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JP3532841B2 - オゾン発生装置、ならびにその付属装置である同軸型ガス−流体混合管、空冷式オゾン生成管、および液体加圧式ガス−液体混合装置 - Google Patents
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JP3532841B2 - オゾン発生装置、ならびにその付属装置である同軸型ガス−流体混合管、空冷式オゾン生成管、および液体加圧式ガス−液体混合装置 - Google Patents

オゾン発生装置、ならびにその付属装置である同軸型ガス−流体混合管、空冷式オゾン生成管、および液体加圧式ガス−液体混合装置

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JP3532841B2 JP2000306156A JP2000306156A JP3532841B2 JP 3532841 B2 JP3532841 B2 JP 3532841B2 JP 2000306156 A JP2000306156 A JP 2000306156A JP 2000306156 A JP2000306156 A JP 2000306156A JP 3532841 B2 JP3532841 B2 JP 3532841B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、同軸型ガス−流体
（または液体）混合管、空冷式オゾン生成管および液体
加圧式ガス−液体混合装置を本質的に含む流体力学的オ
ゾン発生装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】オゾンは残留物を残さないという利点を
有し、したがってそれを使用するにあたり許容使用量の
上限はない。数年前から、オゾンは殺菌剤および向上し
た酸化剤として徐々に塩素または過酸化水素に代えて使
用されはじめている。尤も、高濃度のオゾンが非常に爆
発しやすいという事実、ならびにオゾンは極低温下でシ
リコンゲル中で保管されなければ１時間以内に分解する
という事実のために、オゾンは現場で製造しなければな
らない。オゾンが使用される場合、オゾン発生装置、ガ
ス供給システムおよび冷却システムが必要とされる。オ
ゾンが水処理に適用される場合、ガス−液体混合装置を
設けてオゾンを水に溶解する必要がある。しなしなが
ら、常套のガス−液体混合装置は、ガスの溶解速度（ま
たは溶解割合）が低く、ガスが漏れるという不都合を有
する。一般に使用されているベンチュリ管は直径が異な
る２つの管を含み、それに関して、ガスの入口ポートは
２つの管の連結部にあって、そのサイズは点状であり、
したがって、実際の吸引は非常に狭い領域に及ぶだけで
あり、ベンチュリ管に吸引されるガスの速度は満足のい
くものでない。他方、オゾンを発生させるために付属装
置が必要とされるので、オゾン発生のコストは高価であ
る。すべてのこれらの要因は、オゾンを家庭での使用に
適用することを不可能にしている。
【０００３】本発明は、流体力学の原理を利用して革新
的なガス供給システムを設計する。このシステムは、常
套のベンチュリ管と比較してより高いガス吸引速度（ま
たは吸引割合）を有し、また、このシステムにおいてオ
ゾン発生、冷却、およびガス溶解の機能は、１つのデバ
イスにおいて組み合わされて流体力学的なオゾン発生装
置を形成し得る。本発明のオゾン発生装置はオゾン発生
の操作を簡易にするだけでなく、それに要する費用を相
当減らし、したがってオゾンが広範に使用されることを
可能にする。
【０００４】
【発明の概要】本発明は、本質的に同軸型ガス−流体混
合管、空冷式オゾン生成管、および液体加圧式ガス−液
体混合装置を含むオゾン発生装置、詳しくは流体力学的
オゾン発生装置に関し、当該装置において、同軸型ガス
−流体混合管は流体力学の原理、即ち、水の流れ（また
はフロー）が異なる傾斜の面上を通過するときに水の流
れの速度が異なるという原理を利用する。速度差は圧力
差をもたらし、したがって空気を吸引する作用をもたら
す。本発明の同軸型ガス−流体混合管は、空気を吸引す
る効率が高く、体積が小さい（即ちコンパクトである）
という特徴を有する。空冷式オゾン生成管は、ガス（空
気または酸素）をその中にガイドして閉じたガスの流れ
経路（またはフロー・パス）を形成するためのステンレ
ス管の組（例えば１組またはそれ以上の組）、生成管の
中で放電するためのステンレスブラシを含む。その利点
は、オゾンを生成する効率が高く、ガスの流れによって
熱が運び去られることによって、オゾン生成管の温度が
相当下がるということである。液体加圧式（または液体
が加圧される、あるいは液体に圧力が作用する）ガス−
液体混合装置は、同軸型ガス−流体混合管の出口に取り
付けられ、水をポンプ輸送して、それに伴って混合装置
内で溶解する気体（オゾン）に圧力を加えるよう接続さ
れたポンプを有する。このような取り付けは、ガスが水
から気泡の形態で逃げることを防止し、したがって、ガ
スの溶解割合（または量）を増加させ、そして本発明の
適用の範囲を広げる。
【０００５】同軸型ガス−流体混合管、空冷式オゾン生
成管、および液体加圧式ガス−液体混合装置を含む流体
力学的なオゾン発生装置は、オゾンの発生に有効である
だけでなく、小型で、そして取り付けが容易なものでも
ある。したがって、本発明のオゾン発生装置は、例え
ば、飲料水を殺菌する、果物および野菜を洗浄する等、
日常生活で使用するのに適したものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に示すように、同軸型ガス−
流体混合管（10）は本質的に、外側管（12）および内側
管（符号なし）を含み、当該混合管において、外側管
（12）は一般に内部に空洞を有する円筒形状であって、
その一方の端部は水の入口（122）（上流側）であり、
その他方の端部には少なくとも１つの水の出口（124）
（下流側）が設けられる。内側管は第１円錐形管（14）
と第２円錐形管（16）を含む。第１円錐形管（14）は円
錐形の頭部とベースを有し、円錐形の頭部は外側管（1
2）の水の入口（122）に向けられている；第２円錐形管
（16）は、その外径が上流側から下流側に向かって徐々
に小さくなっており、大きい端部と小さい端部を形成し
ている円錐形管である。第１円錐形管（14）のベースは
第２円錐形管（16）の大きい端部と並ぶ位置に配置され
（または大きい端部の側方に配置され）、小さいギャッ
プＧをその間に維持してガス吸引ギャップを形成する。
第１円錐形管（14）および第２円錐形管（16）はともに
外側管（12）に合わせて（または適合されて）、リング
形状の流れダクト（またはフロー・ダクト）を形成する
ようになっており、流れダクトはその軸に沿って徐々に
狭くなり、それから徐々に広くなっていて、流れダクト
の途中にスロート（throat；または狭い通路）を形成す
る。第１円錐形管（14）のベースおよび第２円錐形管
（16）の大きい端部は互いに隣り合うように配置され、
スロートの付近にガス吸引ギャップＧを形成する。
【０００７】水の流れが水の入口（122）を経由して同
軸型ガス−流体混合管（10）に流れこむと、Ｐ1とＰ3と
の間の流速の差はＰ2（スロート）にて圧力差をもたら
し、Ｐ4（ガス供給部）にてガスを吸引するであろう。
吸引されたガスはＰ5を通過し、続いて、第１円錐形管
（14）と第２円錐形管（16）との間に形成されたガス吸
引ギャップＧを通過し、Ｐ2から流れ出た後の水と混ざ
り合う。逆止弁（18）は、外側管（12）と内側管との間
を流れる流体が第２円錐形管（16）の中にギャップＧを
経由して入ることができないように、ガス吸引ギャップ
Ｇと外側のガス供給部との間の経路の途中に設けられ
る。
【０００８】同軸型ガス−流体混合管（10）において、
ギャップＧは円錐形管（14，16）の間に形成されるの
で、ガスはギャップＧから吸い出されて、水の流れによ
って運び去られる。一般に用いられているベンチュリ管
は、直径の異なる２つの管の組合せである。ベンチュリ
管においてガスは、２つの管が接合しているポイントで
吸い出され、カバーされる吸引エリアは本質的に点であ
る。対照的に、本発明においてカバーされる吸引エリア
はリング形状であり、その効果はベンチュリ管のそれよ
りも相当良好である。実験結果によれば、同じ入力パワ
ー（またはエネルギー）下では、同軸型ガス−流体混合
管に吸引されるガスの流量は、ベンチュリ管のそれの４
倍であると予想される。
【０００９】図１の左側には逆止弁（18）を示してお
り、逆止弁は第１円錐形管（14）および第２円錐形管
（16）を合わせる箇所に取り付けられる。逆止弁は、例
えば内側管に形成されたチャンバーに設ける。逆止弁
（18）は本質的に、（好ましくはステンレスから成る）
スプリング（184）およびテフロン（登録商標）・ボー
ル（182）を含む。第１円錐形管（14）の隣に位置する
第２円錐形管（16）の一方の端部には、円錐形のくぼみ
が形成されている。貫通した穴Ｐ5は円錐形のくぼみの
先端に形成される。スプリング（184）はテフロン・ボ
ール（182）を押して、貫通した穴Ｐ5を塞ぎ、水が貫通
した穴Ｐ5を経由して第２円錐形管（16）の内部に入る
のを防止する。流速があるレベルよりも高くなった瞬間
に、Ｐ2における吸引力が十分に大きくなってスプリン
グ（184）の力に負けないようになり、その結果、ガス
はテフロン・ボール（182）を円錐形のくぼみから強制
的に離し、したがって、ガスはＰ5を経由して水の流れ
に合流する。
【００１０】同軸型ガス−流体混合管（10）に取りつけ
られた空冷式オゾン生成管（30）を図２に示す。空冷式
オゾン生成管（30）は本質的に石英管（302）、ステン
レスブラシ（304）、およびガス流管（またはガスフロ
ーチューブ）（308）を含み、石英管（302）はシールさ
れた端部を有し、また放電の誘電体として作用する。ス
テンレスブラシ（304）は電極として作用するものであ
り、石英管（302）内に取り付けられる。高電圧の電力
が電極（306）を介してステンレスブラシ（304）に供給
され、石英管（302）の外側表面と同軸型ガス−流体混
合管（10）の内側管の内側表面との間、即ちオゾンが生
成される領域で微小放電（micro-discharge）を生じさ
せる。水が同軸型ガス−流体混合管（10）の内側管の外
側を経由して流れるとき、オゾンを生成するのに必要と
される空気または酸素が、Ｐ4にてガス供給源から吸引
され、ガス流管（308）によりガイドされてシールされ
た端部に達し、したがって石英管（302）で発生した熱
を運ぶ。空気または酸素はそれから、オゾンが発生され
る、石英管（302）の外側の微小放電領域を経由して流
れ、それからＰ5にて逆止弁（18）およびガス吸引ギャ
ップＧを経由して流れ、水と合流する。水はまた、微小
放電領域に対して冷却効果を有する。
【００１１】液体加圧式ガス−液体混合装置（20）を図
３の（ａ）および（ｂ）に示す。当該混合装置の機能
は、水に溶解するオゾンの量を増加させることであり、
水の流れ中の気泡の量を減らすことである。当該混合装
置は本質的にコンテナ（202）、水／ガス入口管（water
/gas inlet pipe；または水／ガス吸込管もしくは水／
ガス流入管）（204）、および水出口管（water outlet
pipe；または水流出管）（206）を含む。コンテナ（20
2）は気密なコンテナであり、一方の端部はシールさ
れ、他方の端部は２つの開口部を有し、一方の開口部に
は水／ガス入口管（204）が取り付けられ、他方の開口
部には水出口管（206）が取り付けられる。
【００１２】同軸型ガス−液体混合管（10）から放出さ
れるオゾンを含む水は、水／ガス入口管（204）を経由
してコンテナ（202）に輸送される。水の中の未溶解の
ガスは、それから出て、コンテナ（202）内の上部の圧
力を形成する。混合装置が平衡状態に達したとき、全圧
はポンプ圧と大気圧の合計よりも僅かに低くなる。水に
溶解するガスの量は水の表面の上方の圧力とともに増加
するので、本発明の混合装置はガスの溶解量（または溶
解割合）が増加するのを助長する。更に、圧力は水をコ
ンテナ（202）から排出するのを助長する。圧力がバラ
ンスすると、水／ガス入口管（204）の出口は水の表面
よりも高くなり、したがって水出口管（206）から流出
する気泡の量を減少させる。他方、圧力安全弁（210）
が安全の目的で混合装置（20）の頂部付近に取り付けら
れる。混合装置（20）には、操作をする人が容易に混合
装置（20）内の圧力を監視できるように、圧力計（20
8）がさらに取り付けられ得る。
【００１３】同軸型ガス−流体混合管（10）は直接接続
またはバイパス接続でポンプ（40）に接続される。通
常、直接接続は、通常、高いヘッドのポンプにより送液
される開いた流れシステム（open flow system）に適し
ている。直接接続またはバイパス接続のいずれが適用さ
れても、調整弁（44）およびｙ字型フィルター（42）が
取り付けられる。調整弁（44）はポンプ（40）により加
えられる圧力を適合させる（または調節する）ために使
用され、それは、適切なガス吸引速度が達成され得るよ
うに、同軸型ガス−流体混合管（10）への流れを調節す
る。ｙ字型フィルター内のステンレス鋼のメッシュは粒
子が同軸型ガス−流体混合管（10）に入るのを防止す
る。粒子は、ｙ字型フィルター（42）の下部にてバイパ
ス経路を経由して流出するであろう。
【００１４】直径５cm、長さ３０cmの同軸型ガス−流体
混合管の試作品を２ＨＰのポンプとバイパス接続して操
作した実験の結果は、６リットル／分のガスの流量を得
ることができることを示す。実験はまた、この寸法の同
軸型ガス−流体混合管が家庭内での使用に非常に適して
いることを示す。
【００１５】本発明を説明するために代表的な態様と詳
細を示したが、本発明の精神または範囲から逸脱しない
でそれに種々の変更および改造を施し得ることは当業者
には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の同軸型ガス−流体混合管の
好ましい態様の内部構造を示す。
【図２】 図２は、同軸型ガス−流体混合管に取り付け
られた本発明の空冷式オゾン生成管の好ましい態様の内
部構造を示す。
【図３】 図３の（ａ）は、ポンプおよびそれに接続さ
れた液体加圧式ガス−液体混合装置と直列に接続された
同軸型ガス−流体混合管のダイアグラムを示し、（ｂ）
はポンプおよびそれに接続された液体加圧式ガス−液体
混合装置と並列に接続された同軸型ガス−流体混合管の
ダイアグラムを示す。
【符号の説明】
１０ 同軸型ガス−流体混合管 １２ 外側管 １２２ 水の入口 １２４ 水の出口 １４ 第１円錐形管 １６ 第２円錐形管 １８ 逆止弁 １８２ テフロンボール １８４ スプリング ２０ 液体加圧式ガス−液体混合装置 ２０２ コンテナ ２０４ 水／ガス入口管 ２０６ 水出口管 ２０８ 圧力計 ２１０ 圧力安全弁 ３０ 空冷式オゾン生成管 ３０２ 石英管 ３０４ ステンレスブラシ ３０６ 電極 ３０８ ガス流管 ４０ ポンプ ４２ ｙ字型フィルター ４４ 調整弁 Ｇ ギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｒ ５４０ ５４０Ｂ ５５０ ５５０Ｄ 1/78 1/78 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01F 1/00 - 5/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同軸型ガス−流体混合管であって、外側
    管、内側管および逆止弁を含み、 外側管は、上流側端部と実質的に上流側端部と対向する
    下流側端部を有するように形成され、上流側端部が少な
    くとも１つの水の入口を有し、下流側端部が少なくとも
    １つの水の出口を有するものであり； 内側管は、上流側端部と下流側端部の間で外側管内部に
    軸方向に配置され、流れダクトを形成し、それにより液
    体の流れ経路を外側管との間に形成し、 内側管は、第１円錐形管および第２円錐形管を含み、第
    １円錐形管および第２円錐形管は向かい合うように配置
    され、互いに離れてガス吸引ギャップをその間に形成し
    て、流れダクトが、流れ経路をガス吸引ギャップで最も
    狭くするようにするスロートを形成するようになってお
    り、 内側管は、第１円錐形管および第２円錐形管を合わせる
    箇所に形成されたチャンバーを更に有し、チャンバーは
    ガス吸引ギャップを介して流れダクトに通じていて、外
    部のガス供給部からのガスの流れ経路を形成し； 逆止弁はチャンバーに設けられ、ガスがガス吸引ギャッ
    プを経由して内側管から外側管へ一方向に流れることを
    可能にする同軸型ガス−流体混合管。
  2. 【請求項２】 第１円錐形管が円錐形の頭部とベースを
    有し、その円錐形の頭部が外側管の水の入口に向かって
    向き決めされており、第２円錐形管が上流側端部から下
    流側端部に向かって狭まり、それから一定となる直径を
    有する、請求項１に記載の同軸型ガス−流体混合管。
  3. 【請求項３】 オゾン発生アセンブリーであって： 請求項１に記載の同軸型ガス−流体混合管；ならびに同
    軸型ガス−流体混合管の内側管の第２円錐形管内に取り
    付けられた空冷式オゾン生成管であって、 平坦な閉じた端部と開いた端部を有する石英管； 石英管内に配置され、電源に電気的に接続されて電極と
    して作用するステンレスブラシ；および石英管内に軸方
    向に配置されたガス流管アセンブリーであって、石英管
    の外側に向かうガスが開いた端部からガス流管を経由し
    て石英管の平坦な閉じた端部に流れ、それから電極を経
    由して開いた端部に戻るようにするガスの経路を形成す
    るガス流管アセンブリーを含む空冷式オゾン生成管 を含
    み、 空冷式オゾン生成管の平坦な閉じた端部が第１円錐形管
    および第２円錐形管の間に形成されたギャップに向かっ
    て向き決めされているオゾン発生アセンブリー。
  4. 【請求項４】 液体加圧式ガス−液体混合装置を更に含
    み、液体加圧式ガス−液体混合装置が： 上側端部および下側端部を有する気密なコンテナ； コンテナをその下側端部から同軸型ガス−流体混合管の
    液体の出口に接続し、それにより同軸型ガス−流体混合
    管から出る液体およびガスをコンテナに運ぶ、入口管下
    側端部からコンテナに接続され、それにより液体をコン
    テナから導出する、出口管を含む、請求項３に記載のオ
    ゾン発生アセンブリー。
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