JP2012144778A - Electrolysis electrode and device for generating ozone using the electrolysis electrode - Google Patents

Electrolysis electrode and device for generating ozone using the electrolysis electrode Download PDF

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和志 林
Yoshihiro Yokota
嘉宏 横田
Satoru Narai
哲 奈良井
Takeshi Tachibana
武史 橘
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electrolysis electrode capable of generating an ozone water at high efficiency and to provide a device for generating the ozone water using the electrolysis electrode.SOLUTION: The electrolysis electrode 1 is composed by forming a groove 13 on at least one surface of a substrate 11 and forming a conductive diamond film along the groove 13. The electrolysis electrode 1 is used as the anode 1P of an electrolytic cell in the ozone generation device 10. The groove 13 functions as the flow path of a liquid to be treated, the flow rate of the liquid to be treated which is supplied to the electrolytic cell increases, and the ozone water can be generated at high efficiency.

Description

本発明は、電解用電極、及びその電解用電極を陽極として持つオゾン生成装置に関するものである。   The present invention relates to an electrode for electrolysis and an ozone generator having the electrode for electrolysis as an anode.

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、及び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及び脱色方法等は、オゾン自身が容易に自然分解して酸素となるため、二次汚染のない安全な処理方法であり、近年注目されている。オゾンが水に溶け込んだオゾン水は酸化力が更に向上し、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 action derived from the oxidizing power are applied in various fields. The sterilization method and the decolorization method using ozone are safe treatment methods free from secondary contamination because ozone itself is easily decomposed naturally into oxygen, and has attracted attention in recent years. Ozone water in which ozone is dissolved in water has further improved oxidizing power and is generally used for sterilization and the like. For these purposes, development of a simpler and more efficient generation method of ozone water is required.

オゾン水を得るための手段としては、オゾンガスを生成し、このオゾンガスを水中に溶解させる手法や、オゾン水を直接生成する電解法が知られている。オゾンガスを水中に溶解させる手法は、無声放電法でオゾンガスを生成させ、気液溶解塔に通じて水に溶解させるため、装置構成が大型及び複雑になる。   As means for obtaining ozone water, a method of generating ozone gas and dissolving the ozone gas in water and an electrolytic method of directly generating ozone water are known. In the method of dissolving ozone gas in water, ozone gas is generated by a silent discharge method and is dissolved in water through a gas-liquid dissolution tower, so that the apparatus configuration becomes large and complicated.

一方、電解法では、多孔質状或いは網状の陽極と陰極とで固体高分子膜を挟むことで電解セルを構成し、この電解セルに水道水や純水を流すことでオゾン水が得られるため、装置構成が小型になる。   On the other hand, in the electrolysis method, an electrolytic cell is configured by sandwiching a solid polymer film between a porous or net-like anode and cathode, and ozone water is obtained by flowing tap water or pure water through the electrolytic cell. The device configuration becomes smaller.

この電解法に用いられる電解セルの陽極として、例えば、特許文献1には、基材の片面にダイヤモンドの薄膜を付着させた多孔性グラファイト板を採用したものが開示されている。しかしながら、基材にダイヤモンドの薄膜を付着させるとダイヤモンドが剥離するという問題がある。また、メッシュ状の基材にダイヤモンドを形成する場合には、ダイヤモンドを成膜する際に、電解分布が均一ではなく、プラズマの集中が起こり局所的な加熱による破損や、ピンホールの発生が懸念される。   As an anode of an electrolysis cell used in this electrolysis method, for example, Patent Document 1 discloses one using a porous graphite plate in which a diamond thin film is attached to one side of a base material. However, when a diamond thin film is attached to the substrate, there is a problem that the diamond peels off. Also, when diamond is formed on a mesh-like substrate, the electrolytic distribution is not uniform when diamond is deposited, and there is a concern of plasma concentration causing damage due to local heating and pinholes. Is done.

そこで、特許文献2には、レーザ加工によりダイヤモンド板の表面を多孔質状又は網状の構に加工したものを電解セルの陽極として使用する技術が開示されている。   Thus, Patent Document 2 discloses a technique in which a diamond plate surface processed into a porous or reticulated structure by laser processing is used as an anode of an electrolytic cell.

特開平9−268395号公報JP-A-9-268395 特開2005−336607号公報JP-A-2005-336607

しかしながら、特許文献2では、陽極の表面に形成された孔の間隔が1mm程度と大きいため、陽極、固体高分子膜、及び水が同時に接触する三相界面の領域を充分に確保することができず、高効率でオゾンを生成させることができないという問題がある。   However, in Patent Document 2, since the gap between the holes formed on the surface of the anode is as large as about 1 mm, it is possible to sufficiently secure the region of the three-phase interface where the anode, the solid polymer film, and water are in contact at the same time. However, there is a problem that ozone cannot be generated with high efficiency.

また、特許文献1、2共、陽極の表面において、被処理液を流し易くする措置が何ら採られていないため、高効率でオゾンを生成させるために更なる改善の余地がある。   Further, in both Patent Documents 1 and 2, since no measures are taken to facilitate the flow of the liquid to be treated on the surface of the anode, there is room for further improvement in order to generate ozone with high efficiency.

本発明の目的は、高効率でオゾン水を生成することができる電解用電極、及びその電解用電極を用いたオゾン生成装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an electrode for electrolysis that can generate ozone water with high efficiency, and an ozone generator using the electrode for electrolysis.

(1)本発明による電解用電極は、略平板形状を持つ基材と、前記基材の少なくとも一方の面に形成された導電性ダイヤモンド膜と、前記導電性ダイヤモンド膜が形成された面に形成され、被処理液の流路である溝とを備える。   (1) An electrode for electrolysis according to the present invention is formed on a substrate having a substantially flat plate shape, a conductive diamond film formed on at least one surface of the substrate, and a surface on which the conductive diamond film is formed. And a groove that is a flow path of the liquid to be processed.

この構成によれば、基材が概略平板形状を持つため、基材の表面にプラズマCVD法を用いて導電性ダイヤモンドを成膜する場合、プラズマの集中が避けられ、導電性ダイヤモンドを均一、かつ、優れた密着力で成膜することができる。   According to this configuration, since the substrate has a substantially flat plate shape, when conductive diamond is formed on the surface of the substrate using the plasma CVD method, plasma concentration is avoided, and the conductive diamond is uniform. The film can be formed with excellent adhesion.

一方で、電解用電極の表面が平坦であれば、この陽極をオゾン生成装置に適用した場合、陽極、固体高分子膜、及び水が接触する三相界面の領域を確保することが困難であるため、良好な電解を行うことができない。   On the other hand, if the surface of the electrode for electrolysis is flat, when this anode is applied to an ozone generator, it is difficult to secure a three-phase interface region where the anode, the solid polymer film, and water contact. Therefore, good electrolysis cannot be performed.

そこで、本構成では、電解用電極の表面に被処理液を流す流路である溝を形成した。そのため、三相界面を確保すると同時に被処理液の流量を増大させることができ、高効率でオゾン水を生成することができる。   Therefore, in this configuration, a groove is formed on the surface of the electrolysis electrode, which is a flow path for flowing the liquid to be processed. Therefore, the flow rate of the liquid to be treated can be increased at the same time as securing the three-phase interface, and ozone water can be generated with high efficiency.

(2)前記溝は、略平行に複数形成されていることが好ましい。この構成によれば、溝の長手方向を被処理液の上流から下流方向に向けて配置することで流量を増加させ、より多くのオゾン水を生成することができる。   (2) It is preferable that a plurality of the grooves are formed substantially in parallel. According to this configuration, the flow rate can be increased by arranging the longitudinal direction of the groove from the upstream side to the downstream side of the liquid to be processed, so that more ozone water can be generated.

(3)前記溝は、相互に接続されるように複数形成されていることが好ましい。この構成によれば、溝を相互に接続することで被処理液をスムーズに流すことができ、かつ、三相界面を増大させることができる。溝を相互に接続させる具体例としては、例えば、格子状や網目状が挙げられる。格子状としては、電解用電極の縦方向に一定の間隔で複数の溝を平行に形成し、かつ、電解用電極の横方向に一定の間隔で複数の溝を平行に形成する態様を採用すればよい。或いは、電解用電極の所定の第1斜め方向に一定の間隔で複数の溝を平行に形成し、かつ、第1斜め方向と交差する第2斜め方向に一定の間隔で複数の溝を平行に形成する態様を採用すればよい。網目状としては、例えば、タイルの目地のように溝を形成する態様を採用すればよい。その他、溝として、樋形状、三角状等が挙げられる。いずれにせよ溝の形状は、ダイヤモンドのつきまわりに影響が無い範囲で任意である。更に、溝の内壁に凹凸を設ける態様が好ましい。これにより、反応に寄与する三相界面が増大するとともに、電極表面で発生したオゾンを乱流を利用して速やかに溶解することができるため、オゾン水をさらに高効率で生成することができる。   (3) It is preferable that a plurality of the grooves are formed so as to be connected to each other. According to this configuration, the liquid to be treated can be smoothly flowed by connecting the grooves to each other, and the three-phase interface can be increased. Specific examples of connecting the grooves to each other include, for example, a lattice shape and a mesh shape. As the lattice shape, a mode in which a plurality of grooves are formed in parallel at regular intervals in the longitudinal direction of the electrode for electrolysis and a plurality of grooves is formed in parallel in the lateral direction of the electrode for electrolysis at a certain interval. That's fine. Alternatively, the plurality of grooves are formed in parallel at a predetermined interval in a predetermined first oblique direction of the electrode for electrolysis, and the plurality of grooves are parallel in the second oblique direction intersecting the first oblique direction. What is necessary is just to employ | adopt the aspect to form. As the mesh shape, for example, a mode in which grooves are formed like tile joints may be employed. In addition, examples of the groove include a bowl shape and a triangular shape. In any case, the shape of the groove is arbitrary as long as it does not affect the surroundings of the diamond. Furthermore, the aspect which provides an unevenness | corrugation in the inner wall of a groove | channel is preferable. As a result, the three-phase interface that contributes to the reaction increases, and ozone generated on the electrode surface can be quickly dissolved using turbulent flow, so that ozone water can be generated with higher efficiency.

(4)前記基材は、シリコンであることが好ましい。   (4) It is preferable that the base material is silicon.

この構成によれば、最も実績があり、かつ、スケール(酸化カルシウムやリン酸塩、シリカ等を成分とする析出物)が付着し難いシリコンが用いられているため、耐久性の高い電解用電極を提供することができる。なお、基材としてシリコンを用い、CVDで導電性ダイヤモンドを成膜する場合、成膜中に界面に炭化物が形成されるため、導電性ダイヤモンドの密着度をより向上させることができる。   According to this configuration, since the silicon that is most proven and does not easily adhere to scale (precipitates containing calcium oxide, phosphate, silica, etc.) is used, the electrode for electrolysis has high durability. Can be provided. Note that when silicon is used as the base material and conductive diamond is formed by CVD, carbides are formed at the interface during the film formation, so that the adhesion degree of the conductive diamond can be further improved.

(5)前記基材は、チタン、ニオブ、タンタル、チタン炭化物、ニオブ炭化物、又はタンタル炭化物であることが好ましい。この構成によれば、基材として、チタン、ニオブ、タンタル、又はこれらの炭化物が採用されているため、機械加工を用いて容易に溝を形成することができる。   (5) The base material is preferably titanium, niobium, tantalum, titanium carbide, niobium carbide, or tantalum carbide. According to this configuration, since titanium, niobium, tantalum, or a carbide thereof is used as the base material, the groove can be easily formed by machining.

(6)前記導電性ダイヤモンド膜は、プラズマCVD法により製造されることが好ましい。CVD法として熱フィラメントを用いる手法やプラズマCVD法が知られているが、中でもプラズマCVD法を使用すると、溝の内部への導電性ダイヤモンド膜へのコーティングを確実に行うことができる。また、プラズマCVD法は、工業的に最も安定で、かつドーピングの再現性に優れるといったメリットもある。そこで、本構成では、プラズマCVD法を用いることが好ましい。   (6) The conductive diamond film is preferably manufactured by a plasma CVD method. As a CVD method, a method using a hot filament and a plasma CVD method are known. However, when the plasma CVD method is used, the inside of the groove can be reliably coated with the conductive diamond film. Further, the plasma CVD method has the merits of being the most industrially stable and excellent in reproducibility of doping. Therefore, in this configuration, it is preferable to use a plasma CVD method.

(7)本発明によるオゾン生成装置は、水を電気分解してオゾンを生成するオゾン生成装置であって、固体高分子膜と、前記固体高分子膜を挟んで配設された陰極及び陽極とを備え、前記陽極は、(1)〜(6)のいずれかに記載の電解用電極を用いて構成され、前記溝の形成された面が前記固体高分子膜に密着して配置され、前記溝に被処理液を供給する供給部とを備える。   (7) An ozone generator according to the present invention is an ozone generator that electrolyzes water to generate ozone, and includes a solid polymer film, and a cathode and an anode disposed with the solid polymer film interposed therebetween. The anode is configured using the electrode for electrolysis according to any one of (1) to (6), the surface on which the groove is formed is disposed in close contact with the solid polymer film, And a supply unit for supplying a liquid to be processed to the groove.

この構成によれば、(1)〜(6)のいずれかの電解用電極が陽極として用いられているため、高効率でオゾン水を生成することができる。また、陽極は溝の形成された面が固体高分子膜に密着されているため、陽極と固体高分子膜との距離が短くなり、電気分解により発生したオゾンを速やかに移動させ、かつ、電気分解に寄与しない水の流れを最小限にすることができる。また、陽極と固体高分子膜とを密着させることで、装置構成をコンパクトにすることができる。更に、陽極が溝を備えているため、固体高分子膜と溝とを密着させても三相界面が確保され、高効率でオゾン水を生成することができる。   According to this configuration, since the electrolysis electrode of any one of (1) to (6) is used as the anode, ozone water can be generated with high efficiency. In addition, since the anode has a grooved surface that is in close contact with the solid polymer film, the distance between the anode and the solid polymer film is shortened, ozone generated by electrolysis can be moved quickly, and Water flow that does not contribute to decomposition can be minimized. Further, the device configuration can be made compact by bringing the anode and the solid polymer film into close contact with each other. Furthermore, since the anode is provided with a groove, even if the solid polymer film and the groove are brought into close contact with each other, a three-phase interface is ensured, and ozone water can be generated with high efficiency.

(8)前記供給部は、前記被処理液を前記溝に供給する供給路と、前記溝を通った被処理液が、前記供給路に戻らないように前記被処理液を排出する排水路とを備えることが好ましい。   (8) The supply unit includes a supply path that supplies the liquid to be processed to the groove, and a drain path that discharges the liquid to be processed so that the liquid to be processed that has passed through the groove does not return to the supply path. It is preferable to provide.

この構成によれば、排出した被処理液が再度、陽極に供給されることが防止され、高効率にオゾン水を生成することができる。   According to this configuration, the discharged liquid to be treated is prevented from being supplied to the anode again, and ozone water can be generated with high efficiency.

(9)前記陽極は、前記被処理液の流れる方向に対する長さが、前記固体高分子膜の前記方向の長さよりも長いことが好ましい。   (9) It is preferable that the anode has a length in a direction in which the liquid to be processed flows is longer than a length in the direction of the solid polymer film.

この構成によれば、被処理液体を上流から下流にスムーズに流すことができ、高効率でオゾン水を生成することができる。   According to this configuration, the liquid to be treated can be smoothly flowed from upstream to downstream, and ozone water can be generated with high efficiency.

(10)前記陽極は、前記被処理液の流れる方向に対する長さが、前記固体高分子膜の前記方向の長さよりも短いことが好ましい。   (10) It is preferable that the anode has a length in a direction in which the liquid to be processed flows is shorter than a length in the direction of the solid polymer film.

この構成によれば、陽極の被処理液に流れる方向の長さが、固体高分子膜の同方向の長さよりも長くされているため、供給口及び排出口を陽極に面して配置することができ、セッティングの自由度が広がる。また、陽極の両面に導電性ダイヤモンド膜及び溝を形成して、陽極の両面に被処理液を流すことができ、オゾンの生成効率を更に高めることができる。   According to this configuration, since the length of the anode flowing in the liquid to be processed is longer than the length of the solid polymer film in the same direction, the supply port and the discharge port are arranged facing the anode. Can be set and the degree of freedom of setting is expanded. Moreover, a conductive diamond film and a groove can be formed on both surfaces of the anode, and the liquid to be treated can be flowed on both surfaces of the anode, so that ozone generation efficiency can be further increased.

(11)前記陰極は、メッシュ構造を持つことが好ましい。ここで、メッシュ構造としては、例えば水の出入りが容易な多孔質構造を採用すればよい。   (11) The cathode preferably has a mesh structure. Here, as the mesh structure, for example, a porous structure in which water can easily enter and exit may be employed.

この構成によれば、陰極がメッシュ構造を持つため、陰極を固体高分子膜と密着させても陰極側でのイオン交換を効率よく行うことができる。   According to this configuration, since the cathode has a mesh structure, even when the cathode is brought into close contact with the solid polymer film, ion exchange on the cathode side can be performed efficiently.

本発明によれば、高効率にオゾン水を生成する電解用電極及びオゾン生成装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an electrode for electrolysis and an ozone generator that generate ozone water with high efficiency.

本発明の実施の形態による電解用電極の構成図である。It is a block diagram of the electrode for electrolysis by embodiment of this invention. 溝を電解用電極の表面に平行に複数設けた場合の電解用電極の上面図である。It is a top view of the electrode for electrolysis when a plurality of grooves are provided in parallel to the surface of the electrode for electrolysis. 複数の溝を相互に接続させた場合の電解用電極の上面図である。It is a top view of the electrode for electrolysis at the time of connecting a plurality of grooves mutually. 本発明の実施の形態によるオゾン生成装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of an ozone generator according to an embodiment of the present invention. (A)は図4のオゾン生成装置を水平方向に置いたときのオゾン生成装置の全体構成図であり、(B)は(A)の陽極、固体高分子膜、及び陰極を溝に沿って切ったときの断面図である。(A) is a whole block diagram of the ozone generator when the ozone generator of FIG. 4 is placed in the horizontal direction, and (B) is the anode, solid polymer film, and cathode of (A) along the groove. It is sectional drawing when cut. 両面に溝が形成された電解用電極を陽極として用いた場合のオゾン生成装置の全体構成図である。It is a whole block diagram of an ozone production | generation apparatus at the time of using the electrode for electrolysis in which the groove | channel was formed in both surfaces as an anode. 図5に示すオゾン生成装置において、固体高分子膜2の方向L1の長さを陽極の長さよりも長くした場合のオゾン生成装置の全体構成図を示している。In the ozone generator shown in FIG. 5, the whole block diagram of the ozone generator when the length of the solid polymer film 2 in the direction L1 is made longer than the length of the anode is shown. 図7のオゾン生成装置を溝に沿って切断したときの断面図である。It is sectional drawing when the ozone production | generation apparatus of FIG. 7 is cut | disconnected along a groove | channel. 陽極の両面に溝を形成した場合において、固体高分子膜に陰極を密着させた場合の電解セルの構成図を示している。FIG. 3 shows a configuration diagram of an electrolysis cell when a groove is formed on both surfaces of an anode and a cathode is brought into close contact with a solid polymer film. 陽極の一方の面のみに溝を形成し、かつ、陰極をスペーサーを介して固体高分子膜に取り付けた場合の電解セルの構成図を示している。FIG. 3 shows a configuration diagram of an electrolysis cell in which a groove is formed only on one surface of an anode and a cathode is attached to a solid polymer membrane via a spacer.

以下、本発明の実施の形態による電解用電極について説明する。図1は、本発明の実施の形態による電解用電極1の構成図であり、(A)は溝13の構成図であり、(B)〜(E)は、溝13の変形例を示した構成図である。   Hereinafter, the electrode for electrolysis by embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a configuration diagram of an electrode 1 for electrolysis according to an embodiment of the present invention, (A) is a configuration diagram of a groove 13, and (B) to (E) show modified examples of the groove 13. It is a block diagram.

図1(A)に示すように電解用電極1は、基材11、導電性ダイヤモンド膜12、及び溝13(流路の一例)を備える。基材11は、略平板形状を持ち、上面視において四角形状を持つ。基材11としては、ダイヤモンドとの密着性が高いシリコンを採用することが好ましい。   As shown in FIG. 1A, the electrode 1 for electrolysis includes a base material 11, a conductive diamond film 12, and a groove 13 (an example of a flow path). The base material 11 has a substantially flat plate shape, and has a quadrangular shape when viewed from above. As the base material 11, it is preferable to employ silicon having high adhesion to diamond.

後述するように導電性ダイヤモンド膜12の成膜は800℃の高温で行われた後、冷却されるため、基材11として熱膨張率の高い物質を採用すると、導電性ダイヤモンド膜12が剥離する虞がある。そのため、基材11としては、熱膨張率の小さい物質であるチタン、ニオブ、又はタンタル等のカーバイトフォーミングメタル(炭化物成長金属)を採用してもよい。   As described later, since the conductive diamond film 12 is formed at a high temperature of 800 ° C. and then cooled, the conductive diamond film 12 is peeled off when a material having a high thermal expansion coefficient is used as the substrate 11. There is a fear. Therefore, as the base material 11, a carbide forming metal (carbide growth metal) such as titanium, niobium, or tantalum, which is a substance having a low thermal expansion coefficient, may be employed.

また、チタン、ニオブ、又はタンタルは、炭化されると熱膨張率が更に低下する。したがって、熱膨張率を低下させるという観点からは、チタンの炭化物、ニオブの炭化物、又はタンタルの炭化物を採用することが好ましい。   Further, when titanium, niobium, or tantalum is carbonized, the coefficient of thermal expansion further decreases. Therefore, from the viewpoint of reducing the coefficient of thermal expansion, it is preferable to employ a carbide of titanium, a carbide of niobium, or a carbide of tantalum.

導電性ダイヤモンド膜12は、基材11の上面に形成されている。溝13は、導電性ダイヤモンド膜12が形成された面に形成されている。このように、電解用電極1の表面に溝13が形成されているため、電解用電極1を図4等に示すオゾン生成装置の陽極1Pとして用いた場合、被処理液の流量を増大させることができ、高効率でオゾン水を生成することができる。   The conductive diamond film 12 is formed on the upper surface of the base material 11. The groove 13 is formed on the surface on which the conductive diamond film 12 is formed. As described above, since the groove 13 is formed on the surface of the electrode 1 for electrolysis, when the electrode 1 for electrolysis is used as the anode 1P of the ozone generator shown in FIG. Can generate ozone water with high efficiency.

なお、図1の例では、電解用電極1は、上面のみに導電性ダイヤモンド膜12及び溝13を持っているが、両面に導電性ダイヤモンド膜12及び溝13を持っていても良い。こうすることで、電解用電極1をオゾン生成装置の陽極1Pとして用いた場合、被処理液を陽極の両面に流し、より多くのオゾン水を生成することができる。   In the example of FIG. 1, the electrode 1 for electrolysis has the conductive diamond film 12 and the groove 13 only on the upper surface, but may have the conductive diamond film 12 and the groove 13 on both surfaces. In this way, when the electrolysis electrode 1 is used as the anode 1P of the ozone generator, the liquid to be treated can be flowed on both surfaces of the anode to generate more ozone water.

溝13の高さhは、例えば0.2〜1.2mm、好ましくは0.25〜1.1mm、より好ましくは1mm程度であるが、薄いシリコン基板を基材として用いる場合には、破損を避けるため、厚みの1/2程度に抑えることが望ましい。また、溝13の幅wは、例えば0.5mm〜2.2mm、好ましくは、0.8mm〜2.1mm、より好ましくは2mm程度である。陽極、水、及び固体高分子膜が同時に接触する三相界面を増やしてオゾンを高効率で生成するという観点からは小さな溝13を高密度で設けることが好ましい。しかしながら、本実施の形態では、溝13に対して、被処理液を流す流路としての機能も持たせている。したがって、溝13を大きくすると被処理液の流量が増えるため、溝13を流路として機能させるという観点からは、溝13を大きくすることが好ましい。そこで、本実施の形態では、三相界面を確保すると同時に溝13を流路として機能させるために、溝13の高さh及び幅wとして上記の値を採用している。   The height h of the groove 13 is, for example, about 0.2 to 1.2 mm, preferably about 0.25 to 1.1 mm, and more preferably about 1 mm. In order to avoid this, it is desirable to suppress it to about 1/2 of the thickness. The width w of the groove 13 is, for example, 0.5 mm to 2.2 mm, preferably 0.8 mm to 2.1 mm, and more preferably about 2 mm. From the viewpoint of increasing the number of three-phase interfaces where the anode, water, and the solid polymer film are simultaneously in contact with each other to generate ozone with high efficiency, it is preferable to provide small grooves 13 with high density. However, in the present embodiment, the groove 13 also has a function as a flow path for flowing the liquid to be processed. Therefore, if the groove 13 is made larger, the flow rate of the liquid to be treated increases, so that the groove 13 is preferably made larger from the viewpoint of making the groove 13 function as a flow path. Therefore, in the present embodiment, the above values are adopted as the height h and the width w of the groove 13 in order to ensure the three-phase interface and simultaneously function the groove 13 as a flow path.

なお、図1(A)では、溝13の断面形状として底面がフラットで、内壁が底面に直交する形状を採用したが、図1(B)に示すように、溝13の断面形状を鋸状としてもよい。また、図1(C)に示すように溝13の断面形状を半円状としてもよい。   In FIG. 1A, the groove 13 has a cross-sectional shape with a flat bottom surface and an inner wall orthogonal to the bottom surface. However, as shown in FIG. It is good. Further, as shown in FIG. 1C, the cross-sectional shape of the groove 13 may be a semicircular shape.

また、図1(D)に示すように、溝13の断面形状として底面に凹凸を設けたものを採用してもよい。この凹凸はたとえば単結晶シリコン基板を用いる場合では、KOHやTMAHによる異方性エッチングを行うか、部分的にダイシングソーにて切込みを入れることで形成可能である。こうすることで、溝13の表面積が増えて三相界面が増大し、オゾン水を高効率に生成することができる。また、図1(E)に示すように、上面視において溝13に凹凸を設けてもよい。この場合、三相界面を更に増大させることができる。   Further, as shown in FIG. 1D, the groove 13 may have a cross-sectional shape provided with irregularities on the bottom surface. For example, in the case where a single crystal silicon substrate is used, this unevenness can be formed by performing anisotropic etching with KOH or TMAH or by partially cutting with a dicing saw. By doing so, the surface area of the groove 13 is increased, the three-phase interface is increased, and ozone water can be generated with high efficiency. Further, as shown in FIG. 1E, the groove 13 may be provided with unevenness in a top view. In this case, the three-phase interface can be further increased.

図2は、溝13を電解用電極1の表面に平行に複数設けた場合の電解用電極1の上面図である。図2の例では、溝13は一定の間隔dで平行に複数設けられている。ここで、間隔dとしては、三相界面の確保と流路機能の確保という観点から高密度にすることが好ましいが、製造上の観点から高密度にするにも一定の限界がある。そこで、本実施の形態では、両観点を考慮に入れた値が間隔dとして採用されている。間隔dとしては、例えば0.5mm〜2.2mm、好ましくは、0.8mm〜2.1mm、より好ましくは1mm程度である。   FIG. 2 is a top view of the electrolysis electrode 1 when a plurality of grooves 13 are provided in parallel to the surface of the electrolysis electrode 1. In the example of FIG. 2, a plurality of grooves 13 are provided in parallel at a constant interval d. Here, the distance d is preferably high from the viewpoint of securing the three-phase interface and the flow path function, but there is a certain limit to the high density from the viewpoint of manufacturing. Therefore, in the present embodiment, a value taking into consideration both viewpoints is adopted as the interval d. The distance d is, for example, 0.5 mm to 2.2 mm, preferably 0.8 mm to 2.1 mm, and more preferably about 1 mm.

図3は、複数の溝13を相互に接続させた場合の電解用電極1の上面図であり、(A)及び(B)は、溝13を格子状に形成した場合を示し、図3(C)は溝13を網目状に形成した場合を示し、図3(D)は溝13をハニカム状に形成した場合を示している。   3A and 3B are top views of the electrode 1 for electrolysis when a plurality of grooves 13 are connected to each other. FIGS. 3A and 3B show the case where the grooves 13 are formed in a lattice shape. C) shows a case where the grooves 13 are formed in a mesh shape, and FIG. 3D shows a case where the grooves 13 are formed in a honeycomb shape.

図3(A)においては、電解用電極1の横方向に間隔d1で複数の溝13が平行に形成され、かつ、電解用電極の縦方向に間隔d2で複数の溝13が平行に形成されている。なお、間隔d1,d2としては同じ値を採用してもよいし、異なる値を採用してもよい。また、縦の溝13と横の溝13とでサイズを変えても良い。   In FIG. 3A, a plurality of grooves 13 are formed in parallel in the horizontal direction of the electrode 1 for electrolysis with a distance d1, and a plurality of grooves 13 are formed in parallel in the vertical direction of the electrode for electrolysis with a distance d2. ing. Note that the same value may be adopted as the intervals d1 and d2, or different values may be adopted. Further, the size may be changed between the vertical groove 13 and the horizontal groove 13.

図3(B)においては、電解用電極1の所定の第1斜め方向dr1とほぼ平行に複数の溝13が形成され、かつ、第1斜め方向dr1と交差する第2斜め方向dr2とほぼ平行に複数の溝13が形成されている。ここで、第1斜め方向dr1,と第2斜め方向dr2とのなす角度θとしては、種々の角度を採用することができるが、図3(B)では例えば90度程度が採用されている。また、図3(B)の例では、第1斜め方向dr1の溝13の間隔と、第2斜め方向dr2の溝13の間隔とはほぼ一定であるが、一定にしなくてもよい。また、第1、第2斜め方向dr1、dr2の溝13の向きに多少のバラツキを与えても良い。   In FIG. 3B, a plurality of grooves 13 are formed substantially parallel to a predetermined first oblique direction dr1 of the electrode 1 for electrolysis, and substantially parallel to a second oblique direction dr2 intersecting the first oblique direction dr1. A plurality of grooves 13 are formed. Here, as the angle θ between the first oblique direction dr1 and the second oblique direction dr2, various angles can be adopted, but for example, about 90 degrees is adopted in FIG. 3B. In the example of FIG. 3B, the interval between the grooves 13 in the first oblique direction dr1 and the interval between the grooves 13 in the second oblique direction dr2 are substantially constant, but may not be constant. Further, some variation may be given to the direction of the groove 13 in the first and second oblique directions dr1 and dr2.

図3(C)においては、タイルの目地のように溝13が形成され、溝13が網目状に形成されている。また、図3(D)においては、上辺と下辺とが接するようにほぼ六角形の溝13が複数配列されている。図3(A)〜(D)に示すように少なくとも2方向に複数の溝13を形成すると、三相界面を増大すると同時に被処理液の流量を増大させることができる。   In FIG. 3C, the groove 13 is formed like a tile joint, and the groove 13 is formed in a mesh shape. In FIG. 3D, a plurality of substantially hexagonal grooves 13 are arranged so that the upper side and the lower side are in contact with each other. When a plurality of grooves 13 are formed in at least two directions as shown in FIGS. 3A to 3D, the flow rate of the liquid to be processed can be increased simultaneously with increasing the three-phase interface.

図4は、本発明の実施の形態によるオゾン生成装置10の全体構成図である。オゾン生成装置10は、陽極1P、固体高分子膜2、陰極3、供給路41(供給部の一例)、排水路42(供給部の一例)、固定ジグ5、陽極ホルダ6、及びパッキン7を備えている。   FIG. 4 is an overall configuration diagram of the ozone generator 10 according to the embodiment of the present invention. The ozone generator 10 includes an anode 1P, a solid polymer film 2, a cathode 3, a supply path 41 (an example of a supply unit), a drainage path 42 (an example of a supply unit), a fixed jig 5, an anode holder 6, and a packing 7. I have.

陽極1Pは、図1〜図3のいずれかに示す電解用電極1が採用されている。陽極1Pは、溝13が形成された面が固体高分子膜2の一方の面に密着して配置されている。   As the anode 1P, the electrode 1 for electrolysis shown in any of FIGS. 1 to 3 is employed. In the anode 1P, the surface on which the groove 13 is formed is disposed in close contact with one surface of the solid polymer film 2.

固体高分子膜2は、平板形状を持ち、陽極1Pと陰極3とで挟まれている。固体高分子膜2としては、例えばデュポン社製のナフィオン(登録商標)が採用されている。固体高分子膜2は、固定ジグ5の下面(図の右側の面)に嵌め込まれて固定されている。また、固体高分子膜2は、供給口41xと排出口42xとの間に設けられている。これにより、供給路41と排水路42とが固体高分子膜2及び陽極1Pにより隔離され、排水路42から排出された被処理液が、再度、陽極1P側に戻ることを防止することができる。   The solid polymer film 2 has a flat plate shape and is sandwiched between the anode 1P and the cathode 3. As the solid polymer film 2, for example, Nafion (registered trademark) manufactured by DuPont is adopted. The solid polymer film 2 is fitted and fixed to the lower surface (the right surface in the figure) of the fixing jig 5. The solid polymer film 2 is provided between the supply port 41x and the discharge port 42x. Thereby, the supply channel 41 and the drainage channel 42 are isolated by the solid polymer film 2 and the anode 1P, and the liquid to be treated discharged from the drainage channel 42 can be prevented from returning again to the anode 1P side. .

陰極3は、平板状の部材により構成され、固定ジグ5の上面(陽極1Pが配置された面と反対側の面)に配置されている。   The cathode 3 is composed of a flat plate-like member, and is disposed on the upper surface of the fixed jig 5 (surface opposite to the surface on which the anode 1P is disposed).

固定ジグ5の中央にはスペーサー51が嵌め込まれ、陰極3はスペーサー51に密着している。スペーサー51は、多孔質の物質により構成されている。したがって、陰極3は、固体高分子膜2と多少離間して配置されている。   A spacer 51 is fitted in the center of the fixed jig 5, and the cathode 3 is in close contact with the spacer 51. The spacer 51 is made of a porous material. Therefore, the cathode 3 is arranged somewhat apart from the solid polymer film 2.

なお、スペーサー51を用いずに、陰極3を固体高分子膜2から距離を離して設置してもよい。或いは、陰極3としてメッシュ構造を持つものを採用すれば、スペーサー51を介さずに陰極3を、固体高分子膜2に密着させることができる。この場合、陰極3側でのイオン交換をより効率良く行うことができる。   Instead of using the spacer 51, the cathode 3 may be installed at a distance from the solid polymer film 2. Alternatively, if a cathode 3 having a mesh structure is employed, the cathode 3 can be brought into close contact with the solid polymer film 2 without the spacer 51 interposed therebetween. In this case, ion exchange on the cathode 3 side can be performed more efficiently.

陽極1Pは、被処理液の流れる方向L1(上下方向)に対する長さが、固体高分子膜2の方向L1の長さよりも長い。また、固体高分子膜2は、陽極1Pのほぼ中央に配置されている。そのため、陽極1Pの方向L1の上流側と下流側とにおいて固体高分子膜2から露出した領域D1,D2が確保される。これにより、領域D1に供給路41を配置し、かつ、領域D2に排水路42を配置することができ、供給路41及び排水路42を陰極3側にのみ設けることができる。その結果、陽極1P側に供給路41、陰極3側に排水路42を設ける場合に比べ、装置構成のコンパクト化を図ることができる。   The length of the anode 1P in the direction L1 (vertical direction) in which the liquid to be processed flows is longer than the length in the direction L1 of the solid polymer film 2. In addition, the solid polymer film 2 is disposed substantially at the center of the anode 1P. Therefore, areas D1 and D2 exposed from the solid polymer film 2 are secured on the upstream side and the downstream side in the direction L1 of the anode 1P. Thereby, the supply path 41 can be arrange | positioned to the area | region D1, and the drainage path 42 can be arrange | positioned to the area | region D2, and the supply path 41 and the drainage path 42 can be provided only in the cathode 3 side. As a result, the apparatus configuration can be made more compact than when the supply path 41 is provided on the anode 1P side and the drainage path 42 is provided on the cathode 3 side.

供給路41は、陽極1Pの領域D1と対向する位置に供給口41xが位置し、かつ、固定ジグ5の上面側に配置された管状の部材から構成され、上側に接続された図略の被処理液供給部から供給される被処理液を陽極1Pに供給する。被処理液としては水道水又は軟水が採用される。供給路41は、下流側の一部が固定ジグ5を連通する孔により構成されている。   The supply path 41 is formed of a tubular member in which the supply port 41x is located at a position facing the region D1 of the anode 1P, and is arranged on the upper surface side of the fixed jig 5, and is connected to the upper side of the not-shown object. The liquid to be processed supplied from the processing liquid supply unit is supplied to the anode 1P. Tap water or soft water is used as the liquid to be treated. The supply path 41 is configured by a hole that communicates with the fixed jig 5 at a part of the downstream side.

排水路42は、排出口42xが陽極1Pの領域D2と対向する位置に位置するように固定ジグ5に形成された孔である。パッキン7は、陽極ホルダ6の外周と固定ジグ5の外周とに介設さている。これにより、固定ジグ5の外部に被処理液が流れることを防止することができる。オゾンを含む排水は、タンク20に混合されるが、供給路41と同様に管状の部材を配置し、タンク20等に混じることなく引き出してもよい。この場合、さらに高密度のオゾン水を得ることができる。   The drainage channel 42 is a hole formed in the fixed jig 5 so that the discharge port 42x is located at a position facing the region D2 of the anode 1P. The packing 7 is interposed between the outer periphery of the anode holder 6 and the outer periphery of the fixed jig 5. As a result, the liquid to be processed can be prevented from flowing outside the fixed jig 5. The waste water containing ozone is mixed in the tank 20, but a tubular member may be disposed in the same manner as the supply path 41 and drawn out without being mixed into the tank 20 or the like. In this case, higher density ozone water can be obtained.

タンク20は、オゾン生成装置10の下部の4/3程度を収納可能なサイズを持ち、上側が開口する有底の箱体により構成され、被処理液を貯蔵する。オゾン生成装置10は、少なくとも陰極3が水に浸されるように、タンク20内の被処理液に浸漬される。また、タンク20は、排水路42から排出される被処理液を貯蔵する。   The tank 20 has a size capable of accommodating about 4/3 of the lower part of the ozone generator 10 and is constituted by a bottomed box body whose upper side is open, and stores a liquid to be processed. The ozone generator 10 is immersed in the liquid to be processed in the tank 20 so that at least the cathode 3 is immersed in water. The tank 20 stores the liquid to be processed discharged from the drainage channel 42.

このように構成されたオゾン生成装置10では、被処理液は、供給路41から供給され、陽極1Pの溝13、排水路42、及びタンク20へと流れている。この状態で、陽極1P、及び陰極3の間に電圧を印加する。すると、陽極1Pにて、2HO→O+4H+4e、3HO→O+6H+6eの反応が起こり、陰極3にて、nH+ne→(n/2)H(但し、n=4or6)の反応が起こり、オゾンが発生する。そして、このオゾンが被処理液である水に溶けオゾン水となって排水路42から排出される。 In the ozone generation apparatus 10 configured as described above, the liquid to be processed is supplied from the supply path 41 and flows to the groove 13 of the anode 1P, the drainage path 42, and the tank 20. In this state, a voltage is applied between the anode 1P and the cathode 3. Then, the reaction of 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e and 3H 2 O → O 3 + 6H + + 6e occurs at the anode 1 P, and nH + + ne → (n / 2) H 2 occurs at the cathode 3. (However, n = 4 or 6) occurs and ozone is generated. Then, this ozone is dissolved in the water to be treated and becomes ozone water, which is discharged from the drainage channel 42.

このように、本実施の形態によるオゾン生成装置10では、表面に複数の溝13を持つ電解用電極1が陽極1Pとして用いられているため、高効率にオゾン水を生成することができる。   Thus, in the ozone generator 10 according to the present embodiment, the electrolysis electrode 1 having a plurality of grooves 13 on the surface is used as the anode 1P, and therefore ozone water can be generated with high efficiency.

図5(A)は、図4のオゾン生成装置10を水平方向に置いたときのオゾン生成装置10の全体構成図であり、図5(B)は、図5(A)の陽極1P、固体高分子膜2、及び陰極3を含む電解セルを溝13に沿って切ったときの断面図である。   5A is an overall configuration diagram of the ozone generation device 10 when the ozone generation device 10 of FIG. 4 is placed in the horizontal direction, and FIG. 5B is a diagram illustrating the anode 1P and the solid in FIG. 3 is a cross-sectional view of an electrolytic cell including a polymer film 2 and a cathode 3 cut along a groove 13. FIG.

陽極ホルダ6は、凹部61を備え、この凹部61に陽極1Pが嵌め込まれている。また、陽極ホルダ6の底面中央には、電極板1xが取り付けられている。電極板1xには導線LN1が接続されている。陰極3には導線LN2が接続されている。   The anode holder 6 includes a recess 61, and the anode 1P is fitted into the recess 61. An electrode plate 1x is attached to the center of the bottom surface of the anode holder 6. A conductive wire LN1 is connected to the electrode plate 1x. A conductive wire LN2 is connected to the cathode 3.

図6は、両面に溝13が形成された電解用電極1を陽極1Pとして用いた場合のオゾン生成装置10の全体構成図である。図6に示すように陽極1Pは両面に溝13a,13bが形成されている。図5では、陽極1Pは固定ジグ5と陽極ホルダ6とで挟まれていたが、図6では、陽極1Pは一対の固定ジグ5a,5bで挟まれている。陽極1Pには導線LN1が接続され、導線LN1を介して正の電圧が印加される。陰極3,3にはそれぞれ導線LN2が接続され、導線LN2を介して負の電圧が印加される。   FIG. 6 is an overall configuration diagram of the ozone generator 10 when the electrode 1 for electrolysis having grooves 13 formed on both surfaces is used as the anode 1P. As shown in FIG. 6, the anode 1P has grooves 13a and 13b formed on both sides. In FIG. 5, the anode 1P is sandwiched between the fixed jig 5 and the anode holder 6. However, in FIG. 6, the anode 1P is sandwiched between the pair of fixed jigs 5a and 5b. Conductor LN1 is connected to anode 1P, and a positive voltage is applied via conductor LN1. A conductive wire LN2 is connected to each of the cathodes 3 and 3, and a negative voltage is applied via the conductive wire LN2.

また、固定ジグ5aと固定ジグ5bとは、図5の固定ジグ5と同一形状であり、供給路41a,41bと、排水路42a,42bとが対向するように陽極1Pを挟んでいる。図6に示すオゾン生成装置10も図4と同様にして、被処理液を貯蔵するタンク20内に浸漬され、供給路41aと供給路41bとから同時に被処理液が供給される。そして、供給路41aから供給された被処理液は、溝13aを通って排水路42aから排出される。また、供給路41bから供給された被処理液は、溝13bを通って排水路42bから排出される。   The fixed jig 5a and the fixed jig 5b have the same shape as the fixed jig 5 in FIG. 5, and sandwich the anode 1P so that the supply paths 41a and 41b and the drain paths 42a and 42b face each other. Similarly to FIG. 4, the ozone generator 10 shown in FIG. 6 is immersed in the tank 20 for storing the liquid to be processed, and the liquid to be processed is supplied simultaneously from the supply path 41a and the supply path 41b. And the to-be-processed liquid supplied from the supply path 41a is discharged | emitted from the drainage path 42a through the groove | channel 13a. Further, the liquid to be treated supplied from the supply path 41b passes through the groove 13b and is discharged from the drainage path 42b.

この状態で固定ジグ5aの陽極1P及び陰極3間に電圧が供給され、かつ、固定ジグ5bの陽極1P及び陰極3間に電圧が供給される。すると、溝13a,13bのそれぞれにおいてオゾンが生成され、生成されたオゾンが水に溶解してオゾン水となって排水路42a,42bから排出される。   In this state, a voltage is supplied between the anode 1P and the cathode 3 of the fixed jig 5a, and a voltage is supplied between the anode 1P and the cathode 3 of the fixed jig 5b. Then, ozone is generated in each of the grooves 13a and 13b, and the generated ozone is dissolved in water to become ozone water and discharged from the drains 42a and 42b.

そのため、図6に示すオゾン生成装置10は、図5に示すオゾン生成装置10よりも2倍のオゾンを生成することができ、より高効率にオゾン水を生成することができる。   Therefore, the ozone generator 10 shown in FIG. 6 can generate twice as much ozone as the ozone generator 10 shown in FIG. 5, and can generate ozone water with higher efficiency.

図7は、図5に示すオゾン生成装置10において、固体高分子膜2の方向L1の長さを陽極1Pの長さよりも長くした場合のオゾン生成装置10の全体構成図を示している。図8は、図7のオゾン生成装置10を溝13に沿って切断したときの断面図である。   FIG. 7 shows an overall configuration diagram of the ozone generator 10 in the case where the length of the solid polymer film 2 in the direction L1 is longer than the length of the anode 1P in the ozone generator 10 shown in FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view when the ozone generator 10 of FIG. 7 is cut along the groove 13.

図7の場合、固体高分子膜2は、方向L1の長さが陽極1Pよりも長く、陽極ホルダ6の上面をほぼ覆うように配置されている。そのため、供給路41及び排水路42は、固定ジグ5ではなく、陽極ホルダ6に設けられている。具体的には、供給路41及び排水路42は、陽極ホルダ6を中心に左右対称に設けられている。   In the case of FIG. 7, the solid polymer film 2 is arranged so that the length in the direction L <b> 1 is longer than that of the anode 1 </ b> P and substantially covers the upper surface of the anode holder 6. Therefore, the supply path 41 and the drainage path 42 are provided not on the fixed jig 5 but on the anode holder 6. Specifically, the supply channel 41 and the drain channel 42 are provided symmetrically with respect to the anode holder 6.

このように構成されたオゾン生成装置10を図4と同様にしてタンク20の被処理液に浸漬させる。そして、供給路41から被処理液を供給すると、被処理液は溝13を通って排水路42から排出される。この状態で、陰極板1xにプラス、陰極3にマイナスの電圧を印加すると、陽極1Pにてオゾンが発生し、このオゾンが被処理液である水に溶けてオゾン水となって、排水路42から排出される。   The ozone generator 10 configured in this way is immersed in the liquid to be treated in the tank 20 in the same manner as in FIG. When the liquid to be processed is supplied from the supply path 41, the liquid to be processed is discharged from the drain path 42 through the groove 13. In this state, when a positive voltage is applied to the cathode plate 1x and a negative voltage is applied to the cathode 3, ozone is generated at the anode 1P, and this ozone is dissolved in water as the liquid to be treated to become ozone water. Discharged from.

図9は、図8のオゾン生成装置10において、陽極1Pの両面に溝13を形成した場合の電解セルの構成図を示している。図9に示す電解セルは、溝13の長手方向から見た状態を示している。図9に示すように、陰極3は固体高分子膜2に密着している。そのため、図6に示すスペーサー51が不要となり、オゾン生成装置10の高さを小さくし、コンパクト化を図ることができる。また、陽極1Pの両面に溝13が設けられているため、図6と同様、一方の面にのみ溝13を設けた場合に比べてより多くのオゾンを生成することができる。   FIG. 9 shows a configuration diagram of an electrolysis cell in the case where the grooves 13 are formed on both surfaces of the anode 1P in the ozone generator 10 of FIG. The electrolytic cell shown in FIG. 9 shows a state viewed from the longitudinal direction of the groove 13. As shown in FIG. 9, the cathode 3 is in close contact with the solid polymer film 2. Therefore, the spacer 51 shown in FIG. 6 becomes unnecessary, and the height of the ozone generator 10 can be reduced and downsizing can be achieved. Further, since the grooves 13 are provided on both surfaces of the anode 1P, more ozone can be generated as compared with the case where the grooves 13 are provided only on one surface as in FIG.

図10は、図9に示すオゾン生成装置10において、陽極1Pの一方の面のみに溝13を形成し、かつ、陰極3を多孔質状のスペーサー51を介して固体高分子膜2に取り付けた場合の電解セルの構成図を示している。なお、図10に示す電解セルは溝13の方向から見た状態を示している。このように水が自由に電極部分に流れることができる多孔質状のスペーサー51を介して陰極3を設けることで、高効率にオゾン水を生成することができる。   FIG. 10 shows the ozone generator 10 shown in FIG. 9 in which the groove 13 is formed only on one surface of the anode 1P, and the cathode 3 is attached to the solid polymer film 2 via the porous spacer 51. The block diagram of the electrolytic cell in the case is shown. Note that the electrolytic cell shown in FIG. 10 shows a state viewed from the direction of the groove 13. In this way, ozone water can be generated with high efficiency by providing the cathode 3 through the porous spacer 51 through which water can freely flow to the electrode portion.

次に、電解用電極1の製造方法について説明する。まず、表面に例えば250μmの深さを持つ溝13が形成された基材11を用意する。ここで、溝13は、厚さが例えば500μmのシリコン基板に対してダイシングソーにより切り込みを入れることで形成される。   Next, the manufacturing method of the electrode 1 for electrolysis is demonstrated. First, a substrate 11 having a groove 13 having a depth of, for example, 250 μm on the surface is prepared. Here, the groove 13 is formed by cutting a silicon substrate having a thickness of, for example, 500 μm with a dicing saw.

次に、溝13が形成された基材11に対してパウダー処理を行う。ここで、パウダー処理とは、ダイヤモンドパウダーを含有するエタノール中に基材11を浸漬させ、超音波を印加する処理である。   Next, powder processing is performed on the substrate 11 on which the grooves 13 are formed. Here, the powder treatment is a treatment in which the substrate 11 is immersed in ethanol containing diamond powder and ultrasonic waves are applied.

次に、基材11の溝13が形成された側の表面にプラズマCVD法により導電性ダイヤモンド膜12を形成する。ここでは、マイクロ波プラズマCVD装置を用いて導電性ダイヤモンド膜12を成膜する。マイクロ波プラズマCVD装置は、ステンレス製のチャンバを備え、その中には、モリブデン製の基板ホルダが設置されている。   Next, the conductive diamond film 12 is formed on the surface of the substrate 11 on the side where the grooves 13 are formed by a plasma CVD method. Here, the conductive diamond film 12 is formed using a microwave plasma CVD apparatus. The microwave plasma CVD apparatus includes a stainless steel chamber in which a molybdenum substrate holder is installed.

この基板ホルダに基材11を設置する。そして、メタン0.5vol%を水素で稀釈した混合ガスを、圧力50Torr、流量100scmの条件でチャンバ内に流すと同時に、チャンバ内にマイクロ波を放射することにより、チャンバ内にプラズマを発生させる。また、ダイヤモンド膜を導電性にするためにチャンバ内にシボランを10ppm添加する。そして、基材11の温度が800℃に保持されるようにマイクロ波の出力を調整して約3時間経過させる。これにより、基材11の表面に導電性ダイヤモンド膜12が成膜される。次に、マイクロ波の放射を停止し、自然冷却して、基材11をチャンバから取り出す。以上により、ダイヤモンドにボロンがドープされた導電性ダイヤモンド膜12が溝13の形に添うように形成され、電解用電極1が完成する。   The base material 11 is installed in this substrate holder. Then, a mixed gas obtained by diluting 0.5 vol% of methane with hydrogen is flowed into the chamber under the conditions of a pressure of 50 Torr and a flow rate of 100 scm, and at the same time, plasma is generated in the chamber by radiating microwaves into the chamber. Further, 10 ppm of siborane is added into the chamber in order to make the diamond film conductive. And the output of a microwave is adjusted so that the temperature of the base material 11 may be hold | maintained at 800 degreeC, and about 3 hours are made to pass. Thereby, the conductive diamond film 12 is formed on the surface of the substrate 11. Next, the microwave emission is stopped, and the substrate 11 is naturally cooled to take out the substrate 11 from the chamber. As described above, the conductive diamond film 12 in which diamond is doped with boron is formed so as to follow the shape of the groove 13, and the electrode 1 for electrolysis is completed.

1 電解用電極
1P 陽極
1x 電極板
2 固体高分子膜
3 陰極
5,5a,5b 固定ジグ
6 陽極ホルダ
7 パッキン
10 オゾン生成装置
11 基材
12 導電性ダイヤモンド膜
13,13a,13b 溝
20 タンク
41,41a,41b 供給路
42,42a,42b 排水路
51 スペーサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrode for electrolysis 1P Anode 1x Electrode plate 2 Solid polymer film 3 Cathode 5, 5a, 5b Fixed jig 6 Anode holder 7 Packing 10 Ozone generator 11 Base material 12 Conductive diamond film 13, 13a, 13b Groove 20 Tank 41 41a, 41b Supply channel 42, 42a, 42b Drain channel 51 Spacer

Claims (11)

略平板形状を持つ基材と、
前記基材の少なくとも一方の面に形成された導電性ダイヤモンド膜と、
前記導電性ダイヤモンド膜が形成された面に形成され、被処理液の流路である溝とを備える電解用電極。
A base material having a substantially flat plate shape;
A conductive diamond film formed on at least one surface of the substrate;
An electrode for electrolysis provided with a groove which is formed on a surface on which the conductive diamond film is formed and which is a flow path of a liquid to be processed.
前記溝は、略平行に複数形成されている請求項1記載の電解用電極。   The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein a plurality of the grooves are formed substantially in parallel. 前記溝は、相互に接続されるように複数形成されている請求項1又は2に記載の電解用電極。   The electrode for electrolysis according to claim 1 or 2, wherein a plurality of the grooves are formed so as to be connected to each other. 前記基材は、シリコンである請求項1〜3のいずれかに記載の電解用電極。   The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the base material is silicon. 前記基材は、チタン、ニオブ、タンタル、チタン炭化物、ニオブ炭化物、又はタンタル炭化物である請求項1〜3のいずれかに記載の電解用電極。   The electrode for electrolysis according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material is titanium, niobium, tantalum, titanium carbide, niobium carbide, or tantalum carbide. 前記導電性ダイヤモンド膜は、プラズマCVD法により製造される請求項1〜5のいずれかに記載の電解用電極。   The electrode for electrolysis according to claim 1, wherein the conductive diamond film is manufactured by a plasma CVD method. 水を電気分解してオゾンを生成するオゾン生成装置であって、
固体高分子膜と、
前記個体高分子膜を挟んで配設された陰極及び陽極とを備え、
前記陽極は、請求項1〜6のいずれかに記載の電解用電極を用いて構成され、前記溝の形成された面が前記固体高分子膜に密着して配置され、
前記溝に被処理液を供給する供給部とを備えるオゾン生成装置。
An ozone generator that electrolyzes water to generate ozone,
A solid polymer membrane;
A cathode and an anode disposed with the solid polymer membrane interposed therebetween,
The anode is configured using the electrode for electrolysis according to any one of claims 1 to 6, and the surface on which the groove is formed is disposed in close contact with the solid polymer film,
An ozone generator comprising: a supply unit that supplies a liquid to be processed to the groove.
前記供給部は、前記被処理液を前記溝に供給する供給路と、前記溝を通った被処理液が、前記供給路に戻らないように前記被処理液を排出する排水路とを備える請求項7記載のオゾン生成装置。   The said supply part is provided with the supply path which supplies the said to-be-processed liquid to the said groove | channel, and the drainage path which discharges | emits the said to-be-processed liquid so that the to-be-processed liquid which passed the said groove | channel does not return to the said supply path. Item 8. The ozone generator according to Item 7. 前記陽極は、前記被処理液の流れる方向に対する長さが、前記固体高分子膜の前記方向の長さよりも長い請求項7又は8記載のオゾン生成装置。   The ozone generator according to claim 7 or 8, wherein the anode has a length in a direction in which the liquid to be treated flows is longer than a length in the direction of the solid polymer film. 前記陽極は、前記被処理液の流れる方向に対する長さが、前記固体高分子膜の前記方向の長さよりも短い請求項7又8記載のオゾン生成装置。   The ozone generator according to claim 7 or 8, wherein the anode has a length in a direction in which the liquid to be treated flows is shorter than a length in the direction of the solid polymer film. 前記陰極は、メッシュ構造を持つ請求項7〜10のいずれかに記載のオゾン生成装置。   The ozone generator according to any one of claims 7 to 10, wherein the cathode has a mesh structure.
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