JP3297227B2 - オゾン水製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オゾンが溶解している
水、すなわちオゾン水を製造するためのオゾン水製造装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、オゾン水を得るには、以下の二つ
の方法が代表的なものとして知られている。 「オゾン曝気法」 高濃度の気相のオゾンと、水とを、曝気などの適宜手段
で気液接触させて、水中にオゾンを溶解させてオゾン水
を得る。 「水電解法」 水を電気分解する際に陽極側に発生する酸素にオゾンが
混入すること、オゾンは酸素に比べ１０倍程度水に溶け
ることに着目して、水を電気分解して発生したオゾンを
電気分解中の水に直接溶解させてオゾン水を得る。

【０００３】そして、上記「水電解法」としては、本発
明者が先に特開平０３−２６７３９０号（以下、この出
願を単に「先願例」という。）として、固形電解質膜１
の一面と他面とに、直流電圧を印加した陽極電極２と陰
極電極３とを重ね、陽極電極２側に供送された水を電気
分解してオゾン水を得るようになしたもの（この装置は
図示はしていないが、ここでの符号は本願の実施例のも
のに対応させた。）を提案した。なお、この先願例は固
形電解質膜１と陽極電極２と陰極電極３とで構成した電
解セルを所定の容量を有する水槽内に没入させ、この水
槽内の水が順次陽極電極２側を流過して循環するように
なしてある。また、陰極電極３側にはこの陰極電極３を
覆うジャケットを設け、この陰極電極３が電気的に水槽
内の水との短絡を遮断すると共に、このジャケット内に
電気分解によって発生して溜る水素を水槽の外に取り出
すようになしてある。

【０００４】また、本発明とは厳密には目的を相違する
が、水を電気分解して気相のオゾンを得る方法の一つと
してのオゾンの電解製造法が、特開平０１−３１２０９
２号（以下、この先願を「第二先願例」という。）等と
して提案されている。この第二先願例はその特許請求範
囲の記載によると、「水電解によってオゾンを製造する
に当たり、陽極として、片面に白金層を有するポーラス
電極を用い、前記ポーラス電極の白金面にパーフロロス
ルホン酸型のカチオン交換膜を圧接して水電解を行なう
ことを特徴とするオゾンの電解製造法。」とされてい
る。

【０００５】そして、この第二先願例には、その発明の
詳細な説明の欄に、以下の点が従来技術として公知であ
ることが示されている。 １、白金／カチオン交換膜／白金 すなわち、水電解法で気相のオゾンを得るのに、カチオ
ン交換膜の一面側に白金の陽極電極を、他面側に同じく
白金の陰極電極を重ねるものが公知であった。 ２、白金／カチオン交換膜／イリジュウム若くはその酸
化物 すなわち、水電解法で気相のオゾンを得るのに、カチオ
ン交換膜の一面側に白金の陽極電極を、他面側にイリジ
ュウム若くはその酸化物の陰極電極を重ねるものが公知
であった。 ３、白金の陽極電極を使用して水を電気分解すると、白
金は電気分解した酸素をオゾン化するオゾン生成反応を
助長するが、同時にオゾンの接触分解反応が並行して起
こるためオゾン生成量は極めて少ない。

【０００６】また、この第二先願例には、その添付図面
に、この発明法を実施する装置例が開示されているが、
残念ながら、その表示が余りにも概略的であるのと、発
明の詳細な説明にその構成部分の説明が余りなされてい
ないので具体的構造は定かでないが、一応本願に添付し
た「図８」に示すごときものと推考される。

【０００７】すなわち、「図８」中、１が本願での固形
電解質膜で、２が陽極電極、３が陰極電極である。そし
て、この陽極電極２はチタン材等のポーラス電極材２０
２（「図８」に符号２０３，２０３，２０３・・・で示
す部分が通孔部である。）とこのポーラス電極材２０２
に積層された白金層２０１とで構成されている。そし
て、この陽極電極２は上記固形電解質膜１にその白金層
２０１を圧接して配設（上記通孔部２０３，２０３，２
０３・・・は当然この白金層２０１に連通する。）して
ある。なお、上記陰極電極３は適宜材質で構成（陽極電
極２と同様にポーラスに構成されている。）され、上記
固形電解質膜１の他面側に圧接して、該固形電解質膜１
は上記陽極電極２と陰極電極３とで挟まれるようになし
てある。そして、上記固形電解質膜１の一面側には陽極
側端板と称するジャケット１０で覆い、このジャケット
１０内にポンプ３４等で水を順次供送（循環するように
供送）し水中に気泡状になって発生するオゾンを気体分
離機６に導き気相のオゾン７（正確にはオゾン混入酸
素）を分離回収する。なお、固形電解質膜１の他面側に
は陰極側端板と称するジャケット２０で覆い、このジャ
ケット２０内に水を満たし電気分解で発生した水素８を
回収または排気するようになしてある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のオ
ゾン曝気法は、高濃度のオゾン水を得るのに適してお
り、現在はオゾン水製造装置の主流となっているが、こ
の方式は高濃度の気相のオゾンを製造するオゾナイザ
（通常、放電式オゾナイザが使用され、コロナ放電界中
を酸素を流過させてオゾン化する。）が必要で、このオ
ゾナイザ自体が大型であるという課題を有し、さらに
は、この種のオゾナイザは高周波高電圧電源が必要で電
源装置も大型となり、さらに原料気体としての純酸素を
ボンベで用意する必要性を有し、装置全体が大変大型な
ものとなり、取扱も煩雑であるという課題を有してい
る。もっとも、原料気体は空気を使用することも可能で
あるが、この場合でも高濃度のオゾンを得るには、空気
の除湿装置や空気中の酸素を所定の圧力条件のもとにゼ
オライト等の吸着材で吸着・脱気して酸素濃度を高める
酸素濃縮装置を付設する必要性を有するものであった。

【０００９】上記に対して水電解法は、装置が小型であ
ること、原料が水で入手し易いこと、電源も数十ボルト
・数十アンペアで良いので電源装置も小型でよいこと等
の利点を有するが、高濃度のオゾン水を得るのに向かな
いとされていた。すなわち、貴金属電極を使用した水電
解法は消費される電力のほとんどは水を酸素と水素とに
電気分解することに使用され、オゾン生成に使用される
割合は数パーセント以下であり、先願例で測定したとこ
ろでは５リッターの水を１０ｐｐｍのオゾン水とするの
に約１時間を要するものであり、この種の水電解法で曝
気法のような高濃度のオゾン水を連続して得るには、後
記するβ相ＰｂＯ₂法を用いて、複雑な気液分離装置
（水の鉛汚染を防ぐため、一度気相のオゾンを分離する
必要がある。）と、気液混合装置（気相のオゾンを鉛汚
染されていない水に溶解させる。）とを必要とする課題
を有していた。

【００１０】２〜３ｐｐｍのオゾン水は大腸菌の殺菌、
植物の活性化等には効果的であるが、他の抗生の強い細
菌の殺菌にはあまり効果が無く、また漂白・脱臭にもあ
まり効果を期待できるものでは無く、工業的的には５ｐ
ｐｍ以上、望ましくは７ｐｐｍ以上の高濃度オゾン水が
多量に供給されることが望まれているもので、従来の簡
便な装置での水電解法ではこの要求を満たすことができ
ないという課題を有していた。

【００１１】なお、前記第二先願例の方法によれば、当
該明細書に記載されているごとくオゾンガスの最高濃度
は０．５％であり、この濃度のオゾンガスを最も効率的
に常温の２０℃の水に溶解させても、最高３ｐｐｍの濃
度のオゾン水を得るにすぎないことが実験によって確認
された。

【００１２】もちろん、他の水電解法、例えば、従来公
知であるβ相ＰｂＯ₂法、すなわち二酸化鉛を陽極にし
た水電解オゾン発生法においては、オゾンガス濃度１５
〜１７％の超高濃度オゾンガスを得ることができ、これ
を使用することで１０ｐｐｍ以上の高濃度オゾン水を製
造することは可能なことになる。

【００１３】然しながら、上記β相ＰｂＯ₂法は大きな
欠点を有している。すなわち、β相のＰｂＯ₂は極めて
不安定な相構造をなし、例えば停電等で通電が停止する
と、瞬時にβからαの相変化を始める。βからαに相変
化するとオゾン発生効率が数分の１となり、さらには通
常の二酸化鉛になると、もはやオゾンは発生しない。し
たがって使用停止時も、相を維持するためのバックアッ
プ電源を必要とする課題を有するものであった。

【００１４】さらに、上記β相ＰｂＯ₂法は、鉛を使用
しているので、電極から離脱した鉛化合物による汚染を
避けるため、一度水中よりオゾンガスを取り出し、鉛汚
染されていない水中に再溶解させる煩雑さがあり、さら
には、現在のところポーラスなＰｂＯ₂は脆弱で長期の
使用で崩れてしまう傾向を有し、普及を妨げているとい
う課題を有するものである。

【００１５】そこで、本発明は上記課題を解決すべくな
されたもので、ＰｂＯ₂等の鉛化合物を使用せず、オゾ
ン発生効率が低いとされた貴金属電極を使用した水電解
法で容易に高濃度のオゾン水が連続的に得られるオゾン
水製造装置を提供することを目的としたものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、固形電解質膜１の一面と他面とに、オ
ゾン発生触媒機能を有する陽極電極２と陰極電極３とを
重ねて直流電圧を印加し、陽極電極２側に供送された水
を電気分解してオゾン水を得るようになしたオゾン水製
造装置において、上記陽極電極２の外周面には、金属板
に多数のスリットを設け、該スリットが網目となるよう
に引き伸ばし形成したラス網４を重ね、上記陽極電極２
は、線を編んで構成された金網であり、上記ラス網４の
網目は大きく、上記陽極電極２の網目は小さく、上記陽
極電極２とラス網４とは、面を横切る方向および面方向
に通水性を有し、かつ一端に水流入口１１を他端にオゾ
ン水流出口１２を有したジャケット１０内に密入してな
ることを特徴とした技術的手段を講じたものである。

【００１７】また、「請求項２」の発明は、「請求項
１」記載の陰極電極３に金属製の金網を使用し、この陰
極電極３の外面側には、金属板に多数のスリットを設
け、該スリットが網目となるように引き伸ばし形成した
ラス網５を重ね、上記陰極電極３とラス網５とは、一端
に水流入口２１を他端に水流出口２２を有したジャケッ
ト２０内に密入してなることを特徴とした技術的手段を
講じたものである。

【００１８】また、「請求項３」の発明は、「請求項
１」または「請求項２」に記載の陽極電極２には、オゾ
ン発生触媒機能を有した貴金属性の金網が使用されてい
ることを特徴とした技術的手段を講じたものである。

【００１９】また、「請求項４」の発明は、「請求項
３」記載の陽極電極２に使用される金網の構成部材であ
る線が断面円形であることを特徴とした技術的手段を講
じたものである。

【００２０】さらに、「請求項５」の発明は、「請求項
１」乃至「請求項４」記載の前記ラス網４，５は、チタ
ン板材によって形成されていることを特徴とした技術的
手段を講じたものである。

【００２１】

【作用】「オゾン水生成作用」 それ故、本発明オゾン水製造装置は、両電極２，３間に
直流電圧を印加し、水流入口１１よりジャケット１０内
に水を供送（後記ジャケット２０内にも水を供送）す
る。すると、水は電気分解され陽極電極２側で酸素とオ
ゾンとが発生し、陰極電極３側で水素が発生し、発生し
たオゾンは水に溶けオゾン水となってオゾン水流出口１
２より流出するよう作用するのは従来と同じである。な
お、水の電気分解によって陰極電極３側に発生する水素
は気泡となってジャケット２０の水流出口２２より水と
共に流出する。

【００２２】「迷路通過作用」 なお、本発明は先願例のように水が所定の容量の水槽内
に滞留したり循環することは無く、所謂ワンパスでジャ
ケット１０内、言い換えると陽極電極２側を通過する。
したがって、気液接触の頻度は流過時間が短い分低下す
ることになる。しかし、水流入口１１よりジャケット１
０内に供送された水は、ジャケット１０内に陽極電極２
とラス網４とが重ねて密入されているため、水の全量は
陽極電極２とラス網４との網目どうしを結ぶ狭い間隙を
縫うように進行し、分流・方向転換・渦流の発生・合流
等を各網目部位を通過するごとに繰り返し大変複雑な流
路を通ることになり、流過時間は短いが複雑な迷路のよ
うな流路を通過することで激しく撹拌され気液接触頻度
を低減させない作用を呈する。

【００２３】ジャケット１０内の水の流れを「図７」を
参照に説明すると、同図下方より上方に向けて水を圧送
すると、陽極電極２は網目が細かく、ラス網４は網目が
粗いので、水は主に圧力損失の少ないラス網４側を流過
し、陽極電極２は水で満たされ多少の水が流れることに
なる。そして、ラス網４側を流過する水はラス網の網交
点部ｄと網線部ｃ，ｃに衝突するとこれらを避けるべき
方向を変え、一部はこれらに衝突することで分流され、
ラス網の網交点部ｄと網線部ｃ，ｃを矢印Ｙ１に示すよ
うにくぐって下流側の網目内に流れ込む。そして、ラス
網４の網交点部ｄと網線部ｃ，ｃとは水の流れ方向に対
して所定の捻りが加えられているので、この捻りに沿っ
た流れとなり、「図７」上下方向の流れが同図左右斜め
方向に流れ方向を変える。そして、矢印Ｙ１方向の流れ
はジャケット１０の内面に衝突し反対側に流れ方向を変
え今度は陽極電極２または固形電解質膜１に衝突して再
び流れ方向を反対方向に変え、流れは蛇行する様になる
が、蛇行しょうとする際に網目が大きな容量を有する
と、水流の一部はここで矢印Ｙ２，Ｙ２，Ｙ２のような
渦流を形成し、一部は矢印Ｙ１ａで示すようにさらに下
流側に流れる。そして、この渦流は金網よりなる陽極電
極２の該ラス網４と反対側にある水をも矢印Ｙ４で示す
ように引き込むよう作用するものである。

【００２４】「渦流によるオゾン掃引作用」 そして、水流がラス網４の網目より他の網目に流れ込む
際、網構成部材で流れの方向が強制的に変更され上記の
ように微小な渦流が多数発生する。そして、この渦流は
陽極電極２も金網を使用しているので固形電解質膜１の
表面に接して、あるいは近接して発生する。また、この
渦流は大きさは小さいが流速は水流入口１１よりジャケ
ット１０内に供送された水の流速に応じて相当に早いも
のとなすことができ、激しい渦流によって発生したオゾ
ン等を固形電解質膜１の表面より流過中の水中に掃引す
る作用を呈する。

【００２５】すなわち、陽極電極２ではこの陽極電極２
が固形電解質膜１に接触している部分と離れている部分
との界面近くでオゾンが混ざった酸素が発生する。「図
５」が、本発明の酸素及びオゾン発生の状況を模式的に
示したもので、断面円形の陽極電極２（正確には陽極電
極２の構成部材）が固形電解質膜１に接触しており、両
者が完全に密着している密着部Ｌ１部分は途中に水が介
在しないので電気分解は発生しない。しかし、陽極電極
２は金網で構成されているのでその構成金属線は断面円
形をしているので、密着部Ｌ１より離れるにしたがって
陽極電極２と固形電解質膜１との距離が順次大きくな
る。そして、密着部Ｌ１の最も近い部位で最も激しい電
気分解が発生し、密着部Ｌ１より遠ざかるにしたがって
電気分解量は少なくなり、電気分解の量は同図右側に水
平方向の直線で示したようになる。そして、「図５」に
符号Ｌ２で示した部位が電解発生場所で、この電解発生
場所Ｌ２は、陽極電極２の直径及び電界強度にもよるが
片側に夫々５０〜２００ミクロンのわずかな距離である
ことが観測された。

【００２６】そして、電気分解が起こると、オゾンが混
ざった酸素は気泡Ｂとなり、水の表面張力で固形電解質
膜１上の上記電解発生場所Ｌ２に付着する。そして、電
気分解が進むとこの気泡Ｂが順次成長して膨張し、やが
てこの気泡Ｂは表面張力より浮力が大きくなって固形電
解質膜１より離れることになる。

【００２７】しかし、上記気泡Ｂは電気不良導体である
ので、電界が強く電気分解が生じ易い上記電解発生場所
Ｌ２に多数または多量の気泡Ｂが常に介在すると電流が
流れずらくなり、電圧を印加しても電流が流れず電気分
解が生じずらくなる作用を呈することが判明した。すな
わち、従来の水電解式は最も電解効率の良い場所を有効
に使用しないでいたものである。

【００２８】しかし、本発明は電解発生場所Ｌ２及びそ
の近くに小さな渦流を発生させているので、微少気泡と
なって界面に発生した気泡は、この渦流で掃引され、直
ちに電解発生場所Ｌ２から離脱し、代わりに新たな水が
その部位に供給され良好な電気伝導度が保てる作用を呈
することになる。

【００２９】「電界によるオゾン分解防止作用」 なお、気相のオゾンを生成する無声放電式オゾナイザで
は、オゾンが長期間強電界部位に滞留すると、酸素がオ
ゾン化し、このオゾンが一部酸素に分解し、さらにオゾ
ン化する等の反応が繰り返され、必ずしも強電界中にオ
ゾンを長時間滞留させることが効率的ではないことが知
られている。しかし、オゾンが水に溶けた場合は、オゾ
ンが電界の影響を受けて分解される作用はほとんど認め
られず、電気分解によって発生したオゾンは上記渦流で
直ちに水と接触させ液相オゾン（溶解オゾン）となすこ
とで電気分解用の電界によるオゾンの再分解を防ぐ作用
を呈するものである。

【００３０】「オゾンの接触分解防止作用」 なお、第二先願例では白金を薄い層となすことで、陽極
電極２（白金）をオゾン発生触媒として利用し、その後
の白金によるオゾンの接触分解反応を極力抑えるように
なしてあるが、この接触分解反応（この種、電解式用の
貴金属電極でオゾン発生触媒機能を有するものは、反
面、オゾンを接触分解する性質も有している場合が多
い。）は気相のオゾンで顕著に現れるもので、液相のオ
ゾンではこの接触分解反応はほとんど無視できる程度
で、発生期の酸素を白金に接触させオゾン化した後、た
だちに渦流に載せてジャケット１０内の水に溶解させる
と、以後オゾン水が白金に接触してもオゾンが分解され
ることはほとんど無いという作用を呈するものであっ
た。

【００３１】「電解発生場所拡張作用」 本発明の電解発生場所Ｌ２は前記した通りであるが、こ
れに比べ従来のポーラス電極を使用した場合は「図６」
に示すようになり、陽極電極２の端部は固形電解質膜１
に対して垂直壁状となっているので、電解発生場所Ｌ２
は１０〜５０ミクロンであるので、本発明の電解発生場
所Ｌ２は距離で数倍、容積で数十倍に拡張される作用を
呈する。なお、本発明での電解発生場所拡張作用は水の
電気導電度がある程度保証されていることを前提とした
もので、純水のような電気導電度の低いものを使用した
場合はこの作用は顕著に現れないことを念のため記載し
ておく。

【００３２】「陰極側水素掃引作用」 また、「請求項２」の発明は、陰極電極３に金属製の金
網を使用し、この陰極電極３の外面側には、金属板に多
数のスリットを設け、該スリットが網目となるように引
き伸ばし形成したラス網５を重ね、この陰極電極３とラ
ス網５とは、一端に水流入口２１を他端に水流出口２２
を有したジャケット２０内に密入してなるので、陽極電
極２側と同様に微小渦流が多数発生し、電気分解で発生
した水素をただちに発生場所から掃引する作用を呈し、
同じく電気不良導体である水素が陰極電極３と固形電解
質膜１との間に介在して電気分解を妨げるのを防ぐ作用
を呈する。

【００３３】「陰極汚染防止作用」 また、陰極電極３には水中に溶解しているカルシウムな
どが析出・堆積するが、上記渦流はその撹拌力で堆積を
極力防ぐ作用を呈するものである。なお、従来例では、
通常原料の水に純水を使用する。これは、固形電解質膜
１を使用しているので純水でも電流が流れ、電気分解が
可能であるので純粋な気相オゾンを得るには塩素やカル
シウム等が混入しない純水を使用するのが適している。
しかし、本発明では陽極電極２と固形電解質膜１とが離
れた部位での電界をも積極的に利用するため、あえて純
水では無く、水道水または天然水、あるいはこれらを活
性炭層を通して塩素を除去し、カルシウム、シリカ等が
多少残存した水等の多少の電気導電度を確保できるもの
を使用した。したがって、長期間運転すると陰極電極３
側にカルシウム等が析出するが、これらが陰極電極に堆
積すると導電度を低下させるもので、本発明では微小渦
流でこれらの堆積を防ぐ作用を呈するものである。

【００３４】また、例えば、陽極電極２に、白金の線を
編んで構成した金網を使用することで、オゾン発生効率
を高く保つ作用を呈すると共に、激しい過流で、かつオ
ゾンガスの混入した流体と激しく接しても摩耗、減耗し
ない作用を呈することができる。そして、白金が使用さ
れることは従来公知であるが、本願ではこれを金網とし
て使用することで、前記電解発生場所Ｌ２を広く確保し
て、活発な電気分解を行ない、さらには前期した微小渦
流を発生させて電気分解で発生したオゾンを直ちに別の
場所に移動させることでオゾン発生効率を高く保つ作用
を呈するものである。

【００３５】さらに、例えば、陰極電極３に、銀の線を
編んで構成した金網を使用することで、陰極電極３側で
も電気分解で発生する水素によって電導度が低下するの
を防ぎ、かつ、微小渦流を発生させてカルシウム等の堆
積を防ぐ作用を呈することができる。なお、陰極電極３
には金，白金，イリジュウム等が知られているが、銀は
金，イリジュウムまたは白金に比べ、固形電解質膜１よ
りの水素電子を受け易い現象があり、結果として数倍の
オゾンを発生する作用を呈し、また、前記過流による堆
積防止作用を別にしても、銀自体がカルシウム等の堆積
が最も少ないという作用を呈するものであった。

【００３６】

【実施例】次に、本発明の実施例を添付図面にしたがっ
て説明する。図中、１が固形電解質膜で、この固形電解
質膜１の一面と他面とに、直流電圧を印加した陽極電極
２と陰極電極３とを重ね、陽極電極２側に供送された水
を（正確には、陽極電極２側に供送された水と陰極電極
３側に供送された双方の水を）電気分解して（陽極電極
２側において）オゾン水を得るようになしてあるのは従
来と同じである。

【００３７】すなわち、固形電解質膜１の一面には陽極
電極２が重ねられ、他面には陰極電極３が重ねられ、こ
の陽極電極２と陰極電極３との間には、図では省略した
電源装置の出力端が電気的に連結され直流電圧が印加さ
れるようになしてあるのは従来と同じである。

【００３８】上記陽極電極２と陰極電極３とは、固形電
解質膜１を全面的に覆い隠すように重ねられるものでは
無く、第二先願例でポーラス電極と称しているように、
一面側より他面側に連通する多数の通孔を設けて、陽極
電極２と陰極電極３とは固形電解質膜１に接触部と非接
触部とを有して重なり、該陽極電極２側と陰極電極３側
とに供送された水は、陽極電極２あるいは陰極電極３と
接触するのは無論、この通孔によって固形電解質膜１に
も直接接触することができるようになしてある点は従来
と同じである。

【００３９】そして、上記固形電解質膜１も従来公知な
ものが使用でき、発生するオゾンに耐久性の強いフッ素
系陽イオン交換膜（本実施例では厚み３００ミクロン・
１０ｃｍ×１７ｃｍのものを使用した。）が使用でき
る。

【００４０】そして、本発明は上記陽極電極２にオゾン
発生触媒機能を有した貴金属の金網を使用して、この陽
極電極２の外面側には耐食性金属で製造したラス網４を
重ねてある。

【００４１】オゾン発生触媒機能を有した貴金属として
は、従来より金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）等が知られてお
り、本発明はこれらを金網として使用すればよい。な
お、本実施例では、該陽極電極２に白金を使用したが、
白金をこの種電極に使用することは従来公知であり、ま
た、この陽極電極２に金網を使用することも先願例で提
案した。しかし、先願例では金網をその網目が多数の通
孔として利用できることにのみ着目したが、本発明で
は、金網構成部材の線の断面円形形状と、金網は面方向
にも通水性を有することに着目したものである。なお、
本実施例では該陽極電極２に白金の太さ０．４ｍｍの径
の線を８０メッシュに編んだものを使用した。

【００４２】まず、金網はその構成部材の線が断面円形
であるので、固形電解質膜１に重ねると「図５」に示し
たように接触部より順次固形電解質膜１との距離が離れ
る部分を形成でき、また金網は両面に多数の凸凹を有す
るので同様に接触部より順次固形電解質膜１との距離が
離れる部分を多数形成でき、この陽極電極２と固形電解
質膜１との間に狭い間隙を形成する。そして、この陽極
電極２と固形電解質膜１との狭い間隙は多数存在するの
で、大きな容量の水をこの間隙部位に位置させることが
でき、この部位は電気分解に必要な強力な電界発生場所
（前記した電解発生場所Ｌ２）に一致する。

【００４３】また、金網は多数の網目を有するので面を
横切る方向に通水性を有するのは無論であるが、金網は
前記したように両面に多数の凸凹を有するので、二枚の
板で挟んでその板の間を水を通すことも可能で、言い換
えると金網の面方向にも通水性を有し、上記した陽極電
極２と固形電解質膜１との狭い多数の間隙にも、常に新
たな水を供送できるようになるものである。

【００４４】ただし、従来のような金網よりなる陽極電
極２の外側を、水が金網の面と平行方向に流過できるよ
うになすと、金網は面方向に通水性を有していてもその
部分では圧力損出が大変大きいので、金網内で面方向に
水が流れることはほとんどない。

【００４５】そこで、本発明はこの陽極電極２の外面側
には耐食性金属（ここでの耐食性は耐オゾン（水）性を
意味する。）で製造したラス網４を重ねて、陽極電極２
とその外側とを一体化した。このラス網４は、多数のス
リットを千鳥状に設けた金属板を該スリットが網目とな
るように引き伸ばし形成しもので、「図２」のａ部位が
最も高い高段部で、この高段部ａの上部に一段低い（或
は、先端側が順次低くなるように傾斜する）低段部ｂが
あって、この低段部ｂより斜め上方両側に伸びる網線部
ｃ，ｃは先端側が順次高くなるように傾斜して上段の高
段部ａ，ａに達するようになっている。

【００４６】なお、上記ラス網４は、使用する金属板は
厚みが一定であるので裏面側も同様な相似形状となる。
したがって、このラス網４は一枚の板で構成した網とな
って外形は線を編んで構成した金網と略同様となり、面
を横切る方向の通水性は無論のこと、面方向の通水性を
も有することになる。すなわち、具体的には「図１」お
よび「図７」の下方から上方への水の移動（流過）も可
能となるものである。

【００４７】なお、本実施例では上記ラス網４は厚み１
ｍｍのチタン板材を使用し、開口率約５０％・網目の大
きさ約２平方センチメートル・ラス網に加工後の最大厚
みが１．８ｍｍとなるのものを使用した。また、このラ
ス網４は前記作用の項の説明では触れなかったが、集電
電極としての作用と、曲がり易い陽極電極２を抑えて固
形電解質膜１に均一に圧接するための押さえ板としての
作用をも呈するものである。

【００４８】そして、本発明は上記陽極電極２とラス網
４とは、一端に水流入口１１を他端にオゾン水流出口１
２を有したジャケット１０内に密入してなる。

【００４９】本願での「密入」とはジャケット１０内に
陽極電極２とラス網４とが余裕無く、きっちりと入るこ
とで、大きな余裕部をジャケット１０内に設けると水は
流れ易いこの余裕部（圧力損失の最も少ない部分）のみ
を通って流過てしまうので、余裕部をなくし水流入口１
１によりジャケット１０内に流入した水は、その全量が
陽極電極２とラス網４との中を通ってオゾン水流出口１
２より流出するようになしてある。

【００５０】もっとも、密入するとしても、水の全量が
陽極電極２とラス網４との中を流過すればよいもので、
密に入れてあるのは水の流路断面方向で重要であり、
「図３」例では水流入口１１の下流側に順次流路幅を陽
極電極２とラス網４との幅まで広げた案内路１１ａを設
け、この案内路１１ａ内は空部で陽極電極２とラス網４
とは収納していないようになしてもよい。このような、
案内路１１ａは流体をジャケット１０内を均一に流過さ
せるための常套手段で、細い水供送管より直接径断面が
大きいジャケット１０に水を供送すると水流入口１１の
近くで左右に遠い場所は水が流れずらくなり、陽極電極
２の機能を全ての面部位で有効に使用できないので、ジ
ャケット１０内はどこの場所でも水が均一の量に流れる
ようになすことが望ましいのは無論である。なお、オゾ
ン水流出口１２の上流側にはジャケト１０の内側より順
次流路幅を狭める流出案内路１２ａを設けてあり、この
流出案内路１２内も空部となしてある。

【００５１】さらに、「図４」はジャケット１０内の水
の流れ方向中央部に、陽極電極２とラス網４との双方ま
たはいずれか一方が省略されたもので、中央に空部１０
ａを設けてある。但し、この部位も固形電解室膜１は連
続して収納されている。そして、この空部１０ａは陽極
電極２の有効面積を低減するものであるが、該空部１０
ａは陽極電極２とラス網４とが存在しない分、流路径が
大きくなり、そのために流速が遅くなり撹拌効果が期待
できると共に、オゾンが水に溶解するための時間を確保
する機能が期待できるものである。

【００５２】上記のごとき案内路１１ａ，１２ａまたは
空部１０ａを設けても、あるいは図示していないが陽極
電極２とラス網４との水の流れの上流側または下流側に
上記空部１０ａに相当する空部を設けても、これらが水
流入口１１とオゾン水流出口１２とを連通するものでな
ければ、結果として水はその全量が陽極電極２とラス網
４との中を流過するので、このようなものも本願では密
入と称するものとする。また、図示はしていないが、こ
のラス網４は複数枚を重ねてジャケット１０内に密入し
てもよいものである。

【００５３】そして、一端に水流入口１１を他端にオゾ
ン水流出口１２を有して、ジャケット１０内を流過する
水の全量が陽極電極２とラス網４との中を通ると、水は
陽極電極２とラス網４とのわずかな間隙部を求めて流れ
の方向を複雑に変えて流れることになる。すなわち、ジ
ャケット１０内を圧送された水は、わずかな間隙流路を
求めて、方向を変えながら複雑な迷路状の流路を通るこ
とになる。なお、特にラス網４の網目部は、水が通過で
きる該ラス網４の他の小さな間隙流路に比べて流路径が
大きいと共に、空部容積も大きく、さらには網線部ｃ，
ｃは捻られているので、網目内に流入した水は渦を巻く
流れ、すなわち渦流となる。そして、この渦流は陽極電
極２に近接して起こり、さらには陽極電極２は金網を使
用しているので、固形電解質膜１の表面の水をまき込む
ことができ、この渦流は固形電解質膜１の表面に達して
固形電解質膜１の表面に沿う流れを惹起し、陽極電極２
と固形電解質膜１の表面とのわずかな間隙部位にも水が
淀むことなく流れることになる。

【００５４】すなわち、ジャケット１０内に陽極電極２
とラス網４とを二枚重ねにして密入したのは、陽極電極
２はできるだけ網目を小さくして固形電解質膜１と該陽
極電極２との接触部と非接触部との界面部を多く確保す
るためであるが、ジャケット１０内がこの密な網目の陽
極電極２のみであると、どうしても圧力損出が大きくな
り固形電解質膜１と陽極電極２との狭い間隙部にある水
は流れづらくなり、この狭い間隙部に水が淀んでしま
う。

【００５５】しかし、この陽極電極２の外側に圧力損出
が小さい水の流れ易い流路部を設けると、益々金網内部
を水が流下しずらくなる。そこで上記の淀みを排除する
のがラス網４の主たる目的で、ラス網４は網目が比較的
大きく、網線部ｃ，ｃは捻られている等の理由でこのラ
ス網４内をその面方向に流過する水は各網目部で渦流を
形成し、上記固形電解質膜１と陽極電極２との狭い間隙
部の水をもまき込んで淀みを解消するものである。

【００５６】水が複雑な迷路を通ることは撹拌力による
気液接触頻度を確保するもので、また渦流は固形電解質
膜１の表面、特に、陽極電極２とのごく狭い間隙に発生
した気泡をいち早く水中に取り込み、陽極電極２と固形
電解質膜１との間（正確には陽極電極２と陰極電極３と
の間）に電流が多く流れる状態を確保することになる。

【００５７】なお、ジャケット１０の構成、本発明に使
用する原料としての水に関しての説明は後記することに
する。

【００５８】次ぎに「請求項２」の発明は、上記構成に
加え、陰極電極３に金属製の金網を使用し、この陰極電
極３の外面側には、金属板に多数のスリットを設け、該
スリットが網目となるように引き伸ばし形成したラス網
５を重ね、この陰極電極３とラス網５とは、一端に水流
入口２１を他端に水流出口２２を有したジャケット２０
内に密入してなる。

【００５９】すなわち、この種の水電解法では、陰極電
極３側に水素が発生するもので、開発当初は陰極電圧３
側は単に大気中に露出せしめ、一応の微量のオゾン発生
を確認したが、固形電解質膜１の他面側を湿潤させると
オゾン発生量が極端に上昇する現象が見出され、最近は
陰極電極３側も水中に入れるか、水を通すようになして
いる。すなわち、電流の流れは陽極電極２側の入口のみ
通り易くしても出口側の陰極電極３側で通りにくいと結
果として電流は流れにくくなるもので、陰極電極３側も
できるだけ電流が流れ易くするため、陽極電極２側と略
同じ構成となしたところ非常に効果的にオゾンを発生す
るものであった。なお、陰極電極３も耐食性金属（陰極
電極３側はオゾンが発生しないので耐オゾン性で無くて
もよい。）を使用するのは無論であるばかりか、できる
だけ導電性のよい金属を使用することが望ましく、本実
施例では銀（Ａｇ）を使用した。

【００６０】なお、上記ジャケット１０，２０は耐オゾ
ン水性材質を有する防水材、例えばテフロンまたはガラ
ス等で構成（金属内面にこれら耐オゾン水性材質をコー
ティングしたもを使用してもよい。なお、アクリル材が
耐オゾン性を有するとされているが、オゾン水にはさほ
どの耐久性は無いものであった。）され、中央に固形電
解質膜１と陽極電極２と陰極電極３とを挟持する二つ割
り箱状に構成してる。なお、図では省略したが両ジャケ
ット１０，２０は相互に締着螺子（「図３」「図４」に
示す符号３５は締着螺子挿通孔である。）や従来公知な
種々のバインダー機構等で連結固定されるようになして
ある。

【００６１】そして、従来は原料の水に蒸留水やイオン
交換樹脂層を通した純水を使用したが、本実施例では水
に多少の電解質が溶解しているものを使用した。すなわ
ち、「図１」において、３１が水供送管で、この水供送
管３１の上流端は水道水中の塩素を吸着除去する図示し
ない活性炭層を介装して水導水供給端に連結してある。
また、この水供送管３１の下流側は分岐して（実際に
は、ジャケット１０，２０の水が連通してしまわないよ
うに別系列水供送管３１，３１を用意することが望まし
い。）ジャケット１０，２０の水流入口１１，２１に連
結するが、途中に流量調整弁３２，３３を介装して夫々
への水供送量を調整可能となしてある。なお、ジャケッ
ト２０側の水は循環使用するようになしてもよく、その
場合はジャケット２０の水流出口２１と水流入口２１と
を該ジャケット２０の外側で連結する水の循環流路と、
この循環流路の途中に介装した循環用ポンプ（共に図示
せず）とを設ければよい。

【００６２】また、本実施例では、陽極電極２に、白金
（Ｐｔ）の線を編んで構成した金網を使用した。白金の
使用は従来公知で、オゾン生成を促進することが判明し
ている。しかし、この白金は同時にオゾンを接触分解す
る機能も有するが、本発明では前記した渦流によって発
生したオゾンを直ちに水中に溶かしてこの接触分解を最
低限に抑えることでオゾン水のオゾン濃度が低下しない
ようになしている。なお、この陽極電極２は金網となす
ことで重ねられたラス網と共に、その面方向への通水性
を確保し、水ができるだけ固形電解質膜１の表面に接し
て流れることができるようになしてあるものである。

【００６３】さらに、本実施例では、陰極電極３に、銀
（Ａｇ）の線を編んで構成した金網を使用した。銀は電
気良電導体でこの種の陰極電極への使用は古くから候補
に上がっているものであるが、その理由は今のところ明
確ではないが、同じく、電気良電導体である金や白金に
比べ、同じ使用条件でオゾンの発生量が数倍となる現象
が認められ、また、水の電気分解による析出物の堆積が
大変少ないことが現象面から確認されたものである。

【００６４】「具体的実施例」として、「図１」の装置
を以下の条件で製造した。固形電解質膜１は、フッ素系
陽イオン交換膜で、厚み３００ミクロン・１０ｃｍ×１
７ｃｍの大きさのもを使用した。陽極電極２として、白
金の太さ０．４ｍｍの径の線を８０メッシュに編んだも
ので８ｃｍ×１５ｃｍの大きさのもを使用した。ラス網
４，５は、チタン製で、厚み１ｍｍの板を加工し、開口
率５０％・網目の大きさ約２平方センチ・ラス網に加工
後の最大厚みが２．４ｍｍで、８ｃｍ×１５ｃｍの大き
さのもを使用した。

【００６５】そして、上記実施例で種々の運転条件を試
したところ、得られるオゾン水のオゾン濃度は以下の
「表１」の通りであった。なお、水は水温は２０℃で活
性炭で塩素を除去した水道水を使用した。

【００６６】

【表１】

【００６７】なお、上記オゾン濃度は、平沼製：オゾン
カウンタＺＣ−１５型と称するヨウ素電量滴定法によっ
て測定した。また、電圧は３２Ｖを上限としているが、
無論それ以上電圧を上げればオゾン濃度が向上すること
が容易に推定でき、本発明に使用した固形電解質膜１は
ソーダ電解法に従来使用されているもので、ソーダ電解
法では１．５Ａ／ｃｍ²以上の電流を流しているので、
「表１」程度の電流量では固形電解質膜１の耐性には充
分余裕を有するものである。

【００６８】

【発明の効果】本発明は上記のごときであるので、鉛化
合物を使用せず、きわめて簡易で小型な構成の装置で高
濃度のオゾン水を連続的に製造できるオゾン水製造装置
を提供できるものである。

【００６９】特に、本発明は水の全量が陽極電極２とラ
ス網４との中を通るので、電気分解によって発生するオ
ゾン混入気泡を、複雑な流路変更と渦流とによって、発
生した直後にオゾンを水中に引き込み、充分撹拌して効
率的に気液接触を行ない発生したオゾンが気体のまま排
出されるのが防がれるオゾン水製造装置を提供できるも
のである。

【００７０】そして、上記気泡が渦流よって発生直後に
水中に掃引されて移動する結果、気泡が電流の流れを阻
止することが無く、電流が常に所定量流れて従来に比較
してきわめて効率的なオゾン発生が行なえるオゾン水製
造装置を提供できるものである。

【００７１】

【００７２】また「請求項２」の発明は陰極電極３側も
陽極電極２側と同様な構成となしたので、電流の流れが
スムーズとなって、効率的なオゾン水製造装置を提供で
きるものである。

【００７３】

【００７４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明オゾン水製造装置の一実施例を示す要部
縦断面図である。

【図２】本発明に使用されるラス網の部分平面図であ
る。

【図３】一方のジャケットを外した状態での背面図であ
る。

【図４】一方のジャケットを外した状態での別の実施例
背面図である。

【図５】本発明の電気分解発生工程を模式的に示す作用
説明断面図である。

【図６】従来の電気分解発生工程を模式的に示す作用説
明断面図である。

【図７】本発明の水の流れを説明する要部拡大断面図で
ある。

【図８】従来の気相のオゾンを電解式で発生させる装置
の一実施例断面図である。

【符号の説明】

１ 固形電解質膜 ２ 陽極電極 ３ 陰極電極 ４ ラス網 ５ ラス網 １０ ジャケット １１ 水流入口 １２ オゾン水流出口 ２０ ジャケット ２１ 水流入口 ２２ 水流出口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 栗原 和夫 神奈川県大和市下鶴間2570−４ 西松建 設株式会社技術研究所内 (72)発明者 高木 康之 兵庫県高砂市新井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所 高砂製作所内 (56)参考文献 特開 平３−267389（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−123086（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−109418（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−289664（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−270981（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−158487（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−141593（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−30783（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−140782（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08 C01B 13/10

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】固形電解質膜（１）の一面と他面とに、オ
   ゾン発生触媒機能を有する陽極電極（２）と陰極電極
   （３）とを重ねて直流電圧を印加し、陽極電極（２）側
   に供送された水を電気分解してオゾン水を得るようにな
   したオゾン水製造装置において、 上記陽極電極（２）の外周面には、金属板に多数のスリ
   ットを設け、該スリットが網目となるように引き伸ばし
   形成したラス網（４）を重ね、上記陽極電極（２）は、線を編んで構成された金網であ
   り、 上記ラス網（４）の網目は大きく、上記陽極電極（２）
   の網目は小さく、 上記陽極電極（２）とラス網（４）とは、面を横切る方
   向および面方向に通水性を有し、かつ一端に水流入口
   （１１）を他端にオゾン水流出口（１２）を有したジャ
   ケット（１０）内に密入してなることを特徴とするオゾ
   ン水製造装置。
2. 【請求項２】前記陰極電極（３）に金属製の金網を使用
   し、この陰極電極（３）の外面側には、金属板に多数の
   スリットを設け、該スリットが網目となるように引き伸
   ばし形成したラス網（５）を重ね、 上記陰極電極（３）とラス網（５）とは、一端に水流入
   口（２１）を他端に水流出口（２２）を有したジャケッ
   ト（２０）内に密入してなることを特徴とする請求項１
   記載のオゾン水製造装置。
3. 【請求項３】前記陽極電極（２）には、オゾン発生触媒
   機能を有した貴金属製の金網が使用されていることを特
   徴とする請求項１または２記載のオゾン水製造装置。
4. 【請求項４】前記陽極電極（２）に使用される金網の構
   成部材である線が断面円形であることを特徴とする請求
   項３記載のオゾン水製造装置。
5. 【請求項５】前記ラス網（４，５）は、チタン板材によ
   って形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項
   ４何れかに記載のオゾン水製造装置。