(57)【要約】【課題】電解式オゾン発生装置の隔膜の劣化の状態を正確に把握して、適切な時期に隔膜を交換することを可能とするとともに、オゾンガス系及びオゾン溶解水系における水素ガスによる事故を防止することができるオゾンガス発生装置及びオゾン溶解水製造装置を提供する。【解決手段】隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置において、前記排出されたオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を測定する水素計測装置とを設けてなることを特徴とするオゾンガス発生装置、及び、該オゾンガス発生装置と、該オゾンガス発生装置から排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなることを特徴とするオゾン溶解水製造装置。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置において、前記排出されたオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を測定する水素計測装置とを設けてなることを特徴とするオゾンガス発生装置。
【請求項２】
隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出し、発生した水素含有ガスを陰極室から排出するオゾンガス発生装置において、前記排出された水素含有ガスと接触させて該ガス中の酸素濃度又はオゾン濃度を測定する計測装置を設けてなることを特徴とするオゾンガス発生装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のオゾンガス発生装置と、該オゾンガス発生装置から排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなることを特徴とするオゾン溶解水製造装置。
【請求項４】
隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置と、該排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなるオゾン溶解水製造装置において、ガス溶解装置から排出された余剰のオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を検出する水素計測装置とを設けてなることを特徴とするオゾン溶解水製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オゾンガス発生装置及びオゾン溶解水製造装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、電解式オゾン発生装置の隔膜の劣化の状態を正確に把握して、適切な時期に隔膜を交換することを可能とするとともに、オゾンガス系及びオゾン溶解水系における水素ガスによる事故を防止することができるオゾンガス発生装置及びオゾン溶解水製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
オゾンの用途は、従来の殺菌、漂白に留まらず、有機物分解などの水処理や、超純水などの純度が保証された水にオゾンを溶解して調製するオゾン溶解水による洗浄分野などにも広がりをみせている。
オゾン発生の手段としては、高純度酸素、濃度を高めた酸素、空気中の酸素などを原料として、放電エネルギーを与えてその一部をオゾンに転換する放電方式と、純水を原料として特殊な触媒と適当な電解条件によって陽極側からオゾンと酸素ガスの混合ガスを取り出す電解方式がある。両方式には、それぞれに長所と短所があり、使い分けられている。
電解方式は、純水と電気さえあればよいこと、比較的高濃度で高純度のオゾンガスを得やすいことなどの特徴によって、洗浄用のオゾン溶解水の製造装置などに多く使われている。手軽な方法であるが、オゾン発生と同時に、陰極側では副生成物として水素ガスが発生することも特徴となっている。
電解式オゾン発生器は、陰・陽両極の間を固体高分子隔膜が仕切る構造になっている。実用的な固体高分子隔膜として、耐オゾン性を有するポリテトラフルオロエチレンを基体とするイオン交換膜が採用されている。ポリテトラフルオロエチレンを基体とするイオン交換膜は、この用途に使用し得る事実上唯一の膜であるが、ポリテトラフルオロエチレン固有のガス透過性のために、水素ガスの陽極側への混入と、オゾンと酸素ガスの陰極側への混入が避けられないという問題点を有する。これらのガス成分が混合し、爆発条件を満たすガスになると、そこに静電気など何らかの着火源が加わった場合に爆発を起こすという事態も想定され、その事例も認められている。
これに対して、現状の危険回避策は、イオン交換膜の経年劣化や異常によるガス透過性の上昇を見越して、定期的に膜交換を実施することが一般的手段となっている。しかし、膜品質や電解セル組立施行技術などのばらつきにより、対極側ガスの混入量増加の進行もばらつき、単純な定期交換だけでは危険を回避できない場合もあった。また、定期交換の頻度を増やすことは、安全面では望ましいが、無駄が多くなり、手間とコスト増大の面から限界があることはいうまでもない。
他のイオン交換膜劣化に対する危険回避手段として、膜によって仕切られている陰・陽両極間の電圧をモニターする方法が提案され、一部実用化されている。オゾンを実質的に発生させない低電流電解条件下では、膜間電圧は膜の劣化指標として運用できるが、通常のオゾン発生条件である所定電流電解条件下では、膜の劣化を膜間電圧で見極めることは困難であるという問題点があった。特に生産ラインで連続運転することが求められる場合、頻繁に低電流電解を実施するわけはにいかず、使いやすい監視手段とは言えなかった。
安全確保のために最も重要なことは、オゾンガス中に水素ガスが混入しない状態を保つことである。最悪でも、爆発限界（空気−水素ガス系では４容量％）未満を維持しなければならない。生産物であるオゾンガス中の水素ガスを監視することが最も直接的で確実であるが、オゾン雰囲気に耐える実用的な水素ガスモニターと検知器は現状では存在せず、このために上述の電圧測定に頼らざるを得ないという状況にあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電解式オゾン発生装置の隔膜の劣化の状態を正確に把握して、適切な時期に隔膜を交換することを可能とするとともに、オゾンガス系及びオゾン溶解水系における水素ガスによる事故を防止することができるオゾンガス発生装置及びオゾン溶解水製造装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、オゾンガス発生装置の陽極室から排出されたオゾン含有ガス中のオゾンをオゾン分解装置を用いて分解し、オゾン分解装置を経たガス中の水素ガス濃度を水素計測装置を用いて測定することにより、オゾンガス発生装置の隔膜の劣化の状態と、オゾンと酸素ガスの混合ガスへの水素ガスの混入状態を的確に把握することができ、オゾンガス発生装置の陰極室から排出された水素含有ガス中のオゾン又は酸素ガス濃度を計測装置を用いて測定することにより、オゾンガス発生装置の隔膜の劣化の状態を把握することができ、さらに、オゾンガス発生装置とガス溶解装置とを備えたオゾン溶解水製造装置に、上記のガス計測装置を付設することにより、オゾン溶解水製造装置とオゾン溶解水使用装置を安全に運転し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置において、前記排出されたオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を測定する水素計測装置とを設けてなることを特徴とするオゾンガス発生装置、
（２）隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出し、発生した水素含有ガスを陰極室から排出するオゾンガス発生装置において、前記排出された水素含有ガスと接触させて該ガス中の酸素濃度又はオゾン濃度を測定する計測装置を設けてなることを特徴とするオゾンガス発生装置、
（３）第１項又は第２項記載のオゾンガス発生装置と、該オゾンガス発生装置から排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなることを特徴とするオゾン溶解水製造装置、及び、
（４）隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置と、該排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなるオゾン溶解水製造装置において、ガス溶解装置から排出された余剰のオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を検出する水素計測装置とを設けてなることを特徴とするオゾン溶解水製造装置、
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（５）オゾン分解装置が、活性炭充填塔、触媒充填塔又は紫外線照射装置である第１項記載のオゾンガス発生装置、
（６）水素計測装置が、測定した水素ガス濃度に応じて警報を発する第１項記載のオゾンガス発生装置、
（７）水素計測装置と電解装置の間にインターロックシステムが構成され、測定された水素ガス濃度が所定の閾値に達したとき、電解装置の運転が停止される第１項記載のオゾンガス発生装置、
（８）水素ガス濃度の所定の閾値が、水素ガスの爆発限界濃度以下の値である第７項記載のオゾンガス発生装置、
（９）ガス溶解装置が、耐オゾン性を有する気体透過膜を備えたモジュールである第３項又は第４項記載のオゾン溶解水製造装置、及び、
（１０）ガス溶解装置が、エジェクターと気液分離器とを組み合わせた装置である第３項又は第４項記載のオゾン溶解水製造装置、
を挙げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のオゾンガス発生装置の第一の態様は、隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置において、前記排出されたオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を測定する水素計測装置とを設けてなるオゾンガス発生装置である。
図１は、本発明のオゾンガス発生装置の一態様の説明図である。イオン交換膜１で区画して、一方の側を陰極室２、他方の側を陽極室３とした電解装置４に、純水が供給され、電解される。純水の電解により、陰極室では水素ガスが発生し、陽極室ではオゾンと酸素ガスの混合ガスが発生する。オゾンと酸素ガスの混合ガスとして排出されるオゾン含有ガスは、オゾン分解装置５においてガス中のオゾンが分解されたのち、水素計測装置６に送られてガス中の水素ガス濃度が測定される。
本発明装置に使用するオゾン分解装置に特に制限はなく、例えば、活性炭充填塔、オゾン分解触媒充填塔、紫外線照射装置などを挙げることができる。微量の水素ガスを含有するオゾンと酸素ガスの混合ガスは、オゾン分解装置を経由することにより、混合ガス中のオゾンが分解されて微量の水素ガスを含有する酸素ガスとなるので、水素計測装置は、オゾンによる劣化や妨害を受けず、誤計測がなく安定して水素ガス濃度を測定することができる。
【０００６】
測定された水素ガス濃度は、記録計等に出力して、陰極室側から陽極室側への水素ガスの移動量を把握し、電解装置の隔膜として用いているイオン交換膜の劣化の状態を判断することができる。また、水素ガス濃度が所定の値に達したとき、ライトの点滅やブザーなどにより、水素計測装置から警報を発することができる。さらに、水素計測装置にあらかじめ水素ガスの爆発限界濃度以下の閾値を設定しておき、水素計測装置と電解装置の間にインターロックシステムを構成し、水素ガス濃度が閾値に達したとき、自動的に電解装置の運転を停止し、高濃度の水素ガスによる事故を未然に防止することができる。
図１に示す態様のオゾンガス発生装置においては、陽極側から排出されるオゾン含有ガスの一部をバイパスして、オゾン分解装置及び水素計測装置に通気しているが、オゾン利用部においてオゾン含有ガスを使用しない時間帯がある場合は、陽極室から排出されるオゾン含有ガスの全量をオゾン分解装置及び水素計測装置に通気することもできる。
【０００７】
図２は、本発明のオゾンガス発生装置の他の態様の説明図である。イオン交換膜１で区画して、一方の側を陰極室２、他方の側を陽極室３とした電解装置４に、純水が供給され、電解される。純水の電解により、陰極室では水素ガスが発生し、陽極室ではオゾンと酸素ガスの混合ガスが発生する。陰極から排出される水素含有ガスは、オゾン又は酸素計測装置７に送られて、ガス中のオゾン濃度又は酸素ガス濃度が測定される。
測定されたオゾン濃度又は酸素ガス濃度は、記録計に出力して、陽極室側から陰極室側へのオゾン又は酸素ガスの移動量を把握し、電解装置の隔膜として用いているイオン交換膜の劣化の状態を判断することができる。また、オゾン又は酸素計測装置にあらかじめオゾン又は酸素ガスの濃度の閾値を設定しておき、オゾン又は酸素ガスの濃度が所定の値に達したとき、ライトの点滅やブザーなどにより、警報を発することができる。
本発明において、陰極室から排出される水素含有ガスの処理方法に特に制限はなく、例えば、アルミナ担体に白金を担持させた酸化触媒に空気の存在下で接触させ、低温で酸化させて水に変換することができる。
【０００８】
本発明のオゾン溶解水製造装置の第一の態様は、本発明のオゾンガス発生装置と、該オゾンガス発生装置から排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなるオゾン溶解水製造装置である。図３は、本発明のオゾン溶解水製造装置の一態様の説明図である。本態様のオゾン溶解水製造装置においては、電解装置４の陽極室３から排出されるオゾンと酸素ガスの混合ガスが、オゾン分解装置５においてガス中のオゾンが分解されたのち、水素計測装置６に送られてガス中の水素ガス濃度が測定される本発明のオゾンガス発生装置、又は、電解装置４の陰極室２から排出される水素含有ガスが、オゾン又は酸素計測装置７に送られてガス中のオゾン濃度又は酸素ガス濃度が測定される本発明のオゾンガス発生装置と、オゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置８が備えられている。
純水の電解によりオゾン含有ガスを発生させると、水素ガスの発生モル数は、オゾンと酸素ガスの合計発生モル数の２モル倍以上である。本態様のオゾン溶解水製造装置を用い、陽極室から排出されるオゾン含有ガス中の水素ガス濃度を測定し、必要に応じて、水素計測装置と電解装置のインターロックシステムを構成することにより、オゾン溶解水製造装置において、水素ガス濃度が上昇し、不測の事故が発生することを未然に防止することができる。
【０００９】
本発明のオゾン溶解水製造装置の第二の態様は、隔膜で区画して一方の側を陰極室、他方の側を陽極室とした電解装置に純水を供給して電解し、発生したオゾン含有ガスを陽極室から排出するオゾンガス発生装置と、該排出されたオゾン含有ガスを水に溶解させるガス溶解装置とを備えてなるオゾン溶解水製造装置において、ガス溶解装置から排出された余剰のオゾン含有ガス中のオゾンを分解するオゾン分解装置と、オゾン分解装置を経たガスと接触させて該ガス中の水素ガス濃度を検出する水素計測装置とを設けてなるオゾン溶解水製造装置である。
図４は、本発明のオゾン溶解水製造装置の他の態様の説明図である。イオン交換膜１で区画して、一方の側を陰極室２、他方の側を陽極室３とした電解装置４に、純水が供給され、電解される。純水の電解により、陰極室では水素ガスが発生し、陽極室ではオゾンと酸素ガスの混合ガスが発生する。オゾンと酸素ガスの混合ガスとして排出されるオゾン含有ガスは、ガス溶解装置８に送られ、オゾン含有ガスがガス溶解装置に供給される水に溶解してオゾン溶解水が調製される。本態様のオゾン溶解水製造装置においては、ガス溶解装置８から排出される排ガスがオゾン分解装置５に導かれ、排ガス中に残存するオゾンが分解されたのち、水素計測装置６に送られてガス中の水素ガス濃度が測定される。
【００１０】
本発明のオゾン溶解水製造装置に使用するオゾン分解装置に特に制限はなく、例えば、活性炭充填塔、オゾン分解触媒充填塔、紫外線照射装置などを挙げることができる。微量の水素ガスを含有するオゾンと酸素ガスの混合ガスからなる排ガスは、オゾン分解装置を経由することにより、排ガス中のオゾンが分解されて微量の水素ガスを含有する酸素ガスとなるので、水素計測装置は、オゾンによる劣化や妨害を受けることなく安定して水素ガス濃度を測定することができる。測定された水素ガス濃度は、記録計に出力して、陰極室側から陽極室側への水素ガスの移動量を把握し、電解装置の隔膜として用いているイオン交換膜の劣化の状態を判断することができる。また、水素ガス濃度が所定の値に達したとき、ライトの点滅やブザーなどにより、水素計測装置から警報を発することができる。さらに、水素計測装置にあらかじめ水素ガス濃度の閾値を設定しておき、水素計測装置と電解装置の間にインターロックシステムを構成し、水素ガス濃度が閾値に達したとき、自動的に電解装置の運転を停止し、高濃度の水素ガスによる事故を未然に防止することができる。
【００１１】
図４に示す態様のオゾン溶解水製造装置においては、オゾンガス発生装置で発生したオゾン含有ガスの全量を常にガス溶解装置に送って、オゾン溶解水を調製するので、定常状態を乱すことなく安定してオゾン溶解水を製造することができる。本態様の装置においては、電解装置の陽極室から排出されるオゾン含有ガスの全量をガス溶解装置に送り、オゾン溶解水を調製したのちの排ガスについて、水素ガス濃度を測定するので、ガス溶解装置におけるオゾン、酸素ガス及び水素ガスの溶解による減少量を考慮して、排ガス中の水素ガス濃度から、電解装置の陰極室側から陽極室側へ移動した水素ガスの量を想定し、水素ガス濃度の閾値を定めることが好ましい。水素ガスの水への溶解の程度は、オゾン含有ガスと水との供給条件や圧力などのオゾン溶解水製造条件によって変動するので、条件ごとに検討する必要がある。また、オゾンと水素ガスが反応して水素ガスが減少する可能性もあるので、考慮に入れることが好ましい。
本発明のオゾン溶解水製造装置において、オゾン含有ガスを水に溶解させてオゾン溶解水を調製するガス溶解装置に特に制限はなく、例えば、気体透過膜を用いるガス溶解装置、エジェクターと気液分離器とを組み合わせたガス溶解装置、散気方式のガス溶解装置、水配管へのガス注入口とスタティックミキサーを組み合わせたガス溶解装置などを挙げることができる。図３に示す態様においては、気体透過膜モジュール１個を用いたガス溶解装置が示されているが、複数個の気体透過膜モジュールを直列に連結し、オゾン含有ガスとオゾン溶解水を向流で接触させることにより、溶解オゾン濃度の高いオゾン溶解水を製造することができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のオゾンガス発生装置によれば、陽極室から排出されるオゾン含有ガス中の水素ガス濃度又は陰極室から排出される水素ガス中のオゾン又は酸素ガスの濃度を測定することにより、電極槽の隔膜の劣化の状態を的確に把握し、隔膜を可能な限り長期間使用した上で、必要が生じた時期に交換し、隔膜を有効かつ経済的に使用することができる。また、本発明のオゾンガス発生装置及びオゾン溶解水製造装置によれば、電解式オゾン発生器固有の問題として避けられないオゾン、酸素ガス及び水素ガスの混合状況を正しく見極め、水素ガス濃度の上昇がもたらす不測の事故を未然に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のオゾンガス発生装置の一態様の説明図である。
【図２】図２は、本発明のオゾンガス発生装置の他の態様の説明図である。
【図３】図３は、本発明のオゾン溶解水製造装置の一態様の説明図である。
【図４】図４は、本発明のオゾン溶解水製造装置の他の態様の説明図である。
【符号の説明】
１  イオン交換膜
２  陰極室
３  陽極室
４  電解装置
５  オゾン分解装置
６  水素計測装置
７  オゾン又は酸素計測装置
８  ガス溶解装置
【図１】
2004285374.tif 000003
【図２】
2004285374.tif 000004
【図３】
2004285374.tif 000005
【図４】
2004285374.tif 000006