JP3819860B2 - オゾン生成装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解により被電解水中にオゾンを生成するオゾン生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、特に浴室などで発生するレジオネラ菌などの細菌による感染症の問題が注目されている。浴室の湿度、温度環境下では、カビの発生やレジオネラ菌などの細菌の繁殖が活発化され、これらカビやレジオネラ菌が体内に侵入し、感染症の原因とされる。通常、浴室などの高温多湿な環境下において繁殖されたカビやレジオネラ菌は、風呂釜タイルやなどに付着され、風呂釜に貯留される湯中に混入される。係る湯による湯気を吸い込むことにより、菌が体内に侵入する。また、浴室以外にも、台所などの水回りでは、食品の小さなゴミや水などが腐敗することにより、細菌繁殖の原因となる。
【０００３】
そこで、カビやレジオネラ菌等の細菌が付着された風呂釜やタイル、台所周りなどには、一般に、塩素系消毒剤を散布することにより、カビ等の細菌を死滅させ、また、更なる繁殖の予防を行っている。
【０００４】
一般的に使用されている塩素系消毒剤は、次亜塩素酸ナトリウムなどの薬剤投入により調整されていると共に、多くはアルカリ性に調整されている。そのため、酸性薬剤と混合すると有毒な塩素ガスを発生し、使用中における事故を生じる問題があった。また、塩素系消毒剤では、塩素耐性菌や芽胞及び原虫などの除去が困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、より殺菌能力が高い物質としてオゾンを用いて殺菌を行うことが知られている。しかしながら、オゾンは、水中に溶存している時間が極端に短いため、生成直後に使用しなければ、オゾンによる殺菌効果を得ることができない。そこで、オゾンを殺菌に使用する方法として、放電方式により生成したオゾンを水に溶解し、オゾンを含有するオゾン水を生成し、殺菌対象に振りかけたり、オゾン水に殺菌対象を浸したり、殺菌対象となる水にオゾン水を投入するなどして殺菌に使用していた。かかる場合には、放電方式により生成されたオゾンを水に溶解することが非常に困難であるため、生成したオゾンの一部は水に溶解されず、気体オゾンとして放出される。そこで、直接水中にオゾンを生成させる方法として、被電解水中に少なくとも一対の電解用電極を浸漬し、これら電解用電極に電圧を印加することにより被電解水中に次亜塩素酸及びオゾンを発生させ、この次亜塩素酸及びオゾンを含有する水を用いて殺菌を行う方法がある（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３８６５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、従来の放電方式によるオゾン生成方法では、生成したオゾンを水に溶解させなければ成らず、また、溶解されなかった気体オゾンは分解処理が必要となるため、装置の複雑化と作業の煩雑化という問題を抱えていた。また、電解方式によるオゾン生成方法では、十分にオゾンを生成するために、アノード側とカソード側との間に隔膜をおいて隔絶し、各側を覆う必要があるため、装置が複雑化、大型化する問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、煩雑な組立作業を行うことなく容易に被電解水中にオゾンを生成することができるオゾン生成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のオゾン生成装置は、アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるものであって、アノード及びカソードは、所定間隔を存して一体とされ、電解部を構成すると共に、この電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬され、当該被電解水中を移動自在とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるオゾン生成装置において、アノード及びカソードは、相互に隔絶させること無く、所定間隔を存して一体とすることで電解部を構成したので、オゾンを生成する対象となる被電解水に電解部を投入し、被電解水中に浸漬することにより、容易に被電解水を電解し、オゾンを生成することが可能となる。
【００１１】
また、アノード及びカソードはオゾンの生成に最適な間隔を存して一体とされているため、電解部を被電解水中に投入するのみで、オゾンの生成に最適な間隔を存してアノード及びカソードを設置することができるようになり、使用時における煩雑な作業を回避することができるようになる。更に、アノード及びカソードは、相互に隔絶させること無く設けられているため、装置が複雑化、大型化する不都合を回避することができるようになる。
【００１２】
特に、電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬されると共に、当該被電解水中を移動自在とされているので、任意に電解部の設置場所を変更することができ、利便性が向上する。
【００１３】
請求項２の発明のオゾン生成装置は、上記において、アノード及びカソードは、被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、上記において、アノード及びカソードは、被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されるので、当該アノード及びカソードの表面積を拡張することができ、より一層、オゾンの生成効率を向上することができるようになる。
【００１５】
請求項３の発明のオゾン生成装置は、上記において、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、上記において、アノードとカソード間に、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したので、アノードとカソードの間隔を小さくすることが可能となる。これにより、印加電圧を下げても、効果的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００１７】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで絶縁性、イオン透過性の膜を挟持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンは、膜が立体障壁となるため、膜を透過して直接カソード側へ移動することは困難となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素または水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまう不都合を回避することができ、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。
【００１８】
また、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置を簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００１９】
請求項４の発明のオゾン生成装置は、上記発明において、膜は、陽イオン交換膜であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明によれば、上記において、カソードとアノード間に、陽イオン交換膜を介設したので、より一層、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００２１】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで陽イオン交換膜を狭持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンとプロトンは、陽イオン交換膜を介してプロトンのみ透過が可能となり、オゾン、陰イオン、及び溶存気体などは不透過となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素又は水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまうことがなく、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。また、プロトンは、陽イオン交換膜を介してカソード側へ移動可能であるので、絶縁性、イオン透過性の膜を使用する場合より印加電圧を下げても、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００２２】
更に、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置の簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００２３】
請求項５の発明のオゾン生成装置は、上記各発明において、アノード及び又はカソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、アノード及び又はカソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されているので、より一層オゾンの生成効率が向上する。
【００２５】
請求項６の発明のオゾン生成装置は、上記各発明において、電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項６の発明によれば、上記各発明において、電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されているため、手指が直接アノードやカソードに触れる不都合を回避することができ、当該電解部の取扱性を向上させることができるようになる。
【００２７】
請求項７の発明のオゾン生成装置は、上記各発明において、電解部は、下部に重錘部材を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項７の発明によれば、上記発明において、電解部は、下部に重錘部材を備えたので、当該電解部が被電解水中に浮き上がることを防止することができ、適切な状態で、被電解水の電解によるオゾン生成を実行することができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の実施例としてのオゾン生成装置１の概要を示す概要説明図、図２は電解部３の構造説明図、図３は電解部３の部分拡大図、図４は他の実施例の電解部３の部分拡大図を示している。本実施例におけるオゾン生成装置１は、例えば浴槽などの貯留槽２に貯留された被電解水としての水道水を電解し、当該貯留槽２の殺菌処理を行うものである。
【００３０】
オゾン生成装置１は、貯留槽２に容易に投入可能とするため、一体に形成された電解部３と、電源部４とにより構成されている。電解部３は、本実施例では、一対の電解用電極、アノード５と、カソード６と、これらアノード５とカソード６との間を絶縁して一体に設けるための陽イオン交換膜７とから構成される。電解部３のアノード５及びカソード６は、それぞれ配線８、９を介して電源部４に接続されており、電源部４は、これらアノード５及びカソード６への通電制御を行っている。
【００３１】
アノード５は、電解により容易にオゾンを生成可能とする金属材料として例えばルテニウム（Ｒｕ）とニオブ（Ｎｂ）の焼成金属又は白金（Ｐｔ）とタンタル（Ｔａ）の焼成金属により構成されている。カソード６は、白金（Ｐｔ）の焼成金属により構成されている。また、これらアノード５及びカソード６は、通水性を確保するためメッシュ状の通水性部材とされている。また、本実施例において、アノード５及びカソード６は、例えば縦４ｃｍ〜６ｃｍ、横約２ｃｍ、厚さ（表面に塗布された触媒を含む。）約１ｍｍのものを使用する。
【００３２】
陽イオン交換膜７は、アノード５及びカソード６の寸法よりも少許大きい寸法に形成されており、本実施例では、例えばナフィオン膜（Ｎａｆｉｏｎ：商品名）を用いるものとする。そして、この陽イオン交換膜７の一方の面にアノード５を、他方の面にカソード６を接着することにより、電解部３が構成される。これにより、陽イオン交換膜７はアノード５とカソード６に挟持されたかたちとなり、これらアノード５及びカソード６は、極間距離が陽イオン交換膜７の厚さのみとなる。これにより、極間距離を著しく小さくすることができ、電解効率の向上を図ることができる。
【００３３】
尚、本実施例では、アノード５とカソード６間との間に陽イオン交換膜７が介設されているため、極間距離が陽イオン交換膜７の厚さだけであるが、当該極間に膜を設けない場合には、図４に示す如く、極間が例えば約４ｍｍとなるように絶縁性の、例えばシリコンゴムにて構成された間隔子１５を設けるものとする。尚、この間隔子１５は、アノード５及びカソード６の極間を一定に確保するためのものであるため、陽イオン交換膜７とは異なり、アノード５及びカソード６間のイオンの移動及び水の移動を制限するものではない。
【００３４】
そして、一体とされたアノード５、カソード６及び陽イオン交換膜７には、これらアノード５及びカソード６に手指が触れないように絶縁材料にて構成されるカバー部材１１が設けられる。尚、この絶縁材料は、オゾンと反応しない材質のものとして、例えばポリフッ化エチレン系繊維であるものとする。このカバー部材１１は、電解部３への通水性を確保するため、手指が入らない程度の網目状に形成されている。また、このカバー部材１１は、下部に重り（重錘部材）１２が設けられている。
【００３５】
以上の構成により、浴槽などの貯留槽２内の被電解水中にオゾンを生成する場合には、カバー部材１１にて被覆された電解部３を貯留槽２内に投入し、該電解部３を被電解水中に浸漬する。そして、電源部４により電解部３のアノード５及びカソード６に通電する。
【００３６】
ここで、浴槽などに貯留される被電解水は通常、水道水であるため、被電解水中には、あらかじめ所定量以上、例えば約３０ｐｐｍ以上の塩化物イオンが含有されている。そのため、アノード５及びカソード６に電圧が印加されると、アノード５では、図３に示す如く塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。その後、この塩素は、水に溶解し、次亜塩素酸を生成する。
【００３７】
また、アノード５は、上述した如くルテニウムとニオブの焼成金属又は白金とタンタルの焼成金属により構成されていると共に、被電解水としての水道水中には、塩化物イオンが存在しているため、電位が上昇し、被電解水中の水酸化物イオンは酸素又はオゾン等の活性酸素を生成する。なお、生成されたオゾンは、アノード５が上述した如くメッシュ状に形成されていることから容易にアノード５から放出される。
【００３８】
一方、カソード６では、アノード５において生成された塩素や酸素又はオゾンが塩化物イオンや水酸化物イオンにまで還元される。即ち、アノード５における化学反応とは逆反応が生じる。
【００３９】
ここで、本実施例では、アノード５とカソード６との間に陽イオン交換膜７が介設されているため、アノード５側とカソード６側は陽イオン交換膜７と接した面では、陽イオン交換膜７を介して陽イオンの透過が可能となり、陰イオンの透過及び溶存気体の透過が不可能となる。そのため、これら陰イオン及び溶存気体は、陽イオン交換膜７と接した面以外でのみ陰イオン及び溶存気体が移動可能となる。
【００４０】
そのため、アノード５において生成された塩素及びオゾンは、陽イオン交換膜７を透過して最短距離でカソード６側に移動することができない。これにより、アノード５側の塩素及びオゾンは、陽イオン交換膜７を回避したかたちで、即ち、陽イオン交換膜７の外方を回ってカソード６側に移動し、カソード６において、還元反応を生じる。
【００４１】
これにより、アノード５側で生成されたオゾンは、陽イオン交換膜７を透過することができないため、生成直後にカソード６側で酸素又は水酸化物イオン又は水に還元される不都合を回避することができ、オゾンの存在時間の延長化を図ることができるようになる。このため、被電解水中のオゾン含有量が増加し、オゾンによる殺菌効果を向上させることができる。これにより、被電解水が貯留された本実施例の浴槽内は、洗剤などの格別な薬剤を使用することなく、湯垢やヌメリなどを除去することができるようになる。
【００４２】
ここで、図５の実験結果を参照して、各条件におけるオゾン発生量を示す。かかる実験では、アノード５にルテニウムとニオブの焼成電極を用い、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜７を介設したもの（丸１）と、同じくアノード５にルテニウムとニオブの焼成電極を用い、アノード５とカソード６間は、前記間隔子１５を設け、約４ｍｍ間隔を存したもの（丸２）と、アノード５に白金焼成電極を用い、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜７を介設したもの（丸３）と、同じくアノード５に白金焼成電極を用い、アノード５とカソード６間は、前記間隔子１５を設け、約４ｍｍの間隔を存したもの（丸４）を用いて、被電解水を電解し、オゾンの生成量を測定した。尚、いずれもカソード６には白金焼成電極を用い、被電解水に、水温１５℃の塩化物イオン濃度が１７．７５ｐｐｍの模擬水道水１５０ｍｌを用いた。かかる条件で、１分間、電解を行った。
【００４３】
これによると、アノード５とカソード６との間に、陽イオン交換膜７を介設した方が、比較的オゾンの生成に適切な間隔（本実施例では約４ｍｍ）を存して一体に設けられた電解部３を用いた場合に比して、オゾンの生成量が多いことがわかる。また、アノード５にルテニウムとニオブの焼成電極を用いたほうが、白金焼成電極を用いた場合に比してオゾンの生成量が多いことがわかる。
【００４４】
このことから、アノード５とカソード６との間には、陽イオン交換膜７を介設した方が、膜を設けずに、所定間隔を存した場合よりもオゾンの生成により一層好適であることがわかる。また、アノード５を構成する電極は、ルテニウムとニオブの焼成電極を用いた方が、白金焼成電極を用いる場合よりもオゾンの生成により一層好適であることがわかる。
【００４５】
一方、カソード６側において、還元された塩化物イオンや水酸化物イオンは、陽イオン交換膜７を透過することができないため、該陽イオン交換膜７を回避したかたちでアノード５側へ移動し、再び、塩素や酸素又はオゾンにまで酸化される。陽イオン交換膜７が、陽イオンのみを透過するため、アノード５側からカソード６側に移動した水素イオンは、カソード６において水素ガスにまで還元され、気体として外部に放出される。
【００４６】
ここで、本実施例では、陽イオン交換膜７は、アノード５とカソード６との間に介設されているが、アノード５及びカソード６の寸法よりも少許大きい寸法に形成されているため、当該陽イオン交換膜７によりアノード５側とカソード６側の被電解水は区画されない。これにより、被電解水のアノード５側及びカソード６側で生じる水素イオンや水酸化物イオンは被電解水中で反応することにより、被電解水が中性を維持することができるようになる。そのため、電解が進むにつれてアノード５側が酸性に傾いたり、カソード６側がアルカリ性に傾くなど、ｐＨが変動することを未然に回避することができるため、装置を簡素化することができるようになる。また、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業を回避することができるようになる。
【００４７】
以上詳述した如く、本実施例によれば、電解部３は、アノード５とカソード６とを所定間隔、即ち、陽イオン交換膜７の厚さ分だけ存して一体に形成されているため、当該電解部３を貯留槽２内に投入し、被電解水中に浸漬した状態で電源部４により電圧を印加することにより、容易に被電解水を電解し、オゾンを生成することが可能となる。
【００４８】
また、アノード５及びカソード６はオゾンの生成に最適な間隔を存して一体とされているため、電解部３を被電解水中に投入するのみで、オゾンの生成効率が最適な間隔を存してアノード５及びカソード６を設置することができるようになり、使用時における煩雑な作業を回避することができるようになる。また、本実施例の如くアノード５とカソード６との間隔を著しく小さくすることにより、最小の印加電圧にてオゾンの生成を行うことができ、オゾン生成効率の向上を図ることができるようになる。また、より一層被電解水の電解効率を向上させ、オゾンの生成量を増加させるため、被電解水に塩化ナトリウムなどのハロゲン化物を添加しても良いものとする。
【００４９】
更に、アノード５及びカソード６は、通水性のあるメッシュ状を呈しているため、表面積を拡張することができ、より一層、オゾンの生成効率を向上することができるようになる。
【００５０】
また、本実施例のオゾン生成装置１は、電解部３がいずれの貯留槽にも投入可能な構成とされていると共に、被電解水中を自在に移動可能とされているので、任意に電解部３の設置場所を変更することができ、利便性が向上する。尚、本実施例では、設置目的場所に作業者が電解部３を移動することとしているが、これ以外にも、電解部３の下部に移動手段を設け、電解中、図示しない制御装置により電解部３を自在に移動させ、被電解水全体のオゾン生成効率の向上を図っても良いものとする。
【００５１】
また、本実施例では、電解部３の下部に重り１２が設けられているので、電解部３が被電解水中に浮き上がることを防止することができ、適切な状態で、被電解水の電解によるオゾン生成を実行することができるようになる。尚、当該電解部３を浴槽の底壁に形成された排水口を自在に閉塞する閉塞部材に設けても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、電解部３には、上述した如くカバー部材１１が設けられているため、手指が直接アノード５やカソード６に触れる不都合を回避することができ、当該電解部３の取扱性を向上させることができるようになる。
【００５３】
尚、本実施例では、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜７を介設しているが、これ以外にも、絶縁性、イオン透過性があり、且つオゾンガス非透過性の中性膜（選択透過性のない膜）をアノード５とカソード６間に介設しても良いものとする。かかる場合には、上記実施例と同様に、中性膜にアノード５及びカソード６を接着することにより、中性膜の厚さ分だけ間隔を存して、アノード５及びカソード６を一体に構成することができるようになる。
【００５４】
また、アノード５とカソード６間に中性膜を介設することにより、アノード５側とカソード６側で中性膜と接した面は、この中性膜を介してイオンの透過が可能となり、オゾンは中性膜を透過しにくいので、中性膜と接した面以外で被電解水中に溶存するオゾンの移動が可能となる。
【００５５】
そのため、上記実施例と同様に、被電解水のアノード５側及びカソード６側で生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性を維持することができるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード５側とカソード６側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置を簡素化することができるようになる。また、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業を回避することができるようになる。
【００５６】
また、アノード５側で生成されたオゾンは、中性膜を透過することができないため、生成直後にオゾンが、カソード６側で酸素又は水酸化物イオンに還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮ことなく消失してしまう不都合を回避することができる。そのため、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することができ、これにより、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。
【００５７】
ここで、図６及び図７の実験結果を参照して説明する。図６は各条件における電流値に対するオゾン発生量を示し、図７は各条件における電流値に対する電圧を示す。かかる実験では、アノード５にルテニウムとニオブの焼成電極、カソード６に白金焼成電極を用い、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜を介設したもの（図６では黒三角、図７では黒丸で示す。）と、アノード５とカソード６間に中性膜を介設したもの（図６では白三角、図７では白丸で示す。）を用いて、被電解水を電解し、オゾンの生成量を測定した。尚、いずれも被電解水に、水温１５℃の塩化物イオン濃度が１７．７５ｐｐｍの模擬水道水１５０ｍｌを用いた。かかる条件で、１分間、電解を行った。
【００５８】
これによると、各電流値において、アノード５とカソード６との間に、陽イオン交換膜を介設した方が、中性膜を介設した場合に比して、オゾンの生成量が多いことがわかる。また、各電流値において、アノード５とカソード６との間に、陽イオン交換膜を介設した方が、中性膜を介設した場合に比して、電圧が低いことがわかる。
【００５９】
このことから、アノード５とカソード６との間には、陽イオン交換膜を介設した方が、中性膜を介設した場合よりも低い消費電力にてより多くのオゾンの生成を行うことができることがわかる。これにより、アノード５とカソード６との間に陽イオン交換膜を介設した方がオゾンの生成に、より一層好適であることがわかる。尚、この実験結果により、中性膜を介設した場合であってもオゾンが生成することがわかる。
【００６０】
尚、本実施例では、電解部３を被電解水の貯留槽２内に任意に投入し、電解を行うことによりオゾンの生成を行っているが、これ以外にも、図８に示す如く当該電解部３を一定の容器内に固定して使用しても良いものとする。例えば、被電解水を貯留する貯留部２１と、貯留部２１内に貯留された被電解水を外部に吐出するための吐出部２２を備えた吐出容器２０内に、上述した如き電解部３を固定する。
【００６１】
そして、前記電解部３のアノード５及びカソード６に通電することにより、被電解水中にオゾンを生成し、吐出容器２０をオゾンにより殺菌処理したい場所に持参する。そして、吐出部２２より貯留部２１内に生成されたオゾンを含む被電解水を吐出することにより、オゾンによる殺菌が可能となる。
【００６２】
これにより、一体に構成された電解部３を貯留部２１内に固定することにより、オゾンを吐出可能な吐出容器２０を容易に構成することができるようになる。また、装置自体が簡素化されることにより、より一層装置の小型化を図ることができるようになる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるオゾン生成装置において、アノード及びカソードは、所定間隔を存して一体とすることで電解部を構成し、この電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬され、当該被電解水中を移動自在としたので、オゾンを生成する対象となる被電解水に電解部を投入し、被電解水中に浸漬することにより、容易に被電解水を電解し、オゾンを生成することが可能となる。
【００６４】
また、アノード及びカソードはオゾンの生成に最適な間隔を存して一体とされているため、電解部を被電解水中に投入するのみで、オゾンの生成に最適な間隔を存してアノード及びカソードを設置することができるようになり、使用時における煩雑な作業を回避することができるようになる。更に、アノード及びカソードは、相互に隔絶させること無く設けられているため、装置が複雑化、大型化する不都合を回避することができるようになる。
【００６５】
特に、電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬されると共に、当該被電解水中を移動自在とされているので、任意に電解部の設置場所を変更することができ、利便性が向上する。
【００６６】
請求項２の発明によれば、上記において、アノード及びカソードは、被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されるので、当該アノード及びカソードの表面積を拡張することができ、より一層、オゾンの生成効率を向上することができるようになる。
【００６７】
請求項３の発明によれば、上記において、アノードとカソード間に、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したので、アノードとカソードの間隔を小さくすることが可能となる。これにより、印加電圧を下げても、効果的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００６８】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで絶縁性、イオン透過性の膜を挟持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンは、膜が立体障壁となるため、膜を透過して直接カソード側へ移動することは困難となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素または水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまう不都合を回避することができ、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。
【００６９】
また、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置を簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、上記において、カソードとアノード間に、陽イオン交換膜を介設したので、より一層、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００７１】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで陽イオン交換膜を狭持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンとプロトンは、陽イオン交換膜を介してプロトンのみ透過が可能となり、オゾン、陰イオン、及び溶存気体などは不透過となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素又は水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまうことがなく、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。また、プロトンは、陽イオン交換膜を介してカソード側へ移動可能であるので、絶縁性、イオン透過性の膜を使用する場合より印加電圧を下げても、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００７２】
更に、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンや水酸化物イオンは被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置の簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００７３】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、アノード及び又はカソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されているので、より一層オゾンの生成効率が向上する。
【００７４】
請求項６の発明によれば、上記各発明において、電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されているため、手指が直接アノードやカソードに触れる不都合を回避することができ、当該電解部の取扱性を向上させることができるようになる。
【００７５】
請求項７の発明によれば、上記各発明において、電解部は、下部に重錘部材を備えたので、当該電解部が被電解水中に浮き上がることを防止することができ、適切な状態で、被電解水の電解によるオゾン生成を実行することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のオゾン生成装置の概要を示す説明図である。
【図２】 電解部の構成図である。
【図３】 電解部の部分拡大説明図である。
【図４】 他の実施例の電解部の構成図である。
【図５】 各条件における電流値に対するオゾン発生量を示した図である。
【図６】 各条件における電流値に対するオゾン発生量を示した図である。
【図７】 各条件における電流値に対する電圧を示した図である。
【図８】 吐出容器の構成図である。
【符号の説明】
１ オゾン生成装置
２ 貯留槽
３ 電解部
４ 電源部
５ アノード
６ カソード
７ 陽イオン交換膜
８、９ 配線
１１ カバー部材
１２ 重り
１５ 間隔子
２０ 吐出容器
２１ 貯留部
２２ 吐出部
【発明の属する技術分野】
本発明は、電解により被電解水中にオゾンを生成するオゾン生成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
昨今、特に浴室などで発生するレジオネラ菌などの細菌による感染症の問題が注目されている。浴室の湿度、温度環境下では、カビの発生やレジオネラ菌などの細菌の繁殖が活発化され、これらカビやレジオネラ菌が体内に侵入し、感染症の原因とされる。通常、浴室などの高温多湿な環境下において繁殖されたカビやレジオネラ菌は、風呂釜タイルやなどに付着され、風呂釜に貯留される湯中に混入される。係る湯による湯気を吸い込むことにより、菌が体内に侵入する。また、浴室以外にも、台所などの水回りでは、食品の小さなゴミや水などが腐敗することにより、細菌繁殖の原因となる。
【０００３】
そこで、カビやレジオネラ菌等の細菌が付着された風呂釜やタイル、台所周りなどには、一般に、塩素系消毒剤を散布することにより、カビ等の細菌を死滅させ、また、更なる繁殖の予防を行っている。
【０００４】
一般的に使用されている塩素系消毒剤は、次亜塩素酸ナトリウムなどの薬剤投入により調整されていると共に、多くはアルカリ性に調整されている。そのため、酸性薬剤と混合すると有毒な塩素ガスを発生し、使用中における事故を生じる問題があった。また、塩素系消毒剤では、塩素耐性菌や芽胞及び原虫などの除去が困難であるという問題があった。
【０００５】
そこで、より殺菌能力が高い物質としてオゾンを用いて殺菌を行うことが知られている。しかしながら、オゾンは、水中に溶存している時間が極端に短いため、生成直後に使用しなければ、オゾンによる殺菌効果を得ることができない。そこで、オゾンを殺菌に使用する方法として、放電方式により生成したオゾンを水に溶解し、オゾンを含有するオゾン水を生成し、殺菌対象に振りかけたり、オゾン水に殺菌対象を浸したり、殺菌対象となる水にオゾン水を投入するなどして殺菌に使用していた。かかる場合には、放電方式により生成されたオゾンを水に溶解することが非常に困難であるため、生成したオゾンの一部は水に溶解されず、気体オゾンとして放出される。そこで、直接水中にオゾンを生成させる方法として、被電解水中に少なくとも一対の電解用電極を浸漬し、これら電解用電極に電圧を印加することにより被電解水中に次亜塩素酸及びオゾンを発生させ、この次亜塩素酸及びオゾンを含有する水を用いて殺菌を行う方法がある（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−３８６５５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先に述べたように、従来の放電方式によるオゾン生成方法では、生成したオゾンを水に溶解させなければ成らず、また、溶解されなかった気体オゾンは分解処理が必要となるため、装置の複雑化と作業の煩雑化という問題を抱えていた。また、電解方式によるオゾン生成方法では、十分にオゾンを生成するために、アノード側とカソード側との間に隔膜をおいて隔絶し、各側を覆う必要があるため、装置が複雑化、大型化する問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、従来の技術的課題を解決するためになされたものであり、煩雑な組立作業を行うことなく容易に被電解水中にオゾンを生成することができるオゾン生成装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のオゾン生成装置は、アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるものであって、アノード及びカソードは、所定間隔を存して一体とされ、電解部を構成すると共に、この電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬され、当該被電解水中を移動自在とされていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるオゾン生成装置において、アノード及びカソードは、相互に隔絶させること無く、所定間隔を存して一体とすることで電解部を構成したので、オゾンを生成する対象となる被電解水に電解部を投入し、被電解水中に浸漬することにより、容易に被電解水を電解し、オゾンを生成することが可能となる。
【００１１】
また、アノード及びカソードはオゾンの生成に最適な間隔を存して一体とされているため、電解部を被電解水中に投入するのみで、オゾンの生成に最適な間隔を存してアノード及びカソードを設置することができるようになり、使用時における煩雑な作業を回避することができるようになる。更に、アノード及びカソードは、相互に隔絶させること無く設けられているため、装置が複雑化、大型化する不都合を回避することができるようになる。
【００１２】
特に、電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬されると共に、当該被電解水中を移動自在とされているので、任意に電解部の設置場所を変更することができ、利便性が向上する。
【００１３】
請求項２の発明のオゾン生成装置は、上記において、アノード及びカソードは、被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、上記において、アノード及びカソードは、被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されるので、当該アノード及びカソードの表面積を拡張することができ、より一層、オゾンの生成効率を向上することができるようになる。
【００１５】
請求項３の発明のオゾン生成装置は、上記において、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したことを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、上記において、アノードとカソード間に、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したので、アノードとカソードの間隔を小さくすることが可能となる。これにより、印加電圧を下げても、効果的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００１７】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで絶縁性、イオン透過性の膜を挟持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンは、膜が立体障壁となるため、膜を透過して直接カソード側へ移動することは困難となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素または水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまう不都合を回避することができ、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。
【００１８】
また、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置を簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００１９】
請求項４の発明のオゾン生成装置は、上記発明において、膜は、陽イオン交換膜であることを特徴とする。
【００２０】
請求項４の発明によれば、上記において、カソードとアノード間に、陽イオン交換膜を介設したので、より一層、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００２１】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで陽イオン交換膜を狭持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンとプロトンは、陽イオン交換膜を介してプロトンのみ透過が可能となり、オゾン、陰イオン、及び溶存気体などは不透過となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素又は水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまうことがなく、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。また、プロトンは、陽イオン交換膜を介してカソード側へ移動可能であるので、絶縁性、イオン透過性の膜を使用する場合より印加電圧を下げても、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００２２】
更に、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置の簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００２３】
請求項５の発明のオゾン生成装置は、上記各発明において、アノード及び又はカソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されていることを特徴とする。
【００２４】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、アノード及び又はカソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されているので、より一層オゾンの生成効率が向上する。
【００２５】
請求項６の発明のオゾン生成装置は、上記各発明において、電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されていることを特徴とする。
【００２６】
請求項６の発明によれば、上記各発明において、電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されているため、手指が直接アノードやカソードに触れる不都合を回避することができ、当該電解部の取扱性を向上させることができるようになる。
【００２７】
請求項７の発明のオゾン生成装置は、上記各発明において、電解部は、下部に重錘部材を備えたことを特徴とする。
【００２８】
請求項７の発明によれば、上記発明において、電解部は、下部に重錘部材を備えたので、当該電解部が被電解水中に浮き上がることを防止することができ、適切な状態で、被電解水の電解によるオゾン生成を実行することができるようになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の実施例としてのオゾン生成装置１の概要を示す概要説明図、図２は電解部３の構造説明図、図３は電解部３の部分拡大図、図４は他の実施例の電解部３の部分拡大図を示している。本実施例におけるオゾン生成装置１は、例えば浴槽などの貯留槽２に貯留された被電解水としての水道水を電解し、当該貯留槽２の殺菌処理を行うものである。
【００３０】
オゾン生成装置１は、貯留槽２に容易に投入可能とするため、一体に形成された電解部３と、電源部４とにより構成されている。電解部３は、本実施例では、一対の電解用電極、アノード５と、カソード６と、これらアノード５とカソード６との間を絶縁して一体に設けるための陽イオン交換膜７とから構成される。電解部３のアノード５及びカソード６は、それぞれ配線８、９を介して電源部４に接続されており、電源部４は、これらアノード５及びカソード６への通電制御を行っている。
【００３１】
アノード５は、電解により容易にオゾンを生成可能とする金属材料として例えばルテニウム（Ｒｕ）とニオブ（Ｎｂ）の焼成金属又は白金（Ｐｔ）とタンタル（Ｔａ）の焼成金属により構成されている。カソード６は、白金（Ｐｔ）の焼成金属により構成されている。また、これらアノード５及びカソード６は、通水性を確保するためメッシュ状の通水性部材とされている。また、本実施例において、アノード５及びカソード６は、例えば縦４ｃｍ〜６ｃｍ、横約２ｃｍ、厚さ（表面に塗布された触媒を含む。）約１ｍｍのものを使用する。
【００３２】
陽イオン交換膜７は、アノード５及びカソード６の寸法よりも少許大きい寸法に形成されており、本実施例では、例えばナフィオン膜（Ｎａｆｉｏｎ：商品名）を用いるものとする。そして、この陽イオン交換膜７の一方の面にアノード５を、他方の面にカソード６を接着することにより、電解部３が構成される。これにより、陽イオン交換膜７はアノード５とカソード６に挟持されたかたちとなり、これらアノード５及びカソード６は、極間距離が陽イオン交換膜７の厚さのみとなる。これにより、極間距離を著しく小さくすることができ、電解効率の向上を図ることができる。
【００３３】
尚、本実施例では、アノード５とカソード６間との間に陽イオン交換膜７が介設されているため、極間距離が陽イオン交換膜７の厚さだけであるが、当該極間に膜を設けない場合には、図４に示す如く、極間が例えば約４ｍｍとなるように絶縁性の、例えばシリコンゴムにて構成された間隔子１５を設けるものとする。尚、この間隔子１５は、アノード５及びカソード６の極間を一定に確保するためのものであるため、陽イオン交換膜７とは異なり、アノード５及びカソード６間のイオンの移動及び水の移動を制限するものではない。
【００３４】
そして、一体とされたアノード５、カソード６及び陽イオン交換膜７には、これらアノード５及びカソード６に手指が触れないように絶縁材料にて構成されるカバー部材１１が設けられる。尚、この絶縁材料は、オゾンと反応しない材質のものとして、例えばポリフッ化エチレン系繊維であるものとする。このカバー部材１１は、電解部３への通水性を確保するため、手指が入らない程度の網目状に形成されている。また、このカバー部材１１は、下部に重り（重錘部材）１２が設けられている。
【００３５】
以上の構成により、浴槽などの貯留槽２内の被電解水中にオゾンを生成する場合には、カバー部材１１にて被覆された電解部３を貯留槽２内に投入し、該電解部３を被電解水中に浸漬する。そして、電源部４により電解部３のアノード５及びカソード６に通電する。
【００３６】
ここで、浴槽などに貯留される被電解水は通常、水道水であるため、被電解水中には、あらかじめ所定量以上、例えば約３０ｐｐｍ以上の塩化物イオンが含有されている。そのため、アノード５及びカソード６に電圧が印加されると、アノード５では、図３に示す如く塩化物イオンが電子を放出して塩素を生成する。その後、この塩素は、水に溶解し、次亜塩素酸を生成する。
【００３７】
また、アノード５は、上述した如くルテニウムとニオブの焼成金属又は白金とタンタルの焼成金属により構成されていると共に、被電解水としての水道水中には、塩化物イオンが存在しているため、電位が上昇し、被電解水中の水酸化物イオンは酸素又はオゾン等の活性酸素を生成する。なお、生成されたオゾンは、アノード５が上述した如くメッシュ状に形成されていることから容易にアノード５から放出される。
【００３８】
一方、カソード６では、アノード５において生成された塩素や酸素又はオゾンが塩化物イオンや水酸化物イオンにまで還元される。即ち、アノード５における化学反応とは逆反応が生じる。
【００３９】
ここで、本実施例では、アノード５とカソード６との間に陽イオン交換膜７が介設されているため、アノード５側とカソード６側は陽イオン交換膜７と接した面では、陽イオン交換膜７を介して陽イオンの透過が可能となり、陰イオンの透過及び溶存気体の透過が不可能となる。そのため、これら陰イオン及び溶存気体は、陽イオン交換膜７と接した面以外でのみ陰イオン及び溶存気体が移動可能となる。
【００４０】
そのため、アノード５において生成された塩素及びオゾンは、陽イオン交換膜７を透過して最短距離でカソード６側に移動することができない。これにより、アノード５側の塩素及びオゾンは、陽イオン交換膜７を回避したかたちで、即ち、陽イオン交換膜７の外方を回ってカソード６側に移動し、カソード６において、還元反応を生じる。
【００４１】
これにより、アノード５側で生成されたオゾンは、陽イオン交換膜７を透過することができないため、生成直後にカソード６側で酸素又は水酸化物イオン又は水に還元される不都合を回避することができ、オゾンの存在時間の延長化を図ることができるようになる。このため、被電解水中のオゾン含有量が増加し、オゾンによる殺菌効果を向上させることができる。これにより、被電解水が貯留された本実施例の浴槽内は、洗剤などの格別な薬剤を使用することなく、湯垢やヌメリなどを除去することができるようになる。
【００４２】
ここで、図５の実験結果を参照して、各条件におけるオゾン発生量を示す。かかる実験では、アノード５にルテニウムとニオブの焼成電極を用い、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜７を介設したもの（丸１）と、同じくアノード５にルテニウムとニオブの焼成電極を用い、アノード５とカソード６間は、前記間隔子１５を設け、約４ｍｍ間隔を存したもの（丸２）と、アノード５に白金焼成電極を用い、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜７を介設したもの（丸３）と、同じくアノード５に白金焼成電極を用い、アノード５とカソード６間は、前記間隔子１５を設け、約４ｍｍの間隔を存したもの（丸４）を用いて、被電解水を電解し、オゾンの生成量を測定した。尚、いずれもカソード６には白金焼成電極を用い、被電解水に、水温１５℃の塩化物イオン濃度が１７．７５ｐｐｍの模擬水道水１５０ｍｌを用いた。かかる条件で、１分間、電解を行った。
【００４３】
これによると、アノード５とカソード６との間に、陽イオン交換膜７を介設した方が、比較的オゾンの生成に適切な間隔（本実施例では約４ｍｍ）を存して一体に設けられた電解部３を用いた場合に比して、オゾンの生成量が多いことがわかる。また、アノード５にルテニウムとニオブの焼成電極を用いたほうが、白金焼成電極を用いた場合に比してオゾンの生成量が多いことがわかる。
【００４４】
このことから、アノード５とカソード６との間には、陽イオン交換膜７を介設した方が、膜を設けずに、所定間隔を存した場合よりもオゾンの生成により一層好適であることがわかる。また、アノード５を構成する電極は、ルテニウムとニオブの焼成電極を用いた方が、白金焼成電極を用いる場合よりもオゾンの生成により一層好適であることがわかる。
【００４５】
一方、カソード６側において、還元された塩化物イオンや水酸化物イオンは、陽イオン交換膜７を透過することができないため、該陽イオン交換膜７を回避したかたちでアノード５側へ移動し、再び、塩素や酸素又はオゾンにまで酸化される。陽イオン交換膜７が、陽イオンのみを透過するため、アノード５側からカソード６側に移動した水素イオンは、カソード６において水素ガスにまで還元され、気体として外部に放出される。
【００４６】
ここで、本実施例では、陽イオン交換膜７は、アノード５とカソード６との間に介設されているが、アノード５及びカソード６の寸法よりも少許大きい寸法に形成されているため、当該陽イオン交換膜７によりアノード５側とカソード６側の被電解水は区画されない。これにより、被電解水のアノード５側及びカソード６側で生じる水素イオンや水酸化物イオンは被電解水中で反応することにより、被電解水が中性を維持することができるようになる。そのため、電解が進むにつれてアノード５側が酸性に傾いたり、カソード６側がアルカリ性に傾くなど、ｐＨが変動することを未然に回避することができるため、装置を簡素化することができるようになる。また、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業を回避することができるようになる。
【００４７】
以上詳述した如く、本実施例によれば、電解部３は、アノード５とカソード６とを所定間隔、即ち、陽イオン交換膜７の厚さ分だけ存して一体に形成されているため、当該電解部３を貯留槽２内に投入し、被電解水中に浸漬した状態で電源部４により電圧を印加することにより、容易に被電解水を電解し、オゾンを生成することが可能となる。
【００４８】
また、アノード５及びカソード６はオゾンの生成に最適な間隔を存して一体とされているため、電解部３を被電解水中に投入するのみで、オゾンの生成効率が最適な間隔を存してアノード５及びカソード６を設置することができるようになり、使用時における煩雑な作業を回避することができるようになる。また、本実施例の如くアノード５とカソード６との間隔を著しく小さくすることにより、最小の印加電圧にてオゾンの生成を行うことができ、オゾン生成効率の向上を図ることができるようになる。また、より一層被電解水の電解効率を向上させ、オゾンの生成量を増加させるため、被電解水に塩化ナトリウムなどのハロゲン化物を添加しても良いものとする。
【００４９】
更に、アノード５及びカソード６は、通水性のあるメッシュ状を呈しているため、表面積を拡張することができ、より一層、オゾンの生成効率を向上することができるようになる。
【００５０】
また、本実施例のオゾン生成装置１は、電解部３がいずれの貯留槽にも投入可能な構成とされていると共に、被電解水中を自在に移動可能とされているので、任意に電解部３の設置場所を変更することができ、利便性が向上する。尚、本実施例では、設置目的場所に作業者が電解部３を移動することとしているが、これ以外にも、電解部３の下部に移動手段を設け、電解中、図示しない制御装置により電解部３を自在に移動させ、被電解水全体のオゾン生成効率の向上を図っても良いものとする。
【００５１】
また、本実施例では、電解部３の下部に重り１２が設けられているので、電解部３が被電解水中に浮き上がることを防止することができ、適切な状態で、被電解水の電解によるオゾン生成を実行することができるようになる。尚、当該電解部３を浴槽の底壁に形成された排水口を自在に閉塞する閉塞部材に設けても同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、電解部３には、上述した如くカバー部材１１が設けられているため、手指が直接アノード５やカソード６に触れる不都合を回避することができ、当該電解部３の取扱性を向上させることができるようになる。
【００５３】
尚、本実施例では、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜７を介設しているが、これ以外にも、絶縁性、イオン透過性があり、且つオゾンガス非透過性の中性膜（選択透過性のない膜）をアノード５とカソード６間に介設しても良いものとする。かかる場合には、上記実施例と同様に、中性膜にアノード５及びカソード６を接着することにより、中性膜の厚さ分だけ間隔を存して、アノード５及びカソード６を一体に構成することができるようになる。
【００５４】
また、アノード５とカソード６間に中性膜を介設することにより、アノード５側とカソード６側で中性膜と接した面は、この中性膜を介してイオンの透過が可能となり、オゾンは中性膜を透過しにくいので、中性膜と接した面以外で被電解水中に溶存するオゾンの移動が可能となる。
【００５５】
そのため、上記実施例と同様に、被電解水のアノード５側及びカソード６側で生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性を維持することができるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード５側とカソード６側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置を簡素化することができるようになる。また、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業を回避することができるようになる。
【００５６】
また、アノード５側で生成されたオゾンは、中性膜を透過することができないため、生成直後にオゾンが、カソード６側で酸素又は水酸化物イオンに還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮ことなく消失してしまう不都合を回避することができる。そのため、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することができ、これにより、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。
【００５７】
ここで、図６及び図７の実験結果を参照して説明する。図６は各条件における電流値に対するオゾン発生量を示し、図７は各条件における電流値に対する電圧を示す。かかる実験では、アノード５にルテニウムとニオブの焼成電極、カソード６に白金焼成電極を用い、アノード５とカソード６間に陽イオン交換膜を介設したもの（図６では黒三角、図７では黒丸で示す。）と、アノード５とカソード６間に中性膜を介設したもの（図６では白三角、図７では白丸で示す。）を用いて、被電解水を電解し、オゾンの生成量を測定した。尚、いずれも被電解水に、水温１５℃の塩化物イオン濃度が１７．７５ｐｐｍの模擬水道水１５０ｍｌを用いた。かかる条件で、１分間、電解を行った。
【００５８】
これによると、各電流値において、アノード５とカソード６との間に、陽イオン交換膜を介設した方が、中性膜を介設した場合に比して、オゾンの生成量が多いことがわかる。また、各電流値において、アノード５とカソード６との間に、陽イオン交換膜を介設した方が、中性膜を介設した場合に比して、電圧が低いことがわかる。
【００５９】
このことから、アノード５とカソード６との間には、陽イオン交換膜を介設した方が、中性膜を介設した場合よりも低い消費電力にてより多くのオゾンの生成を行うことができることがわかる。これにより、アノード５とカソード６との間に陽イオン交換膜を介設した方がオゾンの生成に、より一層好適であることがわかる。尚、この実験結果により、中性膜を介設した場合であってもオゾンが生成することがわかる。
【００６０】
尚、本実施例では、電解部３を被電解水の貯留槽２内に任意に投入し、電解を行うことによりオゾンの生成を行っているが、これ以外にも、図８に示す如く当該電解部３を一定の容器内に固定して使用しても良いものとする。例えば、被電解水を貯留する貯留部２１と、貯留部２１内に貯留された被電解水を外部に吐出するための吐出部２２を備えた吐出容器２０内に、上述した如き電解部３を固定する。
【００６１】
そして、前記電解部３のアノード５及びカソード６に通電することにより、被電解水中にオゾンを生成し、吐出容器２０をオゾンにより殺菌処理したい場所に持参する。そして、吐出部２２より貯留部２１内に生成されたオゾンを含む被電解水を吐出することにより、オゾンによる殺菌が可能となる。
【００６２】
これにより、一体に構成された電解部３を貯留部２１内に固定することにより、オゾンを吐出可能な吐出容器２０を容易に構成することができるようになる。また、装置自体が簡素化されることにより、より一層装置の小型化を図ることができるようになる。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述した如く本発明によれば、アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるオゾン生成装置において、アノード及びカソードは、所定間隔を存して一体とすることで電解部を構成し、この電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬され、当該被電解水中を移動自在としたので、オゾンを生成する対象となる被電解水に電解部を投入し、被電解水中に浸漬することにより、容易に被電解水を電解し、オゾンを生成することが可能となる。
【００６４】
また、アノード及びカソードはオゾンの生成に最適な間隔を存して一体とされているため、電解部を被電解水中に投入するのみで、オゾンの生成に最適な間隔を存してアノード及びカソードを設置することができるようになり、使用時における煩雑な作業を回避することができるようになる。更に、アノード及びカソードは、相互に隔絶させること無く設けられているため、装置が複雑化、大型化する不都合を回避することができるようになる。
【００６５】
特に、電解部は、被電解水が貯留される貯留槽内の被電解水中に少なくとも一部が浸漬されると共に、当該被電解水中を移動自在とされているので、任意に電解部の設置場所を変更することができ、利便性が向上する。
【００６６】
請求項２の発明によれば、上記において、アノード及びカソードは、被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されるので、当該アノード及びカソードの表面積を拡張することができ、より一層、オゾンの生成効率を向上することができるようになる。
【００６７】
請求項３の発明によれば、上記において、アノードとカソード間に、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したので、アノードとカソードの間隔を小さくすることが可能となる。これにより、印加電圧を下げても、効果的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００６８】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで絶縁性、イオン透過性の膜を挟持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンは、膜が立体障壁となるため、膜を透過して直接カソード側へ移動することは困難となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素または水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまう不都合を回避することができ、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。
【００６９】
また、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンと水酸化物イオンが被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置を簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００７０】
請求項４の発明によれば、上記において、カソードとアノード間に、陽イオン交換膜を介設したので、より一層、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００７１】
特に、本発明の電解部は、アノードとカソードで陽イオン交換膜を狭持したかたちとなるため、当該電解部を被電解水中に浸漬することにより、アノード側で生成されたオゾンとプロトンは、陽イオン交換膜を介してプロトンのみ透過が可能となり、オゾン、陰イオン、及び溶存気体などは不透過となる。従って、生成直後にオゾンがカソード側へ移動し、酸素又は水酸化物イオン又は水に還元され、当該オゾンによる殺菌効果を発揮することなく消失してしまうことがなく、オゾンの被電解水中の溶存時間を延長することが可能となるため、当該オゾンによる殺菌効果を効率的に得ることができるようになる。また、プロトンは、陽イオン交換膜を介してカソード側へ移動可能であるので、絶縁性、イオン透過性の膜を使用する場合より印加電圧を下げても、効率的に被電解水中にオゾンを生成することができるようになる。
【００７２】
更に、被電解水のアノード及びカソードで生じる水素イオンや水酸化物イオンは被電解水中で反応することにより、被電解水が中性に維持できるようになる。これにより、被電解水のｐＨがアノード側とカソード側のそれぞれで変動する不都合を回避することができ、装置の簡素化、あるいは、電解後、当該被電解水を格別なｐＨ調整剤にて処理する煩雑な作業の回避が可能となる。
【００７３】
請求項５の発明によれば、上記各発明において、アノード及び又はカソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されているので、より一層オゾンの生成効率が向上する。
【００７４】
請求項６の発明によれば、上記各発明において、電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されているため、手指が直接アノードやカソードに触れる不都合を回避することができ、当該電解部の取扱性を向上させることができるようになる。
【００７５】
請求項７の発明によれば、上記各発明において、電解部は、下部に重錘部材を備えたので、当該電解部が被電解水中に浮き上がることを防止することができ、適切な状態で、被電解水の電解によるオゾン生成を実行することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のオゾン生成装置の概要を示す説明図である。
【図２】 電解部の構成図である。
【図３】 電解部の部分拡大説明図である。
【図４】 他の実施例の電解部の構成図である。
【図５】 各条件における電流値に対するオゾン発生量を示した図である。
【図６】 各条件における電流値に対するオゾン発生量を示した図である。
【図７】 各条件における電流値に対する電圧を示した図である。
【図８】 吐出容器の構成図である。
【符号の説明】
１ オゾン生成装置
２ 貯留槽
３ 電解部
４ 電源部
５ アノード
６ カソード
７ 陽イオン交換膜
８、９ 配線
１１ カバー部材
１２ 重り
１５ 間隔子
２０ 吐出容器
２１ 貯留部
２２ 吐出部
Claims (7)
- アノードとカソード間に電圧を印加し、電解によって被電解水中にオゾンを発生させるオゾン生成装置において、
前記アノード及びカソードは、所定間隔を存して一体とされ、電解部を構成すると共に、該電解部は、前記被電解水が貯留される貯留槽内の前記被電解水中に少なくとも一部が浸漬され、当該被電解水中を移動自在とされていることを特徴とするオゾン生成装置。 - 前記アノード及びカソードは、前記被電解水の通過を可能とする通水性部材により構成されることを特徴とする請求項１のオゾン生成装置。
- 前記アノードとカソード間に、絶縁性、イオン透過性の膜を介設したことを特徴とする請求項１又は請求項２のオゾン生成装置。
- 前記膜は、陽イオン交換膜であることを特徴とする請求項３のオゾン生成装置。
- 前記アノード及び又は前記カソードを構成する金属材料は、ルテニウムとニオブの焼成金属又は、白金とタンタルの焼成金属により構成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４のオゾン生成装置。
- 前記電解部は、絶縁性及び通水性のあるカバー部材にて被覆されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４または請求項５のオゾン生成装置。
- 前記電解部は、下部に重錘部材を備えたことを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６のオゾン生成装置。
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