(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン交換膜をオゾン極と水素極とで挟んだ電解セルと、
前記電解セルの前記オゾン極側に設けられ、当該オゾン極側へ原料水を送給すると共に、当該オゾン極で発生したオゾンを外部へ送出する連通孔を有するオゾン極側セパレータと、
前記電解セルの前記水素極側に設けられ、当該水素極で発生した水素を外部へ送出する連通孔を有する水素極側セパレータと
を備えてなる電解ユニットと、
前記電解ユニットに電気を流す電源と
を備えてなるオゾン発生装置において、
前記電解ユニットの前記オゾン極側セパレータの前記連通孔と連通して前記原料水と前記オゾンとを分離する気液分離室を、当該電解ユニットの前記オゾン極側セパレータの、前記電解セルの前記オゾン極の上方寄りに形成すると共に、
前記水素極側セパレータの前記連通孔の一端を前記電解セルの前記水素極の上方寄りへ連通させた
ことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記電解ユニットが電気的に複数連結されている
ことを特徴とするオゾン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水を電気分解してオゾンを発生させるオゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水を電気分解してオゾンを発生させる従来のオゾン発生装置の一例の要部の概略構造を図２に示す。
【０００３】
図２に示すように、多孔質性のオゾン極１１２と水素極１１３とでイオン交換膜１１１を挟んでなる電解セル１１０は、オゾン側セパレータ１２１と水素側セパレータ１２２とで挟まれている。オゾン側セパレータ１２１には、一方面側と多方面側とを連通する流通路１２１ａが形成されている。水素側セパレータ１２２には、一方面側と他方面側とを連通する流通路１２２ａが形成されている。オゾン側セパレータ１２１の他方面側には、気液分離容器１３２が取り付けられている。オゾン側セパレータ１２１と水素側セパレータ１２２とは、電源１３１に接続している。
【０００４】
このようなオゾン発生装置の作用を次に説明する。
電源１３１を作動してオゾン側セパレータ１２１と水素側セパレータ１２２との間に電気を流すと共に、イオン交換樹脂などを通して精製した原料水１を気液分離容器１３２内に送給すると、原料水１は、オゾン側セパレータ１２１の流通路１２１ａを介して電解セル１１０のオゾン極１１２に到達し、下記の式▲１▼，▲２▼に示す電気化学反応により酸素２およびオゾン３を生じさせる。発生した酸素２およびオゾン３は、オゾン側セパレータ１２１の流通路１２１ａを介して気液分離容器１３２内に流入して上方から送出されて利用される。
【０００５】
【化１】
Ｈ2 Ｏ→ 2Ｈ+ ＋ 1/2Ｏ2 ＋ 2ｅ- ・・・▲１▼
Ｈ2 Ｏ→ 2Ｈ+ ＋ 1/3Ｏ3 ＋ 2ｅ- ・・・▲２▼
【０００６】
なお、オゾン極１１２で生じたプロトン（Ｈ+ ）は、イオン交換膜１１１を通って水素極１１３に到達し、電解セル１１０のオゾン極１１２側から電源１３２等の電気回路を介して水素極１１３に到達した電子（ｅ- ）を受け取り、下記の式▲３▼に示すように水素４となる。生じた水素４は、水素側セパレータ１２２の流通路１２２ａを介して外部へ送出されて回収される。
【０００７】
【化２】
2Ｈ+ ＋ 2ｅ- →Ｈ2 ・・・▲３▼
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述したようなオゾン発生装置では、電解セル１１０のイオン交換膜１１１のオゾン極１１２側と水素極１１３側との浸透圧差や、プロトンが原料水１を配位しながら電解セル１１０のオゾン極１１２側からイオン交換膜１１１を介して水素極１１３側へ到達するため、原料水１の一部が電解セル１１０のオゾン極１１２側から水素極１１３側に流れてしまい、オゾン３の生成に供されることなく水素側セパレータ１２２の流通路１２２ａを介して系外に送出されてしまう。この原料水１は、イオン交換樹脂等などにより高度に精製処理されてコストが高いため、有効に利用することが望まれている。そのため、水素側セパレータ１２２の流通路１２２ａ内に流入した原料水１を水素４から分離した後、再送給手段により電解セル１１０のオゾン極１１２側へ再び送給してリサイクルすることが考えられているものの、大がかりな再送給手段を備えなければならないため、装置の大型化を招いてしまう。
【０００９】
このようなことから、本発明は、コンパクトでありながらも原料水を有効に利用することができるオゾン発生装置を提供することを目的とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する本発明によるオゾン発生装置は、イオン交換膜をオゾン極と水素極とで挟んだ電解セルと、前記電解セルの前記オゾン極側に設けられ、当該オゾン極側へ原料水を送給すると共に、当該オゾン極で発生したオゾンを外部へ送出する連通孔を有するオゾン極側セパレータと、前記電解セルの前記水素極側に設けられ、当該水素極で発生した水素を外部へ送出する連通孔を有する水素極側セパレータとを備えてなる電解ユニットと、前記電解ユニットに電気を流す電源とを備えてなるオゾン発生装置において、前記電解ユニットの前記オゾン極側セパレータの前記連通孔と連通して前記原料水と前記オゾンとを分離する気液分離室を、当該電解ユニットの前記オゾン極側セパレータの、前記電解セルの前記オゾン極の上方寄りに形成すると共に、前記水素極側セパレータの前記連通孔の一端を前記電解セルの前記水素極の上方寄りへ連通させたことを特徴とする。
【００１１】
上述したオゾン発生装置において、前記電解ユニットが電気的に複数連結されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明によるオゾン発生装置の実施の形態を図１を用いて説明する。なお、図１は、その要部の概略構造図である。
【００１３】
図１に示すように、イオン交換膜１１の一方面側には、多孔質性のオゾン極１２の一端面側が当接している。イオン交換膜１１の他方面側には、多孔質性の水素極１３の一端面側が当接している。すなわち、イオン交換膜１１は、オゾン極１２と水素極１３とで挟まれているのである。このようなイオン交換膜１１、オゾン極１２、水素極１３などにより、本実施の形態では電解セル１０を構成している。
【００１４】
上記電解セル１０のオゾン極１２の他方面側には、オゾン側セパレータ２１の一方面側が当接している。このオゾン側セパレータ２１には、気液分離室２１ａと、当該気液分離室２１ａと上記オゾン極１２とを連通させる複数の連通孔２１ｂとが形成されている。
【００１５】
上記電解セル１０の水素極１３の他方面側には、水素側セパレータ２２の一方面側が当接している。この水素側セパレータ２２には、当該水素側セパレータ２２の上端と上記水素極１３の上方寄りとを連通する連通孔２２ａが形成されている。
【００１６】
このような電解セル１０、オゾン側セパレータ２１、水素側セパレータ２２などにより電解ユニット２０が構成され、オゾン側セパレータ１４と水素側セパレータ１５とを当接させるように当該電解ユニット２０を電気的に複数（図１では３つ）連結してスタック３０を構成している。
【００１７】
前記オゾン側セパレータ２１の気液分離室２１ａの下端には、イオン交換樹脂等で高度に精製処理された原料水１を送給する図示しない原料水送給装置が連結されている。当該オゾン側セパレータ２１の気液分離室２１ａの上端には、発生した酸素２およびオゾン３を回収して送出する図示しないオゾン送給装置が連結されている。前記水素側セパレータ２２の連通孔２２ａの上端には、発生した水素４を回収する図示しない水素回収装置が連結されている。スタック２０の両側は、電源３１に接続している。
【００１８】
このようなオゾン発生装置の作用を次に説明する。
電源３１を作動してスタック３０に電気を流すと共に、前記原料水送給装置から原料水１をスタック３０の各電解ユニット２０のオゾン側セパレータ２１の気液分離室２１ａ内に所定高さ位置まで送給すると、原料水１は、各電解ユニット２０のオゾン側セパレータ２１の連通孔２１ｂを介して電解セル１０のオゾン極１２に到達し、下記の式▲１▼，▲２▼に示す電気化学反応により酸素２およびオゾン３を生じさせる。発生した酸素２およびオゾン３は、オゾン側セパレータ２１の上記連通孔２１ｂを介して気液分離室２１ａ内に流入し、当該気液分離室２１ａの上端から前記オゾン送給装置により送給される。
【００１９】
【化３】
Ｈ2 Ｏ→ 2Ｈ+ ＋ 1/2Ｏ2 ＋ 2ｅ- ・・・▲１▼
Ｈ2 Ｏ→ 2Ｈ+ ＋ 1/3Ｏ3 ＋ 2ｅ- ・・・▲２▼
【００２０】
一方、各電解ユニット２０の電解セル１０のオゾン極１２で生じたプロトン（Ｈ+ ）は、イオン交換膜１１を通って水素極１３に到達し、オゾン極１２から電源３１等の電気回路を介して水素極１３に到達した電子（ｅ- ）を受け取り、下記の式▲３▼に示すように水素４となる。生じた水素４は、各電解ユニット２０の水素側セパレータ２２の連通孔２２ａから前記水素回収装置へ回収される。
【００２１】
【化４】
2Ｈ+ ＋ 2ｅ- →Ｈ2 ・・・▲３▼
【００２２】
このとき、イオン交換膜１１のオゾン極１２側と水素極１３側との浸透圧差や、プロトンが原料水１を配位しながらオゾン極１２からイオン交換膜１１を通って水素極１３へ到達するため、原料水１の一部がオゾン極１２側からイオン交換膜１１を介して水素極１３側に流れてしまうものの、水素側セパレータ２２の連通孔２２ａの一端が水素極１３の上方寄りに連通すると共に、他方が当該セパレータ２２の上方側に連通しているので、水素極１３へ到達した原料水１は、当該連通孔２２ａから外部にほとんど漏出することなくイオン交換膜１１に浸透した状態で保持されるようになる。
【００２３】
このため、イオン交換膜１１のオゾン極１２側と水素極１３側との浸透圧差が大幅に小さくなるので、オゾン極１２側からイオン交換膜１１を介して水素極１３側に流れてしまう原料水１は、そのほとんどが上記プロトン配位によるものだけとなり、その量が非常に少なくなる。
【００２４】
したがって、このようなオゾン発生装置によれば、オゾン３の生成に供されることなく系外に送出されてしまう原料水１の量を大がかりな再送給手段を用いずに大幅に抑えることができるので、原料水を有効に利用しながらもコンパクト化を図ることができる。
【００２５】
また、電解ユニット２０を電気的に複数連結してスタック３０を構成したので、オゾンを効率よく発生させることができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によるオゾン発生装置は、イオン交換膜をオゾン極と水素極とで挟んだ電解セルと、前記電解セルの前記オゾン極側に設けられ、当該オゾン極側へ原料水を送給すると共に、当該オゾン極で発生したオゾンを外部へ送出する連通孔を有するオゾン極側セパレータと、前記電解セルの前記水素極側に設けられ、当該水素極で発生した水素を外部へ送出する連通孔を有する水素極側セパレータとを備えてなる電解ユニットと、前記電解ユニットに電気を流す電源とを備えてなるオゾン発生装置において、前記電解ユニットの前記オゾン極側セパレータの前記連通孔と連通して前記原料水と前記オゾンとを分離する気液分離室を、当該電解ユニットの前記オゾン極側セパレータの、前記電解セルの前記オゾン極の上方寄りに形成すると共に、前記水素極側セパレータの前記連通孔の一端を前記電解セルの前記水素極の上方寄りへ連通させたことから、水素極へ到達した原料水が当該連通孔から外部にほとんど漏出することなくイオン交換膜に浸透した状態で保持されるようになる。このため、イオン交換膜のオゾン極側と水素極側との浸透圧差が大幅に小さくなるので、オゾン極側からイオン交換膜を介して水素極側に流れてしまう原料水のほとんどがプロトン配位によるものだけとなり、その量が非常に少なくなる。その結果、オゾンの生成に供されることなく系外に送出されてしまう原料水の量を大がかりな再送給手段を用いずに大幅に抑えることができるので、原料水を有効に利用しながらもコンパクト化を図ることができる。
【００２７】
また、前記電解ユニットが電気的に複数連結されているので、オゾンを効率よく発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるオゾン発生装置の実施の形態の要部の概略構造図である。
【図２】従来のオゾン発生装置の一例の要部の概略構造図である。
【符号の説明】
１  原料水
２  酸素
３  オゾン
４  水素
１０  電解セル
１１  イオン交換膜
１２  オゾン極
１３  水素極
２０  電解ユニット
２１  オゾン側セパレータ
２１ａ  気液分離室
２１ｂ  連通孔
２２  水素側セパレータ
２２ａ  連通孔
３０  スタック
３１  電源
【図１】
0003652894.tif 000002
【図２】
0003652894.tif 000003