JP4291320B2 - オゾン水生成装置 - Google Patents
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Description
このようなオゾン水を生成する装置としては、電解面に原料水を直接接触させてオゾン水を生成させる直接電解法を利用したものが実用されている(例えば、特許文献1参照)。
また、直接電解法は、陰極電極が水に浸されているため、電解時に陰極電極が水によって浸されていると、陰極電極で発生した水素が水中で強力な還元作用をもつ水素イオン化し、陰極の銀を被覆している塩化銀などの触媒を還元して銀と塩素に分離する結果、陰極電極の触媒作用が減殺されることが判明している。
また、この対策として、陰極電極及び陽イオン交換膜を乾燥した状態で通電を始めると、正常に運転している時に比べ数分の一の電流しか流れず、数十秒経過してやっと電流値が上昇を始め、数分後に正常値の運転が行われる現象が観察されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、陰極電極の触媒作用が減殺されることなく、通電後、すぐに正常値の運転が開始す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。
前記触媒電極が平板状であり、
前記陰極電極の外側をカバー3で覆うことにより前記陽イオン交換膜と前記カバーとの間に陰極室31が形成され、
前記陰極室の上方に設けられた陰極水槽4と、前記陰極水槽と前記陰極室とを連結する細管5とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記陰極室を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記陰極室中の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とする。
前記触媒電極は、内側から順に筒状に陰極電極、陽イオン交換膜及び陽極電極が巻き付けられてなり、
前記陰極電極の上方に設けられた陰極水槽4Aと、前記陰極水槽と前記陰極電極の筒状内部31Aとを連結する細管5Aとを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記筒状内部を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記筒状内部の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とする。
前記陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は、前記細管が前記筒状内部に連通可能となるように閉塞されていることを特徴とする。
[第一の実施の形態]
図1は、第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置100の概略を模式的に示した縦断面図である。
本発明に係るオゾン水生成装置100は、原料水(例えば、水)が流入される水槽1内に触媒電極2を配置して構成したもので、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。
水槽1は、上下に長尺でその上下両端が閉塞された円筒状をなしており、下端部底面に、水槽1内に原料水を流入するための流入管11が設けられ、水槽1の上端部側周面に水槽1内で生成されたオゾン水を流出するための流出管12が設けられている。
流入管11は、例えば、原料水が貯留されたタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプや、水道栓に連結されている。また、流出管12は、水槽1内で生成されたオゾン水を貯留するタンクに接続するためのポンプや、水槽1内で生成されたオゾン水を噴出させるノズル等に連結されている。
水槽1内には、流入管11によって原料水が流入されており、流入管11から流出管12へと水流が発生している。
また、水槽1を形成する側周面には、その一部が開口した開口部13が形成されており、その開口部13に触媒電極2が嵌め込まれて取り付けられている。
また、陽極電極22と陰極電極23との間には、電源装置(図示しない)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6〜15ボルトが好ましい。
そして、陽極電極22は平面状の金属をグレーチング状に加工することが望ましい。また、被覆処理としては、例えばメッキや熱着等により行うことができる。
このような陽イオン交換膜21、陽極電極22及び陰極電極23は、水槽1の内周面又は外周面に沿うように、それぞれ平板状に形成されており、これらを密着させた後、絶縁性の接合部材(図示しない)により接合されることによって触媒電極2とされている。
陰極室31の上方には、陰極室31に水を供給する陰極水槽4が設けられ、陰極水槽4の底部にはカバー3の上端部に連結されて陰極室31内に水を供給する細管5が設けられている。
細管5は、いわゆるキャピラリーと称するもので、非通電時には、陰極水槽4から水を供給して陰極室31に充満させるとともに、通電時に陰極電極23から発生する水素の圧力により陰極室31中の水を逆流させて陰極水槽4中に押し戻すようになっている。
非通電時には、陰極水槽4に連結された細管5の毛管現象により水が重力によって細管5を通り、陰極室31に流入し、陰極室31内が水で充満される。これによって、陰極電極23と陽イオン交換膜21との接触面が水で濡らされて、この状態が維持される。
こ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12へと流出されてオゾン水貯留タンク等に貯留される。
また、通電時には陰極電極23から発生する水素の圧力により陰極室31中の水を細管5を介して逆流させて陰極水槽4に押し戻すので、水素が陰極水槽4へと連続して放出される結果、陰極電極23には水素が接触するため、陰極電極23への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極23の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
図2は、第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置100Aの概略を模式的に示した斜視図、図3は、図2における切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置100Aは、第一の実施の形態のオゾン水生成装置100と異なり、触媒電極2Aが円筒状をなしており、触媒電極2Aの陰極電極23Aも水槽1A内に浸されている。
水槽1Aは上端が開口した円筒状をなしており、水槽1A内に原料水を流入するための図示しない流入管や、水槽1Aの上端部側周面に水槽1内で生成されたオゾン水を流出するための図示しない流出管が設けられている。
流入管は、例えば、原料水が貯留されたタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプや、水道栓に連結されている。また、流出管は、水槽1A内で生成されたオゾン水を貯留するタンクに接続するためのポンプや、水槽1A内で生成されたオゾン水を噴出させるノズル等に連結されている。
水槽1A内には、流入管によって原料水が流入されており、後述する攪拌装置によって旋回水流が発生している。
水槽1A内には、その中心部に円筒状の触媒電極2Aが配設されている。
陰極電極23Aの下端部は閉塞されており、上端部には後述の細管5Aが陰極電極23Aの筒状内部31Aに連通可能となるように閉塞されている。すなわち、陰極電極23Aの上端部には、細管5Aが連通する孔部(図示しない)を有する上蓋25Aによって閉塞されている。したがって、水槽1A内に配設された触媒電極2Aは、原料水の大部分が最外周に位置する陽極電極22A面に接触するようになっており、陰極電極23Aは原料水に接触しないようになっている。
また、陽極電極22Aと陰極電極23Aとの間には、電源装置の出力端24A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22A及び陰極電極23Aは、各電極22A,23A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。
なお、陽イオン交換膜21A、陽極電極22A及び陰極電極23Aの材料等は第一の実施の形態と同様のため、その説明を省略する。
非通電時には、陰極水槽4Aに連結された細管5Aの毛管現象により水は重力によって細管5Aを通り、陰極電極23Aの筒状内部31Aに流入し、筒状内部31Aが水で充満される。これによって、陰極電極23Aと陽イオン交換膜21Aとの接触面が水で濡らされて、この状態が維持される。
このようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は流出管へと流出されてオゾン水貯留タンク等に貯留される。
また、通電時には陰極電極23Aから発生する水素の圧力により筒状内部31Aの水を細管4Aを介して逆流させて陰極水槽4Aへ押し戻すので、水素が陰極水槽4Aへと連続して放出される結果、陰極電極23Aには水素が接触するため、陰極電極23Aへの水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極23Aの触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
さらに、陰極電極23Aの下端部が閉塞され、上端部が、細管5Aを筒状内部31Aに連通させる連通孔を有する上蓋25Aによって閉塞されているので、通電時に陰極電極23Aから発生した水素が陰極電極23Aの下端部や上端部を介して排出されることがなく、細管5Aを介して陰極水槽4Aへと確実に押し戻される。よって、水素気泡によるオゾン発生の影響を低減することができ、オゾン発生効率の向上につながる。
例えば、水槽1,1A内に、オゾン水のオゾン濃度を検出する濃度検出センサ(図示し
ない)を設け、検出したオゾン濃度に基づいて電源装置が触媒電極2,2Aへの通電を制
御するように構成しても良い。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)を水槽1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22A及び陰極電極23A間の電圧を制御する。
また、第二の実施の形態において、触媒電極2Aの形状は円筒状としたが、内側から純に陰極電極23A、陽イオン交換膜21A、陽極電極22Aが巻き付けられる構造であれば、四角筒状としても良く適宜変更可能である。
[第一の実施の形態における実施例]
図1に示す触媒電極2が高さ100mm、幅30mmの約30平方センチメートルのものを製作し、陽極電極22には白金を2ミクロン被覆したチタン製グレーチングを使用し、陽イオン交換膜21にはデュポン社製のナフイオン(登録商標)424を使用し、陰極電極23には銀製金網の表面を塩化銀被覆したものを使用した。そして、約300ccの陰極水槽4を設け、陰極室31と陰極水槽4とを直径2mmのシリコンチューブ(細管5)で連結した。
そして、水槽1内に約3L/分の水を供給し、陽極電極22と陰極電極23との間に12Vの直流電圧を印加したところ、約12Aの電流が流れ、3.5ppmのオゾン水が生成された。
その際に、陰極水槽4に300ccの水を入れていたが、通電前にはそのうち約70ccが下方に移動したが通電とともに水が水素気泡に押されて逆流し、陰極水槽4の元の水位に戻り、その後連続して水素気泡が噴出した。この状態で運転したところ、約200時間を経ても、電流値、電圧、オゾン水濃度が安定し、陰極電極23の還元による劣化は見られなかった。
さらに他の比較として、陰極電極を空気に露出して運転したところ、陽イオン交換膜が乾燥し、陽極電極に通水の上、通電した際、正規の1/4の4Aしか流れず、オゾン水濃度も1ppmと低く、約2分後に8A、2ppmと上昇したが、正規の12A、3.5ppmに達するには約10分の立ち上がり運転時間を要し、本発明との性能面での差が確認された。
図2及び図3に示すように、陰極電極23Aを銀製金網に塩化銀を被覆し直径6mmの円筒状に巻いたものを使用し、さらにその上に陽イオン交換膜21Aとしてデュポン社製ナフイオン(登録商標)を巻き、さらにその上に80メッシュの白金網製の陽極電極22Aを巻き付け圧接してなる触媒電極2Aを製作した。このような触媒電極2Aは約10平方センチメートルであり、この触媒電極2Aを円筒形の水槽1A内に配置し、水槽1A内に原料水を供給して陽極電極22Aと陰極電極23Aとの間に12Vの直流電圧を印加したところ、約4Aの電流が流れ、流出管付近では流量約1L/分の状態でオゾン水濃度が約2ppmまで上がった。しかし、連続して運転したところ、約50時間くらいから電流値も2.5A、オゾン水濃度も約半分に低下した。このような陰極電極23Aを分解したところ、塩化銀の損耗が見られた。
そこで、陰極電極23Aの下端部を下蓋で塞ぎ、上端部を上蓋25Aで塞いで、陰極水槽4Aに細管5Aで連結し、非通電時に陰極電極23Aの筒状内部31Aを水で満たし、通電時に陰極電極23Aの筒状内部31Aを水素で充満させ、水を陰極水槽4Aへと逆流させる構造としたところ、100時間、さらに200時間の連続運転をしても電流値、オゾン水濃度ともに安定し、本発明の効果が認められた。
2 触媒電極
3 カバー
4,4A 陰極水槽
5,5A 細管
21,21A 陽イオン交換膜
22,22A 陽極電極
23,23A 陰極電極
31 陰極室
31A 筒状内部
100,100A オゾン水生成装置
Claims (3)
- 陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、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、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、
前記触媒電極が平板状であり、
前記陰極電極の外側をカバーで覆うことにより前記陽イオン交換膜と前記カバーとの間に陰極室が形成され、
前記陰極室の上方に設けられた陰極水槽と、前記陰極水槽と前記陰極室とを連結する細管とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記陰極室を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記陰極室中の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とするオゾン水生成装置。 - 陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、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、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、
前記触媒電極は、内側から順に筒状に陰極電極、陽イオン交換膜及び陽極電極が巻き付けられてなり、
前記陰極電極の上方に設けられた陰極水槽と、前記陰極水槽と前記陰極電極の筒状内部とを連結する細管とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記筒状内部を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記筒状内部の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とするオゾン水生成装置。 - 前記陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は、前記細管が前記筒状内部に連通可能となるように閉塞されていることを特徴とする請求項2に記載のオゾン水生成装置。
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