JPH07157301A - オゾン発生器 - Google Patents

オゾン発生器

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JPH07157301A
JPH07157301A JP5307612A JP30761293A JPH07157301A JP H07157301 A JPH07157301 A JP H07157301A JP 5307612 A JP5307612 A JP 5307612A JP 30761293 A JP30761293 A JP 30761293A JP H07157301 A JPH07157301 A JP H07157301A
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JP
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water
ozone generator
anode
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cathode
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JP5307612A
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English (en)
Inventor
Kiyotaka Oshima
清高 尾島
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Maxell Holdings Ltd
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Hitachi Maxell Ltd
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Publication date
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来の水電解オゾン発生装置において携帯不可
能という欠点を解決し、持ち運びが容易で携帯が可能で
あり、適宜、消毒、漂白または酸化等に用いられる小
型、軽量でコンパクトなオゾン発生器を提供する 【構成】固体重合体電解質隔膜と、その両側に一対の電
極を配置し、電池等の直流電源を用いる水電解式のオゾ
ン発生機構を採用し、いわゆるSPE(Solid PolymerE
lectrolyte)電解装置とする。 【効果】携帯可能であるため適宜、空気、水などの殺
菌、消毒、漂白あるいは酸化に利用することができ、極
めて簡便で多目的に用いられる実用的オゾン発生器が得
られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はオゾン発生装置に係わ
り、さらに詳しくは消毒、殺菌、脱臭または酸化等に用
いられる小型、軽量で持ち運びが容易なコンパクトな構
造のオゾン発生器に関する。
【0002】
【従来の技術】オゾンの発生方法として、代表的なもの
に放電法と水電解法がある。前者は空気を原料として用
いた場合には、空気中の湿度の大きさに比例して有害な
NOx(窒素酸化物)が発生する。また、高電圧(〜k
V)を必要とするなどの問題がある。しかし、室内用の
オゾン発生器等はすべて放電法によるものが用いられて
いる。後者の水電解法は、低電圧(〜V)で高濃度のオ
ゾンを製造することができるので工業的な用途、あるい
はオゾン水製造装置等に用いられているが、とても携帯
できる大きさおよび重量ではなかった。そして、携帯が
可能な小型、軽量でコンパクトなオゾン発生器は、今ま
でに実現されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
した従来の水電解オゾン発生装置において携帯不可能と
いう問題点を解消し、小型、軽量、コンパクトで、持ち
運びおよび携帯が可能で、適宜、消毒、殺菌、脱臭ある
いは酸化等に用いられるオゾン発生器を提供することに
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、固体重合体電解質隔膜と、その両側に陽極
と陰極の一対の電極を配設し、電池等の直流電源を用い
る水電解式のオゾン発生機構を採用した、いわゆるSP
E(Solid Polymer Electrolyte)電解装置とするもの
である。そして、上記一対の電極面にはそれぞれ給水部
を接触させて設け、上記給水部には水を補給する導水部
を接続し、上記両電極に通電する回路には直流電源と定
電流装置を少なくとも配設したオゾン発生器とするもの
である。本発明のオゾン発生器において、陽極の表面に
酸素過電圧を上げてO2の発生を抑制し、O3の発生効率
を向上させる陽極触媒層、例えばPbO2、Au、P
t、PdまたはPb系の触媒を設けて酸素過電圧を向上
させることが望ましく、また上記給水部には貯水タンク
からの水を補給する導水部を接続するか、または固体重
合体電解質隔膜を電極面積よりも大きく配設し、その余
剰部を貯水槽とする構成にしてもよい。また、本発明の
オゾン発生器において、固体重合体電解質隔膜と、その
両側に陽極と陰極の一対の電極のうちの少なくとも陽極
の外面に、水の自然蒸発による散逸を防止するための、
例えばゼオライトからなる水蒸気吸着層を設けることも
できる。さらに、本発明のオゾン発生器において、陰極
で発生する水素を大気中に放出するための通気孔を設け
るか、または陰極で発生する水素を大気中の酸素によっ
て酸化して水に還元するPt等の酸化触媒層を設けるこ
とができる。また本発明のオゾン発生器において、発生
するオゾンの濃度を電流値可変の定電流装置によって調
節する手段を設けるものであり、さらに電解に使用する
水として、伝導度100μs/cm以下の純水、もしく
は水の電解により造られたpHが7以下の酸性を示す陽
極水、もしくはπウオータを用いることが好ましい。そ
して、発生するオゾン濃度を0.001〜0.04pp
mの範囲に調整可能な制御手段を設けるものである。
【0005】
【実施例】以下に本発明の実施例を挙げ、図面を引用し
てさらに詳細に説明する。水電解法によるオゾン発生装
置として、電解液を用いるもの、および固体重合体電解
質隔膜〔SPE(Solid Polymer Electrolyte)〕を用
いるものがあるが、後者の、いわゆるSPE電解法が電
解電圧の低電圧化、コンパクト化および液漏れなどの心
配が少ないという利点がある。水を電気分解すると、陽
極からO2、O3の混合ガス(O2:O3=約9:1)が発
生し、陰極からH2が発生する。O3発生の理論電解電圧
は1.511Vであり、通常の電池電源の使用が可能で
ある。ここで、オゾン発生器として、どの程度の消費電
力、電極面積を必要とするかについて検討する。いま、
濃度が0.02ppmのO3を発生させる場合に、単位
時間当りのオゾン発生量は、気温18℃のもとでグラム
換算すると約1.93×10~5(g/h)となる。オゾ
ン1gの製造に要する理論エネルギーは5.06(Wh
/gO3)であるから、オゾン発生器の理論消費電力は
約0.1mWとなる。SPE電解法による電流密度は約
104A/m2であるので、理論上の電極面積は約6.5
×10~3mm2となる。しかし、実際には効率が約1%
程度であり、オゾン発生器の消費電力および電極面積
は、それぞれ10mWおよび0.65mm2程度とな
り、通常の電池の使用が可能で、かつ電極面積に至って
は非常に小さなもので良いことが分かる。なお、バッテ
リーパックを別体に設けても良い。次に、電極の構成に
ついて説明する。上述のごとく電極面積は非常に小さく
て済む。そして、SPE電解法で通常用いられている酸
素過電圧を上げ、O2の発生を抑えてO3の発生効率を増
加させるためのPbO2陽極触媒を用いることができ
る。また、上記のPbO2以外に、Au、Pt、Pd、
Pbなども酸素過電圧を上げる陽極触媒として好適に用
いることができる。固体重合体電解質隔膜としては、陽
イオン交換膜〔例えばDu Pont社NAFION膜(#
117等)〕が用いられる。陽極、陰極の電極材料に
は、チタン、ステンレス、ニッケル、炭素等が用いられ
る。当然のことながら、気体透過可能な形態、すなわち
ポーラス状、メッシュ状等の形態で使用される。本発明
のオゾン発生器においては、陽極の外側部分に原料水の
自然蒸発による散逸を防ぐ目的で、ゼオライト等の水蒸
気吸着層(水蒸気不透過層)を設けても良い。そして、
陰極の外側部分には、発生するH2を大気中のO2によっ
て酸化しH2Oを生成させ、これを電極への給水部に戻
すためのPt等の酸化触媒層(陰極触媒層)を設ける構
成としても良い。この酸化触媒層を設けない場合は、発
生するH2を放出させるために陰極の外周部分は、例え
ば穴開きカバーを設けて密閉しない構造とする必要があ
る。次に、電解によるオゾン発生により消費される原料
水の補給方法について説明する。上述したオゾン発生
量、約1.93×10~5g/hから、原料水の消費量は
約7.88×10~5g/hとなる。オゾン発生器の使用
時間を2h/日とすると、年間の水の消費量は約58m
g/年となる。電極面積が小さいのでこの程度の少ない
水の消費量であっても補給方法を考えておかなければな
らない。また、陽極側は空気の流通が激しいので、陽極
からの水の自然蒸発がむしろ問題となる。そこで、上述
したゼオライト等の水蒸気吸着層などが必要となる。ま
た、水の補給方法としては、例えば固体重合体電解質隔
膜を電極面積よりも大きくとり、その余剰部分を貯水層
として用いることもできる。また、電解に用いる水につ
いては通常は純水(伝導度100μs/cm以下)が電
解効率を向上させるために用いられる。さらに、オゾン
発生を容易にするために水電解装置で作られた酸性(p
H7未満)の、いわゆる陽極水を用いることが有効であ
る。また、さらにπ(パイ)セラミックスで処理した生
体水(エネルギーレベルが高い水)いわゆるπ(パイ)
ウオータを用いることも有効である。図1および図2
に、本発明のオゾン発生器の構造の一例を示す。オゾン
発生器本体には、電池(直流電源)1、定電流装置2、
水の電解装置部および貯水タンク3から主に構成されて
いる。水の電解装置部には、固体重合体電解質隔膜4、
陽極5、陰極6、電極への給水部7、穴開きカバー8等
により構成されている。固体重合体電解質4には、貯水
タンク3が導水部10を介して接続されており、陰極6
側には穴開きカバー8による通気孔11が設けられてい
る。貯水タンク3から陽極5、陰極6に給水する方式と
して、図1に示すオゾン発生器では、導水部10に含水
性で水を移動し得る材料、例えば細かい繊維を束ねたも
の、あるいはフエルト(繊維を縮絨したもの)状のも
の、綿状のもの(例えばグラスウールなど)、織物
(布)状のもの、スポンジ状のもの等が挙げられる。そ
して、その形態は、線状、短冊状等の形が望ましい。あ
るいは、上記の給水の方法として、例えば図2に示すご
とく、貯水タンク3からパイプまたはチューブで水を両
電極5、6部にまで配管し、電極への給水部7には含水
性、保水性を有する、例えばグラスウールなどの綿状の
ものを充填してもよい。そして、電極への給水部7に用
いられる材料として、上記のグラスウールの他に、含水
性(保水性)と気体透過性を併せ持つ材料を用いること
ができる。すなわち、上記の導水部10に用いられる材
料と同様に、例えば細い繊維を束ねたもの、フエルト状
のもの、綿状のもの、織物(布)状のもの、スポンジ状
のもの等が挙げられる。そして、その形態は電極面と同
じく2次元的な面状のものが好ましい。なお、上記の貯
水タンク3から水を導入する導水部10と電極への給水
部7は、同一材料で一体に構成してもよく、違う材料で
あっても良い。また、穴開きカバー8は必要に応じて設
けることができる。そして、空隙の大きい材料を電極へ
の給水部9に用いた場合には、穴開きカバー8は水の垂
れを防ぐのに役立つ。以上の構成のオゾン発生器に、直
流電源1としてリチウム電池(充電式、3V、容量10
mAh、大きさ10mmφ)を用い、定電流装置2によ
り 電流値を1mAに調整して電解を行った。なお、リ
チウム電池は1回の充電で10時間使用が可能となる。
電解装置に印加する電圧は、おおよそ1.5〜2Vの範
囲とした。陽極7から発生したオゾン濃度を調べたとこ
ろ0.001〜0.04ppmの範囲で任意に制御する
ことができ良好な結果が得られた。
【0006】
【発明の効果】本発明のオゾン発生器は、固体重合体電
解質隔膜と、その両側に一対の電極を配置し、電池等の
直流電源を用いる水電解式のオゾン発生機構を採用し
た、いわゆるSPE(Solid Polymer Electrolyte)電
解装置としているため、小型、軽量、かつコンパクトな
構造の高性能で携帯可能なオゾン発生器を実現すること
ができる。そして、携帯可能であるため適宜、空気、水
などの消毒、殺菌、脱臭あるいは酸化等に利用すること
ができ、極めて簡便で多目的に用いられる実用的なオゾ
ン発生器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例で例示したオゾン発生器の構造
を示す模式図。
【図2】本発明の実施例で例示したオゾン発生器の他の
構造を示す模式図。
【符号の説明】
1…電池(直流電源) 2…定電流装置 3…貯水タンク 4…固体重合体電解質隔膜 5…陽極 6…陰極 7…電極への給水部 8…穴開きカバー 9…陰極触媒層(酸化触媒層) 10…導水部 11…通気孔 12…陽極触媒層(酸素過電圧上昇触媒層)
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C25B 15/02 302

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固体重合体電解質隔膜と、その両側に陽極
    と陰極の一対の電極を配設し、上記一対の電極面には、
    それぞれ給水部を接触させて設け、上記給水部には水を
    補給する導水部を接続し、上記両電極に通電する回路に
    は直流電源と定電流装置を少なくとも配設してなること
    を特徴とするオゾン発生器。
  2. 【請求項2】請求項1において、陽極の表面に酸素過電
    圧を上げO2の発生を抑えてO3の発生効率を向上させる
    陽極触媒層を設けたことを特徴とするオゾン発生器。
  3. 【請求項3】請求項2において、陽極触媒層はPb
    2、Au、Pt、PdまたはPb系の触媒からなるこ
    とを特徴とするオゾン発生器。
  4. 【請求項4】請求項1において、給水部には貯水タンク
    からの水を補給する導水部を接続してなることを特徴と
    するオゾン発生器。
  5. 【請求項5】請求項1において、固体重合体電解質隔膜
    を電極面積よりも大きく配設し、その余剰部を貯水槽と
    することを特徴とするオゾン発生器。
  6. 【請求項6】請求項1において、一対の電極のうちの少
    なくとも陽極の外面に、水の自然蒸発による散逸を防止
    するための水蒸気吸着層を設けたことを特徴とするオゾ
    ン発生器。
  7. 【請求項7】請求項6において、水蒸気吸着層はゼオラ
    イトからなることを特徴とするオゾン発生器。
  8. 【請求項8】請求項1において、陰極で発生する水素を
    大気中に放出するための通気孔を設けてなることを特徴
    とするオゾン発生器。
  9. 【請求項9】請求項1において、陰極で発生する水素を
    大気中の酸素によって酸化して水に還元す酸化触媒層
    を、上記陰極の外面に設けてなることを特徴とするオゾ
    ン発生器。
  10. 【請求項10】請求項1において、発生するオゾンの濃
    度を電極に印加する電圧によって調節する手段を設けた
    ことを特徴とするオゾン発生器。
  11. 【請求項11】請求項1において、電解に使用する水と
    して伝導度100μs/cm以下の純水、もしくは水の
    電解により造られたpHが7以下の酸性を示す陽極水、
    もしくはπウオータを用いることを特徴とするオゾン発
    生器。
  12. 【請求項12】請求項1において、発生するオゾン濃度
    を0.001〜0.04ppmの範囲に調整可能な制御
    手段を設けたことを特徴とするオゾン発生器。
JP5307612A 1993-12-08 1993-12-08 オゾン発生器 Withdrawn JPH07157301A (ja)

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