(57)【要約】      （修正有）【課題】オゾン処理システム中のオゾン処理流路中のオゾン消費量を削減する為の酸性イオン化オゾン処理液を供給するシステムの提供。【解決手段】液体がシステムに送るように配置された液体注入口１２を通り、液体注入口１２と流体連通する酸系カチオン交換樹脂１４で受け入れた液体中のカチオンが該樹脂１４のＨ＋イオンに交換され、液体注入口１２及び酸系カチオン交換樹脂１４と流体連通するオゾン溶解装置１６に送られ、オゾン処理を受け、液体注入口、酸系カチオン交換樹脂、及びオゾン溶解装置と流体連通する液体排出口を通って、オゾン処理液体として、システム外の利用場所へと供給するオゾン化水の製造システム。【選択図】図２Ａ
2015142915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸性イオン化オゾン処理液を提供するためのシステムであって、該システムは、
液体を受け入れてシステムに送るように配置された液体注入口と；
液体注入口と流体連通する酸系カチオン交換樹脂であって、該受け入れられた液体中のカチオンが該樹脂のＨ＋イオンと交換されるように適合させた樹脂と；
液体注入口および酸系カチオン交換樹脂と流体連通しており、該受け入れられた液体に混合するためのオゾンを生産するオゾン発生器を含むオゾン溶解装置と；
液体注入口、酸系カチオン交換樹脂、およびオゾン溶解装置と流体連通する液体排出口と
を含み、
オゾン溶解装置と酸系カチオン交換樹脂とが協同して、液体排出口を介してシステムから分配するための酸性イオン化オゾン処理液を生産する、上記システム。
【請求項２】
分配されたオゾン処理液中のオゾンの平均寿命が、
酸系カチオン交換樹脂で処理せず、分配された酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；
分配された酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
オゾン発生器が、放電式オゾンガス発生器である、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
オゾン溶解装置が、オゾン発生器と流体連通するミキサーをさらに含み、生成したオゾンガスと受け入れられた液体とを混合してオゾン処理液を生産する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
システムは貯蔵タンクをさらに含み、酸系カチオン交換樹脂が、液体を貯蔵タンクに再循環させるように適合させた再循環流路に配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
システムは貯蔵タンクをさらに含み、酸系カチオン交換樹脂が、貯蔵タンクに配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
酸系カチオン交換樹脂が、非再循環式流路に配置される、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
システムは貯蔵タンクをさらに含み、非再循環式流路が貯蔵タンクに液体を供給する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
非再循環式流路が、オゾン溶解装置に液体を供給する、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
酸系カチオン交換樹脂が、液体注入口からの液体を受け入れ、オゾン溶解装置が、樹脂で処理された液体を受け入れる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
オゾン溶解装置が、液体注入口からの液体を受け入れ、酸系カチオン交換樹脂が、オゾン処理液を受け入れる、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
酸系カチオン交換樹脂が、強酸性樹脂である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
酸系カチオン交換樹脂が、弱酸性樹脂である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
受け入れられた液体中のカチオンは、液体がオゾン処理システムに受け入れられるときに液体中に存在しているか、あるいはオゾン処理システムによって液体に添加される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
酸性イオン化オゾン処理液の製造方法であって、該方法は、
液体を受け取ること；
液体中に存在するカチオンを酸系カチオン交換樹脂からのＨ＋イオンと交換すること；
及び
液体にオゾンを混合することにより液体をオゾン処理すること
を含み、
カチオンの交換と液体のオゾン処理とが協同して、酸性イオン化オゾン処理液を生産する、上記方法。
【請求項１６】
カチオンを交換することにより酸性イオン化した液体を生産し、カチオンを交換した後に、酸性イオン化した液体をオゾン処理する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
受け取った液体を、カチオンを交換する前にオゾン処理する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
オゾン処理液中のオゾンの平均寿命が、
酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；
酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い、請求項１５〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
カチオンを交換する前に、受け取った液体にカチオンを添加することをさらに含む、請求項１５〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
液体中に溶解したオゾンの平均寿命を長くするシステムであって、該システムは、
酸系カチオン交換樹脂であって、液体中のカチオンを該樹脂のＨ＋イオンと交換させるように適合させた樹脂と；
酸系カチオン交換樹脂と流体連通しており、液体に混合するためのオゾンを発生するオゾン発生器を含むオゾン溶解装置と
を含み、
オゾン溶解装置と酸系カチオン交換樹脂とが協同して酸性イオン化オゾン処理液を生産し、
酸性イオン化オゾン処理液中のオゾンの平均寿命は、
酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；
酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い、上記システム。
【請求項２１】
液体中に溶解したオゾンの平均寿命を長くする方法であって、該方法は、
液体中に存在するカチオンを酸系カチオン交換樹脂からのＨ＋イオンと交換することと；
液体にオゾンを混合することにより液体をオゾン処理することと
を含み、
カチオンの交換と液体のオゾン処理とが協同して、酸性イオン化オゾン処理液を生産し；
酸性イオン化オゾン処理液中のオゾンの平均寿命は、
酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；
酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い、上記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１１年８月２５日付けで出願された米国仮特許出願第６１／５２７，２８４号の優先権の利益を主張する。
【０００２】
分野
[0002]本発明の開示は、一般的に、オゾン処理水を生産するための方法およびシステムに関する。より詳細には、本発明の開示は、オゾン処理水の生産において水を処理するオゾン処理方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
[0003]オゾンは、天然に存在する酸素の同素体である。オゾンは、酸化剤および消毒剤として知られており、そのようなものとして使用されている。オゾンは、水溶液中で、適切な濃度で細菌を殺すことができる。オゾンは悪臭がなく残留物を残さないため、オゾンを消毒剤または殺菌剤として使用することが望ましい場合が多い。水に溶解したオゾンの殺菌特性、加えて悪臭および残留物がないことにより、このような溶液は、クリーニングおよび消毒に使用することが望ましい。オゾン処理水は、商業的な環境と家庭環境のいずれにおいても消毒または殺菌のために用いることができる。例えば、オゾン処理水は、浴室のカウンター、農産物、食器および刃物類、または床を消毒したり殺菌したりするのに用いることができる。
【０００４】
[0004]オゾンを消毒剤または殺菌剤として用いるための便利な方法の一つは、オゾンを水または水性溶液に溶解することである。オゾンは高い反応性を有するため、オゾンを消毒剤または殺菌剤として使用する際の厄介な要素はオゾンの安定性であることが多いが、このような高い反応性が、消毒および殺菌特性を付与する一方で、還元剤との反応とそれによる分解も引き起こす。需要を見込んで生産されたオゾン処理水中のオゾンは、最終的には分解して、オゾン処理されていない水に戻ると予想される。
【０００５】
[0005]クリーニング、消毒または殺菌に適したオゾン処理水を生産するためのオゾン処理システムは、再循環システムであってもよいし、または非再循環システムであってもよい。
【０００６】
[0006]水のタンクと再循環式オゾン処理流路とを備えた再循環式オゾン処理システムが設計されている。水がオゾン処理流路を通過すると、水に所定量のオゾンが溶解する。オゾン処理流路では効率が低いために、望ましい量の溶存オゾンにするには、オゾン処理水を再循環させてオゾン処理流路に戻す必要が生じる。これは通常、オゾン処理水を再循環させて水のタンクに戻し、タンク中の全ての水が十分にオゾン処理されるまでの期間、オゾン処理システムを稼働させることによって達成される。
【０００７】
[0007]オゾン処理システムにおいて、オゾン処理流路の効率の向上および／または連続的に再循環するシステムの使用により、（ａ）システムを稼働させてから（ｂ）使用に適したレベルのオゾンを含むオゾン処理水が送達されるまでの期間を長くすることが検討されてきた。
【０００８】
[0008]連続的に再循環するオゾン処理システムを用いれば、「オンデマンド」でオゾン処理水を生産することが可能である。連続的に再循環させるオゾン処理システムは、オゾン処理水を再循環させて貯蔵タンクに戻すオゾン処理流路を有し、このようなシステムで
は、オゾン処理水を分配するかどうかに関係なく、システム中の水がオゾン処理される。このようなシステムでは、水にオゾンを連続的に添加して、分解された全てのオゾンを置換したり、または添加された全ての新しい水をオゾン処理してシステムから除去されたオゾン処理水と置換したりすることができる。最終的には、オゾン処理システムで用いられる注入口および排出口の流速、加えてオゾン処理流路の効率に基づいてオゾン処理水の定常状態が達成される。しかしながら、溶存オゾンレベルは、オゾン処理開始時には低く、定常状態が達成されるまで徐々に増加する。
【０００９】
[0009]また、非再循環式オゾン処理システムを使用することもできる。このようなシステムは、オゾン処理水を「オンデマンド」で分配するものであり、システムの連続的な再循環は必要としない。すなわち非再循環式オゾン処理システムは、オゾン処理流路を通る単一の経路を介して水に添加されたオゾンを分配することによって、貯蔵タンクの必要性を排除している。
【００１０】
[0010]再循環式および非再循環式オゾン処理システムのどちらにおいても、システムがオゾン処理水を「オンデマンド」で分配するかどうかに関係なく、溶存オゾン濃度を高め、オゾン分解速度を低下させることが望ましい。
【００１１】
[0011]オゾン分解速度に影響を与える要因は様々である（Ericksson, M. “Ozone Chemistry in Aqueous Solution” 2005 Licentiate Thesis, Dept. of Chemistry, Royal Institute of Technology、ストックホルム、スウェーデン；およびUhm HS等、“Increase in the ozone decay time in acidic ozone water and its effects on sterilization of biological warfare agents”, J. Hazard Mater. 2009年9月15日；168(2〜3)：1595〜601、2009年3月21日に電子出版）。例えば温度の上昇、撹拌速度の上昇、およびより高いイオン強度はいずれも水溶液中のオゾン分解速度を速める。それに対してラジカルスカベンジャーまたはその他の安定剤（例えばミセル性の界面活性剤）の添加や酸性緩衝液系を用いた溶液ｐＨの低減は、オゾンを安定化させて、オゾン分解速度を低下させる。
【００１２】
[0012]蒸留水または脱イオン水（ＤＩ水）の使用は、オゾン処理水を生産する際に有益であると理解されている。コロナ放電を使用するオゾン処理システム、好ましくは、水道水中にはイオンが存在するため脱イオン水を使用するオゾン処理システムは、オゾンセルを汚染しその寿命を短くする可能性がある（米国特許第６，９６４，７３９号を参照）。ＤＩ水を用いるオゾン分解システムの一例は、ＭＫＳインスツルメンツ（MKS Instruments）によって製造された、リクオゾン（LIQUOZON）（登録商標）ＤＩ水ループおよび貯蔵
タンクのウルトラ・オゾン殺菌（Ultra-Ozone Sanitization of DI Water Loop and Storage Tank）である。このリクオゾン（登録商標）ウルトラ・オゾン処理ＤＩ水装置は自動オゾン注入システムであり、水処理システム、貯蔵タンク、および分配ラインの殺菌に用いられる。
【００１３】
[0013]処理済みの水の平均オゾン分解速度が未処理水と比較して低くなるように水を処理する方法およびシステムを提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許第６，９６４，７３９号
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ericksson, M. “Ozone Chemistry in Aqueous Solution” 2005 Licentiate Thesis, Dept. of Chemistry, Royal Institute of Technology、ストックホルム、スウェーデン
【非特許文献２】Uhm HS等、“Increase in the ozone decay time in acidic ozone water and its effects on sterilization of biological warfare agents”, J. Hazard Mater. 2009年9月15日；168(2〜3)：1595〜601、2009年3月21日に電子出版）
【発明の概要】
【００１６】
[0014]本発明の開示は、処理済みの水における平均オゾン分解速度が未処理水と比較して低くなるように水を処理する方法およびシステムを提供する。分解速度を低くすれば、処理済みの水中の溶存オゾンの平均寿命は長くなる。一形態において、本発明の開示は、酸性イオン化オゾン処理液を提供するためのシステムを提供する。本システムは、液体を受け入れてシステムに送るように配置された液体注入口と；液体注入口と流体連通する酸系カチオン交換樹脂であって、該樹脂において受け入れた液体中のカチオンがＨ＋イオンに交換されるように適合させた樹脂と；液体注入口および酸系カチオン交換樹脂と流体連通するオゾン溶解装置と；液体注入口、酸系カチオン交換樹脂、およびオゾン溶解装置と流体連通する液体排出口とを含む。オゾン溶解装置と酸系カチオン交換樹脂とが協同して酸性イオン化オゾン処理液を生産し、酸性イオン化オゾン処理液を液体排出口を介してシステムから分配することができる。
【００１７】
[0015]分配されたオゾン処理液中のオゾンの平均寿命は、酸系カチオン交換樹脂で処理せず、分配された酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；分配された酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長くすることができる。
【００１８】
[0016]オゾン溶解装置は、オゾン処理流路であってもよく、このようなオゾン処理流路は、受け入れた液体と混合するためのオゾンを生産するオゾン発生器を含む。オゾン処理流路はさらに、生成したオゾンと受け入れた液体とを混合してオゾン処理液を生産するための、オゾン発生器と流体連通するミキサーを含んでいてもよい。
【００１９】
[0017]本システムはまた、貯蔵タンクを含んでいてもよく、このような場合、液体を再循環させて貯蔵タンクに送るように適合させた再循環流路中に、酸系カチオン交換樹脂を配置する。あるいは、本システムは貯蔵タンクを含んでいてもよく、貯蔵タンク中に酸系カチオン交換樹脂を配置させてもよい。
【００２０】
[0018]あるいは、本システムは、非再循環式流路に配置された酸系カチオン交換樹脂を有していてもよい。このようなシステムは貯蔵タンクを含んでいてもよく、非再循環式流路により液体を貯蔵タンクに供給してもよい。あるいは、非再循環式流路により液体をオゾン溶解装置に供給してもよい。
【００２１】
[0019]上述したシステムはいずれも、液体注入口からの液体を酸系カチオン交換樹脂に受け入れさせて、樹脂で処理された液体をオゾン溶解装置に受け入れさせるものであってもよい。あるいは、上述したシステムはいずれも、液体注入口からの液体をオゾン溶解装置に受け入れさせて、オゾン処理された液体を酸系カチオン交換樹脂に受け入れさせるものであってもよい。
【００２２】
[0020]酸系カチオン交換樹脂は、強酸性樹脂であってもよい。酸系カチオン交換樹脂は、弱酸性樹脂であってもよい。
【００２３】
[0021]受け入れた液体中のカチオンは、オゾン処理システムが液体を受け入れるときに液体中に存在していてもよいし、あるいはオゾン処理システムによって液体に添加されてもよい。
【００２４】
[0022]その他の形態において、酸性イオン化オゾン処理液の製造方法を提供する。本方法は、液体中に存在するカチオンを酸系カチオン交換樹脂からのＨ＋イオンと交換することと；液体をオゾン処理することとを含む。カチオンの交換と液体のオゾン処理とが協同して、酸性イオン化オゾン処理液を生産する。
【００２５】
[0023]カチオンを交換した後に、液体をオゾン処理してもよい。カチオンを交換する前に、液体をオゾン処理してもよい。
【００２６】
[0024]上述のような方法を用いて生産されたオゾン処理液中のオゾンの平均寿命は、酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長くすることができる。
【００２７】
[0025]本方法はまた、カチオンを交換する前に、受け取った液体にカチオンを添加することを含んでいてもよい。
【００２８】
[0026]さらにその他の形態において、液体中に溶解したオゾンの平均寿命を長くするシステムを提供する。本システムは、酸系カチオン交換樹脂であって、該樹脂において液体中のカチオンがＨ＋イオンに交換されるように適合させた樹脂と；酸系カチオン交換樹脂と流体連通するオゾン溶解装置とを含み、オゾン溶解装置と酸系カチオン交換樹脂とが協同して酸性イオン化オゾン処理液を生産する。酸性イオン化オゾン処理液中のオゾンの平均寿命は、酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い。
【００２９】
[0027]さらにその他の形態において、液体中に溶解したオゾンの平均寿命を長くする方法を提供する。本方法は、液体中に存在するカチオンを酸系カチオン交換樹脂からのＨ＋イオンと交換することと；液体をオゾン処理することとを含み、カチオンの交換と液体のオゾン処理とが協同して、酸性イオン化オゾン処理液を生産する。得られた酸性イオン化オゾン処理液中のオゾンの平均寿命は、酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い。
【００３０】
[0028]本発明の開示のその他の形態および特徴は、当業者であれば、以下に示す特定の例の説明を添付の図面と共に参照することにより明らかになると予想される。
【００３１】
[0029]本発明の開示の例を以下で添付された図面を参照しながら説明するが、これらは単なる例証にすぎない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の開示に従ってオゾン処理液を提供するためのシステムの図解である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１で説明されたシステムの一例の図解である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１で説明されたシステムのその他の例の図解である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１で説明されたシステムのさらにその他の例の図解である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図１で説明されたシステムのさらにその他の例の図解である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の開示に係るシステムで用いることができるオゾン処理流路の例の図解である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の開示に係るシステムで用いることができるオゾン処理流路のその他の例の図解である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の開示に係るシステムで用いることができるオゾン処理流路のさらなる例の図解である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の開示に従ってオゾン処理液を提供する方法の図解である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の開示に従ってオゾン処理液を提供するその他の方法の図解である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
[0040]一般的に、本発明の開示は、未処理水溶液中に溶解したオゾンと比較して、処理した溶液中のオゾン分解速度が低く、さらに処理した溶液中の溶存オゾンの平均寿命が長くなるように、水溶液（例えば水）を処理する方法およびシステムを提供する。
【００３４】
[0041]この詳細な説明の目的に関して、用語「水溶液」、「液体」、および「水」は、同義に用いられるが、本明細書で説明される実施態様の酸系カチオン交換樹脂を用いて処理が可能な水溶液の一例は、水である。
【００３５】
[0042]本発明の開示の実施態様に係るオゾン処理システムおよびオゾン処理水溶液の製造方法は、酸系カチオン交換樹脂を含んでおり、この酸系カチオン交換樹脂は、水溶液からカチオン種を除去して、除去したカチオン種をＨ＋イオンで置換することにより、水溶液のｐＨを低下させて（すなわち酸性度を増加させて）、酸性イオン化溶液を生産する。本発明の開示に係る方法およびシステムは、酸系カチオン交換樹脂およびオゾン溶解装置を使用して、酸性イオン化オゾン処理液を生産することができる。
【００３６】
[0043]酸系カチオン交換樹脂に受け入れられる液体にカチオンを溶解させて、樹脂でＨ＋イオンと交換可能なカチオンを供給することにより、酸性イオン化オゾン処理液を生成することができる。液体中に溶解させるカチオンは、オゾン処理システムに受け入れられる液体の供給源中に存在していてもよいし、あるいはオゾン処理システムによって添加されてもよい。例えば、オゾン処理システムは、少量のカチオンを含む水の供給源を受け入れてもよいし、さらに水にＮａＣｌ溶液を添加することにより追加のカチオンを添加してもよい。
【００３７】
[0044]加えて、当然のことながら、−ＯＨイオンは添加されたＨ＋イオンと反応して、中性の非イオン化溶液を生成すると予想されるために、本発明の開示に係る方法およびシステムは、−ＯＨイオンを生成する陰イオン交換樹脂を含まない。
【００３８】
[0045]図１に、本発明の開示の実施態様に係るオゾン処理システムを図示する。図１からわかるように、オゾン処理システム１は、液体をシステムに入れるための注入口２と；液体注入口２と流体連通するシステムからオゾン処理液を分配するための液体排出口４と；液体注入口２および液体排出口４と流体連通する酸系カチオン交換樹脂６と；液体注入口２、液体排出口４、および酸系カチオン交換樹脂６と流体連通するオゾン溶解装置８とを含む。オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂６において受け入れた液体中のカチオンをＨ＋イオンと交換し；受け入れた液体をオゾン溶解装置８を用いてオゾン処理することにより酸性イオン化オゾン処理液を生産して、酸性イオン化オゾン処理液を液体排出口４から分配するように適合される。
【実施例】
【００３９】
[0046]実験結果。未処理のカチオンを含む液体（例えば水道水）を酸系カチオン交換樹脂およびオゾン供給源で処理したところ、１）未処理水道水、２）脱イオン水、３）酸性化した水道水、および４）酸性化した脱イオン水と比較して、オゾン分解速度が減少した（従って溶存オゾンの平均寿命が長くなった）オゾン処理溶液が得られたことが発見された。カーボンブロックプレフィルターを含む混床式脱イオンカートリッジを用いて脱イオン水を生産した。コロナ放電を１アンペアの電流用いて、流速２．５〜３ガロン／分の冷たい水道水でオゾンを生産した。マイクロ７＋（Micro 7+）溶存オゾン測定システムを用いてオゾン濃度を測定した。以下の表１および２に、５種の異なる水溶液の半減期を示す。
【００４０】
【表１】
2015142915.tif 000003
【００４１】
【表２】
2015142915.tif 000004
【００４２】
[0047]表１および２からわかるように、水道水を酸系カチオン交換樹脂を用いて処理し、この溶液をオゾン処理することによりオゾンの半減期が長くなり、その半減期は、酸系カチオン交換樹脂で処理されていない類似のｐＨを有するその他の溶液のオゾンの半減期よりも長い。
【００４３】
[0048]背景技術の節で考察したように、ErickssonおよびUhmによれば、類似のｐＨを有する溶液はいずれも類似のオゾンの半減期を有し、より低いｐＨを有する溶液はより長いオゾンの半減期を有すると予想されることから、これは驚くべきことである。
【００４４】
[0049]表１からわかるように、弱酸性カチオン交換樹脂を用いて生産された溶液は、酢酸（ＡｃＯＨ）を用いて得られた水道水の溶液よりも酸性度が低いにもかかわらず（ｐＨ４．６５に対してｐＨ５．２）、弱酸性カチオン交換樹脂で処理された水道水は、より長いオゾンの半減期を達成する（４０分に対して２時間）。
【００４５】
[0050]加えて、表１および２からわかるように、いずれの溶液も極めて類似したｐＨを示したにもかかわらず、強酸性カチオン交換樹脂で処理した水道水は、脱イオン水中のオゾンの半減期よりも有意に長いオゾンの半減期を達成する。半減期がｐＨによって決まるのであれば、酢酸処理でｐＨ３．４になった脱イオン水道水は、強酸性カチオン交換樹脂
での処理でｐＨ３．１５になった水道水と類似したオゾンの半減期を有すると予想するであろう。しかしながら、ｐＨ３．４の脱イオン水道水のオゾンの半減期は１．５時間であり、一方でｐＨ３．１５の強酸カチオン交換樹脂で処理した水道水のオゾンの半減期は６時間であることから、この予想は当てはまらない。
【００４６】
[0051]同様の趣旨で、米国特許第６，９６４，７３９号によれば、オゾン生産に脱イオン水を使用することが有益である。しかしながら、脱イオン水そのものでは極めて短いオゾンの半減期（５分）しか達成されず、酸処理した脱イオン水では、それに対応する酸系カチオン交換樹脂で処理した水道水よりもオゾンの半減期は短くなった。これは、酸処理した脱イオン水のｐＨが酸系カチオン交換樹脂で処理した水道水のｐＨよりも低い場合であっても当てはまる。観察からわかるように、弱酸のｐＨ３．４（ＤＩ水）と、ｐＨ５．２（カチオン交換樹脂処理）とはそれぞれ、１．５時間の半減期および２時間の半減期に相当し、強酸のｐＨ２．７（ＤＩ水）と、ｐＨ３．１５（カチオン交換樹脂処理）とはそれぞれ、４時間の半減期および６時間の半減期に相当する。
【００４７】
[0052]上記で示したデータから明らかなように、混床式カラムを用いて水道水からカチオンを除去して、脱イオン水を生産し、続いて酸を添加してｐＨを低下させることでは、酸系カチオン交換樹脂で処理した水道水と同等な溶液は生産されない。酸系カチオン交換樹脂で処理した水道水におけるオゾンの平均半減期は、酸性化した脱イオン水の平均半減期よりも長い。
【００４８】
[0053]上記で考察された実験結果で証明されたように、酸系カチオン交換樹脂を使用するシステム、および酸性イオン化オゾン処理液を協調的に生産するためのオゾン溶解装置によって生成する溶液は、溶存オゾンの平均寿命が、酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命よりも長く；酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命よりも長い溶液である。
【００４９】
[0054]これを説明するために、酸性イオン化オゾン処理液中に溶解したオゾンの平均寿命を「長くする」または「延長する」という用語は、酸性イオン化オゾン処理液中のオゾンの平均寿命を、酸系カチオン交換樹脂で処理せず、酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した液体中のオゾンの平均寿命；および酸性イオン化オゾン処理液のｐＨと等しいｐＨにするのに十分な液体酸で処理した脱イオン液体中のオゾンの平均寿命と比較して長くすることを意味する。
【００５０】
[0055]例えば、表２で示されたように、強酸性カチオン交換樹脂で処理した水道水（ｐＨ３．１５）中のオゾンの平均寿命は、未処理水道水；ＨＣｌで処理した水道水（ｐＨ３．２６）；およびＨＣｌで処理した脱イオン水道水（ｐＨ２．７）と比較して、「長い」か、または「延長される」。
【００５１】
[0056]異なる実施態様において、本発明の説明に係るオゾン処理システム１は、例えば、再循環式オゾン処理システム；再循環式「オンデマンド」オゾン処理システム；非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システム；または当業界公知のその他のあらゆるタイプのオゾン処理システムであってもよい。酸系カチオン交換樹脂を含む本発明の開示の実施態様に係る特定のオゾン処理システムの例を以下のさらなる詳細な説明で考察する。本発明の説明の実施態様に係るオゾン溶解装置は、例えば、オゾン処理流路であってもよい。オゾン処理流路の例を以下のさらなる詳細な説明で考察する。
【００５２】
カチオン交換樹脂
[0057]以下の考察は、酸系カチオン交換樹脂６の実施態様に関する。イオン交換樹脂は
、溶液を分離したり、精製したり、汚染除去したりするのに用いられることが多い。イオン交換樹脂は不溶性マトリックスであり、マトリックス表面に、溶液からイオンを表面上に捕らえて、交換時に表面から溶液にイオンを放出することを同時に行う官能基を含む。このような方式で、溶液を処理することにより、樹脂と溶液との間でイオン交換が起こる。
【００５３】
[0058]イオン交換樹脂は１種のイオンを担持しており、このイオンが溶液に放出されるが、１種またはそれより多くのその代わりのイオンを特に選択して、それらが溶液から除去されるようになっていてもよい
[0059]イオン交換樹脂は、広義にはカチオン交換樹脂またはアニオン交換樹脂に分類される。カチオン交換樹脂は、正電荷を有するイオン（すなわちカチオン）を交換し、一方でアニオン交換樹脂は、負電荷を有するイオン（すなわちアニオン）を交換する。
【００５４】
[0060]いくつかの一般的なカチオンの親和性の順序は、およそ以下の通りである：Ｈｇ２＋＜Ｌｉ＋＜Ｈ＋＜Ｎａ＋＜Ｋ＋≒ＮＨ４＋＜Ｃｄ２＋＜Ｃｓ＋＜Ａｇ＋＜Ｍｎ２＋＜Ｍｇ２＋＜Ｚｎ２＋＜Ｃｕ２＋＜Ｎｉ２＋＜Ｃｏ２＋＜Ｃａ２＋＜Ｓｒ２＋＜Ｐｂ２＋＜Ａｌ３＋＜Ｆｅ３＋。従ってカチオン交換樹脂は、例えば、溶液ベースのＫ＋イオンを樹脂ベースのＮａ＋イオンで交換することができ；あるいは溶液ベースのＣａ２＋、Ｍｇ２＋またはＦｅ３＋イオンを樹脂ベースのＮａ＋またはＨ＋イオンで交換することができる。
【００５５】
[0061]いくつかの一般的なアニオンの親和性の順序は、およそ以下の通りである：ＯＨ−≒Ｆ−＜ＨＣＯ３−＜Ｃｌ−＜Ｂｒ−＜ＮＯ３−＜ＨＳＯ４−＜ＰＯ４３−＜ＣｒＯ４２−＜ＳＯ４２−。従ってアニオン交換樹脂は、例えば、溶液ベースのＣｌ−イオンを樹脂ベースのＯＨ−イオンで交換することができる。
【００５６】
[0062]脱イオン水とは、例えば混床式カラムでカチオン交換樹脂とアニオン交換樹脂の両方で処理して、（１）溶液からカチオンを除去してそれらをＨ＋イオンで置換し、（２）溶液からアニオンを除去してそれらをＯＨ−イオンで置換した水である。添加されたＨ＋とＯＨ−イオンとが共に反応して水（Ｈ２Ｏ）を形成することにより、脱イオン水が得られる。
【００５７】
[0063]カチオン交換樹脂は、樹脂表面の官能基に応じて「強酸性」または「弱酸性」に分類される。強酸性樹脂は、そのＨ＋イオンを差し出す性質が強酸（例えば１未満のｐＫａを有する酸）の性質と類似しているためにそのように名付けられている。すなわち、強酸および強酸性樹脂の官能基は容易に解離してＨ＋イオンを供給する。弱酸性樹脂は、そのＨ＋イオンを差し出す性質が弱酸（例えば１よりも大きいｐＫａを有する酸）の性質と類似しているためにそのように名付けられている。弱酸および弱酸性樹脂の官能基は、強酸および強酸性樹脂の官能基ほどＨ＋イオンを差し出す傾向は強くない。
【００５８】
[0064]強酸性カチオン交換樹脂は、例えばスルホン酸官能基（ｐＫａ≒−２．５）を含む。弱酸性カチオン交換樹脂は、例えばカルボン酸基（ｐＫａ≒４．７５）を含む。
【００５９】
[0065]本願の実施態様に係るオゾン処理システムは、水溶液からカチオン種を除去して除去したカチオン種をＨ＋イオンで置換することにより、水溶液のｐＨを低下させる酸系カチオン交換樹脂を含む。オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂の混合物を含んでいてもよく；例えばカチオン交換樹脂は、強酸性樹脂、弱酸性樹脂、強酸性樹脂の混合物、弱酸性樹脂の混合物、またはそれらのあらゆる組み合わせであってもよい。酸系カチオン交換樹脂は、あらゆる市販の酸系カチオン交換樹脂であってもよい。
【００６０】
[0066]あるいは、酸系カチオン交換樹脂は、その場で酸系カチオン交換樹脂に変換される市販のカチオン交換樹脂を含んでもよい。例えば、酸系カチオン交換樹脂としては、まずＨ＋以外のイオンを有するカチオン交換樹脂として生産または購入して、その後、オゾン処理システムに添加する前に酸系カチオン交換樹脂に変換したものでもよい。あるいは、カチオン交換樹脂としては、カチオン交換樹脂がオゾン処理システムに添加した後に酸系カチオン交換樹脂に変換したものでもよく、このような変換は例えば再生した所定量の酸を樹脂を含む流路を通過させることによりなされてもよい。
【００６１】
[0067]典型的な樹脂は、有機高分子の基質から形成することができ、例えば架橋ポリスチレンから形成され、この場合、架橋剤はジビニルベンゼンであってもよい。マトリックス中に孔を有する樹脂を形成することもできる。このような樹脂は粒子または膜であってもよく、この場合、粒子は３０μｍ未満で８００μｍよりも大きくてもよい。このような樹脂は、例えば０よりも大きく６ミリ当量／グラムよりも小さい当量を有していてもよい。
【００６２】
[0068]酸系カチオン交換樹脂は、実質的に全てのＨ＋カチオンが交換された後に廃棄してもよいし、あるいは酸系カチオン交換樹脂は、酸溶液と接触させて再生してもよい。
【００６３】
オゾン処理システム
[0069]本願は、一般的に、オゾン処理方法およびシステムを説明するが、これらは、本願と発明者らが共通の米国仮特許出願第６１／４０９，２７４号（２０１０年１１月２日付けで出願）および２００９年９月３０日付けで出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＣＡ２０１０／００１５２０でさらに詳細に説明されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＣＡ２０１０／００１５２０は、以下の米国仮特許出願、すなわち米国仮特許出願第６１／２４８，１０２号（２００９年１０月２日付けで出願）；米国仮特許出願第６１／２４８，０７５号（２００９年１０月２日付けで出願）；および米国仮出願第６１／２４８，０５５号（２００９年１０月２日付けで出願）の優先権を主張する。
【００６４】
[0070]再循環式オゾン処理システム。本発明の開示に係るオゾン処理システムの一例において、オゾン処理システムは、再循環式オゾン処理流路を包含する。上記で考察したように、水溶液および再循環式オゾン処理流路を保持するタンクを備えた再循環式オゾン処理システムが設計される。水溶液をオゾン処理流路に流して、そこに所定量のオゾンを溶解させる。水溶液は、再循環させてタンクに戻す。
【００６５】
[0071]図２Ａに、このような再循環式オゾン処理システムの特定の例の一つを図示する。再循環式オゾン処理システム１０は、水溶液の注入口１２と、注入口１２から水溶液を受け入れ、水溶液中のカチオンをＨ＋イオンで置換することにより水溶液を処理するように適合させた酸系カチオン交換樹脂１４と、樹脂１４から水溶液を受け入れるように適合させた貯蔵タンク１６と、水溶液中にオゾンを溶解させて、水溶液を再循環させて貯蔵タンク１６に戻すように適合させたオゾン処理流路１８と、システム１０から処理したオゾン処理水溶液を分配するように適合させた排出口２０とを含む。
【００６６】
[0072]本発明の開示に係る再循環式オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂を多数の別の配置で包含していてもよく、例えば、オゾン処理流路に直接的に（図２Ａで図示したように）；例えば貯蔵タンクからからカチオン交換樹脂への溶液を再利用して貯蔵タンクに戻す再循環流路中に；または貯蔵タンクそれ自身に配置される。あるいは、オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂で処理された水溶液を受け入れるように適合させた貯蔵タンクを含んでいてもよく、この場合、貯蔵タンクおよび酸系カチオン交換樹脂は独立して、オゾン処理流路の一部であってもよいし、またはそうでなくてもよい。例えば
、オゾン処理流路の一部ではない第一のタンクで水溶液を処理して、続いて処理済み水溶液をオゾン処理流路の一部の貯蔵タンクに移動してもよい。その他の例において、水溶液を貯蔵タンクにポンプ注入するときに水溶液を樹脂に晒すことによって水溶液を酸系カチオン交換樹脂で処理してもよく、この場合、貯蔵タンクはオゾン処理流路の一部ではない。
【００６７】
[0073]再循環式「オンデマンド」オゾン処理システム。本発明の開示に係るオゾン処理システムのその他の例において、オゾン処理システムは、再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムを包含する。上記で考察したように、水溶液およびオゾン処理溶液を再循環させて貯蔵タンクに戻すオゾン処理流路を保持するタンクを備えた再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムが設計される。このようなシステムでは、オゾン処理溶液を分配するかどうかに関係なく、システム中の溶液がオゾン処理される。このようなシステムでは、水溶液にオゾンを連続的に添加して、分解されたオゾンを置換したり、または添加された新しい溶液をオゾン処理してシステムから除去されたオゾン処理溶液と置換したりすることができる。最終的には、オゾン処理システムで用いられる注入口および排出口の流速、加えてオゾン処理流路の効率に基づいてオゾン処理溶液の定常状態が達成される。
【００６８】
[0074]図２Ｂに、このような再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムの特定の例の一つを図示する。再循環式オゾン処理システム１０’は、水溶液の注入口１２’と、水溶液中のカチオンをＨ＋イオンで置換することにより水溶液を処理して、水溶液を再循環させて貯蔵タンク１６’に戻すように適合させた再循環流路中に配置された、酸系カチオン交換樹脂１４’と（ここで貯蔵タンク１６’は注入口１２’からの水溶液を受け入れるように適合させる）、水溶液中にオゾンを溶解させて、水溶液を再循環させて貯蔵タンク１６’に戻すように適合させたオゾン処理流路１８’と、システム１０’から処理したオゾン処理水溶液を分配するように適合させた排出口２０’とを含む。
【００６９】
[0075]本発明の開示に係る再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂を多数の別の配置で包含していてもよく、例えば、オゾン処理流路に直接的に；例えば貯蔵タンクからからカチオン交換樹脂への溶液を再利用して貯蔵タンクに戻す再循環流路中に（図２Ｂで図示したように）；または貯蔵タンクそれ自身に配置される。あるいは、オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂で処理された水溶液を受け入れるように適合させた貯蔵タンクを含んでいてもよく、この場合、貯蔵タンクおよび酸系カチオン交換樹脂は独立して、オゾン処理流路の一部であってもよいし、またはそうでなくてもよい。例えば、オゾン処理流路の一部ではない第一のタンクで水溶液を処理して、続いて処理済み水溶液をオゾン処理流路の一部の貯蔵タンクに移動してもよい。その他の例において、水溶液を貯蔵タンクにポンプ注入するときに水溶液を樹脂に晒すことによって水溶液を酸系カチオン交換樹脂で処理してもよく、この場合、貯蔵タンクはオゾン処理流路の一部ではない。
【００７０】
[0076]非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システム。本発明の開示に係るオゾン処理システムのさらにその他の例において、オゾン処理システムは、非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムを包含する。上記で考察したように、非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムは、オゾン処理流路を通る単一の経路を介して溶液に添加されたオゾンを分配する。
【００７１】
[0077]図２Ｃに、このような非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムの特定の例の一つを図示する。非再循環式オゾン処理システム１０”は、水溶液の注入口１２”と、水溶液中のカチオンをＨ＋イオンで置換することにより水溶液を処理して、水溶液を再循環させて貯蔵タンク１６”に戻すように適合させた再循環流路に配置された、酸系カチオン交換樹脂１４”と（ここで貯蔵タンク１６”は注入口１２”からの水溶液を受け入れ
るように適合させる）、貯蔵タンク１６”中の水溶液を受け入れ、水溶液中にオゾンを溶解させるように適合させた非再循環式オゾン処理流路１８”と、システム１０”から処理したオゾン処理水溶液を分配するように適合させた排出口２０”とを含む。図２Ｃで図示したシステムでは、オゾン処理流路１８”は、オゾン処理水がシステム１０”から分配されるときだけ活性化され、一方で、酸系カチオン交換樹脂１４”から貯蔵タンク１６”への再循環は、連続的に行ってもよいし、断続的に行ってもよいし、水溶液が貯蔵タンク１６”に添加された後に行ってもよいし、あるいは水溶液がオゾン処理流路１８”を通過する前に樹脂１４”が水溶液中のカチオンをＨ＋イオンで置換できるその他のあらゆる時点で行ってもよい。
【００７２】
[0078]図２Ｄに、このような非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムその他の特定の例を図示する。非再循環式オゾン処理システム１０”’は、水溶液の注入口１２”’と、注入口１２”’から水溶液を受け入れ、水溶液中のカチオンをＨ＋イオンで置換することにより水溶液を処理するように適合させた酸系カチオン交換樹脂１４”’と、酸系カチオン交換樹脂１４”’から水溶液を受け入れ、水溶液中にオゾンを溶解させるように適合させた非再循環式オゾン処理流路１８”’と、システム１０”’から処理したオゾン処理水溶液を分配するように適合させた排出口２０”’とを含む。
【００７３】
[0079]本発明の開示に係る非再循環式「オンデマンド」オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂を多数の別の配置で包含していてもよく、例えば、オゾン処理流路に直接的に（図２Ｄで図示したように）；例えば貯蔵タンクからからカチオン交換樹脂への溶液を再利用して貯蔵タンクに戻す再循環流路中に（図２Ｃで図示したように）；または貯蔵タンクそれ自身に配置される。あるいは、オゾン処理システムは、酸系カチオン交換樹脂で処理された水溶液を受け入れるように適合させた貯蔵タンクを含んでいてもよく、この場合、貯蔵タンクおよび酸系カチオン交換樹脂は独立して、オゾン処理流路の一部であってもよいし、またはそうでなくてもよい。例えば、オゾン処理流路の一部ではない第一のタンクで水溶液を処理して、続いて処理済み水溶液をオゾン処理流路の一部の貯蔵タンクに移動してもよい。その他の例において、水溶液を貯蔵タンクにポンプ注入するときに水溶液を樹脂に晒すことによって水溶液を酸系カチオン交換樹脂で処理してもよく、この場合、貯蔵タンクはオゾン処理流路の一部ではない。
【００７４】
[0080]特定の例の一つにおいて、水溶液が第一のタンクにポンプ注入されるときに水溶液を樹脂に晒すことによって水溶液を酸系カチオン交換樹脂で処理してもよい。処理済み水溶液の一部が必要になるまで、処理済み水溶液を第一のタンク中で維持してもよく、必要になった時点で、処理済み水溶液の一部をオゾン処理水溶液分配システム、例えば手持ち式の噴霧器の貯蔵タンクに移す。オゾン処理水溶液分配システムは、オゾン処理流路を含み、この場合、貯蔵タンクはオゾン処理流路の一部である。このような例において、本願に係るオゾン処理システムは、少なくとも酸系カチオン交換樹脂、第一のタンク、貯蔵タンク、およびオゾン処理流路を含むと予想される。
【００７５】
オゾン処理流路
[0081]オゾン処理流路は、オゾン供給源を含む。水溶液（例えば水）は望ましい流速でオゾン処理流路を通過し、オゾンが水溶液に添加される。以下でより詳細に考察するように、オゾンは、例えば、溶液にオゾンガスを添加することによって、またはオゾン処理流路で直接的にオゾンを形成することによって添加することができる。本願に係る様々な典型的なオゾン処理流路において、オゾン処理流路はミキサーを含み、この場合、オゾンは水溶液に添加されて、続いてミキサーで混合される。
【００７６】
[0082]液体供給源。当然のことながら、オゾン処理流路に入る液体供給源は、どのような液体供給源であってもよい。例えば液体供給源は、自治体の水源、または貯蔵タンクで
あってもよい。貯蔵タンクは、オゾン処理システムの一部であってもよいし、あるいはオゾン処理システムと分かれていてもよい。貯蔵タンクがオゾン処理システムの一部である場合、貯蔵タンクは、オゾン処理流路の一部であってもよい。
【００７７】
[0083]オゾン供給源。オゾン処理流路は、オゾンガスを使用することができ、この場合、オゾンガスは、オゾン−液体混合物を生成するための液体−ガスミキサーに供給される。オゾンガスは、多数の様々な供給源から供給することができる。例えば、オゾンは、放電式オゾンガス発生器、例えばコロナ放電式オゾンガス発生器で生産されたオゾンガスを用いて水溶液に添加することができる。
【００７８】
[0084]コロナ放電システムによれば、電極を高い電位で使用して、投入した酸素ガスに電流を通してガスをイオン化させることにより、電極の周りにプラズマが形成される。イオン化したガスを酸素と再度結合させてオゾンを形成する。コロナ放電システムで用いられる酸素ガスは、空気由来でもよいし、またはその他の酸素源由来の酸素でもよく、例えば酸素濃縮器からの生成物であってもよい。オゾンガス生成に空気が用いられる場合、より高濃度のオゾンは、供給される空気中の水分量を減少させること、および／または供給される空気中の酸素濃度を（例えば窒素を除去することにより）増加させることによって達成できる。水分量を減少させること、または酸素濃度を増加させることは、以下で説明されているように、例えば取り外し可能なカートリッジを用いることによって達成することができる。コロナ放電システムでは、持続的なイオン化または断続的なイオン化を使用してオゾンを生成することができる。コロナ放電は、典型的には、２つの非対称の電極、すなわち大きく湾曲した電極（例えばニードルまたは小口径のワイヤーの先端）と小さい曲率の電極（例えば陽極または接地）とを使用する。コロナは、大きく湾曲した電極における電圧の極性に応じて正コロナでもよいし、または負コロナでもよい。具体的な実施態様において、負コロナ放電システムが用いられる。公知のコロナ放電システムのいくつかの実施態様において、１時間あたり１０グラムものオゾンを提供することができる。
【００７９】
[0085]あるいは、電解式オゾン発生器によって生産されたオゾンを用いて水溶液にオゾンを添加してもよい。このような発生器は、水または水を含む液体の電解分解によりオゾンを生産することによって、ガス状のオゾンを生産しないでオゾン−液体混合物を生成する。電解式オゾン発生器は、２００８年３月２０日に公開されたKitaoriの米国特許公報
第２００８／００６７０７８号；１９９５年４月１８日に発行されたShimamuneの米国特
許第５，４０７，５５０号；１９９４年７月５日に発行されたNakamatsuの米国特許第５
，３２６，４４４号；１９９９年５月４日に発行されたIidaの米国特許第５，９００，１２７号；２００７年９月１３日に公開されたTakasuの米国特許公報第２００７／０２１２５９４号に開示されており、これらはいずれも、参照により本明細書に組み込まれる。
【００８０】
[0086]ミキサー。オゾン処理流路で用いられるミキサーは、例えば、オゾン発生器下流の流路の一部であってもよいし、オゾン発生器下流の流路中の一時的なくびれ（constriction）であってもよいし、あるいは流体の流れに乱流を引き起こすその他のあらゆる特徴を有するものであってもよく、このようなミキサーにより気泡の大きさを小さくして水溶液中のオゾンの溶解を高めることができる。オゾン発生器によって生産されたオゾンガスを使用するオゾン処理流路において、ミキサーは例えばベンチュリ管であってもよく、オゾンガスと水溶液とがベンチュリ管で混合されてもよい。
【００８１】
[0087]流路中の一時的なくびれは、くびれを通過する流体の速度を高めることによって、くびれ下流の圧力を低下させ、くびれ上流の圧力を高める。一時的なくびれは、流体中に乱流をもたらし、流体中のオゾンの溶解を高める。オゾン供給源が電解式オゾン発生器である場合、電解式オゾン発生器下流の流路中の一時的なくびれを使用して電解式オゾン発生器中の流体圧力を高めることが有利な場合があり、これは、電解式オゾン発生器は高
圧下でより効率的に稼働する可能性があるためである。
【００８２】
[0088]乱流を引き起こす特徴のその他の例は、流体ポンプである。流体ポンプをオゾン処理流路中に配置して、液体注入口から水溶液を引き出すことができ、それにより水溶液がオゾン処理流路に供給される。ポンプヘッドによって生じた乱流は、オゾン供給源から生成したオゾンの気泡の大きさを小さくして、水溶液中のオゾンの溶解を高めることができる。
【００８３】
[0089]ガス−液体セパレーター。オゾン処理流路はまた、ガス−液体セパレーターを含んでいてもよく、これは、ガス−液体混合物を、脱気したオゾン処理水と分離したオゾンガスとに分離するものである。このような実施態様では、分離したオゾンガスをオゾン破壊装置で破壊して、その結果生じた酸素ガスを大気に排気することができる。脱気したオゾン処理水は、ガス−液体セパレーターによって液体排出口に供給することができる。考慮される様々なガス−液体セパレーターの例は、参照により本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／４０９，２７４号（２０１０年１１月２日付けで出願）で考察されている。
【００８４】
[0090]流路。オゾン処理流路、例えばオゾン生産のためにコロナ放電システムまたは電解式オゾン発生器のいずれかを含む流路は、水溶液にオゾンを供給するために多種多様の方式で設計することができる。
【００８５】
[0091]例えば、電解式オゾン発生器は、流体流路中に主要な流体流路と平行して配置されていてもよい。このようなオゾン処理流路では、電解式オゾン発生器を含む平行な流体流路は、オゾン処理流路の液体注入口またはオゾン処理流路の液体排出口に流れる流体よりも低い流速で流れる可能性がある。電解式オゾン発生器を用いた場合、オゾン濃度と流体の流速との関係は非線形であり、流速を低下させるとオゾン濃度の増加が起こる。流体の流れの一部を主要な流体流路から逸らすことにより、それと平行な流体流路を通る流速の低下が起こる。流速を低下させたサイドストリーム中に電解式オゾン発生器を配置することにより、主要な流体流路中に配置された電解式オゾン発生器によって生じたオゾン濃度と比較してオゾン濃度を高めることができる。オゾン濃度と流体の流速との関係は非線形であることから、流速を低下させた平行なサイドストリーム中に電解式オゾン発生器を配置することにより、そのシステムで生成するオゾンの全量を増やすことができる。
【００８６】
[0092]その他の例において、オゾン処理流路は、第一の液体注入口と第二の液体注入口とを含んでいてもよく、この場合、第一の液体注入口は、液体の第一の部分を受け入れて第一の流速で第一の流路中のオゾン処理流路に送り、第二の液体注入口は、液体の第二の部分を受け入れて第二の流速で第二の流路中のオゾン処理流路に送る。第一の流路と第二の流路とは、分配流路に統合される。第一および第二の流速は、分配流路の液体排出口から分配された液体のオゾン濃度が最適化されるように選択することができる。オゾン処理流路は、２つより多くの液体注入口を含んでいてもよいし、あるいは２つより多くの液体注入口を含む。
【００８７】
[0093]構成要素。上記で考察されたオゾン処理流路はいずれも、１つより多くのオゾン供給源を含んでいてもよいし、および／またはそれに加えて１つまたはそれより多くの酸化還元電位（ＯＲＰ）センサー、１つまたはそれより多くの液体−液体ミキサー、１つまたはそれより多くの供給ポンプ、１つまたはそれより多くのガス−液体セパレーター、１つまたはそれより多くのオゾン破壊装置、またはあらゆるそれらの組み合わせを含んでいてもよい。考慮される様々な上記の構成要素を含むオゾン処理流路の例は、参照により本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第６１／４０９，２７４号（２０１０年１１月２日付けで出願）で考察されている。
【００８８】
[0094]典型的なオゾン処理流路。図３Ａ〜３Ｃに、典型的なオゾン処理流路を図示する。これらの典型的なオゾン処理流路が、上記で考察されたオゾン処理システムのいずれか、例えば図２Ａ〜２Ｄで図示したオゾン処理システムに包含されていてもよい。
【００８９】
[0095]図３Ａで図示した典型的なオゾン処理流路１１０では、液体注入口１１２は、オゾン処理しようとする水溶液を受け入れてオゾン処理流路に送るように配置される。液体注入口１１２は、水溶液を直接受け入れてオゾン処理流路に送る。液体注入口１１２は、オゾン処理溶液が生産され続ける限り水溶液を受け入れる。水溶液が望ましい流速でオゾン処理流路を通過すると、ミキサー１１４でオゾンと混合される。オゾンは、水の電解分解によりオゾンを生産する電解式オゾン発生器１１６を用いて流路１１０に添加される。図３Ａで図示した流路において、電解式オゾン発生器１１６は、液体注入口１１２と同列上にあり、液体注入口１１２を介して受け入れられ流路に送られた水を分解する。液体排出口１１８は、オゾン処理液を望ましい流速で（例えば末端使用者が使用するための流速で）分配する。液体排出口１１８からの流速は、液体注入口１１２への流れと実質的に同じであり、これは、注入口の流れは排出口の流れに直接的に依存し、流路に受け入れた液体が流路内の液体を追い出すためである。
【００９０】
[0096]図３Ｂで説明される典型的なオゾン処理流路は、図３Ａで図示した流路と平行になっているが、電解式オゾン発生器１１６が、主要な流体流路に平行な流体流路中に配置されている。電解式オゾン発生器１１６を含む平行な流体流路の流速は、液体注入口１１２または液体排出口１１８で流れる流体の流速よりも低いと予想される。電解式オゾン発生器を用いた場合、オゾン濃度と流体の流速との関係は非線形であり、流速を低下させると、オゾン濃度の増加が起こる。流体の流れの一部を主要な流体流路から逸らすことにより、その平行な流体流路を通る流速の低下が起こる。流速を低下させたサイドストリーム中に電解式オゾン発生器１１６を配置することにより、主要な流体流路中に配置された電解式オゾン発生器に関連するオゾン濃度と比較してオゾン濃度の増加が起こる可能性がある。オゾン濃度と流体の流速との関係は非線形であることから、流速を低下させた平行なサイドストリーム中に電解式オゾン発生器１１６を配置することにより、そのシステムで生成するオゾンの全量を増やすことができる。
【００９１】
[0097]図３Ｃで図示された典型的なオゾン処理流路は、図３Ｂで図示した流路と平行になっているが、第一の液体注入口１１２および第二の液体注入口１１２’を含み、この場合、第一の液体注入口１１２は、液体の第一の部分を受け入れ第一の流速で第一の流路中のオゾン処理流路に送り、第二の液体注入口１１２’は、液体の第二の部分を受け入れ第二の流速で第二の流路中のオゾン処理流路に送る。第一の流路と第二の流路とは、分配流路に統合される。図３Ｃで図示したオゾン処理流路の第一の流速および第二の流速は、液体排出口１１８から分配された液体のオゾン濃度が最適化されるように選択することができる。オゾン処理流路のその他の実施態様として、図３Ｃで図示した２つより多くの液体注入口を含むオゾン処理流路がある。
【００９２】
方法
[0098]本発明の説明に係る方法およびシステムは、処理済み水溶液をオゾンに晒す前またはその後に、オゾン処理しようとする水溶液を酸系カチオン交換樹脂を用いて処理して、処理済みのオゾン処理液を生成することができ、このオゾン処理液は、液体排出口から分配される。
【００９３】
[0099]図４Ａに、本発明の説明に係る方法の一例を図示する。未処理のオゾン処理されていない液体２１０を２１２で受け取り、２１４で、受け取った液体中に存在するカチオンを酸系カチオン交換樹脂を用いてＨ＋イオンと交換する。２１６で、得られた液体をオ
ゾン処理して酸性イオン化オゾン処理液２１８を生産する。
【００９４】
[00100]その他の例において、図４Ｂで図示した未処理のオゾン処理されていない液体
２１０’を２１２’で受け取り、２１６’で、オゾン処理してオゾン処理液を生産する。２１４’でオゾン処理液中に存在するカチオンを酸系カチオン交換樹脂を用いてＨ＋イオンと交換し、酸性イオン化オゾン処理液２１８’を生産する。
【００９５】
[00101]これらの記載された詳細な説明は、本発明を開示するための最良の形態を含む
例を使用しており、本発明の実施、例えばいずれかの装置またはシステムの製造および使用、ならびに包含されるあらゆる方法の実行が全ての当業者によって可能になる。上述の例は単に説明のためである。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく特定の例に変更、改変、およびバリエーションを施すことが可能である。
【００９６】
[00102]本発明の特許請求の範囲は請求項によって定義されるが、当業者が想到するそ
の他の例も含み得る。このようなその他の例は、請求項の文言と同じ構成要素を有する場合、あるいは請求項の文言とわずかな差異があるが等価な構成要素を含む場合、特許請求の範囲内であるとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【外国語明細書】
2015142915000001.pdf