JP3304563B2 - 電解オゾン発生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水電解によりオゾンを
製造するための電解オゾン発生装置に関し、より詳細に
は電解電圧を低減できかつ特別な冷却機構を必要としな
い取扱いの容易な電解オゾン発生装置に関する。
製造するための電解オゾン発生装置に関し、より詳細に
は電解電圧を低減できかつ特別な冷却機構を必要としな
い取扱いの容易な電解オゾン発生装置に関する。
【０００２】
【従来技術とその問題点】水電解によりオゾンを製造す
る工夫は古くから行われ、２種類の電解法により高濃度
で高純度のオゾンが得られている。第１の方法は、補助
電解質として高電気陰性度の陰イオンを含む液を電解し
てオゾンを製造する溶液電解法であり、第２の方法は高
分子固体電解質を使用する純粋な水電解方法である。前
者の方法は電極物質、溶液（電解液）及び電解条件等の
選択により極めて高い電流効率が得られるが、電解液の
極めて高い腐食性のため実験室的に検討が進んでいるの
みで実用装置として市販されていない。
る工夫は古くから行われ、２種類の電解法により高濃度
で高純度のオゾンが得られている。第１の方法は、補助
電解質として高電気陰性度の陰イオンを含む液を電解し
てオゾンを製造する溶液電解法であり、第２の方法は高
分子固体電解質を使用する純粋な水電解方法である。前
者の方法は電極物質、溶液（電解液）及び電解条件等の
選択により極めて高い電流効率が得られるが、電解液の
極めて高い腐食性のため実験室的に検討が進んでいるの
みで実用装置として市販されていない。
【０００３】一方パーフルオロカーボンスルホン酸系陽
イオン交換膜を固体電解質としその両側に陰極及び陽極
を密着させた所謂固体電解質型又はゼロギャップ型電解
である第２の方法は、構造が比較的簡単であり生成する
オゾン以外には腐食性あるいは危険のある物質が存在し
ないため取扱いが容易でことも含めて、数種の装置が商
品化されている。この装置のオゾン発生の電流効率は現
在のところ最高で20％程度、通常は13〜18％であり、得
られる生成ガスは13〜18重量％のオゾンを含む水が飽和
した酸素ガスである。この装置を使用する電解系では液
成分が脱イオン水であり腐食性は殆どないと考えてよい
ので、電極の消耗やその他の成分の溶出がなく、不純物
が混入しないため、純粋に近い混合ガスが得られるとい
う特徴がある。
イオン交換膜を固体電解質としその両側に陰極及び陽極
を密着させた所謂固体電解質型又はゼロギャップ型電解
である第２の方法は、構造が比較的簡単であり生成する
オゾン以外には腐食性あるいは危険のある物質が存在し
ないため取扱いが容易でことも含めて、数種の装置が商
品化されている。この装置のオゾン発生の電流効率は現
在のところ最高で20％程度、通常は13〜18％であり、得
られる生成ガスは13〜18重量％のオゾンを含む水が飽和
した酸素ガスである。この装置を使用する電解系では液
成分が脱イオン水であり腐食性は殆どないと考えてよい
ので、電極の消耗やその他の成分の溶出がなく、不純物
が混入しないため、純粋に近い混合ガスが得られるとい
う特徴がある。
【０００４】従って従前からの殺菌等の応用分野に加え
て、エレクトロニクスの洗浄等の精密工学の分野にもオ
ゾンの使用が拡大されつつある。ところが前述の特徴を
有する固体電解質型オゾン製造装置では、放電式のオゾ
ン発生装置と比較して消費電力が大きいという問題点を
有している。放電法では通常消費電力は15〜20Ｗｈ／ｇ
−オゾン（オゾン濃度は２〜３％）であり、オゾン濃度
を10％程度まで上昇させるためには冷却器の設置や使用
ガスを空気から酸素に代える必要があり、この条件下で
の運転における電力消費は70〜80Ｗｈ／ｇ−オゾンであ
ると言われている。一方固体電解質を使用する電解法で
は常に13〜18％の高濃度オゾンが得られるものの、その
消費電力は70〜80Ｗｈ／ｇ−オゾンが必要であり大きな
問題となっていた。
て、エレクトロニクスの洗浄等の精密工学の分野にもオ
ゾンの使用が拡大されつつある。ところが前述の特徴を
有する固体電解質型オゾン製造装置では、放電式のオゾ
ン発生装置と比較して消費電力が大きいという問題点を
有している。放電法では通常消費電力は15〜20Ｗｈ／ｇ
−オゾン（オゾン濃度は２〜３％）であり、オゾン濃度
を10％程度まで上昇させるためには冷却器の設置や使用
ガスを空気から酸素に代える必要があり、この条件下で
の運転における電力消費は70〜80Ｗｈ／ｇ−オゾンであ
ると言われている。一方固体電解質を使用する電解法で
は常に13〜18％の高濃度オゾンが得られるものの、その
消費電力は70〜80Ｗｈ／ｇ−オゾンが必要であり大きな
問題となっていた。
【０００５】この原因として、水電解によるオゾン製造
の電流効率が通常の電解と比較して13〜18％と低いこ
と、更にオゾン製造には不要が水素発生が副反応として
生じ、該水素ガス発生の電力消費が大きいことが挙げら
れる。そしてこの併産される水素ガスが拡散して製造さ
れるオゾン含有ガス中に0.1 〜数％混入してしまうとい
う問題点を併せ持っていた。電流効率を向上させ従って
消費電力を減少させる試みは継続して現在でも広く行わ
れているが、電流効率を飛躍的に向上させ安定した状態
でオゾン製造を行い得る手段は現状では見出されていな
い。
の電流効率が通常の電解と比較して13〜18％と低いこ
と、更にオゾン製造には不要が水素発生が副反応として
生じ、該水素ガス発生の電力消費が大きいことが挙げら
れる。そしてこの併産される水素ガスが拡散して製造さ
れるオゾン含有ガス中に0.1 〜数％混入してしまうとい
う問題点を併せ持っていた。電流効率を向上させ従って
消費電力を減少させる試みは継続して現在でも広く行わ
れているが、電流効率を飛躍的に向上させ安定した状態
でオゾン製造を行い得る手段は現状では見出されていな
い。
【０００６】しかし併産される水素ガスによる消費電力
を減少させる方法としては例えば酸素ガス陰極を使用す
る方法が提案されている（1992年ソーダ工業技術討論会
要旨集）。この方法は陰極反応を２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2
の水素発生反応からＨ2 ０＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →２ＯＨ
- の水素を発生させない反応に変換することにより、水
素発生に必要とされる電圧分の電圧低下を実現させる方
法で、酸素ガス陰極を使用しない場合の電圧3.1 〜3.6
Ｖから0.5 〜0.6 Ｖの電圧低下が達成されている。一方
この方法では電流密度が50Ａ／ｄｍ2 以上の大電流であ
り電解が40℃以下の低温で行われることから必然的に過
電圧が大きくなり、その分発熱が大きくなるという問題
点がある。即ち酸素ガス陰極の使用により電圧は低下す
るが発熱のため別に冷却器やチラーを設置する必要が生
じ、全体的なエネルギー減少はごく僅かであると考えら
れ、より効率の高い電圧減少法が要請されている。
を減少させる方法としては例えば酸素ガス陰極を使用す
る方法が提案されている（1992年ソーダ工業技術討論会
要旨集）。この方法は陰極反応を２Ｈ+ ＋２ｅ- →Ｈ2
の水素発生反応からＨ2 ０＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →２ＯＨ
- の水素を発生させない反応に変換することにより、水
素発生に必要とされる電圧分の電圧低下を実現させる方
法で、酸素ガス陰極を使用しない場合の電圧3.1 〜3.6
Ｖから0.5 〜0.6 Ｖの電圧低下が達成されている。一方
この方法では電流密度が50Ａ／ｄｍ2 以上の大電流であ
り電解が40℃以下の低温で行われることから必然的に過
電圧が大きくなり、その分発熱が大きくなるという問題
点がある。即ち酸素ガス陰極の使用により電圧は低下す
るが発熱のため別に冷却器やチラーを設置する必要が生
じ、全体的なエネルギー減少はごく僅かであると考えら
れ、より効率の高い電圧減少法が要請されている。
【０００７】
【発明の目的】本発明は、前述の従来技術の問題点を解
消し、電解電圧を減少させかつ特別の冷却機構を必要と
しない電解オゾン製造装置を提供することを目的とす
る。
消し、電解電圧を減少させかつ特別の冷却機構を必要と
しない電解オゾン製造装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】本発明は、その両側に
それぞれ多孔質の陽極物質及び陰極物質を密着配置させ
たパーフルオロカーボン系陽イオン交換膜を固体電解質
とし、陽極側に脱イオン水を供給し、陰極室側に空気又
は酸素富化空気を供給しながら電解を行う装置におい
て、前記空気又は酸素富化空気を、固体電解質と陰極の
界面に対応する陰極室の周壁に放射状に穿設した複数の
空気供給孔を通して供給することを特徴とする電解オゾ
ン発生装置である。
それぞれ多孔質の陽極物質及び陰極物質を密着配置させ
たパーフルオロカーボン系陽イオン交換膜を固体電解質
とし、陽極側に脱イオン水を供給し、陰極室側に空気又
は酸素富化空気を供給しながら電解を行う装置におい
て、前記空気又は酸素富化空気を、固体電解質と陰極の
界面に対応する陰極室の周壁に放射状に穿設した複数の
空気供給孔を通して供給することを特徴とする電解オゾ
ン発生装置である。
【０００９】以下本発明を詳細に説明する。従来減極用
として使用されたガス電極は、ガスを保持するための疎
水性膜によりガスと液が分離され、該疎水性膜の表面の
親水性部分に分布した電極物質上で液とガスの接触反応
により減極が行われるが、気液界面もガスも比較的固定
化されており、減極効果は大きいが発熱を冷却する効果
は殆どない。本発明は、ガス電極を使用せずに陰極液中
に空気や酸素富化した空気を送気することにより液中に
空気を飽和させて、これにより細かい空気泡と液界面で
の減極反応を利用して陰極反応の少なくとも一部をＨ2
０＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →２ＯＨ- に変換して水素発生に
起因するエネルギー消費を抑制し、かつこの細かい気泡
の流れによる冷却ならびにこれに伴う陰極液の蒸発によ
る吸熱により電解液の温度を低く維持することを達成す
る。
として使用されたガス電極は、ガスを保持するための疎
水性膜によりガスと液が分離され、該疎水性膜の表面の
親水性部分に分布した電極物質上で液とガスの接触反応
により減極が行われるが、気液界面もガスも比較的固定
化されており、減極効果は大きいが発熱を冷却する効果
は殆どない。本発明は、ガス電極を使用せずに陰極液中
に空気や酸素富化した空気を送気することにより液中に
空気を飽和させて、これにより細かい空気泡と液界面で
の減極反応を利用して陰極反応の少なくとも一部をＨ2
０＋1/2 Ｏ2 ＋２ｅ- →２ＯＨ- に変換して水素発生に
起因するエネルギー消費を抑制し、かつこの細かい気泡
の流れによる冷却ならびにこれに伴う陰極液の蒸発によ
る吸熱により電解液の温度を低く維持することを達成す
る。
【００１０】更に従来の電解法では陽極室で生成したオ
ゾンの一部が陰極室側に移行して陰極液中に溶解しこの
イオン含有水をイオン交換樹脂を通して精製することが
困難であったため、前記陰極液を脱イオン化し再利用す
ることは通常行われなかったが、本発明では、陰極室中
へ送気される空気又は酸素富化空気との接触によりオゾ
ン分解が促進されるため、陰極液はそのまま脱イオンす
ることが可能になる。従って陰極液の再利用が可能にな
り、これにより排水量が減少し、更に従来行われていた
定期的な排水処理も不要となる。
ゾンの一部が陰極室側に移行して陰極液中に溶解しこの
イオン含有水をイオン交換樹脂を通して精製することが
困難であったため、前記陰極液を脱イオン化し再利用す
ることは通常行われなかったが、本発明では、陰極室中
へ送気される空気又は酸素富化空気との接触によりオゾ
ン分解が促進されるため、陰極液はそのまま脱イオンす
ることが可能になる。従って陰極液の再利用が可能にな
り、これにより排水量が減少し、更に従来行われていた
定期的な排水処理も不要となる。
【００１１】次に本発明に係わる電解オゾン発生装置の
各部材について説明する。固体電解質である陽イオン交
換膜及び陽極物質は従来のオゾン製造装置で使用される
ものと実質的に同一で良い。陽極物質としてはβ−二酸
化鉛が使用されることが多くこの二酸化鉛は湿潤状態の
イオン交換膜との非荷電下での親和力が小さいため、前
記陽極物質は前記イオン交換膜に直接被覆するのではな
く、微細な多孔質電極基材に被覆しこれを前記イオン交
換膜と強く接触させる所謂ゼロギャップタイプとするこ
とが望ましい。勿論特定範囲で耐食性に問題のあるβ−
二酸化鉛の代わりに他の電極物質を使用する場合にはそ
の電極物質の特性に応じてイオン交換膜上に直接該電極
物質を被覆してもあるいは前述のようなゼロギャップタ
イプとしても良い。
各部材について説明する。固体電解質である陽イオン交
換膜及び陽極物質は従来のオゾン製造装置で使用される
ものと実質的に同一で良い。陽極物質としてはβ−二酸
化鉛が使用されることが多くこの二酸化鉛は湿潤状態の
イオン交換膜との非荷電下での親和力が小さいため、前
記陽極物質は前記イオン交換膜に直接被覆するのではな
く、微細な多孔質電極基材に被覆しこれを前記イオン交
換膜と強く接触させる所謂ゼロギャップタイプとするこ
とが望ましい。勿論特定範囲で耐食性に問題のあるβ−
二酸化鉛の代わりに他の電極物質を使用する場合にはそ
の電極物質の特性に応じてイオン交換膜上に直接該電極
物質を被覆してもあるいは前述のようなゼロギャップタ
イプとしても良い。
【００１２】陰極物質も同様にイオン交換膜上に直接該
電極物質を被覆してもあるいはゼロギャップタイプとし
ても良いが、供給した空気と水との混合を良好に行うた
めには、電極物質の一部がイオン交換膜中に埋設される
直接被覆よりゼロギャップタイプとすることが好まし
い。陰極側をゼロギャップタイプとする場合には、多孔
性の集電体に電極物質を被覆してもあるいは中間に例え
ば炭素等を介在させて白金ブラックを担持させる等担体
を別に設けても良い。但しいずれの場合にも、ガス減極
の効果を出来る限り大きくするために、固体電解質であ
る陽イオン交換膜近傍まで空気を進入させる必要があ
り、そのためには前記集電体や前記担体の貫通孔の孔径
は大きい方が好ましく、例えばその孔径を10〜100 μｍ
とする。孔径が10μｍより小さいと前述の陽イオン交換
膜近傍までの空気の進入が困難となる。一方孔径が100
μｍを越えると、空気の進入は容易になるが、固体電解
質内の電流分布に偏りが生ずることが予想される。
電極物質を被覆してもあるいはゼロギャップタイプとし
ても良いが、供給した空気と水との混合を良好に行うた
めには、電極物質の一部がイオン交換膜中に埋設される
直接被覆よりゼロギャップタイプとすることが好まし
い。陰極側をゼロギャップタイプとする場合には、多孔
性の集電体に電極物質を被覆してもあるいは中間に例え
ば炭素等を介在させて白金ブラックを担持させる等担体
を別に設けても良い。但しいずれの場合にも、ガス減極
の効果を出来る限り大きくするために、固体電解質であ
る陽イオン交換膜近傍まで空気を進入させる必要があ
り、そのためには前記集電体や前記担体の貫通孔の孔径
は大きい方が好ましく、例えばその孔径を10〜100 μｍ
とする。孔径が10μｍより小さいと前述の陽イオン交換
膜近傍までの空気の進入が困難となる。一方孔径が100
μｍを越えると、空気の進入は容易になるが、固体電解
質内の電流分布に偏りが生ずることが予想される。
【００１３】陽極、陰極及び固体電解質は親水性である
ことが望ましく、これによりガスとの反発によりガスの
滞留がなくなりガス減極の効果が一層顕著になる。例え
ば約１ｍｍ厚で孔径100 〜200 μｍであるステンレスス
チール製の金属線を焼結したフィルター材料を基材とし
て使用し、該基材表面に、無担持グラファイト粉末と、
白金ブラックを担持したグラファイト粉末をフェノール
樹脂をバインダーとしてペースト状にした混合物を塗布
し200 〜400 ℃で焼結すると、親水性が保持され、かつ
ペーストの量に応じて貫通孔の大きさが50〜100 μｍで
ある本発明の電解オゾン発生装置用として好適な陰極が
製造される。
ことが望ましく、これによりガスとの反発によりガスの
滞留がなくなりガス減極の効果が一層顕著になる。例え
ば約１ｍｍ厚で孔径100 〜200 μｍであるステンレスス
チール製の金属線を焼結したフィルター材料を基材とし
て使用し、該基材表面に、無担持グラファイト粉末と、
白金ブラックを担持したグラファイト粉末をフェノール
樹脂をバインダーとしてペースト状にした混合物を塗布
し200 〜400 ℃で焼結すると、親水性が保持され、かつ
ペーストの量に応じて貫通孔の大きさが50〜100 μｍで
ある本発明の電解オゾン発生装置用として好適な陰極が
製造される。
【００１４】この陰極に、厚さ約0.5 ｍｍのニッケルエ
キスパンドメッシュ又は開口が100μｍより大きいニッ
ケルやステンレススチール多孔体を集電体として密着さ
せ、これに２〜10ｍｍ程度の幅の空間を介して給電体を
接続して電解オゾン発生装置用の電解槽とする。陰極室
内への空気又は酸素富化空気の供給方法は陰極物質と固
体電解質間に該空気が進入して十分に減極が行われれば
特に限定されず、例えば前述の集電体後方の空間に電解
槽外から空気を供給し該空間の空気を集電体及び陰極を
透過させて前記固体電解質近傍に供給し、あるいは固体
電解質と陰極との界面に対応する電解槽の壁面に例えば
放射状に複数の空気供給孔を穿設し該空気供給孔の外側
に形成したエアチャンバ内の空気を前記空気供給孔を通
して前述の固体電解質と陰極との界面に周縁から内向き
に供給することができる。供給される空気の気泡をより
微細にしかつ均一に供給するためにエアフィルターを設
置しても良い。
キスパンドメッシュ又は開口が100μｍより大きいニッ
ケルやステンレススチール多孔体を集電体として密着さ
せ、これに２〜10ｍｍ程度の幅の空間を介して給電体を
接続して電解オゾン発生装置用の電解槽とする。陰極室
内への空気又は酸素富化空気の供給方法は陰極物質と固
体電解質間に該空気が進入して十分に減極が行われれば
特に限定されず、例えば前述の集電体後方の空間に電解
槽外から空気を供給し該空間の空気を集電体及び陰極を
透過させて前記固体電解質近傍に供給し、あるいは固体
電解質と陰極との界面に対応する電解槽の壁面に例えば
放射状に複数の空気供給孔を穿設し該空気供給孔の外側
に形成したエアチャンバ内の空気を前記空気供給孔を通
して前述の固体電解質と陰極との界面に周縁から内向き
に供給することができる。供給される空気の気泡をより
微細にしかつ均一に供給するためにエアフィルターを設
置しても良い。
【００１５】供給時の空気圧は電解槽内の圧力より0.1
〜２気圧高くすることが望ましく、液の基本的な流れで
ある陽極室→陰極室の方向に逆らって空気を陰極表面に
供給することができる。又陰極液中に空気を吹き出すこ
とにより陰極液に衝撃を与え、これにより陽極室から混
入することのあるオゾンを分解することができる。従っ
て陰極室から排出される電解液中にオゾンが含有されな
いため該電解液はそのくままイオン交換樹脂を通し脱イ
オン水とした後に陽極室側に循環することができる。
〜２気圧高くすることが望ましく、液の基本的な流れで
ある陽極室→陰極室の方向に逆らって空気を陰極表面に
供給することができる。又陰極液中に空気を吹き出すこ
とにより陰極液に衝撃を与え、これにより陽極室から混
入することのあるオゾンを分解することができる。従っ
て陰極室から排出される電解液中にオゾンが含有されな
いため該電解液はそのくままイオン交換樹脂を通し脱イ
オン水とした後に陽極室側に循環することができる。
【００１６】更に気液接触による界面での吸熱及び空気
の圧力低下による断熱膨張効果により電解液が冷却され
るため、従来使用されていたウォータージャケット等の
冷却機構を別途設置する必要がなくなる。又陰極側の水
素ガス発生量は減極により減少するとともに供給される
空気により希釈され爆発域から外れるため、陰極液中の
水素処理は不要となり、そのまま排出することが可能に
なる。
の圧力低下による断熱膨張効果により電解液が冷却され
るため、従来使用されていたウォータージャケット等の
冷却機構を別途設置する必要がなくなる。又陰極側の水
素ガス発生量は減極により減少するとともに供給される
空気により希釈され爆発域から外れるため、陰極液中の
水素処理は不要となり、そのまま排出することが可能に
なる。
【００１７】次に添付図面に基づいて本発明に係わる電
解オゾン発生装置の一例を説明する。図１は、本発明に
係わる電解オゾン発生装置の一例を示す縦断正面図、図
２は図１のＡ−Ａ線縦断面図である。電解オゾン発生装
置である電解槽１は、固体電解質であるパーフルオロカ
ーボン系スルホン酸型陽イオン交換膜２により陽極室３
と陰極室４とに区画されている。イオン交換膜２の陽極
室側及び陰極室側には、それぞれ陽極物質５を被覆した
陽極集電体６及び陰極物質７を被覆した陰極集電体８が
密着し、ゼロギャップタイプの構造を形成している。
解オゾン発生装置の一例を説明する。図１は、本発明に
係わる電解オゾン発生装置の一例を示す縦断正面図、図
２は図１のＡ−Ａ線縦断面図である。電解オゾン発生装
置である電解槽１は、固体電解質であるパーフルオロカ
ーボン系スルホン酸型陽イオン交換膜２により陽極室３
と陰極室４とに区画されている。イオン交換膜２の陽極
室側及び陰極室側には、それぞれ陽極物質５を被覆した
陽極集電体６及び陰極物質７を被覆した陰極集電体８が
密着し、ゼロギャップタイプの構造を形成している。
【００１８】陽極室３下部及び上部にはそれぞれ陽極液
供給口９及び陽極液取出口10が形成され、陽極室４下部
及び上部にはそれぞれ陰極液供給口11及び陰極液及びオ
ゾン取出口12が形成されている。前記陽極液供給口９及
び陽極液取出口10間及び前記陰極液供給口11及び陰極液
及びオゾン取出口12間の陰極室４の周壁に沿ってドーナ
ツ状のエアチャンバ13が形成され、該エアチャンバ13
は、前記陰極物質７及び陰極集電体８の界面に相当する
電解槽周壁に放射状に穿設された複数の空気供給孔14に
より陰極室と連通しエアチャンバ13中に電解槽内より高
い圧力を印加することにより該エアチャンバ13中の空気
又は酸素富化空気を陰極室４内に供給することができ
る。供給された空気又は酸素富化空気は、陰極物質７内
を透過し、固体電解質２表面に到達してガス減極を行
う。前記空気供給孔14は固体電解質２により近い箇所に
形成しても良い。なお15は、陰極集電体８と電解槽の陰
極室側壁間に収容された給電体である。
供給口９及び陽極液取出口10が形成され、陽極室４下部
及び上部にはそれぞれ陰極液供給口11及び陰極液及びオ
ゾン取出口12が形成されている。前記陽極液供給口９及
び陽極液取出口10間及び前記陰極液供給口11及び陰極液
及びオゾン取出口12間の陰極室４の周壁に沿ってドーナ
ツ状のエアチャンバ13が形成され、該エアチャンバ13
は、前記陰極物質７及び陰極集電体８の界面に相当する
電解槽周壁に放射状に穿設された複数の空気供給孔14に
より陰極室と連通しエアチャンバ13中に電解槽内より高
い圧力を印加することにより該エアチャンバ13中の空気
又は酸素富化空気を陰極室４内に供給することができ
る。供給された空気又は酸素富化空気は、陰極物質７内
を透過し、固体電解質２表面に到達してガス減極を行
う。前記空気供給孔14は固体電解質２により近い箇所に
形成しても良い。なお15は、陰極集電体８と電解槽の陰
極室側壁間に収容された給電体である。
【００１９】供給された前記空気又は酸素富化空気は、
陰極液を冷却して別個の冷却機構の設置を不要とし、更
に陽極室３から固体電解質２を透過して浸透することの
あるオゾンガスに衝撃を与えて分解し、陽極室から排出
される陽極液を脱イオン後そのまま陽極室に循環し再利
用することを可能にする。
陰極液を冷却して別個の冷却機構の設置を不要とし、更
に陽極室３から固体電解質２を透過して浸透することの
あるオゾンガスに衝撃を与えて分解し、陽極室から排出
される陽極液を脱イオン後そのまま陽極室に循環し再利
用することを可能にする。
【００２０】
【実施例】次に本発明に係わる電解オゾン発生装置によ
るオゾン製造の実施例を記載するが、該実施例は本発明
を限定するものではない。
るオゾン製造の実施例を記載するが、該実施例は本発明
を限定するものではない。
【００２１】
【実施例１】商品名「ナフィオン117 」パーフルオロス
ルホン酸系陽イオン交換膜を固体電解質として直径60ｍ
ｍ、電極面積100 ｃｍ2 の図１に示すような円形の電解
槽を組み立てた。陽極として、厚さ３ｍｍのチタン繊維
の焼結体を基材としその表面に酸化チタン、酸化タンタ
ルの複合酸化物に白金を加えたチタン：タンタル：白金
＝40：10：50モル％の被覆を熱分解法により形成し、そ
の表面にα−二酸化鉛の薄層を設け更にその表面にβ−
二酸化鉛を電着させたものを用いた。又陽極集電体とし
ては厚さ５ｍｍで貫通孔の孔径200 〜500 μｍのチタン
焼結体を用いた。
ルホン酸系陽イオン交換膜を固体電解質として直径60ｍ
ｍ、電極面積100 ｃｍ2 の図１に示すような円形の電解
槽を組み立てた。陽極として、厚さ３ｍｍのチタン繊維
の焼結体を基材としその表面に酸化チタン、酸化タンタ
ルの複合酸化物に白金を加えたチタン：タンタル：白金
＝40：10：50モル％の被覆を熱分解法により形成し、そ
の表面にα−二酸化鉛の薄層を設け更にその表面にβ−
二酸化鉛を電着させたものを用いた。又陽極集電体とし
ては厚さ５ｍｍで貫通孔の孔径200 〜500 μｍのチタン
焼結体を用いた。
【００２２】陰極としては、その表面にフェノール樹脂
で混練した粒径0.5 〜20μｍのグラファイト粉末を塗布
した貫通孔の孔径が100 〜200 μｍである厚さ２ｍｍの
ＳＵＳ316 の多孔性焼結体を350 ℃のオーブン中で加熱
焼結し，更にその表面に白金ブラックを担持したグラフ
ァイト粉末のアミルアルコール懸濁液を薄く塗布し450
℃で焼き付けたものを使用した。陰極集電体としては厚
さ0.5 ｍｍのニッケルファインメッシュを介し、ニッケ
ル製の板厚１ｍｍ、見掛け厚５ｍｍのロール掛けをして
いないエキスパンドメッシュを給電体兼バラ材兼液スペ
ースとして電解槽壁との間に設置した。
で混練した粒径0.5 〜20μｍのグラファイト粉末を塗布
した貫通孔の孔径が100 〜200 μｍである厚さ２ｍｍの
ＳＵＳ316 の多孔性焼結体を350 ℃のオーブン中で加熱
焼結し，更にその表面に白金ブラックを担持したグラフ
ァイト粉末のアミルアルコール懸濁液を薄く塗布し450
℃で焼き付けたものを使用した。陰極集電体としては厚
さ0.5 ｍｍのニッケルファインメッシュを介し、ニッケ
ル製の板厚１ｍｍ、見掛け厚５ｍｍのロール掛けをして
いないエキスパンドメッシュを給電体兼バラ材兼液スペ
ースとして電解槽壁との間に設置した。
【００２３】陽極室及び陰極室の電解液供給口及び排出
口の間の電解槽の外側に設置したドーナツ状のエアチャ
ンパから内向きに空気を1.5 ｋｇ／ｃｍ2 （常圧換算21
リットル／分）で理論水素発生量の30倍となるように供
給した。空気を給電しながら電流密度100 Ａ／ｄｍ2 と
なるように電解を行ったところ、電解電圧は3.0 Ｖであ
り、開始時の電解液温度20℃に変化は生じなかった。陰
極ガス中の水素ガス量は２％以下で爆発限界未満であっ
た。
口の間の電解槽の外側に設置したドーナツ状のエアチャ
ンパから内向きに空気を1.5 ｋｇ／ｃｍ2 （常圧換算21
リットル／分）で理論水素発生量の30倍となるように供
給した。空気を給電しながら電流密度100 Ａ／ｄｍ2 と
なるように電解を行ったところ、電解電圧は3.0 Ｖであ
り、開始時の電解液温度20℃に変化は生じなかった。陰
極ガス中の水素ガス量は２％以下で爆発限界未満であっ
た。
【００２４】その後空気供給を停止したところ、30分後
に電解液温度は25℃まで上昇し、電解電圧は3.2 Ｖとな
り、又陰極ガスは水素であり、水素分解触媒による処理
が必要であった。この結果から空気を供給することによ
り0.2 Ｖ程度の電圧の節減ができ、別個の冷却機構を設
置することなく電解液温度を初期温度に維持することが
できることが判る。
に電解液温度は25℃まで上昇し、電解電圧は3.2 Ｖとな
り、又陰極ガスは水素であり、水素分解触媒による処理
が必要であった。この結果から空気を供給することによ
り0.2 Ｖ程度の電圧の節減ができ、別個の冷却機構を設
置することなく電解液温度を初期温度に維持することが
できることが判る。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、その両側にそれぞれ多孔質の
陽極物質及び陰極物質を密着配置させたパーフルオロカ
ーボン系陽イオン交換膜を固体電解質とし、陽極側に脱
イオン水を供給して電解することによりオゾンと酸素の
混合ガスを製造する電解オゾン発生装置において、陰極
室側に空気又は酸素富化空気を供給しながら電解を行う
ことを特徴とする装置である。
陽極物質及び陰極物質を密着配置させたパーフルオロカ
ーボン系陽イオン交換膜を固体電解質とし、陽極側に脱
イオン水を供給して電解することによりオゾンと酸素の
混合ガスを製造する電解オゾン発生装置において、陰極
室側に空気又は酸素富化空気を供給しながら電解を行う
ことを特徴とする装置である。
【００２６】本発明では、陰極室側に供給される空気又
は酸素富化空気により水素ガス発生が抑制され、該水素
ガス発生に要する電力を節減することができる。この節
減量は従来のガス電極による節減に匹敵し、高価なガス
電極を手間を掛けて電解槽内に設置する代わりに、単に
空気を電解槽の陰極室に供給するのみで同等の電力節減
つまり電圧降下を達成することができる。
は酸素富化空気により水素ガス発生が抑制され、該水素
ガス発生に要する電力を節減することができる。この節
減量は従来のガス電極による節減に匹敵し、高価なガス
電極を手間を掛けて電解槽内に設置する代わりに、単に
空気を電解槽の陰極室に供給するのみで同等の電力節減
つまり電圧降下を達成することができる。
【００２７】更に陰極室内に空気又は酸素富化空気を供
給することにより、空気と陰極液の界面での吸熱及び空
気の圧力低下による断熱膨張効果により陰極液が冷却さ
れるため、従来のように別個の冷却機構の設置が不要に
なり、装置全体の小型化を達成することができる。更に
陽極室内で発生するオゾンは固体電解質を透過して陰極
室内へ浸透することがあるが、陰極室内に供給される空
気と接触することにより分解する。従って陰極室からオ
ゾンを含有しない電解液を取り出すことができ、オゾン
に対して耐性を有しないイオン交換樹脂でそのま脱イオ
ンし陽極室へ循環し再使用することが可能になる。
給することにより、空気と陰極液の界面での吸熱及び空
気の圧力低下による断熱膨張効果により陰極液が冷却さ
れるため、従来のように別個の冷却機構の設置が不要に
なり、装置全体の小型化を達成することができる。更に
陽極室内で発生するオゾンは固体電解質を透過して陰極
室内へ浸透することがあるが、陰極室内に供給される空
気と接触することにより分解する。従って陰極室からオ
ゾンを含有しない電解液を取り出すことができ、オゾン
に対して耐性を有しないイオン交換樹脂でそのま脱イオ
ンし陽極室へ循環し再使用することが可能になる。
【００２８】又前述の通り陰極室で発生する水素ガス自
体の発生量が抑制されるだけでなく、発生する水素ガス
が空気により希釈されるため、陰極室内の水素ガス濃度
は爆発限界未満となり、そのまま大気中に飛散させても
危険が生ずることがない。空気又は酸素富化空気の供給
手段は特に限定されないが、陰極室の周壁に放射状に穿
設した複数の空気供給孔を通して供給すると、固体電解
質及び陰極物質に均一に十分な量の空気を供給し、上述
の本発明の効果を更に確実に達成することができる。
体の発生量が抑制されるだけでなく、発生する水素ガス
が空気により希釈されるため、陰極室内の水素ガス濃度
は爆発限界未満となり、そのまま大気中に飛散させても
危険が生ずることがない。空気又は酸素富化空気の供給
手段は特に限定されないが、陰極室の周壁に放射状に穿
設した複数の空気供給孔を通して供給すると、固体電解
質及び陰極物質に均一に十分な量の空気を供給し、上述
の本発明の効果を更に確実に達成することができる。
【図１】本発明に係わる電解オゾン発生装置の一例を示
す縦断正面図。
す縦断正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線縦断面図。
１・・・電解槽 ２・・・固体電解質（イオン交換膜）
３・・・陽極室 ４・・・陰極室 ５・・・陽極物質
６・・・陽極集電体 ７・・・陰極物質 ８・・・陰
極集電体 13・・・エアチャンバ 14・・・空気供給孔
３・・・陽極室 ４・・・陰極室 ５・・・陽極物質
６・・・陽極集電体 ７・・・陰極物質 ８・・・陰
極集電体 13・・・エアチャンバ 14・・・空気供給孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C25B 1/00 - 15/08
Claims (1)
- 【請求項１】 その両側にそれぞれ多孔質の陽極物質及
び陰極物質を密着配置させたパーフルオロカーボン系陽
イオン交換膜を固体電解質とし、陽極側に脱イオン水を
供給し、陰極室側に空気又は酸素富化空気を供給しなが
ら電解を行う装置において、前記空気又は酸素富化空気
を、固体電解質と陰極の界面に対応する陰極室の周壁に
放射状に穿設した複数の空気供給孔を通して供給するこ
とを特徴とする電解オゾン発生装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27733993A JP3304563B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 電解オゾン発生装置 |
| US08/321,983 US5607562A (en) | 1993-10-12 | 1994-10-12 | Electrolytic ozone generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27733993A JP3304563B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 電解オゾン発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07109593A JPH07109593A (ja) | 1995-04-25 |
| JP3304563B2 true JP3304563B2 (ja) | 2002-07-22 |
Family
ID=17582152
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27733993A Expired - Fee Related JP3304563B2 (ja) | 1993-10-12 | 1993-10-12 | 電解オゾン発生装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5607562A (ja) |
| JP (1) | JP3304563B2 (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6576096B1 (en) * | 1998-01-05 | 2003-06-10 | Lynntech International, Ltd. | Generation and delivery device for ozone gas and ozone dissolved in water |
| US5989407A (en) * | 1997-03-31 | 1999-11-23 | Lynntech, Inc. | Generation and delivery device for ozone gas and ozone dissolved in water |
| US6287431B1 (en) | 1997-03-21 | 2001-09-11 | Lynntech International, Ltd. | Integrated ozone generator system |
| US20020037235A1 (en) | 1997-10-23 | 2002-03-28 | Khatchatrian Robert G. | Ozone generator for treating clothing |
| JP3389520B2 (ja) * | 1998-12-28 | 2003-03-24 | 有限会社テエイク・ワン総合事務所 | ガス生成用水電解セル |
| US6860976B2 (en) | 2000-06-20 | 2005-03-01 | Lynntech International, Ltd. | Electrochemical apparatus with retractable electrode |
| DE60139575D1 (de) * | 2000-12-12 | 2009-09-24 | Tersano Inc | Vorrichtung zur erzeugung und applikation von ozonisiertem wasser |
| KR100893621B1 (ko) * | 2007-01-23 | 2009-05-25 | (주)엘켐텍 | 전기화학적 오존 발생용 막전극접합체의 제조방법 |
| US8268136B2 (en) * | 2007-12-20 | 2012-09-18 | McCutchen, Co. | Electrohydraulic and shear cavitation radial counterflow liquid processor |
| US20090200176A1 (en) * | 2008-02-07 | 2009-08-13 | Mccutchen Co. | Radial counterflow shear electrolysis |
| GB2468831B (en) * | 2008-02-07 | 2012-09-05 | Mccutchen Co | Radial counterflow shear electrolysis |
| JP5308282B2 (ja) * | 2008-10-06 | 2013-10-09 | クロリンエンジニアズ株式会社 | オゾン発生装置の運転方法及びオゾン発生装置 |
| ITBO20080688A1 (it) | 2008-11-13 | 2010-05-14 | Gima Spa | Cella elettrochimica |
| US10537840B2 (en) | 2017-07-31 | 2020-01-21 | Vorsana Inc. | Radial counterflow separation filter with focused exhaust |
| US11875974B2 (en) | 2020-05-30 | 2024-01-16 | Preservation Tech, LLC | Multi-channel plasma reaction cell |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4332662A (en) * | 1980-07-07 | 1982-06-01 | Hooker Chemicals & Plastics Corp. | Electrolytic cell having a depolarized cathode |
| DE3261041D1 (en) * | 1981-05-11 | 1984-11-29 | Bbc Brown Boveri & Cie | Process and apparatus for the synthetic preparation of ozone by electrolysis, and its application |
| JP3274880B2 (ja) * | 1992-03-09 | 2002-04-15 | ペルメレック電極株式会社 | 電解オゾン発生装置 |
-
1993
- 1993-10-12 JP JP27733993A patent/JP3304563B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-10-12 US US08/321,983 patent/US5607562A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5607562A (en) | 1997-03-04 |
| JPH07109593A (ja) | 1995-04-25 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |