JP4373984B2

JP4373984B2 - ハイブリッド・オゾン水生成装置

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Publication number: JP4373984B2
Application number: JP2006019357A
Authority: JP
Inventors: 博一塩田; 喜之西村
Original assignee: Nikka Micron Co Ltd
Current assignee: Nikka Micron Co Ltd
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2026-01-27
Also published as: JP2007196161A

Description

本発明は、水の電気分解によってオゾン水を生成するオゾン水生成装置に関わるものであり、電気分解の電源を二種類の電源を併用するハイブリッド・オゾン水生成装置に関する。

近年、オゾン水は食品殺菌の普及に加え、医療用、特に寝たきり老人の褥瘡の治療や火傷、さらにアトピーなどにも効果がある等の研究報告が多く出され、医療用に多くの治療例が提案されている。一方、農薬用としてもかなり多くの研究成果が発表されており、特に病害防止の用途で、農業に代わる用例も多く発表され、地球環境に優しい病害防止法として注目されている。
このように現在、医療用及び産業用に普及しているオゾン水の製法は、大別して放電により生成したオゾンガスに溶解させるガス溶解法、電解により生成したオゾンガスを水に溶解させる電解ガス溶解法、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（例えば、特許文献１参照）の３方式が実用されている。
特開平８−１３４６７８号公報

ところで、オゾン水の大きな特徴として、時間経過とともに分解して一定時間後には元の水になる現象があり、他の殺菌剤、例えば過酸化水素などに比べて残留しないので、長期酸化による不飽和脂肪酸などの発生がないことが、クリーンな殺菌剤であると言われている。しかし、このオゾン水の濃度減衰現象は、実用化段階では使用上不便であり、そのことが普及を妨げていることも事実である。
例えば、上記医療用、特に皮膚病などの治療用には、２５℃〜３０℃の微温オゾン水が皮膚への刺激が少ないなどの理由から推奨されているが、オゾン水は水温が上昇するにつれ減衰速度が速くなる。図８は、オゾン水の濃度と濃度減衰時間との関係を示した図であり、初期濃度が５ｐｐｍの場合、２０℃では減衰時間は５０分以上であるのに比べ、３０℃ではわずかに２０分以下で減衰する。そのため、生成したオゾン水を生成装置から離れた病室等に運ぼうとしても急激に濃度が減衰するので、治療現場では必要濃度の維持が困難である等の問題点があった。
また、農業用の病害防止用途においても、例えばキュウリのウドンコ病の予防には４ｐｐｍの濃度が必要とされているが、広い農場の一角にあるオゾン水生成装置で必要濃度のオゾン水を生成した後、運搬用の容器にオゾン水を充填して運搬した場合、離れた現場では濃度が減衰していることからオゾン水による所望の効果を得ることが困難である等の問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、生成したオゾン水を使用現場に運搬する際にも、常に所望の濃度のオゾン水を得ることができるハイブリッド・オゾン水生成装置を提供することを目的としている。

そこで、本発明者等は、上記課題を解決するため、オゾン水の濃度減衰現象の研究により、オゾン水の生成には大きな電力を要するが、ある濃度まで生成されたオゾン水の減衰を補うためには、より少ない電力で足ることを利用し、オゾン水生成用の主電源と、一定時間減衰を補うための蓄電池との二つの電源を持つオゾン水生装置が有効であることを見いだしたのである。
請求項１の発明は、例えば、図１〜図３に示すように、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を圧接させ、他方の面に陰極電極２３を圧接してなる触媒電極２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ハイブリッド・オゾン水生成装置１００において、
原料水が満たされて前記触媒電極が配置される水槽１と、
前記水槽を着脱自在に支持する本体４と、
前記本体に設けられて、前記水槽が前記本体に取り付けられた際に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加するための主電源５と、
前記水槽に設けられて、前記水槽が前記本体から取り外され、かつ、前記主電源がオフの場合に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加し、生成されたオゾン水の濃度減衰を抑制するための蓄電池６と、
予め設定された所定の通電時間毎に前記蓄電池の駆動又は停止を制御する蓄電池駆動制御手段（例えば、蓄電池駆動制御部６３）と、を備えていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、水槽を着脱自在に支持する本体と、本体に設けられて水槽が本体に取り付けられた際に触媒電極に電圧を印加する主電源と、水槽に設けられて水槽が本体から取り外された際に触媒電極に電圧を印加する蓄電池とを備えているので、本体に水槽を取り付けて水槽内でオゾン水を生成した後、本体から水槽を取り外して水槽のみを持ち運んだ場合でも水槽に設けられている蓄電池によって触媒電極に電圧を印加することができるので、オゾン水の濃度減衰を抑制することができる。
特に、オゾン水の温度が高い場合、温オゾン水の場合に濃度減衰が大きく見られるが、このような場合でも確実に濃度減衰を抑制することができ、オゾン水の用途の幅を一層広げることができる。

また、蓄電池駆動制御手段が、蓄電池を設定された所定の通電時間毎に駆動又は停止させるので、蓄電池によって触媒電極に電圧が自動的に印加され、水槽内のオゾン水の濃度減衰を抑制することができる。

請求項２の発明は、例えば、図１、図２、図４に示すように、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を圧接させ、他方の面に陰極電極２３を圧接してなる触媒電極２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ハイブリッド・オゾン水生成装置１００において、
原料水が満たされて前記触媒電極が配置される水槽１と、
前記水槽を着脱自在に支持する本体４と、
前記本体に設けられて、前記水槽が前記本体に取り付けられた際に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加するための主電源５と、
前記水槽に設けられて、前記水槽が前記本体から取り外され、かつ、前記主電源がオフの場合に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加し、生成されたオゾン水の濃度減衰を抑制するための蓄電池６と、
前記水槽内で生成されたオゾン水の濃度を検出し、検出濃度に応じて前記蓄電池の駆動又は停止を制御する蓄電池駆動制御手段（例えば、蓄電池駆動制御部６３）と、を備えていることを特徴とする。

請求項２の発明によれば、水槽を着脱自在に支持する本体と、本体に設けられて水槽が本体に取り付けられた際に触媒電極に電圧を印加する主電源と、水槽に設けられて水槽が本体から取り外された際に触媒電極に電圧を印加する蓄電池とを備えているので、本体に水槽を取り付けて水槽内でオゾン水を生成した後、本体から水槽を取り外して水槽のみを持ち運んだ場合でも水槽に設けられている蓄電池によって触媒電極に電圧を印加することができるので、オゾン水の濃度減衰を抑制することができる。
特に、オゾン水の温度が高い場合、温オゾン水の場合に濃度減衰が大きく見られるが、このような場合でも確実に濃度減衰を抑制することができ、オゾン水の用途の幅を一層広げることができる。
また、蓄電池駆動制御手段が、蓄電池を検出濃度に応じて駆動又は停止させるので、蓄電池によって触媒電極に電圧が自動的に印加され、水槽内のオゾン水の濃度減衰を抑制することができる。

請求項３の発明は、例えば、図５及び図６に示すように、請求項１又は２に記載のハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａにおいて、
前記水槽に、前記陰極電極から発生する水素が供給される燃料電池１０Ａが設けられ、
前記燃料電池から発生した電力が前記蓄電池の充電に使用されることを特徴とする。

請求項３の発明によれば、陰極電極から発生する水素を燃料電池に導き、燃料電池から発生した電力を蓄電池の充電に使用するので、蓄電池の使用時間を延長することができ、また、陰極電極で発生する水素を再利用でき、電力効率に非常に優れたものとすることができる。

本発明によれば、予め本体の主電源を使用してオゾン水を生成しておき、水槽を使用場所に適宜搬送しても水槽に設けられた蓄電池によって、濃度減衰を抑制でき所定濃度を維持することができる。また、ゼロからオゾン水を生成する場合には主電源を使用して、減衰した濃度を補充する場合には蓄電池を使用すれば良いので、電力効率に非常に優れたものとすることができる。

以下、本発明の第一及び第二の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、ハイブリッド・オゾン水生成装置１００の概略を模式的に示した側断面図、図２は、ハイブリッド・オゾン水生成装置１００の平面図である。
図１及び図２に示すように、ハイブリッド・オゾン水生成装置１００は、原料水（例えば、水）が満たされた水槽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、そのオゾン気泡を原料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。特に、本発明では、オゾン水生成装置１００を駆動させる電源が二種類設けられているハイブリッド式の装置である。
ハイブリッド・オゾン水生成装置１００は、水槽１と、水槽１を着脱自在とし水槽１内の触媒電極２に電圧を印加するための主電源５を有する本体４と、水槽１に設けられて触媒電極２に電圧を印加するための蓄電池（補助電源）６とを備えている。
水槽１は、上端が開口した円筒状をなしており、水槽１内にはその上端部近傍まで原料水で満たされている。そして、水槽１内には触媒電極２が配置されている。

触媒電極２は、内側から順に円筒状に重ねて巻き付けられた陰極電極２３と、陽イオン交換膜２１と、陽極電極２２とを備えている。すなわち、円筒状に陰極電極２３が巻かれて、この陰極電極２３上に円筒状に陽イオン交換膜２１が巻き付けられ、さらに陽イオン交換膜２１上に円筒状に陽極電極２２が巻き付けられている。
したがって、水槽１内に配された触媒電極２は、原料水の大部分が触媒電極２の最外周に位置する陽極電極２２面に接触するようになっており、触媒電極２の内周に位置する陰極電極２３は陽極電極２２ほど原料水に接触しないようになっている。

触媒電極２の水槽１内への固定方法としては、水槽１の底面に触媒電極２が、その長手方向が上下となるように固定されている。その他、例えば、水槽１の内壁面から陽極電極２２に向けて所定箇所に棒状の取付部材（図示しない）を設けて、これによって支持するようにしても良い。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。

陽極電極２２及び陰極電極２３の下端面は、水槽１の底面に下方へ突出して設けられたプラス接続端子７１及びマイナス接続端子７２に、導線２４，２５を介してそれぞれ接続されている。したがって、後述の本体４の主電源５のプラス端子５１及びマイナス端子５２に、マイナス接続端子７２及びプラス接続端子７１がそれぞれ接続されて主電源５が駆動することにより主電源５の各端子５１，５２、各接続端子７１，７２及び導線２４，２５を介して陽極電極２２と陰極電極２３との間に電圧が印加されるようになっている。
また、陽極電極２２及び陰極電極２３の上端面には、後述の蓄電池６のプラス端子６１及びマイナス端子６２に、導線２６，２７を介してそれぞれ接続されている。したがって、主電源５がオフとされた場合に、蓄電池６が駆動することにより蓄電池６の各端子６１，６２及び導線２６，２７を介して陽極電極２２と陰極電極２３との間に電圧が印加されるようになっている。
なお、主電源４により印加する直流電圧は例えば、９〜１５ボルト（Ｖ）が好ましく、特に１２ボルトが好ましい。また、蓄電池６により印加する直流電圧は例えば、７．５ボルト程度が好ましい。例えば、主電源５を使用して１２ボルトで５アンペアの電流が流れたとすると、蓄電池６による電圧が７．５ボルトでは２アンペア位の低電流となるが、減衰した濃度を補充するには十分のオゾン水生成能力を有することになる。

陽イオン交換膜２１としては、従来公知のものを使用することができ、発生するオゾンに耐久性の強いフッ素系陽イオン交換膜を使用することができ、例えば厚さ１００〜２５０ミクロンが好ましい。

陽極電極２２は、陽イオン交換膜２１を全面的に覆い隠すように密着されるものではなく、多数の通孔を設けて、陽極電極２２は陽イオン交換膜２１に接触部と非接触部とを有して重ねられている。すなわち、陽極電極２２はグレーチング状又はパンチングメタル状とすることが好ましい。なお、図２では陽極電極２２がグレーチング状の場合を示している。特に、陰極電極２３は陽極電極２２よりも目の粗さが粗くなるように形成されていることが好ましい。具体的に、グレーチング状とは線材を溶接した格子状で、パンチングメタル状とは金属板に多数の通孔を形成した多孔板状である。

陽極電極２２としては、オゾン発生触媒機能を有した金属を使用し、この金属としては二酸化鉛が最も広く知られている。しかし、この二酸化鉛は加工が難しく、微小な通孔が不規則に存在するポーラス体を使用しているが、二酸化鉛のポーラス体は脆弱で耐久性に劣り、さらにはオゾン水中に鉛が溶出する可能性もあることから、純粋なオゾン水を得るため、白金又は白金被覆金属の電極を使用することが好ましく、特に、本発明ではチタンに白金を被覆した金属を使用することが好ましい。
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。

このようにグレーチング状の陽極電極２２とすることによって、陽極電極２２を構成する部材の交点部位が尖って外面に突出し、水流と接触して渦流を生じ、陽極電極２２で発生したオゾンの微泡を巻き込んで溶解を早めることができる。

一方、陰極電極２３は、銀又は薄い銀製金網の表面を塩化銀被覆を施したものを使用することが好ましい。

また、水槽１内には、水槽１内に旋回水流を発生させるための円盤状の回転子８１を備えている。回転子８１としては、マグネットスターラ等を使用することができる。また、この回転子８１を攪拌させる攪拌装置８２は、後述の本体４に設けられており、例えば回転子８１を磁力で攪拌させることのできるものを使用することが好ましい。

また、水槽１内には、水槽１内で生成されたオゾン水のオゾン濃度を検出する水槽内濃度検出センサ９（図１のみ図示）が設けられている。水槽内濃度検出センサ９は、検出電極９１と電位測定の基準となる比較電極９２、これら検出電極９１及び比較電極９２の一方の端部に結線して電位を測定する電位差計９３等から構成されている。したがって、検出電極９１及び比較電極９２の先端部（他方の端部）を水槽１内のオゾン水に接触させ、検出電極９１のオゾン濃度変化による検出電極９１と比較電極９２との電位差を検出して濃度を測定する。
検出電極９１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９２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に基づいて、後述の主電源駆動制御部５３（図１のみ図示）又は蓄電池駆動制御部６３（図１のみ図示）が、予め設定されたオゾン濃度と一致するように、主電源５又は蓄電池６に陽極電極２２及び陰極電極２３間に印加する電圧を制御している。

一方、水槽１の底面には、水槽１を着脱自在に支持する本体４が設けられている。本体４は、水槽１の底面から下方に突出して設けられたプラス接続端子７１及びマイナス接続端子７２に電気的に接続可能なマイナス端子５２及びプラス端子５１を有する主電源５を備えている。本体４側の各端子５１，５２は、本体４の上面に窪んで形成された凹部４１内に露出して設けられており、この凹部４１内に水槽１側の各接続端子７１，７２が嵌め込まれて、本体４側の各端子５２，５１に電気的に接続されるようになっている。また、主電源５には、水槽１側の各接続端子７１，７２と本体４側の各端子５２，５１との接続状態を検知し、検知した接続状態に応じて主電源５のオン／オフを制御する主電源駆動制御部（主電源駆動制御手段）５３が備えられている。主電源駆動制御部５３は、水槽内濃度検出センサ９による検出濃度に応じて、主電源５の出力を制御して予め設定された所定濃度となるように調整している。
さらに、本体４には、水槽１内の回転子８１を攪拌させる上述の攪拌装置８２を備えている。

一方、水槽１の外周面には、補助電源としての蓄電池６が取り付けられている。蓄電池６は、主電源５のオフ時に蓄電池６が駆動して触媒電極２に電力が供給されるようになっており、蓄電池６の各端子６１，６２に導線２７，２８を介して触媒電極２が接続されている。蓄電池６としては、例えば、リチウムイオン蓄電池、ボタン電池、乾電池などにより構成される。中でも、中途充電可能で、充電時間が短く、また小型で軽量なリチウムイオン蓄電池が好ましい。
また、蓄電池６には、主電源駆動制御部５３により水槽１が本体４から取り外されたか否かを検知し、水槽１が本体４から取り外された場合に、すなわち主電源５がオフの場合に蓄電池６を駆動させて触媒電極２への電力供給を行うよう制御する蓄電池駆動制御部（蓄電池駆動制御手段）６３が備えられている。
蓄電池駆動制御部６３は、主電源５によって生成されたオゾン水の濃度が所定濃度に達した後、予め設定された所定の通電時間毎に蓄電池６を駆動又は停止させたり、あるいは、水槽内濃度検出センサ９による検出濃度に応じて蓄電池６を駆動又は停止させるように制御している。

図３は、縦軸に水槽１内のオゾン濃度、横軸に経過時間を示した図であり、予め設定された所定の通電時間毎に蓄電池６の駆動又は停止を行うようタイマー設定された場合である。まず、主電源５によってオゾン水を生成させ、図３中、Ａ点までオゾン濃度が達している場合に、Ｂ点に減衰するＴ_１分後に蓄電池６を駆動させる。そして、Ｔ_２分間通電させてＣ点に達すると通電を停止させる。その後、Ｄ点に減衰するＴ_３分後に再び蓄電池６を駆動させてＴ_４分間通電させ、Ｅ点に達すると通電を停止させる。このように、所定時間毎に蓄電池６の駆動又は停止を制御する。すなわち、Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４，…の通電時間が予め設定可能とされており、蓄電池駆動制御部６３がその通電時間に応じて蓄電池６を制御するようになっている。

図４は、縦軸に水槽１内のオゾン濃度、横軸に経過時間を示した図であり、検出濃度に応じて蓄電池６の通電又は停止を行うよう設定された場合である。まず、主電源５によってオゾン水を生成させ、図４中、Ａ_１点までオゾン濃度が達している場合に、濃度が自然に減衰して、水槽内濃度検出センサ９によってＢ_１点の濃度が検出されると、蓄電池６を駆動させる。その後通電によりＣ_１点の濃度が検出されると通電を停止させる。さらに、再び濃度が自然に減衰して、Ｄ_１点の濃度が検出されると、蓄電池６を駆動させる。その後通電によりＥ_１点の濃度が検出されると通電を停止させる。このように、予め上限の濃度（Ａ_１点、Ｃ_１点、Ｅ_１点，…）と下限の濃度（Ｂ_１点、Ｄ_１点，…）とが設定可能とされており、水槽内濃度検出センサ９によって上限の濃度又は下限の濃度が検出された場合に、蓄電池駆動制御部６３がその検出濃度に応じて蓄電池６を制御するようになっている。

次に、ハイブリッド・オゾン水生成装置１００の作用について説明する。
まず、水槽１を本体４に設置して水槽１側の各接続端子７１，７２と本体４側の各端子５２，５１とを接続させることにより主電源５と通電可能な状態とする。これによって、主電源駆動制御部５３が水槽１側の各接続端子７１，７２と本体４側の各端子５２，５１との接続状態を検知し、主電源５の駆動により陽極電極２２及び陰極電極２３間に所定の電圧が印加される。
このとき同時に、攪拌装置８２を駆動させて回転子８１を回転させ、水槽１内に一定速度の旋回水流を発生させておく。ここで、水流の大部分は陽極電極２２面に連続接触し、一部は触媒電極２の上端部から水が進入して陰極電極２３面に接触する。
そして、陽極電極２２及び陰極電極２３間へ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。

ここで、陽極電極２２側ではわずかな陽極電極２２の凹凸によって流れの方向が複雑に変わり渦流となる。そのため、陽極電極２２側では、発生したオゾン気泡をいち早く水中に取り込んで溶解させることによってオゾン水を生成し、陽極電極２２と陽イオン交換膜２１との間（正確には陽極電極２２と陰極電極２３との間）に電流が多く流れる状態を確保することになる。

一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が激しく発生し、陰極電極２３の筒状内部が水素気泡で充満され、水面へと上昇して系外に放出される。その結果、この水素は、生成されたオゾン水と接触すると、オゾン水と反応して分解されるおそれがあるので速やかに水面上に放出されるか、捕集して有効利用することが望ましい。

また、通電中に、同時に水槽内濃度検出センサ９によって水槽１内の溶液の濃度が測定され、主電源駆動制御部５３は、水槽１内が予め設定されたオゾン濃度となるように主電源の出力を行うことによって、陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧が制御される。
以上のようにして設定濃度のオゾン水が生成される。

オゾン水が生成された後、水槽１を所望の場所に運搬する場合は、水槽１を本体４から取り外して運搬する。すると、蓄電池駆動制御部６３が水槽１側の各接続端子７１，７２と本体４側の各端子５２，５１とが接続されていないことを検知し、主電源５から蓄電池６へ電源が切り替えられる。そして、上述したように濃度が自然に減衰した場合に、予め設定された所定の通電時間毎に、又は、水槽内濃度検出センサ９の検出濃度に応じて、蓄電池６が駆動し、陽極電極２２及び陰極電極２３間に所定の電圧が印加される。
このように蓄電池６で触媒電極２に電圧を印加させることで、上述のように陽極電極２２からオゾン気泡が発生するので、発生したオゾン気泡が水槽１内の原料水に溶解してオゾン水が生成され、所定濃度以上の濃度を維持することができる。

以上、本発明の第一の実施の形態によれば、水槽１を着脱自在に支持する本体４と、本体４に設けられて水槽１が本体４に取り付けられた際に触媒電極２に電圧を印加する主電源５と、水槽１に設けられて水槽１が本体４から取り外された際に触媒電極２に電圧を印加する蓄電池６とを備えているので、本体４に水槽１を取り付けて水槽１内でオゾン水を生成した後、本体４から水槽１を取り外して水槽１のみを持ち運んだ場合でも水槽１に設けられている蓄電池６によって触媒電極２に電圧を印加することができるので、オゾン水の濃度減衰を抑制することができる。特に、オゾン水の温度が高い場合、温オゾン水の場合に濃度減衰が大きく見られるが、このような場合でも確実に濃度減衰を抑制することができ、オゾン水の用途の幅を一層広げることができる。
つまり、オゾン水をゼロから高濃度に短時間で生成するためには大きな電力が必要となるので、水槽１を本体４に取り付けて主電源５を使用して生成し、運搬する際には減衰濃度を補充すれば良いので小さな電力で足りることから、水槽１に設けた蓄電池６を使用すれば良い。そのため、電力効率に非常に優れたものとすることができ、コスト削減にも繋がる。

また、蓄電池駆動制御部６３が、蓄電池６を設定された所定の通電時間毎に駆動又は停止させたり、あるいは、蓄電池６を検出濃度に応じて駆動又は停止させるので、蓄電池６によって触媒電極２に電圧が自動的に印加され、水槽１内のオゾン水の濃度減衰を抑制することができる。また、上述のように蓄電池６の駆動又は停止を制御することによって、限りある蓄電池のパワーを効果的に利用することができる。
さらに、複数の同じ水槽１を用意しておけば、本体４に一つの水槽１を取り付けてオゾン水を生成した後、本体４から取り外して他の場所で使用している間に、新たな別の水槽１を本体４に取り付けてオゾン水を生成することができるので、オゾン水が無くなってからオゾン水をゼロから生成する必要もなく、好都合である。

［第二の実施の形態］
図５は、本発明の第二の実施の形態におけるハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａの概略を模式的に示した側断面図、図６は、ハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａの平面図である。
第二の実施の形態におけるハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａは、燃料電池１０Ａを備えている点で第一の実施の形態のハイブリッド・オゾン水生成装置１００と異なる。なお、その他、第一の実施の形態と同様の構成部分については、同様の数字に英字Ａを付して、その説明を省略する。
図５及び図６に示すように、ハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａは、原料水が満たされて触媒電極２Ａが配された水槽１Ａと、水槽１Ａを着脱自在とし水槽１Ａ内の触媒電極２Ａに電圧を印加するための主電源５Ａを有する本体４Ａと、水槽１Ａに内蔵されて触媒電極２Ａに電圧を印加するための蓄電池６Ａとを備えている。
水槽１Ａ、触媒電極２Ａ及び本体４Ａは、第一の実施の形態の水槽１、触媒電極２及び本体４と同様のもので、水槽１Ａ内には回転子８１Ａや水槽内濃度検出センサ９Ａが設けられ、本体４Ａは攪拌装置８２Ａや主電源５Ａを備えている。また、触媒電極２Ａには、主電源５Ａの各端子５２Ａ，５１Ａに接続されるための各接続端子７１Ａ，７２Ａや導線２４Ａ，２５Ａが接続されている。

一方、水槽１Ａの外周面には、補助電源としての蓄電池６Ａが取り付けられ、主電源５Ａのオフ時に蓄電池６Ａが駆動して触媒電極２Ａに電力が供給されるようになっており、蓄電池６Ａの各端子６１Ａ，６２Ａに導線２６Ａ，２７Ａを介して触媒電極２Ａが接続されている。この蓄電池６Ａは、第一の実施の形態と同様に蓄電池駆動制御部６３Ａによって所定の通電時間毎に駆動するか、あるいは、水槽内濃度検出センサ９Ａによる検出濃度に応じて駆動するように制御されている。

また、水槽１Ａの外周面には、蓄電池６Ａの充電に使用される燃料電池１０Ａが取り付けられている。燃料電池１０Ａには、触媒電極２Ａの陰極電極２３から発生する水素が供給されるように陰極電極２３の上端部に取り付けられた水素供給配管１１Ａが接続されている。すなわち、水素供給配管１１Ａは、陰極電極２３の上端部に取り付けられて陰極電極２３の筒状内部に連通している。
燃料電池１０Ａは、水素供給配管１１Ａを介して供給された水素（燃料）と大気中の酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを電力（電気エネルギー）に変換するものであり、変換した電力を、導線１２Ａ，１３Ａを介して蓄電池６Ａに供給するようになっている。したがって、主電源５Ａがオン／オフ状態時に随時、通電により発生した水素が水素供給管１１Ａを介して燃料電池１０Ａに供給されて、燃料電池１０Ａで生成した電力が蓄電池６Ａに充電されている。

このように構成された第二の実施の形態のハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａでは、本体４Ａに水槽１Ａが取り付けられた際には、主電源駆動制御部５３Ａが主電源５Ａを制御することにより所定の電圧を触媒電極２Ａに印加し、所定濃度のオゾン水を生成する。そして、本体４Ａから水槽１Ａが取り外された際には、蓄電池駆動制御部６３Ａが蓄電池６Ａを制御することにより所定の電圧を触媒電極２Ａに印加し、所定濃度のオゾン水となるように維持する。
また、主電源５Ａのオン状態では、主電源５Ａからの電力供給によって陰極電極２３Ａから水素が発生し、水素供給管１１Ａを介して燃料電池１０Ａに水素が供給されることにより電力が発生し、蓄電池６Ａに充電される。また、主電源５Ａのオフ状態では蓄電池６Ａがオン状態となるので、蓄電池６Ａからの電力供給によって陰極電極２３Ａから水素が発生し、水素供給管１１Ａを介して燃料電池１０Ａに水素が供給されることにより電力が発生し、蓄電池６Ａに充電されることになる。

以上、本発明の第二の実施の形態によれば、陰極電極２３から発生する水素を燃料として電力を発生し、蓄電池６Ａの充電に使用することのできる燃料電池１０Ａが設けられているので、蓄電池６Ａの使用時間を延長することができ、また、陰極電極２３Ａで発生する水素を再利用でき、電力効率に非常に優れたものとすることができる。
その他、第一の実施の形態と同様の構成部分については同様の効果を得ることができるのでその説明は省略する。

なお、上記第一及び第二の実施の形態において、触媒電極２，２Ａは図１、図２、図５及び図６に示したように円筒形状のものに限らず、例えば、平板状の陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させて設け、他方の面に陰極電極を密着させて設け、平板状に形成した触媒電極としても良い。このような触媒電極とした場合も第一及び第二の実施の形態と同様に、水槽の底面に突出して設けられた各接続端子に導線を介してそれぞれ接続し、また、蓄電池の各端子に導線を介してそれぞれ接続し、主電源及び蓄電池と通電可能な状態とすれば良い。

また、第一及び第二の実施の形態において、水槽１，１Ａは円筒形状であるとしたが、四角筒形状であっても良い。また、治療用として医療現場等で簡易に使用することができるように上端部に鍔状の注入口や取っ手等を取り付けたポット状としても良く、また、農業用として使用する場合には水槽内のオゾン水を噴射できるように水槽にノズル等を設けても良い。
さらに、上記本体４，４Ａは、水槽１，１Ａの底面を支持するように着脱自在に設けられていたが、触媒電極２，２Ａに電力を供給できる構造であれば水槽１，１Ａの外周面に設けても構わない。

次に、本発明のハイブリッド・オゾン水生成装置による効果について、第一の実施の形態のオゾン水生成装置１００を例に挙げて説明する。
［実施例］
３０℃のオゾン水を生成するために、本体４の主電源５を使用すると、２Ｌの水槽１において触媒電極２に１０アンペア（Ａ）、１２ボルト（Ｖ）の直流電源を使用し、約１０分で５ｐｐｍ近くまで濃度が上昇した。治療用としては４ｐｐｍの濃度が必要であるので、ここで主電源５による通電を止めて上部の水槽１を取り外し、治療室に運搬した。
その際、このままでは数分で濃度が図７に示すＡ_２点から濃度限界のＢ_２点（４ｐｐｍ）に減衰するので、Ｂ_２点の濃度に達したことを水槽内濃度検出センサ９で検知させて、蓄電池６により触媒電極２に電圧を印加させた。実験に使用した蓄電池６は、約８Ｖのリチウムイオン蓄電池を使用し、約３アンペアで約５分後にＡ_２点と同じＣ_２点まで濃度が回復したので通電を停止させた。その後、同様にしてＤ_２点まで減衰した際に蓄電池６による通電を開始させ、Ｄ_２−Ｅ_２，Ｅ_２−Ｆ_２，Ｆ_２−Ｇ_２，Ｇ_２−Ｈ_２，Ｈ_２−Ｉ_２という減衰−通電上昇のサイクルを繰り返した。
これによって、水槽１を本体４から取り外してから約３０分間は所定の濃度（４ｐｐｍ）を維持することができ、離れた治療室まで運び、治療終了まで必要濃度を維持できることがわかった。さらに、３０分経過後も蓄電池６に電気残量が認められた。
また、図７中、Ａ_２点からオゾン濃度が０ｐｐｍとなる点まで示した波線は、濃度がＡ_２点に達してから、その後も蓄電池６による通電を行わなかった比較例を示しており、Ａ_２点から約２０分後にオゾン濃度が０ｐｐｍまで減衰することを表している。

なお、上記蓄電池６は、検出濃度に応じて通電が行われるものとしたが、所定の通電時間に応じて通電が行われるように制御しても同様に、必要濃度の維持ができることがわかった。

本発明の第一の実施の形態におけるハイブリッド・オゾン水生成装置１００の概略を模式的に示した側断面図である。ハイブリッド・オゾン水生成装置１００の平面図である。所定の通電時間に応じて蓄電池６を制御した場合におけるオゾン濃度と経過時間との関係を示したグラフである。検出濃度に応じて蓄電池６を制御した場合におけるオゾン濃度と経過時間との関係を示したグラフである。本発明の第二の実施の形態におけるハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａの概略を模式的に示した側断面図である。ハイブリッド・オゾン水生成装置１００Ａの平面図である。第一の実施の形態のハイブリッド・オゾン水生成装置１００を使用した場合の実施例であって、検出濃度に応じて蓄電池６を制御した場合におけるオゾン濃度と経過時間との関係を示したグラフである。従来例を示したものであって、オゾン水の温度が２０℃と３０℃におけるオゾン濃度と経過時間との関係を示したグラフである。

符号の説明

１，１Ａ水槽
２，２Ａ触媒電極
４，４Ａ本体
５，５Ａ主電源
６，６Ａ蓄電池
１０Ａ燃料電池
２１，２１Ａ陽イオン交換膜
２２，２２Ａ陽極電極
２３，２３Ａ陰極電極
６３，６３Ａ蓄電池駆動制御部（蓄電池駆動制御手段）
１００，１００Ａハイブリッド・オゾン水生成装置

Claims

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ハイブリッド・オゾン水生成装置において、
原料水が満たされて前記触媒電極が配置される水槽と、
前記水槽を着脱自在に支持する本体と、
前記本体に設けられて、前記水槽が前記本体に取り付けられた際に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加するための主電源と、
前記水槽に設けられて、前記水槽が前記本体から取り外され、かつ、前記主電源がオフの場合に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加し、生成されたオゾン水の濃度減衰を抑制するための蓄電池と、
予め設定された所定の通電時間毎に前記蓄電池の駆動又は停止を制御する蓄電池駆動制御手段と、を備えていることを特徴とするハイブリッド・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ハイブリッド・オゾン水生成装置において、
原料水が満たされて前記触媒電極が配置される水槽と、
前記水槽を着脱自在に支持する本体と、
前記本体に設けられて、前記水槽が前記本体に取り付けられた際に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加するための主電源と、
前記水槽に設けられて、前記水槽が前記本体から取り外され、かつ、前記主電源がオフの場合に前記水槽内の前記触媒電極に電圧を印加し、生成されたオゾン水の濃度減衰を抑制するための蓄電池と、
前記水槽内で生成されたオゾン水の濃度を検出し、検出濃度に応じて前記蓄電池の駆動又は停止を制御する蓄電池駆動制御手段と、を備えていることを特徴とするハイブリッド・オゾン水生成装置。
前記触媒電極は、内側から順に前記陰極電極、前記陽イオン交換膜及び前記陽極電極が円筒状に重ねて巻きつけられており、
前記水槽に、前記陰極電極から発生する水素が供給される燃料電池が設けられ、
前記陰極電極には、当該陰極電極から発生する水素を前記燃料電池に供給するための水素供給配管が設けられており、
前記燃料電池から発生した電力が前記蓄電池の充電に使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド・オゾン水生成装置。