JPH03267389A - 電解式オゾン発生装置 - 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】 「産業上の利用分野ｊ 本発明は電解式オゾン発生装置に関するものである。

「従来の技術」 従来、水を電気分解して酸素と共にオゾンを得る電解式
オゾン発生装置が種々提案されており、本発明者も先に
特願平１−９２１９４号としてこの種の電解式オゾン発
生装置を提案した。

そして、これら、従来装置のうち、現時点で最も効率的
な装置は、固形重合体電解質膜１の両面に、夫々所定の
開口率を有したアノード電極２とカソード電極３とを重
ね、この、固形重合体電解質膜１のアノード電極２を重
ねた面倒には水を供送し、さらに、アノード電極２とカ
ソード電極３との間に電圧を印加するようになしたもの
が広く知られている。

「発明が解決しようとする課題」 上記のごとき電解式オゾン発生装置は、空気中の酸素を
放電法で酸化してオゾンを得る放電方法に比較して窒素
酸化物を含まないオゾンが得られることから近時大きな
注目を得ているが、いまだ、オゾン発生効率が低いこと
が最大の欠点とされている。

そこで、本発明者もオゾン発生効率の向上に鋭意研究開
発を続行しているが、この開発段階に於て、発生オゾン
を応答時間が短く連続的に測定することが前提条件とし
て必要と思料し、特願平１−１２０８８９号「水溶オゾ
ン検出・測定センサー」等としてオゾン測定センサーの
提案も行った。

幸いにも、上記オゾン測定センサーは、上記従来の固形
重合体電解質膜１を使用した電解式オゾン発生装置を逆
に使用してオゾンの存在によって、アノード電極とカソ
ード電極との間にオゾン濃度に対応する起電力が発生す
ることが認められたため、オゾン濃度の連続的測定が可
能となった。

そこで、このオゾン測定センサーを従来装置に設置して
各種測定を実施したところ、以下のごとき現象を見出す
ごとができた。

すなわち、従来装置では、上記固形重合体電解質膜１の
両面に重ねた、アノード電極２とカソード電極３との間
に第４図に示すごとき乎流直流電圧■Ｏを印加している
が、この状態で測定を行ったところでは、第５図に示さ
れるごとく、水の電気分解によって発生する酸素量は通
電後ある立ち上がり時間を経て安定してほぼ一定量に達
する。

そして、この発生酸素量の数％がオゾン発生量となると
従来説明されていたが、実測では同図に一点鎖線で示し
た如く通電後所定時間でオゾンの発生酸素に対する含有
率は最高Ａ　（ＰＰＭ）になり、その後は含有率が低下
してＢ　（ＰＰＭ）で安定するものであった。

「目的」 そこで本発明は上記に鑑みなされたもので、上記測定結
果のオゾン含有率の低下現象からして、従来装置は、第
５図最大オゾン含有率Ａ　（ＰＰＭ）の発生能力を有す
るにもかかわらず、一定時間後の低下オゾン含有率Ｂ　
（ＰＰＭ）の状態での運転を強いられているのではない
かとの仮説をたて、最大オゾン発生能力を維持できる電
解式オゾン発生装置を提供することを目的としたもので
ある。

「問題点を解決するための手段」 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、固形重合体
電解質膜１の両面に、夫々所定の開口率を有したアノー
ド電極２とカソード電極３とを重ね、この、固形型、合
体電解質膜１のアノード電極２を重ねた面側には水を供
送し、さらに、アノード電極２とカソード電極３との間
に電圧を印加するようになした電解式オゾン発生装置に
おいて、 上記アノード電極２とカソード電極３との間に印加され
る電圧が一定時間にごとに大きさが変化する脈流の直流
を印加するようになしたことを特徴とする技術的手段を
講じたもので有る。

「作用Ｊ 次に、本発明の詳細な説明するが、その前に、何故上記
通電後のオゾン含有率低下現象が発生するかを考察する
。

この現象発生の原因に関しては残念ながら、その明快な
説明はできていないが、現象面からして３つの原因が推
考される。

先ず、第一の原因は印加電圧が、熱エネルギーに変化し
て、オゾン発生の支障となるのではないかということで
ある。この、印加した電気エネルギーが電極部で熱エネ
ルギーに変化してオゾン発生効率を低下させ、あるいは
発生したオゾンが該熱エネルギーで分解されて結果とし
てオゾン発生率を低下させることは、空気または酸素を
原料としたコロナ放電法によるオゾナイザ−の研究でも
明らかにされているもので、例え、水中とは言え、オゾ
ン発生場所に相当する電極近くの局所には発熱が当然存
在するものである。

また、別の原因としては、一定時間電圧を印加すること
でオゾン発生効率が低下することから、固形重合体電解
質膜１のイオンクラスター内に水素分子が捕らえられて
、水素イオンが該固形重合体電解質膜１を通過しずらく
なるのではないかと推考される。

さらに、別の原因としてはアノード電極２付近の水に印
加電圧と電気的に均衡しようとするイオンクラスターが
形成されアノード電極２０表面近くにイオン通過を阻止
する何らかの組成が形成されるのではないかと推考され
る。

しかし、上記両推考のイオンの通過が阻止されるとする
と、電気分解効率自体が低下してしかるべきであるが、
そのような測定値は認めることができず、通電後一定時
間が経過しても電気分解効率（酸素発生量）はほとんど
変化を示さず、オゾンの含有率自体が低下するするもの
であったので、結局は電気分解自体は一定時間経過後も
同様に行われるが、その分解の結果が酸素原子（０）が
酸素（０２）になり易いか、オゾン（Ｏｌ）になり易い
かの条件（以下、オゾン化条件という。）に影響が生ず
ることは明らかである。

上記のオゾン化条件は、従来アノード電極２の触媒機能
によって決定されるとし、事実アノード電極２の材質を
種々変更することで、効率の異なるオゾン化条件が得ら
れている。しかし、現在問題としているところは、アノ
ード電極２を変更することな（、時間的経過のみで（温
度条件も変化していないにもかかわらず）オゾン化条件
が変化することであるから、通電後一定時間後にオゾン
化条件に影響する何らかの現象が発生していること自体
は事実である。

そこで、本発明者はカソード電極の触媒機能に注目をし
て、このカソード電極は直接水には接触しなくてもオゾ
ン化条件に影響を与えることが知られており、その理由
は水素イオンが固形重合体電解質膜１を通過する速度を
早め、水分子が酸素と水素に分解するタイミングに影響
を与えることで、アノード側にオゾンが発生し易くする
とされているので、上記両推論は水素イオンの通過を阻
止するのではなく、水素イオン移動の抵抗となって分解
によって発生した酸素の動きに制約を加えるのではない
かと確信した。

要するに、アノード電極２とカソード電極３との間に通
電を行うと、電界内には電気的変化に均衡を保たんとす
る変化が生じ、この変化がオゾン化条件に影響を与え、
電気的な均衡状態が発生するとオゾン化効率が低下する
ことになるのは現象面からしても明らかなことである。

本発明に於ては、上記電気的均衡状態を人為的に絶つよ
うになしたもので、印加脈流によってこの電気的均衡状
態の発生を防止する作用を呈するものである。

「実施例Ｊ 次に、本発明の実施例を添附図面に示したオゾン水製造
装置に従って説明すれば以下の通りである。

図中、１が固形重合体電解質膜で、この固形重合体電解
質膜１は従来と同じフッ素系陽イオン交換樹脂膜等の耐
オゾン性のものが使用され、その厚みは適宜なものが使
用できる。

そして、上記固形重合体電解質膜１の両面には、夫々所
定の開口率を有したアノード電極２とカソード電極３と
を重ねである。このアノード電極２とカソード電極３と
は、オゾン発生の触媒となるもので、アノード電極２は
通常、金（Ａｕ）、プラチナ（Ｐｔ）等の貴金属が使用
され、特に、二酸化鉛（ＰｂＯ２）　、さらには、鉛表
面を酸化素処理した鉛・二酸化鉛（Ｐｂ・ｐ　ｂ　＊　
）が最も効率的であ、ることが知られている。また、カ
ソード電極３も貴金属を使用することが望ましいとされ
金（Ａｕ）等が使用されるが、本実施例ではステンレス
にニッケル鍍金したものを使用した。

なお、上記の所定の開口率とは固形重合体電解質膜１を
アノード電極２またはカソード電極３で完全に覆うので
なく、画電極を第１図の如く多孔板状となしたり、また
は、金網状、コイル状等となし一定の割合で固形重合体
電解質膜１を覆うようになしたものを意味している。

そして、上記固形重合体電解質膜１のアノード電極２を
重ねた面倒には水を供送し、さらに、アノード電極２と
カソード電極３との間に電圧を印加するようになしてい
るが、図示実施例では、水Ｗを所定レベルまで注入した
水槽１０内に固形重合体電解質ｌｌ１１とアノード電極
２とカソード電極３とを収納した密閉ケース１１を没入
してなる。

そして、上記密閉ケース１１は、固形重合体電解質膜ｌ
によってアノード室１３とカソード室１２とに仕切られ
、さらに、アノード室１３に連通する水流人口１４とオ
ゾン水流出口１５と、カソード室１２に連通する水素流
出口１９とが設けである。さらに、上記オゾン水流出口
１５にはポンプ１６の吸込み口が連結され、このポンプ
１６を駆動すると、水Ｗは水流人口１４よりアノード室
１３内に流入し該ポンプ１６の吐出し口１８より水槽１
０内にもどるように循環するようになしている。

なお、第１図中、２０は水素流出口１９に連結した導管
で、カソード室１２内に発生した水素はこの導管２０で
水槽１０の外に導かれ水素処理槽２１に送られるように
なしている。また、１７はポンプ１６のモータを示すも
のである。

また、上記アノード電極２とカソード電極３とには電源
装置４から印加電源が供送されるのは熱論である。

本発明は、上記アノード電極２とカソード電極３との間
に印加される電圧が一定時間にごとに大きさが変化する
脈流の直流を印加するようになしている。

上記脈流としては、第２図に示したものが、通常運転電
圧として■２ボルトの手法を印加しておき、所定時間毎
にパルス波を重畳して■２ボルトより大きい■１ボルト
の尖頭値を得るようになしたもので、この脈流を得るに
は、従来公知な手法直流電源装置と、同じ〈従来公知な
パルス波電源装置とを共に上記アノード電極２とカソー
ド電極３とに連結すればよい。

なお、上記パルスはの間隔は当初、オゾン含有率が低下
するのに２〜３秒かかったので１〜４Ｈｚとなして１０
〜２０％の効率向上を得たが、実験の結果では６０Ｈｚ
〜５００Ｈｚまで第３図に示すごとき方形波で周波数を
上げると効率が倍程度まで向上するものであった。そこ
でこの周波数を２ＫＨｚまで段階的に高めて実験したが
、その結果では２５０Ｈｚ程度で効率向上はほとんど進
行しなくなり、ＩＫＨｚ以上となすと逆に水槽中のオゾ
ン水のオゾン濃度が低下した。

具体的数値としては第１図実施例の装置で、１０ｃｒｎ
″の固形重合体電解質膜１と、開口率が夫々５０％のア
ノード電極２とカソード電極３とを使用し、水槽ｌＯに
２０リツトルの水を注入して経時的に水Ｗのオゾン濃度
を測定したところ、６ボルト・４アンペアの平膜電流で
は第６図に二点鎖線で示す値を示し、２１５Ｈｚの第３
図に示す方形波では同第６図に三点鎖線で示す値を示し
た。

なお、第３図の１ボルトのベース電圧は、第１図図示装
置は通電を停止すると、逆電流が流れ、アノード電極２
が損耗するのを防止するためのものである。

以上オゾン水製造装置で本発明を説明したが、発生した
気相のオゾン（正確にはオゾン混入酸素）を直接水槽１
０の外に取り出して使用することも差し支えないことは
熱論である。

「発明の効果ｊ 本発明は、上記のごときであるので、効率的なオゾン発
生効率が得られる電解式オゾン発生装置を提供すること
ができるものである。

特に、コロナ放電法のオゾナイザ−に使用される数ＫＨ
ｚ乃至数十ＫＨｚの脈流電圧に比較したは極端に小さい
周波数の脈流は、前述した電気的な均衡状態の発生を阻
止するに充分であるばかりか、供送される水Ｗによるア
ノード電極２と固形重合体電解質膜１表面部位との接触
部位の冷却作用に時間的な余裕を保ち、効率的なオゾン
発生効率が得られる電解式オゾン発生装置を提供するこ
とができるものであると確信される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明電解式オゾン発生装置を利用したオゾン
水製造装置の縦断面図、第２図および第３図は夫々本発
明装置に使用される電源の波形図、第４図は従来装置に
使用される電源の波形図、第５図は従来装置における酸
素とオゾンの発生効率を縦軸に濃度を横軸に時間をとっ
て示すグラフ、第６図は従来装置と本発明を利用した第
１図装置とのオゾン発生効率を縦軸に濃度を横軸に時間
をとって示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固形重合体電解質膜１の両面に、夫々所定の開口率を有
   したアノード電極２とカソード電極３とを重ね、この、
   固形重合体電解質膜１のアノード電極２を重ねた面側に
   は水を供送し、さらに、アノード電極２とカソード電極
   ３との間に電圧を印加するようになした電解式オゾン発
   生装置において、 上記アノード電極２とカソード電極３との間に印加され
   る電圧が一定時間にごとに大きさが変化する脈流の直流
   を印加するようになしたことを特徴とする電解式オゾン
   発生装置。