JPH03158487A - 電解式オゾン水製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野１ 本発明は電解式オゾン水製造装置に関するものである。

ｒ従来の技術１ 従来、固形電解質膜を陽極電極と陰極電極とで挟み、両
電極間に直流電圧を印加するとともに、固形電解質膜の
陽極接触面側に水を供送してオゾンを発生せしめる電解
式オゾナイザ−が提案されており、この電解式オゾナイ
ザ−の固形電解質膜の陽極接触面側を水槽中の原料水、
或は、水路中の原料水と接触させてオゾン水を得んとす
る試みも行なわれている。

そして、この種の電解式オゾン水製造装置は、固形電解
質膜、及び触媒と機能する画電極の材質及び形状が種々
提案され、近時は１０ｐｐｍ以上の濃度のオゾン水が得
られるようになって討ている。

ｒ発明が解決しようとする問題点１ しかし、この種の電解式オゾン水製造装置は運転と休止
とを順次繰り返すと、必ずしもオゾン水製造能力が所定
に発揮されるとは限らないことが実験の結果判明した。

すなわち、運転により所定濃度のオゾン水が得られてい
る状態から、−時運転を休止し、再度運転を開始して所
定のオゾン濃度になるまでの時間は一定でなく、一般的
には、休止時間が長いと運転再開後に所定のオゾン濃度
にまでなすのに長時間が必要となり、また、休止時間の
累計が長くなるにしたがってこの時間が長く必要となる
傾向を有するものであフた。

したがって、従来の装置では長期間運転と休止とを繰り
返して使用するにしたがって、運転再開より所望のオゾ
ン濃度になるまでの時間が長くなるという欠点を有して
いた。

そして、上記の現象が何に起因するかを鋭意解明したと
ころ、その原因の一つは、運転休止時に両電極の異種金
属間にガルバニ電流が流れるためであった。このガルバ
ニ電流はオゾン発生時とは逆方向の電流であるので、固
形電解質膜の損耗、両電極の触媒機能の不活性化を引き
起すことが実験の結果確認されている。また、とのガル
バニ電流は固形電解質膜のイオンクラスタを乱すとも言
われており、運転再開時に電子挙動に乱れが生じてオゾ
ン発生能力のスタートが遅れるとも説明されている。

また、他の原因は、運転休止時にオゾンが分解消失した
後に時により雑菌が異常繁殖することが有り、発生した
オゾンが当初はこの雑菌の酸化に消費されることも有る
ためであった。自然状態の水よりも一度無菌状態にした
水の方が、菌が異常繁殖しやすいことは従来より多数の
報告例があるもので、電解式オゾナイザ−の運転を中止
してオゾン水槽を放置すると、水槽内の原料水はオゾン
水によって殺菌され、−度無菌状態となり、オゾンが分
解し尽くすと殺菌作用は無くなるので、この状態で空中
等より微生物が侵入すると、自然状態の水では多種の微
生物が互いに牽制し合ってバランスを取っているが、−
度無菌状態を経ることで単独または少数種類の菌は自由
に繁殖できる条件を得ることになる。したがって、装置
を運転再開して所定時間を経たから所定濃度のオゾン水
が得られたとして使用すると、発生したオゾンは菌の酸
化にのみ消費されてオゾンが溶存しない水でありたり、
又は菌が残存する水を使用する危険性も皆無ではなかフ
た。

ｒ目的１ そこで、本発明は上記に鑑みなされたもので、運転休止
時も固形電解質膜及び両電極の損耗を防止でき、しかも
雑菌が異常繁殖するおそれが無く、運転再開後はオゾン
発生能力のスタートが常に一定となる電解式オゾン水製
造装置を提供することを目的としたものである。

ｒ問題点を解決するための手段１ 上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述問題点を解決するために、電解式オゾ
ナイザ−でオゾン水を製造する電解式オゾン水製造装置
において、 運転休止時に、固形電解質膜の両面に重ねた陽極電極と
陰極電極との間に、通常の運転時に該陽極電極と陰極電
極との間に印加する電圧の３分の１乃至２分の１の同極
性の電圧を印加し、運転休正時に発生する少量のオゾン
または酸素或はオゾン混入酸素を原料水に導入するよう
になしたことを特徴とする技術的手段を講じたものであ
る。

「作用１ それ紋末発明電解式オゾン水製造装置は、運転を休止し
てもなお、通常の運転時の電圧の３分の１乃至２分の１
の電圧が印加されているため、少量ではあるがオゾンま
たは酸素が発生し続けて原料水中の菌の繁殖を防ぐ様に
作用する。

そして、この運転休止時の電流は、運転時と同方向であ
るため、逆電流による固形電解買膜及両電極の電子的挙
動を正常に保ち、固形電解質膜の損耗、画電極の触媒機
能の不活性化を防ぎ、運転再開時には瞬時にして対応で
きる起動性を呈するものである。

ｒ実施例１ 次に、本発明の実施例を第１図乃至第４図に従って説明
すれば以下の通りである。

図中、１００が電解式オゾナイザ−で、固形電解質ａｉ
を陽極電極３と陰極電極４とで挟み、画電極３．４間に
直流電圧を印加すると共に、固形電解質膜１の陽極電極
３の接触面側に水を供送して電解オゾンを発生せしめる
ようになっているのは従来と同じである。

上記固形電解質膜１は従来と同じフッ素系陽イオン交換
膜が使用され、その厚みは適宜なものが使用できるが本
実施例では１００乃至８００ミクロンの厚みを有するも
のが使用されている。この固形電解′Ｘ膜１の厚みは１
００ミクロン未満のものが使用されるのが常であったが
、従来に比較して厚くしたのは、抵抗値を増して高電位
・小電流で運転しようとするもので、従来の電流を大ぎ
くして水素イオンの通過を増さんとした思想には根本的
に相違し、必要以上の電流は固形電解質膜１にストレス
を加え、イオンクラスターの機能を停止させ、さらには
、網目状イオンクラスター構造自体を破壊するものでし
かなく、固形電解質膜１は常温の下で０．３アンペア／
　ｃ　ｒｎ’以上のＨ１続通電を行なうと劣化が大きく
、この固形電解質膜１の厚みは後述直流電圧との関係で
０．３アンペア／　ｃ　ｒｄ未満の電流値となるように
設定することが望ましい。

そして、上記陽極電極３は、固形電解質膜１の一面側に
通気及び通水性を有して重なる耐蝕金属で構成され、具
体的には金、白金等の貴金属または二酸化鉛がオゾン発
生触媒として効果的であることが確認されており、これ
らのオゾン発生触媒としての機能を有した耐蝕金属に多
数の通気部２を設けたものが使用されるのも従来とおな
しであり、該陽極電極３は従来公知なものを使用すれば
よいが、図示例では、該陽極電極３を多孔耐蝕金属３ａ
と、該多孔耐蝕金属３ａと固形電解質＠１との間に介在
され固形電解質膜１の膜面には多数の接触部と非接触部
とを有すると共に多孔耐蝕金属３ａには電気的に連結す
る固形中実状の二酸化鉛３ｂとで構成し、この二酸化鉛
３ｂの固形電解質膜ｌへの非接触部に形成される空間部
５と多孔耐蝕金属３ａの通気部２とを連通しである。

すなわち、上記多孔耐蝕金属３ａは発生した酸素及びオ
ゾンにより腐蝕されにくい材質、例えば、ステンレス、
ニッケル、貴金属等が使用（これらの複合物の使用も可
能で、本実施例ではステンレスに白金メツキを施したも
のが使用されている、）される、そして、この多孔耐蝕
金属３ａに通気性を確保する通気部２は、図示例では多
孔耐蝕金属３ａを格子状に形成し、言いかえると網状に
形成してその網目を通気部２となしているが、その他に
、通気部２としての小孔やスリットを多数設けた板、細
い多孔耐蝕金属３ａをストライブ状に並置してその間隔
部を通気部２となした図示しない構成のものとなしても
よい。

そして、多孔耐蝕金属３ａと固形電解質膜１との間に介
在される固形中実状の二酸化鉛３ｂは、図示例において
は数十ミクロン以上乃至数ミリの径を有した粒子状、ま
たはペレット状のものが使用され、多数の二酸化鉛３ｂ
の粒子が、その径より小径な綱目を有した多孔耐蝕金属
３ａで保持されている。すなわち、この陽極電極３を製
造するには、先ず、固形電解質膜１を平に置き、その上
に二酸化鉛３ｂの粒子を所定の厚みで撒くようにして重
ね、その上をステンレス、チタン、貴金属等からなる多
孔耐蝕金属３ａ−で被包すればよい。

なお、この様にして二酸化鉛３ｂの粒子を重ねると、そ
の二酸化鉛３ｂの粒子の径にもよるが、粒子相互間と粒
子と多孔耐蝕金属３ａの通孔部２との接触部には比較的
広い（平均断面径が十数ミクロン以上の）多数の通路が
確保でき、さらに、第１図に示したごとく二酸化鉛３ｂ
の粒子が相互に多少の間隔を有して単層状に散らばるよ
うになすとこの通路はさらに広く確保できるもので、こ
の通路は供送する水が円滑に固形電解質膜１の一面にま
で侵入できる程度となしておく、なお、上記実施例の他
、通孔部２を持つ多孔耐食金属３ａに二酸化鉛３ｂを纏
着する（この纏着は多孔耐食金属３ａの表裏を含めた全
面か、少なくとも一面に行なう）ことによっても、多孔
耐蝕金属３ａと固形電解質膜１との間に二酸化鉛３ｂを
介在せしめることができ、この纏着により通気部２を塞
がないようになせば、固形電解質膜１の膜面には多数の
接触部と非接触部とを有すると共に多孔耐蝕金属３ａに
は電気的に連結し、しかも、二酸化鉛３ｂの固形電解質
膜１への非接触部に形成される空間部５と多孔耐蝕金属
３ａの通気部２とを連通ずることができるし、さらには
、通孔部２を持つ多孔耐蝕金属３ａに二酸化鉛３ｂを纏
着したもので、粒子状の二酸化鉛を保持するようになし
てもよい。

そして、上記固形電解質ｌｌ１１の他面側に重ねる陰極
電極４も従来公知な、ステンレス、チタン、貴金属等が
使用され、前記多孔耐蝕金属３ａと同様に金網状となし
てもよいが、小孔４°やスリットを多数開穿したものを
使用してもよい。

そして、上記陽極電極３（多孔耐蝕金属３ａ）と陰極電
極４とは、両電極間に直流電圧を印加する電源装置５０
に連結することは無論で、運転休止時に、固形電解質膜
１の両面に重ねた陽極電極３と陰極電極４との間に、通
常の運転時に該陽極電極３と陰極電極４との間に印加す
る電圧の３分の１乃至２分の１の同極性の電圧を印加す
ようになしである０本実施例ではこの電源装置５０は一
つの陰極端子５３と、高電圧（５，５Ｖ）の陽極出力端
子５１と低電圧（２ｖ）の陽極出力端子５２とを有して
なり、陰極電極４は陰極端子５３に連結され、陽極電極
３は切換えスイッチ５４を介して陽極出力端子５１．５
２のいずれか一方に連結されるようになしてあり、運転
時には陽極電極３と陰極電極４との間に高電圧（Ｓ、Ｓ
Ｖ）が、運転休止時には低電圧（２ｖ）が印加されるよ
うになしである。

そして、運転休止時に発生する少量のオゾンまたは酸素
或はオゾン混入酸素を原料水に導入するようになしてい
るが、このオゾンまたは酸素乃至オゾン混入酸素を原料
水に導入方式は発生した気相の酸素及びオゾンを導管で
導き原料水中に散気してもよいが、図示例では原料水を
直接固形電解質膜１の陽極電極３側に循環供送して原料
水中に導入せしめている。

次ぎに、上記固形電解質膜１の陽極電極３側に水を循環
供送して電解オゾンを発生せしめてオゾン水を得る具体
的装置の一例を第２図及び第３図例にもとすいて説明す
る。

同図中、２０が水槽、１０が該水槽２０の水中に没入す
る容器で、この容器１０は固形電解質膜１で陽極室１３
と負極室１４とに仕切っである。

この容器１０は固形電解質膜１の面積が所定以上確保で
きれば、その容積は少なくてよく、図示例では容器１０
を二分割体で構成し、陽極室１３は一方側容器部１０ａ
に複数の縦方向保持リブ１３ａ、１３ａ、１３ａ・・・
を設け、この縦方向保持リプ１３ａ間の谷部１３ｂと縦
方向保持リブ１３ａ群の四方を囲み各谷部１３ｂを連通
する凹部１３ｃとで構成される。また、負極室１４は他
方側容器部１０ｂに複数の横方向保持リブ１４ａ１４ａ
、１４ａ・・・を設け、各横方向保持リブ１４ａ間の谷
部１４ｂと、横方向保持リブ１４ａ群の四方を囲み各谷
部１４ｂを連通する凹部１４Ｃとで構成してなる。

そして、上記固形電解質膜１の陽極室１３面側には該固
形電解質ｌｌ！１と多孔耐蝕金属３ａとの間に二酸化鉛
３ｂの粒子を介在（第３図では省略しであるが本実施例
でも第１図と同様に二酸化鉛３ｂを介在する）させた陽
極電極３を重ね合せ、負極室１４面側には陰極電極４を
重ね合せである。

そして、この固形電解室［１と二酸化鉛３ａの粒子及び
多孔耐蝕金属３ａと陰極電極４とは適宜手段で保持し容
器１０内を陽極室１３と負極Ｍ１４とに仕切ればよいが
、本実施例では第３図に示すごとく一方側容器部１０ａ
と他方側容器部１０ｂを重ね合せて容器１０を形成する
際にこれらを上記縦方向リブ１３ａと横方向リブ１４ａ
とで挟持するようになしである。

そして、上記容器１０には、その下部に陽極室１３に連
通ずる水取入口１１を、上部に同じく陽極室１３に連通
し先端を水面下に開口するオゾンガス取出口１７を設け
である。すなわち、上記陽極室１３は水取入口ｔｉとオ
ゾンガス取出口１７とで外部と連通され、水槽２０内の
水は該陽極室１３内に流入するようになしである。なお
、オゾンガス取出口！７は、図示例でははそ一夕２１に
よって回転する水中ポンプ２２の吐出口に連結したエジ
ェクタ２３に連結して、陽極室１３内の酸素が気泡状に
混入した水が吸引されるようになして、水槽２０中の水
はこのエジェクタ２３の作用により陽極室１３内を通っ
て、３１制循環するようになしである。

また、上記容器１０には負極室１４に連通し先端を水面
外に開口する水素排出口１９を連結してなる。この水素
排出口１９は電気分解によって発生した水素を大気中に
放出するためのもので、直接水素を放出してもよいが、
狭い密閉空間で使用する場合は使用空間の水素濃度が高
くなり危険性を有するため、このような場合は水素排出
口１９に水素分解触媒２６を配するのは無論である。

なお、図中、２７は酸素混合室、２８は一端を水面外に
出し、他端を負極室１４に連通ずる空気取り入管を示す
もので、これらは、必要に応じて配設される。そして、
空気取り入管２８の一端には送風器２８を連結して陰極
電極１４を冷却するようになすと電気分解効率を高める
ことができるものである。また、３０はストレーナで一
端に水取り入れ孔３３を有し他端に容器１０の水取入口
１１に連結する連通口を有し、濾材３２やイオン交換樹
脂３１等を収納してなるもので、このストレーナ３０も
必要に応じて配設されるものであるｒ発明の効果１ 本発明は上記のごときであるので、運転休止時にも少量
のオゾンまたは酸素或はオゾン混入酸素が発生して原料
水中に菌が繁殖するのを防ぎ、また、運転休止時の電流
は、運転時と同方向であるため、逆電流による固形電解
質膜及画電極の電子的挙動を正常に保ち、固形電解質膜
の損耗、画電極の触媒機能の不活性化を防ぐ電解式オゾ
ン水製造装置を提供することができるものである。

そして、上記運転休止時の電流は正規運転時の１０分の
１以下（５，５Ｖの正規運転で５Ａの場合で、２．５ｖ
とすると０．４Ａ−１，５Ｖとすると０，２Ａであった
。）で動力消費は僅少のものであフた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電解式オゾン水製造装置の要部断面図、
第２図は全体正面図、第３図はＡ−Ａ線拡大断面図を示
すものである。 １〜固形電解質膜　　　２〜二酸化鉛粒子層３〜陽極電
極 〜電源装置　　　５ 〜陽極出力端子 〜切換えスイッチ ザ− ４〜陰極電極　　　５０ 〜陽極出力端子　　　５２ ５３〜陰極端子　　　５４ １００〜電解式オゾナイ ｐ　　ｌ　　ｍ ２ ６ ９ １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電解式オゾナイザーでオゾン水を製造する電解式オゾン
   水製造装置において、 運転休止時に、固形電解質膜の両面に重ねた陽極電極と
   陰極電極との間に、通常の運転時に該陽極電極と陰極電
   極との間に印加する電圧の３分の１乃至２分の１の同極
   性の電圧を印加するようになして、運転休止時に発生す
   る少量のオゾンまたは酸素或はオゾン混入酸素を原料水
   に導入するようになしたことを特徴とする電解式オゾン
   水製造装置。