JPH11236692A - Electrolytic ozone generator - Google Patents

Electrolytic ozone generator

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Publication number
JPH11236692A
JPH11236692A JP10038400A JP3840098A JPH11236692A JP H11236692 A JPH11236692 A JP H11236692A JP 10038400 A JP10038400 A JP 10038400A JP 3840098 A JP3840098 A JP 3840098A JP H11236692 A JPH11236692 A JP H11236692A
Authority
JP
Japan
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electrolytic
positive electrode
ozone
electrode
power supply
Prior art date
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Pending
Application number
JP10038400A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatoshi Inatani
正敏 稲谷
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Refrigeration Co
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH11236692A publication Critical patent/JPH11236692A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration on the electrode surface after electrolysis is stopped, by intermittently replenishing an anode room by a replenishing device with an electrolytic soln. in a smaller amt. than the consumed amt. of the electrolytic soln. due to the electrolysis and evaporation. SOLUTION: This electrolytic ozone generator 1 has an electrolytic cell equipped with a cathode room 12 having a cathode 6, an anode room 11 having an anode 7 which generates ozone gas, and a solid electrolyte film 13 which separates the cathode room 12 from the anode room 11. Positive potential is applied on the anode 7 through a feeder 14 from a continuous DC supply which continuously supplies a DC current, while negative potential is applied on the cathode 6 through a charge collector 15 to generate ozone. In this process, the anode room 11 is intermittently replenished with an electrolytic soln. 14 from a replenishing device 5 through a flow amt. controlling valve 17. The replenishing amt. of the soln. 14 is smaller than the amt. of the electrolytic soln. consumed by the electrolysis and evaporation when the anode room 11 is filled with the electrolytic soln. 14. Thereby, even after the electrolysis is stopped, a current of reverse electrolysis due to reduction of hydrogen ion can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[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式オゾン発生
装置に関する。
The present invention relates to the production of ozone by electrolysis of water for the purpose of sterilizing and purifying water, washing and sterilizing fresh vegetables, sterilizing and cleaning various contaminants, and surface treatment of industrial materials. The present invention relates to an electrolytic ozone generator provided with a gas generating electrode suitable for the present invention.

【0002】[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
生成するため、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。
2. Description of the Related Art There are two methods of generating ozone: a method of oxidizing oxygen in the air into ozone by electric discharge or ultraviolet rays, a method of electrically decomposing water into hydrogen and oxygen, and generating ozone as a by-product. There is. In the method of generating ozone from oxygen in the air, about 80% of nitrogen in the air is oxidized at the same time, so that nitrogen oxides such as nitrogen dioxide and nitrogen monoxide are also generated. At the same time as the production of ozone water, the nitrogen oxides are converted to nitric acid, resulting in strongly acidic ozone water.

【0003】また、80%の窒素ガスが含まれ酸素濃度
が20%と低いと言うことは、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。
[0003] Further, the fact that 80% of nitrogen gas is contained and the oxygen concentration is as low as 20% means that the ozone gas partial pressure in the generated processing gas is low, the amount of ozone dissolved in water is small, and the low concentration of ozone is low. Only ozone water can be produced.

【0004】よって、水に高濃度でオゾンを溶かし、中
性で純粋且つ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] Therefore, in order to dissolve ozone in water at a high concentration to produce neutral, pure and clean ozone water, a method using water electrolysis is recommended.

【0005】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
ド室とに固体電解質膜で仕切り、その固体電解質膜の両
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セルを使用する。
[0005] Usually, in order to generate ozone by this electrolysis, an electrolytic cell containing ion-exchanged water is divided into an anode chamber and a cathode chamber by a solid electrolyte membrane, and a porous porous membrane is provided on both sides of the solid electrolyte membrane. A zero-gap electrolytic cell is used in which a positive electrode and a negative electrode are pressed.

【0006】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β型二酸化鉛を電着
したものを使用する。
The anode chamber has a positive electrode in contact with the electrolyte. The positive electrode is made of porous titanium metal such as a lath material, and β-type lead dioxide is electrodeposited through a platinum plating layer. Use things.

【0007】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、ニッケル発泡体、ステンレス繊維状シートを使
用する。
In the cathode chamber, a negative electrode is provided, and a porous metal titanium substrate is subjected to platinum plating similarly to the positive electrode, and a nickel foam or a stainless steel fibrous sheet is used.

【0008】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固体電解質膜と陰電極表面
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固体
電解質膜と陽電極との界面に水を供給すると共に水の分
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。
The reason why the porous electrode is used is that hydrogen gas generated at the interface between the solid electrolyte membrane and the surface of the negative electrode due to the electrolysis of water in the cathode chamber is sequentially passed through the back surface of the negative electrode and discharged. Similarly, in the anode chamber, water is supplied to the interface between the solid electrolyte membrane and the positive electrode, and oxygen gas and ozone gas generated by the decomposition of water are sequentially passed through the rear surface of the positive electrode and discharged.

【0009】また、陽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、陽電極の固体電解質膜表面が強酸性となり、これ
に接する電極膜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、対極となる陰極も比較的耐酸性を必
要とするため、白金か、ニッケル発泡体、ステンレスの
繊維状シートを使用する。
Further, the reason why a titanium metal material is selected as the base material of the positive electrode and platinum or lead dioxide is formed on the surface of the electrode substrate is that the surface of the solid electrolyte membrane of the positive electrode becomes strongly acidic and the electrode film in contact with the solid electrolyte membrane becomes strong acid. Naturally, the material must be an acid-resistant material, and the cathode serving as the counter electrode also needs to be relatively acid-resistant. Therefore, a platinum, nickel foam, or stainless steel fibrous sheet is used.

【0010】さらに、陽電極の表面処理としてβ型二酸
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。
Further, the reason why β-type lead dioxide is selected as the surface treatment of the positive electrode is to generate ozone,
This is because the efficiency of other electrode materials is extremely poor.

【0011】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1992年に発表されいる。
Regarding the relationship between the various surface treatment materials of the positive electrode and the ozone generation efficiency, see P.S. C. Foller and C.I. W.
Tobias, J. et al. Electrochem. Soc.
Vol. 129, p. 506, published in 1992 as a relationship between current density and ozone current efficiency.

【0012】通常、このβ型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。
Usually, a method of surface-treating this β-type lead dioxide on a metallic titanium lath material is to perform anodic deposition by electrodeposition in a lead nitrate plating bath, and the surface treatment of platinum is performed in a platinum salt plating bath. Formed by cathodic deposition.

【0013】しかし、この種の電解式オゾン発生装置は
運転と休止とを順次繰り返すと、オゾン製造能力が著し
く低下することが知られている。
[0013] However, it is known that in this type of electrolytic ozone generator, when the operation and the stop are sequentially repeated, the ozone production capacity is remarkably reduced.

【0014】すなわち、運転により所定のオゾン濃度が
得られている状態から、一時運転を休止してしまうと、
次の運転再開時には当初のオゾン濃度が得られず、時間
がかかる。また、所定のオゾン濃度が得られるまでの時
間も一定とならず、一般的には休止時間が長いと運転再
開後のオゾン発生量確保にかなりの運転時間が必要とな
る。また、休止時間の累計が長くなるに従ってこのオゾ
ン濃度を確保するまでの時間がさらに長くなる傾向を有
するものである。
That is, if the operation is temporarily stopped from a state where a predetermined ozone concentration is obtained by the operation,
When the next operation is restarted, the initial ozone concentration cannot be obtained and it takes time. In addition, the time until a predetermined ozone concentration is obtained is not constant. Generally, if the downtime is long, a considerable operation time is required to secure the amount of ozone generated after the operation is restarted. In addition, the longer the total pause time becomes, the longer the time required to secure this ozone concentration tends to be.

【0015】また、休止を何度も繰り返していると最終
的にはオゾンの発生がなくなり、運転を長時間行っても
オゾン濃度が回復しなくなる状態にまでに至る。
[0015] Further, if the suspension is repeated many times, ozone is finally not generated, and a state in which the ozone concentration does not recover even after a long operation is reached.

【0016】この原因は、運転休止時において固体電解
質膜内に蓄えられた水素イオンが陽極表面のβ型二酸化
鉛に還元剤として作用し、二酸化鉛中の酸素と反応し二
酸化鉛を溶解するか、β型の結晶構造を持つ二酸化鉛を
α型の二酸化鉛に変質させるためである。
The cause is that the hydrogen ions stored in the solid electrolyte membrane during the stop of operation act as a reducing agent on the β-type lead dioxide on the anode surface and react with the oxygen in the lead dioxide to dissolve the lead dioxide. This is because lead dioxide having a β-type crystal structure is transformed into α-type lead dioxide.

【0017】すなわち、先のP.C.Foller等の
報告によれば、α型の二酸化鉛はβ型二酸化鉛に比べオ
ゾン発生効率は50%程度しかなく、白金面においては
ゼロに近いとの報告であり、休止を何度も繰り返すと、
二酸化鉛の溶解が進み、下地層の白金面が露出し、オゾ
ンの発生がゼロとなり、運転を長時間行ってもオゾン発
生効率が回復しなくなる。
That is, the P.S. C. According to a report by Foller et al., Α-type lead dioxide has a ozone generation efficiency of only about 50% as compared with β-type lead dioxide, and is reported to be close to zero on the platinum surface. ,
Dissolution of lead dioxide proceeds, the platinum surface of the underlayer is exposed, and the generation of ozone becomes zero, so that the ozone generation efficiency does not recover even after long operation.

【0018】上記問題点を解決する方法として、特公平
6−76672号公報の様に、通常の運転時に陽電極と
陰電極との間に印加するための高電圧出力端子と、この
高電圧出力端子の電圧の3分の1乃至は2分の1の同極
性の電圧を印加する低電圧出力端子を設け、電源装置は
高電圧出力端子と低電圧出力端子とを切り換え連結可能
とすることにより、通常運転時間外にもバックアップ電
源として常に低電圧を各電極に働かせるようにしたもの
が提案されている。
As a method for solving the above problems, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-76672, a high voltage output terminal for applying a voltage between the positive electrode and the negative electrode during normal operation, By providing a low voltage output terminal for applying a voltage having the same polarity as one third or one half of the terminal voltage, the power supply device can switch between the high voltage output terminal and the low voltage output terminal and connect them. There has been proposed a device in which a low voltage is always applied to each electrode as a backup power source even outside the normal operation time.

【0019】このように常にバックアップ電源を加えて
おくことにより、固体電解質膜には常に陽電極から陰電
極に水素イオンが流れ、電極面に逆の電流が流れないよ
うにすることができ、オゾン選択性触媒であるβ型二酸
化鉛の電極面結晶構造の変化やβ型二酸化鉛の溶解を防
止することができる。
By always applying a backup power supply in this way, hydrogen ions can always flow from the positive electrode to the negative electrode in the solid electrolyte membrane, and no reverse current can flow in the electrode surface. It is possible to prevent a change in the crystal structure of the electrode surface of β-type lead dioxide, which is a selective catalyst, and prevent the β-type lead dioxide from dissolving.

【0020】[0020]

【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6−76672号公報の様に、通常運転時間外に
おいて常時定電圧出力端子に電圧を印加することは無駄
な電力を必要とし、また、停電時やメンテナンスにおけ
る非常時においては、さらに蓄電池によるバックアップ
電源が必要となり、低電圧と言えど両電極に逆電流が流
れないような電圧を印加するには、比較的大きい蓄電池
が必要となる。
However, as described in Japanese Patent Publication No. Hei 6-76672, applying a voltage to the constant voltage output terminal outside the normal operation time requires wasteful power. In the event of a power outage or an emergency during maintenance, a backup power supply using a storage battery is further required, and a relatively large storage battery is required to apply a voltage that is low but does not allow reverse current to flow through both electrodes.

【0021】例えば電圧2.5Vで、0.5Aの電流を
24時間維持するには、12Ah以上の容量を持つ蓄電
池が必要となり、12Ahの定格容量の蓄電池は重量と
容積が大きくコンパクトな設計がこれにより不可能とな
るばかりか、価格も高くなる。
For example, to maintain a current of 0.5 A at a voltage of 2.5 V for 24 hours, a storage battery having a capacity of 12 Ah or more is required. A storage battery having a rated capacity of 12 Ah requires a large weight and volume and a compact design. This not only makes it impossible, but also increases the price.

【0022】又、24時間以上の停止時には蓄電池の容
量が足りず、陽電極の劣化をきたし、オゾン発生効率の
低下を余儀なくされる。すなわち、蓄電のためのエネル
ギーロスが大きくランニングコストで不経済となり、さ
らに使い勝手が制約される。
Further, when the battery is stopped for 24 hours or more, the capacity of the storage battery is insufficient, and the positive electrode is deteriorated, so that the ozone generation efficiency must be reduced. That is, energy loss for power storage is large, running costs are uneconomical, and the usability is further restricted.

【0023】[0023]

【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、オゾンガス発生電極である陽電極を有
するアノード室と、前記カソード室とアノード室とを仕
切る固体電解質膜とからなる電解セルと、前記陰電極と
陽電極とに直流電圧を印加し、アノード室に電解液を満
たしたときの電気分解と蒸発により消費する電解液量よ
りも少ない量の電解液をアノード室に間欠的に補給する
補給装置とからなるものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an electrolysis system comprising a cathode chamber having a negative electrode, an anode chamber having a positive electrode serving as an ozone gas generating electrode, and a solid electrolyte membrane separating the cathode chamber and the anode chamber. A DC voltage is applied to the cell, the negative electrode and the positive electrode, and a smaller amount of electrolyte than the amount of electrolyte consumed by electrolysis and evaporation when the anode chamber is filled with electrolyte is intermittently applied to the anode chamber. And a replenishing device for replenishing the water.

【0024】又、陰電極と陽電極とに直流電圧を印加す
る直流電源として、常時直結電源とバックアップ電源と
が併設され、常時直結電源が停止したときには、補給装
置を停止させ、補給された電解液の完全消費に必要な電
気容量をもつバックアップ電源が作動する保護回路を有
し、また、印加する直流電圧を調整可能とする電圧調整
ボリュームと、補給装置に電解液の補給量を調整できる
流量調整弁を有するものである。
Further, as a DC power supply for applying a DC voltage to the negative electrode and the positive electrode, a direct power supply and a backup power supply are provided side by side. When the direct power supply is constantly stopped, the replenishing device is stopped, and the supplied electrolysis is stopped. It has a protection circuit that activates a backup power supply that has the necessary electric capacity for complete consumption of the liquid.It also has a voltage adjustment volume that can adjust the applied DC voltage, and a flow rate that can adjust the amount of electrolyte supplied to the supply device. It has a regulating valve.

【0025】また、アノード室の陽極面と接する固体電
解質膜面をアノード室の露点温度以下にすることにより
生成する結露水を電解液として補給する補給装置を特徴
とするものである。
Further, the present invention is characterized in that a replenishing device for replenishing the dew water generated by setting the surface of the solid electrolyte membrane in contact with the anode surface of the anode chamber below the dew point temperature of the anode chamber as an electrolyte.

【0026】また、陰電極にガス拡散電極を使用したも
のである。
Further, a gas diffusion electrode is used as the negative electrode.

【0027】[0027]

【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、オゾンガス発生電極
である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固体電解質膜とからなる電解セル
と、前記陰電極と陽電極とに直流電圧を印加し、アノー
ド室に電解液を満たしたときの電気分解と蒸発により消
費する電解液量よりも少ない量の電解液をアノード室に
間欠的に補給する補給装置とからなる電解式オゾン発生
装置であり、不足量の電解液を間欠的に補給することで
余分の水素イオンを形成させることがなく、電解液がな
くなると抵抗が大きくなり電解電流が微小となり自動的
に電解停止状態となるため、電源停止後も水素イオンの
還元作用による逆電解の電流が生成する事もなく、電極
面の劣化を防止することができるものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the first aspect of the present invention, there is provided a cathode chamber having a negative electrode, an anode chamber having a positive electrode serving as an ozone gas generating electrode, and a solid separating the cathode chamber and the anode chamber. An electrolytic cell composed of an electrolyte membrane, and a DC voltage applied to the negative electrode and the positive electrode, and an amount of the electrolytic solution that is smaller than the amount of the electrolytic solution consumed by electrolysis and evaporation when the anode chamber is filled with the electrolytic solution. Electrolytic ozone generator consisting of a replenishing device for intermittently replenishing the anode chamber with the electrolyte chamber. By intermittently replenishing a deficient amount of the electrolyte, no extra hydrogen ions are formed, and the electrolyte is exhausted. And the resistance increases, the electrolysis current becomes small and the electrolysis stops automatically.Therefore, even after the power is stopped, the current of reverse electrolysis due to the reduction action of hydrogen ions is not generated, and deterioration of the electrode surface is prevented It is what it is.

【0028】請求項2に記載の発明は、陰電極と陽電極
とに直流電圧を印加する直流電源に、常時直結電源とバ
ックアップ電源とが併設され、常時直結電源が停止した
ときには、補給装置を停止させ、既に補給された電解液
の完全消費に必要な電気容量をもつバックアップ電源が
作動する保護回路を有するもので、たとえ電解液の補給
後、常時直結電源が停止してもバックアップ電源により
補給分の電解液が電気分解により消費でき、陽電極面の
劣化がなく、さらには蓄電池容量は比較的小さくても可
能であり、安価で小さな蓄電池が選定できる。
According to a second aspect of the present invention, a direct-current power supply for applying a direct-current voltage to the negative electrode and the positive electrode is provided with a continuous power supply and a backup power supply. It has a protection circuit that stops and activates a backup power supply that has the electric capacity necessary for complete consumption of the already supplied electrolyte. Even if the directly connected power supply stops after the supply of electrolyte, the backup power supply is used. Of the electrolyte can be consumed by electrolysis, there is no deterioration of the positive electrode surface, and even if the storage battery capacity is relatively small, it is possible to use an inexpensive and small storage battery.

【0029】請求項3に記載の発明は、陽電極と陰電極
とに印加する直流電圧を調整可能とする電圧調整ボリュ
ームを有するもので、直流電圧の調整によりオゾン発生
量を容易にコントロールできるものとなる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a voltage adjusting volume capable of adjusting a DC voltage applied to a positive electrode and a negative electrode, and the amount of ozone generated can be easily controlled by adjusting the DC voltage. Becomes

【0030】請求項4に記載の発明は、補給装置に電解
液の補給量を調整できる流量調整弁を有し、電解液の量
を調整することで電気分解量が決まるため、オゾン発生
量が容易にコントロールできるものとなる。
According to a fourth aspect of the present invention, the replenishing device has a flow rate control valve capable of adjusting the amount of electrolyte supplied, and the amount of electrolysis is determined by adjusting the amount of electrolyte. It can be easily controlled.

【0031】請求項5に記載の発明は、アノード室の陽
極面と接する固体電解質膜面をアノード室の露点温度以
下にすることにより生成する結露水を電解液として補給
する補給装置を特徴とするもので、電解液として蒸溜水
同等の純水となった結露水を使うことが不純物を含む源
水から、また大気中からでも直接電解液の補給を可能と
する。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a replenishing device for replenishing the condensed water generated by setting the surface of the solid electrolyte membrane in contact with the anode surface of the anode chamber to the dew point temperature of the anode chamber or lower as an electrolyte. The use of dew water, which is pure water equivalent to distilled water, as an electrolytic solution makes it possible to directly replenish the electrolytic solution from source water containing impurities or from the atmosphere.

【0032】請求項6に記載の発明は、陰電極にガス拡
散電極を使用することで、カソード室からの水素ガスの
発生が少なくなり、爆発の危険がないばかりか、水溶液
を使う場合にはカソード面を下方にすることはできなか
ったが、気層での電荷のやり取りが可能となることで電
解セルの設置場所の自由度が広がり、方向性を自在に決
めることができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the use of a gas diffusion electrode for the negative electrode reduces the generation of hydrogen gas from the cathode chamber, and there is no danger of explosion. Although the cathode surface could not be lowered, the exchange of electric charge in the gas phase allows the electrolytic cell to be installed in a wider range of places and the directionality can be freely determined.

【0033】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
る電解式オゾン発生装置1の構成図を示すものである。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows a configuration diagram of an electrolytic ozone generator 1 according to a first embodiment of the present invention.

【0034】電解式オゾン発生装置1は、水の電気分解
によりオゾンを発生させる電解セル2と、使用する源水
3をイオン交換水である電解液4に変え補給する補給装
置5と、陰電極6と陽電極7に直流電流を常時通電する
常時直結電源8と、バックアップ電源9と停電等による
常時直結電源8停止時にバックアップ電源9に適切に切
り変わる保護回路10とで構成されている。
The electrolytic ozone generator 1 includes an electrolytic cell 2 for generating ozone by electrolysis of water, a replenishing device 5 for replenishing source water 3 for use as an electrolyte 4 which is ion-exchanged water, and a negative electrode. The power supply 6 includes a direct power supply 8 that constantly supplies a direct current to the positive electrode 7, a backup power supply 9, and a protection circuit 10 that appropriately switches to the backup power supply 9 when the direct power supply 8 stops due to a power failure or the like.

【0035】電解セル2は、オゾンを発生する陽電極7
を有するアノード室11と、陰電極6を有するカソード
室12とで構成されており、アノード室11とカソード
室12は固体電解質膜13で仕切られている。
The electrolytic cell 2 has a positive electrode 7 for generating ozone.
And a cathode chamber 12 having a negative electrode 6. The anode chamber 11 and the cathode chamber 12 are separated by a solid electrolyte membrane 13.

【0036】固体電解質膜13は水素イオンの交換機能
がある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固体電解質膜13とし
て開発されたものである。
The solid electrolyte membrane 13 is a membrane mainly composed of a fluororesin having a sulfonic acid group capable of exchanging hydrogen ions. The solid electrolyte membrane 13 has a hydrogen ion conduction type utilizing the property that hydrogen ions of the sulfonic acid group can freely enter and exit. It has been developed as a solid electrolyte membrane 13.

【0037】この固体電解質膜13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固体電解質膜13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の固体高分子膜を用いた。
The solid electrolyte membrane 13 is a polymer having a property of transmitting only hydrogen ions, and is relatively unlikely to conduct or transmit other ions. As the solid electrolyte membrane 13 of the hydrogen ion conductive type membrane used in this example, a solid polymer membrane of N117 sold by DuPont under the trade name of Nafion membrane was used.

【0038】常時直結電源8は運転時に給電体14を介
し陽電極7に正電位を、集電体15を介し陰電極6に負
の電位を付加する直流電源である。
The constantly connected power supply 8 is a DC power supply that applies a positive potential to the positive electrode 7 via the power supply 14 and a negative potential to the negative electrode 6 via the current collector 15 during operation.

【0039】補給装置5は使用する源水3をイオン交換
樹脂により電解液4に変えるイオン交換樹脂塔16と、
電解液4をアノード室11に間欠的に補給する流量調整
弁17とから構成されている。
The replenishing device 5 comprises: an ion exchange resin tower 16 for converting the source water 3 to be used into an electrolytic solution 4 with an ion exchange resin;
A flow control valve 17 for intermittently replenishing the electrolyte 4 into the anode chamber 11.

【0040】図2はオゾン発生電極である陽電極7と、
固体電解質膜13と、ガス拡散電極18と集電体15と
からなる陰電極5とで構成されたゼロギャップ電極部の
要部拡大図である。
FIG. 2 shows a positive electrode 7 serving as an ozone generating electrode,
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of a zero-gap electrode portion configured by a solid electrolyte membrane 13 and a negative electrode 5 including a gas diffusion electrode 18 and a current collector 15.

【0041】陽電極7は耐食性金属チタンの多孔質状の
基体19を用い、その基体19表面は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の触媒層20で
覆われている。
The positive electrode 7 uses a porous substrate 19 made of corrosion-resistant titanium metal, and the surface of the substrate 19 is covered with a catalyst layer 20 having an ozone generation selectivity formed by electrodeposition of β-type lead dioxide.

【0042】本実施例の陽電極7に使用した基体19
は、びびり振動切削短繊維チタンを無酸素雰囲気で焼結
した東京製鋼の金属繊維ポーラス板であり、適切な表面
積を確保し、後加工で行う表面処理での目詰まりが無い
ように空隙率60%で板厚2mmのものを使用した。
The substrate 19 used for the positive electrode 7 of this embodiment
Is a metal plate porous plate of Tokyo Steel manufactured by sintering chatter vibration-cut short fiber titanium in an oxygen-free atmosphere, and has a porosity of 60 so as to secure an appropriate surface area and prevent clogging in surface treatment performed in post-processing. % And a plate thickness of 2 mm were used.

【0043】陰電極6は通気性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のガス拡散電極18と電荷を
均一に伝達する集電体15との接合体として形成されて
いる。
The cathode 6 was made of a porous mesh having air permeability, and a mixture of a carbon powder and a fluororesin powder carrying ultrafine platinum particles on the surface was press-molded to give a suitable water repellency. It is formed as a joined body of a porous gas diffusion electrode 18 and a current collector 15 that uniformly transmits charges.

【0044】また、これらの陽電極7と陰電極6とも水
素イオン伝導型の固体電解質膜7を挟み密着して取りつ
けてたゼロギャップ電極構成となっている。
The positive electrode 7 and the negative electrode 6 also have a zero-gap electrode configuration in which the hydrogen ion conductive solid electrolyte membrane 7 is interposed and closely attached.

【0045】イオン交換樹脂塔16は、殺菌処理を必要
とする源水3の入ったシスターン(図示せず)と連通管
21により連結されており、イオン交換樹脂塔16はシ
スターンの源水3が給水口22から水位調整力により給
水される位置に設置している。
The ion exchange resin tower 16 is connected to a cistern (not shown) containing the source water 3 requiring sterilization by a communication pipe 21. It is installed at a position where water is supplied from the water supply port 22 by the water level adjusting force.

【0046】イオン交換樹脂塔16はフィルターA23
とイオン交換樹脂24とフィルターB25で構成され、
イオン交換樹脂塔16の排出口26は流量調整弁17を
通じ、電解セル2の中央開口部27と連結されている。
The ion exchange resin tower 16 has a filter A23.
And an ion exchange resin 24 and a filter B25,
The outlet 26 of the ion exchange resin tower 16 is connected to the central opening 27 of the electrolytic cell 2 through the flow control valve 17.

【0047】28は吸入口29に取りつけられた外気を
吸入する吸入ファン30と、排気口31とからなる吸排
気機構であり、カソード室12のガス拡散電極18に酸
素を含む外気を順次送り込むものである。
Reference numeral 28 denotes an intake / exhaust mechanism comprising an intake fan 30 attached to an intake port 29 for taking in outside air, and an exhaust port 31 for sequentially feeding outside air containing oxygen to the gas diffusion electrode 18 of the cathode chamber 12. It is.

【0048】32はアノード室11の電解により発生す
る酸素ガス又はオゾンガスの吐出口である。
Reference numeral 32 denotes a discharge port for oxygen gas or ozone gas generated by electrolysis of the anode chamber 11.

【0049】又、常時直結電極8は陽電極7と陰電極6
とに直流電圧を印加し、その電圧を制御する回路が内蔵
され、電圧調整ボリューム33で電圧調整が可能となっ
ている。本実施例においては、常時、電解セル2の陽電
極7と陰電極6には3.5V、吸入ファン30には5V
を印加した。
The constantly connected electrode 8 is composed of the positive electrode 7 and the negative electrode 6.
In addition, a circuit for applying a DC voltage to and controlling the voltage is built in, and the voltage can be adjusted by a voltage adjustment volume 33. In this embodiment, the positive electrode 7 and the negative electrode 6 of the electrolytic cell 2 are always 3.5 V, and the suction fan 30 is always 5 V.
Was applied.

【0050】又、保護回路10はバックアップ電源9の
充電を行うと共に、常時直結電源8が停止したときには
停電検出リレー34にてバックアップ電源9の放電運転
を開始するものである。この放電運転は電解セル2の陽
電極7と陰電極6への直流電圧を印加するために使用さ
れ、流量調整弁17は閉鎖状態となり吸入ファン30は
停止させる。
The protection circuit 10 charges the backup power supply 9 and starts the discharge operation of the backup power supply 9 by the power failure detection relay 34 when the directly connected power supply 8 is stopped. This discharge operation is used to apply a DC voltage to the positive electrode 7 and the negative electrode 6 of the electrolytic cell 2, the flow control valve 17 is closed, and the suction fan 30 is stopped.

【0051】尚、この放電運転は陽電極7と陰電極6に
印加する直流電流値検知機構35により電流値の低下を
感知し停止される。本実施例では電流が0.02A以下
になると停止するようにした。
The discharging operation is stopped when a decrease in the current value is detected by the DC current value detecting mechanism 35 applied to the positive electrode 7 and the negative electrode 6. In this embodiment, the operation is stopped when the current becomes 0.02 A or less.

【0052】ここで、本発明の実施の形態1に用いた陽
電極3の表面処理工程について説明する。
Here, the surface treatment step of the positive electrode 3 used in the first embodiment of the present invention will be described.

【0053】前処理として、多孔質状の耐食性金属チタ
ン材の基体19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。
As a pretreatment, the porous substrate 19 made of a corrosion-resistant metallic titanium material is degreased by ultrasonic cleaning with a 5% surfactant solution, rinsed with ion-exchanged water, and then treated with a 5% oxalic acid solution. It was immersed in boiling water for 5 minutes to remove the oxidized layer on the surface, and immediately before the base treatment, 1N sulfuric acid was used as an electropolishing liquid and electrolytic reduction was performed on the cathode side at 4 A / dm 2 .

【0054】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36を設
けた。
Immediately after the pretreatment described above, it was immersed in a hydrochloric acid mixed solution in which titanium chloride, tantalum chloride and chloroplatinic acid were each adjusted to a concentration of 0.1 M, and preliminarily dried at 40 ° C. for 15 minutes.
Bake at 520 ° C. This baking base treatment was repeated three times to provide a conductive composite metal oxide base layer 36 of about 1 μm.

【0055】次に下地層36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
媒層20として二酸化鉛の電気めっき処理を行った。
Next, the surface to be treated with the underlayer 36 is set to 3 at 4 A / dm 2 .
After performing the electrolytic reduction treatment for 0 seconds, electroplating treatment of lead dioxide was performed as the ozone generation selective catalyst layer 20.

【0056】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。
In the plating of lead dioxide, first, a saturated lead oxide solution of 3.5N sodium hydroxide was used as a plating bath.
Treatment at 1 A / dm 2 on the anode side for 20 minutes formed α-type lead dioxide of several microns. The bath temperature at this time was 40 ° C.

【0057】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型の二酸化鉛の触媒層20を形成
した。この時の浴温度は70℃とした。
Next, a catalyst layer 20 of β-type lead dioxide, which is an ozone generation-selective catalyst, was formed on the anode in a 1 N nitric acid bath of 30 w% of lead nitrate at 4 A / dm 2 for 40 minutes. . The bath temperature at this time was 70 ° C.

【0058】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37
を形成させる。
In order to improve corrosion resistance and remove distortion, 2 g / L of tantalum oxide is dispersed in a bath and plated to form a tantalum powder 37 in the β-type lead dioxide plating layer.
Is formed.

【0059】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ァン酸の溶液に1分間浸漬後、4
0℃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38
が形成してなる陽電極7を作成する。
Further, an adhesive tape was stuck on one side and immersed in a solution of perfluorocarbon sulfanic acid for 1 minute.
After drying at 0 ° C. for 15 minutes, the adhesive tape was peeled off to expose the lead dioxide layer on one side, and the surface-treated resin layer 38 on the opposite side.
The positive electrode 7 is formed by forming.

【0060】以下、上記で説明した実施の形態1の陽電
極7を有する電解式オゾン発生装置1の作用と電解セル
2中の化学反応について説明する。
The operation of the electrolytic ozone generator 1 having the positive electrode 7 according to the first embodiment and the chemical reaction in the electrolytic cell 2 will be described below.

【0061】まず、シスターンに源水が満たされると水
位調整力によりシスターンに通じている連通管21から
給水口22を通り、イオン交換樹脂塔16にPの水位ま
で源水3が満たされる。満たされた源水3は、フィルタ
ーA23、イオン交換樹脂24、フィルターB25を通
りぬける間に、源水3に含まれる陽イオンである金属イ
オンは水素イオンに、陰イオンである塩素イオンや炭酸
イオンは水酸基イオンにイオン交換され電気伝導度が2
μs以下のイオン交換水となる。
First, when the source water is filled in the cistern, the source water 3 is filled to the P level in the ion exchange resin tower 16 through the water supply port 22 from the communication pipe 21 communicating with the cistern by the water level adjusting force. While the filled source water 3 passes through the filter A23, the ion exchange resin 24, and the filter B25, the metal ions which are the cations contained in the source water 3 are converted into hydrogen ions, and the chloride ions and carbonate ions which are anions. Is ion-exchanged to hydroxyl ions and has an electric conductivity of 2
It becomes ion exchange water of μs or less.

【0062】このイオン交換水を電解液4として排出口
26より、流量調整弁17を通り電解セル2の中央開口
部27からアノード室11に流れ込み、通気性のある給
電体14と多孔性で同じく通気性を持つ陽電極7を通し
て固体電解質膜13の表面を満たす。
The ion-exchanged water flows as the electrolytic solution 4 from the outlet 26 through the flow control valve 17 through the central opening 27 of the electrolytic cell 2 into the anode chamber 11, and is porous and the same as the gas-permeable feeder 14. The surface of the solid electrolyte membrane 13 is filled through the air-permeable positive electrode 7.

【0063】陽電極7と固体電解質膜13の界面に電解
液4が満たされると、固体電解質膜13が吸水し、スル
フォン酸基の水素イオンが活性化し、陰電極6と陽電極
7との導通が良くなり陽電極7と固体電解質膜13の界
面でイオン交換水である電解液4の電気分解反応が開始
される。
When the electrolyte 4 is filled at the interface between the positive electrode 7 and the solid electrolyte membrane 13, the solid electrolyte membrane 13 absorbs water, activating hydrogen ions of sulfonic acid groups, and the conduction between the negative electrode 6 and the positive electrode 7. And the electrolysis reaction of the electrolytic solution 4 as ion-exchanged water is started at the interface between the positive electrode 7 and the solid electrolyte membrane 13.

【0064】陽電極7の表面材質はβ型の二酸化鉛であ
り、腐食電位が高く反応酸素を含むオゾン発生選択性触
媒層20が形成されており、電極材の溶解は殆ど無く、
陽電極7の表面においてはイオン交換水である電解液4
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)が主体と
なり、陽電極7表面から酸素ガスとオゾンガスが発生す
る。
The surface material of the positive electrode 7 is β-type lead dioxide, the ozone generation selective catalyst layer 20 having a high corrosion potential and containing reactive oxygen is formed, and the electrode material hardly dissolves.
On the surface of the positive electrode 7, the electrolyte 4 which is ion-exchanged water
The water molecules therein are oxidized, and the reactions of (Chem. 1) to (Chem. 4) occur. Oxygen gas and ozone gas are generated from the surface of the positive electrode 7 mainly from (Chemical Formula 1) and (Chemical Formula 4) from the equilibrium potential of the reaction formula.

【0065】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、酸素過電圧が高く、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良く行われ、生成ガス
中のオゾン濃度は高くなる。第1の実施の形態では、
3.5Vの直流電圧を印加し2Aの電流が流れることに
より、約50mg/hrのオゾン発生量を得た。
Here, if the surface of the plating is made of platinum or the like, the oxygen overvoltage is low and only the reaction shown in (Chem. 1) is performed, and the generation of ozone is small, but the oxygen overvoltage is high and β-type lead dioxide containing reactive oxygen is used. In this case, since the reaction oxygen intervenes as a catalyst in the reaction formula (Chem. 1), the reaction (Chem. 4) is positively generated, the ozone is efficiently generated, and the ozone concentration in the generated gas is high. Become. In the first embodiment,
By applying a DC voltage of 3.5 V and flowing a current of 2 A, an ozone generation amount of about 50 mg / hr was obtained.

【0066】[0066]

【化1】 Embedded image

【0067】[0067]

【化2】 Embedded image

【0068】[0068]

【化3】 Embedded image

【0069】[0069]

【化4】 Embedded image

【0070】[0070]

【化5】 Embedded image

【0071】電解液4がイオン交換水であり、水素イオ
ンの対イオン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である固体電解質膜13を通じ
てカソード室12に移動する。そのため、アノード室1
1内では水素イオン濃度の増加は見られず、pHは源水
3と同じpHを維持し、源水3が浄水を使用し、中性で
あれば中性を維持することになる。
Since the electrolytic solution 4 is ion-exchanged water and there is almost no counter ion for hydrogen ions, excess hydrogen ions move to the cathode chamber 12 through the solid electrolyte membrane 13 which is a hydrogen ion conduction type membrane. Therefore, the anode chamber 1
No increase in the hydrogen ion concentration is observed in 1, and the pH maintains the same pH as the source water 3, and if the source water 3 uses purified water and is neutral, the neutrality will be maintained.

【0072】さらに、β型の二酸化鉛の触媒層20面の
固体電解質膜13側に塗布されたフッ素樹脂系の固体電
解質膜13と同系統の表面処理樹脂膜38により、触媒
層20面と固体電解質膜13との密着面だけでなく、表
面処理樹脂膜38を形成した陽電極7面から水素イオン
が移動することになり、有効面積が大きくなり全体に流
れる電流値が同じでも電流密度が小さく平均化されるた
め、効率良く水素イオンの伝達ができ、局部的な発熱が
防止できる。
Further, the surface of the catalyst layer 20 and the solid electrolyte film 13 of the same type as the fluororesin-based solid electrolyte film 13 coated on the solid electrolyte film 13 side of the catalyst layer 20 of the β-type lead dioxide Hydrogen ions move not only from the surface in contact with the electrolyte membrane 13 but also from the surface of the positive electrode 7 on which the surface-treated resin film 38 is formed, so that the effective area is large and the current density is small even if the current value flowing through the whole is the same. Since the averaging is performed, hydrogen ions can be efficiently transmitted, and local heat generation can be prevented.

【0073】ここで、表面処理樹脂膜38が陽電極7表
面全体を覆う様に形成されていると、白金表面を持つ給
電体14と表面処理樹脂膜38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14と接触する陽電極7の面
には表面処理樹脂膜38は形成されていないため、給電
体14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。
Here, if the surface-treated resin film 38 is formed so as to cover the entire surface of the positive electrode 7, the feeder 14 having a platinum surface and the surface-treated resin film 38 come into contact with each other, so that the equilibrium potential is low. 1) The reaction occurs preferentially, and the generation of ozone is suppressed and the efficiency of ozone generation is reduced. However, in the first embodiment of the present invention, since the surface-treated resin film 38 is not formed on the surface of the positive electrode 7 that is in contact with the power supply 14, the reaction of Chemical Formula 1 does not easily occur on the surface of the power supply 14, It does not reduce ozone generation efficiency.

【0074】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36処理やβ型の二酸化鉛の
オゾン発生選択性触媒層20の処理、さらに表面処理樹
脂膜38の処理を施しても陽電極7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。
Although a porous titanium substrate having a porosity of 60% was used, the underlayer 36 treatment, the treatment of the ozone generation selective catalyst layer 20 of β-type lead dioxide, and the surface treatment resin film 38 Even if the treatment is performed, passage of oxygen or ozone gas generated from the surface of the positive electrode 7 is not hindered, and the passage is secured.

【0075】カソード室12の陰電極6はガス拡散電極
18で構成されることにより、吸排気機構28により送
り込まれてくる外気に含まれる酸素と、常時直結電源8
の負の電位として流れてくる電子と、アノード室11で
生成されて固体電解質膜13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。生成した水は固体電解質膜13に
吸着するか、蒸気となって排気口31から排出される。
The cathode 6 in the cathode chamber 12 is constituted by the gas diffusion electrode 18, so that oxygen contained in the outside air sent by the intake / exhaust mechanism 28 and the direct power supply 8
The three components of an electron flowing as a negative potential and a hydrogen ion generated in the anode chamber 11 and passing through the solid electrolyte membrane 13 are interposed, and water is generated by causing a reaction of formula (5). Generate. The generated water is adsorbed on the solid electrolyte membrane 13 or becomes steam and is discharged from the exhaust port 31.

【0076】又、電気分解によって陽電極7面で発生し
た水素イオンが陰電極6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6の
固体電解質膜13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15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。
When hydrogen ions generated on the surface of the positive electrode 7 by electrolysis react with oxygen gas on the surface of the negative electrode 6 to be converted into moisture, unreacted hydrogen may remain without sufficiently reacting. There is. Assuming this case, the treatment of hydrogen can be more completely performed by pressing a carbon honeycomb-shaped current collector 15 supporting a platinum catalyst on the surface of the negative electrode 6 opposite to the solid electrolyte membrane 13. is there.

【0077】また、固体電解質膜13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6を経
由し運ばれた電子と、固体電解質膜13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6のガス拡
散電極18と固体電解質膜13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、
また陰電極6に貫通穴が無いと外気に接する面から固体
電解質膜13への酸素の移動を陰電極6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。
Further, by being attached in close contact with the solid electrolyte membrane 13, oxygen contained in the outside air, electrons carried through the negative electrode 6, and hydrogen ions passing through the solid electrolyte membrane 13 are converted into platinum. When the gas diffusion electrode 18 of the cathode 6 and the solid electrolyte membrane 13 are separated from each other, the movement of hydrogen ions is hindered by the nonconductive gas layer. Not going smoothly,
If the cathode 6 has no through-hole, the cathode 6 itself blocks the movement of oxygen from the surface in contact with the outside air to the solid electrolyte membrane 13, so that a smooth reaction of the three components cannot be achieved.

【0078】また、ガス拡散電極18を使用することで
気体による電荷と物質のやり取りができ、陰電極6の固
定電解質膜13面を上層の位置に設けても何ら電解の妨
げとなるものではない。
Further, by using the gas diffusion electrode 18, charges and substances can be exchanged by gas, and even if the surface of the fixed electrolyte membrane 13 of the negative electrode 6 is provided at an upper position, it does not hinder electrolysis at all. .

【0079】以上のように陰電極6として多孔質状のガ
ス拡散電極18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、固体電解質膜13に密着して取りつ
けることにより、吸排気機構28で送り込まれる酸素
と、アノード室11から固体電解質膜13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6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12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、非常に電解セル2の構造が簡素化でき、部材の
費用も削減できる。
As described above, a porous mesh-like material having a through hole such as a porous gas diffusion electrode 18 is used as the negative electrode 6, and is attached to the solid electrolyte membrane 13 so as to be close to the air. The generation of moisture by the oxygen fed by the mechanism 28, the hydrogen ions passing from the anode chamber 11 through the solid electrolyte membrane 13, and the electrons carried through the cathode is the generation of hydrogen gas from the surface of the negative electrode 6. And the danger of fire or explosion due to hydrogen gas can be eliminated. In addition, since the cathode chamber 12 does not require an electrolytic solution, purified water, ion-exchanged water, distilled water, pure water, or the like, it is not necessary to manage the treatment of the electrolytic water and control the concentration, and thus the structure of the electrolytic cell 2 is very simple. And the cost of components can be reduced.

【0080】アノード室4では主に(化1)と(化4)
の反応で生じるオゾンが生成する。そのオゾンガスを吐
出口32から取り出し、シスターン中の源水3にミキシ
ングすることにより源水3を殺菌する。この場合、源水
3の条件に左右される事なく電解式で得たオゾンは純粋
で、水に溶解させても中性に近く、人体への影響も少な
く、オゾン殺菌処理した源水は飲用としても可能であ
り、排水も環境に悪影響を及ぼさないものとなる。
In the anode chamber 4, mainly (Chem. 1) and (Chem. 4)
Ozone is produced by the reaction of The ozone gas is taken out from the discharge port 32 and mixed with the source water 3 in the cistern to sterilize the source water 3. In this case, the ozone obtained by the electrolysis method is pure regardless of the conditions of the source water 3, and is almost neutral even when dissolved in water, has little effect on the human body, and the ozone sterilized source water is potable. It is also possible, and drainage will not have a negative impact on the environment.

【0081】補給装置5からの電解液4のアノード室1
1への補給量は流量調整弁17で調整できる。本実施の
形態1においては5分間に0.1ミリリットルの電解液
4をアノード室11に補給した。その時の直流電圧は
3.5Vであり、初期には2Aの電流により電気分解さ
れる。2Aの電流値で5分間に電気分解される電解液4
量は理論的には0.06ミリリットル以下であるが、オ
ーム熱によりアノード室11の吐出口32や固体電解質
膜13を介してカソード室12より蒸発するため5分以
内には電解液4は消費して無くなる。電解液4が無くな
ると固体電解質膜13の導通源である水素イオンが不足
し、抵抗が大きくなり、電解がストップ状態となる。
Anode chamber 1 for electrolyte 4 from replenishing device 5
The amount of supply to 1 can be adjusted by the flow control valve 17. In the first embodiment, 0.1 ml of the electrolytic solution 4 was supplied to the anode chamber 11 for 5 minutes. The DC voltage at that time is 3.5 V, and is initially electrolyzed by a current of 2 A. Electrolyte solution 4 that is electrolyzed in 5 minutes at a current value of 2A
The volume is theoretically 0.06 milliliter or less, but the electrolyte 4 is consumed within 5 minutes because it evaporates from the cathode chamber 12 through the outlet 32 of the anode chamber 11 and the solid electrolyte membrane 13 due to ohmic heat. And lost. When the electrolyte 4 runs out, hydrogen ions, which are the conduction source of the solid electrolyte membrane 13, become insufficient, the resistance increases, and the electrolysis is stopped.

【0082】そこで再度電解液4が補給装置5の流量調
整弁17から流れ込むと、陽電極7と固体電解質膜13
を満たし、固体電解質膜13の導通が良くなり固体電解
質膜13と陽電極7との界面において電解液4の分解が
生じ(化1)と(化4)の反応が再び始まる。よって、
電解液の補給量に応じたオゾンガスの生成が起こり吐出
口32より排出される。
Then, when the electrolyte 4 flows again from the flow control valve 17 of the replenishing device 5, the positive electrode 7 and the solid electrolyte membrane 13
Is satisfied, the conduction of the solid electrolyte membrane 13 is improved, and the decomposition of the electrolytic solution 4 occurs at the interface between the solid electrolyte membrane 13 and the positive electrode 7, and the reaction of (Chem. 1) and (Chem. 4) starts again. Therefore,
Ozone gas is generated in accordance with the supply amount of the electrolytic solution, and is discharged from the discharge port 32.

【0083】すなわち、流量調整弁17の流量調整によ
りオゾン発生量が決まるわけで、本実施の形態1では電
圧調整ボリューム33により3.5Vに調整し、電解液
4の補給量を5分間に0.1ミリリットルに設定した場
合には20mg/hrのオゾン発生量を得た。
That is, the amount of ozone generation is determined by the flow rate adjustment of the flow rate control valve 17. In the first embodiment, the ozone generation amount is adjusted to 3.5 V by the voltage adjustment volume 33, and the supply amount of the electrolyte 4 is reduced to 0 in 5 minutes. When the amount was set at 0.1 ml, an ozone generation amount of 20 mg / hr was obtained.

【0084】また、同条件にて、電解液4の補給量を5
分間に0.2ミリリットルに設定した場合は50mg/
hrのオゾン発生量となり、0.05ミリリットルに設
定した場合は10mg/hrのオゾン発生量となる。
Further, under the same conditions, the replenishment amount of the electrolyte 4 was set to 5
50 mg / min when set to 0.2 ml per minute
The amount of ozone generated is hr, and when set to 0.05 ml, the amount of ozone generated is 10 mg / hr.

【0085】このように、消費量に満たない電解液4を
間欠的に補給することにより電解を行うことは、電解液
の補給を停止すれば水素イオン不足し、電荷の移動が無
くなり、固体電解質膜13の抵抗が著しく大きくなり、
電解がストップ状態となる。すなわち、電解停止時に固
体電解質膜13の水素イオンが逆流し、オゾン発生電極
の触媒であるβ型二酸化鉛を還元により結晶構造を変化
させたり、溶解させることはなく、オゾンの発生効率の
低下を促進させることはない。
As described above, performing the electrolysis by intermittently replenishing the electrolyte 4 that is less than the consumed amount means that if the replenishment of the electrolyte is stopped, the hydrogen ions become insufficient, and the movement of electric charge is eliminated. The resistance of the membrane 13 increases significantly,
Electrolysis is stopped. That is, when the electrolysis is stopped, the hydrogen ions in the solid electrolyte membrane 13 flow backward, and the β-type lead dioxide, which is the catalyst of the ozone generating electrode, does not change or dissolve the crystal structure by reduction, thereby reducing the ozone generation efficiency. There is no promotion.

【0086】また、オゾン濃度のコントロールも補給量
の調整により容易にできるもので、電圧調整ボリューム
33での電圧調整との組合せにより、さらに大幅にオゾ
ン発生量の調整範囲が広がる。
Further, the ozone concentration can be easily controlled by adjusting the replenishing amount. In combination with the voltage adjustment by the voltage adjusting volume 33, the range of adjusting the ozone generation amount is further greatly expanded.

【0087】次に、一次側電源39が通電不可となり、
常時直結電源8が停止したときの第1の実施の形態の電
解式オゾン発生装置1の作用と電解セル2中の化学反応
について説明する。
Next, the primary power supply 39 is not energized,
The operation of the electrolytic ozone generator 1 and the chemical reaction in the electrolytic cell 2 according to the first embodiment when the constantly connected power supply 8 is stopped will be described.

【0088】停電時やメンテナンスのため電解式オゾン
発生装置1の一次側電源39が通電不可となった時は、
保護回路10の停電検知リレー34によりバックアップ
電源9の稼働が開始する。保護回路10により流量調整
弁は閉じ、吸入ファンは停止する。その時、バックアッ
プ電源9は通常直結電源8により常に充電された状態と
なっている。
When the primary power supply 39 of the electrolytic ozone generator 1 cannot be energized due to a power outage or maintenance,
The operation of the backup power supply 9 is started by the power failure detection relay 34 of the protection circuit 10. The protection circuit 10 closes the flow control valve and stops the suction fan. At this time, the backup power supply 9 is normally charged by the direct power supply 8.

【0089】すなわち、電解セル2の陽電極7と陰電極
6には引き続きバックアップ電源9より3.5Vの直流
電圧が印加され、当初においては2Aの電流が流れる。
しかし、既に補給されている電解液4は0.1ミリリッ
トル以下であり5分以内には陽電極7に付着した電解液
4の残渣分が分解し、固体電解質膜13中に蓄積された
水素イオンが消費されると陽電極7と陰電極6との電荷
移動物質量が低下し、電解抵抗が上昇することになる。
その結果、陽電極7と陰電極6の電流値が低下し、電解
がストップ状態となる。
That is, a DC voltage of 3.5 V is continuously applied from the backup power source 9 to the positive electrode 7 and the negative electrode 6 of the electrolytic cell 2, and a current of 2 A flows at the beginning.
However, the amount of the electrolyte 4 already supplied is 0.1 ml or less, and within 5 minutes, the residue of the electrolyte 4 attached to the positive electrode 7 is decomposed and hydrogen ions accumulated in the solid electrolyte membrane 13 are decomposed. Is consumed, the amount of charge transfer material between the positive electrode 7 and the negative electrode 6 decreases, and the electrolytic resistance increases.
As a result, the current values of the positive electrode 7 and the negative electrode 6 decrease, and the electrolysis is stopped.

【0090】ここで、流量調整弁46は閉じられたまま
なので、新たな電解液4の補給はなく、ストップ状態が
継続することになる。
Here, since the flow regulating valve 46 is kept closed, there is no replenishment of the new electrolyte 4 and the stop state is continued.

【0091】陽電極7と陰電極6間の電流値が所定値以
下になると、直流電流値検知機構35が働き、放電運転
が停止し、陽電極7と陰電極6間の電圧の印加を停止す
る。
When the current value between the positive electrode 7 and the negative electrode 6 becomes equal to or less than a predetermined value, the DC current value detection mechanism 35 operates, the discharge operation is stopped, and the application of the voltage between the positive electrode 7 and the negative electrode 6 is stopped. I do.

【0092】本実施の形態1においては電流値が0.0
2A以下になると検知機構43が始動するように設定し
た。
In the first embodiment, the current value is 0.0
The detection mechanism 43 is set to start when the pressure becomes 2 A or less.

【0093】従来例で説明したように、オゾン発生選択
性のあるβ型の二酸化鉛を陽電極7の触媒層20として
使用した場合、電解液が存在する状態において、電解を
停止すると、還元作用のある水素イオンの影響で、酸化
鉛の酸素と反応し、鉛が溶出するか、β型の結晶構造が
α型に変化することによりオゾンの発生効率が低下する
が、上記のようにバックアップ電源9が作動すると、陽
電極7と固体電解質膜13とを導通させている電解液4
は短時間にて消費されるため、停電等の異常時において
も逆電流の発生を無く、陽電極面の劣化もなく、オゾン
発生効率も維持されることになる。
As described in the conventional example, when β-type lead dioxide having ozone generation selectivity is used as the catalyst layer 20 of the positive electrode 7, when the electrolysis is stopped in the presence of the electrolytic solution, a reduction action is performed. Ozone generation efficiency decreases due to the reaction with oxygen of lead oxide and the elution of lead or the change of β-type crystal structure to α-type due to the presence of hydrogen ions, but as described above, the backup power supply When the electrode 9 is activated, the electrolyte 4 that allows the positive electrode 7 and the solid electrolyte membrane 13 to conduct with each other.
Is consumed in a short time, no reverse current is generated even in the event of an abnormality such as a power failure, the anode surface is not deteriorated, and the ozone generation efficiency is maintained.

【0094】今回の第1の実施の形態においては、念の
ため30分間、2.5Aの電流容量のある蓄電池を選定
したが、1.25Ahの容量の蓄電池で可能となり、非
常にコンパクトで低価格の蓄電池が選定できた。さら
に、そのまま長時間停止を継続しても電極面の劣化も殆
ど無かった。
In the first embodiment, a storage battery having a current capacity of 2.5 A is selected for 30 minutes just in case. However, a storage battery having a capacity of 1.25 Ah can be used, and it is very compact and low in capacity. Priced storage batteries were selected. Further, even if the stop was continued for a long time, there was almost no deterioration of the electrode surface.

【0095】又、耐食性金属基体19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。
In order to increase the adhesion between the corrosion-resistant metal substrate 19 and the β-type lead dioxide, platinum was used as the binding metal. However, palladium may be used, and these are the most common surface treatment agents. It is selected in consideration of effects on living organisms and disposal pollution, and other gold and platinum group metals such as ruthenium, rhodium, osmium and iridium may be used.

【0096】また、今回の実施形態においては、触媒層
20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。
In this embodiment, lead dioxide is used as the catalyst layer 20, but it is the most efficient in terms of ozone generation efficiency, but in consideration of toxicity and the like, tin dioxide, ferrite, etc. And a mixture of platinum and titanium oxide are also possible and are not limited to lead dioxide.

【0097】また、カソード室12の陰電極6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、電解セル2の取りつけ自由
度も上がり、安全性の向上が図れ、また保護回路10で
のバックアップ電源9運転時には固体電解質膜13への
水分の影響が少なくできる面で有利であるが、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
6を形成し、カソード室12に水を介在させ、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。
Although the gas diffusion electrode 18 is used as the negative electrode 6 of the cathode chamber 12, hydrogen generated by electrolysis of water which has a risk of explosion can be replaced with water, and the degree of freedom in mounting the electrolytic cell 2 is increased. This is advantageous in that safety can be improved and the influence of moisture on the solid electrolyte membrane 13 can be reduced when the backup power supply 9 is operated in the protection circuit 10. However, even if the gas diffusion electrode 18 is not used, stainless steel or the like can be used. It is also possible to use a method in which the negative electrode 6 is formed of a metal, water is interposed in the cathode chamber 12, hydrogen gas is generated, and the hydrogen gas is separately burned in post-processing.

【0098】(実施の形態2)図3は本発明の第2の実
施の形態である電解式オゾン発生装置40の構成図を示
すものである。
(Embodiment 2) FIG. 3 shows a configuration diagram of an electrolytic ozone generator 40 according to a second embodiment of the present invention.

【0099】電解式オゾン発生装置40は第1の実施の
形態と同様に電気分解によりオゾンを発生させる電解セ
ル41と、電解液4を補給する補給装置42と、陰電極
6と陽電極7に直流電流を常時通電する常時直結電源8
と、バックアップ電源9と停電等による常時直結電源8
停止時にバックアップ電源9に適切に切り変わる保護回
路10とで構成されている。ただし、図3では常時直結
電源8と、バックアップ電源9と保護回路10について
は第1の実施の形態と同様であるので省略した。
The electrolytic ozone generator 40 includes an electrolytic cell 41 for generating ozone by electrolysis, a replenishing device 42 for replenishing the electrolytic solution 4, a negative electrode 6 and a positive electrode 7, as in the first embodiment. Always directly connected power supply 8 that always supplies DC current
And a backup power supply 9 and a power supply 8 which is always directly connected due to a power failure or the like
And a protection circuit 10 that switches to the backup power supply 9 appropriately when stopped. However, in FIG. 3, the constantly connected power supply 8, the backup power supply 9, and the protection circuit 10 are omitted because they are the same as those in the first embodiment.

【0100】電解セル41は、オゾンを発生する陽電極
7を有するアノード室11と、陰電極6を有するカソー
ド室12とで構成されており、アノード室11とカソー
ド室12は固体電解質膜13で仕切られている。
The electrolytic cell 41 comprises an anode chamber 11 having a positive electrode 7 for generating ozone and a cathode chamber 12 having a negative electrode 6. The anode chamber 11 and the cathode chamber 12 are formed by a solid electrolyte membrane 13. It is partitioned.

【0101】固体電解質膜13、陽電極7、陰電極6の
材質や製法については第1の実施の形態と同じであり説
明を省略する。
The materials and manufacturing methods of the solid electrolyte membrane 13, the positive electrode 7, and the negative electrode 6 are the same as those in the first embodiment, and the description is omitted.

【0102】カソード室12は集電体15とガス拡散電
極18である陰電極6と固体電解質膜13とで構成さ
れ、集電体15の背面に熱電素子43が取りつけられ、
陰電極6を通じ固体電解質膜13が冷却される。
The cathode chamber 12 is composed of a current collector 15, a negative electrode 6 serving as a gas diffusion electrode 18, and a solid electrolyte membrane 13. A thermoelectric element 43 is mounted on the back of the current collector 15.
The solid electrolyte membrane 13 is cooled through the negative electrode 6.

【0103】電解液4の補給装置42は源水3の入った
ボイラー室44とヒーター45と蒸気を導く流量調整弁
46とで構成されてあり、ボイラー室44とアノード室
11とは流量調整弁46で連結している。
The replenishing device 42 for the electrolytic solution 4 comprises a boiler chamber 44 containing the source water 3, a heater 45 and a flow control valve 46 for guiding steam. The boiler chamber 44 and the anode chamber 11 are connected to a flow control valve. It is connected at 46.

【0104】また、これらの陽電極7と陰電極6とも水
素イオン伝導型の固体電解質膜13を挟み密着して取り
つけてたゼロギャップ電極構成となっている。
Further, the positive electrode 7 and the negative electrode 6 have a zero-gap electrode configuration in which the solid electrolyte membrane 13 of the hydrogen ion conduction type is interposed therebetween and closely attached thereto.

【0105】47は吸入口48に取りつけられた外気を
吸入する吸入ポンプ49と、排気口50とからなる吸排
気機構であり、カソード室12のガス拡散電極18に酸
素を含む外気を順次送り込むものである。
Reference numeral 47 denotes a suction / exhaust mechanism comprising a suction pump 49 attached to a suction port 48 for sucking outside air, and an exhaust port 50 for sequentially feeding outside air containing oxygen to the gas diffusion electrode 18 of the cathode chamber 12. It is.

【0106】32はアノード室11の電解液4の電解反
応によって発生する酸素ガス又はオゾンガスの吐出口で
ある。
Reference numeral 32 denotes a discharge port for oxygen gas or ozone gas generated by the electrolytic reaction of the electrolytic solution 4 in the anode chamber 11.

【0107】以下、上記で説明した第2の実施の形態の
電解式オゾン発生装置40の作用と電解セル41中の化
学反応について説明する。
The operation of the electrolytic ozone generator 40 and the chemical reaction in the electrolytic cell 41 according to the second embodiment will be described below.

【0108】まず、ヒーター45にてボイラー室44の
源水3を加熱する。加熱された源水3は一部が蒸気とな
ってカソード室12の熱電素子43で間接的に冷却され
たアノード室11に移動する。移動してきた蒸気は通気
性のある給電体14と多孔性で同じく通気性を持つ陽電
極7を通して固体電解質膜13の表面に達する。固体電
解質膜13はカソード室12側より熱電素子43により
特にアノード室11の露点温度以下に冷却されているの
で、固体電解質膜13表面に結露をはじめる。結露した
水は固体電解質膜13に吸着し、スルフォン酸基の水素
イオンを活性化させ、陰電極6と陽電極7との導通が良
くなる。陽電極7と固体電解質膜13との界面ではさら
に結露が続き、結露水は電解液4として電気分解反応が
開始される。
First, the source water 3 in the boiler chamber 44 is heated by the heater 45. A part of the heated source water 3 becomes steam and moves to the anode chamber 11 which is indirectly cooled by the thermoelectric element 43 of the cathode chamber 12. The transferred vapor reaches the surface of the solid electrolyte membrane 13 through the gas-permeable power supply 14 and the porous and similarly gas-permeable positive electrode 7. Since the solid electrolyte membrane 13 is cooled by the thermoelectric element 43 from the cathode chamber 12 side to a temperature lower than the dew point of the anode chamber 11 in particular, dew condensation starts on the surface of the solid electrolyte membrane 13. The condensed water is adsorbed on the solid electrolyte membrane 13 and activates the hydrogen ions of the sulfonic acid group, so that the conduction between the negative electrode 6 and the positive electrode 7 is improved. Condensation continues at the interface between the positive electrode 7 and the solid electrolyte membrane 13, and the electrolytic reaction is started with the condensed water as the electrolyte 4.

【0109】そこで、第1の実施の形態と同様に、陽電
極7の表面材質はβ型の二酸化鉛であり、腐食電位が高
く反応酸素を含むオゾン発生選択性触媒層20が形成さ
れており、電極材の溶解は殆ど無く、陽電極7の表面に
おいては結露水が電解液4となった水分子を酸化し、
(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)が主体となり、陽電極7表面か
ら酸素ガスとオゾンガスが発生する。
Therefore, as in the first embodiment, the surface material of the positive electrode 7 is β-type lead dioxide, and the ozone generation selective catalyst layer 20 having a high corrosion potential and containing reactive oxygen is formed. The electrode material hardly dissolves, and on the surface of the positive electrode 7, dew condensation oxidizes water molecules that have become the electrolytic solution 4,
The reactions of (Chem. 1) to (Chem. 4) occur. Oxygen gas and ozone gas are generated from the surface of the positive electrode 7 mainly from (Chemical Formula 1) and (Chemical Formula 4) from the equilibrium potential of the reaction formula.

【0110】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良く行われ、生成ガ
ス中のオゾン濃度は高くなる。
Here, if the surface of the plating is made of platinum or the like, the oxygen overvoltage is low and only the reaction of (Chem. 1) is performed, and the generation of ozone is small, but the oxygen generation potential is high and β containing reactive oxygen is used.
In the case of lead dioxide of the type, the reaction oxygen (Chem. 4) is positively generated because the reaction oxygen intervenes as a catalytic action in the reaction formula (Chem. 1), so that ozone is efficiently generated and Ozone concentration increases.

【0111】源水を40℃まで加熱し、電極表面を10
℃に冷却することにより、常に常時直結電源8で3.5
Vを印加すると2Aの電流が流れ、約50mg/hrの
オゾン発生量を得た。
The source water was heated to 40 ° C.
° C so that it is always 3.5
When V was applied, a current of 2 A flowed, and an ozone generation amount of about 50 mg / hr was obtained.

【0112】結露水の電解液4中には水素イオンの対イ
オンはほとんどないため、過剰となる水素イオンは水素
イオン伝導型膜である固体電解質膜13を通じてカソー
ド室12に移動する。そのため、アノード室11内では
水素イオン濃度の増加は見られず、pHは蒸溜水のまま
で、源水3と同じpHを維持し、源水3が浄水を使用
し、中性であれば中性を維持することになる。
Since there is almost no counter ion of hydrogen ions in the electrolytic solution 4 of the condensed water, excess hydrogen ions move to the cathode chamber 12 through the solid electrolyte membrane 13 which is a hydrogen ion conductive membrane. Therefore, no increase in the hydrogen ion concentration is observed in the anode chamber 11, the pH is kept as distilled water, the same pH as the source water 3 is maintained, and if the source water 3 uses purified water and is neutral, the pH is neutral. Nature will be maintained.

【0113】表面処理樹脂膜の働きについても第1の実
施の形態と同様で、局部的発熱を防止でき、また給電体
14と接触する陽電極7の面には表面処理樹脂膜38は
形成されていないため、給電体14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。
The function of the surface-treated resin film is the same as that of the first embodiment. Local heat generation can be prevented, and a surface-treated resin film 38 is formed on the surface of the positive electrode 7 that comes into contact with the power supply 14. Therefore, on the surface of the feeder 14,
Does not easily occur, and does not lower the ozone generation efficiency.

【0114】カソード室12の陰電極6の表面では吸排
気機構28により送り込まれてくる外気に含まれる酸素
と、常時直結電源8の負の電位として流れてくる電子
と、アノード室11で生成されて固体電解質膜13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。
On the surface of the negative electrode 6 in the cathode chamber 12, oxygen contained in the outside air sent by the intake / exhaust mechanism 28, electrons flowing as a negative potential of the direct power supply 8, and generated in the anode chamber 11. Thus, three components with hydrogen ions passing through the solid electrolyte membrane 13 intervene to generate water by causing the reaction of (Chem. 5).

【0115】電界液4の補給量はヒーター45による源
水3の加熱温度と熱電素子43により冷却された固体電
解質膜13面の露点温度によって変動し、また、流量調
整弁46の間欠的に開放する開放時間によって調整可能
である。
The supply amount of the electrolytic solution 4 varies depending on the heating temperature of the source water 3 by the heater 45 and the dew point temperature of the surface of the solid electrolyte membrane 13 cooled by the thermoelectric element 43, and intermittently opens the flow control valve 46. It can be adjusted according to the opening time.

【0116】また、オゾン発生量は補給量と陰電極6と
陽電極7とに印加する電圧で決まるもので、源水3の加
熱温度と固体電解質膜13の露点温度が一定であれば、
第1の実施の形態と同様に、電圧調整ボリューム33と
流量調整弁46の調整により決まる。
The amount of ozone generated is determined by the amount of replenishment and the voltage applied to the negative electrode 6 and the positive electrode 7. If the heating temperature of the source water 3 and the dew point temperature of the solid electrolyte membrane 13 are constant,
As in the first embodiment, it is determined by adjusting the voltage adjustment volume 33 and the flow adjustment valve 46.

【0117】本実施の形態では、40℃の源水3と10
℃の露点温度条件で、電圧調整ボリューム33で印加電
圧を3.5Vに設定すれば、流量調整弁46の10分間
に5分の開放により約20mg/hrのオゾンが発生し
た。
In this embodiment, the source waters 3 and 10 at 40 ° C.
When the applied voltage was set to 3.5 V with the voltage adjustment volume 33 under the dew point temperature condition of ° C., about 20 mg / hr of ozone was generated by opening the flow adjustment valve 46 for 5 minutes in 10 minutes.

【0118】第2の実施の形態は電界液4の補給装置4
2による補給方法が、第1の実施の形態と差があるだけ
で、陰電極6にガス拡散電極18を使用すれば、両電極
とも気体による物質移動となるため、電解セル41の取
りつけ自由度がより大きくなり、また、源水3から直接
電解液4を得ることができる点でメリットがあるが、そ
の外の、電解の停止時におけるオゾン発生効率の低下防
止効果や、バックアップ電源9が電気容量が小さいもの
が選定でき安価となる効果は第1の実施の形態と同じで
ある。
In the second embodiment, the replenishing device 4 for the electrolytic solution 4 is used.
When the gas diffusion electrode 18 is used for the negative electrode 6, both the electrodes are mass-transferred by gas. However, there is an advantage in that the electrolytic solution 4 can be obtained directly from the source water 3. However, the effect of preventing the ozone generation efficiency from being lowered when the electrolysis is stopped, and the fact that the backup power supply 9 The effect of selecting a capacitor having a small capacity and reducing the cost is the same as that of the first embodiment.

【0119】[0119]

【発明の効果】以上のように本発明の電解式オゾン発生
装置は、陰電極を有するカソード室と、オゾンガス発生
電極である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固体電解質膜とからなる電解
セルと、前記陰電極と陽電極とに直流電圧を印加し、ア
ノード室に電解液を満たしたときの電気分解と蒸発によ
り消費する電解液量よりも少ない量の電解液をアノード
室に断続的に補給する補給装置とからなる電解式オゾン
発生装置であり、不足量の電解液を断続的に補給するこ
とで余分の水素イオンを形成させることがなく、電解液
がなくなると抵抗が大きくなり電解電流が微小となり自
動的に電解停止状態となるため、電源停止後も水素イオ
ンの還元作用による逆電解の電流が生成する事もなく、
電極面の劣化を防止することができるものである。
As described above, the electrolytic ozone generating apparatus according to the present invention comprises a cathode chamber having a negative electrode, an anode chamber having a positive electrode which is an ozone gas generating electrode, and a solid compartment separating the cathode chamber and the anode chamber. An electrolytic cell composed of an electrolyte membrane, and a DC voltage applied to the negative electrode and the positive electrode, and an amount of the electrolytic solution that is smaller than the amount of the electrolytic solution consumed by electrolysis and evaporation when the anode chamber is filled with the electrolytic solution. Electrolytic ozone generator consisting of a replenishing device for intermittently replenishing the anode chamber with the electrolyte chamber. By intermittently replenishing a deficient amount of electrolyte, no excess hydrogen ions are formed, and the electrolyte runs out. And the resistance becomes large, the electrolysis current becomes minute and the electrolysis stops automatically, so even after the power is stopped, the current of reverse electrolysis due to the reduction action of hydrogen ions does not occur,
It is possible to prevent deterioration of the electrode surface.

【0120】また、陰電極と陽電極とに直流電圧を印加
する直流電源に、常時直結電源とバックアップ電源とが
併設され、常時直結電源が停止したときには、補給装置
を停止させ、既に補給された電解液の完全消費に必要な
電気容量をもつバックアップ電源が作動する保護回路を
有するもので、たとえ電解液の補給後、常時電源が停止
してもバックアップ電源により補給分の電解液が電気分
解により消費でき、陽電極面の劣化がなく、さらには蓄
電池容量は比較的小さくても可能であり、小さな蓄電池
が選定できる。
Further, a DC power supply for applying a DC voltage to the negative electrode and the positive electrode is provided with a continuous power supply and a backup power supply. It has a protection circuit that activates a backup power supply that has the necessary electric capacity for complete consumption of the electrolyte. It can be consumed, there is no deterioration of the positive electrode surface, and the storage battery capacity can be relatively small, and a small storage battery can be selected.

【0121】また、陽電極と陰電極とに印加する直流電
圧を調整可能とする電圧調整ボリュームを有するもの
で、直流電圧の調整によりオゾン発生量を容易にコント
ロールできるものとなる。
Further, it has a voltage adjusting volume which can adjust the DC voltage applied to the positive electrode and the negative electrode, and the amount of ozone generation can be easily controlled by adjusting the DC voltage.

【0122】また、補給装置に電解液の補給量を調整で
きる流量調整弁を有し、電解液の量を調整することで電
気分解量が決まりオゾン発生量が容易にコントロールで
きるものとなる。
Further, the replenishing device is provided with a flow rate regulating valve capable of adjusting the replenishing amount of the electrolytic solution. By adjusting the amount of the electrolytic solution, the amount of electrolysis is determined, and the amount of ozone generated can be easily controlled.

【0123】また、アノード室の陽極面と接する固体電
解質膜面をアノード室の露点温度以下にすることにより
生成する結露水を電解液として補給する補給装置を特徴
とするもので、電解液として蒸溜水同等の純水となった
結露水を使うことで不純物を含む源水から、また大気中
からでも電解液の補給を可能とする。
Further, the present invention is characterized by a replenishing device for replenishing dew water generated by setting the surface of the solid electrolyte membrane in contact with the anode surface of the anode chamber below the dew point temperature of the anode chamber as an electrolyte. The use of dew water, which has become pure water equivalent to water, makes it possible to replenish the electrolyte from source water containing impurities and also from the atmosphere.

【0124】さらに、陰電極にガス拡散電極を使用する
ことで、カソード室からの水素ガスの発生が少なくな
り、爆発の危険がないばかりか、水溶液を使う場合には
カソード面を下方にすることはできなかったが、気層で
の電荷のやり取りが可能となることで電解セルの設置場
所の自由度が広がり、方向性を自在に決めることができ
る。
Further, by using a gas diffusion electrode for the negative electrode, the generation of hydrogen gas from the cathode chamber is reduced, and there is no danger of explosion. In addition, when an aqueous solution is used, the cathode surface is lowered. However, since the exchange of electric charges in the gas phase becomes possible, the degree of freedom of the installation place of the electrolytic cell is expanded, and the direction can be freely determined.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態における電解式オゾ
ン発生装置の概略図
FIG. 1 is a schematic view of an electrolytic ozone generator according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態における陽電極と固
体電解質膜と陰電極との接合部の要部拡大断面図
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part of a junction between a positive electrode, a solid electrolyte membrane, and a negative electrode according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態における電解式オゾ
ン発生装置の概要図
FIG. 3 is a schematic diagram of an electrolytic ozone generator according to the first embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,40 電解式オゾン発生装置 2,41 電解セル 4 電解液 5,42 補給装置 6 陰電極 7 陽電極 8 常時直結電源 9 バックアップ電源 10 保護回路 11 アノード室 12 カソード室 13 固体電解質膜 17,46 流量調整弁 18 ガス拡散電極 33 電圧調整ボリューム Reference Signs List 1,40 electrolytic ozone generator 2,41 electrolytic cell 4 electrolytic solution 5,42 replenisher 6 negative electrode 7 positive electrode 8 continuous power supply 9 backup power supply 10 protection circuit 11 anode chamber 12 cathode chamber 13 solid electrolyte membrane 17,46 Flow control valve 18 Gas diffusion electrode 33 Voltage control volume

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陰電極を有するカソード室と、オゾンガ
ス発生電極である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固体電解質膜とからな
る電解セルと、前記陰電極と陽電極とに所定の直流電圧
を印加しアノード室に電解液を満たしたときの電気分解
と蒸発により消費する電解液量よりも少ない量の電解液
をアノード室に間欠的に補給する補給装置とを有する電
解式オゾン発生装置。
1. An electrolytic cell comprising: a cathode chamber having a negative electrode; an anode chamber having a positive electrode serving as an ozone gas generating electrode; a solid electrolyte membrane separating the cathode chamber and the anode chamber; A replenishing device for intermittently replenishing the anode chamber with a smaller amount of electrolyte than the amount of electrolyte consumed by electrolysis and evaporation when a predetermined DC voltage is applied to the electrodes and the anode chamber is filled with the electrolyte. Electrolytic ozone generator.
【請求項2】 陰電極と陽電極とに直流電圧を印加する
直流電源として、常時直結電源とバックアップ電源とが
併設され、常時直結電源が停止したときには、補給装置
を停止させ、既に補給された電解液の完全消費に必要な
電気容量をもつバックアップ電源が作動する保護回路を
有する請求項1記載の電解式オゾン発生装置。
2. A direct-current power supply and a backup power supply are provided side by side as a DC power supply for applying a DC voltage to the negative electrode and the positive electrode. The electrolytic ozone generator according to claim 1, further comprising a protection circuit that operates a backup power supply having an electric capacity necessary for complete consumption of the electrolyte.
【請求項3】 陽電極と陰電極とに印加する直流電圧を
調整可能とする電圧調整ボリュームを有する請求項1ま
たは請求項2記載の電解式オゾン発生装置。
3. The electrolytic ozone generator according to claim 1, further comprising a voltage adjusting volume for adjusting a DC voltage applied to the positive electrode and the negative electrode.
【請求項4】 補給装置に電解液の補給量を調整できる
流量調整弁を有する請求項1から請求項3いずれか記載
の電解式オゾン発生装置。
4. The electrolytic ozone generator according to claim 1, wherein the replenishing device has a flow control valve capable of adjusting a replenishing amount of the electrolytic solution.
【請求項5】 アノード室の陽電極面と接する固体電解
質膜の面をアノード室の露点温度以下にすることにより
生成する結露水を電解液として補給する補給装置を特徴
とする請求項1から請求項3いずれか記載の電解式オゾ
ン発生装置。
5. A replenishing device for replenishing dew water generated by setting a surface of a solid electrolyte membrane in contact with a positive electrode surface of an anode chamber to a temperature equal to or lower than a dew point temperature of an anode chamber as an electrolyte. Item 4. The electrolytic ozone generator according to any one of Items 3.
【請求項6】 陰電極にガス拡散電極を使用した請求項
1から請求項5いずれか記載の電解式オゾン発生装置。
6. The electrolytic ozone generator according to claim 1, wherein a gas diffusion electrode is used as the negative electrode.
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