JP2006124750A - Ozone water producer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体高分子膜を陰極と陽極とで挟んでなる電解セルを備え、水を電気分解してオゾン水を生成するオゾン水生成装置に関する。 The present invention relates to an ozone water generating apparatus that includes an electrolytic cell in which a solid polymer film is sandwiched between a cathode and an anode, and electrolyzes water to generate ozone water.
オゾンは酸化力の非常に強い物質であり、その酸化力に由来する殺菌・脱色・脱臭作用が様々な分野で応用されている。オゾンを利用した殺菌方法,脱色方法等は、オゾン自身が容易に自然分解して酸素となるため、二次汚染の心配のない処理方法といえる。水に溶け込んだオゾンの酸化力は更に向上し、一般に殺菌等に用いられている。これらの目的のために、オゾンガス或いはオゾン水のより簡便かつ高効率な生成手法の開発が求められている。 Ozone is a substance having a very strong oxidizing power, and sterilization, decolorization, and deodorizing effects derived from the oxidizing power are applied in various fields. The sterilization method, decolorization method, etc. using ozone can be said to be a treatment method that does not cause the secondary contamination because ozone itself is naturally decomposed into oxygen. The oxidizing power of ozone dissolved in water is further improved and is generally used for sterilization and the like. For these purposes, development of a simpler and more efficient generation method than ozone gas or ozone water is required.
気体状のオゾンを生成するための手法としては、紫外線ランプ法、無声放電法及び電気分解(電解)法が知られている(例えば、非特許文献1参照)。紫外線ランプ法は発生するオゾンの量が少なく、室内・車内の消臭等、少量の悪臭源を除くために用いられることが多い。無声放電法はオゾンガスを生成するための一般的な手法であるが、例えば原料として空気を用いた場合には同時に窒素酸化物も発生してしまう。これを防ぐためには、原料として酸素ガスを用いるか、空気中の酸素のみを濃縮するような付属装置を備える必要がある。また、金属電極の消耗による金属不純物のオゾンガス中への混入も問題となる。更に、水の電気分解によってもオゾンガスは得られる。この電解法によれば、水分を多少含むものの高純度かつ高濃度のオゾンガスを簡単に得ることができ、次のようにオゾン水を直接得ることもできる。 As a method for generating gaseous ozone, an ultraviolet lamp method, a silent discharge method, and an electrolysis (electrolysis) method are known (for example, see Non-Patent Document 1). The ultraviolet lamp method generates a small amount of ozone and is often used to remove a small amount of bad odor sources such as deodorizing indoors and cars. The silent discharge method is a general method for generating ozone gas. For example, when air is used as a raw material, nitrogen oxides are also generated at the same time. In order to prevent this, it is necessary to use an accessory device that uses oxygen gas as a raw material or concentrates only oxygen in the air. In addition, mixing of metal impurities into the ozone gas due to consumption of the metal electrode is also a problem. Furthermore, ozone gas can also be obtained by electrolysis of water. According to this electrolysis method, high purity and high concentration ozone gas containing some water can be easily obtained, and ozone water can also be obtained directly as follows.
オゾン水を得るための手法としては、前記手法により得られたオゾンガスを水中に溶解させる手法や、前記電解法により直接生成する手法が知られている。無声放電法或いは電解法で発生させたオゾンガスを気泡塔やエジェクタに通じて水に溶解させることでオゾン水を得ることができるが、これは装置の大型化・複雑化の原因となる。 As a technique for obtaining ozone water, a technique for dissolving the ozone gas obtained by the above technique in water and a technique for directly generating the ozone water by the electrolytic method are known. Ozone water can be obtained by dissolving ozone gas generated by a silent discharge method or an electrolytic method in water through a bubble column or an ejector, but this causes an increase in size and complexity of the apparatus.
これに対し、固体高分子膜を多孔質状或いは網状の陽極と陰極とで挟むことで電解セルを構成し、少なくとも前記陽極の表面に通水可能な水路を設けたオゾン水生成装置が提案されている。このような装置では、水路に水道水や純水を通水してそれを電気分解することでオゾン水を直接生成することができ、装置の小型化も容易となる(例えば、非特許文献2、特許文献1,2,3参照)。
ところが、従来のオゾン水生成装置では、生成されたオゾンがガスとして陽極の表面に滞留する。そして、このオゾンガスが水に溶解せずにガスとして水と一緒に排出される場合、気泡塔やエジェクタに通じて再び水に溶解させる工程が必要となる。 However, in the conventional ozone water generator, the generated ozone stays on the surface of the anode as a gas. And when this ozone gas is discharged | emitted with water as gas, without melt | dissolving in water, the process of making it melt | dissolve in water again through a bubble tower or an ejector is needed.
陽極表面に生成されたオゾンを良好に水に溶解させるには、生成されたオゾンを気泡となる前に陽極表面から水流によって除去する方法(気泡掃引)と、水圧を上げてオゾンの溶解度を上昇させる方法とが考えられるが、従来はそのいずれも充分に達成できなかった。例えば、非特許文献2記載の装置では、電解セルの陽極と接する水路の断面積が3.6mm×3.6mmと太いため、気泡掃引に有効な乱流は殆ど発生せず、水圧も水路全体を通じてほぼ1気圧であった。
In order to dissolve ozone generated on the anode surface well in water, the generated ozone is removed from the anode surface by a water flow (bubble sweep) before forming bubbles, and the solubility of ozone is increased by increasing the water pressure. However, none of them have been achieved sufficiently in the past. For example, in the device described in
そこで、本発明は、陽極表面のオゾンを良好に除去すると共に、そのオゾンを良好に水に溶解させることによって、高濃度のオゾン水を効率よく生成可能なオゾン水生成装置を提供することを目的としてなされた。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an ozone water generator capable of efficiently generating high-concentration ozone water by removing ozone on the anode surface and dissolving the ozone in water. As made.
前記目的を達するためになされた本発明は、固体高分子膜を陽極と陰極とで挟んでなる電解セルと、前記陽極表面に通水可能に設けられた水路と、を備えたオゾン水生成装置において、前記水路が、前記通水によって乱流を発生可能な小径部と、その小径部よりも大径の大径部とを備え、前記小径部が前記陽極と接する部分に、前記大径部が前記陽極と接しない部分に、それぞれ配設されたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides an ozone water generator comprising an electrolysis cell in which a solid polymer film is sandwiched between an anode and a cathode, and a water channel provided on the surface of the anode so as to allow water to pass therethrough. The water channel includes a small diameter portion capable of generating a turbulent flow by the water flow, and a large diameter portion larger in diameter than the small diameter portion, and the large diameter portion is in a portion where the small diameter portion is in contact with the anode. Are respectively disposed in portions not in contact with the anode.
本発明では、固体高分子膜を陽極と陰極とで挟んでなる電解セルの陽極表面に通水可能に設けられた水路が、通水によって乱流を発生可能な小径部を備えており、その小径部は陽極と接する部分に配設されている。このため、陽極の表面に生成されたオゾンを気泡となる前に乱流によって良好に除去することができる。また、小径部に通水して乱流を発生させる場合、その小径部における水圧(圧力損失)も高くなり、オゾンの溶解度も上昇する。従って、本発明では、陽極で生成されたオゾンを、乱流と水圧との相乗効果によって良好に水に溶解させて、オゾン水を得ることができる。 In the present invention, the water channel provided on the surface of the anode of the electrolytic cell formed by sandwiching the solid polymer membrane between the anode and the cathode has a small-diameter portion capable of generating turbulent flow by water flow, The small diameter portion is disposed at a portion in contact with the anode. For this reason, the ozone generated on the surface of the anode can be satisfactorily removed by turbulent flow before becoming bubbles. Moreover, when water is passed through the small diameter portion to generate turbulent flow, the water pressure (pressure loss) in the small diameter portion is also increased, and the solubility of ozone is also increased. Therefore, in the present invention, ozone water generated by the anode can be dissolved in water satisfactorily by the synergistic effect of turbulent flow and water pressure to obtain ozone water.
また、前記水路の陽極と接しない部分も全て小径部となっていると、オゾンの除去やオゾンの溶解に関連のない部分でも圧力損失が生じ、効率が悪化するが、本発明では、陽極と接しない部分に前記小径部よりも大径の大径部を配設している。従って、本発明では、高濃度のオゾン水を効率よく生成することができる。 Further, if the portion of the water channel that does not contact the anode is also a small-diameter portion, pressure loss occurs even in a portion that is not related to ozone removal or ozone dissolution, and the efficiency deteriorates. A large-diameter portion larger than the small-diameter portion is disposed in a portion that does not contact. Therefore, in the present invention, high-concentration ozone water can be efficiently generated.
なお、本発明は、必ずしも前記小径部の全体が前記陽極と接する部分に配設される必要もなければ、必ずしも前記大径部の全体が前記陽極と接しない部分に配設される必要もない。例えば、前記小径部の80%以上の部分が前記陽極と接する部分に配設され、前記大径部の80%以上の部分が前記陽極と接しない部分に配設される場合でも、本発明の作用・効果はある程度生じる。 In the present invention, the entire small diameter portion does not necessarily need to be disposed in a portion that contacts the anode, and the entire large diameter portion does not necessarily need to be disposed in a portion that does not contact the anode. . For example, even when 80% or more of the small-diameter portion is disposed in a portion in contact with the anode and 80% or more of the large-diameter portion is disposed in a portion not in contact with the anode. Actions and effects occur to some extent.
また、前記目的を達するためになされた本発明は、固体高分子膜を陽極と陰極とで挟んでなる電解セルと、前記陽極表面に通水可能に設けられた水路と、を備えたオゾン水生成装置において、前記水路の前記陽極と接する部分が、前記通水によって乱流を発生可能な小径部とされたことを特徴とするものであってもよい。 Further, the present invention made to achieve the above object is an ozone water comprising an electrolysis cell in which a solid polymer film is sandwiched between an anode and a cathode, and a water channel provided on the surface of the anode so as to allow water to pass therethrough. In the generating device, a portion of the water channel that is in contact with the anode may be a small-diameter portion capable of generating turbulent flow by the water flow.
本発明では、固体高分子膜を陽極と陰極とで挟んでなる電解セルの陽極表面に通水可能に設けられた水路の、陽極と接する部分が、通水によって乱流を発生可能な小径部となっている。このため、陽極の表面に生成されたオゾンを気泡となる前に乱流によって良好に除去することができる。また、小径部に通水して乱流を発生させる場合、その小径部における水圧(圧力損失)も高くなり、オゾンの溶解度も上昇する。従って、本発明では、陽極で生成されたオゾンを、乱流と水圧との相乗効果によって良好に水に溶解させて、オゾン水を得ることができる。このため、本発明でも、高濃度のオゾン水を効率よく生成することができる。 In the present invention, the portion of the water channel that is provided on the anode surface of the electrolysis cell that sandwiches the solid polymer membrane between the anode and the cathode so as to be able to pass water is a small-diameter portion that can generate turbulent flow by passing water. It has become. For this reason, the ozone generated on the surface of the anode can be satisfactorily removed by turbulent flow before becoming bubbles. Moreover, when water is passed through the small diameter portion to generate turbulent flow, the water pressure (pressure loss) in the small diameter portion is also increased, and the solubility of ozone is also increased. Therefore, in the present invention, ozone water generated by the anode can be dissolved in water satisfactorily by the synergistic effect of turbulent flow and water pressure to obtain ozone water. For this reason, also in this invention, high concentration ozone water can be produced | generated efficiently.
なお、前記各発明において、小径部の断面積は乱流を発生可能な程度であればよく、必ずしも一律には規定されないが、前記小径部の断面積が、円管に換算して内径2mm以下である場合、0.5l/min程度の水流量でも乱流を発生させることができ、非常に効率よくオゾン水を生成することができる。 In each of the above-described inventions, the cross-sectional area of the small-diameter portion may be of a level that can generate turbulent flow and is not necessarily uniformly defined. However, the cross-sectional area of the small-diameter portion is 2 mm or less in terms of a circular tube. In this case, turbulent flow can be generated even at a water flow rate of about 0.5 l / min, and ozone water can be generated very efficiently.
また、前記水路の構成としては種々の形態が考えられるが、前記電解セルが平板状に構成され、平板状の前記陽極の表面に、前記小径部を区画する長尺状の隔壁が二次元的に配設され、更にその隔壁の前記陽極とは反対面に平面状の壁面を密着させることにより、前記小径部が形成された場合、次のような更なる効果が生じる。 In addition, the water channel may be configured in various forms, but the electrolysis cell is configured in a flat plate shape, and a long partition wall that divides the small diameter portion is two-dimensionally formed on the surface of the flat plate-like anode. Further, when the small-diameter portion is formed by bringing a flat wall surface into close contact with the surface of the partition opposite to the anode, the following further effects are produced.
この場合、平板状の電解セルが使用できるので構成が簡略化し、しかも、隔壁を陽極の表面に配設することによって小径部を形成しているので、断面積の小さい小径部も容易に形成することができる。従って、この場合、製造が一層容易になると共に、装置を一層小型化することができる。 In this case, since a plate-shaped electrolytic cell can be used, the configuration is simplified, and the small diameter portion is formed by disposing the partition wall on the surface of the anode, so that the small diameter portion having a small cross-sectional area is also easily formed. be able to. Therefore, in this case, the manufacturing becomes easier and the apparatus can be further downsized.
そして、この場合、前記隔壁が渦巻状に配設されると、次のような更なる効果が生じる。この場合、小径部も隔壁と同様、渦巻状に形成される。渦巻は角がなく滑らかなため、水の流れも円滑になり、余分な圧力損失が生じない。従って、この場合、オゾン水を一層効率よく生成することができる。 In this case, when the partition walls are arranged in a spiral shape, the following further effects are produced. In this case, the small diameter portion is also formed in a spiral shape like the partition wall. Since the vortex has no corners and is smooth, the water flow is smooth and no extra pressure loss occurs. Therefore, in this case, ozone water can be generated more efficiently.
また、前述のように隔壁を利用する構成において、前記隔壁がチタンによって構成された場合、次のような更なる効果が生じる。チタンは表面に二酸化チタン皮膜が形成されるため耐蝕性に優れている。従って、この場合、オゾン水生成装置の耐久性を一層向上させることができる。 Further, in the configuration using partition walls as described above, when the partition walls are made of titanium, the following further effects are produced. Titanium has excellent corrosion resistance because a titanium dioxide film is formed on the surface. Therefore, in this case, the durability of the ozone water generator can be further improved.
また、前述のように隔壁を利用する構成において、前記隔壁がシリコーンゴムによって構成された場合、次のような更なる効果が生じる。シリコーンゴムは種々の形状に容易に成形することができる。従って、この場合、種々の形状の小径部を容易に形成することができる。 Moreover, in the structure using a partition as mentioned above, when the said partition is comprised with silicone rubber, the following further effects will arise. Silicone rubber can be easily formed into various shapes. Accordingly, in this case, small-diameter portions having various shapes can be easily formed.
また、前述のように隔壁を利用する構成において、前記隔壁が前記壁面と一体成形された場合、次のような更なる効果が生じる。隔壁が壁面と一体成形されている場合、隔壁の機械的強度が向上する。従って、この場合、オゾン水生成装置の耐久性を一層向上させることができる。 Further, in the configuration using partition walls as described above, when the partition walls are integrally formed with the wall surface, the following further effects are produced. When the partition wall is integrally formed with the wall surface, the mechanical strength of the partition wall is improved. Therefore, in this case, the durability of the ozone water generator can be further improved.
また更に、前記いずれかのオゾン水生成装置において、前記陰極表面に通水可能に設けられた陰極室を更に備え、前記陰極室に、塩化ナトリウムと酸との水溶液が通水される場合、次のような更なる効果が生じる。この場合、固体高分子膜を通って陰極表面まで運ばれた水素イオンを、塩化ナトリウムによって良好に逃がすことができる。また、水道水中のカルシウム等が水素イオンの代わりに陰極表面まで運ばれた場合には、陰極にて還元されるべき水素イオンが不足するが、それを酸によって補償することができる。従って、この場合、陰極の機能を確保して一層効率よくオゾン水を生成することができる。 Still further, in any one of the ozone water generating apparatuses, when the cathode chamber is further provided so as to allow water to pass through the surface of the cathode, an aqueous solution of sodium chloride and an acid is passed through the cathode chamber. Further effects such as In this case, the hydrogen ions carried to the cathode surface through the solid polymer membrane can be escaped well by sodium chloride. Further, when calcium or the like in tap water is transported to the cathode surface instead of hydrogen ions, the hydrogen ions to be reduced at the cathode are insufficient, but this can be compensated by acid. Therefore, in this case, ozone water can be generated more efficiently while ensuring the function of the cathode.
次に、本発明の実施の形態を図面と共に説明する。図1(A)は、本発明が適用されたオゾン水生成装置1の構成を表す平面図で、図1(B)はそのA−A線断面図である。図1(A),(B)に示すように、本実施の形態のオゾン水生成装置1は、平面視略正方形の平板状の固体高分子膜2を、円板状の陽極3と同じく円板状の陰極4とで挟んでなる電解セル5を備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 (A) is a plan view showing a configuration of an ozone
陽極3の表面には、渦巻状に巻回された針金7が配設され、陽極3及び針金7の外周には、陽極3の外周に嵌合する円形穴を有するゴム製のスペーサ8が嵌合されている。スペーサ8及び針金7の表面には、透明樹脂からなる外枠9の平面状の壁面9aが押し付けられ、陽極3,針金7,スペーサ8,壁面9aで囲まれた空間に、陽極側の渦巻状水路10が形成される。
A
渦巻状水路10は、針金7の形状に沿って渦巻状に構成され、外枠9の、その渦巻状水路10の外周側端部と対向する位置には、渦巻状水路10に水を供給する供給口9bが形成されている。また、外枠9の、渦巻状水路10の中心側端部と対向する位置には、渦巻状水路10から水(後述のようにオゾン水)を排出する排出口9cが形成されている。
The
一方、陰極4の外周には、陰極4の外周に嵌合する円形穴を有するゴム製のスペーサ11が配設され、陰極4の表面には、透明樹脂からなる網目状の円板状の押え板13が配設されている。更に、スペーサ11の表面には、押え板13の外周に嵌合する円形穴15aを有し、押え板13よりも厚い外形直方体状の外枠15が配設され、更にその表面に、略直方体状の外枠17が配設されている。これによって、陰極4の表面には、陰極4及び押え板13と、外枠15の円形穴15aと、外枠17とで囲まれた陰極室19が形成されている。
On the other hand, a
また、外枠17には、この陰極室19にカソード液を供給するための供給口17aと、そのカソード液を排出するための排出口17bと、押え板13を押さえるためのリブ17cとが一体成形されている。そして、このオゾン水生成装置1は、外枠9,スペーサ8,固体高分子膜2,スペーサ11,外枠15,及び外枠17を、図示しないビスで図1(B)の上下方向に締め付けることによって構成されている。この締め付けによって、前述の渦巻状水路10及び陰極室19からの水(オゾン水またはカソード水を含む)の漏出が防止される。
The
ここで、渦巻状水路10に水道水等の水を通水しながら陽極3と陰極4との間に直流電流を通電すると、水が電気分解され、陽極3の表面では次のような反応が生じる。なお、次に示す(1c)〜(3c)は酸化反応であり、(4c),(5c)は溶解平衡である。
Here, when a direct current is passed between the
オゾン生成(1c)と酸素生成(2c)とは共に水の酸化(電気分解)による競争反応である。(2c)によって生成した溶存酸素02(aq) は、更に、溶解平衡(5c)の右側へのシフトによって気泡02(g)となるか、或いは更に酸化されて(3c)、溶存オゾン03(aq) を生成する。また、(1c)または(3c)によって生成された溶存オゾン03(aq) の一部は、溶解平衡(4c)の右側へのシフトによって気泡となる。 Both ozone generation (1c) and oxygen generation (2c) are competitive reactions due to water oxidation (electrolysis). The dissolved oxygen 0 2 (aq) generated by (2c) is further converted into bubbles 0 2 (g) by the shift of the dissolution equilibrium (5c) to the right side or further oxidized (3c), and dissolved ozone 0 3 (aq) is generated. Further, a part of the dissolved ozone 0 3 (aq) generated by (1c) or (3c) becomes bubbles by shifting the dissolution equilibrium (4c) to the right side.
水の酸化反応である(1c),(2c)の速度は、電位によって決まるため殆ど変える余地がないが、(3c)は溶存酸素02(aq) の濃度によって変わる。従って、高濃度のオゾン水を効率よく生成するためには、次のような手法によって溶解平衡(4c),(5c)を溶解側(左側)へシフトさせることが考えられる。 Although the rates of (1c) and (2c), which are water oxidation reactions, are determined by the potential, there is little room for change, but (3c) varies depending on the concentration of dissolved oxygen 0 2 (aq). Therefore, in order to efficiently generate high-concentration ozone water, it is conceivable to shift the dissolution equilibrium (4c) and (5c) to the dissolution side (left side) by the following method.
そのための手法の1つは、水圧を上げることによって気体の溶解度を高める手法(平衡論的手法)で、もう1つは、陽極3の表面に生成された溶存酸素02(aq) 及び溶存オゾン03(aq) を乱流によって速やかに除去し、局所的な濃度増加による気泡の発生を防ぐ手法(速度論的手法)である。
One method is to increase the gas solubility by increasing the water pressure (equilibrium method), and the other is the dissolved oxygen O 2 (aq) generated on the surface of the
続いて、これらの手法による効果について、次のように計算式に基づいて検証した。先ず、長さL(m)、内径d(m)の円管に、水流量v(l/min)で水を流したとき、円管の入口と出口との差圧(圧力損失)ΔPは、下記の式(1m)〜(3m)によって得られる。 Subsequently, the effects of these methods were verified based on the calculation formula as follows. First, when water is flowed through a circular pipe having a length L (m) and an inner diameter d (m) at a water flow rate v (l / min), a differential pressure (pressure loss) ΔP between the inlet and outlet of the circular pipe is The following formulas (1m) to (3m) are obtained.
なお、前記(1m)〜(3m)において、fは摩擦係数、ρは水の密度(=1000kg/m3 )、uは流速(=4v/πd2 )、μは水の粘度(=0.00089Pa・s)、である。この(1m)〜(3m)に基づき、円管の長さLを0.25mとして、種々の内径d(m)の円管に通水した場合の、圧力損失ΔPと水流量vとの関係を計算した。結果を図2に示す。なお、図2の凡例は、円管の内径d(m)を表している。 In the above (1 m) to (3 m), f is a coefficient of friction, ρ is a density of water (= 1000 kg / m 3 ), u is a flow velocity (= 4 v / πd 2 ), and μ is a viscosity of water (= 0.0. 00089 Pa · s). Based on these (1 m) to (3 m), the relationship between the pressure loss ΔP and the water flow rate v when the length L of the circular pipe is 0.25 m and water is passed through the circular pipes having various inner diameters d (m). Was calculated. The results are shown in FIG. The legend in FIG. 2 represents the inner diameter d (m) of the circular tube.
図2に示すように、円管の内径dが0.002m(=2mm)以下となると、圧力損失ΔPが急激に増加する。従って、オゾン水生成装置1における渦巻状水路10の断面積を円管に換算して内径2mm以下とした場合、渦巻状水路10内の水圧を良好に高めることができ、前記平衡論的手法によって高濃度のオゾン水を効率よく生成することができる。
As shown in FIG. 2, when the inner diameter d of the circular tube is 0.002 m (= 2 mm) or less, the pressure loss ΔP increases rapidly. Therefore, when the cross-sectional area of the
次に、陽極3の表面に生成された溶存酸素02(aq) 及び溶存オゾン03(aq) をバルクの水中に移動させるためには、水に乱流を発生させるのが有効である。乱流は、前記レイノルズ数Reが4000以上の場合に生じるが、前述のようにd=2mmとすれば、v=0.5(l/min)であってもRe≒6000と充分な乱流が発生していることが計算で明らかになった。これに対して、従来の装置のようにd=4mm程度であると、v=0.5(l/min)の場合はRe≒3000(<4000)となり乱流は発生せず、溶存酸素02(aq) 及び溶存オゾン03(aq) を陽極3の表面から良好に除去することができない。
Next, in order to move the dissolved oxygen 0 2 (aq) and dissolved ozone 0 3 (aq) generated on the surface of the
また、物質移動を表すシャーウッド数Shは次の式(4m)によって得られる。そこで、前記と同様の条件で、種々の内径d(m)の円管に通水した場合のシャーウッド数Shと水流量vとの関係を計算し、結果を図3に示した。 The Sherwood number Sh representing mass transfer is obtained by the following equation (4m). Therefore, the relationship between the Sherwood number Sh and the water flow rate v when water was passed through circular pipes with various inner diameters d (m) under the same conditions as described above was calculated, and the results are shown in FIG.
なお、前記(4m)において、Sc=μ/Dρ(Dは水中拡散係数)であり、水の場合はSc≒890である。図3に示すように、前記条件では3l/minに対してShが91554となり、空気中の物質移動並みに速い物質移動が生じている。従って、この場合、陽極3の表面に生成された溶存酸素02(aq) 及び溶存オゾン03(aq) を速やかに除去できることが分かる。
In the above (4 m), Sc = μ / Dρ (D is a diffusion coefficient in water), and in the case of water, Sc≈890. As shown in FIG. 3, Sh is 91554 with respect to 3 l / min under the above conditions, and mass transfer is occurring as fast as mass transfer in air. Therefore, in this case, it can be seen that dissolved oxygen 0 2 (aq) and dissolved ozone 0 3 (aq) generated on the surface of the
このため、本実施の形態のオゾン水生成装置1では、針金7を適宜の間隔で渦巻状に巻回して、渦巻状水路10の断面積を円管に換算して内径2mm以下とすることにより、高濃度のオゾン水を効率よく生成することができる。
For this reason, in the ozone
続いて、オゾン水生成装置1を以下のように実際に作成し、その性能評価を行った。先ず、固体高分子膜2としては、デュポン製ナフィオン324(ナフィオン117でもよい)を使用した。陽極3及び陰極4としては、白金金網(ニラコ製,0.08mm,80メッシュ)を使用し、直径3cmの円板状電極とした。針金7としては直径1mmのチタン線を使用し、間隔1〜3mmで渦巻状に巻回することで渦巻状水路10を形成した。更に、外枠9,15,17はアクリル樹脂にて成形した。
Then, the ozone water production |
供給口9bを水道に直結し(蒸留水を送液ポンプにて連続的に送り込んでもよい)、陽極3と陰極4との間に5Aで直流電流を通電しながら電解実験を行った。なお、電源には、可変直流定電圧・定直流電源(菊水電子工業製PAD110−5L)を用い、定電流条件にて通電した。また、この電解実験では、カソード液として0.1MのNaCl水溶液をクエン酸添加によりpH約4に調整したものをタンク(バケツでもよい)に入れて使用し、供給口17a及び排出口17bを介して陰極室19に循環通水した。
The
溶存オゾン濃度等を、オゾンメーター(笠原理化工業製O3-2Z)を用いて比色法にて測定した結果を表1に示す。なお、実験では新品のナフィオン膜を用いたため、オゾン水濃度データが落ち着くまで30分以上の連続操作の後、測定を行った。また、表1には、従来製品として、非特許文献2に示した製品を購入してデータを実測したものを示す。
The dissolved ozone concentration, etc. The results are shown in Table 1 was measured by a colorimetric method using ozone meter (Rika Ltd. O 3- 2Z Kasahara). Since a new Nafion membrane was used in the experiment, measurement was performed after continuous operation for 30 minutes or more until the ozone water concentration data settled. Table 1 shows the actual data obtained by purchasing the product shown in
表1に示すように、本実施例では高濃度のオゾン水を極めて効率よく生成することができた。なお、前記実施例及び発明の実施の形態において、供給口9b,渦巻状水路10,及び排出口9cが水路に相当し、その内、渦巻状水路10が小径部に、供給口9b及び排出口9cが大径部に、それぞれ相当する。また、針金7は隔壁に相当する。
As shown in Table 1, in this example, highly concentrated ozone water could be generated very efficiently. In addition, in the said Example and embodiment of invention, the
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施することができる。例えば、前記実施の形態では、渦巻状水路10の全体が陽極3と接し、供給口9b及び排出口9cは陽極3と全く接していないが、本発明は、必ずしも小径部の全体が陽極と接する部分に配設される必要もなければ、必ずしも大径部の全体が陽極と接しない部分に配設される必要もない。例えば、小径部の80%以上の部分が陽極と接する部分に配設され、大径部の80%以上の部分が陽極と接しない部分に配設される場合でも、同様の作用・効果はある程度生じる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the entire
また、オゾン水生成装置1ではチタン製の針金7によって渦巻状水路10を形成したが、隔壁は、他の金属や樹脂,ゴム等の種々の素材を利用して構成することができる。但し、前述のように隔壁をチタンによって構成した場合、チタンは表面に二酸化チタン皮膜が形成されるため耐蝕性に優れており、オゾン水生成装置1の耐久性を一層向上させることができる。
Moreover, in the ozone
また、隔壁をシリコーンゴムによって構成した場合、シリコーンゴムは種々の形状に容易に成形することができるため、種々の形状の小径部を容易に形成することができる。更に、隔壁は外枠9の壁面9a等と樹脂にて一体成形してもよく、この場合、隔壁の機械的強度が向上するため、オゾン水生成装置の耐久性を一層向上させることができる。
Further, when the partition walls are made of silicone rubber, since the silicone rubber can be easily formed into various shapes, small-diameter portions having various shapes can be easily formed. Furthermore, the partition wall may be integrally formed with the
また更に、水路の形態も種々考えられる。例えば、図4(A)に示すように、一対の櫛歯状の隔壁27,27を、櫛歯27a同士が互い違いになるように組合せ、小径部としての葛折状水路20を構成してもよい。
Furthermore, various forms of water channels are also conceivable. For example, as shown in FIG. 4A, a pair of comb-shaped
この場合、葛折状水路20の両端はその葛折状水路20の面の両端に配設されるので、供給口27b及び排出口27cもその面に沿って配設することができる。但し、前述のような渦巻状水路10は角がなく滑らかなため、水の流れも円滑になり、余分な圧力損失が生じない。このため、前述のオゾン水生成装置1では、オゾン水を一層効率よく生成することができる。
In this case, since both ends of the
また、オゾン水生成装置1において供給口9bと排出口9cとを入れ替えてもよい。但し、渦巻状水路10の曲率半径が小さい部分では曲率半径が大きい部分に比べて高い水圧が生じることが予測される。従って、前述のように渦巻状水路10の外周側端部に供給口9bを設けた方が、渦巻状水路10の全体(すなわち陽極3の表面全体)に渡って水圧を均一に近づけて一層効率よくオゾン水を生成できる可能性がある。
Further, the
更に、図4(B)に示すように、渦巻状に構成した一対の針金37,37を組み合わせることにより、小径部としての二重渦巻状水路30を構成してもよい。図4(B)の例では、オゾン水生成装置1と同様に、二重渦巻状水路30の面に対して垂直に供給口39a,排出口39bを設けているが、この例でも二重渦巻状水路30の両端はその二重渦巻状水路30の面の両端に配設されるので、供給口,排出口は図4(A)と同様にその面に沿って配設することもできる。
Furthermore, as shown in FIG. 4 (B), a double
また、陽極3及び陰極4の材質や形状としても、種々の形態が考えられる。例えば、陽極としては二酸化亜鉛,多孔質ダイヤモンドなど、陰極としてはステンレス鋼など、種々の電極材料を使用することができ、電極形状も、円筒形,正方形平板,長方形平板などが考えられる。円筒形の電極を使用した場合は、隔壁を円筒面に沿って螺旋状に配設する形態などが考えられる。但し、前述のオゾン水生成装置1では、平板状の電解セル5が使用できるので構成が簡略化し、しかも、針金7を陽極3の表面に配設することによって渦巻状水路10を形成しているので、断面積の小さい渦巻状水路10を容易に形成することができる。従って、前述のオゾン水生成装置1では、製造が一層容易になると共に、装置を一層小型化することができる。
Also, various forms are conceivable as materials and shapes of the
また、前記実施例では、外枠9,15,17をアクリル樹脂にて成形しているが、それ以外の多種プラスチック,アルミニウム,SUSなど、種々の材料によって構成することができる。
Moreover, in the said Example, although the
更に、陰極室19には水道水を通水してもよく、或いは、陰極4は大気に開放してもよく、これらの場合も陽極3の側にオゾン水を生成することができる。但し、前記実施例では、陰極室19に前記カソード液を循環通水したので、固体高分子膜2を通って陰極4の表面まで運ばれたH+ をNaClによって良好に逃がすことができる。また、水道水中のCa等がH+ の代わりに陰極4の表面まで運ばれた場合には、陰極4にて還元されるべきH+ が不足するが、それをクエン酸によって補償することができる。従って、本実施例では、陰極4の機能を確保して一層効率よくオゾン水を生成することができる。なお、陰極4の側にも前述のような渦巻状水路10,葛折状水路20などを形成することにより、前述の水圧及び乱流を利用して、陰極4の表面まで運ばれたH+ 等を一層良好に逃がすことも可能である。
Further, tap water may be passed through the
1…オゾン水生成装置 2…固体高分子膜 3…陽極 4…陰極
5…電解セル 7,37…針金 9…外枠 9a…壁面
9b,17a,39a…供給口 9c,17b,39b…排出口
10…渦巻状水路 19…陰極室 20…葛折状水路 27…隔壁
30…二重渦巻状水路
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記陽極表面に通水可能に設けられた水路と、
を備えたオゾン水生成装置において、
前記水路が、前記通水によって乱流を発生可能な小径部と、その小径部よりも大径の大径部とを備え、前記小径部が前記陽極と接する部分に、前記大径部が前記陽極と接しない部分に、それぞれ配設されたことを特徴とするオゾン水生成装置。 An electrolysis cell comprising a solid polymer membrane sandwiched between an anode and a cathode;
A water channel provided on the anode surface so as to allow water to pass through;
In the ozone water generating apparatus provided with
The water channel includes a small-diameter portion capable of generating turbulent flow by the water flow, and a large-diameter portion having a larger diameter than the small-diameter portion, and the large-diameter portion is in a portion in contact with the anode. An ozone water generating device, wherein the ozone water generating device is disposed in a portion not in contact with the anode.
前記陽極表面に通水可能に設けられた水路と、
を備えたオゾン水生成装置において、
前記水路の前記陽極と接する部分が、前記通水によって乱流を発生可能な小径部とされたことを特徴とするオゾン水生成装置。 An electrolysis cell comprising a solid polymer membrane sandwiched between an anode and a cathode;
A water channel provided on the anode surface so as to allow water to pass through;
In the ozone water generating apparatus provided with
The ozone water generating device characterized in that a portion of the water channel in contact with the anode is a small-diameter portion capable of generating a turbulent flow by the water flow.
平板状の前記陽極の表面に、前記小径部を区画する長尺状の隔壁が二次元的に配設され、更にその隔壁の前記陽極とは反対面に平面状の壁面を密着させることにより、前記小径部が形成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のオゾン水生成装置。 The electrolytic cell is configured in a flat plate shape,
On the surface of the flat plate-like anode, a long partition that divides the small-diameter portion is two-dimensionally arranged, and further, by adhering a planar wall to the surface opposite to the anode of the partition, The ozone water generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the small-diameter portion is formed.
前記陰極室に、塩化ナトリウムと酸との水溶液が通水されることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載のオゾン水生成装置。 A cathode chamber provided on the cathode surface so as to allow water to pass therethrough;
The ozone water generator according to any one of claims 1 to 8, wherein an aqueous solution of sodium chloride and an acid is passed through the cathode chamber.
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