JP4394941B2 - Electrolytic ozonizer - Google Patents
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Description
本発明は、陽極と、陰極と、これらに挟まれる固体電解質とを具備する電解式オゾナイザの技術に関する。より詳細には、オゾナイザの陰極表面に析出する無機物を除去する技術に関する。 The present invention relates to a technique of an electrolytic ozonizer including an anode, a cathode, and a solid electrolyte sandwiched between them. More specifically, the present invention relates to a technique for removing inorganic substances deposited on the cathode surface of an ozonizer.
近年、環境に優しい殺菌消毒方法および有機物等の分解方法として、オゾン水を利用することが注目されている。これは、オゾンは使用後酸素に分解するため水中に残留することが無く、従来の洗浄液による殺菌消毒や有機物の分解のように、排水に薬品等が残留するおそれがないこと、酸素や水を原料とするため原料の調達が容易であること、といった利点を有することによる。 In recent years, the use of ozone water has attracted attention as an environmentally friendly sterilization method and a method for decomposing organic substances. This is because ozone decomposes into oxygen after use, so it does not remain in water, and there is no risk of chemicals remaining in the wastewater, unlike conventional sterilization and organic substance decomposition using cleaning liquids. This is because it has the advantage that it is easy to procure raw materials.
従来、オゾン水(オゾンが溶解した水)を得る代表的な方法としては、オゾン曝気法と、水電解法とが知られている。オゾン曝気法は、無声放電電界中に酸素ガスまたは空気を通過させることにより高濃度のオゾンガスを生成し、該オゾンガスと水とを気液接触させてオゾンを水に溶解することによりオゾン水を得る方法である。一方、水電解法は、少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる金属片等(例えば、銅片や鉄片の表面に白金を電着したもの)を陽極として用いて水を電気分解することにより、陽極表面に生成される酸素ガスに中に含まれる形でオゾンガスを生成し、該オゾンガスを水に溶解してオゾン水を得る方法である。 Conventionally, an ozone aeration method and a water electrolysis method are known as typical methods for obtaining ozone water (water in which ozone is dissolved). The ozone aeration method generates high-concentration ozone gas by passing oxygen gas or air through a silent discharge electric field, and obtains ozone water by bringing the ozone gas and water into gas-liquid contact to dissolve ozone in water. Is the method. On the other hand, in the water electrolysis method, water is electrolyzed by using, as an anode, a metal piece or the like (for example, electrodeposited platinum on the surface of a copper piece or iron piece) made of a metal having at least a surface portion having an ozone generation catalytic function. Thus, ozone gas is generated in a form contained in oxygen gas generated on the anode surface, and the ozone gas is dissolved in water to obtain ozone water.
水電解法はオゾン曝気法と比較して、高電圧を発生させる電源装置等の大型の設備を必要としないこと、高濃度のオゾンガスを漏洩させるおそれがないこと、オゾン曝気法により生成されるオゾン水に特有のオゾン臭が少ないこと、といった利点があり、安価かつ小型のオゾナイザに適している。一方、オゾン水は十分な殺菌消毒作用や有機物等の分解作用を発揮するためには、所定以上の濃度を必要とするが、高濃度のオゾン水を得ることが困難であることが水電解法の問題点として挙げられる。 Compared with the ozone aeration method, the water electrolysis method does not require large-scale equipment such as a power supply device that generates a high voltage, there is no risk of leaking high-concentration ozone gas, and the ozone water generated by the ozone aeration method It has the advantage that there is little ozone odor, and is suitable for an inexpensive and small-sized ozonizer. On the other hand, ozone water needs a concentration higher than a predetermined level in order to exert a sufficient sterilizing action and decomposing action of organic substances, but it is difficult to obtain high-concentration ozone water. It is cited as a problem.
水電解法に用いられる陽極の表面に電着される、オゾン発生触媒機能を有する金属としては、β相PbO2や白金、ニッケル等が知られている。このうち、β相PbO2は水電解法の中では比較的高濃度のオゾン水を得られることが知られているが、地下水の汚染等の問題から、電解式オゾナイザ(水電解法を用いたオゾン水生成装置)を構成する材料として鉛を使用しないことが望まれている。従って、環境に悪影響を及ぼすおそれがない白金やニッケル等の材料を用いて構成し、かつ高濃度のオゾン水を得られる電解式オゾナイザが検討されている。また、フッ素系陽イオン交換膜等の固体電解質の一方の面に陽極を当接させ、該固体電解質の他方の面に陰極を当接させて、陽極と陰極との間に直流電圧を印加することにより、陽極と陰極との距離を短くして(数百ミクロン程度)、高効率の電気分解(オゾンの生成)が可能であることが知られている。例えば、特許文献1および特許文献2に記載の如くである。
As a metal having an ozone generation catalytic function, which is electrodeposited on the surface of the anode used in the water electrolysis method, β-phase PbO2, platinum, nickel and the like are known. Of these, β-phase PbO2 is known to be able to obtain a relatively high concentration of ozone water in the water electrolysis method, but due to problems such as contamination of groundwater, an electrolytic ozonizer (the generation of ozone water using the water electrolysis method). It is desired not to use lead as a material constituting the device. Therefore, an electrolytic ozonizer that is made of a material such as platinum or nickel that does not adversely affect the environment and that can obtain high-concentration ozone water has been studied. In addition, an anode is brought into contact with one surface of a solid electrolyte such as a fluorine-based cation exchange membrane, a cathode is brought into contact with the other surface of the solid electrolyte, and a DC voltage is applied between the anode and the cathode. Thus, it is known that high efficiency electrolysis (generation of ozone) is possible by shortening the distance between the anode and the cathode (about several hundred microns). For example, it is as described in
前記の如き水電解法における原料水(オゾン水の原料)としては、純水を用いることが望ましいことが知られている。これは、水道水や工業用水等のようにカルシウムやマグネシウム等の無機物が含まれている水を用いた場合には、当該無機物のイオンが固体電解質を通過し、陰極の表面に析出することにより、電気分解に要する電圧が上昇して(電気分解の電流値が減少して)オゾンの生成効率を低下させるからである。しかし、無機物イオンを除去するための軟水器は高価な上、再生作業(軟水器内の陰イオン交換膜(陽イオンをトラップし、陰イオンのみ通過させる膜)を食塩水に浸漬してマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンをナトリウムイオンと置換することにより、低下した陰イオン交換膜の吸着効果を再生する作業)が面倒であることや、装置が大型化することから小型のオゾナイザには適さない。 It is known that it is desirable to use pure water as raw water (raw material of ozone water) in the water electrolysis method as described above. This is because, when water containing inorganic substances such as calcium and magnesium is used, such as tap water and industrial water, the ions of the inorganic substances pass through the solid electrolyte and precipitate on the surface of the cathode. This is because the voltage required for electrolysis increases (the electrolysis current value decreases) and the ozone generation efficiency is lowered. However, water softeners for removing inorganic ions are expensive, and regeneration work (anion exchange membrane in the water softener (a membrane that traps cations and allows only anions to pass through) is immersed in saline to produce magnesium ions. It is suitable for a small ozonizer because the replacement of inorganic ions such as calcium ions and sodium ions with sodium ions is troublesome, and the equipment is enlarged. Absent.
また、電解式オゾナイザの通電の極性を一定時間ごとに切り替えることにより、電極表面に析出した無機物の除去を行う方法も提案されているが、実際には両方の電極に無機物が析出することとなり、無機物の析出を抑制する効果が実質的にはあまり高くない。 In addition, a method of removing the inorganic matter deposited on the electrode surface by switching the polarity of the energization of the electrolytic ozonizer at regular intervals has also been proposed, but actually the inorganic matter is deposited on both electrodes, The effect of suppressing the precipitation of inorganic substances is not substantially high.
本発明は以上の如き状況に鑑み、安価かつ簡易な構成で陰極への無機物の析出を抑制し、小型かつ高濃度のオゾン水を生成可能な電解式オゾナイザを提供するものである。 In view of the circumstances as described above, the present invention provides an electrolytic ozonizer capable of generating small-sized and high-concentration ozone water by suppressing precipitation of inorganic substances on the cathode with an inexpensive and simple configuration.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
オゾン生成手段(110)と酸性水流過手段(130)により構成される電解式オゾナイザ(101)において、該オゾン生成手段(110)は、筐体(111)内に構成する空間に固体電解質(114)を配置し、該固体電解質(114)の一方の面に、少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる陽極(112)を当接させ、該固体電解質(114)の他方の面に陰極(113)を当接させ、該陽極(112)と陰極(113)との間に、直流電圧を印加することによりオゾン水を生成し、該固体電解質(114)により二つに区画された筐体(111)内部の空間のうち、陰極(113)が収容されている方の空間である陰極槽(116)内の、前記陰極(113)に沿って、該酸性水流過手段(130)により酸性水を連続的または断続的に流過させ、該酸性水流過手段(130)は、食塩水を電気分解して酸性電解水を生成する電解水生成手段(133)と、食塩水を生成する食塩水タンク(131)と、該食塩水を圧送するポンプ(132)とを具備し、前記電解水生成手段(133)は、筐体(171)内に構成する空間に固体電解質(174)を配置し、該固体電解質(174)の一方の面に、少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる陽極(172)を当接させ、該固体電解質(114)の他方の面に陰極(173)を当接させ、該陽極(172)と陰極(173)との間に、直流電圧を印加すべく構成し、該電解水生成手段(133)を、前記オゾン生成手段(110)と略同じ構成としたものである。 In the electrolytic ozonizer (101) constituted by the ozone generating means (110) and the acidic water flow means (130), the ozone generating means (110) is placed in a space formed in the casing (111) in the solid electrolyte (114 ) And an anode (112) made of a metal having at least a surface having an ozone generation catalytic function is brought into contact with one surface of the solid electrolyte (114), and the other surface of the solid electrolyte (114) is brought into contact with the other surface of the solid electrolyte (114). A cathode (113) was brought into contact, and ozone water was generated by applying a DC voltage between the anode (112) and the cathode (113), and was divided into two by the solid electrolyte (114). The acidic water flow means (130) along the cathode (113) in the cathode tank (116) which is the space in which the cathode (113) is accommodated among the space inside the housing (111). Due to acidity The acidic water flow means (130) is an electrolytic water generating means (133) for electrolyzing the salt water to generate acidic electrolyzed water, and a salt water for generating salt water. A tank (131) and a pump (132) for pumping the saline solution are provided, and the electrolyzed water generating means (133) arranges the solid electrolyte (174) in a space formed in the housing (171). An anode (172) made of a metal having at least a surface portion having an ozone generation catalytic function is brought into contact with one surface of the solid electrolyte (174), and a cathode (173) is brought into contact with the other surface of the solid electrolyte (114). In contact with each other, and a DC voltage is applied between the anode (172) and the cathode (173), and the electrolyzed water generating means (133) is substantially the same as the ozone generating means (110). it is obtained by the.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
オゾン生成手段(110)と酸性水流過手段(130)により構成される電解式オゾナイザ(101)において、該オゾン生成手段(110)は、筐体(111)内に構成する空間に固体電解質(114)を配置し、該固体電解質(114)の一方の面に、少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる陽極(112)を当接させ、該固体電解質(114)の他方の面に陰極(113)を当接させ、該陽極(112)と陰極(113)との間に、直流電圧を印加することによりオゾン水を生成し、該固体電解質(114)により二つに区画された筐体(111)内部の空間のうち、陰極(113)が収容されている方の空間である陰極槽(116)内の、前記陰極(113)に沿って、該酸性水流過手段(130)により酸性水を連続的または断続的に流過させ、該酸性水流過手段(130)は、食塩水を電気分解して酸性電解水を生成する電解水生成手段(133)と、食塩水を生成する食塩水タンク(131)と、該食塩水を圧送するポンプ(132)とを具備し、前記電解水生成手段(133)は、筐体(171)内に構成する空間に固体電解質(174)を配置し、該固体電解質(174)の一方の面に、少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる陽極(172)を当接させ、該固体電解質(114)の他方の面に陰極(173)を当接させ、該陽極(172)と陰極(173)との間に、直流電圧を印加すべく構成し、該電解水生成手段(133)を、前記オゾン生成手段(110)と略同じ構成としたので、安価かつ簡易な構成で陰極への無機物の析出を抑制するものである。
また、小型かつ高濃度のオゾン水を生成可能な電解式オゾナイザを提供するものである。
また、原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンが含まれている場合でも軟水器等の高価かつ大型の設備を付加することなく、電解式オゾナイザの陰極の表面に析出物が形成されることを防止し、オゾン生成効率を高く保持して高濃度のオゾン水を継続して生成することが可能である。
In the electrolytic ozonizer (101) constituted by the ozone generating means (110) and the acidic water flow means (130), the ozone generating means (110) is placed in a space formed in the casing (111) in the solid electrolyte (114 ) And an anode (112) made of a metal having at least a surface having an ozone generation catalytic function is brought into contact with one surface of the solid electrolyte (114), and the other surface of the solid electrolyte (114) is brought into contact with the other surface of the solid electrolyte (114). A cathode (113) was brought into contact, and ozone water was generated by applying a DC voltage between the anode (112) and the cathode (113), and was divided into two by the solid electrolyte (114). The acidic water flow means (130) along the cathode (113) in the cathode tank (116) which is the space in which the cathode (113) is accommodated among the space inside the housing (111). Due to acidity The acidic water flow means (130) is an electrolytic water generating means (133) for electrolyzing the salt water to generate acidic electrolyzed water, and a salt water for generating salt water. A tank (131) and a pump (132) for pumping the saline solution are provided, and the electrolyzed water generating means (133) arranges the solid electrolyte (174) in a space formed in the housing (171). An anode (172) made of a metal having at least a surface portion having an ozone generation catalytic function is brought into contact with one surface of the solid electrolyte (174), and a cathode (173) is brought into contact with the other surface of the solid electrolyte (114). In contact with each other, and a DC voltage is applied between the anode (172) and the cathode (173), and the electrolyzed water generating means (133) is substantially the same as the ozone generating means (110). As a result, the shade is cheap and simple. It is intended to suppress the precipitation of inorganic substances to.
The present invention also provides an electrolytic ozonizer capable of generating a small and highly concentrated ozone water.
Moreover, even when inorganic ions such as magnesium ions and calcium ions are contained in the raw water, precipitates are formed on the surface of the cathode of the electrolytic ozonizer without adding expensive and large equipment such as a water softener. It is possible to prevent this, keep ozone generation efficiency high, and continuously generate high-concentration ozone water.
また、原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンが含まれている場合でも軟水器等の高価かつ大型の設備を付加することなく、電解式オゾナイザの陰極の表面に析出物が形成されることを防止し、オゾン生成効率を高く保持して高濃度のオゾン水を継続して生成することが可能である。 Moreover, even when inorganic ions such as magnesium ions and calcium ions are included in the raw water, precipitates are formed on the surface of the cathode of the electrolytic ozonizer without adding expensive and large equipment such as a water softener. It is possible to prevent this, keep ozone generation efficiency high, and continuously generate high-concentration ozone water.
また、前記酸性水流過手段は食塩水を電気分解して酸性電解水を生成するので、原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンが含まれている場合でも軟水器等の高価かつ大型の設備を付加することなく、電解式オゾナイザの陰極の表面に析出物が形成されることを防止し、オゾン生成効率を高く保持して高濃度のオゾン水を継続して生成することが可能である。
また、電解式オゾナイザの陰極の洗浄(析出物の除去)を行う酸性電解水は最終的に中和されて排出されるため、環境への影響が小さいという利点を有する。
さらに、電解水生成手段の陽極と陰極の間に印加する直流電圧の大きさを変えることにより酸性電解水のpHを容易に変更し、原料水中の無機物イオン量等に応じて酸性水のpHを所望の値に維持することが容易であるとともに、酸性水の交換作業を必要とせず、作業性に優れる。
Further, since the acidic water flow means electrolyzes salt water to produce acidic electrolyzed water, even if the raw water contains inorganic ions such as magnesium ions and calcium ions, it is expensive and large-sized such as a water softener. Without adding equipment, it is possible to prevent the formation of precipitates on the surface of the cathode of the electrolytic ozonizer, and to continuously generate high-concentration ozone water while maintaining high ozone generation efficiency. .
In addition, since the acidic electrolyzed water for cleaning the cathode of the electrolytic ozonizer (removal of deposits) is finally neutralized and discharged, there is an advantage that the influence on the environment is small.
Furthermore, the pH of the acidic electrolyzed water is easily changed by changing the magnitude of the DC voltage applied between the anode and the cathode of the electrolyzed water generating means, and the pH of the acidic water is adjusted according to the amount of inorganic ions in the raw water. It is easy to maintain the desired value, and exchanging acidic water is not required, and the workability is excellent.
また、前記酸性水流過手段が、電解水生成手段と、食塩水を生成する食塩水タンクと、該食塩水を圧送するポンプとを具備するので、原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンが含まれている場合でも軟水器等の高価かつ大型の設備を付加することなく、電解式オゾナイザの陰極の表面に析出物が形成されることを防止し、オゾン生成効率を高く保持して高濃度のオゾン水を継続して生成することが可能である。
また、電解式オゾナイザの陰極の洗浄(析出物の除去)を行う酸性電解水は最終的に中和されて排出されるため、環境への影響が小さいという利点を有する。
さらに、電解水生成手段の陽極と陰極の間に印加する直流電圧の大きさを変えることにより酸性電解水のpHを容易に変更し、原料水中の無機物イオン量等に応じて酸性水のpHを所望の値に維持することが容易であるとともに、酸性水の交換作業を必要とせず、作業性に優れる。
Moreover, since the acidic water flow means includes an electrolyzed water generating means, a salt water tank for generating salt water, and a pump for pumping the salt water, inorganic ions such as magnesium ions and calcium ions are contained in the raw water. Even if it contains water, it prevents the formation of deposits on the surface of the cathode of the electrolytic ozonizer without adding expensive and large equipment such as a water softener, and keeps the ozone generation efficiency high and high. It is possible to continuously generate ozone water having a concentration.
In addition, since the acidic electrolyzed water for cleaning the cathode of the electrolytic ozonizer (removal of deposits) is finally neutralized and discharged, there is an advantage that the influence on the environment is small.
Furthermore, the pH of the acidic electrolyzed water is easily changed by changing the magnitude of the DC voltage applied between the anode and the cathode of the electrolyzed water generating means, and the pH of the acidic water is adjusted according to the amount of inorganic ions in the raw water. It is easy to maintain the desired value, and exchanging acidic water is not required, and the workability is excellent.
以下では、図1を用いて、本発明の電解式オゾナイザの第一実施例である電解式オゾナイザ1の構成について説明する。なお、本発明は以下で説明する電解式オゾナイザの第一構成例である電解式オゾナイザ1および第一実施例である電解式オゾナイザ101に限定されず、電解式オゾナイザに広く適用可能である。電解式オゾナイザ1は、原料水を電気分解することによりオゾン水(オゾンが溶解した水)を生成するものであり、主にオゾン生成手段10、直流電源20、酸性水流過手段30、およびこれらを接続する配管群や切替弁等で構成される。
Below, the structure of the
ここで、「原料水」とはオゾン生成手段10に供給されてオゾン水の原料となる水または水溶液の総称であり、具体例としては純水、水道水(上水)、工業用水等が挙げられる。吐出されたオゾン水の使用方法としては、該オゾン水を対象物に散布したり対象物をオゾン水に浸漬することによる殺菌消毒や有機物等(臭いやぬめり)の分解除去等を行うといったことが挙げられる。また、この他にも原料水を電解式オゾナイザに通して、原料水中に混入している微生物や細菌の殺菌消毒を行ったり、所定の有機物等の分解を行うといった使用方法も考えられる。このような場合には、微生物や細菌、所定の有機物等を含む産業用排水等も原料水に含まれる。 Here, the “raw water” is a general term for water or an aqueous solution supplied to the ozone generating means 10 and used as a raw material for ozone water, and specific examples include pure water, tap water (water), and industrial water. It is done. Examples of the method of using the discharged ozone water include sterilization and disinfection and decomposition / removal of organic matter (odor and slime) by spraying the ozone water on the object or immersing the object in ozone water. Can be mentioned. In addition, a method of using raw water through an electrolytic ozonizer to disinfect and disinfect microorganisms and bacteria mixed in the raw water or to decompose a predetermined organic substance or the like is also conceivable. In such a case, industrial wastewater containing microorganisms, bacteria, predetermined organic substances, and the like are also included in the raw water.
オゾン生成手段10は原料水に、オゾンを溶解させてオゾン水を生成するものである。オゾン生成手段10は主に筐体11、陽極12、陰極13、固体電解質14、陽極槽15、陰極槽16等で構成される。
The ozone generating means 10 generates ozone water by dissolving ozone in raw material water. The ozone generating means 10 is mainly composed of a
筐体11は、その内部に空間が形成され、該空間にオゾン生成手段10を構成する他の部材を収容する容器(構造体)である。
The
本構成例における陽極12および陰極13は、金属片や黒鉛やカーボンナノチューブ等の導電性物質からなり、原料水の電気分解を行うものである。電気分解時(陽極12と陰極13の間に直流電圧が印加されているとき)に、陽極12の表面では酸素ガスの気泡に含まれる形でオゾンが生成されるとともに、陰極13の表面では水素ガスが生成される。このとき、陽極12は少なくともその表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属(例えば白金やニッケル等)からなる。
The
固体電解質14はいわゆる陽イオン交換膜で構成され、水素イオンやナトリウムイオン、マグネシウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオンは通過することができ、水分子等のサイズの大きい分子や陰イオンは通過することができないという性質を有する。固体電解質14は、筐体11内部の空間を二つの空間に区画し、固体電解質14の一方の面には陽極12が当接されるとともに、固体電解質14の他方の面には陰極13が当接される。
The
陽極槽15は、固体電解質14により二つに区画された筐体11内部の空間のうち、陽極12が収容されている方の空間である。陽極槽15の一端(本構成例の場合、下端部)には筐体11の外部と陽極槽15とを連通する、給水口15aが形成され、陽極槽15の他端(本構成例の場合、上端部)には筐体11の外部と陽極槽15とを連通する、吐水口15bが形成される。
The
陰極槽16は、固体電解質14により二つに区画された筐体11内部の空間のうち、陰極13が収容されている方の空間である。陰極槽16の一端(本構成例の場合、下端部)には筐体11の外部と陰極槽16とを連通する、給水口16aが形成され、陰極槽16の他端(本構成例の場合、上端部)には筐体11の外部と陰極槽16とを連通する、吐水口16bが形成される。
The
直流電源20はオゾン生成手段10の陽極12と陰極13との間に直流電圧を印加する電源装置である。
The
酸性水流過手段30は前記オゾン生成手段10の陰極槽16に酸性水を供給し、陰極13に沿って酸性水を流過するものである。ここで、「酸性水」とは酸性の(pHが7よりも小さい)水または水溶液の総称であり、電解水製造装置等の電解水生成手段を用いて水を電気分解することにより生成した酸性電解水も含まれる。酸性水流過手段30は主に、タンク31、該酸性水を圧送するポンプ32等で構成される。タンク31は酸性水を貯留する容器である。ポンプ32はタンク31に貯留されている酸性水をオゾン生成手段10の陰極槽16に圧送する。
The acidic water flow means 30 supplies acidic water to the
以下では電解式オゾナイザ1を構成する部材を接続する配管群および切替弁について説明する。原料水供給配管40は、原料水供給ライン(例えば、水道水の配管)と、オゾン生成手段10の陽極槽15側の給水口15aと、を接続する。分岐配管41は、原料水供給配管40の中途部と、三方弁60と、を接続する。吐出配管42はオゾン水を外部に吐出するための配管であり、その一端がオゾン生成手段10の陽極槽15側の吐水口15bに接続される。配管43は、オゾン生成手段10の陰極槽16側の吐水口16bと、三方弁61と、を接続する。排出配管44は陰極槽16を通過した水(原料水または酸性水)を外部に排出するための配管であり、その一端が三方弁61に接続される。戻り配管45は、三方弁61と、タンク31の上部と、を接続する。配管46は、タンク31の底部と、ポンプ32の吸入側ポートと、を接続する。圧送配管47は、ポンプ32の吐出側ポートと、三方弁60と、を接続する。配管48は、三方弁60と、オゾン生成手段10の陰極槽16側の給水口16aと、を接続する。三方弁60および三方弁61は、オゾン生成手段10の陰極槽16に原料水または酸性水を供給するために電解式オゾナイザ1を構成する部材を接続する配管経路を切り替える。
Below, the piping group and switching valve which connect the member which comprises the
以下では、図1を用いて電解式オゾナイザ1におけるオゾン水の生成方法について説明する。原料水は原料水供給配管40および給水口15aを経て陽極槽15に供給される。また、原料水は原料水供給配管40→分岐配管41→三方弁60→配管48→給水口16aを経て陰極槽16に供給される。陽極12と陰極13との間には直流電源20により直流電圧が印加され、オゾン生成手段10内で電気分解が行われる。このとき、陽極槽15では水が電気分解されて水素イオン、酸素ガスおよびオゾンが生成される。また、陰極槽16では水が電気分解されて水素ガスおよび水酸化物イオンが生成される。
Below, the production | generation method of the ozone water in the electrolytic-
陽極槽15内の陽イオンである水素イオンは、陽イオン交換膜からなる固体電解質14を通過し、陰極13から電子を受け取って(還元されて)水素ガスとなる。このとき、陽極槽15に供給される原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオン(無機物イオン)が含まれていると、これらも固体電解質14を通過し、陰極13から電子を受け取って(還元されて)固体のマグネシウムやカルシウムが析出する。
Hydrogen ions, which are cations in the
陽極槽15内で生成されたオゾンが原料水に溶解することによりオゾン水が生成される。そして、吐水口15bおよび吐出配管42を経て電解式オゾナイザ1の外部にオゾン水が吐出される。また、陰極槽16内の原料水は吐水口16b→三方弁61→排出配管44を経て外部に排出される。
Ozone water is produced | generated when the ozone produced | generated in the
前述の如く、原料水に含まれているマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオン(無機物イオン)が陰極槽16において還元されて析出したマグネシウムやカルシウム(以下、析出物という)は、同じく陰極槽16において還元されて生成される水素ガスと異なり、陰極13の表面(特に、陰極13と固体電解質14と原料水との三相境界)に固着し、電気分解の進行に伴って堆積する。このように陰極13に析出物が堆積すると、電気分解に要する電圧が上昇するため、同じ電圧で電気分解を継続していると電流値が低下していく。結果として、陽極12で生成される水素イオンや酸素ガス、オゾンの量が減少し、陽極12でのオゾン生成効率が低下する。
As described above, magnesium and calcium (hereinafter referred to as precipitates) precipitated by reduction of cations (inorganic ions) such as magnesium ions and calcium ions contained in the raw water in the
そこで、本構成例の電解式オゾナイザ1には、陰極13の表面への析出物の堆積を防止するために、酸性水流過手段30が設けられている。酸性水流過手段30は陰極槽16に断続的、または連続的に酸性水を供給し、陰極13に沿って酸性水を流過させることにより、陰極13の表面に析出する無機物を再溶解して除去する(または、酸性水中の水素イオンを優先的に陰極13の表面で還元させることにより、陰極13表面における無機物イオンの還元を抑制する)。本構成例の場合、タンク31に貯留されている酸性水がポンプ32により配管46→ポンプ32→圧送配管47→三方弁60→配管48→給水口16aを経て陰極槽16に供給される。そして、酸性水により陰極13の表面の析出物が溶解され、該析出物の陽イオンが溶解した状態の酸性水は、吐水口16b→三方弁61→戻り配管45を経てタンク31に戻される。
In view of this, the
以上の如く、本発明の電解式オゾナイザの第一構成例である電解式オゾナイザ1は、固体電解質14の一方の面に少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる陽極12を当接させ、該固体電解質14の他方の面に陰極13を当接させ、陽極12と陰極13との間に直流電圧を印加することによりオゾン水を生成する電解式オゾナイザであって、酸性水を陰極13に沿って連続的または断続的に流過させる酸性水流過手段30を設けたものである。また、酸性水流過手段30は酸性水を貯留するタンク31と、酸性水を圧送するポンプ32とを具備している。
As described above, the
このように構成することにより、原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンが含まれている場合でも、軟水器等の高価かつ大型の設備を付加することなく、電解式オゾナイザ1の陰極13の表面に析出物が形成されることを防止し、オゾン生成効率を高く保持して高濃度のオゾン水を継続して生成することが可能である。
With this configuration, even when inorganic ions such as magnesium ions and calcium ions are contained in the raw water, the
なお、三方弁60および三方弁61を切り替えて、陰極槽16に原料水または酸性水のいずれを流過させるかは、原料水に含まれる無機物イオンの量により適宜選択することが望ましく、限定されない。例えば、原料水に含まれる無機物イオンの量が少ない場合には、通常時(オゾン水を生成しているとき)には陰極槽16に原料水を流過させてオゾン水を生成し、断続的に(定期的に)陰極槽16に酸性水を流過させて陰極13表面の析出物を除去する、といった使用方法が考えられる。また、原料水に含まれる無機物イオンの量が多い場合には、通常時(オゾン水を生成しているとき)にも陰極槽16に連続的に酸性水を流過させて陰極13表面の析出物を除去する、といった使用方法が考えられる。ずなわち、オゾン水を生成しているときに、陰極槽16に酸性水を連続的または断続的に流過させることが可能であり、いずれの流過方法を選択するかは使用する原料水の性状(無機物イオンの溶解量)や電解式オゾナイザの使用頻度等を考慮して適宜選択することが可能である。
Note that it is desirable to switch the three-
さらに、直流電源20の電流値や電圧値を検知して、オゾン生成効率が低下した(電圧が所定値以上となった、または電流値が所定値以下となった)時点で制御装置(図示せず)により三方弁60および三方弁61を切り替える、または警報を発して作業者が手動で三方弁60および三方弁61を切り替える構成としても良い。この場合三方弁60・61は電磁弁により構成し、ソレノイドを制御装置と接続する。さらにまた、酸性水中の水素イオンが陰極13にて還元されて水素ガスとなって減少し、酸性水のpHがpH≒7となると陰極13表面の析出物を除去する効果が小さくなるという問題があるが、タンク31または酸性水の循環経路(配管46→ポンプ32→圧送配管47→三方弁60→配管48→給水口16a→陰極槽16→吐水口16b→三方弁61→戻り配管45)の中途部にpHセンサを設けて制御装置と接続し、該制御装置には警報装置を接続して、酸性水のpHが所定値以下となった時点で警報を出し、作業者に酸性水の交換を促す構成としても良い。
Furthermore, a current value or a voltage value of the
以下では、図2を用いて本発明の電解式オゾナイザの第一実施例である電解式オゾナイザ101の構成について説明する。電解式オゾナイザ101は原料水を電気分解することによりオゾン水(オゾンが溶解した水)を生成するものであり、主にオゾン生成手段110、直流電源120、酸性水流過手段(130)、およびこれらを接続する配管群や切替弁等で構成される。
Hereinafter, the configuration of the
オゾン生成手段110は原料水にオゾンを溶解させてオゾン水を生成するものである。オゾン生成手段110は主に筐体111、陽極112、陰極113、固体電解質114、陽極槽115、陰極槽116等で構成される。なお、本実施例におけるオゾン生成手段110は前記第一構成例におけるオゾン生成手段10と略同じ構成であることから、詳細構成の説明については省略する。
The ozone generating means 110 generates ozone water by dissolving ozone in raw water. The ozone generation means 110 mainly includes a
直流電源120はオゾン生成手段110の陽極112と陰極113との間に直流電圧を印加する電源装置である。なお、本実施例の直流電源120は後述する電解水生成手段133の陽極172および陰極173の間に直流電圧を印加する電源装置としての機能を兼ねるが、これに限定されず、別体の電源装置を設けて該電源装置により電解水生成手段133の陽極172および陰極173の間に直流電圧を印加しても良い。
The
酸性水流過手段130は前記オゾン生成手段110の陰極槽116に酸性水を供給し、陰極113に沿って酸性水を流過するものである。酸性水流過手段130は主に、食塩水タンク131、ポンプ132、電解水生成手段133等で構成される。食塩水タンク131は原料水等の水に塩化ナトリウム(または塩化カリウム等の塩類)を添加して、水の電気分解に適した所定の濃度(導電率)の食塩水(または電解質水溶液)を生成するものである。ポンプ132は食塩水タンク131にて生成された食塩水(または電解質水溶液)を圧送して電解水生成手段133に供給し、電解水生成手段133にて生成された酸性電解水(酸性水の一種)をオゾン生成手段110の陰極槽116に供給するものである。
The acidic water flow means 130 supplies acidic water to the
電解水生成手段133は、食塩水(または電解質水溶液)を電気分解して、酸性電解水(酸性水の一種)を生成するものである。電解水生成手段133は主に筐体171、陽極172、陰極173、隔膜174、陽極槽175、陰極槽176等で構成される。なお、本実施例における電解水生成手段133は、陽極172の詳細構成がオゾンの生成を促進する(オゾンの生成効率を向上させる)ことを必要としない点、および隔膜174が固体電解質である必要がない点を除けば基本的にはオゾン生成手段10(またはオゾン生成手段110)と略同じ構成であることから、詳細構成の説明については省略する。
The electrolyzed water generating means 133 generates acidic electrolyzed water (a kind of acidic water) by electrolyzing salt water (or an aqueous electrolyte solution). The electrolyzed water generating means 133 is mainly composed of a
以下では電解式オゾナイザ101を構成する部材を接続する配管群および切替弁について説明する。原料水供給配管140は、原料水供給ライン(例えば、水道水の配管)と、三方弁162と、を接続する。配管141は、三方弁162と、オゾン生成手段110の陽極槽115側の給水口115aと、を接続する。分岐配管142は、配管141の中途部と、三方弁163と、を接続する。吐出配管143はオゾン水を外部に吐出するための配管であり、その一端がオゾン生成手段110の陽極槽115側の吐水口115bに接続される。戻り配管144は、オゾン生成手段110の陰極槽116側の吐水口116bと、電解水生成手段133の陰極槽176側の給水口176aと、を接続する。排出配管145はオゾン生成手段110の陰極槽116および電解水生成手段133の陰極槽176を通過した水(原料水または電解水)を外部に排出するための配管であり、その一端が電解水生成手段133の陰極槽176側の吐水口176bに接続される。配管146は、三方弁162と、食塩水タンク131の給水側ポートと、を接続する。配管147は、食塩水タンク131の吐水側ポートと、ポンプ132の吸入側ポートと、を接続する。圧送配管148は、ポンプ132の吐出側ポートと、電解水生成手段133の陽極槽175側の給水口175aと、を接続する。配管149は、電解水生成手段133の陽極槽175側の吐水口175bと、三方弁163と、を接続する。配管150は、三方弁163と、オゾン生成手段110の陰極槽116側の給水口116aと、を接続する。三方弁162および三方弁163は、オゾン生成手段110の陰極槽116に原料水または電解水(酸性水の一種)を供給するために電解式オゾナイザ101を構成する部材を接続する配管経路を切り替える。
Below, the piping group and switching valve which connect the member which comprises the
以下では、図2を用いて電解式オゾナイザ101におけるオゾン水の生成方法について説明する。原料水は原料水供給配管140→三方弁162→配管141→給水口115aを経てオゾン生成手段110の陽極槽115に流入する。また、原料水は原料水供給配管140→三方弁162→配管141→分岐配管142→三方弁163→配管150→給水口116aを経てオゾン生成手段110の陰極槽116に供給される。オゾン生成手段110の陽極112と陰極113との間には直流電源120により直流電圧が印加され、オゾン生成手段110内で電気分解が行われる。このとき、陽極槽115では水が電気分解されて水素イオン、酸素分子およびオゾンが生成される。また、陰極槽116では水が電気分解されて水素ガスおよび水酸化物イオンが生成される。
Below, the production | generation method of the ozone water in the
陽極槽115内の陽イオンである水素イオンは、陽イオン交換膜からなる固体電解質114を通過し、陰極113から電子を受け取って(還元されて)水素ガスとなる。このとき、陽極槽115に供給される原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオン(無機物イオン)が含まれていると、これらも固体電解質114を通過し、陰極13から電子を受け取って(還元されて)固体のマグネシウムやカルシウムが析出する。
Hydrogen ions, which are cations in the
オゾン生成手段110の陽極槽115内で生成されたオゾンが原料水に溶解することによりオゾン水が生成される。そして、吐水口115bおよび吐出配管143を経て電解式オゾナイザ101の外部にオゾン水が吐出される。また、オゾン生成手段110の陰極槽116内の原料水は、吐水口116b→戻り配管144→給水口176a→陰極槽176→吐水口176b→排出配管145を経て外部に排出される。
Ozone water is generated by the ozone generated in the
前述の如く、原料水に含まれているマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の陽イオン(無機物イオン)がオゾン生成手段110の陰極槽116において還元されて析出したマグネシウムやカルシウム(以下、析出物という)は、同じく陰極槽116において還元されて生成される水素ガスと異なり、陰極113の表面(特に、陰極113と固体電解質114と原料水との三相境界)に固着し、電気分解の進行に伴って堆積する。このように陰極113に析出物が堆積すると、電気分解に要する電圧が上昇するため、同じ電圧で電気分解を継続していると電流値が低下していく。結果として、陽極112で生成される水素イオンや酸素ガス、オゾンの量が減少し、陽極112でのオゾン生成効率が低下する。
As described above, magnesium and calcium (hereinafter referred to as precipitates) deposited by reducing cations (inorganic ions) such as magnesium ions and calcium ions contained in the raw water in the
そこで、本実施例の電解式オゾナイザ101には、オゾン生成手段110の陰極113の表面への析出物の堆積を防止するために酸性水流過手段130が設けられている。酸性水流過手段130はオゾン生成手段110の陰極槽116に断続的、または連続的に酸性電解水(酸性水の一種)を供給し、陰極113に沿って酸性電解水を流過させることにより、陰極113の表面に析出する無機物を再溶解して除去する(または、酸性の電解中の水素イオンを優先的に陰極113の表面で還元させることにより、陰極113表面における無機物イオンの還元を抑制する)。
Accordingly, the
本実施例の場合、三方弁162を切り替えてオゾン生成手段110の陽極槽115および陰極槽116への原料水の供給を停止し、原料水供給配管140→三方弁162→配管146を経て食塩水タンク131に原料水が供給される。食塩水タンク131には食塩(塩化ナトリウム)が貯留されており、供給された原料水に食塩を溶解して所定の濃度(導電率)の食塩水を生成(調製)する。食塩水タンク131で生成された食塩水は、ポンプ132により圧送されて、配管147→ポンプ132→圧送配管148→給水口175aを経て電解水生成手段133の陽極槽175に供給される。
In the case of this embodiment, the three-
電解水生成手段133の陽極172と陰極173との間には直流電源120により直流電圧が印加され、電解水生成手段133内で電気分解が行われる。このとき、陽極槽175では水が電気分解されて水素イオンおよび酸素ガスが生成される。また、陰極槽176では水が電気分解されて水素ガスおよび水酸化物イオンが生成される。陽極槽175にて生成された酸性電解水は、吐水口175b→配管149→三方弁163→配管150→給水口116aを経てオゾン生成手段110の陰極槽116に供給される。そして、酸性電解水により陰極113の表面の析出物が溶解され、該析出物の陽イオンが溶解した状態の酸性電解水は吐水口116b→戻り配管144→給水口176aを経て電解水生成手段133の陰極槽176に供給される。
A DC voltage is applied by the
電解水生成手段133の陰極槽176に供給された酸性電解水に含まれる水素イオンは、該陰極槽176にて生成される水酸化物イオンと中和反応を起こし、pH≒7となった後に吐水口176b→排出配管145を経て外部に排出される。
The hydrogen ions contained in the acidic electrolyzed water supplied to the
以上の如く、本発明の電解式オゾナイザの第一実施例である電解式オゾナイザ101は、固体電解質114の一方の面に少なくとも表面部がオゾン発生触媒機能を有する金属からなる陽極112を当接させ、該固体電解質114の他方の面に陰極113を当接させ、陽極112と陰極113との間に直流電圧を印加することによりオゾン水を生成する電解式オゾナイザであって、酸性水(酸性電解水)を陰極113に沿って連続的または断続的に流過させる酸性水流過手段130を設けたものである。また、酸性水流過手段130は電解水生成手段133と、食塩水を生成する食塩水タンク131と、該食塩水を圧送するポンプ132と、を具備するとともに、食塩水を電気分解して酸性電解水を生成するものである。
As described above, the
このように構成することにより、原料水にマグネシウムイオンやカルシウムイオン等の無機物イオンが含まれている場合でも軟水器等の高価かつ大型の設備を付加することなく、電解式オゾナイザ101の陰極113の表面に析出物が形成されることを防止し、オゾン生成効率を高く保持して高濃度のオゾン水を継続して生成することが可能である。
By comprising in this way, even if inorganic ion, such as magnesium ion and calcium ion, is contained in raw material water, without adding expensive and large facilities, such as a water softener, of
また、本実施例の場合、前記第一構成例と比較すると、電解式オゾナイザの陰極の洗浄(析出物の除去)を行う酸性電解水は最終的に中和されて排出されるため、環境への影響が小さいという利点を有する。さらに、電解水生成手段の陽極と陰極の間に印加する直流電圧の大きさを変えることにより酸性電解水のpHを容易に変更し、原料水中の無機物イオン量等に応じて酸性水のpHを所望の値に維持することが容易であるとともに、前記第一構成例の如く析出物の除去の進行に伴いpHが低下した酸性水の交換作業を必要とせず、作業性に優れる。 In the case of this example, compared with the first configuration example, the acidic electrolyzed water for cleaning the cathode of the electrolytic ozonizer (removal of precipitates) is finally neutralized and discharged. This has the advantage that the influence of the Furthermore, the pH of the acidic electrolyzed water is easily changed by changing the magnitude of the DC voltage applied between the anode and the cathode of the electrolyzed water generating means, and the pH of the acidic water is adjusted according to the amount of inorganic ions in the raw water. It is easy to maintain at a desired value, and exchanging acidic water whose pH has decreased with the progress of removal of precipitates as in the first configuration example is not required, and the workability is excellent.
1 電解式オゾナイザ
12 陽極
13 陰極
14 固体電解質
30 酸性水流過手段
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