ｌ１とオゾンガスＧとが混合されてオゾン水Ｌ２となり、その後、流水方向が側面視鉛直方向から水平方向に急激に変化することによって大きな回転渦流が発生する。
また、図８は、原料水Ｌ１とオゾンガスＧとの場合を示しているが、原料水とオゾン水を混合する場合も、原料水とオゾンガスの場合と同様にして混合されてオゾン水となり、その後大きな回転渦流が発生する。
その後、混合しきれなかった原料水及びオゾンガスまたはオゾン水は、混合流路４内のグレーチング材３２，３３に衝突することによって、細かな乱流が発生し、より攪拌されて確実に混合されることになる。
以上のようにして、大流量の配管９０内に流された原料水と、オゾンガスまたはオゾン水を確実に混合させることができるので、高濃度のオゾン水を得ることができる。したがって、このようにして得られたオゾン水によって、配管洗浄することができる。

また、ケーシング１０の内部に第１及び第２のパッキン材１４，２４を有し、混合流路４は第１及び第２のパッキン材１４，２４に形成された混合流路１４０，２４０によって構成されているので、第１及び第２のパッキン材１４，２４に形成する混合流路１４０，２４０の形状を適宜変更することによって、様々な形状の混合流路４を容易に形成することができる。
また、ケーシング１０には、複数のオゾン供給流路５，６が形成されており、複数のオゾン供給流路５，６のうち１つのオゾン供給流路５が、原料水供給流路７に対向してケーシング１０に形成され、他のオゾン供給流路６が、混合流路４に連通して形成されているので、複数個所からオゾンガスまたはオゾン水をケーシング１０内に供給して、原料水と混合することができる。よって、より高濃度のオゾン水を生成することができる。

また、混合流路４（１４０，２４０）は、グレーチング材３２，３３が収容される収容室１４１a，１４１b，２４１a，２４１bと、混合供給流路１４１，２４１と、混合排出流路１４２，２４２と、を備え、収容室１４１a，１４１b，２４１a，２４１bの径Ｎは、混合供給流路１４１，２４１及び混合排出流路１４２，２４２の径Ｌよりも大きいので、径の小さな混合供給流路１４１，２４１から径の大きな収容室１４１a，２４１aに流れ込む際に、乱流が発生する。その結果、原料水とオゾンガスまたはオゾン水との攪拌がより促進される。さらに、径の大きな収容室１４１b，２４１bから径の小さな混合排出流路１４２，２４２に流れ込む際にも、乱流が発生し、この点においても原料水とオゾンガスまたはオゾン水との攪拌がより促進され、原料水とオゾンガスまたはオゾン水とが確実に混合される。

さらに、混合供給流路１４１，２４１及び混合排出流路１４２，２４２は、平面視した際に、収容室１４４a，１４４b，２４４a，２４４bに対してそれぞれ鋭角となるように連通しているので、収容室１４４a，１４４b，２４４a，２４４bにおいて発生する乱流が大きくなり、原料水とオゾンガスまたはオゾン水とがより一層確実に混合され、高効率でオゾン水を得ることができる。

また、収容室が複数に分割され、分割された収容室１４４a，１４４b，２４４a，２４４b同士を連通させる混合連通流路１４５，２４５が設けられ、混合連通流路１４５，２４５の径Ｈが、収容室１４４a，１４４b，２４４a，２４４bの径Ｎよりも小さいので、上流側の収容室１４４a，２４４aから下流側の収容室１４４b，２４４bへ流れ込む際にも乱流が発生する。その結果、この点においても高効率でオゾン水を得ることができる。

［ミキシング装置の設置構造］
図７は、ミキシング装置の設置構造を示した概略側断面図である。
図７に示すように、複数のミキシング装置１００が、配管９０に対して直列となるように連結されている。すなわち、最上流側のミキシング装置１００において、原料水とオゾンガスまたはオゾン水がミキシングされて生成されたオゾン水は、その後、再び配管９０内を流れて、次のミキシング装置１００において、オゾンガスまたはオゾン水とミキシングされる。このミキシングによって、さらに高濃度のオゾン水が生成され、再び配管９０内を流れて、次のミキシング装置１００において、オゾンガスまたはオゾン水とミキシングされ、さらに高濃度のオゾン水が生成される。

なお、図７に示す配管９０は、平面視直線状となるように設置しても良いし、平面視葛折り状に蛇行して設置しても良いし、また、鉛直方向にコイル状や階段状となるように設置しても良い。コイル状や階段状とした場合、葛折り状の場合に比べて配管スペースをコンパクト化することができる点で好ましい。
また、配管９０にミキシング装置１００を設置する箇所は、上記箇所に限定されず、適宜変更可能である。

また、配管９０内において、最下流に位置するミキシング装置１００の排出流路近傍や、各ミキシング装置１００の排出流路近傍に、配管９０内を流れるオゾン水の濃度を測定する濃度検出センサ（図示しない）を設けることが好ましい。そして、濃度検出センサで検出したオゾン濃度に基づいて、当該検出オゾン濃度が予め設定されたオゾン濃度と一致するように、例えば、オゾンガス発生部２００の制御部２０５において、電源装置２０４の周波数及び印加電圧を制御するようにしても良い。また、オゾン水生成セル３００の制御部３５０において、電源装置３４０の陽極３２２及び陰極３２３間の印加電圧を制御するようにしても良い。

濃度検出センサとしては、検出電極（図示しない）と、電位測定の基準となる比較電極（図示しない）と、これら検出電極及び比較電極の一方の端部に結線して電位を測定する電位差計等から構成されているものを使用することができる。
電位差計は、オゾンガス発生器２００やオゾン水生成セル３００の制御部２０５，３５０に電気的に接続されており、電位差計で測定された出力値が制御部２０５，３５０に出力されるようになっている。そして、検出電極及び比較電極がオゾン水に接触することで、検出電極のオゾン濃度変化による検出電極と比較電極との電位差を検出して濃度を測定する。
検出電極としては、例えば白金や金等からなる電極を使用し、比較電極としては銀や塩化銀を使用することが好ましい。

また、上述のように配管９０内に濃度検出センサを設けても良いが、これに加えて、オゾンガス発生器２００やオゾン水生成セル３００からミキシング装置１００にオゾンガスやオゾン水を供給する前に、オゾンガス発生器２００やオゾン水生成セル３００において、濃度を検出し、予め設定されたオゾン濃度となるように電源装置２０４，３５０の印加電圧等を制御するように構成しても良い。

以上のように、本発明のミキシング装置１００の設置構造によれば、複数のミキシング装置１００が配管９０に対して直列となるように連結されているので、上流側のミキシング装置１００から下流側のミキシング装置１００を流れるに伴って、オゾン水の濃度が順次高くなる。したがって、高濃度のオゾン水を高効率でかつ簡易に生成することができる。

以下、本発明のミキシング装置による効果について、実施例を挙げて説明する。
下記の試験条件に示すオゾンガス発生器で発生したオゾンガスを、配管内の原料水にミキシングし、ミキシング後のオゾン水の濃度を測定した。
＜試験条件＞
原料水：純水（導電率５．０μＳ／ｃｍ）、水温２６．５℃
オゾンガス発生器：無声放電式 ＳＲＧ１００１００
オゾンガス発生量：１１０ｍｇ／ｈ、約０．４ｐｐｍ
エアポンプ：榎本社製 型式：ＣＭ−５０−１２ ５．０Ｌ／ｍｉｎ、４０ｋＰａ

＜実施例１＞
図１〜図３に示す本発明のミキシング装置を使用した。ミキシング装置のグレーチング材としては、チタン製である。
そして、上記エアポンプを用いて上記オゾンガス発生器で発生したオゾンガスを、上記ミキシング装置に供給し、配管内の原料水とミキシングした。なお、配管内の原料水の流量を０．６Ｌ／ｍｉｎ、１．２Ｌ／ｍｉｎ、２．０Ｌ／ｍｉｎ、３．０Ｌ／ｍｉｎとした場合について、それぞれミキシング後のオゾン水の濃度を測定し、測定結果を下記表１に示した。

＜比較例１＞
上記エアポンプを用いてオゾンガス発生器で発生したオゾンガスを、チーズ形状の継手を使用して配管内の原料水とミキシングした。なお、配管内の原料水の流量を０．６Ｌ／ｍｉｎ、１．２Ｌ／ｍｉｎ、２．０Ｌ／ｍｉｎ、３．０Ｌ／ｍｉｎとした場合について、それぞれミキシング後のオゾン水の濃度を測定し、測定結果を下記表１に示した。

表１の結果に示されるように、本発明のミキシング装置を使用した場合、チーズ形状の継手を使用した場合（配管にオゾンガスを直接供給した場合）に比べて、得られるオゾン水の濃度が約２倍と高濃度になったことが認められる。

４ 混合流路
５，６ オゾン供給流路
７ 原料水供給流路
８ 排出流路
１０ ケーシング
１４ 第１のパッキン材
２４ 第２のパッキン材
３２，３３ グレーチング材
９０ 配管
９３ 配管の一方の基端部
９４ 配管の他方の基端部
１００ ミキシング装置
１４１，２４１ 混合供給流路
１４１a，１４１b，２４１a，２４１b 収容室
１４２，２４２ 混合排出流路
Ｌ 混合供給流路の径、混合排出流路の径
Ｎ 収容室の径

Claims (4)

1. 配管の中途部に設置されて、当該配管内を流れる原料水に対して、オゾンガスまたはオゾン水を供給してミキシングするミキシング装置であって、
   前記配管の中途部に設置されるケーシングを備え、
   前記ケーシングには、
   当該ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の一方の基端部に連結され、当該配管内の原料水が供給される原料水供給流路と、
   前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記原料水供給流路に対向して設けられ、オゾンガスまたはオゾン水を供給するオゾン供給流路と、
   前記原料水供給流路及び前記オゾン供給流路に連通して設けられ、前記原料水供給流路に供給された原料水と、前記オゾン供給流路に供給されたオゾンガスまたはオゾン水とをミキシングして流す混合流路と、
   前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の他方の基端部に連結されるとともに前記混合流路の下流側端部に連通して設けられ、前記混合流路でミキシングにより得られたオゾン水を、再び前記配管内に排出する排出流路と、が形成されており、
   前記混合流路内に通水可能なグレーチング材が収容され、
   前記混合流路は、前記ケーシングの厚さ方向に直交する平面方向に延在しており、
   前記オゾン供給流路は、前記ケーシングに複数形成されており、
   複数のオゾン供給流路のうち少なくとも１つが、前記原料水供給流路に対向して前記ケーシングに形成されていることを特徴とするミキシング装置。
2. 配管の中途部に設置されて、当該配管内を流れる原料水に対して、オゾンガスまたはオゾン水を供給してミキシングするミキシング装置であって、
   前記配管の中途部に設置されるケーシングを備え、
   前記ケーシングには、
   当該ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の一方の基端部に連結され、当該配管内の原料水が供給される原料水供給流路と、
   前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記原料水供給流路に対向して設けられ、オゾンガスまたはオゾン水を供給するオゾン供給流路と、
   前記原料水供給流路及び前記オゾン供給流路に連通して設けられ、前記原料水供給流路に供給された原料水と、前記オゾン供給流路に供給されたオゾンガスまたはオゾン水とをミキシングして流す混合流路と、
   前記ケーシングの厚さ方向に貫通し、前記配管の中途部において、前記配管の他方の基端部に連結されるとともに前記混合流路の下流側端部に連通して設けられ、前記混合流路でミキシングにより得られたオゾン水を、再び前記配管内に排出する排出流路と、が形成されており、
   前記混合流路内に通水可能なグレーチング材が収容され、
   前記混合流路は、前記ケーシングの厚さ方向に直交する平面方向に延在しており、
   前記混合流路は、前記グレーチング材が収容される収容室と、前記収容室と前記原料水供給流路及び前記オゾン供給流路との間に配される混合供給流路と、前記収容室と前記排出流路との間に配される混合排出流路と、を備え、
   前記収容室の径は、前記混合供給流路及び前記混合排出流路の径よりも大きいことを特徴とするミキシング装置。
3. 前記ケーシングの内部に、パッキン材を有し、
   前記混合流路は、前記パッキン材に形成された流路によって構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のミキシング装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のミキシング装置が、前記配管の複数個所において設置されており、
   各ミキシング装置が、前記配管に対して直列となるように設置されていることを特徴とするミキシング装置の設置構造。

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