オゾン水製造設備及びオゾン水製造方法
【課題】電極への化合物の析出・付着を防止してオゾン水の生成能力の低下を防ぐことができるオゾン水製造設備およびオゾン水製造方法を提供すること。
【解決手段】オゾン水製造設備１００は、原料水中の陽イオンを除去する軟水器１・２と、原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去装置３と、軟水器１・２及び陰イオン除去装置３によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造装置４とを備えている。そして、陰極電極３３への化合物の析出・付着を防止して、オゾン水製造装置４の電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐ。
【解決手段】オゾン水製造設備１００は、原料水中の陽イオンを除去する軟水器１・２と、原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去装置３と、軟水器１・２及び陰イオン除去装置３によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造装置４とを備えている。そして、陰極電極３３への化合物の析出・付着を防止して、オゾン水製造装置４の電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極への化合物の析出・付着を防止してオゾン水の生成能力の低下を防ぐことができるオゾン水製造設備およびオゾン水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オゾンは強力な酸化力を有していることから、殺菌、消毒、脱色、脱臭、酸化分解や酸化処理等、様々な分野で利用されている。そして、オゾンを溶解しているオゾン水は、オゾンガスに比べて安全で利用し易いという理由でその需要が増加している。そのオゾン水を製造するには、水を電気分解する方法が従来からよく知られている（例えば、特開平３−２６７３９０号、特開平８−１３４６７７号、特開平８−１３４６７８号等）。
【０００３】
特開平８−１３４６７７号や特開平８−１３４６７８号には、電気分解に用いる原料水として、水道水或いは天然水、またはこれらを活性炭層に通して塩素を除去した水等を使用して、高濃度オゾン水を製造するオゾン水製造装置が紹介されている。
【０００４】
しかしながら、これらの装置においては、原料水中にＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分やＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−が含有されているため、これらの原料水を使用する場合には、電気分解が行われる電解槽中の陽極側から固体電解質膜を透過して陰極側に原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが移動し、陰極側のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンと結合し、陰極電極や固体電解質膜に不溶性のＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物が析出・付着しやすくなる。特にその傾向は、陽極側がアルカリ性の場合に顕著となる。そして、これらの化合物が陰極電極や固体電解質膜に析出・付着すると電気伝導率が低下し、オゾン水の生成能力が著しく低下することになる。なお、固体電解質膜には、陽イオンを透過させるが陰イオンは透過させない性質を持つ陽イオン交換膜等が使われるため、電気分解が行われる電解槽中の陰極側から固体電解質膜を透過して陽極側に原料水中の陰イオンが移動することはなく、また、陽極側の原料水のｐＨ値は中性であるので陽極側には化合物は析出しない。この様に陰極電極や固体電解質膜に析出・付着した化合物は、塩酸等により溶解することで除去可能であるが、操業を中断しなければならないだけでなく、除去・洗浄作業に長時間を要する。
【０００５】
この問題を解決するために、特許３２６９７８４号には、原料水を、Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交換部に通して原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンを除去し、その原料水を電気分解してオゾン水を製造する装置が記載されている。この様な装置の場合には、原料水に含まれているＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンは前記Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂で除去されているので、陰極電極や固体電解質膜にＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物が析出・付着しにくくなる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２６７３９０号公報
【特許文献２】特開平８−１３４６７７号公報
【特許文献３】特開平８−１３４６７８号公報
【特許文献４】特許３２６９７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
もっとも、この様な装置を使用して原料水を陽イオン交換樹脂に通したとしても、原料水中には、微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが残留してしまうことがある。そして、当該装置の長時間の運転に伴い、残留したＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが陰極側のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンと結合し、陰極電極や固体電解質膜にＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物を析出・付着させてしまう場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は上述の様な状況に着目してなされたものであり、その目的は、原料水から、陽イオン交換樹脂を利用して原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオンを除去する利点を活かしながら、原料水中に微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンを除去することにより、陰極電極や固体電解質膜へのＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物の析出・付着を防止してオゾン水の生成能力の低下を防ぐことができるオゾン水製造設備およびオゾン水製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するための第１の発明に係るオゾン水製造設備は、原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去装置と、原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去装置と、前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された前記原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によると、陰イオン除去装置及び陽イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置内での陽イオン及び陰イオンの化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することで電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【００１１】
また、第２の発明に係るオゾン水製造設備は、第１の発明において、前記オゾン水製造装置は、固体電解質膜と前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と前記陰極側流路内に設けられた陰極電極とを有し、前記陰極側流路内に前記原料水を送給する陰極側送給経路に、前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置が設けられており、前記陽極側流路内に前記原料水を送給する陽極側送給経路に、前記陽イオン除去装置が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
一般に、固体電解質膜には、陽イオンを透過させるが陰イオンは透過させない性質を持つ陽イオン交換膜等が使われるため、電気分解が行われる陰極側流路の陰極側から固体電解質膜を透過して陽極側流路内の陽極電極に原料水中の陰イオンが移動することはなく、また、陽極側流路の原料水のｐＨ値はアルカリ性を示さないため陽極側には化合物は析出しない。また、電気分解が行われる陽極側流路の陽極側から固体電解質膜を透過して陰極側流路内の陰極電極に原料水中の陰イオンが移動することはない。一方で、固体電解質膜は、陽イオンを透過させるため、電気分解が行われる陽極側流路の陽極側から固体電解質膜を透過して陰極側流路内の陰極電極に原料水中の陽イオンが移動し、陰極側に化合物が析出・付着する。とすれば、陰イオンに関しては、陰極側流路内に送給される原料水中の陰イオンのみを除去すれば、陰極側に化合物が析出・付着するのを防ぐことができる。
【００１３】
そこで、本発明の構成によると、オゾン水製造設備において、陰極側流路内に原料水を送給する陰極側送給経路に、陽イオン除去装置及び陰イオン除去装置が設けられており、陽極側流路内に原料水を送給する陽極側送給経路に、陽イオン除去装置が設けられているため、陰イオンの除去が、陰極側流路内に供給される原料水についてのみ行われる。このため、陽極側流路に供給される原料水には、陰イオンの除去を行わないので陰イオン除去装置をコンパクトにすることができる。また、陰イオン除去装置を通す原水量を陰極側流路内での電気分解に必要な量に制限できるため、陰イオン除去装置の寿命を長持ちさせることができる。
【００１４】
また、第３の発明に係るオゾン水製造設備は、第１又は第２の発明において、前記陽イオン除去装置は、原料水中の陽イオンをイオン交換する陽イオン交換樹脂を有し、前記陰イオン除去装置は、原料水中の陰イオンをイオン交換する陰イオン交換樹脂を有することを特徴とするものである。
【００１５】
原料水中のイオン化物が減少すると、原料水の電気伝導率が下がり電気分解性能が低下する場合がある。そこで、本構成によると、陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）と陽イオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)に吸着除去されるＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオン（陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン）とが交換されることになる。このため、原料水中の陽イオン（陰イオン）を吸着除去したとしても、代わりに陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）が原料水中に含まれるため、原料水中のイオン化物の減少を防ぐことができ、電気伝導率の低下を防ぐことができる。
【００１６】
また、第４の発明に係るオゾン水製造設備は、第３の発明において、前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂により、原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンとＮａ＋とをイオン交換し、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂により、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンとＣｌ−とをイオン交換して、原料水中のイオン物質を維持して電気伝導率の低下を防ぐことができる。また、イオン交換されて排出されるイオンが、それぞれ化合物化しにくく昜水溶性のＮａ＋とＣｌ−であるため化合物が陰極電極や電解質膜に析出・付着しにくくすることができる。
【００１８】
また、第５の発明に係るオゾン水製造設備は、第４の発明において、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液を貯留する塩化ナトリウム水溶液タンクと、前記塩化ナトリウム水溶液タンクに貯留された前記塩化ナトリウム水溶液を前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する塩化ナトリウム水溶液供給装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＮａ＋イオンによって再生され、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＣｌ−イオンによって再生される。このため、Ｎａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生に必要な塩化ナトリウム水溶液を、陽イオン除去装置及び陰イオン除去装置に、直列的に供給することができ、効率化を図ることができる。また、オゾン水製造設備から排出される排液量を少なくすることができる。
【００２０】
また、第６の発明に係るオゾン水製造方法は、オゾン水製造装置で原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造方法において、前記原料水を電気分解する前に、前記原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去過程、及び、前記原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去過程を含むことを特徴とするものである。
【００２１】
この方法によると、陰イオン除去過程及び陽イオン除去過程によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置内での陽イオン及び陰イオンの化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することで電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【００２２】
また、第７の発明に係るオゾン水製造方法は、第６の発明において、前記オゾン水製造装置は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と、前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と、前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と、前記陰極側流路内に設けられた陰極電極とを有し、前記陰極側流路内において、前記陽イオン除去過程及び前記陰イオン除去過程で陽イオン及び陰イオンを除去した前記原料水を電気分解し、前記陽極側流路内において、前記陽イオン除去過程で陽イオンを除去した前記原料水を電気分解してオゾン水を製造することを特徴とするものである。
【００２３】
この方法によると、陰極側流路内において、陽イオン除去過程及び陰イオン除去過程で陽イオン及び陰イオンを除去した原料水を電気分解し、陽極側流路内において、陽イオン除去過程で陽イオンを除去した原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。即ち、陰イオンの除去が、陰極流路側に供給される原料水についてのみ行われる。このため、陽極流路側に供給される原料水には、陰イオンの除去を行わないのでイオン除去の過程を効率化することができる。
【００２４】
また、第８の発明に係るオゾン水製造方法は、第６又は第７の発明における前記陽イオン除去過程において、陽イオン交換樹脂によって前記原料水中の陽イオンをイオン交換して除去し、前記陰イオン除去過程において、陰イオン交換樹脂によって前記原料水中の陰イオンをイオン交換して除去することを特徴とするものである。
【００２５】
この方法によると、陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）と陽イオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)に吸着除去されるＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオン（陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン）とが交換されることになる。このため、原料水中の陽イオン（陰イオン）を吸着除去したとしても、代わりに陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）が原料水中に含まれるため、原料水中のイオン化物の減少を防ぐことができ、電気伝導率の低下を防ぐことができる。なお、陽イオン交換樹脂に予め吸着する陽イオンには、Ｎa＋（塩型）などが用いられる。また、陰イオン交換樹脂に予め吸着する陰イオンには、Ｃｌ−（塩型）などが用いられる。
【００２６】
また、第９の発明に係るオゾン水製造方法は、第８の発明において、前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とするものである。
【００２７】
この方法によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂により、原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンとＮａ＋とをイオン交換し、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂により、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンとＣｌ−とをイオン交換して、原料水中のイオン物質を維持して電気伝導率の低下を防ぐことができる。また、イオン交換されて排出されるイオンが、それぞれ化合物化しにくく昜水溶性のＮａ＋とＣｌ−であるため化合物が陰極電極や電解質膜に析出・付着しにくくすることができる。
【００２８】
また、第１０の発明に係るオゾン水製造方法は、第９の発明において、塩化ナトリウム水溶液を前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する再生過程を含むことを特徴とするものである。
【００２９】
この方法によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＮａ＋イオンによって再生され、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＣｌ−イオンによって再生される。このため、塩化ナトリウム水溶液を効率的に使用して、Ｎａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂を再生させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
陰イオン除去装置及び陽イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置内での陽イオン及び陰イオンの化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することで電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るオゾン水製造設備を示すブロック図である。
【図２】原料水中に含まれる各種のイオン量を調べた結果を示す説明図である。
【図３】時間経過に伴う電解電流の値を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るオゾン水製造設備を示すブロック図である。
【図５】変形例に係るオゾン水製造設備を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るオゾン水製造設備１００を示すブロック図である。図１に示すように、オゾン水製造設備１００は、軟水器１（陽イオン除去装置）と、軟水器２（陽イオン除去装置）と、陰イオン除去装置３と、オゾン水（電解オゾン水）を生成するオゾン水製造装置４と、ミクロフィルター６と、活性炭フィルター７と、陽極側送給経路８と、陰極側送給経路９と、流量調整電磁弁１０・１１から構成されている。
【００３４】
軟水器１及び軟水器２は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン除去装置であり、Ｎａ型陽イオン交換樹脂によって原料水中のＣａ２＋イオンおよびＭｇ２＋イオン等の陽イオンとＮａ＋イオンとをイオン交換して、原料水中のＣａ２＋イオンおよびＭｇ２＋イオン等の硬度成分の陽イオンを除去する。また、陰イオン除去装置３は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を充填した陰イオン除去装置であり、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂によって原料水中のＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等の陰イオンとＣｌ−イオンとをイオン交換する。そして、原料水中のＣａ２＋イオンおよびＭｇ２＋イオン等の硬度成分の陽イオンの結合対象となる、同じく原料水中のＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等の陰イオンを除去する。また、ミクロフィルター６及び活性炭フィルター７は、原料水中に含まれる鉄分やシリカ、塩素等を除去する。
【００３５】
次に、図１に示すようにオゾン水製造装置４は、固体電解質膜３１と、その一方に設けられた陽極側流路３４と、他方に設けられた陰極側流路３５と、陽極側流路３４内に設けられた陽極電極３２と、陰極側流路３５内に設けられた陰極電極３３とから構成されている。そして、オゾン水製造装置４は、陽極側流路３４に供給された原料水を電気分解して、陽極側流路３４内において電解オゾン水を発生させる。なお、固体電解質膜３１には、陽イオンを透過させるが陰イオンは透過させない性質を持つ陽イオン交換膜等が使用されている。
【００３６】
また、陽極側送給経路８は、活性炭フィルター７を通過した原料水を陽極側流路３４内に軟水器１を経由して送給する役割を果たす。また、陰極側送給経路９は、活性炭フィルター７を通過した原料水を陰極側流路３５内に軟水器２及び陰イオン除去装置３を経由して送給する役割を果たす。また、流量調整弁１０は、陽極側送給経路８への原料水の送給量を調整する役割を果たし、流量調整弁１１は、陰極側送給経路９への原料水の送給量を調整する役割を果たす。
【００３７】
次に、図１に基づいて本実施形態のオゾン水製造設備１００の動作（本設備を用いたオゾン水製造方法）を説明する。
【００３８】
まず、給水口５から、鉄分、シリカ、塩素、Ｃａ２＋及びＭｇ２＋等の陽イオン、ＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン等を含む原料水を、オゾン水製造設備１００に供給して、ミクロフィルター６及び活性炭フィルター７を経て、鉄分やシリカ、塩素等を除去する。
【００３９】
次に、流量調整弁１０・１１を開ける。そして、原料水を、陽極側送給経路８を介してＮａ型陽イオン交換樹脂を充填した軟水器１に送給する。そして、軟水器１内のＮａ型陽イオン交換樹脂によって、原料水中のＣａ２＋及びＭｇ２＋等の陽イオンをＮａ＋イオンとイオン交換した後、陽極側送給経路８を介してオゾン水製造装置４の陽極側流路３４内へ送給する。そして、陽極側流路３４内に送給された原料水が、電気分解されることにより、陽極側流路３４からはオゾン水やＮａ＋イオンが、排出される。
【００４０】
また、上記原料水が陽極側送給経路８に送給されるのと同時に、原料水を、陰極側送給経路９を介してＮａ型陽イオン交換樹脂を充填した軟水器２に送給する。そして、軟水器１と同様に、軟水器２内のＮａ型陽イオン交換樹脂によって、原料水中のＣａ２＋及びＭｇ２＋等の陽イオンをＮａ＋イオンとイオン交換した後、陰極側送給経路９を介して陰イオン除去装置３に原料水を送給する。そして、陰イオン除去装置３内のＣｌ型陰イオン交換樹脂によって、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンをＣｌ−イオンとイオン交換した後、陰極側送給経路９を介してオゾン水製造装置４の陰極側流路３５内へ送給する。そして、陰極側流路３５内に送給された原料水が、電気分解されることにより、陰極側流路３５からはＨ２やＮａＣｌを含む水溶液やＮａＯＨを含む水溶液が、排出される。
【００４１】
ここで、軟水器１及び軟水器２内においては、下記の様な反応により、Ｃａ２＋イオン、Ｍｇ２＋イオンがＮａ＋イオンと交換されて原料水中から除去される。
２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ ＋ Ｃａ２＋→（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｃａ ＋ ２Ｎａ＋
２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ ＋ Ｍｇ２＋→（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｍｇ ＋ ２Ｎａ＋
（Ｒ−ＳＯ３ＮａはＮａ型陽イオン交換樹脂を示す）
【００４２】
上式中では、Ｎａ型イオン交換樹脂の１例としてスルホン酸基を交換基として持つ樹脂（Ｒ−ＳＯ３Ｎａ）を挙げたが、本発明に用いることができるＮａ型陽イオン交換樹脂は同様の機能を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
【００４３】
なお、上記イオン交換により新たにＮａ＋イオンがＣａ２＋イオン、Ｍｇ２＋イオン等と置き換わるため、原料水の電気伝導率は保たれたままである。
【００４４】
更に、陰イオン除去装置３内においては、下記の様な反応により、ＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等の陰イオンがＣｌ−イオンと交換されて原料水中から除去される。
２Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＳＯ４２−
→（Ｒ−Ｎ（ＣＨ３））２ ＳＯ４ ＋ ２Ｃｌ−
Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＮＯ３−
→Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） ＮＯ３ ＋ Ｃｌ−
（Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） ＣｌはＣｌ型陰イオン交換樹脂を示す）
【００４５】
上式中では、Ｃｌ型イオン交換樹脂の１例としてＲ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌを挙げたが、本発明に用いることができるＣｌ型陰イオン交換樹脂は同様の機能を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
【００４６】
なお、上記イオン交換により新たにＣｌ−イオンがＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等と置き換わるため、原料水の電気伝導率は保たれたままである。
【００４７】
ここで、図１に示すオゾン水製造設備１００を用いて、軟水器１又は軟水器２の入り側での原料水と軟水器１又は軟水器２の出側での原料水と陰イオン除去装置３の出側での原料水中に含まれるＭｇ２＋イオン、Ｃａ２＋イオン、Ｃｌ-イオン、ＮＯ３−イオン、ＰＯ４３−イオン及びＳＯ４２−イオンの量を調べた結果を図２に示す。なお、陽極側送給経路８への通水量は、３Ｌ／ｍｉｎであり、陰極側送給経路９への通水量は、０．７Ｌ／ｍｉｎである。また、オゾン水製造装置４で生成されるオゾン水の濃度は、１０ｍｇ／Ｌである。
【００４８】
図２に示すように、給水口５から送給された原料水は、軟水器１又は軟水器２を通したことによりＭｇ２＋イオンは、９．１８ｍｇ／Ｌから＜０．０１ｍｇ／Ｌまで減少しており、Ｃａ２＋イオンは、１３ｍｇ／Ｌから０．９ｍｇ／Ｌまで減少している。ただし、Ｃａ２＋イオンは、０．９ｍｇ／Ｌ残留していることになる。ここで、「＜０．０１ｍｇ／Ｌ」とは、０．０１ｍｇ／Ｌより小の値を示す。
【００４９】
また、給水口５から送給された原料水は、軟水器２及び陰イオン除去装置３を通したことによりＮＯ３−イオンは、０．４ｍｇ／Ｌから＜０．１ｍｇ／Ｌまで減少しており、ＰＯ４３−イオンは、０．５ｍｇ／Ｌから＜０．１ｍｇ／Ｌまで減少しており、ＳＯ４２−イオンは、１１０ｍｇ／Ｌから＜０．１ｍｇ／Ｌまで減少している。なお、Ｃｌ-イオンが、５６ｍｇ／Ｌから１５０ｍｇ／Ｌまで増加しているのは、陰イオン除去装置３のＣｌ型陰イオン交換樹脂によりイオン交換がなされて、原料水中にＣｌ-イオンが放出されたためである。
【００５０】
更に、時間経過に伴うオゾン水製造装置４での電解電流の値を従来のオゾン水を製造する装置（特許３２６９７８４号参照）と比較した結果を図３に示す。図３の実線Ａは、本実施形態に係るオゾン水製造設備１００におけるオゾン水製造装置４での電解電流（電流値）の変化を示している。また、図３の実線Ｂは、従来のオゾン水を製造する装置（特許３２６９７８４号参照）での電解電流（電流値）の変化を示している。なお、図３の横軸は、オゾン水製造装置４及び従来のオゾン水を製造する装置を運転開始させてからの経過時間を示している。また、縦軸は、オゾン水製造装置４及び従来のオゾン水を製造する装置での電解電流の値（電流値（Ａ））を示している。ここで、電解電流の値（電流値（Ａ））は、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌでオゾン水を生成するのに必要な値である。
【００５１】
図３の実線Ｂが示すように、従来のものは、時間経過とともに電流値が上昇している。即ち、時間経過とともに、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌでオゾン水を生成するのに必要な電解電流値が増加しており、オゾン水生成能力が低下していることを示している。これは、原料水を陽イオン交換樹脂を備えた軟水器に通したとしても、原料水中には、微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが残留してしまい、長時間の運転に伴い、残留したＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが陰極側のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンと結合し、陰極電極や固体電解質膜にＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物を析出・付着させてしまうことによる。
【００５２】
一方、図３の実線Ａが示すように、本実施形態のオゾン水製造設備１００によれば、時間が経過しても電流値には増加はなく、ほぼ安定した値を示している。即ち、時間経過とともに、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌでオゾン水を生成するのに必要な電解電流値が増加しておらず、オゾン水生成能力が安定していることを示している。これは、原料水を軟水器２に通した場合に原料水中に微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが残留していたとしても、陰イオン除去装置３において残留した陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンを除去することにより、陰極電極３３や固体電解質膜３１へのＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物の析出・付着を防止しているためである。
【００５３】
以上説明したように、オゾン水製造設備１００によると、陰イオン除去装置３及び軟水器１・２によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置４内の陰極電極３３への陽イオン及び陰イオンが結合した化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することでオゾン水製造装置４の電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【００５４】
また、一般に、原料水中のイオン化物が減少すると、原料水の電気伝導率が下がり電気分解性能が低下する場合がある。そこで、上記オゾン水製造設備１００によると、陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）と陽イオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)に吸着除去されるＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオン（ＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン）とが交換されることになる。このため、原料水中の陽イオン（陰イオン）を吸着除去したとしても、代わりに陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）が原料水中に含まれるため、原料水中のイオン化物の減少を防ぐことができ、電気伝導率の低下を防ぐことができる。なお、陽イオン交換樹脂に予め吸着する陽イオンには、Ｎa＋（塩型）などを用いてもよい。また、陰イオン交換樹脂に予め吸着する陰イオンには、Ｃｌ−（塩型）などを用いてもよい。
【００５５】
また、上記オゾン水製造設備１００においては、陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂である。この構成によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂により、原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンとＮａ＋とをイオン交換し、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂により、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンとＣｌ−とをイオン交換して、原料水中のイオン物質を維持して電気伝導率の低下を防ぐことができる。また、イオン交換されて排出されるイオンが、それぞれ化合物化しにくく昜水溶性のＮａ＋とＣｌ−であるため化合物が陰極電極３３や固体電解質膜３１に析出・付着しにくくすることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るオゾン水製造設備２００を示すブロック図である。尚、以下の説明においては、上述の第１実施形態に係るオゾン水製造設備１００と同一の構成部材については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００５７】
軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂及び陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂も長時間使用を続けると破過してしまうが、破過したＮａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂に塩化ナトリウム水溶液を通すことにより再生する。そこで、ＮａＣｌ水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後、その排液をＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生にも利用すれば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液の有効利用が可能である。
【００５８】
具体的には、図４に示すように、第１実施形態同様にオゾン水製造設備２００は、軟水器１、陰イオン除去装置３、ミクロフィルター６、活性炭フィルター７、オゾン水製造装置４、陽極側流路３４内に軟水器１を経由して原料水を送給する陽極側送給経路８、及び、陰極側流路３５内に軟水器１及び陰イオン除去装置３を経由して原料水を送給する陰極側送給経路９を備えている。
【００５９】
更に、第２実施形態におけるオゾン水製造設備２００は、図４に示すように、ＮａＣｌ水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後、その排液をＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生に利用する構成として、主に、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液を貯留する塩化ナトリウム水溶液タンク２０１、ＮａＣｌ水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後の排液を貯留する再生排液タンク２０２（塩化ナトリウム水溶液供給装置）とを加えたものとしている。
【００６０】
また、オゾン水製造設備２００は、塩化ナトリウム水溶液タンク２０１から軟水器１に塩化ナトリウム水溶液を送給する経路２１７と塩化ナトリウム水溶液を汲み上げるポンプ２０３、軟水器１と再生排液タンク２０２とを接続する経路２１４、排水経路２０４、給水口５と陰イオン除去装置３とを接続する経路２０５、排水経路２０６、再生排液タンク２０２と陰イオン除去装置３と接続する経路２１６、再生排液タンク２０２に貯留された排水を汲み上げるポンプ２１０、各経路の開閉を制御する電磁弁２０７・電磁弁２０９・流量調整弁２１１・三方電磁弁２０８・三方電磁弁２１５、各経路中の原料水または排水の逆流を防止する逆止弁２１２・２１３を備えている。なお、これらは、塩化ナトリウム水溶液供給装置として機能する。
【００６１】
次に、図４に基づいて本実施形態のオゾン水製造設備２００の動作（本設備を用いたオゾン水製造方法）を説明する。以下の説明では、軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂及び陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生工程を中心に説明する。
【００６２】
まず、電磁弁２０７及び電磁弁２０９を閉じて、三方電磁弁２０８を排水経路２０４に通じた状態にする。この状態で、給水口５から送給される原料水によって軟水器１内が洗浄される（第１洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０４から排水される。これにより、軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂の再生過程に不要な不純物が除去される。
【００６３】
次に、三方電磁弁２０８を経路２１４に通じた状態にする。この状態で、塩化ナトリウム水溶液タンク２０１に貯留された塩化ナトリウム水溶液をポンプ２０３によって軟水器１に送給する（Ｎａ型陽イオン交換樹脂の再生過程）。このとき、塩化ナトリウム水溶液がＮａ型陽イオン交換樹脂を通過する。
【００６４】
これにより、下記の様な反応が生じて、Ｎａ型陽イオン交換樹脂が再生する。
（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｃａ＋２ＮａＣｌ
→２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ＋Ｃａ２＋＋２Ｃｌ−
（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｍｇ＋２ＮａＣｌ
→２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ＋Ｍｇ２＋＋２Ｃｌ−
【００６５】
そして、上記のように塩化ナトリウム水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後、その排液（Ｃｌ−イオンを含有した排液）を再生排液タンク２０２に貯留する。なお、再生排液タンク２０２に所定量の排液が貯留されたところで、塩化ナトリウム水溶液タンク２０１から軟水器１への塩化ナトリウム水溶液の送給が止められる。
【００６６】
次に、再び三方電磁弁２０８を排水経路２０４に通じた状態にする。この状態で、給水口５から送給される原料水によって軟水器１内が再び洗浄される（第２洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０４から排水される。これにより、軟水器１内に残存した塩化ナトリウムが除去される。
【００６７】
次に、電磁弁２０７を開けた状態にし、三方電磁弁２０８を閉めた状態にし、三方電磁弁２１５を排水経路２０６に通じた状態にする。この状態で、給水口５から経路２０５を経由して送給される原料水によって陰イオン除去装置３内が洗浄される（第３洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０６から排水される。これにより、陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生過程に不要な不純物が除去される。
【００６８】
次に、電磁弁２０７を閉めた状態にする。この状態で、ポンプ２１０を使用して、再生排液タンク２０２に貯留された排液を経路２１６を経由して陰イオン除去装置３に送給する（Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の再生過程）。このとき、Ｃｌ−イオンを含有した排液がＣｌ型陰イオン交換樹脂を通過する。
【００６９】
これにより、下記の様な反応が生じて、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂が再生する。
（Ｒ−Ｎ（ＣＨ３））２ ＳＯ４ ＋ ２Ｃｌ−
→２Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＳＯ４２−
Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） ＮＯ３ ＋ Ｃｌ−
→Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＮＯ３−
【００７０】
そして、上記のようにＣｌ−イオンを含有した排液を使用してＣｌ型陰イオン交換樹脂を再生した後、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の再生に使用された排液は、排水経路２０６から排水される。なお、再生排液タンク２０２内の排液が所定量まで減ったところで、再生排液タンク２０２から陰イオン除去装置３への排液の送給が止められる。
【００７１】
次に、再び電磁弁２０７を開けた状態にする。この状態で、給水口５から送給される原料水によって陰イオン除去装置３内が再び洗浄される（第４洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０６から排水される。これにより、陰イオン除去装置３内に残存したＣｌ−イオンを含有した排液が除去される。以上で軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂及び陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生工程が完了する。
【００７２】
この後、電磁弁２０７、三方電磁弁２０８及び三方電磁弁２１５の排水経路２０６への経路は閉じた状態にされ、電磁弁２０９は開けた状態にされる。また、流量調整弁２１１は所定の開度に調整されたうえで開けた状態にされる。この状態で、ミクロフィルター６、活性炭フィルター７及び軟水器１を経由した原料水が、陽極側流路３４内に送給され、ミクロフィルター６、活性炭フィルター７、軟水器１及び陰イオン除去装置３を経由した原料水が、陰極側流路３５内に送給され、電気分解されることにより、陽極側流路３４からはオゾン水が排出される。
【００７３】
上記第２実施形態のオゾン水製造設備２００によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＮａ＋イオンによって再生され、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＣｌ−イオンによって再生される。このため、Ｎａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生に必要な塩化ナトリウム水溶液を、軟水器１及び陰イオン除去装置３に、直列的に供給することができ、塩化ナトリウム水溶液の消費量の削減・効率化を図ることができる。また、オゾン水製造設備２００から排出される排液量を少なくすることができる。また、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の再生に、塩化ナトリウム水溶液を使うことで、異なる種類の溶液を使用せずにすみ、管理面でも簡易化することができる。
【００７４】
（変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００７５】
例えば、第１実施形態では、２つの軟水器１・２を使用していたが、図５に示すように１つの軟水器１０２でオゾン水製造設備１０１を構成してもよい。この場合、軟水器１０２で陽イオンが除去された原料水が陽極側流路３４及び陰イオン除去装置３を経由して陰極側流路３５の双方へ送給されることになる。
【００７６】
この場合、オゾン水製造設備１０１において、陰極側流路３５内に原料水を送給する陰極側送給経路１０６に、軟水器１０２（陽イオン除去装置）及び陰イオン除去装置３が設けられており、陽極側流路３４内に原料水を送給する陽極側送給経路１０５に、軟水器１０２が設けられているため、陰イオンの除去が、陰極側流路３５内に供給される原料水についてのみ行われる。このため、陽極側流路３４に供給される原料水には、陰イオンの除去を行わないので陰イオン除去装置３をコンパクトにすることができる。また、陰イオン除去装置３を通す原水量を陰極側流路３５内での電気分解に必要な量に制限できるため、陰イオン除去装置３内に充填された陰イオン交換樹脂の寿命を長持ちさせることができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、軟水器１・２（陽イオン除去装置）に陽イオン交換樹脂を使用し、陰イオン除去装置３には陰イオン交換樹脂を使用しているが、オゾン水製造装置４の陰極電極３３に析出する化合物を生成する陽イオン及び陰イオンを除去するものであればよい。例えば、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜や、陽イオン又は陰イオンを吸着する金属や、除去する陽イオン又は陰イオンの大きさに対応した網目を持ったイオン除去フィルターなどが上げられる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２ 軟水器
３ 陰イオン除去装置
４ オゾン水製造装置
８ 陽極側送給経路
９ 陰極側送給経路
３１ 固体電解質膜
３２ 陽極電極
３３ 陰極電極
３４ 陽極側流路
３５ 陰極側流路
１００、２００ オゾン水製造設備
２０１ 塩化ナトリウム水溶液タンク
２０２ 再生排液タンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極への化合物の析出・付着を防止してオゾン水の生成能力の低下を防ぐことができるオゾン水製造設備およびオゾン水製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、オゾンは強力な酸化力を有していることから、殺菌、消毒、脱色、脱臭、酸化分解や酸化処理等、様々な分野で利用されている。そして、オゾンを溶解しているオゾン水は、オゾンガスに比べて安全で利用し易いという理由でその需要が増加している。そのオゾン水を製造するには、水を電気分解する方法が従来からよく知られている（例えば、特開平３−２６７３９０号、特開平８−１３４６７７号、特開平８−１３４６７８号等）。
【０００３】
特開平８−１３４６７７号や特開平８−１３４６７８号には、電気分解に用いる原料水として、水道水或いは天然水、またはこれらを活性炭層に通して塩素を除去した水等を使用して、高濃度オゾン水を製造するオゾン水製造装置が紹介されている。
【０００４】
しかしながら、これらの装置においては、原料水中にＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分やＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−が含有されているため、これらの原料水を使用する場合には、電気分解が行われる電解槽中の陽極側から固体電解質膜を透過して陰極側に原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが移動し、陰極側のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンと結合し、陰極電極や固体電解質膜に不溶性のＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物が析出・付着しやすくなる。特にその傾向は、陽極側がアルカリ性の場合に顕著となる。そして、これらの化合物が陰極電極や固体電解質膜に析出・付着すると電気伝導率が低下し、オゾン水の生成能力が著しく低下することになる。なお、固体電解質膜には、陽イオンを透過させるが陰イオンは透過させない性質を持つ陽イオン交換膜等が使われるため、電気分解が行われる電解槽中の陰極側から固体電解質膜を透過して陽極側に原料水中の陰イオンが移動することはなく、また、陽極側の原料水のｐＨ値は中性であるので陽極側には化合物は析出しない。この様に陰極電極や固体電解質膜に析出・付着した化合物は、塩酸等により溶解することで除去可能であるが、操業を中断しなければならないだけでなく、除去・洗浄作業に長時間を要する。
【０００５】
この問題を解決するために、特許３２６９７８４号には、原料水を、Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン交換部に通して原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンを除去し、その原料水を電気分解してオゾン水を製造する装置が記載されている。この様な装置の場合には、原料水に含まれているＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンは前記Ｎａ型強酸性陽イオン交換樹脂で除去されているので、陰極電極や固体電解質膜にＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物が析出・付着しにくくなる利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２６７３９０号公報
【特許文献２】特開平８−１３４６７７号公報
【特許文献３】特開平８−１３４６７８号公報
【特許文献４】特許３２６９７８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
もっとも、この様な装置を使用して原料水を陽イオン交換樹脂に通したとしても、原料水中には、微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが残留してしまうことがある。そして、当該装置の長時間の運転に伴い、残留したＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが陰極側のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンと結合し、陰極電極や固体電解質膜にＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物を析出・付着させてしまう場合がある。
【０００８】
そこで、本発明は上述の様な状況に着目してなされたものであり、その目的は、原料水から、陽イオン交換樹脂を利用して原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオンを除去する利点を活かしながら、原料水中に微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンを除去することにより、陰極電極や固体電解質膜へのＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物の析出・付着を防止してオゾン水の生成能力の低下を防ぐことができるオゾン水製造設備およびオゾン水製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を達成するための第１の発明に係るオゾン水製造設備は、原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去装置と、原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去装置と、前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された前記原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
この構成によると、陰イオン除去装置及び陽イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置内での陽イオン及び陰イオンの化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することで電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【００１１】
また、第２の発明に係るオゾン水製造設備は、第１の発明において、前記オゾン水製造装置は、固体電解質膜と前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と前記陰極側流路内に設けられた陰極電極とを有し、前記陰極側流路内に前記原料水を送給する陰極側送給経路に、前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置が設けられており、前記陽極側流路内に前記原料水を送給する陽極側送給経路に、前記陽イオン除去装置が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
一般に、固体電解質膜には、陽イオンを透過させるが陰イオンは透過させない性質を持つ陽イオン交換膜等が使われるため、電気分解が行われる陰極側流路の陰極側から固体電解質膜を透過して陽極側流路内の陽極電極に原料水中の陰イオンが移動することはなく、また、陽極側流路の原料水のｐＨ値はアルカリ性を示さないため陽極側には化合物は析出しない。また、電気分解が行われる陽極側流路の陽極側から固体電解質膜を透過して陰極側流路内の陰極電極に原料水中の陰イオンが移動することはない。一方で、固体電解質膜は、陽イオンを透過させるため、電気分解が行われる陽極側流路の陽極側から固体電解質膜を透過して陰極側流路内の陰極電極に原料水中の陽イオンが移動し、陰極側に化合物が析出・付着する。とすれば、陰イオンに関しては、陰極側流路内に送給される原料水中の陰イオンのみを除去すれば、陰極側に化合物が析出・付着するのを防ぐことができる。
【００１３】
そこで、本発明の構成によると、オゾン水製造設備において、陰極側流路内に原料水を送給する陰極側送給経路に、陽イオン除去装置及び陰イオン除去装置が設けられており、陽極側流路内に原料水を送給する陽極側送給経路に、陽イオン除去装置が設けられているため、陰イオンの除去が、陰極側流路内に供給される原料水についてのみ行われる。このため、陽極側流路に供給される原料水には、陰イオンの除去を行わないので陰イオン除去装置をコンパクトにすることができる。また、陰イオン除去装置を通す原水量を陰極側流路内での電気分解に必要な量に制限できるため、陰イオン除去装置の寿命を長持ちさせることができる。
【００１４】
また、第３の発明に係るオゾン水製造設備は、第１又は第２の発明において、前記陽イオン除去装置は、原料水中の陽イオンをイオン交換する陽イオン交換樹脂を有し、前記陰イオン除去装置は、原料水中の陰イオンをイオン交換する陰イオン交換樹脂を有することを特徴とするものである。
【００１５】
原料水中のイオン化物が減少すると、原料水の電気伝導率が下がり電気分解性能が低下する場合がある。そこで、本構成によると、陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）と陽イオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)に吸着除去されるＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオン（陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン）とが交換されることになる。このため、原料水中の陽イオン（陰イオン）を吸着除去したとしても、代わりに陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）が原料水中に含まれるため、原料水中のイオン化物の減少を防ぐことができ、電気伝導率の低下を防ぐことができる。
【００１６】
また、第４の発明に係るオゾン水製造設備は、第３の発明において、前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とするものである。
【００１７】
この構成によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂により、原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンとＮａ＋とをイオン交換し、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂により、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンとＣｌ−とをイオン交換して、原料水中のイオン物質を維持して電気伝導率の低下を防ぐことができる。また、イオン交換されて排出されるイオンが、それぞれ化合物化しにくく昜水溶性のＮａ＋とＣｌ−であるため化合物が陰極電極や電解質膜に析出・付着しにくくすることができる。
【００１８】
また、第５の発明に係るオゾン水製造設備は、第４の発明において、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液を貯留する塩化ナトリウム水溶液タンクと、前記塩化ナトリウム水溶液タンクに貯留された前記塩化ナトリウム水溶液を前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する塩化ナトリウム水溶液供給装置と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＮａ＋イオンによって再生され、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＣｌ−イオンによって再生される。このため、Ｎａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生に必要な塩化ナトリウム水溶液を、陽イオン除去装置及び陰イオン除去装置に、直列的に供給することができ、効率化を図ることができる。また、オゾン水製造設備から排出される排液量を少なくすることができる。
【００２０】
また、第６の発明に係るオゾン水製造方法は、オゾン水製造装置で原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造方法において、前記原料水を電気分解する前に、前記原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去過程、及び、前記原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去過程を含むことを特徴とするものである。
【００２１】
この方法によると、陰イオン除去過程及び陽イオン除去過程によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置内での陽イオン及び陰イオンの化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することで電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【００２２】
また、第７の発明に係るオゾン水製造方法は、第６の発明において、前記オゾン水製造装置は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と、前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と、前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と、前記陰極側流路内に設けられた陰極電極とを有し、前記陰極側流路内において、前記陽イオン除去過程及び前記陰イオン除去過程で陽イオン及び陰イオンを除去した前記原料水を電気分解し、前記陽極側流路内において、前記陽イオン除去過程で陽イオンを除去した前記原料水を電気分解してオゾン水を製造することを特徴とするものである。
【００２３】
この方法によると、陰極側流路内において、陽イオン除去過程及び陰イオン除去過程で陽イオン及び陰イオンを除去した原料水を電気分解し、陽極側流路内において、陽イオン除去過程で陽イオンを除去した原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。即ち、陰イオンの除去が、陰極流路側に供給される原料水についてのみ行われる。このため、陽極流路側に供給される原料水には、陰イオンの除去を行わないのでイオン除去の過程を効率化することができる。
【００２４】
また、第８の発明に係るオゾン水製造方法は、第６又は第７の発明における前記陽イオン除去過程において、陽イオン交換樹脂によって前記原料水中の陽イオンをイオン交換して除去し、前記陰イオン除去過程において、陰イオン交換樹脂によって前記原料水中の陰イオンをイオン交換して除去することを特徴とするものである。
【００２５】
この方法によると、陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）と陽イオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)に吸着除去されるＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の硬度成分の陽イオン（陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン）とが交換されることになる。このため、原料水中の陽イオン（陰イオン）を吸着除去したとしても、代わりに陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）が原料水中に含まれるため、原料水中のイオン化物の減少を防ぐことができ、電気伝導率の低下を防ぐことができる。なお、陽イオン交換樹脂に予め吸着する陽イオンには、Ｎa＋（塩型）などが用いられる。また、陰イオン交換樹脂に予め吸着する陰イオンには、Ｃｌ−（塩型）などが用いられる。
【００２６】
また、第９の発明に係るオゾン水製造方法は、第８の発明において、前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とするものである。
【００２７】
この方法によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂により、原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンとＮａ＋とをイオン交換し、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂により、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンとＣｌ−とをイオン交換して、原料水中のイオン物質を維持して電気伝導率の低下を防ぐことができる。また、イオン交換されて排出されるイオンが、それぞれ化合物化しにくく昜水溶性のＮａ＋とＣｌ−であるため化合物が陰極電極や電解質膜に析出・付着しにくくすることができる。
【００２８】
また、第１０の発明に係るオゾン水製造方法は、第９の発明において、塩化ナトリウム水溶液を前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する再生過程を含むことを特徴とするものである。
【００２９】
この方法によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＮａ＋イオンによって再生され、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＣｌ−イオンによって再生される。このため、塩化ナトリウム水溶液を効率的に使用して、Ｎａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂を再生させることができる。
【発明の効果】
【００３０】
陰イオン除去装置及び陽イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置内での陽イオン及び陰イオンの化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することで電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るオゾン水製造設備を示すブロック図である。
【図２】原料水中に含まれる各種のイオン量を調べた結果を示す説明図である。
【図３】時間経過に伴う電解電流の値を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態に係るオゾン水製造設備を示すブロック図である。
【図５】変形例に係るオゾン水製造設備を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るオゾン水製造設備１００を示すブロック図である。図１に示すように、オゾン水製造設備１００は、軟水器１（陽イオン除去装置）と、軟水器２（陽イオン除去装置）と、陰イオン除去装置３と、オゾン水（電解オゾン水）を生成するオゾン水製造装置４と、ミクロフィルター６と、活性炭フィルター７と、陽極側送給経路８と、陰極側送給経路９と、流量調整電磁弁１０・１１から構成されている。
【００３４】
軟水器１及び軟水器２は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂を充填した陽イオン除去装置であり、Ｎａ型陽イオン交換樹脂によって原料水中のＣａ２＋イオンおよびＭｇ２＋イオン等の陽イオンとＮａ＋イオンとをイオン交換して、原料水中のＣａ２＋イオンおよびＭｇ２＋イオン等の硬度成分の陽イオンを除去する。また、陰イオン除去装置３は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を充填した陰イオン除去装置であり、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂によって原料水中のＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等の陰イオンとＣｌ−イオンとをイオン交換する。そして、原料水中のＣａ２＋イオンおよびＭｇ２＋イオン等の硬度成分の陽イオンの結合対象となる、同じく原料水中のＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等の陰イオンを除去する。また、ミクロフィルター６及び活性炭フィルター７は、原料水中に含まれる鉄分やシリカ、塩素等を除去する。
【００３５】
次に、図１に示すようにオゾン水製造装置４は、固体電解質膜３１と、その一方に設けられた陽極側流路３４と、他方に設けられた陰極側流路３５と、陽極側流路３４内に設けられた陽極電極３２と、陰極側流路３５内に設けられた陰極電極３３とから構成されている。そして、オゾン水製造装置４は、陽極側流路３４に供給された原料水を電気分解して、陽極側流路３４内において電解オゾン水を発生させる。なお、固体電解質膜３１には、陽イオンを透過させるが陰イオンは透過させない性質を持つ陽イオン交換膜等が使用されている。
【００３６】
また、陽極側送給経路８は、活性炭フィルター７を通過した原料水を陽極側流路３４内に軟水器１を経由して送給する役割を果たす。また、陰極側送給経路９は、活性炭フィルター７を通過した原料水を陰極側流路３５内に軟水器２及び陰イオン除去装置３を経由して送給する役割を果たす。また、流量調整弁１０は、陽極側送給経路８への原料水の送給量を調整する役割を果たし、流量調整弁１１は、陰極側送給経路９への原料水の送給量を調整する役割を果たす。
【００３７】
次に、図１に基づいて本実施形態のオゾン水製造設備１００の動作（本設備を用いたオゾン水製造方法）を説明する。
【００３８】
まず、給水口５から、鉄分、シリカ、塩素、Ｃａ２＋及びＭｇ２＋等の陽イオン、ＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン等を含む原料水を、オゾン水製造設備１００に供給して、ミクロフィルター６及び活性炭フィルター７を経て、鉄分やシリカ、塩素等を除去する。
【００３９】
次に、流量調整弁１０・１１を開ける。そして、原料水を、陽極側送給経路８を介してＮａ型陽イオン交換樹脂を充填した軟水器１に送給する。そして、軟水器１内のＮａ型陽イオン交換樹脂によって、原料水中のＣａ２＋及びＭｇ２＋等の陽イオンをＮａ＋イオンとイオン交換した後、陽極側送給経路８を介してオゾン水製造装置４の陽極側流路３４内へ送給する。そして、陽極側流路３４内に送給された原料水が、電気分解されることにより、陽極側流路３４からはオゾン水やＮａ＋イオンが、排出される。
【００４０】
また、上記原料水が陽極側送給経路８に送給されるのと同時に、原料水を、陰極側送給経路９を介してＮａ型陽イオン交換樹脂を充填した軟水器２に送給する。そして、軟水器１と同様に、軟水器２内のＮａ型陽イオン交換樹脂によって、原料水中のＣａ２＋及びＭｇ２＋等の陽イオンをＮａ＋イオンとイオン交換した後、陰極側送給経路９を介して陰イオン除去装置３に原料水を送給する。そして、陰イオン除去装置３内のＣｌ型陰イオン交換樹脂によって、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンをＣｌ−イオンとイオン交換した後、陰極側送給経路９を介してオゾン水製造装置４の陰極側流路３５内へ送給する。そして、陰極側流路３５内に送給された原料水が、電気分解されることにより、陰極側流路３５からはＨ２やＮａＣｌを含む水溶液やＮａＯＨを含む水溶液が、排出される。
【００４１】
ここで、軟水器１及び軟水器２内においては、下記の様な反応により、Ｃａ２＋イオン、Ｍｇ２＋イオンがＮａ＋イオンと交換されて原料水中から除去される。
２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ ＋ Ｃａ２＋→（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｃａ ＋ ２Ｎａ＋
２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ ＋ Ｍｇ２＋→（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｍｇ ＋ ２Ｎａ＋
（Ｒ−ＳＯ３ＮａはＮａ型陽イオン交換樹脂を示す）
【００４２】
上式中では、Ｎａ型イオン交換樹脂の１例としてスルホン酸基を交換基として持つ樹脂（Ｒ−ＳＯ３Ｎａ）を挙げたが、本発明に用いることができるＮａ型陽イオン交換樹脂は同様の機能を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
【００４３】
なお、上記イオン交換により新たにＮａ＋イオンがＣａ２＋イオン、Ｍｇ２＋イオン等と置き換わるため、原料水の電気伝導率は保たれたままである。
【００４４】
更に、陰イオン除去装置３内においては、下記の様な反応により、ＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等の陰イオンがＣｌ−イオンと交換されて原料水中から除去される。
２Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＳＯ４２−
→（Ｒ−Ｎ（ＣＨ３））２ ＳＯ４ ＋ ２Ｃｌ−
Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＮＯ３−
→Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） ＮＯ３ ＋ Ｃｌ−
（Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） ＣｌはＣｌ型陰イオン交換樹脂を示す）
【００４５】
上式中では、Ｃｌ型イオン交換樹脂の１例としてＲ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌを挙げたが、本発明に用いることができるＣｌ型陰イオン交換樹脂は同様の機能を有するものであればよく、特に限定されるものではない。
【００４６】
なお、上記イオン交換により新たにＣｌ−イオンがＳＯ４２−イオン、ＰＯ４３−イオン、ＮＯ３−イオン等と置き換わるため、原料水の電気伝導率は保たれたままである。
【００４７】
ここで、図１に示すオゾン水製造設備１００を用いて、軟水器１又は軟水器２の入り側での原料水と軟水器１又は軟水器２の出側での原料水と陰イオン除去装置３の出側での原料水中に含まれるＭｇ２＋イオン、Ｃａ２＋イオン、Ｃｌ-イオン、ＮＯ３−イオン、ＰＯ４３−イオン及びＳＯ４２−イオンの量を調べた結果を図２に示す。なお、陽極側送給経路８への通水量は、３Ｌ／ｍｉｎであり、陰極側送給経路９への通水量は、０．７Ｌ／ｍｉｎである。また、オゾン水製造装置４で生成されるオゾン水の濃度は、１０ｍｇ／Ｌである。
【００４８】
図２に示すように、給水口５から送給された原料水は、軟水器１又は軟水器２を通したことによりＭｇ２＋イオンは、９．１８ｍｇ／Ｌから＜０．０１ｍｇ／Ｌまで減少しており、Ｃａ２＋イオンは、１３ｍｇ／Ｌから０．９ｍｇ／Ｌまで減少している。ただし、Ｃａ２＋イオンは、０．９ｍｇ／Ｌ残留していることになる。ここで、「＜０．０１ｍｇ／Ｌ」とは、０．０１ｍｇ／Ｌより小の値を示す。
【００４９】
また、給水口５から送給された原料水は、軟水器２及び陰イオン除去装置３を通したことによりＮＯ３−イオンは、０．４ｍｇ／Ｌから＜０．１ｍｇ／Ｌまで減少しており、ＰＯ４３−イオンは、０．５ｍｇ／Ｌから＜０．１ｍｇ／Ｌまで減少しており、ＳＯ４２−イオンは、１１０ｍｇ／Ｌから＜０．１ｍｇ／Ｌまで減少している。なお、Ｃｌ-イオンが、５６ｍｇ／Ｌから１５０ｍｇ／Ｌまで増加しているのは、陰イオン除去装置３のＣｌ型陰イオン交換樹脂によりイオン交換がなされて、原料水中にＣｌ-イオンが放出されたためである。
【００５０】
更に、時間経過に伴うオゾン水製造装置４での電解電流の値を従来のオゾン水を製造する装置（特許３２６９７８４号参照）と比較した結果を図３に示す。図３の実線Ａは、本実施形態に係るオゾン水製造設備１００におけるオゾン水製造装置４での電解電流（電流値）の変化を示している。また、図３の実線Ｂは、従来のオゾン水を製造する装置（特許３２６９７８４号参照）での電解電流（電流値）の変化を示している。なお、図３の横軸は、オゾン水製造装置４及び従来のオゾン水を製造する装置を運転開始させてからの経過時間を示している。また、縦軸は、オゾン水製造装置４及び従来のオゾン水を製造する装置での電解電流の値（電流値（Ａ））を示している。ここで、電解電流の値（電流値（Ａ））は、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌでオゾン水を生成するのに必要な値である。
【００５１】
図３の実線Ｂが示すように、従来のものは、時間経過とともに電流値が上昇している。即ち、時間経過とともに、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌでオゾン水を生成するのに必要な電解電流値が増加しており、オゾン水生成能力が低下していることを示している。これは、原料水を陽イオン交換樹脂を備えた軟水器に通したとしても、原料水中には、微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが残留してしまい、長時間の運転に伴い、残留したＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが陰極側のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンと結合し、陰極電極や固体電解質膜にＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物を析出・付着させてしまうことによる。
【００５２】
一方、図３の実線Ａが示すように、本実施形態のオゾン水製造設備１００によれば、時間が経過しても電流値には増加はなく、ほぼ安定した値を示している。即ち、時間経過とともに、オゾン水濃度１０ｍｇ／Ｌでオゾン水を生成するのに必要な電解電流値が増加しておらず、オゾン水生成能力が安定していることを示している。これは、原料水を軟水器２に通した場合に原料水中に微量のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンが残留していたとしても、陰イオン除去装置３において残留した陽イオンの結合対象となるＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンを除去することにより、陰極電極３３や固体電解質膜３１へのＣａＳＯ４、ＭｇＳＯ４等の化合物の析出・付着を防止しているためである。
【００５３】
以上説明したように、オゾン水製造設備１００によると、陰イオン除去装置３及び軟水器１・２によって陽イオン及び陰イオンが除去された原料水を電気分解してオゾン水を製造することができる。このため、たとえ陽イオンを除去した原料水中に微量の陽イオンが残留していたとしても、係る陽イオンの結合対象となる陰イオンを除去することで、オゾン水製造装置４内の陰極電極３３への陽イオン及び陰イオンが結合した化合物の析出・付着を防止することができる。そして、化合物の析出・付着を防止することでオゾン水製造装置４の電気分解性能の低下を防ぎ、オゾン水の生成能力の低下を防ぐことができる。
【００５４】
また、一般に、原料水中のイオン化物が減少すると、原料水の電気伝導率が下がり電気分解性能が低下する場合がある。そこで、上記オゾン水製造設備１００によると、陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）と陽イオン交換樹脂(陰イオン交換樹脂)に吸着除去されるＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオン（ＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオン）とが交換されることになる。このため、原料水中の陽イオン（陰イオン）を吸着除去したとしても、代わりに陽イオン交換樹脂（陰イオン交換樹脂）に予め吸着された陽イオン（陰イオン）が原料水中に含まれるため、原料水中のイオン化物の減少を防ぐことができ、電気伝導率の低下を防ぐことができる。なお、陽イオン交換樹脂に予め吸着する陽イオンには、Ｎa＋（塩型）などを用いてもよい。また、陰イオン交換樹脂に予め吸着する陰イオンには、Ｃｌ−（塩型）などを用いてもよい。
【００５５】
また、上記オゾン水製造設備１００においては、陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂である。この構成によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂により、原料水中のＣａ２＋、Ｍｇ２＋等の陽イオンとＮａ＋とをイオン交換し、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂により、原料水中のＳＯ４２−、ＰＯ４３−、ＮＯ３−等の陰イオンとＣｌ−とをイオン交換して、原料水中のイオン物質を維持して電気伝導率の低下を防ぐことができる。また、イオン交換されて排出されるイオンが、それぞれ化合物化しにくく昜水溶性のＮａ＋とＣｌ−であるため化合物が陰極電極３３や固体電解質膜３１に析出・付着しにくくすることができる。
【００５６】
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係るオゾン水製造設備２００を示すブロック図である。尚、以下の説明においては、上述の第１実施形態に係るオゾン水製造設備１００と同一の構成部材については同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００５７】
軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂及び陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂も長時間使用を続けると破過してしまうが、破過したＮａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂に塩化ナトリウム水溶液を通すことにより再生する。そこで、ＮａＣｌ水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後、その排液をＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生にも利用すれば、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液の有効利用が可能である。
【００５８】
具体的には、図４に示すように、第１実施形態同様にオゾン水製造設備２００は、軟水器１、陰イオン除去装置３、ミクロフィルター６、活性炭フィルター７、オゾン水製造装置４、陽極側流路３４内に軟水器１を経由して原料水を送給する陽極側送給経路８、及び、陰極側流路３５内に軟水器１及び陰イオン除去装置３を経由して原料水を送給する陰極側送給経路９を備えている。
【００５９】
更に、第２実施形態におけるオゾン水製造設備２００は、図４に示すように、ＮａＣｌ水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後、その排液をＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生に利用する構成として、主に、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液を貯留する塩化ナトリウム水溶液タンク２０１、ＮａＣｌ水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後の排液を貯留する再生排液タンク２０２（塩化ナトリウム水溶液供給装置）とを加えたものとしている。
【００６０】
また、オゾン水製造設備２００は、塩化ナトリウム水溶液タンク２０１から軟水器１に塩化ナトリウム水溶液を送給する経路２１７と塩化ナトリウム水溶液を汲み上げるポンプ２０３、軟水器１と再生排液タンク２０２とを接続する経路２１４、排水経路２０４、給水口５と陰イオン除去装置３とを接続する経路２０５、排水経路２０６、再生排液タンク２０２と陰イオン除去装置３と接続する経路２１６、再生排液タンク２０２に貯留された排水を汲み上げるポンプ２１０、各経路の開閉を制御する電磁弁２０７・電磁弁２０９・流量調整弁２１１・三方電磁弁２０８・三方電磁弁２１５、各経路中の原料水または排水の逆流を防止する逆止弁２１２・２１３を備えている。なお、これらは、塩化ナトリウム水溶液供給装置として機能する。
【００６１】
次に、図４に基づいて本実施形態のオゾン水製造設備２００の動作（本設備を用いたオゾン水製造方法）を説明する。以下の説明では、軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂及び陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生工程を中心に説明する。
【００６２】
まず、電磁弁２０７及び電磁弁２０９を閉じて、三方電磁弁２０８を排水経路２０４に通じた状態にする。この状態で、給水口５から送給される原料水によって軟水器１内が洗浄される（第１洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０４から排水される。これにより、軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂の再生過程に不要な不純物が除去される。
【００６３】
次に、三方電磁弁２０８を経路２１４に通じた状態にする。この状態で、塩化ナトリウム水溶液タンク２０１に貯留された塩化ナトリウム水溶液をポンプ２０３によって軟水器１に送給する（Ｎａ型陽イオン交換樹脂の再生過程）。このとき、塩化ナトリウム水溶液がＮａ型陽イオン交換樹脂を通過する。
【００６４】
これにより、下記の様な反応が生じて、Ｎａ型陽イオン交換樹脂が再生する。
（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｃａ＋２ＮａＣｌ
→２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ＋Ｃａ２＋＋２Ｃｌ−
（Ｒ−ＳＯ３）２ Ｍｇ＋２ＮａＣｌ
→２Ｒ−ＳＯ３ Ｎａ＋Ｍｇ２＋＋２Ｃｌ−
【００６５】
そして、上記のように塩化ナトリウム水溶液を使用してＮａ型陽イオン交換樹脂を再生した後、その排液（Ｃｌ−イオンを含有した排液）を再生排液タンク２０２に貯留する。なお、再生排液タンク２０２に所定量の排液が貯留されたところで、塩化ナトリウム水溶液タンク２０１から軟水器１への塩化ナトリウム水溶液の送給が止められる。
【００６６】
次に、再び三方電磁弁２０８を排水経路２０４に通じた状態にする。この状態で、給水口５から送給される原料水によって軟水器１内が再び洗浄される（第２洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０４から排水される。これにより、軟水器１内に残存した塩化ナトリウムが除去される。
【００６７】
次に、電磁弁２０７を開けた状態にし、三方電磁弁２０８を閉めた状態にし、三方電磁弁２１５を排水経路２０６に通じた状態にする。この状態で、給水口５から経路２０５を経由して送給される原料水によって陰イオン除去装置３内が洗浄される（第３洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０６から排水される。これにより、陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生過程に不要な不純物が除去される。
【００６８】
次に、電磁弁２０７を閉めた状態にする。この状態で、ポンプ２１０を使用して、再生排液タンク２０２に貯留された排液を経路２１６を経由して陰イオン除去装置３に送給する（Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の再生過程）。このとき、Ｃｌ−イオンを含有した排液がＣｌ型陰イオン交換樹脂を通過する。
【００６９】
これにより、下記の様な反応が生じて、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂が再生する。
（Ｒ−Ｎ（ＣＨ３））２ ＳＯ４ ＋ ２Ｃｌ−
→２Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＳＯ４２−
Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） ＮＯ３ ＋ Ｃｌ−
→Ｒ−Ｎ（ＣＨ３） Ｃｌ ＋ ＮＯ３−
【００７０】
そして、上記のようにＣｌ−イオンを含有した排液を使用してＣｌ型陰イオン交換樹脂を再生した後、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の再生に使用された排液は、排水経路２０６から排水される。なお、再生排液タンク２０２内の排液が所定量まで減ったところで、再生排液タンク２０２から陰イオン除去装置３への排液の送給が止められる。
【００７１】
次に、再び電磁弁２０７を開けた状態にする。この状態で、給水口５から送給される原料水によって陰イオン除去装置３内が再び洗浄される（第４洗浄過程）。なお、洗浄に使用された原料水は、排水経路２０６から排水される。これにより、陰イオン除去装置３内に残存したＣｌ−イオンを含有した排液が除去される。以上で軟水器１に充填されたＮａ型陽イオン交換樹脂及び陰イオン除去装置３に充填されたＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生工程が完了する。
【００７２】
この後、電磁弁２０７、三方電磁弁２０８及び三方電磁弁２１５の排水経路２０６への経路は閉じた状態にされ、電磁弁２０９は開けた状態にされる。また、流量調整弁２１１は所定の開度に調整されたうえで開けた状態にされる。この状態で、ミクロフィルター６、活性炭フィルター７及び軟水器１を経由した原料水が、陽極側流路３４内に送給され、ミクロフィルター６、活性炭フィルター７、軟水器１及び陰イオン除去装置３を経由した原料水が、陰極側流路３５内に送給され、電気分解されることにより、陽極側流路３４からはオゾン水が排出される。
【００７３】
上記第２実施形態のオゾン水製造設備２００によると、Ｎａ型陽イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＮａ＋イオンによって再生され、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂は、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液のＣｌ−イオンによって再生される。このため、Ｎａ型陽イオン交換樹脂及びＣｌ型陰イオン交換樹脂の再生に必要な塩化ナトリウム水溶液を、軟水器１及び陰イオン除去装置３に、直列的に供給することができ、塩化ナトリウム水溶液の消費量の削減・効率化を図ることができる。また、オゾン水製造設備２００から排出される排液量を少なくすることができる。また、陽イオン交換樹脂及び陰イオン交換樹脂の再生に、塩化ナトリウム水溶液を使うことで、異なる種類の溶液を使用せずにすみ、管理面でも簡易化することができる。
【００７４】
（変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することができるものである。
【００７５】
例えば、第１実施形態では、２つの軟水器１・２を使用していたが、図５に示すように１つの軟水器１０２でオゾン水製造設備１０１を構成してもよい。この場合、軟水器１０２で陽イオンが除去された原料水が陽極側流路３４及び陰イオン除去装置３を経由して陰極側流路３５の双方へ送給されることになる。
【００７６】
この場合、オゾン水製造設備１０１において、陰極側流路３５内に原料水を送給する陰極側送給経路１０６に、軟水器１０２（陽イオン除去装置）及び陰イオン除去装置３が設けられており、陽極側流路３４内に原料水を送給する陽極側送給経路１０５に、軟水器１０２が設けられているため、陰イオンの除去が、陰極側流路３５内に供給される原料水についてのみ行われる。このため、陽極側流路３４に供給される原料水には、陰イオンの除去を行わないので陰イオン除去装置３をコンパクトにすることができる。また、陰イオン除去装置３を通す原水量を陰極側流路３５内での電気分解に必要な量に制限できるため、陰イオン除去装置３内に充填された陰イオン交換樹脂の寿命を長持ちさせることができる。
【００７７】
また、上記実施形態では、軟水器１・２（陽イオン除去装置）に陽イオン交換樹脂を使用し、陰イオン除去装置３には陰イオン交換樹脂を使用しているが、オゾン水製造装置４の陰極電極３３に析出する化合物を生成する陽イオン及び陰イオンを除去するものであればよい。例えば、陽イオン交換膜及び陰イオン交換膜や、陽イオン又は陰イオンを吸着する金属や、除去する陽イオン又は陰イオンの大きさに対応した網目を持ったイオン除去フィルターなどが上げられる。
【符号の説明】
【００７８】
１、２ 軟水器
３ 陰イオン除去装置
４ オゾン水製造装置
８ 陽極側送給経路
９ 陰極側送給経路
３１ 固体電解質膜
３２ 陽極電極
３３ 陰極電極
３４ 陽極側流路
３５ 陰極側流路
１００、２００ オゾン水製造設備
２０１ 塩化ナトリウム水溶液タンク
２０２ 再生排液タンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去装置と、
原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去装置と、
前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された前記原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造装置と、
を備えたことを特徴とするオゾン水製造設備。
【請求項２】
前記オゾン水製造装置は、
固体電解質膜と
前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と
前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と
前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と
前記陰極側流路内に設けられた陰極電極と
を有し、
前記陰極側流路内に前記原料水を送給する陰極側送給経路に、前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置が設けられており、
前記陽極側流路内に前記原料水を送給する陽極側送給経路に、前記陽イオン除去装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造設備。
【請求項３】
前記陽イオン除去装置は、原料水中の陽イオンをイオン交換する陽イオン交換樹脂を有し、
前記陰イオン除去装置は、原料水中の陰イオンをイオン交換する陰イオン交換樹脂を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン水製造設備。
【請求項４】
前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、
前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項３に記載のオゾン水製造設備。
【請求項５】
塩化ナトリウム水溶液を貯留する塩化ナトリウム水溶液タンクと、
前記塩化ナトリウム水溶液タンクに貯留された前記塩化ナトリウム水溶液を前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する塩化ナトリウム水溶液供給装置と、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載のオゾン水製造設備。
【請求項６】
オゾン水製造装置で原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造方法において、
前記原料水を電気分解する前に、前記原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去過程、及び、前記原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去過程を含むことを特徴とするオゾン水製造方法。
【請求項７】
前記オゾン水製造装置は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と、前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と、前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と、前記陰極側流路内に設けられた陰極電極とを有し、
前記陰極側流路内において、前記陽イオン除去過程及び前記陰イオン除去過程で陽イオン及び陰イオンを除去した前記原料水を電気分解し、前記陽極側流路内において、前記陽イオン除去過程で陽イオンを除去した前記原料水を電気分解してオゾン水を製造することを特徴とする請求項６に記載のオゾン水製造方法。
【請求項８】
前記陽イオン除去過程において、陽イオン交換樹脂によって前記原料水中の陽イオンをイオン交換して除去し、
前記陰イオン除去過程において、陰イオン交換樹脂によって前記原料水中の陰イオンをイオン交換して除去することを特徴とする請求項６又は７に記載のオゾン水製造方法。
【請求項９】
前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、
前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項８に記載のオゾン水製造方法。
【請求項１０】
塩化ナトリウム水溶液を前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する再生過程を含むことを特徴とする請求項９に記載のオゾン水製造方法。
【請求項１】
原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去装置と、
原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去装置と、
前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置によって陽イオン及び陰イオンが除去された前記原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造装置と、
を備えたことを特徴とするオゾン水製造設備。
【請求項２】
前記オゾン水製造装置は、
固体電解質膜と
前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と
前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と
前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と
前記陰極側流路内に設けられた陰極電極と
を有し、
前記陰極側流路内に前記原料水を送給する陰極側送給経路に、前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置が設けられており、
前記陽極側流路内に前記原料水を送給する陽極側送給経路に、前記陽イオン除去装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造設備。
【請求項３】
前記陽イオン除去装置は、原料水中の陽イオンをイオン交換する陽イオン交換樹脂を有し、
前記陰イオン除去装置は、原料水中の陰イオンをイオン交換する陰イオン交換樹脂を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のオゾン水製造設備。
【請求項４】
前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、
前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項３に記載のオゾン水製造設備。
【請求項５】
塩化ナトリウム水溶液を貯留する塩化ナトリウム水溶液タンクと、
前記塩化ナトリウム水溶液タンクに貯留された前記塩化ナトリウム水溶液を前記陽イオン除去装置及び前記陰イオン除去装置の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する塩化ナトリウム水溶液供給装置と、
を備えたことを特徴とする請求項４に記載のオゾン水製造設備。
【請求項６】
オゾン水製造装置で原料水を電気分解してオゾン水を製造するオゾン水製造方法において、
前記原料水を電気分解する前に、前記原料水中の陽イオンを除去する陽イオン除去過程、及び、前記原料水中の陰イオンを除去する陰イオン除去過程を含むことを特徴とするオゾン水製造方法。
【請求項７】
前記オゾン水製造装置は、固体電解質膜と、前記固体電解質膜の一方に設けられた陽極側流路と、前記固体電解質膜の他方に設けられた陰極側流路と、前記陽極側流路内に設けられた陽極電極と、前記陰極側流路内に設けられた陰極電極とを有し、
前記陰極側流路内において、前記陽イオン除去過程及び前記陰イオン除去過程で陽イオン及び陰イオンを除去した前記原料水を電気分解し、前記陽極側流路内において、前記陽イオン除去過程で陽イオンを除去した前記原料水を電気分解してオゾン水を製造することを特徴とする請求項６に記載のオゾン水製造方法。
【請求項８】
前記陽イオン除去過程において、陽イオン交換樹脂によって前記原料水中の陽イオンをイオン交換して除去し、
前記陰イオン除去過程において、陰イオン交換樹脂によって前記原料水中の陰イオンをイオン交換して除去することを特徴とする請求項６又は７に記載のオゾン水製造方法。
【請求項９】
前記陽イオン交換樹脂は、Ｎａ型陽イオン交換樹脂であって、
前記陰イオン交換樹脂は、Ｃｌ型陰イオン交換樹脂であることを特徴とする請求項８に記載のオゾン水製造方法。
【請求項１０】
塩化ナトリウム水溶液を前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂の一方に供給し、その排液を他方に供給して、前記Ｎａ型陽イオン交換樹脂及び前記Ｃｌ型陰イオン交換樹脂を再生する再生過程を含むことを特徴とする請求項９に記載のオゾン水製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２０９３７０（Ｐ２０１０−２０９３７０Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５４０９５（Ｐ２００９−５４０９５）
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月６日（２００９．３．６）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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