JPH0361391A - 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】 ｒａ業上の利用分野Ｊ この発明は、オゾンを水の電気分解法によって発生せし
める電解式オゾン発生装置に関するものである。

ｒ従来の技術１ 固形電解質が燃料電池用として開発され、その後、該固
形電解質はソーダ電解などに実用されて普及したが、近
時、この固形電解質を利用して水を電解し、かつその際
に、陽極側に酸素発生を抑える触媒を配すると酸素とオ
ゾンが同時に発生することが見出され、種々の電解式オ
ゾン発生装置が提案されている。

そして、上記触媒には二酸化鉛の使用が最もオゾン発生
率を向上できることが実験の結果明かになっており、特
公昭６１−４３４３６号として提案された電解装置の応
用が注目されている。

上記従来例は、第４図のごとき構成となっており、ポー
ラス金属板等からなる金属（基体）３ａ′の上に二酸化
鉛からなる多孔性膜状電極触媒層３ｂ’を一体的に被覆
して陽極電極３を構成し、この多孔性膜状電極触媒層３
ｂ’　を固形電解質膜１の一面側に密着して、一方、該
固形電解質膜１の他面には通気性の陰極（相手側）電極
４を重ね合せ、周電極３．４には直流電圧を印加するよ
うになしである。

ｒ発明が解決しようとする問題点Ｊ しかし、上記従来例において、多孔性膜状電極触媒Ｆ１
３　ｂ’　を気体透過性の金属３ａ’上に一体的に被覆
するには、溶接法、溶射法、複合金属の部分溶出法、焼
付法等によって膜状の多孔層を形成しているため、該多
孔性膜状電極触媒層３ｂ’じ二酸化鉛層を使用すると、
この二酸化鉛層は脆弱であり二酸化鉛層が膨潤・離脱し
、性能劣化や発生オゾンの汚染の原因となる欠点を有し
ていたすなわち、上記のごとき方法で製造された多孔性
膜状電極触媒層３ｂ’の通孔（通路）はその径が数ミク
ロン単位と細く、かつ、複雑に屈曲するものであるため
、電気分解によって発生する酸素、オゾンがこの通路を
通過する際に、多孔性膜状電極触媒ＦＪ３　ｂ’　は通
路の内側から外に向けた力が加わり、短期間の運転で二
酸化鉛層が膨潤・離脱する現象を呈することが確認され
た。

ｒ目的１ そこで、本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、二酸
化鉛が長期間、安定的に固形電解質膜１の一面側に密着
保持され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。

ｒ問題点を解決するための手段Ｊ 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、固形電解質
＠１を陽極電極３と陰極電極４とで挟み、両電極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
める電解式オゾン発生装置において、 上記固形電解ｔｌｌｉｔとしてフッ素系陽イオン交換膜
を使用し、 上記陽極電極３は、固形電解質ＩＩＩ　１の一面側に対
設され通気部２により通気性を有した耐蝕金属３ａと、
該耐蝕金属３ａと固形電解質ＩＩＩ　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１への非接触部に形成される空間部５と耐
蝕金属３ａの通気部２とを連通し、 さらに、上記陰極電極４は通気性金属を使用したことを
特徴とする技術的手段を講じたものである。

「作用１ 先ず、何故、水を電気分解するとオゾンが発生するかに
関しての定説は現在では必ずしも定かではないが、この
種の電解式オゾン発生装置で、陽極側の水の分子から陽
イオン、すなわち水素イオンが印加した電気エネルギー
によって引き離されこの水素イオンは陰極側に移動して
、その結果、陽極側では酸素が発生し、陰極側では水素
が発生する作用を呈することは明白である。

そして、この酸素発生に際して、酸素発生に必要な電位
差よりも高い電位が有ると酸素とともにオゾンが発生す
ることが現象面から確認されており、この現象は、電位
が低い場合６電子反応の酸素が発生し、電位が高いと６
電子反応の酸素発生とともに２ｉ（子反応のオゾンが発
生する作用を呈するとされている。また、二酸化鉛の触
媒は６電子反応の酸素発生を押え２電子反応のオゾン発
生を助長するとされている。

そして、本発明においては、二酸化鉛は固形電解質膜の
全面に接触せず、接触部と非接触部とが存在するように
接触し、この二酸化鉛が接触しない空間部５には耐食金
属３ａの通気部２を介して供送した水が侵入する。そし
て、陽極電極３と陰極電極４との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側面に水を供送す
ると、二酸化鉛３ｂと固形電解質膜１どの接触部付近で
酸素とオゾン（以下、両者を含めてオゾンガスという）
が発生し、このオゾンガスは空間部５と通気部２との比
較的断面積の大きい通路を通って陽極電極３の外に取り
出される。この際に、オゾンガスの発生量は印加電圧の
電力量を大きくすると増加することは判明していたが、
二酸化鉛３ｂの固形電解質膜１への接触率が低減すると
、オゾンガスの発生量及び該オゾンガス中のオゾン量の
割合は当初低下減少するものと推考されたが、実際のと
ころでは、前記従来例装置の二酸化鉛３ｂの略全面を接
触させる方式に比較し、オゾンガスの発生量及びオゾン
ガス中のオゾン量の割合は逆に増加した。この現象は、
二酸化鉛３ｂと固形電解質膜１との接触部付近で発生し
たオゾンガスが発生部付近に滞留することなく、比較的
断面積の大きい通路部を通って速やかに取り出されるこ
とでオゾンガスの発生量が効率化され、また、オゾン量
の割合は狭い通路を時間を経て通過する際に分解される
量が少ないためと思料されるものであるすなわち、本発
明装置は従来と同じオゾン発生作用を呈するうえ、発生
したオゾンを速やかに発生場所から取り出し、オゾン発
生部位での滞留オゾンガスによる以後の電解効率低下を
避ける作用を呈するものである。

「実施例１ 次に、本発明の実施例を第１図乃至第３図に従って説明
すれば以下の通りである。

図中、１は固形電解質膜で、この固形電解質膜１を陽極
電極３と陰極電極４とで挟み、両電ｆｉ３４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。

そして、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るが、本実施例では１００乃至８
００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１１ｔ膜１の厚みは１００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、従来の電流を大き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、綱目状イオンクラス
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　ｙｎ’以上の継
続通電を行なうと劣化が大きく、この固形電解′ＪＩｔ
膜１の厚みは後述直流電圧との関係で０．３アンペア／
　ｃ　ｒｒ？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
対設され通気部２により通気性を有した耐蝕金属３ａと
、該耐蝕金属３ａと固形電解質膜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とで構威し、この二酸化鉛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と耐蝕金
属３ａの通気部２とを連通しである。

すなわち、上記耐蝕金ａ３ａ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、この耐蝕金属３ａ
に通気性を確保する通気部２は、図示例では耐蝕金に＠
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、耐蝕金属３ａと固形電解Ｘ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
ベレット状のものが使用され、多数の二酸化鉛３ｂの粒
子が、その径より小径な網目を有した耐蝕金属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、貴金属等からなる耐食金属体
３ａで被包すればよい、なお、この様にして二酸化鉛３
ｂ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耐食金属３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、
！ＩＬＮＪ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’ｆ［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を持つ耐食金１７１３
ａに二酸化鉛３ｂを鍍着する（この鍍着は耐食金属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、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、この鍍着により
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を持つ耐食金属３ａに二酸化鉛３ｂを破
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、上記固形電解質膜１の他面側には通気性金属よ
りなる陰極電極４を瓜ね合せである。この陰極電極４は
、同じくステンレス、チタン、貴金属等が使用され、前
記耐食金属３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（耐食金属３ａ）と陰８ｉ電極
４とは、両電極間に直流電圧を印加する電源装置（図示
せず）に連結することは熱論で、本実施例ではこの電源
装置は６ないし３０ボルトの直流電圧を印加するものを
使用している。

次ぎに、上記固形電解１１膜１の耐食金属性電極体３側
に水を供送して電解オゾンを発生せしめる具体的装置の
一例を第２図及び第３図の電解によって発生したオゾン
を水に溶解してオゾン水を得る装置例にもとすいて説明
する。

同図中、２０が水槽、１０が該水槽２０の水中に役人す
る容器で、この容器１０は固体重合体電解質Ｉｆ！　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’Ｊｔｌｌｉｌ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
を二分割体で構威し、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、この縦方向保持リブ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
ずる凹部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１４ａ、１４
ａ、１４ａ・・・を設け、各横方向保持リブ！４ａＩ′
１Ｉｆｆの谷部ｔ４ｂ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ｌの陽極室１３面側には該固
形電解質膜１と耐食金属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、この固形電解質＠１と二酸化鉛３ａの粒子及び
耐食金属３ａと陰極電極４とは適宜手段で保持し容器１
０内をｌＩ！極室１３と負極室１４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ｔａｂ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
通する水取入口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１１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１７は、図示例ではモータ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
人した水が吸引されるようになして、水４！！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
って強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を配するのは熱論である。

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「発明の効果」 本発明は上記のごときで、固形中実状の二酸化鉛３ｂを
使用したため、従来の多孔性膜状電極触媒層に比較して
、二酸化鉛３ｂ自体の機械的強度が高く、また、発生し
たオゾンガスは二酸化鉛３ｂの間隙に形成される比較的
大径な通路を自由に通過できるため、該二酸化鉛３ｂが
機械的な力で損傷する恐れが少なく耐久性の大きい電解
式オゾン発生装置を提供することができるものである。

また、本発明は上記のごとく発生したオゾンガスを速や
かに発生場所より取り除くことができるため、触媒機能
の低下が少なく、また、発生したオゾンガスが狭くて複
雑な通路を無理して通過することにより発熱等でオゾン
が分解することも少なく、結果として効率的な電解式オ
ゾン発生装置を提供することができるものである。

【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の要部断面図、第
２図は本発明をオゾン木製造装置に応用した正面図、第
３図はＡ−Ａ線拡大断面図、第４図は従来例要部断面図
を示すものである。 １〜固形電解買＠２〜二酸化鉛粒子層

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 固形電解質膜１を陽極電極３と陰極電極４とで挟み、両
   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
   を発生せしめる電解式オゾン発生装置において、 上記固形電解質膜１としてフッ素系陽イオン交換膜を使
   用し、 上記陽極電極３は、固形電解質膜１の一面側に対設され
   通気部２により通気性を有した耐蝕金属３ａと、該耐蝕
   金属３ａと固形電解質膜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
   １への非接触部に形成される空間部５と耐蝕金属３ａの
   通気部２とを連通し、 さらに、上記陰極電極４は通気性金属を使用したことを
   特徴とする電解式オゾン発生装置。