JP5893939B2 - Ozone water generation apparatus and ozone water generation method - Google Patents

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  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Description

本発明は、オゾン水生成装置及びオゾン水生成方法に関する。 The present invention relates to an ozone water generating apparatus and the ozone water producing how.

オゾン水は、殺菌、洗浄、脱臭、放射性物質の除染などに代表される用途目的において、対象表面の酸化による物質剥離といった効果を、より強力に効果発揮させることが望まれる。オゾン水の効果を高めるためには、オゾン水をより高い溶存オゾン濃度に到達させることが求められる。また、大流量のオゾン水を散水する必要のある技術分野では、所定量のオゾン水をタンクに貯留することが望ましいが、従来技術では、オゾン水が不安定で濃度低下および減衰が著しく、濃度の安定維持と高濃度での貯留が困難であった。   It is desired that ozone water exerts the effect of substance peeling due to oxidation of the target surface more effectively for the purpose of use represented by sterilization, cleaning, deodorization, decontamination of radioactive substances, and the like. In order to enhance the effect of ozone water, it is required to make ozone water reach a higher dissolved ozone concentration. In technical fields where it is necessary to sprinkle a large amount of ozone water, it is desirable to store a predetermined amount of ozone water in a tank. It was difficult to maintain stable and store at high concentration.

オゾン水中のオゾン分子は難溶解性のガスであり、オゾンガス気泡や分散したオゾン分子の状態で存在することが知られている。いずれにせよ、浮上による水中からの脱気を抑制すると共に、オゾンの変性以前の原形である酸素へともどってしまう自己分解現象を可能な限り抑制することが、オゾン水生成技術として極めて重要である。   It is known that ozone molecules in ozone water are hardly soluble gases and exist in the state of ozone gas bubbles or dispersed ozone molecules. In any case, it is extremely important as an ozone water generation technology to suppress degassing from the water due to ascent and to suppress as much as possible the self-decomposition phenomenon that returns to oxygen, which is the original form prior to ozone denaturation. is there.

従来、半導体や液晶パネル製造など高度にクリーンで、コンタミネーションを避けるべき精密機器洗浄の分野では、純酸素(99.9%以上の純度)またはオゾナイザーの仕様により、前記純酸素に1%未満の純窒素ガスを適量添加した上でオゾナイザーに供給して放電しオゾンガスを生成した後、さらに水中に当該オゾンガスを混合して生成するオゾン水生成方法が知られている。しかし、この方法では純酸素がボンベや液体酸素となり高額で経済性が低く、大量生成しようとする用途では適用範囲が制限されてしまう。事実、オゾン水生成量として毎分20リットル程度の小容量の設備しか、実際の装置は散見されない。   Conventionally, in the field of precision equipment cleaning that should be highly clean and avoid contamination, such as semiconductor and liquid crystal panel manufacturing, the pure oxygen (purity of 99.9% or more) or the specification of the ozonizer is less than 1% of the pure oxygen. An ozone water generation method is known in which an appropriate amount of pure nitrogen gas is added, supplied to an ozonizer, discharged to generate ozone gas, and then the ozone gas is mixed with water to generate. However, in this method, pure oxygen becomes a cylinder or liquid oxygen, which is expensive and low in economic efficiency, and the range of application is limited in applications where large quantities are to be produced. In fact, only a small capacity of about 20 liters per minute as the amount of ozone water produced can be found in actual devices.

一方、低コストに、かつ大量生成に適する方法として、PSA(Pressure Swing Adsorption)式に代表される酸素濃縮装置を用いる方法が知られている。PSA式酸素濃縮装置は、ゼオライトなどを主原料とした粒状触媒を、上流から下流に連通する容器に充填しておき、この触媒層に原料空気(大気)を通過させて接触をさせ、空気中の窒素を連続して吸着する構造を持つ。PSA式酸素濃縮装置により先ず空気から窒素を分離して、濃縮酸素ガス(通常90%から95%濃度となる)とし、下流に設置するオゾナイザーに供給してオゾナイザーで放電しオゾンガスを生成する。次に、原料水に混合して溶存させてオゾン水とする生成方法が一般的に知られている。この方法であれば、広い用途に適用が可能であると共にオゾン水製造コストも顕著に抑制できる。   On the other hand, a method using an oxygen concentrator represented by a PSA (Pressure Swing Adsorption) type is known as a method suitable for mass production at a low cost. In the PSA oxygen concentrator, a granular catalyst containing zeolite or the like as a main raw material is filled in a container communicating from upstream to downstream, and raw air (atmosphere) is passed through the catalyst layer to bring it into contact with the air. It has a structure that continuously adsorbs nitrogen. First, nitrogen is separated from air by a PSA type oxygen concentrator to produce concentrated oxygen gas (usually 90% to 95% concentration), which is supplied to an ozonizer installed downstream and discharged by the ozonizer to generate ozone gas. Next, the production | generation method which mixes and dissolves in raw | natural water and makes it ozone water is generally known. If this method is used, it can be applied to a wide range of uses, and the production cost of ozone water can be remarkably suppressed.

PSA式酸素濃縮装置を用いてなるオゾン水生成技術として炭酸ガス(二酸化炭素ガス)を除去する効果は認識されたことが無く、従ってPSA酸素濃縮装置に内蔵されたゼオライト等の触媒には、炭酸ガスの除去機能は実質的に設けられていない。従って。当該濃縮により発生せられる濃縮酸素ガスには、濃縮される以前の原料空気に含まれる濃度と変わらない濃度で、炭酸ガスが残存しており、オゾンガスと共に、原料水に混合されてオゾン水中に溶解されることとなる。   The effect of removing carbon dioxide (carbon dioxide gas) as an ozone water generation technology using a PSA type oxygen concentrator has never been recognized. Therefore, a catalyst such as zeolite incorporated in the PSA oxygen concentrator has no carbon dioxide. There is substantially no gas removal function. Therefore. In the concentrated oxygen gas generated by the concentration, carbon dioxide gas remains at a concentration that is the same as the concentration in the raw material air before being concentrated, and is mixed with the raw material water together with the ozone gas and dissolved in the ozone water. Will be.

他方、当発明で示すように炭酸ガスを除去するのではなく、逆に、炭酸ガスを供給添加するオゾン水生成方法やオゾン水の送水時に炭酸ガスを添加する方法は、過去に多数提案されてきた。これら炭酸ガス添加方法は、炭酸ガスの溶解によりオゾン水のpHが酸性に維持できることによりオゾン分子自体の自己分解を抑制するであろう点のみに着目し、オゾン水濃度を高め、維持することを念頭に置いている。しかし、これら炭酸ガス添加方法には、炭酸ガスが存在することにより発現する別の現象によりオゾン濃度の大幅な低下要因になることが認識がされていなかった。   On the other hand, instead of removing the carbon dioxide gas as shown in the present invention, on the contrary, many methods have been proposed in the past for supplying and adding the carbon dioxide gas and for adding the carbon dioxide gas during the supply of the ozone water. It was. These carbon dioxide addition methods pay attention only to the point that the pH of the ozone water can be maintained acidic by dissolving the carbon dioxide gas, so that the self-decomposition of the ozone molecule itself will be suppressed, and the concentration of the ozone water should be increased and maintained. Keep in mind. However, it has not been recognized that these carbon dioxide addition methods cause a significant decrease in the ozone concentration due to another phenomenon that occurs due to the presence of carbon dioxide.

特開2006−102745号公報JP 2006-102745 A 特開2007−222714号公報JP 2007-222714 A 特許第3734207号Patent No. 3734207 特開2008−155186号公報JP 2008-155186 A 特開平5−305288号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-305288 特開2007−325981号公報JP 2007-325981 A 特開2000−262874号公報JP 2000-262874 A 特開2010−155754号公報JP 2010-155754 A 特開2002−85047号公報JP 2002-85047 A 特開2011−45298号公報JP 2011-45298 A 特開平11−347336号公報JP-A-11-347336

本発明では、PSAを用いた経済性、実用性で優れた大量生成可能なオゾン水生成方法であって、溶存オゾン濃度の極めて顕著な上昇・高濃度への到達と、同様に顕著な濃度維持特性を併せもつ特殊な安定化オゾン水を生成するオゾン水生成装置および生成方法を提供する。   The present invention is a method for generating ozone water that is economically and practically excellent in mass production using PSA, and is capable of generating extremely high concentrations of dissolved ozone, reaching high concentrations, and maintaining remarkable concentrations as well. Provided are an ozone water generating apparatus and a generating method for generating special stabilized ozone water having both characteristics.

本発明は、例えばゼオライトを主成分とした触媒による吸着作用により窒素ガスを空気中から吸着分離して濃縮酸素ガスを生成するPSA(Pressure Swing Adsorption)式酸素濃縮装置と、放電により前記濃縮酸素ガスをオゾンガスに変化させるオゾンガス発生装置と、前記オゾンガスを原料水中に溶存させてオゾン水を生成する気液混合装置と、を備えるオゾン水生成装置であって、前記PSA式酸素濃縮装置の前段又は後段に配置され、ソーダライムを主成分とする炭酸ガス吸着触媒を含み前記空気または前記濃縮酸素ガスから炭酸ガスを除去する炭酸ガス除去装置をさらに含むことを特徴とする。 The present invention includes a PSA (Pressure Swing Adsorption) type oxygen concentrator for generating concentrated oxygen gas by adsorbing and separating nitrogen gas from the air, for example, by an adsorption action by a catalyst mainly composed of zeolite, and the concentrated oxygen gas by discharge. An ozone gas generator that converts ozone gas into ozone gas, and a gas-liquid mixing device that generates ozone water by dissolving the ozone gas in raw material water, the front stage or the rear stage of the PSA oxygen concentrator And a carbon dioxide gas removing device that includes a carbon dioxide adsorption catalyst mainly composed of soda lime and removes carbon dioxide from the air or the concentrated oxygen gas .

この場合、前記炭酸ガス除去装置の前記ソーダライムに水分を供給し、炭酸ガス吸着効果を維持するための加湿機構もしくは加水機構を備えたことが好ましい。In this case, it is preferable to provide a humidification mechanism or a hydration mechanism for supplying moisture to the soda lime of the carbon dioxide gas removing device and maintaining the carbon dioxide adsorption effect.

本発明は、ソーダライムを主成分とする吸着剤により空気中から炭酸ガスを除去し、次に前記炭酸ガスを除去した空気を除湿し、次に吸着作用により窒素ガスを空気中から吸着分離して濃縮酸素ガスを生成するPSA式酸素濃縮装置により窒素ガスを前記空気中から分離して濃縮酸素ガスを生成し、次に放電により前記濃縮酸素ガスをオゾンガスに変化させ、次に前記オゾンガスを水中に溶解させる工程が連続的に行われることを特徴とするオゾン水生成方法でもある。
The present invention removes carbon dioxide gas from the air by using an adsorbent mainly composed of soda lime, then dehumidifies the air from which the carbon dioxide gas has been removed, and then adsorbs and separates nitrogen gas from the air by an adsorption action. The nitrogen gas is separated from the air by a PSA type oxygen concentrator that generates concentrated oxygen gas to generate concentrated oxygen gas, and then the concentrated oxygen gas is changed to ozone gas by discharge , and then the ozone gas is submerged in water. It is also a method for generating ozone water, wherein the step of dissolving in water is continuously performed .

本発明によれば、高い溶存オゾン濃度到達が可能で、大量に貯留が可能なほどに驚くべき安定化性能を有する特殊なオゾン水を、極めて安価に生成できることから、従来のオゾン水ではできなかった、広範な技術分野、産業分野で利用が可能となる。   According to the present invention, special ozone water that can reach a high dissolved ozone concentration and has a surprisingly stable performance that can be stored in large quantities can be generated at a very low cost. It can be used in a wide range of technical and industrial fields.

本発明のオゾン水生成装置の第1の実施形態を示すシステム構成図The system block diagram which shows 1st Embodiment of the ozone water generating apparatus of this invention 本発明のオゾン水生成装置の第2の実施形態を示すシステム構成図The system block diagram which shows 2nd Embodiment of the ozone water generating apparatus of this invention. 本発明の実施形態の装置を用いて生成されたオゾン水のオゾンの到達濃度および時間経過に伴うオゾン濃度の変化を示すグラフThe graph which shows the change of the ozone density | concentration with the arrival density | concentration of ozone of the ozone water produced | generated using the apparatus of embodiment of this invention, and time passage 空気から炭酸ガスを除去しない装置を用いて生成されたオゾン水のオゾンの到達濃度および時間経過に伴うオゾン濃度の変化を示すグラフA graph showing the concentration of ozone in ozone water generated using a device that does not remove carbon dioxide from the air and the change in ozone concentration over time

(発明の経緯)
一般的にオゾン水は、呼吸により人体に健康被害を及ぼすオゾンガスに比較して安全であるとされるものの、常温・大気圧条件下での溶存オゾン濃度の半減期が、1分または数分と極めて短く、不安定であることから利用し難いものと認識されている。溶存オゾン濃度の低下に至る因子となるオゾンの物性には、数多くの要素が存在する。先ず、代表的な点として、オゾンが水に対して難溶解性であって水素結合する酸素のように水に溶解しない性質がある。そのため、水にオゾンガスを溶解させても、いったん溶解したオゾンガスが速やかに液面に上昇し、オゾン水中から放出されてしまう、即ち溶存オゾン濃度が低下するという点がある。
(Background of the invention)
In general, ozone water is safer than ozone gas, which is harmful to human health by breathing, but the half-life of dissolved ozone concentration at room temperature and atmospheric pressure is 1 minute or several minutes. It is recognized that it is difficult to use because it is extremely short and unstable. There are many factors in the physical properties of ozone, which is a factor that leads to a decrease in the dissolved ozone concentration. First, as a representative point, ozone is hardly soluble in water and does not dissolve in water like oxygen that forms hydrogen bonds. Therefore, even if ozone gas is dissolved in water, once dissolved ozone gas quickly rises to the liquid surface and is released from the ozone water, that is, the dissolved ozone concentration decreases.

この点について、発明者は、濃度安定性を高めるために、水に対して難溶解性のガスであるオゾン気泡を微細化し、浮力を受けない程微細な気泡や分子が分散した形態で拡散させるといった技術を提案している。これらの技術によれば、ほぼ浮力の影響を受けない超微細な気泡や、水素結合エネルギーを変化させる程高密度にオゾンガス分子の形態で水中に分散保持が可能である。この結果、赤外線分光分析で捉えられる程顕著に、かつ水の性質を変える程に高密度にオゾン濃度を高めると共に、オゾン濃度を安定して維持させることが可能である。すなわち、これらの方法で、オゾン及びオゾン気泡の水中からの脱気現象については、有効に抑制することができる。   In this regard, in order to improve the concentration stability, the inventor refines ozone bubbles, which are hardly soluble in water, and diffuses them in a form in which fine bubbles and molecules are dispersed so as not to receive buoyancy. The technology is proposed. According to these techniques, it is possible to disperse and hold in the water in the form of ultrafine bubbles that are almost unaffected by buoyancy, or in the form of ozone gas molecules with a high density that changes the hydrogen bond energy. As a result, it is possible to increase the ozone concentration so as to be noticeable by infrared spectroscopic analysis and to increase the ozone concentration so high that the properties of water are changed, and to maintain the ozone concentration stably. That is, with these methods, the degassing phenomenon of ozone and ozone bubbles from water can be effectively suppressed.

しかし、オゾンガスを水中から脱気させない安定性向上という観点とは別に、オゾンが接触する全ての有機物と反応をして消失し易い観点から、オゾン水の生成技術を改善する必要がある。この観点からは、オゾンが特に反応し易く、結果消失して酸素に戻る率の高いオゾン消費物質(オゾンスカベンジャーという)をできる限り低く抑制してオゾン水濃度を維持するという発想が得られるが、この点の改善策が、本発明の主題である。オゾン水生成に於いて、オゾンを消費する物質の発生を抑制することができれば、より高濃度、より安定化させたオゾン水を生成することが可能である。   However, apart from the viewpoint of improving the stability in which ozone gas is not degassed from the water, it is necessary to improve the technique for generating ozone water from the viewpoint of easily disappearing by reacting with all organic substances that come into contact with ozone. From this point of view, the idea that ozone is particularly easy to react, and the ozone consumption substance (called ozone scavenger) with a high rate of disappearance and return to oxygen is suppressed as low as possible to maintain the ozone water concentration, This improvement is the subject of the present invention. If the generation of a substance that consumes ozone can be suppressed in the generation of ozone water, it is possible to generate ozone water with higher concentration and more stability.

上記の考察の下、発明者は、これまで誰も着目していなかった点であるが、炭酸ガスがオゾン水濃度に影響を及ぼす点を想定し、PSA(Pressure Swing Adsorption)式酸素濃縮装置を用いた試験を実施した。その結果、炭酸ガスを除去した場合に、しない場合と比較して驚くほど明瞭な効果が生じることを把握し、あわせてそのメカニズムを検討して、炭酸ガスの残存がオゾンスカベンジャーを発生させている実態とオゾンスカベンジャーが無い場合の優位な差を把握し、当発明の有効性を解明するに至った。   Under the above consideration, the inventor has not paid attention to anyone, but assuming that carbon dioxide gas affects the concentration of ozone water, the PSA (Pressure Swing Adsorption) type oxygen concentrator is installed. The test used was carried out. As a result, when carbon dioxide gas is removed, it is understood that a surprisingly clear effect is produced compared with the case where carbon dioxide gas is not removed. In addition, the mechanism is studied, and the residual carbon dioxide gas generates an ozone scavenger. Ascertaining the difference between the actual situation and the absence of an ozone scavenger, the effectiveness of the present invention has been elucidated.

尚、オゾン水濃度低下の要因は、他にヘンリー定数に示される温度上昇による分解、紫外線照射による分解反応、保持される水圧環境等多岐にわたるが、ここでは説明に及ばない。また、PSA式酸素濃縮装置を採用するオゾン水生成装置ではごく微量な塵埃はプロセスで発生するから当然該当するものではないが、原料水がいわゆる超純水(最も一般的な指標である、25℃における理論値として18.24MΩ・cmの電気抵抗率をもつもの)による場合には、好適に使用されるものではない。   There are various causes for the decrease in ozone water concentration, such as decomposition due to temperature increase indicated by Henry's constant, decomposition reaction due to ultraviolet irradiation, and maintained hydraulic environment, but this is not explained here. Further, in an ozone water generating apparatus that employs a PSA type oxygen concentrating apparatus, a very small amount of dust is naturally generated because it is generated in the process, but the raw water is so-called ultrapure water (the most common index, 25 (Theoretical value at 18.degree. C. having an electrical resistivity of 18.24 MΩ · cm) is not suitably used.

従来より、オゾンの生成に際して用いられる濃縮酸素ガスの生成には、PSA(Pressure Swing Adsorption)式酸素濃縮装置が用いられることが多い。PSA式酸素濃縮装置は吸着式(吸着型)酸素濃縮装置とも呼ばれる。本装置は、装置内に窒素を吸着する機能のあるゼオライトなどの触媒を用い、その触媒の配置された容器に加圧と減圧を繰り返し与えることにより、空気中の酸素と窒素を分離する作用を奏する方式により発生させる装置を対象とする。PSA式酸素濃縮装置と言っても、触媒容器がその形状に種類はあるが、前述したようにゼオライトを含む触媒を用いるものであれば限定しない。   Conventionally, a PSA (Pressure Swing Adsorption) type oxygen concentrator is often used to generate concentrated oxygen gas used for generating ozone. The PSA type oxygen concentrator is also called an adsorption type (adsorption type) oxygen concentrator. This device uses a catalyst such as zeolite that has the function of adsorbing nitrogen in the device, and repeatedly pressurizes and depressurizes the container in which the catalyst is placed, thereby separating oxygen and nitrogen in the air. It is intended for devices that are generated by the playing method. The PSA oxygen concentrator is not limited as long as it uses a catalyst containing zeolite as described above, although there are various types of catalyst containers.

発明者は、このPSA式酸素濃縮装置を用いてオゾン水生成技術の開発を継続し、前述した気泡の微細化やオゾン分子での分散といった改良を施すことにより、一定の効果を得ていた。しかし、溶存オゾン濃度が最高値に到達した後、継続してオゾン水生成プロセスを運転し続けていても原因不明な濃度の下降が発生してしまう問題が解消できなかった。   The inventor has continued to develop ozone water generation technology using this PSA type oxygen concentrator, and has obtained certain effects by making improvements such as finer bubbles and dispersion with ozone molecules as described above. However, even if the ozone water generation process is continuously operated after the dissolved ozone concentration reaches the maximum value, the problem that the concentration is unclear cannot be solved.

そこで、発明者は、さらに高い溶存オゾン濃度を達成するとともに、貯留しても高い溶存オゾン濃度を維持すること、即ち、より強い効果を発現する高濃度のオゾン水と、それを大量に生成する生成技術の達成を目指し鋭意検討を重ねた。   Therefore, the inventor achieves a higher dissolved ozone concentration and maintains a high dissolved ozone concentration even when stored, that is, generates a large amount of high-concentration ozone water that exhibits a stronger effect and a large amount thereof. We intensively studied to achieve the generation technology.

関連特許に示した通り、開示された第三者の技術情報によれば、オゾンの自己分解を抑制する目的で、炭酸ガス(二酸化炭素ガス)をオゾン水に添加し、pH(水素イオン濃度指数)を酸性側に維持する方法が有効であると提案されていた(特許文献2)。   As shown in the related patent, according to the technical information of the disclosed third party, carbon dioxide gas (carbon dioxide gas) is added to ozone water for the purpose of suppressing ozone self-decomposition, and pH (hydrogen ion concentration index) ) Has been proposed to be effective on the acidic side (Patent Document 2).

一方、発明者は、何度も検討を繰り返す中で、炭酸ガスが有効であるという作用だけではなく、逆の作用、即ち、オゾンの分解を促進させてしまう作用をもつのではないかという着想を得た。そこで発明者は、炭酸ガスを除去する有効な材料を調査した結果、ソーダライムを主材とした触媒を入手し、これを試験装置に組み込んでテストを試みた。検討にあたり下記の事項について考慮することとした。   On the other hand, the inventor has not only an effect that carbon dioxide gas is effective, but also an idea that it may have an opposite effect, that is, an action that promotes the decomposition of ozone. Got. Therefore, as a result of investigating an effective material for removing carbon dioxide, the inventor obtained a catalyst mainly composed of soda lime and tried it by incorporating it into a test apparatus. The following items were taken into consideration in the study.

一般的に、大気中には地域により違いはあるが、380〜440ppm程度の炭酸ガスが含まれているとされている。また、炭酸ガスは、他の空気中の構成ガスに比較して極めて多く水中に溶解する。   In general, it is said that carbon dioxide of about 380 to 440 ppm is contained in the atmosphere, although there are differences depending on the region. Carbon dioxide is much more soluble in water than other constituent gases in air.

PSA式酸素濃縮装置には例外なく、炭酸ガスを除去する機能は保有されておらず炭酸ガスが空気中と同じ比率でオゾン水に溶け込むと考えられた。   There was no exception in the PSA type oxygen concentrator, and it was thought that carbon dioxide gas was dissolved in ozone water at the same ratio as in the air without having the function of removing carbon dioxide gas.

発明にあたっての基礎的な認識として、次のような技術的背景を考慮した。   The following technical background was considered as a basic recognition in the invention.

1)水構造は、水分子が一定の距離で絶え間なく運動を繰り返しているが、水分子の間には、ガスが溶け込む空間(スペース)があり(当然水温、水圧によりその溶解可能な量は変化するが)、その空間に一定条件で溶解可能なガスの量が決まっている、即ち、飽和濃度は、ガスの種類により相違する。また、いずれのガスであろうとも、前述水の中にガスが溶け込める空間がいっぱいであれば、何らかの作用を与えて置換させない限り、他のガスは入り込めない。   1) The water structure is constantly moving with water molecules at a certain distance, but there is a space between the water molecules to dissolve the gas. However, the amount of gas that can be dissolved in the space under a certain condition is determined, that is, the saturation concentration differs depending on the type of gas. In addition, in any gas, as long as the space in which the gas can be dissolved in the water is full, other gas cannot enter unless it is replaced by some action.

2)オゾンは、アルカリ性条件下では自己分解が促進されて酸素に戻り易く、酸性条件下では自己分解が抑制されてオゾンのまま維持され易い。   2) Ozone is prone to self-decomposition under alkaline conditions and easily returns to oxygen, and under acidic conditions, self-decomposition is suppressed and ozone is easily maintained.

3)炭酸ガスは、先ず炭酸(HCO)として水中に溶存し、次に炭酸水素イオン(HCO )として溶解し、さらに炭酸イオン(CO 2−)として溶解する3つの段階で水中にとどまる。このような炭酸ガスの各々の状態により、水のpHは変化する。また、これとは逆に、水中に供給され、水に接触した炭酸ガスの水中における存在状態は、当該水のpHに応じて変化する。 3) Carbon dioxide gas is first dissolved in water as carbonic acid (H 2 CO 3 ), then dissolved as bicarbonate ions (HCO 3 ), and further dissolved as carbonate ions (CO 3 2− ). Stay underwater. The pH of water changes with each state of such carbon dioxide gas. On the contrary, the presence state of carbon dioxide gas supplied in water and in contact with water varies depending on the pH of the water.

以上のような種々の物質の性質と相互関係、また比較条件を考慮しながら、発明者は、実証を重ね、空気から炭酸ガスを除去することが極めて有効で、オゾン水生成技術の高効率化と、生成されたオゾン水自体の安定性に大幅な改善が施せることを解明し、発明に成功した。尚、当該効果を生む理由として推定されるメカニズムについては後述する。   Taking into account the properties and interrelationships of various substances as described above, and comparison conditions, the inventor has repeatedly demonstrated that it is extremely effective to remove carbon dioxide from the air, and to improve the efficiency of ozone water generation technology. And clarified that the stability of the generated ozone water itself can be greatly improved, and succeeded in the invention. In addition, the mechanism estimated as a reason which produces the said effect is mentioned later.

本技術は、あくまでPSA式酸素濃縮装置を用いると共に、超純水(25℃において18.24MΩ・cm以上の電気抵抗率をもつ程度に不純物を含まない水)以外の水を原料水として生成するオゾン水生成技術である。半導体や精密機器の製造分野で洗浄などに用いられるオゾン水は、原料水として純水や超純水を使用する。また、オゾンガスの生成に際しては、酸素100%の純酸素ないし99%以上の純酸素に1%未満の窒素ガスを混合してオゾナイザーに供給し、放電によりオゾンガスを発生させる機構を使用する。しかしながら、この方法は高額で頻度の高いボンベ交換を必要とするゆえに、大量のオゾン水の生成・使用が望まれる広範な技術分野、産業分野での用途には適さない。   This technology uses PSA type oxygen concentrator to the last and produces water other than ultrapure water (water that does not contain impurities to the extent that it has an electrical resistivity of 18.24 MΩ · cm or more at 25 ° C.) as raw water. This is ozone water generation technology. Ozone water used for cleaning in the field of manufacturing semiconductors and precision equipment uses pure water or ultrapure water as raw water. Further, when generating ozone gas, a mechanism is used in which less than 1% nitrogen gas is mixed with 100% pure oxygen or 99% or more pure oxygen and supplied to an ozonizer, and ozone gas is generated by discharge. However, since this method requires expensive and frequent cylinder replacement, it is not suitable for applications in a wide range of technical fields and industrial fields where a large amount of ozone water is desired to be generated and used.

オゾン水生成の経過で電気分解を使用することは、本発明の適用からは除外することが考えられ得る。電気分解を使用する方法は、水中に配置した電極への放電により、アノード側で水中の溶存酸素をオゾンに変化させる一般的な方法である。しかしながら、電気分解法は通電に必要な何らかの電解質の水への含有が必須であり、その電解質により発生する物質に違いがあるものの、オゾン以外に塩素、塩素イオン等20種類に及ぶ過酸化物質が同時に発生するとされ、残留性が無いというオゾン水の機能を利用目的に対して価値を損なう恐れがある。しかしながら、このような懸念が問題にならない用途を対象としたり、副生される物質を除去可能とする方法を併用した場合などは、オゾン水濃度をより高く、より安定化させるという、本発明の目的に向けた一方法として採用可能である。したがって、本発明のプロセスにおいて電機分解を使用することを積極的に除外するものではない。   The use of electrolysis in the course of ozone water generation can be considered excluded from the application of the present invention. The method using electrolysis is a general method in which dissolved oxygen in water is changed to ozone on the anode side by discharge to an electrode disposed in water. However, in the electrolysis method, it is essential that some electrolyte necessary for energization is contained in water, and there are differences in the substances generated by the electrolyte, but there are 20 types of peroxides such as chlorine and chloride ions in addition to ozone. It may occur at the same time, and there is a risk of deteriorating the value for the purpose of use of the function of ozone water that is not persistent. However, when such a concern is not a problem or when a method that enables removal of by-product substances is used in combination, the ozone water concentration is higher and more stable. It can be adopted as a method for the purpose. Therefore, the use of electrolysis in the process of the present invention is not actively excluded.

次に、上記の検討を経て得られた本発明の一実施形態について詳細に説明する。   Next, an embodiment of the present invention obtained through the above examination will be described in detail.

(第1の実施形態)
図1は、本発明のオゾン水生成装置の第1の実施形態を示すシステム構成図である。基本的に、本発明では気液混合によるオゾン水生成を対象とする。また、同様に、PSA式酸素濃縮装置を、原料ガス(濃縮酸素ガスを放電によりオゾンガスとしたもの)供給の手段とするオゾン水生成装置を対象とする。
(First embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram showing a first embodiment of an ozone water generator of the present invention. Basically, the present invention is directed to ozone water generation by gas-liquid mixing. Similarly, an ozone water generating apparatus using the PSA type oxygen concentrator as a means for supplying a raw material gas (concentrated oxygen gas converted into ozone gas by discharge) is an object.

本実施形態のオゾン水生成装置は、オゾンガス生成部100と、オゾンガス供給経路24と、エジェクター(気液混合装置)14と、オゾン水生成循環ライン200とから構成される。オゾンガス生成部100は、炭酸ガス除去装置1と、フィルター2と、炭酸ガス濃度センサー3と、PSA式酸素濃縮装置(窒素分離機構)28と、酸素ガスセンサー27と、オゾナイザー(オゾン発生装置)7と、逆流防止弁8とを備えている。オゾン水生成循環ライン200は、未溶解余剰オゾンガス分解装置12と、混合オゾンガス未溶解気泡分離用タンク13と、チラー17と、溶存オゾン濃度計18と、水温計19と、冷却水循環ポンプ20と、オゾン水生成用循環ポンプ21と、貯留タンク22と、オゾン水送水用吐出ポンプ23とを備えている。   The ozone water generation device of this embodiment includes an ozone gas generation unit 100, an ozone gas supply path 24, an ejector (gas-liquid mixing device) 14, and an ozone water generation circulation line 200. The ozone gas generation unit 100 includes a carbon dioxide removal device 1, a filter 2, a carbon dioxide concentration sensor 3, a PSA type oxygen concentrator (nitrogen separation mechanism) 28, an oxygen gas sensor 27, and an ozonizer (ozone generator) 7. And a backflow prevention valve 8. The ozone water generation circulation line 200 includes an undissolved surplus ozone gas decomposing device 12, a mixed ozone gas undissolved bubble separation tank 13, a chiller 17, a dissolved ozone concentration meter 18, a water temperature meter 19, and a cooling water circulation pump 20. An ozone water generating circulation pump 21, a storage tank 22, and an ozone water feeding discharge pump 23 are provided.

次に、オゾン水生成循環ライン200の概要を説明する。オゾン水の原料となる原料水としての水道水16が、貯留タンク22に投入される。水道水の代わりに、純水の他、場合により地下水等を用いても構わない。本実施形態では、電気抵抗率が18.24MΩ・cm以上の超純水以外の水を対象とする。原料水は貯留タンク(本例では実容量200L)に給水された後、貯留タンク22の水は冷却水循環ポンプ20により循環され、循環系内に配置されたチラー17により冷却維持される。基本的に、冷却ポンプの作動熱により水温は上昇する傾向となるが、チラー17により冷却することで5℃以下の水温に冷却・保持することができる。さらにチラー循環系路において、チラー17の上流に溶存オゾン濃度計18と、水温計19とが配置されている。   Next, the outline | summary of the ozone water production | generation circulation line 200 is demonstrated. Tap water 16 as raw water serving as a raw material for ozone water is put into the storage tank 22. Instead of tap water, ground water or the like may be used in some cases other than pure water. In the present embodiment, water other than ultrapure water having an electrical resistivity of 18.24 MΩ · cm or more is targeted. After the raw water is supplied to a storage tank (actual capacity 200 L in this example), the water in the storage tank 22 is circulated by the cooling water circulation pump 20 and is cooled and maintained by the chiller 17 disposed in the circulation system. Basically, the water temperature tends to rise due to the heat of operation of the cooling pump, but it can be cooled and maintained at a water temperature of 5 ° C. or less by cooling with the chiller 17. Further, a dissolved ozone concentration meter 18 and a water temperature meter 19 are arranged upstream of the chiller 17 in the chiller circulation system.

エジェクター14は気液混合をする部分であり、貯留タンク22からオゾン水生成用循環ポンプ21により原料水が引き込まれる。オゾン水生成用循環ポンプ21は、水量45L/分、水圧0.35MPaで水を気液混合の為に原料水(生成を行うとオゾン水となる)を吐出し、エジェクター14に供給する。エジェクター14を通過した水は、エジェクター14のオリフィス部を高速の水流で通過し、オリフィス部の下流で水の流速により陰圧を生じさせオゾンガスを真空吸引して取り込むことともにキャビテーションを発生させながら原料水とオゾンガスとを激しく混合する。その後、原料水とオゾンガスとが混合してできた水およびオゾン水は、下流の混合オゾンガス未溶解気泡分離用タンク13に気泡と共に流入させられる。   The ejector 14 is a part that performs gas-liquid mixing, and raw water is drawn from the storage tank 22 by the circulation pump 21 for ozone water generation. The ozone water generation circulation pump 21 discharges raw water (gas generation becomes ozone water when generated) for gas-liquid mixing at a water volume of 45 L / min and a water pressure of 0.35 MPa, and supplies it to the ejector 14. The water that has passed through the ejector 14 passes through the orifice portion of the ejector 14 with a high-speed water flow, generates a negative pressure due to the flow velocity of water downstream of the orifice portion, takes in ozone gas by vacuum suction, and generates cavitation. Mix water and ozone gas vigorously. Thereafter, water and ozone water formed by mixing the raw material water and ozone gas are allowed to flow into the downstream mixed ozone gas undissolved bubble separation tank 13 together with bubbles.

混合オゾンガス未溶解気泡分離用タンク13に送られたガスと水(またはオゾン水)は、分離装置などで液体と気体に分離されるような構造になっている。この結果、混合オゾンガス未溶解気泡分離用タンク13内で浮上する余剰のオゾンガス気泡は分離され、上方からオゾン分解触媒を含む未溶解余剰オゾンガス分解装置12に送られ、オゾンは分解されて無害な排気ガス(オゾン分解後の酸素ガス)15に分解され、大気中に放出される。   The gas and water (or ozone water) sent to the mixed ozone gas undissolved bubble separation tank 13 are separated into a liquid and a gas by a separation device or the like. As a result, surplus ozone gas bubbles floating in the mixed ozone gas undissolved bubble separation tank 13 are separated and sent from above to the undissolved surplus ozone gas decomposing apparatus 12 including the ozone decomposition catalyst, and the ozone is decomposed and harmless exhaust gas. It is decomposed into gas (oxygen gas after ozone decomposition) 15 and released into the atmosphere.

エジェクター14とオゾン水生成循環ライン200からなる循環系路を流れ、オゾンガスが混合された水は一巡して貯留タンク22に戻り、この循環が繰り返されることにより、貯留タンク22内の水は、順次高い濃度のオゾン水になる。貯留タンク22では、余剰なオゾンガスは未溶解余剰オゾンガス分解装置12に送られ、無害な酸素ガスに変化させられる。   The water mixed with the ozone gas flows through the circulation system path composed of the ejector 14 and the ozone water generation / circulation line 200, and returns to the storage tank 22 in a round. By repeating this circulation, the water in the storage tank 22 is sequentially changed. It becomes high concentration ozone water. In the storage tank 22, surplus ozone gas is sent to the undissolved surplus ozone gas decomposing apparatus 12, and is changed into harmless oxygen gas.

次に、本実施形態において、エジェクター14にオゾンガスを供給するオゾンガス生成部(オゾンガス供給ライン)100について説明する。   Next, in the present embodiment, an ozone gas generation unit (ozone gas supply line) 100 that supplies ozone gas to the ejector 14 will be described.

前述の様に、エジェクター14では、循環する水が高速でオリフィスを通過するが、この水は慣性の法則をもって流れるため、オリフィスより下流で放射状に容積が広がる流路で強力に容積を広げられることにより強い陰圧を生じ、真空に近い状態がオリフィスと下流の近傍付近に発生する。この陰圧の作用により、オゾンガス生成部100におけるオゾナイザー7の放電により発生したオゾンガスが、オゾンガス供給経路24を介してエジェクター14に供給される。従って、オリフィスおよびその下流近傍付近において、オゾンガスと水(またはオゾン水)は激しく混合されてオゾン水となる。オゾナイザー7とエジェクター14間の経路には、装置が停止した場合に水が逆流し、オゾナイザー7に流入することを防止するために逆流防止弁8が配置されている。   As described above, in the ejector 14, the circulating water passes through the orifice at a high speed. However, since this water flows according to the law of inertia, the volume can be strongly expanded in the flow path that radially expands downstream from the orifice. As a result, a stronger negative pressure is generated, and a state close to a vacuum is generated near the orifice and the vicinity in the downstream. Due to the action of the negative pressure, the ozone gas generated by the discharge of the ozonizer 7 in the ozone gas generation unit 100 is supplied to the ejector 14 via the ozone gas supply path 24. Accordingly, ozone gas and water (or ozone water) are vigorously mixed into the ozone water in the vicinity of the orifice and its vicinity in the downstream. A backflow prevention valve 8 is arranged in the path between the ozonizer 7 and the ejector 14 in order to prevent water from flowing back and flowing into the ozonizer 7 when the apparatus is stopped.

本実施形態では、オゾンガス生成部100において、オゾンガス供給経路24に至るまでに、上流から順番に、炭酸ガス除去装置1と、フィルター2と、炭酸ガス濃度センサー3と、PSA式酸素濃縮装置28と、酸素ガスセンサー27と、オゾナイザー(オゾンガス発生装置)7と、逆流防止弁8とが、経路25を介して接続された状態で設けられている。PSA式酸素濃縮装置28は、コンプレッサー4と、ドライヤー5と、PSA式酸素濃縮ユニット6とを含む。そして、炭酸ガス除去装置1は、PSA式酸素濃縮装置28の前段に配置されている。   In the present embodiment, in the ozone gas generation unit 100, the carbon dioxide removal device 1, the filter 2, the carbon dioxide concentration sensor 3, and the PSA oxygen concentration device 28 are sequentially arranged from the upstream until reaching the ozone gas supply path 24. The oxygen gas sensor 27, the ozonizer (ozone gas generator) 7, and the backflow prevention valve 8 are provided in a state where they are connected via a path 25. The PSA oxygen concentrator 28 includes a compressor 4, a dryer 5, and a PSA oxygen concentrator unit 6. The carbon dioxide gas removal device 1 is disposed in front of the PSA type oxygen concentrator 28.

すなわち、本実施形態では、外部から原料ガスとして空気(大気)9を取り込んだ直後、炭酸ガス除去装置1により炭酸ガス除去処理をした後、酸素ガス濃縮の処理を施している。炭酸ガス除去装置1においては、炭酸ガス吸着触媒を充填した筒状の容器が設けられる。空気が当該容器を通過すると、同触媒と空気とが接触して空気中の炭酸ガスを触媒が吸着して分離し、除去する。空気と触媒の接触時間は、本実施形態では2秒として設計されており、触媒がほぼ100%炭酸ガスを吸着できるとされている接触時間を採用した。尚、当該触媒から僅かな粉塵が発生する場合もあり得るが、発生した粉塵が精密な放電電極を有するオゾナイザー7に流入して故障の原因にならないよう、フィルター2を炭酸ガス除去装置1が後段に配置して防止している。   That is, in this embodiment, immediately after taking in air (atmosphere) 9 as a source gas from the outside, the carbon dioxide gas removal device 1 performs the carbon dioxide gas removal treatment, and then the oxygen gas concentration treatment is performed. In the carbon dioxide removal device 1, a cylindrical container filled with a carbon dioxide adsorption catalyst is provided. When the air passes through the container, the catalyst and air come into contact with each other, and the carbon dioxide gas in the air is adsorbed and separated and removed. The contact time between the air and the catalyst is designed to be 2 seconds in this embodiment, and a contact time at which the catalyst can adsorb almost 100% carbon dioxide is employed. Although a small amount of dust may be generated from the catalyst, the carbon dioxide gas removal device 1 is connected to the filter 2 so that the generated dust does not flow into the ozonizer 7 having a precise discharge electrode and cause a failure. To prevent it.

炭酸ガス除去装置1の炭酸ガス吸着触媒としては、ソーダライムを主成分としたものが用いられるが特に限定はされない。ただし、もっぱら空気中の炭酸ガスを吸着により優先的に除去することが可能な物質であることが必要である。ソーダライムを主成分とした触媒の場合は、炭酸ガスの吸着反応に適量の水が必要であるが、触媒が乾燥して吸着性能が低下しないための加湿または、水供給の補助的な機構を設けるなどの管理が必要である。
本発明では、このような管理法までの詳細の説明は割合する。
As the carbon dioxide adsorption catalyst of the carbon dioxide remover 1, a catalyst mainly composed of soda lime is used, but is not particularly limited. However, it is necessary to be a substance that can preferentially remove carbon dioxide in the air by adsorption. In the case of a catalyst mainly composed of soda lime, an appropriate amount of water is required for the carbon dioxide adsorption reaction, but there is an auxiliary mechanism for humidification or water supply to prevent the catalyst from drying and reducing the adsorption performance. Management such as setting up is necessary.
In the present invention, a detailed description up to such a management method is included.

炭酸ガス濃度センサー3は、炭酸ガス除去装置1から出てきた空気の炭酸ガス濃度を測定し、炭酸ガス除去装置の炭酸ガス吸着触媒の吸着性能を監視する。その後、空気は、PSA式酸素濃縮装置(窒素分離機構)28に送られ、窒素が分離されることで、酸素濃度が高められる。得られた気体、すなわち濃縮酸素ガスの酸素濃度は、一般的に90%以上、好ましくは95%以上であるが、実施時には95%であった。   The carbon dioxide concentration sensor 3 measures the carbon dioxide concentration of the air that has come out of the carbon dioxide removal device 1 and monitors the adsorption performance of the carbon dioxide adsorption catalyst of the carbon dioxide removal device. Thereafter, the air is sent to a PSA type oxygen concentrator (nitrogen separation mechanism) 28, and the oxygen concentration is increased by separating nitrogen. The oxygen concentration of the obtained gas, that is, the concentrated oxygen gas is generally 90% or more, preferably 95% or more, but was 95% at the time of implementation.

窒素分離機構28内のプロセスについて説明する。炭酸ガス除去装置1とフィルター2を通過した空気は、窒素分離機構28内において、先ずコンプレッサー4により圧縮される。次に、空気に含まれていた水分がドライヤー5により除去される。その後、ゼオライトを主成分として、同成分に窒素を吸着する仕組みを持つPSA式酸素濃縮ユニット6により空気中の窒素が吸着され、酸素リッチのガスへと濃縮される。尚、PSA式酸素濃縮ユニット6で分離された窒素ガスは、排気ガス26として装置系外の大気に放出される。濃縮酸素ガスの酸素濃度は、酸素ガスセンサー27により測定、監視される。この後、濃縮酸素ガスはオゾナイザー7に送られ、放電により酸素がオゾンに変化せしめられる。その後のオゾン水生成の混合プロセスは先述したとおりである。   A process in the nitrogen separation mechanism 28 will be described. The air that has passed through the carbon dioxide removing device 1 and the filter 2 is first compressed by the compressor 4 in the nitrogen separation mechanism 28. Next, moisture contained in the air is removed by the dryer 5. Thereafter, nitrogen in the air is adsorbed by the PSA-type oxygen concentrating unit 6 which has zeolite as a main component and adsorbs nitrogen to the same component, and is concentrated into an oxygen-rich gas. The nitrogen gas separated by the PSA type oxygen concentrating unit 6 is released as exhaust gas 26 to the atmosphere outside the apparatus system. The oxygen concentration of the concentrated oxygen gas is measured and monitored by the oxygen gas sensor 27. Thereafter, the concentrated oxygen gas is sent to the ozonizer 7, and oxygen is changed into ozone by discharge. The subsequent mixing process for generating ozone water is as described above.

PSA式酸素濃縮ユニット6の窒素吸着触媒としては、ゼオライトを主成分としたものが用いられるが特に限定はされない。ただし、もっぱら空気中の窒素ガスを吸着により優先的に除去することが可能な物質であることが必要である。   As the nitrogen adsorption catalyst of the PSA type oxygen concentrating unit 6, a catalyst mainly composed of zeolite is used, but is not particularly limited. However, it is necessary to be a substance that can preferentially remove nitrogen gas in the air by adsorption.

また、本実施形態においては、炭酸ガス除去装置1とPSA式酸素濃縮装置28とが、経路25によって直接的に接続されており、炭酸ガスの除去工程と窒素ガスの除去工程が連続的に行われる。このような構成により、装置の全体構成がコンパクトになるとともに、オゾン水を必要とする現場において、オゾン水を生成しながら被対象物にオゾン水を供給することができる。   In the present embodiment, the carbon dioxide removing device 1 and the PSA oxygen concentrator 28 are directly connected by the path 25, and the carbon dioxide removing step and the nitrogen gas removing step are continuously performed. Is called. With such a configuration, the overall configuration of the apparatus becomes compact, and ozone water can be supplied to the object while generating the ozone water at a site where the ozone water is required.

総括すると、第1の実施形態では、濃縮酸素ガスの生成の前工程において、空気から炭酸ガスを除去する工程が行われている。   In summary, in the first embodiment, a step of removing carbon dioxide gas from the air is performed in a pre-process for generating concentrated oxygen gas.

尚、コンプレッサー4による原料空気の圧縮工程、ドライヤー5による原料空気の除湿乾燥工程で、水(コンプレッサードレン)10、水(ドライヤードレン)11が排出される。本例では、オゾナイザー7に供給される濃縮酸素ガスの量(=オゾンガス量)は、28L/分であり、オゾナイザー7への供給ガス圧力は0.2MPaであった。また、オゾナイザー7のオゾン発生能力は、350g/hであり、本例の条件下に於け発生オゾンガス濃度は210g/Nm3であった。 Note that water (compressor drain) 10 and water (dryer drain) 11 are discharged in the raw material air compression step by the compressor 4 and the raw material air dehumidification drying step by the dryer 5. In this example, the amount of concentrated oxygen gas (= ozone gas amount) supplied to the ozonizer 7 was 28 L / min, and the supply gas pressure to the ozonizer 7 was 0.2 MPa. The ozone generation capacity of the ozonizer 7 was 350 g / h, and the generated ozone gas concentration was 210 g / Nm 3 under the conditions of this example.

(第2の実施形態)
図2は、本発明のオゾン水生成装置の第2の実施形態を示すシステム構成図である。図1の実施形態と異なり、本実施形態では、炭酸ガス除去装置1が、窒素分離機構28の後段に配置されている。すなわち、本実施形態では、外部の空気に対し、予め窒素除去の処理を行い、その後、オゾナイザー7に到達する以前の経路25に、炭酸ガス除去装置1をもって炭酸ガスの除去を行う。すなわち、炭酸ガス除去装置1は、PSA式酸素濃縮装置28の後段に配置されている。言い換えると、第2の実施形態では、濃縮酸素ガスの生成の後工程において、濃縮酸素ガスから炭酸ガスを除去する工程が行われている。また、本実施形態においても、PSA式酸素濃縮装置28と炭酸ガス除去装置1とが、経路25によって直接的に接続されており、窒素ガスの除去工程と炭酸ガスの除去工程が連続的に行われる。
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a system configuration diagram showing a second embodiment of the ozone water generator of the present invention. Unlike the embodiment of FIG. 1, in this embodiment, the carbon dioxide gas removal device 1 is arranged at the rear stage of the nitrogen separation mechanism 28. That is, in the present embodiment, nitrogen removal processing is performed on the external air in advance, and then the carbon dioxide gas is removed by the carbon dioxide removal device 1 in the path 25 before reaching the ozonizer 7. That is, the carbon dioxide removing device 1 is disposed at the rear stage of the PSA type oxygen concentrating device 28. In other words, in the second embodiment, a step of removing carbon dioxide gas from the concentrated oxygen gas is performed in a step after the generation of the concentrated oxygen gas. Also in this embodiment, the PSA-type oxygen concentrator 28 and the carbon dioxide removal device 1 are directly connected by the path 25, and the nitrogen gas removal step and the carbon dioxide removal step are continuously performed. Is called.

本発明を完成させるにあたって実施した試験の結果では、炭酸ガスの除去を行わない装置、即ち、本発明の装置から、炭酸ガス除去装置1を取り除いた従来のオゾン水生成装置を用いた。この従来の装置と本発明の装置との比較によれば、本発明の様に炭酸ガス除去を行った場合に限り著しく優れたオゾン水の濃度上昇、到達濃度の高まりが認められ、濃度維持安定性の向上が認められた。以下、実施試験の結果について説明する。   As a result of the tests carried out to complete the present invention, an apparatus that does not remove carbon dioxide, that is, a conventional ozone water generator in which the carbon dioxide removing apparatus 1 is removed from the apparatus of the present invention was used. According to the comparison between the conventional apparatus and the apparatus of the present invention, the concentration of ozone water was significantly increased only when carbon dioxide was removed as in the present invention. An improvement in sex was observed. Hereinafter, the results of the implementation test will be described.

(比較結果)
(1)実施例
図1に示した第1の実施形態の装置を用いてオゾン水の生成を行った。PSA式酸素濃縮装置28により、濃縮酸素ガスの酸素濃度を概ね95%まで高めた上で、オゾナイザー7による放電を行いオゾンガスを生成し、気液混合してオゾン水を生成した(水温が2℃から5℃の新潟県燕市の水道水を使用)。オゾンガスの生成の前提として、PSA式酸素濃縮装置28の前段(上流)に(図1の例では外部の空気を取り入れた直後)、炭酸ガス除去触媒を充填した炭酸ガス除去装置1が設けられている。炭酸ガス除去触媒の容量は、その内部を原料空気が通過しつつ2秒以上接触する時間が得られる容量で設計した。通過する際に未処理ガスがでないように均等に流路が保たれるように配慮し、炭酸ガスが確実に除去されるようにした。
(Comparison result)
(1) Example Ozone water was generated using the apparatus of the first embodiment shown in FIG. After the oxygen concentration of the concentrated oxygen gas was increased to approximately 95% by the PSA type oxygen concentrator 28, discharge by the ozonizer 7 was performed to generate ozone gas, and gas-liquid mixing was performed to generate ozone water (water temperature was 2 ° C. Use tap water from Sakai City, Niigata Prefecture at 5 ℃ to 5 ℃). As a premise for the generation of ozone gas, a carbon dioxide removal device 1 filled with a carbon dioxide removal catalyst is provided upstream (upstream) of the PSA type oxygen concentrator 28 (immediately after taking in external air in the example of FIG. 1). Yes. The capacity of the carbon dioxide gas removal catalyst was designed to be a capacity capable of obtaining a contact time of 2 seconds or more while the raw material air passed through the catalyst. Consideration was made so that the flow path was kept even so that no untreated gas was present when passing through, so that carbon dioxide gas was reliably removed.

得られたオゾン水について、到達したオゾン水の溶存オゾン濃度および時間経過に伴うオゾン濃度の変化を図3に示す。生成後、ほぼ25分後に、オゾン濃度は最高到達濃度である87mg/Lに達し、その後運転を継続しても濃度の低下は観察されなかった。この結果は、本実施形態によって得られたオゾン水は、従来の方法によるものに比べ、オゾン水送水用吐出ポンプ23から送水した段階で脱気ガス量が極めて少なく安定しており、オゾンガスの発生を可能な限り抑制でき、即ちオゾン水の濃度低下が少なく、濃度維持性が高いという望ましい機能を有していることを確認した。   About the obtained ozone water, the dissolved ozone concentration which reached | attained ozone water and the change of the ozone concentration with time progress are shown in FIG. Approximately 25 minutes after the generation, the ozone concentration reached 87 mg / L, which is the highest concentration, and no decrease in concentration was observed even if the operation was continued thereafter. As a result, the ozone water obtained by the present embodiment is stable with a very small amount of deaerated gas when it is fed from the discharge pump 23 for ozone water feed compared to the conventional method, and the generation of ozone gas. It was confirmed that it has a desirable function of suppressing the ozone concentration as much as possible, that is, having a small decrease in the concentration of ozone water and high concentration maintenance.

(2)比較例
比較例として、図1に示した第1の実施形態の装置から、炭酸ガス除去装置1を除いた装置を用いてオゾン水の生成を行った。比較例において、温度などの実施条件は実施例のものとほぼ同じである。本例においても、PSA式酸素濃縮装置28により濃縮酸素ガスの酸素濃度を概ね95%まで高めた上で、オゾナイザー7により放電を与えられ、オゾンガスを生成し、気液混合してオゾン水を生成した。
(2) Comparative Example As a comparative example, ozone water was generated using an apparatus excluding the carbon dioxide gas removing apparatus 1 from the apparatus of the first embodiment shown in FIG. In the comparative example, the implementation conditions such as temperature are almost the same as those in the example. Also in this example, the oxygen concentration of the concentrated oxygen gas is increased to approximately 95% by the PSA type oxygen concentrator 28, and then discharge is given by the ozonizer 7, generating ozone gas, and mixing the gas and liquid to generate ozone water. did.

得られたオゾン水について、オゾン水の溶存オゾン濃度の推移および時間経過に伴う溶存オゾン濃度の変化を測定した。測定結果を図4に示す。生成後、18分後までは濃度上昇するもののその後は下降に転じた。溶存オゾン濃度は78mg/Lにしか到達せず、その後運転を継続し続けても、明瞭に低下をし続け、35分後までには約1/2にまで低下、その後も低下を続けた。この結果からすれば、目的である高濃度オゾン水で、タンクに大量に貯留することは不可能であると判断された。本実施形態によって得られたオゾン水は、炭酸ガスを除去したオゾンガスで生成したオゾン水とは全く異なり、オゾン水送水用吐出ポンプ23から送水された後には、極めて短時間で効力を失うことを確認した。   About the obtained ozone water, transition of dissolved ozone concentration of ozone water and change of dissolved ozone concentration with time passage were measured. The measurement results are shown in FIG. After the production, the concentration increased until 18 minutes, but thereafter began to decrease. The dissolved ozone concentration reached only 78 mg / L, and even if the operation was continued thereafter, it continued to decline clearly. By 35 minutes, it decreased to about ½, and continued to decline thereafter. From this result, it was judged that it was impossible to store a large amount in the tank with the target high-concentration ozone water. The ozone water obtained by the present embodiment is completely different from the ozone water generated by the ozone gas from which the carbon dioxide gas has been removed, and loses its effectiveness in a very short time after being fed from the discharge pump 23 for ozone water feeding. confirmed.

次に、本発明の効果がもたらされるメカニズムについて検討する。このメカニズムについては推定の段階であるが、本発明の当業者による実施の可能性の是非、本発明の効果には何ら影響を及ぼさない。   Next, the mechanism that brings about the effect of the present invention will be examined. Although this mechanism is in an estimation stage, it does not affect the effect of the present invention at all whether it is possible to implement by the person skilled in the art of the present invention.

オゾンは難溶解性のガスであるため、水中で気泡として存在し易い。しかしながら、気泡は時間経過とともに脱気するため、水中に長時間溶存させることが困難である。濃度低下を抑制するためには、キャビテーションを発生させるなどの方法により微細な気泡とする方法や、オゾン分子を水中に分散させる方法等が存在する。   Since ozone is a hardly soluble gas, it tends to exist as bubbles in water. However, since the bubbles are degassed over time, it is difficult to dissolve them in water for a long time. In order to suppress the decrease in concentration, there are a method of forming fine bubbles by a method of generating cavitation, a method of dispersing ozone molecules in water, and the like.

オゾンは、アルカリ水溶液中では反応性が極めて高くなり、自己分解が進み易くなる。従って生成して濃度を高めるスピードよりも分解スピードが勝る結果、オゾン水を貯留して高濃度に生成、維持することは困難となる。対象の水を酸性にすると、オゾンの自己分解を抑制し、比較的高いオゾン濃度を達成し、維持することが可能となる。   Ozone is extremely reactive in an alkaline aqueous solution, and self-decomposition tends to proceed. Therefore, the decomposition speed is higher than the speed of generating and increasing the concentration. As a result, it is difficult to store ozone water and generate and maintain it at a high concentration. When the target water is acidified, ozone self-decomposition is suppressed, and a relatively high ozone concentration can be achieved and maintained.

この「オゾン自己分解の抑制」という点について配慮をし、炭酸ガスを添加する方法は、数多く散見されるが、この考え方とは逆に、炭酸ガスを除去した酸素または酸素リッチなガスを用いてオゾン水を生成するという方法は、未だ提案されていなかった。本発明では、これまで着目されたことのないことであるが、1)炭酸ガスの水への溶存によりオゾン消費物質(オゾンスカベンジャー)が生成されること、2)生成されたオゾン消費物質が極度にオゾン分解速度を速める現象を誘発しているということ、3)水に溶解しやすい炭酸ガスの除去によるオゾンガス溶解のための水中空間の増大に着目した。特にオゾン消費物質の生成を抑制する、即ち水中に炭酸ガス由来のオゾン反応性の高い物質を発生させないようにすることこそ、pHを酸性に保つこと以上にオゾン水生成の能力向上に寄与するということと思われる。   Considering this “suppression of ozone self-decomposition”, there are many methods of adding carbon dioxide, but contrary to this idea, oxygen or oxygen-rich gas from which carbon dioxide has been removed is used. A method of generating ozone water has not been proposed yet. In the present invention, although it has never been noticed so far, 1) an ozone consuming substance (ozone scavenger) is generated by dissolving carbon dioxide in water, and 2) the generated ozone consuming substance is extremely We focused on the increase of the underwater space for ozone gas dissolution by removing carbon dioxide which is easily dissolved in water. In particular, suppressing the generation of ozone-consuming substances, that is, preventing the generation of carbon-derived ozone-reactive substances in water contributes to the ability to generate ozone water more than keeping the pH acidic. It seems that.

前述したように、これまで当業者は、「オゾン自己分解の抑制」という点に着目し、対象の水を酸性にすることに対し試行錯誤をこらしがちであり、炭酸ガスの水への混入については肯定的であった。本発明では、上記1)、2)の点、すなわち、直接的には水のpHとは関係ないものの、従来肯定的であった炭酸ガスの混入を否定する方向性について探求されており、従来技術とは全く異なる方向性に進んだ果実として得られたものであることは着目に値する。また、オゾンガス溶解を促進するため、水に溶解しやすい炭酸ガスの除去を考慮したことも着目に値する。   As described above, those skilled in the art have focused on the point of “suppression of ozone self-decomposition” and have tended to make trial and error to make the target water acidic. Was positive. In the present invention, the above points 1) and 2), that is, although not directly related to the pH of water, have been sought for the direction of denying the incorporation of carbon dioxide gas, which has been positive in the past. It is worth noting that it was obtained as a fruit that went in a completely different direction from technology. It is also worth noting that the removal of carbon dioxide gas, which is easily dissolved in water, was considered in order to promote ozone gas dissolution.

上述した検討があってこそ、本発明者は、一般的なPSA式酸素濃縮装置に対し、その前段又は後段に炭酸ガス除去装置を組み合わせることにより、新規な構成のオゾン水生成装置を想到するにいたった。すなわち、通常の当業者は、その目的上、一般的なPSA式酸素濃縮装置を単独で使用するのであり、炭酸ガス除去装置を組み合わせるに至る動機づけを持たない。一般的なPSA式酸素濃縮装置においては、炭酸ガス除去装置のみならず、他の成分を変えてしまうような装置を組み合わせるという前提が与えられていないからである。さらに、上述したように、たとえ当業者がオゾン水の濃度維持に着目しても、通常は酸性の維持、すなわち炭酸ガスの添加という方向性の探求をするので、炭酸ガス除去装置を組み合わせることは容易に想到し得ないと考えられる。   The inventors have conceived of an ozone water generation device having a novel configuration by combining a carbon dioxide gas removal device at the front stage or the rear stage of a general PSA type oxygen concentrator with the above-described examination. It was. That is, the ordinary person skilled in the art uses a general PSA type oxygen concentrator alone for that purpose, and has no motivation to combine the carbon dioxide removing device. This is because a general PSA-type oxygen concentrator does not have the premise of combining not only a carbon dioxide removing device but also a device that changes other components. Furthermore, as described above, even if a person skilled in the art pays attention to maintaining the concentration of ozone water, it usually searches for the direction of maintaining acidity, that is, adding carbon dioxide gas. It cannot be easily conceived.

炭酸ガス由来のオゾン反応性の高い物質を発生させないため、炭酸ガスを除去することにより、水の物性をオゾン水に好適に維持し、結果安定化オゾン水として到達濃度を高め、濃度低下を抑制して長時間高濃度を保つことが可能となる。さらに、大量のオゾン水を貯留して生成することも可能となる。その理由は以下の通りと推定される。尚、上述した実施形態では、原料水は超純水ではなく水道水など一般の水であり、原料ガスは純酸素ではなく、空気から分離濃縮して90%から95%濃度の濃縮酸素ガスであり、これをオゾンの原料ガスとすることが、要件として存在する。   Since it does not generate carbon dioxide-derived highly ozone-reactive substances, removing carbon dioxide keeps the physical properties of the water suitable for ozone water, and as a result stabilizes ozone water to increase the concentration reached and suppress the concentration drop Thus, a high concentration can be maintained for a long time. Furthermore, a large amount of ozone water can be stored and generated. The reason is estimated as follows. In the above-described embodiment, the raw water is not pure water but general water such as tap water, and the raw material gas is not pure oxygen, but is concentrated and separated from air and concentrated oxygen gas having a concentration of 90% to 95%. There is a requirement to use this as a raw material gas for ozone.

(1)メカニズム1:オゾンスカベンジャーの発生の背景と、発生を抑制することによる効果
炭酸ガスがオゾンガスに含まれて、オゾン水中に暫時溶解してゆくと発生する現象は次の通りである。前提として、原料水はいわゆる超純水ではなく反応の対象となる物質を含む水であるから、通常の空気がそのまま原料水に混入すると、オゾン消費物質が炭酸の混入により生成されて、それがオゾンの分解を促進すると考えられる。逆に炭酸ガスを除去すれば、この現象を抑制することができるから、極めて明瞭にオゾン水の性能を向上させることができる。
(1) Mechanism 1: Background of generation of ozone scavenger and effects by suppressing generation The phenomenon that occurs when carbon dioxide gas is contained in ozone gas and dissolved in ozone water for a while is as follows. As a premise, the raw water is not so-called ultrapure water but water containing the substance to be reacted, so if normal air is mixed into the raw water as it is, ozone-consuming substances are generated by the mixing of carbonic acid, It is thought to promote the decomposition of ozone. On the contrary, if the carbon dioxide gas is removed, this phenomenon can be suppressed, so that the performance of the ozone water can be improved very clearly.

炭酸ガスを水に溶解させると以下の平衡反応が生じる。
CO(ガス) ⇔ CO(水溶液)
When carbon dioxide is dissolved in water, the following equilibrium reaction occurs.
CO 2 (gas) CO CO 2 (aqueous solution)

水に溶解した炭酸は水素イオン濃度指数(pH)に依存して酸性雰囲気では炭酸(水溶液)になる。
CO(水溶液) + HO ⇔ HCO(水溶液)
Carbonic acid dissolved in water becomes carbonic acid (aqueous solution) in an acidic atmosphere depending on the hydrogen ion concentration index (pH).
CO 2 (aqueous solution) + H 2 O⇔H 2 CO 3 (aqueous solution)

さらに炭酸(水溶液)は、水素イオン濃度指数(pH)に依存して炭酸水素イオン、さらにはアルカリ性雰囲気下では炭酸イオンになる。
CO(水溶液) ⇔ HCO (水溶液) + H
HCO (水溶液) ⇔ CO 2−(水溶液) + H
Further, carbonic acid (aqueous solution) becomes hydrogen carbonate ions depending on the hydrogen ion concentration index (pH), and further becomes carbonate ions in an alkaline atmosphere.
H 2 CO 3 (aqueous solution) ⇔ HCO 3 (aqueous solution) + H +
HCO 3 (aqueous solution) CO CO 3 2− (aqueous solution) + H +

上記の反応でわかるように、水素イオンが生じることから水中に水素イオンを消費する物質(アルカリ度成分;炭酸カルシウムなど)が存在すれば、反応は右辺へと進み、なければpHは酸性になる。従って炭酸水は一般に弱酸性を示す。すなわち、炭酸ガスを水に溶解した場合、酸性側では炭酸、中性では炭酸水素イオン、アルカリ性では炭酸イオンとして存在する。   As can be seen from the above reaction, if a substance that consumes hydrogen ions in the water (alkaliness component; calcium carbonate, etc.) is present in the water, the reaction proceeds to the right side, otherwise the pH becomes acidic. . Therefore, carbonated water generally shows weak acidity. That is, when carbon dioxide gas is dissolved in water, it exists as carbonic acid on the acidic side, hydrogen carbonate ion in the neutral side, and carbonate ion in the alkaline side.

これらのイオンが水中の無機塩類(ナトリウム、カリウム、カルシウムなど)と反応すると炭酸塩、重炭酸塩などのオゾン消費物質(オゾンスカベンジャー)が生じることから、オゾン濃度が低下する可能性がある。例えば、pHが中性で無機塩類としてナトリウムが原料水中に含まれる場合、以下の反応でオゾン消費物質である炭酸水素ナトリウムが生じる。
HCO + Na → NaHCO
When these ions react with inorganic salts (sodium, potassium, calcium, etc.) in water, ozone consuming substances (ozone scavengers) such as carbonates and bicarbonates are generated, which may reduce the ozone concentration. For example, when the pH is neutral and sodium is contained as an inorganic salt in the raw material water, sodium bicarbonate which is an ozone consuming substance is generated by the following reaction.
HCO 3 + Na + → NaHCO 3

従って、炭酸を除去した空気を濃縮し、あるいは濃縮した酸素ガスから炭酸を除去して放電によりオゾンガスとし、水に気液混合してオゾン水を製造すると、このオゾン消費物質の発生を防ぎ、溶存オゾン濃度の低下を抑えることができると考えられる。同様に、安定化オゾン水として高濃度に到達せしめ、さらにそのオゾンガスの生成と混合というオゾン水生成処理を連続して継続してもオゾン分解消失をさせずにオゾン水濃度を高く維持することが可能となる。   Therefore, concentrating air from which carbonic acid has been removed, or removing carbonic acid from the concentrated oxygen gas to produce ozone gas by discharge and gas-liquid mixing with water to produce ozone water prevents the generation of ozone-consuming substances and dissolves them. It is thought that the decrease in ozone concentration can be suppressed. Similarly, the ozone water concentration can be kept high without causing ozone decomposition and disappearing even if the ozone water generation process of generating and mixing the ozone gas is continuously achieved as stabilized ozone water. It becomes possible.

(2)メカニズム2:水中におけるオゾン溶存の可能な空間(スペース)の増大
0℃、1気圧で空気の組成成分を個別に水に溶解させた場合、水中の空気由来の成分は、酸素49mL/L、窒素2.4mL/L、アルゴン5.6mL/L、炭酸170mL/Lとなり、炭酸の量が格段に多くなる。PSA式酸素濃縮装置により得られた濃縮酸素ガス中の酸素割合を95%、その他のガスの割合を5%とすると、水中でオゾンの存在することが可能な空間が、炭酸によって占有される。炭酸ガス除去触媒を用いない従来法でオゾン水を生成した場合、水への溶解性が他のガスよりも格段に良い炭酸ガスが優先的に水中のガス溶存可能な空間に充満する。一方、オゾンガスは混合を繰り返されるものの難溶解性である物質特性でもあるから、水に溶解し難く、溶存オゾン濃度が優位には上昇できない、また、時間経過と共に炭酸ガスにより占有される率が高まり、オゾン濃度が低下する現象が顕著になると考えられる。
(2) Mechanism 2: Increase in the space where ozone can be dissolved in water When the composition components of air are individually dissolved in water at 0 ° C. and 1 atm, the components derived from air in water are oxygen 49 mL / L, nitrogen 2.4 mL / L, argon 5.6 mL / L, carbonic acid 170 mL / L, and the amount of carbonic acid increases remarkably. When the oxygen ratio in the concentrated oxygen gas obtained by the PSA type oxygen concentrator is 95% and the ratio of other gases is 5%, the space where ozone can exist in water is occupied by carbonic acid. When ozone water is generated by a conventional method that does not use a carbon dioxide gas removal catalyst, carbon dioxide gas, which has much better solubility in water than other gases, preferentially fills the space in which gas in water can be dissolved. On the other hand, although ozone gas is a material property that is difficult to dissolve although repeated mixing, it is difficult to dissolve in water, and the dissolved ozone concentration cannot be increased predominately. Also, the rate occupied by carbon dioxide gas increases with time. It is considered that the phenomenon that the ozone concentration decreases becomes remarkable.

本発明の実施形態では、原料ガスである空気中の炭酸ガスを除去する、または空気中から分離濃縮された濃縮酸素ガス(酸素濃度90%から95%)からさらに炭酸ガスを除去する工程を含む。ここで得られた酸素リッチのガスを放電によりオゾンガスとして、水中に気液混合して溶存させ、オゾンの溶存性を驚くべき効率で高めることができる。別の角度から説明すればオゾンの消失を抑えてオゾンのまま存在する確率を大幅に高めることができる。当該実施形態によれば、炭酸ガスを除去しない場合と比較して、オゾン水の溶存オゾン濃度の到達濃度が10%以上高められ、濃度維持特性は数十倍に高められる。   The embodiment of the present invention includes a step of removing carbon dioxide in the air as the raw material gas, or further removing carbon dioxide from the concentrated oxygen gas (oxygen concentration 90% to 95%) separated and concentrated from the air. . The oxygen-rich gas obtained here can be dissolved in water by gas-liquid mixing as ozone gas by discharge, and the solubility of ozone can be enhanced with surprising efficiency. If it demonstrates from another angle, the loss | disappearance of ozone can be suppressed and the probability that ozone exists will be raised significantly. According to this embodiment, compared with the case where carbon dioxide gas is not removed, the concentration reached by the dissolved ozone concentration of ozone water is increased by 10% or more, and the concentration maintenance characteristic is increased several tens of times.

上記実施形態においては炭酸ガス除去装置1の炭酸ガス吸着触媒としては、ソーダライムを主成分としたものが用いられる。本発明において、炭酸ガス吸着触媒として要求される要件は、もっぱら空気中の炭酸ガスを吸着により優先的に除去することである。   In the above embodiment, as the carbon dioxide adsorption catalyst of the carbon dioxide removal apparatus 1, a catalyst mainly composed of soda lime is used. In the present invention, the requirement required as a carbon dioxide adsorption catalyst is to preferentially remove carbon dioxide in the air by adsorption.

また、上記実施形態においてはPSA式酸素濃縮装置28の窒素吸着触媒としては、ゼオライトを主成分としたものが用いられる。本発明において、PSA式酸素濃縮装置の窒素吸着触媒として要求される要件は、もっぱら空気中の窒素ガスを吸着により優先的に除去することである。   Moreover, in the said embodiment, as a nitrogen adsorption catalyst of the PSA type oxygen concentrator 28, what has a zeolite as a main component is used. In the present invention, a requirement required as a nitrogen adsorption catalyst of a PSA type oxygen concentrator is to preferentially remove nitrogen gas in the air by adsorption.

さらに本発明においては、炭酸ガス除去装置とPSA式酸素濃縮装置が必須であるが、これらの装置は別々の装置として設けられている。そして、各々の装置が、別の位置および別のタイミングで、炭酸ガスを主に除去する工程(炭酸ガスを優先的に除去する工程)と、窒素ガスを主に除去する工程(窒素ガスを優先的に除去する工程)とを行う。これら二つの工程の順序は問わない。ただし、これら二つの工程の間で、被処理対象のガスは実質的な他の工程にさらされず、実施形態で示したように接続されて、連続的に処理が行われる。例えば、二つの工程の間で被処理対象のガスの性質を根本的に変化させたり、被処理対象のガスの成分を根本的に変化させたりする工程は存在しない。   Furthermore, in the present invention, a carbon dioxide gas removing device and a PSA oxygen concentrating device are essential, but these devices are provided as separate devices. Then, each apparatus mainly removes carbon dioxide gas at a different position and at different timing (step for removing carbon dioxide gas preferentially), and mainly removes nitrogen gas (nitrogen gas is given priority). Removing step). The order of these two steps does not matter. However, between these two processes, the gas to be processed is not exposed to substantially other processes, and is connected as shown in the embodiment and continuously processed. For example, there is no process for fundamentally changing the properties of the gas to be processed between the two processes or for fundamentally changing the components of the gas to be processed.

このような構成により、装置の全体構成がコンパクトになるとともにい、オゾン水を必要とする現場において、オゾン水を生成しながら被対象物にオゾン水を供給することができる。また、従来からのPSA式酸素濃縮装置を最大限活用しながら、容易に優れたオゾン水生成装置を提供することができる。   With such a configuration, the overall configuration of the apparatus becomes compact, and ozone water can be supplied to the object while generating the ozone water at a site that requires ozone water. In addition, an excellent ozone water generator can be easily provided while utilizing the conventional PSA oxygen concentrator to the maximum extent.

また、上述したように、本発明は、25℃における理論値として18.24MΩ・cmの電気抵抗率をもつ水、いわゆる超純水を、処理対象の原料水として好適には含まない。このような超純水は、オゾンガスを消費するオゾン消費物質の元となる無機塩類等をほとんど含まないため、本発明の処理対象とする意義に乏しいからである。すなわち、本発明でいう原料水は、所定量以上のオゾン消費物質を発生させる元となる無機塩類等の物質を所定量以上含むものを専ら対象とする。ここでの「所定量以上のオゾン消費物質」とは、生成されたオゾン水の到達濃度が低く、高い濃度維持特性を損なうといった問題を引き起こす程度以上の量のことを意味する。   Further, as described above, the present invention suitably does not include water having an electrical resistivity of 18.24 MΩ · cm as a theoretical value at 25 ° C., so-called ultrapure water, as raw material water to be treated. This is because such ultrapure water is scarcely meaningful as a treatment target of the present invention because it contains almost no inorganic salt or the like that is a source of ozone-consuming substances that consume ozone gas. That is, the raw material water referred to in the present invention is exclusively intended for water containing a predetermined amount or more of a substance such as an inorganic salt that generates a predetermined amount or more of ozone consuming material. Here, “a predetermined amount or more of ozone consuming substance” means an amount that is higher than a level that causes a problem that the concentration of the generated ozone water is low and the high concentration maintenance characteristic is impaired.

また、上記実施形態で用いられる気液混合装置は、エジェクターを用いてオゾンガスと水を混合する方法を採用している。しかし、エジェクター以外でも気液混合可能な方法・装置であれば、本発明の内容に含まれる。   Moreover, the gas-liquid mixing apparatus used by the said embodiment employ | adopts the method of mixing ozone gas and water using an ejector. However, any method / apparatus capable of gas-liquid mixing other than an ejector is included in the content of the present invention.

本発明により得られたオゾン水は、従来のものに比してより高い殺菌効果、洗浄効果、脱臭効果、対象表面からの物質剥離効果をもち、その効果も長時間維持されることとなる。したがって、本発明により得られたオゾン水、すなわちオゾン消費物質(オゾンスイカベンジャー)を増加されていないオゾン水は、従来オゾン水に比してより広範な技術分野、産業分野に適用可能となる。   The ozone water obtained by the present invention has a higher sterilizing effect, cleaning effect, deodorizing effect, and substance peeling effect from the target surface as compared with the conventional one, and the effect is also maintained for a long time. Therefore, the ozone water obtained by the present invention, that is, the ozone water in which the ozone consumption substance (ozone watermelon venger) is not increased, can be applied to a wider technical field and industrial field than the conventional ozone water.

なお、本発明は、本発明の趣旨ならびに範囲を逸脱することなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が様々な変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。   The present invention is intended to be variously modified and applied by those skilled in the art based on the description in the specification and well-known techniques without departing from the spirit and scope of the present invention. Included in the scope for protection. Moreover, you may combine each component in the said embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.

本発明によれば、高い溶存オゾン濃度への到達と、高い濃度維持特性をもつオゾン水が得られるため、オゾン水の弱点であった高濃度にし難い点と、不安定で大量生成が困難であった点を補い、さらに広範な技術分野、産業分野に適用でき、普及が可能となる。   According to the present invention, ozone water having a high dissolved ozone concentration and high concentration maintaining characteristics can be obtained. Therefore, it is difficult to achieve a high concentration which was a weak point of ozone water, and unstable and mass production is difficult. It can be applied to a wide range of technical and industrial fields and can be spread.

1 炭酸ガス除去装置
2 フィルター
3 炭酸ガス濃度センサー
4 コンプレッサー
5 ドライヤー
6 PSA(Pressure Swing Adsorption)式酸素濃縮ユニット
7 オゾナイザー(オゾンガス発生装置)
8 逆流防止弁
9 空気(大気)
10 水(コンプレッサードレン)
11 水(ドライヤードレン)
12 未溶解余剰オゾンガス分解装置
13 混合オゾンガス未溶解気泡分離用タンク
14 エジェクター(気液混合装置)
15 排気ガス(オゾン分解後の酸素ガス)
16 水道水(原料水)
17 チラー
18 溶存オゾン濃度計
19 水温計
20 冷却水循環ポンプ
21 オゾン水生成用循環ポンプ
22 貯留タンク
23 オゾン水送水用吐出ポンプ
24 オゾンガス供給経路
25 経路
26 排気ガス(分離後の窒素ガス)
27 酸素ガスセンサー
28 PSA式酸素濃縮装置(窒素分離機構)
100 オゾンガス生成部(オゾンガス供給ライン)
200 オゾン水生成循環ライン
1 Carbon Dioxide Removal Device 2 Filter 3 Carbon Dioxide Concentration Sensor 4 Compressor 5 Dryer 6 PSA (Pressure Swing Adsorption) Type Oxygen Concentration Unit 7 Ozonizer (Ozone Gas Generator)
8 Backflow prevention valve 9 Air (atmosphere)
10 Water (Compressor drain)
11 Water (dryer drain)
12 Undissolved surplus ozone gas decomposition device 13 Mixed ozone gas undissolved bubble separation tank 14 Ejector (gas-liquid mixing device)
15 Exhaust gas (oxygen gas after ozone decomposition)
16 Tap water (raw water)
17 Chiller 18 Dissolved ozone concentration meter 19 Water temperature meter 20 Cooling water circulation pump 21 Ozone water generation circulation pump 22 Storage tank 23 Ozone water supply discharge pump 24 Ozone gas supply path 25 Path 26 Exhaust gas (nitrogen gas after separation)
27 Oxygen gas sensor 28 PSA oxygen concentrator (nitrogen separation mechanism)
100 Ozone gas generator (ozone gas supply line)
200 Ozone water generation circulation line

Claims (3)

吸着作用により窒素ガスを空気中から吸着分離して濃縮酸素ガスを生成するPSA(P
ressure Swing Adsorption)式酸素濃縮装置と、
放電により前記濃縮酸素ガスをオゾンガスに変化させるオゾンガス発生装置と、
前記オゾンガスを原料水中に溶存させてオゾン水を生成する気液混合装置と、
を備えるオゾン水生成装置であって、
前記PSA式酸素濃縮装置の前段又は後段に配置され、ソーダライムを主成分とする炭
酸ガス吸着触媒を含み前記空気または前記濃縮酸素ガスから炭酸ガスを除去する炭酸ガス
除去装置をさらに含むことを特徴とするオゾン水生成装置。
PSA (P) which generates concentrated oxygen gas by adsorbing and separating nitrogen gas from the air
(resisting Swing Adsorption) type oxygen concentrator,
An ozone gas generator for changing the concentrated oxygen gas into ozone gas by discharge;
A gas-liquid mixing device for generating ozone water by dissolving the ozone gas in raw material water;
An ozone water generator comprising:
It further includes a carbon dioxide gas removal device that is disposed in the front stage or the rear stage of the PSA type oxygen concentrator and includes a carbon dioxide adsorption catalyst mainly composed of soda lime and removes carbon dioxide from the air or the concentrated oxygen gas. Ozone water generator.
前記炭酸ガス除去装置の前記ソーダライムに水分を供給し、炭酸ガス吸着効果を維持するための加湿機構もしくは加水機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載のオゾン水生成装置。   2. The ozone water generation apparatus according to claim 1, further comprising a humidification mechanism or a hydration mechanism for supplying moisture to the soda lime of the carbon dioxide removal device and maintaining a carbon dioxide adsorption effect. ソーダライムを主成分とする吸着剤により空気中から炭酸ガスを除去し、次に前記炭酸ガスを除去した空気を除湿し、次に吸着作用により窒素ガスを空気中から吸着分離して濃縮酸素ガスを生成するPSA式酸素濃縮装置により窒素ガスを前記空気中から分離して濃縮酸素ガスを生成し、次に放電により前記濃縮酸素ガスをオゾンガスに変化させ、次に前記オゾンガスを水中に溶解させる工程が連続的に行われることを特徴とするオゾン水生成方法。 Carbon dioxide gas is removed from the air with an adsorbent containing soda lime as a main component, then the air from which the carbon dioxide gas has been removed is dehumidified, and then nitrogen gas is adsorbed and separated from the air by an adsorption action to concentrate oxygen gas. nitrogen gas is separated from the air to produce concentrated oxygen gas by PSA-type oxygen concentrator for generating, then discharging the concentrated oxygen gas is changed to ozone by, then allowed to dissolve the ozone gas in the water process Is performed continuously , the ozone water production | generation method characterized by the above-mentioned.
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