TWI844527B - 臭氧溶液生成裝置以及臭氧溶液生成方法 - Google Patents

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Abstract

一種臭氧溶液生成裝置，係用以將藉由臭氧氣體生成裝置所生成的臭氧氣體溶於溶劑而生成臭氧溶液。臭氧溶液生成裝置，係具備：氣液分離槽，係儲留藉由氣液混合器混合臭氧氣體與溶劑而成臭氧氣體混合液；迴旋流生成部，係於氣液分離槽內使臭氧氣體混合液產生迴旋流；以及臭氧溶液導出部，係將藉由歷經了迴旋流的臭氧氣體混合液所生成的臭氧溶液引導至氣液分離槽的外部。藉此，能夠提供小巧且臭氧溶解效率高的臭氧溶液生成裝置。

Description

臭氧溶液生成裝置以及臭氧溶液生成方法
本發明係關於用以將臭氧氣體溶於作為溶劑之水等而生成臭氧溶液的臭氧溶液生成裝置等。
以往，於半導體洗淨步驟、阻劑剝離步驟的領域中，係使用大量的化學藥品而製造，然而因半導體生產等之大規模化而產生其化學藥品的排出抵觸環境法規的可能性，故發展出使用對於環境的負荷小且不會抵觸環境法規的臭氧水來取代該等化學藥品。
臭氧水製造裝置，依臭氧產生手法大致分為電解式及放電式。電解式係於水中使用特殊的電極進行電解，藉此生成臭氧而溶解於水。放電式係使無聲放電、沿面放電等之放電於含氧氣體中產生而生成含臭氧氣體(臭氧氣體)，並使其溶解於水，藉此生成臭氧水。因電解式能夠以較為簡單的裝置生成高濃度的臭氧水，故於半導體洗淨步驟中係早期便開始使用。
在使用放電式的臭氧水生成裝置的情形，作為使臭氧氣體溶解於水的手法，係存在有起泡(bubbling)、細微氣泡產生器、臭氧溶解膜、噴射器、氣液混合泵浦、填充塔等。起泡係於臭氧溶解槽的下部配置多孔性的氣泡產生器，從該氣泡產生器產生臭氧氣體的氣泡而於水中上升。又，雖裝置簡單，然而臭氧的溶解效率亦即相對於臭氧產生量之臭氧溶解量的比率低，故甚少使用於生成高濃度臭氧水。
細微氣泡產生器，係產生在使用時不會造成問題的程度之直徑小(例如微米單位)的臭氧氣體氣泡，並使其溶解於水。又，雖臭氧溶解效率高，然而使大量的臭氧氣體成為細微氣泡的過程複雜，不適合大容量化。
臭氧溶解膜，係於以不會使水穿透但會使臭氧氣體穿透的氟樹脂膜形成之細徑的中空纖維內使水流動，而將臭氧氣體導入至該中空纖維的周邊，使臭氧氣體溶於水，故於半導體業界最常使用。然而，在進行大容量化之際，必須有與其容量成比例之大量的臭氧穿透膜(中空纖維)，而難以小型化。
填充塔，係從填充有拉西環(Raschig ring)等之填充劑的管柱的上部使水下降，從下部使臭氧氣體上升，於填充部以氣液向流式使臭氧氣體與水接觸，而使臭氧氣體溶解於水。其溶解效率高，而能夠生成高濃度的臭氧水。該方法無法使下降的水的流速超過一定程度以上，故必須有與臭氧水的生成量成比例之流路面積，為大容量之際係難以小型化。
噴射器或氣液混合泵浦即所謂氣液混合器，係使臭氧氣體的氣泡與水強制混合而生成氣液二相流，而藉此生成臭氧水的手法。
噴射器係於水的流路的一部分設置隘路，利用因白努利定律於該隘路產生的導出力將臭氧氣體捲入，生成臭氧氣體氣泡與水混合的氣液二相流而藉此成為臭氧水。噴射器係有即便流量增加尺寸亦不會過度增大之優點。例如，若隘路的部分的流速為15(m/s)左右，其前後的流速為3(m/s)左右，則會藉由噴射器產生氣液混合效果。例如，於半導體洗淨領域中，在生成可以認為是大容量之90(L/min)的臭氧水的情形，有隘路的剖面積為1(cm2 )(換算為圓管直徑係12(mm)左右)，其前後的剖面積為5(cm2 )(換算為圓管直徑係25(mm)左右)即可之優點。另一方面，必須於下游側利用氣液分離槽從成為氣液二相流的臭氧混合液將剩餘臭氧氣體的氣泡分離，而生成幾乎沒有摻雜臭氧氣泡的臭氧水(參照專利文獻1)。
氣液分離槽一般為圓筒型，於上部配置有氣液二相流導入口，於下部配置有臭氧水排出管。於該氣液分離槽中，從上部被供給的氣液二相流下降到達至臭氧水排水管為止，剩餘臭氧氣泡會因浮力上升而從氣液二相流分離。因此，從臭氧水排水管所排出的會是剩餘臭氧氣泡分離了的臭氧水。又，於氣液分離槽中，隨著氣液二相流滯留的時間經過，臭氧的溶解亦進展。因此，於氣液分離槽內，越往下側移動則臭氧水濃度越高。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第4977376號
以往的氣液分離槽，係存在有以下之課題。
(課題1) 因必須藉由氣液分離槽內的下降流將臭氧氣泡分離，故若使臭氧水的使用量(排出量)增大，則下降流的流速會增大，而臭氧氣泡的分離容易變得不夠充分。特別是較大的臭氧氣泡(直徑1(mm)以上)因浮力較大故能夠輕易分離，然而不易去除小的氣泡(直徑0.1(mm)左右)。為解決此課題，必須使氣液分離槽的內徑增加以使下降流的流速降低，而導致氣液分離槽大型化。
(課題2) 於氣液分離槽內，在氣液分離步驟的同時，臭氧會隨著時間變化溶解於水。被儲留的氣液二相流，隨著從上方往下方移動，臭氧濃度提高。因此，若欲使臭氧水的臭氧濃度提高，則必須增加氣液分離槽的高度，以過度地大幅確保氣液二相流的滯留時間，而導致氣液分離槽大型化。
本發明，係用以個別或同時解決前述課題(1)至課題(2)而完成者。
為達成前述目的，本發明係一種臭氧溶液生成裝置，係用以將藉由臭氧氣體生成裝置所生成的臭氧氣體溶於溶劑而生成臭氧溶液；其特徵為：具備：氣液混合器，係使前述臭氧氣體與前述溶劑混合而生成臭氧氣體混合液；氣液分離槽，係儲留藉由前述氣液混合器所生成的前述臭氧氣體混合液；迴旋流生成部，係於前述氣液分離槽內使前述臭氧氣體混合液產生迴旋流；以及臭氧溶液導出部，係將藉由歷經了前述迴旋流的前述臭氧氣體混合液所生成的前述臭氧溶液引導至前述氣液分離槽的外部。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，前述臭氧溶液導出部，係具有用以將前述臭氧溶液導出至前述氣液分離槽的外部之臭氧溶液導出口，前述臭氧溶液導出口，係位於從前述臭氧氣體混合液之前述迴旋流的中心軸往徑方向外側偏離的部位。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，前述迴旋流生成部，係具有：切線方向導入部，使前述溶劑或前述臭氧氣體混合液之對於前述氣液分離槽內的導入方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，前述迴旋流生成部，係具有：切線方向導出部，使前述溶劑、 前述臭氧氣體混合液或前述臭氧溶液之從前述氣液分離槽的導出方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，前述迴旋流生成部，係具有：旋轉體，係於前述臭氧氣體混合液內旋轉，藉此產生出該迴旋流。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，係具有：循環路徑，係將前述氣液分離槽的前述臭氧氣體混合液導出而作為循環液，並使該循環液回到前述氣液分離槽；於前述循環路徑的中途，配置有使從前述臭氧氣體生成裝置所供給的前述臭氧氣體與前述循環液混合的前述循環側氣液混合器。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，係具有：循環路徑，係將前述氣液分離槽的前述臭氧氣體混合液導出而作為循環液，並使該循環液回到前述氣液分離槽；位於前述循環路徑的下游端之循環液導入口，係兼作為切線方向導入部，該切線方向導入部，係使前述臭氧氣體混合液之對於前述氣液分離槽內的導入方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，係具有：循環路徑，係將前述氣液分離槽的前述臭氧氣體混合液導出而作為循環液，並使該循環液回到前述氣液分離槽；位於前述循環路徑的上游端之循環液導出口，係兼作為切線方向導出部，該切線方向導出部，係使前述臭氧氣 體混合液之從前述氣液分離槽的導出方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，位於前述循環路徑的下游端並將前述循環液導入至前述氣液分離槽內的循環液導入口，與前述臭氧溶液導出部之將前述臭氧溶液導出至前述氣液分離槽的外部之臭氧溶液導出口相比，係配置於上方。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，至少在將前述溶劑引導至前述氣液分離槽之溶劑引導路徑的中途，配置有將前述溶劑與前述臭氧氣體混合的前述氣液混合器，對於前述氣液混合器，供給有在前述氣液分離槽從前述臭氧氣體混合液被分離回收的前述臭氧氣體。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，至少位於將前述溶劑引導至前述氣液分離槽之溶劑引導路徑的下游端之溶劑導入口，係兼作為切線方向導入部，該切線方向導入部，係使前述溶劑之對於前述氣液分離槽內的導入方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，作為前述溶劑，係使用含有與前述臭氧產生化學反應的有機物的水，並使用於處理前述水中之前述有機物。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，作為前述溶劑，係使用含有病毒、細菌、菌類及微生物之至少任一種物質的水，並使用於處理前述水中之前述物質。
關聯於前述臭氧溶液生成裝置，其中，係具有：待命空間，係使從前述臭氧溶液導出部被導出的前述臭氧溶液暫時滯留。
為達成前述目的，本發明係一種臭氧溶液生成方法，係用以將藉由臭氧氣體生成裝置所生成的臭氧氣體溶於溶劑而生成臭氧溶液；其特徵為；具備：氣液混合步驟，係使前述臭氧氣體與前述溶劑混合而生成臭氧氣體混合液；迴旋流生成步驟，係將藉由前述氣液混合步驟所生成的前述臭氧氣體混合液儲留於氣液分離槽，並於前述氣液分離槽內使前述臭氧氣體混合液產生迴旋流；以及臭氧溶液導出步驟，係將藉由歷經了前述迴旋流的前述臭氧氣體混合液所生成的前述臭氧溶液引導至前述氣液分離槽的外部。
依據本發明，能夠發揮可提供精簡且溶解效率高的臭氧溶液生成裝置等之優異效果。
以下，參照圖式，針對本發明的實施形態進行詳細說明。
於圖1表示本發明之第一實施形態之臭氧溶液生成裝置1。又，在此，雖例示使用水(或純水)作為溶解臭氧的溶劑，並生成臭氧水作為臭氧溶液的情形，然而溶解臭氧的溶劑的種類不限於水。
＜裝置構成＞ 臭氧溶液生成裝置1，係具備：臭氧氣體生成部10，係生成臭氧氣體；氣液分離槽30，係儲留有混合臭氧氣體與水而成為氣液二相流的臭氧氣體混合液；溶劑引導路徑70，係對於氣液分離槽30至少供給作為溶劑的水；臭氧溶液導出部80，係將臭氧水從氣液分離槽30引導(排出)至外部；迴旋流生成部50，係於氣液分離槽30內使臭氧氣體混合液產生迴旋流；循環路徑60，係將氣液分離槽30的臭氧氣體混合液導出而暫時作為循環液，並將該循環液再度引導至氣液分離槽30；以及臭氧氣體混合部20，係使臭氧氣體與水(溶劑)混合或是使臭氧氣體與循環液混合。
臭氧氣體生成部10，係例如使作為原料的氧氣6通過無聲放電管(臭氧產生器)的放電間隙之間而藉此生成臭氧氣體。又，所生成的臭氧氣體的濃度，係藉由二氧化碳氣體等之調整氣體8進行調整。除了二氧化碳之外，以反應性低的氮氣等進行調整亦可。從臭氧氣體生成部10所排出的臭氧氣體，係透過作為防止液體的倒流之止回閥或流量調整閥的閥機構9被供給至臭氧氣體混合部20。又，於臭氧氣體生成部10中，若欲增加臭氧氣體的供給量，係將複數個臭氧產生器並列連接而同時一起生成臭氧氣體為佳。
氣液分離槽30，係例如為有底的正圓筒形的容器。雖將圓筒形的中心軸的軸方向設定為垂直，然而本發明不限於此，將氣液分離槽的中心軸以相對於垂直為傾斜的狀態設置亦可。
溶劑引導路徑70，係從供給作為溶劑的原料的水之供水部72連接至氣液分離槽30的流路。於溶劑引導路徑70的中途，配置有流量調整閥74。該流量調整閥74，係例如空氣壓式流量調整閥等般之氣壓式閥。
於溶劑引導路徑70的下游端，形成有：溶劑導入口76，係對於氣液分離槽30內至少導入(吐出)水(實際上為臭氧氣體混合液)。如圖2(B)所示般，溶劑導入口76，係將水朝向包含產生於臭氧氣體混合液的迴旋流S的切線方向分量的方向導入。因此，該溶劑導入口76，係兼作為後述之迴旋流生成部50之藉由將流體導入的流動而產生出迴旋流的切線方向導入部。
更具體而言，溶劑導入口76，係於氣液分離槽30的圓筒狀的內周壁直接開口。即將到達溶劑導入口76的溶劑引導路徑70的原料水的引導方向，係包含內周壁的周方向分量(切線方向分量)，特別是於本實施形態中係與內周壁的切線方向大致一致。即將到達溶劑導入口76的溶劑引導路徑70的引導方向，係大致水平方向(相對於氣液分離槽30的垂直方向的中心軸為直角方向)。以上，使經由溶劑引導路徑70而從溶劑導入口76被導入的原料水(臭氧氣體混合液)的流動，係如箭號FB所示般，成為沿著氣液分離槽30的內周壁的迴旋流。
如圖2(A)所示，溶劑導入口76，係配置於氣液分離槽30的上下方向的中央附近或更上方。
如圖2(D)所示，於循環路徑60的上游端形成有循環液導出口62。該循環液導出口62，係作為導出(吸引)該氣液分離槽30內的臭氧氣體混合液的開口。循環液導出口62，係將該臭氧氣體混合液朝向包含產生於臭氧氣體混合液的迴旋流S的切線方向分量的方向導出。因此，循環液導出口62，係兼作為後述之迴旋流生成部50之藉由將流體導出的流動而產生出迴旋流的切線方向導出部。
並且，循環液導出口62，係於氣液分離槽30的圓筒狀的內周壁直接開口。剛離開循環液導出口62的循環路徑60的循環液的引導方向，係包含內周壁的周方向分量(切線方向分量)，特別是於本實施形態中係與內周壁的切線方向大致一致。剛離開循環液導出口62的循環路徑60的循環液的引導方向，係大致水平方向(相對於氣液分離槽30的垂直方向的中心軸為直角方向)。因此，即將經由循環液導出口62被導出至循環路徑60之前的臭氧氣體混合液的流動，係如箭號FD所示般，成為沿著氣液分離槽30的內周壁的迴旋流。迴旋方向係與藉由溶劑導入口76所生成的迴旋方向一致，在此，由上方觀察係向左旋轉。
如圖2(A)所示，循環液導出口62係配置於比溶劑導入口76或循環液導入口64更靠垂直方向下側。更詳細而言，係配置於比氣液分離槽30的上下方向的中央更下側且為其底面附近。
如圖2(C)所示，於循環路徑60的下游端形成有循環液導入口64。該循環液導入口64，係用以導入藉由循環路徑60引導的循環液(臭氧氣體混合液)的開口。循環液導入口64，係將循環液朝向包含產生於臭氧氣體混合液的迴旋流S的切線方向分量的方向導入。因此，循環液導入口64，係兼作為後述之迴旋流生成部50之藉由將流體導入的流動而產生出迴旋流的切線方向導入部。
並且，循環液導入口64，係於氣液分離槽30的圓筒狀的內周壁開口。即將到達循環液導入口64的循環路徑60的引導方向，係包含內周壁的周方向分量(切線方向分量)，特別是於本實施形態中係與內周壁的切線方向大致一致。即將到達循環液導入口64的循環路徑60的引導方向，係大致水平方向(相對於氣液分離槽30的垂直方向的中心軸為直角方向)。因此，從循環液導入口64被導入的循環液的流動，係如箭號FC所示般，成為沿著氣液分離槽30的內周壁的迴旋流。迴旋方向係與藉由溶劑導入口76所生成的迴旋方向一致，在此，由上方觀察係向左旋轉。
如圖2(A)所示，循環液導入口64係於垂直方向配置於溶劑導入口76與循環液導出口62之間。更具體而言，係配置於比氣液分離槽30的上下方向的中央更下側且比循環液導出口62更上方側。
回到圖1，於循環路徑60的中途，配置有循環泵浦66。該循環泵浦66，係發揮推進循環液的流動的功能。於循環路徑60之循環泵浦66的下游側，配置有用以調整循環液的流量的流量調整閥68。該流量調整閥68，係例如空氣壓式流量調整閥等般之氣壓式閥。
臭氧溶液導出部80，係具備：導出路徑82，將藉由氣液分離槽30所生成的臭氧水導出至使用點U；以及流量調整閥84，係設置於導出路徑82的中途，調整臭氧水的導出量。導出路徑82的上游側係兼作為循環路徑60，形成於導出路徑82的上游端之臭氧溶液導出口86亦與循環液導出口62一致。因此，如圖2(D)所示，臭氧溶液導出口86，係將該臭氧氣體混合液朝向包含產生於臭氧氣體混合液的迴旋流S的切線方向分量的方向導出。臭氧溶液導出口86，係兼作為後述之迴旋流生成部50之藉由將流體導出的流動而產生出迴旋流的切線方向導出部。
更具體而言，臭氧溶液導出口86，係配置於氣液分離槽30之自臭氧氣體混合液的迴旋流的中心軸C朝向徑方向遠離的部位。剩餘臭氧氣泡，會因迴旋流的離心力的反作用朝向中心軸C側移動，故剩餘臭氧氣泡不易進入臭氧溶液導出口86，而能夠排出氣泡少的臭氧水。
接著，針對迴旋流生成部50進行說明。如圖1所示，迴旋流生成部50，係具有：切線方向導入部50A，係將水或臭氧氣體混合液朝向包含儲留於氣液分離槽30的臭氧氣體混合液的迴旋流的切線方向分量的方向導入，而產生迴旋流。於本實施形態中，係如所述般，溶劑導入口76及循環液導入口64兼作為該切線方向導入部50A。迴旋流生成部50，係具有：切線方向導出部50B，係將儲留於氣液分離槽30的臭氧氣體混合液朝向包含迴旋流的切線方向分量的方向導出，而產生迴旋流。於本實施形態中，係如所述般，循環液導出口62(或臭氧溶液導出口86)兼作為該切線方向導出部50B。
接著，針對臭氧氣體混合部20進行說明。本實施形態之臭氧溶液生成裝置1，係具有：溶劑側氣液混合器22，係作為臭氧氣體混合部20，配置於溶劑引導路徑 70的中途；以及循環側氣液混合器24，係配置於循環路徑60的中途。溶劑側氣液混合器22，係配置於比流量調整閥74更下游側(氣液分離槽30側)，並將原料水與於氣液分離槽30產生之剩餘的臭氧氣體混合。因此，於氣液分離槽30的上方，連接有將滯留於臭氧氣體混合液的上方之剩餘臭氧氣體引導至溶劑側氣液混合器22的臭氧氣體循環路徑26。
循環側氣液混合器24，係配置於循環路徑60中比流量調整閥68更下游側(氣液分離槽30側)，並將循環液與從臭氧氣體生成部10供給而來的臭氧氣體混合。
臭氧氣體混合部20(溶劑側氣液混合器22、循環側氣液混合器24)，係如圖2(E)所示，為所謂噴射器28，藉由將水等作為溶劑的液體從噴嘴28A以高速流導入，從形成於其周圍的負壓空間28B將臭氧氣體捲入。於噴嘴28A的下游側，設置有在中途具有狹隘部的擴散器28C，臭氧氣體混合液係至狹隘部為止會受到伴同混合，並且通過狹隘部後流速進一步降低，而回歸原來流速的同時，依循白努利定律，臭氧氣體混合液的壓力亦回歸。如圖2(F)所示之噴射器28般，於擴散器28C的狹隘部直接捲入臭氧氣體亦可。在此，雖例示噴射器作為將水等之溶劑與臭氧氣體混合的方法，然而本發明不限於此，使用混合泵浦或微通道等亦可。
回到圖1，於氣液分離槽30內，設置有：液位感測器36，係檢測臭氧氣體混合液的液位；以及臭氧濃度感測器38，係檢測溶解於臭氧氣體混合液的臭氧的濃度。臭氧濃度感測器38，雖設置於導出路徑82或循環路徑60亦可，然而能夠檢測出接近從臭氧溶液導出部80被導出的臭氧濃度的值為佳。因此，為氣液分離槽30內的情形，配置於底面附近為佳。
於氣液分離槽30的上方形成有釋放路徑40，於該釋放路徑40的中途，係具備將氣液分離槽30內的壓力保持為一定的背壓調整閥42，以及將通過釋放路徑40的剩餘臭氧氣體分解的排臭氧分解器44。
臭氧溶液生成裝置1，係具備控制裝置46。該控制裝置46，係例如圖3(A)所示，係具備處理於記憶體M執行的程式之中央運算裝置CPU、保存有各種資訊或控制程式的記憶媒體H、對於外部裝置輸出控制訊號或從外部裝置接收檢測訊號的介面I等，該等係藉由匯流排等彼此連接。
如圖3(B)所示，控制裝置46，作為控制塊(藉由程式實現之功能構成)，係具有溶劑供給控制部46A、循環流量控制部46B、臭氧氣體控制部46C、導出量控制部46D、液位檢測部46E、臭氧濃度檢測部46F。
液位檢測部46E，係利用液位感測器36以檢測出臭氧氣體混合液的液位。臭氧濃度檢測部46F，係利用臭氧濃度感測器38檢測出臭氧氣體混合液的臭氧濃度。溶劑供給控制部46A，係根據臭氧氣體混合液的液位控制流量調整閥74，而控制新供給的原料水的流量。該流量，可控制為使液位持續為一定，或者，亦可以脈衝波形的方式控制為若成為事先設定的下限液位則開始供給，若到達事先設定的上限液位則停止供給。另外，作為流量調整閥74的控制方法，可切換全開及全閉的方式控制水量，亦可仔細控制流量調整閥74的節流量。另一方面，為了有效地獲得溶劑側氣液混合器22的氣液混合作用，於原料水供給時，以使流速增大的方式為全開為佳，故以切換全開與全閉的方式進行控制為佳。
循環流量控制部46B，係控制循環泵浦66及/或流量調整閥68，藉此控制循環液的流量。雖循環液的流量為一定亦可，例如，根據臭氧氣體混合液的臭氧濃度進行控制亦可，臭氧濃度比目標值低的情形使循環流量增大，而臭氧濃度比目標值更高的情形使循環流量減少亦可。另一方面，為了使臭氧水的濃度穩定，循環液的流量係設定為持續比藉由溶劑供給控制部46A控制的水量更大為佳，例如溶劑供給控制部46的供給量為20(L/min)的情形，循環液的流量設定為比20(L/min)的值，例如40(L/min)。
臭氧氣體控制部46C，係根據藉由臭氧氣體混合液的臭氧濃度及/或循環流量控制部46B控制的循環流量，來控制藉由臭氧氣體生成部10所生成的臭氧氣體的濃度。導出量控制部46D，係控制流量調整閥84，而控制排出至使用點U的臭氧水。
＜基本動作＞
接著，參照圖1，針對臭氧溶液生成裝置1的動作進行說明。將供水部72的原料水，經由溶劑引導路徑70引導至氣液分離槽30並儲留。藉由臭氧氣體生成部10生成臭氧氣體，經由循環側氣液混合器24對於氣液分離槽30供給臭氧氣體。於氣液分離槽30內，多餘的臭氧氣體，係經由臭氧氣體循環路徑26被供給至溶劑側氣液混合器22。因此，從溶劑引導路徑70被供給而來的原料水，會成為臭氧氣體混合液。於氣液分離槽30內，若水或臭氧氣體混合液的液位增高，使循環泵浦66起動而使臭氧氣體混合液於循環路徑60循環。在循環側氣液混合器24中，來自臭氧氣體生成部10的高濃度的臭氧氣體會混合至循環液。當臭氧氣體混合液的臭氧濃度成為目標值，係開放流量調整閥84，而將所生成的臭氧水導出至使用點U。供水部72所進行之原料水的供給，係配合藉由臭氧溶液導出部80引導至使用點U的臭氧水的導出流量。另一方面，循環路徑60的循環流量，可不仰賴於此而持續控制為一定的流量。
於圖4示意性表示臭氧溶液生成裝置1正在運作當中之氣液分離槽30的狀態。在此，雖表示使臭氧氣體混合液的液位與溶劑導入口76大致一致的情形，然而本發明不限於此。為了方便說明，係將氣液分離槽30中，從溶劑導入口76至循環液導入口64的空間定義為一次空間30A，從循環液導入口64至循環液導出口62的空間定義為二次空間30B，一次空間30a及二次空間30b的各高度定義為L1、L2(m)。
若將從溶劑導入口76被導入的臭氧氣體混合液(或原料水)的流量定義為Q1(L/min)，並將從臭氧溶液導出部80的導出路徑82被排出的流量定義為Q3(L/min)，進行平準化則可使彼此的流量一致。於一次空間30A下降的臭氧氣體混合液的流量亦會是Q1=Q3(L/min)。另外，若將通過循環路徑60的流量調整閥68的循環液的流量定義為Q4(L/min)，則於二次空間30B下降的臭氧氣體混合液的流量Q2(L/min)會成為Q1+Q4。如所述般，循環液的流量Q4(L/min)，係設定為比溶劑導入口76的導入流量Q1(L/min)更大。因此，於二次空間30B下降的臭氧氣體混合液的流量Q2，係使流量為Q1(L/min)的兩倍以上為佳。
在將氣液分離槽30的直徑定義為d(m)的情形，在氣液分離槽30的一次空間30A，於理想上的塞流(piston flow)的下降流中，亦即於軸直角方向的圓形剖面，假設為不會有因部位導致的流速差異之均勻地以垂線朝向下方的流動，該下降流的流速V1(m/s)係藉由以下之式1定義。
式1：V1=Q1/6000×(4/πd2)=2.12×105×Q1/πd2
接著，若將作為分離對象之剩餘臭氧氣體氣泡(以下稱為氣泡)的直徑定義為Dp(m)、將重力加速度定義為g(m/s2)(=9.8(m/s2))、將臭氧氣體混合液的密度定義為ρ(kg/m3)(在此係作為水的密度而以1000(kg/m3)作近似)，將臭氧氣體混合液的黏性係數定義為η(Pa‧s)(在此係以0.001(Pa・s)作近似)，則靜止液中之氣泡的上升速度Z1 (m/s)能夠近似地以式2之司托克定律(Stoke's Law)求取。
作為分離對象的氣泡的直徑Dp(m)，在實用上，設定為其摻雜可能造成問題之0.0001(m)亦即100μm以上為佳。因此，若帶入該值，則上升速度Z1 係5.44×10-3 (m/s)。
為了使氣泡不致摻雜於從導出路徑82被排出的臭氧水，必須使氣泡不會因下降流被捲入至底面。因此，會使式3成立。
如所述般，設進行分離的氣泡的直徑Dp (m)為0.0001(m)，設從導出路徑82排出的臭氧水生成量為半導體洗淨領域中相對屬於大容量的範圍之90(L/min)的情形，自前述式1~式3，可算出氣液分離槽30的直徑d(m)為0.59(m)以上。因此，在如以往般僅有單純之塞流下降流的情形，若不使氣液分離槽30的內徑大型化至約0.6(m)以上，則無法分離100μm的氣泡。
接著，參照圖4，針對本實施形態之臭氧溶液生成裝置1的迴旋流生成部50所產生的作用進行說明。在此，設定迴旋流主要由循環路徑60的循環液所產生。
如第4圖(B)所示，因迴旋流S所造成之離心力的反作用力，氣泡K係朝向氣液分離槽30的中心軸C的方向移動。於二次空間30B中，將氣泡K朝向中心軸方向移動之際的加速度(離心力加速度)定義為A2 (m/s2 )，將迴旋流S的周方向的流速定義為U2 (m/s)，將迴旋流的旋轉半徑定義為r2 (m)，則此離心力加速度A2 係如式4。
假使，設定了藉由本實施形態精簡化了的氣液分離槽30。將氣液分離槽30的內徑(直徑)d(m)定義為0.15(m)，將二次空間30B的垂直方向距離H2 定義為0.5(m)，將從循環液導入口64導入的迴旋流的流速U2 定義為3(m/s)。迴旋流的旋轉半徑r2 係d/2即0.075(m)，自式4算出A2 係120(m/s2 )。亦即，離心力加速度A2 ，係垂直方向的重力加速度g(=9.8)的12倍以上。
將氣泡K藉由迴旋流S的離心力加速度A2 朝向中心軸C的方向移動的速度定義為J2 (m/s)，則能夠導出將前述式2之司托克定律的重力加速度g置換為離心力加速度A2 的式5。
並且，在將於二次空間30B下降的流量Q2 (L/min)設為40(L/min)的情形，能夠算出以下(1)~(6)之事項。
(1)二次空間30B之臭氧氣體混合液的下降速度V2 ，係參考前述式1，為V2 =Q2 /6000 ×(4/πd2 )=0.1224(m/s)。
(2)二次空間30B中之氣泡K朝向垂直上方上升的速度Z2 ，係成為與前述式2相同的結果，即Z2 =5.44×10-3 (m/s)。
(3)在前述假想條件的情形，於二次空間30B，會成為V2 ＞Z2 而氣泡K能夠下降。實質上的氣泡K的下降速度V2d (m/s)會成為V2 －Z2 =0.1171(m/s)。
(4)氣泡K以下降速度V2d 於高度H2 之二次空間30B下降之際所必要的時間T2d (s)係H2 /V2d =4.27(s)。
(5)藉由二次空間30B的迴旋流S，位於周壁的氣泡K移動至中心軸C的速度J2 ，係於式5代入A2 =120(m/s2 )而成為0.067(m/s)。
(6)於二次空間30B中，在氣泡K下降的時間T2d (s)內氣泡K朝向中心移動的距離r2d (m)會成為J2 ×T2 ｄ 而成為0.28(m)。該移動距離超過氣液分離槽30的半徑d/2(m)。
由以上可知，於二次空間30B中，位於內周壁之100μm的氣泡K，在從循環液導入口64一邊迴旋一邊下降至循環液導出口62的期間，至少能夠移動至中心軸C。於本實施形態中，循環液導出口62(臭氧溶液導出口86)，係形成於自中心軸C朝向徑方向外側遠離的位置，具體而言，係形成於氣液分離槽30的內周壁，故氣泡K不致與臭氧水一起被排出。
又，前述驗證，係以從循環液導入口64被導入的循環液的流速U2 直到最後都未衰減為前提。然而如前述驗證，氣泡K朝向中心軸C移動的距離r2d (m)係0.28(m)，故大幅高出氣液分離槽30的半徑(d/2)之0.075(m)。因此，即便流速U2 多少衰減亦不會造成問題。具體而言，於二次空間30B中，氣泡K在下降中的滯留小時T2d (s)為了剛好到達為半徑(d/2)的距離之中心軸C之最低限度的移動速度J2min 係J2min =(d/2)/T2d (m/s)，因前述T2d =4.27(s)、d/2=0.075(m)，故最低限度的移動速度J2min 係0.0175(m/s)。欲利用該最低限度的移動速度J2min 算出循環液的最低限度的流速U2min 的情形，能夠使用自式4及式5所導出的以下之式6。
式6的結果係1.53(m/s)。亦即，可知在從循環液導入口64被導入的循環液的流速U2 為3(m/s)的情形，即便衰減至大約一半之1.53(m/s)，亦完全不會造成問題。並且，即便氣泡K未到達中心軸C，只要從內周壁往內側互相遠離至一定程度即可，故可容許進一步的衰減。
將於二次空間30B中氣泡K上升之際的視覺性狀態於圖5表示。氣泡K，係一邊伴隨下降流所造成之下降及浮力造成之上升之雙方，一邊藉由迴旋流朝向徑方向中央移動。該氣泡在朝向中央移動之際，氣泡彼此會合併而粒徑增大，而浮力亦增大。此時，會沿著於迴旋流中形成的螺旋狀的上升路徑N上升。氣泡K會持續存在於從氣液分離槽30的內周壁朝向徑方向內側遠離的位置，而能夠實現有效率的氣液分離。
另外，若根據前述驗證事項之(6)，因迴旋流S而朝向中心軸C的方向移動的距離r2d (m)，係氣液分離槽30的半徑(d/2)(m)以上為佳，而能夠導出以下之式7。
該式7中之r2d ，能夠如以下之式8般展開。
將該式8的r2d 的展開結果帶入式7，並且藉由以下般之d之基準展開而獲得式9。本實施形態之臭氧溶液生成裝置1係滿足式9的內徑d為佳。
因此，在使於二次空間30B下降的流量Q2 增大的情形，與此同時，氣液二相流的迴旋流的流速U2 (m/s)亦提高，故藉由循環流，能夠使氣液分離槽30的內徑d減小。
具體而言，本實施形態的臭氧溶液生成裝置1的情形，例如，能夠將氣液分離槽30的內徑(直徑)d(m)設定為未達0.6(m)，較佳為0.5(m)以下，更佳為0.3(m)以下。
同樣的，若將前述式以流量Q2 為基準展開，會如以下式10。本實施形態之臭氧溶液生成裝置1，係以滿足該流量Q2 的方式控制為佳。
同樣的，若將前述式以流速U2 為基準展開，會如以下式11。本實施形態之臭氧溶液生成裝置1，係以滿足該流速U2 的方式控制為佳。
另外，臭氧氣體對於水之溶解，會藉由臭氧分子於氣泡中(混合氣體中)擴散的步驟，以及臭氧分子於氣液界面從氣泡朝向水側移動而於水中擴散的步驟之2個過程。氣泡中的臭氧分子的擴散速度，係大幅高出水中之臭氧分子的擴散速度，故實際上臭氧氣體對於水之溶解速度的限速，係於水中之臭氧分子的擴散速度。水中的臭氧分子的擴散速度，雖仰賴於氣液界面中之從氣泡前往水側的臭氧分子的濃度梯度(每單位距離的濃度的變化)，然而若界面附近的表層水的臭氧分子的濃度高，則於該界面臭氧容易成為平衡狀態，而從氣泡前往水側的臭氧分子的移動速度會降低。
因此，為了使臭氧氣體對於水的溶解速度增大，係使氣泡與水的相對移動速度增大，而使高臭氧濃度的氣泡與低臭氧濃度的表層水接觸為佳。如以往般，為朝向垂直方向之均勻的塞流下降流的情形，氣泡與水之間的相對速度，會與氣泡的上升速度一致。另一方面，在本臭氧溶液生成裝置1的情形，係藉由迴旋流的離心力加入了使氣泡朝向中心軸C的方向移動的速度，故氣泡與水的相對速度比以往更大，而能夠提高臭氧水的臭氧濃度，或提高控制的響應性。
如以上般，依據本實施形態之臭氧溶液生成裝置1，於氣液分離槽30的內部，會生成於該槽的圓筒軸為中心進行旋轉的氣液二相流(迴旋流S)。因此，剩餘臭氧氣體的氣泡，會因迴旋中的離心力的反作用而朝向中心軸側移動。藉由將臭氧溶液導出口86(循環液導出口62)配置於從中心軸C往徑方向外側偏離的位置，氣泡不易摻雜於被排出的臭氧水。因此，即便使排出流量增大，亦能夠精簡地構成氣液分離槽30。另外，藉由迴旋流，能夠使作為溶劑的水與臭氧氣體氣泡的相對移動速度提高，故能夠生成溶解效率高的臭氧水。
作為產生迴旋流的手段，係如溶劑導入口76或循環液導入口64般，具有將水或臭氧氣體混合液朝向包含水平面之迴旋流的切線方向分量的方向導入而產生迴旋流的切線方向導入部50A，故能夠有效率地產生迴旋流。特別是，能夠利用不仰賴於臭氧水的消費量之循環液，而產生穩定且強力的迴旋流，故藉由二次空間30B，能夠兼顧利用離心力之剩餘臭氧氣體的分離，以及臭氧氣體對於水的溶解。另外，藉由循環液，能夠任意控制迴旋流的流速。
並且，作為產生迴旋流的手段，係具有將儲留於氣液分離槽30的臭氧氣體混合液朝向包含水平面之迴旋流的切線方向分量的方向導入而產生迴旋流的切線方向導出部50B，故能夠更加有效率地產生迴旋流。特別是，剩餘臭氧氣體的氣泡不易進入該切線方向導出部50B，故藉由將其作為臭氧溶液導出口86，能夠僅導出氣泡少的臭氧水。在導出時，鮮少對於迴旋流的流動造成外部干擾，故能夠穩定地保持迴旋流。另外，若將臭氧水朝向與迴旋流不一致的方向導出，則於該導出口的附近會生成個別的小的迴旋流，而有捲入剩餘臭氧氣體的氣泡之情形。
另外，在本臭氧溶液生成裝置1中，係於配置在臭氧已成為高濃度的循環液的循環路徑60之循環側氣液混合器24，使臭氧氣體生成部10的臭氧氣體混合。於臭氧氣體生成部10，因能夠以高精度控制臭氧氣體的濃度，故能夠以高精度且高響應地控制在此混合的臭氧水的濃度。具體而言，臭氧水的濃度控制的時間常數，係氣液分離槽30的臭氧氣體混合液的儲留量，與循環泵浦66所造成之循環液的循環量的比。藉由將該比率設定為小，能夠使臭氧濃度的控制的響應速度加快。例如，在設循環泵浦66所造成之循環流量Q4 為40(L/min)，設氣液分離槽30的內徑為0.15(m)，設儲留的臭氧氣體混合液的水位為自底面起0.5(m)的情形，儲留量為大約8.8(L)。因此，控制的時間常數，係8.8/40=0.2(分)，即大約13(秒)。為了使該時間常數進一步縮小，係使循環流量Q4 增大，並減少儲留量即可。又，於本實施形態中，在循環路徑60的中途並未中介有其他儲留槽。亦即，循環路徑60，係使從氣液分離槽30導出的循環液直接回到氣液分離槽30，故能夠使前述時間常數更小。
另外，從臭氧氣體混合液被分離的剩餘臭氧氣體會被再利用，並藉由溶劑側氣液混合器22被混合至純水側，故能夠使臭氧氣體的使用效率大幅提升。亦即，利用了循環液的迴旋流來提高剩餘臭氧氣體的分離效率並將其再利用，藉此成為進一步提高臭氧氣體的利用效率的構造。
＜驗證例＞ 在利用本臭氧溶液生成裝置1使從臭氧溶液導出部80被排出的臭氧水的流量Q3 變化的情形，實際測量臭氧濃度的偏差的結果係示於圖6。在此，係以使藉由臭氧氣體生成部10生成臭氧氣體的流量為15(L/min)，並使臭氧水的控制濃度為相對高濃度的80(ppm)的方式，將臭氧氣體生成部10進行脈寬調變(pulse-width modulation)而調整臭氧氣體的濃度。另外，使氣液分離槽30的壓力為0.17(MPa)，使從氣液分離槽30的底面起的溶劑導入口76的高度為0.6(m)，使循環液導入口64的高度為0.3(m)，並使水位與溶劑導入口76的高度一致。
如自圖6可知，即便使流量Q3 變化為5(L/min)、10(L/min)、15(L/min)、20(L/min)，臭氧水的濃度亦維持在80(ppm)。具體而言，相對於流量Q3的變化，臭氧水的臭氧濃度的瞬間變動為3(ppm)以下。另外，在流量Q3 趨於穩定的期間中(從流量改變起經過2分鐘後)，臭氧水的臭氧濃度的變動為1(ppm)以下(實際測量值係0.43(ppm))，變異係數(=標準差/平均值)係1%以下(實際測量值係0.54%)。另外，可知即便是相對大流量的20(L/min)，亦能夠生成高濃度的80(ppm)的臭氧水。
並且，依據本發明者們的驗證實驗，使用本臭氧溶液生成裝置1，即便使藉由臭氧氣體生成部10所生成的臭氧氣體的濃度為160(g/m3 )以上，較佳為170(g/m3 )以上，並且，使該臭氧氣體流量為10(L/min)以上，較佳為15(L/min)以上，另外，使循環泵浦66所造成之循環流量Q4 為20(L/min)以上，較佳為40(L/min)以上，更佳為60(L/min)以上，在使臭氧水的排出量為15(L/min)以上，較佳為20(L/min)以上的條件，亦能夠獲得極為高濃度之90(ppm)以上的臭氧水。
接著，針對作為前述本發明的第一實施形態之臭氧溶液生成裝置1的變形例之實施例進行說明。又，為避免重覆說明，針對以下將說明之零件、構件，對於與第一實施形態之臭氧溶液生成裝置1相同、類似者，係使說明中的符號，並主要針對與第一實施形態等的差異為中心進行說明。
於圖7表示本發明之第二實施形態之臭氧溶液生成裝置101。該臭氧溶液生成裝置101，係使循環路徑60的下游側匯流至溶劑引導路徑70，藉此兼作為溶劑導入口76及循環液導入口64，亦兼作溶劑側氣液混合器22及循環側氣液混合器24。溶劑導入口76及循環液導入口64亦兼作切線方向導入部50A。另一方面，如圖7(C)所示，配置於氣液分離槽30的臭氧溶液導出口86或循環液導出口62，係相對於氣液分離槽30朝向半徑方向外側將臭氧水導出，而不具有生成迴旋流的功能。即便如此，藉由上方側的切線方向導入部50A便能夠充分創造出迴旋流。又，於溶劑引導路徑70，在從供水部72持續穩定供給原料水的情形，係如虛線所示，亦能夠省略循環路徑60。
另外，作為累積於氣液分離槽30的上方之剩餘臭氧氣體的再利用方法，於第一實施形態中雖例示直接供給至臭氧氣體混合部的情形，然而如第二實施形態般經由臭氧氣體循環路徑26及除濕器27供給至臭氧氣體生成部10亦可。於臭氧氣體生成部10，係一邊使被循環的剩餘臭氧氣體與原料氧混合，一邊生成新的臭氧氣體，藉此能夠提高臭氧氣體的利用效率。
另外，於第二實施形態之臭氧溶液生成裝置101中，溶劑導入口76及循環液導入口64亦兼作切線方向導入部50A，然而本發明不限於此。如圖8所示之第三實施形態之臭氧水生成裝置201般，臭氧溶液導出口86及循環液導出口62兼作切線方向導出部50B，並且，溶劑導入口76及循環液導入口64以不包含迴旋流S的切線方向分量的方式進行導入亦可。
如圖9所示之第四實施形態之臭氧水生成裝置301般，為僅使循環液導入口64兼作切線方向導入部50A，且溶劑導入口76及臭氧溶液導出口86(循環液導出口62)為不創造出迴旋流的構造亦可。另外，臭氧氣體混合部20，係僅有循環側氣液混合器24而省略溶劑側氣液混合器亦可。
如圖10所示之第五實施形態之臭氧水生成裝置401般，臭氧氣體混合部20僅有溶劑側氣液混合器22而省略循環側氣液混合器亦可。此時，於溶劑側氣液混合器22，混合從臭氧氣體生成部10供給而來的臭氧氣體即可。
另外，於第一實施形態中，雖例示了導出路徑82或臭氧溶液導出口86兼作為循環路徑60及循環液導出口62的情形，然而本發明不限於此。例如，如圖11所示之第六實施形態之臭氧水生成裝置501般，導出路徑82或臭氧溶液導出口86獨立於循環路徑60或循環液導出口62進行配置亦可。此時，將臭氧溶液導出口86配置於比循環液導出口62更下側為佳，藉此能夠形成循環液導出口62與臭氧 溶液導出口86之間形成三次空間30C。三次空間30C之下降流的流量Q3(L/min)，係比一次空間30B的流量Q2(L/min)更小，而能夠與一次空間30A的Q1(L/min)一致，故與二次空間30B相比，能夠使二次空間30C的下降流速V3較小。
因此，即便使二次空間30B的循環流量增大，亦能夠將三次空間30C的下降流速V3維持為小，故成為氣泡更不易進入臭氧溶液導出口86的狀態。又，如圖11(E)所示，即將經由臭氧溶液導出口86被導出至導出路徑82之前的臭氧氣體混合液的流動，係如箭號FE所示般，成為沿著氣液分離槽30的內周壁的迴旋流。
於第一實施形態中，藉由原料水或循環液的導入力，雖例示了在儲留於氣液分離槽30內的臭氧氣體混合液產生迴旋流的情形，然而本發明不限於此。例如，如圖12所示之第七實施形態之臭氧水生成裝置601般，迴旋流生成部50具有在臭氧氣體混合液內旋轉而藉此產生迴旋流的旋轉體56亦可。該旋轉體56，係如圖12(B)至圖12(D)所示般具有旋轉葉片56A，並且於垂直方向延伸的旋轉軸係於以旋轉自如的方式被保持於氣液分離槽30的上面及/或底面，藉由馬達MT等強制旋轉。藉由旋轉葉片56A的旋轉，於臭氧氣體混合液生成迴旋流S的同時，能夠發揮將聚集至旋轉軸之直徑較大的氣泡藉由該旋轉葉片56A破碎、分散的效果，故能夠使臭氧溶解效率提升。
另外，旋轉體56的構造不限於葉片式，例如圖13所示之第八實施形態之臭氧水生成裝置701般，藉由 使圓盤狀的旋轉體56旋轉，而藉由其黏性阻力產生迴旋流S亦可。於垂直方向配置複數個旋轉體56亦可。
又，於前述實施形態中，雖例示了使氣液分離槽30內的液位與溶劑導入口76一致的情形，然而本發明不限於此。例如，將液位設定於比溶劑導入口76更上方亦可，藉由從沒入於水的溶劑導入口76被導入的原料水，能夠有效地產生迴旋流。另一方面，將液位設定於比溶劑導入口76更下側亦可。
另外，於前述實施形態中，雖例示了使用純水等作為溶劑的情形，然而本發明不限於此。例如，該臭氧水生成裝置，能夠利用作為活用臭氧的有機物的分解，或是利用臭氧的殺菌特性的水處理裝置。此時，作為溶劑，能夠利用含有與臭氧產生化學反應的有機物的液體(水)，或含有病毒、細菌、菌類及微生物之至少任一種物質的液體(水)。不限於在氣液分離槽中處理有機物或病毒的情形，亦包含從氣液分離槽被導出之臭氧溶液所含有的臭氧隨時間處理有機物或病毒的情形。
又，作為處理對象的有機物、病毒、細菌、菌類及微生物等，因其種類在臭氧溶液中進行處理所需要的臭氧濃度及時間的和會有大幅的差異。因此，對應於種類，控制臭氧濃度亦可，或者，控制氣液分離槽內的滯留時間(循環時間)亦可。另外，在臭氧溶液導出部的下游側預先準備儲留槽或配管等之待命空間，使從氣液分離槽被導出的臭氧溶液暫時滯留待命空間，藉此確保臭氧處理時 間亦可。又，該待命空間，能夠使用作為對於不論如何皆殘留於臭氧溶液的臭氧等的氣泡進行追加脫氣的場所。
又，本發明不限於前述之實施形態，當然可在不脫離本發明之主旨的範圍內可施加各種變更。
1、101:臭氧溶液生成裝置
201、301、401、501、601、701:臭氧水生成裝置
6:氧氣
8:調整氣體
9:閥機構
10:臭氧氣體生成部
20:臭氧氣體混合部
22:溶劑側氣液混合器
24:循環側氣液混合器
26:臭氧氣體循環路徑
27:除濕器
28:噴射器
28A:噴嘴
28B:負壓空間
28C:擴散器
30:氣液分離槽
30A:一次空間
30B:二次空間
36:液位感測器
38:臭氧濃度感測器
40:釋放路徑
42:背壓調整閥
44:排臭氧分解器
46:控制裝置
46A:溶劑供給控制部
46B:循環流量控制部
46C:臭氧氣體控制部
46D:導出量控制部
46E:液位檢測部
46F:臭氧濃度檢測部
50:迴旋流生成部
50A:切線方向導入部
50B:切線方向導出部
56:旋轉體
56A:旋轉葉片
60:循環路徑
62:循環液導出口
64:循環液導入口
66:循環泵浦
68:流量調整閥
70:溶劑引導路徑
72‧‧‧供水部 74‧‧‧流量調整閥 76‧‧‧溶劑導入口 80‧‧‧臭氧溶液導出部 82‧‧‧導出路徑 84‧‧‧流量調整閥 86‧‧‧臭氧溶液導出口 A2‧‧‧離心力加速度 C‧‧‧中心軸 CPU‧‧‧中央運算裝置 d‧‧‧氣液分離槽的內徑(直徑) H‧‧‧記憶媒體 I‧‧‧介面 J2‧‧‧移動速度 K‧‧‧氣泡 M‧‧‧記憶體 MT‧‧‧馬達 Q1、Q2、Q3、Q4‧‧‧流量 r2‧‧‧迴旋流的旋轉半徑 S‧‧‧迴旋流 U‧‧‧使用點 U2‧‧‧流速
[圖1]係表示本發明之第一實施形態之臭氧溶液生成裝置的整體構成的圖。
[圖2](A)係表示該臭氧溶液生成裝置的氣液分離槽的側視圖，(B)係(A)的B-B箭視剖面圖，(C)係(A)的C-C箭視剖面圖，(D)係(A)的D-D箭視剖面圖，(E)及(F)係表示噴射器的內部構造的剖面圖。 [圖3] (A)係表示該臭氧溶液生成裝置的控制裝置的內部構成的圖，(B)係表示該控制裝置的控制構成的方塊圖。 [圖4] (A)係說明該臭氧溶液生成裝置的氣液分離槽中的臭氧氣體混合液的流動的示意圖，(B)係表示臭氧氣體混合液的迴旋狀態的俯視圖。 [圖5] 係說明該臭氧溶液生成裝置的氣液分離槽中的臭氧氣體混合液的流動的立體圖。 [圖6] (A)係表示於該臭氧溶液生成裝置中臭氧水的導出量的時間變化狀態的圖表，(B)係表示在與(A)為相同條件下之臭氧水的臭氧濃度的時間變化狀態的圖表。 [圖7] 針對本發明之第二實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)及(C)係氣液分離槽的剖面圖。 [圖8] 針對本發明之第三實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)及(C)係氣液分離槽的剖面圖。 [圖9] 針對本發明之第四實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)至(D)係氣液分離槽的剖面圖。 [圖10] 針對本發明之第五實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)至(D)係氣液分離槽的剖面圖。 [圖11] 針對本發明之第六實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)至(E)係氣液分離槽的剖面圖。 [圖12] 針對本發明之第七實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)至(D)係氣液分離槽的剖面圖。 [圖13] 針對本發明之第八實施形態之臭氧溶液生成裝置，(A)係表示整體構成的圖，(B)至(D)係氣液分離槽的剖面圖。
1‧‧‧臭氧溶液生成裝置
6‧‧‧氧氣
8‧‧‧調整氣體
9‧‧‧閥機構
10‧‧‧臭氧氣體生成部(臭氧產生裝置)
20‧‧‧臭氧氣體混合部
22‧‧‧溶劑側氣液混合器
26‧‧‧臭氧氣體循環路徑
30‧‧‧氣液分離槽
36‧‧‧液位感測器
38‧‧‧臭氧濃度感測器
40‧‧‧釋放路徑
42‧‧‧背壓調整閥
44‧‧‧排臭氧分解器
46‧‧‧控制裝置
46A‧‧‧溶劑供給控制部
46B‧‧‧循環流量控制部
46C‧‧‧臭氧氣體控制部
46D‧‧‧導出量控制部
50‧‧‧迴旋流生成部
50A‧‧‧切線方向導入部
50B‧‧‧切線方向導出部
60‧‧‧循環路徑
62‧‧‧循環液導出口
64‧‧‧循環液導入口
66‧‧‧循環泵浦
68‧‧‧流量調整閥
70‧‧‧溶劑引導路徑
72‧‧‧供水部
74‧‧‧流量調整閥
76‧‧‧溶劑導入口
80‧‧‧臭氧溶液導出部
82‧‧‧導出路徑
84‧‧‧流量調整閥
86‧‧‧臭氧溶液導出口

Claims (26)

  1. 一種臭氧溶液生成裝置，係用以將藉由臭氧氣體生成裝置所生成的臭氧氣體溶於溶劑而生成臭氧溶液；其特徵為：具備：溶劑側氣液混合器，係使前述臭氧氣體與未混合有從溶劑供給部供給之該臭氧氣體的前述溶劑混合而生成臭氧氣體混合液；氣液分離槽，係將藉由前述溶劑側氣液混合器所生成的前述臭氧氣體混合液以液體狀態儲留；迴旋流生成部，係於前述氣液分離槽內，使液體狀態之前述臭氧氣體混合液產生迴旋流，藉此使前述臭氧氣體混合液所包含之剩餘臭氧氣泡因迴旋流之離心力之反作用往中心軸側移動，而使該剩餘臭氧氣泡自前述臭氧氣體混合液分離；循環路徑，係將前述氣液分離槽的液體狀態之前述臭氧氣體混合液，從比該臭氧氣體混合液之液面更低之位置導出而作為循環液，並使該循環液回到前述氣液分離槽；循環側氣液混合器，係與前述溶劑側氣液混合器分開地配置於前述循環路徑的中途，使從前述臭氧氣體生成裝置所供給的前述臭氧氣體與前述循環液混合；以及臭氧溶液導出部，係將藉由歷經了前述迴旋流而前述剩餘臭氧氣泡受到分離的前述臭氧氣體混合液所生成的前述臭氧溶液引導至前述氣液分離槽的外部。
  2. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，前述臭氧溶液導出部，係具有用以將前述臭氧溶液導出至前述氣液分離槽的外部之臭氧溶液導出口，前述臭氧溶液導出口，係位於從前述臭氧氣體混合液之前述迴旋流的中心軸往徑方向外側偏離的部位。
  3. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，前述迴旋流生成部，係具有：切線方向導入部，使前述臭氧氣體混合液之對於前述氣液分離槽內的導入方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
  4. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，前述迴旋流生成部，係具有：切線方向導出部，使前述臭氧氣體混合液或前述臭氧溶液之從前述氣液分離槽的導出方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
  5. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，前述迴旋流生成部，係具有：旋轉體，係於前述臭氧氣體混合液內旋轉，藉此產生出該迴旋流。
  6. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，位於前述循環路徑的下游端之循環液導入口，係兼作為切線方向導入部，該切線方向導入部，係使前述臭氧氣體混合液之對於前述氣液分離槽內的導入方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
  7. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，位於前述循環路徑的上游端之循環液導出口，係兼作為切線方向導出部，該切線方向導出部，係使前述臭氧氣體混合液之從前述氣液分離槽的導出方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
  8. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，位於前述循環路徑的下游端並將前述循環液導入至前述氣液分離槽內的循環液導入口，與前述臭氧溶液導出部之將前述臭氧溶液導出至前述氣液分離槽的外部之具氧溶液導出口相比，係配置於上方，位於將藉由前述溶劑側氣液混合器所生成之前述臭氧混合液引導至前述氣液分離槽之溶劑引導路徑的下游端之溶劑導入口，與前述循環液導入口相比，係配置於上方。
  9. 如請求項6所述之臭氧溶液生成裝置，其中，位於前述循環路徑的下游端並將前述循環液導入至前述氣液分離槽內的循環液導入口，與前述臭氧溶液導出部 之將前述臭氧溶液導出至前述氣液分離槽的外部之臭氧溶液導出口相比，係配置於上方，位於將藉由前述溶劑側氣液混合器所生成之前述臭氧混合液引導至前述氣液分離槽之溶劑引導路徑的下游端之溶劑導入口，與前述循環液導入口相比，係配置於上方。
  10. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，至少在將前述溶劑引導至前述氣液分離槽之溶劑引導路徑的中途，配置有將前述溶劑與前述臭氧氣體混合的前述溶劑側氣液混合器，對於前述溶劑側氣液混合器，供給有包含在前述氣液分離槽從前述臭氧氣體混合液被分離回收的前述剩餘臭氧氣泡之前述臭氧氣體。
  11. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，位於將藉由前述溶劑側氣液混合器所生成之前述臭氧氣體混合液引導至前述氣液分離槽之溶劑引導路徑的下游端之溶劑導入口，係兼作為切線方向導入部，該切線方向導入部，係使前述臭氧氣體混合液之對於前述氣液分離槽內的導入方向的範圍，為包含前述迴旋流的切線方向的範圍，藉此製造迴旋流。
  12. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，作為前述溶劑，係使用含有與前述臭氧產生化學反應 的有機物的液體，並使用於處理前述液體中之前述有機物。
  13. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，作為前述溶劑，係使用含有病毒、細菌、菌類及微生物之至少任一種物質的液體，並使用於處理前述液體中之前述物質。
  14. 如請求項1或2所述之臭氧溶液生成裝置，其中，係具有：待命空間，係使從前述具氧溶液導出部被導出的前述臭氧溶液暫時滯留。
  15. 一種臭氧溶液生成方法，係用以將藉由臭氧氣體生成裝置所生成的臭氧氣體溶於溶劑而生成臭氧溶液；其特徵為：具備：溶劑側氣液混合步驟，係使前述臭氧氣體與未混合有從溶劑供給部供給之該臭氧氣體的前述溶劑混合而生成臭氧氣體混合液；迴旋流生成步驟，係將藉由前述溶劑側氣液混合步驟所生成的前述臭氧氣體混合液儲留於氣液分離槽，並於前述氣液分離槽內使成為液體狀態之前述臭氧氣體混合液產生迴旋流，藉此使前述臭氣氣體混合液所包含之剩餘臭氧氣泡因迴旋流之離心力之反作用往中心軸側移動，而使該剩餘臭氧氣泡自前述臭氧氣體混合液分離； 循環步驟，係將前述氣液分離槽的液體狀態之前述臭氧氣體混合液，從比該具氧氣體混合液之液面更低之位置導出而作為循環液，並使該循環液回到前述氣液分離槽；循環側氣液混合步驟，係與前述溶劑側氣液混合步驟分開地將前述循環步驟途中的前述循環液與前述臭氧氣體混合；以及具氧溶液導出步驟，係將藉由歷經了前述迴旋流而前述剩餘臭氧氣泡受到分離的前述臭氧氣體混合液所生成的前述臭氧溶液引導至前述氣液分離槽的外部。
  16. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，對於前述循環側氣液混合器，直接供給藉由前述臭氧氣體生成裝置所生成的前述臭氧氣體。
  17. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，前述循環路徑，係使從前述氣液分離槽導出的前述循環液不經由其他儲留槽而直接回到前述氣液分離槽。
  18. 如請求項8所述之臭氧溶液生成裝置，其中，於前述氣液分離槽中，在將從前述溶劑導入口至前述循環液導入口的空間定義為一次空間，將從前述循環液導入口至前述臭氧溶液導出口的空間定義為二次空間之際，相對於在前述一次空間下降的前述溶劑或是前述臭氧氣體混合液的流量，在前述二次空間下降的前述臭氧氣體 混合液的流量為兩倍以上。
  19. 如請求項9所述之臭氧溶液生成裝置，其中，於前述氣液分離槽中，在將從前述溶劑導入口至前述循環液導入口的空間定義為一次空間，將從前述循環液導入口至前述臭氧溶液導出口的空間定義為二次空間之際，相對於在前述一次空間下降的前述溶劑或是前述臭氧氣體混合液的流量，在前述二次空間下降的前述臭氧氣體混合液的流量為兩倍以上。
  20. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，於前述循環路徑循環的前述循環液的流量，比從前述溶劑供給部供給的前述溶劑的供給流量更大。
  21. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，係具備：循環流量控制部，係根據前述臭氧氣體混合液的臭氧濃度，控制於前述循環路徑循環的前述循環液的循環流量。
  22. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，係具備：臭氧氣體控制部，係根據前述臭氧氣體混合液的臭氧濃度及/或於前述循環路徑循環的前述循環液的循環流量，控制供給至前述循環側氣液混合器的前述臭氧氣體的臭氧濃度。
  23. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，係具備：溶劑供給控制部，係根據前述氣液分離槽的液位，控制從前述溶劑供給部供給的前述溶劑的供給流量。
  24. 如請求項1所述之臭氧溶液生成裝置，其中，係具備：溶劑供給控制部，係控制對於前述氣液分離槽之前述溶劑的供給流量；以及循環流量控制部，係控制前述循環液的循環流量，前述溶劑供給控制部之前述溶劑的供給流量，及前述循環流量控制部之前述循環液的循環流量，係個別受到控制。
  25. 如請求項15所述之臭氧溶液生成方法，其中，係具備：溶劑供給控制步驟，係控制對於前述氣液分離槽之前述溶劑的供給流量；以及循環流量控制步驟，係控制前述循環液的循環流量，前述溶劑供給控制步驟之前述溶劑的供給流量，及前述循環流量控制步驟之前述循環液的循環流量，係個別設定。
  26. 如請求項25所述之臭氧溶液生成方法，其中，前述循環流量控制步驟之前述循環液的循環流量，係 比前述溶劑的供給流量更大。
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