オゾン水生成装置及びオゾン水生成方法
【課題】オゾン水中に溶解するオゾン濃度を高めて安定化させる。
【解決手段】オゾン水生成装置１は、原液を連続して定量移送する原液移送部１０と、オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部２０と、原液にオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部３０と、気液混合水を廃ガスとオゾン水とに分離して貯留する気液分離部４０とを備えており、気液混合部３０において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合するように構成されている。
【解決手段】オゾン水生成装置１は、原液を連続して定量移送する原液移送部１０と、オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部２０と、原液にオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部３０と、気液混合水を廃ガスとオゾン水とに分離して貯留する気液分離部４０とを備えており、気液混合部３０において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水［Ｈ2Ｏ］にオゾン［Ｏ3］を溶解させたオゾン水は、オゾンによる優れた洗浄力や殺菌力を有することから、医療、食品、製造などの各種分野で利用されている。例えば医療の分野において、オゾン水で手や医療器具を洗浄することにより、細菌や微生物を死滅させ、病院での院内感染を防ぐのに役立っている。また、近年では眼科での手術や治療の際にオゾン水を消毒液として使用する例も見られ、この場合、原料水に体液と同濃度の生理食塩水を使用すると、術部や患部への刺激が少なくなることが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
ところで、医療の現場には、上記のようにオゾン水を洗浄水や消毒液として使用することができるように、オゾン水を生成して排水する装置が設置されている。しかし、その装置のほとんどは毎分３〜５Ｌ程度の大流量のオゾン水を排水するものであり、流れるオゾン水の水量が多いので、特に眼科において患者の眼を直接洗浄する用途には適していなかった。また、このような大流量の装置を使って眼を洗浄する場合には、一旦排水したオゾン水を別の器具に移し変えて使用することになるが、オゾン水は時間の経過とともにオゾン濃度が低下してしまうため、あらかじめ高濃度のオゾン水を生成しておかなければならずコスト的に無駄があった。
【０００４】
一方、本出願人は、原液に所定濃度のオゾンを溶解させたオゾン水を小流量で生成することができる装置を開発している。この装置は、原液を連続して定量移送する原液移送部と、オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部と、原液にオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部と、気液混合水を廃ガスとオゾン水に分離する気液分離部とを備えて構成されている。
【０００５】
この装置によると、気液混合部において、エジェクタ内に発生するキャビテーション効果により原液にオゾンガスを溶解させ、更にスタティックミキサ内で乱流攪拌を起こして気液混合水を生成する方法が採用されている。この方法の場合、比較的低圧で少量の原液であっても所定濃度のオゾン水を生成することは可能であるが、オゾン水中に溶解したオゾン濃度の安定性を保つことが難しく、更なる改良が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、原液に所定濃度のオゾンを溶解させたオゾン水を小流量で生成することができるオゾン水生成装置において、特に、オゾン水中に溶解するオゾン濃度を高めて安定化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係るオゾン水生成装置は、原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する装置であって、原液を連続して定量移送する原液移送部と、オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部と、原液移送部から定量移送された原液にオゾンガス発生部で発生させたオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部と、気液混合部で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離部と、を備え、気液混合部において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とする。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係るオゾン水生成方法は、原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する方法であって、連続して定量移送される原液にオゾンを含むオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合工程と、気液混合工程で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離工程と、を含み、気液混合工程において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合する構造の一例として、気液混合部において、オゾンガスを噴射する噴射口が原液の移送通路の流れ方向に沿って複数個設けられている構造を採用することができる。また、この構造を採用した場合、気液混合部において、原液の移送通路がコイル状に形成され、コイルの中心のガス管から移送通路に通じる噴射口が設けられていても良い。
【００１１】
原液の移送通路については特に限定されないが、例えば原液の移送通路が螺旋形ホースからなり、螺旋形ホース内を流れる気液混合水に渦流を発生させる構造を採用することができる。また、この構造の場合、螺旋形ホースの内部に複数個の微小ボールを数珠状に連結したボールチェーンが収容されていても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合するようにしたことにより、オゾンガスが原液を微細な粒子に切り裂いてオゾンを溶解させ、しかも生成された気液混合水に新たなオゾンガスが接触しながら流れるので、高濃度で安定したオゾン濃度のオゾン水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のオゾン水生成装置の機能を示すブロック図。
【図２】オゾン水生成装置の内部構造を示す正面図。
【図３】オゾン水生成装置の内部構造を示す背面図。
【図４】原液の容器に取り付ける排水キャップの構成を示す説明図。
【図５】気液混合方法の原理を示す模式図。
【図６】気液混合部の構成を示す拡大図。
【図７】オゾンガス発生部における水分離器の構造を示す説明図。
【図８】気液分離部において排水チューブからの排水量が少ない状態を示す説明図。
【図９】気液分離部において圧力のバランスが取れた状態を示す説明図。
【図１０】廃ガス処理部における水分離器の構造を示す説明図。
【図１１】オゾン水生成装置について取付板を取り外す前の状態を示す説明図。
【図１２】オゾン水生成装置について取付板を取り外した後の状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
------ 装置の概略 ------------------------------------------------------------
図１は本発明のオゾン水生成装置の機能ブロック図、図２は同装置の正面図、図３は同装置の背面図である。本実施形態のオゾン水生成装置は、原液に所定濃度のオゾンガスを溶解させたオゾン水を生成する装置であり、特に眼科での手術や治療の際に患者の眼を直接洗浄できるように、毎分約１５０〜２００ｍｌ程度の少量のオゾン水を滴下した状態で供給する小型の装置にしたことが特徴である。図示したように、このオゾン水生成装置１は、ケースの内部に原液移送部１０と、オゾンガス発生部２０と、気液混合部３０と、気液分離部４０と、廃ガス処理部５０を備えて構成されている。以下、各部の構成と動作を詳細に説明する。なお、図において実線の矢印は液体の流れを表わし、点線の矢印は気体の流れを表わしている。
【００１６】
------ 原液移送部 ------------------------------------------------------------
図１において、原液移送部１０は、オゾン水の原料となる原液を連続的に定量移送する手段であり、本実施形態では容器１１とポンプ１２を備えて構成されている。原液は水道水（水圧約０．２〜０．５ＭＰａ）のように加圧した状態で供給されるものでなく、容器からの自由落下により供給される小流量のものを使用する。なお、以下の実施形態においては、原液の一例として塩化ナトリウムを０．９％含有する生理食塩水を使用した例を挙げて説明するが、原液の種類はこれに限られない。例えば生理食塩水に代えて精製水、蒸留水、リンゲル液、あるいは眼灌流洗浄液（例えばオキシグルタチオン溶液）等を使用することもできる。
【００１７】
図２に示すように、生理食塩水はプラスチック等の容器１１に充填された市販品を使用し、付属のキャップを排水キャップ１３に付け替えてセットする。図４に拡大して示すように、排水キャップ１３は、キャップ本体の天板１３ａに排水口１３ｂを開口した２段式のノズル１３ｃを設けたものである。ノズル１３ｃには排水口１３ｂを横断する溝１３ｄが形成され、溝１３ｄに十文字形の仕切板１３ｅが嵌め込まれている。この排水キャップ１３を容器１１の口に装着して逆さまにセットすると、排水口１３ｂの断面が非円形（本例では半円形）に仕切られるので、落下する液体の表面張力が作用しにくくなり、容器１１内の生理食塩水が仕切板１３ｅを伝ってスムーズに流れ出るようになっている。なお、仕切板１３ｅは生理食塩水で錆びないようにステンレス製であり、その先端をノズル１３ｃの端面からわずかに突出させることにより流れ具合を良くしてある。
【００１８】
図２において、容器１１から流れ出た生理食塩水は、ノズル１３ｃに接続された食塩水用のホース１４を通ってポンプ１２に供給される。ポンプ１２はゴム製のチューブ１２ａの弾性力を利用して液体を移送するチューブポンプである。このチューブポンプを起動すると、ギヤードモータ（図示略）によって回転するローラ１２ｂがチューブ１２ａを押し潰しながら公転する。そして、押し潰されたチューブ１２ａが弾性力で復元する際にホース１４から生理食塩水を吸入し、ローラ１２ｂの回転に伴ってチューブ１２ａ内の生理食塩水が一定量ずつ連続して送り出されるようになっている。なお、チューブ１２ａのサイズやギヤードモータの回転数を変更することで移送流量を調節することができ、本実施形態では移送流量を毎分２００ｍｌに設定した生理食塩水が気液混合部３０へ連続して定量移送される。
【００１９】
------ オゾンガス発生部 ------------------------------------------------------
図１において、オゾンガス発生部２０は、オゾンと酸素の混合ガス（以下「オゾンガス」という）を発生させる手段であり、本実施形態では酸素ボンベ２１と、電磁弁２２と、オゾン発生器２３と、水分離器２４と、排水電磁弁２５と、逆止弁２６を備えて構成されている。
【００２０】
図３に示すように、オゾン発生器２３は、酸素を原料ガスに利用して放電によりオゾンガスを発生させるもので、その給気口が電磁弁２２を介して酸素ボンベ２１に接続されている。このオゾン発生器２３によると、酸素ボンベ２１から供給された原料ガスが放電管２３ａ内を通過する際に、放電管２３ａに高周波高電圧を印加することで無数の放電が生じ、原料ガス中にオゾンが発生するようになっている。その発生原理は、放電管２３ａ内を通過する酸素分子［Ｏ2］が放電により酸素原子［Ｏ］に分解され、分解された酸素原子同士が分子に戻ろうとした時に、酸素原子［Ｏ］と分解されていない酸素分子［Ｏ2］とが結合してオゾン分子［Ｏ3］が生成されるというものである。なお、酸素ボンベ２１からの原料ガスの供給量は電磁弁２２に装着した流量計と圧力計によって調節され、本実施形態では流量を毎分２５０ｍｌ、圧力を０．０５ＭＰａに設定してある。
【００２１】
また、オゾン発生器２３の排気口には、水分離器２４を介してオゾンガス用のホース２７が接続されている。このホース２７の先端には逆止弁２６が設けられており、発生したオゾンガスが逆止弁２６を通じて気液混合部３０に供給され、オゾンガスがオゾン発生器２３に逆流しないように構成されている。なお、水分離器２４と排水電磁弁２５の機能については後に詳しく説明する。
【００２２】
------ 気液混合部 ------------------------------------------------------------
図１において、気液混合部３０は、原液移送部１０から移送されてきた原液にオゾンガス発生部２０で発生させたオゾンガスを混合して気液混合水を生成する手段であり、本実施形態では加速器３１と混合器３２を備えて構成されている。
【００２３】
ここで、気液を混合する方法としては、図５（ａ）のようにエジェクタとスタティックミキサを使用して高圧水流により混合する方法が知られている。これは高い圧力を利用して原液の高速水流を作り、エジェクタ内に発生するキャビテーション効果によりオゾンガスを溶解させ、更にスタティックミキサ内で乱流攪拌を起こして高濃度の気液混合水を生成する方法である。この方法の場合、チューブポンプで移送されるような低い圧力で少量の水流に対しても一定のオゾン濃度の気液混合水を生成することは可能であるが、オゾン濃度の安定性を保つことは難しい。
【００２４】
そこで、本発明では水の圧力を主としたエジェクタではなく、図５（ｂ）のように高い圧力のオゾンガスを利用して、水流を加速させて原液とオゾンガスを混合した後、これを螺旋形ホースに供給する方法を採用している。螺旋形ホースはフッ素樹脂製のホースを連続する螺旋状波形に成形したものであり、ホース内を流れる気液混合水に渦流を発生させる。この方法において重要な点は、螺旋形ホース内を流れる原液の流速よりもオゾンガスの流速の方が速いことである。オゾンガスが原液より高速であると、オゾンガスが原液を微細な粒子に切り裂いてオゾンを溶解させ、しかも生成した気液混合水に新たなオゾンガスが接触しながら進むのでオゾン濃度が高くなる。なお、オゾン濃度を安定させるためには、原液とオゾンガスの相対速度があまり変化しないようにする。
【００２５】
また、上記の方法よりも更に高濃度で安定した混合方法として、図５（ｃ）に示す方法を採用しても良い。この方法は、絞られた通路で原液を加速させ、螺旋形ホースの内部に複数個の微小ボールを数珠状に連結したボールチェーンを収容し、オゾンガスが流れるガス管からホース内にオゾンガスを分散して噴射するものである。この方法によると、ホース内を流れる原液がボールチェーンに衝突して回転しながら進み、その原液の流れに沿って順次オゾンガスが噴射されてオゾン濃度が次第に濃くなっていくので、より一層高濃度で安定した気液混合水が生成される。
【００２６】
本実施形態の気液混合部３０は、図６に示すように加速器３１と混合器３２を備えて構成されている。加速器３１は、水平方向に延びる吸入口３１ａがチューブポンプのチューブ１２ａ（図２を参照）に接続されており、テーパ状に絞られた通路で原液を加速させて吐出する。混合器３２は加速器３１の吐出口３１ｂに接続され、円筒部３２ａの外周に螺旋形ホース３３をコイル状に巻き付けてなる移送通路を有し、その通路内に数珠状のボールチェーン３４を収容したものである。ボールチェーン３４の素材は生理食塩水に対する耐食性を持たせるためにＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で成形されているのが好ましい。また、円筒部３２ａの中心にはオゾンガスを供給するガス管３５が設置されていて、ガス管３５から螺旋形ホース３３の移送通路内へと貫通する噴射口３５ａ，３５ａ，…が移送通路の各段に対応して１個ずつ開設されている。
【００２７】
この混合器３２によると、加速器３１から吐出された生理食塩水はボールチェーン３４に衝突して渦流となり、螺旋形ホース３３内を大きく旋回しながら流れ落ちていく。このとき、生理食塩水の流れに沿って、ガス管３５に供給した高圧のオゾンガスが複数の噴射口３５ａ，３５ａ，…からそれぞれ生理食塩水に向かって噴射される。したがって、生理食塩水が流れ落ちるのにつれて次第にオゾン濃度が濃くなっていき、高濃度で安定した気液混合水が生成される。そして、加速器３１と混合器３２を通じて生成された気液混合水は、混合器３２の排水口３２ｂから気液分離部４０に供給される。
【００２８】
------ 気液分離部 ------------------------------------------------------------
図１において、気液分離部４０は、気液混合部３０で生成された気液混合水を、原液に溶解しない酸素と残留オゾンの混合ガス（以下「廃ガス」という）と、原液にオゾンが溶解したオゾン水とに分離する手段であり、本実施形態では気液分離槽４１と、気液分離管４２と、水量調節器４３を備えて構成されている。
【００２９】
図２に示すように、気液分離槽４１は、円筒形の容器を寝かせた状態で設置したものであり、その給水口４１ａが混合器３２に接続されている。混合器３２から給水口４１ａを通って供給された気液混合水は、内部の分離室４１ｂに一時的に貯留される。ここで、分離室４１ｂに貯留した気液混合水はこの室内空間で廃ガスとオゾン水に分離され、廃ガスは分離室４１ｂの天面に開口した排気口４１ｃから流出し、オゾン水は分離室４１ｂの底面に開口した排水口４１ｄから流出するようになっている。
【００３０】
気液分離管４２は、気液分離槽４１よりも容積の小さな細長管型の容器からなり、この容器を起立した姿勢でかつ容器中央部が気液分離槽４１の分離室４１ｂと同一高さになるように設置されている。その理由は、気液分離管４２が気液分離槽４１より低い位置にあると落差によってオゾン水の流れが速くなって気泡が発生しやすくなり、逆に高い位置にあるとオゾン水が溜まる速度が遅くなるからである。
【００３１】
また、気液分離管４２の側面上方には廃ガス用のホース４５が接続され、側面下方にはオゾン水用のホース４６が接続されている。したがって、気液分離槽４１から流出した廃ガスはホース４５を通って気液分離管４２の管部４２ａの上方から流入し、これとは別に気液分離槽４１から流出したオゾン水がホース４６を通って気液分離管４２の管部４２ａの下方から流入することにより、管部４２ａ内に廃ガスとオゾン水が分離した状態で貯留される。そして、管部４２ａの天面に開口した排気口４２ｂから廃ガスが流出し、管部４２ａの底面に開口した排水口４２ｃからオゾン水のみが排水チューブ４４を通じて装置１の外部に提供される。また、気液分離管４２の排水口４２ｃは下方に向かって次第に断面積が狭くなる漏斗状に形成されているため、管部４２ａ内の水位が上昇するにつれて底部で気泡が取り除かれ、気泡のないオゾン水（オゾン濃度２〜１０ｐｐｍ）が排水チューブ４４から排水されるようになっている。なお、オゾン水の排水量は水量調節器４３によって毎分約１５０〜２００ｍｌ程度に調節され、装置の外部に滴下した状態で提供することができる。
【００３２】
------ 廃ガス処理部 ----------------------------------------------------------
図１において、廃ガス処理部５０は、気液分離部４０で分離された廃ガスに含まれる残留オゾンを酸素に分解して排気する手段であり、本実施形態では排ガス電磁弁５１と、水分離器５２と、排水電磁弁５３と、オゾン分解器５４を備えて構成されている。
【００３３】
図３に示すように、排ガス電磁弁５１は、廃ガスの排気量を調節するためのステンレス製の開閉弁であり、気液分離管４２に塩化ビニル製の廃ガス用のホース５５を介して接続されている。また、排ガス電磁弁５１には水分離器５２を介してオゾン分解器５４が接続されている。なお、排ガス電磁弁５１と水分離器５２と排水電磁弁５３の機能については後に詳しく説明する。
【００３４】
オゾン分解器５４は、活性炭を利用してオゾンを分解するもので、その給気側が水分離器５２を介して排ガス電磁弁５１に接続されている。オゾン分解器５４の内部には、給気側と排気側にそれぞれフィルタ５４ａ，５４ａが設けられており、これらのフィルタ間にオゾン分解触媒として破砕状の活性炭５４ｂが充填されている。したがって、給気した廃ガスはフィルタ５４ａを通って活性炭５４ｂの隙間を抜けていくが、このとき廃ガス中の残留オゾンが活性炭５４ｂに吸着されて反応し、オゾン分子［Ｏ3］が酸素分子［Ｏ2］に分解される。また、オゾンガス特有の臭気もこの活性炭５４ｂによって脱臭される。そして、分解された酸素は、オゾン分解器５４の排気側に接続された酸素用のホース５６を通って外気に開放される。なお、フィルタ５４ａの外側には空隙部５４ｃが設けられているが、これは給気した廃ガスと活性炭５２ｂを通して分解した酸素とを瞬時に広がりやすくするためのスペースである。
【００３５】
以上がオゾン水生成装置１における各部の構成であるが、次に各部どうしの関係について説明する。
【００３６】
------ オゾンガス発生部と気液混合部との関係 ----------------------------------
オゾンガス発生部２０と気液混合部３０は上述した通りに構成されているが、オゾン発生器２３に水分が入るとオゾンガスの発生量が著しく低下してしまう。本装置によればオゾン発生器２３の排気口側に逆止弁２６が設けられており、混合器３２で処理するオゾンガスの逆流を防止するようになっている。ところが、混合器３２の排水口３２ｂや気液分離管４２の排水口４２ｃで水が詰まった場合、あるいは酸素ボンベ２１の圧力が低下した場合等には、逆止弁２６を通ってその廃水が逆流することも考えられる。そこで本装置では、万が一廃水が逆流した場合でも、その水分がオゾン発生器２３に流入しないように構成されている。
【００３７】
すなわち、図７に示すように、オゾンガス発生部２０には、オゾン発生器２３と逆止弁２６の間に水分離器２４と排水電磁弁２５が設けられている。水分離器２４は細長管型の容器からなり、側面上方に開口した給気口２４ａにオゾン発生器２３が接続され、給気口２４ａより低い位置に開口した排気口２４ｂに、逆止弁２６を介して混合器３２が接続されている。また、水分離器２４の底面には排水口２４ｃが開設されており、この排水口２４ｃを開閉する排水電磁弁２５が装着されている。さらに、水分離器２４の管内には、底部に溜まった廃水の液面を検出するために、棒状本体の先端に電極を有する水位センサ２４ｄが設置されている。なお、水位センサ２４ｄによる液面の検出位置は、少なくとも排気口２４ｂよりも低い位置であれば特に限定されない。
【００３８】
以上の構成によれば、上記のような原因で廃水が混合器３２から逆止弁２６を通って逆流した場合、その水分は排気口２４ｂから水分離器２４内に流れ込む。このとき、排水電磁弁２５は閉じていて、管内の底部に廃水が貯留される。そして、管内に溜まった廃水が図のように予め設定した基準水位まで到達すると、液面に触れた水位センサ２４ｄの電極間に微小電流が流れて水位を検出し、コントローラ６１（図３を参照）に内蔵されたリレー回路により排水電磁弁２５が開くように制御される。これにより、水分離器２４内に溜まった廃水が排水口２４ｃから排水電磁弁２５を通って装置外部に排出される。なお、装置の運転中に水位センサ２４ｄが動作した場合には、警報を出力するか、あるいは運転をいったん停止して、水分離器２４内の廃水をすべて排出してから運転を開始するように制御される。
【００３９】
------ 気液分離部と廃ガス処理部との関係 --------------------------------------
気液分離部４０と廃ガス処理部５０は上述した通りに構成されているが、内径の小さな排水チューブ４４（内径φ２）から一定量のオゾン水を排出することは、気液分離管４２と排水チューブ４４の内部に溜まったオゾン水の自重に頼るだけでは難しい。そこで本装置では、気液分離槽４１、気液分離管４２、排水チューブ４４及び排ガス電磁弁５１について、これらの間の圧力バランスを利用して排水チューブ４４から一定量の洗浄水を排出する構造を採用している。
【００４０】
すなわち、図８に示すように排水チューブ４４から排出されるオゾン水の流量が少ないと、気液分離槽４１の分離室４１ｂと気液分離管４２の管部４２ａにそれぞれオゾン水が満たされる。このとき、排ガス電磁弁５１を閉じて廃ガスの排気を停止することにより、管内の廃ガスの圧力が高くなる。したがって、気液分離管４２内のオゾン水が廃ガスの圧力によって押し出され、排水チューブ４４から排出されるオゾン水の流量が増加する。
【００４１】
一方、図９に示すように圧力のバランスが取れた状態においては、気液分離管４２の管部４２ａの内容積に比べて気液分離槽４１の分離室４１ｂの内容積の方が大きいので、気液分離管４２内の水面の高さは変動しにくくなる。このとき、気液分離槽４１では、廃ガスの大部分が排気口４１ｃからホース４５を通って気液分離管４２の管部４２ａの上方に抜け出るとともに、オゾン水と微細な気泡が排水口４１ｄからホース４６を通って気液分離管４２の管部４２ａの下方に流れ出る。ここで、気液分離管４２の下方には大きな気泡がないため、管部４２ａ内の水位の変動が少なく、安定した水量のオゾン水が排水チューブ４４から排出される。
【００４２】
このように、本装置によれば、気液分離部４０と廃ガス処理部５０との間の圧力バランスを利用することによって、排水チューブ４４から常に一定量（毎分１５０〜２００ｍｌ）のオゾン水を提供することができる。
【００４３】
また、オゾン分解器５４に水分が浸入すると、活性炭が濡れて残留オゾンの分解効率が悪くなってしまう。本装置によると気液分離管４２の排気口４２ｂが常時開口されているため、気液分離管４２の管部４２ａ内に貯留されたオゾン水が満水になった場合、そのオゾン水が排気口４ｂから外部に流れ出てオゾン分解器５４に流れ込む恐れがある。そこで本装置では、気液分離管４２が満水になった場合でも、その水分がオゾン分解器５４に浸入しないように構成されている。
【００４４】
すなわち、図１０に示すように、廃ガス処理部５０には、排ガス電磁弁５１とオゾン分解器５４の間に水分離器５２と排水電磁弁５３が設けられている。水分離器５２は細長管型の容器からなり、側面上方に開口した給気口５２ａに排ガス電磁弁５１を介して気液分離管４２が接続され、給気口５２ａより高い位置に開口した排気口５２ｂにオゾン分解器５４が接続されている。また、水分離器５２の底面には排水口５２ｃが開設されており、この排水口５２ｃを開閉する排水電磁弁５３が装着されている。さらに、水分離器５２の管内には、底部に溜まったオゾン水の水位を３段階（水位Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）で検出できるように、棒状本体の先端に電極を有する２個の水位センサ（下部水位センサ５２ｄと上部水位センサ５２ｅ）が設置されている。なお、給気口５２ａと上部水位センサ５２ｅの間には、水分離器５２の上方の空間を完全に仕切る仕切板５２ｆが設置されており、この仕切板５２ｆは給気口５２ａから流れ込んだオゾン水が、水位センサに直接触れないようにする機能と、排気口５２ｂから流れ出ないように阻止する機能を備えている。
【００４５】
以上の構成により、気液分離管４２の管内がオゾン水で満水になった場合、その水分は排ガス電磁弁５１から給気口５２ａを通って水分離器５２の内部に流れ込み、仕切板５２ｆに衝突して管内の底部へと誘導される。これに対して、廃ガスは仕切板５２ｆに衝突し、水位センサの両脇の隙間を抜けて排気口５２ｂからオゾン分解器５４へと排気される。また、水分離器５２内に溜まったオゾン水の水量に応じて、排ガス電磁弁５１と排水電磁弁５３はコントローラ６１のリレー回路により次のように制御される。なお、以下では説明の便宜上、下部水位センサ５２ｄを「センサＡ」、上部水位センサ５２ｅを「センサＢ」、排ガス電磁弁５１を「電磁弁Ａ」、排水電磁弁５３を「電磁弁Ｂ」と呼ぶことにする。
【００４６】
水分離器５２内のオゾン水が図のように水位Ｌ１の時、センサＡとセンサＢは共に水面を検出せずＯＦＦのままである。このとき、電磁弁Ａは開の状態、電磁弁Ｂは閉の状態に制御される。したがって、給気口５２ａから流入したオゾン水が水分離器５２の底部に溜まっていく。
【００４７】
オゾン水が水位Ｌ２（下限）まで溜まると、センサＡが水面を検出してＯＮになるが、センサＢはまだ水面を検出せずＯＦＦのままである。ここでは、電磁弁Ａと電磁弁Ｂは前の状態を維持するように制御される。つまり電磁弁Ａが開の状態、電磁弁Ｂが閉の状態のままある。したがって、オゾン水は水分離器５２の底部に更に溜まっていく。
【００４８】
続いて、オゾン水が水位Ｌ２を超えて水位Ｌ３（上限）まで到達すると、センサＢが水面を検出してＯＮになる。このとき、電磁弁Ａと電磁弁Ｂが同時に切り換えられる。つまり電磁弁Ａが開から閉の状態になり、電磁弁Ｂが閉から開の状態になる。したがって、給気口５２ａからのオゾン水の流入が遮断され、水分離器５２に溜まったオゾン水が排水口５２ｃから電磁弁Ｂを通って装置外部に排出される。なお、電磁弁Ｂが開いている間、電磁弁Ａは閉じているため、気液分離管４２の管内の圧力が高くなる。これにより、気液分離管４２の廃水口４２ｃから排水されるオゾン水の水量が増加するので、気液分離管４２の満水は解消される。
【００４９】
また、上記の排水処理により水分離器５２内のオゾン水が水位Ｌ３（上限）より少なくなると、センサＢが水面を検出しなくなりＯＦＦになる。ここでは、電磁弁Ａと電磁弁Ｂは前の状態を維持するように制御される。つまり電磁弁Ａが閉の状態、電磁弁Ｂが開の状態のままである。したがって、水分離器５２内のオゾン水が更に減っていく。
【００５０】
そして、オゾン水が水位Ｌ２（下限）よりも少なくなった瞬間に、センサＡが水面を検出しなくなりＯＦＦになる。このとき、電磁弁Ａと電磁弁Ｂが同時に切り換えられる。つまり電磁弁Ｂが開から閉に切り換わり、電磁弁Ａが閉から開に切り換わる。したがって、排水口５２ｃから電磁弁Ｂを通って排出されるオゾン水が停止し、代わって電磁弁Ａから給気口５２ａを通って廃ガスが流入し始める。ここで、完全に排水し終わる前に電磁弁Ｂを閉じて排水を停止する理由は、水分離器５２の底部に少量のオゾン水を残すことにより、廃ガスが排水口５２ｃから電磁弁Ｂを通って装置外部に漏れないようにするためである。なお、本実施形態ではオゾン水が水位Ｌ２を下回った瞬間に電磁弁Ｂを閉じて電磁弁Ａを開放するようにしたが、このタイミングに代えて、電磁弁Ａを閉じた後所定時間経過後に排水処理が完了したものとみなして電磁弁Ａを開放するようにしても良い。
【００５１】
このように、排ガス電磁弁５１と水分離器５２と排水電磁弁５３により上記の一連の動作が繰り返され、水分離器５２内のオゾン水が水位Ｌ３（上限）まで到達するといったん排水されるため、排気口５２ｂからオゾン分解器５４に流れ出ないように阻止される。したがって、気液分離管４２の管内のオゾン水が満水になって溢れ出ても、その水分がオゾン分解器５４に浸入することはないので、そのまま装置の運転を続けることができる。
【００５２】
------ その他 ----------------------------------------------------------------
この装置にはフットスイッチ（図示略）が設けられており、フットスイッチのペダルを踏んで電源のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。電源をＯＮすると、図３に示すコントローラ６１に内蔵されたリレー回路により、ポンプ１２を起動した後に酸素ボンベ２１を開いてオゾン発生器２３が運転を動作するように制御される。これにより、電源投入時には先に生理食塩水が移送されてからオゾンガスが発生するため、オゾンガスのみが排水チューブ４４から室内に排気されないようになっている。一方、電源をＯＦＦすると、コントローラ６１によって最初にポンプ１２の運転を停止し、その後にオゾン発生器２３からのオゾンガスの発生が止まり、最後に酸素ボンベ２１が閉じて酸素の供給を停止するように制御される。したがって、電源切断時には配管内に溜まった液体が酸素ボンベ２１からのガス圧によって排水チューブ４４からすべて押し出されるので、配管内に不要な液体が残らないようになっている。なお、コントローラ６１とＡＣ電源とはトロイダルトランス６２によって電気的に絶縁されている。
【００５３】
また、この装置を使用した後には、オゾンガスや生理食塩水に接触した部分を滅菌消毒するために加熱処理を行う必要があるが、本実施形態によれば加熱処理を行う部分だけを簡単に取り外すことができる。すなわち、図１１に示すように、加速器３１と、混合器３２と、気液分離槽４１と、気液分離管４２のすべての部品が一枚の取付板６３に装着されており、この取付板６３の左右両側に一対のステンレス製の取手６４，６４が取り付け固定されている。また、混合器３２にはねじ込み式の継手６５を介してオゾンガス用のホース２７が接続され、気液分離管４２には同じく継手６５を介して廃ガス用のホース５５が接続されている。
【００５４】
したがって、使用後に電源を切断して装置本体のカバーを取り外した後、図１２のように継手６５を回してホース２７とホース５５を取り外せば、取付板６３が装置本体から切り離されるため、一対の取手６４，６４を持って取付板６３ごと持ち運ぶことが可能になる。よって、滅菌消毒のために個々の部品の分解作業を行わなくても済み、メンテナンスを簡単に実施できるという利点がある。なお、装置本体側に残されたポンプ１２については、カセット１２ｃをひねって脱着し、内部のチューブ１２ａと外部の食塩水用のホース１４を取り外してそれぞれを滅菌消毒することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…オゾン水生成装置
１０…原液移送部
１１…容器
１２…ポンプ
１３…排水キャップ
１４…食塩水用ホース
２０…オゾンガス発生部
２１…酸素ボンベ
２２…電磁弁
２３…オゾン発生器
２４…水分離器
２５…排水電磁弁
２６…逆止弁
２７…オゾンガス用ホース
３０…気液混合部
３１…加速器
３２…混合器
３３…螺旋形ホース
３４…ボールチェーン
３５…ガス管
４０…気液分離部
４１…気液分離槽
４２…気液分離管
４３…水量調節器
４４…排水チューブ
４５…廃ガス用ホース
４６…オゾン水用ホース
５０…廃ガス処理部
５１…排ガス電磁弁
５２…水分離器
５３…排水電磁弁
５４…オゾン分解器
５５…廃ガス用ホース
６１…コントローラ
６２…トロイダルトランス
６３…取付板
６４…取手
６５…継手
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水［Ｈ2Ｏ］にオゾン［Ｏ3］を溶解させたオゾン水は、オゾンによる優れた洗浄力や殺菌力を有することから、医療、食品、製造などの各種分野で利用されている。例えば医療の分野において、オゾン水で手や医療器具を洗浄することにより、細菌や微生物を死滅させ、病院での院内感染を防ぐのに役立っている。また、近年では眼科での手術や治療の際にオゾン水を消毒液として使用する例も見られ、この場合、原料水に体液と同濃度の生理食塩水を使用すると、術部や患部への刺激が少なくなることが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
ところで、医療の現場には、上記のようにオゾン水を洗浄水や消毒液として使用することができるように、オゾン水を生成して排水する装置が設置されている。しかし、その装置のほとんどは毎分３〜５Ｌ程度の大流量のオゾン水を排水するものであり、流れるオゾン水の水量が多いので、特に眼科において患者の眼を直接洗浄する用途には適していなかった。また、このような大流量の装置を使って眼を洗浄する場合には、一旦排水したオゾン水を別の器具に移し変えて使用することになるが、オゾン水は時間の経過とともにオゾン濃度が低下してしまうため、あらかじめ高濃度のオゾン水を生成しておかなければならずコスト的に無駄があった。
【０００４】
一方、本出願人は、原液に所定濃度のオゾンを溶解させたオゾン水を小流量で生成することができる装置を開発している。この装置は、原液を連続して定量移送する原液移送部と、オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部と、原液にオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部と、気液混合水を廃ガスとオゾン水に分離する気液分離部とを備えて構成されている。
【０００５】
この装置によると、気液混合部において、エジェクタ内に発生するキャビテーション効果により原液にオゾンガスを溶解させ、更にスタティックミキサ内で乱流攪拌を起こして気液混合水を生成する方法が採用されている。この方法の場合、比較的低圧で少量の原液であっても所定濃度のオゾン水を生成することは可能であるが、オゾン水中に溶解したオゾン濃度の安定性を保つことが難しく、更なる改良が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、原液に所定濃度のオゾンを溶解させたオゾン水を小流量で生成することができるオゾン水生成装置において、特に、オゾン水中に溶解するオゾン濃度を高めて安定化させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明に係るオゾン水生成装置は、原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する装置であって、原液を連続して定量移送する原液移送部と、オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部と、原液移送部から定量移送された原液にオゾンガス発生部で発生させたオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部と、気液混合部で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離部と、を備え、気液混合部において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とする。
【０００９】
また、上記の目的を達成するため、本発明に係るオゾン水生成方法は、原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する方法であって、連続して定量移送される原液にオゾンを含むオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合工程と、気液混合工程で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離工程と、を含み、気液混合工程において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合する構造の一例として、気液混合部において、オゾンガスを噴射する噴射口が原液の移送通路の流れ方向に沿って複数個設けられている構造を採用することができる。また、この構造を採用した場合、気液混合部において、原液の移送通路がコイル状に形成され、コイルの中心のガス管から移送通路に通じる噴射口が設けられていても良い。
【００１１】
原液の移送通路については特に限定されないが、例えば原液の移送通路が螺旋形ホースからなり、螺旋形ホース内を流れる気液混合水に渦流を発生させる構造を採用することができる。また、この構造の場合、螺旋形ホースの内部に複数個の微小ボールを数珠状に連結したボールチェーンが収容されていても良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合するようにしたことにより、オゾンガスが原液を微細な粒子に切り裂いてオゾンを溶解させ、しかも生成された気液混合水に新たなオゾンガスが接触しながら流れるので、高濃度で安定したオゾン濃度のオゾン水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のオゾン水生成装置の機能を示すブロック図。
【図２】オゾン水生成装置の内部構造を示す正面図。
【図３】オゾン水生成装置の内部構造を示す背面図。
【図４】原液の容器に取り付ける排水キャップの構成を示す説明図。
【図５】気液混合方法の原理を示す模式図。
【図６】気液混合部の構成を示す拡大図。
【図７】オゾンガス発生部における水分離器の構造を示す説明図。
【図８】気液分離部において排水チューブからの排水量が少ない状態を示す説明図。
【図９】気液分離部において圧力のバランスが取れた状態を示す説明図。
【図１０】廃ガス処理部における水分離器の構造を示す説明図。
【図１１】オゾン水生成装置について取付板を取り外す前の状態を示す説明図。
【図１２】オゾン水生成装置について取付板を取り外した後の状態を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
------ 装置の概略 ------------------------------------------------------------
図１は本発明のオゾン水生成装置の機能ブロック図、図２は同装置の正面図、図３は同装置の背面図である。本実施形態のオゾン水生成装置は、原液に所定濃度のオゾンガスを溶解させたオゾン水を生成する装置であり、特に眼科での手術や治療の際に患者の眼を直接洗浄できるように、毎分約１５０〜２００ｍｌ程度の少量のオゾン水を滴下した状態で供給する小型の装置にしたことが特徴である。図示したように、このオゾン水生成装置１は、ケースの内部に原液移送部１０と、オゾンガス発生部２０と、気液混合部３０と、気液分離部４０と、廃ガス処理部５０を備えて構成されている。以下、各部の構成と動作を詳細に説明する。なお、図において実線の矢印は液体の流れを表わし、点線の矢印は気体の流れを表わしている。
【００１６】
------ 原液移送部 ------------------------------------------------------------
図１において、原液移送部１０は、オゾン水の原料となる原液を連続的に定量移送する手段であり、本実施形態では容器１１とポンプ１２を備えて構成されている。原液は水道水（水圧約０．２〜０．５ＭＰａ）のように加圧した状態で供給されるものでなく、容器からの自由落下により供給される小流量のものを使用する。なお、以下の実施形態においては、原液の一例として塩化ナトリウムを０．９％含有する生理食塩水を使用した例を挙げて説明するが、原液の種類はこれに限られない。例えば生理食塩水に代えて精製水、蒸留水、リンゲル液、あるいは眼灌流洗浄液（例えばオキシグルタチオン溶液）等を使用することもできる。
【００１７】
図２に示すように、生理食塩水はプラスチック等の容器１１に充填された市販品を使用し、付属のキャップを排水キャップ１３に付け替えてセットする。図４に拡大して示すように、排水キャップ１３は、キャップ本体の天板１３ａに排水口１３ｂを開口した２段式のノズル１３ｃを設けたものである。ノズル１３ｃには排水口１３ｂを横断する溝１３ｄが形成され、溝１３ｄに十文字形の仕切板１３ｅが嵌め込まれている。この排水キャップ１３を容器１１の口に装着して逆さまにセットすると、排水口１３ｂの断面が非円形（本例では半円形）に仕切られるので、落下する液体の表面張力が作用しにくくなり、容器１１内の生理食塩水が仕切板１３ｅを伝ってスムーズに流れ出るようになっている。なお、仕切板１３ｅは生理食塩水で錆びないようにステンレス製であり、その先端をノズル１３ｃの端面からわずかに突出させることにより流れ具合を良くしてある。
【００１８】
図２において、容器１１から流れ出た生理食塩水は、ノズル１３ｃに接続された食塩水用のホース１４を通ってポンプ１２に供給される。ポンプ１２はゴム製のチューブ１２ａの弾性力を利用して液体を移送するチューブポンプである。このチューブポンプを起動すると、ギヤードモータ（図示略）によって回転するローラ１２ｂがチューブ１２ａを押し潰しながら公転する。そして、押し潰されたチューブ１２ａが弾性力で復元する際にホース１４から生理食塩水を吸入し、ローラ１２ｂの回転に伴ってチューブ１２ａ内の生理食塩水が一定量ずつ連続して送り出されるようになっている。なお、チューブ１２ａのサイズやギヤードモータの回転数を変更することで移送流量を調節することができ、本実施形態では移送流量を毎分２００ｍｌに設定した生理食塩水が気液混合部３０へ連続して定量移送される。
【００１９】
------ オゾンガス発生部 ------------------------------------------------------
図１において、オゾンガス発生部２０は、オゾンと酸素の混合ガス（以下「オゾンガス」という）を発生させる手段であり、本実施形態では酸素ボンベ２１と、電磁弁２２と、オゾン発生器２３と、水分離器２４と、排水電磁弁２５と、逆止弁２６を備えて構成されている。
【００２０】
図３に示すように、オゾン発生器２３は、酸素を原料ガスに利用して放電によりオゾンガスを発生させるもので、その給気口が電磁弁２２を介して酸素ボンベ２１に接続されている。このオゾン発生器２３によると、酸素ボンベ２１から供給された原料ガスが放電管２３ａ内を通過する際に、放電管２３ａに高周波高電圧を印加することで無数の放電が生じ、原料ガス中にオゾンが発生するようになっている。その発生原理は、放電管２３ａ内を通過する酸素分子［Ｏ2］が放電により酸素原子［Ｏ］に分解され、分解された酸素原子同士が分子に戻ろうとした時に、酸素原子［Ｏ］と分解されていない酸素分子［Ｏ2］とが結合してオゾン分子［Ｏ3］が生成されるというものである。なお、酸素ボンベ２１からの原料ガスの供給量は電磁弁２２に装着した流量計と圧力計によって調節され、本実施形態では流量を毎分２５０ｍｌ、圧力を０．０５ＭＰａに設定してある。
【００２１】
また、オゾン発生器２３の排気口には、水分離器２４を介してオゾンガス用のホース２７が接続されている。このホース２７の先端には逆止弁２６が設けられており、発生したオゾンガスが逆止弁２６を通じて気液混合部３０に供給され、オゾンガスがオゾン発生器２３に逆流しないように構成されている。なお、水分離器２４と排水電磁弁２５の機能については後に詳しく説明する。
【００２２】
------ 気液混合部 ------------------------------------------------------------
図１において、気液混合部３０は、原液移送部１０から移送されてきた原液にオゾンガス発生部２０で発生させたオゾンガスを混合して気液混合水を生成する手段であり、本実施形態では加速器３１と混合器３２を備えて構成されている。
【００２３】
ここで、気液を混合する方法としては、図５（ａ）のようにエジェクタとスタティックミキサを使用して高圧水流により混合する方法が知られている。これは高い圧力を利用して原液の高速水流を作り、エジェクタ内に発生するキャビテーション効果によりオゾンガスを溶解させ、更にスタティックミキサ内で乱流攪拌を起こして高濃度の気液混合水を生成する方法である。この方法の場合、チューブポンプで移送されるような低い圧力で少量の水流に対しても一定のオゾン濃度の気液混合水を生成することは可能であるが、オゾン濃度の安定性を保つことは難しい。
【００２４】
そこで、本発明では水の圧力を主としたエジェクタではなく、図５（ｂ）のように高い圧力のオゾンガスを利用して、水流を加速させて原液とオゾンガスを混合した後、これを螺旋形ホースに供給する方法を採用している。螺旋形ホースはフッ素樹脂製のホースを連続する螺旋状波形に成形したものであり、ホース内を流れる気液混合水に渦流を発生させる。この方法において重要な点は、螺旋形ホース内を流れる原液の流速よりもオゾンガスの流速の方が速いことである。オゾンガスが原液より高速であると、オゾンガスが原液を微細な粒子に切り裂いてオゾンを溶解させ、しかも生成した気液混合水に新たなオゾンガスが接触しながら進むのでオゾン濃度が高くなる。なお、オゾン濃度を安定させるためには、原液とオゾンガスの相対速度があまり変化しないようにする。
【００２５】
また、上記の方法よりも更に高濃度で安定した混合方法として、図５（ｃ）に示す方法を採用しても良い。この方法は、絞られた通路で原液を加速させ、螺旋形ホースの内部に複数個の微小ボールを数珠状に連結したボールチェーンを収容し、オゾンガスが流れるガス管からホース内にオゾンガスを分散して噴射するものである。この方法によると、ホース内を流れる原液がボールチェーンに衝突して回転しながら進み、その原液の流れに沿って順次オゾンガスが噴射されてオゾン濃度が次第に濃くなっていくので、より一層高濃度で安定した気液混合水が生成される。
【００２６】
本実施形態の気液混合部３０は、図６に示すように加速器３１と混合器３２を備えて構成されている。加速器３１は、水平方向に延びる吸入口３１ａがチューブポンプのチューブ１２ａ（図２を参照）に接続されており、テーパ状に絞られた通路で原液を加速させて吐出する。混合器３２は加速器３１の吐出口３１ｂに接続され、円筒部３２ａの外周に螺旋形ホース３３をコイル状に巻き付けてなる移送通路を有し、その通路内に数珠状のボールチェーン３４を収容したものである。ボールチェーン３４の素材は生理食塩水に対する耐食性を持たせるためにＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４等のステンレス鋼で成形されているのが好ましい。また、円筒部３２ａの中心にはオゾンガスを供給するガス管３５が設置されていて、ガス管３５から螺旋形ホース３３の移送通路内へと貫通する噴射口３５ａ，３５ａ，…が移送通路の各段に対応して１個ずつ開設されている。
【００２７】
この混合器３２によると、加速器３１から吐出された生理食塩水はボールチェーン３４に衝突して渦流となり、螺旋形ホース３３内を大きく旋回しながら流れ落ちていく。このとき、生理食塩水の流れに沿って、ガス管３５に供給した高圧のオゾンガスが複数の噴射口３５ａ，３５ａ，…からそれぞれ生理食塩水に向かって噴射される。したがって、生理食塩水が流れ落ちるのにつれて次第にオゾン濃度が濃くなっていき、高濃度で安定した気液混合水が生成される。そして、加速器３１と混合器３２を通じて生成された気液混合水は、混合器３２の排水口３２ｂから気液分離部４０に供給される。
【００２８】
------ 気液分離部 ------------------------------------------------------------
図１において、気液分離部４０は、気液混合部３０で生成された気液混合水を、原液に溶解しない酸素と残留オゾンの混合ガス（以下「廃ガス」という）と、原液にオゾンが溶解したオゾン水とに分離する手段であり、本実施形態では気液分離槽４１と、気液分離管４２と、水量調節器４３を備えて構成されている。
【００２９】
図２に示すように、気液分離槽４１は、円筒形の容器を寝かせた状態で設置したものであり、その給水口４１ａが混合器３２に接続されている。混合器３２から給水口４１ａを通って供給された気液混合水は、内部の分離室４１ｂに一時的に貯留される。ここで、分離室４１ｂに貯留した気液混合水はこの室内空間で廃ガスとオゾン水に分離され、廃ガスは分離室４１ｂの天面に開口した排気口４１ｃから流出し、オゾン水は分離室４１ｂの底面に開口した排水口４１ｄから流出するようになっている。
【００３０】
気液分離管４２は、気液分離槽４１よりも容積の小さな細長管型の容器からなり、この容器を起立した姿勢でかつ容器中央部が気液分離槽４１の分離室４１ｂと同一高さになるように設置されている。その理由は、気液分離管４２が気液分離槽４１より低い位置にあると落差によってオゾン水の流れが速くなって気泡が発生しやすくなり、逆に高い位置にあるとオゾン水が溜まる速度が遅くなるからである。
【００３１】
また、気液分離管４２の側面上方には廃ガス用のホース４５が接続され、側面下方にはオゾン水用のホース４６が接続されている。したがって、気液分離槽４１から流出した廃ガスはホース４５を通って気液分離管４２の管部４２ａの上方から流入し、これとは別に気液分離槽４１から流出したオゾン水がホース４６を通って気液分離管４２の管部４２ａの下方から流入することにより、管部４２ａ内に廃ガスとオゾン水が分離した状態で貯留される。そして、管部４２ａの天面に開口した排気口４２ｂから廃ガスが流出し、管部４２ａの底面に開口した排水口４２ｃからオゾン水のみが排水チューブ４４を通じて装置１の外部に提供される。また、気液分離管４２の排水口４２ｃは下方に向かって次第に断面積が狭くなる漏斗状に形成されているため、管部４２ａ内の水位が上昇するにつれて底部で気泡が取り除かれ、気泡のないオゾン水（オゾン濃度２〜１０ｐｐｍ）が排水チューブ４４から排水されるようになっている。なお、オゾン水の排水量は水量調節器４３によって毎分約１５０〜２００ｍｌ程度に調節され、装置の外部に滴下した状態で提供することができる。
【００３２】
------ 廃ガス処理部 ----------------------------------------------------------
図１において、廃ガス処理部５０は、気液分離部４０で分離された廃ガスに含まれる残留オゾンを酸素に分解して排気する手段であり、本実施形態では排ガス電磁弁５１と、水分離器５２と、排水電磁弁５３と、オゾン分解器５４を備えて構成されている。
【００３３】
図３に示すように、排ガス電磁弁５１は、廃ガスの排気量を調節するためのステンレス製の開閉弁であり、気液分離管４２に塩化ビニル製の廃ガス用のホース５５を介して接続されている。また、排ガス電磁弁５１には水分離器５２を介してオゾン分解器５４が接続されている。なお、排ガス電磁弁５１と水分離器５２と排水電磁弁５３の機能については後に詳しく説明する。
【００３４】
オゾン分解器５４は、活性炭を利用してオゾンを分解するもので、その給気側が水分離器５２を介して排ガス電磁弁５１に接続されている。オゾン分解器５４の内部には、給気側と排気側にそれぞれフィルタ５４ａ，５４ａが設けられており、これらのフィルタ間にオゾン分解触媒として破砕状の活性炭５４ｂが充填されている。したがって、給気した廃ガスはフィルタ５４ａを通って活性炭５４ｂの隙間を抜けていくが、このとき廃ガス中の残留オゾンが活性炭５４ｂに吸着されて反応し、オゾン分子［Ｏ3］が酸素分子［Ｏ2］に分解される。また、オゾンガス特有の臭気もこの活性炭５４ｂによって脱臭される。そして、分解された酸素は、オゾン分解器５４の排気側に接続された酸素用のホース５６を通って外気に開放される。なお、フィルタ５４ａの外側には空隙部５４ｃが設けられているが、これは給気した廃ガスと活性炭５２ｂを通して分解した酸素とを瞬時に広がりやすくするためのスペースである。
【００３５】
以上がオゾン水生成装置１における各部の構成であるが、次に各部どうしの関係について説明する。
【００３６】
------ オゾンガス発生部と気液混合部との関係 ----------------------------------
オゾンガス発生部２０と気液混合部３０は上述した通りに構成されているが、オゾン発生器２３に水分が入るとオゾンガスの発生量が著しく低下してしまう。本装置によればオゾン発生器２３の排気口側に逆止弁２６が設けられており、混合器３２で処理するオゾンガスの逆流を防止するようになっている。ところが、混合器３２の排水口３２ｂや気液分離管４２の排水口４２ｃで水が詰まった場合、あるいは酸素ボンベ２１の圧力が低下した場合等には、逆止弁２６を通ってその廃水が逆流することも考えられる。そこで本装置では、万が一廃水が逆流した場合でも、その水分がオゾン発生器２３に流入しないように構成されている。
【００３７】
すなわち、図７に示すように、オゾンガス発生部２０には、オゾン発生器２３と逆止弁２６の間に水分離器２４と排水電磁弁２５が設けられている。水分離器２４は細長管型の容器からなり、側面上方に開口した給気口２４ａにオゾン発生器２３が接続され、給気口２４ａより低い位置に開口した排気口２４ｂに、逆止弁２６を介して混合器３２が接続されている。また、水分離器２４の底面には排水口２４ｃが開設されており、この排水口２４ｃを開閉する排水電磁弁２５が装着されている。さらに、水分離器２４の管内には、底部に溜まった廃水の液面を検出するために、棒状本体の先端に電極を有する水位センサ２４ｄが設置されている。なお、水位センサ２４ｄによる液面の検出位置は、少なくとも排気口２４ｂよりも低い位置であれば特に限定されない。
【００３８】
以上の構成によれば、上記のような原因で廃水が混合器３２から逆止弁２６を通って逆流した場合、その水分は排気口２４ｂから水分離器２４内に流れ込む。このとき、排水電磁弁２５は閉じていて、管内の底部に廃水が貯留される。そして、管内に溜まった廃水が図のように予め設定した基準水位まで到達すると、液面に触れた水位センサ２４ｄの電極間に微小電流が流れて水位を検出し、コントローラ６１（図３を参照）に内蔵されたリレー回路により排水電磁弁２５が開くように制御される。これにより、水分離器２４内に溜まった廃水が排水口２４ｃから排水電磁弁２５を通って装置外部に排出される。なお、装置の運転中に水位センサ２４ｄが動作した場合には、警報を出力するか、あるいは運転をいったん停止して、水分離器２４内の廃水をすべて排出してから運転を開始するように制御される。
【００３９】
------ 気液分離部と廃ガス処理部との関係 --------------------------------------
気液分離部４０と廃ガス処理部５０は上述した通りに構成されているが、内径の小さな排水チューブ４４（内径φ２）から一定量のオゾン水を排出することは、気液分離管４２と排水チューブ４４の内部に溜まったオゾン水の自重に頼るだけでは難しい。そこで本装置では、気液分離槽４１、気液分離管４２、排水チューブ４４及び排ガス電磁弁５１について、これらの間の圧力バランスを利用して排水チューブ４４から一定量の洗浄水を排出する構造を採用している。
【００４０】
すなわち、図８に示すように排水チューブ４４から排出されるオゾン水の流量が少ないと、気液分離槽４１の分離室４１ｂと気液分離管４２の管部４２ａにそれぞれオゾン水が満たされる。このとき、排ガス電磁弁５１を閉じて廃ガスの排気を停止することにより、管内の廃ガスの圧力が高くなる。したがって、気液分離管４２内のオゾン水が廃ガスの圧力によって押し出され、排水チューブ４４から排出されるオゾン水の流量が増加する。
【００４１】
一方、図９に示すように圧力のバランスが取れた状態においては、気液分離管４２の管部４２ａの内容積に比べて気液分離槽４１の分離室４１ｂの内容積の方が大きいので、気液分離管４２内の水面の高さは変動しにくくなる。このとき、気液分離槽４１では、廃ガスの大部分が排気口４１ｃからホース４５を通って気液分離管４２の管部４２ａの上方に抜け出るとともに、オゾン水と微細な気泡が排水口４１ｄからホース４６を通って気液分離管４２の管部４２ａの下方に流れ出る。ここで、気液分離管４２の下方には大きな気泡がないため、管部４２ａ内の水位の変動が少なく、安定した水量のオゾン水が排水チューブ４４から排出される。
【００４２】
このように、本装置によれば、気液分離部４０と廃ガス処理部５０との間の圧力バランスを利用することによって、排水チューブ４４から常に一定量（毎分１５０〜２００ｍｌ）のオゾン水を提供することができる。
【００４３】
また、オゾン分解器５４に水分が浸入すると、活性炭が濡れて残留オゾンの分解効率が悪くなってしまう。本装置によると気液分離管４２の排気口４２ｂが常時開口されているため、気液分離管４２の管部４２ａ内に貯留されたオゾン水が満水になった場合、そのオゾン水が排気口４ｂから外部に流れ出てオゾン分解器５４に流れ込む恐れがある。そこで本装置では、気液分離管４２が満水になった場合でも、その水分がオゾン分解器５４に浸入しないように構成されている。
【００４４】
すなわち、図１０に示すように、廃ガス処理部５０には、排ガス電磁弁５１とオゾン分解器５４の間に水分離器５２と排水電磁弁５３が設けられている。水分離器５２は細長管型の容器からなり、側面上方に開口した給気口５２ａに排ガス電磁弁５１を介して気液分離管４２が接続され、給気口５２ａより高い位置に開口した排気口５２ｂにオゾン分解器５４が接続されている。また、水分離器５２の底面には排水口５２ｃが開設されており、この排水口５２ｃを開閉する排水電磁弁５３が装着されている。さらに、水分離器５２の管内には、底部に溜まったオゾン水の水位を３段階（水位Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）で検出できるように、棒状本体の先端に電極を有する２個の水位センサ（下部水位センサ５２ｄと上部水位センサ５２ｅ）が設置されている。なお、給気口５２ａと上部水位センサ５２ｅの間には、水分離器５２の上方の空間を完全に仕切る仕切板５２ｆが設置されており、この仕切板５２ｆは給気口５２ａから流れ込んだオゾン水が、水位センサに直接触れないようにする機能と、排気口５２ｂから流れ出ないように阻止する機能を備えている。
【００４５】
以上の構成により、気液分離管４２の管内がオゾン水で満水になった場合、その水分は排ガス電磁弁５１から給気口５２ａを通って水分離器５２の内部に流れ込み、仕切板５２ｆに衝突して管内の底部へと誘導される。これに対して、廃ガスは仕切板５２ｆに衝突し、水位センサの両脇の隙間を抜けて排気口５２ｂからオゾン分解器５４へと排気される。また、水分離器５２内に溜まったオゾン水の水量に応じて、排ガス電磁弁５１と排水電磁弁５３はコントローラ６１のリレー回路により次のように制御される。なお、以下では説明の便宜上、下部水位センサ５２ｄを「センサＡ」、上部水位センサ５２ｅを「センサＢ」、排ガス電磁弁５１を「電磁弁Ａ」、排水電磁弁５３を「電磁弁Ｂ」と呼ぶことにする。
【００４６】
水分離器５２内のオゾン水が図のように水位Ｌ１の時、センサＡとセンサＢは共に水面を検出せずＯＦＦのままである。このとき、電磁弁Ａは開の状態、電磁弁Ｂは閉の状態に制御される。したがって、給気口５２ａから流入したオゾン水が水分離器５２の底部に溜まっていく。
【００４７】
オゾン水が水位Ｌ２（下限）まで溜まると、センサＡが水面を検出してＯＮになるが、センサＢはまだ水面を検出せずＯＦＦのままである。ここでは、電磁弁Ａと電磁弁Ｂは前の状態を維持するように制御される。つまり電磁弁Ａが開の状態、電磁弁Ｂが閉の状態のままある。したがって、オゾン水は水分離器５２の底部に更に溜まっていく。
【００４８】
続いて、オゾン水が水位Ｌ２を超えて水位Ｌ３（上限）まで到達すると、センサＢが水面を検出してＯＮになる。このとき、電磁弁Ａと電磁弁Ｂが同時に切り換えられる。つまり電磁弁Ａが開から閉の状態になり、電磁弁Ｂが閉から開の状態になる。したがって、給気口５２ａからのオゾン水の流入が遮断され、水分離器５２に溜まったオゾン水が排水口５２ｃから電磁弁Ｂを通って装置外部に排出される。なお、電磁弁Ｂが開いている間、電磁弁Ａは閉じているため、気液分離管４２の管内の圧力が高くなる。これにより、気液分離管４２の廃水口４２ｃから排水されるオゾン水の水量が増加するので、気液分離管４２の満水は解消される。
【００４９】
また、上記の排水処理により水分離器５２内のオゾン水が水位Ｌ３（上限）より少なくなると、センサＢが水面を検出しなくなりＯＦＦになる。ここでは、電磁弁Ａと電磁弁Ｂは前の状態を維持するように制御される。つまり電磁弁Ａが閉の状態、電磁弁Ｂが開の状態のままである。したがって、水分離器５２内のオゾン水が更に減っていく。
【００５０】
そして、オゾン水が水位Ｌ２（下限）よりも少なくなった瞬間に、センサＡが水面を検出しなくなりＯＦＦになる。このとき、電磁弁Ａと電磁弁Ｂが同時に切り換えられる。つまり電磁弁Ｂが開から閉に切り換わり、電磁弁Ａが閉から開に切り換わる。したがって、排水口５２ｃから電磁弁Ｂを通って排出されるオゾン水が停止し、代わって電磁弁Ａから給気口５２ａを通って廃ガスが流入し始める。ここで、完全に排水し終わる前に電磁弁Ｂを閉じて排水を停止する理由は、水分離器５２の底部に少量のオゾン水を残すことにより、廃ガスが排水口５２ｃから電磁弁Ｂを通って装置外部に漏れないようにするためである。なお、本実施形態ではオゾン水が水位Ｌ２を下回った瞬間に電磁弁Ｂを閉じて電磁弁Ａを開放するようにしたが、このタイミングに代えて、電磁弁Ａを閉じた後所定時間経過後に排水処理が完了したものとみなして電磁弁Ａを開放するようにしても良い。
【００５１】
このように、排ガス電磁弁５１と水分離器５２と排水電磁弁５３により上記の一連の動作が繰り返され、水分離器５２内のオゾン水が水位Ｌ３（上限）まで到達するといったん排水されるため、排気口５２ｂからオゾン分解器５４に流れ出ないように阻止される。したがって、気液分離管４２の管内のオゾン水が満水になって溢れ出ても、その水分がオゾン分解器５４に浸入することはないので、そのまま装置の運転を続けることができる。
【００５２】
------ その他 ----------------------------------------------------------------
この装置にはフットスイッチ（図示略）が設けられており、フットスイッチのペダルを踏んで電源のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。電源をＯＮすると、図３に示すコントローラ６１に内蔵されたリレー回路により、ポンプ１２を起動した後に酸素ボンベ２１を開いてオゾン発生器２３が運転を動作するように制御される。これにより、電源投入時には先に生理食塩水が移送されてからオゾンガスが発生するため、オゾンガスのみが排水チューブ４４から室内に排気されないようになっている。一方、電源をＯＦＦすると、コントローラ６１によって最初にポンプ１２の運転を停止し、その後にオゾン発生器２３からのオゾンガスの発生が止まり、最後に酸素ボンベ２１が閉じて酸素の供給を停止するように制御される。したがって、電源切断時には配管内に溜まった液体が酸素ボンベ２１からのガス圧によって排水チューブ４４からすべて押し出されるので、配管内に不要な液体が残らないようになっている。なお、コントローラ６１とＡＣ電源とはトロイダルトランス６２によって電気的に絶縁されている。
【００５３】
また、この装置を使用した後には、オゾンガスや生理食塩水に接触した部分を滅菌消毒するために加熱処理を行う必要があるが、本実施形態によれば加熱処理を行う部分だけを簡単に取り外すことができる。すなわち、図１１に示すように、加速器３１と、混合器３２と、気液分離槽４１と、気液分離管４２のすべての部品が一枚の取付板６３に装着されており、この取付板６３の左右両側に一対のステンレス製の取手６４，６４が取り付け固定されている。また、混合器３２にはねじ込み式の継手６５を介してオゾンガス用のホース２７が接続され、気液分離管４２には同じく継手６５を介して廃ガス用のホース５５が接続されている。
【００５４】
したがって、使用後に電源を切断して装置本体のカバーを取り外した後、図１２のように継手６５を回してホース２７とホース５５を取り外せば、取付板６３が装置本体から切り離されるため、一対の取手６４，６４を持って取付板６３ごと持ち運ぶことが可能になる。よって、滅菌消毒のために個々の部品の分解作業を行わなくても済み、メンテナンスを簡単に実施できるという利点がある。なお、装置本体側に残されたポンプ１２については、カセット１２ｃをひねって脱着し、内部のチューブ１２ａと外部の食塩水用のホース１４を取り外してそれぞれを滅菌消毒することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１…オゾン水生成装置
１０…原液移送部
１１…容器
１２…ポンプ
１３…排水キャップ
１４…食塩水用ホース
２０…オゾンガス発生部
２１…酸素ボンベ
２２…電磁弁
２３…オゾン発生器
２４…水分離器
２５…排水電磁弁
２６…逆止弁
２７…オゾンガス用ホース
３０…気液混合部
３１…加速器
３２…混合器
３３…螺旋形ホース
３４…ボールチェーン
３５…ガス管
４０…気液分離部
４１…気液分離槽
４２…気液分離管
４３…水量調節器
４４…排水チューブ
４５…廃ガス用ホース
４６…オゾン水用ホース
５０…廃ガス処理部
５１…排ガス電磁弁
５２…水分離器
５３…排水電磁弁
５４…オゾン分解器
５５…廃ガス用ホース
６１…コントローラ
６２…トロイダルトランス
６３…取付板
６４…取手
６５…継手
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する装置であって、
原液を連続して定量移送する原液移送部と、
オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部と、
原液移送部から定量移送された原液にオゾンガス発生部で発生させたオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部と、
気液混合部で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離部と、を備え、
気液混合部において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
気液混合部において、オゾンガスを噴射する噴射口が原液の移送通路の流れ方向に沿って複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水生成装置。
【請求項３】
気液混合部において、原液の移送通路がコイル状に形成され、コイルの中心のガス管から移送通路に通じる噴射口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水生成装置。
【請求項４】
原液の移送通路が螺旋形ホースからなり、螺旋形ホース内を流れる気液混合水に渦流を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン水生成装置。
【請求項５】
螺旋形ホースの内部に複数個の微小ボールを数珠状に連結したボールチェーンが収容されていることを特徴とする請求項４に記載のオゾン水生成装置。
【請求項６】
原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する方法であって、
連続して定量移送される原液にオゾンを含むオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合工程と、
気液混合工程で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離工程と、を含み、
気液混合工程において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とするオゾン水生成方法。
【請求項１】
原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する装置であって、
原液を連続して定量移送する原液移送部と、
オゾンを含むオゾンガスを発生させるオゾンガス発生部と、
原液移送部から定量移送された原液にオゾンガス発生部で発生させたオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合部と、
気液混合部で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離部と、を備え、
気液混合部において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
気液混合部において、オゾンガスを噴射する噴射口が原液の移送通路の流れ方向に沿って複数個設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水生成装置。
【請求項３】
気液混合部において、原液の移送通路がコイル状に形成され、コイルの中心のガス管から移送通路に通じる噴射口が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水生成装置。
【請求項４】
原液の移送通路が螺旋形ホースからなり、螺旋形ホース内を流れる気液混合水に渦流を発生させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のオゾン水生成装置。
【請求項５】
螺旋形ホースの内部に複数個の微小ボールを数珠状に連結したボールチェーンが収容されていることを特徴とする請求項４に記載のオゾン水生成装置。
【請求項６】
原液にオゾンを溶解させたオゾン水を生成する方法であって、
連続して定量移送される原液にオゾンを含むオゾンガスを混合して気液混合水を生成する気液混合工程と、
気液混合工程で生成した気液混合水を原液に溶解しない廃ガスと原液にオゾンを溶解させたオゾン水とに分離して貯留する気液分離工程と、を含み、
気液混合工程において、原液の流速よりもオゾンガスの流速を速くして気液混合することを特徴とするオゾン水生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２２１１８０（Ｐ２０１０−２２１１８０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７３５００（Ｐ２００９−７３５００）
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【特許番号】特許第４３６０５０１号（Ｐ４３６０５０１）
【特許公報発行日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（５９１２６４４９６）日本▲まき▼線工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２５日（２００９．３．２５）
【特許番号】特許第４３６０５０１号（Ｐ４３６０５０１）
【特許公報発行日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（５９１２６４４９６）日本▲まき▼線工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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