(57)【要約】【課題】原料ガスを供給する経路を設けることなくオゾン水を製造することが可能で、しかも高濃度のオゾンを含有し、しかもオゾンの濃度が安定したオゾン水を連続的に製造することが可能なオゾン水の製造装置等を提供する。【解決手段】原水を供給する給水部と、オゾンガスを発生させるオゾン発生部と、気体と液体とを混合する気液混合部と、気水密に構成された容器内に気体と水とを貯留する気液分離部と、オゾン水の吐出口とからなり、気液分離部の容器の気相部分に開口する吸気口とオゾンガス発生部と気液混合部とを記載した順に接続してオゾンガス発生経路とし、給水部と気液混合部とを記載した順に接続して通水経路とするオゾン水の製造装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水を供給する給水部と、オゾンガスを発生させるオゾン発生部と、気体と液体とを混合する気液混合部と、気水密に構成された容器内に気体と水とを貯留する気液分離部と、オゾン水の吐出口とからなり、
気液分離部の容器の気相部分に開口する吸気口とオゾンガス発生部と気液混合部とを記載した順に接続してオゾンガス発生経路とし、
給水部と気液混合部とを記載した順に接続して通水経路とし、
装置に原料ガスを供給する経路を設けることなく、通水経路を経て気液分離部に供給された原水中に含まれる酸素とその他のガスとを気液分離部において酸素及びその他のガスを含む気体と水とに分離し、分離された気体に含まれる酸素をオゾンガス発生経路に通すことでオゾンガスを発生させ、得られたオゾンガスと原水とを気液混合部において混合してオゾン水を生成するオゾン水の製造装置。
【請求項２】
吸気口とオゾンガス発生部と気液混合部と気液分離部とは、循環経路を形成し、気液混合部において水に溶けきれなかったオゾンガスと残留した酸素とその他のガスとを吸気口とオゾンガス発生部とを経て再度気液混合部に送り込むように構成した請求項１に記載のオゾン水の製造装置。
【請求項３】
気液分離部は、容器内に一部分が解放された小部屋を備えており、この小部屋に気液混合部の吐出口を配置した請求項１又は２に記載のオゾン水の製造装置。
【請求項４】
オゾン発生部は、表面が誘電体で覆われた複数の電極を、間隔を空けて配置してなる無声放電電極を有する請求項１ないし３のいずれかに記載のオゾン水の製造装置。
【請求項５】
気液混合部は、原水が流れる方向の上流側に配される第１絞り部と原水が流れる方向の下流側に配される第２絞り部と第１絞り部及び第２絞り部の間に配される気体供給口とを備える抽気室と、抽気室の第２絞り部に連通するテーパー部とを備え、気体供給口はオゾン発生部に接続される請求項１ないし４のいずれかに記載のオゾン水の製造装置。
【請求項６】
第１絞り部は、直径が3.0〜5.0mmの微細孔からなる請求項５に記載のオゾン水の製造装置。
【請求項７】
第１絞り部は、直径3.0〜5.0mmの複数の微細孔からなる請求項５に記載のオゾン水の製造装置。
【請求項８】
原料ガスを供給する専用の経路を介して原料ガスを供給することなく、気水密に構成された容器内で原水中に含まれる酸素とその他のガスとを酸素及びその他のガスを含む気体と水とに分離して、分離された気体に含まれる酸素をオゾン発生部に通すことでオゾンガスを生成させて、得られたオゾンガスと原水とを気液混合してオゾン水を生成するオゾン水の製造方法。
【請求項９】
生成したオゾンガスと原水とを気液混合する過程で水に溶けきれなかったオゾンガスと残留した酸素とその他のガスとを循環してオゾンガスを再度原水に溶解させる請求項８に記載のオゾン水の製造方法。
【請求項１０】
原水に含まれる酸素とその他のガスとを水中に気泡として出現させ、原水中に含まれる酸素とその他のガスとを気水密に構成された容器に吐出して酸素及びその他のガスを含む気体と水とに分離する請求項８又は９に記載のオゾン水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原水に含まれる溶存酸素を原料としてオゾンガスを発生させて、このオゾンガスを原水に溶解させてオゾン水を生成するオゾン水の製造装置、及びオゾン水の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オゾンは強力な酸化力を有する気体である。オゾンガスを水に溶解させたオゾン水は、殺菌、ウイルスの不活化、脱色処理などに利用されている。
【０００３】
特許文献１には、オゾンガスを水に混合することによってオゾン水を製造する装置が開示されている。酸素ボンベから供給された酸素をオゾン発生器（符号10a）に通してオゾンガスを発生させる。発生したオゾンガスはエジェクタ（符号30a）に供給される。エジェクタには、オゾンガスとは別の経路から水が供給される。エジェクタの下流に配されたスタティックミキサ（符号30b）で水とオゾンガスが混合することで、オゾン水が得られる。オゾン水は、密閉タンク（符号40）に貯留されて、吐出口から密閉タンク外に供給される。水に溶解しきれなかったオゾンガスは、除湿器（符号50a）及びオゾン発生器を経てエジェクタに返送される。
【０００４】
特許文献２には、空気又は酸素を原料としてオゾン水を製造する装置が開示されている。この装置では、気体導入部（符号110）から供給した酸素又は空気をオゾン発生器（符号120）に供給してオゾンガスを発生させる。そして、エジェクタ（符号130）において、給水部から供給した水とオゾンガスを混合させてオゾン水を製造する。水に溶けきれなかったオゾンガス及び空気は気体流路（符号114）を経てオゾン発生器に返送する。この装置では、下限位栓部（符号72）と上限位栓部（符号73）によって気液分離部（符号140）内の液位を調節する。上記気体導入部は、大気中に解放されるか、酸素を溜めたガスボンベに接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２‐２０７８９２号公報
【特許文献２】特開２０１３‐１２３６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１や特許文献２のような従来のオゾン水の製造装置では、酸素や空気等の原料ガスを供給する経路を、水を供給する経路とは別に設けて、オゾンガスを製造していた。このような装置において原料ガスとして酸素を使用する場合は、オゾンガスの濃度を高くすることができるので、高い濃度のオゾン水を製造することができる。しかし、酸素を溜めたガスボンベや酸素濃縮装置が必要になるため、装置が複雑かつ大型になる傾向があった。一方、原料ガスとして大気中の空気を使用する場合は、大気の気温、湿度の影響を受けやすく、特に夏季の高温、多湿な環境においては生成されるオゾンガス濃度が大きく低下するためオゾン水濃度が低下する問題があった。
【０００７】
また、装置の外部から原料ガスとして空気や酸素を装置内に供給する場合は、密閉タンクや気液分離部の液位を一定に維持し、密閉タンク又は気液分離部内の圧力が高くなりすぎないようにするために、余剰のガスを装置外に排出する必要があった。オゾンガスは酸化力が極めて強いため、排出に際しては、活性炭素やゼオライトなどのオゾンガスを吸着する手段が必要であった（引用文献１の符号24など）。吸着手段を用いない場合でも特許文献２のように、下限位栓部（符号72）と上限位栓部（符号73）などで気液分離部内の圧力と液位とを調節して、気液分離部の外にオゾンガスが排出されないように制御する必要があった。
【０００８】
本願発明では、高濃度のオゾンを含有し、しかもオゾンの濃度が安定したオゾン水を連続的に製造することができるオゾン水の製造装置、及びオゾン水の製造方法を提供する。また、装置構成が簡素で、複雑な制御を要しないオゾン水の製造装置、及びオゾン水の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来のオゾン水の製造装置では、装置に原料ガスを供給するガス専用の経路を設けて、装置外部から原料ガスを供給し、発生したオゾンガスを水に溶解させるのが通常であった。
【００１０】
本発明者らは、原水に含まれる酸素のみをオゾンガス発生の原料に使用し、しかも脱湿処理をせずにオゾン水を製造したところ、高濃度のオゾンを含有し、しかもオゾンの濃度が安定したオゾン水が連続的に得られることを発見して本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、原水を供給する給水部と、オゾンガスを発生させるオゾン発生部と、気体と液体とを混合する気液混合部と、気水密に構成された容器内に気体と水とを貯留する気液分離部と、オゾン水の吐出口とからなり、気液分離部の容器の気相部分に開口する吸気口とオゾンガス発生部と気液混合部とを記載した順に接続してオゾンガス発生経路とし、給水部と気液混合部とを記載した順に接続して通水経路とし、装置に原料ガスを供給する経路を設けることなく、通水経路を経て気液分離部に供給された原水中に含まれる酸素とその他のガスとを気液分離部において酸素及びその他のガスを含む気体と水とに分離し、分離された気体に含まれる酸素をオゾンガス発生経路に通すことでオゾンガスを発生させ、得られたオゾンガスと原水とを気液混合部において混合してオゾン水を生成するオゾン水の製造装置である。本明細書でいうその他のガスとは、空気に含まれる酸素以外の成分のことを指す。例えば、その他のガスには、窒素が含まれる。
【００１２】
上記のオゾン水の製造装置によれば、以下のオゾン水の製造方法を実施することができる。すなわち、原料ガスを供給する専用の経路を介して原料ガスを供給することなく、気水密に構成された容器内で原水中に含まれる酸素とその他のガスとを酸素及びその他のガスを含む気体と水とに分離して、分離された酸素をオゾン発生部に通すことでオゾンガスを生成させて、得られたオゾンガスと原水とを気液混合してオゾン水を生成するオゾン水の製造方法である。
【００１３】
本発明のオゾン水の製造装置及びオゾン水の製造方法において、高濃度のオゾン水が得られるのは以下の理由によると考えられる。大気圧下の空気の分圧比は、窒素が0.78atm、酸素が0.21atm、二酸化炭素とその他の気体が残りである。液体への気体の溶解度に相関する定数として、ヘンリー定数（E）が知られている。液体に対して溶けにくいガスほどEの値が大きくなる。気体と溶媒が接触している場合における、溶媒中に溶解する気体（溶質）のモル分率（ｘ）は、以下の式１で表される。以下の数１において、ｘは溶媒中に溶解する気体のモル分率（mol%）であり、ｐは気体の蒸気圧（atm）であり、Ｅはヘンリー定数である。丸善株式会社発行の化学工学便覧（第６版）によると、20℃における、窒素のEは8.04×10‐4であり、酸素のEは4.01×10‐4である。ｐが一定である場合、酸素の方が窒素に比較して水に約２倍溶けやすいのである。
【数１】
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【００１４】
上述のように、酸素は窒素に比較して水に溶解しやすいので、原水中に含まれる空気をオゾンガス生成の原料ガスとして使用すると、酸素を濃縮する効果が得られる。例えば、大気中の空気に含まれる酸素と窒素の分圧の比率は、酸素：窒素＝0.21：0.78である。空気と水が接触している場合、20℃における、溶存酸素濃度は計算では9.31mg/Lであり、溶存窒素濃度は15.09mg/Lである（酸素は6.5×10-3mol/L、窒素は12.1×10-3mol/L）。これを気液分離部で分離すると、気液分離部の容器内の気相部分における酸素と窒素の蒸気圧の比率は、酸素：窒素＝0.35:0.65である。水に溶解する前の空気の酸素の分圧と気液分離した後の酸素の分圧とを比較すると、酸素分圧が1.5倍（0.35/0.21=1.5）にもなる。同一の条件でオゾン発生部に通した場合、生成するオゾンガスの濃度も1.5倍になる。以上のように、本発明では、酸素濃縮装置や酸素ボンベを使用せずとも、原料ガスの酸素分圧を高める効果が得られる。
【００１５】
上記装置において、吸気口とオゾンガス発生部と気液混合部と気液分離部とは、循環経路を形成し、気液混合部において水に溶けきれなかったオゾンガスと残留した酸素とその他のガスとを吸気口とオゾンガス発生部とを経て再度気液混合部に送り込むように構成することが好ましい。オゾンガス発生部で生成したオゾンガスと原水とを気液混合する過程で水に溶けきれなかったオゾンガスと残留した酸素とその他のガスとを循環してオゾンガスを再度原水に溶解させることで、オゾン水のオゾン濃度を高めることができる。
【００１６】
気液分離部は、容器内に一部分が解放された小部屋を備えており、この小部屋に気液混合部の吐出口を配置することが好ましい。気液混合部からは、気体と液体との混合流が勢いよく小部屋に吐出される。小部屋の一部分は解放されているので、小部屋から溢れた液体が気液分離部の容器内に供給される。気液混合部から吐出される混合流は、小部屋に一度吐出されるので、混合流によって容器内の液面に乱れが生じにくい。容器内の液面が安定すると、容器内で気泡が水面に上昇しやすくなるので、安定して気液を分離することができる。気液の分離は、原水に含まれる酸素とその他のガスとを水中に気泡として出現させ、原水中に含まれる酸素とその他のガスとを気水密に構成された容器に吐出して酸素及びその他のガスを含む気体と水とに分離させることが好ましい。
【００１７】
オゾン発生部は、表面が誘電体で覆われた複数の電極を、適切な間隔を空けて配置してなる無声放電電極を有するものであることが好ましい。例えば、大気圧下でプラズマを発生させることができる大気圧プラズマ装置を好適に使用することができる。
【００１８】
気液混合部は、原水が流れる方向の上流側に配される第１絞り部と原水が流れる方向の下流側に配される第２絞り部と第１絞り部及び第２絞り部の間に配される気体供給口とを備える抽気室と、抽気室の第２絞り部に連通するテーパー部とを備え、気体供給口はオゾン発生部に接続されるようにすることが好ましい。原水が第１絞り部を通過する際に、圧力水頭が速度水頭に変換されて抽気室内は減圧される。抽気室の減圧によって、気体供給口からオゾンガスが吸引されると共に、原水に溶解していた酸素とその他のガスが抽気室内に抽気される。抽気室内では、通常のエジェクタなどよりも高い真空度が得られる。第１絞り部から噴出した水流は第２絞り部を通過し、テーパー部において、ガスと液とを混合した流体の速度水頭が圧力水頭に変換されて大気圧よりやや高めの圧力まで回復する。例えば、テーパー部において絶対圧で0.15MPaまで圧力が回復する。圧力が回復する過程でオゾンガスは水に溶解していく。オゾンは酸素に比較して約10倍ほど水に溶けやすいため、テーパー部においてオゾンは水に溶解されやすい。一方、酸素及び窒素などのその他のガスは水に対して相対的に溶解し難い。原水に含まれる酸素とその他のガスとは、水中に気泡として出現し、気水密に構成された容器に吐出すると酸素とその他のガスと水とに分離する。
【００１９】
気液混合部においては、液ガスの混合比（気体/液体で計算される容量比）を、0.5〜2.0にすることが好ましく、1.0〜2.0とすることがより好ましい。液体に対して気体の比率が多くなるように混合すると、液体が気体の乱流によって撹拌されるようにして移動する。これによってオゾンガスの溶解効率を高めることができる。
【００２０】
上記の気液混合部において、第１絞り部は直径が3.0mm〜5.0mmの微細孔から構成することが好ましい。このとき第２絞り部の面積は第１絞り部の面積の1.5〜2.5倍とすることが好ましい。第１絞り部を微細孔とすることで、原水を細径の水流として第１絞り部から高速で噴出させることができる。第１絞り部から噴出した細径の高速水流は、抽気室を経て第２絞り部に突入する。第２絞り部は円形の円筒状内径を有し、第２絞り部の面積は第１絞り部の面積の1.5〜2.5倍とすることが好ましい。上記の高速水流が第２絞り部を通過する際、ベンチュリ効果により抽気室内の気体を吸引し第２絞り部と連通する吐出管から微細気泡を伴って気液分離部の小部屋へ噴出する。これによって、気液の接触面積を増大させて、効率よくオゾンガスを水に溶解させることが可能になる。
【００２１】
第１絞り部は、微細孔を複数個配置する構成としてもよい。すなわち、第１絞り部が3.0mm〜5.0mmの複数の微細孔から構成することが好ましい。このとき第２絞り部の面積は、個々の微細孔の面積の合計の1.5〜2.5倍とすることが好ましい。この構成によれば、原水を微小な水流として複数の微細孔から吐出させることができる。これによって、気液接触界面の面積を拡大することができるのでさらに大流量のオゾン水を生成させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のオゾン水の製造装置及びオゾン水の製造方法では、原水に含まれる酸素のみを原料としてオゾンガスを生成する。原料ガスを供給するガス専用の経路、それに伴うガスボンベ、及びポンプなどが不要であるから、装置を小型かつ簡素な構成にすることが可能になる。空気の主要成分である酸素と窒素とを比較すると、酸素の方が水に溶けやすいため、原水に溶解した酸素を気液分離すれば、水に溶解させる前の空気と比較して、酸素分圧を高めることが可能になる。ＰＳＡのような酸素濃縮装置を使用せずとも、簡易なやり方で酸素の濃縮を行い、オゾン水を製造することが可能になる。
【００２３】
本発明では、原水に含まれる酸素を原料として、オゾン水を製造する。装置の外部から原料ガスを供給する場合は、オゾンガスを排出したり、オゾン発生部の運転を中断したりする制御が必要であるが、本願発明においては、そのような制御は特に必要としない。本発明によれば、高濃度のオゾンを含有し、しかも安定したオゾン濃度のオゾン水を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】原水に含まれる溶存酸素を原料としてオゾン水を製造する本発明のオゾン水の製造装置の装置構成を示すブロック図である。
【図２】気液混合部の一例を示す断面図である。
【図３】気液混合部の別の例を示す断面図である。
【図４】複数の微細孔を設けた第１絞り部用のオリフィス板である。
【図５】気液混合部の別の例を示す断面図である。
【図６】オゾン発生部の一例を示す断面図である。
【図７】本発明のオゾン水の製造装置の使用例の一つを示すブロック図である。
【図８】比較実験で使用したオゾン水の製造装置の装置構成を示すブロック図である。
【図９】オゾン水の製造装置で製造したオゾン水に含まれるオゾン濃度の経時変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。
【００２６】
図１に示したように本発明のオゾン水の製造装置１は、給水部11と、オゾンガス発生部12と、気液混合部13と、気液分離部14と、オゾン水の吐出口15とからなる。給水部11と気液混合部13とを記載した順に接続して通水経路とする。気液分離部14の容器31の気相部分に開口する吸気口36とオゾンガス発生部12と気液混合部13とを記載した順に接続してオゾンガス発生経路とする。
【００２７】
給水部11は、オゾン水の原料となる水（原水）を供給する部分である。図１に示した装置１では、水道の蛇口に給水管を直接に接続して給水部11としている。給水部には、水に含まれる塵を除去するフィルター、給水量を調節する電動弁、原水を一時貯留するバッファータンクと水を圧送するポンプとからなる水圧の調節部などを設けてもよい。水源は水道の蛇口に限られず、水を貯留したタンクからポンプで水を圧送してもよい。オゾン水の吐出口15にも同様に吐出されるオゾン水の量を調節する電動弁を設けてもよい。
【００２８】
気液混合部13は、給水部11から供給された水と、オゾンガス発生部12で発生したオゾンガスとを混合する部分である。気液分離部14の気相部分には、オゾンガス発生部でのオゾン化率によっては、オゾン化されずに残留した酸素と窒素等のその他のガスとが含まれる。気液混合部13としては、例えば、図２ないし５に示したような気液混合装置を使用することができる。
【００２９】
図２の気液混合装置13ａは、原水が流れる方向の上流側に配される第１絞り部16と、原水が流れる方向の下流側に配される第２絞り部17と、第１絞り部16と第２絞り部17との間に配される気体供給口18とを有する抽気室19を備える。原水は図面中左方向から右方向へと流れる。原水が、第１絞り部16から細径の高速流となって噴出し、第２絞り部17に突入する。第１絞り部16を通過する時に原水の圧力水頭が速度水頭に変換されて減圧される。これによって、気体供給口18を介してオゾン発生部12で発生させたオゾンガスが吸引される。オゾンガスは図面中上方から下方に向かって吸引される。
【００３０】
気液混合装置13ａは、拡径部20、テーパー部22をさらに備えており、原水とオゾンガスとは、拡径部20、第２絞り部17を経てテーパー部22に供給され、テーパー部20においてオゾンガスが原水中に溶け込んでオゾン水が生成される。抽気された酸素及び窒素等のその他のガスはオゾンガスよりも水への溶解度が低いため、酸素等の気泡として気液分離部14に吐出される。具体的には、テーパー部22に連通する吐出管34の付近にある液面51に原水（オゾン水）が衝突する際に容器38内の圧力に応じて原水中の酸素及び窒素等のその他のガスが気泡52として出現する。気泡52は、小部屋32の上端から大部屋35に流れ出す。気泡52は大部屋35の水面に上昇して、気液分離部14の気相部に移動する。
【００３１】
図２の第１絞り部16は断面円形の吐出ノズルとなっている。吐出ノズルは上述の拡径部20に対向する位置に配置される。吐出ノズル先端の微細孔23の内径は3.0mm〜5.0mmとなっている。この吐出ノズルを通過することで原水は、細径の高速水流となって吐出ノズルから噴出する。第2絞り部17は断面円形の開口であり、その面積2bは第１絞り部の吐出ノズルの面積2aの1.5〜2.5倍である。第２絞り部の管路はテーパー部22に続いている。管路26の内径は、微細孔23に比較して大きく、10mm〜13mmである。
【００３２】
第１絞り部の形状は、図３及び４に示したように変更してもよい。図３及び４の気液混合装置13ｂでは、第１絞り部23を複数の微細孔24から構成している。個々の微細孔24の直径は3.0mm〜5.0mmの範囲である。第２絞り部17の面積は、第１絞り部23の個々の微細孔の面積の合計の1.5〜2.5倍となっている。図３の第１絞り部23は、５つの微細孔24を設けたオリフィス板25を管路26の先端に固定して構成する。管路26の内径は10mm〜13mmである。この第１絞り部23によれば、第１絞り部16に比べて微細孔24が多いので、単位時間あたりにより多くの原水を吐出ノズルから噴出させることができる。これにより、より効率的にオゾンガスを原水に溶解させることが可能になる。微小な水流が第２絞り部17に均等に分散するように、微細孔24は拡径部20にむかって収束する放射状に配置されている。
【００３３】
気液混合部13は、図５に示したように変更してもよい。図５の気液混合装置13ｃは、第１絞り部28と、第１絞り部28に設けられる気体供給口29と、第１絞り部28に連通するテーパー部30とからなる。気液混合装置13ａ、13ｂと異なり、抽気室19を備えない。抽気された酸素を貯留する部屋が存在しないので、抽気の効率は気液混合装置13ａ、13ｂと比較するとやや低下する傾向があるが、気液混合部13として使用することができる。減圧によって、原水に溶解している酸素を抽気し、その後加圧してオゾンガスを原水に溶解させることができるものであれば、その他のものも気液混合部13として使用することが可能である。
【００３４】
気液混合部13で製造されたオゾン水と原水から抽気された酸素気泡は、気液分離部14に供給される。図１に気液分離部14の一例を示す。この気液分離部14は、気水密に構成した容器31から構成される。この容器31には、気液混合部13と、オゾンガス発生部12と、オゾン水の吐出口15とがシールリングなどを介して気水密に接続されている。気液分離部14内の圧力は、概ね大気圧プラス0.01MPa程度であり容器31は、安価なプラスチックで構成してもよいが、安全のために繊維強化プラスチックやステンレス鋼など素材を使用して耐圧性を付与してもよい。容器31の中には、一部分（図１の例では天井部分）が解放された小部屋32が設けられる。小部屋32は容器31の底面から突出する円筒状の仕切壁33から構成される。小部屋32の底面に対向する位置に気液混合部13のテーパー部22、30に連通する吐出管34の端部が配置される。
【００３５】
吐出管34の端部からは、酸素及びその他のガス等を含んだ気泡とオゾン水とが吐出される。この気泡とオゾン水は仕切壁32の上端に至ると小部屋32から溢れて大部屋35に流れ落ちる。吐出管34からの混合流は、小部屋32内に吐出されて、大部屋35に流れ落ちるので、大部屋35の液面の乱れが生じにくい。これによって、大部屋35において気泡が水面に上昇しやすくなるので安定して気液を分離することができる。
【００３６】
容器31の気相部分の内壁には、オゾンガス発生部12に原水から溶出した酸素、及び未溶解のオゾンガスを還流するための吸気口36が設けられる。オゾンガス発生部12、吸気口36、及び気液混合部14は、配管37で接続されて、気体の循環経路を構成する。配管37とオゾンガス発生部12、吸気口36、及び気液混合部14とはシールリングなどを介して配管37で気水密に接続する。給水部11から気液混合部13に原水を供給すると、第１絞り部16、23、28において圧力水頭が速度水頭に変換されて減圧領域が生じる。そうすると、吸気口36から酸素等が吸引される。吸引された酸素等は配管37を経てオゾンガス発生部12に供給される。オゾンガス発生部12において酸素はオゾン化される。生じたオゾンガスは、配管37、気体供給口18、29を経て気液混合部14に供給される。このとき、原水に溶けきれなかったオゾンガスとオゾンガス発生部12でオゾン化されずに残留した酸素と窒素等のその他のガスとは、再度吸気口36から循環経路を巡って、気液混合部14に供給される。この循環経路によって、オゾンガスを装置外部に排出することなく、原水に溶解させることが可能になる。循環経路には、逆止弁を設けてもよいが、後述のように電極（外側電極39、内側電極43）は誘電体で覆われているので、万が一、逆流が生じたとしても問題ではない。
【００３７】
オゾンガス発生部12としては、表面が誘電体で覆われた複数の電極を、間隔を空けて配してなる無声放電電極を有する装置を使用することが好ましい。例えば、図６に記載した大気圧プラズマ装置38を使用する。この装置38は、断面円筒形状の外側電極39と、外側電極39の内壁に接面する断面円筒形状の外側誘電体40と、外側電極39との間に放電空隙41を空けて配置される断面円筒形状の内側誘電体42と、内側誘電体42の内壁に接面する円柱状の内側電極43とからなる。内側電極43の両端部は円筒状の保持部材44に設けた貫通孔にはめ込んで固定されている。外側誘電体40の外壁は保持部材44の内壁に接面するように配置、固定されている。外側誘電体40は、保持部材44にはめ込むことで固定してもよいし、適宜の係合爪などを設けて固定してもよい。右側の保持部材44の下側には、気液分離部14の配管37を気水密に接続する入口45を設け、左側の保持部材44にはオゾンガスの出口46を設けてある。高圧電源47を内側電極43と外側電極42に接続して、電圧を印加すると、放電間隙41の間で無声放電が生じる。放電間隙41は気体が通る流路となっており、ここを通過した酸素がオゾン化される。オゾンガスは、出口46から装置38の外に移動し、配管37を介して、気液混合部の気体供給口18、29に供給される。
【００３８】
湿度の高い環境で無声放電を行う際に、気体中に水蒸気が含まれると、水蒸気と生成したオゾンとが反応してヒドロキシラジカルを生じて露出した電極を腐食するおそれがある。本発明の装置では、内側電極43と外側電極39とを外側誘電体40又は内側誘電体42で覆っているので、効果的に腐食の発生を防ぐことができる。誘電体は、ホウケイ酸ガラス又は石英系ガラスから構成することが好ましい。
【００３９】
本願発明のオゾン水の製造装置１では、気液混合部13における減圧を利用して原水の溶存酸素を抽気する。抽気された酸素は、気液分離部14において気液分離されて気相部分に溜まる。このようにして分離した酸素をオゾンガス発生部12に供給してオゾンガスを発生させるので、装置１に酸素や空気などの原料ガスを供給する専用の経路を設けない。このため本願発明のオゾン水の製造装置１は、従来品に比べて小型にすることができる。さらに、上述のように水に対する酸素と窒素の溶解度の差を利用して、ＰＳＡなどの酸素濃縮装置を利用することなく、酸素分圧を高めた気体をオゾンガス生成の原料とすることができる。これにより、多くのエネルギーを使用することなく高濃度のオゾン水を製造することが可能になる。
【００４０】
以下、本発明の実施例を挙げてより詳細に説明する。
【００４１】
[実施例]
図１に示したオゾン水の製造装置を使用してオゾン水を製造した。気液分離部の内容積は930mlである。給水部は、水道の蛇口に可撓性を有する給水管を直接に接続して構成した。水道の蛇口から20℃の水道水を7.0Ｌ/分の流量で供給した。水道水の溶存酸素は、8.0mg/Ｌである。気液混合部として、図２に記載した気液混合装置を使用した。気液混合部の各部の寸法及び角度と、原水及びガスの流量と、各部の圧力（絶対圧）とを以下の表１にまとめる。表１の符号は図２の各符号と対応する。
【００４２】
【表１】
2016002533.tif 000004
【００４３】
オゾンガス発生部は、図６の大気圧プラズマ装置を使用した。大気圧プラズマ装置の出力は、40Wとした。ガスの流量は、表１に示した通り、7.0Ｌ/分である。ガスは気液分離部の気相部分に設けた吸気口から吸引し、オゾンガス発生部、気液混合部、気液分離部の順で循環させた。
【００４４】
上記の条件で、オゾン水の製造装置を運転したところ、蛇口から水を供給し始めて約110秒後にはオゾン水のオゾン濃度は1.6mg/Lに達した。結果を図９のグラフに示す。15分間にわたってオゾン水を製造したが、吐出口から供給されるオゾン水のオゾン濃度は、1.6mg/Lで安定しほとんど上下することはなかった。オゾン水の製造量は一分間当たりに7.0Ｌであり、原水の供給量である7.0Ｌ/分と一致している。このため、気液分離部内の液位も一定の状態（液相部分の容量は570mlで、気相部分の容量は360ml）を維持しており、オゾン水の吐出口から未溶解のオゾンガスが排出されるようなことはなかった。
【００４５】
オゾン水に含まれるオゾン濃度の測定は市販のオゾン水濃度測定器、例えば荏原実業株式会社製のオゾンモニタ（model  PL-620A）を用いて吐出口から吐出されたオゾン水のオゾン濃度を予め設定したタイムポイントごとに採水して計測した。
【００４６】
比較のために、図８に示したオゾン水の製造装置２を使用してオゾン水を製造した。オゾンガス発生部12に対して外部から大気圧下の空気を供給する専用のガス供給経路50を設けた点、及び気液分離部とオゾン発生部を接続する管路を省略した点以外は、本発明のオゾン水の製造装置と構成は同じである。オゾンガス発生部12は、図６に示した大気圧プラズマ装置を使用した。出力も40Wに設定して条件を一致させた。給水部11は、蛇口に可撓性を有する給水管を直接に接続して、7.0Ｌ/分で水道水を供給した。水道水中の溶存酸素濃度は8.0mg/Ｌ、水温は20℃である。気液混合部13は、図２に記載した気液混合装置を使用した。気液混合部13の各部の寸法及び角度と、原水及びガスの流量と、各部の圧力（絶対圧）とは表１に記載した条件と同じにした。
【００４７】
上記の条件で、オゾン水の製造装置を運転したところ、蛇口から水を供給し始めて約110秒にはオゾン水のオゾン濃度は0.85mg/Lに達した。オゾン水の製造量は一分間当たり7.0Ｌであった。給水部からは一分間当たり7.0Ｌの原水を供給し、ガス供給部からは一分間当たり5.0Ｌの空気を吸引した。オゾン水の製造装置の吐出口からは7.0Ｌ/分のオゾン水を吐出することから、余剰のオゾンガスが発生し、オゾンガスが気液分離部14内に溜まって液位が下がっていった。オゾン水の吐出口からオゾンガスが漏れ出すことを防ぐために、間欠的に空気の供給とオゾンガスの発生部の運転を停止させて、オゾンガスの供給を中断しなければならなかった。オゾンガスの供給停止に伴って、製造されるオゾン水のオゾン濃度も安定しなかった。オゾン水に含まれるオゾンの濃度の変化を図９のグラフに示す。また、オゾンガスの供給を間欠的に停止することに伴って、気液分離部内の液位も上下に変動して安定せず（図８中では矢印で示した）、吐出口からオゾンガスが排出されないように制御に注意が求められた。
【００４８】
本発明の気液分離部の容器内の気相部分には、約1.0×10-3mol/Ｌ（20℃における飽和水蒸気量）の水蒸気が含まれる。一方の比較のための装置では0.6×10-3mol（20℃、湿度60％の場合の水蒸気量）の水蒸気が原料ガスに含まれる。比較のための装置の方が、原料ガス中の湿度が低く、大気圧プラズマ装置において水蒸気によってオゾンの生成が妨げられる程度が低いにも拘わらず、本発明の方が、生成するオゾン水の濃度が高かった。これは、本発明においては、原水に含まれる酸素を使用したことに起因して酸素分圧が高められているためであると推測される。
【００４９】
本発明のオゾン水の製造装置は、各種物品の洗浄や殺菌などに好適に使用することができる。例えば、図７に示したように、本発明のオゾン水の製造装置１で製造したオゾン水を洗浄容器48に溜める。そして、洗浄容器48に洗浄品49を浸漬し、所定の時間置いておくことで、殺菌や洗浄を行うことができる。本発明のオゾン水の製造装置では、高濃度のオゾンを含有するオゾン水を連続的に洗浄容器48に吐出することができる。しかも、オゾン水のオゾン濃度は常に安定している。例えば、上記の実施例では、1.6mg/Lのオゾンを含有するオゾン水を1分間に7.0Ｌも安定して供給することができる。洗浄品49としては、靴、野菜、医療器具、調理器具、食器などが挙げられる。オゾン水のオゾン濃度が変動しにくいので、安定した殺菌や洗浄を行うことができる。
【符号の説明】
【００５０】
１      オゾン水の製造装置
１１    給水部
１２    オゾンガス発生部
１３    気液混合部
１３ａ  気液混合装置
１３ｂ  気液混合装置
１３ｃ  気液混合装置
１４    気液分離部
１５    吐出口
１６    第１絞り部
１７    第２絞り部
１８    気体供給口
１９    抽気室
２０    拡径部
２２    テーパー部
３１    容器
３３    小部屋
３４    吐出管
３５    大部屋
３６    吸気口
３７    配管
３８    大気圧プラズマ装置
３９    外側電極
４０    外側誘電体
４１    放電空隙
４２    内側誘電体
４３    内側電極
４４    保持部材
４５    入口
４６    出口
４７    高圧電源
【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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【図９】
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