JP5134153B1 - オゾン水生成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】オゾン水生成装置100は、陽イオン交換膜31と、陽極32と、陰極33と、を有する触媒電極に、原料水を供給するとともに陽極32及び陰極33間に直流電圧を印加することによってオゾン水を生成するための複数のオゾン水生成セル20A〜20Dと、複数のオゾン水生成セル20A〜20Dが収容された装置本体10と、装置本体10に形成されて、原料水を複数のオゾン水生成セル20A〜20Dの陽極にそれぞれ供給する複数の供給流路16A,16C,17B,17Dと、装置本体10に形成されて、各オゾン水生成セル20A〜20Dで生成されたオゾン水を排出する複数の排出流路18A,18C,19B,19Dと、を備えている。
【選択図】図2
Description
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を圧接させ、他方の面に陰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(特許文献1参照)。
オゾン水生成装置を直列に複数台設置しても、10L/minといった大流量の配管には対応することが困難である。また、複数台のオゾン水生成装置を直列に設置すると、大きなスペースを要し、省スペース化を図ることができないという問題がある。さらに、1台が故障すると、洗浄効率が低下し、また修理等にも手間がかかった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、大流量の配管に設置して確実にオゾン水洗浄を行うことができ、また、小型化及び省スペース化を図れ、さらに、故障した場合でも容易に対応してオゾン水を生成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。
装置本体と、
当該装置本体の表面から内側に窪んで形成された複数の収容部にそれぞれ収容されてオゾン水を生成する複数のオゾン水生成セルと、を備え、
前記オゾン水生成セルは、陽イオン交換膜と、前記陽イオン交換膜の一方の面に設けられた陽極と、前記陽イオン交換膜の他方の面に設けられた陰極と、を有する触媒電極と、前記収容部に嵌め込まれて、当該収容部に収容された前記触媒電極に蓋をする蓋体と、を備え、前記触媒電極に、原料水が供給されるとともに前記陽極及び前記陰極間に直流電圧が印加されることによってオゾン水を生成し、
前記装置本体には、前記原料水を前記複数のオゾン水生成セルの前記陽極にそれぞれ供給する複数の供給流路と、各オゾン水生成セルで生成されたオゾン水を排出する複数の排出流路と、が形成されていることを特徴とするオゾン水生成装置が提供される。
図1は、オゾン水生成装置の外観斜視図である。
なお、以下の説明において、上下方向とは図1に示すY方向を言い、左右方向とは図1に示すX方向を言い、前後方向とは図1に示すZ方向を言うものとする。
[オゾン水生成装置]
図1に示すように、オゾン水生成装置100は、装置本体10と、装置本体10に収容された第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Dと、を備えている。
第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Dは、それぞれ触媒電極を有しており、第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Dのうち所望のオゾン水生成セルの触媒電極に原料水を供給するとともに、直流電圧を印加することによって微細オゾン気泡を発生させる。そして、発生した微細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させ、所望のオゾン水生成セルで生成したオゾン水を合流させることによって、高濃度のオゾン水を生成することができる装置である。
<装置本体>
図2〜図4に示すように、装置本体10は、四角柱状をなしており、上面に第1のオゾン水生成セル20Aを収容する第1の収容部11Aが形成され、前面に第2のオゾン水生成セル20Bを収容する第2の収容部11Bが形成され、後面に第3のオゾン水生成セル20Cを収容する第3の収容部11Cが形成され、下面に第4のオゾン水生成セル20Dを収容する第4の収容部11Dが形成されている。
陽極用供給流路16A,16Cは、装置本体10内において、その上流側で1本の陽極用供給流路16に連結され、陽極用供給流路16の上流側端部が装置本体10の左側面の供給口12に連結されている。
陽極用供給流路17B,17Dは、装置本体10内において、その上流側で1本の陽極用供給流路17に連結され、陽極用供給流路17の上流側端部が装置本体10の左側面の供給口13に連結されている。
陽極用排出流路18A,18Cは、装置本体10内において、その下流側で1本の陽極用排出流路18に連結され、陽極用排出流路18の下流側端部が装置本体10の右側面の排出口14に連結されている。
陽極用排出流路19B,19Dは、装置本体10内において、その下流側で1本の陽極用排出流路19に連結され、陽極用排出流路19の下流側端部が装置本体10の右側面の排出口15に連結されている。
陽極用排出流路18,19の排出口14,15には、各オゾン水生成セル20A〜20Dで生成された生成水(オゾン水)を外部に排出するための陽極用排出管(図示しない)が嵌め込まれている。
なお、2本の陽極用供給管及び2本の陽極用排出管は、配管洗浄を行う場合には、例えば、2本の陽極用供給管の上流側に電磁弁を設けて、1本の配管に接続するとともに、2本の陽極用排出管の下流側をそれぞれ前記1本の配管に接続して、オゾン水を循環させることが好ましい。
その他、配管洗浄を行わない場合には、2本の陽極用供給管を、原料水が貯留されたタンクに接続しても良い。また、2本の陽極用排出管を、生成されたオゾン水を貯留するためのタンクや、オゾン水を吐出されるノズル等に接続しても良い。
また、陽極用供給管に供給する原料水としては、水道水、精製水などが挙げられる。
次に、第1の収容部11A及び第1のオゾン水生成セル20Aについて説明する。
なお、第2〜第4の収容部11B〜11D及び第2〜第4のオゾン水生成セル20B〜20Dは、第1の収容部11A及び第1のオゾン水生成セル20Aと同様の構成のため、その説明を省略する。
図5は、図1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。以下、図5を参照して説明する。
第1の収容部11Aを形成する底面には、さらに一段窪んだ凹部111が形成されている。
凹部111の底面には、装置本体10の左側面の供給口12に貫通する上述の陽極用供給流路16Aと、装置本体10の右側面の排出口14に貫通する上述の陽極用排出流路18Aとが形成されている。凹部111の底面を貫通した陽極用供給流路16Aと陽極用排出流路18Aとは、平面視において、互いに対角線上に配置されている(図2参照)。陽極用供給流路16Aと陽極用排出流路18Aを、平面視において互いに対角線上に配置することによって、原料水を凹部111の底面全面に流すことができ、オゾン水生成効率の点で効果的となる。
凹部111の底面上には、保持板34が設けられている。保持板34の平面視の大きさは、凹部111の底面とほぼ同じ大きさをなしており、保持板34には、陽極用供給流路16Aに対応する位置に穴部346と、陽極用排出流路18Aに対応する位置に穴部348とが形成されている。
凹部111内で保持板34の上面には、陽極32が設けられている。陽極32の平面視の大きさは、保持板34の平面視の大きさとほぼ同じとなっている。
陽極32としては、オゾン発生触媒機能を有する金属を使用する。具体的には、安定性が良い点で、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。また、シリコンウェハにダイヤモンドを成膜したものを使用しても良い。
ダイヤモンド成膜は、例えば、プラズマCVD法や熱フェラメントCVD法によって成膜することができる。
また、陽極32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5ではグレーチング状の場合を示している。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。このようにグレーチング状の陽極32とすることによって、陽極32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32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。
収容部11A内で、陽極32の上面には、陽イオン交換膜31が設けられている。
陽イオン交換膜31としては、従来公知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る。また、厚さは、100〜300μm程度が好ましい。
陽イオン交換膜31の平面視の大きさは、陽極32(凹部111)の平面視の大きさよりも大きく、収容部11Aの平面視の大きさと同じとなっている。。
収容部11内で陽イオン交換膜31の上面には、陰極33が設けられている。
陰極33としては、オゾン発生触媒機能を有する金属を使用する。具体的には、安定性が良い点で、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。また、シリコンウェハにダイヤモンド成膜したものを使用しても良い。
ダイヤモンド成膜は、上述と同様にプラズマCVD法や熱フェラメントCVD法によって成膜することができる。
また、陰極33も陽極32と同様にグレーチング状とすることが好ましく、特に、陰極33は陽極32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。
収容部11A内で陰極33の上面には、保持板35が設けられている。保持板35の平面視の大きさは、陰極33の平面視の大きさとほぼ同じであり、保持板35には、後述する陰極用供給流路405に対応する位置に穴部355と、陰極用排出流路406に対応する位置に穴部356が形成されている。
2つの保持板34,35は、陽極32、陽イオン交換膜31及び陰極32を圧接保持している。
蓋体40は、下向きに凸の嵌合部401を有している(図2、図5参照)。嵌合部401の平面視の大きさは、収容部11Aの底面とほぼ同じ大きさとなっており、嵌合部401が収容部11A内に嵌合されるようになっている。
また、嵌合部401には、蓋体40の上面側に窪む凹部402が形成されている。
陰極用供給管は、例えば、原料水が貯留されたタンクに接続したり、水道管に接続しても良い。また、陰極用排出管は、例えば、生成された陰極水を貯留するためのタンクに接続しても良い。
また、陰極用供給管に供給する原料水としては、水道水、精製水などが挙げられる。
電源装置50は、制御部60によって陽極32及び陰極33に電圧を印加するように制御されている。
濃度検出センサは、検出電極(図示しない)と電位測定の基準となる比較電極(図示しない)、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(図示しない)等から構成されている。検出電極及び比較電極は、陽極用排出流路を流れるオゾン水に接触するようになっている。そして、検出電極及び比較電極がオゾン水に接触することで、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。
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や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、制御部60が予め設定されたオゾン濃度と一致するように、電源装置50に陽極32及び陰極33間に印加する電力量を制御している。
同様にして、第2〜第4の収容部11B〜11Dには、それぞれ第2〜第4のオゾン水生成セル20B〜20Dが収容されて、オゾン水生成装置100が構成されている。
なお、制御部60は、第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Dのうち、所定のオゾン水生成セルの陽極32及び陰極33に電圧を印加するように電源装置50を制御可能となっている。
次に、第1のオゾン水生成セル20Aを装置本体10に設置する手順について説明する。
まず、装置本体10の第1の収容部11A内に形成された凹部111の底面に、保持板34、陽極32、陽イオン交換膜31、陰極33及び保持板35を、この順に重ね合わせていく。次いで、蓋体40を、装置本体10の第1の収容部11Aに嵌め合わせる。
最後に、蓋体40に形成されたネジ穴からネジ408をねじ込んで、装置本体10と蓋体40とを固定する。このようにして、蓋体40を装置本体10に固定することによって、保持板34,35が陽極32及び陰極33を陽イオン交換膜31に圧接させる。
次に、オゾン水生成装置100の動作について、図2及び図5を参照しながら説明する。
なお、以下の説明では、第1及び第3のオゾン水生成セル20A,20Cを使用してオゾン水を生成する場合を例に挙げて説明する。
陽極32に原料水が接触することによって、オゾン気泡が発生し、発生したオゾン気泡は水に溶解して高濃度のオゾン水となる。その後、オゾン水は、装置本体10内で分岐した第1及び第3のオゾン水生成セル20A,20Cの各陽極用排出流路18A,18Cを流れた後、1本に連結された陽極用排出流路18で合流して混合されて、より高濃度のオゾン水とされた後、陽極用排出管(陽極用排出口14)を流れて外部に排出される。
陰極33に原料水が接触することによって、水素気泡が発生し、発生した水素気泡は水に溶解して水素水(陰極水)となり、第1及び第3のオゾン水生成セル20A,20Cのそれぞれの陰極用排出流路406から外部に排出される。
例えば、第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Dを使用する場合には、上述の第1及び第3のオゾン水生成セル20A,20Cの陽極32及び陰極33に加えて、第2及び第4のオゾン水生成セル20B,20Dの陽極32及び陰極33にも電圧を印加し、かつ、2本の陽極用供給管(陽極用供給口12,13)及び4本の陰極用供給管(陰極用供給流路405)に原料水を供給して、第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Dに原料水を供給すれば良い。
したがって、例えば、配管に、複数の供給流路16A,16C,17B,17Dを接続して原料水を流し、複数の排出流路18A,18C,19B,19Dを再び前記配管に接続することによって、配管内のオゾン水洗浄を行うことができる。つまり、複数のオゾン水生成セル20A〜20Dでそれぞれオゾン水が生成され、生成された多量のオゾン水によってオゾン水洗浄を確実に行うことができる。その結果、大流量の配管洗浄にも容易に対応することができる。
また、装置本体10内に第1〜第4のオゾン水生成セル20A〜20Cが収容されているので、複数のオゾン水生成セル20A〜20Cを直列で接続する場合に比べて、小型化することができ、省スペース化を図ることができる。
さらに、1つのオゾン水生成セルが故障した場合であっても、他のオゾン水生成セルで容易に対応してオゾン水を生成することができるので、配管内のオゾン水洗浄も確実に行うことができる。
また、第1及び第3のオゾン水生成セル20A,20Cで生成されたオゾン水が、連結された排出流路18内で合流して混合される。よって、高濃度のオゾン水を得ることができる。その結果、配管洗浄を行う場合、洗浄効率に優れたものとなる。
例えば、上記実施形態では、第1及び第3のオゾン水生成セル20A,20Cに連通する供給流路16A,16Cが上流側において連結され、第2及び第4のオゾン水生成セル20B,20Dに連通する供給流路17B,17Dが上流側において連結されているとしたが、これに限らず、第1及び第2のオゾン水生成セル20A,20Bに連通する供給流路16A,17Bが上流側において連結され、第3及び第4のオゾン水生成セル20C,20Dに連通する供給流路16C,17Dが上流側において連結されている構成としても良い。
さらに、連結する供給流路16A,16C,17B,17Dは、2つに限らず、3つや4つであっても構わない。
同様にして、上記排出流路18A,18C,19B,19Dにおいても、連結の組み合わせや数は適宜変更可能である。
16,16A,16C 陽極用供給流路
17,17B,17D 陽極用供給流路
18,18A,18C 陽極用排出流路
19,19B,19D 陽極用排出流路
20A,20B,20C,20D オゾン水生成セル
31 陽イオン交換膜
32 陽極
33 陰極
60 制御部
100 オゾン水生成装置
Claims (4)
- 装置本体と、
当該装置本体の表面から内側に窪んで形成された複数の収容部にそれぞれ収容されてオゾン水を生成する複数のオゾン水生成セルと、を備え、
前記オゾン水生成セルは、陽イオン交換膜と、前記陽イオン交換膜の一方の面に設けられた陽極と、前記陽イオン交換膜の他方の面に設けられた陰極と、を有する触媒電極と、前記収容部に嵌め込まれて、当該収容部に収容された前記触媒電極に蓋をする蓋体と、を備え、前記触媒電極に、原料水が供給されるとともに前記陽極及び前記陰極間に直流電圧が印加されることによってオゾン水を生成し、
前記装置本体には、前記原料水を前記複数のオゾン水生成セルの前記陽極にそれぞれ供給する複数の供給流路と、各オゾン水生成セルで生成されたオゾン水を排出する複数の排出流路と、が形成されていることを特徴とするオゾン水生成装置。 - 前記複数の排出流路のうち、少なくとも2つの排出流路が、当該排出流路の下流側において連結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。
- 前記複数の供給流路のうち、少なくとも2つの供給流路が、当該供給流路の上流側において連結されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のオゾン水生成装置。
- 前記複数のオゾン水生成セルのうち、所望のオゾン水生成セルの前記陽極及び前記陰極間に直流電圧を印加するよう制御する制御部を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置。
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