JP6741248B2

JP6741248B2 - オゾンを含む超微細気泡の発生装置

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Publication number: JP6741248B2
Application number: JP2014184683A
Authority: JP
Inventors: 聡安斎; 安斎　　聡
Original assignee: 聡安斎; 安斎聡
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2034-09-10
Also published as: JP2016055262A

Description

本発明は、液中においてオゾンを含む微細な気泡を発生させるオゾンを含む超微細気泡の発生装置の技術に関する。

近年、液中において気泡のサイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性及び自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、魚介類の養殖、植物の栽培、食物の洗浄・殺菌、及び排水の脱色等に使用する技術が開発されている。

前記特性を持った超微細気泡の発生装置として、従来から、コンプレッサにより圧送された空気を放出する空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより放出する気泡を引きちぎって微細化する方法は公知となっている。また、攪拌してできた気泡をメッシュ部材に当てて通しながら気泡を細分化する装置が公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
また、食物の洗浄・殺菌や、排水の脱色の用途において、酸化力の高いオゾンの気泡を含有した抗菌活性のあるオゾン気泡を含有する液体を生成し、吐出する装置が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３９５８３４６号公報特開２０１２−２２３７０５号公報

超微細気泡発生装置は、オゾンを発生するためのオゾン発生装置を備えている。
従来は、オゾン発生装置は、水銀灯やハロゲン灯による短い波長の紫外線照射や、無声放電などによりオゾンを発生させている。ここで、短い波長の紫外線とは１８５ｎｍの波長を含む紫外線である。例えば、紫外線照射によるオゾンの発生においては、紫外線を発生させる水銀灯やハロゲン灯などの光源が必要であり、この光源はオゾン発生時に高熱となる。オゾンの製造工程において周囲の温度が高温になると、製造効率が落ちるため、放熱作用を持つ材料を光源の周囲に配置する必要がある。このため、超微細気泡を発生させる箇所にオゾン発生装置を配置することは困難であった。
また、オゾンを発生させる箇所と、超微細気泡を発生させる箇所とを離れた場所に配置した場合には、オゾンを送るための配管が必要であり、配管には耐オゾン性を備えるための加工が必要であった。そのため、部品点数や作業工程が多くなり、コストが増大していた。

そこで、本発明はかかる課題に鑑み、簡易な方法でオゾン発生装置の熱を効率的に放熱することができ、コストを抑えることができるオゾンを含む超微細気泡の発生装置を提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、一部または全部がグラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成された気泡発生媒体と、前記気泡発生媒体内へ気体を送る圧送手段と、を備え、
前記気泡発生媒体の内部に、オゾンを発生させるオゾン発生装置を設け、
前記オゾン発生装置は、前記気体へ紫外線を照射してオゾンを発生させる光源を備え、
前記光源は、前記気泡発生媒体の内部に配置され、
前記圧送手段が前記気泡発生媒体内へ気体を圧送する圧力は、周囲の水圧よりも０．１〜０．３ＭＰａ高いものである。

請求項２においては、前記光源に流れる電流を制御する安定器を備え、
前記安定器は、前記気泡発生媒体の内部に配置されたものである。

請求項３においては、一部または全部がグラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成された気泡発生媒体と、前記気泡発生媒体内へ気体を送る圧送手段と、を備え、
前記気泡発生媒体の内部に、オゾンを発生させるオゾン発生装置を設け、
前記オゾン発生装置は、無声放電を行いオゾンを発生させる電極を備え、
前記電極は、前記気泡発生媒体の内部に配置され、
前記圧送手段が前記気泡発生媒体内へ気体を圧送する圧力は、周囲の水圧よりも０．１〜０．３ＭＰａ高いものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、オゾンを発生させる箇所であるオゾン発生装置を、超微細気泡を
発生させる箇所である気泡発生媒体の内部に配置することで、一か所にまとめることがで
き、配管等を設ける必要が無くなり、部品点数の増大や作業工程の増大を抑え、コストを
抑制することができる。また、光源の熱を効率的に放出できる。また、光源は、紫外線を照射してオゾンを作るので空気など窒素を含む気体を用いてもＮＯｘの発生を抑えることができる。また、気泡発生媒体を形成する高密度複合体は、オゾンに対する耐腐食性を備えているのでオゾンに対する耐腐食性を有する部材の使用機会を抑えることができる。

請求項２においては、安定器を配置するスペースを省くことができ、装置の小型化を図
ることができる。

請求項３においては、電極の熱を効率的に放出できる。また、気泡発生媒体を形成する
高密度複合体は、オゾンに対する耐腐食性を備えているのでオゾンに対する耐腐食性を有
する部材の使用機会を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した斜視図。同じく超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。同じく気泡発生媒体の構成を示した断面一部拡大図。第二の実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。第三の実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。（ａ）第四の実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図（ｂ）同じくＡ−Ａ線断面図。第五の実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかるオゾンを含む超微細気泡の発生装置である超微細気泡発生装置１の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。
超微細気泡発生装置１は、水中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、サイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの気泡を意味する。また、本実施形態に係る超微細気泡には、オゾンが含まれる。オゾンは、酸化力の高い物質であり、酸化作用の他、殺菌・脱色・脱臭・有機物の除去等の作用を奏する。また、オゾンを超微細気泡とすることにより、通常の気泡と異なり、表面積が非常に大きい特性及び自己加圧効果などの化学的な特性を有しているので、より長い時間水中内にオゾンを存在させることができる。
超微細気泡発生装置１は、魚介類の養殖、植物の栽培、食物の洗浄・殺菌、及び排水の脱色等に使用する。
超微細気泡発生装置１は、グラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成された気泡発生媒体２と、気泡発生媒体２内へ気体を送る圧送手段であるポンプ４と、オゾンを発生させる手段であるオゾン発生装置１１と、を備える。
オゾン発生装置１１は、気体へ紫外線を照射してオゾンを発生させる光源３と、光源３に流れる電流を制御する安定器５と、を備える。

気泡発生媒体２は、グラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成されている。グラファイトと非金属との複合体とは、少なくとも、グラファイトと、セラミックス等の非金属とを含む材料で形成された複合体であり、他にガラスや金属等を含む素材であってもよい。含まれる金属は、例えば、オーステナイト系ステンレスの代表的な鋼種であるＳＵＳ３１６Ｌである。
また、多孔質とは、直径数百ｎｍ〜数十μｍの無数の孔２ｂ（図３参照）を有する性質を意味し、多孔質である高密度複合体は、通気性を備えるが、透水性は備えない。
高密度複合体は、熱伝導効率が高い素材であり、高密度複合体を介して効率よく熱交換を行うことができる。また、高密度複合体は、オゾンに対する耐腐食性を備えている。また、高密度複合体は、導電性を備えている。

気泡発生媒体２は、内部に空間（内部空間２ａ）を設けた立体状に形成されており、本実施形態においては、直方体状に形成されている。また、内部空間２ａとは、ポンプ４から圧送されてきた空気等の気体を圧入するための空間であり、その形状は限定するものではなく、例えば、長手方向へ延伸した一つの大きな空洞で構成することも可能である。ポンプ４から圧送された気体は、図３に示すように、孔２ｂから液体中へ放出される構造となっている。すなわち、ポンプ４から圧送された気体のガス圧で、超微細気泡が孔２ｂから液体中へ放出されるものである。ガス圧は、周囲の水圧よりも高く設定されており、内部空間２ａは陽圧となるように構成されており、具体的にはガス圧は、周囲の水圧よりも０．１〜０．３ＭＰａ程度高くなるように構成されている。

ポンプ４は、気泡発生媒体２の内部空間２ａへ気体を圧送する手段であり、例えば、電力やエンジンによって駆動される。ポンプ４によって圧送される気体は、酸素を含む気体であり、例えば空気である。また、圧送される気体に、水素などを含ませることも可能である。

オゾン発生装置１１は、オゾンを発生させるための手段であり、光源３と、安定器５と、電源６とを備えている。
光源３は、ポンプ４によって圧送された気体へ紫外線を照射してオゾンを発生させる部材である。
光源３は、紫外線を発生させることができる部材であり、本実施形態においては、紫外線照射灯で構成されている。光源３はオゾンに対する耐性を備えている。また、光源３は、気泡発生媒体２の内部空間２ａに配置されている。
光源３は、安定器５を介して電源６に接続されている。

安定器５は、光源３の電流を制御するための部材である。安定器５は、抵抗、インダクタンスもしくはキャパシタンス回路のうちのいずれかあるいはこれらを組み合わせたもので構成される。

電源６は、光源３へ電力を供給するものであり、例えば、ＡＣ電源で構成されている。

次に、本実施形態に係る超微細気泡発生装置１を用いたオゾンを含む超微細気泡の発生方法について説明する。
超微細気泡発生装置１の気泡発生媒体２は、液体が入れられた槽１００の中に配置される。また、超微細気泡発生装置１のポンプ３、安定器５、及び電源６は槽１００の外に配置される。

ポンプ４によって圧送された気体（空気）は、気泡発生媒体２の内部空間２ａへと流入する。このとき気体の圧力の方が外部の液圧よりも高い陽圧状態であるので、内部空間２ａには液体が流入せず、気体のみが充填されている。

内部空間２ａに流入した気体に含まれる酸素は、光源３から照射される紫外線により、オゾンへと化学変化する。これにより、オゾンが含まれる気体が内部空間２ａ内に発生する。紫外線によってオゾンを発生させるため、内部空間２ａに流入した気体が窒素を多く含む空気であっても、真空放電によってオゾンを発生させた場合と比べて、ＮＯｘの発生を抑えることができる。

光源３から紫外線を照射する場合には、光源３は高熱となる。オゾンの製造工程において周囲の温度が高温になると、オゾンの製造効率が落ちるが、気泡発生媒体２が熱伝導効率の良い部材であるため、光源３の熱を外部へ効率よく放出することができるので、効率よくオゾンを製造することができる。

図３に示すように、内部空間２ａ内で発生したオゾンは、孔２ｂを通って、超微細気泡となって槽１００内の液体中へと放出される。このように放出された超微細気泡は、オゾンを含むサイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの気泡である。
このように構成することにより、オゾンを発生させる箇所である光源３を配置した内部空間２ａと超微細気泡を発生させる箇所である気泡発生媒体２の孔とを一か所にまとめることができる。

オゾンを含む超微細気泡が存在する液体は、酸化作用の他、殺菌・脱色・脱臭・有機物の除去等の作用を奏することができる。例えば、海水内で、超微細気泡発生装置１を用いた場合には、海水内にオゾンを含む超微細気泡が存在することで、有害な有機物を除去し海水を浄化し、養殖している生物に適した環境を整えることができる。

また、水中で、超微細気泡発生装置１を用いた場合には、オゾンを含有する水（オゾン水）として様々な用途で使用することができる。例えば、食物の洗浄・殺菌、魚介類の養殖、植物の栽培等に使用することができる。

また、排水内で超微細気泡発生装置１を用いた場合には、排水内にオゾンを含む超微細気泡が存在することで、排水を浄化・脱色することができる。

また、化粧品に用いる液体内で、超微細気泡発生装置１を用いた場合には、化粧品に用いる液体内にオゾンを含む超微細気泡が存在することで、オゾンの酸化作用を用いた肌の角質除去効果を奏することができる。

以上のように、オゾンを含む超微細気泡の発生装置である超微細気泡発生装置１は、一部または全部がグラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成された気泡発生媒体２と、気泡発生媒体２内へ気体を送るポンプ４（圧送手段）と、を備え、気泡発生媒体２の内部に、オゾンを発生させるオゾン発生装置１１を設けたものである。
このように構成することにより、オゾンを発生させる箇所であるオゾン発生装置１１を超微細気泡を発生させる箇所である気泡発生媒体２の内部に配置することで、一か所にまとめることができ、配管等を設ける必要が無くなり、部品点数の増大や作業工程の増大を抑え、コストを抑制することができる。

また、オゾン発生装置１１は、前記気体へ紫外線を照射してオゾンを発生させる光源３と、を備え、光源３は、気泡発生媒体２の内部に配置されたものである。
このように構成することにより、光源３の熱を効率的に放出できる。また、光源３は、紫外線を照射してオゾンを作るので空気など窒素を含む気体を用いてもＮＯｘの発生を抑えることができる。
また、気泡発生媒体２を形成する高密度複合体は、オゾンに対する耐腐食性を備えているのでオゾンに対する耐腐食性を有する部材の使用機会を抑えることができる。

＜第二の実施形態＞
また、気泡発生媒体１２は、図４に示すように、一部をグラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成することも可能である。
本実施形態においては、気泡発生媒体１２は直方体で形成されており、上下二面を高密度複合体１３で構成し、側面をオゾンに対する耐腐食性を備えるセラミックス１４で形成している。

このように構成することにより、コストを抑えることができる。

＜第三の実施形態＞
また、他の実施形態に係る超微細気泡発生装置は、図５に示すように、安定器１５が、気泡発生媒体２の内部空間２ａに配置されるものである。
安定器１５は、その周囲にオゾンに対する耐腐食性のあるコーティング材１５ａを設けている。

以上のように、オゾンを含む超微細気泡の発生装置である超微細気泡発生装置１は、前記光源３に流れる電流を制御する安定器１５を備え、安定器１５は、気泡発生媒体２の内部に配置されたものである。
このように構成することにより、安定器１５を配置するスペースを省くことができ、装置の小型化を図ることができる。

＜第四の実施形態＞
また、他の実施形態に係る超微細気泡発生装置１は、図６に示すように、気泡発生媒体２５を筒状に構成し、気泡発生媒体２５の長手方向を液体の流れる配管１０１の流れる方向と平行に配置するものである。
すなわち、配管１０１の内側に筒状の気泡発生媒体２５を設けることにより、二重管構造とするものである。
このように構成することにより筒の外側面から放出される超微細気泡は、配管１０１を流れる液体によって液体中へ移動しやすくなる。

＜第五の実施形態＞
また、他の実施形態に係る超微細気泡発生装置１は、図７に示すように、オゾン発生装置１１を備え、オゾン発生装置１１は、無声放電を行う電極５１・５１を備えるものである。
無声放電とは、一定の間隔をおいた平板の片方、もしくは両方の電極５１・５１を絶縁体で覆い、交流電圧をかけた場合におこる放電のことである。
電極５１・５１は、平板上の部材であり、ステンレス等の金属によって構成されており、互いに平行で等間隔に配設されている。電極５１・５１は、気泡発生媒体２の内部空間２ａに配置されており、外部に配置された電源６に接続されている。
電極５１・５１間で無声放電を行うことにより発生したプラズマ中の自由電子は、酸素分子と衝突して酸素を原子へ解離し、又は励起酸素分子を発生させる。酸素分子及び発生した励起酸素分子は、他の酸素分子と反応してオゾンを発生させるものである。

また、電極５１・５１において無声放電を行う場合には、電極５１・５１は高熱となる。オゾンの製造工程において周囲の温度が高温になると、オゾンの製造効率が落ちるが、気泡発生媒体２が熱伝導効率の良い部材であるため、電極５１・５１の熱を外部へ効率よく放出することができるので、効率よくオゾンを製造することができる。

なお、本実施形態においては、電極５１・５１を平板状の部材で形成したがこれに限定されるものではなく、例えば、気泡発生媒体２は、導電性を備えているため、一方の電極５１の代わりに、気泡発生媒体２自体に電流を流し、気泡発生媒体２と電極５１との間で無声放電を行うこともできる。

１超微細気泡発生装置
２微細気泡発生媒体
３光源
４ポンプ（圧送手段）
５安定器
６電源
１１オゾン発生装置

Claims

一部または全部がグラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成された気泡発生媒体と、前記気泡発生媒体内へ気体を送る圧送手段と、を備え、
前記気泡発生媒体の内部に、オゾンを発生させるオゾン発生装置を設け、
前記オゾン発生装置は、前記気体へ紫外線を照射してオゾンを発生させる光源を備え、
前記光源は、前記気泡発生媒体の内部に配置され、
前記圧送手段が前記気泡発生媒体内へ気体を圧送する圧力は、周囲の水圧よりも０．１〜０．３ＭＰａ高い、
オゾンを含む超微細気泡の発生装置。
前記光源に流れる電流を制御する安定器を備え、
前記安定器は、前記気泡発生媒体の内部に配置された、
請求項１に記載のオゾンを含む超微細気泡の発生装置。
一部または全部がグラファイトと非金属との複合体であって多孔質である高密度複合体で形成された気泡発生媒体と、前記気泡発生媒体内へ気体を送る圧送手段と、を備え、
前記気泡発生媒体の内部に、オゾンを発生させるオゾン発生装置を設け、
前記オゾン発生装置は、無声放電を行いオゾンを発生させる電極を備え、
前記電極は、前記気泡発生媒体の内部に配置され、
前記圧送手段が前記気泡発生媒体内へ気体を圧送する圧力は、周囲の水圧よりも０．１〜０．３ＭＰａ高い、
オゾンを含む超微細気泡の発生装置。