(57)【要約】      （修正有）【課題】オゾン水のオゾン濃度低下を抑制するためのオゾン濃度低下抑制方法の提供。【解決手段】被処理水とオゾンガスを混合して生成するオゾン水のオゾン濃度低下を抑制するためのオゾン濃度低下抑制方法であって、先端方向に突き出す櫛刃が環状配置された円筒撹拌刃３１を用意する工程と、底部付き貯留タンク９ａ内に一端貯留したオゾン水の中に円筒撹拌刃３１を水没させる工程と当該先端方向を当該底部に向けた状態の円筒撹拌刃３１を中心軸周りに回転する工程と、を含むオゾン濃度低下抑制方法。【効果】円筒撹拌刃３１の回転により、その上の層（水面に近い層）に閉じ込められた下の層の中でオゾンガスの気泡が破砕・せん断・撹拌されるので気泡の微細化を効率よく行うことができ、微細化したオゾンガスの気泡は、オゾン水内に長期間滞留するので、オゾン濃度の低下を有効に抑制することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水とオゾンガスを混合して生成するオゾン水のオゾン濃度低下を抑制するためのオゾン濃度低下抑制方法であって、
先端方向に突き出す櫛刃が環状配置された円筒撹拌刃を用意する工程と、
底部付き貯留タンク内に一端貯留したオゾン水の中に当該円筒撹拌刃を水没させる工程と、
当該先端方向を当該底部に向けた状態の当該円筒撹拌刃を中心軸周りに回転する工程と、を含む
ことを特徴とするオゾン濃度低下抑制方法。
【請求項２】
前記円筒撹拌刃の中に所定形状の内刃が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の濃度低下抑制方法。
【請求項３】
前記櫛刃のそれぞれの先端には、中心軸に対して傾斜する傾斜面が設けられている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のオゾン濃度低下抑制方法。
【請求項４】
前記円筒撹拌刃の回転数は５０００〜１８０００rpmである
ことを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載のオゾン濃度低下抑制方法。
【請求項５】
上流側から下流側に向かって被処理水を通過させる水通過路と、当該水通過路と連通するオゾン供給路とを有する気液混合装置と、
当該オゾン供給路にオゾンガスを供給するオゾンガス供給機構と、
当該気液混合装置を通過したオゾン水を貯留する底部付き貯留タンクと、
当該貯留タンク内と当該水通過路の上流側とを連通する戻り水路と、
当該戻り水路の途中に設けられた循環ポンプと、
当該貯留タンク内に貯留されたオゾン水を回転撹拌する撹拌機構と、
当該撹拌機構を所定位置及び所定姿勢で支持する支持機構と、を有し、
当該撹拌機構は、回転駆動源と、当該回転駆動源により中心軸中心に回転する円筒撹拌刃と、を備え、
当該円筒撹拌刃には、当該回転駆動源に接続する接続端部と、当該接続端部から先端方向に突き出す複数の櫛刃が環状配置され、
当該支持機構は、当該円筒撹拌刃を水没させ当該先端方向を当該底部に向けた状態で中心軸周りに回転できる位置及び姿勢に支持するように構成されている
ことを特徴とするオゾン水生成・濃度低下抑制装置。
【請求項６】
前記円筒撹拌刃の中に所定形状の内刃が設けられている
ことを特徴とする請求項５記載のオゾン水生成・濃度低下抑制装置。
【請求項７】
前記櫛刃のそれぞれの先端には、中心軸に対して傾斜する傾斜面が設けられている
ことを特徴とする請求項５又は６記載のオゾン水生成・濃度低下抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生成時の濃度をできるだけ長時間保てるようにすることのできるオゾン濃度低下抑制方法及びオゾン水生成・濃度低下抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾンには、強い酸化作用があり、菌、臭い、色等を除去する作用があるので、水にオゾンガスを溶解させたオゾン水を用いて、種々の物の殺菌、消毒、脱臭、脱色等が広く行われている。
【０００３】
このとき、オゾンガスと被処理水を接触させ、被処理水中にオゾンガスを溶解させる手段としては、純水とオゾンガスとを混合して渦巻き式ポンプで撹拌、混合してオゾンガスを純水中に溶解させる方法や、ポンプ吐出配管にエジェクタ等を設置してオゾンガスを吸引させて原料水とオゾンガスの混合溶解をする方法、例えば、エジェクタを用いて被処理水とオゾンガスとの混合水を形成するオゾン生成方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３７１１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の方法により得られるオゾン水は生成時には十分な濃度を有するものであったとしても、時間が経つにつれて濃度が低下してしまうという問題があった。このため、生成から使用までの時間が長すぎると、上記した殺菌や消毒等のオゾン水の効用を十分に活用することができなかった。
【０００６】
そこで、本願発明は、生成時の濃度をできるだけ長時間保てるようにすることのできるオゾン濃度低下抑制方法及びオゾン水生成・濃度低下抑制装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた発明者らは、特殊形状の撹拌刃を用いることによりオゾン濃度の低下を効果的に抑制できることを見出した。本発明は、この知見に基づくものである。以下、詳しい構成を説明する。
【０００８】
（請求項１に係る発明の特徴）
請求項１に係る発明は、被処理水とオゾンガスを混合して生成するオゾン水のオゾン濃度低下を抑制するためのオゾン濃度低下抑制方法であって、先端方向に突き出す櫛刃が環状配置された円筒撹拌刃を用意する工程と、底部付き貯留タンク内に一端貯留したオゾン水の中に当該円筒撹拌刃を水没させる工程と、当該先端方向を当該底部に向けた状態の当該円筒撹拌刃を中心軸周りに回転する工程と、を含むことを特徴とするオゾン濃度低下抑制方法に関するものである。円筒撹拌刃は、髪の毛の櫛のような所定間隔を隔てて並んだ櫛刃群の一端と他端を結んで環状にしたような形状をしている。
【０００９】
請求項１に係る発明によれば、円筒撹拌刃の回転により水中のオゾンガスの気泡が裁断され徐々に細分化していく。このとき、櫛刃が貯留タンクの底部に向かって延びた状態にあるが、これらの櫛刃より底部に近い領域のオゾン水には強い撹拌力が付与されるが、櫛刃群より上のオゾン水にはさほどの撹拌力が及ばない。このため櫛刃群の上の層（水面に近い層）に閉じ込められた下の層の中でオゾンガスの気泡が破砕・せん断・撹拌されるので気泡の微細化を効率よく行うことができる。微細化したオゾンガスの気泡は、オゾン水内に長期間滞留するので、オゾン濃度の低下を有効に抑制することができる。
【００１０】
（請求項２に係る発明の特徴）
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明を前提とする好ましい態様として、前記円筒撹拌刃の中に所定形状の内刃が設けられていることを特徴とする濃度低下抑制方法に関するものである。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、内刃の作用により撹拌力がより大きなものとなる。内刃は円筒形撹拌刃（櫛刃群）の内部に設けられているので、櫛刃の下の層の撹拌に寄与するも上の層に悪影響を与えることが極めて少ない。よって、総合的に撹拌力を高めることができる。
【００１２】
（請求項３に係る発明の特徴）
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明を前提とする好ましい態様として、前記櫛刃のそれぞれの先端には、中心軸に対して傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とするオゾン濃度低下抑制方法に関するものである。
【００１３】
請求項３に係る発明によれば、傾斜面が設けられることによって櫛刃がより鋭利となり、それによってオゾンガスの破砕・破断・撹拌の効率を高めることができる。
【００１４】
（請求項４に係る発明の特徴）
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれかに係る発明を前提とする好ましい態様として、前記円筒撹拌刃の回転数は５０００〜１８０００rpmであることを特徴とするオゾン濃度低下抑制方法に関するものである。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、円筒撹拌刃の回転数が上記範囲内のとき、好ましい結果を得ることができる。５０００ｒｐｍ以上まで回転数を上げると濃度的に好結果を得られるが、１８０００ｒｐｍを超すと十分な濃度を得ることができない。
【００１６】
（請求項５に係る発明の特徴）
請求項５に係る発明は、上流側から下流側に向かって被処理水を通過させる水通過路と、当該水通過路と連通するオゾン供給路とを有する気液混合装置と、当該オゾン供給路にオゾンガスを供給するオゾンガス供給機構と、当該気液混合装置を通過したオゾン水を貯留する底部付き貯留タンクと、当該貯留タンク内と当該水通過路の上流側とを連通する戻り水路と、当該戻り水路の途中に設けられた循環ポンプと、当該貯留タンク内に貯留されたオゾン水を回転撹拌する撹拌機構と、当該撹拌機構を所定位置及び所定姿勢で支持する支持機構と、を有し、当該撹拌機構は、回転駆動源と、当該回転駆動源により中心軸中心に回転する円筒撹拌刃と、を備え、当該円筒撹拌刃には、当該回転駆動源に接続する接続端部と、当該接続端部から先端方向に突き出す複数の櫛刃が環状配置され、当該支持機構は、当該円筒撹拌刃を水没させ当該先端方向を当該底部に向けた状態で中心軸周りに回転できる位置及び姿勢に支持するように構成されていることを特徴とするオゾン水の濃度低下抑制装置に関するものである。
【００１７】
請求項５に係る発明によれば、気液混合装置内で非処理水（水もしくはオゾン水）にオゾンガスが混合される。オゾン水は貯留タンクに貯留され、循環ポンプによって循環させられる。貯留タンクに貯留されたオゾン水に含有されるオゾンガスの気泡が、撹拌機構の
円筒撹拌刃の回転により水中のオゾンガスの気泡が裁断され徐々に細分化していく。このとき、櫛刃群が貯留タンクの底部に向かって延びた状態にあるが、これらの櫛刃群より底部に近い領域のオゾン水には強い撹拌力が付与されるが、櫛刃群より上のオゾン水にはさほどの撹拌力が及ばない。このため櫛刃群の上の層（水面に近い層）に閉じ込められた下の層の中でオゾンガスの気泡が破砕・せん断・撹拌されるので気泡の微細化を効率よく行うことができる。微細化したオゾンガスの気泡は、オゾン水内に長期間滞留するので、オゾン濃度の低下を有効に抑制することができる。
【００１８】
（請求項６に係る発明の特徴）
請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明を前提とする好ましい態様として、前記円筒撹拌刃の中に所定形状の内刃が設けられていることを特徴とするオゾン水の濃度低下抑制装置に関するものである。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、内刃の作用により撹拌力がより大きなものとなる。内刃は円筒形撹拌刃（櫛刃群）の内部に設けられているので、櫛刃の下の層の撹拌に寄与するも上の層に悪影響を与えることが極めて少ない。よって、総合的に撹拌力を高めることができる。
【００２０】
（請求項７に係る発明の特徴）
請求項７に係る発明は、請求項５又は６に係る発明を前提とする好ましい態様として、前記櫛刃のそれぞれの先端には、中心軸に対して傾斜する傾斜面が設けられていることを特徴とするオゾン濃度低下抑制方法に関するものである。
【００２１】
請求項７に係る発明によれば、傾斜面が設けられることによって櫛刃がより鋭利となり、それによってオゾンガスの破砕・破断・撹拌の効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のオゾン濃度低下抑制方法及びオゾン水生成・濃度低下抑制装置によれば、生成時の濃度をできるだけ長時間保てるようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】オゾン水生成・濃度低下抑制装置の概略図である。
【図２】円筒撹拌場を下方から見た斜視図である。
【図３】貯留タンク内の様子を示す正面図である。
【図４】オゾン濃度低下抑制方法を実施する際の共通条件を示す図表である。
【図５】オゾン水濃度に及ぼす円筒撹拌刃の回転数の影響を示す図表である。
【図６】オゾン水の濃度に及ぼす放置時間の影響を示す図表である。
【図７】放置時間とオゾン水の残存率との関係を示す図表である。
【図８】円筒回転刃の回転数とナノバブルの存在との関係を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図１乃至４を参照しながら本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という）を説明する。オゾン水生成・濃度低下抑制装置及びオゾン濃度低下抑制方法について説明する。
【００２５】
（オゾン水生成・濃度低下抑制装置の概略構造）
図１に示す符号１は、本実施形態に係るオゾン水生成・濃度低下抑制装置（以下、「抑制装置」という）を示す。抑制装置１は、気液混合装置３と、オゾンガス供給機構５と、送り水路７と、貯留タンク９と、戻り水路１１と、循環ポンプ１３と、撹拌機構２１と、支持機構２７と、から概略構成されている。なお、各図に示した上記した各要素の寸法比は、理解しやすくするため誇張した大きさで示すなど、実施の比率と異なっている。したがって、各図に示された相対関係は、実際のそれと異なる場合があるので注意されたい。
【００２６】
（気液混合装置）
気液混合装置３は、上流側から下流側に向かって被処理水Ｗ（図３）を通過させる水通過路３ａと、水通過路３ａと連通するオゾン供給路３ｂとを内部に備えている。水通過路３ａは、入口から長さ方向中央部に向かって直径が漸減し中央部３ｃ（図１）で最少となり出口に向かって漸増する断面円形の通路である。この中央部３ｃにおいて、水通過路３ａとオゾン供給路３ｂとが連通している。水通過路３ａを通過する被処理水は増圧されて中央部３ｃで最大となり、その後、減圧される。この減圧によって生じる負圧により、オゾン供給路３ｂを通してオゾンガスが吸引される。吸引されたオゾンガスは、被被処理水と混合され、これによってオゾン水Ｗが生成される。オゾンガスは、たとえば、オゾナイザやオゾンガスボンベのようなオゾンガス供給機構５によって供給されるようになっている。なお、本実施形態の気液混合装置３は１台のみで構成されているが、これを直列接続した２台もしくは３台以上で構成されていてもよい。複数台の気液混合装置（図示を省略）を直列接続した場合、それぞれにオゾンガスが供給されるように構成してもよいが、オゾンガス供給は初段のみとなるように構成してもよい。後者の場合の２段目以降の気液混合装置は、初段を通過したオゾン水の撹拌のみを行うことになる。なお、本実施形態では、上述した構造、すなわち、一般にエジェクターと呼ばれる形式の気液混合装置であるが、この形式に拘束される必要はなく、あらゆる形式のものを採用可能であることは言うまでもない。
【００２７】
（貯留タンク）
気液混合装置３から排出されたオゾン水Ｗは、送り通路７を通して貯留タンク９に送られる。貯留タンク９は、オゾン水Ｗを貯留するためのタンクで、容量はオゾン水の用途や必要量などによって様々だが、本実施形態では２０リットルの容量のタンクである。オゾン水Ｗは腐食性が高いので樹脂製の貯留タンクとするか、内部を樹脂コーティングした金属製の貯留タンクとすることが好ましい。貯留タンク９の形状は強度が十分であれば特に限定されないが、後述する円筒状撹拌刃３１の先端方向を底部９ａ（図２の矢印）水没可能な（完全に沈ませられる）幅と深さが必要である。貯留タンク９の側方に送り水路７が、送り水路７の下側に戻り水路１１がそれぞれ連通している。
【００２８】
戻り水路１１の途中には、循環ポンプ１３が設けられ貯留タンク９内のオゾン水Ｗを吸い出して気液混合装置３の水通過路３ａの上流側に圧送する。こうして圧送されたオゾン水Ｗは気液混合装置３、送り水路７、貯留タンク９を通して再び循環ポンプ１３により気液混合装置３に再び圧送されることの繰り返しにより循環するように構成されている（図１）。
【００２９】
（撹拌機構）
図１に示すように撹拌機構２１は、回転駆動源２３と、回転シャフト２５と、円筒撹拌刃３１を主要要素として構成されている。回転駆動源２３は、図示を省略した電動モータと、モータ制御部と、図外の電源部とから構成されている。回転シャフト２５は、電動モータの回転を伝達するシャフトである。円筒撹拌刃３１は、回転シャフト２５の先端に取り付けられて回転シャフト２５と中心軸３２（図３）を中心に一体回転するように構成されている。円筒撹拌刃３１には、回転駆動源２３に回転シャフト２５を介して接続される接続端部３３と、接続端部３３から先端方向（図２）に突き出す複数の櫛刃３５（以下、「櫛刃群３５」と表現する場合がある）が環状配置されている。櫛刃３５のそれぞれの先端には、中心軸に対して傾斜する傾斜面３７が設けられている。櫛刃群３５に囲まれた中空部位に、所定形状の内刃３３を設けることが好ましい。オゾンガスの気泡をせん断しつつ撹拌する能力を高めるためである。
【００３０】
（支持機構）
図１に示す支持機構２７は、床上やテーブル上に設置するベース部１７ａ、ベース部２７ａから上方に起立する起立ポール部２７ｂ、起立ポール部２７ｂに対して長さ方向にスライド可能で任意の位置で固定可能なスライド支持部２７ｃ、スライド支持部２７ｃに一端が固定されて側方に延びる支持アーム部２７ｄを備えている。支持アーム部２７ｄの他端には回転駆動源２３が固定されている。以上の構成を有する支持機構２７は、回転駆動源２３を含む撹拌機構２１を、上下動、水平移動、首振り移動など様々な位置及び姿勢に支持可能に構成されている。これにより、円筒撹拌刃３１が、オゾン水Ｗの中に水没した上、先端方向を底部９ａに向けた状態で中心軸周りに回転できるようになる。支持機構２７の構造は上記に限られず、たとえば、起立ポール部２７ｂの下端をベース部２７ａの代わりに貯留タンク９に固定したり、天井から吊るようにしたりすることを妨げない。
【００３１】
（本実施形態の作用効果）
ここで、図３に示すように円筒撹拌刃３１を中心軸３２の周りで回転させると、気液混合装置３によって微細化されたオゾンガスの気泡Ｂが、撹拌機構２１の円筒撹拌刃３１（併せて内刃３３）の回転によりオゾン水Ｗ中のオゾンガスの気泡Ｂが裁断され徐々に細分化していく。このとき、櫛刃群３５が貯留タンク９の底部９ａに向かって延びた状態にあるが、これらの櫛刃群３５より底部９ａに近い領域Ａのオゾン水には強い撹拌力が付与されるが、櫛刃群３５より上の領域Ｂオゾン水にはさほどの撹拌力が及ばない。このため櫛刃群３５の上の層（水面に近い層、Ｂ領域）に閉じ込められた下の層（Ａ領域）の中でオゾンガスの気泡Ｂが破砕・せん断・撹拌されるので気泡の微細化を効率よく行うことができる。微細化したオゾンガスの気泡は、オゾン水内に長期間滞留するので、オゾン濃度の低下を有効に抑制することができる。
【実施例】
【００３２】
次に、図５乃至８を参照しながら、抑制装置１を用いて実施したオゾン濃度低下抑制方法について説明する。 最初に共通条件を示す。支持機構２７を
（１）貯留タンク内に８〜１０Ｌの精製水（被処理水）を入れ、７〜１０℃になるまで冷却した。
（２）オゾンガスの流量：１．０Ｌ／ｍｉｎで濃度：４５００〜４７００ｐｐｍ  （原料：空気）
（３）循環ポンプの水流量：９．０Ｌ／ｍｉｎ
（４）エジェクター（気液混合装置）の配列：１個〜３個、直列
上記条件を含む、その他の条件は、図４に示す通りである。
【００３３】
（実施例１）
生成したオゾン水濃度に及ぼす円筒撹拌刃３１の回転数の影響を検証した。円筒撹拌刃３１は、その先端は貯留タンク９の底部９ａに向けた状態で（具体的には、水平な底部９ａに向かってほぼ垂直状態）オゾン水Ｗの中に水没させた。オゾン水を60分循環製造した時点で、円筒撹拌刃３１の回転数を０、５０００、１５０００、２００００ｒｐｍに設定稼動し、各回転数で、オゾン水濃度を測定した。その結果を図５に示す。図５より、円筒撹拌刃３1の回転数を上げることで到達濃度が上昇することが分かった。回転数１５０００ｒｐｍの時、最高濃度は４．１０ｐｐｍを示した。回転数を上げて２００００ｒｐｍとした時の濃度は却って減少し、３．３ｐｐｍとなった。この値は、撹拌しないときの３ｒｐｍに近い値であるから、撹拌効果の低下になっている。そこで、オゾン濃度の閾値を３。５ｐｐｍとするなら、５０００〜１８０００ｒｐｍがオゾン濃度低下に適する回転数の範囲であることが分かった。なお、図５では、１８０００ｒｐｍで実験を行っていないが、２００００ｒｐｍでは３．３ｐｐｍまで低下して０ｒｐｍ（無回転）時の３．０ｐｐｍとの差がほとんどなくなってしまう。そこでピーク値を示す１５０００ｒｐｍの時と２００００ｒｐｍ時の濃度より、１８０００ｒｐｍまでを使用可能範囲とした。
【００３４】
（実施例２）
実施例２では、製造したオゾン水の濃度に及ぼす放置時間の影響を検証した。円筒撹拌刃３１の各回転数で製造したオゾン水１Lをビーカーに投入し、室温で、そのまま360放置した。放置時間２０、３０、４０、６０、９０、１２０、１８０、２４０、３６０ｍｉｎでオゾン水の濃度を測定した結果を図６に示す。図６により放置時間とともにオゾン水濃度が減少していくが回転撹拌刃３１の使用により、オゾン水の濃度減少時間が延長することがわかった。
【００３５】
（実施例３）
次に、オゾン水の初期濃度から残存する濃度の割合を表す指標残存率（＝Ｘ）を導入し、放置時間とオゾン水の残存率との関係を検証した。その結果を、図７に示す。図７により、円筒撹拌刃３１の回転数０の時、オゾン水の濃度半減期間が３０分に対して、回転数１５０００ｒｐｍの時の半減時間が１２０分で４倍延長できることがわかった。
【００３６】
（実施例４）
実施例４では、大塚電子株式会社製の粒径測定装置ＥＬＳＺ−２０００を用いてナノバブルを測定した。測定原理は動的光散乱法を用いている。試料が入ったセルに光を当てると、試料中の粒子によって光が散乱する。粒子はブラウン運動をしているため、光の散乱は粒子径が小さいほど揺らぎが大きく、大きいほど揺らぎは小さくなる。この光の揺らぎを光子相関法で解析することで、試料中の粒子径や粒度分布が得られる 。円筒回転刃３１の回転数とナノバブルの存在との関係を図８に示す。図８から、円筒回転刃３１の使用により、ナノバブルのサイズ分布がより広げることがわかった。またナノバブルの光的散乱強度（散乱強度は粒子径分布が同一ならばバブル 濃度に比例する）はホモジナイザー不使用により、ホモジナイザー使用の方が３倍ぐらい高いのでナノバブルがより多くに発生することが分かった。
【符号の説明】
【００３７】
１        オゾン水の生成・濃度低下抑制装置（抑制装置）
３        気液混合装置
３ａ      水通過路
３ｂ      オゾン供給路
３ｃ      中央部
５        オゾンガス供給機構
７        送り水路
９        貯留タンク
９ａ      底部
１１        戻し水路
１３        循環ポンプ
２１        撹拌機構
２３        回転駆動源
２５        回転シャフト
２７        支持機構
２７ａ      ベース部
２７ｂ      起立ポール部
２７ｃ      スライド支持部
２７ｄ      支持アーム部
３１        円筒撹拌刃
３２        中心軸
３３        接続端部
３５        櫛刃
３７        傾斜面
３９        内刃
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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