(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンを含むオゾン水を供給するためのオゾン水供給装置において、
前記オゾン水を製造するための原料水を供給する原料水供給系と、これから分岐位置Ａで分岐された後再び合流位置Ｂで合流される分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系であって前記原料水が分岐オゾン水になって通過するように設けられた分岐オゾン水製造系と、前記分岐原料水系に設けられ流量の二乗に比例する通過抵抗を発生させる第１流量制限器と、前記分岐オゾン水製造系に設けられ該分岐オゾン水製造系の流量が多くなれば前記分岐オゾン水の濃度が低くなり前記分岐オゾン水製造系の流量が少なくなれば前記分岐オゾン水の濃度が高くなる特性を持ち前記原料水を前記分岐オゾン水にするオゾン溶解槽及び流量の一乗に比例する通過抵抗を発生させる第２流量制限器と、前記オゾン溶解槽に一定濃度の高濃度オゾンを一定の流量で供給するオゾン発生装置と、を有し、前記分岐原料水系と前記分岐オゾン水製造系とは前記原料水が前記第１流量制限器を通過するときの圧力損失と前記第２流量制限器を通過するときの圧力損失とが同じになるように形成されている、ことを特徴とするオゾン水供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、オゾンを含むオゾン水を供給するためのオゾン水供給装置に関し、特にオゾン水濃度を一定範囲に維持する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾンを溶解させた水は、殺菌力、脱臭力、有機物分解力等を持ち極めて有用であると共に、残留性がなく水道水と同様の方法で使用できるため、種々の分野で種々の用途に供されている。そして、その濃度は用途によって０．５ｐｐｍ  程度から３０ｐｐｍ  程度まで広範囲にわたっている。一方、オゾン水を製造するためのオゾン発生装置としては、濃度の高いオゾンガスを発生できるものが望ましい。このようなオゾン発生装置としては、電解式のものが望ましいが、酸素発生装置や電極構造自体の改良により、最近では無声放電式の装置であってもある程度の高濃度オゾンガスを発生できるようになっているので、このような装置であってもよい。
【０００３】
オゾンガスを水に溶解させる方法としては、エゼクタ方式や混気式ポンプによる方法が知られている。この場合、水への溶解度を高めるためにオゾンガスの濃度を高くすれば、飽和溶解度を４０ｐｐｍ  程度にも上げることができる。このような場合、一定量の水と一定量のオゾンガスとを接触させて例えば１ｐｐｍ  のオゾン水を供給できるようにすることは容易であるが、そのようにしたときに、使用するオゾン水量が減少すると、オゾン濃度が４〜５ｐｐｍ  にも上昇し、過剰濃度になって使用上不都合になるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するには、溶存オゾン濃度を計測し、オゾン発生装置のオゾンガス発生量が自動的に減少するように制御することが考えられるが、そのような装置は構成が複雑でコストが高いという問題がある。そこで本発明は、簡単な構成で確実に作動し、オゾン濃度を実用可能な一定の変動範囲内に維持できるオゾン水供給装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、オゾンを含むオゾン水を供給するためのオゾン水供給装置において、
前記オゾン水を製造するための原料水を供給する原料水供給系と、これから分岐位置Ａで分岐された後再び合流位置Ｂで合流される分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系であって前記原料水が分岐オゾン水になって通過するように設けられた分岐オゾン水製造系と、前記分岐原料水系に設けられ流量の二乗に比例する通過抵抗を発生させる第１流量制限器と、前記分岐オゾン水製造系に設けられ該分岐オゾン水製造系の流量が多くなれば前記分岐オゾン水の濃度が低くなり前記分岐オゾン水製造系の流量が少なくなれば前記分岐オゾン水の濃度が高くなる特性を持ち前記原料水を前記分岐オゾン水にするオゾン溶解槽及び流量の一乗に比例する通過抵抗を発生させる第２流量制限器と、前記オゾン溶解槽に一定濃度の高濃度オゾンを一定の流量で供給するオゾン発生装置と、を有し、前記分岐原料水系と前記分岐オゾン水製造系とは前記原料水が前記第１流量制限器を通過するときの圧力損失と前記第２流量制限器を通過するときの圧力損失とが同じになるように形成されている、ことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用したオゾン水供給装置の構成例を示す。
本装置は、オゾン水を製造するための水を供給する原料水供給系１、これから分岐された後再び合流されて最終使用するオゾン水を供給する分岐原料水系２及び分岐オゾン水製造系３、分岐原料水系２に設けられた第１流量制限手段としての抵抗体２１、分岐オゾン水製造系３に設けられたオゾン溶解槽３１及び第２流量制限手段としての層流式流量制限器（以下「層流器」と略す）３２、電解式のオゾン発生装置４、等を有する。
【０００７】
原水供給系１は通常水道水ラインでよい。本例では、使用に便利なように減圧弁１１及び逆止弁１２を設け、その後流側の圧力を１ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇに保持している。オゾン水の供給先には、オゾン水を複数場所で使用可能なように４個の蛇口５１〜５４を設けている。
【０００８】
抵抗体２１は、流量のほぼ二乗に比例する通過抵抗を発生させるオリフィスやベンチュリー管等で構成される。本例では、定格流量が毎分６０リットル（６０Ｌ／ｍｉｍ  ）でそのときの圧力損失が０．３ｋｇｆ／ｃｍ２  のものが使用されている。
【０００９】
層流器３２は、流量のほぼ一乗に比例する通過抵抗を発生させる構造のものであり、本例では、直径２０ｍｍで高さ１００ｍｍのエレメントを持つステンレス粉末焼結フィルターである。このフィルターは、定格流量が３Ｌ／ｍｉｍ  、差圧が０．３ｋｇｆ／ｃｍ２  、公称ろ過精度が２μｍのものである。このような層流器３２によれば、その抵抗ΔＰは、周知の式  ΔＰ＝λ（Ｌ／ｄ）（γｖ２  ／２ｇ）で表され、この中の管摩擦係数λは流れが層流のときにはほぼ６４／Ｒｅになり、Ｒｅはρｖｄ／μであるから、結局ΔＰ∝ｖ、即ち抵抗が流量の一乗に比例することになる。なお、このような層流器としては、例えば多数のキャピラリーチューブやハニカム成形体又は焼結体等、流れが層流になって適当な差圧を形成できるものであればよい。
【００１０】
電解式のオゾン発生装置４は、詳細図示を省略しているが、固体高分子電解質膜から成るイオン交換膜を挟んで陽極及び陰極を配設した本体部と純水等を溜める気液分離タンクとを備え、本体部と気液分離タンクとの間で純水を循環させつつ、電気分解によって発生した酸素及びこの中に高濃度で含まれるオゾンガスから成る混合ガスを気液分離タンク内で純水から分離させて取り出すように構成されている通常の構造のものである。これにより、２００ｇ／Ｎｍ３  程度以上の高濃度オゾンをオゾン溶解槽３１に供給することができる。なお、オゾン水の用途によっては、無声放電式のオゾン発生装置も使用可能である。
【００１１】
オゾン溶解槽３１は、オゾン発生装置４で発生した高濃度オゾンガスを導入し、これを、減圧弁１１で１ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇにされ更に層流器３２で一次抵抗を付与された後の０．７ｋｇｆ／ｃｍ２Ｇ程度以上の圧力になっている器内でバブリングさせ、原料水中に溶解させて高濃度の分岐オゾン水を製造する。オゾン溶解槽３１の頂部には、フロート式自動ガス抜き用の気液分離器３１ａ及び排ガス中に残留しているオゾンを分解処理する排オゾン分解器３１ｂが設けられている。
【００１２】
図２は、このようなオゾン溶解槽の流量と溶解度従ってオゾン水濃度との関係の一例を示す。オゾン溶解槽は、一般的に、導入する原料水の流量が多ければオゾン水になったときの濃度が低くなり流量が少なければオゾン水濃度が高くなる特性を持つ。この例では、溶解されるオゾンガス濃度が２２０ｇ／Ｎｍ３  のときに、原料水の流量を最大の１（１００％）から例えば１／４を経て最小の１／１６まで変えたときに、８ｐｐｍ  から２４ｐｐｍ  を経て３６ｐｐｍ  程度に変化している。なお、図では最大量が３Ｌ／ｍｉｍ  及び６Ｌ／ｍｉｍ  のときの値も表示している。
【００１３】
以上のようなオゾン水供給装置では、使用すべきオゾン水量に対応して蛇口５１〜５４の使用個数を変えたときのオゾン水濃度は、次の式によって計算される。即ち、分岐原料水系２及び分岐オゾン水製造系３の流量をそれぞれＱ及びｑ、抵抗体２１及び層流器３２の共に同じ値になる抵抗をΔＰ、分岐オゾン水流量ｑ及び合流後の使用オゾン水流量（Ｑ＋ｑ）の濃度をそれぞれｄ及びＤとし、Ｑ及びｑの定格時の値をＱ０  及びｑ０  、このときの共通の圧力損失をＰ０  とすると
ΔＰ＝ＡＱ２  、ここでＡ＝Ｐ０  ／Ｑ０  ２  
ΔＰ＝Ｂｑ、    ここでＢ＝Ｐ０  ／ｑ０  
従って、
ｑ＝Ｑ２  ｑ０  ／Ｑ０  ２  −−▲１▼
ｄ＝ｆ（ｑ）−−−−−−▲２▼
Ｄ＝ｄｑ／（Ｑ＋ｑ）−−▲３▼
【００１４】
表１は、上式による本発明の使用オゾン水濃度Ｄの維持特性を分かり易くするために例示的にまとめたものである。即ち、通常のオゾン水の使用状態では、Ｄをｄより十分小さくするので、ｑはＱより十分小さくなることが多く、この表ではＱをベースとしてこれをＱ０  の１／２及び１／４に減らしたとき、即ち蛇口で言えば４個使用状態からほぼ２個及び１個の使用状態に減らしたときの計算例を示している。なお、上式の特性から、ｑが相当大きくなった場合でも、Ｑ又は（Ｑ＋ｑ）を変化させたときの使用オゾン濃度Ｄの変化傾向は同様になる。
【００１５】
【表１】
0003558901.tif 000002
【００１６】
表２及び表３は、前記計算式において、それぞれ、Ｑ０  ＝６０Ｌ／ｍｉｍ  、ｑ０  ＝３Ｌ／ｍｉｍ  及び６Ｌ／ｍｉｍ  、これらの場合の圧力損失Ｐ０  ＝０．３ｋｇｆ／ｃｍ２  としたときに、
ΔＰ＝ＡＱ２  、ここでＡ＝０．３／６０２  
ΔＰ＝Ｂｑ、    ここでＢ＝０．３／３及び０．３／６
従って、
ｑ＝Ｑ２  ／１２００及びＱ２  ／６００−−−−−▲１▼´
という数値例の式にしてＤ等を計算した表である。
【００１７】
【表２】
0003558901.tif 000003
【００１８】
【表３】
0003558901.tif 000004
【００１９】
これらの計算結果によれば、ｑが比例定数をｑ０  ／Ｑ０  ２  としてＱの二乗に比例し、従ってＱが１／２又は１／４になればｑが１／４又は１／１６になり、ｄがｑに対して反比例的に変化し、従って図２のようにｑが１／４又は１／１６になればｄが３倍又は４・５倍になり、Ｄは近似的にはｄ、ｑ及び１／Ｑに比例するので、Ｑが１から１／２又は１／４になれば、結局Ｄは１からほぼ３／２＝１．５又は４．５／４＝１．１２５になり、従って実用上全く問題のない濃度変化範囲に維持されることが分かる。なお、このような使用オゾン水濃度Ｄはオゾン溶解槽の特性によって多少異なるが、その場合でも、Ｄを実用可能の濃度範囲に維持することができる。
【００２０】
従って、このようなオゾン水供給装置によれば、蛇口５１〜５４の種々の使用状態において、全く制御や操作をすることなく、使用するオゾン水濃度を１〜１．５倍程度、例えば０．４ｐｐｍ  〜０．６ｐｐｍ  又は０．８ｐｐｍ  〜１．２ｐｐｍ  程度の範囲におさめることができ、実用上極めて便利になる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、原料水供給系から分岐され再び合流される分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系を設け、それぞれに流量のほぼ二乗に比例する通過抵抗を発生させる第１流量制限器及び流量のほぼ一乗に比例する通過抵抗を発生させる第２流量制限器とを設け、更に分岐オゾン水製造系にオゾン溶解槽を設けてこれにオゾン発生装置で高濃度オゾンを供給するように構成するので、分岐原料水系及び分岐オゾン水製造系の圧力損失が共に同じになるため、分岐オゾン水製造系の流量が分岐原水系の流量の二乗に比例し、製造されるオゾン水濃度が水量に反比例的に変化し、更に合流後の使用オゾン水濃度が分岐オゾン水製造系の流量及びオゾン水濃度に比例し分岐原料水系の流量にほぼ反比例するため、結局使用オゾン水量が変化してもオゾン濃度の変化を実用可能な一定範囲に維持することができる。
【００２２】
その結果、制御や操作をすることなく確実な作動の下に使用するオゾン水濃度を一定範囲内に維持でき、構成が簡単で安価で極めて実用性が高く便利なオゾン水供給装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したオゾン水供給装置の構成例を示す説明図である。
【図２】上記装置に適用できるオゾン溶解槽の特性例を示す曲線図である。
【符号の説明】
１              原料水供給系
２              分岐原料水系
３              分岐オゾン水製造系
４              オゾン発生装置
２１            抵抗体（第１流量制限器）
３１            オゾン溶解槽
３２            層流器、層流式流量制限器（第２流量制限器）
【図１】
0003558901.tif 000005
【図２】
0003558901.tif 000006