JPH11290877A

JPH11290877A - 貯水槽の汚濁防止装置

Info

Publication number: JPH11290877A
Application number: JP10099122A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Inatani; 正敏稲谷
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-04-10
Filing date: 1998-04-10
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】貯水槽の源水をイオン交換水とし電解セルに
導き電解にてオゾンを発生させ貯水槽の源水と混合し汚
濁を防止する。【解決手段】貯水槽とイオン交換樹脂塔とを連通管で
結び、オゾン発生用電解セルから生成されるオゾンを貯
水槽に注入する貯水槽の汚濁防止装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水を電気分解して
生成したオゾンでカップ式飲料自動販売機の飲料水タン
クや金魚水槽および食品冷却用の水槽の水の殺菌浄化，
脱臭，および有機物を分解して汚濁防止を目的とする貯
水槽の汚濁防止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カップ式飲料自動販売機の飲料水
タンクとして設置されている貯水槽の汚濁防止には塩素
発生装置が一般に用いられていた。この塩素発生装置に
よる貯水槽の汚濁防止方法とは、貯水槽内に陰極と陽極
の一対の電極を浸漬し、水を電気分解することにより浄
水中に不純物として含まれる塩素イオンを陽電極面上で
酸化させ、塩素を生成させ、その塩素と塩素が水に溶け
ることにより生じる次亜塩素酸とで殺菌消毒を行う方法
である。

【０００３】確かに塩素は安心して使える消毒剤とし
て、従来より主に水道水の消毒に用いられ、有効残留塩
素濃度は０．１ｐｐｍ以上あれば殺菌力を持つものであ
る。よって、この塩素発生装置においても塩素イオンを
陽電極面上で酸化させ生成させる残留塩素濃度は約０．
５ｐｐｍ程度を生成するように設定している。水道水の
殺菌に用いられる理由は塩素が残留性に優れているため
であり、水道水の様に浄水場から各家庭にまで殺菌消毒
効果を維持させるには残留性のある塩素による処理が必
要である。

【０００４】しかし、カップ式飲料自動販売機の飲料水
タンクとして設置されている貯水槽の汚濁防止には塩素
の消毒殺菌は大きな問題が生じる。すなわち生成した塩
素が残留するために塩素特有の臭いを発し、又、塩素ま
たは次亜塩素酸が各種清涼飲料エキスと反応し、塩素化
合物を形成し、味や匂いを変質させるため、おいしい飲
料の供給ができないという致命的な問題点があった。

【０００５】又、塩素の発生量は供給される水道の水質
により変化し、水に含まれる陽イオンや塩素イオン等の
陰イオンの濃度に大きく影響され、設置場所と時期によ
り変化するため、定期的に予備実験を行い電解時間を設
定する必要がある。又、それでも電極への堆積物の影響
などにより生成量は不安定となり一定の濃度に設定する
のは困難である。

【０００６】さらに、近年においては塩素と水道水中に
含まれる微量の有機物とが反応し、発ガン性の有るトリ
ハロメタンを生成させる可能性を指摘する学者や報告書
が多くなり、塩素殺菌については見直しが必要となって
いる。

【０００７】そこで、近年では特開昭６１−１４７３９
３号公報の様に、カップ式飲料自動販売機の飲料水を機
内に貯留する水リザーバーに対してオゾナイザを付設
し、このオゾナイザで生成したオゾンガスを水リザーバ
内の貯留水中に供給溶解して水の殺菌消毒を行い、これ
により飲料水の水質維持を図るようにしたものが提案さ
れている。

【０００８】オゾンは塩素に比べ残留性がなく、比較的
早く安全な酸素に分解するため、食品の味を変質させた
り異臭をつけることがないので、水道水と違い持続性を
必要としない食品の加工やカップ式飲料自動販売機の飲
料水タンクとして設置される貯水槽の殺菌消毒用として
は最適なものである。

【０００９】オゾンの生成方法としては特開昭６１−１
４７３９３号公報の様に放電式のオゾナイザで空気中の
酸素をオゾンに酸化させる方法と、水を電気分解して水
素と酸素とを生成するとき、その酸素発生時の副生成物
としてオゾンを得る方法とがある。

【００１０】空気中の酸素からオゾンを生成する方法
は、空気中の約８０％の窒素も同時に酸化するため、二
酸化窒素や一酸化窒素等の窒素酸化物も生成するため、
処理ガスを水に吹き込み溶解させオゾン水を製造する
と、同時に窒素酸化物も水に溶けるため硝酸が形成さ
れ、強酸性のオゾン水となる問題がある。

【００１１】また、８０％の窒素ガスが含まれ酸素濃度
が２０％と低いと言うことは、生成する処理ガス中のオ
ゾンガス分圧は低くなり、水へのオゾンの溶解量が小さ
く、低濃度のオゾン水しか製造できないばかりか、水に
溶け切らない余剰オゾンが発生しやすくなる。特開昭６
１−１４７３９３号公報の様に余剰オゾンを別の水槽の
汚濁防止に使用することも考えられるが、さらに濃度が
薄くなるため有効な殺菌効果を出すことはできない。

【００１２】よって、効率的にオゾンを水に溶かし、中
性でクリーンなオゾン水を生成するためには、純粋で高
濃度オゾンが得られる、水電解式のオゾン生成方法が推
奨される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特開昭６１−１４７３９３号公報の様にオゾナイザを利
用する場合は空気中の酸素を利用してオゾンが生成でき
たが、水電解式オゾンの場合はイオン交換した水が必要
となる。すなわち、水素イオンを伝達する固体電解質膜
を使用するために妨害イオンとなる陽イオンの含まない
イオン交換水が必要となる。

【００１４】又、水を電気分解して陽極から得られるオ
ゾンは酸素ガスとオゾンガスの二成分だけの構成であ
り、混合ガス全体のガス量は微量となり高濃度であるた
めエアポンプでの流量制御は困難で、処理水中のオゾン
濃度を如何に一定にするかが課題となっている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、貯水槽と、イ
オン交換樹脂塔と、陰電極室と陽電極室と両電極室を仕
切る固体電解質膜とからなるオゾン発生用電解セルと、
陽電極室を循環する水を蓄える循環水タンクとからな
り、貯水槽とイオン交換樹脂塔とを連通管で結び、イオ
ン交換樹脂塔を通過させた貯水槽からの水を陽電極室に
導き、陽電極室にて電気分解しオゾンガスを生成させ、
そのオゾンガスを循環水タンクから貯水槽に注入し、貯
水槽の水と混合して貯水槽の浄化を行うものである。

【００１６】又、貯水槽とイオン交換樹脂塔と循環タン
ク内の各水面を大気圧下に置き、前記貯水槽とイオン交
換樹脂塔との間を逆流防止機構を持つ連通管で、イオン
交換樹脂塔と循環タンクとを連通パイプにて結ぶもので
ある。

【００１７】又、貯水槽内の水を循環撹拌するミキシン
グポンプの吸水側の吸水管と、循環水タンクの水面上空
間部とを細管によりつなぎ、細管には流量を微調整する
微調整弁が設けられているものである。

【００１８】又、循環タンク水面上空間部に大気圧調整
開口部を設け、前記水面上空間部と大気圧調整開口部と
の間にオゾン分解触媒を使用したものである。

【００１９】又、貯水槽水面上層部近傍にオゾンガスセ
ンサーを付設し、前記オゾンガスセンサーの信号により
電解セルの電解条件を変化させるものとした。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明の請求項１に記載の発明
は、貯水槽と、イオン交換樹脂塔と、陰電極室と陽電極
室と両電極室を仕切る固体電解質膜とからなるオゾン発
生用電解セルと、陽電極室を循環する水を蓄える循環水
タンクとからなり、貯水槽とイオン交換樹脂塔とを連通
管で結び、イオン交換樹脂塔を通過させた貯水槽からの
水を陽電極室に導き、陽電極室にて電気分解しオゾンガ
スを生成させ、そのオゾンガスを循環水タンクから貯水
槽に注入し、貯水槽の水と混合することを特徴とする貯
水槽の汚濁防止装置であり、貯水槽とオゾン発生用電解
セルとをイオン交換樹脂塔を介し連結させることによ
り、貯水槽の水を容易に電解水として兼用することがで
き、イオン交換水の供給を必要としない効果を持つ。

【００２１】請求項２記載の発明は、貯水槽とイオン交
換樹脂塔と循環タンク内の各水面を大気圧下に置き、前
記貯水槽とイオン交換樹脂塔との間を逆流防止機構を持
つ連通管で、イオン交換樹脂塔と循環タンクとを連通パ
イプにて結ばれたことを特徴とするもので、使用状況に
より水位変化のある貯水槽の影響を制御するものであ
る。すなわち、貯水槽に源水が給水され満水になると連
通管からイオン交換樹脂塔に水が流れ水位は上昇し、同
様に連通パイプ内の圧力で循環タンク内の水位も上昇す
るが、貯水槽が渇水になったときにはイオン交換樹脂塔
と循環タンク内の逆流防止機構が働きイオン交換樹脂塔
および循環タンク内の水位の減少を抑制するものであ
る。

【００２２】請求項３記載の発明は、貯水槽内の水を循
環撹拌するミキシングポンプの吸水側の吸水管と、循環
水タンクの水面上空間部とを細管によりつなぎ、細管に
は流量を微調整する微調整弁が設けられていることを特
徴とする貯水槽の汚濁防止装置であり、ミキシングポン
プの吸水側が微減圧となることを利用し、生成したオゾ
ンを含む循環水タンクの水面上空間部の混合ガスを微調
整弁により所定量，貯水槽に送り、混合することで正確
にオゾン水濃度を制御するものである。

【００２３】請求項４記載の発明は、循環タンク水面上
空間部に大気圧調整開口部を設け、前記水面上空間部と
大気圧調整開口部との間にオゾン分解触媒を付設したも
ので、大気圧調整開口部により、水の電気分解で生成す
る混合ガス量と貯水槽に送り込まれるガス量とのバラン
スが崩れても大気圧が保たれ、電気分解で生成する混合
ガス量が多くなるとオゾン分解触媒により処理されて大
気に放出されることになりオゾンの漏れを防ぎ安全性が
保たれる。

【００２４】請求項５記載の発明は、貯水槽水面上層部
近傍にオゾンガスセンサーを付設し、前記オゾンガスセ
ンサーの信号により電解セルの電解条件を変化させるこ
とを特徴とするもので、オゾンガス濃度が上昇すること
でオゾン水中のオゾン濃度を推定し、適度な濃度での殺
菌消毒を行うと共に、大気へ余剰オゾンの放出を防止す
ることができる。

【００２５】以下本発明の一実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態であ
る貯水槽１とその汚濁防止装置２の構成図を示すもので
ある。

【００２６】貯水槽１と汚濁防止装置２とは連通管３で
連結されており、汚濁防止装置２はイオン交換樹脂塔４
とオゾン発生用電解セル５と循環タンク６とで構成され
ている。

【００２７】貯水槽１は貯水容器７と蓋８とからなり、
フロート９の信号による給水弁１０の開閉により源水が
所定の水位Ｈに保たれている。

【００２８】ポンプＡ１１とポンプＢ１２は貯水タンク
７より源水を次工程に排出させるためのもので、ポンプ
Ａ１１は排出口Ａ１３と排出管Ａ１４を通じ貯水槽１か
ら、また同じく、ポンプＢ１２は排出口Ｂ１５と排出管
Ｂ１６を通じ貯水槽１からポンプの運転時間に応じ所定
量の源水を排出する。

【００２９】イオン交換樹脂塔４はフィルターＡ１７と
フィルターＢ１８との間にイオン交換樹脂１９が充填さ
れたもので、貯水槽１からの連通管３の連通口２０はイ
オン交換樹脂１９層の上部に位置し、注水口２１はイオ
ン交換樹脂１９層の下部に位置するよう配置する。

【００３０】２２は空気穴であり、貯水槽１の水位がＨ
の高さになると連通管３と連通口２０から源水がイオン
交換樹脂塔４に流れ込み、大気に通じる空気穴２２があ
るのでイオン交換樹脂塔４の水位も同様にＨの高さとな
る。

【００３１】水の電気分解によりオゾンを発生させる電
解セル５は、陰電極２３を有する陰電極室２４と陽電極
２５を有する陽電極室２６とで構成されており、陰電極
室２４と陽電極室２６とは固体電解質膜２７で仕切られ
ている。

【００３２】固体電解質膜２７は水素イオンの交換機能
があるスルフォン酸基をもつフッ素樹脂が主体の膜であ
り、スルフォン酸基の水素イオンが自由に出入りする性
質を利用して水素イオン伝導型の固体電解質膜２７とし
て開発されたものである。

【００３３】この固体電解質膜２７は水素イオンのみを
伝達する性質をもつ高分子であり、その他のイオンを伝
導したり、透過したりすることは比較的少ない。本実施
例で使用した水素イオン伝導型膜の固体電解質膜２７は
デュポン社からナフィオン膜との商品名で販売されてい
るＮ１１７の固体高分子膜を用いた。

【００３４】図２は本発明の第１の実施の形態である電
解セル５の構成を示す縦断面図である。又、図３は同じ
く本発明の第１の実施の形態である電解セル５の要部拡
大断面図で、オゾン発生電極である陽電極２５と、固体
電解質膜２７と、ガス拡散電極２８と集電体２９とから
なる陰電極２３とがゼロギャップでの構成を示す。

【００３５】陽電極２５は耐食性金属チタンの多孔質状
の基体３０を用い、その基体３０表面はβ型の二酸化鉛
を電着によって形成したオゾン発生選択性の触媒層３１
で覆われている。

【００３６】本実施例の陽電極２５に使用した基体３０
は、びびり振動切削短繊維チタンを無酸素雰囲気で焼結
した東京製鋼の金属繊維ポーラス板であり、適切な表面
積を確保し、後加工で行う表面処理での目詰まりが無い
ように空隙率６０％で板厚２ｍｍのものを使用した。

【００３７】陰電極２３は通気性を有する多孔性のメッ
シュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担持したカ
ーボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成形して適
度な撥水性を持たせた多孔性のガス拡散電極２８と電荷
を均一に伝達する集電体２９との接合体として形成され
ている。

【００３８】電解セル５とイオン交換樹脂塔４とは、イ
オン交換樹脂塔４の注水口２１から水切りポンプ３２を
介し電解セル５の陽電極室２６の下部開口部３３と連通
パイプ３４で通じている。

【００３９】３５は吸入口３６に取りつけられた外気を
吸入する吸入ファン３７と、排気口３８とからなる吸排
気機構であり、陰電極室２４のガス拡散電極２８に酸素
を含む外気を順次送り込むものである。

【００４０】循環タンク６はガス移動管３９で電解セル
５の陽電極室２６の上部開口部４０に通じ、また戻り管
４１で下部開口部３３と通じている。

【００４１】４２は陽電極室２６での電解により発生す
る酸素ガスとオゾンガスの混合ガスがガス移動管３９を
通じて循環タンク６に移動し、水面上空間部４３に滞留
した後排出していく吐出口であり、その吐出口４２から
二手に分かれ、一方は細管４４を通じてミキシングポン
プ４５の吸水管４６に微調整弁４７を介し連結され、も
う片方は圧力バランサー４８の中でオゾン分解触媒４９
を介して大気圧調整開口部５０より大気に通じる。図４
は本発明の実施形態１の圧力バランサー４８の断面図で
ある。

【００４２】ここで、吸水管４６は排出管Ａ１４から分
岐され、ミキシングポンプ４５の吸水側に接続されてお
り、吐水管５１はミキシングポンプ４５から排出管Ｂ１
６に接続されており、ミキシングポンプ４５は常時運転
され、貯水槽１内の源水を常に循環撹拌するように働
く。

【００４３】又、水切りポンプ３２は電解停止時におけ
る陽電極２５表面の劣化を防止するためのもので、制御
回路５２と蓄電池５３により循環タンク６と陽電極室２
６内の水を抜き、しばらく電解を続けることにより陽電
極２５表面を乾燥させ、還元反応を防止する機構であ
る。

【００４４】又、５４は貯水槽１内の水面上層部５５の
オゾン濃度をセンシングするオゾンガスセンサーであ
り、信号を制御回路５２に送り、電解セル５の陽電極２
５と陰電極２３に加わる電圧を調整することでオゾン濃
度をコントロールするものである。

【００４５】又、５６は連通口２０の開口面に張りつけ
た逆流防止機構であり、貯水槽１内の源水の水位が下が
り連通管３を通じてイオン交換樹脂塔６の水が一部流れ
出すのを防止するものである。

【００４６】ここで、本発明の実施の形態１に用いた陽
電極２５の表面処理工程について簡単に説明する。

【００４７】前処理として、多孔質状の耐食性金属チタ
ン材の基体３０を５％の界面活性剤の溶液で超音波洗浄
により脱脂し、イオン交換水ですすいだ後、５％のしゅ
う酸溶液の沸騰水に５分間浸漬し表面の酸化層を取り除
き、さらに下地処理直前に１Ｎの硫酸を電解研磨液と
し、４Ａ／ｄｍ²の条件で陰極側にて電解還元処理をし
た。

【００４８】上記の前処理後、即、塩化チタンと塩化タ
ンタルと塩化白金酸を各々０．１Ｍの濃度に調整した塩
酸混合溶液に浸漬し、４０℃で１５分間の予備乾燥後、
５２０℃で焼付けた。この焼き付け下地処理を３回繰り
返し、約１μｍの導電性複合酸化金属の下地層５７を設
けた。

【００４９】次に下地層５７処理面を４Ａ／ｄｍ²で３
０秒間の電解還元処理を行った後、オゾン発生選択性触
媒層３１として二酸化鉛の電気めっき処理を行った。

【００５０】二酸化鉛のめっきは、まず、３．５規定の
水酸化ナトリウムの飽和酸化鉛溶液をめっき浴とし１．
１Ａ／ｄｍ²で陽極側にて２０分間処理し、数ミクロン
のα型の二酸化鉛を形成した。この時の浴温は４０℃と
した。

【００５１】次に３０ｗ％の硝酸鉛の１規定の硝酸浴
で、４Ａ／ｄｍ²の条件で４０分間、陽極にてオゾン発
生選択性触媒であるβ型の二酸化鉛の触媒層３１を形成
した。この時の浴温度は７０℃とした。

【００５２】尚、耐食性向上、歪み除去のため、浴中に
２ｇ／Ｌの酸化タンタルを分散させめっき処理すること
によりβ型の二酸化鉛めっき層の中にタンタル粉末を形
成させる。

【００５３】さらに、片面に粘着テープを貼り、パーフ
ルオロカーボンスルフォン酸の溶液に１分間浸責後、４
０℃で１５分間乾燥後、粘着テープを剥がし片面は二酸
化鉛層を露出させ、対面の片面には表面処理樹脂層５８
が形成してなる陽電極２６を作成する。

【００５４】以下、上記で説明した実施の形態１の陽電
極２５を有する電解セル５中の化学反応と貯水槽１と汚
濁防止装置２の作用について説明する。

【００５５】まず、貯水槽１に源水が満たされると水位
調整力により貯水槽１に通じている排出口Ｂ１５から連
通管３を通り、イオン交換樹脂塔４に連通口２０より流
れ込みＨの水位まで源水で満たされる。満たされた源水
は、フィルターＡ１７、イオン交換樹脂１９、フィルタ
ーＢ１８を通り抜ける間に、源水に含まれる陽イオンで
ある金属イオンは水素イオンに、陰イオンである塩素イ
オンや炭酸イオンは水酸基イオンにイオン交換され電気
伝導度が２μｓ以下のイオン交換水となる。

【００５６】このイオン交換水を電解液として注水口２
１より、連通パイプ３４と水切りポンプ３２を通り電解
セル５の下部開口部３３から陽電極室２６に流れ込み、
通気性のある陽電極２５を通して固体電解質膜２７の表
面を満たす。

【００５７】陽電極２５と固体電解質膜２７の界面にイ
オン交換水である電解液が満たされると、固体電解質膜
２７が吸水し、スルフォン酸基の水素イオンが活性化
し、陰電極２３と陽電極２５との導通が良くなり陽電極
２５と固体電解質膜２７の界面でイオン交換水である電
解液の電気分解反応が開始される。

【００５８】陽電極２５の表面材質はβ型の二酸化鉛で
あり、腐食電位が高く反応酸素を含むオゾン発生選択性
触媒層３１が形成されており、電極材の溶解は殆ど無
く、陽電極２５の表面においてはイオン交換水である電
解液中の水分子を酸化し、（化１）〜（化４）の反応が
起こる。反応式の平衡電位より（化１）と（化４）が主
体となり、陽電極２５表面から酸素ガスとオゾンガスが
発生する。

【００５９】ここで、白金等のめっき表面であれば、酸
素過電圧が低くなり（化１）の反応のみで、オゾンの生
成が少ないが、酸素過電圧が高く、反応酸素を含むβ型
の二酸化鉛では、反応酸素が（化１）の反応式に触媒作
用として介在するため（化４）の反応が積極的に生じる
こととなり、オゾンの生成が効率良く行われ、生成ガス
中のオゾン濃度は高くなる。第１の実施の形態では、
３．５Ｖの直流電圧を印加し２Ａの電流が流れることに
より、約５０ｍｇ／ｈｒのオゾン発生量を得た。

【００６０】

【化１】

【００６１】

【化２】

【００６２】

【化３】

【００６３】

【化４】

【００６４】

【化５】

【００６５】電解液がイオン交換水であり、水素イオン
の対イオンはほとんどないため、過剰となる水素イオン
は水素イオン伝導型膜である固体電解質膜２７を通じて
陰電極室２４に移動する。そのため、陽電極室２６内で
は水素イオン濃度の増加は見られず、ｐＨは源水または
イオン交換水と同じｐＨを維持し、源水が浄水を使用
し、中性であれば中性を維持することになる。

【００６６】さらに、β型の二酸化鉛の触媒層３１面の
固体電解質膜２７側に塗布されたフッ素樹脂系の固体電
解質膜２７と同系統の表面処理樹脂膜５８により、触媒
層３１面と固体電解質膜２７との密着面だけでなく、表
面処理樹脂膜５８を形成した陽電極２５面から水素イオ
ンが移動することになり、有効面積が大きくなり全体に
流れる電流値が同じでも電流密度が小さく平均化される
ため、効率良く水素イオンの伝達ができ、局部的な発熱
が防止できる。

【００６７】ここで、表面処理樹脂膜５８が陽電極２５
表面全体を覆う様に形成されていると、白金表面を持つ
給電体と表面処理樹脂膜５８とが接触し平衡電位の低い
（化１）反応が優先的に起こり、オゾン発生が抑制され
オゾン発生効率が低下することになる。しかし、本発明
の実施形態１では給電体と接触する陽電極２５の面には
表面処理樹脂膜５８は形成されていないため、給電体の
表面では（化１）の反応は起こりにくく、オゾン発生効
率を低下させることはない。

【００６８】また、空隙率が６０％の多孔質性のチタン
基体を使用したが、下地層５７処理やβ型の二酸化鉛の
オゾン発生選択性触媒層３１の処理、さらに表面処理樹
脂膜５８の処理を施しても陽電極２５面から発生する酸
素やオゾンガス通過を妨げることもなく、通路は確保さ
れる。

【００６９】陰電極室２４の陰電極２３はガス拡散電極
２８で構成されることにより、吸排気機構３５により送
り込まれてくる外気に含まれる酸素と、陰電極２３から
負の電位として流れてくる電子と、陽電極室２６で生成
されて固体電解質膜２７を通過してくる水素イオンとの
３つの成分が介在し、（化５）の反応を起こすことによ
り水分子を生成する。生成した水分子は固体電解質膜２
７に吸着するか、蒸気となって排気口３８から排出され
る。

【００７０】また、固体電解質膜２７に密着して取りつ
けることにより、外気に含まれる酸素と、陰電極２３を
経由し運ばれた電子と、固体電解質膜２７を通過してく
る水素イオンとを白金超微粒子の触媒作用でもって円滑
に反応させることが可能となるもので、陰電極２３のガ
ス拡散電極２８と固体電解質膜２７とを隔離すると水素
イオンの移動が不導体のガス層に邪魔されて円滑に行か
ず、また陰電極２３に貫通穴が無いと外気に接する面か
ら固体電解質膜２７への酸素の移動を陰電極２３自身が
遮断するため円滑な３つの成分の反応ができなくなる。

【００７１】以上のように陰電極２３として多孔質状の
ガス拡散電極２８のような貫通穴を有する多孔性のメッ
シュ状のものを用い、固体電解質膜２７に密着して取り
つけることにより、吸排気機構３５で送り込まれる酸素
と、陽電極室２６から固体電解質膜２７を通過してくる
水素イオンと陰極を経由して運ばれる電子により水分を
生成することは、陰電極２３表面からの水素ガスの発生
をなくすことができ、水素ガスによる火災や爆発の危険
を除去することができる。また陰電極室２４には電解
液，浄水，イオン交換水，蒸留水，純水などを必要とし
ないので電解水の処理や濃度調整の管理が必要でなくな
るため、非常に電解セル５の構造が簡素化でき、部材の
費用も削減できる。

【００７２】陽電極室２６では主に（化１）と（化４）
の反応で生じる酸素とオゾンが生成する。その酸素とオ
ゾンの混合ガスを電解セル５の上部開口部４０からガス
移動管３９から循環タンク６の水面上空間部４３に取り
出し、水面上空間部４３が細管４４でミキシングポンプ
４５の吸水側の吸水管４６に通じているため、吐出口４
２より微減圧となっている吸水管４６に自動的に導かれ
る。ミキシングポンプ４５は排出管Ａ１４から分岐した
吸水管４６から貯水槽１の源水を吸い込み、排出管Ｂ１
６に合流する吐水管５１より貯水槽１に吐き出すように
流れ、貯水槽１の循環撹拌しており、オゾンを含む混合
ガスが貯水槽１の源水の流れとミキシングされることに
より貯水槽１の源水を殺菌する。ミキシングする混合ガ
スの量は細管４４の微調整弁４７で調整し濃度を設定す
る。

【００７３】ここで、圧力バランサー４８の大気圧調整
開口部５０が無いと、微調整弁４７の開閉度合いによ
り、吸水管４６の微減圧で引かれる量と電解により生成
する混合ガス量とのバランスが合わないと、循環水タン
ク６内の水面上空間部４３の圧力が変化し水面が上下す
る。最悪の場合循環タンク６内の水が無くなったり、水
面上空間部４３が無くなり電解水が細管４４を通り吸水
管４６に流れ込むこともある。しかし、大気圧調整開口
部５０があると、電解による混合ガスの生成量が多いと
混合ガスの一部がオゾン分解触媒４９を通じ大気圧調整
開口部５０から大気に放出され、又、吸水管４６に引か
れる量が多い場合は、大気圧調整開口部５０から空気が
入りこみ、循環タンク６の水位を貯水槽１の水位と同じ
Ｈの高さで維持することができる。

【００７４】このように源水からイオン交換樹脂塔４に
よりイオン交換水を作ることで、源水の条件に左右され
る事なく電解式で得たオゾンは純粋で、水に溶解させて
も中性に近く、人体への影響も少なく、オゾン殺菌処理
した源水は塩素のような特有な臭いもなく、清涼飲料水
のエキスと反応して味や臭いを変質させることも少なく
なり、おいしい飲料水を提供する。さらに、排水も環境
に悪影響を及ぼさないものとなる。

【００７５】又、貯水槽１中の源水に含まれるオゾン量
が増加し、余剰オゾンが生成すると水面上層部５５の空
間でのオゾンガス濃度が上昇する。このオゾンガス濃度
をオゾンガスセンサー５４で感知することにより源水中
のオゾン濃度をコントロールすることができる。水電解
式オゾンは純粋で、高濃度である特徴以外に、混合ガス
自体の湿度が高い特徴を持つ。この特徴は酸素分子やオ
ゾン分子が水蒸気分子と分子間引力で引き付け合い、馴
染みやすくなっていることを示唆し、ヘンリーの法則の
分圧差による水への溶解性の差以上に、電解式オゾンの
方が解けやすいと言える。

【００７６】本発明は放電式オゾンに比べ電解式オゾン
が水に溶けやすい特徴を有効に利用したものであるが、
その溶け易さを実証した実験結果を図５と図６に示す。
図５は本発明の実施の形態１の装置で測定したときの、
水中のオゾン濃度と水面上層部のオゾンガス濃度との相
関を横軸を操作時間でもってプロットしたものである。
Ａ線が水中のオゾン濃度であり、Ｂ線が水面上層部のオ
ゾンガス濃度のプロットである。のこぎり波形の濃度変
化の理由は貯水槽１への給水の繰り返しによる変化であ
る。図６は０．１％濃度のオゾンを生成する沿面放電式
オゾン発生器を使って貯水槽１の水中にバブリングによ
り得たもので、Ｃ線は水中のオゾン濃度であり、Ｄ線は
水面上層部のオゾンガス濃度のプロットである。又、図
５，図６共、Ｋ点は微量の液状有機物を添加したポイン
トである。

【００７７】Ａ線とＢ線とが非常に相関がとれているの
に対し、Ｃ線とＢ線とは全く相関が取れない状態となっ
た。このことから、水電解式オゾンでは水中のオゾン濃
度と水面上層部のオゾンガス濃度との相関が顕著であ
り、水中オゾン濃度を水面上のオゾンガス濃度で推定で
きることを示す。放電式オゾンでは水への溶け込みが非
常に悪く、殆どが余剰オゾンとなり、水面上層部に発散
し、その値が大きすぎて水中オゾンの濃度との相関が全
く取れない。さらに両実験でＫ点において微量の液状有
機物を加えると水電解式オゾンの場合には水中のオゾン
濃度がゼロになると水面上のオゾンガス濃度もゼロとな
り、液状有機物の分解が終えるＰ点までＡ線，Ｂ線とも
ゼロで経過した。このことは水電解式オゾンは水への溶
け込みが非常に高く、又、液状有機物と瞬時にして反応
するために、余剰オゾンとして水面上空間部に発散しな
いという大きな特徴を発見することができた。

【００７８】すなわち、水電解式オゾンを使った貯水槽
１の汚濁防止装置では、貯水槽１の水面上層部５５空間
のオゾンガス濃度のセンシングにより水中オゾン濃度を
推定可能であり、安価なオゾンガスセンサーでの制御で
容易にできる。

【００７９】本発明の実施の形態１においては０．１ｐ
ｐｍのオゾンガス濃度で、抵抗変化の大きいスズをドー
ブした酸化インジウム薄膜のオゾンガスセンサーを使用
し、抵抗変化を信号として捕らえ、電解セル５に印加す
る電圧を制御することで、貯水槽１内の水中オゾン濃度
を安定化することができた。

【００８０】又、本発明の実施の形態１においては、連
通管３に逆流防止機構５６として、念のために連通口２
０の開口部に開閉弁を設け、逆流を防止したが、連通管
３の連通口２０の位置がイオン交換樹脂１９のフィルタ
ーＡ１７の上部に付設することで、貯水槽１の水位が連
通口２０より高くなれば流れ込み、貯水槽１の水位が下
がっても連通口２０より以下には逆流しないものであ
り、開閉弁の取り付けを限定するものではない。

【００８１】又、圧力バランサー４９を実施の形態１と
して示したが、大気圧調整開口部５０を細管４４に通じ
る吐出口４２とは別に循環水タンク６の水面上空間部４
３の上部に付設しても同様の効果が得られ、圧力バラン
サー４９の使用を限定するものではない。

【００８２】

【発明の効果】以上のように本発明は、貯水槽と、イオ
ン交換樹脂塔と、陰電極室と陽電極室と両電極室を仕切
る固体電解質膜とからなるオゾン発生用電解セルと、陽
電極室を循環する水を蓄える循環水タンクとからなり、
貯水槽とイオン交換樹脂塔とを連通管で結び、イオン交
換樹脂塔を通過させた貯水槽からの水を陽電極室に導
き、陽電極室にて電気分解しオゾンガスを生成させ、そ
のオゾンガスを循環水タンクから貯水槽に注入し、貯水
槽の水と混合して貯水槽の浄化を行うもので、貯水槽と
オゾン発生用電解セルとをイオン交換樹脂塔を介し連結
させることにより、貯水槽の水を容易に電解水として兼
用することができ、イオン交換水の供給を必要としない
効果を持つ。

【００８３】又、貯水槽とイオン交換樹脂塔と循環水タ
ンク内の各水面を大気圧下に置き、前記貯水槽とイオン
交換樹脂塔との間を逆流防止機構を持つ連通管で、イオ
ン交換樹脂塔と循環水タンクとを連通パイプにて結ぶも
ので、使用状況により水位変化のある貯水槽の影響を制
御するもので、すなわち、貯水槽に源水が給水され満水
になると連通管からイオン交換樹脂塔に水が流れ水位は
上昇し、同様に連通パイプ内の圧力で循環水タンク内の
水位も上昇するが、貯水槽が渇水になったときにはイオ
ン交換樹脂塔と循環水タンク内の逆流防止機構が働きイ
オン交換樹脂塔および循環水タンク内の水位の減少を抑
制するものである。

【００８４】又、貯水槽内の水を循環撹拌するミキシン
グポンプの吸水側の吸水管と、循環水タンクの水面上空
間部とを細管によりつなぎ、細管には流量を微調整する
微調整弁が設けられているものでミキシングポンプの吸
水側が微減圧となることを利用し、生成したオゾンを含
む循環水タンクの水面上空間部の混合ガスを微調整弁に
より所定量，貯水槽に送り、混合することで、正確にオ
ゾン水濃度を制御することができる。

【００８５】又、循環水タンク水面上空間部に大気圧調
整開口部を設け、前記水面上空間部と大気圧調整開口部
との間にオゾン分解触媒を使用したもので大気圧調整開
口部により、水の電気分解で生成する混合ガス量と貯水
槽に送り込まれるガス量とのバランスが崩れても大気圧
が保たれ、循環水タンク内の電解液が吸引されたり、電
気分解で生成する混合ガス量が多くてもオゾン分解触媒
により処理されて大気に放出されることになりオゾンを
外に漏らすこともなく安全性が保たれる。

【００８６】又、貯水槽水面上層部近傍にオゾンガスセ
ンサーを付設し、前記オゾンガスセンサーの信号により
電解セルの電解条件を変化させることで、水面上部空間
のオゾンガス濃度が上昇することで、明確にオゾン水中
のオゾン濃度が推定でき、適度な濃度での殺菌消毒を行
い、汚濁防止ができると共に、大気へ余剰オゾンの放出
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における貯水槽とそ
の汚濁防止装置の概略図

【図２】本発明の第１の実施の形態における電解セルの
縦断面図

【図３】本発明の第１の実施の形態における陽電極と固
体電解質膜と陰電極との接合部の要部拡大断面図

【図４】本発明の第１の実施の形態における大気圧調整
開口部を持つ圧力バランサーの断面図

【図５】本発明の第１の実施の形態における装置で測定
したときの水中のオゾン濃度と水面上のオゾンガス濃度
との時間変化での相関を示すグラフ

【図６】従来の沿面放電式オゾン発生器を使ってバブリ
ングにより得た水中のオゾン濃度と水面上のオゾンガス
濃度との時間変化での相関を示すグラフ

【符号の説明】

１貯水槽２汚濁防止装置３連通管４イオン交換樹脂塔５電解セル６循環水タンク２４陰電極室２６陽電極室２７固体電解質膜３４連通パイプ４３水面上空間部４５ミキシングポンプ４６吸水管４７微調整弁４９オゾン分解触媒５０大気圧調整開口部５４オゾンガスセンサー５６逆流防止機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】貯水槽と、イオン交換樹脂塔と、陰電極
室と陽電極室と両電極室を仕切る固体電解質膜とからな
るオゾン発生用電解セルと、陽電極室を循環する水を蓄
える循環水タンクとからなり、貯水槽とイオン交換樹脂
塔とを連通管で結び、イオン交換樹脂塔を通過させた貯
水槽からの水を陽電極室に導き、陽電極室にて電気分解
しオゾンガスを生成させ、そのオゾンガスを循環水タン
クから貯水槽に注入し、貯水槽の水と混合することを特
徴とする貯水槽の汚濁防止装置。
【請求項２】貯水槽とイオン交換樹脂塔と循環タンク
内の各水面を大気圧下に置き、前記貯水槽とイオン交換
樹脂塔との間を逆流防止機構を持つ連通管で、イオン交
換樹脂塔と循環タンクとを連通パイプにて結ばれたこと
を特徴とする請求項１記載の貯水槽の汚濁防止装置。
【請求項３】貯水槽内の水を循環撹拌するミキシング
ポンプの吸水側の吸水管と、循環水タンクの水面上空間
部とを細管によりつなぎ、細管には流量を微調整する微
調整弁が設けられていることを特徴とする請求項１と請
求項２記載の貯水槽の汚濁防止装置。
【請求項４】循環タンク水面上空間部に大気圧調整開
口部を設け、前記水面上空間部と大気圧調整開口部との
間にオゾン分解触媒を付設したことを特徴とする請求項
１から請求項３記載の貯水槽の汚濁防止装置。
【請求項５】貯水槽水面上層部近傍にオゾンガスセン
サーを付設し、前記オゾンガスセンサーの信号により電
解セルの電解条件を変化させることを特徴とする請求項
１から請求項４記載の貯水槽の汚濁防止装置。