オゾン水製造方法及び製造装置
【課題】オゾン水製造方法及び装置を提供する。
【解決手段】オゾン発生手段と、流体を供給する手段と、該供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解手段と、該オゾン溶解手段で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離手段を有するオゾン水製造方法において、 前記オゾン溶解手段と前記気液分離手段が同一ライン上でひとつのユニットを構成し、少なくとも２つの該ユニットが、前記流体を供給する手段から並列に分岐した各ライン上にそれぞれ配置され、一方のユニットの該気液分離手段で分離されたオゾンが他方のユニットのオゾン溶解手段に移送される。
【解決手段】オゾン発生手段と、流体を供給する手段と、該供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解手段と、該オゾン溶解手段で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離手段を有するオゾン水製造方法において、 前記オゾン溶解手段と前記気液分離手段が同一ライン上でひとつのユニットを構成し、少なくとも２つの該ユニットが、前記流体を供給する手段から並列に分岐した各ライン上にそれぞれ配置され、一方のユニットの該気液分離手段で分離されたオゾンが他方のユニットのオゾン溶解手段に移送される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰オゾンを利用したオゾン水製造方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のオゾン水製造の機構は図５に示すように、オゾン発生手段１０１からのオゾンを含むガスは、オゾン溶解手段１０２により水中に溶解混合される。このオゾン混合水は気液分離手段１０３に入り、水に溶解しきれないオゾンは余剰オゾンとして分離される。この余剰オゾンは廃オゾン処理手段１０４を通り、酸素に還元されて大気中に放出される。そして、気液分離手段１０３からオゾン水が供給される。
【０００３】
しかしながら、上記構成のオゾン水製造装置では、オゾン発生手段１０１から供給されるオゾンの４０〜５０％程度が溶解するのみで、溶解しきれないオゾンは廃オゾン処理手段１０４により酸素に還元され、大気中に放出されてしまうという問題があった。
【０００４】
この問題に対して、オゾン発生手段と、加圧供給される水中にオゾンを溶解させる２個のオゾン溶解手段と、オゾン水中の余剰オゾンを分離する余剰オゾン分離手段とから構成され、該余剰オゾン分離手段の給水口に連結する水供給配管に、２列の並列配管部を形成して、それぞれに前記オゾン溶解手段を介装するとともに、一方の前記オゾン溶解手段には前記オゾン発生手段を接続し、他方の前記オゾン溶解手段には、前記余剰オゾン分離手段から排出されるオゾンを帰還させて、オゾン溶解率を高めるようにしたオゾン水製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このオゾン水製造装置２０１（図６参照）は、余剰オゾン分離装置２０２で分離されたオゾンを、オゾン分解装置２２８で酸素に還元して大気に放出することなくエジェクタ２１６に帰還させて溶解させるので、余剰オゾンを効果的に活用して、オゾン溶解率の高いオゾン水を製造することができる。
【０００５】
しかし、オゾン帰還パイプ２２４により帰還したオゾンは水道水に溶解混合され、給水口２０３の手前で合流し、再び、給水口２０３から余剰オゾン分離装置２０２のオゾン水タンク２０５に溜まることになり、低濃度となった帰還オゾンの余剰オゾンが三度分離されることとなり、帰還オゾンが希釈されるという問題がある。また、並列配管部２１４ａのエジェクタ２１６のノズルの口径とディヒューザーの直径を、並列配管部２１４ｂのものより広げるとともに、並列配管部２１４ａの水道水量を多くすることにより、オゾン混合率を一定としているが、並列配管部２１４ｂの水道水量が少なくなればエジェクタ２１６での帰還オゾンの引き込み力が小さくなり、結果、帰還オゾンが混合溶解できない問題が新たに生じることとなる。
【０００６】
また、複数のオゾン溶解手段と気液分離手段を設け、前記オゾン溶解手段の１つでオゾン発生手段から流出するオゾンガスを含む気体を水系統から供給される水中に吹き込んでオゾンを溶解し、得られたオゾン含有水から未溶解のオゾンガスを含む気体成分を気液分離手段で分離し、分離した気体成分を他のオゾン溶解手段に供給し、そこで水系統から供給される水中に吹き込んでオゾンガスを溶解するように構成したことを特徴とするオゾン水製造システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
前記オゾン水製造システムのプロセスの一つとして、水系統３０４に加えて他の水系統３０４ａを設け、水系統３０４に設けた気液分離手段３０２で分離したオゾンを高濃度で含む気体成分を他の水系統３０４ａに設けた他のオゾン溶解手段３０２ａに供給するプロセスがある（図７参照）。図７の上側に示す水系統３０４には、循環ポンプ３２９、オゾン溶解手段３０２、気液分離手段３０７およびオゾン利用設備３０５上流側から下流側に順に設けられ、オゾン溶解手段３０２にはオゾン発生手段３０１からのオゾンを含む気体が吹き込まれる。さらに循環ポンプ３２９の入口側には原水供給装置３０３からの水系統３０４が合流する。図４の下側に示す他の系統３０４ａには他の循環ポンプ３２９ａ、他のオゾン溶解手段３０２ａおよび他のオゾン利用設備３０５ａが上流側から下流側に順に設けられ、他のオゾン溶解手段３０２ａには前記気液分離手段３０７で分離されたオゾンを高濃度で含む気体成分が吹き込まれる。さらに他の循環ポンプ３２９ａの入口側には他の原水供給装置３０３ａからの他の水系統３０４ａが合流する。循環ポンプ３２９を運転することにより、水系統３０４の系統水はオゾン溶解手段３０２流入し、そこでオゾン発生手段３０１からのオゾンを含む気体が吹き込まれ、水系統３０４の下流側にオゾン水と気体成分の気液混合体が流出する。気液混合体は次いで気液分離手段３０７に流入し、そこでオゾンを高濃度で含む気体成分がオゾン水から分離される。オゾン水はそれより下流側に設けたオゾン利用設備３０５に流入し、分離された気体成分は配管ｆから他の水系統３０４ａに設けた他のオゾン溶解手段３０２ａに流入する。一方、他の循環ポンプ３２９ａを運転することにより、他の水系統３０４ａの系統水は他のオゾン溶解手段３０２ａに流入し、そこで前記気液分離手段３０７からのオゾンガスを含む気体成分が吹き込まれ、その下流側にオゾン水と気体成分の気液混合体が流出する。気液混合体は次いで他のオゾン利用設備３０５ａに流入され、使用済みの比較的低濃度のオゾン水が下流側に排出する。そして排出したオゾン水は他の循環ポンプ３２９ａを経て再び他のオゾン溶解手段３０２ａに循環する。
【０００８】
このように構成したオゾン水製造システムによれば、オゾン発生手段で発生したオゾンガスを無駄に捨てることなく再利用するので、従来のシステムより運転コストを大幅に低下することができ、オゾンの利用率が極めて高いのでオゾン発生手段の容量も小さくできるが、他の水系統３０４ａを設ける為に別途他の原水供給装置が必要不可欠であり、システムが増大し且つ複雑となり、結果として設置コスト、ランニングコストも高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２９７６８７５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、溶解しきれない余剰オゾンを効果的に活用し、低コストで且つオゾン溶解効率の高いオゾン水製造方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
オゾン発生手段と、流体を供給する手段と、該供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解手段と、該オゾン溶解手段で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離手段を有するオゾン水製造方法において、
前記オゾン溶解手段と前記気液分離手段が同一ライン上でひとつのユニットを構成し、少なくとも２つの該ユニットが、前記流体を供給する手段から並列に分岐した各ライン上にそれぞれ配置され、一方のユニットの該気液分離手段で分離されたオゾンが他方のユニットのオゾン溶解手段に移送されることを第１の特徴とする。
【００１２】
各ユニットのオゾン溶解手段を第一オゾン溶解手段、第二オゾン溶解手段とし、該第一オゾン溶解手段の吸込圧力（負圧）と該第二オゾン溶解手段の吸込圧力（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを第２の特徴とする。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
【００１３】
前記第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを第３の特徴とし、前記第一オゾン溶解手段を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを第４の特徴とする。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【００１４】
オゾン発生器と、流体供給装置と、該供給装置により供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離装置を有するオゾン水製造装置において、
少なくとも第一オゾン溶解装置と該第一オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第一気液分離装置を具備する第一ユニットと、第二オゾン溶解装置と該第二オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第二気液分離装置を具備する第二ユニットとを備え、前記第一オゾン溶解装置と前記第二オゾン溶解装置の上流側に、第一流量調節弁と第二流量調節弁がそれぞれ配置され、前記第一気液分離装置と前記第二気液分離装置の下流側に気液分離後のオゾン水の背圧を調整する第一背圧調節弁と第二背圧調節弁がそれぞれ配置され、前記流体供給装置から流体が供給されるラインから並列に分岐した各ライン上に、該第一ユニットと該第二ユニットが配置され、前記第一気液分離装置が前記第二オゾン溶解装置と連結されていることを第５の特徴とする。
【００１５】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）と、前記第二オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを第６の特徴とする。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
【００１６】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを第７の特徴とし、前記第一オゾン溶解器を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを第８の特徴とする。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【００１７】
また、前記オゾン溶解装置が、エジェクタまたはアスピレータであることを第９の特徴とし、前記エジェクタが、縮径部、スロート部、拡径部が連続して形成されていることを第１０の特徴とし、
前記エジェクタが第一入口部と、長手方向に延設された第一通路部とを有し、前記第一入口部から第一通路部にかけて第一入口流路を形成する第一流路形成手段と、
第二入口部と、前記第一通路部の周囲を包囲するテーパ面に沿って延設された第二通路部とを有し、前記第二入口部から前記第二通路部にかけて第二入口流路を形成する第二流路形成手段と、
細径部と、拡径部と、出口部とを有し、前記細径部から前記拡径部および前記出口部にかけて流路面積が拡大され、かつ、前記細径部の端部において前記第一入口流路および前記第二入口流路にそれぞれ連通する出口流路を形成する第三流路形成手段と、
前記第一入口流路および前記第二入口流路の少なくとも一方において旋回流を発生させる旋回流発生手段とを備えることを第１１の特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上のような構成からなり、以下の優れた効果が得られる。
【００１９】
（１）並列配管部を形成することにより、単一配管よりも加圧供給される液体の圧力が低くなるため、安価な供給手段が使用可能となる。
（２）並列配管部を形成することにより、単一配管よりも加圧供給される液体の圧力が低くなるため、オゾン水を多量に製造できる。
（３）余剰オゾンが効果的に活用されるため、オゾン溶解効率の高いオゾン水を製造することができる。
（４）余剰オゾンが効果的に活用され、排出されるオゾン量が減少するため、余剰オゾンを処理する設備に掛かるコストを低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施形態のオゾン水製造プロセスを示したフロー図である。
【図２】本発明の第一の実施形態のオゾン水製造装置を示したフロー図である。
【図３】本発明の第一の実施形態のエジェクタを示す縦断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】従来のオゾン水製造システムのフロー図である。
【図６】他の従来のオゾン水製造装置の概略構成図である。
【図７】他の従来のオゾン水製造システムのプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本発明における第一の実施形態について図２から図４を基に説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。また、本実施形態においては水を流体として使用する例で説明する。
【００２２】
図２において、本発明のオゾン水製造装置は、オゾン発生器１、流体供給装置２と、２個のガス自吸式オゾン溶解装置３ａ、３ｂと、溶けきれなかった余剰オゾン５ａ、５ｂ等のガスを分離する２個の気液分離装置４ａ、４ｂと、オゾン溶解装置３ａ、３ｂそれぞれに供給される水の流量を調節する流量調節弁７ａ、７ｂと、気液分離装置４ａ、４ｂ後のオゾン水の背圧を調整する背圧調節弁８ａ、８ｂと、余剰オゾン５ｂを処理する廃オゾン処理装置９で構成されている。余剰オゾンとはオゾン溶解装置で溶けきれなかったオゾンのことである。
【００２３】
ポンプ等の流体供給装置２を用いて加圧供給された水は、２並列に配管接続された第一オゾン溶解装置３ａ、第二オゾン溶解装置３ｂにそれぞれ供給される。オゾン発生器１から発生したオゾンは第一オゾン溶解装置３ａによって自吸され第一オゾン溶解装置３ａ内で水と混合される。第一オゾン溶解装置３ａから吐出されるオゾン混合水は第一気液分離装置４ａによって溶存できなかったオゾンを含む第一余剰オゾン５ａと第一オゾン水６ａに分離され、さらに第一余剰オゾン５ａは第二オゾン溶解装置３ｂによって自吸され、第二オゾン溶解装置３ｂ内で分岐された水と混合される。第二オゾン溶解装置３ｂから吐出されるオゾン混合水を第二気液分離装置４ｂによって溶存できなかったオゾンを含む第二余剰オゾンガス５ｂと第二オゾン水６ｂに分離され、第一オゾン水６ａと第二オゾン水６ｂは合流する。第二余剰オゾンガス５ｂは廃オゾン処理装置９によって酸素ガスに還元し放出される。第一オゾン溶解装置３ａおよび第二オゾン溶解装置３ｂへの水の流量を調節するために、第一流量調節弁７ａおよび第二流量調節弁７ｂが使用され、第一気液分離装置４ａ、第二気液分離装置４ｂでの圧平衡を保つように第一背圧調節弁８ａ、第二背圧調節弁８ｂによって背圧が調整される。
【００２４】
ここで、第一オゾン溶解装置３ａでの吸込み圧Ｐｓ１（ゲージ圧）と第二オゾン溶解装置３ｂでの吸込み圧Ｐｓ２（ゲージ圧）の比Ｐｓ１（ゲージ圧）／Ｐｓ２（ゲージ圧）は０．２８以上が良い。０．２８より低い条件において、第一オゾン溶解装置３ａの水の流量を低くし、第二オゾン溶解装置３ｂの水の流量を大きくする、または、第一オゾン溶解装置３ａの通水口径を大きくし、第二オゾン溶解装置３ｂの通水口径を小さくすることになり、第一オゾン溶解装置においてオゾン発生手段からの高濃度オゾンの混合溶解性能が低下し、オゾン水の溶存オゾン濃度が低下する恐れがある。
【００２５】
また、第一オゾン溶解装置３ａでの吸込み圧Ｐｓ１（ゲージ圧）は−５ｋＰａ以下であることが好ましい。−５ｋＰａ＜Ｐｓ１（ゲージ圧）＜０ｋＰａでは安定した吸込み性能を得られず、０ｋＰａ≦Ｐｓ１（ゲージ圧）だとブロア等、オゾンを送気する手段が別途必要となるために、コストが増大する。
【００２６】
さらに、Ｐｓ１（ゲージ圧）を−５ｋＰａ以下に維持する為には第一オゾン溶解装置３ａにおいて、ある程度の流速および差圧すなわち、ある程度の流速の差が必要であり、最大線速度ＬＶ１ｍａｘが、ＬＶ１ｍａｘ≧ ５．４２ｍ／ｓｅｃかつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積の最小断面積に対する比が、２．２以上であることが望ましい。
【００２７】
ＬＶ１ｍａｘが ５．４２ｍ／ｓｅｃ未満だと、通水部最大断面積／通水部最少断面積が２．２以上においても、Ｐｓ１（ゲージ圧）≦−５ ｋＰａを維持するのは困難であり、同様に、通水部最大断面積／通水部最少断面積が２．２未満だと、ＬＶ１ｍａｘが ５．４２ｍ／ｓｅｃ以上であってもＰｓ１（ゲージ圧）≦−５ｋＰａを維持するのは困難となるためである。
【００２８】
以下、図３〜図４を参照して本発明の第一の実施の形態に係るエジェクタについて説明する。図３は、本発明の第一の実施の形態に係るエジェクタの構成を示す縦断面図であり、図４は、図３の要部拡大図である。このエジェクタは、略円柱状の本体１１と、本体１１に嵌合される略円柱状のノズル部材１２とを有する。
【００２９】
本体１１の一端面には、ノズル部材１２が嵌挿される受容部１６が設けられ、他端面には、出口流路１５を形成する出口開口部３１が設けられている。受容部１６の内周面の開口側には雌ネジ部２１が設けられている。受容部１６の底面３２には円環状溝部２０が設けられ、円環状溝部２０の外周面は雌ネジ部２１の略延長線上に位置している。本体１１の内部には、受容部１６の底面に形成され、円錐台形状に縮径する縮径部１７、縮径部１７に連設された円柱状の細径部となるスロート部１８、およびスロート部１８に連設され、出口開口部３１にかけて円錐台形状に拡径する拡径部１９が、それぞれ本体１１の中心軸上に設けられ、縮径部１７から出口開口部３１にかけてベンチュリ効果を有する出口流路１５が形成されている。
【００３０】
本体１１の周面には、周方向所定位置に第二入口開口部３０が設けられ、第二入口開口部３０は円環状溝部２０に連通している。受容部１６の底面３２には、円環状溝部２０から縮径部１７の周縁にかけて複数の放射曲線状の溝部が周方向等間隔に設けられている。
【００３１】
ノズル部材１２は、外周面に雄ネジ部２４が設けられた円柱部２２と、円柱部２２の一端面に円柱部２２と同軸で円錐台形状に突設された突出部２３とを有する。円柱部２２の端面には第一入口開口部２０が設けられ、突出部２３の端面には吐出口２５が設けられている。ノズル部材１２の内部には、流路の途中から吐出口２５にかけて縮径された円錐台形状のテーパ部２６がノズル部材１２の中心軸上に設けられ、第一入口開口部２９から吐出口２５にかけて、出口側で絞られる第一入口流路１３が形成されている。
【００３２】
ノズル部材１２の雄ネジ部２４は、円柱部２２の端面３３が本体１１の受容部１６の底面３２に当接するまで本体１１の受容部１６の雌ネジ部２１に密封状態で螺合され、ノズル部材１２が本体１１の受容部１６に嵌挿されている。このとき、本体１１の凹部となる縮径部１７内に凸部となる突出部２３が収容され、本体１１の受容部１６の底面３２に設けられた溝部１２とノズル部材１２の突出部２３側の端面３３とによって連通流路２７が形成されている。さらに、本体１１の縮径部１７の内周面（テーパ面）とノズル部材１２の突出部２３の外周面（テーパ面）との間にはクリアランスが設けられ、このクリアランスによりテーパ面に沿って環状流路２８が形成されている。
【００３３】
これにより、第二入口開口部３０から円環状溝部２０、連通流路２７、および環状流路
２８を通って本体１１のスロート部１８に連通し、出口側で絞られる第二入口流路１４が形成されている。なお、本体１１の受容部１６の底面３２とノズル部材１２の突出部２３側の端面３３は当接していても良いし、適度なクリアランスを持っていても良い。クリアランスを持っている場合、クリアランスの部分と溝部の部分が連通流路２７を形成する。
【００３４】
なお、本体１１およびノズル部材１２の材質は、使用する流体によって侵されない材質であれば特に限定されず、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良い。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、腐食性ガスが透過しても配管部材の腐食の心配がなくなるため好適である。本体１１またはノズル部材１２の構成材を透明または半透明な部材としてもよく、この場合には流体の混合の状態を目視で確認できるため好適である。流体混合器に流す物質によっては各部品の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属や合金であっても良い。特に流体が食品である場合、衛生的で寿命の長いステンレスが好ましい。本体１１とノズル部材１２との組立方法は螺着、溶接、溶着、接着、ピン止め、嵌め合わせ等の内部流体の密閉性が保たれる方法であればいずれの方法でもよい。第一入口開口部２９、第二入口開口部３０及び出口開口部３１にはそれぞれ流体を導入及び排出するための配管（図示せず）が接続されるが、その接続方法は特に限定されない。
【００３５】
本発明のオゾン水製造装置によって製造されたオゾン水は、手・機器・水槽・水・床・空気・温泉・プール水・海水・環境用水・衣類・野菜類・金属部品類の消毒・殺菌・滅菌・抗菌・静菌・除菌、シリコンウエハー・半導体基板・フォトマスク基板・シリコン物質・食材・膜・衣類・野菜類・金属部品類の洗浄、フォトレジストおよび残渣の除去・有機化合物・無機化合物・金属類の酸化、上水・下水・工場等の事業場廃水の水処理、汚染地盤等の浄化・除染、メッキ処理の前処理、食材、膜、衣類、野菜類、金属部品類の表面処理、パルプの漂白、促進酸化処理などに用いられる。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の実施形態を用いてオゾン溶解試験を行った。その結果について以下に示す。
【００３７】
図２のように、水道水を貯留した水槽からポンプを用いて２並列に配管接続されたオゾン溶解装置にそれぞれ給水される。オゾン発生装置から発生したオゾンは第一オゾン溶解装置によって自吸され第一オゾン溶解装置内で水道水と混合される。第一オゾン溶解装置から吐出されるオゾン混合水を第一気液分離装置によって溶存できなかったオゾンを含む第一余剰オゾンと第一オゾン水に分離された後、さらに第一余剰オゾンは第二オゾン溶解装置によって自吸され、第二オゾン溶解装置内で分岐された水道水と混合される。第二オゾン溶解装置から吐出されるオゾン混合水を第二気液分離装置によって溶存できなかったオゾンを含む第二余剰オゾンと第二オゾン水に分離された後、第一オゾン水と第二オゾン水は合流する。第二余剰オゾンはオゾン分解装置によって酸素ガスに還元し放出される。オゾン発生装置から発生するオゾン濃度は気相オゾン濃度計を用い、合流後のオゾン水のオゾン濃度は液相オゾン濃度計を用いて測定した。
【００３８】
本試験においては、製造されたオゾン水の液相オゾン濃度およびオゾン発生装置から発生した気相オゾン濃度から、単位時間あたりのオゾン量を算出し、次式にてオゾン溶解効率を求めた。
溶解効率（％）＝ 液相のオゾン量／導入された気相オゾン量 ×１００
【００３９】
［気相オゾン濃度の測定］
気相オゾン濃度計：東亜ディーケーケー社製 ＯＺ−３０
［液相オゾン濃度の測定］
液相オゾン濃度計：東亜ディーケーケー社製 ＯＺ−２０
【００４０】
本発明におけるオゾン溶解試験は実施例１から実施例３及び比較例１から比較例３のそれぞれについて行った。その試験結果を表１〜表３に示す。
【００４１】
［実施例１］
オゾン溶解装置が、水道水流量１０〜２５Ｌ／ｍｉｎのときの給水圧が０.０１〜０.０５ＭＰａ、吸込み圧（ゲージ圧）が−１〜−２１ｋＰａであるエジェクタを使用してオゾン溶解試験を行い、オゾン溶解効率を表１に示した。
【００４２】
［実施例２］
オゾン溶解装置が、水道水流量１０〜２５Ｌ／ｍｉｎのときの給水圧が０.０１〜０.０９ＭＰａ、吸込み圧（ゲージ圧）が−７〜−５０ｋＰａであるエジェクタを使用してオゾン溶解試験を行い、オゾン溶解効率を表２に示した。
【００４３】
［実施例３］
オゾン溶解装置が、水道水流量１０〜２５Ｌ／ｍｉｎのときの給水圧が０.０４〜０.２７ＭＰａ、吸込み圧（ゲージ圧）が−１５〜−７２ｋＰａであるエジェクタを使用してオゾン溶解試験を行い、オゾン溶解効率を表３に示した。
【００４４】
また、Ｐｓ１（ゲージ圧）とＰｓ２（ゲージ圧）の比を一定とした時の、各Ｐｓ１（ゲージ圧）におけるオゾン自吸性能を調査し、その時の結果を表４に示した。
【００４５】
さらに、ＰＶ１とＰｓ１（ゲージ圧）の関係について表５に示した。
【００４６】
［比較例１］
実施例１で用いたオゾン溶解装置を使用し、並列配管ではなく単独配管でオゾン溶解試験を行い、その時のオゾン溶解効率を表１に示した。
【００４７】
［比較例２］
実施例２で用いたオゾン溶解装置を使用し、並列配管ではなく単独配管でオゾン溶解試験を行い、その時のオゾン溶解効率を表２に示した。
【００４８】
［比較例３］
実施例３で用いたオゾン溶解装置を使用し、並列配管ではなく単独配管でオゾン溶解試験を行い、その時のオゾン溶解効率を表３に示した。
【００４９】
表１の結果から、同水流量において、実施例１−１〜１−６の給水圧はすべてにおいて比較例１−１〜１−３よりも低いことが分かる。また、オゾン溶解効率はＰｓ１（ゲージ圧）／Ｐｓ２（ゲージ圧）＝０．１１の時のみ減少していた。
表２の結果から、同水流量において、実施例２−１〜２−６の給水圧はすべてにおいて比較例２−１〜２−３よりも低いことが分かる。また、実施例２−１〜２−６のオゾン溶解効率は比較例２−１〜２−３よりも高い。
表３の結果から、同水流量において、実施例３−１〜３−６の給水圧はすべてにおいて比較例３−１〜３−３よりも低いことが分かる。また、実施例３−１〜３−６のオゾン溶解効率は比較例３−１〜３−３よりも高い。
表１〜表２の結果より、エジェクタを単独で使用するよりも、２並列配管を形成し、２個のエジェクタを使用してオゾン水を製造する方が、給水圧が低い。
さらに、Ｐｓ１（ゲージ圧）／Ｐｓ２（ゲージ圧）が０．２８以上の条件下では、同水流量において、７〜１９％以上の溶解効率向上が見られ、且つ給水圧が５０％以上減少している。
表４から、オゾンが安定して自吸可能となる条件は吸込圧Ps1（ゲージ圧）がＰｓ１≦−５ｋＰａであった。
また、表５より吸込圧Ｐｓ１（ゲージ圧）がＰｓ１≦−５ｋＰａの条件を満たす最大線速度ＬＶ１ｍａｘはＬＶ１ｍａｘ≧ ５．４２ｍ／ｓｅｃである。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【符号の説明】
【００５５】
１…オゾン発生器
２…流体供給装置
３ａ…第一オゾン溶解装置
３ｂ…第二オゾン溶解装置
４ａ…第一気液分離装置
４ｂ…第二気液分離装置
５ａ…第一余剰オゾン
５ｂ…第二余剰オゾン
６ａ…第一オゾン水
６ｂ…第二オゾン水
７ａ…第一流量調節弁
７ｂ…第二流量調節弁
８ａ…第一背圧調節弁
８ｂ…第二背圧調節弁
９…廃オゾン処理装置
１０…エジェクタ
１１…本体
１２…ノズル部材
１３…第一入口流路
１４…第二入口流路
１５…出口流路
１６…受容部
１７…縮径部
１８…スロート部
１９…拡径部
２０…円環状溝部
２１…雌ネジ部
２２…円柱部
２３…突出部
２４…雄ネジ部
２５…吐出口
２６…テーパ部
２７…連通流路
２８…環状流路
２９…第一入口開口部
３０…第二入口開口部
３１…出口開口部
３２…底面
３３…端面
１０１…オゾン発生手段
１０２…オゾン溶解手段
１０３…気液分離手段
１０４…廃オゾン処理手段
２０１…オゾン水製造装置
２０２…余剰オゾン分離装置
２０３…給水口
２０５…オゾン水タンク
２１４ａ，２１４ｂ…並列配管部
２１６…エジェクタ
２２３…オゾン発生器
２２４…オゾン帰還パイプ
２２８…オゾン分解装置
３０１…オゾン発生手段
３０１ａ…他のオゾン発生手段
３０２…オゾン溶解手段
３０２ａ…他のオゾン溶解手段
３０２ｂ…第３ のオゾン溶解手段
３０３…原水供給装置
３０３ａ…他の原水供給装置
３０４…水系統
３０４ａ…他の水系統
３０５…オゾン利用設備
３０５ａ…他のオゾン利用設備
３０６…排ガス処理装置
３０７…気液分離手段
３２９…循環ポンプ
３２９ａ…他の循環ポンプ
ｆ…配管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、余剰オゾンを利用したオゾン水製造方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のオゾン水製造の機構は図５に示すように、オゾン発生手段１０１からのオゾンを含むガスは、オゾン溶解手段１０２により水中に溶解混合される。このオゾン混合水は気液分離手段１０３に入り、水に溶解しきれないオゾンは余剰オゾンとして分離される。この余剰オゾンは廃オゾン処理手段１０４を通り、酸素に還元されて大気中に放出される。そして、気液分離手段１０３からオゾン水が供給される。
【０００３】
しかしながら、上記構成のオゾン水製造装置では、オゾン発生手段１０１から供給されるオゾンの４０〜５０％程度が溶解するのみで、溶解しきれないオゾンは廃オゾン処理手段１０４により酸素に還元され、大気中に放出されてしまうという問題があった。
【０００４】
この問題に対して、オゾン発生手段と、加圧供給される水中にオゾンを溶解させる２個のオゾン溶解手段と、オゾン水中の余剰オゾンを分離する余剰オゾン分離手段とから構成され、該余剰オゾン分離手段の給水口に連結する水供給配管に、２列の並列配管部を形成して、それぞれに前記オゾン溶解手段を介装するとともに、一方の前記オゾン溶解手段には前記オゾン発生手段を接続し、他方の前記オゾン溶解手段には、前記余剰オゾン分離手段から排出されるオゾンを帰還させて、オゾン溶解率を高めるようにしたオゾン水製造装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このオゾン水製造装置２０１（図６参照）は、余剰オゾン分離装置２０２で分離されたオゾンを、オゾン分解装置２２８で酸素に還元して大気に放出することなくエジェクタ２１６に帰還させて溶解させるので、余剰オゾンを効果的に活用して、オゾン溶解率の高いオゾン水を製造することができる。
【０００５】
しかし、オゾン帰還パイプ２２４により帰還したオゾンは水道水に溶解混合され、給水口２０３の手前で合流し、再び、給水口２０３から余剰オゾン分離装置２０２のオゾン水タンク２０５に溜まることになり、低濃度となった帰還オゾンの余剰オゾンが三度分離されることとなり、帰還オゾンが希釈されるという問題がある。また、並列配管部２１４ａのエジェクタ２１６のノズルの口径とディヒューザーの直径を、並列配管部２１４ｂのものより広げるとともに、並列配管部２１４ａの水道水量を多くすることにより、オゾン混合率を一定としているが、並列配管部２１４ｂの水道水量が少なくなればエジェクタ２１６での帰還オゾンの引き込み力が小さくなり、結果、帰還オゾンが混合溶解できない問題が新たに生じることとなる。
【０００６】
また、複数のオゾン溶解手段と気液分離手段を設け、前記オゾン溶解手段の１つでオゾン発生手段から流出するオゾンガスを含む気体を水系統から供給される水中に吹き込んでオゾンを溶解し、得られたオゾン含有水から未溶解のオゾンガスを含む気体成分を気液分離手段で分離し、分離した気体成分を他のオゾン溶解手段に供給し、そこで水系統から供給される水中に吹き込んでオゾンガスを溶解するように構成したことを特徴とするオゾン水製造システムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
前記オゾン水製造システムのプロセスの一つとして、水系統３０４に加えて他の水系統３０４ａを設け、水系統３０４に設けた気液分離手段３０２で分離したオゾンを高濃度で含む気体成分を他の水系統３０４ａに設けた他のオゾン溶解手段３０２ａに供給するプロセスがある（図７参照）。図７の上側に示す水系統３０４には、循環ポンプ３２９、オゾン溶解手段３０２、気液分離手段３０７およびオゾン利用設備３０５上流側から下流側に順に設けられ、オゾン溶解手段３０２にはオゾン発生手段３０１からのオゾンを含む気体が吹き込まれる。さらに循環ポンプ３２９の入口側には原水供給装置３０３からの水系統３０４が合流する。図４の下側に示す他の系統３０４ａには他の循環ポンプ３２９ａ、他のオゾン溶解手段３０２ａおよび他のオゾン利用設備３０５ａが上流側から下流側に順に設けられ、他のオゾン溶解手段３０２ａには前記気液分離手段３０７で分離されたオゾンを高濃度で含む気体成分が吹き込まれる。さらに他の循環ポンプ３２９ａの入口側には他の原水供給装置３０３ａからの他の水系統３０４ａが合流する。循環ポンプ３２９を運転することにより、水系統３０４の系統水はオゾン溶解手段３０２流入し、そこでオゾン発生手段３０１からのオゾンを含む気体が吹き込まれ、水系統３０４の下流側にオゾン水と気体成分の気液混合体が流出する。気液混合体は次いで気液分離手段３０７に流入し、そこでオゾンを高濃度で含む気体成分がオゾン水から分離される。オゾン水はそれより下流側に設けたオゾン利用設備３０５に流入し、分離された気体成分は配管ｆから他の水系統３０４ａに設けた他のオゾン溶解手段３０２ａに流入する。一方、他の循環ポンプ３２９ａを運転することにより、他の水系統３０４ａの系統水は他のオゾン溶解手段３０２ａに流入し、そこで前記気液分離手段３０７からのオゾンガスを含む気体成分が吹き込まれ、その下流側にオゾン水と気体成分の気液混合体が流出する。気液混合体は次いで他のオゾン利用設備３０５ａに流入され、使用済みの比較的低濃度のオゾン水が下流側に排出する。そして排出したオゾン水は他の循環ポンプ３２９ａを経て再び他のオゾン溶解手段３０２ａに循環する。
【０００８】
このように構成したオゾン水製造システムによれば、オゾン発生手段で発生したオゾンガスを無駄に捨てることなく再利用するので、従来のシステムより運転コストを大幅に低下することができ、オゾンの利用率が極めて高いのでオゾン発生手段の容量も小さくできるが、他の水系統３０４ａを設ける為に別途他の原水供給装置が必要不可欠であり、システムが増大し且つ複雑となり、結果として設置コスト、ランニングコストも高くなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第２９７６８７５号公報
【特許文献２】特開２００４−１８８２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、溶解しきれない余剰オゾンを効果的に活用し、低コストで且つオゾン溶解効率の高いオゾン水製造方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
オゾン発生手段と、流体を供給する手段と、該供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解手段と、該オゾン溶解手段で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離手段を有するオゾン水製造方法において、
前記オゾン溶解手段と前記気液分離手段が同一ライン上でひとつのユニットを構成し、少なくとも２つの該ユニットが、前記流体を供給する手段から並列に分岐した各ライン上にそれぞれ配置され、一方のユニットの該気液分離手段で分離されたオゾンが他方のユニットのオゾン溶解手段に移送されることを第１の特徴とする。
【００１２】
各ユニットのオゾン溶解手段を第一オゾン溶解手段、第二オゾン溶解手段とし、該第一オゾン溶解手段の吸込圧力（負圧）と該第二オゾン溶解手段の吸込圧力（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを第２の特徴とする。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
【００１３】
前記第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを第３の特徴とし、前記第一オゾン溶解手段を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを第４の特徴とする。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【００１４】
オゾン発生器と、流体供給装置と、該供給装置により供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離装置を有するオゾン水製造装置において、
少なくとも第一オゾン溶解装置と該第一オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第一気液分離装置を具備する第一ユニットと、第二オゾン溶解装置と該第二オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第二気液分離装置を具備する第二ユニットとを備え、前記第一オゾン溶解装置と前記第二オゾン溶解装置の上流側に、第一流量調節弁と第二流量調節弁がそれぞれ配置され、前記第一気液分離装置と前記第二気液分離装置の下流側に気液分離後のオゾン水の背圧を調整する第一背圧調節弁と第二背圧調節弁がそれぞれ配置され、前記流体供給装置から流体が供給されるラインから並列に分岐した各ライン上に、該第一ユニットと該第二ユニットが配置され、前記第一気液分離装置が前記第二オゾン溶解装置と連結されていることを第５の特徴とする。
【００１５】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）と、前記第二オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを第６の特徴とする。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
【００１６】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを第７の特徴とし、前記第一オゾン溶解器を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを第８の特徴とする。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【００１７】
また、前記オゾン溶解装置が、エジェクタまたはアスピレータであることを第９の特徴とし、前記エジェクタが、縮径部、スロート部、拡径部が連続して形成されていることを第１０の特徴とし、
前記エジェクタが第一入口部と、長手方向に延設された第一通路部とを有し、前記第一入口部から第一通路部にかけて第一入口流路を形成する第一流路形成手段と、
第二入口部と、前記第一通路部の周囲を包囲するテーパ面に沿って延設された第二通路部とを有し、前記第二入口部から前記第二通路部にかけて第二入口流路を形成する第二流路形成手段と、
細径部と、拡径部と、出口部とを有し、前記細径部から前記拡径部および前記出口部にかけて流路面積が拡大され、かつ、前記細径部の端部において前記第一入口流路および前記第二入口流路にそれぞれ連通する出口流路を形成する第三流路形成手段と、
前記第一入口流路および前記第二入口流路の少なくとも一方において旋回流を発生させる旋回流発生手段とを備えることを第１１の特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は以上のような構成からなり、以下の優れた効果が得られる。
【００１９】
（１）並列配管部を形成することにより、単一配管よりも加圧供給される液体の圧力が低くなるため、安価な供給手段が使用可能となる。
（２）並列配管部を形成することにより、単一配管よりも加圧供給される液体の圧力が低くなるため、オゾン水を多量に製造できる。
（３）余剰オゾンが効果的に活用されるため、オゾン溶解効率の高いオゾン水を製造することができる。
（４）余剰オゾンが効果的に活用され、排出されるオゾン量が減少するため、余剰オゾンを処理する設備に掛かるコストを低くできる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施形態のオゾン水製造プロセスを示したフロー図である。
【図２】本発明の第一の実施形態のオゾン水製造装置を示したフロー図である。
【図３】本発明の第一の実施形態のエジェクタを示す縦断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】従来のオゾン水製造システムのフロー図である。
【図６】他の従来のオゾン水製造装置の概略構成図である。
【図７】他の従来のオゾン水製造システムのプロセスフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（実施形態１）
以下、本発明における第一の実施形態について図２から図４を基に説明するが、本発明が本実施形態に限定されないことは言うまでもない。また、本実施形態においては水を流体として使用する例で説明する。
【００２２】
図２において、本発明のオゾン水製造装置は、オゾン発生器１、流体供給装置２と、２個のガス自吸式オゾン溶解装置３ａ、３ｂと、溶けきれなかった余剰オゾン５ａ、５ｂ等のガスを分離する２個の気液分離装置４ａ、４ｂと、オゾン溶解装置３ａ、３ｂそれぞれに供給される水の流量を調節する流量調節弁７ａ、７ｂと、気液分離装置４ａ、４ｂ後のオゾン水の背圧を調整する背圧調節弁８ａ、８ｂと、余剰オゾン５ｂを処理する廃オゾン処理装置９で構成されている。余剰オゾンとはオゾン溶解装置で溶けきれなかったオゾンのことである。
【００２３】
ポンプ等の流体供給装置２を用いて加圧供給された水は、２並列に配管接続された第一オゾン溶解装置３ａ、第二オゾン溶解装置３ｂにそれぞれ供給される。オゾン発生器１から発生したオゾンは第一オゾン溶解装置３ａによって自吸され第一オゾン溶解装置３ａ内で水と混合される。第一オゾン溶解装置３ａから吐出されるオゾン混合水は第一気液分離装置４ａによって溶存できなかったオゾンを含む第一余剰オゾン５ａと第一オゾン水６ａに分離され、さらに第一余剰オゾン５ａは第二オゾン溶解装置３ｂによって自吸され、第二オゾン溶解装置３ｂ内で分岐された水と混合される。第二オゾン溶解装置３ｂから吐出されるオゾン混合水を第二気液分離装置４ｂによって溶存できなかったオゾンを含む第二余剰オゾンガス５ｂと第二オゾン水６ｂに分離され、第一オゾン水６ａと第二オゾン水６ｂは合流する。第二余剰オゾンガス５ｂは廃オゾン処理装置９によって酸素ガスに還元し放出される。第一オゾン溶解装置３ａおよび第二オゾン溶解装置３ｂへの水の流量を調節するために、第一流量調節弁７ａおよび第二流量調節弁７ｂが使用され、第一気液分離装置４ａ、第二気液分離装置４ｂでの圧平衡を保つように第一背圧調節弁８ａ、第二背圧調節弁８ｂによって背圧が調整される。
【００２４】
ここで、第一オゾン溶解装置３ａでの吸込み圧Ｐｓ１（ゲージ圧）と第二オゾン溶解装置３ｂでの吸込み圧Ｐｓ２（ゲージ圧）の比Ｐｓ１（ゲージ圧）／Ｐｓ２（ゲージ圧）は０．２８以上が良い。０．２８より低い条件において、第一オゾン溶解装置３ａの水の流量を低くし、第二オゾン溶解装置３ｂの水の流量を大きくする、または、第一オゾン溶解装置３ａの通水口径を大きくし、第二オゾン溶解装置３ｂの通水口径を小さくすることになり、第一オゾン溶解装置においてオゾン発生手段からの高濃度オゾンの混合溶解性能が低下し、オゾン水の溶存オゾン濃度が低下する恐れがある。
【００２５】
また、第一オゾン溶解装置３ａでの吸込み圧Ｐｓ１（ゲージ圧）は−５ｋＰａ以下であることが好ましい。−５ｋＰａ＜Ｐｓ１（ゲージ圧）＜０ｋＰａでは安定した吸込み性能を得られず、０ｋＰａ≦Ｐｓ１（ゲージ圧）だとブロア等、オゾンを送気する手段が別途必要となるために、コストが増大する。
【００２６】
さらに、Ｐｓ１（ゲージ圧）を−５ｋＰａ以下に維持する為には第一オゾン溶解装置３ａにおいて、ある程度の流速および差圧すなわち、ある程度の流速の差が必要であり、最大線速度ＬＶ１ｍａｘが、ＬＶ１ｍａｘ≧ ５．４２ｍ／ｓｅｃかつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積の最小断面積に対する比が、２．２以上であることが望ましい。
【００２７】
ＬＶ１ｍａｘが ５．４２ｍ／ｓｅｃ未満だと、通水部最大断面積／通水部最少断面積が２．２以上においても、Ｐｓ１（ゲージ圧）≦−５ ｋＰａを維持するのは困難であり、同様に、通水部最大断面積／通水部最少断面積が２．２未満だと、ＬＶ１ｍａｘが ５．４２ｍ／ｓｅｃ以上であってもＰｓ１（ゲージ圧）≦−５ｋＰａを維持するのは困難となるためである。
【００２８】
以下、図３〜図４を参照して本発明の第一の実施の形態に係るエジェクタについて説明する。図３は、本発明の第一の実施の形態に係るエジェクタの構成を示す縦断面図であり、図４は、図３の要部拡大図である。このエジェクタは、略円柱状の本体１１と、本体１１に嵌合される略円柱状のノズル部材１２とを有する。
【００２９】
本体１１の一端面には、ノズル部材１２が嵌挿される受容部１６が設けられ、他端面には、出口流路１５を形成する出口開口部３１が設けられている。受容部１６の内周面の開口側には雌ネジ部２１が設けられている。受容部１６の底面３２には円環状溝部２０が設けられ、円環状溝部２０の外周面は雌ネジ部２１の略延長線上に位置している。本体１１の内部には、受容部１６の底面に形成され、円錐台形状に縮径する縮径部１７、縮径部１７に連設された円柱状の細径部となるスロート部１８、およびスロート部１８に連設され、出口開口部３１にかけて円錐台形状に拡径する拡径部１９が、それぞれ本体１１の中心軸上に設けられ、縮径部１７から出口開口部３１にかけてベンチュリ効果を有する出口流路１５が形成されている。
【００３０】
本体１１の周面には、周方向所定位置に第二入口開口部３０が設けられ、第二入口開口部３０は円環状溝部２０に連通している。受容部１６の底面３２には、円環状溝部２０から縮径部１７の周縁にかけて複数の放射曲線状の溝部が周方向等間隔に設けられている。
【００３１】
ノズル部材１２は、外周面に雄ネジ部２４が設けられた円柱部２２と、円柱部２２の一端面に円柱部２２と同軸で円錐台形状に突設された突出部２３とを有する。円柱部２２の端面には第一入口開口部２０が設けられ、突出部２３の端面には吐出口２５が設けられている。ノズル部材１２の内部には、流路の途中から吐出口２５にかけて縮径された円錐台形状のテーパ部２６がノズル部材１２の中心軸上に設けられ、第一入口開口部２９から吐出口２５にかけて、出口側で絞られる第一入口流路１３が形成されている。
【００３２】
ノズル部材１２の雄ネジ部２４は、円柱部２２の端面３３が本体１１の受容部１６の底面３２に当接するまで本体１１の受容部１６の雌ネジ部２１に密封状態で螺合され、ノズル部材１２が本体１１の受容部１６に嵌挿されている。このとき、本体１１の凹部となる縮径部１７内に凸部となる突出部２３が収容され、本体１１の受容部１６の底面３２に設けられた溝部１２とノズル部材１２の突出部２３側の端面３３とによって連通流路２７が形成されている。さらに、本体１１の縮径部１７の内周面（テーパ面）とノズル部材１２の突出部２３の外周面（テーパ面）との間にはクリアランスが設けられ、このクリアランスによりテーパ面に沿って環状流路２８が形成されている。
【００３３】
これにより、第二入口開口部３０から円環状溝部２０、連通流路２７、および環状流路
２８を通って本体１１のスロート部１８に連通し、出口側で絞られる第二入口流路１４が形成されている。なお、本体１１の受容部１６の底面３２とノズル部材１２の突出部２３側の端面３３は当接していても良いし、適度なクリアランスを持っていても良い。クリアランスを持っている場合、クリアランスの部分と溝部の部分が連通流路２７を形成する。
【００３４】
なお、本体１１およびノズル部材１２の材質は、使用する流体によって侵されない材質であれば特に限定されず、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでも良い。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオロライド、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂などのフッ素樹脂であることが好ましく、フッ素樹脂製であれば腐食性流体に用いることができ、腐食性ガスが透過しても配管部材の腐食の心配がなくなるため好適である。本体１１またはノズル部材１２の構成材を透明または半透明な部材としてもよく、この場合には流体の混合の状態を目視で確認できるため好適である。流体混合器に流す物質によっては各部品の材質は鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属や合金であっても良い。特に流体が食品である場合、衛生的で寿命の長いステンレスが好ましい。本体１１とノズル部材１２との組立方法は螺着、溶接、溶着、接着、ピン止め、嵌め合わせ等の内部流体の密閉性が保たれる方法であればいずれの方法でもよい。第一入口開口部２９、第二入口開口部３０及び出口開口部３１にはそれぞれ流体を導入及び排出するための配管（図示せず）が接続されるが、その接続方法は特に限定されない。
【００３５】
本発明のオゾン水製造装置によって製造されたオゾン水は、手・機器・水槽・水・床・空気・温泉・プール水・海水・環境用水・衣類・野菜類・金属部品類の消毒・殺菌・滅菌・抗菌・静菌・除菌、シリコンウエハー・半導体基板・フォトマスク基板・シリコン物質・食材・膜・衣類・野菜類・金属部品類の洗浄、フォトレジストおよび残渣の除去・有機化合物・無機化合物・金属類の酸化、上水・下水・工場等の事業場廃水の水処理、汚染地盤等の浄化・除染、メッキ処理の前処理、食材、膜、衣類、野菜類、金属部品類の表面処理、パルプの漂白、促進酸化処理などに用いられる。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の実施形態を用いてオゾン溶解試験を行った。その結果について以下に示す。
【００３７】
図２のように、水道水を貯留した水槽からポンプを用いて２並列に配管接続されたオゾン溶解装置にそれぞれ給水される。オゾン発生装置から発生したオゾンは第一オゾン溶解装置によって自吸され第一オゾン溶解装置内で水道水と混合される。第一オゾン溶解装置から吐出されるオゾン混合水を第一気液分離装置によって溶存できなかったオゾンを含む第一余剰オゾンと第一オゾン水に分離された後、さらに第一余剰オゾンは第二オゾン溶解装置によって自吸され、第二オゾン溶解装置内で分岐された水道水と混合される。第二オゾン溶解装置から吐出されるオゾン混合水を第二気液分離装置によって溶存できなかったオゾンを含む第二余剰オゾンと第二オゾン水に分離された後、第一オゾン水と第二オゾン水は合流する。第二余剰オゾンはオゾン分解装置によって酸素ガスに還元し放出される。オゾン発生装置から発生するオゾン濃度は気相オゾン濃度計を用い、合流後のオゾン水のオゾン濃度は液相オゾン濃度計を用いて測定した。
【００３８】
本試験においては、製造されたオゾン水の液相オゾン濃度およびオゾン発生装置から発生した気相オゾン濃度から、単位時間あたりのオゾン量を算出し、次式にてオゾン溶解効率を求めた。
溶解効率（％）＝ 液相のオゾン量／導入された気相オゾン量 ×１００
【００３９】
［気相オゾン濃度の測定］
気相オゾン濃度計：東亜ディーケーケー社製 ＯＺ−３０
［液相オゾン濃度の測定］
液相オゾン濃度計：東亜ディーケーケー社製 ＯＺ−２０
【００４０】
本発明におけるオゾン溶解試験は実施例１から実施例３及び比較例１から比較例３のそれぞれについて行った。その試験結果を表１〜表３に示す。
【００４１】
［実施例１］
オゾン溶解装置が、水道水流量１０〜２５Ｌ／ｍｉｎのときの給水圧が０.０１〜０.０５ＭＰａ、吸込み圧（ゲージ圧）が−１〜−２１ｋＰａであるエジェクタを使用してオゾン溶解試験を行い、オゾン溶解効率を表１に示した。
【００４２】
［実施例２］
オゾン溶解装置が、水道水流量１０〜２５Ｌ／ｍｉｎのときの給水圧が０.０１〜０.０９ＭＰａ、吸込み圧（ゲージ圧）が−７〜−５０ｋＰａであるエジェクタを使用してオゾン溶解試験を行い、オゾン溶解効率を表２に示した。
【００４３】
［実施例３］
オゾン溶解装置が、水道水流量１０〜２５Ｌ／ｍｉｎのときの給水圧が０.０４〜０.２７ＭＰａ、吸込み圧（ゲージ圧）が−１５〜−７２ｋＰａであるエジェクタを使用してオゾン溶解試験を行い、オゾン溶解効率を表３に示した。
【００４４】
また、Ｐｓ１（ゲージ圧）とＰｓ２（ゲージ圧）の比を一定とした時の、各Ｐｓ１（ゲージ圧）におけるオゾン自吸性能を調査し、その時の結果を表４に示した。
【００４５】
さらに、ＰＶ１とＰｓ１（ゲージ圧）の関係について表５に示した。
【００４６】
［比較例１］
実施例１で用いたオゾン溶解装置を使用し、並列配管ではなく単独配管でオゾン溶解試験を行い、その時のオゾン溶解効率を表１に示した。
【００４７】
［比較例２］
実施例２で用いたオゾン溶解装置を使用し、並列配管ではなく単独配管でオゾン溶解試験を行い、その時のオゾン溶解効率を表２に示した。
【００４８】
［比較例３］
実施例３で用いたオゾン溶解装置を使用し、並列配管ではなく単独配管でオゾン溶解試験を行い、その時のオゾン溶解効率を表３に示した。
【００４９】
表１の結果から、同水流量において、実施例１−１〜１−６の給水圧はすべてにおいて比較例１−１〜１−３よりも低いことが分かる。また、オゾン溶解効率はＰｓ１（ゲージ圧）／Ｐｓ２（ゲージ圧）＝０．１１の時のみ減少していた。
表２の結果から、同水流量において、実施例２−１〜２−６の給水圧はすべてにおいて比較例２−１〜２−３よりも低いことが分かる。また、実施例２−１〜２−６のオゾン溶解効率は比較例２−１〜２−３よりも高い。
表３の結果から、同水流量において、実施例３−１〜３−６の給水圧はすべてにおいて比較例３−１〜３−３よりも低いことが分かる。また、実施例３−１〜３−６のオゾン溶解効率は比較例３−１〜３−３よりも高い。
表１〜表２の結果より、エジェクタを単独で使用するよりも、２並列配管を形成し、２個のエジェクタを使用してオゾン水を製造する方が、給水圧が低い。
さらに、Ｐｓ１（ゲージ圧）／Ｐｓ２（ゲージ圧）が０．２８以上の条件下では、同水流量において、７〜１９％以上の溶解効率向上が見られ、且つ給水圧が５０％以上減少している。
表４から、オゾンが安定して自吸可能となる条件は吸込圧Ps1（ゲージ圧）がＰｓ１≦−５ｋＰａであった。
また、表５より吸込圧Ｐｓ１（ゲージ圧）がＰｓ１≦−５ｋＰａの条件を満たす最大線速度ＬＶ１ｍａｘはＬＶ１ｍａｘ≧ ５．４２ｍ／ｓｅｃである。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
【表４】
【００５４】
【表５】
【符号の説明】
【００５５】
１…オゾン発生器
２…流体供給装置
３ａ…第一オゾン溶解装置
３ｂ…第二オゾン溶解装置
４ａ…第一気液分離装置
４ｂ…第二気液分離装置
５ａ…第一余剰オゾン
５ｂ…第二余剰オゾン
６ａ…第一オゾン水
６ｂ…第二オゾン水
７ａ…第一流量調節弁
７ｂ…第二流量調節弁
８ａ…第一背圧調節弁
８ｂ…第二背圧調節弁
９…廃オゾン処理装置
１０…エジェクタ
１１…本体
１２…ノズル部材
１３…第一入口流路
１４…第二入口流路
１５…出口流路
１６…受容部
１７…縮径部
１８…スロート部
１９…拡径部
２０…円環状溝部
２１…雌ネジ部
２２…円柱部
２３…突出部
２４…雄ネジ部
２５…吐出口
２６…テーパ部
２７…連通流路
２８…環状流路
２９…第一入口開口部
３０…第二入口開口部
３１…出口開口部
３２…底面
３３…端面
１０１…オゾン発生手段
１０２…オゾン溶解手段
１０３…気液分離手段
１０４…廃オゾン処理手段
２０１…オゾン水製造装置
２０２…余剰オゾン分離装置
２０３…給水口
２０５…オゾン水タンク
２１４ａ，２１４ｂ…並列配管部
２１６…エジェクタ
２２３…オゾン発生器
２２４…オゾン帰還パイプ
２２８…オゾン分解装置
３０１…オゾン発生手段
３０１ａ…他のオゾン発生手段
３０２…オゾン溶解手段
３０２ａ…他のオゾン溶解手段
３０２ｂ…第３ のオゾン溶解手段
３０３…原水供給装置
３０３ａ…他の原水供給装置
３０４…水系統
３０４ａ…他の水系統
３０５…オゾン利用設備
３０５ａ…他のオゾン利用設備
３０６…排ガス処理装置
３０７…気液分離手段
３２９…循環ポンプ
３２９ａ…他の循環ポンプ
ｆ…配管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾン発生手段と、流体を供給する手段と、該供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解手段と、該オゾン溶解手段で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離手段を有するオゾン水製造方法において、
前記オゾン溶解手段と前記気液分離手段が同一ライン上でひとつのユニットを構成し、少なくとも２つの該ユニットが、前記流体を供給する手段から並列に分岐した各ライン上にそれぞれ配置され、一方のユニットの該気液分離手段で分離されたオゾンが他方のユニットのオゾン溶解手段に移送されることを特徴とするオゾン水製造方法。
【請求項２】
前記各ユニットのオゾン溶解手段を第一オゾン溶解手段、第二オゾン溶解手段とし、該第一オゾン溶解手段の吸込圧力（負圧）と該第二オゾン溶解手段の吸込圧（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造方法。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
【請求項３】
前記第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水製造方法。
【請求項４】
前記第一オゾン溶解手段を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３に記載のオゾン水製造方法。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【請求項５】
オゾン発生器と、流体供給装置と、該供給装置により供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離装置を有するオゾン水製造装置において、
少なくとも第一オゾン溶解装置と該第一オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第一気液分離装置を具備する第一ユニットと、第二オゾン溶解装置と該第二オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第二気液分離装置を具備する第二ユニットとを備え、前記第一オゾン溶解装置と前記第二オゾン溶解装置の上流側に、第一流量調節弁と第二流量調節弁がそれぞれ配置され、前記第一気液分離装置と前記第二気液分離装置の下流側に気液分離後のオゾン水の背圧を調整する第一背圧調節弁と第二背圧調節弁がそれぞれ配置され、前記流体供給装置から流体が供給されるラインから並列に分岐した各ライン上に、該第一ユニットと該第二ユニットが配置され、前記第一気液分離装置が前記第二オゾン溶解装置と連結されていることを特徴とするオゾン水製造装置。
【請求項６】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）と、前記第二オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項５に記載のオゾン水製造装置。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
【請求項７】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項６に記載のオゾン水製造装置。
【請求項８】
前記第一オゾン溶解装置を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項５乃至７に記載のオゾン水製造装置。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【請求項９】
前記オゾン溶解装置が、エジェクタまたはアスピレータであることを特徴とする請求項５乃至８に記載のオゾン水製造装置。
【請求項１０】
前記エジェクタが、縮径部、スロート部、拡径部が連続して形成されていることを特徴とする請求項９に記載のオゾン水製造装置。
【請求項１１】
前記エジェクタが第一入口部と、長手方向に延設された第一通路部とを有し、前記第一入口部から第一通路部にかけて第一入口流路を形成する第一流路形成手段と、
第二入口部と、前記第一通路部の周囲を包囲するテーパ面に沿って延設された第二通路部とを有し、前記第二入口部から前記第二通路部にかけて第二入口流路を形成する第二流路形成手段と、
細径部と、拡径部と、出口部とを有し、前記細径部から前記拡径部および前記出口部にかけて流路面積が拡大され、かつ、前記細径部の端部において前記第一入口流路および前記第二入口流路にそれぞれ連通する出口流路を形成する第三流路形成手段と、
前記第一入口流路および前記第二入口流路の少なくとも一方において旋回流を発生させる旋回流発生手段とを備えることを特徴とする請求項９に記載のオゾン水製造装置。
【請求項１】
オゾン発生手段と、流体を供給する手段と、該供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解手段と、該オゾン溶解手段で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離手段を有するオゾン水製造方法において、
前記オゾン溶解手段と前記気液分離手段が同一ライン上でひとつのユニットを構成し、少なくとも２つの該ユニットが、前記流体を供給する手段から並列に分岐した各ライン上にそれぞれ配置され、一方のユニットの該気液分離手段で分離されたオゾンが他方のユニットのオゾン溶解手段に移送されることを特徴とするオゾン水製造方法。
【請求項２】
前記各ユニットのオゾン溶解手段を第一オゾン溶解手段、第二オゾン溶解手段とし、該第一オゾン溶解手段の吸込圧力（負圧）と該第二オゾン溶解手段の吸込圧（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造方法。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）
【請求項３】
前記第一オゾン溶解手段の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水製造方法。
【請求項４】
前記第一オゾン溶解手段を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１乃至３に記載のオゾン水製造方法。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【請求項５】
オゾン発生器と、流体供給装置と、該供給装置により供給される流体にオゾンを溶解させるオゾン溶解装置と、該オゾン溶解装置で溶けきれなかったオゾンを分離する気液分離装置を有するオゾン水製造装置において、
少なくとも第一オゾン溶解装置と該第一オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第一気液分離装置を具備する第一ユニットと、第二オゾン溶解装置と該第二オゾン溶解装置と同一ライン上に配置された第二気液分離装置を具備する第二ユニットとを備え、前記第一オゾン溶解装置と前記第二オゾン溶解装置の上流側に、第一流量調節弁と第二流量調節弁がそれぞれ配置され、前記第一気液分離装置と前記第二気液分離装置の下流側に気液分離後のオゾン水の背圧を調整する第一背圧調節弁と第二背圧調節弁がそれぞれ配置され、前記流体供給装置から流体が供給されるラインから並列に分岐した各ライン上に、該第一ユニットと該第二ユニットが配置され、前記第一気液分離装置が前記第二オゾン溶解装置と連結されていることを特徴とするオゾン水製造装置。
【請求項６】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）と、前記第二オゾン溶解装置の吸込圧力（負圧）の比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項５に記載のオゾン水製造装置。
Ａ／Ｂ≧０．２８ （１）
Ａ：第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
Ｂ：第二オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）
【請求項７】
前記第一オゾン溶解装置の吸込圧力（ゲージ圧）が−５ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項６に記載のオゾン水製造装置。
【請求項８】
前記第一オゾン溶解装置を通過する流体の最大線速度が５．４２ｍ／ｓｅｃ以上、かつ、流体の通過する方向を軸とする軸に対する最大断面積と最小断面積比が、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項５乃至７に記載のオゾン水製造装置。
Ｃ／Ｄ≧２．２ （２）
Ｃ： 断面積の最大値
Ｄ： 断面積の最小値
【請求項９】
前記オゾン溶解装置が、エジェクタまたはアスピレータであることを特徴とする請求項５乃至８に記載のオゾン水製造装置。
【請求項１０】
前記エジェクタが、縮径部、スロート部、拡径部が連続して形成されていることを特徴とする請求項９に記載のオゾン水製造装置。
【請求項１１】
前記エジェクタが第一入口部と、長手方向に延設された第一通路部とを有し、前記第一入口部から第一通路部にかけて第一入口流路を形成する第一流路形成手段と、
第二入口部と、前記第一通路部の周囲を包囲するテーパ面に沿って延設された第二通路部とを有し、前記第二入口部から前記第二通路部にかけて第二入口流路を形成する第二流路形成手段と、
細径部と、拡径部と、出口部とを有し、前記細径部から前記拡径部および前記出口部にかけて流路面積が拡大され、かつ、前記細径部の端部において前記第一入口流路および前記第二入口流路にそれぞれ連通する出口流路を形成する第三流路形成手段と、
前記第一入口流路および前記第二入口流路の少なくとも一方において旋回流を発生させる旋回流発生手段とを備えることを特徴とする請求項９に記載のオゾン水製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８６０１１（Ｐ２０１３−８６０１１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２７７９５（Ｐ２０１１−２２７７９５）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（０００１１７１０２）旭有機材工業株式会社 (235)
【Ｆターム（参考）】
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