JPH11106976A

JPH11106976A - 電解水生成装置

Info

Publication number: JPH11106976A
Application number: JP9272358A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Inatani; 正敏稲谷
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-06
Filing date: 1997-10-06
Publication date: 1999-04-20

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はオゾン発生効率の良い陽電極を使用
し、中性に近い酸素系の電解殺菌水を生成する。【解決手段】陰電極を持つカソード室と、２枚のオゾ
ン発生電極を重ねた陽電極を持つアノード室と、前記カ
ソード室とアノード室とを仕切るイオン交換膜で構成
し、イオン交換膜と接するオゾン発生電極表面のみイオ
ン交換膜と同系統の表面処理樹脂膜を形成したことを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水の殺菌浄化、生
鮮野菜の洗浄殺菌や各種汚染物質の殺菌洗浄、工業材料
の表面処理等を目的に、水を電気分解してオゾンを生成
するのに適したガス発生電極を備えた電解水生成装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】オゾンの生成方法としては放電や紫外線
により空気中の酸素をオゾンに酸化させる方法と、水を
電気的に水素と酸素に分解し、その副生成物としてオゾ
ンを生成させる方法とがある。空気中の酸素からオゾン
を生成する方法は、空気中の約８０％の窒素も同時に酸
化するため、二酸化窒素や一酸化窒素等の窒素酸化物も
生成し、処理ガスを水に吹き込み溶解させオゾン水を製
造すると、同時に窒素酸化物が硝酸となり強酸性のオゾ
ン水となる。

【０００３】また、空気には８０％の窒素ガスが含ま
れ、酸素濃度は２０％と低く、生成する処理ガス中のオ
ゾンガス分圧は低くなり、水へのオゾンの溶解量が小さ
く、低濃度のオゾン水しか製造できない。よって、水に
高濃度でオゾンを溶かし、且つ中性且つ純粋でクリーン
なオゾン水を生成するには水の電気分解による方法が推
奨される。

【０００４】通常、この電気分解によるオゾンの生成に
は、イオン交換水の入った電解槽をアノード室とカソー
ド室とにイオン交換膜で仕切り、そのイオン交換膜の両
側に通気性のある多孔質状の陽電極と陰電極を圧着させ
たゼロギャップ電解槽を使用する。

【０００５】アノード室には電解液と接する陽電極があ
り、この陽電極にはラス材の様な多孔質状の金属チタン
を基体とし、白金めっき層を介して二酸化鉛を電着した
ものを使用する。

【０００６】カソード室には陰電極を配し、陽電極同様
に多孔質状の金属チタン基体上に白金めっき処理を行っ
たものを使用する。多孔質状の電極を使用する理由は、
カソード室内で水の電気分解によりイオン交換膜と陰電
極表面との界面で生じる水素ガスを陰電極背面に順次通
過させ排出するためであり、アノード室においても同様
にイオン交換膜と陽電極との界面に水の分解で生じる酸
素ガスやオゾンガスを陽電極背面に順次通過させ排出す
るためである。

【０００７】また、陽電極や陰電極の基体材として金属
チタン材を選定し、電極基体の表面に白金や二酸化鉛を
形成するのは、陽電極のイオン交換膜表面が強酸性とな
り、これに接する電極膜及び対極基体は当然のことなが
ら耐酸性材料でなければならないためである。

【０００８】さらに、陽電極の表面処理として二酸化鉛
が選ばれるのは、オゾンの生成を目的とする場合、他の
電極材料では効率面で著しく劣るからである。

【０００９】陽電極の各種表面処理材とオゾン発生効率
との関係については、Ｐ．Ｃ．ＦｏｌｌｅｒとＣ．Ｗ．
ＴｏｂｉａｓがＪ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．
の１２９巻５０６頁に電流密度とオゾン電流効率との関
係として１９８２年に発表されいる。

【００１０】通常、この二酸化鉛を金属チタンのラス材
に表面処理する方法は硝酸鉛のめっき浴での電着により
陽極析出され、また白金の表面処理は白金酸塩のめっき
浴で陰極析出させ形成する。

【００１１】しかし、電解液として導電性が低いイオン
交換水を使用する場合、ゼロギャップ電極を使用しても
水の電解は水とイオン交換膜と電極との三つの界面が近
傍にあることが必要であるが、陰電極と陽電極にラス材
の形状の物を使用し、電極ラス材をイオン交換膜にゼロ
ギャップ状態で圧着しても実際電荷移動する実質的な作
用面積はラス材の凸部とイオン交換膜との接触面だけで
あり非常に小さく、電解のため一定電流を流すと接触面
に電流が集中し、オーム損により発熱し、イオン交換膜
が熱劣化する恐れがあった。

【００１２】上記問題点を解決する方法として、電極基
体に数十ミクロンの径のチタン繊維の焼結体を電極に使
用することで、平面度を高め、接触面積を大きくする方
法がある。

【００１３】また、１９８５年３月に発表されたＰ．
Ｃ．Ｆｏｌｌｅｒ，Ｍ．Ｌ．Ｇｏｏｄｗｉｎ，Ｃｈｅ
ｍ．Ｅｎｇ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，８１，３，４９〜５
１．に記載された方法や、特公平２−４４９０８号公報
の様に、陰極に白金属触媒粉末あるいはカーボン粉末
に、触媒金属を担持させた粉末とフッ素樹脂結着剤との
混合物、もしくはこの混合物にイオン交換樹脂の粉末あ
るいは溶液を混合したものをシ−ト状の電極とし、イオ
ン交換膜にホットプレスで貼り付ける方法が提案されて
いる。

【００１４】通常、この様に形成された電極は古くは燃
料電池に使用されているものであり、ガス拡散電極、ま
たは空気極と呼ばれている。

【００１５】このように平面度を高めた電極であればイ
オン交換膜との接触面積が上がり、陰極としてガス拡散
電極を使用することにより電荷移動の平準化を可能にす
るだけでなく、陰極側からの可燃性の水素ガスの発生が
なくなり、安全面からの改善ができ、さらに電解効率が
よくなるメリットがある。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特公平２−４４９０８号公報の様に、オゾンを積極的に
発生させることをねらう電解水生成装置の場合、ガス拡
散電極はカソード側にしか適用できず、アノード側は水
を電気分解し酸素やオゾンを発生させるため、従来の通
り、陽電極に耐食性の高い多孔質状の金属チタンを基体
とし、白金めっき層を介して二酸化鉛を電着したものを
使用する必要がある。

【００１７】そこで、電極基体に数十ミクロンの径のチ
タン繊維の焼結体を電極に使用し、平面度を高めイオン
交換膜との接触面積を大きくする方法でも、電極の投影
面積である見かけ上の電解面積以上に大きくすることは
できず、陽極部の電流の集中によるイオン交換膜の発熱
を改善することは困難である。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、陰電極を有す
るカソード室と、電解液とガス発生電極と給電体とで構
成された陽電極を有するアノード室と、前記カソード室
とアノード室とを仕切るイオン交換膜の隔壁とから構成
し、前記ガス発生電極が導電体の多孔質基体であり、オ
ゾン発生選択性触媒で基体表面層を覆うと共に、イオン
交換膜と圧着させ、ガス発生電極のイオン交換膜に接す
る面側は圧着前にイオン交換膜と同系統の樹脂材質で表
面処理樹脂膜を形成したことを特徴とする電解水生成装
置であり、ガス発生電極が、給電体と表面処理樹脂膜と
が直接的に接しない様に給電体近傍の表面処理樹脂膜を
除去するものである。

【００１９】また、ガス発生電極を第１ガス発生電極と
第２ガス発生電極とで構成し、イオン交換膜と接する前
記第１ガス発生電極全面をイオン交換膜と同系統の樹脂
材質で表面処理樹脂膜を形成したものである。

【００２０】また、隔壁を水素イオン伝達型のフッ素樹
脂系イオン交換膜で構成し、ガス発生電極は二酸化鉛を
オゾン発生選択性触媒として電着により形成し、さらに
前記フッ素樹脂系イオン交換膜との密着面に水素イオン
伝達型のフッソ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂膜
を形成し、ガス発生電極の導電体の基体が空隙率５０％
以上の多孔質性のチタン基材またはチタン繊維の焼結体
とし、陰極をガス拡散電極からなるものとした。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の請求項１に記載の発明
は、陰電極を有するカソード室と、電解液とガス発生電
極と給電体とで構成された陽電極を有するアノード室
と、前記カソード室とアノード室とを仕切るイオン交換
膜の隔壁とで構成し、前記ガス発生電極が導電体の多孔
質基体であり、オゾン発生選択性触媒で基体表面層を覆
うと共に、イオン交換膜と圧着させ、ガス発生電極のイ
オン交換膜に接する面側は圧着前にイオン交換膜と同系
統の樹脂材質で表面処理樹脂膜を形成したことを特徴と
する電解水生成装置であり、イオン交換膜と同系統の樹
脂でガス発生電極表面を覆うことで、著しく有効作用面
積が増加し電流が集中する問題をなくし、イオン交換膜
の劣化を防止できるものである。

【００２２】請求項２記載の発明は、ガス発生電極が、
給電体と表面処理樹脂膜とが直接的に接しない様に給電
体近傍の表面処理樹脂膜を除去することで、オゾン選択
性触媒が処理されていない給電体の表面で、酸素発生の
電解反応が優先的に行われることが起因するオゾン発生
効率の低下を防ぐものである。

【００２３】請求項３記載の発明は、ガス発生電極を第
１ガス発生電極と第２ガス発生電極とで構成し、イオン
交換膜と接する前記第１ガス発生電極面のみをイオン交
換膜と同系統の樹脂材質で表面処理樹脂膜を形成したも
ので、表面処理樹脂膜を形成しない第２ガス発生電極を
給電体との間に介在させることにより、オゾン選択性触
媒が処理されていない給電体とイオン交換膜と同系統の
樹脂材質の表面処理樹脂膜との接触を確実に疎外し、オ
ゾン発生効率低下を防止するものである。

【００２４】請求項４記載の発明は、隔壁を水素イオン
伝達型のフッ素樹脂系イオン交換膜で構成し、ガス発生
電極は二酸化鉛をオゾン発生選択性触媒として電着によ
り形成し、前記フッ素樹脂系イオン交換膜との密着面に
水素イオン伝達型のフッソ素脂系イオン交換膜の樹脂膜
を形成したもので、オゾン発生効率のよい電解水生成装
置が提供できる。

【００２５】請求項５記載の発明は、ガス発生電極の導
電体の基体が空隙率５０％以上の多孔質性のチタン基材
またはチタン繊維の焼結体とすることで、基体素地に適
切な厚みのオゾン発生選択性触媒のめっき層を形成し、
イオン交換膜と同系統の表面処理樹脂膜を形成しても多
孔質体の目詰まりもなく、通気性があり効率よくオゾン
発生ができ、電極寿命の長い電解水生成装置が提供でき
る。

【００２６】請求項６記載の発明は、ガス拡散電極から
なる陰電極をカソード室とするもので、ガス拡散電極の
利用により、陰電極側の反応面積を大きくすることがで
き、陽電極側の有効作用面積の増加を効果的に引き出
し、電流の集中を防止するばかりか、可燃性の水素の発
生を少なくし、電流効率のよい電解水生成装置が提供で
きる。

【００２７】以下本発明の一実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。（実施の形態１）図１は本発明の第１の実施の形態であ
るオゾンを発生する陽電極１を使用した電解水生成装置
２の概要図と電解槽３の横断面図を示すものである。

【００２８】電解槽３はオゾン発生陽電極１を持つアノ
ード室４と陰電極５を持つカソード室６とで構成されて
おり、アノード室４とカソード室６はイオン交換膜７で
形成する隔壁８で仕切られている。イオン交換膜７はス
ルフォン酸基をもつフッ素樹脂が主体の膜であり、スル
フォン酸基の水素イオンが自由に出入りする性質を利用
して水素イオン伝導型のイオン交換膜７として開発され
たものである。このイオン交換膜７は水素イオンのみを
伝達する性質をもつ高分子であり、その他のイオンを伝
導したり、透過したりすることは比較的少ない。本実施
例で使用した水素イオン伝導型膜のイオン交換膜７はデ
ュポン社からナフィオン膜との商品名で販売されている
Ｎ１１７の高分子膜を用いた。

【００２９】９は給電体１０を介し陽電極１に正電位
を、集電体１１を介し陰電極５に負の電位を付加する直
流電源であり、アノード室４のイオン交換水である電解
液１２に浸漬された酸化電位測定電極１３の信号を酸化
電位計１４で計測し、稼働と停止を行うものである。

【００３０】図２は本発明の第１の実施例の形態である
オゾンを発生する陽電極１と陰電極５とイオン交換膜７
を取りつけたゼロギャップ電極部の構成を示す要部拡大
断面図を示すものである。

【００３１】陽電極１は耐食性金属チタンの繊維を多孔
質状に固めた焼結体を基体１５として用い、その基体１
５表面の全体はβ型の二酸化鉛を電着によって形成した
オゾン発生選択性触媒の基体表面層１６で覆うと共に、
さらにその上層にはイオン交換膜７と同系統の表面処理
樹脂膜１７を形成したものを用いた。

【００３２】表面処理樹脂膜１７はイオン交換膜７に面
する陽電極１面に形成するもので、給電体１０の近傍の
表面処理樹脂膜１７は除去されている。

【００３３】尚、本実施例の陽電極１に使用した基体１
５は、びびり振動切削短繊維チタンを無酸素雰囲気で焼
結した東京製綱の金属繊維ポーラス板であり、表面積と
後加工で行う表面処理での目詰まりのことを考慮し、空
隙率６０％で板厚２ｍｍのものを使用した。

【００３４】陰電極５は貫通穴を有する多孔性のメッシ
ュ状のものとして、表面に白金超微粒子を担持したカー
ボン粉末とフッ素樹脂粉末の混合物を加圧成形して適度
な揆水性を持たせた多孔性ガス拡散電極１８と電荷を均
一に伝達する集電体１１との接合体として形成されてい
る。

【００３５】また、これらの陽電極１と陰電極５とも水
素イオン伝導型のイオン交換膜７を挟みイオン交換膜７
に密着して取りつけてある。

【００３６】１９はイオン交換樹脂を搭載した純水製造
装置２０と、フロートスイッチ２１により自動的に開閉
する開閉バルブ２２とで構成するイオン交換水注入機構
であり、イオン交換された電解液１２であるイオン交換
水をアノード室４へ順次送り込むものである。

【００３７】２３は吸入口２４に取りつけられたフィル
ター２５を介して外気を吸入する吸入ファン２６と、陰
電極５表面に外気を均一に導入するバランスダクト２７
と排気口２８とからなる吸排気機構であり、カソード室
６に酸素を含む外気を順次送り込むものである。

【００３８】２９はアノード室４で処理された電解液１
２を順次排出する排水機構である。３０はアノード室４
の電解により発生する酸素ガス又はオゾンガスの排気口
であり、含有する余分なオゾンガスはオゾン分解触媒と
して活性炭を収納した処理塔３１により酸素に分解され
大気に放出されるようにしてある。

【００３９】３２は攪拌装置３３と共に電解液１２の流
れを生じさせ、電解液１２の滞留を防止するガイドであ
る。

【００４０】３４は耐食性金属基体１５とオゾン選択性
触媒であるβ型の二酸化鉛の基体表面層１６との密着性
を向上させるためにあらかじめ設けた複合酸化金属で形
成する下地層である。

【００４１】ここで、本発明の実施の形態１に用いた陽
電極１の表面処理工程について説明する。

【００４２】はじめに前処理として、多孔質状の耐食性
金属チタン材の基体１５を５％の界面活性剤の溶液で超
音波洗浄により脱脂し、イオン交換水ですすいだ後、５
％のしゅう酸溶液の沸騰水に５分間浸漬し表面の酸化層
を取り除き、さらに下地処理直前に１Ｎの硫酸を電解研
磨液とし、４Ａ／ｄｍ² の条件で陰極側にて電解還元処
理をした。

【００４３】上記の前処理後、即、塩化チタンと塩化タ
ンタルと塩化白金酸を各々０．１Ｍの濃度に調整した塩
酸混合溶液に浸漬し、４０℃で１５分間の予備乾燥後、
５２０℃で焼付けた。この焼き付け下地処理を３回繰り
返し、約１μｍの導電性複合酸化金属の下地層３４を設
けた。

【００４４】次に下地層３４処理面を４Ａ／ｄｍ² で３
０秒間の電解還元処理を行った後、オゾン発生選択性触
媒の基体表面層１６として二酸化鉛の電気めっき処理を
行った。

【００４５】二酸化鉛のめっきは、まず、３．５規定の
水酸化ナトリウムの飽和酸化鉛溶液をめっき浴とし１．
１Ａ／ｄｍ² で陽極側にて２０分間処理し数ミクロンの
α型の二酸化鉛を形成した。この時の浴温は４０℃とし
た。

【００４６】次に３０ｗ％の硝酸鉛の１規定の硝酸浴
で、４Ａ／ｄｍ² の条件で４０分間陽極にてオゾン発生
選択性触媒であるβ型の二酸化鉛の基体表面層１６を形
成した。この時の浴温度は７０℃とした。

【００４７】尚、耐食性向上、歪み除去のため、浴中に
２ｇ／Ｌの酸化タンタルを分散させめっき処理すること
によりβ型の二酸化鉛めっき層の中にタンタル粉末が形
成する。

【００４８】さらに、片面に粘着テープを貼り、パーフ
ルオロカーボンスルフォン酸の溶液に１分間の浸責後、
４０℃で１５分間乾燥後、粘着テープを剥がし片面は二
酸化鉛層を露出させ、対面の片面には表面処理樹脂層１
７が形成してなる陽電極１を作成する。

【００４９】以下、上記で説明した実施の形態１の陽電
極１を有する電解水生成装置２の作用と電解槽３中の化
学反応について説明する。

【００５０】まず、純水製造装置２０を稼働しイオン交
換水を製造する。次に電解液１２となるイオン交換水を
開閉バルブ２２の開放によりアノード室４に注入する。
開閉バルブ２２はフロートスイッチ２１が満水を検知す
るまで開放されており、アノード室４が電解液１２で満
水になると自動的に閉鎖されることとなる。

【００５１】次に、直流電源９の本体電源端子３５を商
用電源につなぎ電気分解の運転を開始する。陽電極１を
正電位とし、陰電極５を負電位とし、陽電極１と陰電極
５との間に直流電圧を付加した。

【００５２】陽電極１基体１５の表面層１６材質は腐食
電位が高く反応酸素を含むβ型の二酸化鉛で形成されて
おり、電極材の溶解は殆ど無く、陽電極１の表面におい
てはイオン交換水である電解液１２中の水分子を酸化
し、（化１）〜（化４）の反応が起こる。反応式の平衡
電位より（化１）と（化４）が主体に形成されるため、
陽電極１表面から酸素ガスとオゾンガスが発生する。ま
た、この酸素ガスと酸化力の強いオゾンガスは生成直
後、電解液中に溶け込み殺菌力を持つ電解殺菌水が生じ
る。ここで、白金等のめっき表面であれば、酸素過電圧
が低くなり（化１）の反応のみで、オゾンの生成は少な
いが、酸素発生電位が高く、反応酸素を含むβ型の二酸
化鉛では、反応酸素が（化１）の反応式に触媒作用とし
て介在するため（化４）の反応が積極的に生じることと
なり、オゾンの生成が効率よく行われ、生成ガス中のオ
ゾン濃度は高くなる。

【００５３】

【化１】

【００５４】

【化２】

【００５５】

【化３】

【００５６】

【化４】

【００５７】

【化５】

【００５８】ここでは、水素イオンの対イオンの増加は
ほとんどないため過剰となる水素イオンは水素イオン伝
導型膜７を通じてカソード室６に移動する。そのため、
アノード室４内では水素イオン濃度の増加は見られず、
ｐＨは中性を維持することになる。

【００５９】さらに、β型の二酸化鉛の基体表面層１６
面のイオン交換膜７側に塗布されたフッ素樹脂系イオン
交換膜７と同系統の表面処理樹脂膜１７により、基体表
面層１６面とイオン交換膜７との密着面だけでなく、表
面処理樹脂膜１７を形成した陽電極１面から水素イオン
が移動することになり、全体に流れる電流値が同じでも
電流密度が低く平均化されるため、効率良く水素イオン
の伝達ができ、局部的発熱が防止できる。

【００６０】ここで、表面処理樹脂膜１７が陽電極１表
面全体を覆うように形成されていると、白金表面を持つ
給電体１０と表面処理樹脂膜１７とが接触し平衡電位の
低い（化１）反応が優先的に起こり、オゾン発生が抑制
されオゾン発生効率が低下することになる。しかし、本
発明の実施形態１では給電体１０と接触する陽電極１の
面には表面処理樹脂膜１７は形成されていないため、給
電体１０の表面では（化１）の反応は起こりにくく、オ
ゾン発生効率を低下させることはない。

【００６１】また、空隙率が６０％の多孔質性のチタン
基体を使用したが、下地層３４処理やオゾン発生選択性
触媒である二酸化鉛の基体表面層１６の処理、さらに表
面処理樹脂膜１７の処理を施しても陽電極１面から発生
する酸素やオゾンガス通過を妨げることもなく、通路は
確保される。β型の二酸化鉛はめっき層が厚くなると強
度的に脆くなるため２０μｍ以下が良好であるが、空隙
率が５０％以上の多孔質体であれば通路が確保でき、効
率のよいオゾンガスの生成が行われた。

【００６２】カソード室６の陰電極５表面では吸排気機
構２３により送り込まれてくる外気に含まれる酸素と、
直流電源９の負の電位として流れてくる電子と、アノー
ド室で生成されて水素イオン伝導型イオン交換膜７を通
過してくる水素イオンとの３つの成分が介在し、（化
５）の反応を起こすことにより水を生成する。生成した
水は水素イオン伝導型イオン交換膜７に吸着するか、蒸
気となって排気口２８から排出される。

【００６３】又、電気分解によって陽電極１面で発生し
た水素イオンが陰電極５の表面で酸素ガスと反応して水
分に変換する際、十分に反応が起こらず未反応の水素が
残存する可能性がある。この場合を想定して陰電極５の
水素イオン伝導型イオン交換膜７との反対面に白金触媒
を担持したカーボン性ハニカム状の集電体１１を圧着さ
せることで水素の処理はさらに完璧に行うことが可能で
ある。

【００６４】陰電極５は、水素イオン伝導型イオン交換
膜７に密着して取りつけることにより、外気に含まれる
酸素と、陰電極５を経由し運ばれた電子と、水素イオン
伝導型イオン交換膜７を通過してくる水素イオンとを白
金超微粒子の触媒作用でもって円滑に反応させることが
可能となるもので、陰電極５と水素イオン伝導型イオン
交換膜７とを隔離すると水素イオンの移動が不導体のガ
ス層に邪魔されて円滑に行かず、また貫通穴が無いと外
気に接する面から水素イオン伝導イオン交換膜７への酸
素の移動を陰電極５自身が遮断するため円滑な３つの成
分の反応ができなくなる。

【００６５】以上のように陰電極５として多孔質ガス拡
散電極のような貫通穴を有する多孔性のメッシュ状のも
のを用い、水素イオン伝導型イオン交換膜７に密着して
取りつけることにより、吸排気機構２３で送り込まれる
酸素と、アノード室４から水素イオン伝導型イオン交換
膜７を通過してくる水素イオンと陰極を経由して運ばれ
る電子により水分を生成することは、陰電極５表面から
の水素ガスの発生をなくすことができ、水素ガスによる
火災や爆発の危険を除去することができる。またカソー
ド室６には電解液、浄水、イオン交換水、蒸留水、純水
などを必要としないので電解水の処理や濃度調整の管理
が必要でなくなるため、非常に電解槽の構造が簡素化で
き、設備費用が削減できる。

【００６６】また、アノード室４では（化１）〜（化
４）の反応で生じる酸素ラジカルやオゾンや過酸化水素
水の酸化力を利用し、純水の電解殺菌水が製造でき、こ
の電解水は中性に近いことから人体への影響も少なく、
排水においても公害問題が生じないものとなる。

【００６７】尚、酸化電位測定電極１３と酸化電位計１
４により酸化還元電位を測定した結果が銀／塩化銀電極
に対し１１００ｍＶ以上となれば、直流電源９の運転を
ストップし電解を中断するようにした。この時の酸化還
元電位が銀／塩化銀電極に対し１１００ｍＶを示すこと
は、この時の電解液１２の溶存オゾン濃度が１ｐｐｍ以
上であることを示すものである。

【００６８】以上のように水素イオン伝導型イオン交換
膜７を電解槽３の隔壁８として利用することにより、水
素イオンの移動が起こるだけであり、アノード室４の電
解水が強酸性水になることがなく、またカソード室６の
電解水が強アルカリ水になることもないので取扱いが容
易で、排水についても中和処理も必要としない中性オゾ
ン電解水を得ることができる。

【００６９】尚、第１の実施の形態では、陽電極１のβ
型の二酸化鉛の基体表面層１６面にフッ素樹脂系イオン
交換膜７と同系統の樹脂を塗布することの組合せによっ
て、フッ素樹脂系イオン交換膜７と陽電極１の面との密
着面積を大きくすることが可能となり局部的に電流密度
が高くなるのを防止できる。

【００７０】又、耐食性金属基体１５とβ型の二酸化鉛
との密着性をあげるために結合金属として白金を使用し
たが、パラジウムでも良く、これらは最も一般的な表面
処理剤であり、腐食性がなく生体への影響や廃棄公害を
考慮し選定したもので、その他の金や白金族金属である
ルテニウム、ロジウム、オスミウム、イリジイウムを使
用してもよい。

【００７１】（実施の形態２）図３は本発明の第２の実
施の形態であるオゾンを発生する陽電極１の取り付け時
の構成を示す要部拡大断面図を示すものである。

【００７２】陽電極１は第１ガス発生電極３６と第２ガ
ス発生電極３７とで構成されており、イオン交換膜７と
接する第１ガス発生電極３６面のみをイオン交換膜７と
同系統の表面処理樹脂膜１７を形成したものである。

【００７３】この陽電極１の第１ガス発生電極３６と第
２ガス発生電極３７は多孔質状の耐食性金属チタンで開
口部の縦寸法が１．２ｍｍ，横寸法が３ｍｍ、厚みが
０．４ｍｍのラス材を基体１５として用いた。

【００７４】次に、本発明の実施の形態２に用いた第１
ガス発生電極３６と第２ガス発生電極３７の表面処理工
程について説明するが、両電極とも基体の前処理方法、
下地層３４の処理方法、α型の二酸化鉛とβ型の二酸化
鉛の基体表面層１６のめっき方法については、実施の形
態１と同様であり説明は省略する。

【００７５】基体表面層１６のめっき処理後、第１ガス
発生電極３６のみパーフルオロカーボンスルフォン酸溶
液である旭化成工業社製の濃度が５ｗ％のアシプレック
ス−ＳＳに１分間浸漬後、４０℃で１５分間乾燥し、表
面処理樹脂膜１７を形成した。

【００７６】この第１ガス発生電極をイオン交換膜７に
圧着させ、第２ガス発生電極３７を第１ガス発生電極３
６と給電体１０との間に介在させ陽電極１を組み立てた
電解水生成装置２を構成する。

【００７７】この実施の形態２の陽電極１を有する電解
水生成装置２の作用と電解槽３中の化学反応については
実施の形態１で説明したものと同じであるが、給電体１
０と表面処理樹脂膜１７を有する第１ガス発生電極３６
との間に表面処理樹脂膜を有さないオゾン発生選択性触
媒の基体表面層１６の第２ガス発生電極３７を介在させ
ることで、より確実に給電体１０表面での（化１）の反
応を抑制でき、また、電極の製法がより簡単にできるも
のである。

【００７８】図４は従来の電解槽と実施の形態２の陽電
極１を使用した電解槽３における電流電圧曲線を比較し
たものであるが、実施の形態２の曲線Ｂと、従来の表面
処理樹脂膜１７を形成しない陽電極を用いた電解槽の曲
線Ａと比較すれば、著しく電解抵抗が低下し、電流効率
が改善されたことが明確である。

【００７９】また、図５は電解槽３に印加した電流値と
オゾン発生量を示すが、給電体１０と表面処理樹脂膜１
７とが接触したときには、全くオゾンが生成しなかった
のに対し、実施の形態２では電流値に比例してオゾン発
生量が増加している。ただし、電流値をあげればオゾン
効率も良くなるが、オーム熱量が大きくなるため、電極
部の冷却が必要となる。

【００８０】尚、実施形態１および実施形態２としては
排水溝２９よりオゾン水を取り出し、直接的に殺菌水と
して使用する形態を示したが、オゾン分解触媒の入った
処理塔３１を通さずに、排出口３０から排出される酸素
ガスとオゾンガスとの混合ガスを直接水道水に吹き込
み、ミキシングノズルで混合しオゾン水とし、殺菌水を
間接的に製造する方法もある。

【００８１】また、今回の実施形態においては、基体表
面層１６として二酸化鉛を使用したが、オゾン発生効率
的には現有するものの中では最適であるが、毒性等を考
慮し、二酸化スズやフェライト等の金属酸化物、または
白金と酸化チタンとの混合物も可能であり二酸化鉛に限
定するものではない。

【００８２】また、カソード室６の陰電極５にガス拡散
電極１８を用いたが、爆発の危険のある水の電解で生成
する水素を水に置換でき、安全性の向上が図れるが、ガ
ス拡散電極１８を使用せずとも、ステンレス等の金属で
陰電極を形成し、カソード室にも水を介在させ水素ガス
を生成し、別途、後処理で燃焼させる方法でも実施可能
である。

【００８３】

【発明の効果】以上のように本発明の電解水生成装置
は、陰電極を有するカソード室と、電解液とガス発生電
極と給電体とで構成された陽電極を有するアノード室
と、前記カソード室とアノード室とを仕切るイオン交換
膜の隔壁とで構成し、前記ガス発生電極が導電体の多孔
質基体であり、オゾン発生選択性触媒で基体表面層を覆
うと共に、イオン交換膜と圧着させ、ガス発生電極のイ
オン交換膜に接する面側は圧着前にイオン交換膜と同系
統の樹脂材質で表面処理樹脂膜を形成したことを特徴と
する電解水生成装置であり、ガス発生電極が、給電体と
表面処理樹脂膜とが直接的に接しない様に給電体近傍の
表面処理樹脂膜を除去するものである。

【００８４】また、ガス発生電極を第１ガス発生電極と
第２ガス発生電極とで構成し、イオン交換膜と接する前
記第１ガス発生電極全面をイオン交換膜と同系統の樹脂
材質で表面処理樹脂膜を形成したものである。

【００８５】また、隔壁を水素イオン伝達型のフッ素樹
脂系イオン交換膜で構成し、ガス発生電極は二酸化鉛を
オゾン発生選択性触媒として電着により形成し、さらに
前記フッ素樹脂系イオン交換膜との密着面に水素イオン
伝達型のフッソ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂膜
を形成し、ガス発生電極の導電体の基体が空隙率５０％
以上の多孔質性のチタン基材またはチタン繊維の焼結体
とし、陰極をガス拡散電極からなるものとしたものであ
る。

【００８６】すなわち、イオン交換膜と同系統の樹脂で
ガス発生電極表面を覆うことで、著しく有効作用面積が
増加し電流が集中する問題をなくし、イオン交換膜の劣
化を防止できるもので、またオゾン選択性触媒が処理さ
れていない給電体の表面で、酸素発生の電解反応が優先
的に行われることが起因するオゾン発生効率の低下を防
ぐものである。

【００８７】さらに、表面処理樹脂膜を形成しない第２
ガス発生電極を給電体との間に介在させることにより、
オゾン選択性触媒が処理されていない給電体とイオン交
換膜と同系統の樹脂材質の表面処理樹脂膜との接触を確
実に疎外し、オゾン発生効率低下を防止するもので、ガ
ス発生電極は二酸化鉛を電着により形成しオゾン発生効
率のよい電解水生成装置が提供できる。

【００８８】また、空隙率５０％以上の基材としたこと
で多孔質体の目詰まりもなく、通気性がありオゾン発生
が抑制されず、電極寿命の長い電解水生成装置となる。

【００８９】また、ガス拡散電極の利用により、陰電極
側の反応面積を大きくすることができ、陽電極側の有効
作用面積の増加を効果的に引き出し、電流の集中を防止
するばかりか、可燃性の水素の発生を少なくし、電流効
率のよい電解水生成装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における電解水生成
装置と電解槽の横断面図

【図２】本発明の第１の実施の形態における陽電極とイ
オン交換膜と陰電極との接合部の要部拡大断面図

【図３】本発明の第２の実施の形態における陽電極とイ
オン交換膜と陰電極との接合部の要部拡大断面図

【図４】本発明の第２の実施の形態の陽電極を使用した
電解槽と従来仕様との電流電圧曲線での比較図

【図５】本発明の第２の実施の形態の陽電極を使用した
電解槽における印加電流値とオゾン発生量を示す図

【符号の説明】

１陽電極２電解水生成装置３電解槽４アノード室５陰電極６カソード室７イオン交換膜８隔壁１０給電体１２電解液１５基体１６基体表面層１７表面処理樹脂膜１８ガス拡散電極３６第１ガス発生電極３７第２ガス発生電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陰電極を有するカソード室と、電解液と
ガス発生電極と給電体とで構成された陽電極を有するア
ノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕切るイ
オン交換膜の隔壁とからなり、前記ガス発生電極が導電
体の多孔質基体であり、オゾン発生選択性触媒の基体表
面層で覆うと共に、イオン交換膜と圧着させ、ガス発生
電極のイオン交換膜に接する面側は圧着前にイオン交換
膜と同系統の樹脂材質で表面処理樹脂膜を形成したこと
を特徴とする電解水生成装置。
【請求項２】イオン交換膜と同系統の樹脂材質で表面
処理樹脂膜を形成したオゾン発生選択性触媒の基体表面
層を有するガス発生電極で、給電体と表面処理樹脂膜と
が直接的に接しない様に、給電体近傍の表面処理樹脂膜
を除去したことを特徴とする請求項１記載の電解水生成
装置。
【請求項３】ガス発生電極を第１ガス発生電極と第２
ガス発生電極とで構成し、イオン交換膜と接する前記第
１ガス発生電極全面をイオン交換膜と同系統の樹脂材質
で表面処理樹脂膜を形成したことを特徴とする請求項１
記載の電解水生成装置。
【請求項４】隔壁を水素イオン伝達型のフッ素樹脂系
イオン交換膜で構成し、ガス発生電極は二酸化鉛をオゾ
ン発生選択性触媒として電着により形成し、さらにガス
発生電極と前記フッ素樹脂系イオン交換膜との密着面に
水素イオン伝達型のフッソ素樹脂系イオン交換膜と同系
統の樹脂膜を形成したことを特徴とする請求項１から請
求項３記載の電解水生成装置。
【請求項５】ガス発生電極の導電体の基体が空隙率５
０％以上の多孔質性のチタン基材またはチタン繊維の焼
結体とした請求項１から請求項４記載の電解水生成装
置。
【請求項６】ガス拡散電極からなる陰極をカソード室
とする請求項１から請求項５記載の電解水生成装置。