JPWO2006038298A1 - オゾン水製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】オゾンガスを原料水中に高濃度で溶解できるとともに、安価で製造可能なオゾン水製造装置を提供すること。【解決手段】オゾンガス発生部１１０にて生成されたオゾンガスと原料水とを接触させるアスピレータ１２０と、アスピレータ１２０に接続されて内部表面に凹部１３１と凸部１３２とが交互に形成されたチューブ１３０からなる気液溶解部を設けることにより、このチューブ１３０内にオゾンガスと原料水との混合液を流動させることによって原料水中にオゾンガスを高濃度で溶解させる。【選択図】図１
Description
本発明は、オゾンガスを原料水に接触させ溶解させてオゾン水を生成するオゾン水製造装置に関し、さらに詳しくは、オゾンガスを水に溶解させる気液溶解部を、内部表面に凹部と凸部とが交互に形成されるチューブより構成したオゾン水製造装置に関するものである。
オゾン（化学式Ｏ３）は、強い酸化力を有して殺菌や脱臭に極めて有効であることが知られており、その利用形態としては、オゾンガスの他に、オゾンガスを水に溶解させて生成されるオゾン水がある。オゾン水は、医療、食品等の分野において、手洗い用の洗浄水として使用されたり、医療用機器、食品製造機器、食器等の殺菌洗浄等に用いられている。また、オゾンは塩素や次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素水といった他の殺菌剤や酸化剤のように残留性がなく、しかも有害有機物を分解、無害化する作用も認められていることから、環境問題が深刻となってきている中でその利用範囲は今後さらに広がっていくものと思われる。
オゾン水はオゾンガス発生器によって生成されたオゾンガスを水に接触させて溶解させることによって生成される。オゾンガスを製造する方法としては、主に無声放電法と電解法がある。無声放電法とは、平行平板状若しくは同軸円筒状に配置された一対の電極間に酸素含有気体を流しつつ、放電を生じさせてオゾンガスを発生させるものである。無声放電法によるオゾンガス発生器としては、例えば、２重管構造の放電管の外側を固体誘電体の管で覆い、それら放電管と固体誘電体の管の間に電解質溶液もしくは水を密封し、一方、放電管の内側の管の内部を電解質溶液、水もしくは空気で冷却するように構成したものがある（特許文献１参照）。また、電解法とは、水中に電解質膜を挟んで一対の電極をおいて、両極間に直流電圧をかけて水の電気分解を起こさせて、その際酸素発生側に酸素と同時にオゾンを発生させる方法である。電解法によるオゾンガス発生器としては、例えば、固体重合体電解質隔膜の両側に、電極面に給水部を接触させて設けた陽極と陰極の一対の電極を配設するとともに、給水部に水を補給する導水部を接続したものがある（特許文献２参照）。
オゾン水製造装置は通常、上記のようなオゾンガス発生器と、このオゾンガス発生器によって生成されるオゾンガスを原料水に溶解させる気液溶解部とを備えてなる。気液溶解部としては、例えば、水槽の下方からオゾンガスを吹き込むバブリング法によるものや、原料水の配管の一部に狭隘部を設けてそこにオゾンガスを吹き込むエジェクター法によるもの、ポンプで水とオゾンガスを撹拌する撹拌法によるもの、多孔質膜に水を流して、その外側にオゾンガスを流して水中にオゾンガスを吸収させる隔膜溶解法によるもの等がある。このうち、エジェクター法によるものは、装置の構成を簡素化できるので、コスト面と小型化の面において有利である。
このエジェクター法に静止型ミキサーを組み合わせてなる気液溶解部を備えるオゾン水製造装置が提案されている（特許文献３参照）。静止型ミキサーとは、螺旋状に回転した複数個の羽根を連結したものをパイプ内に設置して構成されるものであり、このパイプ内部を２種以上の流体が通流する際に、２種以上の流体が複数個の羽根の存在によって分割、混合を繰り返し撹拌混合されるものである。静止型ミキサーとしては、例えば、気体や液体といった流体が通流する筒状の部材の内部に、時計方向に螺旋状に１８０°回転して螺旋状に形成される第１羽根部材と、反時計方向に螺旋状に１８０°回転して形成される第２羽根部材が配設されるとともに、第一羽根部材と第２羽根部材との境界部に孔が設けられて複数の流体通路が形成されるものがある（特許文献４参照）。このような静止型ミキサーを採用することによって、オゾンガスと原料水との混合効率を向上させることができる。
しかしながら、一方で静止型ミキサーは製造工程が複雑であり製造コストがかかることから、これを採用したオゾンガス製造装置は高価となっていた。
特開２００３−２０６１０８号公報
特開平７−１５７３０１号公報
登録実用新案第３１００１９４号公報
特許第３３３９２６９２号公報
そこで、本発明は、静止型ミキサーを採用するオゾン水製造装置に匹敵する気液混合性能を有しながら、安価で製造可能なオゾン水製造装置を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明が採った手段は、オゾンガスを原料水に溶解させてオゾン水を生成するオゾン水製造装置であって、オゾンガス発生部にて生成されたオゾンガスと原料水とを接触させるアスピレータと、該アスピレータに接続されて内部表面に凹部と凸部とが交互に形成されたチューブからなり、該チューブ内をオゾンガスと原料水とが流動することによりオゾンガスを原料水中に溶解させる気液溶解部とを備えることを特徴とするオゾン水製造装置である。
すなわち、請求項１に記載のオゾン水製造装置は、アスピレータを介して気液溶解部たるチューブの内部にオゾンガスと原料水とを流入させ、オゾンガスと原料水とがチューブ内を流動する際に凹部及び凸部に衝突して乱流状態を形成することにより原料水中にオゾンガスを溶解させるものである。内部に凹部と凸部とが形成されたチューブを気液溶解部として採用することで、従来の静止型ミキサーよりも低コストで同等の気液混合性能が得られるようになる。
また、請求項２に記載の発明が採った手段は、チューブは、内部表面に交互に形成される複数の凹部及び凸部が、それぞれ軸長方向に連続してらせん形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造装置である。
チューブ内部に形成される凹部と凸部とを、それぞれ軸長方向に連続してらせん形状に形成することにより、オゾンガスと原料水とがチューブ内で凹部と凸部に沿って螺旋状に回転しながら流動することとなるので、溶解効率をより向上させることができる。
また、請求項３に記載の発明が採った手段は、チューブは、少なくともその内部表面がオゾン耐性を有する材質より形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン水製造装置である。
チューブの内部表面をオゾン耐性を有する材質より形成することで、オゾンガスの接触によるチューブの腐食劣化を防止することができる。
請求項１に記載のオゾン水製造装置によれば、アスピレータに接続される気液溶解部を、内部表面に凹部と凸部とが交互に形成されるチューブより形成したことによって、アスピレータで接触したオゾンガスと原料水とがチューブ内を流動する際に凹部と凸部とにより抵抗を受けて乱流状態となって、オゾンガスを原料水中に高濃度で溶解させることが可能となる。また、気液溶解部を低コストで作成することが可能となるので、オゾンガスの溶解性に優れたオゾン水製造装置を安価で提供することができる。
請求項２に記載のオゾン水製造装置によれば、請求項１に記載のオゾン水製造装置の効果に加えて、チューブの内部表面に形成される複数の凹部及び凸部がそれぞれ軸長方向に連続してらせん形状に形成されることにより、オゾンガスと原料水とがより乱流状態を形成しやすくなるので、オゾンガスの溶解効率をより向上させることができる。
請求項３に記載のオゾン水製造装置によれば、チューブの内部表面をオゾン耐性を有する材質より形成したことにより、オゾンガスとの接触によって生じる腐食劣化が起こりにくくなって装置のトラブルを防止できるとともに、メンテナンスの頻度も少なくて済むことからランニングコストを安価に抑えることができる。
本発明に係るオゾン水製造装置は、オゾンガス発生部と、アスピレータと、気液溶解部と、気液分離部とを備える。
オゾンガス発生部には、既存のオゾンガス発生器を用いることができ、例えば、平行平板状若しくは同軸円筒状に配置された一対の電極間に酸素含有気体を流しつつ、放電を生じさせてオゾンガスを発生させる無声放電式のオゾンガス発生器、水中に電解質膜を挟んで一対の電極をおいて、両極間に直流電圧をかけて水の電気分解を起こさせて、その際酸素発生側に酸素と同時にオゾンを発生させる電解式のオゾンガス発生器等を用いることができる。
アスピレータは、原料水とオゾンガス発生部にて生成されたオゾンガスとを接触させるものである。すなわち、アスピレータを上水道等の原料水供給手段とオゾンガス発生部とに接続し、原料水がアスピレータを通過するに伴ってアスピレータ内に生じる負圧によってオゾンガス発生部において生成されたオゾンガスをアスピレータ内に導入して原料水と接触させることができる。
尚、原料水としては、水道水をフィルター濾過して鉄錆、有機物、塩素などの不純物を除去した浄水や、水道水から逆浸透膜（ＲＯ膜）などを使用した純水器で精製された純水、医療用として市販されている蒸留水、滅菌精製水、注射用水等、不純物がなるべく除去されたものを使用することが好ましい。
気液溶解部は、上記アスピレータにて原料水と接触させたオゾンガスを、原料水中に溶解させてオゾン水を生成するものである。気液溶解部は、内部表面に凹部と凸部とが形成されたチューブが用いられる。内部表面の形状としては、例えば、蛇腹状に形成されたものや凹部と凸部とがそれぞれ軸長方向に連続してらせんを形成するものが挙げられ、このうち、らせん形状を成すものがオゾンガスと原料水の滞留がなく乱流状態を形成しやすいことから特に好ましい。
チューブの内径は特に限定されるものではなく、原料水の流量に応じて加減すればよい。また、チューブの長さについても特に限定されるものではないが、５０ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲で設定するとよく、このうち、特に１５０ｍｍとすることが好ましい。長さを５０ｍｍよりも短くすると、十分なオゾン濃度を有するオゾン水を得ることができず、一方、１０００ｍｍよりも長くしても、それ以上のオゾン水濃度が得られないからである。
また、チューブの少なくとも内部表面は、オゾン耐性を有する材質より形成することが好ましい。内部表面をオゾン耐性を有する材質とすることで、チューブの腐食劣化が生じにくくなるからである。オゾン耐性を有する材質としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン四フッ化エチレン樹脂等のフッ素樹脂や、純チタン、セラミック、ガラス等が挙げられ、チューブ全体をこれら材質より形成してもよいし、内部表面をこれら材質でコーティング処理してもよい。
また、オゾン水製造装置には、気液溶解部にて生成されたオゾン水を貯留するとともに、水中に溶解されなかった余剰のオゾンガスを分離する気液分離部が設けられるとよい。気液分離部で分離された余剰のオゾンガスは、気液分離部に接続されるオゾンガス処理部を介して酸素に分解されてから外部に排出されるようにする。オゾンガスは殺菌、脱臭等に極めて有用なものである反面、高濃度のオゾンガスは人体にとって危険性があることから、これによる事故を防ぐためである。オゾンガスの処理方法には、活性炭分解法、触媒法、熱分解法等があり、これら方法による既存のオゾンガス処理装置を用いることが可能である。
以下に、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係るオゾン水製造装置１００の概略図を示している。
オゾン水製造装置１００は、オゾンガス発生部１１０と、アスピレータ１２０と、気液溶解部たるスパイラルチューブ１３０と、気液分離部１４０と、オゾンガス処理部１５０とオゾン水出力部１６０とを有している。
オゾンガス発生部１１０は、図示しない酸素ボンベに接続されており、この酸素ボンベより供給される酸素ガスを平行平板状に配置された一対の電極間に流しつつ、交流高電圧を印加してオゾンガスを発生させる無声放電式のものを採用している。このオゾンガス発生部は、アスピレータ１２０に接続されており、発生したオゾンガスはアスピレータ１２０内へと流入する。
アスピレータ１２０は、図示しない濾過フィルタを介して上水道に接続されるとともに、上述のオゾンガス発生部１１０に接続されており、内部には濾過フィルタにより濾過された浄水が流入する管路と、これに連通するオゾンガスが流入する管路とが形成されている。そして、このアスピレータ１２０内を浄水が流入する際に生じる負圧によってオゾンガスが吸引され、浄水と混合される。また、アスピレータ１２０は次に詳述するスパイラルチューブ１３０に接続されていて、アスピレータ１２０内で混合されたオゾンガスと浄水とがスパイラルチューブ１３０に向かって流出するようになっている。
スパイラルチューブ１３０は、一端がアスピレータ１２０に接続され、他端は後述する気液分離部１４０に接続されている。図２は、本実施例に係るオゾン水製造装置に配設される気液混合部としてのスパイラルチューブ１３０を示している。図２に示すように、スパイラルチューブ１３０は、その内面に複数の凹部１３１と凸部１３２とが交互に形成され、さらに複数の凹部１３１及び凸部１３２は、それぞれ軸長方向に連続して形成されてらせん構造を採っている。また、スパイラルチューブ１３０は、耐オゾン性を有するＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン四フッ化エチレン）より形成されている。スパイラルチューブ１３０の内径及び長さはそれぞれ１０ｍｍ、１５０ｍｍに設定されている。
このスパイラルチューブ１３０内を、アスピレータ１２０より流出するオゾンガスと浄水との混合液が通過する。このとき、オゾンガスと浄水との混合液は、スパイラルチューブ１３０内の凹部１３１及び凸部１３２と衝突するとともに、らせん状に回転して乱流状態となる。こうして混合液が乱流状態となることにより、オゾンガスを浄水中に効率良く溶解させることができるのである。
気液分離部１４０は、スパイラルチューブ１３０で生成されたオゾン水と、浄水中に溶解されなかった余剰のオゾンガスとを分離するとともに、オゾン水を貯留するものである。気液分離部１４０は、内部の底面より垂設される隔壁１４１によってオゾン水流入部１４２とオゾン水貯留部１４３との２室に分割されている。オゾン水流入部１４２には、スパイラルチューブ１３０に接続されて余剰のオゾンガスとオゾン水とが流入する。一方、オゾン水貯留部１４３は、オゾン水流入部１４２で余剰のオゾンガスが除去されたオゾン水を貯留するものであって、オゾン水を外部に出力するオゾン水出力部１６０に接続されている。なお、オゾン水流入部１４２とオゾン水貯留部１４３とは上方で連通している。
スパイラルチューブ１３０からオゾン水流入部１４２に流入してきたオゾン水中に溶解されなかった余剰のオゾンガスは、オゾン水流入部にて気泡となってオゾン水中から分離され、余剰のオゾンガスが除かれたオゾン水はオゾン水貯留部１４３に貯留される。そして、貯留されたオゾン水は、オゾン水出力部１６０より図示しないスイッチの操作によって外部に出力される。一方、オゾン水より分離された余剰のオゾンガスは、オゾンガス処理部１５０へと流入する。本実施例におけるオゾンガス処理部１５０は、二酸化マンガンを触媒に用いたいわゆる触媒法によるものを採用している。このオゾンガス処理部１５０にて二酸化マンガンと接触したオゾンガスは酸素に変換されて外部に放出される。
次に、本実施例に係るオゾン水製造装置１００にて生成されるオゾン水中のオゾンガス濃度を測定した。表１は、その測定結果を示している。尚、測定条件は、給水量及び給水圧力をそれぞれ３．５Ｌ／ｍｉｎ、０．１５Ｍｐａ、酸素供給量及び送出圧力をそれぞれ１Ｌ／ｍｉｎ、０．１５Ｍｐａ、供給オゾンガス濃度及び供給オゾンガス量をそれぞれ８０ｇ／Ｎｍ３、８ｇ／ｈ、オゾン水出水量及び水温をそれぞれ３．５Ｌ／ｍｉｎ、２５℃、として行い、オゾン水を３回に分けてサンプリングし、それぞれのオゾンガス濃度を測定して平均値を求めた。尚、比較例１は、内径１０ｍｍ、長さ１５０ｍｍのストレートチューブを気液溶解部として用い、比較例２は、内径１０ｍｍ、長さ１０００ｍｍのストレートチューブを気液溶解部として用いた。また、比較例３には、気液溶解部に静止型ミキサーを用いた。
このように、本実施例に係るオゾン水製造装置１００は、気液溶解部としてスパイラルチューブ１３０を採用することにより、従来の静止型ミキサーに匹敵するオゾンガス溶解効率を備えるオゾン水製造装置１００を安価で提供することができる。
アスピレータに接続される気液溶解部を、内部表面に凹部と凸部とが交互に形成されたチューブから構成することで、高濃度のオゾンガスを含むオゾン水が生成可能となるとともに、装置を安価で作製することができるので、例えば、医療処置や食品加工等の分野における装置、器具等の殺菌洗浄の用途に適用できる。
１００ オゾン水製造装置
１２０ アスピレータ
１３０ スパイラルチューブ（気液溶解部）
１２０ アスピレータ
１３０ スパイラルチューブ（気液溶解部）
Claims (3)
- オゾンガスを原料水に溶解させてオゾン水を生成するオゾン水製造装置であって、
オゾンガス発生部にて生成されたオゾンガスと原料水とを接触させるアスピレータと、
該アスピレータに接続されて内部表面に凹部と凸部とが交互に形成されたチューブからなり、該チューブ内をオゾンガスと原料水とが流動することによりオゾンガスを原料水中に溶解させる気液溶解部とを備えることを特徴とするオゾン水製造装置。 - チューブは、内部表面に交互に形成される複数の凹部及び凸部が、それぞれ軸長方向に連続してらせん形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造装置。
- チューブは、少なくともその内部表面がオゾン耐性を有する材質より形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン水製造装置。
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