Un aparato para producir ozono por electrolisis.

Un aparato para producir ozono por electrolisis de agua, que comprende:

a) un ánodo para producir oxígeno, ozono por electrolisis en el agua;

b) un cátodo para producir hidrógeno por electrolisis en el agua;

c) una membrana de electrolito de polímero sólido dispuesta entre el ánodo y el cátodo para transferir ión de hidrógenoproducido por la electrolisis; y

d) un electrodo auxiliar dispuesto entre el cátodo y la membrana de electrolito de polímero sólido, en el que el electrodoauxiliar deja pasar ión hidrógeno producido en el ánodo a través del cátodo, y en el que se forma una cascarilla o costrasobre la superficie del electrodo auxiliar por una reacción del catión 2+ y del ión OH- producido en el cátodo, paliando porello la formación de cascarilla que ocurre sobre la superficie del cátodo, y en el que el electrodo auxiliar tiene la forma deuna red que tiene 10 -100 mallas y un grosor de 0,1 - 2,0 mm, y el material del electrodo auxiliar está formado de aceroinoxidable, titanio, platino o revestimiento de platino.

Un aparato para producir ozono por electrolisis.

Campo técnico.

El presente invento se refiere en general a un ozonizador, en particular a un aparato para producir agua con ozono por electrolisis del agua.

Técnica anterior.

En general, un ozonizador por electrolisis incluye un par de electrodos opuestos y un electrolito de polímero sólido entre ellos. Una corriente eléctrica deseada es aplicada a los electrodos en el agua, y una elevada concentración de ozono disuelto en agua puede ser producida por electrolisis del agua.

Convencionalmente, el agua con ozono puede ser producida por dos tipos de métodos.

De acuerdo con uno de los métodos convencionales, el ozono es desprendido o emitido por medio de descargas eléctricas de tipo corona, y el ozono desprendido es alimentado y disuelto en agua para producir agua con ozono. Este método necesita una soplante para alimentar aire y un micro-borboteador o burbujeador para facilitar la disolución de ozono en agua. Sin embargo, conduce a aumentar el coste de fabricación y disminuir la eficiencia de producción, junto con ruido asociado con él. Además, se producen óxidos de nitrógeno indeseados durante la descarga eléctrica en corona por oxidación de nitrógeno en el aire.

En el otro tipo de método, puede producirse ozono de estado molecular directamente en el agua, y así puede resolver los problemas de la técnica antes descrita. Este método es clasificado en un tipo de membrana y un tipo sin membrana, dependiendo de la presencia de electrolito de polímero sólido en la construcción de electrodos opuestos en el agua.

En el proceso de tipo de membrana que está ejemplificado por la Patente Norteamericana Nº 4.836.929, un electrodo de plomo y un electrodo negro de platino sirven como ánodo y cátodo respectivamente, y una membrana hecha de electrolito de polímero sólido es insertada entre ellos. Sin embargo, es técnicamente muy difícil instalar de manera uniforme los electrodos y el electrolito de polímero sólido. Además, debido a la falta de uniformidad tal como por una sobrepresión localizada durante la operación, el electrolito de polímero sólido puede ser localmente deteriorado durante la electrolisis, y da como resultado una reducción significativa en la duración de vida.

La Patente Norteamericana Nº 4.416.747 describe un conjunto de electrodo en el que la superficie de electrolito de polímero sólido está revestida con un metal precioso, tal como platino. Sin embargo, este conjunto de electrodo no puede ser fácilmente fabricado en la práctica, y el coste de producción del mismo es muy elevado. Además, es técnicamente inestable, lo cual conduce a falta de fiabilidad.

Por otro lado, durante la generación de ozono por electrolisis, la formación de una cascarilla o costra está asociada de manera inevitable. Con el fin de evitar la formación de cascarilla, la técnica convencional en la técnica anterior ha utilizado agua purificada en la que constituyentes de catión 2+ tales como calcio y magnesio, que causan cascarilla, han sido retirados. Hay por ello, una limitación en sus aplicaciones.

Es decir, cuando la electrolisis tiene lugar sin retirar el catión 2+ tal como calcio y magnesio del agua alimentada, por ejemplo, utilizando una resina de intercambio de cationes ácida dura o un proceso de ósmosis inversa, el ión OH generado en la ecuación (5) es utilizado para precipitar hidróxidos como en las ecuaciones (6) y (7) de modo que se forme una cascarilla sobre la superficie del cátodo y así la eficiencia de la electrolisis es reducida.

2H2O + 2e - H2+2OH- (5)

Ca2+ + 2OH - Ca (OHh2 (mh (6)

Mg2++ 2OH - Mg (OHh2 (mh (7)

En el caso de un tipo sin membrana, que está ejemplificado por la Patente Coreana Nº 36389 titulada "Un método y aparato para producir ozono en agua", un par múltiple de electrodos opuestos formados de metales del grupo del platino son colocados en el agua, y se aplica corriente eléctrica a los electrodos opuestos de tal modo que puede concentrarse un campo eléctrico fuerte a su alrededor. Por ello, el ozono puede ser directamente desprendido en el agua.

En la técnica anterior antes descrita, sin embargo, cuando el agua del grifo o agua de tipo similar es empleada como agua alimentada, debido a la falta de electrolito para el flujo corriente en el agua, se requiere una mayor tensión eléctrica para la electrolisis de agua, aumentando por ello el consumo de energía eléctrica y reduciendo así la vida de los electrodos.

Alternativamente, en el caso en el que se suministra agua destilada o agua purificada mediante una resina de intercambio de cationes, el flujo corriente a través del agua mediante los electrodos es suprimido de manera significativa. Por ello, hay una limitación en aplicaciones prácticas.

Como otra solución al problema de la técnica anterior, la solicitud de Patente Coreana Nº 10-200-0011202 titulada "Un Aparato para Producir Ozono en Concentración Elevada en Agua" propone una técnica, en la que un vibrador es montado dentro del baño electrolítico del ozonizador con el fin de eliminar las microburbujas que se forman y crecen sobre la superficie de los electrodos. La simple supresión de las burbujas no resulta una solución definitiva para los problemas generales en la técnica anterior.

Descripción del invento.

Es un objeto del invento proporcionar un aparato para producir ozono por electrolisis de agua, en el que puede paliarse una formación de cascarilla en el cátodo, produciendo por ello ozono en concentración elevada independientemente del tipo de agua utilizada como materia prima.

Para conseguir el objeto, de acuerdo con un aspecto del invento, se ha proporcionado un aparato para producir ozono por electrolisis de agua de acuerdo con la reivindicación 1 actual.

El aparato comprende además un separador para proporcionar un espacio o intersticio entre la membrana de electrolito de polímero sólido y el ánodo. El separador puede estar hecho de teflón.

De acuerdo con el ozonizador del invento, puede conseguirse una uniformidad de presión mecánica entre los electrodos y la membrana de electrolito de polímero sólido de modo que pueda impedirse un deterioro localizado y pueda conseguirse una operación estable. Además, el aumento en la tensión electrolítica debido a un espacio no uniforme con la membrana puede ser impedido, y la formación de cascarilla en el cátodo puede ser paliada de manera efectiva, permitiendo con ello el uso de agua del grifo, en lugar de agua pura. Por ello, un sistema generador de ozono fiable que tiene bajo coste y elevada eficiencia puede ser conseguido, junto con una variedad de posibles aplicaciones del mismo.

Breve descripción de los dibujos.

Otros objetos y ventajas del invento pueden ser comprendidos de manera más completa a partir de la siguiente descripción detallada tomada en unión con los dibujos adjuntos en los que:

La fig. 1 es una vista en perspectiva despiezada ordenadamente de un aparato para producir ozono por electrolisis de acuerdo con una realización del invento;

La fig. 2 ilustra una construcción ensamblada del aparato mostrado en la fig. 1;

La fig. 3 muestra una planta superior de un electrodo auxiliar de acuerdo con una realización del invento;

La fig. 4 es un diagrama que muestra la resistencia electrolítica en términos de valor de tensión, dependiendo de la presencia del electrodo auxiliar del invento; y

La fig. 5 es un diagrama que muestra la concentración de ozono producido de acuerdo con el invento, en casos del proceso de corriente constante y del proceso de corriente variable.

Mejor modo de realizar el invento.

Con referencia a los dibujos adjuntos, las realizaciones preferidas de acuerdo con el presente invento están descritas en detalle a continuación.

La fig. 1 ilustra una vista en perspectiva despiezada ordenadamente de un aparato para producir ozono por electrolisis de acuerdo con una realización del invento, que también será denominado como un "ozonizador". La fig. 2 es una vista ensamblada del ozonizador de la fig. 1. Con referencia a las figs. 1 y 2, el ozonizador del invento incluye un par de bastidores 10 enfrentados, y un ánodo 20 y un cátodo 30 que están instalados en oposición entre el par de bastidores 10. Entre el ánodo 20 y el cátodo 30 hay prevista una membrana 40 de electrolito de polímero sólido para transferir iones de hidrógeno formados durante la electrolisis. Además, un electrodo auxiliar 50 está previsto entre el cátodo 30 y la membrana 40 de electrolito de polímero sólido de tal modo que puede formarse una cascarilla o costra sobre la superficie del electrodo auxiliar... [Seguir leyendo]

1. Un aparato para producir ozono por electrolisis de agua, que comprende:

a) un ánodo para producir oxígeno, ozono por electrolisis en el agua;

b) un cátodo para producir hidrógeno por electrolisis en el agua;

c) una membrana de electrolito de polímero sólido dispuesta entre el ánodo y el cátodo para transferir ión de hidrógeno producido por la electrolisis; y

d) un electrodo auxiliar dispuesto entre el cátodo y la membrana de electrolito de polímero sólido, en el que el electrodo auxiliar deja pasar ión hidrógeno producido en el ánodo a través del cátodo, y en el que se forma una cascarilla o costra sobre la superficie del electrodo auxiliar por una reacción del catión 2+ y del ión OH- producido en el cátodo, paliando por

ello la formación de cascarilla que ocurre sobre la superficie del cátodo, y en el que el electrodo auxiliar tiene la forma de una red que tien.

10. 100 mallas y un grosor de 0, 1 - 2, 0 mm, y el material del electrodo auxiliar está formado de acero inoxidable, titanio, platino o revestimiento de platino.

2. El aparato según la reivindicación 1, caracterizado además por un separador para proporcionar un espacio entre la membrana de electrolito de polímero sólido y el ánodo, en el que un espacio entre el separador y el ánodo es mantenido a 15 0, 01 - 0, 5 mm.

3. El aparato según la reivindicación 4, en el que el separador está formado de Teflón.