JPH0627654Y2 - オゾンガス発生用水電解装置 - Google Patents

オゾンガス発生用水電解装置

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JPH0627654Y2
JPH0627654Y2 JP1990099033U JP9903390U JPH0627654Y2 JP H0627654 Y2 JPH0627654 Y2 JP H0627654Y2 JP 1990099033 U JP1990099033 U JP 1990099033U JP 9903390 U JP9903390 U JP 9903390U JP H0627654 Y2 JPH0627654 Y2 JP H0627654Y2
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water
tank
anolyte
cathode
pipe
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JP1990099033U
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琢朗 加藤
慎一 下田
昭彦 藤井
薫 平形
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Japan Carlit Co Ltd
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Japan Carlit Co Ltd
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この考案は固体高分子電解質膜を使用したオゾンガス発
生用水電解装置に関する。
(従来の技術) 固体高分子電解質膜を利用した電解槽を使用して純水あ
るいは脱イオン水を電解液とし、水電解法でオゾンガス
含有酸素を発生させる方法は公知の技術であり、従来、
電解槽への電解液の循環はポンプで強制的に行なわれて
いた。しかしながら、オゾンガスは強酸化性であるの
で、耐酸化性であり、かつ、長時間の連続運転にも耐性
を示すポンプを選定しなければならず、ケーシングの材
質も限られ、結果として装置全体が高価なものとなって
しまう。
固体高分子電解質膜を利用した電解槽はプロトンが膜内
を陽極側から陰極側に移動することにより、通電が可能
となり、陽極室にオゾン含有酸素および陰極室に水素ガ
スが発生するが、膜中をプロトンが移動する際に、プロ
トン1モルに対し2〜3モルの水を陰極側に同伴する。
この同伴水は陽極液として再利用すれば電解液の節約が
でき好都合である。同伴水を陽極液として再利用する方
法は特開平2−93088号公報に開示されているが、
この方法では陰極室中の電極液を直接陽極室に供給する
ため、陽極室中の酸素ガスと陰極室中の水素ガスが混合
し爆発の危険性を有するといった問題がある。また、陰
極側の同伴水はカーボンあるいは白金等の陰極触媒の脱
落により汚染され、これらはオゾンガスの自己分解を促
進するため、直接陽極液として再使用するには不適切で
ある。さらに、従来のオゾンガス発生用水電解装置では
陰極側から発生する水素ガスは利用されることなく大気
中へ放出あるいは酸素との反応で処理され、水蒸気とし
て大気中へ放出されていた。
(考案が解決しようとする課題) この考案は循環ポンプを使用せず、電解発生するガスリ
フト作用を利用して陽極液を循環使用し、陰極側の同伴
水および陰極から発生する水素ガスを燃焼することによ
り得られる生成水を供給水槽に戻し、フィルタで不純物
を分離除去した後、電解液として循環使用することによ
り長時間にわたり電解液の補給をすることなく、連続運
転を可能にし、かつ、オゾンガスの無効分解のないオゾ
ンガス発生用水電解装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本考案の装置は、固体高分子電解質膜を介して陽極と陰
極とを一体化した電極により中央部を区画し、陽極室と
陰極室とを構成した電解槽と、前記電解槽よりも上部に
設けた陽極液槽と、前記電解槽よりも下部に設けた供給
水槽とから成り、陽極液槽の下部と陽極室の下部とを陽
極液供給管で接続し、陽極液槽の下部と陽極室の上部と
をガスリフト管で接続し、陰極室の下部と供給水槽とを
同伴水戻し管で接続し、供給水槽の水を給水ポンプによ
りフィルタを介して陽極液槽に供給する給水管を接続
し、かつ、陰極室の上部から燃焼塔および冷却器を経て
供給水槽に至る水素ガス排出処理管を接続したことを特
徴とするオゾンガス発生用水電解装置である。
次に本考案の一具体例を図面に基づいて説明する。第1
図において、電解槽6は、陽極1と陰極2との間に固体
高分子電解質膜5を設けて一体化された電極により区画
され陽極室3と陰極室4が構成されている。電解槽6の
上方および下方には、それぞれ陽極液槽7と供給水槽1
7が配置されている。陽極液槽7の下部と陽極室3の下
部とは、途中に三方コック9を有する陽極液供給管8に
より接続され、かつ、陽極室3の上部と陽極液槽7の下
部とは、陽極液槽7の下部内方に突出して設けられたガ
スリフト管10により接続されている。
一方、陰極室4の上部には電解により陰極2から発生す
る水素ガスを排出処理するための水素ガス排出処理管1
2が設けられ、発生した水素ガスは空気導入管13から
の空気と混合され、触媒燃焼塔14に導入されて燃焼
し、ここで生成した水蒸気は冷却器15で冷却され、生
成水戻し管16を通り供給水槽17に戻される。また、
陰極室4の下部と供給水槽17とは、供給水槽17内の
液面下まで挿入された同伴水戻し管11により接続され
ている。更に、供給水槽17と陽極液槽7とは、給水管
21により接続され、給水管21の途中には供給水槽1
7の供給水を陽極液槽7へポンプアップするための給水
ポンプ18と供給水中の不純物(主に脱落した陰極触
媒)を分離除去するためのフィルタ19およびオゾンガ
ス含有液の逆流を防止するための逆止弁20が設けられ
ている。なお、オゾンガス排出管22は発生したオゾン
ガス含有酸素ガスを排出し、利用に供するためのもので
ある。
以上のように構成された本考案の電解装置の動作を説明
する。電解を開始する前に、供給水槽17の水を陽極液
槽7へ徐々に給水する。供給する水は蒸留水もしくは脱
イオン水が好ましい。陽極液槽7に規定水位(例えば、
液面計で感知する)の液が供給された時点で通電を開始
すると、電解により発生したオゾンガス含有酸素ガスは
ガスリフト管10を上昇するとともに電解液を押し上げ
ることにより、陽極室3と陽極液槽7との液循環が行な
われる。この時、陽極液供給管8およびガスリフト管1
0は陽極液槽7の下部に配管されているため、オゾンガ
ス処理装置等の組込みにより陽極液槽7の内圧が変動し
ても同圧に保たれているから、ガスリフトによる循環は
常に一定に行なわれ、液切れ、逆流などの現象を起こす
ことがない。また、電解により陰極室4内に同伴した水
は同伴水戻し管11および供給水槽17を経て給水ポン
プ18によりポンプアップされフィルタ19にて不純物
を分離除去した後陽極液として再利用される。一方、陰
極2から発生する水素ガスは、同伴水戻し管11が水封
されているため供給水槽17の内部へ流入することなく
水素ガス排出処理管12により排出され、エアーポンプ
(図示せず)により空気導入管13より供給された空気
と混合されて、触媒燃焼塔14内に流入し、水素酸素混
合ガスは塔内の触媒と接触反応により水蒸気を生成し、
生成水戻し管16に取り付けられた冷却器15で冷却さ
れ水となり供給水槽17に戻され、同伴水と同様にフィ
ルタ19にて不純物を分離除去されて陽極液として再利
用される。
本発明で使用する固体高分子電解質膜としては、オゾン
ガスと接触しても十分に耐性を示すフッ素樹脂系陽イオ
ン交換膜が好ましく、市販されている製品では、例えば
デュポン社製のナフィオン膜を用いることができる。固
体高分子電解質膜と陽極および陰極の組立方法として
は、チタンメッシュに電極触媒を担持した多孔質の陰極
および陽極を固体高分子電解質膜に押し付けて作製する
か、または、固体高分子電解質膜に直接触媒を担持した
膜−電極接合体を作製し、白金メッキチタンメッシュ、
多孔質カーボン等の給電体を押し付けて使用する。
陽極触媒としては、β−PbOがオゾンガス発生効率
の高いので好ましく、陰極触媒としては水素過電圧の低
い白金、白金−イリジウム合金が用いられる。これら陰
・陽極触媒のチタンメッシュあるいは膜への形成方法
は、湿式メッキなどの公知の方法が用いられる。なお、
非電解時は陽極と陰極とで電池を形成し、陽極が還元さ
れ電極寿命が短くなるので停電時はバックアップを行い
微少な電流を流すことが好ましく、長期休止の場合は三
方コック9から水を排出しておく。この水は溶存オゾン
を分解後、供給水槽17に戻すこともできる。
本発明では、陰極材の脱落により同伴水中に含まれるカ
ーボンあるいは白金等の不純物をフィルタによって分離
除去することによりオゾンの自己分解を防止し、同伴水
を電解液として再利用する。フィルタの孔径としては不
純物を完全に除去できるよう1μm以下のものが好まし
く、その材質はPTFEあるいはガラス繊維等が使用で
きる。また、陰極から発生する水素ガスを酸素と反応さ
せるための水素燃焼触媒としては、室温でも反応が完全
に進行する触媒の選択が好ましく、遷移金属系酸化物触
媒あるいは白金族系の触媒を活性アルミナ担体などに担
持したものが用いられる。
(実施例) 第1図と同様の装置を組立てた。すなわち、固体高分子
電解質膜として20cm2の活性面を有するデュポン社製
のナフィオン117を使用し、その陽極側にβ−PbO
メッキを施した多孔質チタン材および陰極側に白金メ
ッキを施した多孔質カーボン材を押し当てた電極を使用
し、電解槽を区画した。容量0.7lの陽極液槽および
容量5lの供給水槽に接続し、フィルタには孔径0.5
μm、直径47mmのガラス繊維フィルタを使用した。ま
た、水素燃焼触媒は白金触媒を担持させた直径5mmの活
性アルミナビーズ10gを内径20mmの触媒燃焼塔に充
填し、空気導入管より2l/minの流量で空気を供給し
た。電解液に純水を使用し、液温30℃、100A/dm
2の電流密度で通電を行なったところ、槽電圧3.4V
でオゾン発生量は約650mg/Hで一定となった。ま
た、ガスリフトによる陽極液の循環量は110ml/min
であり、水の全減少量は1ml/Hであった。
比較として、フィルタを装着しない同様の装置ではオゾ
ン発生量は約280mg/Hであり、また、水素の燃焼生
成水を再利用しない場合の水の全減少量は約7.2ml/
Hであった。
(考案の効果) この考案によると、電解液の循環は電解発生したガスに
より行なわれるため、ポンプの故障といったトラブルも
なく、保守、運転が容易である。また、陰極室からの同
伴水および水素燃焼反応により得られた生成水を供給水
槽に戻し、フィルタで不純物を分離除去した後電解液と
して再利用されるため、電解発生したオゾンガスを無効
分解により損なうことなく、水の消費量は同伴水のみを
回収する装置に比べさらに1/7以下に節約ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本考案の装置の一具体例を示す説明図である。 1……陽極、2……陰極、3……陽極室、 4……陰極室、5……固体高分子電解質膜、 6……電解槽、7……陽極液槽、8……陽極液供給管、
10……ガスリフト管、 11……同伴水戻し管、12……水素ガス排出処理管、
14……触媒燃焼塔、15……冷却器、 16……生成水戻し管、17……供給水槽、 18……給水ポンプ、19……フィルタ、 21……給水管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平2−51263(JP,U) 実開 平3−81361(JP,U) 実公 昭62−17486(JP,Y2)

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体高分子電解質膜を介して陽極と陰極と
    を一体化した電極により中央部を区画して、陽極室と陰
    極室とを構成した電解槽と、前記電解槽よりも上部に設
    けた陽極液槽と、前記電解槽よりも下部に設けた供給水
    槽とから成り、陽極液槽の下部と陽極室の下部とを陽極
    液供給管で接続し、陽極液槽の下部と陽極室の上部とを
    ガスリフト管で接続し、陰極室の下部と供給水槽とを同
    伴水戻し管で接続し、供給水槽の水を給水ポンプにより
    フィルタを介して陽極液槽に供給する給水管を接続し、
    かつ、陰極室の上部から燃焼塔および冷却器を経て供給
    水槽に至る水素ガス排出処理管を接続したことを特徴と
    するオゾンガス発生用水電解装置。
JP1990099033U 1990-09-25 1990-09-25 オゾンガス発生用水電解装置 Expired - Lifetime JPH0627654Y2 (ja)

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JPH0456758U JPH0456758U (ja) 1992-05-15
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