オゾン水生成装置及びオゾン水生成方法
【課題】少量のオゾン水を簡易に生成でき、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができ、また、殺菌等の用途に適した高濃度のオゾン水を生成することのできるオゾン水生成装置及びオゾン水生成方法を提供する。
【解決手段】オゾン水生成装置１００は、原料水を満たした水槽１と、この水槽１内に埋没されて、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を密着させ、他方の面に陰極電極２３を密着させてなるオゾン発生電極２とを備えている。そして、陽極電極２２と陰極電極２３との間に直流電流を印加し、陽極電極２２面に水流を連続接触させる。
【解決手段】オゾン水生成装置１００は、原料水を満たした水槽１と、この水槽１内に埋没されて、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を密着させ、他方の面に陰極電極２３を密着させてなるオゾン発生電極２とを備えている。そして、陽極電極２２と陰極電極２３との間に直流電流を印加し、陽極電極２２面に水流を連続接触させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電気分解によりオゾン水を発生するオゾン水生成装置及びオゾン水生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解してオゾン水を発生させる方法として、陽極電極に二酸化鉛等の触媒金属を使用し、一旦、陽極電極面上に高濃度のオゾンガスを発生させた後、オゾンガスを系外に取り出し、別の水槽中にオゾンガスを吹き込み、又は中空膜等を介して水中にオゾンガスを溶解させて生成するガス溶解法が知られている。
また、発明者等は、二酸化鉛電極の脆弱性と毒性に着目し、二酸化鉛に代えて、安定しかつ毒性のない白金又は白金族の陽極触媒金属を使用し、陽極電極と陰極電極とに各電極を覆うジャケットを設けて、それぞれのジャケット内に原料水を流下させて、直接電極面上に多数の微小渦流を発生させる等の手法により、必要な濃度のオゾン水を直接電極から発生させる流路式のオゾン水発生方法を開発している（特許文献１参照）。
このような方法で得られるオゾン水は大量に生成され、例えば、食品の殺菌や鮮度保持などの工業用として多く使用されている。
【特許文献１】特開平８−１３４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年では、医療用の分野においてオゾン水を使用する研究が進められ、手指の殺菌から始まり、皮膚病の治療や火傷の治療、寝たきり老人の褥瘡の治療にオゾン水が効果的であるという多くの報文が発表されており、その他日常時の肌の清浄化など、幅広い用途が定着され始めている。そこで、日常生活でオゾン水を手軽に使用するために少量のオゾン水を簡易に生成することが望まれている。
また、簡易な方法でオゾン水を生成するため、一定容量の水槽中に原料水を満たし、その原料水をオゾン水化してオゾン水を生成する方法が要望されている。しかし、上記従来の流路式の方法を流用しようとすると、水槽外にオゾン水ポンプ、オゾン発生電極、供給吐出配管等が必要となり、それぞれが耐オゾン性の機能を要求されるので、装置が大型化し、高額になるという問題があった。
また、流路式による方法は、大量のオゾン水を生成する場合に好適であるが、日常生活で使用する場合には少量あれば良いので無駄が生じ、この点においてもコスト高が問題とされていた。
さらに、流路式の場合、生成したオゾン水を使い切らずに長時間放置しておくと、減衰してしまい、使用する際には低濃度のオゾン水又は水となってしまっていること、また、微生物の繁殖等により衛生面でもあまり好ましくないものであった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少量のオゾン水を簡易に生成でき、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができ、また、殺菌等の用途に適した少量で高濃度のオゾン水を生成することのできるオゾン水生成装置及びオゾン水生成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、原料水を満たした水槽１と、
この水槽内に埋没されて、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を密着させ、他方の面に陰極電極２３を密着させてなるオゾン発生電極２とを備え、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、前記陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、水槽内にオゾン発生電極が埋設されて、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることによって、原料水の電気分解により陽極電極面にオゾン気泡が発生し、陰極電極面に水素気泡が発生する。そして、発生したオゾン気泡が水槽内の原料水に溶解することによりオゾン水が生成される。すなわち、元来、オゾン発生電極から発生したオゾン気泡は浮力で水面に浮上し、ごく微量しか溶解せず、大部分のオゾン気泡は未溶解で水面に達しオゾン水化に寄与しなかったが、本発明のように陽極電極面に水流を衝突させて連続接触させることにより、オゾン気泡を原料水中に溶解させてオゾン水を生成することができる。
したがって、従来のように工業用としてオゾン水を生成するために大掛かりで高額な装置を使用することもなく、簡易な装置で容易に少量のオゾン水を確実に生成することができる。その結果、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができる。
また、従来のように大量にオゾン水が生成されず、少量のオゾン水が生成されるので、使用する際に随時生成すれば良く、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水を使用することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項１に記載のオゾン水生成装置１００によれば、
前記陽極電極は白金を被覆した金属であり、
前記陰極電極は銀又は銀を被覆した金属であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明によれば、陽極電極は白金を被覆した金属で、陰極電極は銀又は銀を被覆した金属であるので、水槽中に生成したオゾン水が使い切らずに残存した場合にも、オゾン発生電極に通電することなく、オゾン水又はオゾン水が分解された水中に微生物が繁殖汚染することを防ぐことができる。すなわち、陽極電極及び陰極電極に上記金属を使用することによって、陽極電極、陽イオン交換膜、さらに、陰極電極間に微量のガルバニ電流が惹起され、銀電極の知られている制菌作用と相まって、長期に渡る水槽中の水の貯留中にも微生物汚染は発生せずに、清浄化を保つことができる。
【０００９】
請求項３の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項１又は２に記載のオゾン水生成装置において、
前記水槽は略円筒形状であり、前記水槽の内面に沿って円弧状に、かつ、前記陽極電極が円筒中心部に向き、前記陰極電極が円筒内周面に向くように前記オゾン発生電極を配設し、
前記水槽内に旋回水流を発生させる旋回水流発生手段（例えば、マグネット回転子４とマグネットスターラ５）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明によれば、略円筒形状の水槽の内面に沿って円弧状に、かつ、陽極電極が円筒中心部に向き、陰極電極が円筒内周面を向くようにオゾン発生電極を配設し、水槽内に旋回水流を発生させる旋回水流発生手段が設けられているので、旋回水流発生手段によって、オゾン発生電極と旋回水流との接触が良くなり、円筒中心部に向く陽極電極が旋回水流に面するため、旋回水流の遠心力で陽極電極に衝突して微細な渦流が発生し、陽極電極から発生したオゾン気泡をその中に巻き込んで原料水中に溶解させることができる。したがって、オゾン気泡を水に確実に溶解させて、簡易にオゾン水を生成することができる。
一方、陰極電極は円筒内周面に向いているため、円筒中心部で発生する旋回水流に接触しにくく、陰極電極で発生した水素気泡は陰極電極から穏やかに離されて、旋回水流外縁から水面に達し大気中に放出される。
【００１１】
請求項４の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項１〜３のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置において、
前記陽極電極及び前記陰極電極がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、
前記陰極電極は、前記陽極電極よりも目が粗いことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明によれば、陽極電極及び陰極電極がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、陰極電極は陽極電極よりも目が粗いので、陽極電極から発生したオゾン気泡はグレーチング又はパンチングメタルの凹凸に衝突して微細な渦流が発生する。これによって、オゾン気泡は微細となるとともに速やかに陽極電極から離されて原料水中に溶解される。したがって、オゾン気泡を水に確実に溶解させて、簡易にオゾン水を生成することができる。
一方、陰極電極から発生した水素気泡は、陽極電極よりも目が粗いので、水素気泡は陰極電極からゆっくりと離されることにより、大きな気泡となり、その浮力によって水面に早く達して大気中へと放出される。
【００１３】
請求項５の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項３又は４に記載のオゾン水生成装置において、
前記水槽には、前記陰極電極から発生した水素を旋回水流によって前記陰極電極から離して水面又は外気に放出させる水素誘導路６が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明によれば、水素誘導路に陰極電極から発生した水素気泡が誘導されて、旋回水流によって水素気泡を陰極電極から離して水面又は外気に放出させることができる。すなわち、水素気泡がオゾン気泡と混ざり合うことなく、系外に放出させることができ、オゾン水の生成効率に優れる。
【００１５】
請求項６の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項３〜５のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置において、
前記旋回水流の流路中にオゾン濃度を検出する濃度検出手段（濃度検出器８）と、
前記濃度検出手段で検出したオゾン濃度に基づいて前記オゾン発生電極への通電を制御する通電制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明によれば、濃度検出手段で検出したオゾン濃度に基づいて通電制御手段がオゾン発生電極への通電を制御するので、時間とともにオゾン濃度が漸増しても、所定濃度のオゾン水を得ることができる。
また、特に、本発明では、略円筒形状の水槽内の旋回水流が一定速度であるので、このような旋回水流が一定速度である箇所に濃度検出手段を配設することによって、生成オゾン水濃度に比例した起電力を得ることができ、オゾン水濃度を正確に検出することができる。
【００１７】
請求項７の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、原料水を満たした水槽中に、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなるオゾン発生電極を埋没させて、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明によれば、水槽内にオゾン発生電極を埋没させて、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させるので、原料水の電気分解により陽極電極面にオゾン気泡が発生し、陰極電極面に水素気泡が発生する。そして、発生したオゾン気泡が水槽内の原料水に溶解することによりオゾン水が生成される。すなわち、元来、オゾン発生電極から発生したオゾン気泡は浮力で水面に浮上し、ごく微量しか溶解せず、大部分のオゾン気泡は未溶解で水面に達しオゾン水化に寄与しなかったが、本発明のように陽極電極面に水流を衝突させて連続接触させることにより、オゾン気泡を原料水中に溶解させてオゾン水を生成することができる。したがって、従来のように工業用としてオゾン水を生成するために大掛かりで高額な装置を使用することもなく、簡易な装置で容易に少量のオゾン水を生成することができる。その結果、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができる。
また、従来のように大量にオゾン水が生成されず、少量のオゾン水が生成されるので、使用する際に随時生成すれば良く、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水を使用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水槽内にオゾン発生電極が埋設されて、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることによって、陽極電極面にオゾン気泡が発生し、陰極電極面に水素気泡が発生する。そして、オゾン気泡が槽内の原料水に溶解することによりオゾン水が生成され、従来に比べて簡易な装置で容易に少量のオゾン水を生成することができる。その結果、日常生活でオゾン水を手軽に利用でき、また、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態のオゾン水生成装置の概略側断面図、図２は斜視図、図３は上面図、図４は図３における拡大図である。
図１〜図３に示すように本発明に係るオゾン水生成装置１００は、原料水を満たした水槽１内に、オゾン発生電極２を埋没して構成されたもので、オゾン発生電極２に直流電圧を印加することによってオゾン気泡を発生させて、その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する装置である。
水槽１は略円筒形状であって、その上端部近傍まで原料水で満たされている。この水槽１内の下側には、その内面に沿って円弧状にオゾン発生電極２が配設されている。
【００２１】
オゾン発生電極２は、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を密着させ、他方の面に陰極電極２３を密着させてなるもので、陽極電極面２２に原料水を連続接触させることによって水の電気分解によりオゾンが得られ、陰極電極面２２では水素が発生する。
また、陽極電極２２と陰極電極２３との間には、電源装置（図示しない）の出力端３が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、陽極電極２２及び陰極電極２３は、各電極２２、２３に導線を介して電源装置に連結されている。印加する直流電圧は、例えば、６〜１５ボルトが好ましい。
【００２２】
陽イオン交換膜２１としては、従来公知の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、例えば厚さ２００〜３００ミクロンが好ましい。
【００２３】
陽極電極２２と陰極電極２３とは、陽イオン交換膜２１を全面的に覆い隠すように密着されるものではなく、多数の通孔を設けて、陽極電極２２と陰極電極２３とは陽イオン交換膜２１に接触部と非接触部とを有して重ねられている。すなわち、陽極電極２２及び陰極電極２３はグレーチング状又はパンチングメタル状をなしている。図４ではグレーチングの場合を示している。特に、陰極電極２３は陽極電極２２よりも目の粗さが粗くなるように形成されている。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。
【００２４】
陽極電極２２としてはオゾン発生触媒機能を有した金属を使用し、この金属としては二酸化鉛が最も広く知られている。しかし、この二酸化鉛は加工が難しく、微小な通孔が不規則に存在するポーラス体を使用しているが、二酸化鉛のポーラス体は脆弱で耐久性に劣り、さらにはオゾン水中に鉛が溶出する可能性もあることから、純粋なオゾン水を得るため、金、白金等の白金属の貴金属の電極を使用することが好ましく、特に、本発明ではチタンに白金を被覆した金属を使用することが好ましい。
一方、陰極電極２３としては、金、銀、白金、チタンの金属を使用することが好ましく、特に、銀又は銀を被覆した金属を使用することがより好ましい。そして、各金属の線材を編んでグレーチング状に構成する。また、被覆処理としては、例えばメッキや熱着等により行うことができる。
【００２５】
このようにグレーチング状の電極２２、２３とすることによって、陽極電極２２を構成する線材の交点部位Ｐが最も外面側に突出し、これを陽イオン交換膜２１に圧接すると、陽イオン交換膜２１が押されて大きく圧接したり曲がったりして窪む。すると、交点部位Ｐで、この陽イオン交換膜２１の反対面にある陰極電極２３との距離が近接し、その交点部位Ｐでの電解強度が高くなる。また、このような電極２２、２３を圧延あるいはその他の外的力によって、平らにすると、フラット形状となり、陽イオン交換膜２１への接触面積が増加するので、同じ強さで陽イオン交換膜２１へ押圧している限り、陽イオン交換膜２１の圧縮や局所的に小さくなるところがなくなり、陽イオン交換膜２１の劣化速度が低減され、オゾン水濃度の低下を防止することができる。
【００２６】
また、パンチングメタル状の電極としては、多孔板は略平面的であるので、多孔板と平行な水はこの多孔板内をほとんど流過しづらいので、例えば、ラス網の下に重ねて併用することがより好ましい。
【００２７】
このような陽イオン交換膜２１、陽極電極２２及び陰極電極２３は、それぞれ円弧状に形成されており、これらを密着させた後、絶縁性の接合部材（図示しない）により接合されることによってオゾン発生電極２とされている。また、オゾン発生電極２は、水槽１の中心部側に陽極電極２２が配置され、外側に陰極電極２３が配置されるように水槽１内に固定されている。
水槽１への固定方法としては、例えば、水槽１の内面から陰極電極２３に向けて所定箇所に棒状の取付部材（図示しない）を設けて、これによって支持するように固定すれば良い。ここで使用する取付部材は、耐オゾン性の材料からなるものが好ましい。また、その他、水槽１の底面にオゾン発生電極２を直接固定しても良く、特に限定しない。
【００２８】
また、オゾン水生成装置１００は、円筒中心部に向けて水槽１内に旋回水流を発生させるための回転子４及び攪拌装置からなる旋回水流発生手段を備えている。
攪拌装置としては、マグネットスターラ５を使用することが好ましく、装置本体５１と、装置本体５１内のモータ５２と、このモータ５２の回転軸に連結されて回転する磁石５３から構成されており、マグネットスターラ５の上面に載置された水槽１内のマグネット回転子４を所望の回転数で回転させることができるようになっている。
旋回水流発生手段としては、その他に例えば、水槽１内の底部に貫通穴（図示しない）を設けて直接、回転子４を回転させて旋回水流を発生させる装置が考えられるが、この場合は、貫通穴付近にパッキン処理をする必要があるので、このパッキンによってオゾン水が劣化してしまうという問題が生じるため、上述のマグネットにより攪拌する非接触式の装置が好ましい。なお、水槽１内に配設する部材が耐オゾン性のものであればこれ以外の装置であっても良い。
【００２９】
さらに、水槽１内には、陰極電極２３から発生した水素を旋回水流によって陰極電極２３から離して水面又は外気に放出させる水素誘導路６が設けられている。この水素誘導路６は、水槽１内においてオゾン発生電極２の上方から水槽１の上端部に延在する円筒状部材７が配設されることによって、水槽１の内周面と円筒部材７との隙間に形成される。したがって、陰極電極２３から発生した水素気泡は、水素誘導路６を介して水面又は外気に放出されるようになっている。
円筒状部材７の水槽１への固定方法は、例えば、上方から円筒状部材７を吊り下げる構成としても良いし、水槽１内の内面に、円筒状部材７を挟み込んで支持する棒状の部材を設けて固定する構成としても良く、特に限定しない。
【００３０】
また、水槽１内の旋回水流の流路中にオゾン濃度を検出する濃度検出器８（濃度検出手段）と、検出したオゾン濃度に基づいてオゾン発生電極２への通電を制御する通電制御手段（図示しない）とを備えている。濃度検出器８は、検出電極８１と電位測定の基準となる比較電極８２、これら検出電極８１及び比較電極８２の一方の端部に結線して電位を測定する電位差計等から構成されている。したがって、検出電極８１及び比較電極８２の先端部（他方の端部）を水槽１内の溶液中に浸し、検出電極８１のオゾン濃度変化による検出電極８１と比較電極８２との電位差を検出して濃度を測定する。
検出電極８１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８２としては銀／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と、予め設定されたオゾン濃度とが一致するように電源装置の通電制御部（通電制御手段）が陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧を制御するように構成されている。
【００３１】
次に、上述の構成をなしたオゾン水生成装置１００の作用について説明する。
図１〜図３に示すように、水槽１内に原料水を満たし、電源装置を駆動させることによって陽極電極２２及び陰極電極２３間に所定の電圧が印加される。この通電により原料水が電気分解されて、オゾン発生電極２の陽極電極２２側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極２３側には水素気泡が発生する。
また、同時に、マグネットスターラ５のモータ５２を駆動させることによってマグネット回転子４を回転させる。これによって円筒形状の水槽１内に一定の速度の旋回水流が発生する。そして、旋回水流は陽極電極２２側において陽極電極２２の凹凸によって流れの方向が複雑に変わる。すなわち、陽極電極２２において水はわずかな間隙流路を求めて、通孔内に流出入して、方向を変えながら複雑な迷路状の流路を通ることになり、その結果、水は渦を巻く流れ、つまり渦流となる。そして、この渦流は陽極電極２２に近接して起こり、陽イオン交換膜２１の表面の水をこの渦流で巻き込み、渦流は陽イオン交換膜２１の表面にまで達して陽イオン交換膜２１の表面に局所的に沿う流れを惹起し、陽極電極２２と陽イオン交換膜２１の表面とのわずかな間隙部位にも水が淀むことなく流れることになる。
このように水が複雑な迷路状の流路を通ることは攪拌力による気液接触頻度を確保するもので、また渦流は陽イオン交換膜２１の表面、特に陽極電極２２とのごく狭い間隙に発生したオゾン気泡をいち早く水中に取り込んで溶解させることによってオゾン水を生成し、陽極電極２２と陽イオン交換膜２１との間（正確には陽極電極２２と陰極電極２３との間）に電流が多く流れる状態を確保することになる。
【００３２】
一方、陰極電極２３側においては、旋回水流は陽極電極２２と同様に陰極電極２３の凹凸によって流れの方向が変わるが、陽極電極２２よりも目の粗い電極であるので、流れの方向が陽極電極２２ほど複雑に変わることはない。そのため、陰極電極２３で発生した水素気泡はある程度の大きさになった後、ゆっくりと陰極電極２３から離されてその浮力によって、水面へと上昇する。このとき、陰極電極２３は円筒部材７の外周面と水槽１内周面との間に形成された水素誘導路６によって誘導されて上昇し、系外に水素ガスとして放出される。
【００３３】
また、通電中に、同時に濃度検出器８によって水槽１内の溶液の濃度が測定され、オゾン濃度が予め設定されたオゾン濃度となるように電源装置の陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧が制御される。
【００３４】
なお、本発明に使用される原料水は水道水、天然水を使用すれば良く、これらにはＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の電解質が溶解しているものである。
【００３５】
次に、上述のオゾン水生成装置を使用してオゾン水を生成する方法について実施例を挙げて説明する。
本発明の一実施例として、図１に示すような内径７０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円筒形の水槽１を使用し、その中央底部に直径２５ｍｍの磁力駆動型の翼車（回転子４）を配設し、水槽１の底部に設けられた攪拌装置５で磁力駆動した。オゾン発生電極２の陽極電極２２はチタンの表面に３ミクロンの白金を被覆したグレーチング状の触媒電極を、さらに陽イオン交換膜２１としては、米デュポン社製の陽イオン交換膜ナフイオン４２４を介し、陰極電極２３は純銀製の厚さ０．８ｍｍの目の粗いグレーチング状の触媒電極を使用した。
そして、この水槽１に１５０ｃｃの水道水を満たし、翼車を約１０００ｒｐｍで回転させたところ陽極電解極面で約１．２ｍ／秒の水流速度が観察され、その状態で４平方センチメートルの電極間に１２Ｖの直流を印加したところ、平均して約１．５Ａの電流が流れ、水流は急速にオゾン水化した。このとき、時間の経過とともに生成されたオゾン水濃度について測定し、その結果を図５に示した。図５は、縦軸に生成オゾン水濃度（ｐｐｍ）、横軸に経過運転時間（分）を示している。
この表１の結果から明らかなように、僅か数分でオゾン水濃度が３ｐｐｍに近い高濃度に達したことがわかる。また、比較として旋回水流を停止した場合は、点線に示すように生成オゾン水濃度が急減していることがわかる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態のオゾン水生成装置１００及びオゾン水生成方法によれば、水槽１内にオゾン発生電極２が、陽極電極２２を円筒中心に向け、陰極電極２３を円筒内周面に向くように配設し、陽極電極２２と陰極電極２３との間に直流電流を印加するとともに、マグネットスターラ５及び回転子４を有する旋回水流発生手段によって旋回水流を発生させて、この旋回水流を陽極面に連続接触させる。この旋回水流の遠心力によって、陽極電極２２に微細な渦流が発生し、陽極電極２２から発生したオゾン気泡を巻き込んで原料水中に溶解させることによりオゾン水が生成される。
一方、陰極電極２３は円筒内周面に向いているため、円筒中心部で発生する旋回水流に接触しにくく、陰極電極２２で発生した水素気泡は陰極電極２３から穏やかに離されて、旋回水流外縁から水面に達し大気中に放出される。
また、陽極電極２２及び陰極電極２３がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、陰極電極２３は陽極電極２２よりも目が粗いので、陽極電極２２から発生したオゾン気泡はグレーチング又はパンチングメタルの凹凸に衝突して微細な渦流が発生し、これによってオゾン気泡は微細となり速やかに陽極電極２２から離されて原料水中に溶解される。陰極電極２３から発生した水素気泡はゆっくりと陰極電極２３から離されて大きな気泡となり、大気中へとすぐに放出される。
このようにして、オゾン気泡を原料水に確実に溶解させて、簡易にオゾン水を生成することができる。したがって、従来に比べて簡易な装置で容易に少量のオゾン水を生成することができ、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができる。また、従来のように大量に生成されないので、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水を使用することができる。
【００３７】
また、陽極電極２２は白金を被覆した金属で、陰極電極２３は銀又は銀を被覆した金属であるので、水槽１中に生成したオゾン水を使い切らず残存した場合にも、オゾン発生電極２に通電することなく、オゾン水又はオゾン水が分解された水中に微生物が繁殖汚染することを防ぐことができ、清浄化を保つことができる。
また、水素誘導路６に陰極電極２３から発生した水素気泡が誘導されて、旋回水流によって水素気泡を陰極電極２３から離して水面又は外気に放出させることができる。すなわち、水素気泡がオゾン気泡と混ざり合うことなく、系外に放出させることができ、オゾン水の生成効率に優れる。
さらに、濃度検出器８で検出したオゾン濃度に基づいてオゾン発生電極２への通電を制御するので、所定濃度のオゾン水を得ることができる。特に、本発明では、略円筒形状の水槽１内の旋回水流が一定速度であるので、このような旋回水流が一定速度である箇所に濃度検出器８を配設することによって、生成オゾン水濃度に比例した起電力を得ることができ、オゾン水濃度を容易に制御することができる。
【００３８】
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限り、適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態の水槽１は径が略同じとなるように形成された円筒状であるとしたが、円筒状であれば、径が異なるテーパー状としても構わない。
また、陽極電極２２はそれぞれグレーチング状又はパンチングメタル状に形成されているとしたが、さらに、陽極電極２２の表面にラス網等の金網を設けるようにしても良い。このように金網を設けることによって、さらに、旋回水流に乱れが生じて速やかにオゾン気泡を原料水に溶かし込んでオゾン水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態を示すためのもので、オゾン水生成装置の概略側断面図である。
【図２】同、オゾン水生成装置の斜視図である。
【図３】同、オゾン水生成装置の上面図である。
【図４】同、図３における拡大図である。
【図５】同、経過運転時間と生成オゾン水濃度の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１ 水槽
２ オゾン発生電極
４ マグネット回転子（旋回水流発生手段）
５ マグネットスターラ（旋回水流発生手段）
６ 水素誘導路
８ 濃度検出器（濃度検出手段）
２１ 陽イオン交換膜
２２ 陽極電極
２３ 陰極電極
１００ オゾン水生成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水の電気分解によりオゾン水を発生するオゾン水生成装置及びオゾン水生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水を電気分解してオゾン水を発生させる方法として、陽極電極に二酸化鉛等の触媒金属を使用し、一旦、陽極電極面上に高濃度のオゾンガスを発生させた後、オゾンガスを系外に取り出し、別の水槽中にオゾンガスを吹き込み、又は中空膜等を介して水中にオゾンガスを溶解させて生成するガス溶解法が知られている。
また、発明者等は、二酸化鉛電極の脆弱性と毒性に着目し、二酸化鉛に代えて、安定しかつ毒性のない白金又は白金族の陽極触媒金属を使用し、陽極電極と陰極電極とに各電極を覆うジャケットを設けて、それぞれのジャケット内に原料水を流下させて、直接電極面上に多数の微小渦流を発生させる等の手法により、必要な濃度のオゾン水を直接電極から発生させる流路式のオゾン水発生方法を開発している（特許文献１参照）。
このような方法で得られるオゾン水は大量に生成され、例えば、食品の殺菌や鮮度保持などの工業用として多く使用されている。
【特許文献１】特開平８−１３４６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、近年では、医療用の分野においてオゾン水を使用する研究が進められ、手指の殺菌から始まり、皮膚病の治療や火傷の治療、寝たきり老人の褥瘡の治療にオゾン水が効果的であるという多くの報文が発表されており、その他日常時の肌の清浄化など、幅広い用途が定着され始めている。そこで、日常生活でオゾン水を手軽に使用するために少量のオゾン水を簡易に生成することが望まれている。
また、簡易な方法でオゾン水を生成するため、一定容量の水槽中に原料水を満たし、その原料水をオゾン水化してオゾン水を生成する方法が要望されている。しかし、上記従来の流路式の方法を流用しようとすると、水槽外にオゾン水ポンプ、オゾン発生電極、供給吐出配管等が必要となり、それぞれが耐オゾン性の機能を要求されるので、装置が大型化し、高額になるという問題があった。
また、流路式による方法は、大量のオゾン水を生成する場合に好適であるが、日常生活で使用する場合には少量あれば良いので無駄が生じ、この点においてもコスト高が問題とされていた。
さらに、流路式の場合、生成したオゾン水を使い切らずに長時間放置しておくと、減衰してしまい、使用する際には低濃度のオゾン水又は水となってしまっていること、また、微生物の繁殖等により衛生面でもあまり好ましくないものであった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、少量のオゾン水を簡易に生成でき、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができ、また、殺菌等の用途に適した少量で高濃度のオゾン水を生成することのできるオゾン水生成装置及びオゾン水生成方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、原料水を満たした水槽１と、
この水槽内に埋没されて、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を密着させ、他方の面に陰極電極２３を密着させてなるオゾン発生電極２とを備え、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、前記陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、水槽内にオゾン発生電極が埋設されて、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることによって、原料水の電気分解により陽極電極面にオゾン気泡が発生し、陰極電極面に水素気泡が発生する。そして、発生したオゾン気泡が水槽内の原料水に溶解することによりオゾン水が生成される。すなわち、元来、オゾン発生電極から発生したオゾン気泡は浮力で水面に浮上し、ごく微量しか溶解せず、大部分のオゾン気泡は未溶解で水面に達しオゾン水化に寄与しなかったが、本発明のように陽極電極面に水流を衝突させて連続接触させることにより、オゾン気泡を原料水中に溶解させてオゾン水を生成することができる。
したがって、従来のように工業用としてオゾン水を生成するために大掛かりで高額な装置を使用することもなく、簡易な装置で容易に少量のオゾン水を確実に生成することができる。その結果、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができる。
また、従来のように大量にオゾン水が生成されず、少量のオゾン水が生成されるので、使用する際に随時生成すれば良く、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水を使用することができる。
【０００７】
請求項２の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項１に記載のオゾン水生成装置１００によれば、
前記陽極電極は白金を被覆した金属であり、
前記陰極電極は銀又は銀を被覆した金属であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明によれば、陽極電極は白金を被覆した金属で、陰極電極は銀又は銀を被覆した金属であるので、水槽中に生成したオゾン水が使い切らずに残存した場合にも、オゾン発生電極に通電することなく、オゾン水又はオゾン水が分解された水中に微生物が繁殖汚染することを防ぐことができる。すなわち、陽極電極及び陰極電極に上記金属を使用することによって、陽極電極、陽イオン交換膜、さらに、陰極電極間に微量のガルバニ電流が惹起され、銀電極の知られている制菌作用と相まって、長期に渡る水槽中の水の貯留中にも微生物汚染は発生せずに、清浄化を保つことができる。
【０００９】
請求項３の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項１又は２に記載のオゾン水生成装置において、
前記水槽は略円筒形状であり、前記水槽の内面に沿って円弧状に、かつ、前記陽極電極が円筒中心部に向き、前記陰極電極が円筒内周面に向くように前記オゾン発生電極を配設し、
前記水槽内に旋回水流を発生させる旋回水流発生手段（例えば、マグネット回転子４とマグネットスターラ５）が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明によれば、略円筒形状の水槽の内面に沿って円弧状に、かつ、陽極電極が円筒中心部に向き、陰極電極が円筒内周面を向くようにオゾン発生電極を配設し、水槽内に旋回水流を発生させる旋回水流発生手段が設けられているので、旋回水流発生手段によって、オゾン発生電極と旋回水流との接触が良くなり、円筒中心部に向く陽極電極が旋回水流に面するため、旋回水流の遠心力で陽極電極に衝突して微細な渦流が発生し、陽極電極から発生したオゾン気泡をその中に巻き込んで原料水中に溶解させることができる。したがって、オゾン気泡を水に確実に溶解させて、簡易にオゾン水を生成することができる。
一方、陰極電極は円筒内周面に向いているため、円筒中心部で発生する旋回水流に接触しにくく、陰極電極で発生した水素気泡は陰極電極から穏やかに離されて、旋回水流外縁から水面に達し大気中に放出される。
【００１１】
請求項４の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項１〜３のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置において、
前記陽極電極及び前記陰極電極がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、
前記陰極電極は、前記陽極電極よりも目が粗いことを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明によれば、陽極電極及び陰極電極がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、陰極電極は陽極電極よりも目が粗いので、陽極電極から発生したオゾン気泡はグレーチング又はパンチングメタルの凹凸に衝突して微細な渦流が発生する。これによって、オゾン気泡は微細となるとともに速やかに陽極電極から離されて原料水中に溶解される。したがって、オゾン気泡を水に確実に溶解させて、簡易にオゾン水を生成することができる。
一方、陰極電極から発生した水素気泡は、陽極電極よりも目が粗いので、水素気泡は陰極電極からゆっくりと離されることにより、大きな気泡となり、その浮力によって水面に早く達して大気中へと放出される。
【００１３】
請求項５の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項３又は４に記載のオゾン水生成装置において、
前記水槽には、前記陰極電極から発生した水素を旋回水流によって前記陰極電極から離して水面又は外気に放出させる水素誘導路６が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明によれば、水素誘導路に陰極電極から発生した水素気泡が誘導されて、旋回水流によって水素気泡を陰極電極から離して水面又は外気に放出させることができる。すなわち、水素気泡がオゾン気泡と混ざり合うことなく、系外に放出させることができ、オゾン水の生成効率に優れる。
【００１５】
請求項６の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、請求項３〜５のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置において、
前記旋回水流の流路中にオゾン濃度を検出する濃度検出手段（濃度検出器８）と、
前記濃度検出手段で検出したオゾン濃度に基づいて前記オゾン発生電極への通電を制御する通電制御手段とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明によれば、濃度検出手段で検出したオゾン濃度に基づいて通電制御手段がオゾン発生電極への通電を制御するので、時間とともにオゾン濃度が漸増しても、所定濃度のオゾン水を得ることができる。
また、特に、本発明では、略円筒形状の水槽内の旋回水流が一定速度であるので、このような旋回水流が一定速度である箇所に濃度検出手段を配設することによって、生成オゾン水濃度に比例した起電力を得ることができ、オゾン水濃度を正確に検出することができる。
【００１７】
請求項７の発明は、例えば、図１〜図４に示すように、原料水を満たした水槽中に、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなるオゾン発生電極を埋没させて、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明によれば、水槽内にオゾン発生電極を埋没させて、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させるので、原料水の電気分解により陽極電極面にオゾン気泡が発生し、陰極電極面に水素気泡が発生する。そして、発生したオゾン気泡が水槽内の原料水に溶解することによりオゾン水が生成される。すなわち、元来、オゾン発生電極から発生したオゾン気泡は浮力で水面に浮上し、ごく微量しか溶解せず、大部分のオゾン気泡は未溶解で水面に達しオゾン水化に寄与しなかったが、本発明のように陽極電極面に水流を衝突させて連続接触させることにより、オゾン気泡を原料水中に溶解させてオゾン水を生成することができる。したがって、従来のように工業用としてオゾン水を生成するために大掛かりで高額な装置を使用することもなく、簡易な装置で容易に少量のオゾン水を生成することができる。その結果、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができる。
また、従来のように大量にオゾン水が生成されず、少量のオゾン水が生成されるので、使用する際に随時生成すれば良く、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水を使用することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水槽内にオゾン発生電極が埋設されて、陽極電極と陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることによって、陽極電極面にオゾン気泡が発生し、陰極電極面に水素気泡が発生する。そして、オゾン気泡が槽内の原料水に溶解することによりオゾン水が生成され、従来に比べて簡易な装置で容易に少量のオゾン水を生成することができる。その結果、日常生活でオゾン水を手軽に利用でき、また、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施の形態のオゾン水生成装置の概略側断面図、図２は斜視図、図３は上面図、図４は図３における拡大図である。
図１〜図３に示すように本発明に係るオゾン水生成装置１００は、原料水を満たした水槽１内に、オゾン発生電極２を埋没して構成されたもので、オゾン発生電極２に直流電圧を印加することによってオゾン気泡を発生させて、その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する装置である。
水槽１は略円筒形状であって、その上端部近傍まで原料水で満たされている。この水槽１内の下側には、その内面に沿って円弧状にオゾン発生電極２が配設されている。
【００２１】
オゾン発生電極２は、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を密着させ、他方の面に陰極電極２３を密着させてなるもので、陽極電極面２２に原料水を連続接触させることによって水の電気分解によりオゾンが得られ、陰極電極面２２では水素が発生する。
また、陽極電極２２と陰極電極２３との間には、電源装置（図示しない）の出力端３が電気的に連結され、直流電圧が印加されるように構成されている。すなわち、陽極電極２２及び陰極電極２３は、各電極２２、２３に導線を介して電源装置に連結されている。印加する直流電圧は、例えば、６〜１５ボルトが好ましい。
【００２２】
陽イオン交換膜２１としては、従来公知の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、例えば厚さ２００〜３００ミクロンが好ましい。
【００２３】
陽極電極２２と陰極電極２３とは、陽イオン交換膜２１を全面的に覆い隠すように密着されるものではなく、多数の通孔を設けて、陽極電極２２と陰極電極２３とは陽イオン交換膜２１に接触部と非接触部とを有して重ねられている。すなわち、陽極電極２２及び陰極電極２３はグレーチング状又はパンチングメタル状をなしている。図４ではグレーチングの場合を示している。特に、陰極電極２３は陽極電極２２よりも目の粗さが粗くなるように形成されている。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。
【００２４】
陽極電極２２としてはオゾン発生触媒機能を有した金属を使用し、この金属としては二酸化鉛が最も広く知られている。しかし、この二酸化鉛は加工が難しく、微小な通孔が不規則に存在するポーラス体を使用しているが、二酸化鉛のポーラス体は脆弱で耐久性に劣り、さらにはオゾン水中に鉛が溶出する可能性もあることから、純粋なオゾン水を得るため、金、白金等の白金属の貴金属の電極を使用することが好ましく、特に、本発明ではチタンに白金を被覆した金属を使用することが好ましい。
一方、陰極電極２３としては、金、銀、白金、チタンの金属を使用することが好ましく、特に、銀又は銀を被覆した金属を使用することがより好ましい。そして、各金属の線材を編んでグレーチング状に構成する。また、被覆処理としては、例えばメッキや熱着等により行うことができる。
【００２５】
このようにグレーチング状の電極２２、２３とすることによって、陽極電極２２を構成する線材の交点部位Ｐが最も外面側に突出し、これを陽イオン交換膜２１に圧接すると、陽イオン交換膜２１が押されて大きく圧接したり曲がったりして窪む。すると、交点部位Ｐで、この陽イオン交換膜２１の反対面にある陰極電極２３との距離が近接し、その交点部位Ｐでの電解強度が高くなる。また、このような電極２２、２３を圧延あるいはその他の外的力によって、平らにすると、フラット形状となり、陽イオン交換膜２１への接触面積が増加するので、同じ強さで陽イオン交換膜２１へ押圧している限り、陽イオン交換膜２１の圧縮や局所的に小さくなるところがなくなり、陽イオン交換膜２１の劣化速度が低減され、オゾン水濃度の低下を防止することができる。
【００２６】
また、パンチングメタル状の電極としては、多孔板は略平面的であるので、多孔板と平行な水はこの多孔板内をほとんど流過しづらいので、例えば、ラス網の下に重ねて併用することがより好ましい。
【００２７】
このような陽イオン交換膜２１、陽極電極２２及び陰極電極２３は、それぞれ円弧状に形成されており、これらを密着させた後、絶縁性の接合部材（図示しない）により接合されることによってオゾン発生電極２とされている。また、オゾン発生電極２は、水槽１の中心部側に陽極電極２２が配置され、外側に陰極電極２３が配置されるように水槽１内に固定されている。
水槽１への固定方法としては、例えば、水槽１の内面から陰極電極２３に向けて所定箇所に棒状の取付部材（図示しない）を設けて、これによって支持するように固定すれば良い。ここで使用する取付部材は、耐オゾン性の材料からなるものが好ましい。また、その他、水槽１の底面にオゾン発生電極２を直接固定しても良く、特に限定しない。
【００２８】
また、オゾン水生成装置１００は、円筒中心部に向けて水槽１内に旋回水流を発生させるための回転子４及び攪拌装置からなる旋回水流発生手段を備えている。
攪拌装置としては、マグネットスターラ５を使用することが好ましく、装置本体５１と、装置本体５１内のモータ５２と、このモータ５２の回転軸に連結されて回転する磁石５３から構成されており、マグネットスターラ５の上面に載置された水槽１内のマグネット回転子４を所望の回転数で回転させることができるようになっている。
旋回水流発生手段としては、その他に例えば、水槽１内の底部に貫通穴（図示しない）を設けて直接、回転子４を回転させて旋回水流を発生させる装置が考えられるが、この場合は、貫通穴付近にパッキン処理をする必要があるので、このパッキンによってオゾン水が劣化してしまうという問題が生じるため、上述のマグネットにより攪拌する非接触式の装置が好ましい。なお、水槽１内に配設する部材が耐オゾン性のものであればこれ以外の装置であっても良い。
【００２９】
さらに、水槽１内には、陰極電極２３から発生した水素を旋回水流によって陰極電極２３から離して水面又は外気に放出させる水素誘導路６が設けられている。この水素誘導路６は、水槽１内においてオゾン発生電極２の上方から水槽１の上端部に延在する円筒状部材７が配設されることによって、水槽１の内周面と円筒部材７との隙間に形成される。したがって、陰極電極２３から発生した水素気泡は、水素誘導路６を介して水面又は外気に放出されるようになっている。
円筒状部材７の水槽１への固定方法は、例えば、上方から円筒状部材７を吊り下げる構成としても良いし、水槽１内の内面に、円筒状部材７を挟み込んで支持する棒状の部材を設けて固定する構成としても良く、特に限定しない。
【００３０】
また、水槽１内の旋回水流の流路中にオゾン濃度を検出する濃度検出器８（濃度検出手段）と、検出したオゾン濃度に基づいてオゾン発生電極２への通電を制御する通電制御手段（図示しない）とを備えている。濃度検出器８は、検出電極８１と電位測定の基準となる比較電極８２、これら検出電極８１及び比較電極８２の一方の端部に結線して電位を測定する電位差計等から構成されている。したがって、検出電極８１及び比較電極８２の先端部（他方の端部）を水槽１内の溶液中に浸し、検出電極８１のオゾン濃度変化による検出電極８１と比較電極８２との電位差を検出して濃度を測定する。
検出電極８１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８２としては銀／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と、予め設定されたオゾン濃度とが一致するように電源装置の通電制御部（通電制御手段）が陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧を制御するように構成されている。
【００３１】
次に、上述の構成をなしたオゾン水生成装置１００の作用について説明する。
図１〜図３に示すように、水槽１内に原料水を満たし、電源装置を駆動させることによって陽極電極２２及び陰極電極２３間に所定の電圧が印加される。この通電により原料水が電気分解されて、オゾン発生電極２の陽極電極２２側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極２３側には水素気泡が発生する。
また、同時に、マグネットスターラ５のモータ５２を駆動させることによってマグネット回転子４を回転させる。これによって円筒形状の水槽１内に一定の速度の旋回水流が発生する。そして、旋回水流は陽極電極２２側において陽極電極２２の凹凸によって流れの方向が複雑に変わる。すなわち、陽極電極２２において水はわずかな間隙流路を求めて、通孔内に流出入して、方向を変えながら複雑な迷路状の流路を通ることになり、その結果、水は渦を巻く流れ、つまり渦流となる。そして、この渦流は陽極電極２２に近接して起こり、陽イオン交換膜２１の表面の水をこの渦流で巻き込み、渦流は陽イオン交換膜２１の表面にまで達して陽イオン交換膜２１の表面に局所的に沿う流れを惹起し、陽極電極２２と陽イオン交換膜２１の表面とのわずかな間隙部位にも水が淀むことなく流れることになる。
このように水が複雑な迷路状の流路を通ることは攪拌力による気液接触頻度を確保するもので、また渦流は陽イオン交換膜２１の表面、特に陽極電極２２とのごく狭い間隙に発生したオゾン気泡をいち早く水中に取り込んで溶解させることによってオゾン水を生成し、陽極電極２２と陽イオン交換膜２１との間（正確には陽極電極２２と陰極電極２３との間）に電流が多く流れる状態を確保することになる。
【００３２】
一方、陰極電極２３側においては、旋回水流は陽極電極２２と同様に陰極電極２３の凹凸によって流れの方向が変わるが、陽極電極２２よりも目の粗い電極であるので、流れの方向が陽極電極２２ほど複雑に変わることはない。そのため、陰極電極２３で発生した水素気泡はある程度の大きさになった後、ゆっくりと陰極電極２３から離されてその浮力によって、水面へと上昇する。このとき、陰極電極２３は円筒部材７の外周面と水槽１内周面との間に形成された水素誘導路６によって誘導されて上昇し、系外に水素ガスとして放出される。
【００３３】
また、通電中に、同時に濃度検出器８によって水槽１内の溶液の濃度が測定され、オゾン濃度が予め設定されたオゾン濃度となるように電源装置の陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧が制御される。
【００３４】
なお、本発明に使用される原料水は水道水、天然水を使用すれば良く、これらにはＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の電解質が溶解しているものである。
【００３５】
次に、上述のオゾン水生成装置を使用してオゾン水を生成する方法について実施例を挙げて説明する。
本発明の一実施例として、図１に示すような内径７０ｍｍ、高さ１００ｍｍの円筒形の水槽１を使用し、その中央底部に直径２５ｍｍの磁力駆動型の翼車（回転子４）を配設し、水槽１の底部に設けられた攪拌装置５で磁力駆動した。オゾン発生電極２の陽極電極２２はチタンの表面に３ミクロンの白金を被覆したグレーチング状の触媒電極を、さらに陽イオン交換膜２１としては、米デュポン社製の陽イオン交換膜ナフイオン４２４を介し、陰極電極２３は純銀製の厚さ０．８ｍｍの目の粗いグレーチング状の触媒電極を使用した。
そして、この水槽１に１５０ｃｃの水道水を満たし、翼車を約１０００ｒｐｍで回転させたところ陽極電解極面で約１．２ｍ／秒の水流速度が観察され、その状態で４平方センチメートルの電極間に１２Ｖの直流を印加したところ、平均して約１．５Ａの電流が流れ、水流は急速にオゾン水化した。このとき、時間の経過とともに生成されたオゾン水濃度について測定し、その結果を図５に示した。図５は、縦軸に生成オゾン水濃度（ｐｐｍ）、横軸に経過運転時間（分）を示している。
この表１の結果から明らかなように、僅か数分でオゾン水濃度が３ｐｐｍに近い高濃度に達したことがわかる。また、比較として旋回水流を停止した場合は、点線に示すように生成オゾン水濃度が急減していることがわかる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態のオゾン水生成装置１００及びオゾン水生成方法によれば、水槽１内にオゾン発生電極２が、陽極電極２２を円筒中心に向け、陰極電極２３を円筒内周面に向くように配設し、陽極電極２２と陰極電極２３との間に直流電流を印加するとともに、マグネットスターラ５及び回転子４を有する旋回水流発生手段によって旋回水流を発生させて、この旋回水流を陽極面に連続接触させる。この旋回水流の遠心力によって、陽極電極２２に微細な渦流が発生し、陽極電極２２から発生したオゾン気泡を巻き込んで原料水中に溶解させることによりオゾン水が生成される。
一方、陰極電極２３は円筒内周面に向いているため、円筒中心部で発生する旋回水流に接触しにくく、陰極電極２２で発生した水素気泡は陰極電極２３から穏やかに離されて、旋回水流外縁から水面に達し大気中に放出される。
また、陽極電極２２及び陰極電極２３がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、陰極電極２３は陽極電極２２よりも目が粗いので、陽極電極２２から発生したオゾン気泡はグレーチング又はパンチングメタルの凹凸に衝突して微細な渦流が発生し、これによってオゾン気泡は微細となり速やかに陽極電極２２から離されて原料水中に溶解される。陰極電極２３から発生した水素気泡はゆっくりと陰極電極２３から離されて大きな気泡となり、大気中へとすぐに放出される。
このようにして、オゾン気泡を原料水に確実に溶解させて、簡易にオゾン水を生成することができる。したがって、従来に比べて簡易な装置で容易に少量のオゾン水を生成することができ、日常生活でオゾン水を手軽に利用することができる。また、従来のように大量に生成されないので、殺菌性に優れた高濃度のオゾン水を使用することができる。
【００３７】
また、陽極電極２２は白金を被覆した金属で、陰極電極２３は銀又は銀を被覆した金属であるので、水槽１中に生成したオゾン水を使い切らず残存した場合にも、オゾン発生電極２に通電することなく、オゾン水又はオゾン水が分解された水中に微生物が繁殖汚染することを防ぐことができ、清浄化を保つことができる。
また、水素誘導路６に陰極電極２３から発生した水素気泡が誘導されて、旋回水流によって水素気泡を陰極電極２３から離して水面又は外気に放出させることができる。すなわち、水素気泡がオゾン気泡と混ざり合うことなく、系外に放出させることができ、オゾン水の生成効率に優れる。
さらに、濃度検出器８で検出したオゾン濃度に基づいてオゾン発生電極２への通電を制御するので、所定濃度のオゾン水を得ることができる。特に、本発明では、略円筒形状の水槽１内の旋回水流が一定速度であるので、このような旋回水流が一定速度である箇所に濃度検出器８を配設することによって、生成オゾン水濃度に比例した起電力を得ることができ、オゾン水濃度を容易に制御することができる。
【００３８】
なお、本発明の実施の形態は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限り、適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態の水槽１は径が略同じとなるように形成された円筒状であるとしたが、円筒状であれば、径が異なるテーパー状としても構わない。
また、陽極電極２２はそれぞれグレーチング状又はパンチングメタル状に形成されているとしたが、さらに、陽極電極２２の表面にラス網等の金網を設けるようにしても良い。このように金網を設けることによって、さらに、旋回水流に乱れが生じて速やかにオゾン気泡を原料水に溶かし込んでオゾン水を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態を示すためのもので、オゾン水生成装置の概略側断面図である。
【図２】同、オゾン水生成装置の斜視図である。
【図３】同、オゾン水生成装置の上面図である。
【図４】同、図３における拡大図である。
【図５】同、経過運転時間と生成オゾン水濃度の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１ 水槽
２ オゾン発生電極
４ マグネット回転子（旋回水流発生手段）
５ マグネットスターラ（旋回水流発生手段）
６ 水素誘導路
８ 濃度検出器（濃度検出手段）
２１ 陽イオン交換膜
２２ 陽極電極
２３ 陰極電極
１００ オゾン水生成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料水を満たした水槽と、
この水槽内に埋没されて、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなるオゾン発生電極とを備え、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、前記陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
前記陽極電極は白金を被覆した金属であり、
前記陰極電極は銀又は銀を被覆した金属であ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。
【請求項３】
前記水槽は略円筒形状であり、前記水槽の内面に沿って円弧状に、かつ、前記陽極電極が円筒中心部に向き、前記陰極電極が円筒内周面に向くように前記オゾン発生電極を配設し、
前記水槽内に旋回水流を発生させる旋回水流発生手段が設けら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。
【請求項４】
前記陽極電極及び前記陰極電極がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、
前記陰極電極は、前記陽極電極よりも目が粗い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。
【請求項５】
前記陰極電極から発生した水素を旋回水流によって前記陰極電極から離して、水面又は外気に放出させる水素誘導路を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載のオゾン水生成装置。
【請求項６】
前記旋回水流の流路中にオゾン濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段で検出したオゾン濃度に基づいて前記オゾン発生電極への通電を制御する通電制御手段とを備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置。
【請求項７】
原料水を満たした水槽中に、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなるオゾン発生電極を埋没させて、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とするオゾン水生成方法。
【請求項１】
原料水を満たした水槽と、
この水槽内に埋没されて、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなるオゾン発生電極とを備え、
前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、前記陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
前記陽極電極は白金を被覆した金属であり、
前記陰極電極は銀又は銀を被覆した金属であ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。
【請求項３】
前記水槽は略円筒形状であり、前記水槽の内面に沿って円弧状に、かつ、前記陽極電極が円筒中心部に向き、前記陰極電極が円筒内周面に向くように前記オゾン発生電極を配設し、
前記水槽内に旋回水流を発生させる旋回水流発生手段が設けら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。
【請求項４】
前記陽極電極及び前記陰極電極がグレーチング又はパンチングメタルにより構成され、
前記陰極電極は、前記陽極電極よりも目が粗い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。
【請求項５】
前記陰極電極から発生した水素を旋回水流によって前記陰極電極から離して、水面又は外気に放出させる水素誘導路を備えていることを特徴とする請求項３又は４に記載のオゾン水生成装置。
【請求項６】
前記旋回水流の流路中にオゾン濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段で検出したオゾン濃度に基づいて前記オゾン発生電極への通電を制御する通電制御手段とを備えていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置。
【請求項７】
原料水を満たした水槽中に、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を密着させ、他方の面に陰極電極を密着させてなるオゾン発生電極を埋没させて、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電流を印加し、陽極電極面に水流を連続接触させることを特徴とするオゾン水生成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５０２１５（Ｐ２００６−１５０２１５Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４３７７９（Ｐ２００４−３４３７７９）
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（５０４４３８０２６）
【出願人】（５０４４３９９２０）
【出願人】（５０４４３９９３１）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（５０４４３８０２６）
【出願人】（５０４４３９９２０）
【出願人】（５０４４３９９３１）
【Ｆターム（参考）】
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