JP5975397B2

JP5975397B2 - オゾン水生成装置

Info

Publication number: JP5975397B2
Application number: JP2012269725A
Authority: JP
Inventors: 仁史北村; 北地　範行; 範行北地; 貞彦若葉; 恭子堤; 伊藤　良泰; 良泰伊藤; 前田　康成; 康成前田; 尚紀柴田; 朋弘穐田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: JP2014113549A

Description

本発明は、オゾン水生成装置に関する。

オゾン水は、殺菌、漂白、有機物の分解などの分野で広く利用されている。また、オゾンの発生手段としては、例えば、放電方式や電解方式などが知られているが、電解方式は、水があればよいこと、比較的高濃度のオゾンガスが得やすいことなどの特徴によって、洗浄用などのオゾン水の生成装置などに利用されている。

具体的には、例えば特許文献１には、高濃度のオゾン水を生成することができるオゾン水生成装置（脱臭・殺菌装置）が記載されている。このオゾン水生成装置では、電気分解により生成されたオゾン水を還流手段によって循環させることで所定濃度のオゾン水を生成している。

また、オゾン水の生成に関連する技術として、特許文献２の電解イオン水生成装置が知られている。特許文献２には、電解槽において電気分解される原水に炭酸が含まれている場合には、炭酸とイオン水とが反応してｐＨ変化が抑制され、電解効率が低下する問題があることが記載されている。さらに、この問題を解決するために、撹拌手段によって原水を撹拌して炭酸をガス化させて放出除去する方法や、負圧手段や加圧手段を作動させることによって原水への炭酸の溶解度を減少させて、ガス化した炭酸を放出除去する方法が提案されている。

特開2008−61700号公報特開平7−265857号公報

しかしながら、例えば特許文献１のオゾン水生成装置では、高濃度のオゾン水を得るために還流手段を配設する必要があり、装置の複雑化に伴うコストアップが避けられないという問題がある。

一方、特許文献２の電解イオン水生成装置では、炭酸とイオン水との反応を抑制することを目的としており、オゾンガスの溶解濃度を高めるための構成は何ら示唆されていない。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、比較的シンプルな装置の構成で高濃度のオゾン水を生成することができるオゾン水生成装置を提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明のオゾン水生成装置は、水の電気分解によって生成したオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成装置であって、オゾン発生器を備え、このオゾン発生器によって発生したオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成する電解槽と、前記電解槽に水を供給する供給路と、前記電解槽で生成されたオゾン水を吐水する吐水路と、前記電解槽に供給される水中の溶存気体を減少させる脱気手段と、を備え、前記脱気手段は超音波振動装置であり、この超音波振動装置は、上端部から下方に向かって延びる第１仕切り壁と、下端部から上方に延びる第２仕切り壁とを備えており、上流側から導入槽、中間槽および排出槽が形成され、前記導入槽と前記中間槽は、前記第１仕切り壁の下方で連通しており、前記中間槽と前記排出槽は、前記第２仕切り壁の上方で連通しており、前記導入槽の内壁面と、前記中間槽の内壁面には超音波素子が配設されており、前記供給路を介して、前記導入槽の上方から導入された水は、前記超音波素子による超音波振動を受けて、水中に溶解している溶存気体がガス化し、前記導入槽を下降した水は、前記第１仕切り壁の下方を通じて前記中間槽を上昇して再び前記超音波素子による超音波振動を受けて、水中に溶解している溶存気体がガス化し、前記超音波振動装置によって溶存気体が減少した水が前記電解槽へと供給され、前記電解槽で生成されたオゾン水が前記吐水路から吐水されることを特徴としている。

本発明のオゾン水生成装置によれば、比較的シンプルな装置の構成で高濃度のオゾン水を生成することができる。

本発明のオゾン水生成装置の第１実施形態を例示した概要図である。本発明のオゾン水生成装置の第２実施形態を例示した概要図である。本発明のオゾン水生成装置の第３実施形態を例示した概要図である。

本発明者らは、例えば特許文献１のような従来のオゾン水生成装置の場合、電解槽内に供給される水には各種の気体が溶解しており、このような水中の溶存気体によって、電解槽で生成されたオゾンガスの水への溶解量が制限されていると考察した。そこで、電解槽内に供給される水に含まれる溶存気体を減少させてオゾンガスの溶解量を高めることで、高濃度のオゾン水を得ることができるとの新たな着想を得て本発明に至った。

図１は、本発明のオゾン水生成装置の第１実施形態を例示した概要図である。図１中の矢印は、水（オゾン水）の流れを例示している。

オゾン水生成装置１は、水（純水や水道水など）を電気分解して生成したオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成するものであって、電解槽２と、供給路３と、吐水路４と、脱気手段５とを有している。

電解槽２は、オゾン発生器２１と溶解部２２とを備えている。オゾン発生器２１の具体的な構成は特に限定されず、電極を介して水を電気分解してオゾンガスを生成する電解方式のものを適宜採用することができる。より具体的には、例えばオゾン発生器２１は、電源（図示していない）と接続した陽極２１aと陰極２１bとの間を高分子隔膜Ｍで仕切る構造を有するものを例示することができる。このような高分子隔膜Ｍとしては、耐オゾン性を有する公知のイオン交換膜を適宜採用することができるが、具体的には、例えば、ポリテトラフルオロエチレンなどを基体としたイオン交換膜を例示することができる。また、２つの電極（陽極、陰極）は、オゾン水の生成に適した適宜な陽極２１aと陰極２１bを組み合わせて使用することができる。具体的には、陽極２１aの材料としては、ダイヤモンド、金、白金などを例示することができ、陰極２１bの材料としては、ダイヤモンド、ステンレス、金、銀、白金、チタンなどを例示することができる。なかでもダイヤモンド電極は、電気分解によって発生する水素と酸素の発生を抑制することができ、オゾン水を効率よく生成できるため特に好ましい。

オゾン水生成装置１は、供給路３を介して電解槽２に水が供給される。供給路３には、脱気手段５としての超音波振動装置５１が設けられており、超音波振動装置５１は、接続部６を介して電解槽２と接続している。

具体的には、超音波振動装置５１は、上端部から下方に向かって延びる第１仕切り壁５１aと、下端部から上方に延びる第２仕切り壁５１bとを備えており、上流側から導入槽Ａ、中間槽Ｂおよび排出槽Ｃが形成されている。導入槽Ａと中間槽Ｂは、第１仕切り壁５１aの下方で連通しており、中間槽Ｂと排出槽Ｃは、第２仕切り壁５１bの上方で連通している。また、中間槽Ｂと排出槽Ｃの上方には、外部と連通し、弁を介して気体を大気中に放出可能な大気解放部５１cが配設されている。

さらに、導入槽Ａの内壁面と、中間槽Ｂの内壁面には超音波素子Ｓが配設されている。超音波素子Ｓによって、超音波振動装置５１内を通過する水に超音波振動を付与することができる。超音波素子Ｓは、超音波振動を発生するものであれば特に限定されず、公知の構成を適宜採用することができる。

電気分解の原料となる水は、供給路３を通じて超音波振動装置５１の導入槽Ａの上方から導入される。そして、導入槽Ａ内の水は、超音波素子Ｓによる超音波振動を受けて、溶解している溶存気体（例えば、酸素、水素、二酸化炭素など）がガス化し、気液分離が促進される。さらに、導入槽Ａを下降した水は、第１仕切り壁５１aの下方を通じて中間槽Ｂを上昇する。中間槽Ｂでは、再び超音波素子Ｓによる超音波振動を受け、水中に溶解している溶存気体がガス化し、気液分離が促進される。また、中間槽Ｂでは、上昇する水流によって、ガス化した気体の水面に気泡が浮上するため、さらに気液分離が促進される。そして、水中からガス化して気液分離された気体は、上方の大気解放部５１cから放出することができ、溶存気体が減少した水は排出槽Ｃを通じて排出され、接続部６を介して電解槽２へと供給される。

電解槽２では、供給路３および超音波振動装置５１を介して供給された水がオゾン発生器２１によって電気分解され、オゾン発生器２１の陽極２１aから発生したオゾンガスが溶解部２２で水に溶解することでオゾン水が生成される。そして、電解槽２で生成されたオゾン水は電解槽２と連通する吐水路４を通じて外部へ吐水される。

オゾン水生成装置１は、超音波振動装置５１によって電解槽２に供給される水中の溶存気体が減少していることで、水にオゾンガスが溶解する余地が大きくなるため、水へのオゾンガスの溶解量が増加している。このため、電解槽２におけるオゾン水の生成効率が高く、高濃度のオゾン水を生成することができる。また、オゾン水生成装置１は、超音波振動装置５１を電解槽２の上流（供給路３）に配設するだけでよいため、装置の構成がシンプルであり、コストも低く抑えることができる。オゾン水生成装置で生成された高濃度のオゾン水は、例えば洗浄用のオゾン水などとして好適に利用することができる。

なお、供給路３および吐水路４の具体的な構成は特に限定されない。例えば、水供給源（図示していない）から圧送された水を供給路３を通じて電解槽２内に連続的に供給してオゾン水を生成し、このオゾン水を吐水路４から連続的に吐水できるものであることが好ましい。

図２は、本発明のオゾン水生成装置の第２実施形態を例示した概要図である。第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、以下では説明の一部を省略する。

オゾン水生成装置１には、脱気手段５としての加熱手段５２が供給路３に配設されている。加熱手段５２は、電解槽２に供給される水を所望の温度に加熱することができればよく、例えば、電熱ヒーター等の公知の手段を採用することができる。

電解槽２に供給される水を加熱手段５２によって加熱することで、水の溶解度が低下して水中の溶存気体のガス化が促進されるため、水中の溶存気体が減少する。したがって、加熱手段５２によって加熱させる水の温度は、例えば４０℃〜８０℃程度の範囲を好ましく例示することができる。また、水中からガス化して回収された気体は、電解槽２の上流において適宜な方法で外部へ放出することができる。

そして、加熱手段５２によって溶存気体が減少した水は、供給路３を通じて電解槽２へと供給される。この際、加熱手段５２によって加熱された水は、常温程度に冷却されていることが好ましい。電解槽２では、供給された水がオゾン発生器２１によって電気分解されてオゾン水が生成される。

オゾン水生成装置１は、加熱手段５２によって電解槽２に供給される水中の溶存気体が減少していることで、水にオゾンガスが溶解する余地が大きくなるため、水へのオゾンガスの溶解量が増加している。このため、電解槽２におけるオゾン水の生成効率が高く、高濃度のオゾン水を生成することができる。また、オゾン水生成装置１は、加熱手段５２を電解槽２の上流（供給路３）に配設するだけでよいため、装置の構成がシンプルであり、コストも低く抑えることができる。

図３は、本発明のオゾン水生成装置の第３実施形態を例示した概要図である。第１実施形態と共通する部分には同一の符号を付し、以下では説明の一部を省略する。

オゾン水生成装置１には、脱気手段５としての不活性ガス供給装置５３が供給路３に配設されている。不活性ガス供給装置５３は、電解槽２に供給される水に不活性ガスを供給することが可能であれば特に限定されない。具体的には、例えば、エジェクター７などを介して供給される水の水流による負圧を利用して窒素などの不活性ガスを供給路３内の水に取り込むことができる。これによって、水の溶解度が低下するため、水中の溶存気体のガス化が促進され、水中の溶存気体が減少する。水中からガス化して回収された気体や不活性ガスは、電解槽２の上流において適宜な方法で外部へ放出することができる。

そして、不活性ガス供給装置５３によって溶存気体が減少した水は、供給路３を通じて電解槽２へと供給される。

電解槽２では、供給された水がオゾン発生器２１によって電気分解されてオゾン水が生成される。

オゾン水生成装置１は、不活性ガス供給装置５３によって電解槽２に供給される水中の溶存気体が減少していることで、水にオゾンガスが溶解する余地が大きくなるため、水へのオゾンガスの溶解量が増加している。このため、電解槽２におけるオゾン水の生成効率が高く、高濃度のオゾン水を生成することができる。また、オゾン水生成装置１は、不活性ガス供給装置５３を電解槽２の上流（供給路３）に配設するだけでよいため、装置の構成がシンプルであり、コストも低く抑えることができる。

本発明のオゾン水生成装置は、以上の形態に限定されることはない。例えば、脱気手段は、必ずしも供給路に配設する必要はなく、電解槽の上流で電解槽に供給される水中の溶存気体を減少させることが可能であればよい。具体的には、例えば、脱気手段は、供給路と接続する貯水タンクなどに配設することもできる。さらに、脱気手段は、超音波振動装置、加熱装置、不活性ガス供給装置などの複数の装置を組み合わせて配設することもできる。

１オゾン水生成装置
２電解槽
２１オゾン発生器
３供給路
４吐水路
５脱気手段
５１超音波振動装置
５２加熱手段
５３不活性ガス供給装置
７エジェクター

Claims

水の電気分解によって生成したオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成するオゾン水生成装置であって、
オゾン発生器を備え、このオゾン発生器によって発生したオゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成する電解槽と、
前記電解槽に水を供給する供給路と、
前記電解槽で生成されたオゾン水を吐水する吐水路と、
前記電解槽に供給される水中の溶存気体を減少させる脱気手段と、
を備え、
前記脱気手段は超音波振動装置であり、この超音波振動装置は、上端部から下方に向かって延びる第１仕切り壁と、下端部から上方に延びる第２仕切り壁とを備えており、上流側から導入槽、中間槽および排出槽が形成され、前記導入槽と前記中間槽は、前記第１仕切り壁の下方で連通しており、前記中間槽と前記排出槽は、前記第２仕切り壁の上方で連通しており、前記導入槽の内壁面と、前記中間槽の内壁面には超音波素子が配設されており、
前記供給路を介して、前記導入槽の上方から導入された水は、前記超音波素子による超音波振動を受けて、水中に溶解している溶存気体がガス化し、前記導入槽を下降した水は、前記第１仕切り壁の下方を通じて前記中間槽を上昇して再び前記超音波素子による超音波振動を受けて、水中に溶解している溶存気体がガス化し、
前記超音波振動装置によって溶存気体が減少した水が前記電解槽へと供給され、前記電解槽で生成されたオゾン水が前記吐水路から吐水されることを特徴とするオゾン水生成装置。