オゾン水生成装置及びオゾン水生成方法
【課題】より少ない電力で、容易にオゾン発生効率を向上させ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】陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を圧接させ、他方の面に陰極電極２３を圧接してなる触媒電極２が設けられ、陽極電極２２と陰極電極２３との間に直流電圧を印加し、陽極電極２２に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置１００において、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面２３bに、ペルチェ熱電素子３を接触させて設け、ペルチェ熱電素子３によって電解時に発生する熱を吸収させる。
【解決手段】陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を圧接させ、他方の面に陰極電極２３を圧接してなる触媒電極２が設けられ、陽極電極２２と陰極電極２３との間に直流電圧を印加し、陽極電極２２に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置１００において、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面２３bに、ペルチェ熱電素子３を接触させて設け、ペルチェ熱電素子３によって電解時に発生する熱を吸収させる。
【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生成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】
近年、オゾン水は一般の殺菌剤とは異なる細胞膜の損傷という殺菌プロセスが解明され、また、ウィルスについても独自の殺菌プロセスの解明が発表されるなどして、耐性菌を作らない性質を活用する利用法が年々増えてきている。ただし、これらの研究の成果として、特にウィルスや杆菌などを殺菌するためには、少なくとも２〜３ｐｐｍの濃度のオゾン水が必要であることが判明しており、オゾン水の消費や減衰を考慮に入れると４〜５ｐｐｍの濃度のオゾン水が実用上必要であると考えられている。
【０００３】
現在、産業用に普及しているオゾン水の製法は、大別して放電により生成したオゾンガスに溶解させるガス溶解法、電解により生成したオゾンガスを水に溶解させる電解ガス溶解法、電解面に原料水を直接接触させてオゾン水を生成させる直接電解法（例えば、特許文献１参照）の３方式が実用されている。
直接電解法は、ガス溶解法や電解ガス溶解法に比べて、より簡単な方法で高濃度のオゾン水を生成できると知られているが、さらに上述したように４〜５ｐｐｍ又はそれ以上の高濃度のオゾン水を安定して生成するためには、原料水の温度が２０℃、好ましくは１０℃くらいの低温が望ましいことが多くの実験から認められている。この現象は、気体が液体に溶解する際のヘンリーの法則によっても明らかであり、近年、オゾン水を生成する方法としてペルチェ熱電素子を利用して水素や供給水を冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１３４６７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１５４００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のオゾン水生成方法は、ガス発生電極方式であり、一旦オゾンガスを発生させ、発生したオゾンガスを、ペルチェ冷却素子で冷却した雰囲気の気液接触装置で冷却する方式であった。そのため、気液接触装置内の供給水をペルチェ冷却素子で冷却すると、冷却にかなりの電力を必要とし、時にはオゾン発生電極に印加する電力以上の電力を必要とするという問題があった。
また、電解時には、陽極電極よりも陰極電極の方が発熱する割合が大きく、陰極電極から発生する発生熱（ジュール熱）と、陰極電極と陽イオン交換膜の接触界面において発生する多量の水素が原因となり、オゾン発生効率の低下を招いていた。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、より少ない電力で、容易にオゾン発生効率を向上させ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に示すように、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を圧接させ、他方の面に陰極電極２３を圧接してなる触媒電極２が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置１００において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面２３aと反対側の面２３bに、ペルチェ熱電素子３を接触させて設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に、ペルチェ熱電素子を接触させて設けたので、電解時における陰極電極と陽イオン交換膜との接触面で発生する熱をペルチェ熱電素子によって吸収することができる。
したがって、電解時に生じる発熱を確実に吸収して陰極電極を冷却することができる。その結果、従来のように供給する原料水を冷却する必要がないことから、少ない電力で、効率良くオゾンを発生させて高濃度のオゾン水を得ることができる。
【０００７】
請求項２の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１に記載のオゾン水生成装置において、
前記陰極電極に、銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明によれば、陰極電極に銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されているので、陰極電極の熱伝導性が高く、オゾンの発生効率をより向上させることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、例えば、図２、図３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、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面に、前記接触面から陰極電極の内部を介して前記陰極電極の外部に連通する微細通路（例えば、微細溝２５，２５，…）が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面に陰極電極の外部に連通する微細通路が形成されているので、電解時に陰極電極で発生した水素気泡が接触面から微細通路内を通過して陰極電極の外部に放出される。したがって、水素気泡によるオゾン発生に与える影響を低減することができ、この点においてもオゾンの発生効率をより向上させることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、例えば、図４、図５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１００Ａにおいて、
前記ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側に、前記陽極電極側から発生したオゾン水を通過させる水路（例えば、熱交換チューブ６１Ａ）が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明によれば、ペルチェ熱電素子の放熱側にオゾン水を通過させる水路が設けられているので、水路内にオゾン水を通過させることによりペルチェ熱電素子の放熱によってオゾン水が昇温する。したがって、医療用などにオゾン水を使用する場合、例えば皮膚病や火傷の治療にはできるだけ体温近くのオゾン水が患部への刺激が少なくて望ましいことから、適温（例えば、約３０℃）でオゾン水洗浄を行うことができる。
このように陰極電極を冷却して、高濃度のオゾン水を生成しておき、その後、オゾン水を昇温させることで高濃度を維持した温オゾン水で洗浄することができるので、陽極電極面に接触させる原料水を始めから高温にしておく必要もない。すなわち、高温の原料水でオゾンを発生させた場合、オゾン発生効率が低くなるが、本発明では常温の原料水を使用して陰極電極を冷却することから、このようなオゾン発生効率の低下を招くこともない。さらに、通常、空気中に発散されるペルチェ熱電素子の放熱を、オゾン水の昇温に使用することで省エネルギーにもつながる。
【００１３】
請求項５の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置において、
前記ペルチェ熱電素子の放熱側に、ヒートシンク４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、ペルチェ熱電素子の放熱側に設けられたヒートシンクによって、ペルチェ熱電素子の放熱効果を高めることができる。また、ヒートシンクで発生した温風を、オゾン水で洗浄した手指や器具等の乾燥に利用することができ、装置のコンパクト化と省エネルギーを図ることができる。
【００１５】
請求項６の発明は、例えば、図１に示すように、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成方法において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に接触するように設けたペルチェ熱電素子により、電解時に発生する熱を吸収させることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に接触して設けたペルチェ熱電素子によって、電解時における陰極電極と陽イオン交換膜との接触面で発生する熱を吸収することができる。
したがって、電解時に生じる発熱を確実に吸収して陰極電極を冷却することができる。その結果、従来のように供給する原料水を冷却する必要がないことから、少ない電力で、効率良くオゾンを発生させて高濃度のオゾン水を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に、ペルチェ熱電素子を接触させて設けることにより、省電力で容易に高濃度のオゾン水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第一及び第二の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００の概略を模式的に示した縦断面図、図２は、図１に示した陽イオン交換膜２２、陰極電極２３及びペルチェ熱電素子３の要部拡大図、図３は、陰極電極２３を陽イオン交換膜２１との接触面２３aから見た際の平面図である。
本発明に係るオゾン水生成装置１００は、原料水（例えば、水）が流入される水槽１内に触媒電極２を配置して構成したもので、触媒電極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、上下に長尺でその上下両端が閉塞された円筒状をなしており、下端部底面に、水槽１内に原料水を流入するための流入管１１が設けられ、水槽１の上端部側周面に水槽１内で生成されたオゾン水を流出するための流出管１２が設けられている。
流入管１１は、例えば、原料水が貯留されたタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプや、水道栓に連結されている。また、流出管１２は、水槽１内で生成されたオゾン水を貯留するタンクに接続するためのポンプや、水槽１内で生成されたオゾン水を噴出させるノズル等に連結されている。
水槽１内には、流入管１１によって原料水が流入されており、流入管１１から流出管１２へと水流が発生している。
また、水槽１を形成する側周面には、その一部が開口した開口部１３が形成されており、その開口部１３に触媒電極２が嵌め込まれて取り付けられている。
【００１９】
触媒電極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２２が水槽１内に配されて、陰極電極２３が水槽１の外周面から外側に突出して外部に露出するように取り付けられている。また、陽イオン交換膜２１は、開口部１３に嵌め込まれて水槽１の内周面及び外周面と略面一となるように配されている。なお、開口部１３と触媒電極２との間は、防水処理がなされて水槽１内の原料水が漏れないような構造とされている。このように触媒電極２を配置することにより、流入管１２から水槽１内に流入された原料水が陽極電極２２面に連続接触するようになっている。
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２４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。
【００２０】
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。
【００２１】
陽極電極２２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はグレーチング状又はパンチングメタル状とすることが好ましい。なお、図１では陽極電極２２がグレーチング状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ことが好ましい。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。
【００２２】
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、白金又は白金被覆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。
そして、陽極電極２２は平面状の金属をグレーチング状に加工することが望ましい。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。
【００２３】
このようにグレーチング状の陽極電極２２とすることによって、陽極電極２２を構成する部材の交点部位Ｐが尖って外面に突出し、水流と接触して渦流を生じ、陽極電極２２で発生したオゾンの微泡を巻き込んで溶解を早めることができる。
【００２４】
一方、陰極電極２３は、表面が平滑で後述のペルチェ熱電素子３と熱伝導の良い形状が望ましく、一例として、水素を逃す細孔の多く開いたパンチングメタル状のものが良い。
このような陰極電極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、特に熱伝導性の高い銀又は銀化合物を被覆した銀を使用することがより好ましい。
【００２５】
また、図２及び図３に示すように、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aには、接触面２３aから陰極電極２３内部を介して陰極電極２３の上端面及び下端面へと連通する複数の微細溝（微細通路）２５，２５，…が形成されている。
微細溝２５，２５，…は、陰極電極２３の接触面２３aから接触面２３aに対して略垂直となるように横方向に延在する横溝２５a，２５a，…と、陰極電極２３の上端面から下端面に向けて接触面２３aに対して略平行となるように上下に延在する縦溝２５b，２５bとをからなる。横溝２５a，２５a，…は、陰極電極２３の接触面２３aから横方向に延在して、陰極電極２３内部で縦溝２５b，２５b，…に連通しており、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面（後述のペルチェ熱電素子３との接触面２３b）に貫通しないようになっている。したがって、陽イオン交換膜２１との接触面２３aで発生した水素気泡が微細溝２５，２５，…を通って陰極電極２３の上端面又は下端面を介して外部に放出されるようになっている。
【００２６】
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、水槽１の内周面又は外周面に沿うように、それぞれ板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触媒電極２とされている。
【００２７】
上述のように構成された触媒電極２の陰極電極２３の、陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面２３bには、ペルチェ熱電素子３が接触するように設けられている。
ペルチェ熱電素子３は、従来から公知のように、図示しないが、電極が形成された二枚のセラミック基板が、互いに電極面を対向させるように配置され、電極間に複数個の半導体が配置されて構成されている。そして、両電極により半導体が直列に接続され、直列接続された半導体に銅線等のリード線を介して電流を流すことによって、一方の基板側から他方の基板側へと熱が移動し、発熱反応及び吸熱反応が起こる性質を持っている素子である。そして、ペルチェ熱電素子３の陰極電極２３面側が吸熱側とされ、これと反対側の面が放熱側とされている。よって、このようなペルチェ熱電素子３を陰極電極２３面に接触させることによって電解時に発生する熱を吸収することができるようになっている。
【００２８】
ペルチェ熱電素子３の陰極電極２３との接触面と反対側（ペルチェ熱電素子３の放熱側）の面には、空冷ヒートシンク４が熱伝導性の高い両面テープ等で固定されて設けられている。空冷ヒートシンク４は、複数の空冷フィン４１，４１，…を有し、ペルチェ熱電素子３で放熱した熱を空気による熱伝導を使って発生した熱を空気中へ拡散する放熱板として機能する。
【００２９】
また、空冷ヒートシンク４のペルチェ熱電素子３と反対側の面には、空冷ヒートシンク４を強制空冷するための放熱用ファン５が設けられている。放熱用ファン５は、空冷ヒートシンク４に風を送ることにより温風を得ることができるようになっている。
【００３０】
次に、上述の構成からなるオゾン水生成装置１００を使用したオゾン水生成方法について説明する。
流入管１１から原料水を水槽１内に流入させて、陽極電極２２面に原料水を連続接触させる。同時に、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間に所定の電圧を印加する。この通電により原料水が電気分解されて、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。
【００３１】
ここで、陽極電極２２側では原料水はわずかな陽極電極２２の凹凸によって流れの方向が複雑に変わり渦流となる。そのため、陽極電極２２側では、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。
このようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は流出管１２へと流出されてオゾン水貯留タンク等に貯留される。
【００３２】
一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が発生し、水素気泡が多数の微細溝２５，２５，…を通って陰極電極２３の外部へと放出される。また、電解時に発生した発熱（ジュール熱）は、ペルチェ熱電素子３に電圧がかけられることで、ペルチェ熱電素子３の吸熱側で吸収される。吸収された熱は放熱側へと移動し、これによって陰極電極２３は空冷される。また、ペルチェ熱電素子３は空冷ヒートシンク４によって空冷されており、放熱ファン５からの風が空冷ヒートシンク４を通過することで熱交換が行われて温風が発生する。発生した温風は、オゾン水洗浄後の手指や器具等の乾燥に利用することができる。
【００３３】
以上、本発明の第一の実施の形態によれば、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面２３bに、ペルチェ熱電素子３を接触させて設けたので、電解時における陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面２３aで発生する熱を、ペルチェ熱電素子３によって吸収することができる。したがって、陰極電極２３を確実に冷却することができる。その結果、従来に比して少ない電力で、効率良くオゾンを発生させて高濃度のオゾン水を得ることができる。
また、陰極電極２３に銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されているので、陰極電極２３の熱伝導性が高く、オゾンの発生効率をより向上させることができる。
陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aに多数の微細溝２５，２５，…が形成されているので、陰極電極２３で発生した水素気泡が微細溝２５，２５，…内を通過して陰極電極２３の外部に放出される。よって、水素気泡によるオゾン発生に与える影響を低減することができる。
また、空冷ヒートシンク４によって、ペルチェ熱電素子３の放熱効果を高めることができ、空冷ヒートシンク４で発生した温風を、オゾン水で洗浄した手指や器具等の乾燥に利用することができ、オゾン水生成装置１００のコンパクト化と省エネルギーを図ることができる。
【００３４】
［第二の実施の形態］
図４は、第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａの概略を模式的に示した
縦断面図、図５は、加熱手段６Ａの平面図である。
第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａは、第一の実施の形態のオゾン水
生成装置１００と異なり、ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側に水槽１に接続された流出管１
２が接続される熱交換チューブ（水路）６１Ａが設けられており、その他は同様の構成の
ため、同様の構成部分については同様の符号を付してその説明を省略する。
すなわち、ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側の基板に、オゾン水を昇温させる加熱手段６Ａとしての熱交換チューブ６１Ａが設けられている。熱交換チューブ６１Ａは、例えば熱伝導性を有する板材の内部に蛇行して配されており、このような板材がペルチェ熱電素子３Ａの放熱側の基板に接触している。そして、熱交換チューブ６１Ａの一端部に流出管１２が接続され、他端部がオゾン水を貯留するタンク等に繋がる配管（図示しない）に接続されている。そのため、流出管１２を介して熱交換チューブ６１Ａ内を流れるオゾン水は、ペルチェ熱電素子３の放熱によって加熱され、この熱交換チューブ６１Ａ内を流れる間に３０℃近くに昇温される。
【００３５】
ここで、初めから３０℃近くの温水を水槽１内に供給した場合、得られるオゾン水のオゾン濃度は２〜３ｐｐｍが上限とされているのに対し、上述の方法で常温２０℃の原料水を電解すると１０ｐｐｍの高濃度のオゾン水を容易に得ることができ、仮に５ｐｐｍの濃度のオゾン水を発生させて、熱交換チューブ６１Ａを通したところ２９℃の温オゾン水を得ることができ、その濃度は４．５ｐｐｍであった。この結果から、高温の原料水を使用する場合に比して、明らかに高濃度の温オゾン水を得ることができることがわかる。
【００３６】
以上、本発明の第二の実施の形態によれば、ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側にオゾン水
を通過させる熱交換チューブ６１Ａが設けられているので、熱交換チューブ６１Ａ内にオ
ゾン水を通過させることによりペルチェ熱電素子３Ａの放熱によりオゾン水が昇温する。
これによって医療用などにオゾン水を使用する場合に適温（例えば、約３０℃）でオゾン
水洗浄を行うことができる。このように陰極電極２３を冷却して、高濃度のオゾン水を生
成しておき、その後昇温させることで高濃度を維持した温オゾン水で洗浄することができ
る。そのため、陽極電極２２面に接触させる原料水を始めから高温にしておく必要もない
ことから、オゾン発生効率の低下を招くこともない。さらに、オゾン水を昇温させる手段
の熱源としてペルチェ熱電素子３Ａの放熱を利用することにより、加熱熱源として新たに
ヒータ等を用いることなく、オゾン水生成装置１００Ａの小型化及び省エネルギーに繋が
りコスト削減を図ることができる。
また、上記第二の実施の形態において、第一の実施の形態と同様の構成部分については
同様の効果を得ることができるのでその説明を省略する。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で適宜変更可能である。
例えば、水槽１内に、オゾン水のオゾン濃度を検出する濃度検出センサ（図示しない）
を設け、検出したオゾン濃度に基づいて電源装置が触媒電極３への通電を制御するように
構成しても良い。具体的に、濃度検出センサは、検出電極と電位測定の基準となる比較電
極、これら検出電極及び比較電極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
構成し、検出電極及び比較電極の先端部（他方の端部）を水槽１内の溶液中に浸し、検出
電極のオゾン濃度変化による検出電極と比較電極との電位差を検出して濃度を測定するも
のとする。
検出電極としては、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が陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧を制御する。
【００３８】
また、図示しないが水槽１内にポンプで駆動するインペラ等を設けても良い。この場合、水槽１内に旋回水流が発生するため、陽極電極２２面に原料水を確実に接触させて陽極電極２２から発生したオゾンの溶解度を上げることができる。
さらに、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aに形成した微細溝２５，
２５，…は、上述した構造に限らず適宜変更可能である。また、水槽１の形状や流入管１
１、流出管１２等の位置も適宜変更可能である。
【００３９】
次に、本発明のオゾン水生成装置１００による効果について実施例を挙げて説明する。
［実施例］
図１に示すオゾン水生成装置１００において、陽イオン交換膜２１としてデュポン製ナ
フイオン（登録商標）膜、陽極電極２２には５５メッシュの白金網、陰極電極２３には厚
さ１ｍｍの銀板の表面を塩化銀で被覆した触媒金属２を使用した。このような触媒電極２
の面積は約１６平方センチメートルであり、陰極電極２３の外側に４センチメートル角の
ペルチェ熱電素子３を熱伝導ペーストを塗って接触させ、ペルチェ熱電素子３の外側にア
ルミニウム製の空冷ヒートシンク４を接続し、放熱ファン５により送風放熱したものを準
備した。
そして、流入管１１の原料水入口から水温２５℃の水道水を１Ｌ／分の流量で供給し、
まず、ペルチェ熱電素子３に通電せずに陽極電極２２と陰極電極２３との間に１２Ｖの直
流を加えたところ、７Ａの電流が流れた。運転当初のオゾン水濃度は約３ｐｐｍであった
が、運転後５分でオゾン水濃度が２ｐｐｍに下がり、その濃度で推移した。
そこで、ペルチェ熱電素子３に１２Ｖの直流を印加したところ約５Ａの電流が流れ、同
時にオゾン水濃度が徐々に上昇し始め、約３０秒後には３．５ｐｐｍを示し、その濃度で
連続運転することができた。
一方、比較として、上述したオゾン水濃度が２ｐｐｍに下がった状態から、流入管１１
の原料水入口にペルチェ熱電素子（図示しない）を配置し、ペルチェ熱電素子で冷却した
ところ、水温が約１．５℃下がったが、オゾン水濃度は２ｐｐｍよりわずか０．１ないし
０．２ｐｐｍ上昇したが、顕著な濃度上昇は認められず、わずかな変化を繰り返すのみで
あった。
【００４０】
以上の実施例から明らかなように、陰極電極２３をペルチェ熱電素子３により冷却することでオゾンの発生に顕著に影響することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００の概略を模式的に示した縦断面図である。
【図２】図１に示した陽イオン交換膜２１、陰極電極２３及びペルチェ熱電素子３の要部拡大図である。
【図３】陰極電極２３の平面図である。
【図４】第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａの概略を模式的に示した縦断面図である。
【図５】加熱手段６Ａの平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
２ 触媒電極
３ ペルチェ熱電素子
４ ヒートシンク
２１ 陽イオン交換膜
２２ 陽極電極
２３ 陰極電極
２３a 接触面
２３b 反対側の面
２５ 微細溝（微細通路）
６１Ａ 熱交換チューブ（水路）
１００，１００Ａ 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生成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】
近年、オゾン水は一般の殺菌剤とは異なる細胞膜の損傷という殺菌プロセスが解明され、また、ウィルスについても独自の殺菌プロセスの解明が発表されるなどして、耐性菌を作らない性質を活用する利用法が年々増えてきている。ただし、これらの研究の成果として、特にウィルスや杆菌などを殺菌するためには、少なくとも２〜３ｐｐｍの濃度のオゾン水が必要であることが判明しており、オゾン水の消費や減衰を考慮に入れると４〜５ｐｐｍの濃度のオゾン水が実用上必要であると考えられている。
【０００３】
現在、産業用に普及しているオゾン水の製法は、大別して放電により生成したオゾンガスに溶解させるガス溶解法、電解により生成したオゾンガスを水に溶解させる電解ガス溶解法、電解面に原料水を直接接触させてオゾン水を生成させる直接電解法（例えば、特許文献１参照）の３方式が実用されている。
直接電解法は、ガス溶解法や電解ガス溶解法に比べて、より簡単な方法で高濃度のオゾン水を生成できると知られているが、さらに上述したように４〜５ｐｐｍ又はそれ以上の高濃度のオゾン水を安定して生成するためには、原料水の温度が２０℃、好ましくは１０℃くらいの低温が望ましいことが多くの実験から認められている。この現象は、気体が液体に溶解する際のヘンリーの法則によっても明らかであり、近年、オゾン水を生成する方法としてペルチェ熱電素子を利用して水素や供給水を冷却する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平８−１３４６７８号公報
【特許文献２】特開２０００−１５４００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載のオゾン水生成方法は、ガス発生電極方式であり、一旦オゾンガスを発生させ、発生したオゾンガスを、ペルチェ冷却素子で冷却した雰囲気の気液接触装置で冷却する方式であった。そのため、気液接触装置内の供給水をペルチェ冷却素子で冷却すると、冷却にかなりの電力を必要とし、時にはオゾン発生電極に印加する電力以上の電力を必要とするという問題があった。
また、電解時には、陽極電極よりも陰極電極の方が発熱する割合が大きく、陰極電極から発生する発生熱（ジュール熱）と、陰極電極と陽イオン交換膜の接触界面において発生する多量の水素が原因となり、オゾン発生効率の低下を招いていた。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、より少ない電力で、容易にオゾン発生効率を向上させ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に示すように、陽イオン交換膜２１の一方の面に陽極電極２２を圧接させ、他方の面に陰極電極２３を圧接してなる触媒電極２が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置１００において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面２３aと反対側の面２３bに、ペルチェ熱電素子３を接触させて設けたことを特徴とする。
【０００６】
請求項１の発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に、ペルチェ熱電素子を接触させて設けたので、電解時における陰極電極と陽イオン交換膜との接触面で発生する熱をペルチェ熱電素子によって吸収することができる。
したがって、電解時に生じる発熱を確実に吸収して陰極電極を冷却することができる。その結果、従来のように供給する原料水を冷却する必要がないことから、少ない電力で、効率良くオゾンを発生させて高濃度のオゾン水を得ることができる。
【０００７】
請求項２の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１に記載のオゾン水生成装置において、
前記陰極電極に、銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明によれば、陰極電極に銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されているので、陰極電極の熱伝導性が高く、オゾンの発生効率をより向上させることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、例えば、図２、図３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、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面に、前記接触面から陰極電極の内部を介して前記陰極電極の外部に連通する微細通路（例えば、微細溝２５，２５，…）が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３の発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面に陰極電極の外部に連通する微細通路が形成されているので、電解時に陰極電極で発生した水素気泡が接触面から微細通路内を通過して陰極電極の外部に放出される。したがって、水素気泡によるオゾン発生に与える影響を低減することができ、この点においてもオゾンの発生効率をより向上させることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、例えば、図４、図５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１００Ａにおいて、
前記ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側に、前記陽極電極側から発生したオゾン水を通過させる水路（例えば、熱交換チューブ６１Ａ）が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の発明によれば、ペルチェ熱電素子の放熱側にオゾン水を通過させる水路が設けられているので、水路内にオゾン水を通過させることによりペルチェ熱電素子の放熱によってオゾン水が昇温する。したがって、医療用などにオゾン水を使用する場合、例えば皮膚病や火傷の治療にはできるだけ体温近くのオゾン水が患部への刺激が少なくて望ましいことから、適温（例えば、約３０℃）でオゾン水洗浄を行うことができる。
このように陰極電極を冷却して、高濃度のオゾン水を生成しておき、その後、オゾン水を昇温させることで高濃度を維持した温オゾン水で洗浄することができるので、陽極電極面に接触させる原料水を始めから高温にしておく必要もない。すなわち、高温の原料水でオゾンを発生させた場合、オゾン発生効率が低くなるが、本発明では常温の原料水を使用して陰極電極を冷却することから、このようなオゾン発生効率の低下を招くこともない。さらに、通常、空気中に発散されるペルチェ熱電素子の放熱を、オゾン水の昇温に使用することで省エネルギーにもつながる。
【００１３】
請求項５の発明は、例えば、図１に示すように、請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置において、
前記ペルチェ熱電素子の放熱側に、ヒートシンク４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、ペルチェ熱電素子の放熱側に設けられたヒートシンクによって、ペルチェ熱電素子の放熱効果を高めることができる。また、ヒートシンクで発生した温風を、オゾン水で洗浄した手指や器具等の乾燥に利用することができ、装置のコンパクト化と省エネルギーを図ることができる。
【００１５】
請求項６の発明は、例えば、図１に示すように、陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成方法において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に接触するように設けたペルチェ熱電素子により、電解時に発生する熱を吸収させることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に接触して設けたペルチェ熱電素子によって、電解時における陰極電極と陽イオン交換膜との接触面で発生する熱を吸収することができる。
したがって、電解時に生じる発熱を確実に吸収して陰極電極を冷却することができる。その結果、従来のように供給する原料水を冷却する必要がないことから、少ない電力で、効率良くオゾンを発生させて高濃度のオゾン水を得ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、陰極電極の陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に、ペルチェ熱電素子を接触させて設けることにより、省電力で容易に高濃度のオゾン水を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の第一及び第二の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［第一の実施の形態］
図１は、第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００の概略を模式的に示した縦断面図、図２は、図１に示した陽イオン交換膜２２、陰極電極２３及びペルチェ熱電素子３の要部拡大図、図３は、陰極電極２３を陽イオン交換膜２１との接触面２３aから見た際の平面図である。
本発明に係るオゾン水生成装置１００は、原料水（例えば、水）が流入される水槽１内に触媒電極２を配置して構成したもので、触媒電極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、上下に長尺でその上下両端が閉塞された円筒状をなしており、下端部底面に、水槽１内に原料水を流入するための流入管１１が設けられ、水槽１の上端部側周面に水槽１内で生成されたオゾン水を流出するための流出管１２が設けられている。
流入管１１は、例えば、原料水が貯留されたタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプや、水道栓に連結されている。また、流出管１２は、水槽１内で生成されたオゾン水を貯留するタンクに接続するためのポンプや、水槽１内で生成されたオゾン水を噴出させるノズル等に連結されている。
水槽１内には、流入管１１によって原料水が流入されており、流入管１１から流出管１２へと水流が発生している。
また、水槽１を形成する側周面には、その一部が開口した開口部１３が形成されており、その開口部１３に触媒電極２が嵌め込まれて取り付けられている。
【００１９】
触媒電極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２２が水槽１内に配されて、陰極電極２３が水槽１の外周面から外側に突出して外部に露出するように取り付けられている。また、陽イオン交換膜２１は、開口部１３に嵌め込まれて水槽１の内周面及び外周面と略面一となるように配されている。なお、開口部１３と触媒電極２との間は、防水処理がなされて水槽１内の原料水が漏れないような構造とされている。このように触媒電極２を配置することにより、流入管１２から水槽１内に流入された原料水が陽極電極２２面に連続接触するようになっている。
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２４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。
【００２０】
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。
【００２１】
陽極電極２２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はグレーチング状又はパンチングメタル状とすることが好ましい。なお、図１では陽極電極２２がグレーチング状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ことが好ましい。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。
【００２２】
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、白金又は白金被覆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。
そして、陽極電極２２は平面状の金属をグレーチング状に加工することが望ましい。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。
【００２３】
このようにグレーチング状の陽極電極２２とすることによって、陽極電極２２を構成する部材の交点部位Ｐが尖って外面に突出し、水流と接触して渦流を生じ、陽極電極２２で発生したオゾンの微泡を巻き込んで溶解を早めることができる。
【００２４】
一方、陰極電極２３は、表面が平滑で後述のペルチェ熱電素子３と熱伝導の良い形状が望ましく、一例として、水素を逃す細孔の多く開いたパンチングメタル状のものが良い。
このような陰極電極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、特に熱伝導性の高い銀又は銀化合物を被覆した銀を使用することがより好ましい。
【００２５】
また、図２及び図３に示すように、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aには、接触面２３aから陰極電極２３内部を介して陰極電極２３の上端面及び下端面へと連通する複数の微細溝（微細通路）２５，２５，…が形成されている。
微細溝２５，２５，…は、陰極電極２３の接触面２３aから接触面２３aに対して略垂直となるように横方向に延在する横溝２５a，２５a，…と、陰極電極２３の上端面から下端面に向けて接触面２３aに対して略平行となるように上下に延在する縦溝２５b，２５bとをからなる。横溝２５a，２５a，…は、陰極電極２３の接触面２３aから横方向に延在して、陰極電極２３内部で縦溝２５b，２５b，…に連通しており、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面（後述のペルチェ熱電素子３との接触面２３b）に貫通しないようになっている。したがって、陽イオン交換膜２１との接触面２３aで発生した水素気泡が微細溝２５，２５，…を通って陰極電極２３の上端面又は下端面を介して外部に放出されるようになっている。
【００２６】
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、水槽１の内周面又は外周面に沿うように、それぞれ板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触媒電極２とされている。
【００２７】
上述のように構成された触媒電極２の陰極電極２３の、陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面２３bには、ペルチェ熱電素子３が接触するように設けられている。
ペルチェ熱電素子３は、従来から公知のように、図示しないが、電極が形成された二枚のセラミック基板が、互いに電極面を対向させるように配置され、電極間に複数個の半導体が配置されて構成されている。そして、両電極により半導体が直列に接続され、直列接続された半導体に銅線等のリード線を介して電流を流すことによって、一方の基板側から他方の基板側へと熱が移動し、発熱反応及び吸熱反応が起こる性質を持っている素子である。そして、ペルチェ熱電素子３の陰極電極２３面側が吸熱側とされ、これと反対側の面が放熱側とされている。よって、このようなペルチェ熱電素子３を陰極電極２３面に接触させることによって電解時に発生する熱を吸収することができるようになっている。
【００２８】
ペルチェ熱電素子３の陰極電極２３との接触面と反対側（ペルチェ熱電素子３の放熱側）の面には、空冷ヒートシンク４が熱伝導性の高い両面テープ等で固定されて設けられている。空冷ヒートシンク４は、複数の空冷フィン４１，４１，…を有し、ペルチェ熱電素子３で放熱した熱を空気による熱伝導を使って発生した熱を空気中へ拡散する放熱板として機能する。
【００２９】
また、空冷ヒートシンク４のペルチェ熱電素子３と反対側の面には、空冷ヒートシンク４を強制空冷するための放熱用ファン５が設けられている。放熱用ファン５は、空冷ヒートシンク４に風を送ることにより温風を得ることができるようになっている。
【００３０】
次に、上述の構成からなるオゾン水生成装置１００を使用したオゾン水生成方法について説明する。
流入管１１から原料水を水槽１内に流入させて、陽極電極２２面に原料水を連続接触させる。同時に、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間に所定の電圧を印加する。この通電により原料水が電気分解されて、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。
【００３１】
ここで、陽極電極２２側では原料水はわずかな陽極電極２２の凹凸によって流れの方向が複雑に変わり渦流となる。そのため、陽極電極２２側では、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。
このようにしてオゾン水が生成されると、オゾン水は流出管１２へと流出されてオゾン水貯留タンク等に貯留される。
【００３２】
一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が発生し、水素気泡が多数の微細溝２５，２５，…を通って陰極電極２３の外部へと放出される。また、電解時に発生した発熱（ジュール熱）は、ペルチェ熱電素子３に電圧がかけられることで、ペルチェ熱電素子３の吸熱側で吸収される。吸収された熱は放熱側へと移動し、これによって陰極電極２３は空冷される。また、ペルチェ熱電素子３は空冷ヒートシンク４によって空冷されており、放熱ファン５からの風が空冷ヒートシンク４を通過することで熱交換が行われて温風が発生する。発生した温風は、オゾン水洗浄後の手指や器具等の乾燥に利用することができる。
【００３３】
以上、本発明の第一の実施の形態によれば、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aと反対側の面２３bに、ペルチェ熱電素子３を接触させて設けたので、電解時における陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面２３aで発生する熱を、ペルチェ熱電素子３によって吸収することができる。したがって、陰極電極２３を確実に冷却することができる。その結果、従来に比して少ない電力で、効率良くオゾンを発生させて高濃度のオゾン水を得ることができる。
また、陰極電極２３に銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されているので、陰極電極２３の熱伝導性が高く、オゾンの発生効率をより向上させることができる。
陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aに多数の微細溝２５，２５，…が形成されているので、陰極電極２３で発生した水素気泡が微細溝２５，２５，…内を通過して陰極電極２３の外部に放出される。よって、水素気泡によるオゾン発生に与える影響を低減することができる。
また、空冷ヒートシンク４によって、ペルチェ熱電素子３の放熱効果を高めることができ、空冷ヒートシンク４で発生した温風を、オゾン水で洗浄した手指や器具等の乾燥に利用することができ、オゾン水生成装置１００のコンパクト化と省エネルギーを図ることができる。
【００３４】
［第二の実施の形態］
図４は、第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａの概略を模式的に示した
縦断面図、図５は、加熱手段６Ａの平面図である。
第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａは、第一の実施の形態のオゾン水
生成装置１００と異なり、ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側に水槽１に接続された流出管１
２が接続される熱交換チューブ（水路）６１Ａが設けられており、その他は同様の構成の
ため、同様の構成部分については同様の符号を付してその説明を省略する。
すなわち、ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側の基板に、オゾン水を昇温させる加熱手段６Ａとしての熱交換チューブ６１Ａが設けられている。熱交換チューブ６１Ａは、例えば熱伝導性を有する板材の内部に蛇行して配されており、このような板材がペルチェ熱電素子３Ａの放熱側の基板に接触している。そして、熱交換チューブ６１Ａの一端部に流出管１２が接続され、他端部がオゾン水を貯留するタンク等に繋がる配管（図示しない）に接続されている。そのため、流出管１２を介して熱交換チューブ６１Ａ内を流れるオゾン水は、ペルチェ熱電素子３の放熱によって加熱され、この熱交換チューブ６１Ａ内を流れる間に３０℃近くに昇温される。
【００３５】
ここで、初めから３０℃近くの温水を水槽１内に供給した場合、得られるオゾン水のオゾン濃度は２〜３ｐｐｍが上限とされているのに対し、上述の方法で常温２０℃の原料水を電解すると１０ｐｐｍの高濃度のオゾン水を容易に得ることができ、仮に５ｐｐｍの濃度のオゾン水を発生させて、熱交換チューブ６１Ａを通したところ２９℃の温オゾン水を得ることができ、その濃度は４．５ｐｐｍであった。この結果から、高温の原料水を使用する場合に比して、明らかに高濃度の温オゾン水を得ることができることがわかる。
【００３６】
以上、本発明の第二の実施の形態によれば、ペルチェ熱電素子３Ａの放熱側にオゾン水
を通過させる熱交換チューブ６１Ａが設けられているので、熱交換チューブ６１Ａ内にオ
ゾン水を通過させることによりペルチェ熱電素子３Ａの放熱によりオゾン水が昇温する。
これによって医療用などにオゾン水を使用する場合に適温（例えば、約３０℃）でオゾン
水洗浄を行うことができる。このように陰極電極２３を冷却して、高濃度のオゾン水を生
成しておき、その後昇温させることで高濃度を維持した温オゾン水で洗浄することができ
る。そのため、陽極電極２２面に接触させる原料水を始めから高温にしておく必要もない
ことから、オゾン発生効率の低下を招くこともない。さらに、オゾン水を昇温させる手段
の熱源としてペルチェ熱電素子３Ａの放熱を利用することにより、加熱熱源として新たに
ヒータ等を用いることなく、オゾン水生成装置１００Ａの小型化及び省エネルギーに繋が
りコスト削減を図ることができる。
また、上記第二の実施の形態において、第一の実施の形態と同様の構成部分については
同様の効果を得ることができるのでその説明を省略する。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で適宜変更可能である。
例えば、水槽１内に、オゾン水のオゾン濃度を検出する濃度検出センサ（図示しない）
を設け、検出したオゾン濃度に基づいて電源装置が触媒電極３への通電を制御するように
構成しても良い。具体的に、濃度検出センサは、検出電極と電位測定の基準となる比較電
極、これら検出電極及び比較電極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
構成し、検出電極及び比較電極の先端部（他方の端部）を水槽１内の溶液中に浸し、検出
電極のオゾン濃度変化による検出電極と比較電極との電位差を検出して濃度を測定するも
のとする。
検出電極としては、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が陽極電極２２及び陰極電極２３間の電圧を制御する。
【００３８】
また、図示しないが水槽１内にポンプで駆動するインペラ等を設けても良い。この場合、水槽１内に旋回水流が発生するため、陽極電極２２面に原料水を確実に接触させて陽極電極２２から発生したオゾンの溶解度を上げることができる。
さらに、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１との接触面２３aに形成した微細溝２５，
２５，…は、上述した構造に限らず適宜変更可能である。また、水槽１の形状や流入管１
１、流出管１２等の位置も適宜変更可能である。
【００３９】
次に、本発明のオゾン水生成装置１００による効果について実施例を挙げて説明する。
［実施例］
図１に示すオゾン水生成装置１００において、陽イオン交換膜２１としてデュポン製ナ
フイオン（登録商標）膜、陽極電極２２には５５メッシュの白金網、陰極電極２３には厚
さ１ｍｍの銀板の表面を塩化銀で被覆した触媒金属２を使用した。このような触媒電極２
の面積は約１６平方センチメートルであり、陰極電極２３の外側に４センチメートル角の
ペルチェ熱電素子３を熱伝導ペーストを塗って接触させ、ペルチェ熱電素子３の外側にア
ルミニウム製の空冷ヒートシンク４を接続し、放熱ファン５により送風放熱したものを準
備した。
そして、流入管１１の原料水入口から水温２５℃の水道水を１Ｌ／分の流量で供給し、
まず、ペルチェ熱電素子３に通電せずに陽極電極２２と陰極電極２３との間に１２Ｖの直
流を加えたところ、７Ａの電流が流れた。運転当初のオゾン水濃度は約３ｐｐｍであった
が、運転後５分でオゾン水濃度が２ｐｐｍに下がり、その濃度で推移した。
そこで、ペルチェ熱電素子３に１２Ｖの直流を印加したところ約５Ａの電流が流れ、同
時にオゾン水濃度が徐々に上昇し始め、約３０秒後には３．５ｐｐｍを示し、その濃度で
連続運転することができた。
一方、比較として、上述したオゾン水濃度が２ｐｐｍに下がった状態から、流入管１１
の原料水入口にペルチェ熱電素子（図示しない）を配置し、ペルチェ熱電素子で冷却した
ところ、水温が約１．５℃下がったが、オゾン水濃度は２ｐｐｍよりわずか０．１ないし
０．２ｐｐｍ上昇したが、顕著な濃度上昇は認められず、わずかな変化を繰り返すのみで
あった。
【００４０】
以上の実施例から明らかなように、陰極電極２３をペルチェ熱電素子３により冷却することでオゾンの発生に顕著に影響することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００の概略を模式的に示した縦断面図である。
【図２】図１に示した陽イオン交換膜２１、陰極電極２３及びペルチェ熱電素子３の要部拡大図である。
【図３】陰極電極２３の平面図である。
【図４】第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａの概略を模式的に示した縦断面図である。
【図５】加熱手段６Ａの平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
２ 触媒電極
３ ペルチェ熱電素子
４ ヒートシンク
２１ 陽イオン交換膜
２２ 陽極電極
２３ 陰極電極
２３a 接触面
２３b 反対側の面
２５ 微細溝（微細通路）
６１Ａ 熱交換チューブ（水路）
１００，１００Ａ オゾン水生成装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に、ペルチェ熱電素子を接触させて設けたことを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
前記陰極電極に、銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されてい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】
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面に、前記接触面から陰極電極の内部を介して前記陰極電極の外部に連通する微細通路が形成さ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】
前記ペルチェ熱電素子の放熱側に、前記陽極電極側から発生したオゾン水を通過させる水路が設けられている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】
前記ペルチェ熱電素子の放熱側に、ヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置。
【請求項６】
陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成方法において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に接触するようにペルチェ熱電素子を設け、前記ペルチェ熱電素子によって電解時に発生する熱を吸収させることを特徴とするオゾン水生成方法。
【請求項１】
陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成装置において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に、ペルチェ熱電素子を接触させて設けたことを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
前記陰極電極に、銀又は銀化合物によって被覆された銀が使用されてい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】
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面に、前記接触面から陰極電極の内部を介して前記陰極電極の外部に連通する微細通路が形成さ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】
前記ペルチェ熱電素子の放熱側に、前記陽極電極側から発生したオゾン水を通過させる水路が設けられている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】
前記ペルチェ熱電素子の放熱側に、ヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン水生成装置。
【請求項６】
陽イオン交換膜の一方の面に陽極電極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極が設けられ、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加し、前記陽極電極に原料水を接触させることによりオゾン水を生成するオゾン水生成方法において、
前記陰極電極の前記陽イオン交換膜との接触面と反対側の面に接触するようにペルチェ熱電素子を設け、前記ペルチェ熱電素子によって電解時に発生する熱を吸収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２００７−１６７７３１（Ｐ２００７−１６７７３１Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３６６３７９（Ｐ２００５−３６６３７９）
【出願日】平成１７年１２月２０日（２００５．１２．２０）
【出願人】（０００２２６１５０）日科ミクロン株式会社 (29)
【出願人】（５０４４３８０２６）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２０日（２００５．１２．２０）
【出願人】（０００２２６１５０）日科ミクロン株式会社 (29)
【出願人】（５０４４３８０２６）
【Ｆターム（参考）】
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