JPH0244908B2 - - Google Patents
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- JPH0244908B2 JPH0244908B2 JP62279871A JP27987187A JPH0244908B2 JP H0244908 B2 JPH0244908 B2 JP H0244908B2 JP 62279871 A JP62279871 A JP 62279871A JP 27987187 A JP27987187 A JP 27987187A JP H0244908 B2 JPH0244908 B2 JP H0244908B2
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Landscapes
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は電気化学的オゾン発生装置に関するも
ので、さらに詳しくは不要な水素の発生を伴なわ
ない電気化学的オゾン発生装置に関するものであ
る。
ので、さらに詳しくは不要な水素の発生を伴なわ
ない電気化学的オゾン発生装置に関するものであ
る。
従来の技術とその問題点
オゾンには殺菌、脱臭、有機物の分解等のさま
ざまな効果あるいは機能があり、しかも、オゾン
が分解した後には残留毒性が全くないという利点
の故に、近時、その利用範囲が拡大する傾向にあ
る。
ざまな効果あるいは機能があり、しかも、オゾン
が分解した後には残留毒性が全くないという利点
の故に、近時、その利用範囲が拡大する傾向にあ
る。
オゾン発生方法には大別すると放電法と電気化
学法（あるいは電解法）がある。前者に比較して
後者は高濃度のオゾンが発生するという特徴があ
る。また、電気化学的オゾン発生装置には電解質
が液体の場合とイオン交換膜の場合がある。イオ
ン交換膜式オゾン発生装置はBrown Boveri社の
S.Stucki等（Journal of Electrochemical
Society、132、(2)、1985）によつて始めて提案さ
れた。
学法（あるいは電解法）がある。前者に比較して
後者は高濃度のオゾンが発生するという特徴があ
る。また、電気化学的オゾン発生装置には電解質
が液体の場合とイオン交換膜の場合がある。イオ
ン交換膜式オゾン発生装置はBrown Boveri社の
S.Stucki等（Journal of Electrochemical
Society、132、(2)、1985）によつて始めて提案さ
れた。
この装置はパーフルオロカーボンスルフオン酸
からなるイオン交換膜を固体電解質とし、その片
面に陰極としての白金電極が一体に接合され、他
面に多孔性のチタンにβの二酸化鉛を被覆してな
る陽極が圧接された構造を備え、陽極の背面から
水を供給すると共に、陰・陽極間に直流電圧を印
加すると水が電解されて陰極から水素が発生し、
陽極から酸素とオゾンが発生するという原理を利
用している。
からなるイオン交換膜を固体電解質とし、その片
面に陰極としての白金電極が一体に接合され、他
面に多孔性のチタンにβの二酸化鉛を被覆してな
る陽極が圧接された構造を備え、陽極の背面から
水を供給すると共に、陰・陽極間に直流電圧を印
加すると水が電解されて陰極から水素が発生し、
陽極から酸素とオゾンが発生するという原理を利
用している。
しかし、上述のイオン交換膜式オゾン発生装置
では、不要かつ危険な水素が陰極から発生すると
いう問題点がある。
では、不要かつ危険な水素が陰極から発生すると
いう問題点がある。
問題点を解決するための手段
本発明は陰極として水素発生極の代りに、従来
燃料電池の分野で公知の空気中の酸素の電解還元
反応を起させている、いわゆる空気極を配するこ
とによつて電解反応を改変し、水素の発生を防止
するものである。また、後述のようにイオン交換
膜式オゾン発生装置では陽極の過電圧を故意に高
くしないと（換言すると、大電流密度で作動させ
ないと）高濃度のオゾンが発生しない。ところ
が、一般に空気極はオゾン発生極に適するような
大電流密度での作動が困難である。そこで、空気
極の実質的作動電流密度をオゾン発生極のそれよ
り小さくするという手段を講ずることによつて一
定の電流を通電したとき、空気極の作動を円滑に
進めさせると同時に、最適条件下でオゾンを発生
させることに成功したことも本発明の大きな特徴
である。
燃料電池の分野で公知の空気中の酸素の電解還元
反応を起させている、いわゆる空気極を配するこ
とによつて電解反応を改変し、水素の発生を防止
するものである。また、後述のようにイオン交換
膜式オゾン発生装置では陽極の過電圧を故意に高
くしないと（換言すると、大電流密度で作動させ
ないと）高濃度のオゾンが発生しない。ところ
が、一般に空気極はオゾン発生極に適するような
大電流密度での作動が困難である。そこで、空気
極の実質的作動電流密度をオゾン発生極のそれよ
り小さくするという手段を講ずることによつて一
定の電流を通電したとき、空気極の作動を円滑に
進めさせると同時に、最適条件下でオゾンを発生
させることに成功したことも本発明の大きな特徴
である。
作 用
従来のイオン交換膜式オゾン発生装置の電解反
応は次の通りである。
応は次の通りである。
陰極：4H+＋4e→2H2 ……(1)
陽極：2H2O→O2（一部O3）＋4H+＋4e ……(2)
全反応2H2O→2H2＋O2（一部O3） ……(3)
従つて、陰極から不要な水素が発生し、また、
水が消費される。
水が消費される。
これに対して、陰極にいわゆる空気極を配する
と電解反応は次のようになる。
と電解反応は次のようになる。
陰極：O2（空気中の）＋4H+＋4e→2H2O ……(1)
陽極：2H2O→O2（一部O3）＋4H+＋4e ……(2)
全反応：O2（空気中の）→O2（一部O3） ……(3)
従つて、陰極から水素が発生せず、水の消費も
起らない。
起らない。
イオン交換膜式オゾン発生装置に用いられる水
は抵抗が5MΩ程度の純水でなければならないの
で、供給水の精製がかなり煩雑であるという点を
考慮すると、本発明のように空気極の使用によつ
て水の消費がなくなるという点はひとつの長所と
なる。
は抵抗が5MΩ程度の純水でなければならないの
で、供給水の精製がかなり煩雑であるという点を
考慮すると、本発明のように空気極の使用によつ
て水の消費がなくなるという点はひとつの長所と
なる。
一方、陽極としてのオゾン発生極の最適な作動
電流密度は100〜130A／ｄm2である。これに対し
て空気極の最適な作動電流密度は20〜30A／ｄm2
である。空気極の場合、これより大きな電流密度
で作動させると寿命が短くなる。従つて最適電流
密度が合わない。この点を改善するために、本発
明は陰極の実質的作用面積を陽極のそれよりも大
きくして、陰極の実質的電流密度を陽極のそれよ
り小さくした。
電流密度は100〜130A／ｄm2である。これに対し
て空気極の最適な作動電流密度は20〜30A／ｄm2
である。空気極の場合、これより大きな電流密度
で作動させると寿命が短くなる。従つて最適電流
密度が合わない。この点を改善するために、本発
明は陰極の実質的作用面積を陽極のそれよりも大
きくして、陰極の実質的電流密度を陽極のそれよ
り小さくした。
具体的には陰極の外形寸法（見かけの面積）を
陽極のそれより大きくするか、陰極と陽極の外形
面積を同じにし、陰極は微孔構造にし、陽極はエ
キスパンドメタル、網などの実質的に充分大きな
開口部を有する構造にするか、微孔構造の電極に
充分大きな穴を穿つた構造にすればよい。
陽極のそれより大きくするか、陰極と陽極の外形
面積を同じにし、陰極は微孔構造にし、陽極はエ
キスパンドメタル、網などの実質的に充分大きな
開口部を有する構造にするか、微孔構造の電極に
充分大きな穴を穿つた構造にすればよい。
このようにすればイオン交換膜式オゾン発生装
置に通電する電流の絶対値が一定でも、実質的な
作動電流密度は陰・陽極双方に最適な値にするこ
とができる。
置に通電する電流の絶対値が一定でも、実質的な
作動電流密度は陰・陽極双方に最適な値にするこ
とができる。
固体電解質としてのイオン交換膜にはパーフル
オロカーボンスルフオン酸膜が適しているが、こ
の材料に限定されるものではない。イオン交換膜
への空気極の接合方法としては白金族金属触媒粉
末あるいはカーボン粉末に触媒金属を担持させた
粉末とフツ素樹脂結着剤との混合物、もしくはこ
の混合物にイオン交換樹脂の粉末あるいは溶液を
混合したものをホツトプレスするという方法が採
用される。
オロカーボンスルフオン酸膜が適しているが、こ
の材料に限定されるものではない。イオン交換膜
への空気極の接合方法としては白金族金属触媒粉
末あるいはカーボン粉末に触媒金属を担持させた
粉末とフツ素樹脂結着剤との混合物、もしくはこ
の混合物にイオン交換樹脂の粉末あるいは溶液を
混合したものをホツトプレスするという方法が採
用される。
陽極としてのオゾン発生極はチタンを芯体に
し、その表面にβ−PbO2（二酸化鉛）を電析させ
たものをイオン交換膜に圧接する形で用いるのが
よいが、材料的には必ずしもこれに限定されるも
のではない。
し、その表面にβ−PbO2（二酸化鉛）を電析させ
たものをイオン交換膜に圧接する形で用いるのが
よいが、材料的には必ずしもこれに限定されるも
のではない。
実施例
先ず、イオン交換膜として120×120mmの寸法を
有するDu Pont社製のNafion117（パーフルオロ
カーボンスルフオン酸膜）を用意し、その片面に
10％の白金を担持せるカーボン粉末とテトラフル
オロエチレンの水懸濁液と、Alerich社製の
Nafion117の有機溶媒と水との混合溶媒溶液との
混合物を100×100mmの範囲に吹き付け、100℃、
200Kg／cm2でホツトプレスした。これが空気極
（陰極）となる。
有するDu Pont社製のNafion117（パーフルオロ
カーボンスルフオン酸膜）を用意し、その片面に
10％の白金を担持せるカーボン粉末とテトラフル
オロエチレンの水懸濁液と、Alerich社製の
Nafion117の有機溶媒と水との混合溶媒溶液との
混合物を100×100mmの範囲に吹き付け、100℃、
200Kg／cm2でホツトプレスした。これが空気極
（陰極）となる。
次に、エキスパンドチタンをプレスして凹凸の
ないようにしたものの表面にβ−PbO2を電着し
たオゾン発生極（陽極）を用意する。この陽極の
外形寸法は100×100mmで、実質的作用面積は空気
極（陰極）の30％とした。
ないようにしたものの表面にβ−PbO2を電着し
たオゾン発生極（陽極）を用意する。この陽極の
外形寸法は100×100mmで、実質的作用面積は空気
極（陰極）の30％とした。
次に、このようなエレメントを用いて図に示す
ような電気化学的オゾン発生装置を組立てた。
ような電気化学的オゾン発生装置を組立てた。
図において、１はイオン交換膜、２はイオン交
換膜１に一体に接合されている空気極（陰極）、
３はオゾン発生極（陽極）、４は陰極集電体、５
は陽極集電体、６は空気供給口、７は余剰空気排
出口、８は水供給口、９は水と酸素とオゾンの取
出口、１０はセルフレームである。
換膜１に一体に接合されている空気極（陰極）、
３はオゾン発生極（陽極）、４は陰極集電体、５
は陽極集電体、６は空気供給口、７は余剰空気排
出口、８は水供給口、９は水と酸素とオゾンの取
出口、１０はセルフレームである。
このような電気化学的オゾン発生装置におい
て、陰・陽両極間に30A（陰極の実質的電流密
度：30A／ｄm2、陽極の実質的電流密度：
100A／ｄm2）の直流電流を通電すると3.5ｇ／hr
のオゾンが発生した。また、このとき、陰極から
は水素は全く発生しなかつた。
て、陰・陽両極間に30A（陰極の実質的電流密
度：30A／ｄm2、陽極の実質的電流密度：
100A／ｄm2）の直流電流を通電すると3.5ｇ／hr
のオゾンが発生した。また、このとき、陰極から
は水素は全く発生しなかつた。
尚、オゾン水を利用しようとする際には、第１
図のように水と酸素とオゾンの取出口９から出て
くる液体をそのまま用いればよいし、気体のオゾ
ンを得ようとするときには水と酸素とオゾンの取
出口９の先に気液分離装置を設ければよい。
図のように水と酸素とオゾンの取出口９から出て
くる液体をそのまま用いればよいし、気体のオゾ
ンを得ようとするときには水と酸素とオゾンの取
出口９の先に気液分離装置を設ければよい。
発明の効果
上述のように、本発明は不要かつ危険な水素の
発生がなく、しかも空気中の酸素の電解還元およ
びオゾンの発生に最適の陰・陽両極の電流密度で
作動し得る新しい電気化学的オゾン発生装置を提
供するものであり、その工業的価値は極めて大で
ある。
発生がなく、しかも空気中の酸素の電解還元およ
びオゾンの発生に最適の陰・陽両極の電流密度で
作動し得る新しい電気化学的オゾン発生装置を提
供するものであり、その工業的価値は極めて大で
ある。
図は本発明の一実施例にかかる電気化学的オゾ
ン発生装置の概略断面図である。 １……イオン交換膜、２……空気極（陰極）、
３……オゾン発生極（陽極）、４……陰極集電体、
５……陽極集電体。
ン発生装置の概略断面図である。 １……イオン交換膜、２……空気極（陰極）、
３……オゾン発生極（陽極）、４……陰極集電体、
５……陽極集電体。
Claims (1)
- １ 陰極に空気極を、陽極にオゾン発生極を配
し、電解質としてイオン交換膜を用いた電気化学
セルにおいて、陰極の実質的作用面積に比して陽
極の実質的作用面積を小さくしたことを特徴とす
る電気化学的オゾン発生装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62279871A JPH01123086A (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 電気化学的オゾン発生装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62279871A JPH01123086A (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 電気化学的オゾン発生装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01123086A JPH01123086A (ja) | 1989-05-16 |
| JPH0244908B2 true JPH0244908B2 (ja) | 1990-10-05 |
Family
ID=17617107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62279871A Granted JPH01123086A (ja) | 1987-11-05 | 1987-11-05 | 電気化学的オゾン発生装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01123086A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9125680D0 (en) * | 1991-12-03 | 1992-01-29 | Ici Plc | Electrochemical cell |
| GB9301330D0 (en) * | 1993-01-23 | 1993-03-17 | Johnson Matthey Plc | Electrode |
| JPH10156130A (ja) * | 1996-11-29 | 1998-06-16 | Mitsubishi Electric Corp | 電気化学素子および電気化学装置ならびにこれを用いた保管装置 |
| CN109321938A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-02-12 | 深圳康诚博信科技有限公司 | 一种臭氧发生器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6026683A (ja) * | 1983-07-22 | 1985-02-09 | Japan Storage Battery Co Ltd | イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置 |
-
1987
- 1987-11-05 JP JP62279871A patent/JPH01123086A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6026683A (ja) * | 1983-07-22 | 1985-02-09 | Japan Storage Battery Co Ltd | イオン交換樹脂膜を電解質とする電気化学装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01123086A (ja) | 1989-05-16 |
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