JP3002101B2 - 電解式オゾン発生装置 - Google Patents

電解式オゾン発生装置

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JP3002101B2
JP3002101B2 JP6254749A JP25474994A JP3002101B2 JP 3002101 B2 JP3002101 B2 JP 3002101B2 JP 6254749 A JP6254749 A JP 6254749A JP 25474994 A JP25474994 A JP 25474994A JP 3002101 B2 JP3002101 B2 JP 3002101B2
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淳二 水谷
義雄 斉藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン交換膜を挟んで
陽極と陰極とを配設しこれらを陽極側支持部材と陰極側
支持部材とで支持して一体化した電解式オゾン発生装置
に関し、特にその製造技術に関する。
【0002】
【従来の技術】高濃度のオゾンを発生させる電解式オゾ
ン発生装置としては、一般に、図4に示す如く、固体高
分子電解質膜10を挟んで陽極20と陰極30とを配設
し、これらを陽極板40と陰極板50とで支持して一体
化した形式のものが知られている。このような従来の電
解式オゾン発生装置では、図示の如く陽極板40がリブ
41を備え、このリブ41が陽極20に圧接させること
により、陰極板50との間で陽極20、固体高分子電解
質膜10及び陰極30を締め付け支持している。このリ
ブ41は、電解が生ずる固体高分子電解質膜10の膜面
に電解液である純水を十分供給すると同時に、発生した
オゾンガスを速やかに膜面から離脱させるために、それ
ぞれのリブ間で溝を形成するように数mm程度の細かい
ピッチで多数並列して設けられている。又、白金被覆チ
タン材と無処理チタン材との積層焼結体であって白金被
覆チタン材の白金層上に二酸化鉛の電析層を有するよう
に形成した二酸化鉛電極(陽極)をオゾン製造装置に用
いた例も開示されているが(特公平3ー6997号公報
参照)、このオゾン製造装置でも、図4に示す陽極板4
に相当するチタン製主電極板は内面リブ付のものになっ
ている。
【0003】このような形状の陽極板40は、通常チタ
ニウム等の金属のソリッド材から機械加工により製造さ
れている。しかしながら、純水やオゾンガスの通路とし
て両端に空洞部42を設け、それらの間を突出させて突
出部に多数の列の溝を切削してリブ41を形成するのは
容易でなく、加工コストが高くなり又加工時間も多くか
かるという問題があった。更に、一体材料から切削加工
によりこのような形状の陽極板を製造すると、材料の無
駄が多く発生し、材料コストが高くなるという問題があ
った。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、製造が容易で加工費及び材料費
の低減された電解式オゾン発生装置を提供することを課
題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項1の発明は、イオン交換膜を挟んで
陽極と陰極とを配設しこれらを陽極側支持部材と陰極側
支持部材とで支持して一体化した電解式オゾン発生装置
において、前記陽極は短繊維状金属焼結体でできていて
円盤状又は四角形板状を成し、前記陽極の前記陽極側支
持部材に接触する面には間隔を隔てて多数の溝が機械切
削加工によって形成されていることを特徴とし、請求項
2の発明は、上記に加えて、前記陽極側支持部材は板状
体であり、該陽極側支持部材に接触し前記陽極の端面を
覆う陽極室形成部材を設けたことを特徴とする。
【0006】
【作用】請求項1の発明によれば、陽極が陽極側支持部
材に接触する面に間隔を隔てて形成された多数の溝を有
するので、溝の縁は突出した突条部になり、この突条部
を介して陽極が陽極側支持部材に支持されると共に、多
数の溝は、イオン交換膜の膜面に電解液である純水を十
分供給すると共に、発生したオゾンガスを速やかに膜面
から離脱させる通路としての作用を成す。従って、従来
陽極側支持部材に施されていた溝加工は不要になる。こ
の場合、陽極側支持部材は例えばチタンのようなソリッ
ドな金属材料から成り、陽極室を形成するためにその形
状も複雑であるため、溝切り加工が容易でないが、陽極
の材料として繊維状金属焼結体を用いるので、この材
料の空隙率が大きいこと、及び、陽極は円盤状や四角形
板状等の単純な形状であることから、その一面側に溝切
り加工することは極めて容易である。
【0007】一方、繊維状金属焼結体では、個々の金
属繊維が十分な強度を有すると共に、これらの間が複数
の箇所で相互に複雑に接触焼結されているため、焼結部
分を剥離させる力に対して十分な強度を有し、溝切り等
の焼結後の機械切削加工が可能になる。即ち、アトマイ
ザー法やプラズマ回転電極法等の従来の方法で製造され
た例えば微小球形チタンのような焼結金属は、本発明で
採用している繊維状金属焼結体とはその立体的結合構
造が異なり、引張り強度や可撓性等の材料特性において
繊維状金属焼結体よりも著しく劣っている。このた
め、このような従来の多孔体から成る陽極に本発明の構
成である溝加工を行う場合には、角部に欠けが発生した
り、加工する溝の寸法によっては加工により焼結体全体
に反りが生じ、溝の付け根部に割れが発生する等の問題
があった。更に、溝加工によって生じた反りが大きい場
合には、これをイオン交換膜に押し付けたとき、凸部だ
けが強く当り全体的に均一な接触が得られないという問
題もしばしば発生した。このため、従来通常用いられて
いるチタン粉末による金属焼結体では、陽極に溝加工す
る構造を実用化することができなかった。これに対し、
本発明で採用している繊維状金属焼結体は、加工性が
良いと共に十分な機械的強度を有し、上記のような問題
が解消される。又この焼結体は可撓性に優れているの
で、イオン交換膜に押し付けるときに小さい押し付け力
で膜面全体に均一に接触させることができ、オゾン発生
電極として特に重要な膜への均一接触性が達成される。
【0008】請求項2の発明によれば、陽極側支持部材
を板状体とし、これに接触し陽極の周囲の端面を覆う陽
極室構成部材を設けるので、周囲の端面にフランジ状に
突出した部分のない単純な形状の陽極側支持部材と陽極
室構成部材とで陽極室を形成することができる。その結
果、陽極側支持部材を厚みの厚い金属材料から切削加工
して陽極室を形成する必要がなくなり、使用する材料が
節約されると共に加工作業も大幅に減少する。
【0009】
【実施例】図1は実施例の電解式オゾン発生装置の構成
を示す。本例は複極式の装置で、図ではその2連分を示
している。電解式オゾン発生装置は、イオン交換膜とし
ての固体高分子電解質膜1を挟んで陽極2と陰極3とを
配設し、これらを陽極側支持部材としての陽極板4と陰
極側支持部材としての陰極板5とで締め付けて支持する
ことにより、一体として形成されている。陽極板4と陰
極板5とは、複数枚のものが一体として図示しない貫通
ボルトで締め付けられる。
【0010】固体高分子電解質膜1としては、例えばパ
ークロロカーボンスルホン酸型カチオン交換膜が用いら
れる。陽極2は、繊維状金属焼結体でできていて、図
2にもその形状の一例を示すように、本実施例では円盤
状をなし、陽極板4に接触する面には、突出した自由端
側が陽極板4に接触する多数の突条リブ2aを形成する
ように、間隔を隔てて多数の溝2bが形成されている。
繊維状金属焼結体の繊維としては、溶けた金属から製
造したりワイヤー状の金属を切削して製造したりその他
各種の方法で製造されたものを使用できるが、その中で
も、金属材料を弾性工具の自励振動変化を利用して切削
するビビリ振動切削法で製造したビビリ切削金属短繊維
が好都合に用いられる。この金属繊維は、低コストで製
造できるのみならず、寸法のばらつきが少なく、その焼
結体は十分な引張強度と可撓性を備え、加工性が良く加
工中にほとんど折損することがない。
【0011】陽極板4もこれに対応するように円盤状に
形成され、平板になっていて、周囲にフランジ状の突出
部は設けられていない。このため、陽極板4に接触し陽
極2の端面2cの周囲を覆う陽極室構成部材としての円
筒体6が設けられている。陽極板4としては、例えば耐
酸化性に優れたチタニウムが用いられる。円筒体6は適
当な材質のものでよいが、例えばP.T.F.E 等の安価な樹
脂材で製造される。円筒体6には純水を送る供給口6a
並びに純水及びオゾンを排出する排出口6bが設けられ
ている。円筒体6と陽極板4との間にはパッキン7が介
装されている。陰極板5の周囲はフランジ状に張り出し
ていて、その上端部には、電気分解により発生した水素
を排出させる水素出口5aが設けられている。
【0012】以上のような固体高分子電解質膜1、その
両側の陽極2及び陰極3、これらを挟む陽極板4及び陰
極板5、陽極室を形成する円筒体6等のそれぞれ1個が
一体化されて電解式オゾン発生装置の1極が形成され、
このような各極が合体されて多極式の装置が形成され
る。このような電解式オゾン発生装置では、通常排出口
6bの上部に純水の供給と共にオゾンガスを分離するた
めの純水タンク8が設けられ、この純水タンク8の底部
と供給口6aとを接続すると共に、排出口6bと純水タ
ンクの側部とを接続し、純水を循環使用しつつオゾンガ
スを分離し、純水タンクの頂部からオゾンガスを取り出
すようにしている。陰極側の水素出口5aから発生する
水素は、特に回収しない場合には大気に放出される。
【0013】このような電解式オゾン発生装置によれ
ば、陽極に形成された多数のリブ2a間の溝2bが従来
陽極板に設けられていた溝と同じ作用を成し、固体高分
子電解質膜1の膜面に必要な純水を供給すると共に、発
生したオゾンガスを速やかに膜面から離脱させる。又、
リブ2aは、両側の陽極板4及び陰極板5が締め付けら
れることにより、その自由端側が陽極板4に圧接し、溝
2bを確保した状態で締め付け力に耐えて装置の一体化
を可能にしている。
【0014】以上において、陽極2のリブ2aは、陽極
2の一面側に適当な深さの溝切り加工により形成され
る。この場合、陽極2はビビリ切削金属短繊維焼結体等
繊維状金属焼結体でできているので、それぞれの金
属繊維間が多くの位置で焼結して強固な結合になってい
るため、上記のような機械加工を施してもそれに十分耐
えられる。即ち、幅が数mm程度の薄肉のリブを加工し
ても、リブ部分の各金属繊維間には必ず焼結部が存在
し、且つ、この部分が加工時に発生する引っ張りや剪断
等の応力に耐えられ、剥離することなくリブ形状が形成
される。又、溝の角部の割れや全体的なそり等の加工歪
みも発生しない。以上の点は、発明者等の実験によって
十分確認された。
【0015】一方、このような焼結体は焼結による結合
部分が多いにもかかわらず、70%程度の大きな空隙率
を有する。このため、チタン等の金属のソリッド材料を
加工するのに較べて加工が容易になる。更に、陽極2は
円盤状の単純な形状であるから、溝切り加工の施行が極
めて容易になり、加工時間も大幅に短縮される。そして
更に、陽極板4は、組立時の板厚と同じ厚さの材料を選
定することにより、その外周加工以外の加工が不要にな
る。即ち、従来のように厚みの厚い材料から外周のフラ
ンジ状部分を切り出すと共に内部に溝用の突出部を形成
し、この突状部に多数の細かい溝を切るという困難な加
工が不要になるので、加工時間が大幅に短縮され且つ材
料が大幅に節減される。なお、本実施例のように陽極室
を別体で形成すれば、陽極板側に溝加工をする場合で
も、従来よりは加工時間の短縮と材料の節減が図られ
る。
【0016】図3は他の実施例として単極式の電解式オ
ゾン発生装置を示す。本装置は、図1のものに較べて、
固体高分子電解質膜1等の全ての構成物が1個であるこ
と、陽極板4の周囲が突出部4aになっていてこの中に
陽極室が形成されていること、並びに、純水の入口4
b、純水及びオゾンガスの出口4c、及び水素出口5b
がそれぞれ陽極板4及び陰極板5に設けられているこ
と、従って図1の装置にある円筒体6は設けられていな
いことが相違する。陽極2には、図1の装置と同様にリ
ブ2aが形成されている。
【0017】本装置においても、図1の装置と同様にリ
ブ2aを形成するための溝加工は容易であり、装置全体
としての加工費用及び加工時間は従来よりも低減され
る。なお以上の実施例では、電解式オゾン発生装置が丸
型である場合について説明したが、角形やその他の形状
の装置に対しても本発明を適用できることは勿論であ
る。
【0018】
【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項1の
発明においては、陽極の材料に繊維状金属焼結体を用
いる構成及びこの陽極に溝を加工する構成の組合せによ
り、ソリッドで複雑な形状の陽極側支持部材の溝加工が
不要になり、加工が容易化され、装置全体としての加工
時間及び加工費用が大幅に低減するという顕著な効果が
得られる。請求項2の発明においては、上記に加えて、
陽極側支持部材とは別体で陽極室形成部材を設け、陽極
側支持部材を板状体にするので、陽極側支持部材の機械
加工が殆どなくなり、装置全体としての材料費が低減す
ると共に加工費も一層減少し、電解式オゾン発生装置の
コストを更に安価にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の電解式オゾン発生装置の構成を示す断
面図である。
【図2】(a)及び(b)は上装置の陽極の正面図及び
平面図である。
【図3】他の実施例の電解式オゾン発生装置の構造を示
す断面図である。
【図4】従来の電解式オゾン発生装置の構造を示す断面
図である。
【符号の説明】
1 固体高分子電解質膜(イオン交換膜) 2 陽極 2b 溝 2c 端面 3 陰極 4 陽極板(陽極側支持部材) 5 陰極板(陰極側支持部材) 6 円筒体(陽極室構成部材)
フロントページの続き (72)発明者 鳥養 栄一 大阪府八尾市東久宝寺3丁目9番20号 (56)参考文献 特開 平1−312092(JP,A) 特開 平6−158376(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25B 1/00 - 15/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン交換膜を挟んで陽極と陰極とを配
    設しこれらを陽極側支持部材と陰極側支持部材とで支持
    して一体化した電解式オゾン発生装置において、 前記陽極は短繊維状金属焼結体でできていて円盤状又は
    四角形板状を成し、前記陽極の前記陽極側支持部材に接
    触する面には間隔を隔てて多数の溝が機械切削加工によ
    って形成されていることを特徴とする電解式オゾン発生
    装置。
  2. 【請求項2】 前記陽極側支持部材は板状体であり、該
    陽極側支持部材に接触し前記陽極の端面を覆う陽極室形
    成部材を設けたことを特徴とする請求項1に記載の電解
    式オゾン発生装置。
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