(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の多結晶のＣＶＤダイヤモンドプレートから実質的に構成される、加工領域を有する電極であって、
前記ダイヤモンドプレートが、核生成面及び成長面を有し、
前記核生成面が、前記ダイヤモンドプレートの背面であり、
前記成長面が、前記ダイヤモンドプレートの前面であり、
前記加工領域中に少なくとも１つの細長い開口を含み、各細長い開口は開口の縁部長さを有し、前記ダイヤモンドプレートの加工領域中の全ての前記細長い開口に対する開口の総縁部長さが、４ｍｍ／ｍｍ２を超える、前記電極。
【請求項２】
前記ダイヤモンドプレートの前記成長面が処理されていない形態である、請求項１に記載の電極。
【請求項３】
前記ダイヤモンドプレートの前記核生成面が処理されていない形態である、請求項１又は２に記載の電極。
【請求項４】
前記ダイヤモンドプレートの前記加工領域中の前記少なくとも１つの細長い開口が最大長さ及び最大幅を有し、前記最大幅に対する前記最大長さの比が２以上である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の電極。
【請求項５】
電極の一方の側面がプロトン交換膜に直に隣接している、請求項１から４までのいずれか一項に記載の電極。
【請求項６】
前記プロトン交換膜に直に隣接している電極の前記側面が処理されていない核生成面である、請求項５に記載の電極。
【請求項７】
前記プロトン交換膜に直に隣接している電極の前記側面が処理された成長面である、請求項５に記載の電極。
【請求項８】
別の電極が前記プロトン交換膜に直に隣接して存在する、請求項５から７までのいずれか一項に記載の電極。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか一項に記載の電極を含む電解セル。
【請求項１０】
請求項９に記載の電解セルを使用する水処理の方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の電解セルを使用する水の電気分解によってオゾンを生成する方法であって、請求項１から８までのいずれか一項に記載の電極がアノードである、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド電極、電解セル、及び、水処理における、具体的には水の電気分解によるオゾンの生成におけるこれらの使用方法に関する。
【０００２】
本明細書で参照されるすべての文書は、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
オゾンは非常に強力な酸化力を有する。オゾンは、殺菌、脱色及び脱臭を含む多くの分野で使用される。水、好ましくは純水の電気分解では、以下のアノード反応によりオゾンが生成される。
３Ｈ２Ｏ→Ｏ３＋６Ｈ＋＋６ｅ−
生成されたオゾンは水に溶解することができ、いわゆるオゾン水となる。オゾン水は、食品加工、衛生施設及び医療サービスなどの分野における滅菌に使用されている。オゾンは酸化によって滅菌を行い、有機物及び無機物の両方を抑制する。
【０００４】
殺菌剤としてオゾン水の使用することには、非毒性の副産物、酸素及び水が放出されることを含む多くの利点がある。対照的に、医療器具の殺菌のための一般的な殺菌剤であるエチレン酸化物は毒性が高い。その結果、エチレン酸化物を用いた殺菌では長い通気時間が必要となる。
【０００５】
従来、オゾンの生成にはＰｂＯ２アノードが使用される。このアノード材料は、非常に高い電流密度を加えると浸食を受ける。また、鉛を含む電極を用いて飲料水及び洗浄水を処理することは望ましくない。ダイヤモンド電極、具体的にはホウ素ドープダイヤモンド電極は、ガラス状炭素又は白金などの他の電極材料の特性とは大きく異なる多くの特性により電気化学的用途において有用である。これらの特性には、ダイヤモンドに付随する高硬度、高熱伝導率及び化学的不活性、並びに、伝導性ダイヤモンドの電気化学的な電位窓が広いことが含まれる。
【０００６】
水の電気分解によりオゾンを生成するための有孔の伝導性ダイヤモンド電極の使用が、日本特開２００５−３３６６０７に記載されている。この電極は、陽子交換膜（ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ（ＰＥＭ））に隣接して配置される円形開口を備えるダイヤモンドプレートを含む。この電極はＰＥＭに押圧され、主として電極の開口で、具体的にはＰＥＭに隣接する開口の縁部のところで電気分解プロセスが起こる。
【０００７】
従来技術の円形開口には多くの欠点がある。開口が切られていることにより、一片のダイヤモンドの強度は低下し、さらに、開口の間隔が接近することにより、それらの開口が切られているダイヤモンドプレートの強度が低下する。日本特開２００５−３３６６０７は、最小の離隔距離が０．２ｍｍである円形開口を開示している。
【０００８】
また、特開２００５−３３６６０７に記載されているレーザ切断技術を含む、多くの一般的な切断技術は、コンピュータ数値制御ｘ−ｙテーブルを利用しており、このｘ−ｙテーブル上にダイヤモンドプレートが載置される。ｘ−ｙテーブルは、ｘ方向及びｙ方向において小さなステップを組み合わせることによって移動される。この切断手法では、例えば円形開口の場合には、各曲線の縁部が一連のステップで構成されることから、ダイヤモンドプレート内に湾曲形状を切るときにかなりの影響が出る。これらのステップのそれぞれは応力集中部分として作用する可能性があり（以後、この部分を「応力集中ステップ」と呼ぶ）、ダイヤモンドの破損を早める場合がある。この作用の影響は、開口のサイズが小さくなるにつれて増大する。さらに、ダイヤモンドプレート内で円形開口を切るときの別の欠点は、テーブルが継続的に向きを変えなければならないことである。テーブルの向きのこのような変化により誤差が蓄積し、円形開口のパターン又は個々の開口の形状のいずれか或いはその両方に歪みが生じる。
【０００９】
多数の小さな円形開口を切る場合、開口ごとの切断時間は、開口の円周ほど急激に減少しない。すなわち、開口の円周を減少させることは、開口ごとの切断時間の線形的な減少につながらない。したがって、ダイヤモンドの一領域上により多くの開口を入れるために開口の円周の減少させるたびに、生成される開口の縁部の単位長さ当たりの時間が増加する。また、１つの開口の切断の完了から次の開口の切断の開始までの時間が固定されているため、無駄な時間量が開口の数に対して線形的に増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、水処理において使用可能であり、具体的には、高いオゾン生成速度をもたらし、製造が容易であり、通常の使用時に破損しにくいダイヤモンド電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の要旨は以下の通りである。
［１］  導電性ダイヤモンドプレートを含む電極であって、前記ダイヤモンドプレートが、少なくとも１つの細長い開口を含み、そして約４ｍｍ／ｍｍ２を超える、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを有する、上記電極。
［２］  前記導電性ダイヤモンドプレートから実質的に構成される、［１］の電極。
［３］  前記ダイヤモンドプレートが、核生成面及び成長面を有するＣＶＤダイヤモンドである、［１］又は［２］の電極。
［４］  前記ダイヤモンドプレートがＣＶＤ多結晶ダイヤモンドである、［３］の電極。
［５］  前記ダイヤモンドプレートの前記成長面が処理されていない形態である、［３］又は［４］の電極。
［６］  前記ダイヤモンドプレートの前記核生成面が処理されていない形態である、［４］又は［５］までのいずれか一項に記載の電極。
［７］  前記細長い開口が最大長さ及び最大幅を有し、前記最大幅に対する前記最大長さの比が約２以上である、［１］から［６］までのいずれか一項に記載の電極。
［８］  前記ダイヤモンドプレートが、前記少なくとも１つの細長い開口の端部が被覆されないようにカバープレートで部分的に被覆され、前記少なくとも１つの細長い開口の一方の端部が流体の入口を形成し、他方の端部が流体の出口を形成する、［１］から［７］までのいずれか一項に記載の電極。
［９］  前記細長い開口が重力方向に実質的に平行になるように構成される、［１］から［８］までのいずれか一項に記載の電極。
［１０］  前記少なくとも１つの細長い開口の入口を覆っている少なくとも１つの入口マニホルド及び前記少なくとも１つの細長い開口の出口を覆っている少なくとも１つの出口マニホルドをさらに含む、［８］又は［９］の電極。
［１１］  強制流動構成で使用される、［８］から［１０］までのいずれか一項に記載の電極。
［１２］  約４ｍｍ／ｍｍ２の、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを有する、［１］から［１１］までのいずれか一項に記載の電極。
［１３］  約４．５ｍｍ／ｍｍ２以上の、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを有する、［１］から［１２］までのいずれか一項に記載の電極。
［１４］  約５ｍｍ／ｍｍ２以上の、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを有する、［１３］の電極。
［１５］  前記少なくとも１つの細長い開口が約０．５ｍｍ未満の最大幅を有する、［１］から［１４］までのいずれか一項に記載の電極。
［１６］  前記最大幅が約０．３ｍｍ以下である、［１５］の電極。
［１７］  前記最大幅が０．２ｍｍから０．３ｍｍである、［１５］に記載の電極。
［１８］  前記最大幅が約０．２ｍｍである、［１７］の電極。
［１９］  前記細長い開口がストレートサイド形である、［１］から［１８］までのいずれか一項に記載の電極。
［２０］  前記細長い開口の平坦な側面が平行である、［１９］の電極。
［２１］  ２つ以上の細長い開口を含む、［１］から［２０］までのいずれか一項に記載の電極。
［２２］  前記２つ以上の細長い開口の最大幅が等しい、［２１］の電極。
［２３］  隣接する細長い開口の最大幅と異なる最大幅を有する少なくとも１つの細長い開口を含む、［２１］の電極。
［２４］  各細長い開口が隣接する細長い開口に平行である、［２１］から［２３］までのいずれか一項に記載の電極。
［２５］  隣接する細長い開口の間の最大の間隔が約０．６ｍｍ以下である、［２１］から［２４］までのいずれか一項に記載の電極。
［２６］  隣接する細長い開口の間の最大の間隔が約０．４ｍｍ以下である、［２５］の電極。
［２７］  隣接する細長い開口の間の最大の間隔が０．３ｍｍから０．４ｍｍである、［２６］の電極。
［２８］  前記細長い開口が等しい長さである、［２１］から［２７］までのいずれか一項に記載の電極。
［２９］  隣接する細長い開口の長さと異なる長さを有する少なくとも１つの細長い開口を含む、［２１］から［２７］までのいずれか一項に記載の電極。
［３０］  前記少なくとも１つの細長い開口が前記ダイヤモンドプレートの側面に平行である、［１］から［２９］までのいずれか一項に記載の電極。
［３１］  ２つ以上の細長い開口を含み、少なくとも１つの細長い開口が隣接する細長い開口に対してずれており、その結果前記細長い開口の端部が隣接しない、［１］から［３０］までのいずれか一項に記載の電極。
［３２］  前記少なくとも１つの細長い開口が前記ダイヤモンドプレートを通って延在する壁を含み、前記壁が前記ダイヤモンドプレートの厚さ方向において先細り形状である、［１］から［３１］までのいずれか一項に記載の電極。
［３３］  電極の一方の側面が陽子交換膜に直に隣接している、［１］から［３２］までのいずれか一項に記載の電極。
［３４］  前記陽子交換膜に直に隣接している電極の前記側面が処理されていない核生成面である、［３３］の電極。
［３５］  前記陽子交換膜に直に隣接している電極の前記側面が処理された成長面である、［３３］の電極。
［３６］  別の電極が前記陽子交換膜に直に隣接して存在する、［３３］から［３５］までのいずれか一項に記載の電極。
［３７］  ［１］から［３６］までのいずれか一項に記載の電極を含む電解セル。
［３８］  ［１］から［３６］までのいずれか一項に記載の２つ以上の電極の配列を含む電解セル。
［３９］  ［３７］又は［３８］の電解セルを使用する水処理の方法。
［４０］  ［３７］又は［３８］の電解セルを使用する水の電気分解によってオゾンを生成する方法であって、［１］から［３６］までのいずれか一項に記載の電極がアノードである、上記方法。
【００１２】
本発明の第１の態様では、少なくとも１つの細長い開口を含む導電性ダイヤモンドプレートを含む電極が提供され、ここでは、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さは約４ｍｍ／ｍｍ２を超える。本発明の電極の利点は、細長い開口（複数可）を使用することにより、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さが増大することである。本発明のダイヤモンドプレートが水の電気分解で使用される場合、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さが増大することにより、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりのオゾン生成速度が増す。
【００１３】
本明細書で使用する「開口の縁部長さ」は、開口と電極の前面又は電極の背面のいずれかとの間の交線に沿って測定される、細長い開口の全周囲長さを指す。
【００１４】
「開口の縁部長さ」で使用されている縁部は、細長い開口の表面と電極の前面又は電極の背面のいずれかとの交差部分によって形成される線である。本発明の電極が陽子（水素イオン）交換膜と共に使用される場合、使用時に、上記の線において、本発明の電極と陽子交換膜と流体とが接触する。
【００１５】
「加工領域」という用語は、少なくとも１つの細長い開口が中に切られているダイヤモンドプレートの領域を指すのに使用される。
【００１６】
細長い開口の平均曲率が小さいと、ダイヤモンドプレート内に存在し得る細長い開口の数が増大し、それにより、ダイヤモンドプレートの必要最小限の強度を維持しながら、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さが増大する。加えて、湾曲している縁部長さの割合が減ること並びにそれに付随してダイヤモンドプレートの強度の増すことにより、細長い開口の場合に、円形開口と比較して開口の最小の離隔距離を小さくすることができる。その結果、細長い開口を最小の離隔距離で含むダイヤモンドプレートは、円形開口を最小の離隔距離で含むダイヤモンドプレートよりかなり高い、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを得ることができる。ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さが増大すると、縁部の長さ方向に沿って起こる、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの電気化学反応の速度が増す。水の電気分解の場合、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さが増大すると、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりのオゾン生成速度が増す。
【００１７】
ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりのある縁部長さを得るのに、円形開口と比較して細長い開口は必要となる数が少ない。開口の数が減ることの利点は、ダイヤモンドプレートの強度が増すことである。このようにして強度が増すことにより、電極の製造においてより薄いダイヤモンドプレートを使用することが可能となり、必要となる原料コストの削減につながる。
【００１８】
ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりのある開口の縁部長さについて、細長い開口を使用する場合、円形開口と比較して、縁部の単位長さ当たりの平均曲率は減少する。円形開口の場合には平均曲率が増大することから、一定の縁部長さを有する円形開口を切ることは、同じ縁部長さを有する細長い開口を切るよりも困難となる。したがって、本発明の、細長い開口を含むダイヤモンドプレートは製造が容易である。さらに、湾曲している縁部長さの割合が低いと、応力集中ステップの数が減ることによりダイヤモンドプレートの強度が増す。
【００１９】
細長い開口を使用することの別の利点は、円形開口の場合と比較して、切られる縁部の単位長さ当たりの製造時間が短いことである。これには２つの要因がある。１つ目の要因は、ｘ−ｙテーブルの必要となる移動が少ないことから、円形開口の場合と比較して細長い開口の切断が容易になることである。２つの目の要因は、一定の、加工領域の単位面積当たりの縁部長さを得るために必要となる細長い開口の数が少ないことである。必要となる開口の数が減ると、１つの開口の切断の完了から次の開口の切断の開始までに費やされる時間が減少する。
【００２０】
したがって、本発明の電極のダイヤモンドプレート内の細長い開口は、従来技術の円形開口に対して多くの利点を有する。
【００２１】
導電性ダイヤモンドプレートは当技術分野で知られている任意の方法によって生成されてよいが、好適には、ドーパント元素、例えばリチウム、ベリリウム、窒素、リン、硫黄、塩素、砒素、セレニウム又はホウ素、好ましくはホウ素を添加することによって生成される。「導電性」という用語は、本明細書で使用される場合、約１０６Ωｃｍ以下、好ましくは約１０５Ωｃｍ以下、さらに好ましくは約１０４Ωｃｍ以下、さらに好ましくは約１０３Ωｃｍ以下、さらに好ましくは約１０２Ωｃｍ以下の電気抵抗率を有することを意味する。ドーピングは注入によって実施されてよいが、ダイヤモンドの合成の間、例えば欧州特許第０８２２２６９号明細書又は国際公開第０３／０５２１７４号に記載されているような化学気相蒸着（ＣＶＤ）によるダイヤモンドの合成の間にドーパント元素を組み入れることによって実施されるのが好ましい。ドーパント元素がホウ素の場合、ダイヤモンドプレート中のドーパント元素の最大濃度は、好ましくは１立法センチメートル当たり約３×１０２１原子以下、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約１×１０２１原子以下、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約３×１０２０原子以下、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約１×１０２０原子以下、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約３×１０１９原子以下、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約１×１０１９原子以下である。ドーパント元素がホウ素の場合、ダイヤモンドプレート中のドーパント元素の最小濃度は、１立法センチメートル当たり約１×１０１７原子以上、好ましくは１立法センチメートル当たり約３×１０１７原子以上、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約１×１０１８原子以上、さらに好ましくは１立法センチメートル当たり約３×１０１８原子以上である。
【００２２】
好適には、本発明の電極はダイヤモンドプレートから実質的に構成される。本明細書で使用される「実質的に構成される」という用語は、電極の機能的な振る舞いがダイヤモンド及びその中にあるドーパント（複数可）によって形成されること、詳細には、電極に有用な機能をもたらすような、基体などの特定可能な材料が他に存在しないことを必要とする。この用語は、例えば１つ又は複数の電気接続部が、金属化、ろう付け、又は他の接合手段によって加えられ得るといったような、他の構成部品又は特徴が電極に加えられ得る可能性を除外することを意図していない。
【００２３】
本発明の電極として、ダイヤモンドから実質的に構成されるダイヤモンドプレートを使用することは、ソリッドダイヤモンドプレートで形成された電極がダイヤモンド被覆電極と比較して稼動寿命が長いことから有利である。より具体的には、ダイヤモンド被覆電極には、扱われている液体がコーティングを通り抜けるのを可能にし、ダイヤモンドコーティングと基体との間の接合面を電気化学的に侵して結果として層間剥離を発生させるピンホールという問題がある。ダイヤモンドプレートから実質的に構成される電極を使用することの別の利点は、電極がダイヤモンド被覆プレートで形成されている場合と比較してより多種多様の複雑な形状のダイヤモンドプレートが使用され得ることである。その理由は、電極がダイヤモンド被覆電極の場合、複雑な形状の基体を被覆することが非常に困難であることからプレートの形状が制限されるからである。
【００２４】
ダイヤモンドプレートは、単結晶人造ダイヤモンド、ナチュラルタイプＩＩｂダイヤモンド、又は多結晶ダイヤモンドであってよく、好ましくは多結晶ダイヤモンドである。ダイヤモンドプレートは、天然ダイヤモンド、ＨＰＨＴダイヤモンド、又はＣＶＤダイヤモンドであってよい。好適には、ダイヤモンドプレートはＣＶＤダイヤモンドである。
【００２５】
好適には、ダイヤモンドプレートはＣＶＤ多結晶ダイヤモンドである。ＣＶＤ多結晶ダイヤモンドの層は、通常、核形成面を有しており、この核形成面は、その上で核形成面が成長する基体の断面に適合する。したがって、核生成面は、全体として実質的に平坦であり比較的滑らかである。また、ＣＶＤ多結晶ダイヤモンドの層は、通常、結晶ファセット（ｃｒｙｓｔａｌ  ｆａｃｅｔ）を有しており全体的にかなり荒い成長面を有する。ＣＶＤ多結晶ダイヤモンドの層の成長した成長表面の粗さＲａは、通常、この層の成長した厚さの約１０％である。
【００２６】
ダイヤモンドプレートがＣＶＤ多結晶ダイヤモンドである場合、核生成面又は成長面のいずれか或いはその両方は処理されていない形態又は処理された形態で使用されてよい。成長面及び／又は核生成面を処理されていない形態で使用することは、加工が容易且つ安価であり、必要となる製造ステップが少ないという利点がある。成長面及び／又は核生成面を処理された形態で使用することは、より良い性能を有しているという利点があり、例えば、成長面を処理することにより、通常、より平坦な表面が作られ、一方で核生成面を処理することにより、通常、その表面のところに露出しているダイヤモンドの質が向上する。
【００２７】
本明細書で使用される「細長い開口」という用語は、その長さが最大幅より大きい、隙間、溝孔又は切れ目などの孔を指す。最大幅に対する最大長さの比（すなわち、アスペクト比）は、好ましくは約２以上、さらに好ましくは約３以上、さらに好ましくは約５以上、さらに好ましくは約７以上、さらに好ましくは約１０以上、さらに好ましくは約１２以上、さらに好ましくは約１５以上、さらに好ましくは約２０以上、さらに好ましくは約３０以上、さらに好ましくは約５０以上、さらに好ましくは約７０以上、さらに好ましくは約１００以上、さらに好ましくは約２００以上、さらに好ましくは約５００以上である。好適には、最大幅に対する最大長さの比は約１０から約２００であり、さらに好適には約２０から約１００である。
【００２８】
本発明の場合、細長い開口は、レーザを使用し且つコンピュータ数値制御ｘ−ｙテーブル上でダイヤモンドプレートを位置決めすることにより、ダイヤモンドプレート内に作られてよい。レーザ切断はダイヤモンドを加工するための好適な手段であり、本用途においては特に好適である。レーザ切断された開口は、通常、エントリーフェース（ｅｎｔｒｙ  ｆａｃｅ）のところで広くイグジットフェース（ｅｘｉｔ  ｆａｃｅ）のところで狭くなっており、それにより開口の壁が先細り形状になる。この現象は「カーフ角（ｋｅｒｆ  ａｎｇｌｅ）」と呼ばれており、このカーフ角は最大角度が通常約３°から１２°である。カーフ角の結果として、一般に、レーザ切断された開口の壁はダイヤモンドの主面（又はエントリーフェース）に対して完全に垂直にはならない。しかし、カーフ角全体が廃棄される材料の中に入るように非対称な切断を使用することにより、ダイヤモンドの主面（又はエントリーフェース）と直交するレーザ切断された開口の壁を得ることが可能となる。通常、開口はプレートの核生成表面からレーザ切断され、その結果、開口は成長表面のところより核生成表面のところが広くなる。
【００２９】
開口の形成にはレーザを使用するのが好適であるが、イオンビームミリング及びプラズマエッチングなどの他の手法も除外されない。まだ知られていない別の手法がこれらの開口を作るのに使用されてもよい。
【００３０】
少なくとも１つの細長い開口がダイヤモンドプレート内に存在するべきである。例えば、ダイヤモンドプレート内に、２個、３個、５個、１０個、１５個、２５個、５０個、８０個、１００個、１３０個、１６０個、２００個、３００個、５００個、１０００個の、或いは１０００個より多い細長い開口が存在してよい。好適には、ダイヤモンドプレート内に存在する細長い開口の数は２０から１５０である。使用される細長い開口の正確な数が、細長い開口の幅、細長い開口間の最大の間隔、及び、ダイヤモンドプレートの加工領域の寸法によって決定されることは当業者には明らかである。
【００３１】
細長い開口はストレートサイド形又は曲線形であってよい。ストレートサイド形の細長い開口を有することの利点は、切断が容易であること、並びに、上で説明したように、ダイヤモンドプレート内に存在する応力集中ステップの数が少ないことである。
【００３２】
細長い開口に関連して使用される「ストレートサイド形」という用語は、本明細書で使用される場合、側面が平坦であり好ましくは細長い開口の端部の間において平行であることを意味する。曲線形の細長い開口は少なくとも１つの曲部を含む。すなわち、細長い開口は、例えば、３０°、４５°、６０°、９０°、１２０°又は１５０°の角度で少なくとも１回曲がっていてよい。細長い開口内の１つ又は複数の曲部は、鋭い角部を有してよく、又は滑らかな曲率半径の角部を有してもよい。角部が鋭い曲部の利点は、湾曲した縁部長さがなくなるためにダイヤモンドプレート内の応力集中ステップの数が減少することである。好適には、細長い開口の少なくとも最も長い側面は真っすぐである。
【００３３】
また、細長い開口の端部は平坦であっても湾曲していてもよく、好適には湾曲している。ストレートサイド形の細長い開口は、細長い開口の一方の端部から他方の端部まで通る長手軸を有する。
【００３４】
細長い開口の縁部長さを考察する際、この縁部長さとはダイヤモンドプレートの前面又は背面のいずれかと細長い開口の壁との間の縁部を意味している。ダイヤモンドプレートの「前面」は、好ましくは、ダイヤモンドプレートの成長面である。ダイヤモンドプレートの「背面」は、好ましくは、ダイヤモンドプレートの核生成面である。すなわち、細長い開口の縁部長さは、ダイヤモンドプレートの前面と細長い開口の壁との間に形成される、細長い開口の縁部に沿って測定される距離である。或いは、細長い開口の縁部長さは、ダイヤモンドプレートの背面と細長い開口の壁との間に形成される、細長い開口の縁部に沿って測定される距離である。本発明の多くの実施形態では、ダイヤモンドプレートの前面を基準に測定される、細長い開口の縁部長さは、ダイヤモンドプレートの背面を基準に測定される細長い開口の縁部長さと実質的に等しい。しかし、細長い開口の壁がダイヤモンドプレートの厚さ方向において先細り形状である場合、前面を基準に測定される細長い開口の縁部長さは、背面を基準に測定される縁部長さと異なる場合がある。
【００３５】
２つ以上の細長い開口が存在する場合、細長い開口の縁部長さは、ダイヤモンドプレートの前面又は背面のいずれかと細長い開口の壁との間で測定される、すべての細長い開口のそれぞれの縁部長さの合計となる。
【００３６】
「ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さ」は、本明細書で使用される場合、前面の加工領域と細長い開口の壁との間に形成された、細長い開口の全体の縁部長さを計算してこの値を前面の面積で割ることによって測定され得る平均値である。或いは、加工領域の単位面積当たりの縁部長さは、背面と細長い開口の壁との間に形成された、細長い開口の全体の縁部長さを計算してこの値を背面の面積で割ることによって測定されてもよい。
【００３７】
すなわち、例として、寸法Ｘ及び寸法Ｙを有する形状である長方形の細長い開口は、２Ｘ＋２Ｙの縁部長さを有する。寸法Ａ及び寸法Ｂを有する長方形の加工領域内にこのような長方形の細長い開口を合計でＮ個備える電極は、加工領域の単位面積当たりの縁部長さが（Ｎ×（２Ｘ＋２Ｙ））÷（Ａ×Ｂ）となる。
【００３８】
上述したように、細長い開口の壁はダイヤモンドプレートの厚さ方向において先細り形状であってよい。細長い開口の壁が先細り形状である場合、ダイヤモンドプレートの前面と細長い開口の壁との間で測定される、細長い開口の縁部長さは、ダイヤモンドプレートの背面と細長い開口の壁との間で測定される縁部長さと異なる。通常、この差は非常に小さく、例えば１％未満である。
【００３９】
陽子交換膜（ｐｒｏｔｏｎ  ｅｘｃｈａｎｇｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ（ＰＥＭ））は、本発明に従って電気化学反応に使用される場合、ダイヤモンドプレートの前面又は背面のいずれかに直に隣接するように存在してよい。ダイヤモンドプレートの処理されていない成長面に直に隣接させてＰＥＭを配置することの利点は、電極からより良い性能を引き出せることである。ダイヤモンドプレートの処理されていない核生成面に直に隣接させてＰＥＭを配置することの利点は、核生成面がより平坦であることによりＰＥＭとダイヤモンドプレートとがより良く接触することである。いくつかの用途では、ＰＥＭはダイヤモンドプレートの核生成面に直に隣接して存在することが好ましい。成長面が処理されている場合などの別の用途では、ＰＥＭは成長面に直に隣接して存在することが好ましい場合がある。ＰＥＭは、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）フィルム（Ｎ１１７、Ｄｕｐｏｎｔ（デュポン）社）ＰＥＭを含む、当技術分野で知られている任意適当な材料で構成されていてよい。
【００４０】
ＰＥＭは、陽子すなわち水素イオン（Ｈ＋）の通過のみを許容し、一方で、水素、酸素及びオゾンなどの気体、水などの液体、並びに、Ｎａ＋、ＯＨ−及びＯ２−などの他のイオン種に対して不透過性である半透膜である。
【００４１】
別法として、ＰＥＭは、別のイオン種の通過を許容してそれにより装置が異なる処理で使用され得るようにする別の固体電解質に置き換えられてもよい。
【００４２】
上述したように、先細り形状の細長い開口の壁を備える本発明のダイヤモンドプレートがＰＥＭと共に使用される場合、ＰＥＭに直に隣接しているダイヤモンドプレートの表面が、加工領域の単位面積当たりの縁部長さが最も大きい表面になることができる。この構成により、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの電気化学反応の速度、好適にはオゾン生成の速度が上がる。しかし、この構成の考えられる欠点は反応部位の生成物阻害である。本明細書で使用される「反応部位」とは、ＰＥＭと、ダイヤモンドプレートと、ダイヤモンドプレート／ＰＥＭの装置が中に配置されている流体、好ましくは水との間の三相界面すなわち三重点のところである。先細り形状の細長い開口の壁により、反応部位のところで生成物のトラッピングが起こる可能性があり、それにより電気化学反応が抑制される。ダイヤモンドプレート／ＰＥＭの装置の反応部位の長さは、ダイヤモンドプレートの開口の縁部長さであることが好ましい。すなわち、開口の縁部長さは、ＰＥＭに直に隣接しているダイヤモンドプレートの表面を基準に測定されることが好ましい。
【００４３】
上で考察したように、先細り形状の細長い開口の壁を備える本発明のダイヤモンドプレートがＰＥＭと共に使用される場合、ＰＥＭに直に隣接しているダイヤモンドプレートの表面が、加工領域の単位面積当たりの縁部長さが最も小さい表面となる可能性がある。この構成により、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの電気化学反応の速度、好適にはオゾン生成の速度が下がる。しかし、この構成の利点は生成物阻害が少ないことである。ＰＥＭに直に隣接しているダイヤモンドプレートの表面が、加工領域の単位面積当たりの縁部長さが最も大きい表面である場合或いは細長い開口の壁が先細り形状ではない場合と比較して、生成物が反応部位から抜けることが非常に容易になる。
【００４４】
ＰＥＭがダイヤモンドプレートの背面に直に隣接して存在する場合、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さは、ダイヤモンドプレートの背面と細長い開口の壁との間に存在する縁部に沿って測定される。
【００４５】
ダイヤモンドプレートの面積は、本明細書で使用される場合、細長い開口（複数可）が切られる前のダイヤモンドプレートの前面又は背面のいずれかの加工領域の単位面積当たりの縁部長さを指している。ダイヤモンドプレートの「加工領域」は、本明細書で使用される場合、少なくとも１つの細長い開口が中に切られているダイヤモンドプレートの面積である。細長い開口（複数可）は、ダイヤモンドプレートの表面の全面積のうちのわずかな部分に切られていてよく、この場合、この区間が加工領域として認識される。ダイヤモンドプレートの側面が先細り形状ではない場合、ダイヤモンドプレートの面積は、前面又は背面のどちらを使用して測定するかは関係ない。
【００４６】
細長い開口は、ダイヤモンドプレートの前面又は背面のいずれかを基準にして測定される、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さの少なくとも１つのが、約４ｍｍ／ｍｍ２を超えるように、さらに好ましくは約４．５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約５．５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約６ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約６．５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約７ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約８ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約９ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約１０ｍｍ／ｍｍ２以上となるように構成される。細長い開口は、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さが、約４ｍｍ／ｍｍ２から約１０ｍｍ／ｍｍ２、さらに好ましくは約４．５ｍｍ／ｍｍ２から約９ｍｍ／ｍｍ２、さらに好ましくは約５ｍｍ／ｍｍ２から約８ｍｍ／ｍｍ２、さらに好ましくは約６ｍｍ／ｍｍ２から約７ｍｍ／ｍｍ２となるように構成されてよい。好適には、加工領域の単位面積当たりの縁部長さは約４ｍｍ／ｍｍ２である。好適には、加工領域の単位面積当たりの縁部長さは約６．５ｍｍ／ｍｍ２である。
【００４７】
細長い開口は、好ましくは、約０．５ｍｍ未満の最大幅を有する。好適には、最大幅は、約０．４５ｍｍ以下、約０．４ｍｍ以下、約０．３５以下、約０．３ｍｍ以下、約０．２５ｍｍ以下、約０．２ｍｍ以下、約０．１５ｍｍ以下、約０．１ｍｍ以下である。最大幅は、好ましくは約０．１ｍｍ以上且つ約０．５ｍｍ未満、さらに好ましくは約０．２ｍｍから約０．４ｍｍ、さらに好ましくは約０．２ｍｍから約０．３ｍｍであり、好適には、最大幅は約０．２ｍｍである。
【００４８】
例えば、縁部長さがそれらに沿って測定される細長い開口の縁部が平行ではない場合、細長い開口の幅は、細長い開口の長さ方向全体に沿って等しくならない可能性がある。この場合、最大幅は、細長い開口の側面間の距離が最大のところで測定される。好適には、細長い開口の縁部は平行であり、細長い開口の幅は細長い開口の長さ方向全体に沿って等しい。
【００４９】
ダイヤモンドプレートが２つ以上の細長い開口を有する場合、これらの最大幅は等しくてよい。或いは、少なくとも１つの細長い開口が、隣接している細長い開口の最大幅と異なる最大幅を有してもよい。或いは、すべての細長い開口が異なる最大幅を有してもよい。好適には、これらの細長い開口の最大幅は等しい。
【００５０】
細長い開口は、例えば渦巻状の構成といったような種々の構成を採用することができる。渦巻線はログスパイラルであってよく、或いは、連続するループ線間の距離が等しくてもよい。単一のダイヤモンドプレート内に複数の渦巻状の構成が存在してよい。ダイヤモンドプレートが２つ以上の開口を有する場合、これらの開口は平行となるように構成されてよい。別法として、これらの細長い開口は、不規則な構成、１つ又は複数の円形構成、或いは、１つ又は複数のスポーク形状などの他の種々の形で構成されてもよい。
【００５１】
各細長い開口は、隣接している細長い開口に平行であることが好ましい。平行する対の細長い開口、及び、平行する集団の細長い開口を含む、数多くの細長い開口の構成が想定され得る。各集団は、等しい数の細長い開口を有してもよく或いは異なる数の細長い数を有していてもよい。２つ以上の細長い開口が存在することが好ましい。さらに、好適には、細長い開口のそれぞれは長手軸を有し、すべての細長い開口の長手軸は平行である。
【００５２】
ダイヤモンドプレートが２つ以上の細長い開口を含む場合、隣接する細長い開口間の最大の間隔は約０．６ｍｍ以下、さらに好ましくは約０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは約０．３ｍｍ以下、さらに好ましくは約０．２ｍｍ以下、さらに好ましくは約０．１ｍｍ以下である。隣接する細長い開口間の最大の間隔は、好ましくは、約０．１ｍｍから約０．６ｍｍ、さらに好ましくは約０．２ｍｍから約０．５ｍｍ、さらに好ましくは約０．４ｍｍから約０．３ｍｍであり、好適には最大の間隔は約０．３ｍｍである。隣接する細長い開口間の間隔はその長さ方向に沿って変化してよい。好適には、隣接する細長い開口の縁部は平行であり、隣接する細長い開口間の間隔は長さ方向全体に沿って等しい。
【００５３】
ダイヤモンドプレートが２つ以上の細長い開口を含む場合、これらの細長い開口の長さは等しくてよい。或いは、少なくとも１つの細長い開口が、隣接している細長い開口の長さと異なる長さを有してもよい。或いは、すべての細長い開口が異なる長さを有してもよい。好適には、細長い開口の長さは等しい。細長い開口の長さが等しいことの利点は、製造が容易であることである。例えば、長さの異なる多数の開口を切るように切断機をプログラムするのは手間がかかる。
【００５４】
細長い開口は、少なくとも１つの細長い開口がダイヤモンドプレートの側面と平行になるように構成されてよい。２つ以上の細長い開口がダイヤモンドプレートの側面と平行になるように構成される場合、これらの開口は２つ以上の開口の集団となるように構成されてよく、各開口は隣接する開口に平行であり且つダイヤモンドプレートの側面とも平行であってよい。
【００５５】
ダイヤモンドプレートが、２つの直交する方向のそれぞれに少なくとも２つの細長い開口を含む場合、好適には、各細長い開口の長手軸は隣接しているそれぞれの開口（複数可）の長手軸に位置合わせされ、各細長い開口は、細長い開口の端部が端部を共有する（ｃｏ−ｔｅｒｍｉｎａｌ）ように隣接する開口に対して位置決めされる。このような構成は有利であるが、その理由は、隣接する細長い開口の間に「バー（ｂａｒ）」が存在することにより、電極の構造的完全性が向上することである。
【００５６】
ダイヤモンドプレートが２つ以上の細長い開口を含む場合、少なくとも１つの細長い開口は、細長い開口の端部が隣接しないように、隣接する細長い開口に対して食違いの位置に配置されてもよい。
【００５７】
ダイヤモンドプレートを使用することの代替形態として、本発明の電極は、既にその中に少なくとも１つの細長い開口が用意されている導電性の基体に伝導性ダイヤモンド層を被覆することによって形成されてもよい。これにより、有利には、バッキングプレートと流れチャネルとが単一の構成部品として統合することが可能となり、伝導性ダイヤモンドコーティングを使用することが、一体構造のダイヤモンドプレートと比較してコスト的に有利となる。
【００５８】
導電性材料は、限定しないが、例えば、ケイ素、炭化ケイ素、モリブデン又はタングステンであってよい。細長い開口は、機械加工、エッチング、放電機械加工、レーザ加工、スパークエロージョンなどの任意の適切な技術、又は当技術分野で知られている他の任意適当な技術により導電性材料内に作られてよい。
【００５９】
次に、伝導性ＣＶＤダイヤモンド、好適にはホウ素ドーピングされたＣＶＤダイヤモンドの層が、当技術分野で知られている技術により導電性材料上に堆積される。堆積した層の厚さは、細長い開口（複数可）を含めた導電性材料の表面全体を完全に覆うように選択されるが、細長い開口（複数可）の寸法によって決定されてよい。伝導性ＣＶＤダイヤモンド層の厚さは、通常、５μｍから１００μｍ、好ましくは１０μｍから５０μｍの範囲内にある。使用中、導電性の基体が電気化学的に侵されることがないように、導電性の基体がいかなる導電性流体にも確実に接触しないようにする必要がある。
【００６０】
次に、ＰＥＭが、上で詳細に説明した手法で形成された被覆基体の表面に取り付けられてよい。
【００６１】
一実施形態では、本発明の電極は、少なくとも１つの細長い開口を含み、約４ｍｍ／ｍｍ２を超える、さらに好ましくは約４．５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約５．５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約６ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約６．５ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約７ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約８ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約９ｍｍ／ｍｍ２以上、さらに好ましくは約１０ｍｍ／ｍｍ２以上の、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを有する導電性ダイヤモンドプレートから実質的に構成される。この実施形態では、好適には、ダイヤモンドプレートは、少なくとも１つの細長い開口の端部が被覆されないようにカバープレートで部分的に被覆され、この少なくとも１つの細長い開口の一方の端部は流体の入口を形成し、他方の端部は流体の出口を形成する。この実施形態では、好適にはダイヤモンドプレートの成長面、さらに好適には成長面及び核生成面の両方が処理された形態である。
【００６２】
第２の態様では、本発明は電気化学セルを提供する。本発明の電極はＰＥＭに隣接して配置されてよい。この高分子膜は、本発明のダイヤモンドプレートがオゾンを生成するための水の電気分解で使用されるときに必要となる。
【００６３】
さらに、本発明の電極、ＰＥＭ及び別の電極を含む装置を形成するために、ＰＥＭの他方側に別の電極が配置されてもよい。この別の電極は任意適当な材料で作られてよく、好適には白金メッシュ電極である。
【００６４】
第３の態様では、本発明の電気化学セルを使用した水処理の方法が提供される。
【００６５】
第４の態様では、本発明の電気化学セルを使用した水の電気分解によるオゾンを生成する方法が提供される。
【００６６】
本発明の電気化学セルがオゾンを生成するための水の電気分解に使用される場合、有利には、オゾン生成速度は、電極の加工領域の少なくとも約０．０３ｍｇ／分／ｍｍ２、約０．０５ｍｇ／分／ｍｍ２、約０．１０ｍｇ／分／ｍｍ２、約０．１５ｍｇ／分／ｍｍ２、約０．２０ｍｇ／分／ｍｍ２、約０．２５ｍｇ／分／ｍｍ２、約０．３０ｍｇ／分／ｍｍ２である。
【００６７】
本発明の電極、ＰＥＭ及び別の電極を含む装置が、流体、好適には水に侵漬されると、ＰＥＭと本発明の電極と流体との間に三相界面が形成される。これは、反応部位、すなわち電気化学反応の部位である。本発明の電極にアノードとしてバイアスがかけられ、別の電極にカソードとしてバイアスがかけられると、反応部位のところで流体の電気分解が起こる。電気分解中に発生するすべてのイオンは固体電解質を介して反応部位から除去され、カソードとしてバイアスがかけられている別の電極のところで反応する。使用される流体が水の場合、反応部位のところにオゾンが生成され、水素イオンがＰＥＭを介して反応部位から除去されてカソードのところで電子と反応して水素ガスを生成する。
【００６８】
カソードでの反応後、装置のカソード領域からの流体流れが装置のアノード領域を通って戻され、人の飲用に適した飲料水ができる。この場合、有利には、本発明の装置は単一の標準的な電源と共に使用され得る。
【００６９】
この態様の装置の少なくとも２つが配列（ａｒｒａｙ）中で構成されてよく、この場合、各装置は少なくとも１つの他の装置に隣接して平行となるように配置される。これらの装置は対向する向きで配置される。すなわち、１つの装置の本発明のダイヤモンドプレートが隣り合う装置の本発明のダイヤモンドプレートに対向する。電気化学セル内に配置される場合、各装置の本発明のダイヤモンドプレートにアノードとしてバイアスがかけられ、各装置の別の電極にカソードとしてバイアスがかけられる。オゾン化される水は、隣接する２つのアノード間をこれらのアノードに接しながら流れる。隣り合う電気化学セルからの隣接している同類の要素は、両方の電気化学セルで使用される単一の要素に置き換えられてよい。例えば、単一のダイヤモンド電極の両側面は、隣接する電気化学セルの間で使用されてよい。同様に、白金メッシュ電極の両側面は、隣接する電気化学セルの間で使用されてよい。この構成の利点は材料コストが削減されることである。
【００７０】
従来技術の電極の問題は、新たな反応物質が反応部位で電気化学反応を受けられるように、反応生成物、具体的にはガス泡を反応部位から除去することである。より小さな円形開口を使用することにより、反応生成物が円形開口内に留まって電気化学反応を抑制する可能性が増す。細長い開口は、このような反応の抑制の被害を受ける可能性がはるかに低い。というのは、反応生成物が容易に抜けることができるからである。したがって、従来技術の円形開口の直径より小さい最大幅を有する細長い開口は、これらの問題が発生することなく使用され得る。結果として、細長い開口を用いると生成物阻害が起こる前に、より高い、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さが得られる。加えて、ダイヤモンドプレートの厚さ方向において細長い開口の壁を先細り形状にすることにより、反応部位からの生成物の除去がさらに容易になる可能性がある。細長い開口は、好適には、ほぼ鉛直向きに配置される。すなわち、重力方向に平行又はほぼ平行に配置されるのが好ましい。この向きの利点は、あらゆる気体反応生成物が、細長い開口が重力方向に対して垂直に配置されている場合より容易に抜けられることである。電極（複数可）は、生成されたあらゆる気体反応生成物のすべての気泡の浮力がその気泡が反応部位から抜けるのを助けるような向きで使用されることが好ましい。
【００７１】
第５の態様では、本発明は強制流動構成を提供する。本明細書で説明するダイヤモンドプレートは、細長い開口の中央部分が被覆されて細長い開口の端部が被覆されないようにカバープレートで部分的に被覆されてよい。カバープレートに直に隣接するダイヤモンドプレートの表面は前面（６）を形成する。２つ以上の細長い開口が存在する場合、カバープレートは、細長い開口の中央部分が被覆されて細長い開口の端部が被覆されないように構成される。カバープレートは平坦なプレートであることが好ましく、任意適当な材料、好適には、例えば、ポリ塩化ビニル（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｃｈｌｏｒｉｄｅ（ＰＶＣ））、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ（ＰＰ））、ポリエチレン（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ（ＰＥ））、ポリテトラフルオロエタン（ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈａｎｅ（ＰＴＦＥ））などのプラスチック材料又は高分子材料といったような電気的絶縁体から作られてよい。細長い開口の一方の端部は入口を形成し、他方の端部は出口を形成する。その結果、２つ以上の細長い開口が存在する場合、複数の入口及び出口が存在することになる。
【００７２】
有利には、ダイヤモンドプレートをカバープレートで部分的に被覆することにより、例えば水が電極の加工領域から最小距離だけ離れるようになるといったように、流体が確実に処理されるようになる。加えて、カバープレートを有することにより、細長い開口内での気泡の形成が最小となり、システムの効率が最大化される。
【００７３】
本発明の強制流動構成の別の態様では、主チャネルが中に切られているダイヤモンドプレートが提供される。この主チャネルはその長さが幅よりも大きく、主チャネルの長さ方向に沿って走っている２つの側面と、幅方向に沿って走っている２つの端部とを有する。主チャネルは、本明細書の細長い開口の切断において記載した技術のいずれかを使用して切られてよい。主チャネルはストレートサイド形又は曲線形であってよく、好適にはストレートサイド形である。主チャネルは、ダイヤモンドプレートの側面のうちの少なくとも１つを横切って切られており、その結果、ダイヤモンドプレートの前面又は背面全体を実質的に覆うようにカバープレートが付着されている場合、主チャネルへの入口／出口がダイヤモンドプレートのその側面上に存在することになる。好適には、主チャネルはダイヤモンドプレートの側面のうちの１つを横切って切断される。主チャネルはダイヤモンドプレート上のいかなる場所に存在してもよく、好適にはダイヤモンドプレートの側面に平行である。
【００７４】
加えて、少なくとも１つの細長い開口が存在し、この開口の一方の端部は主チャネルと流体接触する。主チャネルと接触していない開口の端部はダイヤモンドプレートの側面に位置され、その結果、ダイヤモンドプレートの前面又は背面全体を実質的に覆うようにカバープレートが付着されている場合、開口への入口／出口がダイヤモンドプレートのその側面上に存在することになる。この開口は本明細書に記載した任意の開口であってよく、好適にはストレートサイド形の開口である。好適には、この開口は主チャネルと９０°の角度をなす。好適には２つ以上の開口が存在し、その場合、各開口の一方の端部が主チャネルと流体接触し、一方の端部がダイヤモンドプレートの側面に位置される。好適には、これらの開口は互いに平行であり、各開口は主チャネルと９０°の角度をなす。すべての開口が同じ長さであることが好ましい。好適には、隣接する開口間の最大の間隔は等しい。好適には、各開口の最大幅は等しい。これらの開口は主チャネルの一方又は両方の側面に連通していてよい。好適には、これらの開口は主チャネルの一方の側面に連通しており、その場合、主チャネルのその側面はダイヤモンドプレートの側面のうちの１つの実質的に近傍に位置されてよい。この実施形態では、実質的に近傍とは、主チャネルの側面とダイヤモンドプレートの側面との最大離隔距離が約１０ｍｍ以下、好ましくは約５ｍｍ以下、さらに好ましくは約２ｍｍ以下、さらに好ましくは１ｍｍ以下であることを意味する。
【００７５】
好適には、ダイヤモンドプレートの前面又は背面全体がカバープレートで被覆され、その結果、主チャネルの入口／出口と細長い開口（複数可）の入口（複数可）／出口（複数可）がダイヤモンドプレートの側面に位置されるようになる。好適には、カバープレートで被覆されていないダイヤモンドプレートの表面に直に隣接してＰＥＭが存在してよい。この場合、主チャネル及び開口は、ダイヤモンドプレートの側面に位置している端部（複数可）を除いて囲繞される。この態様が強制流動構成を用いて使用される場合、流体、例えば水が開口の入口（複数可）を通ってポンプで注入されてよく、主チャネルの出口を通って外へ出されてよい。好適には、流体、例えば水は、主チャネルの入口を通ってポンプで注入されて、細長い開口の出口（複数可）を通って外へ出される。好適には、開口は重力方向に平行になるように構成され、主チャネルは、開口が主チャネルの最上部の側面から垂直上向きに配置されるようにプレート底部に位置される。この場合、流体は、主チャネルを通り、さらに開口を垂直上向きに通って開口の出口までポンプで押される。
【００７６】
本発明のこの態様では、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さは、主チャネルの縁部長さを含む。主チャネルの縁部長さは、開口の接続部によって除去された縁部長さの区間を除いた縁部長さとして計算される。
【００７７】
また、流体が細長い開口（複数可）の入口端部（複数可）まで流れて細長い開口（複数可）の出口端部（複数可）から流れ出るのを可能にするために、少なくとも１つのマニホルドが存在してもよい。好適には、単一の入口マニホルド及び単一の出口マニホルドが存在する。入口マニホルドは１つ又は複数の流体入口開口を含み、出口マニホルドは１つ又は複数の流体出口開口を含む。入口マニホルドは細長い開口（複数可）の入口端部（複数可）を覆っており、一方出口マニホルドは、細長い開口（複数可）の出口端部（複数可）を覆っている。マニホルド（複数可）は、当技術分野で知られている任意適当な形で設計されていてよい。また、当業者は、カバープレートとマニホルド（複数可）とが単一の構成部品として作られ得ることを理解するであろう。
【００７８】
カバープレートに直に隣接したダイヤモンドプレートの表面は、プレートの成長後に処理されてよい。すなわち、表面粗さＲａが約１μｍ未満となるように、ラッピングされ、任意選択で研磨される。別法として、カバープレートに直に隣接するダイヤモンドプレートの表面は成長した状態で存在してもよい。すなわち、この表面は、ダイヤモンドプレートの成長後には処理されない。一般に、成長した表面の表面粗さＲａは、プレートの成長した厚さの約１０％であり、通常は１０μｍ以上である。成長した表面の態様及び処理された表面の態様の両方において、流体の漏れを防止するために、ダイヤモンドプレートの表面とカバープレートとの間、並びに、ダイヤモンドプレートの表面とマニホルド（複数可）との間にシールを設けることが好ましい。このシールは、ダイヤモンドプレートの周縁部の周りにあってよい。単一の構成部品のカバープレート及びマニホルド（複数可）の場合、必要となるシールの数が少なくなることは明らかである。
【００７９】
ＰＥＭが存在する場合、マニホルドにより、流体が細長い開口を通ってカバープレートとＰＥＭと細長い開口の壁との間の領域内まで流通される。この流体は強制流動構成においては圧力がかけられてよく、細長い開口の入口端部と出口端部との間を流れる。
【００８０】
また、細長い開口内での流体の攪拌も本発明で活用され得る。攪拌は、例えば、超音波、パルス状流体流れ（ｐｕｌｓｅｄ  ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ）又は乱流流体流れといったような当技術分野で知られている任意適当な手段によって実現されてよい。攪拌は、オゾンを水の中へ混合するのを助ける場合があり、気泡を除去すること及び気泡の形成を防止することに役立つ可能性がある。
【００８１】
この強制流動構成の利点は、細長い開口の最小幅を、非強制流動構成の場合、すなわちダイヤモンドプレートがカバープレート及びマニホルド（複数可）を備えずに存在する場合に可能となる幅より小さくすることができることである。というのは、細長い開口での生成物阻害の可能性を回避できるからである。具体的には、気泡が形成される可能性が出る前に流れによって気泡の核が押し流されるために、気泡の形成が回避される。細長い開口の最小幅が減少すると、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さが増大し、それにより反応部位での反応速度が上がる。細長い開口の壁が先細り形状であるダイヤモンドプレートを使用する場合、気泡の形成が減少することにより、上で考察したように、ＰＥＭに直に隣接するダイヤモンドプレートの表面が、電気化学反応を有意に抑制することなく、加工領域の単位面積当たりの縁部長さが最も高い表面となることができる。気体反応生成物の脱出をより容易にするために細長い開口が重力方向に実質的に平行に配置される場合、好適には、入口マニホルドはプレートの底部に位置され、流体は、プレートの頂部に位置された出口マニホルドまで垂直上向きにポンプで押し上げられる。この構成により、気体反応生成物の抜けをさらに容易にすることが可能となる。
【００８２】
強制流動構成のさらなる利点は、装置を通過しているすべての流体が反応部位に密接するため、装置を通って流れている流体がより均等に電気化学反応を受けることである。オゾンを生成するための水の電気分解の場合、水はより均等にオゾン化される。
【００８３】
三相界面の流体を形成している部分は、装置を通過するように強制流動させられる。有利には、装置を通る流体流れは、流路断面（ｃｍ２）当たり且つ流路長さ（ｃｍ）当たり約０．１ｃｍ３／秒を超え、好ましくは流路断面（ｃｍ２）当たり且つ流路長さ（ｃｍ）当たり約１ｃｍ３／秒を超え、さらに好ましくは流路断面（ｃｍ２）当たり且つ流路長さ（ｃｍ）当たり約１０ｃｍ３／秒を超え、さらに好ましくは流路断面（ｃｍ２）当たり且つ流路長さ（ｃｍ）当たり約１００ｃｍ３／秒を超える。「流路」という用語は、本文脈では、装置を通過する流体によって占められる通路を指しており、その寸法及び形状は、上述した機器の具体的な構成によって決定される。
【００８４】
流体の強制流動を実現するために、有利には、流体は圧力下で装置に入る。好適には、流体が機器内に入る地点で加えられる、大気圧を超える圧力は、約１０ｋＰａ（約０．１バール）より大きく、好ましくは約２０ｋＰａ（約０．２バール）より大きく、さらに好ましくは約５０ｋＰａ（約０．５バール）より大きく、さらに好ましくは約８０ｋＰａ（約０．８バール）より大きく、さらに好ましくは約１００ｋＰａ（約１バール）より大きく、さらに好ましくは約５００ｋＰａ（約５バール）より大きく、さらに好ましくは約１０００ｋＰａ（約１０バール）より大きい。したがって、有利には、本発明の装置は標準的な家庭用水供給システムでの使用に適している。
【００８５】
有利には、例えば入口マニホルドであってよい、流体が装置に入る地点と、例えば出口マニホルドであってよい、流体が装置から出る地点との間の圧力降下は約１０００ｋＰａ（約１０バール）未満、好ましくは約８００ｋＰａ（約８バール）未満、さらに好ましくは約５００ｋＰａ（約５バール）未満、さらに好ましくは約３００ｋＰａ（約３バール）未満、さらに好ましくは約１００ｋＰａ（約１バール）未満、さらに好ましくは約８０ｋＰａ（約０．８バール）未満、さらに好ましくは約５０ｋＰａ（約０．５バール）未満、さらに好ましくは約２０ｋＰａ（約０．２バール）未満である。
【００８６】
流体が細長い開口のみに沿って入口マニホルドから出口マニホルドまで通過することが有利ではあるが、これは、入口マニホルドから出口マニホルドまでの経路が流体流れのための主要な経路である限りにおいては必須ではない。カバープレート及び／又はマニホルドとダイヤモンドプレートとの隙間の数が少数であるならば、この装置は依然として満足に機能する。
【００８７】
有利には、カバープレート及び／又はマニホルドの構造物により、ダイヤモンドプレートを支持する、装置の主要な構造部材を形成することができる。この場合、ダイヤモンドプレートを薄型することができ、それにより製造コストが削減される。
【００８８】
強制流動構成のさらなる利点は、オゾンを生成するための水の電気分解の場合、オゾン化される水が反応部位のできるだけ近傍を確実に通ることである。オゾンの水中での持続時間がほんのわずかであることから、このことは重要である。
【００８９】
本発明の電極、ＰＥＭ及び別の電極を含む少なくとも２つの装置が、上述したように、各装置が少なくとも１つの別の装置に隣接して平行に位置されるような配列で構成される場合、この強制流動構成は、これらの装置の配列を通る電解質の移動を助けるという点で特に有利である。
【００９０】
本発明の電極を含む装置のさらなる利点は、この装置が、電源として電気の幹線を用いての使用に限定されず、代替として、例えば太陽エネルギー又は風などの再生可能エネルギー源を利用した電源と共に使用され得ることである。したがって、本発明の電極を含む装置は、商用電源を利用することが不確実である発展途上国での水の処理に役立つ。別法として、電池又は発電機などの他の可搬式電力源も本発明の機器と共に使用され得る。
【００９１】
次に、本発明の具体的な実施形態を、例として、以下の図を参照しながら説明する。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１（ａ）】ダイヤモンドプレート内に切られた細長い開口を示した図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）の細長い開口の断面図である。
【図２（ａ）】ストレートサイド形の細長い開口の例を示した図である。
【図２（ｂ）】ストレートサイド形の細長い開口の例を示した図である。
【図３（ａ）】サイドが曲がっている開口（ｂｅｎｔ−ｓｉｄｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）の例を示した図である。
【図３（ｂ）】サイドが曲がっている開口（ｂｅｎｔ−ｓｉｄｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）の例を示した図である。
【図３（ｃ）】サイドが曲がっている開口（ｂｅｎｔ−ｓｉｄｅｄ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）の例を示した図である。
【図４】ダイヤモンドプレートの加工領域を示した図である。
【図５（ａ）】非平行の細長い開口の構成例を示した図である。
【図５（ｂ）】非平行の細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ａ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｂ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｃ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｄ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｅ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｆ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｇ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｈ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図６（ｉ）】平行な細長い開口の構成例を示した図である。
【図７（ａ）】細長い開口の食違い構成を示した図である。
【図７（ｂ）】細長い開口の端部を共有する（ｃｏ−ｔｅｒｍｉｎａｌ）構成を示した図である。
【図８】ダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置を示した図である。
【図９】カバープレートを備えるダイヤモンドプレートを示した図である。
【図１０】カバープレート及びマニホルドプレートを備えるダイヤモンドプレートを示した図である。
【図１１（ａ）】主チャネルを備える細長い開口の構成を示した図である。
【図１１（ｂ）】カバープレートを含む、図１１（ａ）の実施形態を示した図である。
【図１２】対向する向きで配置され１つのダイヤモンドプレート電極を共有している２組のダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置の配列を示した図である。
【図１３】対向する向きにある２組のダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置の配列を示した図である。
【図１４】対向する向きで反応器内に配置された２組のダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置の配列を示した図である。
【図１５】ダイヤモンドで被覆された導電性基体を含む電極及びＰＥＭの実施形態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００９３】
図１（ａ）は、ダイヤモンドプレート（４）の中に切られた細長い開口（２）の例を示している。ダイヤモンドプレート（４）は、前面（６）及び背面（８）、側面（１３）、並びに、深さすなわち厚さ（１４）を有する任意の形状であってよい。図１に示した実施形態では、ダイヤモンドプレートは長さ（１０）及び幅（１２）を有する長方形である。細長い開口（２）はダイヤモンドプレート（４）の厚さ（１４）全体を通るように切られており、したがってダイヤモンドプレート（４）の前面（６）から背面（８）まで延在している。細長い開口（２）の内側の露出しているダイヤモンドの表面は、細長い開口（２）が存在することによって露出されるのであるが、以降は「細長い開口の壁」（１６）と呼ぶことにする。細長い開口（２）は、レーザ技術、プラズマエッチング、スパークエロージョン、放電機械加工及びイオンビームミリングを含む、当技術分野で知られている任意適当な技術によりダイヤモンドプレート（４）内で切られてよい。細長い開口（２）の縁部長さとはその周辺長のことであり、これは、２つの長い縁部（２０）と２つの短い縁部（１８）との合計である。細長い開口（２）のアスペクト比は、開口の縁部（２０）の長さを開口の縁部（１８）の長さで割ったものである。
【００９４】
図１（ｂ）は、図１（ａ）の細長い開口の断面図を示している。細長い開口（２）はダイヤモンドプレート（４）内に形成される。電極の前面（６）と細長い開口の壁（１６）との交差部分に縁部（３）があり、電極の背面（８）と細長い開口の壁（１６）との交差部分に同様の縁部（５）がある。
【００９５】
図２（ａ）及び図２（ｂ）はストレートサイド形の細長い開口（２）の例を示している。図２（ａ）に示した実施形態では、細長い開口は側面が平行であり、最大長さ（４０）を有する。この実施形態の細長い開口（２）の側面は平行であることから、細長い開口の幅（３２）はその長さ方向全体を通して等しい。この実施形態の細長い開口の端部（２４）は湾曲している。図２（ｂ）に示した実施形態では、細長い開口（１０２）は水滴形状である。この実施形態では、細長い開口（１０２）の側面は平行ではなく、細長い開口の最大長さは矢印（１４０）で示される。細長い開口（１０２）の側面が平行ではないことから、この実施形態の細長い開口（１０２）の最大幅は矢印（１３２）で示される。この実施形態の細長い開口の端部（１２４）は湾曲している。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した実施形態の細長い開口（２、１０２）は長手軸（２６）を有する。
【００９６】
図３（ａ）〜（ｃ）は曲がっている細長い開口の例を示している。図３（ａ）は、細長い開口（２０２）の長さが矢印２４０で示されており、幅が矢印２３２で示されている、細長い開口の長さ方向に沿って３つの曲部（２２０）を備える実施形態を示している。この実施形態の細長い開口（２０２）の幅（２３２）は、細長い開口（２０２）の長さ（２４０）全体を通して等しい。この実施形態の曲部（２２０）は滑らかな曲率半径を有する。この実施形態の曲部（２２０）は１２０°の角度で曲がっている。この実施形態の細長い開口（２０２）の端部（２２４）は湾曲している。
【００９７】
図３（ｂ）は１つの曲部（２１８）を備える実施形態を示している。この実施形態の細長い開口（２０２）の幅（２３２）は、細長い開口（２０２）の長さ（２４０）全体を通して等しい。この実施形態の曲部（２１８）は鋭い角部を有する。この実施形態の曲部（２１８）は９０°の角度で曲がっている。この実施形態の細長い開口（２０２）の端部（２２４）は湾曲している。
【００９８】
図３（ｃ）は１つの曲部（２２０）を備える実施形態を示している。この実施形態の細長い開口（２０２）の幅（２３２）は、細長い開口（２０２）の長さ（２４０）全体を通して等しい。この実施形態の曲部（２２０）は滑らかな曲率半径を有する。この実施形態の曲部（２２０）は４５°の角度で曲がっている。この実施形態の細長い開口（２０２）の端部（２２２）は平坦である。
【００９９】
図３（ａ）、図３（ｂ）及び図３（ｃ）では、細長い開口の長さは矢印２４０で示されているが、当業者は、細長い開口の全体の縁部長さは曲がっている細長い開口の全周辺長であることを理解するであろう。
【０１００】
図４は、中央加工領域（３３０）がダイヤモンドプレート（３０４）内に切られている実施形態を示している。平行な細長い開口（３０２）がダイヤモンドプレート（３０４）の加工領域内で切られている。この実施形態の、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さを測定する場合、ダイヤモンドプレート（３０４）の前面（３０６）又は背面（３０８）のいずれかの加工領域（３３０）が細長い開口（３０２）の切断の前に計算される。次に、細長い開口の全体の縁部長さが、ダイヤモンドプレート（３０４）の前面（３０６）又は背面（３０８）のいずれかを基準にして、加工領域内に切られた細長い開口（３０２）に対して計算される。次に、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さが、前面（３０６）を基準にして求められた細長い開口の全体の縁部長さを前面（３０６）上で測定された加工領域の面積で割ることによって決定される。或いは、加工領域の単位面積当たりの縁部長さは、背面（３０８）を基準にして求められた細長い開口（３０２）の全体の縁部長さを背面（３０８）上で測定された加工領域の面積で割ることによって決定されてもよい。
【０１０１】
図５（ａ）は、１つの細長い開口（５０２）がダイヤモンドプレート（５０４）上に渦巻状の構成で配置された実施形態を示している。この実施形態では、連続するループ線間の距離が等しい渦巻線が示されている。
【０１０２】
図５（ｂ）は、ダイヤモンドプレート（６０４）が２つ以上の開口（６０２）を含み、これらの開口がスポーク形状に構成されている実施形態を示している。この実施形態のスポーク形状は、隣接するスポーク間の最大距離（６３８）を有するように構成された１２個のスポークを含む。
【０１０３】
図６（ａ）〜（ｃ）は、平行する対（２３４）の細長い開口（２０２）の構成を示している。図６（ａ）に示した実施形態では、細長い開口（２０２）は曲がっている。この実施形態の細長い開口（２０２）の幅（２３２）は各細長い開口（２０２）の長さ（２４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２０２）の幅（２３２）は等しい。
【０１０４】
図６（ｂ）に示した実施形態では、細長い開口（２）はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。
【０１０５】
図６（ｃ）に示した実施形態では、細長い開口（１０２）はストレートサイド形であり、非平行な側面を有する。１３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の最大幅を示している。この実施形態の細長い開口の幅（１３２）は、細長い開口（１０２）の長さ（１４０）を通して変化する。また、すべての細長い開口（１０２）の最大幅（１３２）は等しい。
【０１０６】
図６（ｄ）〜（ｇ）は、平行な細長い開口（２）のクラスター（３６）となっている細長い開口（２）の構成を示している。図６（ｄ）に示した実施形態では、クラスター（３６）が異なる数の細長い開口（２）を含んでいる。この実施形態の細長い開口はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。
【０１０７】
図６（ｅ）に示した実施形態では、クラスター（３６）は３つの細長い開口（２）を含んでいる。この実施形態の細長い開口はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。
【０１０８】
図６（ｆ）に示した実施形態では、クラスター（３６）は３つの細長い開口（２）を含んでいる。この実施形態の各クラスター（３６）は正方形の４分の１を占めている。各クラスターの長さ（４０）及び幅（６２）は等しい。この実施形態の細長い開口はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。
【０１０９】
図６（ｇ）に示した実施形態では、クラスター（３６、３７）は３つの細長い開口（２）を含んでいる。同一のクラスター内にある細長い開口（２）の長さ（４０）は等しい。しかし、第３のセットのクラスター（３６）内にある細長い開口（２）の長さは、第２のセットのクラスター（３７）内にある細長い開口（２）の長さと異なる。第１及び第２のクラスター（３６）内にある細長い開口の長さ（４０）は第３のクラスター（３７）内にある細長い開口の長さ（４０）とは異なる。この実施形態の細長い開口はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。
【０１１０】
図６（ｈ）〜（ｉ）は、すべての細長い開口（２、１０２）の長手軸（２６、１２６）が平行である構成を示している。図６（ｈ）は、細長い開口（２）がストレートサイド形であり、平行な側面を有している実施形態を示している。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。
【０１１１】
図６（ｉ）は、細長い開口（１０２）がストレートサイド形であり、非平行な側面を有する実施形態を示している。１３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の最大幅を示している。すべての細長い開口（１０２）の最大幅（１３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（１０２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（１３８）となるように構成されている。
【０１１２】
図７（ａ）は、隣接する細長い開口（２）がずれており、その結果細長い開口（２）の端部（２２）がずれて隣接する細長い開口（２）の長手方向の中心線（４２）に隣接している、ずれた構成（ｓｔｒａｇｇｅｄ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ）を示している。この実施形態の細長い開口（２）はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。
【０１１３】
図７（ｂ）は、細長い開口（２０２）の端部（２２２）が隣接する細長い開口（２０２）の端部（２０２）と端部を共有する（ｃｏ−ｔｅｒｍｉｎａｌ）ように、隣接する電極が構成されている、構成を示している。この実施形態の細長い開口（２０２）はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。２３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２０２）の幅（２３２）は各細長い開口（２）の長さ（２４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２０２）の幅（２３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２０２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（２３８）となるように構成されている。
【０１１４】
図８は、ＰＥＭ（４３）が本発明のダイヤモンドプレート（４）の背面（８）に直に隣接するように配置されている実施形態を示している。この実施形態の細長い開口（２）はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。３２が付されている矢印はこの実施形態の細長い開口の幅を示している。この実施形態の細長い開口（２）の幅（３２）は各細長い開口（２）の長さ（４０）全体を通して等しい。また、すべての細長い開口（２）の幅（３２）は等しい。この実施形態の細長い開口（２）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（３８）となるように構成されている。また、別の電極（４５）がＰＥＭ（４３）の他方側に配置されており、本発明の電極、ＰＥＭ及び別の電極を含む装置が形成される。
【０１１５】
図９は、強制流動構成の部分的な構造を示している。この実施形態では、ダイヤモンドプレート（４）が、細長い開口（２）の中央部分が被覆されて細長い開口（２）の端部が被覆されないように、カバープレート（４４）で部分的に被覆されている。この実施形態では、細長い開口（２）の一方の端部が入口（４６）を形成しており、他方の端部が出口（４８）を形成している。したがって、図９の実施形態では、複数の入口（４６）及び出口（４８）が存在する。
【０１１６】
図１０は、入口マニホルド（５０）及び出口マニホルド（５２）を含む、図９の実施形態を示している。入口マニホルド（５０）は流体入口開口（５４）を含み、出口マニホルド（５２）は流体出口開口（５６）を含む。入口マニホルド（５０）は細長い開口（複数可）（２）の入口端部（複数可）（４６）を覆っており、一方出口マニホルド（５２）は細長い開口（複数可）（２）の出口端部（複数可）（４８）を覆っている。
【０１１７】
図１１（ａ）は本発明のダイヤモンドプレートの別の実施形態を示している。この実施形態では、ストレートサイド形の主チャネル（３０１）が、長方形のダイヤモンドプレート（４）内でこのダイヤモンドプレートの一方の側面（３０３）の最も近くに存在している。主チャネル（３０１）の一方の端部（３０５）は、ダイヤモンドプレート（３０７）の一方の側面を横切るように切られている。この実施形態では８つの細長い開口（２）が存在しており、各開口の一方の端部（３０９）は主チャネル（３０１）と流体接触している。主チャネル（３０１）に接触していない、各開口の端部（３１１）は、ダイヤモンドプレート（４）の側面（３１７）のところに位置される。
【０１１８】
この実施形態の開口（２）は、ストレートサイド形であり、長さ（４０）が等しく、互いに平行であり、主チャネル（３０１）に対して９０°の角度をなしている。隣接する開口間の最大の間隔（３８）は等しい。各開口の最大幅（３２）は等しい。
【０１１９】
図１１（ｂ）は、主チャネル（３０１）の入口（３１３）及び細長い開口（２）の出口（３１５）がダイヤモンドプレート（４）の２つの側面（３０７、３１７）のところに存在するように配置されたカバープレート（４４）を備える図１１（ａ）の実施形態を示している。カバープレート（４４）は、ダイヤモンドプレート（４）の表面を実質的に覆っている。
【０１２０】
また、ＰＥＭ（４３）が、カバープレート（４４）が被覆されていないダイヤモンドプレート（４）の表面に直に隣接して存在する。ＰＥＭ（４３）は、ダイヤモンドプレート（４）の表面を実質的に覆っている。この実施形態の強制流動構成では、図１１（ｂ）に示すように、水は主チャネルの入口を通ってポンプで注入されて、細長い開口の出口（複数可）を通って外へ出される。
【０１２１】
図１２は、対向する向きで配置され１つの共通のダイヤモンドプレート（４）を有する２組のダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置の配列を示している。ダイヤモンドプレート（４）は４つの細長い開口（２）を有する。ダイヤモンドプレート（４）の１つの側面は、第１のカソード（４５ａ）に隣接して配置された第１のＰＥＭ（４３ａ）の隣に位置される。したがって、第１の装置は、第１のカソード（４５ａ）、第１のＰＥＭ（４３ａ）及びダイヤモンドプレート（４）を含む。
【０１２２】
ダイヤモンドプレート（４）は、第１のＰＥＭ（４３ａ）の反対側に位置される第２のＰＥＭ（４３ｂ）をさらに有する。第２のＰＥＭ（４３ｂ）はサイズがダイヤモンドプレート（４）より小さいため、ダイヤモンドプレート（４）内の開口（２）の中央部分を覆っている。このため、各開口（２）は入口（４６）を形成する被覆されていない１つの端部と出口（４８）を形成する被覆されていない第２の端部とを有する。第２のＰＥＭ（４３ｂ）は、ダイヤモンドプレート（４）の反対側の、第２のＰＥＭ（４３ｂ）の側面に隣接して位置される第２のカソード（４５ｂ）を有する。したがって、第２の機器は、第２のカソード（４５ｂ）、第２のＰＥＭ（４３ｂ）及びダイヤモンドプレート（４）を有する。
【０１２３】
この配列は、入口（４６）へと入る処理される水（図示せず）の強制流動を実現するための手段（図示せず）を有しており、その結果、処理される水が細長い開口（２）に圧入されて、ダイヤモンドプレート（４）と第１のＰＥＭ（４３ａ）及び第２のＰＥＭ（４３ｂ）との三相界面が形成される。この構成では、開口（２）のそれぞれの側面に三相界面（図示せず）が存在し、そこでダイヤモンドプレート（４）が第１のＰＥＭ（４３ａ）及び第２のＰＥＭ（４３ｂ）のぞれぞれと接触している。このようにすることで、単一の装置での水の処理と比較して水の処理速度は上がる。
【０１２４】
図１３は、互いに分離されているが対抗する向きとなっている２組のダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置の配列を示している。第１の装置が、複数の細長い開口（２ａ）を含む第１のダイヤモンドプレート（４ａ）を有している。第１のダイヤモンドプレート（４ａ）の一方の側面は、第１のカソード（４５ａ）に隣接して位置された第１のＰＥＭ（４３ａ）の隣に位置される。
【０１２５】
複数の細長い開口（図示せず）を有する第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）は第１の装置から分離されている。第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）の一方の側面は第２のＰＥＭ（４３ｂ）の隣に位置される。第２のＰＥＭ（４３ｂ）は、第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）の反対側の、第２のＰＥＭ（４３ｂ）の側面に隣接して位置される第２のカソード（４５ｂ）を有する。このようにして、第２の装置が第１の機器に対向する向きに位置される。
【０１２６】
この配列は、第１の装置と第２の装置との間への処理される水（７２）の強制流動を実現するための手段（図示せず）を有する。処理される水（７２）が細長い開口（図示せず）に強制的に流し込まれ、第１のダイヤモンド（４ａ）と第１のＰＥＭ（４３ａ）との、並びに、第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）と第２のＰＥＭ（４３ｂ）との三相界面が形成される。この構成では、第１のダイヤモンドプレート（４ａ）及び第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）のそれぞれの中にある各開口（２ａ）内に三相界面（図示せず）が存在し、そこでダイヤモンドプレートが第１のＰＥＭ（４３ａ）及び第２のＰＥＭ（４３ｂ）のそれぞれと接触している。このようにすることで、単一の機器での水の処理と比較して水の処理速度は上がる。
【０１２７】
図１４は、互いに分離されているが対向する向きとなっている２組のダイヤモンドプレート／ＰＥＭ／別の電極の装置の別の配列を示している。第１の装置は、複数の細長い開口（図示せず）を含む第１のダイヤモンドプレート（４ａ）を有する。第１のダイヤモンドプレート（４ａ）の一方の側面は、第１のカソード（４５ａ）に隣接して位置された第１のＰＥＭ（４３ａ）の隣に位置される。
【０１２８】
複数の細長い開口（図示せず）を有する第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）が第１の装置から分離されている。第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）の一方の側面は第２のＰＥＭ（４３ｂ）の隣に位置される。第２のＰＥＭ（４３ｂ）は、第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）の反対側の、第２のＰＥＭ（４３ｂ）の側面に隣接して位置される第２のカソード（４５ｂ）を有する。このようにして、第２の装置が第１の装置に対向する向きに位置される。
【０１２９】
第１及び第２の装置は反応器（８１）内に収容される。この反応器は、処理される水（７２）を入れるための入口（７１）及び処理される水を外へ出すための出口（７３）を有する。
【０１３０】
第１及び第２の装置は、処理される水（７２）がポンピング手段（図示せず）によって第１のダイヤモンドプレート（４ａ）と第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）との間の領域に強制的に流し込まれるように、反応器内に構成される。処理される水（７２）は細長い開口（図示せず）内に強制的に流し込まれ、第１のダイヤモンドプレート（４ａ）と第１のＰＥＭ（４３ａ）との、並びに、第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）と第２のＰＥＭ（４３ｂ）との三相界面が形成される。この構成では、第１のダイヤモンドプレート（４ａ）と第２のダイヤモンドプレート（４ｂ）のぞれぞれの中にある各開口（２ａ）内に三相界面（図示せず）が存在し、そこでダイヤモンドプレートが第１のＰＥＭ（４３ａ）及び第２のＰＥＭ（４３ｂ）のそれぞれと接触している。このようにすることで、単一の装置での水の処理と比較して水の処理速度は上がる。
【０１３１】
中で逆の反応が起こってよい水（８０ａ、８０ｂ）が、第１のカソード（４５ａ）及び第２のカソード（４５ｂ）のそれぞれに隣接している反応器内に収容される。中で逆の反応が起こってよい水（８０ａ、８０ｂ）は、処理される水とは分離されている。この反応器は、電気化学反応中に逆の反応の水（８０ａ、８０ｂ）内に生成される水素ガスの放出するのを可能にするための通気穴（７５）を有する。
【０１３２】
図１５は、導電性の基体（９０）が伝導性ＣＶＤダイヤモンド（９２）の層で被覆されている実施形態を示している。ＰＥＭ（９４）が、導電性の基体の被覆表面に直に隣接して配置されている。細長い開口（９６）はストレートサイド形であり、平行な側面を有する。この実施形態の細長い開口（９６）は、１つの開口と隣接する開口との間が等しい距離（９８）となるように構成されている。
【０１３３】
次に本発明を以下の実施例を用いて説明する。これらの実施例は単に説明のためのものであり、上述した本発明を限定することを意図しないことを理解されたい。本発明の範囲から逸脱することなく細部を修正することができる。
【実施例】
【０１３４】
（実施例１）
寸法が５０ｍｍ×１５ｍｍであり厚さが０．５ｍｍである成長したダイヤモンドプレートを用意した。レーザ切断技術を使用して、端部が平坦であり幅が０．２ｍｍであり開口の間の間隔が０．３ｍｍである９６個のストレートサイド形の細長い開口を、ダイヤモンドプレートの厚さ全体を貫通するように切り、このプレートの核生成表面から４８ｍｍ×１３ｍｍの加工領域を得た。これらの細長い開口はダイヤモンドプレートの最も長い縁部に平行とした。これらの細長い開口の壁は約４°の角度の先細り形状とした。ダイヤモンドプレートの前面及び背面を基準にして測定した開口の縁部長さの差は非常に小さく、成長表面と比較して核生成表面の方がほんのわずかだけ大きかった。
【０１３５】
ダイヤモンドプレートの核生成表面をＰＥＭ上に取り付けた。このダイヤモンドプレートでは、核生成表面で測定した、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの開口の縁部長さは４．０６ｍｍ／ｍｍ２であった。
【０１３６】
白金ガーゼの別の電極を、ダイヤモンドプレートが付けられてないＰＥＭの側面に取り付けた。
【０１３７】
本発明の電極、ＰＥＭ及び別の電極を含むこの装置を水に浸漬し、本発明の電極にアノードとしてバイアスをかけ、別の電極にカソードとしてバイアスをかけた。本発明の電極と別の電極との間に５ボルトから８ボルトの電位を与えた。この条件下での最初のオゾン生成速度は約２００ｍｇ／分であった。
【０１３８】
（実施例２）
実施例１で記載したものと同様の装置を用意した。
【０１３９】
細長い開口の中央部分が被覆されて細長い開口の端部が被覆されないように、ダイヤモンドプレートをポリテトラフルオロエタンのカバープレートで部分的に被覆した。カバープレートの縁部から細長い開口の端部までの距離を約１．５ｍｍとした。
【０１４０】
１つの流体入口開口を含む入口マニホルド及び１つの流体出口開口を含む出口マニホルドを用意した。入口マニホルドで細長い開口の入口端部を覆い、出口マニホルドで細長い開口の出口端部を覆った。
【０１４１】
プレートの成長後に、カバープレート並びに入口マニホルド及び出口マニホルドに直に隣接しているダイヤモンドプレートの表面をラッピング及び研磨によって処理し、表面粗さＲａを１μｍ未満とした。流体の漏れを防止するために、ダイヤモンドプレートの表面とカバープレートとの間、並びに、ダイヤモンドプレート表面と入口マニホルド及び出口マニホルドとの間の、ダイヤモンドプレートの周縁部の周りにシールを設置した。
【０１４２】
細長い開口を通してカバープレートとＰＥＭと細長い開口の壁との間の領域内まで加圧水を流通させて、細長い開口の入口端部と出口端部との間に強制流動構成を得た。細長い開口を通って流れる水の全体の平均流量は１０００ｃｍ３／分であった。本発明の電極と別の電極との間に電位を与えたときに気泡の形成は見られなかった。
【０１４３】
実施例１に従って本発明の電極にアノードとしてバイアスをかけて別の電極にカソードとしてバイアスをかけた状態で装置を水に浸漬した場合、最初のオゾン生成速度は約２００ｍｇ／分であった。
【０１４４】
（比較例１）
寸法が５０ｍｍ×１５ｍｍであり厚さが０．５ｍｍであるダイヤモンドプレートを用意した。レーザ切断技術を使用して、直径が０．５ｍｍであり開口の間の最小の間隔が０．２ｍｍである１４７０個の円形開口を、ダイヤモンドプレートの厚さ全体を貫通するように切り、４８ｍｍ×１３ｍｍの加工領域を得た。これらの円形開口の壁はわずかに先細り形状とし、核生成表面より成長表面のところを狭くした。切られたダイヤモンドプレートの前面及び背面は同じ面積であり、ダイヤモンドプレートの前面及び背面を基準にして測定した縁部長さは同一であった。
【０１４５】
Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）フィルムＮ１１７（ＤｕＰｏｎｔ（デュポン）社）のＰＥＭ上にダイヤモンドプレートの核生成表面を取り付けた。核生成表面で測定した、ダイヤモンドプレートの加工領域の単位面積当たりの縁部長さは３．７０ｍｍ／ｍｍ２であった。
【０１４６】
白金ガーゼの別の電極を、ダイヤモンドプレートが付けられていないＰＥＭの側面に取り付けた。
【０１４７】
装置を水に浸漬し、この比較例の電極にアノードとしてバイアスをかけ、別の電極にカソードとしてバイアスをかけた。この比較例の電極と別の電極との間に５ボルトから８ボルトの電位を与えた。この条件下での最初のオゾン生成速度は約１５ｍｇ／分であった。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図４】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図６（ｃ）】
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【図６（ｄ）】
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【図６（ｅ）】
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【図６（ｆ）】
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【図６（ｇ）】
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【図６（ｈ）】
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【図６（ｉ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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