流体混合装置
【課題】 ２種の流体を高い効率で混合する。
【解決手段】 ベンチュリ管内の小径部６７で加速された第１の流体中に、ベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプ４１から第２の流体を噴出させて、第１の流体と第２の流体とを混合する第１の混合機１１と、第１の混合機１１から流出する第１の流体と第２の流体の混合液を所定距離だけ空走させて、この混合液全体の流れの方向を整えるほぼ一定の太さのパイプにより構成された整流用流路１９と、流路の断面積が整流用流路１９の断面積以上になるように内径を拡大した拡径部を持つパイプにより構成され、この拡径部４５の内部に、上流側に円錐の尖端を向け下流側に底面を向けて、周面には流れの方向にほぼ垂直な、混合液が衝突する面を持つ階段状の凹凸が形成された略円錐状のブロック４６を配置した第２の混合機１２とを備える。
【解決手段】 ベンチュリ管内の小径部６７で加速された第１の流体中に、ベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプ４１から第２の流体を噴出させて、第１の流体と第２の流体とを混合する第１の混合機１１と、第１の混合機１１から流出する第１の流体と第２の流体の混合液を所定距離だけ空走させて、この混合液全体の流れの方向を整えるほぼ一定の太さのパイプにより構成された整流用流路１９と、流路の断面積が整流用流路１９の断面積以上になるように内径を拡大した拡径部を持つパイプにより構成され、この拡径部４５の内部に、上流側に円錐の尖端を向け下流側に底面を向けて、周面には流れの方向にほぼ垂直な、混合液が衝突する面を持つ階段状の凹凸が形成された略円錐状のブロック４６を配置した第２の混合機１２とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン水を高濃度に維持して供給するオゾン水供給装置等に適する流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン水は、殺菌消毒作用があり、洗浄処理後に対象物上に残留するのは水だけで毒性がないという特徴を持つ。このため、オゾン水は、食品や医療機器関係の除菌用として広く利用されている。人工透析装置は、患者の血液を取り出して装置内で透析処理をしてから患者に戻すという機能を持つ。従って、使用後の透析装置を十分に殺菌洗浄するようにして、例えば、Ｃ型肝炎といった血液を介して感染する感染症の拡大を防止している（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１４９４６９号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０４８０２３号公報
【特許文献３】特開２００１−２５５２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
殺菌消毒効果を高めるには、オゾン濃度の高いオゾン水を製造することが好ましい。そこで、本願発明者等は、高濃度のオゾン水を製造することができるオゾン混合機（特許文献２）を開発した。この混合機は、ベンチュリ管を通過する水の最大流速部分にオゾンガス噴出口を配置して、オゾンガスを減圧雰囲気から一気に高速水流中に噴出させて、例えば、６ＰＰＭ程度の高濃度のオゾン水を製造することができる。
【０００４】
しかしながら、オゾン水は放置すると急激にオゾン濃度が低下するから、殺菌洗浄のために使用する場合には、その濃度を安定に管理し、かつ、使用中に殺菌洗浄効果を確認できる装置の提供が要求される。本発明者は、以上の点に着目し、オゾン水を蓄積している場合や殺菌洗浄のために使用する場合に、オゾン濃度の低下を防止し、その濃度を安定に管理し得るオゾン水供給装置を開発した。本発明は、上記の装置を応用した流体混合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】
【０００５】
本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
ベンチュリ管内の小径部で加速された第１の流体中に、前記ベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプから第２の流体を噴出させて、前記第１の流体と前記第２の流体とを混合する第１の混合機と、前記第１の混合機から流出する第１の流体と第２の流体の混合液を所定距離だけ空走させて、この混合液全体の流れの方向を整えるほぼ一定の太さのパイプにより構成された整流用流路と、流路の断面積が前記整流用流路の断面積以上になるように内径を拡大した拡径部を持つパイプにより構成され、この拡径部の内部に、上流側に円錐の尖端を向け下流側に底面を向けて、周面には流れの方向にほぼ垂直な、前記混合液が衝突する面を持つ階段状の凹凸が形成された略円錐状のブロックを配置した第２の混合機とを備えたことを特徴とする構成１に記載の流体混合装置。
【０００６】
〈構成２〉
前記第２の混合機を通過した混合液が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする構成１に記載の流体混合装置。
【０００７】
〈構成３〉
前記第１の流体が、浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体がオゾンであることを特徴とする汚水処理のための構成１に記載の流体混合装置。
【０００８】
〈構成４〉
前記第１の流体が酵素を含む浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体が空気であることを特徴とする汚水処理のための構成１または３に記載の流体混合装置。
【０００９】
〈構成５〉
前記第２の混合機を通過した汚水が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする構成３または４に記載の流体混合装置。
【発明の効果】
【００１０】
例えば、第１の流体が水で第２の流体がオゾンであったとき、ベンチュリ管内で加速された水中にオゾンを含むガスを噴出させて水中にオゾンを混入させると、オゾンが水と爆発的に混合されて高濃度のオゾン水が生成できる。しかしながら、水に溶け込まないオゾンも同時に出口側に排出される。この出口側に、第２の混合機を配置すると、オゾン水とオゾンとを流路に設けた壁に衝突させて攪拌するので、第１の混合機で水に溶け込まなかったオゾンが新たに水に溶け込むため、非常に高濃度のオゾン水が得られる。また、ベンチュリ管から噴出した高エネルギのオゾン水の流れを、第２の混合機で整えてから排出するので、騒音が抑止できる。
【００１１】
第１の流体と第２の流体の種類は任意である。流体は液体でも気体でもよい。第１の流体と第２の流体の混合液は、所定長の整流用流路を空走する間に流れの方向が整えられる。即ち、渦等が消滅して、全体が上流から下流に向かう方向に流れるようになる。こうして流れの方向をそろえることで、階段状の凹凸を備えた壁ブロックに衝突したときの衝突エネルギが高まり、第２の混合機中で、高い混合効果が発揮される。壁ブロックは流れの方向にほぼ垂直な面を持つ階段状の凹凸を備えればよく、その形状は任意である。流路上で流路の断面積が整流用流路の断面積以上になるようにパイプの内径を拡大することで、流れの抵抗を少なくし、第１の混合機の混合作用を妨げないようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
図１は本発明に係る流体混合装置の縦断面と配管接続系統図である。
この図１（ａ）の実施例では、汚水に空気を混入させて、酵素の働きを助長する。この汚水と空気とを混合するために、図の混合機を使用する。また、この図の（ｂ）の実施例では、汚水にオゾンを混入させて、オゾンの力で直接汚水を浄化する。
【００１３】
一般に、浄化槽に蓄積された汚水の処理では、汚水中に曝気装置を用いて空気の泡を吹き込み、酵素の働きを助長して、浄化処理を促進する。このために、気泡を吹き込むためのパイプを汚水中に配置して、コンプレッサにより加圧空気を送る。ところが、この種の構造の曝気装置で浄化槽中に多くの空気の泡を供給しても、大部分がそのまま浮き上がり、ごくわずかしか汚水中にとけ込むことがない。従って、長時間コンプレッサを駆動するために多くの電力を消費するものの、きわめて効率の悪い装置であった。
【００１４】
一方、図１（ａ）の実施例では、後で詳述するような混合機を用いて、空気と汚水とを混合し、極めて効率よく多量の空気を水の中に混入することができる。もちろん、汚水中に予め混ぜ合わせておいた酵素も同時に均一に混ざり合う。これにより、汚水全体に分散した酵素に充分な空気を接触させ、酵素の働きを助長することが可能になる。
【００１５】
図１（ａ）に示す装置は、浄化槽６０から取り出しパイプ６１とポンプ６２を通じて、汚水６５を取り出す。この汚水６５は、第１の混合機１１と、整流用流路１９と、第２の混合機１２を通過し、多量の空気と混合される。その後、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻される。第１の混合機１１は、後で詳述するようなベンチュリ管からなり、その小径部６７で加速された汚水６５にこのベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプ４１から空気を噴出させて、汚水６５中に空気を混合する。この第１の混合機１１から流れ出る汚水６５は、後で詳述するとおり、多数の渦を発生した乱流になっている。ほぼ均一な内径を持つ整流用流路１９を所定長流れると、汚水６５の流れは全体として、下流方向、すなわち、図の左側の方向に向くように整えられる。そして、第２の混合機１２に流入する。
【００１６】
第２の混合機１２では、後で詳述するような階段状の凹凸を持つブロック４６が流路上に配置されている。従って、空気の泡と汚水との混合液が階段状の凹凸に衝突し、さらに攪拌される。この時、ブロック４６に妨げられて汚水の流れ全体に逆方向の抵抗が加わると、第１の混合機１１のベンチュリ管の機能が低下する。そこで、第２の混合機の流路の断面積は、いずれの場所も十分に広く選定されている。すなわち、整流用流路１９によって、下流方向に流れの向きを整えられた汚水が、勢いよくブロック４６の階段状の凹凸に衝突することによって、十分に混ざり合わなかった空気が汚水中にさらに多量にとけ込む。このようにしてとけ込んだ多量の空気が、酵素の働きを助ける。従って、従来の曝気装置を使用した浄化槽に比べて、高い効率ですみやかに浄化処理が進む。
【００１７】
図１（ｂ）の装置では、第１の混合機へ汚水とオゾンを導入し、第１の混合機１１と整流用流路１９と第２の混合機１２とを用いて、汚水中に多量のオゾンをとけ込ませる。第１の混合機のインジェクタパイプ４１には、オゾン発生器６６が接続されている。即ち、オゾンの力によって汚水を直接浄化し、無害化して排出する。従って、汚水を蓄積する浄化槽を不要にする。もちろん、汚水の性質に応じて、図１（ｂ）の装置が適する場合と図１（ａ）の装置が適する場合とがある。もし、この図１（ｂ）に示すような装置が採用できると、従来、汚水処理のために使用していた浄化槽を大型化することなく、その浄化槽の内部にオゾン発生装置と上記のような混合機とを据え付けて、十分に小さいスペースで、従来以上の汚水処理能力を付与することが可能になる。従って、工場などから排出される汚水の処理基準が法律によって改定され、これまで以上の処理能力を要求されるようになった場合に、これまでの設備を大型化させることなく、低いコストで高い機能の汚水処理装置に切り替えることが可能になる。
【００１８】
汚水処理設備を新設する場合には、大型の浄化槽が不要になるから、経済的な汚水処理設備が提供できる。なお、図１（ｂ）に示したような装置は、汚水とオゾンとの混合だけでなく、混ざり合い難い様々な種類の第１の流体と第２の流体とを混合する目的に利用できる。また、流れの方向にほぼ垂直な面を持つ階段状の凹凸を備えたブロックを利用すると、第１の流体、あるいは、第２の流体中の流れを滞留させたり逆流させることなく両者を混合できる。従って、これらの流体に混入した様々な物質が管の内部に付着したりするおそれがなく、汚水処理等に最適な構造といえる。
【００１９】
図２はオゾン水供給装置具体例を示す系統図である。
以下、上記の流体混合装置の使用例や作用効果をオゾン水供給装置を例にして説明する。
図２においてオゾン水を貯留する貯留タンク１０は、第１タンク１と第２タンク２を備える。第１タンク１と第２タンク２は、隔壁３により区切られている。隔壁３には、適当な数の透孔４を備える。これらの透孔４は、いわゆるオリフィスの効果を奏するものである。この貯留タンク１０に蓄えられたオゾン水５の濃度を保つために、循環系統の配管１４が設けられている。この配管１４には、ポンプ１５が設けられており、第１タンク１や第２タンク２から取り出したオゾン水をオゾン混合機１３に案内して、オゾンと混合し、再び貯留タンク１０に戻す。
【００２０】
オゾン混合機１３は、後で説明する第１の混合機１１と第２の混合機１２とを備えている。第１の混合機１１には、ガス状のオゾンとオゾン水とが供給される。図示しない酸素ボンベや酸素発生器から供給される酸素は、放電装置７を通って、オゾン混合機１３に送り込まれる。放電装置７では、酸素を放電によって活性化し、多量のオゾンを含んだガスにして、オゾン混合機１３に供給する。なお、放電装置７は、ブロア８によって適宜冷却されるように構成されている。オゾン混合機１３の具体的な構成や作用は、後で説明する。
【００２１】
循環系統の配管１４には、調整バルブ１８を介して第１タンク１からオゾン水を取り出す配管１７と、第２タンク２からオゾン水を取り出す配管１６とがそれぞれ連結されている。調整バルブ１８は、配管１６と配管１７を通じて循環系統の配管１４に取り出されるオゾン水の混合比を決めるためのものである。また、貯留タンク１０に蓄えられた高濃度のオゾン水は、洗浄系統の配管２１を通じて洗浄される対象物３０、例えば、人口透析装置に送り込まれる。ポンプ２２は、オゾン水を洗浄対象物３０に送り込むためのもので、逆止弁２３を通じてオゾン水を送り出す。なお、洗浄系統の配管２１には、分岐配管２５が接続されている。
【００２２】
この分岐配管２５からミニマムフローバルブ２６を経て、戻り配管２８が接続されている。この戻り配管２８は、第１タンク１に開口している。また、戻り配管２８には、オゾン濃度測定部３１が設けられている。このオゾン濃度測定部３１は、例えば、特許文献３に記載されたように紫外線を照射し、紫外線の吸収量に基づいてオゾン濃度を定量的に測定する機能を持つ。なお、オゾン水を供給して、殺菌洗浄を行う対象物３０から排出されたオゾン水は、オゾン濃度測定部３１と全く同様の構成のオゾン濃度測定部３２によってオゾン濃度が測定された後、廃棄処理される。洗浄対象物３０が人工透析装置の場合に、オゾン水による洗浄処理が終了した後は、人工透析装置にＲＯ水が供給される。これは、配管３７から電磁弁３５を経て人工透析装置に送り込まれる。
【００２３】
洗浄系統の配管２１からオゾン水が送り出されると、第１タンク１に蓄えられたオゾン水５が減少する。これを補うために、配管３７、電磁弁３４、及び配管３６が設けられている。この配管３６の終端は、第２タンク２の配管１６が開口している部分の近くに配置されている。なお、この他に貯留タンク１０には、水位センサ３９が設けられており、貯留タンク１０の内部に蓄えられたオゾン水５の水位を監視している。この水位が基準値以下になった場合には、自動的に電磁弁３４を開放し、配管３７と３６を通じて新しいＲＯ水（reverse osmosis ）が第２タンク２に供給される。このＲＯ水のかわりに、純水その他の殺菌精製された水が供給されても構わない。
【００２４】
上記したオゾン水供給装置は、貯留タンク１０中の水を第１の混合機１１に導いてオゾンガスを混入し、再び貯留タンク１０へ戻す循環系統の配管１４が設けられて、貯留タンク１０内部のオゾン水を常時、高濃度に維持する。この貯留タンク１０から、循環系統の配管１４とは別の洗浄系統の配管２１を通じてオゾン水を洗浄対象物である人工透析装置３０に供給して、殺菌洗浄を行う。このとき、人工透析装置３０へ供給されるオゾン水のオゾン濃度が常に基準値を越える高濃度であることを確認する手段が必要になる。さらに、人工透析装置の内部で有効にオゾン水が殺菌消毒処理に寄与していることを確認する手段が必要になる。
【００２５】
既知のオゾン水の濃度測定方法には、ヨウ化カリウム等の試薬を用いた方法と、照射する紫外線の吸収量を測定する方法がある。前者の方法は、所定のタイミングでサンプリングをしたオゾン水のオゾン濃度を測定するので、ライン上を流れるオゾン水のオゾン濃度を連続的に監視するという目的には不向きである。後者の方法は、オゾン水の流路でオゾン濃度を連続的に監視することができるという点で、前者の方法よりも適しているが、紫外線の照射によって、せっかく高濃度に生成したオゾン水のオゾン濃度が使用前に低下してしまうという問題がある。また、殺菌洗浄能力が常に安定していることが求められる。
【００２６】
そこで、上記循環系統の配管１４により、貯留タンク内部のオゾン水を継続的にオゾン混合機１３に戻して高濃度に維持する。また、循環系統の配管１４では洗浄系統の配管２１の、人工透析装置へ供給される直前のオゾン水の一部を分岐管２５を通じて貯留タンク１０へ戻し、この分岐管２５中に紫外線吸収式の第１のオゾン濃度測定部３１を設ける。この部分を流れるオゾン水は、測定に必要な最小限の流量に調整する。また、測定後のオゾン水は、貯留タンク１０に戻し、殺菌洗浄の対象物である人工透析装置３０には供給しない。人工透析装置３０には、貯留タンク１０の第１タンク１で高濃度に維持されたオゾン水がそのままの状態で配管２１を通じて供給される。
【００２７】
図３は、上記のオゾン混合機１３の具体的な内部構造を示す縦断面図である。
図に示したのオゾン混合機は直線状のものであった、この実施例のオゾン混合機はＬ字状に構成されている。いずれも本発明の流体混合装置として適用できる。
図３に示す第１の混合機１１は、加圧された水が流入する流入口４７と流入した水を排出する排出口４４との間にベンチュリ管４３を有するオゾン水生成パイプ４２と、オゾン水生成パイプ４２のベンチュリ管４３の細径部に一端が開口し、オゾン水生成パイプ４２内を流れる水の吸引作用を利用してオゾンガスを水に混合させるイジェクタパイプ４１とを備えた構成になっている。流入口４７には、図２に示したポンプ１５が接続されている。流入口４７からオゾン水が供給される。また、オゾンを含んだガスは、イジェクタパイプ４１から供給される。オゾン水がベンチュリ管４３に流れ込むと、オゾン水の流れが急激に速くなる。このベンチュリ管４３に開口しているイジェクタパイプ４１の内部は、このオゾン水の流れによって、減圧され、マイナス１気圧程度の負圧が発生する。これによって、強制的にオゾンを含んだガスが、ベンチュリ管４３中に吹き出される。オゾン水とオゾンを含んだガスが混合された液体は、ベンチュリ管出口の大径部において急激に膨張するから、この部分で爆発的な衝撃を受け、一気に混合される。こうして、高い濃度のオゾン水が生成される。なお、この構造は、上記特許文献２に記載されている。
【００２８】
既存の技術では、ここで生成されたオゾン水をそのまま利用し、混合できなかったオゾンを含むガスは分離して無害化し排出される。しかしながら、この実施例では、生成されたオゾン水と混合しきれなかったオゾンを含むガスとをさらに次の第２の混合機１２に導く。第２の混合機１２は、拡径部４５を備える。また、この拡径部４５の内部には、略円錐状のブロック４６を配置している。このブロック４６は、上流側に円錐の尖端を向け、下流側に底面４６ａを向けて配置され、周面には階段状の凹凸４６ｂが形成されている。従って、階段状の凹凸４６ｂは下流に向かうほど大径化する円板を重ね合わせたような形状になる。管に拡径部４５を設け、略円錐状のブロック４６を使用したのは、管内を流れるオゾン水の流れを大きく妨げず、この部分が抵抗になって逆方向の水圧が発生しないようにするためである。
【００２９】
以上の構成にすると、階段状の凹凸４６ｂに衝突したオゾン水は、図３のように複雑な渦流を発生する。オゾン水と共に階段状凹凸４６ｂに衝突したオゾンを含むガスの気泡は、微細に砕かれてオゾン水と混ざり合う。この動作を階段状凹凸４６ｂに沿って何度も繰り返すことにより、オゾンを含むガスがオゾン水に溶け込んで、オゾン濃度の高いオゾン水が生成される。その後このオゾン水は、出口４９を通じてオゾン水を蓄える第１タンクに排出される。実験によれば、第１の混合機１１を用いて生成したオゾン水の濃度が６ＰＰＭであったとき、第２の混合機１２を接続して混合すると、約２倍の１２ＰＰＭ、又は、それ以上までオゾン濃度を高めることができた。なお、第２の混合機１２のみを単独で用いた場合には、生成したオゾン水の濃度は３ＰＰＭ程度にしかならない。第１の混合機１１を２台連結したときは、中間でオゾン水の水圧を高めるようにしないと、２台目のほうの混合機能が低下する。いずれにしても、図３に示した組み合わせが著しく混合効率がよいことが実証された。
【００３０】
また、以上の性能を発揮させるには、第１の混合機１１と第２の混合機１２との間に、所定長の整流用流路を設ける必要がある。第１の混合機１１から出た直後のオゾン水は多数の渦を含む乱流である。一方、第２の混合機１２では、下流の方向に流れの方向が向いたオゾン水等が勢いよく衝突するほど、混合効果が高まる。このためには、上記整流用流路でオゾン水を空走させて流れの方向を整えることが好ましい。この整流用流路はほぼ一定の太さのパイプにより構成できる。その長さは、実験的に選定するとよい。透明体で実験機を制作し、気泡の流れが整った位置以降に第２の混合機１２を設けるとよい。なお、図２において、貯留タンク１０の上部空間には、オゾン水に溶け込まなかったオゾンが貯まる。貯留タンク１０の内部を負圧にしないようにして、ガス圧力の異常上昇を防止するいわゆる安全弁でも設けておけば、万一、オゾンガスの供給が一時的に停止したような場合でも、オゾン水の濃度をしばらくの間、実用濃度に維持することができる。従って、オゾン水を供給して洗浄する対象装置の洗浄効果を確実に保持できる。また、貯留タンク１０の上部空間がオゾンガスで満たされていれば、この空間に雑菌も侵入しないという効果がある。
【００３１】
図４（ａ）は、貯留タンク１０に新しい水を供給する機構を示す縦断面図である。図４（ｂ）は、洗浄系統の配管の一部を示す側面図である。
図４（ａ）に示すように貯留タンク１０の第２タンク２の底部には、配管３６が突き出しており、その先端部分は、Ｕ字形に湾曲されて一方の循環系統の配管１６の開口部近くに配置されている。第１タンク１側に開口している他方の循環系統の配管１７の調整バルブ１８を調整すると、配管１７から取り出すオゾン水の量と配管１６から取り出すオゾン水の量の比を調整できる。これによって、オゾン混合機１３に送り出すオゾン水の濃度を最適化する。すなわち、オゾン混合機１３で最大の濃度のオゾン水が一定の条件で生成できるように循環系統の配管１４の供給オゾン水の濃度を調整しておく。配管３６は、配管１６の開口部付近に新しい水を供給するので、配管１６からは比較的濃度の薄いオゾン水が循環系統の配管１４に送り込まれることになる。なお、図４（ａ）の矢印に示すように、配管３６から供給された新しい水は、第２タンク２の内部にも供給される。また、第２タンク２の内部のオゾン水の一部は、配管１６に供給される。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、洗浄系統２１の配管には、分岐部２８が設けられており、ここに分岐配管２５が接続されている。この分岐配管２５からは、オゾン水の濃度測定に必要な最小限のオゾン水が取り出される。そしてこれが、既に図２で説明した要領で、オゾン水濃度測定部３１に送り出される。
【００３３】
図５は、上記の貯留タンクにおけるオゾン水の処理状態と濃度変化を説明するための図である。
図５（ａ）において、例えば、第１タンク１の内部のオゾン水５が配管２１、１４に供給したために水位が低下した場合の動作を説明する。なお、図５（ａ）における矢印５１から５５は、いずれもオゾン水の流れとその方向を示す。まず、矢印５２に示すように第１タンク１からオゾン水が洗浄系統の配管２１へ供給される。一方、第１タンク１と第２タンク２から矢印５３と矢印５４に示すように、オゾン水５が循環系統の配管１４から取り出され、オゾン混合機１３によりさらに高濃度にされて第１タンク１に戻る。一方、第１タンク１の水位が低下すると、第２タンク２から透孔４を通じて矢印５１に示すようにオゾン水が第１タンク１に流れ込む。なお、この透孔４の口径を十分に小さくしておけば、オリフィス効果により、第１タンク１の内部のオゾン水の濃度を著しく低下させない状態で第２タンク２から少しずつオゾン水を供給し、水位を基準値に維持することができる。また、配管３６から新しい水が第２タンク２に供給されると、その一部は矢印５５に示すように第２タンク２の中に流れ込む。第１タンク１側には、流れ込みにくくなっているため、第１タンク１の内部に蓄えられたオゾン水の濃度の低下が防止される。なお、配管３６から供給された新しい水の一部は、配管１６を通じて矢印５４に示すようにして、オゾン混合機１３へ供給される。
【００３４】
図５（ｂ）に示すように、上記のような制御をすれば、第１タンク１のオゾン濃度は設定した非常に高い水準で安定に維持される。一方、第２タンク２に蓄えられたオゾン水は、洗浄系統の配管２１へ送り出されるオゾン水の量に応じて若干濃度変動を生じる。また、循環系統の配管１４に流れるオゾン水は、第２タンク２のオゾン水と第１タンク１のオゾン水を混合すると共に、配管３６から供給される新たな水を多く含むので、若干オゾン濃度が低いものになる。なお、この濃度でオゾン混合機１３にオゾン水が供給されたとき、オゾン混合機１３では、目的とする第１タンク１の濃度以上の濃度のオゾン水を生成できる、という条件で循環系統の配管１４に供給されるオゾン水の濃度を定めておくとよい。この濃度は、既に説明したように調整バルブ１８の調整により選択できる。また、この他に、図２に示した分岐配管２５と配管２８を通じて測定用に取り出されるオゾン水の濃度は、オゾン濃度測定部３１を通過した後、非常に低下する。この濃度は、図５（ｂ）に示す程度のレベルになる。しかしながら、この水量が極めて少ないので、そのまま第１タンク１に戻しても第１タンク１の内部のオゾン水の実質的な濃度低下を招くおそれはない。
【００３５】
一方、図２に示したように、人工透析装置３０で殺菌洗浄処理を終えたオゾン水の流路に、紫外線吸収式の第２のオゾン濃度測定部３２を設ける。これは、使用済みのオゾン濃度を連続的に監視するためのものである。第１のオゾン濃度測定部３１は、人工透析装置へ供給されるオゾン水の品質管理用で、一定以上の濃度があることを確認するために、測定値を表示する。例えば、オゾン濃度が６ＰＰＭ以上ならば十分な濃度であるという、基準を設けておけばよい。一方、第２のオゾン濃度測定部３２は、人工透析装置へ供給されたオゾン水が実際に有効に機能したかどうかを確認するために、測定値を表示する。例えば、オゾン濃度が２ＰＰＭ以上ならばよいという、基準を設けておく。もしオゾン濃度が１ＰＰＭ以下であれば、人工透析装置内で殺菌洗浄に必要なオゾンが不足しているおそれがあると判断する。オゾン濃度が４ＰＰＭ以上ならば、人工透析装置内で殺菌洗浄がほぼ終了して、オゾンが消費されなくなったと判断するとよい。
【００３６】
なお、第１のオゾン濃度測定部３１と第２のオゾン濃度測定部３２のオゾン濃度の差分は、人工透析装置の内部で殺菌洗浄に寄与したオゾンの量と関連性がある。従って、この差分を表示することにより、殺菌洗浄効果の確認もできる。同時に、所定時間を経過して差分が減少したときには、殺菌洗浄処理がほぼ終了したことを確認できる。
【００３７】
以上のような制御によって本発明のオゾン水供給装置は、貯留タンクに常に高い濃度のオゾン水を蓄えると共にその濃度を維持したまま、洗浄系統の配管にオゾン水を送り出すことができる。また、極めて効率のよいオゾン混合機を使用することによって、高濃度のオゾン水の状態を維持できる。また、貯留タンクを隔壁によって第１タンクと第２タンクとに分離し、不足した新たな水を第２タンクに供給するようにしたので、第１タンクのオゾン水濃度を高い水準に維持できる。また、第２タンクに供給された新たな水は、循環系統の配管を通ってオゾン混合機に相当部分が送られるようにしたので、第２タンクのオゾン濃度を大きく低下させるという問題も解消されている。
【００３８】
なお、上記のオゾン水供給装置は、実施例では、人工透析装置の消毒洗浄に用いる例を説明したが、食品関係や医療器関係、その他様々な分野においてオゾン水が利用されている。こうした分野においてこのオゾン水供給装置は、広く活用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る流体混合装置の縦断面と配管接続系統図である。
【図２】図１に示した流体混合装置の内部構造例を示す縦断面図である。
【図３】図に示した配管の一部を拡大して示す図で、（ａ）は貯留タンクに新しい水を供給する機構を示す縦断面図、（ｂ）は洗浄系統の配管の一部を示す側面図である。
【図４】本発明に係る貯留タンクにおけるオゾン水の変動状況を示す図で、（ａ）はオゾン水の水位の変化の説明図、（ｂ）はオゾン水のオゾン濃度の変化を説明する説明図である。
【図５】上記の貯留タンクにおけるオゾン水の処理状態と濃度変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 第１タンク
２ 第２タンク
３ 隔壁
４ 透孔
５ オゾン水
７ 放電管
８ ブロア
１０ 貯留タンク
１１ 第１の混合機
１２ 第２の混合機
１３ オゾン混合機
１４ 循環系統の配管
１５ ポンプ
１６、１７ 配管
１８ 調整バルブ
１９ 整流用流路
２１ 洗浄系統の配管
２２ ポンプ
２３ 逆止弁
２５ 分岐配管
２６ ミニマムフローバルブ
２７ サンプリングバルブ
２８ 配管
３０ 洗浄対象物
３１ 第１の濃度測定部
３２ 第２の濃度測定部
３４、３５ 電磁弁
３６、３７ 配管
４１ インジェクタパイプ
４５ 拡径部
４６ ブロック
６０ 浄化槽
６１ 取り出しパイプ
６２ ポンプ
６５ 汚水
６６ オゾン発生器
６７ 小径部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン水を高濃度に維持して供給するオゾン水供給装置等に適する流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾン水は、殺菌消毒作用があり、洗浄処理後に対象物上に残留するのは水だけで毒性がないという特徴を持つ。このため、オゾン水は、食品や医療機器関係の除菌用として広く利用されている。人工透析装置は、患者の血液を取り出して装置内で透析処理をしてから患者に戻すという機能を持つ。従って、使用後の透析装置を十分に殺菌洗浄するようにして、例えば、Ｃ型肝炎といった血液を介して感染する感染症の拡大を防止している（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−１４９４６９号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０４８０２３号公報
【特許文献３】特開２００１−２５５２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
殺菌消毒効果を高めるには、オゾン濃度の高いオゾン水を製造することが好ましい。そこで、本願発明者等は、高濃度のオゾン水を製造することができるオゾン混合機（特許文献２）を開発した。この混合機は、ベンチュリ管を通過する水の最大流速部分にオゾンガス噴出口を配置して、オゾンガスを減圧雰囲気から一気に高速水流中に噴出させて、例えば、６ＰＰＭ程度の高濃度のオゾン水を製造することができる。
【０００４】
しかしながら、オゾン水は放置すると急激にオゾン濃度が低下するから、殺菌洗浄のために使用する場合には、その濃度を安定に管理し、かつ、使用中に殺菌洗浄効果を確認できる装置の提供が要求される。本発明者は、以上の点に着目し、オゾン水を蓄積している場合や殺菌洗浄のために使用する場合に、オゾン濃度の低下を防止し、その濃度を安定に管理し得るオゾン水供給装置を開発した。本発明は、上記の装置を応用した流体混合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】
【０００５】
本発明は次の構成により上記の課題を解決する。
〈構成１〉
ベンチュリ管内の小径部で加速された第１の流体中に、前記ベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプから第２の流体を噴出させて、前記第１の流体と前記第２の流体とを混合する第１の混合機と、前記第１の混合機から流出する第１の流体と第２の流体の混合液を所定距離だけ空走させて、この混合液全体の流れの方向を整えるほぼ一定の太さのパイプにより構成された整流用流路と、流路の断面積が前記整流用流路の断面積以上になるように内径を拡大した拡径部を持つパイプにより構成され、この拡径部の内部に、上流側に円錐の尖端を向け下流側に底面を向けて、周面には流れの方向にほぼ垂直な、前記混合液が衝突する面を持つ階段状の凹凸が形成された略円錐状のブロックを配置した第２の混合機とを備えたことを特徴とする構成１に記載の流体混合装置。
【０００６】
〈構成２〉
前記第２の混合機を通過した混合液が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする構成１に記載の流体混合装置。
【０００７】
〈構成３〉
前記第１の流体が、浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体がオゾンであることを特徴とする汚水処理のための構成１に記載の流体混合装置。
【０００８】
〈構成４〉
前記第１の流体が酵素を含む浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体が空気であることを特徴とする汚水処理のための構成１または３に記載の流体混合装置。
【０００９】
〈構成５〉
前記第２の混合機を通過した汚水が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする構成３または４に記載の流体混合装置。
【発明の効果】
【００１０】
例えば、第１の流体が水で第２の流体がオゾンであったとき、ベンチュリ管内で加速された水中にオゾンを含むガスを噴出させて水中にオゾンを混入させると、オゾンが水と爆発的に混合されて高濃度のオゾン水が生成できる。しかしながら、水に溶け込まないオゾンも同時に出口側に排出される。この出口側に、第２の混合機を配置すると、オゾン水とオゾンとを流路に設けた壁に衝突させて攪拌するので、第１の混合機で水に溶け込まなかったオゾンが新たに水に溶け込むため、非常に高濃度のオゾン水が得られる。また、ベンチュリ管から噴出した高エネルギのオゾン水の流れを、第２の混合機で整えてから排出するので、騒音が抑止できる。
【００１１】
第１の流体と第２の流体の種類は任意である。流体は液体でも気体でもよい。第１の流体と第２の流体の混合液は、所定長の整流用流路を空走する間に流れの方向が整えられる。即ち、渦等が消滅して、全体が上流から下流に向かう方向に流れるようになる。こうして流れの方向をそろえることで、階段状の凹凸を備えた壁ブロックに衝突したときの衝突エネルギが高まり、第２の混合機中で、高い混合効果が発揮される。壁ブロックは流れの方向にほぼ垂直な面を持つ階段状の凹凸を備えればよく、その形状は任意である。流路上で流路の断面積が整流用流路の断面積以上になるようにパイプの内径を拡大することで、流れの抵抗を少なくし、第１の混合機の混合作用を妨げないようにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を具体例を用いて説明する。
図１は本発明に係る流体混合装置の縦断面と配管接続系統図である。
この図１（ａ）の実施例では、汚水に空気を混入させて、酵素の働きを助長する。この汚水と空気とを混合するために、図の混合機を使用する。また、この図の（ｂ）の実施例では、汚水にオゾンを混入させて、オゾンの力で直接汚水を浄化する。
【００１３】
一般に、浄化槽に蓄積された汚水の処理では、汚水中に曝気装置を用いて空気の泡を吹き込み、酵素の働きを助長して、浄化処理を促進する。このために、気泡を吹き込むためのパイプを汚水中に配置して、コンプレッサにより加圧空気を送る。ところが、この種の構造の曝気装置で浄化槽中に多くの空気の泡を供給しても、大部分がそのまま浮き上がり、ごくわずかしか汚水中にとけ込むことがない。従って、長時間コンプレッサを駆動するために多くの電力を消費するものの、きわめて効率の悪い装置であった。
【００１４】
一方、図１（ａ）の実施例では、後で詳述するような混合機を用いて、空気と汚水とを混合し、極めて効率よく多量の空気を水の中に混入することができる。もちろん、汚水中に予め混ぜ合わせておいた酵素も同時に均一に混ざり合う。これにより、汚水全体に分散した酵素に充分な空気を接触させ、酵素の働きを助長することが可能になる。
【００１５】
図１（ａ）に示す装置は、浄化槽６０から取り出しパイプ６１とポンプ６２を通じて、汚水６５を取り出す。この汚水６５は、第１の混合機１１と、整流用流路１９と、第２の混合機１２を通過し、多量の空気と混合される。その後、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻される。第１の混合機１１は、後で詳述するようなベンチュリ管からなり、その小径部６７で加速された汚水６５にこのベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプ４１から空気を噴出させて、汚水６５中に空気を混合する。この第１の混合機１１から流れ出る汚水６５は、後で詳述するとおり、多数の渦を発生した乱流になっている。ほぼ均一な内径を持つ整流用流路１９を所定長流れると、汚水６５の流れは全体として、下流方向、すなわち、図の左側の方向に向くように整えられる。そして、第２の混合機１２に流入する。
【００１６】
第２の混合機１２では、後で詳述するような階段状の凹凸を持つブロック４６が流路上に配置されている。従って、空気の泡と汚水との混合液が階段状の凹凸に衝突し、さらに攪拌される。この時、ブロック４６に妨げられて汚水の流れ全体に逆方向の抵抗が加わると、第１の混合機１１のベンチュリ管の機能が低下する。そこで、第２の混合機の流路の断面積は、いずれの場所も十分に広く選定されている。すなわち、整流用流路１９によって、下流方向に流れの向きを整えられた汚水が、勢いよくブロック４６の階段状の凹凸に衝突することによって、十分に混ざり合わなかった空気が汚水中にさらに多量にとけ込む。このようにしてとけ込んだ多量の空気が、酵素の働きを助ける。従って、従来の曝気装置を使用した浄化槽に比べて、高い効率ですみやかに浄化処理が進む。
【００１７】
図１（ｂ）の装置では、第１の混合機へ汚水とオゾンを導入し、第１の混合機１１と整流用流路１９と第２の混合機１２とを用いて、汚水中に多量のオゾンをとけ込ませる。第１の混合機のインジェクタパイプ４１には、オゾン発生器６６が接続されている。即ち、オゾンの力によって汚水を直接浄化し、無害化して排出する。従って、汚水を蓄積する浄化槽を不要にする。もちろん、汚水の性質に応じて、図１（ｂ）の装置が適する場合と図１（ａ）の装置が適する場合とがある。もし、この図１（ｂ）に示すような装置が採用できると、従来、汚水処理のために使用していた浄化槽を大型化することなく、その浄化槽の内部にオゾン発生装置と上記のような混合機とを据え付けて、十分に小さいスペースで、従来以上の汚水処理能力を付与することが可能になる。従って、工場などから排出される汚水の処理基準が法律によって改定され、これまで以上の処理能力を要求されるようになった場合に、これまでの設備を大型化させることなく、低いコストで高い機能の汚水処理装置に切り替えることが可能になる。
【００１８】
汚水処理設備を新設する場合には、大型の浄化槽が不要になるから、経済的な汚水処理設備が提供できる。なお、図１（ｂ）に示したような装置は、汚水とオゾンとの混合だけでなく、混ざり合い難い様々な種類の第１の流体と第２の流体とを混合する目的に利用できる。また、流れの方向にほぼ垂直な面を持つ階段状の凹凸を備えたブロックを利用すると、第１の流体、あるいは、第２の流体中の流れを滞留させたり逆流させることなく両者を混合できる。従って、これらの流体に混入した様々な物質が管の内部に付着したりするおそれがなく、汚水処理等に最適な構造といえる。
【００１９】
図２はオゾン水供給装置具体例を示す系統図である。
以下、上記の流体混合装置の使用例や作用効果をオゾン水供給装置を例にして説明する。
図２においてオゾン水を貯留する貯留タンク１０は、第１タンク１と第２タンク２を備える。第１タンク１と第２タンク２は、隔壁３により区切られている。隔壁３には、適当な数の透孔４を備える。これらの透孔４は、いわゆるオリフィスの効果を奏するものである。この貯留タンク１０に蓄えられたオゾン水５の濃度を保つために、循環系統の配管１４が設けられている。この配管１４には、ポンプ１５が設けられており、第１タンク１や第２タンク２から取り出したオゾン水をオゾン混合機１３に案内して、オゾンと混合し、再び貯留タンク１０に戻す。
【００２０】
オゾン混合機１３は、後で説明する第１の混合機１１と第２の混合機１２とを備えている。第１の混合機１１には、ガス状のオゾンとオゾン水とが供給される。図示しない酸素ボンベや酸素発生器から供給される酸素は、放電装置７を通って、オゾン混合機１３に送り込まれる。放電装置７では、酸素を放電によって活性化し、多量のオゾンを含んだガスにして、オゾン混合機１３に供給する。なお、放電装置７は、ブロア８によって適宜冷却されるように構成されている。オゾン混合機１３の具体的な構成や作用は、後で説明する。
【００２１】
循環系統の配管１４には、調整バルブ１８を介して第１タンク１からオゾン水を取り出す配管１７と、第２タンク２からオゾン水を取り出す配管１６とがそれぞれ連結されている。調整バルブ１８は、配管１６と配管１７を通じて循環系統の配管１４に取り出されるオゾン水の混合比を決めるためのものである。また、貯留タンク１０に蓄えられた高濃度のオゾン水は、洗浄系統の配管２１を通じて洗浄される対象物３０、例えば、人口透析装置に送り込まれる。ポンプ２２は、オゾン水を洗浄対象物３０に送り込むためのもので、逆止弁２３を通じてオゾン水を送り出す。なお、洗浄系統の配管２１には、分岐配管２５が接続されている。
【００２２】
この分岐配管２５からミニマムフローバルブ２６を経て、戻り配管２８が接続されている。この戻り配管２８は、第１タンク１に開口している。また、戻り配管２８には、オゾン濃度測定部３１が設けられている。このオゾン濃度測定部３１は、例えば、特許文献３に記載されたように紫外線を照射し、紫外線の吸収量に基づいてオゾン濃度を定量的に測定する機能を持つ。なお、オゾン水を供給して、殺菌洗浄を行う対象物３０から排出されたオゾン水は、オゾン濃度測定部３１と全く同様の構成のオゾン濃度測定部３２によってオゾン濃度が測定された後、廃棄処理される。洗浄対象物３０が人工透析装置の場合に、オゾン水による洗浄処理が終了した後は、人工透析装置にＲＯ水が供給される。これは、配管３７から電磁弁３５を経て人工透析装置に送り込まれる。
【００２３】
洗浄系統の配管２１からオゾン水が送り出されると、第１タンク１に蓄えられたオゾン水５が減少する。これを補うために、配管３７、電磁弁３４、及び配管３６が設けられている。この配管３６の終端は、第２タンク２の配管１６が開口している部分の近くに配置されている。なお、この他に貯留タンク１０には、水位センサ３９が設けられており、貯留タンク１０の内部に蓄えられたオゾン水５の水位を監視している。この水位が基準値以下になった場合には、自動的に電磁弁３４を開放し、配管３７と３６を通じて新しいＲＯ水（reverse osmosis ）が第２タンク２に供給される。このＲＯ水のかわりに、純水その他の殺菌精製された水が供給されても構わない。
【００２４】
上記したオゾン水供給装置は、貯留タンク１０中の水を第１の混合機１１に導いてオゾンガスを混入し、再び貯留タンク１０へ戻す循環系統の配管１４が設けられて、貯留タンク１０内部のオゾン水を常時、高濃度に維持する。この貯留タンク１０から、循環系統の配管１４とは別の洗浄系統の配管２１を通じてオゾン水を洗浄対象物である人工透析装置３０に供給して、殺菌洗浄を行う。このとき、人工透析装置３０へ供給されるオゾン水のオゾン濃度が常に基準値を越える高濃度であることを確認する手段が必要になる。さらに、人工透析装置の内部で有効にオゾン水が殺菌消毒処理に寄与していることを確認する手段が必要になる。
【００２５】
既知のオゾン水の濃度測定方法には、ヨウ化カリウム等の試薬を用いた方法と、照射する紫外線の吸収量を測定する方法がある。前者の方法は、所定のタイミングでサンプリングをしたオゾン水のオゾン濃度を測定するので、ライン上を流れるオゾン水のオゾン濃度を連続的に監視するという目的には不向きである。後者の方法は、オゾン水の流路でオゾン濃度を連続的に監視することができるという点で、前者の方法よりも適しているが、紫外線の照射によって、せっかく高濃度に生成したオゾン水のオゾン濃度が使用前に低下してしまうという問題がある。また、殺菌洗浄能力が常に安定していることが求められる。
【００２６】
そこで、上記循環系統の配管１４により、貯留タンク内部のオゾン水を継続的にオゾン混合機１３に戻して高濃度に維持する。また、循環系統の配管１４では洗浄系統の配管２１の、人工透析装置へ供給される直前のオゾン水の一部を分岐管２５を通じて貯留タンク１０へ戻し、この分岐管２５中に紫外線吸収式の第１のオゾン濃度測定部３１を設ける。この部分を流れるオゾン水は、測定に必要な最小限の流量に調整する。また、測定後のオゾン水は、貯留タンク１０に戻し、殺菌洗浄の対象物である人工透析装置３０には供給しない。人工透析装置３０には、貯留タンク１０の第１タンク１で高濃度に維持されたオゾン水がそのままの状態で配管２１を通じて供給される。
【００２７】
図３は、上記のオゾン混合機１３の具体的な内部構造を示す縦断面図である。
図に示したのオゾン混合機は直線状のものであった、この実施例のオゾン混合機はＬ字状に構成されている。いずれも本発明の流体混合装置として適用できる。
図３に示す第１の混合機１１は、加圧された水が流入する流入口４７と流入した水を排出する排出口４４との間にベンチュリ管４３を有するオゾン水生成パイプ４２と、オゾン水生成パイプ４２のベンチュリ管４３の細径部に一端が開口し、オゾン水生成パイプ４２内を流れる水の吸引作用を利用してオゾンガスを水に混合させるイジェクタパイプ４１とを備えた構成になっている。流入口４７には、図２に示したポンプ１５が接続されている。流入口４７からオゾン水が供給される。また、オゾンを含んだガスは、イジェクタパイプ４１から供給される。オゾン水がベンチュリ管４３に流れ込むと、オゾン水の流れが急激に速くなる。このベンチュリ管４３に開口しているイジェクタパイプ４１の内部は、このオゾン水の流れによって、減圧され、マイナス１気圧程度の負圧が発生する。これによって、強制的にオゾンを含んだガスが、ベンチュリ管４３中に吹き出される。オゾン水とオゾンを含んだガスが混合された液体は、ベンチュリ管出口の大径部において急激に膨張するから、この部分で爆発的な衝撃を受け、一気に混合される。こうして、高い濃度のオゾン水が生成される。なお、この構造は、上記特許文献２に記載されている。
【００２８】
既存の技術では、ここで生成されたオゾン水をそのまま利用し、混合できなかったオゾンを含むガスは分離して無害化し排出される。しかしながら、この実施例では、生成されたオゾン水と混合しきれなかったオゾンを含むガスとをさらに次の第２の混合機１２に導く。第２の混合機１２は、拡径部４５を備える。また、この拡径部４５の内部には、略円錐状のブロック４６を配置している。このブロック４６は、上流側に円錐の尖端を向け、下流側に底面４６ａを向けて配置され、周面には階段状の凹凸４６ｂが形成されている。従って、階段状の凹凸４６ｂは下流に向かうほど大径化する円板を重ね合わせたような形状になる。管に拡径部４５を設け、略円錐状のブロック４６を使用したのは、管内を流れるオゾン水の流れを大きく妨げず、この部分が抵抗になって逆方向の水圧が発生しないようにするためである。
【００２９】
以上の構成にすると、階段状の凹凸４６ｂに衝突したオゾン水は、図３のように複雑な渦流を発生する。オゾン水と共に階段状凹凸４６ｂに衝突したオゾンを含むガスの気泡は、微細に砕かれてオゾン水と混ざり合う。この動作を階段状凹凸４６ｂに沿って何度も繰り返すことにより、オゾンを含むガスがオゾン水に溶け込んで、オゾン濃度の高いオゾン水が生成される。その後このオゾン水は、出口４９を通じてオゾン水を蓄える第１タンクに排出される。実験によれば、第１の混合機１１を用いて生成したオゾン水の濃度が６ＰＰＭであったとき、第２の混合機１２を接続して混合すると、約２倍の１２ＰＰＭ、又は、それ以上までオゾン濃度を高めることができた。なお、第２の混合機１２のみを単独で用いた場合には、生成したオゾン水の濃度は３ＰＰＭ程度にしかならない。第１の混合機１１を２台連結したときは、中間でオゾン水の水圧を高めるようにしないと、２台目のほうの混合機能が低下する。いずれにしても、図３に示した組み合わせが著しく混合効率がよいことが実証された。
【００３０】
また、以上の性能を発揮させるには、第１の混合機１１と第２の混合機１２との間に、所定長の整流用流路を設ける必要がある。第１の混合機１１から出た直後のオゾン水は多数の渦を含む乱流である。一方、第２の混合機１２では、下流の方向に流れの方向が向いたオゾン水等が勢いよく衝突するほど、混合効果が高まる。このためには、上記整流用流路でオゾン水を空走させて流れの方向を整えることが好ましい。この整流用流路はほぼ一定の太さのパイプにより構成できる。その長さは、実験的に選定するとよい。透明体で実験機を制作し、気泡の流れが整った位置以降に第２の混合機１２を設けるとよい。なお、図２において、貯留タンク１０の上部空間には、オゾン水に溶け込まなかったオゾンが貯まる。貯留タンク１０の内部を負圧にしないようにして、ガス圧力の異常上昇を防止するいわゆる安全弁でも設けておけば、万一、オゾンガスの供給が一時的に停止したような場合でも、オゾン水の濃度をしばらくの間、実用濃度に維持することができる。従って、オゾン水を供給して洗浄する対象装置の洗浄効果を確実に保持できる。また、貯留タンク１０の上部空間がオゾンガスで満たされていれば、この空間に雑菌も侵入しないという効果がある。
【００３１】
図４（ａ）は、貯留タンク１０に新しい水を供給する機構を示す縦断面図である。図４（ｂ）は、洗浄系統の配管の一部を示す側面図である。
図４（ａ）に示すように貯留タンク１０の第２タンク２の底部には、配管３６が突き出しており、その先端部分は、Ｕ字形に湾曲されて一方の循環系統の配管１６の開口部近くに配置されている。第１タンク１側に開口している他方の循環系統の配管１７の調整バルブ１８を調整すると、配管１７から取り出すオゾン水の量と配管１６から取り出すオゾン水の量の比を調整できる。これによって、オゾン混合機１３に送り出すオゾン水の濃度を最適化する。すなわち、オゾン混合機１３で最大の濃度のオゾン水が一定の条件で生成できるように循環系統の配管１４の供給オゾン水の濃度を調整しておく。配管３６は、配管１６の開口部付近に新しい水を供給するので、配管１６からは比較的濃度の薄いオゾン水が循環系統の配管１４に送り込まれることになる。なお、図４（ａ）の矢印に示すように、配管３６から供給された新しい水は、第２タンク２の内部にも供給される。また、第２タンク２の内部のオゾン水の一部は、配管１６に供給される。
【００３２】
図４（ｂ）に示すように、洗浄系統２１の配管には、分岐部２８が設けられており、ここに分岐配管２５が接続されている。この分岐配管２５からは、オゾン水の濃度測定に必要な最小限のオゾン水が取り出される。そしてこれが、既に図２で説明した要領で、オゾン水濃度測定部３１に送り出される。
【００３３】
図５は、上記の貯留タンクにおけるオゾン水の処理状態と濃度変化を説明するための図である。
図５（ａ）において、例えば、第１タンク１の内部のオゾン水５が配管２１、１４に供給したために水位が低下した場合の動作を説明する。なお、図５（ａ）における矢印５１から５５は、いずれもオゾン水の流れとその方向を示す。まず、矢印５２に示すように第１タンク１からオゾン水が洗浄系統の配管２１へ供給される。一方、第１タンク１と第２タンク２から矢印５３と矢印５４に示すように、オゾン水５が循環系統の配管１４から取り出され、オゾン混合機１３によりさらに高濃度にされて第１タンク１に戻る。一方、第１タンク１の水位が低下すると、第２タンク２から透孔４を通じて矢印５１に示すようにオゾン水が第１タンク１に流れ込む。なお、この透孔４の口径を十分に小さくしておけば、オリフィス効果により、第１タンク１の内部のオゾン水の濃度を著しく低下させない状態で第２タンク２から少しずつオゾン水を供給し、水位を基準値に維持することができる。また、配管３６から新しい水が第２タンク２に供給されると、その一部は矢印５５に示すように第２タンク２の中に流れ込む。第１タンク１側には、流れ込みにくくなっているため、第１タンク１の内部に蓄えられたオゾン水の濃度の低下が防止される。なお、配管３６から供給された新しい水の一部は、配管１６を通じて矢印５４に示すようにして、オゾン混合機１３へ供給される。
【００３４】
図５（ｂ）に示すように、上記のような制御をすれば、第１タンク１のオゾン濃度は設定した非常に高い水準で安定に維持される。一方、第２タンク２に蓄えられたオゾン水は、洗浄系統の配管２１へ送り出されるオゾン水の量に応じて若干濃度変動を生じる。また、循環系統の配管１４に流れるオゾン水は、第２タンク２のオゾン水と第１タンク１のオゾン水を混合すると共に、配管３６から供給される新たな水を多く含むので、若干オゾン濃度が低いものになる。なお、この濃度でオゾン混合機１３にオゾン水が供給されたとき、オゾン混合機１３では、目的とする第１タンク１の濃度以上の濃度のオゾン水を生成できる、という条件で循環系統の配管１４に供給されるオゾン水の濃度を定めておくとよい。この濃度は、既に説明したように調整バルブ１８の調整により選択できる。また、この他に、図２に示した分岐配管２５と配管２８を通じて測定用に取り出されるオゾン水の濃度は、オゾン濃度測定部３１を通過した後、非常に低下する。この濃度は、図５（ｂ）に示す程度のレベルになる。しかしながら、この水量が極めて少ないので、そのまま第１タンク１に戻しても第１タンク１の内部のオゾン水の実質的な濃度低下を招くおそれはない。
【００３５】
一方、図２に示したように、人工透析装置３０で殺菌洗浄処理を終えたオゾン水の流路に、紫外線吸収式の第２のオゾン濃度測定部３２を設ける。これは、使用済みのオゾン濃度を連続的に監視するためのものである。第１のオゾン濃度測定部３１は、人工透析装置へ供給されるオゾン水の品質管理用で、一定以上の濃度があることを確認するために、測定値を表示する。例えば、オゾン濃度が６ＰＰＭ以上ならば十分な濃度であるという、基準を設けておけばよい。一方、第２のオゾン濃度測定部３２は、人工透析装置へ供給されたオゾン水が実際に有効に機能したかどうかを確認するために、測定値を表示する。例えば、オゾン濃度が２ＰＰＭ以上ならばよいという、基準を設けておく。もしオゾン濃度が１ＰＰＭ以下であれば、人工透析装置内で殺菌洗浄に必要なオゾンが不足しているおそれがあると判断する。オゾン濃度が４ＰＰＭ以上ならば、人工透析装置内で殺菌洗浄がほぼ終了して、オゾンが消費されなくなったと判断するとよい。
【００３６】
なお、第１のオゾン濃度測定部３１と第２のオゾン濃度測定部３２のオゾン濃度の差分は、人工透析装置の内部で殺菌洗浄に寄与したオゾンの量と関連性がある。従って、この差分を表示することにより、殺菌洗浄効果の確認もできる。同時に、所定時間を経過して差分が減少したときには、殺菌洗浄処理がほぼ終了したことを確認できる。
【００３７】
以上のような制御によって本発明のオゾン水供給装置は、貯留タンクに常に高い濃度のオゾン水を蓄えると共にその濃度を維持したまま、洗浄系統の配管にオゾン水を送り出すことができる。また、極めて効率のよいオゾン混合機を使用することによって、高濃度のオゾン水の状態を維持できる。また、貯留タンクを隔壁によって第１タンクと第２タンクとに分離し、不足した新たな水を第２タンクに供給するようにしたので、第１タンクのオゾン水濃度を高い水準に維持できる。また、第２タンクに供給された新たな水は、循環系統の配管を通ってオゾン混合機に相当部分が送られるようにしたので、第２タンクのオゾン濃度を大きく低下させるという問題も解消されている。
【００３８】
なお、上記のオゾン水供給装置は、実施例では、人工透析装置の消毒洗浄に用いる例を説明したが、食品関係や医療器関係、その他様々な分野においてオゾン水が利用されている。こうした分野においてこのオゾン水供給装置は、広く活用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る流体混合装置の縦断面と配管接続系統図である。
【図２】図１に示した流体混合装置の内部構造例を示す縦断面図である。
【図３】図に示した配管の一部を拡大して示す図で、（ａ）は貯留タンクに新しい水を供給する機構を示す縦断面図、（ｂ）は洗浄系統の配管の一部を示す側面図である。
【図４】本発明に係る貯留タンクにおけるオゾン水の変動状況を示す図で、（ａ）はオゾン水の水位の変化の説明図、（ｂ）はオゾン水のオゾン濃度の変化を説明する説明図である。
【図５】上記の貯留タンクにおけるオゾン水の処理状態と濃度変化を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 第１タンク
２ 第２タンク
３ 隔壁
４ 透孔
５ オゾン水
７ 放電管
８ ブロア
１０ 貯留タンク
１１ 第１の混合機
１２ 第２の混合機
１３ オゾン混合機
１４ 循環系統の配管
１５ ポンプ
１６、１７ 配管
１８ 調整バルブ
１９ 整流用流路
２１ 洗浄系統の配管
２２ ポンプ
２３ 逆止弁
２５ 分岐配管
２６ ミニマムフローバルブ
２７ サンプリングバルブ
２８ 配管
３０ 洗浄対象物
３１ 第１の濃度測定部
３２ 第２の濃度測定部
３４、３５ 電磁弁
３６、３７ 配管
４１ インジェクタパイプ
４５ 拡径部
４６ ブロック
６０ 浄化槽
６１ 取り出しパイプ
６２ ポンプ
６５ 汚水
６６ オゾン発生器
６７ 小径部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベンチュリ管内の小径部で加速された第１の流体中に、前記ベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプから第２の流体を噴出させて、前記第１の流体と前記第２の流体とを混合する第１の混合機と、
前記第１の混合機から流出する第１の流体と第２の流体の混合液を所定距離だけ空走させて、この混合液全体の流れの方向を整えるほぼ一定の太さのパイプにより構成された整流用流路と、
流路の断面積が前記整流用流路の断面積以上になるように内径を拡大した拡径部を持つパイプにより構成され、この拡径部の内部に、上流側に円錐の尖端を向け下流側に底面を向けて、周面には流れの方向にほぼ垂直な、前記混合液が衝突する面を持つ階段状の凹凸が形成された略円錐状のブロックを配置した第２の混合機とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項２】
前記第２の混合機を通過した混合液が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記第１の流体が、浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体がオゾンであることを特徴とする汚水処理のための請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記第１の流体が酵素を含む浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体が空気であることを特徴とする汚水処理のための請求項１または３に記載の流体混合装置。
【請求項５】
前記第２の混合機を通過した汚水が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする請求項３または４に記載の流体混合装置。
【請求項１】
ベンチュリ管内の小径部で加速された第１の流体中に、前記ベンチュリ管内に開口したインジェクタパイプから第２の流体を噴出させて、前記第１の流体と前記第２の流体とを混合する第１の混合機と、
前記第１の混合機から流出する第１の流体と第２の流体の混合液を所定距離だけ空走させて、この混合液全体の流れの方向を整えるほぼ一定の太さのパイプにより構成された整流用流路と、
流路の断面積が前記整流用流路の断面積以上になるように内径を拡大した拡径部を持つパイプにより構成され、この拡径部の内部に、上流側に円錐の尖端を向け下流側に底面を向けて、周面には流れの方向にほぼ垂直な、前記混合液が衝突する面を持つ階段状の凹凸が形成された略円錐状のブロックを配置した第２の混合機とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項２】
前記第２の混合機を通過した混合液が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記第１の流体が、浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体がオゾンであることを特徴とする汚水処理のための請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項４】
前記第１の流体が酵素を含む浄化槽６０から取り出しパイプとポンプを通じて取り出された汚水であって、前記第２の流体が空気であることを特徴とする汚水処理のための請求項１または３に記載の流体混合装置。
【請求項５】
前記第２の混合機を通過した汚水が、戻りパイプ６３を用いて浄化槽６０に戻されることを特徴とする請求項３または４に記載の流体混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−６８７（Ｐ２００９−６８７Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６０３３８（Ｐ２００８−２６０３３８）
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【分割の表示】特願２００３−１２７９７６（Ｐ２００３−１２７９７６）の分割
【原出願日】平成１５年５月６日（２００３．５．６）
【出願人】（３９１０４５９３４）株式会社リガルジョイント (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【分割の表示】特願２００３−１２７９７６（Ｐ２００３−１２７９７６）の分割
【原出願日】平成１５年５月６日（２００３．５．６）
【出願人】（３９１０４５９３４）株式会社リガルジョイント (14)
【Ｆターム（参考）】
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