JPH1043777A - オゾン水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高濃度のオゾンを生成することができて高効
果率でクリーンなオゾン水の生成ができ、単純、小型
で、取扱いが容易であり、使用電力が少なく、作業環境
への悪影響のない装置を実現する。 【解決手段】 水道水よりイオン交換水を生成して気液
分離槽２に供給するイオン交換樹脂塔５と、上記気液分
離槽２よりイオン交換水が注入されて同分離槽２へオゾ
ンを供給する水電解式オゾン発生器１と、上記分離槽２
より供給されたオゾンを水道水に溶解させてオゾン水を
生成し排出するエジェクタ７を備えたものとしたことに
よって、オゾン水生成の効率化、残存オゾンの減少、装
置の小型化、クリーンなオゾン水の製造が可能となり、
上記オゾン発生器１を複数の分解セルが上下に配設さ
れ、その上部と下部に原料水タンクと膜移動水タンクを
備えたものとしたことによって、更に装置の小型化が可
能となり、上記オゾン発生器１に水素処理器９を接続し
たことによって、作業性の向上が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、殺菌・洗浄・脱臭
・脱色または青果物の鮮度保持・蘇生に適用されるオゾ
ン水製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の殺菌等に適用されるオゾン水製造
装置の例について、図５乃至図７により説明する。

【０００３】図５に示すオゾン水製造装置は、オゾン水
貯水槽２２内の水を循環ポンプ２３によりエジェクタ２
７との間で循環させ、このエジェクタ２７が、圧縮器２
６、ＰＳＡ式酸素分離器２５及び冷却・除湿器２４を介
して酸素が供給された無声放電式オゾン発生装置２１で
発生したオゾンガスを吸引して水と混合することによ
り、オゾン水を製造している。この方式のオゾン水製造
装置においては、水の循環を繰り返し、オゾンを徐々に
溶解させることでオゾン水濃度を高めることができる。

【０００４】また、図６に示すオゾン水製造装置は、ス
プレー式オゾン発生溶解槽３２と電解式オゾン発生器３
１を用いたもの（特許−１７６４４７５の発明）であ
り、スプレー式オゾン溶解槽３２は、エアーポンプ３８
が接続され内部に空気曝気器３９が設けられた排オゾン
水処理器３３がポンプ３７を介して下部に接続され、上
部に排オゾンガス処理器３５が接続されたものである。

【０００５】上記オゾン溶解槽は、水を多数の微細水滴
として槽上部から噴霧し、これを水滴や水膜として槽内
に貯めたオゾンガス中に分散させ、オゾン水を製造し、
オゾン流量当たりの水噴霧量を小さくすることにより、
オゾン水濃度を高めることができる。

【０００６】また、このオゾン水製造装置は、オゾン発
生のための装置として電解式オゾン発生器３１を採用す
ることにより、高濃度オゾン水の製造を可能としてい
る。電解式オゾン発生器３１は、純水器３４と水素処理
器３６が接続されており、高濃度のオゾンガスを発生す
ることが可能であり、同じ溶解条件であれば高濃度のオ
ゾン水を製造することができる。

【０００７】なお、上記電解式オゾン発生器３１は、図
６（ｂ）に示すように複数の電解セル１ａと原料水タン
ク１ｂと膜移動水タンク１ｃとポンプ１ｄにより形成さ
れているが、電解セル１ａを図６（ｄ）に示すように上
下に積み重ねた場合、オゾンガスは電解セル１ａの間を
横移動することになり、電解セル１ａから離脱させにく
いため、図６（ｃ）に示すように横並びとしている。

【０００８】また、図７に示すオゾン水製造装置は、放
電式オゾン発生器４１を用いた小型オゾン水製造装置で
あり、エア供給ブロア４５、ＰＳＡ式酸素分離器４４及
び冷却・除湿器４３を介して原料である酸素をオゾナイ
ザ４１に供給してオゾンを発生し、発生したオゾンガス
をエジェクタ４２で水道水と混合することによりオゾン
水を製造している。

【０００９】この小型オゾン水製造装置は、装置内部に
溶解槽を設けていないために小型であり、水道水と電力
の供給のみで簡便にオゾン水を製造することができるも
のである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のイオン水製造装
置においては、それぞれ以下に説明するような課題があ
った。

【００１１】図５に示す循環によりオゾン水濃度を高め
る装置の場合には、ある指定濃度まで濃度を高めるため
に時間が掛かるとともに、指定濃度達成後も濃度変化に
瞬時に対応できない。また、一定濃度を保持するために
は、常時オゾンガスを出し続けなければならないため、
作業性が悪くなるとともに電力消費量が大きくなるとい
う課題があった。

【００１２】さらに、循環することにより濃度を高める
ためには、オゾン水貯水槽や循環ポンプが必要となるた
め装置全体が大型化する。また、循環ポンプから発生す
る熱によりオゾン水温度が上昇するため、オゾンガスの
溶解率が低くなるが、これを防ぐためにオゾン水貯水槽
に冷却装置を取り付けることが必要となり、装置がさら
に大型化・複雑化するという課題があった。

【００１３】図６に示す装置の場合は、高濃度オゾン水
を得るために、高濃度オゾン水を製造するための溶解槽
を大きくする必要があり、また、製造したオゾン水をポ
ンプで装置外へ放出するため、装置が大型化・複雑化す
るという課題が未解決であった。

【００１４】図７に示す装置の場合は、放電式オゾン発
生装置の原料である酸素を供給するためにエア供給ブロ
アおよびＰＳＡ式酸素分離器等が必要となるため、装置
の騒音や振動が大きいといった課題があった。

【００１５】また、ＰＳＡ式酸素分離器では、完全に酸
素のみを分離することが出来ず、原料に窒素が残留する
ため、放電時に窒素酸化物が生じる可能性がある。ま
た、放電時に金属ダストが生じるおそれもあるため、オ
ゾン水に硝酸や金属ダストが混入するなど、製造したオ
ゾン水がクリーンでないという課題があった。

【００１６】さらに、放電式オゾン発生器で発生したオ
ゾンガス濃度、すなわちオゾンガス分圧は比較的低いた
め、水への溶解効率が低い。そのため、エジェクタで溶
解したオゾン水濃度も一般的に低い。したがって、オゾ
ン水の濃度を上昇させようとすると大量のオゾンガスが
必要となって経済的でない上、残留オゾンガス量が多い
という課題があった。本発明は上記の課題を解決しよう
とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】

（１）本発明のオゾン水製造装置は、水道水が供給され
イオン交換水を生成するイオン交換樹脂塔、同イオン交
換樹脂塔よりイオン交換水が供給される気液分離槽、同
気液分離槽の下方に設けられ熱交換器を介してイオン交
換水が注入され生成したオゾンと酸素の混合ガスを上記
気液分離槽に供給する水電解式オゾン発生器、同オゾン
発生器が発生したオゾンが上記気液分離槽を介して供給
されるとともに上記水道水が供給されオゾン水を排出す
るエジェクタを備えたことを特徴としている。

【００１８】上記において、水道水が供給されたイオン
交換樹脂塔はこれをイオン交換水として気液分離槽へ供
給し、気液分離槽に供給されたイオン交換水は熱交換器
により冷却されて水電解式オゾン発生器内に注入され、
オゾン発生器はオゾンと酸素の混合ガスを発生させる。

【００１９】上記オゾン発生器が発生した混合ガスは、
イオン交換水を伴って上昇し、配管内を経て気液分離槽
内に至り、イオン交換水と分離される。気液分離槽内で
分離された混合ガスは、その内部を水道水が流れること
により負圧となっているエジェクタ内に吸引され、エジ
ェクタはこの混合ガスを水道水中に溶解させイオン水を
生成して排出する。

【００２０】本発明においては、高濃度のオゾンガスを
生成することができる水電解式オゾン発生器を用いてい
るため、溶解効率の向上が可能となり、オゾン水生成の
効率化、残存オゾンの減少、装置の小型化が可能とな
る。

【００２１】また、上記イオン発生器は、イオン交換樹
脂塔で水道水から生成されたイオン交換水を原料水とす
るため、不純物を発生させることがなく、クリーンなオ
ゾン水の生成が可能となる。

【００２２】更に、水道水へのオゾンガスの溶解は、水
道水の水圧を利用したエジェクタにより行われるため、
駆動装置を用いずにオゾンガスを溶解させることがで
き、省エネルギが可能な装置を実現する。

【００２３】（２）本発明は、上記発明（１）に記載の
オゾン水製造装置において、水電解式オゾン発生器が複
数の電解セルを上下に配設され、その上部に原料水タン
ク、その下部に膜移動水タンクを配設されて形成された
ことを特徴としている。

【００２４】本発明においては、水電解式オゾン発生器
を複数の電解セルが上下に配設され、その上部と下部に
それぞれ原料水タンクと膜移動水が配設されたものとし
たため、混合ガスのガスリフト効果により従来の装置と
同様の電解セルからの混合ガスの離脱性能を維持しなが
ら、オゾン発生器の小型化、ひいては装置全体の小型化
が可能となる。

【００２５】（３）本発明は、上記発明（１）に記載の
オゾン水製造装置において、水電解式オゾン発生器より
水素ガスが導入され水蒸気を排出する水素処理器を備え
たことを特徴としている。

【００２６】本発明においては、水電解式オゾン発生器
が発生する水素を燃焼させる水素処理器を設けることに
より、装置内で水素を処理することができるものとした
ため、作業性の向上が可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態に係るオゾ
ン水製造装置について、図１乃至図４により説明する。

【００２８】図１に示す本実施形態に係るオゾン水製造
装置は、電磁弁１０ａを介して水道蛇口１２にその入口
側が接続されるイオン交換樹脂塔５、同塔５の出口側に
電磁弁１０ｂを介して接続された気液分離槽２、同槽２
にファン３が設けられた熱交換器４を介して接続される
とともにその上部が上記気液分離槽２の下部に配管１３
を介して接続された水電解式オゾン発生器１、および上
記気液分離槽２の上部に逆止弁１１ａを介して接続され
るとともにその入口側が上記水道蛇口１２に接続され出
口側に電磁弁１０ｃが設けられた乱流発生板付きエジェ
クタ７を備えている。

【００２９】なお、上記気液分離槽２の上部には、大気
中に酸素を放出する排オゾン処理８が逆止弁１１ｂを介
して接続されており、上記水電解式オゾン発生器１の下
部には、大気中に水蒸気を放出する水素処理器９が接続
され、また、ポンプ６と逆止弁１１ｃを介して上記イオ
ン交換樹脂塔５の入口側が接続されている。

【００３０】次に、本実施形態に係る装置を用いて行う
イオン水の製造要領について、以下に説明する。まず、
水道蛇口１２を開いて水道水をイオン交換樹脂塔５と乱
流発生板付きエジェクタ７に供給する。

【００３１】イオン交換樹脂塔５に供給された水道水
は、脱イオン化されてイオン交換水となり、電磁弁１０
ａを経て気液分離槽２に供給され、更に、熱交換器４を
経て水電解式オゾン発生器１に注入される。なお、気液
分離槽２については、静電容量型の液面センサの信号に
よって電磁弁１０ｂの開閉操作が行われ、内部の水位が
一定に保たれている。

【００３２】上記イオン交換水が注入される水電解式オ
ゾン発生器１の内部には、その間にイオン交換膜を挟み
直流電圧が印加される陽極と陰極が設けられており、こ
れらに直流電圧が印加されると陽極からオゾンと酸素の
混合ガスが発生するが、この混合ガスは、ガスリフト効
果によりオゾン発生器１内に貯水しているイオン交換水
を伴い、オゾン発生器１と気液分離槽２間の配管１３内
をスラグ流となって上昇し、気液分離槽２内へ流入す
る。

【００３３】この配管１３内を上昇するスラグ流は、気
液分離槽２内のイオン交換水のヘッドとともに駆動力と
して作用するものであり、気液分離槽２内のイオン交換
水をファン３で空冷されている熱交換器４内を介してオ
ゾン発生器１へ送り込む働きも行う。

【００３４】なお、気液分離槽２からオゾン発生器１に
注入されるイオン交換水は、熱交換器４により冷却され
るが、これはイオン発生器１内で行われる水電解にとも
なうオゾン発生器１の昇温を抑制するためである。

【００３５】気液分離槽上部の気相まで上昇したオゾン
と酸素の混合ガスは、水道水の流れを駆動力としてエジ
ェクタ７内に発生する負圧によってエジェクタ７に吸引
され、その内部で水道水と混合され、オゾン水を生成す
る。

【００３６】なお、エジェクタが停止している場合、オ
ゾン発生器１で発生したオゾンは余分なものであるた
め、このオゾンは排オゾン処理器８に導かれ、酸素に分
解されて無害化され、大気に放出される。

【００３７】また、オゾン発生器１の陰極からは水素が
発生するが、水素は水素処理器９によって処理され、水
蒸気として大気に放出される。陽極側から固体高分子膜
を通り陰極側に移動した移動水は、原料水として再利用
するため、ポンプ６によってイオン交換樹脂塔５の入口
側に供給され、脱イオン処理された上で気液分離槽２内
に戻される。

【００３８】本実施形態において、電解式オゾン発生器
１の上流側にイオン交換樹脂塔５が設けられているが、
これは、オゾン発生器１に供給する水をイオン交換水と
し、イオン発生器１が陽極でオゾンと酸素、陰極で水素
のみを生成し、その他の不純物を発生しないためであ
り、製造されるオゾン水をクリーンなものとするためで
ある。

【００３９】なお、上記イオン交換樹脂塔５は、図２に
示すようにイオン交換樹脂５ａにネット５ｂを介してキ
ャップ５ｃが設けられたものであり、オルガノ株式会社
製のアンバーライトＭＢ−２等がある。

【００４０】また、イオン発生器として水電解式オゾン
発生器１を用いているのは、放電式のものが発生するガ
スのオゾン濃度が４〜６ｗｔ％であるのに対して、水電
解式のものの場合は１４〜１８ｗｔ％と高濃度のためで
ある。オゾンガスの水への溶解はヘンリーの法則に従い
その濃度に比例することから、放電式に比べ電解式のも
のの方がオゾン水を製造する上で同じ溶解器を用いた場
合、高濃度のオゾン水を製造できるからである。

【００４１】上記水電解式オゾン発生器１は、図３
（ａ）に示すように上下に配設された陽極電極１４と陰
極電極１５、同電極１４，１５の間に設けられたイオン
交換膜１６、上記電極１４，１５の外側に配設された陽
極側セパレータ１７と陰極側セパレータ１８、および上
記電極１４，１５の側部に配設されたガスケット１９を
備えた電解セル１ａが複数設けられて形成されている。

【００４２】なお、上記電極１４，１５間に設けられる
イオン交換膜１６としては、図３（ｂ）に示す化学構造
式の米国デュポン社製のナフィオン１１７等を用いるこ
とができる。

【００４３】従来の水電解式オゾン発生器の場合は、図
６（ｂ）に示すように電解セル１ａが横方向に配設さ
れ、その側部の少し離れた位置に原料水タンク１ｂと膜
移動水タンク１ｃを配設していた。

【００４４】しかしながら、本実施形態では、図４
（ａ）に示すように電解セル１ａを上下方向に積層し、
原料水タンク１ｂをその上部に、膜移動水タンク１ｃは
その下部に配設し、図４（ｂ）に示すようにオゾンガス
はそのガスリフト効果で原料水タンク１ｂを通過させ、
従来の装置と同様に良好にガス移動が行われるものとす
るとともに、装置のコンパクト化を実現している。

【００４５】また、エジェクタ７については、水道水の
水圧を利用することにより、駆動ポンプを用いずにオゾ
ンガスを水道水に接触させて溶解させ、これを乱流発生
板付きとし乱流を発生させるにより、高い溶解効率を達
成している。

【００４６】更に、原料水の配管、駆動水の配管、冷却
水の配管等は装置内で分岐し、装置外からは一本の配管
で供給されるものとし、また、電源についても装置外か
らはＡＣ１００Ｖの供給のみで水電解および各種部品の
作動を可能とし、水電解式イオン発生器で発生した水素
ガスは触媒燃焼バーナにより装置内で処理するものとし
て、取扱いの便宜を図っている。

【００４７】本実施形態に係る装置については、その性
能確認のため、この装置を用いてオゾン水の製造を実施
しており、以下にその内容を説明する。水電解式オゾン
発生器により発生した混合ガスは、オゾンが４．０ｇ／
ｈ＝６９mg／min 、酸素が２４．６ｇ／ｈ＝４．１ｇ／
min であり、そのオゾン濃度は１４ｗｔ％であった。

【００４８】この混合ガスとともに５リットル／min の
水道水をエジェクタに供給したところ、オゾン濃度が１
０mg／リットルのオゾン水を５リットル／min の流速で
得ることができた。従って、オゾン溶解速度は５mg／mi
n 、溶解効果は７４．６％であった。

【００４９】

【発明の効果】本発明のオゾン水製造装置は、水道水よ
りイオン交換水を生成して気液分離槽に供給するイオン
交換樹脂塔と、上記気液分離槽よりイオン交換水が注入
されて同分離槽へオゾンを供給する水電解式オゾン発生
器と、上記分離槽より供給されたオゾンを水道水に溶解
させてオゾン水を生成し排出するエジェクタを備えたも
のとしたことによって、オゾン水生成の効率化、残存オ
ゾンの減少、装置の小型化、クリーンなオゾン水の製造
が可能となり、上記オゾン発生器を複数の分解セルが上
下に配設され、その上部と下部に原料水タンクと膜移動
水タンクを備えたものとしたことによって、更に装置の
小型化が可能となり、上記オゾン発生器に水素処理器を
接続したことによって、作業性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るオゾン水製造装置
の説明図である。

【図２】上記一実施形態に係るイオン交換樹脂塔の説明
図である。

【図３】上記一実施形態に係る水電解式オゾン発生器を
形成する電解セルの説明図で、（ａ）は断面図、（ｂ）
はイオン交換膜の説明図である。

【図４】上記一実施形態に係る水電解式オゾン発生器の
説明図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は作用説明図であ
る。

【図５】従来の装置の一例の説明図である。

【図６】従来の装置の他の例の説明図で、（ａ）は全体
図、（ｂ）はオゾン発生器の説明図、（ｃ）はオゾン発
生器の電解セルが横に配設された場合の説明図、（ｄ）
は上下に配設された場合の説明図である。

【図７】従来の装置の更に他の例の説明図である。

【符号の説明】

１ 水電解式オゾン発生器 １ａ 電解セル １ｂ 原料水タンク １ｃ 膜移動水タンク ２ 気液分離槽 ３ ファン ４ 熱交換器 ５ イオン交換樹脂塔 ６ ポンプ ７ エジェクタ ８ 排オゾン処理器 ９ 水素処理器 １０ａ，１０ｂ，１０ｃ 電磁弁 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 逆止弁 １２ 水道蛇口 １３ 配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１ Ｃ０２Ｆ 1/50 ５３１Ｒ ５４０ ５４０Ａ ５５０ ５５０Ｈ ５６０ ５６０Ｄ ５６０Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水道水が供給されイオン交換水を生成す
   るイオン交換樹脂塔、同イオン交換樹脂塔よりイオン交
   換水が供給される気液分離槽、同気液分離槽の下方に設
   けられ熱交換器を介してイオン交換水が注入され生成し
   たオゾンと酸素の混合ガスを上記気液分離槽に供給する
   水電解式オゾン発生器、同オゾン発生器が発生したオゾ
   ンが上記気液分離槽を介して供給されるとともに上記水
   道水が供給されオゾン水を排出するエジェクタを備えた
   ことを特徴とするオゾン水製造装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のオゾン水製造装置におい
   て、水電解式オゾン発生器が複数の電解セルを上下に配
   設され、その上部に原料水タンク、その下部に膜移動水
   タンクを配設されて形成されたことを特徴とするオゾン
   水製造装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のオゾン水製造装置におい
   て、水電解式オゾン発生器より水素ガスが導入され水蒸
   気を排出する水素処理器を備えたことを特徴とするオゾ
   ン水製造装置。