オゾン水生成装置
【課題】陰極電極の触媒作用が減殺されることなく、通電後、すぐに正常値の運転が開始することのできるオゾン水生成装置を提供する。
【解決手段】オゾン水生成装置１００は、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を圧接してなる平板状の触媒電極２を備え、陰極電極２３の外側をカバー３で覆うことにより陽イオン交換膜２１とカバー３との間に陰極室３１が形成されている。また、陰極室３１の上方に設けられた陰極水槽４と、陰極水槽４と陰極室３１とを連結する細管５とを備えており、非通電時に、陰極水槽４から細管５を介して陰極室３１を水で充満させるとともに、通電時に、陰極水槽４から発生する水素の圧力により陰極室３１中の水を細管５を介して逆流させて陰極水槽４中に押し戻す。
【解決手段】オゾン水生成装置１００は、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を圧接してなる平板状の触媒電極２を備え、陰極電極２３の外側をカバー３で覆うことにより陽イオン交換膜２１とカバー３との間に陰極室３１が形成されている。また、陰極室３１の上方に設けられた陰極水槽４と、陰極水槽４と陰極室３１とを連結する細管５とを備えており、非通電時に、陰極水槽４から細管５を介して陰極室３１を水で充満させるとともに、通電時に、陰極水槽４から発生する水素の圧力により陰極室３１中の水を細管５を介して逆流させて陰極水槽４中に押し戻す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解してオゾン水を生成するオゾン水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン水の酸化力を利用した殺菌、脱臭は多くの分野で実用化されており、さらに細胞の活性化などの面でも、皮膚の清浄化と活性化などの仕組みが解明され、火傷の治療から美容用まで人体に役立つ研究が年々発表されている。そして、これらの作用が顕著に認められるのは、オゾン水濃度が１〜５ｐｐｍの範囲で最も広く検証されている。
このようなオゾン水を生成する装置としては、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を利用したものが実用されている（例えば、特許文献１参照）。
【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、上記直接電解法による装置は、大型で高価であり、より小型で安価な装置が要求されている。
また、直接電解法は、陰極電極が水に浸されているため、電解時に陰極電極が水によって浸されていると、陰極電極で発生した水素が水中で強力な還元作用をもつ水素イオン化し、陰極の銀を被覆している塩化銀などの触媒を還元して銀と塩素に分離する結果、陰極電極の触媒作用が減殺されることが判明している。
また、この対策として、陰極電極及び陽イオン交換膜を乾燥した状態で通電を始めると、正常に運転している時に比べ数分の一の電流しか流れず、数十秒経過してやっと電流値が上昇を始め、数分後に正常値の運転が行われる現象が観察されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、陰極電極の触媒作用が減殺されることなく、通電後、すぐに正常値の運転が開始することのできるオゾン水生成装置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】
【０００４】
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、
前記触媒電極が平板状であり、
前記陰極電極の外側をカバー３で覆うことにより前記陽イオン交換膜と前記カバーとの間に陰極室３１が形成され、
前記陰極室の上方に設けられた陰極水槽４と、前記陰極水槽と前記陰極室とを連結する細管５とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記陰極室を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記陰極室中の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とする。
【０００５】
請求項１の発明によれば、非通電時に陰極水槽から細管を介して陰極室を水で充満させるので、陰極室内に配された陰極電極に水が進入し、さらに陽イオン交換膜へと水が進入する。これによって陰極電極と陽イオン交換膜との接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。また、通電時には陰極電極から発生する水素の圧力により陰極室中の水を細管を介して逆流させて陰極水槽に押し戻すので、水素が陰極水槽へと連続して放出される結果、陰極電極には水素が接触するため、陰極電極への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【０００６】
請求項２の発明は、例えば、図２、図３に示すように、陽イオン交換膜２１Ａの一方の面に陽極電極２２Ａを圧接させ、他方の面に陰極電極２３Ａを圧接してなる触媒電極２Ａ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１００Ａにおいて、
前記触媒電極は、内側から順に筒状に陰極電極、陽イオン交換膜及び陽極電極が巻き付けられてなり、
前記陰極電極の上方に設けられた陰極水槽４Ａと、前記陰極水槽と前記陰極電極の筒状内部３１Ａとを連結する細管５Ａとを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記筒状内部を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記筒状内部の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明によれば、非通電時に陰極水槽から細管を介して陰極電極の筒状内部を水で充満させるので、筒状内部から陰極電極へと水が進入し、さらに陽イオン交換膜へと水が進入する。これによって陰極電極と陽イオン交換膜との接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。また、通電時には陰極電極から発生する水素の圧力により筒状内部の水を細管を介して逆流させて陰極水槽へ押し戻すので、水素が陰極水槽へと連続して放出される結果、陰極電極には水素が接触するため、陰極電極への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【０００８】
請求項３の発明は、例えば、図２、図３に示すように、請求項２に記載のオゾン水生成装置において、
前記陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は、前記細管が前記筒状内部に連通可能となるように閉塞されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明によれば、陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は細管が筒状内部に連通可能となるように閉塞されているので、通電時に陰極電極から発生した水素が陰極電極の下端部や上端部を介して排出されることがなく、細管を介して陰極水槽へと確実に押し戻される。よって、水素気泡によるオゾン発生の影響を低減することができ、オゾン発生効率の向上につながる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非通電時に陰極電極と陽イオン交換膜との接触面を濡れた状態に維持することができるので、通電した際にすぐに正常値の運転が開始され、また、通電時には、陰極電極から発生する水素気泡により水が陰極水槽へと逆流され、陰極電極には水素が接触するため、陰極電極への水中での還元作用を抑制でき、良好な陰極電極の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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１００〜２５０ミクロンが好ましい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
一方、陰極電極２３は、薄い銀製金網の表面を塩化銀被覆を施したものを使用することが好ましい。
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、それぞれ平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。
【００１８】
上述のように構成された触媒電極２の陰極電極２３の外面に密着するとともに外面を覆うようにカバー３が取り付けられている。カバー３は、陽イオン交換膜２１の陰極電極２３との接触面に当接して設けられ、この接触面とカバー３との間の空間が陰極室３１とされている。
陰極室３１の上方には、陰極室３１に水を供給する陰極水槽４が設けられ、陰極水槽４の底部にはカバー３の上端部に連結されて陰極室３１内に水を供給する細管５が設けられている。
細管５は、いわゆるキャピラリーと称するもので、非通電時には、陰極水槽４から水を供給して陰極室３１に充満させるとともに、通電時に陰極電極２３から発生する水素の圧力により陰極室３１中の水を逆流させて陰極水槽４中に押し戻すようになっている。
【００１９】
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。
非通電時には、陰極水槽４に連結された細管５の毛管現象により水が重力によって細管５を通り、陰極室３１に流入し、陰極室３１内が水で充満される。これによって、陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面が水で濡らされて、この状態が維持される。
【００２０】
そして、この非通電時の状態で、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と同時に、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と、細管５から供給された水により陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面が水で濡れているので、すぐに電流が流れて定格運転が開始される。そして、通電と同時に水槽１内の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側には水素気泡が激しく発生する。
【００２１】
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。
【００２２】
一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が激しく発生し、陰極室３１が水素気泡で充満され、その結果、陰極室３１内の水が細管５を通して水素の圧力で陰極水槽４に逆流し、その後運転中は水素が陰極室３１に連続して放出される。
【００２３】
以上、本発明の第一の実施の形態によれば、陰極電極２３の外側をカバー３で覆うことにより陰極室３１を形成し、陰極室３１の上方に設けられた陰極水槽４と、この陰極水槽４と陰極室３１とを連結する細管５とを備え、非通電時に陰極水槽４から細管５を介して陰極室４を水で充満させるので、陰極室４内に配された陰極電極２３に水が進入し、さらに陽イオン交換膜２１へと水が進入する。これによって陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。
また、通電時には陰極電極２３から発生する水素の圧力により陰極室３１中の水を細管５を介して逆流させて陰極水槽４に押し戻すので、水素が陰極水槽４へと連続して放出される結果、陰極電極２３には水素が接触するため、陰極電極２３への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極２３の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【００２４】
［第二の実施の形態］
図２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斜視図、図３は、図２における切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
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、触媒電極２Ａが円筒状をなしており、触媒電極２Ａの陰極電極２３Ａも水槽１Ａ内に浸されている。
水槽１Ａは上端が開口した円筒状をなしており、水槽１Ａ内に原料水を流入するための図示しない流入管や、水槽１Ａ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図示しない流出管が設けられている。
流入管は、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、流出管は、水槽１Ａ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１Ａ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１Ａ内には、流入管によって原料水が流入されており、後述する攪拌装置によって旋回水流が発生している。
水槽１Ａ内には、その中心部に円筒状の触媒電極２Ａが配設されている。
【００２５】
触媒電極２Ａは、内側から順に円筒状に重ねて巻き付けられた陰極電極２３Ａと、陽イオン交換膜２１Ａと、陽極電極２２Ａとを備えている。すなわち、円筒状に陰極電極２３Ａが巻かれて、この陰極電極２３Ａ上に円筒状に陽イオン交換膜２１Ａが巻き付けられ、さらに陽イオン交換膜２１Ａ上に円筒状に陽極電極２２Ａが巻き付けられている。
陰極電極２３Ａの下端部は閉塞されており、上端部には後述の細管５Ａが陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａに連通可能となるように閉塞されている。すなわち、陰極電極２３Ａの上端部には、細管５Ａが連通する孔部（図示しない）を有する上蓋２５Ａによって閉塞されている。したがって、水槽１Ａ内に配設された触媒電極２Ａは、原料水の大部分が最外周に位置する陽極電極２２Ａ面に接触するようになっており、陰極電極２３Ａは原料水に接触しないようになっている。
【００２６】
触媒電極２Ａの水槽１Ａ内への固定方法としては、例えば、水槽１Ａの内壁面から陽極電極２２Ａ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しても良い。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の底面に触媒電極２Ａを直接固定しても良く、特に限定しない。
また、陽極電極２２Ａと陰極電極２３Ａとの間には、電源装置の出力端２４Ａ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２２Ａ及び陰極電極２３Ａは、各電極２２Ａ，２３Ａ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、９〜１５ボルト（Ｖ）が好ましい。
なお、陽イオン交換膜２１Ａ、陽極電極２２Ａ及び陰極電極２３Ａの材料等は第一の実施の形態と同様のため、その説明を省略する。
【００２７】
また、この水槽１Ａの上方には陰極水槽４Ａが設けられ、陰極水槽４Ａの底部には上蓋２５Ａに連結されて陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａに水を供給する細管５Ａが設けられている。そして、非通電時に、陰極水槽４Ａから水を供給して筒状内部３１Ａに充満させるとともに、通電時に陰極電極２３Ａから発生する水素の圧力により筒状内部３１Ａの水を逆流させて陰極水槽４Ａ中に押し戻すようになっている。
【００２８】
また、水槽１Ａの内側底面にはマグネットスターラ６Ａ等の回転子が設けられ、水槽１Ａの外側底面にマグネットスターラ６Ａを磁力で攪拌する攪拌装置（図示しない）が設けられている。このマグネットスターラ６Ａを磁力で攪拌させることにより、水槽１Ａ内に旋回水流を発生させて触媒電極２Ａの陽極電極２２Ａに原料水を連続接触させることができる。このように攪拌装置はマグネットにより攪拌する非接触式の装置であるので、水槽１Ａ内の底部に貫通穴を設けて直接、マグネットスターラを回転させて旋回水流を発生させる接触式の装置に比べて、貫通穴付近にパッキン処理をする必要もなく、パッキンによるオゾン水の劣化が生じることもない。その他の旋回水流を発生させる手段としては、ポンプで駆動するインペラを使用することができる。
【００２９】
次に、上述の構成からなるオゾン水生成装置１００Ａを使用したオゾン水生成方法について説明する。
非通電時には、陰極水槽４Ａに連結された細管５Ａの毛管現象により水は重力によって細管５Ａを通り、陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａに流入し、筒状内部３１Ａが水で充満される。これによって、陰極電極２３Ａと陽イオン交換膜２１Ａとの接触面が水で濡らされて、この状態が維持される。
【００３０】
そして、この非通電時の状態で、水槽１Ａ内に流入管によって原料水を満たし、攪拌装置を駆動させることによってマグネットスターラ６Ａを回転させて水槽１Ａ内に一定速度の旋回水流を発生させておく。次いで、電源装置を駆動させることによって陽極電極２２Ａ及び陰極電極２３Ａ間に所定の電圧を印加すると、細管５Ａから供給された水により陰極電極２３Ａと陽イオン交換膜２１Ａとの接触面が水で濡れているので、すぐに電流が流れて定格運転が開始される。そして、通電と同時に水槽１Ａ内の原料水が電気分解されて、陽極電極２２Ａ側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極２３Ａ側には水素気泡が激しく発生する。
【００３１】
ここで、陽極電極２２Ａ側では原料水はわずかな陽極電極２２Ａ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２２Ａ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２２Ａと陽イオン交換膜２１Ａとの間（正確には陽極電極２２Ａと陰極電極２３Ａ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２３Ａ側においては、水素気泡が激しく発生し、陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａが水素気泡で充満され、その結果、筒状内部３１Ａの水が細管５Ａを通して水素の圧力で陰極水槽４Ａに逆流し、その後運転中は水素が筒状内部３１Ａに連続して放出される。
【００３３】
以上、本発明の第二の実施の形態によれば、内側から順に陰極電極２３Ａ、陽イオン交換膜２１Ａ及び陽極電極２２Ａを円筒状となるように巻き付けて触媒電極２Ａを構成し、陰極電極２３Ａの上方に設けられた陰極水槽４Ａと、陰極水槽４Ａと陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａとを連結する細管５Ａとを備え、非通電時に陰極水槽４Ａから細管５Ａを介して陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａを水で充満させるので、筒状内部３１Ａから陰極電極２３Ａへと水が進入し、さらに陽イオン交換膜２１Ａへと水が進入する。これによって陰極電極２３Ａと陽イオン交換膜３１Ａとの接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。
また、通電時には陰極電極２３Ａから発生する水素の圧力により筒状内部３１Ａの水を細管４Ａを介して逆流させて陰極水槽４Ａへ押し戻すので、水素が陰極水槽４Ａへと連続して放出される結果、陰極電極２３Ａには水素が接触するため、陰極電極２３Ａへの水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極２３Ａの触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
さらに、陰極電極２３Ａの下端部が閉塞され、上端部が、細管５Ａを筒状内部３１Ａに連通させる連通孔を有する上蓋２５Ａによって閉塞されているので、通電時に陰極電極２３Ａから発生した水素が陰極電極２３Ａの下端部や上端部を介して排出されることがなく、細管５Ａを介して陰極水槽４Ａへと確実に押し戻される。よって、水素気泡によるオゾン発生の影響を低減することができ、オゾン発生効率の向上につながる。
【００３４】
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１，１Ａ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２，２Ａ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２２Ａ及び陰極電極２３Ａ間の電圧を制御する。
また、第二の実施の形態において、触媒電極２Ａの形状は円筒状としたが、内側から純に陰極電極２３Ａ、陽イオン交換膜２１Ａ、陽極電極２２Ａが巻き付けられる構造であれば、四角筒状としても良く適宜変更可能である。
【００３５】
次に、本発明の第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００及び第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａによる効果について実施例を挙げて説明する。
［第一の実施の形態における実施例］
図１に示す触媒電極２が高さ１００ｍｍ、幅３０ｍｍの約３０平方センチメートルのものを製作し、陽極電極２２には白金を２ミクロン被覆したチタン製グレーチングを使用し、陽イオン交換膜２１にはデュポン社製のナフイオン（登録商標）４２４を使用し、陰極電極２３には銀製金網の表面を塩化銀被覆したものを使用した。そして、約３００ｃｃの陰極水槽４を設け、陰極室３１と陰極水槽４とを直径２ｍｍのシリコンチューブ（細管５）で連結した。
そして、水槽１内に約３Ｌ／分の水を供給し、陽極電極２２と陰極電極２３との間に１２Ｖの直流電圧を印加したところ、約１２Ａの電流が流れ、３．５ｐｐｍのオゾン水が生成された。
その際に、陰極水槽４に３００ｃｃの水を入れていたが、通電前にはそのうち約７０ｃｃが下方に移動したが通電とともに水が水素気泡に押されて逆流し、陰極水槽４の元の水位に戻り、その後連続して水素気泡が噴出した。この状態で運転したところ、約２００時間を経ても、電流値、電圧、オゾン水濃度が安定し、陰極電極２３の還元による劣化は見られなかった。
【００３６】
一方、比較として陰極電極を約５００ｃｃの陰極水槽に浸して、上記と同様に運転したところ、陰極水槽から水素気泡の噴出が見られ、約２０時間で電流は９Ａまで減少し、オゾン水濃度も１．５ｐｐｍまで下がった。このような陰極電極を分解したところ、陰極電極を被覆していた塩化銀槽がところどころ銀色化していた。この原因は、水中における水素イオン還元によるものと推定された。
さらに他の比較として、陰極電極を空気に露出して運転したところ、陽イオン交換膜が乾燥し、陽極電極に通水の上、通電した際、正規の１／４の４Ａしか流れず、オゾン水濃度も１ｐｐｍと低く、約２分後に８Ａ、２ｐｐｍと上昇したが、正規の１２Ａ、３．５ｐｐｍに達するには約１０分の立ち上がり運転時間を要し、本発明との性能面での差が確認された。
【００３７】
［第二の実施の形態における実施例］
図２及び図３に示すように、陰極電極２３Ａを銀製金網に塩化銀を被覆し直径６ｍｍの円筒状に巻いたものを使用し、さらにその上に陽イオン交換膜２１Ａとしてデュポン社製ナフイオン（登録商標）を巻き、さらにその上に８０メッシュの白金網製の陽極電極２２Ａを巻き付け圧接してなる触媒電極２Ａを製作した。このような触媒電極２Ａは約１０平方センチメートルであり、この触媒電極２Ａを円筒形の水槽１Ａ内に配置し、水槽１Ａ内に原料水を供給して陽極電極２２Ａと陰極電極２３Ａとの間に１２Ｖの直流電圧を印加したところ、約４Ａの電流が流れ、流出管付近では流量約１Ｌ／分の状態でオゾン水濃度が約２ｐｐｍまで上がった。しかし、連続して運転したところ、約５０時間くらいから電流値も２．５Ａ、オゾン水濃度も約半分に低下した。このような陰極電極２３Ａを分解したところ、塩化銀の損耗が見られた。
そこで、陰極電極２３Ａの下端部を下蓋で塞ぎ、上端部を上蓋２５Ａで塞いで、陰極水槽４Ａに細管５Ａで連結し、非通電時に陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａを水で満たし、通電時に陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａを水素で充満させ、水を陰極水槽４Ａへと逆流させる構造としたところ、１００時間、さらに２００時間の連続運転をしても電流値、オゾン水濃度ともに安定し、本発明の効果が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】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斜視図である。
【図３】図２における切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ 水槽
２ 触媒電極
３ カバー
４，４Ａ 陰極水槽
５，５Ａ 細管
２１，２１Ａ 陽イオン交換膜
２２，２２Ａ 陽極電極
２３，２３Ａ 陰極電極
３１ 陰極室
３１Ａ 筒状内部
１００，１００Ａ オゾン水生成装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を電気分解してオゾン水を生成するオゾン水生成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン水の酸化力を利用した殺菌、脱臭は多くの分野で実用化されており、さらに細胞の活性化などの面でも、皮膚の清浄化と活性化などの仕組みが解明され、火傷の治療から美容用まで人体に役立つ研究が年々発表されている。そして、これらの作用が顕著に認められるのは、オゾン水濃度が１〜５ｐｐｍの範囲で最も広く検証されている。
このようなオゾン水を生成する装置としては、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を利用したものが実用されている（例えば、特許文献１参照）。
【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、上記直接電解法による装置は、大型で高価であり、より小型で安価な装置が要求されている。
また、直接電解法は、陰極電極が水に浸されているため、電解時に陰極電極が水によって浸されていると、陰極電極で発生した水素が水中で強力な還元作用をもつ水素イオン化し、陰極の銀を被覆している塩化銀などの触媒を還元して銀と塩素に分離する結果、陰極電極の触媒作用が減殺されることが判明している。
また、この対策として、陰極電極及び陽イオン交換膜を乾燥した状態で通電を始めると、正常に運転している時に比べ数分の一の電流しか流れず、数十秒経過してやっと電流値が上昇を始め、数分後に正常値の運転が行われる現象が観察されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、陰極電極の触媒作用が減殺されることなく、通電後、すぐに正常値の運転が開始することのできるオゾン水生成装置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】
【０００４】
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、
前記触媒電極が平板状であり、
前記陰極電極の外側をカバー３で覆うことにより前記陽イオン交換膜と前記カバーとの間に陰極室３１が形成され、
前記陰極室の上方に設けられた陰極水槽４と、前記陰極水槽と前記陰極室とを連結する細管５とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記陰極室を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記陰極室中の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とする。
【０００５】
請求項１の発明によれば、非通電時に陰極水槽から細管を介して陰極室を水で充満させるので、陰極室内に配された陰極電極に水が進入し、さらに陽イオン交換膜へと水が進入する。これによって陰極電極と陽イオン交換膜との接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。また、通電時には陰極電極から発生する水素の圧力により陰極室中の水を細管を介して逆流させて陰極水槽に押し戻すので、水素が陰極水槽へと連続して放出される結果、陰極電極には水素が接触するため、陰極電極への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【０００６】
請求項２の発明は、例えば、図２、図３に示すように、陽イオン交換膜２１Ａの一方の面に陽極電極２２Ａを圧接させ、他方の面に陰極電極２３Ａを圧接してなる触媒電極２Ａ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１００Ａにおいて、
前記触媒電極は、内側から順に筒状に陰極電極、陽イオン交換膜及び陽極電極が巻き付けられてなり、
前記陰極電極の上方に設けられた陰極水槽４Ａと、前記陰極水槽と前記陰極電極の筒状内部３１Ａとを連結する細管５Ａとを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記筒状内部を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記筒状内部の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明によれば、非通電時に陰極水槽から細管を介して陰極電極の筒状内部を水で充満させるので、筒状内部から陰極電極へと水が進入し、さらに陽イオン交換膜へと水が進入する。これによって陰極電極と陽イオン交換膜との接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。また、通電時には陰極電極から発生する水素の圧力により筒状内部の水を細管を介して逆流させて陰極水槽へ押し戻すので、水素が陰極水槽へと連続して放出される結果、陰極電極には水素が接触するため、陰極電極への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【０００８】
請求項３の発明は、例えば、図２、図３に示すように、請求項２に記載のオゾン水生成装置において、
前記陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は、前記細管が前記筒状内部に連通可能となるように閉塞されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明によれば、陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は細管が筒状内部に連通可能となるように閉塞されているので、通電時に陰極電極から発生した水素が陰極電極の下端部や上端部を介して排出されることがなく、細管を介して陰極水槽へと確実に押し戻される。よって、水素気泡によるオゾン発生の影響を低減することができ、オゾン発生効率の向上につながる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、非通電時に陰極電極と陽イオン交換膜との接触面を濡れた状態に維持することができるので、通電した際にすぐに正常値の運転が開始され、また、通電時には、陰極電極から発生する水素気泡により水が陰極水槽へと逆流され、陰極電極には水素が接触するため、陰極電極への水中での還元作用を抑制でき、良好な陰極電極の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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１００〜２５０ミクロンが好ましい。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
一方、陰極電極２３は、薄い銀製金網の表面を塩化銀被覆を施したものを使用することが好ましい。
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、それぞれ平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。
【００１８】
上述のように構成された触媒電極２の陰極電極２３の外面に密着するとともに外面を覆うようにカバー３が取り付けられている。カバー３は、陽イオン交換膜２１の陰極電極２３との接触面に当接して設けられ、この接触面とカバー３との間の空間が陰極室３１とされている。
陰極室３１の上方には、陰極室３１に水を供給する陰極水槽４が設けられ、陰極水槽４の底部にはカバー３の上端部に連結されて陰極室３１内に水を供給する細管５が設けられている。
細管５は、いわゆるキャピラリーと称するもので、非通電時には、陰極水槽４から水を供給して陰極室３１に充満させるとともに、通電時に陰極電極２３から発生する水素の圧力により陰極室３１中の水を逆流させて陰極水槽４中に押し戻すようになっている。
【００１９】
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。
非通電時には、陰極水槽４に連結された細管５の毛管現象により水が重力によって細管５を通り、陰極室３１に流入し、陰極室３１内が水で充満される。これによって、陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面が水で濡らされて、この状態が維持される。
【００２０】
そして、この非通電時の状態で、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と同時に、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と、細管５から供給された水により陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面が水で濡れているので、すぐに電流が流れて定格運転が開始される。そして、通電と同時に水槽１内の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側には水素気泡が激しく発生する。
【００２１】
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。
【００２２】
一方、陰極電極２３側においては、水素気泡が激しく発生し、陰極室３１が水素気泡で充満され、その結果、陰極室３１内の水が細管５を通して水素の圧力で陰極水槽４に逆流し、その後運転中は水素が陰極室３１に連続して放出される。
【００２３】
以上、本発明の第一の実施の形態によれば、陰極電極２３の外側をカバー３で覆うことにより陰極室３１を形成し、陰極室３１の上方に設けられた陰極水槽４と、この陰極水槽４と陰極室３１とを連結する細管５とを備え、非通電時に陰極水槽４から細管５を介して陰極室４を水で充満させるので、陰極室４内に配された陰極電極２３に水が進入し、さらに陽イオン交換膜２１へと水が進入する。これによって陰極電極２３と陽イオン交換膜２１との接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。
また、通電時には陰極電極２３から発生する水素の圧力により陰極室３１中の水を細管５を介して逆流させて陰極水槽４に押し戻すので、水素が陰極水槽４へと連続して放出される結果、陰極電極２３には水素が接触するため、陰極電極２３への水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極２３の触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
【００２４】
［第二の実施の形態］
図２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斜視図、図３は、図２における切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
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、触媒電極２Ａが円筒状をなしており、触媒電極２Ａの陰極電極２３Ａも水槽１Ａ内に浸されている。
水槽１Ａは上端が開口した円筒状をなしており、水槽１Ａ内に原料水を流入するための図示しない流入管や、水槽１Ａ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図示しない流出管が設けられている。
流入管は、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、流出管は、水槽１Ａ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１Ａ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１Ａ内には、流入管によって原料水が流入されており、後述する攪拌装置によって旋回水流が発生している。
水槽１Ａ内には、その中心部に円筒状の触媒電極２Ａが配設されている。
【００２５】
触媒電極２Ａは、内側から順に円筒状に重ねて巻き付けられた陰極電極２３Ａと、陽イオン交換膜２１Ａと、陽極電極２２Ａとを備えている。すなわち、円筒状に陰極電極２３Ａが巻かれて、この陰極電極２３Ａ上に円筒状に陽イオン交換膜２１Ａが巻き付けられ、さらに陽イオン交換膜２１Ａ上に円筒状に陽極電極２２Ａが巻き付けられている。
陰極電極２３Ａの下端部は閉塞されており、上端部には後述の細管５Ａが陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａに連通可能となるように閉塞されている。すなわち、陰極電極２３Ａの上端部には、細管５Ａが連通する孔部（図示しない）を有する上蓋２５Ａによって閉塞されている。したがって、水槽１Ａ内に配設された触媒電極２Ａは、原料水の大部分が最外周に位置する陽極電極２２Ａ面に接触するようになっており、陰極電極２３Ａは原料水に接触しないようになっている。
【００２６】
触媒電極２Ａの水槽１Ａ内への固定方法としては、例えば、水槽１Ａの内壁面から陽極電極２２Ａ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しても良い。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の底面に触媒電極２Ａを直接固定しても良く、特に限定しない。
また、陽極電極２２Ａと陰極電極２３Ａとの間には、電源装置の出力端２４Ａ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２２Ａ及び陰極電極２３Ａは、各電極２２Ａ，２３Ａ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、９〜１５ボルト（Ｖ）が好ましい。
なお、陽イオン交換膜２１Ａ、陽極電極２２Ａ及び陰極電極２３Ａの材料等は第一の実施の形態と同様のため、その説明を省略する。
【００２７】
また、この水槽１Ａの上方には陰極水槽４Ａが設けられ、陰極水槽４Ａの底部には上蓋２５Ａに連結されて陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａに水を供給する細管５Ａが設けられている。そして、非通電時に、陰極水槽４Ａから水を供給して筒状内部３１Ａに充満させるとともに、通電時に陰極電極２３Ａから発生する水素の圧力により筒状内部３１Ａの水を逆流させて陰極水槽４Ａ中に押し戻すようになっている。
【００２８】
また、水槽１Ａの内側底面にはマグネットスターラ６Ａ等の回転子が設けられ、水槽１Ａの外側底面にマグネットスターラ６Ａを磁力で攪拌する攪拌装置（図示しない）が設けられている。このマグネットスターラ６Ａを磁力で攪拌させることにより、水槽１Ａ内に旋回水流を発生させて触媒電極２Ａの陽極電極２２Ａに原料水を連続接触させることができる。このように攪拌装置はマグネットにより攪拌する非接触式の装置であるので、水槽１Ａ内の底部に貫通穴を設けて直接、マグネットスターラを回転させて旋回水流を発生させる接触式の装置に比べて、貫通穴付近にパッキン処理をする必要もなく、パッキンによるオゾン水の劣化が生じることもない。その他の旋回水流を発生させる手段としては、ポンプで駆動するインペラを使用することができる。
【００２９】
次に、上述の構成からなるオゾン水生成装置１００Ａを使用したオゾン水生成方法について説明する。
非通電時には、陰極水槽４Ａに連結された細管５Ａの毛管現象により水は重力によって細管５Ａを通り、陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａに流入し、筒状内部３１Ａが水で充満される。これによって、陰極電極２３Ａと陽イオン交換膜２１Ａとの接触面が水で濡らされて、この状態が維持される。
【００３０】
そして、この非通電時の状態で、水槽１Ａ内に流入管によって原料水を満たし、攪拌装置を駆動させることによってマグネットスターラ６Ａを回転させて水槽１Ａ内に一定速度の旋回水流を発生させておく。次いで、電源装置を駆動させることによって陽極電極２２Ａ及び陰極電極２３Ａ間に所定の電圧を印加すると、細管５Ａから供給された水により陰極電極２３Ａと陽イオン交換膜２１Ａとの接触面が水で濡れているので、すぐに電流が流れて定格運転が開始される。そして、通電と同時に水槽１Ａ内の原料水が電気分解されて、陽極電極２２Ａ側にはオゾン気泡が発生し、陰極電極２３Ａ側には水素気泡が激しく発生する。
【００３１】
ここで、陽極電極２２Ａ側では原料水はわずかな陽極電極２２Ａ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２２Ａ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２２Ａと陽イオン交換膜２１Ａとの間（正確には陽極電極２２Ａと陰極電極２３Ａ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２３Ａ側においては、水素気泡が激しく発生し、陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａが水素気泡で充満され、その結果、筒状内部３１Ａの水が細管５Ａを通して水素の圧力で陰極水槽４Ａに逆流し、その後運転中は水素が筒状内部３１Ａに連続して放出される。
【００３３】
以上、本発明の第二の実施の形態によれば、内側から順に陰極電極２３Ａ、陽イオン交換膜２１Ａ及び陽極電極２２Ａを円筒状となるように巻き付けて触媒電極２Ａを構成し、陰極電極２３Ａの上方に設けられた陰極水槽４Ａと、陰極水槽４Ａと陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａとを連結する細管５Ａとを備え、非通電時に陰極水槽４Ａから細管５Ａを介して陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａを水で充満させるので、筒状内部３１Ａから陰極電極２３Ａへと水が進入し、さらに陽イオン交換膜２１Ａへと水が進入する。これによって陰極電極２３Ａと陽イオン交換膜３１Ａとの接触面を濡れた状態に維持でき、通電した際に、すぐに電流が流れて正常値の運転を開始することができる。
また、通電時には陰極電極２３Ａから発生する水素の圧力により筒状内部３１Ａの水を細管４Ａを介して逆流させて陰極水槽４Ａへ押し戻すので、水素が陰極水槽４Ａへと連続して放出される結果、陰極電極２３Ａには水素が接触するため、陰極電極２３Ａへの水中での還元作用はほとんど行われず、良好な陰極電極２３Ａの触媒機能を維持でき、安定したオゾン水の発生を継続させることができる。
さらに、陰極電極２３Ａの下端部が閉塞され、上端部が、細管５Ａを筒状内部３１Ａに連通させる連通孔を有する上蓋２５Ａによって閉塞されているので、通電時に陰極電極２３Ａから発生した水素が陰極電極２３Ａの下端部や上端部を介して排出されることがなく、細管５Ａを介して陰極水槽４Ａへと確実に押し戻される。よって、水素気泡によるオゾン発生の影響を低減することができ、オゾン発生効率の向上につながる。
【００３４】
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１，１Ａ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２，２Ａ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２２Ａ及び陰極電極２３Ａ間の電圧を制御する。
また、第二の実施の形態において、触媒電極２Ａの形状は円筒状としたが、内側から純に陰極電極２３Ａ、陽イオン交換膜２１Ａ、陽極電極２２Ａが巻き付けられる構造であれば、四角筒状としても良く適宜変更可能である。
【００３５】
次に、本発明の第一の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００及び第二の実施の形態におけるオゾン水生成装置１００Ａによる効果について実施例を挙げて説明する。
［第一の実施の形態における実施例］
図１に示す触媒電極２が高さ１００ｍｍ、幅３０ｍｍの約３０平方センチメートルのものを製作し、陽極電極２２には白金を２ミクロン被覆したチタン製グレーチングを使用し、陽イオン交換膜２１にはデュポン社製のナフイオン（登録商標）４２４を使用し、陰極電極２３には銀製金網の表面を塩化銀被覆したものを使用した。そして、約３００ｃｃの陰極水槽４を設け、陰極室３１と陰極水槽４とを直径２ｍｍのシリコンチューブ（細管５）で連結した。
そして、水槽１内に約３Ｌ／分の水を供給し、陽極電極２２と陰極電極２３との間に１２Ｖの直流電圧を印加したところ、約１２Ａの電流が流れ、３．５ｐｐｍのオゾン水が生成された。
その際に、陰極水槽４に３００ｃｃの水を入れていたが、通電前にはそのうち約７０ｃｃが下方に移動したが通電とともに水が水素気泡に押されて逆流し、陰極水槽４の元の水位に戻り、その後連続して水素気泡が噴出した。この状態で運転したところ、約２００時間を経ても、電流値、電圧、オゾン水濃度が安定し、陰極電極２３の還元による劣化は見られなかった。
【００３６】
一方、比較として陰極電極を約５００ｃｃの陰極水槽に浸して、上記と同様に運転したところ、陰極水槽から水素気泡の噴出が見られ、約２０時間で電流は９Ａまで減少し、オゾン水濃度も１．５ｐｐｍまで下がった。このような陰極電極を分解したところ、陰極電極を被覆していた塩化銀槽がところどころ銀色化していた。この原因は、水中における水素イオン還元によるものと推定された。
さらに他の比較として、陰極電極を空気に露出して運転したところ、陽イオン交換膜が乾燥し、陽極電極に通水の上、通電した際、正規の１／４の４Ａしか流れず、オゾン水濃度も１ｐｐｍと低く、約２分後に８Ａ、２ｐｐｍと上昇したが、正規の１２Ａ、３．５ｐｐｍに達するには約１０分の立ち上がり運転時間を要し、本発明との性能面での差が確認された。
【００３７】
［第二の実施の形態における実施例］
図２及び図３に示すように、陰極電極２３Ａを銀製金網に塩化銀を被覆し直径６ｍｍの円筒状に巻いたものを使用し、さらにその上に陽イオン交換膜２１Ａとしてデュポン社製ナフイオン（登録商標）を巻き、さらにその上に８０メッシュの白金網製の陽極電極２２Ａを巻き付け圧接してなる触媒電極２Ａを製作した。このような触媒電極２Ａは約１０平方センチメートルであり、この触媒電極２Ａを円筒形の水槽１Ａ内に配置し、水槽１Ａ内に原料水を供給して陽極電極２２Ａと陰極電極２３Ａとの間に１２Ｖの直流電圧を印加したところ、約４Ａの電流が流れ、流出管付近では流量約１Ｌ／分の状態でオゾン水濃度が約２ｐｐｍまで上がった。しかし、連続して運転したところ、約５０時間くらいから電流値も２．５Ａ、オゾン水濃度も約半分に低下した。このような陰極電極２３Ａを分解したところ、塩化銀の損耗が見られた。
そこで、陰極電極２３Ａの下端部を下蓋で塞ぎ、上端部を上蓋２５Ａで塞いで、陰極水槽４Ａに細管５Ａで連結し、非通電時に陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａを水で満たし、通電時に陰極電極２３Ａの筒状内部３１Ａを水素で充満させ、水を陰極水槽４Ａへと逆流させる構造としたところ、１００時間、さらに２００時間の連続運転をしても電流値、オゾン水濃度ともに安定し、本発明の効果が認められた。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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】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斜視図である。
【図３】図２における切断線II−IIに沿って切断した際の矢視断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，１Ａ 水槽
２ 触媒電極
３ カバー
４，４Ａ 陰極水槽
５，５Ａ 細管
２１，２１Ａ 陽イオン交換膜
２２，２２Ａ 陽極電極
２３，２３Ａ 陰極電極
３１ 陰極室
３１Ａ 筒状内部
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、
前記触媒電極が平板状であり、
前記陰極電極の外側をカバーで覆うことにより前記陽イオン交換膜と前記カバーとの間に陰極室が形成され、
前記陰極室の上方に設けられた陰極水槽と、前記陰極水槽と前記陰極室とを連結する細管とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記陰極室を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記陰極室中の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
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、
前記触媒電極は、内側から順に筒状に陰極電極、陽イオン交換膜及び陽極電極が巻き付けられてなり、
前記陰極電極の上方に設けられた陰極水槽と、前記陰極水槽と前記陰極電極の筒状内部とを連結する細管とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記筒状内部を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記筒状内部の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項３】
前記陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は、前記細管が前記筒状内部に連通可能となるように閉塞されていることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水生成装置。
【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、
前記触媒電極が平板状であり、
前記陰極電極の外側をカバーで覆うことにより前記陽イオン交換膜と前記カバーとの間に陰極室が形成され、
前記陰極室の上方に設けられた陰極水槽と、前記陰極水槽と前記陰極室とを連結する細管とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記陰極室を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記陰極室中の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項２】
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、
前記触媒電極は、内側から順に筒状に陰極電極、陽イオン交換膜及び陽極電極が巻き付けられてなり、
前記陰極電極の上方に設けられた陰極水槽と、前記陰極水槽と前記陰極電極の筒状内部とを連結する細管とを備え、
非通電時に、前記陰極水槽から前記細管を介して前記筒状内部を水で充満させるとともに、通電時に、前記陰極電極から発生する水素の圧力により前記筒状内部の水を前記細管を介して逆流させて前記陰極水槽中に押し戻すことを特徴とするオゾン水生成装置。
【請求項３】
前記陰極電極の下端部が閉塞され、上端部は、前記細管が前記筒状内部に連通可能となるように閉塞されていることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１６９７３４（Ｐ２００７−１６９７３４Ａ）
【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２００５−３７０１６０（Ｐ２００５−３７０１６０）
【出願日】平成１７年１２月２２日（２００５．１２．２２）
【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２２日（２００５．１２．２２）
【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）】
[ Back to top ]