JP4287423B2 - オゾン水生成装置 - Google Patents
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Description
また、直接電解法では微小な渦流を発生させるために高い水圧を必要とし、さらに強度の高い陽イオン交換膜を強度のある枠に緊定し、水圧の高い水流にも耐え得るジャケットが必要などの理由から、電解部は大型で高価なものであった。さらに、直接電解法において従来より使用されているオゾンを発生させる触媒電極は、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極、他方の面に陰極電極を圧接してなるものであり、このような触媒電極は平板状をなしている。そのため、乾いている膜を使用時に水に接触させると著しく膨張することがあり、このような平面電極においては膨張して歪みやしわが生じ、陽極電極と陰極電極との接触面が部分的に剥がれて、接触不良となる欠点があった。そこで、従来では濡れている膨張した膜を強固な枠に固定し、不使用時に膜が乾いて縮もうとする応力がかかっても耐え得る強度の固定枠が用いられている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、高濃度オゾンガスを必要とせず、また、
陽極電極や陰極電極の歪み、しわや剥がれを抑制でき、低水圧で、かつ、安全な低電圧直流を印加するだけで簡易にオゾン水を生成することができ、しかも小型化を図ることのできるオゾン水生成装置を提供することを目的としている。
前記水管内に設けられて、陽イオン交換膜21の一方の面に陽極電極22を密着させ、他方の面に陰極電極23を密着させてなる触媒電極2とを備え、
前記触媒電極は、前記陽極電極面側と陰極電極面側とで交互に凸となるように折り曲げられて山形状に形成され、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極面に水流を、前記山形状の触媒電極の折り目に対して交差するように連続接触させることによって渦流を発生させることを特徴とする。
また、触媒電極を山形状に形成し、水流を陽極電極面に連続接触させることにより、触媒電極の凹凸をなした山形状を伝い渦流が発生し、オゾン気泡が発生するとともに原料水中にオゾン気泡が溶解してオゾン水が生成される。そのため、水管内の水流の圧力を低圧とすることができる。
さらには、上述のように山形状に形成することにより密着性の高い触媒電極とすることで、電流効率が良好となるので、陽極電極と陰極電極との間に印加する電圧を低くすることができる。
したがって、低電圧の直流を印加するだけで、本発明の中濃度のオゾン水を容易に得ることができる。さらには、装置の小型化も図ることができる。
前記水管は断面視略矩形状をなしており、
前記触媒電極は、前記水管を形成する内壁面に沿って設けられ、
前記陽極電極が水管の中心側を向き、前記陰極電極が前記水管を形成する壁面(例えば、水管1の底面1a)側を向くように配置されていることを特徴とする。
前記水管1Aは断面視略円形状をなしており、
前記触媒電極2Aは、前記水管の内周面に沿って略円筒状に設けられ、
前記陽極電極が前記水管の円筒中心側を向き、前記陰極電極が前記水管を形成する内周面側を向くように配置されていることを特徴とする。
前記水管内で、前記水管の内周面に沿って旋回する水流を発生させて前記触媒電極に水流を連続接触させる旋回水流発生手段(例えば、回転子4A)が設けられていることを特徴とする。
[第一の実施の形態]
図1(a)は、第一の実施の形態のオゾン水生成装置100の概略斜視図、図1(b)は、(a)における切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
図1に示すように、オゾン水生成装置100は、原料水(例えば、水)が流入される水管1内に触媒電極2を配置して構成されたもので、触媒電極2に直流電圧を印加することによってオゾン気泡を発生させて、そのオゾン気泡を水に溶解させることによりオゾン水を生成する装置である。
水管1は、左右に長尺でその左右両端が閉塞された断面視略矩形状の管であり、長手方向に延びる一方の側面に水管1内に原料水を流入するための流入管41が設けられ、他方の側面に水管1内で生成されたオゾン水を流出するための流出管42が設けられている。
水管1内には、流入管41によって原料水が流入されており、流入管41から流出管42へと水流が発生している。
断面図である。なお、図1に示す触媒電極2は、図面の関係上、陽イオン交換膜21、陽極電極22及び陰極電極23の詳細な図示はしていない。
図2に示すように、触媒電極2は、陽イオン交換膜21の一方の面に陽極電極22を密着させ、他方の面に陰極電極23を密着させてなるもので、陽極電極面22側と陰極電極23面側とで交互に凸となるように折り曲げられて、側面視略山形状をなしている。折り曲げ角度は約60度になっており、折り曲げられた各一辺の長さがほぼ等しくなっている。
そして、このような触媒電極2は、図1に示すように、陽極電極22面が上側を向くように水管1の底面1aに平行となるように固定されており、陽極電極22面が水管1の中心側を向き、陰極電極23面が水管1を形成する底面1a側を向くように配置されている。このように触媒電極2を配置することにより、流入管41から水管1内に流入された原料水の大部分が陽極電極22面に連続接触して流れる第一の流路31と、流入管41から水管1内に流入された原料水の一部が分岐して陰極電極23面と水管1の底面1aとの間を陰極電極23面と連続接触して流れる第二の流路32とに仕切られている。
また、陽極電極22と陰極電極23との間には、電源装置(図示略)の出力端24が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、陽極電極22及び陰極電極23は、各電極22、23に導線を介して電源装置に連結されている。印加する直流電圧は、例えば、9〜15ボルト(V)が好ましい。
一方、陰極電極23としては塩化銀層を有する銀又は銀被覆金属を使用する。塩化銀はオゾン測定の比較電極としても使われており、毒性なく安定してカソード電位の維持を行い、陽極電極22において安定してオゾンを発生できるものである。また、被覆処理としては、例えばメッキや電着等により行うことができる。
また、触媒電極2の水管1への固定方法としては、特に限定されるものではなく、耐オゾン性の材料からなる取付部材(図示略)によって水管1に固定すれば良い。
流入管41から水管1内に原料水を流入させて、水管1内に流入管41から流出管42へと流れる水流を発生させておく。ここで、原料水は、第一の流路31を流れて山形状の陽極電極22の折り目に対して交差するように連続接触し流出管42側へと流れるとともに、その一部は第二の流路32を流れて山形状の陰極電極23の折り目に対して交差するように連続接触した後に流出管42側へと流れる。
そして、電源装置を駆動させることによって陽極電極22及び陰極電極23間に所定の電圧を印加する。この通電により原料水が電気分解されて、陽極電極22側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極23側には水素気泡が発生する。
以上のようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は流出管42から流出される。
また、触媒電極2を山形状に形成し、水流を陽極電極22面に連続接触させることにより、触媒電極2の凹凸をなした山形状を伝い渦流が発生し、オゾン気泡が発生するとともに原料水中にオゾン気泡が溶解してオゾン水が生成される。そのため、水管1内の水流の圧力を低圧とすることができる。
さらには、上述のように山形状に形成することにより密着性の高い触媒電極2とすることができるので、電流効率が良好となり、その結果、陽極電極22と陰極電極23との間に印加する電圧を低くすることができる。
したがって、流入管41を家庭用の水道栓、又はタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプに接続して、低電圧の直流を印加するだけで、本発明の中濃度のオゾン水を容易に得ることができる。また、水圧の高い水流にも耐え得るジャケット等も必要がなく、装置100が小型となりコストを低減できる。
さらに、触媒電極2は、陽極電極22が水管1の中心側を向き、陰極電極23が水管1を形成する底面1a側を向くように配置されているので、陽極電極22面に原料水の多くが接触するようになり、オゾン水生成効率を向上させることができる。
図3(a)は、第ニの実施の形態のオゾン水生成装置100Aの概略斜視図、図3(b)は、(a)における切断線III−IIIに沿って切断した際の矢視断面図である。なお、図3に示す
触媒電極2Aは図面の関係上、陽イオン交換膜21、陽極電極22及び陰極電極23の詳細な図示はしていない。
第二の実施の形態のオゾン水生成装置100Aは、第一の実施の形態のオゾン水生成装置100の水管1と形状が異なっている。水管1Aは、左右に長尺でその左右両端が閉塞された断面視略円形状の管であり、長手方向一方の側面に流入管41A、他方の側面に流出管42Aが取り付けられている。
流入管41A及び流出管42Aは、第一の実施の形態と同様に水管1Aに取り付けられており、水管1A内には、流入管41Aによって原料水が流入されており、流入管41Aから流出管42Aへと水流が発生している。
そして、このような触媒電極2Aは、水管1Aの内周面に沿って略円筒状に巻いて固定されており、陽極電極22面が水管1Aの円筒中心側を向き、陰極電極23面が水管1Aを形成する内周面側を向くように配置されている。
水管1A内の固定方法としては、例えば、水管1Aの内周面から陰極電極23に向けて所定箇所に棒状の取付部材(図示略)を設けて、これによって支持するように固定すれば良い。ここで使用する取付部材は、耐オゾン性の材料からなるものが好ましい。
このように触媒電極2Aを配置することにより、流入管41Aから水管1A内に流入された原料水の大部分が陽極電極22面に連続接触して流れる第一の流路31Aと、流入管41Aから水管1A内に流入された原料水の一部が分岐して陰極電極23面と水管1Aの内周面との間を陰極電極23面と連続接触して流れる第二の流路32Aとに仕切られている。
また、陽極電極22と陰極電極23との間には、第一の実施の形態と同様に電源装置(図示略)の出力端24が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。
まず、水管1Aに原料水が流入すると、上記回転子4Aにより水流が旋回運動を行う。
そして、電源装置を駆動させることによって陽極電極22及び陰極電極23間に所定の電圧を印加する。この通電により原料水が電気分解されて、陽極電極22表面にはオゾン気泡が発生し、陰極電極23表面には水素気泡が発生する。
以上のようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は流出管42Aから流出される。
また、触媒電極2Aを山形状に形成し、水流を陽極電極22面に連続接触させることにより、触媒電極2Aの凹凸をなした山形状を伝い渦流が発生し、オゾン気泡が発生するとともに原料水中にオゾン気泡が溶解してオゾン水が生成される。そのため、水管1A内の水流の圧力を低圧とすることができる。
さらには、上述のように山形状に形成することにより密着性の高い触媒電極2Aとすることができるので、電流効率が良好となり、その結果、陽極電極22と陰極電極23との間に印加する電圧を低くすることができる。
したがって、流入管41Aを家庭用の水道栓、又はタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプに接続して、低電圧の直流を印加するだけで、本発明の中濃度のオゾン水を容易に得ることができる。また、水圧の高い水流にも耐え得るジャケット等も必要がなく、装置100Aが小型となりコストを低減できる。
さらに、触媒電極2Aは、陽極電極22が水管1Aの円筒中心側を向き、陰極電極23が水管1Aを形成する内周面側を向くように配置されているので、陽極電極22面に原料水の多くが接触するようになり、オゾン水生成効率を向上させることができる。
また、水管1Aの内周面に沿って旋回する水流を発生させて触媒電極2Aに水流を連続接触させる回転子4Aが設けられているので、これらによって水流が触媒電極2Aに螺旋状に接触して、オゾン水生成効率をより向上させることができ、この点においても、水管1A内の水圧を低圧で、また、陽極電極22と陰極電極23間に印加する電圧を低くすることができる。
例えば、上記第一及び第二の実施の形態において、陰極電極23で発生した水素を第二の流路32,32Aから第一の流路31,31Aに流れないように第二の流路32,32Aに別の流路を形成して、第一の流路31,31Aを流れるオゾン水と混合しないように構成しても構わない。
具体的に、濃度検出センサは、検出電極と電位測定の基準となる比較電極、これら検出電極及び比較電極の一方の端部に結線して電位を測定する電位差計等から構成し、検出電極及び比較電極の先端部(他方の端部)を水管内の溶液中に浸し、検出電極のオゾン濃度変化による検出電極と比較電極との電位差を検出して濃度を測定するものとする。
検出電極としては、例えば白金や金等からなる電極を使用し、比較電極としては銀/塩化銀を使用することが好ましい。このようにして検出されたオゾン濃度と、予め設定されたオゾン濃度とが一致するように電源装置が陽極電極22及び陰極電極23間の電圧を制御する。
第一の実施の形態において、触媒電極2は、水管1の底面1aに対して平行となるように、陽極電極22面を上側にして陰極電極23面を水管1の底面1aに固定するとしたが、触媒電極2の配置方法はこれに限定されるものではなく、例えば、触媒電極2が水管1の長手方向側面に対して平行となるように、陰極電極23面が水管1の長手方向側面側を向き、陽極電極22面が水管1の短手方向中心部側を向くように、水管1の側面に固定しても良い。
さらに、水管1,1Aの形状は原料水が流入され触媒電極2,2Aを設けることができれば良いので、断面視略矩形状や略円形状以外の三角形状等であっても構わない。
第一の実施の形態のオゾン水生成装置100Aを使用した場合においては、幅10mm、長さ100mm、10cm2の白金被覆チタン製のマイクログレーチングを陽極電極22とし、同寸法のデュポン製ナフイオン324の陽イオン交換膜21を重ね、さらに同寸法の銀製金網を陰極電極23として密着させ、5カ所に細いテフロン製リベットで締結して固定したものを、図1及び図2に示すように一辺が10mmで折り曲げ角度が60度となるように連続した山形状に形成した。そして、この触媒電極2を断面が10×10cmの水管1内に配置して、約1.5L/分の水を流し、陽極電極22と陰極電極23間に12Vの直流を印加したところ、約3.5Aの電流が流れ、流出管42付近におけるオゾン濃度は1.5ppmを示した。
1a 底面
2、2A 触媒電極
4A 回転子
21 陽イオン交換膜
22 陽極電極
23 陰極電極
100、100A オゾン水生成装置
Claims (4)
- 原料水が流入する水管と、
前記水管内に設けられて、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなる触媒電極とを備え、
前記触媒電極は、前記陽極電極面側と陰極電極面側とで交互に凸となるように折り曲げられて山形状に形成され、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極面に水流を、前記山形状の触媒電極の折り目に対して交差するように連続接触させることによって渦流を発生させることを特徴とするオゾン水生成装置。 - 前記水管は断面視略矩形状をなしており、
前記触媒電極は、前記水管を形成する内壁面に沿って設けられ、
前記陽極電極が水管の中心側を向き、前記陰極電極が前記水管を形成する壁面側を向くように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のオゾン水生成装置。 - 前記水管は断面視略円形状をなしており、
前記触媒電極は、前記水管の内周面に沿って略円筒状に設けられ、
前記陽極電極が前記水管の円筒中心側を向き、前記陰極電極が前記水管を形成する内周面側を向くように配置されていることを特徴とする請求項1に記載のオゾン水生成装置。 - 前記水管内で、前記水管の内周面に沿って旋回する水流を発生させて前記触媒電極に水流を連続接触させる旋回水流発生手段が設けられていることを特徴とする請求項3に記載のオゾン水生成装置。
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