(57)【要約】【課題】低濃度の薬剤を用いて効率良く微細な気泡を水性液体流中に分散させて発生させることを可能とする。【解決手段】水性液体流中に気体を導入し、導入された気体を微細な気泡として水性液体流中に分散させて発生させる気泡発生方法であって、水性液体流中に気体を導入する手前で、水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に、水性液体流中に気体を導入して気泡を発生させるように、この気体発生部よりも上流側の薬剤投入部から水性液体流中に、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含む薬剤を投入する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水性液体流中に気体を導入し、導入された気体を微細な気泡として前記水性液体流中に分散させて発生させる気泡発生方法であって、
前記水性液体流中に気体を導入する手前で、前記水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が前記水性液体流中に均一に溶解する前に、前記水性液体流中に前記気体を導入して前記気泡を発生させるように、この気体発生部よりも上流側の薬剤投入部から前記水性液体流中に、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含む薬剤を投入することを特徴とする気泡発生方法。
【請求項２】
前記水性液体流のレイノルズ数が３０００以上、２０００００未満であり、前記薬剤投入部から前記水性液体流中に投入された薬剤が前記気泡発生部に到達するまでの滞留時間を１秒以下とすることを特徴とする請求項１に記載の気泡発生方法。
【請求項３】
前記水性液体として、水を導入し、
前記気体として、オゾン、窒素、酸素、空気のうち何れかを含むガスを導入することを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡発生方法。
【請求項４】
前記薬剤を水溶液の状態で前記水性流体流中に投入することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の気泡発生方法。
【請求項５】
前記薬剤が、トリアセチン、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタート、酢酸ブチル、酢酸プロピル、プロパノール、ブタノール、ペンタノールの中から選ばれる少なくとも１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の気泡発生方法。
【請求項６】
前記薬剤が、トリアセチン、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタートの中から選ばれる少なくとも１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の気泡発生方法。
【請求項７】
前記水性液体流中に投入するときの前記水溶液中に含まれる薬剤の濃度を、前記気泡が発生した水性液体中に含まれる薬剤の濃度に対して、質量比で１００倍以上、１００００倍以下とすることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の気泡発生方法。
【請求項８】
水性液体流に気体を導入し、導入された気体を微細な気泡として液体中に分散させて発生させる気泡発生装置であって、
前記水性液体を導入する液体導入路と、
前記気体を導入する気体導入路と、
前記水性液体流中に前記気体を導入して前記気泡を発生させる気泡発生部と、
前記気泡を含む水性液体を排出する気液排出路と、
前記微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入する薬剤投入部とを備え、
前記薬剤投入部が、前記気泡発生部よりも上流側の液体導入路に接続され、
前記薬剤が、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含むことを特徴とする気泡発生装置。
【請求項９】
前記気泡発生部が、エジェクタ、散気管、機械剪断の何れかの手段を用いて気泡を発生させることを特徴とする請求項８に記載の気泡発生装置。
【請求項１０】
前記液体導入路内のレイノルズ数が３０００以上、２０００００未満であり、前記薬剤投入部から前記水性液体流中に投入された薬剤が前記気泡発生部に到達するまでの滞留時間が１秒以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の気泡発生装置。
【請求項１１】
水にオゾンガスを導入し、水にオゾンを溶解、分散させたオゾン水を生成するオゾン水生成方法であって、
請求項１〜１０の何れか一項に記載の気泡発生方法又は気泡発生装置を用いて、オゾン水を生成することを特徴とするオゾン水生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な気泡を水性液体流中に分散させて発生させる気泡発生方法及び気泡発生装置、並びにそのような気泡発生方法又は気泡発生装置を用いてオゾン水を生成するオゾン水生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水などの水性液体流中で気泡を発生させる方法としては、ノズルや多孔板などの微小孔から気体を水性液体流中に噴出させる方法や、液体表面の気体を噴流で巻き込む或いは高速液流中に気体を吹き出むなどの剪断力を利用した方法等がある。また、このような機械的な気泡発生方法以外にも、化学的な気泡発生方法として、界面活性剤などを用いる方法もある。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、水槽内に気泡水流を噴出する気泡水流発生装置において、界面活性剤及び消泡剤を用いて微細気泡を得ると共に、発生後の気泡を消滅させ易くする技術が開示されている。
【０００４】
一方、下記特許文献２には、気泡発生槽と、該槽内に入れられた水と、該水中に気泡を発生させるための気泡発生手段とからなる気泡発生装置及びその気泡発生方法として、特定の有機カルボン酸を含む水を使用することによって、より微小な気泡を得ることができ、液面に浮上した気泡がすぐ消えるようにする技術が開示されている。
【０００５】
一方、下記特許文献３には、界面活性剤の作用により生成した多数の微小気泡の合体を抑制しながら該微小気泡を放出させる技術が開示されている。
【０００６】
ところで、このような気泡発生方法は、例えば水にオゾンを溶解、分散させたオゾン水を生成する場合に適用されている。この場合、オゾンは水に溶解しにくいといった特性を有するため、オゾンガスをより微細な気泡として水中に分散させることで、より多くのオゾンを水に溶解させることが可能となる。すなわち、オゾン水を生成する場合には、水にオゾンガスを導入し、このオゾンガスによる微細な気泡を水中に分散させて発生させることが好ましい。
【０００７】
このため、水に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入することも行われている。例えば下記特許文献４には、槽に薬剤を溶解した水をはり、散気管を用いてオゾンガスの気泡を吹き込みながらオゾン水を生成することが開示されている。
【０００８】
しかしながら、従来の方法では、薬剤の添加量を増やさないと気泡の微細化が促進されなかったり、薬剤がオゾンと反応してオゾンが無駄に使われたりすることがあり、その分だけ薬剤の濃度を高める必要があるなど、低濃度の薬剤を用いて効率良く微細な気泡を液体中に分散させて発生させることについては特に考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２７９１６３号公報
【特許文献２】特開２００４−２８３６８３号公報
【特許文献３】特開２００３−２３０８２４号公報
【特許文献４】国際公開第０７／０４０２６０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、低濃度の薬剤を用いて効率良く微細な気泡を水性液体流中に分散させて発生させることを可能とした気泡発生方法及び気泡発生装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、そのような気泡発生方法又は気泡発生装置を用いて、オゾン水を効率良く生成することを可能としたオゾン水生成方法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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、水性液体流中に気体を導入し、導入された気体を微細な気泡として水性液体流中に分散させて発生させる気泡発生方法であって、水性液体流中に気体を導入する手前で、水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に、水性液体流中に気体を導入して気泡を発生させるように、この気体発生部よりも上流側の薬剤投入部から水性液体流中に、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含む薬剤を投入することを特徴とする気泡発生方法である。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、水性液体流のレイノルズ数が３０００以上、２０００００未満であり、薬剤投入部から水性液体流中に投入された薬剤が気泡発生部に到達するまでの滞留時間を１秒以下とすることを特徴とする請求項１に記載の気泡発生方法である。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、水性液体として、水を導入し、気体として、オゾン、窒素、酸素、空気のうち何れかを含むガスを導入することを特徴とする請求項１又は２に記載の気泡発生方法である。
【００１４】
また、請求項４にかかる発明は、薬剤を水溶液の状態で水性流体流中に投入することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の気泡発生方法である。
【００１５】
また、請求項５に係る発明は、薬剤が、トリアセチン、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタート、酢酸ブチル、酢酸プロピル、プロパノール、ブタノール、ペンタノールの中から選ばれる少なくとも１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の気泡発生方法である。
【００１６】
また、請求項６に係る発明は、薬剤が、トリアセチン、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタートの中から選ばれる少なくとも１種又は２種以上を含むことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の気泡発生方法である。
【００１７】
また、請求項７に係る発明は、水性液体流中に投入するときの水溶液中に含まれる薬剤の濃度を、気泡が発生した水性液体中に含まれる薬剤の濃度に対して、質量比で１００倍以上、１００００倍以下とすることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の気泡発生方法である。
【００１８】
また、請求項８に係る発明は、水性液体流に気体を導入し、導入された気体を微細な気泡として液体中に分散させて発生させる気泡発生装置であって、水性液体を導入する液体導入路と、気体を導入する気体導入路と、水性液体流中に気体を導入して気泡を発生させる気泡発生部と、気泡を含む水性液体を排出する気液排出路と、微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入する薬剤投入部とを備え、薬剤投入部が、気泡発生部よりも上流側の液体導入路に接続され、薬剤が、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含むことを特徴とする気泡発生装置である。
【００１９】
また、請求項９に係る発明は、気泡発生部が、エジェクタ、散気管、機械剪断の何れかの手段を用いて気泡を発生させることを特徴とする請求項８に記載の気泡発生装置である。
【００２０】
また、請求項１０に係る発明は、液体導入路内のレイノルズ数が３０００以上、２０００００未満であり、薬剤投入部から水性液体流中に投入された薬剤が気泡発生部に到達するまでの滞留時間が１秒以下であることを特徴とする請求項８又は９に記載の気泡発生装置である。
【００２１】
また、請求項１１に係る発明は、水にオゾンガスを導入し、水にオゾンを溶解、分散させたオゾン水を生成するオゾン水生成方法であって、請求項１〜１０の何れか一項に記載の気泡発生方法又は気泡発生装置を用いて、オゾン水を生成することを特徴とするオゾン水生成方法である。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明では、水性液体流中に気体を導入する手前で、水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に、水性液体流中に気体を導入して気泡を発生させるようにすることで、従来よりも低濃度の薬剤を用いて効率良く微細な気泡を液体中に分散させて発生させることが可能である。したがって、本発明を用いて、オゾンガスをより微細な気泡として水中に分散させることで、水にオゾンを溶解、分散させたオゾン水を効率良く生成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明を適用したオゾン水生成装置の一例を示すブロック図である。
【図２】図２は、気泡発生部の構成を示し、（ａ）はエジェクタ、（ｂ）は散気管、（ｃ）は機械剪断を用いた場合を示す模式図である。
【図３】図３は、オゾン発生器の具体例を示すブロック図である。
【図４】図４は、薬剤投入部の具体例を示すブロック図である。
【図５】図５は、第１の実施例で用いた実験装置を示す模式図である。
【図６】図６は、図５中のＡの位置から薬剤を投入した場合の水槽内を撮影した写真である。
【図７】図７は、図５中のＢの位置から薬剤を投入した場合の水槽内を撮影した写真である。
【図８】図８は、第３の実施例で用いた実験装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、本実施形態では、本発明による気泡発生方法又は気泡発生装置をオゾン水の生成に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
先ず、本発明を適用した気泡発生方法について説明する。
本発明を適用した気泡発生方法は、液体に気体を導入し、水性液体流中に気体を導入し、導入された気体を微細な気泡として水性液体流中に分散させて発生させる気泡発生方法であって、水性液体流中に気体を導入する手前で、水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に、水性液体流中に気体を導入して気泡を発生させるように、この気体発生部よりも上流側の薬剤投入部から水性液体流中に、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含む薬剤を投入することを特徴とする。
【００２６】
ここで、本発明で使用される水性液体としては、水を主成分とする液体であれば特に制限されないものの、水を９５質量％以上含むものが好ましく、水を９９．５質量％以上含むものがより好ましく、水であることが更に好ましい。水としては、例えば水道水や、イオン交換水、海水、超純水などを挙げることができる。
【００２７】
また、水性液体としては、上述した水の他にも、本発明の効果を奏する範囲で、例えば、エタノール、グリセリン、糖類、塩類、ポリエチレングリコールなどの水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０未満の化合物を含むものを用いることができる。
【００２８】
気泡の分散を補助する薬剤としては、少なくとも水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが０以上、２．３以下である有機化合物を含むものを用いることが好ましい。また、より優れた気泡の分散効果を得るためには、水への溶解度が低い薬剤を用いることが好ましく、具体的にはＬｏｇＰが０．２以上の薬剤を用いることがより好ましい。一方、気泡分散効果を発揮するためには、適度な水溶性が必要である。また、薬剤を水溶液として使用する場合には、この水溶液から有機化合物が分離せず、より高い濃度の水溶液を維持するため、ＬｏｇＰが１．９未満の薬剤を用いることがより好ましい。
【００２９】
また、水溶性液体には、濡れ性向上のため泡沫が安定化しないほど少量の界面活性剤を添加してもよい。この界面活性剤としては、例えば、ポリグリセリン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ショ糖脂肪酸エステル、アルコールエトキシレート、脂肪酸及びその塩、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸及びその塩、アルキル硫酸塩、ポリオキシエチレンアルキル硫酸塩などを挙げることができる。その中でも特に、炭素数１０以下のアルキル鎖を持つものは、泡沫としての安定性が低いため好適に用いることができ、例えばモノカプリリンの添加は、濡れ性の向上に非常に有効である。
【００３０】
具体的に使用する薬剤としては、例えば、トリアセチン、モノブチリン、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタート、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸ペンチル、酢酸３−メチルブチルなどのエステル基を持つもの、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、２−フェノキシエタノールなどの水酸基を持つもの、４−メチル−２−ペンタノン、２−ブタノン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのカルボニル基をもつもの、酢酸１−エトキシ−２−プロパノール、酢酸２−（２−ｎ−ブトキシエトキシ）エチル、ブチルカルビトール、ブチルセルソルブ、セロソルブアセテートなどのエーテル基を持つものが優れている。また、オゾンとの反応性が低いことから、例えば、トリアセチン、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタート、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、酢酸ペンチルなどエステル類が優れている。さらに、揮発性の少ないエステル基を２つ以上もつトリアセチンや、ジアセトキシプロパン、ブタンジオールジアセタート、ペンタンジオールジアセタートなどが好ましく、その中でも揮発性が非常に低いトリアセチン（沸点２５９℃）が最も好ましい。これらの薬剤は、原液又は水溶液の状態で用いることができるが、より少量の薬剤を定量的に投入し易い点では、水溶液として使用することが好ましい。
【００３１】
なお、水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰについては、いくつかの算出方法が知られているが、本発明では、ＬｏｇＰとして計算機によるシミュレーションより算出した値を使用した。具体的には、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ（ＡＣＤ／Ｌａｂｓ）社製のＬｏｇＰ予測ソフトウェアＡＣＤ／ＬｏｇＰ  ＤＢを使用し、化学構造式からＬｏｇＰ（水／オクタノール系分配係数）を算出した値を使用した。
【００３２】
上述した本発明による気泡発生方法をオゾン水の生成に適用する場合には、水流中にオゾンガスを導入する手前で、水流中に微細な気泡の分散を補助する上記薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が水流中に均一に溶解する前に、水流中にオゾンガスを導入して気泡を発生させるようにする。
【００３３】
ここで、本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、以下の（１）〜（３）の知見を得ると共に、同じ薬剤濃度であっても薬剤を投入する位置によって、気泡の微細化状態が大きく変化することを見出した。
【００３４】
（１）  水にオゾンガスを導入するアスピレータ（エジェクタ）に近い位置に薬剤を投入したときに気泡の微細化が起こり、遠い位置に薬剤を投入したときには気泡の微細化が起こらなかった。
（２）  薬剤を水溶液として投入し、気泡の微細化が起きなかったアスピレータから遠い位置であっても、薬剤を原液（高濃度）で導入した場合は、気泡の微細化が起きた。
（３）  槽に薬剤を溶解した水をはり、散気管を用いてオゾンガスの気泡を吹き込みながらオゾン水を生成する方法（Ａ方法）に比べて、オゾンガスをアスピレータで連続的に水流の中に吹き込んでオゾン水を生成する方法（Ｂ方法）では、より低濃度の薬剤で気泡の微細化を行うことができた。
【００３５】
上記（１）〜（３）の知見から、理由は定かではないものの、配管中の水流に添加した薬剤の水溶液が完全に混合され希釈される前に気体を導入したときに気泡の微細化が起こるものと考えられる。また、薬剤を原液の状態で用いた場合は、アスピレータからより離れた位置から投入しても気泡の微細化が起こることが確認されている。これは、薬剤の溶解速度が遅いため、アスピレータに導入され時点で薬剤が溶けきらなかったためと考えられる。
【００３６】
以上のことから、低濃度の薬剤を用いて効率良く微細な気泡を水性液体流中に分散させて発生させるためには、薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に当該水性液体流中に気体を導入することが重要であることが明らかとなった。
【００３７】
そこで、本発明を適用した気泡発生方法では、水性液体流中に気体を導入する手前で、水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、この薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に、水性液体流中に気体が導入されるように、例えば薬剤を投入する際の濃度やアスピレータに導入されるまでの距離を調整する。
【００３８】
具体的には、水性液体流中に投入するときの薬剤水溶液中に含まれる薬剤の濃度を、気泡が発生した水性液体中に含まれる薬剤の濃度に対して、質量比で１００倍以上、１００００倍以下とすることが好ましい。薬剤水溶液中に含まれる薬剤の濃度が１００倍未満であると、気体と接触する前に薬剤が均一に溶解されやすくなり効果が著しく減少する。一方、薬剤水溶液中に含まれる薬剤の濃度が１００００倍超であると、投入する量が極めて少なくなり、水性流体流中に一定量だけ供給するための制御が難しくなることがある。したがって、上記数値範囲であれば、薬剤を投入することによる気泡の微細化効果を安定して得ることができる。
【００３９】
以上のように、本発明を適用した気泡発生方法では、水性液体流中に気体を導入する手前で、水性液体流中に微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入し、なお且つ、この薬剤が水性液体流中に均一に溶解する前に、水性液体流中に気体を導入して気泡を発生させるようにすることで、従来よりも低濃度の薬剤を用いて効率良く微細な気泡を液体中に分散させて発生させることが可能である。
【００４０】
次に、本発明を適用した気泡発生装置について説明する。
本発明を適用した気泡発生装置は、例えば図１に示すようなオゾン水生成装置１０に適用したものであり、このオゾン水生成装置１０は、水を導入する液体導入路１１と、オゾンを含む空気（以下、オゾンガスという。）を導入する気体導入路１２と、水にオゾンガスを導入して気泡を発生させる気泡発生部１３と、気泡を含むオゾン水を排出する気液排出路１４と、微細な気泡の分散を補助する薬剤を投入する薬剤投入部１５とを備えている。
【００４１】
液体導入路１１は、水を気泡発生部１３に導く配管であり、図示を省略するホースを介して例えば水道水の蛇口と接続されている。また、液体導入路１１には、減圧バルブ１６が設けられており、供給される水の圧力を所定範囲（例えば０．１５〜０．３ＭＰａ）で調整することが可能となっている。
【００４２】
気体導入路１２は、オゾンガスを気泡発生部１３に導く配管であり、エアーポンプ１７を介して外部から空気を吸引する。また、気体導入路１２のエアーポンプ１７と気泡発生部１３との間には、オゾンを発生させるオゾン発生器１８が接続されている。これにより、オゾン発生器１８から気体導入路１２を通して気泡発生部１３にオゾンを供給することが可能となっている。
【００４３】
ここで、オゾンの生成方法としては、例えば、紫外線を用いる方法や、水の電気分解による方法、放電による方法などがある。その中でも、メンテナンス性が良く、オゾン濃度のコントロール範囲が広い放電による方法を用いることが好ましい。また、放電によりオゾンを生成する場合は、原料ガスの露点が低い方がオゾンの発生に好ましく、更に酸素濃度が高い方が好ましいことが知られている。
【００４４】
具体的に、オゾン発生器１８としては、例えば図３（ａ）〜（ｅ）に示すような構成を挙げることができる。なお、図３（ａ）〜（ｅ）中に示すオゾン発生器１８の各部の構成については、図３中の（１）〜（７）に示すとおりである。すなわち、オゾン発生器１８としては、例えば、酸素ボンベや空気ボンベを用いて加圧空気や加圧酸素を導入する方式や、コンプレッサーやポンプで空気を圧送する方式、酸素濃縮器（ＰＳＡ）のように酸素を濃縮してオゾンの発生効率を向上させる方式、シリカゲルやゼオライトなどの吸着剤で除湿する方式、水蒸気の透過膜を利用した膜式のエアドライヤなどを用いる方式などがあり、これらの方式を適宜組み合わせたものを用いることができる。
【００４５】
また、オゾン濃度が高い場合は、空気や酸素、窒素、二酸化炭素等のオゾンに対して不活性なガスを用いて希釈する方法や、放電部の電圧や放電回数を制御しながらオゾンの発生量を抑える方法などがある。また、希釈するガスとしては、露点が低い方がオゾンの安定性から好ましい。
【００４６】
気泡発生部１３は、Ｔ字管により構成されており、このＴ字管の流入口に液体導入路１１、流出口に気液排出路１４、吸込口に気体導入路１２がそれぞれ接続されている。また、この気泡発生部１３は、水にオゾンガスを導入し、導入されたオゾンガスを微細な気泡として水中に分散させるため、例えば図２（ａ）に示すようなアスピレータ（エジェクタ）１３Ａにより構成されている。すなわち、このアスピレータ１３Ａは、上述したＴ字管に絞り部１３ａを設けた構成であり、オゾンガスを含む水が流れる方向に圧力差を生じさせ、そのとき発生する衝撃波によって多数の微小気泡を発生させることが可能となっている。
【００４７】
また、気泡発生部１３は、このようなアスピレータ１３Ａの構成に必ずしも限定されるものではなく、例えば図２（ｂ）に示すようなＴ字管内に微小気泡を発生させる散気管１３Ｂを配置した構成や、図２（ｃ）に示すようなＴ字管内にプロペラ１３Ｃを配置して、このプロペラ１３Ｃの回転による機械剪断によって微小気泡を発生させる構成とすることも可能である。
【００４８】
薬剤投入部１５は、気泡発生部１３よりも上流側の液体導入路１１に接続されて、この液体導入路１１を流れる水中に薬剤を含む水溶液（又は原液）を導入する。具体的に、この薬剤投入部１５としては、図４（ａ）に示すように、例えばチューブポンプなどのポンプ１９を液体導入路１１中に配置されたＴ字管（チーズ）２０に接続し、このＴ字管２０を介してポンプ１９で圧送された薬剤を液体導入路１１を流れる水中に導入する構成とすることができる。また、薬剤投入部１５としては、図４（ｂ）に示すように、液体導入路１１中にアスピレータ（エジェクタ）２１を配置し、このアスピレータ２１を介して液体導入路１１を流れる水中に薬剤を導入する構成とすることもできる。さらに、薬剤投入部１５としては、図４（ｃ）に示すように、液体導入路１１から分岐された分岐路１１ａを設け、この分岐路１１ａに上記図４（ａ）に示す構成（又は上記図４（ｂ）に示す構成であってもよい。）を配置し、この分岐路１１ａを流れる水中に薬剤を導入する構成としてもよい。
【００４９】
このオゾン水生成装置１０では、オゾンガスを微細な気泡として水中に分散させることで、オゾンを水に溶解、分散させたオゾン水を生成することができる。そして、このオゾン水は気液排出路１４を介して外部へと排出されることになる。なお、上記図４（ｃ）に示す構成の場合、オゾン水は、気液排出路１４からバルブ２２を介して水量が調整された液体導入路１１に導入されることになる。
【００５０】
ところで、本発明を適用したオゾン水生成装置１０では、図１に示すように、気泡発生部１３よりも上流側の液体導入路１１に薬剤投入部１５が接続された構成となっている。すなわち、このオゾン水生成装置１０では、水流中にオゾンガスを導入する手前で薬剤を投入して、この薬剤が水流中に均一に溶解する前に気泡発生部１３に導入されるようになっている。
【００５１】
これにより、従来よりも低濃度の薬剤を用いて効率良くオゾンガスによる微細な気泡を水中に分散させて発生させることが可能である。そして、このオゾン水生成装置１０では、オゾンガスをより微細な気泡として水中に分散させることで、より多くのオゾンを水に溶解させることが可能となっている。
【００５２】
ここで、薬剤投入部１５から投入された薬剤が液体導入路１１内で均一分散されるまでの滞留時間には、投入する薬剤の水への溶解性、具体的には水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰや、水溶液で投入する場合の薬剤濃度などにもよるため、本発明の効果を得るためには、使用する薬剤や薬剤濃度に応じて、投入位置や条件などを適宜選択することが可能である。
【００５３】
具体的に、このオゾン水生成装置１０において、本発明の気泡分散効果を安定して得るためには、液体導入路１１内のレイノルズ数が３０００未満の層流域では、薬剤投入部１５から液体導入路１１内の水流中に投入された薬剤が気泡発生部１３に到達するまでの滞留時間を１秒以下とすることが好ましい。また、液体導入路１１内のレイノルズ数が３０００以上の乱流域では、投入された薬剤の均一分散が起こり易くなる。この場合、より安定して本発明の気泡分散効果を得るためには、上記滞留時間を０．１５秒以下とすることが好ましく、０．１秒以下とすることがより好ましい。一方、液体導入路１１内のレイノルズ数を２０００００以上とすることは、投入した薬剤の均一分散が極めて起こり易くなり、本発明の効果が得られ難くなるため、好ましくない。
【００５４】
以上のように、本発明を適用したオゾン水生成装置１０では、オゾンガスをより微細な気泡として水中に分散させることが可能なことから、水にオゾンを溶解、分散させたオゾン水を効率良く生成することが可能である。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、本発明は、上述したオゾン水を生成する場合に限らず、例えば、窒素、酸素、空気などの気体を微細な気泡として液体中に分散させて発生させる場合にも適用可能である。
【実施例】
【００５６】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００５７】
（第１の実施例）
第１の実施例では、例えば図５に示すような実験装置を用いて、薬剤を投入する位置によって、水にオゾンガスを導入した際の気泡の発生状態について測定した。
【００５８】
具体的に、この実験装置では、エジェクタ（アズワン社製、ポリテトラフルオロエチレン(ＰＴＦＥ)製アスピレータ）３１の流入口に内径６ｍｍの配管３２を接続し、この配管３２を通して渦巻きポンプ（エレポン化工社製、ＳＬ−５ＳＮ）３３により水を３Ｌ／ｍｉｎで導入した。また、エジェクタ３１の吸込口に内径４ｍｍの配管３４を接続し、この配管３４を通してエアーポンプ（水作社製、ＳＳＰＰ−２Ｓ）３５によりオゾン含有空気（オゾンガス）を１００ｍｌ／ｍｉｎで導入した。また、エジェクタ３１の流出口に内径６ｍｍの配管３６の一端を接続し、他端を水をはった水槽（３Ｌアクリル水槽）３７内に配置した。そして、水槽３７内の水は配管３８を通して外部へと排出される。
【００５９】
薬剤の投入位置は、エジェクタ３１の手前５ｃｍ（渦巻きポンプ３３から１０ｃｍ）の位置（Ａ）と、渦巻きポンプ３３の手前２０ｃｍの位置（Ｂ）とした。薬剤には、６重量％のトリアセチン水溶液を用いた。この薬剤を定量送液ポンプ（東京理化器社製、マイクロチューブポンプＭＰ−３）に接続された内径１ｍｍの配管を通して各位置から１ｍＬ／ｍｉｎで導入した。
【００６０】
そして、図５中に示すＡの位置から薬剤を投入したときの水槽３７内を撮影した写真を図６に示す。
【００６１】
図６に示すように、Ａの位置から薬剤を投入した場合には、微細な気泡が水中に分散して発生していることがわかる。また、Ａの位置から薬剤を投入した場合は、薬剤の濃度が１０〜１００ｐｐｍ程度で微細な気泡が水中に分散して発生することがわかった（目視観察による）。なお、Ａの位置でのＲｅ数は、約１００００、エジェクタ３１までの滞留時間は、約０．０２８秒であった。
【００６２】
一方、図５中に示すＢの位置から薬剤を投入したときの水槽２７内を撮影した写真を図７に示す。
【００６３】
図７に示すように、Ｂの位置から薬剤を投入した場合には、気泡が粗く気泡の分散も小さいことがわかる。また、Ｂの位置から薬剤を投入した場合は、微細な気泡を水中に分散させて発生させるのに、薬剤の濃度が５０〜５０００ｐｐｍ程度必要であることがわかった（目視観察による）。なお、Ｂの位置でのＲｅ数は、約１００００、エジェクタ３１までの滞留時間は、約０．２０秒であった。
【００６４】
（第２の実施例）
第２の実施例では、水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが異なる実施例１〜１９及び比較例１〜１４の各種薬剤の０．５重量％水溶液を使用して、上記第１の実施例と同様の試験を行い、「泡の細かさ」及び「濃縮液の分離」の評価を行った。その評価結果を表１及び表２に示す。
【００６５】
なお、表１及び表２中において、「泡の細かさ」は、目視観察により、微細化が確認されたものを○、その他を×とした。一方、「濃縮液の分離」は、２５℃で０．５重量％水溶液を調整した際に、均一透明に溶解した場合を○とし、白濁した場合を△、すぐに分離した場合を×とした。
【００６６】
【表１】
2010158672.tif 000003
【００６７】
【表２】
2010158672.tif 000004
【００６８】
表１及び表２に示すように、水／オクタノール分配係数ＬｏｇＰが本発明の数値範囲（０≦ＬｏｇＰ≦２．３）内にある実施例１〜１９では、本発明の数値範囲外である比較例１〜１４に比べて、何れも良好な結果を示していることがわかる。なお、実施例１４，１５については、白濁が見られたものの、泡を細かくすることについては良好な結果を示していることから、オゾンガスをより微細な気泡として水中に分散させることが可能である。
【００６９】
（第３の実施例）
第３の実施例では、例えば図８に示すような実験装置を用いて、上記図７に示す実験装置よりもスケールを拡大した場合の気泡の発生状態及びオゾン濃度について測定した。
【００７０】
具体的に、この実験装置では、マグネットポンプ（日機装エイコー社製、ＣＰ−７０）４１の流入口に内径２８ｍｍの配管４２の一端を接続する共に、流出口に内径２８ｍｍの配管４３の一端を接続し、これら配管４２，４３の他端を水をはった水槽（１６０Ｌポリプロピレン水槽）４４内に配置する。そして、これらの配管４２，４３を通して水槽４４内の水をマグネットポンプ４１により１００Ｌ／ｍｉｎで循環させた。また、エジェクタ（ＩＢＳ社製、ポリフッ化ビニリデン製エジェクタ）４５の流入口に内径２０ｍｍの配管４６の一端を接続すると共に、流出口に内径６ｍｍの配管４７の一端を接続し、これら配管４６，４７の他端を配管４３に接続することで、これらの配管４６，４７を通して配管４３から分岐された水をエジェクタ４５に３０Ｌ／ｍｉｎで導入した。さらに、エジェクタ４５の吸込口に内径６ｍｍの配管４８を接続し、この配管４８を通してオゾン発生器４９から供給されるオゾン含有空気（オゾンガス）をエジェクタ４５に３Ｌ／ｍｉｎで導入した。
【００７１】
薬剤の投入位置は、エジェクタ４５の手前１５ｃｍ（マグネットポンプ４１から３０ｃｍ）の位置（Ａ）と、マグネットポンプ４１の手前３０ｃｍの位置（Ｂ）とした。薬剤には、５重量％のトリアセチン水溶液を用いた。この薬剤を定量送液ポンプ（東京理化器社製、マイクロチューブポンプＭＰ−３）に接続された内径３．７ｍｍの配管を通して各位置から１６ｍＬ／ｍｉｎで導入した。さらに、最初に薬剤１６０ｍＬを水槽４４に均一に溶解した場合も実験した（位置（Ｃ）とする）。なお、このＣの位置では、Ａ，Ｂの位置において開始後１０分に相当する量の薬剤を投入した。
【００７２】
そして、これら図８中に示すＡ，Ｂ，Ｃの位置から薬剤を投入したときの「泡の細かさ」及び「オゾン濃度」についての評価を行った。その評価結果を表３に示す。
【００７３】
なお、表３中における「泡の細かさ」については、第２の実施例の場合と同様の評価方法を用いた。一方、「オゾン濃度」については、ヤマト科学社製の送液ポンプ７５２０−４０を用いて水槽４４内の水を１Ｌ／ｍｉｎで循環させながら、荏原実業製の溶存オゾンモニタＥＬＰ−１００を用いて水に溶存するオゾンの濃度を測定した。なお、このとき測定した溶存オゾン濃度は、運転から５分後の値である。また、オゾン発生器４９から供給されるオゾン含有ガス中のオゾン濃度については、荏原実業株式会社製のＥＧ−６００を用いて０．５体積％で一定となるように調整した、一方、オゾン含有ガスの流量については、コフロック社製のＭＯＤＥＬ５１００マスフローコントローラを用いて３Ｌ／ｍｉｎで一定となるように調整した。
【００７４】
【表３】
2010158672.tif 000005
【００７５】
表３に示すように、Ｂ，Ｃの位置から薬剤を投入した場合は、気泡が微細化せず、Ａの位置から薬剤を投入した場合は、投入後直ぐに気泡が微細化した。なお、Ａの位置でのＲｅ数は、約３００００、エジェクタ４５までの滞留時間は、約０．０９秒であった。
【符号の説明】
【００７６】
１０…オゾン水生成装置（気泡発生装置）  １１…液体導入路  １２…気体導入路  １３…気泡発生部  １４…気液排出路  １５…薬剤投入部
【図１】
2010158672.tif 000006
【図２】
2010158672.tif 000007
【図３】
2010158672.tif 000008
【図４】
2010158672.tif 000009
【図５】
2010158672.tif 000010
【図８】
2010158672.tif 000011
【図６】
2010158672.tif 000012
【図７】
2010158672.tif 000013