JPH0483522A

JPH0483522A - 酸素溶解装置

Info

Publication number: JPH0483522A
Application number: JP2197457A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Shioda; 博一塩田
Original assignee: CHIYODA MEDETSUKUSU KK; O D S KK
Current assignee: CHIYODA MEDETSUKUSU KK; O D S KK
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1992-03-17
Also published as: JPH0549330B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野Ｊ本発明は、酸素溶解方法および装置に関するもので、さ
らに詳しくは、水中に高濃度の酸素を安定的に溶解させ
る酸素溶解方法および装置に関するものである。

「従来の技術」通常、水には５〜８ｐｐｍの酸素が溶解している。この
溶解している酸素は、水中に棲息する動物や植物の呼吸
源となり、また、水中において有機物などを分解してく
れる好気性菌の棲息環境をつくりだす効果がある。そし
て、この酸素濃度が減少すると、魚などの動物の棲息が
困難となり、水中の植物も根からの酸素摂取が減少して
成長が阻害されるなどの悪影響が出ることが知られてい
る。

大気中の酸素量は約２０．９５％とされ、水面が大気に
接している条件では、水中に溶解できる酸素の量、つま
り飽和酸素濃度は主として水温により変化する。水温が
低いほど多くの酸素が溶解でき、水温が高いと溶解量は
減少する。この関係はヘンリ一方式およびヘンリー係数
で表され、水温５℃の場合は酸素飽和濃度は１２．３７
ｐｐｍであるが、水温３０℃の場合は７．４２ｐｐｍで
あり、温度による溶解度の変化が非常に大きいものであ
る。

ところで、最近、この水中の酸素濃度を飽和濃度以上に
高める、所謂過飽和濃度にした場合、水中における動植
物の成長が著しく促進され、また、過飽和酸素水を散布
すると植物の育成の促進ができる等の有用な効果が発見
され、動植物の育成促進、健康維持、環境浄化などの多
くの利用が始まっている。

そして、従来、この過飽和酸素水の製法としては、以下
の三つの方法が知られている。

１、高濃度の酸素を水中に散気する。

２、水を低温にして酸素溶解濃度を高める。

３、オゾンを水に溶解し、オゾンが分解して水溶酸素化
する現象を利用する。

「発明が解決しようとする課題」しかし、上記従来法は、以下のごとき欠点を有している
。

１、高濃度の酸素を水中に散気する方法は、酸素ボンベ
が必要で、設備的、経済的、保安上に無理があり、また
、溶解した過飽和酸素水は酸素注入を停止すると急減に
酸素濃度が低下して空気での飽和濃度に戻ってしまう。

２、水を低温にして酸素溶解濃度を高める方法は、前記
したごとく、水温５℃では１２ｐｐｍ以上が溶解するが
、水を低温化するための冷却装置が必要で、この場合も
、水を室温に戻すと酸素濃度が低下することが実験上観
察された。

３、オゾンを水に溶解する方法は、オゾンが酸素に比べ
て、約１０倍の溶解性を有し、高濃度のオゾン水をつく
って自然分解によってオゾンを酸素に転化させた場合、
酸素の過飽和濃度が比較的長時間維持される長所を有し
、最近はこの方法が最も汎用されているが、有害な窒素
酸化物を含まない高純度オゾン発生装置は、大変大型で
高価である。

「目的ｊそこで本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、簡便な
装置で過飽和酸素水を供給でき、しかも、この過飽和度
が長時間維持できる酸素溶解方法および装置を提供する
ことを目的としたものである。

「課題を解決するための手段」上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述課題を解決するために、水流中に酸素
を気泡状に混入し、この酸素気泡混入水流を磁界内を通
過させるようになした技術的手段を講じたものである。

また本発明のもう一つの構成は、水槽１に水循環路２を
設け、上記水循環路２の途中には、固形重合体電解質膜１１の
一面に陽極電極１２を、他面に陰極電極１３を重ね合わ
せ、両電極１２．１３に電源１４より電圧を印加し、水
流が該固形重合体電解質膜１１の陽極電極１２を重ね合
わせた面に接触して通過するようになした電気分解装置
１０を介在せしめ、さらに、上記水循環路２の途中で、電気分解装置１０よ
り下流側部位には、複数個の永久磁石体２１．２１．２
１・・・をＳ極とＮ極とが交互に位置するように並置し
てなる水流中に磁界を生ぜしめる磁界付与装置２０を介
在してなる技術的手段を講じたものである。

本発明のさらにもう一つの構成は、水槽１に水循環Ｂ２
を設け、上記水循環路２の途中には、固形重合体電解質膜１１の
一面に陽極電極１２を、他面に陰極電極１３を重ね合わ
せ、両電極１２．１３に電源１４より電圧を印加し、水
流が該固形重合体電解質膜１１の陽極電極１２を重ね合
わせた面に接触して通過するようになした電気分解装置
１０を介在せしめ。

また、上記水循環路２の途中で、電気分解装置ｌＯより
下流側部位には、複数個の永久磁石体２１．２１．２１
・・・をＳ極とＮ極とが交互に位置するように並置して
なる水流中に磁界を生せしめる磁界付与装置２０を介在
し、さらに、上記水循環路２の上流端および下流端を含むい
ずれかの部位に撹拌装置３０を介在してなる技術的手段
を講じたものである。

「作用」それ数本発明法は、酸素気泡混入水流が磁界内を通過す
るさいに、水と酸素とが共に磁界の作用を受けることに
なる。

先ず、水が磁界によって受ける作用としては、近時、水
、特に通常の自然水はすべての水分子が単独で自由に移
動可能な状態にあるのではなく。

所定の集合状態を形成しているものがあることが判明し
、この集合状態をクラスター構造と称している。そして
、このクラスター構造は比較的安定した性質を有し、そ
のクラスター構造的に溶存分子を包み込んだり組み込む
こともあり、このクラスター構造が大きいものが多（含
まれる水は酸素等を溶解する性質が低下するとされてい
る。しかし、上記水のクラスター構造は比較的安定とは
いえ、ごく微弱な電気的結合であるため、強力な磁界が
作用すれば結合が緩まり、小クラスタ化すると考えられ
る。

次ニ、酸素カ磁界によって受ける作用としては、酸素は
常磁性体であることが知られているから磁界の作用によ
り磁化される。

すなわち、本発明は水に磁界を作用させることで、クラ
スター構造を分断して酸素の溶解濃度を高める作用を有
するが、理論的にはクラスター構造を分断したからとは
いえ溶解性が向上する割合はそれ自体では無視される程
度の微小なものであり、ＮＭＲ法（核磁気共鳴法）で測
定したクラスター構造の多い水と少ない水に同条件で酸
素を溶解したところで溶解酸素濃度の差を測定すること
はできなかった。

しかし、本発明においては実測で大きな溶解酸素濃度の
向上が確認され、磁化された酸素が溶解され易い性質を
有すると推考された。そこで、酸素に磁界を作用させ、
磁界を作用させない水と接触させたが、この方法では残
念ながら溶解性の向上は認められなかった。

しからば、溶解性の向上は水のクラスター構造分断作用
と、酸素の磁化作用との相互作用であると思料でき、ク
ラスター構造を強い磁界作用によって強制的に分断した
水が、磁化された酸素気泡と界面接触している場合、ク
ラスター構造中に酸素分子を包み込まれるか、クラスタ
ー構造の一部に酸素分子が組み込まれるかして、溶解濃
度が飛躍的に向上する作用を呈するものと確信するに至
ったものである。

なお、本発明法に使用される酸素は大気より入手しても
よく、大気中の窒素は磁化性を有しないため、大気を使
用しても窒素濃度を高めずに酸素濃度が向上する作用を
呈する。しかし、高濃度の酸素を使用した方が熱論効率
的で、酸素ボンベより酸素を供送した実験例では大きな
酸素濃度向上の測定が得られたが、酸素ボンベを使用し
たのでは前述した従来例■と比較して、使用酸素量は極
端に低減できて、経済性に限っては大きな効果が得られ
たが、設備的、保安上に関しては従来と同じ欠点を有す
ることになる。

そこで本発明装置では、水を電気分解して発生した酸素
を利用することで手軽に高濃度で純粋な原料酸素を得る
ようになしている。なお、電気分解によって発生した酸
素は細かい気泡状に発生するため、水流中に効率的に混
入する作用を呈し、また発生直後の酸素はラジカル酸素
と称してそれ自体酸化力のみならず溶解性も大きいとい
う作用を呈するとされている。

「実施例」次に、本発明の実施例を添附図面に従って説明すれば以
下の通りである。

先ず、本発明酸素溶解方法は、水流中に酸素を気泡状に
混入する。

図示例において、この酸素は水供送管４１の途中に酸素
供送管４２の先端を連通させ、水供送管４１内を流れる
水流中に酸素が順次気泡状に混入するようになしている
が、この水流中に酸素を気泡状に混入させるには、図示
例の他に、水槽（第１図には図示していない。）内に酸
素を散気して気泡状に酸素を混入した水を該水槽から水
供送管４１に導くようになしても熱論差し支えない。な
お、酸素は酸素含有気体として大気を使用してもよいが
、高濃度・純粋な酸素を使用することが望ましいことは
熱論である。

そして、上記酸素気泡混入水流を磁界内を通過させる。

この磁界は熱論可能なだけ強力なものとし、実験の結果
では磁界との接触時間が長いこと、磁界のＳ極側とＮ極
側を交互に短時間内に何回も通過することが効率的であ
り、図示例では、非磁性体の断面円形水供送管４１の外
周に、リング状（中空盤状）の永久磁石体２１，２１．
２１・・・　（ネオジュウム磁石）を複数枚所定の間隔
で嵌着し、各永久磁石２１は、第２図に示すごとく放射
状に８区部にＳ極とＮ極とが交互に位置するよう着磁し
たものを使用し、隣り合う永久磁石２１．２１は４５度
の回転角度で順次回転位置をずらし、さらに、各永久磁
石２１，２１．２１・・・の外側にはホルダ兼用のヨー
ク２４を配してなる。すなわち、この永久磁石２１，２
１．２１・・・は水供送管４１内に磁界を形成するもの
で、この磁界は第１図および第２図に磁力線Ｍによって
表されるように主に水供送管４１の内周面側部位に生ず
るが、熱論図示例に限らず、水供送管４内に磁界を形成
するものであれば、水供送管４１の左右にＳ極とＮ極と
が対向する図示しない永久磁石体を対設して、磁力線が
該水供送管４１内を横断するようになしてもよい。但し
、この場合磁力線密度が疎となる傾向を有するため、水
供送管４１の直径を小さくすることが望ましく、また、
より強力な磁力を有する永久磁石の開発が望まれる。

次に、本発明装置は、水槽１に水循環路２を設けである
。この水循環路２は水槽１内の水を水の外（通常は水槽
１の外）に−度取出して、再度水槽１内に戻すものであ
ればよく、通常は該水循環路２の途中にポンプ５０が介
在され、水槽１内の水はこのポンプ５０によって循環さ
れるが、第５図例に示すごと（、主水循環路２ａにはポ
ンプ５０を介在せしめておき、本発明に使用する副木循
環路２は一端を水槽１の水中に連通し、他端は該ポンプ
５０の吐き出し口側に連通し、ポンプ５０より吐き出さ
れる水流が副木循環路２内の水を吸引して循環するよう
になしてもよい。

そして、上記水循環路２の途中には、固形重合体電解質
膜１１の一面に陽極電極１２を、他面に陰極電極１３を
重ね合わせ、画電極１２．１３に電源１４より電圧を印
加し、水流が該固形重合体電解質膜１１の陽極電極１２
を重ね合わせた面に接触して通過するようになした電気
分解装置１０を介在せしめである。

上記固形重合体電解質膜１１は、従来公知なイオン交換
膜が使用でき、陽極電極１２と陰極電極１３とには耐食
性金属体が使用される。そして、この陽極電極１２と陰
極電極１３とは固形重合体電解質膜１１の全面を覆うよ
うに重ね合わせるのではなく、所定の開口率を有して重
なるようになしてあり、そのために金属板に多数の小孔
やスリットを開穿した多孔板、金網等が使用でき、さら
には第６図に示すごとき円筒状に固形重合体電解質膜１
１を配する場合は針金をコイル状に巻いたもの（図示例
では陰極電源１３に応用）を使用してもよい。なお、電
源１４よりの印加電圧は水を電気分解する範囲に設定さ
れるが、電圧を必要以上に高めると、陽極側にオゾンが
発生し、電極１２や固形重合体電解質膜１１を損傷する
ことがあるので注意が必要である。

また、水流が該固形重合体電解質膜１１１の陽極電極１
２を重ね合わせた面に接触して通過するようになすには
、図示例においては、開口部を上記固形重合体電解質膜
１１で密閉された容器体１０ａの一端側に水流人口１５
を他端に酸素気泡含有水流流出口１６を設けることによ
り実現できる。

なお、固形重合体電解質膜１１と画電極１２．１３とは
上記容器体１０ａの開口縁と固定用枠１７とで挟持固定
して固形重合体電解質膜１１の陰極電極１３が接触する
面は大気と接触するようになしである。この陰極電極１
３が接触する面（陽極電極１２が接触する面も同様）は
水槽内に水没しても電気分解は熱論発生するが、大気と
接触させると固形重合体電解質膜１１を通過した微少の
水がこの面で蒸散して電気分解による発熱を抑止し、ま
た、水中に溶解するカルシュラム等の析出を抑止し、長
期間安定した運転が可能で有利であるそして、本発明装
置は、さらに、上記水循環路２の途中で、電気分解装置
１０より下流側部位には、複数個の永久磁石体２１，２
１．２１・・・をＳ極とＮ極とが交互に位置するように
並置してなる水流中に磁界を生せしめる磁界付与装置２
゜を介在してなる。なお、図示例において、非磁性体の
断面円形の水供送管２の外周に、リング状の永久磁石体
２１，２１．２１・・・　（ネオジュウム磁石）を複数
枚所定の間隔で嵌着し、各永久磁石２１は第２図に最も
明らかに示すごとく放射状に８区部にＳ極とＮ極とが交
互に位置するよう着磁したものを使用し、隣り合う永久
磁石２１　２１は４５度の回転角度で順次回転位置をず
らし、さらに、各永久磁石２１，２１．２１・・・の外
側にはホルダ兼用のヨーク２４を配してなるのは前述と
同じであるが、この永久磁石２１，２１゜２１・・・は
、水供送管２内に多くの磁力線を発生せしめるものであ
れば、その材質および並置方法は前述もした通り図示例
に限定されるものではない。

なお、上記磁界付与装置２０は、水循環路２の途中で、
電気分解装置１０より下流側部位であればよいが、電気
分解装置１０より直下流側部位が効率向上のために最も
望ましい。

また、本発明装置は上記水循環路２の上流端および下流
端を含むいずれかの部位に撹拌装置３０を介在すること
で溶解濃度の向上が可能となる。

この撹拌装置３０は、第４図例ではスタテッチミキサー
と称される、水循環路２内に捻り翼を収納してなり、水
流はこの撹拌装置３０部位を通過することで旋回流とな
り攪拌効果が得られるようになしてあり、かつ、この旋
回流は上記磁界付与装置２０内を通過する距離を増し、
磁界との接触頻度を向上させることになる。なお、この
撹拌装置３０は、前述ポンプ５０で兼用してもよく、こ
の場合はポンプ５０を磁界付与装置２０の下流側に位置
させ、該ポンプ５ｏの回転翼が撹拌翼を兼ねるようにな
すと良い。また、この撹拌装置３０は水と酸素とを撹拌
して両者の接触効率を向上させる目的で使用するため、
通常は電気分解装置１゜の直下流側に介在するのが最も
効果的とされるが、この電気分解装置１ｏが第６図に示
すごとき円筒状の場合は該電気分解装置１０より上流側
に介在させることも効率的である。

上記第６図例は、非磁性体の水循環路２に設けたスリッ
トまたは格子窓５の外側に、金網状の陽極を極１２を巻
き、その外周を固形重合体電解質膜１１で覆って巻き、
さらにその外周にコイル状の陰極電極１３を巻き付けた
もので、この場合は該電気分解装置１ｏの内径が水循環
路２の内径と略同形状となすことができるため、この電
気分解装置１０の上流側で旋回流を含む撹拌流を発生せ
しめても、該電気分解装置１０を通過することによる撹
拌流の減衰が少なく、撹拌効率が充分下流側にも持続さ
れるものである。

「発明の効果」本発明は上記のごときで、きわめて簡易な手段と装置で
過飽和酸素水を得ることができる酸素溶解方法および装
置を提供することができるものである。具体的には、本
発明装置として、水槽１に６０１２の水道水を入れ、水
温を３０℃に保ち、この水槽１内の水を内径１０ｍｍの
ポリエチレン類の水循環路２で１．５β／分で循環し、
途中に開口率５０％のステンレス類の陽極電極１２と陰
極電極１３と厚み４００ミクロンで面積２５ｃｒｒｆの
沸素系の固形重合体電解質膜１１を使用し、画電極１２
．１３間に１５Ｖの直流電圧を印加（電流は３アンペア
）し、永久磁石体２１に第２図のネオジュウム磁石（外
形４５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚み２　ｍ　ｍ　）を６枚
、６ｍｍ間隔で使用したところ、当初７．４２％の酸素
濃度が１５分で８．２４％に、３０分で１１．８０％に
、４５分で１２７５％に、６０分で１３．３５％に上昇
し、１２０分後には１４．２０％まで上昇した。

そして、この時点で画電極１２．１３への通電と水の循
環を停止したところ、１５分後酸素濃度は１３．７０％
、３０分後の酸素濃度は１２．４０％で、９．０％まで
酸素濃度が低下するには約１２時間を要した。

また、本発明装置は、電気分解装置１ｏを使用している
ため、酸素ボンベを使用することなく原料水より手軽に
酸素を得ることができるコンパクトな酸素溶解装置を提
供することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法を実施する装置の一例の要部断面図、
第２図はＡ−Ａ線断面図、第３図は本発明装置の一部断
面正面図、第４図は要部断面図、第５図は本発明装置の
別の実施例一部断面正面図第６図は本発明装置に使用さ
れる電気分解装置の実施例断面図である。１〜水槽　　　２〜水循環路　　　１０−電気分解装置
　　　１１〜固形重合体電解質膜１２〜陽極電極　　　
１３〜陰極電極　　　　１４〜ｉｆ源　　　２０〜磁界
付与装置　　　２１〜永久磁石体　　　３０〜撹拌装置

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水流中に酸素を気泡状に混入し、この酸素気泡混
入水流を磁界内を通過させるようになした酸素溶解方法
。
（２）水槽１に水循環路２を設け、上記水循環路２の途中には、固形重合体電解質膜１１の
一面に陽極電極１２を、他面に陰極電極１３を重ね合わ
せ、両電極１２、１３に電源１４より電圧を印加し、水
流が該固形重合体電解質膜１１の陽極電極１２を重ね合
わせた面に接触して通過するようになした電気分解装置
１０を介在せしめ、さらに、上記水循環路２の途中で、電気分解装置１０よ
り下流側部位には、複数個の永久磁石体２１、２１、２
１・・・をＳ極とＮ極とが交互に位置するように並置し
てなる水流中に磁界を生ぜしめる磁界付与装置２０を介
在してなる酸素溶解装置。
（３）水槽１に水循環路２を設け、上記水循環路２の途中には、固形重合体電解質膜１１の
一面に陽極電極１２を、他面に陰極電極１３を重ね合わ
せ、両電極１２、１３に電源１４より電圧を印加し、水
流が該固形重合体電解質膜１１の陽極電極１２を重ね合
わせた面に接触して通過するようになした電気分解装置
１０を介在せしめ、また、上記水循環路２の途中で、電気分解装置１０より
下流側部位には、複数個の永久磁石体２１、２１、２１
・・・をＳ極とＮ極とが交互に位置するように並置して
なる水流中に磁界を生ぜしめる磁界付与装置２０を介在
し、さらに、上記水循環路２の上流端および下流端を含むい
ずれかの部位に撹拌装置３０を介在してなる酸素溶解装
置。