DE69531762T2

DE69531762T2 - Vorrichtung zur Erzeugung von Ozonwasser

Info

Publication number: DE69531762T2
Application number: DE69531762T
Authority: DE
Inventors: Hirokazu Shiota; Kazuo Yamato-shi Kurihara; Yasuyuki Takasago-shi Hyogo Takagi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1995-11-10
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2015-11-11
Also published as: EP0711731A2; US5686051A; DE69531762D1; EP0711731B1; CA2162651A1; EP0711731A3; CA2162651C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ozonwassererzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Wasser, in welchem Ozon gelöst ist, d. h. Ozonwasser.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Folgende zwei typische Verfahren sind zur Darstellung von Ozonwasser bisher bekannt.
[Ozonbelüftungsverfahren]
Gasphasen-Ozon in hoher Konzentration und Wasser werden durch geeignete Mittel, wie z. B. Belüftung, einem Gas- Flüssigkeits-Kontakt unterzogen, um Ozon in Wasser zu lösen, wodurch Ozonwasser dargestellt wird.
[Wasserelektrolyseverfahren]
Es wurde der Tatsache Beachtung geschenkt, dass dann, wenn Ozon in an der Anodenseite erzeugten Sauerstoff gemischt wird, wenn Wasser einem elektrolytischen Verfahren unterzogen wird, Ozon in Wasser ungefähr 10-mal mehr als Sauerstoff gelöst wird. Durch Elektrolyse von Wasser erzeugtes Ozon wird direkt in Wasser gelöst, das der Elektrolyse unterzogen wird, um Ozonwasser darzustellen.
Das vorstehende "Wasserelektrolyseverfahren" wird in der offengelegten Japanischen Patentschrift Nr. 3(1991)-267390 (nachstehend nur als "Voranmeldungsbeispiel" bezeichnet) vorgeschlagen, das von der vorliegenden Erfindung angemeldet worden ist, in welchem eine Anodenelektrode 2 und eine Kathodenelektrode 3, an die eine Gleichspannung angelegt wird, auf eine Oberfläche und die andere Oberfläche eines Festkörperelektrolytfilms 1 gelegt wird und an die Anodenelektrodenseite 2 geliefertes Wasser der Elektrolyse unterzogen wird, um Ozonwasser darzustellen (obgleich diese Vorrichtung nicht gezeigt ist, sind die hier verwendeten Bezugszeichen so gewählt, dass sie den in den Beispielen dieser Anmeldung verwendeten entsprechen). In diesem Voranmeldungsbeispiel wird eine Elektrolysezelle, die durch den Festkörperelektrolytfilm 1, die Anodenelektrode 2 und die Kathodenelektrode 3 gebildet ist, in einen Wasserbehälter mit einem vorgegebenen Fassungsvermögen eingetaucht und das Wasser in dem Wasserbehälter fließt zur Zirkulation fortlaufend durch die Anodenelektrodenseite 2. Ferner ist eine Ummantelung zur Umhüllung der Kathodenelektrode 3 auf der Seite der Kathodenelektrode 3 derart bereitgestellt, dass ein elektrischer Kurzschluss zwischen der Kathodenelektrode 3 und dem Wasser in dem Wasserbehälter abgestellt ist, und Wasserstoff, der durch Elektrolyse erzeugt wird und in der Ummantelung verbleibt, wird außerhalb des Wasserbehälters entfernt.
Außerdem, wenn auch die Aufgabe genau unterschiedlich zu der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, wird ein Verfahren zur elektrolytischen Ozonerzeugung als ein Verfahren zur Darstellung von Gasphasen-Ozon durch Elekt rolyse von Wasser in der offengelegten Japanischen Patentschrift Nr. 01(1989)-312092 (nachstehend als "zweite Voranmeldung" bezeichnet) und dergleichen vorgeschlagen. Im Anspruch dieser zweiten Voranmeldung ist erwähnt, dass "ein Verfahren zur elektrolytischen Ozonerzeugung dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Erzeugung von Ozon durch Elektrolyse von Wasser eine poröse Elektrode mit einer Platinschicht an einer Seite davon als eine Anode verwendet wird und ein Kationenaustauschfilm des Perfluorsulfonsäuretyps in Druckkontakt mit einer Platinoberfläche der porösen Elektrode zur Wasserelektrolyse gebracht wird".
In diesem zweiten Voranmeldungsbeispiel ist gezeigt, und zwar in der die detaillierte Beschreibung der Erfindung betreffenden Spalte, dass die folgenden Punkte weithin als Stand der Technik bekannt sind.

1. Platin/Kationenaustauschfilm/Platin Das bedeutet, es ist weithin bekannt, dass eine Platinanodenelektrode und eine Platinkathodenelektrode auf eine Seite bzw. die andere Seite eines Kationenaustauschfilms gelegt werden, um Gasphasen-Ozon durch ein Wasserelektrolyseverfahren darzustellen.
2. Platin/Kationenaustauschfilm/Iridium oder dessen Oxid Das bedeutet, es ist weithin bekannt, dass eine Platinanodenelektrode und eine Kathodenelektrode aus Iridium oder aus seinem Oxid auf eine Seite bzw. die andere Seite eines Kationenaustauschfilms gelegt werden, um Gasphasen-Ozon durch ein Wasserelektrolyseverfahren darzustellen.
3. Wenn Wasser einer Elektrolyse unter Verwendung einer Platinanodenelektrode unterzogen wird, wirkt das Platin so, dass es eine Ozonbildungsreaktion zur Ozonisierung des der Elektrolyse unterworfenen Sauerstoffs fördert. Die Ozonbildungsmenge ist jedoch äußerst gering, da gleichzeitig damit eine Kontaktzersetzungsreaktion stattfindet.

Ferner ist in dem zweiten Voranmeldungsbeispiel ein Beispiel einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens der Erfindung in den beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Bedauerlicherweise sind jedoch dessen Angaben zu grob und die strukturellen Teile davon sind in der detaillierten Beschreibung der Erfindung wenig erläutert, so dass der detaillierte Aufbau nicht eindeutig ist. Es wird jedoch angenommen, dass diese so wie in 11 gezeigt vorliegen können, die der vorliegenden Anmeldung beiliegt.
Das bedeutet, dass in 11 das Bezugszeichen 1 einen Festkörperelektrolytfilm in der vorliegenden Anmeldung bezeichnet; 2 eine Anodenelektrode; und 3 eine Kathodenelektrode. Diese Anodenelektrode 2 setzt sich aus einem porösen Elektrodenmaterial 202, das aus Titan oder dergleichen hergestellt ist (Bezugszeichen 203, 203, 203 ... in 11 bezeichnen Durchgangslöcher) und einer Platinschicht 201 zusammen, die auf das poröse Elektrodenmaterial 202 laminiert ist. Die Anodenelektrode 2 ist derart aufgebaut, dass die Platinschicht 201 in Druckkontakt mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 gebracht ist (die Durchgangslöcher 203, 203, 203 ... stehen üblicherweise mit der Platinschicht 201 in Verbindung). Die Kathodenelektrode 3 ist aus einem geeigneten Material ausgebildet (dieses ist ähnlich der Anodenelektrode 2 porös ausgebil det) und wird in Druckkontakt mit der anderen Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 gebracht und der Festkörperelektrolytfilm 1 wird zwischen die Anodenelektrode 2 und die Kathodenelektrode 3 gelegt. Eine Oberflächenseite des Festkörperelektrolytfilms 1 ist mit einer Ummantelung 10 umhüllt, die als eine Endplatte auf der Anodenseite bezeichnet wird, und Wasser wird fortlaufend durch eine Pumpe 54 oder dergleichen in die Ummantelung 10 geliefert (so dass es zirkuliert wird), wodurch in Form von Schaum erzeugtes Ozon in einen Gasabscheider 6 eingeleitet wird, um das Gasphasen-Ozon 7 (richtig: Ozon vermischter Sauerstoff) abzuscheiden und zurückzugewinnen. Die andere Oberflächenseite des Festkörperelektrolytfilms 1 ist mit einer Ummantelung 20 umhüllt, die als eine Endplatte auf der Kathodenseite bezeichnet wird, und die Ummantelung 20 ist mit Wasser gefüllt und durch Elektrolyse erzeugter Wasserstoff 8 wird zurückgewonnen oder evakuiert.
Das vorstehend beschriebene herkömmliche Ozonbelüftungsverfahren ist geeignet, um Ozonwasser mit einer hohen Konzentration darzustellen und stellt gegenwärtig eine führende Vorrichtung zur Erzeugung von Ozonwasser dar. Dieses System benötigt jedoch einen Ozonisator, um Gasphasen-Ozon mit einer hohen Konzentration zu erzeugen (üblicherweise wird ein Ozonisator des Entladungstyps verwendet, in welchem Sauerstoff erlaubt wird, in ein Koronaentladungsfeld zu strömen, um diesen zu ozonisieren). Ein Problem liegt darin, dass der Ozonisator als solcher eine große Abmessung aufweist. Ferner benötigt der Ozonisator dieser Art eine Hochfrequenzhochspannungsstromquelle und eine Stromquellenvorrichtung besitzt ebenfalls eine große Abmessung. Darüber hinaus ist es notwendig, einen Zylinder für reinen Sauerstoff als Ausgangsgas vorzubereiten, wodurch die gesamte Vorrichtung sehr groß wird. Ein Problem liegt ferner darin, dass die Handhabung umständlich ist. Natürlich kann Luft als Ausgangsgas verwendet werden. In diesem Fall ist es jedoch, um Ozon mit einer hohen Konzentration darzustellen, notwendig, eine Trocknungsvorrichtung für Luft zu installieren sowie eine Sauerstoffkonzentrationsvorrichtung, in welcher Sauerstoff aus der Luft adsorbiert und durch ein Adsorptionsmittel wie z. B. Zeolith unter einer vorgegebenen Druckbedingung entlüftet wird, um die Sauerstoffkonzentration zu erhöhen.
Andererseits weist das Wasserelektrolyseverfahren Vorzüge der Art auf, dass Wasser als Ausgangsstoff leicht verfügbar ist und eine Stromquelle ausreicht, um etliche Volt und etliche Ampere darzustellen, so dass eine Stromquellenvorrichtung klein ist. Dieses System ist jedoch nicht geeignet, um Ozonwasser mit einer hohen Konzentration darzustellen. Das bedeutet, dass in dem Wasserelektrolyseverfahren unter Verwendung von Edelmetallelektroden die meiste elektrische Leistung zur elektrischen Spaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff verbraucht wird und der Prozentsatz davon, der zur Ausbildung von Ozon verwendet wird, kleiner ist als einige Prozent. In der Messung in dem Voranmeldungsbeispiel dauerte es ungefähr eine Stunde, um aus 5 l Wasser 10 ppm Ozonwasser herzustellen. Ein Problem liegt darin, dass, um kontinuierlich Ozonwasser mit einer hohen Konzentration durch das Belüftungsverfahren in dem Wasserelektrolyseverfahren dieser Art darzustellen, ein komplizierter Gas-Flüssigkeitsabscheider benötigt wird (dieser ist notwendig, um Gasphasen-Ozon sofort abzuscheiden, um zu verhindern, dass Wasser durch Blei verunreinigt wird), welcher ein nachstehend beschriebenes β-Phasen-PbO₂-Verfahren verwendet, sowie eine Gas-Flüssigkeitsmischvorrichtung (die dem Gasphasen-Ozon erlaubt, sich in Wasser zu lösen, welches nicht mit Blei verunreinigt ist).
2 bis 3 ppm Ozonwasser wirkt bei der Sterilisierung von Colibacillus, der Aktivierung einer Anlage und dergleichen, ist jedoch nicht besonders wirksam bei der Sterilisierung von anderen Bakterien mit einer starken Antibiosis. Überdies kann keine große Wirkung beim Bleichen und bei der Desodorisierung erwartet werden. Es ist wünschenswert, eine große Ozonwassermenge mit einer hohen Konzentration von 5 ppm oder mehr, vorzugsweise 7 ppm oder mehr zu liefern. Daher liegt ein Problem darin, dass solche vorstehend genannten Anforderungen nicht durch das Wasserelektrolyseverfahren unter Verwendung einer herkömmlichen einfachen Vorrichtung erfüllt werden können.
Gemäß dem Verfahren des vorstehenden zweiten Voranmeldungsbeispiels beträgt die höchste Konzentration an Ozongas, wie dies in der Beschreibung offenbart ist, 0,5%. Es wurde durch Versuche sichergestellt, dass sogar dann, wenn das Ozongas mit der offenbarten Konzentration höchstwirksam in Wasser bei einer normalen Temperatur, 20 °C, gelöst wird, nur Ozonwasser mit einer Konzentration von maximal 3 ppm dargestellt werden kann.
Natürlich ist es in anderen Wasserelektrolyseverfahren, z. B. dem weithin bekannten β-Phasen-PbO-Verfahren, d. h. einem Wasserelektrolyseverfahren zur Ozonerzeugung, in welchem Bleidioxid als Anode verwendet wird, möglich, ein Ozongas mit einer sehr hohen Konzentration von 15 bis 17 % an Ozongas darzustellen. Durch dessen Verwendung kann Ozonwasser mit einer hohen Konzentration, 10 ppm oder mehr, erzeugt werden.
Das vorstehend beschriebene β-Phasen-PbO-Verfahren weist jedoch einen großen Nachteil auf. Und zwar weist das β- Phasen-PbO-Verfahren einen äußerst instabilen Aufbau auf. Fällt z. B. die Stromversorgung aufgrund eines Stromausfalls aus, beginnt sofort eine Phasenumwandlung von β nach α. Findet eine Phasenumwandlung von β nach α statt, wird der Ozonwirkungsgrad ungefähr 1/3 und im Fall von normalem Bleidioxid wird Ozon nicht länger erzeugt. Demgemäß liegt ein Problem darin, dass sogar bei Nichtgebrauch eine Reservestromquelle benötigt wird, um die Phase aufrecht zu erhalten.
Überdies sind, da das β-Phasen-PbO-Verfahren Blei verwendet, Hinderlichkeiten der Art umfasst, dass Ozongas sofort aus dem Wasser entfernt und erneut in Wasser gelöst wird, dass nicht mit Blei verunreinigt ist, um eine Verunreinigung durch eine von der Elektrode gelöste Bleiverbindung zu vermeiden. Ferner liegt ein Problem darin, dass gegenwärtig das poröse PbO₂ so zerbrechlich ist, dass es dazu neigt, bei Gebrauch über einen langen Zeitraum zusammenzufallen, was die Verteilung beeinträchtigt.
JP-A-63-250480 beschreibt ein Verfahren zur Ozonerzeugung, das eine Elektrolysezelle verwendet, die mit einem Festkörperelektrolyt zwischen der Anode und der Kathode bereitgestellt ist. Ein Platindrahtgewebe wird als Anode verwendet, ein maschenartiger durchsichtiger Kohlenstoff als Kathode und ein aus einer Fluorkunststoffmembran hergestellter Festkörperelektrolyt wird zwischen die Elektroden eingeschoben, um eine Elektrolysezelle herzustellen. Entionisiertes Wasser wird mit Sauerstoff angereichert, indem Luft in eine Sauerstoff-Anreicherungseinrichtung eingeblasen wird, und der Anodenkammer der Zelle von einem Einlass zugeführt. Der Kathodenkammer wird von einem Einlass Wasser zugeführt und die Elektrolyse wird bei ungefähr 25 °C, einer Span nung zwischen den Elektroden von ungefähr 20 V und einer Stromdichte von ungefähr 0,2 A/cm² durchgeführt.
DE-4227732 beschreibt eine Elektrolysezelle, die eine Festkörperelektrolytmembran aufweist, welche die Anodenund die Kathodenkammer trennt. Die Membran liegt auf der anodischen und/oder kathodischen Seite mit einer planaren, porösen Elektrode oder einer Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material und einer porösen Beschichtung in Oberflächenkontakt vor, mit einer äußeren Aktivierung der Anodenoberfläche zur Herstellung von Ozon bei Überspannung der Anode. Das Zellgehäuse weist eine elektrisch isolierte Stromdurchführung zu einer der Elektroden auf und besteht aus zwei zueinander abgedichteten Gehäuseschalen, von denen eine die Kathoden- und die andere die Anodenseite ganz oder teilweise umschließt. Die Festkörperelektrolytmembran ist zwischen vorderen Seiten oder Dichtflächen der Schalen gehalten und abgedichtet. Der Dichtdruck zwischen der Dichtfläche der Schalen und der Flächendruck beider Elektroden auf die Membran wird durch äußere Anpressmechanismen vorgegeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Ozonwasser bereitzustellen, die in der Lage ist, Ozonwasser ohne Umstände kontinuierlich mit einer hohen Konzentration durch ein Wasserelektrolyseverfahren unter Verwendung von Edelmetallelektroden, deren Ozonerzeugungswirkungsgrad als niedrig angesehen wird, ohne die Verwendung einer Bleiverbindung wie z. B. PbO₂ oder dergleichen darzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Ozonwassererzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Ozonwasser bereitgestellt, die umfasst:
einen Festkörperelektrolytfilm; eine aus einem Edelmetalldrahtgewebe ausgebildete Kathodenelektrode, die auf eine Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gelegt ist; eine aus einem Edelmetalldrahtgewebe mit einer Ozonerzeugungskatalysatorfunktion ausgebildete Anodenelektrode, die auf die andere Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gelegt ist, wobei zur Elektrolyse von Wasser eine Gleichspannung zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode angelegt wird; eine Anodenummantelung mit einem Wassereinlass an einem Ende davon und einem Ozonwasserauslass an dem anderen Ende davon, um die Anodenelektrode zu umhüllen; eine Kathodenummantelung mit einem Wassereinlass an einem Ende davon und einem Wasserauslass an dem anderen Ende davon, um die Kathodenelektrode zu umhüllen; und ein aus einem korrosionsbeständigem Metall hergestelltes Maschendrahtnetz, das auf die äußere Oberflächenseite der Anodenelektrode gelegt ist, wobei die Anodenummantelung die Anodenelektrode und das Maschendrahtnetz umhüllt.
Gemäß einem bevorzugten Modus der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Ozonwassererzeugungsvorrichtung bereitgestellt, in welcher eine Gleichspannung an eine Anodenelektrode und eine Kathodenelektrode derart angelegt wird, dass das an die Anodenelektrodenseite gelieferte Rohwasser einer Elektrolyse unterzogen wird, wodurch Ozonwasser erzeugt wird, wobei die Vorrichtung umfasst:
einen Festkörperelektrolytfilm;
eine Kathodenelektrode, die in Druckkontakt mit der anderen Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gebracht ist;
eine Anodenelektrode, die ein aus einem Edelmetall mit einer Ozonerzeugungskatalysatorfunktion hergestelltes Drahtgewebe umfasst, das in Druckkontakt mit der anderen Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gebracht ist;
ein aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestelltes Maschendrahtnetz, das auf eine äußere Oberflächenseite der Anodenelektrode gelegt ist; und
eine Anodenummantelung, in welcher die Anodenelektrode und das Maschendrahtnetz eingekapselt sind und die einen Wassereinlass an einem Ende und einen Ozonwasserauslass an dem anderen Ende aufweist.
In dem Modus der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform läuft das an die Anodenummantelung gelieferte Rohwasser, da die aus einem Drahtgewebe mit einer Ozonerzeugungskatalysatorfunktion ausgebildete Anodenelektrode und das aus korrosionsbeständigem Metall hergestellte Maschendrahtnetz, das auf die äußere Oberflächenseite der Anodenelektrode gelegt ist, in der Anodenummantelung eingekapselt sind, durch einen schmalen Spalt, der die Maschen der Anodenelektrode und des Maschendrahtnetzes miteinander verbindet, wodurch eine Durchflussabzweigung, eine Richtungsänderung und ein Wirbelstrom für eine heftige Vermischung stattfinden. Demgemäß ist es möglich, immer Wasser an den Elektrolysebereich zwischen der Anode und dem Festkörperelektrolytfilm zu liefern, an welchem Ozon erzeugt wird. Ferner wird Ozon, welches ein schwacher elektrischer Leiter ist, der in er Anode erzeugt wird, in dem Wasser aufgrund des Wirbelstroms darin mitgerissen, so dass eine gute elektrische Leitfähigkeit erhalten wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Längsschnittansicht wesentlicher Teile, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ozonwassererzeugungsvorrichtung zeigt. 2 ist eine Teildraufsicht eines in der vorliegenden Erfindung verwendeten Maschendrahtnetzes. 3 ist eine Rückansicht in einem Zustand, in welchem eine Ummantelung entfernt ist. 4 ist eine Rückansicht einer weiteren Ausführungsform in einem Zustand, in welchem eine Ummantelung entfernt ist. 5 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise, die den Schritt der Erzeugung einer erfindungsgemäßen Elektrolyse schematisch zeigt. 6 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise in einem separaten Modus von Ausführungsform, die den Schritt der Erzeugung einer erfindungsgemäßen Elektrolyse zeigt. 7 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise, die den Schritt der Erzeugung einer herkömmlichen Elektrolyse zeigt. 8 ist eine vergrößerte Ansicht der wesentlichen Teile zur Erläuterung eines erfindungsgemäßen Wasserdurchflusses. 9 ist eine Längsschnittansicht der wesentlichen Teile, die eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ozonwassererzeugungsvorrichtung zeigt. 10 ist eine Längsschnittansicht der wesentlichen Teile, die eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ozonwassererzeugungsvorrichtung zeigt. 11 ist eine Schnittansicht einer Ausführungsform der herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung von Gasphasen-Ozon in einem elektrolytischen System.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine Längsschnittansicht wesentlicher Teile, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ozonwassererzeugungsvorrichtung zeigt, welche dem Stand der Technik darin entspricht, dass in der Figur das Bezugszeichen 1 einen Festkörperelektrolytfilm bezeichnet und eine Anodenelektrode 2 und eine Kathodenelektrode 3 auf eine Oberfläche bzw. die andere Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 gelegt sind und Wasser, das an die Anodenelektrodenseite 3 geliefert wird (korrekter: sowohl Wasser, das an die Anodenelektrodenseite 2 geliefert wird, als auch Wasser, das an die Kathodenelektrodenseite 3 geliefert wird), der Elektrolyse unterzogen wird (an der Anodenelektrodenseite 2), um Ozonwasser darzustellen.
Das bedeutet, dass die Anodenelektrode 2 auf eine Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 gelegt ist, die Kathodenelektrode 3 auf der anderen Oberfläche davon angebracht ist und ein Auslassende einer nicht gezeigten Stromquellenvorrichtung zwischen der Anodenelektrode 2 und der Kathodenelektrode 3 elektrisch angeschlossen ist, um eine Gleichspannung anzulegen, die der des Standes der Technik entspricht. Die Anodenelektrode 2 und die Kathodenelektrode 3 sind nicht so überlagert, dass sie den Festkörperelektrolytfilm 1 vollständig verdecken, sondern es ist eine Anzahl von Durchgangslöchern in Kommunikation mit jeder Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 ausgehend von der Elektrodenoberfläche wie bei der im zweiten Voranmeldungsbeispiel genannten porösen Elektrode bereitgestellt und die Anodenelektrode 2 und die Kathodenelektrode 3 sind mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 überlagert, der mit einem Kontaktabschnitt und einem Nichtkontaktabschnitt derart bereitgestellt ist, dass an die Anodenelektrodenseite 2 und die Kathodenelektrodenseite 3 geliefertes Wasser natürlich mit der Anodenelektrode 2 oder der Kathodenelektrode 3 in Kontakt kommt und über die Durchgangslöcher auch mit dem Festkörperelektro lytfilm 1 in direkten Kontakt kommt, was dem Stand der Technik entspricht.
Der vorstehend beschriebene verwendete Festkörperelektrolytfilm 1 ist weithin bekannt und für die Ozonerzeugung kann ein Kationenaustauschfilm der Fluor-Familie mit hoher Beständigkeit verwendet werden (in der vorliegenden Ausführungsform wurde ein Film mit einer Dicke von 300 μm·10 cm × 17 cm verwendet).
In der vorliegenden Erfindung wird ein aus Edelmetall mit einer Ozonerzeugungskatalysatorfunktion hergestelltes Drahtgewebe als Anodenelektrode 2 verwendet, auf dessen äußerer Oberfläche ein aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestelltes Maschendrahtnetz 4 gelegt ist.
Edelmetalle mit einer bekannten Ozonerzeugungskatalysatorfunktion schließen Au, Pt usw. ein. In der vorliegenden Erfindung ist das Drahtgewebe aus diesen Edelmetallen hergestellt. Während in der vorliegenden Erfindung Platin für die Anodenelektrode 2 verwendet wird, wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Platin für die Elektrode dieser Art weithin bekannt ist. Die Verwendung des Drahtgewebes für die Anodenelektrode 2 wurde in dem Voranmeldungsbeispiel vorgeschlagen. In dem Voranmeldungsbeispiel wurde jedoch lediglich der Tatsache Beachtung geschenkt, dass das Drahtgewebe die Maschen als eine Anzahl von Durchgangslöchern verwendet, in der vorliegenden Erfindung jedoch wurde einer kreisförmigen Form im Querschnitt der Drähte, welche die ein Drahtgewebe bildenden Elemente sind, Beachtung geschenkt sowie der Tatsache, dass das Drahtgewebe eine Wasserdurchlässigkeit auch in einer zu der Oberflächenrichtung parallelen Richtung aufweist. In der vorliegenden Ausführungsform wurde die Anodenelektrode 2 durch Weben von Platindrähten mit einem Durchmesser von 0,4 mm in 80 Maschen ausgebildet.
Da die das Drahtgewebe ausbildenden Drähte eine kreisförmige Querschnittsform aufweisen, kann, wenn das Drahtgewebe auf den Festkörperelektrolytfilm 1 gelegt ist, zunächst ein Abschnitt L2, der relativ zu dem Festkörperelektrolytfilm 1 von einem Kontaktabschnitt L1 beabstandet ist, wie in 5 gezeigt ausgebildet sein und, da das Drahtgewebe eine Anzahl von konvex-konkaven Abschnitten auf beiden Oberflächen davon aufweist, kann eine Anzahl von Abschnitten L2, die relativ zu dem Festkörperelektrolytfilm 1 von dem Kontaktabschnitt beabstandet sind, entsprechend ausgebildet sein, um einen schmalen Spalt zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Festkörperelektrolytfilm 1 auszubilden. Da eine Anzahl von engen Spalten zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Festkörperelektrolytfilm 1 vorliegt, kann ein großes Volumen an Wasser an einem Teil des Spaltes positioniert sein, wobei der Teil mit einer leistungsstarken Stromerzeugungsstelle zusammenfällt, die für die Elektrolyse notwendig ist.
Da das Drahtgewebe eine Anzahl von Maschen ausweist, hat es außerdem natürlich eine Wasserdurchlässigkeit in eine Richtung, die die Oberfläche kreuzt. Da das Drahtgewebe eine Anzahl von konvex-konkaven Abschnitten an beiden Oberflächen davon aufweist, kann dieses ferner schichtweise angeordnet werden, z. B. durch zwei Platten, um Wasser den Durchgang dazwischen zu ermöglichen. Mit anderen Worten, es ist auch eine Wasserdurchlässigkeit in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Drahtgewebes vorhanden und Frischwasser kann immer an eine Anzahl von schmalen Spalten zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Festkörperelektrolytfilm 1 geliefert werden.
Ist jedoch die Konstruktion derart gemacht, dass Wasser außerhalb der aus dem Drahtgewebe ausgebildeten Anodenelektrode 2 wie im Stand der Technik in eine Richtung fließen kann, die parallel zur Oberfläche des Drahtgewebes ist, weist dieser Abschnitt sogar dann, wenn das Drahtgewebe eine Wasserdurchlässigkeit in einer Oberflächenrichtung aufweist, einen sehr großen Druckverlust auf und es ist daher für das Wasser schwierig, in die Oberflächenrichtung in dem Drahtgewebe zu fließen.
In Anbetracht des Vorstehenden wird erfindungsgemäß ein aus korrosionsbeständigem Metall hergestelltes Maschendrahtnetz 4 (die hier genannte Korrosionsbeständigkeit meint die Ozon(wasser)beständigkeit) auf die äußere Oberfläche der Anodenelektrode gelegt, um die Anodenelektrode 2 mit der Außenseite davon zu vereinigen. Dieses Maschendrahtnetz 4 wird durch Vergrößern einer Metallplatte ausgebildet, die mit einer Anzahl von Schlitzen in einer versetzt angeordneten Art und Weise bereitgestellt ist, um so die Maschen auszubilden, von denen in 2 ein Teil a der Abschnitt mit dem höchsten Niveau ist, ein Teil b ein über dem Abschnitt mit dem höchsten Niveau a angeordneter Abschnitt mit einem niedrigeren Niveau ist, welcher eine Stufe niedriger als der Abschnitt a ist (oder die äußerste Endseite ist geneigt, so dass sie sich graduell absenkt), und die Maschenabschnitte c, c, die sich schräg nach oben hin zu beiden Seiten von dem Abschnitt mit dem niedrigeren Niveau b erstrecken, derart geneigt sind, dass die äußersten Endseiten graduell höher werden, um so die Abschnitte mit dem höchsten Niveau a, a zu erreichen.
Die für das Maschendrahtnetz 4 verwendete Metallplatte weist eine feststehende Dicke auf und die Rückseite davon weist eine ähnliche Form auf. Demgemäß ist das Maschen drahtnetz 4 ein aus einer Platte gebildetes Netz und weist eine äußere Form auf, die im Wesentlichen der eines durch Weben von Drähten ausgebildeten Drahtgewebes entspricht. Dies führt nicht nur zu einer Wasserdurchlässigkeit in einer die Oberfläche kreuzenden Richtung, sondern auch zu einer Wasserdurchlässigkeit in einer zu der Oberfläche parallelen Richtung. Das bedeutet insbesondere, dass Wasser vom unteren Ende zum oberen Ende von 8 bewegt (fließen gelassen) werden kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wurde eine Titanplatte mit einer Stärke von 1 mm für das Maschendrahtnetz 4 verwendet und die Titanplatte wurde zu einem Maschendrahtnetz verarbeitet, das ein Öffnungsverhältnis von ungefähr 50% sowie ungefähr 2 cm² Maschen aufweist, wobei die maximale Stärke danach 1,8 mm ist. Dieses Maschendrahtnetz weist eine Funktion als eine staubabscheidende Elektrode sowie eine Funktion als eine Halteplatte zum Halten der leicht biegbaren Anodenelektrode 2 auf, die in gleichmäßigem Druckkontakt mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 gebracht ist.
In der vorliegenden Erfindung werden die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 in eine Ummantelung 10 mit einem Wassereinlass 11 und einem Ozonwasserauslass 12 an einem bzw. dem anderen Ende davon eingekapselt.
Der hier so bezeichnete Ausdruck "eingekapselt" ("sealed into") bedeutet, dass die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 ohne Toleranz satt anliegend in die Ummantelung 10 eingesetzt sind. Wird ein großer Toleranzabschnitt in der Ummantelung 10 bereitgestellt, fließt Wasser nur durch den Toleranzabschnitt (ein Abschnitt, in welchem der Druckverlust am geringsten ist), durch welchen das Wasser leicht fließt. Daher wird der Toleranzab schnitt eliminiert, so dass das gesamte Wasser, das in die Ummantelung 10 von dem Wassereinlass 11 fließt, aus dem Ozonwasserauslass 12 fließt und die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 durchströmt.
Gerade durch das "Eingekapseltsein" wird das gesamte Wasser genügen, um in die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 zu fließen, und das "Eingekapseltsein" ist in einer Richtung des Wasserdurchflusswegabschnitts von Bedeutung. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist ein Führungsweg 11a, in welchem eine Durchflusswegbreite graduell auf die Breite der Anodenelektrode 2 und des Maschendrahtnetzes 4 verbreitert wird, stromabwärts des Wassereinlasses 11 bereitgestellt. Das Innere dieses Führungswegs 11a kann einen hohlen Abschnitt aufweisen, so dass die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 darin nicht aufgenommen werden. Ein solcher Führungsweg 11a ist das herkömmliche Mittel, um dem Fluid zu erlauben, gleichmäßig durch die Ummantelung 10 zu fließen. Wird Wasser direkt an die Ummantelung 10 geliefert, die einen größeren Durchmesser als eine Wasserversorgungsleitung mit kleinem Durchmesser aufweist, wird der Wasserdurchfluss in der Nähe von und seitlich des Wassereinlasses 11 erschwert und die Funktion der Anodenelektrode 2 kann an dem Oberflächenanteil nicht wirksam genutzt werden. Es ist daher natürlich wünschenswert, dass das Wasser in einer gleichen Menge an jede Stelle innerhalb der Ummantelung 10 fließen kann. Ein Ausflussführungsweg 12a zur graduellen Verengung einer Durchflusswegbreite aus dem Inneren der Ummantelung 10 ist stromaufwärts des Ozonwasserauslasses 12 bereitgestellt, wobei dessen Inneres ebenso einen hohlen Abschnitt aufweist.
Ferner sind in dem in 4 gezeigten Beispiel beide bzw. die Anodenelektrode 2 oder das Maschendrahtnetz 4 in dem zentralen Abschnitt in Strömungsrichtung des Wassers in der Ummantelung 10 weggelassen und ein hohler Abschnitt 10a ist in dem zentralen Abschnitt bereitgestellt. Allerdings ist auch in diesem Teil der Festkörperelektrolytfilm 1 ununterbrochen aufgenommen. Der hohle Abschnitt 10a reduziert die wirksame Fläche der Anodenelektrode 2, jedoch erhöht der hohle Abschnitt 10a den Durchmesser des Durchflussweges für einen Abschnitt, in dem die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 nicht vorhanden sind. Daher verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit derart, dass ein Rühreffekt erwartet werden kann, und darüber hinaus kann eine Funktion zur Sicherstellung der Zeit, zu der Ozon in Wasser gelöst wird, erwartet werden.
Sogar dann, wenn der Führungsweg 11a, 12a oder der hohle Abschnitt 10a wie vorstehend beschrieben bereitgestellt ist, oder sogar dann, wenn ein dem vorstehenden hohlen Abschnitt 10a entsprechender hohler Abschnitt stromaufwärts oder stromabwärts des Wasserdurchflusses der Anodenelektrode 2 und des Maschendrahtnetzes 4, obwohl dieser nicht gezeigt ist, bereitgestellt ist, fließt das gesamte Wasser durch die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4, wie es sich zeigt, es sei denn, dass diese hohlen Abschnitte eine Verbindung zwischen dem Wassereinlass 11 und dem Ozonwasserauslass 12 bereitstellen. Daher wird eine solche Konfiguration, wie sie beschrieben ist, in der vorliegenden Anmeldung auch als "eingekapselte" bezeichnet. Wenn auch nicht gezeigt, so kann eine Vielzahl der Maschendrahtnetze 4 in Form eines Laminats in der Ummantelung 10 eingekapselt sein.
Fließt das gesamte Wasser durch die Ummantelung 10, wobei sich der Wassereinlass 11 und der Ozonwasserauslass 12 an einem Ende bzw. dem anderen Ende davon befinden, fließt das Wasser, während es auf komplexe Weise die Strömungsrichtung ändert, wobei es nach einem engen Spaltabschnitt zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Maschendrahtnetz 4 sucht. Das bedeutet, dass das unter Druck in die Ummantelung 10 zugeführte Wasser durch einen komplizierten Labyrinth-artigen Durchflussweg fließen muss, während es die Richtung ändert, wobei es nach einem engen Gasdurchflussweg sucht. Insbesondere ist der Maschenabschnitt des Maschendrahtnetzes 4 im Durchmesser des Durchflussweges größer als andere enge Spaltdurchflusswege des Maschendrahtnetzes 4, durch die Wasser durchgehen kann, und weist einen hohlen Abschnitt mit einem Volumen auf. Ferner führt das in die Maschen fließende Wasser, da die Drahtgewebeabschnitte c, c verdreht sind, zu einer Strömung in einem Wirbel, d. h., einem Wirbelstrom. Dieser Wirbelstrom tritt in der Nähe der Anodenelektrode 2 auf. Ferner kann Wasser auf der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1, da die Anodenelektrode 2 das Drahtgewebe verwendet, hineingezogen werden und dieser Wirbelstrom erreicht die Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1, um eine Strömung entlang der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 zu verursachen, wodurch Wasser ohne Stauung sogar durch einen engen Spaltanteil zwischen der Anodenelektrode 2 und der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 fließen kann.
Das bedeutet, dass die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 in einer Laminatform in der Ummantelung 10 eingekapselt sind, da die Anodenelektrode 2 so gemacht ist, dass die Maschen so klein wie möglich sind, um viele Grenzflächenabschnitte zwischen einem Kontaktabschnitt und einem Nichtkontaktabschnitt des Festkörperelektrolytfilms 1 und der Anodenelektrode 2 sicherzustellen. Umfasst das Innere der Ummantelung 10 lediglich die Anodenelektrode 2 mit dichten Maschen, steigt der Druckverlust unvermeidbar an, so dass der Durchfluss des Wassers in dem engen Spaltabschnitt zwischen dem Festkörperelektrolytfilm 1 und der Anodenelektrode 2 schwierig wird und das Wasser in diesem engen Spaltabschnitt stagniert.
Allerdings wird es für das Wasser dann, wenn der Durchflusswegabschnitt, durch den das Wasser mit geringem Druckverlust leicht fließt, außerhalb der Anodenelektrode 2 bereitgestellt ist, zunehmend schwieriger, durch das Drahtgewebe hinabzufließen. Folglich liegt die Hauptaufgabe des Maschendrahtnetzes 4 darin, die vorstehend beschriebene Stauung zu eliminieren, die durch die Bereitstellung einer Anordnung überwunden wird, in welcher aus dem Grund, dass das Maschendrahtnetz 4 relativ große Maschen aufweist und die Drahtgewebeabschnitte c, c verdreht sind, durch das Maschendrahtnetz 4 in Oberflächenrichtung fließendes Wasser einen Wirbelstrom an jeder der Maschen ausbildet, um sogar Wasser in den engen Spaltabschnitt zwischen dem Festkörperelektrolytfilm 1 und der Anodenelektrode 2 hineinzuziehen.
Der Durchgang des Wassers durch ein kompliziertes Labyrinth besteht, um die Frequenz des Gas-Flüssigkeits-Kontakts aufgrund der Rührkraft zu sichern. Überdies saugt der Wirbelstrom schnell in einem sehr engen Spalt relativ zur Anodenelektrode 2 erzeugte Schäume an, um den Zustand zu sichern, in dem ein großer elektrischer Strom zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Festkörperelektrolytfilm 1 fließt (genauer: zwischen der Anodenelektrode 2 und der Kathodenelektrode 3).
Als nächstes wird der Aufbau der Kathodenelektrode beschrieben. Ein aus Metall hergestelltes Drahtgewebe wird für die Kathodenelektrode 3 verwendet, ein aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestelltes Maschendraht netz 5 wird auf die äußere Oberfläche der Kathodenelektrode 3 gelegt, wobei die Kathodenelektrode 3 und das Maschendrahtnetz 5 in einer Ummantelung 20 eingekapselt sind, die einen Wassereinlass 21 und einen Wasserauslass 22 an einem Ende bzw. dem anderen Ende davon aufweist.
Das bedeutet, dass in dem Wasserelektrolyseverfahren dieser Art Wasserstoff auf der Seite der Kathodenelektrode 3 erzeugt wird. Am Anfang der Entwicklung wurde die Kathodenelektrodenseite 3 der Atmosphäre ausgesetzt, um die Erzeugung einer reinen Menge Ozon vorläufig zu bestätigen. Es wurde ein Phänomen gefunden, dass dann, wenn die äußere Oberflächenseite des Festkörperelektrolytfilms 1 benetzt ist, die Ozonerzeugung außergewöhnlich ansteigt. Unlängst wurde die Kathodenelektrodenseite 3 auch in Wasser gelegt oder man ließ Wasser durch diese fließen. Das bedeutet, dass in dem Fall, in dem sogar dann, wenn ein elektrischer Stromfluss dazu gebracht wird, leicht durch lediglich einen Anschluss an der Anodenelektrodenseite 2 zu gehen, wenn es diesem jedoch erschwert ist, durch die Kathodenelektrodenseite 3 zu gehen, der Stromfluss folglich erschwert ist. Folglich ist die Kathodenelektrodenseite 3, um den elektrischen Strom so leicht wie möglich auch auf der Seite der Kathodenelektrode 3 zum Fließen zu bringen, so hergestellt, dass sie im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Anodenelektrodenseite 2 aufweist, infolgedessen Ozon sehr effektiv erzeugt wird. Für die Kathodenelektrode 3 können korrosionsbeständige Metalle wie Platin, Gold, Silber, Iridium usw. verwendet werden (da die Kathodenelektrodenseite 3 kein Ozon erzeugt, besteht keine Notwendigkeit, dass diese ozonbeständig ist), vorzugsweise ein gut leitendes Metall. In der vorliegenden Ausführungsform wurde Ag (Silber) verwendet.
Die vorstehend beschriebenen Ummantelungen 10 und 20 sind aus wasserdichten Materialien mit einer ozonwasserbeständigen Beschaffenheit, z. B. Teflon oder Glas, ausgebildet. (Ein Material mit ozonwasserbeständiger Beschaffenheit, das diese ummantelt, kann für die Innenfläche aus Metall verwendet werden. Wenn auch ein Acrylmaterial eine Ozonbeständigkeit aufweisen soll, so weist es doch keine so gute Beständigkeit gegenüber Ozonwasser auf.) Ein zweiteiliger kastenartiger Aufbau zum Halten des Festkörperelektrolytfilms 1, der Anodenelektrode 2 und der Kathodenelektrode 3 wird in dem zentralen Abschnitt davon ausgebildet. Wenn auch nicht gezeigt, so sind beide Ummantelungen 10 und 20 verbunden und aneinander mittels Befestigungsschrauben (in 3 und 4 bezeichnet das Bezugszeichen 35 ein Einsteckloch für die Befestigungsschraube) oder verschiedener weithin bekannter Verbindungsmechanismen und dergleichen befestigt.
Während in der Vergangenheit für das Wasser als Ausgangsstoff reines Wasser verwendet wurde, das durch Harz für destilliertes Wasser oder Ionenaustauschharz geleitet worden war, wurde in der vorliegenden Ausführungsform Wasser mit etwas darin gelöstem Elektrolyt verwendet. Das bedeutet, dass in 1 das Bezugszeichen 1 eine Wasserversorgungsleitung bezeichnet. Das Stromaufwärtsende der Wasserversorgungsleitung 31 ist mit einem Stadtwasseranschlussende über Filter 41 zur Adsorption und Entfernung von Chlor in dem Stadtwasser verbunden. Diese Wasserversorgungsleitung 31 ist mit den Wassereinlässen 11 und 21 der Ummantelungen 10 bzw. 20 verbunden, jedoch sind die Drosselventile 32 und 33 auf halben Weg eingeschoben, so dass die Menge an geliefertem Wasser geregelt werden kann.
Als nächstes wird der Betrieb der Ozonwassererzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
In der erfindungsgemäßen Ozonwassererzeugungsvorrichtung wird eine Gleichspannung zwischen beiden Elektroden 2 und 3 angelegt, um Wasser aus dem Wassereinlass 21 in die Anodenummantelung 10 und die Kathodenummantelung 20 zu liefern. Dann wird das Wasser einer Elektrolyse unterzogen, so dass Sauerstoff und Ozon auf der Seite der Anodenelektrode 2 und Wasserstoff auf der Seite der Kathodenelektrode 3 erzeugt werden. Das so erzeugte Ozon wird in dem Wasser gelöst, um Ozonwasser auf herkömmliche Art und Weise auszubilden, welches aus dem Ozonwasserauslass 12 fließt. Durch die Elektrolyse von Wasser wird auf der Seite der Kathodenelektrode 3 erzeugter Wasserstoff als Schaum ausgebildet, der zusammen mit dem Wasser aus dem Wasserauslass 22 der Ummantelung 20 fließt.
In der vorliegenden Erfindung durchströmt das Wasser die Ummantelung 10, mit anderen Worten, die Anodenelektrodenseite 2, ohne Stauung oder Zirkulation in dem Wasserbehälter mit einem vorgegebenen Volumen wie in dem Voranmeldungsbeispiel. Demgemäß erniedrigt sich die Frequenz des Gas-Flüssigkeits-Kontakts um einen Anteil, da die Durchflusszeit kurz ist. Da die Anodenelektrode 2 und das Maschendrahtnetz 4 jedoch in der Ummantelung 10 in überlagerter Form eingekapselt sind, bewegt sich das gesamte an die Ummantelung 10 gelieferte Wasser vom Wassereinlass 11 vorwärts durch den engen Spalt, der die Maschen der Anodenelektrode 2 und des Laschengeflechts 4 verbindet. Das Wasser wiederholt eine Abzweigströmung, eine Richtungsänderung, einer Erzeugung eines Wirbelstroms, eine Vereinigung usw. bei jedem Durchströmen jedes Maschenteils und fließt durch einen sehr komplizierten Durch flussweg. Das Wasser durchströmt einen Durchflussweg, der einem komplizierten Labyrinth ähnelt, und wird stark gerührt, so das die Frequenz des Gas-Flüssigkeits-Kontakts ansteigt.
Der Wasserdurchfluss in der Anodenummantelung 10 wird unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Wird das Wasser unter Druck vom unteren Ende hin zum oberen Ende in der Figur zugeführt, fließt das Wasser, da die Anodenelektrode 2 die engen Maschen aufweist, während das Maschendrahtnetz 4 die groben Maschen aufweist, hauptsächlich durch die Maschendrahtnetzseite 4 mit weniger Druckverlust, die Anodenelektrode 2 wird mit Wasser gefüllt und etwas Wasser fließt durch diese. Prallt das durch die Maschendrahtnetzseite 4 fließende Wasser auf den Kreuzungsabschnitt d und die Drahtabschnitte c, c des Maschendrahtnetzes, ändert das Wasser seine Richtung, um diese Abschnitte zu umgehen, ein Teil von diesem wird nach dem Aufprall abgezweigt und fließt in die Maschen an der Stromabwärtsseite unter dem Kreuzungsabschnitt d und den Drahtabschnitten c, c des Maschendrahtnetzes, wie dies durch den Pfeil Y1 angedeutet ist. Da der Kreuzungsabschnitt d und die Drahtabschnitte c, c des Maschendrahtnetzes 4 mit einer vorgegebenen Verdrehung in einer Strömungsrichtung des Wassers angebracht sind, fließt das Wasser entlang der Verdrehung und die Strömung in einer vertikalen Richtung in 8 ändert ihre Strömungsrichtung in eine linke und eine rechte schräge Richtung in der Figur. Die Strömung in der durch den Pfeil Y1 angezeigten Richtung prallt auf die Innenfläche der Anodenummantelung 10, um die Strömungsrichtung zur gegenüberliegenden Seite zu ändern, und dann prallt die Strömung auf die Anodenelektrode 2 oder den Festkörperelektrolytfilm 1, um die Strömungsrichtung wieder zur gegenüberliegenden Seite zu ändern, so dass das Wasser in einer Zickzackwei se fließt. Sind die Maschen groß, bildet ein Teil des Wasserdurchflusses Wirbelströme wie bei den Pfeilen Y2, Y2 und Y2 aus und ein Teil davon fließt weiter stromabwärts, wie durch den Pfeil Y1a angedeutet ist. Dieser Wirbelstrom wirkt so, dass er Wasser auf der Seite der aus einem Drahtgewebe ausgebildeten Anodenelektrode 2 hineinzieht, welche dem Maschendrahtnetz 4 gegenüberliegt, wie durch den Pfeil Y4 angedeutet ist.
Fließt der Wasserdurchfluss von den Maschen des Maschendrahtnetzes 4 in die anderen Maschen, wird die Strömungsrichtung zwangsläufig durch die das Geflecht bildenden Elemente geändert, um eine Anzahl von Wirbelströmen wie vorstehend beschrieben zu erzeugen. Die Wirbelströme kommen mit der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 in Kontakt oder in deren Nähe und werden erzeugt, da die Anodenelektrode 2 ebenso ein Drahtgewebe verwendet. Die- ser Wirbelstrom weist eine geringe Größe auf, kann jedoch eine beträchtlich schnellere Strömungsgeschwindigkeit erreichen als der Wassereinlass 11 entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des in die Anodenummantelung 10 gelieferten Wassers, um den Vorgang zu zeigen, bei welchem erzeugtes Ozon oder dergleichen durch den starken Wirbelstrom in das fließende Wasser von der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 mitgerissen wird.
Das bedeutet, dass in der Anodenelektrode 2 Ozon und Sauerstoff in der Nähe der Grenzfläche zu einem Abschnitt abseits von einem in Kontakt mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 stehenden Abschnitt erzeugt werden. 5 zeigt schematisch einen Zustand der Erzeugung von Sauerstoff und Ozon. Die Anodenelektrode 2, die einen kreisförmigen Schnitt aufweist (genauer: das bildende Element der Anodenelektrode 2) steht in Kontakt mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 und ein Abschnitt L1 mit engem Kon takt, in welchem beide vollständig in engem Kontakt stehen, ist frei vom Auftreten von Elektrolyse, da das Wasser nicht in der Mitte davon vorliegt. Allerdings ist die Anodenelektrode 2 aus einem Drahtgewebe ausgebildet und ein Metalldraht weist einen kreisförmigen Schnitt auf. Daher vergrößert sich der Abstand zwischen der Anodenelektrode 2 und dem Festkörperelektrolytfilm 1 graduell, so wie man den Abschnitt L1 mit engem Kontakt verlässt. Die stärkste Elektrolyse findet an einem Teil statt, der dem Abschnitt L1 mit engem Kontakt am nächsten liegt, und der Elektrolysebetrag wird kleiner, so wie man den Abschnitt L1 mit engem Kontakt verlässt, wobei der Elektrolysebetrag durch eine horizontale gerade Linie auf der rechten Seite von 5 angedeutet ist. In 5 bezeichnet ein durch das Bezugszeichen L2 angedeuteter Teil eine Stelle, an der Elektrolyse stattfindet. Es wurde beobachtet, dass die Stelle L2, an der Elektrolyse stattfindet, in einem kurzen Abstand, 50 bis 200 μm, auf einer Seite stattfindet, abhängig vom Durchmesser der Anodenelektrode 2 und der Stärke des elektrischen Felds.
Findet eine Elektrolyse statt, wird mit Ozon vermischter Sauerstoff zu einen Schaum B ausgebildet, der an der vorstehend beschriebenen Stelle L2 an dem Festkörperelektrolytfilm 1 aufgrund der Oberflächenspannung von Wasser anhaftet. Schreitet die Elektrolyse fort, wächst der Schaum B langsam und wird aufgeblasen. Schließlich wird der Auftrieb des Schaums B größer als die Oberflächenspannung und jener bewegt sich weg von dem Festkörperelektrolytfilm 1.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass, da der Schaum B ein schwacher elektrischer Leiter ist, dann, wenn eine große Schaummenge an der Stelle L2 vorliegt, an der Elektrolyse stattfindet, an der das elektrische Feld so stark ist, dass die Tendenz zum Auftreten von Elektrolyse besteht, der elektrische Stromfluss erschwert ist, so das dies den Vorgang darstellt, in dem sogar dann, wenn eine Spannung angelegt wird, kein Strom fließt und das Auftreten der Elektrolyse erschwert ist. Das bedeutet, dass in dem herkömmlichen Wasserelektrolysesystem die Stelle, an welcher der Elektrolysewirkungsgrad am besten ist, nicht verwendet wurde.
In der vorliegenden Erfindung jedoch tritt ein kleiner Wirbelstrom an der Stelle L2, an der Elektrolyse stattfindet, und in der Umgebung davon auf. Daher werden in Form von feinen Schäumen an der Grenzfläche erzeugte Schäume durch den Wirbelstrom mitgerissen und unmittelbar von der vorstehend genannten Stelle L2 gelöst. Stattdessen wird Frischwasser an diesen Teil geliefert, um so eine gute Leitfähigkeit zu erhalten.
Bei einem geräuscharmen Ozonisator des Entladungstyps zum Ausbilden von Gasphasen-Ozon ist es bekannt, dass dann, wenn Ozon in einem starken elektrischen Feld für eine lange Zeitdauer verweilt, Sauerstoff ozonisiert wird und ein Teil des Ozons zersetzt und weiter ozonisiert wird, wobei die Reaktion wiederholt ausgeführt wird und das Verweilen von Ozon in dem starken elektrischen Feld für eine lange Zeitdauer nicht immer effektiv ist. In dem Fall jedoch, in dem Ozon in Wasser gelöst wird, wird der Vorgang, bei dem Ozon unter dem Einfluss des elektrischen Felds gelöst wird, kaum beachtet und stellt den Vorgang dar, bei dem durch Elektrolyse erzeugtes Ozon nicht unmittelbar mit Wasser in Berührung kommt, sondern zu Flüssigphasen-Ozon (gelöstes Ozon) ausgebildet wird, wodurch Ozon an der erneuten Zersetzung aufgrund des elektrischen Felds für die Elektrolyse gehindert wird.
Die Stelle L2, an der Elektrolyse gemäß der vorliegenden Erfindung stattfindet, ist wie vorstehend beschrieben, im Vergleich zu dem Fall, in dem eine herkömmliche poröse Elektrode wie in 7 gezeigt verwendet wird, bei der das Ende der Anodenelektrode 2 in Form einer vertikalen, relativ zu dem Festkörperelektrolytfilm 1 vorliegenden Wand vorliegt und die Stelle L2, an der Elektrolyse auftritt, 10 bis 50 μm groß ist. Folglich stellt die Stelle L2, an der Elektrolyse gemäß der vorliegenden Erfindung auftritt, den Vorgang dar, bei dem der Abstand ein paar Mal vergrößert wird und das Volumen etliche Male vergrößert wird.
Ferner wird der Festkörperelektrolytfilm 1 in der Ausführungsform, da die Anodenelektrode 2 unter Druck in Kontakt mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 gebracht wird, durch die Druckkraft örtlich niedergedrückt. Allerdings kommt diese Vertiefung, da der Festkörperelektrolytfilm 1 steif ist, nicht immer mit der äußeren Oberfläche der Anodenelektrode 2 in Kontakt. Jedoch wird der Radius der Vertiefung größer als der der Anodenelektrode 2, so dass dies den Vorgang darstellt, bei dem ein die Entladungsfeldkapazität vergrößernder Abschnitt, wie durch das Bezugszeichen L3 in 5 angezeigt, ausgebildet wird.
Der Vorgang, bei dem eine große Wassermenge zum Fließen in das starke elektrische Feld gebracht wird, beruht auf der Annahme, dass die elektrische Leitfähigkeit von Wasser zu einem gewissen Grad gewährleistet ist. In dem Fall, in dem Wasser mit einer geringen elektrischen Leitfähigkeit verwendet wird, wie z. B. reines Wasser, tritt dieser Vorgang nicht in beachtlichem Umfang auf.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Metall für die Kathodenelektrode 3 verwendet, das aus kor rosionsbeständigem Metall hergestellte Maschendrahtnetz 5 wird auf die äußere Oberfläche der Kathodenelektrode 3 gelegt und die Kathodenelektrode 3 und das Maschendrahtnetz 5 werden in der Ummantelung 20 eingekapselt, die den Wassereinlass 21 und den Wasserauslass 22 an einem Ende bzw. dem anderen Ende davon aufweist. Dies stellt den Vorgang dar, bei dem eine Anzahl kleiner Wirbelströme entsprechend der Anodenelektrodenseite 2 auftritt und der durch die Elektrolyse erzeugte Wasserstoff unmittelbar von der erzeugten Stelle mitgerissen wird, und stellt ebenso den Vorgang dar, um das Phänomen zu verhindern, bei welchem Wasserstoff, welcher ein schwacher elektrischer Leiter ist, zwischen der Kathodenelektrode 3 und dem Festkörperelektrolytfilm 1 eingeschoben ist, um so die Elektrolyse zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus werden im Wasser gelöstes Calcium und dergleichen an der Kathodenelektrode 3 abgetrennt und angesammelt. Allerdings stellt der Wirbelstrom den Vorgang dar, um die Ansammlung durch die Rührkraft davon im höchsten Maß zu verhindern. In dem Standardbeispiel wird üblicherweise reines Wasser als Rohwasser verwendet. Dies ist so aufgrund der Tatsache, dass ein elektrischer Strom, da der Festkörperelektrolytfilm 1 verwendet wird, sogar in reinem Wasser fließt und eine Elektrolyse durchgeführt werden kann, wodurch reines Wasser verwendet werden kann, in welchem Chlor oder Calcium nicht beigemengt ist, um Gasphasenionen zu erhalten. Da das elektrische Feld in der vorliegenden Erfindung an dem Teil, an dem die Anodenelektrode 2 von dem Festkörperelektrolytfilm 1 beabstandet ist, positiv verwendet wird, ist es allerdings vorzuziehen Stadtwasser oder unbehandeltes Wasser (natural water) oder Wasser zu verwenden, das in der Lage ist, eine gewisse elektrische Leitfähigkeit sicherzustellen, wie z. B. Wasser, für das Stadtwasser oder unbehandeltes Wasser in eine Aktivkohleschicht eingeführt wird, um Chlor und Calcium zu entfernen, und Siliciumdioxid und dergleichen im gewissen Umfang verbleiben, jedoch kein reines Wasser. Demgemäß wird Calcium und dergleichen, nach dem Betrieb über einen langen Zeitraum auf der Seite der Kathodenelektrode 3 abgetrennt, jedoch wird die Leitfähigkeit dann, wenn sich dieses an der Kathodenelektrode ansammelt, verringert. In der vorliegenden Erfindung stellt dies den Vorgang dar, bei welchem die Ansammlung davon durch die kleinen Wirbelströme verhindert wird.
Als nächstes wird eine weitere Ausführungsform unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Anordnung ist die vorliegende Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass 21 und der Auslass 22 der Kathodenummantelung 20 durch einen Zirkulationsweg 34 mit einer Pumpe 42 und einem Wasserbehälter 50 für das Rohwasser, in welchem ein Elektrolyt gelöst ist, verbunden sind, die in der Mitte davon eingeschoben sind.
Der Grund, warum der Zirkulationsweg 34 verwendet wird, liegt darin, das Wasser wirksam zu nutzen, was eine der Aufgaben darstellt. Allerdings werden dann, wenn Wasser der Elektrolyse unterzogen wird, in dem ein Elektrolyt gelöst ist, Ca^·, Si^· (Wasserglas (water silicate, SiO) wird in Si^· gemischt, um Si^· mittels elektrischer Energie zu erzeugen), Mg^· und dergleichen an der Kathodenelektrode 3 abgetrennt und gesammelt, um die Leitfähigkeit zu verringern. Daher wird Wasser, um zu verhindern, dass sich die Ansammlung davon weiterentwickelt, üblicherweise zirkuliert, um die Leitfähigkeit auf einem bestimmten Niveau ohne Ansammlung an der Kathodenelektrode 3 zu erhalten, um eine wirksame Elektrolyse aufrechtzuerhalten.
In den 9 und 10 bezeichnet das Bezugszeichen 17 eine Entwicklungsschicht zur Verbrennung oder Adsorption von Wasserstoff.
Vorzugsweise können der Einlass 21 und der Auslass 22 der Kathodenummantelung 20 über den Zirkulationsweg 34 verbunden sein, der eine(n) in der Mitte davon eingeschobe(n) Pumpe 42 und Wasserbehälter 50 für das Rohwasser aufweist, aus dem in Wasser gelöstes Calcium, Magnesium und Silicium entfernt worden sind, um neutrale Salze zu lösen.
Das bedeutet, dass gemäß dem Merkmal der vorliegenden Erfindung das Rohwasser, aus dem Calcium (Ca), Magnesium (Mg) und Silicium (Si) entfernt worden sind, um neutrale Salze zu lösen, vorher in den Wasserbehälter 10 in der in 9 gezeigten Ausführungsform geliefert wird, um zu verhindern, dass sich Calcium (Ca) oder dergleichen an der Kathodenelektrode 3 ansammelt. Bei der Entfernung der Elektrolyte wie z. B. Calcium wird Chlor in eine Aktivkohleschicht (C1) eingeführt, wodurch jene leicht entfernt werden. Da andere Elektrolyte durch die Aktivkohle nicht entfernt werden können, wird diese in ein Ionenaustauschharz eingebaut, um jene zu entfernen. Wird eine vorbestimmte Menge an gewünschten neutralen Salzen in Wasser gelöst, aus dem der Elektrolyt entfernt worden ist, um Rohwasser zu bilden, z. B. in dem Fall, in dem Wasser verwendet wird, in dem Natriumchlorid in dem Rohwasser gelöst wird, ist Na^· an OH^· aus dem Wasser gebunden, um Natriumhydroxid (NaOH) zu bilden, und Natrium wird an der Kathodenelektrode 3 nicht abgetrennt und gesammelt. Ferner wird dann, wenn neutrale Salze in Was ser gelöst werden, ein typischer Elektrolyt gebildet. Neutrale Salze werden hier von einem Elektrolyt unterschieden, da der Begriff Elektrolyt in einem weiten Sinn verwendet wird.
Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Anordnung kann eine Wasserversorgungsleitung 31, die mit einem Filter 41 in der Mitte davon bereitgestellt ist und ein Stromaufwärtsende aufweist, das mit einer Anschlussöffnung für Stadtwasser oder unbehandeltes Wasser verbunden ist, mit dem Einlass 11 der Anodenummantelung 10 verbunden sein.
Leicht verfügbares Wasser ist zunächst Stadtwasser und dann Wasser in Flüssen, einem See und einem Sumpf, Quellwasser usw. Verschiedene Stoffe werden üblicherweise vorher in einem solchen Wasser gelöst, die in gewissem Umfang eine Leitfähigkeit aufweisen, und diese können verwendet werden. Im Fall von unbehandeltem Wasser sind einige Feststoffe darin beigemischt und diese können durch den Filter 41 gefiltert werden. Es besteht nicht die Gefahr, dass Feststoffe in Stadtwasser beigemischt sind, jedoch ist in unserem Land stattdessen eine relativ geringe Menge an Chlor beigemischt. In dem Fall, in dem Chlor entfernt werden muss, kann ein Filter 41, in den Aktivkohle gelegt ist, verwendet werden, um Chlor zu entfernen.
Ferner kann, wie in 10 gezeigt ist, ein Ionenaustauschharz-Behälter 43 zur Entfernung eines gelösten Elektrolyts stromabwärts des Filters 41 installiert sein und eine Elektrolytauflösevorrichtung 44 zum Lösen eines gewünschten Elektrolyts kann weiter stromabwärts davon installiert sein.
Der weithin bekannte Ionenaustauschharz-Behälter 43 kann verwendet werden und die Elektrolytauflösevorrichtung 44 setzt sich aus einem Elektrolytaufnahmebehälter 44a, einem Ablaufstellventil 44b und einer Mischvorrichtung 44c zusammen, wobei das Ablaufstellventil 44b durch einen Leitfähigkeitsdetektor 44d oder dergleichen gesteuert wird.
Wie vorstehend beschrieben wird die Leitfähigkeit dann gehalten, wenn eine gewünschte Menge des gewünschten Elektrolyts in der Anodenummantelung 10 gelöst ist, um eine wirksame Elektrolyse sicherzustellen. Der stabile Betrieb kann hergestellt werden, indem die Leitfähigkeit auf einem vorbestimmten Niveau gehalten wird. Auf der Seite der Anodenelektrode 10, wird Ca^· oder dergleichen durch die Anodenelektrode nicht elektrisch adsorbiert und sogar dann, wenn dieses durch Elektrolyse abgetrennt wird, kann es sich nicht ansammeln. Daher kann ein dieses enthaltender Elektrolyt verwendet werden.
In dem Stadtwasser oder dem unbehandeltem Wasser gelöste Verunreinigungen werden sofort entfernt und eine gewünschte Menge des gewünschten Elektrolyts wird von der Elektrolytauflösevorrichtung 44 gelöst, wodurch ein stabiler Betrieb hergestellt werden kann, um immer Ozonwasser mit einer gleichbleibenden Qualität darzustellen.
Noch bevorzugter wird für die Anodenummantelung 10 eine Wasserversorgungsleitung 31 verwendet, die einen Ionenaustauschharz-Behälter 43 zur Entfernung eines gelösten Elektrolyts aufweist, der stromabwärts des Filters 41 installiert ist, sowie eine Elektrolytauflösevorrichtung 44 zum Lösen eines gewünschten Elektrolyts, die weiter stromabwärts davon installiert ist. Die Kathodenummantelung 20 ist mit einem Einlass 21 und einem Auslass 22 bereitgestellt und es wird ein Zirkulationsweg 44 verwendet, der ein(e) in der Mitte davon eingeschobene(r) Pumpe 42 und Wasserbehälter 50 für das Rohwasser aufweist, um im Wasser gelöstes Calcium, Magnesium und Silicium zu entfernen und neutrale Salze aufzulösen.
Um die Leitfähigkeit sicherzustellen, ist lediglich eine Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 nicht ausreichend und ein Elektronenfluss, der durch den Festkörperelektrolytfilm 1 geht, sollte sowohl durch die Einlass- als auch die Auslassseite gleichmäßig bereitgestellt werden. So wird in der vorliegenden Erfindung Wasser, in welchem ein Elektrolyt gelöst ist, an sowohl die Anodenummantelung 10 als auch die Kathodenummantelung 20 geliefert und überdies wird eine gewünschte Menge des gewünschten Elektrolyts gelöst, um einen stabilen Betrieb sicherzustellen, und es wird verhindert, dass der Elektrolyt abgetrennt und an der Kathodenelektrode 3 gesammelt wird.
Ferner können in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in Wasser gelöste neutrale Salze verwendet werden und als ein Elektrolyt kann entweder Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Natriumsulfat verwendet werden.
Wenn Natriumchlorid, Kaliumchlorid oder Natriumsulfat für die Kathodenummantelung verwendet werden, wird verhindert, dass die Leitfähigkeit verringert wird, ohne dass eine abgetrennte und angesammelte Substanz erzeugt wird. Wird dieses für die Anodenummantelung 10 verwendet, verbleibt jedoch in dem Fall, dass Natriumchlorid verwendet wird, Chlor auf der Seite der Anodenelektrode 2 (wird nicht von der Kathodenummantelungsseite 5 bewegt), Natrium bewegt sich zu der Kathodenelektrodenseite 3 und auf der Anodenelektrodenseite 2 werden Chlor und Wasserstof fionen des Wassers gebunden, um Salzsäure (HCl) zu bilden, wodurch saures Ozonwasser erhalten wird. Im Fall von Kaliumchlorid kommt es zu den gleichen Ergebnissen. Im Fall von Natriumsulfat wird Schwefelsäure (H₂SO₄) erzeugt. Im Fall von Ozonwasser, in dem eine geringe Menge an Salzsäure oder Schwefelsäure gelöst ist, können Sterilisierungs- und Bleichkräfte erwartet werden. Diese sind jedoch unbedeutend in Bezug auf die Lösegeschwindigkeit. Die vorliegende Erfindung hat der Tatsache Beachtung geschenkt, dass es lange dauert, das saure Ozonwasser in einem natürlichen Zustand zu verdünnen. Es wurde als Ergebnis der Versuche angesehen, dass in Ozonwasser mit einem pH-Wert von 4 die Halbwertzeit ungefähr sechs Mal die von neutralem Ozonwasser ist.
Für die Anodenelektrode 2 kann ein Drahtgewebe verwendet werden, in welchem aus Platin (Pt), Gold oder einem vorwiegend aus diesen Metallen bestehendem Metall gebildete Metalldrähte verwebt sind. Ein Metall, das vorwiegend aus Platin besteht, ist eines, in welchem ungefähr 10% Rhodium mit Platin und Gold kombiniert sind. Die Verwendung von Platin ist weithin bekannt und es hat sich gezeigt, dass Platin die Bildung von Ozon unterstützt. Platin weist außerdem die Funktion auf, Ozon bei Kontakt zu zersetzen. In der vorliegenden Erfindung jedoch wird erzeugtes Ozon durch den Wirbelstrom unmittelbar in Wasser gelöst, um die Kontaktzersetzung zu minimieren, wodurch verhindert wird, dass die Ozonkonzentration des Ozonwassers verringert wird. Die Anodenelektrode 2 ist zu einem Drahtgewebe ausgebildet und das Drahtgewebe zusammen mit dem Maschendrahtnetz stellen eine Wasserdurchlässigkeit in der Oberflächenrichtung sicher, so dass Wasser in möglichen Kontakt mit der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms 1 fließen kann.
Ferner kann in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform für die Kathodenelektrode 3 ein Drahtgewebe verwendet werden, in welchem aus Silber (Ag), Platin oder einem vorwiegend aus Platin bestehendem Metall gebildete Drähte verwebt sind. Silber ist ein guter elektrischer Leiter. Eine solche Verwendung dieser Art als Kathodenelektrode wurde seit langem vorgeschlagen. Der Grund dafür liegt nicht eindeutig vor, es würde jedoch herausgefunden, dass die Menge an erzeugtem Ozon unter der gleichen Verwendungsbedingung ein Vielfaches der von Gold und Platin ist, die ähnlich gute elektrische Leiter sind. Es wurde außerdem von einem Aspekt des Phänomens bestätigt, dass die Ansammlung von durch die Elektrolyse bewirkten Abscheidungen sehr gering ist.
Während in der vorliegenden Ausführungsform eine Beschreibung eines Beispiels gegeben wurde, in dem eine Gleichspannung zwischen einer aus einem Drahtgewebe, das aus einem Edelmetall hergestellt ist, ausgebildeten Anodenelektrode und einer aus einem Drahtgewebe, das aus einem Metall hergestellt ist, ausgebildeten Kathodenelektrode angelegt wird, wird darauf hingewiesen, dass eine Gleichspannung zwischen einem Maschendrahtnetz auf der Anodenseite, das auf die äußere Oberfläche des aus Edelmetall hergestellten Drahtgewebes gelegt ist, und einem Maschendrahtnetz auf der Kathodenseite, das auf die äußere Oberfläche des aus Metall hergestellten Drahtgewebes gelegt ist, angelegt werden kann. Da beide Maschendrahtnetze an vielen Teilen davon mit dem aus Edelmetall hergestelltem Drahtgewebe als Anodenelektrode und dem aus Metall hergestellten Drahtgewebe als Kathodenelektrode in Kontakt stehen, können diese im Wesentlichen die gleiche Wirkung erzielen wie in dem Fall, in dem die Gleichspannung zwischen der aus dem aus Edelmetall hergestellten Drahtgewebe ausgebildeten Anodenelektrode und der aus dem aus Metall hergestellten. Drahtgewebe ausgebildeten Kathodenelektrode angelegt wird. Überdies, da das Maschendrahtnetz verglichen mit dem aus Edelmetall hergestellten Drahtgewebe und dem aus Metall hergestelltem Drahtgewebe steif ist, liegt ein Effekt vor, dass eine Tendenz besteht, eine Spannung daran anzulegen.
Beispielsweise wurden Überlegungen angestellt für den Fall, bei dem ein elektrischer Kontakt zwischen einem Drahtgewebe mit einer geringen Steifigkeit und einer Anschlussklemme zum Anlegen einer Hochspannung bereitgestellt wird. In einem solchen Fall können als Verfahren zur Bereitstellung des elektrischen Kontakts die folgenden drei Verfahren in Betracht gezogen werden:

1. Verfahren zum Verbinden durch Schweißen, Löten und dergleichen,
2. Verfahren zum Sichern durch Metallbolzen, Drähte und dergleichen,
3. Verfahren zum Anpressen.

Von diesen tritt in dem Verfahren (1), wenn geschweißt wird, eine thermische Verformung in dem Drahtgewebe auf, welche die Leistung mindert. In dem Verfahren (2) erzeugt das Drahtgewebe einen Vorsprung an der gegenüberliegenden Oberfläche, und wenn dieser Abschnitt mit dem Festkörperelektrolytfilm 1 in Kontakt kommt, wird eine Form auf der Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms ausgebildet, die sich von der anderer Kontaktabschnitte unterscheidet, was zu einer Leistungsminderung wie z. B. einer Beschädigung des Festkörperelektrolytfilms führt. In dem Verfahren (3) wird das Drahtgewebe, da die Steifigkeit des Drahtgewebes gering ist, selbst dann, wenn die Anschlussklemme zum Anlegen einer Hochspannung angepresst wird, verformt, so dass die Reaktionskraft reduziert wird, wobei das Erzie len eines guten elektrischen Kontakts ausbleibt. Demgemäß steigt der elektrische Widerstand an und, wenn eine Hochspannung angelegt wird, wird an dem Kontaktabschnitt Wärme erzeugt, wodurch das anlegen einer für die Elektrolyse notwendigen Hochspannung scheitert.
Andererseits entspricht der Fall, in welchem ein elektrischer Kontakt zwischen dem Maschendrahtnetz mit einer großen Steifigkeit und der Anschlussklemme zum Anlegen einer Hochspannung bereitgestellt wird, dem Fall, in dem die Festigkeit gering ist, in Bezug auf die vorstehenden Verfahren (1) und (2). In Verfahren (3) jedoch kann die ausreichende Reaktionskraft, da die Steifigkeit groß ist, durch Anpressen erhalten werden und ein ausreichender elektrischer Kontakt kann erhalten werden. Demgemäß ist der elektrische Widerstand des Kontaktabschnitts gering, der Betrag an Wärmeerzeugung des Kontaktabschnitts ist gering und die für die Elektrolyse nötige Hochspannung kann ohne Verlust angelegt werden.
Spezifisches Beispiel
Als ein spezifisches Beispiel wurde die in 1 gezeigte Vorrichtung unter den folgenden Bedingungen hergestellt.
Der Festkörperelektrolytfilm 1 war ein Kationenaustauschfilm der Fluor-Familie, der eine Dicke von 300 μm·10 cm × 17 cm aufwies.
Die Kathodenelektrode 2 wurde durch Verweben von Platindrähten mit einem Durchmesser von 0,4 mm in 80 Maschen ausgebildet, wobei die Größe 8 cm × 15 cm betrug.
Die Maschendrahtnetze 4 und 5 wurden durch Bearbeiten einer aus Titan hergestellten Platte mit einer Dicke von 1 mm zu einem Maschendrahtnetz ausgebildet, das ein Öffnungsverhältnis von 50% sowie 2 cm² Maschen aufweist, um eine maximale Dicke von 2,4 mm zu erhalten, wobei die Größe 8 cm × 15 cm betrug.
Verschiedene Betriebsbedingungen wurden in dem vorstehend beschriebenen Beispiel untersucht. Die erhaltenen Ozonkonzentrationen des Ozonwassers sind in der nachfolgenden Tabelle 1 angegeben. Was das Wasser betrifft, so wurde Stadtwasser verwendet, dessen Temperatur 20 °C betrug und aus dem Chlor mittels Aktivkohle entfernt worden war.
Tabelle 1
Die vorstehend beschriebene Ozonkonzentration wurde durch ein coulometrisches Iod-Titrationsverfahren gemessen, das als ein Ozonzähler (ozon counter) ZC-15-Typ bezeichnet wird, der durch Hiranuma hergestellt wird. Die obere Spannungsgrenze betrug 32 V. Es kann jedoch ohne weiteres angenommen werden, dass dann, wenn die Spannung erhöht wird, die Ozonkonzentration verbessert wird. Der in der vorliegenden Erfindung verwendete Festkörperelektrolytfilm 1 ist bisher verwendet worden. Bei der Soda-Elektrolyse, da üblicherweise ein Strom von über 5 A/cm² fließt, weisen die in Tabelle 1 gezeigten Strombeträge eine ausreichende Toleranz für die Beständigkeit des Festkörperelektrolytfilms 1 auf.

Claims

Ozonwassererzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Ozonwasser, umfassend: einen Festkörperelektrolytfilm; eine aus einem Edelmetalldrahtgewebe ausgebildete Kathodenelektrode, die auf eine Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gelegt ist; eine aus einem Edelmetalldrahtgewebe mit einer Ozonerzeugungskatalysatorfunktion ausgebildete Anodenelektrode, die auf die andere Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gelegt ist, wobei zur Elektrolyse von Wasser eine Gleichspannung zwischen der Anodenelektrode und der Kathodenelektrode angelegt wird; eine Anodenummantelung mit einem Wassereinlass an einem Ende davon und einem Ozonwasserauslass an dem anderen Ende davon, um die Anodenelektrode zu umhüllen; eine Kathodenummantelung mit einem Wassereinlass an einem Ende davon und einem Wasserauslass an dem anderen Ende davon, um die Kathodenelektrode zu umhüllen; und ein aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestelltes Maschendrahtnetz, das auf die äußere Oberflächenseite der Anodenelektrode gelegt ist, wobei die Anodenummantelung die Anodenelektrode und das Maschendrahtnetz umhüllt.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anodenelektrode und das Maschendrahtnetz in der Anodenummantelung eingekapselt sind.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: eine Anschlussöffnung für Stadtwasser oder unbehandeltes Wasser, um das Rohwasser auf der Anodenseite der Anodenummantelung zuzuführen; eine Wasserversorgungsleitung, um den Wassereinlass der Anodenummantelung mit der Anschlussöffnung für das Stadtwasser oder unbehandelte Wasser zu verbinden; und einen Zirkulationsweg, um den Einlass und den Auslass der Kathodenummantelung zu verbinden, wobei der Zirkulationsweg eine Pumpe und einen in der Mitte davon eingeschobenen Wasserbehälter auf der Kathodenseite für das Rohwasser mit einem darin aufgelösten Elektrolyten hoher Leitfähigkeit aufweist.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei ein Filter in der Mitte der Wasserversorgungsleitung angeordnet ist, um den Wassereinlass der Anodenummantelung mit der Anschlussöffnung für das Stadtwasser oder unbehandelte Wasser zu verbinden.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung ferner umfasst: ein Ionenaustauschharz, das stromabwärts des Filters angeordnet ist; und eine Elektrolytauflösevorrichtung, die zwischen das Ionenaustauschharz und den Wassereinlass der Anodenelektrode eingeschoben ist, um den gewünschten Elektrolyt zu lösen.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anodenelektrode ein Drahtgewebe umfasst, das durch Weben von Drähten ausgebildet ist, die aus Platin, Gold oder einem vorwiegend diese Metalle enthaltenden Metall gebildet sind.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kathodenelektrode ein Drahtgewebe umfasst, das durch Weben von Drähten ausgebildet ist, die aus Silber, Platin oder einem vorwiegend Platin enthaltenden Metall gebildet sind.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anodenelektrode eine Elektrode umfasst, die gegen eine Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gedrückt ist, und die Kathodenelektrode eine Elektrode umfasst, die gegen die andere Oberfläche des Festkörperelektrolytfilms gedrückt ist.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: ein aus einem korrosionsbeständigen Metall hergestelltes Maschendrahtnetz auf der Kathodenseite, das auf die äußere Oberflächenseite der Kathodenelektrode gelegt ist; wobei die Kathodenummantelung auch das Drahtgewebe auf der Kathodenseite umhüllt.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Anodenelektrode und das Maschendrahtnetz auf der Anodenseite in der Anodenummantelung eingekapselt sind; und die Kathodenelektrode und das Maschendrahtnetz auf der Kathodenseite in der Kathodenummantelung eingekapselt sind.
Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Gleichspannung zwischen dem Maschendrahtnetz auf der Anodenseite und dem Maschendrahtnetz auf der Kathodenseite angelegt wird.
Verwendung einer Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, um gelöstes Calcium, Magnesium und Silizium aus dem Rohwasser auf der Kathodenseite zu entfernen.
Verwendung einer Ozonwassererzeugungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Elektrolyt Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Natriumsulfat umfasst.