(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング内の陽極電極と陰極電極との間に陽イオン交換膜が設けられてなる触媒電極を備え、前記陽極電極及び前記陰極電極に原料水を供給するとともに、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加することによって、オゾン水を製造するオゾン水製造装置であって、
原料水を供給する原料水供給源と、
前記原料水供給源と前記ケーシングの陽極電極側とを接続し、前記原料水供給源からの原料水を前記陽極電極に供給する陽極側供給管と、
前記ケーシングの陽極電極側に設けられて、前記陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、
前記陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、
前記ケーシングの陰極電極側に設けられて、前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に供給された原料水を排出し、再度、前記陰極電極に供給するループ状配管と、を備え、
前記陽極側供給管から前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記ループ状配管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、前記陰極側供給手段による前記陰極電極への原料水の供給が停止されることを特徴とするオゾン水製造装置。
【請求項２】
前記陰極側供給手段が、前記陽イオン交換膜に形成されて、前記陽極電極に供給された原料水を前記陰極電極側に通過させる穴部であることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造装置。
【請求項３】
前記陰極電極に、前記穴部を介して前記原料水とともに、前記陽極電極側で発生した酸素ガスが供給されることを特徴とする請求項２に記載のオゾン水製造装置。
【請求項４】
前記穴部の直径が、０．５〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のオゾン水製造装置。
【請求項５】
前記陰極側供給手段が、前記陽極側供給管から分岐して前記ループ状配管に接続される陰極側供給管であることを特徴とする請求項１に記載のオゾン水製造装置。
【請求項６】
ケーシング内の陽極電極と陰極電極との間に陽イオン交換膜が設けられてなる触媒電極を備え、前記陽極電極及び前記陰極電極に原料水を供給するとともに、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加することによって、オゾン水を製造するオゾン水製造装置であって、
原料水を供給する原料水供給源と、
前記原料水供給源と前記ケーシングの陽極電極側とを接続し、前記原料水供給源からの原料水を前記陽極電極に供給する陽極側供給管と、
前記ケーシングの前記陽極電極側に設けられて、前記陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、
前記陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、
前記ケーシングの陰極電極側と前記原料水供給源とを接続し、前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に供給された原料水を排出した後に、前記原料水供給源に戻す陰極側接続管と、を備え、
前記陽極側供給管から前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記陰極側接続管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、前記陰極側供給手段による前記陰極電極への原料水の供給が停止されることを特徴とするオゾン水製造装置。
【請求項７】
前記陰極側供給手段が、前記陽イオン交換膜に形成されて、前記陽極電極に供給された原料水を前記陰極電極側に通過させる穴部であることを特徴とする請求項６に記載のオゾン水製造装置。
【請求項８】
前記陰極電極に、前記穴部を介して前記原料水とともに、前記陽極電極側で発生した酸素ガスが供給されることを特徴とする請求項７に記載のオゾン水製造装置。
【請求項９】
前記穴部の直径が、０．５〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項７又は請求項８に記載のオゾン水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン水製造装置に関し、特に、陰極電極側から装置外への排水処理が不要で、また、装置の小型化及び長寿命化を図ることのできるオゾン水製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、オゾン水は食品の殺菌や悪臭ガスの脱臭などの用途に広範に使用されており、さらに医療や介護の分野で、数多い知見例が発表され始めている。また、半導体製造領域においても、超微細構造に対するオゾン酸化の特徴が認められ、オゾン水の使用が必須とされている。
このようなオゾン水の製法として、現在、産業用に普及しているオゾン水の製法は、大別して、酸素ガスを放電することによりオゾンガスを生成し、生成したオゾンガスを水に溶解させるガス溶解法、酸素ガスを電解によりオゾンガスを生成し、生成したオゾンガスを水に溶解させる電解ガス溶解法、陽イオン交換膜の両面に陽極電極及び陰極電極が設けられてなる触媒電極に原料水を直接接触させるとともに、陽極電極と陰極電極との間に直流電圧を印加して、オゾン水を生成させる直接電解法の３方式が実用されている。
【０００３】
放電式ガス溶解法は、具体的には、酸素を放電管に供給し、酸素が放電管内を通過する際に、放電管に高周波高電圧を印加することによって無数の放電が生じ、オゾンガスが発生するので、このオゾンガスを原料水（純水や水道水等）に混合させることによってオゾン水を生成させる方法である（例えば、特許文献１参照。）。
直接電解法とは、具体的には、陽イオン交換膜の一方の面に陽極を圧接させ、他方の面に陰極電極を圧接してなる触媒電極の電解面に原料水を直接接触させて、水の電気分解によりオゾン水を生成させる方法である（特許文献２参照。）。
【０００４】
例えば、図４に示すように、直接電解法において、通常、陰極電極２３Ｃに供給された原料水は、陰極電極２３Ｃ側から陰極側排水管３４Ｃを介してそのまま装置外に排水される。
又は、高濃度のオゾン水を得るために、高導電率の塩水を陰極電極に供給する場合には、例えば、図５に示すように、陰極電極２３Ｄに供給された塩水は、陰極電極２３Ｄ側から排水されたのち、陰極電極２３Ｄ側に設けられた循環機構（ポンプや塩水タンク３５Ｄ等）により、再度、陰極電極２３Ｄに供給されて循環使用される。なお、図４及び図５中の各符号は、後述する図１と同様の構成部分には同様の数字に「Ｃ」又は「Ｄ」を付した。
【０００５】
しかしながら、上記図４に示すタイプの装置１００Ｃでは、陰極電極側から装置外に排水される排水量が大量となるため、その排水処理が非常に大変で、コスト高となるという問題があった。
一方、図５に示すタイプの装置１００Ｄでは、装置外への排水処理は不要であるものの、ポンプやタンク等が必要となるため、装置が大型化し、また、ポンプが故障しやすく、メンテナンスの問題や装置の寿命が短くなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２５６４５３号
【特許文献２】特開平８−１３４６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、陰極電極側から装置外へ排水される排水処理が不要で、また、装置の小型化及び長寿命化を図ることのできるオゾン水製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、陽極側供給管内を流れる原料水の一部を陰極電極に供給する陰極側供給手段を設け、かつ、ケーシングの陰極電極側にループ状配管を設けるか、又は、ケーシングの陰極電極側と原料水供給源とを接続する陰極側接続管を設けることによって、陰極電極側からの装置外への排水処理を不要とし、装置の小型化及び長寿命化を図ることができることを見いだし、本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
【０００９】
１．ケーシング内の陽極電極と陰極電極との間に陽イオン交換膜が設けられてなる触媒電極を備え、前記陽極電極及び前記陰極電極に原料水を供給するとともに、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加することによって、オゾン水を製造するオゾン水製造装置であって、
原料水を供給する原料水供給源と、
前記原料水供給源と前記ケーシングの陽極電極側とを接続し、前記原料水供給源からの原料水を前記陽極電極に供給する陽極側供給管と、
前記ケーシングの陽極電極側に設けられて、前記陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、
前記陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、
前記ケーシングの陰極電極側に設けられて、前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に供給された原料水を排出し、再度、前記陰極電極に供給するループ状配管と、を備え、
前記陽極側供給管から前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記ループ状配管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、前記陰極側供給手段による前記陰極電極への原料水の供給が停止されることを特徴とするオゾン水製造装置。
【００１０】
２．前記陰極側供給手段が、前記陽イオン交換膜に形成されて、前記陽極電極に供給された原料水を前記陰極電極側に通過させる穴部であることを特徴とする第１項に記載のオゾン水製造装置。
【００１１】
３．前記陰極電極に、前記穴部を介して前記原料水とともに、前記陽極電極側で発生した酸素ガスが供給されることを特徴とする第２項に記載のオゾン水製造装置。
【００１２】
４．前記穴部の直径が、０．５〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする第２項又は第３項に記載のオゾン水製造装置。
【００１３】
５．前記陰極側供給手段が、前記陽極側供給管から分岐して前記ループ状配管に接続される陰極側供給管であることを特徴とする第１項に記載のオゾン水製造装置。
【００１４】
６．ケーシング内の陽極電極と陰極電極との間に陽イオン交換膜が設けられてなる触媒電極を備え、前記陽極電極及び前記陰極電極に原料水を供給するとともに、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加することによって、オゾン水を製造するオゾン水製造装置であって、
原料水を供給する原料水供給源と、
前記原料水供給源と前記ケーシングの陽極電極側とを接続し、前記原料水供給源からの原料水を前記陽極電極に供給する陽極側供給管と、
前記ケーシングの前記陽極電極側に設けられて、前記陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、
前記陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、
前記ケーシングの陰極電極側と前記原料水供給源とを接続し、前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に供給された原料水を排出した後に、前記原料水供給源に戻す陰極側接続管と、を備え、
前記陽極側供給管から前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記陰極側接続管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、前記陰極側供給手段による前記陰極電極への原料水の供給が停止されることを特徴とするオゾン水製造装置。
【００１５】
７．前記陰極側供給手段が、前記陽イオン交換膜に形成されて、前記陽極電極に供給された原料水を前記陰極電極側に通過させる穴部であることを特徴とする第６項に記載のオゾン水製造装置。
【００１６】
８．前記陰極電極に、前記穴部を介して前記原料水とともに、前記陽極電極側で発生した酸素ガスが供給されることを特徴とする第７項に記載のオゾン水製造装置。
【００１７】
９．前記穴部の直径が、０．５〜１０ｍｍの範囲内であることを特徴とする第７項又は第８項に記載のオゾン水製造装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の上記手段により、陰極電極側から装置外へ排水される排水処理が不要で、また、装置の小型化及び長寿命化を図ることのできるオゾン水製造装置を提供することができる。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
陽極側供給管から陰極側供給手段によって陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記ループ状配管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったとき、又は、前記陰極側接続管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、陰極側供給手段による陰極電極への原料水の供給が停止される。このとき陰極電極及びループ状配管内、又は、陰極電極及び陰極側接続管内は原料水で満たされた状態となり、一方、陽極電極には随時、原料水が供給されるので、オゾン水の生成が継続されることになる。このように、陰極電極及びループ状配管内、又は、陰極電極及び陰極側接続管内は、原料水に満たされた状態で、陰極電極側から装置外に排出しなくともオゾン水を生成することができる。よって、排水処理が不要で、装置の小型化及び長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態を示したもので、オゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
【図２】第２の実施形態を示したもので、オゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
【図３】第３の実施形態を示したもので、オゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
【図４】従来例を示したもので、オゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
【図５】従来例を示したもので、オゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明のオゾン水製造装置は、ケーシング内の陽極電極と陰極電極との間に陽イオン交換膜が設けられてなる触媒電極を備え、前記陽極電極及び前記陰極電極に原料水を供給するとともに、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加することによって、オゾン水を製造するオゾン水製造装置であって、原料水を供給する原料水供給源と、前記原料水供給源と前記ケーシングの陽極電極側とを接続し、前記原料水供給源からの原料水を前記陽極電極に供給する陽極側供給管と、前記ケーシングの陽極電極側に設けられて、前記陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、前記陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、前記ケーシングの陰極電極側に設けられて、前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に供給された原料水を排出し、再度、前記陰極電極に供給するループ状配管と、を備え、前記陽極側供給管から前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記ループ状配管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、前記陰極側供給手段による前記陰極電極への原料水の供給が停止されることを特徴とする。
この特徴は、請求項１から請求項９までの請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。
【００２１】
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、前記陰極側供給手段が、前記陽イオン交換膜に形成されて、前記陽極電極に供給された原料水を前記陰極電極側に通過させる穴部であることが好ましい。陽イオン交換膜に穴部を形成することによって、配管等を設けずに、簡易に陽極電極側から陰極電極側へ原料水を供給することができ、装置の小型化を図ることができる。
【００２２】
また、前記陰極電極に、前記穴部を介して前記原料水とともに、前記陽極電極側で発生した酸素ガスが供給されるので、陰極電極側で発生した水素ガスが、穴部から供給された酸素ガスによって水（Ｈ２Ｏ）に戻る。そのため、水素ガスによる電気反応が阻害されることなく、オゾン水を高効率で生成することができる。
【００２３】
また、前記穴部の直径が、０．５〜１０ｍｍの範囲内であることが、原料水が酸素ガスを陰極電極側に効率よく供給することができる点で好ましい。
【００２４】
また、前記陰極側供給手段が、前記陽極側供給管から分岐して前記ループ状配管に接続される陰極側供給管であることが、陽イオン交換膜の穴加工がいらなくなる点で好ましい。
【００２５】
本発明の他のオゾン水製造装置は、ケーシング内の陽極電極と陰極電極との間に陽イオン交換膜が設けられてなる触媒電極を備え、前記陽極電極及び前記陰極電極に原料水を供給するとともに、前記陽極電極と前記陰極電極との間に直流電圧を印加することによって、オゾン水を製造するオゾン水製造装置であって、原料水を供給する原料水供給源と、前記原料水供給源と前記ケーシングの陽極電極側とを接続し、前記原料水供給源からの原料水を前記陽極電極に供給する陽極側供給管と、前記ケーシングの前記陽極電極側に設けられて、前記陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、前記陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、前記ケーシングの陰極電極側と前記原料水供給源とを接続し、前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に供給された原料水を排出した後に、前記原料水供給源に戻す陰極側接続管と、を備え、前記陽極側供給管から前記陰極側供給手段によって前記陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後で前記陰極側接続管内の圧力が前記陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、前記陰極側供給手段による前記陰極電極への原料水の供給が停止されることを特徴とする。
【００２６】
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明をする。なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
【００２７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明のオゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
オゾン水製造装置１００は、原料水が供給されるケーシング１内に触媒電極２を配置して構成したものである。
触媒電極２は、陽イオン交換膜２１と、陽イオン交換膜２１の一方の面に圧接された陽極電極２２と、他方の面に圧接された陰極電極２３と、を備えている。そして、触媒電極２の陽極電極２２と陰極電極２３間に直流電圧を印加することによって陽極電極２２側にオゾンガスを発生させて、そのオゾンガスを原料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り、本発明は、直接電解式のオゾン水製造装置である。
【００２８】
ケーシング１は、互いに対向配置された第１筐体１３及び第２筐体１４から構成されている。
第１筐体１３及び第２筐体１４は、板状をなし、互いに対向する対向面に凹部１３１，１４１が形成されている。これら第１筐体１３及び第２筐体１４の凹部１３１，１４１同士を互いに対向させることによって、収容室３が形成されている。収容室３には、触媒電極２が収容されている。
【００２９】
第１筐体１３の下端部には、収容室３内の陽極電極２２に原料水を供給するための陽極側供給流路１１aが形成され、第１筐体１３の上端部には、陽極電極２２で生成されたオゾン水を排出するための陽極側排出流路１２aが形成されている。
陽極側供給流路１１aには、陽極側供給管３１が接続され、陽極側排出流路１２aには、陽極側排出管３２が接続されている。
一方、第２筐体１４の下端部には、後述する陽イオン交換膜２１の穴部５（陰極側供給手段）を介して収容室３内の陰極電極２３に供給された原料水を排出するための陰極側排出流路１２bが形成され、第２筐体１４の上端部には、陰極側排出流路１２bから排出された原料水を、再度、収容室３内の陰極電極２３に供給するための陰極側供給流路１１bが形成されている。
陰極側排出流路１２bと陰極側供給流路１１bとは、ループ状配管４０によって接続されている。
【００３０】
第１筐体１３と第２筐体１４の対向面間には、陽イオン交換膜２１が狭持されている。すなわち、陽イオン交換膜２１の外周が第１筐体１３及び第２筐体１４によって狭持されて固定されている。
陽イオン交換膜２１の第１筐体１３側の面には、陽極電極２２が設けられ、第２筐体１４側の面には陰極電極２３が設けられている。さらに、陽極電極２２の陽イオン交換膜２１と反対側の面には、保持板１５が配置され、陰極電極２３の陽イオン交換膜２１と反対側の面にも、保持板１６が配置されている。保持板１５は、第１筐体１３の凹部１３１に嵌め込まれ、保持板１６は、第２筐体１４の凹部１４１に嵌め込まれている。
そして、第１筐体１３に嵌め込まれた保持板１５と、第２筐体１４に嵌め込まれた保持板１６によって、陽極電極２２、陰極電極２３及び陽イオン交換膜２１が適度に圧接されている。
このようにして陽イオン交換膜２１によって収容室３内が、陽極電極２２側と陰極電極２３側とに分割されている。
【００３１】
本発明に係る陽イオン交換膜２１は、陽極電極２２に供給された原料水を陰極電極２３側に通過させる穴部５が形成されていることを特徴とする。
穴部５は、直径が０．５〜１０ｍｍの範囲内に形成されていることが好ましく、より好ましくは、０．５〜１．０ｍｍの範囲内である。また、穴部５の形状は、例えば、円形とすることが加工が容易な点で好ましい。
また、穴部５は、陽イオン交換膜２１のうち、陽極側供給流路１１aと陰極側排出流路１２bの近傍、すなわち、図１では陽イオン交換膜２１の下端部に形成されていることが、原料水を陰極電極２３側に効率よく供給することができる点で好ましい。さらに、穴部５は、陽イオン交換膜２１に複数個所形成されていることが、陰極電極２３側への原料水供給量が多くなる点で好ましい。
なお、穴部５以外の箇所から、原料水が陽極電極２２側から陰極電極２３側へと通過しないようになっており、原料水及びオゾン水が、第１筐体１３及び第２筐体１４の対向面間から外部に漏れないように密閉されている。
【００３２】
原料水は、陽極側供給管３１から陽極側供給流路１１aを介して陽極電極２２に供給され、陽極側供給流路１１aから陽極側排出流路１２aへと水流が発生している。また、穴部５を介して陰極電極２３に供給され、陰極側排出流路１２bから、ループ状配管４０を介して、再度、陰極側供給流路１１bから陰極電極２３へと水流が発生している。
すなわち、陽極側供給流路１１aから供給された原料水は、収容室３内においてそれぞれ陽極電極２２に連続的に接触し、穴部５を介して陰極電極２３側に供給された原料水は、ループ状配管４０を介して陰極電極２３に連続的に接触するようになっている。
【００３３】
次に、触媒電極２について詳細に説明する。
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１００〜３００μｍの範囲内が好ましい。
そして、陽イオン交換膜２１は、上述のような穴部５が形成されていることを特徴とする。
【００３４】
陽極電極２２としては、オゾン発生触媒機能を有する材料を使用する。具体的には、安定性が良い点で、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用することが、製造コストを安価に抑えることができる点で好ましい。また、シリコンウェハにダイヤモンドを成膜したものを使用しても良い。
ダイヤモンド成膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法や熱フェラメントＣＶＤ法によって成膜することができる。
また、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ことが好ましい。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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
陰極電極２３としては、オゾン発生触媒機能を有する金属を使用する。具体的には、安定性が良い点で、白金、金又はその被覆金属を使用することが好ましく、特にチタンに白金を被覆した金属を使用すると製造コストを安価に抑えることができる。また、シリコンウェハにダイヤモンド成膜したものを使用しても良い。
ダイヤモンド成膜は、上述と同様にプラズマＣＶＤ法や熱フェラメントＣＶＤ法によって成膜することができる。
また、陰極電極２３も陽極電極２２と同様にグレーチング状とすることが好ましく、特に、陰極電極部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。
【００３７】
以上の陽イオン交換膜２１、陽極電極２２及び陰極電極２３は平板状に形成されて触媒電極２とされている。触媒電極２はケーシング１内の保持板１５，１６で圧接保持されている。
また、陽極電極２２と陰極電極２３との間には、電源装置８０の出力端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２４を介して電源装置８０に連結されている。印加する直流電圧は、例えば、６〜１５ボルトの範囲内が好ましい。
【００３８】
なお、陽極側供給管３１の上流端は、原料水供給源６０に接続されている。
原料水供給源６０としては、原料水が貯留されたタンク及びタンクに接続された低吐出圧の小型ポンプ等からなるものが挙げられる。原料水としては、水道水、純水又はＲＯ水等を使用することができる。
本発明でいう純水とは、導電率が０．５〜５μＳ／ｃｍの範囲内のものをいい、ＲＯ水とは、導電率が３〜８μＳ／ｃｍ程度のものをいう。
【００３９】
また、図示しないが、陽極側排出管３２と陽極側供給管３１とを配管で接続してループ状にして循環させてもよい。このようにループ状にすることで、オゾン水による配管洗浄を行うことができる。
【００４０】
陽極側排出管３２の下流側には、陽極電極２２側で生成されたオゾン水の濃度を検出する濃度検出センサ９０が設けられている。
なお、上述のように陽極側排出管３２と陽極側供給管３１とを配管で接続してループ状にした場合は、陽極側排出管３２の下流側直ぐの位置に限らず、陽極側供給管３１の上流側直ぐの位置に設けてもよく、ループ状の配管のいずれに設けてもよく、複数個所に設けてもよい。
【００４１】
濃度検出センサ９０は、検出電極（図示しない）と、比較電極（図示しない）と、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流値を測定する電流計（図示しない）等から構成されている。濃度検出センサ９０は、比較電極及び検出電極をオゾン水に浸すことによって発生する起電力からオゾン水のオゾン濃度に対応した電流値を得るガルバニ式の濃度検出センサである。
電流計は、オゾン水製造装置１００の制御部７０に電気的に接続されており、電流計で測定された出力値が制御部７０に出力されるようになっている。
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や塩化銀を使用することが好ましい。
このような検出電極及び比較電極は、陽極側排出管３２を流れるオゾン水に接触するようになっている。そして、検出電極及び比較電極がオゾン水に接触することで、検出電極のオゾン濃度変化による電流値を検出して濃度を測定する。
【００４２】
制御部７０は、濃度検出センサ９０で測定した濃度が、予め設定した設定濃度と一致するように電源装置８０の電力量を制御する。
【００４３】
次に、上述の構成からなるオゾン水製造装置１００を使用してオゾン水を生成する方法について説明する。
まず、原料水供給源６０から原料水を陽極側供給管３１に流して、ケーシング１内に供給する。ケーシング１内に供給された原料水は、陽極電極２２に連続接触するとともに、陽イオン交換膜２１に形成された穴部５を通過して陰極電極２３に連続接触する。
同時に、電源装置８０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、原料水中の水素が陽極電極２２側から陽イオン交換膜２１中を通過して陰極電極２３側へと加速して移動する。その結果、陽極電極２２側にはオゾンガス及び酸素ガスが発生し、陰極電極２３側には水素ガスが発生する。
【００４４】
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、発生したオゾンガス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、オゾン水は陽極側排出流路１２aを介して陽極側排出管３２へと排出される。
【００４５】
一方、陰極電極２３側で発生した水素ガスは、陽極電極２２側で発生した酸素ガスが、穴部５を通過して陰極電極２３側に移動し、移動してきた酸素ガスと反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。そして、生成された水は、陰極側排出流路１２bを介してループ状配管４０を流れる。ループ状配管４０を流れた水は、再び、陰極側供給流路１１bを介して陰極電極２３に接触し、陰極側排出流路１２bを介してループ状配管４０を流れる。ループ状配管４０内は、図１に示す矢印方向に沿って流れるようになっている。
そして、所定時間経過後で、ループ状配管４０内の圧力が陽極側供給管３１内の圧力よりも高くなったときに、穴部５から陰極電極２３へ原料水が流れなくなり、陰極電極２３への原料水の新たな供給が停止される。すなわち、ループ状配管５０内及び陰極電極２３には、常時、原料水又は酸素ガスと水素ガスによって生成された水が満たされた状態となる。
【００４６】
また、通電中に、濃度検出センサ９０によってオゾン濃度が測定される。そして、測定されたオゾン水の濃度が制御部７０に出力され、制御部７０は、出力された測定濃度が、予め設定された濃度となるように、電源装置８０の出力調整を行うことによって、陽極電極３２及び陰極電極３３間の印加電圧が制御される。このようにして、生成されたオゾン水の濃度が設定濃度に維持され、濃度低下を防止し、高濃度のオゾン水を安定して生成することができる。
【００４７】
以上、本実施形態のオゾン水製造装置１００によれば、陽極側供給管３１から陽イオン交換膜２１に形成された穴部５を通過して陰極電極２３に原料水が供給され、所定時間経過後でループ状配管４０内の圧力が陽極側供給管３１内の圧力よりも高くなったときに、陽極電極２２側から陰極電極２３側への原料水の供給が停止される。このとき陰極電極２３及びループ状配管４０内は、原料水で満たされた状態となり、一方、陽極電極２２には随時、原料水が供給されるので、オゾン水の生成が継続されることになる。このように、陰極電極２３及びループ状配管４０内は原料水に満たされた状態で、陰極電極２３側から装置外へ排出しなくともオゾン水を生成することができる。よって、排水処理が不要で、装置の小型化及び長寿命化を図ることができる。
また、陰極電極２３に、穴部５を介して原料水とともに、陽極電極２２側で発生した酸素ガスが供給されるので、陰極電極２３側で発生した水素ガスが、穴部５から供給された酸素ガスによって水（Ｈ２Ｏ）に戻る。そのため、水素ガスによる電気反応が阻害されることなく、オゾン水を高効率で生成することができる。
【００４８】
［第２の実施形態］
図２は、本発明のオゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
上記第１の実施形態では、陰極側供給手段として、陽イオン交換膜２１に形成された穴部５を挙げたが、第２の実施形態では、陰極側供給手段が、陽極側供給管３１Ａから分岐してループ状配管４０Ａに接続される陰極側供給管３３Ａである。
具体的に、陰極側供給管３３Ａの上流端は、陽極側供給管３１Ａの陽極側供給流路１１aＡよりも上流側で接続されており、下流端は、ループ状配管４０Ａに接続されている。
なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様のため、同様の構成部分には同様の数字に「Ａ」を付して、その説明を省略する。
【００４９】
このようなオゾン水製造装置１００Ａを使用してオゾン水を生成する方法について説明する。
まず、原料水供給源６０Ａから原料水を陽極側供給管３１Ａに流して、ケーシング１Ａ内に供給する。ケーシング１Ａ内に供給された原料水は、陽極電極２２Ａに連続接触する。また、陽極側供給管３１Ａを流れる原料水は、陰極側供給管３３Ａにも流れて、さらにループ状配管４０Ａを流れ、陰極側供給流路１１bＡを介して陰極電極２３Ａに連続接触する。ループ状配管４０Ａ内は、図２に示す矢印方向に沿って流れるようになっている。
同時に、電源装置８０Ａ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。この通電により原料水が電気分解されて、陽極電極２２Ａ側にオゾンガス及び酸素ガスが発生し、陰極電極２３Ａ側には水素ガスが発生する。
オゾンガスは水中に取り込まれてオゾン水が生成され、オゾン水は陽極側排出流路１２aＡを介して陽極側排出管３２Ａへと排出される。
【００５０】
一方、陰極電極２３Ａ側で発生した水素ガスは、陽極電極２２Ａ側で発生した酸素ガスが、陰極側供給管３３Ａ及びループ状配管４０Ａを介して陰極電極２３Ａ側に移動し、移動してきた酸素ガスと反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。そして、生成された水は、陰極側排出流路１２bＡを介してループ状配管４０Ａを流れる。ループ状配管４０Ａを流れた水は、再び、陰極側供給流路１１bＡを介して陰極電極２３Ａに接触し、陰極側排出流路１２bＡを介してループ状配管４０Ａを流れる。ループ状配管４０Ａ内は、図２に示す矢印方向に沿って流れるようになっている。
そして、所定時間経過後で、ループ状配管４０Ａ内の圧力が陽極側供給管３１Ａ内の圧力よりも高くなったときに、陽極側供給管３１Ａから陰極側供給管３３Ａへ原料水が流れなくなり、陰極電極２３Ａへの原料水の新たな供給が停止される。すなわち、陰極側供給管３３Ａ、ループ状配管４０Ａ内及び陰極電極２３Ａには、常時、原料水又は酸素ガスと水素ガスによって生成された水が満たされた状態となる。
【００５１】
以上、本実施形態のオゾン水製造装置１００Ａによれば、陽極側供給管３１Ａから陰極側供給管３３Ａを介して陰極電極２３Ａに原料水が供給され、所定時間経過後でループ状配管４０Ａ内の圧力が陽極側供給管３１Ａ内の圧力よりも高くなったときに、陽極電極２２Ａ側から陰極電極２３Ａ側への原料水の供給が停止される。このとき陰極電極２３Ａ及びループ状配管４０Ａ内は、原料水で満たされた状態となり、一方、陽極電極２２Ａには随時、原料水が供給されるので、オゾン水の生成が継続されることになる。このように、陰極電極２３Ａ及びループ状配管４０Ａ内は原料水に満たされた状態で、陰極電極２３側から装置外へ排出しなくともオゾン水を生成することができる。よって、排水処理が不要で、装置の小型化及び長寿命化を図ることができる。
また、陽極側供給管３１Ａと陰極側供給管３３Ａとが連結しているので、陽極電極２２Ａ側で発生した酸素ガスが陰極側供給管３３Ａ及びループ状配管４０Ａを介して、陰極電極２３Ａ側に供給され、これによって陰極電極２３Ａ側で発生した水素ガスが酸素ガスによって水（Ｈ２Ｏ）に戻る。そのため、水素ガスによる電気反応が阻害されることなく、オゾン水を高効率で生成することができる。
【００５２】
［第３の実施形態］
図３は、本発明のオゾン水製造装置の概略を模式的に示した側断面図である。
第３の実施形態では、上記第１の実施形態と同様に、陰極側供給手段として、陽イオン交換膜２１Ｂに形成された穴部５Ｂが形成されているが、ループ状配管４０は設けられておらず、代わりに、ケーシング１Ｂの陰極電極２３Ｂ側と原料水供給源６０Ｂとを接続する陰極側接続管４１Ｂが設けられている。
具体的に、第１の実施形態において、第２筐体１４の上端部に形成された陰極側供給流路１１bが、第３の実施形態では陰極側排出流路１２bＢとなっており、第１の実施形態において、第２筐体１４の下端部に形成された陰極側排出流路１２bが閉塞された状態となっている。そして、陰極側排出流路１２bＢと、原料水供給源６０Ｂとを接続する陰極側接続管４１Ｂが設けられている。
なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様のため、同様の構成部分には同様の数字に「Ｂ」を付して、その説明を省略する。
【００５３】
このようなオゾン水製造装置１００Ｂを使用してオゾン水を生成する方法について説明する。
まず、原料水供給源６０Ｂから原料水を陽極側供給管３１Ｂに流して、ケーシング１Ｂ内に供給する。ケーシング１Ｂ内に供給された原料水は、陽極電極２２Ｂに連続接触するとともに、陽イオン交換膜２１Ｂに形成された穴部５Ｂを通過して陰極電極２３Ｂに連続接触する。
同時に、電源装置８０Ｂを駆動させることによって、陽極電極２２Ｂ及び陰極電極２３Ｂ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２２Ｂ側にはオゾンガス及び酸素ガスが発生し、陰極電極２３Ｂ側には水素ガスが発生する。
【００５４】
オゾンガスは水中に取り込まれてオゾン水が生成され、オゾン水は陽極側排出流路１２aＢを介して陽極側排出管３２Ｂへと排出される。
【００５５】
一方、陰極電極２３Ｂ側で発生した水素ガスは、陽極電極２２Ｂ側で発生した酸素ガスが、穴部５Ｂを通過して陰極電極２３Ｂ側に移動し、移動してきた酸素ガスと反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。そして、生成された水は、陰極側排出流路１２bＢを介して陰極側接続管４１Ｂを流れる。陰極側排出管４１Ｂを流れた水は、原料水供給源６０Ｂに戻されて、再び、陽極側供給管３１Ｂ及び穴部５Ｂを介して陰極電極２３Ｂに接触し、陰極側排出流路１２bＢを介して陰極側接続管４１Ｂを流れる。陰極側接続管４１Ｂ内は、図３に示す矢印方向に沿って流れるようになっている。
そして、所定時間経過後で、陰極側接続管４１Ｂ内の圧力が陽極側供給管３１Ｂ内の圧力よりも高くなったときに、穴部５Ｂから陰極電極２３Ｂへ原料水が流れなくなり、陰極電極２３Ｂへの原料水の新たな供給が停止される。すなわち、陰極側接続管４１Ｂ内及び陰極電極２３Ｂには、常時、原料水又は酸素ガスと水素ガスによって生成された水が満たされた状態となる。
【００５６】
以上、本実施形態のオゾン水製造装置１００Ｂによれば、陽極側供給管３１Ｂから穴部５Ｂを介して陰極電極２３Ｂに原料水が供給され、所定時間経過後で陰極側接続管４１Ｂ内の圧力が陽極側供給管３１Ｂ内の圧力よりも高くなったときに、陽極電極２２Ｂ側から陰極電極２３Ｂ側への原料水の供給が停止される。このとき陰極電極２３Ｂ及び陰極側接続管４１Ｂ内は、原料水で満たされた状態となり、一方、陽極電極２２Ｂには随時、原料水が供給されるので、オゾン水の生成が継続されることになる。このように、陰極電極２３Ｂ及び陰極側接続管４１Ｂ内は原料水に満たされた状態で、陰極電極２３Ｂ側から装置外に排出しなくともオゾン水を生成することができる。よって、排水処理が不要で、装置の小型化及び長寿命化を図ることができる。
また、陰極電極２３Ｂに、穴部５Ｂを介して原料水とともに、陽極電極２２Ｂ側で発生した酸素ガスが供給されるので、陰極電極２３Ｂ側で発生した水素ガスが、穴部５Ｂから供給された酸素ガスによって水（Ｈ２Ｏ）に戻る。そのため、水素ガスによる電気反応が阻害されることなく、オゾン水を高効率で生成することができる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
下記に示す実施例１〜３のオゾン水製造装置を使用して、下記の条件下で、１０回オゾン水を製造し、製造したオゾン水のオゾン濃度を下記表１に示した。
原料水：水道水
原料水の水温：１８．６℃
気温：１８．６℃
原料水の導電率:２６５μＳ／ｃｍ
原料水の流量：１Ｌ／ｍｉｎ
原料水の吐水量：１８０ｍｌ
オゾン濃度計：ＯＺ−２０（東亜ディーケーケー社製）
陽極電極厚さ：２ｍｍ      
陰極電極厚さ：２ｍｍ      
陽イオン交換膜：ナフィオン膜
なお、陽極電極及び陰極電極間に印加した直流電圧値は、８．０Ｖとした。
【００５８】
＜実施例１＞
図１に示すように、穴部５が形成された陽イオン交換膜２１を備えたオゾン水製造装置１００を使用した。
【００５９】
＜実施例２＞
図２に示すように、陽極側供給管３１Ａから分岐してループ状配管４０Ａに接続される陰極側供給管３３Ａを備えたオゾン水製造装置１００Ａを使用した。
【００６０】
＜実施例３＞
図４に示すように、陰極電極２３Ｃ側の原料水を排水する陰極側排水管３４Ｃを備えたオゾン水製造装置１００Ｃを使用した。
【００６１】
【表１】
0005791841.tif 000002
【００６２】
表１に示した結果から明らかなように、本発明のオゾン水製造装置を使用した場合、陰極電極側から装置外へ排水処理をしなくとも、従来の排水処理する場合と同程度の高濃度のオゾン水を生成することができる。その結果、装置の小型化及び長寿命化を図ることができる。
なお、実施例１及び２において、オゾン水生成開始後、ループ状配管を瞬時に取り外してビーカーに移してポータブル溶存水素計（ENH-1000：株式会社トラストレックス製）を浸漬させて溶存水素濃度を計測したところ、いずれも０ｐｐｂであった。このことから、陰極電極側で発生した水素ガスは、すぐに陽極側から移動した酸素ガスと反応して、水に戻ることが認められる。
【符号の説明】
【００６３】
１，１Ａ，１Ｂ  ケーシング
２，２Ａ，２Ｂ  触媒電極
３，３Ａ，３Ｂ  収容室
５，５Ｂ  穴部
１１a，１１aＡ，１１aＢ  陽極側供給流路
１１b，１１bＡ  陰極側供給流路
１２a，１２aＡ，１２aＢ  陽極側排出流路
１２b，１２bＡ，１２bＢ  陰極側排出流路
１３，１３Ａ，１３Ｂ  第１筐体
１４，１４Ａ，１４Ｂ  第２筐体
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６，１６Ａ，１６Ｂ  保持板
２１，２１Ａ，２１Ｂ  陽イオン交換膜
２２，２２Ａ，２２Ｂ  陽極電極
２３，２３Ａ，２３Ｂ  陰極電極
２４，２４Ａ，２４Ｂ  導線
３１，３１Ａ，３１Ｂ  陽極側供給管
３２，３２Ａ，３２Ｂ  陽極側排出管
３３Ａ  陰極側供給管
４０，４０Ａ  ループ状配管
４１Ｂ  陰極側接続管
６０，６０Ａ，６０Ｂ  原料水供給源
７０，７０Ａ，７０Ｂ  制御部
８０，８０Ａ，８０Ｂ  電源装置
９０，９０Ａ，９０Ｂ  濃度検出センサ
１００，１００Ａ、１００Ｂ  オゾン水製造装置
１３１，１３１Ａ，１３１Ｂ，１４１，１４１Ａ，１４１Ｂ  凹部
【要約】
【課題】本発明の課題は、陰極電極側から装置外へ排水される排水処理が不要で、装置の小型化及び長寿命化を図ることのできるオゾン水製造装置を提供することである。
【解決手段】陽極電極、陰極電極及び陽イオン交換膜を備えたオゾン水製造装置であって、陽極電極側に設けられて、陽極電極に原料水を供給する陽極側供給管と、陽極電極に原料水が供給されることによって製造されたオゾン水を排出するオゾン水排出管と、陽極側供給管内を流れる原料水の一部が、陰極電極に供給される陰極側供給手段と、陰極電極側に設けられて、陰極側供給手段によって供給された原料水を排出し、再度、陰極電極に供給するループ状配管と、を備える。陽極側供給管から陰極側供給手段によって陰極電極に原料水が供給され、所定時間経過後でループ状配管内の圧力が陽極側供給管内の圧力よりも高くなったときに、陰極側供給手段による陰極電極への原料水の供給が停止される。
【選択図】図１【図１】
0005791841.tif 000003
【図２】
0005791841.tif 000004
【図３】
0005791841.tif 000005
【図４】
0005791841.tif 000006
【図５】
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