JP4528840B2 - オゾン水生成装置 - Google Patents
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このようなオゾン水の製法として、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の電解面に原料水を直接接触させて、水の電気分解によりオゾン水を生成させる直接電解法を利用したものが知られている。また、具体的な製造装置として、固形電解質膜を介して陽極室と陰極室を設け、陽極室と陰極室にそれぞれ通水路を形成しておき、陽極室側の電極が通水方向に分割されて相互に電気的に絶縁された複数の電極セグメントからなるものがある(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、小型で高濃度のオゾン水を得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している。
陽極電極と、
前記陽極電極の両面にそれぞれ圧接された二つの陽極触媒と、
前記二つの陽極触媒の両面のうち、前記陽極電極と反対側の面にそれぞれ圧接された陽イオン交換膜と、
前記二つの陽イオン交換膜の両面のうち、前記陽極触媒と反対側の面にそれぞれ圧接された陰極触媒と、
前記二つの陰極触媒の両面のうち、前記陽イオン交換膜と反対側の面にそれぞれ圧接された陰極電極と、を備えた板状の触媒電極を有し、
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ことを特徴とする。
また、陽極電極の両面のうち一方の面と、二つの陰極電極のうち一方の陰極電極のみに直流電圧を印加することによって、陽極電極の片面のみからオゾンを発生させることもできるので、陽極電極の両面を使用する場合と、片面のみを使用する場合とを適宜調整することで、容易に濃度制御を行うことができる。
前記陽極触媒及び前記陰極触媒は、白金もしくは白金被覆金属であることを特徴とする。
前記陰極触媒は、白金もしくは白金被覆金属を用いた第一触媒と、銀、銅、金又はアルミニウムを用いた第二触媒とを重ね合わせた触媒であることを特徴とする。
図1(a)は、オゾン水生成装置100の概略を模式的に示した縦断面図、図1(b)は、切断線I−Iに沿って切断した際の矢視断面図である。
オゾン水生成装置100は、原料水(例えば、水道水又は精製水)が流入される容器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陽極電極221側に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。
容器1は、上下に長尺な直方体状をなし、その下面に容器1内の陽極電極221側に原料水を導入する陽極水導入路11と、陰極電極231a,231b側に原料水を導入する陰極水導入路12a,12bが設けられている。陽極水導入路11は容器1の略中央に配置され、陰極水導入路12a,12bは陽極水導入路11の両側に二つ配置されている。
また、容器1の上面には容器1内の陽極電極221側で生成されたオゾン水が排出されるオゾン水排出路13と、陰極電極231a,231b側で生成された陰極水が排出される陰極水排出路14a,14bが設けられている。オゾン水排出路13は容器1の略中央に配置され、陰極水排出路14a,14bはオゾン水排出路13の両側に二つ配置されている。
容器1内には、陽極水導入路11から陽極水が導入され、陰極水導入路12a,12bから陰極水が導入され、陽極水導入路11からオゾン水排出路13へと水流が発生するとともに陰極水導入路12a,12bから陰極水排出路14a,14bへと水流が発生している。
陽イオン交換膜21a,21bは、上端部が挿入部15a,15bに挿入され、下端部が挿入部16a,16bに挿入されて固定されている。さらに、容器1の内壁面のうち陰極電極231a,231b側を向く面には凹部17a,17bが形成されて、これら凹部17a,17b内に陰極電極231a,231bが嵌め込まれて、このようにして触媒電極2は容器1内に保持されている。
また、陽極電極221と陰極電極231a,231bとの間には、電源装置(図示しない)の出力端が電気的に接続され、直流電圧が印加されるように構成されている。陽極電極221及び陰極電極231a,231bは、各電極に導線を介して電源装置に接続されている。印加する直流電圧は、例えば6〜15ボルトが好ましい。
陽極触媒222a,222bも、水流が通過できるような形状が好ましく、例えば、細い線材を格子状に溶接したような目の細かいグレーチング状とすることが好ましい。陽極触媒222a,222bとしては、オゾン発生触媒機能を有した金属を使用する。具体的には、β−二酸化鉛、白金、白金族(パラジウム、ロジウム、ルテニウム)、金、カーボン(黒鉛)、ダイアモンド等が挙げられ、これらの金属の中でも安定性が良く、小型で高濃度のオゾン水を得ることができる点で白金、又はその白金金属を使用することが好ましい。また、チタンに白金を被覆した金属を使用すると製品コストを安価に抑えることができる。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。
また、陽極電極221と陽極触媒222a,222bとの間に、水の流路を形成するとともに攪拌効果を上げるためにチタン製のやや目の細かいグレーチング(図示しない)をさらに設けることが好ましい。グレーチングとは線材を溶接したような一体格子状のものが挙げられる。このように陽極触媒222a,222bを格子状とし目の粗さを細かくすることによって、水流と接触して渦流を生じ、陽極触媒222a,222b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。
また、陰極触媒232a,232bも、白金もしくは白金被覆金属を用いた第一触媒と、銀、銅、金又はアルミニウムを用いた第二触媒とを重ね合わせた触媒を使用しても良い。この場合、より高濃度のオゾン水を得ることができる。
また、陰極電極231a,231bと陰極触媒232a,232bとの間に、水の流路を形成するとともに攪拌効果を上げるためにやや目の細かいチタン製のグレーチング(図示しない)をさらに設けることが好ましい。
陽極水導入路11及び陰極水導入路12a,12bから原料水を容器1内に導入し、陽極電極221面及び陰極電極231a,231b面に原料水を連続接触させる。同時に、電源装置を駆動させることによって陽極電極221及び陰極電極231a,231b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、原料水中の水素が水素イオンとなって陽極電極221側から陽イオン交換膜21a,21b中を通過して陰極電極231a,231b側へと加速して移動する。その結果、陽極電極221側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極231a,23b側には水素気泡が発生する。
このようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水はオゾン水排出路13へと排出されてオゾン水貯留タンク等に貯留される。一方、陰極電極231a,231b側においては、水素気泡が発生し、陰極水排出路14a、14bから陰極水とともに排出される。
また、陽極電極221の両面のうち一方の面と、二つの陰極電極231a,231bのうち一方の陰極電極(231a又は231b)のみに直流電圧を印加することによって、陽極電極221の片面のみからオゾンを発生させることもできるので、陽極電極221の両面を使用する場合と、片面のみを使用する場合とを適宜調整することで、容易に濃度制御を行うことができる。
[変形例]
図2(a)は、オゾン水生成装置300の概略を模式的に示した縦断面図、図2(b)は、切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
このオゾン水生成装置300は、上述のオゾン水生成装置100と異なり、容器3が円筒状をなしており、容器3の下面の略中央に容器3内に陽極水導入路31が設けられ、陽極水導入路31の外側に円形枠状の陰極水導入路32が設けられている。また、容器3の上面の略中央にオゾン水排出路33が設けられ、オゾン水排出路33の外側に円形枠状に陰極水排出路34が設けられている。
さらに、容器3の上面には、陽イオン交換膜41の上端部が挿入される挿入部35が形成され、下面には、陽イオン交換膜41の下端部が挿入される挿入部36が形成されている。
そして、容器3内には、陽極水導入路31から陽極水が導入され、陰極水導入路32から陰極水が導入され、陽極水導入路31からオゾン水排出路33へと水流が発生するとともに陰極水導入路32から陰極水排出路34へと水流が発生している。
陽イオン交換膜41は、上端部が挿入部35に挿入され、下端部が挿入部36に挿入されて固定されている。さらに、容器1の内壁面のうち陰極電極431側を向く面には凹部37が形成されて、凹部37内に陰極電極431が嵌め込まれて、このようにして触媒電極4は容器3内に保持されている。
また、陽極電極421と陰極電極431との間には、電源装置(図示しない)の出力端が電気的に接続され、直流電圧が印加されるように構成されている。陽極電極421及び陰極電極431は、各電極に導線を介して電源装置に接続されている。
陽極触媒422も、水流が通過できるように目の細かいグレーチングとすることが好ましく、平断面視略楕円形の筒状をなしている。陽極触媒422の材料としては上述の陽極触媒222a,222bと同様のものを使用することができる。
100,300 オゾン水生成装置
221,421 陽極電極
222a,222b,422 陽極触媒
231a,231b,431 陰極電極
232a,232b,432 陰極触媒
Claims (3)
- 陽極電極と、
前記陽極電極の両面にそれぞれ圧接された二つの陽極触媒と、
前記二つの陽極触媒の両面のうち、前記陽極電極と反対側の面にそれぞれ圧接された陽イオン交換膜と、
前記二つの陽イオン交換膜の両面のうち、前記陽極触媒と反対側の面にそれぞれ圧接された陰極触媒と、
前記二つの陰極触媒の両面のうち、前記陽イオン交換膜と反対側の面にそれぞれ圧接された陰極電極と、を備えた板状の触媒電極を有し、
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ことを特徴とするオゾン水生成装置。 - 前記陽極触媒及び前記陰極触媒は、白金もしくは白金被覆金属であ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。
- 前記陰極触媒は、白金もしくは白金被覆金属を用いた第一触媒と、銀、銅、金又はアルミニウムを用いた第二触媒とを重ね合わせた触媒であ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。
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