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WO1999029929A1 - Apparatus for producing ozone water and method of producing ozone water by using the same apparatus - Google Patents

Apparatus for producing ozone water and method of producing ozone water by using the same apparatus Download PDF

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WO1999029929A1
WO1999029929A1 PCT/JP1998/005576 JP9805576W WO9929929A1 WO 1999029929 A1 WO1999029929 A1 WO 1999029929A1 JP 9805576 W JP9805576 W JP 9805576W WO 9929929 A1 WO9929929 A1 WO 9929929A1
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WO
WIPO (PCT)
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electrode
ozone water
solid electrolyte
electrolyte membrane
ozone
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP1998/005576
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Tanioka
Mituo Terada
Akira Kanbeshiyama
Kazuhisa Okada
Noriaki Okubo
Toshikazu Sawada
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Shinko Plant Construction Co Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
Shinko Plant Construction Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to DE69837217T priority patent/DE69837217T2/de
Priority to JP53064799A priority patent/JP3363911B2/ja
Priority to US09/581,157 priority patent/US6391183B1/en
Priority to EP98959146A priority patent/EP1038993B8/en
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    • C02F2301/024Turbulent

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for producing ozone water by electrolysis of water and a method for producing ozone water by the apparatus. More specifically, the present invention relates to a method in which the inside of a casing is divided into an anode chamber and a cathode chamber by a solid electrolyte membrane. And an ozone water producing apparatus in which an anode electrode having a noble metal having a catalytic function for ozone generation is disposed on the surface of the solid electrolyte membrane on the anode chamber side, and a cathode electrode is disposed on the surface of the solid electrolyte membrane on the cathode chamber side. And a method for producing ozone water using the apparatus. Background art
  • gas dissolution method and water electrolysis method are known as typical methods for obtaining ozone water. Recently, equipment can be reduced in size, easily available water can be used as a raw material, and the number of power sources is small.
  • the water electrolysis method which has advantages such as a small power supply of tens of volts and several tens of amps, has attracted attention.
  • Examples of an apparatus used for an efficient production method of ozone by the water electrolysis method include those proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 11-312092, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-134677, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-134678.
  • the outline of the device is as follows.
  • the casing 81 is divided into an anode chamber 83 and a cathode chamber 84 by a solid electrolyte membrane 82, and the solid electrolyte membrane surface on the anode chamber side has an ozone generation catalytic function.
  • An anode electrode 86 having a noble metal (platinum, etc.) 85 having a noble metal (platinum, silver, etc.) is disposed in contact with a solid electrolyte membrane surface on the cathode chamber side, respectively.
  • the feed water inlets 89, 90 and the outlets 91, 92 are provided for each of the 84, and a DC power supply 93 is connected between the anode electrode 86 and the cathode electrode 88.
  • the content of the anode electrode 86 is such that a noble metal (platinum or the like) 85 having a catalytic function of ozone generation is formed into a wire mesh, and a lath mesh made of a corrosion-resistant metal is laminated on the back surface thereof.
  • a noble metal (platinum or the like) 85 having a catalytic function of ozone generation is formed into a wire mesh, and a lath mesh made of a corrosion-resistant metal is laminated on the back surface thereof.
  • the raw water supplied to the anode chamber 83 is restricted so as to flow through a flow path composed of a wire net and a lath net, so that the raw water passes between the wire net and the lath net.
  • Intense turbulence causes eddy currents, and the ozone generated on the cathode side is instantaneously dissolved in the intensely turbulent raw material water immediately after it is generated, and the action of the ozone is passed while passing through the anode electrode surface. It accumulates continuously, and as a result, the production of high-concentration ozone water is possible due to the two effects of instantaneous dissolution and accumulation.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and aims to extend the life of the solid electrolyte membrane by investigating the cause of performance deterioration of the solid electrolyte membrane itself and to disassemble the apparatus. It is another object of the present invention to provide an ozone water production apparatus capable of reducing the frequency of replacement of a solid electrolyte membrane and a reasonable method for producing ozone water using the apparatus. Disclosure of the invention
  • the present inventors have investigated and investigated the surface properties of the solid electrolyte membrane after replacement in order to determine the cause of the performance degradation of the solid electrolyte membrane in contact with the above-described problems, but the clear cause has not been clarified
  • the solid electrolyte membrane was accidentally reused as it was, it was found that the solid electrolyte membrane could be used with almost the same initial performance.
  • an attempt was made to reuse the solid electrolyte membrane left for a certain period of time or more, and it was found that the solid electrolyte membrane could be used satisfactorily.
  • the electrode is provided between the electrode and the casing.
  • the solid electrolyte membrane is constantly pressed against the solid electrolyte membrane by this elastic force, and this pressing force and the electrolytic action are combined, causing distortion in the pores of the membrane where hydrogen ions pass from the anode side to the cathode side, making it difficult for hydrogen ions to pass through. It is presumed that if the solid electrolyte membrane is removed and left for a certain period of time after the removal, the distortion is recovered.
  • the pressing surface of the electrode is a perforated surface such as a wire mesh, the pressing position on the solid electrolyte membrane surface changes when reused, so that recovery has also been achieved by this. Conceivable.
  • the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane is increased. It has been found that ozone water can be generated at a predetermined current level at a low current density, and that the production of ozone water can be continued until the current reaches the upper limit of the current density variable region again. The reason is that until then the electrode The solid electrolyte membrane surface that had been in contact with the electrode deteriorated and reached the upper limit of the current density.However, the contact pressure with the new electrode was increased by increasing the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane. This is presumed to be due to an increase in the surface area, that is, the area where electrolysis can be used, and the restoration of the electrolysis performance. It is possible to aim.
  • the conventional ozone water producing apparatus can efficiently generate ozone by reducing the resistance between the solid electrolyte membrane and the electrode.
  • the electrode is pressed against the solid electrolyte membrane by an elastic material or the like provided between the electrode and the casing, and the solid electrolyte membrane that cannot maintain the electrolytic performance is still disassembled and replaced. I have to do it.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a device capable of producing ozone water stably and efficiently over a long period of time.
  • a solid electrolyte membrane can be used continuously for a long period of time.
  • the purpose of the present invention is to provide such a device.
  • the present invention has been made based on the above-mentioned viewpoints, and is characterized in that the inside of a casing is defined by a solid electrolyte membrane into an anode chamber and a cathode chamber, and the anode chamber side
  • a positive electrode having a noble metal having a catalytic function for generating ozone is disposed on the surface of the solid electrolyte membrane
  • a cathode electrode is disposed on the surface of the solid electrolyte membrane on the side of the cathode chamber by pressing.
  • a pouring water inlet and an outlet each of which is provided with a direct current voltage between the anode electrode and the cathode electrode;
  • One or both of the electrodes is provided so as to be able to be pressed and released from the solid electrolyte membrane by an advance / retreat driving means.
  • the pressing force of one or both of the anode electrode and the cathode electrode against the solid electrolyte membrane can be changed, or the pressing and detaching can be repeated.
  • an anode having a noble metal having an ozone generation catalytic function is disposed on one side of the solid electrolyte membrane, a cathode is disposed on the other side of the solid electrolyte membrane, and at least one of the two electrodes is disposed.
  • a method for producing ozone water by applying a direct current voltage between the electrodes while allowing the raw water to flow through the respective electrode sections while allowing the solid electrolyte membrane to advance and retreat, wherein the at least one electrode While generating ozone water while pressing the solid electrolyte membrane against the solid electrolyte membrane at a predetermined pressing force, and detecting the ozone concentration in the generated ozone water, so that the ozone concentration becomes substantially constant.
  • the current density is increased before the ozone concentration in the generated ozone water becomes equal to or lower than a predetermined value, and when the current density force reaches a predetermined upper limit, the solid electrolyte membrane of the electrode is formed.
  • the current density is increased before the force becomes lower than a predetermined concentration, and when the current density reaches a predetermined upper limit, the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane is increased at least once. Then, before the ozone concentration becomes equal to or lower than a predetermined concentration, the application of the DC voltage is stopped, and the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane is released. There is a method in which the electrode is pressed against the solid electrolyte membrane and the production of ozone water is restarted while applying the voltage.
  • a predetermined DC current value is applied between the electrodes while the at least one electrode is pressed against the solid electrolyte membrane, and the ozone concentration in the generated ozone water is detected. And pressing the electrode against the solid electrolyte membrane in accordance with the change in the ozone concentration so that the ozone concentration becomes substantially constant.
  • This is a method for producing ozone water characterized by the fact that the force is changed, and there are also the following application examples. That is, before the ozone concentration in the generated ozone water becomes equal to or less than a predetermined value, the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane is increased, and when the pressing force reaches a predetermined upper limit, the current density is increased.
  • the application of the DC voltage is stopped before the ozone concentration in the generated ozone water becomes equal to or lower than a predetermined concentration, and the pressing force of the electrode on the solid electrolyte membrane is released.
  • the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane is increased, and when the pressing force reaches a predetermined upper limit, the operation of increasing the current density is performed at least once.
  • the application of the DC voltage is stopped, the pressing force of the electrode on the solid electrolyte membrane is released, and the DC voltage is again applied after a predetermined time has elapsed.
  • the application is applied and the electrode is pressed against the solid electrolyte membrane to restart the production of ozone water.
  • any of these methods by changing the pressing force on one or both of the solid electrolyte membranes of the anode electrode and the cathode electrode, a new pressing surface is generated, and the solid electrolyte membrane is activated. As a result, the life of the membrane itself can be extended. At the same time, the number of times of disassembling the ozone water production apparatus to replace the solid electrolyte membrane can be reduced, and the maintenance of the apparatus becomes easy. Also, in any case of using any of these methods, a plurality of ozone water producing apparatuses are installed, and the application of the DC voltage is stopped in at least one of the ozone water producing apparatuses, and the solid electrolyte membrane of the electrode is provided.
  • the plurality of ozone water producing apparatuses are switched and operated to continuously produce ozone water so that at least one ozone water producing apparatus is in an ozone water producing state. By doing so, continuous production of ozone water becomes possible.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part showing an ozone water production apparatus according to a first embodiment of the present invention, showing a pressed state of an electrode.
  • FIG. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an essential part showing a second embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention, showing an electrode pressed state
  • FIG. FIG. 5 shows an electrode detached state in the ozone water producing apparatus of FIG. 3
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a main part showing a third embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention, showing an electrode pressed state.
  • FIG. 6 shows an electrode detached state in the ozone water producing apparatus of FIG. 5, and FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a main part showing a fourth embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 8 is a schematic view showing the electrode detached state
  • FIG. 8 is an ozone water producing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual cross-sectional view showing a change in the contact state between the electrode and the solid electrolyte membrane depending on the magnitude of the pressing force of the electrode against the solid electrolyte membrane in FIG. 9.
  • FIG. 10 is an explanatory view showing a relationship between current density and elapsed time of electrolysis of electrode pressing force.
  • FIG. 10 shows a modification of the fourth embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention shown in FIG. FIG.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a main part showing an electrode detached state
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a fifth embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention, showing the electrode detached state
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view in the width direction of the ozone water production apparatus according to the present invention
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of a main part of the conventional ozone water production apparatus
  • FIG. 1 and 2 are schematic cross-sectional views of a main part of an ozone water producing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a state in which an electrode is pressed against a solid electrolyte membrane, and FIG. And the solid electrolyte membrane are separated from each other.
  • 1 is an anode side casing
  • 2 is a cathode side casing
  • 3 is an anode electrode
  • 4 is a cathode electrode
  • 5 is a solid electrolyte membrane.
  • the anode-side casing 1 and the cathode-side casing 2 have the same configuration in this example, and are made of an ozone-water-resistant material (for example, Teflon or glass, or a composite material that is now coated with them).
  • a recess 6 (7) is formed as a cathode chamber (cathode chamber) large enough to slidably accommodate the anode electrode 3 (cathode electrode 4, the parentheses indicate the cathode side; the same applies hereinafter).
  • An inlet 8 (9) and an outlet 10 (11) are formed on the side wall, respectively.
  • a through hole 12 (13) for inserting a rod-shaped electrode, which will be described later, is formed in the bottom wall of the recess 6 (7). Is strongly attached to a hydraulic cylinder 14 (15) for driving the electrode 3 (4) forward and backward.
  • a noble metal wire net 16 having an ozone generation catalytic function, a lath net 17 made of a metal such as titanium having ozone resistance, and an electrode plate 18 are laminated in this order and brazed.
  • the electrode plate 18 is integrally joined by welding or the like, and a rod-shaped electrode 19 is joined to the back surface of the electrode plate 18.
  • the cathode electrode 4 has the same configuration as that of the anode electrode 3 and includes a precious metal wire net 20, a lath net 21 made of a metal such as titanium having ozone resistance, and an electrode plate 22.
  • the electrodes are stacked in order and a rod-shaped electrode 23 is joined to the back surface of the electrode plate 22.
  • the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 are accommodated in a recess 6 serving as an anode chamber and a recess 7 serving as a cathode chamber, respectively, so as to be able to advance and retreat, and the rod-shaped electrodes 19 and 23 are provided at the bottoms of the recesses 6 and 7 respectively. It is installed through the through holes 12 and 13 formed in the wall, respectively, and connected to the DC power supply 24. The ends of the rod electrodes 19 and 23 are connected to the rods of the fluid pressure cylinders 14 and 15 in an insulated state (the connection state between the rod and the rod electrodes is omitted in the drawings).
  • the solid electrolyte membrane 5 is a fluorine-based cation exchange membrane, and forms a peripheral end face forming the recess 6 of the anode-side casing 1 and a recess 7 of the cathode-side casing 2. It is mounted so as to be sandwiched between the peripheral end face.
  • the fluid pressure cylinders 14 and 15 are operated to advance the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 respectively, and press the electrodes 4 and 5 against the solid electrolyte membrane 5 at a predetermined pressure. (Not shown) to supply raw water from the inlets 8 and 9 to the outlets 10 and 11 and apply a DC voltage between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4. As a result, oxygen and ozone are generated on the anode electrode 3 side, and hydrogen is generated on the cathode electrode 4 side. Ozone generated on the anode side is dissolved in the raw material water to obtain ozone water.
  • a noble metal net 16 having an ozone generation catalytic function and a lath net 17 made of ozone-resistant metal are used as the anode electrode 3 in particular.
  • the raw water forms a turbulent flow as violent turbulence, and the ozone generated on the anode electrode 3 side instantaneously enters the raw water immediately after generation.
  • the ozone generated on the anode electrode 3 side instantaneously enters the raw water immediately after generation.
  • its action accumulates continuously, and as a result, high concentration ozone water is obtained from the two effects of instantaneous dissolution and accumulation action.
  • the ozone water concentration in the raw water obtained in this way is measured by an ozone concentration meter (not shown) located downstream of the ozone water outlet 10, and the tendency of the ozone concentration to decrease over time is detected. Then, the current density is gradually increased within the current density variable region so as to keep the ozone concentration substantially constant. Then, as a result of the increase in the current density, when the value reaches the allowable upper limit value of the current density variable region, as shown in Fig. 2, close the open / close valve of the water supply pipe to stop the raw water.
  • the DC voltage applied between the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 is released, and then the fluid pressure cylinders 14 and 15 are retracted to connect the anode electrode 3 and the cathode electrode 4 with the solid electrolyte membrane. Then, the solid electrolyte membrane 5 is retracted from each of them, and in that state, the operation of the apparatus is stopped for a predetermined time until the performance is restored to a state where the solid electrolyte membrane 5 can be used again for electrolysis. After a lapse of a predetermined time, the above operation is repeated to produce ozone water.
  • the solid electrolyte membrane 5 can be restarted. It can be used, and the ozone water can be produced after the recovery time of the membrane performance without disassembling the ozone water production apparatus and without replacing the solid electrolyte membrane 5, so that it is economical and efficient. Ozone water can be efficiently produced. In order to obtain such an operation and effect more effectively, another ozone water producing apparatus having the same configuration may be provided in parallel while the membrane performance of the solid electrolyte membrane 5 is recovered, and may be switched and used. It is possible.
  • the fluid pressure cylinders 14 and 15 may be provided in only one of them.
  • the electrode may be formed by providing an elastic material or the like between the electrode and the casing. Even with this configuration, the same operation and effect as described above can be obtained, but the electrode on the side that is not detached is compared with the solid electrolyte membrane 5 as compared with the case where both of the electrodes are repeatedly detached and pressed. There is a concern that the recovery function may be slightly inferior because the contact point of the contact does not change. Also, in the above embodiment, a hydraulic cylinder is shown as the means for moving the electrode.
  • FIGS. 3 and 4 are schematic cross-sectional views of essential parts showing a second embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention, and FIG. 3 shows a state in which electrodes are pressed against a solid electrolyte membrane.
  • FIG. 4 shows the detached state.
  • 31 is an anode side casing
  • 32 is a cathode side casing
  • 33 is an anode electrode
  • 34 is a cathode electrode
  • 35 is a solid electrolyte membrane.
  • the anode-side casing 31 and the cathode-side casing 32 have the same structure in the present embodiment, and are made of an ozone-resistant water-resistant material.
  • a concave portion 36 (37) serving as an anode chamber (cathode chamber) having a size capable of accommodating the base member 38 (39) and a ring-shaped member 40 (41) is formed.
  • On the side walls before and after the ring-shaped member 40 (41), an inlet 42 (43) and an outlet 44 (45) for the raw water are formed, respectively.
  • a through hole 46 (47) is formed in the bottom wall of the bottomed member 38 (39).
  • the through hole 46 (47) has a booster (pump, compressor, etc.) 48 and an atmosphere opening pipe 49. Are connected to the piping via the switching valve 50.
  • the anode electrode 33 is formed by sequentially laminating a noble metal wire net 51 having an ozone generation catalytic function, a lath net 52 made of a metal such as titanium having an ozone resistance, and an electric conducting plate 53 and brazing. And an elastic rubber film 54 is joined to the back surface of the electrode plate 53.
  • the cathode electrode 34 has the same configuration as the anode electrode 33, and is formed by sequentially laminating a noble metal mesh 55, a lath mesh 56 made of a metal having ozone resistance, and an electrode plate 57. In addition to the joining, a rubber film 58 rich in extensibility is joined to the back surface of the electrode plate 57.
  • the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 are formed by sandwiching stretchable rubber films 54, 58 between bottomed members 38, 39 and ring-shaped members 40, 41, respectively. And are accommodated in the recess 36 serving as an anode chamber and the recess 37 serving as a cathode chamber, respectively, so as to be able to advance and retreat.
  • Reference numerals 59 and 60 denote on-off valves provided on the piping downstream of the outlets 44 and 45, respectively.
  • the solid electrolyte membrane 35 is a fluorine-based cation exchange membrane, and has a peripheral end surface (a peripheral end surface of the ring-shaped member 40) forming the concave portion 36 of the anode-side casing 31 and a concave portion of the cathode-side casing 32. It is attached so as to be sandwiched between the peripheral end surface forming the 37 (the peripheral end surface of the ring-shaped member 41).
  • the switching valve 50 is switched to the pressure increasing device 48 side, and the pressure increasing device 48 is operated to supply pressurized air to the space behind the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 to increase the pressure.
  • each of the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 advances and is pressed against the solid electrolyte membrane 35.
  • an on-off valve (not shown) for the water supply line and the downstream side of outlets 44 and 45 Opening the on-off valves 59 and 60, the raw water flows from the inlets 42 and 43 to the outlets 44 and 45, and a DC voltage is applied between the anode 33 and the cathode 34.
  • the raw material water becomes violent, becomes turbulent, generates a droplet flow, and the ozone generated on the anode electrode 33 side is immediately dissolved immediately after generation, and along the anode electrode 33.
  • the effect is accumulated continuously during the distribution, and as a result, a high concentration of ozone water can be obtained from the two effects of instantaneous dissolution and cumulative effect.
  • the ozone water concentration in the obtained raw water is measured by an ozone concentration measurement device (not shown) provided at an appropriate position downstream of the outlet 44 so as to maintain a desired ozone concentration value as described above. Is controlled by increasing the current density. Then, when the increase of the current density reaches the allowable upper limit value of the current density variable region of the ozone water producing apparatus, as shown in FIG. 4, the DC voltage applied between the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 is increased. Is opened, the switching valve 50 is switched to the atmosphere release pipe 49 side, and the on-off valves 59 and 60 downstream of the outlets 44 and 45 are closed to stop the discharge of the raw water.
  • the feed pressure of the raw water acts from inside the elastic rubber films 54 and 58, whereby the anode 33 and the cathode 34 recede from the solid electrolyte membrane 35 respectively.
  • This state is maintained for a predetermined time until the performance of the solid electrolyte membrane 35 recovers so that the solid electrolyte membrane 35 can be used again for electrolysis.
  • the above operation is repeated again to produce ozone water.
  • the solid electrolyte membrane 35 can be used for a longer period of time than before. Further, the ozone water can be produced without disassembling the ozone water producing apparatus and without waiting for the recovery time of the solid electrolyte membrane 35 without replacing the solid electrolyte membrane 35, so that it is economical and efficient. Ozone water can be produced.
  • another ozone water production apparatus of the same configuration is provided in parallel while the membrane performance of the solid electrolyte membrane 35 is restored, or a booster 48 or the like is used.
  • the booster mechanism is switchable, another ozone water production unit of the same configuration is installed in parallel, and when it is switched to use, continuous ozone water production becomes possible.
  • the pneumatic system using the booster 48, the atmosphere release pipe 49, and the switching valve 50 has been described as an example of the booster mechanism.
  • a hydraulic system using a water tank, a hydraulic pump and a relief valve may be used. In such a case, since the density does not change due to the pressure, a quick and accurate pressing force can be obtained.
  • FIGS. 5 and 6 are schematic cross-sectional views of a main part showing a third embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention, and FIG. 5 shows a state where the electrode is pressed against the solid electrolyte membrane.
  • FIG. 6 shows the detached state.
  • the ozone water producing apparatus shown in FIG. 3 uses a pressure increasing device 61 instead of the pressure increasing device 48, the atmosphere release pipe 49, and the switching valve 50 of the ozone water producing device having the structure shown in FIGS. Except for the points, the configuration is basically the same as that of the ozone water producing apparatus shown in FIGS. 3 and 4, and the following mainly describes the differences to avoid redundant description.
  • a drain pipe 71 to the drain 70 is provided between the solenoid valves 64 and 66 and the pressure intensifier 61 with solenoid valves 68 and 69 interposed between them.
  • a piping 75 is provided between the casings 31 and 32 and the through holes 46 and 47 with a check valve 74 interposed therebetween.
  • a pipe 77 having a solenoid valve 76 is provided as a bypass pipe of the apparatus.
  • each of the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 advances and presses the solid electrolyte membrane 35.
  • a DC voltage is applied between the anode electrode 33 and the cathode electrode 34.
  • oxygen and ozone are generated on the anode electrode 33 side, and hydrogen is generated on the cathode electrode 34 side, as in the case of the ozone water production apparatus shown in FIGS.
  • the ozone generated at the electrode 33 is dissolved in the raw material water to generate ozone hydraulic power.
  • the ozone water concentration in the above raw water is measured by a concentration measuring device (not shown) provided downstream of the outlet 44, and the current density is maintained so as to maintain a predetermined ozone concentration value. Increased control.
  • the increase in the current density reaches the above-mentioned upper limit, the DC voltage applied between the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 is opened, the solenoid valves 64 and 69 are closed, and the solenoid valves 66 and Open 68, 76 and close the on-off valves 59, 60 downstream of the outlets 44, 45 to stop the raw water.
  • the anode 33 and the cathode 34 recede from the solid electrolyte membrane 35 and separate from each other.
  • the solid electrolyte membrane 35 is stopped and held for a predetermined time until the performance is restored to such an extent that the solid electrolyte membrane 35 can be used again for electrolysis. After a predetermined time has elapsed, the above operation is repeated again to produce ozone water.
  • the solid electrolysis is performed by the above-described repetitive operation as in the case of the ozone water production apparatus shown in FIGS. 1 to 4.
  • it is necessary to stop for a certain period of time to recover the electrolyte membrane 35, it can be restarted, so that the solid electrolyte membrane 35 can be used for a long period of time, and without disassembling the ozone water production device.
  • the ozone water can be produced after the recovery time without replacing the solid electrolyte membrane 35, the ozone water can be produced economically and efficiently.
  • another solid ozone water production apparatus of the same configuration should be installed in parallel while the membrane performance of the solid electrolyte membrane 35 is restored, or another pressure increase apparatus 61 can be switched to be used for another ozone water of the same configuration. It is also possible to install the water production equipment in parallel and switch to use.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a main part showing a fourth embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention.
  • the ozone water production apparatus shown in the same figure is replaced with two pressure regulating valves 78A and 78B and an electromagnetic release pipe 49 and a switching valve 50 of the ozone water production apparatus shown in FIGS. 3 and 4. Except for the use of the valve 79, the structure is basically the same as that shown in FIGS. 3 and 4, and the same structure is denoted by the same reference numeral and detailed description is omitted.
  • two pressure regulating valves 78A and 78B are provided in parallel between a booster 48 and a solenoid valve 79, and the set pressure of one pressure regulating valve 78A is set to the other pressure regulating valve.
  • the pressure is set lower than the set pressure of 78 B.
  • the solenoid valve 79 is operated to connect the flow path of the pressure regulating valve 78A having a low set pressure to the pressure increasing device 48 ( In the state shown in the figure, the pressurizing device 48 is operated to supply pressurized air to the space behind the anode 33 and the cathode 34 to increase the pressure. Due to this pressure increase, each of the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 advances and is pressed against the solid electrolyte membrane 35 by the set pressure of the pressure regulating valve 78A.
  • Opening and closing valves (not shown) in the water supply line and opening and closing valves 59 and 60 on the downstream side of the outlets 44 and 45 allow the raw water to flow from the inlets 42 and 43 to the outlets 44 and 45, respectively.
  • a DC voltage is applied between the anode electrode 33 and the cathode electrode 34
  • oxygen and ozone are generated on the anode electrode 33 side and hydrogen is generated on the cathode electrode 34 side, and the generated ozone is generated, as described above.
  • Dissolved in raw water to form ozone water Is done.
  • the resulting ozone water concentration is measured by a concentration measuring device (not shown) provided downstream of the outlet 44, and is controlled by increasing the current density so as to maintain a desired concentration value. Then, as shown in FIG.
  • the solenoid valve 79 is operated to connect the flow path of the pressure regulating valve 78B having a high set pressure to the flow path of the pressure regulating valve 78B.
  • the booster 48 is communicated.
  • the pressure in the space behind the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 is increased, and the pressing force of the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 on the solid electrolyte membrane 35 is increased.
  • the area of the pressing surface A of the electrode 33 against the solid electrolyte membrane 35 of the noble metal wire net 51 having an ozone generation catalytic function changes from the state of low pressure pressing in FIG.
  • the operation is performed while maintaining the upper limit of the current density.
  • the solid electrolyte membrane 35 decreases in sexual ability, the ozone concentration in the ozone water gradually decreases. Therefore, the operation of the apparatus is stopped at a predetermined time t3 within a range in which the ozone concentration can be reduced. As in the case described above, this operation of stopping the operation is to retreat the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 to release the pressing of the solid electrolyte membrane 35, and to recover the performance of the solid electrolyte membrane 35.
  • the pressure regulating valve 78 A is connected to the booster 48, and the electrodes 33 and 34 are pressed with the solid electrolyte membrane 35 at low pressure to produce ozone water. Then, as shown in FIG. 9, when the current density reaches the first upper limit at time t1, the pressure regulating valve is switched from the low pressure setting of 78A to the medium pressure setting of 78B. Then, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the pressing contact area between the electrode and the solid electrolyte membrane is increased, and as shown in FIG. 9, the predetermined concentration is again reduced at a low current density. Ozone water can be produced.
  • the operation was performed while increasing the current density again so as to maintain the predetermined concentration, and at time 2, the current density reached the second upper limit.
  • the pressure regulating valve is switched from the medium pressure setting of 78 B to the high pressure setting of 78 C.
  • the current density decreases, and the current density increases, reaching the third upper limit. Will be.
  • the operation is stopped due to the detachment of the electrode from the solid electrolyte membrane and the performance of the solid electrolyte membrane is recovered.
  • the current is When the density increase reaches the upper limit, the anode electrode 33 and the cathode electrode 34 are respectively retracted and separated from the solid electrolyte membrane 35 by performing the same operation as the example shown in FIG. In this state, the operation of the solid electrolyte membrane 35 is stopped for a predetermined time until the solid electrolyte membrane 35 returns to a state where it can be used for electrolysis again, and then the pressing force of the anode 33 and the cathode 34 against the solid electrolyte membrane 35 is increased again.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view of a main part of a fifth embodiment of the ozone water producing apparatus according to the present invention, wherein two pressure adjustments of the ozone water producing apparatus shown in FIG.
  • the valves 78A and 78B and the solenoid valve 79 are arranged in one through hole 46 with the solenoid valve 80A interposed, while the other through hole 47 is arranged in the booster 48 with the solenoid valve 80B interposed.
  • the construction is basically the same as that of the ozone water production system shown in Fig. 7, except for the configuration. That is, in FIG.
  • the pressing force of the anode electrode 33 against the solid electrolyte membrane 35 can be adjusted in two stages by the two pressure adjusting valves 78 A and 78 B, whereas the pressing force of the cathode electrode 34 is The pressing force on the solid electrolyte membrane 35 is constant.
  • the solenoid valves 80A and 80B the water pressure for pressing each electrode against the solid electrolyte membrane 35 can be released to the atmosphere. Further, when opened, the timing is set so that the solenoid valve 80A is opened before the solenoid valve 80B so as not to damage the solid electrolyte membrane 35.
  • the anode electrode and the cathode electrode, and the anode chamber and the cathode chamber have the same symmetric shape in the longitudinal direction and the width direction, respectively.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the width of the anode electrode 33 is made smaller than the width of the cathode electrode 34, and the width of the anode chamber 36 is adjusted accordingly. It may be formed smaller than the width of.
  • the solid electrolyte membrane 35 is disposed between the anode chamber 36 and the cathode chamber 37 (the center position of the flow of the raw water) while sandwiching the solid electrolyte membrane 35 between the anode electrode 33 and the cathode electrode 34. It is expected to improve ozone water production efficiency.
  • the electrolytic reaction is performed while maintaining the current density at a substantially predetermined value, and the ozone concentration in the generated ozone water is measured, and the electrode is applied to the solid electrolyte membrane so that the ozone concentration becomes substantially constant.
  • the application of the DC voltage is stopped to stop the production of the ozone water, and the electrode is detached from the solid electrolyte membrane to remove the solid electrolyte.
  • a method in which the pressure on the membrane is released to recover the performance of the solid electrolyte membrane, and then the electrolysis is started again.
  • the density is increased to the third set value, and the same operation is repeated until both the current density and the pressing force reach the upper limit of the device.
  • the application of DC voltage is started. Stop and ozone water How it will stop production, the electrode achieving performance recovery of opening the pressing force said solid electrolyte film is detached from the solid electrolyte film to said solid electrolyte film to restart the electrolytic thereafter.
  • the concentration of the generated ozone water is measured, and when the current density or the pressing force is changed so that the value becomes a set value, these changes and the concentration change of the ozone water are determined.
  • one or both of the anode electrode and the cathode electrode are provided so as to be able to be pressed and released from the solid electrolyte membrane by the advance / retreat driving means. Even if the performance deteriorates and the ozone concentration decreases, the membrane performance can be restored by increasing the pressing force of the electrode or by removing the electrode, and the membrane can be used continuously without replacing the membrane. The service life of the porous membrane can be improved, and the cost of producing ozone water can be reduced.

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Description

明 細 書 ォゾン水製造装置及びその装置によるォゾン水の製造方法 技術分野
本発明は、 水の電気分解によりオゾン水の製造装置と、 その装置によるォゾ ン水の製造方法に関するもので、 詳しくは、 ケーシング内を固形電解質膜に よつて陽極室と陰極室とに画成すると共に、 陽極室側の固形電解質膜面にォ ゾン発生触媒機能を有する貴金属を有する陽極電極を、 陰極室側の固形電解 質膜面に陰極電極を、 夫々配置してなるオゾン水製造装置及びその装置によ るォゾン水の製造方法に関するものである。 背景技術
従来、 オゾン水を得る代表的な方法としてガス溶解法と水電解法とが知ら れている力く、 近時、 装置が小型にでき、 しかも原料として入手容易な水を使 用でき、 電源も数十ボルト ·数十アンペアと小型の電源装置でよい等の利点 を有する水電解法が注目されている。
前記水電解法によるオゾンの効率的な製造法に用いる装置は、 例えば、 特 開平 1一 312092号公報、 特開平 8— 134677号公報、 特開平 8— 134678号公報 に提案されているものがある。 その装置の概要は第 13図に示すように、 ケー シング 81内を固形電解質膜 82によつて陽極室 83と陰極室 84とに仕切り、 陽極 室側の固形電解質膜面にオゾン発生触媒機能を有する貴金属 (白金等) 85を 有する陽極電極 86を、 陰極室側の固形電解質膜面に貴金属 (白金、 銀等) 87 を有する陰極電極 88を夫々接触させて配置し、 陽極室 83と陰極室 84の夫々に 原料水流入口 89, 90と流出口 91, 92を設け、 更に、 陽極電極 86と陰極電極 88 との間に直流電源 93を接続して構成されている。
この第 13図に示す構成のオゾン水製造装置では、 両電極 86, 88間に直流電 流を通電させると、 固形電解質膜 82を挟んだ状態で陽極用貴金属触媒 85と陰 極用貴金属触媒 87間で水の電気分解が起こり、 陽極電極 86側には酸素とォゾ ンが、 陰極電極 88側には水素が夫々発生し、 前記陽極側で発生したオゾンが 水中に溶解してォゾン水が得られるようになっている。 このォゾン水製造装 置により効率的に高濃度のオゾン水を得るためには、 本出願人の一人が先に 特開平 8— 134677号公報に提案している。 その内容は、 オゾン発生触媒機能 を有する貴金属 (白金等) 85を金網状とし、 その背面に耐食性金属で製造し たラス網を積層して備える構成の陽極電極 86を用いるものである。 この陽極 電極 86の場合には、 陽極室 83に供給している原料水は、 金網とラス網で構成 された流路を流通するように制限されているため、 金網とラス網を通る間に 激しい乱流となって渦流を生じ、 この激しく乱流となっている原料水中に陽 極側で発生したオゾンが発生直後に瞬時に溶解されると共に、 陽極電極面を 通過する間、 その作用が連続的に累積し、 結果として瞬時溶解と累積作用の 二つの効果から高濃度なォゾン水の製造が可能となっている。
しかしながら、 このようなオゾン水製造装置であっても、 初期設定した電 流密度で所定のオゾン濃度を得べく連続運転を行うと、 膜自体の性能劣化が 進み、 時間経過とともにォゾン濃度が維持し難くなるため、 ォゾン濃度低下 分だけ電流密度を増加しなければならなくなる。 このように電流密度を上げ ていく運転を続けていくと、 オゾン濃度と電流密度の関係を示す第 14図より 理解されるように、 電流密度がオゾン水製造装置の限界である電流密度可変 領域の上限値まで到達してしまい (時間 t 1 ) 、 この電流密度上限値以降は オゾン濃度の低下を招き、 遂には、 オゾン濃度が許容値を下回る結果、 運転 停止 (時間! 2 ) に至ることになる。 そして、 この状態から初期性能に戻す には、 停止したオゾン水製造を分解し、 固形電解質膜自体を交換する事にな る力 装置の分解及び電解質膜の交換作業は非常に煩雑で時間を要し、 又、 固形電解質膜の寿命が短く、 オゾン水製造に対する固形電解質膜の使用効率 が低いものになっていた。 本発明は、 上記の問題点を解消するためになされたものであって、 固形電 解質膜自体の性能劣化の原因を究明して該固形電解質膜の寿命の延長を図る と共に、 装置の分解及び固形電解質膜の交換頻度を少なくし得るオゾン水製 造装置及びその装置による合理的なォゾン水の製造方法を提供する事を目的 としたものである。 発明の開示
本発明者等は、 上述した問題点に接し、 固形電解質膜が性能劣化する原因 を究明するため、 交換後の固形電解質膜の表面性状等を調牽、 検討してきた が明確な原因が判明しないまま、 たまたま該固形電解質膜の再使用を行って みたところ、 ほぼ初期性能と変わらない状態で使用できる事が判明した。 そ の後、 固形電解質膜の交換後、 或る時間以上放置した固形電解質膜の再使用 を試みたところ充分使用し得る事が判明した。 このように、 固形電解質膜が 性能回復する理由については、 今のところ明確な理由は不明であるが、 従来 のオゾン水製造装置では、 電極は、 電極とケ一シングとの間に設けられてい る弾性材などにより固形電解質膜に常に押圧されており、 この押圧力と電解 作用とが相まつて水素ィォンが陽極側から陰極側に通過する膜の孔に歪みが 生じ、 水素イオンが通過し難くなるためと推測され、 該固形電解質膜を取り 外した後一定時間以上放置すると、 その歪みが回復するためと考えられる。 又、 特に電極の押圧面が金網のような孔のある面の場合には、 再使用の際に は固形電解質膜面上の押圧位置が変わるため、 この事によっても回復が図ら れていると考えられる。
又、 その後の調査 ·研究過程で、 電流密度がオゾン水製造装置の限界であ る電流密度可変領域の上限値まで到達してしまった後、 電極の固形電解質膜 に対する押圧力を増加すると、 より低い電流密度で所定拳度のオゾン水の生 成が可能となり、 従って、 再度電流密度可変領域の上限値に到達するまでの 間オゾン水の製造を継続できることが判明した。 その理由は、 それまで電極 と当接していた固形電解質膜面が劣化し、 電流密度の上限値まで到達してし まったものが、 電極の固形電解質膜に対する押圧力を増加した事により、 新 たな電極との当接面、 即ち、 電解使用可能領域が増大し、 電解性能の復元が 図られたためと推測され、 これにより、 従来よりも長時間の電解時間を確保 する事ができ、 固形電解質膜の寿命の延長を図る事が可能となる。
ところで、 上記のように固形電解質膜が再使用、 或いは延長使用し得ると しても、 従来のオゾン水製造装置では、 固形電解質膜と電極との間の抵抗を 少なくして効率良くオゾンを発生させるために、 電極は、 電極とケーシング との間に設けられている弾性材等によって固形電解質膜に押圧されており、 電解性能が維持できなくなつた固形電解質膜は依然として装置を分解し交換 をしなければならなかつた。
本発明は、 係る状況に鑑み、 長期的に安定して効率よくオゾン水を製造す る事のできる装置の提供を目的とし、 特に、 固形電解質膜を長期に亘つて連 続して使用可能とした装置の提供を目的としたものである。 本発明は、 上述の観点の元にさなれたものであって、 その特徵とするとこ ろは、 ケ一シング内を固形電解質膜によって陽極室と陰極室とに画成し、 陽 極室側の固形電解質膜面にはォゾン発生触媒機能を有する貴金属を有する陽 極電極を、 陰極室側の固形電解質膜面には陰極電極を、 夫々押圧して配置す ると共に、 前記陽極室と陰極室の夫々に原料水流入口と流出口とが形成され ており、 前記陽極電極と陰極電極との間に直流電圧を印加するようにしてな るォゾン水製造装置にお 、て、 前記陽極電極と陰極電極の一方又は両方が進 退駆動手段によつて前記固形電解質膜に対して押圧及び離脱可能に設けられ ている点にある。 これにより、 前記陽極電極と陰極電極の一方又は両方の前 記固形電解質膜に対する押圧力を変化させたり、 あるいは押圧と離脱を繰り 返すことができるように構成されている。
又、 本発明に係るオゾン水製造装置によるオゾン水の第一の製造方法とし ては、 固形電解質膜の片面にオゾン発生触媒機能を有する貴金属を有する陽 極電極を配置し、 該固形電解質膜の他面には陰極電極を配置し、 両電極のう ち少なくとも一方の電極を前記固形電解質膜に対して進退自在となし、 各電 極部に原料水を流通させつつ該電極間に直流電圧を印加してオゾン水を生成 させるオゾン水の製造方法において、 前記少なくとも一方の電極を前記固形 電解質膜に対して所定の押圧力で押圧した状態でオゾン水の生成を行うと共 に、 前記生成したォゾン水中のォゾン濃度を検出し、 該ォゾン濃度が略一定 となるように前記オゾン濃度の変化に応じて前記直流電流の電流密度を変化 させるようにしたオゾン水の製造方法がある。 この応用例としては、 前記生 成したオゾン水中のオゾン濃度が所定値以下となる前に、 前記電流密度を増 加させ、 該電流密度力所定の上限値に達すると前記電極の固形電解質膜への 押圧力を増加させるようにする方法や、 前記生成したォゾン水中のォゾン濃 度が所定濃度以下となる前に前記直流電圧の印加を停止すると共に、 前記電 極の前記固形電解質膜への押圧力を開放し、 所定時間経過後に、 再度直流電 圧を印加すると共に、 前記電極を前記固形電解質膜に押圧させてオゾン水の 製造を再開するようにした方法、 及び前記生成したォゾン水中のォゾン濃度 力 <所定濃度以下となる前に前記電流密度を増加させ、 該電流密度が所定の上 限値に達すると前記電極の固形電解質膜への押圧力を增加させる操作を少な くとも 1回以上行った後、 前記オゾン濃度が所定濃度以下となる前に、 前記 直流電圧の印加を停止すると共に、 前記電極の前記固形電解質膜への押圧力 を開放し、 所定時間経過後に、 再度直流電圧を印加すると共に、 前記電極を 前記固形電解質膜に押圧してォゾン水の製造を再開するようにした方法があ o
又、 第二の方法としては、 前記少なくとも一方の電極を前記固形電解質膜 に対して押圧した状態で、 前記電極間に所定の直流電流値を通電し、 生成し たォゾン水中のォゾン濃度を検出すると共に、 該ォゾン濃度が略一定となる ように前記オゾン濃度の変化に応じて前記電極の固形電解質膜に対する押圧 力を変化させるようにした点に特徴を有するオゾン水の製造方法であり、 こ れにも次の如き応用例がある。 即ち、 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度 が所定値以下となる前に、 前記電極の固形電解質膜に対する押圧力を増大さ せ、 該押圧力が所定の上限値に達すると前記電流密度を増加させるようにし た方法、 或いは、 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度が所定濃度以下とな る前に前記直流電圧の印加を停止すると共に、 前記電極の前記固形電解質膜 への押圧力を開放し、 所定時間経過後に、 再度直流電圧を印加すると共に、 前記電極を前記固形電解質膜に押圧させてオゾン水の製造を再開するように した方法、 及び、 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度が所定濃度以下とな る前に前記電極の固形電解質膜に対する押圧力を増大させ、 該押圧力が所定 の上限値に達すると前記電流密度を増加させる操作を少なくとも 1回以上行 つた後、 前記オゾン濃度が所定濃度以下となる前に、 前記直流電圧の印加を 停止すると共に、 前記電極の前記固形電解質膜への押圧力を開放し、 所定時 間経過後に、 再度直流電圧を印加すると共に、 前記電極を前記固形電解質膜 に押圧してオゾン水の製造を再開するようにしてなる方法がある。
これらいずれの方法においても、 陽極電極と陰極電極の一方又は両方の固 形電解質膜に対する押圧力を変化させることにより、 新たな押圧面が生じて 該固形電解質膜の活性化がなされ、 連続電解時間の大幅な延長と共に膜寿命 自体の延長が可能となる。 同時に、 オゾン水製造装置を分解して固形電解質 膜を交換する回数を減らすことができ、 装置のメンテナンスも容易となる。 又、 これらいずれの方法を用いる場合であっても、 オゾン水製造装置を複 数基設置し、 少なくとも 1基のオゾン水製造装置において前記直流電圧の印 加が停止されて前記電極の固形電解質膜への押圧が開放されている状態では 、 少なくとも 1基のオゾン水製造装置ではオゾン水製造状態にあるように、 前記複数のォゾン水製造装置を切換稼働させて連続的にォゾン水を製造する ようにしてなす事により、 オゾン水の連続製造が可能となる。 ― 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の第一実施例を示す要部断面概 略図であって電極押圧状態を示しており、 第 2図は、 第 1図のオゾン水製造 装置における電極離脱状態を示しており、 第 3図は、 本発明に係るオゾン水 製造装置の第二実施例を示す要部断面概略図であつて電極押圧状態を示して おり、 第 4図は、 第 3図のオゾン水製造装置における電極離脱状態を示して おり、 第 5図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の第三実施例を示す要部断 面概略図であって電極押圧状態を示しており、 第 6図は、 第 5図のオゾン水 製造装置における電極離脱状態を示しており、 第 7図は、 本発明に係るォゾ ン水製造装置の第四実施例を示す要部断面概略図であつて電極離脱状態を示 しており、 第 8図は、 本発明に係るオゾン水製造装置において固形電解質膜 に対する電極の押圧力の大小による電極と固形電解質膜との接触状態の変化 を示す断面概念図であり、 第 9図は、 本発明に係るオゾン水製造装置におけ るォゾン濃度と電流密度と電極の押圧力の電解経過時間との関係を示す説明 図であり、 第 10図は、 第 7図に示した本発明に係るオゾン水製造装置の第四 実施例の変形例を示す要部断面概略図であつて電極離脱状態を示しており、 第 11図は、 本発明に係るォゾン水製造装置の第五実施例を示す要部断面概略 図であって電極離脱状態を示しており、 第 12図は、 本発明に係るオゾン水製 造装置の幅方向断面概略図であり、 第 13図は、 従来のオゾン水製造装置の要 部断面概略図であり、 第 14図は、 オゾン濃度を一定に維持するための電解経 過時間と電流密度との関係を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係るォゾン水製造装置及びその装置によるォゾン水の製造 方法を、 その実施例を示す図面に基づいて詳細に説明する。
第 1図及び第 2図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の要部断面概略図で あって、 第 1図は電極を固形電解質膜に押圧した状態を示し、 第 2図は電極 と固形電解質膜との離脱状態を夫々示している。 同図において、 1は陽極側 ケ一シング、 2は陰極側ケ一シング、 3は陽極電極、 4は陰極電極、 5は固 形電解質膜を示す。
陽極側ケーシング 1と陰極側ケーシング 2は、 本例では同じ構成のもので あって、 耐オゾン水性材質 (例えばテフロン又はガラス等、 あるいまこれら をコーティングした複合材等) で構成され、 中央部に陽極電極 3 (陰極電極 4 , 括弧内は陰極側を示す。 以下同じ) を摺動可能に収容し得る大きさの陽 極室 (陰極室) となる凹部 6 ( 7 ) が形成され、 前後の側壁には原料水の流 入口 8 ( 9 ) と流出口 10 (11) が夫々形成されている。 又、 凹部 6 ( 7 ) の 底壁には後述する棒状の電極を挿通するための貫通孔 12 (13) が開けられ、 ケーシング 1 ( 2 ) の背面、 即ちケ一シング底壁の外側面には電極 3 ( 4 ) を進退駆動する流体圧シリンダ 14 (15) 力く取付けられている。
前記陽極電極 3には、 オゾン発生触媒機能を有する貴金属製金網 16と、 耐 オゾン性を有するチタン等の金属で製造したラス網 17と、 電極プレー卜 18と を、 この順に積層してロー付け或いは溶接等によって一体的に接合すると共 に、 電極プレート 18の背面に棒状の電極 19を接合して構成されている。 又、 前記陰極電極 4は、 前記陽極電極 3と同様の構成であつて、 貴金属製金網 20 と、 耐オゾン性を有するチタン等の金属で製造したラス網 21と、 電極プレー 卜 22とをこの順に積層すると共に、 電極プレート 22の背面に棒状の電極 23を 接合して構成されている。 これら陽極電極 3と陰極電極 4とは、 夫々陽極室 となる凹部 6内と陰極室となる凹部 7内に進退可能に収容され、 前記棒状電 極 19, 23は、 前記凹部 6, 7の底壁に開けた貫通孔 12, 13に夫々揷通して取 付けられて直流電源装置 24に接続されている。 又、 棒状電極 19, 23の端部は 流体圧シリンダ 14, 15のロッ ドに,絶縁状態で接続されている (尚、 図面では ロッ ドと棒状電極との接続状態は省略している) 。
前記固形電解質膜 5は、 フッ素系陽イオン交換膜であって、 陽極側ケーシ ング 1の凹部 6を形成する周端面と陰極側ケ一シング 2の凹部 7を形成する 周端面との間に挟み付けて取付けられている。
次に、 上記構成のオゾン水製造装置によるオゾン水の製造方法について説 明する。 流体圧シリ ンダ 14, 15を作動させて陽極電極 3と陰極電極 4を夫々 前進させて該電極 4, 5を固形電解質膜 5に所定の圧力で押圧し、 次いで給 水管路の開閉弁 (図示せず) を開けて原料水を流入口 8 , 9から流出口 10, 11に向けて供給すると共に、 陽極電極 3と陰極電極 4の間に直流電圧を印加 する。 これにより陽極電極 3側には酸素とオゾンが、 陰極電極 4側には水素 が夫々発生し、 陽極側に発生したォゾンは原料水中に溶解してォゾン水が得 られる。 本例では、 特に陽極電極 3としてオゾン発生触媒機能を有する貴金 属製金網 16と耐オゾン性を有する金属で製造したラス網 17とを採用している ので、 これら貴金属製金網 16とラス網 17で構成された流路を原料水が流通す る過程で該原料水は激しい乱流となつて渦流を形成し、 前記陽極電極 3側で 発生したオゾンは、 発生直後に瞬時に原料水中に溶解されると共に、 陽極電 極 3に沿って流通する間に、 その作用が連続的に累積し、 その結果、 瞬時溶 解と累積作用の二つの効果から高濃度なォゾン水が得られる。
このようにして得られる原料水中のォゾン水濃度は、 ォゾン水流出口 10の 下流域に配置されているオゾン濃度測定器 (図示せず) によって測定され、 時間の経過に従ってオゾン濃度の低下傾向が検知されると、 該オゾン濃度を 略一定に維持するように、 電流密度可変領域の範囲内で電流密度を次第に増 加させる。 そして、 電流密度の増加の結果、 その値が、 電流密度可変領域の 許容上限値に到達したならば、 第 2図に示しているように、 給水管路の開閉 弁を閉じて原料水を止めると共に、 陽極電極 3と陰極電極 4の間に印加して いた直流電圧を解除し、 この後、 流体圧シリンダ 14, 15を後退作動させて前 記陽極電極 3と陰極電極 4とを固形電解質膜 5から夫々後退離脱させ、 その 状態で固形電解質膜 5が再び電解に使用し得る状態に性能が回復するまでの 所定時間の間、 装置の運転を停止する。 そして、 所定時間経過した後、 再び 上記操作を繰り返しォゾン水の製造を行う。 従って、 上記操り返し運転により、 固形電解質膜 5の性能回復のための一 定時間の停止は必要とするものの、 再運転が可能なことから、 固形電解質膜 5は従来に比して長期間の使用が可能となり、 更に、 オゾン水製造装置を分 解する事なく、 又、 固形電解質膜 5を交換する事なく、 膜性能の回復時間を 待ってオゾン水の製造ができるので、 経済的且つ効率的なオゾン水の製造が できる事になる。 このような作用効果をより効果的に得るためには、 前記固 形電解質膜 5の膜性能が回復する間、 別の同構成のオゾン水製造装置を並設 しておき、 切換使用する事も可能である。
尚、 上記の例では、 流体圧シリンダ 14, 15 を陽極側ケ一シング 1と陰極側 ケーシング 2の両方に設ける例を説明したが、 何れか一方に設けただけでも よく、 この場合、 他方の電極は電極とケ一シングとの間に弾性材などを設け て構成するとよい。 このように構成しても、 上記と同様の作用効果を得る事 ができるが、 電極の両方を離脱と押圧とを繰り返す場合と比較して、 離脱さ せない側の電極は固形電解質膜 5との接点が変わらないため、 やや回復機能 が劣ることが懸念される。 又、 上記実施例では、 電極の進退手段として流体 圧シリンダを示しており、 この流体圧シリンダとしては空圧シリンダ方式が クッション機能を有する点で最適であるが、 作動速度の観点からは液圧シリ ンダでもよく、 更に、 他の機械式駆動手段、 例えばピニオン ·ラック機構や リンク機構等も使用可能であり、 要は、 本発明における電極進退手段として は特に流体圧手段に限定されるものではなく、 基本的には任意である。 次に、 第 3図及び第 4図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の第二実施例 を示す要部の断面概略図であって、 第 3図は電極の固形電解質膜への押圧状 態を示し、 第 4図は離脱状態を示している。 両図において、 31は陽極側ケー シング、 32は陰極側ケ一シング、 33は陽極電極、 34は陰極電極、 35は固形電 解質膜を示している。
陽極側ケ一シング 31と陰極側ケーシング 32は、 本実施例では同じ構成のも のであって、 耐オゾン水性材質で構成され、 中央部に陽極電極 33 (陰極電極 34) を収容し得る大きさの陽極室 (陰極室) となる凹部 36 (37) が形成され ると共に、 有底部材 38 (39) とリング状部材 40 (41) とを重ね合わせて構成 され、 リ ング状部材 40 (41) の前後の側壁には原料水の流入口 42 (43) と流 出口 44 (45) が夫々形成されている。 又、 有底部材 38 (39) の底壁には貫通 孔 46 (47) が開けられ、 この貫通孔 46 (47) には、 昇圧装置 (ポンプ、 圧縮 機等) 48と大気開放管 49とが切換弁 50を介して配管接続されている。
前記陽極電極 33は、 オゾン発生触媒機能を有する貴金属製金網 51と、 耐ォ ゾン性を有するチタン等の金属で形成したラス網 52と、 電揮プレート 53とを 順次積層してロー付けによつて一体型に接合されると共に、 前記電極プレ一 ト 53の背面に伸縮自在なゴム膜 54を接合して構成されている。 又、 前記陰極 電極 34は、 前記陽極電極 33と同様の構成であって、 貴金属製金網 55と、 耐ォ ゾン性を有する金属で製造したラス網 56と、 電極プレート 57とを順次積層し て接合すると共に、 電極プレート 57の背面には伸展性に富んだゴム膜 58を接 合して構成されている。 そして、 これら陽極電極 33と陰極電極 34は、 夫々伸 縮自在なゴム膜 54, 58を有底部材 38, 39とリング状部材 40, 41の間に挟み付 けボルト ·ナツト (図示せず) によって固定されて、 陽極室となる凹部 36と 陰極室となる凹部 37に夫々進退可能に収容されている。 尚、 符号 59と 60は流 出口 44と 45の下流側配管に設けられた開閉弁である。
前記固形電解質膜 35は、 フッ素系陽イオン交換膜であって、 陽極側ケ一シ ング 31の凹部 36を形成する周端面 (リング状部材 40の周端面) と陰極側ケ一 シング 32の凹部 37を形成する周端面 (リ ング状部材 41の周端面) との間に挟 み付けて取付けられる。
次に、 上記構成のォゾン水製造装置によるォゾン水の製造方法について説 明する。 先ず、 切換弁 50を昇圧装置 48側に切換えると共に昇圧装置 48を作動 して陽極電極 33と陰極電極 34の背面の空間に加圧空気を供給して昇圧する。 これにより陽極電極 33と陰極電極 34の夫々は前進し固形電解質膜 35に押圧さ れる。 次いで、 給水管路の開閉弁 (図示せず) 及び流出口 44と 45の下流側の 開閉弁 59, 60を開けて原料水を流入口 42, 43から流出口 44, 45に向けて流通 させると共に、 陽極電極 33と陰極電極 34の間に直流電圧を印加する。 これに より、 前記第 1図及び第 2図に示したオゾン水製造装置の場合と同様に、 陽 極電極 33側では酸素とオゾンが発生し、 陰極電極 34側では水素が発生し、 前 記陽極側で発生したォゾンは原料水中に溶解してォゾン水が得られる。 本例 においても、 前述の場合と同様に、 陽極電極 33としてオゾン発生触媒機能を 有する貴金属製金網 51とラス網 52とを採用しているので、 これら貴金属製金 網 51とラス網 52で構成された流路を通る過程で原料水は激しレ、乱流となって 滴流を発生し、 前記陽極電極 33側で発生したオゾンが発生直後に瞬時に溶解 すると共に、 陽極電極 33に沿って流通する間、 その作用が連続的に累積し、 この結果、 瞬時溶解と累積作用の二つの効果から高濃度なォゾン水が得られ る点は前述の場合と同様である。
次に、 得られる原料水中のオゾン水濃度は流出口 44の下流域の適所に設け られているオゾン濃度測定器 (図示せず) により測定され、 前述の通り所望 のオゾン濃度値を維持するように電流密度を増加して制御される。 そして、 電流密度の增加がォゾン水製造装置の電流密度可変領域の許容上限値に達す ると、 第 4図に示すように、 前記陽極電極 33と陰極電極 34の間に印加してい た直流電圧を開放し、 切換弁 50を大気解放管 49側に切換えると共に、 流出口 44と 45の下流側の開閉弁 59と 60を閉じて原料水の排出を停止する。 この原料 水の排出停止により、 原料水の給水圧が伸縮自在なゴム膜 54, 58の内側から 作用し、 これにより陽極電極 33と陰極電極 34を固形電解質膜 35から夫々後退 離脱させる。 この状態を、 前記固形電解質膜 35が再び電解に使用し得るよう に、 その性能が回復するまでの所定時間の保持を行う。 所定時間経過して膜 性能が回復した後、 再び上記操作を繰り返しォゾン水の製造を行う。
従って、 本実施例におけるオゾン水製造装置であっても、 前記第 1図及び 第 2図に示したオゾン水製造装置と同様に、 上記繰り返し運転により、 固形 電解質膜 35の回復のための一定時間の停止は必要とするものの、 再運転が可 能となる事から固形電解質膜 35は従来に比して長期間の使用が可能となる。 又、 オゾン水製造装置を分解することなく、 更に、 固形電解質膜 35を交換す る事なく、 該固形電解質膜 35の回復時間を待つてォゾン水の製造ができるの で、 経済的且つ効率的なオゾン水の製造ができる。 このような作用効果をよ り効果的に得るためには、 固形電解質膜 35の膜性能が回復する間、 別の同構 成のォゾン水製造装置を並設しておき、 あるいは昇圧装置 48等の昇圧機構を 切換使用可能として別の同構成のオゾン水製造装置本体を並設しておき、 切 換使用すると連続したォゾン水の製造が可能となる。
尚、 上記の例では、 昇圧機構として昇圧装置 48、 大気解放管 49及び切換弁 50による空圧式を例として説明したが、 水タンク、 水圧ポンプとリリーフ弁 を用いる液圧式でもよく、 液圧の場合には圧力による密度変化が生じないの で迅速且つ的確な押圧力を得る事ができる。
次に第 5図及び第 6図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の第三実施例を 示す要部断面概略図であって、 第 5図は電極の固形電解質膜への押圧状態を 示し、 第 6図は離脱状態を示している。 同図に示すオゾン水製造装置は、 第 3図及び第 4図に示した構成のオゾン水製造装置の昇圧装置 48、 大気解放管 49及び切換弁 50に代えて増圧装置 61を用いている点以外は、 基本的に第 3図 及び第 4図に示したオゾン水製造装置の構成と同一であるので、 重複説明を 避けるために、 主として相違点を中心に以下に説明する。 先ず、 増圧装置 61 には、 大径ピストン 62のシリンダ室 63の正圧側に電磁弁 64を介在させて配管 65が、 又、 背圧側に電磁弁 66を介在させて配管 67が、 夫々原料水の給水管路 に接続して設けられると共に、 各電磁弁 64及び 66と増圧装置 61との間に電磁 弁 68と 69を介在させて排水路 70への排水管 71が設けられている。 又、 小径ピ ス卜ン 72のシリンダ室 73の正圧側は、 ケーシング 31, 32の貫通孔 46, 47との 間に逆止弁 74を介在させて配管 75が設けられ、 該逆止弁 74のバイパス管路と して電磁弁 76を備える配管 77が設けられている。
次に、 上記構成のォゾン水製造装置によるォゾン水の製造方法について説 明すると、 先ず、 電磁弁 64, 69を開け、 電磁弁 66, 68, 76を閉じた状態で、 給水管路の開閉弁 (図示せず) 及び流出口 44, 45の下流側の開閉弁 59, 60を 開けて、 原料水を流入ロ42, 43から流出口 44, 45に向けて供給を開始する。 この給水によつて増圧装置 61の大径ピストン 62の正圧側に給水圧が作用し、 その給水圧が小径ピストン 72の正圧側に高圧となって作用し、 この高圧が配 管 75を介して陽極電極 33と陰極電極 34の背面の空間に作用して空間内に封入 されている圧力媒体 (好ましくは水) を昇圧する。 この昇圧により陽極電極 33と陰極電極 34の夫々は前進して固形電解質膜 35を押圧する。 次いで陽極電 極 33と陰極電極 34の間に直流電圧を印加する。 これにより、 前記第 1図乃至 第 4図に示したオゾン水製造装置の場合と同様に、 陽極電極 33側には酸素と オゾンが、 又、 陰極電極 34側には水素が夫々発生し、 陽極電極 33側で発生し た前記ォゾンが原料水中に溶解してォゾン水力生成される事は前述の通りで あ
上記原料水中のォゾン水濃度は流出口 44の下流域に設けられている濃度測 定器 (図示せず) により含有オゾン量が測定され、 所定のオゾン濃度値を維 持するように電流密度を増加して制御される。 そして、 電流密度の増加が前 述の上限値に到達したならば陽極電極 33と陰極電極 34の間に印加していた直 流電圧を開放し、 電磁弁 64, 69を閉じ、 電磁弁 66, 68, 76を開けると共に、 流出口 44, 45の下流側の開閉弁 59, 60を閉じて原料水を止める。 この原料水 の供給中止により、 第 6図に示したように、 原料水の給水圧が前記伸展性に 富んだゴム膜 54, 58の内側から、 及び增圧装置 61の大径ピストン 62の背圧側 から作用し、 これにより陽極電極 33と陰極電極 34は、 固形電解質膜 35から夫 々後退して離脱する。 この状態で該固形電解質膜 35が再び電解に使用し得る 程度に性能が回復するまで、 所定時間の停止保持を行う。 所定時間経過した 後、 再び上記操作を繰り返しオゾン水の製造を行う。
従って、 上記構成のオゾン水製造装置であっても、 第 1図乃至第 4図に示 したオゾン水製造装置の場合と同様に、 上記繰り返し運転により、 固形電解 質膜 35の回復のための一定時間の停止は必要とするものの、 再運転が可能な 事から、 固形電解質膜 35の長期間使用を可能とし、 更に、 オゾン水製造装置 を分解する事なく、 又、 固形電解質膜 35を交換する事なく回復時間を待って オゾン水の製造ができるので、 経済的且つ効率的なオゾン水の製造ができ、 更に又、 このような作用効果を、 より効果的に得るためには、 固形電解質膜 35の膜性能が回復する間、 別の同構成のオゾン水製造装置を並設しておき、 あるいは増圧装置 61を切換使用可能として別の同構成のォゾン水製造装置本 体を並設しておき、 切換使用する事も可能である。
次に、 第 7図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の第四実施例を示す要部 断面概略図である。 同図に示すオゾン水製造装置は、 第 3図及び第 4図に示 したオゾン水製造装置の大気解放管 49及び切換弁 50に代えて、 2個の圧力調 整弁 78A, 78 Bと電磁弁 79とを用いている点以外は基本的に第 3図及び第 4 図に示したものと同構成のものであるので、 同一構成は、 同一符号を付して 詳細な説明は省略する。
同図において、 2個の圧力調整弁 78A , 78 Bは、 昇圧装置 48と電磁弁 79と の間に並列に設けられると共に、 一方の圧力調整弁 78 Aの設定圧は、 他方の 圧力調整弁 78 Bの設定圧よりも低い圧力に設定されている。
上記構成のォゾン水製造装置によるォゾン水の製造方法につ 、て説明する と、 先ず、 電磁弁 79を作動させて設定圧の低い圧力調整弁 78Aの流路と昇圧 装置 48とを連通させ (図示の状態) 、 該昇圧装置 48を作動させて陽極電極 33 と陰極電極 34の背後の空間に加圧空気を供給して昇圧する。 この昇圧により 陽極電極 33と陰極電極 34の夫々は前進して固形電解質膜 35に圧力調整弁 78 A の設定圧で押圧される。 給水管路の開閉弁 (図示せず) 及び流出口 44, 45の 下流側の開閉弁 59, 60を開けて原料水を流入口 42, 43から流出口 44, 45に向 けて流通させると共に、 陽極電極 33と陰極電極 34の間に直流電圧を印加する と、 前述の場合と同様に、 陽極電極 33側では酸素とオゾンが、 陰極電極 34側 では水素が夫々発生し、 発生したォゾンが原料水中に溶解してォゾン水が形 成される。 得られるォゾン水濃度は流出口 44の下流域に設けられている濃度 測定器 (図示せず) により測定され、 所望濃度値を維持するように電流密度 を増加して制御される。 そして、 第 9図に示しているように、 時間 t 1にお いて電流密度が所定の上限値に達すると電磁弁 79を作動して設定圧の高い圧 力調整弁 78 Bの流路と前記昇圧装置 48とを連通させる。 これにより陽極電極 33と陰極電極 34の背面の空間の圧力が増圧され、 陽極電極 33と陰極電極 34の 固形電解質膜 35に対する押圧力が高まることから、 第 8図に示すように、 陽 極電極 33のオゾン発生触媒機能を有する貴金属製金網 51の固形電解質膜 35に 対する押圧面 Aの面積が、 同図 (a ) の低圧押圧の状態から同図 (b ) の高 圧押圧の状態へと大きくなり、 新たな押圧面が生じる事になる。 この結果、 第 9図に示すように、 押圧力の高められた時間 t 1からは、 所定オゾン濃度 のォゾン水を生成するための所定電流密度が下がり始めるので、 再度電流密 度が所定の上限値に到達する時間 t 2までの間は、 所定のオゾン濃度のォゾ ン水の製造を継続する事ができ、 固形電解質膜 35の電解時間を延長させるこ とができる。
尚、 時間 t 2以降は、 前記電流密度は上限値を維持した運転を行うが、 次 第に固形電解質膜 35の性能力低下するため、 ォゾン水中のオゾン濃度も徐々 に低下する事になる。 そこで、 オゾン濃度低下が許容される範囲内における 所定の時点 t 3で装置の運転を停止する。 この運転の停止操作は、 前述の場 合と同様に、 陽極電極 33と陰極電極 34を後退させて固形電解質膜 35の押圧を 解除し、 該固形電解質膜 35の性能回復を図る事になる。
又、 上記例では、 2個の圧力調整弁 78 A, 78 Bを用いる例を説明したが、 本発明はこの例に限定されるものではなく、 オゾン水の製造が効率的に行え る範囲において、 第 10図に示すように、 3つの圧力調整弁 78 A, 78 B , 78 C と 2つの電磁弁 79A, 79 Bとを配置する事により、 第 9図に示した 2度の昇 圧操作を 3度となし、 更に連続運転時間の延長を図る事が可能となる。 即ち 第 10図において、 前記 3つの圧力調整弁 78 A, 78 B , 78 Cの設定圧力は、 78 P T 7
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Aく 78 B < 78 Cの関係に設定されており、 先ず圧力調整弁 78 Aを昇圧装置 48 と連通させて低い圧力で各電極 33, 34を固形電解質膜 35で押圧してオゾン水 製造を行い、 第 9図に示したように、 時間 t 1において電流密度が最初の上 限値に達すると、 前記圧力調整弁を低圧設定の 78 Aから中圧設定の 78 Bに切 り換える。 すると、 第 8図 (a ) , ( b ) に図示したように前記電極と固形 電解質膜との押圧接触面積が広がり、 第 9図に示しているように、 再び低電 流密度で所定濃度のオゾン水の製造が可能となる。 続いて、 前述の要領でォ ゾン水中のオゾン濃度を測定しつつ、 所定濃度に維持されるように再度電流 密度を増加させつつ運転をおこない、 時間 2において、 電流密度が 2度目 の上限値に達すると、 前記圧力調整弁を中圧設定の 78 Bから高圧設定の 78 C に切換え、 同様にしてに電流密度の低下が生じ、 更に電流密度の増加過程を 経て、 3度目の上限値に達する事になる。 この時点で、 前述した前記電極の 固形電解質膜からの離脱による運転の休止と該固形電解質膜の性能回復を行 う事になる。
更に、 前記圧力調整弁 78と電磁弁 79を多数設けて同様な多段階操作を行う 事も可能であるが、 徒に前記圧力調整弁 78と電磁弁 79を增やすのではなく、 これらに換えて電空レギュレー夕を設け、 この電空レギュレー夕によって無 断階に押圧力を制御するようになす事も可能である。 又、 第 7図及び第 10図 に想像線で示すように電磁弁 79の下流側、 あるいは電空レギュレータの下流 側に第 3図に示した如き大気開放管 49及び切換弁 50を設ける構成としてもよ い。 このように大気開放管 49及び切換弁 50を設ける事によって、 前記固形電 解質膜 35への押圧力を段階的或いは連続的に変化させて連続運転を行った後 に、 その最終段階で電流密度の増加が前記上限値まで到達したならば、 第 3 図に示した例と同様な操作を行う事によって、 陽極電極 33と陰極電極 34を固 形電解質膜 35から夫々後退、 離脱させ、 その状態で固形電解質膜 35が再び電 解に使用し得る状態に回復するまでの所定時間の運転停止を行い、 しかる後 に再び上記陽極電極 33と陰極電極 34の固形電解質膜 35に対する押圧力を高め P 557
1 8 る操作と、 後退、 離脱させて性能回復させる操作とを繰り返して行う事で、 固形電解質膜 35の寿命の延長を大幅に達成する事が可能となる。
次に、 第 11図は、 本発明に係るオゾン水製造装置の第五実施例を示す要部 断面概略図であって、 前記第 7図に示したオゾン水製造装置の 2個の圧力調 整弁 78 A, 78 Bと電磁弁 79を、 電磁弁 80 Aを介在させて一方の貫通孔 46に配 管する一方、 他方の貫通孔 47は電磁弁 80 Bを介在させて昇圧装置 48に配管し た構成とした点以外は基本的に第 7図に示したォゾン水製造装置と同構成で ある。 即ち、 第 11図においては、 陽極電極 33の固形電解質膜 35への押圧力は 2つの圧力調整弁 78 A, 78 Bによって 2段階に調整可能となっているのに対 し、 陰極電極 34の固形電解質膜 35への押圧力は一定となっている。 これによ り、 陽極電極 33の固形電解質膜 35への押圧力のみを 2段階に変化させて運転 の連続化を図っている。 又、 電磁弁 80A, 80 Bの切り替えによって各電極の 固形電解質膜 35への押圧用の水圧は大気開放が可能に構成されている。 又、 開放時は固形電解質膜 35を破損させないようにするため電磁弁 80 Aを電磁弁 80 Bより先に開放するようにタイミングが計られている。
尚、 上述してきた第 1図乃至第 11図に示すオゾン水製造装置においては、 陽極電極と陰極電極及び陽極室と陰極室は夫々長手方向と幅方向の大きさが 同じ対称形状を例に説明した力 本発明はこの例に限定されるものではなく 例えば図 12に示すように、 陽極電極 33の幅を陰極電極 34の幅より小さくする と共に、 それに合わせて陽極室 36の幅を陰極室 37の幅より小さく形成しても よい。 このように形成することで、 オゾン水製造時、 固形電解質膜 35を陽極 電極 33と陰極電極 34に挟んだ状態で陽極室 36と陰極室 37の間 (原料水の流れ 中心位置) に配置し易くなり、 オゾン水製造効率の向上が期待される。
以上の説明は、 電極の固形電解質膜に対する押圧力を略一定に保持した状 態で電解反応を行わせ、 生成ォゾン水中のォゾン濃度が略一定となるように 電流密度を上げる方式について説明したが、 電流密度を一定に保った状態で 生成ォゾン水中のォゾン濃度が略一定となるように電極の固形電解質膜に対 する押圧力を変化させる方法もある。 具体的には、 次の方式が列挙される。
( 1 ) 電流密度を略所定の値に保った状態で電解反応を行うと共に、 生成ォ ゾン水中のオゾン濃度を測定し、 該オゾン濃度が略一定となるように、 前記 電極の固形電解質膜に対する押圧力を変化させ、 この押圧力が予め設定され た上限値に達すると、 直流電圧の印加を中止してオゾン水の製造を中止する と共に、 前記電極を固形電解質膜から離脱させて該固形電解質膜に対する押 圧力を開放して該固形電解質膜の性能回復を図り、 しかる後に再度電解を開 始する方法。
( 2 ) 電流密度を低電流密度の第一設定値に保った状態で電解反応を行うと 共に、 生成オゾン水中のオゾン濃度を測定し、 該オゾン濃度が略一定となる ように、 前記電極の固形電解質膜に対する押圧力を変化させ、 この押圧力が 予め設定された上限値に達すると、 前記電流密度を前記第一設定値よりも高 い値の第二設定値に増加させ、 これにより必要な前記押圧力を低下させ、 引 く続き電解を継続すると共に、 前記ォゾン濃度が略一定となるように前記押 圧力を増加させ、 この押圧力が予め設定された上限値に達すると、 再度電流 密度を更に高い第三設定値に増加させ、 以後同様の操作を、 電流密度と押圧 力が共に装置の上限値に達するまで繰り返し、 両者が共に装置の上限値に達 すると、 直流電圧の印加を中止してオゾン水の製造を中止すると共に、 前記 電極を固形電解質膜から離脱させて該固形電解質膜に対する押圧力を開放し て該固形電解質膜の性能回復を図り、 しかる後に再度電解を開始する方法。 又、 上記説明において、 生成オゾン水の濃度を測定し、 その値が設定され た値となるように前記電流密度或 、は押圧力を変化させるに当り、 これらの 変化とォゾン水の濃度変化との間には一定の遅れが存在するので、 生成ォゾ ン水のオゾン濃度が所定値以下とならないように、 これらの遅れを考慮して 電流密度の増加や押圧力の増加を行うの力好ましい。 特に押圧力の変化によ るオゾン水濃度の変化は、 装置の大きさや電極の形状, 構造等に影響される ので、 実際の運転を通して最適な変更タイミングを設定するのが好ましい。 —方、 電流密度の変化によるオゾン水濃度の変化は、 比較的速いタイミング で検出されるから、 電流密度の変化を制御因子として採用するのが簡便で好 ましい方式である。 産業上の利用可能性
以上説明した如く、 本発明のオゾン水製造装置によれば、 陽極電極と陰極 電極の一方又は両方を進退駆動手段によって固形電解質膜に対して押圧及び 離脱可能に設けているので、 固形電解質膜が性能劣化しオゾン濃度が低下し ても、 電極の押圧力を高める力、或いは離脱させる事によって膜性能を回復さ せることができ、 膜交換を行う事なく膜の継続使用が可能となり、 固形電解 質膜の寿命の向上が図れると共に、 オゾン水製造コス卜の低減が図られる。 更に、 ォゾン水製造装置を分解して固形電解質膜を交換する回数が大幅に減 ることからォゾン水製造装置の稼働率の向上とメンテナンスが容易となる等 の多くの効果が期待されるので、 食品の調理や洗浄の際の殺菌や厨房の殺菌 水等の多岐の分野におけるォゾン水の活用が可能となる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . ケーシング内を固形電解質膜によって陽極室と陰極室とに画成し、 前記 陽極室側の前記固形電解質膜面にはオゾン発生触媒機能を有する貴金属を有 する陽極電極を、 前記陰極室側の前記固形電解質膜面には陰極電極を、 夫々 押圧して配置し、 前記陽極室と陰極室の夫々に、 原料水の流入口と流出口を 設けると共に、 前記陽極電極と陰極電極との間に直流電圧を印加可能に構成 してなるオゾン水製造装置において、
前記陽極電極と陰極電極の一方又は両方が、 進退駆動手段によって前記固 、 形電解質膜に対して押圧及ひ^!脱可能に設けられてなることを特徴とするォ ゾン水製造装置。
2 . 前記進退駆動手段が、 流体圧によって作動する機械的駆動装置である請 求の範囲 1に記載のオゾン水製造装置。
3 . 前記進退駆動手段が、 前記陽極電極と陰極電極の各背面に各電極に接続 して配置された伸縮自在な膜材と、 該膜材によって前記陽極室と陰極室の各 電極室の各電極の背後に形成された空間と、 該空間内に昇圧装置からの圧力 媒体を流入させる配管系と、 該配管系に形成されて前記空間を前記昇圧装置 と大気開放管との間で切り替え可能な切り替え弁とを備えてなり、 前記昇圧 装置から前記 ¾間内に供給される圧力媒体の圧力によつて前記電極を前記固 形電解質膜に押圧させ、 前記切り替え弁の操作によって前記空間内の圧力媒 体を、 前記原料水の供給圧力によって前記空間外に排出して前記電極を前記 固形電解質膜から離脱させるようにしてなる請求の範囲 1又は 2に記載のォ ゾン水製造装置。
4 . 前記進退駆動手段が、 前記陽極電極と陰極電極の各背面に各電極に接続 して配置された伸縮自在な膜材と、 該膜材によって前記陽極室と陰極室の各 電極室の各電極の背後に形成された空間と、 該空間内に圧力媒体を流入させ る增圧装置を有する配管系と、 前記各電極室の前記原料水の流出口の下流側 配管に設けた開閉弁とを備えてなり、 前記増圧装置の作動圧力媒体として前 記原料水の供給圧力を利用するようにしてなる請求の範囲 1又は 2に記載の オゾン水製造装置。
5 . 前記陽極電極がオゾン発生触媒機能を有する貴金属製金網からなり、 そ の背面に耐オゾン性を有する金属製ラス網が設けられてなる請求の範囲 1乃 至 4の 、ずれかに記載のォゾン水製造装置。
6 . 前記進退駆動手段により、 前記電極の前記固形電解質膜への押圧力を、 段階的又は連続的に変化可能に構成してなる請求の範囲 1乃至 5のいずれか に記載のォゾン水製造装置。
7 . 前記陽極電極の幅を前記陰極電極の幅よりも小さく形成し、 且つ、 前記 陽極室の大きさを前記陰極室の大きさよりも小さく形成してなる請求の範囲 1乃至 6のいずれかに記載のオゾン水製造装置。
8 . 固形電解質膜の片面にオゾン発生触媒機能を有する貴金属を有する陽極 電極を配置し、 該固形電解質膜の他面には陰極電極を配置し、 両電極のうち 少なくとも一方の電極を前記固形電解質膜に対して進退自在となし、 各電極 部に原料水を流通させつつ該電極間に直流電圧を印加してオゾン水を生成さ せるォゾン水の製造方法において、
前記少なくとも一方の電極を前記固形電解質膜に対して所定の押圧力で押 圧した状態でオゾン水の生成を行うと共に、 前記生成したオゾン水中のォゾ ン濃度を検出し、 該オゾン濃度が略一定となるように前記オゾン濃度の変化 に応じて前記直流電流の電流密度を変化させるようにした事を特徴とするォ ゾン水の製造方法。
9 . 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度を検出し、 該濃度が所定値以下と なる前に、 前記電流密度を増加させ、 該電流密度が所定の上限値に達すると 前記電極の固形電解質膜への押圧力を増加させるようにしてなる請求の範囲 8に記載のオゾン水の製造方法。
1 0 . 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度を検出し、 該濃度が所定濃度以 下となる前に前記直流電圧の印加を停止すると共に、 前記電極の前記固形電 解質膜への押圧力を開放し、 所定時間経過後に、 再度直流電圧を印加すると 共に、 前記電極を前記固形電解質膜に押圧させてオゾン水の製造を再開する ようにしてなる請求の範囲 8に記載のオゾン水の製造方法。
1 1 . 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度を検出し、 該濃度が所定濃度以 下となる前に前記電流密度を増加させ、 該電流密度が所定の上限値に達する と前記電極の固形電解質膜への押圧力を増加させる操作を少なくとも 1回以 上行った後、 前記オゾン濃度が所定濃度以下となる前に、 前記直流電圧の印 加を停止すると共に、 前記電極の前記固形電解質膜への押圧力を開放し、 所 定時間経過後に、 再度直流電圧を印加すると共に、 前記電極を前記固形電解 質膜に押圧してォゾン水の製造を再開するようにしてなる請求の範囲 8記載 のオゾン水の製造方法。
1 2 . 固形電解質膜の片面にオゾン発生触媒機能を有する貴金属を有する陽 極電極を配置し、 該固形電解質膜の他面には陰極電極を配置し、 両電極のう ち少なくとも一方の電極を前記固形電解質膜に対して進退自在となし、 各電 極部に原料水を流通させつつ該電極間に直流電圧を印加してオゾン水を生成 させるォゾン水の製造方法にお 、て、
前記少なくとも一方の電極を前記固形電解質膜に対して押圧した状態で、 前記電極間に所定の直流電流値を通電し、 生成したォゾン水中のォゾン濃度 を検出すると共に、 該オゾン濃度が略一定となるように前記オゾン濃度の変 化に応じて前記電極の固形電解質膜に対する押圧力を変化させるようにした 事を特徴とするオゾン水の製造方法。
1 3 . 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度を検出し、 該濃度が所定値以下 となる前に、 前記電極の固形電解質膜に対する押圧力を増大させ、 該押圧力 力所定の上限値に達すると前記電流密度を増加させるようにしてなる請求の 範囲 1 2に記載のオゾン水の製造方法。
1 4 . 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度を検出し、 該濃度が所定濃度以 下となる前に前記直流電圧の印加を停止すると共に、 前記電極の前記固形電 解質膜への押圧力を開放し、 所定時間経過後に、 再度直流電圧を印加すると 共に、 前記電極を前記固形電解質膜に押圧させてオゾン水の製造を再開する ようにしてなる請求の範囲 1 2に記載のオゾン水の製造方法。
1 5 . 前記生成したオゾン水中のオゾン濃度を検出し、 該濃度が所定濃度以 下となる前に前記電極の固形電解質膜に対する押圧力を増大させ、 該押圧力 が所定の上限値に達すると前記電流密度を増加させる操作を少なくとも 1回 以上行った後、 前記オゾン濃度が所定濃度以下となる前に、 前記直流電圧の 印加を停止すると共に、 前記電極の前記固形電解質膜への押圧力を開放し、 所定時間経過後に、 再度直流電圧を印加すると共に、 前記電極を前記固形電 解質膜に押圧してオゾン水の製造を再開するようにしてなる請求の範囲 1 2 に記載のォゾン水の製造方法。
1 6 . オゾン水製造装置を複数基設置し、 少なくとも 1基のオゾン水製造装 置において、 前記直流電圧の印加が停止されて前記電極の固形電解質膜への 押圧が開放されている状態では、 少なくとも 1基のオゾン水製造装置ではォ ゾン水製造状態にあるように、 前記複数のオゾン水製造装置を切換稼働させ て連続的にオゾン水を製造するようにしてなる請求の範囲 8乃至 1 5のいず れかに記載のォゾン水の製造方法。
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