JP2023073655A - オゾン水生成装置 - Google Patents

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Takuma Ishibashi
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Abstract

Figure 2023073655000001
【課題】一台で濃度の異なる電解オゾン水を提供することができるオゾン水生成装置を提供する。
【解決手段】原料水が導入される導入部3を有して原料水が流通される流通管路2と、流通管路内を流通する原料水の電解を行うことにより、当該原料水中にオゾンを発生させ、オゾン水を生成する電解部19と、電解部で生成されたオゾン水を流通管路から取り出す取出部4と、蓄冷剤11と当該蓄冷剤を冷却するペルチェ素子13を有して電解部に流入する原料水を冷却する冷却部8と、冷却部を迂回して導入部から導入された原料水を電解部に流入させるバイパス回路31と、導入部から導入された原料水を冷却部に流すか、バイパス回路に流すかを切り換える流路切換部21を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、電解によりオゾン水を生成するオゾン水生成装置に関する。
従来より、風呂床除菌、きざみ野菜等の除菌、トイレ便器の清掃、歯科治療具の除菌用途として、比較的濃度の低い大量のオゾン水が使用されているが、オゾン水は生成された直後から水質や容器の材質、温度や振動等の影響から急速に分解が進み、濃度が低下するため、生成直後に速やかに使用する必要がある(例えば、特許文献1参照)。また、テーブル等の除菌、ウイルスの不活性化等の用途としても高濃度のオゾン水が活用されてきた(例えば、特許文献2参照)。
特許第5823102号公報 特許第4410155号公報 特開2002-263650号公報 特許第6479459号公報
一方で、オゾン水の生成や濃度維持には温度を下げておくことが効果的であることは知られている(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、冷却機能が必要となるため、民生機器としての活用が難しかった。
また、民生分野のオゾン水の活用では使用目的に必要な濃度毎に専用の装置が必要となってしまい、コストの高いオゾン水生成装置を目的(濃度)毎に複数用意する必要があった。更に、高濃度のオゾン水を使用するテーブル用の専用機では、取り扱い時の落下破損が懸念され、オゾン水の効果に拘わらず、高額損失の恐れが普及の足かせとなっていた。
尚、オゾンガスを使用してオゾン水を生成する方法では、原水を混合する割合で濃度を制御できるものも提案されている(例えば、特許文献4参照)。
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、一台で濃度の異なる電解オゾン水を提供することができるオゾン水生成装置を提供することを目的とする。
本発明のオゾン水生成装置は、電解により原料水からオゾン水を生成するものであって、原料水が導入される導入部を有して原料水が流通される流通管路と、複数の電極を有して流通管路内を流通する原料水の電解を行うことにより、当該原料水中にオゾンを発生させ、オゾン水を生成する電解部と、この電解部で生成されたオゾン水を流通管路から取り出す取出部と、蓄冷剤と当該蓄冷剤を直接、若しくは、間接的に冷却する冷却装置を有して電解部に流入する原料水を冷却する冷却部と、この冷却部を迂回して導入部から導入された原料水を電解部に流入させるバイパス回路と、導入部から導入された原料水を冷却部に流すか、バイパス回路に流すかを切り換える流路切換部と、を備えたことを特徴とする。
請求項2の発明のオゾン水生成装置は、上記発明において冷却部から電解部に流入する原料水の流量を制限する流量調整部を備えたことを特徴とする。
請求項3の発明のオゾン水生成装置は、上記各発明において電解部で生成されたオゾンガスを溶解させる撹拌部を備えたことを特徴とする。
請求項4の発明のオゾン水生成装置は、上記各発明において冷却部は、原料水が流通され、当該原料水と蓄冷剤とを熱交換させる熱交換器を備えることを特徴とする。
請求項5の発明のオゾン水生成装置は、上記発明において冷却装置は、蓄冷剤を収容するケースと熱伝導関係に配置されていることを特徴とする。
請求項6の発明のオゾン水生成装置は、請求項4の発明において冷却部は、冷却装置と熱交換器との間で原料水が循環する循環路と、この循環路内で原料水を循環させる循環装置を備え、冷却装置は、循環路を循環する原料水と熱交換器を介して蓄冷剤を冷却することを特徴とする。
請求項7の発明のオゾン水生成装置は、上記各発明において冷却装置は、ペルチェ素子から構成されていることを特徴とする。
本発明のオゾン水生成装置は、電解により原料水からオゾン水を生成するものであって、原料水が導入される導入部を有して原料水が流通される流通管路と、複数の電極を有して流通管路内を流通する原料水の電解を行うことにより、当該原料水中にオゾンを発生させ、オゾン水を生成する電解部と、この電解部で生成されたオゾン水を流通管路から取り出す取出部と、蓄冷剤と当該蓄冷剤を直接、若しくは、間接的に冷却する冷却装置を有して電解部に流入する原料水を冷却する冷却部と、この冷却部を迂回して導入部から導入された原料水を電解部に流入させるバイパス回路と、導入部から導入された原料水を冷却部に流すか、バイパス回路に流すかを切り換える流路切換部と、を備えているので、冷却部において原料水を冷却し、この冷却された原料水を電解部で電解することで、高濃度のオゾン水を生成することができる。また、流路切換部によりバイパス回路に原料水を流せば、電解部において比較的濃度の低いオゾン水を生成することもできる。
これにより、一台の装置で濃度の異なるオゾン水を生成することが可能となり、例えば、風呂床除菌を行う際等にはバイパス回路に原料水を流して濃度は低いが大量のオゾン水を生成し、テーブル除菌の際等には、冷却部に原料水を流して高濃度のオゾン水を生成し、安価なボトルに注入して使用することが可能となり、利便性の向上とコストの低減を図ることができるようになる。
特に、冷却部では冷却装置により蓄冷剤に冷熱を潜熱として蓄え、この蓄えられた冷熱で原料水を迅速に冷却すると共に、蓄冷剤で冷却された後、流通管路を流通する原料水を電解部において電解する方式を採用しているので、高濃度のオゾン水を迅速に提供することが可能となる。
この場合、請求項2の発明の如く冷却部から電解部に流入する原料水の流量を制限する流量調整部を設けることにより、量は少ないが、より一層濃度の高いオゾン水を電解部において生成することが可能となり、テーブル除菌用途等において除菌能力の更なる向上を図ることができるようになる。
また、請求項3の発明の如く電解部で生成されたオゾンガスを溶解させる撹拌部を設けることにより、微細な気泡を発生させ、電解部で溶け切らなかったオゾンガスを原料水に溶け込ませることが可能となり、取り出されるオゾン水の濃度を更に高くすることができるようになる。
また、請求項4の発明の如く冷却部に、原料水が流通され、当該原料水と蓄冷剤とを熱交換させる熱交換器を設けることで、蓄冷剤により原料水を円滑に冷却することができるようになる。
この場合、請求項5の発明の如く蓄冷剤を収容するケースを冷却装置と熱伝導関係に配置することにより、冷却装置により蓄冷剤を直接冷却して冷熱を迅速に蓄えることが可能となる。
或いは、請求項6の発明の如く冷却部に、冷却装置と熱交換器との間で原料水が循環する循環路と、この循環路内で原料水を循環させる循環装置を設け、冷却装置により、循環路を循環する原料水と熱交換器を介して蓄冷剤を冷却するようにしてもよい。その場合には、冷却装置の配置上の自由度を向上させることができるようになる。
更に、請求項7の発明の如く冷却装置を、ペルチェ素子から構成することで、装置の小型化を図ることが可能となり、更なるコストの低減を実現することができるようになる。
本発明を適用した一実施例のオゾン水生成装置の構成図である(実施例1)。 本発明の他の実施例のオゾン水生成装置の構成図である(実施例2)。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。
本発明における実施例のオゾン水生成装置1は持ち運び可能な構成とされており、図1はその構成の一例を示している。図1において、2は原料水(実施例では水道水)が流通される配管から構成された流通管路であり、この流通管路2の一端には導入部3が設けられ、他端には後述する如く生成されたオゾン水を取り出す取出部4が設けられている。
実施例の導入部3は、一般的な水道水の蛇口に着脱可能に接続される接続口である。また、実施例の取出部4は、例えばシャワーヘッドが接続可能な構造の抽出口であり、更に、取出部4の下方には噴霧ボトルを載置可能な受け台も設けられる。導入部3の下流側の流通管路2には、減圧弁6と活性炭フィルタ7が順次配設されている。減圧弁6は導入部3からの水圧を下げ、原料水の流量を例えば5リットル毎分にする。また、活性炭フィルタ7は原料水中の不純物を取り除くものである。
更に、この活性炭フィルタ7の下流側には、冷却部8が配置されている。この実施例の場合、冷却部8は熱交換器9と、パラフィン系の蓄冷剤11と、この蓄冷剤11を収容する金属製のケース12と、このケース12に熱交換関係で取り付けられた冷却装置としてのペルチェ素子(ペルチェ冷凍機)13から構成されている。
実施例の熱交換器9は、所謂フィン&チューブ型の熱交換器であり、チューブ内を原料水が流通するように流通管路2に接続されている。また、熱交換器9はケース12内に収容されており、蓄冷剤11はケース12内の熱交換器9の隙間に充填されている。これにより、熱交換器9は蓄冷剤11に浸漬されたかたちで、当該蓄冷剤11と熱交換関係となる。
実施例のペルチェ素子13は、その吸熱側13Aが熱伝導良好なシート14を介してケース12に密着され、ケース12と熱伝導関係とされている。また、ペルチェ素子13の放熱側13Bにはヒートシンク16が取り付けられ、このヒートシンク16には空冷用のファン17が取り付けられている。
そして、このペルチェ素子13及びファン17に通電されると、吸熱側13Aでは冷却作用が発揮されてケース12を冷却する。また、吸熱側13Aで汲み上げられた熱は放熱側13Bに搬送され、ヒートシンク16とファン17により大気中に放散される。係る作用によりケース12は冷却され、このケース12を介して蓄冷剤11が冷却される。即ち、この実施例では蓄冷剤11はペルチェ素子13からの熱伝導により直接的に冷却されると云うことができ、これにより、蓄冷剤11に冷熱を潜熱として蓄えるかたちとなり、実施例では+10℃程度まで温度が下がる。
この蓄冷剤11は熱交換器9と熱交換関係とされているので、熱交換器9のチューブ内を流通する原料水は蓄冷剤11から冷却されることになる。この場合、実施例の冷却部8では、0.5リットル毎分の流量の+30℃の原料水を、+15℃まで冷却する能力を有しているものとする。
また、この冷却部8の下流側の流通管路2には流量調整部としての流量調整バルブ18が配設されている。この流量調整バルブ18は、冷却部8の熱交換器9のチューブから出て後述する電解部19に流入する原料水の量を制限する機能を奏するものであり、制限した後の量(例えば、0.5リットル毎分等)は適宜設定可能とされている。
また、この流量調整バルブ18の下流側の流通管路2には流路切換部21の電磁弁22が配設され、この電磁弁22の下流側の流通管路2に電解部19が設けられている。この電解部19は、直流電源23の陽極側に接続されたアノード24(電極)と、直流電源23の陰極側に接続されたカソード26(電極)から成る。実施例の電解部19は所謂電解フローセル型の電気分解装置であり、アノード24とカソード26が電解膜を挟んで対峙し、内部を原料水が流通する構造とされている。
直流電源23によりアノード24とカソード26に電圧が印加されるとオゾンが発生する。このオゾンは原料水に溶け込むため、原料水はオゾン水となって電解部19から流出する。尚、アノード24側では塩化物イオンが電子を放出して塩素となるため、電解部19から流出する原料水には、この塩素が溶け込んで生成された次亜塩素酸も含まれる。
更に、この電解部19の下流側の流通管路2には、撹拌部を構成するスタティックミキサー27が配設されている。このスタティックミキサー27は、電解部19を出て流通管路2内を流通するオゾン水(電解部19で溶けきらなかったオゾンガスを含む)を撹拌し、微細な気泡を発生させる機能を奏する。また、このスタティックミキサー27の下流側の流通管路2には、取出部4との間に電磁弁28が配設されている。
また、図1において31はバイパス回路である。このバイパス回路31の一端は活性炭フィルタ7と冷却部8の間の流通管路2に連通接続され、他端は流路切換部21のもう一つの電磁弁32を介して電磁弁22の下流側の流通管路2に連通接続されている。このバイパス回路31は、導入部3から導入された原料水を、冷却部8を迂回して電解部19に流入させるための配管である。
尚、前述した流路切換部21の電磁弁22、32は所定の選択スイッチにより開閉操作されるものとする。
以上の構成で、実施例のオゾン水生成装置1の動作を説明する。先ず、導入部3を水道水の蛇口に接続して、電源を投入する。電源が投入されると、ペルチェ素子13が動作して、吸熱側13Aでは吸熱作用が発揮されるので、前述した如く蓄冷剤11が冷却されて冷熱が蓄えられる。
次に、例えばテーブル除菌用の噴霧ボトルにオゾン水を取り出す場合には、噴霧ボトルを受け台に置き、前述した選択スイッチを操作して電磁弁32を閉じ、電磁弁22を開く。また、選択スイッチの操作により電解部19のアノード24とカソード26には直流電圧が印加されると共に、電磁弁28も開く。
これにより、導入部3から流通管路2に導入された原料水(水道水)は、減圧弁6を経て所定の水圧とされ、活性炭フィルタ7を経て不純物が取り除かれた後、冷却部8の熱交換器9のチューブに流入する。原料水はこのチューブ内で蓄冷剤11から瞬時に冷却される。次に、原料水は流量調整バルブ18で流量が、例えば、1リットル毎分に制限された後、電磁弁22を経て電解部19に流入する。
電解部19では前述した如き電気分解作用により原料水中にオゾン(次亜塩素酸を含む)が生成されるので、電解部19から原料水はオゾン水となって流出する。このとき、原料水は冷却部8で冷却されているので、オゾンは原料水中に溶け込み易くなる。また、流量調整バルブ18で流量が制限されているので、原料水の流速は落ち、より長く電解が行われるようになるので単位水量当たりのオゾンの発生量も多くなる。これにより、高濃度のオゾン水が電解部19で生成されることになる。
この電解部19から流出したオゾン水は次にスタティックミキサー27で撹拌されるので、微細な気泡により、電解部19で溶け切らなかったオゾンガスが原料水に溶け込み、濃度は更に高く、或いは、維持されることになる。このようにして生成されたオゾン水の濃度は、実施例では5ppm以上の高濃度となり、電磁弁28を経て取出部4から噴霧ボトルに取り出されることになる。
尚、ペルチェ素子13の通電は、蓄冷剤11の温度が前述した+10℃に低下した時点で停止してもよいが、蓄冷剤11は熱容量以上の冷却はできないため、連続してオゾン水を取り出していると、やがては電解部19に流入する原料水の温度が上昇してくる。また、通電されてからペルチェ素子13が冷却能力を発揮するまでにも時間(数10秒~数分)を要する。
そこで、係る蓄冷剤11の温度上昇とペルチェ素子13で必要な時間を考慮し、例えば、蓄冷剤11の温度が所定値に上昇した時点でペルチェ素子13に通電することにより、連続してオゾン水を取り出す場合にも、支障無く原料水を冷却することが可能となる。
一方、例えば風呂床除菌を行う際には、オゾン水生成装置1を風呂場に運び、シャワーヘッドを取出部4に接続する。次に、前述した選択スイッチを操作して電磁弁22を閉じ、電磁弁32を開く。また、同様に選択スイッチの操作により電解部19のアノード24とカソード26には直流電圧が印加されると共に、電磁弁28も開く。
これにより、導入部3から流通管路2に導入された原料水(水道水)は、減圧弁6を経て所定の水圧とされ(原料水の流量は前述した5リットル毎分)、活性炭フィルタ7を経て不純物が取り除かれた後、バイパス回路31に流入する。原料水はバイパス回路31を通過し、電磁弁32を経て電解部19に流入する。
電解部19では前述した如き電気分解作用により原料水中にオゾン(次亜塩素酸を含む)が生成されるので、電解部19から原料水はオゾン水となって流出する。このとき、原料水は冷却部8で冷却されていないので、スタティックミキサー27を経て取出部4から流出するオゾン水の濃度は1~2ppmの比較的低い濃度であるが、大量(5リットル毎分)にシャワーヘッドから吐出させることができる。
このように本発明では、流路切換部21の電磁弁22を開き、冷却部8において原料水を冷却し、この冷却された原料水を電解部19で電解することで、高濃度のオゾン水を生成することができる。また、電磁弁32を開いてバイパス回路31に原料水を流せば、電解部19において比較的濃度の低いオゾン水を生成することもできる。
これにより、一台の装置で濃度の異なるオゾン水を生成することが可能となり、前述した如く風呂床除菌を行う際等にはバイパス回路31に原料水を流して濃度は低いが大量のオゾン水を生成し、テーブル除菌の際等には、冷却部8に原料水を流して高濃度のオゾン水を生成し、安価な噴霧ボトルに注入して使用することが可能となり、利便性の向上とコストの低減を図ることができるようになる。
特に、冷却部8ではペルチェ素子13により蓄冷剤11に冷熱を潜熱として蓄え、この蓄えられた冷熱で原料水を迅速に冷却すると共に、蓄冷剤11で冷却された後、流通管路2を流通する原料水を電解部19において電解する方式を採用しているので、迅速に高濃度のオゾン水を提供することが可能となる。
また、実施例では冷却部8から電解部19に流入する原料水の流量を制限する流量調整バルブ18を設けているので、量は少ないが、より一層濃度の高いオゾン水を電解部19において生成することが可能となり、テーブル除菌用途等において除菌能力の更なる向上を図ることができるようになる。
また、実施例では電解部19で生成されたオゾン水を撹拌するスタティックミキサー27を設けているので、微細な気泡を発生させ、電解部19で生成されたオゾンガスを、原料水により一層良好に溶け込ませることが可能となり、取り出されるオゾン水の濃度を更に高くすることができるようになる。
また、実施例では冷却部8に、原料水が流通され、当該原料水と蓄冷剤11とを熱交換させる熱交換器9を設けているので、蓄冷剤11により原料水を円滑に冷却することができるようになる。
また、この実施例では蓄冷剤11を収容するケース12をペルチェ素子13と熱伝導関係に配置しているので、ペルチェ素子13により蓄冷剤11を直接冷却して冷熱を迅速に蓄えることが可能となる。
更に、実施例ではペルチェ素子13を用いて蓄冷剤11を冷却しているので、装置の小型化を図って持ち運び可能とすることができるようになる共に、更なるコストの低減を実現することができるようになる。
次に、図2は本発明を適用したオゾン水生成装置1の他の実施例の構成を示している。尚、この図において図1と同一符号で示すものは同一若しくは同様の機能を奏するものとする。この実施例の場合、冷却部8には循環路33と、循環装置としてのポンプ34と、逆止弁36と、もう一つの熱交換器37が設けられる。
循環路33の一端は活性炭フィルタ7と熱交換器9の間の流通管路2に連通接続され、他端は熱交換器9と流量調整バルブ18の間の流通管路2に連通接続されている。ポンプ34は循環路33における熱交換器37の上流側に位置しており、逆止弁36は下流側に位置して流通管路2に向かう方向が順方向とされている。
熱交換器37はパイプ型の熱交換器であり、内部を原料水が流通する。この実施例ではペルチェ素子13の吸熱側13Aが前述同様にシート14を介して熱交換器37と熱交換関係で取り付けられる。この熱交換器37はペルチェ素子13と共に本発明における冷却装置を構成するものである。また、ケース12にはペルチェ素子は設けられない。その他の構成は図1の場合と同様である。
次に、この実施例における冷却部8の動作について説明する。ポンプ34に通電されると、流通管路2内の原料水が循環路33に吸い込まれ、熱交換器37に吐出される。熱交換器37に流入した原料水は、ペルチェ素子13による冷却作用を受けて冷却された後、逆止弁36を経て流通管路2に流入する。その後、原料水は熱交換器9に流入し、その過程で蓄冷剤11を冷却する。熱交換器9を経た原料水は流通管路2を経てポンプ34により再び循環路33に吸い込まれる。これにより、原料水がペルチェ素子13(熱交換器37)と熱交換器9の間で循環されることになる。
この実施例の場合は、上記のような原料水の循環によって蓄冷剤11に冷熱を蓄えるかたちとなる。その後、前述した高濃度のオゾン水の取り出し時には、同様に熱交換器9で蓄冷剤11により冷却された原料水が電解部19に送られてオゾン水が生成されることになる。その他の動作は前述した実施例と同様である。
但し、前述した如く蓄冷剤11は熱容量以上の冷却はできないため、連続してオゾン水を取り出していると、やがては電解部19に流入する原料水の温度が上昇してくる。また、通電されてからペルチェ素子13が冷却能力を発揮するまでにも時間を要する。
そこで、この実施例の場合には、蓄冷剤11の温度上昇とペルチェ素子13で必要な時間を考慮し、例えば、蓄冷剤11の温度が前述より低い所定値に上昇した時点でペルチェ素子13に通電し、更に、ペルチェ素子13の冷却能力が或程度安定した時点でポンプ34を運転することにより、連続してオゾン水を取り出す場合にも、支障無く原料水を冷却することが可能となる。
このように、冷却部8にペルチェ素子13と熱交換器9との間で原料水が循環する循環路33と、この循環路33内で原料水を循環させるポンプ34を設け、ペルチェ素子13により、循環路33を循環する原料水と熱交換器9を介して蓄冷剤11を冷却するようにすれば、ペルチェ素子13の配置上の自由度を向上させることができるようになる。
尚、前述した実施例ではペルチェ素子13をケース12に取り付けるか、熱交換器37に取り付けるかの何れかとしたが、実施例2ではケース12にもう一つのペルチェ素子を取り付けても良い。その場合には、原料水の冷却能力が更に向上することが期待できる。
また、実施例ではペルチェ素子にて冷却装置を構成したが、請求項7以外の発明ではそれに限らず、小型の蒸気圧縮型冷却機にて構成してもよい。更に、各実施例で示した構成や数値は、それらに限定されるものでは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更可能であることは云うまでもない。
1 オゾン水生成装置
2 流通管路
3 導入部
4 取出部
8 冷却部
9 熱交換器
11 蓄冷剤
12 ケース
13 ペルチェ素子(冷却装置)
18 流量調整バルブ(流量調整部)
19 電解部
21 流路切換部
22、32 電磁弁
24 アノード(電極)
26 カソード(電極)
27 スタティックミキサー(撹拌部)
31 バイパス回路
33 循環路
34 ポンプ(循環装置)
37 熱交換器(冷却装置)

Claims (7)

  1. 電解により原料水からオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、
    原料水が導入される導入部を有して前記原料水が流通される流通管路と、
    複数の電極を有して前記流通管路内を流通する前記原料水の電解を行うことにより、当該原料水中にオゾンを発生させ、オゾン水を生成する電解部と、
    該電解部で生成されたオゾン水を前記流通管路から取り出す取出部と、
    蓄冷剤と当該蓄冷剤を直接、若しくは、間接的に冷却する冷却装置を有して前記電解部に流入する前記原料水を冷却する冷却部と、
    該冷却部を迂回して前記導入部から導入された前記原料水を前記電解部に流入させるバイパス回路と、
    前記導入部から導入された前記原料水を前記冷却部に流すか、前記バイパス回路に流すかを切り換える流路切換部と、
    を備えたことを特徴とするオゾン水生成装置。
  2. 前記冷却部から前記電解部に流入する前記原料水の流量を制限する流量調整部を備えたことを特徴とする請求項1に記載のオゾン水生成装置。
  3. 前記電解部で生成されたオゾンガスを溶解させる撹拌部を備えたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のオゾン水生成装置。
  4. 前記冷却部は、前記原料水が流通され、当該原料水と前記蓄冷剤とを熱交換させる熱交換器を備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のうちの何れかに記載のオゾン水生成装置。
  5. 前記冷却装置は、前記蓄冷剤を収容するケースと熱伝導関係に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のオゾン水生成装置。
  6. 前記冷却部は、前記冷却装置と前記熱交換器との間で前記原料水が循環する循環路と、該循環路内で前記原料水を循環させる循環装置を備え、前記冷却装置は、前記循環路を循環する前記原料水と前記熱交換器を介して前記蓄冷剤を冷却することを特徴とする請求項4に記載のオゾン水生成装置。
  7. 前記冷却装置は、ペルチェ素子から構成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のうちの何れかに記載のオゾン水生成装置。
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