JPWO2006088207A1 - オゾン水生成装置、オゾン水生成装置に用いる気液混合構造、オゾン水生成方法及びオゾン水 - Google Patents
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Abstract
Description
請求項1記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項1の生成装置」という)は、被処理水を通過させるための配管と、当該配管の途中に設けた気液混合構造と、当該気液混合構造にオゾンを供給するためのオゾン供給構造と、を含めて構成したものである。当該気液混合構造には、内部に磁力を作用させるための磁石を設けてある。気液混合装置に磁石を設けるとともに、その上流及び/又は下流にも併せて磁石を設けてもよい。磁石は、天然磁石を用いることが構造を単純化させ保守を簡単なものとする上で好ましいが、適切な磁力を得られるものであれば電磁石等を用いることもできる。
請求項2記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項2の生成装置」という)には、請求項1の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記気液混合構造が、小径路を有するベンチュリ管と、当該小径路に臨む位置に開口端を有するオゾン供給パイプと、を含めて構成してあり、当該オゾン供給パイプの接続端には、前記オゾン供給構造を接続してある。
請求項3記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項3の生成装置」という)には、請求項2の生成装置の基本構成を備えさせた上で、前記磁石が、前記ベンチュリ管の少なくとも小径路及び/又は小径路の近傍に磁力を作用させられるように構成してある。
請求項4記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項4の生成装置」という)には、請求項2又は3の生成装置の基本構成に加え、前記磁石が、一方の磁石片と他方の磁石片とを含む磁気回路によって構成してあり、当該一方の磁石片と当該他方の磁石片とを、前記ベンチュリ管を挟んで対向させてある。
請求項5記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項5の生成装置」という)には、請求項1乃至4いずれかの生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記磁石の磁力が、3000〜20000ガウスに設定してある。
請求項6記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項6の生成装置」という)には、請求項1乃至5何れかの生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記気液混合構造を通過した被処理水を循環させて当該気液混合構造を再度通過させるための循環構造を、さらに含めて構成してあり、当該循環構造が、前記配管を含めて構成してある。
請求項7記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項7の生成装置」という)には、請求項6の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記循環構造の途中には、循環させる被処理水を一旦貯留させるための貯留タンクを設けてある。
請求項8記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項8の生成装置」という)には、請求項7の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記貯留タンク内の被処理水を5〜15℃の範囲に保持するための温度保持構造を設けてある。
請求項9記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項9の生成装置」という)には、請求項7又は8の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記循環構造途中の前記気液混合構造下流かつ前記貯留タンク上流には、当該循環構造を通過する被処理水を一旦貯留してオゾン溶解を促進するための溶解促進槽を設けてある。
請求項10記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項10の生成装置」という)には、請求項9の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記溶解促進槽の頂部には、貯留してある被処理水から脱気したオゾンを排出可能とする脱気構造を設けてある。
請求項11記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項11の生成装置」という)には、請求項6乃至10の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記循環構造が、水へのオゾン混合を促進するための混合促進構造を、さらに含めて構成してあり、当該混合促進構造には、内部に磁力を作用させるための磁石を設けてある。「混合促進構造」とは、オゾンを含有する被処理水を物理的・機械的に攪拌する機能を持っている装置や部材等のことをいう。
請求項12記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項12の生成装置」という)には、請求項11の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記混合促進構造が、具体的に、スタティックミキサー及び/又は渦流ポンプあることを特徴とする。
請求項13記載の発明に係るオゾン水生成装置(以下、適宜「請求項13の生成装置」という)には、請求項11又は12の生成装置の基本的構成を備えさせた上で、前記磁石の磁力が、3000〜20000ガウスに設定してある。
請求項14記載の発明に係る気液混合構造(以下、適宜「請求項14の混合構造」という)は、請求項2乃至5いずれかの生成装置に使用可能に構成してある。
請求項15記載の発明に係る気液混合構造(以下、適宜「請求項15の混合構造」という)は、小径路を有するベンチュリ管と、当該小径路に臨む位置に開口端を有するオゾン供給パイプと、当該ベンチュリ管の少なくとも小径路及び/又は小径路近傍に磁力を作用させるための磁石と、を含めて構成してある。
請求項16記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項16の生成方法」という)は、小径路を有するベンチュリ管に被処理水を通過させ、当該小径路に臨む位置に開口端を配したオゾン供給パイプを介してオゾンを供給することによりオゾン水を生成するオゾン水生成方法において、当該ベンチュリ管の少なくとも小径路及び/又は小径路近傍に磁力を作用させることを特徴とする。
請求項17記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項17の生成方法」という)は、請求項16の生成方法であって、前記ベンチュリ管を通過した被処理水を循環させ、オゾンを供給しながら前記ベンチュリ管を少なくとも1回再通過させることを特徴とする。
請求項18記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項18の生成方法」という)は、請求項17の生成方法であって、前記循環させた被処理水を貯留タンクに一旦貯留することを特徴とする。
請求項19記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項19の生成方法」という)は、請求項18の生成方法であって、前記貯留タンクに貯留した被処理水を、一旦取り出して5〜15℃の範囲に保持することを特徴とする。
請求項20記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項20の生成方法」という)は、請求項16乃至19いずれかの生成方法であって、オゾンを混合した後の被処理水を溶解促進槽に一旦貯留してオゾン溶解を促進することを特徴とする。
請求項21記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項21の生成方法」という)は、請求項20の生成方法であって、前記溶解促進槽に貯留した被処理水から脱気したオゾンを、当該溶解促進槽外部へ排出することを特徴とする。
請求項22記載の発明に係るオゾン水生成方法(以下、適宜「請求項22の生成方法」という)は、磁界中において、被処理水の水圧を圧力頂点に至るまで増圧させ当該圧力頂点に至った直後に減圧させるとともに当該圧力頂点に至った被処理水にオゾンを供給する
ことを特徴とする。
請求項23記載の発明に係るオゾン水(以下、適宜「請求項23のオゾン水」という)は、請求項16乃至22いずれか記載のオゾン水生成方法によって生成してあり、含有するオゾン気泡の粒径Rが、0<R<50nmである、すなわち、ゼロより大きく50nmより小さいことを特徴とする。
請求項24記載の発明に係るオゾン水(以下、適宜「請求項24のオゾン水」という)は、気液混合方法によって生成してあり、含有するオゾン気泡の粒径Rが0<R<50nmであることを特徴とする。
請求項25記載の発明に係るオゾン水(以下、適宜「請求項25のオゾン水」という)は、磁力を作用させながら被処理水にオゾンを混合させることによって生成してあり、含有するオゾン気泡の粒径Rが0<R<50nmであることを特徴とする。
請求項26記載の発明に係るオゾン水(以下、適宜「請求項26のオゾン水」という)は、含有するオゾン気泡の粒径Rが0<R<50nmであることを特徴とする。
図1及び2に基づいて、オゾン水生成装置の使用例について説明する。符号1は、オゾン水生成装置を備えた消毒装置を示している。すなわち、消毒装置1は、取水バルブ3と、取水バルブから取水した原水(被処理水)からオゾン水を生成するためのオゾン水生成装置5と、オゾン水生成装置が生成したオゾン水を取り出して散布するための加圧ポンプ7及びノズル9と、から概略構成してある。取水バルブ3は、電磁バルブであって、原水となる水道水又は井戸水の供給源に接続してある。オゾン水生成装置5は、被処理水にオゾンを溶解させて所定濃度のオゾン水を生成するためのものであり、本実施形態では後述する原水細分化構造11とオゾン溶解構造13により構成してある。加圧ポンプ7は、生成したオゾン水を所定圧力にまで加圧するポンプである。加圧ポンプ7によって加圧されたオゾン水の散布は、ノズル9(ノズル群9)を介して行う。ノズル9は、説明の便宜のために単数として扱うが、複数であってもよいし、複数である場合に互いに形状や孔径等が異なっていてもよい。消毒装置1は、オゾン水散布を行おうとする場所や施設(たとえば、豚舎や鶏舎等の畜舎)に設置して使用するのが一般的であるが、たとえば、これを車両に搭載して移動可能に構成することもできる。
図1及び3に基づいて説明する。原水細分化構造11は、取水バルブ3から取り入れた原水のクラスターを細分化して細分化原水を生成するためのものである。原水細分化構造11は、原水Gが流れる配管4の外周に配管4と同心円上に固定した金属製ケーシング11aと、パッキン11bと、ケーシング11a内に封入した磁石11c,11cと、から構成してある。磁石11c,11cは、原水に磁力を作用させるためのものである。磁石11c,11cの磁力は、たとえば、1〜1.5T(10,000〜15,000ガウス)程度のものが好適である。原水Gのような水はクラスターGcを形成することが知られているが、原水細分化構造11は、エネルギーを与えることによって原水のクラスターGcを細分化してクラスターGsとする機能を有している。図3に示すクラスターGc,Gsは、あくまでも説明のために示す概念図であり必ずしも同図に示すように細分化されるわけではなく、その測定方法も確立させているわけではないが、原水細分化構造11を設けることにより、表1及び2に示すように濃度到達時間の短縮及びオゾンの半減時間延長が可能であることは現象的に明らかであり、このことから、加圧散布の際にオゾン水からオゾンが脱気したり分解したりする速度を有効に抑制することがわかる。磁石11cの代わりに遠赤外線効果を作用しうる炭素チップ群や微細振動を与え得る超音波発生装置等を用いることもできる。なお、原水細分化構造11を設ける位置は取水バルブ3の上流側でも下流側でもよい。さらに、配管4は、遠赤外線や磁力等の透過を妨げない材質、たとえば、塩化ビニール等で構成すべきことはいうまでもない。なお、原水細分化構造11、すなわち、磁石は、これを、後述するように渦流ポンプ、エジェクター、スタティックミキサーの上流及び/又は下流側に適宜設けることもできる。
図3及び4を参照する。オゾン溶解構造13は、貯留タンク15と、オゾン供給構造(オゾン供給装置)19と、循環構造21と、により構成してある。貯留タンク15は、取水バルブ3を介して注入した原水及び/又はオゾン水を貯留するためのタンクであって、たとえば、3トン程度の貯留量を備えている。オゾン供給構造19は、オゾンを生成供給するための装置であるが、必要なオゾン量を供給可能なものであればオゾン発生原理等に何ら制限はない。循環構造21は、貯留タンク15から取り出した被処理水、すなわち、細分化原水及び/又はオゾン水をオゾン溶解後に貯留タンク15に戻すためのものであり、後述する複数の部材や構造によって構成してある。
図1、2及び4乃至7を参照しながら説明する。循環構造21は、第1渦流ポンプ31、エジェクター35、第1スタティックミキサー41、第2渦流ポンプ31´、第2スタティックミキサー51、サイクロン55、オゾン水帰還管61及びオゾン帰還管65と、上記各部材を連結する配管群によって構成してある。上記した構成のうち、オゾン帰還管65を除いたものは貯留タンク15から取り出した細分化原水及び/又はオゾン水にオゾンを溶解させ再び貯留タンク15に戻す循環経路であって、オゾン帰還管65はサイクロン55から取り出した余剰オゾンを第2渦流ポンプ31´に戻す循環経路である。以下、各構成要素について説明する。なお、原水のクラスターを細分化することはオゾン溶解の観点から好ましいことであることは前述したとおりである。他方で、このクラスターの細分化は、原水だけでなくオゾン水に対しても有効なオゾン溶解手段である。このため、循環構造21を構成する各部材や装置の適宜な箇所に、前述した磁石11cと同一若しくは類似の磁石を設け循環するオゾン水に磁力を作用させるようにするとよい。
図1及び4に基づいて、第1渦流ポンプについて説明する。第1渦流ポンプ31は、厚手円盤状のポンプ本体32と、ポンプ本体32の一部としてポンプ本体32から突き出る吸入部32a及び吐出部32bと、ポンプ本体32内で回転するインペラ33と、から概ね構成してある。吸入部32aは配管16を介して貯留タンク15に、吐出部32bは逆止弁71及び配管70を介してエジェクター35に、それぞれ接続してある。ポンプ本体32内には環状の昇圧通路32dが形成してあり、昇圧通路32dには吸入部32a内の吸入路32e及び吐出部32b内の吐出路32fを連通させてある。インペラ33は、インペラ本体33aと、インペラ本体33aの外周部から放射方向に延びる複数の羽根片33b,・・と、各羽根片33b,33b間に開口する羽根溝33c,・・と、を備えている。インペラ33は、インペラ本体33aの中心に設けた回転軸33dに接続したモーター(図示を省略)によってポンプ本体32内で回転されるようになっている。インペラ33の回転は、各羽根片33bと各羽根溝33cを昇圧通路32d内で回転させ、このとき、昇圧通路32d内に吸入路32eを介して吸入した原水(オゾン水)を攪拌しながら圧送して吐出路32fから吐出する。各羽根片33bは回転によって各羽根溝33c内にある原水(オゾン水)を攪拌してオゾン溶解を促進しながら圧送する。つまり、第1渦流ポンプ31は、オゾン溶解を促進するための混合促進構造としての機能と圧送構造としての機能を兼ね備えている。
図1及び6を参照する。エジェクター35は、細分化原水(オゾン水)にオゾンを溶解させるための気液混合構造であって、小径路38を有するベンチュリ管36と、小径路38近傍にオゾン供給のためのオゾン供給パイプ37と、から概ね構成してある。ベンチュリ管36の入路36a内に圧送された細分化原水(オゾン水)には、小径路38内の細径路36cを通過するときに生じる負圧によって、オゾン供給パイプ37内の供給路37aから吸引されたオゾンが混入してオゾン溶解が行われるようになっている。小径路38内の細径路36cを通過したオゾン水は出路36bから外部に圧送される。なお、オゾンは、オゾン供給パイプ37に接続されたオゾン供給構造19(図1参照)から配管20と配管20に設けたバルブ23及び逆止弁22を介して供給されるようになっている。
図1及び7に基づいて説明する。第1スタティックミキサー41と第2スタティックミキサー51は同じ構造に構成してあるので、ここでは、第1スタティックミキサー41の構造について説明する。第1スタティックミキサー41は、円筒状の流管41aと、流管41a内に設置した邪魔板群41bと、によって構成してある。圧送されてきた、細分化原水(オゾン水)を機械的にせん断して併せて送られてきたオゾンの溶解を促進するための混合促進構造である。第1スタティックミキサー41へのオゾン水圧送は第1渦流ポンプ31によって行われ、第2スタティックミキサー51へのオゾン水圧送は第2渦流ポンプ31´によって行われる。第2スタティックミキサー51の吐出側は、配管52を介してサイクロン55に接続してある。
図1及び8を参照する。サイクロン55は、円筒状であって密閉されたサイクロン本体56と、サイクロン本体56上部に接続した気液分離装置57と、から構成してある。サイクロン本体56は、第2スタティックミキサー51から配管52を介して圧送されてきたオゾン水を内部で回転流動させることによってサイクロン効果を生じさせオゾンとの溶解を促進可能に構成してある。つまり、気液分離装置57はオゾン水から脱気したオゾンを排出するための脱気構造として、サイクロン55は、オゾン溶解を促進するための溶解促進槽として、それぞれ機能する。オゾン水内のオゾンは回転しながら上昇し、オゾン水から脱気した余剰オゾンは、サイクロン本体56の上部空間56aに抜け気液分離装置57を介してオゾン帰還管65に送られる。オゾン帰還管65内のオゾンは第2渦流ポンプ31´の負圧によって吸引され再びオゾン水に混入させられる。
加圧ポンプ7及びノズル9(ノズル群9)に細霧させるときのオゾン水の平均粒径は、40〜200μm未満又は200〜1000μmの範囲で使用目的等に応じて適宜設定するとよい。散布するオゾン水の圧力を上記した0.2〜0.8MPaの範囲に設定する必要があることから、そのような圧力範囲内で細霧するためには平均粒径にも一定の限界があるという理由もあるが、ノズルから散布したオゾン水を効率よく家畜又は畜舎に行き渡らせ、さらに、子豚等に風邪を引かせたりする恐れが少ないからである。貯留タンク15から配管17を介して取り出されたオゾン水は、吸込み口から加圧ポンプ7に吸いこまれ、そこで加圧され吐出し口から送水ライン103に圧送され、さらに、電磁弁104を介して散布ライン105に圧送されるようになっている。このようにして散布ライン105の一方側から圧送されたオゾン水は、前述したように、その一部がノズル9から散布され、散布残りの余剰オゾン水は、散布ライン105の他方側に連通する戻しライン107を介して貯留タンク15に戻せるようになっている。電磁弁104は、散布ライン105へのオゾン水の送水を阻止するための弁であるが、送水及びその遮断は加圧ポンプ7の稼動及びその停止のみによっても制御可能であるから省略も可能である。
図1を参照する。取水バルブ3を介して取り入れられた水道水(原水、被処理水)は、原水細分化構造11を介して貯留タンク15内に注入される。このとき、注入された水道水のクラスターが原水細分化構造11の遠赤外線作用によって細分化され、水道水は、細分化原水となっている。第1渦流ポンプ31によって貯留タンク15から取り出された細分化原水は、第1渦流ポンプによって気液混合構造として機能するエジェクター35に圧送される。エジェクター35の中にはオゾン供給構造19によってオゾンが供給され、細分化原水(被処理水)へのオゾン溶解が行われる。エジェクター35を通過したオゾン水は、第1スタティックミキサー41によってオゾン溶解が促進されるとともに、第2渦流ポンプ31´によって第2スタティックミキサー51に圧送される。第2スタティックミキサー51によってさらにオゾン溶解が促進されたオゾン水は、サイクロン55内に注入される。サイクロン55内のオゾン水は回転流動しサイクロン効果によってオゾン溶解がさらに促進される。サイクロン55から取り出されたオゾン水はオゾン水帰還管61を介して貯留タンク15に戻される。この時点で、貯留タンク15に注入された細分化原水がオゾン水となる。上記工程は、貯留タンク15に貯留されているオゾン水(被処理水)のオゾン濃度が所望濃度になるまで繰り返して行われる。所望濃度に達したオゾン水は、貯留タンク15から取り出され加圧ポンプ7によって圧送されノズル群9から散布される。散布後に残ったオゾン水はフィルター109を介して貯留タンク15に戻され、前述したように再利用に供される。
図9乃至11を参照しながら、前述したオゾン水生成装置の第1変形例を備える消毒装置1Aについて説明する。消毒装置1Aは、消毒装置1と基本的に共通する構成を有しており、両者が主として異なるのは、消毒装置1に係るオゾン水生成装置5(オゾン溶解構造13)が有していない温度保持装置(温度保持構造)63を消毒装置1Aに係るオゾン水生成装置5A(オゾン溶解構造13A)が有している点、両者が有するサイクロン55と、溶解促進槽206の形状が異なる点、第2渦流ポンプ31´が有しない磁石32mを第2渦流ポンプ31´Aが有している点、さらに、エジェクター35が有していない磁石36mをエジェクター35Aが有する点である。なお、図示は省略するが、スタティックミキサー51に磁石を設けたものを採用することもできる。スタティックミキサーに磁石を設ける理由は、後述するようにオゾン溶解度を高めるためである。なお、溶解促進槽206は、後述する第2変形例の説明の中で説明する溶解促進槽206と同じ構造を有している。したがって、溶解促進槽206の構造は、第2変形例の説明の中で行う。
図12を参照しながら、オゾン水生成装置の第2変形例について説明する。第2変形例に係るオゾン水生成装置201は、貯留タンク202と、オゾンを生成して供給するためのオゾン供給構造203と、貯留タンク202から取り出した被処理水を貯留タンク202に戻すための循環構造204と、循環構造204の途中に設けた気液混合構造205及び溶解促進槽206と、貯留タンク202に付設した温度保持構造207と、から概ね構成してある。以下の説明は、説明の都合上、貯留タンク202、温度保持構造207、オゾン供給構造203、気液混合構造205、溶解促進槽206を行った後、最後に循環構造204について行う。
図12に示すように、貯留タンク202には取水バルブ202vを介して被処理水としての原水を注入可能に構成してある。貯留タンク202は取水した原水、及び、後述する循環構造204を介して循環させた被処理水(オゾン水)を貯留するためのものである。貯留タンク202に貯留された被処理水は、温度保持構造207によって、たとえば、5〜15℃の範囲に保持されるようになっている。上記範囲に温度設定したのは、オゾン溶解を効率よく行い、かつ、溶解させたオゾンを容易に脱気させないために適当であるからである。温度保持構造207は、貯留タンク202から被処理水を取り出すためのポンプ211と、取り出した被処理水を冷却するための冷却機212と、から概ね構成してあり、貯留タンク202とポンプ211、ポンプ211と冷却機212、冷却機212と貯留タンク202の間は被処理水を通過させる配管213によって連結してある。上記構成によって、貯留タンク202に貯留された被処理水(原水及び/又はオゾン水)は、ポンプ211の働きによって貯留タンク202から取り出され、冷却機212に送られる。冷却機212は送られてきた被処理水を所定範囲の温度に冷却して貯留タンク202に戻す。ポンプ211は、図外にある温度計によって計測された貯留タンク202内の被処理水の温度が所定範囲を超え冷却の必要があるときにのみ作動するようになっている。貯留タンク202を設けた理由は、被処理水を一旦貯留することによって上記冷却を可能にするとともに、被処理水を安定状態に置き、これによって、被処理水に対するオゾン溶解を熟成類似の作用によって促進させるためである。なお、たとえば、寒冷地等において被処理水が凍結する恐れがある場合は、上記冷却機の代わりに、又は、上記冷却機とともにヒーター装置を用いて被処理水を加温するように構成することもできる。
オゾン供給構造203は、オゾンを生成供給するための装置である。必要なオゾン量を供給可能なものであれば、オゾン供給構造203が作用するオゾン発生原理等に何ら制限はない。オゾン供給構造203によって生成されたオゾンは、オゾン供給管217の途中に設けた電磁バルブ218と逆止弁219を介して気液混合構造205に供給されるようになっている。
図12乃至16を参照しながら気液混合構造205の詳細について説明する。気液混合構造205は、ベンチュリ管231と、オゾン供給パイプ239と、磁気回路243と、により概ね構成してある。ベンチュリ管231は、上流側(図15の向かって右側)から送られた被処理水を下流側(図15の向かって左側)へ通過させるためのパイプ状の外観を有している(図13参照)。ベンチュリ管231を長手方向に貫く中空部は、上流側から下流側に向かって上流側大経路232、絞り傾斜路233、小径路234、開放傾斜路235及び下流側大経路236の順に連通している。上流側大経路232は、軸線方向に対して50度前後の急角度をもって絞り方向に傾斜する絞り傾斜路233を介して小径路234に繋げられ、その後、開放傾斜路235によって同じく軸線方向に対して30度前後の緩やかな角度を持って開放される。開放傾斜路235は、上流側大経路232と同じ外径の下流側大経路236に繋がっている。他方、小径路234には、そこにオゾン供給パイプ239の開口端を臨ませてある。オゾン供給パイプ239の供給端にはオゾン供給構造203と連通するオゾン供給管217が接続してある。小径路234の中、又は、その近傍は、被処理水の圧力変化によって真空又は真空に近い状態になるため、開口端に及んだオゾンは吸引され乱流化した被処理水内に散気される。なお、符号240は、ベンチュリ管231とオゾン供給パイプ239との間を補強するためのリブを示している。
以上の構成により、上流側大経路232を通過した被処理水は、絞り傾斜路233を通過するときに圧縮されて水圧が急激に高まり、同時に通過速度も急激に上昇する。高圧・高速のピークは、小径路234に達したときである。小径路234を通過した被処理水は、開放傾斜路235の中で急激に減圧・減速し、後続する被処理水との衝突の衝撃等を受け乱流化する。その後、被処理水は下流側大経路236を抜け、気液混合構造205の外へ出る。散気されたオゾンは、被処理水の乱流に巻き込まれ大小様々な大きさの気泡となり攪拌作用を受ける。小径路234及び少なくともその下流を流れる被処理水(オゾン)には、上記攪拌作用とともに磁気回路243の働きによる磁力作用を受ける。すなわち、被処理水の水圧を圧力頂点(ピーク)に至るまで増圧させ当該圧力頂点に至った直後に減圧させるとともに当該圧力頂点に至った被処理水にオゾンを供給する、ことを磁界の中で行うことになる。攪拌作用と磁界の磁力作用が相乗効果を生み、その結果、被処理水にオゾンが溶解し高溶解度を持った高濃度オゾン水が生成される。
図12及び17を参照しながら、溶解促進槽206について説明する。溶解促進槽206は、天板253と底板254とによって上下端を密閉した円筒状の外壁255によって、その外観を構成してある。天板253の下面には、その下面から垂下する円筒状の内壁256を設けてある。内壁256に囲まれた空間が、被処理水を貯留するための貯留室258となる。内壁256の外径は外壁255の外径よりも小さく設定してあり、これによって、内壁256と外壁255との間に所定幅の壁間通路259が形成される。他方、内壁256の下端は、底板254まで届かず、底板254との間に所定幅の間隙を形成する。この間隙は、下端連通路257として機能する。すなわち、内壁256が囲む貯留室258は、下端連通路257を介して壁間通路259と連通している。他方、内壁256の天板253の近傍には複数の連通孔256h,256h,・・を貫通させてあり、貯留室258と壁間通路259とは各連通孔256hを介しても連通している。底板254の上面略中央には、細長の揚水管261を起立させてある。揚水管261の中空部下端は、底板254を貫通する入水孔254hと連通し、中空部上端は、揚水管261上端に形成した多数の小孔261h,・・を介して貯留室258と連通している。揚水管261の上端は、内壁256が有する連通孔256hの位置よりも僅か下に位置させてある。外壁255の高さ方向上から略4分の1付近には、排水孔255hを貫通させてある。つまり、壁間通路259は、排水孔255hを介して外部と連通している。
図12を参照しながら、循環構造について説明する。循環構造204は、気液混合構造205を通過した被処理水(既に原水からオゾン水になっている)を循環させて再度、気液混合構造205を通過させる機能を有している。再度、気液混合構造205を通過させるのは、既にオゾンを溶解させた被処理水に再度オゾンを注入することによって、オゾンの溶解度と濃度をさらに高めるためである。循環構造204は、ポンプ271を駆動源とし、貯留タンク202と溶解促進槽206を主要な構成要素とする。すなわち、ポンプ271は、貯留タンク202から配管270を介して取り出した被処理水を逆止弁272及び配管273を介して気液混合構造205に圧送する。圧送によって気液混合構造205を通過した被処理水は、配管274及び溶解促進槽206を抜け配管275を介して貯留タンク202に戻される。循環構造204は、上記した工程を必要に応じて繰り返して実施可能に構成してある。循環させる回数は、生成しようとするオゾン水のオゾン溶解度やオゾン濃度等を得るために自由に設定することができる。なお、符号276は、配管275の途中に設けたバルブを示している。バルブ276は、その開閉によって気液混合構造205の小径路234(図15参照)を通過させる被処理水の水圧を制御することを主目的として設けてある。
図12及び18を参照しながら、実験例について説明する。ここで、示す実験例は、背景技術の欄において説明した磁石の使用方法と本発明に係る磁石の使用方法の違いによって、オゾンの溶解度や濃度に著しい差が生じることを主として示すためのものである。本実験例では、本件発明に係る装置として図12に示すオゾン生成装置(以下、「本件装置」という)を使用し、比較対象となる装置として図18に示すオゾン生成装置(以下、「比較装置」という)を使用した。比較装置には、本件装置の構造と基本的に同じ構造を備えさせてあるが、磁気回路243の取付位置のみを異ならせてある。このため、図18では磁気回路を除き図12で使用する符号と同じ符号を使用し、図18に示す磁気回路には気液混合構造205の上流側にあるものに符号243aを、下流側にあるものに符号243bを、それぞれ付してある。整理すると、図12に示す本件装置は、磁気回路243と一体となった気液混合構造205を備え、図18に示す比較装置は、気液混合構造205の上流側配管に磁気回路243aを、同じく下流側配管に磁気回路243bを、それぞれ同時に又は選択的に取り付け取り外しできるように構成してある。なお、気液混合構造205として、米国マジェーインジェクター社(MAZZEI INJECTOR CORPORATION)製のモデル384を、磁気回路には7000ガウスのものを、それぞれ使用した。
表3及び4を参照しながら、濃度比較実験について説明する。表3は、オゾン水のオゾン濃度と濃度上昇時間との関係を示している。表4は、表3に示すオゾン水のオゾン濃度が生成装置の運転停止後にゼロになるまでに要する時間を示している。ゼロになるまでの時間が長ければ長いほどオゾン溶解度が高いことを示す。表3及び4において、記号「□」は本件装置を用いて生成したオゾン水(以下、「本件オゾン水」という)を、記号「×」は比較装置から磁気回路のみを取り外した気液混合構造を用いて生成したオゾン水(以下、「磁気なしオゾン水」という)を、記号「△」は比較装置において気液混合構造205と磁気回路243aとにより生成したオゾン水(以下、「上流側磁気オゾン水」という)を、記号「○」は比較装置において気液混合構造205と磁気回路243bとにより生成したオゾン水(以下、「下流側磁気オゾン水」という)を、そして、記号「◇」は比較装置において気液混合構造205と磁気回路243a及び磁気回路243bの双方とにより生成したオゾン水(以下、「両側磁気オゾン水」という)を、それぞれ示している。被処理水の温度は5℃、周囲湿度は36〜43%、周囲温度は17℃であった。
表5及び6を参照しながら、本件オゾン水が含有するオゾン気泡の粒径測定実験について説明する。表5及び6は、本件オゾン水に含まれるオゾン気泡の粒径分布を示す(左側縦軸参照)。本測定実験では、オゾン濃度とオゾン濃度保持時間との関係から4種類の本件オゾン水を測定対象とした。まず、オゾン濃度を3ppmと14ppmの2種類とし、次に、各濃度それぞれ当該濃度に達した直後のオゾン水(以下、各々「3ppm直後オゾン水」「14ppm直後オゾン水」という)と、当該濃度に達した後その濃度を15分間維持させたオゾン水(以下、各々「3ppm維持オゾン水」「14ppm維持オゾン水」という)と、に分けた。つまり、「3ppm直後オゾン水」「3ppm維持オゾン水」「14ppm直後オゾン水」「14ppm維持オゾン水」の4種類が、本測定実験に係る測定対象である。ここで、本測定実験に使用した本件オゾン水の原水には、水道水を0.05μm(50nm)の微粒子絶対濾過の逆浸透膜で濾過して得た純水を用いた。本実験で純水を得るために使用した装置は、セナー株式会社製超純水装置(型名:Model・UHP)である。水道水には50nm以上の不純物(たとえば、鉄分やマグネシウム)が含まれているため、濾過してない原水から生成したオゾン水を測定対象としても、そこに含まれる不純物を測定してしまい測定誤差が生じかねないので、濾過によって予め不純物を取り除いておくことによってオゾンの気泡粒径の正しい測定ができるようにするためである。水道水以外の原水、たとえば、井戸水や河川水についても同じことがいえる。オゾン気泡の粒径測定に使用した測定器は、動的光散乱式粒径分布測定装置(株式会社堀場製作所(HORIBA,Ltd):型式LB500))である。原水から不純物を濾過せずともオゾン気泡の粒径を正しく測定できる手段があれば、その手段を用いて測定可能であることはいうまでもない。
なお、上記4種類のオゾン水、すなわち、「3ppm直後オゾン水」「3ppm維持オゾン水」「14ppm直後オゾン水」及び「14ppm維持オゾン水」についてpH測定実験を行った。その結果は、表5及び6に線グラフで示してある(右側縦軸参照)。いずれのオゾン水についても、オゾン溶解の前後においてpH7.3前後を示した。すなわち、オゾン溶解は原水のpHにほとんど変化を与えないことがわかった。井戸水や水道水は概ね中性(pH6.5〜7.5)を示すことから、気液混合方式によって生成した本件オゾン水は、pHを調整するための添加物を添加しなくても中性を示すことがわかった。もっとも、原水がアルカリ性である場合は、オゾン溶解がオゾン水のpHを変化させないことからアルカリ性のオゾン水が生成される場合もあり得よう。
1A 消毒装置
3 取水バルブ
4 配管
5 オゾン水生成装置
7 加圧ポンプ
9 ノズル(ノズル群)
11 原水細分化構造
11a ケーシング
11b パッキン
11c 磁石(炭素チップ群、超音波発生装置)
13 オゾン溶解構造
15 貯留タンク
16 配管
17 配管
19 オゾン供給構造(オゾン供給装置)
20 配管
21 循環構造
22 逆止弁
23 バルブ
31 第1渦流ポンプ
31´ 第2渦流ポンプ
31´A 渦流ポンプ
32 ポンプ本体
32a 吸入部
32b 吐出部
32d 昇圧通路
32e 吸入路
32f 吐出路
32m 磁石
33 インペラ
33a インペラ本体
33b 羽根片
33c 羽根溝
33d 回転軸
34 オゾン帰還部
34a 帰還路
35 エジェクター
35A エジェクター
36 ベンチュリ管
36a 入路
36b 出路
36c 細径路
36m 磁石
37 オゾン供給パイプ
37a 供給路
38 小径路
41 スタティックミキサー
41a 流管
41b 邪魔板群
42 配管
46 配管
51 スタティックミキサー
52 配管
55 サイクロン
56 サイクロン本体
56a 上部空間
57 気液分離装置
61 オゾン水帰還管
63 温度保持装置
65 オゾン帰還管
70 配管
71 逆止弁
103 送水ライン
104 電磁弁
105 散布ライン
107 戻しライン
109 フィルター
201 オゾン水生成装置
202 貯留タンク
203 オゾン供給構造
204 循環構造
205 気液混合構造
206 溶解促進槽
207 温度保持構造
231 ベンチュリ管
232 上流側大径路
233 絞り傾斜路
234 小径路
235 開放傾斜路
236 下流側大径路
239 オゾン供給パイプ
243 磁気回路
245 一方の磁石片
246 他方の磁石片
265 気液分離装置
267 オゾン分解装置
Claims (26)
- 被処理水を通過させるための配管と、
当該配管の途中に設けた気液混合構造と、
当該気液混合構造にオゾンを供給するためのオゾン供給構造と、を含めて構成したオゾン水生成装置において、
当該気液混合構造には、内部に磁力を作用させるための磁石を設けてある
ことを特徴とするオゾン水生成装置。 - 前記気液混合構造が、小径路を有するベンチュリ管と、当該小径路に臨む位置に開口端を有するオゾン供給パイプと、を含めて構成してあり、
当該オゾン供給パイプの接続端には、前記オゾン供給構造を接続してある
ことを特徴とする請求項1記載のオゾン水生成装置。 - 前記磁石が、前記ベンチュリ管の少なくとも小径路及び/又は小径路近傍に磁力を作用させられるように構成してある
ことを特徴とする請求項2記載のオゾン水生成装置。 - 前記磁石が、一方の磁石片と他方の磁石片とを含む磁気回路によって構成してあり、
当該一方の磁石片と当該他方の磁石片とを、前記ベンチュリ管を挟んで対向させてある
ことを特徴とする請求項2又は3記載のオゾン水生成装置。 - 前記磁石の磁力が、3000〜20000ガウスに設定してある
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか記載のオゾン水生成装置。 - 前記気液混合構造を通過した被処理水を循環させて当該気液混合構造を再度通過させるための循環構造を、さらに含めて構成してあり、
当該循環構造が、前記配管を含めて構成してある
ことを特徴とする請求項1乃至5いずれか記載のオゾン水生成装置。 - 前記循環構造の途中には、循環させる被処理水を一旦貯留させるための貯留タンクを設けてある
ことを特徴とする請求項6記載のオゾン水生成装置。 - 前記貯留タンク内の被処理水を5〜15℃の範囲に保持するための温度保持構造を設けてある
ことを特徴とする請求項7記載のオゾン水生成装置。 - 前記循環構造途中の前記気液混合構造下流かつ前記貯留タンク上流には、当該循環構造を通過する被処理水を一旦貯留してオゾン溶解を促進するための溶解促進槽を設けてある
ことを特徴とする請求項7又は8記載のオゾン水生成装置。 - 前記溶解促進槽の頂部には、貯留してある被処理水から脱気したオゾンを排出可能とする脱気構造を設けてある
ことを特徴とする請求項9記載のオゾン水生成装置。 - 前記循環構造が、水へのオゾン混合を促進するための混合促進構造を、さらに含めて構成してあり、
当該混合促進構造には、内部に磁力を作用させるための磁石を設けてある
ことを特徴とする請求項6乃至10いずれか記載のオゾン水生成装置。 - 前記混合促進構造が、スタティックミキサー及び/又は渦流ポンプである
ことを特徴とする請求項11記載のオゾン水生成装置。 - 前記磁石の磁力が、3000〜20000ガウスに設定してある
ことを特徴とする請求項11又は12記載のオゾン水生成装置 - 請求項2乃至5いずれか記載のオゾン水生成装置に使用可能に構成してある
ことを特徴とするオゾン水生成装置に用いる気液混合構造。 - 小径路を有するベンチュリ管と、当該小径路に臨む位置に開口端を有するオゾン供給パイプと、当該ベンチュリ管の少なくとも小径路及び/又は小径路近傍に磁力を作用させるための磁石と、を含めて構成してある
ことを特徴とするオゾン水生成装置に用いる気液混合構造。 - 小径路を有するベンチュリ管に被処理水を通過させ、当該小径路に臨む位置に開口端を配したオゾン供給パイプを介してオゾンを供給することによりオゾン水を生成するオゾン水生成方法において、
当該ベンチュリ管の少なくとも小径路及び/又は小径路近傍に磁力を作用させる
ことを特徴とするオゾン水生成方法。 - 前記ベンチュリ管を通過した被処理水を循環させ、オゾンを供給しながら前記ベンチュリ管を少なくとも1回再通過させる
ことを特徴とする請求項16記載のオゾン水生成方法。 - 前記循環させた被処理水を貯留タンクに一旦貯留する
ことを特徴とする請求項17記載のオゾン水生成方法。 - 前記貯留タンクに貯留した被処理水を、一旦取り出して5〜15℃の範囲に保持する
ことを特徴とする請求項18記載のオゾン水生成装置。 - オゾンを混合した後の被処理水を溶解促進槽に一旦貯留してオゾン溶解を促進する
ことを特徴とする請求項16乃至19いずれか記載のオゾン水生成方法。 - 前記溶解促進槽に貯留した被処理水から脱気したオゾンを、当該溶解促進槽外部へ排出する
ことを特徴とする請求項20記載のオゾン水生成方法。 - 磁界中において、被処理水の水圧を圧力頂点に至るまで増圧させ当該圧力頂点に至った直後に減圧させるとともに当該圧力頂点に至った被処理水にオゾンを供給する
ことを特徴とするオゾン水生成方法。 - 請求項16乃至22いずれか記載のオゾン水生成方法によって生成してあり、
含有するオゾン気泡の粒径Rが、0<R<50nmである
ことを特徴とするオゾン水。 - 気液混合方法によって生成してあり
含有するオゾン気泡の粒径Rが、0<R<50nmである
ことを特徴とするオゾン水。 - 磁力を作用させながら被処理水にオゾンを混合させることによって生成してあり、
含有するオゾン気泡の粒径Rが、0<R<50nmである
ことを特徴とするオゾン水。 - 含有するオゾン気泡の粒径Rが、0<R<50nmである
ことを特徴とするオゾン水。
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