JPH10277551A - 電解水生成装置 - Google Patents

電解水生成装置

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JPH10277551A
JPH10277551A JP9089125A JP8912597A JPH10277551A JP H10277551 A JPH10277551 A JP H10277551A JP 9089125 A JP9089125 A JP 9089125A JP 8912597 A JP8912597 A JP 8912597A JP H10277551 A JPH10277551 A JP H10277551A
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JP
Japan
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positive electrode
water
ferrite
exchange membrane
surface layer
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Application number
JP9089125A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Inatani
正敏 稲谷
Koji Nagata
晃司 永田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Refrigeration Co
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Publication date
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は人体への安全性や廃棄時の環境汚染
を考慮したオゾン発生電極を使用し、中性に近い酸化力
を有する殺菌および洗浄力の強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、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
る隔壁をイオン交換膜で構成し、陽電極の表面層をフェ
ライトめっきで処理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、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、水溶液を電気分解してオゾンを生成するのに適
した陽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
化反応を受けるため、二酸化窒素や一酸化窒素等の窒素
酸化物が生成しやすく、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、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、空気中に含まれる８０％の窒素ガス
により、処理ガス中のオゾンガス分圧が非常に低く、溶
解量が小さくなり、製造できるオゾン水濃度に限界があ
る。よって、水に高濃度でオゾンを溶かし、且つ中性で
純粋の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、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。アノード室には電解液と接する
陽電極があり、この陽電極は多孔質状の金属チタンメッ
シュの基板上に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。
【０００５】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メッシュ基板上に白金めっき処
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。
【０００６】また、陽電極や陰電極の基体材としては多
孔質の金属チタンを選定し、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。
【０００７】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。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．Ｅ
ｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．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発表されてお
り、そのグラフを図５に示す。
【０００８】図５より判断すると白金やルテニウムを使
用したＤＳＥよりも、酸化鉛や酸化すず等の金属酸化物
がオゾンを効率良く生成させ、特にβ型の二酸化鉛が最
もオゾンを生成する電流効率値が高いことが明白であ
る。
【０００９】しかしこれらの金属酸化物の物性は非常に
硬度が高く、金属チタンや白金の上に電着により密着さ
せても、密着性が悪く、電解槽を組み立てる際の機械的
強度により、また電解中の酸素発生の力と電解液の流れ
の力により容易に剥離する。
【００１０】上記問題点を解決する方法として特公平３
−４１５５３号公報の様に、二酸化鉛の粉末にフッ素樹
脂を混合して多孔質の板状に成型し、次いで加熱・焼成
し、または加熱・焼成したものをさらに薄く延伸してシ
ート状の電極基板となし、その電極基板を酸化処理した
後、表面にβ型の二酸化鉛のめっきを施すものが提案さ
れている。
【００１１】このような成型方法であれば電極の基板が
フッ素樹脂のバインダーにより円滑性をもち柔軟性が確
保できると共に、加熱・焼成後にめっきを施すことによ
り焼成で下級の酸化鉛に変質した電極表面材を必要なβ
型の二酸化鉛の面に戻すことが可能で、よって柔軟性を
もつオゾン発生効率の良い電極を得ることができる。
【００１２】
【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３−４１５５３号公報の様に、二酸化鉛の粉末に
フッ素樹脂を混合して多孔質の板状に成型し、次いで加
熱・焼成し、または加熱・焼成したものをさらに薄く延
伸してシート状の電極基板となし、その電極基板を酸化
処理した後、表面にβ型の二酸化鉛のめっきを施すもの
は、その公報の実施例から推察すると非常に複雑で多大
な工数を必要とする欠点を有する。
【００１３】すなわちフッ素樹脂と二酸化鉛との混練か
らはじまり、ロールによる板の成型、３００℃で１時間
の加熱処理、３６０〜３９０℃で３０分の焼成処理、延
伸処理、６０℃３時間の過酸化カリウム水溶液での酸化
処理、硝酸鉛水溶液による二酸化鉛めっき処理が必要
で、以上の工程を通じてようやく陽電極が完成するもの
である。
【００１４】また、加熱・焼成により得た電極基板は二
酸化鉛の粉末のバインダーとして使用するフッ素樹脂が
粉末と粉末との間に介在し抵抗体となるため、二酸化鉛
のめっき時には円滑なめっきが困難で、また最終的に電
解液を電気分解するときもオーム損が生じやすいもので
ある。
【００１５】さらに、二酸化鉛は鉛化合物として水質汚
濁防止法等の有害物質に指定されているもので、人体に
摂取すると骨組織に沈着し四肢の感覚障害等を引き起こ
し、また、肝障害やけいれん、排尿障害などを起こす。
すなわち、鉛イオンの溶出が懸念されるものは飲用や食
品洗浄殺菌水の用途には使用することは避けるべきであ
る。よって電解液をそのまま殺菌水として使用できず、
一旦発生するオゾンガスを分離し、再度被処理水にバブ
リングしオゾンを水に溶解したオゾン水を作り直す手間
が必要である。
【００１６】酸化すずもオゾン発生電極の表面処理材と
して可能性があるが、重金属の範疇であり食品用途への
利用は安全とは言い難い。鉄、ニッケル、マンガン、チ
タン等は比較的安全と考えられるが、その酸化物は電極
として必要な導電性がないという致命的な課題を有する
ものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は、陰電極を持つ
カソード室と、電解液に接する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隔壁をイオ
ン交換膜で構成した電解槽で、前記アノード室の陽電極
が酸化物の一種であるが、導電性のあるフェライトの表
面層を有することを特徴とする電解水生成装置であり、
隔壁をフッ素樹脂系イオン交換膜で構成しフェライトの
表面層を有するオゾン発生陽電極表面にフッ素樹脂系イ
オン交換膜と同系統の樹脂を塗布し、その塗布面を前記
フッ素樹脂系イオン交換膜と密着させたことを特徴とす
る電解水生成装置である。
【００１８】また、その陽電極を耐食性金属基体上に白
金及び／又はパラジウム酸化物を含む下地層を設け、あ
るいはチタン及び／又はタンタルの酸化物からなる複合
酸化物を下地層に設け、その上層にフェライトの表面層
を有するものである。また、フェライトを電解や無電解
めっきにより陽極析出させた表面層を持ち、その際、不
活性の酸化チタン、酸化タンタルの金属酸化物を含むめ
っき浴で分散めっきにより表面層を形成し、又、フェラ
イト表面処理の後、磁化処理により磁力体表面層を有す
るオゾン発生電極とした電解水生成装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】この発明の請求項１に記載の発明
は、陰電極を持つカソード室と、電解液に接する陽電極
を持つアノード室と、前記カソード室とアノード室とを
仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽で、前記ア
ノード室の陽電極がフェライトの表面層を有する電解水
生成装置であり、β型の酸化鉛を使わず、導電性のフェ
ライトを利用することによりオゾン生成効率の高い電解
水生成装置を提供する。
【００２０】請求項２記載の発明は、カソード室とアノ
ード室とを仕切る隔壁をフッ素樹脂系イオン交換膜で構
成し、フェライトの表面層を有するオゾン発生陽電極に
フッ素樹脂系イオン交換膜と同系統の樹脂を塗布し、そ
の塗布面を前記フッ素樹脂系イオン交換膜と密着させた
もので、耐熱性に強く水素イオンのみを効率良く伝達す
るフッ素樹脂系のイオン交換膜を使用することにより、
カソード室にガス拡散電極の使用が可能となり、爆発の
危険のある水素を水に置換でき、安全性の向上を図り、
さらに凹凸状のフェライト面にイオン交換膜と同種のフ
ッ素系樹脂を塗布することで、陽電極面とイオン交換膜
との接触面を大幅に増加させることで接触抵抗を小さく
でき、さらにオゾン発生効率の良い陽電極を得るもので
ある。
【００２１】請求項３記載の発明は、耐食性金属基体上
に白金及び／又はパラジウム酸化物を含む下地層を設
け、その上層にフェライトの表面層を有する陽電極とし
たもので、基体との密着性をあげ界面の電気伝達性耐力
を上げ、円滑な水の電気分解ができるオゾン発生陽電極
とするものである。
【００２２】請求項４記載の発明は、耐食性金属基体上
に白金及び／又はパラジウム酸化物と、チタン及び／又
はタンタルの酸化物の下地層を設け、フェライトの表面
層を有する陽電極としたもので、基体との密着性をあげ
界面の電気伝達性耐力を上げ円滑な水の電気分解ができ
るオゾン発生陽電極とするものである。
【００２３】請求項５記載の発明は、電解又は無電解の
めっき処理によりフェライトを析出させたもので、低温
でのめっき処理による表面層の形成は、焼結法に比べ熱
歪みを避けることができ、多孔質状で複雑な形状の電極
表面層の形成が可能となり、又、フェライト成分を容易
に制御できるものである。
【００２４】請求項６記載の発明は、フェライトをめっ
き処理により析出させる際、不活性の酸化チタン、酸化
タンタルの金属酸化物を含むめっき浴で分散めっきによ
り複合系の表面層とすることで、めっき歪を小さくする
効果があり、密着性の向上と電極寿命を大きく上げる効
果をもつ。
【００２５】請求項７記載の発明は、フェライトで表面
処理の後、磁化処理により磁力体表面層を有する陽電極
としたもので、電解中の鉄等の不純物を吸着することに
よりイオン交換膜の水素イオン等の伝達効率を低下させ
る阻害要因を除去し、イオン交換膜の寿命が飛躍的に延
びる効果をもち、効率よくオゾンの生成を行えるように
したものである。
【００２６】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
るオゾン発生陽電極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。
【００２７】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。
【００２８】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、スルホ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。
【００２９】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Ｎ
１１７の高分子膜を用いた。
【００３０】９は陽電極１に正電位を、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１０に浸漬された酸化電位測定電極
１１の信号を酸化電位計１２で計測し、稼働と停止を制
御するものである。
【００３１】陽電極１は多孔質状の耐食性金属チタンメ
ッシュを基体として用い、最上層の表面層はフェライト
を無電解によるめっき処理により形成したものを用い
た。
【００３２】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質ガス拡散電極を用いた。
【００３３】また、両極とも水素イオン伝導型膜７に密
着して取りつけた。１３はイオン交換樹脂を搭載した純
水製造装置１４と、フロートスイッチ１５により自動的
に開閉する開閉バルブ１６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１０をアノード
室４へ順次送り込むものである。
【００３４】１７は吸入口１８に取りつけられたフィル
ター１９を介して外気を吸入する吸入ファン２０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２１
と排気口２２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。
【００３５】２３はアノード室４で処理された電解液１
０を順次排出する排水機構である。２４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２５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。
【００３６】２７は攪拌装置２８と共に電解液１０の流
れを生じさせ、電解水１０の滞留を防止するガイドであ
る。
【００３７】図２はオゾン発生陽電極１と陰電極５とを
圧着した接合体の要部拡大断面図である。
【００３８】イオン交換膜７は酸化タンタルの分散剤２
９とフェライトで形成される表面層３０を有する多孔質
状の金属チタンメッシュの耐食性金属基体３１を心材と
する陽電極１と拡散電極で形成する陰電極５とで挟まれ
たものとなる。
【００３９】尚、３２、３３はそれぞれ直流電源に接続
された集電体であり、電圧を平均化して各電極部に通電
するものである。又、陰電極５の水素イオン伝導型イオ
ン交換膜７との反対面には拡散効率を上げるため白金触
媒を担持したカーボン性ハニカム状集電体３４を圧着さ
せてある。
【００４０】３５は陽電極１をイオン交換膜７に密着さ
せる前に塗布したフッ素樹脂系イオン交換膜７と同系統
の樹脂層である。
【００４１】３６は耐食性金属基体３１とフェライトの
表面層３０との密着性を向上させるために設けた複合酸
化金属で形成する下地層である。
【００４２】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。はじめに、多
孔質状の耐食性金属チタンメッシュ基体３１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の硫酸を電解液とし、４Ａ／ｄｍ2 の条件で陰極側
にて電解還元処理した。
【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３６を設
けた。
【００４４】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、次工程であるフェラ
イトのめっき処理を行った。以下、フェライトめっきの
２つの方法について図３及び図４を参照に説明する。
【００４５】図３に第１のフェライトめっき処理法に使
用する装置を示す。まず、めっき槽３７にあらかじめ窒
素ガスを通気させ溶存酸素を除去した蒸留水を入れる。
浴４４中の酸素除去を継続するために窒素ボンベ３８か
らの窒素ガスを通気させながら、塩化鉄供給装置３９か
ら３０ｍモル量のＦｅＣｌ2 ・４（Ｈ2 Ｏ）を注入し、
スタラー４０で攪拌し均一に溶かし、ｐＨ調整機４１に
充填された５０ｍモルの水酸化ナトリウムによりｐＨを
６〜７に調整する。さらにｐＨの緩衝剤として３０ｍモ
ル量の酢酸アンモニウムを添加する。
【００４６】次に、酸化剤として、あらかじめ窒素ガス
を通気させ溶存酸素を除去した蒸留水に５０ｍモルの亜
硝酸ナトリウムを酸化還元電位計４２で酸化還元電位が
水素標準電位に対して−０．４Ｖ〜−０．５Ｖに制御し
ながら加えフェライトめっき処理を開始する。
【００４７】酸化が進むとともにｐＨが酸性側に変化す
るので、ｐＨ計４３でｐＨを測定しながら自動のｐＨ調
整機４１から５０ｍモルの水酸化ナトリウムを浴４４に
注入し、ｐＨを６〜７に自動調整する。
【００４８】１時間のめっき処理で約２μｍの厚みのめ
っき層に成長する。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
ることによりフェライトめっき層の中にタンタル粉末が
形成される。尚、この時の浴温度はヒーター４５により
６０℃に温調する。
【００４９】図４に第２のフェライトめっき装置を示
す。めっき操作は陽極析出法であり、電着装置のセル４
６内のプラス電極板４７上の純鉄製の対極４８と、多孔
質状の金属チタンメッシュである耐食性金属基体３１と
で、約２ｍｍ厚の多孔質状のセラミックの板スペーサ４
９を挟み、スプリング付ねじ５０で取りつけ固定する。
基体面はヒーター５１により６０〜７０℃に加熱され、
５０ｍモルの酸化鉄（ＩＩ）を含む反応液をポンプ５２
で約１Ｌ／分の流量で、対極４８と、耐食性金属基体３
１とで、挟まれたスペーサ４９内を流す。
【００５０】この時の基体３１の電位は対極に対し約
０．３Ｖに設定し、電流値は０．１Ａ／ｄｍ2 となり、
約２０分の処理時間で約２μｍの厚みのめっき層に成長
する。溶液槽５１中の反応液５２は３０ｍモル量のＦｅ
Ｃｌ2 ・４（Ｈ2 Ｏ）を溶かし、２ｇ／Ｌの酸化タンタ
ルを分散させ、５０ｍモルの水酸化ナトリウムでｐＨを
６に調整したものを用いる。また、ｐＨの緩衝剤として
３０ｍモル量の酢酸アンモニウムを添加する。
【００５１】この陽極析出法によるフェライトめっきに
おける反応について簡単に説明する。（化１）の反応式
はマイナス電極体表面の鉄と鉄イオンとの平衡反応式で
ありｐＨが６で鉄イオンが３０ｍモルの時の平衡電位は
プルベーダイヤグラムより−０．４８５Ｖとなる。
【００５２】（化２）の平衡電位は同様に−０．３０３
Ｖである。よって対極に対し０．１８２Ｖ以上の電位を
プラス電極の基体に加えるとフェライトが形成する。
【００５３】しかし、（化３）の平衡電位が−０．１３
４Ｖであり、０．３５１Ｖ以上の電位をかけると三価の
酸化鉄が形成し不導体のめっき層が形成する。
【００５４】またｐＨを７とした場合には、（化１）の
平衡電位が−０．４８５Ｖであるのに対し、（化２）の
平衡電位は−０．５４０Ｖで、（化３）の平衡電位は−
０．１９３Ｖであり、０Ｖ以上で０．２９２Ｖ以下の範
囲内でフェライトが析出することになる。よって、今回
のフェライトめっきの電解条件はｐＨを６とし、電位を
０．３Ｖに設定し行った。
【００５５】
【化１】
【００５６】
【化２】
【００５７】
【化３】
【００５８】
【化４】
【００５９】尚、浴中に塩化鉄（II）と他の金属イオン
（Ｍ）、例えばニッケル、コバルト、亜鉛、マグネシウ
ム等のイオンを添加すると（化４）の反応により各種フ
ェライトが形成される。
【００６０】以下、上記で説明した実施の形態１の電解
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。
【００６１】まず、純水製造装置１４を稼働しイオン交
換水を製造する。次に電解液１０となるイオン交換水を
開閉バルブ１６の開放によりアノード室４に注入する。
開閉バルブ１６はフロートスイッチ１５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１０で満
水になると自動的に閉鎖されることとなる。
【００６２】次に、直流電源９の本体電源端子２６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３Ｖを付加した。
【００６３】陽電極１の表面材質は腐食電位が高く反応
酸素を含むフェライトで形成されており、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１０中の水分子を酸化し、（化５）〜（化
８）の反応が起こる。
【００６４】反応式の平衡電位より（化５）と（化８）
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。
【００６５】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５）の反応のみでオゾンの生
成は少ないが、反応酸素を含むフェライトの酸素が（化
５）の反応式に触媒作用として介在するため（化８）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。
【００６６】
【化５】
【００６７】
【化６】
【００６８】
【化７】
【００６９】
【化８】
【００７０】
【化９】
【００７１】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。
【００７２】さらに、フェライト表面層３０面全体に塗
布されたフッ素樹脂系イオン交換膜７と同系統の樹脂層
３５により、イオン交換膜７との密着面だけでなく陽電
極１全体から水素イオンが移動することになり、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
できる。
【００７３】カソード室６の陰電極５表面では吸排気機
構１７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
９）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２２から排出される。
【００７４】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補助集電体３４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。
【００７５】尚、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質ガス拡散電極を用い、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、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。
【００７６】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１７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。
【００７７】また、アノード室４では（化５）〜（化
８）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。
【００７８】尚、酸化電位測定電極１１と酸化電位計１
２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１０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。
【００７９】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。
【００８０】尚、第１の実施の形態では、陽電極１のフ
ェライト表面層３０面にフッ素樹脂系イオン交換膜と同
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。
【００８１】又、耐食性金属基体３１とフェライトとの
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。
【００８２】又、第１の実施例の形態ではフェライトの
一種としてマグネタイトの製法を示したが、めっき浴中
にニッケル、コバルト、亜鉛等の他の金属イオンを含有
させるだけで、各種フェライトが形成でき、これらのフ
ェライト電極もオゾン発生電極として良好であり、マグ
ネタイトに限るものではない。
【００８３】尚、フェライトめっき処理した後、陽電極
を２０００〜２万ガウスの磁場をかけ磁化処理を行うこ
とで、陽電極面に磁力をつけておくと、電解液に不純物
として含まれ、水素イオンの伝達を阻害し、イオン交換
膜の寿命を低下させる鉄分や金属イオンが陽電極表面に
捕らえられ、イオン交換膜の寿命を大幅に伸ばすことが
できる。
【００８４】尚、実施形態１としては排水溝よりオゾン
水を取り出し、直接的に殺菌水として使用する事例を示
したが、ミキシングノズルを取りつけ排出口から発生す
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
き込み混合しオゾン水を製造する方法もある。以上のよ
うに耐食性金属基体上に白金及び／又はパラジウム酸化
物と、チタン及びタンタルの酸化物からなる下地層を設
け、酸化タンタルを含む電解又は無電解のめっき処理で
複合酸化物を含むフェライト層を形成し、さらに表面に
イオン交換膜と同系統のフッ素樹脂を塗布した後イオン
交換膜に密着させた電解槽を持つ電解水生成装置であれ
ば、電極基材への密着性を良好にし、電気伝導性とオゾ
ン生成効率を維持するオゾン発生陽電極を得ることがで
きる。又、耐熱性に強く水素イオンのみを効率良く伝達
するフッ素樹脂系のイオン交換膜を使用することによ
り、カソード室にガス拡散電極の使用が可能となり、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。さらに凹凸状の複合材の表
面にイオン交換膜と同種のフッ素系樹脂を塗布すること
で、陽電極面とイオン交換膜との接触面を大幅に増加さ
せ接触抵抗を小さくでき、効率の良いオゾン発生陽電極
を得る。又、電気導電性の高い金やパラジウムで下地処
理を行うことで円滑な水の電気分解ができ、鉛等の有害
な重金属を使用せず、食品衛生上安全であり食品用途に
も展開できる電解水生成装置を提供するものである。さ
らにフェライトの主成分である鉄は白金やチタンと並び
人体への影響が極力少ない金属であり、生鮮食品の殺菌
水に安心して使用でき、めっき処理法は熱をかけないの
で金属酸化物の変質を予防し、また下地処理に用いた白
金やパラジウムの酸化を抑える効果があるばかりか、電
気伝導性とオゾン生成効率が良好な陽電極表面を形成す
るものである。
【００８５】
【発明の効果】以上のように、本発明の電解水生成装置
は、陰電極を持つカソード室と、電解液に接する陽電極
を持つアノード室と、前記カソード室とアノード室とを
仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽で、前記ア
ノード室の陽電極がフェライトの表面層を有する電解水
生成装置であり、白金及び金属酸化物を含む下地処理に
よりオゾン生成効率が高く導電性のフェライトと耐食性
金属基体と密着性を良好にし、剥がれ難く、円滑な水の
電気分解ができるオゾン発生陽電極とするもので、鉛等
の有害な重金属を使用せず、食品衛生上においても生鮮
食品の殺菌水として安全であり、食品用途にも安心して
使用できる電解水を提供するものである。さらに電極面
に磁力を加えることによりイオン交換膜に影響する不純
物を極力電極面に吸着しイオン交換膜の寿命を長くさせ
ることができる。
【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１の実施の形態におけるフェライト
めっき装置の概略図
【図４】本発明の第１の実施の形態におけるフェライト
めっき装置の概略図
【図５】陽電極表面材料の電流密度とオゾン電流効率と
の関連を示すグラフ
【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 電解液 ３０ 表面層 ３１ 基体 ３６ 下地層

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 陰電極を持つカソード室と、電解液に接
    する陽電極を持つアノード室と、前記カソード室とアノ
    ード室とを仕切る隔壁をイオン交換膜で構成した電解槽
    を有し、前記アノード室の陽電極がフェライトの表面層
    を有することを特徴とする電解水生成装置。
  2. 【請求項２】 カソード室とアノード室とを仕切る隔壁
    をフッ素樹脂系イオン交換膜で構成し、フェライトの表
    面層を有するオゾン発生陽電極にフッ素樹脂系イオン交
    換膜と同系統の樹脂を塗布し、その塗布面を前記フッ素
    樹脂系イオン交換膜と密着させたことを特徴とする電解
    水生成装置。
  3. 【請求項３】 耐食性金属基体上に白金及び／又はパラ
    ジウム酸化物を含む下地層を設け、その上層にフェライ
    トの表面層を有する陽電極とする請求項１または請求項
    ２記載の電解水生成装置。
  4. 【請求項４】 耐食性金属基体上に白金及び／又はパラ
    ジウム酸化物と、チタン及び／又はタンタルの酸化物か
    らなる下地層を設け、フェライトの表面層を有する陽電
    極とする請求項１または請求項２記載の電解水生成装
    置。
  5. 【請求項５】 電解又は無電解のめっき処理によりフェ
    ライトを析出させた表面層をもつ陽電極とする請求項１
    から請求項４記載の電解水生成装置。
  6. 【請求項６】 フェライトをめっき処理により析出させ
    る際、不活性の酸化チタン、酸化タンタルの金属酸化物
    を含むめっき浴で分散めっきにより複合系の表面層とし
    た請求項１から請求項５記載の電解水生成装置。
  7. 【請求項７】 フェライトで表面処理した後、磁化処理
    により磁力体表面層を有する陽電極とした請求項１から
    請求項６記載の電解水生成装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6210643B1 (en) 1998-07-12 2001-04-03 Hirokazu Shiota Ozonizer
JP2009248059A (ja) * 2008-04-10 2009-10-29 Niigata Univ オゾン水と過酸化水素水の同時製造装置
JP2011127146A (ja) * 2009-12-15 2011-06-30 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水電解用給電体、水電解装置および水電解装置の製造方法
JP2018104810A (ja) * 2016-12-26 2018-07-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 膜電極接合体および電気化学式水素ポンプ
JP2023081781A (ja) * 2021-12-01 2023-06-13 国立大学法人 東京大学 電極、水電解槽、水電解装置、二酸化炭素還元電解槽及び二酸化炭素電解装置

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